JP4971101B2 - 発光ダイオード調光システム - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード照明器具が位相制御信号によって調光制御される発光ダイオード調光システムに関する。

従来から、スイッチング電源によって一定の電流が供給される発光ダイオード照明器具が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の発光ダイオード照明器具は、スイッチング電源のオンデューティが位相制御調光器から出力される位相制御信号の位相角に応じて変化されて発光ダイオードの調光制御が行われる。
特開２００７−３５４０３号公報

ところで、位相制御調光器（ライトコントローラ）の位相制御信号生成部は、トライアック、ダイアック等の発熱性を有する半導体スイッチング素子から構成され、半導体スイッチング素子から発生するノイズを抑制するために、通常ノイズフィルタが組み込まれている。ノイズフィルタを位相制御信号生成部内に組み込んだ状態で製造することによって、コストアップを招くことなく、半導体スイッチング素子から発生するノイズを抑制することができる。

ところが、ノイズフィルタはコイルを有するので、半導体スイッチング素子と同様に発熱性を有し、共に発熱性を有する半導体スイッチング素子とノイズフィルタとが位相制御信号生成部に組み込まれることによって、半導体スイッチング素子及びノイズフィルタからの発熱が相乗して位相制御信号生成部が温度上昇し易いという問題があった。そのため、従来、位相制御信号生成部には、温度上昇を防止するための大型の放熱構造（放熱板等）を付設する必要があり、位相制御調光器全体が大型化してしまう。

一方、位相制御調光器の小型化を図るために放熱構造自体を小型にする場合には、位相制御信号生成部を構成する半導体スイッチング素子、及びノイズフィルタのそれぞれの容量値をより小さいものにしなければならず、位相制御調光器の制御容量自体が小さくなってしまう。

そこで、本発明は、位相制御調光器の位相制御信号生成部の温度上昇を抑制することができて放熱構造を小型にすることができると共に、位相制御調光器の制御容量を容易に大きくすることができる発光ダイオード調光システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、交流電力を受けて位相制御信号を生成する位相制御信号生成部と、前記位相制御信号生成部からの位相制御信号によって調光制御されるスイッチング電源を有する発光ダイオード照明器具と、前記位相制御信号生成部と前記発光ダイオード照明器具との間に介装されたコイル部を有するノイズフィルタと、を備える発光ダイオード調光システムであって、前記位相制御信号生成部と前記ノイズフィルタとが離隔して配置されたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の発光ダイオード調光システムにおいて、前記ノイズフィルタが、さらにコンデンサ部を有することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２に記載の発光ダイオード調光システムにおいて、前記ノイズフィルタが、さらに抵抗部を有することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、位相制御信号生成部とノイズフィルタとが離隔して配置されるので、位相制御信号生成部の温度上昇を抑制することができて位相制御調光器を小型化できると共に、位相制御調光器の制御容量を容易に大きくできる。

請求項２の発明によれば、ノイズフィルタがコンデンサ部を有することによって、同等のノイズ除去効果を得るためのコイル部のインピーダンスを小さく設定でき、その分だけノイズフィルタからの発熱を抑えることができる。

請求項３の発明によれば、ノイズフィルタがさらに抵抗部を有することによって、コンデンサ部による電源投入時の電流と電圧の位相差の拡大を防止でき、発光ダイオード照明器具にちらつきが発生することを防止できる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る発光ダイオード調光システムについて、図１乃至図６を参照して説明する。本実施形態の発光ダイオード調光システム１は、図１に示されるように、位相制御調光器２（ライトコントローラ）と、位相制御調光器２に対して位相制御信号線３を介して並列に接続された複数の発光ダイオード照明器具４と、位相制御調光器２と発光ダイオード照明器具４との間に介装されたノイズフィルタ５と、を備える。

本実施形態の発光ダイオード調光システム１の室内における実態的な配置を図２に示す。位相制御調光器２はユーザが操作し易いように壁面６の適当な高さに設置され、発光ダイオード照明器具４は天井７から下向きに吊下げ設置され、ノイズフィルタ５は天井７の構造内に埋込んで設置されるか又は天井裏に設置される。位相制御調光器２とノイズフィルタ５とは、上記のように離隔して配置されることによって、互いの発熱が伝達することがない。位相制御調光器２とノイズフィルタ５とは、互いに熱伝達が生じないように離隔されていればよい（互いに非接触であればよい）。従って、例えば、ノイズフィルタ５が天井７ではなく位相制御調光器２に近い壁面６に埋設されていてもよい。

次に、位相制御調光器２、発光ダイオード照明器具４、及びノイズフィルタ５のそれぞれの構成について説明する。位相制御調光器２は、図３に示されるように、ＡＣ電源２１からのＡＣ入力をＤＣ出力に変換する電源部２２と、マイクロプロセッサから構成される制御部２３と、主にスライドスイッチ、又はロータリースイッチ、及び液晶パネルから構成される操作部２４と、主にトライアック、ダイアック等の半導体スイッチング素子から構成される位相制御信号生成部２５と、位相制御信号出力部２６と、を備える。

位相制御信号生成部２５は、制御部２３からの制御信号によってＡＣ電源２１からのＡＣ入力の位相角を制御して位相制御信号を生成し、位相制御信号出力部２６を介して位相制御信号線３へ出力する。位相制御信号出力部２６は、主にコネクタから構成される。位相制御信号生成部２５を構成する半導体スイッチング素子からはノイズが発生する。

操作部２４は、ユーザが操作するスライドスイッチ、又はロータリースイッチの操作量に応じた電圧信号を制御部２３へ出力し、制御部２３は、操作部２４からの電圧信号に応じて位相制御信号生成部２５へ出力する制御信号を変化させる。このようにして、位相制御信号生成部２５は、操作部２４におけるスライドスイッチ、又はロータリースイッチの操作量に１対１で対応して位相角が変化する位相制御信号を発光ダイオード照明器具４へ出力する。

発光ダイオード照明器具４は、図４に示されるように、発光ダイオード４１と、ＡＣ電源４２からのＡＣ入力をＤＣ出力に変換するＡＣ／ＤＣ変換部４３（スイッチング電源）と、ＡＣ／ＤＣ変換部４３からのＤＣ出力を一定の電流となるように制御して発光ダイオード４１へ出力するシャントレギュレータ、カレントミラー等から構成される定電流制御部４４と、位相制御信号の位相角を検出し検出した位相角に応じた制御信号を定電流制御部４４へ出力する位相角検出部４５と、を備える。従って、発光ダイオード照明器具４は、位相制御信号線３を通じて位相制御調光器２から送信されてくる位相制御信号の位相角に応じて発光ダイオード４１が調光制御される。ＡＣ／ＤＣ変換部４３は、ＩＰＤ（Intelligent Power Device）等のスイッチング素子から構成されノイズの発生源になる。

ノイズフィルタ５は、図５に示されるように、ノイズを抑制するための素子から構成されるノイズ抑制部５１、ノイズ抑制部５１を位相制御信号線３に接続するためのコネクタ、ネジ端子等から構成される位相制御信号入力部５２、及び位相制御信号出力部５３を備える。ノイズ抑制部５１を構成する素子は、図６（ａ）に示されるように、コイル部５１Ｌのみを有するもの、図６（ｂ）に示されるように、コイル部５１Ｌとコンデンサ部５１Ｃを有するもの、図６（ｃ）に示されるように、コイル部５１Ｌとコンデンサ部５１Ｃと抵抗部５１Ｒを有するもの、のいずれかの態様が採用される。

コイル部５１Ｌのみを有する態様（図６（ａ））が採用された場合には、コイル部５１Ｌのインピーダンス値に応じたノイズ抑制効果が得られるが、大きなノイズ抑制効果を得るためには大きなインピーダンス値のコイル部５１Ｌとしなければならず、その分だけ発熱量が大きくなり比較的大規模な放熱構造が必要になる。

コイル部５１Ｌとコンデンサ部５１Ｃを有する態様（図６（ｂ））が採用された場合には、コイル部５１Ｌのみを有する態様（図６（ａ））に比べて、コイル部５１Ｌのインピーダンス値が小さくても比較的大きなノイズ抑制効果を得ることができ、コイル部５１Ｌのインピーダンス値が小さいことから発熱量が大きくならず、放熱構造が小規模でもよい。一方、さらに大きなノイズ抑制効果を得るためにコンデンサ部５１Ｃの容量を大に設定する場合には、発光ダイオード照明器具４へ供給する電流が進相電流になり発光ダイオード４１にちらつきが生じる虞があり、位相制御調光器２の位相制御信号生成部２５、及び発光ダイオード照明器具４のＡＣ／ＤＣ変換部４３の両方に進相電流が生じないようにする位相差の補正手段を設ける必要が生じるという不具合がある。

コイル部５１Ｌとコンデンサ部５１Ｃと抵抗部５１Ｒとを有する態様（図６（ｃ））が採用された場合には、抵抗部５１Ｒが、コンデンサ部５１Ｃによって引き起こされる進相電流を抑制し、発光ダイオード４１にちらつきが生じることを防止できる。また、コイル部５１Ｌとコンデンサ部５１Ｃを有する態様（図６（ｂ））と同様に、コイル部５１Ｌのインピーダンス値が小さくても比較的大きなノイズ抑制効果を得ることができることから放熱構造が比較的小規模でもよいが、コイル部５１Ｌと抵抗部５１Ｒの両方が発熱するので、その分だけ温度上昇し易い。

以上のように、本実施形態の発光ダイオード調光システム１では、ユーザが、壁面に設置された位相制御調光器２の操作部２４を操作することによって、位相制御信号生成部２５が当該操作量に応じた位相角の位相制御信号を生成して位相制御信号線３に出力し、その位相制御信号がノイズフィルタ５を介して各発光ダイオード照明器具４に送信され、各発光ダイオード照明器具４が位相制御信号の位相角に応じて調光される。

そして、本実施形態の発光ダイオード調光システム１では、発熱性を有するノイズフィルタ５が、同じく発熱性を有する位相制御信号生成部２５と充分に離隔して設置されるので、位相制御信号生成部２５内にノイズフィルタが組込まれる従来装置に比べて位相制御信号生成部２５の温度上昇を抑制することができて、その分だけ放熱構造を小さくできることから位相制御調光器２の小型化が容易である。また、同等の大きさの放熱構造を位相制御調光器２内に設ける場合であれば、位相制御信号生成部２５を構成するトライアック、ダイアック等のスイッチング素子の容量を大きくできるので、位相制御調光器２の制御容量を大きくできる。

また、ノイズフィルタ５が位相制御信号生成部２５から分離独立した形態であるので、ノイズフィルタ５の態様を、位相制御調光器２に接続される発光ダイオード照明器具４の種類や台数に応じて、ノイズを抑制するため、及び温度上昇を抑制するための最適のものに選択することが容易である。具体的には、種類の異なる発光ダイオード照明器具４に対して、それぞれノイズ抑制機能の値が異なる前述の３種類の態様のノイズフィルタ５（図６（ａ）乃至（ｃ））を予め用意しておき、設置する発光ダイオード照明器具４の種類と台数が決定されたときに、その種類と台数に合わせてノイズフィルタ５のノイズ抑制部５１を構成する素子の態様を選択することができる。

例えば、比較的ノイズの発生量が少ない発光ダイオード照明器具４が少ない台数だけ設置される場合には、図６（ａ）に示される、ノイズ抑制部５１がコイル部５１Ｌだけで構成されるノイズフィルタ５を用いることによって、ノイズを充分に低レベルに維持しつつ、位相制御調光器２の放熱構造を小型のものにできる。反対に、比較的ノイズの発生量が多い発光ダイオード照明器具４が多数台設置される場合には、図６（ｃ）に示される、ノイズ抑制部５１がコイル部５１Ｌ、コンデンサ部５１Ｃ、及び抵抗部５１Ｒから構成されるノイズフィルタ５を用いることによって、ノイズを極力抑制しつつ、位相制御調光器２及びノイズフィルタ５の放熱構造の大きさを抑制できる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る発光ダイオード調光システムについて、図７乃至９を参照して説明する。第２の実施形態の発光ダイオード調光システム１は、図７に示されるように、１台の調光制御装置１０１に系統の異なる調光信号線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄを介して複数種類の照明器具が接続された照明器具調光システム１００に、発光ダイオード照明器具の調光システムとして組込まれているものである。第１の実施形態と同一の構成部分には、同一の番号を付して説明を省略する。

調光信号線Ｌａ、Ｌｂには、それぞれ変換器１０２を介して白熱灯照明器具１０３Ａ、１０３Ｂが接続され、調光信号線Ｌｃには、変換器１０２とノイズフィルタ５を介して発光ダイオード照明器具４が接続され、調光信号線Ｌｄには蛍光灯照明器具１０４が接続されている。調光信号線Ｌａ〜Ｌｃについては、調光制御装置１０１から出力されるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号が変換器１０２によって位相制御信号に変換されて、それぞれ白熱灯照明器具１０３Ａ、１０３Ｂ、及び発光ダイオード照明器具４に送信され、各照明器具１０３Ａ、１０３Ｂ、４が位相制御信号の位相角に応じた明るさに調光制御され、調光信号線Ｌｄについては、調光制御装置１０１から出力されるＰＷＭ信号が直接に蛍光灯照明器具１０４に送信され、蛍光灯照明器具１０４がＰＷＭ信号のオンデューティに応じた明るさに調光制御される。

調光制御装置１０１は、ＡＣ電源１０５からのＡＣ入力を所定の内部電圧に変換する電源部１０６と、電源部１０６からの給電によって動作する制御部１０７と、ＥＥＰＲＯＭ１０８と、制御部１０７からの制御信号に応じたオンデューティでＰＷＭ信号を各調光信号線Ｌａ〜Ｌｄに出力する調光信号ドライバ１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１０９ｄと、リモコン１１０からの操作信号を受信するリモコン受信部１１１と、を備える。

ユーザが照明器具１０３Ａ、１０３Ｂ、４、１０４の明るさを調整するためにリモコン１１０を操作することによって、リモコン１１０から送信された操作信号（例えば、輝度をＸ％へ調整する信号）がリモコン受信部１１１を介して制御部１０７に入力され、制御部１０７は、各照明器具１０３Ａ、１０３Ｂ、４、１０４毎の輝度に対するオンデューティを記憶したテーブルをＥＥＰＲＯＭ１０８から読出し、操作信号に応じたオンデューティのＰＷＭ信号を出力するように各調光信号ドライバ１０９ａ〜１０９ｄへ制御信号を出力する。

ここで変換器１０２について、調光信号線Ｌｃに接続されたものを代表的に説明する。変換器１０２は、図８に示されるように、ＡＣ電源１２１からのＡＣ入力を所定の内部電圧に変換する電源部１２２と、電源部１２２からの給電によって動作する制御部１２３と、調光信号線Ｌｃに接続するためのコネクタから構成される調光信号入力部１２４と、制御部１２３からの制御信号によってＡＣ電源１２１からのＡＣ入力の位相角を制御して位相制御信号を生成する位相制御信号生成部１２５と、を備える。位相制御信号生成部１２５は、第１の実施形態における位相制御信号生成部２５と同様にスイッチング素子から構成され、ノイズを発生する。

照明器具調光システム１００の室内における実態的な配置を図９に示す。調光制御装置１０１は、天井７の構造内に埋込んで設置されるか又は天井裏に設置され、白熱灯照明器具１０３Ａ、１０３Ｂと発光ダイオード照明器具４は天井７に設置され、蛍光灯照明器具１０４は壁面６に設置される。そして、調光制御装置１０１と白熱灯照明器具１０３との間に介装される変換器１０２、調光制御装置１０１と発光ダイオード照明器具４との間に介装される変換器１０２、及びノイズフィルタ５は、いずれも天井７の構造内に埋設されるか又は天井裏に設置される。リモコン１１０からの操作信号は、電波によって調光制御装置１０１に伝達される。

以上のように、本実施形態でも、位相制御信号生成部１２５を備える変換器１０２とノイズフィルタ５とが、充分に離隔して配置されることによって、互いの発熱が伝達することがない。従って、位相制御信号生成部１２５内にノイズフィルタが組込まれる従来装置に比べて位相制御信号生成部１２５の温度上昇を抑制することができて、その分だけ変換器１０２の小型化が容易である。また、同等の大きさの放熱構造を変換器１０２内に設ける場合であれば、位相制御信号生成部１２５を構成するスイッチング素子の容量を大きくできるので、変換器１０２の制御容量を大きくできる。

本発明の第１の実施形態に係る発光ダイオード調光システムのブロック図。 同発光ダイオード調光システムが室内に配置された例を示す図。 同発光ダイオード調光システムにおける位相制御調光器のブロック図。 同発光ダイオード調光システムにおける発光ダイオード照明器具のブロック図。 同発光ダイオード調光システムにおけるノイズフィルタのブロック図。 （ａ）は同発光ダイオード調光システムにおけるノイズ抑制部がコイル部によって構成される態様を示す図、（ｂ）は同発光ダイオード調光システムにおけるノイズ抑制部がコイル部とコンデンサ部によって構成される態様を示す図、（ｃ）は同発光ダイオード調光システムにおけるノイズ抑制部がコイル部、コンデンサ部、及び抵抗部によって構成される態様を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る発光ダイオード調光システムが組込まれた照明器具の調光システムのブロック図。 同発光ダイオード調光システムにおける変換器のブロック図。 同発光ダイオード調光システムが組込まれた照明器具の調光システムが室内に配置された例を示す図。

符号の説明

１ 発光ダイオード調光システム
４ 発光ダイオード照明器具
５ ノイズフィルタ
２１ ＡＣ電源（交流電力）
２６ 位相制御信号生成部
４３ ＡＣ／ＤＣ変換部（スイッチング電源）
５１Ｌ コイル部
５１Ｃ コンデンサ部
５１Ｒ 抵抗部
１２１ ＡＣ電源（交流電力）
１２５ 位相制御信号生成部

Claims (3)

1. 交流電力を受けて位相制御信号を生成する位相制御信号生成部と、
   前記位相制御信号生成部からの位相制御信号によって調光制御されるスイッチング電源を有する発光ダイオード照明器具と、
   前記位相制御信号生成部と前記発光ダイオード照明器具との間に介装されたコイル部を有するノイズフィルタと、を備える発光ダイオード調光システムであって、
   前記位相制御信号生成部と前記ノイズフィルタとが離隔して配置されたことを特徴とする発光ダイオード調光システム。
2. 前記ノイズフィルタが、さらにコンデンサ部を有することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード調光システム。
3. 前記ノイズフィルタが、さらに抵抗部を有することを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオード調光システム。

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