JP5988207B2

JP5988207B2 - 固体発光素子駆動装置及び照明装置、照明器具

Info

Publication number: JP5988207B2
Application number: JP2012197868A
Authority: JP
Inventors: 福田　健一; 健一福田; 鳴尾　誠浩; 誠浩鳴尾; 佐奈江崎
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2032-09-07
Also published as: US8922130B2; US20140070721A1; EP2706820B1; EP2706820A2; CN103687185B; EP2706820A3; JP2014053216A; CN103687185A

Description

本発明は、発光ダイオードや有機エレクトロルミネセンス(ＥＬ)素子などの固体発光素子を駆動して発光させる固体発光素子駆動装置、及びその駆動装置を用いる照明装置、照明器具に関する。

近年、白熱ランプや蛍光ランプに代えて、発光ダイオードや有機エレクトロルミネセンス(ＥＬ)素子などの固体発光素子を光源とする点灯装置及び照明器具が急速に普及してきている。例えば、特許文献１には、発光ダイオード(ＬＥＤ)を光源とし、調光器から与えられる調光信号に応じてスイッチング電源回路(降圧チョッパ回路)の出力を増減することにより、ＬＥＤの光量を調整(調光)するＬＥＤ駆動装置が開示されている。

ところで、ＬＥＤの調光方式には、ＬＥＤに連続して流れる電流の大きさを変化させる調光方式(以下、ＤＣ調光方式と呼ぶ。)や、ＬＥＤへの通電を周期的にオン・オフし、通電期間の比率(オンデューティ比)を変化させる方式(以下、バースト調光方式と呼ぶ。)などがある。なお、特許文献１記載の従来例では、後者のバースト調光方式が採用されている。

ただし、バースト調光方式を採用するＬＥＤ駆動装置の課題として、ビデオカメラなどの映像機器との干渉ちらつきがある。これは、バースト調光の周期と映像機器のシャッタースピード(露光時間)とのずれに起因して発生するもので、映像機器の画像にちらつき(明るさの変動)や縞状の濃淡となって現れる。また、ＬＥＤに関連する電気用品安全法の技術基準の改正に伴い、光出力の繰り返し周波数を500Hz以上とする必要がある(電気用品の技術上の基準を定める省令第１項基準改正省令平成24年1月13日)。

特表２００６−５１１０７８号公報

ところで、一般的な降圧チョッパ回路では、スイッチング素子のオン期間にインダクタに流れる電流がしきい値に達した時点でスイッチング素子がオフされ、回生電流が下限値(例えば、ゼロ)に達した時点で再びスイッチング素子がオンされる。そのため、バースト信号の周波数を前記技術基準に適合させる場合、降圧チョッパ回路との組み合わせで以下のような課題が生じる。すなわち、降圧チョッパ回路においてスイッチング素子のオフ期間にバースト信号のオンデューティ比が変化しても、インダクタ電流が変化しない(図５(ａ)参照)。そのため、図５(ｂ)に示すようにバースト信号のオンデューティ比の変化に対して、ＬＥＤの光出力変化が階段状になってしまうことを意味している。

ここで、図５(ｂ)における１段分の光出力差は、スイッチング素子のスイッチング周期の１周期分の光出力に相当する。したがって、スイッチング素子のスイッチング周期を短くすれば(スイッチング周波数を高くすれば)、１段分の光出力差が減少して光出力の変化を直線に近付けることができる。しかしながら、スイッチング周波数を高くすることはスイッチング損失の増加を招き、また、スイッチング素子を駆動する駆動回路の性能を考慮すると大幅な高周波化は望めない。

本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、スイッチング周波数の高周波化を回避しつつバースト調光のオンデューティ比の変化に対して固体発光素子の光出力を滑らかに変化させることを目的とする。

本発明の固体発光素子駆動装置は、出力端子間に固体発光素子が接続されるスイッチング電源回路と、前記スイッチング電源回路を構成するスイッチング素子をスイッチング制御する制御回路とを備え、前記スイッチング電源回路は、前記スイッチング素子とインダクタの直列回路と、前記スイッチング素子がオフしたときに前記インダクタから回生電流を流す回生素子とを有し、前記制御回路は、マイクロコンピュータからなり、前記マイクロコンピュータから出力する信号のオン期間に応じて前記スイッチング素子をオンし、前記信号のオフ期間に応じて前記スイッチング素子をオフし、さらに、前記スイッチング電源回路の出力を周期的に断続することにより、前記固体発光素子に流れる電流の平均値を、外部から指示される調光レベルに対応した値に調整するものであって、前記制御回路は、通電期間に前記スイッチング素子をスイッチングし、前記通電期間に続く停止期間に前記スイッチング素子のスイッチングを停止するとともに、前記調光レベルに応じて前記通電期間又は前記停止期間を増減しながら前記通電期間と前記停止期間を交互に繰り返し、さらに、前記調光レベルに応じて前記通電期間内における前記信号のオン期間の累積値を調整し、且つ、前記通電期間の最小変化幅を前記オン期間よりも短くしており、さらに、前記制御回路は、少なくとも１回の前記オン期間から前記累積値を推定することを特徴とする。

この固体発光素子駆動装置において、前記制御回路は、前記オン期間の累積値を監視し、前記累積値が前記調光レベルに対応した目標値に達したら前記スイッチング素子のスイッチングを停止することが好ましい。

この固体発光素子駆動装置において、前記制御回路は、前記通電期間における最初の前記オン期間から前記累積値を推定することが好ましい。

本発明の固体発光素子駆動装置は、出力端子間に固体発光素子が接続されるスイッチング電源回路と、前記スイッチング電源回路を構成するスイッチング素子をスイッチング制御する制御回路とを備え、前記スイッチング電源回路は、前記スイッチング素子とインダクタの直列回路と、前記スイッチング素子がオフしたときに前記インダクタから回生電流を流す回生素子とを有し、前記制御回路は、マイクロコンピュータからなり、前記マイクロコンピュータから出力する信号のオン期間に応じて前記スイッチング素子をオンし、前記信号のオフ期間に応じて前記スイッチング素子をオフし、さらに、前記スイッチング電源回路の出力を周期的に断続することにより、前記固体発光素子に流れる電流の平均値を、外部から指示される調光レベルに対応した値に調整するものであって、前記制御回路は、通電期間に前記スイッチング素子をスイッチングし、前記通電期間に続く停止期間に前記スイッチング素子のスイッチングを停止するとともに、前記調光レベルに応じて前記通電期間又は前記停止期間を増減しながら前記通電期間と前記停止期間を交互に繰り返し、さらに、前記調光レベルに応じて前記通電期間内における前記信号のオン期間の累積値を調整し、且つ、前記通電期間の最小変化幅を前記オン期間よりも短くしており、さらに、前記制御回路は、前記通電期間及び前記停止期間に同期した一定周期のパルス信号からなり、前記通電期間と前記停止期間の比率が可変であるバースト信号を生成するバースト信号生成部と、前記バースト信号よりも周波数が高く且つ周期及びオン幅が双方とも可変であるＰＷＭ(パルス幅変調)信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、前記バースト信号と前記ＰＷＭ信号の論理積を演算して前記スイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成部と、前記バースト信号生成部で生成される前記バースト信号の比率を前記調光レベルに応じて調整する調整部とを有することを特徴とする。

この固体発光素子駆動装置において、前記調整部は、前記オン期間と前記オフ期間の累積値から前記バースト信号の比率を算出することが好ましい。

この固体発光素子駆動装置において、前記調整部は、少なくとも１回の前記オン期間及び前記オフ期間から前記累積値を推定することが好ましい。

この固体発光素子駆動装置において、前記調整部は、前記通電期間における最初の前記オン期間及びオフ期間から前記累積値を推定することが好ましい。

この固体発光素子駆動装置において、前記制御回路は、タイマを内蔵したマイクロコンピュータからなり、前記タイマで前記前記通電期間及び前記停止期間を計時することが好ましい。

本発明の照明装置は、前記何れかの固体発光素子駆動装置と、前記固体発光素子駆動装置によって駆動される固体発光素子とを備えることを特徴とする。

本発明の照明器具は、前記何れかの固体発光素子駆動装置と、前記固体発光素子駆動装置によって駆動される固体発光素子と、前記固体発光素子駆動装置及び前記固体発光素子を保持する器具本体とを備えることを特徴とする。

本発明の固体発光素子駆動装置及び照明装置、照明器具は、バースト調光の調光信号のオンデューティ比(調光レベル)が変化するタイミングに関わらず、オンデューティ比の最小変化幅に連動してスイッチング素子のオン期間の累積値を増減している。そのため、スイッチング周波数の高周波化を回避しつつバースト調光のオンデューティ比の変化に対して固体発光素子の光出力を滑らかに変化させることができるという効果がある。

(ａ)〜(ｃ)は本発明に係る固体発光素子駆動装置及び照明装置の実施形態１の動作を説明するための波形図である。同上の回路構成図である。本発明に係る固体発光素子駆動装置及び照明装置の実施形態２の回路構成図である。 (ａ)〜(ｃ)は同上の動作説明用の波形図である。 (ａ)，(ｂ)は従来例の動作を説明するための波形図である。

以下、固体発光素子としてＬＥＤ(発光ダイオード)を用いた固体発光素子駆動装置及び照明装置、照明器具に本発明の技術思想を適用した実施形態について説明する。ただし、固体発光素子はＬＥＤに限定されるものではなく、有機エレクトロルミネセンス(ＥＬ)素子などのＬＥＤ以外の固体発光素子であってもよい。

(実施形態１)
本実施形態の照明装置は、図２に示すように複数個のＬＥＤ60の直列回路からなる光源６と、直流電源Ｅから供給される直流電圧・電流を光源６に応じた直流電圧・電流に変換して光源６を駆動(点灯)する固体発光素子駆動装置(ＬＥＤ駆動装置)とで構成される。

本実施形態のＬＥＤ駆動装置は、スイッチング電源回路１と制御回路２を備え、スイッチング電源回路１の出力端子３に光源６が接続される。

直流電源Ｅからスイッチング電源回路１の入力端間に直流電圧が印加される。スイッチング電源回路１は、スイッチング素子Q1、ダイオードD1、インダクタL1、駆動回路10などで構成される従来周知の降圧チョッパ回路である。電界効果トランジスタからなるスイッチング素子Q1のドレインがダイオードD1のアノードに接続され、スイッチング素子Q1のソースが検出抵抗R1を介して直流電源Ｅの負極に接続されている。また、ダイオードD1のアノードとスイッチング素子Q1のドレインとの接続点にインダクタL1の一端が接続され、インダクタL1の他端とダイオードD1のカソードがそれぞれ出力端子３，３に接続されている。なお、インダクタL1には２次巻線L2が設けられており、２次巻線L2の一端が回路グランドに接続され、２次巻線L2の他端が制御回路２のゼロ電流検出部20に接続されている。

駆動回路10は、制御回路２から与えられる駆動信号がハイレベルのときにスイッチング素子Q1のゲートにバイアス電圧を印加してオンし、駆動信号がローレベルのときにバイアス電圧を印加しないことでスイッチング素子Q1をオフする。

制御回路２は、ＰＷＭ(パルス幅変調)信号を生成するタイマ(PWMタイマ23)を備えたマイクロコンピュータで構成され、PWMタイマ23の出力信号(PWM信号)を駆動信号として駆動回路10に与える。ただし、PWMタイマ23はＲＳフリップフロップで構成される。つまり、制御回路２を構成するマイクロコンピュータから出力される信号(駆動信号)のオン期間(ハイレベル期間)に応じてスイッチング素子Q1がオンし、オフ期間(ローレベル期間)に応じてスイッチング素子Q1がオフするのである。

また、制御回路２は、２次巻線L2に誘起される電圧からインダクタ電流のゼロクロスを検出し、ゼロクロスを検出したときにハイレベルの検出信号を出力するゼロ電流検出部20を有している。さらに、制御回路２は、始動部21、第１オアゲート22、比較器25、第２オアゲート26、オン期間計測部27、強制停止部28、調整部29などを有している。

始動部21は、直流電源Ｅから直流電圧の印加が開始されると、ハイレベルの起動信号を第１オアゲート22に出力する。第１オアゲート22は、始動部21の起動信号とゼロ電流検出部20の検出信号の論理和を演算してPWMタイマ23のセット端子にセット信号を出力する。

比較器25は、検出抵抗R1の両端電圧(検出電圧)を基準電圧Vrefと比較し、スイッチング素子Q1のオン期間に流れる電流(インダクタ電流)が所定のピーク値に達して検出電圧が基準電圧Vref以上となったら、出力信号をハイレベルに立ち上げる。オン期間計測部27は、PWMタイマ23から出力される駆動信号の１周期当たりのハイレベル期間(オン期間)を計測するとともに、その計測値を調整部29に出力する。

調整部29は、通電期間(PWMタイマ23から駆動信号が出力されている期間)内における計測値を累積し、その累積値が、調光器(図示せず)から指示される調光レベルに対応した目標値に達したら、強制停止部28にハイレベルのトリガ信号を出力する。そして、強制停止部28は、調整部29から出力されるトリガ信号がハイレベルの間、一定周期でハイレベルに立ち上がるワンショットパルス信号を第２オアゲート26に出力する。第２オアゲート26は、比較器25の出力と強制停止部28の出力(ワンショットパルス信号)との論理和を演算し、少なくとも何れか一方の出力がハイレベルに立ち上がったときにPWMタイマ23をリセットさせる。つまり、強制停止部28からワンショットパルス信号が出力されている間、PWMタイマ23が周期的にリセットされるためにPWMタイマ23から駆動信号が出力されず、スイッチング素子Q1がオフ状態に維持される。なお、PWMタイマ23から駆動信号が出力されない期間(スイッチング素子Q1がオフ状態に維持される期間)を停止期間と呼ぶ。

調光器は、例えば、操作つまみの操作位置(回動位置)と一対一に対応した調光レベルを、一定周期のパルス信号におけるオンデューティ比(オン時間幅)に変換し、当該パルス信号(PWM信号)からなる調光信号を制御回路２に出力している。ただし、調光信号のオンデューティ比の最小変化幅は、定格点灯時におけるスイッチング素子Q1のオン期間(駆動信号のハイレベル期間)よりも短くなっている。

次に、本実施形態の動作を説明する。まず、調光信号で指示される調光レベルが１００％、すなわち、スイッチング電源回路１の出力を連続して供給することで光源６を定格点灯する場合について説明する。ゼロ電流検出部20の検出信号又は始動部21の始動信号が第１オアゲート22に入力されてPWMタイマ23のセット端子にセット信号が出力されると、PWMタイマ23から駆動信号が出力されてスイッチング素子Q1がオンする。スイッチング素子Q1がオンすると直流電源Ｅ→光源６→インダクタL1→スイッチング素子Q1→検出抵抗R1→直流電源Ｅの経路で電流(インダクタ電流)が流れる。このインダクタ電流は、図１に示すように直線的に増加する。

そして、インダクタ電流が所定のピーク値に達すると比較器25の出力がハイレベルとなり、さらに第２オアゲート26の出力がハイレベルとなることでPWMタイマ23がリセットされて駆動信号が停止する。その結果、スイッチング素子Q1がオフとなり、インダクタL1に蓄積されたエネルギーが放出されることでダイオードD1を介して光源６に電流(インダクタ電流)が流れ続ける。

インダクタL1に蓄積されたエネルギーが全て放出されてインダクタ電流がゼロになると、ゼロ電流検出部20から検出信号が出力され、第１オアゲート22からPWMタイマ23のセット端子にセット信号が出力される。故に、PWMタイマ23から駆動信号が出力されてスイッチング素子Q1がオンする。このようにしてスイッチング素子Q1が一定の周期(スイッチング周期)でスイッチングされることにより、スイッチング電源回路１から光源６に定格の直流電流(平均値)が供給される。

続いて、調光信号で指示される調光レベルが１００％未満の場合の動作について説明する。この場合、制御回路２は、スイッチング電源回路１の出力を周期的に断続することにより、光源６に流れる電流の平均値を調光レベルに対応した値に調整する。つまり、本実施形態においては、従来例と同様に光源６の調光方式としてバースト調光方式を採用している。

調整部29は、パルス信号からなる調光信号の立ち上り、立下りを読み取ることで、オン幅、オフ幅、周期を読み取り、そのデューティ比に応じて調光レベルを決定する。調整部29は、通電期間内におけるスイッチング素子Q1のオン期間Ton(i)の累積値ΣTon(=Ton(1)+Ton(2)+…+Ton(n))を、調光レベルに対応した目標値に一致させるように、スイッチング素子Q1のオン期間Ton(k)を調整する(k=1，2，…，n)。ただし、バースト調光における調光レベルの上限値(例えば、９９％)から下限値(例えば、５％)までの範囲において、調光レベルの最小変動幅毎に各調光レベルに対応した目標値がマイクロコンピュータのメモリに格納されている。故に、調整部29は、調光信号で指示される調光レベルに対応した目標値を前記メモリから読み出して取得する。

調整部29は、オン期間計測部27で計測されるオン期間Ton(1)，Ton(2)，…，Ton(n)の計測値を累積し、その累積値ΣTonがメモリから読み出して取得した目標値に達したら、強制停止部28にハイレベルのトリガ信号を出力する。ただし、調整部29は、バースト信号の周期Txから目標値を差し引いた期間(停止期間)が経過したら、強制停止部28へのトリガ信号の出力を止める。

例えば、図１(ａ)に示すように、調光信号に対応した目標値が、通常の２周期分のオン期間の累積値よりも大きく且つ通常の３周期分のオン期間の累積値よりも小さい場合、３周期目のオン期間Ton(3)が通常のオン期間Ton(1)，Ton(2)よりも短くなる。すなわち、３周期目のオン期間Ton(3)においては、インダクタ電流がピーク値ILpに達する前に、オン期間の累積値ΣTonが目標値に達するため、調整部29がPWMタイマ23による駆動信号の出力を強制的に停止させる。その結果、３周期目のオン期間Ton(3)でインダクタL1に蓄積されたエネルギーが放出された後、スイッチング電源回路１の出力が停止して光源６に電力が供給されない。そして、停止期間が経過した後、調整部29が強制停止部28へのトリガ信号出力を止め、始動部21がセット信号を出力することでPWMタイマ23が駆動信号の出力を再開する。

また、図１(ａ)に示す状態から調光信号のオンデューティ比が最小変化幅だけ減少した場合を考える。この場合、図１(ｂ)に示すように、調光信号に対応した目標値が、通常の２周期分のオン期間の累積値に略等しくなる。故に、調整部29は、２周期目のオン期間Ton(2)が終了した時点でPWMタイマ23による駆動信号の出力を強制的に停止させる。その結果、２周期目のオン期間Ton(2)でインダクタL1に蓄積されたエネルギーが放出された後、スイッチング電源回路１の出力が停止して光源６に電力が供給されない。そして、停止期間が経過した後、調整部29が強制停止部28へのトリガ信号出力を止め、始動部21がセット信号を出力することでPWMタイマ23が駆動信号の出力を再開する。

さらに、図１(ｂ)に示す状態から調光信号のオンデューティ比が最小変化幅だけ減少した場合を考える。この場合、図１(ｃ)に示すように、調光信号に対応した目標値が、通常の１周期分のオン期間の累積値よりも大きく且つ通常の２周期分のオン期間の累積値よりも小さくなる。故に、調整部29は、２周期目のオン期間Ton(2)において、インダクタ電流がピーク値ILpに達する前にオン期間の累積値ΣTonが目標値に達すると、PWMタイマ23による駆動信号の出力を強制的に停止させる。その結果、２周期目のオン期間Ton(2)でインダクタL1に蓄積されたエネルギーが放出された後、スイッチング電源回路１の出力が停止して光源６に電力が供給されない。そして、停止期間が経過した後、調整部29が強制停止部28へのトリガ信号出力を止め、始動部21がセット信号を出力することでPWMタイマ23が駆動信号の出力を再開する。

従来例においては、スイッチング素子のオフ期間にバースト調光のオンデューティ比が変化してもＬＥＤに流れる電流が変化しない。これに対して本実施形態では、調光信号のオンデューティ比(調光レベル)が変化するタイミングに関わらず、オンデューティ比の最小変化幅に連動してスイッチング素子Q1のオン期間の累積値を増減している。そのため、本実施形態の照明装置(ＬＥＤ駆動装置)では、スイッチング周波数の高周波化を回避しつつバースト調光のオンデューティ比の変化に対して固体発光素子(光源６)の光出力を滑らかに変化させることができる。

ところで、通常の動作状態においては、直流電源Ｅの電源電圧及び光源６の電圧の何れもが安定しているので、比較器25に入力される検出電圧が基準電圧Vrefに達するまでの時間もほぼ一定となる。故に、インダクタ電流がピーク値ILpに達するまでのオン期間もほぼ一定となるので、調整部29は、オン期間計測部27の毎周期毎の計測値を累積する代わりに、少なくとも１回のオン期間の計測値を代表値とし、その代表値に係数を乗算することで累積値を推定しても構わない。なお、代表値としては、通電期間における最初のオン期間Ton(1)の計測値を用いることが好ましい。

(実施形態２)
本実施形態のＬＥＤ駆動装置及び照明装置の回路構成図を図３に示す。ただし、本実施形態の基本構成は実施形態１と共通するので、実施形態１と共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態における制御回路２は、ゼロ電流検出部20、始動部21、比較器25、調整部29、PWM信号生成部30、アンドゲート31、バースト信号生成部32、オン・オフ期間計測部33を有している。

PWM信号生成部30は、ゼロ電流検出部20から検出信号が入力されるか、あるいは始動部21から始動信号が入力されるとPWM信号を出力し、且つ比較器25の出力がハイレベルになるとPWM信号の出力を停止する。

アンドゲート31は、PWM信号と、バースト信号生成部32から出力されるバースト信号との論理積を演算し、その演算結果を駆動信号として駆動回路10に出力する。オン・オフ期間計測部33は、アンドゲート31から出力される駆動信号のハイレベル期間(スイッチング素子Q1のオン期間)と、駆動信号のローレベル期間(スイッチング素子Q1のオフ期間)とを各別に計測し、それぞれの計測値を調整部29に順次出力する。

調整部29は、オン・オフ期間計測部33で計測されるオン期間Ton(i)とオフ期間Toff(i)の各計測値に基づき、オン期間Ton(i)の累積値ΣTon(i)が調光信号で指示される調光レベルに対応した目標値に達するまでに必要となるオフ期間Toff(i)の累積値を算出する。さらに調整部29は、目標値とオフ期間Toff(i)の累積値を合計した値を算出し、その値をバースト信号のオン期間(通電期間)としてバースト信号生成部32に出力する。

バースト信号生成部32は、オン期間が調整部29から出力される値に等しいPWM信号からなるバースト信号を生成してアンドゲート31へ出力する。

次に、本実施形態の動作を説明する。まず、調光信号で指示される調光レベルが１００％(定格点灯)の場合について説明する。ゼロ電流検出部20の検出信号又は始動部21の始動信号が入力されてPWM信号生成部30からPWM信号が出力される。調整部29は、調光信号で指示される調光レベルが１００％の場合、バースト信号のオン期間としてバースト信号の周期Tzに等しい値をバースト信号生成部32に出力する。したがって、バースト信号生成部32からは、ハイレベルに固定されたバースト信号がアンドゲート31に出力され、アンドゲート31からは、PWM信号に同期した駆動信号が出力される。そして、アンドゲート31から出力される駆動信号に同期して駆動回路10がスイッチング素子Q1をオンする。スイッチング素子Q1がオンすると直流電源Ｅ→光源６→インダクタL1→スイッチング素子Q1→検出抵抗R1→直流電源Ｅの経路で電流(インダクタ電流)が流れる。

そして、インダクタ電流が所定のピーク値ILpに達すると比較器25の出力がハイレベルとなることでPWM信号生成部30が駆動信号の出力を停止する。その結果、スイッチング素子Q1がオフとなり、インダクタL1に蓄積されたエネルギーが放出されることでダイオードD1を介して光源６に電流(インダクタ電流)が流れ続ける。

インダクタL1に蓄積されたエネルギーが全て放出されてインダクタ電流がゼロになると、ゼロ電流検出部20から検出信号が出力されてPWM信号生成部30からPWM信号が出力される。故に、PWM信号生成部30からPWM信号が出力されることにより、再びスイッチング素子Q1がオンする。このようにしてスイッチング素子Q1が一定の周期(スイッチング周期)でスイッチングされ、スイッチング電源回路１から光源６に定格の直流電流(平均値)が供給される。

続いて、調光信号で指示される調光レベルが１００％未満の場合の動作について説明する。制御回路２は、実施形態１と同様にバースト調光方式を採用しており、スイッチング電源回路１の出力を周期的に断続することで光源６に流れる電流の平均値を調光レベルに対応した値に調整する。

調整部29は、オン・オフ期間計測部33で計測されるオン期間Ton(i)とオフ期間Toff(i)の各計測値に基づき、オン期間Ton(i)の累積値ΣTonが調光信号で指示される調光レベルに対応した目標値に達するまでに必要となるオフ期間Toff(i)の累積値を算出する。さらに調整部29は、目標値(＝オン期間Ton(i)の累積値ΣTon)とオフ期間Toff(i)の累積値を合計した値を算出し、その値をバースト信号のオン期間(通電期間)としてバースト信号生成部32に出力する。そして、バースト信号生成部32は、オン期間が調整部29から出力される値に等しいバースト信号を生成してアンドゲート31へ出力する。アンドゲート31は、バースト信号とPWM信号が何れもハイレベルとなるときに駆動信号を出力する。

そして、通電期間内におけるオン期間Ton(i)の累積値が目標値に達すると、最後のオン期間Ton(m)が経過した時点でバースト信号がローレベルに立ち下がるので、アンドゲート31の出力がローレベルに固定されて駆動信号の出力が停止する。オフ期間(停止期間)が終了してバースト信号が立ち上がると同時に始動部21がセット信号を出力することにより、アンドゲート31の出力がハイレベルに立ち上がって再び駆動信号が出力される。

例えば、図４(ａ)に示すように、調光信号に対応した目標値が、通常の１周期分のオン期間の累積値よりも大きく且つ通常の２周期分のオン期間の累積値よりも小さい場合を想定する。この場合、バースト信号のオン期間(通電期間)が２周期目の途中で終了するので、２周期目においては、インダクタ電流がピーク値ILpに達する前にアンドゲート31の出力がローレベルとなって駆動信号の出力が停止する。その結果、２周期目のオン期間Ton(2)でインダクタL1に蓄積されたエネルギーが放出された後、スイッチング電源回路１の出力が停止して光源６に電力が供給されない。そして、バースト信号のオフ期間(停止期間)が終了してバースト信号が立ち上がると同時に始動部21がセット信号を出力することにより、アンドゲート31の出力がハイレベルに立ち上がって再び駆動信号が出力される。

また、図４(ａ)に示す状態から調光信号のオンデューティ比が最小変化幅だけ減少した場合を想定する。このとき、図４(ｂ)に示すように、調光信号に対応した目標値が、通常の１周期分のオン期間の累積値よりも大きく且つ通常の２周期分のオン期間の累積値よりも小さいと仮定する。この場合、バースト信号のオン期間(通電期間)が２周期目の途中で終了するので、２周期目においては、インダクタ電流がピーク値ILpに達する前にアンドゲート31の出力がローレベルとなって駆動信号の出力が停止する。その結果、２周期目のオン期間Ton(2)でインダクタL1に蓄積されたエネルギーが放出された後、スイッチング電源回路１の出力が停止して光源６に電力が供給されない。そして、バースト信号のオフ期間(停止期間)が終了してバースト信号が立ち上がると同時に始動部21がセット信号を出力することにより、アンドゲート31の出力がハイレベルに立ち上がって再び駆動信号が出力される。

さらに、図４(ｂ)に示す状態から調光信号のオンデューティ比が最小変化幅だけ減少した場合を想定する。このとき、図４(ｃ)に示すように、調光信号に対応した目標値が、通常の１周期分のオン期間の累積値に略等しくなると仮定する。この場合、バースト信号のオン期間の終了と１周期目のオン期間Ton(1)の終了とが同期し、１周期目のオン期間Ton(1)が終了した時点でアンドゲート31の出力がローレベルとなって駆動信号の出力が停止する。その結果、１周期目のオン期間Ton(1)でインダクタL1に蓄積されたエネルギーが放出された後、スイッチング電源回路１の出力が停止して光源６に電力が供給されない。そして、バースト信号のオフ期間(停止期間)が終了してバースト信号が立ち上がると同時に始動部21がセット信号を出力することにより、アンドゲート31の出力がハイレベルに立ち上がって再び駆動信号が出力される。

上述のように本実施形態では、調光信号のオンデューティ比(調光レベル)が変化するタイミングに関わらず、オンデューティ比の最小変化幅に連動してバースト信号のオン期間(オンデューティ比)を増減している。そのため、本実施形態の照明装置(ＬＥＤ駆動装置)においても実施形態１と同様に、スイッチング周波数の高周波化を回避しつつバースト調光のオンデューティ比の変化に対して固体発光素子(光源６)の光出力を滑らかに変化させることができる。

ところで、通常の動作状態においては、直流電源Ｅの電源電圧及び光源６の電圧の何れもが安定しているので、比較器25に入力される検出電圧が基準電圧Vrefに達するまでの時間もほぼ一定となる。故に、インダクタ電流がピーク値ILpに達するまでのオン期間Ton並びにインダクタ電流がピーク値ILpからゼロになるまでのオフ期間Toffもほぼ一定となる。したがって、調整部29は、少なくとも１回のオン期間Ton及びオフ期間Toffの計測値(例えば、通電期間の最初のオン期間Ton(1)及びオフ期間Toff(1)の計測値)を代表値とし、その代表値からバースト信号のオン期間(通電期間)を算出しても構わない。

例えば、調光レベルに対応したオン期間Tonの累積値の目標値をΣTonとし、オン期間Ton及びオフ期間Toffの代表値をそれぞれTon(*)，Toff(*)とすると、バースト信号のオン期間(通電期間)Tburstは、下記の式で算出できる。ただし、int[m/n]は数値ｍを数値ｎで除算したときの商(整数)を表す。

Tburst=ΣTon+int[ΣTon/Ton(*)]×Toff(*)
また、上述した実施形態１，２では、スイッチング電源回路１として臨界電流制御される降圧チョッパ回路を例示したが、スイッチング電源回路１の回路構成は臨界電流制御される降圧チョッパ回路に限定されるものではない。さらに、直流電源Ｅの代わりに、交流電源と、交流電源の交流電圧・交流電流を直流電圧・直流電流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータとを用いても構わない。

ここで、図示は省略するが、実施形態１，２の何れかのＬＥＤ駆動装置と光源６を器具本体に保持することで照明器具を実現することができる。このような照明器具としては、例えば、ダウンライトやシーリングライト、あるいは車両の前照灯などが実現可能である。

１スイッチング電源回路
２制御回路
６光源(固体発光素子)
Q1 スイッチング素子
L1 インダクタ
D1 ダイオード(回生素子)

Claims

出力端子間に固体発光素子が接続されるスイッチング電源回路と、前記スイッチング電源回路を構成するスイッチング素子をスイッチング制御する制御回路とを備え、
前記スイッチング電源回路は、前記スイッチング素子とインダクタの直列回路と、前記スイッチング素子がオフしたときに前記インダクタから回生電流を流す回生素子とを有し、
前記制御回路は、マイクロコンピュータからなり、前記マイクロコンピュータから出力する信号のオン期間に応じて前記スイッチング素子をオンし、前記信号のオフ期間に応じて前記スイッチング素子をオフし、さらに、前記スイッチング電源回路の出力を周期的に断続することにより、前記固体発光素子に流れる電流の平均値を、外部から指示される調光レベルに対応した値に調整するものであって、
前記制御回路は、通電期間に前記スイッチング素子をスイッチングし、前記通電期間に続く停止期間に前記スイッチング素子のスイッチングを停止するとともに、前記調光レベルに応じて前記通電期間又は前記停止期間を増減しながら前記通電期間と前記停止期間を交互に繰り返し、さらに、前記調光レベルに応じて前記通電期間内における前記信号のオン期間の累積値を調整し、且つ、前記通電期間の最小変化幅を前記オン期間よりも短くしており、
さらに、前記制御回路は、少なくとも１回の前記オン期間から前記累積値を推定することを特徴とする固体発光素子駆動装置。
前記制御回路は、前記オン期間の累積値を監視し、前記累積値が前記調光レベルに対応した目標値に達したら前記スイッチング素子のスイッチングを停止することを特徴とする請求項１記載の固体発光素子駆動装置。
前記制御回路は、前記通電期間における最初の前記オン期間から前記累積値を推定することを特徴とする請求項１又は２記載の固体発光素子駆動装置。
出力端子間に固体発光素子が接続されるスイッチング電源回路と、前記スイッチング電源回路を構成するスイッチング素子をスイッチング制御する制御回路とを備え、
前記スイッチング電源回路は、前記スイッチング素子とインダクタの直列回路と、前記スイッチング素子がオフしたときに前記インダクタから回生電流を流す回生素子とを有し、
前記制御回路は、マイクロコンピュータからなり、前記マイクロコンピュータから出力する信号のオン期間に応じて前記スイッチング素子をオンし、前記信号のオフ期間に応じて前記スイッチング素子をオフし、さらに、前記スイッチング電源回路の出力を周期的に断続することにより、前記固体発光素子に流れる電流の平均値を、外部から指示される調光レベルに対応した値に調整するものであって、
前記制御回路は、通電期間に前記スイッチング素子をスイッチングし、前記通電期間に続く停止期間に前記スイッチング素子のスイッチングを停止するとともに、前記調光レベルに応じて前記通電期間又は前記停止期間を増減しながら前記通電期間と前記停止期間を交互に繰り返し、さらに、前記調光レベルに応じて前記通電期間内における前記信号のオン期間の累積値を調整し、且つ、前記通電期間の最小変化幅を前記オン期間よりも短くしており、
さらに、前記制御回路は、前記通電期間及び前記停止期間に同期した一定周期のパルス信号からなり、前記通電期間と前記停止期間の比率が可変であるバースト信号を生成するバースト信号生成部と、前記バースト信号よりも周波数が高く且つ周期及びオン幅が双方とも可変であるＰＷＭ(パルス幅変調)信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、前記バースト信号と前記ＰＷＭ信号の論理積を演算して前記スイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成部と、前記バースト信号生成部で生成される前記バースト信号の比率を前記調光レベルに応じて調整する調整部とを有することを特徴とする固体発光素子駆動装置。
前記調整部は、前記オン期間と前記オフ期間の累積値から前記バースト信号の比率を算出することを特徴とする請求項４記載の固体発光素子駆動装置。
前記調整部は、少なくとも１回の前記オン期間及び前記オフ期間から前記累積値を推定することを特徴とする請求項５記載の固体発光素子駆動装置。
前記調整部は、前記通電期間における最初の前記オン期間及びオフ期間から前記累積値を推定することを特徴とする請求項６記載の固体発光素子駆動装置。
前記制御回路は、タイマを内蔵したマイクロコンピュータからなり、前記タイマで前記通電期間及び前記停止期間を計時することを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の固体発光素子駆動装置。
請求項１〜８の何れかの固体発光素子駆動装置と、前記固体発光素子駆動装置によって駆動される固体発光素子とを備えることを特徴とする照明装置。
請求項１〜８の何れかの固体発光素子駆動装置と、前記固体発光素子駆動装置によって駆動される固体発光素子と、前記固体発光素子駆動装置及び前記固体発光素子を保持する器具本体とを備えることを特徴とする照明器具。