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WO2012063815A1 - Ｌｅｄ点灯装置およびｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Ｌｅｄ点灯装置およびｌｅｄ照明装置 Download PDF

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WO2012063815A1
WO2012063815A1 PCT/JP2011/075713 JP2011075713W WO2012063815A1 WO 2012063815 A1 WO2012063815 A1 WO 2012063815A1 JP 2011075713 W JP2011075713 W JP 2011075713W WO 2012063815 A1 WO2012063815 A1 WO 2012063815A1
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control
dimming
led
leds
current
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PCT/JP2011/075713
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English (en)
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徹 石北
笹井　敏彦
鎌田　征彦
啓道 中島
岩井　直子
彩弥香 冨山
Original Assignee
東芝ライテック株式会社
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Publication date
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H05B45/3725—Switched mode power supply [SMPS]
    • H05B45/375—Switched mode power supply [SMPS] using buck topology
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/20—Controlling the colour of the light
    • H05B45/24—Controlling the colour of the light using electrical feedback from LEDs or from LED modules
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/30—Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to an LED lighting device capable of toning and dimming, and an LED lighting device including the same.
  • the pulse width control method has a problem that a flicker phenomenon is likely to occur at the time of photographing with a camera, or noise is likely to occur when a current value is large. Therefore, it is not preferable to adopt the pulse width control method over the entire dimming region.
  • flicker phenomenon and noise do not occur, but in the case of an LED, it has been found that the color temperature of the LED greatly decreases in a deep dimming region where the dimming degree is small. For this reason, when performing continuous light control while adjusting the color, there is a problem that the color temperature of the toned color is greatly shifted from the design value when reaching the deep light adjustment region, and the desired color temperature is not obtained.
  • the amplitude control method when the current value becomes small and deep dimming is performed, the brightness tends to vary depending on the LED. On the other hand, there is no such problem in the case of the pulse width control method. Therefore, a continuous current is supplied to the LED in a region where the current value is large and the dimming is shallow, and in the dimming region where the current value is small and the dimming is deep, a PWM current which is a rectangular wave whose pulse width is controlled is supplied. Any of the problems can be overcome.
  • the LED lighting device that enables dimming and toning is configured by switching between a continuous current and a PWM current with reference to a predetermined threshold current as a current supplied to the LED,
  • toning control is performed in a dimming region where the dimming level is deeper than the threshold value, flickering in brightness is easily perceived by humans.
  • flickering in brightness is difficult for humans to perceive.
  • the inventor performs the toning control in the dimming region where the dimming level is deeper than the threshold as described above, the flickering of the brightness is easily perceived by a person for the deep dimming degree. And found that the resolution of the PWM frequency is too low.
  • FIG. 5 is a graph conceptually illustrating continuous light control and current waveform at the same time in amplitude control and pulse width control.
  • FIG. It is a graph which similarly shows the color temperature shift of light emission of LED in amplitude control and pulse width control. It is a graph which shows the correlation of the light control and the color control of the LED lighting device concerning 2nd Embodiment.
  • a plurality of types of LEDs having different color temperatures; an LED lighting circuit that lights each of the plurality of types of LEDs; and a current ratio that simultaneously turns on the plurality of types of LEDs and supplies them to the plurality of types of LEDs
  • Dimming control for controlling the LED lighting circuit to change the current while maintaining the current substantially constant, and the LED lighting circuit to change the current ratio while maintaining the sum of the currents supplied to the plurality of types of LEDs substantially constant
  • the dimming degree of the plurality of types of LEDs is the first predetermined value and the dimming degree is 20% or less.
  • the second LED 2 has a light color of light output, for example, which is relatively reddish, in other words, has a relatively low color temperature and is an L color in the range of correlated color temperatures 2580 to 2870K.
  • the one of 2800K is used.
  • the color temperature may be obtained by a single type of LED as in the case of the first LED 1 or may be obtained by additive mixing of light emitted from a plurality of types of LEDs having different emission colors.
  • the number of the first and second LEDs 1 and 2 is not particularly limited, one or any of a plurality of arbitrary LEDs are used by being appropriately connected in series or in series-parallel to the lighting circuit 3 described later. be able to. And the number of 1st LED1 and 2nd LED2 may be equal, and does not need to be equal.
  • the LED lighting circuit 3 can perform the dimming operation by the amplitude control and the dimming operation by the pulse width control by sharing the dimming region, as shown as an example by the lighting circuit element 3a of FIG. It is configured as follows.
  • current feedback is performed in the case of amplitude control
  • voltage control is performed in the case of pulse width control.
  • a current detecting resistor R1 is inserted in series in the circuit portion where the increased current flowing in the series circuit and the decreased current of the inductor L1, the output capacitor C1 and the closed circuit of the diode D1 flow together, The terminal voltage is detected for current feedback. Further, the terminal voltage of the output capacitor C1 is detected for voltage feedback.
  • Each of the detection signals is control-inputted to a control means 4 (to be described later) via a switching circuit shown in FIG.
  • the current detection signal obtained from both ends of the resistor R1 is input to one input terminal of the first comparator CP1.
  • the output detection signal obtained from the output capacitor C1 is input to one input terminal of the second comparator CP2.
  • the output terminal of the first reference value generation circuit E1 is connected to the other input terminal of the first comparator CP1.
  • the output terminal of the second reference value generating circuit E2 is connected to the other input terminal of the second comparator CP2.
  • the dimming signal DS is input to the input ends of the first and second reference value generation circuits E1 and E2.
  • the first reference value generation circuit E1 generates a reference voltage for other dimming regions other than the deep dimming region where the dimming signal DS is 20% or less.
  • the second reference value generation circuit E2 generates a reference voltage in the deep dimming region where the dimming signal has a dimming degree of 20% or less. Then, the output signals of the first and second reference value generation circuits E1 and E2 are input to the control means 4 to be described later via the OR circuit OR, and amplitude control and pulse width control corresponding to the dimming degree are performed. Contributes to feedback control.
  • the control means 4 is a means for controlling the LED lighting circuit 3, but can control at least the lighting of the first and second LEDs 1 and 2. Further, the LED lighting circuit 3 is controlled by switching between amplitude control and pulse width control in accordance with the dimming degree of the first and second LEDs 1 and 2 during dimming. Amplitude control functions at the time of light control in other regions other than the deep light control region of 20% or less of the total light control region. Further, the pulse width control functions at the time of light control in a light control region of 20% or less that is a deep light control region.
  • the output current of the LED lighting circuit 3 is changed according to the dimming degree.
  • the control means 4 operates correspondingly, and the increase current of the step-down chopper is changed according to the dimming signal. Therefore, the output current of the LED lighting circuit 3 changes according to the dimming degree. As a result, the first and second LEDs 1 and 2 are dimmed according to the dimming degree.
  • reference numerals IF1 to IF4 provided in the lighting circuit 3 are interposed between the control means 4 and an interface circuit provided to ensure control by the control means 4 described later. And the voltage feedback interfaces IF2 and IF4 as well as the current feedback interfaces IF1 and IF3 of the first and second lighting circuit elements.
  • Reference sign DSG1 is a drive signal generating circuit for driving the switching element of the first lighting circuit element 3a
  • reference sign DSG2 is a drive signal generating circuit for driving the switching element of the second lighting circuit element 3b.
  • the feedback switching circuit shown in FIG. 2 is not shown.
  • the lighting circuit 3 includes load current detection means and load voltage detection means, which are not shown. These means are provided in each circuit block of the first lighting circuit element 3a and the second lighting circuit element 3b.
  • the detection output of the load current detection means is sent to the control means 4 described later via the interface circuit IF1 of the first lighting circuit element 3a and the interface circuit IF3 of the second lighting circuit element 3b.
  • the detection output of the load voltage detection means is a control input to the control means 4 to be described later via the interface circuit IF2 of the first lighting circuit element 3a and the interface circuit IF4 of the second lighting circuit element 3b. Is done.
  • the dimming range of the plurality of types of LEDs 1 and 2 has a dimming region that covers the entire light, that is, the dimming degree of 100% to the dimming lower limit, for example, 1%.
  • the horizontal axis represents the dimming degree (%)
  • the vertical axis represents the brightness (%)
  • the dimming characteristic indicating the relationship between the dimming degree and the brightness is a straight line.
  • the lower limit of dimming is 1%, but the dimming degree is drawn as 0% because of the limit shown.
  • the amplitude control operation and the pulse width control operation of each lighting circuit element are described according to the dimming degree.
  • LED1 is amplitude controlled
  • the second LED2 is controlled by pulse width control. That is, in the case where the desired color mixture is performed by the first LED 1 and the second LED 2 and the toning control is performed, the current supplied to each LED from each lighting circuit element when reproducing the desired color temperature is in the all-light state.
  • the pulse width control is performed as described above in order to suppress the color temperature shift. This embodiment also includes such aspects.
  • the lighting circuit 3 is controlled so that the dimming control and the toning control can be selectively performed on the plurality of types of LEDs 1 and 2 as desired.
  • the dimming control the current is changed, that is, the dimming control is performed while maintaining the current ratio supplied from the lighting circuit 3 to the plurality of types of LEDs 1 and 2 substantially constant.
  • the current ratio is changed, that is, the dimming control is performed in the opposite directions while maintaining the sum of the currents supplied from the lighting circuit 3 to the plurality of types of LEDs 1 and 2 substantially constant.
  • the current supplied from the lighting circuit 3 to the plurality of types of LEDs 1 and 2 is a continuous current when the dimming degree exceeds the first predetermined value as a threshold value. If it is less than that, it will be PWM current.
  • the continuous current is a direct current that is amplitude-controlled and continuous.
  • the PWM current is a rectangular-wave direct current with pulse width control.
  • the first predetermined value may be set in consideration of an appropriate safety factor in the dimming degree that causes inconveniences such as a shift in emission color in the case of dimming by continuous current due to deep dimming. it can.
  • the dimming degree is preferably set within a range of 15 to 25%.
  • the PWM frequency of the PWM current under the control of the above (2) by the first predetermined value can be generally employed, for example, about 500 Hz to 1 kHz, preferably about 800 Hz.
  • the dimming characteristic lines D1 to D11 will be described with reference to FIG.
  • the dimming characteristic line D6 indicates that 100% of the point in the upper right corner of the graph indicates 100% dimming state of the entire LED lighting device, and the first and second LEDs 1 and 2 are respectively 50% contribution.
  • the intersection of 20% is a dimming state of 20% as a whole, and the first and second LEDs 1 and 2 contribute 10%.
  • the intersection of 16% is 16% dimming as a whole, and the first and second LEDs 1 and 2 contribute 8%.
  • the intersection of 8% is 8% dimming as a whole, and the first and second LEDs 1 and 2 contribute 4%.
  • the toning characteristic line C6 is a toning characteristic line that connects a point with a dimming degree of 50% on the horizontal axis and a point with a dimming degree of 50% on the vertical axis. This intersection indicates that the entire LED lighting device in which only the first LED 1 is lit is in a toning state with a dimming degree of 50%.
  • the light color at this time is a light color in which bluishness is emphasized in the case of the LED 1 having the above-described emission color.
  • the LED lighting device as a whole in the dimming control and the toning control, the LED lighting device as a whole is continuously in the state where the dimming degree exceeds 20% (10% for the first or second LED).
  • the current is supplied to turn on the LEDs 1 and 2, but when any one of the LEDs 1 or 2 has a dimming degree of 10% or less, at least the continuous current supplied to the LED is switched to the PWM current.
  • the entire LEDs 1 and 2 can be switched to the PWM current.
  • the PWM frequency is changed from 800 Hz.
  • the first and second LEDs 1 and 2 are turned on by switching to 300 Hz. That is, the toning characteristic line C3 connecting the 8% dimming points on the horizontal axis and the vertical axis in the figure intersects the dimming characteristic lines D1 to D11, so that the toning is switched at each intersection. If the PWM frequency is lowered at the time of toning switching, the resolution of the pulse width control is increased, so that flickering of brightness is easily perceived.
  • the first and second LEDs 1 and 2 are also supplied.
  • the PWM frequency of the PWM current is switched to a low value.
  • the PWM frequency is lowered only in the toning changing process of transition from one intersection to the next adjacent intersection. Then, after reaching the target level, the PWM frequency returns to a relatively high PWM frequency again. If the PWM frequency is low, a strobe effect occurs, which is not preferable. However, by returning to the original PWM frequency after reaching the target level, the generation of the strobe effect can be suppressed.
  • the PWM frequency When switching the PWM frequency, it can be configured not to change the duty of the pulse width control. If the duty of the pulse width control changes when switching the PWM frequency, the dimming degree changes during the toning control, giving a sense of discomfort to the user of the LED lighting device. According to this aspect, since the light control degree does not change during the color control, the user of the LED lighting device does not feel uncomfortable.
  • the duty of the pulse width control can be changed.
  • the PWM frequency is switched, if the light emission of the LED changes, the duty ratio of the pulse width control can be changed to compensate for the change.
  • the change in the light emission of the LED is reduced, so that the change in the light emission of the LED is reduced.
  • the change in light emission includes brightness and / or light color.
  • the PWM frequency of the PWM current is set. By making it low, it is possible to provide an LED lighting device in which flickering of brightness is suppressed even when toning control is performed in a region where the degree of dimming is deeper.
  • the LED lighting device includes the LED lighting device main body and the LED lighting device of the above-described embodiment disposed in the LED lighting device main body.
  • the LED illumination device is allowed to be various devices including the first and second LEDs.
  • the LED lighting device main body refers to the remaining part excluding the LED lighting device from the LED lighting device.
  • the LED lighting circuit of the LED lighting device may be disposed at a position separated from the LED lighting device main body.

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  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

　ＬＥＤ点灯装置は、色温度の異なる複数種のＬＥＤ1、2と、複数種のＬＥＤをそれぞれ点灯するＬＥＤ点灯回路3と、複数種のＬＥＤを同時に調光可能に点灯するようにＬＥＤ点灯回路を制御するとともに調光度２０％以下の深調光領域においてはパルス幅制御により複数種のＬＥＤを調光制御し、その他の調光領域においては振幅制御により複数種のＬＥＤを調光制御する制御手段4とを具備している。

Description

ＬＥＤ点灯装置およびＬＥＤ照明装置
　本発明の実施形態は、調色と調光を行えるＬＥＤ点灯装置およびこれを備えたＬＥＤ照明装置に関する。
　色温度の異なる複数種のＬＥＤなどの光源を点灯してそれらの光出力を混光し、中間的な色温度の光出力を得ることを調色といい、光源の光出力を変化することを調光という。調色と調光の両方を行えるようにＬＥＤ点灯装置を構成ことができる。このようなＬＥＤ点灯装置を用いて高照度照明時の色温度と低照度照明時の色温度を所望により変えることができる。また、ＬＥＤを光源としてこれを点灯するために、連続した直流電流を供給する方法（振幅制御方式）と直流の矩形波電流を供給する方法（パルス幅制御（ＰＭＷ）方式）とがある。連続電流の場合にはその振幅を変化させ、また矩形波電流の場合にはそのデューティ比を変化させれば、それぞれ電流の実効値が変化するので、いずれの電流による点灯でもＬＥＤの調光制御を行うことができる。
　しかしながら、パルス幅制御方式は、カメラ撮影時にフリッカ現象が発生しやすい、または電流値が大きいときには、ノイズが発生しやすいという問題がある。したがって、調光領域の全域にわたってパルス幅制御方式を採用するのは好ましくない。一方、振幅制御方式は、フリッカ現象やノイズは発生しないが、ＬＥＤの場合、調光度が小さい深調光領域においてＬＥＤの色温度が大きく低下することが分かった。このため、調色しながら連続調光を行う場合、深調光領域に至ると、調色の色温度が設計値から大きくシフトしてしまい、所望の色温度でなくなるという問題がある。また、振幅制御方式では電流値が小さくなって深い調光になると、ＬＥＤによっては明るさにばらつきが出やすい。これに対して、パルス幅制御方式の場合にはこのような問題はないとされている。したがって、電流値が大きくて調光が浅い領域では連続電流をＬＥＤに供給し、電流値が小さくて深い調光領域では、パルス幅制御された矩形波であるPWM電流を供給することで上述の問題は、そのいずれも克服することができる。
　本発明者の研究によれば、ＬＥＤに供給する電流を所定の閾値電流を基準として連続電流とPWM電流とを切り換えることにより、調光および調色を可能としたＬＥＤ点灯装置を構成した場合、調光レベルが上記閾値よりさらに深い調光領域において調色制御を行うと、明るさのちらつきが人に知覚されやすくなる。これに対して調光制御のみを行う場合には、明るさのちらつきが人に知覚されにくい、ということが分かった。
　上述のような知覚の差は、調色制御のみを行った場合では明るさの変化が生じないために、明るさのちらつきが生じると人に知覚されやすくなる、これに対して、調光制御のみを行った場合では明るさの変化を伴うために、明るさのちらつきが人に知覚されにくくなる、ためであると考えられる。
　また、本発明者は、上述のように調光レベルが上記閾値よりさらに深い調光領域において調色制御を行うと、明るさのちらつきが人に知覚されやすくなるのは、深い調光度に対してＰＷＭ周波数の分解能が低すぎるためであることを見出した。
第１の実施形態に係わるＬＥＤ点灯装置の回路ブロック図である。 同じく調光の振幅制御およびパルス幅制御を切り換える帰還切換回路を説明する回路図である。 同じく調光度と明るさの関係を示すグラフである。 同じく振幅制御およびパルス幅制御における連続調光とその際の電流波形を概念的に説明するグラフである。 同じく振幅制御およびパルス幅制御におけるＬＥＤの発光の色温度シフトを示すグラフである。 第２の実施形態に係わるＬＥＤ点灯装置の調光および調色の相関関係を示すグラフである。
　本発明の実施形態によれば、色温度の異なる複数種のＬＥＤと；複数種のＬＥＤをそれぞれ点灯するＬＥＤ点灯回路と；複数種のＬＥＤを同時に点灯して複数種のＬＥＤに供給する電流比率を略一定に維持しながら電流を変化させるようにＬＥＤ点灯回路を制御する調光制御および複数種のＬＥＤに供給する電流の和を略一定に維持しながら電流比率を変化させるようにＬＥＤ点灯回路を制御する調色制御を選択的に行うことができるとともに、調光制御および調色制御のいずれにおいても複数種のＬＥＤの調光度が第１の所定値である調光度２０％以下の領域においてはＬＥＤにPWM電流を供給し、それ以上のときはＬＥＤに連続電流を供給する制御手段と；を具備していることを特徴とする。
　図１を参照して第１の実施形態を説明する。本実施形態において、ＬＥＤ点灯装置は、複数種例えば第１および第２のＬＥＤ1、2、点灯回路3および制御手段4を具備している。
　複数種のＬＥＤ1、2は、主として色温度が相違している。第１のＬＥＤ1は、その光出力の光色が、例えば青みが相対的に多い、換言すれば色温度が相対的に高くて、相関色温度が6020～7040Kの範囲のW色であり、一例として6700Kのものを用いている。なお、上記色温度は、単一種のＬＥＤにより得てもよいし、発光色の異なる複数種のＬＥＤの発光を加法混光して得るようにしてもよい。
　第２のＬＥＤ2は、その光出力の光色が、例えば赤みが相対的に多い、換言すれば色温度が相対的に低くて、相関色温度2580～2870Kの範囲のＬ色であり、一例として2800Kのものを用いている。なお、上記色温度は、第１のＬＥＤ1と同様に単一種のＬＥＤにより得てもよいし、発光色の異なる複数種のＬＥＤの発光を加法混光して得るようにしてもよい。
　第１および第２のＬＥＤ1、2は、その数が特段限定されないので、１個および任意の複数個のいずれかを後述する点灯回路3に対して適宜直列接続または直並列接続するなどして用いることができる。そして、第１のＬＥＤ1と第２のＬＥＤ2との数が等しくてもよいし、等しくなくてもよい。
　また、第１および第２のＬＥＤ1、2の光出力を混光するとともに、それらの混光比率を変化させることにより、多様な色温度の混光色を得ることができる。例えば、第１および第２のＬＥＤ1、2の光出力を等しくして調色することにより、Ｗ色およびＬ色の中間に位置する相関色温度3200～3700Kの照明光を得ることができる。
　点灯回路3は、その入力端が交流電源5に接続され、出力端に負荷である第１および第２のＬＥＤ1、2が接続される。また、点灯回路3は、第１および第２のＬＥＤ1、2を、それぞれ個別に、しかも点灯モードによっては同期して点灯するために、第１のＬＥＤ１に対しては第１の点灯回路要素3aを、また第２光源2に対しては第２の点灯回路要素3bを、それぞれ備えているとともに、第１の点灯回路要素3aおよび第２の点灯回路要素３bに対して直流電力を供給する共通の直流電源3cを備えている。しかし、所望により点灯回路要素ごとにそれぞれの直流電源を分散配置してもよい。
　第１および第２の点灯回路要素3a、3bは、第１および第２のＬＥＤ1、2を連続調光可能に点灯することができる。また、後述する制御手段４の制御により第１および第２のＬＥＤ1、2を同期して連続調光するが、所望により非同期に切り換えが可能なように構成することもできる。
　点灯回路3の具体的な回路方式は、本実施形態において特段限定されないので、ＬＥＤに適合した直流点灯回路を採用することができる。例えば、DC-DCコンバータを主体とする点灯回路を用いる。DC-DCコンバータとして、例えば降圧チョッパを好ましくは定電流制御および／または定電圧制御する回路構成を採用することにより、回路効率が高くなるとともに、制御が容易であるなどの利点がある。
　降圧チョッパは、例えば図１における点灯回路要素3aを例として説明すれば、図２に示すようにスイッチング素子Q1、インダクタL1および出力コンデンサC1の直列回路を直流電源DCの出力端間に接続して、スイッチング素子Q1のオン時に直流電源DCから直線的に増加する増加電流を流してインダクタL1に電磁エネルギーを蓄積する。そして、ダイオードD1および出力コンデンサC1の直列部分をインダクタL1に並列接続して閉回路を形成し、スイッチング素子Q1のオフ時に上記閉回路に直線的に減少する減少電流をインダクタL1から流出させるとともに、以上説明した回路動作を繰り返すことで出力コンデンサC1の両端間に降圧された直流電圧を出力する。以上から理解できるように、出力コンデンサC1の両端が降圧チョッパの出力端となるので、負荷となる第１のＬＥＤ1は、出力コンデンサC1の両端に並列接続される。
　また、ＬＥＤ点灯回路3は、図２の点灯回路要素3aによりその一例を示すように、振幅制御による調光動作とパルス幅制御による調光動作とを調光領域を分担して行うことができるように構成されている。また、この例では、振幅制御の場合には電流帰還を行い、パルス幅制御の場合には電圧制御を行う。電流帰還のために、前記直列回路に流れる増加電流とインダクタL1、出力コンデンサC1およびダイオードD1の閉回路の減少電流がともに流れる回路部分に電流検出用の抵抗器R1が直列に挿入されていて、その端子電圧が電流帰還のために検出される。また、出力コンデンサC1の端子電圧が電圧帰還のために検出される。上記それぞれの検出信号は、図２に示す切り換えのための回路を経由して後述する制御手段4に制御入力される。
　抵抗器R1の両端から得られる電流検出信号は、第１のコンパレータCP1の一方の入力端に入力される。出力コンデンサC1のから得られる出力検出信号は、第２のコンパレータCP2の一方の入力端に入力される。第１のコンパレータCP1の他方の入力端には第１の基準値発生回路E1の出力端が接続される。第２のコンパレータCP2の他方の入力端には第２の基準値発生回路E2の出力端が接続される。第１および第２の基準値発生回路E1、E2の入力端には、調光信号DSが入力される。第１の基準値発生回路E1は、調光信号DSが調光度２０％以下の深調光領域以外のその他の調光領域時の基準電圧を発生する。第２の基準値発生回路E2は、調光信号が調光度２０％以下の深調光領域時の基準電圧を発生する。そして、第１および第２の基準値発生回路E1、E2の出力信号は、ＯＲ回路ORを経由して後述する制御手段４に制御入力されて、調光度に応じた振幅制御およびパルス幅制御の帰還制御に寄与する。
　制御手段4は、ＬＥＤ点灯回路3を制御する手段であるが、第１および第２のＬＥＤ1、2の点灯を少なくとも調光制御することができる。また、調光時のＬＥＤ点灯回路3の制御は、第１および第２のＬＥＤ1、2の調光度に応じて振幅制御とパルス幅制御とを切り換えて行う。振幅制御は、全調光領域のうち２０％以下の深調光領域以外のその他の領域の調光時に機能する。また、パルス幅制御は、深調光領域である２０％以下の調光領域の調光時に機能する。
　振幅制御においては、ＬＥＤ点灯回路3の出力電流を調光度に応じて変化させる。この場合、図２に示す基準値発生回路E1が出力する基準電圧を調光信号に応じて変化させると、制御手段4が対応して動作し、降圧チョッパの増加電流を調光信号に応じて変化させるので、ＬＥＤ点灯回路3の出力電流が調光度に応じて変化する。その結果、第１および第２のＬＥＤ1、2が調光度に応じて調光される。
　これに対して、パルス幅制御においては、基準値発生回路E2が出力する基準電圧を調光信号に応じて変化させると、制御手段4が降圧チョッパをそのスイッチング素子Q1のスイッチング周波数より１桁程度以上低い周波数で間欠的に停止させてオフ期間を形成するので、降圧チョッパの出力を生じている時間の１周期に占めるオンデューティの割合デューティ比が変化するので、ＬＥＤ点灯回路3の出力電圧がパルス幅制御される。これにより、負荷電流が調光度に応じてパルス幅制御される。以上の回路動作の結果、第１および第２のＬＥＤ1、2が全調光範囲にわたり調光度に応じて調光される。
　また、制御手段4は、第１および第２のＬＥＤ1、2の制御を容易にするために、マイコンを主体として構成することができる。なお、図１に示す実施形態においては、制御手段4は、マイコンを主体として構成されているとともに、図２に示すように例えばリモコンを経由して送信された調光信号DSを受信可能に構成されている。リモコンを使用することにより、使用者の手元で遠隔制御により、または壁面に配設した操作部における操作により、所望の調色および調光を行うなどの制御操作を容易に選択することができる。
　図１に示す実施形態において、点灯回路3に設けられた符号IF1～IF4は、制御手段4との間に介在して、後述する制御手段4による制御を確実にするために設けられたインターフェース回路であり、第１および第２の点灯回路要素の電流帰還インターフェースIF1、IF3と同じく電圧帰還インターフェースIF2、IF4とにより構成される。また、符号DSG1は第１の点灯回路要素3aのスイッチング素子を駆動する駆動信号発生回路、符号DSG2は第２の点灯回路要素3bのスイッチング素子を駆動する駆動信号発生回路である。なお、図１は、図２に示す帰還切換回路の図示を省略している。
　さらにまた、点灯回路3は、図示を省略している負荷電流検出手段および負荷電圧検出手段を備えている。これらの手段は、第１の点灯回路要素3aおよび第２の点灯回路要素３bのそれぞれの回路ブロック中に備えられている。そして、負荷電流検出手段の検出出力は、第１の点灯回路要素3aのそれがインターフェース回路IF1、第２の点灯回路要素３bのそれがインターフェース回路IF3を、それぞれ経由して後述する制御手段４に制御入力される。負荷電圧検出手段の検出出力は、第１の点灯回路要素3aのそれがインターフェース回路IF2、第２の点灯回路要素３bのそれがインターフェース回路IF4を、それぞれ経由して後述する制御手段４に制御入力される。
　次に、調光度に応じた調光制御動作について図３ないし図５を参照して説明する。 最初に、調光領域について図３を参照して説明する。この例は、複数種のＬＥＤ1、2の調光範囲が全光すなわち調光度１００％から調光下限例えば１％までカバーする調光領域を有している。なお、図において、横軸は調光度（％）、縦軸は明るさ（％）であり、調光度と明るさの関係を示す調光特性は直線になっている。また、図において、調光下限は１％であるが、図示の限界のために調光度０％として描いてある。
　第１および第２のＬＥＤ1、2を調光度１００％から調光下限まで連続調光する場合、調光度１００％から２０％の直前までは、ＬＥＤ点灯回路3が、図２に示す帰還切換回路により振幅制御による調光動作を行う。この振幅制御においては、流れる直流の負荷電流の振幅すなわち波高値に応じてＬＥＤ1、2の光出力が変化する。
　調光度が順次低減していき調光度２０％に達すると、図２の帰還切換回路が切り換えられてパルス幅制御になる。パルス幅制御は、図４に示すように、調光度に応じてＬＥＤ1、2に流れる直流の負荷電流の波形がパルス化されているとともに、そのデューティ比が調光度に応じて変化する。その結果、負荷電流が調光度に応じて変化して明るさが変化する。
　図５は、調光度とＬＥＤ1、2の発光の色温度の関係を示すグラフである。なお、図において、横軸は調光度（％）、縦軸は色温度である。また、図中のグラフは、符号ＡＣが振幅制御の場合、ＰＷＣがパルス幅制御の場合である。
　図から理解できるように、パルス幅制御の場合には調光度の変化に対して色温度が概ね一定である。これに対して、振幅制御の場合には調光度の変化に対して調光度２０％までは色温度の低下が比較的少ないが、調光度２０％以下の領域になると大幅な低下傾向を示す。
　したがって、本実施形態においては、調光度２０％を超える調光領域においては、第１および第２のＬＥＤ1、2が振幅制御されることにより、調光度の変化に伴う調色の色温度がシフトする程度は比較的小さくなる。
　なお、本実施形態は、調光度に応じて各点灯回路要素の振幅制御動作とパルス幅制御動作について説明したが、例えば調色制御において比較的色温度を高く設定する場合には、第１のＬＥＤ1は振幅制御であり、第２のＬＥＤ2はパルス幅制御によって制御されるものである。すなわち、第１のＬＥＤ1、第２のＬＥＤ2によって所望の混色をして調色制御する場合において、この所望の色温度を再現する場合における各点灯回路要素から各ＬＥＤに供給する電流が全光状態から比べて調光度にして２０％以下となる場合には、色温度のシフトを抑制するために上記のようにパルス幅制御を行うものである。このような態様も本実施形態は含むものである。
　次に、図６を参照して、第２の実施形態を説明する。
　（１）本実施形態によれば、複数種のＬＥＤ1、2を調光制御および調色制御のいずれをも所望に応じて選択的に行えるように点灯回路3を制御する。調光制御においては、複数種のＬＥＤ1、2に対して点灯回路3からそれぞれ供給する電流比率を略一定に維持しながら電流を変化すなわち調光制御を行わせる。調色制御においては、複数種のＬＥＤ1、2に対して点灯回路3からそれぞれ供給する電流の和を略一定に維持しながら電流比率を変化すなわち互いに逆方向に向かって調光制御を行わせる。
　（２）調光制御および調色制御のいずれにおいても、点灯回路3から複数種のＬＥＤ1、2に供給する電流は、調光度が第１の所定値を閾値としてそれ以上のときには連続電流とし、それ以下のときにはPWM電流とする。連続電流は、振幅制御されていて連続した直流電流である。PWM電流は、パルス幅制御された矩形波の直流電流である。上記第１の所定値は、調光が深くなって連続電流による調光では、発光色がシフトしたりするなどの不都合が生じるような調光度に適度の安全係数を加味して設定することができる。例えば、調光度15～25％の範囲内で設定するのが好ましい。調光度が15％未満になると、発光色がシフトしたりするなどの不都合が生じやすくなる。調光度が25%を超えると、ノイズが生じやすくなる。なお、第１の所定値の調光度の範囲は、複数種のＬＥＤ1、2の全体が定格電力で点灯した場合のＬＥＤ点灯装置全体としての光出力を調光度100%とし、ＬＥＤ1、2の全体が供給電力0で点灯しない状態を0%とした場合の点灯電力レベルを％表示した調光レベルの程度を示している。上記調光度100%に対応する第１および第２のＬＥＤ1、2個々の調光度の最大値がそれぞれ50%であり、この調光度に対しては第１の所定値は上記の半分となり、したがって7.5～12.5%である。
　（３）上記第１の所定値より低い第２の所定値以下の調光度で調色制御を行う場合には、パルス幅制御の周波数を低くする。この場合、第２の所定値は、ＬＥＤ点灯装置全体ならびに第１および第２のＬＥＤ1、2の個々の調光度に対しては5～8%の範囲内で設定するのが好ましい。調光度が5％未満になると、ストロボ効果が生じやすくなる。調光度が8%を超えると、ちらつきが知覚されやすくなる。
　第１の所定値による上記（２）の制御下におけるPWM電流のPWM周波数は、一般的に採用されている例えば500Hz～1kHz程度、好ましくは800Hz程度を採用することができる。これに対して、第２の所定値以下の場合におけるPWM電流のPWM周波数は、例えば100～400Hzの範囲、好ましくは300Hz程度に設定するのが好ましい。
　次に、図６を参照して制御手段４による上述の制御について詳細に説明する。なお、図２は、調光制御および調色制御の相関関係を示すグラフであり、横軸は第１のＬＥＤ1の調光度（％）を、縦軸は第２のＬＥＤ2の調光度（％）を、それぞれ示している。また、横軸および縦軸は、比視感度補正した明るさを一定にした後述する調色特性線が直線となるように表示する関係などで調光度が等間隔にはなっていない。
　また、図中の横軸および縦軸の調光度0%の点を中心として放射状に展開した複数の直線は、調光度の組み合わせを変えて第１および第２のＬＥＤ1、2を調光制御したときの光色が一定であるが、混光比率を異ならせた調光特性曲線D1～D11である。同様に、図において左上側から右下側へ延びて上記調光特性線と交差する複数の直線は、調光度を互いに逆に変化させて第１および２のＬＥＤを調色制御したときの明るさが一定であるが、その明るさレベルを異ならせた調色特性線C1～C8である。そして、本実施形態において、調色制御は、調色特性線C1～C8と調光特性曲線D1～D11の交点においてのみ動作点が生じるように段階的な動作を行う態様を採用している。これにより、調色制御が容易に行えるようになる。
　図６を参照して、調光特性線D1～D11について説明する。例えば、調光特性線D6は、グラフの右上角の点の100％は、ＬＥＤ点灯装置全体として100%の調光状態であることを示し、このとき第１および第２のＬＥＤ1、2はそれぞれ50%寄与する。同様に20%の交点は、全体として20%の調光状態であり、第１および第２のＬＥＤ1、2が10%寄与している。16%の交点は、全体として16%の調光状態であり、第１および第２のＬＥＤ1、2が8%寄与している。8%の交点は、全体として8%の調光状態であり、第１および第２のＬＥＤ1、2が4%寄与している。4%の交点は、全体として4%の調光状態であり、第１および第２のＬＥＤ1、2が2%寄与している。以上から理解できるように、調光特性線D6は、混光比率１：１であり、かつ光色が一定で調光制御を行う際の調光特性を示している。同様に、その他の調光特性線においても異なる混光比率であるが、光色が一定の調光特性を示している。
　次に、調色特性線C1～C8について説明する。例えば、調色特性線C6は、横軸上の調光度50%の点と縦軸上の調光度50%の点を結んでいる調色特性線であり、横軸上の調光度50%との交点では第１のＬＥＤ1のみが点灯したＬＥＤ点灯装置全体として調光度50%の調色状態であることを示している。ただし、このときの光色は、前述の発光色を有するＬＥＤ1の場合、青みが強調された光色になる。また、縦軸上の調光度50%の交点では第２のＬＥＤ2のみが点灯したＬＥＤ点灯装置全体として調光度50%の調色状態であることを示している。ただし、このときの光色は、同様に赤みが強調された光色になる。すなわち、調色特性線C6の場合、調色特性線C6に沿って調光特性線D1～D11および横軸、縦軸との複数の交点ができるが、各交点では、それぞれ混光比率が異なることによって光色が変化していて、ＬＥＤ点灯装置全体としては常に50%の調光度すなわち明るさ一定で調色制御が行われる。同様に、その他の調色特性線においてもそれぞれ異なる調光度すなわち明るさ一定の調色制御が行われる。すなわち、調色特性線C5は調光度20%一定、調色特性線C4は調光度10%一定、調色特性線C3は調光度8%一定、調色特性線C2は調光度4%一定、調色特性線C1は調光度2%一定である。ただし、調光特性線D6の100%の調光レベルでは、調色特性線が交差していないので、調色制御を行うことができないことを示している。
　図６に示す実施形態の場合、調光制御および調色制御において、ＬＥＤ点灯装置全体としての調光度が20%（第１または第２のＬＥＤに対しては10%）を超えた状態では連続電流を供給してＬＥＤ1、2を点灯するが、いずれかのＬＥＤ1または2の調光度が10%以下になると、少なくとも当該ＬＥＤに供給する連続電流をPWM電流に切り換えるように構成されている。なお、点灯回路3の簡単化のためには、いずれか一方のＬＥＤ1または2の電流が10%以下になったときに、ＬＥＤ1、2の全体をＰＷＭ電流に切り換えるように構成することができる。この場合、図中の横軸10%から縦軸に対して平行に延びる点線L1は、調光特性線D1～D9と交差するが、これらの調光特性線D1～D9におけるそれぞれの調光制御においては、上記交差点から縦軸寄りの領域の調光度が低い領域では第１および第２のＬＥＤ1、2に供給される電流がともにPWM電流に切り換えられて点灯する。
　上記と同様に、図中の縦軸10%から横軸に対して平行に延びる点線L2は、調光特性線D4～D11と交差するが、調光特性線D4～D11におけるそれぞれの調光制御においては、上記交差点から横軸寄りの領域の調光度が低い領域では第１および第２のＬＥＤ1、2に供給する電流がPWM電流に切り換えられて点灯する。以上の構成により、第１および第２のＬＥＤ1、2の光色が不所望にシフトする不都合を抑制することができる。なお、本実施形態において、PWM周波数は、800Hzである。
　また、図２に示す実施形態の場合、調光度が8%（ＬＥＤ点灯装置全体100%に対しても8%）以下における調色制御においては、上述の構成に加えて、PWM周波数を800Hzから300Hzに切り換えて第１および第２のＬＥＤ1、2を点灯するように構成されている。すなわち、図中の横軸および縦軸の調光度8%の点を結ぶ調色特性線C3は、調光特性線D1～D11と交差しているので、各交点において調色が切り換えられる。調色切り換えの際にPWM周波数を低くすれば、パルス幅制御の分解能が高くなるので、明るさのちらつきが知覚されやすくなる。なお、調色特性線C3と、ここから調光度0位置寄りの領域にある調色特性線C1、C2とにおけるそれぞれの調色制御においても、第１および第２のＬＥＤ1、2に供給されるPWM電流のPWM周波数が低い値に切り換えられる。
　本実施形態においては、以下の態様を備えているか、備えることが許容される。これらの構成は、所望により上述の実施形態に適宜採用することができる。
　１．上述の調色制御においては、１つの交点から隣接する次の交点に移行する調色の変化過程においてのみPWM周波数が低下する。そして、目標レベルの到達した後は、再び相対的に高いPWM周波数に戻る。PWM周波数が低いと、ストロボ効果が生じて好ましくないが、目標レベル到達後に元のPWM周波数に戻すことにより、ストロボ効果の発生を抑制できる。
　２．上述の調色制御の変化過程にのみPWM周波数を低くして、目標レベル到達後に元のPWM周波数に戻す態様において、低くしたPWM周波数が元に戻るまでの時間に適当な遅延を与えるように構成されている。なお、遅延時間は、調色特性線と調光特性線との交点間を切り換え中に移動する時間より長い時間であればよい。そうすれば、通常の調色制御スピードにおいて、目標レベルに到達するまでの間に高低のPWM周波数がチャタリングを起こして明るさのちらつきが発生するのを抑制することができる。
　３．PWM周波数を切り換える際に、パルス幅制御のデューティを変化させないように構成することができる。PWM周波数を切り換える際に、パルス幅制御のデューティが変化すると、調色制御中に調光度が変化してしまい、ＬＥＤ点灯装置の使用者に違和感を与える。本態様によれば、調色制御中に調光度が変化しないので、ＬＥＤ点灯装置の使用者に違和感を与えることがない。
　４．PWM周波数を切り換える際に、パルス幅制御のデューティを変化させるように構成することができる。PWM周波数を切り換えると、ＬＥＤの発光が変化する場合には、その変化を補償するようにパルス幅制御のデューティ比を変化させることができる。本態様によれば、パルス幅制御のデューティを変化させることにより、ＬＥＤの発光の変化を補償するように作用するので、ＬＥＤの発光の変化が低減する。なお、発光の変化には、明るさおよび／または光色を含む。
　また、制御手段4は、駆動信号発生回路DSG1、DSG2を制御することでPWM周波数を高低切り換え制御できるように構成されている。さらに、所望により例えばリモコンを経由して送信された調光信号DSを受信可能に構成されていることが許容される。リモコンを使用することにより、使用者の手元で遠隔制御により、または壁面に配設した操作部における操作により、所望の調色および調光を行うなどの制御操作を容易に選択することができる。
　本発明の第１の実施形態においては、調光度２０％を超える調光領域においては振幅制御による調光制御なので、カメラ撮影でフリッカ現象を発生しなくなる。また、調光度２０％以下の調光領域においてはパルス幅制御なので、調光下限が約１％程度まで可能になるとともに調光度の変化に伴う色温度のシフトが少なくなる。
　本発明の第２の実施形態によれば、複数種のＬＥＤに供給する電流がともに第１の所定値より低い第２の所定値以下で調色制御を行うときに、PWM電流のPWM周波数を低くすることにより、調光度が一層深い領域において調色制御を行っても明るさのちらつきが抑制されるＬＥＤ点灯装置を提供することができる。
　次に、照明装置の実施形態について説明する。本実施形態において、ＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤ照明装置本体と、ＬＥＤ照明装置本体に配設された上述の実施形態のＬＥＤ点灯装置とを具備している。上記において、ＬＥＤ照明装置は、第１および第２のＬＥＤを含む各種装置であることを許容する。ＬＥＤ照明装置本体は、ＬＥＤ照明装置からＬＥＤ点灯装置を除外した残余の部分をいう。また、ＬＥＤ点灯装置のＬＥＤ点灯回路は、ＬＥＤ照明装置本体から離間した位置に配設されていてもよい。
 以上において幾つかの実施形態を述べたが、これらの実施形態は、単に例として示したもので、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。実際、ここに於いて述べた新規な装置は種々の他の形態に具現化されてもよいし、さらに、本発明の主旨またはスピリットから逸脱することなくここに於いて述べた装置の形態における種々の省略、置き換えおよび変更を行ってもよい。付随する請求項およびそれらの均等物は、本発明の範囲および主旨またはスピリットに入るようにそのような形態もしくは変形を含むことを意図している。
関連出願の引用
 本出願は、２０１０年１１月１２日に出願した先行する日本国特許出願２０１０－２５４３２５号、２０１１年４月１４日に出願した日本国特許出願２０１１－０９０５３１号による優先権の利益に基礎をおき、かつ、その利益を求めており、その内容全体が引用によりここに包含される。
　1…第１のＬＥＤ、2…第２のＬＥＤ、3…ＬＥＤ点灯回路、3a…第１の点灯回路要素、3b…第２の点灯回路要素、3c…直流電源、4…制御手段、5…交流電源、DS…調光信号、DSG1、DSG2、DSG3…駆動信号発生回路、IF1、IF2、IF3、IF4…インターフェース

Claims (7)

  1. 　色温度の異なる複数種のＬＥＤと；
    　複数種のＬＥＤをそれぞれ点灯するＬＥＤ点灯回路と；
    　複数種のＬＥＤを同時に点灯して複数種のＬＥＤに供給する電流比率を略一定に維持しながら電流を変化させるようにＬＥＤ点灯回路を制御する調光制御および複数種のＬＥＤに供給する電流の和を略一定に維持しながら電流比率を変化させるようにＬＥＤ点灯回路を制御する調色制御を選択的に行うことができるとともに、調光制御および調色制御のいずれにおいても複数種のＬＥＤの調光度が第１の所定値である調光度２０％以下の領域においてはＬＥＤにPWM電流を供給し、それ以上のときはＬＥＤに連続電流を供給する制御手段と；
    を具備していることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
  2. 　前記制御手段は、複数種のＬＥＤ調光度がともに第１の所定値より低い第２の所定値以下のとき調色制御を行う際にPWM電流のPWM周波数を低くするように点灯回路を制御することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯装置。
  3. 　制御手段は、複数種のＬＥＤの調光度が第２の所定値以下で調色制御を行う際に、その変化過程においてのみPWM周波数を低くすることを特徴とする請求項２記載のＬＥＤ点灯装置。
  4. 　制御手段は、調色制御の変化過程において低くしたPWM周波数を調色制御が目標レベルに到達後、遅延時間を経て元のPWM周波数に戻すことを特徴とする請求項２記載のＬＥＤ点灯装置。
  5. 　制御手段は、PWM周波数を切り換える際にパルス幅制御のデューティ比を変化させないことを特徴とする請求項２のいずれか一記載のＬＥＤ点灯装置。
  6. 　制御手段は、PWM周波数を切り換えることによりＬＥＤの発光が変化する場合には、その変化を補償するようにパルス幅制御のデューティ比を変化させることを特徴とする請求項２のいずれか一記載のＬＥＤ点灯装置。
  7. 　照明装置本体と；
    　照明装置本体に配設された請求項１ないし６のいずれか一記載のＬＥＤ点灯装置と；
    を具備していることを特徴とする照明装置。
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