JP2011165363A - 光源点灯装置及び照明器具及び調光照明システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光源点灯装置110は、入力したPWM信号のデューティ比に応じた直流電圧V2を出力する時間積分回路40と、直流電圧V2を入力し、直流電圧V2が第1電圧と第2電圧との間(第1電圧>第2電圧)のときは直流電圧V2を変換電圧V3として出力し、直流電圧V2が第1電圧よりも大きいときは第1電圧を変換電圧V3として出力し、直流電圧V2が第2電圧よりも小さいときは第2電圧を変換電圧V3として出力する直流電圧変換部50と、変換電圧V3を入力し、変換電圧V3から所定の電圧Vを減算する減算処理を実行して変換電圧V3から演算後の演算電圧V4を生成し出力する減算回路60と、演算電圧V4を入力し、入力した演算電圧V4に応じて光源の光出力を制御する光出力制御部101とを備えた。
【選択図】図2
Description
光源の光出力の大きさを指令する調光信号としてPWM信号を入力し、前記PWM信号のデューティ比に応じて前記光源の光出力を制御する光源点灯装置において、
前記PWM信号を入力し、入力した前記PWM信号のデューティ比に応じた直流電圧を出力する直流電圧出力部と、
前記直流電圧出力部から前記直流電圧を入力し、入力した前記直流電圧が所定の第1電圧以下かつ前記第1電圧よりも小さい所定の第2電圧以上のときは前記直流電圧出力部から入力した前記直流電圧を変換電圧として出力し、入力した前記直流電圧が前記第1電圧よりも大きいときは前記第1電圧を前記変換電圧として出力し、入力した前記直流電圧が前記第2電圧よりも小さいときは前記第2電圧を前記変換電圧として出力する直流電圧変換部と、
前記直流電圧変換部から前記変換電圧を入力し、前記変換電圧から所定の電圧を減算する減算処理と、前記変換電圧に所定の電圧を加算する加算処理とのいずれかの演算処理を実行して前記変換電圧から演算後の演算電圧を生成し、生成した前記演算電圧を出力する電圧演算部と、
前記電圧演算部から前記演算電圧を入力し、入力した前記演算電圧に応じて前記光源の光出力を制御する光出力制御部と
を備えたことを特徴とする。
図1〜図5を参照して実施の形態1の光源点灯装置110を説明する。光源点灯装置110は、調光信号であるPWM信号を入力し、PWM信号のデューティ比(1周期のうちのオンデューティの割合)に応じて光源(ランプともいう)の光出力を制御する調光機能を有する。光源点灯装置110の特徴は、デューティ比に対するランプの光出力を、日本工業規格「JIS C8120」に適合させる構成を有する点である。光源点灯装置110の光源LAは、例えば、発光ダイオードや放電灯である。
図2は、実施の形態1の光源点灯装置110を示すブロック図である。図2を参照して光源点灯装置110の構成概要を説明する。
(1)点灯回路10は、商用電源AC(交流電流)が入力され、光源LAに電力を供給する。
(2)調光信号入力部20は、調光器200から出力されるPWM信号からなる調光信号が入力される。
(3)スイッチング回路30は、調光信号入力部20に接続される。
(4)時間積分回路40は、スイッチング回路30に接続される。
(5)直流電圧変換部50は、時間積分回路40に接続される。
(6)減算回路60は、直流電圧変換部50に接続される。
(7)調光制御回路70は、減算回路60に接続される。
なお、これらの各回路の機能は動作の説明で後述する。
(1)交流−直流変換回路11は、商用電源ACから供給される交流電圧を直流電圧に変換する。
(2)定電流回路12は、交流−直流変換回路11が変換した直流電圧を入力し、光源LAに定電流が流れるように制御する。
(3)点灯制御回路13は、定電流回路12が光源LAに供給する定電流の電流値を設定し、光源LAの点灯状態を制御する。
(4)電流検出回路14は、定電流回路12が光源LAに供給している電流値を検出する。
点灯制御回路13は調光制御回路70に接続され、調光制御回路70の指令に従って、光源LAへ供給する電流の電流値を示す制御信号を定電流回路12に出力する。点灯制御回路13は、調光器200が出力するPWM信号のデューティ比が大きくなるほど、光源LAが暗くなるように調光制御を行う。
電流検出回路14は、定電流回路12が光源LAに供給する電流値を検出し、検出した電流値を示す検出信号VCSを調光制御回路70に出力する。
調光信号入力部20は、一端側が調光器200に接続される抵抗R1と、抵抗R1の他端と調光器200に接続されるコンデンサC1と、抵抗R1とコンデンサC1が接続される接続部に一端側が接続される抵抗R2と、抵抗R2に接続されるダイオードブリッジDBとを備える。ダイオードブリッジDBは、調光信号入力部20に接続される調光器200の極性を誤った場合であっても、ダイオードブリッジDBの後段に接続されるスイッチング回路30に入力する信号の極性を同じにするためのものである。
スイッチング回路30は、調光信号入力部20のダイオードブリッジDBに発光ダイオード部が接続され、調光信号(PWM信号)に応動してフォトトランジスタがスイッチング(オン・オフ)するフォトカプラPCを備える。スイッチング回路30は、フォトカプラPCがスイッチング動作することによって、制御電源VDDから入力される電圧を、抵抗R3を介して矩形波状の信号波形に生成し、この生成した信号波形を矩形波電圧V1(図1のA点)として出力する。
時間積分回路40は、スイッチング回路30が出力する矩形波電圧V1(PWM信号)を入力し、矩形波電圧V1を積分して、矩形波電圧V1のデューティ比に応じたほぼ平坦な直流電圧V2を生成し、(図1のB点)を直流電圧変換部50に出力する。矩形波電圧V1は調光器200が出力する調光信号に対応しているので、時間積分回路40によって生成される直流電圧V2は、調光器200が出力する調光信号のデューティ比に応じたものである。
図2は、直流電圧変換部50が時間積分回路40から入力する直流電圧V2と、直流電圧変換部50の出力する直流電圧V3(変換電圧)との関係を示す図である。直流電圧変換部50は、図2に示すように、
(範囲1)時間積分回路40が生成した直流電圧V2の電圧値が、予め定める第2電圧値V(2)より小さいときは、第2電圧V(2)を直流電圧V3として出力する。
(範囲2)時間積分回路40が生成した直流電圧V2の電圧値が、第1電圧値V(1)以下、かつ、第2電圧V(2)以上のときは、直流電圧V2を直流電圧V3として出力する。
(範囲3)時間積分回路40が生成した直流電圧V2の電圧値が、予め定める第1電圧V(1)よりも大きいときは、第1電圧V(1)を直流電圧V3(図1のC点)として出力する。
減算回路60は、直流電圧変換部50が出力する直流電圧V3を入力し、この直流電圧V3の電圧値から所定の電圧値Vを減算(差分)して、直流電圧V4(演算電圧)として出力する(図1のD点)。なお、実施の形態1の光源点灯装置110では、このように直流電圧V3から電圧値Vを減じているが、直流電圧変換部50から出力される直流電圧V3の大きさによっては、直流電圧V3に電圧値V’を加えてもよい。すなわち、減算回路60(電圧演算部)は、直流電圧V3の大きさによっては、減算処理に限らず、加算処理を行う構成でもよいことは当然である。この場合、減算において引かれる電圧Vと、加算において加えられる電圧V’とは、互いに無関係である。
調光制御回路70は、減算回路60が出力する直流電圧V4と、電流検出回路14が出力する検出信号とを入力し、直流電圧V4と検出信号とを比較して、調光器200が指示する調光度となる調光制御指令値(調光制御信号)を点灯制御回路13に出力する。
増幅回路31は、反転スイッチング部32、出力スイッチング部33を備えている。
反転スイッチング部32は、フォトカプラPCの出力によりスイッチングして、フォトカプラPCの出力波形とは反転した反転信号を出力する。出力スイッチング部33は、反転スイッチング部32から、この反転信号を入力し、さらに反転してフォトカプラPCの出力波形と同位相とするとともに、フォトカプラPCの出力よりも信号レベルの高いPWM制御信号を出力する。
反転スイッチング部32は、一端側がフォトカプラPCに接続される抵抗R4と、この抵抗R4の他端側に接続されるコンデンサC2及びMOS−FET(Q1)と、MOS−FET(Q1)のドレイン端子と制御電源VDDとの間に接続される抵抗R5とを備える。
出力スイッチング部33は、反転スイッチング部32のMOS−FET(Q1)のドレイン端子に接続されるMOS−FET(Q2)、(Q3)と、MOS−FET(Q2)とMOS−FET(Q3)との間に接続される抵抗R6、R7とを備える。なお、この実施の形態1におけるMOS−FET(Q2)は、PチャネルFETであり、MOS−FET(Q3)は、NチャネルFETである。このように、MOS−FET(Q2)に、MOS−FET(Q3)のコンプリメンタリの関係となっているものを使用して、MOS−FET(Q2)がオンのとき、MOS−FET(Q3)がオフ、MOS−FET(Q2)がオフのとき、MOS−FET(Q3)がオンとなるようにしている。
時間積分回路40は、抵抗R8と、抵抗R8に接続されるコンデンサC3からなる積分回路である。時間積分回路40は、入力した調光制御信号に応じて、制御電源VDDをスイッチングして得られる矩形波電圧V1を生成し、矩形波電圧V1を時間積分して第1直流電圧V2(B点)を生成する。直流電圧V2は、式(1)に示すように、制御電源VDDに、矩形波電圧V1の「1−オンデューティ比」(少数表記)を掛け合わせて算出する。
直流電圧変換部50は、
時間積分回路40にダイオードD1を介して接続されるオペアンプOP1と、オペアンプOP1の出力端子に接続されるコンデンサC4と、正極入力端子が時間積分回路40に接続され、負極入力端子が自身の出力端子に接続されるオペアンプOP2と、オペアンプOP2の出力端子に接続されるコンデンサC5及びダイオードD2と、制御電源VDDを分圧する直列接続される抵抗R9、R10、R11と、この抵抗R9と抵抗R10に接続されるダイオードD3と、抵抗R10と抵抗R11に正極入力端子が接続され、負極入力端子が自身の出力端子に接続されるオペアンプOP3と、このオペアンプOP3の出力端子に接続されるコンデンサC6及びダイオードD4と、ダイオードD2のカソード端子及びダイオードD4のカソード端子に接続されるコンデンサC7と、を備える。
減算回路60は、直流電圧変換部50が出力する直流電圧V3を分圧する抵抗R12、R13と、正極入力端子が抵抗R13に接続され、負極入力端子が自身の出力端子に抵抗R15を介して接続されるオペアンプOP4と、オペアンプOP4の負極入力端子に抵抗R14を介して接続される定電圧源Vと、を備える。
調光制御回路70aは、正極入力端子が減算回路60に接続され、負極入力端子が抵抗R16を介して電流検出回路14に接続される比較器OP5を備える。
次に、直流電圧変換部50、減算回路60及び調光制御回路70aの動作を説明する。
(1)オペアンプOP1は、第1直流電圧V2を、制御電源VDDを抵抗分圧(抵抗R9〜R11による分圧)して得られる基準値(予め定める第1電圧値V(1))に従って一定にすることにより、直流電圧変換部50の出力である直流電圧V3の上限限度値を決めている。
(2)オペアンプOP2は、直流電圧V2を、後段の抵抗R12、R13に影響されないように低インピーダンスで出力するものである。
(3)オペアンプOP3は、直流電圧V2を、制御電源VDDを抵抗分圧(抵抗R9〜R11による分圧)して得られる基準値(予め定める第2電圧値V(2))に従い、直流電圧変換部50の出力である直流電圧V3の下限限度値を決める。
(4)オペアンプOP2とオペアンプOP3の出力は、ダイオードD2、D4のOR回路によって、下限限度値、又は、第1直流電圧V2の電圧値を出力するものである。
減算回路60は、直流電圧変換部50が出力する直流電圧V3を入力して、オペアンプOP4により、直流電圧V3の電圧値から、定電圧源Vが供給する定電圧Vの電圧値を減算する。減算回路60は、オペアンプOP4により減算した電圧値を、直流電圧V4として出力する(D点)。ここで、直流電圧変換部50から入力する直流電圧V3の電圧値と、定電圧Vの電圧値と、直流電圧V4との関係を、式(2)に示す。
V4=V3−V・・・(2)
減算回路60の出力する直流電圧V4は、調光制御回路70aの調光制御基準値として、比較器OP5に入力される。比較器OP5は、電流検出回路14から得られる検出信号VCSと、減算回路60の出力である直流電圧V4の電圧値とを比較し、光源LAの点灯制御に反映させる。つまり、直流電圧V4の電圧値よりも検出信号VCSが大きい場合は、比較器OP5は、光源LAを暗くする制御信号を点灯制御回路21に出力する。直流電圧V4の電圧値よりも検出信号VCSが小さい場合は、比較器OP5は、光源LAを明るくする制御信号を点灯制御回路21に出力する。このようにして、比較器OP5は、検出信号VCSと第3直流電圧V4とが等しくなるようにする。
次に図6を参照して、実施の形態2を説明する。図6は、実施の形態2の光源点灯装置120を示す回路図である。光源点灯装置120は実施の形態1の光源点灯装置110と、調光制御回路70の構成が異なる。このため、光源点灯装置120では「調光制御回路70b」という。調光制御回路70bは、実施の形態1の調光制御回路70aに対して、減算回路60の出力である直流電圧V4の大きさを調整可能な演算電圧調整部71bを備えている。
Claims (6)
- 光源の光出力の大きさを指令する調光信号としてPWM(Pulse Width Modulation)信号を入力し、前記PWM信号のデューティ比に応じて前記光源の光出力を制御する光源点灯装置において、
前記PWM信号を入力し、入力した前記PWM信号のデューティ比に応じた直流電圧を出力する直流電圧出力部と、
前記直流電圧出力部から前記直流電圧を入力し、入力した前記直流電圧が所定の第1電圧以下かつ前記第1電圧よりも小さい所定の第2電圧以上のときは前記直流電圧出力部から入力した前記直流電圧を変換電圧として出力し、入力した前記直流電圧が前記第1電圧よりも大きいときは前記第1電圧を前記変換電圧として出力し、入力した前記直流電圧が前記第2電圧よりも小さいときは前記第2電圧を前記変換電圧として出力する直流電圧変換部と、
前記直流電圧変換部から前記変換電圧を入力し、前記変換電圧から所定の電圧を減算する減算処理と、前記変換電圧に所定の電圧を加算する加算処理とのいずれかの演算処理を実行して前記変換電圧から演算後の演算電圧を生成し、生成した前記演算電圧を出力する電圧演算部と、
前記電圧演算部から前記演算電圧を入力し、入力した前記演算電圧に応じて前記光源の光出力を制御する光出力制御部と
を備えたことを特徴とする光源点灯装置。 - 前記光出力制御部は、
入力した前記演算電圧の大きさを調整可能な演算電圧調整部を
備えたことを特徴とする請求項1記載の光源点灯装置。 - 前記光源点灯装置は、さらに、
制御電源を備え、
前記演算電圧調整部は、
3つの抵抗を備えると共に、前記3つの抵抗と、前記制御電源とに基づいて、前記演算電圧の大きさを調整可能であることを特徴とする請求項2記載の光源点灯装置。 - 前記光源は、
発光ダイオードであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光源点灯装置。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の光源点灯装置を備えた照明器具。
- 調光信号であるPWM信号を送信する調光器と、
請求項5記載の複数の照明器具と
を備えた調光照明システム。
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