JP6411076B2 - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Description

本発明はＬＥＤ（発光ダイオード）の光量を補正するディジタル制御回路を備えたＬＥＤ照明装置に関する。

近年、照明器具としてＬＥＤが注目されている。ＬＥＤの特徴として蛍光灯に比べ寿命が長く、消費電力も少ないという利点がある。また、ＬＥＤの制御としてマイクロプロセッサやＤＳＰといったディジタル制御回路を使用したＤＣ−ＤＣコンバータからなるＬＥＤ制御回路が注目されている。このＬＥＤ制御回路は、調光レベルに応じて既定値を設定し、ＬＥＤに印加される電流／電圧を制御して光量を一定に保つ制御を行う。

図９に、調光レベルとＬＥＤの稼働時間における光量減少の特性を示す。既定値によりＬＥＤに対する出力は一定に保たれ、その既定値を決める調光レベルの変更は通信などを利用した外部制御によって行われる。

ＬＥＤは固体素子であり、従来の光源のようなフィラメント断線による不点灯は生じないが、調光レベルを一定に保っても、材料劣化等により、点灯時間の経過に沿って徐々に光量が減少する。ＬＥＤの寿命は光束維持率の減少量で規定され、その減少量が規定値以内であれば正常とみなされるが、初期に比べて光量が下がる問題がある。

図１０に、ＬＥＤの光量の減少に応じて元の調光レベルに補正レベルを加算して新たな調光レベルを生成する例を示す。稼働時間の累積により減少したＬＥＤの光量に応じて調光レベルを増大することで、その光量を一定値に補正することが可能である。

ＬＥＤの光量の減少量に応じて、自動的に調光レベルを増大させる場合は、現在のＬＥＤの光量を検出する必要がある。そのために照度センサを設置し、その照度センサで検出した現在の光量をディジタル制御回路へ入力する方法が知られている。

図１１に従来のＬＥＤ照明装置の構成を示す。このＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤの定電流制御および光量補正を行う絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータからなるＬＥＤ制御回路１０Ｃと、そのＬＥＤ制御回路１０Ｃによって制御されるＬＥＤ回路２０Ａと、そのＬＥＤ回路２０Ａの検出光量をＬＥＤ制御回路１０Ｃに帰還するフィードバック回路４０とを備える。

ＬＥＤ制御回路１０Ｃは、全体を制御するディジタル制御回路１１Ｃと、そのディジタル制御回路１１Ｃによって駆動される駆動回路１２１およびその駆動回路１２１によってスイッチングされるランジスタ１２２からなるスイッチング回路１２と、そのスイッチング回路１２の出力電圧を検出してディジタル制御回路１１Ｃにフィードバックする電圧検出回路１３と、スイッチング回路１２の出力電流を検出してディジタル制御回路１１Ｃにフィードバックする電流検出回路１４と、１次側巻線１５１と２次側巻線１５２を有する絶縁用トランス１５と、整流平滑回路を構成する整流用ダイオード１６と平滑用キャパシタ１７とを有する。

ＬＥＤ回路２０Ａは、直列接続された複数個のＬＥＤ２１と、そのＬＥＤ２１の点灯時の光量を検出する照度センサ２２とを有する。

フィードバック回路４０は、照度センサ２２の出力信号を処理するディジタル制御回路４１と、絶縁トランスやホトカプラ等からなる絶縁回路４２とを有する。

図１２の（ａ）にディジタル制御回路１１Ｃで行われる１次側の更新処理のフローチャートを示す。このディジタル制御回路１１Ｃは、入力電圧信号の取得（ステップＳ３１）、電流検出回路１４で検出された電流信号の取得（ステップＳ３２）、電圧検出回路１３で検出された電圧信号の取得（ステップＳ３３）の処理を行う。また、内部設定された調光レベルの取得（Ｓ３４）、絶縁回路４２から入力した補正レベルの取得（ステップＳ３５）の処理を行い、２次側出力の既定値を算出する（ステップＳ３６）。そして、ステップＳ３１〜Ｓ３３で取得した入力値とステップＳ３６で取得した既定値に応じてトランジスタ１２２のオン／オフ時間を算出し（ステップＳ３７）、駆動回路１２１に出力する（ステップＳ３８）。以上の処理が繰り返される。

図１２の（ｂ）にディジタル制御回路４０で行われる２次側の更新処理のフローチャートを示す。このディジタル制御回路３２は、照度センサ２２で検出された照度信号を取得し（ステップＳ４１）、その照度信号に応じた補正レベルの算出を行い（ステップＳ４２）、その算出結果を絶縁回路４２に出力する（ステップＳ４３）ことを繰り返す。

以上のような制御を行うことにより、照度センサ２２が検出する光量が所定値となるようスイッチング回路１２のトランジスタ１２２のスイッチングが制御され、ＬＥＤ２１に流れる電流が制御されるので、ＬＥＤ２１の稼働時間累積による光量変動を補償することができる。ＬＥＤの光量をフォトダイオード等の検出素子により検出し、その検出値に応じてＬＥＤの光量を一定に制御する技術は、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００３−１６３０９０号公報

しかし、照度センサ２２を配置する場合、照度センサ２２の配置位置の調整や照度センサ２２の検出信号から補正レベルを取得するためのディジタル制御回路４１や１次側と２次側を絶縁するための絶縁回路４２が必要であり、コストの増加だけでなく器具の実装面積増大による機器サイズの肥大化等の問題がある。

本発明の目的は、照度センサを使用することなくＬＥＤの光量を一定に制御できるようにして上記した問題を解消したＬＥＤ照明装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明のＬＥＤ照明装置は、トランスの１次側の入力電圧をディジタル制御回路によってスイッチングすることで前記トランスの２次側に電圧を発生させ、該２次側に現れる電圧を整流平滑して直流電圧を出力するＤＣ−ＤＣコンバータからなるＬＥＤ制御回路と、該ＬＥＤ制御回路から出力する前記直流電圧が印加される少なくとも１個のＬＥＤが接続されたＬＥＤ回路とを備えたＬＥＤ照明装置において、前記ディジタル制御回路は、前記トランスの１次側において、前記入力電圧、前記トランスの１次側の電圧信号と電流信号、内部設定される調光レベル、及び前記ＬＥＤの稼働時間に応じた補正レベルを取り込み、前記トランスの２次側出力の既定値を算出して前記ＬＥＤ回路を制御することを特徴とする。

請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置において、ディジタル制御回路は、前記ＬＥＤの前記稼働時間をタイマによって得て、前記補正レベルを算出することを特徴とする。

請求項３にかかる発明は、請求項１又は２に記載のＬＥＤ照明装置において、前記ディジタル制御回路は、前記入力電圧、前記トランスの１次側に流れる電流および前記トランスの１次側の電圧を取得して、前記既定値が保たれるように前記スイッチングのオン／オフ期間を制御し、且つ前記既定値を決める前記補正レベルを、前記稼働時間が更新される毎に更新することを特徴とする。

請求項４にかかる発明は、請求項１、２又は３に記載のＬＥＤ照明装置において、外部との通信を行う通信モジュールを備え、前記ディジタル制御回路は、前記通信モジュールから前記調光レベルを取得して内部設定し、前記稼働時間に応じて前記補正レベルを算出するための補正係数を取り込み、又は前記稼働時間に応じて前記補正レベルを決定するためのテーブル値を取り込むことを特徴とする。

請求項５にかかる発明は、請求項１、２、３又は４に記載のＬＥＤ照明装置において、前記ＬＥＤ照明装置の温度を検出する温度センサを備え、前記ディジタル制御回路は、前記温度センサで検出された温度に応じて前記補正レベルを修正することを特徴する。

本発明によれば、補正レベルをＬＥＤの稼働時間に応じて算出するので、照度センサやフィードバック回路が不要となり、シンプルな回路構成を実現できる。また、稼働時間の計測はディジタル制御回路内のタイマ機能を利用することが可能であり、内部処理への負担も小さく、低コストのＤＳＰが使用可能となる。

本発明の第１の実施例のＬＥＤ照明装置の回路図である。 図１のＬＥＤ照明装置のディジタル処理回路の１次側更新処理および１次側タイマ処理のフローチャートである。 本発明の第２の実施例のＬＥＤ照明装置の回路図である。 図３のＬＥＤ照明装置のディジタル処理回路の通信処理のフローチャートである。 個別のＬＥＤの光量低下の特性図である。 本発明の第３の実施例のＬＥＤ照明装置の回路図である。 図６のＬＥＤ照明装置のディジタル処理回路の１次側タイマ処理のフローチャートである。 温度変化によるＬＥＤの光量変動と制御すべき調光レベルの特性図である。 ＬＥＤの光量と従来の調光レベルの特性図である。 ＬＥＤの光量と従来の調光レベル調整の特性図である。 従来のＬＥＤ照明装置の回路図である。 図１１のＬＥＤ照明装置のディジタル処理回路の１次側更新処理および２次側更新処理のフローチャートである。

＜第１の実施例＞
図１に本発明の第１の実施例のＬＥＤ照明装置の回路を示す。このＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤの定電流制御および光量補正を行う絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータからなるＬＥＤ制御回路１０と、そのＬＥＤ制御回路１０によって制御されるＬＥＤ回路２０とを備える。

ＬＥＤ制御回路１０は、全体を制御するディジタル制御回路１１と、そのディジタル制御回路１１によって駆動される駆動回路１２１およびその駆動回路１２１によってオン／オフがスイッチングされるトランジスタ１２２からなるスイッチング回路１２と、そのスイッチング回路１２の出力電圧を検出してディジタル制御回路１１にフィードバックする電圧検出回路１３と、スイッチング回路１２の出力電流を検出してディジタル制御回路１１にフィードバックする電流検出回路１４と、１次側巻線１５１と２次巻線１５２を有する絶縁用トランス１５と、整流平滑回路を構成する整流用ダイオード１６と平滑用キャパシタ１７とを有する。ＬＥＤ回路２０は、直列接続された複数個のＬＥＤ２１を有する。

図２の（ａ）にディジタル制御回路１１で行われる１次側の更新処理のフローチャートを示す。このディジタル制御回路１１は、入力電圧信号の取得（ステップＳ１）、電流検出回路１４で検出された電流信号の取得（ステップＳ２）、電圧検出回路１３で検出された電圧信号の取得（ステップＳ３）の処理を行う。このときの取得は、信号をＡ／Ｄ変換器でディジタル信号に変換して行われる。また、内部設定された調光レベルの取得（Ｓ４）、タイマカウントによる補正レベルの取得（ステップＳ５）の処理を行い、これらにより２次側出力の既定値を算出する（ステップＳ６）。そして、ステップＳ１〜Ｓ３で取得した入力値とステップＳ６で取得した既定値とに応じてトランジスタ１２２のオン／オフ時間を算出し（ステップＳ７）、駆動回路１２１に出力する（ステップＳ８）。以上の処理が繰り返される。

図２の（ｂ）にディジタル制御回路１１による１次側タイマ処理のフローチャートを示す。１処理ごとに、ディジタル制御回路１１の内部タイマのカウント値を＋１して更新して（ステップＳ１１）、ＬＥＤ２１の稼働時間を更新し（ステップＳ１２）、その稼働時間に応じて補正レベルを算出する（ステップＳ１３）。この算出は、タイマの１カウント当たりのＬＥＤ２１の光量の減少量を予め予測し補正係数を設定しておいて、演算により行う。なお、予めテーブルを作成しておいて、そのテーブルから稼働時間に応じて読み出して補正レベルを決定してもよい。

以上の結果、本実施例によれば、補正レベルを稼働時間の増大に応じて大きくすることでき、その補正ベルと元の調光レベルを加算した新たな調光レベルで既定値を決定できる。そして、この既定値と前記したステップＳ１〜Ｓ３で得られた入力値に基づいてオン／オフ時間が算出され、このオン／オフ時間でトランジスタ１２２が制御されることにより、ＬＥＤ２１の経年変化による光量減少を補償することができる。

このとき、図１１で説明した照度センサ２２は必要なく、またフィードバック回路４０も必要なく、コストの削減だけでなく器具の実装面積削減による機器サイズの縮小化を実現することができる。

＜第２の実施例＞
図３に本発明の第２の実施例のＬＥＤ照明装置の回路を示す。本実施例では、ＬＥＤ制御回路１０Ａに外部入力端子を有するディジタル制御回路１１Ａを使用し、そのディジタル制御回路１１Ａに通信モジュール３０が接続されるようにする。これにより、第１の実施例で説明した機能に加えて、パーソナルコンピュータ等の制御機器からの制御信号を、通信モジュール３０を介してディジタル制御回路１１Ａに送信可能にしている。このため、ディジタル制御回路１１Ａの内部設定データの変更が可能になる。

図４にディジタル制御回路１１Ａの通信処理のフローチャートを示す。通信モジュール３０による外部との通信時に、通信モジュール３０から受信した調光レベルを取得して（ステップＳ２１）、内部設定すべき調光レベルを更新する（ステップＳ２２）。また、ＬＥＤ２１の経年変化に応じた補正係数を取得し（ステップＳ２３）、これに基づいて前記した図２の（ｂ）のタイマ処理で取得した補正レベルの算出値を更新する（ステップＳ２４）。

本実施例では、外部から、調光レベルのみでなく補正係数も取得できるので、図５に示すように、ＬＥＤ２１として経年変化の係数の異なる例えばＬＥＤ＿１、ＬＥＤ＿２、ＬＥＤ＿３を使用する場合、当該のＬＥＤ＿１、ＬＥＤ＿２、ＬＥＤ＿３の内の使用するＬＥＤに応じた補正係数を取得することができる。これにより、使用するＬＥＤに応じた適正な補正レベルを算出することができる。なお、補正係数に変えて補正レベルを変更するためのテーブルを取り込むようにすることもできる。

また、通信モジュール３０は、調光レベルや補正係数やテーブルの信号を外部から受信してディジタル制御回路１１Ａに送信するだけでなく、ディジタル制御回路１１Ａによるタイマ処理でカウントした稼働時間を受信して外部に送信するようにしても良い。この稼働時間によってＬＥＤ制御回路１０Ａの寿命を算出できるので、ＬＥＤ制御回路１０Ａが寿命に近づいていることを外部に伝達して、ＬＥＤ制御回路１０Ａの交換を促すことができる。

以上のように本実施例によれば、通信モジュール３０を使用することにより、調光レベルの外部からの設定、使用するＬＥＤに応じた補正係数の外部からの設定、ＬＥＤ制御回路１０の寿命の外部への通知等を行うことができる。

＜第３の実施例＞
図６に本発明の第３の実施例のＬＥＤ照明装置の回路を示す。本実施例では、ＬＥＤ制御回路１０Ｂに、第１および第２の実施例で説明した機能に加えて、内部に設置した温度センサ１８からの温度信号の取得およびそれによる制御もできるようにしたディジタル制御回路１１Ｂを備える。

本実施例では、温度センサ１８で検出した周囲温度の信号を、ディジタル制御回路１０Ｂへ入力し、補正レベルの変更を可能とする。図７にディジタル制御回路１０Ｂに温度検出処理を追加した１次側タイマ処理のフローチャートを示す。

図８の（ａ）に示すように、ＬＥＤは稼働時間に応じた光量の低下量が、温度によって異なり、高温が続くと常温よりもその低下量が大きくなることが知られている。そこで、ディジタル制御回路１１Ｂによって、内部タイマで得られるカウント値（ステップＳ１１）による稼働時間の更新（ステップＳ１２）に加えて、温度センサ１８による温度信号を取得して（ステップＳ１２Ａ）、稼働時間と温度に応じて補正レベル算出を行う（ステップＳ１３）。これにより、タイマ処理毎の調光レベルを、図８の（ｂ）に示すように温度に応じて変更することで、温度上昇によるＬＥＤの光量の低下を補償することができる。

以上のように本実施例によれば、温度センサ１８を使用することにより、温度による光量減少を補償することが可能となる。

なお以上説明した図２（ａ），（ｂ）、図４、および図７に記載のフローチャートは、ディジタル制御回路１１，１１Ａ，１１Ｂ内のコンピュータに実行させるためのプログラムであり、そのディジタル制御回路１１，１１Ａ，１１Ｂに備えられたメモリ（図示せず）に格納されている。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ：ＬＥＤ制御回路、１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ：ディジタル制御回路、１２：スイッチング回路、１２１：駆動回路、１２２：トランジスタ、１３：電圧検出回路、１４：電流検出回路、１５：トランス、１５１：１次側巻線、１５２：２次側巻線、１６：整流ダイオード、１７：平滑コンデンサ、１８：温度センサ
２０，２０Ａ：ＬＥＤ回路、２１：ＬＥＤ、２２：照度センサ
３０：通信モジュール
４０：フィードバック回路、４１：ディジタル制御回路、４２：絶縁回路

Claims (5)

1. トランスの１次側の入力電圧をディジタル制御回路によってスイッチングすることで前記トランスの２次側に電圧を発生させ、該２次側に現れる電圧を整流平滑して直流電圧を出力するＤＣ−ＤＣコンバータからなるＬＥＤ制御回路と、該ＬＥＤ制御回路から出力する前記直流電圧が印加される少なくとも１個のＬＥＤが接続されたＬＥＤ回路とを備えたＬＥＤ照明装置において、
   前記ディジタル制御回路は、前記トランスの１次側において、前記入力電圧、前記トランスの１次側の電圧信号と電流信号、内部設定される調光レベル、及び前記ＬＥＤの稼働時間に応じた補正レベルを取り込み、前記トランスの２次側出力の既定値を算出して前記ＬＥＤ回路を制御することを特徴とするＬＥＤ照明装置。
   
2. 請求項１に記載のＬＥＤ照明装置において、
   ディジタル制御回路は、前記ＬＥＤの前記稼働時間をタイマによって得て、前記補正レベルを算出することを特徴とするＬＥＤ照明装置。
3. 請求項１又は２に記載のＬＥＤ照明装置において、
   前記ディジタル制御回路は、前記入力電圧、前記トランスの１次側に流れる電流および前記トランスの１次側の電圧を取得して、前記既定値が保たれるように前記スイッチングのオン／オフ期間を制御し、且つ前記既定値を決める前記補正レベルを、前記稼働時間が更新される毎に更新することを特徴とするＬＥＤ照明装置。
4. 請求項１、２又は３に記載のＬＥＤ照明装置において、
   外部との通信を行う通信モジュールを備え、
   前記ディジタル制御回路は、前記通信モジュールから前記調光レベルを取得して内部設定し、前記稼働時間に応じて前記補正レベルを算出するための補正係数を取り込み、又は前記稼働時間に応じて前記補正レベルを決定するためのテーブル値を取り込むことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
5. 請求項１、２、３又は４に記載のＬＥＤ照明装置において、
   前記ＬＥＤ照明装置の温度を検出する温度センサを備え、
   前記ディジタル制御回路は、前記温度センサで検出された温度に応じて前記補正レベルを修正することを特徴するＬＥＤ照明装置。