JP6520469B2 - LED lighting device and irradiation device - Google Patents
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Description
本発明は、LED点灯装置及びそれを用いた照射装置に関する。 The present invention relates to an LED lighting device and an irradiation device using the same.
特許文献1は、各種キノコ類の育成用の発光ダイオード照明器具を開示する。この照明器具は、発光ダイオードからなる光源、及び光源を点滅するためのパルス電流を光源に供給するPWM回路を備える。そして、パルス電流の波形は所定周波数及び所定オンデューティの矩形波、鋸波、山形波からなる群から選ばれる1つであることが好ましいことが開示されている。
特許文献1に開示されるように、特定のパルス電流が反復的にLEDに投入され、そのLED電流に応じてLEDの照度が増減される特殊用途のLED点灯装置が知られている。このようにLED点灯装置の照射対象物あるいは用途に応じてLEDに特定波形の電流を投入する場合、電流平均値、電流実効値及び電流ピーク値といった各要素を考慮してLED電流波形を決定する必要がある。例えば、電流平均値は照射対象物において実質的に得られる光量を決定し、電流実効値はLEDの定格電流値(寿命)による制約を受け、電流ピーク値は照射対象物における光学的な反応性に影響する。したがって、反復的に増減するLED電流によって光照射を行う場合には、上記電流の各値のバランスを考慮してLED電流波形が決定されることが望ましい。
As disclosed in
そこで、本発明は、平均値、実効値及びピーク値のバランスを考慮して最適に決定される出力電流をLEDに供給可能なLED点灯装置及びそれを用いた照射装置を提供することを課題とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide an LED lighting device capable of supplying an LED with an output current optimally determined in consideration of the balance between average value, effective value and peak value, and an irradiation device using the same. Do.
本発明の第1の形態のLED点灯装置は、LEDに出力電流を供給する直流電源回路と、LEDの光出力を検出して光出力の平均値を光量検出値として出力する光量検出部と、振幅がゼロ−ピークの連続する三角波又は鋸波の出力基準波を生成し、光量検出値が目標値に一致するように出力基準波のピーク値を決定する基準波処理部と、出力電流が出力基準波の増幅波形となるように直流電源回路を駆動する駆動部とを備える。 An LED lighting device according to a first aspect of the present invention includes a DC power supply circuit that supplies an output current to the LED, a light amount detection unit that detects the light output of the LED and outputs an average value of the light output as a light amount detection value. A reference wave processing unit that generates an output reference wave of a continuous triangular wave or sawtooth wave whose amplitude is zero-peak and determines the peak value of the output reference wave so that the detected light value matches the target value, and the output current And a drive unit for driving the DC power supply circuit to have an amplification waveform of a reference wave.
上記LED点灯装置によると、ゼロ−ピークを振幅とする連続する三角波又は鋸波の電流がLEDに供給され、電流平均値に依存する光量が一定に制御される。これにより、パルス矩形波のLED電流に比べて、LED電流実効値の定格値に対して大きなマージンを得た状態での光量のフィードバック制御が可能となり、LED電流の制御性が向上する。別の見方をすると、パルス矩形波のLED電流を用いるLED点灯装置に比べて、LED点灯装置(直流電源回路)の電流容量を増加させることなく、又はLEDの素子数を増加させることなく、すなわち、小型かつ簡素な構成でより多くの光量を得ることが可能となる。このように、LED点灯装置において、平均値、実効値及びピーク値のバランスを考慮して最適に決定される出力電流をLEDに供給することが可能となる。 According to the LED lighting device, a continuous triangular or sawtooth current having a zero-peak amplitude is supplied to the LED, and the light amount depending on the current average value is controlled to be constant. This enables feedback control of the light amount in a state where a large margin is obtained with respect to the rated value of the LED current effective value compared to the pulse rectangular wave LED current, and the controllability of the LED current is improved. From another viewpoint, as compared with the LED lighting device using the pulse rectangular wave LED current, without increasing the current capacity of the LED lighting device (DC power supply circuit) or without increasing the number of elements of the LED It is possible to obtain more light quantity with a compact and simple configuration. Thus, in the LED lighting device, it is possible to supply the LED with an output current which is optimally determined in consideration of the balance of the average value, the effective value and the peak value.
また、上記LED点灯装置は、出力電流を検出して出力電流の実効値を電流検出値として出力する電流検出部を更に備え、基準波処理部は、電流検出値が上限値以下となる範囲で出力基準波のピーク値を制御するように構成される。これにより、三角波電流がLEDに通電される構成においても確実にLEDの寿命が確保される。 Further, the LED lighting device further includes a current detection unit that detects an output current and outputs an effective value of the output current as a current detection value, and the reference wave processing unit reduces the current detection value within the upper limit value or less. It is configured to control the peak value of the output reference wave. As a result, even in the configuration in which the triangular wave current is supplied to the LED, the lifetime of the LED can be reliably ensured.
本発明の第2の形態のLED点灯装置は、LEDに出力電流を供給する直流電源回路と、LEDの光出力を検出して光出力の平均値を光量検出値として出力する光量検出部と、出力電流を検出して出力電流の実効値を電流検出値として出力する電流検出部と、三角波又は鋸波からなる第1の基準波が、一定直流波からなる第2の基準波以上である期間においては第1の基準波を、第1の基準波が第2の基準波未満である期間においては第2の基準波を出力基準波として出力し、電流検出値が上限値に達した場合に、光量検出値が目標値に一致しかつ電流検出値が上限値に一致するように、第1の基準波におけるピーク値及びオンデューティの少なくとも一方並びに第2の基準波の値を決定する基準波処理部と、出力電流が出力基準波の増幅波形となるように直流電源回路を駆動する駆動部とを備える。 An LED lighting device according to a second aspect of the present invention includes: a DC power supply circuit that supplies an output current to the LED; a light amount detection unit that detects the light output of the LED and outputs an average value of the light output as a light amount detection value; A current detection unit that detects an output current and outputs an effective value of the output current as a current detection value, and a period in which a first reference wave consisting of a triangular wave or a sawtooth wave is equal to or greater than a second reference wave consisting of a constant DC wave Output the first reference wave as the output reference wave in a period in which the first reference wave is less than the second reference wave, and the detected current value reaches the upper limit value. And a reference wave for determining at least one of the peak value and the on-duty and the second reference wave in the first reference wave such that the light quantity detection value matches the target value and the current detection value matches the upper limit. Processing unit, output current is amplified wave of output reference wave And a driving unit for driving the DC power supply circuit so as to.
上記LED点灯装置によると、LEDの発光効率が低下した場合であっても、三角波又は鋸波の電流がLEDに供給されつつ、電流平均値に依存する光量及び電流実効値が一定に制御されるので、LED電流の制御性が向上する。このように、LED点灯装置において、平均値、実効値及びピーク値のバランスを考慮して最適に決定される出力電流がLEDに供給可能となる。 According to the above-described LED lighting device, even if the light emission efficiency of the LED is lowered, the light amount and the current effective value depending on the current average value are controlled to be constant while the triangular wave or sawtooth current is supplied to the LED Therefore, the controllability of the LED current is improved. Thus, in the LED lighting device, the output current optimally determined in consideration of the balance between the average value, the effective value, and the peak value can be supplied to the LED.
また、基準波処理部は、電流検出値が上限未満となる範囲においては、第1の基準波を振幅がゼロ−ピークの三角波又は鋸波とするとともに第2の基準波の値をゼロとするように構成される。これにより、三角波又は鋸波のLED電流において、発光効率の変化にかかわらず常に最大のピーク値が得られる。 Further, the reference wave processing unit sets the first reference wave as a triangular wave or a sawtooth wave having a zero-peak amplitude and sets the value of the second reference wave to zero in a range where the current detection value is less than the upper limit. Configured as. Thereby, in the triangular or sawtooth LED current, the maximum peak value is always obtained regardless of the change in the luminous efficiency.
上記第1又は第2の形態のLED点灯装置において、電流検出値が上限値に達したことを報知する報知手段が更に設けられてもよい。電流検出値が上限値に達する状況はLEDの発光効率が低下した状態であることから、ユーザは上記報知によってLEDの寿命又はLED設置環境(温度状態)の適否を判断することができる。 The LED lighting device of the first or second aspect may further include notification means for notifying that the current detection value has reached the upper limit value. Since the situation where the current detection value reaches the upper limit value is a state in which the light emission efficiency of the LED is lowered, the user can judge the lifetime of the LED or the suitability of the LED installation environment (temperature state) by the above notification.
また、上記第1又は第2の形態のLED点灯装置において、直流電源回路がDC/DCコンバータを備え、出力基準波の周波数が1kHz以上10kHz以下であることが好ましい。このように、DC/DCコンバータの出力段において一般的に使用される駆動周波数よりも低い周波数で出力電流の増減の制御が行われるので、簡素な構成で確実に電流波形が制御可能となる。 Further, in the LED lighting device of the first or second aspect, it is preferable that the DC power supply circuit includes a DC / DC converter, and the frequency of the output reference wave is 1 kHz or more and 10 kHz or less. As described above, since the increase and decrease of the output current is controlled at a frequency lower than the drive frequency generally used in the output stage of the DC / DC converter, the current waveform can be reliably controlled with a simple configuration.
本発明の照射装置は、上記いずれかのLED点灯装置と、LEDとを備える。これにより、上記LED点灯装置と同様に、平均値、実効値及びピーク値のバランスを考慮して最適に決定される出力電流がLEDに供給可能な照射装置が実現される。また、パルス矩形波のLED電流を採用するものに比べて、LED点灯装置(直流電源回路)の電流容量を増加させることなく、又はLEDの素子数を増加させることなく、すなわち、小型かつ簡素な構成でより多くの光量を得ることが可能な照射装置が実現される。 The irradiation apparatus of this invention is equipped with one of the said LED lighting devices, and LED. Thus, as in the case of the above-described LED lighting device, an irradiation device capable of supplying the LED with an output current optimally determined in consideration of the balance between the average value, the effective value, and the peak value is realized. In addition, compared with the one using pulse rectangular wave LED current, without increasing the current capacity of the LED lighting device (DC power supply circuit) or without increasing the number of elements of the LED, ie, small and simple An irradiation device capable of obtaining a larger amount of light by the configuration is realized.
<第1の実施形態>
図1に、本発明の第1の実施形態によるLED点灯装置1及びそれを用いた照射装置3のブロック図を示す。照射装置3はLED点灯装置1及びLED2を備える。LED点灯装置1は、主電流回路からなる直流電源回路10及び小信号回路からなる制御回路20を備え、交流電源ACからの交流電流を直流変換し、図2に示すような反復的な三角波の直流電流をLED2に供給する。この三角波の詳細については後述する。なお、図1においては、LED2として直列接続された2個のLED素子を図示するが、任意数のLED素子が直列接続又は直並列接続され得る。このような三角波のLED電流によってLED2を発光させる照射装置3は、例えば、印刷、キュア分野等において紫外線によって被照射物を硬化又は変質させる照射装置、蛍光観察において蛍光物質への励起光を照射する照射装置といった種々の照射装置として採用される。
First Embodiment
FIG. 1 shows a block diagram of an
ここで、図9(比較例)及び図2を参照して、同じ実効値Irmsを有するパルス矩形波及び三角波(振幅がゼロ−ピークの連続する三角波)について検討する。図9にピーク値Ipp、オンデューティD(%)及び周期Tのパルス矩形波を示し、図2にピーク値Itp及び周期Tの三角波を示す(周期Tは各波形の実効値、平均値及びピーク値に影響しない)。なお、本明細書において、連続する三角波又は連続三角波とは、図2に示すような振幅値がゼロとなる期間が継続することのない三角波をいうものとする。 Here, with reference to FIG. 9 (comparative example) and FIG. 2, pulse rectangular waves and triangular waves (the amplitude is a zero-peak continuous triangular wave) having the same effective value Irms will be considered. FIG. 9 shows a pulse rectangular wave of peak value Ipp, on-duty D (%) and period T, and FIG. 2 shows a triangular wave of peak value Itp and period T (period T is effective value, average value and peak of each waveform) Does not affect the value). In the present specification, the continuous triangular wave or the continuous triangular wave refers to a triangular wave in which a period in which the amplitude value becomes zero as shown in FIG. 2 does not continue.
図9に示すようなパルス矩形波の平均値Ipa及びピーク値Ippは、
Ipa=√D×Irms
Ipp=1/√D×Irms
である。
図2に示すような連続三角波の平均値Ita及びピーク値Itpは、
Ita=√3/2×Irms
Itp=√3×Irms
である。
そして、連続三角波と同じピーク値を得るためのパルス矩形波のオンデューティDは、
D=1/3
となる。したがって、パルス矩形波と連続三角波とが同じ実効値Irms及び同じピーク値√3×Irmsを有する場合に、パルス矩形波の平均値Ipaは、
Ipa=1/√3×Irms≒0.58×Irms
であるのに対して、連続三角波の平均値Itaは、
Ita=√3/2×Irms≒0.87×Irms
であり、パルス矩形波の平均値Ipaよりも高い。
The average value Ipa and peak value Ipp of the pulse rectangular wave as shown in FIG.
Ipa = √D × Irms
Ipp = 1 / √D × Irms
It is.
The average value Ita and peak value Itp of the continuous triangular wave as shown in FIG.
Ita = √3 / 2 × Irms
Itp = √3 × Irms
It is.
And the on duty D of the pulse rectangular wave for obtaining the same peak value as the continuous triangular wave is
D = 1/3
It becomes. Therefore, when the pulse rectangular wave and the continuous triangular wave have the same effective value Irms and the same peak value √3 × Irms, the average value Ipa of the pulse rectangular wave is
Ipa = 1 / √3 × Irms ≒ 0.58 × Irms
While the average value Ita of the continuous triangular wave is
Ita = √3 / 2 × Irms ≒ 0.87 × Irms
And is higher than the average value Ipa of the pulse square wave.
これは、同じピーク電流(ピーク照度)でLED2の定格実効電流まで電流を投入する場合、パルス矩形波の平均電流Ipaよりも連続三角波の平均電流Itaの方が高く(約1.5倍)、連続三角波のLED電流によってより多くの光量が得られることを意味している。したがって、振幅をゼロ−ピークとする連続三角波のLED電流は、上述した照射装置3における電流波形として有用である。
This means that when the current is applied up to the rated effective current of the
直流電源回路10は、整流回路11及びDC/DCコンバータ12を含む。図3に、直流電源回路10の一例を示す。整流回路11はダイオードブリッジからなり、入力電圧を全波整流する。なお、必要に応じてダイオードブリッジの前段にノイズフィルタ、電流ヒューズ等が接続される。また、入力電源が直流電源の場合には整流回路11はなくてもよい。本例では、DC/DCコンバータ12は、力率改善回路120(昇圧チョッパ回路)及び降圧チョッパ回路130を含む。
The DC
力率改善回路120は、入力コンデンサ121、インダクタ122、スイッチング素子123、ダイオード124及びコンデンサ125を含む。降圧チョッパ回路130は、スイッチング素子131、インダクタ132、ダイオード133、コンデンサ134及び電流検出抵抗135を含む。詳細は後述するように、スイッチング素子123及び131は、制御回路20の駆動部28によってそれぞれ所定のオン幅でPWM駆動される。力率改善回路120においては、スイッチング素子123のオン期間にインダクタ122にエネルギーが蓄えられ、スイッチング素子123のオフ期間にそのエネルギーがダイオード124を介してコンデンサ125に充電される。降圧チョッパ回路130においては、スイッチング素子131がオンの期間においては、コンデンサ134→スイッチング素子131→インダクタ132→LED2→電流検出抵抗135に出力電流が流れ、インダクタ132にエネルギーが蓄えられる。スイッチング素子131がオフの期間においては、インダクタ132に蓄えられたエネルギーをもとに、インダクタ132→LED2→電流検出抵抗135→ダイオード133に出力電流が流れる。コンデンサ134は出力電圧及び電流を平滑化する。
Power
電流検出抵抗135は低抵抗素子からなり、LED2のカソード端とコンデンサ134の低電位端との間に接続される。電流検出抵抗135の両端にはLED2に流れる電流に応じた電圧が発生し、その電圧値が実質的にDC/DCコンバータ12の出力電流(LED電流)の実効値の検出値となる。なお、電流検出抵抗135は後述の電流検出部23の一部を構成する。
The
図1に戻り、制御回路20を説明する。制御回路20は三角波発生部21、光量検出部22、電流検出部23、基準波処理部24及び駆動部28を有し、基準波処理部24は光量帰還部25、電流帰還部26及び演算部27を含む。制御回路20による処理の目的は、上述したように、LED電流を連続三角波とする前提において、LED電流の実効値がLED2の定格を超えないようにする(寿命を確保する)とともに、LED電流の平均値に依存する光量を所望の値とすることにある。
Returning to FIG. 1, the
三角波発生部21は、連続的な三角波の入力基準波を生成し、基準波処理部24の演算部27に入力する。三角波発生部21は、例えば、発振器によって生成されたパルス矩形波を積分回路によってフィルタリングして三角波の入力基準波を生成する。入力基準波の周波数は1kHz〜10kHz程度であればよい。
The triangular
光量検出部22は、検出光の強度を電気信号に変換する受光素子及びその電気信号を積分(平滑化)する積分回路を含む。受光素子は、LED2の照射光の一部を取り込むことができる位置に配置される。光量検出部22によって得られる平滑化された電気信号はLED2の光出力の平均値(光量)を示し、これはLED電流の平均値に依存する。光量検出部22によって得られる検出値(以下、「光量検出値」という)は基準波処理部24の光量帰還部25に入力される。
The light
電流検出部23は、上述した電流検出抵抗135に発生する電圧を取得する。電流検出部23によって得られる電圧は実質的にLED電流の実効値を示す。電流検出部23によって得られる検出値(以下、「電流検出値」という)は基準波処理部24の電流帰還部26に入力される。
The
基準波処理部24は、三角波発生部21から入力された入力基準波に基づいて、振幅がゼロ−ピークの出力基準波を生成して駆動部28に入力し、この際に、電流検出値が上限値以下となる範囲で光量検出値が目標値に一致するように出力基準波のピーク値を決定する。すなわち、出力基準波はゼロ−ピークを振幅とする連続三角波であり、そのピーク値が制御される。出力基準波の周波数は入力基準波と同じ周波数(1kHz〜10kHz)であるので、DC/DCコンバータ21のスイッチングにおいて一般的に使用される駆動周波数(数10kHz〜数100kHz)よりも低い周波数で出力電流の増減の制御が行われることになり、電流波形が簡素な構成で確実に制御可能となる。
The reference
図4A及び図4Bに基準波処理部24の構成例を示す。概略として、基準波処理部24において、光量帰還部25は光量(実質的にLED電流の平均値)のフィードバック制御用の回路であり、電流帰還部26は出力電流(実質的にLED電流の実効値)のフィードバック制御用の回路であり、演算部27において、いずれか一方のフィードバック制御が選択される。そして、演算部27において、三角波発生部21からの入力基準波及び光量帰還部25又は電流帰還部26のフィードバックの結果に応じて出力基準波が生成される。なお、コンデンサ134の容量は、駆動周波数に起因する電流リップルをフィルタリング(平滑化)しつつも出力基準波に起因する電流リップルをフィルタリングせずに通過させるように適宜設定される。
The structural example of the reference
まず、図4Aに示す構成について説明する。
光量帰還部25はオペアンプ250を含む。オペアンプ250の負入力端子(−)には光量検出部22によって検出された光量検出値が入力され、正入力端子(+)には電圧源251から光量の目標値に対応する電圧が入力される。オペアンプ250の負入力端子と出力端子間には帰還素子252(抵抗、コンデンサ、又はこれらの直列回路若しくは並列回路、以下同じ)が接続される。オペアンプ250は、負入力端子に入力される電流検出値と、正入力端子に入力される電流目標値との誤差を増幅して出力する。言い換えると、選択回路274のダイオード275がオンされて光量フィードバックが選択されている場合には、オペアンプ250及び演算部27によって、光量検出値が目標値に一致するように出力基準波のピーク値が決定される。
First, the configuration shown in FIG. 4A will be described.
The light
電流帰還部26はオペアンプ260を含む。オペアンプ260の負入力端子(−)には電流検出部23によって検出された電流検出値が入力され、正入力端子(+)には電圧源261からLED電流実効値の上限値に対応する電圧が入力される。オペアンプ260の負入力端子と出力端子間にも帰還素子262が接続される。オペアンプ260は、負入力端子に入力される電圧検出値と、正入力端子に入力される充電設定値との誤差を増幅して出力する。言い換えると、選択回路274のダイオード276がオンされて出力電流フィードバックが選択されている場合には、オペアンプ260及び演算部27によって、電流検出値が上限値に一致するように出力基準波のピーク値が決定される。
The
演算部27は、CPU270、メモリ273及び選択回路274を含む。上述したように、選択回路274は、ダイオード275及び276からなるダイオードOR回路からなり、オペアンプ250の出力端子電圧又はオペアンプ260の出力端子電圧のいずれか低い方に対してオンする。ダイオードOR回路の共通アノードはCPU270の入力ポートに接続される。CPU270は、例えばマイコンからなり、メモリ273は、データ、プログラム等を記憶するROM、RAM等のメモリである。
図4Bに示す構成は、上記の光量帰還部25によるフィードバックと電流帰還部26によるフィードバックの選択がCPU270内でソフトウェアによって行われる点が、図4Aに示す構成と異なる。したがって、図4Bに示す構成において実行される処理は、図4Aに関して上述した処理と実質的に同じである。
The configuration shown in FIG. 4B is different from the configuration shown in FIG. 4A in that the feedback by the light
図4A又は図4Bのいずれの場合においても、オペアンプ250による光量フィードバックが実行されている間はオペアンプ260による出力電流フィードバックの出力値は実質的に論理ハイに固定され、オペアンプ260による出力電流フィードバックが実行されている間はオペアンプ250による光量フィードバックの出力値は実質的に論理ハイに固定される。そして、CPU270は、実行されているフィードバック制御におけるオペアンプ250又は260の出力値の増/減に対して出力基準波のピーク値を減/増させる。
In either case of FIG. 4A or FIG. 4B, the output value of the output current feedback by the
駆動部28は、出力電流が、基準波処理部24(演算部27)から入力される出力基準波の増幅波形となるようにDC/DCコンバータ12を駆動する。すなわち、ゼロ−ピークを振幅とし、光量フィードバック又は出力電流フィードバックの結果によるピーク値を有する連続三角波の出力電流をDC/DCコンバータ12が出力するように、駆動部28がスイッチング素子131をPWM駆動する。より具体的には、スイッチング素子131のPWM制御において、駆動部28は、出力基準波の三角波における上りエッジにおいて(ゼロからピークにかけて)オン幅を増加させていき、下りエッジにおいて(ピークからゼロにかけて)オン幅を減少させていく。なお、駆動部28は、力率改善回路120の出力電圧がLED2の順方向電圧Vfの合計値以上となるようにスイッチング素子123をPWM駆動する。
The
実際の動作においては、例えば、LED2の累積使用時間、周囲温度変化等に起因する発光効率の変化に応じてフィードバック制御が切り換えられる。一般的に、LEDにおいて、同じLED電流に対する光量は、経時的に減少し、温度上昇に対して減少する。概略として、LED2の累積使用時間が比較的短く、又は周囲温度が比較的低い場合には発光効率が相対的に高く、LED電流実効値の上限に対してマージンがある状態であるため、光量フィードバック(実質的に電流平均値のフィードバック)が選択される。一方、LED2の累積使用時間が比較的長く、又は周囲温度が比較的高い場合には発光効率が相対的に低く、出力電流フィードバック(実質的に電流実効値のフィードバック)が選択される。上述したように、光量フィードバックが選択されている間は出力基準波のピーク値が増減されるように制御され、出力電流フィードバックが選択されている間は出力基準波が固定される。
In an actual operation, for example, feedback control is switched according to a change in luminous efficiency caused by a cumulative use time of the
以上のように、本実施形態のLED点灯装置1において、直流電源回路10がLED2に出力電流を供給し、光量検出部22がLED2の光出力を検出して光出力の平均値を光量検出値として出力する。そして、基準波処理部24は、振幅がゼロ−ピークの連続する三角波の出力基準波を生成し、光量検出値が目標値に一致するように出力基準波のピーク値を決定し、駆動部28により、出力電流が出力基準波の増幅波形となるように直流電源回路10を駆動する。このように、ゼロ−ピークを振幅とする連続三角波の電流がLED2に供給され、電流平均値に依存する光量が一定に制御される。これにより、パルス矩形波のLED電流に比べて、LED電流実効値の定格値に対して大きなマージンを得た状態での光量のフィードバック制御が可能となり、LED電流の制御性が向上する。別の見方をすると、パルス矩形波のLED電流が採用されるLED点灯装置に比べて、LED点灯装置1(直流電源回路10)の電流容量を増加させることなく、又はLED2の素子数を増加させることなく、すなわち、小型かつ簡素な構成でより大きな光量を得ることが可能となる。このように、LED点灯装置1及び照射装置3において、平均値、実効値及びピーク値のバランスを考慮して最適に決定される出力電流をLED2に供給することが可能となる。
As described above, in the
また、基準波処理部24が、電流検出部23によって検出されるLED電流の実効値が上限値(定格値)以下となる範囲で出力基準波のピーク値を制御するように構成されるので、三角波電流がLED2に通電される構成においても確実にLED2の寿命が確保される。
Further, since the reference
<第2の実施形態>
上記第1の実施形態ではLED電流がゼロ−ピークを振幅とする連続三角波からなる構成を示したが、本実施形態では、特定の場合にLED電流が三角波と一定直流波の合成波形からなる構成を示す。本実施形態のLED点灯装置1においては、制御回路20の演算部における基準波に関する処理、特に、電流検出値が上限値に達した後の処理が第1の実施形態のものと異なる。
Second Embodiment
Although the first embodiment shows a configuration in which the LED current has a continuous triangular wave with a zero-peak amplitude, in the present embodiment, the LED current has a composite waveform of a triangular wave and a constant DC wave in a specific case. Indicates In the
本実施形態のLED点灯装置1及びそれを用いた照射装置3のブロック図は、制御回路20において演算部27の代わりに演算部29が採用される点を除いて、第1の実施形態に関して示した図1のブロック図と同様である。以降において、同様の構成には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、基準波処理部24(演算部29)において、LED電流の実効値が上限値に達するまでは第1の実施形態と同様の処理、すなわち、光量帰還部25による光量フィードバック(実質的にLED電流の平均値のフィードバック)が実行される。
The block diagram of the
図5に示すように、演算部29はCPU290及びメモリ293からなり、CPU290は基準波合成部291及び合成比調整部292を含む。CPU290は、例えばマイコンからなり、メモリ293は、データ、プログラム等を記憶するROM、RAM等のメモリである。
As shown in FIG. 5, the
基準波合成部291は、三角波発生部21からの入力基準波に基づくゼロ−ピークを振幅とする三角波からなる三角基準波と、一定直流波(一定値)からなる一定基準波とを合成する。具体的には、基準波合成部291は、三角基準波が一定基準波以上である期間においては三角基準波を、三角基準波が一定基準波未満である期間においては一定基準波を、出力基準波として出力する。これにより、三角波と一定直流波が交互に出現する合成波、又は三角波が一定直流波に重畳された合成波が出力基準波として生成される(これらの出力基準波に対応する出力電流波形は後述の図6A〜図6Dに示される)。三角基準波によって決まる出力基準波の周波数は、第1の実施形態と同様に入力基準波の周波数と同じ1kHz〜10kHz程度であればよい。
The reference
合成比調整部292は、電流検出値が上限値に達した場合に、光量検出値が目標値に一致しかつ電流検出値が上限値に一致するように、三角基準波におけるピーク値及びオンデューティの少なくとも一方並びに一定基準波の値を決定する。
When the current detection value reaches the upper limit value, the combination
ここで、同じ実効値Irmsを有する一定直流波(振幅がゼロであるもの)及び連続三角波(振幅がゼロ−ピークであるもの)について検討する。
一定直流波の平均値Icaは、
Ica=Irms
である。
三角波の平均値Itaは、第1の実施形態において説明したように、
Ita=√3/2×Irms
であり、一定直流波の平均値Icaよりも小さい。
We will now consider constant DC waves (those with an amplitude of zero) and continuous triangular waves (those with an amplitude of zero-peak) with the same effective value Irms.
The average value Ica of a constant DC wave is
Ica = Irms
It is.
The average value Ita of the triangular wave is, as described in the first embodiment,
Ita = √3 / 2 × Irms
And is smaller than the average value Ica of the constant DC wave.
すなわち、LED電流の実効値が上限値に達している状態(すなわち、上限値で一定となっている状態)においては、一定のLED電流の方が連続三角波のLED電流よりもその平均値が高く、より多くの光量が一定のLED電流によって得られることになる。したがって、LED電流の実効値が上限値一定に固定されるという前提の下、出力基準波において三角基準波に対する一定基準波の割合が大きいほど、ピーク値は低減されるものの平均値は上昇する。すなわち、発光効率が低下することに起因してLED電流の実効値が上限値に固定された状態であっても、三角基準波に対する一定基準波の割合を増加させることによって、LED2の目標の光出力の平均値(目標の電流平均値による光量)が得られることになる。
That is, in the state where the effective value of the LED current has reached the upper limit value (that is, the state where the upper limit value is constant), the constant LED current is higher in average value than the continuous triangular LED current More light quantity will be obtained by the constant LED current. Therefore, under the premise that the effective value of the LED current is fixed to the upper limit constant, as the ratio of the constant reference wave to the triangular reference wave in the output reference wave increases, the peak value decreases but the average value increases. That is, even if the effective value of the LED current is fixed to the upper limit value due to the decrease in the luminous efficiency, the target light of the
上記を踏まえて、合成比調整部292は、LED2の発光効率が所定値(電流実効値の上限値に対応する値)未満となって更に低下するにつれて、電流検出値(電流実効値)及び光量検出値(電流平均値)が一定となるように、三角基準波におけるピーク値又はオンデューティを減少させるとともに一定基準波の値を上昇させる。図6A〜図6Dに、基準波処理部24(特に、合成比調整部292)によって制御される出力電流(LED電流)の例を示す。なお、各図において、図面は寸法通りとは限らない。
Based on the above, as the light emission efficiency of the
図6Aの例において、上段(S1)から下段(S3)にかけて、LED2の発光効率が低下していくものとする。LED電流の実効値が上限値に達した状態(S1)では、三角基準波の増幅電流i1のみが現われ、そのピーク値はI1である(状態(S1)よりも発光効率が高い状態においては、ピーク値はI1よりも低いものとする(以下同じ))。その後、LED2の発光効率が低下した状態(S2)において、三角基準波の増幅電流i1のピーク値がI1からI2に低減され、一定基準波による一定値I3の増幅電流i2が現われ、出力電流(LED電流)は増幅電流i1及びi2の合成波形となる。その後、LED2の発光効率が更に低下した状態(S3)では、上記合成波形において三角基準波の増幅電流i1のピーク値がI2からI4に更に低減され、一定基準波の増幅電流i2の値がI3からI5に上昇される。
In the example of FIG. 6A, the light emission efficiency of the
図6Bの例において、上段(S1)から下段(S3)にかけて、LED2の発光効率が低下していくものとする。LED電流の実効値が上限値に達した状態(S1)では、三角基準波の増幅電流i1のみが現われ、そのピーク値はI1である。その後、LED2の発光効率が低下した状態(S2)において、三角基準波の増幅電流i1のピーク値はI1に維持された状態でそのオンデューティが100%からD1%に低減される。また、一定基準波による一定値I6の増幅電流i2が現われ、出力電流(LED電流)は増幅電流i1及びi2の合成波形となる。その後、LED2の発光効率が更に低下した状態(S3)では、上記合成波形において、三角基準波の増幅電流i1のピーク値はI1に維持された状態でそのオンデューティがD1%からD2%に更に低減され、一定基準波の増幅電流i2の値がI6からI7に上昇される。
In the example of FIG. 6B, the light emission efficiency of the
図6Cの例において、上段(S1)から下段(S3)にかけて、LED2の発光効率が低下していくものとする。LED電流の実効値が上限値に達した状態(S1)では、三角基準波の増幅電流i1のみが現われ、そのピーク値はI1である。その後、LED2の発光効率が低下した状態(S2)において、三角基準波の傾斜が維持された状態でそのピーク値がI1からI8に低減される(言い換えると、三角基準波の傾斜が維持された状態でそのオンデューティが低減される)。また、一定基準波による一定値I9の増幅電流i2が現われ、出力電流(LED電流)は増幅電流i1及びi2の合成波形となる。その後、LED2の発光効率が更に低下した状態(S3)では、上記合成波形において三角基準波の傾斜が維持された状態でそのピーク値がI8からI10に更に低減され(言い換えると、三角基準波の傾斜が維持された状態でそのオンデューティが更に低減され)、一定基準波の増幅電流i2の値がI9からI11に上昇される。
In the example of FIG. 6C, the light emission efficiency of the
図6Dの例において、上段(S1)から下段(S3)にかけて、LED2の発光効率が低下していくものとする。LED電流の実効値が上限値に達した状態(S1)では、三角基準波の増幅電流i1のみが現われ、そのピーク値はI1である。その後、LED2の発光効率が低下した状態(S2)において、三角基準波の増幅電流i1のピーク値がI1からI12に低減されるとともにボトム値が0からI13に上昇され、その振幅が低減される。言い換えると、出力電流(LED電流)は、振幅I12−I13の増幅電流i1が、一定値I13の増幅電流i2でオフセットされた合成波形となる。その後、LED2の発光効率が更に低下した状態(S3)において、三角基準波の増幅電流i1のピーク値がI12からI14に更に低減されるとともにボトム値がI13からI15に更に上昇され、その振幅が低減される。言い換えると、出力電流(LED電流)は、振幅I14−I15の増幅電流i1が、一定値I15の増幅電流i2でオフセットされた合成波形となる。
In the example of FIG. 6D, the light emission efficiency of the
なお、上記いずれの出力電流の処理においても、LED2の発光効率が著しく低下した場合には、LED電流波形における三角波の占める割合が大幅に減少し、本来の目的である三角波電流によるLED照射の効果が減殺される可能性がある。したがって、例えば図6A〜図6Dの各状態(S3)のように、LED2の発光効率が下限値を下回った場合(例えば、三角基準波のピーク値が所定値を下回った場合又は一定基準波の値が所定値を超えた場合)には、制御回路20がDC/DCコンバータ12を動作させないようにすることが好ましい。
In any processing of the output current, when the luminous efficiency of the
以上のように、本実施形態のLED点灯装置1において、直流電源回路10がLED2に出力電流を供給し、光量検出部22がLED2の光出力を検出して光出力の平均値を光量検出値として出力し、電流検出部23が出力電流を検出して出力電流の実効値を電流検出値として出力する。そして、基準波処理部24は、三角基準波が一定基準波以上である期間においては三角基準波を、三角基準波が一定基準波未満である期間においては一定基準波を出力基準波として出力し、電流検出値が上限値に達した場合に、光量検出値が目標値に一致しかつ電流検出値が上限値に一致するように、三角基準波におけるピーク値及びオンデューティの少なくとも一方並びに一定基準波の値を決定する。そして、駆動部28が、出力電流が出力基準波の増幅波形となるように直流電源回路10を駆動する。このように、LED2の発光効率が低下した場合であっても、三角波又は鋸波の電流がLED2に供給されつつ、電流平均値に依存する光量及び電流実効値が一定に制御されるので、LED電流の制御性が向上する。したがって、LED点灯装置1及び照射装置3において、平均値、実効値及びピーク値のバランスを考慮して最適に決定される出力電流をLED2に供給することが可能となる。
As described above, in the
また、上記のように、電流検出値が上限未満となる範囲においては、三角基準波がゼロ−ピークを振幅とする連続する三角波となり、一定基準波の値がゼロとなるように基準波処理部24が動作する。これにより、三角波のLED電流において、発光効率の変化にかかわらず常に最大のピーク値が得られる。 Also, as described above, in the range where the current detection value is less than the upper limit, the reference wave processing unit is such that the triangular reference wave is a continuous triangular wave having a zero-peak amplitude, and the value of the constant reference wave is zero. 24 works. Thereby, in the triangular LED current, the maximum peak value is always obtained regardless of the change in the luminous efficiency.
<変形例>
以上に本発明の好適な実施形態を示したが、本発明は、例えば以下に示すように種々の態様に変形可能である。
<Modification>
Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be modified in various aspects, for example, as described below.
(1)LED電流波形の変形
上記第1の実施形態においては、立上りの傾斜と立下りの傾斜の絶対値が等しい対称的な連続三角波のLED電流を示したが、立上りの傾斜と立下りの傾斜の絶対値は異なる非対称な連続三角波のLED電流が採用されてもよい。また、LED電流は、図7に示すようなゼロ−ピークを振幅とする連続する鋸波であってもよい。また、第2の実施形態においても、三角基準波は、立上りの傾斜と立下りの傾斜の絶対値が異なる非対称な三角波であってもよいし、鋸波であってもよい。
(1) Modification of LED Current Waveform In the first embodiment described above, although the symmetrical continuous triangular LED current in which the absolute values of the rising slope and the falling slope are equal is shown, the rising slope and the falling The absolute value of the slope may employ different asymmetrical continuous triangular LED currents. Also, the LED current may be a continuous sawtooth whose amplitude is zero-peak as shown in FIG. Also in the second embodiment, the triangular reference wave may be an asymmetric triangular wave having different absolute values of the rising slope and the falling slope, or may be a sawtooth wave.
(2)直流電源回路10の変形
上記実施形態においては、直流電源回路10のDC/DCコンバータ12が力率改善回路120及び降圧チョッパ回路130を備える構成としたが、直流電源回路10の構成はこれに限られない。例えば、降圧チョッパ回路130の代わりにフライバック回路を用いてもよい。また、比較的短時間(100ms〜500ms程度)での閃光照射を目的として、力率改善回路120の代わりに蓄電素子及びその充電回路を設け、その蓄電素子から降圧チョッパ回路130が給電されるようにしてもよい。ただし、これらの場合も、出力電流の制御性(1kHz〜10kHz程度での増減)を考慮して出力側のコンデンサの容量が適切に設定されるものとする。また更に、直流電源回路10は、出力電流をプログラミング可能な安定化電源装置等であってもよい。
(2) Modification of DC
(3)報知手段の追加
図9に示すように、上記各実施形態において、電流検出値(LED電流実効値)が上限値に達した場合に、その旨をユーザに報知する報知部30が設けられてもよい。この場合、電流帰還部26の出力に基づいて電流検出値が上限値に達したと判定される場合に演算部27及び29が報知部30を作動させ、これにより報知部30が報知動作を実行する。また、第2の実施形態においては、合成比調整部292の動作によって三角基準波のピーク値が所定値を下回った場合又は一定基準波の値が所定値を超えた場合に演算部29が報知部30を作動させ、報知部30が更なる報知動作を実行してもよい。
(3) Addition of Notification Means As shown in FIG. 9, in each of the above-described embodiments, when the detected current value (LED current effective value) reaches the upper limit value, the
報知部30は、LED等による発光表示、液晶表示等による視覚的表示、ブザー、音声等による聴覚的表示、又はこれらの組合せによる報知手段であればよい。例えば、照射装置3に操作パネルの画面が設けられている場合には、その画面上において上記報知が行われればよい。上述したように、電流検出値が上限値に達する状況はLED2の発光効率が低下した状態であることから、報知部30による報知によってユーザはLED2の寿命(LED2の交換タイミング)又は設置環境の適否(温度状態の適否)を判断することができる。
The
1 LED点灯装置
2 LED
3 照射装置
10 直流電源回路
12 DC/DCコンバータ
20 制御回路
22 光量検出部
23 電流検出部
24 基準波処理部
28 駆動部
30 報知部
1
DESCRIPTION OF
Claims (5)
LEDに出力電流を供給する直流電源回路と、
前記LEDの光出力を検出して該光出力の平均値を光量検出値として出力する光量検出部と、
前記出力電流を検出して該出力電流の実効値を電流検出値として出力する電流検出部と、
三角波又は鋸波からなる第1の基準波が、一定直流波からなる第2の基準波以上である期間においては前記第1の基準波を、前記第1の基準波が前記第2の基準波未満である期間においては前記第2の基準波を出力基準波として出力し、前記電流検出値が上限値に達した場合に、前記光量検出値が目標値に一致しかつ前記電流検出値が前記上限値に一致するように、前記第1の基準波におけるピーク値及びオンデューティの少なくとも一方並びに前記第2の基準波の値を決定する基準波処理部と、
前記出力電流が前記出力基準波の増幅波形となるように前記直流電源回路を駆動する駆動部と
を備えたLED点灯装置。 LED lighting device,
DC power supply circuit that supplies output current to LED;
A light amount detection unit that detects a light output of the LED and outputs an average value of the light output as a light amount detection value;
A current detection unit that detects the output current and outputs an effective value of the output current as a current detection value;
The first reference wave is a period during which the first reference wave consisting of a triangular wave or a sawtooth wave is equal to or more than the second reference wave consisting of a constant DC wave, and the first reference wave is the second reference wave The second reference wave is output as an output reference wave in a period of less than, and when the current detection value reaches the upper limit value, the light amount detection value matches the target value and the current detection value is the A reference wave processing unit that determines at least one of the peak value and the on duty of the first reference wave and the value of the second reference wave so as to coincide with the upper limit value;
An LED lighting device comprising: a drive unit for driving the DC power supply circuit such that the output current has an amplified waveform of the output reference wave.
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