具体实施方式
下面,参照附图对本发明的实施方式进行说明。实施方式的结构是例示性的,本发明不限于实施方式的结构。
[第1实施方式]
图1是示出本发明的第1实施方式中的LED照明系统的电路结构例的图。LED系统包括LED的调光装置A以及与调光装置A连接的LED照明装置20(也表记为“LED发光器件20”或“发光器件20”)。调光装置A对通过LED照明装置20中包含的LED的发光而得到的照明光的亮度(发光量)和色度(色相、色温)进行调整。
这里,LED照明装置20(发光器件20)包括一组LED群22A、22B,该一组LED群22A、22B包括彼此以相反方向(相反极性)并联连接的LED群22A(第1LED群)和LED群22B(第2LED群)。LED群22A、22B分别由串联连接的规定数(例如20个)的LED元件构成。分别构成LED群22A、22B的LED元件的数量为1个以上的数量即可,能够适当设定。例如在蓝宝石基板上制作LED群22A、22B。
LED照明装置20还包括从并联连接LED群22A和LED群22B的布线分别引出的两个端子23A、23B。在两个端子23A、23B之间通电有正负驱动电流。在正电流的通电时,LED群22A和LED群22B中的一方点亮,另一方熄灭。与此相对,在负电流的通电时,一方熄灭,另一方点亮。
在图1所示的例子中,调光装置A和LED照明装置20进行电路连接,以使得在从端子23A观察供给正驱动电流的情况下,LED群22A点亮,在从端子23A观察供给负驱动电流的情况下,LED群22B点亮。
在本实施方式中,LED群22A、22B中分别包含的各个LED元件的发光波长为410nm,正向电流时的端子电压为3.5V。在串联连接20个LED元件的情况下,在70V的直流下产生最大光量。
在形成构成发光器件20的LED群22A的各LED元件中,嵌入当以发光波长410nm的光进行刺激(激励)时发出大约3000K的白色光的荧光体,通过供给到端子23A、23B之间的正负交流中的一方(在本实施方式中为正)的供给而点亮。
与此相对,在构成LED群22B的各LED元件中,嵌入当以发光波长410nm的光进行刺激(激励)时发出大约5000K的白色光的荧光体,通过供给到端子23A、23B之间的正负交流中的另一方(在本实施方式中为负)的供给而点亮。
但是,构成LED群22A、22B的多个LED元件的数量可以适当变更,也可以是一个LED元件。在本实施方式中,采用LED群22A、22B发出不同色温的白色光的结构。但是,在本说明书中,“发光波长区域”的表达是包含色度(色相和色温)的概念,可以构成为LED群22A、22B具有相互不同的色度。只要LED群22A、22B的色度相互不同即可,LED群22A、22B分别具有的色度可以适当设定。
并且,图1所示的调光装置A具有输入端子10A、作为直流生成部的半波倍压整流电路90(下面表记为整流电路90)、时钟生成电路100、占空比调整电路110、具有互补晶体管31、32的推挽形驱动电路120(下面表记为驱动电路120)、产生自激振荡频率的驱动脉冲发生/可变电路130(下面表记为脉冲宽度调整电路130)。LED照明装置(发光器件)20由驱动电路120驱动。即,调光装置A使用独立于商用交流频率的自激振荡频率对发光器件20供给驱动电流。
图1所示的调光装置A利用整流电路90对从输入端子10A输入的来自商用电源(例如100V、50Hz)的输入交流电压进行整流。即,利用二极管11对正电压进行整流,对布线201供给大约120V的正直流电压,利用二极管12对负电压进行整流,对布线301供给大约120V的负直流电压。布线200成为针对布线201和布线301的共通接地电位。
并且,从电路动作用的未图示的电源电路向时钟生成电路100和占空比调整电路110分别具有的比较器(运算放大器)101、102和脉冲宽度调整电路130供给将布线200作为共通接地电位的±15V。
下面,对调光装置A(调光电路)的各部的动作进行说明。图2、图3是调光电路内的波形说明图。图2(a)示出输入到输入端子10A的交流电压。图2(b)示出来自比较器101的输出波形。图2(c)示出由占空比调整电路110中包含的积分器(电阻器R0和电容器C0)形成的三角波。图2(d)示出来自比较器102的输出波形。图3(a)示出来自比较器102的输出波形,图3(b)示意地示出供给到LED群22A和22B的电流波形,图3(c)示意地示出供给到LED群22A和22B的电流波形。
在时钟生成电路100中,从布线210供给输入端子10A的输入交流电压(50Hz、100V),由电阻器R1和R2之比(R1/R2)确定的分压被输入到比较器101。通过比较器101的驱动,对比较器101的输出侧的布线203输出图2(b)所示的矩形波电压。矩形波电压被用作按照输入交流电压(图2(a))的半周期期间t0而导通/截止的时钟。
在占空比调整电路110中,通过由电阻器R0和电容器C0构成的积分电路生成三角波,并输入到比较器102的非反转输入端子(+V)。另一方面,比较器102的反转输入端子(-V)的一端经由电阻R3与布线201连接,另一端与连接在布线200上的可变电阻器61A的可动点连接。由此,对比较器102的反转输入端子输入与可变电阻器61A的可动点的位置对应的电压作为参照电压。可变电阻器61A的电阻值能够通过调色(色度调整)用的操作部56(第2操作部)来操作。
在比较器102中,参照电压作为从非反转输入端子输入的三角波的限制电平发挥作用。即,在三角波高于限制电平时,比较器102进行正输出,在三角波低于限制电平时,比较器102进行负输出。由此,从比较器102输出电压高于参照电压的正期间t1和电压低于参照电压的负期间t2交替重复的矩形波(参照图2(d))。在从非反转输入端子输入的三角波恒定时,限制电平(参照电压)越高,期间t1越短。这样,比较器102作为决定1个周期中的正负的平均电流之比的第2控制部发挥功能。
驱动电路120具有晶体管31、32、33、34,晶体管33和31作为如下的开关发挥功能:在比较器102的输出为正的期间即期间t1内,经由布线220对发光器件20的LED群22A供给正驱动电流,晶体管34和32作为如下的开关发挥功能:在比较器102的输出为负的期间即期间t2内,通过布线220对LED群22B供给负驱动电流。
自激振荡频率形的脉冲宽度调整电路130是在期间t1、t2中供给到LED群22A、22B的驱动电流量的调整电路,由脉冲宽度调制(PWM)电路构成。即,作为主要结构,脉冲宽度调制电路130具有自激振荡电路95、脉冲/占空比调整电路96、可变电阻器51B。
脉冲宽度调整电路130通过脉冲/占空比调整电路96的脉冲宽度调制(PWM)控制,将由自激振荡电路95生成的500Hz的基本脉冲的占空比调整为与可变电阻器51B的电阻值对应的占空比并输出。这里,构成为可变电阻器51B的电阻值越高,占空比越大。可变电阻器51B的电阻值通过亮度调整用的操作部55(第1操作部)来操作。脉冲宽度调整电路130作为决定在1个周期内供给到发光器件20的正负电流总量的第2控制部发挥功能。
脉冲宽度调整电路130的输出(脉冲)被输入到输入有比较器102的输出的AND(逻辑积)电路35和OR(逻辑和)电路36。AND电路35的输出端子与晶体管33的基极连接,晶体管31的基极与晶体管31的集电极连接。由此,在比较器102的输出为正、且来自脉冲宽度调整电路130的输出导通的情况下,AND电路35导通,晶体管33导通,接着晶体管31导通,对LED群22A供给基于正电压的驱动电流,LED群22A点亮。
另一方面,在比较器102的输出为负的期间t2内,在脉冲宽度调整电路130的输出截止的区间中,OR电路36导通,晶体管34和晶体管32导通,对LED群22B供给基于负电压的驱动电流,LED群22B点亮。
由此,如图3(b)所示,在期间t1和期间t2(图3(a))内,对LED群22A、LED群22B供给从脉冲宽度调整电路130输出的与脉冲数和脉冲宽度对应的脉冲状的驱动电流。这样,在第3实施方式中,通过利用可变电阻器61A的操作部56(旋钮等)对1个周期中的各LED群22A、22B中的驱动电流的供给期间(占空比)进行变更,能够使对LED群22A和LED群22B的电力供给量(驱动电流量:平均电流)不同。即,能够使发光器件20的色温可变。
而且,通过未图示的操作部55(旋钮等)对可变电阻器51B的电阻值进行调整,如果提高从脉冲宽度调整电路130输出的脉冲的占空比,则如图3(c)所示,供给到LED群22A、22B的脉冲宽度变宽。即,能够提高对各LED群22A、22B的驱动电流的平均电流量。如果进行相反的操作,则能够降低对各LED群22A、22B的驱动电流的平均电流量。这样,能够使发光器件20的总发光量(亮度)可变。
在图2、图3所示的期间t1比期间t2长的动作状态下,LED群22A在输入交流电压的正半周期内闪烁的时间比LED群22B在输入交流电压的负半周期内闪烁的时间长。肉眼不会感觉到这种LED群22A、22B的闪烁,由于具有比LED群22B的色温(5000K)低的色温(3000K)的LED群22A的点亮时间是支配性的,所以肉眼感知到发红的白色。
与此相对,通过可变电阻器61A的操作,当可变电阻器61A的可动点比中点更接近正电位(布线201侧)时,正半周期中的LED群22A的闪烁时间变短,另一方面,负半周期中的LED群22B的闪烁时间变长,所以,色温高的LED群22B的点亮时间是支配性的,肉眼感知到发蓝的白色。可变电阻器61A提供上述的色调调整功能,所以,能够使由发光器件20照射的白色的色温在3000K~5000K之间连续可变。
并且,如上所述,在第1实施方式中,通过可变电阻器51B的电阻值的调整,能够对发光器件20的总发光量即亮度进行调整。通过可变电阻器51B的操作,当增大从电路130输出的脉冲宽度(增大占空比)时,如图3(c)所示,在连接晶体管31、32间和发光器件20的一个端子间的布线220(发光器件20的另一个端子与布线200连接(接地))中流过的脉冲状电流的脉冲宽度在正负双方中增大,所以,正负两个极性中的平均电流值增大,发光器件20的总发光量增大。由此,能够对基于发光器件20亮度(发光量)进行调整。
根据第1实施方式的结构,能够以自激振荡频率对LED发光器件20供给交流驱动电流,所以,通过将LED的闪烁频率设定为人无法识别的程度,具有能够抑制产生闪动(LED发光的闪烁)的优点。另外,LED发光器件20的驱动电路(在第1实施方式中为驱动电路120)可以由至少1个推挽驱动电路构成。例如,在图1所示的第1实施方式的结构中,代替驱动电路120和脉冲宽度调整电路130,使用被称为H型全桥的具有4个半导体开关(晶体管)和控制电路的公知的电路芯片(H型全桥驱动电路:例如东芝公司制的TA8428K(S)),也能够进行基于来自比较器102的输出的发光器件20的驱动控制。
另外,第1实施方式的输入端子10A可以通过未图示的插头从商用电源接受电力,输入端子10A也可以与室内的商用电源的固定布线连接而接受电力。
[第2实施方式]
接着,对第2实施方式进行说明。在第2实施方式中,对使用微计算机(微机)实施发光器件20的驱动控制的例子进行说明。图4是示出第2实施方式的LED照明系统的结构例的图。在图4中,LED照明系统具有调光装置B以及在第1实施方式中说明的LED照明装置(发光器件)20。调光装置B具有与商用交流电源(例如50Hz、100V)连接的交流电源的输入端子10A、作为直流生成部的双电压直流电源电路140(下面表记为电源电路140)、主电源开关141、H型全桥驱动电路150(下面表记为驱动电路150)、作为第1和第2控制部的存储器内置形微处理器180(下面表记为微机180)、作为第1和第2操作部的X-Y矩阵形按钮开关185(下面表记为XY开关185)。驱动电路150包括4个开关元件(半导体开关)和控制电路151。作为驱动电路150,例如可以应用东芝公司制的TA8428K(S)。在本实施方式中,应用晶体管TR1~TR4作为开关元件,但是,也可以代替晶体管而使用FET。
上述调光电路B的结构要素收纳在未图示的纵横10cm左右的绝缘型壳体中,构成发光器件20的调光装置B(点亮控制装置)。在绝缘型壳体的一面,以能够从外部进行操作的方式设有XY开关185。绝缘型壳体例如将上述一面的背面设置在建筑物的壁面上,或者,以在上述一面露出到外部的状态下将一部分嵌入建筑物的壁中的状态设置绝缘型壳体。输入端子10A可以是设于绝缘型壳体中的雌形连接器,输入端子10A也可以是包含电源电缆和插头的部件。并且,设置场所不限于建筑物的壁面。
发光器件20与第1实施方式中说明的发光器件相同。多数情况下,发光器件20固定在室内的天花板上。发光器件20所具有的两个端子23A和23B经由布线221和222与调光装置B连接,但是不限于此。
对连接电源电路140和控制电路151的电源端子的布线201A供给大约24V的正直流电压,对连接电源电路140和微机180的电源端子的布线202A供给大约3.3V的正直流电压。而且,电源电路140、微机180、控制电路151将布线200A作为共通接地电位进行连接。布线201A供给用于点亮发光器件20的电力,布线202A供给微机180的驱动电力。
XY开关185具有如下的电路构造:当按下多个X线和Y线的交叉点的9个部位中的任意一个部位时,X线和Y线的双方与接地端子G发生短路,并且具有如下的电路构造:在没有按下任何交叉点时,与微机180的输入端子连接的布线b0~b5保持为大约3.3V。
微机180能够应用主时钟以来自振荡器181的4MHz进行动作的程度的存储器内置型的廉价的微处理器(MP)。作为输入端子,除了电源复位端子res以外,还具有6条输入端子b0~b5。并且,微机180具有分别为4位宽的“setN+寄存器”和“setN-寄存器”,能够从输出端子对下级的定时器186设置setN+寄存器的值和setN-寄存器的值。
定时器186是定时器和计数器,由规定的自激振荡频率(在本实施方式中为1MHz)的陶瓷振荡器187驱动,在预先设定的定时,从连接输出端子和控制电路151的输入端子的布线241和242自激输出图5A(b)和(c)所图示的互补的突发脉冲。预先针对定时器186进行该互补的突发脉冲的频率设定,以使得脉冲频率为10kHz、突发重复频率(图5A(a))为大约500Hz。但是,脉冲频率和突发重复频率是例示,能够设定适当的值。
在定时器186中设置的setN+寄存器的寄存器值用于对在正半周期内供给的突发脉冲的数量进行控制。即,setN+寄存器的寄存器值越大,在正半周期内供给的突发脉冲的数量越是增加。另一方面,在定时器186中设置的setN-寄存器的寄存器值用于对在负半周期内供给的突发脉冲的数量进行控制。即,setN-寄存器的寄存器值越大,在负半周期内供给的突发脉冲的数量越是增加。另外,通过调整在定时器186中设置的计数器,能够对正负的各半周期中的突发脉冲的发生期间(T1、T2)进行变更。
并且,在图4中,在连接控制电路150和发光器件20的布线221与布线222之间设有极性转换开关290。在第2实施方式的结构中,连接布线222和端子23A、连接布线221和端子23B的连接是优选的连接。关于极性转换开关290,在布线222和221与发光器件20的端子23A、23B相反连接的情况下,通过手动进行切换操作,实质上成为连接布线222和端子23A、且连接布线221和端子23B的状态。当通过极性交换开关290的操作而交换极性时,针对发光器件20,从由布线222供给驱动电流的状态切换为由布线221供给驱动电流的状态。
下面,对调光装置B的各部的动作进行说明。最初,在输入端子10A与商用电源100V连接后,闭合主电源开关141。当主电源开关141闭合时,进行基于电源电路140的整流和电压转换动作,对微机180供给驱动电力(DC3.3V)。进而,复位端子res由于电阻器R和电容器C的时间常数而滞后大约50msec,成为高电位(下面表记为“H”),开始进行作为微机180的动作。
另外,如图4所示,主电源开关141可以设置在XY开关185的中央部。但是,主电源开关141是不响应XY开关185的按钮操作的通常的主电源开关。
微机180开始利用公知方法进行初始化动作,将在未图示的内置ROM(Read OnlyMemory)中记录的动作程序装载到未图示的RAM(RandomAccess Memory)中,从程序的开头起依次开始进行基于程序的动作。
如图5B的流程图所示,在初始化动作后的微机180的程序动作中,最初,进行用于使发光器件20成为预先确定的标准点亮状态的点亮初始化动作(步骤S01)。其结果,分别从布线242和241对驱动电路150供给图5A的(b)、(c)所示的波形的电压(脉冲)。
即,在突发重复频率T0(500Hz)的前半部分的半周期中的期间T1内,从布线242向控制电路151供给突发脉冲,并且,在后半部分的半周期中的期间T2内,从布线241向控制电路151供给突发脉冲。
控制电路151接受来自布线242、241的突发脉冲供给,对与该突发脉冲对应的晶体管TR1~TR4的导通/截止动作(开关动作)进行控制。即,在没有输入来自布线241和242的脉冲的情况下,控制电路151使晶体管TR1~TR4截止。另一方面,在输入来自布线242的脉冲时,控制电路151使晶体管TR1和TR4导通,另一方面,使晶体管TR2和TR3截止。由此,来自电源电路140的直流电流通过晶体管TR1流过布线222,被LED群22A的点亮所消耗。然后,电流通过布线221和晶体管TR4而接地。
与此相对,在输入来自布线241的负脉冲时,控制电路151使晶体管T3和T2导通,另一方面,使晶体管TR1和TR4截止。由此,来自电源电路140的直流电流通过晶体管TR3流过布线221,被LED群22B的点亮所消耗。然后,电流通过布线222和晶体管TR2而接地。
因此,从布线222(端子23A)观察,交替供给正脉冲群(正驱动电流)和负脉冲群(负驱动电流)。换言之,对LED群22A、22B供给极性不同的交流电流作为驱动电流。具体而言,在期间T1(图5A(a))内,通过从布线242向控制电路151供给突发脉冲群(图5A(b)),对布线222供给正突发脉冲状的电流。另一方面,在期间T2(图5A(a))内,通过从布线241向控制电路151供给突发脉冲群(图5A(c)),对布线222供给负突发脉冲状的电流(参照图5A(d))。因此,供给到布线222的正负突发脉冲状的电流(即针对发光器件20的驱动电流)的波形与经由布线242、241供给的正负突发脉冲(即驱动电路150的控制信号)的波形相同。“相同的波形”意味着脉冲的相对导通和截止的定时大致相同的波形,包含脉冲高度相同的情况和不同的情况的双方。
其结果,LED群22A利用来自布线222的正驱动电流而点亮,另一方面,LED群22B利用来自布线222的负驱动电流而点亮。在该时刻,由于供给到布线222和布线221的突发脉冲的数量(平均电流)相等,所以LED群22A和LED群22B分别以相同程度(大致均等)点亮,维持中庸色温的白色状态。
如上所述,通过对定时器186的事前的频率设定,1个周期T0为2msec(500Hz),1个周期的前半部分和后半部分中的突发脉冲的输出期间T1和T2分别被设定为500μsec。因此,图5A(a)所示的1个周期的包络波形是500Hz的矩形交流。因此,经由布线222流过发光器件20的实际电流波形成为脉冲宽度50μsec(t1)的正突发和相同宽度的负突发的交替的重复(参照图5A(d))。仅在闭合主电源开关141时进行该时刻的动作。
另外,在图5A(d)中,由于很难表现脉冲宽度50μsec的脉冲,所以以比实际粗的脉冲宽度示意地进行图示。以上,图5B的步骤S01的动作结束。
然后,微机180开始进行XY开关185的触点扫描动作,在检测到按下之前,继续处于待机状态(图5B、步骤S02、S03的循环)。
另外,虽然图5B中没有示出,但是,在待机状态下,开始进行未图示的等待定时器的计数,在等待定时器超时之前的期间内,在没有检测到按下的情况下(用户没有进行调光操作的情况下),主电源开关141被切断(打开)。由此,发光器件20返回熄灭状态。
当用户进行调光操作、即针对XY开关185的按下按钮操作后,微机180根据布线b0~b5的导通/截止(1/0)模式判定是否按下了XY开关185所具有的“U(UP)”按钮、“D(DOWN)”按钮、“L(LOW)按钮、“H(HIGH)”按钮中的任意一方(步骤S04),转移到按下了各按钮时的动作。
即,在按下了U按钮的情况下,执行亮度(发光量)上升处理(步骤S05),在按下了D按钮的情况下,执行亮度(发光量)下降处理(步骤S06)。在按下了L按钮的情况下,执行色度(在本实施方式中为色温)上升处理(步骤S07),在按下了H按钮的情况下,执行色度(在本实施方式中为色温)下降处理(步骤S08)。步骤S05~S08的处理的详细情况在后面叙述。当执行步骤S05~S08中的任意一个处理后,微机180所具有的“setN+寄存器”和“setN-寄存器”的值变化。当结束步骤S05~S08中的任意一方后,微机180在定时器186中设置“setN+寄存器”和“setN-寄存器”的值(步骤S09),使处理返回步骤S02,再次开始进行触点扫描处理。
下面,单独说明步骤S05~S08的处理的详细情况。最初,对针对希望增减发光器件20的亮度(发光量)的用户(操作者)的操作的动作进行说明。例如,当操作者按下U按钮后,微机180检测U按钮的按下,进行基于步骤S05的处理即图6B所示的亮度上升处理的流程的处理。
在图6B中,最初,微机180为了向操作者报知按钮按下的检测,驱动未图示的电子音发生器,使其产生检测音(例如“吡”音)(步骤S051)。并且,调光装置B也可以具有按下检测报知用的LED灯,与检测音的输出一起,或者代替检测音,使LED灯点亮规定时间。
接着,微机180参照自身内置的setN+寄存器(未图示)和setN-寄存器(未图示)的值N,判定值N是否为规定上限值以上(步骤S052)。此时,在值N为上限值以上的情况下(S052:“否”),用户重复使亮度上升,以超过由LED元件的性能决定的最高亮度的方式持续按压按钮,进入错误处理子程序(步骤S055),报知是操作错误。
与此相对,在值N小于上限值(S052:“是”)的情况下,微机180驱动针对布线183的输出端口,针对在定时器186中内置的setN+寄存器,例如写入值“100(十进制数的4)”(步骤S053)。在该写入前,setN+寄存器在初始化动作(步骤S01)中保持写入该寄存器中的初始值“011(十进制数的3)”,通过步骤S053的处理,setN+寄存器的值增加。
接着,微机180驱动针对布线184的输出端口,针对在定时器186中内置的setN-寄存器,也写入与setN+寄存器的增加值相同的值“100”(步骤S054)。在该写入前,setN-寄存器在初始化动作中保持初始值“011”,通过该步骤S054的写入,setN-寄存器的值增加。然后,处理返回步骤S09。
通过步骤S053、S054的处理,在定时器(计数器)186的out+线(布线242)中,如图6A(d)所示,例如在1个周期的前半部分的规定期间T1内输出4个脉冲,在定时器(计数器)186的out-线(布线241)中,如图6A(e)所示,例如在1个周期的后半部分的规定期间T2内输出4个脉冲。其结果,经由布线222对由控制电路150驱动的发光器件20供给图6A(f)所示的初始值的三分之四倍、即多33%的脉冲电流,来自发光器件20的亮度(发光量)增加大致33%。
然后,当用户再次希望亮度上升而按下U按钮后,重复进行上述处理和动作,发光器件20的亮度(发光量)为初始值的三分之五倍、即提高66%的亮度。这样进行使亮度增加的处理。
以与亮度增加大致相同的顺序进行亮度(发光量)的减少。即,当按下亮度减少按钮即D按钮时,作为步骤S04(图5B)~步骤S06的处理,进行图6C所示的S061~S064的亮度下降处理。除了在步骤S062中在寄存器的值N为规定下限值以下的情况下进行错误处理(步骤S065)、以及在步骤S063、S064中进行寄存器值的减少以外,步骤S061~S064的处理与图6B所示的处理相同。每一次按下D按钮时,寄存器值减少二进制数的“001”。
因此,在初始化动作(步骤S01)之后紧接着按下一次D按钮的情况下,总光量为初始值的三分之二、即总光量(亮度)下降33%,在按下两次的情况下,总光量为初始值的三分之一、即总光量减少66%。但是,能够适当设定通过一次的U按钮或D按钮的按下而使亮度(发光量)增减的比例。
以上是亮度(发光量)增减的说明。接着对色度变更的顺序进行说明。在第2实施方式中,发光器件20由色温为2500K(K为开尔文温度)的较低的LED群22A和色温为6000K的较高的LED群22B构成。因此,如果增加在LED 22A中流过的驱动电流、减少在LED 22B中流过的驱动电流,则能够使发光器件20全体的色温下降。
在降低色温的情况下,用户(操作者)按下XY开关185的L按钮。于是,微机180经由步骤S04的判定处理执行步骤S07的色温下降处理(图7B)。
如图7B所示,当处理开始后,进行操作音产生处理(步骤S071),接着,微机180判定setN+寄存器的值是否小于上限值(步骤S072)。如果setN+寄存器的寄存器值为上限值以上(S072:“否”),则进行错误处理(步骤S075)。
与此相对,如果寄存器值小于上限值(S072:“是”),则微机180在setN+寄存器中加上规定值(例如二进制数“001”)(步骤S073)。另一方面,微机180从setN-寄存器中减去规定值(例如二进制数“001”)(步骤S074)。然后,处理返回步骤S09。
通过步骤S073和步骤S074,如图7A(d)所示,输出到布线242的脉冲数增加,另一方面,如图7A(e)所示,输出到布线241的脉冲数减少。
而且,如图7A(f)所示,经由布线222供给到发光器件20的LED群22A的正电流的平均值增加,另一方面,供给到LED群22B的负电流的平均值减少。其结果,来自色温低的LED群22A的亮度(发光量)增加,来自色温高的LED群22B的亮度(发光量)减少,所以全体色温下降而成为发红的白色。
与此相对,在提高色温的情况下,用户(操作者)按下XY开关185的H按钮。于是,微机180经由步骤S04的判定处理执行步骤S08的色温上升处理(图7C)。
如图7C所示,当处理开始后,进行操作音产生处理(步骤S081)。接着,微机180判定setN-寄存器的值是否小于上限值(步骤S082)。如果setN-寄存器的寄存器值为上限值以上(S082:“否”),则进行错误处理(步骤S085)。
与此相对,在寄存器值小于上限值的情况下(S082:“是”),则微机180从setN+寄存器中减去规定值(例如二进制数“001”)(步骤S083)。另一方面,微机180在setN-寄存器中加上规定值(例如二进制数“001”)(步骤S084)。然后,处理返回步骤S09。
通过步骤S083和步骤S084,输出到布线242的脉冲数减少,另一方面,输出到布线241的脉冲数增加。由此,经由布线222供给到发光器件20的LED群22A的正电流的平均值减少,另一方面,供给到LED群22B的负电流的平均值增加。其结果,来自色温低的LED群22A的亮度(发光量)减少,来自色温高的LED群22B的亮度(发光量)增加,所以,全体色温上升而成为发蓝的白色。
根据第2实施方式,能够使用微机180对发光器件20的亮度(发光量)和色度(色温)进行变更。
[第3实施方式]
接着,对第3实施方式进行说明。第3实施方式相当于第2实施方式的变形例,所以,对与第2实施方式的不同之处进行说明,省略共通点的说明。
公知图4所示的定时器186实现如下功能:防止在操作者持续按压按钮时违反操作者的意图而使按压按钮的次数急剧增加,并且,还防止震颤等机械错误。
在图4所示的电路结构中,在布线222和221中的哪一方连接发光器件20的正极端子(端子23A)和负极端子(端子23B)是不确定的,所以,附加了对作为控制装置输出线的布线222和221的极性进行交换的极性交换开关290。
第3实施方式示出通过计算机(例如微机)执行程序来实现极性交换开关290的例子。图8是第3实施方式的流程图。
在图8中,由框510包围的流程处理是图5B所示的点亮控制程序,由框520包围的流程处理是第3实施方式的输出极性交换程序。每当执行输出极性交换程序时,微机180如下所述进行动作。
在步骤S521中的“=上次按钮?”子程序中,微机180与未图示的“上次按钮类别存储寄存器”进行比较。这里,上次按钮类别存储寄存器设置在微机180中,存储表示用户(操作者)最后按压的按钮的类别的代码。
在上次按钮类别存储寄存器所示的按钮类别与本次按下的按钮不是同一按钮的情况下,微机180在上次按钮类别存储寄存器中存储表示本次按下的按钮的类别的代码后,使处理返回步骤S02。与此相对,在上次按钮类别存储寄存器所示的按钮类别与本次按下的按钮类别相同的情况下(S521:“是”),在未图示的计数器的值N1中加上1(步骤S522)。
每当持续按压同一按钮时,计数器的值上升,最终达到规定值。在第3实施方式的例子中,当操作者持续按压同一按钮大约5秒以上时,当计数器的值N1超过规定值“50”时,处理进入步骤S524。
在步骤S524中,微机180调换设置在微机180内部的“setN+寄存器”的输出端子(out+)和“setN-寄存器”的输出端子(out-)。由此,向布线242输出基于setN-寄存器的值的突发脉冲,向布线241输出基于setN+寄存器的值的突发脉冲。由此,成为对布线222供给正负相反的交流电流的状态。这里,如果发光器件20逆向连接、即布线222与端子23B连接、布线221与端子23A连接,则在对布线222供给正驱动电流时,LED群22B点亮,在对布线222供给负驱动电流时,LED群22A点亮。但是,如上所述,由于寄存器值与LED群的对应关系与正常连接相同,所以即使发光器件20逆连接,也进行与正常连接相同的点亮动作。因此,在第3实施方式中,可以省略极性交换开关290。
根据第3实施方式,通过上述输出极性交换功能,设置工程负责人能够观察点亮结果来操作XY开关185,实质上切换为布线222和221与端子23A和23B正常连接的状态,以使得调色的方向(色度(色温)的增减)与调光/调色装置的显示一致。
[第4实施方式]
接着,对第4实施方式进行说明。由于第4实施方式与第2和第3实施方式具有共通点,所以对与第2实施方式的不同之处进行说明,省略共通点的说明。
在多数情况下,发光器件20可能陷入如下的自身破坏循环:等效电阻值的温度系数为负,当设置场所的温度上升时,等效电阻值降低,电流值上升,器件温度进一步增加。为了可靠地防止这种情况,公知在驱动电路中设置反馈环是有效的。第4实施方式在第2实施方式的结构中附加了反馈环。
图9示出第4实施方式的调光装置的电路结构例,图10A和图10B是示出第4实施方式中的微机的处理的流程图。在图9中,省略图4所示的输入端子10A、主电源开关141、电源电路140和XY开关185的图示。
在图9中,调光装置(点亮控制电路)B1具有用于实现恒流驱动的驱动电流检测电路160,驱动电流检测电路160包括电阻器165、光学上分别独立的光电耦合器161、162、以及分别包括电阻器和电容器的积分电路163、164。
电阻器165例如具有5Ω左右的电阻值,产生与发光器件20的电流值0.1~1.0A成比例的电压0.5~5.0V。光电耦合器161、162与电阻器165并联连接。由于在各光电耦合器161、162的输入侧设有二极管,所以仅在各自的正向时使组合晶体管导通。
因此,在用于驱动LED群22A的正电流流过布线222的情况下,光电耦合器161导通,仅在用于驱动逆连接的LED群22B的负电流流过布线222时,光电耦合器162导通。光电耦合器161、162的导通独立地对积分电路163和积分电路164进行充电,其结果,在布线312中观测到与正电流的平均值成比例的电压,在布线322中观测到与负电流的平均值成比例的电压。
观测到的电压与主要流过作为控制输出线的布线222的脉冲电流的平均值成比例,但是,同时也感应到由于温度变化等而产生的直流成分的变动。该模拟值经由独立的布线312和322导入微机(MP)186A中。微机186A除了具有第2实施方式中说明的定时器186的功能以外,还具有以下的结构和功能。
在微机186A中,通过未图示的内部的模拟/数字转换器,模拟值被转换为4位16值的数字数值表现,存储在未图示的内部寄存器中。在内部寄存器中存储的来自布线312、布线322的各电压值(数字值)具有与setN+寄存器和setN-寄存器相同的表现形式,各setN寄存器所示的值表示与经由布线222供给到各LED群22A、22B的驱动电流对应的电压值。
然后,进行图10A和图10B所示的与基于微机186A的程序执行对应的动作。在图10A中,由框530包围的流程处理是恒流驱动子程序,由正电流反馈子程序S531和负电流反馈子程序S532构成。在触点扫描动作(步骤S02)中没有按压XY开关185的按钮的情况下(S03:“否”),开始恒流驱动子程序530。
在恒流驱动子程序530的正电流反馈子程序S531中,如图10B所示,微机186A读取从布线312输入的电压值(步骤S5311),将进行A/D转换而得到的值n+保存在临时寄存器(内部寄存器)中(步骤S5312)。接着,微机186A读出在setN+寄存器中保持的寄存器值N+(步骤S5313),对寄存器值N+与内部寄存器值n+进行比较(步骤S5314),如果相同,则跳过步骤S5315进入步骤S5321,如果不同,则利用内部寄存器值n+改写setN+寄存器的值(步骤S5315),结束正电流反馈子程序S531。
在负电流反馈子程序S532中也进行同样的处理。如图10B所示,在子程序S532中,进行与子程序S531相同的处理。即,微机186A读取布线322的电压值n-(步骤S5321),将进行A/D转换而得到的值n-保存在临时寄存器(内部寄存器)中(步骤S5322)。接着,微机186A读出在setN-寄存器中保持的寄存器值N-(步骤S5323),将其与内部寄存器值n-进行比较(步骤S5324),如果相同,则跳过步骤S5325,如果不同,则利用内部寄存器值n-改写setN-寄存器(步骤S5325),完成负电流反馈子程序S532。当各子程序S531和S532完成后,回到对XY开关185的状态进行扫描的待机状态(步骤S02)。
根据以上的第1~第4实施方式,不论发光器件20是LED灯泡还是LED发光模块,不论是组装成发光器件器具还是构成为灯泡,均能够与发光器件20所具有的两个端子23A、23B连接,能够根据对发光器件20所具有的极性不同的LED群22A、22B的驱动电流供给的控制,实施发光器件20的亮度(发光量)的调整(调光)和色度(色相、色温)的调整(调色)。
这种方式具有能够利用在建筑物中已经设置的布线实现发光器件20的调光和调色的优点。并且,在新建的建筑物中设置发光器件20来实现调光和调色功能时,也具有不需要3线、4线这种特殊布线的优点。
并且,具有如下优点:如桌上用照明设备那样,能够以在电源线的中途插入发光器件20的调光/调色控制单元而构成的“中间开关”这样的方式来实现。
在现有建筑物中以并联连接的方式在天花板上设置多个灯泡插座,以嵌入壁中的形式设置闪烁开关,且对闪烁开关箱供给商用交流电源的情况下,发挥更加有用的利用方式中的优点。
该情况下,仅通过将白炽灯泡更换为本实施方式中说明的分别以2种色温发光的发光器件20、将闪烁开关更换为本实施方式中说明的调光/调色装置,不需要变更布线,就能够实现调光/调色功能。
[第5实施方式]
接着,对本发明的第5实施方式的LED照明系统进行说明。根据在建筑物中实施的布线状态,有时从电源(商用电源)向调光装置的设置位置引入一对引入线,进而,在调光装置的设置位置与LED照明装置的设置位置之间预先铺设两条一对的供电线。在这种情况下,能够对LED照明装置供给由搭载于调光装置中的控制电路调整后的驱动电流。
第5实施方式对能够应用如下布线构造的情况下的包括调光装置和LED照明装置的LED照明系统进行说明,该布线构造为:在上述调光装置上连接来自电源的两条一对的供电线,利用两条一对的供电线(驱动电流供给线)连接调光装置和LED照明装置。
图11是示出第5实施方式中的LED照明系统的电路结构的概略的图,图12是示出图11所示的控制电路的结构例的图。图11示出LED照明系统的电路结构的概略。
在图11中,以由双点划线表示的假想线403为边界,图示了电气布线设置空间(假想线403的上侧)、以及配置了连接有电气布线的调光装置(调光箱)410和LED照明装置(发光器件)20的LED照明系统的设置空间(假想线403的下侧)。
电气布线设置空间通常设置在壁内或天花板里,通过壁或天花板与照明系统设置空间隔绝。在图11所示的例子中,在电气布线设置空间中布线有供给商用电源(例如交流100V、50Hz)的一对商用电源母线400、一对照明装置用供电线401(401a、401b)、以及从商用电源母线400引出的一对照明装置闪烁用的引入线402。
在引入线402上连接有调光装置(调光箱)410所具有的输入侧的一对端子T1、T2。调光装置410具有输出侧的一对端子T3、T4,端子T3、T4与照明装置用供电线401(401a、401b)连接。另一方面,在照明装置用供电线401上连接有具有一对端子23A、23B的LED照明装置(发光器件)20。LED照明装置20具有与第1实施方式中说明的LED照明装置相同的逆并联连接的LED群22A和LED群22B。但是,在第5实施方式中,LED群22A发出的白色光的色温比LED群22B发出的白色光的色温高。
调光装置410能够接受从端子T1、T2供给的来自商用电源的交流电压。因此,调光装置410包括作为直流生成部发挥功能的全波整流形的直流电源供给电路(电源电路)412。通过电源电路412,与负载的导通状态无关,能够提供稳定的直流电源。
电源电路412经由直流电源供给线414、415与控制电路413连接。在商用交流电源为执行值100V的情况下,电源电路412成为在无负载时经由供电线414、415供给大致140V的直流电压的直流电源。
在图12中,控制电路413具有与操作部416连接的操作量检测部417、作为第1和第2控制部发挥功能的控制装置420、以及驱动装置430。驱动装置430包括驱动逻辑电路(控制电路)431和H型桥电路即驱动电路432。驱动电路432的输出端子与端子T3、T4连接,经由供电线410与LED照明装置20连接。LED照明装置20包括LED模块22C,LED模块22C包括在端子23A、23B间以极性相反的方式并联连接的LED群22A和LED群22B(参照图11)。
操作部416是用于实施LED照明装置20发出的光的亮度(发光量)的调整(调光)和色度(色相、色温)的调整(调色)的操作器件。操作部416包括调光用的操作刻度盘416A和调色用的操作刻度盘416B。用户通过使各刻度盘416A、416B旋转,能够对LED照明装置20的亮度(发光量)和色度(色相、色温)进行调整。
操作量检测部417是输出与各操作刻度盘416A、416B的操作量即刻度盘的旋转量(旋转角度)对应的信号的信号生成器。在本实施方式中,操作量检测部417包括电阻值根据操作刻度盘416A的旋转量(旋转角度)而变动的可变电阻器417A、以及电阻值根据操作刻度盘416B的旋转量(旋转角度)而变动的可变电阻器417B。在操作量检测部417中,对布线405施加由电源电路412根据商用交流电源生成的规定直流电压(例如无负载时为最大5V)。在连接操作量检测部417和控制装置420的布线(信号线)418中产生与可变电阻器417A的电阻值对应的电压(最大5V)。另一方面,在连接操作量检测部417和控制装置420的布线(信号线)419中产生与可变电阻器417B的电阻值对应的电压(最大5V)。这样,操作量检测部417产生与操作刻度盘416A、416B的各操作量对应的信号电压。
另外,也可以代替操作刻度盘416A、416B而应用滑动杆。在应用滑动杆的情况下,由操作量检测部417生成与代替旋转量的移动量对应的电压(信号)。并且,操作量检测部417输出与可变电阻值对应的电压作为控制信号。也可以取而代之,设置对操作刻度盘416A、416B的旋转量(旋转角度)进行检测的旋转编码器,将表示旋转编码器的旋转量的脉冲输入到控制装置420。该情况下,可以省略后述的将电压转换为数字值的模拟/数字转换器。
控制装置420是组合了模拟/数字转换器(A/D转换器)、微计算机(微机:MP)、寄存器、定时器、计数器等的控制电路。微机例如可以应用主时钟以来自未图示的石英振荡器的动作频率(例如4MHz)进行动作的存储器内置型微处理器。
微机将在未图示的内置ROM(Read Only Memory)中记录的动作程序装载到未图示的RAM(RandomAccess Memory)中,执行基于程序的处理。
A/D转换器输出在信号线418中产生的电压的数字值,数字值被设置在未图示的寄存器中。并且,A/D转换器输出在信号线419中产生的电压的数字值,数字值被设置在未图示的寄存器中。
控制装置420所具有的定时器和计数器由以期望的自激振荡频率(例如1MHz)振荡的陶瓷振荡器421驱动,在预先设定的定时,从连接控制装置420和驱动逻辑电路431的布线424和425自激输出互补的脉冲。该互补的脉冲例如以重复频率为规定频率的方式预先设定。
微机进行与在各寄存器中设置的数字值(操作刻度盘416A、416B的操作量)对应的控制脉冲生成处理。控制装置420在重复频率t0(在本实施方式中为50Hz)中的各1个周期(周期)T0(20msec)内,经由信号线424、425对驱动装置430供给控制信号。在本实施方式中,如图13(a)所示,控制装置420在1个周期(周期T0)内,在供给正控制信号的期间T1内输出正脉冲,在供给负控制信号的期间T2内输出负脉冲。
微机根据操作刻度盘416A的操作量的变动,不改变1个周期中的正负脉冲的导通时间之比,通过增减各个期间T1和期间T2中的脉冲的导通时间,对亮度(发光量)进行控制。另一方面,微机根据操作刻度盘416B的操作量的变动,实质地变更各期间T1、T2之比,通过变更1个周期中的正脉冲的导通时间与负脉冲的导通时间之比,对色度(在本实施方式中为色温)进行控制。
驱动逻辑电路431根据从布线424、425供给的脉冲(控制信号),对驱动电路432所具有的晶体管(开关元件)TR1~TR4的导通/截止动作(开关动作)进行控制。即,在没有从布线424和425输入脉冲的情况下,控制电路431使晶体管TR1~TR4截止。另一方面,在从布线424输入正脉冲的期间内,控制电路431使晶体管TR1和TR4导通,另一方面,使晶体管TR2和TR3截止。由此,从电源电路412通过布线414供给的直流电流通过晶体管TR1而流过供电线401a,被LED群22A的点亮所消耗。然后,电流通过供电线401b和晶体管TR4流向布线415(接地)。
与此相对,在从布线425输入负脉冲的期间内,驱动逻辑电路431使晶体管TR2和TR3导通,另一方面,使晶体管TR1和TR4截止。由此,从电源电路412通过布线414供给的直流电流通过晶体管TR2而流过布线401b,被LED群22B的点亮所消耗。然后,电流通过布线401a和晶体管TR3流向布线415(接地)。
因此,交替地对LED照明装置20供给具有与从控制装置420输出的脉冲(控制信号)相同波形的正驱动电流和负驱动电流。换言之,对LED群22A、22B供给极性不同的交流电流作为驱动电流。对各LED群22A、22B供给的平均电流依赖于脉冲的导通时间。即,正负脉冲的导通时间越大,在1个周期内供给到各LED 22A、22B的驱动电流的平均电流值越是上升。相反,占空比越小(脉冲的导通时间越小),平均电流值越小。
图13(a)示出占空比为1时的脉冲。因此,在各个正负脉冲供给期间T1、T2内输出一个脉冲。图13(b)示出通过微机的PWM控制而降低期间T1、T2中的占空比的状态。通过占空比的变更,成为供给具有规定脉冲宽度的多个正负脉冲的状态。进而,图13(c)示出与图13(b)相比进一步降低占空比时的状态。该情况下,正负脉冲的脉冲宽度进一步减小。
图13(a)~(c)所示的例子示出操作调光用的操作刻度盘416A以使亮度(发光量)减小时的状况。这样,在操作了操作刻度盘416A的情况下,微机通过PWM控制而减小占空比,脉冲的导通时间减少,从而平均电流下降。由此,亮度(发光量)下降。但是,1个周期(期间T1和期间T2)中的脉冲的导通时间之比不变。由此,能够增减亮度(发光量),而不会改变LED照明装置20的色度(在本实施方式中为色温)。
与此相对,图14(a)~(c)示出操作了操作刻度盘416B时的脉冲的状态。在操作了操作刻度盘416B的情况下,微机不对此时的脉冲宽度进行变更,而对1个周期(周期T0)中的正负脉冲数进行变更。在图14(a)中,正负脉冲宽度相同,脉冲的导通时间之比为4:3。
与此相对,在图14(b)中,脉冲的导通时间之比被变更为3:4。进而,在图14(c)中,脉冲的导通时间之比被变更为2:5。通过这种比的变更,1个周期中的LED群22A、22B的点亮时间之比变动。由此,通过各个LED群22A、22B的点亮而发出的合成光的色度(在本实施方式中为色温)被变更。
根据肉眼的感光度、防止开关损失、产生噪声的观点,用于输出上述正负脉冲的重复频率T0(自激振荡频率)例如能够确定在30Hz~50kHz之间。优选为50Hz~400Hz。更加优选为50Hz或60Hz~120Hz。自激振荡频率能够独立于商用电源频率而确定,但是,并不妨碍选择与商用电源频率相同的频率。另外,在本实施方式中,应用晶体管TR1~TR4作为开关元件,但是,也可以代替晶体管而使用FET。
在图12所示的控制电路413中设有积分电路450和440。积分电路450将与用于驱动LED群22A的正电流的平均值成比例的电压反馈到控制装置420,积分电路440将与用于驱动LED群22B的负电流的平均值成比例的电压反馈到控制装置420。控制装置420使用A/D转换器观测积分电路440、450的反馈电压,用于生成控制信号(脉冲)。
下面,对调光装置410的动作例进行说明。当主电源开关411(图11)闭合后,进行基于电源电路412的整流和电压转换动作,对控制电路413供给直流电源。
控制装置420的微机开始利用公知方法进行初始化动作,将在未图示的内置ROM(Read Only Memory)中记录的动作程序装载到未图示的RAM(RandomAccessMemory)中,进行基于程序的处理。
在对LED照明装置20的亮度进行调整的情况下,例如进行如下的操作和调光装置410的动作。例如,利用者(用户)将操作刻度盘(操作旋钮)416A例如向右转到头,将照明的亮度(发光量)设定为最大。于是,在信号线418中产生最大5.0伏特的直流电压。控制装置420利用内置的A/D转换器将在信号线418中产生的电压转换成数字信号而读取,经由信号线424、425对驱动电路430的驱动逻辑电路431提供控制信号。驱动逻辑电路431根据控制信号使驱动电路(H型桥)432驱动。此时,驱动电路432以预先设定的自激振荡频率即50Hz进行驱动。此时的控制信号波形如图13(a)所示,在正脉冲(控制信号)的导通时间即时间t1的期间内,正电流流过供电线401a,使LED群22A(LED-H)点亮。另一方面,在负脉冲(控制信号)的导通时间即时间t2的期间内,负电流流过供电线401a,使LED群22B(LED-L)点亮。
其结果,在供电线401中通电有大致50Hz的交流电流,搭载于LED照明装置20中的LED群22A和LED群22B交替点亮。时间t1中流过的电流(个别电流)与时间t2中流过的电流(个别电流)之比支配由LED群22A和22B发出的合成光的色度(在本实施方式中为色温)。在图13(a)所示的状态下,色温高的LED群22A的点亮时间比LED群22B的点亮时间长,所以,LED模块22C的发光色呈稍微发蓝的白色。
利用者向左方向转动操作刻度盘(调光旋钮)416A,将照明的亮度设定为中央值。于是,在信号线418中产生大约2.5伏特的直流电压。
控制装置420的微机利用内置的A/D转换器将电压转换成数字信号而读取,对驱动装置430的驱动进行控制,对LED照明装置20供给交流电流。此时的脉冲波形成为图13(b)所示的状态。即,期间T1中的正脉冲的导通时间与期间T2中的负脉冲的导通时间之比不变,但是,由于接受脉冲频率(大约400Hz)的调制(占空比下降),因此,在最大亮度时,一个脉冲成为具有与占空比对应的脉冲宽度的多个脉冲群。另外,正脉冲的脉冲宽度与负脉冲的脉冲宽度相同。由此,与最大亮度时相比,平均电流减小,所以,LED群22A(LED-H)和LED群22B(LED-L)的亮度下降。
然后,利用者进一步向左方向转动操作刻度盘(调光旋钮)416A,将照明的亮度设定成最小值。于是,在信号线418中产生大约0.5伏特的直流电压。
控制装置420的微机利用A/D转换器对电压值进行转换而读取,进行与电压值对应的驱动装置430的控制。即,如图13(c)所示,控制装置420进一步降低期间T1和T2中的正负脉冲的占空比。由此,期间T1中的正脉冲的导通时间与期间T2中的负脉冲的导通时间之比不变,并且,大约400Hz的调制也不变。但是,由于400Hz的脉冲宽度(占空比)进一步减小,所以与中央亮度时相比,平均电流进一步减小。由此,LED群22A(LED-H)和LED群22B(LED-L)均成为最暗的亮度。
接着,对调整LED调光装置20的色度(在本实施方式中为色温)时的利用者(用户)的操作和调光装置410的动作例进行说明。在图13(b)所示的电流波形中,针对LED群22A(LED-H)的平均电流比LED群22B(LED-L)的平均电流大,所以,呈稍微发蓝的白色。
对在图13(b)所示的电流波形被供给到LED照明装置20的状态下、利用者希望变更为开尔文温度低的稍微发红的白色的情况进行说明。利用者使操作刻度盘(调色旋钮)416B向左(逆时针方向)旋转。于是,在信号线419中产生的直流电压(例如大约4伏特)下降到例如3.0伏特左右。
控制装置420的微机读取由A/D转换器转换后的信号线419的直流电压的数字值,对控制驱动装置430的脉冲波形进行变更。例如,控制装置420的微机使供给到驱动装置430的驱动逻辑电路431的脉冲波形从图13(b)变化为图14(a)。即,微机将在图13(b)的状态下为5:2的正电流(脉冲)与负电流(脉冲)之比如图14(a)所示变更为4:3。由此,供给到LED 22A的平均电流减少,供给到LED 22B的平均电流增加。其结果,LED模块22C的发光色即色温稍微下降,呈发红的白色。此时,如图14(a)所示,脉冲之比变化,但是,脉冲的合计值(平均电流的合计值)不变,所以,LED模块22C的亮度不变。
然后,利用者进一步希望变更为开尔文温度最低的发红的白色,使操作刻度盘(色度旋钮)416B向左(逆时针方向)旋转到极限。于是,大约3.0伏特的信号线419的直流电压下降到1.0伏特左右。
控制装置420的微机检测进行数字转换后的信号线419的直流电压后,对供给到驱动逻辑电路431的控制信号(脉冲)进行变更。即,微机对驱动装置430提供控制信号,以使得流过供电线401a的电流波形从图14(a)经由图14(b)变化为图14(c)(正负电流(脉冲)之比为2:5)。由此,LED 22群A(LED-H)的平均电流进一步减少,另一方面,LED群22B(LED-L)的平均电流进一步增加。其结果,LED模块22C的色温显著下降,呈特别发红的白色。此时,LED模块22C的全体亮度也不变。
图15是说明实施方式的变形例的图,示出与图13等效的电力变化。如图15(a)所示,在初始状态下,电流波形示出与图13(a)相同的状态。
在希望调光而降低电流的平均值(实效值)的情况下,即使代替图13(b)而施加图15(b)所示的电流波形,每单位时间的电力在两者中也是等效的。同样,图15(c)和图13(c)在电力方面是等效的。每当进行图15所示的控制时,控制装置420的微机计算与操作刻度盘(调光旋钮)416A的旋转量对应的脉冲的导通时间,进行控制以使得脉冲在该期间内导通。根据这种变形例,能够减少驱动电路432的开关损失。
下面说明详细动作。在该变形例中,电路结构可以应用与图12所示的电路结构相同的结构,但是,在微机中内置的未图示的程序的动作不同。
将图15(a)的状态假设为最大亮度时,假设利用者操作了操作刻度盘(调光旋钮)416A以使得照明的亮度为中央值。于是,微机在不变更图15(a)中的时间(脉冲宽度)t1和t2之比的状态下,使这些时间(脉冲宽度)t1和t2分别减少50%。由此,如图15(b)所示,电流(脉冲)成为与时间(脉冲宽度)t1、t2各自的50%相当的时间(脉冲宽度)t1’、t2’。由此,平均电流下降,LED群22A、22B均成为稍微发暗的发光。
进而,当利用者操作了操作刻度盘416A以使得照明的亮度为最小值后,微机在不变更图15(b)中的时间(脉冲宽度)t1’和t2’之比的状态下,使这些时间(脉冲宽度)t1’和t2’分别减少25%。由此,如图15(c)所示,电流(脉冲)成为与时间(脉冲宽度)t1’、t2’各自的25%相当的时间(脉冲宽度)t1”、t2”。由此,平均电流下降,LED群22A、22B均成为显著发暗的发光。
在图15(a)的状态下,当利用者希望降低色度(在本实施方式中为色温)而操作了操作刻度盘(调色旋钮)416B时,微机变更时间(脉冲宽度)t1、t2之比,如图16(b)所示,时间t1成为减少后的时间t1’的状态,时间t2变更为增加后的时间t2’的状态。
进而,当利用者操作了操作刻度盘416B以使得色温最少后,时间t1’进一步减少,时间t2’进一步增加,成为图16(c)所示的状态。
这样,微机根据操作刻度盘416A、416B的操作量对供给到驱动逻辑电路431的1个脉冲宽度进行变更,能够对从LED模块22C发出的光的亮度(发光量)和色度(色相、色温)进行调整。
在上述变形例中,与图13、图14所示的例子相比,由于电流波形中包含的高频波成分减少,所以具有能够减少对周边造成的电波障碍的优点、以及能够减少与开关频率大致成比例的半导体的电力损失的优点。
根据第1~第5实施方式,调光装置利用电源电路将来自商用电源这样的交流电源的交流转换为直流,控制装置420对驱动装置430进行控制,根据交流转换后的直流生成基于自激振荡频率的期望频率的交流(按照周期T0供给的正负电流),作为驱动电流供给到逆并联连接的一对LED群(LED群22A、22B)。由此,能够提高调光装置的设计自由度。并且,通过将自激振荡频率设定成比肉眼的感光度高的频率,能够防止产生照明的闪动(闪烁)。并且,有助于改善功率因数。
进而,控制装置420能够单独控制应该分别供给到LED群22A、22B的平均电流。并且,不用改变平均电流之比,通过增减各平均电流,就能够调整亮度。进而,通过变更应该分别供给到LED群22A、22B的平均电流之比,不用改变亮度,就能够对从LED模块22C发出的光的色温进行变更。
<发光模块和封装>
下面,对能够应用于上述各实施方式的LED照明装置中的发光模块(LED模块)和封装进行说明。图17A是构成发光模块(LED模块)的半导体发光装置(下面称为“白色LED”)708内的封装701的概略结构的立体图。图17B是示出对设于封装701内的半导体发光元件(LED元件:下面称为“LED芯片”)703A、703B供给电力的布线720A、720B的安装状态的图。并且,图18是使用电记号示意地示出图17A和图17B所示的封装701(白色LED 708)的图。图19是示意地示出串联连接图18所示的白色LED 708的状态的图。进而,图20是在图17A所示的白色LED 708中沿着包含上述布线720A、720B的面进行切断时的剖面图。
如图17A所示,白色LED 708构成为包括封装701,该封装701具有配置在基板702上的环状且圆锥台形状的反射镜710。该反射镜710具有将来自后述各分割区域部712的输出光的一部分导向白色LED 708的出射方向的功能,并且,还发挥作为封装701的主体的功能。另外,反射镜710的圆锥台形状的上面侧成为基于白色LED 708的光的出射方向,形成开口部713。另一方面,反射镜710的圆锥台形状的下面侧配置有基板702,详细情况在后面叙述,但是,铺设有用于对LED芯片供给电力的布线等(该布线在图17A中未图示)。
而且,与基板702垂直地设置有间壁711,该间壁711如图17A、图20所示那样将该环状的反射镜710的内部空间均等地分割成两个区域。通过该间壁711,在反射镜710内划分出2个分割区域部712A、712B,并且,分割区域部712A的开口部占据反射镜710的开口部713的右半部分,分割区域部712B的开口部占据反射镜710的开口部713的左半部分。在本说明书中,将分割区域部712A的开口部称为分割开口部713A,将分割区域部712B的开口部称为分割开口部713B。即,开口部713通过间壁711分割成分割开口部713A和713B。
但是,封装701中的分割区域部712A和712B的形状不限于设置垂直的壁体作为间壁711的构造。分割区域部712A和712B也可以是分别具有圆锥台、棱锥台、半球等形状的凹部。并且,两个分割区域部712A、712B的形状和内容积也不是必须相同。
并且,图17A所示的封装701是在一体的部件中包含分割区域部712A和712B的构造体,但是,不是必须使用这种封装701。也可以并列设置具有作为分割区域部的结构的两个构造体(封装),使一方作为分割区域部712A发挥功能,使另一方作为分割区域部712B发挥功能。
在图17A所示的分割区域部712A、712B中分别各设置4个LED芯片703A、703B。该LED 芯片703A、703B(在统一参照这些LED 芯片的情况下称为LED 芯片703。)分别与成对的布线720A、720B(有时也统一称为布线720。)连接,接受电力供给而进行发光。另外,各分割区域部中的LED芯片703与布线720的连接如图17B所示,在布线720A上安装4个LED芯片703A,在布线720B上安装4个LED芯片703B。而且,各分割区域中的4个LED芯片703相对于对应的布线而正向并联连接。
作为LED芯片,可以应用发出紫外线波长的紫外LED芯片(发光峰值波长300~400nm)、发出紫色光的紫色LED芯片(发光峰值波长400~440nm)、发出蓝色光的蓝色LED芯片(发光峰值波长440nm~480nm)。在各分割区域部712A、712B中设置的LED芯片703的数量例如为1~10个。LED芯片703的数量根据芯片尺寸和必要明亮度适当决定即可。并且,在各分割区域部712A、712B中设置的LED芯片703的种类可以是相同种类,也可以是不同种类。作为不同种类的组合,考虑紫外或紫色LED和蓝色LED的组合。
示意地示出这些LED芯片703A、703B的安装状态时,如图18所示。即,在图17B中,分别位于上侧和下侧的布线720A、720B连接,成为如下的状态:4个并联连接的LED芯片703A和4个并联连接的LED芯片703B在极性相反的状态下并联连接。并且,分别从连接的布线720A和布线720B引出布线720C和布线720D,白色LED 708(封装701)成为具有两个端子的结构。
进而,在LED芯片703A的负极与布线720D之间插入逆流防止用的二极管D1,在LED 芯片703B的负极与布线720C之间插入逆流防止用的二极管D2。由此,在从布线720C朝向布线720D流过电流的情况下,仅各LED芯片703A点亮。与此相对,在从布线720D朝向布线720C流过电流的情况下,仅各LED芯片703B点亮。由此,白色LED 708能够通过朝向根据时间而改变的电流即交流电流来进行驱动。
如图19所示,串联连接规定个数(在图19中例示2个)的图18所示的白色LED708(封装701)。由此,能够得到图17A等示意地示出的LED芯片703A(相当于LED群22A(第1LED(群)))和LED芯片703B(相当于LED群22B(第2LED(群)))逆并联连接的LED模块(发光模块)。
这里,根据图21对LED芯片703向基板702上的安装进行说明。基板702是用于保持包含LED 芯片703的白色LED 708的基部,具有金属基体部件702A、在金属基体部件702A上形成的绝缘层702D、以及在绝缘层702D上形成的成对布线720c、720d。LED芯片703在相对的底面和上面具有一对电极即p电极和n电极,在成对布线720c的上面经由AuSn的共晶焊锡705接合有LED芯片703的底面侧的电极。LED芯片703的上面侧的电极通过金属制的线706与另一个成对布线720d连接。利用这些成对布线720c、720d的对形成图17B所示的一对布线720A或720B,对各分割区域部的4个LED 芯片703供给电力。
另外,LED 芯片703与基板702的一对成对布线720c、720d的电连接不限于图21所示的方式,可以根据LED芯片703中的电极组的配置,利用适当方法进行电连接。例如,仅在LED 芯片703的单面设置电极组的情况下,使设有电极的面朝上来设置LED芯片703,利用例如金属制的线706分别连接各组的电极和各成对布线720c、720d,由此,能够使成对布线720c、720d和LED芯片703电连接。并且,在LED芯片703为倒装片(面朝下)的情况下,通过利用金属凸块或焊锡来接合LED芯片703的电极和成对布线720c、720d,能够进行电连接。
这里,LED芯片703激励后述的荧光部714A、714B(有时也统一称为荧光部714。)。其中,优选为使用了GaN类化合物半导体的GaN类LED元件。这是因为,为了发出紫外~蓝色的光,发光输出和外部量子效率格外大,通过与后述的荧光体进行组合,能够以非常低的电力得到非常明亮的发光。在GaN类LED元件中,优选具有包含In的发光层、例如AlxGayInzN发光层或InxGayN发光层。这是众所周知的,但是,在发光波长为紫色~蓝色的情况下,当设发光层为具有InxGayN阱层的多重量子阱构造,设该阱层为由包层夹着的双异质构造时,发光效率特别高。
如图21所示,在基板707上,含有吸收从该LED芯片703发出的光的一部分而发出不同波长的光的多个或单独的荧光体和密封所述荧光体的透光性材料的荧光部714设置成覆盖LED芯片703。另外,在图21中省略了反射镜710的记载,但是,这种方式也可以成为由封装构成的白色LED的一个方式。从LED 芯片703发出的光的一部分或全部作为激励光而被荧光部714内的发光物质(荧光体)吸收。更具体而言,根据图20说明白色LED 8中的荧光部时,在分割区域部712A中,荧光部714A覆盖LED芯片703A,并且,该荧光部714A在分割开口部713A中露出。并且,在分割区域部712B中,荧光部714B也覆盖LED 芯片703B,并且,该荧光部714B在分割开口部713B中露出。因此,来自各荧光部714A、714B的输出光从各分割开口部出射到外部。
白色LED 708以输出白色光为目的,特别地,白色LED 708的发光色在UCS(u、v)表色系(CIE1960)的uv色度图中,为了尽可能地减小与黑体辐射轨迹的偏差duv,优选以满足-0.02≦duv≦0.02的方式选择LED芯片703和荧光体的组合。另外,本实施方式中的与黑体辐射轨迹的偏差duv是依据JIS Z8725(光源的分布温度和色温/相关色温的测定方法)的5.4项的备注的定义。但是,黑体辐射轨迹不是绝对的基准。有时要求与人工标准对应的发光色(通过与人为确定的基准光的偏差而标准化的发光色)。
在LED芯片703的发光波长为紫外或紫色的情况下,通过荧光部714产生RGB的3原色或BY、RG等具有补色关系的波长的光,从而得到白色光。在LED芯片703的发光波长为蓝色的情况下,通过荧光部714产生Y或RG的光,通过与LED芯片703的发光间的混色而得到白色光。
[第6实施方式]
下面,对本发明的第6实施方式进行说明。在第6实施方式中,例如对如下的LED照明系统进行说明:运用室内的壁嵌入形的调光装置(调光器),运用现有的双线布线,不进行布线的更换工程,就能够实现调光控制(亮度调整)和调色控制(色温调整)的双方。
图22是示出第6实施方式的LED照明系统的结构例的图。在图22中,图示了供给商用电源(例如交流100V、50Hz)的一对商用电源母线1010、一对照明器用的供电线1020、一对调光装置用的引入线1030。这些布线1010、1020和1030一般铺设在建筑物的壁或天花板这样的电气布线设置空间中。
在引入线1030上连接有具有一对2个端子T101、T102的调光装置1040。另一方面,在供电线1020上连接有具有一对2个端子的LED照明器具(也称为LED照明装置、LED发光器件。并且,有时也称为LED灯泡)。在图22中,连接有具有一对端子T103、T104的代替白炽灯泡的LED照明器具1050。调光装置1040例如设置在建筑物的壁上。LED照明器具1050通过设于壁或天花板上的固定件进行设置,此时,经由插座或连接器与供电线1020电连接。
调光装置1040具有端子T101和T102、主电源开关1041、三端双向交流开关1042、触发二极管1043、时间常数电路1044。端子T101和T102与引入线1030连接,以使得将来自母线10的电力供给到调光装置1040内。主电源开关1041是LED照明器具1050的点亮和熄灭用的主电源开关。
三端双向交流开关1042作为对供给到LED照明器具1050的交流进行控制的导通控制部发挥功能。三端双向交流开关1042在商用电源的交流的1个周期中的正负的半周期内,接受来自触发二极管1043的触发信号而导通(起弧),到该半周期结束为止,持续对端子T102供给正或负的电压(电流)。触发二极管1043向三端双向交流开关1042供给用于使三端双向交流开关1042起弧的触发信号。
时间常数电路1044对触发二极管1043向三端双向交流开关1042供给触发信号的定时进行控制。时间常数电路1044具有电阻器1044a、可变电阻器1044b、电容器1044c,与触发二极管1043连接。可变电阻器1044b的电阻值根据操作部(用户接口)1047的操作量而可变。操作部1047用于对三端双向交流开关1042的导通时间(起弧相位角度)进行操作。
电阻器1044a、可变电阻器1044b和电容器1044c构成在交流的正半周期(周期前半部分)内对针对触发二极管1043的施加电压进行充电的CR时间常数电路,根据由这些电阻值和容量值决定的时间常数使触发二极管1043导通。
另外,在图22中,图示了在正半周期内使三端双向交流开关1042起弧的时间常数电路,但是,调光装置1040还包含在负半周期内使三端双向交流开关1042起弧的时间常数电路。进而,调光装置1040可以包含磁滞去除电路,该磁滞去除电路在正负的半周期内去除电容器1044c的残留电荷,从而去除磁滞。
图23是示出对调光装置1040施加的商用电源的交流波形和通过三端双向交流开关1042的起弧而供给到LED照明器具1050的交流电压之间的关系的图。如图23的(a)所示,对调光装置1040施加来自商用电源的正弦曲线的交流电压。在正半周期内,在开始施加电压的同时开始对时间常数电路1044的电容器1044c进行正充电,在对电容器1044c充电的电荷成为规定量的时间内,触发二极管1043向三端双向交流开关1042供给触发信号。于是,三端双向交流开关1042以正半周期中的规定角度θ进行起弧,开始对LED照明器具1050供给正电流。到半周期的结束为止,持续供给电流。在负半周期内也进行同样的动作。
这样,在正负的各半周期内,三端双向交流开关1042在基于时间常数电路1044的时间常数的定时进行起弧,向LED照明器具1050供给交流电力。即,三端双向交流开关1042在起弧时间内使来自商用电源的交流导通。
时间常数根据可变电阻器1044b的电阻值而变化。即,可变电阻器1044b的电阻值越小,时间常数越小,三端双向交流开关1042起弧的定时越提前(参照图23的(b)和(c))。这样,通过操作部1047的操作使可变电阻器1044b的电阻值变化,由此,能够使三端双向交流开关1042的起弧相位角度(导通时间)可变。
在图22中,LED照明器具50具有作为解析部发挥功能的起弧相位角度检测电路1090和微计算机(微机)1100、以及针对LED模块1060的驱动部(驱动电路)1080。驱动部1080包括作为驱动对象的LED模块1060。LED模块1060包括正向并联配置的LED群1060a和LED群1060b。LED群1060a和LED群1060b分别由串联连接的多个LED元件构成。
起弧相位角度检测电路1090具有通过调光装置1040的三端双向交流开关1042的起弧相位角度的控制将所供给的交流转换成直流的整流电路1091、根据从整流电路1091输出的直流电压而生成微机1100的动作用直流电压的恒压源1092、以及对三端双向交流开关1042的起弧相位角度进行检测的角度检测电路1093。
微机1100具有存储器(存储装置)1101、作为选择单元的模式判定部1102、作为亮度控制部的亮度调整部1103、作为色温控制部的色温调整部1104。存储器1101存储由微机1100中包含的处理器(CPU(中央处理装置))执行的程序和在执行程序时使用的数据。并且,存储器1101具有记录根据起弧相位角度求出的导通时间的历史的记录区域。
模式判定部1102通过参照导通时间的历史,在对LED模块1060的亮度(发光量)进行调整的调光模式和对LED模块1060的色度(色温)进行调整的调色模式之间切换LED模块1060的控制模式。
即,模式判定部1102在主电源开关1041接通时,选择调光模式作为初始设定。模式判定部1102从角度检测电路1093接受每1个周期的起弧相位角度,根据起弧相位角度计算三端双向交流开关1042的半周期中的导通时间。例如,求出导通时间为三端双向交流开关1042的起弧开始时刻A与半周期的结束(电压0)时刻B的差分C。
能够根据交流的频率(在实施方式中为50Hz:1周期20ms)求出半周期中的每单位角度(例如1度)的时间。即,能够通过(180[°]-起弧角度[°])×(每1度的时间=大约0.056[ms])计算导通时间。
模式判定部1102在调光模式中对亮度调整部1103提供导通时间,并记录在存储器1101中。由此,在存储器1101中存储有每1个周期的导通时间的历史。
并且,模式判定部1102每当计算(计测)1个周期的导通时间时,取得与最后记录在存储器1101中的导通时间之间的差分。在差分为0的情况下,模式判定部1102开始进行基于定时器的计时。当差分为0的时间(导通时间没有变化的时间)超过规定时间时,模式判定部1102将控制模式切换为调色模式(选择调色模式)。与此相对,在差分为0的时间未超过规定时间的期间内检测到差分的情况下,模式判定部1102结束基于定时器的计时,维持调光模式的选择。
在调色模式中,与调光模式同样,模式判定部1102计测每1个周期的导通时间,记录在存储器1101中,并计算导通时间的差分。但是,在调色模式中,对色温调整部1104提供每1个周期的导通时间。与调光模式同样,当导通时间的差分为0时,模式判定部1102起动定时器,计测导通时间的差分为0的时间。当导通时间的差分为0的时间超过规定时间时,模式判定部1102将控制模式再次切换为调光模式(选择调光模式)。但是,在差分为0的时间未超过规定时间的期间内检测到差分的情况下,模式判定部1102结束基于定时器的计时,维持调色模式的选择。
这样,模式判定部1102监视导通时间,以导通时间没有变化的时间超过规定时间为条件,切换控制模式。并且,模式判定部1102根据选择中的模式,对亮度调整部1103和色温调整部1104中的一方提供导通时间。另外,在上述说明中,模式判定部1102对亮度调整部1103或色温调整部1104供给每1个周期的导通时间。与此相对,根据需要,模式判定部1102也可以在多个周期内供给1次导通时间。
作为亮度控制部的亮度调整部1103对驱动电路1080中包含的作为调光单元的恒流电路1081进行控制,以使得LED模块1060以与从模式判定部1102供给的导通时间(起弧相位角度)对应的亮度进行发光。例如,亮度调整部1103具有示出导通时间和驱动电流的相关关系的映射图,根据映射图求出与导通时间对应的驱动电流,对恒流电路1081进行控制,以使得供给这种驱动电流。
映射图所示的导通时间和驱动电流的相关关系可以任意设定,导通时间的长度和驱动电流的大小可以具有比例关系。或者,导通时间的长度和驱动电流的关系也可以为非线形。例如,驱动电流可以根据导通时间的长度而阶段性地增大。总之,在利用者进行了提高亮度的操作部1047的操作的情况下驱动电流值增大,在利用者进行了降低亮度的操作部1047的操作的情况下驱动电流值下降即可。这种驱动电流的增减与导通时间(起弧相位角度)也可以没有比例关系。
恒流电路1081在亮度调整部1103的控制下,以针对导电时间(起弧相位角度)而预先决定的驱动电流值,分别对构成LED模块1060的LED群1060a(第1LED(群))和LED群1060b(第2LED(群))供给驱动电流。供给到LED模块1060的驱动电流是供给到LED群1060a的驱动电流Ilowk和供给到LED群1060b的驱动电流Ihik的合计值。恒流电路1081通过使合计值增减,对供给到LED群1060a、1060b的驱动电流的平均电流值进行增减,使LED模块1060的亮度(发光量)上升或下降。
在调色模式中,作为色温控制部的色温调整部1104对驱动电路1080中包含的作为调色单元的均衡电路1082进行控制,以使得LED模块1060以与导通期间(起弧相位角度)对应的色温进行发光。均衡电路1082包括脉冲宽度调制(PWM)电路,对供给到LED群1060a的驱动电流(平均电流)Ilowk和供给到LED群1060b的驱动电流(平均电流)Ihik之比进行调整。这里,色温调整部1104例如具有示出导通时间和驱动电流比的相关关系的映射图或表,控制均衡电路1082,使得以根据导通时间而预先决定的驱动电流比供给驱动电流Ilowk和驱动电流Ihik。
另外,模式判定部1102、亮度调整部1103、色温调整部1104可以构成为通过微机1100中包含的处理器执行程序而实现的功能。
另外,在上述说明中,根据起弧相位角度求出导通时间,但是,求出导通时间并记录导通时间的历史不是必须的要件。即,也可以代替导通时间而记录起弧相位角度的历史,以与起弧相位角度对应的驱动电流的合计值或比进行LED模块1060(LED群1060a和1060b)的驱动控制。
在第6实施方式中,LED模块1060例如是在蓝宝石基板上制作的发光二极管群,多个(例如20个)LED元件分别串联连接而构成的一组LED群1060a、LED群1060b同向并联配置。
LED群1060a、1060b中分别包含的各个LED元件的发光波长为410nm,正向电流时的端子电压为3.5V,在串联连接20个LED元件的情况下,在70V的直流下产生最大光量。
在构成LED群1060a的各LED元件中,嵌入当以发光波长410nm的光进行刺激(激励)时发出大约3000K的白色光的荧光体。与此相对,在构成LED群1060b的各LED元件中,嵌入当以发光波长410nm的光进行刺激(激励)时发出大约5000K的白色光的荧光体。因此,通过LED群1060a的发光而照射的白色光和通过LED群1060b的发光而照射的白色光的色温不同。
另外,构成LED群1060a、1060b的LED元件的数量可以适当变更,也可以是一个LED元件。并且,LED群1060a、1060b以相互不同的色度(色相、色温)发光即可,各LED群1060a、1060b可采用的色度可以适当选择。并且,LED模块1060也可以不是发出不同色温的白色光的LED群的组合,而是发出不同颜色的LED群的组合。不同颜色的组合例如可以应用绿色和蓝色、黄色和红色等的期望组合。这种LED照明器具考虑用作霓虹灯。
下面,对操作部1047的操作以及LED模块1060的亮度调整(调光)和色温调整(调色)进行详细说明。第6实施方式中的调光装置1040的操作部1047具有刻度盘式的旋钮(刻度盘)。但是,操作部1047也可以代替刻度盘式的旋钮而具有滑动杆。
在第6实施方式中,在对LED模块1060的亮度(发光量)进行调整的情况下,使操作部1047的旋钮向左旋转而变亮,使操作部1047的旋钮向右旋转而变暗。但是,这种设定是以便于说明为目的的设定。即,目前一般使用的调光装置为如下设定:当使旋转型的刻度盘沿顺时针方向向右旋转时,交流半周期中的导通时间增大(例如图23(a)→图23(b))。此时,在与调光装置连接的照明器为白炽灯泡这样的电阻恒定的负载的情况下,消耗电力增大,白炽灯泡的亮度提高。
并且,第6实施方式中的操作部1047(刻度盘)的旋转角位置信息(操作量)不用于控制针对LED模块1060的驱动电流的导通时间的增减,而用于输入“利用者的意图信息”。因此,操作部1047的操作量不与负载的消耗电力增减和亮度增减直接相关。
第6实施方式中的LED模块1060的消耗电力与能够近似为纯粹的电阻器的白炽灯泡负载不同,独立于三端双向交流开关1042的起弧相位角度θ,利用负载侧的控制电路(微机1100)的判断而决定。
使用图23,对使用了三端双向交流开关1042的第6实施方式中的LED模块1060的驱动控制进行说明。在第6实施方式中,与图23的(a)~(c)所示的三端双向交流开关1042的导通时间的长短(起弧相位角度)无关,内置于LED照明器具1050中的亮度调整部1103决定供给到LED模块1060的恒流值。因此,LED模块1060不是必须消耗与交流电压波形的瞬时值成比例的电力。
但是,如图23的(a)所示,在三端双向交流开关1042的起弧定时(起弧相位角度)比较滞后(导通时间短)、电压波形的瞬时值低的情况下,在电容器1084(蓄电部)中蓄积LED模块1060的点亮所需要的电力后,继续对LED模块1060供给驱动电流。
例如,在图23(a)所示的例子中,三端双向交流开关1042的导通期间为从正半周期后半部分的起弧相位角度θ=150°到相位角度θ=180°的30度期间。起弧相位角度150度时的日本的商用正弦波交流(100V)的瞬时值为70.7V,LED元件(动作电压:例如24~30V)的点亮充分。
但是,从起弧相位角度150度朝向180度,正弦波交流的瞬时电压急剧减少。因此,作为构成LED模块1060的LED元件的驱动电路电源,选择从供给70.7V的相位角度150度到供给70.7V的大约1/2的电压即35V的相位角度(大致168度),作为得到稳定动作的利用范围。通过在这样的18度的期间内对大容量电容器(电容器1084)进行充电,能够利用驱动电路1080生成稳定的持续的LED用的电源。
在上述例子中要求的电容器1084的充电电流在18度期间内对在交流半周期180度期间内消耗的电力进行充电。因此,成为恒常消耗电流的大约10倍的充电电流。例如在消耗30瓦特的LED照明器的情况下,在时间平均上为100Vrms(rms为交流的实效值)、0.3Arms,但是,从相位角度150度到相位角度168度的平均电流大致计算为其10倍的3[A]左右。该值是可允许的电流值。但是,在瞬时电压为100伏特以上的相位90度±45度中,充电电流大致为0.3A左右。
通过如上所述构成LED模块1060的电源,能够独立于三端双向交流开关1042的起弧相位角度而决定LED驱动电流。其结果,能够独立于三端双向交流开关1042的导通角度,根据利用者的意图来控制LED模块1060的亮度。
图22所示的调光装置1040可以应用具有作为操作部1047的刻度盘和三端双向交流开关1042的现有的发热灯泡用的调光装置。能够根据操作部1047的旋钮的旋转量(操作量),将三端双向交流开关1042的起弧相位角度θ(参照图3)调整为0°~180°的任意值。
在第6实施方式中,以避免混淆说明为目的,进行以下定义,以使得调光装置1040的操作部(刻度盘)1047的位置角度的数值和交流周期中的起弧相位角度的数值一致。
即,能够以12时的位置为中心使刻度盘左右旋转90°。而且,将顺时针方向中的刻度盘的旋转终点即“3时的位置”称为“角位置180度”,并且,定义为起弧相位角度180度、通常消耗电力最小。并且,将逆时针方向中的刻度盘的旋转终点即“9时的位置”称为“角位置0度”,并且,定义为起弧相位角度0度、通常消耗电力最大。进而,在以下的说明中,将对LED模块1060的亮度(发光量)进行调整的动作记述为“调光”,将对LED模块1060的色温进行调整的动作记述为“调色”。
下面,对LED模块1060的调光时和调色时的动作例进行说明。图24是调光时的交流电压和驱动电流等的波形说明图。图25是调色时的交流电压和驱动电流等的波形说明图。
利用者闭合主电源开关1041(图22)(使主电源开关1041导通),由此,LED模块1060点亮。该主电源接通时的LED模块1060的亮度和色温不定。但是,例如可以构成为,在微机1100的初始设定中,LED模块1060以规定亮度和色温进行点亮。
作为第1步骤,利用者希望将亮度变更为希望值,使操作部1047(刻度盘)左右旋转。一边眺望来自LED模块1060的光来确认明亮度,一边使刻度盘旋转。例如,当利用者将刻度盘设置在11时的位置时,如图24的(a)所示,成为起弧相位角度固定为60°的状态。在该阶段中,LED模块1060以比可调整的亮度范围的中间稍微明亮的亮度进行点亮。在利用者满足该亮度的情况下,利用者不需要进一步进行刻度盘操作,使手离开刻度盘。该动作由后述的微机1100解释为第1步骤结束的意思显示。
在第1步骤中,在从主电源接通到利用者使手离开操作部1047的期间内,微机1100执行调光动作程序,进行第1步骤中的动作。在本实施方式中,作为基于主电源接通的微机1100的初始状态,微机1100进行基于调光动作程序的动作。即,微机1100在调光模式下进行动作。
通过执行调光动作程序,微机1100时时刻刻计测刻度盘的旋转位置即三端双向交流开关1042的起弧相位角度(导通时间)。微机1100根据计测出的起弧相位角度(导通时间)来控制恒流电路1091,对供给到构成LED模块1060的LED群1060a的驱动电流Ilowk和供给到LED群1060b的驱动电流Ihik的合计值(Ilowk+Ihik)进行增减。其结果,LED模块1060的亮度被更新为期望值。利用者一边观测LED模块1060的明亮度,一边时时刻刻调整操作部1047的刻度盘的旋转角度位置,由此,能够使亮度成为期望的明亮度。
然后,如上所述,利用者使手离开操作部1047,由此,当起弧相位角度(导通时间)没有变化的状态持续规定时间(例如5秒)时,微机1100结束执行调光动作程序,开始执行调色动作程序。即,控制模式切换为调色模式。
作为第2步骤,假设利用者进一步决定将色温变更为希望值。例如,在从第1步骤中使手离开操作部1047后的5秒以后且10秒以内的第1停止时间内,利用者再次使操作部1047(刻度盘)从11时的位置左右旋转。利用者一边眺望LED模块1060的色温一边进行刻度盘操作,在示出期望色温的情况下,再次使手离开操作部1047(刻度盘)。例如,假设利用者在13时的位置使手离开。该情况下,如图23的(b)所示,交流的起弧相位角度固定为120°。
在调色动作程序的执行时、即调色模式中,微机1100不改变LED模块1060的亮度,即在使LED驱动电流的合计值(Ilowk+Ihik)保持恒定的状态下,对驱动电流Ilowk的值与驱动电流Ihik的值之比进行变更。由此,LED模块1060的色温变化。当产生不操作刻度盘的时间、即起弧相位角度(导通时间)没有变更的时间时,微机1100开始定时器的计时。在经过规定时间(例如5秒)之前没有检测到操作(导通时间)的变化的情况下,利用者结束调色操作,在固定了驱动电流Ilowk与Ihik之比的状态下使控制模式返回调光模式。与此相对,在定时器计时规定时间之前检测到操作的再次开始、即导通时间的变化的情况下,微机1100结束基于定时器的计时,维持调色模式。
另外,在调光模式中,在定时器计时规定时间(5秒)、将控制模式从调光模式切换为调色模式的情况下,微机1100能够继续进行定时器的计时。而且,在模式切换后经过了规定时间的情况下,例如定时器从计时开始起计时了10秒的情况下,判定为利用者没有调色的意图。该情况下,微机1100在固定了调色模式切换时的驱动电流Ilowk与Ihik的值之比的状态下,将控制模式切换为调光模式。
作为三端双向交流开关调光器的调光装置1040的负载即LED照明器具1050(LED模块1060)根据上述动作例进行动作。因此,利用者在利用使用了调光装置1040和LED照明器具1050的LED照明系统时应该预先学习的规则是以下的简单规则。即,只要以5秒以内的间隔继续进行操作部1047的操作,则当前的控制模式(调光或调色模式中的一方)继续,当刻度盘操作中止5秒以上时,切换控制模式。
上述5秒这样的数值是可以根据利用者的社会上的一般想法、年龄层、社会阶层等而变更的值。即,是能够根据市场的喜好而设定的数值。在本申请的申请人实施的实验中,得到4秒±2秒(2~6秒)是利用者感觉便利的范围这样的见解。起弧相位角度(导通时间)没有变化的规定时间可以适当设定,也可以在微机1100中设置用于对所设定的规定时间进行变更的用户接口。并且,在上述动作例中,说明了在调光和调色模式的双方中、作为模式切换的契机的规定时间同样为5秒的情况。但是,在调光模式和调色模式中,规定时间的长度也可以不同。
在上述调色模式的动作例中,进行了微机1100使亮度维持恒定并改变色温的意思的说明。下面详细叙述该调色模式时的动作。
图24的(a)和(b)示出三端双向交流开关1042(调光装置1040)的导通电压和LED模块1060的驱动电流的关系。图24(b)所示的波形是照明器为简单电阻负载(例如白炽灯泡)时的电流波形。观察图24(a)和(b)可以清楚地知道,电压波形和电流波形为相似形。
与此相对,图24(c)示出本实施方式的恒流驱动负载时的电流波形。可知图24(c)的电流波形与图24(a)所示的交流电压波形完全不同。即,在内置有恒流驱动电路(恒流电路1081)的LED照明器具1050中,在从刚刚起弧之后到交流相位角度180°之前,与电压波形的时间变化无关地对负载(LED模块1060)供给大致恒定的驱动电流。
并且,可以如下设计整流电路1083:如图24(d)所示的充电波形(三角波)那样,在刚刚起弧之后对电容器1084充电较大的充电电流,维持直流电压,由此,如图24(e)所示的驱动电流波形那样,在交流相位180°度结束后(半周期结束后),也继续对作为负载的LED模块1060供给驱动电流。另外,图24的(c)、(d)、(e)示出基于整流电路1083的全波整流后的电流波形。
如上所述,在三端双向交流开关1042刚刚起弧之后从整流电路1083供给对电容器1084进行充电的较大的电流,由此,与调光装置1040的刻度盘位置(操作量)无关,能够维持图24(e)所示的直流电压。因此,能够利用期望的电流值驱动LED模块1060。
使用图25,在之前叙述的利用者进行的从11时位置到13时位置的操作顺序的基础上,对调光装置1040的动作和LED模块1060消耗的负载电流的关系进行说明。
当利用者向顺时针方向转动调光装置1040的操作部1047(刻度盘)时,从图24(a)所示的起弧相位角度60度迁移到图25(a)所示的起弧相位角度120度的状态,导通时间减少。此时,如果照明器具为白炽灯泡这样的简单电阻负载,则流过图25(b)所示的电压比例波形的电流。但是,在本实施方式中,不是如图25(b)那样,而是如图25(d)那样流过对电容器1084进行充电的电流,在刚刚起弧之后以图24(d)所示的电流的大致2倍大小的电流对电容器1084进行充电。这是由于以下原因而引起的:由于交流的非导通时间较长,所以电容器1084的电压由于LED消耗电流而逐渐降低,交流电源侧与电容器1084侧的电位差扩大。
在电容器1084的容量充分大的情况下,即使起弧相位角度为120度、导通时间减少,也能够如图25(e)那样连续对LED模块1060供给大致直流的负载电流。另外,图25(c)、(d)和(e)示出基于整流电路1083的全波整流后的直流电流波形。
进而,在很难利用大容量的电容器1084的白炽灯泡互换形的LED照明器具的情况下,如图25(c)那样对LED模块1060供给间歇的直流电流。但是,在肉眼无法与基于图25(e)的连续的直流电流供给的点亮进行区分的情况下,也可以应用图25(c)的直流电流的供给。
如上所述,与调光装置1040的操作部1047的刻度盘位置无关,能够确保应该供给到LED模块1060的直流电源。因此,能够如图26(a)和(b)那样调整低开尔文用的LED驱动电流Ilowk和高开尔文用的LED驱动电流Ihik。
即,第1步骤(调光模式)结束时的驱动电流Ilowk和驱动电流Ihik如图26(a)所示,能够供给同量的驱动电流。与此相对,在调色模式中,当使刻度盘移动到例如13时的位置时,如图26(b)所示,驱动电流Ihik增大,另一方面,驱动电流Ilowk减少,全体成为发蓝的白色。通过内置于均衡电路1082中的PWM电路变更驱动电流Ihik与驱动电流Ilowk之比,由此实现这种动作。
另外,如图26(a)和(b)所示,在交流的正负1个周期期间内,以由均衡电路1082决定的时间之比对LED群60a、60b供给时间t1的脉冲电流。在图26(a)所示的例子中,对LED群1060a、1060b供给相同数量(3个)的脉冲电流。与此相对,在图26(b)中,对LED群1060b供给4个脉冲电流,另一方面,对LED群1060a供给2个脉冲电流。这样,变更了电流之比,但是,脉冲的总数没有变更。即,驱动电流的合计值恒定。因此,能够在维持亮度的状态下对色温进行变更。
在第6实施方式中,能够利用白炽灯泡用的已设的布线和已设的三端双向交流开关调光器(调光装置1040),实现LED照明器具1050的调光和调色。即,通过在LED照明器具1050侧存储调光装置1040的操作部1047(刻度盘)的操作历史即三端双向交流开关的起弧相位角度(导通时间),实现调光模式和调色模式的两个控制模式。由此,不用实施布线工程,使用已设的调光装置1040就能够实现调光和调色的两个功能。
根据第6实施方式,能够利用一个调光装置1040实现调光和调色的两个控制。因此,不用实施调光装置的更换工程,通过将负载侧的灯泡或光源变更为LED照明器具1050,能够极其容易地导入可实施调光和调色的LED照明器具。
由此,使用LED照明器具1050能够使现有的使用了白炽灯泡或荧光灯的照明系统实现高性能化。进而,在白色照明时,能够实现更接近太阳光线的光谱的显色性。并且,根据LED照明器具1050,能够利用一个LED照明器具使从日光色到灯泡色的宽范围的色温连续可变。
另外,在第6实施方式中,示出了根据起弧相位角度计测导通时间并在存储器1101中记录导通时间的历史的结构例。也可以代替该结构,不进行导通时间的计测,仅按照规定周期(例如1个周期)检测起弧相位角度,在存储器1101中记录起弧相位角度的历史。并且,说明了在存储器1101中记录起弧相位角度(导通时间)的历史的情况,但是,只要至少在存储器1101中记录最后检测到的起弧相位角度(导通时间)即可。
[第7实施方式]
接着,对本发明的第7实施方式进行说明。由于第7实施方式具有与第6实施方式相同的结构,所以主要说明不同之处,省略说明与第6实施方式相同的结构。
在第7实施方式中,与第6实施方式不同,通过将已设的三端双向交流开关调光器(调光装置1040)更换为新的调光装置,仅通过小规模的布线器具更换工程就能够实现调光和调色的两个功能,由此,实现高便利性。
图27是示出第7实施方式的LED照明系统的电路结构例的图。LED照明系统包括调光装置1040A和LED照明器具1050A。在第7实施方式中,也运用与第6实施方式相同的已设布线(母线1010、供电线1020、引出线1030)。
在第7实施方式中,应用具有调光用操作部和调色用操作部的2个以上的操作部的调光装置1040A。由此,与第6实施方式相比,能够提供提高了便利性的LED照明系统。
调光装置1040A具有作为第1和第2成形部的一对IGBT(绝缘栅极型双极晶体管)。IGBT能够利用小电压的输入信号导通和截止高电压的输出。由于IGBT是单一的双极晶体管,所以如图27所示,两个IGBT 1048、1049以极性相反的方式串联连接。IGBT 1048、1049分别具有二极管1032、1033。
调光装置1040A具有调光用的操作部1047a(第1用户接口)和调色用的操作部1047b(第2用户接口)。操作部1047a、操作部1047b分别具有用于分别调整亮度和色温的刻度盘(旋钮)。表示操作部1047a、1047b各自的操作量的信号被提供给逻辑电路1400。
逻辑电路1400包括分别对操作部1047a、1047b的各操作量(刻度盘的旋转角度)进行检测的两个旋转编码器(未图示)。逻辑电路1400在与操作部1047a的刻度盘位置(旋转编码器的检测位置)对应的定时对IGBT 1048、1049的栅极供给信号1408、1409。信号1408是使集电极-发射极间的电流停止规定期间的相反方向的电流,信号1408、1409的输出定时依赖于操作部1047a的刻度盘位置。信号1408、1409被提供给IGBT 1048、1049的栅极,由此,能够使在IGBT 1048、1049的集电极-发射极间流过的电流(来自商用电源的交流的正半周期内流过的电流)的导通停止规定期间(例如1ms)。
图28是示出操作部1047a的操作量和交流波形的关系的图。如图28(a)所示,在交流的正负各半周期内,生成图28(b)所示的与操作部1047a的操作量对应的脉冲信号(信号1408、1409),并提供给IGBT 1048、1049的栅极。由此,在正负各周期内,交流被遮断规定期间t4(例如1ms)。
由此,来自商用电源的交流电压的正负半周期成为在基于与操作部1047a的操作量对应的信号1408、1409的输出定时的遮断定时遮断规定期间t4的状态的波形。具有这种波形的交流电压被提供给LED照明器具1050A。由于规定期间t4是1ms这样的比半周期期间(10ms:50Hz的情况)短的时间,所以可以认为交流电压是大致正弦波。
基于交流的正负半周期中的脉冲信号(信号1408)的遮断定时依赖于操作部1047a的刻度盘的旋转量(操作量)即亮度的控制量。如图28(c)、图28(e)所示,随着刻度盘的操作量向增大亮度的方向变大,信号1408、1409的输出定时提前,交流的正负半周期中的遮断定时提前。由此,能够使供给到LED照明器具1050A的交流电压的正负半周期的波形成为嵌入(附加)了亮度调整用的控制信号的状态。
并且,逻辑电路1400对IGBT 1049的栅极供给与操作部1047b的刻度盘位置对应的信号1409。通过信号1409的供给,在来自商用电源的交流的负半周期内,能够使在IGBT 1049的集电极-发射极间流过的电流停止(遮断)导通规定时间(例如1ms)。
图29是示出操作部1047b的操作量和交流波形的关系的图。如图29(a)所示,在交流的负半周期内,生成图29(b)所示的脉冲信号(信号1409),并提供给IGBT1049的栅极。由此,在交流为负的周期内遮断规定期间t4(例如1ms)。
由此,来自商用电源的交流电压的负半周期成为在与信号1409的输出定时对应的遮断定时遮断规定期间t4的状态的波形。具有这种波形的交流电压被提供给LED照明器具1050A。由于规定期间t4是1ms这样的比半周期期间(10ms:50Hz的情况)短的时间,所以可以认为交流电压是大致正弦波。
基于交流的负半周期中的脉冲信号(信号1409)的遮断定时依赖于操作部1047b的旋钮的旋转量即色温的控制量。如图29(c)、图29(d)所示,随着旋钮的操作量向降低色温的方向变大,信号1409的输出定时提前,交流的负半周期中的遮断定时提前。由此,能够使供给到LED照明器具1050A的交流电压的负半周期的波形成为嵌入(附加)了色温调整用的控制信号的状态。
如上所述,在操作了操作部1047a的情况下,由于产生信号1408、1409,正负半周期中的遮断位置(遮断相位角度)变动。与此相对,在操作了操作部1047b的情况下,仅产生信号1409,仅负半周期中的遮断位置(遮断角度)变动。这是因为,在控制装置侧,将正负遮断位置同时变动的情况判定为调光用的控制信号,将仅负遮断位置变动的情况判定为调色用的控制信号。但是,也可以将操作部1047a作为调色用的操作部,将操作部1047b作为调光用的操作部。并且,也可以通过操作部1047b的操作,仅产生信号1408,仅正半周期中的遮断位置变动。
LED照明器具1050A包括遮断角度检测电路1090A。检测电路1090A具有将从调光装置1040A侧供给的交流转换成直流的整流电路1091、根据从整流电路1091输出的直流电压而生成微机1100的动作用直流电压的恒压源1092、以及对交流的正负半周期中的遮断定时进行检测的角度检测电路1093A。
角度检测部1093A检测各个正负半周期中的遮断相位角度θ,并转交给微机1100的分配部1102A(判定部)。分配部1102A在存储器1101中记录各个正负半周期中的遮断相位角度θ作为历史信息。此时,分配部1102A在检测到1个周期中的正负遮断相位角度θ的情况下,将各遮断相位角度θ与存储器1101中最后记录的正负遮断相位角度θ进行比较。此时,在正负遮断相位角度θ的双方变动(具有差分)的情况下,分配部1102A根据实施了调光操作的判断,向亮度调整部1103发送所检测到的遮断相位角度θ。
与此相对,在遮断相位角度θ的比较中,在仅负遮断相位角度θ变动的情况下,分配部1102A根据实施了调色操作的判断,向色温调整部1104发送所检测到的遮断相位角度θ。
亮度调整部1103、色温调整部1104和LED模块1060的结构与第6实施方式大致相同。即,亮度调整部1103对基于恒流电路1081的驱动电流的供给进行控制,以使得LED模块1060以与遮断相位角度θ对应的亮度进行发光。即,亮度调整部1103对恒流电路1081进行控制,以使得根据遮断相位角度θ而预先决定的驱动电流被供给到LED模块1060。
例如,在供给到LED照明器具1050A的交流电压波形为图28(a)的情况下,遮断相位角度θ位于正(负)半周期的后半部分,所以,亮度调整部1103解释为利用者期望进行低亮度的LED模块1060的发光。以这种解释为前提,亮度调整部1103对恒流电路1081进行控制,使得以针对遮断相位角度θ而预先决定的较小的驱动电流值进行驱动电流供给。
并且,在交流电压波形为图28(c)的情况下,遮断相位角度θ位于正(负)半周期的一半部分,所以,亮度调整部1103解释为利用者期望进行中亮度的LED模块1060的发光。以这种解释为前提,亮度调整部1103对恒流电路1081进行控制,使得以针对遮断相位角度θ而预先决定的比较中间程度的驱动电流值进行驱动电流供给。
并且,在交流电压波形为图28(e)的情况下,遮断相位角度θ位于正(负)半周期的前半部分,所以,亮度调整部1103解释为利用者期望进行高亮度的LED模块1060的发光。以这种解释为前提,亮度调整部1103对恒流电路1081进行控制,使得以针对遮断相位角度θ而预先决定的较高的驱动电流值进行驱动电流供给。但是,上述例子并不是表示以三个阶段来控制亮度,而是能够以与遮断相位角度θ的值对应的2个以上的阶段进行亮度控制。
色温调整部1104对均衡电路1082的动作进行控制,以使得LED模块1060以与负遮断相位角度θ对应的色温进行发光。即,色温调整部1104以与负遮断相位角度θ对应的驱动电流之比,分别对构成LED模块1060的LED群1060a(低色温LED(低开尔文温度用LED))、LED群1060b(高色温LED:高开尔文温度用LED)供给驱动电流。
例如,在供给到LED照明器具1050A的交流电压波形为图29(a)的情况下,遮断相位角度θ位于负半周期的后半部分。该情况下,在利用者期望进行高色温的LED模块1060的发光的前提下,色温调整部1104对均衡电路1082进行控制,使得以针对遮断相位角度θ而预先决定的均衡(比)对LED群1060a和1060b供给驱动电流。
并且,在供给到LED照明器具1050A的交流电压波形为图29(c)的情况下,遮断相位角度θ位于负半周期的一半部分。该情况下,在利用者期望进行中色温的LED模块1060的发光的前提下,色温调整部1104对均衡电路1082进行控制,使得以针对遮断相位角度θ而预先决定的均衡(比)对LED群1060a和1060b供给驱动电流。
并且,在交流电压波形为图29(c)的情况下,遮断相位角度θ位于负半周期的前半部分。该情况下,在利用者期望进行低色温的LED模块1060的发光的前提下,色温调整部1104对均衡电路1082进行控制,使得以针对遮断相位角度θ而预先决定的均衡(比)对LED群1060a和1060b供给驱动电流。但是,上述例子并不是表示以三个阶段来控制色温,而是能够以与遮断相位角度θ的值对应的2个以上的阶段进行色温控制。
另外,基于信号1408和1409的正负周期中的遮断相位角度θ被记录在存储器1101中。因此,在角度检测电路1093没有检测到遮断相位角度θ的情况下,分配部1102A对亮度调整部1103和色温调整部1104供给存储器1101中最后记录的正负遮断相位角度θ。由此,即使时间t4为0、即不存在t4的遮断时间,也能够维持亮度和色温。
根据第7实施方式,调光装置1040A具有亮度调整用的操作部1047a和色温调整用的操作部1047b。由此,利用者能够相互独立地实施调光操作和调色操作。因此,与第6实施方式相比,能够提供提高了操作性的LED照明系统。
在第7实施方式中,由于使用现有的布线设备,所以能够避免由于导入LED照明器具1050A而导致的大量的布线工程,能够减少LED照明器具1050A导入时的初始成本。
[第8实施方式]
接着,对本发明的第8实施方式的LED照明系统进行说明。图30是示出第8实施方式的LED照明系统的结构例的图。LED照明系统大致包括调光装置(调光/调色控制器)C和LED照明器具(LED发光器件)800。
调光装置C具有一对端子T201、T202和另外一对端子T203、T204。端子T201、T202与供给商用电源(例如交流100V、50或60Hz)的一对商用电源母线1010连接。端子T203也与商用电源母线1010连接。端子T204经由供电线1020a与LED照明器具800所具有的一对端子T205、T206中的端子T205连接。端子T206与商用电源母线1010的另一方连接。
调光装置C具有第2实施方式(图4)中说明的主电源开关141、作为直流生成部的电源电路140、作为第1和第2控制部的微机180A、以及作为第1和第2操作部的XY开关185。它们的详细情况在第2实施方式中进行了说明,所以省略说明。但是,电源电路140也可以不具有第2实施方式中说明的DC24V的生成功能。
与此相对,调光装置C具有作为控制信号生成部的控制信号生成电路191。本实施方式中的微机180A作为如下的编码器发挥功能:根据从XY开关185输入的调光/调色的操作量(控制量)(由位b0~b5表示的位值),生成表示亮度的数字值(亮度值)和表示色度(在本实施方式中为色温)的数字值(色温值),作为调光/调色用的控制信息。
例如,微机180A具有保持表示亮度值的数字值和表示色温的数字值的记录介质(存储器)。根据XY开关185的“U”按钮、“D”按钮的按下,对存储器中保持的亮度值(数字值)进行增减(更新)。微机180A向信号线180a输出所保持的亮度值。另一方面,微机180A根据“H”按钮、“L”按钮的按下,对存储器中保持的色温值(数字值)进行增减。微机180A向信号线180b输出所保持的色温值。另外,各数字值由规定位数表现。
控制信号生成电路191使用从商用电源供给的交流波形生成包含控制信息的控制信号。控制信号生成电路191经由信号线180a、180b与微机180A连接,被输入从微机180A输出的亮度值和色温值。控制信号生成电路191通过对从端子T203输入的来自商用电源的正弦波的波形进行加工,生成与亮度值和色温值对应的调光/调色用的控制信号,并从端子T204输出。由此,调光/调色用的控制信号被发送到LED照明器具800。
作为控制信号生成电路191的详细结构,能够例示以下结构。例如如图31所示,控制信号生成电路191可以包括三端双向交流开关192和三端双向交流开关的起弧控制电路193(第1方式)。关于针对商用交流的正弦波的正负半周期,起弧控制电路193根据来自微机180A的调光/调色的控制信息(亮度值和色温值),对三端双向交流开关192的起弧定时进行控制。
即,关于正半周期,起弧控制电路193对三端双向交流开关192供给用于以与亮度值和色温值中的一方(例如亮度值)对应的起弧相位角度进行起弧的触发信号。另一方面,关于负半周期,起弧控制电路193对三端双向交流开关192供给用于以与亮度值和色温值中的另一方(例如色温值)对应的起弧相位角度进行起弧的触发信号。三端双向交流开关192在从得到触发信号到电压为0的起弧期间内,使从端子T203供给的来自商用电源的交流导通。
因此,在分别与亮度值和色温值对应的导通期间内,从调光装置C的端子T204输出来自商用电源的交流作为控制信号。在LED照明器具800中,根据从端子T205输入的交流波形(控制信号波形)识别三端双向交流开关192的正负各半周期中的起弧相位角度,根据起弧相位角度,能够得到相当于亮度值和色温值的调色和调光的控制信息。
或者,控制信号生成电路191可以具有图32所示的第2方式。第2方式可以具有第7实施方式中说明的逻辑电路1400A和一对IGBT 1048、1049(包含二极管1032、1033)。在第2方式的控制信号生成电路191中,逻辑电路1400A在与从微机180A供给的亮度值和色温值中的一方(例如亮度值)对应的定时对IGBT 1048的栅极提供信号。另一方面,逻辑电路1400A在与亮度值和色温值中的另一方(例如色温值)对应的定时对IGBT 1049的栅极提供信号。
由此,在图28所示的正弦波的正负各半周期中,来自商用电源的正弦波成为包含与亮度值和色温值对应的遮断部分的波形(控制信号)。从端子T204输出这种交流波形(控制信号),供给到LED照明器具800。在LED照明器具800中,根据从端子T205输入的交流波形的遮断部分的位置(遮断相位角度),能够得到相当于亮度值和色温值的控制信息。
LED照明器具800具有与端子T205和端子T206连接的电源电路801和电源电路802、包含微机的控制电路803、数字/模拟转换器(D/A转换器)804。进而,LED照明器具800具有总电流规定电路830、个别电流值调整电路840、与第6实施方式相同的LED模块1060。
电源电路801具有将来自母线1010的商用电源交流转换成直流的整流电路,另一方面,生成LED驱动用的电压(例如24V)并输出到布线806。电源电路(恒压源)802根据来自布线806的电压得到控制电路803的动作用的电压(例如3.3V),并输入到控制电路803。
针对图31所示的第1方式,应用图33所示的控制电路803的结构。在图33中,控制电路803具有对起弧相位角度进行检测的起弧相位角度检测电路1093以及微机803A。微机803A根据从石英振荡器805(图30)供给的动作时钟而进行动作。微机803A具有存储器1101,并且,具有作为通过微机803A所具有的未图示的处理器执行程序而实现的功能的分配部1102、亮度调整部1103A和色温调整部1104A。
起弧角度检测电路1093求出从调光装置C供给的控制信号中的正负半周期中的起弧相位角度。分配部1102A将正起弧相位角度转交给亮度调整部1103A,将负起弧相位角度转交给色温调整部1104A。
亮度调整部1103A参照存储器1101中保持的与起弧相位角度和亮度值相关联地存储的对应表(未图示),从对应表得到与从分配部1102A得到的起弧相位角度对应的亮度值。由此,能够得到(复原)微机803A输出的亮度值。亮度值被输出到布线811。
色温调整部1104A参照存储器1101中保持的与起弧相位角度和色温值相关联地存储的对应表(未图示),从对应表得到与从分配部1102A得到的起弧相位角度对应的色温值。色温值由应该输出到布线812的LED群1060a用的色温值和应该输出到布线813的LED群1060b用的色温值构成。各色温值被输出到布线812、813。
针对图32所示的第2方式,应用图34所示的控制电路803的结构。在图34中,控制电路803具有代替起弧相位角度检测电路1093的(遮断相位)角度检测电路1093A,除了这点以外与图33所示的结构相同。
角度检测电路1093A对控制信号中的正负半周期中的遮断相位角度进行检测。分配部1102A向亮度调整部1103A发送正半周期中的遮断相位角度,向色温调整部1104A发送负半周期中的遮断相位角度。如上所述,控制装置803作为如下的解码器发挥功能:接受来自调光装置C的调光/调色用的控制信号,根据控制信号得到亮度值和色温值。
总电流规定电路830包括运算放大器831、电阻832、晶体管833。个别电流值调整电路840包括运算放大器841、842、电阻846、843、晶体管844、845。
控制电路803的微机803A经由布线811、812、813与D/A转换器804连接。D/A转换器804经由布线821、齐纳二极管834和电阻835与布线806连接,在齐纳二极管834与电阻835之间连接有运算放大器831的端子。并且,D/A转换器804经由布线822与运算放大器841的一个端子连接,并且经由布线823与运算放大器842的一个端子连接。
在这种LED照明器具800中,当操作者希望亮度上升而按下XY开关185的U按钮时,从微机803A向布线811输出的亮度值减少。D/A转换器804使布线821产生与亮度值对应的模拟电位。
其结果,布线821的模拟电位下降,运算放大器831的输出即晶体管833的基极电位也下降,pnp晶体管833的发射极电流增大。因此,供给到LED模块1060的各LED群1060a、1060b的总电流增加,从LED模块1060发出的光比以前明亮(亮度上升)。与此相对,在按下XY开关185的D按钮的情况下,产生与上述相反的作用,从LED模块1060发出的光变暗。
当操作者希望色温上升而按下XY开关185的H按钮时,从微机803A向布线812输出的色温值增加,另一方面,从微机803A向布线813输出的色温值下降。D/A转换器804使布线822产生与来自布线812的色温值对应的模拟电位,另一方面,使布线823产生与来自布线813的色温值对应的模拟电位。
其结果,布线822的模拟电位上升,运算放大器841的输出即npn晶体管844的基极电位也上升,npn晶体管844的集电极电流增加。另一方面,运算放大器842的输出即npn晶体管845的基极电位下降,npn晶体管845的集电极电流减少。
因此,色温高的LED群1060a的发光量比色温低的LED群1060b的发光量大,LED模块1060全体的色温上升,呈发蓝的蓝白色。在希望色温下降而按压了XY开关185的L按钮的情况下,产生与上述相反的作用,LED群1060a的发光量减少,LED群1060b的发光量增加,由此,LED模块1060的色温下降。通过这种动作,能够将LED模块1060的亮度和色温调整为期望值。
另外,在图30所示的例子中,设置独立于个别电流值调整电路840的总电流规定电路830。与此相对,能够如下变形:针对个别电流值调整电路840,根据由微机803A得到的亮度值,在分别供给到LED群1060a、1060b的平均电流之比不变的状态下,从布线812和813输出使供给到LED群1060a、1060b的平均电流增减的控制值。根据这种变形,也能够利用个别电流值调整电路840实施亮度调整,所以能够省略总电流规定电路830的结构。
能够在不脱离本发明目的的范围内适当组合以上说明的实施方式中的结构。
标号说明
10A:交流电源输入端子;20:LED照明装置(LED发光器件);22A:LED群(第1LED群);22B:LED群(第2LED群);23A、23B:端子;90:半波倍压整流电路;100:时钟生成电路;101、102:比较器(比较器:运算放大器);110:占空比调整电路;120:推挽形驱动电路;130:驱动脉冲发生/可变电路;183:直流电源电路;141:主电源开关;150:H型全桥控制电路;151:控制电路;160:驱动电流检测电路;165:电阻器;161、162:光电耦合器;163、164:积分电路;200、200A、201、201A、202A、221、222、301、312、322:布线;170:极性转换开关;180:微处理器;185:XY开关;186:定时器/计数器;186A:微处理器;A:调光装置;B、B1:调光装置(点亮控制装置);400:商用电源母线;401:照明装置用供电线;402:照明装置闪烁用的引入线;403:假想线;410:调光装置(调光箱);412:直流电源供给电路(电源电路);413:控制电路;414、415:直流电源供给线;416:操作部;416A、416B:操作刻度盘;417:操作量检测部(信号生成器);417A、417B:可变电阻器;418、419:信号线;420:控制装置;421:振荡器;430:驱动装置;431:驱动逻辑电路;432:驱动电路。