WO2012042978A1 - Led照明器、及びled照明システム - Google Patents

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WO2012042978A1
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led
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dimming
current
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PCT/JP2011/062970
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武田 立
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三菱化学株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/20Controlling the colour of the light
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30Driver circuits
    • H05B45/37Converter circuits
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/40Details of LED load circuits
    • H05B45/44Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix
    • H05B45/46Details of LED load circuits with an active control inside an LED matrix having LEDs disposed in parallel lines

Definitions

  • the present invention relates to an LED (Light Emitting Diode) illuminator (LED illuminator) and an LED illumination system.
  • LED Light Emitting Diode
  • LED illuminator LED illuminator
  • LED bulbs using LEDs are becoming popular as one of the lighting fixtures that can replace incandescent bulbs.
  • an LED bulb instead of an incandescent bulb an attempt has been made to reduce the cost for introducing the LED bulb by using a wiring facility or a dimmer provided in an existing building.
  • an incandescent bulb having two terminals and a triac dimmer for the incandescent bulb are used.
  • One of the two terminals included in the triac dimmer is connected to a commercial power source, and the other terminal is connected to one terminal included in the incandescent bulb.
  • the other terminal of the incandescent bulb is connected to a commercial power source. In this way, the triac dimmer and the incandescent bulb are connected in series to the commercial power source.
  • the triac dimmer adjusts the ignition timing according to the amount of operation of the main power supply of the incandescent light bulb, the operation unit for adjusting the brightness of the incandescent light bulb (rotary or slide type knob), and the operation unit, for example. Including TRIAC.
  • the voltage supplied from the commercial power supply is supplied to the incandescent bulb during the ignition time from when the triac is ignited (turned on) until the voltage becomes zero. In this way, the brightness of the incandescent lamp can be changed by adjusting the amount of current supplied to the incandescent lamp by the length of the ignition time.
  • the wiring for connecting the TRIAC dimmer and the incandescent bulb in series to the commercial power supply as described above is often arranged in the wall or behind the ceiling during construction of the building. For this reason, the change of the wiring structure may cause the destruction of the wall or the ceiling.
  • an LED illuminator can be introduced by using existing wiring or a TRIAC dimmer, it is preferable in terms of reducing the initial cost for introducing LED illumination. Furthermore, if the brightness and color temperature of the LED illuminator can be adjusted while maintaining the existing wiring structure, the opportunity to introduce the LED illuminator instead of the conventional incandescent bulb can be provided to consumers. .
  • An object of one embodiment of the present invention is to provide a technique capable of adjusting both the luminance and chromaticity of an LED illuminator (LED illuminator) using a dimmer connected in series with the LED illuminator with respect to a power source. That is.
  • the objective of the other aspect of this invention is providing the LED lighting fixture which can adjust both the brightness
  • the present invention employs the following means.
  • the first aspect of the present invention is connected to the light source connected to the power source via one first power supply line and one second power supply line, and to one third power supply.
  • An AC current supplied from the power supply is received during a conduction time corresponding to the ignition phase angle of the conduction control unit corresponding to the operation amount of the user interface provided in the dimmer connected to the power supply via a feeder line.
  • LED illuminator First and second LED modules that emit light of the same color and different emission spectra, or different colors;
  • a driving current for causing the first and second LED modules to emit light at a luminance based on the firing phase angle is supplied to the first and second LED modules, respectively.
  • a driving current for causing the first and second LED modules to emit light at a color temperature based on the firing phase angle is supplied to the first and second LED modules, respectively.
  • Toning means Based on the time change of the ignition phase angle, the control mode to be selected is the dimming mode in which the drive current adjusted by the dimming means is supplied to the first and second LED modules, and the dimming mode. Selection means for switching between a toning mode in which the drive current adjusted by the color means is supplied to the first and second LED modules; A dimming control unit that controls the dimming means so that the first and second LED modules emit light at a luminance based on the firing phase angle in the selected state of the dimming mode; LED lighting including a toning control unit that controls the toning means so that the first and second LED modules emit light at a color temperature based on the firing phase angle in the toning mode selection state. It is a vessel.
  • the first aspect of the present invention, and the first and second LED modules in the second to fourth aspects described later, and the first and second LEDs in the fifth and sixth aspects described later, have different “emission spectra” or “ Chromaticity ". Chromaticity includes hue and color temperature.
  • Chromaticity includes hue and color temperature.
  • based on time change of ignition phase angle means measuring time change of ignition phase angle itself and measuring time change of conduction time based on ignition phase angle. Including both cases.
  • the selection unit selects one of the dimming mode and the toning mode, and selects one of the dimming mode and the toning mode.
  • the dimming mode and the toning mode may be switched to the other on condition that a time during which the ignition phase angle does not change exceeds a threshold value.
  • the switching means maintains the dimming mode when the time change of the ignition phase angle is within a predetermined range in the dimming mode selected state
  • the said light control means may be comprised so that the drive current of the average electric current value according to the magnitude
  • the toning means may increase the color temperature when the ignition phase angle tends to decrease in the selected state of the toning mode, while the ignition phase angle is When there is a tendency to increase, the ratio of the drive currents supplied to the first and second LED modules may be adjusted so that the color temperature decreases.
  • the LED illuminator according to the first aspect is connected to the power source via the first terminal connected to the dimmer via one of the pair of power supply lines and the other of the pair of power supply lines. It may be configured to further include a pair of two terminals including the second terminal.
  • the LED illuminator stores the electric charge for the dimming means or the toning means to continue supplying the drive current even after the conduction time has elapsed, using the received AC current.
  • the power storage unit may be further included.
  • a dimming toning device connected to a power source through a single feeding line, and a first dimming tonometer connected to the dimming toning device through one of a pair of feeding lines.
  • An LED illuminator comprising a terminal, the power source, and a second terminal connected via the other of the pair of feeders;
  • the dimmer toning device is A first user interface for brightness adjustment; A second user interface for color temperature adjustment; A first shaping unit for shaping an AC voltage waveform supplied from a power source into a waveform including a luminance control signal according to an operation amount of the first user interface; A second shaping unit for shaping an AC voltage waveform supplied from the power source into a waveform including a color temperature control signal according to an operation amount of the second user interface;
  • the LED illuminator A pair of terminals, one connected to the dimmer and the other connected to the power source; First and second LED modules that emit light of the same color and different emission spectra, or different colors; A determination unit for determining whether the received AC voltage waveform includes a luminance control signal or a color temperature control signal; Dimming means for supplying a drive current for brightness adjustment to the first and second LED modules; Toning means for supplying a driving current
  • one of the first shaping part and the second shaping part has a voltage according to an operation amount of the first or the second interface in both positive and negative cycles of the AC voltage waveform.
  • the other of the first molding part and the second molding part is a section in which the voltage decreases by a predetermined amount according to the operation amount of the first or second interface in one of the positive or negative cycles of the AC voltage waveform.
  • the determination unit determines whether or not the interval in which the voltage decreases by a predetermined amount in both positive and negative cycles of the AC voltage waveform varies, so that the AC voltage waveform is the luminance control signal and the color. It may be configured to determine which of the temperature control signals is included.
  • a section in which the voltage decreases by a predetermined amount in both the positive and negative cycles of the AC voltage waveform is generated according to the operation amount of the first interface, and the positive and negative cycle of the AC voltage waveform is generated according to the operation amount of the second interface.
  • the determination unit is changing the voltage reduction section in both positive and negative cycles
  • the AC voltage waveform may be determined to include the color temperature control signal.
  • the dimming control unit controls the dimming unit so that the luminance decreases as the phase angle indicating the position of the luminance control signal in the AC voltage waveform decreases. It may be configured.
  • the color temperature control unit controls the color adjustment unit so that the color temperature increases as the phase angle indicating the position of the color temperature control signal in the AC voltage waveform decreases. It may be configured as follows.
  • a third aspect of the present invention is a light control toning device according to the second aspect.
  • the fourth aspect of the present invention is the LED illuminator according to the second aspect.
  • the fifth aspect of the present invention is an LED lighting apparatus connected to a power source through two electric wires, A first LED and a second LED having different emission spectra or chromaticities; The first LED and the second LED are monitored on the condition that an on-time length of power periodically supplied from the two electric wires is monitored and a state where the on-time length does not change continues for a threshold value or more.
  • Switching means for switching the control mode between the first mode and the second mode;
  • a first control means for determining a total amount of an average current to be supplied to the first LED and an average current to be supplied to the second LED according to a length of an on time of the power;
  • a second control unit that determines a ratio of an average current to be supplied to the first LED and an average current to be supplied to the second LED according to a length of an on-time of the power in the second mode; LED lighting fixture.
  • the fifth aspect is applicable to a configuration further including a non-volatile recording medium that stores mode information indicating the current control mode and the current total amount and the ratio.
  • the sixth aspect of the present invention is an LED lighting apparatus connected to a power source through two electric wires, A first LED and a second LED having different emission spectra or chromaticities; Detecting means for detecting dimming information and toning information from a periodic voltage or current waveform supplied from the two electric wires; First control means for determining a total amount of an average current to be supplied to the first LED and an average current to be supplied to the second LED according to the dimming information;
  • the LED lighting apparatus includes a second control unit that determines a ratio of an average current to be supplied to the first LED and an average current to be supplied to the second LED according to the color adjustment information.
  • the sixth aspect is applicable to a configuration further including a nonvolatile recording medium that stores the current total amount and the ratio.
  • the LED lighting fixture which can adjust both the brightness
  • FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of an illumination system including an LED illuminator that is an LED illumination apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration example of the illumination system illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing a relationship between an AC waveform of a commercial power source applied to the dimmer and an AC voltage supplied to the LED illuminator by triac firing.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of waveforms such as alternating voltage and drive current during dimming.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of waveforms such as an alternating voltage and a drive current during color matching.
  • FIG. 6 is a waveform diagram showing changes in the drive current ratio by balance adjustment.
  • FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of an illumination system including an LED illuminator that is an LED illumination apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration example of the illumination system illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a circuit configuration example of the illumination system according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the relationship between the operation amount of the operation unit and the AC waveform.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the relationship between the operation amount of the operation unit and the AC waveform.
  • FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of an illumination system including an LED illuminator 50 that is an LED illumination apparatus (LED illumination fixture) according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a detailed configuration example of the illumination system shown in FIG. FIG.
  • FIG. 1 shows an outline of the circuit configuration of the illumination system.
  • FIG. 1 illustrates an electrical wiring installation space (above virtual line 35) and an illumination system installation space (below virtual line 35) with a virtual line 35 represented by a two-dot chain line as a boundary.
  • the dimmer 40 and the LED illuminator 50 are connected to the wiring drawn from the electrical wiring installation space in the installation space of the illumination system.
  • the electrical wiring installation space is usually provided in the wall or behind the ceiling, and is isolated from the lighting system installation space by the wall or ceiling.
  • a wiring configuration for an existing illuminator such as an incandescent bulb or a fluorescent lamp is shown. That is, in the electrical wiring installation space, a pair of commercial power supply buses 10 to which a commercial power supply (AC 100 V, 50 Hz) is supplied, a pair of illuminator power supply lines 20, and a pair of illuminator blinking lead wires 30 are provided. Wired.
  • a dimmer (a dimming box) 40 having a pair of two terminals T1 and T2 is connected to the lead-in wire 30 for blinking the illuminator.
  • lighting equipment having a pair of terminals is connected to the illuminator power supply line 20.
  • an LED illuminator 50 instead of an incandescent lamp having a pair of terminals T3 and T4 is connected.
  • the illuminator power supply line 20 and the lead-in line 30 are, for example, a power supply line 20a (first power supply line) and 20c (third power supply line) drawn from the bus 10, a dimmer 40, and an LED illuminator. 50 and a power supply line 20b (second power supply line).
  • the terminals T1 and T2 of the dimmer 40 are connected to the feeder lines 20a and 20b, respectively.
  • a terminal T3 of the LED illuminator 50 is connected to the feeder line 20b.
  • the terminal T4 of the LED illuminator 50 is connected to the bus 10 via the feeder line 20c.
  • the dimmer 40 and the LED illuminator 50 are connected in series to the commercial power supply (bus 10).
  • the electric wiring installation space where the commercial power supply bus 10, the illuminator power supply line 20, and the lead-in line 30 are wired is isolated by a wall or a ceiling.
  • the dimmer 40 is installed on the wall.
  • the LED illuminator 50 is installed by a fixture provided on a wall or ceiling, and is electrically connected to the power supply line 20 through a socket or a connector.
  • the dimmer 40 shown in FIG. 1 is a dimming box for an existing incandescent bulb.
  • the dimmer 40 includes a blinking switch (main power switch) 41 of the LED illuminator 50, a triac 42 (conduction control unit) that controls alternating current supplied to the LED illuminator 50, and a conduction time of the triac 42 ( And an operation unit (user interface) 47 for operating (ignition phase angle).
  • the LED illuminator 50 shown in FIG. 1 includes an LED light emitting unit 60 (hereinafter also referred to as “LED 60”) and an analysis unit that analyzes a control operation by the operation unit 47 from a power source waveform (AC waveform) from the dimmer 40. 70 and an LED drive unit 80 (hereinafter also referred to as “drive unit 80”) that drives the LED light emitting unit 60 in accordance with the analysis result of the analysis unit 70.
  • LED 60 LED light emitting unit 60
  • AC waveform power source waveform
  • the dimmer 40 includes terminals T1 and T2, a main power switch 41, a triac 42, a trigger diode 43, and a time constant circuit 44.
  • Terminals T1 and T2 are terminals that are connected to the lead-in line 30 and supply power from a commercial power supply (AC 100 V, 50 Hz) into the dimmer 40.
  • a commercial power supply AC 100 V, 50 Hz
  • the triac 42 is turned on in response to a trigger signal from the trigger diode 43 in the positive and negative half cycles in one cycle of alternating current, and is positive or negative with respect to the terminal T2 (until the half cycle is completed). Current).
  • the trigger diode 43 supplies the triac 42 with a trigger signal for starting the triac 42.
  • the time constant circuit 44 controls the timing at which the trigger diode 43 supplies the trigger signal to the triac 42.
  • the time constant circuit 44 includes a resistor 44 a, a variable resistor 44 b, and a capacitor (capacitor) 44 c and is connected to the trigger diode 43.
  • the resistance value of the variable resistor 44 b varies according to the operation amount of the operation unit 47.
  • the resistor 44a, the variable resistor 44b, and the capacitor 44c constitute a CR time constant circuit that charges the voltage applied to the trigger diode 43 in the positive half cycle (the first half of the cycle), and the resistor 44a, the variable resistor 44b.
  • the trigger diode 43 is turned on according to a time constant determined by the resistance value and the capacitance value of the capacitor 44c.
  • a time constant circuit 44 for starting the triac 42 in the positive half cycle is shown.
  • the dimmer 40 is a time constant circuit for starting the triac 42 in the negative half cycle (see FIG. 2). (Not shown).
  • the dimmer 40 can also include a hysteresis removal circuit that removes the residual charge of the capacitor 44c in the positive and negative half cycles to remove hysteresis.
  • FIG. 3 is a diagram showing a relationship between an AC waveform of a commercial power source applied to the dimmer 40 and an AC voltage supplied to the LED illuminator 50 by the firing of the triac 42.
  • a sine curve AC voltage from a commercial power source is applied to the dimmer 40.
  • the positive charging of the capacitor 44c of the time constant circuit 44 is started, and the trigger diode 43 generates a trigger signal at a time when the charge charged in the capacitor 44c reaches a predetermined amount.
  • the triac 42 is supplied.
  • the triac 42 is ignited at a predetermined angle ⁇ in the positive half cycle, and the positive current supply to the LED illuminator 50 is started. The current supply continues until the end of the positive half cycle. A similar operation is performed in the negative half cycle.
  • the triac 42 is ignited at a timing according to the time constant of the time constant circuit 44 and supplies AC power to the LED illuminator 50. That is, the triac 42 conducts alternating current from the commercial power source during the ignition time.
  • the time constant varies depending on the resistance value of the variable resistor 44b. That is, the smaller the resistance value of the variable resistor 44b, the smaller the time constant and the earlier the timing at which the triac 42 is ignited (see FIGS. 3B and 3C). Thus, by changing the resistance value of the variable resistor 44b by operating the operation unit 47, the firing phase angle (conduction time) of the triac 42 can be made variable.
  • the LED illuminator 50 includes an ignition phase angle detection circuit 90 and a microcomputer 100 that constitute the analysis unit 70 shown in FIG. 1, and a drive unit (drive circuit) 80 for the LED 60.
  • the ignition phase angle detection circuit 90 converts the alternating current supplied by controlling the ignition phase angle of the triac 42 of the dimmer 40 into direct current, and the microcomputer 100 from the direct current voltage output from the rectification circuit 91.
  • the constant voltage source 92 for generating the operating DC voltage and the angle detection circuit 93 for detecting the ignition phase angle of the triac 42 are provided.
  • the microcomputer 100 includes a memory (storage device) 101, a mode determination unit 102 as a selection unit, a luminance adjustment unit 103 as a luminance control unit, and a color temperature adjustment unit 104 as a color temperature control unit.
  • the memory 101 stores a program executed by a processor included in the microcomputer 100 and data used when the program is executed. Further, the memory 101 has a recording area for recording a conduction time history obtained from the firing phase angle.
  • the mode determination unit 102 switches the control mode of the LED 60 between the dimming mode for adjusting the luminance of the LED 60 and the toning mode for adjusting the color temperature of the LED 60 by referring to the history of conduction time.
  • the mode determination unit 102 selects the dimming mode as an initial setting.
  • the mode determination unit 102 receives the ignition phase angle for each cycle from the angle detection circuit 93, and calculates the conduction time in the half cycle of the triac 42 from the ignition phase angle. For example, the conduction time is obtained as a difference C between the start time A of the triac 42 and the end (voltage 0) time B of the half cycle.
  • the mode determination unit 102 gives the conduction time to the luminance adjustment unit 103 and records it in the memory 101 in the dimming mode. As a result, a history of conduction time for each cycle is stored in the memory 101.
  • the mode determination unit 102 takes the difference from the last recorded conduction time in the memory 101 every time calculating (measuring) one cycle conduction time.
  • time measurement by a timer (not shown) is started.
  • the control mode is switched to the toning mode (the toning mode is selected).
  • the mode determination unit 102 maintains the selection of the dimming mode.
  • the mode determination unit 102 measures the conduction time for each cycle and records it in the memory 101 as well as the dimming mode, and calculates the difference in conduction time. However, in the toning mode, the conduction time for each cycle is given to the color temperature adjusting unit 104. As in the dimming mode, the mode determination unit 102 starts a timer and measures the time when the difference in conduction time is 0 when the difference in conduction time becomes zero. When the time when the difference in conduction time is 0 exceeds the predetermined time, the mode selection unit 102 switches the control mode to the dimming mode again (selects the dimming mode). However, if the difference is detected before the time when the difference is 0 does not exceed the predetermined time, the mode determination unit 102 ends the time measurement by the timer and maintains the selection of the toning mode.
  • the mode determination unit 102 monitors the conduction time and switches the control mode on condition that a time during which the conduction time does not change exceeds a predetermined time. Further, the mode determination unit 102 gives the conduction time to one of the luminance adjustment unit 103 and the color temperature adjustment unit 104 according to the selected mode. In the above description, the mode determination unit 102 supplies the conduction time for each cycle to the luminance adjustment unit 103 or the color temperature adjustment unit 104. However, the conduction is performed once in a plurality of cycles as necessary. You may make it supply time.
  • the luminance adjustment unit 103 as the luminance control unit is a dimming unit included in the drive circuit 80 so that the LED 60 emits light with luminance corresponding to the conduction time (ignition phase angle) supplied from the mode determination unit 102.
  • the constant current circuit 81 is controlled.
  • the brightness adjusting unit 103 has a map or table indicating the correlation between the conduction time and the drive current, and obtains the drive current corresponding to the conduction time from the map or table so that such a drive current is supplied.
  • the constant current circuit 81 is controlled.
  • the correlation between the conduction time and the drive current shown in the map can be arbitrarily set, and the length of the conduction time and the magnitude of the drive current may be in a proportional relationship.
  • the relationship between the length of the conduction time and the drive current may be nonlinear.
  • the drive current may be increased stepwise according to the length of the conduction time.
  • the drive current value increases when the user operates the operation unit 47 for increasing the brightness
  • the drive current value decreases when the user operates the operation unit 47 for decreasing the brightness. It only has to be.
  • Such increase / decrease in drive current may not have a proportional relationship with the conduction time (ignition phase angle).
  • the constant current circuit 81 is controlled by the brightness adjusting unit 103, and the LED groups 60a (first LED modules) and 60b (60b) constituting the LED 60 with a driving current value determined in advance with respect to the conduction time (ignition phase angle).
  • a drive current is supplied to each of the second LED modules.
  • Drive current supplied to LED60 is the sum value of the drive current I hik supplied to the drive current I low k and the LED group 60b to be supplied to the LED group 60a.
  • the constant current circuit 81 increases or decreases the average value of the drive current supplied to the LED groups 60a and 60b by increasing or decreasing the total value. As a result, the luminance of the LED 60 increases or decreases.
  • the color temperature adjustment unit 104 serving as the color temperature control unit serves as a color adjustment unit included in the drive circuit 80 so that the LED 60 emits light at a color temperature corresponding to the conduction period (ignition phase angle) in the color adjustment mode.
  • the balance circuit 82 is controlled.
  • Balance circuit 82 a pulse width modulation (PWM) includes a circuit to adjust the ratio between the driving current I hik supplied to the drive current I low k and the LED group 60b to be supplied to the LED group 60a.
  • PWM pulse width modulation
  • the color temperature adjusting unit 104 has, for example, a map or table indicating the correlation between the conduction time and the drive current ratio, and is determined in advance according to the conduction time (stored in the map or table). as the driving current I low k and and the drive current I hik is supplied with the drive current ratio, controls the balance circuit 82.
  • the mode determination unit 102, the brightness adjustment unit 103, and the color temperature adjustment unit 104 can be configured as functions realized by a processor included in the microcomputer 100 executing a program.
  • the mode determination unit 102, the brightness adjustment unit 103, and the color temperature adjustment unit 104 may be configured by a dedicated or general-purpose electronic circuit.
  • the microcomputer 100 functions as a switching unit (switching unit), a first control unit (first control unit), and a second control unit (second control unit) according to the present invention.
  • the mode determination unit 102 corresponds to a switching unit
  • the luminance adjustment unit 103 corresponds to a first control unit
  • the color temperature adjustment unit 104 corresponds to a second control unit.
  • the conduction time is obtained from the firing phase angle.
  • obtaining the conduction time and recording the conduction time history is not an essential requirement of the present invention.
  • the firing phase angle history is recorded instead of the conduction time, and the drive control of the LEDs 60 (LED groups 60a and 60b) is performed with the total value or ratio of the drive currents according to the firing phase angle. May be.
  • the LED 60 is, for example, a group of light-emitting diodes manufactured on a sapphire substrate, and a set of LED groups 60a and LEDs each having a plurality of (for example, 20) LED elements connected in series.
  • the group 60b is arranged in parallel in the same direction.
  • Each of the LED elements included in each of the LED groups 60a and 60b has an emission wavelength of 410 nm, a terminal voltage at the forward current of 3.5 V, and 70 V when 20 LED elements are connected in series. Generates maximum light intensity with direct current.
  • Each LED element constituting the LED group 60a is embedded with a phosphor emitting white light of about 3000 ° K when stimulated (excited) with light having an emission wavelength of 410 nm.
  • each LED element constituting the LED group 60b is embedded with a phosphor that emits white light of about 5000 ° K when stimulated (excited) with light having an emission wavelength of 410 nm. Accordingly, the white light emitted by the light emission of the LED group 66a and the white light emitted by the light emission of the LED group 66b are different in chromaticity (color temperature). Chromaticity includes hue and color temperature.
  • the number of LED elements constituting the LED groups 60a and 60b can be changed as appropriate, and may be one LED element.
  • the LED groups 60a and 60b only need to emit white light having different color temperatures, and the color temperatures that can be taken by the LED groups 60a and 60b can be selected as appropriate.
  • the LED 60 may be a combination of LED groups emitting different colors (light emission wavelength region (emission spectrum)) instead of a combination of LED groups emitting different white light.
  • a combination of different colors for example, a desired combination such as green and blue, yellow and red can be applied.
  • Such an LED illuminator can be used as a neon sign.
  • the operation unit 47 of the dimmer (dimmer box) 40 in the first embodiment has a dial type knob.
  • the operation unit 47 having a slide bar instead of the dial type knob may be used.
  • the knob of the operation unit 47 when adjusting the light quantity (luminance) of the LED illuminator 50, the knob of the operation unit 47 is rotated to the left to make it brighter, and turned to the right to make it darker.
  • a setting is a setting for the convenience of explanation. That is, in the dimmer generally used at present, when the rotary dial knob (dial) is rotated clockwise in the clockwise direction, the conduction time in the AC half cycle increases (for example, FIG. 3 (a) ⁇ FIG. 3). (B)) At this time, when the illuminator connected to the dimmer 40 has a constant resistance load such as an incandescent lamp, the power consumption increases and the brightness of the incandescent lamp increases.
  • the rotation angle position information (operation amount) of the operation unit 47 (dial) in the first embodiment does not control the increase / decrease of the conduction time of the drive current with respect to the LED 60 but is used only as “user intention information”. . For this reason, the operation amount of the operation unit 47 is not directly related to increase / decrease in power consumption or luminance of the load.
  • the power consumption of the LED 60 in the first embodiment is determined by the control circuit (microcomputer 100) on the load side independently of the firing phase angle ⁇ of the triac 42. It is determined.
  • the analysis unit 70 luminance
  • the adjustment unit 103 determines a constant current value to be supplied to the LED 60. Therefore, the LED 60 does not necessarily consume power proportional to the instantaneous value of the voltage waveform.
  • the necessary power is transferred to the capacitor.
  • the drive current for the LED 60 is continuously supplied.
  • the instantaneous value of Japanese commercial sine wave alternating current (100 V) at an ignition phase angle of 150 degrees is 70.7 V, which is sufficient for lighting LED elements (operating voltage: for example, 24 to 30 V).
  • the instantaneous voltage of sinusoidal alternating current decreases rapidly from the starting phase angle of 150 degrees to 180 degrees. Therefore, as a drive circuit power supply for the LED elements constituting the LED 60, the phase angle (approximately 168 degrees) for supplying 35V, which is about 1/2 of 70.7V, from the phase angle of 150 degrees for supplying 70.7V. Is selected as the range of use for obtaining stable operation. By charging the large-capacity capacitor (capacitor 84) during such an 18-degree period, a stable and continuous LED power supply can be generated by the drive circuit 80.
  • the charging current of the capacitor 84 required in the above example charges the power consumed in the AC half cycle 180 degree period within the 18 degree period. For this reason, the charging current is about 10 times the steady consumption current.
  • the average time is 100 Vrms (rms is the effective value of alternating current) and 0.3 Arms, but the average current from the phase angle 150 degrees to the phase angle 168 degrees is It is estimated to be about 3A, 10 times. This value is an allowable current value.
  • this charging current is about 0.3A.
  • the power supply of the LED 60 As described above, it is possible to determine the LED drive current independently of the firing phase angle of the triac 42. As a result, the luminance of the LED 60 can be controlled independently of the conduction angle of the triac 42 based on the user's intention.
  • the dimmer 40 shown in FIG. 2 is an existing dimmer using the triac 42, and the ignition phase angle ⁇ of the triac 42 (see FIG. 2) according to the rotation amount (operation amount) of the dial knob of the operation unit 47. 3 (a) to (c)) can be adjusted to an arbitrary value from 0 degrees to 180 degrees.
  • the numerical value of the position angle of the operation unit 47 (dial) of the dimmer 40 and the numerical value of the ignition phase angle in the AC cycle are matched as follows. Define.
  • the dial can be rotated 90 ° right and left around the 0 o'clock position.
  • “3 o'clock position”, which is the rotation end point of the dial in the clockwise direction is referred to as “angular position 180 degrees” and is defined as the ignition phase angle 180 degrees and the normal power consumption minimum.
  • the “9 o'clock position” which is the rotation end point of the dial in the counterclockwise direction is referred to as “angular position 0 degree”
  • the ignition phase angle is 0 degree and is defined as the maximum normal power consumption.
  • the operation for adjusting the luminance of the LED 60 is described as “light control”, and the operation for adjusting the color temperature of the LED 60 is described as “color control”.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of waveforms such as alternating voltage and drive current during dimming.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of waveforms such as an alternating voltage and a drive current during color matching.
  • the LED 60 When the user closes (turns on) the main power switch 41 (FIG. 2), the LED 60 is lit.
  • the brightness and color temperature of the LED 60 when the main power is turned on are indefinite.
  • the initial setting of the microcomputer 100 may be configured so that the LED 60 is lit at a predetermined luminance and color temperature.
  • the user rotates the operation unit 47 (dial) left and right with the intention of changing the luminance to a desired value as the first step.
  • the dial is rotated while looking at the LED 60 and checking the brightness. For example, when the user sets the dial to the 11 o'clock position, the ignition phase angle is fixed at 60 ° as shown in FIG. At this stage, the LED 60 lights with a brightness slightly brighter than the middle of the adjustable brightness range. When the user is satisfied with the brightness, the user releases his / her hand from the dial on the assumption that no further dial operation is required. This operation is intended to end the first step.
  • the microcomputer 100 executes the dimming operation program and performs the operation in the first step from when the main power is turned on until the user releases the hand from the operation unit 47.
  • the microcomputer 100 performs an operation according to the dimming operation program. That is, the microcomputer 100 operates in the dimming mode.
  • the microcomputer 100 By executing the dimming operation program, the microcomputer 100 measures the rotational position of the dial, that is, the ignition phase angle (conduction time) of the triac 42 every moment.
  • the microcomputer 100 controls the constant current circuit 91 in accordance with ignition phase angle that is measured (conduction time), the drive current I low k supplied to the LED group 60a forming the LED 60, the driving current I hik supplied to the LED group 60b Increase or decrease the total value (I lowk + I hik ).
  • the luminance of the LED 60 is updated to a desired value.
  • the user can adjust the rotation angle position of the dial of the operation unit 47 momentarily while observing the brightness of the LED 60, so that the brightness can be set to a desired brightness.
  • the microcomputer 100 performs the dimming operation. Ends the execution of the program and starts executing the toning operation program. That is, the control mode is switched to the toning mode.
  • the user has further decided to change the color temperature to a desired value.
  • the user rotates the operation unit 47 (dial) left and right again from the 11 o'clock position within a first stop time within 5 seconds to 10 seconds after releasing the hand from the operation unit 47 in the first step.
  • the user releases the operation unit 47 (dial) again.
  • the AC ignition phase angle is fixed at 120 °.
  • the microcomputer 100 When the toning program is executed, that is, in the toning mode, the microcomputer 100 does not change the luminance of the LED 60, that is, while keeping the total value (I lowk + I hik ) of the LED driving current constant. The ratio between the lowk value and the drive current I hik value is changed. As a result, the color temperature of the LED 60 changes.
  • the time when the dial is not operated that is, the time when the ignition phase angle (conduction time) is not changed, the microcomputer 100 starts measuring the timer.
  • the microcomputer 100 determines that the user's toning operation has been completed, and the drive currents I lowk and I hik The control mode is returned to the dimming mode while the ratio of the values is fixed.
  • the microcomputer 100 ends the timing by the timer and maintains the toning mode.
  • the microcomputer 100 can continue counting the timer when the timer times a predetermined time (5 seconds) and the control mode is switched from the dimming mode to the toning mode.
  • a predetermined time for example, when the timer counts 10 seconds from the start of timing, it is assumed that the user has no intention of toning, and the driving current I lowk at the toning mode switching is With the ratio of I hik values fixed, the control mode is switched to the dimming mode.
  • the LED illuminator 40 (LED 60), which is a load of the dimmer 40 that is a triac dimmer, operates according to the above-described operation example. For this reason, the rule that the user should learn in advance when using the LED illuminator 40 is the mode at that time (the dimming or toning mode) as long as the dial operation of the operation unit 47 is continued at intervals of 5 seconds or less. On the other hand, the simple rule is that the mode is switched if the dial operation is continued for 5 seconds or longer.
  • This numerical value of 5 seconds is a value that can be changed according to the user's social wisdom, age group, social hierarchy, etc. That is, it is a numerical value that can be set according to the market preference. In experiments conducted by the applicant of the present application, it was found that the range in which the user feels convenient is 4 seconds ⁇ 2 seconds (2 to 6 seconds).
  • the predetermined time during which the ignition phase angle (conduction time) does not change can be set as appropriate, and a user interface for changing the predetermined time set in the microcomputer 100 may be provided.
  • the predetermined time that triggers the mode switching is the same 5 seconds in both the light control and the color adjustment modes.
  • the length of the predetermined time may be different when switching to the light control mode and when switching to the color adjustment mode.
  • FIGS. 4A and 4B show the relationship between the conduction voltage of the triac 42 (the dimmer 40) and the drive current of the LED 60.
  • FIG. 4B is a current waveform when the illuminator is a simple resistance load (for example, an incandescent lamp). As can be seen from FIGS. 4A and 4B, it is well known that the voltage waveform and the current waveform are similar.
  • FIG. 4C shows a current waveform in the case of a constant current drive load as in this embodiment. It can be seen that the current waveform in FIG. 4C is completely different from the AC voltage waveform shown in FIG. That is, in the LED illuminator 60 incorporating the constant current drive circuit (constant current circuit 81), a substantially constant drive current is generated from immediately after firing to immediately before the AC phase angle of 180 ° regardless of the time change of the voltage waveform. Supplied to a load (LED 60).
  • the current waveform may be such that a large charging current charges the capacitor 84 immediately after firing to maintain the DC voltage as shown in the charging waveform (triangular wave) shown in FIG.
  • the current waveform may be such that a large charging current charges the capacitor 84 immediately after firing to maintain the DC voltage as shown in the charging waveform (triangular wave) shown in FIG.
  • a relatively large current for charging the capacitor 84 is supplied from the rectifier circuit 83 immediately after the triac 42 is ignited, regardless of the dial position (operation amount) of the triac dimmer 40.
  • the DC voltage as shown in FIG. 4E can be maintained. Therefore, the LED 60 can be driven with a desired current value.
  • the ignition phase angle of 60 degrees shown in FIG. To the state of the ignition phase angle of 120 degrees shown in FIG.
  • the illuminator is a simple resistance load such as an incandescent bulb
  • a current having a voltage proportional waveform as shown in FIG. 5B flows.
  • the current does not become as shown in FIG. 5B
  • the current for charging the capacitor 84 flows as shown in FIG. 5D, and is almost twice as large as that in FIG.
  • the capacitor 84 is charged with this current. This is because the AC non-conduction time is long, and thus the voltage of the capacitor 84 gradually decreases due to the LED current consumption, and the potential difference between the AC power supply side and the capacitor 84 side increases.
  • the LED driving current I low k for low Kelvin, LED drive current I hik for high Kelvin may be adjusted as shown in FIG. 6 (a) and (b).
  • the drive current I lowk and the drive current I hik at the end of the first step can be supplied with the same amount of drive current as shown in FIG. .
  • the drive current I hik increases while the drive current I lowk decreases as shown in FIG. Becomes bluish white.
  • Such an operation is realized by changing the ratio of the drive current I hik and the drive current I lowk by the PWM circuit built in the balance circuit 82.
  • the LED groups 60a and 60b have a pulse current at time t1 at a ratio of time determined by the balance circuit 82 in one cycle of positive and negative AC cycles. Is supplied.
  • the same number (three) of pulse currents are supplied to the LED groups 60a and 60b, whereas in FIG. 6B, four pulse currents are supplied to the LED group 60b.
  • two pulse currents are supplied to the LED group 60a. In this way, the current ratio is changed, but the total number of pulses is not changed. That is, the total value of the drive current is constant. Therefore, the color temperature can be changed in a state where the luminance is maintained.
  • an existing wiring and an existing triac dimmer 40 are used.
  • the operation history of the operation unit 47 (knob) of the triac dimmer 40 that is, the ignition phase angle (conduction time) of the triac is stored on the lighting device side, whereby two dimming modes and a whitening mode are stored. Realize the operation mode. Thereby, the two functions of dimming and toning can be realized with one existing dimmer without performing wiring work.
  • the load-side light bulb or light source can be supplied to the LED illuminator 50 without carrying out replacement work of the light controller. By changing it, it is possible to introduce an LED illuminator capable of dimming and toning very easily.
  • the configuration example in which the conduction time is measured based on the ignition phase angle and the history of the conduction time is recorded in the memory 101 has been described.
  • the conduction time is not measured, the ignition phase angle is simply detected every predetermined cycle (for example, one cycle), and the history of the ignition phase angle may be recorded in the memory 101.
  • the history of the ignition phase angle is recorded in the memory 101, at least the last detected ignition phase angle (conduction time) is recorded in the memory 101. It should be.
  • a nonvolatile recording medium is applied to the memory 101, and the total amount of average current currently supplied to the LEDs 60 and the current LED groups 60a and 60b are respectively applied.
  • the ratio of the supplied average current may be stored in the nonvolatile recording medium.
  • the luminance adjustment unit 103 of the microcomputer 100 performs an adjustment operation of supplying current to the LED 60 with the total amount stored in the nonvolatile recording medium, while the color temperature adjustment unit 104 is An adjustment operation is performed in which current is supplied to the LED groups 60a and 60b at a ratio stored in the nonvolatile recording medium.
  • the LED 60 can emit light with the same luminance and color temperature as before the power failure.
  • the nonvolatile recording medium may further store mode information indicating the currently selected control mode. In this case, at the time of recovery, the operation can be resumed in the control mode selected at the time of power failure. Furthermore, the current timer value can be stored in a nonvolatile recording medium.
  • the nonvolatile recording medium can be prepared independently from the memory 101.
  • an LED lighting apparatus having two terminals (an LED illuminator 50 having terminals T3 and T4) that adjusts luminance and chromaticity (color temperature) according to the conduction time of the triac 42 will be described.
  • the “conduction time” can be regarded as an on time of power (voltage or current) periodically supplied from the dimmer 40 via the two terminals (terminals T3 and T4) of the LED illuminator 50.
  • the LED illuminator 50 can detect the on-time of the power periodically supplied via the two terminals and adjust the luminance and chromaticity according to the on-time.
  • the LED illuminator 50 includes a detection circuit that detects a periodic on-time from the DC power supply, and the mode determination unit 102 receives a signal indicating the on-time from the detection circuit.
  • the first embodiment can be modified so as to input to.
  • a detection circuit for example, a circuit that measures the on-time of a pulse by regarding a direct current output from a rectifier circuit 91 corresponding to a direct current power supply as a PWM signal (pulse) can be applied.
  • the mode determination unit 102 does not perform the process of obtaining the conduction time from the firing phase angle, and uses the on-time input from the detection circuit instead of the conduction time.
  • the mode is switched when the conduction time does not change for a predetermined time (5 seconds). In other words, the mode is switched on condition that the state where the conduction time (ON time) does not change continues for a threshold value (predetermined time) or longer.
  • a threshold value predetermined time or longer.
  • a common threshold is used.
  • different threshold values first and second threshold values may be used for switching from the light adjustment mode to the light adjustment mode and for switching from the light adjustment mode to the light adjustment mode.
  • the two functions of dimming and toning can be replaced with small-scale wiring equipment replacement work. Realization of high convenience by realizing only with.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a circuit configuration example of the illumination system according to the second embodiment.
  • the illumination system includes a dimmer 40A and an LED illuminator 50A.
  • the same existing wiring bus 10, feeder 20, lead wire 30
  • 2nd Embodiment demonstrates the case where the existing triac dimmer is exchangeable for a new dimmer.
  • a dimmer 40A having two or more operation units, that is, a dimming operation unit 47a and a toning operation unit 47b is applied. Thereby, it is possible to provide an illumination system that is more convenient than the first embodiment.
  • a dimmer (a dimming box) 40A includes a pair of IGBTs (insulated gate bipolar transistors) as first and second molding parts.
  • the IGBT can open and close a high voltage output with a small voltage input signal. Since the IGBT is a single bipolar transistor, as shown in FIG. 7, two IGBTs 48 and 49 are connected in series with opposite polarities.
  • the IGBTs 48 and 49 include diodes 32 and 33, respectively.
  • the dimmer 40A includes a dimming operation unit 47a (first user interface) and a toning operation unit 47b (second user interface). Each of the operation unit 47a and the operation unit 47b has a dial knob (dial) for adjusting each of luminance and color temperature. Signals indicating the respective operation amounts of the operation units 47 a and 47 b are given to the logic circuit 400.
  • the logic circuit 400 includes two rotary encoders (not shown) that respectively detect the operation amounts (the rotation angle of the dial) of the operation units 47a and 47b.
  • the logic circuit 400 supplies signals 408 and 409 corresponding to the dial position of the operation unit 47 a to the gates of the IGBTs 48 and 49.
  • the signal 408 is a reverse current that stops the current between the collector and the emitter for a predetermined period, and the output timing of the signals 408 and 409 depends on the dial position of the operation unit 47a.
  • the conduction of the current flowing between the collectors and the emitters of the IGBTs 48 and 49 is performed for a predetermined period (for example, 1 ms) can be stopped.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the operation amount of the operation unit 47a and the AC waveform.
  • pulse signals (signals 408 and 409) corresponding to the operation amount of the operation unit 47a as shown in FIG. 8B are generated. This is applied to the gates of the IGBTs 48 and 49. Thereby, alternating current is interrupted
  • the positive and negative half cycles of the AC voltage from the commercial power supply have a waveform that is cut off for a predetermined period t4 at the cut-off timing according to the output timing of the signals 408 and 409 corresponding to the operation amount of the operation unit 47a.
  • An AC voltage having such a waveform is supplied to the LED illuminator 50A. Since the predetermined period t4 is shorter than a half cycle period such as 1 ms (in the case of 10 ms: 50 Hz), the AC voltage can be considered as a substantially sine wave.
  • the timing of interruption by the pulse signal (signal 408) in the positive and negative half cycles of AC depends on the dial rotation amount (operation amount) of the operation unit 47a, that is, the luminance control amount. As shown in FIGS. 8C and 8E, the output timing of the signals 408 and 409 is advanced as the operation amount of the dial increases in the direction of increasing the brightness, and the AC positive / negative half cycle is interrupted. The timing is early. As a result, the waveform of the positive and negative half cycles of the AC voltage supplied to the LED illuminator 50A can be brought into a state in which a control signal for brightness adjustment is embedded (applied).
  • the logical solution path 400 supplies a signal 409 corresponding to the dial position of the operation unit 47b to the gate of the IGBT 49.
  • the signal 409 By supplying the signal 409, the current flowing between the collector and the emitter of the IGBT 49 in the negative half cycle of alternating current from the commercial power supply can be stopped (cut off) for a predetermined time (for example, 1 ms).
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the operation amount of the operation unit 47b and the AC waveform.
  • a pulse signal (signal 409) as shown in FIG. 9B is generated and applied to the gate of the IGBT 49 in the negative half cycle of alternating current.
  • alternating current is interrupted by a predetermined cycle t4 (for example, 1 ms) in a negative cycle.
  • the negative half cycle of the AC voltage from the commercial power supply has a waveform that is cut off for a predetermined period t4 at the cut-off timing corresponding to the output timing of the signal 409.
  • An AC voltage having such a waveform is supplied to the LED illuminator 50A. Since the predetermined period t4 is shorter than a half cycle period such as 1 ms (in the case of 10 ms: 50 Hz), the AC voltage can be considered as a substantially sine wave.
  • the timing of interruption by the pulse signal (signal 409) in the negative half cycle of AC depends on the amount of rotation of the knob of the operation unit 47b, that is, the control amount of the color temperature. As shown in FIG. 9B, FIG. 9D, and FIG. 9F, the output timing of the signal 409 is advanced as the operation amount of the knob increases in the direction of decreasing the color temperature, and the negative of AC is negative. The shut-off timing in the half cycle becomes earlier. Thereby, the waveform of the negative half cycle of the AC voltage supplied to the LED illuminator 50A can be brought into a state in which the control signal for color temperature adjustment is embedded (applied).
  • the interruption position (interruption phase angle) in the positive and negative half cycles varies due to the generation of the signals 408 and 409.
  • the operation unit 47b when the operation unit 47b is operated, only the signal 409 is generated, and the interruption position (interruption angle) in the negative half cycle varies.
  • the operation unit 47a may be an operation unit for toning
  • the operation unit 47b may be an operation unit for dimming.
  • only the signal 408 may be generated by operating the operation unit 47b, and only the cutoff position in the positive half cycle may be changed.
  • the LED illuminator 50A includes a cutoff angle detection circuit 90A.
  • the detection circuit 90A includes a rectifier circuit 91 that converts alternating current supplied from the dimmer 40A side into direct current, and a constant voltage source 92 that generates a direct current voltage for operation of the microcomputer 100 from the direct current voltage output from the rectifier circuit 91. , And an angle detection circuit 93 that detects the cutoff timing in the positive and negative half cycles of the alternating current.
  • the angle detector 93 detects the cutoff phase angle ⁇ (corresponding to dimming information and toning information) in each of the positive and negative half cycles and passes it to the distributing unit 102A (determination unit) of the microcomputer 100.
  • the allocating unit 102A records the cutoff phase angle ⁇ in each of the positive and negative half cycles in the memory 101 as history information.
  • the allocating unit 102 ⁇ / b> A detects the positive / negative cutoff phase angle ⁇ in one cycle, it compares each cutoff phase angle ⁇ with the positive / negative cutoff phase angle ⁇ recorded last in the memory 101.
  • the allocating unit 102A determines the detected cutoff phase angle ⁇ based on the determination that the dimming operation has been performed. Is sent to the brightness adjusting unit 103.
  • the allocating unit 102A detects the cutoff that has been detected based on the determination that the toning operation has been performed.
  • the phase angle ⁇ is sent to the color temperature adjustment unit 104.
  • the configurations of the brightness adjusting unit 103, the color temperature adjusting unit 104, and the LED 60 are substantially the same as those in the first embodiment. That is, the luminance adjustment unit 103 controls the supply of the drive current by the constant current circuit 81 so that the LED 60 emits light with the luminance corresponding to the cutoff phase angle ⁇ . That is, the luminance adjustment unit 103 controls the constant current circuit 81 so that a driving current that is determined in advance according to the cutoff phase angle ⁇ is supplied to the LED 60.
  • the drive current is supplied with a relatively small drive current value that is predetermined with respect to the cutoff phase angle ⁇ .
  • the brightness adjusting unit 103 controls the constant current circuit 81.
  • the drive current is supplied at a relatively medium drive current value that is predetermined for the cutoff phase angle ⁇ .
  • the luminance adjustment unit 103 controls the constant current circuit 81 so that the above is performed.
  • the AC voltage waveform is shown in FIG. 8E, it is located in the first half of the half cycle in which the cutoff phase angle ⁇ is positive (negative). For this reason, on the assumption that the user desires the LED 60 to emit light with high brightness, the drive current is supplied at a relatively high drive current value that is predetermined for the cutoff phase angle ⁇ .
  • the brightness adjusting unit 103 controls the constant current circuit 81.
  • the above example does not indicate that the luminance is controlled in three steps, and the luminance control in two or more steps according to the value of the cutoff phase angle ⁇ is possible.
  • the color temperature adjustment unit 104 controls the operation of the balance circuit 82 so that the LED 60 emits light at a color temperature corresponding to the negative cutoff phase angle ⁇ .
  • the color temperature adjusting unit 104 includes an LED group 60a (low color temperature LED (low Kelvin temperature LED)) and an LED group 60b (high color) that configure the LED 60 with a drive current ratio corresponding to the negative cutoff phase angle ⁇ .
  • Temperature LED LED for high Kelvin temperature
  • the cutoff phase angle ⁇ is located in the second half of the negative half cycle.
  • the LED groups 60a and 60b are driven with a balance (ratio) determined in advance with respect to the cutoff phase angle ⁇ .
  • the color temperature adjusting unit 104 controls the balance circuit 82 so that a current is supplied.
  • the cutoff phase angle ⁇ is located in the middle of the negative half cycle.
  • the LED groups 60a and 60b are driven with a balance (ratio) determined in advance with respect to the cut-off phase angle ⁇ on the premise that the user desires the LED 60 to emit light at a medium color temperature.
  • the color temperature adjusting unit 104 controls the balance circuit 82 so that a current is supplied.
  • the cutoff phase angle ⁇ is located in the first half of the negative half cycle.
  • the LED groups 60a and 60b are driven with a balance (ratio) determined in advance with respect to the cutoff phase angle ⁇ on the assumption that the user desires the LED 60 to emit light at a low color temperature.
  • the color temperature adjusting unit 104 controls the balance circuit 82 so that a current is supplied.
  • the above example does not indicate that the color temperature is controlled in three stages, and the color temperature can be controlled in two or more stages according to the value of the cutoff phase angle ⁇ .
  • the allocating unit 102A supplies the positive / negative cut-off angle ⁇ recorded last in the memory 101 to the luminance adjusting unit 103 and the color temperature adjusting unit 104. To do. Thereby, even when the time t4 is 0, that is, the cutoff time at t4 disappears, the luminance and the color temperature are maintained.
  • the microcomputer 100 functions as a detection unit (detection unit), a first control unit (first control unit), and a second control unit (second control unit) according to the present invention.
  • the distribution unit 102A corresponds to a detection unit
  • the luminance adjustment unit 103 corresponds to a first control unit
  • the color temperature adjustment unit 104 corresponds to a second control unit.
  • the dimmer 40A includes the operation unit 47a for brightness adjustment and the operation unit 47b for color temperature adjustment.
  • the user can perform the light control operation and the color adjustment operation independently of each other. For this reason, it is possible to provide an illumination system with improved operability compared to the first embodiment.
  • the existing wiring equipment since the existing wiring equipment is used, it is possible to avoid significant wiring work by introducing the LED illuminator 50A, and to reduce the initial cost when the LED illuminator 50A is introduced.
  • a non-volatile recording medium is applied to the memory 101 as in the first embodiment, and the total amount of average current currently supplied to the LED 60,
  • the ratio of the average currents currently supplied to the LED groups 60a and 60b may be stored in the nonvolatile recording medium.
  • the luminance adjustment unit 103 of the microcomputer 100 performs an adjustment operation of supplying current to the LED 60 with the total amount stored in the nonvolatile recording medium, while the color temperature adjustment unit 104 is An adjustment operation is performed in which current is supplied to the LED groups 60a and 60b at a ratio stored in the nonvolatile recording medium.
  • the LED 60 can emit light with the same luminance and color temperature as before the power failure.
  • a triac is used as a dimmer
  • a switching element or a switching circuit in place of the triac for example, a circuit using a MOS-FET, a transistor, or the like, or a circuit constituted by an element such as IGBT or SCR (Silicon Controlled Rectifier) can be applied.
  • IGBT International Rectifier
  • SCR Silicon Controlled Rectifier
  • T1 to T4 ... Terminal 10
  • Commercial power supply bus 20 ... Illuminator feed line 20 a... First feed line 20 b. ... Lighting for flashing illuminator 40 ... Dimmer 42 ... Triac 47 ... Operation unit 50 ... LED illuminator 60 ... LED modules 60a, 60b ... LED group (first 1 and 2 LED module) 81 ... constant current circuit 82 ... balance circuit 100 ... microcomputer 101 ... memory (memory device) 102: Mode determination unit 103: Luminance adjustment unit 104: Color temperature adjustment unit

Abstract

 2本の電線を介して電源に接続されるLED照明器具であって、発光スペクトル又は色度が相互に異なる第1LED及び第2LEDと、前記2本の電線から周期的に供給される電力のオン時間の長さを監視し、前記オン時間の長さが変化しない状態が閾値以上継続することを条件に、前記第1LED及び前記第2LEDの制御モードを第1モードと第2モードとの間で切り替える切替手段と、前記第1モードにおいて、前記電力のオン時間の長さに応じて、前記第1LEDに供給すべき平均電流と前記第2LEDに供給すべき平均電流との総量を決定する第1制御手段と、前記第2モードにおいて、前記電力のオン時間の長さに応じて、前記第1LEDに供給すべき平均電流と前記第2LEDに供給すべき平均電流との比を決定する第2制御手段とを含む。

Description

LED照明器、及びLED照明システム
 本発明は、LED(Light Emitting Diode)照明器(LED照明器具)、及びLED照明システムに関する。
 近年、白熱電球に代わる照明器具の一つとして、LEDを用いたLED電球が普及しつつある。白熱電球に代えてLED電球を適用する場合には、既存の建築物に設けられた配線設備や調光器を使用することで、LED電球導入に当たってのコスト低減が試みられている。
 例えば、白熱電球での回路接続では、二つの端子を夫々有する白熱電球、及び白熱電球用のトライアック調光器が夫々用いられる。トライアック調光器が備える二つの端子の一方は、商用電源に接続され、端子の他方は、白熱電球が備える一方の端子に接続される。また、白熱電球が備える他方の端子は、商用電源に接続される。このようにして、商用電源に対し、トライアック調光器及び白熱電球が直列接続される。
 トライアック調光器は、例えば、白熱電球の主電源と、白熱電球の輝度調整用の操作部(回転式、或いはスライド式のツマミ)と、操作部の操作量に応じて点弧タイミングが調整されるトライアックとを含んでいる。商用電源から供給される電圧は、トライアックが点弧(オン)してから電圧が0になるまでの点弧時間において、白熱電球に供給される。このように、点弧時間の長さで白熱電球に供給される電流量を調整することによって、白熱電球の輝度を変更することができる。
特表2005-524960号公報
 上述したような、商用電源に対してトライアック調光器及び白熱電球を直列接続するための配線は、建築物の建築時に壁内や天井裏に配設されることが多い。このため、配線構造の変更は、壁や天井の破壊を招来する可能性がある。
 これに対し、既存の配線やトライアック調光器の使用により、LED照明器を導入することができれば、LED照明導入に係る初期コストを低減できる面で好ましい。さらに、既存の配線構造を維持した状態で、LED照明器の輝度及び色温度を調整することができれば、従来の白熱電球の代わりにLED照明器を導入する契機を消費者に提供することができる。
 しかしながら、既存の、商用電源に対して調光器とLED照明器とが直列接続される配線構造を有するLED照明システムにおいて、LED照明器の輝度と色温度との双方を調整できるものはなかった。
 本発明の一態様の目的は、電源に対してLED照明器と直列接続される調光器を用いてLED照明器(LED照明器具)の輝度及び色度の双方を調整可能な技術を提供することである。また、本発明の他の態様の目的は、2本の電線を介して電源から供給される電圧又は電流を用いてLEDの輝度及び色度の双方を調整可能なLED照明器具を提供することである。
 本発明は、上記目的を達成するため、以下の手段を採用する。すなわち、本発明の第1の態様は、電源と一本の第1給電線を介して接続された調光器と一本の第2給電線を介して接続されるとともに、一本の第3給電線を介して前記電源に接続され、前記調光器が備えるユーザインタフェースの操作量に応じた導通制御部の点弧位相角度に応じた導通時間において、前記電源から供給される交流電流を受電するLED照明器であって、
 同色で異なる発光スペクトル、又は異なる色で発光する第1及び第2のLEDモジュールと、
 前記点弧位相角度及び前記点弧位相角度の時間変化を計測する計測部と、
 前記受電された交流電流を用いて、前記点弧位相角度に基づく輝度で前記第1及び第2のLEDモジュールを発光させるための駆動電流を前記第1及び第2のLEDモジュールに夫々供給する調光手段と、
 前記受電された交流電流を用いて、前記点弧位相角度に基づく色温度で前記第1及第2のLEDモジュールを発光させるための駆動電流を前記第1及び第2のLEDモジュールに夫々供給する調色手段と、
 前記点弧位相角度の時間変化に基づいて、選択すべき制御モードを、前記調光手段によって調整された駆動電流が前記第1及び第2のLEDモジュールに供給される調光モードと、前記調色手段によって調整された駆動電流が前記第1及び第2のLEDモジュールに供給される調色モードとの間で切り替える選択手段と、
 前記調光モードの選択状態において、前記点弧位相角度に基づく輝度で前記第1及び第2のLEDモジュールが発光するように、前記調光手段を制御する調光制御部と、
 前記調色モードの選択状態において、前記点弧位相角度に基づく色温度で前記第1及び第2のLEDモジュールが発光するように、前記調色手段を制御する調色制御部と
を含むLED照明器である。
 本発明の第1の態様、及び後述する第2~第4の態様における第1及び第2LEDモジュール、後述する第5及び第6の態様における第1及び第2LEDは、異なる「発光スペクトル」又は「色度」を有することができる。色度は、色相及び色温度を含む。また、第1の態様における「点弧位相角度の時間変化に基づいて」の語は、点弧位相角度そのものの時間変化を計測する場合と、点弧位相角度に基づく導通時間の時間変化を計測する場合との双方を含む。
 第1の態様において、前記選択手段は、前記LED照明器の主電源投入時には、前記調光モードと前記調色モードとの一方を選択し、前記調光モード及び前記調色モードとの一方において、前記点弧位相角度が変化しない時間が閾値を越えることを条件に、前記調光モード及び前記調色モードの一方を他方に切り替えるように構成されていても良い。
 また、第1の態様において、前記切替手段は、前記調光モードの選択状態において前記点弧位相角度の時間変化が所定範囲に収まる場合には、前記調光モードを維持し、
 前記調光手段は、点弧位相角度の大きさに応じた平均電流値の駆動電流を前記第1及び第2LEDモジュールに供給するように構成されていても良い。
 また、第1の態様において、前記調色手段は、前記調色モードの選択状態において、前記点弧位相角度が減少傾向にある場合には色温度が上昇する一方で、前記点弧位相角度が増大する傾向にある場合には色温度が下降するように、前記第1及び第2のLEDモジュールに夫々供給される駆動電流の比を調整するように構成されていても良い。
 また、第1の態様におけるLED照明器は、一対の給電線の一方を介して前記調光器と接続される第1の端子と、前記一対の給電線の他方を介して前記電源と接続される第2の端子とからなる一対の2端子をさらに含むように構成されていても良い。
 また、第1の態様におけるLED照明器は、前記受電された交流電流を用いて前記導通時間の経過後も前記調光手段又は前記調色手段が駆動電流の供給を継続するための電荷を蓄える蓄電部をさらに含むように構成されていても良い。
 本発明の第2の態様は、電源と一本の給電線を介して接続される調光調色器と、前記調光調色器と一対の給電線の一方を介して接続される第1端子と前記電源と前記一対の給電線の他方を介して接続される第2端子とを備えるLED照明器とを含み、
 前記調光調色器は、
  輝度調整用の第1ユーザインタフェースと、
  色温度調整用の第2ユーザインタフェースと、
  電源から供給される交流電圧波形を前記第1ユーザインタフェースの操作量に応じた輝度制御信号を含む波形に成形する第1成形部と、
  前記電源から供給される交流電圧波形を前記第2ユーザインタフェースの操作量に応じた色温度制御信号を含む波形に成形する第2成形部と
を備え、
 前記LED照明器は、
  一方が前記調光調色器に接続され、他方が前記電源に接続された一対の端子と、
  同色で異なる発光スペクトル、又は異なる色で発光する第1及び第2のLEDモジュールと、
  前記受電された交流電圧波形が輝度制御信号と色温度制御信号のいずれを含むかを判定する判定部と、
  前記第1及び第2のLEDモジュールに輝度調整用の駆動電流を供給する調光手段と、
  前記第1及び第2のLEDモジュールに色温度調整用の駆動電流を供給する調色手段と、
  前記輝度制御信号に応じた輝度で前記第1及び第2のLEDモジュールが発光するように、前記調光手段を制御する調光制御部と、
  前記色温度制御信号に応じた色温度で前記第1及び第2のLEDモジュールが発光するように、前記調色手段を制御する調色制御部と
を備えるLED照明システムである。
 第2の態様において、前記第1成形部と前記第2成形部の一方は、前記交流電圧波形の正及び負のサイクルの双方において、前記第1又は前記第2インタフェースの操作量に応じて電圧が所定量低下する区間を生成し、
 前記第1成形部と前記第2成形部の他方は、前記交流電圧波形の正又は負のサイクルの一方において、前記第1又は前記第2インタフェースの操作量に応じて電圧が所定量低下する区間を生成し、
 前記判定部は、前記交流電圧波形の正及び負のサイクルの双方において電圧が所定量低下する区間が変動しているか否かを判定することによって、前記交流電圧波形が前記輝度制御信号と前記色温度制御信号のいずれを含むかを判定するように構成されていても良い。
 例えば、第1インタフェースの操作量に応じて、交流電圧波形の正負のサイクルの双方において電圧が所定量低下する区間が生成され、第2インタフェースの操作量に応じて、交流電圧波形の正負のサイクルの一方において電圧が所定量低下する区間が生成されるように第1成形部及び第2成形部を構成し、判定部が、正負のサイクルの双方において電圧低下区間が変動している場合に、交流電圧波形が輝度制御信号を含むと判定し、正負のサイクルの一方における電圧低下区間が変動している場合に、交流電圧波形が色温度制御信号を含むと判定するように構成しても良い。
 また、第2の態様において、前記調光制御手段は、前記交流電圧波形中の前記輝度制御信号の位置を示す位相角度が小さくなるほど輝度が小さくなるように、前記調光手段を制御するように構成されていても良い。
 また、第2の態様において、前記色温度制御手段は、前記交流電圧波形中の前記色温度制御信号の位置を示す位相角度が小さくなるほど色温度が高くなるように、前記調色手段を制御するように構成されていても良い。
 また、本発明の第3の態様は、第2の態様における調光調色器である。
 また、本発明の第4の態様は、第2の態様におけるLED照明器である。
 また、本発明の第5の態様は、2本の電線を介して電源に接続されるLED照明器具であって、
 発光スペクトル又は色度が相互に異なる第1LED及び第2LEDと、
 前記2本の電線から周期的に供給される電力のオン時間の長さを監視し、前記オン時間の長さが変化しない状態が閾値以上継続することを条件に、前記第1LED及び前記第2LEDの制御モードを第1モードと第2モードとの間で切り替える切替手段と、
 前記第1モードにおいて、前記電力のオン時間の長さに応じて、前記第1LEDに供給すべき平均電流と前記第2LEDに供給すべき平均電流との総量を決定する第1制御手段と、
 前記第2モードにおいて、前記電力のオン時間の長さに応じて、前記第1LEDに供給すべき平均電流と前記第2LEDに供給すべき平均電流との比を決定する第2制御手段と
を含むLED照明器具である。
 第5の態様は、現在の制御モードを示すモード情報と、現在の前記総量及び前記比とを格納する不揮発性記録媒体をさらに含む構成を適用可能である。
 また、本発明の第6の態様は、2本の電線を介して電源に接続されるLED照明器具であって、
 発光スペクトル又は色度が相互に異なる第1LED及び第2LEDと、
 前記2本の電線から供給される周期的な電圧又は電流波形から調光情報及び調色情報を検知する検知手段と、
 前記調光情報に応じて、前記第1LEDに供給すべき平均電流と前記第2LEDに供給すべき平均電流との総量を決定する第1制御手段と、
 前記調色情報に応じて、前記第1LEDに供給すべき平均電流と前記第2LEDに供給すべき平均電流との比を決定する第2制御手段と
を含むLED照明器具である。
 第6の態様は、現在の前記総量及び前記比を格納する不揮発性記録媒体をさらに含む構成を適用可能である。
 本発明の一態様によれば、電源に対してLED照明器と直列に接続される調光器を用いてLED照明の輝度及び色温度の双方を調整することができる。
 また、本発明の他の態様によれば、2本の電線を介して電源から供給される電圧又は電流を用いてLEDの輝度及び色度の双方を調整可能なLED照明器具を提供することができる。
図1は、第1実施形態に係るLED照明装置であるLED照明器を含む照明システムの概要説明図である。 図2は、図1に示した照明システムの詳細構成例を示す図である。 図3は、調光器に印加される商用電源の交流波形と、トライアックの点弧によってLED照明器に供給される交流電圧との関係を示す図である。 図4は、調光時における交流電圧、駆動電流等の波形説明図である。 図5は、調色時における交流電圧、駆動電流等の波形説明図である。 図6は、バランス調整による駆動電流比の変更を示す波形図である。 図7は、第2実施形態に係る照明システムの回路構成例を示す図である。 図8は、操作部の操作量と、交流波形との関係を示す図である。 図9は、操作部の操作量と、交流波形との関係を示す図である。
 以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。
 〔第1実施形態〕
 以下、本発明に係るLED照明装置の第1実施形態について説明する。第1実施形態では、室内の壁埋め込み形調光器を活用し、既存の2線配線を活用して、配線の入れ替え工事を行うことなく、調光制御(輝度調整)と調色制御(色温度調整)の両方を実現する。
 図1は、第1実施形態に係るLED照明装置(LED照明器具)であるLED照明器50を含む照明システムの概要説明図であり、図2は、図1に示した照明システムの詳細構成例を示す図である。
 図1は、照明システムの回路構成の概略を示している。図1には、二点鎖線で表された仮想線35を境界として電気配線設置空間(仮想線35の上側)と、照明システムの設置空間(仮想線35の下側)とが図示されている。照明システムの設置空間には、電気配線設置空間から引き出された配線に調光器40及びLED照明器50が接続される。
 電気配線設置空間は、通常、壁内や天井裏に設けられ、壁や天井によって照明システム設置空間と隔絶される。図1に示す電気配線設置空間には、白熱電球や蛍光灯のような既存の照明器用の配線構成が図示されている。すなわち、電気配線設置空間には、商用電源(交流100V、50Hz)が供給される一対の商用電源母線10と、一対の照明器用給電線20と、一対の照明器点滅用の引き込み線30とが配線される。
 照明器点滅用の引き込み線30には、一対の2端子T1,T2を有する調光器(調光ボックス)40が接続される。一方、照明器用給電線20には、一対の端子を有する照明機器が接続される。図1では、一対の端子T3,T4を有する白熱電球の代わりのLED照明器50が接続されている。
 図1において、照明器用給電線20及び引き込み線30は、例えば、母線10から引き出された給電線20a(第1給電線)及び20c(第3給電線)と、調光器40とLED照明器50とを結ぶ給電線20b(第2給電線)とからなる。
 すなわち、調光器40の端子T1,T2は、給電線20a及び20bに夫々接続されている。LED照明器50の端子T3は、給電線20bに接続されている。LED照明器50の端子T4は、給電線20cを介して母線10に接続されている。これによって、調光器40及びLED照明器50は、商用電源(母線10)に対して直列接続されている。
 上記したように、商用電源母線10,照明器用給電線20,及び引き込み線30が配線される電気配線設置空間は、壁や天井により隔離される。また、調光器40は、壁に設置される。LED照明器50は、壁や天井に設けられた固定具により設置され、その際、ソケットやコネクタを介して給電線20と電気的に接続される。
 図1において、電気配線設置空間の配線状態を変更するには、壁や天井の一部の破壊を伴うことが少なくない。従って、照明器を白熱電球からLED照明器へ変更するために、電気配線設置空間における配線状態を変更することは、建築物の構造上不可能、或いは多大なコストを要する。一方、白熱電球用の調光器をそのままLED照明器に適用することができれば、LED照明器の導入に係る初期コストの低減を図る上で好ましい。
 図1に示す調光器40は、既存の白熱電球用の調光ボックスである。調光器40は、LED照明器50の点滅用のスイッチ(主電源スイッチ)41と、LED照明器50に供給される交流を制御するトライアック42(導通制御部)と、トライアック42の導通時間(点弧位相角度)を操作する操作部(ユーザインタフェース)47とを含んでいる。
 一方、図1に示すLED照明器50は、LED発光部60(以下、「LED60」とも表記)と、調光器40から電源波形(交流波形)から操作部47による制御操作を解析する解析部70と、解析部70の解析結果に応じてLED発光部60を駆動するLED駆動部80(以下、「駆動部80」とも表記)とを備えている。
 図2を用いて、調光器40及びLED照明器50をさらに詳細に説明する。図2において、調光器40は、端子T1及びT2と、主電源スイッチ41と、トライアック42と、トリガダイオード43と、時定数回路44とを有している。
 端子T1及びT2は、引き込み線30と接続されて、商用電源(交流100V、50Hz)からの電力を調光器40内に供給するための端子である。
 トライアック42は、交流1サイクルにおける正負の半サイクルにおいて、トリガダイオード43からのトリガ信号を受けてオンとなり(点弧し)、当該半サイクルが終了するまで端子T2に対して正又は負の電圧(電流)を供給し続ける。トリガダイオード43は、トライアック42が点弧するためのトリガ信号をトライアック42に供給する。
 時定数回路44は、トリガダイオード43がトライアック42にトリガ信号を供給するタイミングを制御する。時定数回路44は、抵抗器44aと、可変抵抗器44bと、キャパシタ(コンデンサ)44cとを有し、トリガダイオード43に接続されている。可変抵抗器44bの抵抗値は、操作部47の操作量に応じて可変する。
 抵抗器44a,可変抵抗器44b及びキャパシタ44cは、交流の正の半サイクル(サイクル前半)においてトリガダイオード43への印加電圧をチャージするCR時定数回路を構成し、抵抗器44a,可変抵抗器44b及びキャパシタ44cの抵抗値及び容量値で決まる時定数に従ってトリガダイオード43をオンにする。
 なお、図2では、正の半サイクルにおいてトライアック42を点弧させる時定数回路44が図示されているが、調光器40は、負の半サイクルにおいてトライアック42を点弧させる時定数回路(図示せず)も含んでいる。さらに、調光器40は、正負の半サイクルにおいてキャパシタ44cの残留電荷を除去して、ヒステリシスを除去するヒステリシス除去回路を含むこともできる。
 図3は、調光器40に印加される商用電源の交流波形と、トライアック42の点弧によってLED照明器50に供給される交流電圧との関係を示す図である。図3(a)に示すように、調光器40には、商用電源からのサインカーブの交流電圧が印加される。正の半サイクルにおいて、電圧印加の開始と同時に、時定数回路44のキャパシタ44cに対する正のチャージが開始され、キャパシタ44cにチャージされた電荷が所定量になる時間で、トリガダイオード43がトリガ信号をトライアック42に供給する。すると、トライアック42が正の半サイクルにおける所定角度θで点弧し、LED照明器50に対する正の電流供給を開始する。電流供給は正の半サイクルの終了まで継続される。同様の動作が、負の半サイクルにおいても行われる。
 このように、正負の各半サイクルで、時定数回路44の時定数に従ったタイミングでトライアック42が点弧し、LED照明器50に交流電力を供給する。すなわち、トライアック42は、点弧時間において、商用電源からの交流を導通させる。
 時定数は、可変抵抗器44bの抵抗値によって変化する。すなわち、可変抵抗器44bの抵抗値が小さくなる程、時定数は小さくなり、トライアック42が点弧するタイミングが早まる(図3(b)、図3(c)参照)。このように、可変抵抗器44bの抵抗値を操作部47の操作で変化させることで、トライアック42の点弧位相角度(導通時間)を可変にすることができる。
 図2において、LED照明器50は、図1に示した解析部70を構成する点弧位相角度検出回路90及びマイクロコンピュータ(マイコン)100と、LED60に対する駆動部(駆動回路)80とを備える。
 点弧位相角度検出回路90は、調光器40のトライアック42の点弧位相角度の制御により供給される交流を直流に変換する整流回路91と、整流回路91から出力される直流電圧からマイコン100の動作用直流電圧を生成する定電圧源92と、トライアック42の点弧位相角度を検出する角度検出回路93とを備えている。
 マイコン100は、メモリ(記憶装置)101と、選択手段としてのモード判定部102と、輝度制御部としての輝度調整部103と、色温度制御部としての色温度調整部104とを備えている。メモリ101は、マイコン100に含まれるプロセッサによって実行されるプログラムやプログラム実行時に使用されるデータを記憶する。また、メモリ101は、点弧位相角度から求まる導通時間の履歴を記録する記録領域を有する。
 モード判定部102は、導通時間の履歴を参照することによって、LED60の制御モードを、LED60の輝度を調整する調光モードと、LED60の色温度を調整する調色モードとの間で切り替える。
 すなわち、モード判定部102は、主電源スイッチ41の投入時には、初期設定として、調光モードを選択する。モード判定部102は、1サイクル毎の点弧位相角度を角度検出回路93から受け取り、点弧位相角度からトライアック42の半サイクルにおける導通時間を算出する。例えば、導通時間は、トライアック42の点弧開始時点Aから半サイクルの終了(電圧0)時点Bとの差分Cとして求められる。
 半サイクルにおける単位角度(例えば1度)あたりの時間は交流の周波数(実施形態では50Hz:1サイクル20ms)から求めることができる。すなわち、(180[度]-点弧角度[度])×(1度当たりの時間=約0.056[ms])で導通時間を算出することができる。
 モード判定部102は、調光モードにおいて、導通時間を輝度調整部103に与えるとともに、メモリ101に記録する。これによって、メモリ101には、1サイクル毎の導通時間の履歴が格納される。
 また、モード判定部102は、1サイクルの導通時間を算出(計測)する毎に、メモリ101に最後に記録された導通時間との差分をとる。差分が0の場合には、タイマ(図示せず)による計時を開始する。差分が0の時間(導通時間の変化がない時間)が所定時間を超えると、制御モードを調色モードに切り替える(調色モードを選択する)。これに対し、差分が0である時間が所定時間を超えないうちに差分が検出された場合には、タイマによる計時を終了し、モード判定部102は、調光モードの選択を維持する。
 モード判定部102は、調色モードにおいて、調光モードと同様に、1サイクル毎の導通時間を計測し、メモリ101に記録するとともに、導通時間の差分を算出する。但し、調色モードでは、1サイクル毎の導通時間は、色温度調整部104に与えられる。モード判定部102は、調光モードと同様に、導通時間の差分が0になると、タイマを起動して導通時間の差分が0の時間を計測する。導通時間の差分が0の時間が所定時間を超えると、モード選択部102は、制御モードを再び調光モードに切り替える(調光モードを選択する)。もっとも、差分が0の時間が所定時間を超えないうちに差分が検出された場合には、モード判定部102は、タイマによる計時を終了し、調色モードの選択を維持する。
 このように、モード判定部102は、導通時間を監視して、導通時間に変化のない時間が所定時間を超えることを条件として、制御モードを切り替える。また、モード判定部102は、選択中のモードに応じて、導通時間を輝度調整部103と色温度調整部104との一方に与える。なお、上記説明では、モード判定部102は、1サイクル毎の導通時間を輝度調整部103又は色温度調整部104に供給するようにしているが、必要に応じて複数のサイクルに1回、導通時間を供給するようにしても良い。
 輝度制御部としての輝度調整部103は、モード判定部102から供給される導通時間(点弧位相角度)に応じた輝度でLED60が発光するように、駆動回路80に含まれる調光手段としての定電流回路81を制御する。例えば、輝度調整部103は、導通時間と駆動電流との相関を示すマップ又はテーブルを有し、導通時間に応じた駆動電流をマップ又はテーブルから求めてそのような駆動電流が供給されるように定電流回路81を制御する。
 マップに示される導通時間と駆動電流との相関関係は、任意に設定可能であり、導通時間の長さと駆動電流の大きさとが比例関係にあっても良い。或いは、導通時間の長さと駆動電流との関係は非線形であっても良い。例えば、導通時間の長さに応じて駆動電流が段階的に大きくなるようにしても良い。要は、利用者が輝度を上げる操作部47の操作を行った場合に、駆動電流値が増大し、利用者が輝度を下げる操作部47の操作を行った場合に駆動電流値が低下するようにされていれば良い。このような駆動電流の増減は、導通時間(点弧位相角度)と比例関係を有しなくても良い。
 定電流回路81は、輝度調整部103による制御下で、導電時間(点弧位相角度)に対して予め決定された駆動電流値で、LED60を構成するLED群60a(第1LEDモジュール),60b(第2LEDモジュール)の夫々に駆動電流を供給する。LED60に供給される駆動電流は、LED群60aに供給される駆動電流IlowkとLED群60bに供給される駆動電流Ihikとの合計値である。定電流回路81は、合計値を増減させることで、LED群60a,60bに供給される駆動電流の平均電流値を増減する。これによって、LED60の輝度が上昇又は下降する。
 色温度制御部としての色温度調整部104は、調色モードにおいて、導通期間(点弧位相角度)に応じた色温度でLED60が発光するように、駆動回路80に含まれる調色手段としてのバランス回路82を制御する。バランス回路82は、パルス幅変調(PWM)回路を含んでおり、LED群60aに供給される駆動電流IlowkとLED群60bに供給される駆動電流Ihikとの比を調整する。ここに、色温度調整部104は、例えば、導通時間と駆動電流比との相関を示すマップ又はテーブルを有しており、導通時間に応じて予め決められた(マップ又はテーブルに格納された)駆動電流比で駆動電流Ilowkと及び駆動電流Ihikが供給されるように、バランス回路82を制御する。
 なお、モード判定部102,輝度調整部103,色温度調整部104は、マイコン100に含まれるプロセッサがプログラムを実行することによって実現される機能として構成することが可能である。但し、モード判定部102,輝度調整部103,色温度調整部104は、専用又は汎用の電子回路で構成されることもできる。
 上記説明において、マイコン100は、本発明に係る切替手段(切替部),第1制御手段(第1制御部),第2制御手段(第2制御部)として機能する。モード判定部102は、切替手段に相当し、輝度調整部103は、第1制御手段に相当し、色温度調整部104は、第2制御手段に相当する。
 なお、上記説明では、点弧位相角度から導通時間を求めているが、導通時間を求め、導通時間の履歴を記録することは本発明の必須要件ではない。すなわち、導通時間の代わりに点弧位相角度の履歴が記録され、点弧位相角度に応じた駆動電流の合計値、或いは比で、LED60(LED群60a及び60b)の駆動制御が行われるようにしても良い。
 第1実施形態において、LED60は、例えば、サファイヤ基板上に製作された発光ダイオード群であって、複数個(例えば20個)のLED素子が夫々直列に接続された一組のLED群60a,LED群60bが同方向に並列配置されてなる。
 LED群60a,60bの夫々に含まれるLED素子の夫々は、発光波長が410nmで、順方向電流のときの端子電圧は3.5V、LED素子を20個直列に接続した場合には、70Vの直流で最大光量を発生する。
 LED群60aを構成する各LED素子には、発光波長410nmの光で刺激(励起)すると約3000°Kの白色を発光する蛍光体が埋め込まれている。これに対し、LED群60bを構成する各LED素子には、発光波長410nmの光で刺激(励起)すると約5000°Kの白色を発光する蛍光体が埋め込まれている。従って、LED群66aの発光により照射される白色光と、LED群66bの発光により照射される白色光とは色度(色温度)が異なっている。色度は、色相,色温度を含む。
 なお、LED群60a,60bを構成するLED素子の数は適宜変更可能であり、一つのLED素子であっても良い。また、LED群60a,60bは、相互に異なる色温度の白色光を発光できれば良く、各LED群60a,60bが採り得る色温度は適宜選択可能である。また、LED60は、異なる白色光を発するLED群の組み合わせでなく、異なる色(発光波長領域(発光スペクトル))を発するLED群の組み合わせでも良い。異なる色の組み合わせは、例えば緑色と青色、黄色と赤色など、所望の組み合わせを適用することができる。このようなLED照明器は、ネオンサインとしての利用が考えられる。
 以下、操作部47の操作と、LED60の輝度調整(調光)及び色温度調整(調色)について詳細に説明する。
 第1実施形態における調光器(調光器ボックス)40の操作部47は、ダイヤル式のツマミを有している。もっとも、ダイヤル式のツマミの代わりのスライドバーを有する操作部47であっても良い。
 第1実施形態では、LED照明器50の光量(輝度)を調整する場合には、操作部47のツマミを左回転させて明るくし、右回転させて暗くする。但し、このような設定は、説明上の便宜の目的の設定である。すなわち、現在において一般的に用いられる調光器は、回転型のダイヤルツマミ(ダイヤル)を時計方向に右回転すると、交流半サイクルにおける導通時間が増大する(例えば、図3(a)→図3(b))、このとき、調光器40に接続される照明器が白熱電球のような抵抗一定負荷である場合には、消費電力が増大し、白熱電球の輝度が上がる。
 また、第1実施形態における操作部47(ダイヤル)の回転角位置情報(操作量)は、LED60に対する駆動電流の導通時間の増減を制御するものではなく「利用者の意図情報」としてのみ利用する。このため、操作部47の操作量は、負荷の消費電力増減や輝度増減に直接関与しない。
 第1実施形態におけるLED60の消費電力は、純粋な抵抗器で近似できる白熱電球負荷とは異なり、トライアック42の点弧位相角度θとは独立に、負荷側の制御回路(マイコン100)の判断で決定される。
 図3を用いて、トライアック42を用いた第1実施形態におけるLED60の動作原理を説明する。第1実施形態では、図3(a)~(c)に示すような、トライアック42の導通時間の長短(点弧位相角度)に拘らず、LED照明器50に内蔵される解析部70(輝度調整部103)が、LED60に供給する定電流値を決定する。したがって、LED60は、必ずしも電圧波形の瞬時値に比例した電力を消費しない。
 但し、図3(a)のように、トライアック42の点弧タイミング(点弧位相角度)が比較的遅く(導通時間が短く)、電圧波形の瞬時値が低い場合には、必要な電力をキャパシタ84(蓄電部)に蓄えてからLED60に対する駆動電流を継続的に供給する。
 例えば、図3(a)に示す例では、トライアック42の導通期間は、正の半サイクル後半の点弧位相角度θ=150°から位相角度θ=180°までの30度期間である。点弧位相角度150度における日本の商用正弦波交流(100V)の瞬時値は70.7Vであって、LED素子(動作電圧:例えば24~30V)の点灯には十分である。
 しかし、点弧位相角度150度から180度に向かって正弦波交流の瞬時電圧は急激に減少する。したがって、LED60を構成するLED素子の駆動回路電源としては、70.7Vを供給する位相角度150度から、70.7Vの約1/2の電圧である35Vを供給する位相角度(略168度)までを、安定な動作を得る利用範囲として選択する。このような18度期間に大容量キャパシタ(キャパシタ84)を充電することによって、安定で継続的なLED電源を駆動回路80で生成することができる。
 上記例において要求されるキャパシタ84の充電電流は、交流半サイクル180度期間に消費する電力を18度期間内に充電する。このため、定常消費電流の約10倍の充電電流となる。例えば30ワットを消費するLED照明器の場合では、時間平均的には100Vrms(rmsは交流の実効値)で0.3Armsであるが、位相角度150度から位相角度168度までの平均電流はその10倍の3A程度と概算される。この値は、許容可能な電流値である。
 但し、瞬時電圧が100ボルト以上である位相90度±45度においては、この充電電流は略0.3A程度とする。
 LED60の電源を上記のように構成することによって、トライアック42の点弧位相角度とは独立にLED駆動電流を決定することが可能である。結果として、LED60の輝度をトライアック42の導通角度から独立に、利用者の意図に基づいて制御することができる。
 図2に示す調光器40は、トライアック42を用いた既存の調光器であり、操作部47のダイヤルツマミの回転量(操作量)に応じて、トライアック42の点弧位相角度θ(図3(a)~(c)参照)を0度から180度の任意の値に調整することができる。
 第1実施形態では、説明の混乱を避ける目的で、調光器40の操作部47(ダイヤル)の位置角度の数値と、交流周期中の点弧位相角度の数値が一致するように、以下の定義とする。
 すなわち、ダイヤルを0時の位置を中心として左右に90°回転可能とする。そして、時計回り方向におけるダイヤルの回転終点である「3時の位置」を「角位置180度」と呼称し、かつ、点弧位相角度180度であり通常消費電力最小、と定義する。また、反時計回り方向におけるダイヤルの回転終点である「9時の位置」を「角位置0度」と呼称し、かつ、点弧位相角度0度であり通常消費電力最大、と定義する。さらに、以下の説明において、LED60の輝度を調整する動作を「調光」、LED60の色温度を調整する動作を「調色」と記述する。
 以下、照明システムの動作例(LED60の調光時及び調色時における動作例)について説明する。図4は、調光時における交流電圧、駆動電流等の波形説明図である。図5は、調色時における交流電圧、駆動電流等の波形説明図である。
 利用者が主電源スイッチ41(図2)を閉じる(オンにする)ことによって、LED60が点灯する。この主電源投入時におけるLED60の輝度及び色温度は不定である。もっとも、例えば、マイコン100の初期設定で所定の輝度及び色温度でLED60が点灯するように構成することもできる。
 利用者は、第1ステップとして、輝度を希望の値に変更することを意図して、操作部47(ダイヤル)を左右に回転させる。LED60を眺めて明るさを確認しながらダイヤルを回転させる。例えば、利用者がダイヤルを11時の位置にセットすると、図4(a)に示すように、点弧位相角度が60°で固定された状態となる。この段階では、LED60は、調整可能な輝度の範囲の中間よりやや明るい輝度で点灯する。この輝度に利用者が満足する場合には、利用者は、さらなるダイヤル操作が必要ないものとして、ダイヤルから手を離す。この動作が、第1ステップ終了の意図となる。
 第1ステップにおいて、マイコン100は、主電源投入から利用者が操作部47から手を離すまでの間、調光動作プログラムを実行し、第1ステップにおける動作を行う。実施形態では、主電源投入によるマイコン100の初期状態として、マイコン100は、調光動作プログラムに従った動作を行う。すなわち、マイコン100は調光モードで動作する。
 調光動作プログラムの実行により、マイコン100は、ダイヤルの回転位置、すなわちトライアック42の点弧位相角度(導通時間)を刻々と計測する。マイコン100は、計測される点弧位相角度(導通時間)に従って定電流回路91を制御し、LED60をなすLED群60aに供給される駆動電流Ilowk,LED群60bに供給される駆動電流Ihikの合計値(Ilowk+Ihik)を増減する。結果としてLED60の輝度が所望の値に更新される。利用者はLED60の明るさを観測しながら操作部47のダイヤルの回転角度位置を刻々と調整することで、輝度を所望の明るさにすることができる。その後、上記したように、利用者が操作部47から手を離すことによって、点弧位相角度(導通時間)が変化しない状態が所定時間(例えば5秒)継続すると、マイコン100は、調光動作プログラムの実行を終了し、調色動作プログラムの実行を開始する。すなわち、制御モードが調色モードへ切り替わる。
 第2ステップとして、利用者がさらに色温度を希望の値に変更することを決定したと仮定する。例えば、第1ステップで手を操作部47から離してから5秒以降10秒以内の第1停止時間内に、利用者は、操作部47(ダイヤル)を11時の位置から、ふたたび左右に回転させる。利用者がLED60の色温度(色調)を眺めながらダイヤル操作を行い、色温度が所望の色を示す場合に、操作部47(ダイヤル)から再び手を離す。例えば、利用者が13時の位置でダイヤルから手を離したと仮定する。この場合、図3(b)に示すように、交流の点弧位相角度が120°で固定される。
 調色プログラムの実行時、すなわち、調色モードにおいて、マイコン100は、LED60の輝度を変化させること無く、すなわちLED駆動電流の合計値(Ilowk+Ihik)を一定に保ったまま、駆動電流Ilowkの値と駆動電流Ihikの値の比を変更する。これによってLED60の色温度が変化する。ダイヤルが操作されない時間、すなわち点弧位相角度(導通時間)が変更されない時間が発生すると、マイコン100はタイマの計時を開始する。所定時間(例えば5秒)経過する前に操作(導通時間)の変化が検知されなかった場合には、マイコン100は、利用者の調色操作が終了したものとして、駆動電流IlowkとIhikの値の比を固定した状態で制御モードを調光モードに戻す。これに対し、タイマが所定時間を計時する前に、操作の再開、すなわち導通時間の変化が検知された場合には、マイコン100は、タイマによる計時を終了して、調色モードを維持する。
 なお、マイコン100は、調光モードにおいて、タイマが所定時間(5秒)を計時し、調光モードから調色モードへ制御モードを切り換えた場合において、タイマの計時を継続することができる。そして、モード切替から所定時間が経過した場合、例えば、タイマが計時開始から10秒を計時した場合に、利用者に調色の意図がないものとして、調色モード切替時における駆動電流IlowkとIhikの値の比を固定した状態で、制御モードを調光モードに切り換える。
 トライアック調光器である調光器40の負荷であるLED照明器40(LED60)は、上記した動作例に従って動作する。このため、利用者が、LED照明器40の利用に際して予め学習すべき規則は、操作部47のダイヤル操作を5秒以内の間隔で継続する限り、そのときのモード(調光または調色モードの一方)が継続され、ダイヤル操作を5秒以上休止するとモードが切り替わる、という単純な規則だけである。
 この5秒という数値は、利用者の社会通念、年齢層、社会階層など応じて変更可能な値である。すなわち、市場の嗜好にあわせて設定可能な数値である。本願の出願人が実施した実験では、利用者が利便を感じる範囲は4秒±2秒(2~6秒)であるという知見を得た。点弧位相角度(導通時間)の変化がない所定時間は、適宜設定可能であり、マイコン100に設定された所定時間を変更するためのユーザインタフェースが設けられていても良い。また、上記動作例では、調光及び調色モードの双方において、モード切替の契機となる所定時間は、同一の5秒である場合について説明した。但し、調光モードへの切替時と調色モードへの切替時とで、所定時間の長さが異なっていても良い。
 上記した調色モードの動作例において、マイコン100が輝度を一定に維持しつつ色温度を変える旨の説明を行った。この調色モード時に動作について以下に詳述する。
 図4(a)及び(b)は、トライアック42(調光器40)の導通電圧と、LED60の駆動電流との関係を示す。図4(b)に示す波形は、照明器が単純抵抗負荷(例えば、白熱電球)である場合の電流波形である。図4(a)及び(b)を見れば分かるように、電圧波形と電流波形は相似形であることは良く知られている。
 これに対し、図4(c)は、本実施形態のような定電流駆動負荷の場合の電流波形を示す。図4(c)の電流波形は、図4(a)に示す交流電圧波形と全く異なることが分かる。すなわち、定電流駆動回路(定電流回路81)を内蔵するLED照明器60においては、点弧直後から交流位相角度180°の直前まで、電圧波形の時間変化とは無関係に略一定の駆動電流が負荷(LED60)に供給される。
 ただし、電流波形は、整流回路83の設計によっては、図4(d)に示す充電波形(三角波)のように、点弧直後に大きな充電電流がキャパシタ84を充電し、直流電圧を維持することによって、交流位相180度の終了後(半サイクル終了後)も、図4(e)に示す駆動電流波形のように、負荷であるLED60に駆動電流を流し続けることが可能である。なお、図4(c)~(e)は、整流回路83による全波整流後の電流波形である。
 上記したように、トライアック42の点弧直後にキャパシタ84を充電する比較的大きな電流が整流回路83から供給されるようにすることによって、トライアック調光器40のダイヤル位置(操作量)に関わらず、図4(e)に示したような直流電圧の維持を図ることができる。従って、所望の電流値でLED60を駆動することができる。
 図5(a)及び(b)を用いて、先に述べた利用者が行う11時位置から13時位置までの操作手順に加えて、調光器40の動作とLED60が消費する負荷電流の関係を説明する。
 利用者が調光器40の操作部47(ダイヤル)を操作して、操作部47のダイヤルを時計方向にまわすと、図4(a)に示す点弧位相角度60度から図5(a)に示す点弧位相角度120度の状態に遷移し、導通時間が減少する。このとき、照明器が白熱電球のような単純抵抗負荷ならば、図5(b)のような電圧比例波形の電流が流れる。しかし、本実施形態では図5(b)のようにならず、キャパシタ84を充電する電流が図5(d)のように流れ、点弧直後から図4(d)の略2倍の大きさの電流でキャパシタ84が充電される。これは、交流の非導通時間が長いのでキャパシタ84はLED消費電流により電圧が徐々に下がり、交流電源側とキャパシタ84側の電位差が拡大していることに起因する。
 キャパシタ84の容量が十分に大きい場合には、点弧位相角度が120度になって導通時間が減少しても、図5(e)のように略直流の負荷電流をLED60に対して連続的に供給することができる。なお、図5(c)~(e)は、整流回路83による全波整流後の直流電流波形である。
 さらに、大容量のキャパシタ84の利用が困難な白熱電球互換形のLED照明器の場合には、図5(c)のように間欠的な直流電流がLED60に供給される。もっとも、人間の目には図5(e)のような連続的な直流電流供給による点灯と区別はつかないので、図5(c)のような直流電流の供給も適用可能である。
 上述したように、調光器40の操作部47のダイヤル位置に寄らず、LED60に供給すべき直流電源を確保することができる。このため、低ケルビン用のLED駆動電流Ilowkと、高ケルビン用のLED駆動電流Ihikは、図6(a)及び(b)のようにして調整できる。
 すなわち、第1ステップ(調光モード)終了時における駆動電流Ilowkと、駆動電流Ihikとは、図6(a)のように、同量の駆動電流が供給されるようにすることができる。これに対し、調色モードにおいて、ダイヤルを例えば13時の位置に移動すると、図6(b)に示すように、駆動電流I hikが増大する一方で、駆動電流Ilowkが減少し、全体としては青みがかった白色になる。このような動作は、バランス回路82に内蔵されたPWM回路によって、駆動電流I hikと駆動電流Ilowkとの比が変更されることによって実現される。
 なお、図6(a)及び(b)に示すように、LED群60a,60bには、交流の正負の1サイクル期間に、バランス回路82で決定される時間の比で、時間t1のパルス電流が供給される。図6(a)に示す例では、同数(3つ)のパルス電流がLED群60a,60bに供給されているのに対し、図6(b)では、LED群60bに対して4つのパルス電流が供給される一方で、LED群60aに対して2つのパルス電流が供給されている。このように、電流の比が変更されるが、パルスの総数は変更されない。すなわち、駆動電流の合計値は一定である。従って、輝度が維持された状態で色温度を変更することができる。
 <第1実施形態の効果>
 第1実施形態では、既設の配線と既設のトライアック調光器40を利用する。このとき、トライアック調光器40の操作部47(ツマミ)の動作履歴、すなわちトライアックの点弧位相角度(導通時間)を照明機器側で記憶することにより、調光モードと調白モードの二つの動作モードを実現する。これにより、調光と調色の二つの機能を、配線工事を実施することなく一個の既設調光器で実現することができる。
 調光と調色の二つの制御を、一個のトライアック調光器40で実現することができるので、調光器の交換工事を実施することなく、負荷側の電球または光源をLED照明器50に変更することで、調光及び調色を実施可能なLED照明器を、きわめて容易に導入することができる。
 これによって、従来の白熱電球や蛍光灯を用いていた照明器を、LED照明器を用いて高性能化することが可能となる。さらに、白色照明にあってはより太陽光線のスペクトラムに近い演色性を実現することができる。
 また、発光スペクトラム(色温度)を可変とすることが従来より容易になるので、一個の照明器具でありながら昼光色から電球色まで広い範囲の色温度を連続的に可変にすることができる。
 なお、第1実施形態では、点弧位相角度に基づき導通時間が計測され、導通時間の履歴がメモリ101に記録される構成例について示した。この構成に代えて、導通時間の計測が行われず、単に点弧位相角度が所定サイクル(例えば1サイクル)毎に検出され、点弧位相角度の履歴がメモリ101に記録されるようにしても良い。また、点弧位相角度(導通時間)の履歴がメモリ101に記録されると説明したが、メモリ101には、最後に検出された点弧位相角度(導通時間)が少なくとも記録されるようになっていれば良い。
 また、第1実施形態は、停電時からの復旧を考慮して、メモリ101に不揮発性記録媒体を適用し、現在LED60に供給されている平均電流の総量と、現在LED群60a,60bにそれぞれ供給されている平均電流の比とが不揮発性記録媒体に格納されるようにしても良い。この場合、停電からの復旧時において、マイコン100の輝度調整部103は、不揮発性記録媒体に格納されている総量でLED60に電流を供給する調整動作を行う一方で、色温度調整部104は、不揮発性記録媒体に格納されている比でLED群60a,60bに電流を流す調整動作を行う。これによって、復旧時に、停電前と同様の輝度及び色温度でLED60が発光することができる。
 不揮発性記録媒体には、現在選択されている制御モードを示すモード情報がさらに格納されるようにしても良い。この場合、復旧時において、停電時に選択されていた制御モードで動作を再開することができる。さらに、現在のタイマ値が不揮発性記録媒体に格納されるようにすることもできる。不揮発性記録媒体は、メモリ101から独立して用意することができる。
 また、第1実施形態では、トライアック42の導通時間に応じて、輝度及び色度(色温度)を調整する、2端子を有するLED照明器具(端子T3,T4を有するLED照明器50)について説明した。「導通時間」は、LED照明器50の2端子(端子T3,T4)を介して調光器40から周期的に供給される電力(電圧又は電流)のオン時間と捉えることができる。換言すれば、LED照明器50は、2端子を介して周期的に供給される電力のオン時間を検出し、オン時間に応じて輝度及び色度を調整することができる。したがって、点弧位相角度検出回路90の代わりに、直流電源からの周期的なオン時間を検出する検出回路がLED照明器50に具備され、当該検出回路がオン時間を示す信号をモード判定部102に入力するように第1実施形態は変形できる。検出回路として、例えば、直流電源に相当する整流回路91から出力される直流をPWM信号(パルス)と捉えてパルスのオン時間を計測する回路を適用することができる。このような変形例において、モード判定部102は、点弧位相角度から導通時間を求める処理を行わず、検出回路から入力されたオン時間を導通時間の代わりに用いる。
 また、第1実施形態では、所定時間(5秒)、導通時間が変化しないときにモードが切り替えられる。換言すれば、導通時間(オン時間)の変化がない状態が閾値(所定時間)以上継続することを条件としてモードが切り替えられる。第1実施形態では、調光モード(第1モード)から調色モード(第2モード)への切替と、調色モード(第2モード)から調光モード(第1モード)への切替との双方において、共通な閾値が使用される。但し、調光モードから調色モードへの切替と、調色モードから調光モードへの切替とのそれぞれに関して相互に異なる閾値(第1及び第2の閾値)が使用されても良い。
 〔第2実施形態〕
 次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態は第1実施形態と同様の構成を有するので、主として相違点について説明し、第1実施形態と同様の構成については説明を省略する。
 第2実施形態では、第1実施形態と異なり、既設トライアック調光器40を新規な調光器に交換することによって、調光と調色との二つの機能を、小規模な配線器具交換工事のみで実現することにより、高い利便性を実現する。
 図7は、第2実施形態に係る照明システムの回路構成例を示す図である。照明システムは、調光器40Aと、LED照明器50Aとを含む。第2実施形態でも第1実施形態と同様の既設配線(母線10,給電線20,引き出し線30)を活用する。但し、第2実施形態は、既存のトライアック調光器を新規な調光器に交換が可能な場合について説明する。第2実施形態では、調光用の操作部47aと、調色用の操作部47bとの2以上の操作部を有する調光器40Aを適用する。これによって、第1実施形態よりも利便性の向上した照明システムを提供することができる。
 調光器(調光ボックス)40Aは、第1及び第2成形部としての、一対のIGBT(絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ)を備える。IGBTは、小電圧の入力信号で高電圧の出力を開閉できる。IGBTは単一のバイポーラ・トランジスタであるので、図7に示すように、二つのIGBT48,49が逆極性で直列接続される。IGBT48,49夫々は、ダイオード32,33を備えている。
 調光器40Aは、調光用の操作部47a(第1ユーザインタフェース)と調色用の操作部47b(第2ユーザインタフェース)とを備えている。操作部47a,操作部47bの夫々は、輝度及び色温度の夫々を調整するためのダイヤルツマミ(ダイヤル)を有している。操作部47a,47bの夫々の操作量を示す信号は、論理回路400に与えられる。
 論理回路400は、操作部47a,47bの各操作量(ダイヤルの回転角度)を夫々検出する二つのロータリーエンコーダ(図示せず)を含んでいる。論理回路400は、操作部47aのダイヤル位置に応じた信号408,409をIGBT48,49のゲートに供給する。信号408は、コレクタ-エミッタ間の電流を所定期間停止させる逆方向の電流であり、信号408,409の出力タイミングは、操作部47aのダイヤル位置に依存する。信号408,409がIGBT48,49のゲートに供給されることで、IGBT48,49のコレクタ-エミッタ間を流れる電流(商用電源からの交流の正の半サイクルで流れる電流)の導通を所定期間(例えば1ms)停止させることができる。
 図8は、操作部47aの操作量と、交流波形との関係を示す図である。図8(a)に示すように、交流の正負の各半サイクルにおいて、図8(b)に示すような、操作部47aの操作量に応じたパルス信号(信号408,409)を生成し、IGBT48,49のゲートに与える。これにより、正負の各サイクルにおいて、交流が所定期間t4(例えば1ms)遮断される。
 これによって、商用電源からの交流電圧の正負の半サイクルは、操作部47aの操作量に応じた信号408,409の出力タイミングに従った遮断タイミングで所定期間t4だけ遮断された状態の波形となる。このような波形を有する交流電圧がLED照明器50Aに供給される。所定期間t4は、1msのような半サイクル期間(10ms:50Hzの場合)に比べて短い時間であるので、交流電圧は略正弦波と考えることができる。
 交流の正負の半サイクルにおけるパルス信号(信号408)による遮断のタイミングは、操作部47aのダイヤルの回転量(操作量)、すなわち輝度の制御量に依存する。図8(c),図8(e)に示すように、ダイヤルの操作量が輝度を増大する方向に大きくなるにしたがって、信号408,409の出力タイミングが早まり、交流の正負の半サイクルにおける遮断タイミングが早くなる。これによって、LED照明器50Aに供給される交流電圧の正負の半サイクルの波形を、輝度調整用の制御信号が埋め込まれた(付与された)状態にすることができる。
 また、論理解路400は、操作部47bのダイヤル位置に応じた信号409をIGBT49のゲートに供給する。信号409の供給によって、商用電源からの交流の負の半サイクルにおいてIGBT49のコレクタ-エミッタ間を流れる電流を所定時間(例えば1ms)導通停止(遮断)させることができる。
 図9は、操作部47bの操作量と、交流波形との関係を示す図である。図9(a)に示すように、交流の負の半サイクルにおいて、図9(b)に示すような、パルス信号(信号409)を生成し、IGBT49のゲートに与える。これにより、交流が負のサイクルで所定期間t4(例えば1ms)遮断される。
 これによって、商用電源からの交流電圧の負の半サイクルは、信号409の出力タイミングに応じた遮断タイミングで所定期間t4だけ遮断された状態の波形となる。このような波形を有する交流電圧がLED照明器50Aに供給される。所定期間t4は、1msのような半サイクル期間(10ms:50Hzの場合)に比べて短い時間であるので、交流電圧は略正弦波と考えることができる。
 交流の負の半サイクルにおけるパルス信号(信号409)による遮断のタイミングは、操作部47bのツマミの回転量、すなわち色温度の制御量に依存する。図9(b),図9(d),図9(f)に示すように、ツマミの操作量が色温度を低下させる方向に大きくなるにしたがって、信号409の出力タイミングが早まり、交流の負の半サイクルにおける遮断タイミングが早くなる。これによって、LED照明器50Aに供給される交流電圧の負の半サイクルの波形を、色温度調整用の制御信号が埋め込まれた(付与された)状態にすることができる。
 上述したように、操作部47aを操作した場合には、信号408,409の発生により、正負の半サイクルにおける遮断位置(遮断位相角度)が変動する。これに対し、操作部47bを操作した場合には、信号409のみが発生し、負の半サイクルにおける遮断位置(遮断角度)が変動する。これは、制御装置側で、正負の遮断位置が同時に変動する場合を調光用の制御信号と判定し、負の遮断位置のみが変動する場合を調色用の制御信号と判定するためである。したがって、操作部47aを調色用の操作部とし、操作部47bを調光用の操作部としても良い。また、操作部47bの操作によって、信号408のみが生じ、正の半サイクルにおける遮断位置のみが変動するようにしても良い。
 LED照明器50Aは、遮断角度検出回路90Aを含んでいる。検出回路90Aは、調光器40A側から供給される交流を直流に変換する整流回路91と、整流回路91から出力される直流電圧からマイコン100の動作用直流電圧を生成する定電圧源92と、交流の正負の半サイクルにおける遮断タイミングを検出する角度検出回路93とを備えている。
 角度検出部93は、正負の半サイクルの夫々における遮断位相角度θ(調光情報、調色情報に相当)を検出して、マイコン100の振分部102A(判定部)に渡す。振分部102Aは、正負の半サイクルの夫々における遮断位相角度θをメモリ101に履歴情報として記録する。このとき、振分部102Aは、1サイクル中の正負の遮断位相角度θを検出した場合に、各遮断位相角度θを、メモリ101に最後に記録した正負の遮断位相角度θと比較する。このとき、正負の遮断位相角度θの双方が変動している(差分を有する)場合には、振分部102Aは、調光操作が実施されたとの判断に基づき、検出された遮断位相角度θを輝度調整部103へ送る。
 これに対し、遮断位相角度θの比較において、負の遮断位相角度θのみが変動している場合には、振分部102Aは、調色操作が実施されたとの判断に基づき、検出された遮断位相角度θを色温度調整部104へ送る。
 輝度調整部103,色温度調整部104,及びLED60の構成は、第1実施形態とほぼ同様である。すなわち、輝度調整部103は、遮断位相角度θに応じた輝度でLED60が発光するように定電流回路81による駆動電流の供給を制御する。すなわち、輝度調整部103は、遮断位相角度θに応じて予め決定された駆動電流がLED60に供給されるように定電流回路81を制御する。
 例えば、LED照明器50Aに供給される交流電圧波形が図8(a)の場合には、遮断位相角度θが正(負)の半サイクルの後半に位置する。このため、利用者が低輝度でのLED60の発光を所望しているとの解釈の前提において、遮断位相角度θに対して予め決定されている、比較的小さい駆動電流値で駆動電流供給が行われるように、輝度調整部103は定電流回路81を制御する。
 また、交流電圧波形が図8(c)の場合には、遮断位相角度θが正(負)の半サイクルの半ばに位置する。このため、利用者が中輝度でのLED60の発光を所望しているとの解釈の前提において、遮断位相角度θに対して予め決定されている、比較的中程度の駆動電流値で駆動電流供給が行われるように、輝度調整部103は定電流回路81を制御する。
 また、交流電圧波形が図8(e)の場合には、遮断位相角度θが正(負)の半サイクルの前半に位置する。このため、利用者が高輝度でのLED60の発光を所望しているとの解釈の前提において、遮断位相角度θに対して予め決定されている、比較的高い駆動電流値で駆動電流供給が行われるように、輝度調整部103は定電流回路81を制御する。もっとも、上記例は、輝度が三段階で制御されることを示すものではなく、遮断位相角度θの値に応じた2以上の段階での輝度制御が可能である。
 色温度調整部104は、負の遮断位相角度θに応じた色温度でLED60が発光するように、バランス回路82の動作を制御する。すなわち、色温度調整部104は、負の遮断位相角度θに応じた駆動電流の比でLED60を構成するLED群60a(低色温度LED(低ケルビン温度用LED)),LED群60b(高色温度LED:高ケルビン温度用LED)の夫々に駆動電流を供給させる。
 例えば、LED照明器50Aに供給される交流電圧波形が図9(a)の場合には、遮断位相角度θが負の半サイクルの後半に位置する。このため、利用者が高色温度でのLED60の発光を所望しているとの解釈の前提において、遮断位相角度θに対して予め決定されているバランス(比)でLED群60a及び60bに駆動電流が供給されるように、色温度調整部104はバランス回路82を制御する。
 また、LED照明器50Aに供給される交流電圧波形が図9(c)の場合には、遮断位相角度θが負の半サイクルの半ばに位置する。このため、利用者が中色温度でのLED60の発光を所望しているとの解釈の前提において、遮断位相角度θに対して予め決定されているバランス(比)でLED群60a及び60bに駆動電流が供給されるように、色温度調整部104はバランス回路82を制御する。
 また、交流電圧波形が図9(c)の場合には、遮断位相角度θが負の半サイクルの前半に位置する。このため、利用者が低色温度でのLED60の発光を所望しているとの解釈の前提において、遮断位相角度θに対して予め決定されているバランス(比)でLED群60a及び60bに駆動電流が供給されるように、色温度調整部104はバランス回路82を制御する。もっとも、上記例は、色温度が三段階で制御されることを示すものではなく、遮断位相角度θの値に応じた2以上の段階での色温度制御が可能である。
 なお、信号408及び409に基づく正負のサイクルにおける遮断位相角度θは、メモリ101に記録される。このため、角度検出回路93で遮断角度θが検出されない場合には、振分部102Aは、メモリ101に最後に記録された正負の遮断角度θを輝度調整部103及び色温度調整部104に供給する。これによって、時間t4が0、すなわちt4の遮断時間が消滅しても、輝度及び色温度が維持される。
 なお、マイコン100は、本発明に係る検知手段(検知部),第1制御手段(第1制御部),第2制御手段(第2制御部)として機能する。振分部102Aは、検知手段に相当し、輝度調整部103は、第1制御手段に相当し、色温度調整部104は、第2制御手段に相当する。
 第2実施形態によれば、調光器40Aが輝度調整用の操作部47aと、色温度調整用の操作部47bとを有している。これによって、利用者は、調光操作と調色操作と相互に独立して実施することができる。このため、第1実施形態に比べて、操作性の向上した照明システムを提供することができる。
 第2実施形態においても、既存の配線設備を用いるため、LED照明器50Aの導入による大幅な配線工事を回避することができ、LED照明器50A導入時の初期コストの低減を図ることができる。
 なお、第2実施形態でも、停電時からの復旧を考慮して、第1実施形態と同様に、メモリ101に不揮発性記録媒体を適用し、現在LED60に供給されている平均電流の総量と、現在LED群60a,60bにそれぞれ供給されている平均電流の比とが不揮発性記録媒体に格納されるようにしても良い。この場合、停電からの復旧時において、マイコン100の輝度調整部103は、不揮発性記録媒体に格納されている総量でLED60に電流を供給する調整動作を行う一方で、色温度調整部104は、不揮発性記録媒体に格納されている比でLED群60a,60bに電流を流す調整動作を行う。これによって、復旧時に、停電前と同様の輝度及び色温度でLED60が発光することができる。
 以上説明した実施形態では、調光器にトライアックを用いた例について説明した。但し、トライアックに代わるスイッチング素子、またはスイッチング回路として、例えば、MOS-FET、トランジスタ等を用いた回路、IGBT,SCR(Silicon Controlled Rectifier)のような素子で構成される回路を適用することができる。実施形態で説明した構成は、本発明の目的を逸脱しない範囲で、適宜組み合わせることができる。
T1~T4・・・端子
10・・・商用電源母線
20・・・照明器用給電線
20a・・・第1の給電線
20b・・・第2の給電線
20c・・・第3の給電線
30・・・照明器点滅用引き込み線
40・・・調光器
42・・・トライアック
47・・・操作部
50・・・LED照明器
60・・・LEDモジュール
60a,60b・・・LED群(第1及び第2のLEDモジュール)
81・・・定電流回路
82・・・バランス回路
100・・・マイクロコンピュータ
101・・・メモリ(記憶装置)
102・・・モード判定部
103・・・輝度調整部
104・・・色温度調整部

Claims (16)

  1.  電源と一本の第1給電線を介して接続された調光器と一本の第2給電線を介して接続されるとともに、一本の第3給電線を介して前記電源に接続され、前記調光器が備えるユーザインタフェースの操作量に応じた導通制御部の点弧位相角度に応じた導通時間において、前記電源から供給される交流電流を受電するLED照明器であって、
     同色で異なる発光スペクトル、又は異なる色で発光する第1及び第2のLEDモジュールと、
     前記点弧位相角度及び前記点弧位相角度の時間変化を計測する計測部と、
     前記受電された交流電流を用いて、前記点弧位相角度に基づく輝度で前記第1及び第2のLEDモジュールを発光させるための駆動電流を前記第1及び第2のLEDモジュールに夫々供給する調光手段と、
     前記受電された交流電流を用いて、前記点弧位相角度に基づく色温度で前記第1及第2のLEDモジュールを発光させるための駆動電流を前記第1及び第2のLEDモジュールに夫々供給する調色手段と、
     前記点弧位相角度の時間変化に基づいて、選択すべき制御モードを、前記調光手段によって調整された駆動電流が前記第1及び第2のLEDモジュールに供給される調光モードと、前記調色手段によって調整された駆動電流が前記第1及び第2のLEDモジュールに供給される調色モードとの間で切り替える選択手段と、
     前記調光モードの選択状態において、前記点弧位相角度に基づく輝度で前記第1及び第2のLEDモジュールが発光するように、前記調光手段を制御する調光制御部と、
     前記調色モードの選択状態において、前記点弧位相角度に基づく色温度で前記第1及び第2のLEDモジュールが発光するように、前記調色手段を制御する調色制御部と
    を含むLED照明器。
  2.  前記選択手段は、前記LED照明器の主電源投入時には、前記調光モードと前記調色モードとの一方を選択し、前記調光モード及び前記調色モードとの一方において、前記点弧位相角度が変化しない時間が閾値を越えることを条件に、前記調光モード及び前記調色モードの一方を他方に切り替える
    請求項1に記載のLED照明器。
  3.  前記切替手段は、前記調光モードの選択状態において前記点弧位相角度の時間変化が所定範囲に収まる場合には、前記調光モードを維持し、
     前記調光手段は、点弧位相角度の大きさに応じた平均電流値の駆動電流を前記第1及び第2LEDモジュールに供給する
    請求項1又は2に記載のLED照明器。
  4.  前記調色手段は、前記調色モードの選択状態において、前記点弧位相角度が減少傾向にある場合には色温度が上昇する一方で、前記点弧位相角度が増大する傾向にある場合には色温度が下降するように、前記第1及び第2のLEDモジュールに夫々供給される駆動電流の比を調整する
    請求項1から3の何れか1項に記載のLED照明器。
  5.  一対の給電線の一方を介して前記調光器と接続される第1の端子と、前記一対の給電線の他方を介して前記電源と接続される第2の端子とからなる一対の2端子をさらに含む請求項1から4の何れか1項に記載のLED照明器。
  6.  前記受電された交流電流を用いて前記導通時間の経過後も前記調光手段又は前記調色手段が駆動電流の供給を継続するための電荷を蓄える蓄電部
    をさらに含む請求項1から5の何れか1項に記載のLED照明器。
  7.  電源と一本の給電線を介して接続される調光調色器と、前記調光調色器と一対の給電線の一方を介して接続される第1端子と前記電源と前記一対の給電線の他方を介して接続される第2端子とを備えるLED照明器とを含み、
     前記調光調色器は、
      輝度調整用の第1ユーザインタフェースと、
      色温度調整用の第2ユーザインタフェースと、
      電源から供給される交流電圧波形を前記第1ユーザインタフェースの操作量に応じた輝度制御信号を含む波形に成形する第1成形部と、
      前記電源から供給される交流電圧波形を前記第2ユーザインタフェースの操作量に応じた色温度制御信号を含む波形に成形する第2成形部と
    を備え、
     前記LED照明器は、
      一方が前記調光調色器に接続され、他方が前記電源に接続された一対の端子と、
      同色で異なる発光スペクトル、又は異なる色で発光する第1及び第2のLEDモジュールと、
      前記受電された交流電圧波形が輝度制御信号と色温度制御信号のいずれを含むかを判定する判定部と、
      前記第1及び第2のLEDモジュールに輝度調整用の駆動電流を供給する調光手段と、
      前記第1及び第2のLEDモジュールに色温度調整用の駆動電流を供給する調色手段と、
      前記輝度制御信号に応じた輝度で前記第1及び第2のLEDモジュールが発光するように、前記調光手段を制御する調光制御部と、
      前記色温度制御信号に応じた色温度で前記第1及び第2のLEDモジュールが発光するように、前記調色手段を制御する調色制御部と
    を備えるLED照明システム。
  8.  前記第1成形部と前記第2成形部の一方は、前記交流電圧波形の正及び負のサイクルの双方において、前記第1又は前記第2インタフェースの操作量に応じて電圧が所定量低下する区間を生成し、
     前記第1成形部と前記第2成形部の他方は、前記交流電圧波形の正又は負のサイクルの一方において、前記第1又は前記第2インタフェースの操作量に応じて電圧が所定量低下する区間を生成し、
     前記判定部は、前記交流電圧波形の正及び負のサイクルの双方において電圧が所定量低下する区間が変動しているか否かを判定することによって、前記交流電圧波形が前記輝度制御信号と前記色温度制御信号のいずれを含むかを判定する
    請求項7に記載のLED照明システム。
  9.  前記調光制御手段は、前記交流電圧波形中の前記輝度制御信号の位置を示す位相角度が小さくなるほど輝度が小さくなるように、前記調光手段を制御する
    請求項7又は8に記載のLED照明システム。
  10.  前記色温度制御手段は、前記交流電圧波形中の前記色温度制御信号の位置を示す位相角度が小さくなるほど色温度が高くなるように、前記調色手段を制御する
    請求項7から9のいずれか1項に記載のLED照明システム。
  11.  請求項7から10の何れか1項に記載の調光調色器。
  12.  請求項7から10の何れか1項に記載のLED照明器。
  13.  2本の電線を介して電源に接続されるLED照明器具であって、
     発光スペクトル又は色度が相互に異なる第1LED及び第2LEDと、
     前記2本の電線から周期的に供給される電力のオン時間の長さを監視し、前記オン時間の長さが変化しない状態が閾値以上継続することを条件に、前記第1LED及び前記第2LEDの制御モードを第1モードと第2モードとの間で切り替える切替手段と、
     前記第1モードにおいて、前記電力のオン時間の長さに応じて、前記第1LEDに供給すべき平均電流と前記第2LEDに供給すべき平均電流との総量を決定する第1制御手段と、
     前記第2モードにおいて、前記電力のオン時間の長さに応じて、前記第1LEDに供給すべき平均電流と前記第2LEDに供給すべき平均電流との比を決定する第2制御手段と
    を含むLED照明器具。
  14.  現在の制御モードを示すモード情報と、現在の前記総量及び前記比とを格納する不揮発性記録媒体をさらに含む
    請求項13に記載のLED照明器具。
  15.  2本の電線を介して電源に接続されるLED照明器具であって、
     発光スペクトル又は色度が相互に異なる第1LED及び第2LEDと、
     前記2本の電線から供給される周期的な電圧又は電流波形から調光情報及び調色情報を検知する検知手段と、
     前記調光情報に応じて、前記第1LEDに供給すべき平均電流と前記第2LEDに供給すべき平均電流との総量を決定する第1制御手段と、
     前記調色情報に応じて、前記第1LEDに供給すべき平均電流と前記第2LEDに供給すべき平均電流との比を決定する第2制御手段と
    を含むLED照明器具。
  16.  現在の前記総量及び前記比を格納する不揮発性記録媒体をさらに含む
    請求項15に記載のLED照明器具。
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