JP2017033736A - Ｌｅｄ照明装置用電源及びｌｅｄ照明システム - Google Patents

Abstract

【課題】１つの駆動ユニット４の出力電圧を調整しても、他の駆動ユニット４においてＬＥＤ照明装置１００の駆動に影響を及ぼすことのないＬＥＤ照明装置用電源を提供する。【解決手段】１以上の駆動ユニット４においてその直流変換回路４３の出力電圧を調整した場合に、その調整に必要な電力に加え、他の駆動ユニット４によるＬＥＤ照明装置１００の駆動に必要な電力を供給するように構成した。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、表面検査や形状認識、露光、樹脂硬化等に用いられるＬＥＤ照明装置用の電源に関するものである。

この種のＬＥＤ照明装置は、目的に応じて種々の発光モードで駆動される。発光モードとしては、例えば、特許文献１に示されているように、ストロボモード（単発発光モード）やＰＷＭモード（連続パルス発光モード）などがあり、その発光モードは、照明装置に接続された電源において設定される。

ＰＷＭモードとは、ＬＥＤを早い周期でＯＮ／ＯＦＦさせ、そのデューティー比を変えることによって見かけ上の明るさを調整できるモードであり、ＬＥＤには、定格電圧が印加される。

ストロボモードとは、ＬＥＤを短時間の間、単発または非常に小さいデューティー比で発光させるモードであり、ＬＥＤには、前記定格電圧を超えた高電圧が印加される。
これら各モードでの発光時間や印加電圧は、電源に設けられた、直流変換回路を有する駆動ユニットによって調整可能に設定される。

さらに、近時では、複数のＬＥＤ照明装置を接続可能で、各ＬＥＤ照明装置を独立して発光させることのできる多機能電源が開発されつつある。このような電源は、それぞれがＬＥＤ照明装置の発光モードをストロボモードとＰＷＭモードとに切り替えたり、出力電圧を調整したりすることができる複数の駆動ユニットを有している。

このような電源の最大出力容量は、駆動できるＬＥＤ照明装置の数で定められる。１つの駆動ユニットに必要な電力は、ＬＥＤ照明装置が動作したときの最大消費電力（例えば最大明るさで発光させたときの消費電力）であるから、その消費電力に駆動ユニット数を掛けた値が電源の最大出力容量となる。

特開２０１４−０４１８０３号公報

ところが、電源に十分な電力容量を確保しているにもかかわらず、例えば１つの駆動ユニットにおいて、ＰＷＭモードからストロボモードに切り替えたい場合など、その出力電圧を上げる方向に調整すると、そのときに、他の駆動ユニットに接続されているＬＥＤ照明装置の明るさが低下したり、その結果エラーが発生したりすることを本願発明者は初めて見出した。これは、出力電圧を調整中の駆動ユニットにＬＥＤ照明装置が接続されていない場合ですら生じる場合がある。
本発明者は、その原因が、各駆動ユニットの直流変換回路の出力端に接続された大容量キャパシタにあることを突き止めた。

その理由を具体的に説明する。
前記大容量キャパシタは、ＬＥＤがパルス点灯したときにＬＥＤに補助的に電流を供給し、直流変換回路の電圧の瞬間的な低下を防止するためのアキュムレータとしての機能を担うものである。

しかして、出力電圧を特に上昇する向きに調整するときには、この大容量キャパシタもチャージされるため、かなりの大電流が短くない期間流れることとなり、そのために、他の駆動ユニットに供給する電力が一時的に不足する、ということが上述した不具合発生の原因であった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、１つの駆動ユニットの出力電圧を調整しても、他の駆動ユニットにおいてＬＥＤ照明装置の駆動に影響を及ぼすことのないＬＥＤ照明装置用電源を提供すべく図ったものである。

すなわち、本発明に係るＬＥＤ照明装置用電源は、接続されたＬＥＤ照明装置を指定された発光モードでそれぞれ駆動することができる複数の駆動ユニットと、前記各駆動ユニットに電力を供給する電力供給回路とを具備し、
前記駆動ユニットが、外部設定によって出力電圧を調整可能に構成した直流変換回路と、該直流変換回路の出力端子に接続されて電荷を蓄積し、ＬＥＤ照明装置に電流を補助的に供給するキャパシタとを具備したものであり、
１以上の駆動ユニットにおいて前記直流変換回路の出力電圧を調整した場合に、前記電力供給回路が、その調整に必要な電力に加え、他の駆動ユニットによるＬＥＤ照明装置の駆動に必要な電力を供給するものであることを特徴とする。

このような構成によれば、例えば１つの駆動ユニットにおいて、その出力電圧を上げる方向に調整しても、そのときに、他の駆動ユニットに接続されているＬＥＤ照明装置の動作には影響はなく、明るさが低下したり、その結果エラーが発生したりすることを防止できる。

本発明の一実施形態におけるＬＥＤ照明システムの全体構成を示すブロック図。 同実施形態における電源及びＬＥＤ照明装置の詳細な内部構成を示す部分ブロック図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

この実施形態におけるＬＥＤ照明システムは、図１に示すように、例えば、種々のワークの表面検査に用いられるＬＥＤ照明装置１００と、これらＬＥＤ照明装置１００に電力を供給するとともにその発光モードを制御する単一の電源２００とを具備したものである。

ＬＥＤ照明装置１００は、図２に示すように、プラス端子Ｌ１及びマイナス端子Ｌ２と、これらプラス端子Ｌ１及びマイナス端子Ｌ２にそれぞれアノード及びカソードを接続されたＬＥＤ回路２とを具備したものである。ＬＥＤ回路２は複数のＬＥＤ２ａからなり、これらＬＥＤ２ａから射出された光がワークに照射される。

電源２００は、図１に示すように、１つの電力供給回路３と、この電力供給回路３から電力を供給されて、各ＬＥＤ照明装置１００を発光駆動する複数（ここでは２つ）の駆動ユニット４と、これら各駆動ユニット４の出力電圧や発光モードを制御する制御回路５とを具備したものである。
各部を説明する。

電力供給回路３は、商用電源（図示しない）に接続されて交流を直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ３１と、ＡＣ／ＤＣコンバータ３１の出力電力を一定以下に制限する電力制限回路３２とを具備したものである。なお、この電力供給回路３が出力可能な最大電力は、１つの駆動ユニット４に必要な出力電力が、ＬＥＤ照明装置１００の最大消費電力（例えば、最大明るさで発光させたときの消費電力）であるから、当然のことながら、前記最大消費電力に駆動ユニット４の数を掛けた値以上となるように設定してある。

駆動ユニット４は、図１、図２に示すように、前記ＬＥＤ照明装置１００のプラス端子Ｌ１に接続される供給端子Ｓ１及びマイナス端子Ｌ２に接続される引込端子Ｓ２と、前記電力供給回路３から出力された直流電流の電圧を、指定された電圧にまで降下させて前記供給端子Ｓ１に印加する降圧型直流変換回路４３（以下、ＤＣ／ＤＣコンバータ４３ともいう。）と、前記引込端子Ｓ２に接続されて前記ＬＥＤ照明装置１００に流れる電流を調整する電流調整回路４４と、前記供給端子Ｓ１及びグラウンドの間に設けられたキャパシタ４５とを具備したものである。

前記ＤＣ／ＤＣコンバータ４３は、図２に示すように、電力供給回路３の出力を所定周期でＯＮ／ＯＦＦするスイッチング回路４３１と、このスイッチング回路４３１の出力を平滑化して異なる直流電圧に変換する平滑化回路４３２とを具備したものである。スイッチング回路４３１は、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオードなどのスイッチング素子からなり、平滑化回路４３２は、リアクタ（場合によっては、これに加えてコンデンサ）から構成される。

前記電流調整回路４４は、図２に示すように、前記引込端子Ｓ２とグラウンドとの間に配置された電流制御素子（ここではＭＯＳＦＥＴ）４４１を具備したものである。そして、その制御端子（ここではゲート）に、外部からの電流指令信号が入力されると、その電流指令信号にしたがって、この電流制御素子４４１が動作して、ＬＥＤ照明装置１００に流れる電流を調整する。

前記キャパシタ４５は、図１、図２に示すように、ＬＥＤ照明装置１００が点灯したときに補助的に電流を供給するものであり、ＤＣ／ＤＣコンバータ４３の出力電圧が瞬間的に低下することを防止するためのアキュムレータとしての機能を担う。ここでは、このキャパシタ４５として、例えば電解コンデンサを用いており、その容量を１０００μＦ〜３０００μＦに設定してある。

前記制御回路５は、図１、図２に示すように、ＣＰＵやメモリ等（図示しない）からなるものであり、該メモリに記憶させたプログラムに従って前記ＣＰＵやその周辺機器が動作することによって、前述したように、各駆動ユニット４の出力電圧や発光モード（ここでは、前述したＰＷＭモードとストロボモードである。）を駆動ユニット４ごとに独立して制御する。

まず出力電圧の制御に関して説明する。この制御回路５は、前記スイッチング回路４３１によるＯＮ／ＯＦＦ比を調整して、このＤＣ／ＤＣコンバータ４３の出力電圧を制御する。より具体的にいえば、この制御回路５は、発光モードにしたがって設定される目標電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ４３の出力電圧と比較し、該出力電圧が前記目標電圧に近づくように前記スイッチング回路４３１に電圧指令信号（２値デューティ信号）を出力し、前記ＯＮ／ＯＦＦ比をフィードバック制御する。

次に、発光モードに関して説明する。この制御回路５は、例えばＰＷＭモードをユーザが選択すると、ユーザの指定した調光度（明るさ）のデューティー比を有する２値の電流指令信号を所定周期で出力する。その結果、前記電流制御素子４４１が、そのデューティー比でＯＮ／ＯＦＦし、ＬＥＤ照明装置１００が、そのデューティー比での点灯／消灯を繰り返して、見かけ上、ユーザの指定した調光度（明るさ）に制御される。このとき、この制御回路５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４３による出力電圧、すなわち、ＬＥＤ照明装置１００に印加する電圧を、ＬＥＤ２ａを連続点灯させることが可能な最大の電圧（定格電圧）に設定する。ここでは、例えば、ＬＥＤ回路２の最大許容連続印可電圧である２４Ｖである。

一方、ストロボモードをユーザが選択すると、この制御回路５は、所定時間幅の単発の電流指令信号を出力して電流制御素子をＯＮさせ、ＬＥＤ照明装置１００を単パルス発光させる。このとき、この制御回路５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４３による出力電圧、すなわち、ＬＥＤ照明装置１００に印加する電圧を前記最大許容連続印可電圧よりも高い電圧に設定する。ここでは、例えば、４８Ｖである。なお、このストロボモードでは、一定デューティー比以下（例えば１０％以下）であれば、前記ＰＷＭモードのように、繰り返しでの発光も可能であり、そのように設定することもできる。

ところで、いずれか一方の駆動ユニット４において前記ＤＣ／ＤＣコンバータ４３の出力電圧を短い時間内に上昇調整する場合（例えば、ＰＷＭモードからストロボモードに切り替えるときや、ストロボモードでの設定印可電圧を上昇させるときなど）には、前記キャパシタ４５にチャージするための相当量の電流が必要となる。そのための電力は、短時間（５ｍｓｅｃ〜５００ｍｓｅｃ）ではあるが、前記ＬＥＤ照明装置１００の最大消費電力を超える場合がある。なお、出力電圧を下降調整する場合は、キャパシタ４５の電荷を放電させるための、図示しないスイッチング素子による放電回路が設けてある。

そこで、この実施形態では、いずれか一方の駆動ユニット４において前記ＤＣ／ＤＣコンバータ４３の出力電圧を所定時間内に上昇させるときには、前記電力供給回路３が、その調整に必要な電力に加え、他の駆動ユニット４によるＬＥＤ照明装置１００の駆動に必要な電力を供給するようにしてある。具体的には、大電力用の部品を用い、電流制限回路３２による電流制限値を大きくするなどして、電力供給回路３による最大電力供給容量を、一方の駆動ユニット４におけるキャパシタ４５の所定時間内でのチャージに必要な電力と、他方の駆動ユニット４におけるＬＥＤ照明装置１００の駆動に必要な電力とを同時に賄えるだけの容量に設定してある。

かかる構成によれば、例えば１つの駆動ユニット４において、ＰＷＭモードからストロボモードに切り替えたい場合など、その出力電圧を上げる方向に調整しても、そのときに、他の駆動ユニット４に接続されているＬＥＤ照明装置１００の動作には影響はなく、その明るさが低下したり、その結果エラーが発生したりすることを防止できる。また、キャパシタ４５の容量を十分大きくできるので、ストロボモードやＰＷＭモードでの安定した発光が可能になる。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。
例えば、駆動ユニットは３以上でも構わない。
また、電圧調整期間中だけ、前記電力供給回路、特に電力制限回路による上限電力供給量を上げるように構成してもよい。このように構成すれば、電力供給回路の容量を単に大きくするよりも、構成部品を小さくでき、コンパクト化等を図れるというメリットがある。
発光モードとしては、前記実施形態においては、ＰＷＭモードとストロボモードの２つであったが、印加電圧を調整することによる調光が可能な連続発光モードを加えてもよいし、それら３つのいずれか１つ又は２つでも構わない。
直流変換回路は、昇圧型でもよいし、ＤＣ／ＤＣコンバータに限られず、ＡＣ／ＤＣコンバータでもよい。
また、ＬＥＤ照明装置から照射される光としては、例えば、可視光、紫外光及び赤外光などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
その他、本発明は上記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

１００・・・ＬＥＤ照明装置
２００・・・ＬＥＤ照明装置用電源
３・・・電力供給回路
３１・・・ＡＣ／ＤＣコンバータ
３２・・・電力制限回路
４・・・駆動ユニット
４３・・・直流変換回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ）
４５・・・キャパシタ

Claims (6)

1. 接続されたＬＥＤ照明装置を指定された発光モードでそれぞれ駆動することができる複数の駆動ユニットと、前記各駆動ユニットに電力を供給する電力供給回路とを具備し、
   前記駆動ユニットが、外部設定によって出力電圧を調整可能に構成した直流変換回路と、該直流変換回路の出力端子に接続されて電荷を蓄積し、ＬＥＤ照明装置に電流を補助的に供給するキャパシタとを具備したものであり、
   １以上の駆動ユニットにおいて前記直流変換回路の出力電圧を調整した場合に、前記電力供給回路が、その調整に必要な電力に加え、他の駆動ユニットによるＬＥＤ照明装置の駆動に必要な電力を供給するものであることを特徴とするＬＥＤ照明装置用電源。
2. １以上の駆動ユニットにおいて前記直流変換回路の出力電圧を上昇する向きに調整した場合に、前記電力供給回路が、その調整に必要な電力に加え、他の駆動ユニットによるＬＥＤ照明装置の駆動に必要な電力を供給するものである請求項１記載のＬＥＤ照明装置用電源。
3. 前記発光モードが、ＬＥＤ照明装置を所定周期でＯＮ／ＯＦＦさせ、そのデューティー比を変えることによって見かけ上の明るさを調整するＰＷＭモードと、ＬＥＤ照明装置を単発または非常に小さいデューティー比で発光させるストロボモードとに切り替え可能に構成してある請求項１又は２記載のＬＥＤ照明装置用電源。
4. 前記電力供給回路が、商用電源に接続されて交流を直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、該ＡＣ／ＤＣコンバータの出力電力を一定以下に制限する電力制限回路とを具備したものである請求項１、２又は３記載のＬＥＤ照明装置用電源。
5. 前記直流変換回路が、降圧型ＤＣ／ＤＣコンバータである請求項１、２、３又は４記載のＬＥＤ照明装置用電源。
6. 複数のＬＥＤ照明装置と、これらＬＥＤ照明装置を駆動する単一の電源とを具備したＬＥＤ照明システムであって、
   前記電源が、接続されたＬＥＤ照明装置を指定された発光モードでそれぞれ駆動することができる複数の駆動ユニットと、前記各駆動ユニットに電力を供給する電力供給回路とを具備したものであり、
   前記駆動ユニットが、外部設定によって出力電圧を調整可能に構成した直流変換回路と、該直流変換回路の出力端子に接続されて電荷を蓄積し、ＬＥＤ照明装置に電流を補助的に供給するキャパシタとを具備したものであり、
   １以上の駆動ユニットにおいて前記直流変換回路の出力電圧を調整した場合に、前記電力供給回路が、その調整に必要な電力に加え、他の駆動ユニットによるＬＥＤ照明装置の駆動に必要な電力を供給するものであることを特徴とするＬＥＤ照明システム。