JP2006351473A - 光源点灯用回路、及び光源点灯用回路を用いた常夜灯又は表示灯 - Google Patents

Abstract

【課題】交流電源の電圧が変動しても光源の明るさが大幅に変化することのない光源点灯用回路を、小型化して提供可能とする。
【解決手段】交流電源ＡＣを整流するための整流回路１０と、整流回路１０の出力により光源Ｄ６，Ｄ７を点灯させる点灯回路２０と、整流回路１０の出力電圧が所定の設定値Ｖ₀を超えていない間は前記点灯回路２０への出力供給を行い、整流回路１０の出力電圧が所定の設定値Ｖ₀を超えている間は点灯回路２０への出力供給を遮断する電圧制限回路３０を備えた光源点灯用回路において、点灯回路２０は、整流回路１０の出力側から順方向に接続された定電流ダイオードＤ５と、定電流ダイオードＤ５に直列接続されるとともに互いに並列接続されてなるコンデンサＣ及び光源Ｄ６，Ｄ７を有し、電圧制限回路３０により点灯回路２０への出力供給が遮断されると、コンデンサＣからの出力供給により光源Ｄ６，Ｄ７を点灯させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードや白熱電球等の光源を点灯させるための光源点灯用回路、及びその光源点灯用回路を用いた常夜灯又は表示灯に関する。

従来、交流電源を用いて表示灯等の光源を点灯させるための光源点灯用回路としては、交流電源からの出力電圧をトランスで降圧した後に、整流回路を通して直流化し、光源へと出力供給するものが用いられてきた。しかしながら、トランスを使用した場合には、回路自体が大型化・重量化するという問題があり、また交流電源からの出力電圧が例えば１００Ｖのみに限定されてしまうという問題点があった。

これに対して、トランスを用いて降圧することなく、また複数の出力電圧に対応して、光源に適正な範囲の出力供給を行うようにした発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
これは、交流電源を整流回路で整流した後に、整流回路からの出力電圧が所定の設定値を超えていない間は出力供給を行い、所定の設定値を超えている間は出力供給を遮断する制限回路を設けて、光源への出力供給を適正範囲内に制御するものである。
特開２００４−２２７９５１号公報

図４は、上記のような制限回路を設けた光源点灯用回路の、光源への出力供給を示すグラフである。図４には、交流電源の出力電圧がＶ₁の場合と、Ｖ₂の場合の二つの波形を示してある。また、Ｖ₀は、光源への出力供給を制限する閾値となる設定値である。また、グラフ中の斜線を引いた部分が、光源に出力供給が行われる部分である。

図４に示すように、交流電源の出力電圧がＶ₁の場合、整流回路からの出力の立ち上がり時にはその出力が設定値Ｖ₀に達するまでの間出力供給が行われる（ｔ₁）。また、整流回路からの出力の立ち下がり時にはその出力が設定値Ｖ₀以下になると出力供給が行われる（ｔ₁´）。一方、交流電源の出力電圧がＶ₂の場合、整流回路からの出力は、常に設定値Ｖ₀よりも低いため、ほぼ全時間に亘って、光源に出力供給が行われる（ｔ₂）。
なお、整流回路からの出力が低下して０となり再び上昇するまでの間は、電圧低下により瞬間的に光源への出力供給が行われない時間が生じている。

図５は、図４に示すような出力供給が行われた場合の、光源を流れる電流の大きさを示すグラフである。このうち図５（ａ）は、交流電源の出力電圧がＶ₁の場合における電流を示しており、図５（ｂ）は、交流電源の出力電圧がＶ₂の場合における電流を示している。なお、光源に流れる電流は、定電流回路等を用いて一定値Ｉ₀となるように制限されている。
図５（ａ）と図５（ｂ）を比較して明らかなように、出力電圧がＶ₁の場合はｔ₁及びｔ₁´の間しか電流が流れないため光源の点灯時間が短いのに対して、出力電圧がＶ₂の場合はｔ₂の間電流が流れるため光源の点灯時間が長い。

上記のように、所定の設定値Ｖ₀を設けることにより光源への出力供給を適正範囲内に制御する回路では、交流電源の電圧の変動により光源の点灯時間が変化し、その結果光源の明るさが大幅に変化するという問題が生じてしまう。
この問題に対応するために、特許文献１に記載された発明においては、光源への出力供給を制限する閾値となる設定値を２種類設けることにより、高低２種類の出力電圧に対応できるようにしているが、回路自体が複雑化してしまい小型化にも限度がある。

そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、交流電源の電圧が変動しても光源の明るさが大幅に変化することのない光源点灯用回路を、小型化して提供可能とするものである。

上記従来の課題を解決するために、請求項１に係る発明の光源点灯用回路は、交流電源（ＡＣ）を整流するための整流回路（１０）と、前記整流回路（１０）の出力により光源（Ｄ６，Ｄ７）を点灯させる点灯回路（２０）と、前記整流回路（１０）の出力電圧が所定の設定値（Ｖ₀）を超えていない間は前記点灯回路（２０）への出力供給を行い、前記整流回路（１０）の出力電圧が前記所定の設定値（Ｖ₀）を超えている間は前記点灯回路（２０）への出力供給を遮断する電圧制限回路（３０）を備えた光源点灯用回路において、前記点灯回路（２０）は、前記整流回路（１０）の出力側から順方向に接続された定電流ダイオード（Ｄ５）と、前記定電流ダイオード（Ｄ５）に直列接続されるとともに互いに並列接続されてなるコンデンサ（Ｃ）及び光源（Ｄ６，Ｄ７）を有し、前記電圧制限回路（３０）により前記点灯回路（２０）への出力供給が遮断されると、前記コンデンサ（Ｃ）からの出力供給により前記光源（Ｄ６，Ｄ７）を点灯させることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記電圧制限回路（３０）により前記点灯回路（２０）への出力供給が遮断されると、再び出力供給が開始されるまでの間、連続して前記コンデンサ（Ｃ）からの出力供給により前記光源（Ｄ６，Ｄ７）を点灯させることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記光源（Ｄ６，Ｄ７）は、発光ダイオードであることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のうちいずれか一つに記載の発明において、前記光源（Ｄ６，Ｄ７）は、複数の光源（Ｄ６，Ｄ７）が直列接続されることにより構成されていることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明の常夜灯又は表示灯は、請求項１乃至請求項４のうちいずれか一つに記載の光源点灯用回路を用いたものである。

なお、括弧内の記号は、発明を実施するための最良の形態および図面に記載された対応要素または対応事項を示す。

請求項１に記載の発明によれば、電圧制限回路により、整流回路の出力電圧が所定の設定値を超えていない間は点灯回路への出力供給を行い、整流回路の出力電圧が所定の設定値を超えている間は点灯回路への出力供給を遮断するので、トランスを用いて交流電源からの出力電圧を降圧する必要がないため、回路を小型軽量化することができる。
また、光源を点灯させる点灯回路において、整流回路の出力側から順方向に定電流ダイオードが接続されているので、電圧が変動しても光源に流れる電流を一定量とすることができる。
また、光源を点灯させる点灯回路において、コンデンサと光源が並列接続されており、電圧制限回路により点灯回路への出力供給が遮断されると、コンデンサからの出力供給により光源を点灯させて、光源の点灯時間を増加させることができる。従って、交流電源の電圧が変動しても光源の明るさが大幅に変化することのないようにすることができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用効果に加えて、電圧制限回路により点灯回路への出力供給が遮断されてから、再び出力供給が開始されるまでの間、コンデンサが連続して出力供給を行い光源を点灯させるので、光源は常に点灯し明るさを大きくすることができる。
また、コンデンサと光源は並列接続されており、コンデンサに蓄えられた電力はロスなく光源に与えられるので、電力効率が高い。

また、請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は請求項２に記載の発明の作用効果に加えて、光源として発光ダイオードを用いるので、消費電力を抑制することができる。

また、請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３のうちいずれか一つに記載の発明の作用効果に加えて、複数の光源を直列接続させているので、必要な明るさに応じて簡単に光源を変更することができる。

また、請求項５に記載の発明によれば、常夜灯又は表示灯の光源点灯用回路として、請求項１乃至請求項４のうちいずれか一つに記載の光源点灯用回路を用いるので、比較的小型である常夜灯の回路として用いたり、表示灯を小型軽量化することができる。

次に、図１及び図２を参照して、本発明の実施形態に係る光源点灯用回路について説明する。図１は、本実施形態に係る光源点灯用回路の回路構成図であり、図２は、本実施形態に係る光源点灯用回路のブロック図である。

図２のブロック図に示すように、本実施形態に係る光源点灯用回路は、整流回路１０、点灯回路２０、及び電圧制限回路３０を備えている。整流回路１０は、交流電源ＡＣを整流するための回路であり、点灯回路２０は、内部に光源を有し整流回路１０からの出力によりその光源を点灯させるものである。また、電圧制限回路３０は、整流回路１０の出力電圧が所定の設定値Ｖ₀を超えていない間は点灯回路２０への出力供給を行い、整流回路１０の出力電圧が所定の設定値Ｖ₀を超えている間は点灯回路２０への出力供給を遮断するように制御を行うものである。

以下、図１を参照して、整流回路１０、点灯回路２０、及び電圧制限回路３０の構成について説明する。

整流回路１０は、４つのダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を用いて構成されたブリッジ回路であり、交流電源ＡＣを整流する。

点灯回路２０は、整流回路１０の出力側から順方向に定電流ダイオードＤ５が接続されており、さらにコンデンサＣと光源Ｄ６，Ｄ７からなる並列回路が、定電流ダイオードＤ５に直列接続されている。
なお、定電流ダイオードＤ５は、点灯回路２０を流れる電流を一定値Ｉ₀に制限し、光源Ｄ６，Ｄ７や後述するトランジスタＱ１の破損を防止するものである。また、本実施形態では、光源として２個の発光ダイオードＤ６，Ｄ７を直列接続して用いている。ただし、発光ダイオードは１個あるいは３個以上でもよく、必要な照度に応じて変更すればよい。また、発光ダイオードに限らず、白熱電球等であってもよい。

電圧制限回路３０は、トランジスタＱ１，Ｑ２と、抵抗Ｒ１〜Ｒ６と、ツェナーダイオードＺＤから構成されている。
トランジスタＱ１のコレクタは点灯回路２０の出力側に接続され、トランジスタＱ１のエミッタは整流回路１０の入力側に接続されている。定電流ダイオードＤ５のアノードとトランジスタＱ１のエミッタとの間には、アノード側から順に抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が直列に接続されている。また、トランジスタＱ１のエミッタはツェナーダイオードＺＤのアノードに接続され、ツェナーダイオードＺＤのカソードが抵抗Ｒ２，Ｒ３の分圧点に接続されている。また、トランジスタＱ１のベースは抵抗Ｒ３，Ｒ４の分圧点に接続され、さらにトランジスタＱ２のコレクタに接続されている。
一方、トランジスタＱ２のコレクタ・エミッタ間には抵抗Ｒ４が挿入されている。また、抵抗Ｒ１，Ｒ２の分圧点とトランジスタＱ２のベースの間に抵抗Ｒ５が挿入され、トランジスタＱ２のベース・エミッタ間に抵抗Ｒ６が挿入されている。

電圧制限回路３０では、整流回路１０からの出力電圧が所定の設定値Ｖ₀を超えていない間は、トランジスタＱ２がオフ、トランジスタＱ１がオンとなり、このとき整流回路１０から点灯回路２０へと出力供給が行われる。この出力供給により、発光ダーオードＤ６，Ｄ７が点灯し、同時にコンデンサＣへの充電が行われる。
一方、整流回路１０からの出力電圧が所定の設定値Ｖ₀を超えてしまうと、トランジスタＱ２がオンとなり、トランジスタＱ１のベース・エミッタ間が短絡されてオフとなり、整流回路１０から点灯回路２０への出力供給が遮断される。その間は、替わりに、充電されたコンデンサＣが放電することによって出力供給が行われ、発光ダイオードＤ６，Ｄ７が点灯する。
そして、再び整流回路１０からの出力電圧が所定の設定値Ｖ₀以下になると、トランジスタＱ２がオフとなり、Ｑ１のベース電圧が抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３から即加されオンとなり、整流回路１０から点灯回路２０への出力供給が再開される。

なお、電圧制限回路３０において、ツェナーダイオードＺＤは、トランジスタＱ１のベースに加わる電圧を制限し、トランジスタＱ１の破損を防止するものである。また抵抗Ｒ４，Ｒ６はそれぞれ、トランジスタＱ１，Ｑ２の安定化のための抵抗である。
さらに、抵抗Ｒ５は、トランジスタＱ２へのベース電流を加える抵抗であり、抵抗Ｒの大きさを変更することで、電圧制限回路による制御における設定値Ｖ₀の値を変更することができる。例えば、抵抗Ｒ５を大きくすれば設定値Ｖ₀は大きくなり、抵抗Ｒ５を小さくすれば設定値Ｖ₀は小さくなる。

次に図３及び図４を参照して、本実施形態に係る光源点灯用回路における、光源（発光ダイオードＤ６，Ｄ７）への出力供給について説明する。
図４は、従来例で説明したのと同様に、整流回路１０から光源への出力供給を示すグラフである。図４には、交流電源ＡＣの出力電圧がＶ₁の場合と、Ｖ₂の場合の二つの波形を示してある。また、Ｖ₀は、整流回路１０から光源への出力供給を制限する閾値となる設定値である。また、グラフ中の斜線を引いた部分が、整流回路１０から光源に出力供給が行われる部分である。

図４に示すように、交流電源ＡＣの出力電圧がＶ₁の場合、整流回路からの出力の立ち上がり時にはその出力が設定値Ｖ₀に達するまでの間出力供給が行われる（ｔ₁）。また、整流回路からの出力の立ち下がり時にはその出力が設定値Ｖ₀以下になると出力供給が行われる（ｔ₁´）。一方、交流電源ＡＣの出力電圧がＶ₂の場合、整流回路からの出力は、常に設定値Ｖ₀よりも低いため、ほぼ全時間に亘って、光源に出力供給が行われる（ｔ₂）。
なお、整流回路からの出力が低下して０となり再び上昇するまでの間は、電圧低下により瞬間的に光源への出力供給が行われない時間が生じている。

図３は、図４に示すような出力供給が行われた場合の、発光ダイオードＤ６，Ｄ７を流れる電流の大きさを示すグラフである。このうち図３（ａ），図３（ｂ）は、交流電源ＡＣの出力電圧がＶ₁の場合における電流を示している。図３（ａ）と図３（ｂ）では点灯回路２０に用いるコンデンサＣの容量が異なる。また、図３（ｃ）は、交流電源ＡＣの出力電圧がＶ₂の場合における電流を示している。

図３（ａ）に示すように、交流電源ＡＣの出力電圧がＶ₁の場合、まず整流回路１０からの出力供給によりｔ₁の間電流が流れ、発光ダイオードＤ６，Ｄ７が点灯する。このとき、コンデンサＣにも充電が行われる。
次に、整流回路１０からの出力電圧が設定値Ｖ₀を超えると、整流回路１０から点灯回路２０への出力供給が遮断される。すると、コンデンサＣが放電を開始し、発光ダイオードＤ６，Ｄ７は点灯し続け、コンデンサＣに蓄えられた電力量が減少するにつれて暗くなり、やがて消灯する。これが図３（ａ）の放電時間ｔ_cで示した部分である。

次に、整流回路１０からの出力電圧が所定の設定値Ｖ₀以下になると、整流回路１０から点灯回路２０への出力供給が再開され、ｔ₁´の間電流が流れ、発光ダイオードＤ６，Ｄ７が点灯する。このとき、コンデンサＣにも充電が行われる。
そして、整流回路１０からの出力が低下して０となり再び上昇するまでの間、瞬間的に発光ダイオードＤ６，Ｄ７への出力供給が行われない時間が生じるが、この間もコンデンサＣが放電を行い、発光ダイオードＤ６，Ｄ７は点灯し続ける。これが図３（ａ）の放電時間ｔ_c´で示した部分である。

以上を繰り返すことにより、整流回路１０からの出力供給が遮断された間、コンデンサＣが放電することにより、発光ダイオードＤ６，Ｄ７の点灯時間を延長することができる。

図３（ｂ）は、図３（ａ）と同様に、交流電源ＡＣの出力電圧がＶ₁の場合を示したものであるが、図３（ａ）の場合と比較して、点灯回路２０のコンデンサＣの容量を大きくした場合を示したものである。
図３（ｂ）に示す場合、コンデンサＣの容量が大きいので、より多く充電することができる。従って、放電時間ｔ_cが長くなり、整流回路１０から点灯回路２０への出力供給が再開されるまで、連続してコンデンサＣからの放電により発光ダイオードＤ６，Ｄ７への出力供給を行うことができる。

図３（ｃ）は、交流電源ＡＣの出力電圧がＶ₂の場合を示したものである。出力電圧がＶ₂の場合には、整流回路１０からの出力は、常に設定値Ｖ₀よりも低いため、ほぼ全時間に亘って、発光ダイオードＤ６，Ｄ７に出力供給が行われる（ｔ₂）。しかし、整流回路１０からの出力が低下して０となり再び上昇するまでの間は、電圧低下により瞬間的に発光ダイオードＤ６，Ｄ７への出力供給が行われない時間が生じる。
この間は、上記で説明したのと同様に、コンデンサＣからの放電により発光ダイオードＤ６，Ｄ７への出力供給が行われる。これが図３（ｃ）の放電時間ｔ_c´で示した部分である。その結果、発光ダイオードＤ６，Ｄ７は常に点灯する。

本実施形態に係る光源点灯用回路によれば、電圧制限回路３０により、整流回路１０の出力電圧が所定の設定値Ｖ₀を超えていない間は点灯回路２０への出力供給を行い、整流回路１０の出力電圧が所定の設定値Ｖ₀を超えている間は点灯回路２０への出力供給を遮断するので、トランスを用いて交流電源ＡＣからの出力電圧を降圧する必要がないため、回路を小型軽量化することができる。

また、発光ダイオードＤ６，Ｄ７を点灯させる点灯回路２０において、整流回路１０の出力側から順方向に定電流ダイオードＤ５が接続されているので、電圧が変動しても発光ダイオードＤ６，Ｄ７に流れる電流を一定量とすることができる。

また、発光ダイオードＤ６，Ｄ７を点灯させる点灯回路２０において、コンデンサＣと発光ダイオードＤ６，Ｄ７が並列接続されており、電圧制限回路３０により点灯回路２０への出力供給が遮断されると、コンデンサＣからの出力供給により発光ダイオードＤ６，Ｄ７を点灯させて、発光ダイオードＤ６，Ｄ７の点灯時間を増加させることができる。

特に、コンデンサＣの容量を大きくすれば、図３（ｂ）に示すように、電圧制限回路３０により点灯回路２０への出力供給が遮断されてから、再び出力供給が開始されるまでの間、コンデンサＣが連続して出力供給を行い発光ダイオードＤ６，Ｄ７を点灯させるので、発光ダイオードＤ６，Ｄ７を常に点灯させることができる。
従って、交流電源ＡＣの出力電圧がＶ₁とＶ₂のように変動しても、図３（ｂ）と図３（ｃ）に示すように、電流が流れる時間がほぼ同じになり、発光ダイオードＤ６，Ｄ７の明るさを大幅に変化することのないようにすることができる。その結果、広範囲の電圧の交流電源に使用することが可能で、２種類の電圧に限定されるというようなことはない。

また、コンデンサＣと発光ダイオードＤ６，Ｄ７は並列接続されており、コンデンサＣに蓄えられた電力はロスなく発光ダイオードＤ６，Ｄ７に与えられるので、電力効率が高い。コンデンサＣと発光ダイオードＤ６，Ｄ７からなる並列回路上に、抵抗等が存在しない構成としているためである。

また、光源として発光ダイオードＤ６，Ｄ７を用いるので、消費電力を抑制することができる。

また、直列接続させる発光ダイオードの数を増減させることで、必要な明るさに応じて簡単に光源を変更することができる。発光ダイオードの数を増減する場合には、同時に電圧制限回路３０の抵抗Ｒ５の値を変更するだけで、整流回路１０からの出力供給の閾値となる設定値Ｖ₀を調整することが可能である。

また、本実施形態に係る光源点灯用回路は、構成が簡単で部品点数が少ない。また使用するコンデンサＣは、５０〜６０Ｈｚ周波の１Ｈｚ以内の放電に対応できればよいので小容量のものでよい。従って、比較的小型である常夜灯の回路として用いることができる。また、従来トランス等を用いて大型化せざるを得なかった表示灯も、小型軽量化することができる。

本発明の実施形態に係る光源点灯用回路の回路構成図である。 本発明の実施形態に係る光源点灯用回路のブロック図である。 本実施形態に係る、光源を流れる電流の大きさを示すグラフである。 整流回路から光源への出力供給を示すグラフである。 従来例に係る、光源を流れる電流の大きさを示すグラフである。

符号の説明

１０ 整流回路
２０ 点灯回路
３０ 電圧制限回路
ＡＣ 交流電源
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ ダイオード
Ｄ５ 定電流ダイオード
Ｄ６，Ｄ７ 発光ダイオード
ＺＤ ツェナーダイオード
Ｑ１，Ｑ２ トランジスタ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６ 抵抗

Claims (5)

1. 交流電源を整流するための整流回路と、前記整流回路の出力により光源を点灯させる点灯回路と、前記整流回路の出力電圧が所定の設定値を超えていない間は前記点灯回路への出力供給を行い、前記整流回路の出力電圧が前記所定の設定値を超えている間は前記点灯回路への出力供給を遮断する電圧制限回路を備えた光源点灯用回路において、
   前記点灯回路は、前記整流回路の出力側から順方向に接続された定電流ダイオードと、前記定電流ダイオードに直列接続されるとともに互いに並列接続されてなるコンデンサ及び光源を有し、
   前記電圧制限回路により前記点灯回路への出力供給が遮断されると、前記コンデンサからの出力供給により前記光源を点灯させることを特徴とする光源点灯用回路。
2. 前記電圧制限回路により前記点灯回路への出力供給が遮断されると、再び出力供給が開始されるまでの間、連続して前記コンデンサからの出力供給により前記光源を点灯させることを特徴とする請求項１に記載の光源点灯用回路。
3. 前記光源は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光源点灯用回路。
4. 前記光源は、複数の光源が直列接続されることにより構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか一つに記載の光源点灯用回路。
5. 請求項１乃至請求項４のうちいずれか一つに記載の光源点灯用回路を用いた常夜灯又は表示灯。
   

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