JP2007147668A

JP2007147668A - 交流用ｌｅｄ点灯回路

Info

Publication number: JP2007147668A
Application number: JP2005337951A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kodaira; 攻小平
Original assignee: Tohken Co Ltd
Current assignee: Tohken Co Ltd
Priority date: 2005-11-24
Filing date: 2005-11-24
Publication date: 2007-06-14

Abstract

【課題】ＡＣ２００Ｖでの駆動をも可能とする交流用ＬＥＤ点灯回路を提供する。
【解決手段】交流電源、整流器、第１の定電流回路、第１の定電流回路の出力電流よりも少ない電流を出力する第２の定電流回路、電圧制限抵抗及び複数のＬＥＤを直列に接続し、かつ、前記第２の定電流回路の入力端子と出力端子との間にブリーダ抵抗を挿入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、商用電源による発光ダイオード（ＬＥＤ）の点灯若しくは明滅により広告、装飾等のサインを表示するサイン表示装置の交流用ＬＥＤ点灯回路に関し、特に、電源電圧がＡＣ２００Vの場合でも動作可能な交流用ＬＥＤ点灯回路にする。

従来、広告や装飾用として使用されるサイン表示装置は、表示領域を構成する発光体の発光源としてネオン管を用いたネオンサインや、フィラメント発光する電球や蛍光表示管を用いたものが主であり、色彩変化による強い印象を与える媒体として古くから活用されている。これらのネオンサインや電球照明広告の代用としては、消費電力や耐久性などの点で利点のあるＬＥＤ（発光ダイオード）を利用したサイン表示装置が実現されつつある。ＬＥＤは、上記のような利点の他、発光部の形状の自由度、光の三原色を利用した色彩の表現の自由度にも優れており、また、ネオン管等と同様に昼間でも明るく人目を惹き付けることができるため、例えば交通信号機の信号灯器や道路標識などにも適用されつつある。このように、表示領域を構成する発光体の発光源としてＬＥＤを用いたサイン表示装置は、広告や装飾用に限らず、種々の情報を表示する装置としても適用することが可能である。

ところで、上述のようなサイン表示装置は、電源としては商用電源が使用されるが、ＬＥＤは原理的に直流で駆動され、その電圧は数ボルト以下である。そこで、商用電源を用いてＬＥＤを点灯させる場合は、ＬＥＤと電流制限抵抗を直列につないで電流を制限する方式がとられる。しかし、商用電源で直接ＬＥＤを点灯する方法は、電流制限抵抗の発熱を抑えるために多数（約４０個〜６０個）のＬＥＤと電流制限抵抗を直列につないで点灯させる必要がある。また、この方式では商用電源の電圧変動に大きく左右されて、明るさのバラツキを生じるという問題があった。

かかる問題点を解決したものとして、本願の発明者は、多数のＬＥＤを用いたサイン表示装置において、各ＬＥＤを点灯するための電流制限抵抗を極力小さくし発熱を抑え、電源電圧の変動が生じてもＬＥＤの明るさが極力変化しないようにし、また、電圧が変化したときにおこしやすいＬＥＤの熱暴走を防ぐことができる交流用ＬＥＤ点灯回路を先に提案している（特許文献１参照）。

特開２００４−９３６５７公報

しかしながら、かかる従来の交流用ＬＥＤ点灯回路(図７)には次のような問題点がある。すなわち、図７において、電源電圧をＡＣ２００Ｖ±１０％（実効値）にしてＬＥＤ回路を点灯させようとすると、三端子レギュレータ（ＩＣ１）の入力ＩＮの電圧は最大で（２２０−１８０）×√２＝５６Ｖ変動するため、この変動をＩＣ１のＶ_ＩＮ−Ｖ_ＯＵＴ間の電圧変化で吸収する必要があるが、三端子レギュレータのＶ_ＩＮ−Ｖ_ＯＵＴ間の耐圧電圧は約４０Ｖであるためこれを吸収することはできない。従って、この交流用ＬＥＤ点灯回路ではＡＣ２００Ｖ±１０％では駆動できないという問題があった。

本発明はかかる従来技術の問題点に鑑み為されたものであり、各ＬＥＤを点灯するための電流制限抵抗を極力小さくして発熱を抑え、電源電圧の変動が生じてもＬＥＤの明るさが極力変化しないようにし、また、電圧が変化したときにおこしやすいＬＥＤの熱暴走を防ぐことができるという従来の交流用ＬＥＤ点灯回路の長所を維持しつつ、ＡＣ２００Ｖでの駆動をも可能とする交流用ＬＥＤ点灯回路を提供することを目的とする。

本発明は、表示領域を構成する発光体としてＬＥＤを用いたサイン表示装置の交流用ＬＥＤ点灯回路に関するものであり、本発明の上記目的は、交流電源、整流器、第１の定電流回路、該第１の定電流回路の出力電流よりも少ない電流を出力する第２の定電流回路、電圧制限抵抗及び複数のＬＥＤが直列に接続され、かつ、前記第２の定電流回路の入力端子と出力端子との間にブリーダ抵抗を挿入したことを特徴とするサイン表示装置の交流用ＬＥＤ点灯回路によって達成される。

また、本発明の上記目的は、前記定電流回路が、可変型三端子レギュレータと、該可変型三端子レギュレータの出力端子とＡＤＪ端子との間に挿入された電流調整抵抗とで構成されるものであり、前記可変型三端子レギュレータの入力端子を前記定電流回路の入力端子とし、前記可変型三端子レギュレータのＡＤＪ端子を前記定電流回路の出力端子としたことを特徴とする前記サイン表示装置の交流用ＬＥＤ点灯回路によって効果的に達成される。

本発明に係る交流用ＬＥＤ点灯回路によれば、交流半波の電流の所定値以上の部分をカットして一定の電流値とする定電流回路を有し、この定電流回路を介してＬＥＤを点灯させるようにしているので、電源電圧の変動による明るさの変化を極めて少なくすることができ、且つ、過電流によるＬＥＤの劣化を防ぐことができる。

また、電流値の異なる定電流回路を２段設け、一方の定電流回路の入力−出力間にブリーダ抵抗を挿入し、他方の定電流回路との出力電流の差分をバイパスさせることにより、ＡＣ２００Ｖ印加時の電圧変動分を、片方の定電流回路が過電圧になることなく、２つの定電流回路にバランスよく分散させることができるので、電流調整回路に市販の三端子レギュレータを利用したＡＣ２００Ｖ用のＬＥＤ点灯回路の設計が可能となる。

本発明に係る交流用ＬＥＤ点灯回路は、商用電源(特にＡＣ２００Ｖ)によるＬＥＤの点灯若しくは明滅により広告，装飾等のサインを表示するサイン表示装置に好適に利用されるものであり、従来のネオンサインや電球照明広告の代用として、ＬＥＤを用いた種々のサイン表示装置を提供可能とするものである。なお、サイン表示装置の全体構成や、その表示領域を構成するＬＥＤの点灯順序や点灯速度の制御については、公知の技術を利用し得るものとし、ここでは説明を省略し、以下、本発明に係る交流用ＬＥＤ点灯回路の構成について説明する。

図１は、本発明に係るサイン表示装置の交流用ＬＥＤ点灯回路の一例を示す回路ブロック図であり、交流電源（ＡＣ２００Ｖ）、整流器Ｑ_１、第１の定電流回路１、第１の定電流回路１の出力電流よりも少ない電流を出力する第２の定電流回路２、電圧制限抵抗Ｒ及び複数のＬＥＤ（Ｄ_１〜Ｄ_ｎ）が直列に接続され、かつ、第２の定電流回路２の入力端子と出力端子との間にブリーダ抵抗Ｒ_Ｂを挿入したものである。ブリーダ抵抗Ｒ_Ｂには、定電流回路１の出力電流Ｉ_１と定電流回路２の出力電流Ｉ_２との差に相当する電流（Ｉ_１−Ｉ_２）が流れるので、ブリーダ抵抗Ｒ_Ｂの抵抗値を適当に定めることにより、定電流回路２が定電流動作をしている限り、定電流回路２の入力−出力間の電圧は所定の値にクリップされるので、ＡＣ電源電圧の変動分を片方の定電流回路が過電圧になることなく、２つの定電流回路にバランスよく振り分けることが可能となる。また、電圧制限抵抗Ｒの抵抗値は、電源電圧の最大ピーク値から、二つの定電流回路におけるＶ_ＩＮ−Ｖ_ＯＵＴ間の負担電圧の合計、及びＬＥＤの順方向バイアス電圧（白色、青色、緑色のとき約３．５Ｖ、赤色のとき約１．９Ｖ）×個数分の電圧を差し引いた分の電圧と、回路の全負荷電流（Ｉ_１）とを考慮して決められる。なお、電圧制限抵抗Ｒは複数個に分割して直列に接続し、熱の分散を行うこともできる。

図２は図１における定電流回路の具体的な設計例を示すものであり、ＩＣ１は出力電圧を可変できる可変型三端子レギュレータであり、出力端子（ＯＵＴ）とＡＤＪ端子との間に電流調整抵抗（Ｒ１）を挿入することにより、出力電流を一定に制御できることが特徴となっている。例えば、ナショナル・セミコンダクタ社の「ＬＭ３１７」、テキサス・インスツルメンツ社の「ＴＬ３１７」等が利用可能である。

なお、本実施例では、図１における定電流回路の入力端子が図２におけるＩＣ１の入力端子に、定電流回路の出力端子が図２におけるＩＣ１のＡＤＪ端子になるように設計されている。

図３は本発明に係るサイン表示装置の交流用ＬＥＤ点灯回路の実施例を示すものであり、図３において、ＩＣ１及びＩＣ２はいずれもＬＭ３１７であり、Ｒ_１＝５２Ω、Ｒ_２＝５４．３Ω、Ｒ_３＝７．４ｋΩ、Ｒ_Ｂ＝２２ｋΩ（及び３０ｋΩ）、ＬＥＤは白色ＬＥＤを２２個使用した。また、電流計を直列に挿入し、全負荷電流を測定した。ＡＣ電源電圧は１８０Ｖ〜２２０Ｖ（実効値）まで変化させて測定した。

図４はＡＣ電源電圧を２００Ｖ、Ｒ_Ｂ＝２２ｋΩとしたときの各点（a,b,c,d）の電圧、及び回路の全負荷電流の変化を示す波形図である。図４（Ａ）はＡＣ電源から見て前段にあるＩＣ１のＶ_ＩＮ−Ｖ_ＯＵＴ間の電圧Ｖ_Ａの変化を示している。波形がフラットの区間（電気角）はＩＣ１が定電流動作をしていることを表している。（Ｂ）は後段にあるＩＣ２のＶ_ＩＮ−Ｖ_ＯＵＴ間の電圧Ｖ_Ｃの変化を表しており、Ｖ_Ｃはブリーダ抵抗ＲＢの両端の電圧に等しい。図（Ｂ）においてＶ_Ｃがフラットになっている区間はＩＣ２が定電流動作をしている区間であり、ブリーダ抵抗Ｒ_Ｂには、ＩＣ１の出力電流（約24mA）とＩＣ２の出力電流（約23mA）の差である約１mAが流れていることを示している（２２ｋΩ×１mA＝２２Ｖ）。

また、Ｖ_Ａ＝２０Ｖ、Ｖ_Ｃ＝２２Ｖであり、両者のＩＣにおける負担電圧がほどよくバランスしているのが分かる。

図５（Ａ）はブリーダ抵抗Ｒ_Ｂを変えずに、ＡＣ電源電圧を１０％ずつ上下に変化させた場合の各点の電圧及び電流の波形を示すものである。

ＡＣ１８０Ｖの場合は、Ｖ_Ａ＝Ｖ_Ｃ＝０であり、定電流動作はしていない。２５４Ｖは電圧制限抵抗Ｒ３による電圧降下分と、ＬＥＤの順方向バイアス電圧の合計である。

ＡＣ２２０Ｖの場合は、Ｖ_Ａ＝３５Ｖ、Ｖ_Ｃ＝２２Ｖであり、二つのＩＣでＡＣ電源電圧の変動分をカバーできていることが分かる。なお、Ｖ_Ｃが２００Ｖの場合と同じ２２Ｖとなっているのは、定電流動作区間ではＲ_Ｂによって電圧が自動的にクリップされてしまうからである。

図５（Ｂ）はブリーダ抵抗Ｒ_Ｂを３０ｋΩに変え、ＡＣ電源電圧を２００Ｖ±１０％にした場合の各点の電圧及び電流の波形を示すものである。

ＡＣ２００Ｖの場合はＩＣ２は定電流動作を行っているが、Ｒ_Ｂ＝３０ｋΩであるため、Ｖ_Ｃ＝約３０Ｖになり、そのためにＩＣ１のＶ_ＩＮ−Ｖ_ＯＵＴ間の電圧Ｖ_Ａは０になってしまっている。

また、ＡＣ２２０Ｖの場合は、Ｖ_Ａ＝２７Ｖ、Ｖ_Ｃ＝３０Ｖであり、二つのＩＣでＡＣ電源電圧の変動分をカバーできていることが分かる。なお、Ｖ_Ｃが２００Ｖの場合と同じ約３０Ｖとなっているのは、定電流動作区間ではＲ_Ｂによって電圧Ｖ_Ｃが自動的にクリップされてしまうからである。

図５（Ｃ）は上記ＬＭ３１７の代わりに、その高耐圧版であるＬＭ３１７ＨＶを使用した場合の波形図を示したものである。このＩＣはＶ_ＩＮ−Ｖ_ＯＵＴ間の定格電圧が５７Ｖであり、ＬＭ３１７よりも大きいので、その分、電圧制限抵抗にかかる電圧を減らすことができる。このことは抵抗における発熱を抑えることに寄与する。なお、電圧制限抵抗Ｒの抵抗値を下げたことにより、後段のＩＣ２側での定電流動作が可能になる電気角が生ずるようになった。

図６は本発明に係るサイン表示装置の交流用ＬＥＤ点灯回路の他の構成例（変形例）の一部を示すものである。（Ａ）は電圧制限抵抗Ｒ３が二つの定電流回路の間に配置されたものであり、（Ｂ）はＬＥＤ列が二つの定電流回路の間に配置されたものである。

さらに、（Ｃ）は電圧制限抵抗Ｒ３とＬＥＤ列が二つの定電流回路の間に配置されたものであり、（Ｄ）はＬＥＤ列が定電流回路１の前段（上流側）に配置され、電圧制限抵抗Ｒ３が二つの定電流回路の間に配置されたものである。

このように、本願発明に係るサイン表示装置の交流用ＬＥＤ点灯回路は、整流器、第１の定電流回路、入力−出力間にブリーダ抵抗Ｒ_Ｂが挿入された第２の定電流回路、電圧制限抵抗Ｒ３及び複数のＬＥＤからなるＬＥＤ列が直列に接続されていればよく、第１の定電流回路、第２の定電流回路、電圧制限抵抗Ｒ３及びＬＥＤ列の配置場所は問わない。

本発明に係るサイン表示装置の交流用ＬＥＤ点灯回路の一例を示す回路ブロック図である。図１における定電流回路の具体的な設計例を示すものである。本発明に係るサイン表示装置の交流用ＬＥＤ点灯回路の実施例を示すものである。ＡＣ電源電圧を２００Ｖ、Ｒ_Ｂ＝２２ｋΩとしたときの各点の電圧、及び回路の全負荷電流の変化を示す波形図である。（Ａ）はブリーダ抵抗Ｒ_Ｂを変えずに、ＡＣ電源電圧を１０％ずつ上下に変化させた場合の各点の電圧及び電流の波形を示すものであり、（Ｂ）はブリーダ抵抗Ｒ_Ｂを３０ｋΩに変え、ＡＣ電源電圧を２００Ｖ±１０％にした場合の各点の電圧及び電流の波形を示すものである。図５（Ｃ）は、ＩＣ１及びＩＣ２として、ＬＭ３１７の代わりにその高耐圧版であるＬＭ３１７ＨＶを使用した場合の波形図を示したものである。本発明に係るサイン表示装置の交流用ＬＥＤ点灯回路の他の構成例（変形例）の一部を示すものである。従来の交流用ＬＥＤ点灯回路の一例を示すものである。

Claims

表示領域を構成する発光体としてＬＥＤを用いたサイン表示装置の交流用ＬＥＤ点灯回路であって、該交流用ＬＥＤ点灯回路は、
交流電源、整流器、第１の定電流回路、該第１の定電流回路の出力電流よりも少ない電流を出力する第２の定電流回路、電圧制限抵抗及び複数のＬＥＤが直列に接続され、かつ、
前記第２の定電流回路の入力端子と出力端子との間にブリーダ抵抗を挿入したことを特徴とするサイン表示装置の交流用ＬＥＤ点灯回路。
前記定電流回路が、可変型三端子レギュレータと、該可変型三端子レギュレータの出力端子とＡＤＪ端子との間に挿入された電流調整抵抗とで構成されるものであり、
前記可変型三端子レギュレータの入力端子を前記定電流回路の入力端子とし、前記可変型三端子レギュレータのＡＤＪ端子を前記定電流回路の出力端子としたことを特徴とする請求項１に記載のサイン表示装置の交流用ＬＥＤ点灯回路。
前記交流電源の電圧がＡＣ２００Ｖ±１０％(実効値)であることを特徴とする請求項１又は２に記載のサイン表示装置の交流用ＬＥＤ点灯回路。