JP2008218150A - 照明装置および制御回路 - Google Patents

Abstract

【課題】効率よく点灯することが可能な照明装置を提供すること。
【解決手段】電流が供給されたときに発光を行う光源と、入力電流を光源に発光を行わせるための供給電流として光源へ供給する制御回路と、を有し、制御回路は、光源と直列に接続されたコイルと、所定の周波数の信号を出力する発振器と、信号に基づいてオンおよびオフ動作する第１のトランジスタと、オンおよびオフ動作が第１のトランジスタと同期し、オン期間に入力電流をコイルを介して供給電流として出力する第２のトランジスタと、第２のトランジスタのオフ期間にコイルから出力された電流を還流するダイオードと、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源に供給される電流を制御する照明装置、および制御回路に関する。

従来、交流電源から電流の供給を受ける照明装置では、電球や蛍光灯を光源として用いることが一般的であった。このような照明装置において、近年では、長寿命や低消費電力などの理由によりＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が光源として利用されている場合がある。

ＬＥＤを光源とする照明装置には、ＬＥＤに定格よりも大きな電流が流れないように制限するために抵抗がＬＥＤと直列に接続されている場合がある。この抵抗によって、電源から出力される電圧が降圧されてからＬＥＤに印加されるため、ＬＥＤに流れる電流が制限される。

電流制限手段に抵抗を用いる場合、抵抗の発熱を抑えるためには多数のＬＥＤを直列に接続して小さな電流で駆動させなければならない。すると、ＬＥＤが消灯状態となる期間が長くなるため、ちらつきが発生するという問題が発生する。そこで、このような問題を解決するための照明装置が提案されており、例えば特許文献１（特開平１１−３０７８１５号公報）に開示されている。

図３は、特許文献１に記載の照明装置の構成を示す回路図である。

特許文献１に記載の照明装置は、図３に示すように、整流回路１０と、ＬＥＤ₁₁〜ＬＥＤ_1nで示す複数のＬＥＤが直列に接続されたＬＥＤ群１１と、Ｒ₁₁〜Ｒ_1nで示す複数の抵抗が直列に接続されたバイパス抵抗群１２と、制御回路１３と、を有する。

整流回路１０は、交流を全波整流するための回路であり、４つのダイオードＤ₁₀〜Ｄ₄₀で構成される。

ダイオードＤ₁₀〜Ｄ₄₀は、ブリッジ型に接続されており、ダイオードＤ₁₀のアノードおよびダイオードＤ₄₀のカソードは、交流電源が供給される２つの端子の一方である電源入力端子２００に共通に接続されている。他方の電源入力端子２１０には、ダイオードＤ₂₀のアノードおよびダイオードＤ₃₀のカソードが共通に接続されている。

また、ダイオードＤ₁₀およびＤ₂₀のカソードは、交流電源が全波整流された状態で供給される２つの端子の一方である電源出力端子２２０に共通に接続されている。他方の電源出力端子２３０には、ダイオードＤ₂₀およびダイオードＤ₄₀のアノードが共通に接続されている。

バイパス抵抗群１２は、ＬＥＤ群１１の発光中にＬＥＤ₁₁〜ＬＥＤ_1nの何れかが電流を流せなくなった場合、ＬＥＤ群１１が消灯状態となるのを防ぐためのものであり、抵抗Ｒ₁₁〜Ｒ_1nはＬＥＤ₁₁〜ＬＥＤ_1nのそれぞれと並列に接続されている。

制御回路１３は、トランジスタＱ₁₀と、Ｎチャンネル型ＭＯＳトランジスタＱ₃₀と、定電流駆動回路１４と、電圧比較スイッチング駆動回路１５とを有する。

トランジスタＱ₁₀および定電流駆動回路１４は、ＬＥＤ群１１に流れる電流を一定状態にするためのものであり、定電流駆動回路１４はトランジスタＱ₂₀と、抵抗Ｒ₁₀およびＲ₂₀とを有する。

トランジスタＱ₁₀は、ベースが抵抗Ｒ₂₀を介してコレクタとともにＬＥＤ_1nのカソードに接続されている。エミッタは、トランジスタＱ₂₀のベースとともに抵抗Ｒ₁₀を介して電源出力端子２３０に接続されている。なお、トランジスタＱ₂₀は、コレクタがトランジスタＱ₁₀のゲートに接続されている。また、エミッタが電源出力端子２３０に接続されている。

Ｎチャンネル型ＭＯＳトランジスタＱ₃₀および電圧比較スイッチング駆動回路１５は、ＬＥＤ群１１に流れる電流を増加させるためのものであり、電圧比較スイッチング駆動回路１５は、Ｎチャンネル型ＭＯＳトランジスタＱ₄₀と、４つの抵抗Ｒ₃₀〜Ｒ₆₀とを有する。

Ｎチャンネル型ＭＯＳトランジスタＱ₃₀は、ゲートが抵抗Ｒ₅₀を介して電源出力端子２２０とともに抵抗Ｒ₆₀を介して電源出力端子２３０にそれぞれ接続されている。ドレインは、ＬＥＤ_1nのカソードに接続されている。ソースは、電源出力端子２３０に接続されている。

Ｎチャンネル型ＭＯＳトランジスタＱ₄₀は、ゲートが抵抗Ｒ₃₀を介して電源出力端子２２０とともに抵抗Ｒ₄₀を介して電源出力端子２３０にそれぞれ接続されている。ドレインは、Ｎチャンネル型ＭＯＳトランジスタＱ₃₀のゲートに接続されている。ソースは、電源出力端子２３０に接続されている。

特許文献１に記載の照明装置では、整流回路１０の出力電圧が所定の値以下のときには、トランジスタＱ₁₀は定電流駆動回路１４からゲートに電流が供給されないためオフ状態、Ｎチャンネル型ＭＯＳトランジスタＱ₃₀は電圧比較スイッチング駆動回路１５によりゲート電圧がしきい値よりも高くなるためオン状態となる。このため、ＬＥＤ群１１に流れる電流が増加して、ＬＥＤ郡１１０が消灯状態となる期間が短縮される。

整流回路１０の出力電圧が所定の値よりも高いときには、トランジスタＱ₁₀は定電流駆動回路１４からゲートに電流が供給されるためオン状態、Ｎチャンネル型ＭＯＳトランジスタＱ₃₀は電圧比較スイッチング駆動回路１５によりゲート電圧がしきい値よりも低くなるためオフ状態となる。また、抵抗Ｒ₁₀においてトランジスタＱ₁₀に流れる電流が検出される。

トランジスタＱ₁₀がオン状態の場合、整流回路１０の出力電圧の上昇にともないトランジスタＱ₁₀に流れる電流が増加して抵抗Ｒ₁₀の両端の電圧が大きくなると、トランジスタＱ₂₀がオン状態となりトランジスタＱ₁₀に流れる電流が減少する。このようにして、電圧が上昇してもＬＥＤ群１１に流れる電流が一定となるように制限される。

特許文献１に記載の照明装置によれば、トランジスタＱ₁₀およびＮチャンネル型ＭＯＳトランジスタＱ₃₀が整流後の出力電圧値に応じてスイッチング動作することによって、ちらつきを発生させずにＬＥＤに流れる電流を制限することが可能となる。
特開平１１−３０７８１５号公報

ＬＥＤを光源とする照明装置において電流制限手段（抵抗または制御回路）が設けられた場合、電流制限手段の消費電力は、電源からの供給電力のうちＬＥＤの発光で消費されない電力損失となる。

特許文献１に記載の照明装置において、制御回路１３には整流後の出力電圧からＬＥＤの順方向電圧の総和を差し引いた電圧が常に印加されている。また、制御回路１３はトランジスタＱ₁₀またはＮチャンネル型ＭＯＳトランジスタＱ₃₀のどちらか一方がオン状態であるため、常に電流が流れている。これにより、制御回路１３にはＬＥＤの発光時に定常的に電力損失が発生していると考えられ、電力効率が悪くなるという問題が起こり得る。

本発明は、上述したような問題を解決するためになされたものであり、効率よく点灯することが可能な照明装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の照明装置は、
電流が供給されたときに発光を行う光源と、
入力電流を前記光源に発光を行わせるための供給電流として前記光源へ供給する制御回路と、を有し、
前記制御回路は、
前記光源と直列に接続されたコイルと、
所定の周波数の信号を出力する発振器と、
前記信号に基づいてオンおよびオフ動作する第１のトランジスタと、
オンおよびオフ動作が前記第１のトランジスタと同期し、オン期間に前記入力電流を前記コイルを介して前記供給電流として出力する第２のトランジスタと、
前記第２のトランジスタのオフ期間に前記コイルから出力された電流を還流するダイオードと、
を有する。

また、交流電源を整流して制御回路に出力する整流回路を有することとしてもよい。

また、前記制御回路は、前記供給電流の出力周波数の設定を前記コイルとともに行うためのコンデンサを有することとしてもよい。

また、光源がＬＥＤ、または有機ＥＬであることとしてもよい。

本発明では、第２のトランジスタのオンおよびオフ期間は発振器の出力信号に基づいて予め設定されており、オン期間のときには電源から制御回路に電流が入力される。そして、入力された電流はコイルを介して光源に供給される。このとき、コイルには電気エネルギが蓄積される。

また、第２のトランジスタがオフ期間のときには電源から制御回路への電流入力は行われず、コイルから出力された電流がダイオードを介して還流されて光源に供給される。このとき、コイルに蓄積された電気エネルギは、光源で消費される。これにより、第２のトランジスタがオフ期間のときに制御回路には電力損失が発生しない。

本発明によれば、光源への電流供給の制御を行う制御回路にはＬＥＤの発光時に定常的な電力損失が発生しないため、電源からの供給電力に対して効率よく点灯することが可能となる。

本実施形態の照明装置の構成について説明する。

図1は、本実施形態の照明装置の構成の一例を示す回路図である。

本実施形態の照明装置は、図1に示すように、フィルタ回路１と、整流回路２と、ＬＥＤ₁〜ＬＥＤ_nで示す複数のＬＥＤと、制御回路３とを有する。

フィルタ回路１は、交流電源から伝送されるノイズである雑音端子電圧を取り除くための回路であり、交流電源と整流回路２との間に挿入されている。なお、フィルタ回路１の構成は、特に限定されるものでなく従来と同様でよい。

整流回路２は、交流を全波整流するための回路であり、４つのダイオードＤ₁〜Ｄ₄で構成される。

ダイオードＤ₁〜Ｄ₄は、ブリッジ型に接続されており、ダイオードＤ₁のアノードおよびダイオードＤ₄のカソードは、フィルタ回路１を介して交流電源が供給される２つの端子の一方である電源入力端子２０に共通に接続されている。他方の電源入力端子２１には、ダイオードＤ₂のアノードおよびダイオードＤ₃のカソードが共通に接続されている。

また、ダイオードＤ₁およびＤ₂のカソードは、全波整流された交流電源が供給される２つの端子の一方である電源出力端子２２に共通に接続されている。他方の電源出力端子２３には、ダイオードＤ₃およびダイオードＤ₄のアノードが共通に接続されている。

制御回路３は、トランジスタＱ₁およびＱ₂と、３つの抵抗Ｒ₁〜Ｒ₃と、発振器４と、ダイオードＤ₅と、コイルＬ₁と、コンデンサC₁と、を有する。

トランジスタＱ₁は、ｎｐｎ構造であり、ベースが抵抗Ｒ₃を介して発振器４に接続されている。コレクタは、抵抗Ｒ₁を介してトランジスタＱ₂のベースに接続されている。また、エミッタは、電源出力端子２３に接続されている。

トランジスタＱ₂は、ｐｎｐ構造であり、ベースが抵抗Ｒ₁を介してトランジスタＱ₁のコレクタに接続されている。またベースは、抵抗Ｒ₂を介してエミッタとともに電源出力端子２２に接続されている。コレクタは、コイルＬ₁を介してＬＥＤ₁のアノードに接続されている。

発振器４は、所定の周波数で信号を出力する。所定の周波数は、交流電源の周波数より十分大きくなるように設定する。例えば、交流電源の周波数が６０Ｈｚの場合、２０〜５００ｋＨｚの範囲内に設定することが望ましい。

ダイオードＤ₅は、アノードが電源出力端子２３に接続されている。カソードは、トランジスタＱ₂のコレクタとともにコイルＬ₁を介してＬＥＤ₁のアノードに接続されている。

コンデンサC₁は一方がコイルＬ₁を介してトランジスタＱ₂のコレクタおよびダイオードＤ₅のカソードに接続されている。他方は、電源出力端子２３に接続されている。

コイルＬ₁およびコンデンサC₁は、インダクタンス値と容量値に基づいて設定される特定の周波数（カットオフ周波数）よりも低い周波数帯の信号だけが出力されるローパスフィルタの回路構成となっている。コイルＬ₁のインダクタンス値、およびコンデンサC₁の容量値は、カットオフ周波数が交流電源の周波数よりも大きく、かつ発振器４の出力周波数よりも小さくなるように設定する。

なお、トランジスタＱ₂のエミッタと、電力出力端子１０３との間にコンデンサＣ₂を挿入すると、トランジスタＱ₂のスイッチング動作で発生するノイズを抑えることが可能となる。この場合、コンデンサＣ₂の容量値は１μＦ以下にすることが望ましい。

次に、本実施形態の照明装置の動作について説明する。

まず、発振器４から所定の周波数で出力される信号に基づくトランジスタＱ₁およびＱ₂の動作について説明する。

トランジスタＱ₁は、発振器４から入力される信号がハイレベルのときにオン状態となる。このとき、トランジスタＱ₂のエミッタからベースに電流が流れるため、トランジスタＱ₂もオン状態となる。一方、発振器４から入力される信号がローレベルのとき、トランジスタＱ₁はオフ状態となる。すると、エミッタからベースに電流が流れないため、トランジスタＱ₂もオフ状態となる。すなわち、トランジスタＱ₁およびＱ₂は、オンおよびオフ動作が同期するともに、オン期間およびオフ期間が予め設定されている。

次に、ＬＥＤに電流が供給される動作について説明する。

図２は、本実施形態の照明装置の出力波形の一例を示す概略図である。ここでは、交流電源の出力電圧および出力周波数は、それぞれ１００Ｖｒｍｓ、６０Ｈｚとする。

Ｉ_ACは交流電源から供給される交流電流、Ｉ_LEDはＬＥＤに供給される電流をそれぞれ示す。また、Ｖ₁は制御回路３の入力電圧、Ｖ₂は制御回路３の出力電圧をそれぞれ示す。

交流電流Ｉ_ACがフィルタ回路１を介して整流回路２に入力されると、交流電流Ｉ_ACは全波整流される。

続いて、整流回路２において全波整流された電流は、トランジスタＱ₂のオン期間に制御回路３へ入力される。そして、制御回路３においてコイルＬ₁を介して電流Ｉ_LEDに変換されてＬＥＤに供給される。このとき、コイルＬ₁には電気エネルギが蓄積されるとともにコンデンサＣ₁は充電される。

トランジスタＱ₂のオフ期間には、コイルＬ₁から出力された電流がダイオードＤ₅を介して還流されてＬＥＤに供給される。

本実施形態では、制御回路３において、トランジスタＱ₂のオンおよびオフ期間が発振器４から出力される信号に基づいて予め設定されており、オン期間には整流回路２から入力された電流がコイルＬ₁を介してＬＥＤに供給される。このとき、コイルＬ₁には電気エネルギが蓄積される。

一方、オフ期間には、整流回路２から電流入力は行われずコイルＬ₁より出力された電流がダイオードＤ₅介して還流されてＬＥＤに供給される。このとき、コイルＬ₁に蓄積された電気エネルギはＬＥＤで消費されるため、制御回路３で電力損失は発生しない。

本実施形態によれば、ＬＥＤの発光時に制御回路３には定常的な電力損失が発生しない。これにより、電力損失が小さくなるため、効率よく点灯することが可能となる。

また、コイルＬ₁とコンデンサＣ₂とからなるローパスフィルタにおいて、電流Ｉ_LEDの出力周波数は、トランジスタＱ₂のスイッチング動作で発生した高周波のリップル成分が取り除かれて交流電源の交流成分が残ったものとなる。これにより、電流Ｉ_LEDと電圧Ｖ₂とは位相差が小さくなるため、力率は高いものとなる。力率が高い場合には、電源配線の電流負担が小さくなるため、一つの電源からより多くの照明装置に電流を供給することが可能となる。

なお、本実施形態では、フィルタ回路１の入力側にコンセントに対応するプラグを設けた場合、読書灯などのスポット照明器具、または庭園灯として利用可能となる。

また、光源はＬＥＤに限定されず、電流が供給されたときに発光するものであればよい。例えば、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）を用いることとしてもよい。

また、トランジスタＱ₁およびトランジスタＱ₂の代わりに電界効果トランジスタ、またはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いてもよい。これらのトランジスタも、入力信号の状態に応じてオンおよびオフ動作を行うからである。

本実施形態の照明装置の構成の一例を示す回路図である。 本実施形態の照明装置の出力波形を示す概略図である。 特許文献１に記載の照明装置の構成を示す回路図である。

符号の説明

１ フィルタ回路
２、１０ 整流回路
３、１３ 制御回路
４ 発振器
１４ 定電流駆動回路
１５ 電圧比較スイッチング駆動回路

Claims (7)

1. 電流が供給されたときに発光を行う光源と、
   入力電流を前記光源に発光を行わせるための供給電流として前記光源へ供給する制御回路と、を有し、
   前記制御回路は、
   前記光源と直列に接続されたコイルと、
   所定の周波数の信号を出力する発振器と、
   前記信号に基づいてオンおよびオフ動作する第１のトランジスタと、
   オンおよびオフ動作が前記第１のトランジスタと同期し、オン期間に前記入力電流を前記コイルを介して前記供給電流として出力する第２のトランジスタと、
   前記第２のトランジスタのオフ期間に前記コイルから出力された電流を還流するダイオードと、
   を有することを特徴とする照明装置。
2. 請求項１に記載の照明装置において、
   交流電源を整流して制御回路に出力する整流回路を有することを特徴とする照明装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の照明装置において、
   前記制御回路は、前記供給電流の出力周波数の設定を前記コイルとともに行うためのコンデンサを有することを特徴とする照明装置。
4. 請求項１ないし請求項３に記載の照明装置において、
   光源がＬＥＤ、または有機ＥＬである照明装置。
5. 電流が供給されたときに発光を行う光源に対して、入力電流を前記光源に発光を行わせるための供給電流として前記光源へ供給する制御回路であって、
   前記光源と直列に接続されたコイルと、
   所定の周波数の信号を出力する発振器と、
   前記信号に基づいてオンおよびオフ動作する第１のトランジスタと、
   オンおよびオフ動作が前記第１のトランジスタと同期し、オン期間に前記入力電流を前記コイルを介して前記供給電流として出力する第２のトランジスタと、
   前記第２のトランジスタのオフ期間に前記コイルから出力された電流を還流するダイオードと、
   を有することを特徴とする照明装置の制御回路。
6. 請求項５に記載の制御回路において、
   交流電源を整流して前記制御回路への入力電流とする整流回路を有することを特徴とする制御回路。
7. 請求項５または請求項６に記載の制御回路において、
   前記供給電流の出力周波数の設定を前記コイルとともに行うためのコンデンサを有することを特徴とする制御回路。

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