JP2009016493A - Ｌｅｄ発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無駄な消費電力を無くし、かつ安定した照度を確保しうるＬＥＤ発光装置を提供する。
【解決手段】複数のＬＥＤ１を直列に接続した回路に直流電圧を加えてＬＥＤ１を発光させるＬＥＤ発光装置において、複数のＬＥＤ１の個々のＬＥＤ１に対して、ＬＥＤ１のオン電圧よりも高いゼナー電圧のゼナーダイオード１０をそのアノード側をＬＥＤ１のカソード側にして並列に接続するとともに、複数のＬＥＤ１に、ＬＥＤ１を流れる電流を電圧に関係なく一定に制御する定電流ダイオード２０を直列に接続してなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を直列に接続した回路に直流電圧を加えてＬＥＤを発光させるＬＥＤ発光装置に関するものである。

図３に示すようなＬＥＤ（発光ダイオード）１は１個あたりの発光照度が、ランプや蛍光灯に比べると少ないため、必要な照度を得るために複数のＬＥＤ１を直列に接続した回路を構成することによって発光させている。
しかし、複数のＬＥＤ１を直列に接続すると、図４に示すように、１個のＬＥＤ１が内部で断線した場合、ＬＥＤ発光装置全体が消灯してしまう。図４（ａ）は、ＬＥＤ１のカソード（Ｋ）側が断線した場合、図４（ｂ）は、ＬＥＤ１のアノード（Ａ）側が断線した場合をそれぞれ示している。

そのため、図５に示すように、数個のＬＥＤ１を直列に接続し、これに電流制限抵抗Ｒを接続した回路を複数のブロック（図５の場合は３つのブロック）を並列して用意することが行われている。
ここで、電流制限抵抗Ｒは、電流制限抵抗Ｒがないと電源から電流がＬＥＤ１に直接流れてＬＥＤ１が破損してしまうので、これを防止するために挿入される。また、電源としては１００Ｖの商用交流電源が使用され、これをその出力側に接続されたダイオードブリッジＤＢで整流するとともに、電解コンデンサＣによって平滑化した直流電圧が複数のブロックに加えられる。なお、商用交流電源とダイオードブリッジＤＢとの間には、過電流防止のためのヒューズとしての抵抗ｒが接続されている。

このような回路によれば、１個のＬＥＤ１が内部断線しても、１つのブロックのみが消灯するだけであり、残りのブロック（図５の場合は２つのブロック）は継続して発光させることができるので、ＬＥＤ発光装置全体としての機能を損なうことはない。

しかしながら、従来技術に係るＬＥＤ発光装置によれば、各ブロックに必然的に電流制限抵抗Ｒを設けなくてはならないため、それら電流制限抵抗Ｒを流れる電流による発熱が大きく、無駄な消費電力となっていた。そのためＬＥＤ自体は低消費電力であるのに対して、その価値が充分に発揮されないといった問題があった。

また、電流制限抵抗Ｒは入力する電源電圧に比例して、電流が決まるため、電源電圧が変動することによってＬＥＤの発光照度が変わるといった問題もあった。

そこで、本発明の目的とするところは、無駄な消費電力を無くし、かつ安定した照度を確保しうるＬＥＤ発光装置を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に記載のＬＥＤ発光装置は、複数のＬＥＤ（１）を直列に接続した回路に直流電圧を加えてＬＥＤ（１）を発光させるＬＥＤ発光装置において、
前記複数のＬＥＤ（１）の個々のＬＥＤ（１）に対して、前記ＬＥＤ（１）のオン電圧よりも高いゼナー電圧のゼナーダイオード（１０）をそのアノード側を前記ＬＥＤのカソード側にして並列に接続するとともに、
前記複数のＬＥＤ（１）に、前記ＬＥＤ（１）を流れる電流を電圧に関係なく一定に制御する定電流ダイオード（２０）を直列に接続してなることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に記載のＬＥＤ発光装置は、複数のＬＥＤ（１）を直列に接続した回路に直流電圧を加えてＬＥＤ（１）を発光させるＬＥＤ発光装置において、
前記複数のＬＥＤ（１）の個々のＬＥＤ（１）に対して、前記ＬＥＤ（１）のオン電圧よりも高いゼナー電圧のゼナーダイオード（１０）をそのアノード側を前記ＬＥＤのカソード側にして並列に接続するとともに、
前記複数のＬＥＤ（１）に、抵抗（３０）を直列に接続してなることを特徴とする。

さらに、本発明の請求項３に記載のＬＥＤ発光装置は、請求項１又は２の構成に加えて、前記電源は交流電源であり、しかも前記直流電圧は、前記交流電源をダイオードブリッジ（ＤＢ）を使い整流して得られたものであることを特徴とする。

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

本発明の請求項１に記載のＬＥＤ発光装置によれば、各ＬＥＤが点灯しているときは、ＬＥＤのオン電圧は、ＬＥＤに並列接続されたゼナーダイオードのゼナー電圧より低いから、ゼナーダイオードには電流は流れることなく、定電流ダイオードで制限された電流がそのままＬＥＤに流れる。
したがって、従来例で示したように、複数のＬＥＤを直列に接続するとともにこれに電流制限抵抗を接続してなる回路を複数ブロック、並列して設ける必要はない。

次にいずれかのＬＥＤが断線した場合は、断線したＬＥＤに並列に配置されたゼナーダイオードに電流が流れるので、回路には電流が流れつづける。
このとき定電流ダイオードに印加される電圧は、ＬＥＤが断線しない状態のものと比較して、ゼナー電圧からＬＥＤのオン電圧を減算した差分だけ減少するが、定電流ダイオードは、自ら流れる電流を一定に調整するので、ＬＥＤの発光照度は断線したＬＥＤのみ減少するが全体としては大差ない。
よって、ＬＥＤが断線したとしても安定した照度を引き続き確保することができる。
また、従来例で示したような抵抗値の大きい電流制限抵抗を設ける必要はないので、無駄な消費電力を無くすることができる。

また本発明の請求項２に記載のＬＥＤ発光装置によれば、各ＬＥＤが点灯しているときは、ＬＥＤのオン電圧は、ＬＥＤに並列接続されたゼナーダイオードのゼナー電圧より低いから、ゼナーダイオードには電流は流れることなく、抵抗で制限された電流がそのままＬＥＤに流れる。
したがって、従来例で示したように、複数のＬＥＤを直列に接続するとともにこれに電流制限抵抗を接続してなる回路を複数ブロック、並列して設ける必要はない。

次にいずれかのＬＥＤが断線した場合は、断線したＬＥＤに並列に配置されたゼナーダイオードに電流が流れるので、回路には電流が流れつづけ、安定した照度を引き続き確保することができる。
また、従来例で示したような抵抗値の大きい電流制限抵抗を設ける必要はないので、無駄な消費電力を無くすることができる。

（第１実施形態）
図１を参照して本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ発光装置について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ発光装置を示す回路構成図である。なお、従来例と同一部分には同一符号を付した。
本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ発光装置は、複数のＬＥＤ１を同じ方向で直列に接続した回路に直流電圧を加えてＬＥＤ１を発光させる装置であり、本実施形態の場合、図示は省略しているが、４０個（特にその数は限定されるものではない）のＬＥＤ１を直列に接続している。

そして、複数のＬＥＤ１の個々のＬＥＤ１に対して、ゼナーダイオード１０を並列に接続している。接続方向は、ゼナーダイオード１０のアノード側をＬＥＤ１のカソード側に接続し、ゼナーダイオード１０のカソード側をＬＥＤ１のアノード側に接続している。なお、ＬＥＤ１のアノード側は、電源のプラス（＋）側に接続され、ＬＥＤ１のカソード側は、電源のマイナス（−）側に接続されている。各ＬＥＤ１の構成は、特に限定されるものではないが、例えば、図３で示したような構成をしている。
また、各ゼナーダイオード１０のゼナー電圧は、各ＬＥＤ１のオン電圧よりも高いものを使用している。ＬＥＤ１のオン電圧は、白色の場合、３〜３．３Ｖ位であるので、これよりも高い、ゼナー電圧を５．１Ｖとするゼナーダイオード１０を使用している。

また、複数のＬＥＤ１の電源側に、定電流ダイオード２０を直列に接続している。これにより、ＬＥＤ１を流れる電流は、電圧の変動に関係なく一定に、ここでは１５ｍＡに制御されるようにしている。なお、定電流ダイオード２０の接続については、複数のＬＥＤ１の電源側に限られず、複数のＬＥＤ１からなる直列回路の任意のＬＥＤ１のマイナス（−）側であってもよい。

また、電源としては１００Ｖの商用交流電源が使用され、これをその出力側に接続されたダイオードブリッジＤＢで整流するとともに、電解コンデンサＣによって平滑化した直流電圧が、上述した複数のＬＥＤ１とそれに対応した複数のゼナーダイオード１０と一つの定電流ダイオード２０で構成される回路に加えられる。なお、商用交流電源とダイオードブリッジＤＢとの間には、過電流防止のためのヒューズとしての抵抗ｒが接続されている。

このように構成されたＬＥＤ発光装置によれば、各ＬＥＤ１が点灯しているときは、ＬＥＤ１のオン電圧は、ＬＥＤ１に並列接続されたゼナーダイオード１０のゼナー電圧より低いから、ゼナーダイオード１０には電流は流れない。
よって、定電流ダイオード２０で制限された電流がそのままＬＥＤ１に流れる。
したがって、図５に示したように、数個のＬＥＤ１を直列に接続するとともにこれに電流制限抵抗Ｒを接続してなる回路を複数ブロック（図５の場合は３つのブロック）、並列して設ける必要はなく、図１に示すように、複数のＬＥＤ１の個々のＬＥＤ１に対して、各ＬＥＤ１のオン電圧よりも高いゼナー電圧のゼナーダイオード１０を並列に接続した回路に対して一つの定電流ダイオード２０を直列に接続してなる回路を１ブロックだけ設けるだけでよい。
これによれば、定電流ダイオード２０で消費される電力は、ＬＥＤ１のオン電圧を３．０Ｖとした場合、２１Ｖ（＝（１００×√２）（波高値）−（３．０Ｖ×４０個））と低く抑えることができ、蛍光灯と同様の明るさを確保しうる。

次にいずれかのＬＥＤ１が断線した場合は、断線したＬＥＤ１に並列に配置されたゼナーダイオード１０に電流が流れるので、回路には電流が流れつづける。
このとき定電流ダイオード２０に印加される電圧は、ＬＥＤ１が断線しない状態のものと比較して、ゼナー電圧からＬＥＤ１のオン電圧を減算した差分だけ減少するが、定電流ダイオード２０は、自ら流れる電流を一定に調整するので、ＬＥＤ１の発光照度は断線したＬＥＤ１のみ減少するが全体としては大差ない。

したがって、ＬＥＤ１が断線したとしても安定した照度を引き続き確保することができる。
また、従来例で示したような抵抗値の大きい電流制限抵抗Ｒを設ける必要はないので、無駄な消費電力を無くすることができる。

（第２実施形態）
次に、図２を参照して本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ発光装置について説明する。図２は、本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ発光装置を示す回路構成図である。第１実施形態と同一部分には同一符号を付した。
本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ発光装置は、第１実施形態で示したものと同様に、複数のＬＥＤ１を直列に接続した回路に直流電圧を加えてＬＥＤ１を発光させる装置であり、４０個のＬＥＤ１を直列に接続している。
また、第１実施形態で示したものと同様に、複数のＬＥＤ１の個々のＬＥＤ１に対して、各ＬＥＤ１のオン電圧よりも高いゼナー電圧のゼナーダイオード１０を並列に接続している。

特に、第２実施形態では、第１実施形態で、複数のＬＥＤ１の電源側に設けられた定電流ダイオード２０にかえて抵抗３０を直列に接続したものである。なお、抵抗３０の接続については、複数のＬＥＤ１の電源側に限られず、複数のＬＥＤ１からなる直列回路の任意のＬＥＤ１のマイナス（−）側であってもよい。
なお、電源としては１００Ｖの商用交流電源が使用され、これをその出力側に接続されたダイオードブリッジＤＢで整流するとともに、電解コンデンサＣによって平滑化した直流電圧が、上述した複数のＬＥＤ１とそれに対応した複数のゼナーダイオード１０と一つの抵抗３０で構成される回路に加えられる。なお、商用交流電源とダイオードブリッジＤＢとの間には、過電流防止のためのヒューズとしての抵抗ｒが接続されている。

これによれば、第１実施形態と同様に、各ＬＥＤ１が点灯しているときは、ＬＥＤ１のオン電圧は、ＬＥＤ１に並列接続されたゼナーダイオード１０のゼナー電圧より低いから、ゼナーダイオード１０に電流は流れることはなく、抵抗Ｒで制限された電流がそのままＬＥＤ１に流れる。
したがって、図５に示したように、数個のＬＥＤ１を直列に接続するとともにこれに電流制限抵抗Ｒを接続してなる回路を複数ブロック（図５の場合は３つのブロック）、並列して設ける必要はなく、図２に示すように、複数のＬＥＤ１の個々のＬＥＤ１に対して、各ＬＥＤ１のオン電圧よりも高いゼナー電圧のゼナーダイオード１０を並列に接続した回路に対して一つの抵抗３０を直列に接続してなる回路を１ブロックだけ設けるだけでよい。
これによれば、抵抗３０で消費される電力は、ＬＥＤ１のオン電圧を３．０Ｖとした場合、２１Ｖ（＝（１００×√２）（波高値）−（３．０Ｖ×４０個））と低く抑えることができ、蛍光灯と同様の明るさを確保しうる。

次にいずれかのＬＥＤ１が断線した場合は、断線したＬＥＤ１に並列に配置されたゼナーダイオード１０に電流が流れるので、回路には電流が流れつづけ、安定した照度を引き続き確保することができる。
また、従来例で示したような抵抗値の大きい電流制限抵抗Ｒを設ける必要はないので、無駄な消費電力を無くすることができる。

本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ発光装置を示す回路構成図である。 本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ発光装置を示す回路構成図である。 ＬＥＤの構成概要を示す図である。 図３に示すＬＥＤの断線の様子を示す図である。 従来例に係るＬＥＤ発光装置を示す回路構成図である。

符号の説明

１ ＬＥＤ（発光ダイオード）
１０ ゼナーダイオード
２０ 定電流ダイオード
３０ 抵抗
Ｃ 電解コンデンサ
ＤＢ ダイオードブリッジ
Ｒ 抵抗
ｒ 抵抗

Claims (3)

1. 複数のＬＥＤを直列に接続した回路に直流電圧を加えてＬＥＤを発光させるＬＥＤ発光装置において、
   前記複数のＬＥＤの個々のＬＥＤに対して、前記ＬＥＤのオン電圧よりも高いゼナー電圧のゼナーダイオードをそのアノード側を前記ＬＥＤのカソード側にして並列に接続するとともに、
   前記複数のＬＥＤに、前記ＬＥＤを流れる電流を電圧に関係なく一定に制御する定電流ダイオードを直列に接続してなることを特徴とするＬＥＤ発光装置。
2. 複数のＬＥＤを直列に接続した回路に直流電圧を加えてＬＥＤを発光させるＬＥＤ発光装置において、
   前記複数のＬＥＤの個々のＬＥＤに対して、前記ＬＥＤのオン電圧よりも高いゼナー電圧のゼナーダイオードをそのアノード側を前記ＬＥＤのカソード側にして並列に接続するとともに、
   前記複数のＬＥＤに、抵抗を直列に接続してなることを特徴とするＬＥＤ発光装置。
3. 前記電源は交流電源であり、しかも前記直流電圧は、前記交流電源をダイオードブリッジを使い整流して得られたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤ発光装置。

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