JP2009230973A

JP2009230973A - 照明装置

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Publication number: JP2009230973A
Application number: JP2008073428A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Otake; 寛和大武; Keiichi Shimizu; 恵一清水; Toshiyuki Hiraoka; 敏行平岡; Nobuo Shibano; 信雄柴野; Kiyoshi Nishimura; 潔西村; Tomohiro Sanpei; 友広三瓶
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2008-03-21
Filing date: 2008-03-21
Publication date: 2009-10-08

Abstract

【課題】光出力を向上し、かつ、入力電流中の高調波電流を抑制したＬＥＤランプを提供する。
【解決手段】電源電圧位相に対応してトランジスタQ1₁〜Q1_Nのいずれかを選択的にオンさせることで点灯させるＬＥＤ16の個数を電源電圧変化に対応して制御する。電源電圧が比較的低い位相区間でも少なくともいずれかのＬＥＤ16を点灯させることが可能になり、光出力が向上する。入力電流の導通区間を拡げ、電流導通角が狭くなることがないので、入力電流中の高調波電流を抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、互いに直列に接続された複数のＬＥＤを点灯制御する照明装置に関する。

従来、ＬＥＤを複数直列に接続したＬＥＤモジュールを、電源に対して接続した照明装置が知られている。このような照明装置では、ＬＥＤモジュールに対して直列に定電流スイッチ手段であるトランジスタが接続され、このトランジスタによって、ＬＥＤモジュールに対して限流している（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００７−９６２８７号公報(第６−７頁、図１)

上述の照明装置は、部品点数が少ないという利点を有しているものの、ＬＥＤモジュールの直列に接続するＬＥＤの数を増加させると、ＬＥＤモジュールの導通開始電圧が上昇し、電流導通角が狭くなって入力電流に高調波電流が多くなり、より高い光出力を得るためにＬＥＤの個数を増加させても、それによって得られる効果が低減してしまうという問題点を有している。

また、例えば交流電源を整流素子によって整流した後、平滑用のコンデンサを挿入して電圧を平滑することも考えられるものの、この場合でも入力電流の導通角は狭くなり、入力電流に高調波電流が多くなってしまうという問題がある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、光出力を向上し、かつ、入力電流中の高調波電流を抑制した照明装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の照明装置は、互いに直列に接続された複数のＬＥＤと；各ＬＥＤにそれぞれ接続され、電源電圧位相に対応していずれかが選択的にオンされることで定電流を流して点灯させるＬＥＤの個数を電源電圧変化に対応して制御する複数の定電流スイッチ手段を備えた点灯回路と；を具備しているものである。

定電流スイッチ手段は、例えばトランジスタなどが用いられる。

そして、電源電圧位相に対応して定電流スイッチ手段のいずれかが選択的にオンされることで点灯させるＬＥＤの個数を電源電圧変化に対応して制御することにより、電源電圧が比較的低い位相区間でも少なくともいずれかのＬＥＤを点灯させるように電流を流すことが可能になり、光出力が向上するとともに、電流導通角が狭くなることがなく、入力電流中の高調波電流が抑制される。

請求項２記載の照明装置は、請求項１記載の照明装置において、電源電圧の高い位相で導通するＬＥＤに接続される定電流スイッチ手段は、電源電圧の低い位相で導通するＬＥＤに接続される定電流スイッチ手段よりもＬＥＤに流す定電流が大きく設定されているものである。

そして、電源電圧の低い位相で導通するＬＥＤに接続される定電流スイッチ手段によりＬＥＤに流す定電流を、電源電圧の高い位相で導通するＬＥＤに接続される定電流スイッチ手段によりＬＥＤに流す定電流よりも大きく設定することで、入力電流が電源電圧の波形に対応した階段状となり、この入力電流中の高調波電流がより抑制される。

請求項１記載の照明装置によれば、電源電圧位相に対応して定電流スイッチ手段のいずれかが選択的にオンされることで点灯させるＬＥＤの個数を電源電圧変化に対応して制御することにより、電源電圧が比較的低い位相区間でも少なくともいずれかのＬＥＤを点灯させるように電流を流すことが可能になり、光出力を向上できるとともに、電流導通角が狭くなることがなく、入力電流中の高調波電流を抑制できる。

請求項２記載の照明装置によれば、請求項１記載の照明装置の効果に加えて、電源電圧の低い位相で導通するＬＥＤに接続される定電流スイッチ手段によりＬＥＤに流す定電流を、電源電圧の高い位相で導通するＬＥＤに接続される定電流スイッチ手段によりＬＥＤに流す定電流よりも大きく設定することで、入力電流が電源電圧の波形に対応した階段状となり、この入力電流中の高調波電流をより抑制できる。

以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。

図１ないし図５に第１の実施の形態を示し、図１は照明装置の回路図、図２は照明装置の側面図、図３は照明装置の一部を示す平面図、図４は照明装置の電源電圧と各定電流スイッチ手段のオンのタイミングとを示すタイミングチャート、図５は照明装置の電源電圧と入力電流との関係を示す説明図である。

図１ないし図３において、11は照明装置としてのＬＥＤ照明装置である電球形のＬＥＤランプであり、このＬＥＤランプ11は、発光部12と、この発光部12を支持する支持部13と、発光部12を覆って支持部13に取り付けられるグローブであるカバー14とを備えている。

発光部12は、複数のＬＥＤ16を実装したＬＥＤ基板17と、このＬＥＤ基板17と電気的に接続されてＬＥＤ16を点灯させる点灯回路18を備えた図示しない点灯回路基板とを備えている。

ＬＥＤ16は、例えば青色の光を発する青色ＬＥＤチップと、この青色ＬＥＤチップを覆う樹脂部とを備えている。そして、この樹脂部内には、青色ＬＥＤチップが発する青色光の一部により励起されて青色の補色である黄色の光を主として放射する蛍光体が混入されており、各ＬＥＤ16が白色系の照明光を得られるように構成されている。また、各ＬＥＤ16は、互いに直列に接続されている。なお、以下、ＬＥＤ16の個数をＮ個(Ｎは２以上の整数)として電源電圧の高い位相側すなわち高圧側から電源電圧の低い位相側すなわち低圧側へと順次ＬＥＤ16₁，16₂，…，16_Nというものとする。また、以下、下付きの符号は、同一の下付きの符号を有するＬＥＤ16に対応するものとし、これら下付きの符号を省略して記載することもある。

ＬＥＤ基板17は、一主面にＬＥＤ16₁，16₂，…，16_Nが実装され、図示しない螺子などにより支持部13に固定されている。

点灯回路18は、商用交流電源ｅにノイズカット用のコンデンサC1を介してブリッジダイオードなどの全波整流素子である整流素子RECの入力端子が接続され、この整流素子RECの出力端子に平滑用のコンデンサC2を介してＬＥＤ16の個数(例えばＮ個)に対応する点灯制御部21(点灯制御部21₁〜21_N)が順次接続されている。なお、以下、特記しない限り、各点灯制御部21の各素子の特性は全て略同等であるものとする。

各点灯制御部21(点灯制御部21₁〜21_N)は、図１に示すように、分圧用の抵抗R1(抵抗R1₁〜R1_N-1)および抵抗R2(抵抗R2₁〜R2_N)と、バイアス設定用の逆方向のツェナダイオードZD1(ツェナダイオードZD1₁〜ZD1_N)との直列回路がコンデンサC2に対して並列に接続され、抵抗R2とツェナダイオードZD1との接続点に定電流スイッチ手段としてのＮＰＮ型のトランジスタQ1(トランジスタQ1₁〜Q1_N)のベースが接続されている。また、各トランジスタQ1のコレクタは、対応するＬＥＤ16(ＬＥＤ16₁〜16_N)のカソード側にそれぞれ接続され、トランジスタQ1のエミッタは、トランジスタQ1とともに電流制限手段をなす抵抗R3(抵抗R3₁〜R3_N)を介してツェナダイオードZD1のアノード側に接続されている。

ツェナダイオードZD1は、各トランジスタQ1のベース電位を設定するためのものである。

さらに、点灯制御部21_Nを除く点灯制御部21₁〜21_N-1のそれぞれには、各トランジスタQ1のオンオフを制御する切換部23(切換部23₁〜23_N-1)が接続されている。各切換部23(切換部23₁〜23_N-1)は、整流素子RECの入力端子にそれぞれ接続された順方向のダイオードD1，D2のカソード側に、逆方向のツェナダイオードZD2(ツェナダイオードZD2₁〜ZD2_N-1)、分圧用の抵抗R4(抵抗R4₁〜R4_N-1)および抵抗R5(抵抗R5₁〜R5_N-1)の直列回路が接続され、抵抗R5がツェナダイオードZD1のアノード側に接続されているとともに、抵抗R4，R5の接続点に切換手段としてのＮＰＮ型のトランジスタQ2(Q2₁〜Q2_N-1)のベースが接続され、かつ、これらトランジスタQ2のコレクタが抵抗R1，R2の接続点に接続され、かつ、トランジスタQ2のエミッタがツェナダイオードZD1のアノード側と抵抗R5との間に接続されている。

ツェナダイオードZD2は、各トランジスタQ2のベース電位を抵抗R4，R5とともに設定するもので、それらのツェナ電圧VZ(VZ₁〜VZ_N-1)は、ツェナダイオードZD2₁からツェナダイオードZD2_N-1へと順次大きくなるように、例えば本実施の形態では所定の一定電圧幅で階段状に(段階的に)大きくなるように設定されている。また、ツェナ電圧VZ_m(ｍは１以上Ｎ−１以下の整数)は、ＬＥＤ16の順方向電圧Vfに対して、Vf×ｍ＜VZ_ｍ≦Vf×ｍ−１に設定されている。さらに、ツェナダイオードZD2_N-1のツェナ電圧VZ_N-1は、コンデンサC2により平滑された商用交流電源ｅの最大電圧よりも小さくなるように設定されている。

また、図２および図３に示すように、支持部13は、ＬＥＤ16などから発生する熱を放熱する放熱部材25に、絶縁部材26を介して口金27が接続されて構成されている。

放熱部材25は、例えばアルミニウムなどの熱伝導性に優れた部材により形成されている。また、この放熱部材25の内部には、点灯回路18側と口金27側とを電気的に接続する図示しない配線を挿通する挿通孔が設けられている。

口金27は、図示しないソケットにねじ込まれることで商用交流電源ｅ(図１)に対して電気的に接続される。

カバー14は、透光性を有し、放熱部材25に対して螺合されて固定されている。

次に、上記第１の実施の形態の動作を説明する。なお、この動作については、一例として、ＬＥＤ16などの個数を４つ(Ｎ＝４)とした場合で説明する。

ＬＥＤランプ11は、口金27をソケットなどにねじ込んだ状態で、商用交流電源ｅから給電される。

このとき、コンデンサC2により平滑された電源電圧実効値Vrが０以上Vf未満の状態、すなわち、商用交流電源ｅの位相が図４に示す０〜T1(T9〜T11、T19〜T20)の状態では、ＬＥＤ16に対して印加される電圧VrがＬＥＤ16の順方向電圧Vfよりも小さいので、ＬＥＤ16に電流が流れず、全てのＬＥＤ16が点灯しない。

次いで、コンデンサC2により平滑された電源電圧実効値VrがVf以上VZ₁未満の状態、すなわち、商用交流電源ｅの位相が図４に示すT1〜T2(T8〜T9、T11〜T12、T18〜T19)の状態では、ツェナダイオードZD2の逆阻止によって全てのトランジスタQ2がオフされ、全てのトランジスタQ1がオンされる。このとき、ＬＥＤ16に対して電圧Vr(Vf≦Vr＜２×Vf)が印加されることにより、トランジスタQ1₁によってＬＥＤ16₁のみに一定の電流If₁が流れる。

さらに、電源電圧実効値VrがVZ₁以上VZ₂未満の状態、すなわち、商用交流電源ｅの位相が図４に示すT2〜T3(T7〜T8、T12〜T13、T17〜T18)の状態では、ツェナダイオードZD2₁に電流が流れてトランジスタQ2₁がオンされ、したがってトランジスタQ1₁のベース電流が抜けてトランジスタQ1₁のみがオフされる。このとき、ＬＥＤ16に対して電圧Vr(２×Vf≦Vr＜３×Vf)が印加されることにより、オンされているトランジスタQ1₂によって、２つのＬＥＤ16₁，16₂に一定の電流If₂(＝If₁)が流れる。

また、電源電圧実効値VrがVZ₂以上VZ₃未満の状態、すなわち、商用交流電源ｅの位相が図４に示すT3〜T4(T6〜T7、T13〜T14、T16〜T17)の状態では、ツェナダイオードZD2₁，ZD2₂に電流が流れてトランジスタQ2₁，Q2₂がオンされ、したがってトランジスタQ1₁，Q1₂のベース電流が抜けてトランジスタQ1₁，Q1₂がそれぞれオフされる。このとき、ＬＥＤ16に対して電圧Vr(３×Vf≦Vr＜４×Vf)が印加されることにより、オンされているトランジスタQ1₃によって、３つのＬＥＤ16₁〜16₃に一定の電流If₃(＝If₁)が流れる。

そして、電源電圧実効値VrがVZ₃以上VZ₄未満の状態、すなわち、商用交流電源ｅの位相が図４に示すT4〜T6(T14〜T16)の状態では、ツェナダイオードZD2₁〜ZD2₃に電流が流れてトランジスタQ2₁〜Q2₃がオンされ、したがってトランジスタQ1₁〜Q1₃のベース電流が抜けてトランジスタQ1₁〜Q1₃がそれぞれオフされる。このとき、ＬＥＤ16に対して電圧Vr(４×Vf≦Vr)が印加されることにより、トランジスタQ1₄によって、全てのＬＥＤ16₁〜16₄に一定の電流If₄(＝If₁)が流れる。

したがって、ＬＥＤ16に流れる電流(入力電流Ｉ)は、図５に示すように、電源電圧Ｖの位相T1〜T9，T11〜Ｔ19において一定となる。

このように、電源電圧位相に対応してトランジスタQ1₁〜Q1_Nのいずれかが選択的にオンされることで点灯させるＬＥＤ16の個数を電源電圧変化に応じて制御することにより、電源電圧Ｖが比較的低い位相区間でも少なくともいずれかのＬＥＤ16を点灯させることが可能になり、光出力を向上できるとともに、入力電流Ｉの導通区間を拡げ、電流導通角が狭くなることがないので、入力電流Ｉ中の高調波電流を抑制でき、力率を改善することができる。

しかも、ツェナダイオードZD2のツェナ電圧VZを用いてオンオフのタイミングを電源電圧位相に対応して設定したトランジスタQ2によりトランジスタQ1のオンオフのタイミングを制御することで、点灯回路18の構成が必要以上に複雑化することもない。

次に、図６に第２の実施の形態を示し、図６は照明装置の電源電圧と入力電流との関係を示す説明図である。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。

この第２の実施の形態は、上記第１の実施の形態と同様の回路(図１)を有しているが、ＬＥＤ16(ＬＥＤ16₁〜16_N)に流れる電流Ifが、電源電圧の高い位相で導通するＬＥＤ16のカソード側に接続されたトランジスタQ1から、電源電圧の低い位相で導通するＬＥＤ16のカソード側に接続されたトランジスタQ2へと順次階段状に(段階的に)大きくなるように設定されているものである。

電流Ifの大きさは、例えばトランジスタQ1の特性を変えたり、ツェナダイオードZD1(ツェナダイオードZD1₁〜ZD1_N)のツェナ電圧、抵抗R1(抵抗R1₁〜R1_N)、あるいは抵抗R2(抵抗R2₁〜R2_N)の抵抗値などを変えたりすることでそれぞれ設定されている。

本実施の形態では、電源電圧の高い位相で導通するＬＥＤ16から電源電圧の低い位相で導通するＬＥＤ16へと電流Ifの増加幅は略一定に設定されているが、例えばＬＥＤ16の高圧側から低圧側へと徐々に増加幅が小さくなるように設定するなど、その増加幅は任意に設定できる。

そして、上記第１の実施の形態と同様に、ＬＥＤ16などが４つの場合で説明すると、商用交流電源ｅの位相が図６に示す０〜T1(T9〜T11、T19〜T20)の状態では、ＬＥＤ16に対して印加される電圧VrがＬＥＤ16の順方向電圧Vfよりも小さいので、ＬＥＤ16に電流が流れずに全てのＬＥＤ16が点灯せず、商用交流電源ｅの位相が図６に示すT1〜T2(T8〜T9、T11〜T12、T18〜T19)の状態では、オンされたトランジスタQ1₁によってＬＥＤ16₁のみに一定の電流If₁が流れる。また、商用交流電源ｅの位相が図６に示すT2〜T3(T7〜T8、T12〜T13、T17〜T18)の状態では、ツェナダイオードZD2₁に電流が流れることでオンされたトランジスタQ2₁によってトランジスタQ1₁のみがオフされ、オンされているトランジスタQ1₂によって、２つのＬＥＤ16₁，16₂に一定の電流If₂(＞If₁)が流れる。さらに、商用交流電源ｅの位相が図６に示すT3〜T4(T6〜T7、T13〜T14、T16〜T17)の状態では、ツェナダイオードZD2₁，ZD2₂に電流が流れてオンされたトランジスタQ2₁，Q2₂によりトランジスタQ1₁，Q1₂がそれぞれオフされ、オンされているトランジスタQ1₃によって、３つのＬＥＤ16₁〜16₃に一定の電流If₃(＞If₂)が流れる。そして、商用交流電源ｅの位相が図６に示すT4〜T6(T14〜T16)の状態では、ツェナダイオードZD2₁〜ZD2₃に電流が流れてオンされたトランジスタQ2₁〜Q2₃によりトランジスタQ1₁〜Q1₃がそれぞれオフされ、トランジスタQ1₄によって、全てのＬＥＤ16₁〜16₄に一定の電流If₄(＞If₃)が流れる。

この結果、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができるとともに、電源電圧の低い位相で導通するＬＥＤ16に接続されるトランジスタQ1によりＬＥＤ16に流す定電流を、電源電圧の高い位相で導通するＬＥＤ16に接続されるトランジスタQ1によりＬＥＤ16に流す定電流よりも大きく設定することで、入力電流Ｉが電源電圧の波形に対応した階段状の波形となり、入力電流Ｉ中の高調波電流を、より抑制することができる。

なお、上記各実施の形態において、トランジスタQ1は、例えばＰＮＰ型とし、それぞれのコレクタ側をＬＥＤ16のアノード側に接続しても、同様の作用効果を得ることができる。

また、電球状のＬＥＤランプ11だけでなく、ＬＥＤを用いた他の様々な照明装置に対応できる。

さらに、直列に接続するＬＥＤ16は、２つ以上であれば任意の個数とすることができる。

そして、点灯回路18の細部の構成は、上記に限定されるものではなく、電源電圧Ｖの位相に対応して選択的に定電流スイッチ手段がオンされて、電流を流して点灯させるＬＥＤ16の個数を可変させる構成であれば、任意の構成とすることができる。

本発明の第１の実施の形態を示す照明装置の回路図である。同上照明装置の側面図である。同上照明装置の一部を示す平面図である。同上照明装置の電源電圧と各定電流スイッチ手段のオンのタイミングとを示すタイミングチャートである。同上照明装置の電源電圧と入力電流との関係を示す説明図である。本発明の第２の実施の形態を示す照明装置の電源電圧と入力電流との関係を示す説明図である。

符号の説明

11 照明装置としてのＬＥＤランプ
16 ＬＥＤ
18 点灯回路
Q1 定電流スイッチ手段としてのトランジスタ

Claims

互いに直列に接続された複数のＬＥＤと；
各ＬＥＤにそれぞれ接続され、電源電圧位相に対応していずれかが選択的にオンされることで定電流を流して点灯させるＬＥＤの個数を電源電圧変化に対応して制御する複数の定電流スイッチ手段を備えた点灯回路と；
を具備していることを特徴とする照明装置。
電源電圧の高い位相で導通するＬＥＤに接続される定電流スイッチ手段は、電源電圧の低い位相で導通するＬＥＤに接続される定電流スイッチ手段よりもＬＥＤに流す定電流が大きく設定されている
ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。