JP2011028954A

JP2011028954A - Ｌｅｄ照明回路

Info

Publication number: JP2011028954A
Application number: JP2009172350A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Kiuchi; 博章木内; Yuji Sayama; 勇二佐山
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2009-07-23
Filing date: 2009-07-23
Publication date: 2011-02-10

Abstract

【課題】簡易な構成でＬＥＤをトライアックによる位相制御により調光でき、トライアック調光器の保持電流を確保して安定した調光を得るＬＥＤ照明回路。
【解決手段】交流電源1の交流電流の位相をトライアックにより制御するトライアック調光器2と、トライアック調光器により位相制御された交流電流を整流する整流回路3と、整流回路で整流された電流の内の所定周波数以下の電流を通過させる低域フィルタL1,C1,C2と、コンデンサC2の両端に接続されたトランスTの一次巻線Pとスイッチング素子Q1との直列回路と、スイッチング素子を一定のオン幅でオン／オフさせることにより低域フィルタからの電流をパルス電流に変換する制御回路4と、二次巻線Sに流れるパルス電流を整流平滑する整流平滑回路D1,C3の出力両端に直列に接続された複数のLED1〜LED4とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ照明回路に関し、特に、トライアックにより位相制御された交流電圧によって、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）の調光を行う技術に関する。

従来、トライアックにより位相制御された交流電圧によって、直列に接続された複数のＬＥＤの調光を行うＬＥＤ照明回路としては、交流電源と、交流電源の交流電圧を位相制御するトライアック調光器と、位相制御された交流を全波整流する全波整流回路と、全波整流回路の出力両端に接続されたコンデンサと、コンデンサの両端に直列に接続された複数のＬＥＤとを有したコンデンサインプット型が知られている。

しかしながら、コンデンサインプット型のＬＥＤ照明回路では、位相制御され且つ全波整流された電流は、コンデンサで平滑されてしまうため、複数のＬＥＤには、位相制御された電流が流れず、また、力率が悪かった。

そこで、この問題を解決したものとして、例えば特許文献１に記載されたＬＥＤ点灯装置が知られている。特許文献１に開示されたＬＥＤ点灯装置は、図４に示すように、直列に接続された複数のＬＥＤ１０２と、ＬＥＤ１０２に流れる電流を検出するＬＥＤ電流検出回路１０４と、位相制御された交流電圧を入力し、この交流電圧を直流電圧に変換する整流回路１０３と、整流回路１０３に入力される交流電圧の実効値または整流回路から出力される直流電圧の実効値を検出するＲＭＳ検出回路１０５と、ＬＥＤ電流検出回路１０４で検出されたＬＥＤ１０２に流れる電流がＲＭＳ検出回路１０５で検出された実効値に応じた電流値となるように整流回路１０３から出力される直流電圧を調整してＬＥＤ１０２の両端間に印加するＬＥＤ電流調整回路１０６とを備える。

昇圧チョッパ回路１１１は、昇圧リアクトルＬ１、ＦＥＴ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１で構成され、整流回路１０３の整流電圧を昇圧して複数のＬＥＤ１０２に印加している。

特開２００４−３２７１５２号公報

このため、ＬＥＤ１０２に印加される電圧は、交流電源Ｖｓの電圧（入力電圧）以上となり、ＬＥＤ１０２の順方向電圧の総和は、少なくとも入力電圧以上となるため、ＬＥＤ１０２の個数を選べず経済的ではない。

また、特許文献１では、前述した回路に降圧回路を組み合わせて出力電圧を所望の電圧に設定している。しかし、コンバータが２個となるため、コスト高になるとともに、照明回路が大型化してしまう。
また、特許文献１では、ＬＥＤに入力電圧の実効電圧に応じた電流を流すことを開示しているが、トライアックにより位相制御された出力電流に関しては何ら考慮されていない。即ち、一般的なトライアックによる位相制御では、任意の位相角でトライアックのゲートにパルス信号を印加して、トライアックを点弧させる。このため、交流負荷電流がトライアックの保持電流以下になってしまうと、その時点でトライアックは、オフ動作となり、入力電圧は次の位相角になるまでオフしてしまう。

従って、トライアックによる位相制御出力の負荷電流は、トライアックの保持電流以上流れ続ける必要がある。即ち、昇圧回路が電流連続型ではなく非連続型である場合、リアクトルＬ１の電流はゼロとなり、トライアックの保持電流を満足できない。

本発明の課題は、簡易な構成でＬＥＤをトライアックによる位相制御により調光でき、トライアック調光器の保持電流を確保して安定した調光を得るＬＥＤ照明回路を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、交流電源と、前記交流電源の交流電流の位相をトライアックにより制御するトライアック調光器と、前記トライアック調光器により位相制御された交流電流を整流する整流回路と、リアクトルとコンデンサとを有し、前記整流回路により整流された電流の内の所定周波数以下の電流を通過させる低域フィルタと、前記コンデンサの両端にトランスの一次巻線とスイッチング素子とが直列に接続された直列回路と、前記スイッチング素子を一定のオン幅でオン／オフさせることにより前記低域フィルタからの電流をパルス電流に変換する制御回路と、前記トランスの二次巻線に流れるパルス電流を整流平滑する整流平滑回路と、前記整流平滑回路の出力両端に直列に接続された複数のＬＥＤとを有することを特徴とする。

請求項２の発明は、交流電源と、前記交流電源の交流電流の位相をトライアックにより制御するトライアック調光器と、前記トライアック調光器により位相制御された交流電流を整流する整流回路と、第１リアクトルと第１コンデンサとを有し、前記整流回路により整流された電流の内の所定周波数以下の電流を通過させる低域フィルタと、前記第１コンデンサの両端に整流素子とスイッチング素子とが直列に接続された第１直列回路と、前記スイッチング素子を一定のオン幅でオン／オフさせることにより前記低域フィルタからの電流をパルス電流に変換する制御回路と、前記整流素子の両端に、第２リアクトルと直列に接続された複数のＬＥＤとが直列に接続された第２直列回路と、前記直列に接続された複数のＬＥＤの両端に接続された第２コンデンサとを有することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、トランスとスイッチング素子と制御回路とから構成されるスイッチングコンバータと低域フィルタとを用いることにより、回路構成が簡易となり、また、トライアック調光器側から見た入力インピーダンスは抵抗負荷に相当するので、トライアック調光器に応じたＬＥＤの調光が行える。また、低域フィルタは、スイッチングコンバータに流れる１次側のパルス電流を平滑し、商用周波数の脈流電流にするので、トライアック調光器の保持電流を確保して安定した調光を得ることができる。さらに、低域フィルタは、スイッチングコンバータが発生するノイズを抑制する効果もある。

請求項２の発明によれば、スイッチング素子と制御回路と第２リアクトルと第２コンデンサと整流素子と低域フィルタとを用いることにより、請求項１の発明の効果と同様な効果が得られる。

本発明の実施例１に係るＬＥＤ照明回路の構成を示すブロック図である。本発明の実施例１に係るＬＥＤ照明回路の動作を説明するための各部の波形図である。本発明の実施例２に係るＬＥＤ照明回路の構成を示すブロック図である。従来のＬＥＤ点灯装置の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態のＬＥＤ照明回路のいくつかを図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１に係るＬＥＤ照明回路の構成を示すブロック図である。図１において、トライアック調光器２は、交流電源１の一端に接続され、交流電源１の交流電流の位相をトライアックにより制御する。全波整流回路３は、
トライアック調光器２の出力端と交流電源１の他端とに接続され、トライアック調光器２により位相制御された交流電流を全波整流する。全波整流回路３の出力両端には、コンデンサＣ１とリアクトルＬ１とコンデンサＣ２で構成されるＬＣフィルタ（低域フィルタ）が接続されている。

ＬＣフィルタは、全波整流回路３により整流された電流の内の所定周波数（カットオフ周波数ｆｃ）以下の電流を通過させる。ＬＣフィルタは、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数に応じて、カットオフ周波数ｆｃ＝１／２π√ＬＣを満たすリアクトルＬの値とコンデンサＣの値で構成される。例えば、スイッチング周波数が５０ｋＨｚである場合、カットオフ周波数ｆｃが５．５ｋＨｚの低域フィルタを構成すると、リアクトルＬの値が１ｍＨである場合には、コンデンサＣの値はおよそ０．８２μＦである。

コンデンサＣ２の両端には、トランスＴの一次巻線ＰとＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１との直列回路が接続されている。制御回路４は、スイッチング素子Ｑ１を一定のオン幅でオン／オフさせることにより低域フィルタＬ１，Ｃ１，Ｃ２からの電流をパルス電流に変換する。

トランスＴの二次巻線Ｓの両端にはダイオードＤ１とコンデンサＣ３との直列回路が接続されている。ダイオードＤ１とコンデンサＣ３とは整流平滑回路を構成する。コンデンサＣ３の両端には、直列に接続された複数のＬＥＤ１〜ＬＥＤ４と電流制限抵抗Ｒ１とが直列に接続されている。

次に、このように構成された本発明の実施例１のＬＥＤ照明回路の動作を、図２に示す波形図を参照しながら説明する。

まず、図２（ａ）に示す交流電源１からの交流電流は、トライアック調光器２により位相制御されて、図２（ｂ）に示すような電流波形となる。そして、トライアック調光器２により位相制御された電流は、全波整流回路３により全波整流されて、図２（ｃ）に示すような電流波形となる。

次に、全波整流回路３により全波整流された電流は、低域フィルタＬ１，Ｃ１，Ｃ２を介して、制御回路４によって、スイッチング素子Ｑ１がパルス信号の一定のオン幅でオン／オフされて、パルス電流（スイッチング電流）に変換される。このときの全波整流された電流とパルス電流との波形を図２（ｄ）に示す。制御回路４は、パルス信号のオン幅を一定となるように制御し、トランスＴの二次側からの出力電圧に基づくフィードバック制御を行わない。

パルス電流は、トランスＴの一次巻線Ｐから二次巻線Ｓに出力され、ダイオードＤ１とコンデンサＣ１とで整流平滑されて、直流電流が複数のＬＥＤ１〜ＬＥＤ４と電流制限抵抗Ｒ１とを流れる。このとき、二次側のＬＥＤ順方向電圧は大きく変化せず、電流制限抵抗Ｒ１によって二次側の電流のみが変化する。

このように実施例１のＬＥＤ照明回路によれば、図４に示す従来の回路の実効値検出回路１０５とＬＥＤ電流検出回路１０４等の複雑な関数回路を用いずに、トランスＴとスイッチング素子Ｑ１と制御回路４とから構成されるスイッチングコンバータと低域フィルタＬ１，Ｃ１，Ｃ２とを用いたので、回路構成が簡易となる。

また、トライアック調光器２側から見た入力インピーダンスは抵抗負荷に相当するので、トライアック調光器２に応じたＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の調光が行える。また、低域フィルタＬ１，Ｃ１，Ｃ２は、スイッチングコンバータに流れる１次側のスイッチングパルス電流を平滑し、商用周波数の脈流電流にするので、トライアック調光器２の保持電流を確保して安定した調光を得ることができる。

また、実施例１では、従来のコンデンサインプット型の電源と比較して、力率も改善される。制御回路４のパルス信号のオン幅が一定であるため、図２（ｂ）に示すように、交流入力波形の近似が容易に行える。交流入力波形が位相制御されていない正弦波状の場合、コンデンサインプット型では力率が約５０％となるが、実施例１では、９０％以上の力率を確保できる。

図３は本発明の実施例２に係るＬＥＤ照明回路の構成を示すブロック図である。図３に示す実施例２に係るＬＥＤ照明回路は、図１に示す実施例１に係るＬＥＤ照明回路に対して、以下の構成のみが異なるので、その部分のみを説明する。

コンデンサＣ２に回生用のダイオードＤ２とスイッチング素子Ｑ１との直列回路が接続されている。ダイオードＤ２の両端に、回生用のリアクトルＬ２と直列に接続された複数のＬＥＤ１〜ＬＥＤ４との直列回路が接続されている。直列に接続された複数のＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の両端には回生用のコンデンサＣ４が接続されている。

実施例２のＬＥＤ照明回路によれば、スイッチング素子Ｑ１がオンしたときには、Ｃ２の一端→ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４→Ｌ２→Ｑ１→Ｃ２の他端の経路で電流が流れて、リアクトルＬ２にエネルギーが蓄積されるとともに、コンデンサＣ４が充電される。これにより、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４が点灯する。

次に、スイッチング素子Ｑ１がオフしたときには、Ｌ２の一端→Ｄ２→ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４→Ｌ２の他端の経路と、Ｃ４の一端→ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４→Ｃ４の他端の経路とに電流が流れて、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４が点灯する。

従って、実施例２のＬＥＤ照明回路においても、実施例１のＬＥＤ照明回路の効果と同様な効果が得られる。

本発明は、居室の照明用ライトとして使用されるＬＥＤを調光点灯させるＬＥＤ点灯装置及びＬＥＤ照明器具に適用可能である。

１交流電源
２トライアック調光器
３全波整流回路
４制御回路
Ｑ１スイッチング素子
Ｄ１，Ｄ２ダイオード
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４コンデンサ
Ｌ１，Ｌ２リアクトル
Ｔトランス
Ｐ一次巻線
Ｓ二次巻線
ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４発光ダイオード

Claims

交流電源と、
前記交流電源の交流電流の位相をトライアックにより制御するトライアック調光器と、
前記トライアック調光器により位相制御された交流電流を整流する整流回路と、
リアクトルとコンデンサとを有し、前記整流回路により整流された電流の内の所定周波数以下の電流を通過させる低域フィルタと、
前記コンデンサの両端にトランスの一次巻線とスイッチング素子とが直列に接続された直列回路と、
前記スイッチング素子を一定のオン幅でオン／オフさせることにより前記低域フィルタからの電流をパルス電流に変換する制御回路と、
前記トランスの二次巻線に流れるパルス電流を整流平滑する整流平滑回路と、
前記整流平滑回路の出力両端に直列に接続された複数のＬＥＤと、
を有することを特徴とするＬＥＤ照明回路。
交流電源と、
前記交流電源の交流電流の位相をトライアックにより制御するトライアック調光器と、
前記トライアック調光器により位相制御された交流電流を整流する整流回路と、
第１リアクトルと第１コンデンサとを有し、前記整流回路により整流された電流の内の所定周波数以下の電流を通過させる低域フィルタと、
前記第１コンデンサの両端に整流素子とスイッチング素子とが直列に接続された第１直列回路と、
前記スイッチング素子を一定のオン幅でオン／オフさせることにより前記低域フィルタからの電流をパルス電流に変換する制御回路と、
前記整流素子の両端に、第２リアクトルと直列に接続された複数のＬＥＤとが直列に接続された第２直列回路と、
前記直列に接続された複数のＬＥＤの両端に接続された第２コンデンサと、
を有することを特徴とするＬＥＤ照明回路。