JP2011165317A - 照明装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 交流電源45から調光器47を介して電力供給を受ける照明装置1であって、整流回路31と、整流回路31の出力側に接続された昇降圧コンバータ37と、昇降圧コンバータ37の出力側に接続されたLEDモジュール3と、調光器47の調光レベルを検出する調光レベル検出回路39と、調光レベル検出回路39により検出された調光レベルに応じた電流がLEDモジュール3に供給されるように、昇降圧コンバータ37を制御する制御回路41とを備え、制御回路41を動作させる電力が、昇降圧コンバータ37の出力側から供給されている。
【選択図】図2
Description
しかしながら、従来のLED照明装置では、既存の調光器を用いた場合に、調光レベルが小さな範囲(すなわち照度が低い範囲)で照度を調整することができないという問題がある。これは、調光器の調光レベルが小さくなれば、それだけLED照明装置に供給される電力が低下するため、昇降圧コンバータを制御する制御回路を正常に動作させるのに必要な電圧が確保できなくなるからである。その結果、制御回路の動作が停止し、LEDが消灯してしまう。
<外形>
図1は、本発明の実施形態に係る照明装置の構造を示す断面図である。
照明装置1は、LED(「発光素子」に相当する)を光源として備えるLEDモジュール(「発光モジュール」に相当する)3と、LEDモジュール3を搭載する搭載部材5と、搭載部材5を一端に備えるケース7と、LEDモジュール3を覆うグローブ9と、LEDを点灯させる点灯回路11と、点灯回路11を内部に格納し且つケース7内に配された回路ホルダ13と、ケース7の他端に設けられた口金部材15とを備える。
搭載部材5は、熱伝導性の高い材料からなる円盤状の部材であり、ネジ21により回路ホルダ13に連結されている。熱伝導性の高い材料としては、例えば、アルミニウム等の金属材料を利用することができる。搭載部材5の外周面がケース7の内周面に接しているので、LEDモジュール3で発生した熱は、搭載部材5を介してケース7に伝導される。
グローブ9は、搭載部材5とケース7とを組み合わせたときにできる溝部に嵌め込まれ、その溝部に接着剤23が充填されることにより搭載部材5およびケース7に固定されている。
回路ホルダ13は、絶縁性材料からなる。絶縁性材料としては、例えば、合成樹脂(具体的には、ポリブチレンテレフタレート(PBT)である。)を利用することができる。
<回路構成>
図2は、本発明の実施形態に係る照明装置の点灯回路を示す回路図である。
昇降圧コンバータ37は、インダクタL1、スイッチ素子M1、整流素子FRD、キャパシタC8および抵抗素子R6から構成されている。インダクタL1の第1の端子は、整流回路31の正極側の出力端子(以下、「プラス端子」という)に接続され、インダクタL1の第2の端子は、スイッチ素子M1を介して整流回路31の負極側の出力端子(以下、「マイナス端子」という)に接続されている。キャパシタC8の第1の端子は、インダクタL1の第1の端子に接続され、キャパシタC8の第2の端子は、整流素子FRDを介してインダクタの第2の端子に接続されている。整流素子は、具体的には、逆回復時間の短い高速整流ダイオード(Fast Recovery Diode)である。抵抗素子R6の第1の端子は、キャパシタC8の第1の端子に接続され、抵抗素子R6の第2の端子は、キャパシタC8の第2の端子に接続されている。
<回路動作>
以下、照明装置1の回路動作を説明する。
制御回路41の制御によりスイッチ素子M1がオフからオンに移行すると、整流回路31の出力電圧がインダクタL1に印加され、インダクタL1を介してスイッチ素子M1に電流が流れる。スイッチ素子M1がオンの期間には、インダクタL1に流れる電流が一定の割合で増加する。この割合は、整流回路31の出力電圧とインダクタL1のインダクタンスとに応じて決まる。インダクタL1に電流が流れることにより、インダクタL1には磁気エネルギーが蓄積される。
調光レベル検出回路39では、整流回路31の出力電圧の変動に応じた脈流(Pulsating Current)が抵抗素子R5に流れる。この脈流はカレントミラー回路によりコピーされるので、抵抗素子R1にも同様の脈流が流れることになる。制御回路41の制御入力端子EXには、抵抗素子R2およびキャパシタC6からなる積分回路によりノードN1の電圧が平均化されて入力される。調光器47を用いて調光点灯した場合、整流回路31の出力電圧の平均値が低下するので、抵抗素子R1,R5に流れる脈流の平均値が低下し、その分だけノードN1の電圧の平均値が上昇する。すなわち、ノードN1の電圧の平均値は、調光器47の調光レベルを示す電圧であると言える。制御回路41は、制御入力端子EXへの入力電圧に応じてLEDモジュール3に流す電流を変化させるので、調光器47の調光レベルに応じて照度を変化させることができる。
調光器47の出力電圧は、交流の半周期において、ゼロクロスから遅延時間Tdが経過するまではゼロに維持され、遅延時間Tdが経過すれば正弦波形で変化する。遅延時間Tdを調整することが調光レベルを調整することに相当する。
図4は、昇降圧コンバータの入力電圧および出力電圧を示す図である。入力電圧INは、調光レベルに応じて変化している。一方、出力電圧OUTは、調光レベルが最大(MAX)から最小(MIN)までの範囲では、76.8[V]を維持している。
<実証>
発明者らは、調光器47の調光レベルを変化させたときの照明装置1の照度の変化を測定した。図5は、その測定結果を示すグラフである。これによれば、遅延時間Tdを大きくするほど(調光レベルを小さくするほど)、照度を低下させることができることが分かる。制御回路41の最小照明装置1の照度が遅延時間Tdに対して直線的に変化している。これは、遅延時間Tdを最小(調光レベルを最小)にしても、昇降圧コンバータ37の出力電圧が制御回路41の最小入力電圧(45[V])を下回らないからである。したがって、照度が低い範囲において、制御回路41の入力電圧不足によりLEDモジュール3が突然消灯してしまうということがなく、広い照度範囲において照度を調整できることが分かる。
<その他の特徴>
(1)昇降圧コンバータのインダクタ
トライアックを用いた調光器47では、調光レベルを最小にしても出力電圧がゼロにはならず、実効値(Root Mean Square)で数十[V]程度の電圧が出力される(電源電圧が100[V]の場合)。
(2)照明装置のちらつきの防止
昇降圧コンバータ37において、キャパシタC8の容量が80[μF]と同じかそれよりも大きくしてある。これにより、昇降圧コンバータ37の出力電圧を平滑することができ、照明装置のちらつきを防止することができる。
(3)過熱保護機能(Over Temperature Protection)
調光レベル検出回路39では、温度コントロールスイッチとして正極性サーミスタPTCが備えられている。したがって、LEDモジュール3や制御回路41が異常に発熱した場合に、正極性サーミスタPTCが動作して抵抗素子R1に流れる電流を制限することができる。これにより、LEDモジュール3に流れる電流を低減することができ、その結果、発熱を抑え、照明装置1を保護することができる。なお、このような異常な発熱は、照明装置1を通常の環境で使用した場合には生じず、異常な高温環境(例えば、照明装置1が密閉された器具内に設置されている場合など)で使用した場合に生じ得るものである。正極性サーミスタPTCとしては、例えば、温度が95[℃]未満であればほとんど抵抗がなく、95[℃]以上であれば抵抗が4.7[kΩ]以上に急増する特性のものを利用することができる。
(4)LEDモジュールの順方向電圧
LEDモジュール3の順方向電圧は76.8[V]である。また、LEDモジュール3の消灯電圧は50[V]である。これらは、調光器47の調光レベルが最小のときの調光器47の出力電圧(実効値で数十[V]程度)よりも高い。従来技術では、このような場合に、照度が低い範囲で照度を調整することができないという問題が生じやすい。本実施形態では、このような場合であっても、照度が低い範囲で照度を調整することができる。
(5)調光器の正常な動作の確保
整流回路31の入力側には、抵抗Ra,Rbが接続されている。抵抗Rbは、調光器47の保持電流(Holding Current)を流すための抵抗素子である。抵抗素子Rbの抵抗値は、例えば、80[Ω]とする。これにより、調光器47の正常な動作を確保することができる。
(6)制御回路の電源電圧
照明装置1では、電源入力端子Vinに商用電源電圧を入力することができるLEDドライバ43が利用されている。例えば、MIP551およびMIP552の入力電圧は、80[V]〜280[V]である。これにより、LEDドライバの電源電圧を生成するための回路を用意する必要がなく、部品点数を削減することができる。
<変形例>
以上、本発明の構成を実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。例えば、以下のような変形例を挙げることができる。
(1)実施形態では、温度コントロールスイッチとして正極性サーミスタPTCを備えているが、これは過熱保護機能を実現するためのオプションである。温度コントロールスイッチを備えていなくてもよい。また、実施形態では、温度コントロールスイッチとして正極性サーミスタPTCを採用しているが、これに限らず、温度ヒューズなどを採用してもよい。特に、所定温度未満であればオンし、所定温度以上であればオフするような素子を採用すれば、所定温度以上になった場合に、LEDモジュール3への電流の供給を停止することができる。
(2)実施形態では、整流回路31の出力側にノイズフィルタ回路33が接続されているが、これに限らず、整流回路31の入力側に接続されることとしてもよい。
(3)実施形態では、昇降圧コンバータ37において、スイッチ素子M1がインダクタL1よりも低電位側に接続されているが、これに限らず、スイッチ素子M1がインダクタL1よりも高電位側に接続されていてもよい。この場合、インダクタL1の第1の端子は、スイッチ素子M1を介して整流回路31のプラス端子に接続され、インダクタL1の第2の端子は、整流回路31のマイナス端子に接続される。
(4)実施形態では、力率改善回路35を備えているが、これは力率改善機能を実現するためのオプションである。力率改善回路35を備えていなくてもよい。
(5)実施形態では、整流回路31は全波整流回路であるが、これに限らず、半波整流回路でもよい。
(6)実施形態では、スイッチ素子としてMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタを採用しているが、これに限らず、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、バイポーラトランジスタなどを採用してもよい。
(7)実施形態では、カレントミラー回路を構成するトランジスタにバイポーラトランジスタを採用しているが、これに限らず、MOSトランジスタを採用してもよい。
(8)実施形態では、LEDモジュール3においてLEDの直列数を24個とし、これが2組または4組並列接続されていることとしているが、本発明はこれに限らない。LEDの個数は必要とする輝度に応じて適宜決定すればよい。
(9)実施形態では、LEDドライバ43にMIP551またはMIP552を採用しているが、本発明はこれに限らない。また、実施形態では最小入力電圧等の具体的な数値を挙げているが、これは、単なる例示である。
(10)実施形態では、調光レベルが最小のときでも昇降圧コンバータの出力電圧が76.8[V]を維持しているが、本発明はこれに限らない。調光レベルが最小のときの昇降圧コンバータの出力電圧が、制御回路の最小入力電圧およびLEDモジュールの消灯電圧のうちの高いほうよりも高ければ、調光レベルが最大から最小までの範囲において調光することができる。例えば、本実施形態において、調光レベルが最小のときに昇降圧コンバータの出力電圧が50[V]よりも高ければ、調光レベルが最大から最小までの範囲において調光することができる。調光レベルが最小のときの昇降圧コンバータの出力電圧は、インダクタのインダクタンスを調整することにより、適宜調整することができる。
3 LEDモジュール
5 搭載部材
7 ケース
9 グローブ
11 点灯回路
13 回路ホルダ
15 口金部材
17 絶縁基板
19 封止体
21 ネジ
23 接着剤
25 絶縁基板
27 配線
31 整流回路
33 ノイズフィルタ回路
35 力率改善回路
37 昇降圧コンバータ
39 調光レベル検出回路
41 制御回路
43 LEDドライバ
45 交流電源
47 調光器
Claims (10)
- 交流電源から調光器を介して電力供給を受ける照明装置であって、
前記調光器を介して供給された電力を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力側に接続された昇降圧コンバータと、
前記昇降圧コンバータの出力側に接続された発光モジュールと、
前記調光器の調光レベルを検出する調光レベル検出回路と、
前記調光レベル検出回路により検出された調光レベルに応じた電流が前記発光モジュールに供給されるように、前記昇降圧コンバータを制御する制御回路とを備え、
前記制御回路を動作させる電力が、前記昇降圧コンバータの出力側から供給されていること
を特徴とする照明装置。 - 前記昇降圧コンバータは、
第1の端子が前記整流回路の正極側および負極側の出力端子の一方に接続され、第2の端子が前記整流回路の正極側および負極側の出力端子の他方にスイッチ素子を介して接続されたインダクタと、
第1の端子が前記インダクタの第1および第2の端子のうちの前記整流回路の正極側の出力端子に接続された端子に接続され、第2の端子が前記インダクタの第1および第2のうちの前記整流回路の負極側の出力端子に接続された端子に整流素子を介して接続されたキャパシタとを備え、
前記制御回路は、電力供給を受け付ける電源入力端子を有し、前記制御回路の電力入力端子が、前記キャパシタの第2の端子に接続されていること
を特徴とする請求項1に記載の照明装置。 - 前記調光器の調光レベルが最小のときに前記キャパシタの第2の端子に生じる電圧が、前記制御回路を動作させるための最小入力電圧よりも小さくならないように、前記インダクタのインダクタンスが設定されていること
を特徴とする請求項2に記載の照明装置。 - 前記キャパシタの容量が、80[μF]と同じかそれよりも大きいこと
を特徴とする請求項2に記載の照明装置。 - 前記調光レベル検出回路は、前記整流回路の正極側および負極側の出力端子間の電圧を検出することにより、前記調光器の調光レベルを検出すること
を特徴とする請求項1に記載の照明装置。 - 前記調光レベル検出回路は、
第1の端子が前記整流回路の正極側の出力端子に第1の抵抗素子を介して接続され、第2の端子が前記整流回路の負極側の出力端子に接続され、制御端子が前記第1の端子に接続された第1のトランジスタと、
第1の端子が前記整流回路の負極側の電圧よりも高い電圧を発生させる定電圧源に第2の抵抗素子を介して接続され、第2の端子が前記整流回路の負極側の出力端子に接続され、制御端子が前記第1のトランジスタの制御端子に接続された第2のトランジスタとを備え、
前記制御回路は、前記調光器の調光レベルを示す電圧を受け付ける制御入力端子を有し、前記制御回路の制御入力端子が、前記第2の抵抗素子における前記定電圧源に接続された端子とは反対側の端子に接続されていること
を特徴とする請求項5に記載の照明装置。 - 前記第2の抵抗素子における前記定電圧源に接続された端子とは反対側の端子と前記第2のトランジスタの第1の端子との間を結ぶ配線に、温度コントロールスイッチが挿入されていること
を特徴とする請求項6に記載の照明装置。 - 前記調光レベル検出回路は、さらに、第1の端子が前記第2の抵抗素子における前記定電圧源に接続された端子とは反対側の端子に接続され、第2の端子が前記整流回路の負極側の出力端子に接続されたキャパシタを備え、前記キャパシタの容量が0.1[μF]と同じかこれよりも大きく、0.5[μF]と同じかこれよりも小さいこと
を特徴とする請求項6に記載の照明装置。 - 前記発光モジュールは、正極側の入力端子と負極側の入力端子とを結ぶ配線に直列に挿入された複数の発光素子を備え、前記直列に挿入された発光素子の順方向電圧の合計が、前記調光器の調光レベルが最小のときの前記調光器の出力電圧よりも高いこと
を特徴とする請求項1に記載の照明装置。 - さらに、前記整流回路の入力側に、前記調光器の保持電流を流すための抵抗素子が接続されていること
を特徴とする請求項1に記載の照明装置。
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