JP2011198490A - Led照明器具 - Google Patents
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【解決手段】LED照明器具1は、複数のLED3が配線で接続されて点灯可能に取り付けられた3枚のLEDプレート2の装着が可能であると共に、装着状態にある3枚のLEDプレート2のいずれの取り外しも可能である。LEDプレート2は、配線によりプリント基板上において電気的に直列に接続された複数のLED3と、複数のLED3に電気的に接続された接続端子(差込側)4を装備している。LEDプレート2は、接続端子(差込側)4によって、LED照明器具1内のLED点灯装置と電気的に接続された接続端子(受け側)5と電気的及び機械的に接続される。
【選択図】図1
Description
しかしながら、点灯装置を含んだLED照明器具の寿命を延ばしつつ、蛍光灯同様にLEDを交換することができれば省資源につながる。また、従来の蛍光灯照明器具においては、間引き点灯が可能なものもあり、使用者が必要に応じてランプを1本間引いて使用することも可能であった。LED照明器具においても間引き点灯ができれば使い勝手がよい。
光源として複数のLEDを装着するLED照明器具において、
複数のLEDが配線で接続されて点灯可能に取り付けられた複数のLEDモジュールの装着が可能であると共に、装着状態にある前記複数のLEDモジュールのいずれの取り外しも可能であることを特徴とする。
図1は、本実施の形態1のLED照明器具1の外観を示す図である。LED照明器具1は、内部に配置されたLED点灯装置100(図示していない)と、脱着可能なLEDプレート2(LEDモジュール)を装備している。
図2はLEDプレート2を示す図である。図2に示すように、LEDプレート2は、配線5によりプリント基板上において電気的に直列に接続された複数のLED3と、複数のLED3に電気的に接続された接続端子(差込側)4を装備している。なお、LEDプレート2の構成は、プリント基板、LED3、接続端子4、配線5の構成で説明しているが、LED3に接続されるレンズ、プリント基板の絶縁、意匠等を目的とする化粧板等が接続される。
図3はLEDダミープレート6(ダミーモジュール)を示す図である。図3に示すように、LEDダミープレート6は、複数のLEDが配置されずに、接続端子(差込側)4間を配線5により電気的に接続した構成である。
LEDプレート2、LEDダミープレート6は、LEDプレート2の2箇所の接続端子4、LEDダミープレート6の2箇所の接続端子4により、LED照明器具1内のLED点灯装置と電気的に接続した接続端子(受け側)5と電気的及び機械的に接続する。
図9、図10、図11は、図1、図4、図5の照明器具における、LEDと並列方式のLED点灯装置100bとの接続関係の図示である。LED点灯装置100bは、LEDプレート2を並列接続するべき並列接続方式のLED点灯装置である。LED点灯装置100bが並列方式で間引きが可能である場合、図10,図11に示すように、いずれかのLEDプレート2を1つ、あるいは2つ間引けばよい。
ここで、LED点灯装置を説明する。一般的にLED点灯装置は、出力電流を定電流に制御している。また、接続するLED素子の多いもの、つまり、電力の大きいものについては、電源高調波を抑制する目的でアクティブフィルタ回路(チョッパ回路とも呼ばれる)が搭載されている。アクティブフィルタ回路は、負荷電力に相応した状態に設計されており、本発明の形態1のように負荷電力が変化するものに対しては、その性能が低下することが懸念される。
図12は、直列接続方式のLED点灯装置100a−1の回路構成例である。図12は、前述の課題(負荷電力の変化に対するアクティブフィルタ回路の性能低下)を回避するためのLED点灯回路方式であり、以下の動作を行う。
(1)電源整流回路部101は、ノイズフィルタ(図示しない)とダイオードブリッジで構成され、電源電圧(商用交流電源170)の整流、及び、ノイズの除去を行う回路である。
(2)アクティブフィルタ回路部102(直流電圧生成部)は、電源電圧波形に沿ってスイッチングを行うことにより、電源電圧を所定の直流電圧に昇圧すると共に入力電流波形を整形して力率および高調波を改善する回路である。アクティブフィルタ回路部102は、チョークコイル102a、ダイオード102b、電解コンデンサ102c、スイッチング素子102dを備える。PFC(Power Factor Controller)は力率改善回路である。
アクティブフィルタ制御ICであるPFC207には、例えば、STマイクロエレクトロニクス(株)製のL6561が使用される。抵抗204、抵抗205は、アクティブフィルタ回路部102の出力電圧を検出して、PFC207に入力する。PFC207は、この入力電圧が一定になるように、スイッチング素子102dであるFETのスイッチング動作を制御する。つまり、アクティブフィルタ回路部102の出力電圧は、抵抗204、205の抵抗分圧で設定される。また、抵抗201、抵抗202は、電源整流回路部101で全波整流された脈流波形をPFC207に入力する。また、抵抗203は、スイッチング素子102dのスイッチング動作によりソースに流れる電流を検出し、電圧に変換する。PFC207は、抵抗203で検出された電圧値と、前述の抵抗201、202で検出された電圧との比較を行い、スイッチング素子102dのOFFを決定する。つまり、PFC207は入力電流が全波整流電圧波形の崩落線に沿って流れるように、スイッチング素子102dのON時間を決定する。チョークコイル102aの2次巻き線から検出される電圧は、チョークコイル102aの1次側に流れる電流の0クロスを検出するものであり、PFC207に入力されてスイッチング素子102dのOFFからONを決定する。つまり、PFC207は、チョークコイル102aの1次側の電流が0になったことを検出して、スイッチング素子207をONさせる。(3)インバータ回路部103は、アクティブフィルタ回路部102で昇圧された直流電圧を、インバータ制御回路部105から出力される逆極性の電圧でFET108及びFET109を交互にスイッチングすることにより、高周波電圧を発生させる回路である。
(4)負荷回路部104は、周波数によりインダクタ110のインピーダンスを変化させることにより直列に接続された発光ダイオード素子107に流れる電流を調整するものである。コンデンサ111は結合コンデンサである。
(5)整流回路部106はダイオード113〜116からなり、直列に接続された発光ダイオード素子107に直流電流を流すものである。
(6)帰還制御回路部130は、直列に接続された発光ダイオード素子107に流れる電流を電流検出抵抗118により電圧に変換して検出し、ダイオード121で整流し、抵抗122とコンデンサ123で平均値を求めて、比較器120に入力し、基準電圧119と比較しながらその差分をインバータ制御回路部105に出力する。
(7)インバータ制御回路部105は、インバータ回路部103の動作周波数を制御するもので、比較器120の出力に従い周波数若しくはDUTYを制御する。
(8)LED電圧検出回路部140(LED電圧検出部)は、直列に接続されたLED素子の電圧を抵抗141、抵抗142により検出し、コンデンサ143はその電圧を平均化するもので、演算回路部151に入力される。また、帰還制御回路部130のコンデンサ123に発生する平均電圧も演算回路部151に入力される。
(9)演算回路部151は、コンデンサ123より入力される発光ダイオード素子107に流れる電流とコンデンサ143から入力されるLED電圧の積を求め、電力を計算する。
(10)指令値出力回路部152は、算出された電力値に伴い、適切な動作条件をアクティブフィルタコントロールICに出力する。演算回路部151と指令値出力回路部152とはマイクロコンピュータ150(スイッチング素子制御部)で実現される。
(A)図12のLED点灯装置100a−1は、定電流方式であり、インバータ回路部103、負荷路部104、インバータ制御回路部105及び帰還制御回路部130から、定電流を供給する定電流供給部210が構成される。定電流供給部210のインバータ回路部103、負荷路部104、インバータ制御回路部105は、アクティブフィルタ回路部102によって生成された直流電圧に基づき装着状態の直列接続の複数のLEDプレート2に直流電流を供給する。その場合に帰還制御回路部130が、供給される直流電流の値を監視する。帰還制御回路部130が監視結果をインバータ制御回路部105にフィードバックすることで、定電流を装着状態の直列接続の複数のLEDプレート2に供給できる。
(B)LED電圧検出回路部140は、装着状態の直列接続の複数のLEDプレート2の全体に印加されるLED電圧を検出する。
(C)マイコン150(スイッチング素子制御部)は、帰還制御回路部130から定電流値を取得し、またLED電圧検出回路部140からLED電圧の値を取得し、取得した直流電流の値とLED電圧の値とに基づいて装着状態のすべてのLEDプレート2に供給される電力を検出する。
(D)マイコン150は、検出された電力に基づいて、PFCを介して、スイッチング素子102dのスイッチングを制御する。
以下では、例えば負荷出力が100%から10%になった場合を説明する。図12はLEDプレート2が3枚装着されているが、例えばLEDプレート2が10枚装着されており、この10枚の状態から1枚になり、残り9枚がLEDダミープレート6に交換されたような場合である。負荷出力が低下すると、電解コンデンサ102cの消費が減るため、スイッチング素子102dに流れる電流が低下していく。これに伴い、抵抗203から検出される電圧は低下していく。このPFC207として使用されるICは小信号のICであり、入力される信号は1V程度である。負荷出力が100%から10%になると、抵抗203から検出される電圧は0.1V程度に低下する。この場合、PFC207は0.1V程度の電圧とノイズとの判別ができずに誤動作し、その結果、力率低下、高調波規格オーバーという課題が発生する。この課題は、負荷電力を判別して、アクティブフィルタ回路部102の設定値を変えることで対応できる。
すなわち、図12に示す構成は以下の様に動作するので、この課題を解決できる。
(1)マイコン150によって負荷電力を検出し、検出される電力が規定の電力値以上になった場合に、つまり、抵抗203に発生する電圧が検出電力に伴って高くなった場合に、指令値出力回路部152からスイッチSWをONさせる信号をスイッチSWに送出してスイッチSWをONにする。スイッチSWのONにより抵抗206と並列接続にすることで抵抗203の合成抵抗値を低下させる。逆に、検出される電力が規定の電力値以下になった場合に(100%から10%になった場合)、つまり、抵抗203に発生する電圧が低くなった場合に、指令値出力回路部152からスイッチSWをOFFさせる信号をスイッチSWに送出してスイッチSWをOFFにする。スイッチSWのOFFにより、抵抗206の並列接続を抵抗203から切断して抵抗203の単独抵抗値とし、抵抗206との合成抵抗値よりも大きくする。この場合、10%出力であっても、抵抗203の検出電圧はそれほど小さくならない。これにより、負荷出力の小さいときにも抵抗203に発生する電圧が極端に小さくならない。このため、PFC207は誤動作することなく、スイッチング素子102dを正しく駆動するので上記課題を解決できる。以上のように、LED点灯装置100a−1では、抵抗203の抵抗値を変化させて(抵抗206との並列接続のON、OFF)、スイッチング素子102dのON、OFFタイムを制御する。つまり、マイコン150は、LEDモジュールに供給される電力を検出し、検出された電力に基づいて、スイッチング素子102dのスイッチングを制御する。これにより、負荷出力の変動によるスイッチング素子102dの意図しない動作を回避できる。
また、照明器具設置後にエンドユーザーが任意の明るさに設定できるため、様々な明るさのニーズに合わせた使用ができる。
さらに、LED点灯装置の寿命を長くした場合を前提に、LEDプレートをエンドユーザーが従来の蛍光ランプと同じ感覚で交換することが可能になるため、器具寿命を現状より長くすることが可能になり、資源の節約にもつながる。
色温度の異なるLEDプレート2を提供することで、エンドユーザーは任意に色温度を変更することが可能になり、様々なニーズに対応することができる。
また図1のように、3枚のLEDプレート2を装着する場合、3枚とも色温度の異なるLEDプレート2を装着してもよいし、1枚だけ色温度の異なるLEDプレート2を装着してもよいし、あるいは3枚とも同じ色温度のLEDプレート2を装着してもよい。
Claims (7)
- 光源として複数のLEDを装着するLED照明器具において、
複数のLEDが配線で接続されて点灯可能に取り付けられた複数のLEDモジュールの装着が可能であると共に、装着状態にある前記複数のLEDモジュールのいずれの取り外しも可能であることを特徴とするLED照明器具。 - 前記LED照明器具は、
装着状態にある前記複数のLEDモジュールのどの前記LEDモジュールが取り外しされた場合にも、取り外しされずに装着されている前記LEDモジュールに取り付けられた前記LEDの点灯が可能であることを特徴とする請求項1記載のLED照明器具。 - 前記LED照明器具は、
前記複数のLEDモジュールのうちの少なくとも一つのLEDモジュールに代替すると共にLEDが取り付けられていないダミーモジュールであって、代替される前記LEDモジュール以外の他のすべての前記LEDモジュールに取り付けられた前記LEDの点灯に影響を与えないダミーモジュールの、装着と取り外しとが可能であることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載のLED照明器具。 - 前記LED照明器具は、
色温度が互いに異なる少なくとも2つの前記LEDモジュールを備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のLED照明器具。 - 前記LED照明器具は、
色温度が互いに異なるLEDを含む少なくとも1つの前記LEDモジュールを備えたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のLED照明器具。 - 前記LED照明器具は、
制御を受けてスイッチングし、スイッチングに応じた大きさの直流電圧であって装着状態のすべての前記LEDモジュールのすべてのLEDを点灯させる直流電圧を生成するスイッチング素子を有する直流電圧生成部と、
装着状態のすべての前記LEDモジュールに供給される電力を検出し、検出された電力に基づいて、前記直流電圧生成部の前記スイッチング素子のスイッチングを制御するスイッチング素子制御部と
を有するLED点灯装置
を備えたことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のLED照明器具。 - 前記装着状態の複数の前記LEDモジュールは、
いずれも複数のLEDが直列接続されると共に、直列接続され、
前記LED点灯装置は、
前記直流電圧生成部によって生成された前記直流電圧に基づき装着状態の直列接続の複数の前記LEDモジュールに直流電流を供給すると共に、供給する前記直流電流の値を監視することで前記直流電流を定電流に制御するフィードバック制御により前記直流電流を定電流として装着状態の直列接続の複数の前記LEDモジュールに供給する定電流供給部と、
装着状態の直列接続の複数の前記LEDモジュールの全体に印加されるLED電圧を検出するLED電圧検出部と
を備え、
スイッチング素子制御部は、
前記定電流供給部から前記定電流である前記直流電流の値を取得し、前記LED電圧検出部から前記LED電圧の値を取得し、取得した前記直流電流の値と前記LED電圧の値とに基づいて装着状態のすべての前記LEDモジュールに供給される電力を検出することを特徴とする請求項6記載のLED照明器具。
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