JP2012009286A - Ｌｅｄ点灯装置及びｌｅｄ照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】コンデンサドロップ式の電源回路のＬＥＤ点灯装置において、交流電源電圧の周波数によらず、負荷であるＬＥＤに流れる電流を一定とする。
【解決手段】ＬＥＤ点灯装置１は、第１のコンデンサ３と、第１のコンデンサ３に並列に接続される、スイッチ９と第２のコンデンサ４とからなる直列接続部３０とを有するインピーダンス部３１と、交流電源２の周波数を検出する交流電源周波数判定回路１０ａと、交流電源周波数判定回路１０ａによって検出された交流電源２の周波数に応じて、インピーダンス部３１のスイッチ９のオン、オフを制御するスイッチ駆動回路１０ｂとを備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は、ＬＥＤ点灯装置に関する。

コンデンサのインピーダンスによる電圧降下を利用したコンデンサドロップ式電源回路に関する技術がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１３１８２２号公報（段落「００１０」〜段落「００１７」、図１〜図３参照。）

しかし、従来のコンデンサドロップ式電源回路では、交流電源の周波数によってコンデンサのインピーダンスが変化するため、負荷に流れる電流が変わってしまうという課題がある。

本発明は、コンデンサドロップ式の電源回路を採用したＬＥＤ点灯装置において、交流電源電圧の周波数によらずに負荷であるＬＥＤに流れる電流を一定とすることで、ＬＥＤの明るさが一定となるように制御することを目的とする。

この発明のＬＥＤ点灯装置は、交流電源に接続されると共に複数のコンデンサを備えたインピーダンス部であって、前記交流電源に対するインピーダンスとして機能する前記コンデンサを前記複数のコンデンサの中から選択御御を受けることによって選択し、選択された前記コンデンサのインピーダンスによって電圧降下された前記交流電源をＬＥＤに供給するインピーダンス部と、前記交流電源の周波数を検出する周波数検出部と、前記周波数検出部によって検出された前記交流電源の周波数に応じて、前記インピーダンス部の前記コンデンサの前記選択制御を実行するコンデンサ選択制御部とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、交流電源の周波数に応じてコンデンサの接続状態を切り替えることでコンデンサの合成インピーダンスを変化させて、ＬＥＤアレイに一定の電流が流れるように制御できる。

実施の形態１のＬＥＤ点灯装置１の回路図。 ＬＥＤ点灯装置１によるＬＥＤアレイの点灯タイミングを示す図。 実施の形態１のＬＥＤ配置を示す図。 実施の形態１の他のＬＥＤ配置を示す図。 実施の形態２のＬＥＤ点灯装置１ａの回路図。 実施の形態３のＬＥＤ点灯装置１ｂの回路図。 実施の形態４のＬＥＤ点灯装置１ｃの回路図。

実施の形態１．
以下の実施の形態１〜４では、コンデンサドロップ式のＬＥＤ点灯装置を説明する。
図１は、実施の形態１のＬＥＤ点灯装置１の回路図である。なお、図１はＬＥＤ点灯装置１に加え、ＬＥＤモジュールも含めたＬＥＤ照明器具として示した。ＬＥＤ点灯装置１は、第１のコンデンサ３と、第１のコンデンサ３と並列接続される「電気的に接続を開閉するスイッチ９と第２のコンデンサ４」との直列接続部３０と、第１のＬＥＤアレイ７が接続され、交流電源２の交流を半波整流する第１のダイオード５と、第２のＬＥＤアレイ８が接続され、交流電源２の交流を半波整流する第２のダイオード６と、交流電源２の周波数を検出するとともに、スイッチ９のオン／オフを制御するスイッチ制御回路１０と、を備える。第１のコンデンサ３と、スイッチ９と第２のコンデンサ４との直列接続部３０とは、インピーダンス部３１を構成する。

スイッチ制御回路１０は、交流電源の周波数を判定する交流電源周波数判定回路１０ａ（周波数検出部）と、交流電源２の周波数に応じて電気的な接続を開閉するスイッチ９をＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチ駆動回路１０ｂ（コンデンサ選択制御部）と、を備える。

次に、本実施の形態１のＬＥＤ点灯装置１の動作を説明する。

以下の動作では、交流電源２の周波数５０Ｈｚ、６０Ｈｚに対して、コンデンサの接続状態を切り替えることで交流電源に対するインピーダンス１／（ωＣ）を一定にする。すなわち、５０Ｈｚのときは静電容量Ｃを６０Ｈｚのときよりも大きくし（スイッチ９をＯＮ）、６０Ｈｚのときは静電容量Ｃを５０Ｈｚのときよりも小さくする（スイッチ９をＯＦＦ）。

ＬＥＤ点灯装置１に交流電源２が供給されると、交流電源周波数判定回路１０ａは、供給される交流電源２の周波数が５０Ｈｚであるのか、６０Ｈｚであるのかを判定する。

交流電源周波数判定回路１０ａが、交流電源２の周波数は５０Ｈｚであると判定すると、スイッチ駆動回路１０ｂに信号が出力され、スイッチ駆動回路１０ｂはスイッチ９をＯＮする。

第１のコンデンサ３のみであれば、インピーダンスは６０Ｈｚのときよりも５０Ｈｚのほうが大きくなるため、ＬＥＤアレイ７およびＬＥＤアレイ８に流れる電流が少なくなり、ＬＥＤの発光強度は弱くなる。

スイッチ９がＯＮとなることで、第２のコンデンサ４が電気的に接続され、第１のコンデンサ３と第２のコンデンサ４の合成インピーダンスとなり、６０Ｈｚのときと等しい電流が流れるようになる。すなわち、第１のコンデンサ３と第２のコンデンサ４とは、５０Ｈｚに対する第１のコンデンサ３と第２のコンデンサ４との合成インピーダンスと、６０Ｈｚに対する第１のコンデンサ３のインピーダンスとが同等となるような特性のものが採用される。

次に、交流電源周波数判定回路１０ａが交流電源２の周波数は６０Ｈｚであると判定した場合、スイッチ９はＯＦＦのままとなり、５０Ｈｚ判定時と逆の動作となる。

つまり、第１のコンデンサ３と第２のコンデンサ４とが電気的に接続される場合、第１のコンデンサ３と第２のコンデンサ４の合成インピーダンスが小さくなり、ＬＥＤアレイ７及びＬＥＤアレイ８に流れる電流が多くなる。

したがって、交流電源２の周波数が６０Ｈｚのとき、スイッチ９をＯＦＦにして、第２のコンデンサ４を電気的に切り離す。これにより、インピーダンスを大きくして、ＬＥＤアレイ７及びＬＥＤアレイ８に流れる電流を、交流電源２の周波数が５０ＨｚのときにＬＥＤアレイ７及びＬＥＤアレイ８に流れる電流とほぼ等しくすることができる。

次に、実施の形態１におけるＬＥＤモジュールの構成および点灯状態について説明する。
図２は、実施の形態１におけるＬＥＤアレイの点灯タイミングを示す図である。
図３は、ＬＥＤモジュール（ＬＥＤの配置例）を示した正面図である。

図１のＬＥＤ点灯装置１は、交流電源２の交流電圧を半波整流し、この半波整流した電流がそれぞれのＬＥＤアレイ７、８に流れる。このように、半波整流によりＬＥＤアレイ７とＬＥＤアレイ８が交互に点灯するＬＥＤ点灯装置では、図２に示すように、交流電源のＴａ区間（交流電源の１周期の前半）ではＬＥＤアレイ７が点灯し、Ｔｂ区間（交流電源の１周期の後半）ではＬＥＤアレイ８が点灯する。

ここで、ＬＥＤ配置面を図３（ａ）のように、９０°ごとに４分割し、
それぞれＡＢＣエリア、ＤＥＦエリア、ＧＨＩエリア、ＪＫＬエリアとする。
さらに、同心円状に３分割し、
ＡＢＣエリアをＡ部、Ｂ部、Ｃ部、
ＤＥＦエリアをＤ部、Ｅ部、Ｆ部、
ＧＨＩエリアをＧ部、Ｈ部、Ｉ部、
ＪＫＬエリアをＪ部、Ｋ部、Ｌ部とする。

このとき、図３（ｂ）のように、
Ａ部、Ｂ部およびＣ部にＬＥＤアレイ７のＬＥＤのみを配置し、
Ｄ部、Ｅ部およびＦ部にＬＥＤアレイ８のＬＥＤのみを配置すると、
Ａ部〜Ｃ部はＴａ区間のみ点灯し、Ｔｂ区間では消灯する。
同様にＤ部〜Ｆ部はＴａ区間で消灯し、Ｔｂ区間では点灯する。

このように、点灯および消灯のタイミングが同じＬＥＤアレイ７またはＬＥＤアレイ８を１箇所に集中して配置すると、ちらついて見える可能性がある。

そこで、図３（ｃ）のように、Ａ部にＬＥＤアレイ７およびＬＥＤアレイ８のそれぞれＬＥＤを同じ個数を交互に配置することで、Ａ部での消灯する区間が無くなり、ちらつきをなくすことができる。Ａ部以外の部分でも同様に、それぞれのＬＥＤアレイ７及びＬＥＤアレイ８のＬＥＤを同じ個数交互に配置する。

図４は図３の（ｃ）とは別のＬＥＤ位置の図である。図４の（ａ）はＬＥＤアレイ２２（ＬＥＤアレイ７に対応）とＬＥＤアレイ２３（ＬＥＤアレイ８に対応）からなり、図４の（ｂ）はＬＥＤアレイ２４（ＬＥＤアレイ７に対応）とＬＥＤアレイ２５（ＬＥＤアレイ８に対応）からなる。図３の（ｃ）ではＬＥＤ配置の領域が円形となっている照明器具（ＬＥＤモジュール）を示したが、図４の（ａ）、図４の（ｂ）のようにＬＥＤ配置面が長方形の照明器具（ＬＥＤモジュール）でもよい。ＬＥＤの配置方法は、図４の（ａ）、図４の（ｂ）のように、ＬＥＤアレイ２２、２３（あるいはＬＥＤアレイ２４、２５）を構成するＬＥＤを交互に配置し、チラツキ感を抑制（ちらつきを防止）している。

図３の（ｃ）、図４のように、図２のＴａ期間で点灯する第１のＬＥＤアレイと、Ｔｂ期間で点灯する第２のＬＥＤアレイとの各ＬＥＤとは、ＬＥＤ基板において、第１のＬＥＤアレイのＬＥＤ１個と第２のＬＥＤアレイのＬＥＤ１個との２個が対（図３の（ｃ）、図４に示す範囲４１で一対を示した）をなして隣接して配置される。この配置により、図２の点灯状態であってもチラツキ感を防止できる。

実施の形態２．
図５は、実施の形態２のＬＥＤ点灯装置１ａの回路図である。交流電源の周波数判定およびコンデンサ容量の切り換えの動作は、実施の形態１と同様である。

ＬＥＤ点灯装置１ａは、交流電圧を全波整流するダイオードブリッジ１２と、ダイオードブリッジ１２で脈流に変換された電圧を平滑する平滑コンデンサ１３と、ＬＥＤアレイ７を備える。ＬＥＤ点灯装置１ａは、直流電圧をＬＥＤアレイ７へ印加する。

このように、ＬＥＤ点灯装置１ａは、ダイオードブリッジ１２で交流電源２の交流を全波整流し、さらに、平滑コンデンサ１３で全波整流した電流を平滑することにより、ＬＥＤアレイ７を点滅させることなく、常時点灯させることができる。

なお、ＬＥＤアレイ７の点滅が許容される場合は、平滑コンデンサ１３をなくして、ダイオードブリッジ１２で整流した脈流電圧をＬＥＤアレイ７に印加しても良い。

実施の形態３．
図６は、実施の形態３のＬＥＤ点灯装置１ｂの回路図である。ＬＥＤ点灯装置１ｂは、第１のコンデンサ３（第１のコンデンサ）と、第１のコンデンサ３と直列に接続される第２のコンデンサ４ａ（第２のコンデンサ）と、第１のコンデンサ３と並列接続されて電気的に接続を開閉するスイッチ９（スイッチ素子）と、第１のＬＥＤアレイ７が接続され、交流電源２の交流を半波整流する第１のダイオード５と、第２のＬＥＤアレイ８が接続され、交流電源２の交流を半波整流する第２のダイオード６と、交流電源２の周波数を検出するとともに、スイッチ９のオン／オフを制御するスイッチ制御回路１０と、を備える。第１のコンデンサ３と、第２のコンデンサ４ａと、スイッチ９とは、インピーダンス部３２を構成する。

次に、実施の形態３のＬＥＤ点灯装置１ｂの動作を説明する。交流電源周波数判定回路１０ａでは、交流電源２の周波数が５０Ｈｚであるのか、６０Ｈｚであるのかを判定する。以下の動作では、ＬＥＤ点灯装置１ｂは実施の形態１と同様に、交流電源２の周波数５０Ｈｚ、６０Ｈｚに対して、コンデンサの接続状態を切り替えることで交流電源に対するインピーダンス１／（ωＣ）を一定にする。すなわち、５０Ｈｚのときは静電容量Ｃを６０Ｈｚのときよりも大きくし（スイッチ９をＯＮ）、６０Ｈｚのときは静電容量Ｃを５０Ｈｚのときよりも小さくする（スイッチ９をＯＦＦ）。

例えば、交流電源周波数判定回路１０ａが交流電源の周波数を６０Ｈｚと判定した時には、スイッチ駆動回路１０ｂはスイッチ９をＯＦＦとする。交流電源周波数判定回路１０ａが５０Ｈｚと判定すると、スイッチ駆動回路１０ｂはスイッチ９をＯＮにする。

スイッチ９が常にＯＮの場合、第１のコンデンサ３と第２のコンデンサ４ａとの合成インピーダンスは、６０Ｈｚよりも５０Ｈｚのほうが大きくなる。このため、５０ＨｚのときにはＬＥＤアレイ７およびＬＥＤアレイ８に流れる電流が少なくなり、ＬＥＤの発光強度は弱くなる。しかし、５０Ｈｚのときにスイッチ９がＯＮとなり、第１のコンデンサ３の両端を短絡することで、第２のコンデンサ４ａのみのインピーダンスとなり、ＬＥＤアレイには６０Ｈｚのときと等しい電流が流れるようになる。すなわち、第１のコンデンサ３と第２のコンデンサ４ａとは、６０Ｈｚに対する第１のコンデンサ３と第２のコンデンサ４との合成インピーダンスと、５０Ｈｚに対する第２のコンデンサ４ａのインピーダンスとが同等となるような特性のものが採用される。

なお、実施の形態３では、第１のダイオード５、第２のダイオード６によって、交流電源２の交流を半波整流する場合について説明したが、実施の形態２のようにダイオードブリッジにて全波整流した電圧をＬＥＤアレイに印加されるようにしてもよい。さらに、ダイオードブリッジの出力側に平滑コンデンサを備えてもよい。この場合、使用するＬＥＤアレイは１つでよい。

実施の形態４．
図７は、本実施の形態４を示すＬＥＤ点灯装置１ｃの回路図である。ＬＥＤ点灯装置１ｃは、図７に示すように、複数のコンデンサとスイッチ素子とからなるインピーダンス部３１ａとインピーダンス部３１ｂとを備えている。

コンデンサ容量切り換え回路（スイッチ９）およびＬＥＤ点灯回路（第１のコンデンサ３、第２のコンデンサ４、第１のダイオード５、第２のダイオード６）は、実施の形態１と同様である。

ＬＥＤ点灯装置１ｃは、赤色ＬＥＤ用のコンデンサ容量切り換え回路（スイッチ２１）と、ＬＥＤ点灯回路（第３のコンデンサ１５、第４のコンデンサ１６、第３のダイオード１７、第４のダイオード１８）を備えている。

これにより、ＬＥＤアレイ７およびＬＥＤアレイ８を白色ＬＥＤとし、赤色ＬＥＤ１９および赤色ＬＥＤ２０を備え、演色性を高めたＬＥＤ点灯装置１ｃにすることができる。

また、赤色以外のＬＥＤを用いて、色温度の違う点灯装置としてもよい。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ ＬＥＤ点灯装置、２ 交流電源、３ 第１のコンデンサ、４，４ａ 第２のコンデンサ、５ 第１のダイオード、６ 第２のダイオード、７ ＬＥＤアレイ、８ ＬＥＤアレイ、９ スイッチ、１０ スイッチ制御回路、１０ａ 交流電源周波数判定回路、１０ｂ スイッチ駆動回路、１２ ダイオードブリッジ、１３ コンデンサ、１４ ＬＥＤ配置面（ＬＥＤ基板）、１５ 第３のコンデンサ、１６ 第４のコンデンサ、１７ 第３のダイオード、１８ 第４のダイオード、１９，２０ 赤色ＬＥＤ、２１ スイッチ、２２，２３，２４，２５ ＬＥＤアレイ、３０ 直列接続部、３１，３１ａ，３１ｂ，３２ インピーダンス部。

Claims (4)

1. 交流電源に接続されると共に複数のコンデンサを備えたインピーダンス部であって、前記交流電源に対するインピーダンスとして機能する前記コンデンサを前記複数のコンデンサの中から選択御御を受けることによって選択し、選択された前記コンデンサのインピーダンスによって電圧降下された前記交流電源をＬＥＤに供給するインピーダンス部と、
   前記交流電源の周波数を検出する周波数検出部と、
   前記周波数検出部によって検出された前記交流電源の周波数に応じて、前記インピーダンス部の前記コンデンサの前記選択制御を実行するコンデンサ選択制御部と
   を備えたことを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
2. 前記インピーダンス部は、
   第１のコンデンサと、
   前記第１のコンデンサに並列に接続される、スイッチ素子と第２のコンデンサとからなる直列接続部と
   備え、
   前記コンデンサ選択制御部は、
   前記周波数検出部によって検出された前記交流電源の周波数に応じて、前記スイッチ素子をオンとオフとのいずれかに制御することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯装置。
3. 前記インピーダンス部は、
   第１のコンデンサと、
   前記第１のコンデンサに直列接続される第２のコンデンサと、
   前記第１のコンデンサに並列に接続されるスイッチ素子と
   を備え、
   前記コンデンサ選択制御部は、
   前記周波数検出部によって検出された前記交流電源の周波数に応じて、前記スイッチ素子をオンとオフとのいずれかに制御することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のＬＥＤ点灯装置と、
   前記インピーダンス部から前記交流電源の１周期のうちの前半の半周期の供給をうけて点灯する複数の第１ＬＥＤからなる第１ＬＥＤアレイと、
   前記インピーダンス部から前記交流電源の１周期のうちの後半の半周期の供給をうけて点灯する複数の第２ＬＥＤからなる第２ＬＥＤアレイと
   を備え、
   前記第１のＬＥＤアレイの各第１ＬＥＤと、前記第２のＬＥＤアレイとの各第２ＬＥＤとは、
   ＬＥＤ基板において、一つの前記第１ＬＥＤと一つの前記第２ＬＥＤとが対をなして隣接して配置されることを特徴とするＬＥＤ照明器具。

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