JP2012133942A - Ｌｅｄ点灯装置及びそれを用いた照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】出力制御部への動作電源が安定するまでの時間を短縮させたＬＥＤ点灯装置及びそれを用いた照明器具を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ点灯装置は、電源電圧を所定の直流電圧に変換してＬＥＤランプ５に出力する電力変換部２と、電力変換部２の出力を制御する出力制御部３とを備える。電力変換部２は、インダクタンス素子Ｌ１及びコンデンサＣ１の直列回路と、インダクタンス素子Ｌ１と直列に接続されて出力制御部３によってオン・オフされるスイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ１のオフ時にインダクタンス素子Ｌ１の放電経路を構成するダイオードＤ１とを備えたチョッパ回路からなる。出力制御部３は、インダクタンス素子Ｌ１の二次巻線ｎ２に発生する電圧を動作電源とし、点灯開始からの所定期間におけるＬＥＤランプ５への供給電流が、定常時における供給電流よりも小さくなるように、スイッチング素子Ｑ１のオン・オフ時間を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ点灯装置及びそれを用いた照明器具に関するものである。

従来より、ＬＥＤ光源に点灯電力を供給するＬＥＤ点灯装置が提供されている（例えば特許文献１参照）。このＬＥＤ点灯装置は、直流電源から入力される電圧を所定の直流電圧に変換して出力する点灯回路部と、点灯回路部の出力電圧の急激な変化を抑制する保護回路部と、点灯回路部の出力電圧を検出する電圧検出回路部と、ＬＥＤ光源に流れる電流を検出するための電流検出用抵抗とを備える。また、点灯回路部は、直流電源の高電圧側に一端が接続されるインダクタンス素子と、インダクタンス素子の他端にアノードが接続される逆流防止用のダイオードと、インダクタンス素子の他端と直流電源の低電圧側との間に接続されるスイッチング素子と、ダイオードのカソードと直流電源の低電圧側との間に接続されるキャパシタンス素子と、点灯回路部の出力電圧を制御する駆動制御部とで構成される。

このＬＥＤ点灯装置では、駆動制御部が、電流検出用抵抗によりＬＥＤ光源に流れる電流を検出し、その検出結果をスイッチング素子のオン・オフ制御にフィードバックすることで、ＬＥＤ光源に流れる電流が予め設定した目標値となるように点灯回路部の出力電圧を調整する。その結果、直流電源の電圧値が変動してもＬＥＤ光源を均一な明るさで点灯させることができる。

特開２００６−２１０２７１号公報（段落［００３１］−段落［００３６］、及び、第１図）

上述の特許文献１に示したＬＥＤ点灯装置では、起動時においてインダクタンス素子を流れる電流はキャパシタンス素子に充電されていくが、このときＬＥＤ光源への供給電流が大きいとキャパシタンス素子は緩やかに立ち上がることになる。そして、上記駆動制御部の動作電源が点灯回路部の出力側から供給されている場合には、キャパシタンス素子の緩やかな立ち上がりに比例して動作電源からの制御電流も緩やかに立ち上がることになり、その結果、上記駆動制御部への動作電源が安定するまでに時間を要するものであった。また、動作電源からの制御電流が急峻に立ち上がるように構成した場合には、上記駆動制御部への供給電流が増加することになり、上記駆動制御部又は動作電源での電力ロスが増大する虞があった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、出力制御部への動作電源が安定するまでの時間を短縮させたＬＥＤ点灯装置及びそれを用いた照明器具を提供することにある。

本発明のＬＥＤ点灯装置は、電源電圧を所定の直流電圧に変換してＬＥＤ光源に出力する電力変換部と、電力変換部の出力を制御する出力制御部とを備え、電力変換部は、インダクタンス素子及びコンデンサの直列回路と、インダクタンス素子と直列に接続されて出力制御部によってオン・オフされるスイッチング素子と、スイッチング素子のオフ時にインダクタンス素子の放電経路を構成するダイオードとを備えたチョッパ回路からなり、出力制御部は、インダクタンス素子の二次巻線に発生する電圧を動作電源とし、点灯開始からの所定期間におけるＬＥＤ光源への供給電流が、定常時におけるＬＥＤ光源への供給電流よりも小さくなるように、スイッチング素子のオン・オフ時間を制御していることを特徴とする。

このＬＥＤ点灯装置において、出力制御部は、インダクタンス素子に蓄積された電荷を放電する際に二次巻線に発生する正極性の電圧を動作電源としているのが好ましい。

また、このＬＥＤ点灯装置において、出力制御部は、インダクタンス素子に流れる電流がゼロになるタイミングでスイッチング素子をオンにする臨界モードで制御しており、インダクタンス素子に流れる電流を検出するための巻線を二次巻線で兼用しているのも好ましい。

本発明の照明器具は、上記のＬＥＤ点灯装置と、ＬＥＤ光源が機械的且つ電気的に接続されるランプソケットと、ＬＥＤ点灯装置及びランプソケットを保持する器具本体とを備えていることを特徴とする。

出力制御部への動作電源が安定するまでの時間を短縮させたＬＥＤ点灯装置及び照明器具を提供することができるという効果がある。

本実施形態のＬＥＤ点灯装置の概略回路図である。 （ａ）〜（ｃ）は同上の動作を説明するためのグラフである。 （ａ）〜（ｃ）は同上の動作を説明するための別のグラフである。 同上を用いた照明器具の外観斜視図である。

以下に、ＬＥＤ点灯装置及び照明器具の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。

本実施形態のＬＥＤ点灯装置は、図１に示すように、直流電源１の出力電圧（電源電圧）を所定の直流電圧に変換してＬＥＤランプ（ＬＥＤ光源）５に出力する電力変換部２と、電力変換部２の出力を制御する出力制御部３と、出力制御部３に動作電源を供給する制御電源部４とを備える。

電力変換部２は、インダクタンス素子Ｌ１及びコンデンサＣ１の直列回路と、インダクタンス素子Ｌ１と直列に接続されて出力制御部３によってオン・オフされるスイッチング素子Ｑ１（例えばバイポーラトランジスタや電界効果トランジスタなど）と、スイッチング素子Ｑ１のオフ時にインダクタンス素子Ｌ１の放電経路を構成するダイオードＤ１とを備えたチョッパ回路からなる。

出力制御部３は、ＬＥＤランプ５を流れる電流（負荷電流）がフィードバックされ、当該電流値が予め設定された目標値となるように制御信号を作成して出力する制御回路３１と、制御回路３１から出力される制御信号に従って電力変換部２のスイッチング素子Ｑ１を駆動する駆動回路３２とを備える。駆動回路３２には、インダクタンス素子Ｌ１の二次巻線ｎ２が接続されており、この二次巻線ｎ２に発生する電圧を検出することで、インダクタンス素子Ｌ１の一次巻線ｎ１に流れる電流を検出できるようになっている。また、制御回路３１には、抵抗Ｒ１の一端側（抵抗Ｒ１の高電圧側）が接続されており、ＬＥＤランプ５に流れる電流に応じた電圧が入力されるようになっている。なお、動作については後述する。

制御電源部４は、抵抗Ｒ２及びコンデンサＣ２の直列回路と、インダクタンス素子Ｌ１の二次巻線ｎ２にアノードが接続されるとともに抵抗Ｒ２にカソードが接続されたダイオードＤ２とを備え、インダクタンス素子Ｌ１の二次巻線ｎ２に発生する電圧を動作電源として出力制御部３に供給する。ここに本実施形態では、図１に示すように、インダクタンス素子Ｌ１の一次巻線ｎ１に流れる電流を検出するための巻線を、電源供給用の二次巻線ｎ２で兼用しており、上記電流を検出するための巻線を別に設けなくてもいいことから、コストアップを抑えたＬＥＤ点灯装置を提供することができる。

ＬＥＤランプ５は、複数のＬＥＤ５ａ…が直列接続された状態で実装されたプリント基板（図示せず）と、透光性材料（例えばガラスなど）により長尺の直管状に形成された発光管５ｂ（図４参照）と、発光管５ｂの両端部に設けられた口金（図示せず）とを備える。上記のプリント基板は、発光管５ｂの内部に収納されるとともに少なくとも一方の口金と電気的に接続され、この口金を介して電力変換部２から供給される直流電源により複数のＬＥＤ５ａ…が点灯するのである。

次に、ＬＥＤ点灯装置の動作について図２を参照しながら説明する。時刻ｔ０のときに出力制御部３の駆動回路３２から出力された駆動信号（オン信号）により電力変換部２のスイッチング素子Ｑ１がオンにされると、スイッチング素子Ｑ１に電流Ｉ１が流れ始めるとともにインダクタンス素子Ｌ１にも同じ大きさの電流Ｉ２（Ｉ２＝Ｉ１）が流れ始める。このとき、インダクタンス素子Ｌ１の二次巻線ｎ２には負極性の電圧Ｖ１が発生する。

続けて、時刻ｔ１のときにスイッチング素子Ｑ１がオフにされると、スイッチング素子Ｑ１に流れる電流Ｉ１はゼロになるが、インダクタンス素子Ｌ１には、スイッチング素子Ｑ１のオン時に蓄積したエネルギーが放出され、時間の経過とともに比例的に減少する電流Ｉ２が流れる（図２（ｂ）参照）。このとき、インダクタンス素子Ｌ１の二次巻線ｎ２には正極性の電圧Ｖ１が発生する。

そして、時刻ｔ２のときにインダクタンス素子Ｌ１に流れる電流Ｉ２がゼロになると、再びスイッチング素子Ｑ１がオンにされ、スイッチング素子Ｑ１に電流Ｉ１が流れ始めるとともにインダクタンス素子Ｌ１にも同じ大きさの電流Ｉ２が流れ始める。このとき、インダクタンス素子Ｌ１の二次巻線ｎ２には負極性の電圧Ｖ１が発生する。

以下同様にして、スイッチング素子Ｑ１がオン・オフを繰り返すことでコンデンサＣ１には所定の点灯電力が蓄積され、この点灯電力によりＬＥＤランプ５が点灯するのである。

ここに本実施形態では、出力制御部３が、インダクタンス素子Ｌ１の二次巻線ｎ２によりインダクタンス素子Ｌ１の一次巻線ｎ１に流れる電流を検出し、この検出値がゼロになるタイミングでスイッチング素子Ｑ１をオンにする臨界モードでスイッチング素子Ｑ１の動作を制御している。また本実施形態では、インダクタンス素子Ｌ１の一次巻線ｎ１に蓄積させた電荷を放電する期間（図２（ａ）中の時刻ｔ１から時刻ｔ２の間）に二次巻線ｎ２に発生する正極性の電圧を出力制御部３の動作電源としている。

ここで、図３はＬＥＤ点灯装置の動作を説明するための別のグラフである。直流電源１から電源電圧が供給され、起動回路（図示せず）から出力制御部３へ制御用起動電流が供給された後、動作電源電圧が所定電圧に達する時刻ｔ３のときに、出力制御部３が動作を開始して点灯動作が開始される。出力制御部３の制御回路３１は、ＬＥＤランプ５の負荷電流Ｉ３がＩ３１となるように制御信号を作成し、駆動回路３２に出力する。駆動回路３２は、制御回路３１から出力された制御信号に従ってスイッチング素子Ｑ１のオン時間／オンオフ周期が小さくなるようにオン・オフ時間を制御し、ＬＥＤランプ５の負荷電流Ｉ３をＩ３１に設定する。

次に、制御回路３１は、時刻ｔ４のときに、ＬＥＤランプ５の負荷電流Ｉ３がＩ３２（Ｉ３２＞Ｉ３１）となるように制御信号を作成し、駆動回路３２に出力する。駆動回路３２は、制御回路３１から出力された制御信号に従ってスイッチング素子Ｑ１のオン時間／オンオフ周期が大きくなるようにオン・オフ時間を制御し、ＬＥＤランプ５の負荷電流Ｉ３をＩ３２に設定する。

すなわち、本実施形態では、点灯開始からの所定期間（本例では図３（ａ）中の時刻ｔ３から時刻ｔ４の間）におけるＬＥＤランプ５の負荷電流Ｉ３（＝Ｉ３１）が、定常時（図３（ａ）中の時刻ｔ４以降）におけるＬＥＤランプ５の負荷電流Ｉ３（＝Ｉ３２）よりも小さくなるように、スイッチング素子Ｑ１のオン・オフ時間を制御している。その結果、点灯開始時におけるコンデンサＣ１の立ち上がりが急峻になり、それに伴ってインダクタンス素子Ｌ１の二次巻線ｎ２に発生する電圧も急峻に立ち上がるため、制御電源部４から出力制御部３への動作電源が安定するまでの時間を短縮することができる。

さらに、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間の所定期間においては、インダクタンス素子Ｌ１の二次巻線ｎ２に発生する電圧は、スイッチング素子Ｑ１のオン時間／オンオフ周期が小さくなることによって正電圧が発生する期間の比率が増加することになり、制御電源部４から出力制御部３への供給電流は増加し、動作電源が安定するまでの時間を大幅に短縮することができる。また、時刻ｔ４以降は、スイッチング素子Ｑ１のオン時間／オンオフ周期が大きくなることによって正電圧が発生する期間の比率が低下し、制御電源部４から出力制御部３への供給電流は低下するため、出力制御部３又は制御電源部４での電力ロスを低減することができる。

なお、上記の点灯動作中は、ＬＥＤランプ５の負荷電流に応じた電圧が制御回路３１にフィードバックされ、制御回路３１はこの電圧値が予め設定した目標値となるように制御信号を作成し、駆動回路３２に出力する。そして、駆動回路３２は、制御回路３１から出力された制御信号に従ってスイッチング素子Ｑ１のオン・オフ時間を制御し、ＬＥＤランプ５の負荷電流Ｉ３を所定値（本例ではＩ３１又はＩ３２）に設定するのである。

ここで、上記起動回路は、直流電源１から電源電圧が供給されてから点灯動作が開始されるまでの間に、出力制御部３へ動作電源電圧を供給できる構成であるならどのような構成でもよい。

次に、図４は本実施形態の照明器具を示す外観斜視図であり、本照明器具は、上述したＬＥＤ点灯装置と、ＬＥＤランプ５が機械的且つ電気的に接続される一対のランプソケット６，６と、天井に直付けされる器具本体７とを備える。

器具本体７は、長手方向から見た側面形状が台形である長尺の角筒状に形成され、その内部にはＬＥＤ点灯装置が収納されている。そして、器具本体７の下面における長手方向両端部には、それぞれランプソケット６，６が配設されている。これらのランプソケット６，６は、従来周知である直管形の蛍光ランプ用のランプソケットと同一構造を有しており、ＬＥＤランプ５の両端部に設けられた各口金（図示せず）をそれぞれランプソケット６，６に装着させることで、ＬＥＤランプ５がランプソケット６，６に機械的且つ電気的に接続される。

而して、上述のＬＥＤ点灯装置を用いることによって、出力制御部３への動作電源が安定するまでの時間を短縮させた照明器具を提供することができる。

１ 直流電源
２ 電力変換部
３ 出力制御部
５ ＬＥＤランプ（ＬＥＤ光源）
Ｃ１ コンデンサ
Ｄ１ ダイオード
Ｌ１ インダクタンス素子
Ｑ１ スイッチング素子
ｎ２ 二次巻線

Claims (4)

1. 電源電圧を所定の直流電圧に変換してＬＥＤ光源に出力する電力変換部と、
   前記電力変換部の出力を制御する出力制御部とを備え、
   前記電力変換部は、インダクタンス素子及びコンデンサの直列回路と、前記インダクタンス素子と直列に接続されて前記出力制御部によってオン・オフされるスイッチング素子と、前記スイッチング素子のオフ時に前記インダクタンス素子の放電経路を構成するダイオードとを備えたチョッパ回路からなり、
   前記出力制御部は、前記インダクタンス素子の二次巻線に発生する電圧を動作電源とし、点灯開始からの所定期間における前記ＬＥＤ光源への供給電流が、定常時における前記ＬＥＤ光源への供給電流よりも小さくなるように、前記スイッチング素子のオン・オフ時間を制御していることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
2. 前記出力制御部は、前記インダクタンス素子に蓄積された電荷を放電する際に前記二次巻線に発生する正極性の電圧を動作電源としていることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯装置。
3. 前記出力制御部は、前記インダクタンス素子に流れる電流がゼロになるタイミングで前記スイッチング素子をオンにする臨界モードで制御しており、
   前記インダクタンス素子に流れる電流を検出するための巻線を前記二次巻線で兼用していることを特徴とする請求項１又は２記載のＬＥＤ点灯装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載のＬＥＤ点灯装置と、前記ＬＥＤ光源が機械的且つ電気的に接続されるランプソケットと、前記ＬＥＤ点灯装置及び前記ランプソケットを保持する器具本体とを備えていることを特徴とする照明器具。

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