JP2014082148A - Led lighting device, and led illuminating fixture - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はLED点灯装置及びそれを用いたLED照明器具に関する。 The present invention relates to an LED lighting device and an LED lighting apparatus using the LED lighting device.
近年、LEDの高輝度化が進み、白熱灯、蛍光灯、高圧放電灯等に代わりLED光源を用いた照明器具が普及しつつある。蛍光灯、高圧放電灯等の場合、ランプ種に対応して定格値(定格電力、定格電流)がそれぞれ設定されているため、ランプ電流を制御する電子安定器もそれぞれのランプに対して定格出力値が設定される。従って、ランプ種毎に適合された電子安定器が存在する。LED光源の場合、LED素子は直流電流によって発光されるため、一般的には直流定電流電源からなるLED点灯装置が電子安定器として用いられる。ここで、搭載されるLED素子数は照明器具の仕様に応じて異なり、即ち、LED素子の種類が同じでも接続数が任意に設定できるため、LED点灯装置の出力態様はLED素子の種類ではなく照明器具の種類に応じて存在することになる。 In recent years, the brightness of LEDs has increased, and lighting fixtures using LED light sources instead of incandescent lamps, fluorescent lamps, high-pressure discharge lamps, and the like are becoming widespread. In the case of fluorescent lamps, high-pressure discharge lamps, etc., rated values (rated power, rated current) are set for each lamp type, so the electronic ballast that controls the lamp current also has a rated output for each lamp. Value is set. Therefore, there is an electronic ballast adapted for each lamp type. In the case of an LED light source, since the LED element emits light by a direct current, an LED lighting device composed of a direct current constant current power source is generally used as an electronic ballast. Here, the number of LED elements to be mounted varies depending on the specifications of the lighting fixture, that is, the number of connections can be arbitrarily set even if the type of LED elements is the same, so the output mode of the LED lighting device is not the type of LED elements It will be present depending on the type of lighting fixture.
ここで、照明器具毎に専用の出力設定を持つLED点灯装置を設計すると、装置の機種が非常に多くなってしまうため、1つのLED点灯装置で複数の照明器具に対応できるように、標準化されたLED点灯装置(標準電源)が設計されることが望ましい。この場合、標準電源の許容電力(定格電力)及び許容電流(定格電流)の範囲内でLED素子数が選択され、LED電流が調整される。例えば、標準電源の最大出力電力が100W、最大出力電流が500mWである場合、LED電圧が200V以下で、LED電流が500mA以下となる範囲で任意に選択される数のLED素子が直列接続され得る(さらにLED電流は要求仕様に応じて調整される)。 Here, if an LED lighting device having a dedicated output setting for each lighting fixture is designed, the model of the device becomes very large, so it is standardized so that one LED lighting device can support a plurality of lighting fixtures. It is desirable to design an LED lighting device (standard power supply). In this case, the number of LED elements is selected within the range of allowable power (rated power) and allowable current (rated current) of the standard power supply, and the LED current is adjusted. For example, when the maximum output power of the standard power supply is 100 W and the maximum output current is 500 mW, an arbitrary number of LED elements can be connected in series within a range in which the LED voltage is 200 V or less and the LED current is 500 mA or less. (Furthermore, the LED current is adjusted according to the required specifications).
一般的なLED点灯装置の回路構成が、例えば特許文献1に開示される。同文献を参照すると、交流電源(Vs)からの入力がフィルタ回路部(3)によってフィルタリングされ、全波整流器(BD)によって全波整流され、全波整流出力がコンデンサ(C1)によって平滑される。コンデンサによって平滑された電圧が、フライバックコンバータ等からなるスイッチング電源回路部(1)によって直流化され、その直流電流がLED発光部(2)に投入され、各LEDが発光する。
A circuit configuration of a general LED lighting device is disclosed in
上記のような標準電源では、仕様により規定される入力電圧範囲、及びLED素子接続数に応じた負荷電力範囲に対して、所定の入力力率を確保することが要求される。そして、LED照明器具の多様化に伴い、1つの標準電源に対応させるべき入力電圧範囲及び負荷電力範囲(LED素子接続数)は拡大される傾向にある。 In the standard power supply as described above, it is required to secure a predetermined input power factor for the input voltage range defined by the specifications and the load power range corresponding to the number of LED elements connected. And with the diversification of LED lighting fixtures, the input voltage range and load power range (number of LED elements connected) that should correspond to one standard power supply tend to be expanded.
ここで、入力電圧範囲及び負荷電力範囲が拡大された場合でも、その全ての範囲にわたって所定の入力力率を確保する必要がある。例えば、詳細を後述するように、最大入力電圧かつ最小負荷電力で入力電流が非常に小さい場合や、最小入力電圧かつ最大負荷電力で入力電流が最大となる場合が存在し得る。しかし、一般的なLED点灯装置の構成では、このような両極端な設定に対して、即ち、広い入力電流範囲に対して高い入力力率(例えば、90%以上)を確保することが難しいという問題があった。 Here, even when the input voltage range and the load power range are expanded, it is necessary to ensure a predetermined input power factor over the entire range. For example, as will be described in detail later, there may be a case where the input current is very small at the maximum input voltage and the minimum load power, or a case where the input current is maximum at the minimum input voltage and the maximum load power. However, in the configuration of a general LED lighting device, it is difficult to ensure a high input power factor (for example, 90% or more) for such extreme settings, that is, for a wide input current range. was there.
そこで、本発明は、スイッチング電源回路を有するLED点灯装置において、広い入力電流範囲にわたって高い入力力率を得ることができる構成を実現し、それにより多種のLED照明器具に適合する標準電源を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention realizes a configuration capable of obtaining a high input power factor over a wide input current range in an LED lighting device having a switching power supply circuit, thereby providing a standard power supply suitable for various LED lighting fixtures. This is the issue.
本発明のLED点灯装置は、交流入力電流を整流する整流回路、整流回路の出力が充電される第1のコンデンサ、第1のコンデンサの電圧を所定の直流出力に変換してLEDアレイに投入するスイッチング電源回路、及びコンデンサ切替回路を備え、コンデンサ切替回路は、交流入力電流を検出する入力電流検出部、入力電流検出部で検出される交流入力電流値が所定値を超えると導通状態となるスイッチ部、及びスイッチ部に直列接続された第2のコンデンサを有し、スイッチ部と第2のコンデンサの直列回路が第1のコンデンサに並列接続される。 The LED lighting device of the present invention includes a rectifier circuit that rectifies an AC input current, a first capacitor that is charged with the output of the rectifier circuit, converts the voltage of the first capacitor into a predetermined DC output, and inputs it to the LED array. A switching power supply circuit and a capacitor switching circuit are provided. The capacitor switching circuit includes an input current detection unit that detects an AC input current, and a switch that is turned on when the AC input current value detected by the input current detection unit exceeds a predetermined value. And a second capacitor connected in series to the switch unit, and a series circuit of the switch unit and the second capacitor is connected in parallel to the first capacitor.
ここで、第1のコンデンサは0.1μF以上1μF以下のフィルムコンデンサであればよい。また、入力電流検出部が、整流回路の前段の入力ラインの一方に一次巻線が挿入されたカレントトランスを備え、カレントトランスの二次巻線に発生する電圧が所定値を超えるとスイッチ部が導通状態となるように構成されることが好ましい。 Here, the first capacitor may be a film capacitor of 0.1 μF to 1 μF. In addition, the input current detection unit includes a current transformer having a primary winding inserted in one of the input lines before the rectifier circuit, and when the voltage generated in the secondary winding of the current transformer exceeds a predetermined value, the switch unit It is preferable to be configured to be in a conductive state.
本発明のLED照明器具は、上記LED点灯装置、LED点灯装置から給電されるLEDアレイ、及びLED点灯装置を内包する筐体を備える。 The LED lighting apparatus of the present invention includes the LED lighting device, an LED array fed from the LED lighting device, and a housing that contains the LED lighting device.
実施例.
図1に本発明の実施例によるLED点灯装置(以下、「点灯装置」という)の回路図を示す。本発明の点灯装置1は、フィルタ回路2、整流回路3、コンデンサ4(第1のコンデンサ)、スイッチング電源回路5、及びコンデンサ切替回路6を備える。そして、点灯装置1、点灯装置1からの給電されるLEDアレイ7、及び点灯装置1を内包する筐体(不図示)を備えて照明器具が構成される。なお、以降の説明において、各回路素子が上記のどの回路に属するかは便宜的なものであり、本発明を拘束するものではない。また、以降の説明において、「入力電圧」とはAC電源から点灯装置1に投入される交流入力電圧のことを意味し、「入力電流」とはAC電源から点灯装置1に流れる交流入力電流のことを意味するものとする。
Example.
FIG. 1 shows a circuit diagram of an LED lighting device (hereinafter referred to as “lighting device”) according to an embodiment of the present invention. The
フィルタ回路2は、コンデンサ20、コイル21及びコンデンサ22を備え、電源ラインのノイズ、即ち、点灯装置1からAC電源へ伝搬し得るノイズを低減する。整流回路3はダイオードブリッジ等の全波整流器であり、フィルタ回路2を通過した交流入力を全波整流する。コンデンサ4は0.1μF以上1μF以下のフィルムコンデンサからなり、整流回路3の全波整流出力が充電される。
The
スイッチング電源回路5は、本実施例ではコンデンサ4を電源とするフライバックコンバータからなり、トランス50、トランジスタ51、ダイオード52、コンデンサ53、電流検出抵抗54、オペアンプ55、電圧源56、フォトカプラ57、及び制御回路58を備える。トランジスタ51は、例えばMOSFETからなり、制御回路58によって高周波(例えば、数10kHz)でオンオフ制御され、トランス50の一次巻線をスイッチングする。トランジスタ51のオン時にトランス50に蓄えられたエネルギーを元にトランス50の二次巻線に発生する電圧がダイオード52及びコンデンサ53によって整流平滑され、直流出力が得られる。これによりLEDアレイ7に直流出力が投入される。
The switching power supply circuit 5 is formed of a flyback converter using the capacitor 4 as a power source in this embodiment, and includes a
電流検出抵抗54にはLEDアレイ7に流れる電流に応じた検出電圧が発生し、検出電圧がオペアンプ55の一方の端子(−)に入力される。オペアンプ55の他方の端子(+)には電圧源56からの設定電圧が入力される。オペアンプ55は検出電圧と基準電圧の誤差を出力し、フォトカプラ57のダイオードの順電流を決定する。フォトカプラ57のアノード入力端子には固定電圧源が接続される。フォトカプラ57のトランジスタには固定電圧源が抵抗を介して接続される。
A detection voltage corresponding to the current flowing through the LED array 7 is generated in the
制御回路58は、本実施例ではドライバICからなり、フォトカプラ57の出力が平均されてフィードバック(FB)端子に入力される。制御回路58の内部では、コンパレータ58aの一方の端子(+)にFB端子電圧が入力され、他方の端子(−)に内部発振器OSCの出力が入力され、比較出力によりトランジスタ51のオン時間が決定される。従って、LED電流が設定値よりも小さいとトランジスタ51のオン幅が大きくなり、LED電流が設定値よりも大きいとトランジスタ51のオン幅が小さくなるように、トランジスタ51がPWM制御される。また、図2に示すように、入力電圧の半サイクルについて、トランジスタ51は断続的にスイッチングされ、このスイッチング動作により入力電流波形が入力電圧波形に略比例し、正弦波に近づく。これにより、1つのフライバックコンバータ回路によるスイッチング動作により高入力力率を実現することができる。
In this embodiment, the control circuit 58 is composed of a driver IC, and the output of the
コンデンサ切替回路6は、入力電流を検出する入力電流検出部、入力電流検出部で検出される入力電流値が所定値を超えると導通状態となるスイッチ部、及びスイッチ部に直列接続されたコンデンサ67(第2のコンデンサ)を備え、スイッチ部とコンデンサ67の直列回路がコンデンサ4に並列接続される。 The capacitor switching circuit 6 includes an input current detection unit that detects an input current, a switch unit that becomes conductive when an input current value detected by the input current detection unit exceeds a predetermined value, and a capacitor 67 that is connected in series to the switch unit. (Second capacitor) is provided, and a series circuit of the switch unit and the capacitor 67 is connected in parallel to the capacitor 4.
入力電流検出部は、カレントトランス60、ダイオード61、コンデンサ62、抵抗63及びツェナーダイオード64を備える。カレントトランス60の一次巻線は整流回路3の前段の一方の入力ラインL1に挿入され、その二次巻線側にダイオード61、コンデンサ62及び抵抗63からなる整流平滑回路が接続される。コンデンサ62の負端子側は基準電位ラインL2に接続される。コンデンサ62の正端子側にはツェナーダイオード64のカソードが接続され、ツェナーダイオード64のアノードはトランジスタ65のベースに接続される。
The input current detection unit includes a
スイッチ部はトランジスタ65及びダイオード66を備え、トランジスタ65とダイオード66はコンデンサ67と基準電位ラインL2の間に逆並列に接続される。即ち、トランジスタ65のコレクタ及びダイオード66のカソードがコンデンサ67に接続され、トランジスタ65のエミッタ及びダイオード66のアノードが基準電位ラインL2に接続される。
The switch unit includes a transistor 65 and a
コンデンサ切替回路6の動作を説明する。入力ラインL1に交流入力電流が流れると、入力電流に比例した電圧がカレントトランス60の二次巻線に発生する。二次巻線に発生した電圧がダイオード61、コンデンサ62及び適正な抵抗値の抵抗63により整流平滑され、入力電流値に比例する直流電圧が得られる。コンデンサ62の直流電圧がツェナーダイオード64のツェナー電圧以下の場合、トランジスタ65のオフ状態(非導通状態)が維持され、コンデンサ67に充電電流は流れない。従って、コンデンサ67は非接続状態に維持される。一方、コンデンサ62の直流電圧がツェナーダイオード64のツェナー電圧を超える場合、コンデンサ62からトランジスタ65のベースに電流が供給され、トランジスタ65のオン状態(導通状態)が維持される。
The operation of the capacitor switching circuit 6 will be described. When an AC input current flows through the input line L1, a voltage proportional to the input current is generated in the secondary winding of the
トランジスタ65が導通状態の場合、コンデンサ67は、コンデンサ4と同様に、高電位ラインL3と基準電位ラインL2の間に接続された状態となる。従って、コンデンサ67の充電時には整流回路3のカソード側の高電位ラインL3からコンデンサ67及びトランジスタ65を介して基準電位ラインL2に電流が流れ、コンデンサ67の放電時には基準電位ラインL2からダイオード66及びコンデンサ67を介して高電位ラインL3に電流が流れる。
When the transistor 65 is conductive, the capacitor 67 is connected between the high potential line L3 and the reference potential line L2, similarly to the capacitor 4. Therefore, when the capacitor 67 is charged, current flows from the high potential line L3 on the cathode side of the rectifier circuit 3 to the reference potential line L2 via the capacitor 67 and the transistor 65, and when the capacitor 67 is discharged, the
ここで、比較例として、コンデンサ切替回路6がない一般的な点灯装置10について説明する。図6に比較例の点灯装置10の回路図を示し、その動作を図2、図3、図7A、図7B、図8A、図8B及び図9を参照して説明する。 Here, as a comparative example, a general lighting device 10 without the capacitor switching circuit 6 will be described. FIG. 6 shows a circuit diagram of the lighting device 10 of the comparative example, and its operation will be described with reference to FIGS. 2, 3, 7A, 7B, 8A, 8B, and 9. FIG.
図3に、点灯装置10の設計中心値(即ち、入力電流の設計中心値)付近での動作時の各部の電圧・電流波形を示す。(a)に示す入力電圧が投入されると、(c)に示すように、整流回路3によって入力電圧が全波整流され、これがコンデンサ4の電圧となる。コンデンサ4の電圧を入力とするスイッチング電源回路5の動作により、(d)に示すように、直流電圧がLEDアレイ7に印加される。なお、LED電圧は入力電圧に同期した僅かなリップルを持つが実質的には直流電圧である。LEDアレイ7に通電される電流は、(e)に示すように、スイッチング電源回路5による力率改善動作に起因して電源電圧に同期したリップルを持つ直流電流となる。また、図2について上述したように、トランジスタ51のスイッチング制御により入力電流波形が入力電圧波形に略比例し、正弦波に近づく。これにより、図3(b)に示すように、入力電流波形が正弦波に近似することにより、高い入力力率の実現が期待される。しかし、点灯装置10では、上述したような高入力力率動作の得られる入力電流の範囲が狭いことが問題となる。
FIG. 3 shows voltage / current waveforms of respective parts during operation near the design center value of the lighting device 10 (that is, the design center value of the input current). When the input voltage shown in (a) is input, the input voltage is full-wave rectified by the rectifier circuit 3 as shown in (c), and this becomes the voltage of the capacitor 4. A DC voltage is applied to the LED array 7 by the operation of the switching power supply circuit 5 that receives the voltage of the capacitor 4 as shown in FIG. The LED voltage has a slight ripple synchronized with the input voltage, but is substantially a DC voltage. The current supplied to the LED array 7 is a direct current having a ripple synchronized with the power supply voltage due to the power factor improving operation by the switching power supply circuit 5 as shown in FIG. Further, as described above with reference to FIG. 2, the input current waveform is substantially proportional to the input voltage waveform by the switching control of the
ここで、点灯装置10のコンデンサ4の容量を、最大負荷時(最大入力電流時)にスイッチング電源回路5の動作電流を供給できる大きさに選定した場合を想定する。具体的には、点灯装置10は、最大出力電力が100W、最大出力電流が500mAとなるように設計され、コンデンサ4の容量は0.47μFであるものとする。また、点灯装置10はAC100V、AC200V及びAC240Vの入力電圧に対応するように設計されるものとする。図7Aに、この設計における各入力電圧についてのLED電力及び入力電流(実効値)の関係を示す。また、図7Bに、図7Aと同じ条件におけるLED電力及び入力力率の関係を示す。 Here, it is assumed that the capacity of the capacitor 4 of the lighting device 10 is selected to a size that can supply the operating current of the switching power supply circuit 5 at the maximum load (at the time of the maximum input current). Specifically, the lighting device 10 is designed such that the maximum output power is 100 W and the maximum output current is 500 mA, and the capacitance of the capacitor 4 is 0.47 μF. Moreover, the lighting device 10 shall be designed to respond | correspond to the input voltage of AC100V, AC200V, and AC240V. FIG. 7A shows the relationship between LED power and input current (effective value) for each input voltage in this design. FIG. 7B shows the relationship between LED power and input power factor under the same conditions as in FIG. 7A.
上記設計によると、図7Bに示すように、入力電圧が低く又はLED電力が高い場合、即ち、入力電流が大きい場合においては、高い入力力率が確保される。一方、入力電圧が高く(例えばAC240V)かつLED電力が低い場合、即ち、入力電流が小さい場合においては、入力力率が低下してしまう。これは、LEDアレイ7での消費電力に相当する入力電流に対して、コンデンサ4に流れる電流の割合が高くなってしまうためである。
According to the above design, as shown in FIG. 7B, when the input voltage is low or the LED power is high, that is, when the input current is large, a high input power factor is secured. On the other hand, when the input voltage is high (for example,
一方、点灯装置10のコンデンサ4の容量を、低入力電流時に入力力率を確保できる大きさに選定した場合を想定する。具体的には、上記の点灯装置10において、コンデンサ4の容量が0.1μFに変更される。図8Aに、この設計における各入力電圧についてのLED電力及び入力電流(実効値)の関係を示す。また、図8Bに、図8Aと同じ条件におけるLED電力及び入力力率の関係を示す。 On the other hand, it is assumed that the capacity of the capacitor 4 of the lighting device 10 is selected to be a size that can secure the input power factor at a low input current. Specifically, in the lighting device 10 described above, the capacitance of the capacitor 4 is changed to 0.1 μF. FIG. 8A shows the relationship between LED power and input current (effective value) for each input voltage in this design. FIG. 8B shows the relationship between LED power and input power factor under the same conditions as in FIG. 8A.
上記設計によると、図8Bに示すように、入力電圧が高く又はLED電力が低い場合、即ち、入力電流が小さい場合においては、高い入力力率が確保される。一方、入力電圧が低く(例えばAC100V)かつLED電力が高い場合、即ち、入力電流が大きい場合においては、入力力率が低下してしまう。特に、入力電流がある点(0.9A付近)を越えると、入力力率の低下が顕著なものとなる。これは、スイッチング電源回路5における高周波スイッチング電流に対してコンデンサ4の容量が不足し、高周波電流がAC電源からフィルタ回路2を介して点灯装置10側に流れ込んでしまうためである。
According to the above design, as shown in FIG. 8B, when the input voltage is high or the LED power is low, that is, when the input current is small, a high input power factor is secured. On the other hand, when the input voltage is low (for example,
図9に、図8A及び8Bの設定における低入力電流時の各部の波形を示す。図9の(a)、(c)、(d)及び(e)は図3の(a)、(c)、(d)及び(e)に実質的に対応するが、図9(b)が図3(b)と異なる。図9(b)に示すように、点灯装置10の入力電流波形は、略正弦波の入力電流に高周波電流が重畳された波形となる。その結果、入力力率の低下に加えて、入力電流が増加することに起因するコイル21、全波整流回路3等の温度上昇、及びAC電源ラインに高周波電流が流れることに起因する周辺機器へのノイズ等の悪影響が問題となり得る。 FIG. 9 shows waveforms at various parts at the time of low input current in the settings of FIGS. 8A and 8B. 9 (a), (c), (d) and (e) substantially correspond to (a), (c), (d) and (e) of FIG. 3, but FIG. 9 (b) Is different from FIG. As shown in FIG. 9B, the input current waveform of the lighting device 10 is a waveform in which a high-frequency current is superimposed on a substantially sinusoidal input current. As a result, in addition to the decrease in the input power factor, the temperature rises in the coil 21 and the full-wave rectifier circuit 3 due to the increase in the input current, and the peripheral devices due to the high-frequency current flowing in the AC power line. Adverse effects such as noise can be a problem.
これに対して、本発明の実施例による点灯装置1(図1)では、上述したように、入力電流が所定値以下の場合にはコンデンサ切替回路6のトランジスタ65が非導通状態となり、所定値を超えるとコンデンサ切替回路6のトランジスタ65が導通状態となるように構成される。従って、入力電流が小さい場合にはコンデンサ4が単独で接続されて小さい合成容量設定で動作が行われ、入力電流が所定値を超える場合にはコンデンサ4とコンデンサ67の並列回路が接続されて大きい合成容量設定で動作が行われることになる。 On the other hand, in the lighting device 1 (FIG. 1) according to the embodiment of the present invention, as described above, when the input current is equal to or less than the predetermined value, the transistor 65 of the capacitor switching circuit 6 becomes non-conductive, and the predetermined value Is exceeded, the transistor 65 of the capacitor switching circuit 6 is configured to be in a conductive state. Therefore, when the input current is small, the capacitor 4 is connected singly and the operation is performed with a small composite capacity setting. When the input current exceeds a predetermined value, the parallel circuit of the capacitor 4 and the capacitor 67 is connected and large. The operation is performed with the composite capacity setting.
従って、入力電流が小さい場合(入力電圧が高くかつLED電力が低い)場合には、整流回路3の出力端間に接続されるコンデンサの容量を小さくして、入力力率を確保することができる。一方、入力電流が大きい場合、例えば、入力電圧が低く(AC100V)かつLED電力が高い(LED接続素子数が多い)場合には、スイッチング電源回路5の入力端間に接続されるコンデンサの合成容量を大きくして、入力力率を確保することができる。即ち、想定される入力電流の全範囲で、図3に示した各部波形が得られることになる。 Therefore, when the input current is small (the input voltage is high and the LED power is low), the capacitance of the capacitor connected between the output terminals of the rectifier circuit 3 can be reduced to ensure the input power factor. . On the other hand, when the input current is large, for example, when the input voltage is low (AC100V) and the LED power is high (the number of LED connection elements is large), the combined capacity of the capacitors connected between the input terminals of the switching power supply circuit 5 To increase the input power factor. That is, the waveforms of the respective parts shown in FIG. 3 are obtained over the entire range of the assumed input current.
従って、比較例の点灯装置10と同様の要求仕様、即ち、最大出力電力が100W、最大出力電流が500mA、入力電圧がAC100V〜240Vの場合を想定すると、コンデンサ4の容量は0.1μF程度であればよく、コンデンサ67の容量は、コンデンサ4との合成容量が0.47μF前後となるもの(0.33μF〜0.47μF等)であればよい。なお、コンデンサ4及び67の容量は、標準電源の要求仕様で規定される最大出力電力、最大出力電流、入力電圧範囲等に応じて設定される。但し、コンデンサ4及び67にはフィルムコンデンサが用いられることから、その入手性、コスト、サイズ等を考慮して各々の容量を1μF以下とすることが望ましい。 Therefore, assuming the same required specifications as the lighting device 10 of the comparative example, that is, the maximum output power is 100 W, the maximum output current is 500 mA, and the input voltage is AC100V to 240V, the capacity of the capacitor 4 is about 0.1 μF. The capacitance of the capacitor 67 may be any as long as the combined capacitance with the capacitor 4 is about 0.47 μF (0.33 μF to 0.47 μF, etc.). Note that the capacities of the capacitors 4 and 67 are set according to the maximum output power, the maximum output current, the input voltage range, and the like specified by the required specifications of the standard power supply. However, since film capacitors are used for the capacitors 4 and 67, it is desirable that each capacitance be 1 μF or less in consideration of availability, cost, size, and the like.
また、本実施例では、入力電流値(実効値)が、例えば、0.6A〜0.8Aの間のいずれかの点でトランジスタ65がオンするように、カレントトランス60の仕様、ツェナーダイオード64のツェナー電圧等が選定されようにすればよい。但し、トランジスタ65がオンする入力電流値は、標準電源の要求仕様に応じて適宜設定される。
In this embodiment, the specification of the
図4Aに、点灯装置1における各入力電圧についてのLED電力及び入力電流の関係を示し、図4Bに、同じ条件におけるLED電力及び入力力率の関係を示す。図4Bから分かるように、本実施例の点灯装置1によると、LED電力、入力電圧、及び入力電流の全ての範囲において、90%以上の高い入力力率が得られる。
FIG. 4A shows the relationship between LED power and input current for each input voltage in
以上より、本発明によると、スイッチング電源回路を有する点灯装置において、電源電圧が高くかつ出力電力が低い低入力電流時の力率を確保したうえで、電源電圧が低くかつ出力電力が高い高入力電流時の入力力率も確保することができる。これにより、より多くの種類(仕様)のLED照明器具に適合する標準電源を提供できる。また、上記コンデンサ切替回路6は比較的簡素な構成で実施でき、コスト的、サイズ的に好適である。さらに、本発明によると、広い入力電圧範囲かつ広い出力電力範囲を高入力力率でカバーするLED照明器具を提供することができる。 As described above, according to the present invention, in a lighting device having a switching power supply circuit, a high input power with a low power supply voltage and a high output power is ensured while ensuring a power factor at a low input current with a high power supply voltage and a low output power. The input power factor at the time of current can also be secured. Thereby, a standard power supply suitable for more types (specifications) of LED lighting fixtures can be provided. The capacitor switching circuit 6 can be implemented with a relatively simple configuration and is suitable in terms of cost and size. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide an LED lighting apparatus that covers a wide input voltage range and a wide output power range with a high input power factor.
変形例.
上記に本発明の好適な実施例を示したが、本発明は以下のように種々の変形が可能である。
Modified example.
The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention can be modified in various ways as follows.
上記実施例では、スイッチング電源回路5として、1つのコンバータ回路で力率改善と直流変換を行ういわゆるワンコンバータ方式のものを示したが、スイッチング電源回路5が個別の力率改善回路(PFC)と直流変換回路を備えるようにしてもよい。例えば、図5に示すように、スイッチング電源回路5が力率改善回路8及びDC/DCコンバータ回路9からなるようにしてもよい。そして、上述したように、入力電流に応じてコンデンサ4が単独で、又はコンデンサ4とコンデンサ67の並列回路が力率改善回路8の入力端に接続されるようにしてもよい。力率改善回路8は、例えば、コイル80、トランジスタ(MOSFET)81、ダイオード82、コンデンサ83及び制御回路84を備えた昇圧チョッパ回路であればよい。また、DC/DCコンバータ回路9は周知のフライバック回路、降圧チョッパ回路からなるようにすればよい。この場合、DC/DCコンバータ回路9においては力率改善作用を担保する必要がないので設計の自由度が高まる。
In the above embodiment, the switching power supply circuit 5 is a so-called one-converter type that performs power factor improvement and DC conversion with a single converter circuit. However, the switching power supply circuit 5 includes an individual power factor correction circuit (PFC) and A DC conversion circuit may be provided. For example, as shown in FIG. 5, the switching power supply circuit 5 may include a power factor correction circuit 8 and a DC / DC converter circuit 9. As described above, the capacitor 4 may be used alone or a parallel circuit of the capacitor 4 and the capacitor 67 may be connected to the input terminal of the power factor correction circuit 8 according to the input current. The power factor correction circuit 8 may be a step-up chopper circuit including a
上記実施例では、コンデンサの合成容量が2段階に切り替えられる構成としたが3段階以上に切り替えられる構成としてもよい。例えば、3段階に切り替えられる場合、ツェナーダイオード64、トランジスタ65、ダイオード66及びコンデンサ67と同様の構成をさらに1セット設け、2つのツェナーダイオードについて、互いに異なるツェナー電圧のツェナーダイオードが選定されるようにすればよい。
In the above embodiment, the combined capacitance of the capacitors is switched to two stages, but may be switched to three or more stages. For example, when switching to three stages, a set of the same configuration as the Zener diode 64, the transistor 65, the
上記実施例では、カレントトランス60を整流回路3の前段(入力ラインL1)に接続したが、整流回路3の後段(基準電位ラインL2又は高電位ラインL3)でかつコンデンサ67の前段に接続してもよい。
In the above embodiment, the
上記実施例では、コンデンサ切替回路6のスイッチ部をトランジスタ65及びダイオード66で構成したが、スイッチ部を回生ダイオード付きMOSFETで構成してもよい。この場合、コンデンサ切替回路がコンパレータを備え、コンパレータの正入力端子に入力電流検出部の出力が接続され、負入力端子に閾値を供給する定電圧源が接続され、出力端子にMOSFETのゲート端子が接続されるようにすればよい。これにより、入力電流検出部による検出値が閾値を超えた場合にコンパレータの出力がハイ状態となり、MOSFETが導通状態となり、実施例と同様の作用及び効果が得られる。
In the above embodiment, the switch portion of the capacitor switching circuit 6 is configured by the transistor 65 and the
1 LED点灯装置
2 フィルタ回路
3 整流回路
4 コンデンサ(第1のコンデンサ)
5 スイッチング電源回路
6 コンデンサ切替回路
60 カレントトランス
61 ダイオード
62 コンデンサ
63 抵抗
64 ツェナーダイオード
65 トランジスタ
66 ダイオード
67 コンデンサ(第2のコンデンサ)
7 LEDアレイ
8 力率改善回路
9 DC/DCコンバータ回路
1
5 Switching power supply circuit 6
7 LED array 8 Power factor improvement circuit 9 DC / DC converter circuit
Claims (4)
交流入力電流を整流する整流回路、
前記整流回路の出力が充電される第1のコンデンサ、
前記第1のコンデンサの電圧を所定の直流出力に変換してLEDアレイに投入するスイッチング電源回路、及び
コンデンサ切替回路であって、前記交流入力電流を検出する入力電流検出部、該入力電流検出部で検出される交流入力電流値が所定値を超えると導通状態となるスイッチ部、及び該スイッチ部に直列接続された第2のコンデンサを有し、該スイッチ部と該第2のコンデンサの直列回路が前記第1のコンデンサに並列接続された、コンデンサ切替回路
を備えたLED点灯装置。 An LED lighting device,
Rectifier circuit to rectify AC input current,
A first capacitor in which the output of the rectifier circuit is charged;
A switching power supply circuit that converts the voltage of the first capacitor into a predetermined DC output and inputs it to the LED array, and a capacitor switching circuit, the input current detection unit for detecting the AC input current, the input current detection unit A switch unit that is rendered conductive when the AC input current value detected by the switch exceeds a predetermined value, and a second capacitor connected in series to the switch unit, the series circuit of the switch unit and the second capacitor An LED lighting device comprising a capacitor switching circuit connected in parallel to the first capacitor.
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