JP2015037010A - 電源装置及び電源装置の改良方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＬＥＤランプの設計をフレキシブルに行うことを可能にしつつ、ＬＥＤを安定に点灯させることができる電源装置及び電源装置の改良方法を提供することを課題とする。
【解決手段】 本発明に係る電源装置１は、ＬＥＤ８１と該ＬＥＤ８１を点灯させる点灯回路８３とを有するＬＥＤランプ８０に、接続されるランプ接続部３０と、自励発振回路１３を有し、ランプ接続部３０を経由してＬＥＤランプ８０に交流電圧を供給する電源回路１０と、少なくともＬＥＤ８１に電流が流れるまで電源回路１０に電流が流れるようにすべく、電源回路１０に対して点灯回路８３と並列接続となるように電源回路１０の出力側に接続される点灯補助回路４０と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）ランプに交流電圧を供給する電源装置に関し、また、その電源装置の改良方法に関する。

従来、照明用の電球として、ハロゲンランプが使用されていたが、省エネルギーや長寿命といった要望に応えるべく、ハロゲンランプの代替手段として、ＬＥＤランプが使用されつつある。その際に、ハロゲンランプの電源装置をそのまま利用して、ハロゲンランプの代わりにＬＥＤランプを点灯させることが要望されている。

電源装置として、例えば、商用の交流電圧１００Ｖを１２Ｖに降圧して、ランプに供給する電源装置が知られている。電圧を降圧するためには、トランスを用いる必要があるが、近年では装置の小型化等を図るため、従来から使用されている鉄心にコイルを巻きつけたトランス（銅鉄トランス）に代えて、ＡＣ−ＡＣコンバータ、いわゆる、電子トランスが使用されつつある。

電子トランスは、銅鉄トランスを使用しないか、又は、小型の銅鉄トランスを用いて、交流電圧を変圧（昇圧又は降圧）するものであり、トランスを用いる場合には、周波数を商用交流周波数より高くして、トランスの小型化を図っている。電子トランスとして、例えば、ハートレー発振、ブロッキング発振等の自励発振回路を有する電子トランスが知られている。

斯かる電子トランスを備える電源装置１００は、図６に示すように、電源７０から供給された交流電圧の電圧及び周波数を変えてＬＥＤランプ８０に供給する電源回路１０を備えている。電源回路１０は、ダイオードＤ１〜Ｄ４を有する整流回路１１と、コンデンサＣ１を有する平滑回路１２と、自励発振回路１３とから構成されている。

整流回路１１は、電源７０から供給された交流電圧（周波数５０／６０Ｈｚ、電圧１００Ｖの商用交流電圧）を直流電圧に変換する。平滑回路１２は、整流回路１１で変換された直流電圧を平滑し、自励発振回路１３に印加する。自励発振回路１３は、第３次巻線（フィードバック巻線）ＬＬ３を有するトランスＴｒ、スイッチング素子Ｑ１、抵抗Ｒ１、ダイオードＤ５から構成されている。

スイッチング素子Ｑ１がスイッチングすることにより、トランスＴｒの１次側巻線ＬＬ１に電圧が印加されるため、トランスＴｒの２次側巻線ＬＬ２及び第３次巻線ＬＬ３に電圧が発生する。そして、第３次巻線ＬＬ３に発生する電圧は、スイッチング素子Ｑ１に正帰還される。

これにより、トランスＴｒ及びスイッチング素子Ｑ１からなる回路が、自励発振を行うため、スイッチング素子Ｑ１は、スイッチング動作を繰り返す。そして、トランスＴｒの２次側巻線ＬＬ２には、電圧が１２Ｖ、周波数が２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの交流電圧が発生する。

ＬＥＤランプ８０のＬＥＤ８１は、直流駆動である。したがって、ＬＥＤランプ８０は、図６及び図７に示すように、電源装置１００に接続され且つ交流電圧を供給される給電部８２と、供給された交流電圧を整流して直流電圧に変換することにより、ＬＥＤ８１を点灯させる点灯回路８３とを備えている。

点灯回路８３は、整流ダイオードＤ６〜Ｄ９により、交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流回路８４と、コンデンサＣ２により、変換された直流電圧を平滑する平滑回路８５と、ＬＥＤ８１を駆動するＤＣ−ＤＣコンバータ等で構成されるＬＥＤドライバ８６ａを有する駆動回路８６とを備えている。なお、ＬＥＤドライバ８６ａは、ＬＥＤ８１に定電流が供給されるように、定電流機能を備える、という構成でもよい。

ここで、図８に、ＬＥＤの電圧−電流特性Ｓ１とハロゲンランプの電圧−電流特性Ｓ２とが示されている。図８に示すように、ハロゲンランプにおいては、印加される電圧に応じて電流が流れるのに対して、ＬＥＤにおいては、低電圧領域の電圧が印加されても、電流が流れず、ある程度以上の電圧が印加されることにより、電流が流れる。

また一方で、電源回路１０の自励発振回路１３は、ある程度以上の電流が流れないと、安定した発振をしない。即ち、ＬＥＤ８１に電流が流れない低電圧領域でも、電源回路１０にある程度の電流を流すことが必要となる。しかしながら、低電圧領域においては、ＬＥＤ８１に電流が流れないため、電源回路１０にも電流が流れない。これにより、自励発振回路１３が安定した発振をしないため、ＬＥＤ８１が点灯しなかったり不連続点灯になったりするという問題があった。

そこで、電源投入時に電流が一時的に流れる起動補助回路を備えるＬＥＤランプが提案されている（例えば、特許文献１）。斯かるＬＥＤランプによれば、ＬＥＤ８１に電流が流れない低電圧領域においても、ＬＥＤランプの起動補助回路に電流が流れるため、電源回路１０にも電流が流れる。したがって、ＬＥＤ８１を連続点灯させることができる。

しかしながら、ハロゲンランプの代替手段として使用されるＬＥＤランプにおいては、外形をハロゲンランプの外形と類似させる必要がある。したがって、上記起動補助回路がＬＥＤランプの内部に設けられることにより、ＬＥＤランプの設計が制約される場合もあり得る。

特開２０１０−１３５１３９号公報

よって、本発明は、斯かる事情に鑑み、ＬＥＤランプの設計をフレキシブルに行うことを可能にしつつ、ＬＥＤを安定に点灯させることができる電源装置及び電源装置の改良方法を提供することを課題とする。

本発明に係る電源装置は、ＬＥＤと該ＬＥＤを点灯させる点灯回路とを有するＬＥＤランプに、接続されるランプ接続部と、自励発振回路を有し、前記ランプ接続部を経由して前記ＬＥＤランプに交流電圧を供給する電源回路と、少なくとも前記ＬＥＤに電流が流れるまで前記電源回路に電流が流れるようにすべく、前記電源回路に対して前記点灯回路と並列接続となるように前記電源回路の出力側に接続される点灯補助回路と、を備える。

本発明に係る電源装置によれば、点灯補助回路が、電源回路に対して、ＬＥＤランプの点灯回路と並列接続となるように、電源回路の出力側に接続されている。これにより、ＬＥＤに電流が流れない低電圧領域においても、電源回路及び点灯補助回路のループ回路に電流が流れる。

そして、少なくともＬＥＤに電流が流れるまで、電源回路に電流が流れるため、ＬＥＤを安定に点灯させることができる。また、点灯補助回路がＬＥＤランプではなく電源装置に設けられているため、ＬＥＤランプの設計をフレキシブルに行うことが可能である。

また、本発明に係る電源装置においては、前記点灯補助回路は、コイルとコンデンサとの直列接続回路からなる、という構成でもよい。

斯かる構成によれば、交流電圧が印加される点灯補助回路は、コイルとコンデンサとの直列接続回路（ＬＣ直列回路）である。これにより、ＬＥＤに電流が流れない低電圧領域において、電源回路及び点灯補助回路のループ回路に交流電流が流れ、しかも、点灯補助回路は、その交流電流を増幅させる。したがって、電圧を上昇させる時間を短くすることができるため、電源投入からＬＥＤに電流が流れるまでの時間を短くすることもできる。

また、点灯補助回路が交流電流を増幅させるため、点灯補助回路のインピーダンスを大きく設定しても、ＬＥＤに電流が流れるようになるまで、電圧を上昇させることができる。そして、ＬＥＤに電流が流れた後では、点灯補助回路のインピーダンスがＬＥＤのインピーダンスよりも非常に大きいため、点灯補助回路に流れる電流を非常に小さくすることができる。したがって、点灯補助回路で消費される電力を抑制することもできる。

本発明に係る電源装置の改良方法は、ＬＥＤと該ＬＥＤを点灯させる点灯回路とを有するＬＥＤランプに、接続されるランプ接続部と、自励発振回路を有し且つ前記ランプ接続部を経由して前記ＬＥＤランプに交流電圧を供給する電源回路と、を備える電源装置に対し、少なくとも前記ＬＥＤに電流が流れるまで前記電源回路に電流が流れるようにするための点灯補助回路を、前記電源回路に対して前記点灯回路と並列接続となるように前記電源回路の出力側に接続する。

また、本発明に係る電源装置の改良方法においては、前記点灯起動補助回路は、コイルとコンデンサとの直列接続回路からなる、という構成でもよい。

以上の如く、本発明は、ＬＥＤランプの設計をフレキシブルに行うことを可能にしつつ、ＬＥＤを安定に点灯させることができるという優れた効果を奏する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電源装置及びＬＥＤランプのブロック図を示す。 図２は、同実施形態に係る電源装置の回路構成図を示す。 図３は、同実施形態に係る電源装置の電流−時間グラフを示す。 図４は、本発明の他の実施形態に係る電源装置の回路構成図を示す。 図５は、同実施形態に係る電源装置の電流−時間グラフを示す。 図６は、従来の電源装置の回路構成図を示す。 図７は、ＬＥＤランプの回路構成図を示す。 図８は、ＬＥＤ及びハロゲンランプの電圧−電流特性グラフを示す。

以下、本発明に係る電源装置における一実施形態について、図１〜図３を参酌して説明する。なお、図１及び図２において、図６及び図７の符号と同一の符号を付した部分は、従来技術と同一の構成又は要素を表す。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る電源装置１は、電源７０に接続されて電源７０から交流電圧を供給される電源接続部２０と、ＬＥＤランプ８０に接続されるランプ接続部３０とを備えている。また、電源装置１は、ランプ接続部３０を経由してＬＥＤランプ８０に交流電圧を供給する電源回路１０と、ＬＥＤランプ８０の点灯を補助する点灯補助回路４０とを備えている。なお、電源装置１は、例えば、天井等に設置される。

電源回路１０は、電源７０から供給された交流電圧を直流電圧に変換する整流回路１１と、整流回路１１で変換された直流電圧を平滑する平滑回路１２と、平滑された電圧を印加される自励発振回路１３とを備えている。そして、電源回路１０は、電源７０から供給された交流電圧から電圧及び周波数を変えた交流電圧をＬＥＤランプ８０に供給している。

電源接続部２０は、例えば、電源７０との間を電気的に接続するケーブルを固定するための端子等で構成されている。ランプ接続部３０は、例えば、ＬＥＤランプ８０の給電部８２である口金と螺合するソケット等で構成されている。

点灯補助回路４０は、電源回路１０に対してＬＥＤランプ８０の点灯回路８３と並列接続となるように、電源回路１０の出力側に接続されている。点灯補助回路４０は、コイルＬとコンデンサＣとの直列接続回路（ＬＣ直列回路）から構成されている。そして、点灯補助回路４０は、ＬＥＤ８１に電流が流れるまで、電源回路１０に電流が流れるように機能している。

なお、点灯補助回路４０（ＬＣ直列回路）の共振周波数は、完全共振することにより当該回路４０が発熱して損傷することを防止すべく、自励発振回路１３（電子トランス）の発振周波数の整数倍と異なる周波数となるように設定されている。本実施形態においては、発振周波数が１０ｋＨｚで出力電流が０．５Ａで一定に制御される電源回路１０に対して、コイルＬのインダクタンスが１２０μＨであり、コンデンサＣの静電容量が１μＦである。即ち、ＬＣ直列回路の共振周波数は、約１４．５ｋＨｚである。

本実施形態に係る電源装置１の構成については以上の通りであり、次に、本実施形態に係る電源装置１及びＬＥＤランプ８０の動作について、図３を参酌して説明する。

時間Ｔ０に、電源回路１０に電源７０からの電圧を供給することにより、ＬＥＤ８１に電流が流れない低電圧領域において、電源回路１０及び点灯補助回路４０のループ回路に交流電流が流れる。このとき、点灯補助回路４０は、コイルＬとコンデンサＣとの直列接続回路であるため、交流電流を増幅させて電流値を大きくし、しかも、周波数を電源回路１０の発振周波数よりも高くする。

これにより、電源回路１０に流れる電流が上昇し、ＬＥＤ８１に印加される電圧が上昇するため、時間Ｔ１に、ＬＥＤ８１に電流が流れる。そして、ＬＥＤ８１に電流が流れている際には、点灯補助回路４０のインピーダンスがＬＥＤ８１のインピーダンスより非常に大きいため、点灯補助回路４０に流れる電流Ｉ２は、非常に小さくなる。

例えば、電源回路１０に流れる電流Ｉ１が０．５０Ａの定電流であるのに対して、点灯補助回路４０に流れる電流Ｉ２が０．０１Ａであり、ＬＥＤ８１に流れる電流Ｉ３が０．４９Ａである。このとき、電源回路１０に流れる電流Ｉ１は、点灯補助回路４０に増幅等されていない状態、即ち、一定に制御される電流値と発振周波数との状態に戻っている。

以上より、本実施形態に係る電源装置１によれば、点灯補助回路４０が、電源回路１０に対して、ＬＥＤランプ８０の点灯回路８３と並列接続となるように、電源回路１０の出力側に接続されている。これにより、ＬＥＤ８１に電流が流れない低電圧領域においても、電源回路１０及び点灯補助回路４０のループ回路に電流が流れる。そして、ＬＥＤ８１に電流が流れるまで、電源回路１０に電流が流れるため、ＬＥＤ８１を安定に点灯させることができる。

また、点灯補助回路４０がＬＥＤランプ８０ではなく電源装置１に設けられているため、ＬＥＤランプ８０の設計をフレキシブルに行うことが可能である。しかも、点灯補助回路４０は、ＬＥＤランプ８０ではなく電源装置１に設けられているため、ＬＥＤ８１から発生する熱の影響を受け難くすることもできる。

また、本実施形態に係る電源装置１によれば、点灯補助回路４０が、コイルＬとコンデンサＣとの直列接続回路（ＬＣ直列回路）である。これにより、ＬＥＤ８１に電流が流れない低電圧領域において、電源回路１０及び点灯補助回路４０のループ回路に交流電流が流れ、しかも、点灯補助回路４０は、その交流電流を増幅させる。したがって、電圧を上昇させる時間を短くすることができるため、電源投入からＬＥＤ８１に電流が流れるまでの時間を短くすることもできる。

また、点灯補助回路４０が交流電流を増幅させるため、点灯補助回路４０（特にコンデンサＣ）のインピーダンスを大きく設定しても、ＬＥＤ８１に電流が流れるようになるまで、電圧を上昇させることができる。そして、ＬＥＤ８１に電流が流れた後では、点灯補助回路４０のインピーダンスがＬＥＤ８１のインピーダンスよりも非常に大きいため、点灯補助回路４０に流れる電流を非常に小さくすることができる。したがって、点灯補助回路４０で消費される電力を抑制することもできる。

なお、本発明は、上記した実施形態の構成に限定されるものではなく、また、上記した作用効果に限定されるものではない。また、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよいことは勿論である。

例えば、本発明に係る電源装置１は、新規に設置される電源装置の場合でもよく、また、既に設置されている電源装置（例えば、図６の電源装置１００）に、点灯補助回路４０を、電源回路１０に対してＬＥＤランプ８０の点灯回路８３と並列接続となるように電源回路１０の出力側に接続する場合でもよい。

また、上記実施形態に係る電源装置１においては、点灯補助回路４０は、コイルＬとコンデンサＣとの直列接続回路（ＬＣ直列回路）からなる、という構成である。しかしながら、本発明に係る電源装置は、斯かる構成に限られない。例えば、本発明に係る電源装置においては、点灯補助回路は、抵抗からなる、という構成でもよい。

或いは、図４に示すように、本発明に係る電源装置２においては、点灯補助回路４１は、抵抗ＲとコンデンサＣとの直列接続回路（ＲＣ直列回路）からなる、という構成でもよい。例えば、発振周波数が１０ｋＨｚで出力電流が０．５Ａで一定に制御される電源回路１０に対して、抵抗Ｒの抵抗値が２Ωであり、コンデンサＣの静電容量が０．０１μＦである。以下、斯かる電源装置２及びＬＥＤランプ８０の動作について、図５を参酌して説明する。

時間Ｔ０に、電源回路１０に電源７０からの電圧を供給することにより、ＬＥＤ８１に電流が流れない低電圧領域において、電源回路１０及び点灯補助回路４１のループ回路に交流電流が流れる。そして、電源回路１０に流れる電流が上昇していくため、ＬＥＤ８１に印加される電圧がある程度まで上昇し、時間Ｔ２に、ＬＥＤ８１に電流が流れる。

そして、ＬＥＤ８１に電流が流れている際には、点灯補助回路４１のインピーダンスがＬＥＤ８１のインピーダンスと略同じであるため、点灯補助回路４１に流れる電流とＬＥＤ８１に流れる電流は、略同じとなる。例えば、電源回路１０に流れる電流が０．５０Ａの定電流であるのに対して、点灯補助回路４１に流れる電流が０．２５Ａであり、ＬＥＤ８１に流れる電流が０．２５Ａである。

なお、点灯補助回路４１は、抵抗ＲとコンデンサＣとの直列接続回路であるため、交流電流を増幅することもなく、周波数を高くすることもない。したがって、点灯補助回路は、以下の理由により、上記実施形態のようなＬＣ直列回路からなる構成が一番好ましい。

まず、上記実施形態に係るＬＣ直列回路からなる点灯補助回路４０は、図４のＲＣ直列回路からなる点灯補助回路４１に対して、電源投入からＬＥＤ８１に電流が流れるまでの時間を短くすることができる。さらに、上記実施形態に係るＬＣ直列回路からなる点灯補助回路４０は、図４のＲＣ直列回路からなる点灯補助回路４１に対して、ＬＥＤ８１に電流が流れた後に、自身に流れる電流を非常に小さくすることができため、自身で消費される電力を抑制することができる。

１，２…電源装置、１０…電源回路、１１…（電源装置の）整流回路、１２…（電源装置の）平滑回路、１３…自励発振回路、２０…電源接続部、３０…ランプ接続部、４０，４１…点灯補助回路、７０…電源、８０…ＬＥＤランプ、８１…ＬＥＤ、８２…給電部、８３…点灯回路、８４…（ＬＥＤランプの）整流回路、８５…（ＬＥＤランプの）平滑回路、８６…駆動回路、８６ａ…ＬＥＤドライバ

Claims (4)

1. ＬＥＤと該ＬＥＤを点灯させる点灯回路とを有するＬＥＤランプに、接続されるランプ接続部と、
   自励発振回路を有し、前記ランプ接続部を経由して前記ＬＥＤランプに交流電圧を供給する電源回路と、
   少なくとも前記ＬＥＤに電流が流れるまで前記電源回路に電流が流れるようにすべく、前記電源回路に対して前記点灯回路と並列接続となるように前記電源回路の出力側に接続される点灯補助回路と、を備える電源装置。
2. 前記点灯補助回路は、コイルとコンデンサとの直列接続回路からなる請求項１に記載の電源装置。
3. ＬＥＤと該ＬＥＤを点灯させる点灯回路とを有するＬＥＤランプに、接続されるランプ接続部と、自励発振回路を有し且つ前記ランプ接続部を経由して前記ＬＥＤランプに交流電圧を供給する電源回路と、を備える電源装置に対し、
   少なくとも前記ＬＥＤに電流が流れるまで前記電源回路に電流が流れるようにするための点灯補助回路を、前記電源回路に対して前記点灯回路と並列接続となるように前記電源回路の出力側に接続する、電源装置の改良方法。
4. 前記点灯補助回路は、コイルとコンデンサとの直列接続回路からなる請求項３に記載の電源装置の改良方法。

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