JP2015046345A

JP2015046345A - Ｌｅｄ照明用電源回路

Info

Publication number: JP2015046345A
Application number: JP2013177882A
Authority: JP
Inventors: 昌利大石; Masatoshi Oishi
Original assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2015-03-12

Abstract

【課題】医療現場においても安心して使用できる低ノイズなＬＥＤ照明用電源回路を実現する。【解決手段】交流電源12から供給される交流電流を整流するダイオードブリッジ整流回路14と、ダイオードブリッジ整流回路14で整流された直流電流を平滑化する平滑コンデンサ16を備え、ダイオードブリッジ整流回路14及び平滑コンデンサ16で整流・平滑された直流電流をＬＥＤ負荷20に供給して点灯駆動させるＬＥＤ照明用電源回路10であって、上記交流電源12とダイオードブリッジ整流回路14との間に、並列接続された第１〜第４の電流制限回路26，28，30，32を挿接して成り、上記電流制限回路26，28，30，32は、静電容量の異なる積層セラミックコンデンサ44ａ〜44ｄを備えて構成されていると共に、電流制限回路26，28，30，32のＯＮ／ＯＦＦを個別に制御する制御スイッチ34ａ，34ｂ，34ｃ，34ｄを設けた。【選択図】図１

Description

この発明は、交流電源の供給を受けてＬＥＤを点灯駆動させるＬＥＤ照明用電源回路に関する。

近年、低消費電力・長寿命なＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いた照明が注目を浴び、病院等の医療現場においても、斯かるＬＥＤ照明の普及が求められているが、医療現場にはＭＲＩ（磁気共鳴診断装置装置）等、微少電磁界で測定する必要がある最新医療機器や、外来ノイズを嫌う補助装置等があるため、低ノイズの照明が必要とされる。

上記ＬＥＤはＤＣ駆動であるため、通常、ＡＣ−ＤＣ変換はコンデンサインプット型のスイッチング電源回路が用いられている。
図３は、従来のＬＥＤ照明用電源回路60の一例を示すものであり、斯かるＬＥＤ照明用電源回路60は、交流電源62から供給された交流電流を整流するダイオードブリッジ整流回路64と、該ダイオードブリッジ整流回路64で生成された直流電流を平滑するコンデンサ66と、ＬＥＤ負荷68に直列接続されたコイル70と、一端が上記コイル70に接続されると共に他端がＬＥＤ負荷68に接続され、上記コイル70に生じる逆起電力をＬＥＤ負荷68に供給する還流ダイオード72と、ＬＥＤ負荷68に供給する直流電流をＯＮ／ＯＦＦする半導体スイッチ（ＭＯＳＦＥＴ）より成るスイッチング素子74と、スイッチング素子74のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを制御し、ＬＥＤ負荷68に供給する直流電流を所定の電流値に制御する電源制御ＩＣ76と、ＬＥＤ負荷68に流れる直流電流を検出し電源制御ＩＣ76にフィードバックする抵抗器78を備えている。

従来の上記ＬＥＤ照明用電源回路60にあっては、ダイオードブリッジ整流回路64で整流後の直流電流を、電源制御ＩＣ76及びスイッチング素子74でＯＮ／ＯＦＦ制御することによりＬＥＤ負荷68に一定値の電流を流すため、スイッチング素子74のＯＮ／ＯＦＦ時にスイッチングノイズを生じていた。また、電流が０になったタイミングにおいて還流ダイオード72にもスイッチングノイズが発生していた。
このため、医療現場において、従来のＬＥＤ照明用電源回路60を用いたＬＥＤ照明を使用する場合には、ノイズが発生しやすいＬＥＤ照明用電源回路60とＬＥＤ負荷68とを分離し、ＬＥＤ照明用電源回路60を室外に設置する等のノイズ対策が必要であった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、医療現場においても安心して使用できる低ノイズなＬＥＤ照明用電源回路を実現することにある。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載のＬＥＤ照明用電源回路は、
交流電源から供給される交流電流を整流回路で整流し、該整流回路で整流された直流電流をＬＥＤ負荷に供給して点灯駆動させるＬＥＤ照明用電源回路であって、
上記交流電源と整流回路との間に、コンデンサを備えて構成された複数の電流制限回路を並列接続した状態で挿接して成り、
上記複数の電流制限回路を構成するコンデンサの静電容量が異なっていると共に、複数の電流制限回路のＯＮ／ＯＦＦを個別に制御する制御スイッチを設けたことを特徴とする。

本発明の請求項２に記載のＬＥＤ照明用電源回路は、請求項１に記載のＬＥＤ照明用電源回路において、
上記制御スイッチを、交流電流のノイズが発生しないタイミングでＯＮ／ＯＦＦ制御することを特徴とする。

本発明の請求項３に記載のＬＥＤ照明用電源回路は、請求項２に記載のＬＥＤ照明用電源回路において、
上記制御スイッチを、交流電流がゼロのタイミングでＯＮ／ＯＦＦ制御することを特徴とする。

本発明の請求項４に記載のＬＥＤ照明用電源回路は、請求項１〜３の何れかに記載のＬＥＤ照明用電源回路において、
上記コンデンサが、積層セラミックコンデンサであることを特徴とする。

本発明の請求項５に記載のＬＥＤ照明用電源回路は、請求項１〜４の何れかに記載のＬＥＤ照明用電源回路において、
上記整流回路で整流された直流電流を平滑化する平滑回路を備えることを特徴とする。

本発明に係る請求項１に記載のＬＥＤ照明用電源回路は、交流電源と整流回路の間に、コンデンサを備えて構成された複数の電流制限回路を並列接続した状態で挿接して構成したので、上記複数の電流制限回路を構成するコンデンサの交流リアクタンスで所定値に制限された交流電流が、整流回路及び平滑回路で直流電流に整流・平滑されてＬＥＤ負荷に供給されるものであり、整流後における能動的なスイッチングが無いため低ノイズであり、医療現場においても安心して使用することができる。
また、電流制限回路をコンデンサを備えて構成した場合には、消費電力が小さく、且つ、放熱が少ないという利点も有する。

さらに、本発明に係る請求項１に記載のＬＥＤ照明用電源回路は、複数の電流制限回路を構成するコンデンサの静電容量が異なっていると共に、複数の電流制限回路のＯＮ／ＯＦＦを個別に制御する制御スイッチを設けているので、複数（ｎ個）の電流制限回路を選択的にＯＮ又はＯＦＦすることにより、２のｎ乗段階でＬＥＤ負荷の調光を行うことができる。

請求項２又は３に記載のＬＥＤ照明用電源回路の如く、交流電流がゼロのタイミングといった交流電流のノイズが発生しないタイミングで制御スイッチをＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、ノイズの発生を防止することができる。

請求項４に記載のＬＥＤ照明用電源回路の如く、電流制限回路を構成するコンデンサとして積層セラミックコンデンサを用いた場合、積層セラミックコンデンサは電解コンデンサやフィルムコンデンサに比べて小型であることから、小型薄型のＬＥＤ照明用電源回路を実現することができる。

本発明に係るＬＥＤ照明用電源回路を示すブロック図である。制御スイッチ及び電流制限回路の構成を示す回路図である。従来のＬＥＤ照明用電源回路の一例を示す回路図である。

以下、図１及び図２に基づき、本発明に係るＬＥＤ照明用電源回路10を説明する。図１は、本発明に係るＬＥＤ照明用電源回路10を示すブロック図、図２は制御スイッチ及び電流制限回路の構成を示す回路図である。

本発明に係るＬＥＤ照明用電源回路10は、交流電源12から供給される交流電流を整流するダイオードブリッジ整流回路14と、該ダイオードブリッジ整流回路14で整流された直流電流を平滑する平滑回路としての平滑コンデンサ16を備えており、上記ダイオードブリッジ整流回路14及び平滑コンデンサ16で整流・平滑された直流電流を、複数個の発光ダイオード（ＬＥＤ）18を直列接続して成るＬＥＤ負荷20に供給して点灯駆動させるものである。
図１において、22は一般の１００ボルト商用交流電源のコンセントに適合する電源プラグ、24は電源スイッチである。

また、上記交流電源12とダイオードブリッジ整流回路14の間に、並列接続された第１の電流制限回路26、第２の電流制限回路28、第３の電流制限回路30、第４の電流制限回路32と、上記第１〜第４の電流制限回路26，28，30，32のＯＮ／ＯＦＦ制御をそれぞれ行う４個の制御スイッチ34ａ，34ｂ，34ｃ，34ｄが挿接されている。

さらに、本発明のＬＥＤ照明用電源回路10はマイコンより成る制御部36を有しており、該制御部36は、コントローラ38からのコントロール信号の送信、及び、交流電源12の電圧を検出する電圧検出部40からの検出信号の送信を受けて上記制御スイッチ34ａ，34ｂ，34ｃ，34ｄのＯＮ／ＯＦＦを制御するものである。

図２に示すように、上記制御スイッチ34ａ，34ｂ，34ｃ，34ｄは、フォトダイード42ａ及びトライアック42ｂを備えたフォトトライアック42で構成されており、信号入力側のフォトダイード42ａと信号出力側のフォトトライアック42が絶縁されている。

また、上記第１〜第４の電流制限回路26，28，30，32は、積層セラミックコンデンサ44ａ〜44ｄと放電抵抗46を並列接続して構成されている（図２参照）ものであり、第１の電流制限回路26は、単体の積層セラミックコンデンサ44ａと放電抵抗46を並列接続して成り、第２の電流制限回路28は、２並列の積層セラミックコンデンサ44ｂと放電抵抗46を並列接続して成り、第３の電流制限回路30は、４並列の積層セラミックコンデンサ44ｃと放電抵抗46を並列接続して成り、第４の電流制限回路32は、８並列の積層セラミックコンデンサ44ｄと放電抵抗46を並列接続して成るものである。

積層セラミックコンデンサ44ａ〜44ｄは、電解コンデンサやフィルムコンデンサに比べて小型であることから、本実施形態の如く、電流制限回路26，28，30，32を構成するコンデンサとして積層セラミックコンデンサ44ａ〜44ｄを用いることにより小型薄型のＬＥＤ照明用電源回路10を実現することができる。
単体の積層セラミックコンデンサで必要な容量が得られない場合には、上記の如く、複数の積層セラミックコンデンサを並列接続して使用れば良い。

このように、第１〜第４の電流制限回路26，28，30，32の積層セラミックコンデンサ44ａ，44ｂ，44ｃ，44ｄの構成数が異なることから、各電流制限回路26，28，30，32毎にコンデンサの静電容量が異なるものとなる。
例えば、積層セラミックコンデンサとして静電容量が０．４７μＦの４７４タイプを用い場合、第１の電流制限回路26を構成する積層セラミックコンデンサ44ａの静電容量は０．４７μＦ、第２の電流制限回路28を構成する積層セラミックコンデンサ44ｂの静電容量は０．９４μＦ（0.47μF×２）、第３の電流制限回路30を構成する積層セラミックコンデンサ44ｃの静電容量は１．８８μＦ（0.47μF×４）、第４の電流制限回路32を構成する積層セラミックコンデンサ44ｄの静電容量は３．７６μＦ（0.47μF×８）となる。

以下において、本発明に係るＬＥＤ照明用電源回路10の動作について説明する。
上記コントローラ38は、可変抵抗又はロータリーエンコーダ等で構成される調光信号発生手段を備えており、利用者が所定の操作を行うと、所定の範囲内で値が増減する調光信号が生成され、マイコンより成る制御部36に送信する。

上記した通り、第１〜第４の電流制限回路26，28，30，32を構成する積層セラミックコンデンサ44ａ〜44ｄの静電容量が異なることから、積層セラミックコンデンサ44ａ〜44ｄの交流リアクタンスで制限される電流量も各電流制限回路26，28，30，32毎に異なることとなる。
従って、本発明のＬＥＤ照明用電源回路10にあっては、第１〜第４の電流制限回路26，28，30，32を選択的にＯＮ又はＯＦＦすることにより、２の４乗の１６段階でＬＥＤ負荷20の調光を行うことができるようになっている。

マイコンより成る上記制御部36は、受信した調光信号に対応してＯＮ／ＯＦＦさせる制御スイッチ34ａ，34ｂ，34ｃ，34ｄがプログラミングされており、コントローラ38からの調光信号を受信すると、該調光信号に応じて、フォトトライアック42より成る制御スイッチ34ａ，34ｂ，34ｃ，34ｄの所定のフォトダイード42ａの駆動信号を出力する。

また、上記制御部36は、交流電源12から供給される交流電流のノイズが発生しないタイミングで上記制御スイッチ34ａ，34ｂ，34ｃ，34ｄをＯＮ／ＯＦＦするものであり、具体的には、交流電流がゼロのタイミングで制御スイッチ34ａ，34ｂ，34ｃ，34ｄのＯＮ／ＯＦＦを行うものである。

本実施形態においては、電圧検出部40からの検出信号に基づいて交流電流がゼロのタイミングを検出するものであるが、使用対象の負荷によって電流がゼロとなる電圧値は異なることから、使用負荷における電流がゼロとなる電圧値を予め計測しておき、計測した電圧値をマイコンに書き込んでおく。そして、電圧検出部40から送信された電圧値の検出信号と、制御部36を構成するマイコンに記録された電圧値とが合致したタイミングで、上記調光信号に対応する制御スイッチ34ａ，34ｂ，34ｃ，34ｄの所定のフォトダイード42ａの駆動信号を出力する。

尚、上記電圧検出部40の代わりに、電流検出用の抵抗を備えた電流検出部を設け、制御部36へフィードバックすることにより、交流電流がゼロのタイミングを検出するようにしても良い。

上記駆動パルスを受けてフォトダイード42ａが発光すると、トライアック42ｂが導通し、対応する電流制限回路26，28，30，32がＯＮする。この結果、電流制限回路26，28，30，32を構成する積層セラミックコンデンサ44ａ，44ｂ，44ｃ，44ｄの交流リアクタンスに応じて交流電流が制限される。

尚、上記放電抵抗46は、電流制限回路26，28，30，32をオフした際に積層セラミックコンデンサ44ａ，44ｂ，44ｃ，44ｄに蓄積されている電荷を速やかに放電させて回路の安全を確保する機能を果たすものである。

上記電流制限回路26，28，30，32で所定の電流値に制限された交流電流は、ダイオードブリッジ整流回路14及び平滑コンデンサ16で整流・平滑されて直流電流に変換された後、斯かる直流電流の供給を受けてＬＥＤ負荷20が点灯駆動するのである。

本発明のＬＥＤ照明用電源回路10は、交流電源12とダイオードブリッジ整流回路14の間に、積層セラミックコンデンサ44ａ〜44ｄを備えて構成された複数の並列接続されて成る電流制限回路26，28，30，32を挿接して構成したので、上記複数の電流制限回路26，28，30，32を構成する積層セラミックコンデンサ44ａ〜44ｄの交流リアクタンスで所定値に制限された交流電流が、ダイオードブリッジ整流回路14及び平滑コンデンサ16で直流電流に整流・平滑されてＬＥＤ負荷20に供給されるものであり、整流後における能動的なスイッチングが無いため低ノイズであり、医療現場においても安心して使用することができる。
尚、電流制限回路26，28，30，32をンデンサ44ａ〜44ｄで構成した場合には、消費電力が小さく、且つ、放熱が少ないという利点も有する。

また、ノイズが発生しない交流電流がゼロのタイミングで制御スイッチ34ａ，34ｂ，34ｃ，34ｄをＯＮ／ＯＦＦすることから、ノイズの発生を防止することができる。

尚、上記においては、構成する積層セラミックコンデンサ44ａ〜44ｄの静電容量が異なる４個の電流制限回路26，28，30，32を設け、斯かる電流制限回路26，28，30，32を選択的にＯＮ又はＯＦＦすることにより、２の４乗の１６段階でＬＥＤ負荷20の調光を行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
すなわち、構成するコンデンサの静電容量が異なる複数個（ｎ個）の電流制限回路を設け、斯かる複数個（ｎ個）の電流制限回路を選択的にＯＮ又はＯＦＦする構造と成せば良く、これにより、２のｎ乗段階でＬＥＤ負荷20の調光を行うことができる。

10 ＬＥＤ照明用電源回路
12 交流電源
14 ダイオードブリッジ整流回路
16 平滑コンデンサ
18 発光ダイオード
20 ＬＥＤ負荷
22 電源プラグ
24 電源スイッチ
26 第１の電流制限回路
28 第２の電流制限回路
30 第３の電流制限回路
32 第４の電流制限回路
34ａ，34ｂ，34ｃ，34ｄ制御スイッチ
36 制御部
38 コントローラ
40 電圧検出部
42 フォトトライアック
42ａフォトダイード
42ｂトライアック
44ａ，44ｂ，44ｃ，44ｄ積層セラミックコンデンサ
46 放電抵抗

Claims

交流電源から供給される交流電流を整流回路で整流し、該整流回路で整流された直流電流をＬＥＤ負荷に供給して点灯駆動させるＬＥＤ照明用電源回路であって、
上記交流電源と整流回路との間に、コンデンサを備えて構成された複数の電流制限回路を並列接続した状態で挿接して成り、
上記複数の電流制限回路を構成するコンデンサの静電容量が異なっていると共に、複数の電流制限回路のＯＮ／ＯＦＦを個別に制御する制御スイッチを設けたことを特徴とするＬＥＤ照明用電源回路。
上記制御スイッチを、交流電流のノイズが発生しないタイミングでＯＮ／ＯＦＦ制御することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明用電源回路。
上記制御スイッチを、交流電流がゼロのタイミングでＯＮ／ＯＦＦ制御することを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ照明用電源回路。
上記コンデンサが、積層セラミックコンデンサであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のＬＥＤ照明用電源回路。
上記整流回路で整流された直流電流を平滑化する平滑回路を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のＬＥＤ照明用電源回路。