JP2016136482A - 点灯制御回路、ｌｅｄ照明灯、及び点灯制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】省電力を実現しながらＬＥＤを点灯させる。
【解決手段】点灯制御回路は、交流電流を直流電流に変換する整流回路（Ｒ１）と、整流回路（Ｒ１）に並列に接続される平滑用コンデンサ（Ｃ１）と、平滑用コンデンサ（Ｃ１）に並列に接続され、蛍光灯と等価なインピーダンスを有し、直列に接続される複数のインピーダンス素子（ＺＤ１、ＺＤ２、ＺＤ３）及び複数のインピーダンス素子（ＺＤ１、ＺＤ２、ＺＤ３）に直列に接続される発光ダイオード（ＬＥＤ）と、複数のインピーダンス素子（ＺＤ１、ＺＤ２、ＺＤ３）にそれぞれ並列に接続され、発光ダイオード（ＬＥＤ）と直列に接続される複数のスイッチング素子（ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３）と、複数のスイッチング素子（ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３）を、電源投入後に蛍光灯を点灯させるのに必要な時間以上のそれぞれ異なる時間にて短絡するタイマ制御回路（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、点灯制御回路、照明灯、及び点灯制御方法に関する。

ＬＥＤは従来のフィラメント電極を有する蛍光灯や白熱球に対して寿命が長く、消費電力が少ないことから利用が進んでいる。そして、従来の蛍光灯用の安定器に工事することなく装着して使用できるＬＥＤ照明灯が提案されている（例えば、特許文献１）。このＬＥＤ照明灯は、グロースタータ式蛍光灯用の安定器、ラピッド式蛍光灯用の安定器のみならず、インバータ式の安定器にも取り付けることができる。

しかし、この技術によってはＬＥＤ照明灯のインピーダンスが固定されていて消費電力が少ないという利点を生かすことができない。すなわち、従来の安定器はインピーダンスが下がると供給電圧を下げるように構成されている。また、安定器は、電源投入直後には接続された負荷のインピーダンスが低いと動作が不安定になる。このため、従来のＬＥＤ照明灯はインピーダンスを蛍光灯のインピーダンスと等価に設定してあった。従って、ＬＥＤ照明灯のインピーダンスが蛍光灯を点灯させるための電圧に対応するインピーダンスに固定されているため、安定器は電圧を下げることができない。

この点に関し、インピーダンス素子と並列にスイッチを設け、このスイッチをタイマによって通電開始から所定時間遅らせて短絡させる技術が提案されている（例えば、特許文献２）。この技術によれば、ＬＥＤが点灯後、安定期に入った頃にインピーダンス素子を迂回する電流経路ができ、インピーダンスが下がる。

図４は、特許文献２の技術によるＬＥＤ照明灯を従来の安定器に装着した場合の、安定器の出力電圧を示す図である。縦軸は安定器の出力電圧を、横軸は時間を示す。図４に示すように、ＬＥＤ照明灯は所定時間ｔ０後にスイッチを短絡させ、インピーダンスを下げる。安定器はインピーダンスが下がるとＬＥＤ照明灯への供給電圧を下げる。従って、安定器はＬＥＤ照明灯に対する供給電圧を下げることができ、省電力を図ることができる。

しかし、従来の安定器は保護回路が設けられており、急激にインピーダンスが下がるとこの保護回路が作動して電流供給が遮断される。従って、特許文献２に記載の技術によっては、ＬＥＤ照明灯が点灯しない場合があるという問題が生じた。

本発明は、この問題点に鑑み、省電力を実現しながらＬＥＤを点灯させることができる点灯制御回路を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明は、交流電流を直流電流に変換する整流回路と、整流回路に並列に接続される平滑用コンデンサと、平滑用コンデンサに並列に接続され、蛍光灯と等価なインピーダンスを有し、直列に接続される複数のインピーダンス素子及び複数のインピーダンス素子に直列に接続される発光ダイオードと、複数のインピーダンス素子にそれぞれ並列に接続され、発光ダイオードと直列に接続される複数のスイッチング素子と、複数のスイッチング素子を、電源投入後に蛍光灯を点灯させるのに必要な時間以上のそれぞれ異なる時間にて短絡するタイマ制御回路と、を備える点灯制御回路を提供する。

本発明によれば、省電力を実現しながらＬＥＤを点灯させることができる点灯制御回路を提供することができる。

ＬＥＤ照明灯の外観斜視図である。 点灯制御回路の構成例を示す図である。 ＬＥＤ照明灯を安定器に装着して電源を投入した場合の安定器の出力電圧を示す図である。 従来技術によるＬＥＤ照明灯を従来の安定器に装着した場合の、安定器の出力電圧を示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係るに点灯制御回路、ＬＥＤ照明灯、及び点灯制御方法を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係るＬＥＤ照明灯１０の外観斜視図である。図１に示すように、ＬＥＤ照明灯１０は、従来の直管型蛍光灯の外観と略同様の外観を呈する。すなわち、ＬＥＤ照明灯１０は、長手方向の一端に第１の金口１１Ａと、第１の端子１と、第２の端子２と、を備え、長手方向の他端に第２の金口１１Ｂと、第３の端子３と、第４の端子４と、を備える。ＬＥＤ照明灯１０は、従来の安定器にそのまま装着できる。

ＬＥＤ照明灯１０は、第１の金口１１Ａと第２の金口１１Ｂとの間に、半透明のシールドに覆われた本体部を有し、本体部の内部に発光ダイオードＬＥＤと、点灯制御回路１００と、を備える。

なお、ＬＥＤ照明灯１０は、環状のものであってもよい。

ここで、従来の安定器は、ソケットと、ソケットに装着される負荷のインピーダンス応じた電圧を供給する電力供給回路と、急激なインピーダンスの低下を検知すると電流を遮断する保護回路と、を備える。この安定器は、負荷のインピーダンスが下がると、供給電圧を低下させる。

図２は、本実施形態の点灯制御回路１００の構成例を示す図である。図２に示すように、点灯制御回路１００は、整流回路Ｒ１と、整流回路Ｒ１に並列に接続される平滑用コンデンサＣ１と、直列に接続される複数のインピーダンス素子及び発光ダイオードＬＥＤと、スイッチング素子と、タイマ制御回路と、を備える。

整流回路Ｒ１は、例えばブリッジ回路を用いることができる。整流回路Ｒ１はインバータ方式の点灯を行うためのスイッチング素子を備えるドライバ回路を含む。整流回路Ｒ１は、商用の交流電流を直流電流に変換する。ドライバ回路は高周波を生成する。

平滑用コンデンサＣ１は、整流回路Ｒ１が生成した直流電流から交流成分、いわゆるリップルを取り除く。

複数のインピーダンス素子としては、例えばツェナーダイオードを例えば３段用いることができる。インピーダンス素子としては、ツェナーダイオードの他には抵抗を用いることができる。複数のインピーダンス素子は、２段でも４段以上でもよいが、効果とコストの低減を両立させる意味において３段用いることが望ましい。複数のインピーダンス素子の各段は、単一のインピーダンス素子からなっても。複数のインピーダンス素子からなってもよい。各段が複数のインピーダンス素子からなる場合、各インピーダンス素子は直列若しくは並列に接続された構造、又はこの構造を含むアレイ構造とすることができる。

インピーダンス素子としてツェナーダイオードを用いる場合、第１のツェナーダイオードＺＤ１のカソードは電流源に接続され、アノードは第２のツェナーダイオードＺＤ２のカソードが接続され、第２のツェナーダイオードＺＤ２のアノードには第３のツェナーダイオードＺＤ３のカソードが接続される。各段が複数のツェナーダイオードを含む場合、直列若しくは並列に接続された構造、又はこの構造を含むアレイ構造に配列されたツェナーダイオードの各段は次のように接続される。すなわち、第１段のツェナーダイオードＺＤ１のカソード側端子は電流源に接続され、アノード側端子は第２段のツェナーダイオードＺＤ２のカソード側端子が接続され、第２段のツェナーダイオードＺＤ２のアノード側端子には第３段のツェナーダイオードＺＤ３のカソード側端子が接続される。

第１のスイッチング素子ＳＷ１は、第１段のツェナーダイオードＺＤ１と並列に接続され、第２のスイッチング素子ＳＷ２は、第２段のツェナーダイオードＺＤ２と並列に接続され、第３のスイッチング素子ＳＷ３は、第３段のツェナーダイオードＺＤ３と並列に接続される。第１のスイッチング素子ＳＷ１の一端は電流源に接続され、第１のスイッチング素子ＳＷ１、第２のスイッチング素子ＳＷ２、及び第３のスイッチング素子ＳＷ３は直列に接続される。

スイッチング素子は、例えばトランジスタなどの半導体又はリレーを用いることができる。

発光ダイオードＬＥＤは、直列に接続した複数の発光ダイオードの列を複数備えるＬＥＤアレイを用いることができる。発光ダイオードＬＥＤは、アノードが第３段のツェナーダイオードＺＤ３のアノード及び第３のスイッチング素子ＳＷ３に接続する。

タイマ制御回路は、整流回路Ｒ１から電力の供給を受ける。タイマ制御回路は、タイマＩＣ又は制御回路を用いることができる。タイマ制御回路は、各スイッチング素子にそれぞれ１つずつ設けることも、１つの制御回路によって構成することもできる。図２には例としてスイッチング素子ごとに１つずつタイマ制御回路を設ける構成が示されている。

この例においては、第１のタイマ制御回路Ｔ１が第１のスイッチング素子ＳＷ１を短絡／開放させ、第２のタイマ制御回路Ｔ２が第２のスイッチング素子ＳＷ２を短絡／開放させ、第３のタイマ制御回路Ｔ３が第３のスイッチング素子ＳＷ３を短絡／開放させる。

各タイマスイッチは、電源ＯＮ前に開放されている複数のスイッチング素子を、それぞれ異なったタイミングにて短絡する。例えば、直列に接続された複数のスイッチング素子を電流源から順に短絡させる。

次に、点灯制御回路１００の動作について説明する。

電源が投入される前には、第１のスイッチング素子ＳＷ１、第２のスイッチング素子ＳＷ２、及び第３のスイッチング素子ＳＷ３は、全て開放されている。従って、第１段のツェナーダイオードＺＤ１、第２段のツェナーダイオードＺＤ２、及び第３段のツェナーダイオードＺＤ３によって当初のインピーダンスが定まる。この当初インピーダンスは、従来の蛍光灯のインピーダンスと等価である。

安定器はこの当初のインピーダンスに対応した電圧をＬＥＤ照明灯１０に印加する。各タイマ制御回路は電源投入があるとタイマを起動し、時間計測を開始する。

第１のタイマ制御回路Ｔ１は、蛍光灯が安定器に接続された場合に、蛍光灯の発光が安定する時間以上の時間ｔ１が経過したときに第１のスイッチング素子ＳＷ１を短絡させる。第１のスイッチング素子ＳＷ１が短絡すると、第１段のツェナーダイオードＺＤ１を迂回する電流経路が生成されるため、ＬＥＤ照明灯１０のインピーダンスが第１段のツェナーダイオードＺＤ１の分だけ下がる。インピーダンスが下がると、安定器はその分だけ供給電圧を下げる。

第２のタイマ制御回路Ｔ２は、時間ｔ１に所定の時間ｔ２だけ加えた時間を経過した後に第２のスイッチング素子ＳＷ２を短絡させる。第２のスイッチング素子ＳＷ２が短絡されると、既に短絡している第１のスイッチング素子ＳＷ１とあわせて、第１段のツェナーダイオードＺＤ１及び第２段のツェナーダイオードＺＤ２を迂回する電流経路が生成する。従って、ＬＥＤ照明灯１０のインピーダンスが第１段のツェナーダイオードＺＤ１及び第２段のツェナーダイオードＺＤ２の分だけ下がる。インピーダンスが下がると、安定器はその分だけ供給電圧を下げる。

第３のタイマ制御回路Ｔ３は、時間ｔ２に所定の時間ｔ３だけ加えた時間を経過した後に第３のスイッチング素子ＳＷ３を短絡させる。第３のスイッチング素子ＳＷ３が短絡されると、既に短絡している第１のスイッチング素子ＳＷ１及び第２のスイッチング素子ＳＷ２とあわせて、第１段のツェナーダイオードＺＤ１、第２段のツェナーダイオードＺＤ２、及び第３段のツェナーダイオードＺＤ３を迂回する電流経路が生成する。従って、ＬＥＤ照明灯１０のインピーダンスが第１段のツェナーダイオードＺＤ１、第２段のツェナーダイオードＺＤ２、及び第３段のツェナーダイオードＺＤ３の分だけ下がる。インピーダンスが下がると、安定器はその分だけ供給電圧を下げる。

従って、ＬＥＤ照明灯１０のインピーダンスは急激に下がらず、段階的に下がる。よって、安定器の保護回路は作動せず、省電力を実現しながらＬＥＤを点灯させることができる。

図３は、ＬＥＤ照明灯１０を安定器に装着して電源を投入した場合の安定器の出力電圧を示す図である。縦軸は安定器の出力電圧を、横軸は時間を示す。図３のグラフ３０１に示すように、安定器は、電源投入当初に発光ダイオードＬＥＤを点灯させるのに必要な電圧である電圧Ｖ１を出力する。

第１のタイマ制御回路Ｔ１は、蛍光灯が安定器に接続された場合に、蛍光灯の発光が安定する時間以上の時間ｔ１が経過したときに第１のスイッチング素子ＳＷ１を短絡させる。この段階では、第１段のツェナーダイオードＺＤ１の分だけしかインピーダンスが下がっていないため、１段階だけ安定器の出力電圧が下がる。

第２のタイマ制御回路Ｔ２は、時間ｔ１に所定の時間ｔ２だけ加えた時間を経過した後に第２のスイッチング素子ＳＷ２を短絡させる。この段階では、第１段のツェナーダイオードＺＤ１及び第２段のツェナーダイオードＺＤ２の分だけインピーダンスが下がるため、さらに１段階安定器の出力電圧が下がる。

第３のタイマ制御回路Ｔ３は、時間ｔ２に所定の時間ｔ３だけ加えた時間を経過した後に第３のスイッチング素子ＳＷ３を短絡させる。この段階では、第１段のツェナーダイオードＺＤ１、第２段のツェナーダイオードＺＤ２、及び第３段のツェナーダイオードＺＤ３の分だけインピーダンスが下がるため、さらに１段階安定器の出力電圧が下がり、出力電圧はＶ２となる。

従って、電源投入から時間ｔ４後には、安定器は点灯継続に必要な電圧を出力するようになり、省電力を図ることが可能となる。

以上述べたように、本実施形態の点灯制御回路１００は、整流回路Ｒ１と、整流回路Ｒ１に並列に接続される平滑用コンデンサＣ１と、直列に接続される複数のインピーダンス素子及び発光ダイオードＬＥＤと、複数のインピーダンス素子に並列に接続され、発光ダイオードＬＥＤと直列に接続される複数のスイッチング素子と、複数のスイッチング素子を異なるタイミングにて短絡するタイマ制御回路と、を備える。

従って、省電力を実現しながらＬＥＤを点灯させることができる点灯制御回路を提供することができるという効果がある。

１００ 点灯制御回路
Ｃ１ 平滑用コンデンサ
Ｒ１ 整流回路
ＳＷ１ 第１のスイッチング素子
ＳＷ２ 第２のスイッチング素子
ＳＷ３ 第３のスイッチング素子
Ｔ１ 第１のタイマ制御回路
Ｔ２ 第２のタイマ制御回路
Ｔ３ 第３のタイマ制御回路
ＺＤ１ 第１段のツェナーダイオード
ＺＤ２ 第２段のツェナーダイオード
ＺＤ３ 第３段のツェナーダイオード

特許４９９４１０１号公報 特開２０１４−４９２８３号公報

Claims (5)

1. 交流電流を直流電流に変換する整流回路と、
   前記整流回路に並列に接続される平滑用コンデンサと、
   前記平滑用コンデンサに並列に接続され、蛍光灯と等価なインピーダンスを有し、直列に接続される複数のインピーダンス素子及び前記複数のインピーダンス素子に直列に接続される発光ダイオードと、
   前記複数のインピーダンス素子にそれぞれ並列に接続され、前記発光ダイオードと直列に接続される複数のスイッチング素子と、
   前記複数のスイッチング素子を、電源投入の後に前記蛍光灯を点灯させるのに必要な時間以上のそれぞれ異なる時間にて短絡するタイマ制御回路と、
   を備える点灯制御回路。
2. 前記インピーダンス素子は、ツェナーダイオードである請求項１に記載の点灯制御回路。
3. 前記インピーダンス素子を３段有する請求項１又は請求項２に記載の点灯制御回路。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の点灯制御回路を備えるＬＥＤ照明灯。
5. タイマ制御回路によってスイッチング素子を、電源投入の後に蛍光灯を点灯させるのに必要な時間以上のそれぞれ異なる時間にて短絡し、
   前記蛍光灯と等価なインピーダンスを有し、直列に接続される複数のインピーダンス素子を、前記スイッチング素子によってそれぞれ迂回させて発光ダイオードに直列に接続する電流経路を生成させ、
   前記電流経路によって低下するインピーダンスに対応する電圧を安定器に出力させる点灯制御方法。

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