JP2018067517A - Ｌｅｄランプ及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明装置の仕様の違いにかかわらず時間応答性よく調光操作が可能となる。
【解決手段】交流電源からの入力を直流電圧に切り替える整流回路１１と、整流回路１１から出力された直流電圧を受け取って力率改善を行う力率改善回路１２と、力率改善回路１２の出力を定電流に変換してＬＥＤ光源１００を駆動する定電流回路１３と、力率改善回路１２と定電流回路１３とを制御する制御部２０と、調光切替可能時間Ｔを数えるタイマー２２ａ、２２ｂと、を有するＬＥＤランプ１００。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＥＤランプ及び照明装置に関する。

ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子を光源とするＬＥＤランプを、蛍光灯を点灯させるための既存の照明器具の構造を変更することなくそのまま取り付けて点灯することが行われている（引用文献１，２等参照）。このようなＬＥＤランプは工事レスタイプと呼ばれている。

このようなＬＥＤランプを用いた照明装置においては、特にその調光操作時に、内部に設けられたコンデンサ等の電子部品の特性の差をはじめとする仕様の差によって時間応答性が異なるという問題があった。

本発明は、このような現状に鑑みて創案されたもので、照明装置の仕様の違いにかかわらず時間応答性よく調光操作が可能なＬＥＤランプの提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、交流電源からの入力を直流電圧に切り替える整流回路と、前記整流回路から出力された直流電圧を受け取って力率改善を行う力率改善回路と、力率改善回路の出力を定電流に変換してＬＥＤ光源を駆動する定電流回路と前記力率改善回路と前記定電流回路とを制御する制御部と、調光切替可能時間を数えるタイマーと、を有する。

本発明によれば、照明装置の仕様の違いにかかわらず時間応答性よく調光操作が可能となる。

本発明の一実施形態に係る照明装置の全体構成図の一例である。 図１に示した照明装置のＬＥＤランプを分解した図の一例である。 図１に示した照明装置の回路の構成の一例を示す図である。 図１に示した照明装置のスイッチ切替時の動作を説明するための図である。 本発明の実施形態に対する比較例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を図を参照して説明する。
照明装置２００は、図１に示すように、ＬＥＤ光源たるＬＥＤアレイを内蔵した直管形ＬＥＤランプ１００と、直管形ＬＥＤランプ１００を装着する灯具たる照明器具１５０とを有している。
照明器具１５０は、蛍光灯を点灯させるための器具と同じものであり、ソケット１５１ａ、１５１ｂの穴位置に合わせて直管形ＬＥＤランプ１００の端子４ａ〜４ｄを差し込む。
商業用電流が端子４ａ〜４ｄから直管形ＬＥＤランプ１００内の後述するＬＥＤ素子に流れ、直管形ＬＥＤランプ１００が点灯するようになっている。

直管形ＬＥＤランプ１００は、主に、棒状（平板状、筒状の概念を含む）の筐体２と、透光性で且つ拡散性のカバー部材としてのカバー３と、照明器具１５０に電気的に接続可能な口金１ａ、１ｂと、を有している。
直管形ＬＥＤランプ１００は、図２に示すように、カバー３の内側であって筐体２の表面に、発光部たるＬＥＤ素子３９ａが複数、アレイ状に並べられたＬＥＤアレイ３９を有している。
ここでは、カバー３は透明のものを用いている。カバー３の拡散性は、カバー表面にプリズム状の凹凸を付加するなどして形状的に付与してもよく、拡散材料を含むことにより付与してもよい。
拡散材料を含む場合には、拡散材料でカバー３全体を形成してもよく、拡散材料を添加ないし含有させて拡散性を付与してもよい。
なお、本実施形態では、ＬＥＤランプを直管形のＬＥＤランプとしているが、かかる構成に限定されるものではなく、形状は目的や構成に合わせて自由に変更して良い。また、ＬＥＤ素子３９ａを複数並べたアレイ状に限定するものではなく、単一のＬＥＤ素子を点灯させるものであっても良い。

筐体２は、断面形状が長手方向全体に亘って略同一の半円筒状に形成されている。なお、筐体２の形状は半円筒状に限定されるものではなく、筒状であっても良い。
内部で生じる熱の放熱機能を向上させるために、筐体２の外面には凹凸を付与し、表面積を大きくしてもよい。
筐体２は、熱伝導率の大きい金属材料で形成されている。筒形状であるために、押出し成形や引き抜き成形等の加工方法により、断面形状が均一な筐体２を安価に製作できる。

金属材料としては、アルミニウム合金やマグネシウム合金が多く用いられるが、他の押出し材料等でも良い。
外周部の凹凸により、リブや放熱フィンを設けるのと同じような放熱機能を持たせることができる。
ここでは放熱性向上を目的として、筐体２の外周部に凹凸を設けるようにしているが、筐体２と後述する駆動基板たる電源基板や電気部品との絶縁性が確保できれば内周部に凹凸を設けても良い。

カバー３は、筐体２の外径とほぼ同じ外径を有し、筐体２の長手方向に沿う開口部を有する半円形状に形成されている。言い換えるとカバー３の曲率は、筐体２の曲率と略同一になるように形成されている。
すなわち、カバー３は円弧状の断面形状を有し、筐体２の一側面を長手方向に亘って覆う大きさを有している。
カバー３は、筐体２の外面に設けた軸方向に延びる溝に嵌め込む形で取り付けられ、筐体２との一体構成は円筒形状となる。
図１に示すように、口金１ａ、１ｂは、筐体２とカバー３との一体構成であるランプ本体の長手方向両端部にその外面を覆うように設けられている。
口金１ａ、１ｂは、図２に示すように、蛍光灯を点灯可能な照明器具１５０に搭載可能な端子４ａ〜４ｄを有している。

口金１ａ、１ｂの端子４ａ〜４ｄと、口金１ａ、１ｂに接続されたコネクタ１６から延びるリ−ド線６ａ、６ｂを介してＬＥＤアレイ３９に電流が供給される。
端子４ａ〜４ｄと、リ−ド線６ａ、６ｂとを直接はんだ付けなどの方法で電気的に接続しても良い。
口金１ａ、１ｂは、複数のねじ５ａ〜５ｄによって筐体２に固定されることで、筐体２とこれに嵌合されたカバー３とが一体になるように包み込んでいる。

口金１ａ、１ｂは、ねじ止めではなく、筐体２にカシメ等の手段により固定してもよい。口金１ａ、１ｂの形状は、既存の蛍光灯の両端部に位置する口金と略同一の形状となっている。
したがって、蛍光灯が用いられている既存の照明器具に対して、直管形ＬＥＤランプ１００を蛍光灯に代えて取り付けることにより、照明器具の交換を要することなくＬＥＤランプの照明装置が構成される。
これにより、別途新たな照明器具を取り付ける場合に比べて、設備コストや工事コストを大幅に低減できるとともに、交換作業の労力の低減、時間短縮が実現される。

図３は、照明装置２００の回路図の一例である。
直管形ＬＥＤランプ１００は、図３に示すように、交流電源３００からの入力たる入力電圧Ｖ０を直流電圧Ｖ１に切り替える整流回路１１と、整流回路１１から出力された直流電圧Ｖ１を受け取って力率改善を行う力率改善回路たるＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路１２と、を有している。
直管形ＬＥＤランプ１００はまた、ＰＦＣ回路１２からの出力電圧Ｖ２を定電流に変換して直管形ＬＥＤランプ１００を駆動する定電流回路１３と、ＰＦＣ回路１２と定電流回路１３とを制御する制御部たるマイコン２０と、を有している。
直管形ＬＥＤランプ１００はまた、定電流回路１３よりも入力側であって、ＰＦＣ回路１２よりも出力側に接続され、マイコン２０からの指示によって作動する電圧供給回路１４を有している。
なお、これらの照明装置２００全体のＯｎ／Ｏｆｆを切り替えるスイッチ２０１が設けられている。

整流回路１１は、交流電源３００から与えられた交流電圧たる入力電圧Ｖ０を直流電圧へと変換するためのＡＣ−ＤＣコンバータである。

ＰＦＣ回路１２は、整流回路１１からの出力を昇圧させるとともに、高調波電流の発生を抑制して力率を改善する。

定電流回路１３は、ＰＦＣ回路１２の出力電流を更に安定化させることで、直管形ＬＥＤランプ１００に直流の定電流を出力する。

マイコン２０は、ＰＦＣ回路１２の制御を行うＰＦＣ制御部２１と、スイッチ２０１のＯｎ／Ｏｆｆ操作が行われたことを条件として調光切替可能時間Ｔを数えるタイマー２２ａ、２２ｂと、定電流回路１３の制御を行うための定電流制御部２３と、を有している。
マイコン２０は、タイマー２２ａ、２２ｂの調光切替可能時間Ｔを数え始めるトリガーを出力するために、整流回路１１の出力側に接続された入力変化検知部２４を有している。
マイコン２０はまた、入力変化検知部２４及びタイマー２２ｂによって調光切替可能時間Ｔが経過したことを条件としてトリガーを定電流制御部２３へと出力するためのカウンタ２５とＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２６とを有している。
なお、本実施形態では、入力変化検知部２４はマイコン２０の一部を構成するように設けられているが、別体で設けても良い。
また、本実施形態では制御部としてマイクロコンピューターを用いたが、その他ＦＰＧＡやＣＰＬＤなどのＡＳＩＣを制御部としても良い。

入力変化検知部２４は、スイッチ２０１のＯｎ／Ｏｆｆによって生じる整流回路１１の出力変動を検知して、立ち上がりと立ち下がりのそれぞれのエッジを独立して検知する。
本実施形態では特に、マイコン２０の入力電圧定格に合わせて高抵抗で分圧した電圧の変動を検知している。なお、本実施形態では、電圧の変動が、所定の時間内で立ち上がり／立ち下がり動作をした場合について「エッジ」との表現を用いている。
なお、入力変化検知部２４が電流値の変動を検知するとしても良いが、整流回路１１は出力側にコンデンサを含むことが多く、時定数によってスイッチ２０１が操作された時刻と電流値の立ち下がり時刻との間に差が生じやすいため、電圧を用いることが望ましい。

タイマー２２ａ、２２ｂは、何れもトリガーが入力してからの時間をカウントするための計時タイマーであり、本実施形態では入力変化検知部２４が立ち下がりエッジを検知したことを条件として、タイマー２２ａ、２２ｂがカウントを開始する。

以上述べたような構成の照明装置２００を用いて、消灯、点灯あるいは調光などの操作を行う場合の動作について図４を用いて説明する。
まず、使用者がスイッチ２０１を操作して、Ｏｎ状態からＯｆｆ状態へと切り替えることで、処理をスタートさせる。このとき、整流回路１１の入力側における入力電圧Ｖ０は０になる。なお、以降の説明では特に消灯時すなわちＯｎ状態からＯｆｆ状態への切り替え操作時についての動作を説明するが、点灯時には、Ｏｎ状態とＯｆｆ状態が変わるだけで同様の説明により動作が進むため説明を省略する。
スイッチ２０１がＯｆｆ状態となると、整流回路１１は、出力電圧Ｖ１が印加された状態から立ち下がる（ステップＳ１０１）。
入力変化検知部２４は、かかる立ち下がりエッジを照明装置２００の入力の変化として検知する。同時に、入力変化検知部２４が立ち下がりエッジを検知したことを条件として、入力変化検知部２４は、タイマー２２ａ、２２ｂにトリガーを出力する（ステップＳ１０２）。

通常、整流回路１１の出力電圧Ｖ１が立ち下がると、ＰＦＣ回路１２の出力は、回路の構成などによる固有の時定数に依存して減少する。同様に、定電流回路１３の出力も、定電流回路１３の回路の構成などによる固有の時定数に依存して減少する。
結果として、直管形ＬＥＤランプ１００に流れる電流は、スイッチ２０１のＯｆｆ状態への切り替わりから、ＰＦＣ回路１２と定電流回路１３との時定数に応じて遅れて立ち下がることとなる。
このように、照明装置２００の回路構成を、ＰＦＣ回路１２と定電流回路１３との２ｓｔａｇｅ構成とすることで、入力変動が生じたときにも直管形ＬＥＤランプ１００に流れる電流が急激に変化することが抑制される。

さて、本実施形態との比較のために、図５に示す照明装置３００について説明する。なお、説明を簡略化するために、本実施形態と同様の機能を備えた部分については同一の符号を付して説明を適宜省略する。
照明装置３００は、整流回路１１と、ＰＦＣ回路１２と、定電流回路１３と、直管形ＬＥＤランプ１００と、ＰＦＣ回路１２を制御するためのＰＦＣ制御ＩＣ３０１と、定電流回路１３を制御するための定電流制御ＩＣ３０２と、を有している。
照明装置２００はまた、電圧供給回路１４と、定電流回路１３の入力側であってＰＦＣ回路１２の出力側に接続された入力変化検知部３０３と、維持電圧コンデンサ３０４と、カウンタ２５と、を有している。

本比較例においては、ＰＦＣ制御ＩＣ３０１と、定電流制御ＩＣ３０２とはそれぞれ独立して設けられている。
このような構成の照明装置３００において、スイッチ２０１をＯｎ／Ｏｆｆ操作すると、すでに述べたように、直管形ＬＥＤランプ１００に流れる電流は、ＰＦＣ回路１２と定電流回路１３との時定数に応じて遅れて立ち下がることとなる。
時定数は回路に含まれる抵抗とコンデンサの容量によって決まるが、コンデンサの容量は、一般的な電解コンデンサでは±２０％程度の個体差が存在することが知られている。
また、一般にＩＣの消費電流は印加電圧によって異なり、用途の異なる２つのＩＣ間の消費電流を合わせることは難しい。このようなコンデンサや内部のインピーダンス等によって生じる時定数などの回路特性の差は、照明装置の個々の仕様の差として照明装置の点灯・消灯時の時間応答性等に違いを生じさせる。

近年では、光量を使用者の任意の量に調整する、いわゆる調光機能が付いた製品が求められている。調光のために出力を下げた場合には、ＰＦＣ制御ＩＣ３０１と定電流制御ＩＣ３０２との消費電流が調光のレベルによって異なるために、同一の構成を持った照明装置３００を複数用いたときにも、立ち下がり時間が一致しないという問題がある。
また２ｓｔａｇｅ構成の場合には、ＰＦＣ制御ＩＣ３０１と定電流制御ＩＣ３０２との動作Ｏｎ閾値電圧の差による起動時のＰＦＣ出力の欠落が生じるおそれがある。

そこで、本実施形態では、タイマー２２ａ、２２ｂを用いて所定の調光切替可能時間Ｔをカウントする（ステップＳ１０３）。
かかる構成により、ＩＣの消費電力や動作の閾値電圧の差による立ち上がり／立ち下がり時間のブレが抑制される。
同様に、調光を目的として使用者がＯｎ／Ｏｆｆ操作を繰り返す場合も考えられる。
そこで本実施形態では、タイマー２２ｂが調光切替可能時間Ｔをカウント中にスイッチ２０１が操作されたかどうかを判断する（ステップS１０４）。
かかる判断は、具体的には、タイマー２２ｂが調光切替可能時間Ｔをカウント中であって、かつ入力変化検知部２４が立ち下がりエッジを検知したことを条件として、カウンタ２５とＤＡＣ２６とを動作させることによって行う。
すなわち、タイマー２２ｂは調光切替可能時間Ｔをカウント中であるときにＴｒｕｅの値を出力し、入力変化検知部２４はスイッチ２０１のＯｎ操作すなわち立上りエッジを検知したときにＴｒｕｅの値を出力する。カウンタ２５は、入力される信号がいずれもＴｒｕｅのときに、カウント数たる調光カウント数に１を加える。
定電流制御部２３は、ステップＳ１０３においてタイマー２２ａのカウントした時間が調光切替可能時間Ｔ以上の時間となったことを条件として、定電流回路１３の出力をＯｆｆにするように制御を行う（ステップＳ１２０）。

一方、タイマー２２ａのカウントが、調光切替可能時間Ｔよりも短く、かつＤＡＣ２６からトリガが入力されたことを条件として、定電流制御部２３は使用者が調光操作を行ったと判断する（ステップＳ１０５）。
ステップＳ１０５において、定電流制御部２３は、使用者の調光操作を検知する調光操作検知部としての機能を有している。
なお、ステップＳ１０４においてスイッチ２０１の操作が検知されなかったときには、カウントが調光切替可能時間Ｔを超えるまでかかる処理をループさせる。
定電流制御部２３が使用者の調光操作を検知したことを条件として、言い換えると調光切替可能時間Ｔ以内にスイッチ２０１のＯｎ／Ｏｆｆ操作が行われたことを条件として、定電流制御部２３は、カウンタ２５がカウントした係数たる調光カウント数に応じて調光度を制御する（ステップＳ１１０）。
具体的には、定電流回路１３から出力される電流値を調光カウント数に合わせて所定の割合に設定する。例えば、カウンタ２５の調光カウント数が０回、１回、２回のときそれぞれ電流値を１００％、５０％、２５％などの数値に合わせても良い。

カウンタ２５の調光カウント数は、例えばタイマー２２ｂが調光切替可能時間Ｔをカウントし終えたときにリセットするとしても良いし、不揮発性メモリに保存して、調光カウント数を常に保存しておくとしても良い。
また、タイマー２２ｂに調光切替可能時間Ｔよりも大きい所定のリセット時間Ｔ２を設定しておいても良い。

本実施形態では、照明装置２００は、交流電源からの入力を直流電圧に切り替える整流回路１１と、整流回路１１から出力された直流電圧Ｖ１を受け取って力率改善を行うＰＦＣ回路１２と、を有している。
照明装置２００は、ＰＦＣ回路１２の出力を定電流に変換してＬＥＤ光源を駆動する定電流回路１３と、ＰＦＣ回路１２と定電流回路１３とを制御するマイコン２０と、調光切替可能時間Ｔを数えるタイマー２２ａ、２２ｂと、を有している。
かかる構成により、照明装置の仕様の違いにかかわらず時間応答性よく調光操作が可能となる。

本実施形態では、マイコン２０は、ＰＦＣ回路１２よりも入力側における入力の変化を検知する入力変化検知部２４を有している。
タイマー２２ａ、２２ｂは、入力変化検知部２４において変化が検知されたことを条件として、調光切替可能時間Ｔのカウントを開始する。
かかる構成により、照明装置の仕様の違いにかかわらず時間応答性よく調光操作が可能となる。

本実施形態では、定電流制御部２３は、カウントが所定の時間に達したことを条件として、定電流回路１３の出力の制御を行う。
かかる構成により、照明装置の仕様の違いにかかわらず時間応答性よく調光操作が可能となる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定しない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を例示したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１１ 整流回路
１２ 力率改善回路（ＰＦＣ回路）
１３ 定電流回路
１４ 電圧供給回路
２０ 制御部（マイコン）
２１ ＰＦＣ制御部
２２ａ、２２ｂ タイマー
２３ 定電流制御部
２４ 入力変化検知部
２５ カウンタ
２６ ＤＡＣ
１００ ＬＥＤランプ（直管形ＬＥＤランプ）
１５０ 照明器具
２００ 照明装置
Ｔ 調光切替可能時間

特開第２０１５−１７９６５３号公報 特開第２０１１−１０３２８５号公報

Claims (4)

1. 交流電源からの入力を直流電圧に切り替える整流回路と、
   前記整流回路から出力された直流電圧を受け取って力率改善を行う力率改善回路と、
   力率改善回路の出力を定電流に変換してＬＥＤ光源を駆動する定電流回路と
   前記力率改善回路と前記定電流回路とを制御する制御部と、
   調光切替可能時間を数えるタイマーと、
   を有するＬＥＤランプ。
2. 請求項１に記載のＬＥＤランプにおいて、
   前記制御部は、前記力率改善回路よりも入力側における入力の変化を検知する入力変化検知部を有し、
   前記タイマーは、前記入力変化検知部において前記変化が検知されたことを条件として、前記調光切替可能時間のカウントを開始することを特徴とするＬＥＤランプ。
3. 請求項２に記載のＬＥＤランプにおいて、
   前記制御部は、前記カウントが所定の時間に達したことを条件として、前記定電流回路の出力の制御を行うことを特徴とするＬＥＤランプ。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のＬＥＤランプと、照明器具とを備えた照明装置。

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