JP3153309U - Ｌｅｄランプの駆動電源 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギーの利用効率を改善したＬＥＤランプの駆動電源を提供する。【解決手段】ブリッヂ整流器２の交流側をトライアック５による位相制御とし、電流制御を行うトランジスタ７のコレクタ電圧を検出する。【選択図】図１

Description

本考案は交流電源で照明、表示等を行うLEDランプの点灯駆動を行う電源に関するものである。

近年LEDランプの高輝度化が進み、従来の白熱灯、蛍光灯等に替わって低消費電力、長寿命、発光色の多様性等の利点からLEDを使用しようとする気運が高まってきている。

LEDは基本的に直流作動の発光素子で、流す電流にほぼ比例した光量の発光をする。その為交流電源で点灯駆動をしようとする場合、交流を直流に変換し、かつ定電流で点灯駆動する必要があり、これらの回路部分に関る低消費電力化も必須の課題となっている。

平成２１年４月１５日・・１７日に開催のライティングフェアでナショナルセミコンダクタ−日本支社から流布された『高輝度ライティング向けLEDドライバ』

複数個のLEDを同じ発光状態で点灯駆動するには、個々の素子に流す電流を同一とすることが基本であり、夫々を直列接続して用いる方法が合理的、かつ経済的方法の為、直列接続構成の方法が広く用いられている。

LEDは通電時のアノ−ド・カソ−ド間電圧(Vf)が流れる電流値によりあまり変化せずほぼ一定値となる性質があり、直列接続したLEDのVfの和と駆動電源電圧を一致させて駆動する事が理想であるが、各種変動要素がある為現実には、上記Vfの和より駆動電圧をやや高くし、電圧超過分を駆動回路が吸収する方法で駆動している。

この超過電圧の吸収による電力は損失電力として電源の効率を低下させる因子となる為、実際の電源設計に当っては、供給電圧値、Vfの和の値、流す電流値等を勘案して、損失を最低とする設計を行う方法が一般的である。

上述した様な電源に於いては、Vfの和が大きく異なるLEDランプへの転用を行う上で問題を残すだけでなく、複数個のLEDランプを単一電源で点灯駆動できない等、電源利用上の融通度を欠く面が存在していた。本考案はこれ等の点を改善する事を通じ、エネルギ−利用効率の改善を図ることを目的としている。

本考案は上記目的を達成するために以下の技術的手段を講じた。ブリッヂ整流器の交流側電極をトライアックと直列接続して交流電源に接続する。ブリッヂ整流器の直流側電極間に平滑コンデンサ−を接続し直流出力を得る。該直流出力からLED、電流制御素子(トランジスタ又はFET)、電流検出抵抗の順で直列接続した回路に直流給電を行う通電路を設ける。

上記に於いて電流制御素子としてNPNトランジスタを用いた場合、トランジスタのコレクタを逆相入力に、分圧抵抗で分圧した基準電圧を正相入力に夫々接続したコンパレ−タを設け、該コンパレ−タの出力でフォトトランジスタカプラの入力LEDを駆動する回路を構成する。

該フォトトランジスタカプラの出力トランジスタの作動でロ−パスフィルタを経由して直流信号電圧を得、該直流信号電圧を位相制御回路の制御入力に接続し、位相制御回路の出力をトライアックのゲ−トに接続する回路とする。

LEDへの通電で電流検出抵抗に生じる降下電圧を増幅器の逆相入力に、分圧抵抗で分圧した電流設定信号を正相入力に夫々接続する増幅器を設け、該増幅器の出力をトランジスタのベ−スに接続し定電流回路とする。

本考案は電流制御素子として用いたトランジスタのコレクタ電圧を基準電圧と比較する方法によりトライアックの通電角制御を行う可変出力電圧の定電流直流電源として作動するもので、基準電圧を使用電流値のトランジスタの飽和電圧値近くに設定する方法と、電圧制御素子としてのトライアックが交流回路におけるスイッチング動作を基本として作動する素子のため、極めて低損失の電源と出来る。

可変出力電圧機能の為、使用LEDランプのVfの和の許容幅が広く取れ、電源利用上の融通度が高められる。

直流出力電圧の理論上の上限は交流入力の1.4倍と出来、この範囲内に収まる限り複数台のLEDランプを直列接続使用が出来、結果として使用する駆動電源の相対的ハ−ドウエアコストの低減と、総合エネルギ−消費率の向上が図れる。

本考案の一実施形態のブロック回路図である。 本考案の別の実施形態に於ける抜粋ブロック回路図である。

以下図面を参照しながら本考案の実施の形態を説明する。図1は本考案の一実施形態のブロック回路図であり、交流電源1から供給される交流はトライアック5のゲ−トに入力される制御パルスの位相角に応じ通電をし、ブリッヂ整流器2からトライアック5を経由し交流電源1に還流する。

この動作でブリッヂ整流器2の直流電極には直流が流れる事となり、トライアック5は交流通電をスイッチングモ−ドで司る素子の為低損失の通電制御を行う一方、ゲ−トに加えられる制御パルスの位相角に応じた直流電圧がブリッヂ整流器2の直流電極間に接続したコンデンサ−3に充電され出力する。

上記の作動遂行の目的で本実施例では位相制御回路6として、交流電源で作動する集積回路の形で実用されている回路を使用する。位相制御回路6は入力される直流制御電圧に応じ位相角０度から１８０度までの間変化したパルスを出力する機能と、電源投入時通電0の位相角から順次直流制御電圧に応じた位相角までパルス出力を変化させ通電を行うソフトスタ−ト機能とを備えたものとする。

平滑コンデンサ−3に充電された直流電圧出力を、LED4、トランジスタ7、電流検出抵抗8の直列接続回路に接続する。

トランジスタ7通電時のコレクタ電圧を逆相入力に、分圧抵抗10,11の接続点から得られる基準電圧を正相入力に夫々接続したコンパレ−タ12を設け、コンパレ−タ12の出力でフォトトランジスタカプラ−13の入力LEDを駆動する回路を構成する。

フォトトランジスタカプラ13の出力トランジスタの作動でロ−パスフィルタ14を経由して直流信号電圧を得、該直流信号電圧を位相制御回路6の制御入力に接続し、位相制御回路6の出力をトライアック5のベースに接続した回路とする。

トランジスタ7のエミッタを増幅器9の逆相入力に、分圧抵抗15,16の接続点の電圧を電流設定値として正相入力に夫々接続し、増幅器9の出力をトランジスタ7のベ−スに接続する事による定電流回路を構成する。

以上において位相制御回路6のソフトスタ−ト機能は、電源投入時直流出力電圧の急峻な立ち上がりを抑える事により、コンデンサ−3への過大な充電電流を抑える役割を果たし、LEDのVfの和まで直流出力電圧が上昇すると、LEDの通電が開始する。

トランジスタ７のエミッタ・コレクタ間電圧は流れる電流値に応じた飽和電圧があり、分圧抵抗10,11で決める基準電圧は、設定電流値に於けるトランジスタ7の飽和電圧と電流検出抵抗8の降下電圧の和より極く僅か高い値とし、この事によりトランジスタ7で生じる損出電力を最小と出来る。

トランジスタ7のコレクタ電圧が基準電圧以上となるとコンパレ−タ12の出力が反転し、フォトトランジスタカプラ13の出力回路からロ−パスフィルタ14の経路で位相制御回路6に入力されている直流制御信号電圧のレベルを、トライアック5への出力パルスを通電角が減少する方向へと変化させ、直流出力電圧は下降を始める。

その結果トランジスタ7に流れる電流が低下するため、コレクタ電圧の低下が生じ基準電圧を下回る値になった時、再度コンパレ−タ12の反転が生じ、再び直流出力電圧の上昇動作へと移行する。以上の動作の繰り返しによりトランジスタ7のコレクタ電圧は一定の値が維持される。

以上の動作は接続するLEDのVfの和が直流出力電圧の上限以内にある限り同様に作用するものであり、交流側のトライアックのスイッチング動作と相俟って低損失の作動が保証される。

本考案のLEDランプの駆動電源は以上のように作動するため、トライアック7を用いた直流出力電圧可変制御にかえて、可変出力電圧のスイッチングレギュレ−タを用いて構成しても、全く同様の効果を生む事が出来る。

図2は、本考案の別の実施形態に於ける抜粋ブロック回路図を示すもので、PWM調光電源として作動する。

図２において、手動またはリモコン操作でPWMの発振を行うPWM発振器17を電源内、又は外付け部品の形で設ける。PWM発振器17は、手動又はリモコン操作入力により、可変デュ−ティ−比の矩形波を出力する発振回路により構成されている。

トランジスタ7のコレクタからコンパレ−タ12の逆相入力への接続路にアナログスイッチ18の接点を挿入接続し、コンパレ−タ12の逆相入力と接地間にホ−ルドコンデンサ−19を挿入接続する。

PWM発振器17の発振出力を、第一はアナログスイッチ18の制御電極に、第二は分圧抵抗15,16への供給電源として分圧抵抗15に接続する。 図2に示されていない回路部分は、図1と全く同一な構成とする。

以上において、分圧抵抗１５，１６への供給電源として、PWM発振器17の発振出力を接続する事で、LEDに流れる電流を発振出力に応じたデュ−ティ−比でカットオフと定電流に切り替え駆動するPWM調光が行える。一方アナログスイッチ18が発振出力に同期してオン・オフするため、ホールドコンデンサ-19にはLEDが通電している時のトランジスタ7のコレクタ電圧のみが充電されるため、この事により駆動電源本来の機能は全く影響を受けない。

2 ブリッヂ整流器
3 平滑コンデンサ−
4 LED

5 トライアック
6 位相制御回路
7 トランジスタ
8 電流検出抵抗
9 増幅器
12 コンパレ−タ
13 フォトトランジスタカプラ
17 PWM発振器

Claims (2)

1. 交流電源1にブリッヂ整流器2の交流側電極とトライアック5を直列接続した回路を接続する。ブリッヂ整流器2の直流側電極間に平滑コンデンサ−3を接続し、該直流出力からLED4、トランジスタ7及び電流検出抵抗8の順で直列接続した回路に直流給電を行う通電路を設ける。斯かる構成でトランジスタ7のコレクタを逆相入力に、分圧抵抗10,11の接続点を正相入力に夫々接続したコンパレ−タ12を設け、コンパレ−タ12の出力でフォトトランジスタカプラ13の入力LEDを駆動する回路を構成する。該フォトトランジスタカプラ13の出力トランジスタの作動でロ−パスフィルタ14を経由して直流信号電圧を得、該直流信号電圧を位相制御回路6の制御入力に接続し、位相制御回路6の出力をトライァツクのゲ−トに接続する回路とする。電流検出抵抗8とトランジスタ7のエミッタとの接続点を逆相入力に、分圧抵抗15,16の接続点を正相入力に夫々接続した増幅器9を設け、該増幅器9の出力をトランジスタ7のベ−スに接続する事を特徴とするLEDランプの駆動電源。
2. トランジスタ7のコレクタをアナログスイッチ18の接点を経由して逆相入力に、分圧抵抗10,11の接続点を正相入力に夫々接続したコンバレ−タ12に於いて、コンパレ−タ12の逆相入力と接地電極間にホ−ルドコンデンサ−19を接続する。更にPWM発信器17を設け、該PWM発信器17の出力により第一はアナログスイッチ18の制御電極に、第二は分圧抵抗15への供給電源として接続する事を特徴とする請求項1のLEDランプの駆動電源。