JP3767181B2 - 照明装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光ダイオードを光源とする照明装置に関するものであり、特に、その段調光回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発光ダイオードを光源とする照明装置において、光出力を可変とするために幾つかの回路が提案されている。図５の従来例は、複数のＬＥＤを直列接続して成る複数列のＬＥＤアレイ１，…，ｍ（ｍは２以上の整数）と、各ＬＥＤアレイ１，…，ｍの一端に一方の電極を接続された電源Ｅと、電源Ｅの他方の電極に各一端を接続された限流用の抵抗Ｒ１，Ｒ２と、これらの抵抗Ｒ１，Ｒ２の各他端とＬＥＤアレイ１，…，ｍの各他端を任意に切り替え接続するスイッチ手段ＳＷとから成り、抵抗値の異なる２つの抵抗Ｒ１，Ｒ２のいずれかを限流用の抵抗として選択することにより、各ＬＥＤアレイ１，…，ｍは各々２種類の電流値を選択することができ、ｍ＝２の照明装置では、４段階の調光が可能となる。
【０００３】
図６の従来例は、トランジスタを用いた定電流回路によりＬＥＤに流れる電流を切り替えるものであり、複数のＬＥＤを直列接続して成る複数列のＬＥＤアレイ１，…，ｍ（ｍは２以上の整数）と、各ＬＥＤアレイ１，…，ｍの一端に一方の電極を接続された電源Ｅと、電源Ｅの他方の電極に各一端を接続された限流用の抵抗Ｒ１，…，Ｒｍと、これらの抵抗Ｒ１，…，Ｒｍの各他端にエミッタを接続され、ＬＥＤアレイ１，…，ｍの各他端にコレクタを接続されたトランジスタＱ１，…，Ｑｍと、各トランジスタＱ１，…，Ｑｍにベース電位を与える直流電源Ｅ１，Ｅ２と、各トランジスタＱ１，…，Ｑｍのベースと直流電源Ｅ１，Ｅ２の接続を個別に選択するスイッチ手段ＳＷとから成り、電圧値の異なる２つの直流電源Ｅ１，Ｅ２のいずれかを各トランジスタＱ１，…，Ｑｍのベースに接続することにより、各ＬＥＤアレイ１，…，ｍは各々２種類の電流値を選択することができ、ｍ＝２の照明装置では、４段階の調光が可能となる。
【０００４】
図７の従来例は、図６と同様の回路構成の定電流回路であるが、トランジスタＱ１，…，Ｑｍのべースに接続される直流電源Ｅ１，Ｅ２に代えて、矩形波状のパルス波形を出力するパルス電源Ｐ１，Ｐ２を用いたものであり、パルス状の電圧によりトランジスタＱ１，…，Ｑｍに流れる電流を断続させ、パルス幅制御（ＰＷＭ制御）によりＬＥＤに流れる平均電流を切り替えている。すなわち、パルス幅（デューティ）の異なる２つの矩形波状のパルス波形を出力するパルス電源Ｐ１，Ｐ２のいずれかを各トランジスタＱ１，…，Ｑｍのベースに接続することにより、各ＬＥＤアレイ１，…，ｍは各々２種類の平均電流値を選択することができ、ｍ＝２の照明装置では、４段階の調光が可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これらの電流制御方式では、同一電源Ｅを用いて段調光を行っており、図５の抵抗切り替え方式では、抵抗Ｒ１，Ｒ２の消費電力を設定する際、抵抗Ｒ１，Ｒ２に流れる最大電流を想定しなければならない。また、流れる電流は、接続されるＬＥＤアレイの最大数とＬＥＤに流す最大電流を考慮せねばならない。したがって、消費電力の大きい抵抗Ｒ１，Ｒ２を採用しなければならず、コスト、サイズとも大きい抵抗となる。また、図６、図７の方式でも、同様にＬＥＤアレイの最大接続数を考慮した設計が必要となるため、制御部のコスト、サイズとも大きくなる。
【０００６】
本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発光ダイオードを光源とする照明装置において、安価で小型化も容易な構成で光出力を段調光可能とすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の照明装置によれば、上記の課題を解決するために、図１に示すように、１個あるいは複数個の発光ダイオードと限流要素Ｚ１，Ｚ２，…，Ｚｍとを直列に接続して成るＬＥＤアレイ１，２，…，ｍを複数列備え、交流電源ＡＣを全波整流する全波整流回路ＤＢの一方の直流出力端子に各ＬＥＤアレイ１，２，…，ｍの各一端を共通接続し、各ＬＥＤアレイ１，２，…，ｍの各他端をそれぞれ前記全波整流回路ＤＢの他方の直流出力端子又は前記交流電源ＡＣの一端のいずれかに選択的に切り替え接続するスイッチ手段ＳＷを設けたことを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１に本発明の実施例１の回路図を示す。本実施例の回路は、交流電源ＡＣと、この交流電源ＡＣに接続された全波整流回路ＤＢと、複数のＬＥＤを直列接続して成る複数列のＬＥＤアレイ１，…，ｍ（ｍは２以上の整数）と、各ＬＥＤアレイ１，…，ｍのカソード側に各一端を接続され、全波整流回路ＤＢの負出力端子に各他端を共通接続された抵抗等の限流素子Ｚ１，…，Ｚｍと、各ＬＥＤアレイ１，…，ｍのアノード側を全波整流回路ＤＢの正出力端子又は交流電源ＡＣの一端に選択的に切り替え接続するスイッチ手段ＳＷとから成り、全波通電又は半波通電のいずれかを選択することにより、各ＬＥＤアレイ１，…，ｍは各々２種類の電流値を選択することができ、ｍ＝２の照明装置では、４段階の調光が可能となる。
【０００９】
例えば、限流素子Ｚ１に直列に複数のＬＥＤを接続したＬＥＤアレイ１のアノード側端子Ａ１を交流電源ＡＣの一端Ｓ１に接続すると、図２（ａ）に示すように、ＬＥＤの順方向降下電圧によって決まる所定電圧Ｖｔを越えると限流素子Ｚ１により制限された電流Ｉｚ１がＬＥＤに流れ、ＬＥＤが点灯発光する。このとき、ＬＥＤの整流作用により、半波整流された電源電圧でＬＥＤが点灯されたのと同じ状態となっている。
【００１０】
次に、例えば、限流素子Ｚ２に直列に複数のＬＥＤを接続したＬＥＤアレイ２のアノード側端子Ａ２を全波整流回路ＤＢの正出力端子Ｓ２に接続すると、図２（ｂ）に示すように、ＬＥＤの順方向降下電圧によって決まる所定電圧Ｖｔを越えると限流素子Ｚ２により制限された電流Ｉｚ２がＬＥＤに流れ、ＬＥＤが点灯発光する。このとき、ＬＥＤアレイ１とＬＥＤアレイ２が、同一仕様で構成されているとすると、ＬＥＤアレイ２の各ＬＥＤに流れる電流の平均値は、ＬＥＤアレイ１の各ＬＥＤに流れる電流の平均値の２倍となる。したがって、端子Ｓ１、Ｓ２と端子Ａ１、Ａ２の接続の組み合わせにより、段調光が可能となる。
【００１１】
（実施例２）
図３に本発明の実施例２の回路図を示す。本実施例の回路は、実施例１の全波整流回路ＤＢの出力電圧を入力として、任意の電圧波形を発生させる任意波形発生回路Ｗを設けて、その出力端子Ｓ３，…，Ｓｎ（ｎは３以上の整数）をスイッチ手段ＳＷにより各ＬＥＤアレイ１，…，ｍのアノード側端子Ａ１，…，Ａｍに選択的に切り替え接続可能としている。この任意波形発生回路Ｗからは、例えば図２（ｃ）に示すような三角波、図２（ｄ）に示すようなＬＥＤアレイの順方向降下電圧の和より小さくならない脈流波形、図２（ｅ）に示すような脈流の無い波形の直流電圧などを出力する。これらの波形は、そのピーク値がＬＥＤアレイの順方向降下電圧の和より大きければ、図示された例だけに限られるものではない。選択された任意の電圧波形Ｖｓの場合に流れるＬＥＤ電流Ｉｚは、（任意波形電圧−ＬＥＤの順方向降下電圧）／限流用抵抗で表される。
【００１２】
（実施例３）
図４は本発明の実施例３の動作波形図である。本実施例では、図３の回路において、限流素子Ｚ１，…，Ｚｍとして、図６に示すような定電流回路を用いた場合に、ＬＥＤに流れる電流波形を示している。この場合、ＬＥＤに流れる電流は定電流となる。図中、（ａ）はＬＥＤアレイのアノード側端子を交流電源ＡＣの一端Ｓ１に接続した場合、（ｂ）は全波整流回路ＤＢの正出力端子Ｓ２に接続した場合、（ｃ）は脈流の無い波形の直流電圧に接続した場合の動作をそれぞれ示している。
【００１３】
（実施例４）
また、特に図示しないが、各ＬＥＤアレイ１，２，…，ｍの発光色、個数を任意に設定することにより、任意の発光色または調光段数の設定が可能となる。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、複数列のＬＥＤアレイのそれぞれについて、交流電源による半波通電又は全波整流回路による全波通電のいずれかを選択できるので、簡単な回路構成で段調光が可能となる。
請求項２又は３の発明によれば、任意波形発生回路を設けたことにより、各ＬＥＤアレイについて、全波通電と半波通電による２段階の調光に比べてさらに多段階の調光が可能となる。
【００１５】
請求項４又は５の発明によれば、発光ダイオードの個数や発光色を任意に選択することにより調光／調色が可能となる。
請求項６又は７の発明によれば、各発光ダイオードに流れる電流のピーク値を制限することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の回路図である。
【図２】本発明の実施例１の動作説明のための波形図である。
【図３】本発明の実施例２の回路図である。
【図４】本発明の実施例３の動作説明のための波形図である。
【図５】従来例１の回路図である。
【図６】従来例２の回路図である。
【図７】従来例３の回路図である。
【符号の説明】
１，２，…，ｍ ＬＥＤアレイ
ＳＷ スイッチ手段
ＡＣ 交流電源
ＤＢ 全波整流回路
Ｚ１，…，Ｚｍ 限流要素
【発明の属する技術分野】
本発明は発光ダイオードを光源とする照明装置に関するものであり、特に、その段調光回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発光ダイオードを光源とする照明装置において、光出力を可変とするために幾つかの回路が提案されている。図５の従来例は、複数のＬＥＤを直列接続して成る複数列のＬＥＤアレイ１，…，ｍ（ｍは２以上の整数）と、各ＬＥＤアレイ１，…，ｍの一端に一方の電極を接続された電源Ｅと、電源Ｅの他方の電極に各一端を接続された限流用の抵抗Ｒ１，Ｒ２と、これらの抵抗Ｒ１，Ｒ２の各他端とＬＥＤアレイ１，…，ｍの各他端を任意に切り替え接続するスイッチ手段ＳＷとから成り、抵抗値の異なる２つの抵抗Ｒ１，Ｒ２のいずれかを限流用の抵抗として選択することにより、各ＬＥＤアレイ１，…，ｍは各々２種類の電流値を選択することができ、ｍ＝２の照明装置では、４段階の調光が可能となる。
【０００３】
図６の従来例は、トランジスタを用いた定電流回路によりＬＥＤに流れる電流を切り替えるものであり、複数のＬＥＤを直列接続して成る複数列のＬＥＤアレイ１，…，ｍ（ｍは２以上の整数）と、各ＬＥＤアレイ１，…，ｍの一端に一方の電極を接続された電源Ｅと、電源Ｅの他方の電極に各一端を接続された限流用の抵抗Ｒ１，…，Ｒｍと、これらの抵抗Ｒ１，…，Ｒｍの各他端にエミッタを接続され、ＬＥＤアレイ１，…，ｍの各他端にコレクタを接続されたトランジスタＱ１，…，Ｑｍと、各トランジスタＱ１，…，Ｑｍにベース電位を与える直流電源Ｅ１，Ｅ２と、各トランジスタＱ１，…，Ｑｍのベースと直流電源Ｅ１，Ｅ２の接続を個別に選択するスイッチ手段ＳＷとから成り、電圧値の異なる２つの直流電源Ｅ１，Ｅ２のいずれかを各トランジスタＱ１，…，Ｑｍのベースに接続することにより、各ＬＥＤアレイ１，…，ｍは各々２種類の電流値を選択することができ、ｍ＝２の照明装置では、４段階の調光が可能となる。
【０００４】
図７の従来例は、図６と同様の回路構成の定電流回路であるが、トランジスタＱ１，…，Ｑｍのべースに接続される直流電源Ｅ１，Ｅ２に代えて、矩形波状のパルス波形を出力するパルス電源Ｐ１，Ｐ２を用いたものであり、パルス状の電圧によりトランジスタＱ１，…，Ｑｍに流れる電流を断続させ、パルス幅制御（ＰＷＭ制御）によりＬＥＤに流れる平均電流を切り替えている。すなわち、パルス幅（デューティ）の異なる２つの矩形波状のパルス波形を出力するパルス電源Ｐ１，Ｐ２のいずれかを各トランジスタＱ１，…，Ｑｍのベースに接続することにより、各ＬＥＤアレイ１，…，ｍは各々２種類の平均電流値を選択することができ、ｍ＝２の照明装置では、４段階の調光が可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これらの電流制御方式では、同一電源Ｅを用いて段調光を行っており、図５の抵抗切り替え方式では、抵抗Ｒ１，Ｒ２の消費電力を設定する際、抵抗Ｒ１，Ｒ２に流れる最大電流を想定しなければならない。また、流れる電流は、接続されるＬＥＤアレイの最大数とＬＥＤに流す最大電流を考慮せねばならない。したがって、消費電力の大きい抵抗Ｒ１，Ｒ２を採用しなければならず、コスト、サイズとも大きい抵抗となる。また、図６、図７の方式でも、同様にＬＥＤアレイの最大接続数を考慮した設計が必要となるため、制御部のコスト、サイズとも大きくなる。
【０００６】
本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発光ダイオードを光源とする照明装置において、安価で小型化も容易な構成で光出力を段調光可能とすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の照明装置によれば、上記の課題を解決するために、図１に示すように、１個あるいは複数個の発光ダイオードと限流要素Ｚ１，Ｚ２，…，Ｚｍとを直列に接続して成るＬＥＤアレイ１，２，…，ｍを複数列備え、交流電源ＡＣを全波整流する全波整流回路ＤＢの一方の直流出力端子に各ＬＥＤアレイ１，２，…，ｍの各一端を共通接続し、各ＬＥＤアレイ１，２，…，ｍの各他端をそれぞれ前記全波整流回路ＤＢの他方の直流出力端子又は前記交流電源ＡＣの一端のいずれかに選択的に切り替え接続するスイッチ手段ＳＷを設けたことを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１に本発明の実施例１の回路図を示す。本実施例の回路は、交流電源ＡＣと、この交流電源ＡＣに接続された全波整流回路ＤＢと、複数のＬＥＤを直列接続して成る複数列のＬＥＤアレイ１，…，ｍ（ｍは２以上の整数）と、各ＬＥＤアレイ１，…，ｍのカソード側に各一端を接続され、全波整流回路ＤＢの負出力端子に各他端を共通接続された抵抗等の限流素子Ｚ１，…，Ｚｍと、各ＬＥＤアレイ１，…，ｍのアノード側を全波整流回路ＤＢの正出力端子又は交流電源ＡＣの一端に選択的に切り替え接続するスイッチ手段ＳＷとから成り、全波通電又は半波通電のいずれかを選択することにより、各ＬＥＤアレイ１，…，ｍは各々２種類の電流値を選択することができ、ｍ＝２の照明装置では、４段階の調光が可能となる。
【０００９】
例えば、限流素子Ｚ１に直列に複数のＬＥＤを接続したＬＥＤアレイ１のアノード側端子Ａ１を交流電源ＡＣの一端Ｓ１に接続すると、図２（ａ）に示すように、ＬＥＤの順方向降下電圧によって決まる所定電圧Ｖｔを越えると限流素子Ｚ１により制限された電流Ｉｚ１がＬＥＤに流れ、ＬＥＤが点灯発光する。このとき、ＬＥＤの整流作用により、半波整流された電源電圧でＬＥＤが点灯されたのと同じ状態となっている。
【００１０】
次に、例えば、限流素子Ｚ２に直列に複数のＬＥＤを接続したＬＥＤアレイ２のアノード側端子Ａ２を全波整流回路ＤＢの正出力端子Ｓ２に接続すると、図２（ｂ）に示すように、ＬＥＤの順方向降下電圧によって決まる所定電圧Ｖｔを越えると限流素子Ｚ２により制限された電流Ｉｚ２がＬＥＤに流れ、ＬＥＤが点灯発光する。このとき、ＬＥＤアレイ１とＬＥＤアレイ２が、同一仕様で構成されているとすると、ＬＥＤアレイ２の各ＬＥＤに流れる電流の平均値は、ＬＥＤアレイ１の各ＬＥＤに流れる電流の平均値の２倍となる。したがって、端子Ｓ１、Ｓ２と端子Ａ１、Ａ２の接続の組み合わせにより、段調光が可能となる。
【００１１】
（実施例２）
図３に本発明の実施例２の回路図を示す。本実施例の回路は、実施例１の全波整流回路ＤＢの出力電圧を入力として、任意の電圧波形を発生させる任意波形発生回路Ｗを設けて、その出力端子Ｓ３，…，Ｓｎ（ｎは３以上の整数）をスイッチ手段ＳＷにより各ＬＥＤアレイ１，…，ｍのアノード側端子Ａ１，…，Ａｍに選択的に切り替え接続可能としている。この任意波形発生回路Ｗからは、例えば図２（ｃ）に示すような三角波、図２（ｄ）に示すようなＬＥＤアレイの順方向降下電圧の和より小さくならない脈流波形、図２（ｅ）に示すような脈流の無い波形の直流電圧などを出力する。これらの波形は、そのピーク値がＬＥＤアレイの順方向降下電圧の和より大きければ、図示された例だけに限られるものではない。選択された任意の電圧波形Ｖｓの場合に流れるＬＥＤ電流Ｉｚは、（任意波形電圧−ＬＥＤの順方向降下電圧）／限流用抵抗で表される。
【００１２】
（実施例３）
図４は本発明の実施例３の動作波形図である。本実施例では、図３の回路において、限流素子Ｚ１，…，Ｚｍとして、図６に示すような定電流回路を用いた場合に、ＬＥＤに流れる電流波形を示している。この場合、ＬＥＤに流れる電流は定電流となる。図中、（ａ）はＬＥＤアレイのアノード側端子を交流電源ＡＣの一端Ｓ１に接続した場合、（ｂ）は全波整流回路ＤＢの正出力端子Ｓ２に接続した場合、（ｃ）は脈流の無い波形の直流電圧に接続した場合の動作をそれぞれ示している。
【００１３】
（実施例４）
また、特に図示しないが、各ＬＥＤアレイ１，２，…，ｍの発光色、個数を任意に設定することにより、任意の発光色または調光段数の設定が可能となる。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、複数列のＬＥＤアレイのそれぞれについて、交流電源による半波通電又は全波整流回路による全波通電のいずれかを選択できるので、簡単な回路構成で段調光が可能となる。
請求項２又は３の発明によれば、任意波形発生回路を設けたことにより、各ＬＥＤアレイについて、全波通電と半波通電による２段階の調光に比べてさらに多段階の調光が可能となる。
【００１５】
請求項４又は５の発明によれば、発光ダイオードの個数や発光色を任意に選択することにより調光／調色が可能となる。
請求項６又は７の発明によれば、各発光ダイオードに流れる電流のピーク値を制限することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の回路図である。
【図２】本発明の実施例１の動作説明のための波形図である。
【図３】本発明の実施例２の回路図である。
【図４】本発明の実施例３の動作説明のための波形図である。
【図５】従来例１の回路図である。
【図６】従来例２の回路図である。
【図７】従来例３の回路図である。
【符号の説明】
１，２，…，ｍ ＬＥＤアレイ
ＳＷ スイッチ手段
ＡＣ 交流電源
ＤＢ 全波整流回路
Ｚ１，…，Ｚｍ 限流要素
Claims (7)
- １個あるいは複数個の発光ダイオードと限流要素とを直列に接続して成るＬＥＤアレイを複数列備え、交流電源を全波整流する全波整流回路の一方の直流出力端子に各ＬＥＤアレイの各一端を共通接続し、各ＬＥＤアレイの各他端をそれぞれ前記全波整流回路の他方の直流出力端子又は前記交流電源の一端のいずれかに選択的に切り替え接続するスイッチ手段を設けたことを特徴とする照明装置。
- 前記全波整流回路の直流出力端子間に接続されて前記一方の直流出力端子を基準電位として任意の電圧波形を発生させる任意波形発生回路を備え、前記スイッチ手段は、各ＬＥＤアレイの各他端をそれぞれ前記全波整流回路の他方の直流出力端子又は前記交流電源の一端、又は前記任意波形発生回路の出力端子のいずれかに選択的に切り替え接続する手段であることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
- 前記任意波形発生回路は各ＬＥＤアレイの順方向降下電圧よりも高い電圧ピーク値を有する１つ又は複数の電圧波形を発生させる回路であることを特徴とする請求項２記載の照明装置。
- 前記各ＬＥＤアレイを構成する発光ダイオードの個数はアレイ毎にそれぞれ異なる個数に設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の照明装置。
- 前記各ＬＥＤアレイを構成する発光ダイオードの発光色はアレイ毎にそれぞれ異なる発光色が選択されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の照明装置。
- 前記各限流要素は、各発光ダイオードに流れる電流を制限する限流素子であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の照明装置。
- 前記各限流要素は、各発光ダイオードに流れる電流を制御する定電流回路であることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
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1998
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