JP4156072B2 - 交流電源用led集合ランプ - Google Patents
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【発明の属する技術分野】
本発明は、多数の発光ダイオード(LED)を交流電源によって駆動する交流電源用LED集合ランプに関し、より具体的にはLED集合ランプにおける電気回路の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
高輝度LEDの小型/長寿命/低消費電力といった特徴を利用して、多数のLEDを光源とし、その電力源として一般の家庭用交流電源を使用する交流電源用LED集合ランプがある。光源となるLEDは半導体であり、定格電流値以下の直流電流によって駆動しなくてはならない。従って、LED集合ランプを家庭用の交流電源で点灯させる場合、各LEDに定格以上の電流が流れないようにするために何らかの電流制限手段が必要となる。
【0003】
その手段としては、LED集合ランプのLEDの個数を多くして最大電圧時でも定格以下の電流が流れるようにする方法や、LEDの個数に合わせて定格以上の電流が流れないようにするための電流制限回路を設ける方法がある。
【0004】
電流制限回路の構成としては、降圧用抵抗器を用いるものがある。これは電源電圧を抵抗器によって降圧し、この降圧後の電圧をLEDの端子間に印加することで電流を制限している。電圧降下用抵抗器を含む点灯回路を備えたLED集合ランプとしては、特開昭58−28879号、特開昭62−32664号、特開昭63−124479号の各号公報にその技術が開示されている。また、特開平7−273371号公報に開示された技術では、抵抗器に変えて大容量のコンデンサによって降圧している。
【0005】
サイリスタなどを用いて交流電圧波形における位相の一部の電圧波形をLEDに印加する方法もある(特開平6−242733号公報に開示)。さらに、LEDに流れる電流を検知し、その電流値に従ってLEDに流す電流を増減させる定電流制御回路もよく知られている。電源電圧が所定値以上になると、ほぼ一定の電流がLEDに流れるようになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
電流制限手段としてLEDの個数を増やした場合、LEDに流れる電流は交流電圧波形におけるピーク時に最大となる。最大電流がLEDに流れるのは交流電源の周期においてごく一部である。そのため、全周期のほとんどにおいてLEDの発光輝度は低いものとなってしまう。また、低電圧時ではLEDに電流がほとんど流れないため点灯せず、交流電源の周期によってフリッカーが生じる。したがって、LED集合ランプは暗くてちらつき多い照明器具となる。
【0007】
電圧降下用抵抗器による電流制限手段では、この抵抗器に大電流を流している。そのため、低消費電力というLEDの特徴を生かせないし、抵抗器が発熱して実装上いろいろな問題が生じる。これを回避するために放熱対策を施せば、ランプの小型化が困難となる。また、コストも増加させる。
確かに、コンデンサによって降圧すれば、発熱は抵抗に比べれば少ない小さい。しかし、大容量のコンデンサを必要とするため、ランプの大型化は避けられない。
【0008】
電源電圧波形の低電圧部分に相当する位相のときだけ電流を流す場合、LEDには交流波形の周期に従って離散的に電流が流れることになる。そのため、フリッカーが生じる。また、周期のほとんどの部分でLEDが点灯しないことになり、照明も暗くなってしまう。したがって、高輝度であるLEDの長所を有効に利用しているとは言い難い。
【0009】
定電流制御回路を用いる場合でも問題が多い。その一例を図4に示した。図4A、Bは、電源電圧と発光駆動電流との関係を直列に接続されたLEDの個数による違いとして示した特性図である。Aは直列に接続するLEDの個数が少ない場合であり、印加できる電圧は低く、交流電源周期のほとんどの部分で定電流制御が行われる。そのため、定電流制御時における電力損失が大きくその分のほとんどは熱に変わる。したがって高圧用抵抗器を用いた場合と同じ問題が生じる。
また、Bに示すようにLEDの個数が多い場合、高電圧部で定電流制御がなされるので電力損失は少ない。しかし、周期の多くの部分でLEDには定格以下の電流しか流れない。したがって、暗くてちらつく照明となる。
【0010】
そこで本発明は、明るくてフリッカーがなく、しかも電力損失が少なくて小型化や低コスト化を達成できる交流電源用LED集合ランプを提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の交流電源用LED集合ランプは、多数のLEDを直列接続した直列LED群と、前記整流回路の出力端に直列LED群と直列に接続された第1トランジスタと、第1トランジスタを定電流駆動する定電流駆動回路と、前記第1トランジスタと並列に接続された第2トランジスタと、前記整流回路の出力電圧が基準電圧以下のときに第2トランジスタをオン駆動する電圧比較スイッチング駆動回路とを備えている。
また、第1トランジスタを定電流素子に置換するとともに、定電流駆動回路を省略してもよい。
【0012】
より好ましくは、前記直列LED群の各LEDにそれぞれバイパス抵抗を並列に接続することである。
また、前記直列LED群が複数ある構成とし、それら複数の直列LED群が並列接続されて整流回路の出力端と、第1トランジスタあるいは定電流素子と、第2トランジスタとに接続されていることととしてもよい。
【0013】
さらに、整流回路を設けず、交流電源の入力端に直結して交流の半波で動作するようにしてもよい。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の実施例における交流電源用LED集合ランプ(LEDランプ)の外形図を示している。電球用ソケットに接続して交流電源に接続するための口金部1を備えたケース2内には多数のLEDを直列に接続してなる直列LED群とその点灯回路とが収納されている。光源となる直列LED群からの光はケースの光透過窓3を通してケース2外部へ照射される。もちろん、LEDランプの形態はこれに限らず、照明器具本体部と電源接続部とを電源コードを介して分離させてもよい。この場合、電源接続部をローゼット用の口金としたり、通常の電源プラグとしたりしてもよい。
【0015】
図2は、本実施例におけるLEDランプの回路構成の概略を示している。交流電源ACを全波整流するダイオードブリッジからなる整流回路10と、多数のLEDを直列接続した直列LED群と、各LEDにそれぞれ並列接続されるバイパス抵抗Rbと、npnトランジスタQ1と、このトランジスタQ1を定電流駆動する定電流駆動回路(Q2、R1、R2)と、nチャンネル電界効果トランジスタQ3と、このトランジスタQ3をスイッチングするための電圧比較スイッチング駆動回路(Q4、R3〜R6)とを含んで構成されている。
【0016】
整流回路10の出力端には直列LED群とバイパス抵抗Rbを直列接続してなるバイパス抵抗群と、トランジスタQ1と、このトランジスタQ1に並列接続されたトランジスタQ3とが直列に接続されている。各バイパス抵抗Rbは、並列接続されたLEDが断線した場合にそのバイパス抵抗Rbを介して隣接するLEDに電流を流してLEDランプが消灯するのを防止するためのものである。以下、この回路の動作を説明する。
【0017】
後述のようにトランジスタQ3がオフ状態のときは、直列LED群を発光駆動する電流は、トランジスタQ1と定電流駆動回路側へ流れる。トランジスタQ3がON状態のときは大部分の発光駆動電流はトランジスタQ3側へ流れる。
【0018】
トランジスタQ3は電圧比較スイッチング駆動回路(以下、スイッチング駆動回路)によって電源電圧が低電圧であるときにオン状態となる。分圧抵抗R3、R4は全波整流された電源電圧に従った電位を分圧点bに発生させる。スイッチング駆動回路のnチャンネル電界効果トランジスタQ4はこの分圧点bの電位が所定値以下のときにオン状態となる。これによって、トランジスタQ4のソース電位(Q3のゲート電位)がほぼ0vとなり、トランジスタQ3がオン状態になる。電源電圧がその周期に従って増加し、分圧点bの電位が所定値を越えるとトランジスタQ4がオフになる。このとき、分圧抵抗R5、R6による分圧点cの電位はこの所定値よりも十分大きくなるように抵抗値を設定しているため、トランジスタQ3が瞬時にオフ状態になる。
【0019】
トランジスタQ3がオフ状態になると、電流はトランジスタQ1および定電流駆動回路側に流れる。さらに、定電流駆動回路側へ分流した電流は抵抗R2を通ってトランジスタQ1のベースに流れ込む。電源電圧の上昇に伴ってベース電流Ib1が増えると、エミッタ電流Ie1が増加しコレクタ電流(LEDを流れる電流)Ic1が増加する。
【0020】
npnトランジスタQ2のゲート電極は、エミッタ電流が電流検出抵抗R1を通るときの電圧降下検出点aと接続されている。トランジスタQ2は、このa点の電位に応じたコレクタ電流Ic2を流し、トランジスタQ1のベース電流Ib1を減少させる。その結果、トランジスタQ1のエミッタ電流Ie1が減少し、コレクタ電流Ic1が減少する。従って、トランジスタQ1のコレクタ電流Ic1がほぼ一定に制御される。
【0021】
図3A、Bに電源電圧の変位にともなって回路に流れる電流値の変化を示した。Aは定電流回路のみで直列LED群を発光駆動させた場合である。低電圧時では電流があまり流れていないことがわかる。Bは本実施例の回路構成によって直列LED群を発光駆動した場合である。低電圧時にも確実に電流が流れていることがわかる。
【0022】
なお、点灯回路の変更例としては、トランジスタQ1を定電流ダイオードなどの定電流素子と置換するとともに、定電流駆動回路を省略した回路構成が考えられる。また整流回路は必ずしも必要ではなく、交流電源をそのまま本実施例の回路に接続してもよい。
【0023】
さらに、白色光を得る場合など、特性の違う三原色(RGB)のLED毎に直列LED群を設け、それぞれの直列LED群を並列接続すれば、各直列LED群のLEDの個数を調整することで駆動回路1つで全ての色のLEDを効率よく点灯させることができる。
【0024】
【発明の効果】
低電圧時には電圧比較スイッチング駆動回路によってオンする第2トランジスタによってより多くの電流を流し、高電圧時には定電流駆動回路によって駆動される第1トランジスタによって定電流が直列LED群の各LEDに流れる。そのため、明るくてフリッカーがなく、しかも電力損失が少なくて小型化や低コスト化を達成できる交流電源用LED集合ランプを達成することが可能となる。
【0025】
第1トランジスタを定電流素子に置換することで定電流駆動回路が省略され、、回路構成が簡略化し、低コスト化とLED集合ランプの小型軽量化を達成することができる。
【0026】
また、直列LED群の各LEDにバイパス抵抗を並列接続することで、あるLEDが断線した場合でもLED集合ランプが消灯することがない。
【0027】
複数の直列LED群を並列に接続することで、各直列LED群毎に流れる電流が一定となるように調整できるため、同一の点灯回路で効率よくそれぞれ直列LED群のLEDを発光させることができる。
【0028】
整流回路を省略すれば、回路を簡素化し、さらなるコストダウンと小型化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における交流駆動用LED集合ランプの外観図である。
【図2】上記LED集合ランプの回路構成図である。
【図3】上記回路に流れる電流波形の概略図である。Aは定電流制御された電流についての波形であり、Bは回路全体の電流についての波形である。
【図4】従来のLED集合ランプにおける定電流制御回路によってLEDを発光駆動したときの電流特性の概略図である。AはLEDの個数が少ない場合であり、BはLEDの個数が多い場合のLED集合ランプにそれぞれ対応している。
【符号の説明】
10 整流回路
Q1〜Q4 トランジスタ
R1〜R6、Rb 抵抗器
AC 交流電源
Claims (4)
- 交流電源を全波整流する整流回路と、多数のLEDを直列接続した直列LED群と、前記整流回路の出力端に直列LED群と直列に接続された第1トランジスタと、第1トランジスタを定電流駆動する定電流駆動回路と、前記第1トランジスタと並列に接続された第2トランジスタと、前記整流回路の出力電圧が基準電圧以下のときに第2トランジスタをオン駆動する電圧比較スイッチング駆動回路とを備えたことを特徴とする交流電源用LED集合ランプ。
- 請求項1において、前記第1トランジスタを定電流素子に置換するとともに、前記定電流駆動回路を省略することを特徴とする交流電源用LED集合ランプ。
- 請求項1または2において、前記直列LED群の各LEDにそれぞれバイパス抵抗が並列接続されていることを特徴とする交流電源用LED集合ランプ。
- 請求項1〜3のいずれかにおいて、前記直列LED群が複数あり、それら複数の直列LED群が並列接続されて整流回路の出力端と、第1トランジスタあるいは定電流素子と、第2トランジスタとに接続されていることを特徴とする交流電源用LED集合ランプ。
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