JP4370794B2 - Ｌｅｄ調光点灯装置及び照明器具 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＬＥＤ調光点灯装置及び照明器具に関するものであり、特に位相制御式の調光器を用いてＬＥＤ点灯装置を調光制御する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開２０００−１７３３０４号公報
【特許文献２】
特開平５−６６７１８号公報
【０００３】
特許文献１にはＬＥＤの通電時間幅を変えることにより調光点灯する技術が開示されている。また、特許文献２には交流電源の位相制御によりＬＥＤを調光点灯する技術が開示されている。
【０００４】
近年、青色ＬＥＤの開発により黄色の蛍光体との組み合わせで高輝度の白色ＬＥＤが商品化され、従来表示用として用いられていたＬＥＤを照明用途へ使う動きが出てきている。例えば、複数のＬＥＤ素子を円形に配置した円形モジュール、ライン状に配置したライン状モジュールなどが既に商品化され長寿命、小型薄型の照明用途へ展開しており、これまで白熱電球の市場であった装飾照明用途やスポット、スタンドライト照明への進出が活発に行われている。
【０００５】
従来、白熱電球を調光制御しようとした場合、スイッチング素子（一般的にはトライアック素子）を交流電源電圧のある位相角でＯＮすることにより白熱負荷への電源供給をボリューム素子一つで簡単に調光制御出来る位相制御式調光器（一般的に白熱ライコンと呼ばれている）が用いられている。
【０００６】
図８に従来例の回路図を示す。交流電源Ｖ１とＬＥＤ点灯装置１の間に位相制御式調光器２が直列に接続されている。その位相制御式調光器２の具体例を図１０に示す。制御回路３の調光ツマミをある位置に設定すると、その設定された電源位相角でトライアックＳｄをオンさせるものである。一般的にコンデンサＣｄとフィルターＬｄによる雑音防止回路が構成され、調光器２から電源ラインに帰還する端子雑音を低減している。
【０００７】
図８のＬＥＤ点灯装置１は入力端子間に同じく雑音防止回路のコンデンサＣｉとフィルターＦＬが電源に並列に接続されている。この雑音防止回路（コンデンサＣｉとフィルターＦＬ）は、ＬＥＤ点灯装置内のスイッチング素子のスイッチング動作により発生する帰還端子ノイズを低減するために設けられている。ＬＥＤ点灯装置１は交流電源Ｖ１をダイオードブリッジＤＢにて整流し、電解コンデンサＣ０により平滑した直流電源を、ＩＰＤ素子を用いた降圧チョッパ回路（チョークＬ１、電解コンデンサＣ３、ダイオードＤ３により構成）に供給している。降圧チョッパ回路はその他の電子部品としてコンデンサＣ１、Ｃ２、抵抗Ｒ５、ダイオードＤ２、ツェナーダイオードＺＤ１を備え、電解コンデンサＣ３に充電される直流電圧をＬＥＤ１〜１０とＬＥＤ１１〜２０の１０個直列２並列回路が点灯するのに最適な電圧に設定している。ここではＬＥＤ素子１個あたりの順方向電圧Ｖｆが４．０Ｖｍａｘとした場合、４．０Ｖｍａｘ×１０個＝４０Ｖくらいの直流電圧に設定している。このようなスイッチング素子を用いて降圧チョッパ回路を構成した回路方式では、そのスイッチングノイズ対策のために入力電源部に前記した雑音防止回路（コンデンサＣｉとフィルターＦＬ）が必要になってくる。
【０００８】
図８において、トライアックＳｄがオフのとき、本来は交流電源Ｖ１からの電源供給をカットしていなければならないが、前記した調光器２の雑音防止回路のコンデンサＣｄにより交流電源Ｖ１とＬＥＤ点灯装置１が電気的に接続されており、しかもＬＥＤ点灯装置１の側にも前記した雑音防止回路が構成されているために、交流電源Ｖ１に対してコンデンサＣｄとＣｉ（実際はＬＥＤ点灯装置内部の合成容量になる）が直列接続されることになる。そのため、トライアックＳｄがオフしている状態においてもＬＥＤ点灯装置にはＶ２＝Ｖ１×（Ｃｄ／（Ｃｄ＋Ｃｉ））の電圧が供給される。その電圧を図９に示す。
【０００９】
調光器２のトライアックＳｄがオフしているため、ＬＥＤ点灯装置１にはコンデンサＣｄを介して流れる漏れ電流分しか供給されないので、ＬＥＤ点灯装置１のＩＰＤ回路による降圧チョッパ回路は動作せず、図９で示す漏れ電流分により発生する電圧Ｖ２でＬＥＤ１〜１０、ＬＥＤ１１〜２０の回路が微少放電してしまう。そのために本来トライアックＳｄがオフしている期間にＬＥＤ素子を不点にしたいのに微少発光ではあるが点灯してしまうといった課題を有していた。
【００１０】
また、その他の例として、図１１に示すように、ネオンランプＮＬによるホタル点灯機能を調光器２に持たせる場合がある。この従来例では、ネオンランプＮＬと限流抵抗Ｒｅの直列回路がトライアック素子Ｓｄに並列に接続され、外部スイッチ手段Ｓにより調光器２を介して負荷に電源供給する場合にはネオンランプＮＬは消灯し、調光器２をスイッチＳによりオフしている場合には、ホタル回路（ネオンランプＮＬと限流抵抗Ｒｅ）に通電して調光器２の在り処を表示する。この場合、トライアック素子Ｓｄに雑音防止コンデンサＣｄが並列に接続されていなくても、ホタル回路を介してＬＥＤ点灯装置に交流電源が漏れ電流分のみ供給されてしまう。
【００１１】
位相制御式調光器は一般的に総容量２００Ｗ〜１５００Ｗくらいまでのものが商品化され、数１０〜１００Ｗの複数の白熱電球負荷を一括制御するのが一般的である。その場合、位相制御式調光器１台の最低負荷容量は白熱電球１個分以上は必要となってくる。
【００１２】
位相制御式調光器のスイッチ手段にはトライアック素子が用いられているのが一般的で、トライアック素子はゲートにパルス的なトリガ信号が入るとＯＮし、ある一定の保持電流が流れていればＯＮをそのまま保持することが出来、保持電流が無くなればＯＦＦしてしまう特徴を有している。そのため、トライアック素子をＯＮしたい電源位相角になった時にゲートにパルストリガを与えるだけでＯＮするので、簡単なトリガ回路で構成出来るのが位相制御式調光器の特徴の一つになっている。その反面、その保持電流以下の負荷であると保持電流が流れないために、トライアック素子がオンを保持出来ず、調光が出来ないという課題があった。
【００１３】
現在のＬＥＤ素子はコスト、温度的な面から約２０ｍＡ程度の電流で順方向電圧Ｖｆが３Ｖくらいのものを複数個構成してモジュールとしているものが多く商品化されている。そのＬＥＤの１個あたりの消費電力が０．０６Ｗであり、これを２０個集めたとしても１．２Ｗくらいにしかならないため、モジュール１台を位相制御式調光器で調光制御することは出来ない。
【００１４】
また、ＬＥＤの光出力を増大させるためにＬＥＤ電流値を増加させる手段が提案されているが、発熱が大きくなり、その放熱対策のために複数個のＬＥＤを同時に小型のモジュール体に構成することが難しくなるという課題がある。そのためにＬＥＤ１個あたりの光出力を増大させたとしても個数を増やすことが容易に出来ないため、結局、モジュールとしての消費電力を電球１個分相当にまで増加させることが非常に難しいという課題がある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、ＬＥＤ素子を複数個用いてモジュール体を構成したＬＥＤ点灯装置において、位相制御式調光器を用いても位相制御用のスイッチング素子がオフしている時はＬＥＤ素子を微少点灯させない、また、少ないモジュールでも調光出来るＬＥＤ調光点灯装置を提供することを課題とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明のＬＥＤ調光点灯装置にあっては、上記の課題を解決するために、図１に示すように、交流電源Ｖ１に接続され、１つ以上のＬＥＤを点灯させるＬＥＤ点灯装置１と、前記ＬＥＤ点灯装置１と交流電源Ｖ１の間に直列的に接続された位相制御式調光器２とから構成され、前記位相制御式調光器２は内部に直列に位相制御用のスイッチング素子Ｓｄを備え、該スイッチング素子Ｓｄに少なくともリアクタンス素子を含んで構成される第１の雑音防止回路が接続されており、前記ＬＥＤ点灯装置１は位相制御された入力電源電圧を位相角に応じたＬＥＤ点灯用の直流電源に変換するスイッチング電源部Ａを備え、該スイッチング電源部Ａの動作による高周波ノイズの漏洩を防止するためのリアクタンス素子を含んで構成される第２の雑音防止回路を入力電源部に有しており、前記ＬＥＤ点灯装置１の入力電源部に並列にインピーダンス手段Ｚを接続し、該インピーダンス手段Ｚは前記位相制御式調光器２がオフしている期間に前記リアクタンス素子を含んで構成される第１の雑音防止回路と前記リアクタンス素子を含んで構成される第２の雑音防止回路により前記ＬＥＤ点灯装置１の入力電源部に生じる電圧を前記ＬＥＤが点灯する最小電圧以下とするように設定したことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項２の発明によれば、請求項１において、前記位相制御式調光器のスイッチング素子に並列に切り替えスイッチ手段を介して接続され、前記切り替えスイッチによりスイッチング素子がオフしている時に点灯するホタル回路を有することを特徴とする。
請求項３の発明によれば、請求項１又は２において、インピーダンス手段は抵抗であることを特徴とする。
請求項４の発明によれば、請求項１又は２において、インピーダンス手段はコンデンサであることを特徴とする。
請求項５の発明によれば、請求項１又は２において、インピーダンス手段はネオンランプ又は白熱ランプであることを特徴とする。
請求項６の発明によれば、請求項１又は２において、インピーダンス手段はＬＥＤ点灯装置とは別の負荷回路であることを特徴とする。
請求項７は照明器具に関する発明であり、請求項１〜６のいずれかに記載のＬＥＤ調光点灯装置を器具本体に備えたことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１に本発明の第１の実施の形態を示す。図８の従来例に対してＬＥＤ点灯装置１に雑音防止コンデンサＣｉと並列にインピーダンス手段Ｚを接続したことが特徴である。このインピーダンス手段Ｚにより調光器２がオンしている時にＬＥＤ点灯装置１に流れる電流にプラスしてインピーダンス手段Ｚに電流を分流させてトータルとしてトライアックＳｄに流れる電流を増加させることが出来る特徴を有している。また、トライアックＳｄがオフしている期間においても、図８の従来例で説明した調光器２側の雑音防止回路Ｃｄを介して流れる漏れ電流によりＬＥＤ点灯装置１に発生する電圧Ｖ２を低減することができる。
【００１９】
また、別の実施の形態として、図１１に示すように、調光器２のトライアックＳｄに並列にホタル回路を構成した場合などにおいても、ネオンランプＮＬと限流抵抗Ｒｅを介して流れる漏れ電流によりＬＥＤ点灯装置１に印加される電圧Ｖ２を低減することが出来、本来、ＬＥＤを消灯したい場合に消灯できる特徴を有している。
【００２０】
図２に交流電源電圧Ｖ１とＬＥＤ点灯装置１に印加される電圧Ｖ２との関係を示している。インピーダンス手段Ｚの接続により電圧Ｖ２をＬＥＤが点灯する最小電圧以下に設定することができ、調光器２の漏れ電流によるＬＥＤ点灯装置１の微少点灯を無くすことが出来る。
【００２１】
本実施の形態では直流電源変換部ＡとしてＩＰＤを使った図１のような降圧チョッパ回路を用いる場合について説明したが、図３のようなトランスを用いたフォワード型の直流電源回路を用いる場合においても同様の効果を有するものであり、直流電源変換部Ａの構成は限定されるものではない。
【００２２】
（実施の形態２）
図４はインピーダンス手段として抵抗Ｒａを用いた実施の形態である。一般的に用いられる手段であるが、抵抗ロスによる発熱と形状の問題もあり、抵抗１本で対策することが出来ない場合もある。その場合は複数の抵抗の並列接続を用いることになる。例えばＬＥＤ点灯装置をある台数（５台程度まで）複数点灯することを条件に調光器との組み合わせ条件を設定することも可能である。複数台のＬＥＤ点灯装置の並列接続が必要にはなるが、従来例に比較すれば、接続に必要な台数をかなり少なくすることが出来る特徴を有している。
【００２３】
（実施の形態３）
図５はインピーダンス手段としてコンデンサ手段Ｃａを用いた実施の形態である。この場合は等価的に元々あった雑音防止コンデンサＣｉとの合成容量となり、Ｃｉの容量値アップとなる。前記漏れ電流によりＶ２の電圧は発生するものの、上述のＶ２＝Ｖ１×（Ｃｄ／（Ｃｄ＋Ｃｉ））の式からＣｉの容量値が増加することでＶ２の電圧が低下するから、ＬＥＤの点灯電圧には達しないため、ＬＥＤが点灯しないという特徴がある。
【００２４】
一般的に直流電源変換部Ａにおいてスイッチング素子を高周波でオン・オフさせると高周波ノイズが入力電源ラインに帰還してしまうために、どうしても電源並列コンデンサ、コモンフィルタ、ノーマルフィルタなどの雑音防止回路が必要になってくる。また直流電源側にも容量成分が回路構成上存在するためにＬＥＤ点灯装置の入力電源ラインからみた等価容量成分が存在してしまう。そこで、この等価容量成分を新たに追加したコンデンサ手段で大きく設定することで、調光制御を安定に出来るという効果を有している。
【００２５】
（実施の形態４）
図６にインピーダンス手段の代わりに電球（この実施の形態ではネオンランプ回路）を接続し、トライアックの保持電流の確保と、漏れ電流による電圧Ｖ２の低減を実現している。この場合はＬＥＤ点灯装置と対策用の電球（ネオンランプ回路などを含む）の点灯部との器具構成時の機能分担が必要になる。
【００２６】
（実施の形態５）
図７にインピーダンス手段の代わりに別の負荷回路を接続した場合の実施の形態を示す。同じ位相制御式調光器に接続され、ＬＥＤ点灯装置と同時に調光されて使われる器具であれば何でもよいが、例えば、スタンド照明、白熱電球器具等がある。その他、照明に限らず調光器のトライアックの保持電流が充分流せる負荷回路であればモーター等であっても良く、負荷回路の構成は特に限定しない。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、ＬＥＤ点灯装置を位相制御式調光器で調光制御する場合、その負荷容量によっては調光制御出来ないが、ＬＥＤ点灯装置の電源に並列にインピーダンス手段を接続することにより調光器にホタル回路が構成された回路においても一般的な位相制御式調光器においても１台もしくは少ない台数でＬＥＤ点灯装置を安定にちらつき無く点灯することが出来る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の回路図である。
【図２】本発明の実施の形態１の動作波形図である。
【図３】本発明の実施の形態１の直流電源変換部の他の構成例を示す回路図である。
【図４】本発明の実施の形態２の回路図である。
【図５】本発明の実施の形態３の回路図である。
【図６】本発明の実施の形態４の回路図である。
【図７】本発明の実施の形態５の回路図である。
【図８】従来例の回路図である。
【図９】従来例の動作波形図である。
【図１０】従来例に用いる位相制御調光器の回路図である。
【図１１】他の従来例の回路図である。
【符号の説明】
１ ＬＥＤ点灯装置
２ 位相制御調光器
Ａ 直流電源変換部
Ｚ インピーダンス手段
Ｖ１ 交流電源

Claims (7)

1. 交流電源に接続され、１つ以上のＬＥＤを点灯させるＬＥＤ点灯装置と、前記ＬＥＤ点灯装置と交流電源の間に直列的に接続された位相制御式調光器とから構成され、
   前記位相制御式調光器は内部に直列に位相制御用のスイッチング素子を備え、該スイッチング素子に少なくともリアクタンス素子を含んで構成される第１の雑音防止回路が接続されており、
   前記ＬＥＤ点灯装置は位相制御された入力電源電圧を位相角に応じたＬＥＤ点灯用の直流電源に変換するスイッチング電源部を備え、該スイッチング電源部の動作による高周波ノイズの漏洩を防止するためのリアクタンス素子を含んで構成される第２の雑音防止回路を入力電源部に有しており、
   前記ＬＥＤ点灯装置の入力電源部に並列にインピーダンス手段を接続し、該インピーダンス手段は前記位相制御式調光器がオフしている期間に前記リアクタンス素子を含んで構成される第１の雑音防止回路と前記リアクタンス素子を含んで構成される第２の雑音防止回路により前記ＬＥＤ点灯装置の入力電源部に生じる電圧を前記ＬＥＤが点灯する最小電圧以下とするように設定したことを特徴とするＬＥＤ調光点灯装置。
2. 前記位相制御式調光器のスイッチング素子に並列に切り替えスイッチ手段を介して接続され、前記切り替えスイッチによりスイッチング素子がオフしている時に点灯するホタル回路を有することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ調光点灯装置。
3. インピーダンス手段は抵抗であることを特徴とする請求項１又は２記載のＬＥＤ調光点灯装置。
4. インピーダンス手段はコンデンサであることを特徴とする請求項１又は２記載のＬＥＤ調光点灯装置。
5. インピーダンス手段はネオンランプ又は白熱ランプであることを特徴とする請求項１又は２記載のＬＥＤ調光点灯装置。
6. インピーダンス手段はＬＥＤ点灯装置とは別の負荷回路であることを特徴とする請求項１又は２記載のＬＥＤ調光点灯装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のＬＥＤ調光点灯装置を器具本体に備えたことを特徴とする照明器具。

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