JP4370901B2 - LED lighting device - Google Patents
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Description
本発明は交流電源を用いてLEDを点灯させるLED点灯装置に関するものである。 The present invention relates to an LED lighting device that lights an LED using an AC power source.
近年、青色LEDの商品化により、青色LEDと黄色蛍光体との組み合わせ、RGBの各色のLEDの混合などにより白色の高輝度LEDが開発され、従来、表示などを主目的として使用していたLEDを、照明用途に使用する動きが出てきている。その白色LEDを効率よく放熱しながら1個あたりの電流を大きく流したり、LEDの個数を増やしてトータルとして光出力を増大させる手段が最近よく用いられ、道路の信号灯、電車踏み切りの警報信号灯、スポット照明などに既に展開されている(特許文献1参照)。 In recent years, with the commercialization of blue LEDs, white high-intensity LEDs have been developed by combining blue LEDs and yellow phosphors, mixing RGB LEDs, etc., and LEDs that have been used mainly for display purposes in the past There is a movement to use for lighting applications. Recently, means to increase the light output as a total by increasing the number of LEDs while increasing the number of LEDs while efficiently dissipating the white LED, and a road signal light, a warning signal light for a train crossing, spot It has already been developed for lighting and the like (see Patent Document 1).
LEDは電流駆動型の半導体素子であるため、LEDを点灯させようとする場合、所定の電流をLEDに対して流す必要がある。一般的に青色LEDのON電圧は約3.5Vであるため、例えば5Vの直流電源でLEDに定格電流20mAを流す場合、抵抗素子R=(5−3.5)/0.02=75オームのインピーダンスをLEDに直列に接続しなければならない。 Since the LED is a current-driven semiconductor element, it is necessary to pass a predetermined current through the LED when the LED is lit. In general, the ON voltage of a blue LED is about 3.5V. For example, when a rated current of 20 mA is supplied to the LED with a DC power supply of 5V, the resistance element R = (5-3.5) /0.02=75 ohms Must be connected in series with the LED.
また、複数個のLEDが直列に接続された場合にはそのLEDの接続個数にLEDのON電圧Vfを掛け合わした電圧以上の直流電源が必要になり、前記と同様の計算で求めたインピーダンスを接続してLEDに流れる電流を定格の電流に合わし込む必要がある。 In addition, when a plurality of LEDs are connected in series, a DC power source that is equal to or higher than the voltage obtained by multiplying the number of connected LEDs by the LED ON voltage Vf is required, and the impedance obtained by the same calculation as described above is connected. Therefore, it is necessary to match the current flowing through the LED with the rated current.
しかし、LED素子はON電圧Vfのばらつきが大きく、通常3.5Vに対して±10%ぐらいの電圧範囲を有している。前記事例ではON電圧VfがばらつくことによりLED電流も定格電流から大きくばらつくことになるので、LEDの温度上昇の変動が大きく、LEDの寿命に大きく影響してくる。 However, the LED element has a large variation in the ON voltage Vf, and usually has a voltage range of about ± 10% with respect to 3.5V. In the above example, since the LED current varies greatly from the rated current due to the variation of the ON voltage Vf, the fluctuation of the LED temperature rise is large, greatly affecting the life of the LED.
そのため、ON電圧Vfのばらつきを考慮して定格電流までは流さず、ON電圧Vfのばらつきの下限条件を考慮して限流抵抗値を上げて少なめの電流設定にしたり、LED電流がある一定以上増加しない定電流が流れるような回路構成をとってLEDの温度低減を図り、寿命を確保している。 Therefore, considering the variation of the ON voltage Vf, the rated current is not allowed to flow, and considering the lower limit condition of the ON voltage Vf variation, the current limiting resistance value is increased to set a smaller current, or the LED current exceeds a certain level. The circuit configuration is such that a constant current that does not increase flows, so that the temperature of the LED is reduced and the lifetime is ensured.
一般にLED1個、もしくは複数のLEDモジュールを点灯させるためには直流電圧が必要になってくるため、市販の直流電源装置、電池手段などが用いられている。また、LEDを複数個並べて用いるスタンド照明、常夜灯、足元灯など直接交流電源から給電される照明器具では、照明器具の内部に整流器、必要に応じて平滑手段、限流手段、制御回路手段を構成してLED素子に電流を流して点灯させている。 In general, since a DC voltage is required to light one LED or a plurality of LED modules, a commercially available DC power supply device, battery means, or the like is used. Also, in lighting fixtures that are powered directly from an AC power source, such as stand lighting, nightlights, and footlamps that use a plurality of LEDs arranged side by side, a rectifier is provided inside the lighting fixture, and if necessary, smoothing means, current limiting means, and control circuit means are configured. Then, the LED element is lit by passing a current.
LEDは一般的に長寿命であることが認識されているため、寿命末期時の不点灯の際に、LEDを交換する必要が無いことなどから、前記照明器具においてはLED素子、モジュール、回路部が器具内部に一体構成されている。 Since it is generally recognized that LEDs have a long life, there is no need to replace the LED when it is not lit at the end of its life. Is integrally formed inside the instrument.
近年、LED素子メーカー、セットメーカーからLEDを複数個構成したLEDモジュール(LED実装基板部のこと)が光源用途として商品化されている。それらの商品を購入して照明装置、照明器具を構成した場合、直流電源電圧を数V〜数十Vまで自由に設定できる前記した直流電源装置を点灯回路部に採用する手段が一般的であるが、直流電源装置は12V、24Vなど標準的な電圧設定された定電圧出力が一般的であり、LED素子、もしくはLED実装基板部に定電流を流すように制御するLED点灯回路部が必要になってくる。 2. Description of the Related Art In recent years, LED modules (LED mounting board portions) configured with a plurality of LEDs have been commercialized as light source applications from LED element manufacturers and set manufacturers. When these products are purchased and lighting devices and lighting fixtures are configured, a means for adopting the above-described DC power supply device that can freely set the DC power supply voltage from several volts to several tens of volts in the lighting circuit section is common. However, DC power supply devices generally have a constant voltage output with a standard voltage set such as 12 V or 24 V, and an LED lighting circuit unit that controls the LED element or LED mounting substrate unit to control the constant current is necessary. It becomes.
その従来の回路構成例を図7に示す。この例では、LED実装基板部3を点灯させるために照明装置、照明器具の中に直流電源装置2a、LED点灯回路2bの2つの回路部を構成しなければならない。
An example of the conventional circuit configuration is shown in FIG. In this example, in order to turn on the LED
また、LED実装基板部にLED点灯回路を構成して市販の直流電源装置と組み合わせて照明器具を構成している例を図8に示す。この例では、LED実装基板部3aに定電流回路を搭載してあり、直流電圧を接続することでLEDに定格電流を流すことが出来るので、市販の電源装置(例えば、図9に示すような定電圧出力型の直流電源)との組み合わせ、電池との組み合わせが容易に出来ることから有効な手段として採用されている。
Moreover, the example which comprises the LED lighting circuit in the LED mounting board | substrate part, and comprises the lighting fixture combining with a commercially available DC power supply device is shown in FIG. In this example, a constant current circuit is mounted on the LED
しかし、このような(定電流回路要素を取り込んだ)LED実装基板部3aは、図10に示すようなLED定電流回路(抵抗R1〜R6とトランジスタQ1〜Q5)が必要になってくるため、LEDモジュール部3aの基板部の大型化、部品点数の増加、コストアップとなり、LEDを用いた光源の特徴である、光源部の小型化、薄型化の目的が達成出来なくなる恐れがある。
However, since the LED
また、LED実装基板部のLEDに大電流を流したり、LEDを複数個高密度実装したりしてLED部の発熱が上昇する場合には、LED実装基板部の裏側にアルミ板もしくは銅板などを貼り付けて放熱構造をとった場合に、LED実装面でLED素子以外の回路部品を実装する場所を確保出来ないといった問題がある。
そこで、本発明は上述の問題点に対して、LED素子もしくは複数のLED素子を一つの光源としたLEDモジュール部を有した照明装置、照明器具において、LED実装基板部にはLED素子と最小限の部材を実装するだけで、LED照明の特徴である、薄型化、小型化、放熱構造採用による高出力化による光出力増大を図り、しかも、商用交流電源を受けて直流出力を供給する直流電源装置に定電流機能を持たせることで、定電圧直流電源装置と定電流機能の2つの回路構成が必要でなくなり、また、LEDモジュールの仕様も例えば12VのLEDモジュール、24VのLEDモジュールの複数のLEDモジュールを一つの定電流電源装置で対応出来るようなLED点灯装置を提案するものである。 In view of the above problems, the present invention is directed to a lighting device and a lighting fixture having an LED module unit that uses an LED element or a plurality of LED elements as one light source. The DC power supply that supplies the DC output by receiving commercial AC power supply, with the aim of increasing the light output by thinning, miniaturization, and high output by adopting the heat dissipation structure, which are the features of LED lighting By providing the device with a constant current function, two circuit configurations of a constant voltage DC power supply device and a constant current function are not required, and the specifications of the LED module are, for example, a plurality of 12V LED modules and 24V LED modules. The present invention proposes an LED lighting device capable of handling an LED module with a single constant current power supply device.
本発明によれば、上記の課題を解決するために、図11又は図13に示すように、交流電源1を受けて直流電圧を出力する直流電源装置2と、前記直流電圧を受けて点灯されるLED素子を実装したLEDモジュール部3とで構成されたLED点灯装置であって、前記LED素子は1個もしくは複数個で構成され、前記直流電源装置2は、交流電源1を整流する整流手段DBと、図14に示すように、整流手段DBの出力に直列に接続されたスイッチング素子(IPD制御回路23の出力端子)と、スイッチング素子を介して整流手段DBの出力に1次巻線を接続されたトランスT1と、トランスT1の2次巻線に接続された整流平滑手段(D1,C1)と、整流平滑手段から前記LEDモジュール部3に出力される電流を検出する電流検出手段22と、電流検出手段22の検出出力を受けて出力電流が略一定となるようにスイッチング素子のON・OFFを制御する制御回路(IPD制御回路23のコントロール端子)とからなる1石式フォワード型スイッチング電源回路であり、前記直流電源装置2の出力端または前記LEDモジュール部1に直列にスイッチ素子Qを設け、該スイッチ素子Qをちらつきを感じない程度に高い周波数でON・OFFする間欠駆動手段(図12のタイマー回路)と、前記スイッチ素子QのON・OFFの比率を変えることでLED素子に流れる実効電流を変化させて出力光を可変させる調光手段(図12の抵抗R1、R2)を設けたことを特徴とするものである。
According to the present invention, in order to solve the above problems, as shown in FIG. 11 or FIG. 13 , a DC
本発明によれば、交流電源を受けて直流出力を供給する直流電源装置に定電流機能を持たせることで、定電圧直流電源装置と定電流機能の2つの回路構成が必要でなくなり、また、光源となるLEDモジュール部には、LED素子と最小限の部材を実装するだけで良いので、LEDを用いた照明装置の特徴である薄型化、小型化、放熱構造採用による高出力化による光出力増大を実現でき、しかも、仕様の異なる複数のLEDモジュールに対して一つの定電流電源装置で対応出来る効果がある。また、LEDモジュールを定電流制御することで、LED素子のオン電圧のばらつき等によりLED電流が変化することを防止し、LED素子の温度上昇を回避し所定の温度に設定することで寿命劣化を抑え、LEDの光減退による器具寿命短縮を防止できる効果がある。 According to the present invention, by providing a constant current function to a direct current power supply device that receives an alternating current power supply and supplies a direct current output, two circuit configurations of a constant voltage direct current power supply device and a constant current function are not necessary, Since the LED module part, which is the light source, only needs to be mounted with LED elements and the minimum number of members, the light output is reduced by thinning, downsizing, and high output by adopting a heat dissipation structure, which are the characteristics of lighting devices using LEDs. In addition, there is an effect that a single constant current power supply device can cope with a plurality of LED modules having different specifications. In addition, by controlling the LED module at a constant current, it is possible to prevent the LED current from changing due to variations in the on-voltage of the LED element, etc. It has the effect of suppressing and preventing shortening of the tool life due to light degradation of the LED.
請求項1〜6の発明によれば、直流電源装置とLEDモジュール部の間にスイッチ素子が接続され、そのスイッチ素子をON・OFF制御することでLEDモジュール部の実効電流を可変制御することで調光制御することができる。
請求項1、2の発明によれば、直流電源装置として、スイッチング電源タイプの定電流電源装置を用いたので、図10の従来例のような非スイッチング電源タイプの定電流電源装置を用いる場合に比べると、電源装置の発熱量が少なく、照明器具としての発光効率が高くなる効果もある。
According to the first to sixth aspects of the present invention, the switch element is connected between the DC power supply device and the LED module unit, and the effective current of the LED module unit is variably controlled by ON / OFF control of the switch element. Dimming control can be performed.
According to the first and second aspects of the present invention, since the switching power supply type constant current power supply device is used as the DC power supply device, the non-switching power supply type constant current power supply device as in the conventional example of FIG. 10 is used. In comparison, there is an effect that the amount of heat generated by the power supply device is small and the luminous efficiency of the lighting fixture is increased.
請求項2の発明によれば、チョッパ型の直流電源装置を用いたので、従来のコンデンサ入力型の直流電源装置を用いる場合に比べて、商用交流電源からの入力電流歪みを低減することができると共に、入力電流の休止期間を無くすことができるので、入力力率を改善することができるという効果がある。特に、降圧チョッパ型の直流電源装置を用いた場合には、LEDモジュール部のトータルの駆動電圧が商用電源電圧よりも低いときに、図10の従来例のような非スイッチング電源タイプの定電流電源装置を用いる場合に比べて、回路効率が大幅に改善されるという格別に優れた効果がある。
According to the invention of
(前提となる基本構成)
図1に本発明の前提となる基本回路構成を示す。交流電源1を整流ブリッジDBにて整流してその直流電圧を受けて、直流電圧変換回路21と電流検出手段22を用いた定電流電源回路20を構成したことが特徴である。前記整流ブリッジDBと定電流電源回路20が定電流直流電源装置2を構成している。この定電流直流電源装置2が照明装置、照明器具本体であり、LEDモジュール部3(LED実装基板部)を搭載したLED点灯部を組み込むことで照明装置、LED照明器具を構成することが出来る。
(Prerequisite basic configuration)
FIG. 1 shows a basic circuit configuration as a premise of the present invention. The
本発明の構成であれば、LEDモジュール部はLED接続数により決まる電圧に影響されずに複数のLEDモジュール部を一つの照明装置、照明器具で点灯できる特徴を有している。また、照明装置、照明器具を別置型としてLEDモジュール部を切り離して構成することによりLEDモジュール部を薄型化、小型化でき、LEDを用いた光源の特徴を十分に活用出来る。
以下の前提となる構成1〜5では、定電流電源回路20について具体的な回路構成例で説明する。
If it is the structure of this invention, the LED module part has the characteristic which can light a some LED module part with one lighting apparatus and a lighting fixture, without being influenced by the voltage decided by LED connection number. Moreover, the LED module part can be made thinner and smaller by separately configuring the lighting device and the lighting fixture so that the characteristics of the light source using the LED can be fully utilized.
In the following
(前提となる構成1)
本発明の前提となる構成1における定電流電源回路20の構成を図2に示す。本例では、定電流電源回路20として、IPD制御回路23を採用した1石式フォワード型DC−DCコンバータ回路を用いている。ここで、IPD(インテリジェントパワーデバイス:松下製)とは、スイッチング素子とその制御回路とを集積化したものであり、帰還入力端子としてのコントロール端子の電圧が略一定となるように、出力端子間のON・OFFを制御できるようにしたスイッチング電源用のパワー素子である。
(Prerequisite configuration 1)
FIG. 2 shows a configuration of the constant current power supply circuit 20 in the
平滑コンデンサC0は図1のコンデンサC0に対応しており、商用交流電源1を整流ブリッジDBにて全波整流した直流電圧が充電される。コンデンサC0の正極には、トランスT1の1次巻線を介してIPD制御回路23が接続されている。トランスT1の2次側に設けられた出力巻線にはダイオードD1を介してコンデンサC1が接続されている。トランスT1の2次側に設けられた検出巻線にはダイオードD2を介してコンデンサC2が接続されている。コンデンサC2はフォトカプラPCの受光素子を介してIPD制御回路23のコントロール端子に接続されている。コンデンサC1には抵抗R1を介して出力端子が接続されている。抵抗R1の両端には、抵抗R2とフォトカプラPCの発光素子とツェナーダイオードZD3の直列回路が並列接続されている。抵抗R1,R2とツェナーダイオードZD3及びフォトカプラPCは電流検出手段22を構成しており、コンデンサC1から出力端子を介して図1のLEDモジュール部3に出力される電流を検出している。この電流検出手段22により検出される電流が略一定となるように、IPD制御回路23はトランスT1の1次巻線に流れる電流をON・OFF制御する。なお、トランスT1の1次巻線の両端には、過電圧防止用のツェナーダイオードZD1,ZD2の逆直列回路が並列接続されている。
The smoothing capacitor C0 corresponds to the capacitor C0 of FIG. 1 and is charged with a DC voltage obtained by full-wave rectifying the commercial
このように、本例では、1石式のフォワード型回路で定電流電源回路を構成しており、トランスT1の2次側に設けられた検出巻線と出力端子に設けられた電流検出手段22で検出したフィードバック信号をIPD制御回路23のコントロール端子に入力して定電流駆動の制御回路を構成している。
Thus, in this example , the constant current power supply circuit is configured by a one-stone forward type circuit, and the detection winding provided on the secondary side of the transformer T1 and the current detection means 22 provided on the output terminal. The feedback signal detected in (1) is input to the control terminal of the
(前提となる構成2)
本発明の前提となる構成2における定電流電源回路20の構成を図3に示す。本例では、定電流電源回路20として、上述のIPD制御回路23を採用した降圧コンバータ回路を用いている。前提となる構成1と同じくIPD制御回路23を用いているが、本例では、フィードバック回路に非絶縁方式の回路構成を採用している。つまり、前提となる構成1ではIPD制御回路23のコントロール端子に電圧フィードバックをかけるところを、本例では、検出抵抗R2に流れる電流を電圧変換してIPD制御回路23のコントロール端子に帰還入力させている。
(Assumption 2)
FIG. 3 shows a configuration of the constant current power supply circuit 20 in the
平滑コンデンサC0は図1のコンデンサC0に対応しており、商用交流電源1を整流ブリッジDBにて全波整流した直流電圧が充電される。コンデンサC0の正極には、IPD制御回路23を介してインダクタL1の一端が接続されている。インダクタL1の他端は出力側の平滑コンデンサC3の正極に接続されている。コンデンサC0とC3の負極はダイオードD2のアノードに接続されている。ダイオードD2のカソードはインダクタL1の前記一端に接続されている。IPD制御回路23がONすると、コンデンサC0からインダクタL1を介してコンデンサC3に電流が流れる。IPD制御回路23がOFFすると、インダクタL1の蓄積エネルギーによる回生電流がコンデンサC3とダイオードD2を介して流れる。IPD制御回路23のON・OFFのタイミングは、IPD制御回路23のコントロール端子の印加電圧に応じて可変とされる。IPD制御回路23のコントロール端子にはコンデンサC1と抵抗R1の直列回路とコンデンサC2の並列回路よりなるフィルタ回路が接続されており、コンデンサC3から出力端子を介して流れる出力電流を抵抗R2により電圧変換した信号がダイオードD1を介して帰還されている。出力端子には、図1のLEDモジュール部3が接続され、定電流が供給される。
The smoothing capacitor C0 corresponds to the capacitor C0 of FIG. 1 and is charged with a DC voltage obtained by full-wave rectifying the commercial
(前提となる構成3)
本発明の前提となる構成3における定電流電源回路20の構成を図4に示す。図1の整流ブリッジDBの出力端には、インダクタL1とスイッチング素子Q1の直列回路が接続されており、スイッチング素子Q1の両端には、ダイオードD1を介して平滑コンデンサC0が接続されている。スイッチング素子Q1はMOSFETよりなり、制御回路24により高周波でON・OFF制御される。そのスイッチング周波数は商用交流電源1の周波数よりも高く設定される。スイッチング素子Q1がONすると、図1の整流ブリッジDBの直流出力端から、インダクタL1、スイッチング素子Q1を介して電流が流れて、インダクタL1にエネルギーが蓄積される。スイッチング素子Q1がOFFすると、図1の整流ブリッジDBの直流出力端から、インダクタL1、ダイオードD1を介して平滑コンデンサC0に電流が流れて、インダクタL1の蓄積エネルギーが放出される。インダクタL1の2次巻線出力によりインダクタL1の蓄積エネルギーがゼロになるタイミングを検出し、スイッチング素子Q1をONにする。また、出力電流を抵抗R2により電圧変換してダイオードD2を介して制御回路24のコントロール端子に入力して電流フィードバック構成としており、出力電流が略一定となるように、スイッチング素子Q1のON期間を制御するものである。
(Prerequisite configuration 3)
The configuration of the constant current power supply circuit 20 in the
この回路構成においては、整流ブリッジDBの出力に平滑コンデンサC0を直結するコンデンサ入力型の直流電源装置を用いる場合に比べると、商用交流電源1からの入力電流歪みを低減することができると共に、入力電流の休止期間を無くすことができるので、入力力率を改善することができる。
In this circuit configuration, the input current distortion from the commercial
また、本例では、昇圧チョッパの構成を用いているので、多数のLEDが直列に接続されたLEDモジュール部3をさらに複数個直列に接続して駆動する場合にも対応できる。
Further, in this example , the configuration of the step-up chopper is used, so that it is possible to cope with a case where a plurality of
(前提となる構成4)
本発明の前提となる構成4における定電流電源回路20の構成を図5に示す。図1の整流ブリッジDBの直流出力端の正極には、スイッチング素子Q1を介してインダクタL1の一端が接続されている。インダクタL1の他端は出力側の平滑コンデンサC0の正極に接続されている。コンデンサC0の負極は整流ブリッジDBの直流出力端の負極とダイオードD1のアノードに接続されている。ダイオードD1のカソードはインダクタL1の前記一端に接続されている。スイッチング素子Q1はMOSFETよりなり、制御回路24により高周波でON・OFFされる。そのスイッチング周波数は商用交流電源1の周波数よりも高く設定される。スイッチング素子Q1がONすると、整流ブリッジDBの直流出力端からインダクタL1を介してコンデンサC0が充電される。スイッチング素子Q1がOFFすると、インダクタL1の蓄積エネルギーによる回生電流がコンデンサC0とダイオードD1を介して流れる。また、出力電流を抵抗R2により電圧変換してダイオードD2を介して制御回路24のコントロール端子に入力して電流フィードバック構成としており、出力電流が略一定となるように、スイッチング素子Q1のON・OFFを制御するものである。
(Assumption 4)
FIG. 5 shows the configuration of the constant current power supply circuit 20 in the configuration 4 which is a premise of the present invention. One end of an inductor L1 is connected to the positive electrode of the DC output end of the rectifier bridge DB in FIG. 1 via a switching element Q1. The other end of the inductor L1 is connected to the positive electrode of the smoothing capacitor C0 on the output side. The negative electrode of the capacitor C0 is connected to the negative electrode of the DC output terminal of the rectifier bridge DB and the anode of the diode D1. The cathode of the diode D1 is connected to the one end of the inductor L1. The switching element Q1 is composed of a MOSFET, and is turned ON / OFF by the
この回路構成においても、整流ブリッジDBの出力に平滑コンデンサC0を直結するコンデンサ入力型の直流電源装置を用いる場合に比べると、商用交流電源1からの入力電流歪みを低減することができると共に、入力電流の休止期間を無くすことができるので、入力力率を改善することができる。
Even in this circuit configuration, distortion of the input current from the commercial
また、本例では、整流ブリッジDBの出力にインダクタL1を介して平滑コンデンサC0が接続されていることにより、電源投入時に平滑コンデンサC0の電圧が低い期間にスイッチング素子Q1がONしてもインダクタL1により突入電流が緩和されるという効果もある。 Further, in this example , since the smoothing capacitor C0 is connected to the output of the rectification bridge DB via the inductor L1, the inductor L1 even if the switching element Q1 is turned on when the voltage of the smoothing capacitor C0 is low when the power is turned on. This also has the effect of reducing the inrush current.
さらに、本例では、降圧チョッパの構成を用いているので、例えば、12VのLEDモジュールや24VのLEDモジュールを1個だけ商用交流電源により点灯駆動するような用途においても、大きな電圧降下ロスを伴うことなく、駆動することができる。すなわち、図10に例示したような非スイッチングタイプの定電流電源回路では、12VのLEDモジュールや24VのLEDモジュールを1個だけ商用交流電源により点灯駆動するような場合には、大きな電圧降下ロスを伴うことになるが、本例では、スイッチング電源を用いているので、電圧降下ロスが少なくて済み、例えば、寝室の常夜灯、足元灯などの小電力の用途に適用した場合に、特に効率が良いものとなる。 Furthermore, since the configuration of the step-down chopper is used in this example , a large voltage drop loss is involved even in an application in which only one 12V LED module or 24V LED module is driven by a commercial AC power source, for example. It can drive without. In other words, in the non-switching type constant current power supply circuit illustrated in FIG. 10, when only one 12V LED module or 24V LED module is lit and driven by a commercial AC power supply, a large voltage drop loss occurs. However, in this example , since the switching power supply is used, the voltage drop loss can be reduced. For example, it is particularly efficient when applied to a low-power application such as a nightlight in a bedroom or a footlamp. It will be a thing .
(前提となる構成5)
本発明の前提となる構成5における定電流電源回路20の構成を図6に示す。図1の整流ブリッジDBの直流出力端には、スイッチング素子Q1とインダクタL1の直列回路が接続されており、インダクタL1の両端にはダイオードD1を介して平滑コンデンサC0が接続されている。スイッチング素子Q1はMOSFETよりなり、制御回路24により高周波でON・OFFされる。そのスイッチング周波数は商用交流電源1の周波数よりも高く設定される。スイッチング素子Q1がONすると、整流ブリッジDBの直流出力端にインダクタL1が接続されて、インダクタL1に電磁エネルギーが蓄積される。スイッチング素子Q1がOFFすると、インダクタL1の蓄積エネルギーによる逆起電圧が発生し、インダクタL1からダイオードD1を介してコンデンサC0が充電される。このとき、コンデンサC0は整流ブリッジDBの直流出力端の極性とは逆極性となるように充電される。また、出力電流を抵抗R1により電圧変換して、抵抗R2、ツェナーダイオードZD3、絶縁手段としてのフォトカプラPCを介して制御回路24のコントロール端子に帰還入力して電流フィードバック構成としており、出力電流が略一定となるように、スイッチング素子Q1のON・OFFを制御するものである。
(Assumption 5)
The configuration of the constant current power supply circuit 20 in the configuration 5 which is the premise of the present invention is shown in FIG. A series circuit of a switching element Q1 and an inductor L1 is connected to the DC output terminal of the rectifier bridge DB in FIG. 1, and a smoothing capacitor C0 is connected to both ends of the inductor L1 via a diode D1. The switching element Q1 is composed of a MOSFET, and is turned ON / OFF by the
この回路構成においても、整流ブリッジDBの出力に平滑コンデンサC0を直結するコンデンサ入力型の直流電源装置を用いる場合に比べると、商用交流電源1からの入力電流歪みを低減することができると共に、入力電流の休止期間を無くすことができるので、入力力率を改善することができる。
Even in this circuit configuration, distortion of the input current from the commercial
また、整流ブリッジDBの出力から平滑コンデンサC0に直接的に電流が流れ込む経路が無いので、電源投入時の突入電流を無くす効果もある。 In addition, since there is no path through which current flows directly from the output of the rectifying bridge DB to the smoothing capacitor C0, there is an effect of eliminating inrush current when the power is turned on.
さらに、本例では、昇降圧チョッパの構成を用いているので、LEDモジュールの駆動電圧が高くても低くても広範囲に対応することができ、例えば、1個のLEDを点灯する用途にも対応できるし、多数のLEDが直列に接続されたLEDモジュールをさらに複数個直列に接続して駆動する場合にも対応できる効果がある。 In addition, in this example , the configuration of the step-up / step-down chopper is used, so it can be used in a wide range regardless of whether the drive voltage of the LED module is high or low, for example, it can be used for lighting one LED. In addition, there is an effect that can cope with a case where a plurality of LED modules in which a large number of LEDs are connected in series are further connected in series.
つまり、LED素子の数に影響されずに一定の電流が流れるので、例えば、LED個数が10個まで対応できる電源回路1台で1〜10台までの任意のLED個数に対応した照明器具展開が出来る。以下の実施例では、さらにその特徴を有しながら、LEDモジュール部に直列に接続されたスイッチ素子のON・OFFデューティ比を可変させて調光制御出来る回路構成について説明する。 In other words, since a constant current flows without being affected by the number of LED elements, for example, it is possible to develop lighting fixtures corresponding to any number of LEDs from 1 to 10 with one power supply circuit capable of handling up to 10 LEDs. I can do it. In the following embodiments, a circuit configuration capable of dimming control by varying the ON / OFF duty ratio of the switch elements connected in series to the LED module portion will be described while further having the characteristics .
(実施例1)
図11に調光制御の基本回路構成を示す。本実施例では図1の基本構成において、LEDモジュール部3の複数のLED素子に直列にスイッチ素子Qを接続し、そのスイッチ素子QのON・OFFでLEDモジュール部3に流れる実効電流を制御するものである。スイッチ素子Qは、例えば、MOSFETよりなり、そのON・OFF制御を光のちらつきが目立たない程度に高い周波数で行い、ON・OFFの比率を変えることで、LEDに流れる実効電流を可変させて、LEDモジュール部3の調光制御を行うことが出来るものである。
Example 1
FIG. 11 shows a basic circuit configuration of dimming control. In this embodiment, in the basic configuration of FIG. 1, a switch element Q is connected in series to a plurality of LED elements of the
具体的にスイッチ素子QをON・OFFさせるタイマー回路の構成例を図12に示す。この回路はコンパレータCPと抵抗R1〜R4、RL及びコンデンサCを用いて無安定マルチバイブレータを構成した例である。抵抗R1を可変するとON区間が変わり、抵抗R2を可変するとOFF区間が変わる制御を行うことが出来る。この信号を図11のスイッチ素子QとなるMOSFETのゲート信号VG として入力し、前記抵抗R1を回転式もしくはスライド式の可変抵抗(ボリューム)として照明器具の外部に設けて回転させて、前記MOSFETのON区間を制御することで、LEDモジュール部を用いた光出力可変型の照明器具を構成することが出来る。この場合、前記したようにLED電流を一定制御できるため、LED素子の電気特性の影響による電流ばらつきも無く、安定した光出力と、LED素子の寿命を確保出来る。また、例えばLEDの個数を10個までの任意の個数(1〜10個)に設定しても同じ定電流を流しつつ、調光出来る。 A specific example of the configuration of a timer circuit for turning on / off the switching element Q is shown in FIG. This circuit is an example in which an astable multivibrator is configured using a comparator CP, resistors R1 to R4, RL, and a capacitor C. When the resistor R1 is varied, the ON interval is changed, and when the resistor R2 is varied, the OFF interval is changed. This signal is input as the gate signal V G of the MOSFET serving as the switch element Q in FIG. 11, and the resistor R1 is provided as a rotary or slide variable resistor (volume) and rotated outside the lighting fixture. By controlling the ON section, it is possible to configure a light output variable type lighting fixture using the LED module section. In this case, since the LED current can be controlled constant as described above, there is no current variation due to the influence of the electrical characteristics of the LED element, and a stable light output and the life of the LED element can be ensured. Further, for example, even when the number of LEDs is set to an arbitrary number (1 to 10) up to 10, dimming can be performed while flowing the same constant current.
図12のタイマー回路ではON区間、OFF区間を変化させる例であるが、周期が一定でON・OFFの比率を変えるデューティ制御手段でも同じ効果を得ることが出来る。また、図12のタイマー回路の抵抗R2を可変させ、ON区間を一定にしたままOFF区間を変えてLED素子の電流実効値を変化させて調光制御することも出来る。 The timer circuit of FIG. 12 is an example in which the ON section and the OFF section are changed, but the same effect can be obtained by duty control means that changes the ON / OFF ratio with a constant period. Further, the resistor R2 of the timer circuit of FIG. 12 can be varied, and the dimming control can be performed by changing the effective current value of the LED element by changing the OFF period while keeping the ON period constant.
本実施例は、前提となる構成1〜5の特徴を活かしながら、調光制御するための手段として有効な手段である。その他の調光手段、例えば、電圧振幅を変化させる手段は定電流回路方式では非常に難しい制御が必要である。また、電流自身を変化させると定電流制御でなくなることから、LED素子のVfのばらつきによるLED電流のばらつきなどを抑制することが出来無くなる。また、LED素子の数に影響されずに1つの電源で1個〜複数個の任意の個数のLED直列回路に同じ電流を流す定電流回路の特徴を活かすことが出来なくなる。
The present embodiment is an effective means as a means for dimming control while utilizing the features of the presupposed
(実施例2)
図13に実施例2の構成を示す。本実施例では調光制御するためのスイッチ素子Qを電源側に構成している点が図11の実施例とは異なり、LEDモジュール部3にはLED素子が直列接続されているのみである。電源側にスイッチ素子Qを設けることによりLEDモジュール部の部品点数が少なくて済み、LEDモジュール部の灯具を小さくすることが出来るので、小型・薄型の照明器具が実現出来る特徴を有している。また、電源部に調光制御回路部(図12参照)を設けることにより更にLEDモジュール部の灯具が小さく、器具配線なども少なくて済み、照明器具の小型化、低コスト化が図れる特徴も有している。
(Example 2)
FIG. 13 shows the configuration of the second embodiment. Unlike the embodiment of FIG. 11, the present embodiment differs from the embodiment of FIG. 11 only in that LED elements are connected in series in that the switch element Q for dimming control is configured on the power supply side. By providing the switch element Q on the power supply side, the number of parts of the LED module part can be reduced, and the lamp of the LED module part can be made small, so that a small and thin lighting fixture can be realized. In addition, by providing a dimming control circuit section (see FIG. 12) in the power supply section, the lamp of the LED module section is further reduced, and there is less fixture wiring, which makes it possible to reduce the size and cost of the lighting fixture. is doing.
図13の直流電源装置2における定電流電源回路20の具体回路構成例を図14に示す。この定電流電源回路20の構成は図2に示した前提となる構成1と同様であり、その出力端子と直列にスイッチ素子Qが接続されている点のみが異なる。スイッチ素子Qは、光のちらつきが目立たない程度に高い周波数(例えば、数百Hz〜数KHz)でON・OFFし、そのON・OFFの比率を変えることで、LEDに流れる実効電流を可変させて、LEDモジュール部3の調光制御を行うことが出来るものである。そして、スイッチ素子QがONである期間においては、電流検出手段22により検出される電流が略一定となるように、IPD制御回路23はトランスT1の1次巻線に流れる電流をON・OFF制御する。IPD制御回路23によるスイッチング周波数は、スイッチ素子Qのスイッチング周波数に比べて十分に高く、例えば、数十〜数百KHz程度とする。このように高い周波数を用いることで、トランスT1は小型化することができる。
FIG. 14 shows a specific circuit configuration example of the constant current power supply circuit 20 in the DC
(実施例3)
図15に実施例3の構成を示す。本実施例では、LEDモジュール部3−1,3−2を複数並列接続し、直流電源装置は交流電源1を整流平滑する回路部(整流器DBと平滑コンデンサC0)を共通化し、定電流電源回路20−1,20−2は個別に設けて、その定電流直流出力側を各LEDモジュール部3−1,3−2に個別のスイッチ素子Q−1,Q−2を介して接続したことを特徴とするものである。定電流電源回路を構成するためには電流検出手段により電流検出を行い、直流電圧変換回路の制御手段に電流フィードバックをかけて負荷に流れる電流を一定に制御するので、負荷が並列に接続された場合など、それぞれの負荷に流れる電流を定電流制御するとなると、図15に示すように、2つ以上の直流電圧変換回路21−1,22−2を接続し、それぞれ個別に電流検出手段22−1,22−2を設けて定電流制御を行う必要がある。並列接続された2列のLEDモジュール部3−1,3−2に対して1つの直流電圧変換回路にて定電流制御を行おうとすると、2列の合計電流の定電流化は出来るが、それぞれのLEDモジュール部の電流を一定に制御することは出来ないため、2つの独立した回路が必要となる。なお、スイッチ素子Q−1,Q−2はLEDモジュール部3−1,3−2に設けても良いし、定電流電源回路20−1,20−2に設けても良い。本実施例では、交流電源部の雑音防止回路、フューズ、雷サージ対策用のZNR、整流器DB、平滑コンデンサC0、必要であれば、入力高調波歪改善回路、平滑コンデンサへの突入電流抑制回路などを共通化出来る利点がある。 (Example 3)
FIG. 15 shows the configuration of the third embodiment. In the present embodiment, a plurality of LED module units 3-1 and 3-2 are connected in parallel, and the DC power supply unit uses a common circuit unit (rectifier DB and smoothing capacitor C0) for rectifying and smoothing the
(実施例4)
図16に実施例4の構成を示す。本実施例では、上述の実施例2において、外部から調光信号を受けてスイッチ素子QのON・OFF制御信号に変換する信号変換回路25を設けたものである。外部から入力される調光信号としては、例えば、図17に示すように周波数が一定でデューティ可変の矩形波信号(周波数:1KHz、DC電圧振幅:10V)が用いられる。この調光信号を誤接続防止用の整流器DB2を介して入力し、入力電圧をフォトカプラPCにて絶縁し、2段のトランジスタTr1,Tr2にて波形改善を行い、入力された矩形波信号とデューティ比が同じ信号にてスイッチ素子QをON・OFF制御する。
Example 4
FIG. 16 shows the configuration of the fourth embodiment. In the present embodiment, the signal conversion circuit 25 that receives the dimming signal from the outside and converts it into the ON / OFF control signal of the switch element Q in the second embodiment is provided. As the dimming signal input from the outside, for example, a rectangular wave signal (frequency: 1 kHz, DC voltage amplitude: 10 V) having a constant frequency and variable duty as shown in FIG. 17 is used. This dimming signal is input through the rectifier DB2 for preventing erroneous connection, the input voltage is insulated by the photocoupler PC, the waveform is improved by the two-stage transistors Tr1 and Tr2, and the input rectangular wave signal and The switch element Q is ON / OFF controlled with a signal having the same duty ratio.
本実施例によれば、LED照明器具の外部に設けた調光器、例えば、外部壁スイッチや制御装置などから調光信号を送ることで、遠隔操作により調光制御が出来る特徴を有している。 According to the present embodiment, a dimmer provided outside the LED lighting apparatus, for example, a dimming signal is sent from an external wall switch, a control device, etc., so that the dimming control can be performed by remote operation. Yes.
また、図18に示すように、外部からの調光信号として、例えば1Vから10Vまで可変とされたDC電圧を入力し、その電圧を受けて、タイマー回路IC1によりON・OFF比可変のデューティ信号に変換してLEDモジュール部3に直列に接続されたスイッチ素子QをON・OFF制御して調光制御しても良い。また、外部からの調光信号がアドレスを持ったDMX変換信号などの場合でも、その変換信号を最終的にデューティ可変の矩形波信号に変換してLEDモジュール部3に直列に接続されたスイッチ素子QをON・OFF制御することで調光制御するようにしても良い。
Further, as shown in FIG. 18, as a dimming signal from the outside, for example, a DC voltage that is variable from 1 V to 10 V is input, and the duty circuit can receive ON / OFF ratio variable by the timer circuit IC1. The switch element Q connected to the
(比較例1)
図19に本発明に対する比較例1の構成を示す。図19においては、図8の従来例に示した定電圧電圧回路2a(図9参照)と、定電流機能を持ったLEDモジュール部3a(図10参照)との組み合わせにおいて、定電流機能を達成するトランジスタQ1〜Q4のベース端子をスイッチ素子QにてON・OFF制御することで調光制御することを特徴としている。本例は実施例1〜4とは異なり、定電流機能をLEDモジュール部3aに有するLED点灯装置において定電流機能を有しながら調光制御出来る回路手段である。
(Comparative Example 1)
FIG. 19 shows the configuration of Comparative Example 1 for the present invention . In FIG. 19, a constant current function is achieved by a combination of the
なお、調光制御の実施例1〜4の直流電圧変換回路として、図14で示したフライバック型電源を例示したが、図3のIPDを用いた非絶縁タイプの降圧チョッパ回路構成でもよく、図4〜図6のチョッパ回路構成でも良く、DC−DCコンバータの構成であれば特に限定しないことは言うまでもない。また、スイッチ素子QがOFFである期間には、定電流化のためのフィードバック制御を実質的に休止し、スイッチ素子QがONである期間には、定電流化のためのフィードバック制御を再開するように構成しても良い。 In addition, although the flyback type power supply shown in FIG. 14 was illustrated as a direct current voltage conversion circuit of Examples 1 to 4 of dimming control, a non-insulated step-down chopper circuit configuration using the IPD of FIG. Needless to say, the chopper circuit configuration of FIGS. 4 to 6 is not particularly limited as long as the configuration is a DC-DC converter. Further, during the period when the switch element Q is OFF, the feedback control for constant current is substantially suspended, and during the period when the switch element Q is ON, the feedback control for constant current is resumed. You may comprise as follows .
本発明は、LEDを用いた照明装置、照明器具、例えば、LEDを複数個並べて用いるスタンド照明、常夜灯、足元灯、道路の信号灯、電車踏み切りの警報信号灯、スポット照明などに利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for lighting devices and lighting fixtures using LEDs, for example, stand lighting using a plurality of LEDs arranged side by side, nightlights, foot lamps, road signal lights, train crossing warning signal lights, spot lights, and the like.
1 商用交流電源
2 直流電源装置
20 定電流電源回路
21 直流電圧変換回路
22 電流検出手段
3 LEDモジュール部
Q スイッチ素子
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