JP4430084B2 - Led発光装置及びled発光装置を用いた機器及び灯具 - Google Patents
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Description
本発明のLED駆動回路を備えたLED発光装置の基本構成について、図面を参照して説明する。図1は、本発明の基本構成となるLED発光装置の内部構成を示すブロック図である。
図1のLED発光装置は、LED群1x,1yが逆並列接続されて構成されるLEDユニット1と、LEDユニット1と2次側が直列に接続されるソリッドステートリレー(SSR)2と、SSR2の1次側に対して2次側の導通/非導通を制御するパルス信号を供給するドライバ回路3と、LEDユニット1と直列に接続されたAC電源である商用電源4と、ドライバ回路3に直流電圧を印加するDC電源5と、SSR2の2次側と接続する抵抗R1と、を備える。
この図1に示すLED発光装置の動作について、以下に説明する。商用電源4からの交流電圧Vaが図2(a)のように変化しているとき、交流電圧Vaが正の場合に、LEDユニット1のLED群1xを構成するLED1aに電流が流れ、交流電圧Vaが負の場合に、LEDユニット1のLED群1yを構成するLED1bに電流が流れるものとする。即ち、図2(b)のように、交流電圧Vaが正のときに第1パルス信号P1が与えられると、図2(c)のように、第1パルス信号P1が与えられてハイとなった瞬間から交流電圧Vaが0となるまでの期間を第1導通期間として、SSR2の1次側が導通する。又、図2(b)のように、交流電圧Vaが負のときに第2パルス信号P2が与えられると、図2(d)のように、第2パルス信号P2が与えられてハイとなった瞬間から交流電圧Vaが0となるまでの期間を第2導通期間として、SSR2の1次側が導通する。
全光状態としたときのLED発光装置の電源効率と抵抗R1との関係について、以下に述べる。LEDユニット1を構成するLED1a,1bは、同一特性のLEDを用いることにより動作電圧Vfをなるべく等しいものとすることが理想であるが、現実的には、製造バラツキが生じるため、各LEDの動作電圧Vfにもバラツキが生じる。この動作電圧Vfのバラツキに応じて、LED群1x,1yそれぞれの動作電圧の合計値Vfsum1,Vfsum2についても、各LED発光装置に対してバラツキが生じる。
LEDユニット1のLED群1x,1yを構成するLED1a,1bの組み合わせの種類について、以下に説明する。LEDユニット1を構成するLED1a,1bとして、1色による組み合わせ、2色による組み合わせ、3色による組み合わせのそれぞれについて示す。尚、以下では、1色〜3色による組み合わせについて例示するが、以下に例示した組み合わせと同様にすることで、4色以上の組み合わせとすることができる。又、2色以上組み合わせとするとき、以下では説明しないが、LED1a,1bの少なくとも一方を複数色の組み合わせとして、LED群1x,1yより別の波長の光を発光させることができる。更に、3色以上の組み合わせとしたときは、LED群1x,1yより別の波長の光を発光させるように、LED1a,1bの一方のみを複数色の組み合わせとしても構わない。又、3色以上の組み合わせとしたときは、LED1a,1bの両方をそれぞれ複数色の組み合わせとする場合、LED1a,1bそれぞれで組み合わせを異なるものとすることで、LED群1x,1yより別の波長の光を発光させることができる。
LEDユニット1を構成するLED1a,1bを1色のLEDとする場合、LED群1x,1yそれぞれを半波整流駆動することによって、擬似的に全波整流駆動による発光動作を行う。発光量の調節については、第1及び第2パルス信号の出力タイミングを変化させて、LED1a,1bそれぞれの発光時間を変化させることで、実現される。このようにLEDユニット1を構成するLED1a,1bを1色とする場合、LED1a,1bを白色LEDとすることによって、蛍光灯の代替となる白色照明として利用することができる。このとき、LED1a,1bの個数については同数としても構わないし、LED群1x,1yの動作電圧Vfsum1,Vfsum2が等しくなるように、個数設定を行うものとしても構わない。
LEDユニット1を構成するLED1a,1bを2色のLEDとする場合、LED群1xを構成するLED1aそれぞれを同一色のLEDとし、LED群1yを構成するLED1bそれぞれを同一色で且つLED1aと異なる色のLEDとする。このように構成するとき、ドライバ回路3からの第1及び第2パルス信号によって、LED群1x,1yそれぞれの発光量(輝度)を独立して制御することで、LEDユニット1による色調を調整することができる。このとき、商用電源4からのAC電源の半周期(半波)毎に、その設置位置が近接したLED群1x,1yの発光動作が切り替わるため、人の目には、LED群1x,1yそれぞれの発光色を混合した色に見える。
このように、LED1aを緑色LEDとし、LED1bを青色LEDとしたとき、第1パルス信号のみがドライバ回路3よりSSR2に供給される場合、LED群1xのみが半波整流で駆動することとなる。よって、LED群1xのみが発光することとなり、緑色の光がLEDユニット1より照射されることとなり、第1パルス信号の出力タイミングに応じて、緑色の光の輝度が設定される。又、第2パルス信号のみがドライバ回路3よりSSR2に供給される場合、LED群1yのみが半波整流で駆動するため、LED1yのみが発光することとなり、青色の光がLEDユニット1より照射される。そして、第2パルス信号の出力タイミングに応じて、青色の光の輝度が設定される。
このように、LED1aを緑色LEDとし、LED1bを赤色LEDとしたとき、第1パルス信号のみがドライバ回路3よりSSR2に供給される場合は、上述の(1)の組み合わせ例と同様、緑色の光がLEDユニット1より照射されることとなる。又、第2パルス信号のみがドライバ回路3よりSSR2に供給される場合は、LED群1yのみが半波整流で駆動するため、LED1yのみが発光することとなり、赤色の光がLEDユニット1より照射されることとなり、第2パルス信号の出力タイミングに応じて、赤色の光の輝度が設定される。
このように、LED1aを赤色LEDとし、LED1bを青色LEDとしたとき、第1パルス信号のみがドライバ回路3よりSSR2に供給される場合は、上述の(2)の組み合わせ例で第2パルス信号のみが供給される場合と同様、赤色の光がLEDユニット1より照射されることとなる。又、第2パルス信号のみがドライバ回路3よりSSR2に供給される場合は、上述の(1)の組み合わせ例と同様、青色の光がLEDユニット1より照射されることとなる。
LEDユニット1を構成するLED1a,1bを3色のLEDとする場合、LED群1xを構成するLED1aそれぞれを2色のLEDで組み合わせたものとし、LED群1yを構成するLED1bそれぞれを同一色で且つLED1aと異なる色のLEDとする。このように構成するとき、2色のLEDを組み合わせた場合と同様、ドライバ回路3からの第1及び第2パルス信号によって、LED群1x,1yそれぞれの発光量(輝度)を独立して制御することで、LEDユニット1による色調を調整することができる。このとき、商用電源4からのAC電源の半周期(半波)毎に、その設置位置が近接したLED群1x,1yの発光動作が切り替わるため、人の目には、LED群1x,1yそれぞれの発光色を混合した色に見える。
この場合、LED群1xを、緑色のLED1aと赤色のLED1aとを組み合わせることによって構成し、LED群1yを青色のLED1bによって構成する。そして、上述したように、赤色、緑色、青色の輝度の比率が3:6:1となるように個数設定する。即ち、各LEDの発光輝度が等しいものとすると、赤色、緑色、青色のLEDそれぞれの個数が3:6:1で設定される。尚、本組み合わせ例も含めて、以下の各組み合わせ例において、赤色、緑色、青色のLEDそれぞれの発光輝度が等しいものとして説明する。
この場合、LED群1xを、青色のLED1aと緑色のLED1aとを組み合わせることによって構成し、LED群1yを赤色のLED1bによって構成する。そして、上述したように、赤色、緑色、青色の輝度の比率が3:6:1となるように個数設定する。このとき、赤色、緑色、青色のLEDそれぞれの発光輝度が等しいものとすると、LED群1yが、3x個の赤色のLED1bで構成されると、LED群1xが、x個の青色のLED1aと、6x個の緑色のLED1aとで構成されることとなる。そして、赤色、緑色、青色のLEDそれぞれの動作電圧が等しいものとすると、LED群1yに抵抗が直列に接続されて、LED1a,1bに同等の動作電流が流れるように設定される。
この場合、LED群1xを、赤色のLED1aと青色のLED1aとを組み合わせることによって構成し、LED群1yを緑色のLED1bによって構成する。そして、上述したように、赤色、緑色、青色の輝度の比率が3:6:1となるように個数設定する。このとき、赤色、緑色、青色のLEDそれぞれの発光輝度が等しいものとすると、LED群1yが、6x個の緑色のLED1bで構成されると、LED群1xが、x個の青色のLED1aと、3x個の赤色のLED1aとで構成されることとなる。そして、赤色、緑色、青色のLEDそれぞれの動作電圧が等しいものとすると、LED群1xに抵抗が直列に接続されて、LED1a,1bに同等の動作電流が流れるように設定される。
上述のようにLEDユニット1が構成されるとき、このLEDユニット1への商用電源4からの電力供給を決定するSSR2の構成について、以下に説明する。このSSR2として、光トリガ型のトライアックを利用するものや、ゲート電流トリガ型のトライアックを利用するものがある。
SSR2を光トリガ型のトライアックによるものとするとき、ドライバ回路3からのパルス信号によって駆動するLEDを1次側に備えるとともに、1次側のLEDからの光によって動作する双方向型のサイリスタである光点弧用トライアックを2次側に備える。尚、1次側のLEDと、2次側のトライアックとによって、フォトトライアックカプラが形成される。このフォトトライアックカプラを備えるSSR2の構成例について、説明する。尚、ドライバ回路3からは、フォトトライアックカプラのLEDに対して、LEDのアノード側がカソード側より電圧が高くなりLEDを導通させるパルス信号(上述の第1及び第2パルス信号を含む全てのパルス信号に相当)を発生する。
商用電源4より供給される交流電流が0.1A(実効値)以下となる場合は、図8(a)に示すように、SSR2が、フォトトライアックカプラ20だけの構成とされる。即ち、ドライバ回路3からのパルス信号で発光動作を行う1次側のLED21と、LED21からの光を受光してON/OFF駆動する2次側のフォトトライアック22と、を備える。
又、商用電源4より供給される交流電流が0.1A(実効値)より大きく8A(実効値)以下となる場合は、図8(b)に示すように、SSR2が、フォトトライアックカプラ20によってON/OFF駆動するメイントライアック23を2次側に更に備えた構成とされる。即ち、メイントライアック23が、LEDユニット1と抵抗R1との間でLEDユニット1及び抵抗R1と直列に接続される。そして、メイントライアック23の一端(図中ではLEDユニット1側)とゲートとの間に、フォトトライアックカプラ20のフォトトライアック22が接続されることで、LEDユニット1の導通制御が成される。
又、上述の2構成において、非ゼロクロス型のフォトトライアックカプラを用いたが、ゼロクロス型のフォトトライアックカプラを用いた構成としても構わない。図9(a)及び図9(b)のように、フォトトライアックカプラとして、図8(a)及び図8(b)のフォトトライアックカプラ20に対して2つのゼロクロス回路24a,24bを追加した構成のフォトトライアックカプラ20aが使用される。その他の構成については、上述の2構成(図8(a)及び図8(b)の構成)と同一である。尚、ゼロクロス回路24a,24bについては、公知又は周知のゼロクロス回路を用いるものとし、その詳細な説明については省略する。
上述の光トリガ型の場合、SSR2の1次側と2次側の間で光を仲介することで、SSR2の2次側の導通状態をON/OFF切り換えするため、その絶縁する機能を備えるものとできるが、1次側にパルス信号を与えるドライバ回路3に電力供給するDC電源5をも商用電源4から取得される場合は、1次側と2次側で絶縁する必要がない。そのため、図10のように、ゲート電流トリガ型のトライアック20bによってSSR2を構成することができる。
上述のようにSSR2を構成するときにおいて、各種保護対策として、上記の構成に追加するものとしても構わない。即ち、図12に示すように、抵抗R2とコンデンサC1との直列回路によって構成されるスナバ回路9をSSR2と並列に接続することで、商用電源4による急激な過電圧からSSR2を保護する構成とすることができる。又、図13に示すように、商用電源4とLEDユニット1との間にヒューズ10を直列に接続することで、商用電源4による急激な電圧変化により過電流がLEDユニット1に流れることで、LEDユニット1内のLED1a,1bの過電流サージ破壊を防止する構成することができる。
上述した基本構成(図1)に対して、LEDユニット1に流れる電流を検出してドライバ回路にフィードバックする第1の実施形態について、図面を参照して説明する。図15は、本実施形態におけるLED発光装置の構成を示すブロック図である。尚、図15の構成において、図1の構成と同一の目的で使用する部分及び素子については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
上述した基本構成(図1)に対して、LEDユニット1に流れる電流を検出してドライバ回路にフィードバックする第2の実施形態について、図面を参照して説明する。図18は、本実施形態におけるLED発光装置の構成を示すブロック図である。尚、図18の構成において、図15の構成と同一の目的で使用する部分及び素子については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
上述した基本構成(図1)に対して、LEDユニット1からの発光色を検出してドライバ回路にフィードバックする第3の実施形態について、図面を参照して説明する。図20は、本実施形態におけるLED発光装置の構成を示すブロック図である。尚、図20の構成において、図1の構成と同一の目的で使用する部分及び素子については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
1x,1y LED群
1a,1b LED
2 SSR
3 ドライバ回路
4 商用電源
5 DC電源
6 操作部
7 赤外線信号受信部
8 リモコン
9 スナバ回路
10 ヒューズ
11,11x,11y 電流検出器
Claims (7)
- 複数の第1LEDを直列接続した第1LED群と、前記第1LED群に対して逆並列接続され且つ複数の第2LEDを直列接続した第2LED群とを備え、前記第1LED群と前記第2LED群との発光色を異ならせ、交流電源からの正の電圧によって前記第1のLED群を負の電圧によって前記第2のLED群を発光させるLED発光装置において、
前記第1LED群の発光時間を第1パルス信号で制御し、前記第2LED群の発光時間を第2パルス信号で制御する演色制御手段と、
前記第1及び第2パルス信号を受けて前記第1及び第2LED群を位相制御によりON制御を行うスイッチ手段と、
を設けたことを特徴とするLED発光装置。 - 前記第1及び第2パルス信号の出力タイミングを時間軸に沿って変化させることを特徴とする請求項1記載のLED発光装置。
- 前記第1LED群と第2LED群とを近接設置したことを特徴とする請求項1又は2記載のLED発光装置。
- 前記第1LED群の発光時間と前記第2LED群の発光時間を設定入力する操作部を設けたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のLED発光装置。
- 前記第1LED群の発光時間と前記第2LED群の発光時間を設定入力するリモートコントローラー及び赤外線信号受信部を設けたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のLED発光装置。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のLED発光装置を用いた照明器具。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のLED発光装置を用いた灯具。
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