JP5263592B2 - Led点灯装置および照明器具 - Google Patents

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本発明は、発光ダイオードを点灯するLED点灯装置およびこのLED点灯装置を具備する照明器具に関する。
LED点灯装置は、一般的に、商用交流電源の交流電圧を一定の直流電圧に変換し、発光ダイオード(LED)に一定の電流を供給し、発光ダイオードからの光出力を一定に制御している。そして、発光ダイオードに定電流を供給するものとして、整流回路およびDC−DCコンバータ回路を有するLED点灯装置が提案されている(例えば特許文献1参照。)。このDC−DCコンバータ回路は、スイッチング素子のオンオフ動作に伴って発生する高周波ノイズが交流電源側に伝播しないようにするために、トランスの一次巻線および二次巻線間を結合用コンデンサで接続し、前記高周波ノイズを二次巻線側に回生させている。
そして、発光ダイオードと器具筐体(非充電導電部)またはアース(E)との間には、特許文献1に開示されているように、浮遊容量が存在している。
特開2008−130438号公報(第5−6頁、第1図)
LED点灯回路は、その入力端子およびアース(E)間に、高電圧(例えばAC1500V)を対地印加する耐圧試験が行われ、また、対地ノイズなどの高電圧が印加される。このとき、発光ダイオードおよびアース(E)間に浮遊容量が存在していると、当該浮遊容量の両端間に発生する高電圧が発光ダイオードの耐過電圧以上になることがあり、発光ダイオードが破壊することがあった。
本発明は、耐圧試験用の対地高電圧が印加されても発光ダイオードの破壊が防止されるLED点灯装置およびこのLED点灯装置を具備する照明器具を提供することを目的とする。
請求項1に記載のLED点灯装置の発明は、直流電源回路と;絶縁トランス、この絶縁トランスの一次巻線と直列に接続され前記直流電源回路の出力間に接続されたスイッチング素子、前記絶縁トランスの一次巻線と二次巻線との間に接続された結合用コンデンサおよび前記絶縁トランスの二次巻線間に接続された整流平滑回路を有し、前記スイッチング素子のオンオフ動作により前記直流電源回路の出力電圧を所定の直流電圧に変換して出力するDC−DC変換回路と;このDC−DC変換回路の出力間に接続され、接地される収納部に設けられる発光ダイオードと;を具備し、前記直流電源回路に対地印加される外部電圧の対地間電圧値をEn(V)、前記発光ダイオードの耐過電圧値をEd(V)、前記結合用コンデンサのインピーダンス値をZc(Ω)、前記発光ダイオードおよびアース間の浮遊容量のインピーダンス値をZcy(Ω)としたときに、En×Zcy/(Zc+Zcy)≦Edの関係式を満足していることを特徴とする。
本発明および以下の発明において、特に言及しない限り、各構成は以下による。
スイッチング素子は、例えばバイポーラトランジスタや電界効果トランジスタなどからなり、DC−DC変換回路の出力間に所定の直流電圧が発生するようにオンオフ制御される。
外部電圧は、耐圧試験用の高電圧に限らず、対地ノイズや雷サージなどの電圧であってもよい。
発光ダイオードは、基板の一面に、例えば整列的に配設されて、LEDモジュールまたは点灯ユニットに構成される。また、発光ダイオードを配設した基板が器具本体内に収納される。LEDモジュール、点灯ユニットおよび照明器具は、収納部を形成している。
「発光ダイオードの耐過電圧量」とは、発光ダイオードが1個の場合の耐過電圧値、または発光ダイオードが複数の場合の個々の発光ダイオードの耐過電圧値を合計した値である。耐過電圧値は、発光ダイオードに定格電圧を上回る過電圧が印加され、発光ダイオードが破壊するときの電圧値である。
結合用コンデンサは、1個に限らず、複数個であってもよい。この場合、結合用コンデンサのインピーダンス値は、合成インピーダンス値となる。
また、結合用コンデンサは、絶縁トランスの一次巻線および二次巻線のそれぞれの高電位側間またはそれぞれの低電位側間のいずれに接続されてもよい。
En×Zcy/(Zc+Zcy)≦Edの関係式は、直流電源回路に対地印加される外部電圧の対地間電圧値(En)が結合用コンデンサおよび浮遊容量で分圧されると仮定している。
本発明によれば、直流電源回路に対地印加される外部電圧の対地間電圧値(En)に対して、発光ダイオードおよびアース(E)間の浮遊容量の両端間電圧が発光ダイオードの耐過電圧量以下となるように、DC−DC変換回路の絶縁トランスの一次巻線および二次巻線間に接続される結合用コンデンサの容量が設定される。これにより、発光ダイオードには、耐過電圧値以下の電圧が印加され、発光ダイオードの破壊が防止される。
請求項2に記載の照明器具の発明は、請求項1記載のLED点灯装置と;このLED点灯装置の発光ダイオードを配設している器具本体と;を具備していることを特徴とする。
本発明によれば、請求項1記載のLED点灯装置を具備するので、耐電圧試験を行っても、発光ダイオードの破壊が防止される照明器具が提供される。
請求項1の発明によれば、直流電源回路に対地印加される外部電圧の対地間電圧値(En)に対して、発光ダイオードおよびアース(E)間の浮遊容量の両端間電圧が発光ダイオードの耐過電圧量以下となるように、結合用コンデンサの容量が設定されているので、直流電源回路に耐圧試験用の高電圧やノイズなどの高電圧が対地印加されても、発光ダイオードの破壊を防止することができて品質の向上したLED点灯装置を提供することができる。
請求項2の発明によれば、請求項1記載のLED点灯装置を具備するので、照明器具において耐圧試験を行っても発光ダイオードの破壊が防止されて、品質の向上した照明器具を提供することができる。
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。まず、本発明の第1の実施形態について説明する。
図1および図2は、本発明の第1の実施形態を示し、図1はLED点灯装置の概略回路図、図2は発光ダイオードの基板への実装を示す概略側面図である。
LED点灯装置1は、直流電源回路2およびDC−DC変換回路3を有する点灯回路4および複数の発光ダイオード5が直列接続されて形成されたLED回路6を有して構成されている。点灯回路4の入力端子7,7は、商用交流電源Vsに接続され、出力端子8,8は、LED回路6に接続されている。点灯回路4は、電源ユニット4Aに形成することができ、LED回路6は、点灯ユニット6Aに形成することができる。
直流電源回路2は、整流器9および平滑用コンデンサC1を有して形成されている。そして、整流器9の入力端子が点灯回路4の入力端子7,7に接続され、整流器9の出力端子間に平滑用コンデンサC1を接続している。直流電源回路2は、商用交流電源Vsからの交流電圧を直流電圧に変換して出力する。
DC−DC変換回路3は、絶縁トランスT1、スイッチング素子Q1、雑音防止用の結合用コンデンサ10,11および整流平滑回路12を有して形成されている。絶縁トランスT1は、直流電源回路2の出力電圧(平滑用コンデンサC1の両端間電圧)を変成して出力する。スイッチング素子Q1は、電界効果トランジスタからなり、絶縁トランスT1の一次巻線T1aと直列的に接続されて、直流電源回路2の出力間(平滑用コンデンサC1の両端間)に接続されている。
スイッチング素子Q1のゲート(制御端子)は、制御回路13に接続されている。制御回路13は、絶縁トランスT1の二次巻線T1bの両端間(整流平滑回路12の出力間)に所定の直流電圧が発生するように、スイッチング素子Q1のオンオフ動作を制御するように形成されている。
そして、絶縁トランスT1の一次巻線T1aの両端間には、スナバ回路14が接続されている。スナバ回路14は、ダイオードD1、抵抗R1およびコンデンサC2を有して形成され、スイッチング素子Q1がオン状態からオフ状態になったときに、絶縁トランスT1の一次巻線T1aの流れている電流を回生させて、スイッチング素子Q1を保護している。
結合用コンデンサ10,11は、絶縁トランスT1の一次巻線T1aおよび二次巻線T1bの間に、整流平滑回路12を介して接続されている。そして、結合用コンデンサ10,11は、直流電源回路2の高電位側および整流平滑回路12の高電位側の間に接続されている。耐電圧の低いコンデンサを使用するために、2個の結合用コンデンサ10,11が用いられて直列接続されている。そして、結合用コンデンサ10,11は、その合成容量が後述する所定の容量に設定されている。
結合用コンデンサ10,11は、スイッチング素子Q1のオンオフ動作により発生した高周波電圧を絶縁トランスT1の一次巻線T1a側から二次巻線T1b側に伝播し、商用交流電源Vs側には伝播されにくくする。すなわち、高周波ノイズが商用交流電源Vs側に漏れることを防止している。
整流平滑回路12は、絶縁トランスT1の二次巻線T1bの両端間に接続されている。そして、整流平滑回路12は、整流用のダイオードD2および平滑用コンデンサC3を有して形成され、絶縁トランスT1の二次巻線T1bの両端間に発生した電圧を所定の直流電圧に整流平滑している。こうして、DC−DC変換回路3は、スイッチング素子Q1のオンオフ動作により、直流電源回路2の出力電圧を所定の直流電圧に変換して、点灯回路4の出力端子8,8間に出力している。
発光ダイオード5は、照明光として利用される可視光(例えば白色光)を放射するように形成され、複数個が直列接続されている。この直列接続された発光ダイオード5は、点灯回路4の出力端子8,8間、すなわちDC−DC変換回路3の出力間に接続されている。
そして、発光ダイオード5は、図2に示すように、回路基板15の上面15aに例えば列状など整列して実装されている。回路基板15は、例えば、ガラスエポキシ材などの樹脂基板やアルミニウム(Al)などの金属基板により形成されている。
回路基板15は、例えば、絶縁性の放熱シート16を介して収納部としての点灯ユニット6Aなどの金属筐体17に取付けられている。この金属筐体17は、接地されている。すなわち、収納部としての点灯ユニット6Aは、アース(E)に接続されている。
放熱シート16は、発光ダイオード5に発生した熱を金属筐体17に伝熱させるものであるが、回路基板15の金属と金属筐体17に挟まれているので、誘電体となるものである。したがって、それぞれの発光ダイオード5と、アース(E)との間には、それぞれ浮遊容量Csを有しているものである。
そして、DC−DC変換回路3の結合用コンデンサ10,11の容量は、以下の関係式を満足するように設定されている。
En×Zcy/(Zc+Zcy)≦Ed
ここで、Enは、直流電源回路2に対地印加される外部電圧の対地間電圧値(V)、Edは、直列接続された発光ダイオード5の耐過電圧量(V)、Zcは、結合用コンデンサ10,11の合成インピーダンス値(Ω)、Zcyは、発光ダイオード5およびアース(E)間の合成浮遊容量Csのインピーダンス値(Ω)である。
上記の関係式は、直流電源回路2に対地印加される外部電圧(例えば耐圧試験電圧)の対地間電圧値(En)が結合用コンデンサ10,11と、発光ダイオード5およびアース(E)間の浮遊容量Csで分圧されると仮定したものである。そして、対地間電圧En(V)に対して、結合コンデンサ10,11の両端間電圧を浮遊容量Csの両端間電圧以上とするとともに、浮遊容量Csの両端間電圧が直列接続された発光ダイオード5の耐過電圧量以下となるように、結合用コンデンサ10,11の合成容量を算出している。
次に、本発明の第1の実施形態の作用について述べる。
例えば耐圧試験の試験電圧(例えばAC1500V)を直流電源回路2の入力端子7,7に対地印加すると、その試験電圧値(En)は、少なくともDC−DC変換回路3の結合コンデンサ10,11と、発光ダイオード5およびアース(E)間の浮遊容量Csとで分圧される。
そして、上記関係式による結合用コンデンサ10,11の合成容量の設定により、試験電圧値(En)に対して、発光ダイオード5およびアース(E)間の浮遊容量Csの両端間電圧が直列接続された発光ダイオード5の耐過電圧量以下となる。個々の発光ダイオード5には、当該耐過電圧量を直列接続された発光ダイオード5の数量で除算した耐過電圧値以下の電圧が印加される。発光ダイオード5は、耐過電圧値以下の電圧が印加されると、破壊するに至らない。
したがって、耐圧試験時において、直流電源回路2に耐圧試験用の高電圧(AC1500V)を対地印加しても、または直流電源回路2にノイズなどの高電圧が対地印加されても、LED回路6の発光ダイオード5の破壊を防止することができて、品質の向上したLED点灯装置1を提供することができる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
図3は、本発明の第2の実施形態を示すLED点灯装置の概略回路図である。なお、図1と同一部分には、同一符号を付して説明は省略する。
図3に示すLED点灯装置1Aは、図1に示すLED点灯装置1において、点灯回路4を収納し接地されている電源ユニット4Aと、DC−DC変換回路3の低電位入力側との間に直列接続されたコンデンサC4,C5が接続されている。すなわち、DC−DC変換回路3の低電位入力側とアース(E)との間に、コンデンサC4,C5が直列接続されているものである。
電源ユニット4A(点灯回路4)の入力端子7,7に印加した外部からの対地ノイズやスイッチングQ1のオンオフ動作などにより点灯回路4の内部で発生したノイズは、絶縁トランスT1の一次側において、コンデンサC4,C5を介してアース(E)側にバイパスされる。したがって、ノイズが商用交流電源Vs側に漏れることを防止することができて、商用交流電源Vsに接続されている他の電子機器の誤動作や破壊を防止することができる。
そして、LED点灯装置1Aにおいても、直流電源回路2に耐圧試験用の高電圧(AC1500V)が対地印加され、またはノイズなどの高電圧が対地印加されても、発光ダイオード5の破壊を防止することができる。
次に、本発明の第3の実施形態について述べる。
図4は、本発明の第2の実施形態を示す照明器具の概略斜視図、図5は、同じく照明器具の一部切り欠き概略側面図である。なお、図1と同一部分には、同一符号を付して説明は省略する。
図4に示す照明器具19は、天井面等に埋設されるダウンライトであり、略円筒状の器具本体20の下端側に円形の化粧枠21が設けられ、この化粧枠21に透光性カバー22が配設されている。そして、器具本体20は、左右両側に器具本体20を天井等に固定するための一対の取付けばね23,23を取り付けている。
また、器具本体20は、図5に示すように、下端側内部に発光ダイオード5を配設しているLEDモジュール24および反射板25を配設している。また、器具本体20の内部には、電源ユニット4Aが配設されている。この電源ユニット4Aにおいて点灯回路4などが構成している。そして、器具本体20の上面側には、商用交流電源Vsからの図示しない電源線やアース線18を接続する端子台26が配設されている。
器具本体20は、LED点灯装置1を具備しているので、耐圧試験を行っても発光ダイオード5の破壊が防止される品質の向上した照明器具19を提供することができる。
本発明の第1の実施形態を示すLED点灯装置の概略回路図。 同じく、発光ダイオードの基板への実装を示す概略側面図。 本発明の第2の実施形態を示すLED点灯装置の概略回路図。 本発明の第3の実施形態を示す照明器具の概略斜視図。 同じく、照明器具の一部切り欠き概略側面図。
符号の説明
1,1A…LED点灯装置
2…直流電源回路
3…DC−DC変換回路
5…発光ダイオード
10,11…結合コンデンサ
12…整流平滑回路
19…照明器具
20…器具本体
T1…絶縁トランス
Q1…スイッチング素子

Claims (2)

  1. 直流電源回路と;
    絶縁トランス、この絶縁トランスの一次巻線と直列に接続され前記直流電源回路の出力間に接続されたスイッチング素子、前記絶縁トランスの一次巻線と二次巻線との間に接続された結合用コンデンサおよび前記絶縁トランスの二次巻線間に接続された整流平滑回路を有し、前記スイッチング素子のオンオフ動作により前記直流電源回路の出力電圧を所定の直流電圧に変換して出力するDC−DC変換回路と;
    このDC−DC変換回路の出力間に接続され、接地される収納部に設けられる発光ダイオードと;を具備し、
    前記直流電源回路に対地印加される外部電圧の対地間電圧値をEn(V)、前記発光ダイオードの耐過電圧量をEd(V)、前記結合用コンデンサのインピーダンス値をZc(Ω)、前記発光ダイオードおよびアース間の浮遊容量のインピーダンス値をZcy(Ω)としたときに、
    En×Zcy/(Zc+Zcy)≦Ed
    の関係式を満足していることを特徴とするLED点灯装置。
  2. 請求項1記載のLED点灯装置と;
    このLED点灯装置の発光ダイオードを配設している器具本体と;
    を具備していることを特徴とするLED照明器具。
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