JP5393856B2 - Led点灯装置 - Google Patents
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Description
交流電圧を直流電圧に変換する直流電源回路と、
前記直流電源回路によって変換された前記直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路の出力側に接続されて直流成分をカットする直流カットコンデンサと、
前記直流カットコンデンサと直列に接続されたインダクタと、
前記インダクタと直列に接続された共振用の共振コンデンサと、
前記共振コンデンサと並列接続され、前記インバータ回路からの出力電流を直流電流に変換し、変換された前記直流電流を出力端子からLED(Light Emitting Diode)に供給する全波整流回路と、
前記全波整流回路の出力側に配置され、前記LEDに流れるLED電流に対応する対応信号を検出する対応信号検出部と
を備えたことを特徴とする。
図1は実施の形態1のLED(Light Emitting Diode;発光ダイオード)点灯装置110−1の回路図である。なお、図1において、商用交流電源1、調光コントローラ19(比較対象信号出力装置)、直列接続された複数のLED13からなるLEDユニット106はLED点灯装置110−1の構成要素ではない。
第1整流回路2は、商用交流電源1から供給される交流電圧を全波整流する。第1インダクタ3、スイッチング素子4、ダイオード5、第1平滑コンデンサ6は昇圧チョッパ回路101を構成する。昇圧チョッパ回路101は第1整流回路2で全波整流された直流電圧を昇圧、平滑化する。なお。直流電圧を生成する回路構成であれば、昇圧チョッパ回路以外の回路構成でもよく、例えばコンデンサインプット形整流回路でも良い。図1に示すように、第1整流回路2と昇圧チョッパ回路101とは直流電源回路103を構成する。
スイッチング素子7a(第1のスイッチング素子)、スイッチング素子7b(第2のスイッチング素子)は、ハーフブリッジ形のインバータ回路102を構成する。インバータ回路102は第1平滑コンデンサ6に並列接続され、直流電源回路103によって交流電圧から変換された直流電圧を高周波電圧に変換する。インバータ回路102の出力側には直流カットコンデンサ11が接続されている。直流カットコンデンサ11は直流成分をカットし、交流成分のみ出力する役割を果たす。なお、第1整流回路2及び第2整流回路10は例えばダイオードブリッジ回路を構成する。
LED電流検出回路15は、LED電流検出抵抗14(第1の抵抗)を介してLED13を流れるLED電流を電圧信号(対応信号の一例)として検出し、誤差増幅器17(比較部)に入力する。誤差増幅器17(比較部)は検出信号を目標信号18(調光コントローラ19から常時出力されている)と比較し、差分を増幅して出力し、電圧制御発振器20(VCO)に入力する。電圧制御発振器20は誤差増幅器17から出力された電圧信号に基づいてインバータ回路102を駆動する周波数信号(制御信号)をスイッチング素子駆動回路21に出力する。図1に示すようにLED電流検出回路15、誤差増幅器17、電圧制御発振器20はフィードバック制御部105を構成する。スイッチング素子駆動回路21(ドライバ)は、電圧制御発振器20から出力される周波数信号に基づき、インバータ回路102(スイッチング素子7a、7b)を駆動する。
次に調光制御について説明する。LED13に流れる電流を小さくして明るさを絞る場合、インバータ回路102の駆動周波数、すなわちスイッチング素子7a、7bのスイッチング周波数を高くすることにより達成する。これはインバータ駆動周波数に比例して第2インダクタ8の誘導リアクタンスXL(XL=2πfL[Ω])が増加するからである。ここで、fはインバータ周波数、Lは第2インダクタ8のインダクタンスである。
また、第2インダクタ8のみの場合、LED13に流れる電流を小さくする場合、インバータ駆動周波数を非常に高く上昇させなければならず、インバータ周波数増加に伴うスイッチング損失、スイッチングノイズが増大する。そこで、第2整流回路の入力側と並列に、共振コンデンサ9を設けている。すなわち共振用の共振コンデンサ9が第2インダクタ8と直列接続されている。この共振コンデンサ9により、インバータ駆動周波数上昇に反比例して、コンデンサの容量リアクタンスXC(XC=1/(2πfC)[Ω])が減少するので、LED13に印加される電圧が低下し、LED電流を減少させることが出来る。ここで、fはインバータ駆動周波数、Cは共振コンデンサ9の静電容量である。
図4はLED電流のフィードバック制御のフローチャートである。次に図4を参照してLED電流のフィードバック制御について述べる。LED13に流れる電流はLED電流検出抵抗14及びLED電流検出回路15により電圧信号に変換され、誤差増幅器17に入力される(S101)。また、調光コントローラ19により設定される目標LED電流値の目標信号18も誤差増幅器17に入力されて(S102)、LED電流検出回路15の検出信号と比較される。誤差増幅器17は2つの電圧信号値の差を積分値として出力する(S103)。出力された信号は電圧制御発振器20に入力される。電圧制御発振器20は入力された電圧値に応じて周波数信号を出力するもので、誤差増幅器17の出力電圧に応じてインバータ回路102の駆動周波数を決定し、検出電流値と目標LED電流値との差分が小さくなる方向にインバータ駆動周波数を制御して、フィードバック制御を行う(S104)。ここで、LED電流検出回路15は第2整流回路10の出力側に設けられているため、誤差増幅器17と基準電位が異なる。このため、図5に示すように、LED点灯装置110−2では、LED電流検出回路15の内部にフォトカプラ16を設け、LED電流検出回路15から誤差増幅器17への信号伝達は、フォトカプラ16を介して行っている。
図6は実施の形態2のLED点灯装置120−1の回路図である。実施の形態1のLED点灯装置と同様の構成部分は説明を省略する。実施の形態1との違いは、LED点灯装置120−1では第2整流回路10の出力側にLED電流検出回路15を設けず、インバータ電流検出抵抗22(第2の抵抗)を設けたことにある。
LED点灯装置120−3は、図8に示すように、LED電流検出抵抗14の代わりにカレントトランス36が配置された構成である。すなわち、フィードバック制御部105は、LEDユニット107、108を流れるLED電流がカレントトランス36の2次巻線に発生させる電圧(対応信号の一例)を検出し、フィードバック制御に使用する。
図10は、実施の形態3のLED点灯装置130の回路図である。実施の形態1のLED点灯装置との違いは、抵抗26、コンデンサ27、抵抗28、及び例えばトランジスタなどによって実現されるスイッチ手段24、25を設けたことである。ここでは、点灯始動時、消灯時の回路動作について述べる。その他、回路構成等、実施の形態1と同様の部分については説明を省略する。
本発明の実施の形態4は、実施の形態1に示す回路構成と同一構成であり、第2インダクタ8、共振コンデンサ9の定数設定について述べる。その他、回路構成・回路動作等は、実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
図15は、実施の形態5のLED照明装置500の側断面図である。LED照明装置500の照明装置本体29の内部には、実施の形態1〜4で説明したいずれかのLED点灯装置が収納されており、電源線31、コネクタ32を介して電源に接続される。LED33は照明装置本体29の発光面に装着され、配線34によりLED点灯装置30に接続され、LED照明装置500を形成する。
前記直流電源回路によって変換された前記直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路の出力側に接続されて直流成分をカットする直流カットコンデンサと、
前記直流カットコンデンサと直列に接続されたインダクタと、
前記インダクタと直列に接続された共振用の共振コンデンサと、
前記共振コンデンサと並列接続され、前記インバータ回路からの出力電流を直流電流に変換し、変換された前記直流電流を出力端子からLED(Light Emitting Diode)に供給する全波整流回路と、
前記全波整流回路の出力側に配置され、前記LEDに流れるLED電流に対応する対応信号を検出する対応信号検出部と、
前記対応信号検出部によって検出された前記対応信号と比較する比較対象信号を出力する比較対象信号出力装置から前記比較対象信号を入力し、前記対応信号と前記比較対象信号とを比較して比較結果を生成し、生成された前記比較結果に従って前記インバータ回路の駆動周波数を制御するフィードバック制御部と
を備えたことを特徴とするLED点灯装置。
前記LED電流が通過することにより電圧を発生する抵抗であり、
前記フィードバック制御部は、
前記対応信号として、前記抵抗に発生した電圧を、前記比較対象信号と比較することを特徴とするLED点灯装置。
Claims (1)
- 交流電圧を直流電圧に変換する直流電源回路と、
前記直流電源回路によって変換された前記直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路の出力側に接続されて直流成分をカットする直流カットコンデンサと、
前記直流カットコンデンサと直列に接続されたインダクタと、
前記インダクタと直列に接続された共振用の共振コンデンサと、
前記共振コンデンサと並列接続され、前記インバータ回路からの出力電流を直流電流に変換し、変換された前記直流電流を出力端子からLED(Light Emitting Diode)に供給する全波整流回路と、
前記全波整流回路の出力側に配置され、前記LEDに流れるLED電流に対応する対応信号を検出する対応信号検出部と
を備えたことを特徴とするLED点灯装置。
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