JP5412122B2

JP5412122B2 - Ｌｅｄ照明装置

Info

Publication number: JP5412122B2
Application number: JP2009018352A
Authority: JP
Inventors: 啓之福井
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2029-01-29
Also published as: JP2010177038A

Description

本発明は、既存の蛍光灯を用いた照明装置の代替として利用するのに適したＬＥＤ照明装置に関する。

従来から、蛍光灯を用いた照明器具が普及している。一方、発光ダイオード（ＬＥＤ）は、消費電力や寿命の観点において、蛍光灯より優れている。このような事情から、たとえば特許文献１に示されているように、蛍光灯の代わりにＬＥＤランプを用いたＬＥＤ照明装置が開発されている。

図４には、従来のＬＥＤ照明装置の内部の配線図を示している。同図に示されたＬＥＤ照明装置Ｘは、一般用蛍光灯照明器具に取り付けられて用いられる。なお、一般用蛍光灯照明器具とは、主に屋内の一般照明に広く用いられる照明器具であり、たとえば日本国内においては、商用１００Ｖ電源を用い、ＪＩＳＣ７６１７に定められた直管形蛍光ランプまたはＪＩＳＣ７６１８に定められた環形蛍光ランプが取り付けられる照明器具をいう。

ＬＥＤ照明装置Ｘでは、一般用蛍光灯照明器具からの電力を変圧器９１で降圧した後、整流器９２、コンデンサ９３によって直流電圧を生成する。次いで、この直流電圧を抵抗器９４および複数のＬＥＤ９５にかけることにより、複数のＬＥＤ９５を発光させている。

一般用蛍光灯照明器具は、本来は、取り付けられた蛍光灯に商用１００Ｖ電源からの交流電流を入力するものである。一般用蛍光灯照明器具は、蛍光灯に高電圧を発生させて放電を開始させ、放電開始後は蛍光灯に入力される電流を安定させる安定器を備えている。一般用蛍光灯照明器具は、蛍光灯の点灯方式により、スタータ式、ラピッドスタート式、インバータ式などに分類される。ＬＥＤ照明装置Ｘを取り付けた場合、同じ定格電圧の設定であっても、方式により安定器から出力される電圧、電流および周波数が異なってくる。また、同じ方式であっても、一般用蛍光灯照明器具の種類ごとに、安定器の特性は少しずつ異なる。

このため、ＬＥＤ照明装置Ｘでは、複数のＬＥＤ９５の配列を行う際に、各方式に対して複数のＬＥＤ９５の直列数および並列数の検討を行い、消費電力を考慮する必要があった。また、ＬＥＤ照明装置Ｘでは、複数のＬＥＤ９５に流れる電流を一定に保つのが困難であり、複数のＬＥＤ９５の発光が不安定となることがあった。

実開平６−５４２８９号公報

本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、一般用蛍光灯照明器具の種類によらず、複数のＬＥＤに一定の電流を流すことが可能なＬＥＤ照明装置を提供することを課題としている。

本発明にかかるＬＥＤ照明装置は、複数のＬＥＤと、上記複数のＬＥＤを接続する接続線と、を有する発光回路と、外部から入力される交流電圧を用いて上記複数のＬＥＤを駆動する駆動装置と、を備えており、上記駆動装置は、上記発光回路に流れる電流を所定電流値に制御する定電流制御回路を有することを特徴とする。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記駆動装置は、上記複数のＬＥＤをオン状態とするための電圧を発光回路に供給するか否かを切り替える第１のスイッチ素子を備えており、上記定電流制御回路は、上記第１のスイッチ素子がオン状態のときに、上記発光回路に流れる電流を所定電流値に制御する。

本発明のより好ましい実施の形態においては、上記駆動装置は、さらに、第２のスイッチ素子を含み、上記第２のスイッチ素子のオン状態およびオフ状態を交互に切り替えることにより、上記複数のＬＥＤをオン状態とするための直流電圧を上記交流電圧から生成する第１の電圧変換回路を備え、上記定電流制御回路は、上記第２のスイッチ素子のオン状態およびオフ状態を制御することにより、上記複数のＬＥＤがオン状態のときに、上記発光回路に流れる電流を所定電流値に制御する。

本発明のより好ましい実施の形態においては、上記駆動装置は、さらに、上記第１のスイッチ素子のオン状態およびオフ状態をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御回路と、上記直流電圧を所定電圧に変換して電源電圧として上記ＰＷＭ制御回路に供給する第２の電圧変換回路と、を備える。

本発明のより好ましい実施の形態においては、上記発光回路と並列な追加の発光回路と、上記追加の発光回路に流れる電流を所定電流値に制御する追加の定電流制御回路と、を備える。

本発明のより好ましい実施の形態においては、上記発光回路は、並列接続された複数個のＬＥＤ列を有しており、上記各ＬＥＤ列は、複数のＬＥＤおよび上記接続線のみによって構成されている。

本発明のＬＥＤ照明装置は、外部からの交流電圧の大きさによらず、上記定電流制御回路により、上記複数のＬＥＤに流れる電流を所定電流値とすることができる。なお、上記の外部からの交流電圧は、たとえば一般用蛍光灯照明器具から得られるものである。上記ＬＥＤ照明装置は、上記一般用蛍光灯照明器具の種類によらず、上記複数のＬＥＤに一定の電流を流すことが可能となっている。従って、上記ＬＥＤ照明装置は、上記一般用蛍光灯照明器具の種類に応じて上記複数のＬＥＤの配列を変える必要がなく、コスト削減を図ることができる。さらに、上記複数のＬＥＤに流れる電流が一定であるため、上記複数のＬＥＤの発光は安定する。

本発明にかかるＬＥＤ照明装置の第１実施形態を示す機能ブロック図である。図１に示すＬＥＤ照明装置におけるＰＷＭ制御信号とＬＥＤに供給される電圧を示す図である。本発明にかかるＬＥＤ照明装置の第２実施形態を示す機能ブロック図である。従来のＬＥＤ照明装置の一例を示す配線図である、

図１は、本発明にかかるＬＥＤ照明装置の第１実施形態を示す機能ブロック図である。図１に示すＬＥＤ照明装置Ａ１は、交流電源Ｄに接続された安定器１、電圧変換回路２、３端子レギュレータ３、１対の定電流制御回路４、１対の発光回路５、ＰＷＭ制御回路６、スイッチ素子ＳＷ１、および、抵抗Ｒ１を備えている。なお、本発明における駆動装置は、電圧変換回路２、３端子レギュレータ３、１対の発光回路５、ＰＷＭ制御回路６、スイッチ素子ＳＷ１、および、抵抗Ｒ１によって構成されている。この駆動装置は、安定器１から入力される交流電流を用いて一対の発光回路５を駆動する。

交流電源Ｄは、商用１００Ｖ電源である。安定器１は、上述の一般用蛍光灯照明器具に組み込まれているものである。安定器１は、電圧変換回路２に交流電圧Ｖinを供給する。

電圧変換回路２は、スイッチング信号伝達回路２１、トランジスタ２２、トランス２３、ダイオード２４、およびコンデンサ２５を備えている。スイッチング信号伝達回路２１は、たとえばフォトカプラであり、後述するスイッチング信号をトランジスタ２２の制御電極に伝達する。電圧変換回路２は、トランジスタ２２のオン状態およびオフ状態を制御することにより、交流電圧Ｖinから直流電圧Ｖoutを生成する。なお、このＶoutは、本発明における、複数のＬＥＤ５１をオン状態とするための電圧である。また、トランジスタ２２は、本発明における、第２のスイッチ素子である。

３端子レギュレータ３は、電圧変換回路２が生成した直流電圧Ｖoutを所定電圧値に変換して電源電圧ＰＳとしてＰＷＭ制御回路６に供給する。なお、この３端子レギュレータ３は、直流電圧Ｖoutが後述する電圧Ｖonおよび電圧Ｖoffのいずれになった場合でも、電圧Ｖonおよび電圧Ｖoffを所定電圧値に変換して電源電圧ＰＳとしてＰＷＭ制御回路６に供給する。

１対の定電流制御回路４は、抵抗Ｒ２，Ｒ３、電流設定抵抗Ｒis、および、電圧制御回路４１を備えている。この１対の定電流制御回路４は、それぞれ１対の発光回路５に接続されている。

電圧制御回路４１は、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との接続ノードＮ１における電圧Ｖref、および抵抗Ｒ３と電流設定抵抗Ｒisとの接続ノードＮ２における電圧Ｖisに基づいて、スイッチング信号をスイッチング信号伝達回路２１経由でトランジスタ２２へ出力することにより、トランジスタ２２のオン状態およびオフ状態を制御する。

定電流制御回路４において、抵抗Ｒ２は、スイッチ素子ＳＷ１および抵抗Ｒ１の直列体と並列に接続されている。抵抗Ｒ３は、抵抗Ｒ２と直列に接続される。また、抵抗Ｒ３は、スッチ素子ＳＷ１および抵抗Ｒ１の直列体と直列に接続される。電流設定抵抗Ｒisは、抵抗Ｒ３と接地電圧が供給される接地電圧ノードＶssとの間に接続される。抵抗Ｒ２および抵抗Ｒ３の直列体は、発光回路５と並列に接続される。電圧変換回路２で生成された直流電圧Ｖoutは、発光回路５と、スイッチ素子ＳＷ１および抵抗Ｒ１の直列体と、抵抗Ｒ２との接続ノードＮ３に供給される。

１対の発光回路５は、図示しない基板上に配列された複数のＬＥＤ５１、複数のＬＥＤ５１を接続する接続線５２、および、コンデンサ５３を有している。この発光回路５において、複数のＬＥＤ５１は、直列に並ぶ１２個のＬＥＤ５１からなるＬＥＤ列５１ａが並列に１２個並ぶように配列されている。１対の発光回路５には、抵抗が設置されておらず、各ＬＥＤ列５１ａは、接続線５２によってのみ直列に繋がれている。

スイッチ素子ＳＷ１は、たとえばバイポーラトランジスタ、ＭＯＳトランジスタ、リレー、フォトカプラまたはサイリスタである。抵抗Ｒ１は、このスイッチ素子ＳＷ１と直列に配列されている。

ＰＷＭ制御回路６は、たとえばマイコンである。ＰＷＭ制御回路６は、ＰＷＭ制御信号をスイッチ素子ＳＷ１へ出力することにより、スイッチ素子ＳＷ１のオン状態およびオフ状態をＰＷＭ制御する。ＰＷＭ制御回路６は、たとえば、図示しない赤外線センサ、人感センサおよび光センサの検出結果ならびに操作者によるボリュームおよびリモコン等の操作に基づいて、ＰＷＭ制御信号のデューティを決定する。また、ＰＷＭ制御回路６の代わりに、タイマーＩＣ等、論理ハイレベルおよび論理ローレベルの信号を出力する回路であってよい。

このようなＰＷＭ制御回路６が出力したＰＷＭ制御信号に基づいて、スイッチ素子ＳＷ１は、直流電圧Ｖoutを１対の発光回路５に供給するか否かを切り替える。さらに、複数のＬＥＤ５１がオン状態のとき、１対の定電流制御回路４は、トランジスタ２２のオン状態およびオフ状態を制御することにより各発光回路５に流れる電流を所定電流値に制御する。

次に、ＬＥＤ照明装置Ａ１の動作についてより詳細な説明を行う。

図２（ａ）は、ＰＷＭ制御回路６におけるＰＷＭ制御信号を示している。一方、図２（ｂ）は、発光回路５に供給される電圧を示す図である。

ＰＷＭ制御信号が論理ハイレベルの場合には、複数のＬＥＤ５１のアノードには電圧Ｖoffが供給されるため、複数のＬＥＤ５１はオフ状態となる。

ここで、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の抵抗値は電流設定抵抗Ｒisの抵抗値より十分に大きく設定される。抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の抵抗値をそれぞれＲ１，Ｒ２，Ｒ３とすると、電圧Ｖoffは以下の式で表される。
Ｖoff≒（（Ｒ２×Ｒ３／（Ｒ１×（Ｒ２＋Ｒ３）））＋１）×Ｖref

一方、ＰＷＭ制御信号が論理ローレベルの場合には、複数のＬＥＤ５１のアノードには電圧Ｖonが供給されるため、複数のＬＥＤ５１はオン状態となる。

前述のように抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の抵抗値が電流設定抵抗Ｒisの抵抗値より十分に大きく設定される場合、電圧Ｖonは以下の式で表される。
Ｖon≒（Ｒ２／Ｒ１＋１）×Ｖref

電圧Ｖonは、ＬＥＤ列５１ａにおいて直列に並ぶ６個のＬＥＤ５１の順方向電圧の合計以上となるように制御される。また、電圧Ｖoffは、ＬＥＤ列５１ａにおいて直列に並ぶ６個のＬＥＤ５１の順方向電圧の合計未満となるように制御される。たとえば、電圧Ｖoffは、複数のＬＥＤ５１を確実に消灯させるために、ＬＥＤ列５１ａにおいて直列に並ぶ６個のＬＥＤ５１の順方向電圧の合計より所定電圧値だけ小さい電圧となるように制御される。

ここで、電圧制御回路４１は、接続ノードＮ１における電圧Ｖrefが所定電圧Ｖ１となるように、トランジスタ２２のオン状態およびオフ状態を制御する。このような構成により、電圧Ｖonおよび電圧Ｖoffの値をそれぞれ一定電圧に制御することができるため、複数のＬＥＤ５１のオン状態およびオフ状態の制御を安定して行うことができる。また、電圧制御回路４１は、持続ノードＮ２における電圧Ｖisが所定電圧Ｖ１より小さい所定電圧Ｖ２となるように、トランジスタ２２のオン状態およびオフ状態を制御する。このような構成により、複数のＬＥＤ５１がオン状態のときに発光回路５に流れる電流を一定電流に制御することができる。なお、各発光回路５に流れる一定電流の値は、たとえば３６０ｍＡである。

ここで、ＰＷＭ制御信号の周波数は、たとえば５０Ｈｚ以上に設定される。

次に、上記構成のＬＥＤ照明装置Ａ１の作用について説明する。

上記のＬＥＤ照明装置Ａ１では、安定器１からの交流電圧Ｖinの大きさにかかわらず、複数のＬＥＤ５１がオン状態のときに発光回路５に流れる電流が一定値となるように、電圧Ｖonおよび電圧Ｖoffの値が制御される。このため、ＬＥＤ照明装置Ａ１では、同一規格の発光回路５を、どの種類の一般用蛍光灯照明器具においても好ましく発光させることが可能となっている。従って、ＬＥＤ照明装置Ａ１では、発光回路５の共通化を図ることができ、コスト削減を図ることができる。

さらに、本実施形態では、複数のＬＥＤ５１がオン状態のときに発光回路５に流れる電流が一定電流であるために、複数のＬＥＤ５１の発光は一定となる。さらに、上記のＰＷＭ制御信号の周波数がたとえば５０Ｈｚ以上に設定されているため、複数のＬＥＤ５１が発する光は、人がちらつきを感じないような光となっている。このため、ＬＥＤ照明装置Ａ１では、ちらつきのない好ましい照明を提供することができる。

さらに、本実施形態では、発光回路５は、トランス２３により交流電源Ｄとは隔てられているため、複数のＬＥＤ５１に接触しても感電するおそれがない。このため、ＬＥＤ照明装置Ａ１は、安全性の面でも優れている。

さらに、本実施形態では、ＰＷＭ制御回路６の電源電圧ＰＳは、３端子レギュレータ３を用いて直流電圧Ｖoutから生成されている。このように、ＰＷＭ制御回路６の電源も電圧変換回路２から供給されるものであるため、ＬＥＤ照明装置Ａ１では、回路規模を縮小することが可能となっている。

図３は、本発明にかかるＬＥＤ照明装置の第２実施形態を示す機能ブロック図である。なお、図３において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付しており、適宜説明を省略する。図３に示すＬＥＤ照明装置Ａ２は、安定器１に接続された１対の電圧変換回路２を備えている。１対の電圧変換回路２には、それぞれ定電流制御回路４が接続されている。なお、図３では１対の発光回路５の内部構造を省略している。

このようなＬＥＤ照明装置Ａ２では、トランジスタ２２にかかる負担を軽減することが可能であり、回路の寿命延長を図ることが可能である。

本発明にかかるＬＥＤ照明装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明にかかるＬＥＤ照明装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。たとえば、上記実施形態においては、発光回路５は並列に２個設けられているが、１個または並列に３個以上に設けられていても構わない。

また、上記実施形態では、ＬＥＤ照明装置Ａ１は、安定器１を含む構成となっているが、安定器１を介さず直接交流電源Ｄに接続して用いることも可能である。なお、この場合、交流電源Ｄの電圧は１００Ｖ〜２４０Ｖが好ましい。

また、上記実施形態では、スイッチ素子ＳＷ１がオン状態のときにＶoutはＶoffとなるように構成されているが、スイッチ素子ＳＷ１がオン状態のときにＶoutがＶonとなるような構成であっても構わない。

本発明にかかるＬＥＤ照明装置は、既設のどのような種類の一般用蛍光灯照明器具と合わせても使用可能であり、蛍光灯の代替として有用である。

Ａ１，Ａ２ＬＥＤ照明装置
Ｄ交流電源
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３抵抗
Ｒis 電流設定抵抗
ＳＷ１スイッチ素子
１安定器
２電圧変換回路
３３端子レギュレータ
４定電流制御回路
５発光回路
６ＰＷＭ制御回路
２１スイッチング信号伝達回路
２２トランジスタ
２３トランス
２４ダイオード
２５コンデンサ
４１電圧制御回路
５１ＬＥＤ
５１ａＬＥＤ列
５２接続線

Claims

複数のＬＥＤと、上記複数のＬＥＤを接続する接続線と、を有する発光回路と、
外部から入力される交流電圧を用いて上記複数のＬＥＤを駆動する駆動装置と、
を備えており、
上記駆動装置は、上記発光回路に流れる電流を所定電流値に制御する定電流制御回路を有しており、
上記駆動装置は、上記複数のＬＥＤをオン状態とするための電圧を発光回路に供給するか否かを切り替える第１のスイッチ素子を備えており、
上記定電流制御回路は、上記第１のスイッチ素子がオン状態のときに、上記発光回路に流れる電流を所定電流値に制御するとともに、
上記駆動装置は、さらに、第２のスイッチ素子を含み、上記第２のスイッチ素子のオン状態およびオフ状態を交互に切り替えることにより、上記複数のＬＥＤをオン状態とするための直流電圧を、上記交流電圧から生成する第１の電圧変換回路を備え、
上記定電流制御回路は、上記第２のスイッチ素子のオン状態およびオフ状態を制御することにより、上記複数のＬＥＤがオン状態のときに、上記発光回路に流れる電流を所定電流値に制御するとともに、
上記駆動装置は、上記第１のスイッチ素子と直列に接続された第１の抵抗を備えており、
上記定電流制御回路は、上記第１のスイッチ素子および上記第１の抵抗の直列体と並列に接続された第２の抵抗、上記第２の抵抗と直列に接続され、かつ上記第１のスイッチ素子および上記第１の抵抗の直列体と直列に接続され第３の抵抗、上記第３の抵抗と接地電圧が供給される接地電圧ノードとの間に接続される電流設定抵抗、および上記第２の抵抗と上記第３の抵抗との第１接続ノードにおける電圧、および上記第３の抵抗と上記電流設定抵抗との第２接続ノードにおける電圧に基づいて、上記第２のスイッチ素子のオン状態およびオフ状態を制御する電圧制御回路を備えており、
上記第２の抵抗および上記第３の抵抗の直列体は、上記発光回路と並列に接続されており、かつ、
上記電圧制御回路は、上記第１接続ノードにおける電圧が第１の所定電圧となるように、上記第２のスイッチ素子のオン状態およびオフ状態を制御するとともに、上記第２の接続ノードにおける電圧が上記第１の所定電圧より小さい第２の所定電圧となるように、上記第２のスイッチ素子のオン状態およびオフ状態を制御することを特徴とするＬＥＤ照明装置。
上記駆動装置は、さらに、上記第１のスイッチ素子のオン状態およびオフ状態をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御回路と、
上記直流電圧を所定電圧に変換して電源電圧として上記ＰＷＭ制御回路に供給する第２の電圧変換回路と、を備える、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
上記発光回路と並列な追加の発光回路と、上記追加の発光回路に流れる電流を所定電流値に制御する追加の定電流制御回路と、を備える、請求項１または２に記載のＬＥＤ照明装置。
上記発光回路は、並列接続された複数個のＬＥＤ列を有しており、上記各ＬＥＤ列は、複数のＬＥＤおよび上記接続線のみによって構成されている、請求項１ないし３のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。