JP5478951B2

JP5478951B2 - Ｌｅｄ点灯装置

Info

Publication number: JP5478951B2
Application number: JP2009143843A
Authority: JP
Inventors: 新一水道; 裕一池尻
Original assignee: 四変テック株式会社
Priority date: 2009-06-17
Filing date: 2009-06-17
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2029-06-17
Also published as: JP2011003326A

Description

この発明は、発光ダイオードであるＬＥＤを点灯させるＬＥＤ点灯装置に関する。

従来から、トライアックを位相制御することにより調光を行うＬＥＤ点灯装置が知られている（特許文献１参照）。

かかるＬＥＤ点灯装置は、交流電圧を位相制御するトライアックなどからなる位相制御調光器と、この位相制御調光器から出力される位相制御された交流電圧を整流して脈流電圧に変換する整流回路と、この整流回路の脈流電圧を平滑する平滑コンデンサと、この平滑コンデンサから出力される直流電圧を断続するためのトランスジスタと、このトランジスタをオン・オフするＰＭＷ制御回路と、トランジスタがオンしている間一次コイルに電流が流れるトランスと、このトランスの二次コイルに発生する交流電圧を整流するダイオードと、このダイオードから出力される整流電圧を平滑するとともにこの平滑した直流電圧で発光ダイオードを点灯させるコンデンサと、発光ダイオードに流れる電流を検出する電流検知抵抗と、前記整流回路から出力される脈流電圧に基づいてこの脈流電圧の導通幅を検出する導通幅検出回路等とを備えている。

このＬＥＤ点灯装置によれば、ＰＭＷ制御回路は、発光ダイオードに流れる電流値が導通幅検出回路の検出結果に対応した値となるようにトランジスタのオン時間を制御して、発光ダイオードの明るさが所望の明るさに保たれるようにしたものである。

特開２００７−３５４０３号公報

しかしながら、このようなＬＥＤ点灯装置にあっては、発光ダイオードの明るさを暗く設定した場合、位相制御調光器のトライアックがオフするとき、トライアックに並列接続したスナバ回路から電力がトライアックに供給されるため、トライアックがオフすることなく導通することにより、その導通幅が長くなってしまい、この結果、暗く設定した発光ダイオードが明るく点灯したり、点滅したりするなどの問題があった。

この発明の目的は、暗く設定した場合に発光ダイオードが明るくなったり、点滅したりすることのないＬＥＤ点灯装置を提供することにある。

請求項１の発明は、交流電圧を位相制御して発光ダイオードの明るさを調光する調光器と、この調光器から出力される出力電圧を平滑する入力平滑回路と、前記発光ダイオードに直流電流を供給する出力平滑回路とを備え、前記調光器は、交流電圧を位相制御するトライアックとこのトライアックに並列接続されたトライアック保護用のスナバ回路とを有する点灯装置であって、
前記入力平滑回路から出力される出力電圧をオン・オフして、トランスの一次巻線に断続電流を流すことによってそのトランスの二次巻線から交流電圧を発生させるとともに、この交流電圧を前記出力平滑回路へ出力するインバータ回路と、
前記トランスの二次巻線に発生する交流電圧の半波整流電圧に応じた調光信号を生成する調光信号生成回路と、
前記発光ダイオードに流れる電流を検出する出力電流検出回路と、
前記調光信号生成回路の調光信号の信号値と、前記出力電流検出回路の検出電流値とを比較してその差に応じた差電圧を出力する比較回路とを設け、
前記インバータ回路は、前記比較回路の差電圧に応じて、前記出力電圧のオン期間を制御することを特徴とする。

この発明によれば、暗く設定した場合に発光ダイオードが明るくなったり、点滅したりすることがない。

ＬＥＤ点灯装置の構成を示した回路図である。調光器のトライアックによって位相制御された電圧波形と、入力平滑回路によって平滑された電圧を示した説明図である。第２実施例のＬＥＤ点灯装置の構成を示した回路図である。

以下、この発明に係るＬＥＤ点灯装置の実施の形態である実施例を図面に基づいて説明する。

［第１実施例］
図１に示すＬＥＤ点灯装置１０は、交流電圧を位相制御して発光ダイオードの明るさを調光する調光器２０と、入力フィルタ回路３０と、調光器２０で位相制御された脈流電圧（出力電圧）を整流して平滑する入力平滑回路４０と、この入力平滑回路４０から出力される直流電圧を所定の周期でオン・オフして交流電圧に変換するインバータ回路５０と、このインバータ回路５０から出力される交流電圧を半波整流して平滑する出力平滑回路６０と、入力平滑回路４０の直流電圧に応じた調光信号を生成する調光信号生成回路７０と、複数の発光ダイオードＬＥＤを直列接続したＬＥＤモジュールＭに流れる電流を検出する出力電流検出回路８０と、この出力電流検出回路８０が検出する検出電流信号値と調光信号生成回路７０が生成した調光信号値との差に応じた差信号を出力する調光制御回路（比較回路）９０とを備えている。そして、入力フィルタ回路３０と入力平滑回路４０とインバータ回路５０と出力平滑回路６０と調光信号生成回路７０と出力電流検出回路８０と調光制御回路９０等とによって点灯回路１００が構成されている。

調光器２０は、トライアック２１と、外部の調光操作に基づいてトライアック２１をオンさせる位相制御回路２２と、トライアック２１に並列接続されたスナバ回路２３等とを有している。スナバ回路２３は、直列接続した抵抗ＲＳとコンデンサＣＳから構成され、トライアック２１を保護するためのものである。

入力フィルタ回路３０は、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１とラインフィルタＬ１などとから構成され、調光器２０と点灯回路１００の電源ループで発生する減衰振動を防止し、また雑音の発生を防止するものである。

入力平滑回路４０は、脈流電圧を全波整流する整流回路４１と、全波整流された脈流電圧を平滑するコンデンサＣ２とを有している。

インバータ回路５０は、トランスＴと、このトランスＴの一次巻線Ｔ１に直列接続されたトランジスタ５１と、トランジスタ５１を所定周期でオン・オフする駆動回路５２等とを有している。駆動回路５２の入力端子５２ａにはフォトカプラ９２のフォトトランジスタＰＨＴが接続され、駆動回路５２は、入力端子５２ａに流れる電流に応じてトランジスタ５１のオン時間を制御する。

出力平滑回路６０は、インバータ回路５０のトランスＴの二次巻線Ｔ２から出力される交流電圧を半波整流するダイオード６１と、このダイオード６１で半波整流された電圧を平滑するコンデンサＣ３とを有している。

調光信号生成回路７０は、トランスＴの二次巻線Ｔ２の両端子間に接続された直列回路のダイオード７１およびコンデンサＣ４と、オペアンプ７２等とを有している。オペアンプ７２の反転入力端子は抵抗を介してダイオード７１とコンデンサＣ４の接続点に接続され、オペアンプ７２の非反転入力端子はマイナスラインＧに接続されている。

そして、ダイオード７１とコンデンサＣ４によって、二次巻線Ｔ２に生じる電圧に応じた直流の負電圧の調光信号が得られる。この負の調光信号はオペアンプ７２により反転され、正の調光信号となってオペアンプ７２から出力される。

この正の調光信号電圧は、トランスＴの二次巻線Ｔ２の電圧が一次巻線Ｔ１の電圧に比例していることにより、入力平滑回路４０の直流電圧に比例する。すなわち、正の調光信号電圧は調光器２０から出力される脈流電圧に比例している。

出力電流検出回路８０は、ＬＥＤモジュールＭに直列接続された抵抗Ｒ２と、この抵抗Ｒ２に並列接続されたコンデンサＣ５とを有している。

調光制御回路９０は、オペアンプ９１と、フォトカプラ９２の発光ダイオード９２Ｄなどとを有している。オペアンプ９１の出力端子にはフォトカプラ９２の発光ダイオード９２Ｄのアノードが抵抗を介して接続されている。発光ダイオード９２ＤのカソードはマイナスラインＧに接続されている。

オペアンプ９１の非反転入力端子には、出力電流検出回路８０の抵抗Ｒ２に生じる電圧が抵抗を介して入力し、オペアンプ９１の反転入力端子には、調光信号生成回路７０のオペアンプ７２から出力される調光信号が入力するようになっている。

そして、オペアンプ９１は、抵抗Ｒ２に生じる電圧と調光信号の電圧との差に応じた差電圧を出力する。この差電圧に応じてフォトカプラ９２の発光ダイオード９２Ｄに電流が流れる。
［動作］
次に、上記のように構成されるＬＥＤ点灯装置の動作について説明する。

外部の調光操作により位相制御回路２２がトライアック２１を位相制御すると、トライアック２１から例えば図２（Ａ）や図２（Ｂ）に示す位相制御された脈流電圧が出力される。なお、図２（Ａ）は明るさを大きく設定した場合、図２（Ｂ）は明るさを小さく設定した場合の脈流電圧を示す。

この脈流電圧は、入力フィルタ回路３０を介して入力平滑回路４０へ入力し、この入力平滑回路４０によって整流されて平滑され、例えば図２（Ｃ）や図２（Ｄ）に示す直流電圧となる。図２（Ｃ）に示す直流電圧は図２（Ａ）の脈流電圧が整流されて平滑された場合を示し、図２（Ｄ）に示す直流電圧は図２（Ｂ）の脈流電圧が整流されて平滑された場合を示す。すなわち、調光操作により明るく設定された場合には入力平滑回路４０から出力される直流電圧は高くなり、暗く設定された場合には入力平滑回路４０から出力される直流電圧は低くなる。

この直流電圧は、インバータ回路５０のトランスＴの一次巻線Ｔ１に印加する。

インバータ回路５０は、所定周期でトランジスタ５１をオン・オフさせる。このオン・オフにより、トランスＴの一次巻線Ｔ１に印加する直流電圧は断続され、この断続によりトランスＴの二次巻線Ｔ２に交流電圧が誘起される。この二次巻線Ｔ２の交流電圧は、トランスＴの一次巻線Ｔ１に印加する電圧に比例する。つまり、調光操作により明るく設定されている場合には二次巻線Ｔ２の交流電圧は高く、暗く設定されている場合には二次巻線Ｔ２の交流電圧は低くなる。

この交流電圧は、出力平滑回路６０により半波整流されて平滑され、直流電圧となってＬＥＤモジュールＭに印加し、ＬＥＤモジュールＭの各発光ダイオードＬＥＤに電流が流れて各発光ダイオードＬＥＤが発光する。

一方、調光信号生成回路７０は、入力平滑回路４０から出力される直流電圧に応じた調光信号を生成する。他方、出力電流検出回路８０がＬＥＤモジュールＭに流れる電流を検出する。

調光制御回路９０のオペアンプ９１は、調光信号生成回路７０の調光信号電圧と、出力電流検出回路８０が検出する電流に応じた電圧とを比較し、その差に応じた差電圧を出力する。そして、フォトカプラ９２の発光ダイオード９２Ｄにその差電圧に応じた電流が流れて発光し、フォトカプラ９２のフォトトランジスＰＨＴがその光を受光し、その受光量に応じた電流がフォトトランジスＰＨＴに流れる。

インバータ回路５０の駆動回路５２は、フォトトランジスＰＨＴに流れる電流に基づいて、トランジスタ５１のオン時間を制御する。例えば、調光信号電圧に対して出力電流検出回路８０の検出電流が小さい場合、すなわち、調光信号に対して発光ダイオードＬＥＤの発光が暗い場合、トランジスタ５１がオンしている期間を長くして、トランスＴの二次巻線Ｔ２に生じる電圧を上げて発光ダイオードＬＥＤに流れる電流を増加させ、発光ダイオードＬＥＤの明るさを所定の明るさにする。

逆に、調光信号電圧に対して出力電流検出回路８０の検出電流が大きい場合、すなわち、調光信号に対して発光ダイオードＬＥＤの発光が明るすぎる場合、トランジスタ５１がオンしている期間を短くして、トランスＴの二次巻線Ｔ２に生じる電圧を下げて発光ダイオードＬＥＤに流れる電流を減少させ、発光ダイオードＬＥＤの明るさを所定の明るさにする。

このように、調光信号生成回路７０の調光信号に基づいて発光ダイオードＬＥＤの明るさが所定の明るさとなるようにトランジスタ５１のオンする期間が制御される。

外部の調光操作により明るさを暗く設定すると、図２（Ｂ）に示す脈流電流が調光器２０から出力され、入力平滑回路４０から図２（Ｄ）に示す直流電圧が出力され、この直流電圧が低いため、発光ダイオードＬＥＤの発光は暗いものとなる。

この場合、トライアック２１がオフする際、スナバ回路２３のコンデンサＣＳからトライアック２１に電力が供給されるので、トライアック２１の導通幅が長くなり、発光ダイオードＬＥＤは明るく点灯してしまうことになる。

しかし、トライアック２１がオフする前後では、調光器２０から出力される電圧レベルの変化は少ない状態であり、調光信号生成回路７０で生成される調光信号の電圧は変化しない。このため、発光ダイオードＬＥＤの電流が増加して発光ダイオードＬＥＤが明るく点灯すると、出力電流検出回路８０の検出電流が大きくなり、調光信号の電圧が変化しないことにより調光制御回路９０のオペアンプ９１が出力する差電圧が大きくなる。この結果、インバータ回路５０はトランジスタ５１をオンする期間を短くし、このため、発光ダイオードＬＥＤが明るく点灯してしまうことが防止され、発光ダイオードＬＥＤは所定の暗さで点灯することになる。

すなわち、明るさを暗く設定した場合に発光ダイオードＬＥＤが明るくなったり、調光器２０を消灯操作した際に発光ダイオードＬＥＤが点滅したりしてしまうことがない。
［第２実施例］
図３は、第２実施例のＬＥＤ点灯装置２００の構成を示す回路図である。このＬＥＤ点灯装置２００の点灯回路１２０は、第１実施例の調光信号生成回路７０の替わりに調光信号生成回路１７０を備えている。

調光信号生成回路１７０は、トランスＴの二次巻線Ｔ２に生じる交流電圧を半波整流するダイオードＤ１と、このダイオードＤ１から出力される整流電圧を平滑するコンデンサＣ１０および抵抗Ｒ１０からなる平滑回路１７１と、この平滑回路１７１で平滑された電圧を分圧する分圧抵抗Ｒ１１,Ｒ１２からなる分圧回路１７２とを備えている。

この調光信号生成回路１７０は、入力平滑回路４０の直流電圧に比例した正電圧を得ることで調光信号を生成するようにしたものである。他は、第１実施例と同様なのでその説明は省略する。

上記実施例は、いずれもトランスＴの二次コイルＴ２に発生する電圧から調光信号を生成するようにしているが、必ずしもこれに限らず例えば入力平滑回路４０の出力電圧から調光信号を生成するようにしてもよい。

この発明は、第１,第２実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

２０調光器
４０入力平滑回路
５０インバータ回路
６０出力平滑回路
７０調光信号生成回路
８０出力電流検出回路
９０調光制御回路（比較回路）
ＬＥＤ発光ダイオード

Claims

交流電圧を位相制御して発光ダイオードの明るさを調光する調光器と、この調光器から出力される出力電圧を平滑する入力平滑回路と、前記発光ダイオードに直流電流を供給する出力平滑回路とを備え、前記調光器は、交流電圧を位相制御するトライアックとこのトライアックに並列接続されたトライアック保護用のスナバ回路とを有する点灯装置であって、
前記入力平滑回路から出力される出力電圧をオン・オフして、トランスの一次巻線に断続電流を流すことによってそのトランスの二次巻線から交流電圧を発生させるとともに、この交流電圧を前記出力平滑回路へ出力するインバータ回路と、
前記トランスの二次巻線に発生する交流電圧の半波整流電圧に応じた調光信号を生成する調光信号生成回路と、
前記発光ダイオードに流れる電流を検出する出力電流検出回路と、
前記調光信号生成回路の調光信号の信号値と、前記出力電流検出回路の検出電流値とを比較してその差に応じた差電圧を出力する比較回路とを設け、
前記インバータ回路は、前記比較回路の差電圧に応じて、前記出力電圧のオン期間を制御することを特徴とする点灯装置。
前記インバータ回路は、前記トランスの一次巻線に直列接続されたスイッチング素子と、このスイッチング素子をオン・オフして一次巻線に断続電流を流す駆動回路とを有し、
前記駆動回路は、前記比較回路の差電圧に応じて、前記出力電圧のオン期間を制御することを特徴とする請求項１に記載の点灯装置。
前記調光信号生成回路は、前記二次巻線に発生する交流電圧の負の半波整流電圧を出力するダイオードと、このダイオードから出力される負の半波整流電圧を平滑するコンデンサと、このコンデンサで平滑された負の直流電圧を正の直流電圧の前記調光信号に変換するオペアンプとを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の点灯装置。
前記調光信号生成回路は、前記二次巻線に発生する交流電圧の正の半波整流電圧を出力するダイオードと、このダイオードから出力される正の半波整流電圧を平滑するコンデンサと、このコンデンサで平滑された正の直流電圧を分圧する分圧回路とを有し、この分圧回路で分圧された分圧電圧を前記調光信号とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の点灯装置。