JP5597264B2 - 発光ダイオード点灯回路、led光源及びランプ - Google Patents
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Description
本発明は、発光ダイオード点灯回路、並びにこれを備えたLED光源及びランプに関する。
発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)は、高効率及び長寿命であることから、従来から知られる蛍光灯や白熱電球のような各種ランプにおける新しい光源として期待されており、LEDを用いたLEDランプの研究開発が進められている。また、これに伴い、LEDを点灯するための発光ダイオード点灯回路の開発も進められている。
従来、この種の発光ダイオード点灯回路として、図8に示すような発光ダイオード点灯回路が提案されている(特許文献1)。図8は、特許文献1に開示された従来に係る発光ダイオード点灯回路の回路構成を示す図である。
図8に示すように、従来に係る発光ダイオード点灯回路200は、多数のLEDを同時に点灯させるためのLED用駆動回路であって、多数のLEDと、整流回路210と、発光ダイオード駆動用半導体回路220とを備え、さらに、平滑コンデンサ211と、チョークコイル212と、ダイオード213とを備える。
整流回路210は、4つのダイオードで構成されるブリッジ型全波整流回路であって、一方の両端がAC電源に接続され、他方の両端が平滑コンデンサに接続されている。AC電源から出力された交流の電源電圧は、整流回路210によって全波整流されるとともに平滑コンデンサ211によって平滑されて直流の入力電圧Vinとなる。
チョークコイル212は、一端が平滑コンデンサ211の高電位側に接続され、他端がLEDのアノード側に接続されている。また、ダイオード213のカソード端子は、平滑コンデンサ211の高電位側に接続されている。ダイオード213は、チョークコイル212と複数のLEDとに並列に接続され、チョークコイル212に生じる逆起電力をLEDに供給する。
発光ダイオード駆動用半導体回路220は、LEDのカソード端子と接続されており、チョークコイル212、ダイオード213及びLEDで構成されるLEDブロック回路を制御する。
発光ダイオード駆動用半導体回路220は、LEDの出力電圧を入力するドレイン端子220Dと、グランド電位と接続されるグランド/ソース端子220GSと、基準電圧Vccを出力するVCC端子(基準電圧端子)220Vccとを有し、さらに、回路構成として、LEDに流れる電流を制御するためのスイッチング素子ブロック221と、スイッチング素子ブロック221の電圧VJに基づいてスイッチング素子ブロック221を制御するための制御回路222と、スイッチング素子ブロック221に流れる電流を検出するためのドレイン電流検出回路223と、スイッチング素子ブロック221の動作の起動及び停止を制御するための起動停止回路224とを有する。なお、発光ダイオード駆動用半導体回路220のVCC端子220Vccとグランド/ソース端子220GSとの間には、コンデンサ214が接続されている。
スイッチング素子ブロック221は、接合型FET221aと、N型MOSFETからなるスイッチング素子221bとの直列接続によって構成される。
制御回路222は、基準電圧Vccを一定の値に制御するためのレギュレータ222a、MAXDUTY信号とCLOCKとを出力する発振器222b、及び、電流を検出しない時間を設けるためのパルスをAND回路に出力するオン時ブランキングパルス発生器222c等を有する。制御回路222は、起動停止回路224の出力信号とドレイン電流検出回路223の出力信号とに基づいて、スイッチング素子221bを所定の発振周波数で断続的にオンオフ制御する。制御回路222のレギュレータ222aは、一端が接合型FET221aとスイッチング素子221bとの間に接続され、他端がVCC端子220Vccに接続されている。レギュレータ222aは、電圧VJが入力され、基準電圧Vccが一定となるように制御して、VCC端子220Vccに基準電圧Vccを出力する。
ドレイン電流検出回路223は、比較器で構成されており、電圧VJが検出基準電圧Vsnよりも大きければHighを出力し、電圧VJが検出基準電圧Vsnよりも小さければLowを出力する。スイッチング素子221bに流れる電流は、スイッチング素子221bのオン電圧をドレイン電流検出回路223の検出基準電圧Vsnと比較することにより検出される。
起動停止回路224は、基準電圧Vccが入力され、基準電圧Vccが所定値以上であれば起動信号(Highの出力信号)を出力し、基準電圧Vccが所定値よりも小さければ停止信号(Lowの出力信号)を出力する。
このように構成される従来に係る発光ダイオード点灯回路200では、発光ダイオード駆動用半導体回路220の制御回路222によって、上記のようにしてスイッチング素子221bのオンオフが制御される。
そして、スイッチング素子221bがオン状態のときは、入力電圧Vinによって、チョークコイル212→LED→発光ダイオード駆動用半導体回路220の向きに電流が流れて、LEDが点灯する。このとき、チョークコイル212に流れる電流によってチョークコイル212に磁気エネルギーが蓄積される。
また、スイッチング素子221bがオフ状態のときは、チョークコイル212に蓄積された磁気エネルギーによる逆起電力によって、チョークコイル212とLEDとダイオード213とで構成されるLEDブロック回路の閉ループに、チョークコイル212→LED→ダイオード213の向きに電流が流れて、LEDが点灯する。
このように、従来に係る発光ダイオード点灯回路200は、入力電圧が変動したとしてもLEDに流れる電流を定電流で制御することができる。
ところで、近年、光源であるLEDの個数を減らして、従来の常夜灯などに代替するような小型のLEDランプ、さらには低W(ワット)で駆動するようなLEDランプの開発が活発に行われている。しかしながら、特許文献1のような多数のLEDを点灯させるための回路を、1個あるいは少数のLEDを点灯させるための回路として応用すると、周波数変換がうまくなされず(発振せず)、LEDに対して適正な電力を供給することが困難となり、その結果、LED点灯時の動作が不安定になる場合があるという問題がある。
さらに、従来の発光ダイオード点灯回路は、部品点数が多いことから回路を小型化することが難しいという問題、また、制御ICを用いていることからもコスト高になるという問題がある。特に、小丸電球と呼ばれる径小球のLEDランプについては、ランプ内の回路スペースが限られていることから、小型で低コストの発光ダイオード点灯回路が要望されている。
本発明は、上記課題を解決するものであり、安定した動作で発光ダイオードを点灯させることができるとともに、部品点数が少なく、小型化に適した発光ダイオード点灯回路及びランプを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明に係る発光ダイオード点灯回路は、発光ダイオードを点灯するための発光ダイオード点灯回路であって、入力電圧として一定方向の電圧を受けて、発光ダイオードを点灯させるための所定の電圧を出力する電力出力部を備え、電力出力部は、第1の端子、第2の端子、及び、第1の端子と第2の端子との間の導通及び非導通を制御するための第3の端子を有するスイッチング素子と、第1の端子と第3の端子との接続経路に設けられたコンデンサと、第2の端子と第3の端子との接続経路に設けられるとともに、コンデンサと直列接続された抵抗と、コンデンサ及び抵抗の接続点と第3の端子との接続経路に設けられたトリガダイオードと、を有する、ことを特徴とする。
この場合、電力出力部は、さらに、チョークコイルと、このチョークコイル及び発光ダイオードと直列接続されるダイオードとを備え、チョークコイルは、スイッチング素子のオン時において、励磁されて磁気エネルギーを蓄積し、スイッチング素子のオフ時において、蓄積された磁気エネルギーを放出して逆起電力を生成する、ことが好ましい。
また、電力出力部におけるコンデンサを第1のコンデンサとするとき、電力出力部は、当該第1のコンデンサの他に、さらに、第2のコンデンサを有し、第2のコンデンサは、発光ダイオードと並列接続される、ことが好ましい。
さらに、本発明に係る発光ダイオード点灯回路は、電力出力部に入力される入力電圧が所定値よりも小さい場合に、電力出力部の動作を停止させる停止回路を備える、ことが好ましい。
この場合、電力出力部におけるスイッチング素子を第1のスイッチング素子とするとき、停止回路は、電力出力部のコンデンサと並列に接続された第2のスイッチング素子を有し、第2のスイッチング素子がオンすることにより、コンデンサの両端が同電位となる、ことが好ましい。
さらに、本発明に係る発光ダイオード点灯回路は、発光ダイオード点灯回路に入力される電圧が交流電圧の場合、交流電圧を整流して電力出力部に一定方向の電圧を供給する整流回路をさらに備える、ことが好ましい。
さらに、本発明に係る発光ダイオード点灯回路において、当該発光ダイオード点灯回路の使用電力範囲が0.1W〜3Wであることが好ましい。
また、本発明に係るLED光源は、いずれか1つに記載の発光ダイオード点灯回路と、発光ダイオード点灯回路によって点灯される発光ダイオードと、を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る他の発光ダイオード点灯回路は、発光ダイオードを点灯するための発光ダイオード点灯回路であって、入力電圧として一定方向の電圧を受けて、発光ダイオードを点灯させるための所定の電圧を出力するインバータを備え、インバータは、第1の端子、第2の端子、及び、第1の端子と第2の端子との間の導通及び非導通を制御するための第3の端子を有するスイッチング素子と、第1の端子と第3の端子との接続経路に設けられたコンデンサと、第2の端子と前記第3の端子との接続経路に設けられるとともに、コンデンサと直列接続された抵抗と、コンデンサ及び抵抗の接続点と第3の端子との接続経路に設けられたトリガダイオードとを有し、当該発光ダイオード点灯回路の使用電力範囲が0.1W〜3Wであることを特徴とする。
また、本発明に係るランプは、上記いずれかに記載の発光ダイオード点灯回路と、発光ダイオード点灯回路によって点灯される発光ダイオードと、を備える、ことを特徴とする。
本発明によれば、安定した動作で発光ダイオードを点灯させることができるとともに、部品点数が少なく、小型化に適した発光ダイオード点灯回路及びランプを実現することができる。
また、本発明は、特に0.1W〜3Wのような非常に低Wにて駆動させる発光ダイオードの点灯用回路として有用である。
以下、本発明の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路及びランプについて、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。従って、以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。すなわち、本発明は、請求の範囲だけによって特定される。よって、以下の実施形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の目的を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。なお、本実施形態において、「〜」は数値範囲を表す記号であり、その両端の数字を含む。
(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路の回路構成について、図1を用いて説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路の回路構成を示す図である。なお、本発明において、発光ダイオード点灯回路と、これに接続されるLEDとを組み合わせた点灯装置をLED光源と称する。
まず、本発明の第1の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路の回路構成について、図1を用いて説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路の回路構成を示す図である。なお、本発明において、発光ダイオード点灯回路と、これに接続されるLEDとを組み合わせた点灯装置をLED光源と称する。
図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路10は、LEDを点灯させるためのLED点灯回路であって、LEDを点灯するために外部から所定の電圧の入力を受ける入力端子P1及びP2と、交流電圧を整流する整流回路11と、LEDを点灯させるための所定の電圧を生成するインバータ12と、LEDに対して所定の電圧を出力する出力端子P3及びP4とを備える。
本実施形態において、入力端子P1及びP2は、AC電源等の外部電源に接続される外部接続端子であり、交流電圧の入力を受ける。例えば、入力端子P1及びP2は、商用の交流電源(商用100Vの交流電源)、つまり家庭用のAC電源に接続される。
整流回路11(DB)は、4つのダイオードで構成されるブリッジ型全波整流回路(例えば、定格600V/0.8A)であって、インバータ12に対して一定方向の電圧(直流電圧)が供給されるように、交流電圧を全波整流して出力する。整流回路11において、入力側の2端子は入力端子P1及びP2に接続され、出力側の2端子は平滑コンデンサC1等に接続されている。平滑コンデンサC1は、整流回路11の出力電圧を平滑化させるために設けられており、本実施形態では、アルミ電解コンデンサ(160V/0.47μF)を用いた。
なお、AC電源と整流回路11とを接続する配線には、電流ヒューズ素子FS(15Ω)が直列に挿入されている。また、整流回路11の電圧出力端の負極と平滑コンデンサC1とを接続する配線には、スイッチングノイズを除去するノイズフィルタNF(1mH)が挿入されている。
このように構成される整流回路11は、例えば壁スイッチを通じて、商用の交流電源から入力端子P1及びP2を介して交流電圧を受けて、当該交流電圧を全波整流して一定方向の電圧(直流電圧)を出力する。そして、整流回路11から出力される電圧は、平滑コンデンサC1によって平滑化されて入力電圧Vinとして、インバータ12に供給される。
ただし、本発明の発光ダイオード点灯回路は、必ずしも、供給電源として交流電源を使用する必要はなく、例えば、直流電源から入力電圧Vinの箇所へ直接的に直流源流を供給する形態でもよい。
インバータ12(INV)は、電力出力部として機能するものであり、入力電圧として直流電圧等の一定方向の電圧の入力を受けて、LEDを点灯(駆動)させるための電圧を生成して出力するように構成されたものである。本実施形態のインバータ12は、スイッチング素子Q1と、互いに直列接続された抵抗器R1及びコンデンサC2と、トリガダイオードTDとを有する。なお、電力出力部としては、図1に示されるインバータ12の構成に限らず、直流電圧等を受けてLEDを点灯させるための電力を出力する構成であれば、その他の構成を用いることもできる。
インバータ12において、スイッチング素子Q1は、NPNバイポーラ形トランジスタであって、第1の端子であるエミッタ(E)、第2の端子であるコレクタ(C)、及び、エミッタとコレクタとの間の導通及び非導通を制御するための第3の端子であるベース(B)を有する。スイッチング素子Q1は、エミッタ−ベース間に順バイアスが印加されることによってエミッタ−コレクタ間が導通し、コレクタからエミッタへの方向にコレクタ電流ICEが流れる。本実施形態では、スイッチング素子Q1として、コレクタエミッタブレークダウン電圧(最大)が400Vで、最大コレクタ電流(ICE)が1AであるNPNバイポーラ形トランジスタを用いた。
スイッチング素子Q1のエミッタは、整流回路11の電圧出力端の負極及びコンデンサC2に接続されている。スイッチング素子Q1のコレクタは、出力端子P4及び抵抗器R1に接続されている。また、スイッチング素子Q1のベースは、トリガダイオードTDに接続されている。
これにより、スイッチング素子Q1のオンオフによって、出力端子P4と整流回路11の電圧出力端の負極との間の導通及び非導通が制御され、インバータ12の出力電圧の出力が制御される。
コンデンサC2は、トリガダイオードTDの導通及び非導通を制御するためのコンデンサであって、スイッチング素子Q1のエミッタとコレクタとの接続経路、すなわち、スイッチング素子Q1のエミッタとコレクタとを接続するための配線に設けられる。本実施形態において、コンデンサC2は、高電位側の電極が抵抗器R1とトリガダイオードTDとに接続されており、低電位側の電極が整流回路11の電圧出力端の負極とスイッチング素子Q1のエミッタとに接続されている。
このように、コンデンサC2は、その保持電圧によってトリガダイオードTDを導通させてスイッチング素子Q1を起動させるものであり、本実施形態においては、スイッチング素子Q1の起動用コンデンサとして機能する。なお、本実施形態において、コンデンサC2としては、容量が2700pFの積層セラミックコンデンサを用いた。
また、抵抗器R1は、コンデンサC2を充電するための抵抗であって、スイッチング素子Q1のコレクタとベースとの接続経路、すなわち、スイッチング素子Q1のコレクタとベースとを接続するための配線に設けられる。本実施形態において、抵抗器R1は、高電位側の一端がスイッチング素子Q1のコレクタ及び出力端子P4に接続されており、低電位側の一端がコンデンサC2とトリガダイオードとに接続されている。なお、本実施形態において、抵抗器R1としては、抵抗値が82kΩのチップ抵抗を用いた。
インバータ12において、コンデンサC2と抵抗器R1とは、時定数回路を構成している。本実施形態では、抵抗器R1の抵抗値とコンデンサC2の容量値を適宜設定するだけで、インバータ12が生成する電圧の周波数を任意に容易に設定することができる。例えば、15kHz以上まで高周波化することにより、LEDのちらつきを防止することができる。
トリガダイオードTDは、ダイオードで構成されるトリガ素子であって、規定の電圧(ブレークオーバー電圧)を超える電圧がかかった場合に導通状態となる。本実施形態において、トリガダイオードTDの一端側はコンデンサC2と抵抗器R1との接続点に接続されており、他端側はスイッチング素子Q1のベースに接続されている。
これにより、トリガダイオードTDは、コンデンサC2に保持される所定の電圧値によってブレークオーバーして導通状態となる。そして、トリガダイオードTDが導通状態となることによってスイッチング素子Q1がオン状態となり、コレクタ−エミッタ間が導通状態となって所定の電流ICEが流れる。トリガダイオードTDとしては、例えば、電圧ブレークオーバーが30〜34V(本実施形態では32V)のダイアックを用いることができる。
本実施形態において、インバータ12は、他励式のインバータを構成しており、入力電圧Vinに基づいて、スイッチング素子Q1のオンオフが繰り返されることによって、所定の電圧を出力するように構成されている。すなわち、インバータ12に入力電圧Vinが供給されている状態において、コンデンサC2の充放電が繰り返されることによって、トリガダイオードTDの導通及び非導通によりスイッチング素子Q1のオンオフが繰り返される。これにより、一定方向に脈流する出力電圧を生成し、出力端子P3及びP4に供給することができる。
出力端子P3及びP4は、LEDに接続される外部接続端子であり、インバータ12から供給される電圧を、出力電圧としてLEDに対して供給する。高電位側の出力端子P3は、LEDのアノード側に接続されており、低電位側の出力端子P4は、LEDのカソード側に接続されている。
なお、本実施形態において、整流回路11の電圧出力端の正極と出力端子P3とが直接接続されている。
LEDは、発光ダイオード点灯回路10から供給される電圧によって点灯する。本実施形態において、LEDは1つとしたが、LEDは少数で複数個設けても構わない。この場合、複数のLEDを直列接続しても構わないし、並列接続しても構わないし、あるいは、直列接続と並列接続とを組み合わせても構わない。なお、本実施形態においては、LEDを静電保護するために、ツェナーダイオードZDがLEDと並列に接続されている。
次に、本発明の第1の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路10の動作について説明する。
例えば、LEDを点灯させるためにユーザが壁スイッチ等をオン操作すると、入力端子P1及びP2に交流電圧が供給され、整流回路11により平滑化された入力電圧Vinが生成される。入力電圧Vinは、インバータ12の入力端間に供給される。
これにより、インバータ12が動作し始める。すなわち、インバータ12に所定の入力電圧Vinが印加されることにより、LED及び抵抗器R1を介してコンデンサC2に電流が流れ込み、コンデンサC2と抵抗器R1とのCR時定数によってコンデンサC2に所定の電荷が充電される。
そして、コンデンサC2の電荷がトリガダイオードTDのブレークオーバー電圧に達した時に、トリガダイオードTDが導通状態となり、トリガ信号(トリガパルス)がスイッチング素子Q1のベースに供給され、スイッチング素子Q1がオンする。本実施形態では、スイッチング素子Q1のベースにコンデンサC2の電極間電圧が印加され、スイッチング素子Q1がオンする。
この結果、スイッチング素子Q1がオン状態となって整流回路11の電圧出力端の負極と出力端子P4との接続経路が導通する。これにより、出力端子P3及びP4から所定の出力電圧が出力し、LEDに所定の電力が供給されてLEDが点灯する。
その後、オン状態のスイッチング素子Q1によってコンデンサC2の両電極間が導通するので、コンデンサC2に蓄積された電荷が放電されていく。そして、コンデンサC2の電荷がトリガダイオードTDのブレークオーバー電圧を下回った時に、トリガダイオードTDが非導通となり、スイッチング素子Q1がオフして、インバータ12の電圧出力が停止する。
このとき、入力電圧Vinが供給されている状態の場合、スイッチング素子Q1のオフによって、再びコンデンサC2が充電されていく。そして、上記同様に、コンデンサC2の電荷がトリガダイオードTDのブレークオーバー電圧に達すると、トリガダイオードTDが導通状態となってスイッチング素子Q1がオンして、インバータ12の電圧出力が再び開始する。
このように、インバータ12に入力電圧Vinが供給され続けることにより、コンデンサC2の充放電が繰り返されるとともに、これに連動してスイッチング素子Q1のオンオフが繰り返されて、一定方向に脈流する電圧が出力され、LEDが点灯し続ける。
以上、本発明の第1の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路10によれば、トリガダイオードTD及びスイッチング素子Q1によって他励のインバータ12を構成しているので、部品点数が少なく、小型化に適した発光ダイオード点灯回路を低コストで実現することができる。また、安定した動作で発光ダイオードを点灯させることができる。
また、発光ダイオード点灯回路としては、本実施形態のように他励式インバータを用いるほかに、駆動トランス(CT)等によって構成された自励インバータを用いてもよい。ただし、インピーダンスが変化しないLEDに対してはフィードバックをかける必要は特にないので、自励インバータを用いると、かえって部品点数が多くなるとともにコスト高になってしまうおそれがある。よって、発光ダイオード点灯回路としては、他励式インバータを用いることが好ましい。なお、本発明において、自励インバータとは、駆動トランス及び複数のスイッチング素子を用いて、フィードバックのかかるインバータをいう。
さらに、本実施形態に係る発光ダイオード点灯回路10によれば、上記他励式インバータを採用しているので、駆動トランス(CT)を用いる必要がない。このように駆動トランス(CT)を用いずにインバータを構成すれば、低温時において異常発振状態が発生したりすることがなく、回路機能特性の変化が少ないので、結果的に、安定して電力を出力することができる発光ダイオード点灯回路を実現することができる。また、本発明では、特許文献1のような多数のLEDを点灯させるために負荷の重い多少のリーク電流が漏れる(発振が停止していても停止状態を保持するためレギュレータ222aや起動/停止回路224に電流が流れている)ような回路を使用していないので、1個あるいは少数のLEDを点灯させる際にも、周波数変換がうまくなされ(発振し)、LEDに対して適正な電力を供給することができる。これにより、結果として、残留電力により残光などの課題を抱えるような、少数のLEDを点灯させる際にも、安定した動作で点灯させることが可能となる。
さらに、本実施形態に係る発光ダイオード点灯回路10によれば、抵抗器R1及びコンデンサC2の時定数によって、インバータ12における出力電圧の周波数を調整することができる。従って、抵抗器R1の抵抗値とコンデンサC2の容量値を適宜設定するだけで、容易に所望の周波数を得ることができるので、発光ダイオード点灯回路10に接続されるLEDに適した出力電圧を得ることができる。
また、本実施形態では、フィードバックが不要な自励発振インバータに小型のCR時定数を用いる(例えば、セラミックコンデンサ)という構成を採用することで、電解コンデンサやフィルムコンデンサを用いる必要がない。そのため、発熱による不具合が生じることがないので、LEDの点灯時において、より長期的に、安定した点灯動作を維持することが可能となる。また、部品体積も小さくなるので、小丸電球と呼ばれる径小球のLEDランプのように回路スペースが限られている筐体に対しても、筐体内に部品をレイアウトする自由度が増す。なお、フィルムコンデンサとは、ポリエチレンやポリプロピレン膜などを用いたコンデンサをいう。
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路20について、図2を用いて説明する。図2は、本発明の第2の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路の回路構成を示す図である。
次に、本発明の第2の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路20について、図2を用いて説明する。図2は、本発明の第2の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路の回路構成を示す図である。
図2に示すように、本発明の第2の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路20は、LEDを点灯させるためのLED点灯回路であって、第1の実施形態と同様に、整流回路21と、インバータ22とを備える。
本実施形態に係る発光ダイオード点灯回路20が、本発明の第1の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路10と異なる点は、インバータの構成である。
なお、本実施形態における、入力端子P1及びP2と、整流回路21と、出力端子P3及びP4とは、第1の実施形態における、入力端子P1及びP2と、整流回路11と、出力端子P3及びP4と同様の構成及び機能であるので、その説明は省略する。また、図2において、図1に示す構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付しており、その詳しい説明は省略する。
本実施形態におけるインバータ22(INV)は、第1の実施形態に係るインバータ12に対して、さらに、チョークコイルL1と、ダイオードD1とを有する。
チョークコイルL1は、LEDと閉ループを構成するように設けられており、チョークコイルL1の一方側は出力端子P4に接続されており、他方側はダイオードD1を介して出力端子P3に接続されている。また、本実施形態において、チョークコイルL1の他方側はスイッチング素子Q1のコレクタ及び抵抗器R1にも接続されている。なお、本実施形態では、チョークコイルL1として、インダクタンスが3.0mHのチョークコイルを用いた。
ダイオードD1は、ファストリカバリダイオードであって、チョークコイルL1及びLEDと直列接続されている。本実施形態において、ダイオードD1のアノード側は、チョークコイルL1の他方側に接続されるとともに抵抗器R1に接続されており、カソード側は、出力端子P3に接続されている。ダイオードD1によって、チョークコイルL1の励磁エネルギーの放出方向を決定することができる。なお、本実施形態では、600V/1A/250nsのファストリカバリダイオードを用いた。
本実施形態におけるインバータ22は、さらに、抵抗器R2及びR3を有する。抵抗器R2及びR3によって、スイッチング素子Q1のオン状態におけるコンデンサC2の放電状態及びスイッチング素子Q1のオン抵抗を調整することができる。なお、本実施形態では、抵抗器R2として抵抗値が1.0Ωのチップ抵抗を用い、抵抗器R3として抵抗値が27Ωのチップ抵抗を用いた。
次に、本発明の第2の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路20の動作について説明する。
第1の実施形態と同様に、例えば、LEDを点灯させるためにユーザが壁スイッチ等をオン操作すると、入力端子P1及びP2に交流電圧が供給され、整流回路21により平滑化された入力電圧Vinが生成される。入力電圧Vinは、インバータ22の入力端間に供給される。
これにより、インバータ22が動作し始める。すなわち、インバータ22に所定の入力電圧Vinが印加されることにより、LED、抵抗器R1及びチョークコイルL1を介してコンデンサC2に電流が流れ込み、コンデンサC2に所定の電荷が充電される。
そして、コンデンサC2の電荷がトリガダイオードTDのブレークオーバー電圧に達した時に、トリガダイオードTDが導通状態となり、トリガ信号(トリガパルス)がスイッチング素子Q1のベースに供給され、スイッチング素子Q1がオンする。
この結果、スイッチング素子Q1がオン状態となって整流回路21の電圧出力端の負極と出力端子P4との接続経路が導通する。これにより、出力端子P3及びP4から所定の出力電圧が出力し、LEDに所定の電力が供給されてLEDが点灯する。
このとき、本実施形態では、チョークコイルL1が設けられているので、スイッチング素子Q1がオン状態のときに、チョークコイルL1に電流が流れる。これにより、チョークコイルL1は励磁されて磁気エネルギーを蓄積する。
その後、オン状態のスイッチング素子Q1によってコンデンサC2の両電極間が導通するので、コンデンサC2に蓄積された電荷が放電されていく。そして、コンデンサC2の電荷がトリガダイオードTDのブレークオーバー電圧を下回った時に、トリガダイオードTDが非導通となり、スイッチング素子Q1がオフして、インバータ22の電圧出力が停止する。
このとき、スイッチング素子Q1がオフ状態となることにより、チョークコイルL1は、スイッチング素子Q1のオン時に蓄積された磁気エネルギーを放出して逆起電力を生成する。これにより、出力端子P3及びP4から、逆起電力による出力電圧が出力することとなり、チョークコイルL1とダイオードD1とLEDとで構成される閉ループにおいて、チョークコイルL1→ダイオードD1→LEDの向きに電流が流れて、LEDが点灯する。
また、第1の実施形態と同様に、入力電圧Vinが供給されている状態の場合、スイッチング素子Q1のオフによって、再びコンデンサC2が充電されていく。そして、上記同様に、コンデンサC2の電荷がトリガダイオードTDのブレークオーバー電圧に達すると、トリガダイオードTDが導通状態となってスイッチング素子Q1がオンして、インバータ22からの電圧出力が再び開始する。
このように、インバータ22に入力電圧Vinが印加され続けることにより、コンデンサC2の充放電が繰り返されるとともに、これに連動してスイッチング素子Q1のオンオフが繰り返されて、一定方向に脈流する電圧にチョークコイルL1の逆起電力による電圧が重畳された電圧が出力され、LEDが点灯し続ける。
ここで、図1に示す本発明の第1の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路10と、図2に示す本発明の第2の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路20とにおける出力電力の波形について、図3A及び図3Bを用いて説明する。図3Aは、本発明の第1の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路における出力電圧の波形を示す図である。また、図3Bは、本発明の第2の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路における出力電圧の波形を示す図である。
図3Aに示すように、第1の実施形態では、スイッチング素子Q1のオンオフに連動した一定方向に脈流する電圧が出力されることが分かる。
一方、図3Bに示すように、第2の実施形態では、スイッチング素子Q1が一度オンすると、スイッチング素子Q1がオフ状態になったときにチョークコイルL1に逆起電力が生じるので、当該逆起電力による電圧が重畳された、のこぎり歯状の電圧が出力されることが分かる。このように、第2の実施形態では連続動作のインバータを構成することができるので、入力電圧Vinの供給状態においては、LEDに対して所定の電圧が供給され続ける。従って、第1の実施形態よりも低い周波数であっても、LEDが点灯し続ける状態を容易に維持することができる。
以上、本発明の第2の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路20によれば、第1の実施形態と同様に、トリガダイオードTD及びスイッチング素子Q1によって他励のインバータ22を構成しているので、部品点数が少なく、小型化に適した発光ダイオード点灯回路を低コストで実現することができる。また、安定した動作で発光ダイオードを点灯させることもできる。
また、第1の実施形態と同様に、駆動トランス(CT)を用いることなくインバータを構成しているので、回路機能特性の変化が少なく安定して電力を出力することができる発光ダイオード点灯回路を実現することもできる。
さらに、本実施形態に係る発光ダイオード点灯回路20によれば、チョークコイルL1を備えているので、スイッチング素子Q1のオフによってチョークコイルL1に逆起電力を発生させることができる。これにより、スイッチング素子Q1のオフ直後においてもLEDに電圧を供給することができるので、容易にLEDの点灯状態を維持することができる。
また、本実施形態でも、フィルムコンデンサを用いていないので、発熱による不具合が生じることもない。
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路30について、図4を用いて説明する。図4は、本発明の第4の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路の回路構成を示す図である。
次に、本発明の第3の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路30について、図4を用いて説明する。図4は、本発明の第4の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路の回路構成を示す図である。
図4に示すように、本発明の第3の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路30は、LEDを点灯させるためのLED点灯回路であって、第2の実施形態と同様に、整流回路31と、インバータ32とを備える。
本実施形態に係る発光ダイオード点灯回路30が、本発明の第2の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路20と異なる点は、本実施形態に係る発光ダイオード点灯回路30が、さらに、インバータの動作を停止させるための停止回路33(STP)を備える点である。なお、本実施形態において、インバータ32は、抵抗値が2.2kΩのチップ抵抗である抵抗器R8を備えている。
本実施形態における、入力端子P1及びP2と、整流回路31と、インバータ32と、出力端子P3及びP4とは、第2の実施形態における、入力端子P1及びP2と、整流回路21と、インバータ22と、出力端子P3及びP4と同様の構成及び機能であるので、その説明は省略する。また、図4において、図1及び図2に示す構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付しており、その詳しい説明は省略する。なお、本実施形態におけるインバータ32のスイッチング素子Q1は、第1のスイッチング素子Q1とする。
本実施形態に係る発光ダイオード点灯回路30は、停止回路33によって、インバータ32の動作を制御するように構成されており、インバータ32に入力される入力電圧Vinの値が所定値(Vth)よりも小さい場合、例えば、本来LEDを点灯及び消灯させるための基準入力電圧(Vd)の値よりも小さく、かつ、LEDを点灯させうる範囲の微小な値の電圧(Vmin)の場合には、インバータ32が動作しないように、すなわち、LEDを点灯させるための電力が出力されないように構成されている。
停止回路33は、例えば消灯時に壁スイッチに小さな緑のLEDランプが点灯するように構成された常夜灯スイッチ(ほたるスイッチ)等の半導体スイッチによってLEDをオフする場合に、インバータ32が動作しないように構成されたバイパス回路である。本実施形態における停止回路33は、スイッチ回路SW及び抵抗器R4〜R7を備えており、スイッチ回路SWがオンすることによって、インバータ32が動作しないように構成されている。
図4に示すように、スイッチ回路SWは、第2のスイッチング素子Q2及び第3のスイッチング素子Q3を有する。本実施形態において、第2のスイッチング素子Q2及び第3のスイッチング素子Q3は、NPNバイポーラ形トランジスタで構成されている。
第2のスイッチング素子Q2は、インバータ32のコンデンサC2と並列に接続されており、第2のスイッチング素子Q2のコレクタは、コンデンサC2の高電位側に接続されるとともに、抵抗器R1、チョークコイルL1及び抵抗器R8を介して整流回路31の電圧出力端の正極に接続されている。また、第2のスイッチング素子Q2のエミッタは、コンデンサC2の低電位側に接続されるとともに、整流回路31の電圧出力端の負極に接続されている。なお、第2のスイッチング素子Q2のベースは、第3のスイッチング素子Q3のコレクタに接続されている。
第3のスイッチング素子Q3は、コレクタが抵抗器R7に接続されるとともに、第2のスイッチング素子Q2のベースに接続されている。第3のスイッチング素子Q3のエミッタは、抵抗器R6に接続されるとともに、整流回路31の電圧出力端の負極に接続されている。また、第3のスイッチング素子Q3のベースは、抵抗器R5と抵抗器R6との接続点に接続されている。
抵抗器R4は、一端が整流回路31の電圧出力端の正極に接続され、他端が抵抗器R5と抵抗器R7との接続点に接続されている。抵抗器R5は、一端が抵抗器R4と抵抗器R7との接続点に接続されるとともに、他端が抵抗器R6と第3のスイッチング素子Q3のベースとの接続点に接続されている。抵抗器R6は、一端が抵抗器R5と第3のスイッチング素子Q3のベースとの接続点に接続されており、他端が整流回路31の電圧出力端の負極に接続されている。抵抗器R7は、一端が抵抗器R4と抵抗器R5との接続点に接続されるとともに、他端が第2のスイッチング素子Q2のベースと第3のスイッチング素子Q3のコレクタとの接続点に接続されている。
このように構成される停止回路33において、抵抗器R4〜R7の抵抗値は、入力電圧Vinが上記所定値(Vth)よりも小さい場合に、第3のスイッチング素子Q3がオフするとともに第2のスイッチング素子Q2がオンするように、また、入力電圧Vinが上記所定値以上の場合には、第3のスイッチング素子Q3がオンするとともに第2のスイッチング素子Q2がオフするように設定されている。
すなわち、所定値(Vth)は、スイッチ回路SWの閾値電圧として任意に設定することができ、例えば、本来LEDを点灯及び消灯させるための基準入力電圧(Vd)の値よりも小さく、かつ、LEDを点灯させうる範囲の微小な値の電圧(Vmin)となるような電圧値として設定することができる。一例として、本実施形態では、抵抗器R4〜R7としては、それぞれの抵抗が、R4=330kΩ、R5=82kΩ、R6=3.9kΩ、R7=100kΩであるチップ抵抗を用いた。
このように、入力電圧Vinが上記所定値(Vth)よりも小さい場合は、停止回路33におけるスイッチ回路SWはオン状態となる。すなわち、この場合、第3のスイッチング素子Q3のベースにはオン電流が流れず当該第3のスイッチング素子Q3はオフとなり、第2のスイッチング素子Q2のベースに対して所定のオン電流が流れて当該第2のスイッチング素子Q2がオンとなる。これにより、インバータ32のコンデンサC2には電荷が充電されない状態となり、トリガダイオードTDは非導通状態のままとなって、第1のスイッチング素子Q1がオンしない。このように、停止回路33は、入力電圧Vinが上記所定値(Vth)よりも小さい場合は、インバータ32が起動しないように構成されている。
一方、入力電圧Vinが上記所定値(Vth)以上の場合は、停止回路33におけるスイッチ回路SWはオフ状態となる。すなわち、この場合、抵抗器R4〜R6の分圧比で決定されるオン電流が第3のスイッチング素子Q3のベースに流れて当該第3のスイッチング素子Q3がオンとなり、第2のスイッチング素子Q2のベース及びエミッタが低電位(GND電位)となって当該第2のスイッチング素子Q2がオフとなる。これにより、コンデンサC2に電荷が充電可能な状態となる。従って、LEDを点灯させるための電圧Vinが入力されると、コンデンサC2が充電され、やがてトリガダイオードTDが導通する電圧に達して、第1のスイッチング素子Q1がオンとなり、LEDに対して所定の電力が供給されてLEDは点灯する。このように、停止回路33は、入力電圧Vinが上記所定値(Vth)以上の場合、インバータ32に対しての停止制御は行わない。
次に、本発明の第3の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路30の動作について説明する。
第1の実施形態と同様に、例えば、LEDを点灯させるためにユーザが壁スイッチ等をオン操作すると、入力端子P1及びP2に交流電圧が供給され、整流回路31により平滑化された入力電圧Vinが生成される。入力電圧Vinは、インバータ32の入力端間及び停止回路33の入力端間に供給される。このとき、入力電圧Vinとして、本来LEDを点灯させるための基準入力電圧(Vd)が供給される。
これにより、インバータ32が動作し始める。すなわち、インバータ32に所定の入力電圧Vinが印加されることにより、LED、抵抗器R1及びチョークコイルL1を介してコンデンサC2に電流が流れ込み、コンデンサC2に所定の電荷が充電される。
そして、コンデンサC2の電荷がトリガダイオードTDのブレークオーバー電圧に達した時に、トリガダイオードTDが導通状態となり、トリガ信号(トリガパルス)がスイッチング素子Q1のベースに供給され、スイッチング素子Q1がオンする。
この結果、スイッチング素子Q1がオン状態となって整流回路31の電圧出力端の負極と出力端子P4との接続経路が導通する。これにより、出力端子P3及びP4から所定の出力電圧が出力し、LEDに所定の電力が供給されてLEDが点灯する。
このとき、第2の実施形態と同様に、スイッチング素子Q1がオン状態のときに、チョークコイルL1に電流が流れるので、チョークコイルL1は励磁されて磁気エネルギーを蓄積する。
その後、オン状態のスイッチング素子Q1によってコンデンサC2の両電極間が導通するので、コンデンサC2に蓄積された電荷が放電されていく。そして、コンデンサC2の電荷がトリガダイオードTDのブレークオーバー電圧を下回った時に、トリガダイオードTDが非導通となり、スイッチング素子Q1がオフして、インバータ22の電圧出力が停止する。
このとき、スイッチング素子Q1がオフ状態となることにより、チョークコイルL1は、スイッチング素子Q1がオフ時に蓄積された磁気エネルギーを放出して逆起電力を生成する。これにより、出力端子P3及びP4から、逆起電力による出力電圧が出力することとなり、チョークコイルL1とダイオードD1とLEDとで構成される閉ループにおいて、チョークコイルL1→ダイオードD1→LEDの向きに電流が流れて、LEDが点灯する。
また、第1及び第2の実施形態と同様に、入力電圧Vinが供給されている状態の場合、スイッチング素子Q1のオフによって、再びコンデンサC2が充電されていく。そして、上記同様に、コンデンサC2の電荷がトリガダイオードTDのブレークオーバー電圧に達すると、トリガダイオードTDが導通状態となってスイッチング素子Q1がオンして、インバータ32からの電圧出力が再び開始する。
このように、インバータ32に入力電圧Vinが印加され続けることにより、コンデンサC2の充放電が繰り返されるとともに、これに連動してスイッチング素子Q1のオンオフが繰り返されて、第2の実施形態と同様に、一定方向に脈流する電圧にチョークコイルL1の逆起電力による電圧が重畳された電圧が出力され、LEDが点灯し続ける。つまり、本実施形態でも、図3Bに示すような、のこぎり歯状の電圧が出力される。
なお、本実施形態では停止回路33を備えているが、停止回路33は、基準入力電圧(Vd)の供給によってスイッチ回路SWがオフ状態となっている。すなわち、第3のスイッチング素子Q3はオンとなり、第2のスイッチング素子Q2がオフとなり、停止回路33はインバータ32に対しての停止機能は働かないので、インバータ32は上記の動作を行うことができ、LEDを点灯させるための所定の電力を出力することができる。
次に、LEDを消灯させるためにユーザが壁スイッチをオフ操作すると、入力端子P1及びP2への交流電圧の供給が停止してインバータ32の動作も停止するので、基本的にはLEDは消灯することになる。
しかしながら、従来の発光ダイオード点灯回路では、他のIC回路、又は、リモコンスイッチや常夜灯スイッチ等の電子スイッチによって、入力電圧Vinとして基準入力電圧(Vd)よりも小さく、かつ、LEDを点灯させうる範囲の微小な値の電圧(Vmin)が回路内に供給される場合がある。
このように回路内に微小電圧(Vmin)が供給されると、回路内に微小電流が流れてインバータ32が動作してしまい、微弱ながらもLEDが点灯してしまう可能性がある。すなわち、LEDを完全に消灯することができない場合がある。
これに対し、本実施形態では、微小電圧(Vmin)がインバータ32に供給されたとしても、LEDは点灯しない。すなわち、本実施形態では、入力電圧Vinとして微小電圧(Vmin)がインバータ32供給されたとしても、微小電圧(Vmin)以上の動作開始電圧(Vth)として設定された停止回路33が起動することになるので、インバータ32は動作しない。
具体的には、回路内に入力電圧Vinとして微小電圧(Vmin)が供給されると、停止回路33において、第2のスイッチング素子Q2がオフして第3のスイッチング素子Q3がオンとなる。これにより、インバータ32のコンデンサC2の両端間が導通状態となり、コンデンサC2は充電されない状態となり、トリガダイオードTDは非導通状態のままとなる。この結果、第1のスイッチング素子Q1はオンしないので、インバータ32は出力電力を生成しない。よって、インバータ32から出力端子P3及びP4への電力供給が完全に停止することになるので、LEDを確実に消灯させることができる。
以上、本発明の第3の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路30によれば、第1及び第2の実施形態と同様に、トリガダイオードTD及びスイッチング素子Q1によって他励のインバータ32を構成しているので、部品点数が少なく、小型化に適した発光ダイオード点灯回路を低コストで実現することができる。また、安定した動作で発光ダイオードを点灯させることもできる。
また、第1及び第2の実施形態と同様に、駆動トランス(CT)を用いることなくインバータを構成しているので、回路機能特性の変化が少なく安定して電力を出力することができる発光ダイオード点灯回路を実現することもできる。
さらに、本実施形態に係る発光ダイオード点灯回路30によれば、第2の実施形態と同様に、チョークコイルL1を備えているので、スイッチング素子Q1のオフによってチョークコイルL1に逆起電力が発生させることができる。これにより、スイッチング素子Q1のオフ直後においてもLEDに電圧を供給することができるので、容易にLEDの点灯状態を維持することができる。
さらに、本実施形態に係る発光ダイオード点灯回路30によれば、停止回路33によってインバータ32の動作可能状態を制御することができる。すなわち、入力電圧Vinが所定値よりも小さい場合には、停止回路33によってインバータ32が動作しないように制御することができる。これにより、LEDを消灯させたい場合には、LEDに流れる電流のパスを遮断することができるので、LEDが点灯することなく完全に消灯させることができる。
また、本実施形態でも、フィルムコンデンサを用いていないので、発熱による不具合が生じることもない。
また、本実施形態において、出力電圧の波形をより平滑化するという観点からは、次のような構成を採用することがより好ましい。例えば、コンデンサC2(第1のコンデンサ)の他に、さらに別のコンデンサ(第2のコンデンサ)を設ければよく、図5に示される発光ダイオード点灯回路40のように、点灯させるLEDと並列に接続されたコンデンサC3を有するインバータ42を用いることが好ましい。図5は、本発明の第3の実施形態の変形例に係る発光ダイオード点灯回路の回路構成を示す図である。
図5に示すように、変形例に係る発光ダイオード点灯回路40は、図4に示される発光ダイオード点灯回路30と同様に、整流回路31と停止回路33とを備え、さらに、インバータ42を備える。変形例におけるインバータ42は、図4に示されるインバータ33に、LEDと並列接続されたコンデンサC3が追加された構成となっている。
この構成により、チョークコイルL1に加えてコンデンサC3にもエネルギーを蓄えることができる。これにより、図3Bで示した、発光ダイオード点灯回路における出力電圧の波形をより平滑化させることができるので、結果として、安定したLEDの点灯を実現することが可能となる。さらに、本構成によれば、チョークコイルL1及びコンデンサC3のそれぞれにエネルギーを分散させることもできるので、小さい筐体(例えば、後述の図6に示すランプ)においてもレイアウトの自由度を高めることができる。
なお、図5に示す回路構成は、図4に示す回路構成に対して出力電圧の波形を平滑化するために必要な構成を追加した変形例に相当する。そのため、図5において、図4と変更がなく、同じ部材に関しては、同一の符号を付すとともに、詳細な説明は割愛する。また、本変形例では、LEDと並列接続されたコンデンサC3はインバータの一部としているが、コンデンサ3はインバータと別の構成として考えても構わない。また、本変形例におけるコンデンサC3については、図4の回路構成に対してだけではなく、図2の回路構成に対しても適用することができる。
以上、第3の実施の形態について説明したが、本実施形態に係る発光ダイオード点灯回路では、停止回路33が、インバータ32(42)のコンデンサC2と並列に接続されたスイッチング素子Q2がオンすることにより、コンデンサC2の両端が同電位となることが好ましい。これにより、インバータ32(42)のコンデンサC2の両端間が導通状態となってコンデンサC2は充電されない状態となり、トリガダイオードTDは非導通状態のままとなる。この結果、第1のスイッチング素子Q1はオンしないので、インバータ32(42)は出力電力を生成しない。よって、インバータ32(42)から出力端子P3及びP4への電力供給が完全に停止することとなるから、結果的にLEDを確実に消灯させることができるという効果が得られる。
(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態に係るランプについて、図6及び図7を用いて説明する。図6は、本発明の第4の実施形態に係るランプの一部切り欠き断面図である。図7は、同ランプに内蔵される発光ダイオード点灯回路の外観斜視図である。なお、本実施形態は、第1〜第3の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路の適用例であり、図7では、第3の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路30を適用した場合を示している。
次に、本発明の第4の実施形態に係るランプについて、図6及び図7を用いて説明する。図6は、本発明の第4の実施形態に係るランプの一部切り欠き断面図である。図7は、同ランプに内蔵される発光ダイオード点灯回路の外観斜視図である。なお、本実施形態は、第1〜第3の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路の適用例であり、図7では、第3の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路30を適用した場合を示している。
図6に示すように、本発明の第4の実施形態に係るランプ100は、小丸電球タイプの電球形LEDランプであって、グローブ101と、口金102と、グローブ101と口金102との間に配置されるヒートシンク103とによってランプ外囲器が構成されている。
グローブ101は、LEDから放出される光をランプ外部に放射するための半球状の透光性カバーであって、LEDを覆うようにして設けられている。グローブ101は、LEDから放出される光を拡散させるために、グローブ内面には拡散処理が施されている。
なお、本実施形態において、グローブ101の材質はガラス材としたが、合成樹脂等によってグローブ101を成形しても構わない。
口金102は、金属製の有底筒体形状であって、二接点によって交流電力を受電するための受電部である。口金102で受電した電力はリード線を介して発光ダイオード点灯回路30の入力端子P1及びP2に入力される。また、口金102の外周面には照明装置(照明器具)のソケットに螺合させるための螺合部が形成されている。なお、本実施形態において、口金102は、E12形の口金である。従って、ランプ100は、商用の交流電源に接続されたE12口金用ソケットに取り付けて使用される。
なお、口金102は、必ずしもE12形の口金である必要はなく、E26形などの口金であってもよい。また、口金102は、必ずしもねじ込み形の口金である必要はなく、例えば差し込み形など異なる形状の口金であってもよい。
ヒートシンク103は、上下方向に2つの開口部を有する金属製の筒型放熱体(筐体)であって、グローブ101側の開口を構成する第1開口部と、口金102側の開口を構成する第2開口部とを有する。
本実施形態において、ヒートシンク103はアルミニウム合金材料で構成されている。また、ヒートシンク103の表面はアルマイト処理が施されており、熱放射率を向上させるように構成されている。また、ヒートシンク103の材料としては、ポリブチレンテレフタレート(PBT)等の耐熱性を有する樹脂で構成することもできる。ヒートシンク103を樹脂で構成する場合は、難燃性及び高熱放射率を有する樹脂を用いることが好ましい。
なお、ヒートシンク103と口金102とは、ヒートシンク103と口金102との間に設けられる絶縁リング等によって絶縁されている。
また、本実施形態に係るランプ100は、回路基板104を備える。回路基板104には、LEDが実装されるとともに、図6に示すように、発光ダイオード点灯回路30を構成する回路素子群が実装されている。回路基板104は、LED及び回路素子群が実装された状態で、ヒートシンク103の内側において保持されている。なお、回路基板104には、LED及び発光ダイオード点灯回路30を構成する各回路素子を電気的に接続するために、配線パターンが形成されている。
LEDとしては、表面実装(SMD:Surface Mount Device)型のLEDを用いることができる。このようなSMD型のLEDは、パッケージ(容器)と、パッケージのキャビティ内に実装されたLEDチップと、LEDチップを覆うようにキャビティ内に封入された蛍光体含有樹脂とを有する。LEDチップとしては、例えば、中心波長が440nm〜470nmの青色を発光する青色発光ダイオードを用いることができる。蛍光体含有樹脂としては、白色光を得るために、シリコーン樹脂にYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系の黄色蛍光体粒子を分散させた蛍光体含有樹脂を用いることができる。
なお、LEDとしては、SMD型に限らず、COB(Chip On Board)型のLEDを用いることもできる。COB型のLEDとしては、例えば、回路基板104に直接実装されたベアチップを蛍光体含有樹脂によって封止することによって構成することができる。
以上のようにして構成されるランプ100は、照明器具等のソケットに装着されて利用される。このように、第1〜第3の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路は、LEDを備えるランプに用いることができる。なお、第1〜第3の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路の使用電力範囲(つまり、発光ダイオード点灯回路に供給される電力範囲)としては、0.1W〜3W程度である。0.1W〜3Wの範囲であれば、熱やノイズ等の不具合が生じることなく安定して動作することを確認した。
また、本実施形態に係るランプは、点灯回路にインバータが備えられているので、装着される照明器具の種類にかかわらず対応することができる。すなわち、照明器具に備えられる機能によっては、点灯回路内に様々な電圧が入力されうるが、本実施形態に係るランプによれば、様々な値の電圧が入力されたとしても、インバータによって一定の電圧を出力することができるので、所望にLEDを点灯させることができる。
以上、本発明の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路及びランプについて、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記の実施形態では、スイッチング素子Q1は、NPNのバイポーラ形トランジスタを用いたが、PNPのバイポーラ形トランジスタとしても構わない。また、スイッチング素子Q1としては、バイポーラ形トランジスタを用いたが、FET(Field Effect Transistor)を用いても構わない。
また、上記の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路を構成する回路素子は、適宜変更及び追加することができる。例えば、上記の第2及び第3の実施形態では、インバータに抵抗器R2及びR3を設けたが、抵抗器R2及びR3は設けなくても構わない。また、電流ヒューズ素子FS、平滑コンデンサC1及びノイズフィルタNFも必ずしも設ける必要はない。
また、上記の実施形態に係る発光ダイオード点灯回路は、整流回路を備えているが、必ずしも整流回路を備える必要はない。但し、インバータには、強さと向きが一定である電流、全波整流、半波整流又は脈流等の一定の向きに流れる電流である直流の電圧を入力することが好ましい。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したもの、又は異なる実施の形態あるいは変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
本発明に係る発光ダイオード点灯回路は、ランプ等のLEDを用いた各種装置等において広く利用することができる。特に、本発明は、0.1W〜3Wのような非常に低Wにて駆動させる発光ダイオードの点灯用回路として有用であり、当該点灯回路は、小型のLED電球に適している。
10、20、30、40、200 発光ダイオード点灯回路
11、21、31 整流回路
12、22、32、42 インバータ(INV)
33 停止回路(STP)
100 ランプ
101 グローブ
102 口金
103 ヒートシンク
104 回路基板
210 整流回路
211、C1 平滑コンデンサ
212、L1 チョークコイル
213、D1 ダイオード
214、C2、C3 コンデンサ
220 発光ダイオード駆動用半導体回路
221 スイッチング素子ブロック
221a 接合型FET
221b スイッチング素子
222 制御回路
222a レギュレータ
222b 発振器
222c オン時ブランキングパルス発生器
223 ドレイン電流検出回路
224 起動停止回路
P1、P2 入力端子
P3、P4 出力端子
AC AC電源
SW スイッチ回路
Q1 第1のスイッチング素子
Q2 第2のスイッチング素子
Q3 第3のスイッチング素子
TD トリガダイオード
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8 抵抗器
FS 電流ヒューズ素子
NF ノイズフィルタ
ZD ツェナーダイオード
11、21、31 整流回路
12、22、32、42 インバータ(INV)
33 停止回路(STP)
100 ランプ
101 グローブ
102 口金
103 ヒートシンク
104 回路基板
210 整流回路
211、C1 平滑コンデンサ
212、L1 チョークコイル
213、D1 ダイオード
214、C2、C3 コンデンサ
220 発光ダイオード駆動用半導体回路
221 スイッチング素子ブロック
221a 接合型FET
221b スイッチング素子
222 制御回路
222a レギュレータ
222b 発振器
222c オン時ブランキングパルス発生器
223 ドレイン電流検出回路
224 起動停止回路
P1、P2 入力端子
P3、P4 出力端子
AC AC電源
SW スイッチ回路
Q1 第1のスイッチング素子
Q2 第2のスイッチング素子
Q3 第3のスイッチング素子
TD トリガダイオード
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8 抵抗器
FS 電流ヒューズ素子
NF ノイズフィルタ
ZD ツェナーダイオード
Claims (9)
- 発光ダイオードを点灯するための発光ダイオード点灯回路であって、
入力電圧として一定方向の電圧を受けて、前記発光ダイオードを点灯させるための所定の電圧を出力する電力出力部を備え、
前記電力出力部は、
第1の端子、第2の端子、及び、前記第1の端子と前記第2の端子との間の導通及び非導通を制御するための第3の端子を有するトランジスタと、
前記第1の端子と前記第3の端子との接続経路に設けられたコンデンサと、
前記第2の端子と前記第3の端子との接続経路に設けられるとともに、前記コンデンサと直列接続された抵抗と、
前記コンデンサ及び前記抵抗の接続点と前記第3の端子との接続経路に設けられたトリガダイオードとを有し、
当該発光ダイオード点灯回路の使用電力範囲が0.1W〜3Wである、
発光ダイオード点灯回路。 - 前記電力出力部は、
さらに、チョークコイルと、
当該チョークコイル及び前記発光ダイオードと直列接続されるダイオードとを備え、
前記チョークコイルは、
前記トランジスタのオン時において、励磁されて磁気エネルギーを蓄積し、
前記トランジスタのオフ時において、蓄積された前記磁気エネルギーを放出して逆起電力を生成する、
請求項1に記載の発光ダイオード点灯回路。 - 前記電力出力部における前記コンデンサを第1のコンデンサとするとき、
前記電力出力部は、当該第1のコンデンサの他に、さらに、第2のコンデンサを有し、
前記第2のコンデンサは、前記発光ダイオードと並列接続される、
請求項1または2に記載の発光ダイオード点灯回路。 - さらに、前記電力出力部に入力される前記入力電圧が所定値よりも小さい場合に、前記電力出力部の動作を停止させる停止回路を備える、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光ダイオード点灯回路。 - 前記電力出力部における前記トランジスタを第1のスイッチング素子とするとき、
前記停止回路は、
前記電力出力部の前記コンデンサと並列に接続された第2のスイッチング素子を有し、
前記第2のスイッチング素子がオンすることにより、前記コンデンサの両端が同電位となる、
請求項4に記載の発光ダイオード点灯回路。 - 前記発光ダイオード点灯回路に入力される電圧は、交流電圧であって、
前記発光ダイオード点灯回路は、
さらに、前記交流電圧を整流して前記電力出力部に一定方向の電圧を供給する整流回路を備える、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の発光ダイオード点灯回路。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の発光ダイオード点灯回路と、
前記発光ダイオード点灯回路によって点灯される発光ダイオードと、
を備える、
LED光源。 - 発光ダイオードを点灯するための発光ダイオード点灯回路であって、
入力電圧として一定方向の電圧を受けて、前記発光ダイオードを点灯させるための所定の電圧を出力するインバータを備え、
前記インバータは、
第1の端子、第2の端子、及び、前記第1の端子と前記第2の端子との間の導通及び非導通を制御するための第3の端子を有するトランジスタと、
前記第1の端子と前記第3の端子との接続経路に設けられたコンデンサと、
前記第2の端子と前記第3の端子との接続経路に設けられるとともに、前記コンデンサと直列接続された抵抗と、
前記コンデンサ及び前記抵抗の接続点と前記第3の端子との接続経路に設けられたトリガダイオードとを有し、
当該発光ダイオード点灯回路の使用電力範囲が0.1W〜3Wである、
発光ダイオード点灯回路。 - 請求項1〜6、8のいずれか1項に記載の発光ダイオード点灯回路と、
前記発光ダイオード点灯回路によって点灯される発光ダイオードと、
を備える、
ランプ。
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JP2002184588A (ja) * | 2000-12-18 | 2002-06-28 | Sony Corp | 発光ダイオード点灯回路 |
JP2006319172A (ja) * | 2005-05-13 | 2006-11-24 | Wako Denken Kk | Ledランプ調光用アダプタ装置 |
JP2009200257A (ja) * | 2008-02-21 | 2009-09-03 | Sharp Corp | Led駆動回路 |
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- 2011-12-27 JP JP2012552545A patent/JP5597264B2/ja active Active
- 2011-12-27 WO PCT/JP2011/007303 patent/WO2012095936A1/ja active Application Filing
- 2011-12-27 CN CN2011800631709A patent/CN103283310A/zh active Pending
Patent Citations (4)
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