JP5729854B2 - 電源装置およびｌｅｄ照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、交流電圧を直流電圧に変換して出力する直流電源装置およびこの直流電源装置によって発光ダイオードが点灯制御されるＬＥＤ照明器具に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）は、光源として一般用照明器具に利用されている。この照明器具は、所定の照度（明るさ）を得るために、多数の発光ダイオードを搭載している。発光ダイオードは、通常、直列接続または直並列接続され、照明器具に搭載された直流電源装置により点灯制御されている。直流電源装置は、発光ダイオードに所定の電流を流すために、直列接続された発光ダイオードの両端間に所定の直流電圧を出力している。

近年、発光ダイオードは、その発光効率が向上しつつあり、順方向電圧Ｖｆも低下する傾向にある。また、小型の照明器具は、搭載する発光ダイオードの数量が少ないものである。これらにより、直列接続される発光ダイオードの順方向電圧Ｖｆの合計電圧が低下してきており、入力電圧よりも低い直流電圧を出力する直流電源装置が多くなりつつある。すなわち、降圧チョッパ回路を用いる直流電源装置が多くなりつつある。

特開２００９−１３４９４５号公報（第５頁、第２図）

また、各降圧チョッパ回路の電界効果トランジスタ（スイッチング素子）は、順次降圧する入力電圧の高電位側に接続されているので、特に直列接続される降圧チョッパ回路の数量が多くなるにしたがい、スイッチング素子を駆動する駆動電圧が各降圧チョッパ回路で異なる。すなわち、駆動電圧は、電界効果トランジスタが導通するゲート、ソース間電圧に入力電圧を加算した電圧であるので、各降圧チョッパ回路の入力電圧に対する電圧差が大きいと、前記駆動電圧を異ならせる必要があり、各ドライブ回路の設定も異なり、これにより、直流電源装置が高価になるという欠点を有する。

本発明は、複数の負荷を電力可変可能に接続することができるとともに、コスト低減可能な直流電源装置およびこの直流電源装置により発光ダイオードが点灯制御されるＬＥＤ照明器具を提供することを目的とする。

請求項１に記載の電源装置の発明は、交流電源に接続される一対の入力端子と、第１スイッチング素子、インダクタおよびダイオードを有する昇圧チョッパ回路とを備え、前記交流電源の交流電圧を所定の直流電圧に変換して出力するＡＣ−ＤＣ変換回路と；前記ＡＣ−ＤＣ変換回路の出力間の低電位側に接続された第２スイッチング素子を有し、前記第２スイッチング素子のオンオフ動作により前記ＡＣ−ＤＣ変換回路の出力電圧をチョッピングして負荷が接続される出力間に直流電圧を出力し、それぞれ前記ＡＣ−ＤＣ変換回路の出力間に並列接続されている複数の降圧チョッパ回路と；前記複数の降圧チョッパ回路の全ての第２スイッチング素子をオンオフ制御する制御回路と；を具備し、前記昇圧チョッパ回路の第１スイッチング素子と前記複数の降圧チョッパ回路の全ての第２スイッチング素子は、前記ＡＣ−ＤＣ変換回路の出力間の低電位側の電圧ラインに接続されているとともに、前記昇圧チョッパ回路の第１スイッチング素子は、前記昇圧チョッパ回路のインダクタおよびダイオードの接続点と前記ＡＣ−ＤＣ変換回路の出力間の低電位側の電圧ラインとの間に接続され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。

ＡＣ−ＤＣ変換回路は、交流電圧を整流または整流平滑したもの、これらに昇圧チョッパ回路、昇降圧チョッパ回路または降圧チョッパ回路を接続したものなど、交流電圧を所定の直流電圧に変換するものであればよい。

制御回路は、各降圧チョッパ回路のスイッチング素子をそれぞれ制御する複数個であってもよく、１個により各降圧チョッパ回路のスイッチング素子を制御するように構成されていてもよい。

本発明によれば、ＡＣ−ＤＣ変換回路の出力間に複数の降圧チョッパ回路が並列接続されているので、各降圧チョッパ回路の出力間に同一または異なる負荷を接続可能であり、制御回路により負荷の電力を個別に制御可能である。また、各降圧チョッパ回路のスイッチング素子は、ＡＣ−ＤＣ変換回路の出力間の低電位側に接続されているので、制御回路から出力された低電圧の駆動電圧でオンオフ制御可能である。

請求項２に記載のＬＥＤ照明器具の発明は、請求項１記載の電源装置と；前記電源装置の出力間に接続されて点灯制御される発光ダイオードと；前記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。

直流電源装置は、器具本体に配設されていてもよく、器具本体と別置されていてもよい。

本発明によれば、直流電源装置の各降圧チョッパ回路により点灯制御された発光ダイオードの放射光が器具本体から出射されるＬＥＤ照明器具が提供される。

請求項１の発明によれば、各降圧チョッパ回路の出力間に同一または異なる負荷を接続し、制御回路により負荷の電力を個別に制御可能であるので、汎用性の向上した直流電源装置を提供することができるとともに、各降圧チョッパ回路のスイッチング素子のオンオフ駆動を制御回路から出力される低電圧で行えるので、大型の駆動回路等を要せず、直流電源装置を小型化にすることができ、安価に形成することができる。

請求項２の発明によれば、器具本体から出射される出射光は、直流電源装置の各降圧チョッパ回路の出力間にそれぞれ接続された発光ダイオードからの放射光であるので、各降圧チョッパ回路にそれぞれ発光色の異なる発光ダイオードを接続し、また、当該発光ダイオードを個別に調光点灯させることにより、演出照明が行えるＬＥＤ照明器具を提供することができる。

本発明の実施例１を示す直流電源装置の概略回路図。 同じく、発光体の概略平面図。 本発明の実施例２を示すＬＥＤ照明器具の概略斜視図。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

本発明において、ＡＣ−ＤＣ変換回路の出力間には、複数の降圧チョッパ回路が並列接続されているとともに、降圧チョッパ回路のスイッチング素子がＡＣ−ＤＣ変換回路の出力間の低電位側に接続されている。各降圧チョッパ回路の出力間には、それぞれ負荷が接続される。負荷は、制御回路により各降圧チョッパ回路のスイッチング素子を所望にオンオフ制御することにより、その電力が個別に可変される。

図１および図２は、本発明の実施例１を示し、図１は直流電源装置の概略回路図、図２は発光体の概略平面図である。

図１において、直流電源装置１は、ＡＣ−ＤＣ変換回路２、複数の降圧チョッパ回路３ａ，３ｂおよび制御回路４を有して構成されている。そして、入力端子５ａ，５ｂが商用交流電源Ｖｓに接続され、出力端子６ａ，６ｂ、７ａ，７ｂが負荷としての発光ダイオード（ＬＥＤ）８に接続されて、発光ダイオード８を点灯させるＬＥＤ点灯装置に形成されている。発光ダイオード８は、その複数個が直列接続されている。

ＡＣ−ＤＣ変換回路２は、直流電源回路９および昇圧チョッパ回路１０からなっている。直流電源回路９は、全波整流回路１１、トランスＴ１を有して形成されたノイズフィルタ回路１２およびノイズフィルタとして作用するコンデンサＣ１を有して形成されている。そして、全波整流回路１１の入力端子は、ノイズフィルタ回路１２を介して入力端子５ａ，５ｂに接続されている。全波整流回路１１の出力端子間にコンデンサＣ１を接続している。コンデンサＣ１の低電位側は、コンデンサＣ２を介してアースＥに接続されている。直流電源回路９は、商用交流電源Ｖｓの交流電圧例えばＡＣ１００Ｖを全波整流し、全波整流電圧をコンデンサＣ１の両端間に出力する。

昇圧チョッパ回路１０は、スイッチング素子である電界効果トランジスタＱ１のオンオフ動作により、直流電源回路９の出力電圧をチョッピングして所定の直流電圧例えばＤＣ４００Ｖを出力するものであり、周知の構成で形成されている。すなわち、直流電源回路９のコンデンサＣ１の両端間に接続されたインダクタＬ１および電界効果トランジスタＱ１の直列回路と、電界効果トランジスタＱ１のドレイン、ソース間に接続された逆流防止用のダイオードＤ１および平滑用コンデンサＣ３の直列回路を有して形成されている。そして、電界効果トランジスタＱ１が制御回路４により所定の周波数およびオンデューティでオンオフ制御されることにより、平滑コンデンサＣ３の両端間に所定の直流電圧が発生する。

こうして、ＡＣ−ＤＣ変換回路２は、商用交流電源Ｖｓの交流電圧例えばＡＣ１００Ｖを所定の直流電圧例えばＤＣ４００Ｖに変換して出力するように構成されている。

降圧チョッパ回路３ａ，３ｂは、周知の構成で形成され、ＡＣ−ＤＣ変換回路２の出力間にそれぞれ並列接続されている。なお、図中、２個の降圧チョッパ回路３ａ，３ｂを接続しているが、３個以上であってもよく、例えば６個が接続されている。また、降圧チョッパ回路３ａ，３ｂの同一部分には、同一符号を付している。

降圧チョッパ回路３ａ，３ｂは、ＡＣ−ＤＣ変換回路２の平滑用コンデンサＣ３に並列的に接続されたダイオードＤ２およびスイッチング素子としての電界効果トランジスタＱ２の直列回路と、ダイオードＤ２に並列的に接続されたインダクタＬ２および平滑用コンデンサＣ４の直列回路とを有してなり、電界効果トランジスタＱ２がＡＣ−ＤＣ変換回路２の出力間の低電位側である電圧ラインＡ１に接続されている。平滑用コンデンサＣ４の両端間は、降圧チョッパ回路３ａ，３ｂの出力間となっており、それぞれ出力端子６ａ，６ｂおよび出力端子７ａ，７ｂに接続され、負荷である直列接続された発光ダイオード（ＬＥＤ）８が接続されている。

そして、電界効果トランジスタＱ２は、そのゲート、ソース間が制御回路４に接続されており、制御回路４から出力された例えばＤＣ３〜４Ｖの制御信号（駆動電圧）が印加されることによりオンする。すなわち、電界効果トランジスタＱ２は、制御回路４から出力された制御信号によりオンオフ動作する。これにより、ＡＣ−ＤＣ変換回路２から出力された所定の直流電圧は、チョッピングされ、平滑用コンデンサＣ４の両端間に電界効果トランジスタＱ２のオンオフ動作に応じた直流電圧が発生する。

発光ダイオード８は、同一種類からなり、その両端間に降圧チョッパ回路３ａ，３ｂ，…から出力された直流電圧が印加されると、電流が流れて点灯し、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ている。そして、図２に示すように、各回路基板１３ａ〜１３ｆに実装され、各ＬＥＤモジュール１４ａ〜１４ｅを構成している。各ＬＥＤモジュール１４ａ〜１４ｅは、各降圧チョッパ回路３ａ，３ｂ，…にそれぞれ接続されている。そして、各ＬＥＤモジュール１４ａ〜１４ｅが集合して、発光体１５が形成されている。

図１において、制御回路４は、集積回路（ＩＣ）を有して形成されている。そして、電界効果トランジスタＱ２のゲート、ソース間に所定のオンオフ周波数やオンデューティを有する駆動電圧（ＤＣ３〜４Ｖ）を出力し、電界効果トランジスタＱ２をオンオフ制御する。すなわち、各降圧チョッパ回路３ａ，３ｂ，…の平滑用コンデンサＣ４の両端間に（出力端子６ａ，６ｂ、７ａ，７ｂ、…間に）一定の直流電圧を出力させる。

次に、本発明の実施例１の作用について述べる。

商用交流電源Ｖｓが投入されると、ＡＣ−ＤＣ変換回路２は、制御回路４による電界効果トランジスタＱ１のオンオフ制御に応じて、商用交流電源Ｖｓの交流電圧例えばＡＣ１００Ｖを所定の直流電圧例えばＤＣ４００Ｖに変換して平滑用コンデンサＣ３の両端間に出力する。

そして、各降圧チョッパ回路３ａ，３ｂ，…の電界効果トランジスタＱ２が所定のオンオフ周波数やオンデューティで制御回路４によりオンオフ制御されることにより、ＡＣ−ＤＣ変換回路２から出力された所定の直流電圧がチョッピングされ、各降圧チョッパ回路３ａ，３ｂ，…の平滑用コンデンサＣ４の両端間に一定の直流電圧が発生する。この直流電圧は、出力端子６ａ，６ｂ、７ａ，７ｂ、…間に直列接続されている発光ダイオード８の両端間に印加される。発光ダイオード８は、点灯し、可視光を放射する。すなわち、発光体１５から可視光が放射される。

そして、例えば外部の調光器から調光信号を送信すると、制御回路４は、調光信号に応じて、電界効果トランジスタＱ２のオンオフ周波数やオンデューティを変化させる。これにより、平滑用コンデンサＣ４の両端間に発生する直流電圧が変化して、発光ダイオード８に流れる電流が変化し、発光ダイオード８の光出力が変化する。すなわち、発光ダイオード８は、調光点灯され、発光体１５から放射される光量が変化する。このように、外部の調光器から調光信号を送信して、制御回路４により電界効果トランジスタＱ２をオンオフ制御することにより、発光ダイオード８に流れる電流を低減することができて、発光ダイオード８を調光点灯させることができる。

そして、各降圧チョッパ回路３ａ，３ｂ，…の出力端子６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂ，…に直列接続されている発光ダイオード８のいずれかに断線等が発生すると、当該発光ダイオード８には電流が流れなくなり、消灯する。すなわち、発光体１５のＬＥＤモジュール１４ａ〜１４ｆのうちの一から可視光が放射されなくなる。この場合であっても、発光体１５の残余のＬＥＤモジュール１４ａ〜１４ｆから可視光が放射されるので、完全ではないが、照明光を得ることができる。

また、各ＬＥＤモジュール１４ａ〜１４ｆは、それぞれ照明器具に搭載されてもよい。これにより、一の直流電源装置１により、複数の照明器具を点灯制御することができる。また、各出力端子６ａ，６ｂ、７ａ，７ｂ、…に、発光色の異なる発光ダイオード８を接続してもよい。調光信号に応じて、制御回路４が各降圧チョッパ回路３ａ，３ｂ，…を個別に制御することにより、発光体１５から異なる発光色の放射光を放射させて混光することができ、さらに調光点灯などにより混光割合を調整することによって、照明演出を図ることができる。このように、汎用性の向上した直流電源装置１を提供できる。

そして、各降圧チョッパ回路３ａ，３ｂ，…の電界効果トランジスタＱ２は、ＡＣ−ＤＣ変換回路２の出力間の低電位側に接続されていて、制御回路４から出力された低電圧の駆動電圧でオンオフ動作するので、大型の駆動回路等を必要とせず、これにより、直流電源装置１を小型化にすることができて、安価に形成することができる。

なお、直流電源装置１は、負荷として発光ダイオード８を点灯制御するように形成したが、これに限らず、制御機器、モータやヒータなどの電気機器を制御するものであってもよい。

図３は、本発明の実施例２を示すＬＥＤ照明器具の概略斜視図である。なお、図１および図２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照明器具１６は、例えば天井面に直付け又は吊り下げられる一般照明用器具であり、長方形の略箱状に形成された器具本体１７およびこの器具本体１７に配設された光源ユニット１８を具備している。発光ダイオード８は、発光体１５により光源ユニット１８側に設けられている。

光源ユニット１８は、ユニット本体１９およびカバー体２０からなっている。ユニット本体１９は、その長手方向の寸法が器具本体１７と同等であり、その幅方向の寸法が器具本体１７よりも大きく形成されているとともに、比較的浅い深さを有する有底の枠体に形成されている。

そして、発光体１５は、ユニット本体１９の開口１９ａ側に発光ダイオード８が位置するようにして、図示しないねじなどにより取り付けられている。

カバー体２０は、例えばアクリル樹脂からなる透光性部材としての長方形の透光板２１を具備している。そして、ユニット本体１９の開口１９ａを閉塞するようにして、ねじ２２，２２により、ユニット本体１９を介して器具本体１７に取り付けられている。発光体１５は、透光板２１により覆われている。

そして、器具本体１７は、その内部に図示しない直流電源装置１を配設している。直流電源装置１は、その各出力端子６ａ，６ｂ、７ａ，７ｂ、…が図示しないリード線により発光体１５に接続されており、発光ダイオード８に接続されている。

直流電源装置１に商用交流電源Ｖｓの交流電圧が投入されると、発光ダイオード８が点灯し、発光ダイオード８から可視光例えば白色光が放射される。この放射光は、ユニット本体１９の透光板２１を透過して、器具本体１７の下方側に位置する床面側を照明する。

ＬＥＤ照明器具１６は、外部の調光器から調光信号を送信して発光ダイオード８を調光点灯させることができるので、省電力を図ることができる。また、発光体１５が発光色の異なる発光ダイオード８を具備して構成されることにより、発光ダイオード８の調光点灯等させて演出照明を行うことができる。

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）や有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子などの面光源を点灯する点灯装置の他、制御機器またはモータやヒータなどの電気機器などに電力を供給する電源装置に利用することができる。

１…直流電源装置、 ２…ＡＣ−ＤＣ変換回路、 ３ａ，３ｂ…降圧チョッパ回路、 ４…制御回路、 ８…発光ダイオード、 １６…ＬＥＤ照明器具、 １７…器具本体、 Ｑ２…スイッチング素子としての電界効果トランジスタ

Claims (2)

1. 交流電源に接続される一対の入力端子と、第１スイッチング素子、インダクタおよびダイオードを有する昇圧チョッパ回路とを備え、前記交流電源の交流電圧を所定の直流電圧に変換して出力するＡＣ−ＤＣ変換回路と；
   前記ＡＣ−ＤＣ変換回路の出力間の低電位側に接続された第２スイッチング素子を有し、前記第２スイッチング素子のオンオフ動作により前記ＡＣ−ＤＣ変換回路の出力電圧をチョッピングして負荷が接続される出力間に直流電圧を出力し、それぞれ前記ＡＣ−ＤＣ変換回路の出力間に並列接続されている複数の降圧チョッパ回路と；
   前記複数の降圧チョッパ回路の全ての第２スイッチング素子をオンオフ制御する制御回路と；を具備し、
   前記昇圧チョッパ回路の第１スイッチング素子と前記複数の降圧チョッパ回路の全ての第２スイッチング素子は、前記ＡＣ−ＤＣ変換回路の出力間の低電位側の電圧ラインに接続されているとともに、前記昇圧チョッパ回路の第１スイッチング素子は、前記昇圧チョッパ回路のインダクタおよびダイオードの接続点と前記ＡＣ−ＤＣ変換回路の出力間の低電位側の電圧ラインとの間に接続されていることを特徴とする電源装置。
2. 請求項１記載の電源装置と；
   前記電源装置の出力間に接続されて点灯制御される発光ダイオードと；
   前記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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