JP5842129B2

JP5842129B2 - Ｌｅｄ点灯装置及びそれを用いた照明器具

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Publication number: JP5842129B2
Application number: JP2011162873A
Authority: JP
Inventors: 真史山本; 勝信濱本; 浅野　寛之; 寛之浅野; 久也滝北; 浩之中川; 裕司吉本
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-07-26
Filing date: 2011-07-26
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2031-07-26
Also published as: JP2013026177A; CN102905418B; US20130026949A1; EP2552179A3; US8669718B2; EP2552179B1; EP2552179A2; CN102905418A

Description

本発明は、ＬＥＤ(発光ダイオード)を点灯するＬＥＤ点灯装置、及びそれを用いた照明器具に関する。

近年、照明用の光源として蛍光ランプの代わりにＬＥＤが用いられるようになってきている。例えば、特許文献１には従来の直管形の蛍光ランプに近い形状を有するＬＥＤランプが開示されている。このＬＥＤランプは、帯板状の実装基板に多数のＬＥＤが実装されてなる光源ブロックと、光源ブロックを内部に収納する直管形のガラス管と、ガラス管の両端を閉塞する口金と、口金の側面より突出して光源ブロックに給電するための端子ピンとを備えている。このようなＬＥＤランプは、専用の照明器具に設けられているランプソケットに着脱自在に装着され、当該照明器具に搭載されているＬＥＤ点灯装置からランプソケットを介して電力(直流電力)が供給されることで点灯する。

また、従来のＬＥＤ点灯装置として、特許文献２に記載されている照明用電源装置がある。この従来例は、フライバック型のDC/DCコンバータからなる電源部と、電源部のスイッチング素子をスイッチング制御する制御回路(制御IC)と、制御回路に制御電源を供給する第１及び第２の補助電源回路とを備えている。

電源部は、商用交流電源の交流電圧が全波整流された脈流電圧を入力電圧とし、この入力電圧を降圧した直流電圧をＬＥＤに供給している。第１の補助電源回路は、限流抵抗を介して電源部の入力電圧で充電される第１の電解コンデンサを有し、第１の電解コンデンサに充電される電荷によって制御電源を生成している。一方、第２の補助電源回路は、電源部を構成するトランスの補助巻線に誘起される誘導起電力で充電される第２の電解コンデンサを有し、第２の電解コンデンサに充電される電荷によって制御電源を生成している。さらに第１の電解コンデンサの正極にアノードが接続され、制御回路の電源端子及び第２の電解コンデンサの正極にカソードが接続されたダイオードを有し、第２の電解コンデンサから第１の電解コンデンサへの放電が禁止されている。

特許文献２記載の従来例では、電源投入直後は第１の補助電源回路から制御電源が供給され、電源部の出力電圧が上昇して第２の電解コンデンサの両端電圧が第１の電解コンデンサの両端電圧を上回ると第２の補助電源回路から制御電源が供給される。さらに第２の補助電源回路から制御電源が供給されている間、第１の補助電源回路の動作が停止されるため、限流抵抗による電力ロスを抑えることができる。

特開２００９−４３４４７号公報特開２０１０−２８７４９９号公報

ところで、ＬＥＤランプに使用される発光ダイオードチップには順電圧が異なる複数種類のものが存在している。したがって、同じ光出力のＬＥＤランプであっても、使用される発光ダイオードチップの種類と個数が違うと定格電圧(負荷電圧)も異なる。例えば、日本電球工業会規格で規格化されているJEL801「Ｌ形ピン口金GX16t-5付直管形ＬＥＤランプシステム(一般照明用)」では、20形のものの定格電圧が22.5ボルト〜47.5ボルトの広い範囲に規定されている。つまり、このようなＬＥＤランプを点灯するＬＥＤ点灯装置においては、出力電圧を22.5ボルト〜47.5ボルトの広い範囲に対応しなければならないことになる。

ここで、上述した第２の補助電源回路から制御回路の制御電源を供給する場合、ＬＥＤランプの定格電圧Vfが低く(例えば、Vf=22.5ボルト)且つ制御回路の制御電源電圧Vccが高い(例えば、Vcc=15ボルト)ときには、補助巻線の巻数を増加させる必要がある。しかしながら、補助巻線の巻数を増加させて１次巻線と補助巻線との比が１：１に近付く場合、１次巻線と補助巻線の結合係数の影響が顕著に現れ、１次巻線に接続されているスイッチング素子に流れる電流の波形に動作周波数より高い振動波形が重畳するという問題が生じる。

一方、上述した第１の補助電源回路から制御回路の制御電源を供給する場合、特に力率改善回路(昇圧チョッパ回路)が使用されていると数百ボルトの高圧に耐え得る回路部品を使う必要があるために製造コストが上昇してしまう。また、限流抵抗による電力ロスが大きいという問題もある。

本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、製造コスト及び電力ロスの増加を抑えつつ幅広い負荷電圧に対応することを目的とする。

本発明のＬＥＤ点灯装置は、直流入力電圧を所定の直流出力電圧に降圧して発光ダイオードに供給する電源部と、前記電源部を制御することで前記直流出力電圧を調整する制御部と、前記制御部に制御電源を供給する制御電源部とを備え、前記制御電源部は、前記電源部の直流出力電圧から前記制御電源を生成するものであって、前記電源部から前記制御部に流れる電流を限流する限流抵抗部と、前記限流抵抗部を介して前記制御部に印加される電圧を定電圧化する定電圧部と、前記限流抵抗部の抵抗値を複数の抵抗値に切り替える切替部とを有し、前記切替部は、前記直流出力電圧が低くなるほど、前記限流抵抗部の抵抗値を小さい抵抗値に切り替えることを特徴とする。

このＬＥＤ点灯装置において、前記限流抵抗部は複数の抵抗の並列回路からなり、前記切替部は、前記複数の抵抗のうちの何れかと直列に接続されるスイッチ要素と、前記直流出力電圧が所定のしきい値よりも高くない場合に前記スイッチ要素を閉成し、前記直流出力電圧が所定のしきい値よりも高い場合に前記スイッチ要素を開成する駆動部とを有することが好ましい。

本発明の照明器具は、何れかのＬＥＤ点灯装置と、前記ＬＥＤ点灯装置並びに前記発光ダイオードを保持する器具本体とを備えたことを特徴とする。

本発明のＬＥＤ点灯装置及び照明器具は、製造コスト及び電力ロスの増加を抑えつつ幅広い負荷電圧に対応することができるという効果がある。

本発明に係るＬＥＤ点灯装置の実施形態を示し、(ａ)は回路ブロック図、(ｂ)は制御電源部の回路図である。本発明に係る照明器具の実施形態を示す斜視図である。

本発明に係るＬＥＤ点灯装置の実施形態の概略回路図を図１(ａ)に示す。本実施形態のＬＥＤ点灯装置は、電源部１と、電源部１を制御する制御部２と、外部から与えられる調光信号に応じた調光指令を制御部２に出力する出力制御部３と、制御電源部４とを備える。なお、本実施形態ではＬＥＤ点灯装置で点灯される発光ダイオードとして従来技術で説明したＬＥＤランプを例示するが、これに限定されるものではない。

電源部１は従来周知の降圧チョッパ回路からなり、直流電源５の正極とＬＥＤランプ100の正極端子（アノード端子)の間に挿入されるスイッチング素子10とインダクタ11の直列回路と、整流用のダイオード12と、平滑コンデンサ13と、検出抵抗６とを具備する。ダイオード12は、電界効果トランジスタからなるスイッチング素子10のドレインにカソードが接続され、直流電源５の負極にアノードが接続される。平滑コンデンサ13は、インダクタ11とＬＥＤランプ100の正極端子の接続点と、直流電源５の負極との間に接続される。なお、直流電源５は、例えば、商用交流電源から商用交流電圧よりも高い直流電圧を生成する昇圧チョッパ回路で構成される。

出力制御部３は、調光指令によって電流(ＬＥＤランプ100に流れる負荷電流)の目標値を制御部２に指示する。すなわち、外部から与えられる調光信号の調光レベルが100％の場合、出力制御部３は負荷電流の目標値をＬＥＤランプ100の定格電流値とし、例えば、調光レベルが50％の場合、出力制御部３は負荷電流の目標値を定格電流値の半分とする。

制御部２は、インダクタ11に流れる電流がゼロになるタイミングでパルス状の駆動信号を出力し、検出抵抗６に流れる電流(負荷電流)が出力制御部３から指示された目標値に一致した時点で駆動信号を停止する。制御部２及び出力制御部３は、制御電源部４から制御電源Vccが供給されることで動作する。なお、制御部２は、制御電源Vccが10ボルト以上であるときは臨界モードの制御動作を行い、制御電源Vccが10ボルト未満になると制御動作がリセットされる。そして、定常的には15ボルト程度の制御電源Vccが供給されることで制御部２が安定動作する。ただし、このような制御部２を汎用の制御ICで構成してもよい。

制御電源部４は、電源部１の直流出力電圧から制御電源Vccを生成するものであって、図１(ｂ)に示すように限流抵抗部40、定電圧部41、切替部42などを有している。限流抵抗部40は、電源部１の＋側の出力端子(平滑コンデンサ13の正極)と制御部２の電源端子との間に整流用のダイオード43を介して接続された２つの限流抵抗R1，R2の並列回路からなる。ただし、一方の限流抵抗R1の抵抗値に対して、他方の電流抵抗R2の抵抗値が小さい値に設定されている。

定電圧部41は、カソードが制御部３の電源端子に接続され、アノードが直流電源５の負極(グランド)に接続されたツェナーダイオードZD1と、ツェナーダイオードZD1に並列接続されたコンデンサC1とで構成される。ただし、ツェナーダイオードZD1のツェナー電圧は制御部２の制御電源電圧と同じ電圧(例えば、15ボルト)に設定される。つまり、電源部１から限流抵抗部40を介して制御部２の電源端子に印加される電圧(制御電源電圧)は、定電圧部41においてツェナーダイオードZD1のツェナー電圧(15ボルト)に定電圧化される。

切替部42は、一方の限流抵抗R2と直列に接続されるスイッチ要素Ｑと、スイッチ要素Ｑをオン・オフ駆動する駆動部とを有する。スイッチ要素ＱはＮＰＮ型のバイポーラトランジスタからなり、コレクタが限流抵抗R2の一端に接続され、エミッタが定電圧部41のツェナーダイオードZD1のカソードに接続される。

駆動部は、抵抗R3〜R6やコンデンサC2、ツェナーダイオードZD2などで構成され、電源部１の直流出力電圧が所定のしきい値よりも高くない場合にスイッチ要素Ｑを閉成(オン)し、直流出力電圧がしきい値よりも高い場合にスイッチ要素Ｑを開成(オフ)する。直流電源５の正極とスイッチ要素Ｑのベースの間に抵抗R3，R4，R5の直列回路が接続され、ツェナーダイオードZD2のカソードがスイッチ要素Ｑのベースに接続されるとともにアノードが直流電源５の負極(グランド)に接続される。また、スイッチ要素Ｑは、抵抗R6とコンデンサC2の並列回路を介してベースとエミッタが接続されている。ただし、ツェナーダイオードZD2のツェナー電圧は、スイッチ要素Ｑのエミッタ電圧とベース・エミッタ間電圧との和をを下回ればよく、制御部２の制御電源電圧と同値若しくは低い電圧(例えば、13ボルト)に設定される。

例えば、負荷電圧(定格電圧)が47.5ボルトのＬＥＤランプ100が電源部１に接続されている場合、定電圧部41のツェナーダイオードZD1が導通して制御電源電圧がツェナー電圧(15ボルト)に維持される。このとき、駆動部のツェナーダイオードZD2は制御電源電圧が印加されて導通しているので、スイッチ要素Ｑがオフとなって限流抵抗R2には電流が流れず、他方の限流抵抗R1のみに電流が流れる。

一方、負荷電圧が22.5ボルトのＬＥＤランプ100が電源部１に接続された場合、あるいは制御部２や出力制御部３の電力消費が大幅に増加した場合、電源部１の直流出力電圧が低下して定電圧部41のツェナーダイオードZD1が導通しなくなる。定電圧部41のツェナーダイオードZD1が不導通になると、スイッチ要素Ｑのベースに接続されているツェナーダイオードZD2のカソードの電位が低下してツェナーダイオードZD2も導通しなくなる。ツェナーダイオードZD2が不導通となれば、スイッチ要素Ｑがオンするために限流抵抗R1だけでなく限流抵抗R2にも電流が流れることになる。つまり、スイッチ要素Ｑがオンすることで限流抵抗部40の抵抗値が限流抵抗R1の抵抗値から２つの限流抵抗R1，R2の合成抵抗値に減少する。その結果、電源部１から定電圧部41に流れ込む電流が増加し、制御電源部４から制御部２や出力制御部３に十分な電力を供給することができる。

上述のように本実施形態のＬＥＤ点灯装置では、電源部１の直流出力電圧(ＬＥＤランプ100の負荷電圧)が低くなるほど、限流抵抗部40の抵抗値を小さい抵抗値に切り替えているので、幅広い負荷電圧に対応することができる。しかも、制御電源部４は直流電源５からではなく、電源部１の直流出力電圧から制御電源を生成しているので、高耐圧の回路部品を使用せずに済むことで製造コストの増加を抑え、さらに限流抵抗R1，R2による電力ロスの増加も抑えることができる。

なお、上述の説明では、制御部２が臨界モード制御を行う事例としたが、駆動信号の周波数を固定とする制御を行ってもよい。また、スイッチ要素ＱにＮ型の電界効果トランジスタを用いてもよい。この場合、ツェナーダイオードZD2のツェナー電圧は、スイッチ要素Ｑのソース電圧とゲート・ソース間電圧との和を下回るように設定される。

ところで、本実施形態のＬＥＤ点灯装置は、例えば、図２に示す照明器具に搭載される。この照明器具は、天井に直付けされる器具本体130と、器具本体130に設けられた一対のランプソケット120，120とを備えている。器具本体130は、長尺の三角柱状に形成され、その内部にＬＥＤ点灯装置が収納されている。そして、器具本体130の２つの斜面における長手方向両端部にそれぞれランプソケット120，120が配設されている。そして、これら一対のランプソケット120にそれぞれ直管形のＬＥＤランプ100が装着される。

１電源部
２制御部
４制御電源部
40 限流抵抗部
41 定電圧部
42 切替部

Claims

直流入力電圧を所定の直流出力電圧に降圧して発光ダイオードに供給する電源部と、前記電源部を制御することで前記直流出力電圧を調整する制御部と、前記制御部に制御電源を供給する制御電源部とを備え、前記制御電源部は、前記電源部の直流出力電圧から前記制御電源を生成するものであって、前記電源部から前記制御部に流れる電流を限流する限流抵抗部と、前記限流抵抗部を介して前記制御部に印加される電圧を定電圧化する定電圧部と、前記限流抵抗部の抵抗値を複数の抵抗値に切り替える切替部とを有し、前記切替部は、前記直流出力電圧が低くなるほど、前記限流抵抗部の抵抗値を小さい抵抗値に切り替えることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
前記限流抵抗部は複数の抵抗の並列回路からなり、前記切替部は、前記複数の抵抗のうちの何れかと直列に接続されるスイッチ要素と、前記直流出力電圧が所定のしきい値よりも高くない場合に前記スイッチ要素を閉成し、前記直流出力電圧が所定のしきい値よりも高い場合に前記スイッチ要素を開成する駆動部とを有することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯装置。
請求項１又は２のＬＥＤ点灯装置と、前記ＬＥＤ点灯装置並びに前記発光ダイオードを保持する器具本体とを備えたことを特徴とする照明器具。