JP5929424B2 - LED lighting device and lighting device using the same - Google Patents
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Description
本発明はLED点灯装置及びそれを用いた照明装置に関し、特に、ノーマルモード雷サージに対する保護回路を備えたLED点灯装置及びそれを用いた照明装置に関する。 The present invention relates to an LED lighting device and a lighting device using the same, and more particularly to an LED lighting device including a protection circuit against a normal mode lightning surge and a lighting device using the LED lighting device.
図6に従来のLED点灯装置の回路図を示す。LED点灯装置10は、AC電源電圧が入力される整流素子4、整流素子4の入力側に接続されたサージアブソーバ12、サージアブソーバ12に並列接続されたフィルタ用のコンデンサ3、整流素子4の出力側に接続された平滑用のコンデンサ6、及びコンデンサ6の電圧からLED電流を生成してLED8に投入する電流制御回路7を備える(例えば、特許文献1及び2参照)。
FIG. 6 shows a circuit diagram of a conventional LED lighting device. The
サージアブソーバ12にはバリスタ等が用いられ、ノーマルモード(ライン間)で印加されるサージ電圧からLED点灯装置10を保護する。具体的には、ライン間のサージ電圧がサージアブソーバ12の動作電圧に達すると、サージアブソーバ12の内部抵抗が下がり、ライン間電圧(即ち、整流素子4の入力端子間電圧)が動作電圧近傍にクランプされる。点灯装置10に対してAC電源側はインピーダンスが低いので、AC電源のサージがなくなると整流素子4の入力端子間電圧も通常のAC電圧値に戻る。サージがエネルギーの小さい(ピークが低く又は継続期間が短い)通常のものであれば、ライン間電圧はサージアブソーバ12の動作電圧近傍までしか上昇しない。しかも、その上昇期間は短時間であり、整流素子4の出力側に印加されるエネルギーはコンデンサ6の容量に対して小さいため、コンデンサ6の電圧はほとんど上昇せず、又は上昇したとしても動作電圧までしか上昇しない。
A varistor or the like is used for the surge absorber 12 to protect the
しかし、上記の構成によると、雷サージのようなエネルギーの非常に大きいサージがAC電源ラインに侵入した場合に問題が生じる。雷サージがライン間に印加される場合、サージアブソーバ12には、通常のサージの場合と比べて5桁程度大きい電流が流れる。サージアブソーバ12に一般的なバリスタを用いた場合について、図7にバリスタの電流電圧特性曲線(縦軸、横軸とも対数)の一例を示す。例えば、電流1mA時(動作開始時)の電圧が500V程度であるバリスタの場合、電流100A時の電圧は1000V程度となり、電流1mA時の約2倍となる。雷サージは一般に上記の電流100A・電圧1000Vを発生させる程度のエネルギーを有している。ここで、電流制御回路7がスタンバイ状態(AC電源は投入されているがLED8を点灯させない状態)のとき、AC電源側から見ると整流素子4の出力側のインピーダンスは高い。また、雷サージのエネルギーはコンデンサ6の容量に対して充分に大きい。従って、雷サージ電圧がライン間に印加されると、整流素子4の出力側のコンデンサ6にそのエネルギーが充電され、コンデンサ6の電圧が上昇する。
However, the above configuration causes a problem when a surge having a very large energy such as a lightning surge enters the AC power line. When a lightning surge is applied between the lines, the surge absorber 12 has a current that is about five orders of magnitude larger than that of a normal surge. FIG. 7 shows an example of the current-voltage characteristic curve of the varistor (logarithm on both the vertical and horizontal axes) when a general varistor is used for the surge absorber 12. For example, in the case of a varistor having a voltage of about 500 V at a current of 1 mA (at the start of operation), the voltage at a current of 100 A is about 1000 V, which is about twice that of a current of 1 mA. A lightning surge generally has energy sufficient to generate the current 100A and
図8に図6のLED点灯装置10のライン間に雷サージが印加された場合の各部の電圧の変化を示す。図中の点線はサージアブソーバ12を接続しない場合のライン間電圧の仮想曲線である。縦軸のVzはサージアブソーバ12の動作電圧(例えば500V)である。t0に雷サージが印加されると、ライン間電圧が上昇していく。t1にライン間電圧(即ち、サージアブソーバ12の電圧V12)が動作電圧Vzに到達するとサージアブソーバ12のクランプ動作が開始されるが、雷サージのエネルギーが非常に大きいため、サージアブソーバ12の電流及び電圧は上昇していく。t2に雷サージがピーク(Vmax)を過ぎると、サージアブソーバ12の電圧V12はそのクランプ動作により減少していく。
FIG. 8 shows a change in voltage of each part when a lightning surge is applied between the lines of the
一方、t0〜t2にかけて雷サージ電圧がコンデンサ6に充電されると、t2以降もコンデンサ6の電圧V6として電圧Vmaxが維持される。t3以降は、雷サージ電圧が低下していくと、インピーダンスの低いAC電源側の電圧とともにサージアブソーバ12の電圧V12も低下していく。しかし、整流素子4の出力側では、AC電源側の電圧が正常な状態に戻っても高い電圧Vmaxがコンデンサ6に充電された状態が継続されてしまう。このように、雷サージは短時間であるが、整流素子4の出力側の回路素子に過電圧が長時間にわたって印加されることにより、整流素子4、コンデンサ6又は電流制御回路7が故障する可能性がある。またさらに、電流制御回路7が非絶縁型の回路の場合にはLED8が故障する可能性もある。 On the other hand, when the lightning surge voltage is charged in the capacitor 6 from t0 to t2, the voltage Vmax is maintained as the voltage V6 of the capacitor 6 after t2. After t3, when the lightning surge voltage is lowered, the voltage V12 of the surge absorber 12 is also lowered together with the voltage on the AC power source side having a low impedance. However, on the output side of the rectifying element 4, even when the voltage on the AC power supply side returns to a normal state, the state where the high voltage Vmax is charged in the capacitor 6 continues. As described above, although the lightning surge is short, if the overvoltage is applied to the circuit element on the output side of the rectifying element 4 for a long time, the rectifying element 4, the capacitor 6 or the current control circuit 7 may be damaged. There is. Furthermore, when the current control circuit 7 is a non-insulated circuit, the LED 8 may be broken.
そこで、本発明は、雷サージがライン間に印加されても整流素子の出力側の回路を保護することができるようにノーマルモード雷サージ対策を強化したLED点灯装置及びそれを用いた照明装置を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention provides an LED lighting device and a lighting device using the same, in which countermeasures for the normal mode lightning surge are strengthened so that the circuit on the output side of the rectifying element can be protected even if a lightning surge is applied between the lines. The issue is to provide.
本発明の第1の側面は、交流電源からの給電を受けてLEDを点灯するLED点灯装置であって、交流電源からの給電が入力される整流素子、整流素子の入力端子間に接続された第1のサージアブソーバ、整流素子の出力端子間に接続された第2のサージアブソーバ、整流素子の出力端子間に接続されたコンデンサ、及びコンデンサの電圧からLED電流を生成してLEDに投入する電流制御回路を備え、第1及び第2のサージアブソーバの電流電圧特性において、同一の電圧が印加される場合に第2のサージアブソーバに流れる電流は第1のサージアブソーバに流れる電流よりも小さい。 A first aspect of the present invention is an LED lighting device that lights an LED in response to power supplied from an AC power source, and is connected between a rectifier element to which power supplied from the AC power source is input and an input terminal of the rectifier element. The first surge absorber, the second surge absorber connected between the output terminals of the rectifying element, the capacitor connected between the output terminals of the rectifying element, and the current that generates an LED current from the voltage of the capacitor and inputs it to the LED In the current-voltage characteristics of the first and second surge absorbers provided with a control circuit, the current flowing through the second surge absorber when the same voltage is applied is smaller than the current flowing through the first surge absorber.
ここで、第1及び第2のサージアブソーバがバリスタからなり、第2のサージアブソーバの動作電圧は第1のサージアブソーバの動作電圧よりも高い。 Here, the first and second surge absorbers are varistors, and the operating voltage of the second surge absorber is higher than the operating voltage of the first surge absorber.
また、第1及び第2のサージアブソーバが同一素材のバリスタからなり、第2のサージアブソーバの動作電圧が第1のサージアブソーバの動作電圧の1.05倍以上1.21倍以下となるようにすることが好ましい。 The first and second surge absorbers are made of the same material varistor, and the operating voltage of the second surge absorber is 1.05 to 1.21 times the operating voltage of the first surge absorber. It is preferable to do.
またさらに、第1及び第2のサージアブソーバが同一素材のバリスタからなり、第2のサージアブソーバの動作電圧が第1のサージアブソーバの動作電圧の1.05倍以上1.10倍以下となるようにすることが好ましい。 Furthermore, the first and second surge absorbers are made of the same material varistor, and the operating voltage of the second surge absorber is 1.05 to 1.10 times the operating voltage of the first surge absorber. It is preferable to make it.
また、第1及び第2のサージアブソーバを、JIS C 5063標準数列のE24系列におけるn番目及びn+1番目の値の動作電圧をそれぞれ有する同一素材のバリスタとすることができる。 Further, the first and second surge absorbers can be varistors of the same material having the nth and n + 1th operating voltages in the E24 series of the JIS C 5063 standard number sequence, respectively.
本発明の第2の側面は、上記第1の側面のLED点灯装置、LED点灯装置の出力端に接続されたLED、及びLED点灯装置を内包する筐体を備えた照明装置である。 A second aspect of the present invention is an illumination device including the LED lighting device according to the first aspect, an LED connected to an output end of the LED lighting device, and a housing that contains the LED lighting device.
図1に本発明の実施例によるLED点灯装置を示す。LED点灯装置1は、交流電源ACからの給電が入力される整流素子4、整流素子4の入力端子間に接続されたサージアブソーバ2、整流素子4の出力端子間に接続されたサージアブソーバ5、整流素子4の出力端子間に接続されたコンデンサ6、及びコンデンサ6の電圧からLED電流を生成してLED8に投入する電流制御回路7を備える。コンデンサ3はフィルタ用のコンデンサであり、整流素子4は全波整流器である。また、LED8として単一の素子を図示しているが、LED8は複数のLED素子が直列接続される構成も含む趣旨で図示されている。
FIG. 1 shows an LED lighting device according to an embodiment of the present invention. The
電流制御回路7には、一例として、図2に示すような降圧チョッパ回路を用いることができる。電流制御回路7は、PWM制御回路71、トランジスタ72、コンデンサ73、コイル74、ダイオード75及び電流検出抵抗76を備える。トランジスタ72がオン状態のときにダイオード8、コイル74、トランジスタ72及び電流検出抵抗76を介して電流が流れ、トランジスタ72がオフ状態のときにコイル74に蓄えられたエネルギーを元に電流がダイオード75及びLED8に流れる。PWM制御回路71は、電流検出抵抗76に発生する電圧、即ち、LED電流が所定値となるようにトランジスタ72のオン幅を決定してトランジスタ72を駆動する。電流制御回路7には、降圧チョッパ回路以外にも、絶縁トランスを用いたフライバック回路等の周知の回路構成を用いることができる。
For example, a step-down chopper circuit as shown in FIG. 2 can be used for the current control circuit 7. The current control circuit 7 includes a PWM control circuit 71, a
本発明では、サージアブソーバ2及び5には、クランピングタイプの、即ち、サージ電圧印加時に電圧を一定の値に保つよう働く非線形抵抗性のサージアブソーバを用いるものとする。具体的には、サージアブソーバ2及び5として、本実施例では金属酸化物バリスタ(以下、「バリスタ2」及び「バリスタ5」という)を用いるが、ツェナーダイオード等を用いることも可能である。バリスタ5の動作電圧はバリスタ2の動作電圧よりも若干高いものが採用される。この理由については後述する。
In the present invention, the surge absorbers 2 and 5 are clamp-type, that is, non-linear resistance surge absorbers that function to maintain a constant voltage when a surge voltage is applied. Specifically, metal oxide varistors (hereinafter referred to as “
図3に図1のLED点灯装置のライン間に雷サージが印加された場合の各部の電圧を示す。図中の点線はバリスタ2及び5を接続しない場合の仮想のライン間電圧を示す曲線であり、縦軸のVz2及びVz5はそれぞれバリスタ2及び5の動作電圧である。t0に雷サージが印加されると、ライン間電圧が上昇していく。t1にライン間電圧が動作電圧Vz2に到達するとバリスタ2のクランプ動作が開始されるが、雷サージのエネルギーが非常に大きいため、バリスタ2の電流及び電圧は上昇していく。t2にライン間電圧が動作電圧Vz5に到達するとバリスタ5のクランプ動作が開始される。t3に雷サージがピーク(Vmax)を過ぎると、バリスタ2及び5の電圧V2及びV5もそれぞれのクランプ動作により減少していく。
FIG. 3 shows voltages at various parts when a lightning surge is applied between the lines of the LED lighting device of FIG. The dotted lines in the figure are curves showing virtual line voltages when the
t4以降は、雷サージ電圧が低下していくと、AC電源側の電圧とともにバリスタ2の電圧V2も低下していく。また、バリスタ5の電圧V5は、その動作電圧Vz5に下がるまで、そのクランプ動作によりコンデンサ6の電圧とともに低下していく。t5にバリスタ5の電圧V5が動作電圧Vz5まで下がると、その電圧がコンデンサ6に充電された状態が維持される。このように、AC電源側の電圧が正常な状態に戻れば、整流素子4の出力側はバリスタ5の動作電圧Vz5以下の電圧となる。従って、従来の図6の回路による図8の動作のように、コンデンサ6の電圧が雷サージピーク時の電圧Vmaxに維持されることはない。即ち、雷サージ時の整流素子4の出力側における過電圧保護が実現される。
After t4, as the lightning surge voltage decreases, the voltage V2 of the
ここで、バリスタ2とバリスタ5の関係について、仮にバリスタ2とバリスタ5が同じ仕様(同一の素材及び動作電圧)であるとすると、雷サージ印加時に双方に同一の電流が流れることになる。具体的には、図7に示すバリスタをバリスタ2及び5双方に用いた場合、それぞれに50A程度の電流が流れることになる。ここで、特に出力電力が数ワットの小型LED電流の場合、バリスタ5を流れる電流が整流素子4の電流容量(例えば1A程度)を大きく超えることになり、整流素子4の故障をもたらす可能性がある。この過電流による故障は、電流制御回路7が動作中か待機中(スタンバイ状態)かにかかわらず起こり得る。
Here, regarding the relationship between the
そこで、本発明では、バリスタ5の動作電圧がバリスタ2の動作電圧よりも高くなるように定数設定される。図4は、同一の素材からなる(動作電圧以外の仕様が同一の)バリスタA、B及びCについての電圧電流特性曲線(縦軸、横軸とも対数)である。バリスタA、B及びCは、JIS C 5063標準数列のE24系列におけるn番目、n+1番目、及びn+2番目であるものとする。従って、バリスタBの動作電圧はバリスタAの動作電圧よりも約10%高く、バリスタCの動作電圧はバリスタAの動作電圧よりも約21%高い。
Therefore, in the present invention, the constant is set so that the operating voltage of the
バリスタAとバリスタBを比較すると、同じ1000V程度の印加電圧に対してバリスタBに流れる電流は約10Aであり、バリスタAに流れる電流(約100A)の1/10程度となる。バリスタAとバリスタCを比較すると、同じ1000V程度の印加電圧に対してバリスタCに流れる電流は約1Aであり、バリスタAに流れる電流(約100A)の1/100程度となる。また、バリスタAよりも動作電圧が約5%高いバリスタA´(不図示)を想定した場合、同じ電圧値に対してバリスタA´に流れる電流はバリスタAに流れる電流の1/5程度となると予想される。従って、印加電圧が1000Vの場合、バリスタA´に流れる電流は20A程度となり、(整流素子4の電流耐量にもよるが)整流素子4に短時間流しても故障をもたらさない電流の上限に近づく。 Comparing varistor A and varistor B, the current flowing through varistor B is about 10 A for the same applied voltage of about 1000 V, which is about 1/10 of the current flowing through varistor A (about 100 A). Comparing varistor A and varistor C, the current flowing through varistor C is about 1 A for the same applied voltage of about 1000 V, and is about 1/100 of the current flowing through varistor A (about 100 A). Further, assuming a varistor A ′ (not shown) whose operating voltage is about 5% higher than that of the varistor A, the current flowing through the varistor A ′ is about 1/5 of the current flowing through the varistor A with respect to the same voltage value. is expected. Therefore, when the applied voltage is 1000 V, the current flowing through the varistor A ′ is about 20 A, and approaches the upper limit of the current that does not cause a failure even if it flows through the rectifying element 4 for a short time (depending on the current withstand capability of the rectifying element 4). .
このように、同一素材からなるバリスタ2及び5について、バリスタ5の動作電圧をバリスタ2の動作電圧よりも高くすることにより、雷サージ印加時に整流素子4を介してバリスタ5に流れる電流を軽減することができる。即ち、バリスタ5の動作電圧をバリスタ2の動作電圧の1.05〜1.21倍とすれば、バリスタ2に流れる電流に対するバリスタ5に流れる電流の比を5:1〜100:1程度にすることができる。また、バリスタ5の動作電圧をバリスタ2の動作電圧の1.05〜1.10倍とすれば、バリスタ2に流れる電流に対するバリスタ5に流れる電流の比を5:1〜10:1程度にすることができる。
As described above, for the
また、バリスタ2とバリスタ5の動作電圧差が大きいと適正な過電圧保護機能の確保が難しくなる。例えば、バリスタ2の動作電圧が小さ過ぎると、保護が不要なピークの低いサージに対しても保護動作(バリスタ2のクランプ動作)が行われてしまい、バリスタ2の寿命が短縮されてしまう。一方、バリスタ5の動作電圧が高すぎると、整流素子4の出力側の過電圧保護機能が減殺されてしまう。従って、バリスタ5の動作電圧はバリスタ2の動作電圧の1.21倍以下とすることが望ましく、1.10倍以下とすることがより好ましい。
Moreover, if the operating voltage difference between the
以上の観点から、一設計例として、AC電源電圧が200Vの場合、バリスタ2の動作電圧を430V(公称値)、バリスタ5の動作電圧を470V(公称値)とする。具体的には、バリスタ2及び5の電圧が1000Vである場合に、流れる電流はそれぞれ90A及び10A程度に分流される。これにより、バリスタ5の動作時も整流素子4の故障を防止することができる。また、AC電源電圧が100Vの場合、バリスタ2の動作電圧を200V(公称値)、バリスタ5の動作電圧を220V(公称値)とすればよい。
From the above viewpoint, as one design example, when the AC power supply voltage is 200 V, the operating voltage of the
また、同一素材(動作電圧以外の仕様が同一)のバリスタについて、JIS C 5063標準数列のE24系列におけるn番目及びn+1番目の値の動作電圧のバリスタ2及び5を採用すれば、バリスタ5の動作電圧をバリスタ2の動作電圧の約1.10倍にすることができる。このように、同じ素材からなるバリスタを選定する際に、標準数列の隣接値を用いることにより設計を最適かつ容易にすることができる。
If the
このように、バリスタ5の動作電圧をバリスタ2の動作電圧よりも5〜21%、好ましくは5〜10%高くすることにより、雷サージ印加時における整流素子4の出力側の過電圧保護を担保しつつも整流素子4の過電流防止を実現することができる。これにより、雷サージによってLED点灯装置が故障する確率を大幅に低減することができる。
Thus, by making the operating voltage of the
なお、実施例においては、同じ素材(動作電圧以外は同じ仕様)のバリスタをサージアブソーバ2及び5として用いたが、異なる素材のサージアブソーバを用いてもよい。即ち、1000V程度の電圧が印加されるときに流れる電流比が5:1〜100:1、好ましくは、5:1〜10:1となる2つのサージアブソーバについて、電流値の大きい方をサージアブソーバ2に、電流値の小さい方をサージアブソーバ5に適用すればよい。
In the embodiment, varistors of the same material (same specifications except operating voltage) are used as the
図5に上記実施例のLED点灯装置1を搭載した照明装置の概略構成を示す。照明装置は、AC電源から配線L1及びL2を介して給電されるLED点灯装置1、LED点灯装置1の出力端に接続されたLED8、及びLED点灯装置1を内包する筐体9を備える。なお、図5ではLED点灯装置1とLED8が一体化されたものを示しているが、LED8がケーブルを介してLED点灯装置1及び筐体9から別置されるものであってもよい。
FIG. 5 shows a schematic configuration of a lighting device equipped with the
このように、雷サージ対策を強化したLED点灯装置を搭載することにより、落雷の多い地域にも設置可能な照明装置を提供することができる。 In this way, by mounting the LED lighting device with enhanced lightning surge countermeasures, it is possible to provide an illumination device that can be installed even in areas where lightning strikes frequently.
1.LED点灯装置
2.サージアブソーバ
3.コンデンサ
4.整流素子
5.サージアブソーバ
6.コンデンサ
7.電流制御回路
8.LED
9.筐体
1.
9. Enclosure
Claims (6)
前記給電が入力される整流素子、
前記整流素子の入力端子間に接続された第1のサージアブソーバ、
前記整流素子の出力端子間に接続された第2のサージアブソーバ、
前記整流素子の出力端子間に接続されたコンデンサ、及び
前記コンデンサの電圧からLED電流を生成して前記LEDに投入する電流制御回路
を備え、
前記第1及び第2のサージアブソーバの電流電圧特性において、1000Vの電圧が印加される場合に前記第1のサージアブソーバに流れる電流と前記第2のサージアブソーバに流れる電流の比が5:1〜100:1である、LED点灯装置。 An LED lighting device that lights an LED by receiving power from an AC power source,
A rectifying element to which the power supply is input;
A first surge absorber connected between the input terminals of the rectifying element;
A second surge absorber connected between the output terminals of the rectifying element;
A capacitor connected between the output terminals of the rectifying element; and a current control circuit that generates an LED current from the voltage of the capacitor and inputs the LED current to the LED,
In the current-voltage characteristics of the first and second surge absorbers, the ratio of the current flowing through the first surge absorber and the current flowing through the second surge absorber when a voltage of 1000 V is applied is 5: 1 to 1. LED lighting device which is 100: 1 .
前記給電が入力される整流素子、
前記整流素子の入力端子間に接続された第1のサージアブソーバ、
前記整流素子の出力端子間に接続された第2のサージアブソーバ、
前記整流素子の出力端子間に接続されたコンデンサ、及び
前記コンデンサの電圧からLED電流を生成して前記LEDに投入する電流制御回路
を備え、
前記第1及び第2のサージアブソーバが同一素材のバリスタからなり、該第2のサージアブソーバの動作電圧が該第1のサージアブソーバの動作電圧の1.05倍以上1.21倍以下であるLED点灯装置。 An LED lighting device that lights an LED by receiving power from an AC power source,
A rectifying element to which the power supply is input;
A first surge absorber connected between the input terminals of the rectifying element;
A second surge absorber connected between the output terminals of the rectifying element;
A capacitor connected between the output terminals of the rectifying element; and
A current control circuit that generates an LED current from the voltage of the capacitor and inputs the LED current to the LED
With
The first and second surge absorbers are made of the same material varistor, and the operating voltage of the second surge absorber is 1.05 to 1.21 times the operating voltage of the first surge absorber Lighting device.
前記給電が入力される整流素子、
前記整流素子の入力端子間に接続された第1のサージアブソーバ、
前記整流素子の出力端子間に接続された第2のサージアブソーバ、
前記整流素子の出力端子間に接続されたコンデンサ、及び
前記コンデンサの電圧からLED電流を生成して前記LEDに投入する電流制御回路
を備え、
前記第1及び第2のサージアブソーバが、JIS C 5063標準数列のE24系列におけるn番目及びn+1番目の値の動作電圧をそれぞれ有する同一素材のバリスタからなるLED点灯装置。 An LED lighting device that lights an LED by receiving power from an AC power source,
A rectifying element to which the power supply is input;
A first surge absorber connected between the input terminals of the rectifying element;
A second surge absorber connected between the output terminals of the rectifying element;
A capacitor connected between the output terminals of the rectifying element; and
A current control circuit that generates an LED current from the voltage of the capacitor and inputs the LED current to the LED
With
The LED lighting device comprising the varistors of the same material, wherein the first and second surge absorbers have the n-th and n + 1-th value operating voltages in the E24 series of the JIS C 5063 standard number sequence, respectively.
An LED lighting device according to any one of claims 1 to 5, an LED connected to an output end of the LED lighting device, and an illuminating device including a housing containing the LED lighting device.
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