JP6007680B2 - 点灯制御回路及びその点灯制御回路を用いた照明灯及び点灯制御回路の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、固体発光素子の点灯を制御するのに用いる点灯制御回路及びその点灯制御回路を用いた照明灯及び点灯制御回路の制御方法に関する。

従来から、フィラメント電極を有する蛍光灯に代えて、消費電力の少ない固体発光素子として例えば発光ダイオード（LED）を用いた照明灯が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この特許文献１に開示の技術によれば、グロースタータ式蛍光灯用の照明器具、ラピッドスタート式蛍光灯用の照明器具に固体発光素子を有する照明灯を取り付けることができるのみならず、蛍光灯用のインバータ式の電子安定器を備えた照明器具に交換可能に固体発光素子を有する照明灯を取り付けることができる。

ところが、蛍光灯の電子安定器に整流回路、平滑回路、固体発光素子を有する照明灯を取り付けると、市販の蛍光灯とは異なる照明灯が電子安定器に接続されるため、電子安定器の保護動作が作動し、照明灯が点灯しないことがある。

その照明灯が安定して点灯しない現象があるという事実はそれ自体公知であり、この照明灯の不安定動作を回避するために、従来、照明灯を蛍光灯の代わりに電子安定器に接続した場合に、電子安定器の出力電圧を蛍光灯が接続されているときの出力電圧に近い電圧（等価な電圧）としている。

しかしながら、照明灯が安定器に接続されているときの出力電圧を蛍光灯が電子安定器に接続されているときの出力電圧に近づけると、電子安定器の保護動作が働きにくくなるため、照明灯を安定して点灯させることができるというメリットはあるものの、電力節約を図りにくくなるという不都合がある。

その一方、照明灯が電子安定器に接続されているときの出力電圧を蛍光灯が電子安定器に接続されているときの出力電圧よりも低く設定すると、電力節約の向上を図ることができるが、電子安定器の保護動作が作動し、照明灯の点灯が不安定となるという問題点がある。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、固体発光素子用いた照明灯を電子安定器に接続した場合でも、安定して点灯させることができかつ省電力化を図ることが可能な点灯制御回路及びその点灯制御回路を用いた照明灯及び点灯制御回路の制御方法を提供することにある。

本発明の点灯制御回路は、商用交流電力が供給される電子安定器に接続されて交流電流を直流電流に変換する整流部と、
前記整流部と直列発光体との間の電流供給ラインに前記直列発光体と並列に設けられ、前記整流部から出力された直流電流に含まれる交流成分を除去する平滑用コンデンサと、
前記電子安定器から出力される出力電圧と等価な出力電圧を前記直列発光体の起動時に起動電圧として生成するインピーダンス素子と、
該インピーダンス素子に並列に設けられた短絡用スイッチング素子と、
前記直列発光体の起動時から一定時間経過後に前記短絡用スイッチング素子を短絡させるタイマー制御回路と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、起動時には電子安定器の出力電圧を蛍光灯に近い電圧を用いて照明灯を起動させ、照明灯の動作安定後は、電子安定器の出力電圧を下げることにしたので、固体発光素子を用いた照明灯でも安定して点灯させることができると共に、消費電力の低減を図ることができる。

図１は本発明の実施例に係る固体発光素子を有する照明灯が取付け可能な既存の蛍光灯用の電子安定器を備えた照明器具の概要を示す断面図である。 図２は図１に示す照明器具に取付可能な照明灯の外観を概略示す正面図である。 図３は本発明に係る固体発光素子を用いた照明灯の点灯制御回路の実施例１の結線図である。 図４は図３に示す整流部から出力される電圧波形の説明図である。 図５は図３に示す点灯制御回路の変形例を示す結線図である。 図６は本発明に係る固体発光素子を用いた照明灯の点灯制御回路の実施例２の結線図である。 図７は本発明に係る固体発光素子を用いた照明灯の点灯制御回路の実施例３の結線図である。

以下に、図面を参照しつつ本発明の実施例に係る点灯制御回路、その点灯制御回路を用いた照明灯及び点灯制御回路の制御方法を説明する。
図１は本発明に係る固体発光素子を有する照明灯が取付け可能な既存の蛍光灯用の電子安定器を備えた照明器具の概要を示す外観図である。

（共通構成）
その図１において、１は後述する直管式の照明灯が装着される反射傘である。その反射傘１には、その延びる方向両端に、一対のソケット２が間隔を開けて設けられている。その反射傘１には、商用交流電源Eからの電力が供給可能な蛍光灯用の既存の電子安定器３が設けられている。

この照明器具には、既存の直管式の蛍光灯が装着可能であるが、ここでは、この既存の直管式の蛍光灯に代えて、図２に示す直管式の照明灯４が取り付けられる。この照明灯４は、直管５の両端部が一対の口金６により封止されている。その各口金６には電力供給系統の一部を構成する一対の電極ピン７a、７aが設けられている。

電子安定器３には商用交流電源Eが接続されている。その商用交流電源Eの周波数は例えば５０Hz／６０Hzである。この電子安定器３の出力側は一対のソケット２に接続されている。その一対のソケット２はそれぞれ一対の電極端子２a、２ｂを有する。この一対の電極端子２a、２ｂには一対の電極ピン７a、７aが接続される。

直管５の内部には、図３に示すように、複数個の固体発光素子（例えば、発光ダイオード（LED））８と、点灯制御回路１１とが設けられている。その複数個の固体発光素子８は直列接続されて直列接続体からなる直列発光体９を構成している。この直列発光体９はここでは少なくとも３列並列に設けられている。

（実施例１）
その点灯制御回路１１は、電流供給ライン１０と、整流部１２と、平滑用コンデンサ１３と、タイマー制御回路１４と、インピーダンス素子１５と、短絡用スイッチング素子（SW1）１６とから構成されている。その整流部１２は、商用交流電源Eから電力が供給される電子安定器３に接続されて交流電流を直流電流に変換する役割を果たす。

この整流部１２は、整流ダイオードD1〜D4を有するブリッジ型の全波整流回路からなるのが望ましい。この各整流部１２の入力側は一対の電極ピン７a、７aに接続されている。この各整流部１２の出力側は平滑用コンデンサ１３の両端の電極に接続されている。

その平滑用コンデンサ１３は、出力側から出力された直流電流に含まれる交流成分を除去する役割を有する。その平滑用コンデンサ１３の両端の電極には各直列発光体９の両端が電流供給ライン１０により並列に接続されている。

インピーダンス素子１５は、ここでは、整流部１２と直列発光体９との間の電流供給ライン１０に直列に介装されている。このインピーダンス素子１５は、電子安定器３に蛍光灯が接続されて蛍光灯が起動されたときに電子安定器３から出力される出力電圧と等価な出力電圧を照明灯４（直列発光体９）の起動時に起動電圧として生成する機能を有する。

そのインピーダンス素子１５には、ここでは、ツェナーダイオード（ZD1）が用いられているが、抵抗器又はインダクタを用いても良い。短絡用スイッチング素子１６は、インピーダンス素子１５と並列に接続されている。この短絡用スイッチング素子１６には、半導体スイッチング素子を用いることができるが、リレースイッチ、メカニカルスイッチでも良い。

タイマー制御回路１４は、照明灯４の起動時から蛍光灯のフィラメントへの通電時間に対応するとみなされる少なくとも一定時間（蛍光灯のフィラメントの予熱時間に相当する）経過後に短絡用スイッチング素子１６を短絡させて電子安定器３から出力される出力電圧を起動電圧よりも低下させる役割を果たす。

すなわち、図３に示す電源スイッチSWをオンすると、電子安定器３がオンされ、直列発光体９の起動開始から蛍光灯のフィラメントへの通電時間に対応するとみなされる少なくとも一定時間ｔの間、図４に示すように、電子安定器３に蛍光灯が接続されて起動されたときに電子安定器３から出力される出力電圧と等価な起動電圧V1が生成される。

ついで、タイマー制御回路１４は、その起動開始から一定時間ｔ経過後に短絡用スイッチング素子１６を閉成する。これにより、インピーダンス素子１５が短絡され、図４に示すように電子安定器３から出力される出力電圧Vが起動電圧V１よりも低下される。

このように、この実施例によれば、蛍光灯が電子安定器３に接続されて蛍光灯が起動されたときに電子安定器３ら出力される出力電圧V1と等価な出力電圧を直列発光体９の起動時にこの直列発光体９に印加する制御ステップと、直列発光体９の起動開始から蛍光灯のフィラメントへの通電時間に対応するとみなされる少なくとも一定時間ｔ経過後に、電子安定器３から出力される出力電圧Vを起動電圧V1よりも低下させる制御ステップとが実行される。

言い換えると、直列発光体９に電気的に並列に平滑用コンデンサ１３が接続されて直列発光体９に電流を供給する電流供給ライン１０にインピーダンス素子１５を介挿すると共にインピーダンス素子１５に並列に短絡用スイッチング素子１６を設けることにより、短絡用スイッチング素子１６を直列発光体９の起動時から一定時間ｔ経過するまでの間、開成状態に保持することにより、蛍光灯が電子安定器３に接続されて起動されたときに電子安定器３から出力される出力電圧と等価な出力電圧Vを直列発光体９の起動時に直列発光体９に印加する制御ステップと、一定時間ｔ経過後に電子安定器３から出力される出力電圧を起動電圧V１よりも低下させる制御ステップとが実行される。

その結果、照明灯４の起動時には電子安定器３の出力電圧Vを蛍光灯に近い電圧を用いて照明灯４を起動させ、照明灯４の動作安定後は、電子安定器３の出力電圧Vを起動電圧V1よりも下げることができるので、固体発光素子８を用いた照明灯４でも安定して点灯させることができると共に、消費電力の低減を図ることができる。

なお、蛍光灯のフィラメントへの通電開始からそのフィラメントへの通電停止とみなされるまでの時間（予熱時間；蛍光灯が放電を開始して点灯するまでに要する時間）よりも若干多めの時間を一定時間として設定するのが、安定して固体発光素子８を点灯させる観点から望ましい。

（変形例）
以上の実施例では、整流部１２と直列発光体９との間の電流供給ライン１０に直列にインピーダンス素子１５を介装する構成としたが、図５に示すように、電子安定器３と整流部１２との間にインピーダンス素子１５を介装する構成としても良い。残余の構成及び作用は実施例１と同様であるので、符合のみを示し、その詳細な説明は省略する。
なお、この場合には、電子安定器３から出力される交流成分を考慮して、互いに逆向きのインピーダンス素子１５を電流供給ライン１０に一対設けるのが望ましい。

（実施例２）
図６は本発明に係る固体発光素子を用いた照明灯の点灯制御回路の実施例２の結線図である。
この実施例２では、平滑用コンデンサ１３と直列発光体９との間の電流供給ライン１０に、電子安定器３に蛍光灯が接続されて蛍光灯が起動されたときに電子安定器３から出力される出力電圧と等価な出力電圧を直列発光体９の起動時に起動電圧V１として生成するために直列発光体９の起動時に開成状態にありかつ直列発光体９の起動時から少なくとも一定時間ｔ経過後に閉成状態とされる短絡用スイッチング素子１６が介装されている。また、インピーダンス素子は整流部１２と平滑用コンデンサ１３の間等、整流部１２と直列発光体９の間に適宜設けることができる。

タイマー制御回路１４は、直列発光体９の起動開始から蛍光灯のフィラメントへの通電時間に対応するとみなされる少なくとも一定時間ｔ経過後に短絡用スイッチング素子１６を閉成する機能を有し、これにより電子安定器３から出力される出力電圧が低下される。

この実施例２による場合にも、起動時から一定時間ｔ経過するまでの間、短絡用スイッチング素子１６を開成状態に保持することにより蛍光灯が電子安定器３に接続されて蛍光灯が起動されたときに電子安定器３から出力される出力電圧と等価な出力電圧V1を直列発光体９に印加する制御ステップと、一定時間ｔ経過後に電子安定器３から出力される出力電圧Vを起動電圧V1よりも低下させる制御ステップとが実行されるので、実施例１と同様の効果を奏する。

（実施例３）
図７は本発明に係る固体発光素子を用いた照明灯の点灯制御回路の実施例３の結線図である。
この実施例３では、電子安定器３に蛍光灯が接続されて蛍光灯が起動されたときに電子安定器３から出力される出力電圧と等価な起動電圧を照明灯４の起動時に生成するために、
直列発光体９は固体発光素子８が４２個直列に接続された直列接続体から構成されている。この直列接続体はここでは３個並列に設けられているが、図７には、図面上の煩雑さを避けるために１個の直列発光体９のみが示されている。

照明灯４には、その直列発光体９の起動開始から蛍光灯のフィラメントへの通電時間に対応するとみなされる少なくとも一定時間ｔ経過後に直列発光体９を複数個の固体発光素子８からなる並列接続体９’に切り替えることにより電子安定器３から出力される出力電圧Vを起動電圧V１よりも低下させる切り替え回路１７が設けられている。その並列接続体９’はここでは、２１個の固体発光素子８の直列接続体から構成される。

この切り替え回路１７は、ここでは、タイマー回路１７aと、リレースイッチ回路１７ｂと、タイマー回路ー１７a、リレースイッチ回路１７ｂ、に安定電圧を供給する電源安定化回路１７ｃとから構成されている。

リレースイッチ回路１７ｂは、通電コイル１８、この通電コイル１８と並列の逆流防止用ダイオード１９、可動接点TW１、TW2、固定接点T1〜T4から構成されている。
直列発光体９には、その４２個の固体発光素子８からなる直列接続体を２１個の固体発光素子８からなる並列接続体９’に切り替えたときに通電電流の逆流を防止する逆流防止用ダイオード２０、２１、２２が設けられている。

なお、この実施例３においては、電流供給ライン１０には平滑用コンデンサ１３と並列に抵抗R1、R2、バリスタBaが回路設計上の観点から設けられているが、この発明においては、本質的ではない。

この実施例３によれば、電子安定器３に蛍光灯が接続されて蛍光灯が起動されたときに電子安定器３から出力される出力電圧と等価な起動電圧を照明灯４の起動時に生成するために、リレー接点TW1が固定接点T３に接続され、リレー接点TW2が固定接点T1に接続されているので、電流iが実線で示すように、４２個の固体発光素子８に流れる。
従って、電子安定器３から起動電圧V１が直列発光体９に印加される。

また、切り替え制御回路１７は、照明灯４の起動時から一定時間ｔ経過後に、リレー接点TW1を破線で示すように固定接点T4の側に切り替えると共に、リレー接点TW2を破線で示すように固定接点T2の側に切り替える。

その結果、電流iが破線で示すように、２１個の固体発光素子８の直列接続からなる並列接続体９’に流れることになり、直列発光体９の起動開始から蛍光灯のフィラメントへの通電時間に対応するとみなされる少なくとも一定時間ｔ経過後には安定器３から出力される出力電圧Vが起動電圧V１よりも低下される。

すなわち、この実施例３によれば、直列発光体９の起動開始から蛍光灯のフィラメントへの通電時間に対応するとみなされる少なくとも一定時間ｔ経過後に、直列発光体９の接続状態が直列接続状態から固体発光素子の直列接続からなる並列接続状態に切り替える制御ステップが実行され、これにより、起動時には電子安定器の出力電圧を蛍光灯に近い電圧を用いて照明灯を起動させ、照明灯の動作安定後は、電子安定器の出力電圧を下げることにしたので、固体発光素子を用いた照明灯でも安定して点灯させることができると共に、消費電力の低減を図ることができる。

３…電子安定器
８…固体発光素子
９…直列発光体
１０…電流供給ライン
１２…整流部
１３…平滑用コンデンサ
１４…タイマー制御回路
１５…インピーダンス素子
１６…短絡用スイッチング素子

特開２００８−２７７１８８号公報

Claims (15)

1. 商用交流電力が供給される電子安定器に接続されて交流電流を直流電流に変換する整流部と、
   前記整流部と直列発光体との間の電流供給ラインに前記直列発光体と並列に設けられ、前記整流部から出力された直流電流に含まれる交流成分を除去する平滑用コンデンサと、
   前記電子安定器から出力される出力電圧と等価な出力電圧を前記直列発光体の起動時に起動電圧として生成するインピーダンス素子と、
   該インピーダンス素子に並列に設けられた短絡用スイッチング素子と、
   前記直列発光体の起動時から一定時間経過後に前記短絡用スイッチング素子を短絡させるタイマー制御回路と、
   を有することを特徴とする点灯制御回路。
2. 前記インピーダンス素子は、前記整流部と前記直列発光体との間の電流供給ラインに直列に介装されていることを特徴とする請求項１に記載の点灯制御回路。
3. 前記インピーダンス素子は、前記電子安定器と前記整流部との間に介装されていることを特徴とする請求項１に記載の点灯制御回路。
4. 前記インピーダンス素子は、ツェナーダイオード、抵抗器、インダクタのいずれかであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の点灯制御回路。
5. 前記短絡用スイッチング素子は、半導体スイッチング素子であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の点灯制御回路。
6. 商用交流電力が供給される電子安定器に接続されて交流電流を直流電流に変換する整流部と、
   前記整流部と直列発光体との間の電流供給ラインに前記直列発光体と並列に設けられ、前記整流部から出力された直流電流に含まれる交流成分を除去する平滑用コンデンサと、
   前記電流供給ラインに介挿され、前記電子安定器から出力される出力電圧と等価な出力電圧を前記直列発光体の起動時に起動電圧として生成するために起動時に開成状態にあり、かつ前記直列発光体の起動時から一定時間経過後に閉成状態とされる短絡用スイッチング素子と、
   前記直列発光体の起動時から一定時間経過後に前記短絡用スイッチング素子を閉成状態にするタイマー制御回路と、
   を有することを特徴とする点灯制御回路。
7. 前記短絡用スイッチング素子は、前記整流部と前記直列発光体との間の電流供給ラインに直列に介装されていることを特徴とする請求項６に記載の点灯制御回路。
8. 前記短絡用スイッチング素子は、前記電子安定器と前記整流部との間に介装されていることを特徴とする請求項６に記載の点灯制御回路。
9. 一対の電極ピンをそれぞれ有する口金により両端部が封止された直管の内部に、
   請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の点灯制御回路と、
   複数個の個体発光素子の直列接続体からなる直列発光体と、
   を有することを特徴とする照明灯。
10. 商用交流電力が供給される電子安定器に接続されて交流電流を直流電流に変換する整流部と、前記整流部と直列発光体との間の電流供給ラインに前記直列発光体と並列に設けられ、前記整流部から出力された直流電流に含まれる交流成分を除去する平滑用コンデンサとを備えた点灯制御回路の制御方法であって、
    前記電子安定器から出力される出力電圧と等価な出力電圧を、前記直列発光体の起動時に起動電圧としてインピーダンス素子で生成して前記直列発光体に印加させ、
    前記直列発光体の起動時から一定時間経過後に前記インピーダンス素子の両端子間を短絡させることによって、前記電子安定器から前記起動電圧より低い電圧を出力させて前記直列発光体に印加させることを特徴とする点灯制御回路の制御方法。
11. 前記整流部と前記直列発光体との間の電流供給ラインに前記インピーダンス素子を直列に介装させたことを特徴とする請求項１０に記載の点灯制御回路の制御方法。
12. 前記電子安定器と前記整流部との間に前記インピーダンス素子を介装させたことを特徴とする請求項１０に記載の点灯制御回路の制御方法。
13. 前記インピーダンス素子をツェナーダイオード、抵抗器、インダクタのいずれかにしたことを特徴とする請求項１０ないし請求項１２のいずれか１項に記載の点灯制御回路の制御方法。
14. 前記インピーダンス素子の両端子間の短絡を該インピーダンス素子に並列接続した短絡用スイッチング素子で行い、該短絡用スイッチング素子は、半導体スイッチング素子であることを特徴とする請求項１０ないし請求項１３のいずれか１項に記載の点灯制御回路の制御方法。
15. 商用交流電力が供給される電子安定器に接続されて交流電流を直流電流に変換する整流部と、前記整流部と直列発光体との間の電流供給ラインに前記直列発光体と並列に設けられ、前記整流部から出力された直流電流に含まれる交流成分を除去する平滑用コンデンサとを備えた点灯制御回路の制御方法であって、
    前記電流供給ラインに短絡用スイッチング素子を介装させ、
    前記直列発光体の起動時に、前記短絡用スイッチング素子を開成させることにより、前記電子安定器から出力される出力電圧と等価な出力電圧を生成して前記直列発光体に印加させ、
    前記直列発光体の起動時から一定時間経過後に前記短絡用スイッチング素子を閉成させることにより、前記電子安定器から前記起動電圧より低い電圧を出力させて前記直列発光体に印加させることを特徴とする点灯制御回路の制御方法。