WO2001045470A1 - Power supply and led lamp device - Google Patents

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Kouei Ozaki
Toshiaki Narukawa
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Description

明 細 書 電源装置及び L E Dランプ装置 技術分野

本発明は、 LED (L i g h t Em i t t i n g D i o d e ;発 光ダイオード) を用いて表示や照明を行うランプ装置に係り、 特に、 交 流電源に直接接続 (直結) 可能な L EDランプ装置に関するものである

背景技術

事業所建物、 集合住宅、 公共施設建物等で用いられている各種表示灯 、 例えば消火栓灯、 非常灯、 あるいは券売機、 自動販売機、 エレベータ 等の操作ボタンランプ等は今もってタングステンフィラメントを使用し た白熱ランプが主流である。 また、 屋内の照明器具用ランプも、 用途に よってはまだまだ白熱ランプが主流である。

一方、 近年の半導体素子技術の進展で L EDは、 発光色の種類、 輝度 、 耐久性、 消費電力 (発光効率) の観点から、 上記白熱ランプを凌駕す る性能に達しているにも拘わらず、 上記用途にはほとんど使用されてい ないのが現状である。

表示や照明を行うランプは、 通常、 商用交流電源 (日本国内 : 1 0 0 V、 米国 : 1 1 0 V、 欧州 : 2 30 V等) に直結して使用するのが前提 だからである。

すなわち LEDは、 周知のように直流 (DC) 数 Vの電源電圧で動作 するものであり、 したがって従来これを使用するには、 商用交流電源を D C数 Vに変換する電源装置部が別途必要となり、 L EDランプ装置全 体が高価かつ大形になるからである。

このような実情にあっても、 従来から、 L E Dを何とかして商用交流 電源に直結使用可能にしようとする試みがある。 その例を図を用いて以 下に説明する。

図 2 3は、 従来例 1の L EDランプ装置を示す回路図である。

この図 24において、 2 00 3は AC入力端子 H (HOT L I NE ; ホッ トライン) 、 2 0 04は AC入力端子 C (COO L L I NE ; クールライン) 、 2 0 0 2は全波整流用ダイオードブリ ッジ (BrDl) 、 20 0 5はシリ一ズ抵抗 (Rp) 、 200 6は定電流素子 (C R D ; C u r r e n t R e g u r a t e d D i o d e ) 、 2 0 0 7は L E Dランプである。

上記 L E Dランプ 2 0 0 7は、 VF (順方向降下電圧) 2 V程度の L EDが 2〜 8個程度、 直列接続されてなるものが多く、 したがって VF は 4〜 1 6 Vとなる。 ダイォードブリ ッジ 2 0 0 2より送出される全波 整流波形のせん頭電圧は実効値 1 0 0 Vの日本国内の場合、 およそ 1 4 0 Vとなる。

必要な発光輝度を得るための L EDの I F (順方向電流) をおよそ 1 0 mAとすると、 L E Dが仮に 1個だとすると VFが 2 Vであるから、 抵抗 2 0 0 5と定電流素子 2 0 0 6で負担することになる電圧は 1 4 0 V— 2 V= 1 3 8 Vとなり、 1 3 8 VX 1 0mA= l . 3 8 Wが熱とな つて放出されてしまう。

—方、 発光に寄与する電力は 2 V X 1 0 mA= 0. 0 2Wとなり、 そ の効率は、

0. 0 2 W/ ( 1. 3 8 W+ 0 - 0 2 W) = 0. 0 1 4

となり、 1. 4%に過ぎず、 9 9 %近くが熱で放出されてしまうことに なる。

図 2 4は従来例 2の L E Dランプ装置を示す回路図である。

この図 2 4において、 2 1 0 5は電圧レギユレータ (V regl) 、 2 1 0 6は電流制限用抵抗 (R c) である。 その他、 図 2 4において図 2 3 と同一符号は同一または相当部分を示す。

この従来例 2では、 全波整流 A C波形の電圧変動分は電圧レギュレー タ 2 1 0 5が平衡化するため、 上述従来例 1における定電流素子 C R D は不要となり、 発光も安定するが、 電力効率的については、 基本的には 電圧のシリーズレギュレーショ ンのため上述従来例 1 と全く同一 (低効 率) である。

上記のように従来技術では、 いずれも低効率、 高損失であり、 従来、 この点の改善が要望されていた。

本発明の目的は、 高効率、 低損失の電源装置及び L E Dランプ装置を 提供することにある。 発明の開示

上記課題を解決するため、 第 1の発明は、 交流電源電圧の整流波形を 得る整流波形取得手段と、 この整流波形取得手段による整流波形中の交 流電源電圧波形の半周期に相当する各波形の所望の電圧値以上の期間中 の一部の期間でのみ電力を取り込んで負荷の作動用電源として出力する ための電源出力手段とを具備することを特徴とするものである。

第 2の発明は、 電源電圧の整流波形を得る整流用ダイオードプリ ツチ と、 発振回路部と、 クロ ック信号制御回路部と、 スィ ッチドキャパシタ 降圧回路部とを備え、 前記スィ ッチドキャパシタ降圧回路部は、 直列に 接続され且つ 2つの位置に切り換え可能な複数の切り換えスィツチと、 切り換えスィツチ間に配置されたコンデンサとを備え、 各切り換えスィ ツチは、 ク口ック信号制御回路部により 2つの位置に切り換えられて、 一方の位置でコンデンサへ充電を行ない、 他方の位置でコンデンサから の放電がなされて、 負荷に電力を供給することを特徴とするものである 第 3の発明は、 入力端子から交流電源が入力され、 出力端子に接続さ れる負荷に電力を供給する電源装置であって、 発振回路部と、 クロック 信号制御回路部と、 電流検出回路部と、 2つのスィ ッチドキャパシタ降 圧回路部とを備え、 前記 2つのスィッチドキャパシタ降圧回路部は、 一 方のスィツチドキャパシタ降圧回路部の高電圧側入力端子及び他方のス ィツチドキャパシタ降圧回路部の低電圧側入力端子を電源装置部の一方 の入力端子に、 他方のスィ ツチドキャパシタの低電圧側入力端子と他方 のスィ ッチドキャパシタ降圧回路部の高電圧側入力端子を電源装置部の 他方の入力端子に接続していることを特徴とするものである。

第 4の発明は、 交流電源が入力される電源装置部と、 この電源装置部 の出力端に接続される 1個または直列接続された複数個の L E Dからな る L E Dランプとを備え、 前記電源装置部は、 交流電源電圧の整流波形 を得て、 その整流波形中の前記交流電源電圧波形の半周期に相当する各 波形の所望の電圧値以上の期間中の一部の期間でのみ電力を取り込み、 前記 L E Dランプの点灯用電源とすることを特徴とするものである。 第 4の発明において、 電源装置部は、 整流用ダイオードブリ ッチと、 低電圧素子としてのツエナーダイォ一ドとを直列に配置してなり、 入力 電圧をダイオードブリ ッチで整流した後、 ツエナ一ダイオードが、 所定 電圧値以上の期間でのみ電力を取り込んで L E Dランプを点灯させるこ とが望ましい。

第 5の発明は、 交流または直流電源が入力される電源装置部と、 この 電源装置部の出力端に接続される 1個または直列接続された複数個の L E Dからなる L E Dランプとを備え、 1個または複数の L E Dランプに はツエナーダイォ一ドが並列に接続されていることを特徴とするもので ある。

第 5の発明において、 L E Dランプが複数個の場合には、 電源装置部 の出力端と L E Dランプとの間に定電流素子を直列に接続することが望 ましい。 いずれかの L E Dランプが切れて消灯しても、 残りの L E Dラ ンプの点灯を維持できるからである。

第 5の発明において、 ツエナーダイオー ドのツエナー電圧は、 ツエナ —ダイォ一ドに並列に接続されている L E Dランプの順方向降下電圧に 対して 1 0 %以上 3 0 %以下の範囲で高いことが望ましい。 1 0 %より も小さいと暗点灯を有効に防止できないとともに、 3 0 %を超えると過 大電流からの L E Dランプの保護が十分でなくなるからである。

第 6の発明は、 交流または直流電源が入力される電源装置部と、 この 電源装置部の出力端に接続される 1個または直列接続された複数個の L E Dからなる L E Dランプとを備え、 前記電源装置部は、 電流検出回路 部と、 入力電圧検出部と、 発振回路部と、 スイ ッチング回路部と、 スィ ツチング素子とを備え、 スィツチング回路部は電流検出回路部及び入力 電圧検出部からの信号を受けてスィツチング素子を O N、 O F F制御す ることを特徴とするものである。

第 6の発明において、 電源装置部は、 電源電圧の整流波形を得て、 そ の整流波形中の前記交流電源電圧波形の半周期に相当する各波形の所望 の電圧値以上の期間中の一部の期間でのみ電力を取り込んで前記 L E D ランプの点灯用電源と していることが望ましい。

第 7の発明は、 交流または直流電源が入力される電源装置部と、 この 電源装置部の出力端に接続される 1個または直列接続された複数個の L E Dからなる L E Dランプとを備え、 前記電源装置部は、 入出力電圧検 出部と、 発振回路部と、 スイ ッチング制御回路部と、 スイ ッチング素子 と、 電流検出回路部とを備え、 スイ ッチング制御回路部は入出力電圧検 出部及び電流検出回路部からの信号を受けてスィツチング素子を O N、 O F F制御することを特徴とするものである。

第 8の発明は、 交流または直流電源が入力される電源装置部と、 この 電源装置部の出力端に接続される 1個または直列接続された複数個の L E Dからなる L E Dランプとを備え、 前記電源装置部は、 整流用ダイォ —ドブリ ッチと、 電流検出回路部と、 入力電圧検出部と、 発振回路部と 、 スイ ッチング回路部と、 スイ ッチング素子とを備え、 前記スィ ッチン グ回路部は、 電流検出回路部及び入力電圧検出部からの信号を受けてス イッチング素子を O N、 O F F制御するものであり、 前記スイッチング 素子と L E Dランプとの間にコンデンサを備え、 スィツチング素子の O N時にコンデンサに充電し、 スィツチング素子の O F F時にコンデンサ からし E Dに電力を供給することを特徴とするものである。

第 9の発明は、 交流または直流電源が入力される電源装置部と、 この 電源装置部の出力端に接続される 1個または直列接続された複数個の L E Dからなる L E Dランプとを備え、 前記電源装置部は、 電源電圧の整 流波形を得る整流用ダイオードブリ ッチと、 発振回路部と、 クロ ック信 号制御回路部と、 スィ ッチドキャパシタ降圧回路部とを備え、 前記スィ ツチドキャパシタ降圧回路部は、 直列に接続され且つ 2つの位置に切り 換え可能な複数の切り換えスィッチと、 切り換えスィツチ間に配置され たコンデンサとを備え、 各切り換えスィ ッチは、 クロック信号制御回路 部により 2つの位置に切り換えられて、 一方の位置でコンデンサへ充電 を行ない、 他方の位置でコンデンサから L E Dランプへの放電がなされ て、 L E Dランプを点灯させることを特徴とするものである。

第 1 0の発明は、 交流電源が入力される電源装置部と、 この電源装置 部の出力端に接続される 1個または直列接続された複数個の L E Dから なる L E Dランプとを備え、 前記電源装置部は、 発振回路部と、 クロッ ク信号制御回路部と、 電流検出回路部と、 2つのスィ ッチドキャパシタ 降圧回路部とを備え、 前記 2つのスィッチドキャパシタ降圧回路部は、 一方のスィツチドキャパシタの高電圧側入力端子と他方のスィツチドキ ャパシタ降圧回路部の低電圧側入力端子を電源装置部の一方の入力端子 に、 他方のスィツチドキャパシタの低電圧側入力端子と他方のスィツチ ドキャパシタ降圧回路部の高電圧側入力端子を電源装置部の他方の入力 端子に接続していることを特徴とするものである。

上記発明において、 電源装置部は、 フレキシルブルプリ ン ト回路基板 上に構成されており、 このフレキシブル回路基板は略 S字形状に屈曲さ せて配置することが望ましい。 更に、 電源装置部は、 略 S字の対向する 部位に端子を設け、 且つ A C入力端子の一方をフレキシブル回路基板の 表に他方を裏に設けることが望ましい。 装置の省スペース化を図りつつ 絶縁性の確保や特性及び信頼性の向上を図ることができるからである。 また、 電源装置部は、 設定平均電流値より も高い電流値のピークを有 するパルス電流を発し、 そのパルス電流の周波数は 1 0 0 H z以上であ ることが望ましい。 少ない電力で体感輝度を高めることができるからで ある。

上記の第 1〜第 4及び第 6〜第 1 0の発明によれば、 電源電圧の一部 の期間でのみ電力を取り込み、 負荷の作動用電源として出力するように 電源装置を構成したので、 電源電圧以上の所望の電圧にて、 高効率、 低 損失の電源装置及びそれを電源装置部として用いた L E Dランプ装置を 提供できるという効果がある。

上記の第 5の発明によれば、 高効率、 低損失であるとともに喑点灯の 防止と過大電流からの L E Dランプの保護を図ることができる。 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明装置の第 1実施形態を示す回路図である。

図 2は、 第 1実施形態の動作説明図である。

図 3は、 本発明装置の第 2実施形態を示す回路図である。

図 4は、 同上第 2実施形態の動作説明図である。

図 5は、 同上第 2実施形態での具体的な回路構成例を示す図である。 図 6は、 本発明装置の第 3実施形態を示す回路図である。

図 7は、 本発明装置の第 4実施形態を示す回路図である。

図 8は、 同上第 4実施形態の動作説明図である。

図 9は、 同上第 4実施形態での具体的な回路構成例を示す図である。 図 1 0は、 本発明装置の第 5実施形態を示す回路図である。

図 1 1は、 図 1 0中のスィッチドキャパシタ降圧回路部の動作原理の 説明図である。

図 1 2は、 同上スィッチドキャパシタ降圧回路部の具体的な回路構成 例を示す図である。

図 1 3は、 本発明装置の第 6実施形態を示す回路図である。

図 1 4は、 図 1 3中のスィッチドキャパシタ降圧回路部の具体的な回 路構成例を示す図である。

図 1 5は、 本発明装置の構造例を示す図である。

図 1 6は、 本発明装置の他の構造例を示す図である。

図 1 7は、 図 1 6中のフレキシブルプリ ント回路基板部分の断面矢視 図 (第 1例) である。

図 1 8は、 同じく断面矢視図 (第 2例) である。

図 1 9は、 同じく断面矢視図 (第 3例) である。

図 2 0は、 本発明装置の第 7実施形態を示す回路図である。 図 2 1は、 第 7実施形態における L EDランプとツエナ一ダイォード とについて、 電流と電圧との関係を示すグラフである。

図 2 2は、 本発明装置の第 8実施形態を示す回路図である。

図 2 3は、 従来装置 (例 1 ) を示す回路図である。

図 2 4は、 従来装置 (例 2) を示す回路図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図 1は、 本発明による電源装置及び L EDランプ装置の第 1実施形態 を示す回路図である。

この図 1において、 1 0 2は全波整流用ダイオードブリ ッジ (BrDl ) 、 1 0 3は定電圧素子、 ここではッヱナ一ダイオード (Dzl) 、 1 0 4はシリーズ抵抗 (Rp) 、 1 0 5は定電流素子 (CRD ; C u r r e n t R e g u r a t e d D i o d e ) 1、 1 0 6は L EDランプで ある。

なお、 1 0 8は AC入力端子 H (HOT L I NE ; ホッ トライン) 、 1 0 9は AC入力端子 C (COO L L I NE ; クールライン) であ る。 AC入力電圧は商用 1 0 0 Vである。

ここで、 L EDランプ 1 0 6は、 アノードが定電流素子 (CRD1) 1 0 5、 シリーズ抵抗 1 04及び図示極性のツエナーダイオード 1 0 3 を順に直列に介して全波整流用ダイォードブリ ッジ 1 0 2の正極出力端 に接続され、 カソ一ドが同ダイォ一ドブリ ッジ 1 0 2の負極出力端に直 結されている。 また、 L E Dランプ 1 0 6は 1個または複数個直列接続 された L EDからなる。 なお、 L E Dランプ 1 0 6を除いた回路部分が 電源装置部を構成する (以下の各実施形態において同じ) 。

次に、 上述第 1実施形態の動作を、 HI 2を併用して説明する。 図 2は図 1中のノード A 1 0 7及びノード B 1 0 8 1の電圧波形図で 、 図中、 縦軸が電圧 (V ) 、 横軸が時間 ( t ) 、 2 0 1がノード A 1 0 7の電圧波形、 2 0 2がノード B 1 0 8 1の電圧波形を示す。

AC入力電圧のピーク値は約 1 4 0 V、 ツエナーダイォード 1 0 3の ツエナー電圧 Vzは 1 00 Vである。

図 2から分るように、 ここでは、 AC入力電圧 1 0 0 Vがダイオード ブリ ッジ 1 0 2で全波整流され、 ツエナーダイォード 1 0 3により 1 0 0 H z全波整流波形の 1 0 0 V以上の期間にて L E Dランプ 1 0 6が点 灯 (点滅点灯) する。

この時の点滅期間の割合、 すなわち L E Dランプ 1 0 6の ON, OF Fデューティは 6 : 4 ( 1 0 0 H z ) であり、 発光にちらつきを感じさ せない範囲での電力高効率化 (低損失化) が図れる。

L E Dランプ 1 0 6への印加電圧のピーク値は、 L E Dランプ 1 0 6 、 定電流素子 1 0 5及びシリ一ズ抵抗 1 0 3への印加電圧のピーク電圧 力 ツエナ一電圧 V zを超えた分だけであるから、 ここでは約 4 0 Vで ある。

L E Dランプ 1 0 6への通電電流は、 定電流素子 1 0 5により定電流化 が図られている。

図 3は、 本発明による電源装置及び L E Dランプ装置の第 2実施形態 を示す回路図である。

この図 3において、 3 0 3はコンデンサ (C1) 、 3 04 , 3 0 5は 分圧用の抵抗 (Rl, R2) 、 3 0 6は電源系 lVddHライン、 3 0 7は電 流検出回路部 ( I DET) 、 3 0 8はGND (接地) ライン、 3 0 9はゼ 口クロス対応の入力電圧検出回路 (VDET) 、 3 1 0は発振 ·分周回路 部 (Osc ' Div;) 、 3 1 1〜 3 1 3は作用線、 3 1 4は電源系 2 V ddLラ イン、 3 1 5はインダクタ (コイル) 、 3 1 6は Nチャンネル型 MO S F ETからなるスィツチング素子、 3 1 7はフライホイールダイォード 、 3 2 2はスイッチング制御回路部 (SWCont) である。 その他、 図 3において図 1 と同一符号は同一または相当部分を示す。

ここで、 抵抗 3 04, 3 0 5は直列接続されて全波整流用ダイオード ブリ ッジ 1 0 2の出力電圧を分圧するもので、 その分圧点は入力電圧検 出回路 3 0 9の入力端及び発振 · 分周回路部 3 1 0の作動電源入力端及 び電源系 2VddLライン 3 1 4に接続されている。 コンデンサ 3 0 3は同 分圧点及び接地間に接続されている。

L E Dランプ 1 0 6、 インダクタ 3 1 5及びスィツチング素子 3 1 6 は直列接続されて電源系 IVddHライン 3 0 6及び GNDライン 3 0 8間 に挿入されており、 電流検出回路部 3 0 7は電源系 IVddHライン 3 ◦ 6 中に挿入されている。 L EDランプ 1 0 6は、 ここでは 2〜 8個の L E Dを直列接続してなる。

フライホイールダイォ一ド 3 1 7は L EDランプ 1 0 6及びィンダク タ 3 1 5の直列回路に並列に接続されている。

スィツチング制御回路部 3 2 2は、 電源系 2VddLライン 3 1 4から作 動電源を受け、 電流検出回路部 3 0 7、 入力電圧検出回路 3 0 9及び発 振 ·分周回路部 3 1 0から信号を受けて、 スイッチング素子 3 1 6 (L EDランプ 1 0 6) を後述するように ON, O F F制御するものである 。

次に、 上述した第 2実施形態の動作を、 図 4を併用して説明する。 図 4は図 3中のノード A 1 0 7及びノード B 3 2 1の電圧波形図で、 図中、 縦軸が電圧 ( V ) 、 横軸が時間 ( t ) 、 40 1がノード A 1 0 7 の電圧波形、 4 0 2がノード B 3 2 1の電圧波形を示す。

AC入力電圧のピーク値は約 1 4 0 Vである。 ここでは、 入力電圧 ( ノード A 1 0 7の電圧) が 0 Vから 4 0 Vに上昇したときスイッチング 制御回路部 3 2 2が作動し、 ピーク値を経て 4 0 Vに下降したときに同 制御回路部 3 2 2が作動停止する設定となされている。 抵抗 3 04, 3 0 5の分圧点電圧 (電源系 2VddLライン 3 1 4の電圧) は、 ここでは 5 Vで、 スィツチング制御回路部 3 2 2は作動時の O N電圧も 5 Vである 0

図 4から分るように、 ここでは、 AC入力電圧 1 0 0 Vがダイオード ブリ ッジ 1 0 2で全波整流され、 スィツチング制御回路部 3 2 2により 全波整流波形の 40 V以上の期間にてスィツチング素子 3 1 6が ON, OF F制御 (PWM制御) され、 L EDランプ 1 0 6が点灯 (点滅点灯 ) する。

上記スィツチング素子 3 1 6の ON, O F F周波数、 すなわち L E D ランプ 1 0 6の ON, OF F周波数は、 ここでは 4 0 kH zであり、 発 光にちらつきを感じさせない範囲での電力高効率化 (低損失化) が図れ る。

L E Dランプ 1 0 6への通電電流はスィツチング制御回路部 3 2 2に より定電流化が図られており、 負荷 (L E Dランプ 1 0 6を構成する L EDの個数) が変化しても同一電流を流すことができる。

コンデンサ 3 0 3には、 抵抗 304, 3 0 5で分圧された電圧、 ここ では約 5 Vが印加されるに過ぎないので、 耐圧が低いもので済むし、 入 力電圧検出回路 3 0 9、 発振 ·分周回路部 3 1 0及びスィツチング制御 回路部 3 2 2への電源供給機能を果たすだけなので容量も小さいもので 済む。

更に、 上記の 「定電流」 とは、 平均電流での定電流を指すものであり 、 本実施形態では、 発振回路部を用いてスイ ッチングしているので、 例 えば、 1 0 mAの定電流が必要な場合、 ピーク電流を 3 0 πιΑとしデュ 一ティ比 3 0 %の駆動をすれば、 平均で 1 0m Aとなる。 L EDの発光 用途としては、 むしろこのような駆動方法の方が望ましい。 なぜならば 、 人間の体感輝度に対して L E Dの電流 ·輝度特性はリユアでなくいわ ゆるスパーリニアという特性を示すからであり、 例えば、 電流を 2倍に した場合に、 一般に、 輝度は 2倍でなく 2の n乗 (nは 1以上) 倍にな るからである。 これは、 人間の目はピークでの輝度を残像と して残すの で、 同じ平均電流なら D C的電流より ピーク電流を高く設定したデュー ティ駆動 (一般に、 「パルス駆動」 と称する) の方が明るく感じるとい うものだからである。 このようなパルス駆動を用いれば、 同じ体感輝度 を得るためにより少ない電力で済む。 ただし、 同様の体感を得る上で 1 0 0 H z以上でのパルス駆動でないと、 今度はチラツキが認識できてし まうという不都合が生じることになるので、 1 0 O H z以上でのパルス 駆動が望ましい。 このようなパルス駆動は、 後述する発振回路部を有す る第 3、 5実施形態でも同様に有効であり、 また、 第 4、 第 6実施形態 でも発振回路部は有さないが、 1 0 0 H z以上の A Cで動作させる限り においてはやはり同様に有効である。

また、 ここでは、 電源系 2 V d dを抵抗分割で簡易に構成したが、 勿 論別途能動的 (スイッチング等) 電源回路を構成 (または使用) しても より動作が安定することになり、 便利である。 また、 ここでは、 入力ピ ーク電圧 1 4 0 Vに対して動作開始入力電圧 V DETを 4 0 Vと設定した 力 S、 このように入力に対して V DETを数 1 0 %以上と設定することでは スイッチングレギユレ一タとしての O Nノ O F Fの比率 (デューティ) を極端に小さく (下で数%とか) する必要がなくなり、 回路的に設計上 のマージンが楽に確保できる。 一方、 前述したように、 スイッチング周 波数とは別にあまり V DETを高く していく と今度は、 A C周波数、 例え ば 1 0 0 H Zがちらつきとして現出することになり、 入力 A C周波数が 例えば 5 0 H z以下とかの場合そのちらつきを体感できるようになり、 問題となってくる。 その場合、 動作開始入力電圧 V DETを 3 ~ 4 0 Vの ように小さくすることで A C周波数が 5 0 H z以下になっても全くちら つきの心配をすることなく、 動作させることが可能となる。 しかし、 こ の場合、 デューティが極端に小さく (最低数%以下となり、 ほとんどス パイク状のパルスのことがあり得る) なることがある。 前述した回路的 な設計マージンはこのような場合の使用するインダクタ要素の特性 (D C抵抗成分) やスイッチング素子の特性 (スピード) を高性能のものに する必要があるということである。

もともと使用する各要素 (素子) をある程度高性能にしておいて、 デ ユーティのこのようなダイナミ ックレンジの心配 (下でスパイク状のパ ルスによること) や A C周波数の現出の心配をすることのないよう V D ETを 3 〜 4 0 Vにし、 むしろ V DETによる動作を発振回路部ゃスィツチ ング制御回路部の安定動作 (これら回路部が正しく動作できる電圧にな つてから出力を出す制御するということ) に役立てるものとするもので も充分有益であり、 本実施形態の本質は変わるものではないものである なお、 図 5に上述第 2実施形態での具体的な回路構成例を示しておく 。 この図 5において、 5 0 2は 1チップ (モノ リシック) I Cによる集 積回路部を示す。 この集積回路部 5 0 2中のスィツチング素子 3 1 6部 分は集積回路部 5 0 2外に構成することもある。 その他、 図 5において 図 3と同一符号は同一または相当部分を示す。

図 6は、 本発明による電源装置及び L E Dランプ装置の第 3実施形態 を示す回路図である。 この図 6において、 6 0 9は入出力電圧検出回路 、 6 2 0はコンデンサ (C 2) 、 6 2 1はシリーズ抵抗 (R s) である。 その他、 図 6において図 3と同一符号は同一または相当部分を示すが、 ここでは、 スイッチング素子 3 1 6は P N P型トランジスタからなり、 L EDランプ 1 0 6から見て全波整流用ダイォ一ドブリ ッジ 1 0 2の正 極出力端側に、 そのェミッタ一コレクタ間を順方向に向けて揷入されて いる。 一方、 電流検出回路部 3 0 7は同上ダイォードブリ ッジ 1 0 2の 負極出力端側に挿入されている。

また、 ィンダクタ 3 1 5は、 上記トランジスタからなるスィツチング 素子 3 1 6及び L EDランプ 1 0 6相互間に挿入されており、 上記シリ —ズ抵抗 6 2 1はそのインダクタ 3 1 5及び L E Dランプ 1 0 6相互間 に挿入されている。

入出力電圧検出回路 6 0 9は、 出力電圧を検出するもので、 出力電圧 の検出値は入力電圧の検出値と同様にスィツチング制御回路部 3 2 2に 与える。 すなわち入出力電圧検出回路 6 0 9は、 ここでは出力電圧を検 出してリ ミ ッタとしての役割を担っており、 電源装置部 (L EDランプ 1 0 6を除いた回路部分) を、 通常は電圧帰還型のスイ ッチング電源と して機能させるが、 L EDランプ 1 0 6が接続された時には電流帰還型 のスィツチング電源に切り替わって機能するようスィツチング制御回路 部 3 2 2を制御すべく構成されている。

即ち、 入力電圧検出回路 6 0 9は、 L E Dランプに対する出力電圧を 一定に保っための出力電圧レギュレータと して動作するもので、 例えば 、 図 6に示す回路では、 出力電圧が 1 6 Vで L EDランプが 2 Vの場合 に、 負荷が 1 0 mAを超えると出力電圧を 2 Vとする。 換言すれば、 出 力電圧が 2 V乃至 1 6 Vの間では 1 0 mAの定電流動作をする。

尚、 第 3実施形態では、 スイ ッチング素子 3 1 6は Nチャンネル型 M O S F ETまたは PNP型トランジスタのいずれでもよい。

図 7は、 本発明による電源装置及び L EDランプ装置の第 4実施形態 を示す回路図である。

この図 7において、 7 0 8はゼロクロス対策用の抵抗 (R3) 、 7 1 1は作用線、 7 1 2は ONZO F F制御回路部 (ON, OF F Cont) 、 7 1 6はコンデンサ (C3) 、 7 1 7はコンデンサ (C4) である。 そ の他、 図 7において図 6 と同一符号は同一または相当部分を示すが、 こ こではコンデンサ 7 1 6はスィツチング素子 3 1 6の出力電圧 (ノード B 7 1 5の電圧) の平滑化の機能を果たすが、 コンデンサ 7 1 7はシリ —ズ抵抗 6 2 1 と共に放充電回路を構成している。 L EDランプ 1 0 6 は、 ここでは 2〜数 1 0 0個直列接続された L E Dからなる。

更に、 図 6に示す第 3実施形態における電流検出回路部 3 0 7、 発振 •分周回路部 3 1 0、 フライホイールダイォード 3 1 7等は備えておら ず、 他方、 スイ ッチング制御回路部 3 2 2に代えて ONZO F F制御回 路部 7 1 2を備える。 この ONZO F F制御回路部 7 1 2は、 入出力電 圧検出回路 6 0 9から信号を受けてスィツチング素子 3 1 6を後述する ように ON, O F F制御するものである。

すなわちこの第 4実施形態は、 消費電流 (電力) のさらなる低減のた めにスイ ッチング素子 3 1 6の O F F期間を延長し、 その OF F期間は コンデンサ 7 1 6, 7 1 7にて電源供給し、 L EDランプ 1 0 6を点灯 させるようにしたものである。

またこの第 4実施形態では、 スイッチング素子 3 1 6の ON, O F F 電圧は ONZO F F制御回路部 7 1 2にて設定、 例えば ON電圧 3 0 V 、 O F F電圧 1 6 Vというように設定でき、 スイッチング素子 3 1 6 と して耐圧の小さなトランジスタの使用を可能としている。

次に、 上述第 4実施形態の動作を、 図 8を併用して説明する。

図 8は図 7中のノード A 1 0 7及びノード B 7 1 5の電圧波形図で、 図中、 縦軸が電圧 ( V ) 、 横軸が時間 ( t ) 、 8 0 1がノード A 1 0 7 の電圧波形、 8 0 2がノー ド B 7 1 5の電圧波形を示す。

ONZO F F制御回路部 7 1 2では、 AC入力電圧のピーク値は約 1 4 0 Vであり、 入力電圧 (ノード A 1 0 7の電圧) が 0 Vから 3 0 Vに 上昇したときスィツチング素子が ONになり、 3 0 Vを超えるとスイツ チング素子が O F Fになるように作動する。 その後、 ノード B電圧は下 降していき、 その下降時のノード Bのある値 (略上記 3 0 V) から 1 6 Vまでスイッチング素子は O F Fのままであり、 1 6 Vを下回るとスィ ツチング素子は再び ONする。 ON/O F F制御回路部 7 1 2では、 以 上の動作を繰り返す。

即ち、 この第 4実施形態では、 AC入力電圧 1 0 0 Vがダイオードブ リ ッジ 1 0 2で全波整流され、 ONZO F F制御回路部 7 1 2により全 波整流波形の 30 V以下の期間内で、 かつ出力電圧 (ノード B 7 1 5の 電圧) が 1 6 Vに下降するまでの期間にてスィツチング素子 3 1 6が O Nされ、 それ以降で全波整流波形の 3 0 Vに達する間はコンデンサ 7 1 6 , 7 1 7にて電源供給し、 L E Dランプ 1 0 6を低電力にて連続点灯 させる。 これによれば、 発光にちらつきを生じさせずに電力高効率化 ( 低損失化) が図れる。

また、 ONZOF F制御回路部 7 1 2の作動及び作動停止電圧は任意 の個数の L E Dの直列接続からなる L EDランプ 1 0 6が点灯するのに 必要な最低電圧に任意に設定できる。 更に、 同上 L EDランプ 1 0 6へ の供給電流もシリーズ抵抗 6 2 1及びコンデンサ 7 1 6, 7 1 7の設定 により任意に設定でき、 大電流駆動が可能であるので、 L EDランプ 1 0 6を構成する L E Dの直列接続個数は数 1 0 0個まで可能となる。 また、 ここでは、 分かり易くするため、 入力を ACとして説明してき たが、 入力が D Cであっても本実施形態では、 同様に所望の動作をする ことは言うまでもない。

なお、 図 9に上述第 4実施形態での具体的な回路構成例を示しておく 。 この図 9において、 図 7と同一符号は同一または相当部分を示す。 図 1 0は、 本発明による電源装置及び L EDランプ装置の第 5実施形 態を示す回路図である。

この図 1 0において、 1 0 1 1は発振回路部 (Osc) 、 1 0 1 3はク 口ック信号制御回路部 (C LKCont) 、 1 0 1 8はスィッチドキャパ シタ降圧回路部 ( S C Conv) 、 1 0 2 1 , 1 0 2 3は作用線、 1 0 2 5はブリーダ抵抗 (RB) である。 その他、 図 9において図 1 , 図 6 と 同一符号は同一または相当部分を示すが、 ここでは、 L EDランプ 1 0 6への電源供給の ON, OF F制御、 電圧降圧機能及び定電流制御をス イッチドキャパシタ降圧回路部 1 0 1 8で行なうものである。

このスィッチドキャパシタ降圧回路部 1 0 1 8は、 クロック信号制御 回路部 1 0 1 3、 電流検出回路部 3 0 7からの信号を受けて定電流素子 1 0 5からの全波整流用ダイォ一ドブリ ッジ 1 0 2の正極出力 (HV) を制御し、 直流出力 D C0UTを L E Dランプ 1 06に与えて点灯するも のである。

スィッチドキャパシタ降圧回路部 1 0 1 8は、 HV入力端子 1 0 1 8 a、 HV出力端子 1 0 1 8 b、 L V出力端子 1 0 1 8 c、 クロック入力 端子 1 0 1 8 d、 反転ク口ック入力端子 1 0 1 8 e、 接地端子 1 0 1 8 f を備えてなる。

このうち、 HV入力端子 1 0 1 8 aは定電流素子 1 0 5を介して正極 出力端に、 HV出力端子 1 0 1 8 bは L E Dランプ 1 06のアノードに 、 L V出力端子 1 0 1 8 cは電流検出回路部 3 0 7を介して L EDラン プ 1 0 6の力ソードに、 各々接続される。 またクロック入力端子 1 0 1 8 d, 反転ク口ック入力端子 1 0 1 8 eはクロック信号制御回路部 1 0 1 3のクロック出力端子, 反転クロック出力端子に各々接続され、 接地 端子 1 0 1 8 f はGNDラィン3 0 8に接続 (接地) される。

ここで、 発振回路部 1 0 1 1は、 抵抗 3 04 , 3 0 5のの分圧出力が 入力され、 所定の発振信号を作用線 1 0 2 3に出力するものである。 ク 口ック信号制御回路部 1 0 1 3は、 作用線 1 0 2 1 , 1 0 2 3から電流 検出信号及び発振信号を受け電流検出信号値に応じてデューティが制御 されたク口ック信号をスィツチドキャパシタ降圧回路部 1 0 1 8に与え るものである。 ブリーダ抵抗 1 0 2 5は L E Dランプ 1 0 6に並列接続 されている。 L EDランプ 1 06は 2〜 8個直列接続された L E Dから なる。

以下、 上記スィツチドキャパシタ降圧回路部 1 0 1 8の詳細について ベる。

図 1 1はスィ ッチドキャパシタ降圧回路部 1 0 1 8の動作原理の説明 図で、 この図 1 1において、 S Wl〜 S W2nはスィッチ、 C PT1〜C P Tnはキャパシタ (コンデンサ) である。 その他、 図 1 1において 1 0 1 8 a〜 1 0 1 8 f は各々図 1 0と同様である。

ここで、 クロック入力端子 1 0 1 8 dにはスィツチ S Wl〜 S W2nを 各々 " 1 " 側 (状態 1 ) に切り替えるクロック信号が、 反転ク ロ ック入 力端子 1 0 1 8 eにはスィツチ S Wl〜 SW2nを各々 "2" 側 (状態 2 ) に切り替える反転クロック信号が各々入力される。

上記キャパシタ C P T1〜C P Tnは、 状態 1においては直列接続され て HV入力端子 1 0 1 8 a及び接地端子 1 0 1 8相互間に挿入され、 状 態 2においては並列接続されて HV出力端子 1 0 1 8 b及び L V出力端 子 1 0 1 8 c相互間に挿入されるよぅスィツチ SW1〜 SW2nに接続さ れている。 またスィッチ S Wl〜 S W2nは、 キャパシタ C P T1〜C P T nが上記のように接続されるよう、 各端子 1 0 1 8 a〜 1 0 1 8 c, 1 0 1 8 f に接続されている。

このようなスィッチドキャパシタ降圧回路部 1 0 1 8の動作を図 1 0 を併用して説明すると、 状態 1においては、 直列接続されたキャパシタ C P T1〜C P 1^が《[ 入カ端子 1 0 1 8 aを介して電源系 IV ddHライ ン 3 0 6に接続され、 接地端子 1 0 1 8に向けて通電されて各々充電さ れる。

また状態 2においては、 並列接続されたキャパシタ C P T1〜C P Tn が HV出力端子 1 0 1 8 bを介して L EDランプ 1 0 6のァノードに接 続され、 L V出力端子 1 0 1 8 cに向けて放電電流が流され、 L EDラ ンプ 1 0 6を点灯する。

状態 1, 2は、 クロック入力端子 1 0 1 8 d及び反転クロック入力端 子 1 0 1 8 eに入力されるク口ック信号, 反転ク口ック信号により切替 制御されるスィ ッチ SW1〜 SW2nにより所定の周波数 (周期) で交互 に繰り返される。 したがって、 キャパシタ C P T1〜C P Tnの上述充放 電動作が所定の周波数で繰り返されて LEDランプ 1 0 6が点灯 (点滅 点灯) する。

上記 L E Dランプ 1 0 6の ON, OF F (点滅) 周波数は、 クロック 信号制御回路部 1 0 1 3で例えば 4 0 k H zに設定され、 発光にちらつ きを感じさせない範囲での電力高効率化 (低損失化) が図れる。

上記ク口ック信号制御回路部 1 0 1 3は、 電流検出回路部 3 0 7から の信号を受けて適正な周波数のク口ック信号, 反転ク口ック信号を設定 する。 また、 スィッチドキャパシタ降圧回路部 1 0 1 8 (HV出力端子 1 0 1 8 b) の出力電圧は、 キャパシタ C P T1〜C P Tnの容量等で適 宜設定される。

したがって、 このようなスィッチドキャパシタ降圧回路部 1 0 1 8を 用いた構成によれば、 トランスやインダクタ 3 1 5を用いることなく、 また高耐圧スィツチング素子も用いることなく、 商用電源電圧を L ED ランプ 1 0 6に適した低電圧に降圧して L EDランプ 1 0 6に印加可能 となる。 なお、 定電流素子 1 0 5はなくてもよく、 あるいはこれを抵抗 に代えてもよい。

すなわち、 電流フィードバック制御でなく、 電圧フィードバック制御 (クロック周波数変化) とすること (定電圧出力) で電圧レギユレータ となり、 本実施例によれば、 いわゆる ACアダプタ電源の小型化、 低コ ス ト化も可能とするものである。 しかも、 トランスレスでありながら、 アイソレート電源を構成することが可能であり極めて画期的である。 なお、 図 1 2に図 1 1で説明したスィツチドキャパシタ降圧回路部 1 0 1 8の具体的な回路構成例を示しておく。 この図 1 2において、 NM O S l〜NM〇 S3n— 1は各々 Nチヤンネル型 MO S F E Tを示す。 その 他、 図 1 2において図 1 1 と同一符号は同一または相当部分を示す。

このようなスィッチドキャパシタ降圧回路は、 モノ リシック半導体集 積回路で実現するのに適している。 つまり、 より数多くの直列キャパシ タを用意することで 1つのキャパシタあたりの耐圧を低くすることがで き、 低くすることができれば、 誘電体膜 (絶縁膜) の厚みをより薄くす ることができ、 すなわち一つあたりの面積も縮小可能となるからである 図 1 3は、 本発明による電源装置及び L E Dランプ装置の第 6実施形 態を示す回路図である。

この図 1 3において、 1 0 5は定電流素子、 1 0 6は 2〜 8個のし £ Dの直列接続からなる L E Dランプ、 1 0 8は AC入力端子 H、 1 0 9 は AC入力端子 C、 1 0 2 5はブリーダ抵抗である。 また、 1 3 0 0は 1チップ (モノ リシック) I Cによる集積回路部、 1 3 0 1 , 1 3 0 2 はスィッチドキャパシタ降圧回路部 (S C Conv:) 、 1 3 0 7 , 1 3 0 8は逆流阻止ダイオード (Dil, Di2) である。 なお、 AC入力電圧は 商用 1 0 0 Vである。

上記スィツチドキャパシタ降圧回路部 1 3 0 1 , 1 3 0 2は、 AC入 力端子 H 1 0 8 , C 1 0 9から AC入力を得て直流出力 D C OUTを L E Dランプ 1 0 6に与え、 これを点灯するものである。

スィ ッチドキャパシタ降圧回路部 1 3 0 1 , 1 3 0 2は、 ACH入力 端子 1 3 0 1 a , 1 3 0 2 a ; A CL入力端子 1 30 1 b , 1 3 0 2 b 、 H V出力端子 1 3 0 1 c , 1 3 0 2 c、 L V出力端子 1 3 0 1 d , 1 3 0 2 dを備えてなる。

このスィッチドキャパシタ降圧回路部 1 3 0 1 , 1 3 0 2の AC H入 力端子 1 30 1 a, 1 3 0 2 a及び ACL入力端子 1 3 0 1 b, 1 3 0 2 bは、 AC入力に対して所謂たすき掛け接続されている。 すなわち、 スィッチドキャパシタ降圧回路部 1 3 0 1の A CH入力端子 1 3 0 1 a 及びスィツチドキャパシタ降圧回路部 1 3 0 2の ACL入力端子 1 3 0

2 bは各々 A C入力端子 H 1 0 8に、 同回路部 1 3 0 1の A CL入力端 子 1 3 0 1 b及び同回路部 1 3 0 2の A CH入力端子 1 3 0 2 aは各々 AC入力端子 Cに接続されている。

—方、 スィ ッチドキャパシタ降圧回路部 1 3 0 1の HV出力端子 1 3 0 1 cは逆流阻止ダイォ一ド 1 3 0 7を介して、 スィッチドキャパシタ 降圧回路部 1 3 0 2の HV出力端子 1 3 0 2 cは逆流阻止ダイォード 1

3 0 8を介して、 各々 L EDランプ 1 0 6のァノ一ドに接続されている また、 スィ ッチドキャパシタ降圧回路部 1 3 0 1の LV出力端子 1 3 0 1 d及びスィツチドキャパシタ降圧回路部 1 3 0 2の LV出力端子 1 3 0 2 dは共通接続され、 上記定電流阻止を介して L EDランプ 1 0 6 のカソ一 ドに接続されている。

上記ブリーダ抵抗 1 0 2 5は、 一端側に上記定電流阻止を介して L E Dランプ 1 0 6に並列接続されている。 L E Dランプ 1 0 6は 2〜 8個 直列接続された L EDからなる。 以下、 上記スィツチドキャパシタ降圧回路部 1 3 0 1, 1 3 0 2の詳 細について述べる。

図 1 4はスィ ッチドキャパシタ降圧回路部 1 3 0 1 , 1 3 0 2の具体 的な回路構成例を示す図で、 この図 1 4において、 PMO Sl〜PMO S 2nは各々 Pチャンネル型 MO S F E Tを示す。 C P Tl〜C P Tnはキ ャパシタ、 DiRl〜DiRn+lは整流ダイオードである。 その他、 図 1 4に おいて 1 3 0 1 , 1 3 0 2、 1 30 1 a〜 1 3 0 1 d及び 1 3 0 2 a〜 1 3 0 2 dは各々図 1 3 と同様である。

ここで、 Pチャンネル型 MO S F E T PMO S l〜PMO S2nは各 々ゲートが正電圧で O F F、 負電圧で ONする。 キャパシタ C P T1〜 C P Tnは、 AC入力の正側においては直列接続されて ACH入力端子 1 3 0 1 a , 1 3 0 2 a及び ACL入力端子 1 3 0 1 b, 1 3 0 2 b相互 間に揷入され、 AC入力の負側においては並列接続されて H V出力端子 1 3 0 1 c , 1 3 0 2 c及び L V出力端子 1 3 0 1 d , 1 3 0 2 d相互 間に挿入されるよう Pチャンネル型 MO S F E T PMO S l〜PMO S2nに接続されている。 また、 Pチャンネル型 MO S F E T PMO S l〜PMO S2nは、 キャパシタ C PT1〜C P Tnが上記のように接続さ れるよう、 各端子 1 3 0 1 a〜: L 30 1 d, 1 3 0 2 a〜 1 3 0 2 dに 接続されている。

このようなスィッチドキャパシタ降圧回路部 1 3 0 1, 1 3 0 2の動 作を図 1 3を併用して説明すると、 スィ ッチドキャパシタ降圧回路部 1 30 1について、

AC入力の正側においては、 直列接続されたキャパシタ C P T1〜C P Tnが ACH入力端子 1 3 0 1 aを介して AC入力端子 H 1 0 8に接続さ れ、 ACL入力端子 1 3 0 1 bに向けて通電されて各々充電される。 また AC入力の負側においては、 並列接続されたキャパシタ C P T1 〜C P Tnが HV出力端子 1 3 0 1 c及び逆流素子ダイォード 1 3 0 7 を介して L EDランプ 1 0 6のァノードに接続され、 LV出力端子 1 3 0 1 dに向けて放電電流が流され、 L E Dランプ 1 0 6を 5 0 H z (商 用交流電源が 50 H 2の場合) で点灯 (点滅点灯) する。

スィッチドキャパシタ降圧回路部 1 3 0 2についても、 AC入力の正 , 負側において上記スィツチドキャパシタ降圧回路部 1 3 0 1 とは逆に 動作することを除いて同回路部 1 3 0 1 と同様に動作し、 L E Dランプ 1 0 6を同回路部 1 3 0 1による場合とは 9 0 ° 位相を異にして 5 0 H z (商用交流電源が 5 0 H zの場合) で点灯 (点滅点灯) する。

これにより L E Dランプ 1 0 6は 1 0 0 H zで点灯 (点滅点灯) し、 発光にちらつきを感じさせない範囲での電力高効率化 (低損失化) が図 れる。

このスィ ッチドキャパシタ降圧回路部 1 3 0 1 , 1 3 0 2は、 Pチヤ ンネル型 MO S F ET PMO S l〜PMO S2n自身でスイッチング ( 各ゲートが正電圧で O F F、 負電圧で ON) するので、 制御用のパルス (クロック等) は不要である。 スィ ッチドキャパシタ降圧回路部 1 3 0 1 , 1 3 0 2 (H V出力端子 1 3 0 1 c , 1 3 0 2 c ) の出力電圧は、 キャパシタ C P T1〜C P Tnの容量等で適宜設定される。

このようなスィッチドキャパシタ降圧回路部 1 3 0 1 , 1 3 0 2を用 いた構成によれば、 トランスやインダクタ 3 1 5を用いることなく、 ま た高耐圧スィツチング素子も用いることなく、 商用電源電圧を L EDラ ンプ 1 0 6に適した低電圧に降圧して L EDランプ 1 0 6に印加可能と なる。 また、 この実施形態では、 全波整流用のダイオードブリ ッジも不 用である。

すなわち、 電流フィー ドバック制御でなく、 電圧フィード制御とする ことで、 (定電出力) で電圧レギユレータとなり、 第 5実施形態と同様 に、 本実施形態によればいわゆる A Cアダプタ電源の小型化及び低コス ト化も可能とするものである。 しかも、 トランスレスでありながら、 ァ イソレート電源を構成することが可能であり、 極めて画期的である。 なお、 この第 6実施形態 (図 1 3) において、 定電流素子 1 0 5は L EDランプ 1 0 6のアノード側であってもよい。 また、 逆流阻止ダイォ ード 1 3 0 7 , 1 3 0 8は省略してもよい。 更に、 ブリ一ダ抵抗 1 0 2 5及び定電流素子 1 0 5は集積回路部 1 3 0 0外に構成 (外付け) して もよい。

図 1 5は、 本発明による L E Dランプ装置の構造例を示す図で、 (a ) は正面図、 (b) は背面図、 ( c ) は右側面図、 (d) は ( c ) 中の D— D線断面矢視図である。 ここでは、 最小構造の例を示す。

各図において、 1 5 0 1は E— 1 0タイプの口金、 1 5 0 2は口金 1 5 0 1に連なる合成樹脂またはガラス製の筒状のケース部、 1 5 0 3は ケース部 1 5 0 2先端面を覆うように取り付けられた L EDランプモジ ユールで、 全体として E— 1 0タイプの口金をもつ蛍光ランプ用グロ一 スタータの外形状を模して形成されている。

L EDランプモジュール 1 5 0 3は、 ここでは正面から見てモジュ一 ル 1 5 0 3中心から半径方向適宜位置の同心円上にほぼ等間隔に 8個、 L EDチップ 1 5 0 3 aが配設されてなる。 各 L EDチップ 1 5 0 3 a は直列接続され、 その電源装置部 (上述各実施形態における L EDラン プ 1 06を除いた回路部分) 1 5 04の出力端に接続されている。

電源装置部 1 5 04は、 ここでは全波整流用ダイォードブリ ッジ部 1 5 04 a , I Cチップ部 1 5 04 b、 インダクタ部 1 5 04 c及びこれ ら各部 1 5 04 a〜 1 5 04 cを搭載した回路基板 1 5 04 dを備えて なる (第 2〜4実施形態の場合) 。 第 1, 5 , 6実施形態の場合はイン ダクタ部 1 5 04 cを備えていない。 なお、 1 5 04 e, 1 5 04 f は A C入力リード線、 1 5 04 g , 1 5 04 hは L E Dランプモジュール電源リ一ド線である。

このよ うな構造の本発明装置において、 口金 1 5 0 1を商用交流電源 入力ソケッ ト (図示せず) にねじこみ挿入すれば、 当該商用交流電源が AC入カリ一ド線 1 5 04 e , 1 5 0 4 f を介して電源装置部 1 5 04 に供給され、 L E Dランプモジュール 1 5 0 3中の 8個の L EDチップ 1 5 0 3 aを同時点灯させ、 発光表示あるいは照明をする。

図 1 6は、 本発明による L EDランプ装置の他の構造例を示す断面図 で、 ここでは、 上述各実施形態における L EDランプ 1 0 6を除いた電 源装置部 1 5 04をフレキシブルプリント回路基板 1 6 0 1上に構成し た例を示している。

図 1 7は図 1 6中のフレキシブルプリ ント回路基板 1 6 0 1部分の I 一 I線、 I I— I I線及び I I I — I I I線の各断面矢視図である。 これら図 1 6 , 図 1 7において、 1 6 04 a, 1 6 04 bは AC入力 端子、 1 6 04 c , 1 6 04 dは L EDランプモジュール電源端子であ る。 その他、 図 1 6において図 1 5 と同一符号は同一または相当部分を 示す。

図示するように、 ここでは回路基板としてフレキシブルプリ ン ト回路 基板 1 6 0 1を用いており、 それを S字状または Z字状 (図示例では S 字状) に屈曲形成され、 省スペース化、 ジヤンパ線の省略が図られてい る。

また、 AC入力端子 1 6 04 a, 1 6 04 b及び L E Dランプモジュ —ル電源端子 1 6 04 c , 1 6 04 d (基板上 1 6 0 1の半田付け用ラ ンド若しくはパッ ド) は、 図 1 7に示すように配置されている。 この配 置は図 1 8または図 1 9のようにしてもよい。

すなわち、 L E Dランプモジュール電源端子 1 6 04 c , 1 6 04 d は、 L E Dランプモジュール 1 5 0 3近傍側に位置させ、 かつ図示する ように基板 1 6 0 1の裏表面側に分けて配置する。 また、 AC入力端子 1 6 04 a , 1 6 04 bは、 図 1 7〜図 1 9に示すように、 ケース部 1 5 0 2の前後方向 (図中、 上下方向) の離れた位置に、 しかも基板 1 6 0 1の裏表面側に分けて配置する。

これによれば、 各端子 1 604 a , 1 6 04 b , 1 6 04 c, 1 6 0 4 d相互間、 特に高電圧が加わる AC入力端子 1 6 04 a , 1 6 04 b 相互間の沿面距離を長く とることができ、 絶緣性の確保や特性 ·信頼性 の向上が図れる。

なお、 上述実施形態において、 第 1〜3実施形態及び第 5実施形態は AC入力に代えて D C入力でも L EDランプ 1 0 6の点灯が可能である 図 2 0及び 2 1を参照して第 7実施形態を説明する。 尚、 図 2 0の回 路図及び以下に説明する第 8実施形態にかかる図 2 2の回路図において 、 第 1実施形態と同一の部分には同一の符号を付することによりその部 分の詳細な説明を省略する。

図 2 0に示すように、 第 7実施形態では、 AC入力端子 1 0 8 と 1 0 9との間に設けられた全波整流用ダイォ一ドブリ ッジ 1 0 2には、 定電 流素子 1 0 5と L EDランプ 1 0 6 とが直列に接続されており、 L ED ランプ 1 0 6に、 ツエナ一ダイオード 2 0 0 1を並列に接続したもので ある。

この 7実施形態では、 L E D 1 0 6にかかる電圧が所定の電圧 V Fに 達していない場合には、 ツエナーダイォ一ド 2 0 0 1に電流が流れるの で、 L ED 1 0 6の暗点灯を防止するとともに、 L ED 1 0 6に過大電 流が流れようとするとツエナーダイォード 2 0 0 1に電流が流れるので 、 過大電流から L E D 1 0 6を保護することができる。 即ち、 図 2 1に L EDランプ 1 0 6 とツエナーダイォ一ド 20 0 1 と における電流 I と電圧 Vとの関係を示すように、 領域 Sでは電圧が L E Dランプ 1 0 6の順方向降下電圧 VFより も小さいため、 L EDランプ 1 0 6は通常の点灯をしないはずであるが、 AC入力端子 1 0 8と 1 0 9におけるスィッチを O F Fしても高インピーダンスにより数 μ A (例 えば、 1 0 0乃至 5 00 A) の電流が回路に流れることがあるが、 か かる定電流領域 Sでは、 ツエナーダイォード 2 ◦ 0 1に電流がリークさ れ、 L E Dランプ 1 0 6には流れないので、 暗点灯が防止される。 一方 、 電流 Iが 1 0 mA程度、 この場合に電圧が L ED 1 0 6の VFを超え る一定の電圧範囲 W (例えば、 2 から 3 ) では、 L ED 1 0 6は点 灯を行い、 このさらに電流 Iが範囲 Wを超える過大電流になるとその過 大電流はツエナーダイオード 2 00 1に流れる。 したがって、 喑点灯を 防止するとともに過大電流から L E D 1 0 6を保護することができる。 この第 7実施形態では、 ツエナーダイォ一ド 2 0 0 1のツエナー電圧 は、 ツエナ一ダイオードに並列に接続されている L E Dランプの V F ( 順方向降下電圧) に対して 1 0 %以上 3 0 %以下の範囲で高いことが望 ましい。 1 0%よりも小さいと暗点灯を有効に防止できないとともに、 3 0 %を超えると過大電流からの L E Dランプ 1 0 6の保護が十分でな くなるからである。

図 2 2に第 8実施形態を示す。 この第 8実施形態では、 複数の L ED ランプ 1 0 6 (各 L EDランプ 1 0 6が複数の L EDチップの単位であ つてもよい) を直列に接続するとともに各 L EDランプ 1 0 6に並列に ツエナーダイォ一ド 2 0 0 1を接続したものである。 この第 8実施形態 では、 複数ある L EDランプ 1 0 6のいずれかの L E Dランプが切れて 消灯 (オープン) した場合であっても、 定電流素子 1 0 5があるので、 電流は切れたランプ 1 0 6に並列に接続しているツエナーダイォ一ド 2 0 0 1をブレイクダウンさせて流れるので、 残りの L E Dランプ 1 0 6 の点灯を維持することができる。

換言すれえば、 直列に L E Dランプ 1 0 6を接続していながら、 並列に 接続した場合と同様な効果を得ることができる。 しかも、 L E Dランプ 1 0 6を直列に接続した場合には、 いうまでもなく トータルでの所要電 力は並列に接続する場合よりも少なくできる。 産業上の利用可能性

以上のように、 本発明は、 表示灯、 消火栓灯、 非常灯、 あるいは券売 機、 自動販売機、 エレベータ等の操作ボタンランプ等の表示や照明を行 う装置または電源装置として用いられる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 交流電源電圧の整流波形を得る整流波形取得手段と、 この整流波 形取得手段による整流波形中の交流電源電圧波形の半周期に相当する各 波形の所望の電圧値以上の期間中における一部の期間でのみ電力を取り 込んで負荷の作動用電源として出力するための電源出力手段とを具備す ることを特徴とする電源装置。
2 . 電源電圧の整流波形を得る整流用ダイオードブリ ッチと、 発振回 路部と、 クロック信号制御回路部と、 スィッチドキャパシタ降圧回路部 とを備え、 前記スィッチドキャパシタ降圧回路部は、 直列に接続され且 つ 2つの位置に切り換え可能な複数の切り換えスィッチと、 切り換えス イッチ間に配置されたコンデンサとを備え、 各切り換えスィッチは、 ク 口ック信号制御回路部により 2つの位置に切り換えられて、 一方の位置 でコンデンサへ充電を行ない、 他方の位置でコンデンサからの放電がな されて、 負荷に電力を供給することを特徴とする電源装置。
3 . 入力端子から交流電源が入力され、 出力端子に接続される負荷に 電力を供給する電源装置であって、 発振回路部と、 クロック信号制御回 路部と、 2つのスィッチドキャパシタ降圧回路部とを備え、 前記 2つの スィッチドキャパシタ降圧回路部は、 一方のスィッチドキャパシタ降圧 回路部の高電圧側入力端子及び他方のスィツチドキャパシタ降圧回路部 の低電圧側入力端子を電源装置部の一方の入力端子に、 他方のスィツチ ドキャパシタの低電圧側入力端子と他方のスィツチドキャパシタ降圧回 路部の高電圧側入力端子を電源装置部の他方の入力端子に接続している ことを特徴とする電源装置。
4 . 交流電源が入力される電源装置部と、 この電源装置部の出力端に 接続される 1個または直列接続された複数個の L E Dからなる L E Dラ ンプとを備え、 前記電源装置部は、 交流電源電圧の整流波形を得て、 そ の整流波形中の前記交流電源電圧波形の半周期に相当する各波形の所望 の電圧値以上の期間中の一部の期間でのみ電力を取り込み、 前記 L E D ランプの点灯用電源とすることを特徴とする L E Dランプ装置。
5. 前記電源装置部は、 整流用ダイオードブリ ッチと、 低電圧素子と してのツエナ一ダイォードとを直列に配置してなり、 入力電圧をダイォ —ドブリ ッチで整流した後、 ツエナーダイオードが、 所定電圧値以上の 期間でのみ電力を取り込んで L EDランプを点灯させることを特徴とす る請求項 4に記載の L E Dランプ装置。
6. 交流または直流電源が入力される電源装置部と、 この電源装置部 の出力端に接続される 1個または直列接続された複数個の L EDからな る L EDランプとを備え、 1個または複数の L E Dランプにはツエナー ダイォ一ドが並列に接続されていることを特徴とする L E Dランプ装置
7. L EDランプが複数個であり、 電源装置部の出力端と L EDラン プとの間に定電流素子を直列に接続していることを特徴とする請求項 6 に記載の L EDランプ装置。
8. 前記ッヱナ一ダイオー ドのツエナー電圧は、 ツエナーダイオード に並列に接続されている L EDランプの順方向降下電圧に対して 1 0% 以上 3 0 %以下の範囲で高いことを特徴とする請求項 7に記載の L ED ランプ装置。
9. 交流または直流電源が入力される電源装置部と、 この電源装置部の 出力端に接続される 1個または直列接続された複数個の L EDからなる L EDランプとを備え、 前記電源装置部は、 電流検出回路部と、 入力電 圧検出部と、 発振回路部と、 スイッチング回路部と、 スイッチング素子 とを備え、 スィツチング回路部は電流検出回路部及び入力電圧検出部か らの信号を受けてスィツチング素子を ON、 O F F制御することを特徴 とする L E Dランプ装置。
1 0. 前記電源装置部は、 電源電圧の整流波形を得て、 その整流波形 中の前記交流電源電圧波形の半周期に相当する各波形の所望の電圧値以 上の期間中の一部の期間でのみ電力を取り込んで前記 L E Dランプの点 灯用電源としていることを特徴とする請求項 9に記載の L EDランプ装 置。
1 1. 交流または直流電源が入力される電源装置部と、 この電源装置 部の出力端に接続される 1個または直列接続された複数個の L E Dから なる L EDランプとを備え、 前記電源装置部は、 入出力電圧検出部と、 発振回路部と、 スイッチング制御回路部と、 スイッチング素子と、 電流 検出回路部とを備え、 スィツチング制御回路部は入出力電圧検出部及び 電流検出回路部からの信号を受けてスィツチング素子を ON、 O F F制 御することを特徴とする L EDランプ装置。
1 2. 交流または直流電源が入力される電源装置部と、 この電源装置 部の出力端に接続される 1個または直列接続された複数個の L EDから なる L E Dランプとを備え、 前記電源装置部は、 整流用ダイオードプリ ツチと、 電流検出回路部と、 入力電圧検出部と、 発振回路部と、 スイツ チング回路部と、 スイッチング素子とを備え、 前記スイッチング回路部 は、 電流検出回路部及び入力電圧検出部からの信号を受けてスィ ッチン グ素子を ON、 O F F制御するものであり、
前記スィツチング素子と LEDランプとの間にコンデンサを備え、 ス ィツチング素子の ON時にコンデンサに充電し、 スィツチング素子の O F F時にコンデンサから L EDに電力を供給することを特徴とする L E Dランプ装置。
1 3. 交流または直流電源が入力される電源装置部と、 この電源装置部 の出力端に接続される 1個または直列接続された複数個の L E Dからな る L E Dランプとを備え、 前記電源装置部は、 電源電圧の整流波形を得 る整流用ダイオードブリ ッチと、 発振回路部と、 クロ ック信号制御回路 部と、 スィ ッチドキャパシタ降圧回路部とを備え、 前記スィ ッチドキヤ パシタ降圧回路部は、 直列に接続され且つ 2つの位置に切り換え可能な 複数の切り換えスィツチと、 切り換えスィツチ間に配置されたコンデン サとを備え、 各切り換えスィ ッチは、 クロ ック信号制御回路部により 2 つの位置に切り換えられて、 一方の位置でコンデンサへ充電を行ない、 他方の位置でコンデンサから L E Dランプへの放電がなされて、 L E D ランプを点灯させることを特徴とする L E Dランプ装置。
1 4 . 交流電源が入力される電源装置部と、 この電源装置部の出力端 に接続される 1個または直列接続された複数個の L E Dからなる L E D ランプとを備え、 前記電源装置部は、 発振回路部と、 クロ ック信号制御 回路部と、 電流検出回路部と、 2つのスィ ッチドキャパシタ降圧回路部 とを備え、 前記 2つのスィッチドキャパシタ降圧回路部は、 一方のスィ ツチドキャパシタの高電圧側入力端子と他方のスィツチドキャパシタ降 圧回路部の低電圧側入力端子を電源装置部の一方の入力端子に、 他方の スィッチドキャパシタの低電圧側入力端子と他方のスィツチドキャパシ タ降圧回路部の高電圧側入力端子を電源装置部の他方の入力端子に接続 していることを特徴とする L E Dランプ装置。
1 5 . 前記電源装置部は、 フレキシルブルプリント回路基板上に構成 されており、 このフレキシブル回路基板は略 S字形状に屈曲させて配置 したことを特徴とする請求項 4乃至 1 4のいずれか一項に記載の L E D ランプ装置。
1 6 . 前記電源装置部は、 略 S字の対向する部位に端子を設け、 且つ A C入力端子の一方をフレキシブル回路基板の表に他方を裏に設けたこ とを特徴とする請求項 1 5に記載の L E Dランプ装置。
1 7 . 前記電源装置部は、 設定平均電流値よりも高い電流値のピーク を有するパルス電流を発し、 そのパルス電流の周波数は 1 0 0 H z以上 であることを特徴とする請求項 4乃至 1 6のいずれか一項に記載の L E Dランプ装置。
1 8 . 前記電源装置部は、 フレキシルブルプリ ン ト回路基板上に構成 されており、 このフレキシブル回路基板は略 S字形状に屈曲させて配置 したことを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれか一項に記載の電源装置
1 9 . 前記電源装置部は、 略 S字の対向する部位に端子を設け、 且つ A C入力端子の一方をフレキシブル回路基板の表に他方を裏に設けたこ とを特徴とする請求項 1 8に記載の電源装置。
2 0 . 前記電源装置部は、 設定平均電流値より も高い電流値のピーク を有するパルス電流を発し、 そのパルス電流の周波数は 1 0 0 H z以上 であることを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれか一項に記載の電源装
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