ＬＥＤランプ、点灯装置および照明装置
【課題】放電灯点灯装置と組み合わせた場合でもＬＥＤの故障や劣化を抑制したＬＥＤランプ、またＬＥＤランプと放電灯との両方で使用可能な点灯装置、及びそれらを用いた照明装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤランプ１は、放電灯照明装置より入力される電流で発光するＬＥＤを有する発光回路ＬＥＤ１〜ｎと、放電灯照明装置の出力と並列に接続される容量性成分Ｃ１とを備え、放電灯照明装置に取り付け可能である。
【解決手段】ＬＥＤランプ１は、放電灯照明装置より入力される電流で発光するＬＥＤを有する発光回路ＬＥＤ１〜ｎと、放電灯照明装置の出力と並列に接続される容量性成分Ｃ１とを備え、放電灯照明装置に取り付け可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電灯点灯装置と組み合わせて用いられるＬＥＤランプ、ＬＥＤランプと放電灯との両方に使用される点灯装置、ＬＥＤランプおよび点灯装置を装備した照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より照明装置から入力される電流を整流し、整流された電流を一定化する定電流回路を設けたＬＥＤランプ、点灯装置および照明装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７２０８８号公報（図１、請求項１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、省電力、長寿命という観点からＬＥＤ（発光ダイオード）が注目されており、照明用の光源として徐々に普及しつつある。しかしながら、オフィスや工場、一般住宅などの主照明では蛍光灯が広く普及しており、ＬＥＤ照明装置の数量規模はまだ小さく、普及していく過渡期であると言える。また、ＬＥＤ素子自体も成長途中と言え、今後も価格の低下や効率の向上が予想されている。
このような背景において、蛍光灯照明装置に取り付け可能なＬＥＤランプが提案されている。しかしながら、このような従来のＬＥＤランプでは、蛍光灯の点灯方式の違いや、個々の放電灯点灯装置による電圧、電流、周波数などの違いにより、過電流が流れてＬＥＤが劣化する虞がある。
上記特許文献１は、個々の放電灯点灯装置による電圧、電流、周波数などの違いにより、過電流が流れてＬＥＤが劣化するのを防止するために提案された。
【０００５】
ところで、上記特許文献１に適用されている点灯装置は、直流電源の出力端間に、２個のスイッチング素子の直列回路を接続し、一方のスイッチング素子の両端に、コンデンサ、コイル、コンデンサおよび蛍光灯により構成された共振回路が接続されている。そして、制御部により、スイッチング素子を交互にオンオフ駆動させることにより駆動周波数を変化させて、蛍光灯の先行予熱、放電開始および定格点灯を制御している。
ここで、図１０に示すように、蛍光灯のインピーダンスは、放電が開始する前は無限大「∞」であり、放電すると、その蛍光灯に応じたインピーダンスとなるため、駆動周波数をｆ１→ｆ２→ｆ３と変化させることにより蛍光灯のフィラメントを適切に予熱した後、蛍光灯の両端電圧を放電開始電圧まで上昇させて放電開始させ、その後、定格の光出力を得ている。動作ポイントとしてはａ→ｂ→ｃ→ｄと変化している。
このように、点灯装置は、ａ→ｂ→ｃ→ｄのように、駆動周波数および動作ポイントが移行する。そして、点灯装置に光源としてＬＥＤを組み合わせる場合、多数個のＬＥＤと整流回路とによって負荷を構成するのが一般的である。ここで、ＬＥＤは基本的にダイオードであり、順電圧ＶＦは略一定、順電流ＩＦは電源の印加条件によるため、そのインピーダンスは電源の印加条件によるところが大きい。つまり、この負荷のインピーダンスは、点灯装置からの電源の印加状態により変動するために、点灯装置と、ＬＥＤを含む負荷との組合せで、どのような動作ポイントとなるかを考慮する必要がある。図１０では、放電前のランプインピーダンス：∞と、定格点灯時のランプインピーダンスの２つの曲線を描いているが、負荷のインピーダンスによって、２つの曲線の間、あるいはそれ以外の特性となり得るため、負荷側、点灯装置側双方に過大な電気的ストレスを与える可能性があるためである。また、点灯装置の出力とＬＥＤとの特性に応じて、その個数もおおよそ決定されてしまい、光源設計としての自由度も奪われてしまう。
従って、上記特許文献１においては、定電流回路を構成するのに部品点数が増え、回路の複雑化、コストアップ、回路の大型化といった問題点は解決されていない。
【０００６】
本発明は、前述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、放電灯点灯装置と組み合わせた場合でもＬＥＤの故障や劣化を抑制したＬＥＤランプ、またＬＥＤランプと放電灯との両方で使用可能な点灯装置、及びそれらを用いた照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るＬＥＤランプは、放電灯照明装置より入力される電流で発光するＬＥＤを有する発光回路と、放電灯照明装置の出力と並列に接続される容量性成分とを備え、放電灯照明装置に取り付け可能である。
【０００８】
本発明に係るＬＥＤランプは、放電灯照明装置に用いられる点灯装置が、負荷として放電灯およびＬＥＤランプの両方を使用可能な点灯装置であって、４つの出力部を有し、非電源側の２つの出力部間に、容量性成分を有してなり、点灯装置の少なくとも一方の非電源側出力部と電気的に接続されない。
【０００９】
本発明に係るＬＥＤランプは、放電灯の少なくとも一方のフィラメントに相当するピン間にインピーダンスを有する。
【００１０】
本発明に係る点灯装置は、放電灯のフィラメントに相当するピン間のインピーダンス成分を検出するインピーダンス検出手段を有し、インピーダンス検出手段にて、装着された負荷が放電灯かＬＥＤランプかを判別し、インピーダンス検出手段の出力信号により、点灯装置の起動時の周波数シーケンスを変化させる。
【００１１】
本発明に係る照明装置は、ＬＥＤランプおよび点灯装置を用いた。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のＬＥＤランプ、点灯装置および照明装置によれば、放電灯点灯装置と組み合わせた場合でもＬＥＤの故障や劣化を抑制したＬＥＤランプ、ＬＥＤランプと放電灯との両方に使用可能な点灯装置、及びそれらを用いた照明装置を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る第１実施形態のＬＥＤランプが装着される点灯装置の回路構成図
【図２】図１の点灯装置の共振特性図
【図３】図１の点灯装置の共振特性図
【図４】本発明に係る第１実施形態のＬＥＤランプの回路構成図
【図５】本発明に係る第２実施形態のＬＥＤランプの回路構成図
【図６】本発明に係る第３実施形態のＬＥＤランプの回路構成図
【図７】本発明に係る第４実施形態のＬＥＤランプの回路構成図
【図８】本発明に係る第４実施形態のＬＥＤランプが装着される点灯装置の回路構成図
【図９】本発明に係る第４実施形態のＬＥＤランプおよび点灯装置が装備される照明装置の斜め下方から視た外観斜視図
【図１０】従来の点灯装置の共振特性図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の複数の実施形態に係るＬＥＤランプ、点灯装置および照明装置について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１に示すように、本発明の第１実施形態である点灯装置１０は、直流電源Ｅと、直流電源Ｅの出力端間に接続された２個のＮチャネル型のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の直列回路からなるインバータ回路１１と、スイッチング素子Ｑ２のソースおよびスイッチング素子Ｑ３のドレインに接続されたコンデンサＣ３、バラストチョークコイルＬ２、コンデンサＣ４により構成された共振回路１２と、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のゲートに接続された制御部１３と、を備える。
【００１５】
点灯装置１０は、制御部１３によってスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３が交互にオンオフ駆動され、放電灯Ｌａを点灯制御するために、起動時には駆動周波数をｆ１→ｆ２→ｆ３（図１０参照）と変化させている。点灯装置１０の出力は、駆動周波数に応じた５０〜１５０ｋＨｚ程度の高周波の交流電圧である。点灯回路１０は、口金ピンＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２を有する。
【００１６】
図２に示すように、点灯装置１０において、直流電源Ｅの電圧が４００Ｖで、バラストチョークコイルＬ２が１．２ｍＨで、コンデンサＣ４が４７００ｐＦとした時の負荷インピーダンス：∞と２５０Ωの共振特性と、図３に示すように、点灯装置１０において、放電灯照明装置の出力と並列に０．０２７μＦの容量性成分を接続した場合の共振特性とを比較すると、放電灯照明装置の出力と並列に容量性成分を接続することにより、負荷（発光回路）のインピーダンスによらず出力電圧は略一定（２つの曲線の差、電圧差は図２に比べ図３の方が小さい）となり、また、駆動周波数がｆ１→ｆ２→ｆ３と変化する間に負荷のインピーダンスが変化しても、負荷側、点灯装置側双方に過大な電気的ストレスを与える恐れが限りなく低減されていることがわかる。
【００１７】
図４に示すように、本発明の第１実施形態であるＬＥＤランプ１は、放電灯Ｌａのフィラメントに相当する部分の口金ピンＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２を各々短絡した端子Ａ３，Ａ４，Ｂ３，Ｂ４を有し、これらの間にコンデンサＣ１が接続されており、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４で構成されるダイオードブリッジＤＢがコンデンサＣ１と並列に接続されている。そして、発光回路ＬＥＤ１〜ｎはそれぞれ直列に接続されてダイオードブリッジＤＢの出力に接続されている。
【００１８】
ＬＥＤランプ１が点灯装置１０に装着されると、点灯装置１０の出力の交流電圧はダイオードブリッジＤＢによって整流されて直流となり、直流電流が発光回路ＬＥＤ１〜ｎに与えられて発光回路ＬＥＤ１〜ｎが点灯する。このとき、ＬＥＤランプ１内のコンデンサＣ１は、点灯装置１０の共振回路１２のコンデンサＣ４と並列接続されることになり、全体としての共振特性は、図３のような特性となる。そのため、発光回路ＬＥＤ１〜ｎのインピーダンスがどのような状態であっても、過大な電圧が印加される虞がないため、発光回路ＬＥＤ１〜ｎの故障や劣化が抑制される。また、起動時に駆動周波数をｆ１→ｆ２→ｆ３と変化させても共振特性の進相領域で動作することがなく、点灯装置１０にも過大な電気的ストレスを与えることがないため、点灯装置１０の故障や劣化をも抑制することができる。
【００１９】
従って、この第１実施形態のＬＥＤランプ１においては、放電灯照明装置の出力と並列に接続される容量性成分であるコンデンサＣ１を備える。
これにより、この第１実施形態のＬＥＤランプ１においては、簡易な構成で故障や劣化を抑止することができるとともに、組み合わされる点灯装置１０の故障や劣化も抑止することができる。
【００２０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態のＬＥＤランプについて説明する。なお、以下の各実施形態において、上述した第１実施形態と重複する構成要素や機能的に同様な構成要素については、図中に同一符号あるいは相当符号を付することによって説明を簡略化あるいは省略する。
【００２１】
図５に示すように、本発明の第２実施形態のＬＥＤランプ２は、放電灯Ｌａのフィラメントに相当する部分の口金ピンＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２を各々短絡した端子Ａ３，Ａ４，Ｂ３，Ｂ４を有し、これらの間にコンデンサＣ１が接続されている。そして、複数個が直列接続された発光回路ＬＥＤ１〜ｎおよび発光回路ＬＥＤｍ〜ｌが逆方向で並列に接続され、コンデンサＣ１に接続されている。ＬＥＤランプ２は、交流電圧の正負によって、発光回路ＬＥＤ１〜ｎと発光回路ＬＥＤｍ〜ｌとが交互に点灯する。第１実施形態と同様に、コンデンサＣ１によって共振特性が変化する。
【００２２】
従って、この第２実施形態のＬＥＤランプ２においては、簡易な構成で、ＬＥＤランプ３および点灯装置１０の双方に過大な電気的ストレスがかかる虞を限りなく低減することができる。
【００２３】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態のＬＥＤランプについて説明する。
図６に示すように、本発明の第３実施形態のＬＥＤランプ３は、放電灯Ｌａのフィラメントに相当する部分の一方の端子Ａ３，Ａ４が短絡され、他方の端子Ｂ３，Ｂ４のうちの一方の端子Ｂ３は電気的接続がされておらず、他方の端子Ｂ４がコンデンサＣ１に接続されている。
【００２４】
点灯回路１０とＬＥＤランプ３とは、口金ピンＡ１が端子Ａ３に、口金ピンＡ２が端子Ａ４に、口金ピンＢ１が端子Ｂ３に、口金ピンＢ２が端子Ｂ４に、それぞれ接続される。ここで、ＬＥＤランプ３の端子Ｂ３は電気的接続がなされていないため、点灯装置１０内のコンデンサＣ４に電気的に接続されていない。従って、図２、図３に示した共振特性は、主に点灯回路１０における共振回路１２のコイルＬ２と、ＬＥＤランプ３に付加された容量性成分であるコンデンサＣ１と、ＬＥＤランプ３の発光回路ＬＥＤ１〜ｎのインピーダンスによって決まる。
【００２５】
従って、この第３実施形態のＬＥＤランプ３においては、共振特性にコンデンサＣ４が影響しなくなるためにコンデンサＣ４が異なる点灯装置１０であっても組み合わせることができ、簡易な構成でＬＥＤランプ３および点灯装置１０の故障や劣化を抑止することが可能となる。
【００２６】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態のＬＥＤランプについて説明する。
図７に示すように、本発明の第４実施形態のＬＥＤランプ４は、端子Ａ３と端子Ｂ３との間にコンデンサＣ１が接続され、ダイオードブリッジＤＢがコンデンサＣ１に並列に接続されている。発光回路ＬＥＤ１〜ｎはそれぞれ直列に接続され、ダイオードブリッジＤＢの出力に接続されている。また、端子Ａ３と端子Ａ４とを短絡しており、端子Ｂ３と端子Ｂ４とには抵抗Ｒ１０（例えば１ｋΩ）が接続されている。
【００２７】
図８に示すように、ＬＥＤランプ４が装着される点灯装置２０は、直流電源Ｅと、直流電源Ｅの出力端間に接続された２個のＮチャネル型のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の直列回路からなるインバータ回路１１と、スイッチング素子Ｑ２のソースおよびスイッチング素子Ｑ３のドレインに接続されたコンデンサＣ３、バラストチョークコイルＬ２、コンデンサＣ４、コンデンサＣ５、コンデンサＣ６により構成された共振回路１２と、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のゲートに接続された制御部１３と、を備える。点灯装置２０は、制御部１３によってスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３が交互にオンオフ駆動される。
【００２８】
バラストチョークコイルＬ２の２つの副巻線は、コンデンサＣ５，Ｃ６を介して出力端子Ａ５−Ａ６、Ｂ５−Ｂ６にそれぞれ接続されている。また、直流電源Ｅの出力端間に抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が直列に接続されており、抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点は出力端子Ｂ６に接続されている。抵抗Ｒ３にはコンデンサＣ７が並列に接続され、コンデンサＣ７がコンパレータＣＰ１，ＣＰ２の＋端子にそれぞれ接続されている。コンパレータＣＰ１，ＣＰ２の−端子には、定電圧Ｖ１，Ｖ２（Ｖ１＜Ｖ２）がそれぞれ入力されており、コンパレータＣＰ１,ＣＰ２の出力はそれぞれプルアップ抵抗Ｒ４，Ｒ５を受けて制御部１３に接続されている。
【００２９】
点灯装置２０において、出力端子Ｂ５−Ｂ６間のインピーダンスは、インピーダンス検出手段である抵抗Ｒ２＋抵抗Ｒ３と並列に接続されているために、出力端子Ｂ５−Ｂ６間のインピーダンスによって抵抗Ｒ３の電位Ｖｔが変化し、それに従い、コンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力も変化する。つまり、負荷が放電灯Ｌａの場合には、フィラメントの抵抗成分、数Ω〜数十Ω程度が挿入されている。これは抵抗Ｒ１に対して十分に小さいインピーダンスであるため、Ｖｔ＜Ｖ１＜Ｖ２となり、コンパレータＣＰ１，ＣＰ２は、出力が「Ｌ」となる。次に、負荷が、図７に示したＬＥＤランプ４の場合には、抵抗Ｒ１０のインピーダンス（例えば、１ｋΩ）が挿入されるため、Ｖ１＜Ｖｔ＜Ｖ２となり、コンパレータＣＰ１の出力が「Ｈ」となり、コンパレータＣＰ２の出力が「Ｌ」となる。さらに、負荷が装着されていない時には、インピーダンスが「∞」となり、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖｔとなるため、コンパレータＣＰ１，ＣＰ２は、出力がいずれも「Ｈ」となる。
【００３０】
コンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力によって制御部１３の動作は変化する。コンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力がともに「Ｈ」の時に制御部１３は発振しない。点灯装置２０の動作としては、負荷が装着されていない時には発振停止となる。次に、コンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力がともに「Ｌ」の時には、図１０に示したように、ｆ１→ｆ２→ｆ３と周波数が変化するように制御する。つまり、負荷が放電灯Ｌａの場合には、先行予熱→放電開始電圧→定格出力と変化するよう制御する。そして、負荷がＬＥＤランプ４の時には、コンパレータＣＰ１の出力が「Ｈ」、コンパレータＣＰ２の出力が「Ｌ」となり、先行予熱（周波数：ｆ１）、放電開始電圧（周波数：ｆ２）のようなシーケンスを通らず、定格出力となるよう周波数ｆ３にて駆動する。なお、ｆ３は必ずしも放電灯Ｌａの定格出力周波数とする必要はなく、例えばｆ４としても良い。
【００３１】
ＬＥＤランプ４が、放電灯Ｌａのフィラメントに相当する端子Ｂ３と端子Ｂ４とに抵抗Ｒ１０であるインピーダンスを備えることにより、点灯装置２０側で無負荷状態の検出と兼用して簡易な構成で負荷が放電灯ＬａかＬＥＤランプ４かを判別することが可能となる。また、このように装着された負荷が放電灯ＬａかＬＥＤランプ４かを判別し、そのインピーダンス検出手段の出力信号により、点灯装置２０の起動時の周波数シーケンスを変化させることによって、負荷が放電灯Ｌａの場合には、適切な起動シーケンスを経て定格点灯させ、負荷がＬＥＤランプ４の場合には、不要な起動シーケンスを経ることなく定格点灯させ、つまり、負荷によって起動時の周波数シーケンスを変えることにより、各々に好適な制御を行うことができる。
【００３２】
次に、ＬＥＤランプ４および点灯装置２０が装備される照明装置３０について説明する。
図９に示すように、照明装置３０は、二対のソケット３１に、負荷として放電灯ＬａとＬＥＤランプ４の両方を使用可能である。そのため、ユーザーの使い勝手を向上させることができる。例えば前述のように、ＬＥＤが今後も価格面・性能面での向上が予想される中、使用者が価格面、性能面で納得できた時に、放電灯ＬａからＬＥＤランプ４へと切り替えることができる。また、オフィスのように多数の照明装置を設置している場合、放電灯ＬａとＬＥＤランプ４とを使い分けるに際し、レイアウト変更などによって、光源とする放電灯ＬａおよびＬＥＤランプ４をあわせて変更することができる。
【００３３】
従って、この第４実施形態のＬＥＤランプ４においては、放電灯Ｌａのフィラメントに相当する端子Ｂ３と端子Ｂ４とに抵抗Ｒ１０であるインピーダンスを備えることにより、点灯装置２０側で負荷が、放電灯ＬａかＬＥＤランプ４かあるいは装着されていないかと判別することが可能となって取り扱い性を向上させることができる。
【００３４】
また、ＬＥＤランプ４に組み合わされる点灯装置２０においては、放電灯Ｌａのフィラメントに相当する端子Ｂ３，Ｂ４間の抵抗Ｒ１０であるインピーダンス成分を検出するインピーダンス検出手段を有して、装着された負荷が放電灯ＬａかＬＥＤランプ４かを判別し、そのインピーダンス検出手段の出力信号により、点灯装置２０の起動時の周波数シーケンスを変化させることにより、各々の負荷に好適な制御を行うことが可能となる。
【００３５】
そして、ＬＥＤランプ４および点灯装置２０が装備される照明装置３０においては、負荷として放電灯ＬａとＬＥＤランプ４の両方を使用可能な照明装置３０を提供することが可能となる。
従って、ＬＥＤランプ４および点灯装置２０が装備される照明装置３０においては、使用者が価格面、性能面で納得できた時に放電灯ＬａからＬＥＤランプ４への切り替えを行えばよく、無理な買い替えを不要として、使用者にとって有益な照明器具３０を提供することができる。
【００３６】
なお、一実施形態で使用したインバータ回路１１および共振回路１２を構成する電子部品等は例示したものに限定するものではなく適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１、２、３、４ ＬＥＤランプ
１０、２０ 点灯装置
３０ 照明装置
Ａ５、Ａ６、Ｂ５、Ｂ６ 出力端子（出力部）
Ｃ１ コンデンサ（容量性成分）
Ｃ４ コンデンサ（容量性成分）
ＬＥＤ１〜ｎ、ＬＥＤｍ〜１ 発光回路（ＬＥＤ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電灯点灯装置と組み合わせて用いられるＬＥＤランプ、ＬＥＤランプと放電灯との両方に使用される点灯装置、ＬＥＤランプおよび点灯装置を装備した照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より照明装置から入力される電流を整流し、整流された電流を一定化する定電流回路を設けたＬＥＤランプ、点灯装置および照明装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７２０８８号公報（図１、請求項１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、省電力、長寿命という観点からＬＥＤ（発光ダイオード）が注目されており、照明用の光源として徐々に普及しつつある。しかしながら、オフィスや工場、一般住宅などの主照明では蛍光灯が広く普及しており、ＬＥＤ照明装置の数量規模はまだ小さく、普及していく過渡期であると言える。また、ＬＥＤ素子自体も成長途中と言え、今後も価格の低下や効率の向上が予想されている。
このような背景において、蛍光灯照明装置に取り付け可能なＬＥＤランプが提案されている。しかしながら、このような従来のＬＥＤランプでは、蛍光灯の点灯方式の違いや、個々の放電灯点灯装置による電圧、電流、周波数などの違いにより、過電流が流れてＬＥＤが劣化する虞がある。
上記特許文献１は、個々の放電灯点灯装置による電圧、電流、周波数などの違いにより、過電流が流れてＬＥＤが劣化するのを防止するために提案された。
【０００５】
ところで、上記特許文献１に適用されている点灯装置は、直流電源の出力端間に、２個のスイッチング素子の直列回路を接続し、一方のスイッチング素子の両端に、コンデンサ、コイル、コンデンサおよび蛍光灯により構成された共振回路が接続されている。そして、制御部により、スイッチング素子を交互にオンオフ駆動させることにより駆動周波数を変化させて、蛍光灯の先行予熱、放電開始および定格点灯を制御している。
ここで、図１０に示すように、蛍光灯のインピーダンスは、放電が開始する前は無限大「∞」であり、放電すると、その蛍光灯に応じたインピーダンスとなるため、駆動周波数をｆ１→ｆ２→ｆ３と変化させることにより蛍光灯のフィラメントを適切に予熱した後、蛍光灯の両端電圧を放電開始電圧まで上昇させて放電開始させ、その後、定格の光出力を得ている。動作ポイントとしてはａ→ｂ→ｃ→ｄと変化している。
このように、点灯装置は、ａ→ｂ→ｃ→ｄのように、駆動周波数および動作ポイントが移行する。そして、点灯装置に光源としてＬＥＤを組み合わせる場合、多数個のＬＥＤと整流回路とによって負荷を構成するのが一般的である。ここで、ＬＥＤは基本的にダイオードであり、順電圧ＶＦは略一定、順電流ＩＦは電源の印加条件によるため、そのインピーダンスは電源の印加条件によるところが大きい。つまり、この負荷のインピーダンスは、点灯装置からの電源の印加状態により変動するために、点灯装置と、ＬＥＤを含む負荷との組合せで、どのような動作ポイントとなるかを考慮する必要がある。図１０では、放電前のランプインピーダンス：∞と、定格点灯時のランプインピーダンスの２つの曲線を描いているが、負荷のインピーダンスによって、２つの曲線の間、あるいはそれ以外の特性となり得るため、負荷側、点灯装置側双方に過大な電気的ストレスを与える可能性があるためである。また、点灯装置の出力とＬＥＤとの特性に応じて、その個数もおおよそ決定されてしまい、光源設計としての自由度も奪われてしまう。
従って、上記特許文献１においては、定電流回路を構成するのに部品点数が増え、回路の複雑化、コストアップ、回路の大型化といった問題点は解決されていない。
【０００６】
本発明は、前述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、放電灯点灯装置と組み合わせた場合でもＬＥＤの故障や劣化を抑制したＬＥＤランプ、またＬＥＤランプと放電灯との両方で使用可能な点灯装置、及びそれらを用いた照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るＬＥＤランプは、放電灯照明装置より入力される電流で発光するＬＥＤを有する発光回路と、放電灯照明装置の出力と並列に接続される容量性成分とを備え、放電灯照明装置に取り付け可能である。
【０００８】
本発明に係るＬＥＤランプは、放電灯照明装置に用いられる点灯装置が、負荷として放電灯およびＬＥＤランプの両方を使用可能な点灯装置であって、４つの出力部を有し、非電源側の２つの出力部間に、容量性成分を有してなり、点灯装置の少なくとも一方の非電源側出力部と電気的に接続されない。
【０００９】
本発明に係るＬＥＤランプは、放電灯の少なくとも一方のフィラメントに相当するピン間にインピーダンスを有する。
【００１０】
本発明に係る点灯装置は、放電灯のフィラメントに相当するピン間のインピーダンス成分を検出するインピーダンス検出手段を有し、インピーダンス検出手段にて、装着された負荷が放電灯かＬＥＤランプかを判別し、インピーダンス検出手段の出力信号により、点灯装置の起動時の周波数シーケンスを変化させる。
【００１１】
本発明に係る照明装置は、ＬＥＤランプおよび点灯装置を用いた。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のＬＥＤランプ、点灯装置および照明装置によれば、放電灯点灯装置と組み合わせた場合でもＬＥＤの故障や劣化を抑制したＬＥＤランプ、ＬＥＤランプと放電灯との両方に使用可能な点灯装置、及びそれらを用いた照明装置を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る第１実施形態のＬＥＤランプが装着される点灯装置の回路構成図
【図２】図１の点灯装置の共振特性図
【図３】図１の点灯装置の共振特性図
【図４】本発明に係る第１実施形態のＬＥＤランプの回路構成図
【図５】本発明に係る第２実施形態のＬＥＤランプの回路構成図
【図６】本発明に係る第３実施形態のＬＥＤランプの回路構成図
【図７】本発明に係る第４実施形態のＬＥＤランプの回路構成図
【図８】本発明に係る第４実施形態のＬＥＤランプが装着される点灯装置の回路構成図
【図９】本発明に係る第４実施形態のＬＥＤランプおよび点灯装置が装備される照明装置の斜め下方から視た外観斜視図
【図１０】従来の点灯装置の共振特性図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の複数の実施形態に係るＬＥＤランプ、点灯装置および照明装置について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１に示すように、本発明の第１実施形態である点灯装置１０は、直流電源Ｅと、直流電源Ｅの出力端間に接続された２個のＮチャネル型のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の直列回路からなるインバータ回路１１と、スイッチング素子Ｑ２のソースおよびスイッチング素子Ｑ３のドレインに接続されたコンデンサＣ３、バラストチョークコイルＬ２、コンデンサＣ４により構成された共振回路１２と、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のゲートに接続された制御部１３と、を備える。
【００１５】
点灯装置１０は、制御部１３によってスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３が交互にオンオフ駆動され、放電灯Ｌａを点灯制御するために、起動時には駆動周波数をｆ１→ｆ２→ｆ３（図１０参照）と変化させている。点灯装置１０の出力は、駆動周波数に応じた５０〜１５０ｋＨｚ程度の高周波の交流電圧である。点灯回路１０は、口金ピンＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２を有する。
【００１６】
図２に示すように、点灯装置１０において、直流電源Ｅの電圧が４００Ｖで、バラストチョークコイルＬ２が１．２ｍＨで、コンデンサＣ４が４７００ｐＦとした時の負荷インピーダンス：∞と２５０Ωの共振特性と、図３に示すように、点灯装置１０において、放電灯照明装置の出力と並列に０．０２７μＦの容量性成分を接続した場合の共振特性とを比較すると、放電灯照明装置の出力と並列に容量性成分を接続することにより、負荷（発光回路）のインピーダンスによらず出力電圧は略一定（２つの曲線の差、電圧差は図２に比べ図３の方が小さい）となり、また、駆動周波数がｆ１→ｆ２→ｆ３と変化する間に負荷のインピーダンスが変化しても、負荷側、点灯装置側双方に過大な電気的ストレスを与える恐れが限りなく低減されていることがわかる。
【００１７】
図４に示すように、本発明の第１実施形態であるＬＥＤランプ１は、放電灯Ｌａのフィラメントに相当する部分の口金ピンＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２を各々短絡した端子Ａ３，Ａ４，Ｂ３，Ｂ４を有し、これらの間にコンデンサＣ１が接続されており、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４で構成されるダイオードブリッジＤＢがコンデンサＣ１と並列に接続されている。そして、発光回路ＬＥＤ１〜ｎはそれぞれ直列に接続されてダイオードブリッジＤＢの出力に接続されている。
【００１８】
ＬＥＤランプ１が点灯装置１０に装着されると、点灯装置１０の出力の交流電圧はダイオードブリッジＤＢによって整流されて直流となり、直流電流が発光回路ＬＥＤ１〜ｎに与えられて発光回路ＬＥＤ１〜ｎが点灯する。このとき、ＬＥＤランプ１内のコンデンサＣ１は、点灯装置１０の共振回路１２のコンデンサＣ４と並列接続されることになり、全体としての共振特性は、図３のような特性となる。そのため、発光回路ＬＥＤ１〜ｎのインピーダンスがどのような状態であっても、過大な電圧が印加される虞がないため、発光回路ＬＥＤ１〜ｎの故障や劣化が抑制される。また、起動時に駆動周波数をｆ１→ｆ２→ｆ３と変化させても共振特性の進相領域で動作することがなく、点灯装置１０にも過大な電気的ストレスを与えることがないため、点灯装置１０の故障や劣化をも抑制することができる。
【００１９】
従って、この第１実施形態のＬＥＤランプ１においては、放電灯照明装置の出力と並列に接続される容量性成分であるコンデンサＣ１を備える。
これにより、この第１実施形態のＬＥＤランプ１においては、簡易な構成で故障や劣化を抑止することができるとともに、組み合わされる点灯装置１０の故障や劣化も抑止することができる。
【００２０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態のＬＥＤランプについて説明する。なお、以下の各実施形態において、上述した第１実施形態と重複する構成要素や機能的に同様な構成要素については、図中に同一符号あるいは相当符号を付することによって説明を簡略化あるいは省略する。
【００２１】
図５に示すように、本発明の第２実施形態のＬＥＤランプ２は、放電灯Ｌａのフィラメントに相当する部分の口金ピンＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２を各々短絡した端子Ａ３，Ａ４，Ｂ３，Ｂ４を有し、これらの間にコンデンサＣ１が接続されている。そして、複数個が直列接続された発光回路ＬＥＤ１〜ｎおよび発光回路ＬＥＤｍ〜ｌが逆方向で並列に接続され、コンデンサＣ１に接続されている。ＬＥＤランプ２は、交流電圧の正負によって、発光回路ＬＥＤ１〜ｎと発光回路ＬＥＤｍ〜ｌとが交互に点灯する。第１実施形態と同様に、コンデンサＣ１によって共振特性が変化する。
【００２２】
従って、この第２実施形態のＬＥＤランプ２においては、簡易な構成で、ＬＥＤランプ３および点灯装置１０の双方に過大な電気的ストレスがかかる虞を限りなく低減することができる。
【００２３】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態のＬＥＤランプについて説明する。
図６に示すように、本発明の第３実施形態のＬＥＤランプ３は、放電灯Ｌａのフィラメントに相当する部分の一方の端子Ａ３，Ａ４が短絡され、他方の端子Ｂ３，Ｂ４のうちの一方の端子Ｂ３は電気的接続がされておらず、他方の端子Ｂ４がコンデンサＣ１に接続されている。
【００２４】
点灯回路１０とＬＥＤランプ３とは、口金ピンＡ１が端子Ａ３に、口金ピンＡ２が端子Ａ４に、口金ピンＢ１が端子Ｂ３に、口金ピンＢ２が端子Ｂ４に、それぞれ接続される。ここで、ＬＥＤランプ３の端子Ｂ３は電気的接続がなされていないため、点灯装置１０内のコンデンサＣ４に電気的に接続されていない。従って、図２、図３に示した共振特性は、主に点灯回路１０における共振回路１２のコイルＬ２と、ＬＥＤランプ３に付加された容量性成分であるコンデンサＣ１と、ＬＥＤランプ３の発光回路ＬＥＤ１〜ｎのインピーダンスによって決まる。
【００２５】
従って、この第３実施形態のＬＥＤランプ３においては、共振特性にコンデンサＣ４が影響しなくなるためにコンデンサＣ４が異なる点灯装置１０であっても組み合わせることができ、簡易な構成でＬＥＤランプ３および点灯装置１０の故障や劣化を抑止することが可能となる。
【００２６】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態のＬＥＤランプについて説明する。
図７に示すように、本発明の第４実施形態のＬＥＤランプ４は、端子Ａ３と端子Ｂ３との間にコンデンサＣ１が接続され、ダイオードブリッジＤＢがコンデンサＣ１に並列に接続されている。発光回路ＬＥＤ１〜ｎはそれぞれ直列に接続され、ダイオードブリッジＤＢの出力に接続されている。また、端子Ａ３と端子Ａ４とを短絡しており、端子Ｂ３と端子Ｂ４とには抵抗Ｒ１０（例えば１ｋΩ）が接続されている。
【００２７】
図８に示すように、ＬＥＤランプ４が装着される点灯装置２０は、直流電源Ｅと、直流電源Ｅの出力端間に接続された２個のＮチャネル型のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の直列回路からなるインバータ回路１１と、スイッチング素子Ｑ２のソースおよびスイッチング素子Ｑ３のドレインに接続されたコンデンサＣ３、バラストチョークコイルＬ２、コンデンサＣ４、コンデンサＣ５、コンデンサＣ６により構成された共振回路１２と、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のゲートに接続された制御部１３と、を備える。点灯装置２０は、制御部１３によってスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３が交互にオンオフ駆動される。
【００２８】
バラストチョークコイルＬ２の２つの副巻線は、コンデンサＣ５，Ｃ６を介して出力端子Ａ５−Ａ６、Ｂ５−Ｂ６にそれぞれ接続されている。また、直流電源Ｅの出力端間に抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が直列に接続されており、抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点は出力端子Ｂ６に接続されている。抵抗Ｒ３にはコンデンサＣ７が並列に接続され、コンデンサＣ７がコンパレータＣＰ１，ＣＰ２の＋端子にそれぞれ接続されている。コンパレータＣＰ１，ＣＰ２の−端子には、定電圧Ｖ１，Ｖ２（Ｖ１＜Ｖ２）がそれぞれ入力されており、コンパレータＣＰ１,ＣＰ２の出力はそれぞれプルアップ抵抗Ｒ４，Ｒ５を受けて制御部１３に接続されている。
【００２９】
点灯装置２０において、出力端子Ｂ５−Ｂ６間のインピーダンスは、インピーダンス検出手段である抵抗Ｒ２＋抵抗Ｒ３と並列に接続されているために、出力端子Ｂ５−Ｂ６間のインピーダンスによって抵抗Ｒ３の電位Ｖｔが変化し、それに従い、コンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力も変化する。つまり、負荷が放電灯Ｌａの場合には、フィラメントの抵抗成分、数Ω〜数十Ω程度が挿入されている。これは抵抗Ｒ１に対して十分に小さいインピーダンスであるため、Ｖｔ＜Ｖ１＜Ｖ２となり、コンパレータＣＰ１，ＣＰ２は、出力が「Ｌ」となる。次に、負荷が、図７に示したＬＥＤランプ４の場合には、抵抗Ｒ１０のインピーダンス（例えば、１ｋΩ）が挿入されるため、Ｖ１＜Ｖｔ＜Ｖ２となり、コンパレータＣＰ１の出力が「Ｈ」となり、コンパレータＣＰ２の出力が「Ｌ」となる。さらに、負荷が装着されていない時には、インピーダンスが「∞」となり、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖｔとなるため、コンパレータＣＰ１，ＣＰ２は、出力がいずれも「Ｈ」となる。
【００３０】
コンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力によって制御部１３の動作は変化する。コンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力がともに「Ｈ」の時に制御部１３は発振しない。点灯装置２０の動作としては、負荷が装着されていない時には発振停止となる。次に、コンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力がともに「Ｌ」の時には、図１０に示したように、ｆ１→ｆ２→ｆ３と周波数が変化するように制御する。つまり、負荷が放電灯Ｌａの場合には、先行予熱→放電開始電圧→定格出力と変化するよう制御する。そして、負荷がＬＥＤランプ４の時には、コンパレータＣＰ１の出力が「Ｈ」、コンパレータＣＰ２の出力が「Ｌ」となり、先行予熱（周波数：ｆ１）、放電開始電圧（周波数：ｆ２）のようなシーケンスを通らず、定格出力となるよう周波数ｆ３にて駆動する。なお、ｆ３は必ずしも放電灯Ｌａの定格出力周波数とする必要はなく、例えばｆ４としても良い。
【００３１】
ＬＥＤランプ４が、放電灯Ｌａのフィラメントに相当する端子Ｂ３と端子Ｂ４とに抵抗Ｒ１０であるインピーダンスを備えることにより、点灯装置２０側で無負荷状態の検出と兼用して簡易な構成で負荷が放電灯ＬａかＬＥＤランプ４かを判別することが可能となる。また、このように装着された負荷が放電灯ＬａかＬＥＤランプ４かを判別し、そのインピーダンス検出手段の出力信号により、点灯装置２０の起動時の周波数シーケンスを変化させることによって、負荷が放電灯Ｌａの場合には、適切な起動シーケンスを経て定格点灯させ、負荷がＬＥＤランプ４の場合には、不要な起動シーケンスを経ることなく定格点灯させ、つまり、負荷によって起動時の周波数シーケンスを変えることにより、各々に好適な制御を行うことができる。
【００３２】
次に、ＬＥＤランプ４および点灯装置２０が装備される照明装置３０について説明する。
図９に示すように、照明装置３０は、二対のソケット３１に、負荷として放電灯ＬａとＬＥＤランプ４の両方を使用可能である。そのため、ユーザーの使い勝手を向上させることができる。例えば前述のように、ＬＥＤが今後も価格面・性能面での向上が予想される中、使用者が価格面、性能面で納得できた時に、放電灯ＬａからＬＥＤランプ４へと切り替えることができる。また、オフィスのように多数の照明装置を設置している場合、放電灯ＬａとＬＥＤランプ４とを使い分けるに際し、レイアウト変更などによって、光源とする放電灯ＬａおよびＬＥＤランプ４をあわせて変更することができる。
【００３３】
従って、この第４実施形態のＬＥＤランプ４においては、放電灯Ｌａのフィラメントに相当する端子Ｂ３と端子Ｂ４とに抵抗Ｒ１０であるインピーダンスを備えることにより、点灯装置２０側で負荷が、放電灯ＬａかＬＥＤランプ４かあるいは装着されていないかと判別することが可能となって取り扱い性を向上させることができる。
【００３４】
また、ＬＥＤランプ４に組み合わされる点灯装置２０においては、放電灯Ｌａのフィラメントに相当する端子Ｂ３，Ｂ４間の抵抗Ｒ１０であるインピーダンス成分を検出するインピーダンス検出手段を有して、装着された負荷が放電灯ＬａかＬＥＤランプ４かを判別し、そのインピーダンス検出手段の出力信号により、点灯装置２０の起動時の周波数シーケンスを変化させることにより、各々の負荷に好適な制御を行うことが可能となる。
【００３５】
そして、ＬＥＤランプ４および点灯装置２０が装備される照明装置３０においては、負荷として放電灯ＬａとＬＥＤランプ４の両方を使用可能な照明装置３０を提供することが可能となる。
従って、ＬＥＤランプ４および点灯装置２０が装備される照明装置３０においては、使用者が価格面、性能面で納得できた時に放電灯ＬａからＬＥＤランプ４への切り替えを行えばよく、無理な買い替えを不要として、使用者にとって有益な照明器具３０を提供することができる。
【００３６】
なお、一実施形態で使用したインバータ回路１１および共振回路１２を構成する電子部品等は例示したものに限定するものではなく適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１、２、３、４ ＬＥＤランプ
１０、２０ 点灯装置
３０ 照明装置
Ａ５、Ａ６、Ｂ５、Ｂ６ 出力端子（出力部）
Ｃ１ コンデンサ（容量性成分）
Ｃ４ コンデンサ（容量性成分）
ＬＥＤ１〜ｎ、ＬＥＤｍ〜１ 発光回路（ＬＥＤ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電灯照明装置より入力される電流で発光するＬＥＤを有する発光回路と、
前記放電灯照明装置の出力と並列に接続される容量性成分とを備え、
前記放電灯照明装置に取り付け可能であるＬＥＤランプ。
【請求項２】
請求項１に記載のＬＥＤランプにおいて、
前記放電灯照明装置に用いられる点灯装置が、
負荷として放電灯および前記ＬＥＤランプの両方を使用可能な点灯装置であって、
４つの出力部を有し、非電源側の２つの出力部間に、容量性成分を有してなり、
前記点灯装置の少なくとも一方の非電源側出力部と電気的に接続されないＬＥＤランプ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のＬＥＤランプにおいて、
前記放電灯の少なくとも一方のフィラメントに相当するピン間にインピーダンスを有するＬＥＤランプ。
【請求項４】
請求項３に記載のＬＥＤランプにおいて、
前記放電灯のフィラメントに相当するピン間のインピーダンス成分を検出するインピーダンス検出手段を有し、
前記インピーダンス検出手段にて、装着された負荷が放電灯かＬＥＤランプかを判別し、
前記インピーダンス検出手段の出力信号により、前記点灯装置の起動時の周波数シーケンスを変化させる点灯装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のＬＥＤランプあるいは請求項４に記載の点灯装置を用いた照明装置。
【請求項１】
放電灯照明装置より入力される電流で発光するＬＥＤを有する発光回路と、
前記放電灯照明装置の出力と並列に接続される容量性成分とを備え、
前記放電灯照明装置に取り付け可能であるＬＥＤランプ。
【請求項２】
請求項１に記載のＬＥＤランプにおいて、
前記放電灯照明装置に用いられる点灯装置が、
負荷として放電灯および前記ＬＥＤランプの両方を使用可能な点灯装置であって、
４つの出力部を有し、非電源側の２つの出力部間に、容量性成分を有してなり、
前記点灯装置の少なくとも一方の非電源側出力部と電気的に接続されないＬＥＤランプ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のＬＥＤランプにおいて、
前記放電灯の少なくとも一方のフィラメントに相当するピン間にインピーダンスを有するＬＥＤランプ。
【請求項４】
請求項３に記載のＬＥＤランプにおいて、
前記放電灯のフィラメントに相当するピン間のインピーダンス成分を検出するインピーダンス検出手段を有し、
前記インピーダンス検出手段にて、装着された負荷が放電灯かＬＥＤランプかを判別し、
前記インピーダンス検出手段の出力信号により、前記点灯装置の起動時の周波数シーケンスを変化させる点灯装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のＬＥＤランプあるいは請求項４に記載の点灯装置を用いた照明装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１９８６９６（Ｐ２０１１−１９８６９６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６６４６７（Ｐ２０１０−６６４６７）
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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