ＬＥＤ点灯装置
【課題】入力電流の高調波成分を低減しながら、直流平滑電圧で点灯させた場合と同等の光出力が得られるＬＥＤ点灯装置を提供する。
【解決手段】商用交流電源Ｖｓを全波整流する全波整流器ＤＢと、全波整流器ＤＢの出力端に並列接続される第１のコンデンサＣ１と、第１のコンデンサＣ１に入力端を並列接続されるスイッチング電源回路部１と、スイッチング電源回路部１の出力端に接続されるＬＥＤ発光部２と、ＬＥＤ発光部２に並列接続される第２のコンデンサＣ２とを備え、第１のコンデンサＣ１の容量が１μＦ未満であり、第２のコンデンサＣ２はＬＥＤ発光部２に流れる電流のリプル率が０．５９以下になる容量に設定した。
【解決手段】商用交流電源Ｖｓを全波整流する全波整流器ＤＢと、全波整流器ＤＢの出力端に並列接続される第１のコンデンサＣ１と、第１のコンデンサＣ１に入力端を並列接続されるスイッチング電源回路部１と、スイッチング電源回路部１の出力端に接続されるＬＥＤ発光部２と、ＬＥＤ発光部２に並列接続される第２のコンデンサＣ２とを備え、第１のコンデンサＣ１の容量が１μＦ未満であり、第２のコンデンサＣ２はＬＥＤ発光部２に流れる電流のリプル率が０．５９以下になる容量に設定した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は商用交流電源を用いて発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」という）を点灯させるＬＥＤ点灯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤの光学性能が高くなってきており、ＬＥＤを用いた照明器具は寿命が長いなどの理由で従来の光源から置き換えられる状態にある。今後ＬＥＤの性能がますます向上していけば、さらに汎用の照明器具分野で採用されると考えられる。また、ＬＥＤの点灯装置も照明器具としての効率を上げるために、ますます高効率化しようとしている。そのため点灯装置は特にスイッチング素子を用いたスイッチング電源方式の定電流型が採用されてきており、今後もそのような傾向が続くと思われる。
【０００３】
図９に特許文献１（特開２００７−１８９８１９号公報）に開示された従来のＬＥＤ点灯装置の回路図を示す。Ｖｓは商用交流電源、ＤＢは全波整流器、Ｃ２はコンデンサ、Ｔ１はトランスで１次巻線ｎ１と２次巻線ｎ２を備えている。Ｑ１はスイッチング素子、Ｄ１は整流ダイオード、１３はスイッチング素子Ｑ１の制御回路、２はＬＥＤ発光部、１４は定電流素子である。
【０００４】
次に、図９に示す回路の動作を説明する。商用交流電源Ｖｓの交流電圧を全波整流器ＤＢで整流し、コンデンサＣ２で平滑し、トランスＴ１、ＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子Ｑ１で高周波矩形波交流電圧に変換し、整流ダイオードＤ１で整流して得られたパルス電圧に定電流素子１４、ＬＥＤ発光部２の直列回路を接続する。スイッチング素子Ｑ１は制御回路１３によってオン・オフ制御される。
【０００５】
図１０にトランスＴ１の２次側電圧Ｖｎ２と整流ダイオードＤ１で整流して得られたパルス電圧Ｖｐの波形を示す。ＬＥＤ発光部２を流れる電流はパルス電圧Ｖｐがある時だけ定電流素子１４で規定された定電流Ｉｃが流れて点灯する。
【０００６】
定電流素子１４の特性例を図１１に示す。横軸は印加電圧、縦軸は電流である。定電流素子１４にある電圧Ｖｃ以上の電圧を印加すると、印加電圧に関係なく一定の電流Ｉｃが流れる。電源電圧の変動、ＬＥＤの順方向電圧のばらつきは定電流素子１４に印加される電圧が電圧変動と順方向電圧のばらつきを吸収するように変化し、流れる電流はＩｃと一定に保たれる。したがって、消費電力は電源電圧の変動分だけ増減するが、ＬＥＤの輝度は変化しない。
【０００７】
図９に示す回路ではパルス電圧Ｖｐが無いときはＬＥＤ発光部２は消灯するが、パルス電圧Ｖｐが数ｋＨｚ以上の高周波であれば、消灯していることは人間の目では認知できないので、ＬＥＤ発光部２は点灯し続けているように見える。
【０００８】
図１０に示すパルス電圧Ｖｐの一周期Ｔに対するパルス電圧Ｖｐの割合（ｔ／Ｔ）を減少させると、ＬＥＤ発光部２の輝度が低下し、パルス電圧Ｖｐの割合（ｔ／Ｔ）を増加させると輝度が上昇しているように見える。パルス電圧Ｖｐの割合（ｔ／Ｔ）は制御回路１３で調整できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１８９８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１のような定電流素子を用いる定電流電源では、出力電圧の平滑化がされなければ、定電流素子１４にある電圧Ｖｃ以上の電圧が保たれなくなる。つまり、定電流素子１４はダイオードのように電圧Ｖｃ以上の電圧があってこそ、流れる電流がＩｃと一定に保たれるものであるから、この従来例の回路では、トランスＴ１の１次側の全波整流器ＤＢの後段に設けたコンデンサＣ２で平滑を行っている。このコンデンサＣ２が無ければ、全波整流器ＤＢの出力電圧は全波の脈流電圧になるため、５０／６０Ｈｚの交流電源であれば、１００Ｈｚまたは１２０Ｈｚの低周波のちらつきが発生することになる。ところが、このコンデンサＣ２が平滑化のために存在しているので、入力電流の高調波成分は大きなものとなり、照明機器で定められている高調波規制のガイドラインの規格値から外れるといった問題が生じる。
【００１１】
また、トランスＴ１の２次側はパルス電圧Ｖｐで点灯させているが、照明器具の光出力（光束）を器具込みの入力電力で除した器具効率といった面からは効率が低下する方向となる。すなわち、ＬＥＤの特性はダイオードと同様、順方向電圧Ｖｆを超えることによってそれに応じた順電流Ｉｆが流れる。ＬＥＤの仕様上、出力の光効率（出力の光束を出力の消費電力で割ったもの）が最も良いのは、リプル率が略０の直流平滑電圧で直流電流Ｉｄｃを流したときである。従って、パルス電圧Ｖｐでパルス点灯させた場合、先の直流電流Ｉｄｃよりも平均化して少ない電流となり、出力の光束がそれに応じて小さくなってしまうという問題が生じる。さらにパルス電圧Ｖｐを大きくしてパルスで流す電流の平均値を直流電流Ｉｄｃと同等にしようとすると、パルス電圧Ｖｐのピークを大きくせざるを得ないため、定電流素子１４の定格も大きくなり、コストの上昇の一因となり、さらにＬＥＤのピーク電流の絶対最大定格を超える可能性が生じるという問題がある。
【００１２】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、入力電流の高調波成分を低減しながら、直流平滑電圧で点灯させた場合と同等の光出力が得られるＬＥＤ点灯装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のＬＥＤ点灯装置は、商用交流電源を全波整流する全波整流器と、全波整流器の出力端に並列接続される第１のコンデンサと、第１のコンデンサに入力端を並列接続されるスイッチング電源回路部と、スイッチング電源回路部の出力端に接続されるＬＥＤ発光部と、ＬＥＤ発光部に並列接続される第２のコンデンサとを備え、第１のコンデンサの容量が１μＦ未満であり、第２のコンデンサはＬＥＤ発光部に流れる電流のリプル率が０．５９以下になる容量に設定されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のＬＥＤ点灯装置は、第１のコンデンサの容量を１μＦ未満としているので、全波整流器からスイッチング電源回路部までの電圧波形は、ほぼ全波の脈流派形となる。このように、第１のコンデンサの容量が小さいために、商用交流電源からの入力電流の波形は従来例のようなコンデンサインプット型の電流波形ではなく、全波の谷部を除いたほぼ全域で電流が流れる波形となるため、照明機器で定められている高調波規制ガイドラインの規格値におさまるようになる。また、このままでは出力の電圧波形も脈流電圧となり、ＬＥＤの順方向電圧Ｖｆ以下の電圧範囲では電流が流れなくなってしまうため、第１のコンデンサの容量の例えば１００倍以上の容量をＬＥＤ発光部の両端に並列接続し、ＬＥＤに流れる電流の変動幅を実効電流で除したリプル率を０．５９以下にすることで光出力の低下を防ぐことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の基本構成を示すブロック回路図である。
【図２】本発明の実施形態１の構成を示す回路図である。
【図３】本発明の実施形態１の動作波形図である。
【図４】本発明の実施形態２の構成を示す回路図である。
【図５】本発明の実施形態２の動作波形図である。
【図６】本発明の実施形態２のリプル率とＤＣ光束比の関係を示す説明図である。
【図７】本発明の実施形態３の実装状態を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態４の実装状態を示す断面図である。
【図９】従来例の回路図である。
【図１０】従来例の動作波形図である。
【図１１】従来例に用いる定電流素子の特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００１７】
（基本構成）
本発明の基本構成を図１に示す。Ｖｓは商用交流電源、ＤＢは全波整流器、Ｃ１，Ｃ２はコンデンサ、１はスイッチング素子を含んだスイッチング電源回路部、２はＬＥＤ発光部、３はフィルタ回路部である。ＬＥＤ発光部２の消費電力は例えば２０Ｗ以下である。
【００１８】
図１の回路において、全波整流器ＤＢの直流出力端に接続されたコンデンサＣ１は、１μＦ未満の容量のコンデンサであり、全波整流器ＤＢの出力電圧を平滑化するには小さい容量のため、ほぼ全波の波形の脈流電圧がスイッチング電源回路部１に印加され、内部のスイッチング素子により高周波でスイッチングされ、パルス電圧が出力される。このスイッチング電源回路部１の出力にはコンデンサＣ１の容量に比べ、後述する条件を満たした大きい容量のコンデンサＣ２が並列接続され、パルス電圧の平滑化を行う。このコンデンサＣ２に並列接続されたＬＥＤ発光部２には平滑電圧が印加される。
【００１９】
このとき、ＬＥＤ２ａ〜２ｄに流れる電流は平滑化といっても完全にリプルが無くなるわけではなく、電流の最大値Ｉｍａｘと最小値Ｉｍｉｎで規定される電流の変動幅Ｉｐｐ（＝Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）を、ＬＥＤに流れる電流の平均値Ｉａで除したリプル率（Ｉｐｐ／Ｉａ）が０．５９以下となるように、出力コンデンサＣ２の容量を設定する。このことにより、図１の回路で得られる光出力は、平坦な直流電圧から流れる電流で得られる光出力と殆ど差が無くなる。
【００２０】
（実施形態１）
本発明の実施形態１の回路図を図２に示す。この実施形態では、図１のスイッチング電源回路部１をフライバック型のＤＣ−ＤＣコンバータ回路としたものであり、このＤＣ−ＤＣコンバータ回路は１次側の制御回路１１と２次側の制御回路１２により制御される。これらの回路とフィルタ回路部３を含めて直流電源ユニット４としている。
【００２１】
ＬＥＤ発光部２は、４個のＬＥＤ２ａ〜２ｄが搭載されており、ＬＥＤ２ａからＬＥＤ２ｄまでがアノードからカソードに直列につながれる構成となっている。ＬＥＤ２ａのアノード側にはプラス、ＬＥＤ２ｄのカソード側にはマイナスの電圧が印加されることにより、各ＬＥＤ２ａ〜２ｄが発光する。ＬＥＤ２ａ〜２ｄの順方向電圧Ｖｆの合計以上の電圧が印加されると、流れる電流の値に応じてＬＥＤから光束を得ることが出来る。順方向電圧Ｖｆは通常略３．５Ｖのため、４個直列に接続するのであれば、４×３．５Ｖ以上の直流電圧において点灯させることが出来る。
【００２２】
直流電源ユニット４の出力コネクタＣＯＮ２とＬＥＤ発光部２は一対のリード線５で接続されている。直流電源ユニット４の入力コネクタＣＯＮ１は、商用交流電源Ｖｓからの交流電源電圧（例えば、ＡＣ１００Ｖ、５０／６０Ｈｚ）に接続される。
【００２３】
商用交流電源Ｖｓに直流電源ユニット４のフィルタ回路部３が接続される。フィルタ回路部３はヒューズＦＵＳＥ、コンデンサＣ３、ラインフィルタＬＦからなり、商用交流電源Ｖｓの一端にヒューズＦＵＳＥが直列接続され、商用交流電源Ｖｓの他端とヒューズＦＵＳＥの出力端と並列にコンデンサＣ３、ラインフィルタＬＦが接続される。
【００２４】
フィルタ回路部３の出力には全波整流器ＤＢとコンデンサＣ１が並列接続され、コンデンサＣ１と並列にトランスＴ１とスイッチング素子Ｑ１の直列回路が接続されている。スイッチング素子Ｑ１の両端には並列にコンデンサＣ４が接続されている。トランスＴ１の２次巻線側には高電位側にダイオードＤ１が接続され、コンデンサＣ２、出力コネクタＣＯＮ２がダイオードＤ１を介して並列に接続されており、出力コネクタＣＯＮ２の低電位側とコンデンサＣ２の負極の間には出力電流Ｉｏを電圧値に変換する抵抗器Ｒ１が接続されている。
【００２５】
第１の制御回路１１はトランスＴ１の１次側に設けられ、フィードバック端子ＦＢからの入力値によりスイッチング素子Ｑ１のスイッチング信号を出力している。また、第２の制御回路１２はトランスＴ１の２次側に設けられ、出力電流Ｉｏを抵抗器Ｒ１により電圧に変換した値を入力とし、フィードバック信号を生成している。この第２の制御回路１２の出力にはフォトカプラＰＣ１の発光素子が接続され、そのフォトカプラＰＣ１の受光素子には第１の制御回路１１のフィードバック入力端子ＦＢが接続されている。
【００２６】
以下、回路動作について説明する。このＤＣ−ＤＣコンバータ回路は、いわゆるフライバック型の直流電源装置であり、スイッチング素子Ｑ１に並列接続されたコンデンサＣ４を持つ部分共振型である。商用交流電源Ｖｓから入力された電圧は入力コネクタＣＯＮ１を介しフィルタ回路部３を経て全波整流器ＤＢにて全波整流される。全波整流された電圧はコンデンサＣ１を介してトランスＴ１とスイッチング素子Ｑ１との直列回路に印加される。このときの印加電圧波形はコンデンサＣ１の容量が０．４７μＦと設定されているため、ほぼ全波整流の脈流電圧となる。つまり、全波整流された電圧はコンデンサＣ１では平滑化されず、全波波形の脈流電圧がトランスＴ１とスイッチング素子Ｑ１との直列回路に印加される。スイッチング素子Ｑ１が閉じている場合、トランスＴ１には電流が流れるため磁気エネルギーとして充電され、スイッチング素子Ｑ１が開放になった場合にはその磁気エネルギーを２次巻線、ダイオードＤ１を介して出力側に放出される。
【００２７】
その出力電圧はコンデンサＣ２によりリプル率が０．５９以下となるまで平滑化され、出力コネクタＣＯＮ２を介して出力される。直流電源ユニット４から出力される電圧はＬＥＤ発光部２に供給され、各ＬＥＤ２ａ〜２ｄの順方向電圧Ｖｆの合計以上の電圧になった場合に各ＬＥＤ２ａ〜２ｄは点灯する。
【００２８】
ここで、コンデンサＣ１の容量は０．４７μＦであるため、トランスＴ１の出力電圧も脈流波形となる。これをそのままＬＥＤ発光部２に印加すると、ＬＥＤ発光部２内のＬＥＤ２ａ〜２ｄの順電圧Ｖｆの総和以上の電圧のときのみ発光するため、リプルがないときと比べて光出力が小さくなってしまう。そこで、コンデンサＣ２の容量はコンデンサＣ１の容量に比べて大きく、２２０μＦとしている。このとき、出力電流のリプル率（電流の変動幅Ｉｐｐ、つまり最大電流値Ｉｍａｘ−最小電流値Ｉｍｉｎを平均電流値Ｉａで除したもの）は０．５９以下としている。
【００２９】
図３は本実施形態の動作波形であり、Ｃｈ１は出力電流波形、Ｃｈ２は入力電流波形、Ｃｈ３はコンデンサＣ１の両端電圧波形である。Ｃｈ１は５０ｍＡ／１０ｍＶレンジにて測定しており、電流の変動幅Ｉｐｐは７０ｍＡｐｐ（波形の中の△が変動幅Ｉｐｐを示しており、△：１４ｍＶのため、１４ｍＶ×５０ｍＡ／１０ｍＶで７０ｍＡｐｐ）となる。また、平均電流値は１７９ｍＡであるので、リプル率は０．３９で０．５９以下としている。
【００３０】
各ＬＥＤ２ａ〜２ｄに流れた電流は出力コネクタＣＯＮ２を介し抵抗器Ｒ１に流れ、抵抗器Ｒ１は電流に応じた電圧を発生する。この電圧を第２の制御回路１２における制御用集積回路ＩＣ２（例えば新日本無線社製のＮＪＭ２１４６）のＩＮ端子でモニタし、基準電圧端子ＲＥＦの基準電圧と比較演算され、これによりＬＥＤ２ａ〜２ｄに流れる電流に応じた第２の制御回路１２のＯＵＴ端子の出力が決定する。この出力により、制御電圧Ｖｃｃに接続されたフォトカプラＰＣ１の発光素子に流れる電流が決まる。フォトカプラＰＣ１内の受光素子から、第１の制御回路１１の制御用集積回路ＩＣ１（例えば新電元社製のＭＲ１７２２）のフィードバック端子ＦＢに制御電圧が帰還入力される。このとき、フィードバック端子ＦＢに入力された制御電圧に応じてスイッチング素子Ｑ１のＯＮ幅を決定する。このように動作することにより、ＬＥＤ２ａ〜２ｄに流れる電流を一定にする制御を行う。
【００３１】
尚、その他の構成について述べておくと、第１の制御回路１１の電源Ｖｃｃは全波整流後の電圧ラインから抵抗Ｒ８を介してツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧で規制された電圧が供給される。当然、制御回路１１の不動作電圧以下にならない。また、第１の制御回路１１のＺＣ端子はゼロクロス端子であり、トランスＴ１のエネルギー放出をモニタし、スイッチング素子Ｑ１が不連続モードで動作するようにしている。
【００３２】
このような動作をすることにより従来の回路に比べ安価で高調波規制を満足でき、かつＬＥＤの絶対最大定格電流を超えることなく、直流平滑電圧で点灯させた場合に比べて光出力の低下を抑えることができる。
【００３３】
なお、この実施形態においてはフライバック型の直流電源にて説明を行ったが、もちろん直流電源はどのようなタイプであっても直流電圧を出力するものであれば同様な効果が得られる。また、ＬＥＤ発光部２においても４個直列のＬＥＤ接続について説明したが、個数には関係なくアノードとカソードの方向さえ一致していれば並列接続しても構わない。
【００３４】
（実施形態２）
本発明の実施形態２の回路図を図４に示す。この実施形態では、図１のスイッチング電源回路部１を非絶縁型の降圧チョッパ回路としたものである。先述の実施形態１と同様の回路の説明は省略する。コンデンサＣ１はこの実施形態でも０．４７μＦに設定している。この回路ではパワースイッチング素子を兼ねた制御回路ＩＣ３（例えば松下電器産業株式会社製造のＭＩＰ５５２）により制御され、降圧チョッパ回路として動作する。
【００３５】
コンデンサＣ１の両端にＬＥＤ２ａ〜２ｄの直列回路からなるＬＥＤ発光部２とチョークＬ１と制御回路ＩＣ３の出力端子Ｑとグランド端子Ｇ間が直列に接続されている。出力端子Ｑは制御回路ＩＣ３の内部でスイッチング用のＭＯＳＦＥＴのドレイン端子に接続されている。グランド端子Ｇは制御回路ＩＣ３の内部でスイッチング用のＭＯＳＦＥＴのソース端子に接続されている。
【００３６】
また、ＬＥＤ発光部２とチョークＬ１の直列回路にダイオードＤ１が並列接続されており、コンデンサＣ２がＬＥＤ発光部２と並列に接続されている。ダイオードＤ１のカソード側はコンデンサＣ２の正極側に接続され、アノード側はチョークＬ１を介してコンデンサＣ２の負極側に接続されている。
【００３７】
制御回路ＩＣ３の周辺には、制御部品として抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ８、コンデンサＣ５〜Ｃ７が接続されている。制御回路ＩＣ３のＶｄｄ端子は外部基準電圧端子であり、この端子の雑音防止用にコンデンサＣ５が接続されている。制御回路ＩＣ３のＥＸ端子はＬＥＤ発光部２への出力電流の大きさを決める端子であり、Ｖｄｄ端子と回路グランド（グランド端子Ｇ）の間に抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３が直列接続され、その分圧電圧がＥＸ端子に印加されている。コンデンサＣ６は上述のコンデンサＣ５と同様、雑音防止用のコンデンサである。
【００３８】
Ｖｉｎ端子は商用交流電源Ｖｓが投入された後、全波整流後の電源ラインからこの端子を介して制御回路ＩＣ３に制御電源を供給する端子である。コンデンサＣ７はコンデンサＣ５、Ｃ６と同じく雑音防止用のコンデンサである。
【００３９】
コンデンサＣ２は実施形態１と同様、ＬＥＤ２ａ〜２ｄに流れる電流のリプル率が０．５９以下となる容量に設定される。ここでは、コンデンサＣ２の容量は１００μＦとしている。
【００４０】
回路動作としては、まず商用交流電源Ｖｓから入力された電圧は入力コネクタＣＯＮ１を介しフィルタ回路部３を経て全波整流器ＤＢにて全波整流される。全波整流された電圧はコンデンサＣ１を介してＬＥＤ発光部２とコンデンサＣ２の並列回路とチョークＬ１と制御回路ＩＣ３の出力端子Ｑ−グランド端子Ｇ間の直列回路に印加される。
【００４１】
商用交流電源Ｖｓの投入直後は、制御回路ＩＣ３のＶｉｎ端子から制御電源が制御回路ＩＣ３に供給され、Ｖｄｄ端子の電圧が所定の電圧に達したときに発振を開始する。制御回路ＩＣ３の出力端子Ｑ−グランド端子Ｇ間の電圧がほぼ０のとき、つまり内部のスイッチング素子がＯＮ状態のときは、制御回路ＩＣ３を介して全波整流器ＤＢの出力電圧がＬＥＤ発光部２とコンデンサＣ２の並列回路とチョークＬ１の直列回路に印加され、ＬＥＤ発光部２のＬＥＤ２ａ〜２ｄが点灯する。このときの全波整流後の波形はコンデンサＣ１の容量が０．４７μＦと小さく設定されているため、ほぼ全波整流の脈流電圧となる。
【００４２】
上述のＯＮ状態の時間幅は制御回路ＩＣ３の内部で設定される閾値電圧で決定される。制御回路ＩＣ３の内部で出力端子Ｑ−グランド端子Ｇ間に流れる電流を電圧に変換し、その電圧が前記閾値電圧に達すると、制御回路ＩＣ３の出力端子Ｑ−グランド端子Ｇ間が開放状態（つまり内部のスイッチング素子がＯＦＦ状態）となる。このとき、チョークＬ１の蓄積エネルギーによる逆起電力にてダイオードＤ１を介してコンデンサＣ２とＬＥＤ発光部２の並列回路に回生電流が流れて、ＬＥＤ２ａ〜２ｄの点灯状態を維持する。ＯＮ区間とＯＦＦ区間を合算した周期Ｔ、つまりその逆数のスイッチング周波数は、この制御回路ＩＣ３では数十ｋＨｚに固定されているため、ＯＦＦ状態からＯＮ状態へは強制的に移行する。
【００４３】
また、制御回路ＩＣ３の出力端子Ｑ−グランド端子Ｇ間がＯＮ状態になる時間幅を設定するための閾値電圧はＥＸ端子の分圧電圧により変えることができる。このＥＸ端子の電圧を変更することによりＬＥＤ発光部２のＬＥＤに流れる電流を設定し、所望の光出力を得ることができる。
【００４４】
図５は本実施形態の動作波形であり、Ｃｈ１は出力電流波形、Ｃｈ４はコンデンサＣ２の両端電圧波形である。Ｃｈ１は５０ｍＡ／１０ｍＶのレンジで測定しており、電流の変動幅Ｉｐｐは１０１ｍＡｐｐ（図中の△が変動幅Ｉｐｐを示しており、△：２０．２ｍＶのため、２０．２ｍＶ×５０ｍＡ／１０ｍＶで１０１ｍＡｐｐ）となる。また、平均電流値は１７０ｍＡであるため、ＬＥＤ２ａ〜２ｄに流れる電流のリプル率は０．５９となる。
【００４５】
市販の直流電源装置（例えば、（株）テクシオＰＡ８０−１Ｂ）でＬＥＤ発光部２に印加されて流れる直流平滑電流で得られる光出力φｄｃと、リプル率を変化させたときの光出力φｌとの比（ＤＣ光束比＝φｌ／φｄｃ）の関係を図６に示す。リプル率を０．５９以下に設定することで、ＤＣ光束比をほぼ１とすることができ、直流平滑電圧で点灯させた場合に比べて光出力の低下を抑えることができる。
【００４６】
以上のように、コンデンサＣ１の容量値を１μＦ未満に設定することにより、高調波ガイドラインの規定を満足することができ、なおかつ、コンデンサＣ２の容量値をＬＥＤ発光部２に流れる電流のリプル率が０．５９以下となるように設定することにより、直流平滑電圧で点灯した場合の光出力と殆ど変わらない光出力を得ることができる。
【００４７】
また、実施形態１，２に共通して言えることであるが、コンデンサＣ１の容量値を下げることで、電源投入時に発生する突入電流を小さくすることができるため、ＬＥＤ照明器具の並列台数の制限に関しても有利になる。
【００４８】
（実施形態３）
図７は実施形態１または２のＬＥＤ点灯装置を用いた電源別置型ＬＥＤ照明器具の構成を示している。器具筐体７は、下端開放された金属製の円筒体よりなり、下端開放部は光拡散板８で覆われている。この光拡散板８に対向するように、ＬＥＤ発光部２が配置されている。２１はＬＥＤ実装基板であり、ＬＥＤ発光部２のＬＥＤ２ａ〜２ｄを実装している。器具筐体７は天井９に埋め込まれており、天井裏に配置された直流電源ユニット４からリード線５とコネクタ６を介して配線されている。
【００４９】
（実施形態４）
図８は実施形態１または２のＬＥＤ点灯装置を用いた電源内蔵型ＬＥＤ照明器具の構成を示している。２１はＬＥＤ実装基板であり、ＬＥＤ発光部２のＬＥＤ２ａ〜２ｄを実装している。４１は電源回路基板であり、図２または図４の直流電源ユニット４の電子部品を実装している。ＬＥＤ発光部２は、器具筐体７内において放熱板７１に接触するように設置されており、ＬＥＤ２ａ〜２ｄの発生する熱を器具筐体７に逃がすようになっている。また、ＬＥＤ発光部２と直流電源ユニット４は、この放熱板７１に設けられた穴を介して、リード線５で接続されている。放熱板７１はアルミ板や銅板のような金属板であり、放熱効果と遮蔽効果を兼ねている。放熱板７１は器具筐体７に電気的に接続されてアースされるが、リード線５のプラス側ならびにマイナス側とは電気的に分離された非充電部となっている。
【００５０】
このように、点灯装置を器具筐体７に内蔵することにより、ＬＥＤ発光部２への配線を外部から触れないことから、配線の引き回しが一定となり、雑音性能が安定するという効果がある。
【符号の説明】
【００５１】
Ｖｓ 商用交流電源
ＤＢ 全波整流器
Ｃ１ 第１のコンデンサ
Ｃ２ 第２のコンデンサ
１ スイッチング電源回路部
２ ＬＥＤ発光部
３ フィルタ回路部
【技術分野】
【０００１】
本発明は商用交流電源を用いて発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」という）を点灯させるＬＥＤ点灯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤの光学性能が高くなってきており、ＬＥＤを用いた照明器具は寿命が長いなどの理由で従来の光源から置き換えられる状態にある。今後ＬＥＤの性能がますます向上していけば、さらに汎用の照明器具分野で採用されると考えられる。また、ＬＥＤの点灯装置も照明器具としての効率を上げるために、ますます高効率化しようとしている。そのため点灯装置は特にスイッチング素子を用いたスイッチング電源方式の定電流型が採用されてきており、今後もそのような傾向が続くと思われる。
【０００３】
図９に特許文献１（特開２００７−１８９８１９号公報）に開示された従来のＬＥＤ点灯装置の回路図を示す。Ｖｓは商用交流電源、ＤＢは全波整流器、Ｃ２はコンデンサ、Ｔ１はトランスで１次巻線ｎ１と２次巻線ｎ２を備えている。Ｑ１はスイッチング素子、Ｄ１は整流ダイオード、１３はスイッチング素子Ｑ１の制御回路、２はＬＥＤ発光部、１４は定電流素子である。
【０００４】
次に、図９に示す回路の動作を説明する。商用交流電源Ｖｓの交流電圧を全波整流器ＤＢで整流し、コンデンサＣ２で平滑し、トランスＴ１、ＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子Ｑ１で高周波矩形波交流電圧に変換し、整流ダイオードＤ１で整流して得られたパルス電圧に定電流素子１４、ＬＥＤ発光部２の直列回路を接続する。スイッチング素子Ｑ１は制御回路１３によってオン・オフ制御される。
【０００５】
図１０にトランスＴ１の２次側電圧Ｖｎ２と整流ダイオードＤ１で整流して得られたパルス電圧Ｖｐの波形を示す。ＬＥＤ発光部２を流れる電流はパルス電圧Ｖｐがある時だけ定電流素子１４で規定された定電流Ｉｃが流れて点灯する。
【０００６】
定電流素子１４の特性例を図１１に示す。横軸は印加電圧、縦軸は電流である。定電流素子１４にある電圧Ｖｃ以上の電圧を印加すると、印加電圧に関係なく一定の電流Ｉｃが流れる。電源電圧の変動、ＬＥＤの順方向電圧のばらつきは定電流素子１４に印加される電圧が電圧変動と順方向電圧のばらつきを吸収するように変化し、流れる電流はＩｃと一定に保たれる。したがって、消費電力は電源電圧の変動分だけ増減するが、ＬＥＤの輝度は変化しない。
【０００７】
図９に示す回路ではパルス電圧Ｖｐが無いときはＬＥＤ発光部２は消灯するが、パルス電圧Ｖｐが数ｋＨｚ以上の高周波であれば、消灯していることは人間の目では認知できないので、ＬＥＤ発光部２は点灯し続けているように見える。
【０００８】
図１０に示すパルス電圧Ｖｐの一周期Ｔに対するパルス電圧Ｖｐの割合（ｔ／Ｔ）を減少させると、ＬＥＤ発光部２の輝度が低下し、パルス電圧Ｖｐの割合（ｔ／Ｔ）を増加させると輝度が上昇しているように見える。パルス電圧Ｖｐの割合（ｔ／Ｔ）は制御回路１３で調整できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１８９８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１のような定電流素子を用いる定電流電源では、出力電圧の平滑化がされなければ、定電流素子１４にある電圧Ｖｃ以上の電圧が保たれなくなる。つまり、定電流素子１４はダイオードのように電圧Ｖｃ以上の電圧があってこそ、流れる電流がＩｃと一定に保たれるものであるから、この従来例の回路では、トランスＴ１の１次側の全波整流器ＤＢの後段に設けたコンデンサＣ２で平滑を行っている。このコンデンサＣ２が無ければ、全波整流器ＤＢの出力電圧は全波の脈流電圧になるため、５０／６０Ｈｚの交流電源であれば、１００Ｈｚまたは１２０Ｈｚの低周波のちらつきが発生することになる。ところが、このコンデンサＣ２が平滑化のために存在しているので、入力電流の高調波成分は大きなものとなり、照明機器で定められている高調波規制のガイドラインの規格値から外れるといった問題が生じる。
【００１１】
また、トランスＴ１の２次側はパルス電圧Ｖｐで点灯させているが、照明器具の光出力（光束）を器具込みの入力電力で除した器具効率といった面からは効率が低下する方向となる。すなわち、ＬＥＤの特性はダイオードと同様、順方向電圧Ｖｆを超えることによってそれに応じた順電流Ｉｆが流れる。ＬＥＤの仕様上、出力の光効率（出力の光束を出力の消費電力で割ったもの）が最も良いのは、リプル率が略０の直流平滑電圧で直流電流Ｉｄｃを流したときである。従って、パルス電圧Ｖｐでパルス点灯させた場合、先の直流電流Ｉｄｃよりも平均化して少ない電流となり、出力の光束がそれに応じて小さくなってしまうという問題が生じる。さらにパルス電圧Ｖｐを大きくしてパルスで流す電流の平均値を直流電流Ｉｄｃと同等にしようとすると、パルス電圧Ｖｐのピークを大きくせざるを得ないため、定電流素子１４の定格も大きくなり、コストの上昇の一因となり、さらにＬＥＤのピーク電流の絶対最大定格を超える可能性が生じるという問題がある。
【００１２】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、入力電流の高調波成分を低減しながら、直流平滑電圧で点灯させた場合と同等の光出力が得られるＬＥＤ点灯装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のＬＥＤ点灯装置は、商用交流電源を全波整流する全波整流器と、全波整流器の出力端に並列接続される第１のコンデンサと、第１のコンデンサに入力端を並列接続されるスイッチング電源回路部と、スイッチング電源回路部の出力端に接続されるＬＥＤ発光部と、ＬＥＤ発光部に並列接続される第２のコンデンサとを備え、第１のコンデンサの容量が１μＦ未満であり、第２のコンデンサはＬＥＤ発光部に流れる電流のリプル率が０．５９以下になる容量に設定されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のＬＥＤ点灯装置は、第１のコンデンサの容量を１μＦ未満としているので、全波整流器からスイッチング電源回路部までの電圧波形は、ほぼ全波の脈流派形となる。このように、第１のコンデンサの容量が小さいために、商用交流電源からの入力電流の波形は従来例のようなコンデンサインプット型の電流波形ではなく、全波の谷部を除いたほぼ全域で電流が流れる波形となるため、照明機器で定められている高調波規制ガイドラインの規格値におさまるようになる。また、このままでは出力の電圧波形も脈流電圧となり、ＬＥＤの順方向電圧Ｖｆ以下の電圧範囲では電流が流れなくなってしまうため、第１のコンデンサの容量の例えば１００倍以上の容量をＬＥＤ発光部の両端に並列接続し、ＬＥＤに流れる電流の変動幅を実効電流で除したリプル率を０．５９以下にすることで光出力の低下を防ぐことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の基本構成を示すブロック回路図である。
【図２】本発明の実施形態１の構成を示す回路図である。
【図３】本発明の実施形態１の動作波形図である。
【図４】本発明の実施形態２の構成を示す回路図である。
【図５】本発明の実施形態２の動作波形図である。
【図６】本発明の実施形態２のリプル率とＤＣ光束比の関係を示す説明図である。
【図７】本発明の実施形態３の実装状態を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態４の実装状態を示す断面図である。
【図９】従来例の回路図である。
【図１０】従来例の動作波形図である。
【図１１】従来例に用いる定電流素子の特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００１７】
（基本構成）
本発明の基本構成を図１に示す。Ｖｓは商用交流電源、ＤＢは全波整流器、Ｃ１，Ｃ２はコンデンサ、１はスイッチング素子を含んだスイッチング電源回路部、２はＬＥＤ発光部、３はフィルタ回路部である。ＬＥＤ発光部２の消費電力は例えば２０Ｗ以下である。
【００１８】
図１の回路において、全波整流器ＤＢの直流出力端に接続されたコンデンサＣ１は、１μＦ未満の容量のコンデンサであり、全波整流器ＤＢの出力電圧を平滑化するには小さい容量のため、ほぼ全波の波形の脈流電圧がスイッチング電源回路部１に印加され、内部のスイッチング素子により高周波でスイッチングされ、パルス電圧が出力される。このスイッチング電源回路部１の出力にはコンデンサＣ１の容量に比べ、後述する条件を満たした大きい容量のコンデンサＣ２が並列接続され、パルス電圧の平滑化を行う。このコンデンサＣ２に並列接続されたＬＥＤ発光部２には平滑電圧が印加される。
【００１９】
このとき、ＬＥＤ２ａ〜２ｄに流れる電流は平滑化といっても完全にリプルが無くなるわけではなく、電流の最大値Ｉｍａｘと最小値Ｉｍｉｎで規定される電流の変動幅Ｉｐｐ（＝Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）を、ＬＥＤに流れる電流の平均値Ｉａで除したリプル率（Ｉｐｐ／Ｉａ）が０．５９以下となるように、出力コンデンサＣ２の容量を設定する。このことにより、図１の回路で得られる光出力は、平坦な直流電圧から流れる電流で得られる光出力と殆ど差が無くなる。
【００２０】
（実施形態１）
本発明の実施形態１の回路図を図２に示す。この実施形態では、図１のスイッチング電源回路部１をフライバック型のＤＣ−ＤＣコンバータ回路としたものであり、このＤＣ−ＤＣコンバータ回路は１次側の制御回路１１と２次側の制御回路１２により制御される。これらの回路とフィルタ回路部３を含めて直流電源ユニット４としている。
【００２１】
ＬＥＤ発光部２は、４個のＬＥＤ２ａ〜２ｄが搭載されており、ＬＥＤ２ａからＬＥＤ２ｄまでがアノードからカソードに直列につながれる構成となっている。ＬＥＤ２ａのアノード側にはプラス、ＬＥＤ２ｄのカソード側にはマイナスの電圧が印加されることにより、各ＬＥＤ２ａ〜２ｄが発光する。ＬＥＤ２ａ〜２ｄの順方向電圧Ｖｆの合計以上の電圧が印加されると、流れる電流の値に応じてＬＥＤから光束を得ることが出来る。順方向電圧Ｖｆは通常略３．５Ｖのため、４個直列に接続するのであれば、４×３．５Ｖ以上の直流電圧において点灯させることが出来る。
【００２２】
直流電源ユニット４の出力コネクタＣＯＮ２とＬＥＤ発光部２は一対のリード線５で接続されている。直流電源ユニット４の入力コネクタＣＯＮ１は、商用交流電源Ｖｓからの交流電源電圧（例えば、ＡＣ１００Ｖ、５０／６０Ｈｚ）に接続される。
【００２３】
商用交流電源Ｖｓに直流電源ユニット４のフィルタ回路部３が接続される。フィルタ回路部３はヒューズＦＵＳＥ、コンデンサＣ３、ラインフィルタＬＦからなり、商用交流電源Ｖｓの一端にヒューズＦＵＳＥが直列接続され、商用交流電源Ｖｓの他端とヒューズＦＵＳＥの出力端と並列にコンデンサＣ３、ラインフィルタＬＦが接続される。
【００２４】
フィルタ回路部３の出力には全波整流器ＤＢとコンデンサＣ１が並列接続され、コンデンサＣ１と並列にトランスＴ１とスイッチング素子Ｑ１の直列回路が接続されている。スイッチング素子Ｑ１の両端には並列にコンデンサＣ４が接続されている。トランスＴ１の２次巻線側には高電位側にダイオードＤ１が接続され、コンデンサＣ２、出力コネクタＣＯＮ２がダイオードＤ１を介して並列に接続されており、出力コネクタＣＯＮ２の低電位側とコンデンサＣ２の負極の間には出力電流Ｉｏを電圧値に変換する抵抗器Ｒ１が接続されている。
【００２５】
第１の制御回路１１はトランスＴ１の１次側に設けられ、フィードバック端子ＦＢからの入力値によりスイッチング素子Ｑ１のスイッチング信号を出力している。また、第２の制御回路１２はトランスＴ１の２次側に設けられ、出力電流Ｉｏを抵抗器Ｒ１により電圧に変換した値を入力とし、フィードバック信号を生成している。この第２の制御回路１２の出力にはフォトカプラＰＣ１の発光素子が接続され、そのフォトカプラＰＣ１の受光素子には第１の制御回路１１のフィードバック入力端子ＦＢが接続されている。
【００２６】
以下、回路動作について説明する。このＤＣ−ＤＣコンバータ回路は、いわゆるフライバック型の直流電源装置であり、スイッチング素子Ｑ１に並列接続されたコンデンサＣ４を持つ部分共振型である。商用交流電源Ｖｓから入力された電圧は入力コネクタＣＯＮ１を介しフィルタ回路部３を経て全波整流器ＤＢにて全波整流される。全波整流された電圧はコンデンサＣ１を介してトランスＴ１とスイッチング素子Ｑ１との直列回路に印加される。このときの印加電圧波形はコンデンサＣ１の容量が０．４７μＦと設定されているため、ほぼ全波整流の脈流電圧となる。つまり、全波整流された電圧はコンデンサＣ１では平滑化されず、全波波形の脈流電圧がトランスＴ１とスイッチング素子Ｑ１との直列回路に印加される。スイッチング素子Ｑ１が閉じている場合、トランスＴ１には電流が流れるため磁気エネルギーとして充電され、スイッチング素子Ｑ１が開放になった場合にはその磁気エネルギーを２次巻線、ダイオードＤ１を介して出力側に放出される。
【００２７】
その出力電圧はコンデンサＣ２によりリプル率が０．５９以下となるまで平滑化され、出力コネクタＣＯＮ２を介して出力される。直流電源ユニット４から出力される電圧はＬＥＤ発光部２に供給され、各ＬＥＤ２ａ〜２ｄの順方向電圧Ｖｆの合計以上の電圧になった場合に各ＬＥＤ２ａ〜２ｄは点灯する。
【００２８】
ここで、コンデンサＣ１の容量は０．４７μＦであるため、トランスＴ１の出力電圧も脈流波形となる。これをそのままＬＥＤ発光部２に印加すると、ＬＥＤ発光部２内のＬＥＤ２ａ〜２ｄの順電圧Ｖｆの総和以上の電圧のときのみ発光するため、リプルがないときと比べて光出力が小さくなってしまう。そこで、コンデンサＣ２の容量はコンデンサＣ１の容量に比べて大きく、２２０μＦとしている。このとき、出力電流のリプル率（電流の変動幅Ｉｐｐ、つまり最大電流値Ｉｍａｘ−最小電流値Ｉｍｉｎを平均電流値Ｉａで除したもの）は０．５９以下としている。
【００２９】
図３は本実施形態の動作波形であり、Ｃｈ１は出力電流波形、Ｃｈ２は入力電流波形、Ｃｈ３はコンデンサＣ１の両端電圧波形である。Ｃｈ１は５０ｍＡ／１０ｍＶレンジにて測定しており、電流の変動幅Ｉｐｐは７０ｍＡｐｐ（波形の中の△が変動幅Ｉｐｐを示しており、△：１４ｍＶのため、１４ｍＶ×５０ｍＡ／１０ｍＶで７０ｍＡｐｐ）となる。また、平均電流値は１７９ｍＡであるので、リプル率は０．３９で０．５９以下としている。
【００３０】
各ＬＥＤ２ａ〜２ｄに流れた電流は出力コネクタＣＯＮ２を介し抵抗器Ｒ１に流れ、抵抗器Ｒ１は電流に応じた電圧を発生する。この電圧を第２の制御回路１２における制御用集積回路ＩＣ２（例えば新日本無線社製のＮＪＭ２１４６）のＩＮ端子でモニタし、基準電圧端子ＲＥＦの基準電圧と比較演算され、これによりＬＥＤ２ａ〜２ｄに流れる電流に応じた第２の制御回路１２のＯＵＴ端子の出力が決定する。この出力により、制御電圧Ｖｃｃに接続されたフォトカプラＰＣ１の発光素子に流れる電流が決まる。フォトカプラＰＣ１内の受光素子から、第１の制御回路１１の制御用集積回路ＩＣ１（例えば新電元社製のＭＲ１７２２）のフィードバック端子ＦＢに制御電圧が帰還入力される。このとき、フィードバック端子ＦＢに入力された制御電圧に応じてスイッチング素子Ｑ１のＯＮ幅を決定する。このように動作することにより、ＬＥＤ２ａ〜２ｄに流れる電流を一定にする制御を行う。
【００３１】
尚、その他の構成について述べておくと、第１の制御回路１１の電源Ｖｃｃは全波整流後の電圧ラインから抵抗Ｒ８を介してツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧で規制された電圧が供給される。当然、制御回路１１の不動作電圧以下にならない。また、第１の制御回路１１のＺＣ端子はゼロクロス端子であり、トランスＴ１のエネルギー放出をモニタし、スイッチング素子Ｑ１が不連続モードで動作するようにしている。
【００３２】
このような動作をすることにより従来の回路に比べ安価で高調波規制を満足でき、かつＬＥＤの絶対最大定格電流を超えることなく、直流平滑電圧で点灯させた場合に比べて光出力の低下を抑えることができる。
【００３３】
なお、この実施形態においてはフライバック型の直流電源にて説明を行ったが、もちろん直流電源はどのようなタイプであっても直流電圧を出力するものであれば同様な効果が得られる。また、ＬＥＤ発光部２においても４個直列のＬＥＤ接続について説明したが、個数には関係なくアノードとカソードの方向さえ一致していれば並列接続しても構わない。
【００３４】
（実施形態２）
本発明の実施形態２の回路図を図４に示す。この実施形態では、図１のスイッチング電源回路部１を非絶縁型の降圧チョッパ回路としたものである。先述の実施形態１と同様の回路の説明は省略する。コンデンサＣ１はこの実施形態でも０．４７μＦに設定している。この回路ではパワースイッチング素子を兼ねた制御回路ＩＣ３（例えば松下電器産業株式会社製造のＭＩＰ５５２）により制御され、降圧チョッパ回路として動作する。
【００３５】
コンデンサＣ１の両端にＬＥＤ２ａ〜２ｄの直列回路からなるＬＥＤ発光部２とチョークＬ１と制御回路ＩＣ３の出力端子Ｑとグランド端子Ｇ間が直列に接続されている。出力端子Ｑは制御回路ＩＣ３の内部でスイッチング用のＭＯＳＦＥＴのドレイン端子に接続されている。グランド端子Ｇは制御回路ＩＣ３の内部でスイッチング用のＭＯＳＦＥＴのソース端子に接続されている。
【００３６】
また、ＬＥＤ発光部２とチョークＬ１の直列回路にダイオードＤ１が並列接続されており、コンデンサＣ２がＬＥＤ発光部２と並列に接続されている。ダイオードＤ１のカソード側はコンデンサＣ２の正極側に接続され、アノード側はチョークＬ１を介してコンデンサＣ２の負極側に接続されている。
【００３７】
制御回路ＩＣ３の周辺には、制御部品として抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ８、コンデンサＣ５〜Ｃ７が接続されている。制御回路ＩＣ３のＶｄｄ端子は外部基準電圧端子であり、この端子の雑音防止用にコンデンサＣ５が接続されている。制御回路ＩＣ３のＥＸ端子はＬＥＤ発光部２への出力電流の大きさを決める端子であり、Ｖｄｄ端子と回路グランド（グランド端子Ｇ）の間に抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３が直列接続され、その分圧電圧がＥＸ端子に印加されている。コンデンサＣ６は上述のコンデンサＣ５と同様、雑音防止用のコンデンサである。
【００３８】
Ｖｉｎ端子は商用交流電源Ｖｓが投入された後、全波整流後の電源ラインからこの端子を介して制御回路ＩＣ３に制御電源を供給する端子である。コンデンサＣ７はコンデンサＣ５、Ｃ６と同じく雑音防止用のコンデンサである。
【００３９】
コンデンサＣ２は実施形態１と同様、ＬＥＤ２ａ〜２ｄに流れる電流のリプル率が０．５９以下となる容量に設定される。ここでは、コンデンサＣ２の容量は１００μＦとしている。
【００４０】
回路動作としては、まず商用交流電源Ｖｓから入力された電圧は入力コネクタＣＯＮ１を介しフィルタ回路部３を経て全波整流器ＤＢにて全波整流される。全波整流された電圧はコンデンサＣ１を介してＬＥＤ発光部２とコンデンサＣ２の並列回路とチョークＬ１と制御回路ＩＣ３の出力端子Ｑ−グランド端子Ｇ間の直列回路に印加される。
【００４１】
商用交流電源Ｖｓの投入直後は、制御回路ＩＣ３のＶｉｎ端子から制御電源が制御回路ＩＣ３に供給され、Ｖｄｄ端子の電圧が所定の電圧に達したときに発振を開始する。制御回路ＩＣ３の出力端子Ｑ−グランド端子Ｇ間の電圧がほぼ０のとき、つまり内部のスイッチング素子がＯＮ状態のときは、制御回路ＩＣ３を介して全波整流器ＤＢの出力電圧がＬＥＤ発光部２とコンデンサＣ２の並列回路とチョークＬ１の直列回路に印加され、ＬＥＤ発光部２のＬＥＤ２ａ〜２ｄが点灯する。このときの全波整流後の波形はコンデンサＣ１の容量が０．４７μＦと小さく設定されているため、ほぼ全波整流の脈流電圧となる。
【００４２】
上述のＯＮ状態の時間幅は制御回路ＩＣ３の内部で設定される閾値電圧で決定される。制御回路ＩＣ３の内部で出力端子Ｑ−グランド端子Ｇ間に流れる電流を電圧に変換し、その電圧が前記閾値電圧に達すると、制御回路ＩＣ３の出力端子Ｑ−グランド端子Ｇ間が開放状態（つまり内部のスイッチング素子がＯＦＦ状態）となる。このとき、チョークＬ１の蓄積エネルギーによる逆起電力にてダイオードＤ１を介してコンデンサＣ２とＬＥＤ発光部２の並列回路に回生電流が流れて、ＬＥＤ２ａ〜２ｄの点灯状態を維持する。ＯＮ区間とＯＦＦ区間を合算した周期Ｔ、つまりその逆数のスイッチング周波数は、この制御回路ＩＣ３では数十ｋＨｚに固定されているため、ＯＦＦ状態からＯＮ状態へは強制的に移行する。
【００４３】
また、制御回路ＩＣ３の出力端子Ｑ−グランド端子Ｇ間がＯＮ状態になる時間幅を設定するための閾値電圧はＥＸ端子の分圧電圧により変えることができる。このＥＸ端子の電圧を変更することによりＬＥＤ発光部２のＬＥＤに流れる電流を設定し、所望の光出力を得ることができる。
【００４４】
図５は本実施形態の動作波形であり、Ｃｈ１は出力電流波形、Ｃｈ４はコンデンサＣ２の両端電圧波形である。Ｃｈ１は５０ｍＡ／１０ｍＶのレンジで測定しており、電流の変動幅Ｉｐｐは１０１ｍＡｐｐ（図中の△が変動幅Ｉｐｐを示しており、△：２０．２ｍＶのため、２０．２ｍＶ×５０ｍＡ／１０ｍＶで１０１ｍＡｐｐ）となる。また、平均電流値は１７０ｍＡであるため、ＬＥＤ２ａ〜２ｄに流れる電流のリプル率は０．５９となる。
【００４５】
市販の直流電源装置（例えば、（株）テクシオＰＡ８０−１Ｂ）でＬＥＤ発光部２に印加されて流れる直流平滑電流で得られる光出力φｄｃと、リプル率を変化させたときの光出力φｌとの比（ＤＣ光束比＝φｌ／φｄｃ）の関係を図６に示す。リプル率を０．５９以下に設定することで、ＤＣ光束比をほぼ１とすることができ、直流平滑電圧で点灯させた場合に比べて光出力の低下を抑えることができる。
【００４６】
以上のように、コンデンサＣ１の容量値を１μＦ未満に設定することにより、高調波ガイドラインの規定を満足することができ、なおかつ、コンデンサＣ２の容量値をＬＥＤ発光部２に流れる電流のリプル率が０．５９以下となるように設定することにより、直流平滑電圧で点灯した場合の光出力と殆ど変わらない光出力を得ることができる。
【００４７】
また、実施形態１，２に共通して言えることであるが、コンデンサＣ１の容量値を下げることで、電源投入時に発生する突入電流を小さくすることができるため、ＬＥＤ照明器具の並列台数の制限に関しても有利になる。
【００４８】
（実施形態３）
図７は実施形態１または２のＬＥＤ点灯装置を用いた電源別置型ＬＥＤ照明器具の構成を示している。器具筐体７は、下端開放された金属製の円筒体よりなり、下端開放部は光拡散板８で覆われている。この光拡散板８に対向するように、ＬＥＤ発光部２が配置されている。２１はＬＥＤ実装基板であり、ＬＥＤ発光部２のＬＥＤ２ａ〜２ｄを実装している。器具筐体７は天井９に埋め込まれており、天井裏に配置された直流電源ユニット４からリード線５とコネクタ６を介して配線されている。
【００４９】
（実施形態４）
図８は実施形態１または２のＬＥＤ点灯装置を用いた電源内蔵型ＬＥＤ照明器具の構成を示している。２１はＬＥＤ実装基板であり、ＬＥＤ発光部２のＬＥＤ２ａ〜２ｄを実装している。４１は電源回路基板であり、図２または図４の直流電源ユニット４の電子部品を実装している。ＬＥＤ発光部２は、器具筐体７内において放熱板７１に接触するように設置されており、ＬＥＤ２ａ〜２ｄの発生する熱を器具筐体７に逃がすようになっている。また、ＬＥＤ発光部２と直流電源ユニット４は、この放熱板７１に設けられた穴を介して、リード線５で接続されている。放熱板７１はアルミ板や銅板のような金属板であり、放熱効果と遮蔽効果を兼ねている。放熱板７１は器具筐体７に電気的に接続されてアースされるが、リード線５のプラス側ならびにマイナス側とは電気的に分離された非充電部となっている。
【００５０】
このように、点灯装置を器具筐体７に内蔵することにより、ＬＥＤ発光部２への配線を外部から触れないことから、配線の引き回しが一定となり、雑音性能が安定するという効果がある。
【符号の説明】
【００５１】
Ｖｓ 商用交流電源
ＤＢ 全波整流器
Ｃ１ 第１のコンデンサ
Ｃ２ 第２のコンデンサ
１ スイッチング電源回路部
２ ＬＥＤ発光部
３ フィルタ回路部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電源を全波整流する全波整流器と、前記全波整流器の出力端に並列接続される第１のコンデンサと、前記第１のコンデンサに入力端を並列接続されるスイッチング電源回路部と、前記スイッチング電源回路部の出力端に接続されるＬＥＤ発光部と、前記ＬＥＤ発光部に並列接続される第２のコンデンサとを備え、前記第１のコンデンサの容量が１μＦ未満であり、前記第２のコンデンサは前記ＬＥＤ発光部に流れる電流のリプル率が０．５９以下になる容量に設定されたことを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
【請求項１】
商用交流電源を全波整流する全波整流器と、前記全波整流器の出力端に並列接続される第１のコンデンサと、前記第１のコンデンサに入力端を並列接続されるスイッチング電源回路部と、前記スイッチング電源回路部の出力端に接続されるＬＥＤ発光部と、前記ＬＥＤ発光部に並列接続される第２のコンデンサとを備え、前記第１のコンデンサの容量が１μＦ未満であり、前記第２のコンデンサは前記ＬＥＤ発光部に流れる電流のリプル率が０．５９以下になる容量に設定されたことを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１８２１５５（Ｐ２０１２−１８２１５５Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１４３７５３（Ｐ２０１２−１４３７５３）
【出願日】平成２４年６月２７日（２０１２．６．２７）
【分割の表示】特願２００７−３０９２２５（Ｐ２００７−３０９２２５）の分割
【原出願日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年６月２７日（２０１２．６．２７）
【分割の表示】特願２００７−３０９２２５（Ｐ２００７−３０９２２５）の分割
【原出願日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]