JP2006040584A - Led点灯装置及びそれを組み込んだ照明装置。 - Google Patents
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Abstract
【課題】 LEDの光出力の向上とともにLEDの寿命を長くすることのできるLED点灯装置及びそれを組み込んだ照明装置を提供すること。
【解決手段】 交流入力電源を整流する整流回路2と、同整流回路2によって得られる直流電源の+側電源と接地との間に直列接続される抵抗器R1及びツェナーダイオーZDと、この抵抗器R1とツェナーダイオードZDとの間にベースが接続されたトランジスタQとを備え、そのトランジスタQのコレクタと+側電源との間にLED(LD)が接続され、かつトランジスタQのエミッタと接地との間に抵抗器R2が接続されたLED点灯装置1である。抵抗器R1及びツェナーダイオードZDの直列接続の前段に直流電源電圧を略一定に変換する電圧変換回路3を設け、同電圧変換回路3を前記LED(LD)の動作状態に応じてフィードバック制御する。
【選択図】図1
【解決手段】 交流入力電源を整流する整流回路2と、同整流回路2によって得られる直流電源の+側電源と接地との間に直列接続される抵抗器R1及びツェナーダイオーZDと、この抵抗器R1とツェナーダイオードZDとの間にベースが接続されたトランジスタQとを備え、そのトランジスタQのコレクタと+側電源との間にLED(LD)が接続され、かつトランジスタQのエミッタと接地との間に抵抗器R2が接続されたLED点灯装置1である。抵抗器R1及びツェナーダイオードZDの直列接続の前段に直流電源電圧を略一定に変換する電圧変換回路3を設け、同電圧変換回路3を前記LED(LD)の動作状態に応じてフィードバック制御する。
【選択図】図1
Description
本発明はLED点灯装置及びそれを組み込んだ照明装置に関する。
従来のLED点灯装置には、図8に示すように、交流入力電源(AC)を整流する整流回路102と、この整流回路102によって得られる脈流電源の+側電源(+V)と接地との間に直列接続される抵抗器103及びツェナーダイオード104と、この抵抗器103とツェナーダイオード104との間にベースが接続されたトランジスタ105とを備え、そのトランジスタ105のコレクタと+側電源との間にLED101を接続させ、かつトランジスタ105のエミッタと接地との間に抵抗器106を接続するなどして、LED101の寿命を長くするとともに、LED101の光出力の向上をはかる対策を施したLED点灯装置100がある(例えば、特許文献1参照。)。
このLED点灯装置100にあっては、トランジスタ105のエミッタと整流回路102の接地側出力端との間に抵抗器106が接続されており、トランジスタ105、ツェナーダイオード104及び2つの抵抗器103、106らによって定電流回路が構成されている。そして、交流電源ACをオンすると、整流回路102で整流された脈流の電源電圧が0から上昇し、ツェナーダイオード104のツェナー電圧を超えると、トランジスタ105のエミッタ電圧がベース〜エミッタ間の電位差に追従して一定電圧となり、抵抗器106に流れる電流値は略一定となる。その結果として、LED10lには、図9に示すようなほぼ方形波形状の電流が流れることとなる。
ところで、LEDは、一般的に順方向電圧(Vf)のバラツキが大きく、さらに図10に示す様に、ジャンクション部温度の変化によるVfの変動も大きいという性質がある。このことより、LED点灯装置にあっては、直流電源の電圧設定を行なうにあたり、LEDのVfのバラツキや、使用温度条件の範囲内におけるLEDのVf(VLED)の変動を考慮し、直流電源の電圧を十分大きな値に設定する必要がある。
ここで、トランジスタ105に印加される電圧をVCE、抵抗器106に印加される電圧をVR、整流回路102の出力電圧をVDCとすると、VCE=VDC−VLED−VRとなり、トランジスタ105での消費電力ロスWQは、LED10lに流れる電流をILEDとすると、WQ=ILED×(VDC−VLED−VR)となる。ここで、LED101のVLEDのバラツキが大きく、温度によるVLED変動が大きいため、上記構成においては、VDCを十分大きな値に設定しておく必要があった。
特開2000−260578号公報
以上に述べた従来のLED点灯装置100にあっては、Vfのバラツキの最大値や使用環境の下限温度を考慮して、整流回路102の出力を十分に大きな値に設定した場合、Vfのバラツキ下限品を使用したとき、あるいは使用環境温度が高いときにおいて、順方向電圧Vfが小さくなるとともにトランジスタ105のエミッタ電圧が大きくなる。その結果として、トランジスタ105による電力ロスが大きくなり、トランジスタ105が発熱する。さらに、直列接続されるLEDの数が増えたり使用下限温度の低い条件のときには、トランジスタによる電力ロスが更に増大し、トランジスタによる発熱量も増加することとなる。
すなわち、上記構成によると、トランジスタ105の発熱の煽りを受けて、LED10lが温度上昇することによる発光効率の低下が懸念される。また、LED自体の温度変動によりチップ接着部の劣化等が発生しやすくなる結果、LEDの寿命が短くなることが想定される。
本願発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、その課題は、LEDの光出力の向上とともにLEDの寿命を長くすることのできるLED点灯装置及びそれを組み込んだ照明装置を提供することである。
上記課題を解決するために、本願発明によるLED点灯装置は、交流入力電源を整流する整流回路と、同整流回路によって得られる直流電源の+側電源と接地との間に直列接続される抵抗器及びツェナーダイオードと、この抵抗器とツェナーダイオードとの間にベースが接続されたトランジスタとを備え、そのトランジスタのコレクタと+側電源との間にLEDが接続され、かつトランジスタのエミッタと接地との間に抵抗器が接続されたLED点灯装置において、前記抵抗器及びツェナーダイオードの直列接続の前段に直流電源電圧を略一定に変換する電圧変換回路を設け、同電圧変換回路を前記LEDの動作状態に応じてフィードバック制御することを特徴としている。
そして、前記LEDへの通電電流を検出する電流検出回路を設け、前記フィードバック制御を同電流検出回路の出力に応じてすることが好ましい。
また、交流入力電源を整流する整流回路と、同整流回路によって得られる直流電源の+側電源と接地との間に直列接続される抵抗器及びツェナーダイオードと、この抵抗器とツェナーダイオードとの間にベースが接続されたトランジスタとを備え、そのトランジスタのコレクタと+側電源との間にLEDが接続され、かつトランジスタのエミッタと接地との間に抵抗器が接続されたLED点灯装置において、前記抵抗器及びツェナーダイオードの直列接続の前段に直流電源電圧を略一定に変換する電圧変換回路と、同電圧変換回路をタイマ制御するタイマ回路を設け、前記LEDの点灯時間経過に応じて制御することも好ましい。
また、交流入力電源を整流する整流回路と、同整流回路によって得られる直流電源の+側電源と接地との間に直列接続される抵抗器及びツェナーダイオードと、この抵抗器とツェナーダイオードとの間にベースが接続されたトランジスタとを備え、そのトランジスタのコレクタと+側電源との間にLEDが接続され、かつトランジスタのエミッタと接地との間に抵抗器が接続されたLED点灯装置において、前記抵抗器及びツェナーダイオードの直列接続の前段に直流電源電圧を略一定に変換する電圧変換回路を設け、同電圧変換回路の出力電圧が温度補償されるよう成すことも好ましい。
また、本願発明によるLED点灯装置を組み込んだ照明装置は、前記のLED点灯装置を組み込んだものとしている。
本願発明のLED点灯装置及びそれを組み込んだ照明装置は、抵抗器及びツェナーダイオードの直列接続の前段に設けられた、直流電源電圧を電圧を略一定に変換する電圧変換回路が、LEDの動作状態に応じてフィードバック制御されるので、LEDの光出力の向上とともにLEDの寿命を長くすることができる。
そして、フィードバック制御がLEDへの通電電流を検出する電流検出回路の出力に応じてなされるので、LEDの光出力向上や長寿命がより確実になされるものとなる。
また、抵抗器及びツェナーダイオードの直列接続の前段に設けられた、直流電源電圧を略一定に変換する電圧変換回路を、LEDの点灯時間経過に応じてタイマ制御した結果として、LEDの光出力の向上とともにLEDの寿命を長くすることができる。
また、抵抗器及びツェナーダイオードの直列接続の前段に設けられた、直流電源電圧を略一定に変換する電圧変換回路を温度補償した結果として、LEDの光出力の向上とともにLEDの寿命を長くすることができる。
本発明の上記および他の効果、特徴および利点を明確にすべく、添付した図面を参照しながら、本発明の実施の形態を以下に詳述する。図1を参照すると、本発明の第一の実施形態としてのLED点灯装置の概略構成図が示されている。図2は、図1の構成によるLED点灯装置の作用を示す説明図である。
この実施形態のLED点灯装置1は、交流入力電源を整流する整流回路2と、同整流回路2によって得られる直流電源の+側電源と接地との間に直列接続される抵抗器R1及びツェナーダイオードZDと、この抵抗器R1とツェナーダイオードZDとの間にベースが接続されたトランジスタQとを備え、そのトランジスタQのコレクタと+側電源との間にLED(LD)が接続され、かつトランジスタQのエミッタと接地との間に抵抗器R2が接続されたLED点灯装置において、前記抵抗器R1及びツェナーダイオードZDの直列接続の前段に直流電源電圧を略一定に変換する電圧変換回路3を設け、同電圧変換回路3を前記LED(LD)の動作状態に応じてフィードバック制御することとしている。
この場合、前記LED(LD)への通電電流を検出する電流検出回路4を設け、前記フィードバック制御を同電流検出回路4の出力に応じてするよう成してもいる。
電圧変換回路3は、整流回路2の出力側に接続されており、チョッパ回路31と、後述する電流検出回路4からの検出信号により同チョッパ回路31を制御するチョッパ制御回路32とを備えている。この電圧変換回路3は、整流後の直流電源電圧を略一定の電圧に変換し、LED(LD)に供給している。
電流検出回路4は、LED(LD)に直列接続されたトランジスタQのコレクタ〜エミッタ間電圧VCEと、抵抗器R2に印可される電圧VRとの和となる電圧VRQを、LED(LD)への通電電流の検出信号として電圧変換回路3へ向け出力する。
上記構成においては、トランジスタQのベース電圧は、ツェナーダイオードZDより略一定となり、トランジスタQのエミッタ電圧もベース〜エミッタの電位差をもって追従し略一定となる。これにより、抵抗器R2に流れる電流が略一定となり、LED(LD)に流れる電流値ILEDも略一定となる。ツェナーダイオードZDの電圧をVZD、トランジスタQのベース〜エミッタ間電圧をVBEとすると、ILED=(VZD−VBE)/R2となる。ここで、VBEは発熱により低下するが、本構成によるとツェナーダイオードZDは負特性のものを使用し、VZDをVBEと同程度まで低下させて温度変化に対しても定電流状態を保つ様にしている。
例えばVZD=1.5V、VBE=0.7Vとすると、抵抗器R2に印加される電圧VR=1.5−0.7=0.8Vとなる。LED(LD)のVfをVLEDとする。トランジスタQのコレクタ〜エミッタ間には0.2V程度を必要とすると、チョッパ出力電圧VDCは、VDC≧VLED+0.8+0.2=VLED+1でなければならない。このVLEDはバラツキ、及び温度に対する変動を考慮して、最大値で考える必要がある。
上記構成のLED点灯装置1の交流電源ACをオンすると、図2に示す様に、VLEDは時間と共に低下するが、チョッパ制御回路32が電流検出回路4からの検出信号に応じて検出電圧VQが略一定となるようにをチョッパ回路31を制御する。これにより、VLEDの低下に伴いVDCも低下することとなる。VCE=VRQ−VRとなり、トランジスタQの消費電力ロスWQは、WQ=ILED×VCE=ILED×(VRQ−VR)となる。この場合、VRQ、VRが共に略一定であるため、LED(LD)を駆動しているトランジスタQの消費電力ロスWQを略一定にすることが出来るのである。
したがって、以上説明したLED点灯装置1及びそれを組み込んだ照明装置によると、抵抗器R1及びツェナーダイオードZDの直列接続の前段に設けられた、直流電源電圧を電圧を略一定に変換する電圧変換回路3が、LED(LD)の動作状態に応じてフィードバック制御されるので、LED(LD)の光出力の向上とともにLED(LD)の寿命を長くすることができる。
そして、フィードバック制御がLED(LD)への通電電流を検出する電流検出回路4の出力に応じてなされるので、LED(LD)の光出力向上や長寿命がより確実になされるものとなる。
なお、上記実施の形態において、電圧変換回路3を前記LED(LD)の動作状態に応じてフィードバック制御する構成は、上記電流検出回路4以外に、例えば図3に示すように、LED(LD)のVf(VLED)を検出し、その検出電圧の値に応じた信号を発生する電圧検出回路5としてもよい。
この構成のLED点灯装置1は、交流電源ACをオンすると、LED(LD)は自らの電力ロスによる発熱や他の構成部品の発熱の煽りを受けて温度上昇し、LED(LD)の両端電圧VLEDは時間と共に低下するが、VLEDの低下に応じて電圧検出回路5は検出信号を発生し、その検出信号に応じてチョッパ制御回路32がチョッパ回路31をリニアに制御し、VDCも低下することとなる。すなわち、VCE=VDC−VLED−VRであるので、トランジスタQの消費電力ロスWQは、WQ=ILED×VCE=ILED×(VDC−VLED−VR)となり、VRが略一定であり、VLEDが低下するのに応じてVDCを低下させるので、トランジスタQの消費電力ロスWQの増加を抑えることが出来るのである。
次に、図4を参照すると、本発明の第二の実施形態としてのLED点灯装置の概略構成図が示されている。図5は、図4の構成によるLED点灯装置の作用を示す説明図である。
この実施形態のLED点灯装置1は、交流入力電源を整流する整流回路2と、同整流回路2によって得られる直流電源の+側電源と接地との間に直列接続される抵抗器R1及びツェナーダイオードZDと、この抵抗器R1とツェナーダイオードZDとの間にベースが接続されたトランジスタQとを備え、そのトランジスタQのコレクタと+側電源との間にLED(LD)が接続され、かつトランジスタQのエミッタと接地との間に抵抗器R2が接続されたLED点灯装置において、前記抵抗器R1及びツェナーダイオードZDの直列接続の前段に直流電源電圧を略一定に変換する電圧変換回路3と、同電圧変換回路3をタイマ制御するタイマ回路6を設け、前記LED(LD)の点灯時間経過に応じて制御することとしている。なお、このタイマ回路6は、ある所定時間Tl後に信号を発生しチョッパ制御回路32に出力するようにしている。
上記構成においても、前述のものと同じく、チョッパ出力電圧VDCは、VDC≧VLED+0.8+0.2=VLED+1でなければならない。このVLEDはバラツキ、温度に対する変動を考慮して、最大値で考える必要がある。
上記構成のLED点灯装置1の交流電源ACをオンすると、図5に示す様に、VLEDは時間と共に低下するが、所定時間Tl後にタイマ回路6は信号を発生し、チョッパ制御回路32はタイマ回路6からの信号を受け、図5に示す様に、チョッパ出力電圧をVDC1からVDC2に低下させている。
これにより、VCE=VDC−VLED−VRであるので、トランジスタQの消費電力ロスWQは、WQ=ILED×VCE=ILED×(VDC−VLED−VR)となる。本実施例によれば、VLEDは時間と共に低下するが、VRが略一定であり、所定時間Tl後に出力電圧DC28をVDC1からVDC2に低下させるので、トランジスタQの消費電力ロスWQの増加を抑えることが出来るのである。
したがって、以上説明したLED点灯装置1及びそれを組み込んだ照明装置によると、抵抗器R1及びツェナーダイオードZDの直列接続の前段に設けられた、直流電源電圧を略一定に変換する電圧変換回路3を、LED(LD)の点灯時間経過に応じてタイマ制御した結果として、LED(LD)の光出力の向上とともにLED(LD)の寿命を長くすることができる。
次に、図6を参照すると、本発明の第三の実施形態としてのLED点灯装置の概略構成図が示されている。図7は、図6の構成によるLED点灯装置の作用を示す説明図である。
この実施形態のLED点灯装置1は、交流入力電源を整流する整流回路2と、同整流回路2によって得られる直流電源の+側電源と接地との間に直列接続される抵抗器R1及びツェナーダイオードZDと、この抵抗器R2とツェナーダイオードZDとの間にベースが接続されたトランジスタQとを備え、そのトランジスタQのコレクタと+側電源との間にLED(LD)が接続され、かつトランジスタQのエミッタと接地との間に抵抗器R2が接続されたLED点灯装置において、前記抵抗器R1及びツェナーダイオードZDの直列接続の前段に直流電源電圧を略一定に変換する電圧変換回路3を設け、同電圧変換回路3の出力電圧が温度補償されるよう成すこととしている。
電圧変換回路3は、この場合、スイッチング電源用IPD(インテリジェント・パワーデバイス)PD(例えば、松下電器製 品番MIPO221)を中心にして、ダイオードD1、D2、負特性をもったツェナーダイオードZD3、インダクタL、コンデンサC1、C2、C3から成る降圧チョッパ回路にて構成している。この降圧チョッパ回路は、IPD(PD)がオンすると、電流がIPD(PD)、インダクタL、コンデンサC2の経路で流れ、インダクタLを励磁し、かつコンデンサC2を充電する。また、IPD(PD)がオフすると、インダクタLの励磁エネルギーによってダイオードD1、インダクタL、コンデンサC2の経路にて電流が流れコンデンサC2を充電する。ここで、ツェナーダイオードZD3のツェナー電圧をVZD3とすると、コンデンサC2の電圧VCは、VC=VZD3+5.7となり、整流後の電圧を略一定の電圧VCに変換しLED(LD)に電源電圧を供給する。なお、同構成においてコンデンサC1は、整流回路2にて整流された電圧を平滑するもので、電圧変換回路3は、負特性をもったツェナーダイオードZD3にてその出力電圧が温度補償されるようにしてある。
ツェナーダイオードZDにより、トランジスタQのベース電圧は略一定となり、トランジスタQのエミッタ電圧はベース〜エミッタの電位差で追従し略一定となるため、抵抗器R2に流れる電流が略一定となり、結果としてLED(LD)に流れる電流値ILEDは略一定となる。ツェナーダイオードZDの電圧をVZD、トランジスタQのベース〜エミッタ間電圧をVBE、抵抗器R2の抵抗値をRとすると、ILED=(VZD−VBE)/Rとなる。ここで、VBEは発熱により低下する。
この実施形態のLED点灯装置1では、ツェナーダイオードZDとして負特性のものを使用し、VZDをVBEと同程度低下させて温度変化に対しても定電流状態を保つ様に動作している。例えばVZD=1.5V、VBE=0.7Vとすると、抵抗器R2に印加される電圧VR=1.5−0.7=0.8Vとなる。LED(LD)のVfをVLEDとする。トランジスタQのコレクタ〜エミッタ間に0.2V必要とすると、コンデンサC2の電圧VCは、VC≧VLED+0.8+0.2=VLED+1でなければならない。このVLEDはバラツキ、温度に対する変動を考慮して、最大値で考える必要がある。
上記構成のLED点灯装置1の交流電源ACをオンすると、図7に示す様に、LED(LD)は自らの電力ロスによる発熱や他の構成部品の発熱の煽りを受けて温度上昇し、LED(LD)の両端電圧VLEDは時間と共に低下するが、発熱や他部晶の発熱の煽りを受けて温度上昇しLED(LD)の両端電圧VLEDは時間と共に低下するが、負特性のツェナーダイオードZD3を使用しているため、自らの発熱や他部品の発熱の煽りを受けて温度上昇することでそのツェナー電圧が低下し、VCを時間と共に低下させる様に動作するのである。すなわち、VCE=VC−VLED−VRであるので、トランジスタQの消費電力ロスWQはWQ=ILED×VCE=ILED×(VC−VLED−VR)となる。本構成によれば、VRは略一定であり、VLEDが低下するのに応じてVCを低下させるので、トランジスタQの消費電力ロスWQの増加を抑えることが出来るのである。
したがって、上記構成のLED点灯装置1及びそれを組み込んだ照明装置によると、抵抗器R1及びツェナーダイオードZDの直列接続の前段に設けられた、直流電源電圧を略一定に変換する電圧変換回路3を、ツェナーダイオードZD3の温度特性にて温度補償した結果として、LED(LD)の光出力の向上とともにLED(LD)の寿命を長くすることができる。
以上説明したように、本発明のLED点灯装置1及びそれを組み込んだ照明装置によれば、LED(LD)のVfが低下した際に電圧変換回路3の出力電圧を低下させることで、LED(LD)に印加される電圧を軽減し、トランジスタQの消費電力ロスWQを軽減出来ることから、LED点灯装置1全体の発熱を抑えることが出来る。また、トランジスタQの発熱の煽りを受けていたLED(LD)も発熱を抑えることが出来るので、定格の大きな電子部晶が不要となるとともに回路効率が改善できる。また、LEDの発光効率を向上するとともにLEDの光束劣化も軽減することができる。さらに、放熱フィンなどを用いた放熱が不要になるため、コストを抑えたり小型化することが可能となるなどの効果を奏するのである。なお、本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施例は適宜変更され得ることは明らかである。
1 LED点灯装置
2 整流回路
3 電圧変換回路
31 チョッパ回路
32 チョッパ制御回路
4 電流検出回路
5 電圧検出回路
6 タイマ回路
AC 交流電源
Tl 所定時間
2 整流回路
3 電圧変換回路
31 チョッパ回路
32 チョッパ制御回路
4 電流検出回路
5 電圧検出回路
6 タイマ回路
AC 交流電源
Tl 所定時間
Claims (5)
- 交流入力電源を整流する整流回路と、同整流回路によって得られる直流電源の+側電源と接地との間に直列接続される抵抗器及びツェナーダイオードと、この抵抗器とツェナーダイオードとの間にベースが接続されたトランジスタとを備え、そのトランジスタのコレクタと+側電源との間にLEDが接続され、かつトランジスタのエミッタと接地との間に抵抗器が接続されたLED点灯装置において、
前記抵抗器及びツェナーダイオードの直列接続の前段に直流電源電圧を略一定に変換する電圧変換回路を設け、同電圧変換回路を前記LEDの動作状態に応じてフィードバック制御することを特徴とするLED点灯装置。 - 前記LEDへの通電電流を検出する電流検出回路を設け、前記フィードバック制御を同電流検出回路の出力に応じてするよう成したことを特徴とする請求項1に記載のLED点灯装置。
- 交流入力電源を整流する整流回路と、同整流回路によって得られる直流電源の+側電源と接地との間に直列接続される抵抗器及びツェナーダイオードと、この抵抗器とツェナーダイオードとの間にベースが接続されたトランジスタとを備え、そのトランジスタのコレクタと+側電源との間にLEDが接続され、かつトランジスタのエミッタと接地との間に抵抗器が接続されたLED点灯装置において、
前記抵抗器及びツェナーダイオードの直列接続の前段に直流電源電圧を略一定に変換する電圧変換回路と、同電圧変換回路をタイマ制御するタイマ回路を設け、前記LEDの点灯時間経過に応じて制御することを特徴とするLED点灯装置。 - 交流入力電源を整流する整流回路と、同整流回路によって得られる直流電源の+側電源と接地との間に直列接続される抵抗器及びツェナーダイオードと、この抵抗器とツェナーダイオードとの間にベースが接続されたトランジスタとを備え、そのトランジスタのコレクタと+側電源との間にLEDが接続され、かつトランジスタのエミッタと接地との間に抵抗器が接続されたLED点灯装置において、
前記抵抗器及びツェナーダイオードの直列接続の前段に直流電源電圧を略一定に変換する電圧変換回路を設け、同電圧変換回路の出力電圧が温度補償されるよう成したことを特徴とするLED点灯装置。 - 請求項1乃至4に記載のLED点灯装置を組み込んだ照明装置。
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