JP2010080844A - Ｌｅｄ点灯装置および照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】
外部からの対地ノイズやサージなどによる発光ダイオードの破壊や点灯時のちらつきが防止されるＬＥＤ点灯装置およびこのＬＥＤ点灯装置を具備する照明器具を提供する。
【解決手段】
ＬＥＤ点灯装置１は、直流電源回路２と、スイッチング素子Ｑ１を有し、スイッチング素子Ｑ１のオンオフ動作により直流電源回路２の出力電圧を所定の直流電圧に変換して出力するＤＣ−ＤＣ変換回路３と、ＤＣ−ＤＣ変換回路３の出力間に直列的に接続された複数の発光ダイオード５と、発光ダイオード５の個々にそれぞれ並列的に接続された複数のバイパス用コンデンサ６とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードを点灯するＬＥＤ点灯装置およびこのＬＥＤ点灯装置を具備する照明器具に関する。

ＬＥＤ点灯装置は、一般的に、商用交流電源の交流電圧を一定の直流電圧に変換し、発光ダイオード（ＬＥＤ）に一定の電流を供給し、発光ダイオードからの光出力を一定に制御している。そして、交流電圧に対地ノイズ電圧が重畳されることがあり、このノイズ電圧による発光ダイオードの破壊を防止するＬＥＤ点灯装置が提案されている（特許文献１参照。）。この従来技術のＬＥＤ点灯装置は、ＬＥＤユニットと電源ユニットに構成され、その電源ユニットは、整流回路とＤＣ−ＤＣコンバータ回路を金属ケース内に収納している。

そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の２次側グランドを金属ケースに接続する対地ノイズ電圧バイパス用のコンデンサを設けるとともに、金属ケースとＬＥＤユニットの導電部とを接続するアース線を設け、前記コンデンサの静電容量は、ＬＥＤユニットの各ＬＥＤと導電部との間の合成浮遊容量よりも大きく設定したものである。これにより、交流電源に対地ノイズ電圧が印加されたときに、ＬＥＤユニットの浮遊容量を介して対地ノイズ電圧によるパルス電流が流れようとしても、前記コンデンサを介してパルス電流がバイパスされるので、ＬＥＤの耐圧を超えるパルス電流が流れることを防止でき、ＬＥＤの破壊が生じないというものである。
特開２００８−１３０４３８号公報（第４−６頁、第１図）

特許文献１のＬＥＤ点灯回路は、対地ノイズ電圧によるパルス電流やＤＣ−ＤＣコンバータ回路からの漏れ高周波電流が浮遊容量の大きいＬＥＤと導電部との間を介してアースに流れることがあり、これにより、個々のＬＥＤの点灯状態がちらつくことがあるという欠点を有する。また、対地ノイズ電圧バイパス用のコンデンサは、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の２次側グランドと金属ケースとの間に接続するので、少なくとも数百ボルトの耐電圧を必要とする高価な部品であり、ＬＥＤ点灯装置をコスト上昇させるという欠点を有する。

本発明は、外部からの対地ノイズやサージなどによる発光ダイオードの破壊や点灯時のちらつきが防止されるＬＥＤ点灯装置およびこのＬＥＤ点灯装置を具備する照明器具を提供することを目的とする。

請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置の発明は、直流電源回路と；スイッチング素子を有し、このスイッチング素子のオンオフ動作により前記直流電源回路の出力電圧を所定の直流電圧に変換して出力するＤＣ−ＤＣ変換回路と；このＤＣ−ＤＣ変換回路の出力間に接続された複数の発光ダイオードと；この発光ダイオードの個々にそれぞれ並列的に接続され、合成容量が前記発光ダイオードとアースとの間の浮遊容量よりも大きい複数のバイパス用コンデンサと；を具備していることを特徴とする。
本発明および以下の各発明において、特に言及しない限り、各構成は以下による。

スイッチング素子は、例えばバイポーラトランジスタや電界効果トランジスタなどからなり、ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力間に所定の直流電圧が発生するようにオンオフ制御される。

浮遊容量は、器具本体に配設されている発光ダイオードと、当該器具本体をアースに接続して当該器具本体の外面との間で、市販の容量計により測定して求めることができる。

バイパス用コンデンサは、それぞれの容量が異なっていてもよいが、ＬＥＤ点灯装置の製造上、部品点数の増加は好ましくなく、同一容量、同一品種のものを用いるのが好ましい。バイパス用コンデンサは、その大きさや価格を勘案し、容量が大きいほどよく、例えば発光ダイオードとアースとの間の浮遊容量の最も大きい浮遊容量よりも大きい容量のものを用いると好適である。

発光ダイオードは、例えば、基板の表面側に整列的に配設されるとともに配線パターンにより電気的に直列接続される。バイパス用コンデンサは、例えば、安価なチップコンデンサとすることができ、基板の表面側において、各発光ダイオード間に配設することができる。これにより、バイパス用コンデンサを具備することによるＬＥＤ点灯装置の大型化やコスト上昇が抑制される。

複数のバイパス用コンデンサは、発光ダイオードが直列接続されていることにより、直列接続されている。直列接続された発光ダイオードに印加する対地ノイズ電圧は、直列接続されているバイパス用コンデンサの合成容量と浮遊容量とにより分圧される。バイパス用コンデンサの合成容量は、浮遊容量よりも大きいので、直列接続されているバイパス用コンデンサの両端間電圧は、浮遊容量の両端間電圧よりも小さくなり、個々のバイパス用コンデンサの両端間電圧はさらに小さくなり、微小電圧となる。したがって、バイパス用コンデンサに並列的に接続している個々の発光ダイオードに印加される対地ノイズ電圧は、微小電圧となるものである。

本発明によれば、発光ダイオードに外部から対地ノイズや雷サージなどの高電圧が印加されても、発光ダイオードに並列的に接続しているバイパス用コンデンサが浮遊容量との間で対地ノイズ電圧や雷サージ電圧などの高電圧を分圧し、個々の発光ダイオードには、それぞれ微小電圧が印加される。この微小電圧は、ＤＣ−ＤＣ変換回路から出力され、発光ダイオードに印加している点灯電圧をほとんど電圧変動させないので、発光ダイオードの点灯時のちらつきが防止される。

請求項２に記載のＬＥＤ点灯装置の発明は、請求項１記載のＬＥＤ点灯装置において、ＤＣ−ＤＣ変換回路は、絶縁トランス、この絶縁トランスの一次巻線と直列的に接続され前記直流電源回路の出力間に接続されたスイッチング素子、前記絶縁トランスの二次巻線間に接続された整流平滑回路および前記絶縁トランスの一次巻線および二次巻線の間に接続された結合用コンデンサを有して構成されていることを特徴とする。
結合用コンデンサは、絶縁トランスの一次巻線および二次巻線のそれぞれの高電位側同士または低電位側同士に接続される。

本発明によれば、スイッチング素子のオンオフ動作により発生したノイズは、結合用コンデンサを介して絶縁トランスの二次巻線側に伝播され、直流電源回路に交流電圧を供給している交流電源側には伝播されにくくなる。そして、当該ノイズが発光ダイオードに印加しようとしても、発光ダイオードに並列的に接続しているバイパス用コンデンサにより、発光ダイオードには、当該ノイズによる電圧がほとんど印加されなくなる。

請求項３に記載の照明器具の発明は、請求項１または２記載のＬＥＤ点灯装置と；このＬＥＤ点灯装置の発光ダイオードを配設している器具本体と；を具備していることを特徴とする。
器具本体は、発光ダイオードを除くＬＥＤ点灯装置の部分を例えばユニットとして配設していてもよい。

本発明によれば、請求項１または２記載のＬＥＤ点灯装置を具備するので、発光ダイオードに外部からの対地ノイズや雷サージなどによる高電圧が印加することを抑制することができて、発光ダイオードの破壊や点灯時のちらつきが防止される照明器具が提供される。

請求項１の発明によれば、外部からの対地ノイズや雷サージなどの高電圧が発光ダイオードに印加されても、発光ダイオードの個々に接続されているバイパス用コンデンサの作用により、発光ダイオードへの電圧印加が微小電圧となり、発光ダイオードの破壊や点灯時のちらつきが防止されるので、発光ダイオードから安定した光出力が得ることができ、発光ダイオードの短寿命化を防止することができる。

請求項２の発明によれば、スイッチング素子のオンオフ動作により発生したノイズは、結合用コンデンサにより交流電源側には伝播されにくくなり、発光ダイオードに並列的に接続しているバイパス用コンデンサにより、発光ダイオードにノイズによる電圧がほとんど印加されなくなるので、発光ダイオードから安定した光出力が得られる品質の向上したＬＥＤ点灯装置を提供することができる。

請求項３の発明によれば、請求項１または２記載のＬＥＤ点灯装置を具備し、発光ダイオードの破壊や点灯時のちらつきが防止されるので、発光ダイオードから安定した光出力が得られる品質の向上した照明器具を提供することができる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。まず、本発明の第１の実施形態について説明する。

図１および図２は、本発明の第１の実施形態を示し、図１はＬＥＤ点灯装置の概略回路図、図２は発光ダイオードおよびバイパス用コンデンサの基板への実装を示す概略側面図である。

ＬＥＤ点灯装置１は、直流電源回路２およびＤＣ−ＤＣ変換回路３を有する点灯回路４、発光ダイオード５およびバイパス用コンデンサ６を有するＬＥＤ回路７を有して構成されている。点灯回路４の入力端子８，８は、商用交流電源Ｖｓに接続され、出力端子９，９は、ＬＥＤ回路７に接続されている。点灯回路４は、電源ユニットに形成することができ、ＬＥＤ回路７は、点灯ユニットに形成することができる。

直流電源回路２は、整流器１０および平滑用コンデンサＣ１を有して形成されている。そして、整流器１０の入力端子が点灯回路４の入力端子８，８に接続され、整流器１０の出力端子間に平滑用コンデンサＣ１を接続している。直流電源回路２は、商用交流電源Ｖｓからの交流電圧を直流電圧に変換して出力する。

ＤＣ−ＤＣ変換回路３は、絶縁トランスＴ１、スイッチング素子Ｑ１および整流平滑回路１１を有して形成されている。絶縁トランスＴ１は、直流電源回路２の出力電圧（平滑用コンデンサＣ１の両端間電圧）を変成して出力する。スイッチング素子Ｑ１は、電界効果トランジスタからなり、絶縁トランスＴ１の一次巻線Ｔ１ａと直列的に接続されて、直流電源回路２の出力間（平滑用コンデンサＣ１の両端間）に接続されている。

スイッチング素子Ｑ１のゲート（制御端子）は、制御回路１２に接続されている。制御回路１２は、絶縁トランスＴ１の二次巻線Ｔ１ｂの両端間（整流平滑回路１１の出力間）に所定の直流電圧が発生するように、スイッチング素子Ｑ１のオンオフ動作を制御するように形成されている。

そして、絶縁トランスＴ１の一次巻線Ｔ１ａの両端間には、スナバ回路１３が接続されている。スナバ回路１３は、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ２を有して形成され、スイッチング素子Ｑ１がオン状態からオフ状態になったときに、絶縁トランスＴ１の一次巻線Ｔ１ａの流れている電流を回生させて、スイッチング素子Ｑ１を保護している。

整流平滑回路１１は、絶縁トランスＴ１の二次巻線Ｔ１ｂの両端間に接続されている。そして、整流平滑回路１１は、整流用のダイオードＤ２および平滑用コンデンサＣ３を有して形成され、絶縁トランスＴ１の二次巻線Ｔ１ｂの両端間に発生した電圧を所定の直流電圧に整流平滑している。こうして、ＤＣ−ＤＣ変換回路３は、スイッチング素子Ｑ１のオンオフ動作により、直流電源回路２の出力電圧を所定の直流電圧に変換して、点灯回路４の出力端子９，９間に出力している。

発光ダイオード５は、照明光として利用される可視光（例えば白色光）を放射するように形成され、複数個が直列接続されている。この直列接続された発光ダイオード５は、点灯回路４の出力端子９，９間、すなわちＤＣ−ＤＣ変換回路３の出力間に接続されている。

そして、発光ダイオード５は、図２に示すように、回路基板１４の上面１４ａに例えば列状など整列して実装されている。回路基板１４は、例えば、ガラスエポキシ材などの樹脂基板やアルミニウム（Ａｌ）などの金属基板により形成されている。

回路基板１４は、例えば、絶縁性の放熱シート１５を介して器具本体などの金属筐体１６に取付けられている。金属筐体１６は、アース線１７により、アース（Ｅ）に接続されている。放熱シート１５は、発光ダイオード５に発生した熱を金属筐体１６に伝熱させるものであるが、回路基板１４の金属と金属筐体１６に挟まれているので、誘電体となり、発光ダイオード５とアース（Ｅ）との間には、それぞれ浮遊容量Ｃｓを有しているものである。

浮遊容量Ｃｓは、例えば、発光ダイオード５およびアース線１７によりアース（Ｅ）に電気接続されている金属筐体１６に市販の容量計の測定端子を接続して、当該容量計により計測される。浮遊容量Ｃｓの値は、計測した個々の発光ダイオード５および金属筐体１６の間の浮遊容量値のうち、最大の浮遊容量値のものとするとよい。

バイパス用コンデンサ６は、図１に示すように、発光ダイオード５の個々にそれぞれ並列的に接続されている。バイパス用コンデンサ６の合成容量は、発光ダイオード５とアース（Ｅ）との間の浮遊容量Ｃｓよりも大きくしている。

そして、バイパス用コンデンサ６は、図２に示すように、例えば安価なチップコンデンサであり、回路基板１４の表面１４ａ側において、発光ダイオード５のカソード５ａとアノード５ｂの間に実装されている。チップコンデンサの外形の大きさは、１〜２ｍｍ程度であり、発光ダイオード５に対応する数量のバイパス用コンデンサ６が回路基板１４に実装されても、回路基板１４（ＬＥＤ回路７）の大型化が抑制される。これにより、ＬＥＤ点灯装置１の大型化やコスト上昇を抑制することができる。
次に、本発明の第１の実施形態の作用について述べる。

点灯回路４の入力端子８，８間に商用交流電源Ｖｓが投入されると、ＤＣ−ＤＣ変換回路３の制御回路１２が動作する。そして、制御回路１２がスイッチング素子Ｑ１を所定の周波数でオンオフ制御することにより、点灯回路４の出力端子９，９間に所定の直流電圧が出力される。

出力端子９，９間に直列接続している発光ダイオード５の両端間には、前記所定の直流電圧が印加され、発光ダイオード５に一定の電流が流れる。これにより、個々の発光ダイオード５から安定した可視光（照明光）が得られる。

そして、点灯回路４の入力端子８，８に対地ノイズや雷サージなどの高電圧が印加されると、この高電圧は、ＤＣ−ＤＣ変換回路３の絶縁トランスＴ１の一次巻線Ｔ１ａおよび二次巻線Ｔ１ｂ間の浮遊容量を介して出力端子９，９に印加され、直列接続している発光ダイオード５に印加される。発光ダイオード５に印加された高電圧（例えば、対地ノイズ電圧）は、直列接続されているバイパス用コンデンサ６と、発光ダイオード５とアース（Ｅ）との間の浮遊容量Ｃｓとにより分圧される。

直列接続されているバイパス用コンデンサ６の合成容量は、浮遊容量Ｃｓよりも大きく設定されているので、バイパス用コンデンサ６の両端間電圧は、印加された前記高電圧の１／２以下となる。発光ダイオード５は、バイパス用コンデンサ６と並列的に接続されているので、それぞれの発光ダイオード５には、前記高電圧の１／２以下の電圧を直列接続されている発光ダイオード５の数量（バイパス用コンデンサ６の数量）で除した略電圧が印加される。また、前記高電圧の波高値は高いが、その実効値は比較的低いものである。したがって、点灯回路４の入力端子８，８に対地ノイズや雷サージなどの高電圧が印加しても、個々の発光ダイオード５には微小電圧しか印加されない。

そして、ＤＣ−ＤＣ変換回路３から出力されている所定の直流電圧は大きく、それぞれの発光ダイオード５の両端間電圧（点灯電圧）は、前記微小電圧が印加されても、ほとんど電圧変動しないものであ。これにより、発光ダイオード５の点灯時のちらつきが防止されるようになる。

このように、発光ダイオード５に対地ノイズや雷サージなどの高電圧が印加されても、当該高電圧をバイパス用コンデンサ６の合成容量と、発光ダイオード５とアース（Ｅ）との間の浮遊容量Ｃｓとで分圧するので、発光ダイオード５に高電圧が印加されず、発光ダイオード５の破壊および発光ダイオード５の点灯時のちらつきを防止することができる。したがって、ＬＥＤ点灯装置１に外部から対地ノイズや雷サージなどの高電圧が印加されても、発光ダイオード５から安定した光出力を得ることができ、発光ダイオード５の短寿命を防止することができる。

なお、ＤＣ−ＤＣ変換回路３は、フライバックトランスとしての絶縁トランスＴ１および１個のスイッチング素子Ｑ１を用いて構成したが、これに限定されるものではなく、ハーフブリッジ形など、２個以上のスイッチング素子を用いて構成してもよく、直流電源回路２の出力電圧をスイッチング素子のオンオフ動作により所定の直流電圧に変換して出力するように構成されていればよい。
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態を示すＬＥＤ点灯装置の概略回路図である。なお、図１と同一部分には、同一符号を付して説明は省略する。

図３に示すＬＥＤ点灯装置１８は、図１に示すＬＥＤ点灯装置１において、ＤＣ−ＤＣ変換回路３の絶縁トランスＴ１の一次巻線Ｔ１ａおよび二次巻線Ｔ１ｂの間に、整流平滑回路１１を介して結合用コンデンサ１９，２０が接続されたものである。結合用コンデンサ１９，２０は、直流電源回路２の高電位側および整流平滑回路１１の高電位側の間に接続されている。耐電圧の低いコンデンサを使用するために、２個の結合用コンデンサ１９，２０が用いられて直列接続されている。

制御回路１２によりスイッチング素子Ｑ１がオンオフ動作すると、このスイッチング素子Ｑ１のオンオフ動作により高周波のノイズが発光する。このノイズは、結合用コンデンサ１９，２０を介して絶縁トランスＴ１の一次巻線Ｔ１ａ側から二次巻線Ｔ１ｂ側に伝播され、商用交流電源Ｖｓ側には伝播されにくくなる。すなわち、ＬＥＤ点灯装置１８は、高周波ノイズが商用交流電源Ｖｓ側に漏れることを防止することができる。

そして、絶縁トランスＴ１の二次巻線Ｔ１ｂ側に伝播されたノイズが発光ダイオード５に印加しようとしても、図１において説明したように、発光ダイオード５に並列的に接続しているバイパス用コンデンサ６により、発光ダイオード５には、当該ノイズによる電圧がほとんど印加されなくなる。したがって、発光ダイオード５からの光出力が安定する品質の向上したＬＥＤ点灯装置１８を提供することができる。
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図４は、本発明の第３の実施形態を示すＬＥＤ点灯装置の概略回路図である。なお、図３と同一部分には、同一符号を付して説明は省略する。

図４に示すＬＥＤ点灯装置２１は、図３に示すＬＥＤ点灯装置１８において、点灯回路４を収納しているケース（電源ユニット）がアース（Ｅ）に接続され、整流平滑回路１１の低電位側とケースとの間にコンデンサ２２が接続され、直流電源回路２の低電位側とケースとの間に直列接続されたコンデンサ２３，２４が接続されているものである。

点灯回路４の入力端子８，８に印加した外部からの対地ノイズやスイッチングＱ１のオンオフ動作などにより点灯回路４の内部で発生したノイズは、絶縁トランスＴ１の一次側において、コンデンサ２３，２４を介してアース（Ｅ）側にバイパスされ、絶縁トランスＴ１の二次側において、コンデンサ２２によりアース（Ｅ）側にバイパスされる。したがって、発光ダイオード５の破壊や点灯時のちらつきをさらに防止することができて、発光ダイオード５から安定した光出力が得られる品質の向上したＬＥＤ点灯装置２１を提供することができる。
次に、本発明の第４の実施形態について述べる。

図５は、本発明の第４の実施形態を示す照明器具の概略斜視図、図６は、同じく照明器具の一部切り欠き概略側面図である。なお、図１と同一部分には、同一符号を付して説明は省略する。

図５に示す照明器具２５は、天井面等に埋設されるダウンライトであり、略円筒状の器具本体２６の下端側に円形の化粧枠２７が設けられ、この化粧枠２７に透光性カバー２８が配設されている。そして、器具本体２６は、左右両側に器具本体２６を天井等に固定するための一対の取付けばね２９，２９を取り付けている。

また、器具本体２６は、図６に示すように、下端側内部に発光ダイオード５およびバイパス用コンデンサ６を配設しているＬＥＤモジュール３０および反射板３１を配設している。また、器具本体２６の内部には、電源ユニット３２が配設されている。この電源ユニット３２に点灯回路４などが配設されている。そして、器具本体２６の上面側には、商用交流電源Ｖｓからの図示しない電源線やアース線１７を接続する端子台３３が配設されている。

照明器具２５は、外部からの対地ノイズや雷サージなどの高電圧が投入されても発光ダイオード５の破壊や点灯時のちらつきが防止されるＬＥＤ点灯装置１を具備しているので、品質が向上しているとともに、安定した光出力で照明することができる。

本発明の第１の実施形態を示すＬＥＤ点灯装置の概略回路図。 同じく、発光ダイオードおよびコンデンサの基板への実装を示す概略側面図。 本発明の第２の実施形態を示すＬＥＤ点灯装置の概略回路図。 本発明の第３の実施形態を示すＬＥＤ点灯装置の概略回路図。 本発明の第４の実施形態を示す照明器具の概略斜視図。 同じく、照明器具の一部切り欠き概略側面図。

符号の説明

１，１８，２１…ＬＥＤ点灯装置
２…直流電源回路
３…ＤＣ−ＤＣ変換回路
５…発光ダイオード
６…バイパス用コンデンサ
１１…整流平滑回路
１９，２０…結合用コンデンサ
２５…照明器具
２６…器具本体
Ｔ１…絶縁トランス
Ｑ１…スイッチング素子

Claims (3)

1. 直流電源回路と；
   スイッチング素子を有し、このスイッチング素子のオンオフ動作により前記直流電源回路の出力電圧を所定の直流電圧に変換して出力するＤＣ−ＤＣ変換回路と；
   このＤＣ−ＤＣ変換回路の出力間に接続された複数の発光ダイオードと；
   この発光ダイオードの個々にそれぞれ並列的に接続され、合成容量が前記発光ダイオードとアースとの間の浮遊容量よりも大きい複数のバイパス用コンデンサと；
   を具備していることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
2. ＤＣ−ＤＣ変換回路は、絶縁トランス、この絶縁トランスの一次巻線と直列的に接続され前記直流電源回路の出力間に接続されたスイッチング素子、前記絶縁トランスの二次巻線間に接続された整流平滑回路および前記絶縁トランスの一次巻線および二次巻線の間に接続された結合用コンデンサを有して構成されていることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯装置。
3. 請求項１または２記載のＬＥＤ点灯装置と；
   このＬＥＤ点灯装置の発光ダイオードを配設している器具本体と；
   を具備していることを特徴とする照明器具。

Images