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