JP2013105729A - Led lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ＬＥＤ点灯装置に関する。 The present invention relates to an LED lighting device.
ＬＥＤは、環境性に優れた光源として注目されており、ＬＥＤ照明として住宅やオフィスの一般照明としても利用されるようになった。ＬＥＤ照明の中には、白熱電球と同様の口金を備え、白熱電球用の器具に取り付けて利用される電球形ＬＥＤ照明があり、白熱電球の調光手段として用いられてきた位相制御方式の調光器（以下、単に調光器と記す）に対応する製品も見られる。 LED attracts attention as a light source excellent in environmental performance, and has come to be used as general lighting in houses and offices as LED lighting. Among LED lighting, there is a bulb-type LED lighting that has a base similar to that of an incandescent light bulb and is attached to an incandescent light bulb, and is controlled by a phase control method that has been used as a dimming means for the incandescent light bulb. There are also products corresponding to optical devices (hereinafter simply referred to as dimmers).
調光器の多くは、半導体素子であるトライアックのターンオン・ターンオフによって、交流電源と負荷の間を導通・遮断する。トライアックは、ターンオン（点弧）した後、保持電流と呼ばれる所定の電流値より大きな電流を流し続けなければ、再びターンオフ（消弧）する。調光器の多くは、負荷が白熱電球であることを前提に設計されている。負荷が白熱電球であれば、トライアックがターンオンした時点から交流電源のゼロクロス近傍の時点まで、保持電流を上回る十分な電流が流れて、トライアックはオン状態を維持する。しかし、負荷をＬＥＤとしたＬＥＤ照明では、白熱電球に比べて電流が小さいため、トライアックがターンオンした時点から交流電源のゼロクロス近傍の時点まで保持電流を上回る十分な電流が流れず、交流電源のゼロクロス近傍を迎える前にトライアックがターンオフしてしまう現象が起こり得る。以下では、この現象を誤消弧と記す。特に、誤消弧がランダムに発生する状況、または、誤消弧するタイミングにばらつきがある状況では、ＬＥＤ点灯装置の動作が不安定となり、点灯にちらつきが発生する。 Many dimmers conduct and block between an AC power supply and a load by turning on and off a triac that is a semiconductor element. After the triac is turned on (ignited), it is turned off (extinguishes) again unless a current larger than a predetermined current value called a holding current continues to flow. Many dimmers are designed on the assumption that the load is an incandescent bulb. If the load is an incandescent light bulb, a sufficient current exceeding the holding current flows from the time when the triac is turned on to the time near the zero cross of the AC power supply, and the triac is maintained in the on state. However, in LED lighting with LEDs as the load, the current is smaller than incandescent bulbs. Therefore, sufficient current exceeding the holding current does not flow from the time when the TRIAC is turned on to the time near the AC power supply zero cross, and the AC power supply zero cross There is a possibility that the triac turns off before reaching the vicinity. Hereinafter, this phenomenon is referred to as false extinction. In particular, in a situation where erroneous extinction occurs randomly or in a situation where there are variations in the timing of erroneous extinction, the operation of the LED lighting device becomes unstable and flickering occurs.
上記の問題を解決する一手段として、トライアックに保持電流以上の電流を常に流し続け、誤消弧を防止する機能を備えたＬＥＤ点灯装置が考えられる。このようなＬＥＤ点灯装置として、例えば特許文献１に記載の装置がある。この装置では、ＬＥＤに給電するＤＣ−ＤＣコンバータと並列に定電流回路などのダミー負荷を接続し、このダミー負荷に電流を流すことによって、トライアックに流れる電流が保持電流を上回るようにする。また、このようにダミー負荷に電流を流すことは、調光器のタイマ回路をリセットして、オフになったトライアックを再びターンオンさせる役割も果たす。 As one means for solving the above-described problem, an LED lighting device having a function of continuously flowing a current equal to or higher than the holding current to the triac to prevent erroneous arc extinction can be considered. As such an LED lighting device, there is a device described in Patent Document 1, for example. In this device, a dummy load such as a constant current circuit is connected in parallel with the DC-DC converter that supplies power to the LED, and the current flows through the dummy load so that the current flowing through the triac exceeds the holding current. In addition, flowing current through the dummy load in this way also serves to reset the timer circuit of the dimmer and turn on the triac that has been turned off again.
特許文献１に記載の技術では、ダミー負荷を設けることで保持電流以上の電流を常に流し続けることになる。これにより上記問題を解決することができるが、保持電流は調光器によって異なり、トライアックのオン状態を維持するために３０ｍＡ以上の電流を必要とする調光器も多く存在する。特に、コンデンサインプット方式の回路を利用してＬＥＤ点灯装置を構成する場合、平滑コンデンサの放電期間において入力電流が略ゼロになるため、保持電流より大きい電流を全てダミー負荷に流すことが求められる。ここで、ダミー負荷に印加される電圧の実効値が１００Ｖであり、ダミー負荷に流れる電流が３０ｍＡである場合、ダミー負荷の損失は３Ｗとなる。製品化されている電球形ＬＥＤ照明の大半は、消費電力が１０Ｗ未満であることを考えると、ダミー負荷だけで３Ｗの損失を発生させることは効率の点で望ましくない。 In the technique described in Patent Document 1, by providing a dummy load, a current equal to or higher than the holding current is always kept flowing. This can solve the above problem, but the holding current differs depending on the dimmer, and there are many dimmers that require a current of 30 mA or more to maintain the triac on state. In particular, when an LED lighting device is configured using a capacitor input type circuit, the input current becomes substantially zero during the discharge period of the smoothing capacitor, so that it is required that all currents larger than the holding current flow to the dummy load. Here, when the effective value of the voltage applied to the dummy load is 100 V and the current flowing through the dummy load is 30 mA, the loss of the dummy load is 3 W. In view of the fact that most of the bulb-type LED illuminations that have been commercialized consume less than 10 W, it is not desirable in terms of efficiency to generate a loss of 3 W with only a dummy load.
本発明は、調光器を安定に動作させてちらつきを抑えることが可能であり、かつ効率の良いＬＥＤ点灯装置を実現することを目的とする。 An object of this invention is to implement | achieve an efficient LED lighting device which can suppress a flicker by operating a dimmer stably.
上記の問題を解決するためには、位相制御された交流電源電圧を整流電圧に変換する整流回路と、ダイオードを介して前記整流回路の直流出力に接続され、前記整流電圧を平滑して直流電圧を生成するコンデンサと、前記直流電圧を変換して発光ダイオード（以下、ＬＥＤと記す）負荷に給電するＤＣ−ＤＣ変換回路と、前記整流電圧に基づいて前記ＤＣ−ＤＣ変換回路の電流設定値を出力する電流設定回路とを備えたＬＥＤ点灯装置であって、前記整流回路の直流出力に接続される可変抵抗回路と、前記整流電圧に基づいて前記可変抵抗回路の抵抗値を可変する抵抗値設定回路とを備え、前記抵抗値設定回路は、前記整流電圧が所望の基準電圧より高いときに、前記可変抵抗回路の抵抗値を増大させることを特徴とするＬＥＤ点灯装置を構成すればよい。 In order to solve the above problem, a rectifier circuit that converts a phase-controlled AC power supply voltage into a rectified voltage, and a DC output connected to the DC output of the rectifier circuit through a diode, the DC voltage is smoothed by the rectified voltage. A DC-DC conversion circuit that converts the DC voltage and supplies power to a light emitting diode (hereinafter referred to as LED) load, and a current setting value of the DC-DC conversion circuit based on the rectified voltage. An LED lighting device comprising a current setting circuit for output, a variable resistance circuit connected to a DC output of the rectifier circuit, and a resistance value setting for varying a resistance value of the variable resistance circuit based on the rectified voltage And the resistance value setting circuit increases the resistance value of the variable resistance circuit when the rectified voltage is higher than a desired reference voltage. It is sufficient.
本発明のＬＥＤ点灯装置によれば、調光器を安定に動作させてちらつきを抑えることが可能であり、かつ効率の良いＬＥＤ点灯装置を実現できる。 According to the LED lighting device of the present invention, it is possible to stably operate the dimmer to suppress flickering and to realize an efficient LED lighting device.
本発明の実施形態について図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明におけるＬＥＤ点灯装置のブロック図である。図１において、整流回路１０２から右側が本発明のＬＥＤ点灯装置である。整流回路１０２は、調光器１０１によって位相制御された交流電源電圧を整流して整流電圧を生成する。整流回路１０２の直流出力は、ダイオード１０３を介してコンデンサ１０４に接続される。コンデンサ１０４は、整流電圧を平滑して直流電圧を生成する。すなわち、本実施例におけるＬＥＤ点灯装置は、コンデンサインプット方式の回路である。これによって、直流電圧の脈動が小さくなり、後段のＤＣ−ＤＣ変換回路１０５にとってＬＥＤに流れる電流の脈動を抑え易くなる。ＤＣ−ＤＣ変換回路１０５は、直流電圧を変換してＬＥＤ負荷１０６に給電する。ＬＥＤ負荷１０６について、ＬＥＤの個数や接続形態は問わず、また、保護用素子などを内蔵したＬＥＤモジュールを含んでもよい。 FIG. 1 is a block diagram of an LED lighting device according to the present invention. In FIG. 1, the right side from the rectifier circuit 102 is the LED lighting device of the present invention. The rectifying circuit 102 rectifies the AC power supply voltage phase-controlled by the dimmer 101 to generate a rectified voltage. The direct current output of the rectifier circuit 102 is connected to the capacitor 104 via the diode 103. The capacitor 104 smoothes the rectified voltage and generates a DC voltage. That is, the LED lighting device in the present embodiment is a capacitor input type circuit. As a result, the pulsation of the DC voltage is reduced, and it becomes easy for the subsequent DC-DC conversion circuit 105 to suppress the pulsation of the current flowing through the LED. The DC-DC conversion circuit 105 converts a DC voltage and supplies power to the LED load 106. Regarding the LED load 106, the number of LEDs and the connection form are not limited, and an LED module incorporating a protection element or the like may be included.
整流回路１０２の直流出力には、可変抵抗回路１０７が接続される。抵抗値設定回路１０８は、整流電圧に基づいて可変抵抗回路１０７の抵抗値を可変するための抵抗値設定信号を出力する。可変抵抗回路１０７と抵抗値設定回路１０８は、調光器１０１におけるトライアックのオン・オフ状態を整流電圧に応じて制御し、また、調光器１０１のタイマ回路をリセットしてトライアックを再びターンオンさせる役割を果たす。電流設定回路１０９は、整流電圧に基づいてＤＣ−ＤＣ変換回路１０５の電流設定値を出力する。電流設定回路１０９によって、調光器１０１の操作に応じたＬＥＤ電流の制御、すなわち調光が可能になる。 A variable resistance circuit 107 is connected to the DC output of the rectifier circuit 102. The resistance value setting circuit 108 outputs a resistance value setting signal for changing the resistance value of the variable resistance circuit 107 based on the rectified voltage. The variable resistance circuit 107 and the resistance value setting circuit 108 control the on / off state of the triac in the dimmer 101 according to the rectified voltage, and reset the timer circuit of the dimmer 101 to turn on the triac again. Play a role. The current setting circuit 109 outputs the current setting value of the DC-DC conversion circuit 105 based on the rectified voltage. The current setting circuit 109 enables control of the LED current according to the operation of the dimmer 101, that is, dimming.
具体的な動作を説明する前に、調光器１０１について説明する。図２は、トライアックを用いた位相制御方式の調光器１０１について、内部回路の概略を示したものである。図２のように、トライアック１１０が交流電源１００と負荷１１５の間に接続される。また、トライアック１１０と並列に、抵抗１１１と可変抵抗１１２とコンデンサ１１３の直列体であるタイマ回路が接続される。可変抵抗１１２とコンデンサ１１３の接続点は、ダイアック１１４を介してトライアック１１０のゲートに接続される。 Before describing specific operations, the dimmer 101 will be described. FIG. 2 shows an outline of an internal circuit of the phase control type dimmer 101 using a triac. As shown in FIG. 2, the triac 110 is connected between the AC power supply 100 and the load 115. In parallel with the triac 110, a timer circuit that is a series body of a resistor 111, a variable resistor 112, and a capacitor 113 is connected. A connection point between the variable resistor 112 and the capacitor 113 is connected to the gate of the triac 110 via the diac 114.
図３は、負荷１１５として白熱電球を接続した場合の、トライアック１１０のオン・オフ状態と、負荷電圧、負荷電流の波形である。トライアック１１０のオン期間では、負荷電圧は交流電源１００の電圧とほぼ同じになる。白熱電球はほぼ純抵抗であるため、負荷電流の波形は電圧と相似形になる。交流電源１００のゼロクロス近傍において、負荷電流がトライアック１１０の保持電流より小さくなると、トライアック１１０がターンオフする。トライアック１１０のオフ期間では、交流電源１００から抵抗１１１、可変抵抗１１２、コンデンサ１１３、負荷１１５の経路に微小電流が流れ、コンデンサ１１３に電荷が蓄えられる。白熱電球に比べて調光器１０１のインピーダンスが十分に大きいため、負荷電圧は略ゼロとなる。コンデンサ１１３の電圧が上昇し、ダイアック１１４がオンになると、トライアック１１０は再びターンオンする。調光器１０１の操作によって可変抵抗１１２の抵抗値が増大すると、トライアック１１０が再びターンオンするまでの時間が長くなる。これによって、負荷電力が減少し、白熱電球であれば光出力が減少する。 FIG. 3 shows waveforms of the on / off state of the triac 110, the load voltage, and the load current when an incandescent bulb is connected as the load 115. During the on period of the triac 110, the load voltage is substantially the same as the voltage of the AC power supply 100. Since the incandescent lamp is almost pure resistance, the waveform of the load current is similar to the voltage. In the vicinity of the zero cross of the AC power supply 100, when the load current becomes smaller than the holding current of the triac 110, the triac 110 is turned off. During the off period of the triac 110, a minute current flows from the AC power source 100 to the path of the resistor 111, the variable resistor 112, the capacitor 113, and the load 115, and charges are stored in the capacitor 113. Since the impedance of the dimmer 101 is sufficiently larger than that of the incandescent lamp, the load voltage is substantially zero. When the voltage on the capacitor 113 rises and the diac 114 is turned on, the triac 110 is turned on again. When the resistance value of the variable resistor 112 is increased by operating the dimmer 101, the time until the triac 110 is turned on again becomes longer. As a result, the load power is reduced, and the light output is reduced for an incandescent bulb.
本発明において、図２における負荷１１５は図１のＬＥＤ点灯装置であり、白熱電球とは特性が異なる。具体的には、白熱電球と比べてインピーダンスが高く、かつ、白熱電球のように純抵抗であるとは限らない。したがって、動作波形も図３と同様になるとは限らない。 In the present invention, the load 115 in FIG. 2 is the LED lighting device in FIG. 1 and has different characteristics from the incandescent bulb. Specifically, the impedance is higher than that of an incandescent bulb, and it is not necessarily pure resistance like an incandescent bulb. Therefore, the operation waveform is not always the same as in FIG.
図４は、本発明のＬＥＤ点灯装置における可変抵抗回路１０７と抵抗値設定回路１０８の構成例である。抵抗値設定回路１０８は、抵抗１１６と１１７、コンパレータ１１８、直流電圧源１１９によって構成されており、整流電圧が所望の基準電圧より高い場合にＬレベルとなる抵抗値設定信号を出力する。 FIG. 4 is a configuration example of the variable resistance circuit 107 and the resistance value setting circuit 108 in the LED lighting device of the present invention. The resistance value setting circuit 108 includes resistors 116 and 117, a comparator 118, and a DC voltage source 119, and outputs a resistance value setting signal that becomes L level when the rectified voltage is higher than a desired reference voltage.
可変抵抗回路１０７は、抵抗１２０とスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ１２２の直列体と、この直列体と並列に接続される抵抗１２１によって構成されており、ＭＯＳＦＥＴ１２２のオン・オフによって抵抗値を２値に可変する。ＭＯＳＦＥＴ１２２の代わりに、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴなど他種のスイッチング素子を用いてもよい。 The variable resistance circuit 107 includes a series body of a resistor 120 and a MOSFET 122 serving as a switching element, and a resistor 121 connected in parallel with the series body, and the resistance value is changed to a binary value by turning on and off the MOSFET 122. . Instead of the MOSFET 122, other types of switching elements such as bipolar transistors and IGBTs may be used.
整流電圧が基準電圧より高ければ、ＭＯＳＦＥＴ１２２はオフとなり、抵抗１２０が切り離される分だけ、可変抵抗回路１０７の抵抗値は高くなる。なお、可変抵抗回路１０７の抵抗値は必ずしも２値である必要はなく、整流電圧によって連続的に変化するような構成としてもよい。他にも、以下で説明する動作を実現できれば、可変抵抗回路１０７と抵抗値設定回路１０８の具体的な構成は問わない。 If the rectified voltage is higher than the reference voltage, the MOSFET 122 is turned off, and the resistance value of the variable resistance circuit 107 is increased by the amount that the resistor 120 is disconnected. Note that the resistance value of the variable resistance circuit 107 is not necessarily a binary value, and may be configured to continuously change depending on the rectified voltage. In addition, the specific configurations of the variable resistance circuit 107 and the resistance value setting circuit 108 are not particularly limited as long as the operation described below can be realized.
図５は、本発明のＬＥＤ点灯装置の動作波形であり、整流電圧、直流電圧、整流電流の波形と、可変抵抗回路１０７の抵抗値を示した。ここで、直流電圧とは、上記の通り、コンデンサ１０４の電圧である。整流電流とは、整流回路１０２の直流出力電流であり、調光器１０１に流れる電流を整流したものとほぼ同じ波形となる。 FIG. 5 shows operation waveforms of the LED lighting device of the present invention, and shows a waveform of a rectified voltage, a DC voltage, a rectified current, and a resistance value of the variable resistance circuit 107. Here, the DC voltage is the voltage of the capacitor 104 as described above. The rectified current is a DC output current of the rectifier circuit 102 and has substantially the same waveform as that obtained by rectifying the current flowing through the dimmer 101.
トライアック１１０がターンオンすると、整流電圧が交流電源１００とほぼ同じ電圧レベルまで上昇する。このとき、整流電圧が基準電圧より高くなり、可変抵抗回路１０７の抵抗値は増大する。また、交流電源１００から調光器１０１、整流回路１０２、ダイオード１０３を介してコンデンサ１０４を充電する電流が流れ始めるため、整流電流も急激に増大する。コンデンサ１０４を充電する電流は、コンデンサ１０４が充電されて直流電圧が上昇するにつれて減少するため、整流電流も徐々に減少する。 When the triac 110 is turned on, the rectified voltage rises to almost the same voltage level as that of the AC power supply 100. At this time, the rectified voltage becomes higher than the reference voltage, and the resistance value of the variable resistance circuit 107 increases. In addition, since a current for charging the capacitor 104 starts to flow from the AC power supply 100 via the dimmer 101, the rectifier circuit 102, and the diode 103, the rectified current also increases rapidly. Since the current for charging the capacitor 104 decreases as the DC voltage increases as the capacitor 104 is charged, the rectified current also gradually decreases.
直流電圧が最大値になって、コンデンサ１０４への充電が完了する時点の近傍（以下では、単に充電完了時と記す）において、整流電流と可変抵抗回路１０７に流れる電流はほぼ一致する。この時点で、整流電流が所望の基準電流より小さくなるように、可変抵抗回路１０７の抵抗値を設定しておく。さらに、基準電流をトライアック１１０の保持電流より小さく設定しておけば、トライアック１１０はターンオフする。保持電流は調光器によって異なるが、小さくても５ｍＡである。したがって、基準電流を５ｍＡ未満と設定すれば、ほぼ全ての調光器に対して、充電完了時にトライアックを確実にターンオフさせることができる。 Near the time when the DC voltage reaches the maximum value and charging of the capacitor 104 is completed (hereinafter, simply referred to as completion of charging), the rectified current and the current flowing through the variable resistance circuit 107 substantially coincide. At this time, the resistance value of the variable resistance circuit 107 is set so that the rectified current becomes smaller than a desired reference current. Further, if the reference current is set smaller than the holding current of the triac 110, the triac 110 is turned off. The holding current varies depending on the dimmer, but is 5 mA at the minimum. Therefore, if the reference current is set to be less than 5 mA, the TRIAC can be reliably turned off when charging is completed for almost all the dimmers.
このときの可変抵抗回路１０７の抵抗値は、上記の基準電流と、想定される整流電圧の最大値をもとに設定する。例えば、交流電源電圧１００Ｖａｃでの使用を考える場合、充電完了時における整流電圧は、最大で略１４１Ｖである。したがって、整流電圧が１４１Ｖのとき、整流電流が基準電流の５ｍＡより小さくなるように、抵抗値を２８.２ｋΩ（＝１４１Ｖ÷５ｍＡ）より大きく設定する。 The resistance value of the variable resistance circuit 107 at this time is set based on the reference current and the maximum value of the assumed rectified voltage. For example, when considering use with an AC power supply voltage of 100 Vac, the rectified voltage at the completion of charging is approximately 141 V at the maximum. Therefore, when the rectified voltage is 141 V, the resistance value is set larger than 28.2 kΩ (= 141 V ÷ 5 mA) so that the rectified current is smaller than 5 mA of the reference current.
もちろん、図４の可変抵抗回路１０７において抵抗１２１を接続せず、整流電圧が基準電圧より高いときに、可変抵抗回路１０７を開放状態とすれば、ほぼ全ての調光器に対して、充電完了時にトライアックを確実にターンオフさせることができる。ただし、厳密に言えば、図４において抵抗値設定回路１０８の要素である抵抗１１６と１１７も、可変抵抗回路１０７の一部と考えられるなどの理由から、可変抵抗回路１０７を完全に開放状態にすることは難しい。したがって、抵抗１２１を接続しない場合であっても、抵抗１１６と１１７の抵抗値を上記の要領で設定する必要がある。 Of course, if the variable resistor circuit 107 in FIG. 4 is not connected and the variable resistor circuit 107 is opened when the rectified voltage is higher than the reference voltage, the charging is completed for almost all the dimmers. Sometimes the TRIAC can be reliably turned off. Strictly speaking, however, the resistors 116 and 117 which are elements of the resistance value setting circuit 108 in FIG. 4 are also considered to be part of the variable resistor circuit 107, so that the variable resistor circuit 107 is completely opened. Difficult to do. Therefore, even when the resistor 121 is not connected, it is necessary to set the resistance values of the resistors 116 and 117 as described above.
トライアック１１０がターンオフした後、整流電圧は図５のように低下する。整流電圧が基準電圧より低くなる時点で、可変抵抗回路１０７の抵抗値は減少する。交流電源１００から調光器１０１のタイマ回路、整流回路１０２を介して可変抵抗回路１０７に電流を流し、タイマ回路をリセットしてトライアック１１０を再びターンオンさせる。なお、トライアック１１０がオフの期間でも、コンデンサ１０４に蓄えられたエネルギーによって、ＤＣ−ＤＣ変換回路１０５は安定して動作する。 After the triac 110 is turned off, the rectified voltage drops as shown in FIG. When the rectified voltage becomes lower than the reference voltage, the resistance value of the variable resistance circuit 107 decreases. A current is passed from the AC power supply 100 to the variable resistor circuit 107 via the timer circuit and rectifier circuit 102 of the dimmer 101, the timer circuit is reset, and the triac 110 is turned on again. Note that the DC-DC conversion circuit 105 operates stably by the energy stored in the capacitor 104 even when the triac 110 is off.
これまでのＬＥＤ点灯装置の課題として、交流電源の各周期において、トライアックが誤消弧する場合と、誤消弧しない場合とがランダムに発生したり、または、誤消弧するタイミングにばらつきがあったりと、調光器の動作が不安定になることがあった。このように調光器の動作が不安定になると、ＬＥＤ負荷においてちらつきが発生する。 As a problem of LED lighting devices so far, in each cycle of the AC power supply, the case where the triac is erroneously extinguished and the case where it is not erroneously extinguished randomly or the timing of erroneous extinction varies. In some cases, the operation of the dimmer may become unstable. When the operation of the dimmer becomes unstable in this way, flickering occurs in the LED load.
これまでの対策として、整流回路の直流出力にダミー負荷を接続し、トライアックの誤消弧を防ぐことで、調光器を安定に動作させる方式がある。この方式では、ダミー負荷に流れる電流を大きくするほど、より幅広い調光器への適合を期待できる。しかし、ダミー負荷の損失増大による効率の低下を考えると現実的ではない。 As a countermeasure so far, there is a method of stably operating the dimmer by connecting a dummy load to the DC output of the rectifier circuit to prevent erroneous extinction of the triac. In this method, as the current flowing through the dummy load is increased, it can be expected to adapt to a wider range of dimmers. However, considering the decrease in efficiency due to increased dummy load loss, it is not realistic.
これに対して本発明では、コンデンサ１０４の充電完了時という、いつでも同じタイミングで意図的にトライアック１１０をターンオフさせる。このような方式においても、調光器１０１とＤＣ−ＤＣ変換回路１０５を安定して動作させることが可能であり、ちらつきを防止できる。また、ダミー負荷によって保持電流より大きい電流を流す方式と比べて、本発明の方式の方が効率が良い。 On the other hand, in the present invention, the triac 110 is intentionally turned off at the same timing whenever charging of the capacitor 104 is completed. Even in such a system, the dimmer 101 and the DC-DC conversion circuit 105 can be operated stably, and flickering can be prevented. In addition, the method of the present invention is more efficient than the method of flowing a current larger than the holding current by the dummy load.
図６は、可変抵抗回路１０７と抵抗値設定回路１０８の別例である。図６の回路では、抵抗１２３、ツェナーダイオード１２４、ＭＯＳＦＥＴ１２５がレギュレータ回路１２６を構成する。ＭＯＳＦＥＴ１２５の代わりに、バイポーラトランジスタなど他種の半導体素子を用いてもよい。このレギュレータ回路１２６は、図４における可変抵抗回路１０７と抵抗値設定回路１０８の両方についての構成要素である。そのため、図４のように、破線によって可変抵抗回路１０７及び抵抗値設定回路１０８を区分化していない。 FIG. 6 shows another example of the variable resistance circuit 107 and the resistance value setting circuit 108. In the circuit of FIG. 6, the resistor 123, the Zener diode 124, and the MOSFET 125 constitute a regulator circuit 126. Instead of the MOSFET 125, other types of semiconductor elements such as bipolar transistors may be used. The regulator circuit 126 is a component for both the variable resistance circuit 107 and the resistance value setting circuit 108 in FIG. Therefore, as shown in FIG. 4, the variable resistance circuit 107 and the resistance value setting circuit 108 are not divided by broken lines.
レギュレータ回路１２６は、図７のように、整流電圧を所望の電圧値でクランプする。クランプ電圧は、ツェナーダイオード１２４のツェナー電圧として設定できる。コンパレータ１２７は、レギュレータ回路１２６の出力電圧と、所望の閾値とを比較することによって、整流電圧が基準電圧より高いか否かを間接的に判定する。この閾値は、直流電圧源１２８の電圧値によって設定できる。また、コンパレータ１２７は、整流電圧が基準電圧より高いときにＬレベルとなるような抵抗値設定信号を出力する。レギュレータ回路１２６によって整流電圧のレベルを下げておくことで、基準電圧が数Ｖ〜十数Ｖと低い場合であっても、コンパレータ１２７による比較の精度を損なわずに済む。 As shown in FIG. 7, the regulator circuit 126 clamps the rectified voltage at a desired voltage value. The clamp voltage can be set as the Zener voltage of the Zener diode 124. The comparator 127 indirectly determines whether or not the rectified voltage is higher than the reference voltage by comparing the output voltage of the regulator circuit 126 with a desired threshold value. This threshold value can be set by the voltage value of the DC voltage source 128. Further, the comparator 127 outputs a resistance value setting signal that becomes L level when the rectified voltage is higher than the reference voltage. By reducing the level of the rectified voltage by the regulator circuit 126, even when the reference voltage is as low as several volts to several tens of volts, the accuracy of comparison by the comparator 127 is not impaired.
レギュレータ回路１２６の出力には、抵抗１２９とスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ１３１の直列体と、抵抗１３０が並列に接続される。ＭＯＳＦＥＴ１３１の代わりに、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴなど他種のスイッチング素子を用いてもよい。整流電圧が基準電圧より高くなると、抵抗値設定信号はＬレベルになり、ＭＯＳＦＥＴ１３１はオフとなる。抵抗１３０が切り離される分だけ、可変抵抗回路１０７の抵抗値は高くなる。 The output of the regulator circuit 126 is connected in parallel with a resistor 129 and a series body of MOSFET 131 which is a switching element, and a resistor 130. Instead of the MOSFET 131, other types of switching elements such as bipolar transistors and IGBTs may be used. When the rectified voltage becomes higher than the reference voltage, the resistance value setting signal becomes L level, and the MOSFET 131 is turned off. The resistance value of the variable resistance circuit 107 is increased by the amount that the resistor 130 is disconnected.
図７のように、整流電圧がツェナーダイオード１２４のツェナー電圧より高いとき、レギュレータ回路１２６の出力電圧は、ツェナー電圧とほぼ等しくなる。さらに、ＭＯＳＦＥＴ１３１がオフであるとき、可変抵抗回路１０７に流れる電流は、ツェナー電圧と抵抗１３０によって決まる値となる。ここで、コンデンサ１０４の充電完了時に、整流電流を基準電流より小さくするには、ツェナー電圧と抵抗１３０によって決まる電流値が基準電流より小さくなるように、ツェナー電圧と抵抗１３０の抵抗値を決めればよい。基準電流を５ｍＡ、ツェナー電圧を１０Ｖとする場合、抵抗１３０の抵抗値は２ｋΩ（＝１０Ｖ÷５ｍＡ）より大きく設定すればよい。 As shown in FIG. 7, when the rectified voltage is higher than the Zener voltage of the Zener diode 124, the output voltage of the regulator circuit 126 becomes substantially equal to the Zener voltage. Further, when the MOSFET 131 is off, the current flowing through the variable resistance circuit 107 has a value determined by the Zener voltage and the resistor 130. Here, when the charging of the capacitor 104 is completed, in order to make the rectified current smaller than the reference current, the Zener voltage and the resistance value of the resistor 130 are determined so that the current value determined by the Zener voltage and the resistance 130 becomes smaller than the reference current. Good. When the reference current is 5 mA and the Zener voltage is 10 V, the resistance value of the resistor 130 may be set to be larger than 2 kΩ (= 10 V ÷ 5 mA).
図８は、図１に示したＬＥＤ点灯装置のうち、整流回路１０２やＤＣ−ＤＣ変換回路１０５の構成を具体的に示したものである。図８において、ダイオードブリッジ１３３による全波整流回路が、図１の整流回路１０２に相当する。また、ダイオード１３４、スイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ１３５、チョークコイル１３６、コンデンサ１３７、電流検出用の抵抗１３８、制御回路１３９、制御回路用電源回路１４０から構成される降圧チョッパ回路が、図１のＤＣ−ＤＣ変換回路１０５に相当する。なお、図１には無い部品として、突入電流防止用の抵抗１３２を追加した。この他にも、ヒューズやフィルタ用のコンデンサなどを追加してもよい。ＬＥＤ負荷１０６の電圧によっては、降圧チョッパではなく昇降圧チョッパや昇圧チョッパを、また、絶縁が必要であればフライバックコンバータを用いてもよい。ＭＯＳＦＥＴ１３５の代わりに、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴなど他種のスイッチング素子を用いてもよい。 FIG. 8 specifically shows the configuration of the rectifier circuit 102 and the DC-DC conversion circuit 105 in the LED lighting device shown in FIG. In FIG. 8, the full-wave rectifier circuit using the diode bridge 133 corresponds to the rectifier circuit 102 of FIG. Further, the step-down chopper circuit including the diode 134, the MOSFET 135 as a switching element, the choke coil 136, the capacitor 137, the current detection resistor 138, the control circuit 139, and the control circuit power supply circuit 140 is the DC-DC of FIG. This corresponds to the conversion circuit 105. A resistor 132 for preventing inrush current is added as a component not shown in FIG. In addition, a fuse, a filter capacitor, or the like may be added. Depending on the voltage of the LED load 106, a step-up / step-down chopper or a step-up chopper may be used instead of a step-down chopper, and a flyback converter may be used if insulation is necessary. Instead of MOSFET 135, other types of switching elements such as bipolar transistors and IGBTs may be used.
図８において、制御回路１３９は、ＤＣ−ＤＣ変換回路１０５がＬＥＤ負荷１０６に出力する電流を電流設定値にしたがって制御する。具体的には、ＭＯＳＦＥＴ１３５に流れる電流が、電流設定値に達するまでＭＯＳＦＥＴ１３５をオンにする制御が考えられる。ＭＯＳＦＥＴ１３５に流れる電流を制御することによって、ＬＥＤ負荷１０６に流れる電流を間接的に制御できる。このような制御回路１３９は、市販されているＬＥＤ用の制御ＩＣを用いて簡単に構成できる。もちろん、制御ＩＣを用いず、コンパレータなどのディスクリート部品を組み合わせて構成してもよいし、マイクロコンピュータやデジタル・シグナル・プロセッサを利用してソフトウェアとして構成してもよい。 In FIG. 8, the control circuit 139 controls the current output from the DC-DC conversion circuit 105 to the LED load 106 according to the current setting value. Specifically, it is possible to control the MOSFET 135 until the current flowing through the MOSFET 135 reaches a current set value. By controlling the current flowing through the MOSFET 135, the current flowing through the LED load 106 can be indirectly controlled. Such a control circuit 139 can be easily configured by using a commercially available LED control IC. Of course, without using the control IC, it may be configured by combining discrete components such as a comparator, or may be configured as software using a microcomputer or a digital signal processor.
制御回路用電源回路１４０は、ダイオード１０３のカソードに接続され、コンデンサ１０４の直流電圧を変換して、制御回路１３９の電源電圧を生成する。具体的には、制御回路１３９における制御ＩＣ、コンパレータ、オペアンプなどの動作電圧を生成する。また、図８では配線（接続）を省略したが、制御回路用電源回路１４０は、抵抗値設定回路１０８や電流設定回路１０９などの電源電圧も必要に応じて生成する。 The control circuit power supply circuit 140 is connected to the cathode of the diode 103 and converts the DC voltage of the capacitor 104 to generate the power supply voltage of the control circuit 139. Specifically, the operation voltage of the control IC, the comparator, the operational amplifier, etc. in the control circuit 139 is generated. Although the wiring (connection) is omitted in FIG. 8, the control circuit power supply circuit 140 generates power supply voltages for the resistance value setting circuit 108, the current setting circuit 109, and the like as necessary.
制御回路用電源回路１４０の具体的な構成として、図９のように、抵抗１４１、ツェナーダイオード１４２、ＭＯＳＦＥＴ１４３を用いたレギュレータ回路が考えられる。ＭＯＳＦＥＴ１４３の代わりに、バイポーラトランジスタなど他種の素子を用いてもよい。図９の他にも、３端子レギュレータなど、他方式のレギュレータ回路を構成してもよい。 As a specific configuration of the control circuit power supply circuit 140, a regulator circuit using a resistor 141, a Zener diode 142, and a MOSFET 143 is conceivable as shown in FIG. Instead of the MOSFET 143, other types of elements such as bipolar transistors may be used. In addition to FIG. 9, other types of regulator circuits such as a three-terminal regulator may be configured.
ここで、制御回路用電源回路１４０は、ダイオード１０３のアノードに接続され、コンデンサ１０４によって平滑される前の整流電圧を変換して、制御回路の電源電圧を生成する構成も考えられる。例えば、図６の可変抵抗回路１０７と抵抗値設定回路１０８を構成する場合、レギュレータ回路１２６の出力電圧を平滑して、制御回路の電源電圧を生成できる。しかし、この場合、コンデンサ１０４の充電完了時において、制御回路用電源回路１４０に流れる電流の分だけ整流電流を増大させてしまい、整流電流を基準電流より小さくする狙いに反する。言い換えれば、制御回路用電源回路１４０の抵抗値の分だけ、可変抵抗回路１０７の抵抗値を小さくすることと等価である。したがって、本発明のＬＥＤ点灯装置において、このような構成は適さない。 Here, the control circuit power supply circuit 140 may be connected to the anode of the diode 103 and convert the rectified voltage before being smoothed by the capacitor 104 to generate the power supply voltage of the control circuit. For example, when the variable resistance circuit 107 and the resistance value setting circuit 108 shown in FIG. 6 are configured, the output voltage of the regulator circuit 126 can be smoothed to generate the power supply voltage of the control circuit. However, in this case, when charging of the capacitor 104 is completed, the rectified current is increased by the amount of current flowing through the control circuit power supply circuit 140, which is contrary to the aim of making the rectified current smaller than the reference current. In other words, this is equivalent to reducing the resistance value of the variable resistance circuit 107 by the resistance value of the control circuit power supply circuit 140. Therefore, such a configuration is not suitable for the LED lighting device of the present invention.
一方、図８のように制御回路用電源回路１４０を接続すれば、コンデンサ１０４の充電完了時からコンデンサ１０４への充電が再開するまでの期間、すなわち、コンデンサ１０４の放電期間において、制御回路用電源回路１４０は交流電源１００から切り離された状態となる。すなわち、コンデンサ１０４の充電完了時において、制御回路用電源回路１４０に流れる電流が整流電流を増大させることはない。したがって、整流電流を基準電流より小さくする上で有効な接続方法と言える。 On the other hand, if the control circuit power supply circuit 140 is connected as shown in FIG. 8, the control circuit power supply is supplied during the period from the completion of charging of the capacitor 104 until the charging of the capacitor 104 resumes, that is, during the discharging period of the capacitor 104. The circuit 140 is disconnected from the AC power supply 100. That is, when the capacitor 104 is completely charged, the current flowing through the control circuit power supply circuit 140 does not increase the rectified current. Therefore, it can be said that this is an effective connection method for making the rectified current smaller than the reference current.
図８のように制御回路用電源回路１４０を設ける他に、ＤＣ−ＤＣ変換回路１０５に発生する電圧を利用して、制御回路の電源電圧を生成してもよい。例えば、チョークコイル１３６に補助巻線を設ける方法が考えられる。この方法も、コンデンサ１０４の直流電圧を変換して制御回路の電源電圧を生成する点では図８の方法と同様であり、同様の効果を実現できる。 In addition to providing the control circuit power supply circuit 140 as shown in FIG. 8, the power supply voltage of the control circuit may be generated using the voltage generated in the DC-DC conversion circuit 105. For example, a method of providing an auxiliary winding on the choke coil 136 is conceivable. This method is also similar to the method of FIG. 8 in that the DC voltage of the capacitor 104 is converted to generate the power supply voltage of the control circuit, and the same effect can be realized.
１００ 交流電源
１０１ 調光器
１０２ 整流回路
１０３、１３４ ダイオード
１０４、１１３、１３７ コンデンサ
１０５ ＤＣ−ＤＣ変換回路
１０６ ＬＥＤ負荷
１０７ 可変抵抗回路
１０８ 抵抗値設定回路
１０９ 電流設定回路
１１０ トライアック
１１１、１１６、１１７、１２０、１２１、１２３、１２９、１３０、１３２、１３８、１４１ 抵抗
１１２ 可変抵抗
１１４ ダイアック
１１５ 負荷
１１８、１２７ コンパレータ
１１９、１２８ 直流電圧源
１２２、１２５、１３１、１３５、１４３ ＭＯＳＦＥＴ
１２４、１４２ ツェナーダイオード
１２６ レギュレータ回路
１３３ ダイオードブリッジ
１３６ チョークコイル
１３９ 制御回路
１４０ 制御回路用電源回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 AC power supply 101 Dimmer 102 Rectifier circuit 103, 134 Diode 104, 113, 137 Capacitor 105 DC-DC conversion circuit 106 LED load 107 Variable resistance circuit 108 Resistance value setting circuit 109 Current setting circuit 110 Triac 111, 116, 117, 120, 121, 123, 129, 130, 132, 138, 141 Resistance 112 Variable resistance 114 Diac 115 Load 118, 127 Comparator 119, 128 DC voltage source 122, 125, 131, 135, 143 MOSFET
124, 142 Zener diode 126 Regulator circuit 133 Diode bridge 136 Choke coil 139 Control circuit 140 Power supply circuit for control circuit
Claims (7)
前記整流回路の直流出力に接続される可変抵抗回路と、前記整流電圧に基づいて前記可変抵抗回路の抵抗値を可変する抵抗値設定回路とを備え、前記抵抗値設定回路は、前記整流電圧が所望の基準電圧より高いときに、前記可変抵抗回路の抵抗値を増大させることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。 A rectifier circuit for converting a phase-controlled AC power supply voltage into a rectified voltage, a capacitor connected to a DC output of the rectifier circuit via a diode, smoothing the rectified voltage to generate a DC voltage, and the DC voltage An LED lighting device comprising: a DC-DC conversion circuit that converts and supplies power to an LED load; and a current setting circuit that outputs a current setting value of the DC-DC conversion circuit based on the rectified voltage,
A variable resistance circuit connected to a direct current output of the rectifier circuit; and a resistance value setting circuit configured to vary a resistance value of the variable resistance circuit based on the rectified voltage. An LED lighting device characterized by increasing a resistance value of the variable resistance circuit when the voltage is higher than a desired reference voltage.
前記コンデンサの充電が完了する時点の近傍において、前記整流回路の直流出力電流が所望の基準電流より小さくなることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。 The LED lighting device according to claim 1,
The LED lighting device, wherein the DC output current of the rectifier circuit becomes smaller than a desired reference current in the vicinity of the time when the charging of the capacitor is completed.
前記可変抵抗回路は、抵抗とスイッチング素子の直列体を備え、前記抵抗値設定回路は、前記整流電圧が前記基準電圧より高いときに、前記スイッチング素子をオフにすることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。 In the LED lighting device according to claim 1 or 2,
The variable resistance circuit includes a series body of a resistor and a switching element, and the resistance value setting circuit turns off the switching element when the rectified voltage is higher than the reference voltage. .
前記直列体は、前記整流回路の直流出力に接続されることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。 In the LED lighting device according to claim 3,
The series lighting device is connected to a direct current output of the rectifier circuit.
前記抵抗値設定回路は、整流電圧を所望の電圧値でクランプするレギュレータ回路と、該レギュレータ回路の出力電圧と所望の閾値とを比較することによって、前記整流電圧が前記基準電圧より高いか否かを間接的に判定するコンパレータとを備え、前記直列体は、前記レギュレータ回路の出力に接続されることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。 In the LED lighting device according to claim 3,
The resistance value setting circuit determines whether the rectified voltage is higher than the reference voltage by comparing a regulator circuit that clamps the rectified voltage with a desired voltage value and an output voltage of the regulator circuit with a desired threshold value. An LED lighting device, wherein the series body is connected to an output of the regulator circuit.
前記レギュレータ回路は、抵抗と半導体素子とツェナーダイオードとを備え、前記整流電圧を前記ツェナーダイオードのツェナー電圧でクランプすることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。 In the LED lighting device according to claim 5,
The regulator circuit includes a resistor, a semiconductor element, and a Zener diode, and clamps the rectified voltage with a Zener voltage of the Zener diode.
前記ＤＣ−ＤＣ変換回路は、前記ＬＥＤ負荷に出力する電流を前記電流設定値にしたがって制御する制御回路と、前記直流電圧を変換して前記制御回路と前記抵抗値設定回路と前記電流設定回路の電源電圧を生成する制御回路用電源回路とを備えることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。 In the LED lighting device according to any one of claims 1 to 6,
The DC-DC conversion circuit includes: a control circuit that controls a current output to the LED load according to the current setting value; and a converter that converts the DC voltage to convert the control circuit, the resistance value setting circuit, and the current setting circuit. An LED lighting device comprising: a power supply circuit for a control circuit that generates a power supply voltage.
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