JP5374490B2

JP5374490B2 - Ｌｅｄ照明装置

Info

Publication number: JP5374490B2
Application number: JP2010292867A
Authority: JP
Inventors: 敏孝藤井
Original assignee: Phoenix Electric Co Ltd
Current assignee: Phoenix Electric Co Ltd
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2030-12-28
Also published as: JP2012142134A

Description

本発明は、ＬＥＤと商用交流電源を用いて当該ＬＥＤを点灯させる点灯回路とを有するＬＥＤ照明装置であり、位相制御調光器等による調光動作可能なものに関する。

ハロゲンランプに代表される従来の白熱電球に比べて、消費電力が低くかつ長寿命といった長所を有する発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という。）は、需要者のエコロジー意識の高まりとともに、省エネ対策のひとつとしてその使用範囲が急速に広まっており、これに伴い、白熱電球の代替としてＬＥＤを使用したいというニーズが急速に高まっている。

ところで、従来、白熱電球に供給する電流を減少させたり、あるいは印加する電圧を減少させたり、あるいは、導通角を増減する位相角制御を行うことにより、白熱電球からの出光量を漸減（あるいは漸増）させる「調光」が行われており、主に室内のダウンライト等に適用されている。このような白熱電球の代替として使用する以上、ＬＥＤ照明装置にも調光機能が求められるのは当然であり、調光機能を備えるＬＥＤ照明装置が開発されている。

しかし、白熱電球の場合、例えば位相制御調光器を用いて導通角を狭くしていき、白熱電球の出光量を少なくしていくと（つまり、暗くしていくと）、電球内のフィラメントの温度が低下し、出光の色温度も低くなって赤っぽくなるが、その一方で、ＬＥＤの場合には、供給する電流を低減して出光量を少なくしても色温度は変わらない。このため、ホテルの客室照明等、減光させる機会が多い白熱電球（ハロゲン電球）の代替え用途には、単に調光機能を備えているだけでは足らず、減光させたときにユーザに違和感を与えないとともに、客室の雰囲気を維持するため、減光とともに色温度も低下するＬＥＤ照明装置が必要不可欠である。

このようなＬＥＤ照明装置が、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１のＬＥＤ照明装置９は、図５に示すように、出光の色温度が、一方が低い色温度、他方が高い色温度というように互いに異なる２つのＬＥＤ１ａ、１ｂと、これらＬＥＤ１ａ、１ｂに点灯用電力を供給するための給電回路２とで構成されており、給電回路２は、入力交流電圧（Ｖｉ）を整流する整流回路３と、整流された電圧を受けて各ＬＥＤ１ａ、１ｂに供給する、互いに並列に接続された２つのバラスト回路４ａ、４ｂと、２つの抵抗５ａ、５ｂで構成された分圧回路６と、一端が両抵抗５ａ、５ｂの間に接続され、他端が一方のバラスト回路４ａに接続された第１シュミットトリガ回路７ａ、および、一端が第１シュミットトリガ回路７ａと一方のバラスト回路４ａとの間に接続され、他端が他方のバラスト回路４ｂに接続された第２シュミットトリガ回路７ｂとで構成されている。

このＬＥＤ照明装置９によれば、図６に示すように、整流回路３に供給された交流電圧（Ｖｉ）は、当該整流回路３によって整流された直流電圧（Ｖｄｃ）となり、両バラスト回路４ａ、４ｂに供給される。また、直流電圧（Ｖｄｃ）は両シュミットトリガ回路７ａ、７ｂにも供給され、パルス状の方形波電圧に変換された後、各バラスト回路４ａ、４ｂに供給される。バラスト回路４ａ、４ｂでは、シュミットトリガ回路７ａ、７ｂから受けた方形波電圧のパルス幅（位相制御調光器が設定する導通角に依存）だけ、ＬＥＤ１ａ、１ｂに点灯用電力を供給する。このため、各ＬＥＤ１ａ、１ｂに供給される電流波形Ｉ_１、Ｉ_２も方形波（パルス波）になる（図６（ｃ）、（ｄ））。

したがって、各バラスト回路４ａ、４ｂによるＬＥＤ１ａ、１ｂへの供給時間が互いに異なるように予め設定しておき、供給時間が短い方のＬＥＤ１ｂからの光の色温度を、他方のＬＥＤ１ａからの光の色温度よりも高く設定しておき、位相制御調光器を用いて交流電圧（Ｖｉ）の導通角を絞っていくと、方形波電圧のパルス幅が狭くなって両ＬＥＤ１ａ、１ｂからの出光量（つまり、ＬＥＤ照明装置９全体としての出光量）が減少していくとともに、高色温度光の量に対する低色温度光の量の比が大きくなり、やがて色温度の高いＬＥＤ１ｂが先に発光を停止するので、減光とともに色温度を低下させることができる。

特表２００８−５０７８１７号公報

しかしながら、特許文献１のＬＥＤ照明装置９は、別の問題を有していた。すなわち、上述のように、シュミットトリガ回路７ａ、７ｂからは、パルス状の方形波電圧が出力されることから、入力交流電圧（Ｖｉ）のゼロ電圧付近において、ＬＥＤ１ａ、１ｂの両方に給電されないタイミング（＝給電欠落部）が生じてしまい、この給電欠落部におけるＬＥＤ１ａ、１ｂの瞬間的な同時消灯がユーザにフリッカとして感得される（なお、当該フリッカは、当該交流電圧の周波数（商用交流電圧であれば、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚ）の２倍の周波数（１００Ｈｚあるいは１２０Ｈｚ）で発生する。）。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みて開発されたものである。それゆえに本発明の主たる課題は、装置全体としての出光量を減少させるとともに出光の色温度を低下させることができるだけでなく、入力交流電圧がゼロ電圧近辺になるタイミングにおいて給電欠落部の発生を回避して両ＬＥＤが同時消灯状態にならないようにし、これによってユーザがフリッカを感得するおそれを極小化できるＬＥＤ照明装置を提供することにある。

請求項１に記載した発明は、
「交流電源４０から調光器３８を介して入力された入力交流電圧（Ｖｉ）を全波整流する整流回路２０と、
前記整流回路２０に接続され、前記入力交流電圧（Ｖｉ）のピーク電圧以下の放電開始電圧（Ｖｖｆ）および前記放電開始電圧（Ｖｖｆ）以下の充電開始電圧（Ｖｖｇ）にて充放電を行うコンデンサ３２を有しており、前記入力交流電圧（Ｖｉ）が前記放電開始電圧（Ｖｖｆ）まで低下した後、次の前記充電開始電圧（Ｖｖｇ）に達するまでの間、前記コンデンサ３２が放電することによって、全波整流された電圧波形のピーク間における電圧値が充電開始電圧（Ｖｖｇ）以上となるように谷埋めする谷埋め回路２２と、
色温度が低い低色温度ＬＥＤ１２、および前記低色温度ＬＥＤ１２よりも色温度が高く、前記低色温度ＬＥＤ１２とともに前記谷埋め回路２２に並列接続された高色温度ＬＥＤ１４と、
前記各ＬＥＤ１２、１４にそれぞれ接続され、前記各ＬＥＤ１２、１４に流れる電流を定格以下に制限する２つの駆動回路１６、１８とで構成されており、
前記低色温度ＬＥＤ１２の順方向電圧（Ｖｆ１）は、前記谷埋め回路２２の前記充電開始電圧（Ｖｖｇ）より低く設定されているとともに、前記高色温度ＬＥＤ１４の順方向電圧（Ｖｆ２）は、前記コンデンサ３２の前記放電開始電圧（Ｖｖｆ）より高く設定されていることを特徴とするＬＥＤ照明装置１０」である。

谷埋め回路（バレー・フィル[Valley Fill]回路）２２は、充電されたコンデンサ３２からの放電電圧により、半周期毎に電圧値がゼロになる全波整流後における電圧波形のピーク間電圧が設定した充電開始電圧（Ｖｖｇ）よりも電圧値が小さくならないように「谷埋め」した直流電圧（Ｖｄｃ）を各ＬＥＤ１２、１４に印加する回路である（図２（ｂ））。すなわち、各半周期の後半（ピーク電圧後の電圧降下時期）において、入力交流電圧（Ｖｉ）がコンデンサ３２の放電開始電圧（Ｖｖｆ）まで低下すると、当該コンデンサ３２が放電を開始して、降圧していく入力交流電圧（Ｖｉ）に代わってコンデンサ３２に充電されていた電力が低色温度ＬＥＤ１２に供給される（この時、高色温度ＬＥＤ１４の順方向電圧（Ｖｆ２）は放電開始電圧（Ｖｖｆ）よりも高いので、高色温度ＬＥＤ１４は点灯しない。）。そして、一旦ゼロ電圧になって再び昇圧してきた入力交流電圧（Ｖｉ）が、低色温度ＬＥＤ１２に給電することによって漸減してきたコンデンサ電圧に一致した（このときのコンデンサ電圧が谷埋め回路２２の充電開始電圧（Ｖｖｇ）となる。つまり、放電開始電圧（Ｖｖｆ）＞充電開始電圧（Ｖｖｇ）となる。）後は、再び入力交流電圧（Ｖｉ）が低色温度ＬＥＤ１２に印加される（同時に、コンデンサ３２の充電も開始される。）。したがって、充電開始電圧（Ｖｖｇ）が、当該谷埋め回路２２から各ＬＥＤ１２、１４および駆動回路１６、１８に印加される直流電圧（Ｖｄｃ）の下限電圧値となる。

ここで、本発明では、図２（ｂ）に示すように、低色温度ＬＥＤ１２の順方向電圧（Ｖｆ１）が谷埋め回路２２の充電開始電圧（Ｖｖｇ）より低く設定されているとともに、高色温度ＬＥＤ１４の順方向電圧（Ｖｆ２）が放電開始電圧（Ｖｖｆ）より高く設定されていること（つまり、Ｖｆ２＞Ｖｖｆ＞Ｖｖｇ＞Ｖｆ１）を特徴とする。

これにより、整流回路２０に入力される交流電圧（Ｖｉ）が調光器によって降圧されたり、あるいは導通角θが狭められたりしたとき、図３に示すように、高色温度ＬＥＤ１４が点灯する期間（つまり、谷埋め回路２２からの直流電圧（Ｖｄｃ）が高色温度ＬＥＤ１４の順方向電圧（Ｖｆ２）以上であり、当該ＬＥＤ１４に電流（Ｉ_Ｈ）が流れている期間）が短くなって、高色温度ＬＥＤ１４の点灯期間および高色温度光の出光量が減少する。その一方で、谷埋め回路２２からの直流電圧（Ｖｄｃ）は、低色温度ＬＥＤ１２の順方向電圧（Ｖｆ１）よりも小さくならない（Ｖｖｇ＞Ｖｆ１）ことから、低色温度ＬＥＤ１２の低色温度光の出光量は、導通角θが狭められると減少するものの、入力交流電圧（Ｖｉ）の全周波数サイクルに渡って点灯している。

この結果、調光によってＬＥＤ照明装置１０全体としての発光量を低下させていったときに、高色温度光の量に対する低色温度光の量の比が大きくなるので、当該ＬＥＤ照明装置１０からの光の色温度を低下させることができる。

加えて、谷埋め回路２２は、上述のように、直流電圧（Ｖｄｃ）がゼロになるのを回避し、給電欠落部が生じないようにすることから、低色温度ＬＥＤ１２は常時点灯状態を維持できるので、入力交流電圧（Ｖｉ）がゼロ電圧になるタイミングにおいてもユーザがフリッカを感得するおそれを極小化することができる。

なお、位相制御調光器３８を用いて導通角θを狭めることにより、ＬＥＤ照明装置１０からの出光量を減少させる場合について説明したが、調光器で入力交流電圧（Ｖｉ）を減圧して出光量を減少させてもよい。この場合、図２（ｂ）の直流電圧（Ｖｄｃ）波形が低く抑えられた波形になる（入力交流電圧（Ｖｉ）のピークも低下することから、放電開始電圧（Ｖｖｆ）も低下し、これに伴い、充電開始電圧（Ｖｖｇ）も低下する。）ことから、当該期間において低色温度ＬＥＤ１２に流れる電流値（Ｉ_Ｌ）が低くなるとともに、高色温度ＬＥＤ１４に流れる電流値（Ｉ_Ｈ）が低くなり、かつ、その通電期間が短くなるので、低色温度ＬＥＤ１２の常時点灯状態を維持しつつ、同装置１０からの出光量を減少させるとともに色温度を低下させることができる。

請求項２に記載した発明は、請求項１のＬＥＤ照明装置１０の改良に関し、
「前記低色温度ＬＥＤ１２の電力（Ｗ_Ｌ）は、前記高色温度ＬＥＤ１４の電力（Ｗ_Ｈ）よりも低く設定されている」ことを特徴とする。

谷埋め回路２２に使用されるコンデンサ３２には、従来、大容量のものを構成し易い電解コンデンサ（ケミカルコンデンサ）が使用されているが、電解コンデンサは、温度条件の影響を受け易く、当該温度条件によっては寿命が大幅に短くなるといった性質を有している。

この点、本発明のＬＥＤ照明装置１０では、低色温度ＬＥＤ１２の電力（Ｗ_Ｌ）を、高色温度ＬＥＤ１４の電力（Ｗ_Ｈ）よりも低く設定しているので、上述したような問題を有する電解コンデンサの使用を回避できるとともに、谷埋め回路２２全体を小型化することができる。

すなわち、上述のように、入力交流電圧（Ｖｉ）が放電開始電圧（Ｖｖｆ）よりも小さいときには、谷埋め回路２２のコンデンサ３２が低色温度ＬＥＤ１２のみに電力を供給することから、低色温度ＬＥＤ１２の電力（Ｗ_Ｌ）が小さくなれば、それだけ電力供給能力が小さい、つまり「容量が小さい」コンデンサ３２を使用することが可能になるので、電解コンデンサではなく、より容量が小さく、かつ、温度条件の影響を受けにくいセラミックコンデンサ等を使用できるようになる。

一方、高色温度ＬＥＤ１４は、入力交流電圧（Ｖｉ）が同ＬＥＤ１４の順方向電圧（Ｖｆ２）よりも大きい期間においてのみ通電すること、そしてこの期間においてコンデンサ３２は充電されていることから、当該高色温度ＬＥＤ１４の電力（Ｗ_Ｈ）が谷埋め回路２２のコンデンサ３２の容量に影響を与えることはなく、高電力の高色温度ＬＥＤ１４を使用してＬＥＤ照明装置１０全体の出光量を維持することができる。

本発明によれば、装置全体としての出光量を減少させるとともに出光の色温度を低下させることができるだけでなく、入力交流電圧がゼロ電圧になるタイミングにおいても同時消灯状態にならず、ユーザがフリッカを感得するおそれを極小化できるＬＥＤ照明装置を提供することができた。

本発明のＬＥＤ照明装置を示す回路図である。本発明のＬＥＤ照明装置における、電圧・電流波形を示す図である。本発明のＬＥＤ照明装置における、電圧・電流波形を示す図である（導通角が９０°のとき）。導通角と２つのＬＥＤに通流する電流との関係を示すグラフである。従来技術を示す図である。従来技術における、電圧・電流波形を示す図である。

以下、本発明の実施態様について図面を用いて説明する。なお、本明細書では、各部材の符号に関し、同一種類の部材が複数個使用されている場合において、上位概念で示す場合にはアルファベットの枝番をつけずアラビア数字のみで示し、個別に区別する必要がある場合（すなわち下位概念で示す場合）には、アルファベット小文字の枝番をアラビア数字に付して区別する。

ＬＥＤ照明装置１０は、図１に示すように、大略、低色温度ＬＥＤ１２と、高色温度ＬＥＤ１４と、低色温度ＬＥＤ用駆動回路１６と、高色温度ＬＥＤ用駆動回路１８と、整流回路２０と、谷埋め回路２２とで構成されている。

低色温度ＬＥＤ１２および高色温度ＬＥＤ１４は、低色温度ＬＥＤ１２の色温度が、高色温度ＬＥＤ１４の色温度よりも低く（つまり、赤色に近い光で、高色温度ＬＥＤ１４は白っぽい光。）設定されていればよく、外形寸法や形状には特に制限はなくどのようなものであってもよい。また、両ＬＥＤ１２、１４は、谷埋め回路２２に並列接続されている。

また、低色温度ＬＥＤ１２の順方向電圧（Ｖｆ１）は、谷埋め回路２２による充電開始電圧（Ｖｖｇ）より低く設定されており、逆に、高色温度ＬＥＤ１４の順方向電圧（Ｖｆ２）は、谷埋め回路２２におけるコンデンサ３２の放電開始電圧（Ｖｖｆ）よりも高く設定されている（「充電開始電圧（Ｖｖｇ）」および「放電開始電圧（Ｖｖｆ）」については後述する。）。

低色温度ＬＥＤ用駆動回路１６および高色温度ＬＥＤ用駆動回路１８は、それぞれ低色温度ＬＥＤ１２および高色温度ＬＥＤ１４に流れる電流を各ＬＥＤ１２、１４の定格電流以下に制限する回路であり、その回路構成は特に限定されるものではなく、本実施例で使用されている回路はその一例である。本実施例の他、ＣＲＤ素子、ＦＥＴによる定電流回路、あるいはスイッチング電源等を使用することができる。

低色温度ＬＥＤ用駆動回路１６には、ここでは例えば低色温度ＬＥＤ１２に直列接続された電流制限用抵抗２４のみの最も簡単な回路が使用されている。

高色温度ＬＥＤ用駆動回路１８には、トランジスタを用いた定電流回路が使用されている。具体的には、当該回路１８は、２つのトランジスタ２６ａ、２６ｂ、および２つの定電流回路用抵抗２８ａ、２８ｂが使用されており、谷埋め回路２２から延びる一対の給電線３０ａ、３０ｂ間において、高色温度ＬＥＤ１４のカソード側に第１のトランジスタ２６ａのコレクタが接続され、当該第１のトランジスタ２６ａのエミッタに第１の定電流回路用抵抗２８ａの一方端が接続され、さらに、これら高色温度ＬＥＤ１４、第１のトランジスタ２６ａ、および第１の定電流回路用抵抗２８ａと並列に、第２の定電流回路用抵抗２８ｂが第２のトランジスタ２６ｂのコレクタと接続されており、第１のトランジスタ２６ａのベースが第２の定電流回路用抵抗２８ｂと第２のトランジスタ２６ｂとの間に接続され、第２のトランジスタ２６ｂのベースが第１の定電流回路用抵抗２８ａと第１のトランジスタ２６ａとの間に接続されている。

整流回路２０は、複数の整流素子（ダイオード）をブリッジに組み合わせて、入力交流電圧（Ｖｉ）を全周期において全波整流により直流電圧に変換する（全波整流する）回路である。

谷埋め回路（バレー・フィル[Valley Fill]回路）２２は、半周期毎に電圧値がゼロになる全波整流後の電圧波形を、下限電圧値（コンデンサ３２の充電開始電圧（Ｖｖｇ）がこれに相当する。）を設定して電圧値がゼロにならないようにする（＝谷埋めする）回路であり、本実施例では、２つのコンデンサ３２ａ、３２ｂと、３つのダイオード３４ａ、３４ｂ、３４ｃとで構成されている。具体的には、給電線３０ａ、３０ｂの間において、給電線３０ａ−第１のダイオード３４ａのカソード、第１のダイオード３４ａのアノード−第１のコンデンサ３２ａ、第１のコンデンサ３２ａ−給電線３０ｂの順に接続され、これと並列に、給電線３０ａ−第２のコンデンサ３２ｂ、第２のコンデンサ３２ｂ−第２のダイオード３４ｂのカソード、第２のダイオード３４ｂのアノード−給電線３０ｂの順に接続され、さらに、第１のダイオード３４ａと第１のコンデンサ３２ａとの間に第３のダイオード３４ｃのカソード、第２のコンデンサ３２ｂと第２のダイオード３４ｂとの間に第３のダイオード３４ｃのアノードがそれぞれ接続されている。

換言すれば、整流回路２０の高電位側給電線３０ａと低電位側給電線３０ｂとの間において順方向に配置された第３のダイオード３４ｃを挟んで一対の第１および第２のコンデンサ３２ａ、３２ｂが直列接続されており、高電位側給電線３０ａ側の第２のコンデンサ３２ｂおよび第３のダイオード３４ｃの間と、低電位側給電線３０ｂとの間に第２のダイオード３４ｂが逆バイアスで配設され、低電位側給電線３０ｂ側の第１のコンデンサ３２ａおよび第３のダイオード３４ｃの間と、高電位側給電線３０ａとの間に第１のダイオード３４ａが逆バイアスで配設されている。

もちろん、谷埋め回路２２を１つのコンデンサ、あるいは３つ以上のコンデンサおよびダイオードを組み合わせて構成してもよい。コンデンサが１つの場合、コンデンサは両給電線３０ａ、３０ｂ間に配置されることになり、コンデンサが３つの場合、両給電線３０ａ、３０ｂ間に３つのコンデンサがそれぞれの間にダイオードを順方向に挟んで直列接続され、各コンデンサと各ダイオードとの間と、両給電線３０ａ、３０ｂとの間に、ダイオードが逆バイアスで配設されることになる。ただし、谷埋め回路２２の放電開始電圧（Ｖｖｆ）は、コンデンサが１つの場合、入力交流電圧（Ｖｉ）とほとんど変わらなくなることから高色温度ＬＥＤ１４の順方向電圧（Ｖｆ２）の選択幅が狭くなり、逆に、コンデンサがｎ個（ｎ≧２の整数）の場合、入力交流電圧（Ｖｉ）のピーク電圧（Ｖｉ(peak)）÷ｎ＝放電開始電圧（Ｖｖｆ）となり、ｎが３以上になると放電開始電圧（Ｖｖｆ）が小さくなりすぎて低色温度ＬＥＤ１２の順方向電圧（Ｖｆ１）の選択幅が狭くなる。このため、コンデンサの数は、本実施例のように２個が好適である。

本実施例に係るＬＥＤ照明装置１０の動作について説明する。当該ＬＥＤ照明装置１０には、トライアック３６を備えた位相制御調光器３８を介して、交流電源４０からの入力交流電圧（Ｖｉ）が印加される。

交流電圧（Ｖｉ）は、ＬＥＤ照明装置１０における整流回路２０にて全波整流された後、谷埋め回路２２に入力される。全波整流された電圧が入力された谷埋め回路２２は、以下のように動作する。

まず、入力交流電圧（Ｖｉ）が放電開始電圧（Ｖｖｆ）よりも高い間は、電流が高電位側給電線３０ａから、第２のコンデンサ３２ｂ−第３のダイオード３４ｃ−第１のコンデンサ３２ａをこの順に通過して反対側の低電位側給電線３０ｂに至る。これにより、直列接続となった第１、第２のコンデンサ３２ａ、３２ｂが充電される（第１、第２のダイオード３４ａ、３４ｂは逆バイアスになっている。）。このとき、両コンデンサ３２ａ、３２ｂのピーク電圧（Ｖｖｆ−cap）は、入力交流電圧（Ｖｉ）の半分になる（直列接続されたコンデンサ３２が２個であるため。）。すなわち、（Ｖｖｆ−cap＝Ｖｉ（peak）／２）となる。例えば、Ｖｉ＝１００Ｖａｃ（１００Ｖの交流電圧）であれば、Ｖｉ（peak）＝Ｖｉ×２^1/2＝１４０[Ｖ]となるので、両コンデンサ３２ａ、３２ｂのピーク電圧値（これが放電開始電圧（Ｖｖｆ）となる）は、Ｖｖｆ−cap≒７０[Ｖ]となる。

各周期において入力交流電圧（Ｖｉ）がピーク値から低下していったとき、当該電圧値が両コンデンサ３２ａ、３２ｂの放電開始電圧（Ｖｖｆ）と等しくなるタイミングがあり、このタイミングにおいて第３のダイオード３４ｃが逆バイアスになるとともに、第１、第２のダイオード３４ａ、３４ｂが順バイアスになり、両コンデンサ３２ａ、３２ｂが給電線３０ａ、３０ｂ間において互いに並列接続となることから、給電線３０ａ、３０ｂ間電圧（Ｖｄｃ）は、両コンデンサ３２ａ、３２ｂの電圧に等しくなる（Ｖｄｃ＝Ｖｖｆ−cap）。そして、入力交流電圧（Ｖｉ）値がさらに低下していくと、両コンデンサ３２ａ、３２ｂは放電を開始する。この放電開始電圧（Ｖｖｆ）は、両コンデンサ３２ａ、３２ｂのピーク電圧（Ｖｖｆ−cap）と等しく、上述のように、入力交流電圧（Ｖｉ）が１００Ｖａｃの場合、両コンデンサ３２ａ、３２ｂの放電開始電圧（Ｖｖｆ）は、約７０[Ｖ]となる（ちなみに、入力交流電圧（Ｖｉ）が１００Ｖａｃの場合、導通角が３０°のタイミングで７０[Ｖ]となる。）。

したがって、入力交流電圧（Ｖｉ）が谷埋め回路２２におけるコンデンサ３２ａ、３２ｂの放電開始電圧（Ｖｖｆ）まで低下すると、第１、第２コンデンサ３２ａ、３２ｂが放電を開始して、両コンデンサ３２ａ、３２ｂに充電されていた電力が低色温度ＬＥＤ１２に供給され、たとえ入力交流電圧（Ｖｉ）が低色温度ＬＥＤ１２の順方向電圧（Ｖｆ１）以下に下がったとしても低色温度ＬＥＤ１２は発光し続ける。放電開始後、低色温度ＬＥＤ１２に流れる電流（Ｉ_Ｌ）は、両コンデンサ３２ａ、３２ｂの容量に応じて漸減する（両コンデンサ３２ａ、３２ｂの容量が大きければ漸減の度合いはさらに緩やかになり、容量が小さければ漸減の度合いはやや急になる。）。

然る後、一旦ゼロ電圧になって再び昇圧してきた入力交流電圧（Ｖｉ）が、低色温度ＬＥＤ１２に給電することによって漸減してきたコンデンサ電圧に一致した（このときのコンデンサ電圧が谷埋め回路２２の充電開始電圧（Ｖｖｇ）となる。）後は、再び入力交流電圧（Ｖｉ）が低色温度ＬＥＤ１２に印加され、結果として低色温度ＬＥＤ１２は入力交流電圧（Ｖｉ）の増減に拘わらず点灯し続けることになる（同時に、コンデンサ３２も充電される。）。一方、高色温度ＬＥＤ１４は、入力交流電圧（Ｖｉ）が高色温度ＬＥＤ１４の順方向電圧（Ｖｆ２）になった時に発光を開始する。

したがって、本実施例の谷埋め回路２２によれば、入力交流電圧（Ｖｉ）値がゼロになる前後においても、両給電線３０ａ、３０ｂ間の直流電圧（Ｖｄｃ）を所定の充電開始電圧（Ｖｖｇ）（本実施例では上述のように約７０[Ｖ]）以上となるように電圧波形が谷埋めされる。

谷埋め回路２２で谷埋めされた両給電線３０ａ、３０ｂ間の直流電圧（Ｖｄｃ）は、低色温度ＬＥＤ１２および高色温度ＬＥＤ１４、さらにこれらを駆動する低色温度ＬＥＤ用駆動回路１６および高色温度ＬＥＤ用駆動回路１８に上記の態様で印加される。

本実施例では、低色温度ＬＥＤ１２を駆動する低色温度ＬＥＤ用駆動回路１６は、上述のように、１つの電流制限用抵抗２４のみで構成されている。これにより、入力波形−出力波形間での位相ずれが発生せず、図２（ｃ）に示すように、入力交流電圧（Ｖｉ）がピークのときに、低色温度ＬＥＤ１２に供給される電流（Ｉ_Ｌ）もピークとなり、入力交流電圧（Ｖｉ）がピークから低下していくと、電流（Ｉ_Ｌ）も低下していく。

ここで、低色温度ＬＥＤ１２の順方向電圧（Ｖｆ１）は、谷埋め回路２２の充電開始電圧（Ｖｖｇ）よりも低く設定されている（Ｖｖｇ＞Ｖｆ１）ので、入力交流電圧（Ｖｉ）値がゼロになる前後であっても、低色温度ＬＥＤ１２は、両コンデンサ３２ａ、３２ｂから供給された電力で点灯状態を維持できる。

なお、Ｖｉ＞Ｖｖｆである期間において、低色温度ＬＥＤ１２への供給電流は、Ｉ_Ｌ≒（Ｖｉ−Ｖｆ１）／Ｒ１であり、Ｖｉ＜Ｖｖｆである期間においては、Ｉ_Ｌ≒（（Ｖｖｆ−Ｖｆ１）／Ｒ１）ε^{−ｔ／（Ｃ１＋Ｃ２）Ｒ１}で算出することができる（Ｃ１：第１のコンデンサの容量[Ｆ]。Ｃ２：第２のコンデンサの容量[Ｆ]）。

高色温度ＬＥＤ１４の順方向電圧（Ｖｆ２）は、谷埋め回路２２の放電開始電圧（Ｖｖｆ）よりも高く設定されている（本実施例では、１００[Ｖ]）。当該高色温度ＬＥＤ１４を駆動する高色温度ＬＥＤ用駆動回路１８は、上述のようにトランジスタによる定電流回路であることから、Ｖｉ＞Ｖｆ２である期間において、高色温度ＬＥＤ１４に供給される電流（Ｉ_Ｈ）は、Ｉ_Ｈ≒Ｖ_ＢＥ／Ｒ２（定電圧）となる（Ｖ_ＢＥ：第２のトランジスタ２６ｂにおけるベース・エミッタ間電圧[Ｖ]。Ｒ２：第１の定電流回路用抵抗２８ａの抵抗値[Ω]）。

一方、Ｖｉ＜Ｖｆ２である期間においては、高色温度ＬＥＤ１４に電流が流れないことから、Ｉ_Ｈ＝０となる。なお、高色温度ＬＥＤ１４が点灯する期間は、谷埋め回路２２における両コンデンサ３２ａ、３２ｂの充電期間の一部であるから、当該高色温度ＬＥＤ１４の電力等と両コンデンサ３２ａ、３２ｂの容量との間には関連性がない。

なお、高色温度ＬＥＤ用駆動回路１８を、上述した低色温度ＬＥＤ用駆動回路１６のように抵抗だけで構成することも可能であるが、高色温度ＬＥＤ１４の順方向電圧（Ｖｆ２）は比較的大きく、入力交流電圧（Ｖｉ）に対して高色温度ＬＥＤ１４に流れる電流値（Ｉ_Ｈ）の変動が大きくなってしまう（つまり、仮に高色温度ＬＥＤ用駆動回路１８の抵抗値をＲ_ｘとすると、高色温度ＬＥＤ１４に流れる電流値は、Ｉ_Ｈ＝（Ｖｉ−Ｖｆ２）／Ｒｘとなる。入力電圧Ｖｉを中心値Ｖｉｏと変動値ΔＶｉとで表すと、Ｖｉ＝Ｖｉｏ＋ΔＶｉとなり、Ｉ_Ｈ＝（Ｖｉｏ−Ｖｆ２）／Ｒ_ｘ＋ΔＶｉ／Ｒ_ｘとなる。ここで、「（Ｖｉｏ−Ｖｆ２）／Ｒ_ｘ」は固定値である一方で、「ΔＶｉ／Ｒ_ｘ」は変動値であり、高色温度ＬＥＤ１４の順方向電圧（Ｖｆ２）が大きくなると、固定値は小さくなり、相対的に変動値が大きくなる。）。したがって、本実施例のように、トランジスタを用いた定電流回路を使用するのが好適である。

次に、位相制御調光器３８を用いて入力交流電圧（Ｖｉ）の導通角を９０°に設定した場合におけるＬＥＤ照明装置１０の動作について、図３を用いて説明する。

導通角が９０°の入力交流電圧（Ｖｉ）は、図３（ａ）のような波形になる。位相制御調光器３８のトライアック３６がオンになるタイミングから両ＬＥＤ１２、１４への通電が始まり、入力交流電圧（Ｖｉ）が低下していき、高色温度ＬＥＤ１４の順方向電圧（Ｖｆ２）よりも小さくなったときに、高色温度ＬＥＤ１４の通電が停止する（Ｉ_Ｈ＝０）。例えば、高色温度ＬＥＤ１４の順方向電圧（Ｖｆ２）が１００[Ｖ]である場合、当該高色温度ＬＥＤ１４への通電が停止するタイミングは、θ（導通角）＝ｓｉｎ^-1（Ｖｆ２／Ｖｉ(peak)）＝ｓｉｎ^-1（１００[Ｖ]／１４０[Ｖ]）＝４５．６°のときになる。

表１および図４は、位相制御調光器３８による導通角θに対する両ＬＥＤ１２、１４への通流電流の特性例を示している。なお、この例において、低色温度ＬＥＤ１２の順方向電圧（Ｖｆ１）および定格電流は、それぞれ３０[Ｖ]および１８[ｍＡ]であり、当該低色温度ＬＥＤ１２の定格電力（Ｗ_Ｌ）は、３０[Ｖ]×１８[ｍＡ]＝０．５４[Ｗ]である。また、高色温度ＬＥＤ１４の順方向電圧（Ｖｆ２）および定格電流は、それぞれ１００[Ｖ]および２７[ｍＡ]であり、当該高色温度ＬＥＤ１４の定格電力（Ｗ_Ｈ）は、１００[Ｖ]×２７[ｍＡ]＝２．７[Ｗ]である。さらに、谷埋め回路２２の放電開始電圧（Ｖｖｆ）は７０[Ｖ]であり、入力交流電圧（Ｖｉ）が７０[Ｖ]になる導通角は、θ＝ｓｉｎ^-1（７０[Ｖ]／１４０[Ｖ]）＝３０°である。

図表に示すように、両ＬＥＤ１２、１４に流れる電流（Ｉ_Ｌ）（Ｉ_Ｈ）は、導通角が狭くなるにつれて徐々に低下する傾向を示している。ここで、谷埋め回路２２による谷埋め効果により、低色温度ＬＥＤ１２に流れる電流（Ｉ_Ｌ）は、導通角θが３０°以下でもとぎれることがなく、低色温度ＬＥＤ１２は継続して発光している。その一方で、高色温度ＬＥＤ１４に流れる電流（Ｉ_Ｈ）は、導通角が５０°以下の場合においてほぼゼロになり、高色温度ＬＥＤ１４は消灯する。

したがって、導通角θを絞っていくと、ＬＥＤ照明装置１０全体としての出光量が低下していくとともに、低色温度ＬＥＤ１２の電力（Ｗ_Ｌ）と、高色温度ＬＥＤ１４の電力（Ｗ_Ｈ）との比率Ｗ_Ｌ／Ｗ_Ｈが大きくなっていき、色温度の低い低色温度ＬＥＤ１２からの光が強調されて出光色温度が低下していく（赤っぽくなる）ことになる。

このように、本実施例のＬＥＤ照明装置１０によれば、位相制御調光器３８によって入力交流電圧（Ｖｉ）の導通角θを狭めて、ＬＥＤ照明装置１０全体としての発光量を低下させていったとき、高色温度ＬＥＤ１４の点灯期間が短くなる一方で、低色温度ＬＥＤ１２は、入力交流電圧（Ｖｉ）の全周波数サイクルに渡って点灯することから、高色温度光の量に対する低色温度光の量の比が大きくなるので、当該ＬＥＤ照明装置１０からの出射光の色温度を低下させることができる。

加えて、谷埋め回路２２を用いて、谷埋め回路２２からの直流電圧（Ｖｄｃ）がゼロになるのを回避し、給電欠落部が生じないようにしていることから、低色温度ＬＥＤ１２は常時点灯状態を維持できるので、入力交流電圧（Ｖｉ）がゼロ電圧になるタイミングにおいてもユーザがフリッカを感得するおそれを極小化することができる。

また、低色温度ＬＥＤ１２の電力（Ｗ_Ｌ）を、高色温度ＬＥＤ１４の電力（Ｗ_Ｈ）よりも低く設定することにより、温度条件によっては寿命が大幅に短くなるといった問題を有する電解コンデンサの使用を回避できるとともに、谷埋め回路２２全体を小型化することができる。

すなわち、入力交流電圧（Ｖｉ）が小さいときには、谷埋め回路２２の両コンデンサ３２ａ、３２ｂからの電力が低色温度ＬＥＤ１２に供給されることから、低色温度ＬＥＤ１２の電力（Ｗ_Ｌ）が小さくなれば、それだけ電力供給能力、つまり容量が小さいコンデンサを使用することが可能になるので、電解コンデンサではなく、より容量が小さく、かつ、温度条件の影響を受けにくいセラミックコンデンサ等が使用できるようになる。

一方、高色温度ＬＥＤ１４は、入力交流電圧（Ｖｉ）がコンデンサ３２ａ、３２ｂの放電開始電圧（Ｖｖｆ）よりも大きい期間においてのみ通電することから、当該高色温度ＬＥＤ１４の電力（Ｗ_Ｈ）が谷埋め回路２２の両コンデンサ３２ａ、３２ｂの容量に影響を与えることはなく、高電力の高色温度ＬＥＤ１４を使用してＬＥＤ照明装置１０全体の出光量を維持することができる。

加えて、各ＬＥＤ１２、１４に給電する駆動回路１６、１８は、印加電圧が高いほど、その効率も高くなる傾向にあるので、低い印加電圧で駆動する（つまり、効率の低い）低色温度ＬＥＤ１２の電力（Ｗ_Ｌ）を小さく、逆に、高い印加電圧で駆動する（つまり、効率の高い）高色温度ＬＥＤ１４の電力（Ｗ_Ｈ）を大きくすることにより、出光量が同じでも効率を高めることができる。

したがって、同じ出光量であるにも関わらず、小型、長寿命、かつ、高効率のＬＥＤ照明装置１０を提供することができる。

１０…ＬＥＤ照明装置
１２…低色温度ＬＥＤ
１４…高色温度ＬＥＤ
１６…低色温度ＬＥＤ用駆動回路
１８…高色温度ＬＥＤ用駆動回路
２０…整流回路
２２…谷埋め回路
２４…電流制限用抵抗
２６…トランジスタ
２８…定電流回路用抵抗
３０…給電線
３２…コンデンサ
３４…ダイオード
３６…トライアック
３８…位相制御調光器
４０…交流電源

Claims

交流電源から調光器を介して入力された入力交流電圧を全波整流する整流回路と、
前記整流回路に接続され、前記入力交流電圧のピーク電圧以下の放電開始電圧および前記放電開始電圧以下の充電開始電圧にて充放電を行うコンデンサを有しており、前記入力交流電圧が前記放電開始電圧まで低下した後、次の前記充電開始電圧に達するまでの間、前記コンデンサが放電することによって、全波整流された電圧波形のピーク間における電圧値が充電開始電圧以上となるように谷埋めする谷埋め回路と、
色温度が低い低色温度ＬＥＤ、および前記低色温度ＬＥＤよりも色温度が高く、前記低色温度ＬＥＤとともに前記谷埋め回路に並列接続された高色温度ＬＥＤと、
前記各ＬＥＤにそれぞれ接続され、前記各ＬＥＤに流れる電流を定格以下に制限する２つの駆動回路とで構成されており、
前記低色温度ＬＥＤの順方向電圧は、前記谷埋め回路の前記充電開始電圧より低く設定されているとともに、前記高色温度ＬＥＤの順方向電圧は、前記コンデンサの前記放電開始電圧より高く設定されていることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
前記低色温度ＬＥＤの電力は、前記高色温度ＬＥＤの電力よりも低く設定されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。