JP2011171042A

JP2011171042A - 発光ダイオード点灯装置

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Publication number: JP2011171042A
Application number: JP2010032237A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Suido; 新一水道; Shizuo Masuda; 静雄増田
Original assignee: Shihen Technical Corp
Current assignee: Shihen Technical Corp
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2010-02-17
Publication date: 2011-09-01
Anticipated expiration: 2030-02-17
Also published as: JP5613424B2

Abstract

【課題】２線式位相制御調光器と点灯制御装置を組み合わせた場合でも、入力抵抗を追加すること無く、問題なく調光制御可能な発光ダイオード点灯装置を提供する。
【解決手段】発光ダイオードＬＥＤの調光を行うための２線式位相制御調光器１と、発光ダイオードＬＥＤの点灯制御を行うための点灯制御装置２とからなり、２線式位相制御調光器１は、交流電源３の位相制御を行うトライアック４を有し、トライアック４によって供給電力を制御して調光を行う一方、点灯制御装置２は、２線式位相制御調光器１及び交流電源３からの供給電力が入力される入力ライン５と、入力ライン５に接続され入力ライン５を流れる電流を整流する整流ダイオードＤＢ１と、整流ダイオードＤＢ１に接続され整流後の電流を発光ダイオードＬＥＤに対して出力する出力ライン６とを備え、点灯制御装置２の入力ライン５の両電極間に抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２からなるスナバ回路１１を、出力ライン６の両電極間に抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３からなるスナバ回路１２をそれぞれ設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は発光ダイオード点灯装置に係り、特に２線式位相制御調光器に対応した発光ダイオード点灯装置に関する。

発光ダイオード点灯装置として、２線式位相制御調光器に対応したものがある。この２線式位相制御調光器は発光ダイオードの調光制御を行うためのもので、スイッチ素子として、通常、トライアックが用いられている。

トライアックは、双方向性電力素子で交流の位相制御に利用されており、ゲートに比較的小さなトリガ電流を流すことで主電極が導通し、保持電流がなくなるまで導通状態を維持する。逆に、ゲートにトリガ電流がない場合は、主電極のいずれが正になっても導通しない。このため、ゲートにトリガ電流を流すタイミングを調光器付属のボリュームにて調整することで、交流の半周期で主電極の導通期間を調整可能となる。このような２線式位相制御調光器は、負荷を白熱灯とすることで導通期間に応じた明るさが得られるため、調光手段として広く普及している。

ところで、近年、省エネルギー化及び二酸化炭素の排出量規制に対応するため、発光ダイオードは白熱灯の置き換え負荷として急速に普及してきている。このような発光ダイオードを点灯させるためには、専用の点灯制御装置が必要であるが、この点灯制御装置は、一般に回路部品として、コンデンサ、インダクタ及び抵抗などの電子部品で構成されている（例えば、特許文献１参照）。

図７は、点灯制御装置を２線式位相制御調光器と組み合わせて使用した従来例を示している。図７に示すように、２線式位相制御調光器１及び点灯制御装置２が設けられ、交流電源３に接続された２線式位相制御調光器１にはトライアック４が搭載されている。点灯制御装置２内においては、入力ライン５の両電極間にコンデンサＣ１とインダクタＬ１がそれぞれ設けられ、また、入力ライン５に整流ダイオードＤＢ１が接続されて、整流後の電流が流れる出力ライン６の両電極間にはコンデンサＣ４が設けられている。出力ライン６はＬＥＤドライバ部７に接続され、このＬＥＤドライバ部７に複数の発光ダイオードＬＥＤが繋がっている。なお、コンデンサＣ１，Ｃ４は、例えば、ＥＭＩ(Electro Magnetic Interference)対策として設けられている。

ところで、２線式位相制御調光器１と点灯制御装置２とを組み合わせた場合、図７に破線で示すように、２線式位相制御調光器１内のトライアック４の主電極導通に同期してコンデンサＣ１，Ｃ４にパルス状の突入電流Ｉ_R1が流れる。そして、この突入電流Ｉ_R1の立ち下がり部では、入力ライン５のインダクタンス等のＬ成分とコンデンサ容量等のＣ成分の影響で電流振動が発生する。

電流振動が発生すると、トライアック４の主電極を流れる電流が当該トライアック４の保持電流値を下回る場合があり、トライアック４は、保持電流を下回った時点で主電極がＯＦＦする。この現象は、通常、主電極がＯＮし続けなければならない時点でＯＦＦする異常動作でＯＮ期間がランダムに変わる。点灯制御装置２から見ると入力電源がランダムに変わるため、出力も変わり発光ダイオードＬＥＤにちらつきが発生し問題となっている。

このような電流振動を抑制する手段として、従来では、図７に示すように、入力ライン５のうち、２線式位相制御調光器１に繋がった入力ラインに入力抵抗Ｒ１を追加する方法が知られている。このようにすれば、Ｌ，Ｃ成分にＲ成分が追加されることによってＬ，Ｃ成分による電流振動が抑制される。この場合、電流振動の下限が保持電流未満にならないレベルに入力抵抗Ｒ１の抵抗値を設定することで、トライアック４の上記異常動作の発生を回避することが可能となる。入力ライン５に入力抵抗Ｒ１を追加した発光ダイオード点灯装置においては、トライアック４の導通期間に応じた明るさが得られる。

特開２００６−１４７２５２号公報

しかしながら、上記従来技術のように入力ライン５に入力抵抗Ｒ１を追加する場合、一般に入力抵抗Ｒ１として抵抗値の大きいものが追加されるので、その入力抵抗Ｒ１によって熱が発生し、発光ダイオード点灯装置全体の温度が上昇するという問題が生じるとともに、入力抵抗Ｒ１によって電力エネルギーの損出が発生し、エネルギー効率が低下するという問題が生じる。また、入力抵抗Ｒ１を追加することにより、発光ダイオード点灯装置のコストアップが生じるという問題もある。

本発明の課題は、２線式位相制御調光器と点灯制御装置を組み合わせた場合でも、入力抵抗を追加すること無くもしくは比較的小さな入力抵抗値の追加で、問題なく調光制御可能な発光ダイオード点灯装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、発光ダイオードの調光を行うための調光部と、発光ダイオードの点灯制御を行うための点灯制御部とからなり、前記調光部は、交流電力の位相制御を行う電力位相制御素子を有し、該電力位相制御素子によって供給電力を制御して調光を行う一方、前記点灯制御部は、前記調光部及び交流電源からの供給電力が入力される入力ラインと、前記入力ラインに接続され当該入力ラインを流れる電流を整流する整流回路と、前記整流回路に接続され整流後の電流を発光ダイオードに対して出力する出力ラインとを備え、前記点灯制御部の入力ラインの両電極間及び前記出力ラインの両電極間のうち少なくとも一方に、抵抗とコンデンサからなるスナバ回路を設けたことを特徴としている。

上記構成によれば、点灯制御部の入力ラインの両電極間及び出力ラインの両電極間のうち少なくとも一方にスナバ回路が設けられているので、突入電流が保持電流値以上に保持され、これにより、突入電流の立ち下がり部に電流振動が発生するのを抑制することができる。したがって、上記構成によれば、入力抵抗を追加すること無くもしくは比較的小さな入力抵抗値の追加で、装置全体の温度上昇及び電力エネルギーの損出を防ぐことができ、さらには装置のコストアップも抑えることが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記電力位相制御素子が、トライアックであることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記トライアックの主電極がＯＮするとき以外の期間は、前記スナバ回路の抵抗をショートさせるスイッチ回路を設けたことを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項２において、前記トライアックの主電極がＯＮするとき以外の期間は、前記スナバ回路をオープンするスイッチ回路を設けたことを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項２において、前記入力ラインのうち、前記調光部と前記点灯制御部間の入力ライン、及び前記交流電源と前記点灯制御部間の入力ラインのいずれかに入力抵抗を設けるか、又は前記交流電源と前記調光部とを接続する電源ラインに入力抵抗を設けたことを特徴としている。

本発明は調光部の無い発光ダイオード点灯装置にも適用できる。すなわち、請求項６に記載の発明は、発光ダイオードの点灯制御を行うための点灯制御部が、交流電源からの供給電力が入力される入力ラインと、前記入力ラインに接続され当該入力ラインを流れる電流を整流する整流回路と、前記整流回路に接続され整流後の電流を発光ダイオードに対して出力する出力ラインとを備え、前記入力ラインの両電極間及び前記出力ラインの両電極間のうち少なくとも一方に、抵抗とコンデンサからなるスナバ回路を設けたことを特徴としている。

本発明によれば、入力抵抗を追加すること無くもしくは比較的小さな入力抵抗値の追加で、装置全体の温度上昇及び電力エネルギーの損出を防ぐことができ、さらには装置のコストアップも抑えることが可能な発光ダイオード点灯装置を実現することが可能となる。

実施例１による発光ダイオード点灯装置の全体構成図である。交流電圧に対して位相制御を行ったときの電圧波形と突入電流の波形を示す図である。突入電流の立ち下がり部を拡大して示しており、（ａ）は立ち下がり部に電流振動が発生した様子を示す図、（ｂ）は立ち下がり部に電流振動が発生していない様子を示す図である。実施例２による発光ダイオード点灯装置の全体構成図である。実施例３による発光ダイオード点灯装置の全体構成図である。実施例４による発光ダイオード点灯装置の全体構成図である。従来技術による発光ダイオード点灯装置の全体構成図である。

以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。なお、従来技術と同一の箇所については、同一に符号を記すこととする。

《実施例１》
図１は、実施例１による発光ダイオード点灯装置の全体構成図である。この発光ダイオード点灯装置は、調光部としての２線式位相制御調光器１と、点灯制御部としての点灯制御装置２とを有している。２線式位相制御調光器１は、交流電源（商用交流電源）３に接続され、内部にはスイッチ素子としてトライアック４が搭載されている。

点灯制御装置２は、その内部に２本の入力ライン５が配線され、これら入力ライン５の両電極間にコンデンサＣ１とインダクタＬ１がそれぞれ設けられている。コンデンサＣ１とインダクタＬ１のうち、インダクタＬ１は、後述する整流ダイオードＤＢ１に近い側に配置されている。なお、コンデンサＣ１及びインダクタＬ１はＥＭＩ対策部品でローパスフィルタを構成している。

また、点灯制御装置２内には整流回路として整流ダイオードＤＢ１が設けられ、この整流ダイオードＤＢ１の入力側には入力ライン５が接続されている。整流ダイオードＤＢ１の出力側には２本の出力ライン６が接続され、これら出力ライン６の両電極間にはコンデンサＣ４が設けられている。出力ライン６には、整流ダイオードＤＢ１での整流後の電流が流れており、その先端部はＬＥＤドライバ部７に接続されている。そして、ＬＥＤドライバ部７に複数の発光ダイオードＬＥＤが繋がっている。なお、コンデンサＣ４は、ＬＥＤドライバ部７の回生コンデンサである。

本実施例においては、上記入力ライン５の両電極間に、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２からなるスナバ回路（ＣＲスナバ回路）１１が設けられている。スナバ回路１１は、入力ライン５の両電極間電圧がＣＲ遮断周波数以上に振動するのを抑制する。ＣＲ遮断周波数は以下に式で求められる。

Ｆ＝１／（２πＣ・Ｒ）
ここで、ＦはＣＲ遮断周波数、ＣはコンデンサＣ２の容量、Ｒは抵抗Ｒ２の抵抗値である。

また、本実施例においては、上記出力ライン６の両極間に、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３からなるスナバ回路（ＣＲスナバ回路）１２が設けられている。スナバ回路１２は、出力ライン６の両電極間電圧がＣＲ遮断周波数以上に振動するのを抑制する。ＣＲ遮断周波数は以下に式で求められる。

Ｆ＝１／（２πＣ・Ｒ）である。

ここで、ＦはＣＲ遮断周波数、ＣはコンデンサＣ３の容量、Ｒは抵抗Ｒ３の抵抗値である。

次に、本実施例の作用について説明する。

２線式位相制御調光器１において、トライアック４は、図２の上部に示すように、交流電源３からの交流電圧に対して、ゲートに印加されるパルスで位相制御を行い、これにより、同図に示すような波形の電圧Ｖ₁が得られる。

一方、点灯制御装置２を２線式位相制御調光器１と組み合わせて使用した場合、図７に示したように、点灯制御装置２内のコンデンサＣ１，Ｃ４には、２線式位相制御調光器１内におけるトライアック４の主電極導通に同期して突入電流Ｉ_R1（図７参照）が流れる。この突入電流Ｉ_R1の波形を図２の下部に示す。なお、図２において、横軸は時間ｔを示している。

そして、従来では、突入電流Ｉ_R1の立ち下がり部では、入力ライン５のインダクタＬ１等によるインダクタンスのＬ成分と、コンデンサＣ１，Ｃ４等による容量のＣ成分との影響で電流振動が発生する。

突入電流Ｉ_R1の立ち下がり部に電流振動が発生する様子を図３（ａ）に示す。同図から分かるように、立ち下がり部においては、突入電流Ｉ_R1が保持電流値以下まで低下しており、入力ライン５及び出力ライン６の各両端電圧のＣＲ遮断周波数以上で振動している。

これに対して、本実施例では、入力ライン５の両電極間にスナバ回路１１が、出力ライン６の両電極間にスナバ回路１２がそれぞれ設けられているので、図３（ｂ）に示すように、突入電流Ｉ_R1の立ち下がり部に電流振動が発生するのが抑制され、これにより、突入電流Ｉ_R1を保持電流値以上に保持することができる。なお、図３（ｂ）は図２のＡ部を拡大して示したものである。また、図３（ａ）及び（ｂ）において、横軸は時間ｔを示している。

ここでは、スナバ回路１１，１２が設けられている例を示しているが、スナバ回路１１，１２の一方だけが設けられたものであってもよい。

本実施例によれば、入力抵抗を追加すること無く、装置全体の温度上昇及び電力エネルギーの損出を防ぐことができ、さらには装置のコストアップも抑えることができる。

また、本実施例によれば、突入電流Ｉ_R1が保持電流値以上に保持されるので、突入電流Ｉ_R1によってトライアック４がＯＦＦしてしまうという異常動作の発生を未然に防ぐことができる。
《実施例２》
図４は実施例２を示している。本実施例では、スナバ回路１１の抵抗Ｒ２をショートさせるためのスイッチ回路ＳＷ１と、スナバ回路１２の抵抗Ｒ３をショートさせるためのスイッチ回路ＳＷ２がそれぞれ設けられている。他の構成は実施例１の場合と同様である。

上記構成において、効率改善のため、トライアック４の主電極がＯＮするとき以外の期間は、スイッチ回路ＳＷ１を「入り」にして抵抗Ｒ２をショートさせるか、スイッチ回路ＳＷ２を「入り」にして抵抗Ｒ３をショートさせるか、またはスイッチ回路ＳＷ１，ＳＷ２の両方を「入り」にして抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ３をショートさせる。

本実施例によれば、トライアック４の主電極がＯＮするとき以外の期間（つまり、突入電流Ｉ_R1が流れていない期間）は、スナバ回路１１，１２の少なくとも一方がショートされ、当該スナバ回路による効率低下の改善を図ることができる。
《実施例３》
図５は実施例３を示している。本実施例では、スナバ回路１１をオープンさせるためのスイッチ回路ＳＷ３と、スナバ回路１２をオープンさせるためのスイッチ回路ＳＷ４がそれぞれ設けられている。他の構成は実施例１の場合と同様である。

上記構成において、効率改善のため、トライアック４の主電極がＯＮするとき以外の期間は、スイッチ回路ＳＷ３を「切り」にしてスナバ回路１１をオープンさせるか、スイッチ回路ＳＷ４を「切り」にしてスナバ回路１２をオープンさせるか、またはスイッチ回路ＳＷ３，ＳＷ４の両方を「切り」にしてスナバ回路１１及びスナバ回路１２をオープンさせる。

本実施例によれば、トライアック４の主電極がＯＮするとき以外の期間（つまり、突入電流Ｉ_R1が流れていない期間）は、スナバ回路１１，１２の少なくとも一方がオープンされ、当該スナバ回路による効率低下の改善を図ることができる。
《実施例４》
図６は実施例４を示している。本実施例では、入力ライン５のうち、２線式位相制御調光器１と点灯制御装置２との間の入力ライン５Ａに入力抵抗Ｒ４が設けられている。この入力抵抗Ｒ４は比較的小さな抵抗値に設定されている。スナバ回路１１，１２での電流振動の抑制が不十分な場合、上記入力抵抗Ｒ４を追加すると、電流振動の抑制に効果的である。

本実施例によれば、発光ダイオード点灯装置は、２線式位相制御調光器１におけるトライアック４の導通期間に応じた明るさが得られるため、２線式位相制御調光器１と組み合わせて使用可能となる。

本実施例によれば、比較的小さな入力抵抗値の追加で、実施例１と同様の効果を得ることができる。

本実施例は実施例１の構成に入力抵抗Ｒ４を追加したものであるが、実施例２や実施例３の構成において、２線式位相制御調光器１と点灯制御装置２との間の入力ライン５に入力抵抗Ｒ４を追加してもよい。

なお、図６において、交流電源３と点灯制御装置２との間の入力ライン５Ｂに入力抵抗Ｒ４を設けてもよいし、また、交流電源３と２線式位相制御調光器１とを接続する電源ライン５Ｃに入力抵抗Ｒ４を設けてもよい。

以上、本発明の実施例を図面により詳述してきたが、上記各実施例は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は上記各実施例の構成にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれることは勿論である。

例えば、トライアック４の代わりに、交流電圧の位相制御を行うものであれば、他の電力位相制御素子を用いても良い。

また、本発明は２線式位相制御調光器１を有しない発光ダイオード点灯装置にも適用できる。すなわち、この発光ダイオード点灯装置には、図１において、点灯制御装置２のみが設けられ、この点灯制御装置２は、交流電源３からの供給電力が入力される入力ライン５と、入力ライン５に接続され当該入力ライン５を流れる電流を整流する整流回路ＤＢ１と、整流回路ＤＢ１に接続され整流後の電流を発光ダイオードＬＥＤに対して出力する出力ライン６とを備え、入力ライン５の両電極間に抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２からなるスナバ回路１１、及び出力ライン６の両電極間に抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３からなるスナバ回路１２の少なくとも一方を有するよう構成してもよい。

１２線式位相制御調光器（調光部）
２点灯制御装置（点灯制御部）
３交流電源
４トライアック（電力位相制御素子）
５，５Ａ，５Ｂ入力ライン
５Ｃ電源ライン
６出力ライン
Ｃ１〜Ｃ４コンデンサ
ＤＢ１整流ダイオード（整流回路）
Ｌ１インダクタ
Ｒ１，Ｒ４入力抵抗
Ｒ２，Ｒ３抵抗
ＳＷ１〜ＳＷ４スイッチ回路

Claims

発光ダイオードの調光を行うための調光部と、発光ダイオードの点灯制御を行うための点灯制御部とからなり、
前記調光部は、交流電力の位相制御を行う電力位相制御素子を有し、該電力位相制御素子によって供給電力を制御して調光を行う一方、
前記点灯制御部は、前記調光部及び交流電源からの供給電力が入力される入力ラインと、前記入力ラインに接続され当該入力ラインを流れる電流を整流する整流回路と、前記整流回路に接続され整流後の電流を発光ダイオードに対して出力する出力ラインとを備え、
前記点灯制御部の入力ラインの両電極間及び前記出力ラインの両電極間のうち少なくとも一方に、抵抗とコンデンサからなるスナバ回路を設けたことを特徴とする発光ダイオード点灯装置。
前記電力位相制御素子が、トライアックであることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード点灯装置。
前記電力位相制御素子の主電極がＯＮするとき以外の期間は、前記スナバ回路の抵抗をショートさせるスイッチ回路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード点灯装置。
前記電力位相制御素子の主電極がＯＮするとき以外の期間は、前記スナバ回路をオープンするスイッチ回路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード点灯装置。
前記調光部と前記点灯制御部間の入力ライン、前記交流電源と前記点灯制御部間の入力ライン、又は前記交流電源と前記調光部とを接続する電源ラインに入力抵抗を設けたことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード点灯装置。
発光ダイオードの点灯制御を行うための点灯制御部が、交流電源からの供給電力が入力される入力ラインと、前記入力ラインに接続され当該入力ラインを流れる電流を整流する整流回路と、前記整流回路に接続され整流後の電流を発光ダイオードに対して出力する出力ラインとを備え、
前記入力ラインの両電極間及び前記出力ラインの両電極間のうち少なくとも一方に、抵抗とコンデンサからなるスナバ回路を設けたことを特徴とする発光ダイオード点灯装置。