JP2017212197A - LED lighting device and LED unit - Google Patents
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Abstract
【課題】負荷接続端が無負荷になったときでも高電圧が出力しない多灯用のLED点灯装置を提供する。また、消費電力の小さい高効率のLEDユニットを提供する。【解決手段】このLED点灯装置は、電圧制限ダイオード素子D1、D2が出力側の電位を制限するため、負荷接続端Pa、Pbに過大な電圧が出力することはない。また、電圧制限ダイオード素子D1、D2の動作は調光動作に影響を与えないため、深い調光と高電圧対策とを両立することができる。また、このLEDユニット70は、発光ダイオード列73ごとに設けられたトランジスタ素子TRが電流値を支配的に決定するため、発光ダイオード列73の順方向電圧にバラつきが存在しても電流値に偏りが発生しない。このため、低損失なエミッタ抵抗Rbで機能し、消費電力の少ない省エネルギーなLEDユニットを得ることができる。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an LED lighting device for multiple lights which does not output a high voltage even when a load connection end becomes no load. It also provides a highly efficient LED unit with low power consumption. In this LED lighting device, since voltage limiting diode elements D1 and D2 limit the potential on the output side, an excessive voltage is not output to the load connection terminals Pa and Pb. Further, since the operations of the voltage limiting diode elements D1 and D2 do not affect the dimming operation, both deep dimming and high voltage countermeasures can be achieved at the same time. Further, in the LED unit 70, since the transistor element TR provided for each light emitting diode row 73 predominantly determines the current value, the current value is biased even if the forward voltage of the light emitting diode row 73 varies. Does not occur. Therefore, it is possible to obtain an energy-saving LED unit that functions with a low-loss emitter resistor Rb and consumes less power. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、発光ダイオード(LED)を複数接続したLEDユニットを負荷として、このLEDユニットを定電流にて複数点灯させるための多灯用のLED点灯装置及び損失の少ないLEDユニットに関するものである。 The present invention relates to a multi-lamp LED lighting device and a low-loss LED unit for lighting a plurality of LED units with a constant current using a LED unit having a plurality of light emitting diodes (LEDs) connected thereto as a load.
近年、省エネルギーの機運が高まり、発光効率が高く長寿命で消費電力が少ない発光ダイオード素子を用いたLED照明が広く普及している。また、発光ダイオード素子を複数接続したLEDユニットを複数点灯させる多灯用のLED点灯装置も商品化されている。ここで、発光ダイオード素子の順方向電圧にはバラつきが存在するとともに、温度によっても変化する。よって、複数の発光ダイオード素子で構成されたLEDユニットの順方向電圧にも大きなバラつきが存在する。このため、LEDユニットは定電流で駆動することが照度の安定性や発光ダイオード素子の長寿命化の面から好ましい。この点、LC共振方式のLED点灯装置はLEDユニットの順方向電圧のバラつきや変動に関わらず、接続したLEDユニットを定電流で駆動することができる。このためLC共振方式の多灯用のLED点灯装置では、発光ダイオード素子の数や種類が異なる複数種のLEDユニットを混在させても、これらLEDユニットを定電流で安定的に点灯することができる。 In recent years, energy saving momentum has increased, and LED lighting using light-emitting diode elements that have high luminous efficiency, long life, and low power consumption has become widespread. In addition, LED lighting devices for multiple lamps that light a plurality of LED units each having a plurality of light emitting diode elements connected thereto have been commercialized. Here, the forward voltage of the light-emitting diode element has variations and also changes depending on the temperature. Therefore, there is a large variation in the forward voltage of the LED unit composed of a plurality of light emitting diode elements. For this reason, it is preferable that the LED unit is driven at a constant current in terms of stability of illuminance and extending the life of the light emitting diode element. In this regard, the LC resonance type LED lighting device can drive the connected LED units with a constant current regardless of variations or fluctuations in the forward voltage of the LED units. Therefore, in the LED lighting device for LC resonance type multi-lamps, even when plural types of LED units having different numbers and types of light emitting diode elements are mixed, these LED units can be stably lit with a constant current. .
しかしながら、一般的な定電流点灯方式の多灯用LED点灯装置は高周波発振回路、高周波出力回路、電流検出・電流制御手段を含むLED点灯回路を単純にLEDユニットの数だけ並列接続したものが多い。このような多灯用のLED点灯装置は部品点数が多く、回路構成が複雑となる他、コスト高であるという問題点がある。 However, the general constant current lighting type multi-lamp LED lighting device has many high-frequency oscillation circuits, high-frequency output circuits, and LED lighting circuits including current detection / current control means simply connected in parallel by the number of LED units. . Such LED lighting devices for multiple lamps have a number of parts, a complicated circuit configuration, and a high cost.
この問題点に対して本願発明者らは下記[特許文献1]に記載の発明を行った。ここで図14に[特許文献1]に記載の点灯装置1の回路図を示す。この[特許文献1]に記載の点灯装置1は、外部電源10の電力を整流部22にて整流し正極B(+)、負極B(−)に出力する直流電源部20と、スイッチング素子Q1、Q2を有し正極B(+)、負極B(−)から供給される直流電流を所定の高周波交流電流に変換して高周波出力点Aから出力する高周波出力部50(高周波出力回路)と、この高周波出力部50のスイッチング素子Q1、Q2を交互にスイッチング制御する高周波発振制御部40(高周波発振回路)と、共振用インダクタ素子Lfと共振用コンデンサ素子Cfとを備えたLC共振回路部30’と、このLC共振回路部30’からの交流電力が出力する負荷接続端Pa、Pbと、を有している。そして、この負荷接続端Pa、Pbに複数の発光ダイオード素子72を有するLEDユニット70’が接続する。このように[特許文献1]に記載の点灯装置1は、複数のLEDユニット70’を一つの高周波出力部50と高周波発振制御部40とで定電流駆動する。これにより、回路構成の簡略化と部品コストの低減とを図ることができる。 In order to solve this problem, the inventors of the present application have made the invention described in [Patent Document 1] below. FIG. 14 shows a circuit diagram of the lighting device 1 described in [Patent Document 1]. The lighting device 1 described in [Patent Document 1] includes a DC power supply unit 20 that rectifies the power of the external power supply 10 by the rectification unit 22 and outputs the rectified power to the positive electrode B (+) and the negative electrode B (−), and the switching element Q1. , A high frequency output unit 50 (high frequency output circuit) that converts a direct current supplied from the positive electrode B (+) and the negative electrode B (−) into a predetermined high frequency alternating current and outputs it from the high frequency output point A. An LC resonance circuit unit 30 ′ including a high-frequency oscillation control unit 40 (high-frequency oscillation circuit) that alternately controls switching elements Q1 and Q2 of the high-frequency output unit 50, a resonance inductor element Lf, and a resonance capacitor element Cf. And load connection ends Pa and Pb from which AC power from the LC resonance circuit unit 30 ′ is output. An LED unit 70 ′ having a plurality of light emitting diode elements 72 is connected to the load connection ends Pa and Pb. As described above, the lighting device 1 described in [Patent Document 1] drives a plurality of LED units 70 ′ with a single high-frequency output unit 50 and a high-frequency oscillation control unit 40 at a constant current. As a result, the circuit configuration can be simplified and the component cost can be reduced.
また、多灯用のLED点灯装置では、ユーザが意図的にLEDユニット70’を取り外して間引き運転を行う場合がある。この場合、LEDユニット70’が接続していない無負荷の負荷接続端Pa、Pb間には高電圧が出力する。この問題点に関し[特許文献1]に記載の点灯装置1では、負荷接続端Pa、Pb間が無負荷となったときにLC共振回路部30’の接続を開き、負荷接続端Pa、Pbへの高電圧の出力を防止する保護回路部60’を有している。 In addition, in the multi-LED lighting device, the user may intentionally remove the LED unit 70 'to perform a thinning operation. In this case, a high voltage is output between the unloaded load connection ends Pa and Pb to which the LED unit 70 'is not connected. With respect to this problem, in the lighting device 1 described in [Patent Document 1], when the load connection terminals Pa and Pb are unloaded, the connection of the LC resonance circuit unit 30 'is opened and the load connection terminals Pa and Pb are opened. The protective circuit unit 60 'prevents the high voltage output.
しかしながら、[特許文献1]に記載の保護回路部60’には誤作動を防止するため、ある程度の時間継続した無負荷信号が必要となる。このため、保護回路60’が動作する前に10kVを超えるような高電圧が負荷接続端Pa、Pb及び回路内に生じ、安全上問題がある他、回路素子が破損する可能性が有り、この点で更なる改善が望まれる。 However, the protection circuit section 60 'described in [Patent Document 1] requires a no-load signal that continues for a certain period of time in order to prevent malfunction. For this reason, a high voltage exceeding 10 kV is generated in the load connection terminals Pa and Pb and the circuit before the protection circuit 60 ′ operates, which may cause a safety problem and may damage the circuit element. Further improvements are desired.
また、LED照明の大きな特徴の一つとして調光が可能ということが挙げられる。そして、近年、減光率が94%という深い(暗い)調光も要求されている。しかしながら、LC共振方式の点灯装置1は、LC共振回路部30の動作周波数を共振点から大きく外すことができない。このため、動作周波数の変化による調光には限界があり、減光率の大きな調光には対応することができない。また、比較的低コストな調光方式の一つとして、LEDユニットの間欠点灯が挙げられる。これは、高周波出力部50をスイッチングする高周波信号を間欠的に出力することでLEDユニットを高速で点滅させ、この消灯期間(オフ期間)の比率を変化させることで調光(減光)を行うものである。しかしながら、[特許文献1]に記載の点灯装置1は保護回路部60’がこの間欠動作に対応できず、深い調光と無負荷時の高電圧対策とを両立することができない。 In addition, one of the major features of LED lighting is that dimming is possible. In recent years, there is also a demand for deep (dark) dimming with a dimming rate of 94%. However, the LC resonance type lighting device 1 cannot greatly deviate the operating frequency of the LC resonance circuit unit 30 from the resonance point. For this reason, there is a limit to dimming due to a change in operating frequency, and it is not possible to deal with dimming with a large dimming rate. Moreover, intermittent lighting of an LED unit is mentioned as one of the comparatively low-cost light control methods. This is because the LED unit blinks at high speed by intermittently outputting a high frequency signal for switching the high frequency output unit 50, and dimming (dimming) is performed by changing the ratio of the extinction period (off period). Is. However, in the lighting device 1 described in [Patent Document 1], the protection circuit unit 60 ′ cannot cope with this intermittent operation, and it is impossible to achieve both deep dimming and high voltage countermeasures during no load.
また、多数の発光ダイオード素子を接続するLEDユニットでは、例えば図15のLEDユニット7に示すように、複数の発光ダイオード素子72を直列接続した発光ダイオード列73を複数並列に接続して構成することが一般的である。しかしながら、前述のように個々の発光ダイオード素子72の順方向電圧にはバラつきが存在し、よってこれらを直列接続した発光ダイオード列73にも順方向電圧のバラつきが存在する。このため発光ダイオード列73を単純に並列接続したLEDユニット7では、ユニットに対する定電流駆動を行っても発光ダイオード列73ごとに電流値がバラつき、定電流駆動のメリットを十分に生かすことができない。 Further, in the LED unit to which a large number of light emitting diode elements are connected, for example, as shown in the LED unit 7 in FIG. 15, a plurality of light emitting diode rows 73 in which a plurality of light emitting diode elements 72 are connected in series are connected in parallel. Is common. However, as described above, there is a variation in the forward voltage of each light emitting diode element 72, and thus there is also a variation in the forward voltage in the light emitting diode row 73 in which these are connected in series. For this reason, in the LED unit 7 in which the light emitting diode rows 73 are simply connected in parallel, even if constant current driving is performed on the units, the current value varies for each light emitting diode row 73 and the advantages of constant current driving cannot be fully utilized.
尚、この問題点に対しては、発光ダイオード素子72を順方向電圧ごとに選別し、発光ダイオード列73の順方向電圧のバラつき自体を抑制することに加え、電流制限抵抗Rの抵抗値を上げ順方向電圧の影響を低減する対策が講じられる。しかしながら、電流制限抵抗Rの抵抗値を大きくすると損失が増大し、LEDユニット7全体としての消費電力が上昇するという問題点がある。 In order to solve this problem, the light emitting diode elements 72 are selected for each forward voltage, and in addition to suppressing the fluctuation of the forward voltage of the light emitting diode array 73 itself, the resistance value of the current limiting resistor R is increased. Measures are taken to reduce the effects of forward voltage. However, when the resistance value of the current limiting resistor R is increased, there is a problem that the loss increases and the power consumption of the LED unit 7 as a whole increases.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、負荷接続端が無負荷になったときでも高電圧が出力しない多灯用のLED点灯装置を提供することを目的とする。また、消費電力の小さい高効率のLEDユニットを提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the LED lighting device for multiple lamps which a high voltage does not output even when a load connection end becomes no load. Another object of the present invention is to provide a highly efficient LED unit with low power consumption.
本発明は、
(1)直流電流を供給する直流電源部20と、前記直流電源部20の出力間に直列に接続した第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2と、前記第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2とを交互にオン・オフする高周波発振制御部40と、前記第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2との接続点(高周波出力点A)に複数並列に接続したLC共振回路部30と、前記LC共振回路部30のそれぞれの出力点に接続し前記LC共振回路部30からの交流出力を整流して負荷接続端Pa、Pbに出力する出力整流部DBと、を有し、
前記LC共振回路部30は、前記第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2との接続点Aに一端が接続した共振用インダクタ素子Lfと、前記共振用インダクタ素子Lfの他端と前記直流電源部20の負極B(−)との間に接続した共振用コンデンサ素子Cfと、を備え、前記負荷接続端Pa、PbにLEDユニット70が接続する多灯用のLED点灯装置において、
前記LC共振回路部30は、カソードが前記直流電源部20の正極B(+)と接続しアノードが前記共振用インダクタ素子Lfと共振用コンデンサ素子Cfとの間に接続した第1の電圧制限ダイオード素子D1と、カソードが前記共振用インダクタ素子Lfと共振用コンデンサ素子Cfとの間に接続しアノードが前記直流電源部20の負極B(−)と接続した第2の電圧制限ダイオード素子D2のいずれか一方を少なくとも有することを特徴とするLED点灯装置80、80aを提供することにより、上記課題を解決する。
(2)高周波発振制御部40を所定の時間間隔で間欠動作させる間欠発振変調部42をさらに有することを特徴とする上記(1)記載のLED点灯装置80、80aを提供することにより、上記課題を解決する。
(3)LC共振回路部30が、第1の電圧制限ダイオード素子D1と第2の電圧制限ダイオード素子D2の両方を有することを特徴とする上記(1)または(2)に記載のLED点灯装置80、80aを提供することにより、上記課題を解決する。
(4)出力整流部DBと負荷接続端Pa、Pbとの間に保護回路60をそれぞれ有し、
前記保護回路60は、前記負荷接続端Pa、Pbが無負荷の場合に無負荷信号を発する無負荷検出部62と、前記無負荷信号により前記負荷接続端間Pa、Pbを短絡する保護スイッチング素子(SCR)と、前記保護スイッチング素子(SCR)に保持電流を流下して間欠動作時のオフ期間に前記保護スイッチング素子(SCR)の短絡状態を維持する保持配線66と、を有することを特徴とする上記(1)乃至(3)のいずれかに記載のLED点灯装置80aを提供することにより、上記課題を解決する。
(5)直流阻止コンデンサCdcを、共振用インダクタ素子Lfと共振用コンデンサ素子Cfとの間、もしくは共振用コンデンサ素子Cfと出力整流部DBとの間に接続したことを特徴とする上記(1)乃至(4)のいずれかに記載のLED点灯装置80、80aを提供することにより、上記課題を解決する。
(6)直流電源部20が、商用電源を全波整流回路もしくは倍電圧整流回路にて整流することを特徴とする上記(1)乃至(5)のいずれかに記載のLED点灯装置80、80aを提供することにより、上記課題を解決する。
(7)直流電源部20が、非絶縁型アクティブフィルタ回路24もしくは絶縁型アクティブフィルタ回路を有することを特徴とする上記(1)乃至(6)のいずれかに記載のLED点灯装置80、80aを提供することにより、上記課題を解決する。
(8)複数の発光ダイオード素子72が直列接続した発光ダイオード列73を複数並列に接続したLEDユニットにおいて、
前記発光ダイオード列73ごとにトランジスタ素子TRを備え、
前記発光ダイオード列73と、前記トランジスタ素子TRのコレクタ、エミッタと、エミッタ抵抗Rbとを直列に接続するとともに、前記トランジスタ素子TRの全てのベースを接続して、全ての前記トランジスタ素子TRに同一電位からのベース電流を流下させることを特徴とするLEDユニット70を提供することにより、上記課題を解決する。
(9)複数の発光ダイオード素子72が直列接続した発光ダイオード列73を複数並列に接続したLEDユニット70を負荷接続端Pa、Pbに有し、
前記LEDユニット70は、
前記発光ダイオード列73ごとにトランジスタ素子TRを備え、
前記発光ダイオード列73と、前記トランジスタ素子TRのコレクタ、エミッタと、エミッタ抵抗Rbとを直列に接続するとともに、前記トランジスタ素子TRの全てのベースを接続して、全ての前記トランジスタ素子TRに同一電位からのベース電流を流下させることを特徴とする上記(1)乃至(7)のいずれかに記載のLED点灯装置80、80aを提供することにより、上記課題を解決する。
(10)回路基板を一体型もしくは任意の回路ポイントで分割して構成したことを特徴とした上記(1)乃至(7)、(9)のいずれかに記載のLED点灯装置80、80aを提供することにより、上記課題を解決する。
The present invention
(1) A DC power supply unit 20 that supplies a DC current, a first switching element Q1 and a second switching element Q2 connected in series between outputs of the DC power supply unit 20, and the first switching element Q1 A plurality of high-frequency oscillation control units 40 that alternately turn on and off the second switching element Q2 and a connection point (high-frequency output point A) between the first switching element Q1 and the second switching element Q2 are connected in parallel. The LC resonance circuit unit 30 and the output rectification unit DB connected to the respective output points of the LC resonance circuit unit 30 to rectify the AC output from the LC resonance circuit unit 30 and output the rectified output to the load connection terminals Pa and Pb. Have
The LC resonance circuit unit 30 includes a resonance inductor element Lf having one end connected to a connection point A between the first switching element Q1 and the second switching element Q2, the other end of the resonance inductor element Lf, and the A multi-lamp LED lighting device including a resonance capacitor element Cf connected between the negative electrode B (−) of the DC power supply unit 20 and an LED unit 70 connected to the load connection ends Pa and Pb.
The LC resonance circuit unit 30 has a cathode connected to the positive electrode B (+) of the DC power supply unit 20 and an anode connected between the resonance inductor element Lf and the resonance capacitor element Cf. Any one of the element D1 and the second voltage limiting diode element D2 whose cathode is connected between the resonance inductor element Lf and the resonance capacitor element Cf and whose anode is connected to the negative electrode B (−) of the DC power supply unit 20 By providing the LED lighting devices 80 and 80a having at least one of these, the above-described problems are solved.
(2) The LED lighting devices 80 and 80a according to the above (1) are provided by further including an intermittent oscillation modulation unit 42 that intermittently operates the high-frequency oscillation control unit 40 at a predetermined time interval. To solve.
(3) The LED lighting device according to (1) or (2), wherein the LC resonance circuit unit 30 includes both the first voltage limiting diode element D1 and the second voltage limiting diode element D2. By providing 80 and 80a, the above-mentioned problem is solved.
(4) The protective circuit 60 is provided between the output rectifier DB and the load connection terminals Pa and Pb,
The protection circuit 60 includes a no-load detection unit 62 that generates a no-load signal when the load connection terminals Pa and Pb are unloaded, and a protective switching element that short-circuits the load connection terminals Pa and Pb by the no-load signal. (SCR) and a holding wiring 66 that flows a holding current through the protection switching element (SCR) and maintains the short-circuited state of the protection switching element (SCR) during an OFF period during intermittent operation. The above problem is solved by providing the LED lighting device 80a according to any one of (1) to (3).
(5) The direct current blocking capacitor Cdc is connected between the resonance inductor element Lf and the resonance capacitor element Cf, or between the resonance capacitor element Cf and the output rectifier DB (1) By providing the LED lighting devices 80 and 80a according to any one of (4) to (4), the above-described problem is solved.
(6) The LED lighting device 80 or 80a according to any one of (1) to (5), wherein the DC power supply unit 20 rectifies the commercial power supply by a full-wave rectifier circuit or a voltage doubler rectifier circuit. By providing the above, the above-described problems are solved.
(7) The LED lighting devices 80 and 80a according to any one of (1) to (6) above, wherein the DC power supply unit 20 includes a non-insulated active filter circuit 24 or an insulating active filter circuit. By providing, the above-mentioned problems are solved.
(8) In an LED unit in which a plurality of light emitting diode rows 73 in which a plurality of light emitting diode elements 72 are connected in series are connected in parallel,
Each light emitting diode row 73 includes a transistor element TR,
The light emitting diode row 73, the collector and emitter of the transistor element TR, and the emitter resistor Rb are connected in series, and all the bases of the transistor element TR are connected, so that all the transistor elements TR have the same potential. The above problem is solved by providing an LED unit 70 that is characterized in that the base current from the current source flows down.
(9) The load connection ends Pa and Pb have LED units 70 in which a plurality of light emitting diode rows 73 in which a plurality of light emitting diode elements 72 are connected in series are connected in parallel.
The LED unit 70 includes:
Each light emitting diode row 73 includes a transistor element TR,
The light emitting diode row 73, the collector and emitter of the transistor element TR, and the emitter resistor Rb are connected in series, and all the bases of the transistor element TR are connected, so that all the transistor elements TR have the same potential. The above problem is solved by providing the LED lighting devices 80 and 80a according to any one of the above (1) to (7), characterized in that the base current from the above is caused to flow down.
(10) The LED lighting devices 80 and 80a according to any one of the above (1) to (7) and (9) are provided, wherein the circuit board is configured as an integrated type or divided at an arbitrary circuit point. This solves the above problem.
本発明に係るLED点灯装置は、LC共振回路に電圧制限ダイオード素子を接続することで無負荷時の出力電圧を制限することができる。
また、この電圧制限ダイオード素子の動作は間欠信号による調光動作に影響を与えない。このため、調光機能を備えたLED点灯装置に本発明を適用することで間欠動作による深い調光と無負荷時の高電圧対策とを両立することができる。
また、本発明に係るLEDユニットは、発光ダイオード列ごとに設けられたトランジスタ素子が発光ダイオード列に流下する電流値を支配的に決定する。このため、発光ダイオード列の順方向電圧にバラつきが存在していても流下する電流値に大きな偏りが発生せず、低損失なエミッタ抵抗で機能する。これにより、消費電力の少ない省エネルギーなLEDユニットを得ることができる。
そして、本発明に係るLED点灯装置とLEDユニットとを組み合わせることで、安全性と省エネルギー性に優れ、定電流駆動のメリットを最大限に有するLED点灯装置を得ることができる。
The LED lighting device according to the present invention can limit the output voltage at no load by connecting a voltage limiting diode element to the LC resonance circuit.
The operation of the voltage limiting diode element does not affect the dimming operation by the intermittent signal. For this reason, by applying the present invention to an LED lighting device having a dimming function, it is possible to achieve both deep dimming by intermittent operation and high voltage countermeasures during no load.
In addition, the LED unit according to the present invention dominantly determines the current value that the transistor element provided for each light emitting diode row flows down to the light emitting diode row. For this reason, even if there is a variation in the forward voltage of the light emitting diode array, there is no large deviation in the value of the flowing current, and the emitter resistor functions with a low loss. Thereby, an energy-saving LED unit with low power consumption can be obtained.
By combining the LED lighting device and the LED unit according to the present invention, it is possible to obtain an LED lighting device that is excellent in safety and energy saving and has the maximum merit of constant current driving.
本発明に係るLED点灯装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。尚、ここではLED点灯回路を4つ有し、負荷としてのLEDユニットを4つ接続可能な4灯のLED点灯装置80、80aを例に説明を行うが、LED点灯回路の数には特に限定は無く、回路の許容範囲内でいくつ設けても良い。また、ここでは負荷接続端Pa、Pbに後述の本発明に係るLEDユニット70を接続した例を示しているが、LED点灯装置80、80aに用いるLEDユニットはこれに限定されるわけではなく、周知のLEDユニットを使用することができる。 Embodiments of an LED lighting device according to the present invention will be described with reference to the drawings. Here, four LED lighting circuits 80 and 80a that have four LED lighting circuits and can connect four LED units as loads will be described as an example, but the number of LED lighting circuits is particularly limited. There may be any number within the allowable range of the circuit. Moreover, although the example which connected the LED unit 70 based on this invention mentioned later to the load connection ends Pa and Pb is shown here, the LED unit used for the LED lighting devices 80 and 80a is not limited to this, A well-known LED unit can be used.
図1に示すLED点灯装置80は、外部電源10からの電力を直流電流にして供給する直流電源部20と、第1、第2のスイッチング素子Q1、Q2を有し直流電源部20の出力(正極B(+)、負極B(−))から供給される直流電流を所定の高周波交流電流に変換して出力する高周波出力部50と、この第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2とを交互にオン・オフする高周波発振制御部40と、第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2との接続点A(高周波出力点A)に複数並列に接続したLC共振回路部30と、このLC共振回路部30のそれぞれの出力点(出力点B)に接続しLC共振回路部30からの交流出力を整流して負荷接続端Pa、Pbに出力する出力整流部DBと、を有している。そして、この負荷接続端Pa、Pbに複数の発光ダイオード素子72が接続したLEDユニット(例えば、LEDユニット70)が接続する。 The LED lighting device 80 shown in FIG. 1 includes a DC power supply unit 20 that supplies power from an external power supply 10 as a DC current, and first and second switching elements Q1 and Q2, and outputs ( A high-frequency output unit 50 that converts a direct current supplied from the positive electrode B (+) and the negative electrode B (−) into a predetermined high-frequency alternating current and outputs the same, and the first switching element Q1 and the second switching element Q2 And a LC resonance circuit unit 30 connected in parallel to a connection point A (high-frequency output point A) between the first switching element Q1 and the second switching element Q2. And an output rectification unit DB connected to each output point (output point B) of the LC resonance circuit unit 30 and rectifying the AC output from the LC resonance circuit unit 30 and outputting the rectified output to the load connection terminals Pa and Pb. HaveAnd LED unit (for example, LED unit 70) which the some light emitting diode element 72 connected to these load connection ends Pa and Pb connects.
外部電源10は、LED点灯装置80に電力を供給するものであり、200V交流、100V交流の商用電源の他、発電機やバッテリなど周知の電源を用いることができる。また、直流電源部20は外部電源10からの交流電力を直流に変換して正極B(+)、負極B(−)間に出力するものであり、例えば全波整流の整流部22とコンデンサ素子Caとを有している。尚、直流電源部20のコンデンサ素子Caは電解コンデンサを用いても良いし、フィルムコンデンサやセラミックコンデンサ等を用いても良い。尚、外部電源10に100V交流の商用電源を用い、直流電源部20に上記のコンデンサインプット方式の整流回路を採用した場合、本発明に係るLED点灯装置80では順方向電圧が約60VまでのLEDユニットの点灯が可能である。尚、整流部22に倍電圧整流方式の整流回路を採用することで、全波整流の場合よりも順方向電圧の大きなLEDユニットの点灯が可能となる。 The external power source 10 supplies power to the LED lighting device 80, and a known power source such as a generator or a battery can be used in addition to a commercial power source of 200V AC or 100V AC. The DC power supply unit 20 converts AC power from the external power supply 10 into DC and outputs it between the positive electrode B (+) and the negative electrode B (−). For example, a full-wave rectification rectifier 22 and a capacitor element And Ca. The capacitor element Ca of the DC power supply unit 20 may be an electrolytic capacitor, a film capacitor, a ceramic capacitor, or the like. When a 100V AC commercial power source is used for the external power source 10 and the above-described capacitor input type rectifier circuit is used for the DC power source unit 20, the LED lighting device 80 according to the present invention has an LED whose forward voltage is up to about 60V. The unit can be lit. By adopting a voltage doubler rectifier rectifier for the rectifier 22, it is possible to light an LED unit having a higher forward voltage than in the case of full wave rectification.
また、外部電源10からの入力電圧の変動対策、入力電流の高調波歪対策、及び高力率化を図る場合には、図2に示すように整流部22とコンデンサ素子Caとの間にアクティブフィルタ回路24を設けても良い。図2に示す非絶縁型のアクティブフィルタ回路24は、整流部22のプラス出力に直列に接続したインダクタ素子LaとダイオードDaと、このインダクタ素子LaとダイオードDaとの間にドレイン端子が接続しソース端子が整流部22のマイナス出力に接続した高周波スイッチング素子Qaと、この高周波スイッチング素子Qaをオン・オフする制御回路25と、整流部22の出力を平滑する図示しない平滑コンデンサと、を有している。尚、この平滑コンデンサは力率に悪影響を及ぼさない程度の小容量のものを用いる。そして、制御回路25が所定の周波数で高周波スイッチング素子Qaをオン・オフ制御することで、高周波スイッチング素子Qaのオン時にはインダクタ素子Laに外部電源10の電源電圧に応じた電力が蓄えられ、高周波スイッチング素子Qaのオフ時にはインダクタ素子Laが蓄えた電力をダイオードDaを通してコンデンサ素子Ca側に出力する。これにより、直流電源部20の出力電圧の安定化、外部電源10からの入力電流の高調波歪の抑制、及び高力率化を図ることができる。尚、順方向電圧の高いLEDユニットを点灯する場合には、インダクタ素子Laを絶縁トランスに置き換えて絶縁型のアクティブフィルタ回路とし、安全性に考慮したフライバック型のスイッチング電源として機能させても良い。 Further, when measures against fluctuations in the input voltage from the external power supply 10, measures against harmonic distortion of the input current, and higher power factor are to be achieved, an active state is provided between the rectifier 22 and the capacitor element Ca as shown in FIG. A filter circuit 24 may be provided. A non-insulated active filter circuit 24 shown in FIG. 2 has an inductor element La and a diode Da connected in series to the plus output of the rectifier 22, and a drain terminal connected between the inductor element La and the diode Da. A high-frequency switching element Qa whose terminal is connected to the negative output of the rectifying unit 22; a control circuit 25 for turning on / off the high-frequency switching element Qa; and a smoothing capacitor (not shown) for smoothing the output of the rectifying unit 22. Yes. The smoothing capacitor has a small capacity that does not adversely affect the power factor. Then, the control circuit 25 performs on / off control of the high frequency switching element Qa at a predetermined frequency, so that when the high frequency switching element Qa is on, power corresponding to the power supply voltage of the external power supply 10 is stored in the inductor element La. When the element Qa is off, the power stored in the inductor element La is output to the capacitor element Ca side through the diode Da. Thereby, stabilization of the output voltage of the DC power supply unit 20, suppression of harmonic distortion of the input current from the external power supply 10, and higher power factor can be achieved. When an LED unit with a high forward voltage is lit, the inductor element La may be replaced with an insulating transformer to form an insulating active filter circuit, which may function as a flyback switching power supply in consideration of safety. .
また、LED点灯装置80の高周波出力部50は、正極B(+)、負極B(−)から供給される直流電流を所定の周波数の高周波交流電流に変換して出力する周知のインバータ回路であり、直流電源部20の正極B(+)、負極B(−)間に直列に接続した第1、第2のスイッチング素子Q1、Q2を有している。そして、第1のスイッチング素子Q1のソース端子が直流電源部20の負極B(−)に接続し、ドレイン端子が第2のスイッチング素子Q2のソース端子に接続し、第2のスイッチング素子Q2のドレイン端子が正極B(+)に接続する。そして、この第1、第2のスイッチング素子Q1、Q2の接続点がLC共振回路部30への高周波出力点Aとなる。 The high-frequency output unit 50 of the LED lighting device 80 is a known inverter circuit that converts a direct current supplied from the positive electrode B (+) and the negative electrode B (−) into a high-frequency alternating current having a predetermined frequency and outputs it. The first and second switching elements Q1 and Q2 are connected in series between the positive electrode B (+) and the negative electrode B (−) of the DC power supply unit 20. The source terminal of the first switching element Q1 is connected to the negative electrode B (−) of the DC power supply unit 20, the drain terminal is connected to the source terminal of the second switching element Q2, and the drain of the second switching element Q2 is connected. The terminal is connected to the positive electrode B (+). A connection point between the first and second switching elements Q1 and Q2 is a high-frequency output point A to the LC resonance circuit unit 30.
また、第1、第2のスイッチング素子Q1、Q2のゲート端子は高周波発振制御部40と接続し、高周波発振制御部40から出力される所定の発振周波数の高周波信号により交互にスイッチング動作する。そして、高周波出力点Aにこの発振周波数の高周波交流電流が出力する。尚、高周波発振制御部40の発振周波数はLC共振回路部30の共振点近傍とする。 The gate terminals of the first and second switching elements Q1 and Q2 are connected to the high frequency oscillation control unit 40, and are switched alternately by a high frequency signal having a predetermined oscillation frequency output from the high frequency oscillation control unit 40. Then, a high-frequency alternating current having this oscillation frequency is output to the high-frequency output point A. The oscillation frequency of the high-frequency oscillation control unit 40 is set near the resonance point of the LC resonance circuit unit 30.
出力整流部DBはLC共振回路部30からの交流出力を整流する周知のダイオードブリッジ回路等を用いることができる。また、出力整流部DBの出力間にはコンデンサ素子Coを挿入することが好ましい。尚、コンデンサ素子Coの容量を最適化することでLEDユニットを流下する高周波リプル電流を抑制することが可能となる。 As the output rectification unit DB, a known diode bridge circuit or the like that rectifies the AC output from the LC resonance circuit unit 30 can be used. Further, it is preferable to insert a capacitor element Co between the outputs of the output rectifier DB. Note that, by optimizing the capacity of the capacitor element Co, it is possible to suppress the high-frequency ripple current flowing down the LED unit.
尚、本発明に係るLED点灯装置80は図3、図4に示すように、高周波発振制御部40を所定の時間間隔で間欠動作させる間欠発振変調部42と、この間欠発振変調部42に所定の調光信号を出力する調光信号出力部44と、を備えていても良い。 As shown in FIGS. 3 and 4, the LED lighting device 80 according to the present invention intermittently operates the high-frequency oscillation control unit 40 at predetermined time intervals, and the intermittent oscillation modulation unit 42 has a predetermined value. A dimming signal output unit 44 for outputting the dimming signal.
ここで、間欠発振変調部42と調光信号出力部44とによる調光動作を簡単に説明する。先ず、高周波発振制御部40には、前述のように高周波発振制御部40を間欠動作させる間欠発振変調部42が接続し、この間欠発振変調部42には調光信号出力部44が接続する。ここで、LEDユニットを減光率50%で調光する指示をユーザ等が行った場合、調光信号出力部44は減光率50%の調光信号を間欠発振変調部42に出力する。これにより、間欠発振変調部42はLEDユニットが減光率50%となるデューティ比の間欠信号を高周波発振制御部40に出力する。これにより、高周波発振制御部40はスイッチングのための高周波信号を間欠信号のデューティ比で間欠的に出力する。これにより、高周波出力部50は間欠信号のオン期間のみ高周波交流電流を出力する。これにより、LC共振回路部30は負荷側への駆動電流の出力を間欠信号のオン期間のみ間欠的に行う。これによりLEDユニットは高速で点滅し、その結果、平均的な光量が減少して減光率50%で調光動作する。また、例えばLEDユニットを6%(減光率94%)で調光する指示をユーザ等が行った場合、調光信号出力部44は減光率94%の調光信号を間欠発振変調部42に出力する。これにより、間欠発振変調部42は減光率50%の時よりもオフ期間の長いデューティ比の間欠信号を高周波発振制御部40に出力する。これにより、高周波発振制御部40、高周波出力部50、LC共振回路部30は減光率50%時よりも長いオフ間隔で間欠動作し、この結果、LEDユニットは50%調光時より発光間隔を開けて点滅する。これにより、平均的な光量はさらに減少しLEDユニットは減光率94%で調光動作する。尚、調光を行わない場合、高周波発振制御部40、高周波出力部50、LC共振回路部30は連続動作し、LEDユニットは常時点灯した全光状態となる。尚、調光信号出力部44、間欠発振変調部42は周知の回路構成により、無段階の間欠信号の生成が可能である。また、間欠信号の周期は人間がちらつきを感じないよう最大の減光率の調光時でも2msより短く、好適には1.5ms程度とすることが好ましい。 Here, the dimming operation by the intermittent oscillation modulation unit 42 and the dimming signal output unit 44 will be briefly described. First, an intermittent oscillation modulation unit 42 that intermittently operates the high frequency oscillation control unit 40 as described above is connected to the high frequency oscillation control unit 40, and a dimming signal output unit 44 is connected to the intermittent oscillation modulation unit 42. Here, when a user or the like gives an instruction to dim the LED unit with a dimming rate of 50%, the dimming signal output unit 44 outputs a dimming signal with a dimming rate of 50% to the intermittent oscillation modulation unit 42. As a result, the intermittent oscillation modulator 42 outputs an intermittent signal having a duty ratio at which the LED unit has a dimming rate of 50% to the high frequency oscillation controller 40. As a result, the high frequency oscillation control unit 40 intermittently outputs a high frequency signal for switching at a duty ratio of the intermittent signal. Thereby, the high frequency output part 50 outputs a high frequency alternating current only in the ON period of an intermittent signal. Thereby, the LC resonance circuit unit 30 intermittently outputs the drive current to the load side only during the ON period of the intermittent signal. As a result, the LED unit blinks at high speed, and as a result, the average amount of light decreases and the light is adjusted with a light reduction rate of 50%. For example, when a user or the like gives an instruction to dim the LED unit at 6% (dimming rate 94%), the dimming signal output unit 44 sends the dimming signal having the dimming rate 94% to the intermittent oscillation modulation unit 42. Output to. As a result, the intermittent oscillation modulation unit 42 outputs to the high frequency oscillation control unit 40 an intermittent signal having a duty ratio with a longer off period than when the light attenuation rate is 50%. As a result, the high-frequency oscillation control unit 40, the high-frequency output unit 50, and the LC resonance circuit unit 30 operate intermittently at an off interval longer than that when the dimming rate is 50%. Open and flash. As a result, the average amount of light further decreases, and the LED unit performs dimming operation with a dimming rate of 94%. When dimming is not performed, the high-frequency oscillation control unit 40, the high-frequency output unit 50, and the LC resonance circuit unit 30 operate continuously, and the LED unit is always in an all-light state. The dimming signal output unit 44 and the intermittent oscillation modulation unit 42 can generate a stepless intermittent signal by a known circuit configuration. Further, the period of the intermittent signal is shorter than 2 ms, preferably about 1.5 ms, even at the time of dimming at the maximum dimming rate so that humans do not feel flicker.
次に、本発明に係るLED点灯装置80のLC共振回路部30を図5(a)、(b)を用いて説明する。ここで、図5(a)、(b)はLED点灯装置80のうちの一つのLC共振回路部30を抜き出した回路図である。 Next, the LC resonance circuit unit 30 of the LED lighting device 80 according to the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIGS. 5A and 5B are circuit diagrams in which one LC resonance circuit unit 30 of the LED lighting device 80 is extracted.
先ず、図5(a)に示すLC共振回路部30は、共振用インダクタ素子Lfの一端が高周波出力部50の高周波出力点Aに接続し、他端が直流阻止コンデンサCdcを介して共振用コンデンサ素子Cfの一端に接続する。また、共振用コンデンサ素子Cfの他端は電流抑制抵抗Rsを介して直流電源部20の負極B(−)に接続する。そして、この共振用コンデンサ素子Cfの一端(共振用インダクタ素子Lfとの接続点側)が出力点Bとなる。この場合、共振用インダクタ素子Lfと共振用コンデンサ素子Cf、直流阻止コンデンサCdcがLC共振回路を構成し、その共振点の周波数f0は、共振用インダクタ素子Lfのインダクタ値をLf、共振用コンデンサ素子Cfの容量値をCf、直流阻止コンデンサCdcの容量値をCdcとしたときに、次式で算出される。
f0=1/(2π×(Lf×(Cf×Cdc)/(Cf+Cdc))1/2)
First, in the LC resonance circuit unit 30 shown in FIG. 5A, one end of the resonance inductor element Lf is connected to the high frequency output point A of the high frequency output unit 50, and the other end is connected to the resonance capacitor via the DC blocking capacitor Cdc. Connected to one end of the element Cf. Further, the other end of the resonance capacitor element Cf is connected to the negative electrode B (−) of the DC power supply unit 20 via the current suppression resistor Rs. One end of the resonance capacitor element Cf (the connection point side with the resonance inductor element Lf) is the output point B. In this case, the resonance inductor element Lf, the resonance capacitor element Cf, and the DC blocking capacitor Cdc constitute an LC resonance circuit, and the frequency f0 at the resonance point is the inductor value of the resonance inductor element Lf Lf, the resonance capacitor element When the capacitance value of Cf is Cf and the capacitance value of the DC blocking capacitor Cdc is Cdc, it is calculated by the following equation.
f0 = 1 / (2π × (Lf × (Cf × Cdc) / (Cf + Cdc)) 1/2 )
尚、直流阻止コンデンサCdcは、共振用インダクタ素子Lfと出力点B(出力整流部DB)との間に直列に接続すれば良い。従って、図5(b)に示すように、直流阻止コンデンサCdcを共振用コンデンサ素子Cfの接続点よりも出力点B側に設けても良い。この場合、LC共振回路部30のLC共振回路は共振用インダクタ素子Lfと共振用コンデンサ素子Cfとで構成され、その共振点の周波数f0は、次式で算出される。
f0=1/(2π×(Lf×Cf)1/2)
The DC blocking capacitor Cdc may be connected in series between the resonance inductor element Lf and the output point B (output rectification unit DB). Therefore, as shown in FIG. 5B, the DC blocking capacitor Cdc may be provided on the output point B side from the connection point of the resonance capacitor element Cf. In this case, the LC resonance circuit of the LC resonance circuit unit 30 includes the resonance inductor element Lf and the resonance capacitor element Cf, and the frequency f0 at the resonance point is calculated by the following equation.
f0 = 1 / (2π × (Lf × Cf) 1/2 )
ここで、LC共振方式のLED点灯回路を共振点近傍の周波数で動作させた場合、負荷(LEDユニット)に流下する電流は直流電源部20からの供給電圧と共振用インダクタ素子Lfのインダクタンス値によって一義的に決まるとされている。よって、LED点灯装置80はLEDユニットの順方向電圧のバラつきや大小に関わらず、これらのLEDユニットを定電流で安定的に駆動することができる。 Here, when the LC resonance type LED lighting circuit is operated at a frequency near the resonance point, the current flowing down to the load (LED unit) depends on the supply voltage from the DC power supply unit 20 and the inductance value of the resonance inductor element Lf. It is supposed to be determined uniquely. Therefore, the LED lighting device 80 can stably drive these LED units with a constant current regardless of the variation or magnitude of the forward voltage of the LED units.
また、一般的なLC共振回路では共振用インダクタ素子Lfと共振用コンデンサ素子Cfとの間には負荷以外の他の素子を接続することはない。しかしながら、本発明に係るLED点灯装置80のLC共振回路部30は特徴的な構成として、アノードが共振用インダクタ素子Lfと共振用コンデンサ素子Cfとの間に接続しカソードが直流電源部20の正極B(+)と接続した第1の電圧制限ダイオード素子D1と、カソードが共振用インダクタ素子Lfと共振用コンデンサ素子Cfとの間に接続しアノードが直流電源部20の負極B(−)と接続した第2の電圧制限ダイオード素子D2と、を有している。尚、これら第1、第2の電圧制限ダイオード素子D1、D2は、LC共振回路部30の出力に悪影響を与えないよう、逆方向漏れ電流が出力点Bの出力電流に対して十分に小さく、また接合容量が共振用コンデンサ素子Cfの容量に対して十分に小さいものを用いることが好ましい。このような第1、第2の電圧制限ダイオード素子D1、D2としては接合容量が15pF以下程度の高速ダイオードを用いることが好適である。また、図5(a)、(b)では、第1、第2の電圧制限ダイオード素子D1、D2を両方接続した例を示しているが、後述するように直流電源部20の出力電圧等によっては、第1の電圧制限ダイオード素子D1もしくは第2の電圧制限ダイオード素子D2のいずれか一方のみとしても良い。 In a general LC resonance circuit, no element other than the load is connected between the resonance inductor element Lf and the resonance capacitor element Cf. However, the LC resonance circuit unit 30 of the LED lighting device 80 according to the present invention has a characteristic configuration in which the anode is connected between the resonance inductor element Lf and the resonance capacitor element Cf, and the cathode is the positive electrode of the DC power supply unit 20. The first voltage limiting diode element D1 connected to B (+), the cathode is connected between the resonance inductor element Lf and the resonance capacitor element Cf, and the anode is connected to the negative electrode B (−) of the DC power supply unit 20. Second voltage limiting diode element D2. The first and second voltage limiting diode elements D1 and D2 have a reverse leakage current that is sufficiently smaller than the output current at the output point B so as not to adversely affect the output of the LC resonance circuit unit 30. In addition, it is preferable to use a capacitor whose junction capacitance is sufficiently smaller than the capacitance of the resonance capacitor element Cf. As such first and second voltage limiting diode elements D1 and D2, it is preferable to use high-speed diodes having a junction capacitance of about 15 pF or less. 5A and 5B show an example in which both the first and second voltage limiting diode elements D1 and D2 are connected. As will be described later, depending on the output voltage of the DC power supply unit 20 or the like. May be only one of the first voltage limiting diode element D1 and the second voltage limiting diode element D2.
ここで、第1、第2の電圧制限ダイオード素子D1、D2を備えていない場合の発振周波数と出力点B(無負荷時)の共振電圧のシミュレーション結果を図6(a)に、共振点周波数における共振開始からの経過時間と出力点B(無負荷時)の共振電圧のシミュレーション結果を図6(b)に示す。また、このときの各素子の値は以下の様にした。尚、電流抑制抵抗Rsが0Ωで回路中に損失の無い理想的な回路では、理論上、無負荷時の開放電圧は無限大となる反面、無限大の負荷に対応が可能となる。よって、幅広い負荷変動に対応可能とする観点からは電流抑制抵抗Rsを小さくし、開放電圧を比較的高くすることが好ましい。よって、ここでは電流抑制抵抗Rsの抵抗値を10Ωとした。
共振用インダクタ素子Lf:5.6mH
共振用コンデンサ素子Cf:0.0022μF
直流阻止コンデンサCdc:0.1μF
電流抑制抵抗Rs:10Ω
共振点周波数:45.8kHz
外部電源の電源電圧:AC200V±10%
Here, the simulation results of the oscillation frequency and the resonance voltage at the output point B (no load) when the first and second voltage limiting diode elements D1 and D2 are not provided are shown in FIG. FIG. 6B shows the simulation result of the elapsed time from the start of resonance and the resonance voltage at the output point B (no load). The values of each element at this time were as follows. In an ideal circuit with no current loss in the circuit with the current suppression resistor Rs being 0Ω, the open circuit voltage under no load is theoretically infinite, but it can cope with infinite loads. Therefore, from the viewpoint of being able to cope with a wide range of load fluctuations, it is preferable to reduce the current suppression resistor Rs and relatively increase the open circuit voltage. Therefore, here, the resistance value of the current suppression resistor Rs is set to 10Ω.
Resonant inductor element Lf: 5.6 mH
Resonance capacitor element Cf: 0.0022 μF
DC blocking capacitor Cdc: 0.1 μF
Current suppression resistor Rs: 10Ω
Resonance point frequency: 45.8 kHz
External power supply voltage: AC200V ± 10%
図6(a)から、発振周波数が共振点である45.8kHzに近づくにつれ共振電圧は急激に増大し、共振点ではシミュレーション上の値で約28kVとなった。また、LEDユニットを定電流で安定的に駆動するためには無負荷時の共振電圧が概ね1200V以上必要である。よって、高周波発振制御部40の発振周波数は43.5KHz〜48kHzの間でなるべく共振点に近い周波数に設定される。 As shown in FIG. 6A, the resonance voltage rapidly increased as the oscillation frequency approached the resonance point of 45.8 kHz, and the value at the resonance point was about 28 kV. Further, in order to stably drive the LED unit with a constant current, a resonance voltage at no load is required to be approximately 1200 V or more. Therefore, the oscillation frequency of the high-frequency oscillation control unit 40 is set to a frequency as close as possible to the resonance point between 43.5 KHz and 48 kHz.
このように、LEDユニットを定電流で安定的に駆動するためにはLC共振回路部30を共振点近傍の周波数で動作させる必要がある。しかしながら、LC共振回路部30を共振点近傍の周波数で動作させた場合、無負荷時には負荷接続端Pa、Pb間に1000Vを超える高電圧が発生する。また、図6(b)に示すように、この共振電圧の立ち上がりは速く10kVを超えるのに1mSも要しない。このような無負荷の負荷接続端Pa、Pbに発生する大電圧はそれ自体が安全上問題があることに加え、LED点灯装置80自身の回路素子を破壊する虞がある。 Thus, in order to stably drive the LED unit with a constant current, it is necessary to operate the LC resonance circuit unit 30 at a frequency near the resonance point. However, when the LC resonance circuit unit 30 is operated at a frequency near the resonance point, a high voltage exceeding 1000 V is generated between the load connection terminals Pa and Pb when there is no load. Further, as shown in FIG. 6B, the rise of the resonance voltage is fast and does not require 1 mS to exceed 10 kV. Such a large voltage generated at the no-load load connection terminals Pa and Pb itself has a safety problem, and there is a risk of destroying the circuit elements of the LED lighting device 80 itself.
尚、電流抑制抵抗Rsの抵抗値を上げて無負荷時の共振電圧を下げる方法では、電流抑制抵抗Rsの発熱による損失の増大や応答性の悪化が生じることに加え、そもそも定電流駆動に必要な共振電圧を得ることができない。 In addition, in the method of increasing the resistance value of the current suppression resistor Rs and decreasing the resonance voltage at no load, the loss due to the heat generation of the current suppression resistor Rs is increased and the response is deteriorated. A resonant voltage cannot be obtained.
この点、本発明に係るLED点灯装置80は、LC共振回路部30の共振用インダクタ素子Lfと共振用コンデンサ素子Cfとの接続点と正極B(+)、負極B(−)との間に第1、第2の電圧制限ダイオード素子D1、D2を有している。このため、無負荷時に共振用インダクタ素子Lfの出力側の電圧が直流電源部20の正極B(+)よりも大きくなると、第1の電圧制限ダイオード素子D1が動作して正極B(+)側に電流が流下する。また、反対に共振用インダクタ素子Lfの出力側の電圧が直流電源部20の負極B(−)よりも小さくなると第2の電圧制限ダイオード素子D2が動作して負極B(−)側から電流が流下する。これにより、共振用インダクタ素子Lfの出力側の電圧は負極B(−)と正極B(+)の間に制限される。これにより、LC共振回路部30の出力電圧も正極B(+)、負極B(−)の電位に準じて制限される。 In this regard, the LED lighting device 80 according to the present invention is provided between a connection point between the resonance inductor element Lf and the resonance capacitor element Cf of the LC resonance circuit unit 30 and the positive electrode B (+) and the negative electrode B (−). First and second voltage limiting diode elements D1 and D2 are provided. For this reason, when the voltage on the output side of the resonant inductor element Lf becomes larger than the positive electrode B (+) of the DC power supply unit 20 when there is no load, the first voltage limiting diode element D1 operates and operates on the positive electrode B (+) side. Current flows down. On the other hand, when the voltage on the output side of the resonant inductor element Lf becomes smaller than the negative electrode B (−) of the DC power supply unit 20, the second voltage limiting diode element D2 operates and current flows from the negative electrode B (−) side. Flow down. As a result, the voltage on the output side of the resonance inductor element Lf is limited between the negative electrode B (−) and the positive electrode B (+). As a result, the output voltage of the LC resonance circuit unit 30 is also limited according to the potentials of the positive electrode B (+) and the negative electrode B (−).
ここで、第1、第2の電圧制限ダイオード素子D1、D2を備えたLC共振回路部30の無負荷時の出力点Bの出力電圧のグラフを図7に示す。尚、各素子の値は図6時と同じとし、無負荷時の直流電源部20の出力最大電圧(過電圧)は360Vdcとし、定格動作時(負荷が全て接続した状態の動作時)の直流電源部20の出力電圧は270Vdcとした。 Here, FIG. 7 shows a graph of the output voltage at the output point B when the LC resonance circuit unit 30 including the first and second voltage limiting diode elements D1 and D2 is not loaded. The value of each element is the same as in FIG. 6, the maximum output voltage (overvoltage) of the DC power supply unit 20 at no load is 360 Vdc, and the DC power supply during rated operation (when the load is fully connected) The output voltage of the unit 20 was 270 Vdc.
この構成では、共振用インダクタ素子Lfの出力側の電圧は第1、第2の電圧制限ダイオード素子D1、D2によって、直流電源部20の正極B(+)、負極B(−)間の0V〜360Vに制限される。このため、図7に示す出力点Bの電圧は、上限が約180V、下限が約−180Vに制限された交流電圧となり、無負荷時でも過大な電圧は出力しないことが判る。 In this configuration, the voltage on the output side of the resonance inductor element Lf is set to 0V to between the positive electrode B (+) and the negative electrode B (−) of the DC power supply unit 20 by the first and second voltage limiting diode elements D1 and D2. Limited to 360V. Therefore, the voltage at the output point B shown in FIG. 7 is an AC voltage whose upper limit is limited to about 180V and lower limit is about −180V, and it can be seen that an excessive voltage is not output even when there is no load.
次に、上記の第1、第2の電圧制限ダイオード素子D1、D2を備え且つ調光機能を有するLED点灯装置80を用い、その負荷接続端Pa、Pb間に発光ダイオード素子72を素子数を変えて直列接続したときの電流値のグラフを図8(a)に示す。また、図8(b)に間欠信号による調光時の発光ダイオード素子数とそのときの電流値のグラフを示す。ここで、図8(a)中の実線が第1、第2の電圧制限ダイオード素子D1、D2を備えた本発明に係るLED点灯装置80であり、破線が電圧制限ダイオード素子D1、D2を備えていない従来のLED点灯装置である。また、図8(b)の電流値はサンプリングレートが100ms〜500msの平均値を用いており、間欠動作のオフ期間の長短に応じて電流値は増減する。 Next, the LED lighting device 80 having the first and second voltage limiting diode elements D1 and D2 and having a dimming function is used, and the number of light emitting diode elements 72 is set between the load connection terminals Pa and Pb. FIG. 8 (a) shows a graph of the current value when changed and connected in series. FIG. 8B shows a graph of the number of light-emitting diode elements and the current value at that time during dimming with an intermittent signal. Here, the solid line in FIG. 8A is the LED lighting device 80 according to the present invention provided with the first and second voltage limiting diode elements D1 and D2, and the broken line is provided with the voltage limiting diode elements D1 and D2. It is not a conventional LED lighting device. Further, the current value in FIG. 8B uses an average value with a sampling rate of 100 ms to 500 ms, and the current value increases or decreases according to the length of the OFF period of the intermittent operation.
図8(a)から、発光ダイオード素子72の直列接続素子数が42個(順方向電圧126Vdc)までは、両者に有意差は認められず、第1、第2の電圧制限ダイオード素子D1、D2の有無に関わらずLEDユニットに対する安定した定電流駆動が可能なことが判る。よって、本発明に係るLED点灯装置80は、直流電源部20の定格動作時の出力電圧(270Vdc)の約50%までの順方向電圧のLEDユニットを安定的に定電流駆動可能なことが判る。 From FIG. 8A, there is no significant difference between the number of light emitting diode elements 72 connected in series up to 42 (forward voltage 126 Vdc), and the first and second voltage limiting diode elements D1, D2 are not recognized. It can be seen that stable constant current driving of the LED unit is possible regardless of the presence or absence of the LED. Therefore, it can be seen that the LED lighting device 80 according to the present invention can stably drive the LED unit having a forward voltage up to about 50% of the output voltage (270 Vdc) at the rated operation of the DC power supply unit 20 stably. .
また、図8(b)から、減光率50%、減光率94%の調光時においても流れる電流値は全光時と同等の挙動を示し、第1、第2の電圧制限ダイオード素子D1、D2は間欠信号による調光に影響を与えないことが判る。 Further, from FIG. 8B, the current value that flows even during dimming with a light attenuation rate of 50% and a light attenuation rate of 94% shows the same behavior as in the case of all light, and the first and second voltage limiting diode elements. It can be seen that D1 and D2 do not affect the light control by the intermittent signal.
次に、第1の電圧制限ダイオード素子D1のみを備えたLC共振回路部30の無負荷時の出力点Bの出力電圧のグラフを図9(a)に、また第2の電圧制限ダイオード素子D2のみを備えたLC共振回路部30の無負荷時の出力点Bの出力電圧のグラフを図9(b)に示す。 Next, a graph of the output voltage at the output point B when no load is applied to the LC resonance circuit unit 30 having only the first voltage limiting diode element D1 is shown in FIG. 9A, and the second voltage limiting diode element D2 is shown. FIG. 9B shows a graph of the output voltage at the output point B of the LC resonance circuit unit 30 having only the no load.
図9(a)から、第1の電圧制限ダイオード素子D1を備えたLC共振回路部30の出力点Bの上限電圧は、第1の電圧制限ダイオード素子D1の機能により約180Vに制限されていることが判る。また、下限側は制限がないものの第1の電圧制限ダイオード素子D1によってプラス側の共振が制限されるため、電圧の成長が抑制されて約−380V程度に維持される。また、図9(b)から、第2の電圧制限ダイオード素子D2を備えたLC共振回路部30の出力点Bの下限電圧は、第2の電圧制限ダイオード素子D2の機能により約−180Vに制限されていることが判る。また、上限側は制限がないものの第2の電圧制限ダイオード素子D2によってマイナス側の共振が制限されるため、電圧の成長が抑制されて約380V程度に維持される。このように、第1の電圧制限ダイオード素子D1もしくは第2の電圧制限ダイオード素子D2のいずれか一方のみを接続した場合でも、1000Vを超えるような過大な電圧は負荷接続端Pa、Pbには出力しないことが判る。よって、例えば直流電源部20の出力電圧が比較的低く、片側のみの制限でも安全性等が十分な場合には第1、第2の電圧制限ダイオード素子D1、D2をいずれか一方としても良い。 From FIG. 9A, the upper limit voltage of the output point B of the LC resonance circuit unit 30 including the first voltage limiting diode element D1 is limited to about 180 V by the function of the first voltage limiting diode element D1. I understand that. Further, although there is no limit on the lower limit side, the positive voltage resonance is limited by the first voltage limiting diode element D1, so that the voltage growth is suppressed and maintained at about -380V. Further, from FIG. 9B, the lower limit voltage of the output point B of the LC resonant circuit unit 30 including the second voltage limiting diode element D2 is limited to about −180 V by the function of the second voltage limiting diode element D2. It can be seen that Further, although there is no limit on the upper limit side, the negative voltage resonance is limited by the second voltage limiting diode element D2, so that the voltage growth is suppressed and maintained at about 380V. Thus, even when only one of the first voltage limiting diode element D1 and the second voltage limiting diode element D2 is connected, an excessive voltage exceeding 1000 V is output to the load connection terminals Pa and Pb. I understand that I don't. Therefore, for example, when the output voltage of the DC power supply unit 20 is relatively low and the safety or the like is sufficient even when the limitation is performed only on one side, the first and second voltage limiting diode elements D1 and D2 may be used as either one.
次に、LED点灯装置80の動作を説明する。尚、ここでは第1、第2の電圧制限ダイオード素子D1、D2を両方備え、且つ調光機能を有するLED点灯装置80の例を説明する。先ず、負荷接続端Pa、Pb間にLEDユニット(例えばLEDユニット70)を接続してLED点灯装置80をオンする。これにより、直流電源部20は外部電源10からの電力を直流電流に変換して高周波出力部50側に供給する。また、高周波発振制御部40は予め設定された高周波信号を高周波出力部50に出力する。尚、この時の高周波信号はLC共振回路部30の共振点近傍の周波数とする。これにより、高周波出力部50の第1、第2のスイッチング素子Q1、Q2が交互にオン・オフされ、高周波出力点Aを介して各LC共振回路部30に共振点近傍周波数の高周波交流電流を出力する。これにより、各LC共振回路部30は共振動作し出力点Bを介して出力整流部DBに交流電流を出力する。出力整流部DBはこの交流電流を整流して負荷接続端Pa、Pbに出力する。これにより、LEDユニットは順方向電圧に寄らない定電流駆動で安定して点灯する。 Next, the operation of the LED lighting device 80 will be described. Here, an example of the LED lighting device 80 having both the first and second voltage limiting diode elements D1 and D2 and having a dimming function will be described. First, an LED unit (for example, LED unit 70) is connected between the load connection ends Pa and Pb, and the LED lighting device 80 is turned on. Thereby, the DC power supply unit 20 converts the electric power from the external power supply 10 into a DC current and supplies it to the high-frequency output unit 50 side. The high frequency oscillation control unit 40 outputs a preset high frequency signal to the high frequency output unit 50. Note that the high frequency signal at this time is a frequency near the resonance point of the LC resonance circuit unit 30. As a result, the first and second switching elements Q1 and Q2 of the high-frequency output unit 50 are alternately turned on / off, and a high-frequency alternating current having a frequency near the resonance point is applied to each LC resonance circuit unit 30 via the high-frequency output point A. Output. As a result, each LC resonance circuit unit 30 resonates and outputs an alternating current to the output rectification unit DB via the output point B. The output rectifier DB rectifies this alternating current and outputs it to the load connection terminals Pa and Pb. As a result, the LED unit is stably lit by constant current driving without depending on the forward voltage.
次に、ユーザがLED点灯装置80に対して所定の減光率の調光動作を指示する。これにより、調光信号出力部44はこの指示に応じた調光信号を間欠発振変調部42に出力する。これにより、間欠発振変調部42は指示された減光率に応じたデューティ比の間欠信号を高周波発振制御部40に出力する。これにより、高周波発振制御部40、高周波出力部50、LC共振回路部30は間欠信号のデューティ比に応じた間欠動作を行う。これにより、LEDユニットは高速で点滅し、デューティ比に応じて光量が減少する。これにより、LEDユニットに対する調光が行われる。尚、LEDユニットが接続している有負荷の場合、基本的に第1、第2の電圧制限ダイオード素子D1、D2は動作せず、これらの点灯動作、調光動作には関与しない。 Next, the user instructs the LED lighting device 80 to perform a dimming operation with a predetermined dimming rate. As a result, the dimming signal output unit 44 outputs a dimming signal corresponding to this instruction to the intermittent oscillation modulation unit 42. As a result, the intermittent oscillation modulation unit 42 outputs an intermittent signal having a duty ratio corresponding to the instructed dimming rate to the high frequency oscillation control unit 40. Thereby, the high frequency oscillation control unit 40, the high frequency output unit 50, and the LC resonance circuit unit 30 perform an intermittent operation according to the duty ratio of the intermittent signal. As a result, the LED unit blinks at high speed, and the amount of light decreases according to the duty ratio. Thereby, the light control with respect to an LED unit is performed. In the case of a load with an LED unit connected, the first and second voltage limiting diode elements D1 and D2 basically do not operate and do not participate in the lighting operation and the dimming operation.
次に、特定の負荷接続端Pa、PbのLEDユニットが外された場合、そのLC共振回路部30の共振電圧は増大する。しかしながら、共振用インダクタ素子Lfの出力側の電圧が直流電源部20の正極B(+)、負極B(−)の電位を超えると、第1、第2の電圧制限ダイオード素子D1、D2が動作する。これにより、共振用インダクタ素子Lfの出力側の電圧は正極B(+)、負極B(−)の範囲に制限される。これにより、出力点B、負荷接続端Pa、Pbの出力電圧もこれに準じて制限され、負荷接続端Pa、Pbに過大な電圧が発生することはない。 Next, when the LED units of specific load connection ends Pa and Pb are removed, the resonance voltage of the LC resonance circuit unit 30 increases. However, when the voltage on the output side of the resonant inductor element Lf exceeds the potential of the positive electrode B (+) and the negative electrode B (−) of the DC power supply unit 20, the first and second voltage limiting diode elements D1 and D2 operate. To do. Thereby, the voltage on the output side of the resonance inductor element Lf is limited to the range of the positive electrode B (+) and the negative electrode B (−). As a result, the output voltage at the output point B and the load connection ends Pa and Pb is also limited accordingly, and an excessive voltage is not generated at the load connection ends Pa and Pb.
このように、第1、第2の電圧制限ダイオード素子D1、D2を設けることによって無負荷の負荷接続端Pa、Pbに高電圧が生じることを防止することができる。ただし、LED点灯装置80の仕様によっては、無負荷の負荷接続端Pa、Pbの出力電圧を0Vとすることが要求される場合がある。次に、この仕様に対応した本発明に係る第2の形態のLED点灯装置80aの構成を図10、図11を用いて説明する。尚、図10は調光機能を備えない第2の形態のLED点灯装置80aを示す図であり、図11は調光機能を備えた第2の形態のLED点灯装置80aを示す図である。 Thus, by providing the first and second voltage limiting diode elements D1 and D2, it is possible to prevent a high voltage from being generated at the no-load load connection ends Pa and Pb. However, depending on the specifications of the LED lighting device 80, it may be required to set the output voltage of the no-load load connection terminals Pa and Pb to 0V. Next, the configuration of the LED lighting device 80a according to the second embodiment of the present invention corresponding to this specification will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a diagram showing a second form of LED lighting device 80a that does not have a dimming function, and FIG. 11 is a diagram that shows a second form of LED lighting device 80a that has a dimming function.
この図10、図11に示す第2の形態のLED点灯装置80aは出力整流部DBと負荷接続端Pa、Pbとの間に保護回路60をそれぞれ有している。次に、このLED点灯装置80aに好適な保護回路60の例を説明する。先ず、LED点灯装置80aに好適な保護回路60は、負荷接続端Pa、Pbが無負荷の場合に無負荷信号を発する無負荷検出部62と、無負荷信号により負荷接続端Pa、Pb間を短絡する保護スイッチング素子(SCR)と、保護スイッチング素子(SCR)の短絡状態を維持する保持電流を供給するための保持配線66と、を有している。尚、保護スイッチング素子としては周知のサイリスタSCRを用いることが好ましい。 The LED lighting device 80a of the second embodiment shown in FIGS. 10 and 11 has a protection circuit 60 between the output rectification unit DB and the load connection terminals Pa and Pb. Next, an example of the protection circuit 60 suitable for the LED lighting device 80a will be described. First, a protection circuit 60 suitable for the LED lighting device 80a includes a no-load detection unit 62 that emits a no-load signal when the load connection ends Pa and Pb are unloaded, and a load connection end Pa and Pb between the load connection ends Pa and Pb. A protective switching element (SCR) that short-circuits and a holding wiring 66 for supplying a holding current that maintains the short-circuit state of the protective switching element (SCR). Note that a known thyristor SCR is preferably used as the protective switching element.
また、保護回路60の無負荷検出部62は負荷接続端Pa、Pb間の電圧を検出する電圧検出抵抗Reと、負荷に流れる電流を検出する電流検出抵抗Riと、電圧検出抵抗Re及び電流検出抵抗Riの値から負荷の有無を検出し無負荷信号を発する無負荷検出回路62aと、を有している。また、保護スイッチング素子としてのサイリスタSCRは、出力整流部DBの出力間にダイオード素子Dbを介して接続する。このとき、ダイオード素子Dbのアノードが出力整流部DBの正極と接続しカソードがサイリスタSCRのアノードと接続する。また、サイリスタSCRのカソードが出力整流部DBの負極と接続し、サイリスタSCRのゲートには無負荷検出回路62aが接続して無負荷信号が入力する。また、サイリスタSCRのアノードには正極B(+)と接続した保持配線66が保護抵抗Raを介して接続する。さらに、無負荷信号の信号ラインには誤動作防止コンデンサCbが接続する。 The no-load detection unit 62 of the protection circuit 60 includes a voltage detection resistor Re that detects a voltage between the load connection terminals Pa and Pb, a current detection resistor Ri that detects a current flowing through the load, a voltage detection resistor Re, and a current detection. A no-load detection circuit 62a for detecting the presence or absence of a load from the value of the resistor Ri and generating a no-load signal. Further, the thyristor SCR as a protection switching element is connected between the outputs of the output rectifier DB via a diode element Db. At this time, the anode of the diode element Db is connected to the positive electrode of the output rectifier DB, and the cathode is connected to the anode of the thyristor SCR. Further, the cathode of the thyristor SCR is connected to the negative electrode of the output rectifier DB, and the no-load detection circuit 62a is connected to the gate of the thyristor SCR so that a no-load signal is input. Further, the holding wiring 66 connected to the positive electrode B (+) is connected to the anode of the thyristor SCR via the protective resistor Ra. Furthermore, a malfunction prevention capacitor Cb is connected to the signal line of the no-load signal.
次に、保護回路60の動作を説明する。先ず、負荷接続端Pa、PbにLEDユニット(例えば、LEDユニット70)が接続している場合、無負荷検出回路62aは電圧検出抵抗Re、電流検出抵抗Riから負荷接続端Pa、Pb間に所定の電圧が印加し、また負荷接続端Pa、Pb間に所定の電流が流下していることを認識する。この場合、無負荷検出回路62aは負荷(LEDユニット)が存在すると判断して無負荷信号は出力しない。これにより、保護スイッチング素子としてのサイリスタSCRはオフ状態を維持する。 Next, the operation of the protection circuit 60 will be described. First, when an LED unit (for example, LED unit 70) is connected to the load connection ends Pa and Pb, the no-load detection circuit 62a is predetermined between the voltage detection resistor Re and the current detection resistor Ri and the load connection ends Pa and Pb. It is recognized that a predetermined current is flowing between the load connection terminals Pa and Pb. In this case, the no-load detection circuit 62a determines that there is a load (LED unit) and does not output a no-load signal. As a result, the thyristor SCR as the protection switching element maintains the off state.
次に、LEDユニットが外されるなどして負荷接続端Pa、Pb間が無負荷になると、無負荷検出回路62aは電圧検出抵抗Re、電流検出抵抗Riから負荷接続端Pa、Pb間に所定の閾値を超えた高い電圧が生じ、且つ負荷接続端Pa、Pb間が開いて電流の流下が停止したことを認識する。この場合、無負荷検出回路62aは負荷接続端Pa、Pb間が無負荷であると判断して無負荷信号を出力する。このとき誤動作防止コンデンサCbは無負荷信号の伝達を緩衝するよう動作し、無負荷信号がある程度の時間継続して発せられた場合に無負荷信号をサイリスタSCRに伝達する。これにより、サイリスタSCRはオン動作して出力整流部DBの出力間を短絡する。これにより、負荷接続端Pa、Pb間は0Vとなる。尚、サイリスタSCRのオン動作時には、保持配線66を介して保持電流が常時流下する。この保持電流は調光動作によりLED点灯回路が停止するオフ期間にも継続して流下する。これにより、サイリスタSCRはオフ期間であってもリセットされずオン状態を維持する。 Next, when the LED unit is removed, for example, when there is no load between the load connection ends Pa and Pb, the no-load detection circuit 62a is predetermined between the voltage detection resistor Re and current detection resistor Ri and the load connection ends Pa and Pb. It is recognized that a high voltage exceeding the threshold value is generated, the load connection terminals Pa and Pb are opened, and the current flow is stopped. In this case, the no-load detection circuit 62a determines that there is no load between the load connection ends Pa and Pb and outputs a no-load signal. At this time, the malfunction prevention capacitor Cb operates to buffer the transmission of the no-load signal, and transmits the no-load signal to the thyristor SCR when the no-load signal is continuously generated for a certain period of time. As a result, the thyristor SCR is turned on to short-circuit the outputs of the output rectifier DB. Thereby, between the load connection ends Pa and Pb is 0V. When the thyristor SCR is turned on, the holding current always flows through the holding wiring 66. This holding current continues to flow even during the off period when the LED lighting circuit is stopped by the dimming operation. As a result, the thyristor SCR is not reset even in the off period and remains in the on state.
ここで、保護回路60には誤作動防止のため、ある程度の時間継続した無負荷信号が必要となる。しかしながら、第1、第2の電圧制限ダイオード素子D1、D2が存在しない場合、保護回路60が動作する前に10kVを超える高電圧が負荷接続端Pa、Pb及び回路内に生じ、回路素子が破損する虞がある。この点、本発明に係るLED点灯装置80aは、第1、第2の電圧制限ダイオード素子D1、D2が機能して、保護回路60の動作前であっても過大な電圧は出力しない。よって、本発明に係るLED点灯装置80aは2段階の高い安全性を有する他、誤作動防止時間をLED点灯装置80の動作や仕様に応じて比較的自由に設定することができる。 Here, the protection circuit 60 requires a no-load signal that continues for a certain period of time to prevent malfunction. However, when the first and second voltage limiting diode elements D1 and D2 are not present, a high voltage exceeding 10 kV is generated in the load connection terminals Pa and Pb and the circuit before the protection circuit 60 operates, and the circuit element is damaged. There is a risk of doing. In this regard, in the LED lighting device 80a according to the present invention, the first and second voltage limiting diode elements D1 and D2 function and do not output an excessive voltage even before the protection circuit 60 operates. Therefore, the LED lighting device 80a according to the present invention has two levels of high safety, and the malfunction prevention time can be set relatively freely according to the operation and specifications of the LED lighting device 80.
次に、本発明に係るLED点灯装置80、80aに好適なLEDユニット70を図12を用いて説明する。ここで、図12(a)はLEDユニット70のトランジスタ素子TRにNPN型のトランジスタを用いた例であり、図12(b)はトランジスタ素子TRにPNP型のトランジスタを用いた例である。尚、図12では発光ダイオード列73が3列のLEDユニット70を示しているが、発光ダイオード列73の列数に特に限定は無く、2列、4列、5列、6列等、いくつ接続しても良い。 Next, an LED unit 70 suitable for the LED lighting devices 80 and 80a according to the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 12A is an example in which an NPN transistor is used as the transistor element TR of the LED unit 70, and FIG. 12B is an example in which a PNP transistor is used as the transistor element TR. In FIG. 12, the LED unit 70 has three LED units 73. However, the number of LED units 73 is not particularly limited, and the number of connected units such as 2, 4, 5, 6, etc. You may do it.
図12に示す本発明に係るLEDユニット70は、複数の発光ダイオード素子72が直列に接続した発光ダイオード列73が複数並列に接続して構成される。また、本発明に係るLEDユニット70は、発光ダイオード列73ごとにトランジスタ素子TRをそれぞれ有し、そのエミッタにはエミッタ抵抗Rbが接続する。尚、これらトランジスタ素子TRは、発光ダイオード列73と、トランジスタ素子TRのコレクタ、エミッタと、エミッタ抵抗Rbとが直列となるように接続する。よって、トランジスタ素子TRがNPN型のトランジスタの場合、図12(a)に示すように、正極(+)の負荷接続端Paからの出力は各発光ダイオード列73の数に並列に分岐して、発光ダイオード列73、トランジスタ素子TRのコレクタ、エミッタ、エミッタ抵抗Rbの順に直列に接続された後、合流して負極(−)の負荷接続端Pbに接続する。さらに、正極(+)の負荷接続端Paにはベースラインが接続し、このベースラインはベース抵抗Rcを介した後に分岐して全てのトランジスタ素子TRのベースにそれぞれ接続する。よって、全てのトランジスタ素子TRには同一電位からのベース電流が流下する。 The LED unit 70 according to the present invention shown in FIG. 12 is configured by connecting a plurality of light emitting diode rows 73 in which a plurality of light emitting diode elements 72 are connected in series. The LED unit 70 according to the present invention has a transistor element TR for each light emitting diode row 73, and an emitter resistor Rb is connected to the emitter of the transistor element TR. These transistor elements TR are connected so that the light-emitting diode array 73, the collector and emitter of the transistor element TR, and the emitter resistor Rb are in series. Therefore, when the transistor element TR is an NPN type transistor, as shown in FIG. 12A, the output from the load connection terminal Pa of the positive electrode (+) branches in parallel to the number of the light emitting diode rows 73, After the light emitting diode array 73, the collector of the transistor element TR, the emitter, and the emitter resistor Rb are connected in series, they are joined together and connected to the load connection terminal Pb of the negative electrode (−). Further, a base line is connected to the load connection terminal Pa of the positive electrode (+), and this base line branches after passing through the base resistor Rc and is connected to the bases of all the transistor elements TR. Therefore, the base current from the same potential flows through all the transistor elements TR.
また、トランジスタ素子TRがPNP型のトランジスタの場合、図12(b)に示すように、正極(+)の負荷接続端Paからの出力は各発光ダイオード列73の数に並列に分岐して、エミッタ抵抗Rb、トランジスタ素子TRのエミッタ、コレクタ、発光ダイオード列73の順に直列に接続された後、合流して負極(−)の負荷接続端Pbに接続する。また、それぞれのトランジスタ素子TRのベースラインは全て合流した後、ベース抵抗Rcを介して負極(−)の負荷接続端Pbに接続する。よって、全てのトランジスタ素子TRには同一電位からのベース電流が流下する。 When the transistor element TR is a PNP type transistor, as shown in FIG. 12B, the output from the load connection terminal Pa of the positive electrode (+) branches in parallel to the number of the light emitting diode rows 73, The emitter resistor Rb, the emitter and collector of the transistor element TR, and the light-emitting diode array 73 are connected in series, and then merged and connected to the negative (−) load connection terminal Pb. Further, after all the base lines of the respective transistor elements TR are merged, they are connected to the load connection terminal Pb of the negative electrode (−) through the base resistance Rc. Therefore, the base current from the same potential flows through all the transistor elements TR.
ここで、本発明に係るLEDユニット70と従来のLEDユニット7の発光ダイオード列73に流下する電流の値を表1に示す。尚、LEDユニット70は発光ダイオード列73が3列の図12(a)の回路構成ものを用いた。また、発光ダイオード列73の素子数(発光ダイオード素子72の数)は7つとし、電流制限抵抗R、エミッタ抵抗Rbの抵抗値は損失が許容範囲にある10Ωとした。また、LEDユニット70の駆動電流(負荷接続端Pa、Pb間の印加電流)は150mAとし、ベース抵抗Rcは4.7kΩとした。尚、発光ダイオード素子72の順方向電圧は規定値2.8V(50mA時)のものを選別して、意図的に順方向電圧の低い発光ダイオード列73(第1列)と平均的な順方向電圧の発光ダイオード列73(第2列、第3列)を作製して用いた。
表1から、従来のLEDユニット7では意図的に順方向電圧を低くした第1列の発光ダイオード列73の電流値が64.1mAであったのに対し、平均的な順方向電圧の第2列、第3列の発光ダイオード列73の電流値はそれぞれ42.4mA、43.5mAであり、電流分配率はそれぞれ42.7%、28.3%、29.0%であった。このことから、電流制限抵抗Rを低損失な10Ωとした場合、従来のLEDユニット7では順方向電圧の低い第1列の発光ダイオード列73に、第2列、第3列の発光ダイオード列73の約1.5倍の電流が流れることが判る。この場合、第1列の発光ダイオード列73は比較的明るく、第2列、第3列の発光ダイオード列73は比較的暗く発光し、LEDユニット7全体として照度にバラつきが生じる。また、流下する電流の大きな発光ダイオード列73では、構成する発光ダイオード素子72の寿命が短命化する可能性が有る。 From Table 1, in the conventional LED unit 7, the current value of the light emitting diode row 73 of the first row in which the forward voltage was intentionally lowered was 64.1 mA, whereas the second value of the average forward voltage was 2nd. The current values of the light emitting diode row 73 in the third row and the third row were 42.4 mA and 43.5 mA, respectively, and the current distribution ratios were 42.7%, 28.3%, and 29.0%, respectively. Therefore, when the current limiting resistance R is set to 10Ω with low loss, in the conventional LED unit 7, the second row and the third row of light emitting diode rows 73 are added to the first row of light emitting diode rows 73 having a low forward voltage. It can be seen that about 1.5 times the current flows. In this case, the light emitting diode row 73 in the first row is relatively bright, the light emitting diode rows 73 in the second row and the third row emit light relatively dark, and the illuminance varies as a whole of the LED unit 7. Moreover, in the light emitting diode row | line | column 73 with the large electric current which flows down, there exists a possibility that the lifetime of the light emitting diode element 72 to comprise may be shortened.
しかしながら、本発明に係るLEDユニット70では、第1列の発光ダイオード列73の電流値は51.1mAであり、第2列、第3列の発光ダイオード列73の電流値はそれぞれ48.3mA、48.5mA(ベース電流2.1mA)であり、電流分配率はそれぞれ34.6%、32.7%、32.8%となり、ほぼ同等の電流が流れることが判る。このため、本発明に係るLEDユニット70は照度バラつきがほとんど発生せず、また各発光ダイオード素子72の消耗を平均化することができる。 However, in the LED unit 70 according to the present invention, the current value of the first light-emitting diode array 73 is 51.1 mA, and the current value of the second and third light-emitting diode arrays 73 is 48.3 mA, respectively. It is 48.5 mA (base current 2.1 mA), and the current distribution ratios are 34.6%, 32.7%, and 32.8%, respectively, and it can be seen that substantially the same current flows. For this reason, the LED unit 70 according to the present invention hardly varies in illuminance, and the consumption of each light emitting diode element 72 can be averaged.
次に、第1列の発光ダイオード素子72のうち2つを短絡させ、実質的に素子数を5個にしたときの電流値を表2に示す。
表2から、従来のLEDユニット7では各発光ダイオード列73に流れる電流値はそれぞれ146.4mA、1.8mA、1.8mAであり、電流分配率はそれぞれ97.6%、1.2%、1.2%となり、2つの発光ダイオード素子72を短絡させた第1列の発光ダイオード列73に電流が集中し、第2列、第3列の発光ダイオード列73にはほとんど電流が流れないことが判る。この場合、第2列、第3列の発光ダイオード列73が点灯しないことに加え、第1列の発光ダイオード素子72に過大な電流が流下して寿命が短命化する。 From Table 2, in the conventional LED unit 7, the current values flowing through the light emitting diode rows 73 are 146.4 mA, 1.8 mA, and 1.8 mA, respectively, and the current distribution ratios are 97.6%, 1.2%, 1.2%, and the current concentrates on the first light-emitting diode array 73 in which the two light-emitting diode elements 72 are short-circuited, and almost no current flows in the second and third light-emitting diode arrays 73. I understand. In this case, in addition to the light emitting diode rows 73 in the second row and the third row not being lit, an excessive current flows through the light emitting diode elements 72 in the first row, thereby shortening the life.
これに対し、本発明に係るLEDユニット70では、各発光ダイオード列73に流れる電流値はそれぞれ52.5mA、47.2mA、47.7mA(ベース電流2.6mA)であり、電流分配率はそれぞれ35.6%、32.0%、32.4%となり、大きなバラつきは生じない。このことから、本発明に係るLEDユニット70では、2つの発光ダイオード素子72を短絡させ順方向電圧が大きく異なる発光ダイオード列73を接続した場合でも、各発光ダイオード列73の電流値に大きな偏りは発生せず、全ての発光ダイオード列73が継続して発光可能なことが判る。即ち、本発明に係るLEDユニット70では、例えば任意の発光ダイオード素子72が破損し短絡した場合でも、その影響を最小限に留め、ユニット全体としての点灯動作を継続することができる。尚、この電流分配機能は、発光ダイオード列73ごとに接続したトランジスタ素子TRのベース電位を同じとすることで、各発光ダイオード列73(エミッタ抵抗Rb)に流下する電流を均等化するように各トランジスタ素子TRが動作し、トランジスタ素子TR側がこれらの電流値を支配的に決定することに起因する。 On the other hand, in the LED unit 70 according to the present invention, the current values flowing through the light emitting diode rows 73 are 52.5 mA, 47.2 mA, and 47.7 mA (base current 2.6 mA), respectively, and the current distribution ratios are respectively It becomes 35.6%, 32.0%, 32.4%, and a big variation does not arise. Therefore, in the LED unit 70 according to the present invention, even when two light emitting diode elements 72 are short-circuited and the light emitting diode arrays 73 having greatly different forward voltages are connected, there is a large deviation in the current value of each light emitting diode array 73. It can be seen that all the light emitting diode rows 73 can emit light continuously without being generated. That is, in the LED unit 70 according to the present invention, for example, even when an arbitrary light emitting diode element 72 is damaged and short-circuited, the influence can be kept to a minimum and the lighting operation as a whole unit can be continued. In this current distribution function, by making the base potential of the transistor elements TR connected to each light emitting diode row 73 the same, each current flowing down to each light emitting diode row 73 (emitter resistor Rb) is equalized. This is because the transistor element TR operates and the transistor element TR side determines these current values predominantly.
尚、本発明に係るLEDユニット70はLED点灯装置80、80aと一体化して、全体としてLED点灯装置80、80aの構成としても良い。このとき、LEDユニット70は負荷接続端Pa、Pbに対し着脱可能とすることが好ましいが、同一基板で構成しても良い。さらに、LED点灯装置80、80aの各部は同一の基板で構成しても良いし、図13に示すように、例えば調光信号出力部44を有する信号出力部92、直流電源部20と高周波出力部50とLC共振回路部30と電圧制限ダイオード素子D1、D2等を有する電源回路部94、出力整流部DBと保護回路60を有する出力回路整流部96等、任意の回路ポイントで分割して構成しても良い。 The LED unit 70 according to the present invention may be integrated with the LED lighting devices 80 and 80a to constitute the LED lighting devices 80 and 80a as a whole. At this time, the LED unit 70 is preferably detachable with respect to the load connection ends Pa and Pb, but may be configured with the same substrate. Furthermore, each part of the LED lighting devices 80 and 80a may be configured by the same substrate. As shown in FIG. 13, for example, the signal output unit 92 having the dimming signal output unit 44, the DC power supply unit 20, and the high frequency output The circuit 50, the LC resonance circuit unit 30, the power supply circuit unit 94 including the voltage limiting diode elements D1 and D2, the output circuit rectification unit 96 including the output rectification unit DB and the protection circuit 60, etc. You may do it.
以上のように、本発明に係るLED点灯装置80、80aは、一般的なLC共振回路では素子接続を行わない共振用インダクタ素子Lfと共振用コンデンサ素子Cfとの間に第1、第2の電圧制限ダイオード素子D1、D2を接続する。そして、第1、第2の電圧制限ダイオード素子D1、D2を直流電源部20の正極B(+)、負極B(−)と接続する。これにより、共振用インダクタ素子Lfの出力側の電位は直流電源部20の正極B(+)、負極B(−)に制限され、これに準じてLC共振回路部30の出力電圧も制限される。このため、無負荷の負荷接続端Pa、Pbに過大な電圧が出力することはない。また、無負荷の負荷接続端Pa、Pbに過大な電圧が出力しないため、保護回路60の誤作動防止時間を比較的自由に設定することができる。 As described above, the LED lighting devices 80 and 80a according to the present invention include the first and second elements between the resonance inductor element Lf and the resonance capacitor element Cf that are not connected to each other in a general LC resonance circuit. The voltage limiting diode elements D1 and D2 are connected. Then, the first and second voltage limiting diode elements D 1 and D 2 are connected to the positive electrode B (+) and the negative electrode B (−) of the DC power supply unit 20. As a result, the potential on the output side of the resonance inductor element Lf is limited to the positive electrode B (+) and the negative electrode B (−) of the DC power supply unit 20, and the output voltage of the LC resonance circuit unit 30 is also limited accordingly. . For this reason, an excessive voltage is not output to the no-load load connection ends Pa and Pb. Further, since an excessive voltage is not output to the no-load load connection terminals Pa and Pb, the malfunction prevention time of the protection circuit 60 can be set relatively freely.
そして、第1、第2の電圧制限ダイオード素子D1、D2の動作は間欠信号による調光動作に影響を与えない。このため本発明に係るLED点灯装置80、80aは、間欠動作による深い調光と無負荷時の高電圧対策とを両立することができる。 The operations of the first and second voltage limiting diode elements D1 and D2 do not affect the dimming operation by the intermittent signal. For this reason, the LED lighting devices 80 and 80a according to the present invention can achieve both deep dimming by intermittent operation and high voltage countermeasures during no load.
また、本発明に係るLEDユニット70は、並列に接続された発光ダイオード列73ごとにトランジスタ素子TRを設け、このトランジスタ素子TRに同一電位からのベース電流を流下する。そして、この構成ではトランジスタ素子TRが発光ダイオード列73に流下する電流値を支配的に決定するため、発光ダイオード列73の順方向電圧にバラつきが存在しても流下する電流値に大きな偏りが発生しない。このため、本発明に係るLEDユニット70では抵抗値の大きな電流制限抵抗Rを用いる必要がなく、抵抗値が小さく低損失なエミッタ抵抗Rbで機能する。これにより、LEDユニット70全体としての効率が上昇し、消費電力の少ない省エネルギーなLEDユニットを得ることができる。 In addition, the LED unit 70 according to the present invention is provided with a transistor element TR for each of the light emitting diode rows 73 connected in parallel, and a base current from the same potential flows through the transistor element TR. In this configuration, the current value flowing down to the light emitting diode row 73 is determined predominantly by the transistor element TR, so that a large deviation occurs in the flowing current value even if the forward voltage of the light emitting diode row 73 varies. do not do. For this reason, the LED unit 70 according to the present invention does not need to use the current limiting resistor R having a large resistance value, and functions with the emitter resistor Rb having a small resistance value and a low loss. Thereby, the efficiency as the LED unit 70 as a whole increases, and an energy-saving LED unit with low power consumption can be obtained.
そして、本発明に係るLED点灯装置80、80aにLEDユニット70を接続することで、LEDユニット毎ではなく発光ダイオード列73毎の定電流駆動が可能となり、定電流駆動のメリットを最大限に発揮したLED点灯装置80、80aを得ることができる。さらに、本発明に係るLEDユニット70は前述のように高効率で消費電力が少ないため、極めて省エネルギーなLED点灯装置80、80aを得ることができる。 Further, by connecting the LED unit 70 to the LED lighting devices 80 and 80a according to the present invention, it becomes possible to perform constant current driving not for each LED unit but for each light emitting diode array 73, and to maximize the merit of constant current driving. LED lighting devices 80 and 80a can be obtained. Furthermore, since the LED unit 70 according to the present invention has high efficiency and low power consumption as described above, it is possible to obtain the LED lighting devices 80 and 80a that are extremely energy saving.
尚、上記のLED点灯装置80、80a及びLEDユニット70は一例であるから、各部の回路、数値、配線経路等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することが可能である。 In addition, since said LED lighting device 80, 80a and LED unit 70 are examples, it is possible to change and implement the circuit of each part, a numerical value, a wiring route, etc. in the range which does not deviate from the summary of this invention. .
20 直流電源部
24 非絶縁型アクティブフィルタ回路
30 LC共振回路部
40 高周波発振制御部
42 間欠発振変調部
60 保護回路
62 無負荷検出部
66 保持配線
70 LEDユニット
72 発光ダイオード素子
73 発光ダイオード列
80、80a LED点灯装置
A 高周波出力点
D1 第1の電圧制限ダイオード素子
D2 第2の電圧制限ダイオード素子
DB 出力整流部
Cdc 直流阻止コンデンサ
Cf 共振用コンデンサ素子
Lf 共振用インダクタ素子
Pa、Pb 負荷接続端
Q1 第1のスイッチング素子
Q2 第2のスイッチング素子
Rb エミッタ抵抗
SCR 保護スイッチング素子(サイリスタ)
TR トランジスタ素子
20 DC power supply
24 Non-isolated active filter circuit
30 LC resonance circuit
40 High frequency oscillation controller
42 Intermittent oscillation modulator
60 Protection circuit
62 No-load detector
66 Retention wiring
70 LED unit
72 Light Emitting Diode Device
73 Light Emitting Diode Array
80, 80a LED lighting device
A High frequency output point
D1 first voltage limiting diode element
D2 Second voltage limiting diode element
DB output rectifier
Cdc DC blocking capacitor
Cf resonant capacitor element
Lf Resonant inductor element
Pa, Pb Load connection end
Q1 first switching element
Q2 Second switching element
Rb Emitter resistance
SCR protection switching element (thyristor)
TR transistor element
Claims (10)
前記直流電源部の出力間に直列に接続した第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子と、
前記第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子とを交互にオン・オフする高周波発振制御部と、
前記第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子との接続点に複数並列に接続したLC共振回路部と、
前記LC共振回路部のそれぞれの出力点に接続し、前記LC共振回路部からの交流出力を整流して負荷接続端に出力する出力整流部と、を有し、
前記LC共振回路部は、前記第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子との接続点に一端が接続した共振用インダクタ素子と、前記共振用インダクタ素子の他端と前記直流電源部の負極との間に接続した共振用コンデンサ素子と、を備え、
前記負荷接続端にLEDユニットが接続する多灯用のLED点灯装置において、
前記LC共振回路部は、カソードが前記直流電源部の正極と接続しアノードが前記共振用インダクタ素子と共振用コンデンサ素子との間に接続した第1の電圧制限ダイオード素子と、カソードが前記共振用インダクタ素子と共振用コンデンサ素子との間に接続しアノードが前記直流電源部の負極と接続した第2の電圧制限ダイオード素子のいずれか一方を少なくとも有することを特徴とするLED点灯装置。 A DC power supply for supplying DC current;
A first switching element and a second switching element connected in series between the outputs of the DC power supply unit;
A high-frequency oscillation controller that alternately turns on and off the first switching element and the second switching element;
A plurality of LC resonance circuit parts connected in parallel to a connection point between the first switching element and the second switching element;
An output rectifier connected to each output point of the LC resonant circuit unit, rectifying an AC output from the LC resonant circuit unit and outputting the rectified output to a load connection end, and
The LC resonance circuit unit includes a resonance inductor element having one end connected to a connection point between the first switching element and the second switching element, the other end of the resonance inductor element, and a negative electrode of the DC power supply unit. A resonance capacitor element connected between
In the LED lighting device for multiple lamps that the LED unit is connected to the load connection end,
The LC resonance circuit section includes a first voltage limiting diode element having a cathode connected to the positive electrode of the DC power supply section and an anode connected between the resonance inductor element and the resonance capacitor element, and a cathode for the resonance. An LED lighting device comprising at least one of a second voltage limiting diode element connected between an inductor element and a resonance capacitor element and having an anode connected to a negative electrode of the DC power supply unit.
前記保護回路は、
前記負荷接続端が無負荷の場合に無負荷信号を発する無負荷検出部と、
前記無負荷信号により前記負荷接続端間を短絡する保護スイッチング素子と、
前記保護スイッチング素子に保持電流を流下して間欠動作時のオフ期間に前記保護スイッチング素子の短絡状態を維持する保持配線と、を有することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のLED点灯装置。 Each has a protection circuit between the output rectifier and the load connection end,
The protection circuit is
A no-load detector that emits a no-load signal when the load connection end is no load; and
A protective switching element that short-circuits between the load connection ends by the no-load signal;
4. A holding wiring that flows a holding current through the protection switching element and maintains a short-circuited state of the protection switching element during an OFF period during intermittent operation. LED lighting device of description.
前記発光ダイオード列ごとにトランジスタ素子を備え、
前記発光ダイオード列と、前記トランジスタ素子のコレクタ、エミッタと、エミッタ抵抗とを直列に接続するとともに、前記トランジスタ素子の全てのベースを接続して、全ての前記トランジスタ素子に同一電位からのベース電流を流下させることを特徴とするLEDユニット。 In an LED unit in which a plurality of light emitting diode rows in which a plurality of light emitting diode elements are connected in series are connected in parallel,
A transistor element is provided for each light emitting diode row,
The light emitting diode array, the collector, emitter and emitter resistance of the transistor element are connected in series, and all the bases of the transistor elements are connected so that a base current from the same potential is applied to all the transistor elements. An LED unit that is allowed to flow down.
前記LEDユニットは、
前記発光ダイオード列ごとにトランジスタ素子を備え、
前記発光ダイオード列と、前記トランジスタ素子のコレクタ、エミッタと、エミッタ抵抗とを直列に接続するとともに、前記トランジスタ素子の全てのベースを接続して、全ての前記トランジスタ素子に同一電位からのベース電流を流下させることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載のLED点灯装置。 The load connection end has an LED unit in which a plurality of light emitting diode rows in which a plurality of light emitting diode elements are connected in series are connected in parallel,
The LED unit is
A transistor element is provided for each light emitting diode row,
The light emitting diode array, the collector, emitter and emitter resistance of the transistor element are connected in series, and all the bases of the transistor elements are connected so that a base current from the same potential is applied to all the transistor elements. The LED lighting device according to claim 1, wherein the LED lighting device is allowed to flow down.
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CN108023333A (en) * | 2018-01-31 | 2018-05-11 | 常州斯坦博电子科技有限公司 | Load short circuits protection power source circuit |
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