JP2012204289A

JP2012204289A - Ｌｅｄ点灯装置

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Publication number: JP2012204289A
Application number: JP2011070460A
Authority: JP
Inventors: Shinsuke Funayama; 信介船山; Shinichi Shibahara; 信一芝原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Electric Lighting Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Electric Lighting Corp
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2012-10-22
Anticipated expiration: 2031-03-28
Also published as: JP5738032B2

Abstract

【課題】ＬＥＤの接続数が変わる場合でも、回路変換効率の低下が抑制されるＬＥＤ点灯装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ点灯装置１１０は、ＬＥＤモジュール２００が着脱可能に接続される。点灯回路２は、直流電圧を入力し、この直流電圧の大きさを変換し、大きさ変換後の直流電圧を、ＬＥＤモジュール２００の複数のＬＥＤ素子に印加して点灯させる。力率改善回路７０は、整流回路６０から整流された直流電圧を入力し、この直流電圧の大きさを変換し、大きさ変換後の直流電圧を点灯回路２に出力する。接続数判別回路３は、ＬＥＤモジュール２００のＬＥＤ数を判別する。出力設定部４−１は、接続数判別回路３の判別したＬＥＤ数に応じて、力率改善回路７０が点灯回路２に出力する直流電圧の大きさを制御する。
【選択図】図１

Description

この発明は、光源にＬＥＤを使用するＬＥＤ点灯装置に関する。

従来の蛍光灯用の点灯装置においては、使用するランプはＪＩＳ等の規格に定められたものであり、点灯装置はこれらのランプに合わせて各々最適な設計を行っていた。
しかし、近年、発光ダイオード点灯装置が普及を始めたが、前記蛍光灯用の点灯装置と異なり、発光ダイオード点灯装置では、接続する発光ダイオード数は使用者により任意に決められるようになった。このため発光ダイオード点灯装置では、出力に接続される発光ダイオード数は、ある程度の個数範囲であれば、接続できることが要求される。この点に関し、接続する発光ダイオード（以下ＬＥＤという）に機種判定用抵抗を接続し、抵抗値を読み取ることにより、ＬＥＤに流す電流を変化させる事例がある（例えば、特許文献１）。

特開２００４−１５８８４０号公報

ＬＥＤ点灯装置において、ＬＥＤに流す電流は一定の条件で、ＬＥＤの直列数を任意にした場合、昇圧チョッパの出力電圧が一定のため、ＬＥＤの直列数が減少する程、バックコンバータ等で構成される点灯回路にて受け持つ電圧が増加し、スイッチング損失が増加して回路変換効率が低下するという課題があった。

本発明は、ＬＥＤの接続数が変わる場合に、回路変換効率の低下を防止するＬＥＤ点灯装置の提供を目的とする。

この発明のＬＥＤ点灯装置は、
直列に接続された複数のＬＥＤ素子を有するＬＥＤモジュールが着脱可能に接続されるＬＥＤ点灯装置において、
直流電圧を入力し、入力した前記直流電圧の大きさを変換し、大きさ変換後の前記直流電圧を、接続された前記ＬＥＤモジュールの直列に接続された複数のＬＥＤ素子に印加して点灯させる点灯回路と、
交流電圧を直流電圧に整流する整流回路から整流された前記直流電圧を入力し、入力した前記直流電圧の大きさを変換し、大きさ変換後の前記直流電圧を前記点灯回路が入力する前記直流電圧として前記点灯回路に出力する整流電圧変換回路と、
前記ＬＥＤモジュールが接続されている場合に、前記直列に接続された複数のＬＥＤ素子の接続数に相当する接続数相当値を検出する接続数検出部と、
前記接続数検出部によって検出された前記接続数相当値に基づいて、前記整流電圧変換回路が前記点灯回路に出力する前記直流電圧の大きさを制御する制御部と
を備えたことを特徴とする。

この発明によると、ＬＥＤモジュールを構成するＬＥＤの個数に応じて、力率改善回路の出力電圧を変動させるので、ＬＥＤ点灯装置を構成する回路の回路効率を向上させることができる。

実施の形態１のＬＥＤ点灯装置１１０の回路図。実施の形態１の出力設定部４−１が持つテーブル４１０を示す図。実施の形態２のＬＥＤ点灯装置１２０の回路図。実施の形態２の出力設定部４−２が持つテーブル４２０を示す図。実施の形態３のＬＥＤ点灯装置１３０の回路図。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態１のＬＥＤ点灯装置１１０の回路図である。
ＬＥＤ点灯装置１１０は、
（１）交流電源ＡＣが入力される入力フィルタ回路１と、
（２）入力フィルタ回路１に接続され、入力される交流電源を全波整流する整流回路６０と、
（３）整流回路６０に接続され、整流回路６０の出力電圧を入力し、この出力電圧よりも高い電圧に昇圧するとともに、力率を改善する力率改善回路７０（整流電圧変換回路）と、
（４）力率改善回路７０に接続され、力率改善回路７０が出力するチョッパ出力電圧を平滑する平滑コンデンサ９と、
（５）平滑コンデンサ９に接続され、接続されるＬＥＤモジュール２００に電力を供給する点灯回路２と、
（６）点灯回路２の出力端子に接続され、ＬＥＤモジュール２００のＬＥＤの直列接続個数を判別する接続数判別回路３（接続数検出部）と、接続数判別回路３に接続され、力率改善回路７０が出力するチョッパ出力電圧を設定する出力設定部４−１（制御部）と、を備える。

入力フィルタ回路１は、インダクタ（図示しない）、コンデンサ（図示しない）で構成されるノイズフィルタで、ノイズの除去を行う回路である。

整流回路６０は、４つのダイオード５〜８により構成され、電源電圧を全波整流する回路である。

力率改善回路７０は、インダクタ２０、ダイオード２１、ＦＥＴ２２、制御ＩＣ２３、抵抗２４〜２５により構成されるチョッパ方式の回路である。制御ＩＣ２３は、抵抗２４〜２５の分圧値を監視することにより、チョッパ出力を一定に制御する。

平滑コンデンサ９は、力率改善回路７０が出力するチョッパ出力電圧を平滑する。

点灯回路２は、ＬＥＤモジュール２００のＬＥＤ１０〜１３に直流電流を流す回路であり、例えば、バックコンバータ方式やハーフブリッジ方式が用いられる。点灯回路２には、ＬＥＤモジュール２００が着脱可能に接続される。すなわち、点灯回路２には、ＬＥＤモジュール２００として、ＬＥＤの直列接続の個数が１０個あるいは２０個等のように、ＬＥＤ接続個数の異なる各種のＬＥＤモジュールが接続可能である。例えばＬＥＤ１０個のＬＥＤモジュール２００を、ＬＥＤ２０個のＬＥＤモジュール２００に交換して使用されることを前提とする。

ＬＥＤ点灯装置１１０に接続されるＬＥＤモジュール２００は、直列に接続されたＬＥＤ１０〜１３により構成され、点灯回路２から出力される直流電流により点灯する。なお、図１では、ＬＥＤの直列数は例として４個の場合を図示しているが、任意の数のＬＥＤが直列接続しても構わないことは明らかである。

接続数判別回路３は接続されたＬＥＤ数を検出する。

この実施の形態１の接続数判別回路３は、抵抗４０と抵抗４１とからなり、この抵抗４０、抵抗４１により、接続されたＬＥＤの順方向電圧の総和を検出するものである。より具体的には、抵抗４０、抵抗４１は、接続するＬＥＤの順方向電圧の総和を分圧した分圧電圧（接続数相当値）を検出する。出力設定部４−１のテーブル４１０は、この検出される分圧電圧を基準に作成される。

出力設定部４−１は、力率改善回路７０の昇圧チョッパの出力電圧を設定する。

次に、ＬＥＤ点灯装置１１０の回路動作について説明する。
図２は、ＬＥＤモジュール２００おいて直列接続されたＬＥＤ数と、力率改善回路７０が出力する出力電圧との関係を示すグラフである。

ＬＥＤ点灯装置１１０に交流電源ＡＣが投入されると、入力フィルタ回路１、整流回路６０、力率改善回路７０、平滑コンデンサ９、点灯回路２を介して、ＬＥＤモジュール２００に電力が供給される。

まず、力率改善回路７０の動作が開始され、力率改善回路７０は、所定の出力電圧（例えば、４００Ｖ）を出力し、この出力電圧は平滑コンデンサ９で平滑される。

次に、平滑コンデンサ９で平滑された平滑電圧が点灯回路２に入力され、点灯回路２はこの平滑電圧に基づきＬＥＤモジュール２００（ＬＥＤ１０〜１３）に電力を供給する。このとき、点灯回路２は、ＬＥＤモジュール２００（ＬＥＤ１０〜１３）に定電流が流れるように制御され、ＬＥＤモジュール２００（ＬＥＤ）が点灯する。

ＬＥＤモジュール２００（ＬＥＤ）が点灯するとき、点灯回路２が出力している電圧は、ＬＥＤモジュール２００を構成するＬＥＤ１０〜１３の順方向電圧（Ｖｆ）に依存した電圧となっている。

したがって、ＬＥＤモジュール２００を構成するＬＥＤの順方向電圧が、例えば３．５Ｖで、１０個のＬＥＤが直列接続されている場合、点灯回路２の出力している電圧は、３５Ｖとなる。

接続数判別回路３は、このときの点灯回路２の出力電圧を検出し、ＬＥＤが１０個であると判別し、この判別結果を出力設定部４−１に出力する。

出力設定部４−１は、接続数判別回路３が出力する判別結果を入力し、自身が持つテーブル４１０（図２に示すグラフの内容を有する）と比較し、力率改善回路７０が出力するチョッパ出力電圧が、ＬＥＤの個数に応じた電圧となるように、力率改善回路７０（制御ＩＣ２３）に制御信号を出力する。例えば、ＬＥＤの個数が１０個である場合は、出力設定部４−１が、力率改善回路７０の出力電圧が２６０Ｖとなる制御信号を出力する。

力率改善回路７０（制御ＩＣ２３）は、入力される制御信号に基づいて、制御ＩＣ２３の内部基準値を変更して、ＭＯＳ−ＦＥＴ２２のスイッチング周波数を制御して、チョッパ出力電圧を制御信号に対応する電圧となるように制御する。

力率改善回路７０が出力する出力電圧は、４００Ｖからゆっくり（緩やかに）２６０Ｖまで低下させる。このように、力率改善回路７０の出力電圧をゆっくり（緩やかに）低下させるので、点灯回路２はＬＥＤモジュール２００に供給する定電流が一定のままを維持することができ、ＬＥＤモジュール２００が発する光が変動することがない。

このように、ＬＥＤモジュール２００を構成するＬＥＤの個数に応じて、力率改善回路７０の出力電圧を変更するようにしたので、後述するように、点灯回路２が負担する電圧差を小さくすることができ、スイッチング損失を少なくして、回路変換効率を向上させることができる。

例えば、ＬＥＤの順方向電圧降下を３．５Ｖとした場合、接続するＬＥＤの数が１０個、２０個、３０個、４０個、５０個において、それぞれの総和は３５Ｖ、７０Ｖ、１０５Ｖ、１４０Ｖ、１７５Ｖとなる。力率改善回路７０が出力するチョッパ出力電圧を例えば４００Ｖ一定とした場合、昇圧チョッパ出力電圧と前記ＬＥＤの順方向電圧のそれぞれの差は、３６５Ｖ、３３０Ｖ、２９５Ｖ、２６０Ｖ、２２５Ｖとなる。これらの電圧は点灯回路２が受け持つため、接続数が少ないほどスイッチング損失が増加して回路変換効率が減少することとなる。

しかしながら、接続数判別回路３がＬＥＤの接続数を検出し、出力設定部４−１は図２に示すようなテーブル４１０に従いチョッパ出力電圧を設定することによって、ＬＥＤの接続灯数に関わらず、点灯回路２の受け持つ電圧を一定とすることができるため、ＬＥＤの接続数が減少してもスイッチング損失が増加しない効果を得ることができる。

なお、本実施の形態１では、制御ＩＣ２３の内部基準値を変更して、力率改善回路７０が出力するチョッパ出力電圧を制御する場合について説明したが、出力電圧検出抵抗２５の抵抗値を変化させる方式を採用しても、力率改善回路７０のチョッパ出力電圧を制御できるので、同様の作用効果が得られる。

また、本実施の形態１では、接続数判別回路３を抵抗４０、抵抗４１で構成し、この抵抗４０、４１で分圧した電圧を出力設定部４−１が読み取って、力率改善回路７０の出力を制御する場合について説明したが、接続数判別回路３をコンパレータなどの比較器やＡ／Ｄ変換器などで構成してもよい。

実施の形態２．
実施の形態１と同機能、同回路の部分については同符号を付し、説明を省略する。
図３は、本実施の形態２のＬＥＤ点灯装置１２０の回路図であり、図４は、ＬＥＤ点灯装置１２０の出力設定部４−２が持つテーブル４２０の内容である。

ＬＥＤ点灯装置１２０は、実施の形態１のＬＥＤ点灯装置１１０に対して、さらに、整流回路６０に接続され、入力される交流電源ＡＣの電圧が１００Ｖであるか、２００Ｖであるかを判別する入力電圧判別部３０（交流電圧検出部）を備える。なお、図３には接続数判別回路３を示しているが、その構成は、例えば図１に示した抵抗４０，４１の分圧回路である。

入力電圧判別部３０は、整流回路６０の出力電圧（交流電圧相当値）を検出することで、交流電源ＡＣが１００Ｖか２００Ｖかを判別する。

図４は、出力設定部４−２の保有するテーブル４２０の内容を示す図である。出力設定部４−２は、入力電圧判別部３０と接続数判別回路３とによる判別結果の入力により、図４に示す内容を持つテーブル４２０に従い、力率改善回路７０の出力するチョッパ出力電圧を設定する。具体的には、出力設定部４−２は、入力電圧判別部３０による「１００Ｖ」電源か、「２００Ｖ」電源かの判別結果によって、図４の特性のうち、タイプ１の特性（１００Ｖ）とタイプ２の特性（２００Ｖ）とのどちらを使用するべきかを知る。図４の特性が決まると、出力設定部４−２は、接続数判別回路３の判定結果（図４の横軸の値）に応じて、力率改善回路７０の出力を制御する。

図４に示すテーブル４２０は、ＬＥＤの接続数が減少すると力率改善回路７０が出力するチョッパ出力電圧を減少させると共に、交流電源ＡＣの電源電圧に伴い、力率改善回路７０の出力するチョッパ出力電圧を変化させる特性である。

力率改善回路７０を構成するチョッパ回路は、交流電源ＡＣの電源電圧を昇圧するため、チョッパ出力電圧は、交流電源ＡＣの電源電圧のピーク値以上に設定しなければならない。しかし、入力電源範囲を広くする場合、電源電圧２００Ｖ（図４のタイプ２）で設定したチョッパ出力電圧で１００Ｖ点灯させた場合はチョッパ出力電圧が大きすぎ効率が悪くなる。また、１００Ｖ（図４のタイプ１）で設定したチョッパ出力電圧で２００Ｖ点灯させた場合はチョッパ出力電圧が電源のピーク値以下となり力率が悪化する。

この効率悪化、力率悪化を回避するために、本実施の形態２では、実施の形態１の構成に入力電圧判別部３０を加えることで、「使用する電源電圧」と、「ＬＥＤの接続数」とのどちらの条件においても、最適な回路変換効率で回路を動作できる効果を得ることが出来る。

実施の形態３．
本実施の形態３は、接続数判別回路３が、抵抗５１（装置側抵抗要素）及びＬＥＤモジュール２００に装備された抵抗５０（モジュール側抵抗要素）との分圧回路により、接続されたＬＥＤ１０〜１３の順方向電圧の総和を検出する構成である。

図５は、本実施の形態３のＬＥＤ点灯装置１３０の回路図である。

ＬＥＤモジュール２００は、ＬＥＤモジュール２００の種別（ＬＥＤの個数）を特定するための種別特定回路（抵抗５０、個数情報の一例）を備えている。

本実施の形態３では、ＬＥＤモジュール２００の抵抗５０の値は、搭載されるＬＥＤ数により異なる値である。ＬＥＤ点灯装置１３０（出力設定部４−２）は、ＬＥＤモジュール２００が接続された場合、抵抗５０によってＬＥＤ個数（接続数相当値）を知る。

接続数判別回路３は、昇圧チョッパの出力電圧を抵抗５１、抵抗５０で分圧した値（個数情報、接続数相当値）を検出する。出力設定部４−２のテーブル４２０は、この分圧電圧を基準に作成される。つまりテーブル４２０の横軸は、この検出される電圧を基準に作成されている。

交流電源ＡＣが投入されると、力率改善回路７０が動作し、出力電圧として、例えば４００Ｖを出力する。このとき、点灯回路２の動作は停止している。

力率改善回路７０の出力電圧は、抵抗５１と抵抗５０により分圧され、この分圧された電圧が、接続数判別回路３に入力される。

この抵抗５０は、ＬＥＤモジュール２００を構成するＬＥＤの個数に応じて、抵抗値が異なるので、抵抗５１、抵抗５０で分圧された分圧電圧は、ＬＥＤの個数に応じた電圧となる。

なお、抵抗５０の両端電圧（分圧電圧）は、ＬＥＤ１０〜ＬＥＤ１３の順方向電圧Ｖｆよりも低い電圧となっており、ＬＥＤ１０〜ＬＥＤ１３は点灯しない。

したがって、ＬＥＤモジュール２００（ＬＥＤ）が点灯する前に、ＬＥＤの個数を接続数判別回路３が判別することができるようになる。

接続数判別回路３がＬＥＤの個数を判別した後、出力設定部４−２は、自己が保有するテーブル４２０を参照して、ＬＥＤの個数に応じた出力とするように力率改善回路７０に制御信号を出力し、力率改善回路７０は出力電圧をＬＥＤの個数に応じた電圧値にする。

次に、点灯回路２が動作して、ＬＥＤモジュール２００に定電流を供給して、ＬＥＤ１０〜ＬＥＤ１３を点灯させる。

そのため、点灯回路２が動作開始する前に、ＬＥＤモジュール２００を構成するＬＥＤの個数を把握することができるので、力率改善回路７０の出力電圧をＬＥＤの個数に応じた電圧値としてから、ＬＥＤを点灯させることができ、回路効率を向上させることができる。

ＡＣ交流電源、１入力フィルタ回路、２点灯回路、３接続数判別回路、４−１，４−２出力設定部、５〜８ダイオード、９平滑コンデンサ、１０〜１３ＬＥＤ、２０インダクタ、２１ダイオード、２２ＦＥＴ、２３制御ＩＣ、２４，２５抵抗、３０入力電圧判別部、４１０，４２０テーブル、５０，５１抵抗、６０整流回路、７０力率改善回路、１１０，１２０，１３０ＬＥＤ点灯装置、２００ＬＥＤモジュール。

Claims

直列に接続された複数のＬＥＤ素子を有するＬＥＤモジュールが着脱可能に接続されるＬＥＤ点灯装置において、
直流電圧を入力し、入力した前記直流電圧の大きさを変換し、大きさ変換後の前記直流電圧を、接続された前記ＬＥＤモジュールの直列に接続された複数のＬＥＤ素子に印加して点灯させる点灯回路と、
交流電圧を直流電圧に整流する整流回路から整流された前記直流電圧を入力し、入力した前記直流電圧の大きさを変換し、大きさ変換後の前記直流電圧を前記点灯回路が入力する前記直流電圧として前記点灯回路に出力する整流電圧変換回路と、
前記ＬＥＤモジュールが接続されている場合に、前記直列に接続された複数のＬＥＤ素子の接続数に相当する接続数相当値を検出する接続数検出部と、
前記接続数検出部によって検出された前記接続数相当値に基づいて、前記整流電圧変換回路が前記点灯回路に出力する前記直流電圧の大きさを制御する制御部と
を備えたことを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
前記ＬＥＤ点灯装置は、さらに、
前記整流回路によって整流される前記交流電圧の大きさに相当する交流電圧相当値を検出する交流電圧検出部を備え、
前記制御部は、
前記接続数検出部によって検出された前記接続数相当値と、前記交流電圧検出部によって検出された前記交流電圧相当値とに基づいて、前記整流電圧変換回路が前記点灯回路に出力する前記直流電圧の大きさを制御することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯装置。
前記接続数検出部は、
前記接続数相当値として、直列に接続された前記複数のＬＥＤ素子の各ＬＥＤ素子の順方向電圧の総和に相当する電圧を検出することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のＬＥＤ点灯装置。
前記ＬＥＤモジュールは、
前記複数のＬＥＤ素子の個数に応じた固有の個数情報を有し、
前記接続数検出部は、
前記個数情報を取得し、取得した前記個数情報を前記接続数相当値として検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＬＥＤ点灯装置。
前記ＬＥＤモジュールは、
前記複数のＬＥＤ素子の個数に応じた抵抗値を持つモジュール側抵抗要素を備え、
前記ＬＥＤ点灯装置は、
前記ＬＥＤモジュールが接続された場合に、前記モジュール側抵抗要素と直列接続を形成して、前記整流電圧変換回路が前記点灯回路に出力する前記直流電圧を分圧する抵抗要素である装置側抵抗要素を備え、
前記接続数検出部は、
前記モジュール側抵抗要素と前記装置側抵抗要素とによって分圧された前記整流電圧変換回路の前記直流電圧を、前記個数情報として取得することを特徴とする請求項４記載のＬＥＤ点灯装置。