JP2015109164A - 蛍光灯型ledランプ - Google Patents
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Abstract
【課題】光源を従来のフィラメントから発光素子に置き換えた場合、インバータ式安定器の出力電流が蛍光灯の場合より高くなる場合があったとしても発光素子を劣化させず長寿命を維持することができるようにすること。【解決手段】照明器具の高周波インバータ安定器2に接続されて使用される蛍光灯型LEDランプ3である。複数の発光素子LED1,LED2の接続は電流検出回路12の制御出力を受けてLED接続切替回路13にて切り替えられる。インバータ式安定器2の出力電流が予め設定された電流値を越える場合、発光素子LED1,LED2の接続を直列接続から並列接続に切り替えられ、逆の場合には並列接続から直列接続に切り替えられる。【選択図】図1
Description
本発明は高周波で点灯させる、主として既設の蛍光灯器具のインバータ式安定器に直接取り付けることが可能な蛍光灯型LEDランプに関する。
従来、一般照明用として照明器具には白熱電球や蛍光灯を使用している。特に、蛍光灯は白熱電球に比べて消費電力、発熱、寿命などの点で優れており広く使用されている。また、蛍光灯も直管型だけでなく、直管型蛍光灯をU字状に2,3回折り曲げて全長を短くしたようなコンパクト蛍光灯なども広く使用されている。しかしながら、蛍光灯の寿命は器具に使用されている安定器に比べると短く、ある程度の割合で交換する必要がある。
これに対して近年、蛍光灯に比べて遥かに寿命が長く、消費電力も少ない発光ダイオード(以下、発光素子と称する。)が注目されており、従来の蛍光灯の代用として発光素子を光源とした蛍光灯型LEDランプの使用が要望されていた。その場合、従来の蛍光灯用の照明器具にそのまま使用できることが求められる。
前述の発光素子を光源とした蛍光灯型LEDランプの一例として、特許文献1に記載のものが挙げられる。蛍光灯と同じ形状の管と口金を備え、その内部に複数の発光素子と、供給された交流を脈流に変換する整流回路と、前記脈流を疑似的な直流に変換する平滑回路が装備された点灯回路とを収納し、従来の蛍光灯用の照明器具に内蔵されているインバータ式安定器からの高周波電流が全波整流回路に直接供給される回路構成とし、その口金を従来の蛍光灯用照明器具に装填することで内部の発光素子を連続点灯動作させることができる蛍光灯型LEDランプが開発されている。
しかしながら、特許文献1に記載の発明回路では、従来の蛍光灯用照明器具に内蔵されているインバータ安定器から高周波電流が全波整流回路に直接供給される回路構成となっており、LEDに流れる電流はインバータ安定器の特性に依存している。従ってLEDに過大な電流が流れて短寿命を招く恐れがあった。
特許文献2に記載の発明(図5)では、蛍光灯型LEDランプ32に直列に定電流回路33を接続することで、LED電流の安定化を図り、既設の高周波インバータ39に対しても蛍光灯型LEDランプ32の適用が可能となるようにし、長寿命効果を達成しようとしている。
前述のように電源供給側の既設の高周波インバータ39から供給される電流は器具の種類によって異なるので、定電流回路33で吸収しきれない電流は入力電流抑制用のインダクタンス素子L32にバイパスさせることで対応している。高周波インバータ39の負荷として蛍光灯23から蛍光灯型LEDランプ32に置き換える際、このようなリアクタンス成分(インダクタンスあるいはキャパシタンス)は高周波インバータ39の動作に影響を与え、高周波インバータ39の動作が不安定になったり最悪破損する恐れがある。
この点をインバータ式安定器の動作と合わせてもう少し詳しく説明する。インバータ式安定器2を備えた従来のインバータ形蛍光灯器具の回路の一例を図4に示す。AC入力電圧1はインバータ式安定器2の入力回路4に供給され、直流に変換してFETQ1・Q2で構成するハーフブリッジ回路6に供給される。入力回路4は整流回路(図示せず)、ノイズフィルタ(図示せず)などで構成される。
発振回路5はハーフブリッジ回路6のFETQ1・Q2を交互にオン・オフさせる高周波の周波数を決めている。蛍光灯23には、第1プラグ端子対(a1,a2)、第2プラグ端子対(b1,b2)、フィラメント(F21,F22)が備わっている。インバータ式安定器2側には蛍光灯23の第1プラグ端子対(a1,a2)、第2プラグ端子対(b1,b2)が接続される第1受け端子対(A1,A2)、第2受け端子対(B1,B2)が備わっている。
そして、蛍光灯23にはコンデンサC1、リアクトルL1、一方の第1受け端子A1と一方の第1プラグ端子a1、フィラメントF21、他方の第1プラグ端子a2と他方の第1受け端子A2、コンデンサC22、一方の第2受け端子対B2、一方の第2プラグ端子b2、フィラメントF22、他方の第2プラグ端子b1、他方の第2受け端子B1の経路で電流が流れ、蛍光灯23のフィラメントF21,F22を加熱する。コンデンサC1、リアクトルL1、コンデンサC2の直列共振回路によりフィラメントF21,F22間に高圧が発生し、蛍光灯23が放電開始する。放電後はコンデンサC1、リアクトルL1、一方の第1受け端子A1、一方の第1プラグ端子a1、フィラメントF21,F22、他方の第2プラグ端子b1、他方の第2受け端子B1の経路で蛍光灯23に規定の定電流が流れる。
蛍光灯23を図5の蛍光灯型LEDランプ32に置き換えてインバータ式安定器2にそのまま接続する場合、省エネの目的によりLED電圧は蛍光灯23の電圧より低く選択するのが通常である。インバータ式安定器2の出力電流は基本的に定電流で供給される。例えばFHT型コンパクト蛍光灯23の場合、JISにより42型はTyp0.32A、32型はTyp0.32A、 24型はTyp0.3Aとなっている。インバータ式安定器2は42型、32型、24型の各蛍光灯23に共有で使用できるようにするため、ランプ電圧80V,100V,135Vに対応して最近は広い電圧範囲で定電流になっているものが多い。従ってインバータ式安定器2の出力電流はJISに規定の定電流を想定して蛍光灯23より電圧の低い蛍光灯型LEDランプ32に置き換えれば基本的には期待した定電流が発光素子32a〜32nに流れるはずである。
しかしながらインバータ回路39によっては、32型専用もあり、それは32型の蛍光灯23のランプ電圧100Vでは0.32Aであるがランプ電圧が低くなると、電流が大きくなるものがある。このようなインバータ式安定器2に上記の電圧の低い蛍光灯型LEDランプ32を接続すると期待した電流を越えて発光素子32a〜32nに大電流が流れ、発光素子32a〜32nの温度が高くなって短寿命を招くなど問題があった。
本発明は、高周波で点灯させる蛍光灯器具のインバータ式安定器に直接取り付けることが可能な蛍光灯型LEDランプにおいて、光源を従来のフィラメント式蛍光灯から発光素子に置き換えた場合、インバータ式安定器の出力電流が蛍光灯の場合より高くなる場合があったとしても発光素子を劣化させず長寿命を維持することができるようにすることをその課題とする。
請求項1に記載の発明は、
照明器具の高周波インバータ安定器2に接続されて使用される蛍光灯型LEDランプ3であって、
高周波インバータ安定器2側の第1受け端子対A1,A2、第2受け端子対B1,B2に対となってそれぞれ接続される第1プラグ端子対a1,a2、第2プラグ端子対b1,b2とを備え、
前記第1端子対a1,a2、第2端子対b1,b2の出力側に抵抗R1〜R4をそれぞれ接続すると共に第1端子対a1,a2の抵抗R1,R2の出力端同士、第2端子対b1,b2の抵抗R3,R4の出力端同士を接続したインピーダンス回路8と、
インピーダンス回路8の出力端に接続され、インバータ式安定器2の出力電流を整流する整流回路9と、
整流回路9の出力に接続された複数の発光素子LED1,LED2と、
インピーダンス回路8と整流回路9の間に設けられ、インバータ式安定器2の出力電流を検出する電流検出回路12と、
電流検出回路12の制御出力を受けて、複数の発光素子LED1,LED2の接続を切り替えるLED接続切替回路13とを内蔵し、
インバータ式安定器2の出力電流が予め設定された電流値を越える場合、発光素子LED1,LED2の接続を直列接続から並列接続に切り替え、逆の場合には並列接続から直列接続に切り替えることを特徴とする。
照明器具の高周波インバータ安定器2に接続されて使用される蛍光灯型LEDランプ3であって、
高周波インバータ安定器2側の第1受け端子対A1,A2、第2受け端子対B1,B2に対となってそれぞれ接続される第1プラグ端子対a1,a2、第2プラグ端子対b1,b2とを備え、
前記第1端子対a1,a2、第2端子対b1,b2の出力側に抵抗R1〜R4をそれぞれ接続すると共に第1端子対a1,a2の抵抗R1,R2の出力端同士、第2端子対b1,b2の抵抗R3,R4の出力端同士を接続したインピーダンス回路8と、
インピーダンス回路8の出力端に接続され、インバータ式安定器2の出力電流を整流する整流回路9と、
整流回路9の出力に接続された複数の発光素子LED1,LED2と、
インピーダンス回路8と整流回路9の間に設けられ、インバータ式安定器2の出力電流を検出する電流検出回路12と、
電流検出回路12の制御出力を受けて、複数の発光素子LED1,LED2の接続を切り替えるLED接続切替回路13とを内蔵し、
インバータ式安定器2の出力電流が予め設定された電流値を越える場合、発光素子LED1,LED2の接続を直列接続から並列接続に切り替え、逆の場合には並列接続から直列接続に切り替えることを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1において、
整流回路9の出力ラインを分岐し、一方の分岐ラインBL1に発光素子LED1を設け、他方の分岐ラインBL2に他の発光素子LED2を設け、
一方の分岐ラインBL1において、発光素子LED1の出力側に設けられたスイッチSW3と、
他方の分岐ラインBL2において、発光素子LED2の入力側に設けられたスイッチSW2、及び
一方の発光素子LED1とその出力側に設けられたスイッチSW3との間と、他方の発光素子LED2とその入力側に設けられたスイッチSW2とその間に設けられ、分岐ラインBL1と分岐ラインBL2のスイッチSW2,SW3がオフの時にオンとなって分岐ラインBL1と分岐ラインBL2とを短絡させて発光素子LED1,LED2の接続を直列接続とし、
スイッチSW2,SW3がオンの時にオフとなって分岐ラインBL1と分岐ラインBL2とを遮断して発光素子LED1,LED2の接続を並列接続とするスイッチSW1とでLED接続切替回路13が構成されていることを特徴とする。
整流回路9の出力ラインを分岐し、一方の分岐ラインBL1に発光素子LED1を設け、他方の分岐ラインBL2に他の発光素子LED2を設け、
一方の分岐ラインBL1において、発光素子LED1の出力側に設けられたスイッチSW3と、
他方の分岐ラインBL2において、発光素子LED2の入力側に設けられたスイッチSW2、及び
一方の発光素子LED1とその出力側に設けられたスイッチSW3との間と、他方の発光素子LED2とその入力側に設けられたスイッチSW2とその間に設けられ、分岐ラインBL1と分岐ラインBL2のスイッチSW2,SW3がオフの時にオンとなって分岐ラインBL1と分岐ラインBL2とを短絡させて発光素子LED1,LED2の接続を直列接続とし、
スイッチSW2,SW3がオンの時にオフとなって分岐ラインBL1と分岐ラインBL2とを遮断して発光素子LED1,LED2の接続を並列接続とするスイッチSW1とでLED接続切替回路13が構成されていることを特徴とする。
以上により、高周波で発光素子を点灯させる蛍光灯器具のインバータ式安定器に直接取り付けることが可能な蛍光灯型LEDランプにおいて、多種類が存在するインバータ式安定器の出力電流特性に応じて複数の発光素子を直・並列に切り替え、発光素子の発熱が異常に上昇しないようにすることができ、蛍光灯型LEDランプの長寿命を維持できるようになった。
以下、本発明の一実施例を図1に従って説明する。照明器具には高周波インバータ安定器2が内蔵されており、外部商用電源からAC入力電圧1が供給されている。高周波インバータ安定器2は、既設の照明器具に内蔵されたものを使用するので、従来と同じものである。即ち、AC入力電圧1が供給される入力回路4、入力回路4の出力側に接続されたFETQ1・Q2で構成されたハーフブリッジ回路6、FETQ1・Q2を交互にオン・オフさせる発振回路5、ハーフブリッジ回路6の出力側に接続されるコンデンサC1と、リアクトルL1、従来の蛍光灯23(勿論、蛍光灯型LEDランプ3にも適用される)の第1プラグ端子対(a1,a2)、第2プラグ端子対(b1,b2)が接続される第1受け端子対(A1,A2)、第2受け端子対(B1,B2)、及び第1受け端子対(A1,A2)の他方の端子A2と第2受け端子対(B1,B2)の他方の端子B2との間に接続されたコンデンサC2とで構成されている。なお、リアクトルL1の出力側は第1受け端子対(A1,A2)の一方の端子A1に接続されている。
従来の蛍光灯23には、端子として、第1プラグ端子対(a1,a2)、第2プラグ端子対(b1,b2)が備わっている。従って、本発明の蛍光灯型LEDランプ3に於いても端子として、同じ第1プラグ端子対(a1,a2)、同じ第2プラグ端子対(b1,b2)が備わっている。第1プラグ端子対(a1,a2)の一方のプラグ端子a1の出力側には抵抗R1が接続され、他方のプラグ端子a1の出力側には抵抗R2が接続され、第2プラグ端子対(b1,b2)の一方のプラグ端子b1の出力側には抵抗R3が接続され、他方のプラグ端子b2の出力側には抵抗R4が接続され、抵抗R1,R2の出力側、抵抗R3,R4の出力側はそれぞれ接続されて、抵抗R1〜R4にてインピーダンス回路8が構成されている。インピーダンス回路8の抵抗R1〜R4は従来の蛍光灯23のフィラメントF21,F22の替わりとして用いられるものであるため、該抵抗R1〜R4はフィラメントF21,F22の抵抗と同等の数Ω程度が適切である。
インピーダンス回路8の出力側にはダイオードD1〜D4をフル・ブリッジ(ダイオードブリッジ)に組んだ整流回路9が設けられている。そしてインピーダンス回路8の抵抗R1,R2の接続点P1と、整流回路9のダイオードD1・D2の入力側接続点P2との間に検出抵抗R5が介挿され、検出抵抗R5の両端にインバータ式安定器2の出力電流を検出する検出回路11が設置され、電流検出回路12を構成している。これは図示しないカレントセンサーを用いても良い。なお、抵抗R3とR4の接続点P3と整流回路9の出力側接続点P4とが接続されている。
前記整流回路9のダイオードD1・D2にはインバータ式安定器2の出力電流が高周波であるため高速ダイオードを使用するのが好ましい。更に、万一の高圧に対して耐電圧の高い高圧ダイオードを使用するのが望ましい。
整流回路9の出力側は発光素子数に合わせて分岐され、各分岐ラインに発光素子が設置され、各分岐ラインの発光素子の接続を直列・並列で切り替えるLED接続切替回路13が設けられている。発光素子数は2以上で従って分岐も同数であるが、本実施利では発光素子数が2セットである。以下、発光素子が2セットの場合を中心に説明する。整流回路9の出力ラインは2つに分岐されており、分岐ラインBL1には発光素子LED1が、分岐ラインBL2には発光素子LED2が設けられている。
そして、分岐ラインBL1の発光素子LED1の出力側に設けられて分岐ラインBL1を開閉するスイッチSW3、分岐ラインBL2の発光素子LED2の入力側に設けられて分岐ラインBL2を開閉するスイッチSW2、及び発光素子LED1の出力側とスイッチSW3との間、発光素子LED2の入力側とスイッチSW2との間にスイッチSW1が設けられ、これらスイッチSW1〜SW3でLED接続切替回路13が構成されて当該部位において分岐ラインBL1と分岐ラインBL2とを断接させる働きをなす。
しかして、蛍光灯型LEDランプ3を装着し、AC入力電圧1を投入すると、投入の最初は発光素子LED1,LED2のインピーダンスは高いのでインバータ安定器2中のコンデンサC1、リアクトルL1、受け端子A1へと電流が流れ、蛍光灯型LEDランプ3ではそのプラグ端子a1、抵抗R1、抵抗R2、プラグ端子a2へと流れ、インバータ安定器2側に戻り、その受け端子A2、コンデンサC2、受け端子B2を通って、再度、蛍光灯型LEDランプ3のプラグ端子b2、抵抗R4、抵抗R3、プラグ端子b1に至り、ここからインバータ安定器2側の受け端子B1という経路で電流が流れてインバータ式安定器2が動作を開始する。その結果、第1の端子対A1,a1・A2,a2と第2の端子対対B1,b1・B2,b2の両端の電位が上昇し始め、発光素子LED1,LED2の順方向電圧を越えた処で整流回路9を介して発光素子LED1,LED2に電流が流れ始める。そして、発光素子LED1,LED2の電圧で制限されて、インバータ式安定器2の特性で決まる定電流が発光素子LED1,LED2に流れる。
インバータ安定器2からの出力電流は、抵抗R5を流れた際の抵抗R5の電圧を電流検出回路12で検出することで行う。電流検出回路12で検出した該出力電流値が予め設定された電流値(閾値)以下の場合、スイッチSW2,SW3がオフ状態、スイッチSW1がオン状態に制御され、発光素子LED1,LED2は直列接続となり点灯する。
逆に、電流検出回路12で検出した該出力電流値が予め設定された電流値(閾値)以上の場合、スイッチSW2,SW3がオン状態、スイッチSW1がオフ状態に制御され、発光素子LED1,LED2は並列接続となり点灯する。スイッチSW1〜SW3のオン・オフはLED接続切替回路13にて行う。
以下、この点を更に詳述する。図2は一例として安定器Aと安定器Bの出力電流(=ランプ電流:縦軸)対ランプ電圧(横軸)特性を示す。図3は安定器Aと安定器Bの出力電力(=ランプ電力:縦軸)対ランプ電圧(横軸)特性を示す。
安定器Aは例えばFHTの42型、32型、24型に共用のため広い電圧範囲(図では27V〜135V)で定電流0.32Aの特性になっている。一方、安定器Bは32型専用であり、32型蛍光灯のランプ電圧100Vでは0.32Aであるが、ランプ電圧が低くなるとランプ電流は増加傾向を示す。
蛍光灯23から蛍光灯型LEDランプ3に置き換える場合、発光素子を例えば図1に示すようにLED1とLED2の2個の素子を使用する。各発光素子LED1,LED2の順方向電圧を一例としてVf1約27Vとする。電流検出回路9の閾値(=予め設定された電流値)を例えばIth=0.36A設定とする。インバータ式安定器2が安定器AならばI(=0.32A)で閾値Ith(=0.36A)より低いので、LED接続切替回路13を制御して2個の発光素子LED1,LED2を直列接続にする。スイッチSW1=オン、スイッチSW2、SW3=オフとなる。
蛍光灯型LEDランプ3への供給電力は概ねP=(27V×2)×0.32A=17Wである。供給電力の最大はIth=0.36Aを想定し、Pmax=(27V×2)×0.36A=19.4Wであり、発光素子LED1,LED2の放熱はPmaxを想定して適切に設計される。
もしインバータ式安定器2が安定器Bのような場合、I(=0.42A)で閾値Ith(=0.36A)より高いので、LED接続切替回路13を制御して2個の発光素子LED1,LED2を並列接続に切り替える。スイッチSW1=オフ、スイッチSW2、SW3=オンとなる。その結果、図2より、ランプ電圧は約27Vに低下し、ランプ電流はさらに上昇してI=0.46Aとなる。しかしながら発光素子LED1,LED2に流れる電流は半分に分流される。蛍光灯型LEDランプ3への供給電力は概ね P=27V×0.46A=12WとなりPmax=19.4Wより低いので発光素子LED1,LED2の発熱の点では問題なくなる。
もし、発光素子LED1,LED2が直列接続のままであると蛍光灯型LEDランプ3への供給電力は概ねP=(27×2)×0.46A=23Wと高くなりPmax=19.4Wを超えるので、発光素子LED1,LED2の発熱が上昇しLEDの寿命を劣化させることになる。
1…AC入力電圧,2…インバータ式安定器,3…蛍光灯型LEDランプ,4…入力回路,5…発振回路,6…ハーフブリッジ回路,8…インピーダンス回路,9…整流回路,11…検出回路,12…電流検出回路,13…LED接続切替回路,22…インバータ式安定器,23…蛍光灯,24…入力回路,25…発振回路,26…ハーフブリッジ回路,32…従来の蛍光灯型LEDランプ,32a〜32n…発光素子,33…定電流回路,39…高周波インバータ,A・B…安定器,A1・A2・B1・B2・a1・a2・b1・b2…端子,BL1,BL2…分岐ライン,C1・C2…コンデンサ,D1〜4…ダイオード,F21・F22…フィラメント,L1…リアクトル,LED1・LED2…発光素子、Q1・Q2…ETF,R1〜5…抵抗,SW1〜SW3…スイッチ,P1〜P4:接続点。
Claims (2)
- 照明器具の高周波インバータ安定器に接続されて使用される蛍光灯型LEDランプであって、
高周波インバータ安定器側の第1受け端子対、第2受け端子対に対となってそれぞれ接続される第1プラグ端子対、第2プラグ端子対とを備え、
前記第1端子対、第2端子対の出力側に抵抗をそれぞれ接続すると共に第1端子対の抵抗2の出力端同士、第2端子対の抵抗の出力端同士を接続したインピーダンス回路と、
インピーダンス回路の出力端に接続され、インバータ式安定器の出力電流を整流する整流回路と、
整流回路の出力に接続された複数の発光素子と、
インピーダンス回路と整流回路の間に設けられ、インバータ式安定器の出力電流を検出する電流検出回路と、
電流検出回路の制御出力を受けて、複数の発光素子の接続を切り替えるLED接続切替回路とを内蔵し、
インバータ式安定器の出力電流が予め設定された電流値を越える場合、発光素子の接続を直列接続から並列接続に切り替え、逆の場合には並列接続から直列接続に切り替えることを特徴とする蛍光灯型LEDランプ。 - 整流回路の出力ラインを分岐し、一方の分岐ラインに発光素子を設け、他方の分岐ラインに他の発光素子を設け、
一方の分岐ラインにおいて、発光素子の出力側に設けられたスイッチ、
他方の分岐ラインにおいて、発光素子の入力側に設けられたスイッチ、及び
一方の発光素子とその出力側に設けられたスイッチとの間と、他方の発光素子とその入力側に設けられたスイッチとその間に設けられ、
両分岐ラインの両スイッチがオフの時にオンとなって両分岐ラインを短絡させて両発光素子の接続を直列接続とし、
両分岐ラインの両スイッチがオンの時にオフとなって両分岐ラインを遮断して両発光素子の接続を並列接続とするスイッチとでLED接続切替回路が構成されていることを特徴とする請求項1に記載の蛍光灯型LEDランプ。
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JP2018526796A (ja) * | 2015-09-09 | 2018-09-13 | フィリップス ライティング ホールディング ビー ヴィ | Led管ランプ |
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