(57)【要約】【課題】  商用電源又はその他の交流電源を利用する高効率で高周波ノイズ発生の無い，ＬＥＤ点灯回路を提供する。【解決手段】  ＬＥＤの電流制限素子に容量性リアクタンス素子を用いて高効率を実現し，点灯開始時に過度的に流れる突入電流をバイパス回路に流すと共に，ＬＥＤには直列にトランジスタ等による電子的スイッチを設け突入電流が流れている時間、遅延回路により電子的スイッチの導通開始を遅らせ、突入電流が流れなくなった後，定常電流を流すようにしてＬＥＤを保護した高効率点灯回路。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源又は他の交流電源を利用するＬＥＤ点灯回路にあって，ＬＥＤの電流制限素子として，容量性リアクタンスを用いて，エネルギー効率を高くすると共に，点灯開始時に容量性リアクタンス素子に過度的に流れる突入電流をバリスタ回路にバイパスし，突入電流がバリスタを流れている間ＬＥＤに直列に接続されたトランジスタの導通開始を遅らせ、ＬＥＤには突入電流が流れなくなったのち，定常電流を流すようにして，ＬＥＤを突入電流から保護した高効率点灯回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  照明器具、照明装置関連技術分野における省エネルギー型で高効率な交流ＬＥＤ点灯回路に関する。
【背景技術】
【先行技術文献】
【０００３】  従来技術として、交流ＬＥＤ点灯回路に関する先行技術文献を調査したところ、一部関連が有りそうなものとして次の▲１▼〜▲７▼の文献がある。
【先行文献▲１▼】
2011113958.tif 000003
【０００５】  図４について，この回路は容量性リアクタンスを用い高効率化を目指している。しかし，５の整流器で全波整流したのち，６の定電圧ダイオードで定電圧化して，一定電圧を出力している。この電圧を損失の原因となる１０の限流抵抗器を通して，７のＬＥＤと８のブリーダ抵抗器（回路を安定に動作させるため、無駄な電流を流す抵抗器）に供給している。さらに自動点滅回路用電源として，常時６の定電圧ダイオードに電流を流さなければならない。効率が低下する原因は、８及び１０の抵抗器と６の定電圧ダイオードである。
【０００７】  また１５のトランジスタのベース回路に接続された１６のコンデンサは，１３の受光素子の周囲が暗くなり，点灯動作に入る時，点滅を繰り返した後点灯するため，この点滅の繰り返しを軽減する目的のものであると考えられる。周囲の明暗に関係なく、回路に交流電圧が印加された時に生ずる突入電流は，前述したように６の定電圧ダイオードに流して，一定電圧にしているが、その後の定常状態においても流し続けていることは明らかである。
【０００９】  図５においても，２５の整流器で全波整流を行い，２６の定電圧ダイオードで安定化して，一定電圧を出力している。周囲が暗い状態で交流電圧が印加された時に生じる突入電流に対しては，図４と同様に定電圧ダイオードで対応しているが、２７のＬＥＤにも，突入電流が流れるため直列に３０の限流抵抗器を挿入しなければならない。さらに並列に２８のブリーダ抵抗器が接続されているため，損失が増加する欠点がある。
【先行文献▲２▼】
2011113958.tif 000004
【００１１】    図６について，この回路はＬＥＤの電流制限抵抗器の代わりに３８の容量性リアクタンス素子を使って効率向上を図っている。しかし，突入電流から４３のＬＥＤを保護するため，４０の整流器で全波整流した後，４１の定電圧ダイオードを並列に接続している。４１の定電圧ダイオードの電圧は，４３のＬＥＤの端子電圧より高くする必要があるため，突入電流は最初端子電圧の低い４３のＬＥＤを流れ，電流が徐々に増して４３のＬＥＤの端子電圧が高くなり，４１の定電圧ダイオード電圧と等しくなった時点で，初めて４１の定電圧ダイオードに流れるようになる。その後は４１の定電圧ダイオードと４３のＬＥＤを流れてしまうので，４３のＬＥＤを突入電流から完全に保護することができず，４３のＬＥＤが劣化する欠点がある。
【００１３】  また、４１の定電圧ダイオードの特性のバラツキ、４３のＬＥＤの温度特性などの影響で、４３のＬＥＤの最大電流時の順方向電圧を越えると、本来４３のＬＥＤを流れる電流が４１の定電圧ダイオードを流れる危険性もある。
【先行文献▲３▼】
2011113958.tif 000005
【００１５】  図７について，この回路は５１のＬＥＤの電流制限素子として，４８のコンデンサを利用して効率化を図っている。しかし，突入電流防止回路がないため，４７，４９の抵抗器Ｒ１Ｒ２で分圧した後，５０の整流器で全波整流し，５１のＬＥＤを駆動している。そのため４７，４９の抵抗器の損失が大きくなり，消費電力が大きくなると共に、点灯開始時ＬＥＤに短い時間であるが、定常時の電流より大きな電流が流れ、５１のＬＥＤの劣化の原因となる欠点がある。
【先行文献▲４▼】
2011113958.tif 000006
【００１７】  図８について，この回路は電流制限素子として５７のコンデンサを利用して，効率化を図っている。しかし、突入電流は初期時に必ず端子電圧の低い６２のＬＥＤを流れてしまうため、６１の電流制限抵抗器を直列に挿入する必要がある。そのため、５８の抵抗器の損失に６１の電流制限抵抗器の損失が加わり、効率を低下させると共に突入電流を６２のＬＥＤに流してしまう欠点がある。
【先行文献▲５▼】
2011113958.tif 000007
【００１９】  図９について，この回路は，電流制限素子として，６６のコンデンサのみを用いる。極めて高い効率が得られる。しかし，点灯開始時に流れる突入電流で６８のＬＥＤが破壊され，実用化は難しい。また半波で６８のＬＥＤを点灯しているため，チラツキも問題である。
【先行文献▲６▼】
2011113958.tif 000008
【００２１】  図１０について，この回路は損失を低減し効率の向上を図っているが，方法は全く異なる。７２のＬＥＤユニットを駆動するために７３の定電流回路を用いる。そして，定電流回路に加える電圧は，定電流動作が可能な最低電圧を印加するように，７４の最低電圧検出装置により自動的に制御して効率を高くしている。
【先行文献▲７▼】
2011113958.tif 000009
【００２３】  図１１について，この回路は効率向上を目指しているが回路方式は異なる。スイッチング素子として，８２のサイリスタを用いた位相制御回路により電力損失を少なくしている。
【前出の先行技術文献一覧】
先行文献▲１▼  特開２００７−５９２４７の回路図その１（図４）
先行文献▲１▼  特開２００７−５９２４７の回路図その２（図５）
先行文献▲２▼  特開平１１−９７７４７の回路図（図６）
先行文献▲３▼  特開２００８−１０７３７０の回路図（図７）
先行文献▲４▼  特開２０００−３０６６８５の回路図（図８）
先行文献▲５▼  特開２００３−３３２６２５の回路図（図９）
先行文献▲６▼  特開２００６−２７８３０４の回路図（図１０）
先行文献▲７▼  特開平６−２４２７３３の回路図（図１１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】  温室効果ガスＣＯ２削減により地球温暖化を防止することは、人類の責務である。照明の分野においても省エネルギー化を進めており、ＬＥＤを光源にした照明器具、照明装置に関する先行技術文献が発表され、製品も市販されている。しかし、従来の白熱電球に比べれば大幅に省エネルギー化されたものの、より効率化を考えるとまだ十分とは言い難い。
本発明は、ＬＥＤを商用電源またはその他の交流電源で、ノイズの発生することなく、高効率に点灯する目的の電子回路に関するものである。【００２７】  商用電源や交流電源を使用したＬＥＤ点灯回路において、容量性リアクタンス素子を利用することによる高効率化と、点灯開始時に過度的に流れる突入電流から、ＬＥＤを保護する安定な点灯回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２９】  前記課題を解決するため、ＬＥＤに流す定常時の電流値を決める電流制限素子として容量性リアクタンス（低損失のコンデンサ）を主体に用いる。しかし、ＬＥＤ点灯開始時に、容量性リアクタンス素子を充電するための過度的に大きな突入電流が流れ、先行文献▲５▼が示すように、ＬＥＤが破損する。これを阻止する目的で、この突入電流を点灯開始時のみバリスタ素子でバイパスさせる。かつ定常時にはバリスタに電流を流さない様にしている。【００３１】  こうして、ＬＥＤに流れる電流は、過度的に突入電流が流れている間はＬＥＤに直列に接続されたトランジスタを遮断状態に保ち流さないようにしている。容量性リアクタンス素子の充電が完了した後は、ＬＥＤに定常状態の電流を流す様にしている。【００３３】  このように、本発明は、先行文献▲１▼、▲３▼、▲４▼が示すように損失の要因となる電流制限抵抗器を使用することなく、電流制限素子をほぼ容量性リアクタンスとしたことによる高効率化と、先行文献▲１▼、▲２▼、▲３▼、▲４▼に示すように、突入電流をＬＥＤに流すことなく、ＬＥＤを過度的な突入電流から保護するため、故障が少なく安全なＬＥＤ点灯回路を提供できる。【００３５】  また回路内に先行文献▲７▼に示すような位相制御回路、高周波スイッチング回路等を使用しないため、高周波ノイズを発生することがない。
【発明の効果】
【００３７】  一般の家庭等で常夜灯として利用されている豆電球は約５Ｗであり、同程度の明るさを得る本発明点灯回路使用時のＬＥＤ３個の消費電力は、図３に示すように２０分の１の約０．２５Ｗである。その他の照明装置全般にも使用できる高効率の交流ＬＥＤ型電球用点灯回路が提供できるため、温室効果ガスＣＯ２の削減に役立ち、地球温暖化防止に寄与できる。【００３９】  一例を示すと、日本の世帯数約５０００万戸、各戸で常夜灯電球５Ｗを２個使用した時の全消費電力は５０万ｋＷとなる。本発明の点灯回路でＬＥＤ３個の明るさで使用時の消費電力は、０．２５Ｗであり、２個使用すると０．５Ｗとなり、全所帯数では消費電力は２万５０００ｋＷである。差し引き４７万５０００ｋＷの削減効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】は、本発明の一実施例の回路図である。
【図２】は、本発明の一実施例のＬＥＤ電球の外観。
【図３】は、本発明の一実施例ＬＥＤ３個使用回路の電源電圧と消費電力の関係示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００４３】  本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は回路図である。３は定常状態におけるＬＥＤに流れる電流の値を決める容量性リアクタンス素子（低損失のコンデンサ）である。【００４５】  ８は点灯開始時に過度的に流れる過大な突入電流をバイパスする目的で使用するバリスタである。そのバリスタ電圧は、定常状態における７のＬＥＤの順方向電圧と、９のトランジスタの飽和電圧の和の電圧より高い値を選び、定常時には７のＬＥＤだけに電流を流し、８のバリスタには流さないようにしている。【００４７】  また、１２の抵抗器はバリスタを流れる突入電流の最大値を決めるためのものである。８のバリスタのピーク許容電流値が大きいため、１２の抵抗値の値は３の容量性リアクタンスの値と比較して極めて低く設定できるため、高効率化が実現できる。【００４９】  ６、１０の抵抗器は９のトランジスタのベース電流を決めると共に、１１のコンデンサと組み合わせて、遅延回路を形成し、突入電流が流れている時間、９のトランジスタの導通開始を遅延させる。【００５１】  結果的には、突入電流が流れている間、９のトランジスタは遮断状態となり、ＬＥＤを突入電流から保護する。定常状態においては、ＬＥＤに定常電流を流し続ける。【００５３】  なお、１０の抵抗器は、９のトランジスタのベース電流と遅延時間を決めると共に、商用電源または他の交流電源への接続が切断された時、１１のコンデンサの電荷を放電させ、次の点灯開始時の突入電流に備えるためのものである。【００５５】  １１のコンデンサと６、１０の抵抗器から決定される充電時定数は、突入電流の流れている時間より大きく選び、放電時定数は、可能な限り小さくする。【００５７】  点灯開始時に流れる突入電流の流れる時間は、概算３の容量性リアクタンス素子の静電容量値及び１２の抵抗器の抵抗値、商用電源または交流電源のインピーダンスから求められる。【００５９】  ４の抵抗器は、３の容量性リアクタンス素子に充電された電荷を放電させるためのものであり、電撃防止を目的に接続している。【００６１】  ２のヒューズは、点灯回路に不具合が発生した場合に流れる過大電流に備えるものであり安全目的に使用されている。２のヒューズは電流動作型ヒューズに限らず、温度動作型ヒューズを用いても良い。５はダイオードによるブリッジ整流回路である。【００６３】  ８のバリスタは前述したように過度的に流れる突入電流を流すものであり、双方向性または単方向性のノイズ吸収用ダイオードを用いても良い。また、９のトランジスタはスイッチング作用をしており、バイポーラトランジスタに限らずＦＥＴを利用しても良いのは当然である。【００６５】  図１の実施例においてＬＥＤの数は、商用電源１００Ｖの場合は１〜２４個位まで対応可能である。当然２００Ｖラインにも対応できる。使用ＬＥＤの数により、３の容量性リアクタンス素子の容量、８のバリスタの動作電圧の値、６の抵抗器の抵抗値、１１のコンデンサの容量などを変更する必要がある。さらにＬＥＤの個数を増加させるには、本回路を複数個使用することが可能である。
【産業上の利用の可能性】
【００６７】  本発明は、白熱電球に代わるＬＥＤ電球の新しい高効率の点灯回路として、家庭用照明器具、装置への利用は当然のことであるが、照明装置は、公共施設、オフィス、工場、交通機関などあらゆる分野で利用できるものであり、それぞれの分野において、エネルギー削減に大きく寄与できるものである。
【符号の説明】  １  商用電源または他の交流電源
２  普通溶断型または温度ヒューズ
３  容量性リアクタンス素子（低損失コンデンサ）
４  放電用抵抗器
５  整流用ダイオードまたはダイオードブリッジ
６  遅延時間及びバイアス電流設定用抵抗器
７  ＬＥＤ
８  バリスタまたはノイズ吸収用ダイオード
９  トランジスタまたはＦＥＴ
１０  放電用抵抗器
１１  遅延時間設定用コンデンサ
１２  突入電流最大値設定用抵抗器
１３  突入電流の流れる方向
１４  定常電流の流れる方向
１５  突入電流防止回路
１６  本発明点灯回路使用のＬＥＤ電球３種類の外観
１７  本発明点灯回路ＬＥＤ３個の電源電圧対消費電力特性
【図１】
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【図２】
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【図３】
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