(57)【要約】【課題】ＬＥＤのちらつきを防止する。【解決手段】トライアック１０３に対してダイオードブリッジ１０５と補助回路１０９とが並列に接続され、補助回路１０９は、トライアック１０３からその保持電流を超える補助電流Ｉｒを流す電流パスと、ダイオードブリッジ１０５に流れる電源電流Ｉａｃを検出するＲ２と、電源電流Ｉａｃがトライアック１０３の保持電流より大きな閾値以下となったとき、前記電流パスを開き、電源電流Ｉａｃが閾値を超えたとき前記電流パスを閉じるように構成した。【選択図】図１
2011070883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トライアック、整流回路及び電圧調整回路を備えたＬＥＤ照明装置用の電源回路であって、
前記トライアックに対して前記整流回路と補助回路とが並列に接続され、
前記補助回路は、前記トライアックからその保持電流を超える電流を流す電流パスと、整流回路に流れる電源電流を検出する検出部と、該電源電流が前記トライアックの保持電流より大きな閾値以下となったとき、前記電流パスを開き、前記電源電流が前記閾値を超えたとき前記電流パスを閉じる制御部と、を備えることを特徴とするＬＥＤ照明装置用の電源回路。
【請求項２】
トライアック、整流回路及び電圧調整回路を備えたＬＥＤ照明装置用の電源回路であって、
前記トライアックに対して前記整流回路と補助回路とが並列に接続され、
前記補助回路は、前記トライアックがオンに切り換わった直後から所定の時間、該トライアックからその保持電流を超える電流を流す電流パスを備える、ことを特徴とするＬＥＤ照明装置用の電源回路。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＬＥＤ照明装置用の電源回路を搭載したＬＥＤ照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＬＥＤ照明装置用の電源回路及びＬＥＤ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電球等を光源とする一般的な照明装置において光量を調節するため、その電源回路にトライアックを組み込んだものが広く知られている。かかる電源回路は交流電源と光源との間に、トライアック、整流回路及び電圧調整回路が順に連結された構成である。
昨今では、省エネルギー等の要請からＬＥＤを光源とする照明装置（この明細書で「ＬＥＤ照明装置」という）の開発が進んでいる。
トライアックを利用した調光機能を有する電源回路は小型かつ安価に作製できるので、この電源回路をＬＥＤ照明装置にそのまま適用することが望まれている。
本件発明に関連する先行文献として、特許文献１、特許文献２を参照されたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３２０３２号公報
【特許文献２】特開２００７−２２７１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者らの検討によれば、上記電源回路をＬＥＤ照明装置にそのまま適用した場合、
ＬＥＤの発光が安定せず、チラツキが観察された。ＬＥＤを発光するのに必要な電流は電球等に比べて極めて小さいので、トライアックのオン・オフ切換え時において電流が安定しないときや、電源回路にサージ電流等のノイズが入ったときに、電源回路に流れる電流が瞬間的に低下することがある。他方、トライアックのオンを維持するには所定の保持電流以上の電流がトライアックに流れている必要がある。したがって、電源回路に流れる電流が何らかの原因でトライアックの保持電流未満となると、トライアックがリセットされ（オフとなり）、ＬＥＤへの電流供給が停止する。これがチラツキの原因と考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで本発明者らは、トライアックへ常に保持電流以上の電流が流れる状態（換言すれば、漏電状態）とすればかかるチラツキを防止できるのではないかと考えた。そのため、トライアックにつながる整流回路と電圧調整回路に対し、トライアックに対して並列に補助回路を設け、この補助回路へ微弱な、しかし保持電流以上の電流（この明細書で「補償電流」いうことがある）を常に流せばよい。
しかしながら、微弱といえども補償電流を常に流すことは、電力消費につながり、ひいてはＬＥＤ照明装置の効率低下の原因ともなりかねない。
【０００６】
そこで本発明者らは、必要なときのみ補償電流を補助回路へ流して、トライアックがオフとなることを防止することを考え、本発明に想到した。
この発明の第１の局面は次のように規定される。即ち、
トライアック、整流回路及び電圧調整回路を備えたＬＥＤ照明装置用の電源回路であって、
前記トライアックに対して前記整流回路と補助回路とが並列に接続され、
前記補助回路は、前記トライアックからその保持電流を超える電流を流す第１の電流パスと、整流回路に流れる電源電流を検出する検出部と、該電源電流が前記トライアックの保持電流より大きな第１の閾値以下となったとき、前記第１の電流パスを開き、前記電源電流が前記第１の閾値を超えたとき前記第１の電流パスを閉じる制御部と、を備えることを特徴とするＬＥＤ照明装置用の電源回路。
【０００７】
このように規定される第１の局面のＬＥＤ照明装置用の電源回路によれば、トライアックから整流回路へ流れる電源電流の値に基づき、補助回路の第１の電流パスのオン、オフが制御される。したがって、電源電流がトライアックの保持電流以下となる前に、即ち、電源電流が保持電流より大きい第１の閾値以下になったとき、補助回路の第１の電流パスへ保持電流より大きな電流（補償電流）を流すことにより、本来オンを維持すべき状態のトライアックが不測にオフになることを防止できる。そして、電源電流が第１の閾値を超えると、トライアックがオフになるおそれが極めて小さくなるので、補助回路の第１の電流パスへ補償電流を流すことを停止する。これにより、無駄な電力消費を抑制できる。
【０００８】
この発明の第２の局面は次のように規定される。即ち、
トライアック、整流回路及び電圧調整回路を備えたＬＥＤ照明装置用の電源回路であって、
前記トライアックに対して前記整流回路と補助回路とが並列に接続され、
前記補助回路は、前記トライアックがオンに切り換わった直後から所定の時間、該トライアックからその保持電流を超える電流を流す第２の電流パスを備える、ことを特徴とするＬＥＤ照明装置用の電源回路。
【０００９】
このように規定される第２の局面のＬＥＤ照明装置用の電源回路によれば、トライアックがオンに切り換えられた直後から所定の時間、トライアックからその保持電流を超える補償電流が第２の電流パスを介して流される。
ここに、トライアックがオンに切換えられた直後には電源電流が不安定となり（振動し）、その値がトライアックの保持電流以下となるおそれがある。電源電流が不安定になる原因は整流回路に付設される平滑コンデンサの充放電のタイミングや、このコンデンサと電源回路中のインダクタンスとの共振などが考えられる。
第２の局面に規定の電源回路によれば、電源電流が不安定な間、補助回路の第２の電流パスへ補償電流を流すことにより、本来オンを維持すべき状態のトライアックが不測にオフになることを防止できる。そして、補償電流の通電時間を適当に設定することにより、無駄な電流消費を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係るＬＥＤ照明装置用の電源回路を示す図である。
【図２】図１に示した素子の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の他の実施の形態に係るＬＥＤ照明装置用の電源回路を示す図である。
【図４】図３に示した素子の動作を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は本発明の実施の形態に係るＬＥＤ照明装置用の電源回路を示している。図１において、１０１はＬＥＤ照明装置、１０３はトライアックを示している。ＬＥＤ照明装置１０１は、整流回路を構成するダイオードブリッジ１０５と、電圧調整回路を構成するＤＣ−ＤＣコンバータ１０７と、補助回路１０９とを備え、ダイオードブリッジ１０５及び補助回路１０９はトライアック１０３に対して並列に設けられている。図中、Ｄ１、Ｄ２は整流用ダイオード、Ｒ１はトライアック１０３がオンになった直後に電流を流すための抵抗、Ｒ２はＬＥＤ照明装置１０１に流れる電流を検出するための抵抗、Ｒ３、Ｒ４はスイッチング素子Ｑ１のゲート抵抗、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７は、基準電圧Ｖｒｅｆを作るための抵抗、Ｑ１は抵抗Ｒ１に流れる電流を制御するためのスイッチング素子、Ｑ２は出力がオープンコレクタのコンパレータ、ＺＤ１は基準電圧安定化のためのツェナーダイオードを示している。
【００１２】
補助回路１０９は、トライアック１０３からその保持電流を超える補償電流を流す電流パスを有し、ダイオードブリッジ１０５に流れる電源電流Ｉａｃを検出する検出部を構成する抵抗Ｒ２と、電源電流Ｉａｃがトライアック１０３の保持電流より大きな閾値以下となったときに電流パスを開き、電源電流Ｉａｃが閾値を越えたときに電流パスを閉じるための制御部を構成するコンパレータＱ２とを備える。
【００１３】
コンパレータＱ２は出力がオープンコレクタであり、コンパレータＱ２の反転入力端子（−端子）に検出電圧Ｖｒを入力し、非反転入力端子（＋端子）に基準電圧Ｖｒｅｆを入力する。基準電圧ＶｒｅｆはＤＣ−ＤＣコンバータ１０７で作られる制御回路電源を互いに直列に接続された抵抗Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７で分圧して生成する。
【００１４】
以下、図１を参照して電流パスの動作について説明する。コンパレータＱ２は、基準電圧Ｖｒｅｆより検出電圧Ｖｒが大きいとき、すなわちＬＥＤ照明装置１０１に流れる電源電流Ｉａｃが大きいときは、コンパレータＱ２出力部のトランジスタＴｒがオンになりコンパレータＱ２の出力がローレベルになる。基準電圧Ｖｒｅｆより検出電圧Ｖｒが低いとき、すなわちＬＥＤ照明装置１０１に流れる電源電流Ｉａｃが小さいときは、コンパレータＱ２出力部のトランジスタＴｒがオフになり、コンパレータＱ２の出力がハイレベルになる。トランジスタＴｒがオン（Ｖｒｅｆ＜Ｖｒ）のときは、スイッチング素子Ｑ１のゲート電圧がグランドレベル（即ち、０）になる。その結果、スイッチング素子Ｑ１がオフとなって電流パスが閉じ補償電流Ｉｒは流れない。他方、トランジスタＴｒがオフ（Ｖｒｅｆ≧Ｖｒ）のときはスイッチング素子Ｑ１のゲートに電圧が印加されてスイッチング素子Ｑ１がオンとる。その結果、補償電流Ｉｒを流すため電流パスが開く。
【００１５】
コンパレータＱ２の非反転入力端子に入力される基準電圧Ｖｒｅｆを、トライアック１０３の保持電流（電源電流Ｉａｃ＝保持電流）に対応する電圧ＶR2(min)よりも大きな電圧に設定するより、電源電流Ｉａｃに対応する電圧ＶR2が基準電圧Ｖｒｅfよりも小さくなった段階で補償電流Ｉｒを補助回路１０９へ流通させることにより、トライアックに流れる電流が保持電流より小さくなることを未然に防止できる。
【００１６】
なお、ＬＥＤ照明装置１０１に供給される電源電流Ｉａｃが大きい場合は、電流パスが閉じるため、補償電流Ｉｒが流れることがなくなり、無駄な電力消費を抑制することができる。
【００１７】
補償電流Ｉｒは保持電流より大きければトライアック１０３の動作を安定させることができるが、補償電流Ｉｒを余り大きな値にすると、電力消費が大きくなってしまう。また、保持電流とほぼ同じ値に近づけると、補償電流Ｉｒが変動した場合に、保持電流を下回り、トライアック１０３の動作が不安定になることがある。そこで、図１に示した電源回路において、電力消費と電流変動を考慮して補償電流Ｉｒの大きさを保持電流に対して２倍に設定したところ、トライアック１０３を安定動作することができ、かつ電力消費も抑制することができた。
同様に、トライアック１０３の安定動作と電力消費抑制の見地から、基準電圧Ｖｒｅfはトライアック１０３の保持電流に対応する電圧ＶR2(min)よりも２倍程度大きいものとする。
勿論、ＶｒｅｆとＶR2(min)とのマージンはＬＥＤ照明装置の用途や目的に応じて適宜設定可能である。
【００１８】
図２は図１に示した素子の動作を示すタイミングチャートである。トライアック１０３がオンになると、コンデンサＣを充電するために電源電流Ｉａｃが増加し、コンデンサＣへの充電が完了すると電源電流Ｉａｃは一旦減少する。しかし、コンデンサＣからＤＣ−ＤＣコンバータ１０７への電流供給が始まるため、電源電流Ｉａｃは増加に転じる。電源電流Ｉａｃの値を示す検出電圧Ｖｒも同様に、トライアック１０３がオンになると増加し、一旦減少した後、増加に転じる。このように、トライアック１０３をオフからオンへ切り換えた直後に電源電流、即ちトライアック１０３へ流れる電流が振動し、不安定になる。
【００１９】
検出電圧Ｖｒが基準電圧Ｖｒｅｆを下回るとコンパレータＱ２出力部のトランジスタＴｒはオフになり、スイッチング素子Ｑ１がオンになる。スイッチング素子Ｑ１がオンになると、電流パスが開いてトライアック１０３に補償電流Ｉｒが供給され、トライアック１０３はオンを維持する。一方、検出電圧Ｖｒが基準電圧Ｖｒｅｆを上回るとコンパレータＱ２出力部のトランジスタＴｒはオンになり、スイッチング素子Ｑ１がオフになる。スイッチング素子Ｑ１がオフになり、補償電流Ｉｒの通電が停止する。
【００２０】
上記実施の形態によれば、トライアック１０３からダイオードブリッジ１０５へ流れる電源電流Ｉａｃの値に基づき、補助回路１０９内の電流パスのオン・オフが制御される。したがって、電源電流Ｉａｃがトライアック１０３の保持電流以下となる前に、即ち、電源電流Ｉａｃが保持電流より大きい閾値以下になったとき、電流パスへ保持電流より大きな補償電流Ｉｒを流すことにより、本来オンを維持すべき状態のトライアック１０３が不測にオフになることを防止できる。そして、電源電流Ｉａｃが閾値を超えると、トライアック１０３が不測にオフになるおそれが極めて小さくなるので、電流パスへ補償電流Ｉｒを流すことを停止する。これにより、無駄な電力消費を抑制できる。
【００２１】
図３は本発明の他の実施の形態に係るＬＥＤ照明装置を示す図であり、図４は図３に示した素子の動作を示すタイミングチャートである。なお、図３において、図１に示した実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。図１と異なる点は、補助回路２０９が、トライアック１０３がオンに切り換わった直後から所定の時間、トライアック１０３からその保持電流を越える補償電流Ｉｒを流す電流パスを備えた点にある。図中、Ｒ１は補償電流Ｉｒの大きさを決める抵抗、Ｑ１は電流パスに流れる電流を制御するためのスイッチング素子、Ｑ２はＱ１のオン・オフを制御するスイッチング素子、Ｒ２、Ｃ１はスイッチング素子Ｑ２のオフ・オンを制御する遅延回路を構成する。Ｒ４はスイッチング素子Ｑ２のベース抵抗、Ｒ３、Ｒ６はスイッチング素子Ｑ１のゲート抵抗、Ｒ５はスイッチング素子Ｑ２のゲートプルダウン抵抗、ＺＤ１はスイッチング素子Ｑ２へのノイズを遮断するツェナーダイオードを示している。
【００２２】
トライアック１０３がオンになった直後は、スイッチング素子Ｑ２のベース電流が抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１により遅れるため、スイッチング素子Ｑ２はオフのままである。
その結果、スイッチング素子Ｑ１のゲートには制御回路１０７からの電圧が印加されるので、スイッチング素子Ｑ１はオンの状態を維持し、ダイオードＤ１又はＤ２を通って補償電流Ｉｒが流れる。補償電流Ｉｒの大きさは抵抗Ｒ１のインピーダンスにより規定される。
またトライアック１０３がオンになった直後は、コンデンサＣにも充電電流が流れるため、トライアック１０３には電源電流Ｉａｃと補償電流Ｉｒの合計が通電している。
コンデンサＣへの充電が終了すると電源電流Ｉａｃは一旦減少するが、補償電流Ｉｒは依然としてトライアック１０３に供給される。
【００２３】
コンデンサＣの充電が完了すると、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０７への電流供給が開始するので、トライアック１０３にはその保持電流を超える電流が安定して流れるようになる。この状態になれば補償電流Ｉｒは不要になる。トライアック１０３をオンした後、コンデンサＣの充電が完了しＤＣ−ＤＣコンバータ１０７へ安定した電流が流れ始めるまでの時間Ｔ１を予め予想し、その時間経過後にスイッチング素子Ｑ１をオフにして補償電流Ｉｒの電流パスを遮断する。スイッチング素子Ｑ１のオフするためには、スイッチング素子Ｑ２をオンにしてスイッチング素子Ｑ１のゲート電圧をグランドレベル、即ち０とする。
トライアック１０３がオンに切り換わり、ツェナーダイオードＺＤ１の閾値電圧を超える電圧になると、交流が抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１とで構成される遅延回路に印加され、その時定数に応じた時間後に、スイッチング素子Ｑ２のゲート電圧がハイレベルになる。これにより、スイッチング素子Ｑ２はオンとなり、もって、スイッチング素子Ｑ１のゲート電圧がローレベル、即ちスイッチング素子Ｑ１はオフになる。上記遅延回路の時定数を上記安定した電流が流れ始めるまでの時間Ｔ１に一致させることにより、補償電流Ｉｒの通電時間を必要最小限とすることができる。
【００２４】
補償電流Ｉｒは保持電流より大きければトライアック１０３の動作を安定させることができるが、補償電流Ｉｒを余り大きな値にすると、電力消費が大きくなってしまう。また、保持電流とほぼ同じ値に近づけると、補償電流Ｉｒが変動した場合に、保持電流を下回り、トライアック１０３の動作が不安定になることがある。そこで、図３に示した電源回路において、電力消費と電流変動を考慮して補償電流Ｉｒの大きさを保持電流に対して２倍に設定したところ、トライアック１０３を安定動作することができ、かつ電力消費も抑制することができた。
【００２５】
なお、本実施の形態では、抵抗Ｒ１の電流源をダイオードブリッジ１０５の交流側から取得している。ダイオードブリッジ１０５の直流側から取得すると、コンデンサＣの充電が完了した後、直流側電圧が交流側電圧よりも高くなり、ダイオードブリッジ１０５がオフとなり、抵抗Ｒ１に電流が供給されなくなるからである。
【００２６】
上記実施の形態によれば、トライアック１０３がオンに切り換えられた直後から所定の時間、トライアック１０３からその保持電流を越える補償電流Ｉｒが電流パスを介して流される。トライアック１０３がオンに切り換えられた直後には、電源電流Ｉａｃが不安定となり（振動し）、その値がトライアック１０３の保持電流以下となるおそれがある。しかし、電源電流Ｉａｃが不安定な間、補助回路２０９の電流パスへ補償電流Ｉｒを流すことにより、本来オンを維持すべき状態のトライアック１０３が不測にオフになることを防止できる。一定期間が経過して電源電流Ｉａｃが安定した後は、電流パスへ補償電流Ｉｒを流すことを停止する。これにより、無駄な電力消費を抑制できる。
【００２７】
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【符号の説明】
【００２８】
１０１  ＬＥＤ照明装置
１０３  トライアック
１０５  ダイオードブリッジ
１０７  ＤＣ−ＤＣコンバータ
１０９、２０９  補助回路
【図１】
2011070883.tif 000003
【図２】
2011070883.tif 000004
【図３】
2011070883.tif 000005
【図４】
2011070883.tif 000006