(57)【要約】  本発明は、高効率のＬＥＤ光源に駆動電源を供給するためのＬＥＤ光源電源供給装置であって、力率補償機能を備えて電力効率を高めるようにするＬＥＤ光源電源供給装置に関する。これを実現するために、本発明のＬＥＤ光源電源供給装置は、ステップアップトランスフォーマを含んで常用交流電源の力率を補償して出力する力率補償制御回路と、前記力率補償制御回路の出力電源を貯蔵する充電用コンデンサと、前記充電用コンデンサの出力電源をスイッチングさせて負荷側で要求するレベルの電圧で供給する共振型スイッチング回路と、前記共振型スイッチング回路の出力電圧を所定の直流電圧に整流する整流回路と、前記整流回路の整流電圧をスイッチングさせて負荷側に供給するＬＥＤ電源スイッチング回路と、前記整流回路の出力電圧を感知して前記共振型スイッチング回路のスイッチング周波数を制御することによって前記整流回路の出力電圧の大きさを制御する電圧制御回路と、前記ＬＥＤ電源スイッチング回路に発振出力を供給して所定の周波数にスイッチングさせる発振回路とを含めて構成される発明である。
2013519204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステップアップトランスフォーマを含んで常用交流電源の力率を補償して出力する力率補償制御回路と、前記力率補償制御回路の出力電源を貯蔵する充電用コンデンサと、前記充電用コンデンサの出力電源をスイッチングさせて負荷側で要求するレベルの電圧で供給する共振型スイッチング回路と、前記共振型スイッチング回路の出力電圧を所定の直流電圧に整流する整流回路と、前記整流回路の整流電圧をスイッチングさせて負荷側に供給するＬＥＤ電源スイッチング回路と、前記整流回路の出力電圧を感知して前記共振型スイッチング回路のスイッチング周波数を制御することによって前記整流回路の出力電圧の大きさを制御する電圧制御回路と、前記ＬＥＤ電源スイッチング回路に発振出力を供給して所定の周波数にスイッチングさせる発振回路とを含めて構成されることを特徴とする、定出力用ＬＥＤモジュール電源供給コンバータ。
【請求項２】
前記電圧制御回路の一端には、ＬＥＤ負荷の温度変化を感知して電圧制御回路の出力電圧を制御する温度補償回路が連結されることを特徴とする、請求項１に記載の定出力用ＬＥＤモジュール電源供給コンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高効率のＬＥＤ光源に駆動電源を供給するための定出力用ＬＥＤモジュール電源供給コンバータに関し、より詳しくは、力率補償機能を備えて電力効率を高められるようにする定出力用ＬＥＤモジュール電源供給コンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
長期間に渡ってフィラメントを採用したランプが用いられているが、フィラメントを採用したランプは大部分のエネルギーが熱として放出して一部のみが光として利用されるため、熱効率が低いという不都合がある。
【０００３】
そのため、最近では、既存の白熱電球に比べて電力消耗量は少なく、寿命は長く、明るくて鮮明であり、色相と輝度に応じて多様な照明演出が可能なＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）が開発され、信号、照明スタンド、看板、懐中電灯、小型ランプなど、多様な分野で使用されている。
【０００４】
このようなＬＥＤ素子はさらに高輝度ＬＥＤ素子に次第に発展しながら、室内照明の多様なランプとして製作および販売されているが、室内照明として使用するときに適度な明るさを供すためには、多数の発光ダイオード素子を縦横に配列したり、高輝度発光ダイオード素子を１つまたは多数配列して１つの光源として使用したりする。
【０００５】
このようなＬＥＤ素子は、半導体に電圧を加えるときに発生する発光現象を利用した光源であり、駆動電源として直流電源を使用している。
【０００６】
しかし、通常の常用電源は２２０Ｖの交流電源からなるため、ＬＥＤ素子を利用した光源を駆動するためには、常用電源を適切に変換してＬＥＤ光源で必要とする電圧レベルに変換する必要があり、さらに高効率の電力効率で供給する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述したような事情を勘案してなされたものであって、常用交流電源の力率を補償した電源を所定の周期でスイッチングさせてＬＥＤ光源側に供給することにより、力率が改善された電源をＬＥＤ光源に供給できるようになる定出力用ＬＥＤモジュール電源供給コンバータ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】
【０００８】
これを実現するために、本発明は、ステップアップトランスフォーマを含んで常用交流電源の力率を補償して出力する力率補償制御回路と、前記力率補償制御回路の出力電源を貯蔵する充電用コンデンサと、前記充電用コンデンサの出力電源をスイッチングさせて負荷側で要求するレベルの電圧で供給する共振型スイッチング回路と、前記共振型スイッチング回路の出力電圧を所定の直流電圧に整流する整流回路と、前記整流回路の整流電圧をスイッチングさせて負荷側に供給するＬＥＤ電源スイッチング回路と、前記整流回路の出力電圧を感知して前記共振型スイッチング回路のスイッチング周波数を制御することによって前記整流回路の出力電圧の大きさを制御する電圧制御回路と、前記ＬＥＤ電源スイッチング回路に発振出力を供給して所定の周波数にスイッチングさせる発振回路とを含めて構成されている。
【０００９】
前記電圧制御回路の一端には、ＬＥＤ負荷の温度変化を感知して電圧制御回路の出力電圧を制御する温度補償回路が連結することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上述したような本発明のＬＥＤ光源電源供給装置は、力率が改善された電源をＬＥＤ光源に供給できるようになることにより、電力効率を改善することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の回路図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、例示した図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態に対する構成および作用を詳しく説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る定出力用ＬＥＤモジュール電源供給コンバータを実現するための回路図を示す。
【００１４】
力率補償制御回路１０は、常用交流電源の入力を受けて力率を補償して出力する作用をする。
【００１５】
力率補償制御回路１０は、常用電源の一側電源ラインに２段で構成されたトランスフォーマ（Ｔ１）とトランスフォーマ（Ｔ２）の各一側コイルが直列に連結すると同時に、常用電源の他の一側電源ラインに前記トランスフォーマ（Ｔ１）とトランスフォーマ（Ｔ２）の他の一側コイルが直列に連結し、前記トランスフォーマ（Ｔ２）の両側コイル出力側にブリッジダイオード（ＢＤ）が連結している。
【００１６】
前記ブリッジダイオード（ＢＤ）の出力側にはコイル（Ｌ１）を媒介としてステップアップ用トランスフォーマ（Ｔ３）の一次コイル（Ｔ３１）が連結し、前記トランスフォーマ（Ｔ３）の二次コイル（Ｔ３２）には力率補償ＩＣ（ＩＣ１）のゼロ電流感知端が連結し、トランスフォーマ（Ｔ３）の一次コイル（Ｔ３１）の出力側にはＦＥＴ（Ｑ５）のドレインが連結し、そのゲートとソースが前記力率補償ＩＣ（ＩＣ１）のトーテムポール駆動出力端と過電流保護用比較器入力端にそれぞれ連結している。前記力率補償ＩＣ（ＩＣ１）の駆動電源端には前記トランスフォーマ（Ｔ２）の出力端が連結している。
【００１７】
前記トランスフォーマ（Ｔ３）の三次コイル（Ｔ３３）にはＶｃｃ電源端が設けられている。
【００１８】
前記ステップアップ用トランスフォーマ（Ｔ３）の一次コイル（Ｔ３１）の出力側には、逆流防止用ダイオード（Ｄ１３）を媒介として充電用コンデンサ（Ｃ２）が連結している。
【００１９】
また、前記逆流防止用ダイオード（Ｄ１３）の出力端には、分圧抵抗（Ｒ４４〜Ｒ４６）を媒介として前記力率補償ＩＣ（ＩＣ１）にあるエラー増幅器の反転入力端が連結している。
【００２０】
このような力率補償制御回路１０は、力率補償ＩＣ（ＩＣ１）のＦＥＴ（Ｑ５）制御によって常用電源を電波整流した後、トランスフォーマ（Ｔ３）でステップアップさせてコンデンサ（Ｃ２）に充電する。
【００２１】
前記コンデンサ（Ｃ２）に充電された電源は、共振型スイッチング回路２０のスイッチングによって整流回路３０に充電される。
【００２２】
前記共振型スイッチング回路２０は、トランスフォーマ（Ｔ４）一次コイル（Ｔ４１）の一端が前記充電用コンデンサ（Ｃ２）に連結し、前記トランスフォーマ（Ｔ４）一次コイル（Ｔ４１）の他の一端がハーフブリッジ共振用コンバータ用パワースイッチ（ＩＣ２）の下部ＭＯＳＦＥＴドレイン端（ＶＣＴＲ）に連結している。
【００２３】
前記パワースイッチ（ＩＣ２）の上部ＭＯＳＦＥＴドレイン端（ＶＤＬ）には、前記充電用コンデンサ（Ｃ２）の出力側が連結している。
【００２４】
前記トランスフォーマ（Ｔ４）の二次コイル（Ｔ４２）と三次コイル（Ｔ４３）には、それぞれの整流用ダイオード（Ｄ２）（Ｄ３）を媒介としてコンデンサ（Ｃ７）（Ｃ８）（Ｃ１）からなる整流回路３０が連結している。
【００２５】
また、パワースイッチ（ＩＣ２）のスイッチング作用により、充電用コンデンサ（Ｃ２）に充電されていた電圧がトランスフォーマ（Ｔ４）の誘導作用によってトランスフォーマ（Ｔ４）の二次コイル（Ｔ４２）と三次コイル（Ｔ４３）に誘導され、それぞれの整流用ダイオード（Ｄ２）（Ｄ３）によって整流された後にコンデンサ（Ｃ７）（Ｃ８）（Ｃ１）に充電される。このとき、前記トランスフォーマ（Ｔ４）では、充電用コンデンサ（Ｃ２）の電圧を負荷側に連結するＬＥＤ光源の駆動に必要な所定の電圧レベルに減圧する作用を行う。
【００２６】
また、前記整流回路３０の出力側には、スイッチング素子であるＦＥＴ（Ｑ３）を含めて構成されるＬＥＤ電源スイッチング回路４０を媒介として負荷が連結する。
【００２７】
これと同時に、前記整流回路３０の出力側と共振型スイッチング回路２０の制御端の間には、ＬＥＤ電源スイッチング回路４０から負荷側に供給される電源の電圧を制御するための電圧制御回路５０が連結している。
【００２８】
前記電圧制御回路５０は、前記整流回路３０の出力側に抵抗（Ｒ２２）とプログラマブルシャントレギュレータ（ＩＣ３）が連結し、前記抵抗（Ｒ２２）の両端にフォトカプラ（ＰＣ）のフォトダイオード両端が連結するとともに、フォトカプラ（ＰＣ）のフォトトランジスタ出力側に前記パワースイッチ（ＩＣ２）のスイッチング周波数制御端（ＲＴ）が連結する。前記プログラマブルシャントレギュレータ（ＩＣ３）の基準電圧入力端には、前記整流回路３０の出力側と接地の間に連結する抵抗（Ｒ２５）、可変抵抗（Ｒ８）、および抵抗（Ｒ６）による分圧電圧が入力される。
【００２９】
また、整流回路３０からＬＥＤ電源スイッチング回路４０を通じて負荷側に供給される電圧が変動すれば、プログラマブルシャントレギュレータ（ＩＣ３）の基準電圧が変動し、前記基準電圧の変動は結局はフォトカプラ（ＰＣ）を通じて前記パワースイッチ（ＩＣ２）のスイッチング周波数を変化させることにより、ＬＥＤ電源スイッチング回路４０では常に一定の電圧が出力されるようになされている。
【００３０】
すなわち、ＬＥＤ電源スイッチング回路４０から負荷側に供給される電圧が設定電圧より高くなれば、前記プログラマブルシャントレギュレータ（ＩＣ３）の基準電圧端に供給される電圧が設定電圧よりも高くなってフォトカプラ（ＰＣ）のフォトダイオードに電流が流れるようになり、これによってフォトカプラ（ＰＣ）のフォトトランジスタがターンオンされてパワースイッチ（ＩＣ２）のスイッチング周波数制御端（ＲＴ）に電流が流れることにより、パワースイッチ（ＩＣ２）内側のスイッチング素子がオフされ、トランスフォーマ（Ｔ４）の電圧誘導作用を遮断する。これにより、整流回路３０の出力電圧が低くなることで設定電圧を維持するようになる。
【００３１】
以後、整流回路３０の出力電圧が設定電圧に低くなれば、プログラマブルシャントレギュレータ（ＩＣ３）の制御端に入力される電圧も低くなってプログラマブルシャントレギュレータ（ＩＣ３）が遮断され、これによってフォトカプラ（ＰＣ）の動作も遮断され、パワースイッチ（ＩＣ２）の動作によるトランスフォーマ（Ｔ４）の電圧誘導作用が再開される。
【００３２】
一方、前記ＬＥＤ電源スイッチング回路４０にあるスイッチング素子であるＦＥＴ（Ｑ３）のゲートには、ＦＥＴ（Ｑ３）のスイッチングを制御してＬＥＤ電源スイッチング回路４０から負荷側のＬＥＤ光源に供給される電力を制御するための発振手段が設けられている。
【００３３】
前記発振手段は、前記整流回路３０から直流電圧の入力を受けて所定の直流電圧を出力する定電圧回路６０と、前記定電圧回路６０の出力電圧の供給を受けて所定周期のパルス信号を出力する発振回路７０とを含めて構成される。
【００３４】
前記定電圧回路６０はステップダウンコンバータ（ＩＣ４）を含めて構成され、ステップダウンコンバータ（ＩＣ４）はＤＣ−ＤＣコンバータＩＣである。
【００３５】
また、発振回路７０は、抵抗（Ｒ２０）（Ｒ２７）とコンデンサ（Ｃ１３）による時定数によってタイマーＩＣ（ＩＣ５）の出力周波数が変化し、前記タイマーＩＣ（ＩＣ５）から出力されるパルス信号が前記ＬＥＤ電源スイッチング回路４０にあるスイッチング素子であるＦＥＴ（Ｑ３）のゲートに印加されてＦＥＴ（Ｑ３）のスイッチングを制御するようになる。
【００３６】
前記ＦＥＴ（Ｑ３）は、ＬＥＤ電源スイッチング回路４０から負荷側のＬＥＤ光源に供給される電源を周期的に制御し、照明には影響を与えないが、電力効率を極大化する作用を行う。
【００３７】
これと同時に、前記ＬＥＤ電源スイッチング回路４０にあるＦＥＴ（Ｑ３）のソース側には、温度補償回路８０がさらに連結されてもよい。
【００３８】
前記温度補償回路８０は、ＦＥＴ（Ｑ３）のソース側に温度感知素子（Ｒ３）が連結し、ＦＥＴ（Ｑ３）のソース側に連結した温度感知素子（Ｒ３）の一端が増幅器（ＩＣ６）の反転端子に連結し、前記温度感知素子（Ｒ３）の他の一端が増幅器（ＩＣ６）の非反転端子に連結し、前記増幅器（ＩＣ６）の出力側が前記電圧制御回路５０でプログラマブルシャントレギュレータ（ＩＣ３）の制御端と連結している可変抵抗（Ｒ８）の基底端に連結した構造になっている。
【００３９】
これにより、ＬＥＤ光源で温度変化が発生すれば、温度感知素子（Ｒ３）の抵抗値が変化し、これによって増幅器（ＩＣ６）の出力が変化し、プログラマブルシャントレギュレータ（ＩＣ３）の制御端に印加される電圧が変化することにより、上述したようなパワースイッチ（ＩＣ２）の動作に基づいて整流回路３０を通じてＬＥＤ電源スイッチング回路４０から負荷側に供給される電圧を設定電圧に調節するようになる。
【００４０】
したがって、ＬＥＤ光源の温度増加によって出力側の負荷が増加したとしても、過度な電圧が負荷側に出力されることが防止される。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
上述したように、本発明に係る定出力用ＬＥＤモジュール電源供給コンバータは、ＬＥＤを光源とする照明装置に適用して電力効率を改善することができる。
【図１】
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【国際調査報告】
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