(57)【要約】電源回路における損失の抑制が可能なＬＥＤ照明装置を提供する。本発明は、照明光源に一つ以上のＬＥＤ素子を用いたＬＥＤ照明装置であって、商用電源と、ＬＥＤ素子を含む負荷部と、商用電源の電圧及び電流を制御して負荷部に電力を供給するスイッチング電源と、を有し、スイッチング電源は、降圧型のものを含まずに昇圧型のもののみで構成されている。
2016129307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光源に一つ以上のＬＥＤ素子を用いたＬＥＤ照明装置であって、
商用電源と、
前記ＬＥＤ素子を含む負荷部と、
前記商用電源の電圧及び電流を制御して前記負荷部に電力を供給するスイッチング電源と、
を有し、
前記スイッチング電源は、
降圧型のものを含まずに昇圧型のもののみで構成されている
ことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項２】
照明光源に一つ以上のＬＥＤ素子を用いたＬＥＤ照明装置であって、
コントローラ用電源を備え、
前記コントローラ用電源は、
起動した後に所定の時間経過を持って切断される起動時用の第１の電源と、
前記第１の電源が切断されると同時に駆動する定常時用の第２の電源と、
を有する
ことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項３】
照明光源に一つ以上のＬＥＤ素子を用いたＬＥＤ照明装置であって、
商用電源と、
前記ＬＥＤ素子を含む負荷部と、
前記商用電源の電圧及び電流を制御して前記負荷部に電力を供給する昇圧型のスイッチング電源と、
フィルタ用のコンデンサと、
を有し、
前記フィルタ用のコンデンサの出力側には、
電源投入時に発生する突入電流を防止する突入電流防止回路部が設けられている
ことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項４】
商用電源と、
照明光源としての一つ以上のＬＥＤ素子を含む負荷部と、
前記商用電源からの電力をスイッチング制御して前記負荷部に供給するコントローラと、
を有し、
前記負荷部の出力端と接地との間から、前記負荷部の出力端から出力された電流値又は電圧値を前記コントローラにフィードバックするように分岐したＬＥＤ照明装置であって、
前記負荷部の出力端と前記コントローラのフィードバック用入力ピンとの間に、前記負荷部の検出電力を削減するための疑似検出値生成部を設けた
ことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項５】
前記スイッチング電源は、
前記スイッチング電源を構成するトランスへの入力電力が定格点灯時においてコントローラを含む周辺温度が４０度以下とされている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１の請求項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項６】
前記スイッチング電源は、
降圧型のものを含まずに昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータのみで構成され、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、一つ以上のトランスを備え、
前記トランスの出力端における電流値が所定の電流値となるように、コイルの直径と、前記コイルの巻き層数と、を設定する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１の請求項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項７】
前記トランスの周囲温度が４０℃以下となるとなるように、前記コイルの直径と、前記コイルの巻き層数と、を設定する
ことを特徴とする請求項５乃至請求項６の何れか１の請求項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項８】
前記コイルの直径が０．１４ｍｍ〜０．２６ｍｍの範囲であり、前記コイルの巻き層数が４〜７層の範囲にある
ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項９】
前記スイッチング電源は、
前記負荷部への出力電力を規制する保護部を備える
ことを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１の請求項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１０】
前記保護部を前記スイッチング電源と前記負荷部との間に設けた
ことを特徴とする請求項９に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１１】
前記保護部は、
前記負荷部に供給する電力の突入電流を抑制する突入電流防止回路を有し、
前記突入電流防止回路は、
スイッチング素子と、
前記スイッチング素子の入力側に配置したフィルタ用のコンデンサとは別に、前記フィルタ用のコンデンサと並列で、かつ、前記スイッチング素子の近傍において前記スイッチング素子と入力側で直列に接続した一つ以上の入力側コンデンサと、
を有する
ことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１２】
前記保護部は、
過入力保護回路部を有する
ことを特徴とする請求項９乃至請求項１１の何れか１の請求項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１３】
前記保護部は、
過電圧保護回路部を有する
ことを特徴とする請求項９乃至請求項１２の何れか１の請求項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１４】
前記ＬＥＤ素子は、
前記スイッチング電源と電気的に接続された少なくとも一つの回路基板に複数配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１３の何れか１の請求項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１５】
前記スイッチング電源と前記負荷部との間に、フィルタ用のコンデンサが配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１４の何れか１の請求項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１６】
前記フィルタ用のコンデンサは、
前記負荷部の入力端に並列に複数個配置されている
ことを特徴とする請求項１５に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１７】
前記フィルタ用のコンデンサは、
２０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの周波数範囲において誘電正接が３％以下である
ことを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１８】
前記フィルタ用のコンデンサが高耐圧型のアルミ電解コンデンサである
ことを特徴とする請求項１５乃至請求項１７の何れか１の請求項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１９】
前記第１の電源は、トランスの一次側に接続され、
前記第２の電源は、前記トランスの二次側に接続されている
ことを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項２０】
前記接地と前記分岐との間に、前記負荷部の出力端から出力された交流波形成分のピーク値を電力換算した実効値が直流波形成分に近づくように抑制するピーク抑制部を設けた
ことを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項２１】
前記ピーク抑制部は、
一つ以上の抵抗と、一つのコンデンサと、を並列に接続してなる
ことを特徴とする請求項２０に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項２２】
一つの回路基板に複数配置される多数の前記ＬＥＤ素子は、直列に接続してなる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項２１の何れか１の請求項に記載のＬＥＤ照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光源にＬＥＤ素子を用いたＬＥＤ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、商用電源の電圧を抵抗分割する抵抗分圧回路等の入力電圧保護回路を搭載し、低電圧保護を行いつつＬＥＤ素子を点灯させるようにしたＬＥＤ照明装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
近年、ＬＥＤ照明装置は、高寿命かつ消費電力の削減に貢献するものとして、蛍光管や白熱電球等に替わる新たな照明装置として注目されている。【０００４】
ところで、ＬＥＤ照明装置は、一般家庭等における照明装置として普及されたのは、ＬＥＤ素子の高輝度化並びに表面実装型が開発された後であり、実用化としては比較的新しい技術分野である。【０００５】
このため、例えば、電源回路の損失、ＬＥＤ素子の発熱、器具の効率といったさまざまな損失課題を有しており、トータル効率は４０〜６５％とも言われている。すなわち、ＬＥＤ素子の発光効率が１００ｌｍ／Ｗである場合、実際には４０〜６５ｌｍ／Ｗ程度まで低下していることとなる。【０００６】
ここで、２５Ｗ以上の照明装置は、高調波電流規制（ＩＥＣ６１０００−３−２）で厳しく規制されており（クラスＣ）、電源回路の力率改善が必須の課題となっている。なお、力率とは、ＡＣ電圧に対するＡＣ電流の位相差及び歪みの度合いの指標である。【０００７】
この力率改善回路として一般的に使用されているアクティブ・フィルタ方式は、ＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ  Ｆａｃｔｏｒ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路とＤＣ−ＤＣコンバータとの２段構成の２コンバータ方式が知られている。【０００８】
しかしながら、このような２コンバータ方式の力率改善回路を追加した場合、部品点数が増加することから、器具の効率が低下してしまうという新たな課題が発生していた。特に、ＬＥＤ照明装置の電源回路の場合、省スペース化や低発熱化が求められるため、２段構成のＰＦＣ回路とＤＣ−ＤＣコンバータとを実装することが困難となっている。【０００９】
一方、ＬＥＤ照明装置にあっては、負荷変動が少なく、しかも、電圧・電流条件が固定であるため、応答性は比較的に重要視されていない。そのため、１次側制御と力率改善とを一つのスイッチング・コンバータで制御する１コンバータ方式でも十分な特性が得られる可能性が高い。【００１０】
また、電源回路は、ＬＥＤ素子を発光させるまでの回路中の損失要素として、抵抗成分以外にも容量性成分（例えば、コンデンサ）や誘導性成分（例えば、インダクタ）を含んでいる。このため、ＡＣ電圧に対してＡＣ電流の位相にずれが発生してしまう。【００１１】
特に、全波整流後のＡＣ電圧を大容量のコンデンサで平滑するコンデンサ入力型の整流回路では、ＡＣ電流の導通角が非常に狭く、瞬間的に大電流が流れるため、力率の低下を引き起こす大きな要因となってしまう。【００１２】
このような電源回路にあって、力率が低いと実際に必要となる実効電力以上の皮相電力が必要となることから、ピーク電流が増大することで電流歪みが発生し、電子部品に異常音や振動等を引き起こす要因となってしまう。【００１３】
ここで、力率と高調波電流とは、力率を改善することによって高調波電流についての抑制も可能であると考えられている。【００１４】
また、ＬＥＤ照明装置の電源回路において使用されている電解コンデンサは、周囲温度が４０℃以下の環境下では劣化し難いが、周囲温度が上がると急激に劣化度が高くなることが知られている。【００１５】
したがって、熱を発するＬＥＤ素子と電源回路とが同一のパッケージ内で近接する配置構造を採用した場合には、電解コンデンサの周囲温度は６０〜７０℃程度にまで達してしまう。【００１６】
仮に、周囲温度が７０℃である場合、安価で耐熱性の低い電界コンデンサを使用した場合では、約１年で１０％ものコンデンサ容量が落ちるとされている。【００１７】
一般に、電解コンデンサは、静電容量が５０％にまで低下する時間を寿命として設定している。したがって、電源一体型のＬＥＤ照明装置においては、電解コンデンサの寿命が照明装置としての寿命であるともいえる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２０１２−１３２７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
このようなさまざまな課題を有するＬＥＤ照明装置の最適化を図るうえでは、１コンバータ方式を採用するとともに、電源回路の損失を抑制しつつ電源回路の小型化並びに省電力化に貢献し、照明装置としての安定性を向上することが要求される。【００２０】
そこで、本発明は、電源回路における損失の抑制が可能なＬＥＤ照明装置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】
【００２１】
上記課題を解決するため、本発明のＬＥＤ照明装置は、照明光源に一つ以上のＬＥＤ素子を用いたＬＥＤ照明装置であって、商用電源と、前記ＬＥＤ素子を含む負荷部と、前記商用電源の電圧及び電流を制御して前記負荷部に電源を供給するスイッチング電源と、を有し、前記スイッチング電源は、降圧型のものを含まずに昇圧型のもののみで構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のＬＥＤ照明装置は、電源回路における損失の抑制が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係るＬＥＤ照明装置における要部のブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るＬＥＤ照明装置におけるＬＥＤ素子と要部の電子部品との関係を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るＬＥＤ照明装置における電源回路のブロック回路図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るＬＥＤ照明装置における降圧型と昇圧型のコンバータにおけるスイッチングノイズの比較グラフ図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るＬＥＤ照明装置における入力電圧の変化に対する電源効率と力率との相対関係を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
次に、本発明の一実施形態に係るＬＥＤ照明装置について、図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明のＬＥＤ照明装置における好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。また、以下に示す実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組み合せを含むさまざまなバリエーションが可能である。したがって、以下に示す実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【００２５】
図１に示すように、本発明の一実施形態に係るＬＥＤ照明装置１は、照明光源に一つ以上のＬＥＤ素子を用い、商用電源２と、ＬＥＤ素子を含む負荷部３と、商用電源２の電圧及び電流を制御して負荷部３に電力を供給するスイッチング電源１０と、を有しており、このスイッチング電源１０を降圧型のものを含まずに昇圧型のもののみで構成してＬＥＤ素子を点灯させるものである。
【００２６】
なお、本実施の形態においては、図２に示すように、ＬＥＤ素子Ｄ１１は多数の表面実装型のものを後述する各電源回路構成部品とともに回路基板４に実装したものである。この際、ＬＥＤ照明装置１としては、管型（直管型）や電球型に限定されず、特に、１００個以上の多数のＬＥＤ素子Ｄ１１を点灯させるＬＥＤ照明装置１（例えば、大型照明や屋外照明）に適用可能である。また、ＬＥＤ素子Ｄ１１は、スイッチング電源１０と電気的に接続された少なくとも一つの回路基板４に複数配置される。また、負荷部３に電力を供給するスイッチング電源１０が昇圧型であるため、多数のＬＥＤ素子Ｄ１１が直列接続された場合に有用である。
【００２７】
電源回路としてのスイッチング電源１０は、図３に示すように、第１ノイズフィルタ部１１、ダイオードブリッジからなる全波整流器Ｂ１を備える整流回路部１２、第２ノイズフィルタ部１３、昇圧型スイッチ電源回路部１４、ＩＣ用電源（コントローラ用電源）としての電源制御回路部１５、スイッチング電源制御部１６、入力低電圧保護回路部１７、保護部としての保護回路部１８、を備える。ＩＣとは、スイッチング素子Ｑ１のコントローラＵ１のことである。
【００２８】
また、電源制御回路部１５は、起動時用の第１の電源となる第１ＩＣ電源制御回路部１５Ａと、定常時用の第２の電源となる第２ＩＣ電源制御回路部１５Ｂと、を備える。保護回路部１８は、負荷部３への出力電力を規制するように、スイッチング電源１０と負荷部３との間、具体的には、昇圧型スイッチ電源回路部１４の出力側に配置しており、過電圧保護回路部１８Ａと、突入電流防止回路部１８Ｂと、過入力保護回路部１８Ｃと、を備える。
【００２９】
次に、本発明のＬＥＤ照明装置におけるスイッチング電源１０の一実施形態について詳細に説明する。
【００３０】
なお、図２に示すスイッチング電源１０は、商用電源２から負荷部３に至る電源回路を構成している。
【００３１】
商用電源２と第１ノイズフィルタ部１１との間には、電流ヒューズＦ１とサージ電圧保護素子ＺＮＲ１とを接続している。
【００３２】
第１ノイズフィルタ部１１は、主としてコモンモードノイズを除去するためのノイズフィルタとして機能し、例えば、サージ電圧保護素子ＺＮＲ１と並列なフィルタコンデンサ（図示せず）と、全波整流器Ｂ１の入力端子の正極と負極との間に並列に配置した一つ以上のラインフィルタ（図示せず）と、を備える。本実施の形態において、第１ノイズフィルタ部１１は、ラインフィルタとしてのコモンモードチョークコイルに対して並列にダンピング抵抗を配置するとともに、コモンモードチョークコイルの入出力端の各々に接続している。これにより、第１ノイズフィルタ部１１は、主として整流回路部１２の入力段におけるコモンノイズ成分を低減する。また、ラインフィルタの出力端子は、整流回路部１２の入力端子に接続している。
【００３３】
整流回路部１２の全波整流器Ｂ１の出力端子は、高周波バイパス用のコンデンサＣ１を並列に接続している。全波整流器Ｂ１の出力端子の負極は、回路基板４のグランドであって、コンデンサＣ１を介して接地している。
【００３４】
第２ノイズフィルタ部１３は、例えば、全波整流器Ｂ１の出力端子の正極と負極との間に、並列に配置した二つ以上のラインフィルタ（図示せず）と、このラインフィルタの出力側において全波整流器Ｂ１の出力端子の正極に直列に接続した二つ以上のラインフィルタ（図示せず）と、を備える。これにより、第２ノイズフィルタ部１３は、整流回路部１２の出力段におけるコモンノイズ成分及びノーマルノイズ成分を低減する。
【００３５】
第２ノイズフィルタ部１３の入力側に並列配置した二つ以上のラインフィルタは、整流回路部１２の出力段におけるコモンモードノイズを除去するためのノイズフィルタとして機能する。なお、この並列配置のラインフィルタにおいても、全波整流器Ｂ１の出力端子の正極及び負極の各コモンモードチョークコイルに対してダンピング抵抗を並列に配置するとともに、各コモンモードチョークコイルの入出力端の各々に接続している。
【００３６】
第２ノイズフィルタ部１３の出力側に直列配置した二つ以上のラインフィルタは、整流回路部１２の出力段におけるノーマルモードノイズを除去するためのノイズフィルタとして機能する。なお、この直列配置のラインフィルタにおいても、全波整流器Ｂ１の出力端子の正極の各ノーマルモードチョークコイルに対してダンピング抵抗を並列に配置するとともに、各ノーマルモードチョークコイルの入出力端の各々に接続している。
【００３７】
昇圧型スイッチ電源回路部１４は、一次側において全波整流器Ｂ１の出力端子の正極に接続した一つ以上のトランスＴ１と、トランスＴ１の一次側に接続したスイッチング素子（ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ）Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ１のコントローラＵ１と、トランスＴ１の一次側とスイッチング素子Ｑ１のドレインとの間にアノード接続したダイオードＤ１と、ダイオードＤ１とカソード接続したフィルタ用電解コンデンサＣ２と、を備えている。
【００３８】
トランスＴ１は、入力電力が定格点灯時（例えば、１００Ｖ）においてコントローラＵ１を含む周辺温度が４０℃以下となるように設定している。具体的には、発熱を抑えるためにトランスＴ１の出力端における電流値が所定の電流値となるように、コイルの巻線直径と、コイルの巻き層数と、を設定している。この際、コイルの直径とコイルの巻き層数とは、トランスＴ１の出力端における所定の電流値に基づいて算出される値以下とされる。例えば、コイルの巻線直径が０．１４ｍｍ〜０．２６ｍｍの範囲であり、コイルの巻き層数が４〜７層の範囲となる。
【００３９】
図４に示すように、スイッチングする電力が同じとすると、昇圧型は降圧型よりも高い電圧を発生させるので、スイッチング電源１０のスイッチＯＮ−ＯＦＦの切り替えのときに発生するスイッチング電流ノイズは、降圧型のコンバータに比べて昇圧型のトランスＴ１のコンバータを小さくすることができる。
【００４０】
コントローラＵ１は、ピンＺＣＤと、スイッチング電源制御部１６の出力端に接続したピンＶＤＤと、スイッチング素子Ｑ１のゲートに接続したピンＤＲＶと、接地したピンＧＮＤと、保護回路部１８のフィードバック信号を入力するピンＣＳと、を有する集積回路である。
【００４１】
コントローラＵ１は、ＶＤＤが起動電圧（例えば、１２Ｖ）に達すると動作を開始する。コントローラＵ１は、ピンＤＲＶを通じてスイッチング素子Ｑ１を制御する。コントローラＵ１は、ピンＤＲＶを通じて第１の状態での制御信号をスイッチング素子Ｑ１に対して発生してスイッチング素子Ｑ１をターンオンし、ピンＤＲＶを通じて第２の状態での制御信号をスイッチング素子Ｑ１に対して発生してスイッチング素子Ｑ１をターンオフする。
【００４２】
ピンＺＣＤは、コントローラＵ１のターンオンのタイミングを検出するための端子で、トランスＴ１の一次巻線からエネルギーが放出されたことを二次巻線で検出する。コントローラＵ１は、トランスＴ１の電気状態、例えば、トランスＴ１を通って流れる電流が所定の電流レベルであるかどうかの検出信号を、二次巻線を介してピンＺＣＤで受信する。さらに、コントローラＵ１は、受信した検出信号に基づいて、ピンＤＲＶを通じて第１の状態での制御信号をスイッチング素子Ｑ１に対して発生して、スイッチング素子Ｑ１のターンオンのタイミングを図る。
【００４３】
ピンＤＲＶは、コントローラＵ１のドライブ端子で、スイッチング素子Ｑ１のゲートに接続され、スイッチング素子Ｑ１を素早くターンオフさせることができる。
【００４４】
ピンＣＳは、過電圧保護回路部１８Ａ及び過入力保護回路部１８Ｃの出力端に接続している。ピンＣＳは、スイッチング素子Ｑ１のターンオフのタイミングを検出するための端子である。コントローラＵ１は、過電圧保護回路部１８Ａ及び過入力保護回路部１８Ｃに対するピンＣＳでの検出信号を検出することにより、トランスＴ１の一次巻線を通る出力電流を監視する。すなわち、コントローラＵ１は、検出抵抗Ｒ１により負荷部３に流れた電流を検出し、その検出結果に応じてピンＤＲＶより信号を停止してスイッチング素子Ｑ１をターンオフさせる。
【００４５】
ピンＣＳは、負荷部３の電流を検出する端子である。ピンＣＳで検出される電流は潤沢である必要ではないため、検出抵抗Ｒ１により電流量の制限が行われ不必要な電力消費を防止する。なお、検出抵抗Ｒ１は、疑似の検出値を生成する疑似検出値生成部として機能する。
【００４６】
第１ＩＣ電源制御回路部１５Ａは、全波整流器Ｂ１の出力端子の正極におけるコンデンサＣ１の出力側、すなわち、トランスＴ１の一次側に入力を接続し、スイッチング電源制御部１６の入力端に出力を接続している。第１ＩＣ電源制御回路部１５Ａは、起動した後に所定の時間経過を持って切断され、起動時用の第１の電源として機能する。
【００４７】
電源投入直後である起動直後にあっては、トランスＴ１にはまだ交流が発生していないので、第２ＩＣ電源制御回路部１５Ｂに電力は供給されず、第１ＩＣ電源制御回路部１５Ａが先に起動する。第１ＩＣ電源制御回路部１５Ａが動作を開始すると、スイッチング電源制御部１６を経由してコントローラＵ１に電力を供給する。
【００４８】
コントローラＵ１は、この電力供給により、ピンＣＳに入力低電圧保護回路部１７の出力電流が入力され、コントローラＵ１の内部でその電流値が安全であると判断すると、ＤＲＶからスイッチング制御信号をスイッチング素子Ｑ１に出力し、スイッチング素子Ｑ１がスイッチング動作を行い、昇圧動作を開始する。
【００４９】
昇圧動作を開始すると、トランスＴ１の一次側に交流電圧がかかり、二次側に交流電圧が発生し、中間タップから取り出した電圧は第１ＩＣ電源制御回路部１５Ａの供給電力となり、第１ＩＣ電源制御回路部１５ＡがコントローラＵ１へ定常的に電力を供給する。第１ＩＣ電源制御回路部１５Ａが動作開始すると、第１ＩＣ電源制御回路部１５ＡのＱ８に電流が流れなくなるため第１ＩＣ電源制御回路部１５Ａは動作を停止する。
【００５０】
第２ＩＣ電源制御回路部１５Ｂは、トランスＴ１の二次側に入力を接続し、入力低電圧保護回路部１７の入力端に出力を接続している。第２ＩＣ電源制御回路部１５Ｂは、第１ＩＣ電源制御回路部１５Ａが動作を停止すると同時に駆動する定常時用の第２の電源として機能する。
【００５１】
入力低電圧保護回路部１７は、入力電圧が規定よりも低くなると、電流が増えてしまい他の回路が壊れてしまう可能性があるため、入力低電圧保護回路部１７での検出電圧が規定値を下回るとき、電流が入力低電圧保護回路部１７から流出しないように制御するものである。
【００５２】
過電圧保護回路部１８Ａは、ダイオードＤ１とフィルタ用電解コンデンサＣ２との間で入力を接続し、検出抵抗Ｒ１の入力側でコントローラＵ１のピンＣＳと出力とを接続している。
【００５３】
過電圧保護回路部１８Ａは、出力電圧が何らかの原因で負荷部３の耐圧を超えないように保護する。過電圧保護回路部１８Ａが動作した場合は、フィードバック信号によりコントローラＵ１が出力を停止する。この場合、電源を再投入すれば復帰する。
【００５４】
突入電流防止回路部１８Ｂは、昇圧型のスイッチング電源１０と負荷部３との間であって、さらに、フィルタ用電解コンデンサＣ２の出力側に配置し、負荷部３に供給する電力の突入電流を抑制する。突入電流は、電源スイッチを投入した直後に比較的大きな容量値を持つフィルタ用（平滑用）電解コンデンサＣ２が充電完了するまで流れる過大な初期電流である。この初期電流が大き過ぎると、負荷であるＬＥＤ素子Ｄ１１を破壊してしまう虞がある。
【００５５】
そこで、本実施の形態では、突入電流防止回路部１８Ｂは、フィルタ用電解コンデンサＣ２の出力側で入力を接続し、検出抵抗Ｒ１の入力側でコントローラＵ１のピンＣＳと出力とを接続している。また、突入電流防止回路部１８Ｂは、フィルタ用電解コンデンサＣ２の出力側にフィルタ用電解コンデンサＣ２と並列に、突入電流防止用アルミ電解コンデンサＣ３を配置している。さらに、突入電流防止回路部１８Ｂは、フィルタ用電解コンデンサＣ２及び突入電流防止用アルミ電解コンデンサＣ３の出力側にサーミスタＲＴ１とスイッチング素子（ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ）Ｑ２とを並列に配置している。
【００５６】
スイッチング素子Ｑ２のゲートは、バイパス用コンデンサＣ４や図示しない一つ以上の抵抗等を介して起動電源に接続している。スイッチング素子Ｑ２のドレインは突入電流防止用アルミ電解コンデンサＣ３の出力側寄りに接続し、サーミスタＲＴ１の入力端はフィルタ用電解コンデンサＣ２の出力端寄りに接続している。また、スイッチング素子Ｑ２のソースとサーミスタＲＴ１の出力端とは互いに接続状態で接地している。
【００５７】
これにより、突入電流防止用アルミ電解コンデンサＣ３とスイッチング素子Ｑ２とを近接した位置で直列に配置することができる。したがって、突入電流防止用アルミ電解コンデンサＣ３は、スイッチング素子Ｑ２の入力側に配置したフィルタ用電解コンデンサＣ２とは別に、フィルタ用電解コンデンサＣ２と並列で、かつ、スイッチング素子Ｑ２の近傍においてスイッチング素子Ｑ２と入力側で直列に接続した一つ以上の入力側コンデンサとして機能する。
【００５８】
したがって、フィルタ用電解コンデンサＣ２は、昇圧型スイッチ電源回路部１４としての機能に加え、負荷部３のＬＥＤ光源に対するチラツキ防止機能を具備しており、突入電流防止用アルミ電解コンデンサＣ３は突入電流防止用として機能する。
【００５９】
すなわち、本実施の形態において、負荷部３の入力端に並列に複数個配置した各コンデンサＣ２，Ｃ３は、実際には、一方はフィルタ用兼チラツキ防止用として機能し、他方は商用電源２から入力される電流要素を低減する方向に制御する突入電流防止用として機能するように分けている。なお、省電力のため、誘電正接（ｔａｎδ）が３％以下（周波数２０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ）であるアルミ電解コンデンサをフィルタ用電解コンデンサＣ２としている。
【００６０】
なお、サーミスタＲＴ１は、例えば、温度ヒューズ付き抵抗、パワーサーミスタ、トライアック、サイリスタ等でもよい。
【００６１】
図示しないメインスイッチ等の電源投入操作により、突入電流の一部が突入電流防止用アルミ電解コンデンサＣ３に流れると、突入電流防止用アルミ電解コンデンサＣ３が充電を開始する。そして、この充電が完了すると、スイッチング素子Ｑ２がＯＮし、コントローラＵ１が駆動を開始する。
【００６２】
出力側のバイパス用コンデンサＣ４には、積層セラミックコンデンサを使用している。本実施の形態では、バイパス用コンデンサＣ４は、ＬＥＤ素子Ｄ１１の配置個数に応じて負荷部３に供給すべき電圧に対して設定した入力側のフィルタ用電解コンデンサＣ２及び突入電流防止用アルミ電解コンデンサＣ３よりも小体積とし、かつ、スイッチング素子Ｑ２がＯＦＦのときに電荷を充電する。
【００６３】
ＬＥＤ照明装置１の電源回路において使用されている電解コンデンサ（例えば、フィルタ用電解コンデンサＣ２）は、周辺温度が４０℃以下の環境下では劣化し難いものの、周辺温度が上がると急激に劣化度も高くなる。
【００６４】
したがって、ＬＥＤ素子Ｄ１１と電源回路とを同一のパッケージ内で近接する配置構造を採用した直管・直列型のＬＥＤ照明装置１の場合には、フィルタ用電解コンデンサＣ２の周辺温度はできるだけ低くしたい。
【００６５】
仮に、安価で耐熱性の低い電界コンデンサを使用すると共に、その電解コンデンサの周辺温度を７０℃とすると、約１年で１０％ものコンデンサ容量が落ちてしまう。一般的に、電解コンデンサは、静電容量が５０％にまで低下する時間を寿命として設定している。したがって、電源一体型のＬＥＤ照明装置１においては、電解コンデンサの寿命がＬＥＤ照明装置１としての寿命に直結する。
【００６６】
そこで、本実施の形態においては、上述したように、コンデンサそのものの発熱を抑制するだけでなく、発熱部品であるトランスＴ１の発熱も周辺温度４０℃以下に抑制している。
【００６７】
これにより、フィルタ用電解コンデンサＣ２、突入電流防止用アルミ電解コンデンサＣ３、バイパス用コンデンサＣ４の周辺温度を４０℃以下に抑制することができ、コンデンサの寿命、すなわち、ＬＥＤ照明装置１の寿命を長く確保している。
【００６８】
過入力保護回路部１８Ｃは、フィルタ用電解コンデンサＣ２が充電されて負荷部３に電流が流れると、入力電力をスイッチング電源制御部１６への電力供給を開始（再開）し、コントローラＵ１が駆動を開始する。これにより、コントローラＵ１は、安定した点灯状態となるように、スイッチング素子Ｑ１に対するスイッチング制御を行うことができる。これにより、入力電力が規定により低下し、定電流回路から規定よりも大きい電流が流れることに起因してコントローラＵ１が破損してしまうことを抑制することができる。
【００６９】
一方、電源投入時には、定格電流の数倍〜数十倍の負荷の突入電流が発生する虞がある。そこで、過入力保護回路部１８Ｃは、負荷部３の出力側にあって、起動電流を十分流せるような容量を確保するとともに、過電流保護点が起動電流以上となる垂下特性でもＤＣ−ＤＣコンバータを含む昇圧型スイッチ電源回路部１４での起動特性が過電流保護の垂下特性と交差しないようにしている。
【００７０】
また、過入力保護回路部１８Ｃは、光源が何らかの原因で短絡したとき、すなわち、負荷部３に想定以上の電流が流れたとき、スイッチング電源１０を保護する。
【００７１】
そこで、過入力保護回路部１８Ｃは、負荷部３の出力側で入力に接続し、検出抵抗Ｒ１を介してコントローラＵ１のピンＣＳに接続してもよい。また、過入力保護回路部１８Ｃの出力は、負荷部３の接地側に接続してもよい。このノードにおいて交流波形成分（例えば、２Ａの矩形波）のピーク値を電力換算した実効値が直流波形成分に近づくように抑制するピーク抑制部として、抵抗Ｒ２とアルミ電解コンデンサＣ５とを並列に接続してもよい。
【００７２】
本実施の形態におけるスイッチング電源１０では、降圧型のものを含まずに昇圧型のもののみで構成したことにより、回路を簡素化することができたため省電力することができる。また、検出電流を低減することで電源回路の損失を抑制することができ、図５に示すように、従来の電源回路に比べて省電力を行うことで電源効率を高く確保することができる。さらに、力率を改善することによって高調波電流についての抑制も可能である。
【００７３】
このように、本発明のＬＥＤ照明装置１にあっては、照明光源に一つ以上のＬＥＤ素子を用いたＬＥＤ照明装置１であって、商用電源２と、ＬＥＤ素子を含む負荷部３と、商用電源１の電圧及び電流を制御して負荷部３に電力を供給するスイッチング電源１０と、トランスＴ１と、を有し、スイッチング電源１０は、降圧型のものを含まずに昇圧型のもののみで構成されるとともに、トランスＴ１への入力電力が定格点灯時においてコントローラＵ１を含む周辺温度が４０度以下とされている。
【００７４】
このように、本発明のＬＥＤ照明装置１にあっては、照明光源に一つ以上のＬＥＤ素子Ｄ１１を用いたＬＥＤ照明装置１であって、商用電源２と、ＬＥＤ素子Ｄ１１を含む負荷部３と、商用電源２の電圧及び電流を制御して前記負荷部３に電力を供給するスイッチング電源１０と、を有し、スイッチング電源１０は、降圧型のものを含まずに昇圧型のもののみで構成されてもよい。
【００７５】
これにより、ＬＥＤ照明装置１は、電源回路の損失を抑制しつつ電源回路の小型化並びに省電力化に貢献し得て、しかも、照明装置としての安定性を向上することができる。
【００７６】
ＬＥＤ照明装置１としては、管型（直管型）や電球型に限定されず、特に、１００個以上の多数のＬＥＤ素子Ｄ１１を点灯させるＬＥＤ照明装置１（例えば、大型照明や屋外照明）に適用可能である。また、ＬＥＤ素子Ｄ１１は、スイッチング電源１０と電気的に接続された少なくとも一つの回路基板４に複数配置される。また、負荷部３に電力を供給するスイッチング電源１０が昇圧型であるため、多数のＬＥＤ素子Ｄ１１が直列接続された場合に有用である。
【００７７】
これにより、ＬＥＤ照明装置１は、電源回路の損失を抑制しつつ電源回路の小型化並びに省電力化に貢献し得て、しかも、照明装置としての安定性を向上することができる。
【００７８】
このように、本発明のＬＥＤ照明装置１にあっては、照明光源に一つ以上のＬＥＤ素子（負荷部３）を用いたＬＥＤ照明装置１であって、電源制御回路部１５を備え、電源制御回路部１５は、起動時用の第１ＩＣ電源制御回路部１５Ａと、定常時用の第２ＩＣ電源制御回路部１５Ｂと、を有し、第１ＩＣ電源制御回路部１５Ａは、起動した後に所定の時間経過を持って切断され、第２ＩＣ電源制御回路部１５Ｂは、第１ＩＣ電源制御回路部１５Ａが切断されると同時に駆動することにより、電源回路の損失を抑制しつつ電源回路の小型化並びに省電力化に貢献し得て、しかも、照明装置としての安定性を向上することができる。
【００７９】
具体的には、起動時と定常時とで電源供給経路を分けたことにより、照明装置としての安定性を維持しつつ、特に、定常時における消費電力の省電力化に貢献することができる。
【００８０】
また、第１ＩＣ電源制御回路部１５ＡはトランスＴ１の一次側に接続され、第２ＩＣ電源制御回路部１５ＢはトランスＴ１の二次側に接続されていることにより、起動時と定常時との電源供給経路を複雑な回路構成とせずに容易に回路設計することができ、電源回路の損失を抑制しつつ電源回路の小型化並びに省電力化に貢献することができる。
【００８１】
このように、本発明のＬＥＤ照明装置１にあっては、ＬＥＤ照明装置１であって、商用電源２と、ＬＥＤ素子を含む負荷部３と、商用電源２の電圧及び電流を制御して負荷部３に電力を供給する昇圧型のスイッチング電源１０と、フィルタ用電解コンデンサＣ２と、を有し、フィルタ用電解コンデンサＣ２の出力側には、電源投入時に発生する突入電流を防止する突入電流防止手段１７Ｂが設けられていることにより、電源回路の損失を抑制しつつ電源回路の小型化並びに省電力化に貢献し得て、しかも、照明装置としての安定性を向上することができる。
【００８２】
また、フィルタ用電解コンデンサＣ２はフィルタ用なので逐電容量が多く、その出力側に突入電流防止手段１７Ｂを配置したことにより、昇圧型のコンバータを用いたものでありながら、電源投入直後の瞬間的な大電流の突入電流を効率良く抑制しつつ、負荷部３へのロスを少なくすることができ、ＬＥＤ照明装置１としての安定性を向上することができる。
【００８３】
この際、フィルタ用電解コンデンサＣ２は、スイッチング電源１０と負荷部３との間に配置するのがより好ましい。
【００８４】
また、フィルタ用電解コンデンサＣ２を負荷部３の入力端に並列に複数個配置すれば、昇圧型コンバータを用いた場合であっても、電源投入直後における負荷部３への突入電流を効率よく抑制することができ、ＬＥＤ照明装置１の安定性をより一層向上することができる。
【００８５】
さらに、本発明によれば、図５に示すように、力率が極端に低下するまでの電源効率を高く維持することができるとともに、この高効率化に伴って発熱を抑制することができる。これにより、電源回路の損失を抑制しつつ電源回路の小型化並びに省電力化に貢献し得て、しかも、照明装置としての安定性を向上することができる。
【００８６】
また、昇圧型のスイッチング電源１０と負荷部３との間に、負荷部３に供給する電力の突入電流を抑制する突入電流防止回路部１８Ｂを配置し、突入電流防止回路部１８Ｂは、スイッチング素子Ｑ２と、スイッチング素子Ｑ２）の入力側に配置したフィルタ用電解コンデンサＣ２とは別に、フィルタ用電解コンデンサＣ２と並列で、かつ、スイッチング素子Ｑ２の近傍においてスイッチング素子Ｑ２と入力側で直列に接続した一つ以上の入力側コンデンサとしての突入電流防止用アルミ電解コンデンサＣ３と、を有することにより、回路基板の小型化に貢献することができる。
【００８７】
さらに、昇圧型のスイッチング電源１０は、トランスＴ１を有し、ＩＣへの入力電圧を１００Ｖとしたときに、ＩＣを含む周辺温度が４０度以下となるようにしたことにより、高効率化並びに発熱抑制効果を維持することができる。この際、また、ＩＣへの入力電圧は、トランスＴ１の二次側からの出力電圧とするのが好ましい。
【００８８】
また、保護回路部１８は、過入力保護回路部１８Ｃを有することにより、過電流に対する照明装置としての安定性をより一層向上することができる。
【００８９】
さらに、保護回路部１８は、過電圧保護回路部１８Ａを有することにより、過電圧に対する照明装置としての安定性をより一層向上することができる。なお、保護回路部１８は、スイッチング電源１０と負荷部３との間に設けるのが好ましい。
【符号の説明】
【００９０】
１…ＬＥＤ照明装置
２…商用電源
３…負荷部（ＬＥＤ素子）
１０…スイッチング電源（電源回路）
１１…第１ノイズフィルタ部
１２…整流回路部
１３…第２ノイズフィルタ部
１４…昇圧型スイッチ電源回路部
１５…電源制御回路部（ＩＣ用電源）
１５Ａ…第１ＩＣ電源制御回路部（起動時用の第１の電源）
１５Ｂ…第２ＩＣ電源制御回路部（定常時用の第２の電源）
１６…スイッチング電源制御部
１７…入力低電圧保護回路部
１８…保護回路部
１８Ａ…過電圧保護回路部
１８Ｂ…突入電流防止回路部
１８Ｃ…過入力保護回路部
Ｑ１…スイッチング素子（ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ）
Ｕ１…コントローラ（ＰＦＣ回路）
【図１】
2016129307.tif 000003
【図２】
2016129307.tif 000004
【図３】
2016129307.tif 000005
【図４】
2016129307.tif 000006
【図５】
2016129307.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月28日(2017.7.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源として複数のＬＥＤ素子を用いるＬＥＤ照明装置であって、
商用電源に接続される整流回路と、
前記整流回路に接続される昇圧型スイッチング電源回路と、
前記昇圧型スイッチング電源回路に接続される前記複数のＬＥＤ素子を含む負荷部と、を備えており、
前記昇圧型スイッチング電源回路を構成する平滑コンデンサの第１の端子はダイオードに接続され、前記平滑コンデンサの第２の端子は、スイッチング素子および／またはサーミスタを介して接地されていることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項２】
前記昇圧型スイッチング電源回路に電力を供給する第１の電源部および第２の電源部を備えており、
前記第１の電源部は、電源投入後に所定の時間経過を持って切断され、
前記第２の電源部は、前記第１の電源部が切断された後に電力を供給することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項３】
前記昇圧型スイッチング電源回路はトランスを備えており、
前記トランスを構成するコイルの巻線直径は、０．１４ｍｍ〜０．２６ｍｍの範囲であり、前記コイルの巻き層数は４〜７層の範囲にあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項４】
前記平滑コンデンサは２０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの周波数範囲において誘電正接が３％以下であることを特徴とする請求項１から請求項３に記載のＬＥＤ照明装置。
【国際調査報告】
2016129307.tif 000008
2016129307.tif 000009
2016129307.tif 000010
2016129307.tif 000011