(57)【要約】      （修正有）【課題】非絶縁型ドライバ回路を使用した天井灯を提供する。【解決手段】ドライバ回路３は、変換モジュール３１と、制御モジュール３２とを備え、変換モジュール３１によって入力電圧を稼働電圧に変換し、発光ダイオード２２０を駆動すると共に駆動電流を形成する。制御モジュール３２によって、稼働電圧と駆動電流とを検出し、変換モジュール３１の作動周期を調節して稼働電圧の出力電圧を改変し、駆動電流のリニア調節を行い、定電流状態を維持する。変換モジュール３１は一回のみのエネルギー変換をもって、発光ダイオード２２０の駆動電流を提供でき、従来の天井灯に使用していた絶縁型電気変換器と降圧器のような２段階のエネルギー変換方式に代わって、低電気回路コストと高稼働効率の効果を実現できる。【選択図】図７
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
電気回路板上に複数の発光ダイオードとドライバ回路とを有する非絶縁型ドライバ回路を使用した天井灯であって、
前記ドライバ回路は、前記発光ダイオードの駆動および照明輝度のリニア調節に用いられ、整流モジュールと、変換モジュールと、制御モジュールとから構成され、
前記変換モジュールは、前記整流モジュールを介して外部電源と接続され、入力電圧を受け入れ、
前記制御モジュールは、前記変換モジュールと、前記発光ダイオードとを電気接続し、制御チップと、チェック用抵抗器と、比較用抵抗器と、レギュレータと、を有し、前記チェック用抵抗器と、前記比較用抵抗器と、前記レギュレータはそれぞれ前記発光ダイオードに電気接続され、
前記変換モジュールは、エネルギー変換素子と、第１スイッチと、チェック用抵抗器とから構成され、前記エネルギー変換素子は、前記整流モジュールと電気接続され、かつ、前記第１スイッチを介して前記発光ダイオードと電気接続され、かつ、前記チェック用抵抗器を介して前記制御モジュールと電気接続され、
前記エネルギー変換素子は、前記第１スイッチがオフのとき、入力電圧を受け入れて調節した後稼動電圧を形成し、前記発光ダイオードは、稼働電圧を受け入れて駆動電流を形成し、
前記制御チップは、それぞれ前記稼働電圧が前記チェック用抵抗器両端で形成する電圧降下値と、駆動電流が前記比較用抵抗器の両端で形成する電圧降下値との比較を行い、前記チェック用抵抗器両端での電圧降下が設定値より低いときに設定信号を出力させ、前記比較用抵抗器両端の電圧が比較値より大きいときに初期化信号を前記第1スイッチに出力させ、前記第１スイッチの導通をオフにし、前記稼働電圧の出力値を調節する
非絶縁型ドライバ回路を使用した天井灯。
【請求項２】
前記制御チップは、前記稼働電圧が前記チェック用抵抗器両端で形成する電圧降下をチェックし、前記チェック用抵抗器両端の電圧降下が基準値より大きいときに調節信号を前記レギュレータに出力させ、前記稼働電圧の出力周波数を調節することによって、前記駆動電流を常に安定状態に維持することを特徴とする、請求項１記載の非絶縁型ドライバ回路を使用した天井灯。
【請求項３】
前記制御モジュールは輝度コントローラーを有し、前記輝度コントローラーは、外部の輝度調節信号を受け入れて、前記レギュレータの稼働状態を調節し、稼働電圧の出力値を改変して駆動電流値を改変し、調光効果を実現することを特徴とする、請求項２記載の非絶縁型ドライバ回路を使用した天井灯。
【請求項４】
前記エネルギー変換素子はＳＥＰＩＣまたはブーストコンバータであることを特徴とする、請求項３記載の非絶縁型ドライバ回路を使用した天井灯。
【請求項５】
前記天井灯は、ランプシェードと、絶縁保護キャップと、ヒートシンクと、ランプパネルを備え、前記ランプパネルの内部には、前記ヒートシンクと、前記電気回路板とが順に重ねられて設けられ、前記ランプパネルが前記絶縁保護キャップの下方を被覆して当該絶縁保護キャップを前記ランプシェード内に封じることを特徴とする、請求項４記載の非絶縁型ドライバ回路を使用した天井灯。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本案は照明装置に関し、特に非絶縁型電気変換器と、リニア電流出力コントローラーとを組み合わせた電気回路構造により、灯具全体の稼働効率を改善させ、省エネおよび環境保全の要請に寄与する非絶縁型ドライバ回路を使用した天井灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
快適でしかも明るく、流行に遅れを取られない読書空間または作業スペースを構築する目的で、多くの人は室内の天井にデザイン感覚に富んだ天井灯を取り付けている。図１に示すとおり、天井灯１は一般的に、ランプパネル１０と、ヒートシンク１１と、電気回路板１２と反射キャップ１３とランプシェード１４とから構成され、ランプパネル１０の内部には、順に、ヒートシンク１１と、電気回路板１２とを重ねて設けていて、電気回路板１２は、図２〜４に示すドライバ回路（図示せず）と、その周縁部の複数の発光ダイオード（Light Emitting Diode，ＬＥＤ）１２０とを有し、ドライバ回路はスイッチング電力変換器（Switching Power Converter）を主な電気回路構造に用いている。さらに、スイッチング電力変換器でよく用いられるものとしては、フライバックコンバータ（Fly-back）、フォワード型コンバータ（Forward）、プッシュプルコンバータ（Push-pull）、ハーフブリッジコンバータ（Half-bridge）、フルブリッジコンバータ（Full-bridge）などの回路形態がある。電気回路板１２の中央場所に反射キャップ１３を覆い被せた後に、それをランプシェード１４の内部に封じておき、反射キャップ１３によって、ＬＥＤの出射光の反射を強めて、天井灯１の照明範囲を拡大させる。そのうち、図２に示すドライバ回路はフライバックコンバータ１２１を主な回路構造に使用しており、パルス幅変調（Pulse Width Modulation，ＰＷＭ）制御方式により、ＬＥＤ１２０の稼働電流（Ｉｏ）を調節して、天井灯１が定電流と一定パワーで稼働することによって、使用者に安定的な照明品質を提供している。しかし、従来のこの種のフライバックコンバータ１２１から出力される稼働電流は、大きなリプル電流を有しており、負荷調整の精度が低いほか、ＰＷＭ調光方式には、ストロボ効果や電磁干渉（Electro Magnetic Interference，ＥＭＩ）などの欠点があるため、ほかの電気製品の使用品質への影響を避けるため、回路にＥＭＩフィルタを追設しなければならない。よって、電気回路板１２製造のコスト高の原因になっている。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００３】
このほか、ドライバ回路は、例えば図３に示すように、力率（Power Factor，ＰＦ）調整機能を有する単段式フライバックコンバータ１２２を主な電源構造として、出力端にバックコンバータ（Buck Converter）１２３を組み合わせることもできる。単段式フライバックコンバータ１２２の変圧器１２２０は、一次コイル（ＮＰ）と、二次コイル（ＮＳ）と、補助コイル（ＮＡ）とを有し、一次コイル（ＮＰ）は、ブリッジ整流器１２２１と電気接続しており、一次コイル（ＮＰ）と補助コイル（ＮＡ）と力率制御チップ（PF Control IC，FPC IC）１２２２とを電気接続する。二次コイル（ＮＳ）は出力インダクタ１２３０を介してＬＥＤ１２０と電気接続していて、かつ二次コイル（ＮＳ）と出力インダクタ１２３０とは直流−直流変換制御チップ（ＤＣ／ＤＣ ＩＣ）１２２３と電気接続しており、出力インダクタ１２３０は光カプラ１２２４を介してＦＰＣ ＩＣ１２２２と電気接続する。単段式フライバックコンバータ１２２は変圧器１２２０を用いて、ブリッジ整流器１２２１によって整流されて出力される入力電圧を変換した後、出力インダクタ１２３０によりＬＥＤ１２０に必要な稼働電圧に降圧させる。これに対して、単段式フライバックコンバータ１２２は光カプラ１２２４と、ＤＣ／ＤＣ ＩＣ１２２３と、ＦＰＣ ＩＣ１２２２とを利用して、稼働電圧の出力値を監視することによって、一次コイル（ＮＰ）の稼働電圧の作動周期を制御することによって、二次側コイルの出力値を調節し、稼働電圧の安定出力の効果を実現する。この種のドライバ回路の主な回路構造は力率調整機能と、ＤＣ／ＤＣ制御機能とを整合しているため、ほかの制御素子の追加設置は必要ないことから、低コストの特徴を有する。しかし、入力電圧が変圧器１２２０で第一段階のエネルギー変換を経てから出力インダクタ１２３０による第二段階のエネルギー変換をしなければ、必要な稼働電圧を出力することはできない。よって、そのエネルギー変換効率が悪いのみならず、稼働電圧の低電圧値を出力するときに高いリプル波を形成してしまう恐れがある。
【０００４】
もう一つの例として、ドライバ回路は、図４に示す力率制御機能を備えた二段式フライバックコンバータ１２４とバックコンバータ１２５より構成され、変圧器１２４０の一次コイルと二次コイルとが前後２段に分けられ、前段に入力インダクタンス１２４１と、ＦＰＣ ＩＣ１２４２とを設け、ＦＰＣ ＩＣ１２４２は前段の入力電流を検出し電圧を出力した後に第１スイッチ１２４３の導通または切断によって、入力インダクタ１２４１の導通周期を調節し、一次コイルの発生電流値の改変をもって、二次コイルの出力電流値の調節が行われている。さらに、後段にＤＣ／ＤＣ ＩＣ１２４４を設けて、二次コイルの出力電流値を検出し、第２スイッチ１２４５の態様を改変して、出力インダクタ１２５０の導通周期を調節することによって、稼働電圧のリプル振幅を打ち消す。これにより、ドライバ回路にはリプルを有しない極めて安定的な稼働電圧が提供され、天井灯１の照明品質を確実に向上できる。しかしながら、入力電圧は入力インダクタ１２４１により昇圧させた後に、変圧器１２４０で変換され出力インダクタ１２５０で降圧された上で出力される。すなわち、入力電圧を三段階の変換をしなければ目的の稼働電圧が得られない。そのため、無効電力が多く、変換効率も悪い、回路の構造が極めて複雑で、しかも高コストなどの欠点から、産業での応用拡大に相応しくない。
【０００５】
そのため、ドライバ回路の回路構造を改変して、ＬＥＤ１２０に極めて安定的な稼働電圧を提供すると共に、ドライバ回路の電気変換効率を向上し、回路を簡素化させ、経済メリットをアップさせることが、本案が検討する課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
公知技術の課題に鑑み、本案は非絶縁型でしかも単純な回路をドライバ回路の主構造に用いることによって、素子のコストを軽減させ、灯具全体の経済メリットをアップさせることをもって、産業発展に寄与できる非絶縁型ドライバ回路を使用した天井灯を提供することを目的とする。
【０００７】
天井灯は、電気回路板上に、複数の発光ダイオードと、一つのドライバ回路とを有する。ドライバ回路は、発光ダイオード照明輝度のリニア調節に用いられ、主に、整流モジュールと、変換モジュールと、制御モジュールにより構成される。変換モジュールは、整流モジュールを介して外部の電源と電気接続して入力電圧を受け入れる。制御モジュールは、変換モジュールと、発光ダイオードに電気接続していて、かつ制御チップと、チェック用抵抗器と、比較用抵抗器とレギュレータとを有する。チェック用抵抗器と、比較用抵抗器と、レギュレータとは、それぞれ発光ダイオードに電気接続されている。変換モジュールは、主にエネルギー変換素子と、第１スイッチと、チェック用抵抗器とから構成される。エネルギー変換素子は、整流モジュールに電気接続され、かつ第１スイッチを介して、発光ダイオードに電気接続され、かつ、チェック用抵抗器を介して制御モジュールと電気接続されている。エネルギー変換素子は、第１スイッチがオフのときに入力電圧を受け入れて稼働電圧を形成し、発光ダイオードは稼働電圧を受けることにより、駆動電流を形成する。制御チップは、稼働電圧がチェック用抵抗器の両端に形成する電圧降下および駆動電流が比較用抵抗器の両端に形成する電圧降下をそれぞれチェックし、チェック用抵抗器両端の電圧降下が設定値より低いときに、設定信号を第１スイッチに出力させ、比較用抵抗器両端の電圧降下が比較値より高いときに、初期化信号を第１スイッチに出力させ、第１スイッチの導通またはオフを制御し、稼働電圧の出力を調節する。
【０００８】
上記天井灯において、制御チップは、稼働電圧がチェック用抵抗器両端で形成する電圧降下をチェックし、チェック用抵抗器両端の電圧降下が基準値より大きいときには調節信号をレギュレータに出力させ、稼働電圧の出力周波数を調節することによって、駆動電流を常に安定状態に維持してもよい。制御モジュールは、輝度コントローラーを有し、輝度コントローラーは、外部の輝度調節信号を受け入れて、レギュレータの稼働状態を調節し、稼働電圧の出力値を改変し駆動電流値を改変して、調光効果を実現してもよい。さらに、エネルギー変換素子としては、ＳＥＰＩＣ（Single Ended Primary Inductance Converter，ＳＥＰＩＣ）またはブーストコンバータ（boost converter）が用いられてもよい。
【０００９】
ドライバ回路によって、昇圧された稼働電圧には電圧降下の処理をせず直接に発光ダイオードに出力しているため、使用者が天井灯の取り外しや分解により、高圧電気を帯びる電気回路板に触れて感電するのを避けるため、天井灯は絶縁保護キャップによる機構設計をもってこの問題を解決している。すなわち、天井灯は、ランプシェードと、ヒートシンクと、電気回路板と、絶縁保護キャップと、ランプパネルとを備えており、ランプパネル内部には、ヒートシンク、電気回路板とが順に重ねられて設けられ、電気回路板が絶縁保護キャップに下方から被覆された後に、ランプシェードの内部に封じられている。
【考案の効果】
【００１０】
前述のとおり、本案は、公知の非絶縁型ドライバ回路を天井灯に適用することによって、電源を、一回のみの変換で発光ダイオードに直接提供しており、図３、図４に示すドライバ回路のように、入力電圧を２回または３回変換することによって、ロスが発生し電源変換効率が低下するのを避けることができる。下記表１を参照すると、実際に測定した結果、図３と図４に示すドライバ回路の灯具全体の稼働効率はいずれも７９．１２％であるのに対して、本案を適用した灯具全体の稼働効率は８６％に達していることが分かる。このことから、本案は入力電圧を直接に変換して、電圧降下処理せずに出力する回路構造により、無効電力の確実な軽減効果が証明されている。このほか、二段式フライバックコンバータ１２４の回路構造は単段式フライバックコンバータ１２２より複雑なため、図４に示すドライバ回路の回路コストは図３に示すドライバ回路より高く、バックコンバータ１２３、１２５はそれぞれ制御カードを追設する必要があるため、本案の回路構造の方が明らかに単純で、しかもコストは図３、４に示すドライバ回路より遙かに安く実現できる。このように、本案は公知の回路構造をドライバ回路に使用しているが、もっとも低コストで高効率の特性を有しており、確実に天井灯の経済価値を向上させ、産業発展に寄与できる。
【００１１】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】公知技術の天井灯部品の分解図である。
【図２】公知技術の天井灯による第１のドライバ回路図である。
【図３】公知技術の天井灯による第２のドライバ回路図である。
【図４】公知技術の天井灯による第３のドライバ回路図である。
【図５】本案の好ましい実施例の部品の分解図である。
【図６】本考案の好ましい実施例のブロック図である。
【図７】本考案の好ましい実施例の回路図（その１）である。
【図８】本考案の好ましい実施例の回路図（その２）である。
【考案を実施するための形態】
【００１３】
本案の内容のさらなる理解を図るため、以下にて図面と合わせて説明する。
【実施例】
【００１４】
図５、図６、図７は、本案の好ましい実施例による部品分解図と、ブロック図と、回路図とをそれぞれ示す。これらの図に示すように、天井灯２は、ランプシェード２０と、絶縁保護キャップ２１と、電気回路板２２と、ヒートシンク２３と、ランプパネル２４とを備える。ランプパネル２４の内部には、ヒートシンク２３と電気回路板２２とが順に重ねられて設けられる。電気回路板２２上には、複数のＬＥＤ２２０と、一つのドライバ回路３とが設けてられ、電気回路板２２は、絶縁保護キャップ２１の下部で被覆された後、ランプシェード２０の内部に封じられる。ＬＥＤ２２０は、２つの並列されたＬＥＤ組を有し、各ＬＥＤ組は複数のＬＥＤ光源に直列接続されている。ドライバ回路３は、ＬＥＤ２２０の照明輝度の駆動およびリニア調整に用いられ、主に整流モジュール３０と、変換モジュール３１と、制御モジュール３２とから構成される。整流モジュール３０は、ブリッジ全波整流器を用いて外部電源に接続して（図示せず）、電源の交流電圧を受け入れ、それを整流して入力電圧を形成する。制御モジュール３２は、制御チップ３２０と、チェック用抵抗器３２１と、比較用抵抗器３２２と、レギュレータ３２３とを有する。レギュレータ３２３は、Ｎ型酸化金属半導体電界効果トランジスター（N Type-Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ）である。ドレイン電極がＬＥＤ２２０および比較用抵抗器３２２に、ソース電極がチェック用抵抗器３２１にそれぞれ電気接続されている。制御チップ３２０はＶＩＮ、ＮＣ、ＶＤＤ、ＲＴ、ＣＯＭＰ、ＧＮＤ、ＯＶＰ、ＦＢ、ＣＳ１、ＣＳ２、ＯＵＴ１とＯＵＴ２など６つのピンを有しており、ＶＩＮピンはブリッジ全波整流器の出力端に接続され、ＣＳ２ピンはレギュレータ３２３のソース電極に接続され、ＯＵＴ２ピンはレギュレータ３２３のゲート電極に接続され、ＦＢピンは比較用抵抗器３２２に接続されている。
【００１５】
変換モジュール３１は、エネルギー変換素子３１０と、第１スイッチ３１１と、チェック用抵抗器３１２とを有する。エネルギー変換素３１０は、例えば、ＳＥＰＩＣまたはブーストコンバータであり、第１インダクタ３１００と、第１コンデンサー３１０１とを有する。第１スイッチ３１１はＮ−ＭＯＳＦＥＴである。第１インダクタ３１００の一端は、第１コンデンサー３１０１と、ブリッジ全波整流器の出力端に接続され、他端は、第１スイッチ３１１のドレイン電極と、ＬＥＤ２２０とに電気接続され、かつチェック用抵抗器３１２を介して制御チップ３２０のＣＳ１ピンに接続される。第１スイッチ３１１のゲート電極は、制御チップ３２０のＯＵＴ１に接続される。エネルギー変換素子３１０は、第１スイッチ３１１がオフのときに入力電圧を受け入れて稼働電圧を形成した後、それを直接ＬＥＤ２２０に出力し、ＬＥＤ２２０が稼働電圧を受け入れて駆動電流を形成する。制御チップ３２０は、稼働電圧がチェック用抵抗器３１２の両端に形成する電圧降下をチェックし、チェック用抵抗器３１２両端の電圧降下が設定値より低いときに設定信号を第１スイッチ３１１に出力させ、第１スイッチ３１１をオフして、第１インダクタ３１００によってエネルギー変換した後、稼働電圧を出力する。同時に、制御チップ３２０は、駆動電流が比較用抵抗器３２２の両端に形成する電圧降下をチェックし、比較用抵抗器３２２の両端の電圧降下が比較値より大きいときは、初期化信号を第１スイッチ３１１に出力させ、第１スイッチ３１１を導通することによって、第１インダクタ３１００による稼働電圧の出力を一時中止させ、ＬＥＤ２２０の受け入れる電圧の調節を行う。さらに、制御チップ３２０は、稼働電圧がチェック用抵抗器３２１の両端で形成する電圧降下をチェックし、チェック用抵抗器３２１の両端の電圧降下が基準値より大きいときに調節信号をレギュレータ３２３に出力させ、稼働電圧の出力周波数を調節することによって、定電流および一定パワーの駆動モードを実現する。
【００１６】
さらに、制御モジュール３２は、例えば図８に示すように、輝度コントローラー３２４を有してもよい。輝度コントローラー３２は、制御チップ３２０のＯＵＴ２ピンと比較用抵抗器３２２との間、及び、ＯＵＴ２ピンとレギュレータ３２３のゲート電極との間に接続され、外部の調光信号を受信した後に、制御チップ３２０がＯＵＴ２ピンより出力する信号を調節し、調光信号に基づき、レギュレータ３２３の稼働状態を調節し、稼働電圧の出力値を改変させる。これにより、駆動電流を調節でき、リニア調光の効果を実現できる。さらに、ドライバ回路３には、変換モジュール３１と発光ダイオード２２０との間に、電波濾過用フィルタ３３０とフィルタコンデンサー３３１とを追設することができる。電波濾過用ダイオード３３０の陽極は第１インダクタ３１００に接続され、陰極は発光ダイオード２２０とフィルタコンデンサー３３１に接続され、フィルタコンデンサー３３１はチェック用抵抗器３１２と直列接続される。そして、ドライバ回路３は、電波濾過用ダイオード３３０によって稼働電圧を濾過した後、フィルタコンデンサー３３１の充放電効果を利用して、稼働電圧の波形の順応性と安定性を向上させる。
【００１７】
本実施例において、入力電圧が２２０Ｖｒｍｓのとき、実測した稼働電圧は１０８Ｖ、ＬＥＤ組の駆動電流は２７５ｍＡであった。このとき、駆動電流は１８％のＴＨＤを有しており、しかもドライバ回路３の電気変換効率は８６％、ＰＦは０．９６６であった。出力された稼働電圧は、変換モジュール３１によって変換調節された後、第２段の電気変化を実行されない。よって、パワーロスの問題はなく、天井灯２全体の稼働効率を測定した結果は、８６％であった。
【符号の説明】
【００１８】
（公知技術）
１        天井灯
１０      ランプパネル
１１      ヒートシンク
１２      電気回路板
１２０    発光ダイオード
１２１    フライバックコンバータ
１２２    単段式フライバックコンバータ
１２２０、１２４０    変圧器
１２２１  ブリッジ整流器
１２２２、１２４２    ＦＰＣ ＩＣ
１２２３、１２４４    ＤＣ／ＤＣ ＩＣ
１２２４  フォトカプラ
１２３、１２５    バックコンバータ
１２３０、１２５０    出力インダクタ
１２４    ２段式フライバックコンバータ
１２４１  入力インダクタ
１２４３  第１スイッチ
１２４５  第２スイッチ
１３      反射キャップ
１４      ランプシェード
（本案）
２        天井灯
２０      ランプシェード
２１      絶縁保護キャップ
２２      電気回路板
２２０    発光ダイオード
２３      ヒートシンク
２４      ランプパネル
３        ドライバ回路
３０      整流モジュール
３１      変換モジュール
３１０    エネルギー変換素子
３１００  第１インダクタ
３１０１  第１コンデンサー
３１１    第１スイッチ
３１２    チェック用抵抗器
３２      制御モジュール
３２０    制御チップ
３２１    チェック用抵抗器
３２２    比較用抵抗器
３２３    レギュレータ
３２４    輝度コントローラー
３３０    電波濾過用ダイオード
３３１    フィルタコンデンサー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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