(57)【要約】【課題】発光ダイオードを位相制御された交流電流に応じて調光点灯させることができ、さらに、発光ダイオードがハロゲンランプのような白熱ランプと同様な調光をすることのできるＬＥＤ点灯装置およびＬＥＤ標識灯を提供する。【解決手段】ＬＥＤ点灯装置１５は、実効値検出回路５により検出された全波整流回路３の入力電流の実効値に応じて予め設定された発光ダイオード７に流れる目標電流を出力する関数回路１６と、ＬＥＤ電流検出回路４により検出された発光ダイオード７に流れる電流が関数回路１６より出力された目標電流となるようにチョッパ回路６の主スイッチ素子ＦＥＴ１のスイッチング動作を制御する制御回路１７を具備する。【選択図】図４
2004335128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードと；
位相制御された定電流源より交流電流が入力され、直流電圧を出力する全波整流回路と；
全波整流回路の出力側に設けられ、主スイッチ素子のスイッチング動作により全波整流回路から出力された直流電圧を所定の電圧に変換して発光ダイオードに供給するチョッパ回路と；
発光ダイオードに流れる電流を検出するＬＥＤ電流検出回路と；
全波整流回路の入力電流の実効値を実質的に検出する実効値検出回路と；
ＬＥＤ電流検出回路により検出された発光ダイオードに流れる電流が実効値検出回路により検出された前記実効値に応じた電流値となるようにチョッパ回路の主スイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御回路と；
を具備していることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
【請求項２】
発光ダイオードと；
位相制御された定電流源より交流電流が入力され、直流電圧を出力する全波整流回路と；
全波整流回路の出力側に設けられ、主スイッチ素子のスイッチング動作により全波整流回路から出力された直流電圧を所定の電圧に変換して発光ダイオードに供給するチョッパ回路と；
発光ダイオードに流れる電流を検出するＬＥＤ電流検出回路と；
全波整流回路の入力電流の実効値を実質的に検出する実効値検出回路と；
実効値検出回路により検出された前記実効値に応じて予め設定された発光ダイオードに流れる目標電流を出力する関数回路と；
ＬＥＤ電流検出回路により検出された発光ダイオードに流れる電流が関数回路より出力された目標電流となるようにチョッパ回路の主スイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御回路と；
を具備していることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
【請求項３】
制御回路は、ＬＥＤ電流検出回路により検出された発光ダイオードに流れる電流が実効値検出回路により検出された前記実効値に応じた電流値または関数回路より出力された目標電流を下回るときに、チョッパ回路の主スイッチ素子のオンデューティ比を小さくするようにして、同じく上回るときに、チョッパ回路の主スイッチ素子のオンデューティ比を大きくするようにして主スイッチ素子のスイッチング動作を制御することを特徴とする請求項１または２記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項４】
全波整流回路は、入力される交流電圧に対して出力される直流電圧が大きくなるように形成され、チョッパ回路は、入力電圧に対して出力電圧が大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項５】
全波整流回路およびチョッパ回路の間に過電圧保護回路を介挿していることを特徴とする請求項１ないし４いずれか一記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項６】
請求項１ないし５いずれか一記載のＬＥＤ点灯装置と；
このＬＥＤ点灯装置を配設している標識灯本体と；
を具備していることを特徴とするＬＥＤ標識灯。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオードを調光点灯させるＬＥＤ点灯装置およびＬＥＤ標識灯に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、航空標識灯は、定電流源より交流電流が供給されて、光源が点灯されている。従来、航空標識灯は、光源としてハロゲンランプが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。そして、当該ハロゲンランプは、位相制御された交流電流に応じて光出力が調整されるようにしている。
【０００３】
近年、消費電力が低く、長寿命であることや色光の選択ができることなどの理由により、光源として発光ダイオードを用いた航空標識灯が用いられている（例えば、特許文献２参照。）。ところで、発光ダイオードの調光をＰＷＭ調光信号のデューティ比に応じた電圧に応じて行えるようにしたＬＥＤ点灯装置が提供されている（例えば、特許文献３参照。）。しかしながら、航空標識灯においては、位相制御により負荷に流れる電流が一定となるように制御された電源装置（定電流源）から電流を供給して、発光ダイオードの調光を行えるようにすることが一般的である。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２２４５０９号公報（第４頁、第５図）
【０００５】
【特許文献２】特開２００２−５０２０３号公報（第６頁、第１図）
【０００６】
【特許文献３】特開２００２−２３１４７１号公報（第３頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】発光ダイオードの調光を定電流源から供給される位相制御された交流電流により行えるようにしたＬＥＤ点灯装置の具体的な構成は開示されていない。
【０００８】
また、ハロゲンランプを調光する場合と同一の制御方法で発光ダイオードの調光制御をすると、発光ダイオードおよびハロゲンランプのそれぞれの調光曲線は異なるので、ハロゲンランプの航空標識灯を発光ダイオードの航空標識灯に交換したときに、あるいはハロゲンランプおよび発光ダイオードのそれぞれの航空標識灯を混在させたときに、調光時に出射される光量変化による航空標識灯の明るさの違いが航空標識灯としての機能を損なわせるおそれがあるという問題点がある。
【０００９】
本発明は、発光ダイオードを位相制御された交流電流に応じて調光点灯させることができ、さらに、発光ダイオードがハロゲンランプのような白熱ランプと同様な調光をすることのできるＬＥＤ点灯装置およびＬＥＤ標識灯を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置の発明は、発光ダイオードと；位相制御された定電流源から交流電流が入力され、直流電圧を出力する全波整流回路と；全波整流回路の出力側に設けられ、主スイッチ素子のスイッチング動作により全波整流回路から出力された直流電圧を所定の電圧に変換して発光ダイオードに供給するチョッパ回路と；発光ダイオードに流れる電流を検出するＬＥＤ電流検出回路と；全波整流回路の入力電流の実効値を実質的に検出する実効値検出回路と；ＬＥＤ電流検出回路により検出された発光ダイオードに流れる電流が実効値検出回路により検出された前記実効値に応じた電流値となるようにチョッパ回路の主スイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御回路と；を具備していることを特徴とする。
【００１１】
本発明および以下の各発明において、特に言及しない限り、各構成は以下による。
【００１２】
発光ダイオードは、１個であってもよく、複数個であってもよい。複数個のとき、直列接続または直並列接続のいずれであってもよい。
【００１３】
ＬＥＤ点灯装置は、定電流源から位相制御された交流電流が入力されてもよく、定電流源からの交流電流を外部からの制御信号により位相制御するように構成されていてもよい。また、位相制御された交流電流を入力するとは、位相制御されていない交流電流が入力されることを包含する。
【００１４】
チョッパ回路は、入力した直流電圧を昇圧または降圧して所定の電圧に変換し、この電圧を発光ダイオードの両端間に印加するように構成されている。
【００１５】
実効値検出回路は、実質的に全波整流回路の入力電流に応じた実効値を検出することができればよく、その接続箇所、検出手段が限定されるものではない。例えば、全波整流回路がダイオードブリッジで構成されているとき、出力電流を検出するようにしてもよい。
【００１６】
本発明によれば、ＬＥＤ電流検出回路により検出された発光ダイオードに流れる電流が実効値検出回路により検出された全波整流回路の入力直流の実効値に応じた電流値となるようにチョッパ回路の主スイッチ素子のスイッチング動作が制御されるので、全波整流回路に入力される位相制御された交流電流に応じて、発光ダイオードが調光点灯される。
【００１７】
請求項２に記載のＬＥＤ点灯装置の発明は、発光ダイオードと；位相制御された定電流源から交流電流が入力され、直流電圧を出力する全波整流回路と；全波整流回路の出力側に設けられ、主スイッチ素子のスイッチング動作により全波整流回路から出力された直流電圧を所定の電圧に変換して発光ダイオードに供給するチョッパ回路と；発光ダイオードに流れる電流を検出するＬＥＤ電流検出回路と；全波整流回路の入力電流の実効値を実質的に検出する実効値検出回路と；実効値検出回路により検出された前記実効値に応じて予め設定された発光ダイオードに流れる目標電流を出力する関数回路と；ＬＥＤ電流検出回路により検出された発光ダイオードに流れる電流が関数回路より出力された目標電流となるようにチョッパ回路の主スイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御回路と；を具備していることを特徴とする。
【００１８】
関数回路は、発光ダイオードに対する調光曲線が白熱ランプなどの他の光源の調光曲線と略同一となるように、全波整流回路の入力電流の実効値を発光ダイオードに流れる目標電流に変換させるように構成されている。
【００１９】
発光ダイオードが例えば白熱ランプの調光曲線のように調光されると、発光ダイオードおよび白熱ランプを混在して使用したときに、明るさの変化が略同一となるので、調光における明るさの違いが抑制され、例えばＬＥＤ標識灯としての機能が損なわれることが防止される。
【００２０】
本発明によれば、ＬＥＤ電流検出回路により検出された発光ダイオードに流れる電流が関数回路より出力された全波整流回路の入力電流の実効値に応じて予め設定された発光ダイオードに流れる目標電流となるようにチョッパ回路の主スイッチ素子のスイッチング動作が制御されるので、全波整流回路に入力される位相制御された交流電流に応じて、例えば白熱ランプの調光曲線と同様に、発光ダイオードが調光点灯される。
【００２１】
請求項３に記載のＬＥＤ点灯装置の発明は、請求項１または２記載のＬＥＤ点灯装置において、制御回路は、ＬＥＤ電流検出回路により検出された発光ダイオードに流れる電流が実効値検出回路により検出された前記実効値に応じた電流値または関数回路より出力された目標電流を下回るときに、チョッパ回路の主スイッチ素子のオンデューティ比を小さくするようにして、同じく上回るときに、チョッパ回路の主スイッチ素子のオンデューティ比を大きくするようにして主スイッチ素子のスイッチング動作を制御することを特徴とする。
【００２２】
発光ダイオードは、一定の負荷であるので、発光ダイオードに流れる電流が実効値検出回路により検出された前記実効値に応じた電流値または関数回路より出力された目標電流を下回っているときは、発光ダイオードにおける電力が不足している状態である。また、全波整流回路には、定電流源から位相制御された定電流が供給されているので、チョッパ回路の主スイッチ素子のオンデューティ比を小さくしてチョッパ回路の入力インピーダンスを高インピーダンスにすることにより、チョッパ回路から発光ダイオードに供給される電力が上昇する。すなわち、発光ダイオードに流れる電流が多くなる。
【００２３】
逆に、発光ダイオードに流れる電流が実効値検出回路により検出された前記実効値に応じた電流値または関数回路より出力された目標電流を上回っているときは、発光ダイオードにおける電力が過剰の状態であるので、チョッパ回路の主スイッチ素子のオンデューティ比を大きくしてチョッパ回路の入力インピーダンスを低インピーダンスにすることにより、チョッパ回路から発光ダイオードに供給される電力が低下し、発光ダイオードに流れる電流が減少する。
【００２４】
チョッパ回路は、主スイッチ素子のオンデューティ比が小さいときに高インピーダンスとなり、主スイッチ素子のオンデューティ比が大きいときに低インピーダンスとなっている。
【００２５】
本発明によれば、ＬＥＤ電流検出回路により検出された発光ダイオードに流れる電流が実効値検出回路により検出された実効値に応じた電流値または関数回路より出力された目標電流を下回るときに、制御回路が主スイッチ素子のオンデューティ比を小さくすることにより、チョッパ回路から発光ダイオードに供給される電力が増加され、発光ダイオードに流れる電流が増加する。そして、発光ダイオードに流れる電流は、前記実効値に応じた電流値または前記目標電流に近づき、やがて略一致するようになる。同じく上回るときに、制御回路が主スイッチ素子のオンデューティ比を大きくすることにより、チョッパ回路から発光ダイオードに供給される電力が低下され、発光ダイオードに流れる電流が減少する。そして、発光ダイオードに流れる電流は、前記実効値に応じた電流値または前記目標電流に近づき、やがて略一致するようになる。
【００２６】
請求項４に記載のＬＥＤ点灯装置の発明は、請求項１ないし３いずれか一記載のＬＥＤ点灯装置において、全波整流回路は、入力される交流電圧に対して出力される直流電圧が大きくなるように形成され、チョッパ回路は、入力電圧に対して出力電圧が大きくなるように形成されていることを特徴とする。
【００２７】
発光ダイオードの順方向電圧は、通常、１．５Ｖ〜４Ｖ程度である。また、定電流源から供給される電流は、通常、負荷などの消費電力に係わらず、定格電流が決まっている。例えば、空港設備では、定格６．６Ａである。仮に、航空標識灯の消費電力が１０Ｗであると仮定すると、入力電圧は、１０Ｗ÷６．６Ａ＝１．５１Ｖとなる。この値は、発光ダイオード１個の順方向電圧よりも低いため、昇圧しないと、発光ダイオードは点灯させることができない。また、チョッパ回路は、低圧大電流（例えば、２Ｖ×５Ａ）よりも高圧小電流の変換の方がより効率が高い。したがって、全波整流回路は、昇圧作用の回路方式、例えば倍電圧整流回路が有利である。
【００２８】
そして、発光ダイオードの電力容量は、通常、０．０５Ｗ〜１Ｗ程度であるので、複数個が直列接続または直並列接続されて使用されることになる。ここで、チョッパ回路の効率を考慮した場合、昇圧比が過大とならない範囲の出力電圧となるように複数個の発光ダイオードを直並列接続することが有利である。
【００２９】
本発明によれば、昇圧作用のある全波整流回路およびチョッパ回路を具備するので、発光ダイオードが点灯されると共に、変換効率の高いＬＥＤ点灯装置が提供される。
【００３０】
請求項５に記載のＬＥＤ点灯装置の発明は、請求項１ないし４いずれか一記載のＬＥＤ点灯装置において、全波整流回路およびチョッパ回路の間に過電圧保護回路を介挿していることを特徴とする。
【００３１】
本発明によれば、サージなどにより高電圧が発生すると、過電圧保護回路が動作し、チョッパ回路および発光ダイオードに高電圧が印加されず、チョッパ回路の部品および発光ダイオードの破壊が防止され、安全が確保される。また、部品間の絶縁距離が小さくできるので、ＬＥＤ点灯装置の小形化が可能である。
【００３２】
請求項６に記載のＬＥＤ標識灯の発明は、請求項１ないし５いずれか一記載のＬＥＤ点灯装置と；このＬＥＤ点灯装置を配設している標識灯本体と；を具備していることを特徴とする。
【００３３】
ＬＥＤ標識灯は、埋込形および地上形のいずれであってもよい。また、空港用、道路用など多用な用途のいずれであってもよい。
【００３４】
本発明によれば、位相制御された交流電流により発光ダイオードが調光点灯され、さらに、例えばハロゲンランプなどの白熱ランプの調光曲線と同様に調光させることのできるＬＥＤ標識灯が提供される。
【００３５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００３６】
図１は、本発明の第１の実施形態を示すＬＥＤ点灯装置の回路図である。ＬＥＤ点灯装置１は、ＬＥＤ負荷２、全波整流回路３、ＬＥＤ電流検出回路４、実効値検出回路５、チョッパ回路６および制御回路１３を有して構成されている。
【００３７】
ＬＥＤ負荷２は、複数個の発光ダイオード（ＬＥＤ）７を直列接続して形成されている。そして、ＬＥＤ負荷２は、０（ｍＡ）から予め設定された最大負荷電流Ｉｍａｘ（ｍＡ）の範囲で電流が供給される。ここで、ＬＥＤ負荷２は、０（ｍＡ）のときに消灯（０％）状態であり、最大負荷電流Ｉｍａｘ（ｍＡ）のときに全光（１００％）状態であり、０（ｍＡ）を超え最大負荷電流Ｉｍａｘ（ｍＡ）未満のときに調光状態であり、ＬＥＤ負荷２に流れる電流（負荷電流）により調光レベルが変化する。
【００３８】
全波整流回路３は、ＬＥＤ点灯装置１の入力端子８，８に接続され、ダイオードＤ１，Ｄ２およびコンデンサＣ１，Ｃ２を有するコンデンサインプット形倍電圧全波整流回路に形成されている。入力端子８，８を介して、定電流源９より位相制御された交流電流が全波整流回路３に入力され、全波整流回路３は、当該交流電流を整流平滑して直流電圧を出力する。全波整流回路３は、入力される交流電圧の実効値よりも大きい直流電圧を出力する。
【００３９】
定電流源９は、交流電圧源Ｖｓおよび位相制御装置１０を有して構成されている。そして、交流電圧源Ｖｓから供給される交流電流が位相制御装置１０により位相制御されている。位相制御装置１０は、例えば位相制御素子としてのトライアックＴＲ１を有して構成され、このトライアックＴＲ１は、定電流源９の出力電流を検出するカレントトランス（図示しない。）の出力信号に応じた制御信号がゲートに印加されている。すなわち、位相制御装置１０は、定電流源９の出力電流をフィードバックして、定電流源９から出力される位相制御された交流電流が一定となるように制御している。また、位相制御装置１０は、外部信号に応じてトライアックＴＲ１の導通角を制御し、定電流源９から出力される位相制御された交流電流を調整するように形成されている。
【００４０】
ＬＥＤ電流検出回路４は、ＬＥＤ負荷２に流れる電流を検出するものであり、抵抗Ｒ１により形成されている。抵抗Ｒ１に流れる電流は、電圧信号に変換されて、誤差増幅器１１の反転入力端子に入力されている。
【００４１】
実効値検出回路５は、カレントトランスＣＴ１により検出した全波整流回路３の入力電流の実効値を演算するように形成されている。そして、この演算した実効値は、誤差増幅器１１の非反転入力端子に出力されている。ここで、当該実効値は、０（Ｖ）から予め設定された実効値最大電圧Ｖｍａｘ（Ｖ）（例えば、１Ｖ）の範囲で変化する。０（Ｖ）は、定電流源９から供給される交流電流が０（ｍＡ）の状態であり、実効値最大電圧Ｖｍａｘ（Ｖ）は、定電流源９から例えば正弦波交流電流が入力されている状態である。
【００４２】
誤差増幅器１１は、実効値検出回路５により検出された全波整流回路３の入力電流の実効値とＬＥＤ電流検出回路４により検出されたＬＥＤ負荷２に流れる電流を比較して、その誤差分をＰＷＭ回路１２に出力する。
【００４３】
そして、実効値検出回路５から出力される前記実効値は、図２に示すように、比例的にＬＥＤ負荷２に流れる負荷電流（目標電流）に相関されている。すなわち、後述のチョッパ回路６の動作により、当該実効値が０（Ｖ）のときにＬＥＤ負荷２に流れる電流は０（ｍＡ）、実効値最大電圧Ｖｍａｘ（Ｖ）のときにＬＥＤ負荷２に流れる電流は負荷最大電流Ｉｍａｘ（ｍＡ）とされる。
【００４４】
チョッパ回路６は、全波整流回路３の出力側に設けられている。すなわち、チョッパ回路６は、インダクタＬ１および主スイッチ素子としての電界効果トランジスタＦＥＴ１の直列回路が全波整流回路３の出力側に接続され、ダイオードＤ３およびコンデンサＣ３の直列回路が電界効果トランジスタＦＥＴ１に並列的に接続されている。そして、コンデンサＣ３の両端がＬＥＤ負荷２およびＬＥＤ電流検出回路４（抵抗Ｒ１）の直列回路に接続され、電界効果トランジスタＦＥＴ１のソース側がアースＥに接続されている。
【００４５】
そして、電界効果トランジスタＦＥＴ１のゲートは、ＰＷＭ回路１２に接続されている。ＰＷＭ回路１２は、演算生成回路および駆動回路（共に図示しない。）を有して構成されている。演算生成回路は、誤差増幅器１１から出力された前記誤差分に基づいて電界効果トランジスタＦＥＴ１のオンデューティ比の演算を行い、駆動回路は、オンデューティ比に基づいて電界効果トランジスタＦＥＴ１のスイッチング動作を行う。
【００４６】
チョッパ回路６において、ＰＷＭ回路１２により電界効果トランジスタＦＥＴ１がオンされると、全波整流回路３の出力側に接続されているインダクタＬ１には、全波整流回路３からの電流により電磁エネルギーが蓄積される。次に、電界効果トランジスタＦＥＴ１がオフされると、全波整流回路３から出力された直流電圧にインダクタＬ１の両端電圧が重畳されて、ダイオードＤ３を介してコンデンサＣ３の両端間に印加され、コンデンサＣ３を充電する。これにより、コンデンサＣ３の両端間にチョッパ回路６の入力電圧よりも高い出力電圧が発生する。チョッパ回路６は、全波整流回路３から出力された直流電圧を所定の電圧に昇圧（変換）して、ＬＥＤ負荷２に供給する。すなわち、入力電圧に対して出力電圧が大きくなるように形成されている。
【００４７】
チョッパ回路６により、全波整流回路３から出力された直流電圧が昇圧されることにより、１個あたりの順方向電圧が１．５Ｖ〜４Ｖ程度である発光ダイオード７を複数個直列接続しているＬＥＤ負荷２が点灯可能となっている。そして、チョッパ回路６の入力電圧は、倍電圧全波整流回路に構成された全波整流回路３からの出力電圧（直流電圧）である。全波整流回路３は、入力電圧のほぼ２倍の大きさの直流電圧を出力するので、チョッパ回路６の入力電圧に対する出力電圧の昇圧比は小さくなっている。このように、ＬＥＤ点灯装置１の入力端子８，８に入力される位相制御された交流電圧を全波整流回路３およびチョッパ回路６で昇圧することにより、入力される交流電圧をＬＥＤ負荷２の両端間に印加する電圧に変換する効率を良好なものとしている。
【００４８】
また、チョッパ回路６は、電界効果トランジスタＦＥＴ１のオンデューティ比が小さいとき入力インピーダンスが高インピーダンスになり、オンデューティ比が大きいとき入力インピーダンスが低インピーダンスになっている。
【００４９】
そして、ＰＷＭ回路１２の演算生成回路は、誤差増幅器１１において、ＬＥＤ電流検出回路４が検出したＬＥＤ負荷２に流れる電流が実効値検出回路５により検出された全波整流回路３の入力電流の実効値に応じた電流値を下回っているときに、電界効果トランジスタＦＥＴ１のオンデューティ比を小さくするように形成されている。この状態では、ＬＥＤ負荷２の両端間に供給（印加）される電圧（チョッパ回路６のコンデンサＣ３の両端電圧）を上昇させて、ＬＥＤ負荷２に流れる電流を増加させる必要がある。すなわち、ＬＥＤ負荷２における電力を増加させる必要がある。
【００５０】
全波整流回路３の入力側には、定電流源９から定電流（位相制御された一定の交流電流）が供給されているので、チョッパ回路６の入力側には、全波整流回路３から定電流（直流電流）が供給される。したがって、チョッパ回路６の入力インピーダンスが高インピーダンスになると、チョッパ回路６から出力される電力が増加して、ＬＥＤ負荷２に供給される。これにより、ＬＥＤ負荷２の電力が増加し、ＬＥＤ負荷２に流れる電流を増加して、実効値検出回路５により検出された前記実効値に応じた電流値に近づくようになる。
【００５１】
また、ＰＷＭ回路１２の演算生成回路は、誤差増幅器１１において、ＬＥＤ電流検出回路４が検出したＬＥＤ負荷２に流れる電流が実効値検出回路５により検出された前記実効値に応じた電流値を上回っているときに、電界効果トランジスタＦＥＴ１のオンデューティ比を大きくするように形成されている。この状態では、ＬＥＤ負荷２の両端間に供給（印加）される電圧を減少させて、ＬＥＤ負荷２に流れる電流を減少させる必要がある。すなわち、ＬＥＤ負荷２における電力を低下させる必要がある。
【００５２】
そして、チョッパ回路６の入力インピーダンスが低インピーダンスになると、チョッパ回路６から出力される電力が低下し、ＬＥＤ負荷２の電力が低下して、ＬＥＤ負荷２に流れる電流が減少する。これにより、ＬＥＤ負荷２に流れる電流は、実効値検出回路５により検出された前記実効値に応じた電流値に近づくようになる。
【００５３】
上述したように、ＰＷＭ回路１２は、誤差増幅器１１から出力される誤差分に応じて電界効果トランジスタＦＥＴ１のオンデューティ比が小さくまたは大きくなるように演算生成する。これにより、ＬＥＤ負荷２に流れる電流が実効値検出回路５により検出された前記実効値に応じた電流値に近づき、やがて当該電流値になる。なお、カレントトランスＣＴ１、実効値検出回路５、誤差増幅器１１およびＰＷＭ回路１２は、制御回路１３を構成している。
【００５４】
そして、全波整流回路３およびチョッパ回路６の間に、過電圧保護回路１４が設けられている。過電圧保護回路１４は、全波整流回路３の出力側にそれぞれ並列的に接続された抵抗Ｒ２およびサイリスタＳＣＲ１の直列回路と、ツェナーダイオードＺＤ１および抵抗Ｒ３の直列回路を有してなり、サイリスタＳＣＲ１のカソード、ゲート間に抵抗Ｒ３が接続されている。
【００５５】
過電圧保護回路１４は、例えばＬＥＤ点灯装置１の入力端子８，８にサージが入力して、全波整流回路３の出力側に所定の高電圧が発生すると、ツェナーダイオードＺＤ１が導通して、抵抗Ｒ３に全波整流回路３からの電流が流れる。この結果、抵抗Ｒ３の両端間に電圧が発生して、サイリスタＳＣＲ１のカソード、ゲート間に印加され、サイリスタＳＣＲ１が導通する。サイリスタＳＣＲ１が導通すると、全波整流回路３の出力側から抵抗Ｒ２に電流が流れるので、全波整流回路３の出力側に発生した高電圧は、チョッパ回路６の各部品やＬＥＤ負荷２の発光ダイオード７に印加されなくなり、これらが高電圧から保護される。
【００５６】
また、チョッパ回路６から電源側を見た場合、定常的には、定電流源９から電流が供給されている状態である。これに対して、過渡的には、全波整流回路３に平滑コンデンサＣ１，Ｃ２を有するので、電圧源から電力供給を受ける状態である。そして、チョッパ回路６の電界効果トランジスタＦＥＴ１のオンデューティ比の制御の方向性（大小）は、上述したように、電流源に対応するように設定されているので、明るさ設定の変更（入力電流の変化）の過渡時には、一時的に所望の制御状態から外れることがある。この場合、入出力エネルギーの収支がアンバランスとなり、全波整流回路３の整流出力が過電圧となる。ここで、過渡的な過電圧に耐えるように電界効果トランジスタＦＥＴ１やその他の部品の選定を行うと、大形、高価になるとともに、変換効率を高くすることも困難となる。したがって、過電圧保護回路１４により、耐圧の低い部品の使用が可能となり、小形、安価であり、高効率のＬＥＤ点灯装置１が実現される。
【００５７】
次に、本発明の第１の実施形態の作用について述べる。
【００５８】
ＬＥＤ点灯装置１の入力端子８，８を介して全波整流回路３の入力側に流れる位相制御された交流電流は、カレントトランスＣＴ１により検出され、実効値検出回路５により実効値に変換されて誤差増幅器１１の非反転入力端子に入力される。当該実効値は、図２に示すように、ＬＥＤ負荷２に流れる負荷電流（目標電流）に相関されている。
【００５９】
一方、誤差増幅器１１の反転入力端子には、ＬＥＤ電流検出回路４により検出されたＬＥＤ負荷２に流れている電流が抵抗Ｒ１の両端電圧に変換されて入力される。そして、ＰＷＭ回路１２は、誤差増幅器１１の非反転入力端子および反転入力端子にそれぞれ入力された実効値検出回路５より出力された前記実効値およびＬＥＤ電流検出回路４より入力された抵抗Ｒ１の両端電圧の誤差分に応じて、チョッパ回路６の電界効果トランジスタＦＥＴ１のオンデューティ比を小さくまたは大きくする。これにより、チョッパ回路６からＬＥＤ負荷２に供給される電力が調整され、ＬＥＤ負荷２に流れる電流が調整されて実効値検出回路５より出力された前記実効値に応じた負荷電流（目標電流）が流れるようになる。
【００６０】
そして、定電流源９から位相制御された交流電流が入力端子８，８に入力されることにより、実効値検出回路５より出力される前記実効値が０（Ｖ）〜実効値最大電圧Ｖｍａｘ（Ｖ）の範囲で変化し、ＬＥＤ負荷２に流れる負荷電流が０（ｍＡ）〜Ｉｍａｘ（ｍＡ）の範囲で変化する。そして、ＬＥＤ負荷２に流れる負荷電流に応じて、発光ダイオード７から出力される光量が変化する。すなわち、負荷電流０（ｍＡ）〜Ｉｍａｘ（ｍＡ）の変化に対して、図３に示すように、ＬＥＤ負荷２の光出力（調光レベル）が０％〜１００％の変化をする。ＬＥＤ負荷２の光出力（調光レベル）は、負荷電流に略比例している。
【００６１】
ＬＥＤ点灯装置１は、上述したように、定電流源９からの位相制御された交流電流に応じて、ＬＥＤ負荷２に流れる負荷電流が予め設定された０（ｍＡ）〜Ｉｍａｘ（ｍＡ）の範囲で制御され、ＬＥＤ負荷２が０％〜１００％の光出力（調光レベル）の範囲で点灯される。
【００６２】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００６３】
図４は、本発明の第２の実施形態を示すＬＥＤ点灯装置の回路図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００６４】
図４に示すＬＥＤ点灯装置１５は、図１に示すＬＥＤ点灯装置１において、実効値検出回路５および誤差増幅器１１の非反転入力端子の間に関数回路１６を設けたものである。そして、カレントトランスＣＴ１、実効値検出回路５、誤差増幅器１１、ＰＷＭ回路１２および関数回路１６により、チョッパ回路６の電界効果トランジスタＦＥＴ１のスイッチング動作を制御する制御回路１７が構成されている。
【００６５】
関数回路１６は、実効値検出回路５から出力された実効値に応じて予め設定されたＬＥＤ負荷２に流れる負荷電流（目標電流）を誤差増幅器１１の非反転入力端子に出力するように構成されている。
【００６６】
図５は、白熱ランプ例えばハロゲンランプの給電端子間に印加される入力電圧すなわち位相制御された交流電圧の実効値に対する光出力（調光レベル）の変化を示している。白熱ランプは、図３に示すＬＥＤ負荷２の調光曲線と異なる調光曲線を有している。
【００６７】
図６は、図３に示すＬＥＤ負荷２の調光曲線Ａを白熱ランプと同様な調光曲線Ｂとなるように変化させる変化図である。調光曲線Ｂは、調光曲線Ａと同様に、ＬＥＤ負荷２に流れる負荷電流が０（ｍＡ）〜最大負荷電流Ｉｍａｘ（ｍＡ）の範囲で変化すると、ＬＥＤ負荷２の光出力（調光レベル）が０（％）〜１００（％）の範囲で変化するように予め設定されている。
【００６８】
そして、最大負荷電流Ｉｍａｘの９０％の負荷電流が流れるときの調光曲線Ｂの光出力（調光レベル）と同等の調光曲線Ａにおける負荷電流は、最大負荷電流Ｉｍａｘの３５％である。また、最大負荷電流Ｉｍａｘの７５％の負荷電流が流れるときの調光曲線Ｂの光出力（調光レベル）と同等の調光曲線Ａにおける負荷電流は、最大負荷電流Ｉｍａｘの１７％である。また、最大負荷電流Ｉｍａｘの５０％の負荷電流が流れるときの調光曲線Ｂの光出力（調光レベル）と同等の調光曲線Ａにおける負荷電流は、最大負荷電流Ｉｍａｘの５％である。すなわち、ＬＥＤ負荷２に流れる負荷電流に対して、最大負荷電流Ｉｍａｘの９０％を３５％に、７５％を１７％に、５０％を５％に変換することにより、ＬＥＤ負荷２の調光は、調光曲線Ａから調光曲線Ｂに変化される。
【００６９】
そして、ＬＥＤ負荷２に流れる負荷電流（目標電流）は、図２に示すように、実効値検出回路５から出力された実効値に対して正比例しているので、実効値検出回路５から出力された実効値に対して、実効値最大電圧Ｖｍａｘの９０％を３５％に、７５％を１７％に、５０％を５％に変換することにより、ＬＥＤ負荷２の調光は、調光曲線Ａから調光曲線Ｂに変化される。
【００７０】
関数回路１６は、上述のようにして、ＬＥＤ負荷２が白熱ランプのような調光曲線Ｂにしたがい調光されるように、実効値検出回路５から出力された実効値に対するＬＥＤ負荷２に流れる負荷電流（目標電流）が予め設定されている。そして、関数回路１６からＬＥＤ負荷２に流れる目標電流に相関した電圧（目標電圧）が誤差増幅器１１の非反転入力端子に出力される。
【００７１】
そして、誤差増幅器１１は、関数回路１６から出力された目標電圧とＬＥＤ電流検出回路４から出力された抵抗Ｒ１の両端電圧の誤差分をＰＷＭ回路１２に出力する。ＰＷＭ回路１２は、誤差増幅器１１から出力された誤差分に応じて、チョッパ回路６の電界効果トランジスタＦＥＴ１のオンデューティ比を小さくまたは大きくする。これにより、チョッパ回路６からＬＥＤ負荷２に供給される電力が調整され、ＬＥＤ負荷２に流れる電流が調整されて関数回路１６から出力された目標電流が流れるようになる。そして、定電流源９から供給される位相制御された交流電流の実効値に応じて、ＬＥＤ負荷２は、白熱ランプと同様な調光が行える。
【００７２】
なお、図６に示す調光曲線Ｂは、白熱ランプの調光曲線に限らず、所望の調光曲線に形成可能である。これにより、ＬＥＤ負荷２の調光が多様化される。
【００７３】
また、第１および第２の実施形態において、実効値検出回路５は、入力電流を二乗平均する二乗平均検出回路であってもよい。
【００７４】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００７５】
図７〜図８は、本発明の第３の実施形態を示し、図７はＬＥＤ航空標識灯の概略断面図、図８はＬＥＤ航空標識灯への概略配線図である。なお、図４と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００７６】
ＬＥＤ標識灯としてのＬＥＤ航空標識灯１８は、図７に示すように、埋込形のＬＥＤ航空標識灯であり、発光ダイオードユニット１９および標識灯本体２０を有している。
【００７７】
発光ダイオードユニット１９は、四角形状の基板２１の表面に直列接続された複数個の発光ダイオード７を配列して発光面２２を形成している。発光ダイオード７は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の発光色が必要に応じて選択されている。また、発光ダイオードユニット１９は、基板２１の背面側にユニット本体２３が設けられ、このユニット本体２３内にＬＥＤ用点灯装置（図示しない。）などが配設されている。ＬＥＤ用点灯装置は、図４に示すＬＥＤ点灯装置１５において、ＬＥＤ負荷２以外の構成である。
【００７８】
そして、発光ダイオードユニット１９は、ユニット本体２３からコネクタ２４付きの配線コード２５を導出している。この配線コード２５を介して位相制御された交流電流がＬＥＤ点灯装置１５の入力端子８，８に供給される。
【００７９】
標識灯本体２０は、空港の滑走路や誘導路などの路面に埋設設置され、２方向に光を投光して滑走路や誘導路などの中心線を示すようにしている。そして、標識灯本体２０は、アルミ鋳物などからなり、それぞれほぼ円盤状に形成された上部灯体２６と下部灯体２７とを固着して構成されている。下部灯体２７は、地中に埋設される基台２８の上面凹部に嵌合され、ボルトなどによって基台２８に固定されている。
【００８０】
上部灯体２６と下部灯体２７との間には、空間部２９が形成され、この空間部２９と上部灯体２６の外面とを連通する一対の投光窓３０が互いに反対方向に向かって開口形成されている。各投光窓３０には、レンズ３１が水密に取り付けられている。そして、空間部２９には、各投光窓３０の内側に臨む下部灯体２７にホルダ３２が取り付けられ、この各ホルダ３２に発光ダイオードユニット１９が発光面２２を投光窓３０に向けるようにして、それぞれ支持されている。すなわち、標識灯本体２０は、発光ダイオードユニット１９を収納しているとともに、発光ダイオードユニット１９から放射される光を外部へ通過させる投光窓３０を有している。
【００８１】
そして、基台２８には、外部から図示しないコネクタ付きの配線コードが引き込まれており、この配線コードのコネクタは、発光ダイオードユニット１９から導出している配線コード２５のコネクタ２４に電気的に接続されている。
【００８２】
定電流源３３は、図８に示すように、交流電圧源Ｖｓ、位相制御装置３４、絶縁トランス３５および出力電流検出手段としてのカレントトランスＣＴ２を有して構成されている。交流電圧源Ｖｓから供給される交流電流は、位相制御装置３４のトライアックＴＲ１により位相制御され、さらに絶縁トランス３５の二次電流に変換されている。この二次電流は、定電流源３３の出力電流となっている。そして、当該二次電流は、カレントトランスＣＴ２により検出され、カレントトランスＣＴ２は、当該二次電流に応じた出力信号を位相制御装置３４の制御部３６に出力している。制御部３６は、カレントトランスＣＴ２からの出力信号に応じて、トライアックＴＲ１のゲートに制御信号（制御電圧）を印加してトライアックＴＲ１の導通角を制御し、前記二次電流（定電流源３３の出力電流）が一定となるように制御している。すなわち、定電流源３３から出力される位相制御された交流電流は一定にされている。
【００８３】
また、制御部３６は、外部信号が入力され、この外部信号に応じて、トライアックＴＲ１のゲートに制御信号を印加してトライアックＴＲ１の導通角を制御し、定電流源３３の出力電流を調整するように形成されている。調整された出力電流は、上記のようにして、一定に制御されている。
【００８４】
そして、絶縁トランス３５の二次側（定電流源３３の出力側）は、対地電圧３ｋＶであるので、ゴムトランス３７により絶縁されて、位相制御された交流電流がＬＥＤ航空標識灯１８に供給されている。ゴムトランス３７は、絶縁トランス３５の二次巻線３５ａの両端間に複数個が直列接続されている。そして、それぞれのゴムトランス３７の出力側にＬＥＤ航空標識灯１８に配設されているＬＥＤ用点灯装置３８が接続されている。
【００８５】
ＬＥＤ航空標識灯１８は、位相制御装置３４に送信される外部信号に応じて、ＬＥＤ負荷２がハロゲンランプの調光曲線と同様に調光される。したがって、ＬＥＤ航空標識灯１８およびハロゲンランプを搭載している航空標識灯が混在していても、光出力による明るさの差が抑制され、航空標識灯としての機能が損なわれることが防止される。
【００８６】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、ＬＥＤ電流検出回路により検出された発光ダイオードに流れる電流が実効値検出回路により検出された全波整流回路の入力直流の実効値に応じた電流値となるようにチョッパ回路の主スイッチ素子のスイッチング動作が制御されるので、全波整流回路に入力される位相制御された交流電流に応じて、発光ダイオードを調光点灯させることができる。
【００８７】
請求項２の発明によれば、ＬＥＤ電流検出回路により検出された発光ダイオードに流れる電流が関数回路より出力された発光ダイオードに流れる目標電流となるようにチョッパ回路の主スイッチ素子のスイッチング動作が制御されるので、全波整流回路に入力される位相制御された交流電流に応じて、例えば白熱ランプの調光曲線と同様に、発光ダイオードを調光点灯することができる。
【００８８】
請求項３の発明によれば、チョッパ回路は、主スイッチ素子のオンデューティ比が小さいときに高インピーダンスとなり、オンデューティ比が大きいときに低インピーダンスとなるように形成されているので、制御回路は、発光ダイオードに流れる電流と実効値検出回路により検出された実効値または関数回路より出力された目標電流の誤差分に応じて、主スイッチ素子のオンデューティ比を小さくまたは大きくすることにより、発光ダイオードに流れる電流を前記実効値に応じた電流値または前記目標電流に制御することができる。
【００８９】
請求項４の発明によれば、昇圧作用のある全波整流回路およびチョッパ回路を具備するので、発光ダイオードを点灯させることができると共に、電気的変換効率の高いＬＥＤ点灯装置を提供することができる。
【００９０】
請求項５の発明によれば、サージなどにより高電圧が発生したときに過電圧保護回路が動作するので、チョッパ回路および発光ダイオードに高電圧が印加されず、チョッパ回路の部品および発光ダイオードの破壊を防止することができる。また、過電圧保護回路を設けることにより、部品間の絶縁距離が小さくできるので、ＬＥＤ点灯装置を小形化することができる。
【００９１】
請求項６の発明によれば、位相制御された交流電流により発光ダイオードが調光点灯され、さらに、例えばハロゲンランプなどの白熱ランプの調光曲線と同様に調光させることのできるＬＥＤ標識灯を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すＬＥＤ点灯装置の回路図。
【図２】同じく、全波整流回路の入力電流の実効値に対する負荷電流の相関図。
【図３】同じく、負荷電流に対する光出力の特性図。
【図４】本発明の第２の実施形態を示すＬＥＤ点灯装置の回路図。
【図５】同じく、白熱ランプの入力電圧に対する光出力の特性図。
【図６】同じく、発光ダイオードおよび白熱ランプの負荷電流に対する光出力の特性図。
【図７】本発明の第３の実施形態を示すＬＥＤ航空標識灯の概略断面図。
【図８】同じく、ＬＥＤ航空標識灯への概略配線図。
【符号の説明】
１，１５…ＬＥＤ点灯装置、３…全波整流回路、４…ＬＥＤ電流検出回路、５…実効値検出回路、６…チョッパ回路、７…発光ダイオード、１６…関数回路、１８…ＬＥＤ標識灯としてのＬＥＤ航空標識灯、２０…標識灯本体
【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】
2004335128.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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