(57)【要約】【課題】  ＬＥＤの発光効率を減衰させることなく、各ＬＥＤの相対光度を平均化し、ほぼ一定の照度を確保するとともに、各ＬＥＤに対する定電流回路の共用化を可能にする。【解決手段】  照明灯１０を構成する各ＬＥＤ直列回路１１に、このＬＥＤ直列回路１１に流れる順方向電流に比例した電圧を検出する抵抗１６をそれぞれ接続し、この各検出抵抗で検出された電圧を平均化した電圧値と調光用設定電圧とに基づいて定電流回路１３を駆動し制御する。【選択図】  図１
2005122979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＬＥＤを直列に接続したＬＥＤ直列回路を複数並列に接続して１つの照明灯を構成し、この照明灯を任意の明るさに点灯制御するようにした照明装置であって、
前記各ＬＥＤ直列回路の各ＬＥＤを同時に点灯する駆動回路と、前記駆動回路を通して前記各ＬＥＤ直列回路に流れる電流を調光用設定電圧に応じた所定の電流に制御する定電流回路と、前記定電流回路への前記調光用設定電圧を前記照明灯に要求される明るさに応じて設定する調光電圧設定手段を備え、
前記各ＬＥＤ直列回路に該ＬＥＤ直列回路に流れる順方向電流に比例した電圧を検出する検出素子をそれぞれ設け、
前記各検出素子で検出された電圧を平均化して得られる電圧値を制御信号として前記定電流回路にフィードバックするように構成したことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記調光電圧設定手段は、制御整流素子を交流電源に同期した信号で位相制御することにより電源周期に同期した交流出力を交流電源の半サイクル毎に生成して出力する交流出力生成部と、前記交流出力生成部から出力される交流出力を矩形波に整形する波形整形回路と、前記波形整形回路から出力される矩形波電圧を平均化して前記調光用設定電圧を生成する設定電圧生成部とを有することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
前記調光電圧設定手段は、前記波形整形回路に電力を供給する基準電源部と、周囲温度の上昇に応じて前記基準電源部から前記波形整形回路への電流量を増大方向に変化させる温度補正素子とを備えることを特徴とする請求項１または２記載の照明装置。
【請求項４】
前記調光電圧設定手段は、前記設定電圧生成部から前記定電流回路へ供給される調光用設定電圧の立ち上りを補償する立ち上り電圧補償素子を備えることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の照明装置。
【請求項５】
制御整流素子を交流電源に同期した信号で位相制御することにより電源周期に同期した交流出力を交流電源の半サイクル毎に生成して出力する交流出力生成部と、前記交流出力生成部から出力される交流出力を整流する全波整流回路と、前記全波整流回路で整流された出力電圧を平滑化して直流に変換する平滑回路と、前記平滑回路からの直流出力を所定電圧の直流に変換して前記定電流回路、前記設定電圧生成部及び前記ＬＥＤの動作電源として出力するスイッチングレギュレータとを備えることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤのような複数の発光素子を集合させて１つの光源を構成し、この光源を照明灯として任意の明るさに点灯制御できるようにした照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のＬＥＤ（発光ダイオード）は、その性能アップが急速に進むとともに、照明に不可欠な白色のＬＥＤが開発され、また明るさにおいても照明として十分に使用できる輝度で発光できるようになってきた。これに伴い、照明灯には、タングステンを発熱線として使用する電球や、ネオン、アルゴンまたは水銀などのガスを封入してなる放電灯に代えて、ＬＥＤを複数個集合させることにより構成された照明灯が出現してきている。
この種の照明灯は、タングステン電球や放電灯に比べて軽量小型化できるとともに、省電力、長寿命化できる点で有利となる。
【特許文献１】特開平１１-２９８０４４号公報
【特許文献２】特開２００３-５９３３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ＬＥＤの集合体からなる照明灯の個々のＬＥＤは、順方向電圧にばらつきがあるため、その駆動電流がばらつき、ひいては明るさにもばらつきが生じてしまう。また、ＬＥＤの明るさがばらつくと、照明灯の発光面に部分的な輝度むらが生じ、照明灯としての品質を低下させる問題がある。
そこで、従来においては、各ＬＥＤ毎に、またはＬＥＤを複数個（６個程度）直列に接続してなる直列回路毎に定電流回路を設け、この各定電流回路でこれに対応するそれぞれのＬＥＤの電流を一定に制御することにより、ＬＥＤの明るさのばらつきをなくすようにしている。
しかし、このような従来の回路方式では、多数の定電流回路が必要になるとともに、これら定電流回路を含む制御回路が複雑になり、コスト高になるという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような従来の問題を解決するためになされたもので、ＬＥＤの順方向電圧にばらつきがあっても、LEDの発光効率を減衰させることなく、各ＬＥＤの相対光度を平均化し、ほぼ一定の照度を確保するとともに、各ＬＥＤに対する定電流回路の共用化を可能にした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】
【０００５】
上記目的を達成するために本発明は、複数のＬＥＤを直列に接続したＬＥＤ直列回路を複数並列に接続して１つの照明灯を構成し、この照明灯を任意の明るさに点灯制御するようにした照明装置であって、前記各ＬＥＤ直列回路の各ＬＥＤを同時に点灯する駆動回路と、前記駆動回路を通して前記各ＬＥＤ直列回路に流れる電流を調光用設定電圧に応じた所定の電流に制御する定電流回路と、前記定電流回路への前記調光用設定電圧を前記照明灯に要求される明るさに応じて設定する調光電圧設定手段を備え、前記各ＬＥＤ直列回路に該ＬＥＤ直列回路に流れる順方向電流に比例した電圧を検出する検出素子をそれぞれ設け、前記各検出素子で検出された電圧を平均化して得られる電圧値を制御信号として前記定電流回路にフィードバックするように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明にかかる照明装置では、各ＬＥＤ直列回路の検出素子で検出し電圧を平均化し、この電圧値と調光用設定電圧とに基づいて定電流回路を駆動し制御することにより、各ＬＥＤ直列回路に流れるＬＥＤの順方向電流を平均化するようにしたので、ＬＥＤの順方向電圧にばらつきがあっても、それぞれのＬＥＤの発光効率を減衰させることなく、各ＬＥＤの相対光度が平均化され、ほぼ一定の照度を確保できるとともに、１つの定電流回路を各ＬＥＤ直列回路に対して共用でき、定電流回路を含む照明制御用回路の簡略化及び低コスト化も可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本実施例における最良の形態は、照明灯を構成する各ＬＥＤ直列回路に該ＬＥＤ直列回路に流れる順方向電流に比例した電圧を検出する抵抗をそれぞれ接続し、この各検出抵抗で検出された電圧を平均化した電圧値と調光用設定電圧とに基づいて定電流回路を駆動し制御する。これにより、ＬＥＤの順方向電圧にばらつきがあっても、それぞれのＬＥＤの発光効率を減衰させることなく、各ＬＥＤの相対光度が平均化され、ほぼ一定の照度を確保するとともに、１つの定電流回路を各ＬＥＤ直列回路に対して共用できるようにした。
【実施例１】
【０００８】
次に、本発明の実施例について、図１を参照して説明する。図１は本発明にかかる照明装置の全体を示す構成図である。
図１において、１０は多数のＬＥＤを集合してなる照明灯であり、この照明灯１０は、例えば６個のＬＥＤを直列に接続したＬＥＤ直列回路１１を複数（例えば１６個）並列に接続したものから構成される。
また、図１において、１２は各ＬＥＤ直列回路１１の各ＬＥＤを同時に点灯する駆動回路であり、１３は駆動回路１２を通して各ＬＥＤ直列回路１１に流れる電流を調光用設定電圧に応じて一定に制御する定電流回路であり、また、１４は定電流回路１３への調光用設定電圧を照明灯１０に要求される明るさに応じて設定する調光電圧設定手段である。
【０００９】
前記駆動回路１２はパワーＭＯＳＦＥＴ１２ａから構成され、このパワーＭＯＳＦＥＴ１２ａのドレインＤには各ＬＥＤ直列回路１１の一端、すなわちＬＥＤの陽極側が接続されている。また、各ＬＥＤ直列回路１１の他端には、それぞれのＬＥＤ直列回路１１に流れる電流を制限する電流制限抵抗（１００Ω程度）１５の一端がそれぞれのＬＥＤ直列回路１１に直列に接続され、この各電流制限抵抗１５の他端はアース端子Ａに接続されている。また、パワーＭＯＳＦＥＴ１２ａのソースＳは電源＋Ｖ（＋２４Ｖ）に接続されている。
【００１０】
前記定電流回路１３は演算増幅器１３ａを有し、この演算増幅器１３ａの非反転入力端子（＋）は抵抗Ｒ１を介して電源＋Ｖ（＋２４Ｖ）に接続されている。また、演算増幅器１３ａの反転入力端子（−）には後述する調光用設定電圧Ｖｆが供給されるようになっている。また、演算増幅器１３ａの出力端子は抵抗R３を介してパワーＭＯＳＦＥＴ１２ａのゲートに接続されている。
【００１１】
前記各ＬＥＤ直列回路１１には、それぞれのＬＥＤ直列回路１１に流れる順方向電流に比例した電圧を検出する検出抵抗（検出素子、１ＫΩ程度）１６の一端がそれぞれ接続され、この各検出抵抗１６の他端は並列に接続されて、前記演算増幅器１３ａの非反転入力端子（＋）に抵抗Ｒ２を介して接続されている。これにより、前記演算増幅器１３ａの非反転入力端子（＋）には、各検出抵抗１６で検出された電圧を平均化した値の電圧が制御信号としてフィードバックされるように構成されている。
【００１２】
前記調光電圧設定手段１４は、サイリスタやトライアック等の制御整流素子を交流電源に同期したゲート信号で位相制御することにより電源周期に同期した交流出力ｖ１を交流電源の半サイクル毎に生成して出力する交流出力生成部１４１と、この交流出力生成部１４１から出力される交流出力ｖ１を矩形波状に整形する波形整形回路（例えば、ＡＣフォトカプラから構成される）１４２と、この波形整形回路１４２から出力される矩形波電圧Ｖ１を平均化して調光用設定電圧Ｖｆを生成する設定電圧生成部（例えば、ＬＰＦから構成される）１４３と、この設定電圧生成部１４３から定電流回路１３へ供給される調光用設定電圧Ｖｆの立ち上りを補償する立ち上り電圧補償素子（例えば、複数のダイオードを直列に接続したものから構成される）１４４と、波形整形回路（ＡＣフォトカプラ）１４２に動作用の電力を供給する５Ｖの基準電源部１４５と、周囲温度の上昇に応じて基準電源部１４５から波形整形回路（ＡＣフォトカプラ）１４２への電流量を増大方向に変化させる温度補正素子（例えば、ダイオードから構成される）１４６とから構成されている。
【００１３】
また、図１において、１７は、駆動回路１２、定電流回路１３、設定電圧生成部１４、及び各ＬＥＤ直列回路１１等の動作電源部を構成するもので、この動作電源部１７は、前記交流出力生成部１４１から出力される交流出力ｖ１を整流する、ダイオードブリッジ構成の全波整流回路１７１と、この全波整流回路１７１で整流された出力電圧を平滑化して直流に変換するＲＣフィルタからなる平滑回路１７２と、この平滑回路１７２からの直流出力を所定電圧の直流に変換して出力するスイッチングレギュレータ１７３とから構成されている。
【００１４】
次に、上記のように構成された照明装置の動作について説明する。
調光電圧設定手段１４で設定された調光用設定電圧Ｖｆが演算増幅器１３ａの反転入力端子（−）に入力されると、定電流回路１３は調光用設定電圧Ｖｆに応じた電流ｉが駆動回路１２を通して各ＬＥＤ直列回路１１に流れる。この実施例に示す場合、各ＬＥＤ直列回路１１に流れる順方向の電流値は約２０ｍＡであり、また、駆動回路１２に流れる電流値は、ＬＥＤ直列回路１１の回路数×２０ｍＡとなる。
このように各ＬＥＤ直列回路１１に上述の電流が流れると、各ＬＥＤが電流値に応じた明るさに点灯される。
【００１５】
一方、各ＬＥＤ直列回路１１に順方向電流が流れると、この各順方向電流はそれぞれのＬＥＤ直列回路１１に設けた検出抵抗１６に分流されるため、この各検出抵抗１６の両端には順方向電流に比例した電圧が発生する。ここで、各検出抵抗１６は並列になっているため、これらの電圧は平均化された電圧となり、この電圧が演算増幅器１３ａの非反転入力端子（＋）に制御信号としてフィードバックされる。これにより、定電流回路１３が駆動されることにより、並列接続された各ＬＥＤ直列回路１１に流れるLEDの順方向電流を平均化するようになる。このため、平均化された電流が各ＬＥＤ直列回路１１に流れることにより、ＬＥＤの順方向電圧にばらつきがあっても、それぞれのLEDの発光効率を減衰させることなく、各ＬＥＤの相対光度が平均化され、ほぼ一定の照度を確保できる。
しかも、１つの定電流回路１３を各ＬＥＤ直列回路１１に対して共用できるため、この
定電流回路１３を含む照明制御用の回路を簡略化でき、かつ低コスト化も可能になる。
【００１６】
また、この実施例に示す照明装置では、定電流回路１３への調光用設定電圧Ｖｆを照明灯１０に要求される明るさに応じて設定する調光電圧設定手段１４において、周囲温度の上昇に応じて基準電源部１４５から波形整形回路（ＡＣフォトカプラ）１４２への電流量を温度補正素子１４６により増大方向に変化させるようにしたので、照明装置の周囲温度が上昇してＬＥＤの相対光度が減少するような状態におかれても、温度補正素子１４６を利用してＬＥＤの順方向電流を増加させることができ、これにより、ＬＥＤの相対光度の低下を補正することができる。
【００１７】
また、この実施例に示す照明装置では、調光電圧設定手段１４において、設定電圧生成部１４３から定電流回路１３へ供給される調光用設定電圧Ｖｆの立ち上りを立ち上り電圧補償素子１４４で補償するようにしたので、ＬＥＤの調光への動作を遅らせ、動作電源部１７が十分に作動可能になってからＬＥＤの調光への動作を立ち上げることができ、ＬＥＤの立ち上げのばらつきをなくすことができる。
【００１８】
また、この実施例に示す照明装置では、交流出力生成部１４１で位相制御されたＡＣ電源を全波整流回路１７１で整流し、かつ平滑回路１７２で平滑化して直流に変換し、この直流出力をスイッチングレギュレータ１７３により所定電圧の直流に変換するようにした動作電源部１７を用いることにより、従来のスイッチング直流電源装置のようなノイズフィルタチョークからのうなり音がなくなり、静寂な美術館等の照明に好適となるほか、照明灯の照度を下げて照明する場合にも好適となる効果がある。
【００１９】
なお、本発明の照明装置における各ＬＥＤ直列回路１１、駆動回路１２、定電流回路１３、設定電圧生成部１４及び動作電源部１７の構成は、上記実施例に示す後世のものに限定されず、請求項に記載した技術的構成を逸脱しない範囲において種々の変更、変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明にかかる照明装置の全体を示す構成図である。
【符号の説明】
【００２１】
１０    照明灯
１１    ＬＥＤ直列回路
１２    駆動回路
１３    定電流回路
１４    調光電圧設定手段
１４１  交流出力生成部
１４２  波形整形回路
１４３  設定電圧生成部
１４４  立ち上り電圧補償素子
１４５  基準電源部
１４６  温度補正素子
１５    電流制限抵抗
１６    検出抵抗
１７    動作電源部
１７１  全波整流回路
１７２  平滑回路
１７３  スイッチングレギュレータ
【図１】
2005122979.tif 000003