(57)【要約】      （修正有）【課題】従来の発光ダイオードの電源からの多数の発光ダイオードへの給電回路では多量の発熱が生じ、実際の灯具では熱を逃がす機構を備える必要があり、且つ明るさに対する電力効率が発熱を伴うため制限があった。【解決手段】商用交流を直接整流した電源から半導体を使用した電子回路からなる電流制限回路を通じて多数の直列接続した発光ダイオードを点灯する電源装置を構成する。さらに商用交流を多数の直列接続した発光ダイオードの個数に対応した、倍電圧整流回路、三倍電圧整流回路、四倍電圧整流回路を必要に応じて備えた電源から複数の直列接続した発光ダイオードに対応した電流制限回路を通じて多数の直列接続した発光ダイオードに電流を供給する電源装置を構成する事が出来る電源装置。【選択図】図６
2007020400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流を直接整流・平滑した電源から半導体を使用した電子回路からなる電流制限回路を通じて多数の直列接続した発光ダイオードを点灯する電源装置。
【請求項２】
商用交流を多数の直列接続した発光ダイオードの個数に対応した、倍電圧整流回路、三倍電圧整流回路、四倍電圧整流回路を必要に応じて備えた電源から複数の直列接続した発光ダイオードに対応した電流制限回路を通じて多数の直列接続した発光ダイオードに電流を供給する電源装置。
【請求項３】
電流制限回路に流れる電流値を複数の電流値に設定し、直列接続した発光ダイオードからなる灯具の故障解析、直列接続した発光ダイオードからなる灯具の過負荷試験、直列接続した発光ダイオードからなる灯具の通常動作等の、動作目的別に直列接続した発光ダイオードの電流制限値を選択出来る様に構成された電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、商用交流を直接整流・平滑した電源で多数の直列接続した発光ダイオードに対して電流制限回路を通じて駆動する電源装置である。
【背景技術】
【０００２】従来は、直流電源を使用した発光ダイオードの製造会社から提供される応用例を基に発光ダイオードの駆動回路を構成していた。
【先行技術文献１】
（図１）
【先行技術文献２】
（図２）
【先行技術文献３】
（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】そのために、次のような問題点があった。商用交流で多数の発光ダイオードを点灯する時は従来の方法では電源電圧を一旦、低電圧の直流電源に変換し、直流電源から抵抗器を通じて一定の電流を発光ダイオードに供給するような構成をしていた。商用交流から直流電源に電圧変換時に変換ロスが生じ、変換ロスで生じる熱を逃がす構造を必要とし、抵抗器を使用した発光ダイオードの電流制限回路で生ずる熱を放熱するための構造は不可避な問題であった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】商用交流を直接整流して得られる直流電源を使用するので、商用交流を直接整流・平滑するときに不可避な電源電圧の変動を許容するように多数の直列接続した発光ダイオードの個数と、さらに直列接続する電流制限回路を構成する事でこの課題を解決する。商用交流を電源とする電子機器は１００Ｖを中心電圧にして、プラス・マイナス１０パーセントの変動でも動作が出来るように設計するので、１１０Ｖの商用交流の時に直列接続した発光ダイオードに過大な電流が流れないように電流制限回路の耐電圧を設定する。また９０Ｖの商用交流が交流入力電圧時でも必要な電流を直列接続した発光ダイオードに設定電流が流せるように電流制限回路の飽和電圧と直列接続する発光ダイオードの個数の選択を行う。９０Ｖの交流入力電圧を整流・平滑して得られる電圧から電流制限回路の飽和電圧を減じた電圧を直列接続する発光ダイオードの順方向電圧で除した数値の小数点以下を切り捨てた数値を直列接続する発光ダイオードの個数とする。直列接続する発光ダイオードの個数が前に述べた数値より少ないときは定電流制御回路の負担する電圧並びに電力消費の値が電流制限回路で許容できる電力消費を超過しないように設定する。定電流制御回路は電流の大きさに応じてＩＣと抵抗器並びにトランジスターを組み合わせて設定電流値を決定する方法で実現する。この方法はＩＣの定電圧特性を利用するので従来の抵抗器を使用する方法に比較して高精度な電流制御を行える。直列接続した発光ダイオードに定電流制御回路を電流経路が直列になるように接続し、電流経路を負担するトランジスターには、直流電源に抵抗器を通じて適切なベース電流が流れるような抵抗器を設定する。
【発明の効果】
【０００５】本発明を使用することで、電圧変換用の直流電源装置をしないので大幅な小型化を図る事が出来る。また電圧変換時に生じる熱が少ないので、照明装置の大幅な小型化を図る事が出来る。従来の方式に比較して発光ダイオードの熱発生源になる直列抵抗器の数量を大幅に減少でき、電力効率の改善が出来、発光ダイオードの動作雰囲気温度の上昇を低く出来るので発光ダイオードの長寿命が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】以下、本発明の実施の形態を説明する。発光ダイオードは型番毎に、直流安全電流と順方向飽和電圧が規格化されているので同一型番で必要な個数を直列接続した発光ダイオードの電圧・電流特性を測定する。発光ダイオードの直流安全電流を超えないように、電流制限回路の電流値を決定する。（図４）のように電流制限回路は、定電圧ＩＣと電流制限用トランジスタを使用し、電流制限回路の電流値を決定するＲＳは定電圧ＩＣの基準電圧を制限電流値で徐した値ＲＳを基準電圧ＩＣの基準電圧端子ＶＲＥＦとアノード電極Ａとの間に接続し、カソードＫには電流制限を担うトランジスターのベース電極を接続する。基準電圧端子ＶＲＥＦには電流制限用のトランジスターのエミッタ電極を接続する。さらに電流制限トランジスタのコレクター端子Ｃは、直列接続した発光ダイオードの最も電位の低い発光ダイオードのカソード電極を接続する。直列接続した発光ダイオードの最も電位の高いアノード端子は電源出力へ接続し、電流通路を担うトランジスタのベースに流すバイアス抵抗ＲＢはコレクターに設定電流が流れる電流に設定する。
【発光ダイオードの個数の決定】
【０００７】商用交流の最低入力電圧は９０ボルトを想定し、その電圧を全波整流平滑して得られる直流電圧で直列接続した発光ダイオードに設定電流が流れるように発光ダイオードの個数を決める。商用交流９０ボルトの入力電圧の場合、全波整流・平滑して得られる直流電圧は１２４ボルトになるのでその電圧から直列接続する電流制限回路の消費する動作電圧として３ボルトを見込む。電流制限回路の電圧は発光ダイオードの点灯には寄与できないので１２４ボルトから３ボルトを減じた電圧が発光ダイオードの点灯に使える電圧となる。１２１ボルトを直列接続する発光ダイオードに供給できる最低動作電圧とし、その電圧を発光ダイオードの順方向電圧で除した数値の整数部を直列接続する発光ダイオードの最多の個数とする。点灯する発光ダイオードの個数が、最多数量未満の場合、電流経路のトランジスターが最多数量から、点灯する必要な個数の差分数量に発光ダイオードの順方向電圧を乗じた電圧を電量経路のトランジスターが負担する。従って負担する電圧に電流を乗じた電力に、耐える事が出来るトランジスターを選択しなければならない。
【電流制限回路の働き】
【０００８】直列接続した多数の発光ダイオードを使用する場合、直列接続した発光ダイオードの集合体毎に設定電流に到達するわずかな電圧の違いに対応するために直列接続した発光ダイオードの列毎に電流制限回路を接続する。直列接続した発光ダイオード列の中のひとつが故障した場合、電流制限回路がなければ、発光ダイオードの列に供給される電圧を、故障していない他の発光ダイオードが負担するので電流値が上昇し、列全体の故障していない他の発光ダイオードの寿命を縮む事を防ぐことが出来る。故障した発光ダイオードの消費電力は電流制限回路のトランジスターが負担し多数の直列接続した発光ダイオードの一定の電流値を確保する。
【倍電圧、三倍電圧、四倍電圧電源の構成と役割】
【０００９】灯具として発光ダイオードを使う際は、発光ダイオードを大量に使用する必要があり、電流制限回路では、少量とは言え電力消費が伴う。使用する電流制限回路の数量を少なくする為に、部品の入手性が確保される範囲で高電圧を用意し、直列接続する発光ダイオードの個数を増やし、灯具で使用する電流制限回路の数量を少なくするために安全性を損なわない範囲で高電圧を用意する。灯具で使用する発光ダイオードの総数量の関係で直列接続する個数の少ない発光ダイオードの列は商用交流の逓倍回路の中で生じる発光ダイオードの列で必要な電圧に近い電圧を使用し電流制限回路を通じて当該の発光ダイオード列を点灯する。倍電圧、三倍電圧、四倍電圧の電源から電流制限回路を通じて、各電圧の値を発光ダイオードの順方向電圧で除した個数を直列に接続し、電流制限回路のトランジスターの電流負担回路へ最も低い電圧のカソードを接続する。
【電流制限回路の電流値を複数の電流値に設定する事】
【００１０】多数の発光ダイオードを直列接続するので、半田付け作業等の組み立て作業中に発光ダイオードが故障する事が考えられるので、組み立て後の試験作業中は電流値を大幅に低下させ試験作業者が近接して、故障した発光ダイオードを特定する作業中の眩しさを軽減させる。
また出荷前の試験で壊れかかった発光ダイオードを、予め灯具の中で加速試験を行うために許容できる大きめの電流を流す回路を電流制限回路に構成する事で発光ダイオードの選別をする事が出来る。発光ダイオードを使用した灯具の所定の加速試験の経過後は長時間の使用に耐える全設計値の発光ダイオードの設定電流が流れるようにした電源装置。実際の組み立て用の配線は故障した発光ダイオードの特定用の電流値は固定化し、通常の動作用の電流値を検査完了用の配線作業用に配置する。さらに加速試験用の電流値は加速試験用の特別な配線作業用に配置をする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】は発光ダイオードメーカーが提供する応用回路例。
【図２】は発光ダイオードメーカーが提供する１２ボルトで使用する応用回路例。
【図３】は発光ダイオードメーカーが提供する５ボルトで使用する応用回路例。
【図４】６列からなる３０個の直列接続した発光ダイオードを点灯する電源装置の例。
【図５】９０個の直列接続した発光ダイオードを点灯する電源装置の例。
【図６】９０個の発光ダイオードを直列接続した点灯させる複数の電流値を設定できる電源装置の例。
【符号の説明】
【００１２】ＲＢはＴＬ１４３１のバイアス、及び、トランジスターのバイアス電流を設定するための抵抗器。
ＲＳは発光ダイオードに流す電流を設定する抵抗器。
ＢＤは整流用ダイオード。
Ｃは平滑用コンデンサ。
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は倍電圧、３倍電圧発生用コンデンサ。
ＲＴは発光ダイオードの故障したダイオードの検出するときに使用する電流値設定用抵抗器。
ＲＵは通常の動作用電流を設定するが、ＲＵで決まる電流値と、ＲＴで決まる電流値の和が通常の動作電流になるようにＲＵを決定する。
ＲＡは灯具を加速試験する際の電流値設定用抵抗器。
【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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