(57)【要約】      （修正有）【課題】照明ランプの直流点灯回路に対する瞬間的な脱着における再接続時に流れるパルス状の電流を低減してＬＥＤの劣化や短寿命発生を抑制し、ＬＥＤ照明ランプを負荷とする場合に出力コンデンサに期待される高周波リップル電流のバイパス作用を所要に維持して明るさのちらつき発生を防止したＬＥＤ照明装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤ照明ランプLSと、直流電源DCおよびDC−DCコンバータCONVを備え、DC−DCコンバータはその入力端が直流電源に接続し出力端に出力コンデンサC3を並列接続するとともに出力端に接続したＬＥＤ照明ランプを定電流制御によって点灯する直流点灯回路DOCとを具備し、前記出力コンデンサは、その容量が、ＬＥＤ照明ランプがDC−DCコンバータの出力端に対して瞬間的に脱着した際に流れるパルス状の電流のピーク値がＬＥＤ照明ランプの負荷電流の４倍以下になる値に設定されている。【選択図】図１
2012155864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ照明ランプと；
直流電源およびDC−DCコンバータを備え、DC−DCコンバータはその入力端が直流電源に接続し出力端に出力コンデンサを並列接続するとともに出力端に接続したＬＥＤ照明ランプを定電流制御によって点灯する直流点灯回路と；
を具備し、
前記出力コンデンサは、その容量が、ＬＥＤ照明ランプがDC−DCコンバータの出力端に対して瞬間的に脱着した際に流れるパルス状の電流のピーク値がＬＥＤ照明ランプの負荷電流の４倍値以下になる値に設定されていることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項２】
出力コンデンサは、１μＦ以下であることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ＬＥＤ照明ランプを備えたＬＥＤ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤを用いた照明ランプすなわちＬＥＤ照明ランプは、これを直流により付勢して点灯するので、DC−DCコンバータを用いて直流点灯回路を構成すると、制御が容易で、しかも回路効率が高くなる利点がある。DC−DCコンバータは、その出力端に出力コンデンサを接続して、DC−DCコンバータの動作に伴って発生する高周波リップル電流をＬＥＤ照明ランプに流さないでバイパスさせるように出力端が構成されている。
【０００３】
直流点灯回路が定電流制御される場合、点灯中のＬＥＤ照明ランプが点灯中に
【０００４】
一方、照明ランプは、その交換や点検などの際に直流点灯回路の出力端に都度着脱され、その際にＬＥＤ照明ランプの直流点灯回路に対する接続が緩いことがある。また、点灯中に外部から加わる衝撃や振動を受けることもある。これらの結果、照明ランプと直流点灯回路との接続が瞬間的に外れて再び接続する、すなわち瞬間的な脱着が行われることがある。このような状態が発生しても、ＬＥＤ照明装置は、そのＬＥＤ照明ランプなどがダメージを受けないように構成されていることが要求される。
【０００５】
直流点灯回路が定電流制御される場合、点灯中のＬＥＤ照明ランプが点灯中に開放されると、その際に負荷電流を流そうとするために、直流点灯回路の出力端の電圧が急激に上昇する。これに伴って、出力コンデンサの端子電圧が上昇する。このような状態のときにＬＥＤ照明ランプが直流点灯回路の出力端に再接続すると、出力コンデンサの上昇した端子電圧がＬＥＤ照明ランプに印加されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−０１０１００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、従来のＬＥＤ照明装置は、主として高周波リップル電流のバイパス作用を重視して出力コンデンサの容量を２μＦ以上に設定している。このため、照明ランプの直流点灯回路に対する瞬間的な脱着における再接続時に極めて大きな電流がパルス状に流れる。その結果、ＬＥＤが劣化しやすくなるばかりか短寿命になりやすくなる。
【０００８】
本発明者による調査および研究により、直流点灯回路の出力コンデンサの容量を負荷電流の４倍値以下にした場合には、瞬間的な脱着における再接続時に流れるパルス状の電流は、その持続時間がｎｓ（ナノ秒）オーダーに短縮するとともに、負荷電流に重畳した高周波リップル電流のピーク値が許容値すなわちＬＥＤ照明ランプの最大定格電流値以下に低減する。その結果、ＬＥＤの劣化や短寿命を防止できるとともに、ＬＥＤ照明ランプを負荷とする場合に出力コンデンサに期待される高周波リップル電流のバイパス作用を所要に維持できることが分かった。なお、ＬＥＤの瞬時最大定格電流は、一般にｍｓ（ミリ秒）オーダーの時間に連続通流する電流の最大許容値を規定しているので、再接続時に流れるパルス状の電流の持続時間がｎｓオーダーで、かつＬＥＤ照明ランプの負荷電流の４倍値以下であれば、実用上差し支えない。
【０００９】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、照明ランプの直流点灯回路に対する瞬間的な脱着における再接続時に流れるパルス状の電流を低減してＬＥＤの劣化や短寿命発生を抑制するとともに、ＬＥＤ照明ランプを負荷とする場合に出力コンデンサに期待される高周波リップル電流のバイパス作用を所要に維持して明るさのちらつき発生を防止した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】
【００１０】
本発明の実施形態においては、ＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤ照明ランプおよび直流点灯回路を具備している。直流点灯回路は、直流電源およびDC−DCコンバータを備えていて、定電流制御によりＬＥＤ照明ランプを点灯する。DC−DCコンバータは、その出力端に出力コンデンサを並列接続している。出力コンデンサは、その容量が、ＬＥＤ照明ランプの負荷電流の４倍以下になる値に設定されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態によれば、直流点灯回路のDC−DCコンバータの出力端に接続する出力コンデンサの容量が、ＬＥＤ照明ランプがDC−DCコンバータの出力端に対して瞬間的に脱着した際に流れるパルス状の電流のピーク値がＬＥＤ照明ランプの負荷電流の４倍以下になるような値に設定されていることにより、照明ランプの直流点灯回路に対する瞬間的な脱着における再接続時に流れるパルス状の電流を低減してＬＥＤの劣化や短寿命発生を抑制するとともに、ＬＥＤ照明ランプを負荷とする場合に出力コンデンサに期待される高周波リップル電流のバイパス作用を所要に維持して明るさのちらつき発生を防止したＬＥＤ照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のＬＥＤ照明装置における一実施形態を示す回路図である。
【図２】同じく照明ランプの直流点灯回路に対する瞬間的な脱着における再接続時に流れるパルス状電流を説明する波形図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の一実施形態において、ＬＥＤ照明装置は、図１に示すようにＬＥＤ照明ランプLSおよび直流点灯回路DOCを具備している。
【００１４】
（ＬＥＤ照明ランプ）について説明する。ＬＥＤ照明ランプLSは、ＬＥＤを光源とする照明ランプである。使用するＬＥＤは、その数が特段限定されない。所要の光量を得るために、複数のＬＥＤを備えていることが許容される。この場合、複数のＬＥＤは、直列接続回路または直並列回路を形成していることができる。しかし、単一のＬＥＤからなる照明ランプLSであってもよい。
【００１５】
また、照明ランプLSは、後述する直流点灯回路DOCの出力端TSに接続するために、受電端TBを備えている。この受電端TBは、口金の態様をなしていることが好ましいが、これに限定されない。なお、口金は、既知の各種構成を適宜採用することができる。要するに、上記出力端TSに接続するための手段であれば、その余の構成は特段限定されない。例えば、照明ランプLSの本体から導電線を経由して導出されたコネクタなどの態様をなしていてもよい。また、受電端TBが接続導体自体であってもよい。
【００１６】
さらに、照明ランプLSは、その形態が多様であることを許容する。例えば、両端に口金を備えた直管状や一端にねじ口金を備えた片口金白熱電球のような形状をなしているなどの形態とすることができる。
【００１７】
さらにまた、照明ランプLSは、後述する直流点灯回路DOCに対してその所望の数を直列および／または並列接続することができる。なお、並列接続する際には、並列回路のそれぞれに流れる負荷電流が均等化するように定電流回路を介在させるのが好ましい。
【００１８】
なお、図示の実施形態において、照明ランプLSは、直管状をなしていて、図示を省略している直管状の外管内に直列接続された複数のＬＥＤが分散配置され、両端に形成された受電端TBがピン形口金を構成している。
【００１９】
（直流点灯回路）について説明する。直流点灯回路DOCは、直流電源DCおよびDC−DCコンバータCONVを備え、その入力端t1、t2が交流電源ACに接続するとともに、照明ランプLSを接続する出力端TSを備えていて、その出力端TSを経由して照明ランプLSに直流電力を供給してこれを点灯する手段である。出力端TSは、照明ランプLSの受電端TBに適合するように構成されていればよく、その余の構成については特段限定されない。例えば、ソケットの態様をなしているのが好ましいが、照明ランプLSの受電端TBがコネクタの態様をなしている場合には、コネクタ受けの態様をなしていることが許容される。また、受電端TBが接続導体の態様をなしている場合には、接続導体を受容する端子台などの態様をなしていてもよい。
【００２０】
また、直流点灯回路DOCは、DC−DCコンバータCONVおよびその直流電源DCを備えている。DC−DCコンバータCONVとしては例えば各種チョッパが、変換効率が高く、しかも制御が容易であるので、好適である。DC−DCコンバータCONVは、一般には入力直流電圧を異なる電圧の直流に変換する。そして、出力電圧が照明ランプLSに印加される。DC−DCコンバータCONVの出力を制御して出力を調節することにより、照明ランプLSを所望のレベルに調光点灯させることもできる。
【００２１】
直流点灯回路DOCを上述のようにDC−DCコンバータCONVを主体として構成する場合、その直流電源DCおよびDC-DCコンバータCONVを１対１の関係にして配設することができる。また、直流電源DCを共通にしてDC−DCコンバータCONVを１対複数の関係になるよう複数配設して、直流入力を複数のDC−DCコンバータCONVに並列的に供給するように構成してもよい。なお、後者の場合、所望により各DC−DCコンバータCONVを照明ランプLSに隣接する位置に配設し、共通の直流電源DCを照明ランプLSから離間した位置に配設することができる。
【００２２】
さらに、直流点灯回路DOCは、その出力を定電流制御するように構成されるが、一部の領域、例えば照明ランプLSの点灯電力が低電力の領域、換言すれば深調光領域では定電圧制御を行い、その他の領域では定電流制御を行うように複合制御特性が付与されていることを許容する。
【００２３】
さらにまた、直流点灯回路DOCは、照明ランプLSの動作状態を変化させるために、照明ランプLSに供給する直流電力を制御信号に応じて変化させるように直流点灯回路DOCの出力を可変に構成することができる。すなわち、調光信号に応じて照明ランプLSを調光点灯させることができる。
【００２４】
DC−DCコンバータCONVは、直流電源DCから供給される直流入力を変換して所望の電圧を出力し、照明ランプLSを付勢して点灯させるが、その余の構成については特段限定されない。なお、DC-DCコンバータCONVは、直流電力を異なる直流電力に変換する装置であって、順変換装置とも称される変換装置であり、各種チョッパの他にフライバックコンバータ、フォワードコンバータおよびスイッチングレギュレータなどが含まれる。そして、DC−DCコンバータCONVがいずれの回路方式であったとしても、その出力端には後述する所定容量の出力コンデンサC3が接続される。
【００２５】
図示の実施形態において、DC−DCコンバータCONVは、降圧チョッパによって構成されている。スイッチング素子Q2、インダクタL2および出力コンデンサC3の直列回路が直流電源回路DCの出力端すなわち本実施形態においては昇圧チョッパの出力端に接続している。
【００２６】
また、インダクタL2に対してダイオードD2および出力コンデンサC3の直列回路が並列接続してそれらによる閉回路を形成している。そして、出力コンデンサC3の両端に電流検出用の抵抗器R3を経由して出力端TS、TSが接続することによって定電流制御形の降圧チョッパが構成されている。スイッチング素子Q2は、制御手段CC2によってオン、オフが制御される。電流検出用の抵抗器R3の電圧は、制御手段CC2に制御入力してスイッチング素子Q2のオフを制御する。これにより、DC−DCコンバータCONVは、照明ランプLSを定電流制御により点灯する。
【００２７】
出力コンデンサC3は、その容量が、ＬＥＤ照明ランプLSがDC−DCコンバータCONVの出力端TSに対して瞬間的に脱着した際に流れるパルス状の電流のピーク値がＬＥＤ照明ランプLSの負荷電流の４倍以下になるような所定値に設定されている。この条件は、出力コンデンサC3の容量が１μF以下であれば、満足することを本発明者は確認した。そして、出力コンデンサC3の所定容量の容量が接続している場合、たとえその容量が小さくても所期の効果を奏する。すなわち、負荷電流に重畳した状態での高周波リップル電流のピーク値が許容値すなわちＬＥＤ照明ランプLSの最大定格電流値以下に低減する。その結果、ＬＥＤ照明ランプLSのＬＥＤの劣化や短寿命を防止できるとともに、ＬＥＤ照明ランプLSを負荷とする場合に出力コンデンサC3に期待される高周波リップル電流のバイパス作用を所要に維持できることが分かった。なお、ＬＥＤ照明ランプLSの最大定格電流値とは、ＬＥＤ照明ランプLSの一対の受電端TB、TBから内部のＬＥＤ全体を見たときの合成された最大順方向電流をいう。しかし、内部にあるＬＥＤが単一であるときには単一のＬＥＤの最大順方向電流であることはいうまでもない。また、複数のＬＥＤが内部で並列接続している場合には、単一のＬＥＤの最大順方向電流の並列数倍である。
【００２８】
次に、本実施形態における照明ランプの直流点灯回路に対する瞬間的な脱着の際の再接続時に流れるパルス状の電流について図２を参照して説明する。図２において、（ａ）は直流点灯回路DOCの出力電圧波形であり、（ｂ）は負荷電流波形である。そして、横軸の時間を一致させてある。
【００２９】
時間t0において図１のＬＥＤ照明ランプLSが直流点灯回路DOCの出力端TSから瞬間的に外れて負荷電流が遮断されると、直流点灯回路DOCが定電流制御されるため、（ａ）の出力電圧が急激に上昇して時間t1においてピークに達し、出力コンデンサC3がその高電圧で充電される。出力コンデンサC3の電圧は、その後徐々に低下していく。時間t1に接近した時間t2においてＬＥＤ照明ランプLSが再接続すると、上記高電圧で充電された出力コンデンサC3の電荷がＬＥＤ照明ランプLSを経由して放電し、その際に（ｂ）に示すように負荷電流に重畳したパルス状の電流Ipが流れる。なお、パルス状の電流Ipのピーク値とは、負荷電流値およびパルス状の電流Ipのパルス状部分の波高値を加算した値である。
【００３０】
すなわち、出力コンデンサC3の容量が上述のように設定されていることにより、上記パルス状の電流Ipは、その波高値が（ｂ）に示すＬＥＤ照明ランプLSの最大定格電流値CL以下になるとともに、パルス持続時間がｎｓオーダーの極めて短時間となる。
【００３１】
なお、参考までに降圧チョッパからなるDC−DCコンバータCONVの回路動作について簡単に説明する。スイッチング素子Q2がオンすると、直線的な増加電流が直流電源回路DCの出力端からスイッチング素子Q2を経由してインダクタL2に流入し、インダクタL2に電磁エネルギーが蓄積される。そして、抵抗器R3の電圧により検出される増加電流が所定値に達したときに、制御手段CC2は、スイッチング素子Q2をオフさせる。スイッチング素子Q2がオフすると、インダクタL2に蓄積されていた電磁エネルギーが放出されて直線的な減少電流が流れる。減少電流が０になると、制御手段CC2が再びスイッチング素子Q2をオンさせる。以後、上述の動作を繰り返す。
【００３２】
直流電源DCは、交流電源ACから供給される交流を直流に変換して、後段の機能回路要素であるDC−DCコンバータCONVにその入力として直流電力を供給する回路機能を有していればその余の構成が特段限定されない。そして、入力端は、後述するノイズフィルタ回路NFを経由して交流電源ACに接続する。図示の実施形態において、直流入力電源DCは、整流機能、力率改善機能および平滑化機能を備えている。整流機能としてはブリッジ形全波整流回路DBを用いている。また、力率改善機能および平滑化機能としては昇圧チョッパ回路BUCを備えている。なお、以上の構成において、ブリッジ形全波整流回路DBの交流入力端が直流入力電源DCの入力端となる。
【００３３】
昇圧チョッパ回路BUCは、インダクタL1およびスイッチング素子Q1の直列回路がブリッジ形全波整流回路DBの直流出力端間に接続するとともに、ダイオードD1および平滑コンデンサC2の直列回路がスイッチング素子Q1に並列接続している。そして、平滑コンデンサC2の両端間が直流電源DCの出力端となる。
【００３４】
また、平滑コンデンサC2と並列に抵抗器R1およびR2の直列回路からなる分圧回路VDが並列接続していて、直流電源DCの出力電圧が分圧されて制御手段CC1に帰還入力するように構成されている。制御手段CC1は、スイッチング素子Q1の制御端子に駆動信号を供給してそのスイッチングを制御して、電源装置の交流電源ACに対する力率を改善するようにスイッチング素子Q1を制御する。なお、スイッチング素子Q1には例えばMOSFETが用いられていて、そのゲート端子には制御手段CC1からゲート駆動信号電圧が印加される。
【００３５】
次に、直流電源回路DCにおける回路動作を簡単に説明する。スイッチング素子Q1がオンすると、直流電源DCからインダクタL1に直線的な増加電流が流れてインダクタL1に電磁エネルギーが蓄積される。また、平滑コンデンサC2の端子電圧が所定値に達すると、制御手段CC1がスイッチング素子Q1をオフさせる。これにより、インダクタL1に蓄積された電磁エネルギーが放出されてインダクタL1、ダイオードD1、平滑回路C2およびブリッジ形全波整流回路DBの回路内を直線的な減少電流が流れる。以上の回路動作を繰り返すことにより、平滑コンデンサC2の両端すなわち直流電源回路DCの出力端間に平滑化され、かつ昇圧されて交流電圧より高くなるとともに、定電圧制御された直流電圧が現れて直流電源DCから出力される。
【００３６】
図示の実施形態において、直流点灯回路DOCは、直流電源DCおよびDC−DCコンバータCONVに加えて、副次的構成要素としてノイズフィルタ回路NFおよび負荷状態検出手段LDを具備している。
【００３７】
ノイズフィルタ回路NFは、電源ラインから侵入するノイズによる誤動作事故を防止するとともに、直流点灯回路DOC内で発生するノイズが電源ラインへ漏洩することを防止する。そして、一端が直流点灯回路DOCの入力端t1、t2に接続するとともに、他端が後述する直流電源DCの入力端に接続する。
【００３８】
また、ノイズフィルタ回路NFは、その具体的な回路構成について特段限定されないが、既知の各種ノイズフィルタ回路を適宜選択して用いることができる。図示の実施形態においては、コンデンサC1およびコモンモードチョークコイルCMCを備えている。そして、コンデンサC1は、入力端子t1、t2間に接続している。コモンモードチョークコイルCMCは、コンデンサC1および後述する直流電源回路DCの間において一対の線路にそれぞれ直列に挿入されている。
【００３９】
負荷状態検出手段LDは、抵抗器R4、R5からなる電圧分圧回路を備えていて、DC−DCコンバータCONVの一対の出力端TS、TS間に接続して直流点灯回路DOCの出力電圧を検知し、その値が所定値を超えるとDC−DCコンバータCONVを制御して安全動作をさせる。したがって、直流点灯回路DOCの出力端TSとＬＥＤ照明ランプLSの受電端TBとの接続部位などの接触抵抗が大きくなって、異常温度上昇の虞が生じたときおよび上記接続部位などにおいて回路がオープンしてアーク放電が生起する虞があるときには、直流点灯回路DOCの出力を低減したり、停止したりして、安全を図ることが可能になる。
【符号の説明】
【００４０】
AC…交流電源、BUC…昇圧チョッパ、CC1、CC2…制御手段、CMC…コモンモードチョークコイル、CONV…DC-DCコンバータ、D1、D2…ダイオード、DC…直流電源、DOC…直流点灯回路、L1、L2…インダクタ、LD…負荷状態検出手段、NF…ノイズフィルタ、LS…照明ランプ、Q1、Q2…スイッチング手段、t1、t2…入力端、TB…受電端、TS…出力端、VD…分圧回路
【図１】
2012155864.tif 000003
【図２】
2012155864.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成23年1月27日(2011.1.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ＬＥＤ照明ランプを備えたＬＥＤ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤを用いた照明ランプすなわちＬＥＤ照明ランプは、これを直流により付勢して点灯するので、DC−DCコンバータを用いて直流点灯回路を構成すると、制御が容易で、しかも回路効率が高くなる利点がある。DC−DCコンバータは、その出力端に出力コンデンサを接続して、DC−DCコンバータの動作に伴って発生する高周波リップル電流をＬＥＤ照明ランプに流さないでバイパスさせるように出力端が構成されている。
【０００３】
一方、照明ランプは、その交換や点検などの際に直流点灯回路の出力端に都度着脱され、その際にＬＥＤ照明ランプの直流点灯回路に対する接続が緩いことがある。また、点灯中に外部から加わる衝撃や振動を受けることもある。これらの結果、照明ランプと直流点灯回路との接続が瞬間的に外れて再び接続する、すなわち瞬間的な脱着が行われることがある。このような状態が発生しても、ＬＥＤ照明装置は、そのＬＥＤ照明ランプなどがダメージを受けないように構成されていることが要求される。
【０００４】
直流点灯回路が定電流制御される場合、点灯中のＬＥＤ照明ランプが点灯中に開放されると、その際に負荷電流を流そうとするために、直流点灯回路の出力端の電圧が急激に上昇する。これに伴って、出力コンデンサの端子電圧が上昇する。このような状態のときにＬＥＤ照明ランプが直流点灯回路の出力端に再接続すると、出力コンデンサの上昇した端子電圧がＬＥＤ照明ランプに印加されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−０１０１００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、従来のＬＥＤ照明装置は、主として高周波リップル電流のバイパス作用を重視して出力コンデンサの容量を２μＦ以上に設定している。このため、照明ランプの直流点灯回路に対する瞬間的な脱着における再接続時に極めて大きな電流がパルス状に流れる。その結果、ＬＥＤが劣化しやすくなるばかりか短寿命になりやすくなる。
【０００７】
本発明者による調査および研究により、直流点灯回路の出力コンデンサの容量を負荷電流の４倍値以下にした場合には、瞬間的な脱着における再接続時に流れるパルス状の電流は、その持続時間がｎｓ（ナノ秒）オーダーに短縮するとともに、負荷電流に重畳した高周波リップル電流のピーク値が許容値すなわちＬＥＤ照明ランプの最大定格電流値以下に低減する。その結果、ＬＥＤの劣化や短寿命を防止できるとともに、ＬＥＤ照明ランプを負荷とする場合に出力コンデンサに期待される高周波リップル電流のバイパス作用を所要に維持できることが分かった。なお、ＬＥＤの瞬時最大定格電流は、一般にｍｓ（ミリ秒）オーダーの時間に連続通流する電流の最大許容値を規定しているので、再接続時に流れるパルス状の電流の持続時間がｎｓオーダーで、かつＬＥＤ照明ランプの負荷電流の４倍値以下であれば、実用上差し支えない。
【０００８】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、照明ランプの直流点灯回路に対する瞬間的な脱着における再接続時に流れるパルス状の電流を低減してＬＥＤの劣化や短寿命発生を抑制するとともに、ＬＥＤ照明ランプを負荷とする場合に出力コンデンサに期待される高周波リップル電流のバイパス作用を所要に維持して明るさのちらつき発生を防止した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】
【０００９】
本発明の実施形態においては、ＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤ照明ランプおよび直流点灯回路を具備している。直流点灯回路は、直流電源およびDC−DCコンバータを備えていて、定電流制御によりＬＥＤ照明ランプを点灯する。DC−DCコンバータは、その出力端に出力コンデンサを並列接続している。出力コンデンサは、その容量が、ＬＥＤ照明ランプの負荷電流の４倍以下になる値に設定されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態によれば、直流点灯回路のDC−DCコンバータの出力端に接続する出力コンデンサの容量が、ＬＥＤ照明ランプがDC−DCコンバータの出力端に対して瞬間的に脱着した際に流れるパルス状の電流のピーク値がＬＥＤ照明ランプの負荷電流の４倍以下になるような値に設定されていることにより、照明ランプの直流点灯回路に対する瞬間的な脱着における再接続時に流れるパルス状の電流を低減してＬＥＤの劣化や短寿命発生を抑制するとともに、ＬＥＤ照明ランプを負荷とする場合に出力コンデンサに期待される高周波リップル電流のバイパス作用を所要に維持して明るさのちらつき発生を防止したＬＥＤ照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のＬＥＤ照明装置における一実施形態を示す回路図である。
【図２】同じく照明ランプの直流点灯回路に対する瞬間的な脱着における再接続時に流れるパルス状電流を説明する波形図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の一実施形態において、ＬＥＤ照明装置は、図１に示すようにＬＥＤ照明ランプLSおよび直流点灯回路DOCを具備している。
【００１３】
（ＬＥＤ照明ランプ）について説明する。ＬＥＤ照明ランプLSは、ＬＥＤを光源とする照明ランプである。使用するＬＥＤは、その数が特段限定されない。所要の光量を得るために、複数のＬＥＤを備えていることが許容される。この場合、複数のＬＥＤは、直列接続回路または直並列回路を形成していることができる。しかし、単一のＬＥＤからなる照明ランプLSであってもよい。
【００１４】
また、照明ランプLSは、後述する直流点灯回路DOCの出力端TSに接続するために、受電端TBを備えている。この受電端TBは、口金の態様をなしていることが好ましいが、これに限定されない。なお、口金は、既知の各種構成を適宜採用することができる。要するに、上記出力端TSに接続するための手段であれば、その余の構成は特段限定されない。例えば、照明ランプLSの本体から導電線を経由して導出されたコネクタなどの態様をなしていてもよい。また、受電端TBが接続導体自体であってもよい。
【００１５】
さらに、照明ランプLSは、その形態が多様であることを許容する。例えば、両端に口金を備えた直管状や一端にねじ口金を備えた片口金白熱電球のような形状をなしているなどの形態とすることができる。
【００１６】
さらにまた、照明ランプLSは、後述する直流点灯回路DOCに対してその所望の数を直列および／または並列接続することができる。なお、並列接続する際には、並列回路のそれぞれに流れる負荷電流が均等化するように定電流回路を介在させるのが好ましい。
【００１７】
なお、図示の実施形態において、照明ランプLSは、直管状をなしていて、図示を省略している直管状の外管内に直列接続された複数のＬＥＤが分散配置され、両端に形成された受電端TBがピン形口金を構成している。
【００１８】
（直流点灯回路）について説明する。直流点灯回路DOCは、直流電源DCおよびDC−DCコンバータCONVを備え、その入力端t1、t2が交流電源ACに接続するとともに、照明ランプLSを接続する出力端TSを備えていて、その出力端TSを経由して照明ランプLSに直流電力を供給してこれを点灯する手段である。出力端TSは、照明ランプLSの受電端TBに適合するように構成されていればよく、その余の構成については特段限定されない。例えば、ソケットの態様をなしているのが好ましいが、照明ランプLSの受電端TBがコネクタの態様をなしている場合には、コネクタ受けの態様をなしていることが許容される。また、受電端TBが接続導体の態様をなしている場合には、接続導体を受容する端子台などの態様をなしていてもよい。
【００１９】
また、直流点灯回路DOCは、DC−DCコンバータCONVおよびその直流電源DCを備えている。DC−DCコンバータCONVとしては例えば各種チョッパが、変換効率が高く、しかも制御が容易であるので、好適である。DC−DCコンバータCONVは、一般には入力直流電圧を異なる電圧の直流に変換する。そして、出力電圧が照明ランプLSに印加される。DC−DCコンバータCONVの出力を制御して出力を調節することにより、照明ランプLSを所望のレベルに調光点灯させることもできる。
【００２０】
直流点灯回路DOCを上述のようにDC−DCコンバータCONVを主体として構成する場合、その直流電源DCおよびDC-DCコンバータCONVを１対１の関係にして配設することができる。また、直流電源DCを共通にしてDC−DCコンバータCONVを１対複数の関係になるよう複数配設して、直流入力を複数のDC−DCコンバータCONVに並列的に供給するように構成してもよい。なお、後者の場合、所望により各DC−DCコンバータCONVを照明ランプLSに隣接する位置に配設し、共通の直流電源DCを照明ランプLSから離間した位置に配設することができる。
【００２１】
さらに、直流点灯回路DOCは、その出力を定電流制御するように構成されるが、一部の領域、例えば照明ランプLSの点灯電力が低電力の領域、換言すれば深調光領域では定電圧制御を行い、その他の領域では定電流制御を行うように複合制御特性が付与されていることを許容する。
【００２２】
さらにまた、直流点灯回路DOCは、照明ランプLSの動作状態を変化させるために、照明ランプLSに供給する直流電力を制御信号に応じて変化させるように直流点灯回路DOCの出力を可変に構成することができる。すなわち、調光信号に応じて照明ランプLSを調光点灯させることができる。
【００２３】
DC−DCコンバータCONVは、直流電源DCから供給される直流入力を変換して所望の電圧を出力し、照明ランプLSを付勢して点灯させるが、その余の構成については特段限定されない。なお、DC-DCコンバータCONVは、直流電力を異なる直流電力に変換する装置であって、順変換装置とも称される変換装置であり、各種チョッパの他にフライバックコンバータ、フォワードコンバータおよびスイッチングレギュレータなどが含まれる。そして、DC−DCコンバータCONVがいずれの回路方式であったとしても、その出力端には後述する所定容量の出力コンデンサC3が接続される。
【００２４】
図示の実施形態において、DC−DCコンバータCONVは、降圧チョッパによって構成されている。スイッチング素子Q2、インダクタL2および出力コンデンサC3の直列回路が直流電源回路DCの出力端すなわち本実施形態においては昇圧チョッパの出力端に接続している。
【００２５】
また、インダクタL2に対してダイオードD2および出力コンデンサC3の直列回路が並列接続してそれらによる閉回路を形成している。そして、出力コンデンサC3の両端に電流検出用の抵抗器R3を経由して出力端TS、TSが接続することによって定電流制御形の降圧チョッパが構成されている。スイッチング素子Q2は、制御手段CC2によってオン、オフが制御される。電流検出用の抵抗器R3の電圧は、制御手段CC2に制御入力してスイッチング素子Q2のオフを制御する。これにより、DC−DCコンバータCONVは、照明ランプLSを定電流制御により点灯する。
【００２６】
出力コンデンサC3は、その容量が、ＬＥＤ照明ランプLSがDC−DCコンバータCONVの出力端TSに対して瞬間的に脱着した際に流れるパルス状の電流のピーク値がＬＥＤ照明ランプLSの負荷電流の４倍以下になるような所定値に設定されている。この条件は、出力コンデンサC3の容量が１μF以下であれば、満足することを本発明者は確認した。そして、出力コンデンサC3の所定容量の容量が接続している場合、たとえその容量が小さくても所期の効果を奏する。すなわち、負荷電流に重畳した状態での高周波リップル電流のピーク値が許容値すなわちＬＥＤ照明ランプLSの最大定格電流値以下に低減する。その結果、ＬＥＤ照明ランプLSのＬＥＤの劣化や短寿命を防止できるとともに、ＬＥＤ照明ランプLSを負荷とする場合に出力コンデンサC3に期待される高周波リップル電流のバイパス作用を所要に維持できることが分かった。なお、ＬＥＤ照明ランプLSの最大定格電流値とは、ＬＥＤ照明ランプLSの一対の受電端TB、TBから内部のＬＥＤ全体を見たときの合成された最大順方向電流をいう。しかし、内部にあるＬＥＤが単一であるときには単一のＬＥＤの最大順方向電流であることはいうまでもない。また、複数のＬＥＤが内部で並列接続している場合には、単一のＬＥＤの最大順方向電流の並列数倍である。
【００２７】
次に、本実施形態における照明ランプの直流点灯回路に対する瞬間的な脱着の際の再接続時に流れるパルス状の電流について図２を参照して説明する。図２において、（ａ）は直流点灯回路DOCの出力電圧波形であり、（ｂ）は負荷電流波形である。そして、横軸の時間を一致させてある。
【００２８】
時間t0において図１のＬＥＤ照明ランプLSが直流点灯回路DOCの出力端TSから瞬間的に外れて負荷電流が遮断されると、直流点灯回路DOCが定電流制御されるため、（ａ）の出力電圧が急激に上昇して時間t1においてピークに達し、出力コンデンサC3がその高電圧で充電される。出力コンデンサC3の電圧は、その後徐々に低下していく。時間t1に接近した時間t2においてＬＥＤ照明ランプLSが再接続すると、上記高電圧で充電された出力コンデンサC3の電荷がＬＥＤ照明ランプLSを経由して放電し、その際に（ｂ）に示すように負荷電流に重畳したパルス状の電流Ipが流れる。なお、パルス状の電流Ipのピーク値とは、負荷電流値およびパルス状の電流Ipのパルス状部分の波高値を加算した値である。
【００２９】
すなわち、出力コンデンサC3の容量が上述のように設定されていることにより、上記パルス状の電流Ipは、その波高値が（ｂ）に示すＬＥＤ照明ランプLSの最大定格電流値CL以下になるとともに、パルス持続時間がｎｓオーダーの極めて短時間となる。
【００３０】
なお、参考までに降圧チョッパからなるDC−DCコンバータCONVの回路動作について簡単に説明する。スイッチング素子Q2がオンすると、直線的な増加電流が直流電源回路DCの出力端からスイッチング素子Q2を経由してインダクタL2に流入し、インダクタL2に電磁エネルギーが蓄積される。そして、抵抗器R3の電圧により検出される増加電流が所定値に達したときに、制御手段CC2は、スイッチング素子Q2をオフさせる。スイッチング素子Q2がオフすると、インダクタL2に蓄積されていた電磁エネルギーが放出されて直線的な減少電流が流れる。減少電流が０になると、制御手段CC2が再びスイッチング素子Q2をオンさせる。以後、上述の動作を繰り返す。
【００３１】
直流電源DCは、交流電源ACから供給される交流を直流に変換して、後段の機能回路要素であるDC−DCコンバータCONVにその入力として直流電力を供給する回路機能を有していればその余の構成が特段限定されない。そして、入力端は、後述するノイズフィルタ回路NFを経由して交流電源ACに接続する。図示の実施形態において、直流入力電源DCは、整流機能、力率改善機能および平滑化機能を備えている。整流機能としてはブリッジ形全波整流回路DBを用いている。また、力率改善機能および平滑化機能としては昇圧チョッパ回路BUCを備えている。なお、以上の構成において、ブリッジ形全波整流回路DBの交流入力端が直流入力電源DCの入力端となる。
【００３２】
昇圧チョッパ回路BUCは、インダクタL1およびスイッチング素子Q1の直列回路がブリッジ形全波整流回路DBの直流出力端間に接続するとともに、ダイオードD1および平滑コンデンサC2の直列回路がスイッチング素子Q1に並列接続している。そして、平滑コンデンサC2の両端間が直流電源DCの出力端となる。
【００３３】
また、平滑コンデンサC2と並列に抵抗器R1およびR2の直列回路からなる分圧回路VDが並列接続していて、直流電源DCの出力電圧が分圧されて制御手段CC1に帰還入力するように構成されている。制御手段CC1は、スイッチング素子Q1の制御端子に駆動信号を供給してそのスイッチングを制御して、電源装置の交流電源ACに対する力率を改善するようにスイッチング素子Q1を制御する。なお、スイッチング素子Q1には例えばMOSFETが用いられていて、そのゲート端子には制御手段CC1からゲート駆動信号電圧が印加される。
【００３４】
次に、直流電源回路DCにおける回路動作を簡単に説明する。スイッチング素子Q1がオンすると、直流電源DCからインダクタL1に直線的な増加電流が流れてインダクタL1に電磁エネルギーが蓄積される。また、平滑コンデンサC2の端子電圧が所定値に達すると、制御手段CC1がスイッチング素子Q1をオフさせる。これにより、インダクタL1に蓄積された電磁エネルギーが放出されてインダクタL1、ダイオードD1、平滑回路C2およびブリッジ形全波整流回路DBの回路内を直線的な減少電流が流れる。以上の回路動作を繰り返すことにより、平滑コンデンサC2の両端すなわち直流電源回路DCの出力端間に平滑化され、かつ昇圧されて交流電圧より高くなるとともに、定電圧制御された直流電圧が現れて直流電源DCから出力される。
【００３５】
図示の実施形態において、直流点灯回路DOCは、直流電源DCおよびDC−DCコンバータCONVに加えて、副次的構成要素としてノイズフィルタ回路NFおよび負荷状態検出手段LDを具備している。
【００３６】
ノイズフィルタ回路NFは、電源ラインから侵入するノイズによる誤動作事故を防止するとともに、直流点灯回路DOC内で発生するノイズが電源ラインへ漏洩することを防止する。そして、一端が直流点灯回路DOCの入力端t1、t2に接続するとともに、他端が後述する直流電源DCの入力端に接続する。
【００３７】
また、ノイズフィルタ回路NFは、その具体的な回路構成について特段限定されないが、既知の各種ノイズフィルタ回路を適宜選択して用いることができる。図示の実施形態においては、コンデンサC1およびコモンモードチョークコイルCMCを備えている。そして、コンデンサC1は、入力端子t1、t2間に接続している。コモンモードチョークコイルCMCは、コンデンサC1および後述する直流電源回路DCの間において一対の線路にそれぞれ直列に挿入されている。
【００３８】
負荷状態検出手段LDは、抵抗器R4、R5からなる電圧分圧回路を備えていて、DC−DCコンバータCONVの一対の出力端TS、TS間に接続して直流点灯回路DOCの出力電圧を検知し、その値が所定値を超えるとDC−DCコンバータCONVを制御して安全動作をさせる。したがって、直流点灯回路DOCの出力端TSとＬＥＤ照明ランプLSの受電端TBとの接続部位などの接触抵抗が大きくなって、異常温度上昇の虞が生じたときおよび上記接続部位などにおいて回路がオープンしてアーク放電が生起する虞があるときには、直流点灯回路DOCの出力を低減したり、停止したりして、安全を図ることが可能になる。
【符号の説明】
【００３９】
AC…交流電源、BUC…昇圧チョッパ、CC1、CC2…制御手段、CMC…コモンモードチョークコイル、CONV…DC-DCコンバータ、D1、D2…ダイオード、DC…直流電源、DOC…直流点灯回路、L1、L2…インダクタ、LD…負荷状態検出手段、NF…ノイズフィルタ、LS…照明ランプ、Q1、Q2…スイッチング手段、t1、t2…入力端、TB…受電端、TS…出力端、VD…分圧回路