(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を全波整流する整流回路と、多数のＬＥＤを直列接続した直列ＬＥＤ群と、前記整流回路の出力端に直列ＬＥＤ群と直列に接続された第１トランジスタと、第１トランジスタを定電流駆動する定電流駆動回路と、前記第１トランジスタと並列に接続された第２トランジスタと、前記整流回路の出力電圧が基準電圧以下のときに第２トランジスタをオン駆動する電圧比較スイッチング駆動回路とを備えたことを特徴とする交流電源用ＬＥＤ集合ランプ。
【請求項２】
請求項１において、前記第１トランジスタを定電流素子に置換するとともに、前記定電流駆動回路を省略することを特徴とする交流電源用ＬＥＤ集合ランプ。
【請求項３】
請求項１または２において、前記直列ＬＥＤ群の各ＬＥＤにそれぞれバイパス抵抗が並列接続されていることを特徴とする交流電源用ＬＥＤ集合ランプ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記直列ＬＥＤ群が複数あり、それら複数の直列ＬＥＤ群が並列接続されて整流回路の出力端と、第１トランジスタあるいは定電流素子と、第２トランジスタとに接続されていることを特徴とする交流電源用ＬＥＤ集合ランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を交流電源によって駆動する交流電源用ＬＥＤ集合ランプに関し、より具体的にはＬＥＤ集合ランプにおける電気回路の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高輝度ＬＥＤの小型／長寿命／低消費電力といった特徴を利用して、多数のＬＥＤを光源とし、その電力源として一般の家庭用交流電源を使用する交流電源用ＬＥＤ集合ランプがある。光源となるＬＥＤは半導体であり、定格電流値以下の直流電流によって駆動しなくてはならない。従って、ＬＥＤ集合ランプを家庭用の交流電源で点灯させる場合、各ＬＥＤに定格以上の電流が流れないようにするために何らかの電流制限手段が必要となる。
【０００３】
その手段としては、ＬＥＤ集合ランプのＬＥＤの個数を多くして最大電圧時でも定格以下の電流が流れるようにする方法や、ＬＥＤの個数に合わせて定格以上の電流が流れないようにするための電流制限回路を設ける方法がある。
【０００４】
電流制限回路の構成としては、降圧用抵抗器を用いるものがある。これは電源電圧を抵抗器によって降圧し、この降圧後の電圧をＬＥＤの端子間に印加することで電流を制限している。電圧降下用抵抗器を含む点灯回路を備えたＬＥＤ集合ランプとしては、特開昭５８−２８８７９号、特開昭６２−３２６６４号、特開昭６３−１２４４７９号の各号公報にその技術が開示されている。また、特開平７−２７３３７１号公報に開示された技術では、抵抗器に変えて大容量のコンデンサによって降圧している。
【０００５】
サイリスタなどを用いて交流電圧波形における位相の一部の電圧波形をＬＥＤに印加する方法もある（特開平６−２４２７３３号公報に開示）。さらに、ＬＥＤに流れる電流を検知し、その電流値に従ってＬＥＤに流す電流を増減させる定電流制御回路もよく知られている。電源電圧が所定値以上になると、ほぼ一定の電流がＬＥＤに流れるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
電流制限手段としてＬＥＤの個数を増やした場合、ＬＥＤに流れる電流は交流電圧波形におけるピーク時に最大となる。最大電流がＬＥＤに流れるのは交流電源の周期においてごく一部である。そのため、全周期のほとんどにおいてＬＥＤの発光輝度は低いものとなってしまう。また、低電圧時ではＬＥＤに電流がほとんど流れないため点灯せず、交流電源の周期によってフリッカーが生じる。したがって、ＬＥＤ集合ランプは暗くてちらつき多い照明器具となる。
【０００７】
電圧降下用抵抗器による電流制限手段では、この抵抗器に大電流を流している。そのため、低消費電力というＬＥＤの特徴を生かせないし、抵抗器が発熱して実装上いろいろな問題が生じる。これを回避するために放熱対策を施せば、ランプの小型化が困難となる。また、コストも増加させる。
確かに、コンデンサによって降圧すれば、発熱は抵抗に比べれば少ない小さい。しかし、大容量のコンデンサを必要とするため、ランプの大型化は避けられない。
【０００８】
電源電圧波形の低電圧部分に相当する位相のときだけ電流を流す場合、ＬＥＤには交流波形の周期に従って離散的に電流が流れることになる。そのため、フリッカーが生じる。また、周期のほとんどの部分でＬＥＤが点灯しないことになり、照明も暗くなってしまう。したがって、高輝度であるＬＥＤの長所を有効に利用しているとは言い難い。
【０００９】
定電流制御回路を用いる場合でも問題が多い。その一例を図４に示した。図４Ａ、Ｂは、電源電圧と発光駆動電流との関係を直列に接続されたＬＥＤの個数による違いとして示した特性図である。Ａは直列に接続するＬＥＤの個数が少ない場合であり、印加できる電圧は低く、交流電源周期のほとんどの部分で定電流制御が行われる。そのため、定電流制御時における電力損失が大きくその分のほとんどは熱に変わる。したがって高圧用抵抗器を用いた場合と同じ問題が生じる。
また、Ｂに示すようにＬＥＤの個数が多い場合、高電圧部で定電流制御がなされるので電力損失は少ない。しかし、周期の多くの部分でＬＥＤには定格以下の電流しか流れない。したがって、暗くてちらつく照明となる。
【００１０】
そこで本発明は、明るくてフリッカーがなく、しかも電力損失が少なくて小型化や低コスト化を達成できる交流電源用ＬＥＤ集合ランプを提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の交流電源用ＬＥＤ集合ランプは、多数のＬＥＤを直列接続した直列ＬＥＤ群と、前記整流回路の出力端に直列ＬＥＤ群と直列に接続された第１トランジスタと、第１トランジスタを定電流駆動する定電流駆動回路と、前記第１トランジスタと並列に接続された第２トランジスタと、前記整流回路の出力電圧が基準電圧以下のときに第２トランジスタをオン駆動する電圧比較スイッチング駆動回路とを備えている。
また、第１トランジスタを定電流素子に置換するとともに、定電流駆動回路を省略してもよい。
【００１２】
より好ましくは、前記直列ＬＥＤ群の各ＬＥＤにそれぞれバイパス抵抗を並列に接続することである。
また、前記直列ＬＥＤ群が複数ある構成とし、それら複数の直列ＬＥＤ群が並列接続されて整流回路の出力端と、第１トランジスタあるいは定電流素子と、第２トランジスタとに接続されていることととしてもよい。
【００１３】
さらに、整流回路を設けず、交流電源の入力端に直結して交流の半波で動作するようにしてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施例における交流電源用ＬＥＤ集合ランプ（ＬＥＤランプ）の外形図を示している。電球用ソケットに接続して交流電源に接続するための口金部１を備えたケース２内には多数のＬＥＤを直列に接続してなる直列ＬＥＤ群とその点灯回路とが収納されている。光源となる直列ＬＥＤ群からの光はケースの光透過窓３を通してケース２外部へ照射される。もちろん、ＬＥＤランプの形態はこれに限らず、照明器具本体部と電源接続部とを電源コードを介して分離させてもよい。この場合、電源接続部をローゼット用の口金としたり、通常の電源プラグとしたりしてもよい。
【００１５】
図２は、本実施例におけるＬＥＤランプの回路構成の概略を示している。交流電源ＡＣを全波整流するダイオードブリッジからなる整流回路１０と、多数のＬＥＤを直列接続した直列ＬＥＤ群と、各ＬＥＤにそれぞれ並列接続されるバイパス抵抗Ｒｂと、ｎｐｎトランジスタＱ１と、このトランジスタＱ１を定電流駆動する定電流駆動回路（Ｑ２、Ｒ１、Ｒ２）と、ｎチャンネル電界効果トランジスタＱ３と、このトランジスタＱ３をスイッチングするための電圧比較スイッチング駆動回路（Ｑ４、Ｒ３〜Ｒ６）とを含んで構成されている。
【００１６】
整流回路１０の出力端には直列ＬＥＤ群とバイパス抵抗Ｒｂを直列接続してなるバイパス抵抗群と、トランジスタＱ１と、このトランジスタＱ１に並列接続されたトランジスタＱ３とが直列に接続されている。各バイパス抵抗Ｒｂは、並列接続されたＬＥＤが断線した場合にそのバイパス抵抗Ｒｂを介して隣接するＬＥＤに電流を流してＬＥＤランプが消灯するのを防止するためのものである。以下、この回路の動作を説明する。
【００１７】
後述のようにトランジスタＱ３がオフ状態のときは、直列ＬＥＤ群を発光駆動する電流は、トランジスタＱ１と定電流駆動回路側へ流れる。トランジスタＱ３がＯＮ状態のときは大部分の発光駆動電流はトランジスタＱ３側へ流れる。
【００１８】
トランジスタＱ３は電圧比較スイッチング駆動回路（以下、スイッチング駆動回路）によって電源電圧が低電圧であるときにオン状態となる。分圧抵抗Ｒ３、Ｒ４は全波整流された電源電圧に従った電位を分圧点ｂに発生させる。スイッチング駆動回路のｎチャンネル電界効果トランジスタＱ４はこの分圧点ｂの電位が所定値以下のときにオン状態となる。これによって、トランジスタＱ４のソース電位（Ｑ３のゲート電位）がほぼ０ｖとなり、トランジスタＱ３がオン状態になる。電源電圧がその周期に従って増加し、分圧点ｂの電位が所定値を越えるとトランジスタＱ４がオフになる。このとき、分圧抵抗Ｒ５、Ｒ６による分圧点ｃの電位はこの所定値よりも十分大きくなるように抵抗値を設定しているため、トランジスタＱ３が瞬時にオフ状態になる。
【００１９】
トランジスタＱ３がオフ状態になると、電流はトランジスタＱ１および定電流駆動回路側に流れる。さらに、定電流駆動回路側へ分流した電流は抵抗Ｒ２を通ってトランジスタＱ１のベースに流れ込む。電源電圧の上昇に伴ってベース電流Ｉｂ１が増えると、エミッタ電流Ｉｅ１が増加しコレクタ電流（ＬＥＤを流れる電流）Ｉｃ１が増加する。
【００２０】
ｎｐｎトランジスタＱ２のゲート電極は、エミッタ電流が電流検出抵抗Ｒ１を通るときの電圧降下検出点ａと接続されている。トランジスタＱ２は、このａ点の電位に応じたコレクタ電流Ｉｃ２を流し、トランジスタＱ１のベース電流Ｉｂ１を減少させる。その結果、トランジスタＱ１のエミッタ電流Ｉｅ１が減少し、コレクタ電流Ｉｃ１が減少する。従って、トランジスタＱ１のコレクタ電流Ｉｃ１がほぼ一定に制御される。
【００２１】
図３Ａ、Ｂに電源電圧の変位にともなって回路に流れる電流値の変化を示した。Ａは定電流回路のみで直列ＬＥＤ群を発光駆動させた場合である。低電圧時では電流があまり流れていないことがわかる。Ｂは本実施例の回路構成によって直列ＬＥＤ群を発光駆動した場合である。低電圧時にも確実に電流が流れていることがわかる。
【００２２】
なお、点灯回路の変更例としては、トランジスタＱ１を定電流ダイオードなどの定電流素子と置換するとともに、定電流駆動回路を省略した回路構成が考えられる。また整流回路は必ずしも必要ではなく、交流電源をそのまま本実施例の回路に接続してもよい。
【００２３】
さらに、白色光を得る場合など、特性の違う三原色（ＲＧＢ）のＬＥＤ毎に直列ＬＥＤ群を設け、それぞれの直列ＬＥＤ群を並列接続すれば、各直列ＬＥＤ群のＬＥＤの個数を調整することで駆動回路１つで全ての色のＬＥＤを効率よく点灯させることができる。
【００２４】
【発明の効果】
低電圧時には電圧比較スイッチング駆動回路によってオンする第２トランジスタによってより多くの電流を流し、高電圧時には定電流駆動回路によって駆動される第１トランジスタによって定電流が直列ＬＥＤ群の各ＬＥＤに流れる。そのため、明るくてフリッカーがなく、しかも電力損失が少なくて小型化や低コスト化を達成できる交流電源用ＬＥＤ集合ランプを達成することが可能となる。
【００２５】
第１トランジスタを定電流素子に置換することで定電流駆動回路が省略され、、回路構成が簡略化し、低コスト化とＬＥＤ集合ランプの小型軽量化を達成することができる。
【００２６】
また、直列ＬＥＤ群の各ＬＥＤにバイパス抵抗を並列接続することで、あるＬＥＤが断線した場合でもＬＥＤ集合ランプが消灯することがない。
【００２７】
複数の直列ＬＥＤ群を並列に接続することで、各直列ＬＥＤ群毎に流れる電流が一定となるように調整できるため、同一の点灯回路で効率よくそれぞれ直列ＬＥＤ群のＬＥＤを発光させることができる。
【００２８】
整流回路を省略すれば、回路を簡素化し、さらなるコストダウンと小型化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における交流駆動用ＬＥＤ集合ランプの外観図である。
【図２】上記ＬＥＤ集合ランプの回路構成図である。
【図３】上記回路に流れる電流波形の概略図である。Ａは定電流制御された電流についての波形であり、Ｂは回路全体の電流についての波形である。
【図４】従来のＬＥＤ集合ランプにおける定電流制御回路によってＬＥＤを発光駆動したときの電流特性の概略図である。ＡはＬＥＤの個数が少ない場合であり、ＢはＬＥＤの個数が多い場合のＬＥＤ集合ランプにそれぞれ対応している。
【符号の説明】
１０  整流回路
Ｑ１〜Ｑ４  トランジスタ
Ｒ１〜Ｒ６、Ｒｂ  抵抗器
ＡＣ  交流電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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