特許 7411477 ＬＥＤ点灯装置及び照明器具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-27

(45)【発行日】2024-01-11

(54)【発明の名称】ＬＥＤ点灯装置及び照明器具

(51)【国際特許分類】

   H05B 45/31 20200101AFI20231228BHJP

   H05B 45/10 20200101ALI20231228BHJP

   H05B 45/315 20200101ALI20231228BHJP

   H05B 45/355 20200101ALI20231228BHJP

   H05B 45/385 20200101ALI20231228BHJP

   H05B 45/34 20200101ALI20231228BHJP

【ＦＩ】

H05B45/31

H05B45/10

H05B45/315

H05B45/355

H05B45/385

H05B45/34

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020060696

(22)【出願日】2020-03-30

(65)【公開番号】P2021163524

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2022-12-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000180450

【氏名又は名称】四変テック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】240000327

【弁護士】

【氏名又は名称】弁護士法人クレオ国際法律特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】合田 和生

(72)【発明者】

【氏名】露口 宏

(72)【発明者】

【氏名】横山 義信

(72)【発明者】

【氏名】吉野 和樹

(72)【発明者】

【氏名】大久保 耕平

【審査官】塩治 雅也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－２４９０３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０７２７３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０３３６５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０６８６１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ３９／００－３９／１０

Ｈ０５Ｂ ４５／００－４５／５９

Ｈ０５Ｂ ４７／００－４７／２９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電源の電圧を位相制御する位相制御型調光器に接続されるＬＥＤ点灯装置であって、
前記位相制御された電圧を第１の電圧として出力する整流部と、
前記第１の電圧を、トランスを介して第２の電圧に変換する第１変換部と、
前記トランスの一端に接続されて、前記第２の電圧を第３の電圧に変換する第２変換部と、
前記第３の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段によって検出された前記第３の電圧から前記位相制御された電圧の位相角を検出する位相角検出手段と、
前記位相角検出手段によって検出された位相角に基づいて発光素子の出力電流を設定する電流値設定手段と、
前記電流値設定手段によって設定された前記出力電流に基づいて前記発光素子に流れる電流を制御する制御回路と、
を備えることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。

【請求項2】

前記制御回路は、前記第３の電圧が第１所定値以上となる時間に基づき前記発光素子の電流を制御することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置。

【請求項3】

前記制御回路は、前記第３の電圧が第１所定値未満となる時間に基づき前記発光素子の電流を制御することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置。

【請求項4】

前記第３の電圧が第２所定値以下に低下した場合に、前記位相制御型調光器からＬＥＤ点灯装置に入力される入力電圧に漏れ電圧が発生するのを抑制すると共に、前記位相制御型調光器を構成するトライアックに保持電流を供給してその導通状態を維持するインピーダンス低下回路を備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に係るＬＥＤ点灯装置を備える照明器具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＬＥＤ点灯装置及び当該ＬＥＤ点灯装置を備えた照明器具に関する。

【背景技術】

【0002】

交流電力を直流電力に変換し、照明器具の光源に供給する電源回路を備えた照明装置が知られている（例えば、特許文献１）。

【0003】

特許文献１に記載の証明装置は、位相制御された交流電圧の導通角に基づいた調光信号、または、外部から入力された調光信号に基づいて出力電流を制御する。

【0004】

同様に、調光調色機能を有する照明装置の光源に供給する電力を調整する点灯装置が知られている（例えば、特許文献２）。

【0005】

特許文献２に記載の点灯装置は、点灯制御信号に応じて点灯負荷への供給電力の電力値を連続的に変更する点灯制御部を備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１６－６６４８７号公報

【文献】特開２０１３－６９５０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

位相制御された交流電圧の導通角に基づいた調光信号を得るための手段として、照明装置の入力電圧波形を直接検出する方式が良く知られている。しかしながら、入力電圧波形を直接検出する場合、調光器からのノイズや、商用交流電源に重畳するノイズもそのまま検出してしまう。そのため、ノイズを回避するための回路やノイズを除去するための信号処理が必要となり、検出回路が大型化してしまう。

【0008】

また、外部から調光信号を取得する方式もあるが、調光信号を生成するための制御回路が別途必要になるため、装置全体の小型化が困難である。

【0009】

上記課題に鑑み、本発明は、調光可能で小型化を実現可能なＬＥＤ点灯装置及び照明器具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】

前記課題を解決するために、本発明に係るＬＥＤ点灯装置は、交流電源の電圧を位相制御する位相制御型調光器に接続され、位相制御された電圧を第１の電圧として出力する整流部と、第１の電圧をトランスを介して第２の電圧に変換する第１変換部と、当該トランスの一端に接続されて、第２の電圧を第３の電圧に変換する第２変換部と、第３の電圧を検出する電圧検出手段と、電圧検出手段によって検出された第３の電圧から位相制御された電圧の位相角を検出する位相角検出手段と、位相角検出手段によって検出された位相角に基づいて発光素子の出力電流を設定する電流値設定手段と、電流値設定手段によって設定された出力電流に基づいて発光素子に流れる電流を制御する制御回路と、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明に係るＬＥＤ点灯装置及び照明器具によれば、調光可能で、かつ小型化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施例に係るＬＥＤ点灯装置のブロック図である。

【図2】実施例に係るＬＥＤ点灯装置の効果を説明するための説明図である。

【図3】実施例に係るＬＥＤ点灯装置の効果を説明するための説明図である。

【図4】実施例に係るＬＥＤ点灯装置において、正位相型調光器を使用した場合の通常時の動作を示すタイムチャートである。

【図5】実施例に係るＬＥＤ点灯装置において、正位相型調光器を使用した場合の異常時の動作を示すタイムチャートである。

【図6】実施例に係るＬＥＤ点灯装置において、逆位相型調光器を使用した場合の通常発生時の動作を示すタイムチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明のＬＥＤ点灯装置及び照明器具の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。

【実施例】

【0014】

図１は、本発明の実施例に係るＬＥＤ点灯装置１０を示す。実施例に係るＬＥＤ点灯装置１０は、交流電源１００の電源電圧Ｖ_Oを位相制御する位相制御型の調光器１０２に接続される。ＬＥＤ点灯装置１０に接続される調光器１０２は、調光制御回路１０４を有し、内部のトライアックを所定の位相角で導通させることにより電源電圧Ｖ_INを位相制御する。この結果、ＬＥＤ点灯装置１０の出力端子に接続されたＬＥＤ負荷（発光素子）１７の明るさが変化する。

【0015】

ＬＥＤ点灯装置１０は、位相制御された交流電圧Ｖ_INのノイズを除去する入力フィルタ１１を備える。また、ＬＥＤ点灯装置１０は、入力フィルタ１１の出力を、脈流を含む電圧（第１の電圧Ｖ_１）に変換する整流器１２と、後段で発生するノイズを除去する第１コンデンサ１３と、整流器１２で変換された第１の電圧Ｖ₁を、トランス１４０を介して第２の電圧Ｖ₂に変換する力率改善回路（第１変換部）１４と、を備える。さらに、ＬＥＤ点灯装置１０は、第２の電圧Ｖ₂をトランス１４０の一端から第３の電圧Ｖ₃に変換する第２変換部１５と、出力端子に接続される第２コンデンサ１６と、ＬＥＤ負荷１７とを備える。加えて、ＬＥＤ点灯装置１０は、調光器１０２の安定動作を実現するために設けられたインピーダンス低下回路１８と、ＬＥＤ負荷１７に流れる出力電流Ｉ_OUTを制御する制御回路１９と、を備える。

【0016】

力率改善回路１４の動作は、制御ＩＣ１４２により制御される。また、制御回路１９の動作は、マイクロコンピュータ１９０により制御される。マイクロコンピュータ１９０は、第３の電圧Ｖ_３を検出する電圧検出手段１９２と、検出された第３電圧Ｖ₃から位相角を検出する位相角検出手段１９４と、検出された位相角に基づいて出力電流Ｉ_OUTを設定する電流値設定手段１９６と、を有する。このように、実施例に係るＬＥＤ点灯装置１０は、第３の電圧Ｖ₃に基づいてＬＥＤ負荷１７に流れる電流Ｉ_OUTを制御する。

【0017】

第２変換部１５は、力率改善回路１４のトランス１４０の一端に接続される。第２変換部１５は、ダイオード１５１、抵抗器１５２，１５３、及びコンデンサ１５４などを有し、トランス１４０で変圧された第２の電圧Ｖ₂を第３の電圧Ｖ₃に変圧する。

【0018】

第２コンデンサ１６は、入力電圧Ｖ_INのリップル成分を抑制するために設けられる。

【0019】

インピーダンス低下回路１８は、ＬＥＤ点灯装置１０内の電圧が所定値（第２所定値Ｖ_TH2）以下に低下した場合に、調光器１０２を構成するインダクタンスやコンデンサの電荷を引き抜く（放電する）ことで、入力電圧Ｖ_INに漏れ電圧が発生するのを抑制する。加えて、インピーダンス低下回路１８は、ＬＥＤ点灯装置１０内を流れる電流が一定値以下に減少した場合に動作し、調光器１０２を構成するトライアックに保持電流を供給することでその導通状態を維持する。この結果、調光器１０２の安定動作を実現することができる。

【0020】

ここで、図２，３を参照して第３の電圧Ｖ₃の特徴について説明する。

【0021】

図２は、調光器１０２によって位相制御された入力電圧Ｖ_INの通常時の波形と、瞬断などの瞬間的な電圧降下が発生した場合における各点の電圧とを比較して示す。また、図２の下側には、検出した電圧が第１所定値Ｖ_TH1以上となる時間（パルス幅）を示す。

【0022】

電源電圧Ｖ_０に対する各電圧の位相角は、上記パルス幅に基づいて検出できる。また、検出した電圧が第１所定値Ｖ_TH1を超える時間（パルス幅）に基づいて、ＬＥＤ負荷１７に流れる出力電流Ｉ_OUTを設定、制御することができる。

【0023】

しかしながら、図２に示すように、瞬断などが発生して入力電圧Ｖ_INが瞬間的に第１所定値Ｖ_TH1未満にまで降下すると、これに伴って第１の電圧Ｖ₁も瞬間的に第１所定値Ｖ_TH1未満にまで低下する。即ち、入力電圧Ｖ_IN及び第１の電圧Ｖ₁から得られる各パルス幅も変化する。このため、入力電圧Ｖ_ＩＮや第１の電圧Ｖ₁に基づいて出力電流Ｉ_OUTを制御する方法では、ＬＥＤ負荷（発光素子）１７にちらつきが生じる。

【0024】

これに対し、第３の電圧Ｖ_３は、力率改善回路１４のトランス１４０によって変圧されるため、入力側に発生する瞬間的な電圧降下の影響を受け難い。したがって、図２に示すように、検出されるパルス幅にも変化が生じ難い。

【0025】

また、図３は、ＬＥＤ点灯装置１０と同一の系統に接続される負荷の違いによる第１、第３の電圧Ｖ₁，Ｖ₃の波形の変化を示す。図３において、実線は、消費電力の大きな負荷が接続されていない通常の状態を示す。他方、破線は比較的消費電力の大きな負荷が接続されている状態を示す。

【0026】

接続される負荷が大きくなるとＬＥＤ点灯装置１０の入力電圧Ｖ_ＩＮが全体的に低下する。そのため、図３に示すように、第１の電圧Ｖ_１の波形は全体的に低下する。この結果、通常時に比べて、第１の電圧Ｖ_１が第１所定値Ｖ_TH1以上となる時間（パルス幅）が短くなる。一方、第３の電圧Ｖ_３にあっては、入力電圧Ｖ_INが低下しても検出される電圧はほとんど低下しない。この結果、第３の電圧Ｖ₃が第１所定値Ｖ_TH1以上となる時間（パルス幅）は、通常時と略一致する。

【0027】

そこで、実施例に係るＬＥＤ点灯装置１０にあっては、従来のような入力電圧Ｖ_INや整流後の第１の電圧Ｖ₁に代えて、外乱やノイズに強い第３の電圧Ｖ₃に基づいて出力電流Ｉ_OUTを制御することを特徴とする。

【0028】

なお、実施例に係るＬＥＤ点灯装置１０では、リップル成分を抑制するために第２コンデンサ１６の容量が比較的大きく設計されている。そのため、第２コンデンサ１６の影響を受ける第２の電圧Ｖ₂は、調光器１０２からの出力電圧（電圧Ｖ_IN）にあまり依存しない。したがって、第２の電圧Ｖ_２も、ＬＥＤ負荷１７に流れる出力電流Ｉ_OUTを制御する際のパラメータとしてはあまり好ましくない。

【0029】

一方、実施例に係るＬＥＤ点灯装置１０は、力率改善回路１４（トランス１４０）を備えるため、第１コンデンサ１３の容量を比較的小さく設計することができる。そのため、トランス１４０の一端から得られる第３の電圧Ｖ_３は、調光器１０２からの出力電圧（入力電圧Ｖ_IN）をほぼ直接読み取ることができる。したがって、実施例に係るＬＥＤ点灯装置１０は、入力電圧Ｖ_INや第１の電圧Ｖ₁を用いずとも、第３の電圧Ｖ₃に基づいて出力電流Ｉ_OUTを適切に制御することができる。

【0030】

図４は、調光器１０２として正位相型調光器を使用した場合における、実施例に係るＬＥＤ点灯装置１０（より具体的には、そのマイクロコンピュータ１９０）の正常時の動作を示すタイムチャートである。

【0031】

図４に示す通り、実施例に係るＬＥＤ点灯装置１０（マイクロコンピュータ１９０）は、電圧検出手段１９２によって検出された第３の電圧Ｖ₃が第１所定値Ｖ_TH1以上となる時間（パルス幅）を検出する。そして、位相角検出手段１９４を用いて、電源電圧Ｖ_０に対する第３の電圧Ｖ₃の位相角を検出する。また、電流値設定手段１９６により、検出された位相角から得られる調光信号に基づいてＬＥＤ負荷（発光素子）１７に流れる出力電流Ｉ_OUTを設定する。

【0032】

このように、実施例に係るＬＥＤ点灯装置１０にあっては、ノイズを回避するための専用の回路を別途設けることや、検出した電圧波形に対して信号処理を加えることなく、調光器１０２からの出力電圧（Ｖ_IN）を正確に反映した電圧（第３の電圧Ｖ₃）の位相角を検出することができる。また、外部から直接調光信号を取得する方式のように、調光信号を生成するための制御回路を別途設ける必要もない。したがって、ＬＥＤ点灯装置１０全体の小型化が可能である。

【0033】

また、実施例に係るＬＥＤ点灯装置１０（マイクロコンピュータ１９０）は、第３の電圧Ｖ₃が第２所定値Ｖ_TH2以下となる期間中、インピーダンス低下回路１８を動作（ＯＮ）させる。これにより、調光器１０２のトライアックの導通状態を維持することができ、調光器１０２の誤作動を防止することができる。この結果、図４に示すように、ＬＥＤ負荷１７に流れる出力電流Ｉ_OUTの値を一定に保つことができ、ちらつきのない快適な照明を実現できる。

【0034】

なお、実施例に係るＬＥＤ点灯装置１０は、第３の電圧Ｖ₃が第１所定値Ｖ_TH1未満となる時間に基づいて位相制御された入力電圧Ｖ_INの位相角を検出してもよい。即ち、第３の電圧Ｖ₃は、第１所定値Ｖ_TH1以上となる場合、又は第１所定値Ｖ_TH1未満となる場合のいずれかに区別できるため、ＬＥＤ点灯装置１０は、第３の電圧Ｖ_３が第１所定値Ｖ_TH1未満となる時間に基づいて入力電圧Ｖ_INの位相角を検出することもできる。

【0035】

次に、図５を参照して、瞬間的な電圧降下が発生した場合（異常発生時）におけるＬＥＤ点灯装置１０（マイクロコンピュータ１９０）の動作を説明する。

【0036】

図２を示して説明した通り、実施例に係るＬＥＤ点灯装置１０にあっては、力率改善回路１４を介して検出される第３の電圧Ｖ₃は、入力側で発生した電圧降下の影響をほとんど受けない。したがって、図５の時刻Ｔ₁において瞬間的な電圧降下が発生しても、第３の電圧Ｖ₃の波形は大きく崩れることがない。

【0037】

したがって、マイクロコンピュータ１９０は、図４に示した正常時と同様に、電圧検出手段１９２により第３の電圧Ｖ₃を検出し、検出した第３の電圧Ｖ₃の位相角を位相角検出手段１９４により検出する。また、電流値設定手段１９６により、検出された位相角から得られる調光信号に基づいてＬＥＤ負荷（発光素子）１７に流れる出力電流Ｉ_OUTを設定する。

【0038】

この結果、実施例に係るＬＥＤ点灯装置１０は、瞬間的な電圧降下の有無にかかわらず、ＬＥＤ負荷１７に流れる出力電流Ｉ_OUTの値を一定に保つことができ、ちらつきのない快適な照明を実現できる。

【0039】

また、マイクロコンピュータ１９０は、第３の電圧Ｖ_３が第２所定値Ｖ_TH2以下となる期間中、インピーダンス低下回路１８を動作（ＯＮ）させる。これにより、入力側で瞬間的な電圧降下が発生した場合であっても、調光器１０２のトライアックの導通状態を維持することができ、調光器１０２の誤作動を防止することができる。この結果、図５に示すように、ＬＥＤ負荷１７に流れる電流Ｉ_OUTの値を一定に保つことができ、ちらつきのない快適な照明を実現できる。

【0040】

なお、図６に示すように、調光器１０２は逆位相型調光器であっても構わない。この場合においても、図４，５を示して説明したように、調光可能で小型化を実現可能なＬＥＤ点灯装置１０及びこれを用いた照明器具を提供することができる。また、入力電圧Ｖ_INの変化に影響されることなく、ちらつきのない快適な照明を実現できる。

【0041】

以上のように、本実施例に係るＬＥＤ点灯装置１０は、力率改善回路（第１変換部）１４の一端に接続された第２変換部１５によって変換された第３の電圧Ｖ_３に基づき、ＬＥＤ負荷１７に流れる出力電流Ｉ_OUTを制御するように構成される。

【0042】

具体的には、調光器１０２で位相制御された入力電圧Ｖ_INは、整流器１２によって第１の電圧Ｖ₁に変換された後、力率改善回路１４のトランス１４０によって変圧されて第２、第３の電圧Ｖ₂，Ｖ₃となる。このため、第３の電圧Ｖ₃は入力側に発生する瞬間的な電圧降下の影響を受け難い。また、第２の電圧Ｖ₂のように第２コンデンサ１６の影響も受け難い。したがって、ＬＥＤ点灯装置１０は、第３の電圧Ｖ₃に基づいて入力電圧Ｖ_INの持つ性質（位相角など）を正確に検出することができる。加えて、ＬＥＤ点灯装置１０は、力率改善回路１４を備えるため、第１コンデンサ１３の容量を比較的少なく設計することができる。この結果、第３の電圧Ｖ₃は、第１コンデンサ１３の下流において検出される電圧であるものの、入力電圧の性質を正確に検出することができる。

【0043】

本実施例に係るＬＥＤ点灯装置１０は、上記の如く構成したので、ノイズを回避するための専用回路を設けることや、特別な信号処理を行うことなく入力電圧Ｖ_INの波形（位相角）を正確に検出することができ、よって正確な調光信号を得ることができる。また、外部から直接調光信号を取得する方式のように、調光信号を生成するための制御回路を別途設ける必要もない。したがって、ＬＥＤ点灯装置１０全体の小型化が可能である。

【0044】

また、本実施例に係るＬＥＤ点灯装置１０は、力率改善回路（第１変換部）１４の一端に接続された第２変換部１５によって変換された第３の電圧Ｖ₃に基づき、インピーダンス低下回路１８の動作を制御するように構成される。

【0045】

具体的には、第３の電圧Ｖ_３が第２所定値Ｖ_TH2以下となる期間中、インピーダンス低下回路１８を動作（ＯＮ）させる。これにより、調光器１０２の安定動作を実現することができ、ＬＥＤ負荷１７に流れる電流Ｉ_OUTの値を一定に保つことができ、ちらつきのない快適な照明を実現できる。

【0046】

以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、実施例はこの発明の例示にしか過ぎないものであるため、この発明は実施例の構成にのみ限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれることは勿論である。

【0047】

例えば、実施例に係るＬＥＤ点灯装置１０にあっては、調光器１０２によって位相制御された入力電圧Ｖ_INの時間軸（位相角、パルス幅）に基づいて出力電流Ｉ_OUTを制御する構成としたが、位相制御された入力電圧Ｖ_INの積分値に基づいて出力電流Ｉ_OUTを制御する構成としてもよい。

【符号の説明】

【0048】

１０ ＬＥＤ点灯装置
１１ 入力フィルタ
１２ 整流器
１４ 力率改善回路（第１変換部）
１５ 第２変換部
１７ 発光素子（ＬＥＤ負荷）
１８ インピーダンス低下回路
１９ 制御回路
１４０ トランス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】