JP5263592B2 - Ｌｅｄ点灯装置および照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオードを点灯するＬＥＤ点灯装置およびこのＬＥＤ点灯装置を具備する照明器具に関する。

ＬＥＤ点灯装置は、一般的に、商用交流電源の交流電圧を一定の直流電圧に変換し、発光ダイオード（ＬＥＤ）に一定の電流を供給し、発光ダイオードからの光出力を一定に制御している。そして、発光ダイオードに定電流を供給するものとして、整流回路およびＤＣ−ＤＣコンバータ回路を有するＬＥＤ点灯装置が提案されている（例えば特許文献１参照。）。このＤＣ−ＤＣコンバータ回路は、スイッチング素子のオンオフ動作に伴って発生する高周波ノイズが交流電源側に伝播しないようにするために、トランスの一次巻線および二次巻線間を結合用コンデンサで接続し、前記高周波ノイズを二次巻線側に回生させている。
そして、発光ダイオードと器具筐体（非充電導電部）またはアース（Ｅ）との間には、特許文献１に開示されているように、浮遊容量が存在している。
特開２００８−１３０４３８号公報（第５−６頁、第１図）

ＬＥＤ点灯回路は、その入力端子およびアース（Ｅ）間に、高電圧（例えばＡＣ１５００Ｖ）を対地印加する耐圧試験が行われ、また、対地ノイズなどの高電圧が印加される。このとき、発光ダイオードおよびアース（Ｅ）間に浮遊容量が存在していると、当該浮遊容量の両端間に発生する高電圧が発光ダイオードの耐過電圧以上になることがあり、発光ダイオードが破壊することがあった。

本発明は、耐圧試験用の対地高電圧が印加されても発光ダイオードの破壊が防止されるＬＥＤ点灯装置およびこのＬＥＤ点灯装置を具備する照明器具を提供することを目的とする。

請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置の発明は、直流電源回路と；絶縁トランス、この絶縁トランスの一次巻線と直列に接続され前記直流電源回路の出力間に接続されたスイッチング素子、前記絶縁トランスの一次巻線と二次巻線との間に接続された結合用コンデンサおよび前記絶縁トランスの二次巻線間に接続された整流平滑回路を有し、前記スイッチング素子のオンオフ動作により前記直流電源回路の出力電圧を所定の直流電圧に変換して出力するＤＣ−ＤＣ変換回路と；このＤＣ−ＤＣ変換回路の出力間に接続され、接地される収納部に設けられる発光ダイオードと；を具備し、前記直流電源回路に対地印加される外部電圧の対地間電圧値をＥｎ（Ｖ）、前記発光ダイオードの耐過電圧値をＥｄ（Ｖ）、前記結合用コンデンサのインピーダンス値をＺｃ（Ω）、前記発光ダイオードおよびアース間の浮遊容量のインピーダンス値をＺｃｙ（Ω）としたときに、Ｅｎ×Ｚｃｙ／（Ｚｃ＋Ｚｃｙ）≦Ｅｄの関係式を満足していることを特徴とする。
本発明および以下の発明において、特に言及しない限り、各構成は以下による。

スイッチング素子は、例えばバイポーラトランジスタや電界効果トランジスタなどからなり、ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力間に所定の直流電圧が発生するようにオンオフ制御される。
外部電圧は、耐圧試験用の高電圧に限らず、対地ノイズや雷サージなどの電圧であってもよい。

発光ダイオードは、基板の一面に、例えば整列的に配設されて、ＬＥＤモジュールまたは点灯ユニットに構成される。また、発光ダイオードを配設した基板が器具本体内に収納される。ＬＥＤモジュール、点灯ユニットおよび照明器具は、収納部を形成している。

「発光ダイオードの耐過電圧量」とは、発光ダイオードが１個の場合の耐過電圧値、または発光ダイオードが複数の場合の個々の発光ダイオードの耐過電圧値を合計した値である。耐過電圧値は、発光ダイオードに定格電圧を上回る過電圧が印加され、発光ダイオードが破壊するときの電圧値である。
結合用コンデンサは、１個に限らず、複数個であってもよい。この場合、結合用コンデンサのインピーダンス値は、合成インピーダンス値となる。
また、結合用コンデンサは、絶縁トランスの一次巻線および二次巻線のそれぞれの高電位側間またはそれぞれの低電位側間のいずれに接続されてもよい。

Ｅｎ×Ｚｃｙ／（Ｚｃ＋Ｚｃｙ）≦Ｅｄの関係式は、直流電源回路に対地印加される外部電圧の対地間電圧値（Ｅｎ）が結合用コンデンサおよび浮遊容量で分圧されると仮定している。

本発明によれば、直流電源回路に対地印加される外部電圧の対地間電圧値（Ｅｎ）に対して、発光ダイオードおよびアース（Ｅ）間の浮遊容量の両端間電圧が発光ダイオードの耐過電圧量以下となるように、ＤＣ−ＤＣ変換回路の絶縁トランスの一次巻線および二次巻線間に接続される結合用コンデンサの容量が設定される。これにより、発光ダイオードには、耐過電圧値以下の電圧が印加され、発光ダイオードの破壊が防止される。

請求項２に記載の照明器具の発明は、請求項１記載のＬＥＤ点灯装置と；このＬＥＤ点灯装置の発光ダイオードを配設している器具本体と；を具備していることを特徴とする。
本発明によれば、請求項１記載のＬＥＤ点灯装置を具備するので、耐電圧試験を行っても、発光ダイオードの破壊が防止される照明器具が提供される。

請求項１の発明によれば、直流電源回路に対地印加される外部電圧の対地間電圧値（Ｅｎ）に対して、発光ダイオードおよびアース（Ｅ）間の浮遊容量の両端間電圧が発光ダイオードの耐過電圧量以下となるように、結合用コンデンサの容量が設定されているので、直流電源回路に耐圧試験用の高電圧やノイズなどの高電圧が対地印加されても、発光ダイオードの破壊を防止することができて品質の向上したＬＥＤ点灯装置を提供することができる。

請求項２の発明によれば、請求項１記載のＬＥＤ点灯装置を具備するので、照明器具において耐圧試験を行っても発光ダイオードの破壊が防止されて、品質の向上した照明器具を提供することができる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１および図２は、本発明の第１の実施形態を示し、図１はＬＥＤ点灯装置の概略回路図、図２は発光ダイオードの基板への実装を示す概略側面図である。

ＬＥＤ点灯装置１は、直流電源回路２およびＤＣ−ＤＣ変換回路３を有する点灯回路４および複数の発光ダイオード５が直列接続されて形成されたＬＥＤ回路６を有して構成されている。点灯回路４の入力端子７，７は、商用交流電源Ｖｓに接続され、出力端子８，８は、ＬＥＤ回路６に接続されている。点灯回路４は、電源ユニット４Ａに形成することができ、ＬＥＤ回路６は、点灯ユニット６Ａに形成することができる。

直流電源回路２は、整流器９および平滑用コンデンサＣ１を有して形成されている。そして、整流器９の入力端子が点灯回路４の入力端子７，７に接続され、整流器９の出力端子間に平滑用コンデンサＣ１を接続している。直流電源回路２は、商用交流電源Ｖｓからの交流電圧を直流電圧に変換して出力する。

ＤＣ−ＤＣ変換回路３は、絶縁トランスＴ１、スイッチング素子Ｑ１、雑音防止用の結合用コンデンサ１０，１１および整流平滑回路１２を有して形成されている。絶縁トランスＴ１は、直流電源回路２の出力電圧（平滑用コンデンサＣ１の両端間電圧）を変成して出力する。スイッチング素子Ｑ１は、電界効果トランジスタからなり、絶縁トランスＴ１の一次巻線Ｔ１ａと直列的に接続されて、直流電源回路２の出力間（平滑用コンデンサＣ１の両端間）に接続されている。

スイッチング素子Ｑ１のゲート（制御端子）は、制御回路１３に接続されている。制御回路１３は、絶縁トランスＴ１の二次巻線Ｔ１ｂの両端間（整流平滑回路１２の出力間）に所定の直流電圧が発生するように、スイッチング素子Ｑ１のオンオフ動作を制御するように形成されている。

そして、絶縁トランスＴ１の一次巻線Ｔ１ａの両端間には、スナバ回路１４が接続されている。スナバ回路１４は、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ２を有して形成され、スイッチング素子Ｑ１がオン状態からオフ状態になったときに、絶縁トランスＴ１の一次巻線Ｔ１ａの流れている電流を回生させて、スイッチング素子Ｑ１を保護している。

結合用コンデンサ１０，１１は、絶縁トランスＴ１の一次巻線Ｔ１ａおよび二次巻線Ｔ１ｂの間に、整流平滑回路１２を介して接続されている。そして、結合用コンデンサ１０，１１は、直流電源回路２の高電位側および整流平滑回路１２の高電位側の間に接続されている。耐電圧の低いコンデンサを使用するために、２個の結合用コンデンサ１０，１１が用いられて直列接続されている。そして、結合用コンデンサ１０，１１は、その合成容量が後述する所定の容量に設定されている。

結合用コンデンサ１０，１１は、スイッチング素子Ｑ１のオンオフ動作により発生した高周波電圧を絶縁トランスＴ１の一次巻線Ｔ１ａ側から二次巻線Ｔ１ｂ側に伝播し、商用交流電源Ｖｓ側には伝播されにくくする。すなわち、高周波ノイズが商用交流電源Ｖｓ側に漏れることを防止している。

整流平滑回路１２は、絶縁トランスＴ１の二次巻線Ｔ１ｂの両端間に接続されている。そして、整流平滑回路１２は、整流用のダイオードＤ２および平滑用コンデンサＣ３を有して形成され、絶縁トランスＴ１の二次巻線Ｔ１ｂの両端間に発生した電圧を所定の直流電圧に整流平滑している。こうして、ＤＣ−ＤＣ変換回路３は、スイッチング素子Ｑ１のオンオフ動作により、直流電源回路２の出力電圧を所定の直流電圧に変換して、点灯回路４の出力端子８，８間に出力している。

発光ダイオード５は、照明光として利用される可視光（例えば白色光）を放射するように形成され、複数個が直列接続されている。この直列接続された発光ダイオード５は、点灯回路４の出力端子８，８間、すなわちＤＣ−ＤＣ変換回路３の出力間に接続されている。

そして、発光ダイオード５は、図２に示すように、回路基板１５の上面１５ａに例えば列状など整列して実装されている。回路基板１５は、例えば、ガラスエポキシ材などの樹脂基板やアルミニウム（Ａｌ）などの金属基板により形成されている。

回路基板１５は、例えば、絶縁性の放熱シート１６を介して収納部としての点灯ユニット６Ａなどの金属筐体１７に取付けられている。この金属筐体１７は、接地されている。すなわち、収納部としての点灯ユニット６Ａは、アース（Ｅ）に接続されている。

放熱シート１６は、発光ダイオード５に発生した熱を金属筐体１７に伝熱させるものであるが、回路基板１５の金属と金属筐体１７に挟まれているので、誘電体となるものである。したがって、それぞれの発光ダイオード５と、アース（Ｅ）との間には、それぞれ浮遊容量Ｃｓを有しているものである。
そして、ＤＣ−ＤＣ変換回路３の結合用コンデンサ１０，１１の容量は、以下の関係式を満足するように設定されている。
Ｅｎ×Ｚｃｙ／（Ｚｃ＋Ｚｃｙ）≦Ｅｄ

ここで、Ｅｎは、直流電源回路２に対地印加される外部電圧の対地間電圧値（Ｖ）、Ｅｄは、直列接続された発光ダイオード５の耐過電圧量（Ｖ）、Ｚｃは、結合用コンデンサ１０，１１の合成インピーダンス値（Ω）、Ｚｃｙは、発光ダイオード５およびアース（Ｅ）間の合成浮遊容量Ｃｓのインピーダンス値（Ω）である。

上記の関係式は、直流電源回路２に対地印加される外部電圧（例えば耐圧試験電圧）の対地間電圧値（Ｅｎ）が結合用コンデンサ１０，１１と、発光ダイオード５およびアース（Ｅ）間の浮遊容量Ｃｓで分圧されると仮定したものである。そして、対地間電圧Ｅｎ（Ｖ）に対して、結合コンデンサ１０，１１の両端間電圧を浮遊容量Ｃｓの両端間電圧以上とするとともに、浮遊容量Ｃｓの両端間電圧が直列接続された発光ダイオード５の耐過電圧量以下となるように、結合用コンデンサ１０，１１の合成容量を算出している。
次に、本発明の第１の実施形態の作用について述べる。

例えば耐圧試験の試験電圧（例えばＡＣ１５００Ｖ）を直流電源回路２の入力端子７，７に対地印加すると、その試験電圧値（Ｅｎ）は、少なくともＤＣ−ＤＣ変換回路３の結合コンデンサ１０，１１と、発光ダイオード５およびアース（Ｅ）間の浮遊容量Ｃｓとで分圧される。

そして、上記関係式による結合用コンデンサ１０，１１の合成容量の設定により、試験電圧値（Ｅｎ）に対して、発光ダイオード５およびアース（Ｅ）間の浮遊容量Ｃｓの両端間電圧が直列接続された発光ダイオード５の耐過電圧量以下となる。個々の発光ダイオード５には、当該耐過電圧量を直列接続された発光ダイオード５の数量で除算した耐過電圧値以下の電圧が印加される。発光ダイオード５は、耐過電圧値以下の電圧が印加されると、破壊するに至らない。

したがって、耐圧試験時において、直流電源回路２に耐圧試験用の高電圧（ＡＣ１５００Ｖ）を対地印加しても、または直流電源回路２にノイズなどの高電圧が対地印加されても、ＬＥＤ回路６の発光ダイオード５の破壊を防止することができて、品質の向上したＬＥＤ点灯装置１を提供することができる。
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態を示すＬＥＤ点灯装置の概略回路図である。なお、図１と同一部分には、同一符号を付して説明は省略する。

図３に示すＬＥＤ点灯装置１Ａは、図１に示すＬＥＤ点灯装置１において、点灯回路４を収納し接地されている電源ユニット４Ａと、ＤＣ−ＤＣ変換回路３の低電位入力側との間に直列接続されたコンデンサＣ４，Ｃ５が接続されている。すなわち、ＤＣ−ＤＣ変換回路３の低電位入力側とアース（Ｅ）との間に、コンデンサＣ４，Ｃ５が直列接続されているものである。

電源ユニット４Ａ（点灯回路４）の入力端子７，７に印加した外部からの対地ノイズやスイッチングＱ１のオンオフ動作などにより点灯回路４の内部で発生したノイズは、絶縁トランスＴ１の一次側において、コンデンサＣ４，Ｃ５を介してアース（Ｅ）側にバイパスされる。したがって、ノイズが商用交流電源Ｖｓ側に漏れることを防止することができて、商用交流電源Ｖｓに接続されている他の電子機器の誤動作や破壊を防止することができる。

そして、ＬＥＤ点灯装置１Ａにおいても、直流電源回路２に耐圧試験用の高電圧（ＡＣ１５００Ｖ）が対地印加され、またはノイズなどの高電圧が対地印加されても、発光ダイオード５の破壊を防止することができる。
次に、本発明の第３の実施形態について述べる。

図４は、本発明の第２の実施形態を示す照明器具の概略斜視図、図５は、同じく照明器具の一部切り欠き概略側面図である。なお、図１と同一部分には、同一符号を付して説明は省略する。

図４に示す照明器具１９は、天井面等に埋設されるダウンライトであり、略円筒状の器具本体２０の下端側に円形の化粧枠２１が設けられ、この化粧枠２１に透光性カバー２２が配設されている。そして、器具本体２０は、左右両側に器具本体２０を天井等に固定するための一対の取付けばね２３，２３を取り付けている。

また、器具本体２０は、図５に示すように、下端側内部に発光ダイオード５を配設しているＬＥＤモジュール２４および反射板２５を配設している。また、器具本体２０の内部には、電源ユニット４Ａが配設されている。この電源ユニット４Ａにおいて点灯回路４などが構成している。そして、器具本体２０の上面側には、商用交流電源Ｖｓからの図示しない電源線やアース線１８を接続する端子台２６が配設されている。

器具本体２０は、ＬＥＤ点灯装置１を具備しているので、耐圧試験を行っても発光ダイオード５の破壊が防止される品質の向上した照明器具１９を提供することができる。

本発明の第１の実施形態を示すＬＥＤ点灯装置の概略回路図。 同じく、発光ダイオードの基板への実装を示す概略側面図。 本発明の第２の実施形態を示すＬＥＤ点灯装置の概略回路図。 本発明の第３の実施形態を示す照明器具の概略斜視図。 同じく、照明器具の一部切り欠き概略側面図。

符号の説明

１，１Ａ…ＬＥＤ点灯装置
２…直流電源回路
３…ＤＣ−ＤＣ変換回路
５…発光ダイオード
１０，１１…結合コンデンサ
１２…整流平滑回路
１９…照明器具
２０…器具本体
Ｔ１…絶縁トランス
Ｑ１…スイッチング素子

Claims (2)

1. 直流電源回路と；
   絶縁トランス、この絶縁トランスの一次巻線と直列に接続され前記直流電源回路の出力間に接続されたスイッチング素子、前記絶縁トランスの一次巻線と二次巻線との間に接続された結合用コンデンサおよび前記絶縁トランスの二次巻線間に接続された整流平滑回路を有し、前記スイッチング素子のオンオフ動作により前記直流電源回路の出力電圧を所定の直流電圧に変換して出力するＤＣ−ＤＣ変換回路と；
   このＤＣ−ＤＣ変換回路の出力間に接続され、接地される収納部に設けられる発光ダイオードと；を具備し、
   前記直流電源回路に対地印加される外部電圧の対地間電圧値をＥｎ（Ｖ）、前記発光ダイオードの耐過電圧量をＥｄ（Ｖ）、前記結合用コンデンサのインピーダンス値をＺｃ（Ω）、前記発光ダイオードおよびアース間の浮遊容量のインピーダンス値をＺｃｙ（Ω）としたときに、
   Ｅｎ×Ｚｃｙ／（Ｚｃ＋Ｚｃｙ）≦Ｅｄ
   の関係式を満足していることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
2. 請求項１記載のＬＥＤ点灯装置と；
   このＬＥＤ点灯装置の発光ダイオードを配設している器具本体と；
   を具備していることを特徴とするＬＥＤ照明器具。

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