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照明学会から

GaNパワーデバイスでLED電球回路を60%小さく

照明学会誌「GaN パワーデバイスを搭載した調光器対応電球形LED ランプ用小形点灯装置」

  • 高橋 雄治=東芝ライテック
  • 2017/06/19 05:00
  • 1/5ページ
本記事は、照明学会発行の機関誌『照明学会誌』、第101巻、第2号、pp.89-92に掲載された「照明技術開発賞受賞-GaNパワーデバイスを搭載した調光器対応電球形LEDランプ用小形点灯装置」の抜粋です。照明学会に関して詳しくはこちらから(照明学会のホームページへのリンク)。

 近年、白熱電球や放電ランプなどの従来光源と比較して省エネルギー効果が高いという観点から、オフィスや店舗、住宅、道路などの様々な用途において、LED照明器具への置き換えが進んでいる。

 LED照明は電球形LEDランプ(以下、LED電球と呼ぶ)など比較的光量が小さい製品から普及が始まった。しかし、現在においてもLED電球は白熱電球と同等の小形形状を継承することが困難で、照明器具への装着性や光学特性が犠牲となる場合がある。ランプ形状を小形とすることが困難な要因は、内蔵する点灯回路の小形化が難しいことと、金属部筐体の大きさが、LEDや回路部品から発する熱量によって一義的に決定されるためである。

 また、LED電球を既設の白熱電球用位相制御調光器と組み合わせたとき、ちらつきや点滅が発生することや、光出力がゼロとなるまで滑らかに調光しないことが調光用途におけるLED電球の普及を妨げている。これは内蔵された点灯回路と位相制御調光器の電気的整合が取れないため、調光器が所望動作しないことに起因する。一般に調光用LED電球は位相制御調光に対応するために専用の回路を付加することが必要で、点灯装置の部品点数が増加することは避けられない。さらに光学特性の改善にもその目的に沿った設計が加えられる。LED自体の発光色を選択すること以外に、配光や輝度を制御するためにレンズや拡散カバーなど光学制御部品を搭載することも小形化を阻害する要因となる。

 点灯回路を小形化するメリットは、ランプの形状設計の制約を緩和し、小形軽量化に寄与するだけでなく、製品形状を大形化することなく高性能化、高機能化、さらには高品位の照明製品を提供できることである。

 点灯回路を小形化する1つの手段として、スイッチング周波数を高め受動部品を小形化する方法がある。本開発では、高速動作が可能なGaN(窒化ガリウム)パワーデバイスをスイッチ素子として採用し、スイッチング周波数を、一般的なSi(シリコン)パワーデバイスの約10倍に高めることで、インダクタやコンデンサを小形化した1)2)

 開発した製品は、従来から使用されている白熱電球用位相制御調光器でも安定に動作し、全光から光出力がゼロ付近まで滑らかな調光を可能とする位相制御調光回路を搭載した。これを点灯回路と同一基板上に搭載しながらも、基板面積を従来の点灯装置の40%まで小形化でき、ランプ形状を白熱電球同等の大きさとすることができた。

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