JP2009093216A - 電源装置及び照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】トランジスタのコレクタとベースとの間が短絡したときに、コレクタに接続されているインピーダンス要素の異常発熱を抑制することができる電源装置及び照明器具を提供することにある。
【解決手段】電源装置１は、直流電圧Ｖｉｎを出力する整流回路３（第１の電源要素）と、整流回路３の高電位側の出力端に一端を接続された複数のＬＥＤ８の直列回路（第１のインピーダンス要素）と、当該直列回路の他端にコレクタを接続されたｎｐｎ型のトランジスタ７と、トランジスタ７のエミッタと整流回路３の低電位側の出力端との間に挿入された抵抗６と、整流回路３の低電位側の出力端とトランジスタ７のベースとの間に挿入されたツェナーダイオード５（第２の電源要素）とを備えている。そして、ダイオード９はトランジスタ７のベースからツェナーダイオード５へ電流が流れるのを阻止している。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置及び照明器具に関するものである。

従来から、例えば照明器具などに用いられ交流出力を直流出力に変換してＬＥＤ（発光ダイオード）などの負荷に供給する電源装置として、図５に示すように、商用電源からなる交流電源２の交流電圧を全波整流して脈流状の直流電圧Ｖｉｎを出力するダイオードブリッジからなる整流回路（第１の電源要素）３と、整流回路３の出力端間に接続される抵抗４とツェナーダイオード（第２の電源要素）５との直列回路と、ツェナーダイオード５のカソードにベースが接続されたｎｐｎ型のトランジスタ７と、整流回路３の高電位側の出力端とトランジスタ７のコレクタとの間に接続された複数のＬＥＤ８の直列回路（第１のインピーダンス要素）と、トランジスタ７のエミッタと整流回路３の低電位側の出力端との間に接続された抵抗６とを備えた電源装置１’が提案されている（特許文献１参照）。なお、上記特許文献１には、トランジスタ７としてｐｎｐ型のトランジスタを用いた場合の電源装置１も例示されている。

以下、上述の電源装置１’の動作について図６に基づいて簡単に説明する。図６に示すように、直流電圧Ｖｉｎが０から上昇し、ツェナーダイオード５の両端間の電圧がツェナー電圧を超えるとトランジスタ７がオンし、直流電圧Ｖｉｎが変動しても、トランジスタ７のエミッタ電圧がツェナーダイオード５のツェナー電圧と略等しくなるように、トランジスタ７のコレクタ−エミッタ間のインピーダンスが変化し、トランジスタ７には一定のコレクタ電流が流れることになる。このとき、複数のＬＥＤ８の直列回路の両端間の電圧は当該複数のＬＥＤ８それぞれの順方向電圧の合計よりも高くなる。そして、直流電圧Ｖｉｎが最大値から下降し、ツェナーダイオード５の両端間の電圧がツェナー電圧を下回ると、トランジスタ７がオフする。しかして、トランジスタ７のコレクタに接続された複数のＬＥＤ８の直列回路に流れる電流Ｉ_ＬＥＤは、図６に示すように、波高値が一定の矩形波状となるので、ＬＥＤ８のジャンクション温度の変動が少なくなり、また、直流電圧Ｖｉｎの波形変動による影響が少なくなるのでＬＥＤ８の寿命が延びるという利点がある。
特開２０００−２６０５７８号公報

しかしながら、図５に示した電源装置１’では、定電流動作をしているトランジスタ７の破壊や端子間のショートによってコレクタ−ベース間が短絡した場合、整流回路３の高電位側の出力端から複数のＬＥＤ８の直列回路に流れる電流Ｉ_ＬＥＤが、トランジスタ７のコレクタからベースを経由してツェナーダイオード５に流れることになる。すると、複数のＬＥＤ８の直列回路に流れる電流Ｉ_ＬＥＤを積極的に制限する要素がなくなるので、複数のＬＥＤ８の直列回路に過大な電流Ｉ_ＬＥＤが流れて、ＬＥＤ８が異常発熱することがあった。

本願発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、トランジスタのコレクタ−ベース間が短絡したときに、コレクタに接続されているインピーダンス要素の異常発熱を抑制することができる電源装置及び照明器具を提供することにある。

請求項１の発明は、直流電圧を出力する第１の電源要素と、第１の電源要素の高電位側の出力端に一端を接続された第１のインピーダンス要素と、第１のインピーダンス要素の他端にコレクタを接続されたｎｐｎ型のトランジスタと、トランジスタのエミッタと第１の電源要素の低電位側の出力端との間に接続された第２のインピーダンス要素と、トランジスタのベースと第１の電源要素の低電位側の出力端との間に接続されトランジスタを定電流動作させるための第２の電源要素とを備え、トランジスタのベースと第２の電源要素の高電位側との間に挿入され、トランジスタのベースから第２の電源要素へ電流が流れるのを阻止するダイオードを有することを特徴とする。

この発明によれば、ｎｐｎ型のトランジスタのコレクタ−ベース間が短絡しても、第２の電源要素の高電位側とトランジスタのベースとの間に挿入されたダイオードにより、第１のインピーダンス要素に流れる電流が第２の電源要素に流れ込むのが阻止されるので、第２のインピーダンス要素が限流要素となり、第１のインピーダンス要素に流れる電流の過度の増加が抑制され、第１のインピーダンス要素の異常発熱が抑制される。

請求項２の発明は、直流電圧を出力する第１の電源要素と、第１の電源要素の低電位側の出力端に一端を接続された第１のインピーダンス要素と、第１のインピーダンス要素の他端にコレクタを接続されたｐｎｐ型のトランジスタと、第１の電源要素の高電位側の出力端とトランジスタのエミッタとの間に接続された第２のインピーダンス要素と、第１の電源要素の高電位側の出力端とトランジスタのベースとの間に接続されトランジスタを定電流動作させるための第２の電源要素とを備え、第２の電源要素の低電位側とトランジスタのベースとの間に挿入され、第２の電源要素からトランジスタのベースへ電流が流れるのを阻止するダイオードを有することを特徴とする。

この発明によれば、ｐｎｐ型のトランジスタのコレクタ−ベース間が短絡しても、第２の電源要素の低電位側とトランジスタのベースとの間に挿入されたダイオードにより、第２の電源要素からトランジスタのベースを通して第１のインピーダンス要素へ電流が流れるのが阻止されるので、第２のインピーダンス要素が限流要素となり、第１のインピーダンス要素に流れる電流の過度の増加が抑制され、第１のインピーダンス要素の異常発熱が抑制される。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、前記ダイオードの逆方向耐電圧が前記第１の電源要素の出力電圧より大きいことを特徴とする。

この発明によれば、前記第１のインピーダンス要素による電圧降下が小さくても、前記トランジスタのコレクタ−ベース間が短絡したときに前記ダイオードが破壊されるのを防止できる。

請求項４の発明は、請求項１乃至３の発明において、少なくとも前記トランジスタと前記ダイオードと前記第２のインピーダンス要素とからなる回路を複数備えてなることを特徴とする。

この発明によれば、複数個の前記トランジスタのうち１つの前記トランジスタのコレクタ−ベース間が短絡しても、当該トランジスタのベースに接続された前記ダイオードにより、当該トランジスタのベースを通して他の前記トランジスタへ流れる電流が阻止されるので、他の前記トランジスタのベース電流は増加せず、前記第１のインピーダンス要素に流れる電流の増加が抑制されるから、第１のインピーダンス要素の異常発熱を抑制することができる。

請求項５の発明は、請求項１乃至４の発明において、前記第１の電源要素の出力端間に抵抗とツェナーダイオードとの直列回路が接続され、当該直列回路のツェナーダイオードが前記第２の電源要素を構成していることを特徴とする。

この発明によれば、前記第２の電源要素をツェナーダイオードからなる半導体素子で構成することができる。

請求項６の発明は、請求項１乃至５の発明において、前記第１のインピーダンス要素は１つのＬＥＤ若しくは複数のＬＥＤの直列回路からなることを特徴とする。

この発明によれば、前記トランジスタのコレクタ−ベース間が短絡しても略定電圧特性を持つ１つのＬＥＤ若しくは複数のＬＥＤの直列回路に流れる電流の過度の増加を抑制できるので、当該１つのＬＥＤ若しくは複数のＬＥＤの直列回路の異常発熱を抑制できる。

請求項７の発明は、請求項６に記載された電源装置を備え、当該電源装置における前記ＬＥＤを光源とすることを特徴とする。

この発明によれば、前記トランジスタのコレクタ−ベース間が短絡しても光源である前記ＬＥＤの異常発熱を抑制することができる照明器具を提供することができる。

請求項１の発明によれば、ｎｐｎ型のトランジスタのコレクタ−ベース間が短絡しても、ダイオードにより第１のインピーダンス要素から第２の電源要素に電流が流れ込むのが阻止されるので、第１のインピーダンス要素に流れる電流の過度の増加が抑制され、第１のインピーダンス要素の異常発熱が抑制される。

請求項２の発明によれば、ｐｎｐ型のトランジスタのコレクタ−ベース間が短絡しても、ダイオードにより第２の電源要素から第１のインピーダンス要素に電流が流れ込むのが阻止されるので、第１のインピーダンス要素に流れる電流の過度の増加が抑制され、第１のインピーダンス要素の異常発熱が抑制される。

（実施形態１）
本実施形態の電源装置１の回路構成は、図５に示す回路構成と略同じであって、図１に示すように、商用電源からなる交流電源２の交流電圧を全波整流して脈流状の直流電圧Ｖｉｎを出力するダイオードブリッジからなる整流回路（第１の電源要素）３の出力端間に直列にツェナーダイオード（第２の電源要素）５と抵抗４との直列回路が接続されている。そして、ツェナーダイオード（第２の電源要素）５と抵抗４との接続点とｎｐｎ型のトランジスタ７のベースとの間にダイオード９が挿入されている。ここにおいて、ダイオード９のカソードはトランジスタ７のベースに接続され、アノードが前記接続点に接続されている。ここで、ダイオード９の逆方向耐電圧は、整流回路３の出力である直流電圧Ｖｉｎの最大値よりも大きい。なお、図５と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

次に、本実施形態の電源装置１の動作について説明する。

正常時は、複数のＬＥＤ８の直列回路（第１のインピーダンス要素）には、トランジスタ７が定電流動作をすることにより、図６に示すような矩形波状の電流Ｉ_ＬＥＤが流れる。

ここで、トランジスタ７の破壊や端子間のショートによって、トランジスタ７のコレクタ−ベース間が短絡した異常時は、ダイオード９がトランジスタ７のベースからツェナーダイオード５に電流Ｉ_ＬＥＤが流れるのを阻止するので、電流Ｉ_ＬＥＤの全てがトランジスタ７のエミッタから限流要素である抵抗（第２のインピーダンス要素）６へ流れる。

しかして、トランジスタ７のコレクタ−ベース間が短絡した場合でも、限流要素である抵抗６により電流Ｉ_ＬＥＤの過度の増加が抑制され、ＬＥＤ８の異常発熱を抑制することができる。また、ダイオード９の逆方向耐電圧は、整流回路３の出力端間の電圧の最大値よりも大きいので、ダイオード９が逆方向電圧の印加により破壊されることもない。

また、本実施形態では、トランジスタ７としてｎｐｎ型のものを用いているが、ｐｎｐ型のトランジスタ７を用いる場合には、図２に示すように、整流回路３の高電位側の出力端とトランジスタ７のエミッタとの間に抵抗６を接続し、整流回路３の低電位側の出力端とトランジスタ７のコレクタとの間に複数のＬＥＤ８の直列回路を接続する。そして、整流回路３の出力端間に接続されたツェナーダイオード５と抵抗４との直列回路におけるツェナーダイオード５と抵抗４との接続点とトランジスタ７のベースとの間にダイオード９を挿入すればよい。ここにおいて、ダイオード９のアノードをトランジスタ７のベースに接続し、カソードを前記接続点に接続することにより、ダイオード９がツェナーダイオード５からトランジスタ７のベースに電流が流れるのを阻止するので、電流Ｉ_ＬＥＤの大きさは限流要素である抵抗（第２のインピーダンス要素）６からトランジスタ７のエミッタへ流れる電流の大きさと略同じとなる。

しかして、トランジスタ７のコレクタ−ベース間が短絡した場合でも、限流要素である抵抗６により電流Ｉ_ＬＥＤの過度の増加が抑制され、ＬＥＤ８の異常発熱を抑制することができる。

（実施形態２）
本実施形態の電源装置１の回路構成は、図１に示した回路構成と略同じであって、図３に示すように、ｎｐｎ型のトランジスタ７と、トランジスタ７のベースにカソードが接続されたダイオード９と、トランジスタ７のエミッタに接続された抵抗６とからなる回路が３個並列に接続されており、各トランジスタ７のコレクタが複数のＬＥＤ８の直列回路（第１のインピーダンス要素）の一端に接続されている。また、抵抗６の他端は第１の電源要素の低電位側の出力端に接続されている。ここで、各ダイオード９のアノードは、整流回路（第１の電源要素）３の出力端間に直列に接続されたツェナーダイオード（第２の電源要素）５と抵抗４との直列回路におけるツェナーダイオード５と抵抗４との接続点に接続されている。なお、図１と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

ここで、本実施形態の電源装置１では、各トランジスタ７のエミッタに接続された抵抗６の抵抗値を、実施形態１における抵抗６の抵抗値の３倍の大きさに設定してある。しかして、各トランジスタ７それぞれに流れるエミッタ電流の大きさは実施形態１のトランジスタ７のエミッタ電流の大きさの１／３倍となる。そして、複数のＬＥＤ８の直列回路の一端にトランジスタ７が３個接続されているので、複数のＬＥＤ８の直列回路に流れる電流Ｉ_ＬＥＤの大きさは、実施形態１の電源装置１の回路構成における電流Ｉ_ＬＥＤと等しくなる。

次に、本実施形態の電源装置１の動作について説明する。

上述の３個のトランジスタ７のうちの１個のトランジスタ７の破壊や端子間のショートによって、トランジスタ７のコレクタ−ベース間が短絡した異常時に、ダイオード９がトランジスタ７のベースからツェナーダイオード５に電流Ｉ_ＬＥＤが流れるのを阻止するので、電流Ｉ_ＬＥＤの全てがトランジスタ７のエミッタから抵抗（第２のインピーダンス要素）６へ流れる。

しかして、トランジスタ７のコレクタ−ベース間が短絡した場合でも、限流要素である抵抗６により、電流Ｉ_ＬＥＤの過度の増加が抑制され、ＬＥＤ８の異常発熱を抑制することができる。また、抵抗６は、上述のように実施形態１における抵抗６に比べて抵抗値が３倍の大きさに設定されているため、電流Ｉ_ＬＥＤの増加分は実施形態１の場合に比べて１／３に抑制することができる。

また、ダイオード９は、電流Ｉ_ＬＥＤがコレクタ−ベース間が短絡した異常のあるトランジスタ７のベースから他の２つの正常なトランジスタ７，７のベースに流れるのを阻止するので、当該正常なトランジスタ７，７のコレクタ電流は変動しない。

なお、上述では、トランジスタ７としてｎｐｎ型のものを用いた例について説明したが、図２と同様に、ｐｎｐ型のものを用いて、上述の各ダイオード９のアノードがトランジスタ７のベースに接続され、カソードがツェナーダイオード５と抵抗４との接続点に接続されるものであってもよい。

ここで、上述の３個のトランジスタ７のうちの１個のトランジスタ７の破壊や端子間のショートによって、トランジスタ７のコレクタ−ベース間が短絡した異常時に、ダイオード９がツェナーダイオード５からトランジスタ７のベースに電流が流れるのを阻止するので、電流Ｉ_ＬＥＤの大きさは限流要素である抵抗６からトランジスタ７のエミッタへ流れる電流の大きさと略同じとなる。

しかして、トランジスタ７のコレクタ−ベース間が短絡した異常時に、限流要素である抵抗６により、電流Ｉ_ＬＥＤの過度の増加が抑制され、ＬＥＤ８の異常発熱を抑制することができる。また、電流Ｉ_ＬＥＤの増加分は実施形態１の場合に比べて１／３に抑制することができるのは上述のｎｐｎ型のトランジスタ７を使用した本実施形態の電源装置１と同様である。

（実施形態３）
本実施形態では、実施形態１の電源装置１（図１参照）を具備した照明器具１０１の一例を図４に例示する。図４に示す照明器具１０１は、電源装置１が内蔵された器具本体１０２の前面に当該電源装置１の整流回路３の高電位側の出力端に直列に接続された複数のＬＥＤ８が一直線上に配置されており、器具本体１０２の側面からは電源装置１を交流電源２（図１参照）に接続するためのリード線１０３が導出されている。なお、照明器具１０１において複数のＬＥＤ８の配置は上述に限定されるものではない。

本実施形態の照明器具１０１では、電源装置１に使用されるトランジスタ７について、破壊等によりコレクタ−ベース間が短絡した場合でも、器具本体１０２の前面に配設された複数のＬＥＤ８の異常発熱を抑制することができる。なお、上述では照明器具１０１として器具本体１０２に実施形態１の電源装置１を内蔵したものについて説明したが、照明器具１０１は、器具本体１０２に実施形態２で説明した電源装置１を内蔵したものであってもよい。

実施形態１の電源装置の回路図である。 同上の他の構成例の回路図である。 実施形態２の電源装置の回路図である。 実施形態３の照明器具の概略斜視図である。 従来例を示す電源装置の回路図である。 従来例の動作説明図である。

符号の説明

１ 電源装置
２ 交流電源
３ 整流回路（第１の電源要素）
４ 抵抗
５ ツェナーダイオード（第２の電源要素）
６ 抵抗（第２のインピーダンス要素）
７ トランジスタ
８ ＬＥＤ
９ ダイオード

Claims (7)

1. 直流電圧を出力する第１の電源要素と、第１の電源要素の高電位側の出力端に一端を接続された第１のインピーダンス要素と、第１のインピーダンス要素の他端にコレクタを接続されたｎｐｎ型のトランジスタと、トランジスタのエミッタと第１の電源要素の低電位側の出力端との間に接続された第２のインピーダンス要素と、トランジスタのベースと第１の電源要素の低電位側の出力端との間に接続されトランジスタを定電流動作させるための第２の電源要素とを備え、トランジスタのベースと第２の電源要素の高電位側との間に挿入され、トランジスタのベースから第２の電源要素へ電流が流れるのを阻止するダイオードを有することを特徴とする電源装置。
2. 直流電圧を出力する第１の電源要素と、第１の電源要素の低電位側の出力端に一端を接続された第１のインピーダンス要素と、第１のインピーダンス要素の他端にコレクタを接続されたｐｎｐ型のトランジスタと、第１の電源要素の高電位側の出力端とトランジスタのエミッタとの間に接続された第２のインピーダンス要素と、第１の電源要素の高電位側の出力端とトランジスタのベースとの間に接続されトランジスタを定電流動作させるための第２の電源要素とを備え、第２の電源要素の低電位側とトランジスタのベースとの間に挿入され、第２の電源要素からトランジスタのベースへ電流が流れるのを阻止するダイオードを有することを特徴とする電源装置。
3. 前記ダイオードの逆方向耐電圧が前記第１の電源要素の出力電圧より大きいことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電源装置。
4. 少なくとも前記トランジスタと前記ダイオードと前記第２のインピーダンス要素とからなる回路を複数備えてなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源装置。
5. 前記第１の電源要素の出力端間に抵抗とツェナーダイオードとの直列回路が接続され、当該直列回路のツェナーダイオードが前記第２の電源要素を構成していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電源装置。
6. 前記第１のインピーダンス要素は１つのＬＥＤ若しくは複数のＬＥＤの直列回路からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電源装置。
7. 請求項６に記載された電源装置を備え、当該電源装置における前記ＬＥＤを光源とすることを特徴とする照明器具。

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