JP2010118319A - 点灯装置および照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】
特別な回路手段を付加することなしにより一層の高い安全性を備えたＬＥＤ照明灯を光源とする点灯装置およびこれを備えた照明器具を提供する。
【解決手段】
点灯装置は、電源ACと出力端との間に直列接続される電流制御素子、例えばスイッチング素子Q2を備え、この電流制御素子のスイッチング動作により負荷のＬＥＤ照明灯を点灯するＬＥＤ照明灯点灯回路OCと、ＬＥＤ照明灯点灯回路の電流制御素子が短絡モードで破壊したときに、少なくとも一部のＬＥＤ光源が開放モードで破壊するような数に設定された複数個のＬＥＤ光源からなる直列回路を有し、ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力端に接続されたＬＥＤ照明灯LEDとを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ照明灯を点灯する点灯装置およびこれを備えた照明器具に関する。

多数の発光ダイオードからなるＬＥＤ照明灯を直列点灯する発光ダイオード点灯装置は既知である（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載された点灯回路は、交流の整流電圧を昇圧チョッパで昇圧し、かつ平滑化して複数の発光ダイオードからなる直列回路の複数を並列接続したＬＥＤ照明灯に供給して点灯し、昇圧チョッパを制御回路で制御して調光できるようにするとともに、力率も改善できるようにしている。

ＬＥＤ照明灯の直列数および使用する電源電圧によっては降圧チョッパを主体とするＬＥＤ照明灯点灯回路を用いてＬＥＤ照明灯を点灯することもできるし、昇圧チョッパと降圧チョッパとを縦続接続して組み合わせてもよい。

他方、ＬＥＤ照明灯が異常点灯状態になったときにスイッチング素子のスイッチング動作を停止させてＬＥＤ照明灯点灯装置の出力をさせたり出力を低減したりしてＬＥＤ照明灯を保護してその安全を図る安全回路を点灯装置に配設することができる。

特開平１１−０６７４７１号公報

ところが、異常点灯状態になったときに安全回路を作動させるにして安全性を向上するにしも、さらに安全回路が不動作になる万一のときに発煙、発火などに至らないようにしてより高い安全性を確保することが望ましい。

本発明は、特別な回路手段を付加することなしにより一層の高い安全性を備えたＬＥＤ照明灯を光源とする点灯装置およびこれを備えた照明器具を提供することを目的とする。

本発明の点灯装置は、電源と出力端との間に直列接続される電流制御素子を備え、この電流制御素子の動作により負荷のＬＥＤ照明灯を点灯するＬＥＤ照明灯点灯回路と；ＬＥＤ照明灯点灯回路の電流制御素子が短絡モードで破壊したときに、少なくとも一部のＬＥＤ光源が開放モードで破壊するような数に設定された複数個のＬＥＤ光源からなる直列回路を有し、ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力端に接続されたＬＥＤ照明灯と；を具備していることを特徴としている。

本発明は、以下の態様を許容する。

ＬＥＤ照明灯点灯回路は、電源と出力端との間に直列接続される電流制御素子を備えていて、その電流制御素子の動作によりＬＥＤ照明灯を点灯するように構成されている。上記電流制御素子は、その動作によりＬＥＤ照明灯に流れる電流を制御してＬＥＤ照明灯を点灯するのであれば、どのようなものでもよい。例えば、スイッチング素子などである。スイッチング素子としては、例えば降圧チョッパや昇圧チョッパと降圧チョッパとの縦続接続などＬＥＤ照明灯点灯回路の出力端側が降圧チョッパで構成された回路構成のスイッチング素子が該当する。なお、ＬＥＤ照明灯点灯回路は、定電流制御によりＬＥＤ照明灯を点灯するように構成するのが好ましい。なお、ＬＥＤ照明灯の定電流制御は、例えば負荷のＬＥＤ照明灯に流れる負荷電流を直接または間接的に検出して帰還制御を行うことにより、これを実現することができる。

そうして、ＬＥＤ照明灯点灯回路の直列スイッチング素子が万一短絡モードで破壊した場合、ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力端に正常時の出力電圧より高い降圧チョッパの電源電圧が直接現れる。その結果、負荷のＬＥＤ照明灯に高電圧が印加されるため、過負荷となってしまう。本発明においては、万一このような事態に至ったときには、ＬＥＤ照明灯の直列接続した複数個のＬＥＤ光源の全部または一部が瞬時に開放モードで破壊する。その結果、ＬＥＤ照明灯が消灯して使用者などに異常事態発生を知らせると同時に、ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力端からＬＥＤ照明灯に至る負荷側部分を発煙、発火が生じる危険から回避させる。

また、本発明においては、複数のＬＥＤ光源の直列回路からなるＬＥＤモジュールを複数直列接続して負荷のＬＥＤ照明灯が構成されている態様において、ＬＥＤ照明灯点灯回路が定電流制御されている場合、一部のＬＥＤモジュールが短絡故障に至ると、ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力電圧が対応して低下するのを利用して、安全回路が作動するように構成することができる。そして、安全回路が作動したとき、ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力を停止したり、低減したりして、負荷側の安全を図ることができる。

すなわち、安全回路は、異常点灯状態検出手段を備えていて、その検出値が予め設定された閾値に達したときに、異常点灯状態が発生したと判定して、例えば発振停止によりスイッチング素子のスイッチングを停止させて照明灯点灯回路の出力を停止したり、照明灯点灯回路の出力を低減したりするように構成される。

異常点灯状態検出手段は、照明灯点灯回路の電気的な値、ＬＥＤ照明灯の発光レベルなど多様な物理現象を検出することができる。例えば、負荷電圧（または出力電圧）検出手段あるいは／および負荷電流検出手段、ＬＥＤ照明灯の発光を検出する光センサなどを用いることができる。

安全回路の具体的な動作条件は、次のとおりである。すなわち、ＬＥＤ照明灯が正常時のときにＬＥＤ照明灯点灯回路から出力される正常時出力電圧をＶ（Ｖ）とし、異常点灯状態を検出する際の異常電圧検出閾値をＶ´（Ｖ）としたとき、異常電圧検出閾値Ｖ´および正常時出力電圧Ｖが数式（Ｖ−Ｖ／ｎ＋１３）＜Ｖ´＜Ｖおよび１３＜Ｖ／ｎをともに満足する異常電圧検出閾値を予め設定しておき、ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力電圧が異常電圧検出閾値に達したときにＬＥＤ照明灯点灯回路の出力を停止または低下させる。

上述の安全回路は、負荷のＬＥＤモジュールの短絡故障に対応することができるが、ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力電圧の過電圧に対する安全動作を図るためには、別に過電圧検出手段および出力電圧低減のための制御手段を配設する必要がある。すなわち、高低２値の出力電圧に対する制御回路を付加することができる。

しかし、過電圧状態は、直列スイッチング素子の短絡故障が原因である場合があるから、本発明の上述の手段によりＬＥＤ照明灯が破壊するように構成すれば効果的である。これにより、回路構成を簡単化して、点灯装置を安価に提供することができる。

本発明の照明器具は、照明器具本体および点灯装置を具備している。照明器具は、ＬＥＤ照明灯を備えていればよく、その用途は照明目的であるのが一般的であるが、これに限定されない。照明器具本体は、照明器具から点灯装置を除去した残余の全ての部分をいう。点灯装置は、上述の本発明における構成である。

本発明によれば、ＬＥＤ照明灯点灯回路が電源と出力端との間に直列接続される電流制御素子を備え、この電流制御素子が短絡モードで破壊したときに、少なくとも一部のＬＥＤ光源が開放モードで破壊するような数に設定された複数個のＬＥＤ光源からなる直列回路を有していることにより、特別な回路手段を付加することなしにより一層の高い安全性を備えたＬＥＤ照明灯を光源とする点灯装置およびこれを備えた照明器具を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。

図１ないし図３は、本発明のＬＥＤ照明灯点灯装置を実施するための第１の形態を示し、図１はＬＥＤ照明灯点灯装置の全体を示す回路図、図２はＬＥＤ照明灯の構成を説明する回路図、図３は異常電圧検出閾値の正常時出力電圧との関係を示す電圧波形図である。

本形態において、ＬＥＤ照明灯点灯装置は、ＬＥＤ照明灯点灯回路ＯＣ、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤおよび制御手段ＣＣを具備して構成されていて、商用交流電源ＡＣから給電される。

本形態において、ＬＥＤ照明灯点灯回路ＯＣは、整流化直流電源ＲＤＣ、昇圧チョッパＢＵＣ、降圧チョッパＳＤＣ、定電流回路ＣＣＲおよび調光信号出力手段ＤＳＧを備えている。

整流化直流電源ＲＤＣは、交流入力端が商用交流電源ＡＣに接続したブリッジ形全波整流回路Ｒｅｃからなり、非平滑直流電圧を出力する。

昇圧チョッパＢＵＣは、整流化直流電源ＲＤＣの直流出力端に接続したインダクタＬ１およびスイッチング素子Ｑ１の直列回路、スイッチング素子Ｑ１に並列接続したフライホイールダイオードＤ１および平滑コンデンサＣ１の直列回路、ならびに出力電圧検出回路ＶＤ１を備えていて、後述する制御手段ＣＣの制御によって昇圧動作および力率改善動作を行う。そして、昇圧動作によって例えば４５０Ｖの電圧を出力する。なお、スイッチング素子Ｑ１は、ＭＯＳＦＥＴからなる。

出力電圧検出回路ＶＤは、ＬＥＤ照明灯点灯回路ＯＣの出力端に並列接続した電圧分圧回路から分圧された出力電圧を取り出して、後述する制御手段ＣＣに制御入力する。上記電圧分圧回路は、抵抗器Ｒ２およびＲ３の直列回路で構成され、抵抗器Ｒ３の端子電圧が並列接続したコンデンサＣ３を介して出力される。

降圧チョッパＳＤＣは、昇圧チョッパＢＵＣの出力端である平滑コンデンサＣ１の両端間に接続した電流制御素子としてのスイッチング素子Ｑ２およびフライホイールダイオードＤ２の直列回路、フライホイールダイオードＤ２に並列接続したインダクタＬ２およびコンデンサＣ２の直列回路、ならびに負荷電流検出回路ＩＤを備えていて、後述する制御手段ＣＣの制御によって降圧動作を行う。そして、降圧動作によって例えば１００Ｖの電圧をＬＥＤ照明灯点灯回路ＯＣの出力電圧としてその出力端に出力する。なお、スイッチング素子Ｑ２は、ＭＯＳＦＥＴからなる。また、負荷電流検出回路ＩＤは、負荷電流を抵抗器Ｒ１で検出して制御手段ＣＣに制御入力するように構成されている。

本形態において、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤは、直列接続するＬＥＤ光源の数が、降圧チョッパＳＤＣの電流制御素子としてのスイッチング素子が短絡モードで破壊したときに、少なくとも一部のＬＥＤ光源が開放モードで破壊するように設定してある。例えば、直列接続するＬＥＤ光源は、３２個であり、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤの正常時に１個当たり約３．１Ｖの電圧が印加されて点灯する。

また、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤは、図２に示すように、複数、例えば２個のＬＥＤモジュールＭ１、Ｍ２が直列接続してなり、ＬＥＤ照明灯点灯回路ＯＣの出力端に接続している。ＬＥＤモジュールＭ１、Ｍ２は、それぞれが複数個、上述の場合、１６個のＬＥＤ光源からなる直列回路およびその両端が接続する一対の端子が互いに近接配置された単一のコネクタＣＮを備えた構造である。単一のコネクタＣＮは、その内部に一対の端子が近接配置されていて、そこに複数個のＬＥＤ光源からなる直列回路の両端が接続している。したがって、複数のＬＥＤモジュールＭ１、Ｍ２の直列接続体は、単一のコネクタＣＮを経由して直列接続している。

調光信号出力手段ＤＳＧは、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤを調光点灯する場合に配設される調光信号を生成して出力する手段であり、所望により配設される。なお、調光しない場合には配設していなくてもよい。調光信号出力手段ＤＳＧの配設位置は、昇圧チョッパＳＵＣおよび降圧チョッパＳＤＣを含むＬＥＤ照明灯点灯装置の主要部に近接した位置、例えば上記主要部と同一の配線基板に実装されている態様でもよい。また、上記主要部から離間した位置に配設されるのであってもよい。

また、調光信号出力手段ＤＳＧは、出力する調光信号の形態が特段限定されない。例えば、調光度に応じてパルスのデューティが変化するデューティ信号、調光度をディジタル化したディジタル信号および調光度に応じて電圧値が変化する可変電圧信号などを選択的に適宜採用することができる。さらに、調光信号出力手段ＤＳＧから出力される調光信号は、連続的に変化してもよいし、段階的に変化してもよい。本形態において、調光信号は、調光割合に応じてデューティが変化する電圧パルス列からなる。

制御手段ＣＣは、昇圧チョッパＢＵＣおよび降圧チョッパＳＤＣを制御する手段であり、さらに安全回路機能を内蔵している。なお、始動シーケンスとして、ＬＥＤ照明灯点灯装置に対して電源を投入した際に、所望により例えば後述するスタンバイモードおよびランモードに分けた制御動作を行って電源を立ち上げる。

また、制御手段ＣＣは、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤを調光点灯するために、調光信号出力手段ＤＳＧから出力される調光信号に応じて降圧チョッパＳＤＣおよび昇圧チョッパＢＵＣの少なくとも一方の出力を制御してＬＥＤ照明灯ＬＥＤを調光点灯させるための調光制御動作を行わせることができる。なお、昇圧チョッパＢＵＣと降圧チョッパＳＤＣとの制御を統合的に行う必要はなく、両者を格別に制御することができる。例えば、昇圧チョッパＢＵＣの一部として予め専用の制御手段を一体的含んだ構成のものを用いることができる。

調光制御動作を行わせる態様において、降圧チョッパＳＤＣおよび昇圧チョッパＢＵＣの少なくとも一方の出力制御は、制御手段ＣＣ内に設定した所定の調光特性および調光信号出力手段から出力される調光信号の相関に基づいて行われる。なお、調光特性は、使用する照明灯の種類に応じて予め所望に応じて適宜設定しておくことができる。例えば、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤの光量と調光度とが連続的、かつ直線的に変化する調光特性にしたり、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤの光量と調光度とが所定の非直線的な変化をする調光特性にしたり、さらにはＬＥＤ照明灯ＬＥＤの光量が段階的に変化する調光特性にしたりすることができる。

さらに、制御手段ＣＣは、始動シーケンスの電源立ち上げ制御における少なくともスタンバイモードおよびランモードを実行する部分が後述するようにアナログ回路により構成されている。しかし、その他の制御動作を行う部分が同様にアナログ回路またはマイコンを主体として構成されていてもよいし、マイコンおよびアナログ回路のハイブリット構成であってもよい。

昇圧チョッパＢＵＣを制御するためには、昇圧チョッパＢＵＣのスイッチング素子Ｑ１にパルス電圧からなる駆動信号を供給する。また、昇圧チョッパＢＵＣの出力電圧検出回路ＶＤから制御入力される出力電圧が所定値になるように帰還制御して駆動信号のデューティを所定に制御する。

降圧チョッパＳＤＣを制御するためには、その直列スイッチング素子Ｑ２にパルス電圧からなる駆動信号を供給する。また、降圧チョッパＳＤＣの負荷電流検出回路ＩＤから制御入力される負荷電流が一定になるように帰還制御するとともに、調光する場合には調光信号に応じて駆動信号をＰＷＭ制御する。

制御手段ＣＣに内蔵されている安全回路機能は、負荷電圧検出回路ＶＤおよび閾値設定回路を備えて構成されている。負荷電圧検出回路ＶＤによりＬＥＤ照明灯点灯回路ＯＣの出力電圧を取り出す。閾値設定回路は、例えばコンパレータを主体として構成され、その反転入力端子に負荷電圧検出回路ＶＤの検出電圧が印加され、抵抗分圧回路から得る基準電圧が非反転入力端子に印加されて、低域側となる異常電圧検出閾値Ｖ´を設定する。この閾値は、２個のＬＥＤモジュールＭ１、Ｍ２のうち１個が短絡したときのもので、図３に示すように、Ｖ／２より１３Ｖ高く設定されている。

そうして、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤの一部が短絡して、ＬＥＤ照明灯点灯回路ＯＣの出力電圧が正常値Ｖより低くなって異常電圧検出閾値Ｖ´に達したときには、上記コンパレータの出力に応じて制御手段ＣＣが制御動作を行うことで、ＬＥＤ照明灯点灯回路ＯＣの出力を停止させたり、安全なレベルまで低下させたりする。

次に、本形態のＬＥＤ照明灯点灯装置の基本的回路動作について説明する。すなわち、ＬＥＤ照明灯点灯回路ＯＣの昇圧チョッパＢＵＣが動作することにより、商用交流電源ＡＣの電圧より高くなるように昇圧され、かつ出力電圧検出回路ＶＤから得た帰還電圧を用いて帰還制御された直流電圧が昇圧チョッパＢＵＣから出力される。また、ＬＥＤ照明灯点灯装置の力率を改善することもできる。

昇圧チョッパＢＵＣの出力電圧は、降圧チョッパＳＤＣの入力端に印加される。これにより、降圧チョッパＳＤＣは、降圧動作を行う。

そうして、負荷のＬＥＤ照明灯ＬＥＤに対して降圧チョッパＳＤＣにおいて所要値に調整された直流電圧がその出力端に現れる。その結果、降圧チョッパＳＤＣの負荷として出力端に接続されたＬＥＤ照明灯ＬＥＤに負荷電流が流れるので、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤが点灯する。このときの点灯は、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤが発光ダイオードの場合、降圧チョッパＳＤＣの負荷電流検出回路ＩＤと制御手段ＣＣの協働によって定電流制御下で行われる。

次に、降圧チョッパＳＤＣの直列スイッチング素子Ｑ２が短絡モードの故障時には降圧チョッパＳＤＣの入力電圧４５０ＶがそのままＬＥＤ照明灯点灯回路ＯＣの出力端に現れるので、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤのＬＥＤ光源には１個当たり約１４Ｖの異常に高い電圧が印加されるから、ＬＥＤ光源は瞬時に開放モードで破壊する。その結果、負荷電流が遮断されるので、発煙、発火に至ることがなくなる。

調光信号出力手段ＤＳＧから送出された調光信号が降圧チョッパＳＤＣの制御部に入力すると、当該制御部は調光信号に対応してＰＷＭ制御された駆動信号を生成して降圧チョッパＳＤＣのスイッチング素子Ｑ２に供給する。その結果、負荷電流の定電流制御の基準値が調光信号に応じて変更されるため、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤは、調光信号に対応する光出力の調光点灯を行う。

本発明のＬＥＤ照明灯点灯装置を実施するための第１の形態の全体を示す回路図 同じくＬＥＤ照明灯の構成を説明する回路図 同じく異常電圧検出閾値の正常時出力電圧との関係を示す電圧波形図

符号の説明

ＢＵＣ…昇圧チョッパ、ＣＣ…制御手段、ＤＳＧ…調光信号出力手段、ＩＤ…負荷電流検出回路、ＬＥＤ…ＬＥＤ照明灯、Ｑ２…スイッチング素子（電流制御素子）、ＲＤＣ…整流化直流電源、ＳＤＣ…降圧チョッパ、ＶＤ…出力電圧検出回路

Claims (2)

1. 電源と出力端との間に直列接続される電流制御素子を備え、この電流制御素子の動作により負荷のＬＥＤ照明灯を点灯するＬＥＤ照明灯点灯回路と；
   ＬＥＤ照明灯点灯回路の電流制御素子が短絡モードで破壊したときに、少なくとも一部のＬＥＤ光源が開放モードで破壊するような数に設定された複数個のＬＥＤ光源からなる直列回路を有し、ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力端に接続されたＬＥＤ照明灯と；
   を具備していることを特徴とする点灯装置。
2. 照明器具本体と；
   照明器具本体に配設された請求項１記載の点灯装置と；
   を具備していることを特徴とする照明器具。

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