JP2011150852A - 非常灯機能付きledランプ回路 - Google Patents

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Masahiro Kanemori
雅弘 兼森
Tadashi Okura
忠 大倉
Yoshiaki Kohoshi
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Abstract

【課題】非常時における消費電力が小さく、しかも構造の簡易な非常灯機能付きLEDランプ回路を提供する。
【解決手段】複数のLED12を直列に接続し個々のLED12に対して、LED12のオン電圧よりも高いゼナー電圧のゼナーダイオード13を逆並列に接続されてなるブロック21が配置され、通常電源14からLED12に順バイアスをかけて通常時に作動させるLEDランプ回路10において、ブロック21を複数並列に接続するとともに、一部のブロック22にのみ直列でかつそのカソード側が一部のブロック22における通常電源14側に配置されるようにダイオード23を接続し、一部のブロック22の通常電源14側とダイオード23のカソード側との間に非常電源24の正極を接続して、通常電源14から電圧が供給されない非常時には、一部のブロック22のLED12に順バイアスをかけて一部のブロック22のみを点灯させる。
【選択図】図1

Description

本発明は、通常の照明として使用されるとともに、停電等の非常時には非常灯として機能する非常灯機能付きLEDランプ回路に関するものである。
近年、蛍光灯に替わる照明器具として、図5に示すような砲弾型LED(a)や表面実装型LED(b)といったLED12が内部に複数並べられたLEDランプ11が普及しつつある。LEDランプ11は、図6に示すように、その外観は蛍光灯とほぼ同一である。
LEDランプ11は、蛍光灯に比べて消費電力が小さくしかも製品寿命が長いというメリットがあるので、各社が研究開発及び商品化を進めており、本出願人もLEDランプ11についての特許出願を既に行っている(特許文献1)。
特開2009−16493号公報
特許文献1に記載の発明に係るLEDランプ11は、図7に示すような回路10を備える。回路10は、複数のLED12を直列に接続しそれら個々のLED12に対して、LED12のオン電圧よりも高いゼナー電圧のゼナーダイオード13をそのアノード側をLED12のカソード側にして並列に接続されてなり、これに電源(通常の交流電源)14がダイオードスタック15、コンデンサC、及び定電流ダイオード16を介して接続されている。電源14からの交流電流が、ダイオードスタック15で直流電流に変換され、さらに定電流ダイオード16で一定に制御された直流電流を、複数のLED12とゼナーダイオード13が並列に接続された回路に流すことによってLED12を発光させている。
このようなLEDランプ11は、LED12の一つに断線等のトラブルが生じた場合であっても、断線したLED12に並列に接続されたゼナーダイオード13に電流が流れるので、LEDランプ回路10全体には電流が流れ続け、残りのLED12は点灯し続ける。よって、LED12の断線後直ちにその断線したLED12を新品に交換しなくてもLEDランプ11を使用できるので、LED12の交換の手間がかからず便利である。
しかしながら、LEDランプ11は停電等で電源14が作動しないときの対策がなされていないため、停電時にはLEDランプ11は消灯してしまう。
ここで、LEDランプ11をこのような非常時にも点灯させるために、非常電源(通常は充電電池)をLEDランプ11に接続しておくことが考えられるが、この非常電源を通常の電源14と同じように単にLEDランプ11に接続するだけでは、非常時であっても通常時と同じだけ電力を消費してしまう。また、非常時には、充電電池である非常電源で一定時間以上LEDランプ11を点灯し続けなければならないので、蛍光灯と比べると消費電力が小さいLEDランプ11であっても、非常時の消費電力をさらに抑える必要がある。
しかし、LEDランプ11を、停電が発生したときには個々のLED12の照度を下げる構造とすると、LEDランプ11の回路が複雑になってしまうという問題がある。
そこで、本発明の目的とするところは、非常時における消費電力が小さく、しかも構造の簡易な非常灯機能付きLEDランプ回路を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明の請求項1に記載の非常灯機能付きLEDランプ回路(20)は、複数のLED(12)を直列に接続しそれら個々のLED(12)に対して、前記LED(12)のオン電圧よりも高いゼナー電圧のゼナーダイオード(13)をそのアノード側を前記LED(12)のカソード側にして並列に接続されてなるブロック(21)が配置され、通常電源(14)から前記LED(12)に順バイアスをかけて通常時に作動させるLEDランプ回路において、前記ブロック(21)を複数並列に接続するとともに、一部のブロック(22)にのみ直列でかつそのカソード側が前記一部のブロック(22)における前記通常電源(14)側に配置されるようにダイオード(23)を接続し、前記一部のブロック(22)の前記通常電源(14)側と前記ダイオード(23)のカソード側との間に非常電源(24)の正極を接続して、前記通常電源(14)から電圧が供給されない非常時には、前記一部のブロック(22)のLED(12)に順バイアスをかけて前記一部のブロック(22)のみを点灯させることを特徴とする。
また、請求項2に記載の非常灯機能付きLEDランプ回路(20)は、前記通常電源(14)は交流電源であって、その交流電流は第1のダイオードスタック(15)によって直流電流に変換されることを特徴とする。
また、請求項3に記載の非常灯機能付きLEDランプ回路(20)は、前記非常電源(24)は交流電源であって、その交流電流は第2のダイオードスタック(25)によって直流電流に変換されることを特徴とする。
また、請求項4に記載の非常灯機能付きLEDランプ回路(20)は、前記複数のブロック(21)のそれぞれに、前記ブロック(21)に流れる電流を電圧に関係なく一定に制御する定電流ダイオード(16)を直列に接続してなることを特徴とする。
また、請求項5に記載の非常灯機能付きLEDランプ回路(20)は、前記一部のブロック(22)を、一つのブロックとしたことを特徴とする。
ここで、上記括弧内の記号は、図面および後述する発明を実施するための形態に掲載された対応要素または対応事項を示す。
本発明の請求項1に記載の非常灯機能付きLEDランプ回路によれば、ブロックを複数並列に接続するとともに、一部のブロックにのみ直列でかつそのカソード側が一部のブロックにおける通常電源側に配置されるようにダイオードを接続し、一部のブロックの通常電源側とダイオードのカソード側との間に非常電源の正極を接続したので、通常電源から電圧が供給されない非常時には、その一部のブロックのLEDに非常電源から順バイアスがかかるとともに、ダイオードには逆バイアスがかかることで、その一部のブロックのみが点灯する。よって、非常時における非常灯機能付きLEDランプ回路の消費電力は通常時におけるものと比べて小さい。
しかも、複数のLEDとゼナーダイオードからなるブロックを複数並列に接続した回路にダイオードと非常電源を加えただけであるので、その非常灯機能付きLEDランプ回路の構造は簡易である。
また、各ブロックは、複数のLEDを直列に接続しそれら個々のLEDに対して、LEDのオン電圧よりも高いゼナー電圧のゼナーダイオードをそのアノード側をLEDのカソード側にして並列に接続されてなるので、非常時に点灯する一部のブロックにおけるLEDが断線した場合であっても、断線したLEDと並列に接続されたゼナーダイオードに電流が流れ、その一部のブロックの残りのLEDは点灯し続ける。
また、請求項2に記載の非常灯機能付きLEDランプ回路によれば、請求項1に記載の発明の作用効果に加え、通常電源は交流電源であって、その交流電流は第1のダイオードスタックによって直流電流に変換されるので、一般の家庭や事業所、工場等で使用されている交流電源を電源として使用することができる。
また、請求項3に記載の非常灯機能付きLEDランプ回路によれば、請求項1又は2に記載の発明の作用効果に加え、非常電源は交流電源であって、その交流電流は第2のダイオードスタックによって直流電流に変換されるので、非常電源が直流電源の場合のように、接続の際に非常電源の正負を確認する必要がなく、非常電源の接続作業が容易である。
また、請求項4に記載の非常灯機能付きLEDランプ回路によれば、請求項1乃至3に記載の発明の作用効果に加え、複数のブロックのそれぞれに、定電流ダイオードを直列に接続しているので、いずれかのLEDが断線してそれと直列接続されている定電流ダイオードに印加される電圧が低下しても、断線したLEDを含むブロックに流れる電流は電圧に関係なく一定に制御され、安定した照度を引き続き確保することができる。
また、請求項5に記載の非常灯機能付きLEDランプ回路によれば、請求項1乃至4に記載の発明の作用効果に加え、非常時に点灯させる一部のブロックを、一つのブロックとしたので、非常時の消費電力をより抑えることができる。
なお、本発明の非常灯機能付きLEDランプ回路のように、ブロックを複数並列に接続するとともに、一部のブロックにのみ直列でかつそのカソード側が前記一部のブロックにおける通常電源側に配置されるようにダイオードを接続し、前記一部のブロックの通常電源側とダイオードのカソード側との間に非常電源の正極を接続して、通常電源から電圧が供給されない非常時には、前記一部のブロックのLEDに順バイアスをかけて前記一部のブロックのみを点灯させる点は、上述した特許文献1には全く記載されていない。
本発明の実施形態に係る非常灯機能付きLEDランプ回路を示す回路構成図である。 図1に示す非常灯機能付きLEDランプ回路を備えるLEDランプ構造の配線図である。 本発明の他の実施形態に係る非常灯機能付きLEDランプ回路の要部を示す回路構成図である。 LEDチップを示す側面図である。 LEDを示す側面図であり、(a)は砲弾型LEDを、(b)は表面実装型LEDを示す。 LEDランプを示す外観図であり、(a)は平面図を、(b)は側面図を示す。 従来例に係るLEDランプ回路を示す回路構成図である。
図1、図2、図5、及び図6を参照して、本発明の実施形態に係る非常灯機能付きLEDランプ回路20を説明する。
この非常灯機能付きLEDランプ回路20は、主にLED12と、ゼナーダイオード13と、定電流ダイオード16と、ダイオード23と、通常電源14と、非常電源24と、を備える。
LED12は、図5(a)に示すような砲弾型LEDであって、アノード側に正電圧が印加されると通電して発光する。このようなLED12が直列に複数接続されている。
ゼナーダイオード13は、通常のダイオード23のように順方向に電流を流すとともに、逆電圧がゼナー電圧よりも大きければ逆方向にも電流が流れる素子である。ここでは、ゼナー電圧がLED12のオン電圧よりも高いゼナーダイオード13を選択している。
そして、図1に示すように、個々のLED12に対して、ゼナーダイオード13のアノード側がLED12のカソード側になるようにゼナーダイオード13をそれぞれ配置し、LED12とゼナーダイオード13とを並列に(いわゆる、逆並列で)接続されてなるブロック21を形成し、このように構成されたブロック21を複数並列に接続している。
定電流ダイオード16は、流れる電流を電圧に関係なく一定に制御するものであって、複数のブロック21のそれぞれの通常電源14側(電流の上流側)に配置され、各ブロック21にそれぞれ直列に接続されている。本実施形態においては、定電流ダイオード16は各ブロック21に流れる電流を15mAに制限している。
ダイオード23は、複数のブロック21のうちの一つのブロック22(以下、非常時点灯ブロックと呼ぶ)にのみ直列で、かつダイオード23のカソード側が、非常時点灯ブロック22に直列に接続された定電流ダイオード16の通常電源14側(アノード側)に配置されるように接続されている。つまり、ダイオード23のアノード側は、非常時点灯ブロック22以外の他のブロック21に直列に接続されたそれぞれの定電流ダイオード16のアノード側に接続されている。
通常電源14は、100Vの商用交流電源である。その交流電流は、通常電源14の出力側に接続された第1ダイオードスタック15によって直流電流に変換されるとともに、コンデンサCによって平滑化された直流電圧が、並列に接続されたブロック21に加えられる。このとき、非常時点灯ブロック22を含む全ブロック21におけるLED12に対して通常電源14から順バイアスがかかるように、通常電源14の正極がLED12のアノード側に接続されている。
なお、ダイオードスタック15はダイオードブリッジ又はブリッジスタックとも呼ばれる。
非常電源24は、図2に示すように、直流電源である充電電池26と、その6Vの直流電圧を130Vの交流電圧に変換する制御ユニット27からなる。非常電源24の交流電流は、第2ダイオードスタック25によって再び直流電流に変換される。そして、非常電源24の正極は、非常時点灯ブロック22に直列に接続された定電流ダイオード16のアノード側とダイオード23のカソード側との間に接続されるとともに、非常電源24の負極は非常時点灯ブロック22のLED12のカソード側に接続され、非常電源24から非常時点灯ブロック22のLED12に順バイアスをかける。
なお、非常電源24は通常電源14にも接続されるとともに、停電か否か(通常電源14のオンオフ)を判断する回路(図示しない)も有し、停電のときに非常電源24が作動するようになっている。
以上説明した非常灯機能付きLEDランプ回路20のうち、通常電源14と非常電源24を除く構成要素は、図2に示すように、非常灯機能付きLEDランプ31の中に配置されている。
非常灯機能付きLEDランプ31の外観は、図6に示すように、通常の蛍光灯とほぼ同一であり、LEDランプ31の両端にはそれぞれ二本ずつ、LED12に電源14,24からの電力を供給する電極31a,31bが設けられている。
そして、LEDランプ31の一方の端部側に設けられた二本の電極31aに通常電源14の正極及び負極が接続され、他方の端部側に設けられた二本の電極31bに非常電源24の正極及び負極が接続されている。
非常灯機能付きLEDランプ31と通常電源14との間には、通常時においてユーザが非常灯機能付きLEDランプ31を点灯及び消灯するためのスイッチS1が設けられている。また、非常電源24の動作確認用として、通常電源14と非常灯機能付きLEDランプ31との間であって通常電源14と非常電源24との間には、回路を強制的に遮断して停電状態を作る試験用スイッチS2が設けられている。
このように構成された非常灯機能付きLEDランプ回路20は、次のように作動する。
通常時には非常時点灯ブロック22を含む全ブロック21におけるLED12に対し通常電源14から順バイアスがかけられ、LED12が発光する。通常時には非常電源24は作動しないが、通常電源14の電圧はダイオード23に対して順バイアスであるので、電流がダイオード23の下流側に接続された非常時点灯ブロック22にも流れ、非常時点灯ブロック22のLED12も通常時において発光する。このとき、非常灯機能付きLEDランプ31全体の照度は200〜300ルクスであり、非常灯機能付きLEDランプ31は蛍光灯と同様に通常の照明として使用される。
ここで、停電等の通常電源14から電圧が供給されない非常時には、非常電源24が停電を検知することで非常電源24が作動する。この非常電源24の電圧はダイオード23に対して逆バイアスであるので、非常時点灯ブロック22以外のブロック21には電流が流れない。
一方、非常時点灯ブロック22はダイオード23の影響を受けないので、非常時点灯ブロック22のLED12には非常電源24から順バイアスがかかり、非常時点灯ブロック22のLED12のみが点灯する。
その結果、非常時には非常時点灯ブロック22が配置されたLEDランプ31の一方端部だけが発光し、非常時点灯ブロック22の部分が非常灯として機能する。このとき、非常時点灯ブロック22には通常時と同じ量の電流(15mA)が流れ、非常時点灯ブロック22のLED12は通常通りの明るさで発光するが、LEDランプ31全体の照度は2ルクス程度となる。
以上のように構成された非常灯機能付きLEDランプ回路20によれば、ブロック21を複数並列に接続するとともに、複数のブロック21のうちの一つの非常時点灯ブロック22にのみ直列でかつそのカソード側が非常時点灯ブロック22における通常電源14側に配置されるようにダイオード23を接続し、非常時点灯ブロック22の通常電源14側とダイオード23のカソード側との間に非常電源24の正極を接続したので、通常電源14から電圧が供給されない非常時には、非常時点灯ブロック22のLED12に非常電源24から順バイアスがかかるとともに、ダイオード23には逆バイアスがかかることで、非常時点灯ブロック22のみが点灯する。
よって、非常時における非常灯機能付きLEDランプ回路20の消費電力は通常時におけるものと比べて小さい。本実施形態においては、非常時の消費電力は通常時に比べ、略100分の1となる。
しかも、この回路20はLED12とゼナーダイオード13からなるブロック21を複数並列に接続した回路にダイオード23と非常電源24を加えただけであるので、その非常灯機能付きLEDランプ回路20の構造は簡易である。
また、各ブロック21は、複数のLED12を直列に接続しそれら個々のLED12に対して、LED12のオン電圧よりも高いゼナー電圧のゼナーダイオード13をそのアノード側をLED12のカソード側にして並列に接続されてなるので、非常時に点灯する非常時点灯ブロック22におけるLED12が断線した場合であっても、断線したLED12と並列に接続されたゼナーダイオード13に電流が流れ、その非常時点灯ブロック22の残りのLED12は点灯し続ける。これは、火災が原因で停電になったとき、その熱でLED12が断線してしまうことがあるが、火災で停電した場合であっても非常灯を点灯し続け易くするためである。もちろん、火災以外の他の原因で断線することもあり、それにも対応可能であるし、また、通常時において非常時点灯ブロック22を含む全てのブロック21のいずれかのLED12が断線しても、そのLED12を有するブロック21は点灯し続ける。
また、通常電源14は交流電源であって、その交流電流は第1ダイオードスタック15によって直流電流に変換されるので、一般の家庭や事業所、工場等で使用されている交流電源を電源として使用することができる。特に、非常灯機能付きLEDランプ回路20のうち、通常電源14と非常電源24を除く構成要素は非常灯機能付きLEDランプ31の中に配置されているので、一般の家庭等に多く備えられている、蛍光灯を収容し蛍光灯に交流電圧を供給する蛍光灯器具に、蛍光灯の代わりに非常灯機能付きLEDランプ31を収容するだけでLEDランプ31を使用できる。よって、非常灯機能付きLEDランプ31導入のための工事が必要とはならず、ユーザは容易に蛍光灯を非常灯機能付きLEDランプ31に置き換えることができる。
さらに、非常電源24は交流電源であって、その交流電流は第2ダイオードスタック25によって直流電流に変換されるので、非常電源24が直流電源の場合のように、接続の際に非常電源24の正負を確認する必要がなく、非常電源24の接続作業が容易である。また、設置業者が非常電源24の正負を逆に接続していることに気付かずに設置作業を終了してしまい、非常時に非常灯機能付きLEDランプ31が作動しないということが起こらない。
また、複数のブロック21のそれぞれに、定電流ダイオード16を直列に接続しているので、いずれかのLED12が断線してそれと直列接続されている定電流ダイオード16に印加される電圧が低下しても、断線したLED12を含むブロック21に流れる電流は電圧に関係なく一定に制御され、安定した照度を引き続き確保することができる。
なお、本実施形態において、非常時点灯ブロック22は複数のブロック21のうち、一つのブロック21としたが、図3に示すように、ダイオード23を二つのブロック21と直列に接続することで、二つのブロック21を非常時点灯ブロック22としてもよいし、それ以上の数のブロック21であってもよい。但し、非常灯としての法定の照度を得ることができれば十分であるので、省電力の観点から、多くのブロック21を非常時点灯ブロック22とする必要はない。
また、交流電源を通常電源14としたが、これに限られるものではなく、第1ダイオードスタック15を設けず直流電源を使用してもよい。同様に、第2ダイオードスタックを設けず直流電源である充電電池26をそのまま非常電源24としてもよい。このように、直流電源を用いたときには、直流電源の正負を正確に接続する必要がある。
また、各ブロック21の通常電源14側に定電流ダイオード16を直列に接続したが、これに限られるものではなく、定電流ダイオード16は複数のLED12からなるブロック21の任意のLED12のカソード側であってもよい。
さらには、定電流ダイオード16を設けなくても、非常灯機能付きLEDランプ回路20としては機能する。このときは、図1に示す非常灯機能付きLEDランプ回路20から定電流ダイオード16だけを除いた回路となる。つまり、ダイオード23のカソード側が非常時点灯ブロック22における通常電源14側に接続され、そしてダイオード23と非常時点灯ブロック22との間に非常電源24の正極が接続される。
また、非常灯機能付きLEDランプ31に使用されるLED12は砲弾型LEDとしたが、図5(b)に示すような表面実装型LEDであってもよい。また図4に示すような、砲弾型LEDや表面実装型LEDの内部にある、発光する半導体素子そのものであるLEDチップ28を非常灯機能付きLEDランプ31内に直接配置してもよい。
また、非常灯機能付きLEDランプ31は、蛍光灯タイプであるとしたが、これに限られるものではない。
10 LEDランプ回路
11 LEDランプ
12 LED
13 ゼナーダイオード
14 電源(通常電源)
15 ダイオードスタック(第1ダイオードスタック)
16 定電流ダイオード
20 非常灯機能付きLEDランプ回路
21 ブロック
22 一部のブロック(非常時点灯ブロック)
23 ダイオード
24 非常電源
25 ダイオードスタック(第2ダイオードスタック)
26 充電電池
27 制御ユニット
28 LEDチップ
31 非常灯機能付きLEDランプ
31a 電極
31b 電極
C コンデンサ
S1 スイッチ
S2 試験用スイッチ

Claims (5)

  1. 複数のLEDを直列に接続しそれら個々のLEDに対して、前記LEDのオン電圧よりも高いゼナー電圧のゼナーダイオードをそのアノード側を前記LEDのカソード側にして並列に接続されてなるブロックが配置され、通常電源から前記LEDに順バイアスをかけて通常時に作動させるLEDランプ回路において、
    前記ブロックを複数並列に接続するとともに、
    一部のブロックにのみ直列でかつそのカソード側が前記一部のブロックにおける前記通常電源側に配置されるようにダイオードを接続し、
    前記一部のブロックの前記通常電源側と前記ダイオードのカソード側との間に非常電源の正極を接続して、前記通常電源から電圧が供給されない非常時には、前記一部のブロックのLEDに順バイアスをかけて前記一部のブロックのみを点灯させることを特徴とする非常灯機能付きLEDランプ回路。
  2. 前記通常電源は交流電源であって、その交流電流は第1のダイオードスタックによって直流電流に変換されることを特徴とする請求項1に記載の非常灯機能付きLEDランプ回路。
  3. 前記非常電源は交流電源であって、その交流電流は第2のダイオードスタックによって直流電流に変換されることを特徴とする請求項1又は2に記載の非常灯機能付きLEDランプ回路。
  4. 前記複数のブロックのそれぞれに、前記ブロックに流れる電流を電圧に関係なく一定に制御する定電流ダイオードを直列に接続してなることを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか一つに記載の非常灯機能付きLEDランプ回路。
  5. 前記一部のブロックを、一つのブロックとしたことを特徴とする請求項1乃至4のうちいずれか一つに記載の非常灯機能付きLEDランプ回路。
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