JP2013004396A - Ｌｅｄ点灯装置及びそれを用いた照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ点灯装置において、ＤＣ／ＤＣコンバータの非動作時に放電抵抗がコンデンサに接続されるようにし、ＬＥＤ点灯装置の効率低下や発熱を防止するとともに、ＬＥＤ交換時の感電の可能性をなくす構成を提供する。
【解決手段】交流電圧を整流する整流回路２、整流回路２の出力を受けて制限された電流をＬＥＤ５に供給するためのＤＣ／ＤＣコンバータ３、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力を平滑するコンデンサ４、及びコンデンサ４に並列接続された放電抵抗６及びスイッチ８ｂの直列回路を備えたＬＥＤ点灯装置９において、スイッチ８ｂが操作コイル８ａを備えた常閉接点タイプのリレースイッチ８からなり、操作コイル８ａにＤＣ／ＤＣコンバータ３の動作に関連する電圧が印加されるように、操作コイル８ａがＤＣ／ＤＣコンバータ３に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の非動作時にスイッチ８ｂが閉じるように構成した。
【選択図】図２

Description

本発明はＬＥＤ点灯装置及びそれを用いた照明装置に関する。

図４に、従来のＬＥＤ点灯装置のブロック図を示す（例えば、特許文献１）。ＬＥＤ点灯装置１０は、交流電源１（例えば、商用電源）からの交流電圧を整流する整流回路２、整流回路２からの出力を、ＬＥＤ５に最適な直流電流に制限するＤＣ／ＤＣコンバータ３、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力を平滑するコンデンサ４を備える。ＬＥＤ点灯装置１０には、ＬＥＤ５（ＬＥＤのアレイ）が出力端子Ｔ３及びＴ４において着脱可能に装着される。

図５を用いて図４のＬＥＤ点灯装置の動作を説明する。整流回路２は交流電圧（ａ）を全波整流電圧（ｂ）に変換する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３は降圧コンバータとして作用して全波整流電圧（ｂ）の振幅を小さくした脈流電圧を出力する。このような脈流電圧をＬＥＤ５にそのまま印加すると、電圧０Ｖ付近でＬＥＤ５に電流が流れないため、交流電源１の２倍の周波数で消灯期間が発生してしまう。この消灯期間は人の目にはチラツキとして知覚されてしまうので好ましくない。このＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力脈流電圧を平滑してチラツキを防止するために、コンデンサ４には数μＦ〜数百μＦの比較的大きな容量のコンデンサが用いられる。コンデンサ４によって平滑された電圧（ｃ）がＬＥＤ５に印加されてＬＥＤ電流（ｄ）が流れる。なお、コンデンサ４をＤＣ／ＤＣコンバータ３の前段に接続すると、いわゆるコンデンサインプット型の回路構成となり、入力力率が低下するとともに電源高調波電流が増加するため好ましくない。そのため、コンデンサ４は、図４に示すようにＤＣ／ＤＣコンバータ３の後段に接続することが望ましい。

ところで、ＬＥＤには、ＬＥＤの順方向電圧以上の電圧を印加しなければ電流が流れず、発光しない。なお、照明に多く用いられる白色ＬＥＤの場合、順方向電圧は３．５Ｖ程度である。直列にＬＥＤを接続した場合、ＬＥＤの個数×順方向電圧（以下、「合計順方向電圧」という）以上の電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧として必要になる。言い換えると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧がその合計順方向電圧を下回ると、ＬＥＤ５には電流は流れない。

ここで、ＬＥＤ点灯装置１０において、点灯状態から交流電源１をオフしてＬＥＤ５を消灯させた場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が停止し、コンデンサ４に充電された電圧は上記の合計順方向電圧を下回るまでＬＥＤ５によって放電されるが、合計順方向電圧を下回ると放電されずにコンデンサ４に残ったままとなる。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ３には、図３Ａ、３Ｂ等のような降圧コンバータ回路が一般に用いられるので、動作停止中のＤＣ／ＤＣコンバータ３によってコンデンサ４の電圧が放電されることはない。

コンデンサ４に残った充電電圧は徐々に自然放電していくものの、コンデンサ４の容量が数μＦ〜数百μＦと比較的大きいため、長時間にわたって帯電した状態となる。この帯電した状態で、ユーザがＬＥＤ５を交換する場合、誤ってＬＥＤ点灯装置１０の出力端子（Ｔ３、Ｔ４）に触れてしまうと、感電する可能性があり危険である。特に、そのようなＬＥＤ点灯装置を搭載した照明装置のユーザは、交流電源１（商用電源）のＡＣスイッチＳをオフにしてＬＥＤ５が消灯した状態で感電の危険性があることを予期していないため、なおさら危険である。そこで、図６に示すように、コンデンサ４に放電抵抗６を並列接続しておけば、ＬＥＤ消灯後にコンデンサ４に残った電圧を放電することができる。

特開２００８−１６６１９２号公報 特開２０１０−５５８２４号公報

しかし、図６のように平滑コンデンサに放電抵抗を接続すると、通常点灯中にも放電抵抗で電力を消費するため、入力電力が増加してＬＥＤ点灯装置の効率が低下するとともに、放電抵抗を放熱するための構成が必要となるという問題がある。従って、ＬＥＤ消灯時にのみ放電抵抗がコンデンサに接続される必要がある。特許文献２には、無負荷時（即ち、ＬＥＤ非接続時）に、放電抵抗に接続された放電用スイッチが制御回路からの信号によってオンされる構成が開示されている。しかし、そのような構成では、入力電源遮断時にはＬＥＤ点灯装置内で制御信号用の電源を確保することができず、放電用スイッチをオンして放電抵抗を接続状態とすることができない。

そこで、本発明は、入力電源遮断時等のＤＣ／ＤＣコンバータ非動作時に、制御電源を確保できなくても放電抵抗がコンデンサに接続されるようにし、ＬＥＤ点灯装置の効率低下や発熱を防止するとともに、ＬＥＤ交換時の感電の可能性をなくす構成を提供することを目的とする。

本発明の第１の側面は、交流電圧を整流する整流回路、整流回路の出力を受けて制限された電流をＬＥＤに供給するためのＤＣ／ＤＣコンバータ、記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を平滑するコンデンサ、及びコンデンサに並列接続された放電抵抗及びスイッチの直列回路を備えたＬＥＤ点灯装置であって、スイッチが操作コイルを備えた常閉接点タイプのリレースイッチからなり、操作コイルにＤＣ／ＤＣコンバータの動作に関連する電圧が印加されるように、操作コイルがＤＣ／ＤＣコンバータに接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータの非動作時にスイッチが閉じるように構成されたＬＥＤ点灯装置である。

ここで、操作コイルはＤＣ／ＤＣコンバータの入力端子間に接続される。
また、ＤＣ／ＤＣコンバータを構成するスイッチング素子のスイッチング動作に起因して発生する電圧が操作コイルに印加されるように、操作コイルがＤＣ／ＤＣコンバータ内に接続される構成としてもよい。

本発明の第２の側面は、上記第１の側面のＬＥＤ点灯装置、ＬＥＤ点灯装置に着脱可能に装着されたＬＥＤ、並びにＬＥＤ点灯装置及びＬＥＤを保持する器具本体を備えた照明装置である。

本発明のＬＥＤ点灯装置を示す図である。 本発明の実施例によるＬＥＤ点灯装置を示す図である。 一般的なＤＣ／ＤＣコンバータの一例を示す図である。 一般的なＤＣ／ＤＣコンバータの一例を示す図である。 本発明の変形例を説明する図である。 従来のＬＥＤ点灯装置を示す図である。 ＬＥＤ点灯装置の動作を説明する図である。 従来のＬＥＤ点灯装置を示す図である。

＜基本構成＞
図１に本発明のＬＥＤ点灯装置を示す。ＬＥＤ点灯装置９は、交流電源１（例えば、商用電源）からの交流電圧を整流する整流回路２、整流回路２の出力を受けて制限された電流をＬＥＤ５に供給するためのＤＣ／ＤＣコンバータ３、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力を平滑するコンデンサ４、コンデンサ４に並列接続された放電抵抗６とスイッチ７ｂの直列回路、及びスイッチ７ｂを制御するＤＣ／ＤＣコンバータ動作検知手段７ａを備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ動作検知手段７ａ及び放電スイッチ７ｂによりＤＣ／ＤＣコンバータ動作検知スイッチ７が構成される。

図１において、整流回路２、ＤＣ／ＤＣコンバータ３、コンデンサ４及び放電抵抗６は、図４において説明したものと同様である。また、各部の電圧及び電流波形は図５に示したものと同様であるので説明を省略する。

ＬＥＤ点灯装置９は、交流電源１からの電圧を受ける入力端子Ｔ１及びＴ２、並びにＬＥＤ５（ＬＥＤのアレイ）への出力端子Ｔ３及びＴ４を備える。ＬＥＤ５は出力端子Ｔ３及びＴ４において着脱可能にＬＥＤ点灯装置９に接続される。ＬＥＤ点灯装置９、ＬＥＤ５、並びにＬＥＤ点灯装置９及びＬＥＤ５を保持する器具本体（不図示）によって照明装置が構成される。

スイッチ７ｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータ動作検知手段７ａからの制御信号がない時は閉状態となる常閉接点タイプのスイッチである。従って、交流電源１が投入されＤＣ／ＤＣコンバータ３が動作している時は、ＤＣ／ＤＣコンバータ動作検知手段７ａからの制御信号によりスイッチ７ｂは開状態となっている。その後、交流電源１が遮断されてＤＣ／ＤＣコンバータ３が非動作となった時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ動作検知手段７ａからの制御信号がなくなったことによりスイッチ７ｂは閉状態となる。

上記の構成により、ＬＥＤ点灯中は放電抵抗６が非接続状態となり、無駄な消費電力を発生させることはなく、従って発熱もない。そして、ＬＥＤ消灯後に速やかに放電抵抗６が接続状態とされるので、コンデンサ４に残っていた充電電圧が放電抵抗６を介して放電される。これにより、ＬＥＤ消灯後に出力端子Ｔ３−Ｔ４間に電圧が発生することはなく、安全にＬＥＤ交換を行うことができる。

＜実施例＞
図２に本発明の第１の実施例によるＬＥＤ点灯装置を示す。上記の基本構成の概念の下、本実施例のＬＥＤ点灯装置９は、操作コイル８ａ及びスイッチ８ｂからなる常閉接点タイプ（ｂ接点タイプ）のリレースイッチ８を備え、スイッチ８ｂが放電抵抗６に直列接続される。即ち、上記のＤＣ／ＤＣコンバータ動作検知手段７ａの一例として操作コイル８ａを用い、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の動作に関連する電圧が操作コイル８ａに印加されるようにする。本実施例では、操作コイル８ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３への入力電圧が印加されるようにＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力端子間に接続される。

従って、交流電源１が投入されてＤＣ／ＤＣコンバータ３に入力電圧が印加されている時は、操作コイル８ａに励磁電流が流れ、これによりスイッチ８ｂは開状態となる。その後、交流電源１が遮断されてＤＣ／ＤＣコンバータ３に入力電圧が印加されなくなった時に、操作コイル８ａからの制御信号がなくなることによりスイッチ８ｂは閉状態となる。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の非動作時にスイッチ８ｂが閉じ、コンデンサ４に残っていた充電電圧が放電抵抗６を介して放電されるように構成される。

上記の構成により、ＬＥＤ点灯中は放電抵抗６が非接続状態となり、無駄な消費電力を発生させることはなく、従って発熱もない。なお、リレースイッチ８の操作コイル８ａで消費される電力は、放電抵抗６を常時接続した場合の電力よりもはるかに小さい。そして、ＬＥＤ消灯後に速やかに放電抵抗６が接続状態とされるので、コンデンサ４に残っていた充電電圧が消灯直後に放電される。これにより、ＬＥＤ消灯後に出力端子Ｔ３−Ｔ４間に電圧が発生することはなく、ＬＥＤ消灯後に安全にＬＥＤ交換を行うことができる。

上記のＬＥＤ点灯装置９、ＬＥＤ点灯装置９に着脱可能に装着されたＬＥＤ５、並びにＬＥＤ点灯装置９及びＬＥＤ５を保持する器具本体（不図示）を備えることにより、照明装置を構成することができる。上記のＬＥＤ点灯装置９を搭載したことにより、交流電源１を遮断して消灯した後に安全にＬＥＤ交換を行うことができる照明装置を提供することができる。

＜変形例＞
上記実施例においては、リレースイッチ８の操作コイル８ａをＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力端子間に接続する例を示したが、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を構成するスイッチング素子のスイッチング動作に起因して発生する電圧が操作コイル８ａに印加されるようにしてもよい。

例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３として図３Ａ又は３Ｂに示すような一般的な降圧コンバータ回路を用いる場合、カレントトランスＣＴを図３Ａの経路ａ若しくはｂ又は図３Ｂの経路ｃに挿入し、図３Ｃに示すようにＣＴ出力が操作コイル８ａに印加されるようにしてもよい。なお、図３ＡのＤＣ／ＤＣコンバータ３は、トランジスタ３１（スイッチング素子）、トランジスタ３１をＰＷＭ制御する制御回路３２、電流制限用のコイル３３、ダイオード３４及び検出抵抗３５を備え、制御回路３２は、検出抵抗３５に発生する電圧、即ち、ＬＥＤ電流が所定値で一定となるようにトランジスタ３１を所定周波数（例えば、数十ｋＨｚ程度）でＰＷＭ制御する。また、図３ＢのＤＣ／ＤＣコンバータ３は、トランジスタ３１（スイッチング素子）、トランジスタ３１をＰＷＭ制御する制御回路３２、トランス３６及びダイオード３７を備え、制御回路３２はトランジスタ３１を所定周波数（例えば、数十ｋＨｚ程度）でＰＷＭ制御する。

上記変形例の場合、ＡＣスイッチＳが閉じられた状態でリモコン制御により消灯されているような場合、即ち、ＤＣ／ＤＣコンバータ３に入力電圧が印加された状態で制御回路３２が停止されてトランジスタ３１が開放状態となっている場合にも、操作コイル８ａに電圧が印加されなくなり、スイッチ８ｂを閉状態とすることができる。従って、変形例の構成によると、ＬＥＤ消灯状態が交流電源１の遮断によるものであるのか、あるいはリモコンによる消灯制御によるものであるのかにかかわらず、安全にＬＥＤ交換を行うことができる。

上記実施例では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の動作監視にリレースイッチの操作コイル部により行ったが、リレースイッチに限られるものではなく、半導体を用いたフォトカプラ等を用いてもよい。
また、上記実施例は図３Ａに示した回路構成以外のＤＣ／ＤＣコンバータを用いるＬＥＤ点灯装置にも適用することができ、変形例の構成はそれらのＤＣ／ＤＣコンバータを構成するコイルについても適用することができる。

以上により、ＬＥＤ点灯装置及びそれを用いた照明装置において、ＤＣ／ＤＣコンバータ非動作時に放電抵抗がコンデンサに接続されるようにして、ＬＥＤ点灯装置の効率低下や発熱を防止するとともに、ＬＥＤ交換時の感電の可能性をなくすことができる。

２．整流回路
３．ＤＣ／ＤＣコンバータ
４．コンデンサ
５．ＬＥＤ
６．放電抵抗
７．ＤＣ／ＤＣコンバータ動作検知スイッチ
７ａ．ＤＣ／ＤＣコンバータ動作検知手段
７ｂ．スイッチ
８．リレースイッチ
８ａ．操作コイル
８ｂ．スイッチ
９．ＬＥＤ点灯装置

Claims (4)

1. ＬＥＤ点灯装置であって、
   交流電圧を整流する整流回路、
   前記整流回路の出力を受けて、制限された電流をＬＥＤに供給するためのＤＣ／ＤＣコンバータ、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を平滑するコンデンサ、及び
   前記コンデンサに並列接続された放電抵抗及びスイッチの直列回路
   を備え、
   前記スイッチが操作コイルを備えた常閉接点タイプのリレースイッチからなり、該操作コイルに前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作に関連して発生する電圧が印加されるように、該操作コイルが該ＤＣ／ＤＣコンバータに接続され、該ＤＣ／ＤＣコンバータの非動作時に該スイッチが閉じるように構成されたＬＥＤ点灯装置。
2. 請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置において、前記操作コイルが前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力端子間に接続されたＬＥＤ点灯装置。
3. 請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを構成するスイッチング素子のスイッチング動作に起因して発生する電圧が前記操作コイルに印加されるように、該操作コイルが該ＤＣ／ＤＣコンバータ内に接続されたＬＥＤ点灯装置。
4. 請求項１から３いずれか一項に記載のＬＥＤ点灯装置、
   前記ＬＥＤ点灯装置に着脱可能に装着されたＬＥＤ、及び
   前記ＬＥＤ点灯装置及び前記ＬＥＤを保持する器具本体
   を備えた照明装置。

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