JP2016152087A - Ｌｅｄ点灯装置及び照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】過剰な出力電圧やラッシュ電流を抑制することができるＬＥＤ点灯装置及び照明器具を得る。【解決手段】電源回路４は、ＬＥＤ２に出力電流を供給して点灯させ、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作で出力電流の電流値を調整する。制御回路９は、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を制御する。出力電流検出器５は出力電流を検出する。出力電圧検出器６はＬＥＤ２に印加する出力電圧を検出する。出力電流比較部７は、出力電流検出器５が検出した出力電流と第１の基準値を比較した結果を第２の基準値として出力する。出力電圧比較部８は、出力電圧検出器６が検出した出力電圧と第２の基準値を比較する。制御回路９は、出力電圧が第２の基準値と同じになるようにスイッチング素子Ｑ１を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、過剰な出力電圧やラッシュ電流を抑制することができるＬＥＤ点灯装置及び照明器具に関する。

近年、照明器具の光源として従来の白熱電球及び蛍光灯に代わって、ＬＥＤが主流になりつつある。ＬＥＤは低消費電力及び長寿命という特性を有する。ＬＥＤを点灯させるＬＥＤ点灯装置の研究開発が各社で行われている。ＬＥＤ点灯装置では、光束を一定とするため、負荷であるＬＥＤに流す電流を一定とする定電流制御が主に用いられている。定電流制御の一例として、ＬＥＤと直列に接続された電流検出抵抗に発生する電圧を検出し、フィードバック制御によりスイッチング素子のオン時間を調整し、電流検出抵抗の電圧を一定にすることで、ＬＥＤに一定の電流が流れるように制御している。

ＬＥＤの取り外しなどでＬＥＤ点灯装置からＬＥＤに流れる電流の経路がなくなると、電流検出抵抗に電流が流れなくなる。電流検出抵抗に電流が流れなくなるため、電流検出抵抗に電圧が発生しなくなる。しかし、定電流制御では電流検出抵抗の電圧を一定にするように動作するため、過剰な出力電圧が発生する。

また、ＬＥＤの取り外しなどで出力電圧が高くなると、ＬＥＤ点灯装置に使用している部品の定格電圧を超えることがある。または、短時間の出力コネクタの抜き差しでコネクタを差した時にＬＥＤにラッシュ電流が流れることもある。これにより、ＬＥＤや点灯装置にダメージを与えられる。そこで、過剰な出力電圧になるのを抑制するために、保護回路を設けることが一般的である（例えば、特許文献１，２参照）。

特許第５４８６３８８号公報 特開２０１２−２０４３１７号公報

短時間の出力コネクタの抜き差しでのＬＥＤのラッシュ電流を抑制することから、保護回路は点灯状態の出力電圧に対してなるべく低い電圧で動作することが求められる。一方、保護回路の動作電圧を低く設定してしまうと、電源投入や瞬時停電、ノイズなどの誤動作で保護回路が不要動作することがある。また、ＬＥＤの取り外しなどでは、瞬時に出力電圧が上昇するため、短時間で保護動作をしなければならない。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は過剰な出力電圧やラッシュ電流を抑制することができるＬＥＤ点灯装置及び照明器具を得るものである。

本発明に係るＬＥＤ点灯装置は、ＬＥＤに出力電流を供給して点灯させ、スイッチング素子のスイッチング動作で前記出力電流の電流値を調整する電源回路と、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路と、前記出力電流を検出する出力電流検出器と、前記ＬＥＤに印加する出力電圧を検出する出力電圧検出器と、前記出力電流検出器が検出した前記出力電流と第１の基準値を比較した結果を第２の基準値として出力する出力電流比較部と、前記出力電圧検出器が検出した前記出力電圧と前記第２の基準値を比較する出力電圧比較部とを備え、前記制御回路は、前記出力電圧が前記第２の基準値と同じになるように前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御することを特徴とする。

本発明では、検出した出力電流と第１の基準値を比較した結果を第２の基準値とし、検出した出力電圧が第２の基準値と同じになるようにスイッチング素子のスイッチング動作を制御する。これにより、過剰な出力電圧やラッシュ電流を抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係る照明器具を示す図である。 比較例に係る照明器具におけるＬＥＤの取り外し時の動作を示すタイムチャートである。 比較例に係る照明器具における出力コネクタの抜き差しの動作を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態１に係る照明器具の動作を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態２に係る照明器具を示す図である。

本発明の実施の形態に係るＬＥＤ点灯装置及び照明器具について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る照明器具を示す図である。図１において、商用交流電源１とＬＥＤ２以外はＬＥＤ点灯装置の構成要素である。ＬＥＤ点灯装置は、商用交流電源１から電力の供給を受けてＬＥＤ２を点灯させる装置である。

ＬＥＤ点灯装置は、整流回路３と、平滑コンデンサＣ１と、電源回路４と、出力電流検出器５と、出力電圧検出器６と、出力電流比較部７と、出力電圧比較部８と、制御回路９と、ＬＥＤ２を接続するためのコネクタ１１ａ，１１ｂとを備えている。

整流回路３は、商用交流電源１から供給される交流電圧を全波整流する。平滑コンデンサＣ１は、整流回路３で全波整流された脈流電圧を平滑化する。整流回路３は例えばダイオードブリッジを構成し、ここではコンデンサインプット形整流回路であるが、平滑コンデンサＣ１に直流電圧を生成する回路構成であればよい。例えば、力率改善を行うような場合は、整流回路３と平滑コンデンサＣ１の間に、昇圧チョッパ回路（力率改善回路）を入れてもよい。

電源回路４は、スイッチング素子Ｑ１と、駆動回路１２と、還流ダイオードＤ１と、インダクタＬ１と、コンデンサＣ２とを有する降圧チョッパ回路である。スイッチング素子Ｑ１は例えばＭＯＳＦＥＴである。駆動回路１２は、スイッチング素子Ｑ１のゲートにスイッチング素子Ｑ１をオン／オフ制御するためのゲート信号を供給する。オン／オフ制御された電流はインダクタＬ１により降圧され、コンデンサＣ２により平滑化されると共にＬＥＤ２を流れる。還流ダイオードＤ１は、スイッチング素子Ｑ１がオフしたときインダクタＬ１に対する電流経路となる。このように電源回路４は、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作で出力電流の電流値を調整し、ＬＥＤ２に出力電流を供給して点灯させる。

出力電流検出器５は、ＬＥＤ２と直列に接続された抵抗Ｒ１を有する。出力電圧検出器６は、コネクタ１１ａと接地点との間に直列に接続された抵抗Ｒ２，Ｒ３を有する。この出力電圧Ｖ１を抵抗Ｒ２，Ｒ３で抵抗分圧し、抵抗比で低い電圧にして抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の接続点から出力する。これにより、出力電流検出器５は出力電流Ｉ１を検出し、出力電圧検出器６はＬＥＤ２に印加する出力電圧Ｖ１を検出する。

出力電流比較部７は、出力電流検出器５が検出した出力電流と第１の基準値を比較した結果を第２の基準値として出力する。具体的には、出力電流検出器５の出力電圧と基準電圧ｒｅｆを比較し、その差分に応じて出力電流比較部７の出力電圧を変化させる。なお、調光ができるように、調光器などの外部からの信号に応じて基準電圧ｒｅｆを可変できるようにしてもよい。

出力電圧比較部８は、出力電圧検出器６が検出した出力電圧と第２の基準値を比較する。なお、出力電流比較部７から出力電圧比較部８に出力する電圧はフェードを持たせて徐々に目標値としてもよい。

制御回路９は、出力電圧比較部８の出力に基づいて駆動信号を駆動回路１２に送り、駆動回路１２はスイッチング素子Ｑ１のゲートにスイッチング素子Ｑ１をオン／オフ制御するためのゲート信号を供給する。

ここで、制御回路９からの駆動信号はスイッチング素子Ｑ１のゲートに入力されるが、本実施の形態ではスイッチング素子Ｑ１が高圧側に設けられているため、駆動回路１２により駆動信号が電気的に伝達される。駆動回路１２として一般的にトランスやフォトカプラなどが用いられる。駆動信号は矩形波であり、出力電圧比較部８の出力に基づいて矩形波のオンデューティ比を変化させる。このオンデューティ比に応じて、スイッチング素子Ｑ１はオン／オフする。オンデューティ比が大きくなると、ＬＥＤ２の電流は増加し、オンデューティ比が小さくなると、ＬＥＤ２の電流は減少する。

本実施の形態では、制御回路９は、出力電圧が第２の基準値と同じになるようにスイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を制御する。このように出力電圧を第２の基準値と同じになるように制御することで、第２の基準電圧を作り出している出力電流を第１の基準値と同じになるように制御している。この結果、出力電流が一定になるよう制御される。

続いて、本実施の形態の効果を比較例と比較して説明する。比較例には出力電圧検出器６や出力電圧比較部８が無く、制御回路９は出力電流比較部７の出力が一定となるように定電流制御する。

図２は比較例に係る照明器具におけるＬＥＤの取り外し時の動作を示すタイムチャートである。図中のＡはＬＥＤ２を取り外したタイミングを表す。図中のＢは電源回路４の動作が停止したタイミングを表す。△Ｖは、安定状態の電圧との差分を表す。

ＡでＬＥＤ２が取り外されると、ＬＥＤ２に流れる電流経路が無くなり、出力電流Ｉ１が０となる。ＡからＢにかけてＬＥＤ２に電流を流そうと急峻に出力電圧Ｖ１が高くなる。Ｂにおいて、予め設定していた出力電圧の過電圧を検出する保護レベルとなると、制御回路９はスイッチング素子Ｑ１の動作を停止する制御信号を出力する。これにより、電源回路４は動作を停止する。具体的には、電源回路４により制御された駆動回路１２からスイッチング素子Ｑ１のゲートにゲート信号が入力されなくなるため、スイッチング素子Ｑ１のゲート電圧Ｖ２が０（停止）となる。その後、コンデンサＣ２に溜まった電荷が抵抗Ｒ２，Ｒ３を介して放電され、出力電圧Ｖ１が徐々に低下する。

図３は比較例に係る照明器具における出力コネクタの抜き差しの動作を示すタイムチャートである。図中のＣは、ＬＥＤ２を取り外した後、再び取り付けたタイミングを表す。ＡからＢまでの動作は図２と同じであるため説明を省略する。Ｂで動作を停止した後、電圧Ｖ１は徐々に低下するが、その途中のＣでＬＥＤ２を取り付ける。このタイミングは、ＬＥＤ２を取り付けた時の電圧Ｖ１が安定状態での電圧以上となる短時間での出力コネクタの抜き差しを想定したものである。

Ｃの時に出力電圧Ｖ１が安定状態の電圧以上となっているため、コンデンサＣ２に蓄えられている電荷が、取り付けたＬＥＤ２に過渡的なラッシュ電流（Ｃの時の出力電流Ｉ１）として流れる。ラッシュ電流は、電圧差△Ｖが大きいほど大きくなる。従って、ＬＥＤ２を取り外してから取り付けられるまでの時間が短いほど電圧Ｖ１が高い状態でＬＥＤ２が取り付けられるため、ラッシュ電流は大きくなる。ラッシュ電流は通常時にＬＥＤ２に流れる電流よりも大きいため、ＬＥＤ２にストレスを与えるとともに、最悪の場合ではＬＥＤ２が故障となる場合もある。出力電流検出器５の抵抗Ｒ１にもラッシュ電流は流れるため、ＬＥＤ点灯装置にもストレスを与える。

図４は、本発明の実施の形態１に係る照明器具の動作を示すタイムチャートである。比較例と比べて、ＡでＬＥＤ２を取り外してから、Ｂで動作停止するまでの出力電圧Ｖ１の上昇が緩やかになっている。また、Ｂで電源回路４が動作を停止した時の△Ｖが、比較例と比較して低く抑えられている。このため、Ｂ以降にＬＥＤ２を再び取り付けた場合でもＬＥＤ２に流れるラッシュ電流を少なくすることができる。

以上説明したように本実施の形態では、検出した出力電流と第１の基準値を比較した結果を第２の基準値とし、検出した出力電圧が第２の基準値と同じになるようにスイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を制御する。従来の定電流制御では、点灯中にＬＥＤ２を取り外すと、ＬＥＤ２に電流を流そうとし、急峻に出力電圧が上昇する。一方、実施の形態では出力電圧を制御しているため、ＬＥＤ２を取り外した時に急峻に出力電圧が上がることはない。先ほど述べたように出力電流比較部７の出力電圧にフェードを持たせておけば、ゆっくりと徐々に出力電圧を上げる動作となる。これが図４のＡからＢにかけての動作となる。出力電圧が徐々に上がるため、保護動作の時間遅れを考慮しても、出力電圧の過電圧の保護動作を低い電圧で行うことができる。よって、本実施の形態により、ＬＥＤ２の取り外しなどでの過剰な出力電圧を抑制しつつ、出力コネクタの抜き差しなどでのＬＥＤ２のラッシュ電流を抑制することができる。

なお、制御回路９は、メモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ、システムＬＳＩ等の処理回路により実現される。また、複数の処理回路が連携して上記機能を実行してもよい。また、出力電流比較部７及び出力電圧比較部８はマイコンで構成してもよいが、オペアンプなどの電子部品で構成してもよい。

また、ＬＥＤ２の特徴として、流す電流を変化させてもほぼ定電圧特性を示す。このため、ＬＥＤ２に流す電流を大きく変化させる場合にも、ＬＥＤ２の電圧の変化は小さくてよいので、出力電圧は緩やかに少し変化させればよい。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る照明器具を示す図である。本実施の形態は、実施の形態１の構成に出力状態判定部１３と出力制御部１４を追加している。出力状態判定部１３は、出力電流検出器５が検出した出力電流と出力電圧検出器６が検出した出力電圧に基づき出力状態の判定を行う。具体的には、出力電圧と出力電流が検出された場合にＬＥＤ２が正常に点灯していると判定する。一方、出力電圧が上昇し、出力電流が０又は低下した場合に、ＬＥＤ２を取り外したと判定する。

出力制御部１４は、出力状態判定部１３の判定結果に基づいて出力の制御を行う。具体的には、ＬＥＤ２が正常に点灯していると判定された場合、出力制御部１４は出力電圧比較部８の出力をそのまま制御回路９に伝達する。一方、出力状態判定部１３がＬＥＤ２を取り外したと判定した場合、出力制御部１４はスイッチング素子Ｑ１の動作を停止するように制御回路９に通知する。このため、制御回路９は、出力状態判定部１３がＬＥＤ２を取り外したと判定した場合にスイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を停止させる。

なお、ＬＥＤ２を取り外したとの判定が出力状態判定部１３から１００ｍｓ継続して出力された場合に、出力制御部１４がスイッチング素子Ｑ１の動作を停止するように制御回路９に通知することが好ましい。これにより、出力電圧の異なるＬＥＤ２を用いた場合でも、安定した出力電圧から少し電圧が上がる程度で動作を停止させることができる。ただし、１００ｍｓに限るものではなく、出力電圧の上昇を考慮して長くしても短くしてもよい。誤動作を防止するという点では、ある程度、継続した時間を持って判定することが好ましい。図４のＡからＢの期間がこれに相当する。これにより、Ｂのタイミングでゲート電圧Ｖ２が停止した時の△Ｖを小さく抑えることができる。

２ ＬＥＤ、４ 電源回路、５ 出力電流検出器、６ 出力電圧検出器、７ 出力電流比較部、８ 出力電圧比較部、９ 制御回路、１３ 出力状態判定部、Ｑ１ スイッチング素子

Claims (3)

1. ＬＥＤに出力電流を供給して点灯させ、スイッチング素子のスイッチング動作で前記出力電流の電流値を調整する電源回路と、
   前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路と、
   前記出力電流を検出する出力電流検出器と、
   前記ＬＥＤに印加する出力電圧を検出する出力電圧検出器と、
   前記出力電流検出器が検出した前記出力電流と第１の基準値を比較した結果を第２の基準値として出力する出力電流比較部と、
   前記出力電圧検出器が検出した前記出力電圧と前記第２の基準値を比較する出力電圧比較部とを備え、
   前記制御回路は、前記出力電圧が前記第２の基準値と同じになるように前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御することを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
2. 前記出力電圧検出器が検出した前記出力電圧が上昇し、前記出力電流検出器が検出した前記出力電流が低下した場合に、前記ＬＥＤを取り外したと判定する出力状態判定部を更に備え、
   前記制御回路は、前記出力状態判定部が前記ＬＥＤを取り外したと判定した場合に前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置。
3. 請求項１又は２に記載のＬＥＤ点灯装置を備えることを特徴とする照明器具。

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