JP5682949B2 - Ｌｅｄ点灯装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ点灯装置に関し、特に、歩行者用信号に用いて好適なＬＥＤ点灯装置に関する。

従来、例えば、図３に示すような歩行者用信号機には、一般的に、点灯素子として白熱電球が用いられている。一方で、近年、消費電力が低く、高寿命で、メンテナンスが容易で信頼性の高い発光ダイオード（ＬＥＤ；Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が注目されており、こうした発光ダイオードを複数個点灯させることにより、信号表示を行う歩行者用信号装置が実用化されている。

従来の歩行者用信号機は、図４に示すように、ＡＣ電源と、ＡＣ電圧をスイッチングする半導体リレー（ＳＳＲ：Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｒｅｌａｙ）と白熱電球から構成されている。

一方、発光ダイオードを用いた歩行者用信号機は、図５に示すように、Ｇ、Ｒの信号表示を行うＬＥＤ点灯器１６と、そのＬＥＤ点灯器１６の切り換え制御を行う信号切換制御部１４と、それらのＬＥＤ点灯器１６および信号切換制御部１４に対する交流電源１２とから構成されている。

ここで、信号切換制御部１４は、交流電源１２から供給される交流電流がブレーカー１８を介して制御部２２側とＬＥＤ点灯器側とに分けられ、制御部２２側では、ＡＣ／ＤＣコンバータ２０によってＡＣ（交流）電源がＤＣ（直流）電源に変換され、その変換された直流電源を用いた制御部２２によってＳＳＲ２４の切り換え制御が行われる。

他方、ＬＥＤ点灯器側では、Ｇ、Ｒの２色のＬＥＤ点灯器に対応してＯＮ／ＯＦＦの切り換え動作を行うＳＳＲ２４ａ、２４ｂ、２４ｃがそれぞれ並列に接続されていて、そのＳＳＲ２４ａ、２４ｂに各色のＬＥＤ点灯器１６が接続されて構成されている。また、ＬＥＤ点灯器１６は、各ＳＳＲ２４ａ、２４ｂに対応した変換素子としての整流素子２６ａ、２６ｂ、Ｇ、Ｒの各信号色毎に複数個の発光ダイオードが直列に接続されているＬＥＤ群２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、および、電流制御ＩＣ３０ａ、３０ｂがそれぞれ接続されて構成されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０００−２５９９９３号公報

しかしながら、すでに説明したように、従来の歩行者用信号機と発光ダイオードを用いた歩行者用信号機では、回路構成が大きく異なるため、白熱電球を発光ダイオードに置き換えるには、歩行者用信号機全体を交換する必要があり、費用的な負担が大きいという問題があった。

また、図３に示すような従来の信号機制御盤を用いて、白熱電球を発光ダイオードに置き換える場合、信号機制御盤が、ＳＳＲのリレーをオフした状態でも、白熱電球では点灯しないが、発光ダイオードでは発光してしまう程度の電流が常時流れてしまうという問題があった。

そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、従来の信号機制御盤を用いつつ、ＳＳＲのリレーがオフした状態では、発光ダイオードを完全に消灯させるＬＥＤ点灯装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するために以下の事項を提案している。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。

（１）本発明は、交流電源（例えば、図１のＡＣ電源Ｅに相当）と、該交流電源のオン／オフを制御する制御手段（例えば、図１のＳＳＲに相当）とを有し、前記交流電源から供給される交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流素子（例えば、図１の整流素子Ｄ１に相当）と、前記整流素子を介して前記制御手段の抵抗成分（例えば、図１の抵抗成分Ｚに相当）に接続され、ＬＥＤ素子（例えば、図１のＬＥＤＤ２〜Ｄｎに相当）に供給される直流電圧を降圧する分圧回路を形成する直列接続された第１の抵抗素子（例えば、図１の抵抗Ｒ１１に相当）と第２の抵抗素子（例えば、図１の抵抗Ｒ１２に相当）と、を備えたことを特徴とするＬＥＤ点灯装置を提案している。

この発明によれば、交流電圧が遮断されたときに、制御手段の抵抗成分と第１の抵抗素子および第２の抵抗素子とが分圧回路を形成し、ＬＥＤ素子に供給される直流電圧を降圧するため、制御手段がオフ状態において常時電流を流し続けても、ＬＥＤ素子を確実に消灯することができる。

（２）本発明は、（１）のＬＥＤ点灯装置について、前記第１の抵抗素子（例えば、図１の抵抗Ｒ１１に相当）と第２の抵抗素子（例えば、図１の抵抗Ｒ１２に相当）との接続点に接続された電圧検出素子（例えば、図１のツェナーダイオードＺＤ１に相当）と、前記ＬＥＤ素子に定電流を供給する定電流回路（例えば、図１の定電流回路２０１に相当）と、該定電流回路とグランドとの間に設けられた第１のスイッチング素子（例えば、図１のスイッチング素子ＳＷ２に相当）とを備え、前記電圧検出素子の他端が第１のスイッチング素子に接続され、前記交流電源から交流電圧が供給され、前記整流素子の出力が所定の電圧値以上になったときに、前記電圧検出素子が導通状態となって、前記第１のスイッチング素子がオン状態とし、前記定電流回路が、前記ＬＥＤ素子（例えば、図１のＬＥＤＤ２〜Ｄｎに相当）に電流を供給することを特徴とするＬＥＤ点灯装置を提案している。

この発明によれば、電圧検出素子の他端が第１のスイッチング素子に接続され、交流電源から交流電圧が供給され、整流素子の出力が所定の電圧値以上になったときに、電圧検出素子が導通状態となって、第１のスイッチング素子がオン状態とし、定電流回路が、ＬＥＤ素子に電流を供給する。

（３）本発明は、（２）のＬＥＤ点灯装置について、前記所定の電圧値が、前記交流電源の定格電圧以下であることを特徴とするＬＥＤ点灯装置を提案している。

この発明の例によれば、電圧検出素子は、交流電源から供給される電圧が定格電圧以下になったときに、信号機制御盤のスイッチがオン状態になったことを検出する。これにより、交流電源から供給される電圧が定格電圧に達する前に、ＬＥＤ素子を駆動することができる。

（４）本発明は、（１）から（３）のＬＥＤ点灯装置について、前記ＬＥＤ素子（例えば、図１のＬＥＤＤ２〜Ｄｎに相当）が複数直列接続されていることを特徴とするＬＥＤ点灯装置を提案している。

（５）本発明は、（１）から（３）のＬＥＤ点灯装置について、前記ＬＥＤ素子（例えば、図１のＬＥＤＤ２〜Ｄｎに相当）が複数並列接続されていることを特徴とするＬＥＤ点灯装置を提案している。

（６）本発明は、（１）から（５）のＬＥＤ点灯装置について、前記電圧検出素子がツェナーダイオード（例えば、図１のツェナーダイオードＺＤ１に相当）であることを特徴とするＬＥＤ点灯装置を提案している。

この発明によれば、電圧検出素子がツェナーダイオードであることから簡易な構成で正確に電圧を検出することができる。

（７）本発明は、（１）から（５）のＬＥＤ点灯装置について、前記第１のスイッチング素子（例えば、図１のスイッチング素子ＳＷ２に相当）がＭＯＳ−ＦＥＴであることを特徴とするＬＥＤ点灯装置を提案している。

この発明によれば、第１のスイッチング素子がＭＯＳ−ＦＥＴであることから簡易な構成でスイッチを構成することができる。

（８）本発明は、（１）から（５）のＬＥＤ点灯装置について、前記第１のスイッチング素子（例えば、図１のスイッチング素子ＳＷ２に相当）がトランジスタであることを特徴とするＬＥＤ点灯装置を提案している。

この発明によれば、第１のスイッチング素子がトランジスタであることから簡易な構成でスイッチを構成することができる。

（８）本発明は、（１）から（５）のＬＥＤ点灯装置について、前記第１のスイッチング素子（例えば、図１のスイッチング素子ＳＷ２に相当）がサイリスタであることを特徴とするＬＥＤ点灯装置を提案している。

この発明によれば、第１のスイッチング素子がサイリスタであることから簡易な構成でスイッチを構成することができる。

本発明によれば、従来の信号機制御盤を用いつつ、ＳＳＲのリレーがオフした状態では、発光ダイオードを完全に消灯させることができるという効果がある。また、従来の信号機制御盤を用いることからＬＥＤ点灯装置への切り替えコストを従来に比べて大幅に低減することができるという効果がある。

本発明のＬＥＤ点灯装置の回路構成を示す図である。 信号機制御盤のスイッチング素子ＳＷ１がオフ時の場合のＲ１における損失を示した図である。 従来の歩行者用信号機の概観を示す図である。 従来の歩行者用信号機の回路構成を示す図である。 従来の一般的なＬＥＤ信号装置の回路構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて、詳細に説明する。
なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

＜ＬＥＤ点灯装置の構成＞
図１を用いて、本発明に係るＬＥＤ点灯装置の構成について説明する。なお、ここでは、一例として、歩行者用信号機を例にとって説明するが、これに限るものではない。

本発明に係るＬＥＤ点灯装置は、図１に示すように、制御盤１００とＬＥＤ駆動部２００とから構成されている。また、制御盤１００は、ＡＣ電源ＥとＳＳＲとから構成されている。なお、本実施形態では、ＳＳＲについて本発明と関連のある電気的等価回路で示しており、ＳＳＲは、スイッチング素子ＳＷ１と、このスイッチング素子ＳＷ１に並列接続された抵抗成分Ｚと、を有する。

また、ＬＥＤ駆動部２００は、整流素子Ｄ１と、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２と、スイッチング素子ＳＷ２と、ツェナーダイオードＺＤ１と、ＬＥＤＤ２〜Ｄｎと、定電流回路２０１とから構成されている。

ＡＣ電源Ｅは、ＳＳＲの一端とグランド間に設けられ、ＳＳＲの他端は、整流素子Ｄ１の入力端に接続されている。抵抗Ｒ１１の一端、ＬＥＤＤ２のアノードは、整流素子Ｄ１の出力端に接続されている。

抵抗Ｒ１１の他端は、抵抗Ｒ１２の一端およびツェナーダイオードＺＤ１のカソードに接続され、抵抗Ｒ１２の他端は、グランドに接続されている。また、ツェナーダイオードＺＤ１のアノードは、図示しないスイッチング素子ＳＷ２のコントロール端子に接続されている。

ＬＥＤＤ２〜Ｄｎは、直列に接続され、整流素子Ｄ１の出力端と定電流回路２０１との間に設けられている。また、定電流回路２０１は、スイッチング素子ＳＷ２に接続されており、スイッチング素子ＳＷ２は、定電流回路２０１とグランドとの間に設けられている。

＜ＬＥＤ点灯装置の動作＞
図１を用いて、本発明に係るＬＥＤ点灯装置の動作について説明する。

＜ＳＳＲオフ時の動作＞
ＳＳＲがオフ状態、すなわちスイッチング素子ＳＷ１がオフ状態では、数１０Ｖ程度の電圧がＳＳＲの抵抗成分Ｚと直列接続された抵抗Ｒ１１と抵抗１２とによって形成される分圧回路にかかる。

ここで、分圧回路の出力電圧は、ＬＥＤＤ２〜Ｄｎを点灯させる電圧よりも低く設定されているため、ＳＳＲがオフの状態では、ＬＥＤＤ２〜Ｄｎは完全に消灯する。

＜ＳＳＲオン時の動作＞
ＳＳＲがオン状態、すなわちスイッチング素子ＳＷ１がオン状態では、ＡＣ電源ＥのＡＣ電圧を整流素子Ｄ１で整流した電圧が抵抗Ｒ１１で電流に変換され、この電流によって、ツェナーダイオードＺＤ１が導通する。そして、ツェナーダイオードＺＤ１が導通することによってスイッチング素子ＳＷ２がオン状態となる。

スイッチング素子ＳＷ２がオン状態になると、定電流回路２０１が動作して、ＬＥＤＤ２〜Ｄｎに定電流が供給される。

したがって、本実施形態によれば、従来の信号機制御盤を用いつつ、ＳＳＲのスイッチング素子がオフした状態では、発光ダイオードを完全に消灯させることができる。しかも、図２に示すように、分圧回路の一部をなす抵抗の損失を極力低く抑えている。また、従来の信号機制御盤を用いることからＬＥＤ点灯装置への切り替えコストを従来に比べて大幅に低減することができる。

以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１００；制御盤
２００；ＬＥＤ駆動部
２０１；定電流回路
Ｄ１；整流素子
Ｄ２〜Ｄｎ；ＬＥＤ
Ｒ１１；抵抗
Ｒ１２；抵抗
ＳＷ１；スイッチング素子
ＳＷ２；スイッチング素子
ＺＤ１；ツェナーダイオード

Claims (8)

1. 交流電源と、
   該交流電源に一端が接続された抵抗成分と、該交流電源のオン／オフを制御するスイッチと、を有し、該スイッチのオン／オフを制御するソリッドステートリレー（ＳＳＲ）と、
   前記交流電源から供給される交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流素子と、
   前記整流素子を介して前記抵抗成分の他端に接続され、ＬＥＤ素子に供給される直流電圧を降圧する分圧回路を形成する直列接続された第１の抵抗素子と第２の抵抗素子と、
   前記ＬＥＤ素子に定電流を供給する定電流回路と、
   前記定電流回路とグランドとの間に設けられた第１のスイッチング素子と、
   前記第１の抵抗素子と前記第２の抵抗素子との接続点の電圧が、予め定められた電圧以上になると、前記第１のスイッチング素子をオン状態にする電圧検出素子と、を備え、
   前記整流素子の出力が所定の電圧値以上になったときに、前記電圧検出素子により前記第１のスイッチング素子がオン状態となり、前記定電流回路が、前記ＬＥＤ素子に電流を供給することを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
2. 前記所定の電圧値が、前記交流電源の定格電圧以下であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置。
3. 前記ＬＥＤ素子が複数直列接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＬＥＤ点灯装置。
4. 前記ＬＥＤ素子が複数並列接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＬＥＤ点灯装置。
5. 前記電圧検出素子は、前記第１の抵抗素子と前記第２の抵抗素子との接続点にカソードが接続され、前記第１のスイッチング素子のコントロール端子にアノードが接続されたツェナーダイオードであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のＬＥＤ点灯装置。
6. 前記第１のスイッチング素子がＭＯＳ−ＦＥＴであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のＬＥＤ点灯装置。
7. 前記第１のスイッチング素子がトランジスタであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のＬＥＤ点灯装置。
8. 前記第１のスイッチング素子がサイリスタであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のＬＥＤ点灯装置。