JP6013809B2 - Ｌｅｄドライバ回路および照明装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ＬＥＤ駆動回路および照明装置に関するものであり、特に、過電圧防止機能を備えたＬＥＤ駆動回路および照明装置に関する。
近年、各種の照明装置の光源として、長寿命で且つ省電力という特性を有するＬＥＤランプが普及しつつある。
特に、複数のＬＥＤを直列接続したＬＥＤアレイを有する直管型のＬＥＤランプは、従来の蛍光灯に代えて、室内照明や電車等の車両用の照明に適用されつつある。
従来技術には、直管型のＬＥＤランプを用いた照明装置に関する技術、およびＬＥＤアレイの駆動回路に関する技術がある（例えば、特許文献１および２参照。）。
特開２０１１−９０８５２号公報 特開２０１０−１１０１５７号公報
ところで、ＬＥＤランプは、寿命が長いとはいえ、定期的な交換が必要であり、交換時にはＬＥＤランプをソケット（端子）から一旦外す必要がある。また、清掃等のメンテナンスを行う際にもＬＥＤランプを取り外す場合がある。
ここで、照明装置のソケット（端子）からＬＥＤランプを外す際に、照明装置の主電源をオフにする場合には、作業中の感電等の問題は生じない。
一方、オフィスや電車の車内等において、多数のＬＥＤランプを交換したりメンテナンスを行う場合には、主電源をオフにしてしまうと、作業を行なっていない照明装置まで消灯されて暗くなってしまうため、主電源をオンにした状態で、交換作業等を行いたいという要望がある。
しかしながら、主電源をオンにした状態でＬＥＤランプの交換作業等を行う場合には、感電事故の危険性がある。
特に、ＬＥＤランプを照明装置のソケット（端子）から外すと、端子間に比較的高い開放電圧（例えば、３５Ｖ以上）が印加されるため、作業員等に電気ショックが加えられる虞がある。
また、開放電圧が、回路を構成する素子の耐圧をオーバーして破壊される虞もある。
本発明の目的は、ＬＥＤランプの交換作業等における感電事故や回路素子の破壊を未然に防止することのできるＬＥＤドライバ回路および照明装置を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、直流電源と、複数のＬＥＤが直列に接続されたＬＥＤアレイを着脱可能に保持する正負一対の端子と、前記直流電源を用いて前記ＬＥＤアレイを点灯させるＬＥＤ駆動回路と、前記ＬＥＤ駆動回路に一定電圧を供給するように制御する電圧制御回路と、前記ＬＥＤアレイを前記端子から取り外した場合に、前記一対の端子間の開放電圧を所定の電圧以下にする過電圧防止手段とを備え、前記過電圧防止手段は、前記一対の端子の端子間の電圧を監視する監視手段と、前記ＬＥＤアレイに対する供給電圧の一部をオン・オフするスイッチング手段と、前記監視手段による検出電圧が予め設定される閾値を超えた場合に、前記スイッチング手段をオフさせる過電圧保護回路とを備え、前記過電圧保護回路は、前記ＬＥＤアレイが前記一対の端子から外されると、前記一対の端子間の電圧を監視する抵抗素子における分圧電圧の変化に伴ってトランジスタをオフし、インダクタンスコイルに逆起電力を発生させ、前記スイッチング手段がオン・オフを繰り返す状態とし、前記一対の端子間に前記所定の電圧以上の開放電圧が出ないようにするＬＥＤドライバ回路が提供される。
また、本発明の他の態様によれば、請求項１〜７のいずれか１項に記載のＬＥＤドライバ回路を備え、ＬＥＤアレイを点灯させる照明装置が提供される。
本発明によれば、ＬＥＤランプの交換作業等における感電事故や回路素子の破壊を未然に防止することのできるＬＥＤドライバ回路および照明装置が提供することができる。
第１の実施の形態に係るＬＥＤドライバ回路の概略構成を示すブロック図。 第１の実施の形態に係るＬＥＤドライバ回路の回路構成例を示す回路図。 過電圧保護回路を設けない場合の開放電圧を示すグラフ。 過電圧保護回路を設けた場合において、（ａ）開放電圧を示すグラフ、（ｂ）ＭＯＳＦＥＴＱ２のゲート電圧を示すグラフ。 過電流保護回路を設けない場合の短絡電流を示すグラフ。 過電流保護回路を設けた場合の短絡電流を示すグラフ。 第２の実施の形態に係るＬＥＤドライバ回路の概略構成を示すブロック図。 第２の実施の形態に係るＬＥＤドライバ回路の回路構成例を示す回路図。 ブリーダ回路を設けない場合における調光時の波形を示し、（ａ）トランジスタＱ１のゲート波形、（ｂ）電流制御回路に供給される電圧ＶＣＣの波形、（ｃ）ＬＥＤアレイの電流ＩLEDの波形を示すグラフ。 ブリーダ回路を設けた場合における調光時の波形を示し、（ａ）トランジスタＱ１のゲート波形、（ｂ）電流制御回路に供給される電圧ＶＣＣの波形、（ｃ）ＬＥＤアレイの電流ＩLEDの波形を示すグラフ。 （ａ）ブリーダ回路を設けない場合における全灯時の参照電圧Ｖrefと入力電圧Ｖｂの波形、（ｂ）ブリーダ回路を設けた場合における全灯時の参照電圧Ｖrefと入力電圧Ｖｂの波形を示すグラフ。 第２の実施の形態に係るＬＥＤドライバ回路のレイアウトパターン例の表面側を示す平面図。 第２の実施の形態に係るＬＥＤドライバ回路のレイアウトパターン例の裏面側を示す平面図。 直管型のＬＥＤランプの模式的断面図。 直管型のＬＥＤランプの一部透視斜視図。
次に、図面を参照して、実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
[第１の実施の形態]
（ＬＥＤドライバ回路の構成例）
図１のブロック図および図２の回路図を参照して、第１の実施の形態に係るＬＥＤドライバ回路１の構成例について説明する。
図１のブロック図に示すように、本実施の形態に係るＬＥＤドライバ回路１は、直流電源１０と、複数のＬＥＤが直列に接続されたＬＥＤアレイ１４を着脱可能に保持する正負一対の端子１５ａ・１５ｂと、直流電源１０を用いてＬＥＤアレイ１４を点灯させるＬＥＤ駆動回路１６と、ＬＥＤ駆動回路１６に一定電圧を供給するように制御する電圧制御回路１１と、ＬＥＤアレイ１４を端子１５ａ・１５ｂから取り外した場合に、一対の端子１５ａ・１５ｂ間の開放電圧を所定の電圧以下にする過電圧防止手段３０とを備える。
より具体的には、過電圧防止手段３０は、一対の端子１５ａ・１５ｂの端子間の電圧を監視する監視手段と、ＬＥＤアレイ１４に対する供給電圧の一部をオン・オフするスイッチング手段と、監視手段による検出電圧が予め設定される閾値を超えた場合に、スイッチング手段をオフさせる過電圧保護回路１３とを備える。
図２の回路図に示すように、監視手段は、電圧検出用の抵抗素子Ｒ１・Ｒ２で構成され、スイッチング手段は、監視手段（抵抗素子Ｒ１・Ｒ２）による検出電圧に基づいてオン・オフされるトランジスタＱ２・Ｑ４を備え、さらに、定電圧を確保する定電圧ダイオード（ツェナーダイオード）ＺＤ４を備える。
また、図２において、電圧検出用の抵抗素子は、抵抗値Ｒ1・Ｒ2の２つの抵抗素子Ｒ１・Ｒ２を直列接続して構成され、トランジスタＱ４は、動作電圧ＶBEが電圧Ｖ1であるバイポーラトランジスタで構成され、定電圧ダイオード（ツェナーダイオード）ＺＤ４によって供給される定電圧が電圧ＶZである場合に、ＬＥＤアレイ１４を端子１５ａ・１５ｂから取り外した際に、過電圧保護回路１３によって低減される一対の端子間の開放電圧ＶOPENは、（１）式で表される。すなわち、

ＶOPEN＝（（Ｒ1＋Ｒ2）／Ｒ1）×（ＶZ＋Ｖ10） （１）

また、図１および図２に示すように、過電圧防止手段３０は、一対の端子１５ａ・１５ｂの端子間の電流を低減させる過電流保護回路１２を備えていても良い。
過電流保護回路１２は、例えば、監視手段による検出電圧に基づいてオン・オフされるバイポーラトランジスタＱ３と、バイポーラトランジスタＱ３のエミッタ端子側に接続される電流調節用の抵抗素子Ｒ３とから構成されていても良い。
また、電流調節用の抵抗素子Ｒ３の抵抗値がＲ3であり、バイポーラトランジスタＱ３の動作電圧ＶBEが電圧Ｖ10である場合に、過電流保護回路１２によって低減された電流値Ｖshortは、（２）式で表される。すなわち、

Ｖshort＝Ｖ10／Ｒ3 （２）

なお、ＬＥＤアレイ１４は、例えば、直管型のＬＥＤランプとすることができる。直管型のＬＥＤランプの具体例については後述する。
（回路構成）
ここで、図２の回路図を参照して、第１の実施の形態に係るＬＥＤドライバ回路１の回路構成について説明する。
ＬＥＤドライバ回路１における直流電源１０は、例えば１００Ｖの交流電源４１と、交流電源４１に接続され交流電流を整流するブリッジ形全波整流回路４２とから構成される。
ブリッジ形全波整流回路４２の一端子は接地電位になされ、例えば６４Ｖの直流が出力される出力端側にはノードＮ１を介して、例えば約３３０μＦのコンデンサＣ２０が接続される。
また、ブリッジ形全波整流回路４２の出力端側のノードＮ２を介してダイオードＤ７（Ｄ８）のカソード端子が接続される。なお、ダイオードＤ７（Ｄ８）は、後述するパターンレイアウト（図１２・図１３）において、２個のダイオードが設けられる場合に対応する。
また、ノードＮ３とノードＮ４間には電流調節用の抵抗素子Ｒ３が接続される。またノードＮ３・ノードＮ４には、トランジスタＱ３のエミッタ端子・ベース端子が接続されている。なお、電流調節用の抵抗素子Ｒ３の抵抗値は、例えば、約０．３３Ωである。
ノードＮ４に隣接するノードＮ５にはツェナーダイオードＺＤ４のカソード端子が接続される。
ツェナーダイオードＺＤ４のアノード端子にはトランジスタＱ４のエミッタ端子が接続される。
ノードＮ５に隣接するノードＮ６には、例えば、約３９ｋΩの抵抗素子Ｒ１と、例えば、約８３．５ｋΩの抵抗素子Ｒ２が直列に接続される。
この抵抗素子Ｒ１・Ｒ２によって、一対の端子１５ａ・１５ｂ間の電圧が監視される。
抵抗素子Ｒ１・Ｒ２間の接続ノードＮ７には、トランジスタＱ４のベース端子が接続される。
また、ノードＮ８を介して、トランジスタＱ４のコレクタ端子と、トランジスタＱ３のコレクタ端子とが接続される。
ノードＮ９を介して、例えば、約２００μＨのインダクタンスＬ１（Ｌ２）が接続されている。なお、インダクタンスＬ１（Ｌ２）は、後述するパターンレイアウト（図１２・図１３）において、２個のインダクタンスが設けられる場合に対応する。
また、インダクタンスＬ１（Ｌ２）の他端は、ノードＮ１０を介してダイオードＤ７（Ｄ８）のアノード端子に接続される。
前記ノードＮ６には、ＬＥＤアレイ１４用の端子１５ａが接続され、ノードＮ９には端子１５ｂが接続される。
一対の端子１５ａ・１５ｂの端子間には、例えばＬＥＤアレイ１４を備えた直管型のＬＥＤランプが着脱可能に装着される。
また、ノードＮ１０には、スイッチング用のトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ２のドレイン端子が接続される。
トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ２のソース端子には、トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ５のゲート端子と抵抗素子Ｒ１１が接続されている。なお、抵抗素子Ｒ１１は、例えば、約１．８Ω、約１．８Ω、約１．６Ωの３個の抵抗素子を並列接続して構成される。
トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ５のソース端子は接地電位になされ、ドレイン端子はノードＮ１２を介してトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ２のゲート端子に接続される。
また、ノードＮ１２は、抵抗値、例えば、約５１Ωの抵抗素子Ｒ１０を介して電圧制御回路１１に接続される。なお、電圧制御回路１１は、例えば、ラッチ回路を備えた電源ＩＣなどで構成される。
また、ノードＮ８には、抵抗値、例えば、約１０ｋΩの抵抗素子Ｒ３１が接続され、ノードＮ１３を介して抵抗値、例えば、約２ｋΩの抵抗素子Ｒ２８に接続される。なお、抵抗素子Ｒ２８の他端は接地電位になされる。
過電圧保護回路１３および過電流保護回路１２は、図２中に、破線および一点鎖線で表される。
（過電圧保護回路の動作）
まず、ＬＥＤアレイ１４が、端子１５ａ・１５ｂに接続されている状態において、トランジスタＱ４がオンすると、インダクタンスＬ１（Ｌ２）およびＬＥＤアレイ１４を介して電流が流れる。これにより、ＬＥＤアレイ１４には、電圧制御回路１１で制御された所定電圧（例えば、３５Ｖ）が供給され、ＬＥＤアレイ１４が点灯される。
一方、ＬＥＤアレイ１４が、端子１５ａ・１５ｂから外されると、端子１５ａ・１５ｂの端子間の電圧を監視する抵抗素子Ｒ１・Ｒ２における分圧電圧の変化に伴って、トランジスタＱ４がオフする。この結果、インダクタンスコイルＬ１（Ｌ２）に逆起電力が発生し、ダイオードＤ７（Ｄ８）・インダクタンスコイルＬ１（Ｌ２）・抵抗素子Ｒ１・Ｒ２・Ｒ３を通って電流が流れる。
過電圧保護回路１３の動作により、ツェナーダイオードＺＤ４のツェナー電圧ＶZが決まると、抵抗素子Ｒ１・Ｒ２の抵抗値の比で出力電圧が決定される。このため、予め設定された出力電圧になると、トランジスタＱ４がオンしてＭＯＳＦＥＴＱ５がオンする。これにより、ＭＯＳＦＥＴＱ２のゲート電位が低下することになり、ＭＯＳＦＥＴＱ２がオフになる。これにより、端子１５ａ・１５ｂの端子間に設定電圧以上の開放電圧ＶOが出ないようにされる。
ここで、図３および図４のグラフを参照して、過電圧保護回路１３による効果について説明する。
図３は、過電圧保護回路１３を設けない場合の開放電圧ＶOを示すグラフ、図４（ａ）および図４（ｂ）は、過電圧保護回路１３を設けた場合の開放電圧ＶOおよびゲート電圧を示すグラフである。
図３を見ると分かるように、過電圧保護回路１３を設けない場合には、ＬＥＤアレイ１４が外された出力オープン時（時刻ｔO）から開放電圧ＶOが上昇し、最大電圧Ｖ１に達する。
この場合には、直管型のＬＥＤランプの効果作業中に感電したり、回路を構成する素子の耐圧をオーバーして破壊される虞ある。
一方、過電圧保護回路１３を設けた場合には、図４（ｂ）に示すように、ＬＥＤアレイ１４が外された出力オープン時からＭＯＳＦＥＴＱ２のゲート電圧は、ハイ状態→ロー状態を繰り返し、ＭＯＳＦＥＴＱ２がオン・オフを繰り返す状態となる。より具体的には、出力オープン時（時刻ｔO）から所定時間が経過するまでは、例えば、約１００ｋＨｚ程度の細かいスイッチングが連なった状態となり、その後、例えば、約１０Ｈｚ〜約１０００Ｈｚ程度のパルス波となる。
これにより、図４（ａ）に示すように、開放電圧ＶOはノコギリ波状となり、所定の開放電圧ＶOPENに留まり、図３に示すような高電圧となることが防止される。
ここで、開放電圧ＶOPENは、上述のように（１）式で表され、数値例として、Ｒ1＝３９ｋΩ、Ｒ2＝８３．５Ω、ＶZ＝１０Ｖ、Ｖ10＝０．７Ｖを代入すると、開放電圧ＶOPENは、約３３．６Ｖとなる。
（過電流保護回路の動作）
過電流保護回路１２が有する抵抗素子Ｒ３に電流が流れると電圧差が生じ、トランジスタＱ３のベース−エミッタ間の電圧ＶBEが例えば、約０．７Ｖになると、トランジスタＱ３がオンする。これにより、過電圧保護回路１３の場合と同様に、ＭＯＳＦＥＴＱ２がオフになり、端子１５ａ・１５ｂの端子間に設定電圧以上の開放電圧ＶOが出ないようにされる。
ここで、図５および図６のグラフを参照して、過電流保護回路１２による効果について説明する。
図５は、過電流保護回路１２を設けない場合の短絡電流ILEDを示すグラフ、図６は、過電流保護回路１２を設けた場合の短絡電流ILEDを示すグラフである。ｔsは、ショートが発生する時刻を示す。
図５を見ると分かるように、過電流保護回路１２を設けない場合には、回路中でショート（時刻ｔs）が発生した場合に短絡電流ILEDが急上昇し、感電や素子が破壊される等の虞がある。
一方、過電流保護回路１２を設けた場合には、図６に示すように、回路中でショート（時刻ｔs）が発生した場合であっても短絡電流ILEDはノコギリ波状となり、所定の短絡電流Ishortに留まり、図５のような急激な電流増加となる事態が防止される。
ここで、短絡電流Ishortは、上述のように、（２）式で表され、数値例として、Ｖ10＝０．７Ｖ、Ｒ3＝０．３３Ωを代入すると、短絡電流Ishortは、約２．１２Ａとなる。
第１の実施の形態によれば、ＬＥＤランプの交換作業等における感電事故や回路素子の破壊を未然に防止することのできるＬＥＤドライバ回路および照明装置が提供することができる。
[第２の実施の形態]
（ＬＥＤドライバ回路の構成例）
図７のブロック図および図８の回路図を参照して、第２の実施の形態に係るＬＥＤドライバ回路２の構成例について説明する。
図７のブロック図に示すように、第２の実施の形態に係るＬＥＤドライバ回路２は、直流電源１０と、複数のＬＥＤが直列に接続されたＬＥＤアレイ１４を着脱可能に保持する正負一対の端子１５ａ・１５ｂと、直流電源１０を用いてＬＥＤアレイ１４を点灯させるＬＥＤ駆動回路１６と、ＬＥＤ駆動回路１６への電流を制御する電流制御回路２３と、ＬＥＤアレイ１４に対する出力負荷が低下した際に、電流制御回路２３に供給される電力を確保するブリーダ回路２２と、ＬＥＤ駆動回路１６、電流制御回路２３およびブリーダ回路２２への電圧を制御する電圧制御回路２１とを備える。
ブリーダ回路２２は、一対の端子１５ａ・１５ｂ間に供給される電圧を監視する抵抗素子Ｒ４６と、抵抗素子Ｒ４６の監視結果に応じて、電流制御回路２３に供給する電力を調整するスイッチング手段としてのトランジスタＱ６と、オペアンプ１３０と、コンデンサＣ７とを備える。
また、第２の実施の形態に係るＬＥＤドライバ回路２は、図８に示すように、直流電源１０に一次側５０ａが接続されるトランス５０を備え、電圧制御回路２１は、トランス５０の一次側５０ａの出力をオン・オフ制御する。
電圧制御回路２１は、フォトカプラ１５０を介して定電圧回路４０に接続され、定電圧回路４０は、トランス５０の２次側の第１巻線５０ｂおよび第２巻線５０ｂに接続される。
さらに、ブリーダ回路２２は、トランス５０の２次側の第１巻線５０ａおよび第２巻線５０ｂに接続されている。
なお、ＬＥＤアレイ１４に対する出力負荷の低下は、ＬＥＤアレイ１４の調光に基づく出力負荷の低下を含む。また、ＬＥＤアレイ１４に対する出力負荷の低下は、ＬＥＤアレイ１４を端子１５ａ・１５ｂから取り外した場合を含むようにしても良い。
また、ＬＥＤアレイ１４は、例えば、直管型のＬＥＤランプとすることができる。直管型のＬＥＤランプの具体例については後述する。
（回路構成）
ここで、図８の回路図を参照して、第２の実施の形態に係るＬＥＤドライバ回路２の回路構成について説明する。
ＬＥＤドライバ回路２における直流電源１０は、例えば１００Ｖの交流電源４１と、この交流電源４１に接続され交流電流を整流するブリッジ形全波整流回路４２とを備える。
ブリッジ形全波整流回路４２の一端子は接地電位になされる。例えば、約６４Ｖの直流が出力される出力端側にはノードＮ１を介して例えば、約３３０μＦのコンデンサＣ２０が接続されている。
また、ノードＮ１を介してトランス５０の１次側５０ａの正極が接続される。
なお、トランス５０は、例えば、１次側５０ａが５２ターン、２次側の第１巻線５０ｂが１５ターン、第２巻線５０ｂが４ターンとされ、２次側の第１巻線５０ａおよび第２巻線５０ｂの端子には、巻線数に応じた電圧Ｖ１・Ｖ２が誘起される。
トランス５０の１次側５０ａの他端（負極）にはＭＯＳＦＥＴＱ１のドレイン端子が接続される。
また、ＭＯＳＦＥＴＱ１のソース端子は接地電位になされ、ゲート端子は電圧制御回路２１に接続される。
電圧制御回路２１の他端は、フォトカプラ１５０を介して定電圧回路４０と結合される。
トランス５０の２次側の第１巻線５０ｂの負極にはダイオードＤ１０が接続され、ノードＮ２０を介してコンデンサＣ１０に接続される。コンデンサＣ１０の他端は、ノードＮ２１を介してトランス５０の２次側の第１巻線５０ｂの正極に接続される。
トランス５０の２次側の第１巻線５０ｃの負極にはダイオードＤ１１が接続され、ノードＮ２３を介してコンデンサＣ１１に接続される。コンデンサＣ１１の他端は、ノードＮ２４を介してトランス５０の２次側の第２巻線５０ｃの正極に接続される。
また、トランス５０の２次側の第１巻線５０ｂの負極側は、ノードＮ２２を介して定電圧回路４０に接続され、トランス５０の２次側の第２巻線５０ｃの負極側は電流制御回路２３に接続される。
また、トランス５０の２次側の第１巻線５０ｂの負極側は、ノードＮ２２・Ｎ２９を介して、ブリーダ回路２２の抵抗素子Ｒ５２に接続される。抵抗素子Ｒ５２は、抵抗値、例えば、約３ｋΩを有する。
一方、トランス５０の２次側の第２巻線５０ｃの正極側は、ノードＮ２６を介してブリーダ回路２２の抵抗素子Ｒ４６に接続される。抵抗素子Ｒ４６は、抵抗値、例えば、約０．５Ωを有する。抵抗素子Ｒ４６は他端がアースされ、入力電圧Ｖbの検出抵抗として機能する。
また、ブリーダ回路２２において、ノードＮ２８と接地電位間にてコンデンサＣ７が接続される。ノードＮ２８は、コンパレータとしてのオペアンプ１３０の正極側の入力端子に接続される。
オペアンプ１３０の負極側の入力端子には、参照電圧Ｖrefとして、例えば、約−１００ｍＶが供給されている。
オペアンプ１３０の出力端子は、抵抗値、例えば、約２．４ｋΩの抵抗素子Ｒ４３を介してトランジスタＱ６のベース端子に接続される。
トランジスタＱ６のエミッタ端子は接地電位になされ、コレクタ端子は抵抗素子Ｒ５２に接続される。
また、ノードＮ２９・ノードＮ２には、ダイオードＤ７（Ｄ８）のカソード端子が接続される。なお、ダイオードＤ７（Ｄ８）は、後述するパターンレイアウト（図１２・図１３）において、２個のダイオードが設けられる場合に対応する。
ノードＮ３・ノードＮ４間には、電流調節用の抵抗素子Ｒ３が接続される。また、ノードＮ３・ノードＮ４間には、トランジスタＱ３のエミッタ端子・ゲート端子が接続される。なお、電流調節用の抵抗素子Ｒ３の抵抗値は、例えば、約０．３３Ωである。
ノードＮ５にはツェナーダイオードＺＤ４のカソード端子が接続される。
ツェナーダイオードＺＤ４のアノード端子にはトランジスタＱ４のエミッタ端子が接続される。
ノードＮ６には、例えば、約３９ｋΩの抵抗素子Ｒ１と、例えば、約８３．５ｋΩの抵抗素子Ｒ２が直列に接続される。
抵抗素子Ｒ１・Ｒ２によって、後述する一対の端子１５ａ・１５ｂの端子間の電圧が監視される。
抵抗素子Ｒ１・Ｒ２間の接続ノードＮ７には、トランジスタＱ４のベース端子が接続される。
また、ノードＮ８を介して、トランジスタＱ４のコレクタ端子と、トランジスタＱ３のコレクタ端子とが接続される。
ノードＮ９・ノードＮ１０間には、例えば、約２００μＨのインダクタンスＬ１（Ｌ２）が接続される。なお、インダクタンスＬ１（Ｌ２）は、後述するパターンレイアウト（図１２・図１３）において、２個のインダクタンスが設けられる場合に対応する。
また、インダクタンスＬ１（Ｌ２）の他端は、ノードＮ１０を介してダイオードＤ７（Ｄ８）のアノード端子に接続される。
ノードＮ６には、ＬＥＤアレイ１４用の端子１５ａが接続され、ノードＮ９には端子１５ｂが接続される。
一対の端子１５ａ・１５ｂの端子間には、例えば、ＬＥＤアレイ１４を備えた直管型のＬＥＤランプが着脱可能に装着される。
また、ノードＮ１０には、スイッチング用のトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ２のドレイン端子が接続される。
トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ２のソース端子と接地電位間には抵抗Ｒ１１が接続される。なお、抵抗素子Ｒ１１は、例えば、約１．８Ω、約１．８Ω、約１．６Ωの３個の抵抗素子を並列接続して構成される。
トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ２のゲート端子と接地電位間には、トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ５が接続される。すなわち、トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ５のソース端子は接地電位になされ、ドレイン端子はノードＮ１２を介してトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ２のゲート端子に接続される。
また、ノードＮ１２は、抵抗値、例えば、約５１Ωの抵抗素子Ｒ１０を介して、電流制御回路２３に接続される。なお、電流制御回路２３は、例えば、ラッチ回路を備えた電源ＩＣなどで構成される。
また、ノードＮ８には、抵抗値、例えば、約１０ｋΩの抵抗素子Ｒ３１が接続され、ノードＮ１３を介して抵抗値、例えば、約２ｋΩの抵抗素子Ｒ２８に接続される。なお、抵抗素子Ｒ２８の他端は接地電位になされる。
（ブリーダ回路の動作）
第２の実施の形態に係るＬＥＤドライバ回路２において、トランス５０の２次側の第１巻線５０ｂに誘起される電圧によって、ＬＥＤアレイ１４が発光される。
また、図示しない外部からの信号によりＬＥＤアレイ１４の調光等を行なっている。
トランス５０の２次側の負荷が小さくなった状態になると、電圧制御回路２１に間欠動作が発生する。間欠動作が発生した状態において、トランス５０の２次側の第２巻線５０ｃに誘起される電圧によって、電流制御回路２３の電源を確保している。
ここで、第２巻線５０ｃでは、１次側５０ａが間欠動作することによって、電圧が上がったり下がったりする現象が発生する。
第２巻線５０ｃの電圧が下がった場合には、２次側の電流制御回路２３の電源電圧が不足し、２次側の回路が停止するため、ＬＥＤアレイ１４が点滅し、チラツキが発生してしまう。
そこで、第２の実施の形態に係るＬＥＤドライバ回路２においては、ブリーダ回路２２を追加している。
ブリーダ回路２２により、擬似的に負荷を与えて間欠動作を解消することができる。これにより、調光で出力負荷が低下した場合にもＬＥＤアレイ１４が点滅することがなく、チラツキが生じない。
ブリーダ回路２２は、抵抗素子Ｒ４６で２次側の負荷（電流）を検出し、オペアンプ（コンパレータ）１３０でリファレンス電圧（負の電圧）Ｖrefと比較する。
そして、２次側の電流が少なくなった場合にのみ、トランジスタＱ６がオンされ、ブリーダ回路２２に電流が流れる。
これにより、１次側５０ａの間欠動作が解消されるので、トランス５０の２次側の第２巻線５０ｃの電圧降下を防ぐことができ、電流制御回路２３の電源電圧が低下しないようにできる。
なお、上述の間欠動作とは、スイッチングが断続的に停止する現象をいう。
このような間欠動作は、負荷（電流）が少ないときは連続的にスイッチングしなくても足りるため、省エネのためには有効である。しかしながら、２次側の電流制御回路２３の電源には常に同じ電流を流しているので、間欠動作が発生すると、オンされているときは２次側に電圧が供給されているが、スイッチングが一定期間停止したときには２次側の電圧が落ちてしまう。
第２の実施の形態に係るＬＥＤドライバ回路２においては、上述のような不具合が解消される。
ここで、図９〜１１のグラフを参照して、ブリーダ回路２２による効果について説明する。
図９は、ブリーダ回路２２を設けない場合における調光時の波形を示し、図９（ａ）はトランジスタＱ１のゲート波形、図９（ｂ）は電流制御回路２３に供給される電圧ＶＣＣの波形、図９（ｃ）はＬＥＤアレイ１４の電流ＩLEDの波形を示すグラフである。
図９（ａ）において、パルス波Ｐ１〜Ｐ３は、例えば、約５０ｋＨｚ〜約５００ｋＨｚ程度の細かいスイッチングが連なった状態となっている。また、Ｐ１〜Ｐ３の周期は、例えば、約１０Ｈｚ〜約１０００Ｈｚ程度となっている。
また、図９（ｂ）において、Ｔ１の区間は、例えば、約１０Ｈｚ程度となっており、図９（ａ）のパルス波Ｐ１〜Ｐ３の方がオン時間が極めて短い状態となっている。
図９を見ると分かるように、ブリーダ回路を設けない場合には、トランジスタＱ１のゲート入力が無い状態が発生するとトランジスタＱ１がオフされ、この間において電流制御回路２３に供給される電圧ＶＣＣ（即ち、トランス５０の２次側の第２巻線５０ｃの出力波形Ｖ2）が低下する（図９（ａ）および図９（ｂ）参照）。
この結果、ＬＥＤアレイ１４に供給される電流ＩLEDもハイ状態とロー状態を繰り返す状態となり（図９（ｃ）参照）、ＬＥＤアレイ１４の発光のチラツキとなって現れる。
一方、図１０は、ブリーダ回路２２を設けた場合における調光時の波形を示し、図１０（ａ）はトランジスタＱ１のゲート波形、図１０（ｂ）は電流制御回路２３に供給される電圧ＶＣＣの波形、図１０（ｃ）はＬＥＤアレイ１４の電流ＩLEDの波形を示すグラフである。
図１０を見ると分かるように、ブリーダ回路２２を設けた場合には、トランジスタＱ１のゲート入力が無い状態は発生せず、電流制御回路２３に供給される電圧ＶＣＣ（即ち、トランス５０の２次側の第２巻線５０ｃの出力波形Ｖ2）が低下する状態も発生しない（図１０（ａ）および図１０（ｂ）参照）。
この結果、ＬＥＤアレイ１４に供給される電流ＩLEDも安定して供給され（図１０（ｃ）参照）、ＬＥＤアレイ１４の発光のチラツキの発生が防止される。
また、図１１（ａ）はブリーダ回路２２を設けない場合における全灯時の参照電圧Ｖrefと入力電圧Ｖbの波形、図１１（ｂ）はブリーダ回路２２を設けた場合における全灯時の参照電圧Ｖrefと入力電圧Ｖbの波形を示すグラフである。
図１１（ａ）に示すように、ブリーダ回路を設けない場合には、オペアンプ１３０に入力される全灯時の参照電圧Ｖrefは、脈流となり、抵抗素子Ｒ４６に現れる入力電圧Ｖbを下回り、ＬＥＤアレイ１４の発光のチラツキの原因となる。
これに対して、図１１（ｂ）に示すように、ブリーダ回路２２を設けた場合には、抵抗素子Ｒ４６に現れる電圧Ｖｂが三角波となり、オペアンプ１３０に入力される全灯時の参照電圧Ｖrefは安定するので、ＬＥＤアレイ１４の発光のチラツキの発生が防止される。
（ＬＥＤドライバ回路のレイアウトパターン）
図１２および図１３を参照して、第２の実施の形態に係るＬＥＤドライバ回路２のレイアウトパターンの例について説明する。
図１２はＬＥＤドライバ回路２のレイアウトパターン例の表面側を示す平面図、図１３はその裏面側を示す平面図である。
図１２および図１３において、領域Ａは１次側を、領域Ｂは２次側を示す。
領域Ａと領域Ｂの境界上には、図１２に示すように、表面側にトランス回路部１０３が配設されている。また、裏面側には、フォトカプラ１５０が配設され、このフォトカプラ１５０を介して接続することにより１次側の領域Ａと２次側の領域Ｂとが電気的に絶縁されている。
１次側の領域Ａの表面側には、図１２に示すように、例えば、電圧制御回路２１等を構成する制御回路ＩＣ２０１、制御回路ＩＣ２０１のスイッチングを行うＭＯＳＦＥＴＱ１、図８におけるトランス５０を構成するフィルタトランスＦＬ１、ヒューズＦ１、交流電源に接続される入力端子１００、ＧＮＤ端子１０１等が配設される。
また、１次側の領域Ａの裏面側には、図１３に示すように、例えば、ブリッジ形全波整流回路４２を構成するダイオードブリッジＤＢなどが配設される。
一方、２次側の領域Ｂの表面側には、図１２に示すように、例えば、電流制御回路２３を構成する制御回路ＩＣ２００、インダクタンスとしてのコイルＬ１・Ｌ２、抵抗素子Ｒ５２、５７、５９〜６６及びスイッチング用のトランジスタＱ６等を備えるブリーダ回路２２、出力端子１０４、ＬＥＤアレイ１４の調光を行う調光端子１０５などが配置される。
また、２次側の領域Ｂの裏面側には、図１３に示すように、例えば、過電流保護回路１２、過電圧保護回路１３およびブリーダ回路２２の抵抗素子Ｒ４３などが配置される。
（直管型のＬＥＤランプ）
図１４および図１５を参照して、第１の実施の形態および第２の実施の形態に係るＬＥＤドライバ回路１、２を適用可能なＬＥＤアレイ１４を用いた直管型のＬＥＤランプ５００の構成例について説明する。
図１４は直管型のＬＥＤランプの模式的断面図、図１５はその一部透視斜視図である。
本構成例に係るＬＥＤランプ５００は、ＬＥＤアレイ１４と、電源モジュール５２０と、放熱板５３０と、直管状のケース５４０とを有する。
放熱板５３０は、ＬＥＤアレイ１４から発生する熱の放熱を行う金属部材である。
ＬＥＤアレイ１４と電源モジュール５２０は、放熱板５３０の異なる面に各々設置されている。
ＬＥＤアレイ１４と電源モジュール５２０との間は、放熱板５３０の端部において図示しないケーブルにより電気的に接続されている。
なお、放熱板５３０には、ＬＥＤアレイ１４及び電源モジュール５２０をケース５４０内に固定する支持部としての機能を併せ持たせてもよい。
ケース５４０は、ＬＥＤアレイ１４、電源モジュール５２０及び放熱板５３０を収納し、ＬＥＤアレイ１４からの出射光を拡散しつつ透過する直管蛍光灯型（円筒状）の中空部材である。
ケース５４０の色味としては、柔らかくより広がりのある光が得られる乳白色ケースや、より照度の高い光が得られる半透明ケースを用いることができる。なお、ＬＥＤランプ１の屋外使用を想定して、ケース５４０を防水型とすることも可能である。
図１４で示すように、放熱板５３０からケース５４０の下端部までの高さＨ１が大きければ大きいほど、ＬＥＤアレイ１４からの光がケース５４０によって散乱されるので、広い配光性を備えたＬＥＤランプ５００とすることができる。
また、直管蛍光灯型のＬＥＤランプ５００は、図１５に示すように、直管蛍光灯と同形状の端子５３３を備えている。従って、このような構成の直管蛍光灯型のＬＥＤランプ５００は、直管蛍光灯管に代えて既存の照明装置に取り付けることができる。
そして、照明装置に第１の実施の形態および第２の実施の形態に係るＬＥＤドライバ回路１、２を搭載することにより、直管蛍光灯型のＬＥＤランプ５００の交換作業等における感電事故や回路素子の破壊を未然に防止することのできる照明装置を提供することができる。
また、第２の実施の形態で示したようにブリーダ回路２２を設けたＬＥＤドライバ回路２を搭載する場合には、直管蛍光灯型のＬＥＤランプ５００の調光時におけるチラツキを防止することができる。
[その他の実施の形態]
上記のように、実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
本発明のＬＥＤドライバ回路および照明装置は、直管型のＬＥＤランプ等を用いた照明器具等に適用することができる。
Ａ…１次側領域
Ｂ…２次側領域
Ｃ７、Ｃ１０、Ｃ１１、Ｃ２０…コンデンサ
Ｄ７、Ｄ１０、Ｄ１１…ダイオード
ＤＢ…ダイオードブリッジ
Ｆ１…ヒューズ
Ｌ１、Ｌ２…インダクタンス（コイル）
Ｎ１〜Ｎ２９…ノード
Ｑ１〜Ｑ９…トランジスタ
Ｒ１〜Ｒ５７…抵抗値
１、２…ＬＥＤドライバ回路
１１…電圧制御回路
１２…過電流保護回路
１３…過電圧保護回路
１４…ＬＥＤアレイ
１５ａ、１５ｂ…端子
１６…ＬＥＤ駆動回路
２１…電圧制御回路
２２…ブリーダ回路
２３…電流制御回路
３０…過電圧防止手段
４０…定電圧回路
４１…交流電源
４２…ブリッジ形全波整流回路
５０…トランス
５０ａ…一次側
５０ｂ…２次側の第１巻線
５０ｃ…２次側の第２巻線
１００…入力端子
１０１…ＧＮＤ端子
１０３…トランス回路部
１０４…出力端子
１０５…調光端子
１３０…オペアンプ
１５０…フォトカプラ
５００…ＬＥＤランプ
５２０…電源モジュール
５３０…放熱板
５３３…端子
５４０…ケース

Claims (15)

  1. 直流電源と、
    複数のＬＥＤが直列に接続されたＬＥＤアレイを着脱可能に保持する正負一対の端子と、
    前記直流電源を用いて前記ＬＥＤアレイを点灯させるＬＥＤ駆動回路と、
    前記ＬＥＤ駆動回路に一定電圧を供給するように制御する電圧制御回路と、
    前記ＬＥＤアレイを前記端子から取り外した場合に、前記一対の端子間の開放電圧を所定の電圧以下にする過電圧防止手段と
    を備え、
    前記過電圧防止手段は、
    前記一対の端子の端子間の電圧を監視する監視手段と、
    前記ＬＥＤアレイに対する供給電圧の一部をオン・オフするスイッチング手段と、
    前記監視手段による検出電圧が予め設定される閾値を超えた場合に、前記スイッチング手段をオフさせる過電圧保護回路と
    を備え、
    前記過電圧保護回路は、前記ＬＥＤアレイが前記一対の端子から外されると、前記一対の端子間の電圧を監視する抵抗素子における分圧電圧の変化に伴ってトランジスタをオフし、インダクタンスコイルに逆起電力を発生させ、前記スイッチング手段がオン・オフを繰り返す状態とし、前記一対の端子間に前記所定の電圧以上の開放電圧が出ないようにする
    ことを特徴とするＬＥＤドライバ回路。
  2. 前記監視手段は、電圧検出用の抵抗素子を備え、
    前記スイッチング手段は、前記監視手段による検出電圧に基づいてオン・オフされるトランジスタを備え、
    さらに、前記トランジスタに接続されて定電圧を確保する定電圧ダイオードを備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤドライバ回路。
  3. 前記電圧検出用の抵抗素子は、抵抗値Ｒ１、Ｒ２の２つの抵抗素子を直列接続して構成され、
    前記トランジスタは、動作電圧ＶBEが電圧Ｖ10であるバイポーラトランジスタで構成され、
    前記定電圧ダイオードによって供給される定電圧が電圧Ｖzである場合に、
    前記ＬＥＤアレイを前記端子から取り外した際に、前記過電圧保護回路によって低減された前記一対の端子間の開放電圧ＶOPENは、
    ＶOPEN＝（（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１）×（ＶＺ＋Ｖ１０）
    であることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤドライバ回路。
  4. 前記過電圧防止手段は、前記一対の端子の端子間の電流を低減させる過電流保護回路を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＬＥＤドライバ回路。
  5. 前記過電流保護回路は、
    前記監視手段による検出電圧に基づいてオン・オフされるバイポーラトランジスタと、
    前記バイポーラトランジスタのエミッタ端子側に接続される電流調節用の抵抗素子と
    を備えることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤドライバ回路。
  6. 前記電流調節用の抵抗素子の抵抗値がＲ3であり、
    前記バイポーラトランジスタの動作電圧ＶBEが電圧Ｖ10である場合に、
    前記過電流保護回路によって低減された電流値Ｖshortは、
    Ｖshort＝Ｖ10／Ｒ3
    であることを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤドライバ回路。
  7. 前記ＬＥＤアレイは、直管型のＬＥＤランプであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のＬＥＤドライバ回路。
  8. 前記ＬＥＤアレイに対する出力負荷が低下した際に、前記ＬＥＤアレイに供給する電流を制御する電流制御回路に供給する電力を確保するブリーダ回路を備え、
    前記電圧制御回路は、前記ＬＥＤ駆動回路、前記電流制御回路および前記ブリーダ回路への電圧を制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のＬＥＤドライバ回路。
  9. 前記ブリーダ回路は、
    前記一対の端子間に供給される電圧を監視する抵抗素子と、
    前記抵抗素子の監視結果に応じて、前記電圧制御回路に供給する電力を調整するスイッチング手段としてのトランジスタ、オペアンプおよびコンデンサと
    を備えることを特徴とする請求項８に記載のＬＥＤドライバ回路。
  10. 前記直流電源に一次側が接続されるトランスを備え、
    前記電圧制御回路は、前記トランスの一次側の出力をオン・オフ制御することを特徴とする請求項８または９に記載のＬＥＤドライバ回路。
  11. 前記電圧制御回路は、フォトカプラを介して定電圧回路に結合され、
    前記定電圧回路は、前記トランスの２次側の第１巻線および第２巻線に接続されることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載のＬＥＤドライバ回路。
  12. 前記ブリーダ回路は、前記トランスの２次側の第１巻線および第２巻線に接続されていることを特徴とする請求項１１に記載のＬＥＤドライバ回路。
  13. 前記ＬＥＤアレイに対する出力負荷が低下は、前記ＬＥＤアレイの調光に基づく出力負荷の低下を含むことを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載のＬＥＤドライバ回路。
  14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載のＬＥＤドライバ回路を備え、ＬＥＤアレイを点灯させることを特徴とする照明装置。
  15. 前記ＬＥＤアレイは、直管型のＬＥＤランプであることを特徴とする請求項１４に記載の照明装置。
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