JP2011204628A - 故障判別装置及びこれを用いた照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】故障判別装置において、故障判別中に光出力が低下して暗くなることなく、短絡故障した照明負荷を判別する。
【解決手段】故障判別装置３は、直列に接続された複数の有機ＥＬ素子ＥＬ１〜ＥＬ３と、それぞれの有機ＥＬ素子ＥＬ１〜ＥＬ３に並列に接続されるスイッチＳＷ１〜ＳＷ３と、有機ＥＬ素子に一定の電流を供給する定電流電源４と、有機ＥＬ素子の両端に印加される電圧を検出する電圧検出回路７と、故障している有機ＥＬ素子ＥＬ２を判別する判別回路８と、を備える。スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を介して、有機ＥＬ素子ＥＬ１〜ＥＬ３に流れる電流がバイパスされる。故障判別の動作時に、短絡故障した有機ＥＬ素子とオン状態のスイッチが接続された有機ＥＬ素子が消灯し、その他の有機ＥＬ素子が点灯した状態となることから、短絡故障した有機ＥＬ素子の判別を行うことができる。これにより、故障判別中に光出力がほとんど低下しない。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明負荷の故障を判別する故障判別装置、及びこれを用いた照明器具に関する。

発光ダイオード素子（ＬＥＤ素子）などの照明負荷が故障したことを判別する故障判別装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この故障判別装置は、直列に接続された複数の照明負荷と、それぞれの照明負荷に並列に接続されたスイッチとを備える。このスイッチは、オンになると、該スイッチに接続された照明負荷に流れる駆動電流をバイパスする。故障した照明負荷の判別は、照明負荷を１つずつ順番に点灯させて各照明負荷の両端電圧を検出することによって行う。このとき、点灯させる照明負荷に接続されるスイッチをオフにし、消灯させる照明負荷に接続されるスイッチをオンにする制御を行う。

この故障判別装置は、照明負荷を１つずつ順番に点灯させて故障を判別するので、故障判別中の光出力が低下して暗くなる。また、故障判別中に１つの照明負荷で高い光出力を得ようとすると、高電圧が印加された照明負荷は、ストレスが多大となって破壊される虞がある。

特開２００５−３１０９９８号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、故障判別中に光出力が低下して暗くなることなく、短絡故障した照明負荷を判別することができる故障判別装置、及びこれを用いた照明器具を提供することを目的とする。

本発明の故障判別装置は、照明負荷の故障を判別する故障判別装置であって、直列に接続された複数の照明負荷と、前記それぞれの照明負荷に並列に接続されるスイッチと、前記照明負荷に一定の電流を供給する定電流電源と、前記照明負荷の両端に印加される電圧を検出する電圧検出回路と、前記電圧検出回路による検出値が予め定められた一定の範囲外となると、前記スイッチをオンする状態を順次切り替えて、各状態での前記電圧検出回路による電圧値を比較して故障している前記照明負荷を判別する判別回路と、を備えたことを特徴とする。

本発明の照明器具は、電源と、上記故障判別装置を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、故障判別の動作時に、照明負荷に並列に接続されたスイッチを介して、該照明負荷に流れる電流がバイパスされることになり、短絡故障した照明負荷があれば、それとオン状態のスイッチが接続された照明負荷とが消灯し、その他の照明負荷が点灯した状態となる。このことから、短絡故障した照明負荷を判別することができる。これにより、故障判別中に光出力がほとんど低下しないので、暗くなることを防ぐことができる。

本発明の一実施形態に係る故障判別装置を備えた照明器具の電気回路図。 同故障判別装置の判別回路と電圧検出回路の電気回路図。 （ａ）は同故障判別装置のＳＷ１駆動回路からの出力信号を示す図、（ｂ）はＳＷ２駆動回路からの出力信号を示す図、（ｃ）はＳＷ３駆動回路からの出力信号を示す図、（ｄ）は電圧検出部の検出電圧波形Ｖｄｅｔと基準電圧Ｖｂｃを示す図。 （ａ）は同故障判別装置のＳＷ１駆動回路からの出力信号を示す図、（ｂ）はＳＷ２駆動回路からの出力信号を示す図、（ｃ）はＳＷ３駆動回路からの出力信号を示す図、（ｄ）は電圧検出部の検出電圧波形Ｖｄｅｔと基準電圧Ｖａｂを示す図。

本発明の一実施形態に係る故障判別装置を用いる照明器具について、図１乃至図４を参照して説明する。図１に示されるように、照明器具１は、負荷モジュール２と、負荷モジュール２に定電流を供給する定電流電源４とを備え、負荷モジュール２内の照明負荷の故障を検出判別する故障判別装置３を内蔵している。定電流電源４には、電源Ｖｉｎより電力が供給される。

負荷モジュール２は、直列に接続された複数の照明負荷である有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３と、それぞれの有機ＥＬ素子ＥＬ１〜ＥＬ３と並列に電気的に接続されるスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３と、定電流電源４と電気的に接続するための接続部５とを有する。有機ＥＬ素子ＥＬ１〜ＥＬ３は、定電流電源４から一定の電流が供給される。スイッチＳＷ１〜ＳＷ３は、オンになると、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３に接続された有機ＥＬ素子ＥＬ１〜ＥＬ３に流れる駆動電流をバイパスする。故障判別装置３は、有機ＥＬ素子の故障を検知すると、故障した有機ＥＬ素子の判別を開始する。

定電流電源４は、主回路６、電圧検出回路７、判別回路８、制御回路９、ＳＷ１駆動回路１０ａ、ＳＷ２駆動回路１０ｂ、ＳＷ３駆動回路１０ｃ、及び接続部１１を有する。主回路６は、電源Ｖｉｎからの電力をもとに負荷モジュール２へ供給する電流を制御する。負荷モジュール２への電流の供給は、負荷モジュール２の接続部５と電気的に接続される接続部１１を介して行われる。

負荷モジュール２は、それぞれの有機ＥＬ素子ＥＬ１〜ＥＬ３と並列に電気的に接続される容量成分Ｃｐを備える。なお、本実施形態では、負荷モジュール２は、有機ＥＬ素子ＥＬ１〜ＥＬ３、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３、容量成分Ｃｐをそれぞれ３個ずつ備えたものを示したが、その数は任意である。また、照明負荷は、有機ＥＬ素子から成るものではなく、発光ダイオード素子（ＬＥＤ素子）等から成るものであってもよい。

主回路６は、電解コンデンサＣ１と、ＦＥＴ等からなるスイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ１を駆動する駆動回路６ａと、電流検出用の抵抗Ｒｄと、抵抗Ｒｄの検出値を一定に制御するフィードバック部６ｂとを有する。スイッチング素子Ｑ１には直列に、同素子のオフ時に発生する回生電流を流すための回生用ダイオードＤ１が接続され、このダイオードＤ１には並列に、インダクタＬ１と電解コンデンサＣ１の直列回路が接続されている。接続部１１は、電解コンデンサＣ１に並列に配置される。抵抗Ｒｄは、接続部１１の接地側端子と電解コンデンサＣ１との間に挿入されている。

主回路６において、スイッチング素子Ｑ１がオンのとき、電源Ｖｉｎから、スイッチング素子Ｑ１、インダクタＬ１、電解コンデンサＣ１の経路で電流を流して、電解コンデンサＣ１に電力を蓄える。負荷モジュール２は、電解コンデンサＣ１に蓄えられた電力によって点灯する。また、スイッチング素子Ｑ１がオフのとき、インダクタＬ１、電解コンデンサＣ１、回生用ダイオードＤ１の経路で電流が回生する。

フィードバック部６ｂは、２つの入力端子における電圧差による信号を駆動回路６ａに出力するオペアンプＯＰ１を有し、有機ＥＬ素子ＥＬ１〜ＥＬ３に流れる電流を一定にする。オペアンプＯＰ１は、そのマイナス入力端子に、抵抗Ｒｄからの電流検出電圧が抵抗Ｒ１を介して印加される。オペアンプＯＰ１の出力端子とマイナス入力端子とは、利得調整用の抵抗Ｒ２で接続される。また、オペアンプＯＰ１は、そのプラス入力端子に、接地された電源電圧Ｖｄが接続される。

電圧検出回路７は、接続部１１の入力端子と接地間に直列に接続される点灯電圧検出用の抵抗Ｒ３、Ｒ４を備え、有機ＥＬ素子ＥＬ１の入力端と有機ＥＬ素子ＥＬ３の出力端の両端に印加される電圧を検出するために、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４の接続点の電圧を判別回路８及び制御回路９に出力する。

判別回路８は、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４の接続点の電圧から、有機ＥＬ素子の故障を検知し、また、故障した有機ＥＬ素子を判別する。制御回路９は、電気的に接続される駆動回路６ａに駆動信号を出力し、また、電気的に接続されるＳＷ駆動回路１０ａ乃至１０ｃにそれぞれ駆動信号を出力する。駆動回路６ａは、制御回路９からの駆動信号によって、スイッチング素子Ｑ１のオン・オフ動作を制御する。ＳＷ駆動回路１０ａ乃至１０ｃは、制御回路９からの駆動信号によって、それぞれ対応するスイッチＳＷ１〜ＳＷ３のオン・オフ動作を制御する。

判別回路８は、図２に示されるように、比較器ＣＯＭＰ１と、比較器ＣＯＭＰ２と、開放検出制御部８ａと、短絡検出制御部８ｂと、制御電源Ｖｃｃと接地間に直列に接続された抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃと、切替スイッチＳＷ０とを備える。図中のＡ点、Ｂ点、Ｃ点は、図１の同記号に対応している。

比較器ＣＯＭＰ１は、マイナス側入力端子が抵抗Ｒａ、Ｒｂの接続点と電気的に接続され、プラス側入力端子が抵抗Ｒ３、Ｒ４の接続点と電気的に接続され、出力端子が開放検出制御部８ａに電気的に接続される。比較器ＣＯＭＰ２は、プラス側入力端子が抵抗Ｒｂ、Ｒｃの接続点と電気的に接続され、マイナス側入力端子が抵抗Ｒ３、Ｒ４の接続点と電気的に接続され、出力端子が短絡検出制御部８ｂに電気的に接続される。切替スイッチＳＷ０は、開放検出制御部８ａの出力側と接続される接点（ｘ）と、開放接点（ｙ）と、短絡検出制御部８ｂの出力側と接続される接点（ｚ）とを有する。

抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４の接続点に検出電圧のＶｄｅｔ、抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂの接続点に基準電圧のＶａｂ、抵抗Ｒｂと抵抗Ｒｃの接続点に基準電圧のＶｂｃが発生する。有機ＥＬ素子ＥＬ１〜ＥＬ３が定常状態のとき、Ｖｄｅｔは、予め定められた一定の範囲内であるＶｂｃ≦Ｖｄｅｔ≦Ｖａｂを満たす。また、少なくとも１つ以上の有機ＥＬ素子が開放故障状態のとき、Ｖｄｅｔは、予め定められた一定の範囲外であるＶｄｅｔ＞Ｖａｂとなり、ＣＯＭＰ１から「ハイ」の信号が出力される。また、少なくとも１つ以上の有機ＥＬ素子が短絡故障状態のとき、Ｖｄｅｔは、予め定められた一定の範囲外であるＶｄｅｔ＜Ｖｂｃとなり、ＣＯＭＰ２から「ハイ」の信号が出力される。これにより、判別回路８は、ＶｄｅｔをＶａｂ及びＶｂｃと比較することで、有機ＥＬ素子の開放故障及び短絡故障を検知できる。

切替スイッチＳＷ０は、定常状態のとき接点（ｙ）と接続され、開放故障状態のときＣＯＭＰ１からの「ハイ」の信号を受信した開放検出制御部８ａによって接点（ｘ）へ切り替えられ、短絡故障状態のときＣＯＭＰ２からの「ハイ」の信号を受信した短絡検出制御部８ｂによって接点（ｚ）へ切り替えられる。開放検出制御部８ａは、切替スイッチＳＷ０が接点（ｙ）から接点（ｘ）へ切り替えられたとき、開放故障した有機ＥＬ素子を判別するために、制御回路９等を介して各スイッチＳＷ１〜ＳＷ３の制御を行う。短絡検出制御部８ｂは、切替スイッチＳＷ０が接点（ｙ）から接点（ｚ）へ切り替えられたとき、短絡故障した有機ＥＬ素子を判別するために、制御回路９等を介して各スイッチＳＷ１〜ＳＷ３の制御を行う。

ここで、短絡故障を検知した場合の故障判別装置３の動作について図３を参照して説明する。図３（ａ）はＳＷ１駆動回路１０ａからの出力信号を示し、図３（ｂ）はＳＷ２駆動回路１０ｂからの出力信号を示し、図３（ｃ）はＳＷ３駆動回路１０ｃからの出力信号を示す。また、図３（ｄ）は電圧検出回路７の検出電圧波形Ｖｄｅｔ（実線部分）と基準電圧Ｖｂｃ（一点鎖線部分）とを重畳して示す。

ｔ１の期間で、判別回路８は、検出電圧のＶｄｅｔが減少して基準電圧のＶｂｃを下回ることで、有機ＥＬ素子の短絡故障の発生を検知する。短絡故障を検知すると切替スイッチＳＷ０が接点（ｙ）から接点（ｚ）に切り替わり、どの有機ＥＬ素子で短絡故障が発生しているかを判別する短絡故障判別モードになる。短絡故障判別モード中は、短絡故障した有機ＥＬ素子と故障判別中の有機ＥＬ素子が消灯し、その他の有機ＥＬ素子が点灯する。

ｔ２〜ｔ４の期間で、短絡検出制御部８ｂは、制御回路９とＳＷ駆動回路１０ａ乃至１０ｃを介して、全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を１つずつオンするように制御する。具体的には、短絡検出制御部８ｂは、ｔ２の期間中スイッチＳＷ１のみをオンにし、ｔ３の期間中スイッチＳＷ２のみをオンにし、ｔ４の期間中スイッチＳＷ３のみをオンにする。ｔ２〜ｔ４の各期間は同じ時間で設定されている。なお、ｔ２〜ｔ４の各期間は異なる時間で設定されていてもよい。

短絡検出制御部８ｂは、ｔ３の期間においてのみＶｄｅｔの値が増加することから、短絡故障した有機ＥＬ素子ＥＬ２を判別する。故障判別後は、故障した有機ＥＬ素子ＥＬ２に接続されるスイッチＳＷ２のみがオンの状態で継続するように制御回路９で制御し、短絡故障判別モードを終了して、切替スイッチＳＷ０が接点（ｚ）から接点（ｙ）に切り替る。故障判別装置３は、短絡故障している有機ＥＬ素子ＥＬ２に流れる電流をスイッチＳＷ２でバイパスするので、有機ＥＬ素子ＥＬ２が消灯し、他の有機ＥＬ素子ＥＬ１、ＥＬ３が点灯する。これにより、有機ＥＬ発光素子ＥＬ２が短絡状態と定常状態を繰り返すことがないので、ちらつきを防止する。なお、故障した有機ＥＬ素子を判別するとき、有機ＥＬ素子ＥＬ１〜ＥＬ３の並んだ順番でスイッチＳＷ１〜ＳＷ３をオンする状態に変化させたが、検出電圧との対応さえ取れていれば、任意の順番でスイッチＳＷ１〜ＳＷ３をオンする状態に変化させてもよい。また、故障した有機ＥＬ素子ＥＬ２の分だけ負荷モジュール２に印加する電圧を下げてもよいし、さらに基準電圧のＶａｂとＶｂｃも変化させてもよい。

次に、開放故障を検知した場合の故障判別装置３の動作について図４を参照して説明する。図４（ａ）はＳＷ１駆動回路１０ａからの出力信号を示し、図４（ｂ）はＳＷ２駆動回路１０ｂからの出力信号を示し、図４（ｃ）はＳＷ３駆動回路１０ｃからの出力信号を示す。また、図４（ｄ）は電圧検出回路７の検出電圧波形Ｖｄｅｔ（実線部分）と基準電圧Ｖａｂ（一点鎖線部分）とを重畳して示す。

ｔ１の期間で、判別回路８は、検出電圧のＶｄｅｔが増加して基準電圧のＶａｂを上回ることで、有機ＥＬ素子の開放故障の発生を検知する。開放故障を検知すると切替スイッチＳＷ０が接点（ｙ）から接点（ｘ）に切り替わり、どの有機ＥＬ素子で開放故障が発生しているかを判別する開放故障判別モードになる。開放故障判別モード中は、有機ＥＬ素子の開放故障によって電流経路がなくなるので、全ての有機ＥＬ素子ＥＬ１〜ＥＬ３が消灯する。

ｔ２〜ｔ４の期間で、開放検出制御部８ａは、制御回路９とＳＷ駆動回路１０ａ乃至１０ｃを介して、全てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を１つずつオンするように制御する。具体的には、開放検出制御部８ａは、ｔ２の期間中スイッチＳＷ１のみをオンにし、ｔ３の期間中スイッチＳＷ２のみをオンにし、ｔ４の期間中スイッチＳＷ３のみをオンにする。ｔ２〜ｔ４の各期間は同じ時間で設定されている。

開放検出制御部８ａは、ｔ３の期間においてのみＶｄｅｔの値が減少することから、開放故障した有機ＥＬ素子ＥＬ２を判別する。故障判別後は、故障した有機ＥＬ素子ＥＬ２に接続されるスイッチＳＷ２のみがオンの状態で継続するように制御回路９で制御し、開放故障判別モードを終了して、ＳＷ０が接点（ｘ）から接点（ｙ）に切り替る。故障判別装置３は、開放故障している有機ＥＬ素子ＥＬ２に流れる電流をスイッチＳＷ２でバイパスするので、残りの有機ＥＬ素子ＥＬ１、ＥＬ３が再点灯する。

上記のように構成された故障判別装置３においては、有機ＥＬ素子ＥＬ１〜ＥＬ３に並列に接続されたスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を介して、有機ＥＬ素子ＥＬ１〜ＥＬ３に流れる電流がバイパスされることになり、短絡故障した有機ＥＬ素子とオン状態のスイッチが接続された有機ＥＬ素子が消灯し、その他の有機ＥＬ素子が点灯した状態で、短絡故障した有機ＥＬ素子の判別を行うことができる。これにより、故障判別中に光出力がほとんど低下しないので、暗くなることを防ぐことができる。また、開放故障した有機ＥＬ素子の判別を行うことができる。

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、故障した有機ＥＬ素子を判別するのに１つのスイッチだけを順次切り替えてオンするものを示したが、複数のスイッチを順次切り替えてオンするものであっても構わない。

１ 照明器具
２ 故障判別装置
４ 定電流電源
７ 電圧検出回路
８ 判別回路
ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３ 有機ＥＬ素子（照明負荷）
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３ スイッチ
Ｖｉｎ 電源

Claims (2)

1. 照明負荷の故障を判別する故障判別装置であって、
   直列に接続された複数の照明負荷と、
   前記それぞれの照明負荷に並列に接続されるスイッチと、
   前記照明負荷に一定の電流を供給する定電流電源と、
   前記照明負荷の両端に印加される電圧を検出する電圧検出回路と、
   前記電圧検出回路による検出値が予め定められた一定の範囲外となると、前記スイッチをオンする状態を順次切り替えて、各状態での前記電圧検出回路による電圧値を比較して故障している前記照明負荷を判別する判別回路と、を備えたことを特徴とする故障判別装置。
2. 電源と、請求項１に記載の故障判別装置を備えたことを特徴とする照明器具。

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