JP5682754B2 - Ｌｅｄランプ点灯装置および照明装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、ＬＥＤランプを点灯するＬＥＤランプ点灯装置および照明装置に関する。

ＬＥＤランプを点灯する場合、光出力を一定にするなどのために定電流制御するのが一般的であるが、この場合には、ＬＥＤが何らかの理由で接続されないで電源回路が無負荷状態なると、出力電圧が高くなってしまう。また、電源回路がどのような制御方式を採用しているにせよ、ＬＥＤが電源回路の出力端に接続していなかったり、接続が外れやすい状態で電源回路が作動していると、接続が外れた際にアーク放電が発生して異常発熱したりするので、危険である。

そこで、負荷のＬＥＤランプが電源回路の出力端に接続しているか否かを電気的にチェックする装着検出回路を配設することができる。この装着検出回路は、電源回路の出力端に対するＬＥＤランプの装着すなわち適正な接続がなされているか否かを検出する。これにより、装着検出回路がＬＥＤの電源回路の出力端に装着していないのを検出したときに、電源回路の出力を停止したり低減したりするいわゆる安全動作を行わせることが可能になる。

ＬＥＤランプ点灯装置に装着検出回路を配設する場合、電源の投入時には、ＬＥＤランプが電源回路の出力端に装着しているときにのみ電源回路に通常の動作を開始させ、装着していないときに電源回路に安全動作をさせるのが好ましい。そうすれば、ＬＥＤランプが電源回路の出力端に適正に装着している場合にのみ電源回路が通常の動作を開始してＬＥＤを点灯させることができるので、より一層安全になる。

特開２００７−２３４４１４号公報

しかしながら、従来、電源投入時にＬＥＤランプがその電源回路の出力端に装着している場合にのみ電源回路に通常の動作をさせ、装着していない場合には安全動作を行わせるという要求に応えることができなかった。

本発明の実施形態は、電源回路の出力端に対するＬＥＤランプの装着検出を安定、かつ確実に行うＬＥＤランプ点灯装置および照明装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態において、ＬＥＤランプ点灯装置は、電源回路、装着検出回路および制御手段を具備している。電源回路は、一対の出力端を有しこの出力端に、ＬＥＤ素子およびＬＥＤ素子に並列に接続した抵抗器を有するＬＥＤランプを装着して点灯する。装着検出回路は、電源回路が上記出力端に出力電圧を印加する前に、上記出力端に上記出力電圧より低い電圧を印加し、ＬＥＤランプの上記抵抗器が上記出力端に接続されることにより変化する電圧値に基づいてＬＥＤランプが電源回路の出力端に装着されることを検出するとともに、上記電源回路が上記出力端に上記出力電圧を印加するとＬＥＤランプが電源回路の出力端に装着されていることに対する検出を停止する。制御手段は、ＬＥＤランプが電源回路の出力端に装着されていることが装着検出回路により検出されたとき、上記出力端に上記出力電圧を印加させる。

本発明の実施形態によれば、電源回路が出力端に出力電圧を出力する前に、出力電圧より低い電圧を装着検出回路に印加し、ＬＥＤランプのＬＥＤ素子に並列接続した抵抗器が上記出力端に接続されることにより変化する装着検出回路の複数の抵抗器のいずれかの電圧値に基づいてＬＥＤランプの装着を検出するとともに、電源回路から出力電圧を出力すると、上記検出を停止するので、装着検出回路による装着検出を安定、かつ確実に行うＬＥＤランプ点灯装置および照明装置を提供することができる。

本発明のＬＥＤランプ点灯装置における第１の実施形態を示す回路図である。 本発明のＬＥＤランプ点灯装置における第２の実施形態を示す回路図である。 同じく装着検出回路の動作時期および電圧関係を説明する電圧波形図である。 同じく装着検出回路の閾値と電源投入時の検出電圧の関係を説明する電圧波形図である。

本発明の一実施形態において、ＬＥＤランプ点灯装置は、図１に示すようにＬＥＤランプLSを点灯するために、電源回路DOC、装着検出回路LFDおよび制御手段CCを具備している。

最初に、負荷となるＬＥＤランプLSについて説明する。ＬＥＤランプLSは、本発明において照明目的に使用されるのが好適であるが、所望によりその他の用途に用いられることを許容する。使用するＬＥＤランプLSは、ＬＥＤ素子ledおよびこのＬＥＤ素子ledに並列接続した抵抗器RL（図２に示す。）を備えている。なお、上記抵抗器は、ブリーダー抵抗器と呼称することがある。ＬＥＤ素子ledは、その数が特段限定されない。所要の光量を得るために、複数のＬＥＤ素子ledを備えていることが許容される。この場合、複数のＬＥＤ素子ledは、直列接続回路または直並列回路を形成していることができる。しかし、単一のＬＥＤ素子ledからなるのであってもよい。

また、ＬＥＤランプLSは、後述する電源回路DOCの出力端に接続するために、受電端を備えていることが許容される。受電端は、口金の態様をなしていることが好ましいが、これに限定されない。なお、口金は、既知の各種構成を適宜採用することができる。要するに、上記出力端に接続するための手段であれば、その余の構成は特段限定されない。例えば、ＬＥＤランプLSの本体から導電線を経由して導出されたコネクタなどの態様をなしていてもよい。また、受電端が接続導体自体であってもよい。

さらに、ＬＥＤランプLSは、その形態が多様であることを許容する。例えば、両端に口金を備えた直管状や一端にねじ口金を備えた片口金白熱電球のような形状をなしているなどの形態とすることができる。

さらにまた、ＬＥＤランプLSは、後述する電源回路DOCに対してその所望の数を直列および／または並列接続することができる。なお、並列接続する際には、並列回路のそれぞれに流れる負荷電流が均等化するように定電流回路を介在させるのが好ましい。

なお、図示の実施形態において、ＬＥＤランプLSは、直管状をなしていて、図示を省略している直管状の外管内に直列接続された複数のＬＥＤ素子ledが分散配置され、両端に形成された受電端がピン形口金を構成している。

電源回路DOCについて説明する。電源回路DOCは、直流電源DCおよびDC−DCコンバータCONVを備えているのが好ましい形態である。そして、その入力端が交流電源ACに接続するとともに、ＬＥＤランプLSを接続する出力端を備えていて、その出力端を経由してＬＥＤランプLSに電源回路DOCの出力電圧を印加し、直流電力を供給してこれを点灯する手段である。

上記出力端は、ＬＥＤランプLSの受電端に適合するように構成されていればよく、その余の構成については特段限定されない。例えば、ソケットの形態をなしているのが好ましいが、ＬＥＤランプLSの受電端がコネクタの形態をなしている場合には、コネクタ受けの形態をなしていることが許容される。また、受電端が接続導体の形態をなしている場合には、接続導体を受容する端子台などの形態をなしていてもよい。

また、電源回路DOCは、DC−DCコンバータCONVおよびその直流電源DCを備えている場合、DC−DCコンバータCONVとしては例えば各種チョッパが、変換効率が高く、しかも制御が容易であるので、好適である。DC−DCコンバータCONVは、一般には入力直流電圧を異なる電圧の直流に変換する。そして、出力電圧がＬＥＤランプLSに印加される。DC−DCコンバータCONVの出力を制御して出力を調節することにより、ＬＥＤ素子LSを所望のレベルに調光点灯させることもできる。

電源回路DOCを上述のようにDC−DCコンバータCONVを主体として構成する場合、その直流電源DCおよびDC-DCコンバータCONVを１対１の関係にして配設することができる。また、直流電源DCを共通にしてDC−DCコンバータCONVを１対複数の関係になるよう複数配設して、直流入力を複数のDC−DCコンバータCONVに並列的に供給するように構成してもよい。なお、後者の場合、所望により各DC−DCコンバータCONVをＬＥＤランプLSに隣接する位置に配設し、共通の直流電源DCをＬＥＤランプLSから離間した位置に配設することができる。

さらに、電源回路DOCは、その出力を定電流制御するように構成されるが、一部の領域、例えばＬＥＤランプLSの点灯電力が低電力の領域、換言すれば深調光領域では定電圧制御を行い、その他の領域では定電流制御を行うように複合制御特性が付与されていることを許容する。

さらにまた、電源回路DOCは、ＬＥＤランプLSの動作状態を変化させるために、ＬＥＤランプLSに供給する直流電力を出力制御信号に応じて変化させるように電源回路DOCの出力を可変に構成することができる。すなわち、調光信号に応じてＬＥＤランプLSを調光点灯させることができる。

DC−DCコンバータCONVは、直流電源DCから供給される直流入力を変換して所望の電圧を出力し、ＬＥＤLSを付勢して点灯させるが、その余の構成については特段限定されない。なお、DC-DCコンバータCONVは、直流電力を異なる直流電力に変換する装置であって、順変換装置とも称される変換装置であり、各種チョッパの他にフライバックコンバータ、フォワードコンバータおよびスイッチングレギュレータなどが含まれる。

DC−DCコンバータCONVに入力を供給する直流電源DCは、その構成が特段限定されない。例えば、整流回路および平滑化回路を備えた構成を用いることができる。平滑化回路としては、電解コンデンサを用いたり、昇圧チョッパを用いたりすることができる。なお、昇圧チョッパを用いることにより、高調波を効果的に低減することもできる。

装着検出回路LFDについて説明する。装着検出回路LFDは、電源回路DOCが動作する以前に電源回路DOCの出力端に対するＬＥＤランプLSの装着を検出する回路手段である。また、装着検出回路LFDは、電源回路DOCが動作してＬＥＤランプが点灯中、ＬＥＤランプが電源回路の出力端に装着されていることに対する検出を停止する。なお、上記において、装着とは、ＬＥＤランプLSが電源回路DOCの出力端に適正に接続していることを意味している。

また、装着検出回路LFDが、電源回路DOCが動作している間、検出を行わないようにするための手段として、電源回路DOC出力電圧より低い電圧で装着検出回路LFDが作動するように構成する。例えば、直流制御電圧Vccを用いることができる。また、これに併せて、電源回路DOCから装着検出回路LFDへの電流の回り込み防止手段、例えばダイオードD2を備えていることが好ましい。なお、本実施形態において、直流制御電圧Vccは、これを交流電源ACに接続した補助電源回路SDCから後述する制御手段CCおよび装着検出回路LFDに供給するように構成することができる。

さらに、ＬＥＤランプLSの点灯後においては、装着検出回路LFDとは別に、ＬＥＤランプLSの装着を検出するために、電源回路DOCの出力端にＬＥＤランプLSが接続することによって生じる電気的変動を検出して、その装着の有無を判定する負荷変動検出手段（図示しない。）を配設することができる。例えば、負荷電流、負荷電圧または負荷電力のいずれか１種または複数種などの変動を検出することができる。ＬＥＤランプLSの点灯後は、上記負荷変動検出手段が装着検出回路LFDに代わって優先的に装着を検出することにより、装着検出手段LFDは、点灯中、ＬＥＤランプLSの装着に対する検出動作を停止する検出停止動作を行う。

上記電気的変動を安定的に生じやすくするために、ＬＥＤランプLSに並列接続した抵抗器RLが寄与する。なお、上記抵抗器RLをＬＥＤランプLSの内部に配設して取り扱いを容易にするとともに外観を整えることができる。

さらにまた、以上説明した装着検出回路LFDに加えて、所望により電源回路DOCの動作中に随時装着を検出するために、電源回路DOCの出力電圧によって動作する別の装着検出回路（図示しない。）を適宜配設することが許容される。

制御手段CCについて説明する。制御手段CCは、ＬＥＤランプLSが電源回路DOCの出力端に装着していないのを装着検出回路LFDが検出したときに、電源回路DOCが安全動作をするように制御し、装着しているのを検出したときには電源回路DOCから前記出力電圧を出力させる手段である。なお、ここで安全動作とは、ＬＥＤランプLSが装着されていないことによって、電源回路DOCの出力電圧が不所望に上昇したり、出力端とＬＥＤランプLSの受電端との間にアーク放電が生起したり接触抵抗が大きくなったりして異常温度上昇したり、しないように電源回路DOCの動作を安全サイドに対応させることである。具体的には、例えば出力が停止するようにしてＬＥＤランプLSを消灯にさせたり、異常動作が停止するように出力を低減したりさせることなどが含まれる。

また、制御手段CCは、電源回路DOCに対する上述の安全動作のための制御に加えて、出力制御特性を、例えば定電流制御、定電圧制御または定電力制御などにするための制御やＬＥＤランプLSを調光点灯するための出力調節制御などの機能を付加して構成することができる。

さらに、制御手段CCは、主としてデジタルデバイス、例えばマイコンを用いて構成するのが好ましいが、所望によりアナログ回路手段を用いてもよい。

次に、図２ないし図４を参照して本発明の一実施形態についてさらに詳細に説明する。なお、図において、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。

すなわち、本実施形態においては、図２に示すように、電源回路DOCのDC−DCコンバータCONVが降圧チョッパを構成している。すなわち、スイッチング素子Q1、インダクタLおよび出力コンデンサC1の直列回路が入力端T1、T2に接続している。なお、スイッチング素子Q1は、駆動信号発生回路DSGから駆動信号が供給されてスイッチング動作を行う。

また、インダクタLに対してダイオードD1および出力コンデンサC1の直列回路が図示極性で並列接続して、それらによる閉回路を形成している。そして、出力コンデンサC1の両端から電源回路DOCのDC−DCコンバータCONVの一対の出力端TS1、TS2が導出されている。なお、出力端TS1、TS2は、ソケットの形態をなしている。

装着検出回路LFDは、複数の抵抗器である抵抗器R1、R2、コンデンサC2およびダイオードD2を備えている。抵抗器R1およびR2は、直列回路を生成していて、その両端間に直流制御電圧Vccが印加される。なお、直流制御電圧Vccは、図１に示す補助電源回路SDCによって供給される。コンデンサC2は、抵抗器R2に並列接続して、抵抗器R2の端子電圧を平均化してから制御手段CCに制御入力するように作用する。ダイオードD2は、抵抗器R1およびR2の接続点と上記出力端TS1との間を図示の極性において接続して、電源回路DOCから電流が装着検出回路LFD内に回り込まないように阻止する。

制御手段CCは、装着検出回路LFDから制御入力した検出出力を閾値と比較して後述するようにＬＥＤランプLSの電源回路DOCの出力端への装着の有無を判定する。上記閾値は、予め設定しておくことができる。また、図２では省略しているが、制御手段CCは、図１に示す補助電源回路SDCから直流制御電源Vccの供給を受けて作動するマイコンによって構成されている。

ＬＥＤランプLSは、その一対の受電端TB1、TB2が口金の形態をなしていて、電源回路DOCの出力端TS1、TS2のソケットに着脱自在に装着してＬＥＤランプLSを電源回路DOCに接続すると同時にＬＥＤランプLSを出力端TS1、TS2を構成するソケットに支持させるように構成されている。また、複数のＬＥＤ素子ledの直列回路と一対の受電端TB1、TB2との間にダイオードブリッジDBおよび抵抗器RLがそれぞれ並列接続している。なお、抵抗器RLは、これを配設することで装着検出回路LFDによる装着検出を安定、かつ確実に行うのに寄与する。また、ＬＥＤランプLSは、その全体の形態が細長い管状を呈している。ダイオードブリッジDBは、ＬＥＤランプLSを電源回路DOCに対して無極性化している。

次に、図３および図４をも参照して装着検出回路LFDによるＬＥＤランプLSの装着検出の態様を説明する。装着検出回路LFDが作動するのは、図３に示すように、電源回路DOCが作動していないで、かつ装着検出回路LFDが直流制御電圧Vccによって付勢されているときである。この条件は、図１に示すＬＥＤ点灯装置に対する交流電源ACが図３の時間t0において投入されたときに直流制御電圧Vccが立ち上がりを開始するとともに、時間t1において電源回路DOCが動作を開始する以前の状態にあるときの時間帯おいて満足される。なお、図３において、カーブVccは直流制御電圧Vccを示し、カーブVfは電源回路DOCの出力電圧を示している。両カーブVccおよびカーブVfの波高値から理解できるように、電源回路DOCの出力電圧Vfは、直流制御電圧Vccより明らかに高い。

上述した装着検出回路LFDの動作時において、電源回路DOCの出力端TS1、TS2にＬＥＤランプLSの受電端TB1、TB2が適正に接続した装着状態にある場合について説明する。この場合、直流制御電圧Vccが印加される回路は、抵抗器R1と、抵抗器R2および主として抵抗器RLとなるＬＥＤランプLSの並列回路と、の直列回路である。そして、上記並列回路の合成抵抗は、上述の接続のためにその抵抗値がR2・RL／（R2＋RL）となるので、抵抗器R2単体のそれより小さくなる。その結果、抵抗器R2の両端の電圧は、抵抗器R1と上記合成抵抗との比で決まるから、ＬＥＤランプLSが接続していないときより低くなる。そのため、抵抗器R2の両端の上記電圧は、低くなり、コンデンサC2で平均化されたうえで制御手段CCにＬＥＤランプLSの装着時の出力電圧Vcc_Lとして制御入力する。

これに対して、電源回路DOCの出力端TS1、TS2にＬＥＤランプLSの受電端TB1、TB2が適正に接続していない非装着時にある場合について説明する。この場合、直流制御電圧Vccが印加される回路は、抵抗器R1および抵抗器R2の直列回路である。抵抗器R2単体の抵抗値は、前記合成抵抗のそれより大きい。その結果、抵抗器R2の両端の電圧は、抵抗器R1とR2の比で決まるから、ＬＥＤランプLSが接続しているときより高くなる。抵抗器R2の両端の上記電圧は、コンデンサC2で平均化されたうえで制御手段CCにＬＥＤランプLSの非装着時の出力電圧Vcc_Hとして制御入力する。

制御手段CCは、図４に示すように、制御入力した上述の出力電圧Vcc_LおよびVcc_Hを閾値THと比較する。そして、出力電圧Vcc_Lに対してはＬＥＤランプLSが出力端TS1、TS2に装着していると判定し、図２の駆動信号発生回路DSGを制御してスイッチング素子Q1をスイッチングさせるので、DC−DCコンバータCONVは通常の動作を開始する。その結果、ＬＥＤランプLSが点灯する。

これに対して、出力電圧Vcc_Hは、閾値THを逸脱しているので、制御手段CCが、ＬＥＤランプLSが非装着であると判定し、図２の駆動信号発生回路DSGを制御してスイッチング素子Q1をオンさせないので、DC−DCコンバータCONVは停止状態を維持して安全動作を行う。

AC…交流電源、CC…制御手段、CONV…DC-DCコンバータ、D1、D2…ダイオード、
DB…ダイオードブリッジ、DC…直流電源、DOC…電源回路、L…インダクタ、
led…ＬＥＤ素子、LFD…装着検出回路、LS…ＬＥＤランプ、Q1…スイッチング素子、
R1、R2…抵抗器、RL…抵抗器、SDC…補助電源回路、TB1、TB2…受電端子、
TS1、TS2…一対の出力端、Vcc…直流制御電圧

Claims (4)

1. ＬＥＤ素子およびこのＬＥＤ素子に並列に接続された抵抗器を備えたＬＥＤランプを接続する一対の出力端を有し、前記出力端を経由して前記ＬＥＤランプに出力電圧を印加して前記ＬＥＤランプを点灯する電源回路と；
   
   前記電源回路が前記出力端に前記出力電圧を出力する前に、前記出力端に前記出力電圧より低い電圧を印加し、前記ＬＥＤランプの前記抵抗器が前記出力端に接続されることにより変化する電圧値に基づいて、前記ＬＥＤランプが前記電源回路の前記出力端に装着されることを検出するとともに、前記電源回路が前記出力端に前記出力電圧を出力すると前記ＬＥＤランプが前記電源回路の前記出力端に装着されることに対する検出を停止する装着検出回路と；
   前記装着検出回路により前記ＬＥＤランプが前記出力端に装着されていることが検出されたとき、前記出力端に前記出力電圧を出力させる制御手段と；
   を具備していることを特徴とするＬＥＤランプ点灯装置。
2. 前記装着検出回路は、制御電源電圧が印加される直列回路を構成する複数の抵抗器を有し、前記ＬＥＤランプの前記ＬＥＤ素子および前記抵抗器が前記複数の抵抗器のいずれかに並列接続する構成であり；
   制御手段は、前記いずれかの抵抗器の電圧を閾値と比較することにより、前記出力端に前記出力電圧を出力させる；
   ことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤランプ点灯装置。
3. 前記制御手段は、前記ＬＥＤランプが前記電源回路の前記出力端に装着されていないことを前記装着検出回路が検出したとき、前記電源回路の動作を停止状態に維持することを特徴とする請求項１または２記載のＬＥＤランプ点灯装置。
4. ＬＥＤ素子およびこのＬＥＤ素子に並列に接続された抵抗器を有するＬＥＤランプと；
   前記ＬＥＤランプを前記出力端に接続する請求項１ないし３のいずれか一記載のＬＥＤランプ点灯装置と；
   を具備していることを特徴とする照明装置。

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