JP5828104B2

JP5828104B2 - Ｌｅｄ点灯装置及びそれを用いた照明器具

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Publication number: JP5828104B2
Application number: JP2010283645A
Authority: JP
Inventors: 勝信濱本; 真史山本; 桂介植田; 久也滝北
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2010-07-06
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2030-12-20
Also published as: JP2012033459A; EP2405719A1; JP5379922B2; JP2013101988A; JP2013101987A; EP2405719B1; JP5379921B2

Description

本発明は、ＬＥＤ(発光ダイオード)を点灯するＬＥＤ点灯装置、及びそれを用いた照明器具に関する。

近年、照明用の光源として蛍光ランプの代わりにＬＥＤが用いられるようになってきている。例えば、特許文献１には従来の直管形の蛍光ランプに近い形状を有するＬＥＤランプが開示されている。このＬＥＤランプは、帯板状の実装基板に多数のＬＥＤが実装されてなる光源ブロックと、光源ブロックを内部に収納する直管形のガラス管と、ガラス管の両端を閉塞する口金と、口金の側面より突出して光源ブロックに給電するための端子ピンとを備えている。このようなＬＥＤランプは、専用の照明器具に設けられているランプソケットに着脱自在に装着され、当該照明器具に搭載されているＬＥＤ点灯装置からランプソケットを介して電力(直流電力)が供給されることで点灯する。

また、ＬＥＤ点灯装置の従来例として、特許文献２に記載されているものがある。特許文献２記載の従来例では、ＬＥＤランプ(ランプソケット)に印加される電圧(出力電圧)と、ＬＥＤランプに流れる電流(出力電流)とを検出し、出力電流が目標値(例えば、ＬＥＤランプの定格電流)に一致するように出力電圧を調整する制御(定電流制御)が行われている。

特開２００９−４３４４７号公報特開２００６−２１０２７１号公報

ところで、ＬＥＤランプが交換される場合等においては、ＬＥＤ点灯装置が動作している状態のままでランプソケットからＬＥＤランプが外された後、再度、ＬＥＤランプがランプソケットに装着されることがある。この場合、ランプソケットにＬＥＤランプが装着された直後においては、ＬＥＤランプに定格値を越える過大な電流が流れてしまう虞がある。そして、このような過大な電流が流れてしまうと、ＬＥＤランプの発光ダイオードが故障する可能性があった。

本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、ランプソケットにＬＥＤランプが装着されたときに流れる電流を抑制してＬＥＤランプの故障を防止することを目的とする。

本発明のＬＥＤ点灯装置は、出力電圧が可変である電力変換部と、当該電力変換部からランプソケットを介してＬＥＤランプに供給される出力電流を検出する電流検出部と、前記ランプソケットを介してＬＥＤランプに印加される前記出力電圧を検出する電圧検出部と、前記電流検出部で検出される出力電流を目標値に一致させるように前記電力変換部を制御して前記出力電圧を増減する制御部と、前記ランプソケットと前記ＬＥＤランプとの接続の有無を判定する接続判定部と、前記ランプソケットを介して一定電圧を印加する定電圧源と、前記ＬＥＤランプにおいて発光ダイオードと並列接続されている抵抗に対し、前記ランプソケットを介して並列接続される検出抵抗とを備え、前記接続判定部は、前記検出抵抗における電圧降下が所定のしきい値未満のときに接続有りと判定し、前記電圧降下が前記しきい値以上のときに接続無しと判定し、前記制御部は、前記接続判定部の判定結果が接続無しの場合は前記電力変換部を制御して前記出力電圧を所定の下限値以下に制限し、前記接続判定部の判定結果が接続有りの場合は前記出力電圧を前記下限値以下に制限しないことを特徴とする。

このＬＥＤ点灯装置において、前記電圧検出部は、前記電力変換部の出力端間に直列接続される複数の分圧抵抗からなり、当該分圧抵抗の直列回路と前記電力変換部の高電位側の出力端との間にツェナーダイオードが挿入されることが好ましい。

このＬＥＤ点灯装置において、前記制御部は、前記接続判定部の判定結果が接続有りのときに前記電圧検出部で検出される前記出力電圧が所定のしきい値電圧を下回った場合、前記電力変換部を制御して前記出力電圧を前記下限値以下に制限することが好ましい。

本発明の照明器具は、請求項１〜３の何れかのＬＥＤ点灯装置と、前記ランプソケットと、前記ＬＥＤ点灯装置並びに前記ランプソケットを保持する器具本体とを備えたことを特徴とする。

本発明のＬＥＤ点灯装置及び照明器具は、ランプソケットにＬＥＤランプが装着されたときに流れる電流を抑制してＬＥＤランプの故障を防止することができるという効果がある。

本発明に係るＬＥＤ点灯装置の実施形態を示す回路ブロック図である。別の実施形態を示す回路ブロック図である。本発明に係る照明器具の実施形態を示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は本発明に係るＬＥＤ点灯装置の実施形態を示す回路ブロック図である。

本実施形態のＬＥＤ点灯装置によって点灯されるＬＥＤランプ110は、特許文献１記載のＬＥＤランプと類似の構成を有している。すなわち、このＬＥＤランプ110は、多数の発光ダイオード111の直列回路と、当該直列回路に並列接続された抵抗Rxと、直管形のガラス管(図３参照)と、ガラス管の両端を閉塞する口金(図示せず)とを備えている。なお、口金には、ランプソケット120を介してＬＥＤ点灯装置の出力端に接続される一対の端子ピン(図示せず)が突設されている。そして、ランプソケット120から端子ピンを介して発光ダイオード111に直流電流(出力電流Io)が供給される。

本実施形態のＬＥＤ点灯装置は、AC/DCコンバータ１、電力変換部２、電流検出部３、電圧検出部４、制御部５、接続判定部６、定電圧源７などを備えている。AC/DCコンバータ１は、商用交流電源100から供給される交流電圧を所望の直流電圧に変換するものであって、例えば、従来周知の昇圧チョッパ回路(力率改善回路)で構成される。

電力変換部２は、バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタなどの半導体スイッチング素子(以下、スイッチング素子と略す。)20、インダクタＬ、ダイオードＤ、コンデンサC2を具備した従来周知の降圧チョッパ回路からなる。

電圧検出部４は、電力変換部２の出力端間(コンデンサC2の両端間)に接続された分圧抵抗R1，R2の直列回路からなる。そして、分圧抵抗R1，R2で分圧された検出電圧(出力電圧Voに比例した電圧)が電圧検出部４から制御部５に出力される。また電流検出部３は、電力変換部２の負電位側の出力端とランプソケット120の負極側との間に挿入された検出抵抗R3からなる。そして、出力電流Ioによる検出抵抗R3の電圧降下が検出電圧として電流検出部３から制御部５に出力される。

制御部５は、制御用集積回路、またはマイクロコントローラとメモリなどで構成され、電流検出部３で検出される出力電流Ioを目標値に一致させるように電力変換部２を制御して出力電圧Voを増減する。制御部５をマイクロコントローラとメモリで構成する場合は、ＬＥＤランプ110の定格電流値のデータを予めメモリに記憶している。そして、マイクロコントローラ(制御部５)は電流検出部３から受け取る検出電圧を出力電流Ioの大きさ(電流値)に換算し、この電流値がメモリに記憶されている定格電流値(目標値)と一致するようにスイッチング素子20のオンデューティ比を調整して出力電圧Voを増減する。つまり、制御部５はＬＥＤランプ110に一定の電流(定格電流)を流す定電流制御を行っている。

ここで、ＬＥＤランプ110の定格電圧は、使用されている発光ダイオード111の順方向電圧Vfに当該発光ダイオード111の個数ｎを乗じた値(=Vf×ｎ)となる。例えば、順方向電圧Vfを3.5ボルトとし、発光ダイオード111の個数ｎを20とすれば、3.5×20=70ボルトが定格電圧となり、発光ダイオード111の個数ｎを10とすれば、3.5×10=35ボルトが定格電圧となる。また定格電圧が異なる複数のＬＥＤランプが使用できるように、制御部５が、例えば少なくとも35Ｖから70Ｖまでの範囲で定電流制御を行うようにしてもよい。

定電圧源７は、AC/DCコンバータ１の高電位側の出力端に一端が接続された抵抗R4と、抵抗R4の他端にカソードが接続されるとともにアノードがランプソケット120の低電位側に接続されたツェナーダイオード70とで構成されている。そして、ツェナーダイオード70の両端(カソード−アノード間)に生じる一定電圧(ツェナー電圧Vz)が抵抗Ｒ５を介してランプソケット120と接続判定部６にそれぞれ印加される。なお、定電圧源７から印加される一定電圧(ツェナー電圧)は、ＬＥＤランプ110の定格電圧よりも低い電圧とする必要がある。定格電圧が異なる複数のＬＥＤランプが使用できるよう構成する場合においては、定格電圧が低いＬＥＤランプを基準として、この定格電圧を下回るように一定電圧(ツェナー電圧)を設定すればよい。さらにＬＥＤランプの定格電圧が危険電圧を上回り、且つ抵抗R5，R6，R7で分圧された電圧が危険電圧を上回る場合においては、定電圧源７から印加される一定電圧(ツェナー電圧)は危険電圧より低い電圧としなければならない。危険電圧の電圧値は、規格によって若干異なるが、一般的には直流では５０Ｖを超える電圧とされている。

接続判定部６は、ツェナーダイオード70のカソードとランプソケット120の低電位側との間に接続された３つの抵抗R5，R6，R7の直列回路と、抵抗(検出抵抗)R7における電圧降下をしきい値電圧Vrefと比較する比較器60とを具備している。なお、２つの抵抗R5，R6の接続点がランプソケット120の高電位側に接続されている。ランプソケット120にＬＥＤランプ110が接続されていない状態(無負荷状態)のとき、比較器60の正端子にはツェナー電圧Vzが３つの抵抗R5，R6，R7で分圧された電圧(抵抗R7における電圧降下)が入力される。一方、ランプソケット120にＬＥＤランプ110が接続されている状態(有負荷状態)のとき、ＬＥＤランプ110の抵抗Rxが２つの抵抗R6，R7と並列に接続されることになる。よって、有負荷状態のときの抵抗R7における電圧降下が無負荷状態のときよりも低くなる。ここで、比較器60の負端子に入力されるしきい値電圧Vrefが、有負荷状態のときの抵抗R7における電圧降下と無負荷状態のときの抵抗R7における電圧降下の間に設定されている。従って、比較器60の出力は、無負荷状態のときにＨレベルとなり、有負荷状態のときにＬレベルとなる。なお、比較器60の出力(接続判定部６の判定結果)は制御部５に入力され、比較器60の出力に応じて、制御部５が電力変換部２を動作、または不動作とする。

次に、本実施形態のＬＥＤ点灯装置の動作を説明する。まず、図示しない電源スイッチが投入されて商用交流電源100からの電源供給が開始されると、AC/DCコンバータ１が動作して直流電圧を出力する。AC/DCコンバータ１から直流電圧が出力されると、定電圧源７から接続判定部６及びランプソケット120に一定電圧(ツェナー電圧Vz)が印加される。そして、接続判定部６が有負荷状態と無負荷状態の判定を行う。制御部５は、接続判定部６の判定結果が有負荷状態であれば、電力変換部２を動作させて定電流制御を開始する。一方、接続判定部６の判定結果が無負荷状態の場合、制御部５は、電力変換部２を動作させない。

ここで、無負荷状態のときに電力変換部２からＬＥＤランプ110の定格電圧以上の電圧が出力されていた場合、ランプソケット120にＬＥＤランプ110が接続された直後に定格値を超える過大な電流が流れてしまう虞がある。しかしながら、本実施形態のＬＥＤ点灯装置では、接続判定部６がＬＥＤランプ110の接続の有無を判定するまで制御部５が電力変換部２の動作を停止している。そして、接続判定部６が接続有り(有負荷状態)と判定した後に、制御部５が電力変換部２の動作を開始するので、ＬＥＤランプ110に定格電圧以上の電圧が印加されることがない。その結果、ランプソケット120にＬＥＤランプ110が装着されたときに流れる電流が抑制されるので、ＬＥＤランプ110の故障が防止できる。

続いて、電力変換部２が動作している状況でＬＥＤランプ110がランプソケット120から外された場合について説明する。ＬＥＤランプ110がランプソケット120から外されると出力電流Ioが流れなくなるが、制御部５が定電流制御を継続しているために電力変換部２の出力電圧Voが上昇する。そして、電圧検出部４で検出される出力電圧Voが所定の上限値(＞定格電圧)を越えると、制御部５は定電流制御を中止して電力変換部２を停止する。従って、次回、ランプソケット110にＬＥＤランプ110が接続されるとき、上述したように電力変換部２の出力が停止している状態で接続判定部６による接続判定が行われる。さらにＬＥＤランプ110がランプソケット120から外されて電力変換部２を停止した直後は、ランプソケット120に高電圧(＝所定の上限値)が発生している。しかしながら、抵抗Ｒ５の抵抗値を比較的小さく設定することにより、抵抗Ｒ５とツェナーダイオード70を介して電流が流れ、ランプソケット120に印加される電圧を急峻に低下させることができる。

最後に、電力変換部２が動作している状況でＬＥＤランプ110に故障が生じた場合について説明する。但し、ＬＥＤランプ110内の線路が断線(開放)する故障の場合、上述したようにランプソケット110からＬＥＤランプ110が外されたときと実質的に同じ状況であるから、説明は省略する。

ＬＥＤランプ110内の線路が短絡する故障の場合、発光ダイオード111の実質的な個数が減少することになるから、制御部５が定電流制御を行うことで電力変換部２の出力電圧Voが低下する。そして、電圧検出部４で検出される出力電圧が所定値(＜定格電圧)を下回ったとき、制御部５が定電流制御を中止して電力変換部２を停止する。

上述のように、ＬＥＤランプ110に断線や短絡などの故障が生じた場合、制御部５が電力変換部２の動作を停止させるので、故障したＬＥＤランプ110が使用され続けることを防ぐことができる。

なお、本実施形態では無負荷時や故障時に制御部５が電力変換部２を停止させているが、必ずしも停止させる必要は無い。例えば、無負荷時や故障時には、制御部５が電力変換部２を制御し、出力電圧VoをＬＥＤランプ110の定格電圧よりも充分に低い下限値以下に制限しても構わない。また、本実施形態のＬＥＤ点灯装置は１つのＬＥＤランプ110を点灯するものであるが、直列に接続された複数のＬＥＤランプ110を同時に点灯させることも勿論可能である。また、商用交流電源100からの電源供給が開始された後、まず接続判定部６が有負荷状態と無負荷状態の判定を行い、判定結果が有負荷状態であれば、制御部５がAC/DCコンバータ１と電力変換部２とを動作させるようにしてもよい。

ところで、電圧検出部４を構成する２つの分圧抵抗R1，R2の直列回路は、ランプソケット120に対して、接続判定部６の２つ抵抗R6，R7の直列回路と並列に接続されている。つまり、電力変換部２の停止中においては、接続判定部６の２つ抵抗R6，R7の直列回路だけでなく、電圧検出部４の２つの分圧抵抗R1，R2の直列回路もAC/DCコンバータ１の出力端間に接続されていることになる。そうすると、AC/DCコンバータ１の出力電圧が起動後に徐々に上昇していく過程において、抵抗R4，R5の接続点の電圧がツェナーダイオード70のツェナー電圧Vzを超えるまでの時間(定電圧源７の出力電圧が安定するまでの時間)が相対的に遅くなってしまう。その結果、接続判定部６が無負荷状態と有負荷状態を判定するまでの時間も長くなり、電源スイッチの投入からＬＥＤランプ110の点灯までのタイムラグが長くなってしまう。

そこで、図２に示すように電圧検出部４と電力変換部２の正電位（高電位）側の出力端との間にツェナーダイオード８が接続されることが好ましい。このツェナーダイオード８は、定電圧源７のツェナーダイオード70よりもツェナー電圧が高いものであって、カソードが電力変換部２の正電位側の出力端に接続され、アノードが電圧検出部４に接続される。つまり、AC/DCコンバータ１の出力電圧が上昇する過程において、抵抗R5，R6の接続点の電圧がツェナーダイオード８のツェナー電圧を超えるまでは、電圧検出部４が接続判定部６及び定電流源７と切り離されていることになる。したがって、ツェナーダイオード８が無い場合(図１)に比較して、定電圧源７の出力電圧が安定するまでの時間を短縮することができる。その結果、接続判定部６が無負荷状態と有負荷状態を判定するまでの時間も短縮され、電源スイッチの投入からＬＥＤランプ110の点灯までのタイムラグも短くなる。

ところで、本実施形態のＬＥＤ点灯装置は、例えば、図３に示す照明器具に搭載される。この照明器具は、天井に直付けされる器具本体130と、器具本体130に設けられた一対のランプソケット120，120とを備えている。

器具本体130は、長手方向から見た側面形状が台形である長尺の角筒状に形成され、その内部にＬＥＤ点灯装置が収納されている。そして、器具本体130の下面における長手方向両端部にそれぞれランプソケット120，120が配設されている。このランプソケット120，120は、従来周知である直管形の蛍光ランプ用のランプソケットと同一構造を有している。ここで、２つのランプソケット120，120のいずれか一方からＬＥＤランプ110へ直流電流を供給する場合においては、蛍光ランプがランプソケット120，120に誤装着されたときにフィラメント部に直流電流が供給される虞がある。しかしながら、上述のように電圧検出部４で検出される出力電圧が所定値(＜定格電圧)を下回ったときに電力変換部２を停止しているため、蛍光ランプが誤装着された場合にも不安全な現象や点灯装置の故障などが生じる虞がない。但し、使用者は蛍光ランプを誤装着して安全か不安全かを見分けることができない。そこで、ＬＥＤランプ110の口金の電極形状を蛍光ランプと異なる構造として誤装着を防止し、ランプソケット120，120はＬＥＤランプ110の口金に合致した構造としてもよい。

２電力変換部
３電流検出部
４電圧検出部
５制御部
６接続判定部
110 ＬＥＤランプ
120 ランプソケット

Claims

出力電圧が可変である電力変換部と、当該電力変換部からランプソケットを介してＬＥＤランプに供給される出力電流を検出する電流検出部と、前記ランプソケットを介してＬＥＤランプに印加される前記出力電圧を検出する電圧検出部と、前記電流検出部で検出される出力電流を目標値に一致させるように前記電力変換部を制御して前記出力電圧を増減する制御部と、前記ランプソケットと前記ＬＥＤランプとの接続の有無を判定する接続判定部と、前記ランプソケットを介して一定電圧を印加する定電圧源と、前記ＬＥＤランプにおいて発光ダイオードと並列接続されている抵抗に対し、前記ランプソケットを介して並列接続される検出抵抗とを備え、
前記接続判定部は、前記検出抵抗における電圧降下が所定のしきい値未満のときに接続有りと判定し、前記電圧降下が前記しきい値以上のときに接続無しと判定し、
前記制御部は、前記接続判定部の判定結果が接続無しの場合は前記電力変換部を制御して前記出力電圧を所定の下限値以下に制限し、前記接続判定部の判定結果が接続有りの場合は前記出力電圧を前記下限値以下に制限しないことを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
前記電圧検出部は、前記電力変換部の出力端間に直列接続される複数の分圧抵抗からなり、当該分圧抵抗の直列回路と前記電力変換部の高電位側の出力端との間にツェナーダイオードが挿入されることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯装置。
前記制御部は、前記接続判定部の判定結果が接続有りのときに前記電圧検出部で検出される前記出力電圧が所定のしきい値電圧を下回った場合、前記電力変換部を制御して前記出力電圧を前記下限値以下に制限することを特徴とする請求項１又は２記載のＬＥＤ点灯装置。
請求項１〜３の何れかのＬＥＤ点灯装置と、前記ランプソケットと、前記ＬＥＤ点灯装置並びに前記ランプソケットを保持する器具本体とを備えたことを特徴とする照明器具。