JP5711906B2

JP5711906B2 - Ｌｅｄ点灯装置

Info

Publication number: JP5711906B2
Application number: JP2010164959A
Authority: JP
Inventors: 正夫國分; 柴田　行裕; 行裕柴田; 岡本　雅之; 雅之岡本
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd; Nihon Funen Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd; Nihon Funen Co Ltd
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2030-07-22
Also published as: JP2012028505A

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４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；ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）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５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：ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＲｅｌａｙ）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６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、前記交流電源から供給される交流電圧が遮断されたときに、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第１の抵抗素子（例えば、図１の抵抗Ｒ１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、前記抵抗素子（例えば、図１の抵抗Ｒ１に相当）の他端に接続される第１のスイッチング素子（例えば、図１のＮＰＮトランジスタＱ１に相当）を備え、該第１のスイッチング素子が前記交流電源から供給される交流電圧が遮断されたときに、オン状態となって、前記第１の抵抗素子の他端を接地させ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交流電源から供給される交流電圧が遮断されたときに、オン状態となって、第１の抵抗素子の他端を接地させるため、交流電源から供給される交流電圧が遮断されると、制御手段の抵抗成分と第１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。

（３）本発明は、（１）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）に並列に配置され、一端が前記整流素子の出力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、電流制限抵抗素子（例えば、図１の抵抗Ｒ３に相当）を介して、前記電圧検出素子の他端とグランド間に設けられ、前記ＬＥＤ素子に定電流を供給する定電流回路の基準電圧を供給する基準電圧生成素子（例えば、図１のツェナーダイオードＺＤ２に相当）と、一端が前記整流素子の出力端に接続され、他端がグランドとの間に設けられた第２のスイッチング素子（例えば、図１のＮＰＮトランジスタＱ２に相当）に接続されるとともに、前記第１の抵抗素子よりも抵抗値の大きな第２の抵抗素子（例えば、図１の抵抗Ｒ２に相当）を備え、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、前記基準電圧生成素子が前記定電流回路に基準電圧を供給し、前記ＬＥＤ素子に電流が流れると、前記第２のスイッチング素子がオン状態となって、前記第２の抵抗素子を接地状態とするとともに、前記第１のスイッチング素子がオフ状態とな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、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、基準電圧生成素子が定電流回路に基準電圧を供給し、ＬＥＤ素子に電流が流れると、第２のスイッチング素子がオン状態となって、第２の抵抗素子を接地状態とするとともに、第１のスイッチング素子がオフ状態となる。つまり、第１の抵抗素子の抵抗値は、制御手段の抵抗成分と分圧回路の電圧値との関係で決定されるため、かなり低い抵抗値となる。そのため、交流電源から交流電圧が供給されたときにも第１の抵抗素子の一端を接地させておくと、第１の抵抗素子における損失が大きくなり、大きな発熱量を生じる。信号機は、屋外に設置されているため、環境条件が厳しく、大きな発熱を生じると回路素子等にも悪影響を及ぼす。そこで、本発明では、交流電源から交流電圧が供給されたときには、第１のスイッチング素子をオフとして、第１の抵抗素子の一端を開放するとともに、第２のスイッチング素子をオンとして、第１の抵抗素子よりも抵抗値が大きく、損失の少ない第２の抵抗素子を接地状態とする。これにより、発熱量を減少させることができる。

（４）本発明は、（３）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。

（５）本発明は、（１）から（４）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。

（６）本発明は、（１）から（４）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。

（７）本発明は、（１）から（６）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。

（８）本発明は、（１）から（６）のＬＥＤ点灯装置について、前記基準電圧生成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ＺＤ２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、基準電圧生成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基準電圧を生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、ＬＥＤ素子が点灯した段階で、分圧回路を構成する抵抗素子をオープン状態とするため、損失を極力少なくす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。さらに、定電流回路が動作するときに、分圧回路を構成する抵抗素子をオープン状態とするため、ＬＥＤ素子に供給する電流値、ＬＥＤ素子の個数および接続形態を自由に選定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。信号機制御盤のスイッチング素子ＳＷ１がオン時の場合のＲ１における損失について従来例と本発明の特性を比較した図である。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Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５と、トランジスタＱ１、Ｑ２と、ツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２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Ｒ１、Ｒ２の一端、ツェナーダイオードＺＤ１のカソード、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Ｒ１の他端は、ＮＰＮトランジスタＱ１のコレクタに接続され、ＮＰＮトランジスタＱ１のエミッタは、グランドに接続されている。抵抗Ｒ２の他端は、ＮＰＮトランジスタＱ２のコレクタおよびトランジスタＱ１のベースとに接続され、トランジスタＱ２のエミッタは、グランドに接続されている。

抵抗Ｒ３は、ツェナーダイオードＺＤ１のアノードとツェナーダイオードＺＤ２のカソードの間に設けられ、ツェナーダイオードＺＤ２のアノードは、グランドに接続されている。また、ツェナーダイオードＺＤ２のカソードは、定電流回路２０１の入力端に接続されている。

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には、抵抗Ｒ４、Ｒ５が接続され、抵抗Ｒ４の他端は、グランドに接続されており、抵抗Ｒ５は、ＮＰＮトランジスタＱ２のベースに接続されている。

＜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程度の電圧が抵抗Ｒ２の一端にかかる。これにより、ＮＰＮトランジスタＱ１がオン状態となって、ＮＰＮトランジスタＱ１のコレクタがグランド電位となって、ＳＳＲのインピーダンスＺと抵抗Ｒ１とによる分圧回路が形成される。

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。そのため、ＳＳＲがオフの状態では、ツェナーダイオードＺＤ１も非導通状態であり、定電流回路２０１も動作しないことから、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で整流した電圧がツェナーダイオードＺＤ１のカソードに印加され、ツェナーダイオードＺＤ１が導通し、次いで、ツェナーダイオードＺＤ２によって定電流回路２０１に基準電圧が供給される。

定電流回路２０１に基準電圧が供給されると、ＬＥＤＤ２〜Ｄｎに定電流が供給される。さらに、ＬＥＤＤ２〜Ｄｎに流れる電流を抵抗Ｒ４で設定しているため、電圧が発生してＮＰＮトランジスタＱ２をオンさせる。

これにより、抵抗Ｒ１よりも抵抗値の大きい抵抗Ｒ２が整流素子Ｄ１とグランド間に電気的に配置されることになる。また、ＮＰＮトランジスタＱ２がオンすることにより、ＮＰＮトランジスタＱ１のベースがグランド電位となるために、ＮＰＮトランジスタＱ１がオフとなり、抵抗Ｒ１の一端がオープン状態となる。

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、ＬＥＤ素子が点灯した段階で、分圧回路を構成する抵抗素子をオープン状態とするため、図３に示すように、従来に比べて大幅に損失を少なくすることができる。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。さらに、定電流回路が動作するときに、分圧回路を構成する抵抗素子をオープン状態とするため、ＬＥＤ素子に供給する電流値、ＬＥＤ素子の個数および接続形態を自由に選定できる。

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
Ｑ１；トランジスタ
Ｑ２；トランジスタ
Ｒ１；抵抗
Ｒ２；抵抗
Ｒ３；抵抗
Ｒ４；抵抗
Ｒ５；抵抗
ＳＷ１；スイッチング素子
ＺＤ１；ツェナーダイオード
ＺＤ２；ツェナーダイオード

Claims

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／オフを制御する制御手段と、
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、
前記スイッチがオフ状態のときに、前記整流素子を介して前記抵抗成分の他端に接続され、前記整流素子から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第１の抵抗素子と、
を備えたことを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
前記第１の抵抗素子の他端に接続される第１のスイッチング素子を備え、
前記スイッチがオフ状態のときに、前記第１のスイッチング素子がオン状態となって、前記第１の抵抗素子の他端を接地させることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置。
前記ＬＥＤ素子に並列に配置され、一端が前記整流素子の出力に接続された電圧検出素子と、電流制限抵抗素子を介して、前記電圧検出素子の他端とグランド間に設けられ、前記ＬＥＤ素子に定電流を供給する定電流回路の基準電圧を供給する基準電圧生成素子と、一端が前記整流素子の出力端に接続され、他端がグランドとの間に設けられた第２のスイッチング素子に接続されるとともに、前記第１の抵抗素子よりも抵抗値の大きな第２の抵抗素子を備え、
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、前記基準電圧生成素子が前記定電流回路に基準電圧を供給し、前記ＬＥＤ素子に電流が流れると、前記第２のスイッチング素子がオン状態となって、前記第２の抵抗素子を接地状態とするとともに、前記第１のスイッチング素子がオフ状態となることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ点灯装置。
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３に記載のＬＥＤ点灯装置。
前記電圧検出素子がツェナーダイオードであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のＬＥＤ点灯装置。
前記基準電圧生成素子がツェナーダイオードであることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載のＬＥＤ点灯装置。
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から請求項６のいずれかに記載のＬＥＤ点灯装置。
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から請求項６のいずれかに記載のＬＥＤ点灯装置。