CN102438350B - Led点灯装置及使用该led点灯装置的照明器具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及LED点灯装置及使用该LED点灯装置的照明器具。LED点灯装置能够对多种额定电压的LED灯进行点灯，并且能够抑制LED灯相对于灯座拆装时流过的冲击电流从而防止LED灯的故障。通过输出控制部(5)进行恒流控制，能够利用同一LED点灯装置来对额定电流恒定且额定电压不同的多个LED灯、例如至少具有从35伏特到70伏特的额定电压的LED灯进行点灯。此外，输出电压判别部(4)根据与灯座(120)连接的LED灯(110)的额定电压来变更异常判定阈值。因此，能够将LED灯(110)被取下时的过电压抑制得较低，结果能够抑制将LED灯安装到灯座(120)时流过的冲击电流，防止LED灯(110)的故障。

Description

LED点灯装置及使用该LED点灯装置的照明器具

技术领域

本发明涉及对LED(发光二极管)进行点灯的LED点灯装置、及使用该LED点灯装置的照明器具。

背景技术

近年来，作为照明用的光源渐渐使用LED来代替荧光灯。例如在专利文献1中公开有一种LED灯，该LED灯具有与现有的直管型的荧光灯相近的形状。该LED灯具备：在带板状的安装基板上安装大量LED而构成的光源块、将光源块收纳在内部的直管型的玻璃管、将玻璃管的两端封闭的灯管头、以及从灯管头的侧面突出并用于对光源块供电的端子插脚。这种LED灯装卸自由地安装于在专用的照明器具上设置的灯座(lamp socket)，经由灯座从搭载于该照明器具的LED点灯装置被供给电力(直流电力)而点灯。

此外，作为LED点灯装置的现有例，有专利文献2中记载的装置。在专利文献2记载的现有例中，检测施加给LED灯(灯座)的电压(输出电压)和流过LED灯的电流(输出电流)，进行调整输出电压以使输出电流与目标值(例如LED灯的额定电流)一致的控制(恒流控制)。

专利文献

专利文献1：日本特开2009-43447号公报

专利文献2：日本特开2006-210271号公报

然而，在更换了LED灯的情况下等，有时在LED点灯装置还进行着动作状态下就将LED灯从灯座取下后，再次将LED灯安装到灯座上。这种情况下，在刚将LED灯从灯座取下之后，LED灯的耗电瞬间变为零，从而从LED点灯装置向LED灯供给的电压升压为比恒定电压还高的电压。因此，有可能在刚刚再次安装LED灯之后，在LED灯中流过超过额定值的过大电流(冲击电流)。而且，若流过这样的过大电流，则LED灯的发光二极管可能产生故障。

在专利文献2记载的现有例中，在LED灯被取下的情况下，设置使来自LED点灯装置的供给电压成为比恒定电压低的低电压的待机模式，或者设置使LED点灯装置停止的停止模式，从而回避上述冲击电流。但是，在LED灯刚被取下之后供给电压未充分降低，所以若LED灯被瞬间地连接则可能流过冲击电流。

作为还应该考虑的一点，有LED灯中安装的发光二极管的效率逐年被改善这一点。LED灯的额定电压为对正使用的发光二极管的正向电压Vf乘以该发光二极管的个数n得到的值(＝Vf×n)。例如，在当前效率下设正向电压Vf为3.5伏特，设用于得到所需光束的发光二极管的个数n为20个，则3.5×20＝70伏特成为额定电压。但是，如果设通过将来的效率改善而使得用于得到所需光束的发光二极管的个数n减少到了10个，则3.5×10＝35伏特成为额定电压。如果对LED点灯装置进行恒流控制，则能够用1台LED点灯装置来对额定电压从35伏特至70伏特的多个LED灯进行点灯。但是，即使为了降低上述冲击电流而采用了在LED灯刚被取下之后以比额定电压(70伏特)稍高的80伏特使LED点灯装置停止、之后将供给电压降低为充分低的电压的结构，额定电压为35伏特的LED灯在刚被取下之后也会产生与额定电压35伏特相比过大的供给电压(80伏特)，这时若LED灯被瞬间地连接，则将会流过上述冲击电流。

发明内容

本发明鉴于上述课题，其目的在于，能够对多种额定电压的LED灯进行点灯，并且抑制在LED灯相对于灯座被拆装时流过的冲击电流而防止LED灯的故障。

本发明的LED点灯装置，其特征在于，具备：电力变换部，该电力变换部的输出电压可变；电流检测部，检测从该电力变换部经由灯座向LED灯供给的输出电流；输出电压判定部，检测经由所述灯座向LED灯被施加的所述输出电压，并判定是否是正常的点灯动作电压；输出控制部，控制所述电力变换部来增减所述输出电压，以使所述电流检测部检测到的输出电流与目标值一致；连接判定部，判定所述灯座和所述LED的连接的有无；以及时序控制部，规定对所述输出电压判定部及所述连接判定部的判定动作进行禁止的期间；在所述连接判定部的判定结果为无连接的情况下、以及在所述输出电压判定部的判定结果为异常电压的情况下，所述输出控制部控制所述电力变换部而将所述输出电压限制为规定的下限值以下，在所述连接判定部的判定结果为有连接的情况下、以及在所述输出电压判定部的判定结果为正常电压的情况下，所述输出控制部不将所述输出电压限制为所述下限值以下，在由所述时序控制部规定的、并且设定在所述电力变换部刚刚开始动作之后的规定期间之中，所述输出电压判定部根据与所述灯座连接的所述LED灯的点灯电压来设定所述异常电压的判定电平。

在该LED点灯装置中，优选为，具备：恒压源，经由所述灯座施加恒定电压；以及检测电阻，经由所述灯座，相对于在所述LED灯中与发光二极管并联连接的电阻并联连接；所述连接判定部在所述检测电阻的电压下降低于规定的阈值时判定为有连接，在所述电压下降为所述阈值以上时判定为无连接，所述连接判定部至少在从所述电力变换部向LED灯供给电流的期间停止判定动作。

在该LED点灯装置中，优选为，所述输出电压判定部在所述电力变换部刚刚开始动作之后的所述规定期间之中设定所述异常电压的判定电平，在设定后对设定动作进行禁止。

本发明的照明器具的特征在于，具备上述各技术方案1～3中的任一个的LED点灯装置、所述灯座、以及保持所述LED点灯装置和所述灯座的器具主体。

发明效果

本发明的LED点灯装置及照明器具能够对多种额定电压的LED灯进行点灯，并且抑制在LED灯相对于灯座拆装时流过的冲击电流而防止LED灯的故障。

附图说明

图1是表示本发明的LED点灯装置的实施方式的电路框图。

图2是同上的动作说明用的时序图。

图3是同上中的输出电压判定部的动作说明图。

图4是表示本发明的照明器具的实施方式的立体图。

附图标记说明

2 电力变换部

3 电流检测部

4 输出电压判定部

5 输出控制部

6 连接判定部

8 时序控制部

110 LED灯

120 灯座

具体实施方式

以下参照附图详细说明本发明的实施方式。

图1是表示本发明的LED点灯装置的实施方式的电路框图。

由本实施方式的LED点灯装置进行点灯的LED灯110，具有与专利文献1记载的LED灯相类似的结构。即，该LED灯110具备：大量发光二极管111的串联电路、并联于该串联电路的电阻R110、直管型的玻璃管(参照图4)、将玻璃管的两端封闭的灯管头(未图示)。另外，在灯管头上突设有一对端子插脚(未图示)，该一对端子插脚经由灯座120与LED点灯装置的输出端连接。而且，经由端子插脚从灯座120向发光二极管111供给直流电流(输出电流Io)。另外，由于在灯座120和发光二极管111的串联电路之间连接有整流器DB1，所以对于灯座120的承窝A1、A2与端子插脚的组合没有限制，用哪个组合连接都对发光二极管111的串联电路供给正向的输出电流Io。

本实施方式的LED点灯装置具备：升压斩波部1、电力变换部2、电流检测部3、输出电压判定部4、输出控制部5、连接判定部6、恒压源7、时序控制部8等。

升压斩波部1将从商用交流电源100供给的交流电压变换为期望的直流电压而改善功率因数。在此，若将升压斩波部1的输出电压设定为400伏特强，则能够应对电源电压值为100伏特至242伏特的大范围的商用交流电源100。

电力变换部2由现有周知的降压斩波电路构成，该降压斩波电路具备双极晶体管或场效应晶体管等的半导体开关元件(以下简称为开关元件)Q1、电感器L1、二极管D1、电容器C1。

输出电压判定部4具备：连接在电力变换部2的输出端间(电容器C1的两端间)的分压电阻R1、R2的串联电路、2个比较器CP101、CP102、以及异常判定部40。将由分压电阻R1、R2进行了分压的检测电压(与电力变换部2的输出电压Vo成正比的电压)和比较器CP101、CP102的输出电压输入至异常判定部40，将异常判定部40的判定结果输出至时序控制部8。由分压电阻R1、R2进行了分压的检测电压，与在异常判定部40中与比较器CP101、CP102的输出电压相对应地设定的异常判定阈值进行比较，若检测电压比异常判定阈值大则判定为异常。异常判定部40和时序控制部8都是由微控制器构成，进行预先由程序设定的计时动作、判定动作、存储器中存储的数据的读出、设定的状态的存储等。

电流检测部3由检测电阻R3构成，该检测电阻R3插入在电力变换部2的负电位侧的输出端和灯座120的负极侧(A2)之间。而且，由输出电流Io引起的检测电阻R3的电压下降作为检测电压从电流检测部3输出到输出控制部5。

输出控制部5具备：驱动电力变换部2的开关元件Q1的驱动电路50、用于使驱动电路50进行反馈控制的反馈电路51、控制升压斩波电路1的斩波控制电路52等。在该输出控制部5中，控制电力变换部2来使输出电压Vo增减，以使电流检测部3检测到的输出电流Io与目标值一致。在反馈电路51由基于运算放大器OP100的积分电路构成的情况下，将LED灯110的额定电流值的数据预先存储在时序控制部8的存储器中，对从该存储器读出的数据和电流检测部3检测到的检测电压进行比较运算，调整开关元件Q1的占空比来增减输出电压Vo，以使检测电压与存储器中存储的额定电流值(目标值)一致。即，输出控制部5进行使LED灯110中流过恒定的电流(额定电流)恒流控制。

如在现有技术中所说明的那样，LED灯110的额定电压为对正使用的发光二极管111的正向电压Vf乘以该发光二极管111的个数n而得的值(＝Vf×n)。例如，如果设正向电压Vf为3.5伏特，设发光二极管111的个数n为20个，则3.5×20＝70伏特为额定电压，如果设发光二极管111的个数n为10个，则3.5×10＝35伏特为额定电压。通过由输出控制部5进行恒流控制，能够用同一LED点灯装置来对额定电流为恒定且额定电压不同的多个LED灯、例如至少具有从35伏特到70伏特的额定电压的LED灯进行点灯。

从控制电源部130对输出控制部5供给控制电源。为生成向电力变换部2的开关元件Q1供给的驱动信号，从控制电源部130经由二极管D101对电容器C101充电。其中，由于控制电源部130能够通过现有周知的电路来构成，所以省略详细结构的图示和说明。

恒压源7由电阻R4和齐纳二极管70构成，电阻R4的一端与升压斩波部1的高电位侧的输出端连接，齐纳二极管70的阴极与电阻R4的另一端连接，并且阳极与灯座120的低电位侧(A2)连接。而且，在齐纳二极管70两端(阴极-阳极间)产生的恒定电压(齐纳电压Vz)被施加给连接判定部6，经由电阻R5施加给灯座120。另外，需要使得从恒压源7施加的恒定电压(齐纳电压Vz)是比LED灯110的额定电压低的电压。进而为了能够使用额定电压不同的多种LED灯，可以以额定电压最低的LED灯为基准，将恒定电压(齐纳电压Vz)设定成低于该额定电压。

进而在LED灯110的额定电压超过危险电压且由电阻R5、R6、R7进行了分压的电压超过危险电压的情况下，必须使从恒压源7施加的恒定电压(齐纳电压Vz)成为低于危险电压的电压。另外，危险电压的电压值因公共规格而稍微不同，但是通常在直流的情况下为超过50伏特的电压。

连接判定部6具备：3个电阻R5、R6、R7的串联电路和比较器CP100，3个电阻R5、R6、R7的串联电路连接在齐纳二极管70的阴极和灯座120的低电位侧(A2)之间，比较器CP100比较电阻(检测电阻)R7中的电压下降和阈值电压Vref1。另外，2个电阻R5、R6的连接点与灯座120的高电位侧连接。在LED灯110未与灯座120连接的状态(无负载状态)下，将齐纳电压Vz用3个电阻R5、R6、R7进行了分压后的电压(电阻R7中的电压下降)输入至比较器CP100的正端子。另一方面，在LED灯110与灯座120连接的状态(有负载状态)下，LED灯110的电阻R110与2个电阻R6、R7并联连接。由此，有负载状态时的电阻R7中的电压下降比无负载状态时低。在此，对比较器CP100的负端子输入的阈值电压Vref1被设定为在有负载状态时的电阻R7中的电压下降和无负载状态时的电阻R7中的电压下降之间。因此，比较器CP100的输出在无负载状态时成为H电平，在有负载状态时成为L电平。另外，将比较器CP100的输出(连接判定部6的判定结果)输入至时序控制部8，与时序控制部8的输出相对应地使输出控制部5动作或不动作，使电力变换部2及升压斩波部1动作或不动作。

接着，参照图2的时序图详细说明本实施方式的LED点灯装置的动作。首先，未图示的电源开关在时刻t0被接入，从而开始来自商用交流电源100的电源供给。升压斩波部1开始动作之前(从时刻t0到t1)的升压斩波部1的输出电压如图2(h)所示，成为将商用交流电源100的电源电压进行全波整流而平滑后的电压。这时恒压源7的输出电压如图2(a)所示成为由齐纳电压Vz确定的恒定电压，构成连接判定部6的比较器CP100的正侧输入电压在LED灯110与灯座120连接的情况下成为比阈值Vref1低的电压。连接判定部6中的连接有无的判定结果被输入至时序控制部8。

时序控制部8具有计时器功能，到时刻t1为止使输出控制部5不动作。此外，到时刻t1为止连接判定部6的判定结果为判定为有连接的情况下，时序控制部8输出动作信号，使输出控制部5的动作开始并且禁止时刻t1以后的连接判定，在连接判定部6的判定结果为判定为无连接的情况下，停止计时器功能并始终维持时刻t0的状态。

在时刻t1以后，若从时序控制部8输出动作信号，则输出控制部5的斩波控制电路52和驱动电路50分别如图2(f)、(g)所示开始驱动信号的输出。另外，斩波控制电路52是现有周知的，检测升压斩波部1的输出电压并输入至误差信号放大器，进行与误差信号放大器的输出信号相对应地决定开关元件的导通期间的控制(PWM控制)。此外，驱动电路50也可以构成为，例如具有恒压缓冲器功能，与流过连接在该恒压缓冲器功能的输出端子Pls和地线间的电阻R109的电流的增加相对应地缩短开关元件Q1的导通期间。

进而，反馈电路51的运算放大器OP100的输出端经由电阻R100和二极管D102的串联电路与驱动电路50的输出端Pls连接。因此，在从电流检测部3输入的检测电压较低的情况下，运算放大器OP100的输出电压降低而从输出端Pls向运算放大器OP100漏入(sink)的电流量增加，在从电流检测部3输入的检测电压较高的情况下，运算放大器OP100的输出电压上升而从输出端Pls向运算放大器OP100漏入的电流量降低。由此，能够调整开关元件Q1的占空比，使得检测电压与时序控制部8的存储器中存储的额定电流值(目标值)一致。时序控制部8的存储器中存储的目标值如图2(e)所示，在时刻t1为比与额定电流值相当的目标值低的电压值，在由时序控制部8的计时器功能确定的时刻t2以后变更为与额定电流值相当的电压值。进行这样的控制的理由在于，因为输出电力越大则升压斩波部1的输出电压越缓慢地升高从而到达规定电压为止需要较长时间，所以像本实施方式这样同时开始升压斩波部1和电力变换部2的动作的情况下，使动作刚刚开始之后的从电力变换部2向LED灯110供给的电力成为极小，而升压斩波部1的输出电压急剧升高，从而短时间内到达期望电压是优选的。

从时刻t1到t2，升压斩波部1的输出电压如图2(h)所示那样升高。这时与电力变换部2的输出端电压(参照图2(i))上升相对应地、构成连接判定部6的比较器CP100的正侧输入电压(参照图2(b))、以及构成输出电压判定部4的比较器CP101、CP102的正侧输入电压也上升(参照图2(c))。在此，像上述那样，由于时序控制部8禁止时刻t1以后的连接判定，所以即使比较器CP100的正侧输入电压变得比阈值Vref1大也不会做出误判定。

输出电压判定部4如图2(d)所示，从由时序控制部8的计时器功能确定的时刻t1到t3为止的期间，比较由电阻R1和R2的分压比确定的检测电压和异常判定阈值Vth1，从而进行异常判定，在从由时序控制部8的计时器功能确定的时刻t3到t4的期间，与构成输出电压判定部4的比较器CP101、CP102的输出电压相对应地重新设定异常判定阈值。在此，输入到比较器CP101和比较器CP102的阈值Vref3、Vref4是Vref3＞Vref4的关系，如图2(c)所示，由电阻R1和R2的分压比确定的检测电压低于比较器CP102的阈值Vref4的情况下，异常判定部40判断为连接有额定电压较低的LED灯，在时刻t4的时间点将异常判定阈值从Vth1重新设定为Vth3(其中Vth1＞Vth3)。虽然未图示，由电阻R1、R2的分压比确定的检测电压低于阈值Vref3且为阈值Vref4以上的情况下，使异常判定阈值为Vth2，在该检测电压为阈值Vref3以上的情况下，使异常判定阈值为Vth1即可。

在此，在时刻t5将LED灯110从灯座120取下时，LED灯110中流过的电流Io如图2(j)所示成为零，电力变换部2的输出端电压(参照图2(i))开始上升。由电阻R1、R2的分压比确定的检测电压若在时刻t6超过异常判定阈值Vth3，则异常判定部40判定为发生了负载异常(无负载)，向时序控制部8输出停止信号并且停止以后的负载异常的判定。时序控制部8与停止信号相对应地变更动作信号的输出以停止输出控制部5的动作，升压斩波部1及电力变换部2停止动作。

若电力变换部2停止动作，则如图2(i)所示，电力变换部2的输出电压Vo降低，但是到电力变换部2的电容器C1进行放电为止的时间，维持由连接判定部6进行的连接判定禁止，若经过了由时序控制部8的计时器功能确定的时间(从时刻t6到时刻t7为止的时间)，则由连接判定部6进行的连接判定重新开始。在该时间点，时序控制部8的计时器功能被重置而回到初始状态。

在此，在无负载状态时从电力变换部2输出了LED灯110的额定电压以上的电压的情况下，有可能在将灯110刚刚连接到灯座120之后流过超过额定值的过大电流。但是，在本实施方式的LED点灯装置中，到连接判定部6判定LED灯110的连接有无为止，输出控制部5使电力变换部2的动作停止，在连接判定部6判定为有连接(有负载状态)之后，输出控制部5使电力变换部2的动作开始，所以不会对LED灯110施加额定电压以上的电压。进而，在输出电压判别部4的异常判定部40中，由于根据与灯座120连接的LED灯110的额定电压来变更异常判定阈值，所以能够将LED灯110被取下时的过电压抑制得较低。结果，能够抑制将LED灯110安装到灯座120时流过的冲击电流，能够防止LED灯110的故障。

进而，刚刚将LED灯110从灯座120取下而停止电力变换部2之后，在灯座120产生高电压。但是，如果将电阻R5的电阻值设定为较小的值，则经由电阻R5和齐纳二极管70流过电流，从而能够使电压急剧降低，所以能够进一步抑制冲击电流。

以上说明了将LED灯110从灯座120取下的情况，而关于在电力变换部2动作的状況下LED灯110发生了故障的情况，是与上述那样将LED灯110从灯座120取下时实质上相同的状况。因此，在LED灯110中发生断路等故障的情况下，由于输出控制部5使电力变换部2的动作停止，所以能够防止发生了故障的LED灯110被继续使用。在此，在LED灯110内的线路发生短路故障的情况下，由于发光二极管111的实质上的个数減少，因此通过由输出控制部5进行恒流控制而使电力变换部2的输出电压Vo降低，所以不会成为不安全的故障。但是，也可以附加这样的控制，即，输出电压判定部4检测到的输出电压低于规定值(＜额定电压)时，输出控制部5中止恒流控制而使电力变换部2停止。

另外，本实施方式中在无负载时或故障时输出控制部5使电力变换部2停止，但并不是必须使其停止。例如，也可以在无负载时或故障时，输出控制部5控制电力变换部2，将输出电压Vo控制为比LED灯110的额定电压充分低的下限值以下，在有负载时或正常时(输出电压判定部4检测到的检测电压是异常判定阈值以下的电压)，不将输出电压Vo限制为所述下限值以下。此外，本实施方式的LED点灯装置是对1个LED灯110进行点灯的装置，但是当然也可以对串联连接的多个LED灯110同时进行点灯。

进而，在输出电压判定部4的异常判定部40中，也可以根据如图3所示那样的电力变换部2的输出电压和异常判定阈值的关系式来设定异常判定阈值。此外，也可以由一个微型电子计算机来构成异常判定部40和2个比较器CP101、CP102以及时序控制部8。

另外，本实施方式的LED点灯装置搭载于例如图4所示的照明器具。该照明器具具备：直接安装在天棚上的器具主体130、以及设置于器具主体130的一对灯座120、120。器具主体130形成为从长度方向观察时侧面形状为梯形的纵长的角筒状，在其内部收纳有LED点灯装置。而且，在器具主体130的下面的长度方向两端部分别配设有灯座120、120。该灯座120、120具有与现有周知的直管型的荧光灯用的灯座相同的结构。

在此，在从2个灯座120、120的任何一个向LED灯110供给直流电流的情况下，在荧光灯被误安装时可能会对灯丝部供给直流电流。但是，像上述那样在由输出电压判定部4判定为输出电压Vo低于规定值(＜额定电压)时，电力变换部2停止，所以即使在荧光灯被误安装到灯座120的情况下也不会发生不安全的现象或LED点灯装置的故障等。

在此，由于使用者即使在灯座120、120上误安装了荧光灯也无法分辨是否安全，所以也可以使LED灯110的灯管头部的电极形状成为与荧光灯不同的形状从而防止误安装，使灯座120、120构造成为与LED灯110的灯管头部的电极形状相吻合的构造。

Claims (4)

1.一种LED点灯装置，其特征在于，具备：

电力变换部，该电力变换部的输出电压可变；

电流检测部，检测从该电力变换部经由灯座向LED灯供给的输出电流；

输出电压判定部，检测经由所述灯座向LED灯施加的所述输出电压，并判定是否是正常的点灯动作电压；

输出控制部，控制所述电力变换部来增减所述输出电压，以使所述电流检测部检测到的输出电流与目标值一致；

连接判定部，判定所述灯座和所述LED灯的连接的有无；以及

时序控制部，规定对所述输出电压判定部及所述连接判定部的判定动作进行禁止的期间；

在所述连接判定部的判定结果为无连接的情况下、以及在所述输出电压判定部的判定结果为异常电压的情况下，所述输出控制部控制所述电力变换部而将所述输出电压限制为规定的下限值以下，在所述连接判定部的判定结果为有连接的情况下、以及在所述输出电压判定部的判定结果为正常电压的情况下，所述输出控制部不将所述输出电压限制为所述下限值以下，

所述连接判定部至少在从所述电力变换部向LED灯供给电流的期间停止判定动作，

在由所述时序控制部规定的、并且设定在所述电力变换部刚刚开始动作之后的规定期间之中，所述输出电压判定部根据与所述灯座连接的所述LED灯的点灯电压来设定所述异常电压的判定电平。

2.如权利要求1记载的LED点灯装置，其特征在于，具备：

恒压源，经由所述灯座施加恒定电压；以及

检测电阻，经由所述灯座，相对于在所述LED灯中与发光二极管并联连接的电阻并联连接；

所述连接判定部在所述检测电阻的电压下降低于规定的阈值时判定为有连接，在所述电压下降是所述阈值以上时判定为无连接。

3.如权利要求1或2记载的LED点灯装置，其特征在于，

所述输出电压判定部在所述电力变换部刚刚开始动作之后的所述规定期间之中设定所述异常电压的判定电平，在设定后对设定动作进行禁止。

4.一种照明器具，其特征在于，具备：

权利要求1或2记载的LED点灯装置、所述灯座、以及保持所述LED点灯装置和所述灯座的器具主体。

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