JP2008084614A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】固体発光素子の劣化及び発光効率の低下を正常時及び異常時の何れにおいても防ぐことのできる照明装置を提供する。
【解決手段】抵抗Ｒ１〜Ｒ４及びトランジスタＱ１及びシャントレギュレータＩＣ１から成る電流制限手段２と、シャントレギュレータＩＣ２から成る電流検出手段３と、抵抗Ｒ５〜Ｒ７及びトランジスタＱ２及びヒューズＦから成る過電流制限手段とから構成される点灯装置と、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４を直列に接続して成る発光部１とを備え、正常時には電流制限手段２によって発光部１に流れる負荷電流Ｉ１を制限し、回路の一部が故障する等して電流制限手段２に異常が発生すると電流検出手段３によって異常を検出するとともに過電流制限手段４によって発光部１に流れる負荷電流Ｉ１を遮断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体発光素子を光源とする照明装置に関する。

従来から、回路の一部が故障する等の異常が発生した場合に固体発光素子から成る発光部に流れる電流を制限する照明装置が提供されており、例えば特許文献１に開示されている。この照明装置は、図６に示すように、交流電源Ｖｓと接続されて直流電圧を出力する直流電源装置１０と、直流電源装置１０からの直流出力電圧で点灯する発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ２５の直列回路を有するＬＥＤユニット２０とから成る。直流電源装置１０は、交流電源Ｖｓからの交流電圧を整流する整流部ＤＢと、整流部ＤＢからの脈流電圧を平滑化する平滑コンデンサＣ０とを備え、交流電源Ｖｓと整流部ＤＢとの間にヒューズＦ及びポジスタＰ１の直列回路を挿入している。ＬＥＤユニット２０は、抵抗Ｒａ及びツェナーダイオオードＺＤ１の直列回路と、ポジスタＰ２及び発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ２５及びトランジスタＴｒ１及び抵抗Ｒｂの直列回路とを並列に接続して成り、トランジスタＴｒ１は、コレクタが発光ダイオードＬＥＤ２５のカソードと、エミッタが抵抗Ｒｂと、ベースがツェナーダイオードＺＤ１のカソードと接続されている。

上記構成の照明装置の動作説明をする。ＬＥＤユニット２０に直流電源装置１０から電圧が印加されると、抵抗Ｒａ、トランジスタＴｒ１のベース、トランジスタＴｒ１のエミッタ、抵抗Ｒｂの順に電流が流れてトランジスタＴｒ１がオンし、その後、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ２５、トランジスタＴｒ１のコレクタ、トランジスタＴｒ１のエミッタ、抵抗Ｒｂの順に電流が流れて発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ２５が点灯する。ここで、ツェナーダイオードＺＤ１が故障する等の異常が発生して発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ２５に流れる電流が増大し、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ２５の温度が耐熱温度まで上昇すると、ポジスタＰ１，Ｐ２はそれぞれ温度上昇によって抵抗値が増大する。すると、ポジスタＰ１の抵抗値の増大によって平滑コンデンサＣ０の両端電圧を低下させてＬＥＤユニット２０への印加電圧を低下させると共に、ポジスタＰ２の抵抗値の増大によって発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ２５に流れる電流を制限することで、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ２５に必要以上の電流が流れないようにしている。
特開２００６−１２６２２号公報

しかしながら、上記従来例では、ポジスタＰ１，Ｐ２がキュリー温度以下でも少なからず抵抗値を持つために、故障等の異常が発生していない場合においてもポジスタＰ１，Ｐ２で発熱し、ポジスタＰ１，Ｐ２の発熱に伴って発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ２５が温度上昇して発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ２５の劣化を招き、さらに照明装置の発光効率が低下する虞があった。

本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、固体発光素子の劣化及び発光効率の低下を正常時及び異常時の何れにおいても防ぐことのできる照明装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、一乃至複数の固体発光素子から成る発光部と、外部の直流電源と接続されて発光部に駆動電圧を供給する点灯装置とから成る照明装置であって、点灯装置は、発光部に流れる電流を制限する電流制限手段と、電流制限手段の異常を検出するとともに発光部に流れる所定の閾値以上の電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段において発光部に流れる所定の閾値以上の電流を検出すると発光部に流れる電流を制限する過電流制限手段とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、電流検出手段は、電流制限手段の異常を電圧にて検出することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、過電流制限手段は、電流検出手段において電流制限手段の異常を検出すると発光部に流れる電流を遮断することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、過電流制限手段は、発光部と直流電源の出力端との間に挿入されるヒューズを有することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１又は２の発明において、過電流制限手段は、電流検出手段において電流制限手段の異常を検出すると発光部及び各手段に使用される部品の温度が限界許容温度内となるように発光部に流れる電流を制限することを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１又は２又は５の発明において、過電流制限手段は第一の半導体部品を有し、第一の半導体部品にて発光部に流れる電流を制限することを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項６の発明において、第一の半導体部品はトランジスタであって、電流制限手段が正常である場合には発光部に流れる電流を第一の電流値に制限し、電流検出手段にて電流制限手段の異常が検出されると発光部に流れる電流を第二の電流値に制限することを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項１又は２の発明において、過電流制限手段は、発光部及び各手段に使用される部品の温度が限界許容温度内となるように発光部に流れる電流を制限する第一の制限手段と、発光部に流れる電流を遮断する第二の制限手段とから成り、電流検出手段は、電流制限手段の異常を検出するとともに前記第一の制限手段を動作させる第一の検出手段と、前記第一の制限手段動作時において発光部に流れる所定の閾値以上の電流を検出するとともに前記第二の制限手段を動作させる第二の検出手段とから成ることを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項１乃至８の何れか１項の発明において、電流検出手段は第二の半導体部品を有し、第二の半導体部品にて電流制限手段の異常を検出することを特徴とする。

請求項１０の発明は、請求項９の発明において、第二の半導体部品はシャントレギュレータであって、検出した電圧がシャントレギュレータの基準電圧に達した場合に異常を検出することを特徴とする。

請求項１，２の発明によれば、正常時には電流制限手段によって発光部に流れる電流を制限し、回路の一部が故障する等して電流制限手段に異常が発生すると電流検出手段によって異常を検出するとともに過電流制限手段によって発光部に必要以上の電流が流れないように制限することができるので、正常時と異常時とで個別に発光部に流れる電流を制限することができ、したがって正常時及び異常時の何れにおいても必要以上の電流が流れることによる固体発光素子の劣化及び発光効率の低下を防ぐことができる。

請求項３，４の発明によれば、回路の一部が故障する等して電流制限手段に異常が発生すると発光部に流れる電流を遮断することができるので、固体発光素子の寿命の劣化を防ぐことができる。

請求項５の発明によれば、発光部及び各手段に使用される部品の温度が限界許容温度内となるように発光部に流れる電流を制限するので、各部品の温度上昇による故障を防ぐことができる。

請求項６，７の発明によれば、電流制限手段に半導体部品、特にはトランジスタを用いたので、発光部に流れる電流を精度良く制限することができる。

請求項８の発明によれば、最初に電流制限手段の異常を第一の検出手段で検出するとともに第一の制限手段で発光部に流れる電流を制限し、第一の制限手段で制限しきれない場合は第二の検出手段がこれを検出するとともに第二の制限手段で発光部に流れる電流を更に制限することができるので、固体発光素子の劣化及び発光効率の低下を防ぐ効果を高めることができる。

請求項９，１０の発明によれば、電流制限手段の異常の検出を半導体部品、特にはシャントレギュレータによって行なうので、電流制限手段の異常の検出精度を高めることができる。

（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について図面を用いて説明する。本実施形態は、図１に示すように、抵抗Ｒ１〜Ｒ４及びトランジスタＱ１及びシャントレギュレータＩＣ１から成る電流制限手段２と、シャントレギュレータＩＣ２から成る電流検出手段３と、抵抗Ｒ５〜Ｒ７及びトランジスタＱ２及びヒューズＦから成る過電流制限手段とから構成される点灯装置と、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４を直列に接続して成る発光部１とを備え、直流電源ＤＣから点灯装置を介して発光部１に駆動電圧が供給される。

電流制限手段２は、抵抗Ｒ１，Ｒ２及びＮＰＮ型のトランジスタＱ１及び抵抗Ｒ３，Ｒ４の直列回路にシャントレギュレータＩＣ１を接続して成り、シャントレギュレータＩＣ１は、カソード端子が抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との間に接続され、アノード端子が直流電源ＤＣの負極に接続され、ＲＥＦ（リファレンス）端子がトランジスタＱ１のエミッタと抵抗Ｒ３との間に接続されている。また、抵抗Ｒ１の一端とトランジスタＱ１のコレクタとの間には発光部１が接続されている。

電流検出手段３は、シャントレギュレータＩＣ２のみから成り、カソード端子が抵抗Ｒ６の一端と接続され、アノード端子が直流電源ＤＣの負極と接続され、ＲＥＦ端子が抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との間に接続されている。尚、上記シャントレギュレータＩＣ１，ＩＣ２は同じものを用いている。

過電流制限手段４は、抵抗Ｒ５，Ｒ６の直列回路とＰＮＰ型のトランジスタＱ２及び抵抗Ｒ７の直列回路を並列に接続して成り、トランジスタＱ２のベースは抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６との間に接続され、トランジスタＱ２のコレクタは抵抗Ｒ７の一端に接続されている。また、直流電源ＤＣの正極と抵抗Ｒ５との間にはヒューズＦが接続されている。

以下、本実施形態の動作説明をする。直流電源ＤＣの電源がオンになると、直流電源ＤＣの正極、ヒューズＦ、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、トランジスタＱ１のベース、トランジスタＱ１のエミッタ、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４、直流電源ＤＣの負極と電流が流れてトランジスタＱ１がオンになる。その後、直流電源ＤＣの正極、ヒューズＦ、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４、トランジスタＱ１のコレクタ、トランジスタＱ１のエミッタ、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４、直流電源ＤＣの負極と電流が流れることで発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４が点灯する。

発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４に電流が流れ始めると、抵抗Ｒ３の両端電圧ＶＲ３及び抵抗Ｒ４の両端電圧ＶＲ４が上昇するが、シャントレギュレータＩＣ１の基準電圧をＶ１とすると、ＶＲ３とＶＲ４の和が基準電圧Ｖ１よりも大きくなる場合には、シャントレギュレータＩＣ１はトランジスタＱ１のベース電流を小さくすることでトランジスタＱ１のコレクタ電流を小さくしてＶＲ３とＶＲ４の和が基準電圧Ｖ１となるように制御する。逆に、ＶＲ３とＶＲ４の和が基準電圧Ｖ１よりも小さくなる場合には、シャントレギュレータＩＣ１はトランジスタＱ１のベース電流を大きくすることでトランジスタＱ１のコレクタ電流を大きくしてＶＲ３とＶＲ４の和が基準電圧Ｖ１となるように制御する。したがって、発光部１に流れる負荷電流Ｉ１は、トランジスタＱ１のベース電流を無視できるものとすると、
Ｉ１≒Ｖ１／（Ｒ３＋Ｒ４）
となる。したがって、正常動作時では電流制限手段１によって負荷電流Ｉ１が略一定に保たれる。尚、この時点ではシャントレギュレータＩＣ２のＲＥＦ端子の端子電圧は基準電圧Ｖ１に達していないのでシャントレギュレータＩＣ２は動作せず、したがってトランジスタＱ２もオフの状態を維持する。

ここで、例えばトランジスタＱ１が故障してコレクタ−エミッタ間が短絡したとすると、シャントレギュレータＩＣ１の制御が効かなくなり、また正常動作時にトランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間に印加されていた電圧が発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４及び抵抗Ｒ３，Ｒ４に印加され、ＶＲ３及びＶＲ４が大きくなる為に負荷電流Ｉ１が増大する。しかし、ＶＲ４が基準電圧Ｖ１に達すると電流検出手段３のシャントレギュレータＩＣ２が動作し、直流電源ＤＣの正極、ヒューズＦ、トランジスタＱ２のエミッタ、トランジスタＱ２のベース、抵抗Ｒ６、シャントレギュレータＩＣ２のカソード、シャントレギュレータＩＣ２のアノード、直流電源ＤＣの負極と電流が流れてトランジスタＱ２がオンになる。その後、直流電源ＤＣの正極、ヒューズＦ、トランジスタＱ２のエミッタ、トランジスタＱ２のコレクタ、抵抗Ｒ７、直流電源ＤＣの負極と電流が流れるので、直流電源ＤＣの電源電圧をＶＤＣとすると、ヒューズＦに流れる電流ＩＦは、
ＩＦ≒ＶＲ４／Ｒ４＋ＶＤＣ／Ｒ７
となる。したがって、ＩＦがヒューズＦを溶断する溶断電流となるように抵抗Ｒ７の抵抗値を設定することで、ヒューズＦを溶断して負荷電流Ｉ１を遮断することができる。尚、上記のようにトランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間が短絡した場合以外にも、トランジスタＱ１の他の端子間が短絡してシャントレギュレータＩＣ１の制御が効かない場合や、シャントレギュレータＩＣ１が故障して基準電圧Ｖ１及び負荷電流Ｉ１が増大する場合においても上記の遮断動作を行なうことが可能である。

また、シャントレギュレータＩＣ１，ＩＣ２の基準電圧の精度が高く且つ基準電圧の温度による変化が非常に小さい（例えば、東芝製ＴＡ７６４３２ＡＦを用いると、基準電圧Ｖｒｅｆ＝１．２６Ｖ±１％（２５℃）、温度変動特性は０℃〜８５℃で１５ｍＶ）ため、抵抗Ｒ３の抵抗値を出来る限り小さくすることで、シャントレギュレータＩＣ２における電流制限手段２の異常の検出精度を高めることが可能である。

上述のように、正常時には電流制限手段２によって発光部１に流れる負荷電流Ｉ１を制限し、回路の一部が故障する等して電流制限手段２に異常が発生すると電流検出手段３によって異常を検出するとともに過電流制限手段４によって発光部１に流れる負荷電流Ｉ１を遮断することができるので、正常時と異常時とで個別に発光部１に流れる電流を制限することができ、したがって正常時及び異常時の何れにおいても必要以上の電流が流れることによる発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の劣化及び発光効率の低下を防ぐことができる。

（実施形態２）
ところで、上記実施形態１では、異常時にヒューズＦを溶断するために大きな電流を流そうとすると、直流電源ＤＣの出力インピーダンスが大きい場合には直流電源ＤＣ内部での電力損失が大きくなってしまい、電源電圧ＶＤＣが低下する。電源電圧ＶＤＣが低下すると、ＶＲ４も低下して基準電圧Ｖ１を下回り、シャントレギュレータＩＣ２の動作が停止する。その後、ヒューズＦに流れる電流ＩＦが小さくなるために電源電圧ＶＤＣが再度上昇し、それに伴ってＶＲ４が上昇して基準電圧Ｖ１を上回ることで再度シャントレギュレータＩＣ２が動作するため、ヒューズＦに流れる電流ＩＦは上昇と下降を交互に繰り返す状態となる（図２参照）。上記のような繰り返し動作を続ける状態では、ヒューズＦを溶断するために必要な電流を流すことができず、またヒューズＦで消費する平均電力が足りないためにヒューズＦを溶断することができず、結果として発光部１には断続的に必要以上の電流が流れ続けて発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４が発熱して劣化する虞がある。

そこで、以下では上記の問題点を解決する本発明の実施形態２について図面を用いて説明する。但し、実施形態１と共通する部位については同じ図番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図３に示すように、過電流制限手段４のみが実施形態１と異なっており、過電流制限手段４は、実施形態１の過電流制限手段４の構成に加えて、抵抗Ｒ７と直流電源ＤＣの負極との間に抵抗Ｒ８を挿入し、抵抗Ｒ７及び抵抗Ｒ８の接続端とシャントレギュレータＩＣ２のＲＥＦ端子との間にダイオードＤ１を挿入している。

以下、本実施形態の動作説明をする。但し、正常時の動作は実施形態１と共通であるので、以下では異常時における動作を説明する。例えばトランジスタＱ１が故障してコレクタ−エミッタ間が短絡したとすると、シャントレギュレータＩＣ１の制御が効かなくなり、また正常動作時にトランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間に印加されていた電圧が発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４及び抵抗Ｒ３，Ｒ４に印加され、ＶＲ３及びＶＲ４が大きくなる為に負荷電流Ｉ１が増大する。しかし、ＶＲ４が基準電圧Ｖ１に達すると電流検出手段３のシャントレギュレータＩＣ２が動作し、直流電源ＤＣの正極、ヒューズＦ、トランジスタＱ２のエミッタ、トランジスタＱ２のベース、抵抗Ｒ６、シャントレギュレータＩＣ２のカソード、シャントレギュレータＩＣ２のアノード、直流電源ＤＣの負極と電流が流れてトランジスタＱ２がオンになる。その後、直流電源ＤＣの正極、ヒューズＦ、トランジスタＱ２のエミッタ、トランジスタＱ２のコレクタ、抵抗Ｒ７、抵抗Ｒ８、直流電源ＤＣの負極と電流が流れるので、ヒューズＦに流れる電流ＩＦは、
ＩＦ≒ＶＲ４／Ｒ４＋ＶＤＣ／Ｒ７
となる。したがって、ＩＦがヒューズＦを溶断する溶断電流となるように抵抗Ｒ７の抵抗値を設定することで、ヒューズＦを溶断して負荷電流Ｉ１を遮断することができる。ここで、本実施形態では、トランジスタＱ２がオンになると抵抗Ｒ８の両端に電圧ＶＲ８が発生し、ダイオードＤ１を介してシャントレギュレータＩＣ２のＲＥＦ端子にＶＲ８を供給することができる。このため、上記のように直流電源ＤＣの出力インピーダンスが大きく電源電圧ＶＤＣが変動する場合においても、抵抗Ｒ７及び抵抗Ｒ８の抵抗値の比を変更してＶＲ８を調整することで、ＶＲ４が常に基準電圧Ｖ１を上回るように設定することが可能となる。したがって、電源電圧ＶＤＣが変動したとしてもシャントレギュレータＩＣ２が動作し続けるので、ヒューズＦを溶断するのに十分な電流を継続して流すことができ、確実にヒューズＦを溶断することができる。尚、上記のようにトランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間が短絡した場合以外にも、トランジスタＱ１の他の端子間が短絡してシャントレギュレータＩＣ１の制御が効かない場合や、シャントレギュレータＩＣ１が故障して基準電圧Ｖ１及び負荷電流Ｉ１が増大する場合においても上記の遮断動作を行なうことが可能である。

（実施形態３）
以下、本発明の実施形態３について図面を用いて説明する。但し、実施形態１と共通する部位については同じ図番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図４に示すように、過電流制限手段４のみが実施形態１と異なっており、過電流制限手段４は、トランジスタＱ１のエミッタと抵抗Ｒ３との間に挿入されるトランジスタＱ３と、直流電源ＤＣの正極とシャントレギュレータＩＣ２のカソード端子との間に挿入される抵抗Ｒ９と、抵抗Ｒ９及びシャントレギュレータＩＣ２のカソード端子の接続端とトランジスタＱ３との間に挿入される抵抗Ｒ１０とから成り、トランジスタＱ３は、コレクタがトランジスタＱ１のエミッタ、エミッタが抵抗Ｒ３の一端、ベースが抵抗Ｒ１０の一端と接続されている。

以下、本実施形態の動作説明をする。直流電源ＤＣの電源がオンになると、直流電源ＤＣの正極、抵抗Ｒ９、抵抗Ｒ１０、トランジスタＱ３のベース、トランジスタＱ３のエミッタ、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４、直流電源ＤＣの負極と電流が流れてトランジスタＱ３がオンになる。トランジスタＱ３がオンになると、直流電源ＤＣの正極、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、トランジスタＱ１のベース、トランジスタＱ１のエミッタ、トランジスタＱ３のコレクタ、トランジスタＱ３のエミッタ、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４、直流電源ＤＣの負極と電流が流れてトランジスタＱ１がオンになる。その後、直流電源ＤＣの正極、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４、トランジスタＱ１のコレクタ、トランジスタＱ１のエミッタ、トランジスタＱ３のコレクタ、トランジスタＱ３のエミッタ、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４、直流電源ＤＣの負極と電流が流れることで発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４が点灯する。

発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４に電流が流れ始めると、抵抗Ｒ３の両端電圧ＶＲ３及び抵抗Ｒ４の両端電圧ＶＲ４が上昇するが、シャントレギュレータＩＣ１の基準電圧をＶ１とすると、ＶＲ３とＶＲ４の和が基準電圧Ｖ１よりも大きくなる場合には、シャントレギュレータＩＣ１はトランジスタＱ１のベース電流を小さくすることでトランジスタＱ１のコレクタ電流を小さくしてＶＲ３とＶＲ４の和が基準電圧Ｖ１となるように制御する。逆に、ＶＲ３とＶＲ４の和が基準電圧Ｖ１よりも小さくなる場合には、シャントレギュレータＩＣ１はトランジスタＱ１のベース電流を大きくすることでトランジスタＱ１のコレクタ電流を大きくしてＶＲ３とＶＲ４の和が基準電圧Ｖ１となるように制御する。したがって、発光部１に流れる負荷電流Ｉ１は、トランジスタＱ１のベース電流を無視できるものとすると、
Ｉ１≒Ｖ１／（Ｒ３＋Ｒ４）
となる。したがって、正常動作時では電流制限手段１によって負荷電流Ｉ１が略一定に保たれる。尚、この時点ではシャントレギュレータＩＣ２のＲＥＦ端子の端子電圧は基準電圧Ｖ１に達していないのでシャントレギュレータＩＣ２は動作しない。また、トランジスタＱ３はスイッチとして動作しており、トランジスタＱ３のコレクタ−エミッタ間電圧はほぼ零となっている。

ここで、例えばトランジスタＱ１が故障してコレクタ−エミッタ間が短絡したとすると、シャントレギュレータＩＣ１の制御が効かなくなり、また正常動作時にトランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間に印加されていた電圧が発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４及び抵抗Ｒ３，Ｒ４及びトランジスタＱ３のコレクタ−エミッタ間に印加され、ＶＲ３及びＶＲ４が大きくなる為に負荷電流Ｉ１が増大する。ＶＲ４が基準電圧Ｖ１に達すると電流検出手段３のシャントレギュレータＩＣ２が動作し、ＶＲ４が基準電圧Ｖ１よりも大きくなる場合には、シャントレギュレータＩＣ２はトランジスタＱ３のベース電流を小さくすることでトランジスタＱ３のコレクタ電流を小さくしてＶＲ４が基準電圧Ｖ１となるように制御する。逆に、ＶＲ４が基準電圧Ｖ１よりも小さくなる場合には、シャントレギュレータＩＣ２はトランジスタＱ３のベース電流を大きくすることでトランジスタＱ３のコレクタ電流を大きくしてＶＲ４が基準電圧Ｖ１となるように制御する。上記の動作を繰り返すことで、負荷電流Ｉ１は、
Ｉ１≒Ｖ１／Ｒ４
となり、異常時における負荷電流Ｉ１を制限することができる。尚、上記のようにトランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間が短絡した場合以外にも、トランジスタＱ１の他の端子間が短絡してシャントレギュレータＩＣ１の制御が効かない場合や、シャントレギュレータＩＣ１が故障して基準電圧Ｖ１及び負荷電流Ｉ１が増大する場合においても上記の動作を行なうことが可能である。

上述のように、正常時には電流制限手段２によって発光部１に流れる電流を制限し、回路の一部が故障する等して電流制限手段２に異常が発生すると電流検出手段３によって異常を検出するとともに過電流制限手段４によって発光部１に必要以上の電流が流れないように制限することができるので、正常時及び異常時の何れにおいても必要以上の電流が流れることによる発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の劣化及び発光効率の低下を防ぐことができる。

（実施形態４）
以下、本発明の実施形態４について図面を用いて説明する。但し、実施形態１と共通する部位については同じ図番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図５に示すように、電流制限手段２及び電流検出手段３及び過電流制限手段４が実施形態１と異なっており、電流制限手段２は、実施形態１の電流制限手段２において抵抗Ｒ４と直流電源ＤＣの負極との間に抵抗Ｒ１１を挿入して構成される。電流検出手段３は、シャントレギュレータＩＣ２から成る第一の検出手段３０と、シャントレギュレータＣ３から成る第二の検出手段３１とから構成され、過電流制限手段４は、抵抗Ｒ９，Ｒ１０及びトランジスタＱ３から成る第一の制限手段４０と、抵抗Ｒ５〜Ｒ７及びトランジスタＱ２及びヒューズＦから成る第二の制限手段４１とから構成される。

第一の検出手段３０は、シャントレギュレータＩＣ２のみから成り、カソード端子が後述する第一の制限手段４０の抵抗Ｒ１０の一端と接続され、アノード端子が直流電源ＤＣの負極と接続され、ＲＥＦ端子が抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との間に接続されている。第二の検出手段３１は、シャントレギュレータＩＣ３のみから成り、カソード端子が後述する第二の制限手段４１の抵抗Ｒ６の一端と接続され、アノード端子が直流電源ＤＣの負極と接続され、ＲＥＦ端子が抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ１１との間に接続されている。尚、上記シャントレギュレータＩＣ１，ＩＣ２，ＩＣ３は同じものを用いている。

第一の制限手段４０は、トランジスタＱ１のエミッタと抵抗Ｒ３との間に挿入されるトランジスタＱ３と、直流電源ＤＣの正極とシャントレギュレータＩＣ２のカソード端子との間に挿入される抵抗Ｒ９と、抵抗Ｒ９及びシャントレギュレータＩＣ２のカソード端子の接続端とトランジスタＱ３との間に挿入される抵抗Ｒ１０とから成り、トランジスタＱ３は、コレクタがトランジスタＱ１のエミッタ、エミッタが抵抗Ｒ３の一端、ベースが抵抗Ｒ１０の一端と接続されている。第二の制限手段４１は、抵抗Ｒ５，Ｒ６の直列回路とＰＮＰ型のトランジスタＱ２及び抵抗Ｒ７の直列回路を並列に接続して成り、トランジスタＱ２のベースは抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６との間に接続され、トランジスタＱ２のコレクタは抵抗Ｒ７の一端に接続されている。また、直流電源ＤＣの正極と抵抗Ｒ５との間にはヒューズＦが接続されている。

以下、本実施形態の動作説明をする。直流電源ＤＣの電源がオンになると、直流電源ＤＣの正極、ヒューズＦ、抵抗Ｒ９、抵抗Ｒ１０、トランジスタＱ３のベース、トランジスタＱ３のエミッタ、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４、抵抗Ｒ１１、直流電源ＤＣの負極と電流が流れてトランジスタＱ３がオンになる。トランジスタＱ３がオンになると、直流電源ＤＣの正極、ヒューズＦ、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、トランジスタＱ１のベース、トランジスタＱ１のエミッタ、トランジスタＱ３のコレクタ、トランジスタＱ３のエミッタ、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４、抵抗Ｒ１１、直流電源ＤＣの負極と電流が流れてトランジスタＱ１がオンになる。その後、直流電源ＤＣの正極、ヒューズＦ、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４、トランジスタＱ１のコレクタ、トランジスタＱ１のエミッタ、トランジスタＱ３のコレクタ、トランジスタＱ３のエミッタ、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４、抵抗Ｒ１１、直流電源ＤＣの負極と電流が流れることで発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４が点灯する。

発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４に電流が流れ始めると、抵抗Ｒ３の両端電圧ＶＲ３及び抵抗Ｒ４の両端電圧ＶＲ４及び抵抗Ｒ１１の両端電圧ＶＲ１１が上昇するが、シャントレギュレータＩＣ１の基準電圧をＶ１とすると、ＶＲ３とＶＲ４とＶＲ１１の和が基準電圧Ｖ１よりも大きくなる場合には、シャントレギュレータＩＣ１はトランジスタＱ１のベース電流を小さくすることでトランジスタＱ１のコレクタ電流を小さくしてＶＲ３とＶＲ４とＶＲ１１の和が基準電圧Ｖ１となるように制御する。逆に、ＶＲ３とＶＲ４とＶＲ１１の和が基準電圧Ｖ１よりも小さくなる場合には、シャントレギュレータＩＣ１はトランジスタＱ１のベース電流を大きくすることでトランジスタＱ１のコレクタ電流を大きくしてＶＲ３とＶＲ４とＶＲ１１の和が基準電圧Ｖ１となるように制御する。したがって、発光部１に流れる負荷電流Ｉ１は、トランジスタＱ１のベース電流を無視できるものとすると、
Ｉ１≒Ｖ１／（Ｒ３＋Ｒ４＋Ｒ１１）
となる。したがって、正常動作時では電流制限手段１によって負荷電流Ｉ１が略一定に保たれる。尚、この時点ではシャントレギュレータＩＣ２，ＩＣ３の各ＲＥＦ端子の端子電圧は基準電圧Ｖ１に達していないのでシャントレギュレータＩＣ２，ＩＣ３は何れも動作しない。また、トランジスタＱ２はオフの状態を維持しており、トランジスタＱ３はスイッチとして動作してトランジスタＱ３のコレクタ−エミッタ間電圧はほぼ零となっている。

ここで、例えばトランジスタＱ１が故障してコレクタ−エミッタ間が短絡したとすると、シャントレギュレータＩＣ１の制御が効かなくなり、また正常動作時にトランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間に印加されていた電圧が発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４及び抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ１１及びトランジスタＱ３のコレクタ−エミッタ間に印加され、ＶＲ３及びＶＲ４及びＶＲ１１が大きくなる為に負荷電流Ｉ１が増大する。ＶＲ４とＶＲ１１の和が基準電圧Ｖ１に達すると第一の検出手段３０のシャントレギュレータＩＣ２が動作し、ＶＲ４が基準電圧Ｖ１よりも大きくなる場合には、シャントレギュレータＩＣ２はトランジスタＱ３のベース電流を小さくすることでトランジスタＱ３のコレクタ電流を小さくしてＶＲ４とＶＲ１１の和が基準電圧Ｖ１となるように制御する。逆に、ＶＲ４とＶＲ１１の和が基準電圧Ｖ１よりも小さくなる場合には、シャントレギュレータＩＣ２はトランジスタＱ３のベース電流を大きくすることでトランジスタＱ３のコレクタ電流を大きくしてＶＲ４とＶＲ１１の和が基準電圧Ｖ１となるように制御する。上記の動作を繰り返すことで、負荷電流Ｉ１は、
Ｉ１≒Ｖ１／（Ｒ４＋Ｒ１１）
となり、異常時における負荷電流Ｉ１を制限することができる。尚、上記のようにトランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間が短絡した場合以外にも、トランジスタＱ１の他の端子間が短絡してシャントレギュレータＩＣ１の制御が効かない場合や、シャントレギュレータＩＣ１が故障して基準電圧Ｖ１及び負荷電流Ｉ１が増大する場合においても上記の動作を行なうことが可能である。

次に、上記のように負荷電流Ｉ１を制限している状態において、更にトランジスタＱ３のコレクタ−エミッタ間が短絡したとすると、シャントレギュレータＩＣ２の制御が効かなくなり、トランジスタＱ３のコレクタ−エミッタ間に印加されていた電圧が発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４及び抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ１１に印加され、ＶＲ３及びＶＲ４及びＶＲ１１が大きくなる為に負荷電流Ｉ１が増大する。しかし、ＶＲ１１が基準電圧Ｖ１に達すると第二の検出手段３１のシャントレギュレータＩＣ３が動作し、直流電源ＤＣの正極、ヒューズＦ、トランジスタＱ２のエミッタ、トランジスタＱ２のベース、抵抗Ｒ６、シャントレギュレータＩＣ３のカソード、シャントレギュレータＩＣ３のアノード、直流電源ＤＣの負極と電流が流れてトランジスタＱ２がオンになる。その後、直流電源ＤＣの正極、ヒューズＦ、トランジスタＱ２のエミッタ、トランジスタＱ２のコレクタ、抵抗Ｒ７、直流電源ＤＣの負極と電流が流れるので、直流電源ＤＣの電源電圧をＶＤＣとすると、ヒューズＦに流れる電流ＩＦは、
ＩＦ≒ＶＲ１１／Ｒ１１＋ＶＤＣ／Ｒ７
となる。したがって、ＩＦがヒューズＦを溶断する溶断電流となるように抵抗Ｒ７の抵抗値を設定することで、ヒューズＦを溶断して負荷電流Ｉ１を遮断することができる。尚、上記のようにトランジスタＱ３のコレクタ−エミッタ間が短絡した場合以外にも、トランジスタＱ３の他の端子間が短絡してシャントレギュレータＩＣ２の制御が効かない場合や、シャントレギュレータＩＣ２が故障して基準電圧Ｖ１及び負荷電流Ｉ１が増大する場合においても上記の遮断動作を行なうことが可能である。

上述のように、最初に電流制限手段２の異常を第一の検出手段３０で検出するとともに第一の制限手段４０で発光部に流れる電流を制限し、第一の制限手段４０で制限しきれない場合は第二の検出手段３１がこれを検出するとともに第二の制限手段４１で発光部１に流れる負荷電流Ｉ１を遮断することができるので、必要以上の電流が流れることによる発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の劣化及び発光効率の低下を防ぐ効果を高めることができる。

本発明の実施形態１の照明装置を示す回路図である。 同上の直流電源の出力インピーダンスが大きい場合における電源電圧及びヒューズに流れる電流を示す波形図である。 本発明の実施形態２の照明装置を示す回路図である。 本発明の実施形態３の照明装置を示す回路図である。 本発明の実施形態４の照明装置を示す回路図である。 従来の照明装置を示す回路図である。

符号の説明

１ 発光部
ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４ 発光ダイオード（固体発光素子）
２ 電流制限手段
３ 電流検出手段
４ 過電流制限手段

Claims (10)

1. 一乃至複数の固体発光素子から成る発光部と、外部の直流電源と接続されて発光部に駆動電圧を供給する点灯装置とから成る照明装置であって、点灯装置は、発光部に流れる電流を制限する電流制限手段と、電流制限手段の異常を検出するとともに発光部に流れる所定の閾値以上の電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段において発光部に流れる所定の閾値以上の電流を検出すると発光部に流れる電流を制限する過電流制限手段とを備えたことを特徴とする照明装置。
2. 前記電流検出手段は、電流制限手段の異常を電圧にて検出することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 前記過電流制限手段は、電流検出手段において電流制限手段の異常を検出すると発光部に流れる電流を遮断することを特徴とする請求項１又は２記載の照明装置。
4. 前記過電流制限手段は、発光部と直流電源の出力端との間に挿入されるヒューズを有することを特徴とする請求項３記載の照明装置。
5. 前記過電流制限手段は、電流検出手段において電流制限手段の異常を検出すると発光部及び各手段に使用される部品の温度が限界許容温度内となるように発光部に流れる電流を制限することを特徴とする請求項１又は２記載の照明装置。
6. 前記過電流制限手段は第一の半導体部品を有し、第一の半導体部品にて発光部に流れる電流を制限することを特徴とする請求項１又は２又は５記載の照明装置。
7. 前記第一の半導体部品はトランジスタであって、電流制限手段が正常である場合には発光部に流れる電流を第一の電流値に制限し、電流検出手段にて電流制限手段の異常が検出されると発光部に流れる電流を第二の電流値に制限することを特徴とする請求項６記載の照明装置。
8. 前記過電流制限手段は、発光部及び各手段に使用される部品の温度が限界許容温度内となるように発光部に流れる電流を制限する第一の制限手段と、発光部に流れる電流を遮断する第二の制限手段とから成り、電流検出手段は、電流制限手段の異常を検出するとともに前記第一の制限手段を動作させる第一の検出手段と、前記第一の制限手段動作時において発光部に流れる所定の閾値以上の電流を検出するとともに前記第二の制限手段を動作させる第二の検出手段とから成ることを特徴とする請求項１又は２記載の照明装置。
9. 前記電流検出手段は第二の半導体部品を有し、第二の半導体部品にて電流制限手段の異常を検出することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の照明装置。
10. 前記第二の半導体部品はシャントレギュレータであって、検出した電圧がシャントレギュレータの基準電圧に達した場合に異常を検出することを特徴とする請求項９記載の照明装置。

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