JP2008300209A

JP2008300209A - 照明装置

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Publication number: JP2008300209A
Application number: JP2007145327A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Shimizu; 恵一清水; Hirokazu Otake; 寛和大武; Toshiyuki Hiraoka; 敏行平岡; Nobuo Shibano; 信雄柴野
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2007-05-31
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2027-05-31
Also published as: JP5007811B2

Abstract

【課題】発光モジュールに異常が発生した際でも簡単な構成で回路を保護できるＬＥＤ点灯装置を提供する。
【解決手段】定電圧源15により、電流制御回路19のトランジスタ17のベース電位を所定の電位以上に設定する。発光モジュール13のＬＥＤ16の少なくともいずれかが破損などにより開放した場合でも、他の発光モジュール13に接続したトランジスタ17のベース電位の低下を定電圧源15により防止できる。他の発光モジュール13での電流を一定に維持し、簡単な構成で回路を保護できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、１つの光源と直列に接続された複数の光源とのいずれかを備えた発光モジュールを互いに並列に接続した照明装置に関する。

従来、例えば光源として発光ダイオード(ＬＥＤ)を複数直列に接続した発光モジュールであるＬＥＤモジュールを、定電流電源に対して複数並列に接続した照明装置が知られている。このような照明装置では、ＬＥＤモジュール内のＬＥＤのいずれかが破損するなどの異常が発生して、そのＬＥＤモジュールが定電流ループに対して開放(オープン)状態となった際に、他のＬＥＤモジュールに余分に電流が流れて照度が変化してしまったり、ＬＥＤの定格電流以上の電流が流れてＬＥＤが破損してしまったりすることがないように、各ＬＥＤモジュールの異常を検知して各ＬＥＤモジュールに流れる電流を一定にする保護回路を設けている。このような保護回路は、ＬＥＤモジュール毎にコンパレータを設け、これらコンパレータにより基準設定電位と各ＬＥＤモジュールの電位とを比較して、これらコンパレータの出力を、各ＬＥＤモジュールの出力端子と接続された定電流制御用アンプに、ダイオードと抵抗とを介して接続することで、この定電流制御用アンプにより基準電圧とコンパレータからの出力とを比較した結果に基づいて、回路全体の定電流レベルを制御するように構成されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００６−１０８５１９号公報(第４頁、図１)

しかしながら、上述の照明装置では、ＬＥＤモジュール毎にコンパレータ、ダイオードおよび抵抗などをそれぞれ設けなければならず、構成が複雑化してしまうという問題点を有している。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、発光モジュールに異常が発生した際でも簡単な構成で回路を保護できる照明装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の照明装置は、定電流電源と；１つ以上の光源を備え、前記定電流電源に対して互いに並列に接続される複数の発光モジュールと；前記各発光モジュールのそれぞれに直列に入力端子が接続され活性領域にて動作可能な半導体スイッチと、この半導体スイッチの出力端子に接続された抵抗とを備え、前記各発光モジュールの光源に流れる点灯電流を制御する電流制御回路と；前記定電流電源に接続され、前記各半導体スイッチのそれぞれの制御端子に共通の一定バイアス電流を供給するバイアス回路と；このバイアス回路に接続され、前記半導体スイッチの制御素子の電位を所定の電位以上に設定する定電圧源と；を具備しているものである。

光源は、例えば、ＬＥＤが好ましいが、ＬＥＤに限定されるものではない。

発光モジュールは、例えば、１つ以上の光源を、所定の配列で配置したユニットである。

半導体スイッチは、例えば、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタなどが用いられる。

電流制御回路は、例えば、半導体スイッチの制御端子の電流を制御することで、各発光モジュールに流れる電流のばらつきを防止するバランス回路である。

バイアス回路は、例えば定電流電源に接続された抵抗などにより構成されている。

定電圧源は、例えば、直流電源などである。

そして、定電圧源により、電流制御回路の半導体スイッチの制御端子の電位を所定の電位以上に設定することで、例えば発光モジュールの光源の少なくともいずれかが破損などにより開放した場合などでも、他の発光モジュールに接続された電流制御回路の半導体スイッチの制御端子の電位の低下を定電圧源により防止して、他の発光モジュールでの電流を一定に維持し、簡単な構成で回路が保護される。

請求項２記載の照明装置は、定電流電源と；１つ以上の光源を備え、前記定電流電源に対して互いに並列に接続される複数の発光モジュールと；前記各発光モジュールのそれぞれに入力端子が直列に接続された半導体スイッチを備え、前記各発光モジュールの光源に流れる点灯電流を制御する電流制御回路と；前記定電流電源に接続され、前記各半導体スイッチのそれぞれの制御端子に共通の一定バイアス電流を供給する停止回路と；前記電流制御回路の半導体スイッチの入力端子−出力端子間電位が所定値以上になると、前記定電流電源からの給電を停止させる停止回路と；を具備しているものである。

停止回路は、例えば、電流制御回路の半導体スイッチの入力端子−出力端子間電位が所定値以上になるとトリガ信号を出力するトリガ素子と、このトリガ素子からのトリガ信号により動作する素子などとにより構成されている。

そして、発光モジュールの光源の少なくともいずれかが破損などにより短絡した場合など、各半導体スイッチの入力端子−出力端子間電位が所定以上となった際には、停止回路が定電流電源からの給電を停止させることで、簡単な構成で回路が保護される。

請求項３記載の照明装置は、請求項２記載の照明装置において、半導体スイッチは、トランジスタであり、停止回路は、前記トランジスタの入力端子であるコレクタにカソードが接続されたツェナダイオードと、前記トランジスタの制御端子であるベースにアノードが接続され、カソードが接地されるとともに、前記ツェナダイオードのアノードにゲートが接続されたサイリスタとを備えているものである。

サイリスタは、例えば、Ｐゲート逆阻止３端子サイリスタなどが用いられる。

そして、電流制御回路のトランジスタのコレクタにツェナダイオードのカソードを接続するとともに、このツェナダイオードのアノードにサイリスタのゲートを接続し、このサイリスタのアノードを電流制御回路のトランジスタのベースに接続し、かつ、このサイリスタのカソードを接地することで、停止回路が容易に構成される。

請求項４記載の照明装置は、請求項２記載の照明装置において、半導体スイッチは、トランジスタであり、停止回路は、前記トランジスタの入力端子であるコレクタにカソードが接続されたツェナダイオードと、このツェナダイオードのアノードにアノードが接続されたダイオードと、このダイオードのカソードに接続され、このダイオードを通過した信号により動作して定電流電源を停止させる停止部とを備えているものである。

そして、電流制御回路のトランジスタのコレクタにツェナダイオードのカソードを接続するとともに、このツェナダイオードのアノードにダイオードのアノードを接続し、このダイオードのカソードに、このダイオードを通過した信号により動作して定電流電源を停止させる停止部を接続することで、停止回路が容易に構成される。

請求項１記載の照明装置によれば、定電圧源により、電流制御回路の半導体スイッチの制御端子の電位を所定の電位以上に設定することで、例えば発光モジュールの光源の少なくともいずれかが破損などにより開放した場合などでも、他の発光モジュールに接続された電流制御回路の半導体スイッチの制御端子の電位の低下を定電圧源により防止して、他の発光モジュールでの電流を一定に維持し、簡単な構成で回路を保護できる。

請求項２記載の照明装置によれば、発光モジュールの光源の少なくともいずれかが破損などにより短絡した場合など、各半導体スイッチの入力端子−出力端子間電位が所定以上となった際には、停止回路が定電流電源からの給電を停止させることで、簡単な構成で回路を保護できる。

請求項３記載の照明装置によれば、請求項２記載の照明装置の効果に加えて、電流制御回路のトランジスタのコレクタにツェナダイオードのカソードを接続するとともに、このツェナダイオードのアノードにサイリスタのゲートを接続し、このサイリスタのアノードを電流制御回路のトランジスタのベースに接続し、かつ、このサイリスタのカソードを接地することで、停止回路を容易に構成できる。

請求項４記載の照明装置によれば、請求項２記載の照明装置の効果に加えて、電流制御回路のトランジスタのコレクタにツェナダイオードのカソードを接続するとともに、このツェナダイオードのアノードにダイオードのアノードを接続し、このダイオードのカソードに、このダイオードを通過した信号により動作して定電流電源を停止させる停止部を接続することで、停止回路を容易に構成できる。

以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。

図１および図２に第１の実施の形態を示し、図１は照明装置の回路図、図２は照明装置のトランジスタのベース電位とコレクタ−エミッタ間電流との関係を示すグラフである。

図１に示すように、照明装置であるＬＥＤ点灯装置11は、一定電流を供給する定電流電源12の出力端子に、１つ、あるいは複数の発光モジュール13が互いに並列に接続されているとともに、バイアス回路14が並列に接続され、かつ、このバイアス回路14に定電圧源15が接続されている。

定電流電源12は、商用交流電源ｅに対して整流部であるダイオードブリッジDBを介して接続されている。

各発光モジュール13は、主端子13a，13b間に、１つ、あるいは複数の光源であるＬＥＤ16が互いに直列に接続されているとともに、半導体スイッチとしてのトランジスタ17および抵抗である電流検出抵抗18が直列に接続されており、主端子13b側が接地されている。そして、各発光モジュール13は、ＬＥＤ16が例えば直線状の配列などの所定の配列で配置されたユニットである。

各トランジスタ17は、例えばＮＰＮ型のバイポーラトランジスタであり、これらトランジスタ17の入力端子であるコレクタは、ＬＥＤ16に接続され、制御端子であるベースは、発光モジュール13の制御端子13cにてバイアス回路14とそれぞれ接続されているとともに、出力端子であるエミッタは、電流検出抵抗18および主端子13bを介して接地されている。そして、各トランジスタ17と各電流検出抵抗18とにより、各発光モジュール13のＬＥＤ16に流れる点灯電流を制御する平準化回路である電流制御回路19が構成されている。

バイアス回路14は、各トランジスタ17のベースとそれぞれ並列に接続されてこれらベースに共通の一定バイアス電流を供給するもので、抵抗などの定電流素子21を備え、この定電流素子21には、全てのトランジスタ17のベースが並列に接続されている。

定電圧源15は、直流電源23と整流素子であるダイオード24とを直列に接続して構成され、このダイオード24のカソード側がバイアス回路14の定電流素子21と各トランジスタ17のベースとの間に接続されている。そして、この定電圧源15は、図２に示すように、通常運転時のトランジスタ17のベース電位である通常運転電位Vaよりも低く、かつ、トランジスタ17により各発光モジュール13のＬＥＤ16が所定の運転状態で点灯する所定の電位である動作保障電位Vcに設定されている。

次に、本実施の形態の動作を説明する。

各トランジスタ17のベースにバイアス回路14を介して一定のバイアス電流が供給されることで、各トランジスタ17が通電動作し、この結果、各発光モジュール13に点灯電流が流れて各ＬＥＤ16が発光する。

このとき、発光モジュール13の点灯電流が増加しようとすると、その発光モジュール13のトランジスタ17のコレクタ電流が増加し、電流検出抵抗18により設定されるトランジスタ17のエミッタ電位が高くなろうとすることでベース電流が抑制され、そのトランジスタ17の導通度合いが抑制される方向に動作する。また、発光モジュール13の点灯電流が減少しようとすると、その発光モジュール13のトランジスタ17のベース電流が増加し、そのトランジスタ17の導通度合いが増加する方向に動作する。

したがって、各発光モジュール13でのＬＥＤ16の順方向電圧のばらつきなどに起因する各発光モジュール13での点灯電流の増減が抑制され、各発光モジュール13での点灯電流が均一化されて、各発光モジュール13のＬＥＤ16が略均一に発光する。

ここで、例えばいずれかの発光モジュール13のＬＥＤ16が破損することなどにより、いずれかの発光モジュール13が定電流ループに対して開放(オープン)状態となった場合など、発光モジュール13に異常が発生した場合には、他の発光モジュール13に流れる点灯電流が増加、すなわち、これら発光モジュール13のトランジスタ17のベース電流が増加しようとすることで、トランジスタ17のベース電位が通常運転電位Vaよりも低下し、ＬＥＤ点灯装置11全体のＬＥＤ16の光出力が極端に低下しようとする。

しかし、定電圧源15が各トランジスタ17のベースに一定電圧を供給していることで、各トランジスタ17のベース電位が下支えされ、このベース電位が動作保障電位Vcよりも低下することが防止される。

この結果、全てのＬＥＤ16での光出力が極端に低下することを防止できる。

次に、図３に第２の実施の形態を示し、図３は照明装置の回路図である。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。

この第２の実施の形態は、上記第１の実施の形態の各発光モジュール13において、各ＬＥＤ16、トランジスタ17および電流検出抵抗18が直列に接続され、バイアス回路14が定電流素子21を備えて各トランジスタ17のベースに接続され、かつ、このバイアス回路14に対して、発光モジュール13毎に停止回路26が接続されているものである。

停止回路26は、各発光モジュール13のトランジスタ17のコレクタ側にトリガ素子であるツェナダイオード27のカソード側が接続され、このツェナダイオード27のアノードに、サイリスタ28のゲートとツェナダイオード27のアノード側の電位を設定する抵抗29とが並列に接続され、この抵抗29が接続端子13dを介して接地されている。

ツェナダイオード27は、降伏電圧が、トランジスタ17のコレクタ−エミッタ間の最大定格電圧よりも低い所定値に設定されている。

また、サイリスタ28は、例えばＰゲート逆阻止３端子サイリスタなどであり、ＰＮＰトランジスタのコレクタをＮＰＮトランジスタのベースに接続し、このＮＰＮトランジスタのコレクタをＰＮＰトランジスタのベースに接続して、ＰＮＰトランジスタのエミッタをアノード、ＮＰＮトランジスタのエミッタをカソード、ＮＰＮトランジスタのベースをゲートとしたものと等価な素子である。このサイリスタ28のアノードは、各トランジスタ17のベースに接続され、このサイリスタ28のカソードには、コンデンサ30が抵抗29と並列に接続され、かつ、接続端子13eを介して接地されている。

また、コンデンサ30は、接続端子13fを介して接地されている。

そして、このＬＥＤ点灯装置11では、各発光モジュール13に流れる点灯電流が増加しようとすると、その発光モジュール13の電流検出抵抗18により設定されるトランジスタ17のエミッタ電位が大きくなるため、トランジスタ17のベース電流が減少し導通度合いが減少する方向に動作し、各発光モジュール13に流れる点灯電流が減少しようとすると、その発光モジュール13の電流検出抵抗18により設定されるトランジスタ17のエミッタ電位が小さくなるためベース電流が増加し、トランジスタ17の導通度合いが増加する方向に動作することで、各発光モジュール13に流れる点灯電流が均一化されて、各ＬＥＤ16が略均一に点灯する。

このシステムは、定電流電源12から供給される電流を各発光モジュール13で平衡しており、各発光モジュール13でのＬＥＤ16のばらつきをトランジスタ17が吸収している。しかし、例えばＬＥＤ16が破損などにより短絡(ショート)した場合など、発光モジュール13に異常が発生した場合には、そのＬＥＤ16を備えた発光モジュール13の順方向電圧が低下する。そして、トランジスタ17のコレクタ電位が上昇し、ツェナダイオード27により設定される降伏電圧よりも大きくなると、ツェナダイオード27が導通することでトリガ信号となってサイリスタ28のゲートに印加され、このサイリスタ28がオンされてアノード−カソード間が導通し、バイアス回路14からそのトランジスタ17に供給されるバイアス電流をバイパスしてアースに落として、全てのトランジスタ17の共通ベース電位をプルダウンさせ、各トランジスタ17の過負荷を防止でき、簡単な構成で回路を保護できる。

次に、図４に第３の実施の形態を示し、図４は照明装置の回路図である。なお、上記第２の実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。

この第３の実施の形態は、上記第２の実施の形態の停止回路26が、ツェナダイオード27と、このツェナダイオード27のアノードに接続されたダイオード32と、このダイオード32に並列に接続されて接地された抵抗29と、ダイオード32に接続された停止部33とを備えているものである。

ダイオード32は、アノードがツェナダイオード27のアノードに接続され、カソードが接続端子13gおよび通信線34を介して停止部33に接続されている。

停止部33は、定電流電源12に接続され、ダイオード32を通過した信号、ここではツェナダイオード27によりバイパスされたトランジスタ17のコレクタ側の電圧により動作して定電流電源12を停止させるもので、例えばマイコンなどである。

そして、例えばＬＥＤ16が破損などにより短絡(ショート)した場合など、発光モジュール13に異常が発生した場合には、そのＬＥＤ16を備えた発光モジュール13の順方向電圧が低下する。そして、トランジスタ17のコレクタ電位が、ツェナダイオード27により設定される降伏電圧よりも大きくなると、ツェナダイオード27が導通することで、トランジスタ17のエミッタ側の電圧を、ダイオード32を停止部33へと入力し、この停止部33が定電流電源12を停止させて各トランジスタ17の過負荷を防止でき、簡単な構成で回路を保護できる。

なお、上記各実施の形態において、電流制御回路19は、発光モジュール13と別個に設けてもよい。

また、光源としては、ＬＥＤ16以外の任意の光源を用いることが可能である。

さらに、停止回路26は、トランジスタ17のコレクタ−エミッタ間電圧が所定値以上になるとバイアス回路14を接地させるものであれば、任意の素子を組み合わせて構成できる。

そして、半導体スイッチとしては、トランジスタ17以外でも、例えばＦＥＴなど、活性領域にて動作可能な任意の素子を用いることも可能である。

本発明の第１の実施の形態を示す照明装置の回路図である。同上照明装置のトランジスタのベース電位とコレクタ−エミッタ間電流との関係を示すグラフである。本発明の第２の実施の形態を示す照明装置の回路図である。本発明の第３の実施の形態を示す照明装置の回路図である。

符号の説明

11 照明装置としてのＬＥＤ点灯装置
12 定電流電源
13 発光モジュール
14 バイアス回路
15 定電圧源
16 光源としてのＬＥＤ
17 半導体スイッチとしてのトランジスタ
18 抵抗である電流検出抵抗
19 電流制御回路
26 停止回路
27 ツェナダイオード
28 サイリスタ
32 ダイオード
33 停止部

Claims

定電流電源と；
１つ以上の光源を備え、前記定電流電源に対して互いに並列に接続される複数の発光モジュールと；
前記各発光モジュールのそれぞれに直列に入力端子が接続され活性領域にて動作可能な半導体スイッチと、この半導体スイッチの出力端子に接続された抵抗とを備え、前記各発光モジュールの光源に流れる点灯電流を制御する電流制御回路と；
前記定電流電源に接続され、前記各半導体スイッチのそれぞれの制御端子に共通の一定バイアス電流を供給するバイアス回路と；
このバイアス回路に接続され、前記半導体スイッチの制御素子の電位を所定の電位以上に設定する定電圧源と；
を具備していることを特徴とした照明装置。
定電流電源と；
１つ以上の光源を備え、前記定電流電源に対して互いに並列に接続される複数の発光モジュールと；
前記各発光モジュールのそれぞれに入力端子が直列に接続された半導体スイッチを備え、前記各発光モジュールの光源に流れる点灯電流を制御する電流制御回路と；
前記定電流電源に接続され、前記各半導体スイッチのそれぞれの制御端子に共通の一定バイアス電流を供給する停止回路と；
前記電流制御回路の半導体スイッチの入力端子−出力端子間電位が所定値以上になると、前記定電流電源からの給電を停止させる停止回路と；
を具備していることを特徴とした照明装置。
半導体スイッチは、トランジスタであり、
停止回路は、
前記トランジスタの入力端子であるコレクタにカソードが接続されたツェナダイオードと、
前記トランジスタの制御端子であるベースにアノードが接続され、カソードが接地されるとともに、前記ツェナダイオードのアノードにゲートが接続されたサイリスタとを備えている
ことを特徴とした請求項２記載の照明装置。
半導体スイッチは、トランジスタであり、
停止回路は、
前記トランジスタの入力端子であるコレクタにカソードが接続されたツェナダイオードと、
このツェナダイオードのアノードにアノードが接続されたダイオードと、
このダイオードのカソードに接続され、このダイオードを通過した信号により動作して定電流電源を停止させる停止部とを備えている
ことを特徴とした請求項２記載の照明装置。