JP2010199522A

JP2010199522A - Ｌｅｄ点灯装置

Info

Publication number: JP2010199522A
Application number: JP2009046078A
Authority: JP
Inventors: Tomokazu Usami; 朋和宇佐美; Hiroshi Terasaka; 博志寺坂; Hirokazu Otake; 寛和大武; Hiroshi Kubota; 洋久保田
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2010-09-09

Abstract

【課題】
複数個のＬＥＤの直列回路からなるＬＥＤモジュールにアーク放電が発生したときに、定電流電源を制御することなしにアーク放電を消弧させるようにしたＬＥＤ点灯装置を提供する。
【解決手段】
ＬＥＤ点灯装置は、定電流電源DCCと、複数のＬＥＤ（LED1〜LED7）が直列接続して定電流電源の出力端に接続し、かつ隣接した複数のＬＥＤの順方向降下電圧Ｖｆの合計値ＶＴが１３Ｖ以下であるＬＥＤモジュールと、ＬＥＤモジュールにおいて順方向降下電圧Ｖｆの合計値ＶＴが１３Ｖ以下である隣接した複数のＬＥＤの直列部分に対して並列接続し、降伏電圧Ｖｚが１３Ｖ以下で、かつＶｚ＞ＶＴを満足するツェナーダイオードZD1〜ZD4とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のＬＥＤを安全に直列点灯するＬＥＤ点灯装置に関する。

複数のＬＥＤを定電流電源に直列接続して点灯するＬＥＤ点灯装置において、回路中の各接続部の着脱、接触不良、断線あるいはＬＥＤのワイヤボンディングの開放などにより回路中にアークが発生した場合に、定電流回路の出力電圧の上昇によりアークを検出したときに直流電流を停止する制御部を設けることは既知である（特許文献１参照。）。

電気接点対での開離時アーク特性において、銅電気接点対の場合、Holmによる最小アーク電圧Ｖｍ１３Ｖ、最小アーク電流Ｉｍ０．４３Ａに等しい結果が得られることが知られている（非特許文献１参照。）。

一方、複数のＬＥＤを定電流電源に直列接続して点灯するＬＥＤ点灯装置において、各ＬＥＤにツェナーダイオードを並列接続して、一部のＬＥＤがオープンモードで故障した際にツェナーダイオードを介して電流がバイパスすることにより、残余のＬＥＤが継続して点灯するように構成することは既知である（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００９−０１０１００号公報特開２００２−２９９６９５号公報社団法人電子情報通信学会発行、「信学技報」R 2000-36、EMD 2000-89(2001-2) 第7〜12頁

特許文献１に記載されたＬＥＤ電源装置は、回路にアーク放電が発生したときに当該アーク放電を検出するとともに定電流電源から出力される直流電流を停止させるための制御部を必要とするため、回路構成が複雑化する。

特許文献２に記載されたＬＥＤ点灯回路は、一部のＬＥＤがオープンモード故障したときにも残余のＬＥＤを点灯継続させるための手段であり、オープン故障時にアーク放電が発生した際の保護動作については、考慮されていない。また、個々のＬＥＤにそれぞれツェナーダイオードを並列接続するので、部品点数およびその配線工数が多くなる。

本発明は、複数個のＬＥＤの直列回路からなるＬＥＤモジュールにアーク放電が発生したときに、定電流電源を制御することなしにアーク放電を消弧させるようにしたＬＥＤ点灯装置を提供することを目的とする。

本発明のＬＥＤ点灯装置は、定電流電源と；複数のＬＥＤが直列接続して定電流電源の出力端に接続したＬＥＤモジュールと；ＬＥＤモジュールにおいて順方向降下電圧Ｖｆの合計値ＶＴが１３Ｖ以下である隣接した複数のＬＥＤの直列部分に対して並列接続し、降伏電圧Ｖｚが１３Ｖ以下で、かつＶｚ＞ＶＴを満足するツェナーダイオードと；を具備していることを特徴としている。

本発明は、以下の態様を許容する。

定電流電源は、本発明の性質上、ＬＥＤモジュールを点灯するために厳密な定電流であることが要求されるものではなく、略定電流特性を有していて、ほぼ定電流化された直流電流を出力するのであればよい。なお、直流電流は、調光信号に応じてＬＥＤを調光点灯するなどのためにＰＷＭ制御されていてもよい。

ＬＥＤモジュールは、複数のＬＥＤが直列接続していて、後述するツェナーダイオードが接続する直列部分のＬＥＤの順方向降下電圧Ｖｆの合計値ＶＴが１３Ｖ以下であればよく、その余の形態については特段限定されない。所望によりＬＥＤモジュールの両端が接続し、定電流電源または他のＬＥＤモジュールと直列接続するための単一のコネクタを備えていることが許容される。

また、直列接続するＬＥＤの数は、特段限定されないが、負荷電圧が４５Ｖ以上になるような数のＬＥＤを直列接続した場合には、アーク放電が発生しやすくなるので、本発明は、特に効果的である。なお、負荷電圧は、ＬＥＤモジュールに直流定電流が流れたときのＬＥＤモジュールの両端電圧である。

さらに、ＬＥＤは、その用途が照明に限定されない。このため、多様な光色や順方向降下電圧（Ｖｆ）などを有するＬＥＤを用いることができる。

ＬＥＤモジュールにおいて、複数の隣接して直列接続するＬＥＤであって、各ＬＥＤのＶｆの合計値ＶＴが１３Ｖ以下となる直列部分に対して、後述するツェナーダイオードが並列接続されている。

ツェナーダイオードは、その降伏電圧Ｖｚが１３Ｖ以下で、かつＬＥＤモジュールにおける直列部分に含まれるＬＥＤのＶｆの合計値ＶＴが１３Ｖ以下で、かつＶｚ＞ＶＴの条件を満足するように設定されている。これは、銅接点の最小アーク電圧が１３ＶであることがHolmにより明らかにされているが、ツェナーダイオードの降伏電圧Ｖｚが１３Ｖ以下であれば、以下の作用が生じるからである。

すなわち、ツェナーダイオードが並列接続する複数のＬＥＤの直列部分のうち、例えば１つのＬＥＤに関連するオープンモード故障が生起した際にアーク放電が発生すると、アーク放電に降下電圧（Ｖarc）が生じる。このため、上記直列部分の電圧降下がＶＴ＋Ｖarcとなって、ツェナーダイオードの降伏電圧Ｖｚを超える。その結果、ツェナーダイオードが降伏して上記直列部分の電圧降下がＶｚに制限されるから、オープンモード故障部の電圧がアーク放電電圧以下に低下してしまうので、最早アーク放電が維持されないで消滅する。

これに対して、ＬＥＤモジュールの電源が定電流電源の場合、アーク放電が発生しても負荷回路に定電流が流れ続けるため、アーク放電が持続した状態が継続すると、当該部分において定電流とアーク電圧との積により決まる大きな電力が消費されるから、当該部分が異常発熱する。その結果、発煙したり、甚だしい場合には発火に至ったりする恐れもある。

なお、ツェナーダイオードの好ましい降伏電圧Ｖｚは、上記条件を満足し、かつ１１Ｖ以上である。そうすれば、降伏電圧が高いために、より多くの数のＬＥＤの直列部分にツェナーダイオードを並列接続することができる。その結果、ツェナーダイオードの使用数をより一層低減することができる。

ところで、ツェナーダイオードが並列接続する直列部分のＬＥＤの数は、２個以上であればよい。しかし、好ましくはＬＥＤのＶｆにもよるが上限が６個程度までである。より好ましくは３〜５個程度である。直列部分のＬＥＤの数が多くなると、それに伴ってそのうちの１個のＬＥＤにオープンモード故障が発生したときにツェナーダイオードの降伏に伴って消灯するＬＥＤが多くなる。また、直列部分が２個のＬＥＤからなる場合には、使用するツェナーダイオードの数がＬＥＤの数の少なくとも半分になる。これより少ない数のツェナーダイオードを所望する場合には、直列部分に含まれるＬＥＤの数が３個以上であるのがよい。

また、複数のＬＥＤの直列部分うち、一部のＬＥＤ、例えば１個または複数個を２個のツェナーダイオードが共有して、並列接続するように構成することができる。この場合、２個のツェナーダイオードは、それらの両端がＬＥＤモジュールの複数のＬＥＤのうち異なったＬＥＤに接続する。換言すれば、２個のツェナーダイオードがＬＥＤモジュールに対して段違いに並列接続する。

さらに、ＬＥＤモジュールの両端が互いに比較的接近した単一のコネクタを備えていて、このコネクタを介して他のＬＥＤモジュールと直列接続したり、定電流電源の出力端に接続したりするように構成されている態様を許容する。この態様において、全てのＬＥＤの順方向降下電圧Ｖｆの合計値ＶＴが１３Ｖ以下である場合には、ＬＥＤモジュールの両端間にツェナーダイオードを接続した構成とすることができる。このような構成によれば、コネクタ内部にアーク放電が発生したときにもツェナーダイオードがアーク放電を消滅させることができる。

なお、以上の説明によれば、本発明においては、負荷のＬＥＤモジュールに接続したツェナーダイオードがオープンモード故障時に保護動作を行うので、定電流電源に安全回路を配設する必要がないし、また保護状態下であっても残余のＬＥＤが一部を除いて発光し続けるので、引き続き最低限の照明を持続することができる。しかしながら、保護動作前の本来の発光量が得られないので、なるべく早い時期に故障したＬＥＤを除外して正常な負荷状態に戻すことが望ましい。このために、所望により負荷の異常状態発生を表示する表示手段を定電流電源に配設することができる。

また、本発明のＬＥＤ点灯装置は、そのＬＥＤを照明装置の光源として用いることができる。この場合の照明装置は、照明装置本体およびＬＥＤ点灯装置を具備している。照明装置は、ＬＥＤを光源として備えていればその余の構成は自由であり、またその用途は照明目的であるのが一般的であるが、これに限定されない。照明装置本体は、照明装置からＬＥＤ点灯装置を除去した残余の全ての部分をいう。

本発明によれば、複数のＬＥＤが直列接続してなり、定電流電源の出力端に接続したＬＥＤモジュールにおいて各ＬＥＤのＶｆの合計値ＶＴが１３Ｖ以下となる複数のＬＥＤの直列部分に対して並列接続され、降伏電圧Ｖｚが１３Ｖ以下で、かつＶｚ＞ＶＴを満足するツェナーダイオードを具備していることにより、ＬＥＤモジュール内における複数のＬＥＤからなる直列列部分のオープンモード故障時にアーク放電が発生したとしても、並列接続しているツェナーダイオードが降伏して当該直列部分の両端電圧をアーク電圧以下に低下させるので、アーク放電を迅速に消滅させることができる。その結果、定電流電源を制御することなしにオープンモード故障部が異常発熱するのを回避して安全化を図ることができる。

また、ツェナーダイオードの降伏電圧を１３Ｖまでの範囲で高く設定することができるので、複数のＬＥＤに対して１個のツェナーダイオードを並列接続することができるから、少ない数のツェナーダイオードでＬＥＤモジュール全体をアーク放電から保護することができる。

さらに、少なくとも降伏していない他のツェナーダイオードが並列接続している残余の直列部分のＬＥＤは、オープンモード故障発生後も引き続き点灯を継続するので、オープンモード故障が発生したことを目視により確認することができ、早期に正常なＬＥＤモジュールに交換できるとともに、その交換前でも最小限の照明を継続できるから安心である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。

図１は、本発明のＬＥＤ点灯装置を実施するための第１の形態を示す回路図である。

本形態において、ＬＥＤ点灯装置は、定電流電源ＤＣＣ、ＬＥＤモジュールLMおよびツェナーダイオードＤＺ１〜ＺＤ４を具備して構成されていて、商用交流電源ＡＣから給電される。

本形態において、定電流電源ＤＣＣは、例えば整流化直流電源および定電流化回路を備えて構成されている。整流化直流電源で交流を整流、平滑化して整流化直流電源を得るとともに定電流化回路で定電流制御を行って直流出力に定電流特性を付与している。

ＬＥＤモジュールLMは、複数例えば７個のＬＥＤ（ＬＥＤ１〜ＬＥＤ７）が同一極性に直列接続してなる部分を１単位としたとき、その１単位または直列接続した複数の単位からなる。そして、その両端が定電流電源ＤＣＣの直流出力端に順方向に接続する。

ツェナーダイオードＺＤは、上記１単位に対して４個（ＤＺ１〜ＺＤ４）がそれぞれＬＥＤモジュールLMの隣接する３個のＬＥＤの直列部分に対して並列接続するとともに、上記直列部分のうち２個のＬＥＤを共有しながら１個のＬＥＤずれて段違いに接続している。すなわち、ツェナーダイオードＺＤ１は、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ３の直列部分に接続し、ツェナーダイオードＺＤ２は、ＬＥＤ２〜ＬＥＤ４の直列部分に接続し、ツェナーダイオードＺＤ３は、ＬＥＤ４〜ＬＥＤ６の直列部分に接続し、ツェナーダイオードＺＤ４は、ＬＥＤ５〜ＬＥＤ７の直列部分に接続している。上記各直列部分における複数のＬＥＤの順方向降下電圧Ｖｆの合計値ＶＴは１３Ｖ以下である。

ツェナーダイオードＺＤは、その降伏電圧Ｖｚが１３Ｖ以下で、かつＶｚ＞ＶＴの条件をともに満足するように設定されている。

実施例１は、図１に示す回路において、図示のＬＥＤ直列接続列体を１単位として全部で２単位を定電流電源ＤＣＣの出力端に直列接続した。

ＬＥＤモジュールにおいて、複数のＬＥＤは白色発光形で、そのＶｆがいずれも３．５Ｖである。したがって、隣接する複数のＬＥＤの直列部分における３個のＬＥＤのＶｆの合計値ＶＴは１０．５Ｖである。また、ＬＥＤモジュールＬＭ全体でＬＥＤは１４個であるから、その負荷電圧は４９Ｖである。

ツェナーダイオードＺＤは、その降伏電圧が１２Ｖであり、ＬＥＤモジュールＬＭの１単位に対して４個のツェナーダイオードＺＤが段違いに接続している。

そうして、定電流電源ＤＣＣから直流電流を供給して直列接続した２単位のＬＥＤモジュールＬＭを点灯中に、図示の第１の単位の中のＬＥＤ２にオープンモード故障部を人為的形成した。その結果、オープンモード故障部にアーク放電が発生したが、その直後にツェナーダイオードＺＤ１とＺＤ２が降伏して、アーク放電が瞬時に消滅した。これに伴って、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３が消灯したものの、ＬＥＤ１、ＬＥＤ４には正常状態の５０％の電流が流れるので、調光状態で点灯を継続し、残余のＬＥＤ５〜ＬＥＤ７には１００％の電流が流れて正常状態で点灯を継続した。なお、上記回路動作の間、ＬＥＤモジュールの残余の第２の単位は、定電流電源ＤＣＣからの直流電流により全てのＬＥＤが正常状態で点灯を継続した。

図２は、本発明のＬＥＤ点灯装置を実施するための第２の形態を示す回路図である。なお、図中図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
本形態において、ＬＥＤモジュールＬＭは、ＬＥＤが６個（ＬＥＤ１〜ＬＥＤ６）に対して２個のツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２がＬＥＤを共有することなしに並列接続する部分を１単位としたとき、１単位または直列接続した複数の単位からなる。

実施例２は、図２に示す回路において、ＬＥＤモジュールＬＭとして図示の部分を１単位として全部で３単位を定電流電源ＤＣＣの出力端に直列接続した。使用されるＬＥＤは全部で１８個であり、ツェナーダイオードは全部で６個であり、隣接するＬＥＤ３個の直列部分に対して並列接続している。ＬＥＤおよびツェナーダイオードは、実施例１と同じ仕様であり、したがってＶＴは１０．５Ｖである。また、ＬＥＤモジュールＬＭ全体の負荷電圧は６３Ｖである。
そうして、点灯中にＬＥＤモジュールの図示の第１の単位の中のＬＥＤ３を人為的にオープンモード故障させたところ、オープンモード故障部にアーク放電が発生し、その直後にツェナーダイオードＺＤ１が降伏して、同時にアーク放電が消滅した。その結果、負荷電流は、ツェナーダイオードＺＤ１を経由して流れた。そのため、第１の単位のＬＥＤ１〜ＬＥＤ３は消灯したが、残余のＬＥＤ４〜ＬＥＤ６および残余の第２および第３の単位は継続して１００％で点灯した。

図３は、本発明のＬＥＤ点灯装置を実施するための第３の形態を示す回路図である。なお、図中図２と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。

本形態において、ＬＥＤモジュールＬＭは、図２に示す第２の形態との対比において、ＬＥＤの直列接続回路の両端が単一のコネクタＣＮに接続してなる部分を１単位としていて、その１単位または複数単位が定電流電源ＤＣＣの出力端に直列接続してなり、図示の態様では第１および第２単位ＬＭ１、ＬＭ２からなる点で異なる。コネクタＣＮは、単位の一端に配設され、内部に収納している互いに比較的接近している一対の端子にＬＥＤの直列接続体の両端が接続している。このコネクタＣＮを利用して定電流電源ＤＣＣまたは他の単位に接続する。

実施例３は、図３に示す１単位として、その７単位を直列接続してＬＥＤモジュールＬＭを構成して、定電流電源ＤＣＣの出力端に接続した。使用されるＬＥＤは全部で２１個であり、ツェナーダイオードは７個（ＺＤ１〜ＺＤ７）である。ＬＥＤおよびツェナーダイオードは、実施例１と同じ仕様であり、したがってＶＴは７組のＬＥＤモジュール全体で７３．５Ｖである。
そうして、点灯中に図示の第１の単位ＬＭ１のコネクタＣＮを人為的にオープンモード故障させたところ、アーク放電が発生し、その直後にツェナーダイオードＺＤ１が降伏し、同時にアーク放電が消滅した。その結果、負荷電流は、ツェナーダイオードＺＤ１を経由して流れた。そのため、ＬＥＤモジュールＬＭの第１の単位はそのＬＥＤ１〜ＬＥＤ３が全部消灯したが、残余の残余の第２ないし第７の単位は継続して１００％で点灯した。

本発明のＬＥＤ点灯装置を実施するための第１の形態の回路図本発明のＬＥＤ点灯装置を実施するための第２の形態の回路図本発明のＬＥＤ点灯装置を実施するための第３の形態の回路図

ＤＣＣ…定電流電源、ＬＭ…ＬＥＤモジュール、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ７…ＬＥＤ、ＺＤ１〜ＺＤ４…ツェナーダイオード

Claims

定電流電源と；
複数のＬＥＤが直列接続して定電流電源の出力端に接続したＬＥＤモジュールと；
ＬＥＤモジュールにおいて順方向降下電圧Ｖｆの合計値ＶＴが１３Ｖ以下である隣接した複数のＬＥＤの直列部分に対して並列接続し、降伏電圧Ｖｚが１３Ｖ以下で、かつＶｚ＞ＶＴを満足するツェナーダイオードと；
を具備していることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。