JP2011216316A - Led点灯装置およびled照明器具 - Google Patents

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Abstract

【課題】安価に形成可能であって、発光ダイオードに過電流が流れることを抑制できるLED点灯装置およびこのLED点灯装置を具備するLED照明器具を提供する。
【解決手段】LED点灯装置1は、平滑用コンデンサC3の両端間に定電圧が出力するように形成された直流電源回路2と、平滑用コンデンサC3の両端間に接続される発光ダイオード3と、発光ダイオード3に流れる電流を検出する電流検出回路4と、平滑用コンデンサC3の両端間に接続された第2の抵抗R2およびスイッチング素子Tr1の直列回路を有し、電流検出回路4が所定値以上の電流が流れていることを検出しているときにスイッチング素子Tr1がオンするように制御されるバイパス回路5を具備している。
【選択図】図1

Description

本発明は、発光ダイオードを点灯するLED点灯装置およびこのLED点灯装置を具備するLED照明器具に関する。
発光ダイオード(LED)は、光源として一般用照明器具に利用されている。この照明器具は、所定の照度(明るさ)を得るために、多数の発光ダイオードを搭載している。また、個々の発光ダイオードからの光出力をできるだけ高出力とするために、発光ダイオードに最大許容電流に近い定電流が流されているものがある。ここで、電源電圧が急激に変動すると、定電流制御が追いつかず、発光ダイオードに過電流が流れることがある。また、発光ダイオードを電源が投入されている点灯装置から外したり、点灯装置に再接続するときにも、発光ダイオードに過電流が流れることがある。
そして、LEDユニットが再接続されたときにLEDユニットに過電流が流れることを防止するLED駆動装置が提案されている(特許文献1参照。)。この従来技術のLED駆動装置は、LEDユニットが着脱可能に接続される接続手段と、LEDユニットが接続手段に接続されているか、LEDユニットが接続手段から外れたかを判別する無負荷判別手段を備えていて、抵抗器とスイッチング素子との直列回路である放電手段が、直流−直流変換手段の平滑用コンデンサに並列に接続されている。そして、オンオフ切替手段は、LEDユニットが接続手段に接続されていると無負荷判別手段で判別されたときは、スイッチング素子をオフ状態にし、LEDユニットが接続手段から外れたと無負荷判別手段で判別されたときにスイッチング素子をオフ状態からオン状態に切り替えるものである。
特開2010−55824号公報(第7−8頁、第1図)
特許文献1のLED駆動装置は、LEDユニットが接続手段に接続されていないときに放電手段を平滑用コンデンサに並列接続し平滑用コンデンサの両端間電圧を低下させ、LEDユニットが接続手段に接続されたときにLEDユニットに過電流が流れることを防止するものである。したがって、LEDユニットが接続手段に接続されているときの電源電圧の急激な変動などによる過電流がLEDユニットに流れることを防止することができない。
また、LED駆動装置は、無負荷判別手段やオンオフ切替手段を設けて、放電手段のスイッチング素子のオンオフ状態を切り替えるので、回路構成が複雑となり、高価になるという欠点を有する。
本発明は、安価に形成可能であって、発光ダイオードに過電流が流れることを抑制できるLED点灯装置およびこのLED点灯装置を具備するLED照明器具を提供することを目的とする。
請求項1に記載のLED点灯装置の発明は、平滑用コンデンサを有し、この平滑用コンデンサの両端間に定電圧が出力するように形成された直流電源回路と;前記平滑用コンデンサの両端間に接続される発光ダイオードと;この発光ダイオードに流れる電流を検出する電流検出回路と;前記平滑用コンデンサの両端間に接続された抵抗およびスイッチング素子の直列回路を有し、電流検出回路が所定値以上の電流が流れていることを検出しているときに前記スイッチング素子がオンするように制御するバイパス回路と;を具備していることを特徴とする。
本発明および以下の各発明において、特に言及しない限り、各構成は以下による。
平滑用コンデンサの両端は、直流電源回路の出力端を意味する。
直流電源回路は、バッテリ、交流電圧を整流または整流平滑したもの、これらに昇圧チョッパ回路、昇降圧チョッパ回路または降圧チョッパ回路を接続したものなど、平滑用コンデンサの両端間に定電圧の直流電圧を出力するものであればよい。
発光ダイオードは、1個または複数個であってもよく、複数個の場合、直列接続または並列接続のいずれであってもよい。
抵抗は、放電抵抗として機能するように、その抵抗値が設定される。
「所定値以上の電流」とは、発光ダイオードに流れる過電流を意味する。そして、所定値は、例えば発光ダイオードに流すことのできる最大許容電流とすることができる。
本発明によれば、電流検出回路に過電流である所定値以上の電流が流れると、発光ダイオードが点灯した状態で、その期間に亘ってバイパス回路のスイッチング素子がオンされ、抵抗が平滑用コンデンサの両端間に接続される。平滑用コンデンサの両端間電圧は、その定電圧を上回る過電圧が抵抗により放電されて、定電圧となる。これにより、発光ダイオードに過電流が流れることが抑制される。
請求項2に記載のLED点灯装置の発明は、請求項1記載のLED点灯装置の発明において、前記電流検出回路よりも発光ダイオード側において発光ダイオードと直列接続されたスイッチ素子を有してなり、このスイッチ素子のオンオフが前記バイパス回路のスイッチング素子のオンオフに応じて制御される電流遮断回路と;を具備していることを特徴とする。
発光ダイオードは、スイッチ素子がオンすると、平滑用コンデンサの両端間に接続されて点灯し、スイッチ素子がオフすると、平滑用コンデンサの両端間に接続されなくなって消灯する。
そして、スイッチ素子は、バイパス回路のスイッチング素子がオフしているときにはオンし、スイッチング素子がオンしているときにはオフする。
本発明によれば、電流検出回路に過電流である所定値以上の電流が流れると、バイパス回路のスイッチング素子がオンされるとともに、スイッチ素子がオフされる。発光ダイオードは、平滑用コンデンサの両端間に接続されなくなり、過電流が流れなくなる。また、電流検出回路に電流が流れなくなって、バイパス回路のスイッチング素子がオフし、スイッチ素子がオンする。
スイッチング素子がオンしてオフするまでの期間、バイパス回路の抵抗が平滑用コンデンサの両端間に接続される。平滑用コンデンサの両端間電圧は、その定電圧を上回る過電圧が抵抗により放電されて、定電圧となる。これにより、発光ダイオードに定電圧が印加されて定電流が流れ、過電流が流れることが抑制される。
請求項3に記載のLED照明器具の発明は、請求項1または2記載のLED点灯装置と;このLED点灯装置を配設している器具本体と;を具備していることを特徴とする。
本発明によれば、請求項1または2記載のLED点灯装置を具備するので、光源である発光ダイオードに過電流が流れることを抑制できるLED照明器具が提供される。
請求項1の発明によれば、電流検出回路に過電流が流れる期間に亘ってバイパス回路の抵抗が平滑用コンデンサの両端間に接続されて、平滑用コンデンサの両端間の過電圧が抵抗により放電されるので、発光ダイオードが点灯している状態で、発光ダイオードに過電流が流れることが抑制することができて、過電流による発光ダイオードの破壊や短寿命などを防止することができる。
請求項2の発明によれば、電流検出回路抵抗に過電流が流れると、バイパス回路のスイッチング素子のオン、電流遮断回路のスイッチ素子のオフにより、発光ダイオードが平滑用コンデンサの両端間に接続されなくなって発光ダイオードに過電流が流れなくなるとともに、バイパス回路のスイッチング素子がオンしているときに抵抗が平滑用コンデンサの両端間に接続されて、平滑用コンデンサの両端間電圧の過電圧が抵抗により放電されるので、発光ダイオードに過電流が流れることが抑制することができて、過電流による発光ダイオードの破壊や短寿命などを防止することができる。
請求項3の発明によれば、光源である発光ダイオードに過電流が流れることを抑制するLED点灯装置を具備するので、過電流による発光ダイオードの破壊や短寿命などが防止されるLED照明器具を提供することができる。
本発明の実施例1を示すLED点灯装置の概略回路図。 同じく、発光ダイオードに流れる電流の変化図。 本発明の実施例2を示すLED点灯装置の概略回路図。 本発明の実施例3を示すLED照明器具の概略斜視図。
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本発明において、直流電源回路の平滑用コンデンサの両端間には、抵抗およびスイッチング素子の直列回路が接続される。そして、電流検出回路に過電流が流れる期間に亘ってスイッチング素子がオンされ、平滑用コンデンサの両端間の過電圧が抵抗により放電される。これにより、発光ダイオードに過電流が流れることが抑制される。
図1および図2は、本発明の実施例1を示し、図1はLED点灯装置の概略回路図、図2は発光ダイオードに流れる電流の変化図である。
図1において、LED点灯装置1は、直流電源回路2、発光ダイオード3、電流検出回路4およびバイパス回路5を有して構成されている。そして、入力端子6a,6bが商用交流電源Vsに接続され、出力端子7a,7bがコネクタ8に設けられている。
直流電源回路は、AC−DC変換回路9および降圧チョッパ回路10により構成されている。AC−DC変換回路9は、全波整流回路11、トランスT1を有して形成されたノイズフィルタ回路12およびノイズフィルタとして作用するコンデンサC1を有して形成されている。そして、全波整流回路11の入力端子は、ノイズフィルタ回路12を介して入力端子6a,6bに接続されている。全波整流回路11の出力端子間にコンデンサC1を接続している。コンデンサC1の低電位側は、コンデンサC2を介してアースEに接続されている。AC−DC変換回路9は、商用交流電源Vsの交流電圧例えばAC100Vを全波整流し、全波整流電圧をコンデンサC1の両端間に出力する。
降圧チョッパ回路10は、周知の構成で形成され、AC−DC変換回路9の出力間に接続されている。すなわち、AC−DC変換回路9のコンデンサC1に並列的に接続された電界効果トランジスタQ1およびダイオードD1の直列回路と、ダイオードD1に並列的に接続されたインダクタL1および平滑用コンデンサC3の直列回路とを有している。平滑用コンデンサC3の両端間は、降圧チョッパ回路10の出力間であるとともに直流電源回路2の出力間であり、出力端子7a,7bに接続されている。この出力端子7a,7bに発光ダイオード3が接続される。
そして、電界効果トランジスタQ1は、そのゲート、ソース間が制御回路13に接続されている。制御回路13は、例えばDC3〜4Vの制御信号(駆動電圧)を電界効果トランジスタQ1のゲート、ソース間に印加して電界効果トランジスタQ1をオンさせるものであり、発光ダイオード3に定電流が流れるように制御信号を出力し、電界効果トランジスタQ1をオンオフ動作させる。これにより、AC−DC変換回路9から出力された直流電圧は、チョッピングされ、平滑用コンデンサC3の両端間に定電圧が発生する。
このように、直流電源回路2は、平滑用コンデンサC3を有し、発光ダイオード3に定電流が流れるように、平滑用コンデンサC3の両端間に直流圧が出力するように形成されている。
発光ダイオード3は、複数個が直列接続されたLED回路14に形成されている。発光ダイオード3は、同一種類からなり、LED回路14の両端間に平滑用コンデンサC3の両端間電圧(定電圧)が印加されると、定電流が流れて点灯し、照明光として利用される可視光(例えば白色光)を放射するように形成されている。
電流検出回路4は、発光ダイオード3に流れる電流を検出するものであり、当該電流を第1の抵抗R1で検出する。第1の抵抗R1は、平滑用コンデンサC3の負極側および発光ダイオード3の間に介挿されている。発光ダイオード3に流れる電流は、第1の抵抗R1の両端間電圧に変換され、制御回路13に入力される。
バイパス回路5は、抵抗としての第2の抵抗R2およびスイッチング素子としてのN形バイポーラトランジスタTr1の直列回路と、バイポーラトランジスタTr1に並列接続されたコンデンサC4にて形成され、当該直列回路が平滑用コンデンサC3の両端間に接続されている。そして、トランジスタTr1のベース、エミッタ間が電流検出回路4の第1の抵抗R1の両端間に接続されている。
バイパス回路5は、トランジスタTr1がオンすると、第2の抵抗R2の両端間が平滑用コンデンサC3の両端間に接続される。これにより、平滑用コンデンサC3の両端間電圧は、第2の抵抗R2での電力消費により放電される。そして、トランジスタTr1は、第1の抵抗R1に定電流が流れているときには、オンしない。しかし、トランジスタTr1は、第1の抵抗R1に定電流を上回って設定される所定値以上の電流すなわち過電流が流れると、第1の抵抗R1の両端間電圧が増加することによりオンする。トランジスタTr1は、第1の抵抗R1に所定値以上の電流が流れる期間に亘ってオンにされる。
なお、定電流は、例えば、発光ダイオード3の最大許容電流を幾分下回る電流に設定し、所定値は、最大許容電流を幾分上回る電流に設定することができる。
次に、本発明の実施例1の作用について述べる。
発光ダイオード3に流れる電流は、電流検出回路4の第1の抵抗R1により検出され、直流電源回路2の制御回路13に入力される。制御回路13は、発光ダイオード3に定電流が流れるように降圧チョッパ回路10の電界効果トランジスタQ1のオンオフ動作を制御し、平滑用コンデンサC3の両端間に直流電圧を出力させる。これにより、発光ダイオード3に定電流が流れて、発光ダイオード3は、安定的に点灯する。
そして、商用交流電源Vsの急激な電圧変動や振動等によるコネクタ8の接触不良などが発生すると、平滑用コンデンサC3の両端間電圧が上昇することがある。この電圧上昇に対して、制御回路13は、定電流制御を行うが、定電流制御が追いつかず、図2に示すように、発光ダイオード3に所定値以上の電流が流れることがある。
発光ダイオード3に所定値以上の電流すなわち過電流が流れると、電流検出回路4の第1の抵抗R1の両端間電圧が上昇することにより、バイパス回路5のトランジスタTr1がオンする。トランジスタTr1は、第1の抵抗R1が過電流を検出する期間に亘ってオンにされる。
トランジスタTr1がオンしている期間、バイパス回路5の第2の抵抗R2が平滑用コンデンサC3の両端間に接続されて、平滑用コンデンサC3の両端間電圧が第2の抵抗R2で放電される。これにより、平滑用コンデンサC3の両端間電圧は、次第に低下していき、発光ダイオード3に流れる過電流は、次第に減少していき、電流検出回路4の第1の抵抗R1の両端間電圧は、次第に低下していく。
そして、第1の抵抗R1に流れる電流が所定値を下回ると、第1の抵抗R1の両端間に発生する電圧は、バイパス回路5のトランジスタTr1をオンにさせることはできず、トランジスタTr1はオフする。これにより、平滑用コンデンサC3の両端間に第2の抵抗R2が接続されなくなって、平滑用コンデンサC3の両端間電圧の放電が停止される。ここで、発光ダイオード3は、トランジスタTr1がオンし、平滑用コンデンサC3の両端間電圧が放電されている期間においても点灯する。
そして、トランジスタTr1がオフした後、制御回路13による定電流制御により、発光ダイオード3に定電流が流れるようになる。
上述したように、電流検出回路2の第1の抵抗R1に過電流が流れる期間に亘ってバイパス回路5の第2の抵抗R2が平滑用コンデンサC3の両端間に接続されて、平滑用コンデンサC3の両端間の過電圧が第2の抵抗R2により放電されるので、発光ダイオード3が点灯している状態で、発光ダイオード3に過電流が流れることが抑制することができて、過電流による発光ダイオード3の破壊や短寿命などを防止することができる。
そして、バイパス回路5のトランジスタTr1のオンオフ制御は、電流検出回路4の第1の抵抗R1の両端間電圧により行う簡易な構成であるので、LED点灯装置1を安価に形成することができる。
なお、バイパス回路5のトランジスタTr1は、直流電源回路2の制御回路13により、電流検出回路4が過電流を流れていることを検出しているときに、オンするように制御されてもよい。
図3は、本発明の実施例2を示すLED点灯装置の概略回路図である。なお、図1と同一部部には、同一符号を付して説明は省略する。
図3に示すLED点灯装置15は、図1に示すLED点灯装置1において、電流遮断回路16を設けたものである。また、複数の出力端子7a1,7b1、7a2,7b2を設けて、複数のLED回路14を接続するように構成したものである。そして、各LED回路14に対して、電流検出回路4および電流遮断回路16が設けている。そして、電流検出回路4および電流遮断回路16の間に抵抗R3を介挿している。
電流遮断回路16は、発光ダイオード3に流れる電流を遮断するものであり、発光ダイオード3に直列接続されるとともに、電流検出回路4よりも発光ダイオード3側に接続されている。電流遮断回路16は、スイッチ素子としてのN形バイポーラトランジスタTr2により形成されている。トランジスタTr2は、電流検出回路4および発光ダイオード3の間に介挿されている。そして、トランジスタTr2のベースは、バイパス回路5の第2の抵抗R2およびトランジスタTr1の中点A1に接続されている。
トランジスタTr2は、バイパス回路5のトランジスタTr1がオフしているときに、平滑用コンデンサC3から第2の抵抗R2を介してベースに電流が供給されてオンする。これにより、発光ダイオード3は、平滑用コンデンサC3の両端間に接続されて点灯する。
そして、トランジスタTr2は、バイパス回路5のトランジスタTr1がオンすると、電流検出回路4の第1の抵抗R1を介して、ベースおよびエミッタ間が短絡されてオフする。これにより、発光ダイオード3は、平滑用コンデンサC3と遮断されて、電流が流れなくなる。このように、トランジスタTr2は、バイパス回路5のトランジスタTr1のオンオフに応じてオンオフ制御される。
次に、本発明の実施例2の作用について述べる。
電流検出回路4の第1の抵抗R1に所定値以上の電流すなわち過電流が流れると、第1の抵抗R1の両端間電圧が増加して、バイパス回路5のトランジスタTr1がオンにされる。トランジスタTr1がオンすると、電流遮断回路16のトランジスタTr2がオフする。これにより、発光ダイオード3は、平滑用コンデンサC3の両端間に接続されなくなり、電流が流れなくなる。また、電流検出回路4の第1の抵抗R1に電流が流れなくなって、第1の抵抗R1の両端間に電圧が発生しなくなることにより、バイパス回路5のトランジスタTr1がオフする。トランジスタTr1がオフすると、電流遮断回路16のトランジスタTr2がオンして、発光ダイオード3が平滑用コンデンサC3に接続される。
そして、バイパス回路5のトランジスタTr1がオンしてオフするまでの期間に、バイパス回路5の第2の抵抗R2が平滑用コンデンサC3の両端間に接続される。平滑用コンデンサC3の両端間電圧は、第2の抵抗R2により放電される。
そして、電流検出回路4の第1の抵抗R1に所定値以上の電流が流れなくなるまで、上述を繰り返すことにより、平滑用コンデンサC3の両端間電圧は、定電圧となっていく。
なお、発光ダイオード3は、電流遮断回路16のトランジスタTr2がオフすると消灯するが、この消灯によりバスパス回路5のトランジスタTr1がオフして遮断回路16のトランジスタTr2がオンするので、直ちに点灯し、目視的にはちらつきがあっても点灯しているように見える。
上述したように、電流検出回路3の第1の抵抗R1に過電流が流れると、バイパス回路5のトランジスタTr1のオン、電流遮断回路16のトランジスタTr2のオフにより、発光ダイオード3が平滑用コンデンサC3の両端間に接続されなくなって発光ダイオード3に過電流がなくなるとともに、バイパス回路5のトランジスタTr1がオンしているときに第2の抵抗R2が平滑用コンデンサC3の両端間に接続されて、平滑用コンデンサC3の両端間電圧の過電圧が第2の抵抗R2により放電されるので、発光ダイオード3に過電流が流れることが抑制することができて、過電流による発光ダイオード3の破壊や短寿命などを防止することができる。
図4は、本発明の実施例3を示すLED照明器具の概略斜視図である。なお、図2と同一部分には、同一符号を付して説明は省略する。
図4に示すLED照明器具17は、例えば天井面に直付け又は吊り下げられる一般照明用器具であり、長方形の略箱状に形成された器具本体18およびこの器具本体18に配設された光源ユニット19を具備している。発光ダイオード3は、発光体20に形成されて光源ユニット19側に設けられている。
光源ユニット19は、ユニット本体21およびカバー体22からなっている。ユニット本体21は、その長手方向の寸法が器具本体18と同等であり、その幅方向の寸法が器具本体18よりも大きく形成されているとともに、比較的浅い深さを有する有底の枠体に形成されている。
そして、発光体20は、ユニット本体21の開口21a側に発光ダイオード3が位置するようにして、図示しないねじなどにより取り付けられている。
カバー体22は、例えばアクリル樹脂からなる透光性部材としての長方形の透光板23を具備している。そして、ユニット本体21の開口21aを閉塞するようにして、ねじ24,24により、ユニット本体21を介して器具本体18に取り付けられている。発光体20は、透光板23により覆われている。
そして、器具本体18は、その内部に図示しないLED点灯装置15を配設している。LED点灯装置15は、その各出力端子7a1,7b1、7a2,7b2がコネクタ8,8および図示しないリード線により発光体20に接続されており、発光ダイオード3を接続している。
LED点灯装置15に商用交流電源Vsの交流電圧が投入されると、発光ダイオード3が点灯し、発光ダイオード3から可視光例えば白色光が放射される。この放射光は、ユニット本体21の透光板23を透過して、器具本体18の下方側に位置する床面側を照明する。
LED照明器具17は、光源である発光ダイオード3に過電流が流れることを抑制するLED点灯装置15を具備するので、過電流による発光ダイオード3の破壊や短寿命などを防止することができ、これにより、品質や信頼性などを向上させることができる。
本発明は、発光ダイオードを光源とするLEDランプやLED照明器具に利用することができる。
1,15…LED点灯装置、 2…直流電源回路、 3…発光ダイオード、 4…電流検出回路、 5…バイパス回路、 16…電流遮断回路、 17…LED照明器具、 18…器具本体、 C3…平滑用コンデンサ、 R2…抵抗としての第2の抵抗、 Tr1…スイッチング素子としてのN形バイポーラトランジスタ、Tr2…スイッチ素子としてのN形バイポーラトランジスタ

Claims (3)

  1. 平滑用コンデンサを有し、この平滑用コンデンサの両端間に定電圧が出力するように形成された直流電源回路と;
    前記平滑用コンデンサの両端間に接続される発光ダイオードと;
    この発光ダイオードに流れる電流を検出する電流検出回路と;
    前記平滑用コンデンサの両端間に接続された抵抗およびスイッチング素子の直列回路を有し、電流検出回路が所定値以上の電流が流れていることを検出しているときに前記スイッチング素子がオンするように制御するバイパス回路と;
    を具備していることを特徴とするLED点灯装置。
  2. 前記電流検出回路よりも発光ダイオード側において発光ダイオードと直列接続されたスイッチ素子を有してなり、このスイッチ素子のオンオフが前記バイパス回路のスイッチング素子のオンオフにより第2の抵抗の両端間に発生する電圧に応じて制御される電流遮断回路と;
    を具備していることを特徴とする請求項1記載のLED点灯装置。
  3. 請求項1または2記載のLED点灯装置と;
    このLED点灯装置を配設している器具本体と;
    を具備していることを特徴とするLED照明器具。
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