JP2012094356A - Ｌｅｄ点灯装置およびｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
ＬＥＤ点灯装置の動作中にＬＥＤが取り外され、短時間で再装着された場合であっても過電流が流れないようにしたＬＥＤ点灯装置を提供する。
【解決手段】
ＬＥＤ点灯装置は、直流電源DCと、入力端が直流電源に接続し、出力端t3、t4に出力コンデンサC2が並列接続するとともにＬＥＤLSが取り外し可能に接続するＬＥＤ点灯回路LOCと、ＬＥＤ点灯回路の出力端にＬＥＤが接続しているか否かを検出するＬＥＤ装着検出手段MDと、出力コンデンサに直列接続したスイッチ素子Q2およびインピーダンス素子Z1の並列回路を備え、ＬＥＤ点灯回路の出力端にＬＥＤが接続していないのをＬＥＤ装着検出手段が検出したときにスイッチ素子がオフするとともに接続していることを検出しているときにはオンしている保護回路PCと、を具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤが取り外し可能に接続するＬＥＤ点灯装置およびこれを備えたＬＥＤ照明装置に関する。

ＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤ点灯装置とその出力端に接続したＬＥＤとを具備する。ＬＥＤ点灯装置とＬＥＤとの関係においては、両者の接続が固定化していてＬＥＤをＬＥＤ点灯装置から容易に取り外せないように構成されているＬＥＤ照明装置があるが、両者の接続が容易に分離できるように構成したＬＥＤ照明装置もある。後者にあっては、ＬＥＤの取り外しがＬＥＤに悪影響を与えないように行えなければならない。

一方、ＬＥＤ照明装置においては、DC-DCコンバータを備えたＬＥＤ点灯回路の出力中の高調波成分をバイパスする目的でＬＥＤ点灯回路の出力端にコンデンサを並列接続するのが一般的である。

出力端にコンデンサを並列接続したＬＥＤ点灯装置において、例えば清掃や交換のために点灯中にＬＥＤを取り外した後、再びＬＥＤを装着することがある。また、振動などが加わった際に一時的にＬＥＤの接続が短時間の間に断続することもある。これらの場合、ＬＥＤの取り外しおよび再装着の前後や断続の間を通じてＬＥＤ点灯装置が継続動作していると、ＬＥＤが装着された際に上記コンデンサに蓄積している電荷の放出に伴う電流の過渡振動が発生し、過大電流がＬＥＤに流れて閃光を発したり、ＬＥＤが破壊に至ったりしやすくなる。

そこで、ＬＥＤの取り外しおよび装着の状態を検出するＬＥＤ装着検出手段をＬＥＤ点灯装置に配設するとともに、取り外し状態を検出した際にはＬＥＤ点灯装置の出力を停止する制御手段をＬＥＤ点灯装置に配設することができる（第１の構成）。そして、再びＬＥＤの装着を検出した際に、ＬＥＤ点灯装置を再動作させる。第１の構成によれば、上述の過大電流がＬＥＤに流れて閃光を発したり、ＬＥＤが破壊したりすることが回避される。

また、スイッチ素子と抵抗素子の直列回路を上記コンデンサに並列に接続して、上記装着検出手段がＬＥＤの取り外し状態を検出した際に、スイッチ素子をオンしてコンデンサの電荷の放出に伴う電流を抵抗素子に流してジュール熱に変換することにより電荷を引き抜くこともできる（第２の構成）。この構成によれば、ＬＥＤ点灯装置を停止しなくて上述の過大電流がＬＥＤに流れて閃光を発したり、ＬＥＤが破壊したりすることが回避される。

ＬＥＤ点灯装置側に格別の回路手段を配設する上述の構成に対して、ＬＥＤ側にヒューズを直列に挿入することもできる（第３の構成）。この構成よれば、ＬＥＤ点灯装置側に格別の回路手段を配設することなしに、着脱時の過電流が流れた場合にヒューズを溶断させることによってＬＥＤが破壊しないようにすることができる。この場合、ヒューズの定格をＬＥＤに常時流れる電流の２倍以上に設定することにより、ヒューズの誤動作を防止することができる。また、ヒューズを取替え可能にすることにより、ＬＥＤに過電流が流れてヒューズが溶断した際にヒューズを容易に交換すれば、ＬＥＤを継続して使用することができる。

特開２００７−２３４４１４号公報 特開２０１０−０５５８２４号公報

しかしながら、上述の第１の構成は、ＬＥＤ装着有無の検出およびこれに伴う制御のための回路構成が複雑になり、コストアップを招く。また、ＬＥＤを取り外すとＬＥＤ点灯装置が出力を停止し、装着で再動作するので、外部振動などで取り外しおよび装着が頻繁に繰り返えされた場合、制御のハンチングが発生したり、スイッチング素子などに電流ストレスが生じたりしやすくなるという問題がある。

また、上述の第２の構成は、コンデンサの電荷が十分に引き抜かれていない短時間のうちにＬＥＤが再装着された場合には、過大電流がＬＥＤに流れて閃光を発したり、ＬＥＤが破壊したりする問題が解決されない。

さらに、第３の構成は、構成が簡単であるが、溶断したヒューズを都度交換しなければならないので、面倒である。

本発明は、ＬＥＤ点灯装置の動作中にＬＥＤが取り外され、短時間で再装着された場合であっても過電流が流れないようにしたＬＥＤ点灯装置およびこれを備えたＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態によれば、ＬＥＤ点灯装置は、直流電源、ＬＥＤ点灯回路、ＬＥＤ装着検出手段および保護回路を具備している。ＬＥＤ点灯回路は、出力端に出力コンデンサが並列接続しているとともにＬＥＤが取り外し可能に接続する。ＬＥＤ装着検出手段は、ＬＥＤがＬＥＤ点灯回路の出力端に接続しているか否かを検出する。保護回路は、出力端間において出力コンデンサに直列接続しているスイッチ素子およびインピーダンス素子の並列回路を備え、ＬＥＤがＬＥＤ点灯回路の出力端に接続していないのをＬＥＤ装着検出手段が検出したときにスイッチ素子がオフしているとともに接続していることを検出しているときにはオンしている。

本発明によれば、ＬＥＤ点灯装置の動作中にＬＥＤが取り外された際に保護回路のスイッチ素子がオフするので、インピーダンス素子が出力コンデンサに直列に挿入される。その結果、たとえ短時間のうちにＬＥＤが再装着され、そのときの出力コンデンサの電圧がまだ高い状態であったとしても、出力コンデンサの電荷放出よって負荷のＬＥＤに流れる電流がインピーダンス素子により十分に減流され、過電流になるのを回避することができる。

したがって、本発明によれば、ＬＥＤ点灯装置の動作中にＬＥＤが取り外され、短時間で再装着された場合であっても過電流が流れないようにしたＬＥＤ点灯装置およびＬＥＤ照明装置を提供することができる。

本発明のＬＥＤ点灯装置の第１の実施形態に係わる回路図である。 本発明のＬＥＤ点灯装置の第２の実施形態に係わる回路図である。 本発明のＬＥＤ点灯装置の第３の実施形態に係わる回路図である。

〔第１の実施形態〕
図１を参照して本発明のＬＥＤ点灯装置の第１の実施形態を説明する。本実施形態において、ＬＥＤ照明装置は、直流電源DC、ＬＥＤ点灯回路LOC、ＬＥＤLSおよび保護回路PCを具備している。

直流電源DCは、直流電力を出力すればどのような構成であってもよい。例えば、整流化直流電源および電池電源など既知の各種態様をなす直流電源を採用することができる。図１に示す実施形態においては、ブリッジ形全波整流回路DBおよび平滑コンデンサC1を備えた整流化直流電源により構成された直流電源DCが用いられている。

ＬＥＤ点灯回路LOCは、負荷のＬＥＤLSを点灯する回路であって、一対の入力端t1、t2および一対の出力端t3、t4を備えている。上記入力端t1、t2は、上記直流電源DCの出力端に接続している。また、上記出力端t3、t4は、負荷のＬＥＤLSを取り外し可能に接続する。そのために、ソケットなどのコネクタ受けの機能を備えた態様をなしていることが許容される。

また、ＬＥＤ点灯回路LOCは、その出力端t3、t4に出力コンデンサC2が並列接続している。なお、本実施形態は、ＬＥＤ点灯回路LOCが負荷のＬＥＤLSを取り外したときに出力コンデンサC2の端子電圧がＬＥＤLSの通常点灯時の負荷電圧より瞬間的に高くなり、緩やかに低下していくような構成である場合に特に効果的である。このような構成は、ＬＥＤ点灯回路LOCが例えばDC-DCコンバータなどのスイッチング電源を主体としているとともに、ＬＥＤLSを定電流制御することによって実現することができる。

出力コンデンサC2は、ＬＥＤ点灯回路LOCからＬＥＤLSに供給される負荷電流から高調波成分をバイパスする。したがって、負荷のＬＥＤLSは、上記バイパスによって高調波成分が一部ないし殆ど除去された直流電流により付勢される。

本実施形態において、ＬＥＤ点灯回路LOCの主体部分として構成されているDC-DCコンバータは、一般的に回路効率が高く制御が容易であるとして知られている。なお、DC-DCコンバータは、入力電力から所望の出力電力を得る電力変換装置において、電力を変換・調整するためにスイッチング素子を用いたスイッチング電源の一種であるが、降圧形、昇圧形および昇降圧形などの各種チョッパ、フライバックコンバータ、フォワードコンバータおよびスイッチングレギュレータなどを含む概念である。

図示の本実施形態において、DC-DCコンバータが降圧チョッパを構成している。すなわち、スイッチング素子Q1、インダクタL1および出力コンデンサC2の直列回路が直流電源DCの出力端間に接続している。そして、スイッチング素子Q1がオンしたときに直線的に増加する増加電流が直流電源DCからインダクタL1に流れて、インダクタL1に電磁エネルギーが蓄積される。また、インダクタL1および出力コンデンサC2の直列部分に並列にダイオードD1が接続して閉回路を形成している。そして、スイッチング素子Q1がオフしたときにインダクタL1に蓄積された電磁エネルギーが上記閉回路内に放出されてインダクタL1から直線的に減少する減少電流が増加電流と同一方向に流れる。

また、上記DC-DCコンバータは、図示を省略しているが、ＬＥＤLSに流れる負荷電流が定電流制御されるように構成されている。例えば、スイッチング素子Q1に流れる増加電流が検出され、その検出値に応じて制御手段で増加電流を一定に保持するようにスイッチング素子Q1のオン時間を帰還制御することによって定電流制御が行われる。

ＬＥＤLSは、ＬＥＤ点灯回路LOCの出力端t3、t4に取り外し可能に接続する。ここで、ＬＥＤLSが取り外し可能であるとは、ＬＥＤLSがＬＥＤ点灯回路LOCの出力端t3、t4に容易に着脱できる程度であればよく、具体的な構造は特段限定されない。例えば、ＬＥＤLSの両端に一対のコネクタCN1、CN2を備えていて、このコネクタCN1、CN2をＬＥＤ点灯回路LOCの出力端t3、ｔ4に配設したコネクタ受け構造体に接続するように構成することができる。また、コネクタを管形蛍光ランプや電球形蛍光ランプのような既知のランプの口金の態様をなすように構成するとともに、コネクタ受け構造体を口金に対応するソケットの態様をなすように構成することもできる。さらに、ＬＥＤLSから絶縁被覆導線が導出されるとともに、その先端に電気コネクタが接続している構成など多様な構成であることが許容される。上記のように構成すれば、ＬＥＤLSの上記口金や電気コネクタなどをＬＥＤ点灯回路LOCの出力端t3、t4に配設されたソケットなどのコネクタ受け構造体などに装着することにより、ＬＥＤLSをＬＥＤ点灯回路LOCの出力端に取り外し可能に接続することができる。

ＬＥＤ装着検出手段MDは、ＬＥＤ点灯回路LOCの出力端t3、t4間にＬＥＤLSが接続しているか否かを検出する手段であり、本実施形態においては常閉形リレーRyにより構成されている。すなわち、常閉形リレーRYは、出力端t3、t4間において出力コンデンサC2に並列的に接続しているので、出力コンデンサC2の端子電圧に応動する。そして、ＬＥＤLSが取り外されて出力コンデンサC2の端子電圧が、前述のようにＬＥＤLSの通常点灯時における電圧より高い所定電圧を超えたときに付勢されて常閉接点をオフさせる。なお、この常閉接点は、本実施形態において後述する保護回路PCのスイッチ素子Q2を構成する。また、ＬＥＤ装着検出手段MDは、ＬＥＤ点灯回路の出力端にＬＥＤが接続しているか否かを検出することができれば、その余の構成は特段限定されない。例えば、機械的または光学的にＬＥＤLSの装着の有無を検出するように構成してもよい。

保護回路PCは、ＬＥＤ点灯装置LOCの動作中にＬＥＤLSが取り外され、短時間で再装着された場合であっても、ＬＥＤLSに過電流が流れないようにして、ＬＥＤLSが閃光を発したり、破壊に至ったりしやすくなることから保護する手段である。この保護回路PCは、ＬＥＤ点灯回路LOCの出力端t3、t4間において、出力コンデンサC2に直列にスイッチ素子Q2およびインピーダンス素子Z1の並列回路を挿入することにより構成されている。このスイッチ素子Q2は、ＬＥＤ点灯装置の動作中にＬＥＤLSが取り外されたときにオフしているとともに常時はオンしている。したがって、常時はインピーダンス素子Z1が短絡されている。しかし、スイッチ素子Q2がオフしている状態では出力コンデンサC2にインピーダンス素子Z1が直列接続する。

上述のスイッチ素子Q2は、その構造が特段限定されない。例えば、図示のようにリレーRyやトランジスタなどの半導体スイッチを適宜用いることができる。また、インピーダンス素子Z1は、抵抗器、インダクタ、コンデンサおよびそれらの２種以上の複合回路のいずれであってもよい。要するに、出力コンデンサC2の電荷が負荷のＬＥＤLS側へ放出された際に流れる過渡的な電流に対してその有するインピーダンスによって源流作用を呈するのであれば特段限定されない。

次に、第１の実施形態における回路動作について説明する。ＬＥＤ点灯回路LOCは、その出力端t3、t4間にＬＥＤLSが接続している状態において、スイッチング素子Q1の好ましくは高周波のオン、オフ動作により降圧チョッパ動作をして、その出力端t3、t4間に直流電源DCの出力電圧より低い電圧が出力され、ＬＥＤLSが点灯する。

負荷のＬＥＤLSが何らかの理由によりＬＥＤ点灯回路LOCの出力端t3、t4間から取り外されると、ＬＥＤ装着検出手段MDがこれを検出する。そして、ＬＥＤLSが取り外されたときに出力コンデンサC2の端子電圧が通常時より高くなったとしても、以下の保護動作が行われる。なお、図示の降圧チョッパからなるDC-DCコンバータを定電流制御する場合、ＬＥＤLSがＬＥＤ点灯回路ＬＯＣの出力端t3、t4間から取り外されると、出力コンデンサC2の端子電圧は、直流電源DCの出力電圧まで上昇する。すなわち、出力コンデンサC2の端子電圧がＬＥＤLSの通常点灯時の負荷電圧より高くなると、保護回路PCのスイッチ素子Q2がオフするので、出力コンデンサC2と直列にインピーダンス素子Z1が挿入される。

次に、ＬＥＤLSがＬＥＤ点灯回路LOCの出力端t3、t4間に再装着されると、高電圧の出力コンデンサC2の電荷がＬＥＤLSを経由して放出される。このとき、出力コンデンサC2と直列に保護回路PCのインピーダンス素子Z1が挿入されているので、電荷の放出に伴って出力コンデンサC2からLEDＬＳに流れる電流は、インピーダンス素子Z1で減流される。したがって、インピーダンス素子Z1のインピーダンスを予め適切に設定しておくことにより、上記電流が過電流になるのを防止することができる。そのため、出力コンデンサC2の電荷放出によってＬＥＤLSが不所望な閃光を発したり破壊に至ったりするような不都合を回避することができる。

また、本実施形態によれば、保護回路PCを具備していることにより、ＬＥＤLSがＬＥＤ点灯回路LOCの出力端t3、t4間から取り外されてから短時間後で出力コンデンサC2の端子電圧がまだ高い状態のときに再装着された場合であっても、スイッチ素子Q2がオフして保護回路PCのインピーダンス素子Z1が挿入されていて源流作用を呈するので、過電流がＬＥＤLSに流れるのを防止することができる。

以下、その他の実施形態について説明する。なお、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。

〔第２の実施形態〕
図２は第２の実施形態を示している。本実施形態は、保護回路PCが、第１の実施形態の構成に加えて出力コンデンサC2に並列接続する抵抗素子R2を備えている。

本実施形態においては、ＬＥＤLSがＬＥＤ点灯回路LOCの出力端t3、t4間から取り外されたときに、ＬＥＤ装着検出手段MDがこれを検出すると、第１の実施形態におけるのと同様に保護回路PCのスイッチ素子Q2がオフして出力コンデンサC2と直列にインピーダンス素子Z1が挿入される。そして、インピーダンス素子Z1、抵抗素子R2および出力コンデンサC2の閉回路が負荷回路とは別に形成されるため、出力コンデンサC2の電荷の放出によって上記閉回路内に電流が流れるので、出力コンデンサC2の電荷は速やかに引き抜かれる。

しかしながら、ＬＥＤLSがＬＥＤ点灯回路LOCの出力端t3、t4間から取り外されてから極短時間後で上述の回路動作が行われるにもかかわらず出力コンデンサC2の端子電圧がまだ高い状態のときに再装着された場合であっても、ＬＥＤLSと出力コンデンサC2との間にはインピーダンス素子Z1が挿入されているので、ＬＥＤLSに過電流が流れるようなことがなくなる。

〔第３の実施形態〕
図３は第３の実施形態を示している。本実施形態は、第２の実施形態における抵抗素子R2と直列にスイッチ素子Q3を接続している。

ＬＥＤLSがＬＥＤ点灯回路LOCの出力端t3、t4間から取り外されたときに、ＬＥＤ装着検出手段MDがこれを検出すると、スイッチ素子Q3をオンさせるように構成されている。なお、スイッチ素子Q3は、特段限定されないが、例えば図示のように半導体スイッチ素子を用いることができる。そして、この半導体スイッチ素子として図示のようにトライアックを用いることができる。この場合、出力端t3、t4間に接続された抵抗器R3、R4の分圧回路の出力でトライアックのゲートが駆動されてオンする。

第３の実施形態は、出力コンデンサC2の電圧がＬＥＤLSの通常点灯時の負荷電圧より高い所定値を超えていないときには、スイッチ素子Q3がオフしているので、抵抗素子R2はＬＥＤ点灯回路LOCから開放されている。そのため、抵抗素子R2に電流が流れないので、無駄な電力消費が発生しないから、回路効率の低下を低減することができる。そして、出力コンデンサC2の電圧がＬＥＤLSの通常点灯時の負荷電圧より高い所定値を超えたときには、スイッチ素子Q3がオンして出力コンデンサC2の電荷を速やかに引き抜くことができる。

次に、本発明のＬＥＤ照明装置の実施形態について説明する。ＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤ照明装置本体と、ＬＥＤ照明装置本体に配設された上述の各実施形態のＬＥＤ点灯装置とを具備している。上記において、ＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤを光源とする照明装置を含む各種装置であることを許容する。ＬＥＤ照明装置本体は、ＬＥＤ照明装置からＬＥＤ点灯回路およびＬＥＤを除外した残余の部分をいう。また、ＬＥＤ点灯装置は、ＬＥＤ照明装置本体から離間した位置に配設されていてもよい。

C1…平滑コンデンサ、C2…出力コンデンサ、CN1、CN2…コネクタ、D1…ダイオード、DB…ブリッジ形全波整流回路、L1…インダクタ、LOC…ＬＥＤ点灯回路、LS…ＬＥＤ、MD…ＬＥＤ装着検出手段、PC…保護回路、Q1…スイッチング素子、Q2…スイッチ素子、Rｙ…常閉形リレー、t1、t2…入力端、t3、t4…出力端、Z1…インピーダンス素子

Claims (3)

1. 直流電源と；
   入力端が直流電源に接続し、出力端に出力コンデンサが並列接続するとともにＬＥＤが取り外し可能に接続するＬＥＤ点灯回路と；
   ＬＥＤ点灯回路の出力端にＬＥＤが接続しているか否かを検出するＬＥＤ装着検出手段と；
   出力コンデンサに直列接続したスイッチ素子およびインピーダンス素子の並列回路を備え、ＬＥＤ点灯回路の出力端にＬＥＤが接続していないのをＬＥＤ装着検出手段が検出したときにスイッチ素子がオフするとともに接続していることを検出しているときにはオンしている保護回路と；
   を具備していることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
2. 保護回路は、出力コンデンサに並列接続する抵抗素子を備えていることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯装置。
3. ＬＥＤ照明装置本体と；
   ＬＥＤ照明装置本体に配設された請求項１または２記載のＬＥＤ点灯装置と；
   
   ＬＥＤ点灯装置の出力端に取り外し可能に接続するＬＥＤと；
   を具備していることを特徴とするＬＥＤ照明装置。

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