JP2012133943A

JP2012133943A - Ｌｅｄ点灯装置及びそれを用いた照明器具

Info

Publication number: JP2012133943A
Application number: JP2010283644A
Authority: JP
Inventors: Katsunobu Hamamoto; 勝信濱本; Masashi Yamamoto; 真史山本; Keisuke Ueda; 桂介植田; Hisaya Takikita; 久也滝北
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2012-07-12
Anticipated expiration: 2030-12-20
Also published as: US8853949B2; US20120187847A1; JP5828103B2

Abstract

【課題】経年劣化によるＬＥＤランプの故障を早く且つ確実に検出する。
【解決手段】制御部５はマイクロコントローラに内蔵されたタイマでＬＥＤランプ110の累積点灯時間を計時し、累積点灯時間(横軸)が所定の切替時間T1を経過した後は累積点灯時間の経過とともに上限値を単調減少させる。故に、ＬＥＤランプ110が照明器具(ＬＥＤ点灯装置)の定格寿命を超えるほどの長期間に渡って使用された場合においても、経年劣化によるＬＥＤランプ110の故障を早く且つ確実に検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ(発光ダイオード)を点灯するＬＥＤ点灯装置、及びそれを用いた照明器具に関する。

近年、照明用の光源として蛍光ランプの代わりにＬＥＤが用いられるようになってきている。例えば、特許文献１には従来の直管形の蛍光ランプに近い形状を有するＬＥＤランプが開示されている。このＬＥＤランプは、帯板状の実装基板に多数のＬＥＤが実装されてなる光源ブロックと、光源ブロックを内部に収納する直管形のガラス管と、ガラス管の両端を閉塞する口金と、口金の側面より突出して光源ブロックに給電するための端子ピンとを備えている。このようなＬＥＤランプは、専用の照明器具に設けられているランプソケットに着脱自在に装着され、当該照明器具に搭載されているＬＥＤ点灯装置からランプソケットを介して電力(直流電力)が供給されることで点灯する。

また、ＬＥＤ点灯装置の従来例として、特許文献２に記載されているものがある。特許文献２記載の従来例では、ＬＥＤランプ(ランプソケット)に印加される電圧(出力電圧)と、ＬＥＤランプに流れる電流(出力電流)とを検出し、出力電流が目標値(例えば、ＬＥＤランプの定格電流)に一致するように出力電圧を調整する制御(定電流制御)が行われている。

ここで、ＬＥＤランプに断線や短絡などの故障が生じた場合、ＬＥＤ点灯装置が定電流制御による電力供給を継続すると出力電圧がＬＥＤランプの定格電圧を上回る異常な電圧まで上昇したり、あるいはＬＥＤランプに過大な電流が流れてしまう虞がある。そのために従来のＬＥＤ点灯装置においては、ＬＥＤランプの定格電圧よりも十分に高い上限電圧及びＬＥＤランプの定格電圧よりも充分に低い下限電圧が設定され、ＬＥＤランプに印加される出力電圧が上限電圧を超えるか、若しくは下限電圧を下回ると出力電圧を低減あるいは停止する制御(ランプ異常監視制御)が行われている。

つまり、経年劣化等によってＬＥＤランプに断線や短絡などの故障が生じたとき、ＬＥＤ点灯装置がランプ異常監視制御により出力電圧を低減あるいは停止するので、ＬＥＤ点灯装置を構成する回路部品に過大なストレスが加わることなどが回避できる。

特開２００９−４３４４７号公報特開２００６−２１０２７１号公報

ところで、ＬＥＤランプの劣化度合は使用環境(特に温度環境)に大きな影響を受ける。例えば、常温よりも高い温度環境下で使用されることの多いＬＥＤランプと、常温よりも低い温度環境下で使用されることの多いＬＥＤランプとを比較すれば、前者のＬＥＤランプの方が後者よりも早く劣化すると予想される。

しかしながら、ＬＥＤランプが照明器具(ＬＥＤ点灯装置)の定格寿命を超えるほどの長期間に渡って使用された場合、上記出力電圧の上限値が固定されていると、劣化が遅いＬＥＤランプの故障(断線)が見逃されてしまう虞がある。

本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、経年劣化によるＬＥＤランプの故障を早く且つ確実に検出することを目的とする。

本発明のＬＥＤ点灯装置は、出力電圧が可変である電力変換部と、当該電力変換部からランプソケットを介してＬＥＤランプに供給される出力電流を検出する電流検出部と、前記ランプソケットを介してＬＥＤランプに印加される前記出力電圧を検出する電圧検出部と、前記電流検出部で検出される出力電流を目標値に一致させるように前記電力変換部を制御して前記出力電圧を増減する制御部とを備え、前記制御部は、前記電圧検出部で検出される出力電圧が前記ＬＥＤランプの定格電圧よりも高い所定の上限値を超えたときに前記電力変換部を制御して前記出力電圧を減少するとともに、前記ＬＥＤランプの累積点灯時間を計時し且つ当該累積点灯時間が所定の切替時間を経過した後は、前記累積点灯時間の経過とともに前記上限値を単調減少させることを特徴とする。

このＬＥＤ点灯装置において、前記制御部は、所定のリセット条件が満たされた場合に前記累積点灯時間をゼロにリセットすることが好ましい。

このＬＥＤ点灯装置において、前記制御部は、前記累積点灯時間が前記切替時間よりも後の所定のリセット不動作時間を経過した後は、前記リセット条件が満たされた場合でも前記累積点灯時間をリセットしないことが好ましい。

本発明の照明器具は、何れかのＬＥＤ点灯装置と、前記ランプソケットと、前記ＬＥＤ点灯装置並びに前記ランプソケットを保持する器具本体とを備えたことを特徴とする。

本発明のＬＥＤ点灯装置及びそれを用いた照明器具は、経年劣化によるＬＥＤランプの故障を早く且つ確実に検出することができるという効果がある。

本発明に係るＬＥＤ点灯装置の実施形態を示す回路ブロック図である。 (ａ)〜(ｃ)は同上における累積点灯時間と出力電圧の上限値との関係を説明するための説明図である。本発明に係る照明器具の実施形態を示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は本発明に係るＬＥＤ点灯装置の実施形態を示す回路ブロック図である。

本実施形態のＬＥＤ点灯装置によって点灯されるＬＥＤランプ110は、特許文献１記載のＬＥＤランプと類似の構成を有している。すなわち、このＬＥＤランプ110は、多数の発光ダイオード111の直列回路と、当該直列回路に並列接続された抵抗Rxと、直管形のガラス管(図３参照)と、ガラス管の両端を閉塞する口金(図示せず)とを備えている。なお、口金には、ランプソケット120を介してＬＥＤ点灯装置の出力端に接続される一対の端子ピン(図示せず)が突設されている。そして、ランプソケット120から端子ピンを介して発光ダイオード111に直流電流(出力電流Io)が供給される。

本実施形態のＬＥＤ点灯装置は、AC/DCコンバータ１、電力変換部２、電流検出部３、電圧検出部４、制御部５、接続判定部６、定電圧源７などを備えている。AC/DCコンバータ１は、商用交流電源100から供給される交流電圧を所望の直流電圧に変換するものであって、例えば、従来周知の昇圧チョッパ回路(力率改善回路)で構成される。

電力変換部２は、バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタなどの半導体スイッチング素子(以下、スイッチング素子と略す。)20、インダクタＬ、ダイオードＤ、コンデンサC2を具備した従来周知の降圧チョッパ回路からなる。

電圧検出部４は、ツェナーダイオード８を介して電力変換部２の出力端間(コンデンサC2の両端間)に接続された分圧抵抗R1，R2の直列回路からなる。そして、分圧抵抗R1，R2で分圧された検出電圧(出力電圧Voに比例した電圧)が電圧検出部４から制御部５に出力される。また電流検出部３は、電力変換部２の負電位側の出力端とランプソケット120の負極側との間に挿入された検出抵抗R3からなる。そして、出力電流Ioによる検出抵抗R3の電圧降下が検出電圧として電流検出部３から制御部５に出力される。

制御部５は、制御用集積回路、またはマイクロコントローラとメモリなどで構成され、電流検出部３で検出される出力電流Ioを目標値に一致させるように電力変換部２を制御して出力電圧Voを増減する。制御部５をマイクロコントローラとメモリで構成する場合は、ＬＥＤランプ110の定格電流値のデータを予めメモリに記憶している。そして、マイクロコントローラ(制御部５)は電流検出部３から受け取る検出電圧を出力電流Ioの大きさ(電流値)に換算し、この電流値がメモリに記憶されている定格電流値(目標値)と一致するようにスイッチング素子20のオンデューティ比を調整して出力電圧Voを増減する。つまり、制御部５はＬＥＤランプ110に一定の電流(定格電流)を流す定電流制御を行っている。

ここで、ＬＥＤランプ110の定格電圧は、使用されている発光ダイオード111の順方向電圧Vfに当該発光ダイオード111の個数ｎを乗じた値(=Vf×ｎ)となる。例えば、順方向電圧Vfを3.5ボルトとし、発光ダイオード111の個数ｎを20とすれば、3.5×20=70ボルトが定格電圧となり、発光ダイオード111の個数ｎを10とすれば、3.5×10=35ボルトが定格電圧となる。また定格電圧が異なる複数のＬＥＤランプが使用できるように、制御部５が、例えば少なくとも35Ｖから70Ｖまでの範囲で定電流制御を行うようにしてもよい。

定電圧源７は、AC/DCコンバータ１の高電位側の出力端に一端が接続された抵抗R4と、抵抗R4の他端にカソードが接続されるとともにアノードがランプソケット120の低電位側に接続されたツェナーダイオード70とで構成されている。そして、ツェナーダイオード70の両端(カソード−アノード間)に生じる一定電圧(ツェナー電圧Vz)が抵抗Ｒ５を介してランプソケット120と接続判定部６にそれぞれ印加される。なお、定電圧源７から印加される一定電圧(ツェナー電圧)は、ＬＥＤランプ110の定格電圧よりも低い電圧とする必要がある。定格電圧が異なる複数のＬＥＤランプが使用できるよう構成する場合においては、定格電圧が低いＬＥＤランプを基準として、この定格電圧を下回るように一定電圧(ツェナー電圧)を設定すればよい。さらにＬＥＤランプの定格電圧が危険電圧を上回り、且つ抵抗R5，R6，R7で分圧された電圧が危険電圧を上回る場合においては、定電圧源７から印加される一定電圧(ツェナー電圧)は危険電圧より低い電圧としなければならない。危険電圧の電圧値は、規格によって若干異なるが、一般的には直流では５０Ｖを超える電圧とされている。

接続判定部６は、ツェナーダイオード70のカソードとランプソケット120の低電位側との間に接続された３つの抵抗R5，R6，R7の直列回路と、抵抗(検出抵抗)R7における電圧降下をしきい値電圧Vrefと比較する比較器60とを具備している。なお、２つの抵抗R5，R6の接続点がランプソケット120の高電位側に接続されている。ランプソケット120にＬＥＤランプ110が接続されていない状態(無負荷状態)のとき、比較器60の正端子にはツェナー電圧Vzが３つの抵抗R5，R6，R7で分圧された電圧(抵抗R7における電圧降下)が入力される。一方、ランプソケット120にＬＥＤランプ110が接続されている状態(有負荷状態)のとき、ＬＥＤランプ110の抵抗Rxが２つの抵抗R6，R7と並列に接続されることになる。よって、有負荷状態のときの抵抗R7における電圧降下が無負荷状態のときよりも低くなる。ここで、比較器60の負端子に入力されるしきい値電圧Vrefが、有負荷状態のときの抵抗R7における電圧降下と無負荷状態のときの抵抗R7における電圧降下の間に設定されている。従って、比較器60の出力は、無負荷状態のときにＨレベルとなり、有負荷状態のときにＬレベルとなる。なお、比較器60の出力(接続判定部６の判定結果)は制御部５に入力され、比較器60の出力に応じて、制御部５が電力変換部２を動作、または不動作とする。

次に、本実施形態のＬＥＤ点灯装置の動作を説明する。まず、図示しない電源スイッチが投入されて商用交流電源100からの電源供給が開始されると、AC/DCコンバータ１が動作して直流電圧を出力する。AC/DCコンバータ１から直流電圧が出力されると、定電圧源７から接続判定部６及びランプソケット120に一定電圧(ツェナー電圧Vz)が印加される。

ここで、ツェナーダイオード８がなければ、電力変換部２の停止中に接続判定部６の２つ抵抗R6，R7の直列回路だけでなく、電圧検出部４の２つの分圧抵抗R1，R2の直列回路もAC/DCコンバータ１の出力端間に接続されていることになる。そうすると、AC/DCコンバータ１の出力電圧が起動後に徐々に上昇していく過程において、抵抗R4，R5の接続点の電圧がツェナーダイオード70のツェナー電圧Vzを超えるまでの時間(定電圧源７の出力電圧が安定するまでの時間)が相対的に遅くなってしまう。しかしながら、本実施形態では電圧検出部４と電力変換部２の正電位(高電位)側の出力端との間に、定電圧源７のツェナーダイオード70よりもツェナー電圧の高いツェナーダイオード８が接続されている。そのため、AC/DCコンバータ１の出力電圧が上昇する過程において、抵抗R5，R6の接続点の電圧がツェナーダイオード８のツェナー電圧を超えるまでは、電圧検出部４が接続判定部６及び定電流源７と切り離されている。つまり、ツェナーダイオード８が無い場合に比較して、定電圧源７の出力電圧が安定するまでの時間を短縮することができる。

そして、定電圧源７の出力電圧が安定すれば、接続判定部６が有負荷状態と無負荷状態の判定を行う。制御部５は、接続判定部６の判定結果が有負荷状態であれば、電力変換部２を動作させて定電流制御を開始する。一方、接続判定部６の判定結果が無負荷状態の場合、制御部５は、電力変換部２を動作させない。

ここで、無負荷状態のときに電力変換部２からＬＥＤランプ110の定格電圧以上の電圧が出力されていた場合、ランプソケット120にＬＥＤランプ110が接続された直後に定格値を超える過大な電流が流れてしまう虞がある。しかしながら、本実施形態のＬＥＤ点灯装置では、接続判定部６がＬＥＤランプ110の接続の有無を判定するまで制御部５が電力変換部２の動作を停止している。そして、接続判定部６が接続有り(有負荷状態)と判定した後に、制御部５が電力変換部２の動作を開始するので、ＬＥＤランプ110に定格電圧以上の電圧が印加されることがない。その結果、ランプソケット120にＬＥＤランプ110が装着されたときに流れる電流が抑制されるので、ＬＥＤランプ110の故障が防止できる。

続いて、電力変換部２が動作している状況でＬＥＤランプ110に故障が生じた場合について説明する。例えば、ＬＥＤランプ110が断線すると出力電流Ioが流れなくなるが、制御部５が定電流制御を継続しているために電力変換部２の出力電圧Voが上昇する。そして、電圧検出部４で検出される出力電圧Voが所定の上限値(＞定格電圧)を越えると、制御部５は定電流制御を中止して電力変換部２を停止する。

また、ＬＥＤランプ110が短絡すると発光ダイオード111の実質的な個数が減少することになるから、制御部５が定電流制御を行うことで電力変換部２の出力電圧Voが低下する。そして、電圧検出部４で検出される出力電圧が所定値(＜定格電圧)を下回ったとき、制御部５が定電流制御を中止して電力変換部２を停止する。

上述のように、ＬＥＤランプ110に断線や短絡などの故障が生じた場合、制御部５が電力変換部２の動作を停止させるので、故障したＬＥＤランプ110が使用され続けることを防ぐことができる。但し、本実施形態では無負荷時や故障時に制御部５が電力変換部２を停止させているが、必ずしも停止させる必要は無い。例えば、無負荷時や故障時には、制御部５が電力変換部２を制御し、出力電圧VoをＬＥＤランプ110の定格電圧よりも充分に低い下限値以下に制限しても構わない。また、本実施形態のＬＥＤ点灯装置は１つのＬＥＤランプ110を点灯するものであるが、直列に接続された複数のＬＥＤランプ110を同時に点灯させることも勿論可能である。また、商用交流電源100からの電源供給が開始された後、まず接続判定部６が有負荷状態と無負荷状態の判定を行い、判定結果が有負荷状態であれば、制御部５がAC/DCコンバータ１と電力変換部２とを動作させるようにしてもよい。

ところで、制御部５はマイクロコントローラに内蔵されたタイマでＬＥＤランプ110の累積点灯時間を計時し、図２(ａ)に実線L1で示すように、累積点灯時間(横軸)が所定の切替時間T1を経過した後は累積点灯時間の経過とともに上限値を単調減少させる。但し、図２でハッチングされた領域Ｓは、個体差を含めたＬＥＤランプ110の定格電圧が取り得る範囲を示している。なお、切替時間T1は、ＬＥＤランプの定格寿命(光束減退より規定される寿命、若しくはＬＥＤランプを構成する回路部品の定格寿命)やＬＥＤ点灯装置の定格寿命(ＬＥＤ点灯装置を構成する回路部品の定格寿命)と同程度の時間に設定されることが好ましい。

而して、ＬＥＤランプ110の累積点灯時間が切替時間T1を経過した後においては、電圧検出部４で検出される出力電圧と比較される上限値が時間経過とともに単調減少するので、ＬＥＤランプ110が照明器具(ＬＥＤ点灯装置)の定格寿命を超えるほどの長期間に渡って使用された場合においても、経年劣化によるＬＥＤランプ110の故障を早く且つ確実に検出することができる。但し、制御部５は必ずしも上限値を直線的に減少させる必要は無く、例えば、階段状に減少させても構わない。また、図２(ａ)の実線L1に示すように、制御部５は上限値をＬＥＤランプ110の定格電圧(領域Ｓ)以下に減少させていないが、図２(b)の実線L1に示すように上限値をＬＥＤランプ110の定格電圧(領域Ｓ)以下に減少させても構わない。

ここで、制御部５は所定のリセット条件が満たされた場合に累積点灯時間をゼロにリセットする。このリセット条件とは、例えば、出力電圧が上限値を超えて電力変換部２が停止した後に再度動作したとき、接続判定部６が無負荷状態と判定した後に有負荷状態と判定すること(ＬＥＤランプ110の交換)である。但し、制御部５が上限値をＬＥＤランプ110の定格電圧(領域Ｓ)以下に減少させている場合においては、図２(ｃ)に示すように上限値の実線L1が領域Ｓと交差した時点(リセット不動作時間)T2を経過した後は、前記リセット条件が満たされた場合でも累積点灯時間をリセットしないことが好ましい。すなわち、ＬＥＤ点灯装置がリセット不動作時間T2を経過するほどの長期間に渡って使用されたのであれば、もはや継続して使用されると種々の不具合を生じる可能性が高くなる。そのため、ＬＥＤランプ110が交換されたときに制御部５が累積点灯時間をリセットしなければＬＥＤランプ110が点灯しなくなるので、利用者にＬＥＤ点灯装置(照明器具)の交換を促すことができる。また累積点灯時間の経過とともに上限値を単調減少させるため、ＬＥＤランプ110の経年劣化のばらつきによってＬＥＤランプ110が点灯しなくなる時間もばらつきを持ち、複数台の照明器具が使用される一般事務所などにおいても一斉にＬＥＤランプ110が点灯しなくなることを防止することができる。

ところで、本実施形態のＬＥＤ点灯装置は、例えば、図３に示す照明器具に搭載される。この照明器具は、天井に直付けされる器具本体130と、器具本体130に設けられた一対のランプソケット120，120とを備えている。

器具本体130は、長手方向から見た側面形状が台形である長尺の角筒状に形成され、その内部にＬＥＤ点灯装置が収納されている。そして、器具本体130の下面における長手方向両端部にそれぞれランプソケット120，120が配設されている。このランプソケット120，120は、従来周知である直管形の蛍光ランプ用のランプソケットと同一構造を有している。ここで、２つのランプソケット120，120のいずれか一方からＬＥＤランプ110へ直流電流を供給する場合においては、蛍光ランプがランプソケット120，120に誤装着されたときにフィラメント部に直流電流が供給される虞がある。しかしながら、上述のように電圧検出部４で検出される出力電圧が所定値(＜定格電圧)を下回ったときに電力変換部２を停止しているため、蛍光ランプが誤装着された場合にも不安全な現象や点灯装置の故障などが生じる虞がない。但し、使用者は蛍光ランプを誤装着して安全か不安全かを見分けることができない。そこで、ＬＥＤランプ110の口金の電極形状を蛍光ランプと異なる構造として誤装着を防止し、ランプソケット120，120はＬＥＤランプ110の口金に合致した構造としてもよい。

また上述の切替時間T1は、照明器具を構成するランプソケットやＬＥＤランプ口金部などの材料として樹脂材料が使われる場合においては、ランプソケットやＬＥＤランプ110の樹脂材料が劣化し不安全な現象を生じる虞がない使用時間と同程度の時間に設定してもよい。

２電力変換部
３電流検出部
４電圧検出部
５制御部
110 ＬＥＤランプ
120 ランプソケット

Claims

出力電圧が可変である電力変換部と、当該電力変換部からランプソケットを介してＬＥＤランプに供給される出力電流を検出する電流検出部と、前記ランプソケットを介してＬＥＤランプに印加される前記出力電圧を検出する電圧検出部と、前記電流検出部で検出される出力電流を目標値に一致させるように前記電力変換部を制御して前記出力電圧を増減する制御部とを備え、
前記制御部は、前記電圧検出部で検出される出力電圧が前記ＬＥＤランプの定格電圧よりも高い所定の上限値を超えたときに前記電力変換部を制御して前記出力電圧を減少するとともに、前記ＬＥＤランプの累積点灯時間を計時し且つ当該累積点灯時間が所定の切替時間を経過した後は、前記累積点灯時間の経過とともに前記上限値を単調減少させることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
前記制御部は、所定のリセット条件が満たされた場合に前記累積点灯時間をゼロにリセットすることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯装置。
前記制御部は、前記累積点灯時間が前記切替時間よりも後の所定のリセット不動作時間を経過した後は、前記リセット条件が満たされた場合でも前記累積点灯時間をリセットしないことを特徴とする請求項２記載のＬＥＤ点灯装置。
請求項１〜３の何れかのＬＥＤ点灯装置と、前記ランプソケットと、前記ＬＥＤ点灯装置並びに前記ランプソケットを保持する器具本体とを備えたことを特徴とする照明器具。