JP2012174649A - Ｌｅｄ照明システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤユニットの電源ユニットとの脱着の際に、過大な電流が流れることを抑制することができるＬＥＤ照明システムを提供する。
【解決手段】ＬＥＤ照明システムは、電力を供給する電源ユニットと、電源ユニットに着脱可能に構成され、かつ、少なくとも１つのＬＥＤを含むＬＥＤユニットと、を備え、電源ユニットは、電流フィードバック制御回路と、電圧フィードバック回路と、ＬＥＤユニットの接続状態を検出するＬＥＤユニット接続検出部と、を有し、電源ユニットにＬＥＤユニットが接続されたとき、電流フィードバック制御回路による定電流制御が行われ、電源ユニットからＬＥＤユニットが外されたとき、電圧フィードバック制御回路による電源ユニットの出力電圧制御が行われるように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ照明システムに関し、特に、ＬＥＤユニットの脱着が可能なＬＥＤ照明システムに関するものである。

従来、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を発光させるＬＥＤ照明システムでは、ＬＥＤに一定の直流電流を流して点灯させる定電流制御が行われている。このようなＬＥＤ照明システムにおいて、負荷となるＬＥＤは、１個あるいは複数直列に接続されたＬＥＤユニットが用いられる。そのため、ＬＥＤに発光用の電流を供給する照明用電源ユニットは、ＬＥＤ負荷に流れる負荷電流を検出し、負荷となるＬＥＤの数や、ＬＥＤの順方向電圧のバラツキに関わらず、発光に適した一定の直流電流をＬＥＤに流すべく出力電圧を調節する定電流制御を行うようになっている。そして、このようなＬＥＤ照明システムでは、ＬＥＤユニットの脱着が可能となっており、照明用電源ユニットから取り外されたＬＥＤユニットを再装着されるとき、その再装着されたことを検出するには、機械的な方法で行っている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２３４４１４号公報

特許文献１に開示されるような従来のＬＥＤ照明システムでは、ＬＥＤユニットの再装着時に再装着が行われたことを検出する検出スイッチ等が必要となり、そのため、高価なものとなってしまうという問題点がある。また、機械的に再装着を検出する装置では、必ず摩耗がつきものであるために、摩耗による接触不良等が生じてしまう場合もあり、ＬＥＤユニット再装着の検出の信頼性が低下する可能性があるという問題点がある。

本発明の目的は、上記の課題に鑑み、安価でＬＥＤユニット再装着の検出の信頼性が高いＬＥＤ照明システムを提供することにある。

本発明に係るＬＥＤ照明システムは、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
第１のＬＥＤ照明システム（請求項１に対応）は、所定の入力電力を変換して直流電力を出力する電源ユニットと、前記電源ユニットに着脱可能に構成され、かつ、少なくとも１つのＬＥＤを含むＬＥＤユニットと、を備え、前記電源ユニットは、電流フィードバック制御回路と、電圧フィードバック制御回路と、前記ＬＥＤユニットの接続状態を検出するＬＥＤユニット接続検出部と、を有し、前記電源ユニットに前記ＬＥＤユニットが接続されたとき、前記電流フィードバック制御回路による定電流制御が行われ、前記電源ユニットから前記ＬＥＤユニットが外されたとき、前記電圧フィードバック制御回路による前記電源ユニットの出力電圧制御が行われるように構成され、前記ＬＥＤユニットは、前記少なくとも１つのＬＥＤに対し並列に設けられた少なくとも１つの容量素子を備えることを特徴とする。
第２のＬＥＤ照明システム（請求項２に対応）は、上記の構成において、好ましくは、前記電源ユニットは、前記出力電圧制御により、前記容量素子に充電電流が流れる所定の電圧を出力することを特徴とする。
第３のＬＥＤ照明システム（請求項３に対応）は、上記の構成において、好ましくは、前記所定の電圧は、前記ＬＥＤユニットのＬＥＤに電流が流れない電圧であることを特徴とする。
第４のＬＥＤ照明システム（請求項４に対応）は、上記の構成において、好ましくは、前記ＬＥＤユニット接続検出部が、前記ＬＥＤユニットに流れる電流に基づき前記ＬＥＤユニットの接続状態を検出することを特徴とする
第５のＬＥＤ照明システム（請求項５に対応）は、上記の構成において、好ましくは、前記ＬＥＤユニットは、前記容量素子と接続された少なくとも１つの抵抗を備えることを特徴とする。

本発明によれば、安価でＬＥＤユニット再装着の検出の信頼性が高いＬＥＤ照明システムを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤ照明システムを示す回路図である。 本発明の第２の実施形態に係るＬＥＤ照明システムを示す回路図である。 ＬＥＤユニットの構成例を示す回路図である。

以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤ照明システムを示す回路図である。ＬＥＤ照明システム１０は、電力を供給する電源ユニット１１と、電源ユニット１１に接続可能に構成され、かつ、少なくとも１つのＬＥＤ１２ａからなるＬＥＤユニット１２と、を備えている。

電源ユニット１１は、電源部１４、制御部１５、例えば商用の交流電圧Ｖａｃを受電する入力端子１６，１７、ＬＥＤユニット１２が接続される接続端子１８，１９、抵抗Ｒ１（電流検知部）、抵抗Ｒ２（電圧検知部）、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４を備えて構成されている。

電源部１４は、入力端子１６，１７で受電された交流電圧Ｖａｃを整流するダイオードブリッジＤＢ１と、トランスＴ１の一次巻線ｎ１とトランジスタＴｒ１との直列回路と、トランスＴ１の二次巻線ｎ２の一端にアノードが接続され、カソードが接続端子１８に接続されたダイオードＤ１と、ダイオードＤ１のカソードと二次巻線ｎ２の他端との間に接続された平滑用のコンデンサＣ１とを備えている。二次巻線ｎ２の他端は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ４を介して接続端子１９に接続されている。また、抵抗Ｒ２，Ｒ３がコンデンサＣ１に並列に接続されている。そして、トランジスタＴｒ１が、制御部１５からの制御信号に応じてオンオフすることで、当該制御信号のパルス幅に応じた出力電圧（コンデンサＣ１の両端電圧）が、接続端子１８，１９を介してＬＥＤユニット１２に印加される。

なお、例えば商用の交流電圧ＶａｃとダイオードブリッジＤＢ１で構成される整流回路とは、電池等の直流電圧源に置き換えられてもよい。電源部１４は、当該直流電源から供給された直流電力を変換して、ＬＥＤユニット１２の発光用の電力を生成するように構成されていてもよい。また、電源の方式としてはトランスＴ１を介した絶縁型の構成を示しているが、電源部１４の絶縁性や回路方式は特に限定するものではない。

そして、電源部１４の出力電圧によりＬＥＤユニット１２に流れる負荷電流ＩＬは、抵抗Ｒ１を流れるので、抵抗Ｒ１による電圧降下すなわち検知電圧ＶＲ１は、負荷電流ＩＬに応じた電圧となる。また、抵抗Ｒ２による検知電圧ＶＲ２を、制御部に送ることにより、その検知電圧ＶＲ２を電圧フィードバック制御用の電圧とすることができる。さらに、抵抗Ｒ４による検知電圧ＶＲ４を、制御部に送ることにより、その検知電圧ＶＲ４をＬＥＤユニット接続検知用の電圧とすることができる。

制御部１５は、電流フィードバック制御回路２０と、電圧フィードバック制御回路２１と、電流フィードバック制御回路２０からの信号と電圧フィードバック制御回路２１からの信号を選択するフィードバック信号選択回路２２と、ＬＥＤユニットの接続状態を検出し、スイッチＳＷ１，ＳＷ２のオンオフを制御するＬＥＤユニット接続検出部３０とを有している。

電流フィードバック制御回路２０は、コンデンサＣ２が接続された誤差増幅器２３を備え、抵抗Ｒ１による検知電圧ＶＲ１と第１の基準電圧Ｖ１０との差電圧Ｖ１をフィードバック信号選択回路２２のＰＷＭコンパレータ２４に出力する。第１の基準電圧Ｖ１０は、検知電圧ＶＲ１の動作範囲を超える値に設定する。

電圧フィードバック制御回路２１は、コンデンサＣ３が接続された誤差増幅器２５を備え、抵抗Ｒ２による検知電圧ＶＲ２と第２の基準電圧Ｖ２０との差電圧Ｖ２をフィードバック信号選択回路２２のＰＷＭコンパレータ２４に出力する。第２の基準電圧Ｖ２０は、検知電圧ＶＲ２の動作範囲を超える値に設定する。

上記第１の基準電圧Ｖ１０は、抵抗Ｒ２に電流が流れたときの検知電圧ＶＲ２と第２の基準電圧Ｖ２０との差電圧Ｖ２よりも高くなるように、例えば、１００〜５００ｍＶ程度に設定する。また、上記第２の基準電圧Ｖ２０は、抵抗Ｒ１に電流が流れたときの検知電圧ＶＲ１と第１の基準電圧Ｖ１０との差電圧Ｖ１よりも高くなるように設定する。このとき、第１の基準電圧Ｖ１０と第２の基準電圧Ｖ２０が等しくなるように設定することが好ましいが、第１の基準電圧Ｖ１０と第２の基準電圧Ｖ２０が等しくない場合でも上記の条件を満たすように第１の基準電圧Ｖ１０と第２の基準電圧Ｖ２０を設定することができる。

フィードバック信号選択回路２２のＰＷＭコンパレータ２４は、電流フィードバック制御回路２０から入力された差電圧Ｖ１と電圧フィードバック制御回路２１から入力された差電圧Ｖ２を比較し、それらのうち低い方の信号が、三角波生成部２６から発生され反転端子に入力される三角波以上のときにＨレベル、三角波未満のときにＬレベルとなるパルスをトランジスタＴｒ１に出力する。トランジスタＴｒ１は、そのパルスによりオンオフする。それによって電源部１４の出力電圧を調節する。

ＬＥＤユニット接続検出部３０は、抵抗Ｒ４による検知電圧ＶＲ４の入力により１またはゼロを出力するコンパレータ３１と、抵抗Ｒ２による検知電圧ＶＲ２と第１のしきい値電圧Ｖ３０とを比較することによって”１”（ハイレベル信号）または”０”（ローレベル信号）を出力するコンパレータ３２と、コンパレータ３１からの出力とコンパレータ３２からの出力を入力とし、端子Ｑ１、端子Ｑ２から”１”（ハイレベル信号）、”０”（ローレベル信号）を出力するフリップフロップ回路３３と、フリップフロップ回路３３からの端子Ｑ１，Ｑ２からの出力に基づいてオンオフするスイッチＳＷ１，ＳＷ２を備えている。ＬＥＤユニット接続検出部３０は、ＬＥＤユニットに電流が流れると抵抗Ｒ４における電圧降下から検知電圧ＶＲ４が得られ、ＬＥＤユニットの接続状態を検出することができる。なお、抵抗Ｒ４における電圧降下は、第１の基準電圧Ｖ１０の１／１０以下に設定することが好ましく、抵抗Ｒ４の抵抗値は、１Ω以下に設定される。

ＬＥＤユニット１２は、電源ユニット１１に接続端子１８，１９で接続されて構成されている。ＬＥＤユニット１２は、複数のＬＥＤ１２ａが直列に接続され、また、複数のＬＥＤ１２ａが直列に接続された回路全体に並列にコンデンサ（容量）Ｃ１２が接続されて構成されている。さらに、ＬＥＤユニット１２は、ＬＥＤユニット１２を電源ユニット１１から外したときにコンデンサＣ１２に蓄電された電荷を放電するために抵抗Ｒ１２がコンデンサＣ１２に並列に接続されている。コンデンサＣ１２の容量は、後述の効果を得るために、０．１μＦよりも大きく、１００μＦ以下に設定される。なお、ＬＥＤユニット１２は、ＬＥＤ１２ａが一個であってもよい。また、ＬＥＤ１２ａの代わりに、流れる電流に応じて発光する素子であれば、ＬＥＤ以外のものを用いてもよい。

次に、上述のように構成されたＬＥＤ照明システム１０の動作について説明する。まず、接続端子１８，１９にＬＥＤユニット１２が接続されたときにＬＥＤユニット１２のコンデンサＣ１２への充電電流が流れ、その充電電流が抵抗Ｒ４に流れ、それにより検知電圧ＶＲ４が生じる。検知電圧ＶＲ４により、ＬＥＤユニット接続検出部３０のコンパレータ３１から信号”１”がフリップフロップ回路３３のリセット端子Ｒに出力される。フリップフロップ回路３３がリセットされると、端子Ｑ１から”０”が出力されスイッチＳＷ１がオフとなり、端子Ｑ２から”１”が出力されスイッチＳＷ２がオンとなる。スイッチＳＷ２がオンとなることで、電圧フィードバック用の検知電圧ＶＲ２が電圧フィードバック制御回路２１には供給されなくなり、出力電圧が上昇する。出力電圧が上昇し、ＬＥＤ１２ａに負荷電流ＩＬが流れ始めると、負荷電流ＩＬが抵抗Ｒ１を流れて検知電圧ＶＲ１が制御部１５に送られる。そのとき、検知電圧ＶＲ１と第１の基準電圧Ｖ１０との差電圧Ｖ１の方が第２の基準電圧Ｖ２０とアースによる差電圧Ｖ２より低くなる。すなわち、誤差増幅器２３から出力される差電圧Ｖ１の方が誤差増幅器２５から出力される差電圧Ｖ２よりも低くなる。ＰＷＭコンパレータ２４は、誤差増幅器２３から出力される差電圧Ｖ１と三角波生成部２６から発生される三角波によってＰＷＭ信号を形成し、トランジスタＴｒ１に出力する。従って、負荷電流ＩＬが所望の大きさになるように、端子１８，１９からの出力電圧が制御される。

ＬＥＤユニット１２を取り外すと、抵抗Ｒ４に流れる電流は、０Ａとなる。それにより、検知電圧ＶＲ４は０Ｖとなり、コンパレータ３１からの出力は”０”となる。また、抵抗Ｒ２の電圧が第１のしきい値電圧Ｖ３０より大きくなるとコンパレータ３２からの出力が”１”となり、フリップフロップ回路の端子Ｑ１からの出力は”１”となりスイッチＳＷ１がオンとなり、端子Ｑ２からの出力は”０”となりスイッチＳＷ２がオフとなる。それにより、抵抗Ｒ２による検知電圧ＶＲ２が電圧フィードバック制御回路２１に供給されるようになる。

ＬＥＤユニット１２が再接続されるまでの間は、抵抗Ｒ１による検知電圧ＶＲ１が０Ｖであるため、抵抗Ｒ２の検知電圧ＶＲ２と第２の基準電圧Ｖ２０との差電圧Ｖ２の方が第１の基準電圧Ｖ１０と検知電圧ＶＲ１との差電圧Ｖ１より低くなる。すなわち、誤差増幅器２５からの差電圧Ｖ２の方が誤差増幅器２３からの差電圧Ｖ１より低くなる。ＰＷＭコンパレータ２４は、この差電圧Ｖ２と三角波によりＰＷＭ信号を発生し、出力電圧を低下させる。従って、電源ユニット１１の破壊を防止するように所定の電圧を出力する。当該所定の電圧は、コンデンサＣ１２に充電電流を流すことができる電圧値以上であって、ＬＥＤ１２ａに電流が流れない電圧値以下に設定されることが好ましい。

これにより、点灯中であっても、安全にＬＥＤユニット１２の電源ユニット１１からの脱着と再点灯とが可能となり、かつ、安価で高効率なＬＥＤ照明システムを提供することができる。また、ＬＥＤユニット再装着の検出の信頼性が高いＬＥＤ照明システムを提供することができる。また、ＬＥＤユニット１２が接続されない間、抵抗Ｒ２，Ｒ３における電力損失を低減することができる。

図２は、第２の実施形態に係るＬＥＤ照明システム４０のブロック図である。第２の実施形態では、ＬＥＤ電流制御時の電流検出抵抗とＬＥＤユニット再装着時の電流検出抵抗が共通の抵抗Ｒ１である。また、それに伴い、ＬＥＤユニット接続検出部４３は、第１の実施形態を説明する図１でのコンパレータ３１の代わりに、基準電圧Ｖ４５と検知電圧ＶＲ１とを比較して検知電圧ＶＲ１が基準電圧Ｖ４５より大きいとき”１”を出力し、検知電圧ＶＲ１が基準電圧Ｖ４５より小さいとき”０”を出力するコンパレータ４４を設けている。それ以外は、第１の実施形態と同様であり、同じ構成要素には同じ符号を付し、説明を省略する。

図２のように構成されたＬＥＤ照明システム４０の動作について説明する。まず、接続端子１８，１９にＬＥＤユニット１２が接続された状態では、接続されたときにＬＥＤユニット１２のコンデンサＣ１２への充電電流が最初流れ、その充電電流が抵抗Ｒ１に流れ、それにより検知電圧ＶＲ１が生じる。それにより、検知電圧ＶＲ１が基準電圧Ｖ４５より大きくなりＬＥＤユニット接続検出部４３のコンパレータ４４から信号”１”がフリップフロップ回路３３のリセット端子Ｒに出力される。それにより、端子Ｑ１から”０”が出力されスイッチＳＷ１がオフとなり、端子Ｑ２から１が出力しスイッチＳＷ２がオンとなる。それにより、電圧フィードバック用の検知電圧ＶＲ２が電圧フィードバック制御回路２１には供給されなくなる。また、検知電圧ＶＲ１は、電流フィードバック制御回路２０に送られる。そのとき、検知電圧ＶＲ１と第１の基準電圧Ｖ１０との差電圧Ｖ１の方が第２の基準電圧Ｖ２０とアースによる差電圧Ｖ２より低くなる。すなわち、誤差増幅器２３から出力される差電圧Ｖ１の方が誤差増幅器２５から出力される差電圧Ｖ２よりも低くなる。ＰＷＭコンパレータ２４は、誤差増幅器２３から出力される差電圧Ｖ１と三角波生成部２６から発生される三角波によってＰＷＭ信号を形成し、トランジスタＴｒ１に出力する。従って、負荷電流ＩＬが所望の大きさになるように、端子１８，１９からの出力電圧が制御される。

ＬＥＤユニット１２を取り外すと、抵抗Ｒ１に流れる電流は、０Ａとなる。それにより、検知電圧ＶＲ１は０Ｖとなり、コンパレータ４４からの出力は”０”となる。また、抵抗Ｒ２の電圧が第１のしきい値電圧Ｖ３０より大きくなるとコンパレータ３２からの出力が”１”となり、フリップフロップ回路３３の端子Ｑ１からの出力は”１”となりスイッチＳＷ１がオンとなり、端子Ｑ２からの出力は”０”となりスイッチＳＷ２がオフとなる。それにより、抵抗Ｒ２による検知電圧ＶＲ２が電圧フィードバック制御回路２１に供給されるようになる。

ＬＥＤユニット１２が再接続されるまでの間は、抵抗Ｒ１による検知電圧ＶＲ１が０Ｖであるため、抵抗Ｒ２の検知電圧ＶＲ２と第２の基準電圧Ｖ２０との差電圧Ｖ２の方が第１の基準電圧Ｖ１０と検知電圧ＶＲ１との差電圧Ｖ１より低くなる。すなわち、誤差増幅器２５からの差電圧Ｖ２の方が誤差増幅器２３からの差電圧Ｖ１より低くなる。ＰＷＭコンパレータ２４では、この差電圧Ｖ２と三角波によりＰＷＭ信号を発生し、出力電圧を低下させる。従って、電源ユニット１１の破壊を防止するように所定の電圧を出力する。

これにより、点灯中であっても、安全にＬＥＤユニット１２の電源ユニット４１からの脱着と再点灯とが可能となり、かつ、安価で高効率なＬＥＤ照明システムを提供することができる。また、ＬＥＤユニット再装着の検出の信頼性が高いＬＥＤ照明システムを提供することができる。また、ＬＥＤユニット１２が接続されない間、抵抗Ｒ２，Ｒ３における電力損失を低減することができる。さらに、電源ユニット４１の構成が簡素化される。

なお、本実施形態では、コンデンサＣ１２をＬＥＤユニット１２の全体に並列にするような構成を示して説明したが、それに限らず、図３で示すようにコンデンサＣ１３と抵抗Ｒ１３をＬＥＤユニット１２の一部のＬＥＤ１２ａと並列に接続するようにしてもよい。図３の構成によれば、電源ユニットから取り外されたＬＥＤユニットの接続端子１８，１９間の電圧を比較的低くすることができる。

以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

本発明に係るＬＥＤ照明システムは、ＬＥＤユニットが電源ユニットから脱着可能な照明システムとして利用される。

１０ ＬＥＤ照明システム
１１ 電源ユニット
１２ ＬＥＤユニット
１２ａ ＬＥＤ
１４ 電源部
１５ 制御部
１６ 入力端子
１７ 入力端子
１８ 接続端子
１９ 接続端子
２０ 電流フィードバック制御回路
２１ 電圧フィードバック制御回路
２２ フィードバック信号選択回路
２３ 誤差増幅器
２４ ＰＷＭコンパレータ
２５ 誤差増幅器
２６ 三角波生成部
３０ ＬＥＤユニット接続検出部
３１ コンパレータ
３２ コンパレータ
３３ フリップフロップ回路
４０ ＬＥＤ照明システム
４１ 電源ユニット
４２ 制御部
４３ ＬＥＤユニット接続検出部
４４ コンパレータ
Ｔｒ１ トランジスタ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ１２ 抵抗
Ｔ１ トランス
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ コンデンサ
Ｃ１２，Ｃ１３ コンデンサ
ＳＷ１，Ｓｗ２ スイッチ
ＶＲ１，ＶＲ２，ＶＲ４ 検知電圧
Ｖ１０ 第１の基準電圧
Ｖ２０ 第２の基準電圧
Ｖ１ 差電圧
Ｖ２ 差電圧
Ｖ４５ 基準電圧
Ｖａｃ 商用の交流電圧
Ｖ３０ 第１のしきい値電圧
ＤＢ１ ダイオードブリッジ

Claims (5)

1. 所定の入力電力を変換して直流電力を出力する電源ユニットと、
   前記電源ユニットに着脱可能に構成され、かつ、少なくとも１つのＬＥＤを含むＬＥＤユニットと、を備え、
   前記電源ユニットは、電流フィードバック制御回路と、電圧フィードバック制御回路と、前記ＬＥＤユニットの接続状態を検出するＬＥＤユニット接続検出部と、を有し、
   前記電源ユニットに前記ＬＥＤユニットが接続されたとき、前記電流フィードバック制御回路による定電流制御が行われ、前記電源ユニットから前記ＬＥＤユニットが外されたとき、前記電圧フィードバック制御回路による前記電源ユニットの出力電圧制御が行われるように構成され、
   前記ＬＥＤユニットは、前記少なくとも１つのＬＥＤに対し並列に設けられた少なくとも１つの容量素子を備えることを特徴とするＬＥＤ照明システム。
2. 前記電源ユニットは、前記出力電圧制御により、前記容量素子に充電電流が流れる所定の電圧を出力することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明システム。
3. 前記所定の電圧は、前記ＬＥＤユニットのＬＥＤに電流が流れない電圧であることを特徴とする請求項２記載のＬＥＤ照明システム。
4. 前記ＬＥＤユニット接続検出部は、前記ＬＥＤユニットに流れる電流に基づき前記ＬＥＤユニットの接続状態を検出することを特徴とする請求項１または２記載のＬＥＤ照明システム。
5. 前記ＬＥＤユニットは、前記容量素子と接続された少なくとも１つの抵抗を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明システム。

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