JP2013012487A

JP2013012487A - 発光ダイオード照明回路及び照明装置

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Publication number: JP2013012487A
Application number: JP2012187357A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Washimi; 義和鷲見; Takuhiro Tanase; 拓宏棚瀬
Original assignee: Lecip Holdings Corp
Current assignee: Lecip Holdings Corp
Priority date: 2009-10-02
Filing date: 2012-08-28
Publication date: 2013-01-17
Also published as: JPWO2011040512A1; JP2012230923A; WO2011040512A1; US20120235574A1

Abstract

【課題】精度の高い短絡故障検出が可能な発光ダイオード照明回路及び照明装置を提供する。
【解決手段】電力により発光する照明装置５１０に備えられた発光ダイオード照明回路５０１は、夫々複数の発光ダイオードを有するＬＥＤ回路５０２ａ〜５０２ｄが設けられた発光部５０２と、ＬＥＤ回路５０２ａ〜５０２ｄに夫々直列に接続されＬＥＤ回路５０２ａ〜５０２ｄの両端電圧の低下を検出する電圧検出回路を有する故障検出部５０５と、電圧検出回路によるＬＥＤ回路５０２ａ〜５０２ｄの両端電圧の低下の検出に基き警報を発する故障警報部５０６とを備え、ＬＥＤ回路５０２ａ〜５０２ｄの故障を検出すると故障警報部６が警報を発するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードの短絡故障を検出する機能を有する発光ダイオード照明回路及び該回路を備えた照明装置に関する。

従来、鉄道等の室内灯具として、光源として発光ダイオードが多数接続されて構成された発光ダイオード照明装置がある。このような発光ダイオード照明装置は、発光ダイオードに短絡モードの故障が発生した場合には、故障した発光ダイオードのみでなく他の発光ダイオードに流れる電流も増大するため、当初に短絡故障した発光ダイオード以外の発光ダイオードや駆動電流供給部等の故障を誘発する虞があった。例えば、当初に短絡故障した発光ダイオードに直列に接続されている他の発光ダイオード等に、過電流が流れて破損する可能性がある。

これに対し、特許文献１によれば、ダイオード破損によって内部インピーダンスによる電力消費が無くなることからダイオードの発熱が無くなる特性を利用し、回路中に設けられたダイオードの温度上昇の有無を温度センサを用いて監視してダイオード故障を検知する技術が開示されている。

特開平９−３２７１２０号公報

特許文献１のダイオード故障検出回路によれば、電圧または電流を直接検出しないので、ＬＥＤ故障以外の要因で温度低下が発生した場合にも故障と判断される可能性があり、故障検出の精度が低かった。また、温度センサのみによる検出では、断線故障であるのか、短絡故障であるのかが特定できなかった。短絡故障の場合には、上記のように過電流の発生によって他の発光ダイオードなどにも故障が派生する虞があるため、短絡故障を確実に検出することが求められていた。

上記の実情を鑑み、本発明は、短絡故障を高精度で検出する故障検出回路を備えた発光ダイオード照明回路及び該回路を備えた照明装置を提供することを目的とする。

本発明は、発光ダイオードを光源とする照明装置に設けられる発光ダイオード照明回路であって、直列または並列に接続される複数の発光ダイオードに駆動電流を供給するＬＥＤ回路を複数備えた発光部と、前記複数のＬＥＤ回路に流れる各駆動電流が所定の故障電流値以上であるか否かを前記複数のＬＥＤ回路ごとに検出する故障検出部と、前記各駆動電流の少なくとも一つが前記故障電流値以上であると前記故障検出部により検出された場合には所定の警報動作を行う故障警報部と、を具備する発光ダイオード照明回路である。

本発明によると、故障検出部により、複数のＬＥＤ回路に流れる各駆動電流が所定の故障電流値以上であるか否かを複数のＬＥＤ回路ごとに検出し、各駆動電流の少なくとも一つが故障電流値以上であると故障検出部により検出された場合には故障警報部によって所定の警報動作を行う。

これにより、ＬＥＤ回路中のいずれかの発光ダイオードに短絡故障が生じた場合、ＬＥＤ回路の内部インピーダンスが低下して駆動電流が増加し故障電流値以上になると故障警報部によって所定の警報動作を行うことから、このような短絡故障の検出が可能となる。従って、短絡故障発生を高い精度で検出することができる。

また、本発明の発光ダイオード照明回路は、前記故障検出部は、前記駆動電流が流れるように前記ＬＥＤ回路に直列に接続される第一抵抗と、前記駆動電流により前記第一抵抗に生じる電圧を取り出し可能に前記第一抵抗の高電位側に接続される第二抵抗と、前記駆動電流に比例しかつ前記第一抵抗と前記第二抵抗とにより定まる検出電圧が所定の電圧値以上であるか否かを検出する検出手段と、を前記複数のＬＥＤ回路ごとに備え、前記検出手段は、前記検出電圧が前記所定の電圧値以上である場合には前記駆動電流が前記故障電流値以上であることを検出する、構成を採り得る。

この構成によると、検出手段により、駆動電流に比例しかつ第一抵抗と第二抵抗とにより定まる検出電圧が所定の電圧値以上であるか否かを検出し、検出電圧が所定の電圧値以上である場合には駆動電流が故障電流値以上であることを検出する。ＬＥＤ回路中のいずれかの発光ダイオードに短絡故障が生じた場合、ＬＥＤ回路の抵抗値が低下して駆動電流が増加すると、駆動電流に比例しかつ第一抵抗と第二抵抗とにより定まる検出電圧が増加するので、検出電圧が所定の電圧値以上である場合には駆動電流が故障電流値以上であることを検出する。これにより、第一抵抗及び第二抵抗の抵抗値の組み合わせにより検出電圧を定めることができるので、何個の発光ダイオードが短絡故障をしたら故障警報部を動作させるのかなどをこれらの抵抗の組み合わせによって容易に設定することができる。

また、本発明の発光ダイオード照明回路によれば、前記検出手段は、制御端子、入力端子および出力端子を備え、前記制御端子に入力される前記検出電圧が所定の閾値電圧以上である場合には前記入力端子と前記出力端子と間を導通状態にし、前記検出電圧が所定の閾値電圧未満である場合には前記入力端子と前記出力端子と間を遮断状態にする半導体スイッチング素子である、構成を採り得る。

ここで、半導体スイッチング素子がバイポーラ・トランジスタであれば、「制御端子」はベースを意味し、「入力端子」はコレクタを意味し、「出力端子」はエミッタを意味する。また半導体スイッチング素子が電界効果トランジスタであれば、「制御端子」はゲートを意味し、「入力端子」はドレインを意味し、「出力端子」はソースを意味する。半導体スイッチング素子の種類が限定されることはなく、任意に選択してもよい。

この構成によると、検出手段は、制御端子、入力端子および出力端子を備えた半導体スイッチング素子で、制御端子に入力される検出電圧が所定の閾値電圧以上である場合には入力端子と出力端子との間を導通状態にし、検出電圧が所定の閾値電圧未満である場合には入力端子と出力端子との間を遮断状態にする。ＬＥＤ回路中のいずれかの発光ダイオードに短絡故障が生じた場合、ＬＥＤ回路の内部インピーダンスが低下して駆動電流が増加すると、駆動電流に比例しかつ第一抵抗と第二抵抗とにより定まる検出電圧も増加するので、この検出電圧が所定の閾値電圧以上であれば入力端子と出力端子と間を導通状態にして「駆動電流が故障電流値以上であること」を検出する。これにより、駆動電流が故障電流値以上であるか否かを半導体スイッチング素子のオンオフ動作により検出することができるので、当該半導体スイッチによって故障警報部の警報動作を制御することができる。

また、本発明の発光ダイオード照明回路によれば、前記故障警報部は、警報状態を表示する警報表示ＬＥＤを備え、前記所定の警報動作としてこの警報表示ＬＥＤを点灯させる、構成を採り得る。

この構成によると、故障警報部が動作すると、警報表示ＬＥＤが点灯するので、簡素な構成によって視覚的に認識可能に警報を行うことができる。

さらに、本発明の発光ダイオード照明回路によれば、前記駆動電流を供給する駆動電流供給部に接続されて前記駆動電流を減少させる制御信号を出力可能なフォトカプラを備え、前記所定の警報動作としてこのフォトカプラから前記制御信号を出力させる、構成を採り得る。

この構成によると、故障警報部が動作すると、駆動電流を減少させる制御信号がフォトカプラから出力されるので、増加した駆動電流を減少させることで、正常な発光ダイオードに過電流が流れることを防止することができる。

本発明の発光ダイオード照明回路を具備する照明装置によれば、ＬＥＤ回路のいずれかの発光ダイオードに短絡故障が生じると、ＬＥＤ回路の内部インピーダンスが低下して駆動電流が増加する。これにより、増加した駆動電流が故障電流値以上になると故障警報部によって所定の警報動作を行うことから、このような短絡故障の検出が可能となる。

従って、照明装置の光源である発光ダイオードに短絡故障が生じた場合には、照明装置に組み込まれた故障検出部が故障を検出し、検出結果に基き故障警報部が故障警報動作を行うことによって、比較的早期に照明装置の修理や交換の必要性を示唆できるので、短絡故障で生じた過電流によってさらに故障被害が拡大する虞を防ぐことができる。

以上のように、本発明によれば、故障検出部によって、複数のＬＥＤ回路に流れる各駆動電流が所定の故障電流値以上であるか否かを複数のＬＥＤ回路ごとに検出することにより、ＬＥＤ回路に含まれる発光ダイオードの短絡故障を高い精度で検出することが可能な発光ダイオード照明回路及び照明装置を提供することができる。

発光ダイオード照明装置の構成を示すブロック図である。発光ダイオード照明回路の主要部を示す回路図である。本発明の第二の実施形態の主要部を示す回路図である。ＬＥＤ回路周辺の構成を示す回路図である。本発明の第三の実施形態の主要部を示す回路図である。本発明の第四の実施形態の主要部を示す回路図である。

以下、本発明の第一の実施形態である照明装置１０について、図１及び図２に基き説明する。図１は、発光ダイオード照明装置の構成を示すブロック図であり、図２は、ＬＥＤ照明装置の発光ダイオード照明回路の主要部を示す回路図である。

以下、図１に基き説明する。照明装置５１０は、発光ダイオード照明回路５０１を備えており、鉄道車両の客室に設置される照明装置である。発光ダイオード照明回路５０１は、ＬＥＤ回路５０２ａ，５０２ｂ，５０２ｃ，５０２ｄを並列に備えた発光部５０２と、発光部５０２に対して電源線路５１４で接続されており発光部５０２に所定の直流電流を供給する駆動電流供給部５０３と、発光部５０２及び駆動電流供給部５０３に接続されておりＬＥＤ回路５０２ａ〜５０２ｄに故障が生じたことを検出する故障検出部５０５と、ＬＥＤ回路５０２ａ〜５０２ｄに並列に接続されており故障検出部５０５の検出結果に基いて故障発生を報知する故障警報部５０６とを備えている。また、駆動電流供給部５０３には、発光ダイオード照明回路５０１に対して外部から電力を供給する電源５０４が接続されている。

図２に示すように、ＬＥＤ回路５０２ａは、直列に接続された４個の発光ダイオードＤ１〜Ｄ４によって構成されている。ＬＥＤ回路５０２ｂ〜５０２ｄの構成は、ＬＥＤ回路５０２ａと同様である。従って、発光部５０２は、各々４個の発光ダイオードが直列に接続された４つのＬＥＤ回路５０２ａ〜５０２ｄが並列に接続されて構成されている。

故障検出部５０５は、相互に並列に接続された電圧検出回路５０５ａ〜５０５ｄによって構成されている。電圧検出回路５０５ａは、ＬＥＤ回路５０２ａに対して直列に接続される第一抵抗６０１と、ＬＥＤ回路５０２ａと第一抵抗６０１との間に挿入された結節点６０２で分岐し、第一抵抗６０１に対して並列にゲートが接続されたＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（検出手段、半導体スイッチング素子）であるＦＥＴ６０４と、ＦＥＴ６０４及び結節点６０２の間に配設された第二抵抗６０３とを備えている。同様に、電圧検出回路５０５ｂは、第一抵抗６１１と、結節点６１２で分岐して第一抵抗６１１に対して並列にゲートが接続されたＦＥＴ６１４と、ＦＥＴ６１４及び結節点６１２の間に配設された第二抵抗６１３とを備えている。また、電圧検出回路５０５ｃは、同様に第一抵抗６２１と、結節点６２２で分岐して第一抵抗６２１に対して並列に接続されたＦＥＴ６２４と、ＦＥＴ６２４及び結節点６２２の間に配設された第二抵抗６２３とを備えている。また、電圧検出回路５０５ｄは、同様に第一抵抗６３１と、結節点６３２で分岐して第一抵抗６３１に対して並列に接続されたＦＥＴ６３４と、ＦＥＴ６３４及び結節点６３２の間に配設された第二抵抗６３３とを備えている。

ＬＥＤ回路５０２ａ〜５０２ｄには、故障検出部５０５の電圧検出回路５０５ａ〜５０５ｄが夫々接続されている。ＬＥＤ回路５０２ａと電源線路５１４との間に電圧検出回路５０５ａが設けられており、ＬＥＤ回路５０２ｂと電源線路５１４との間に電圧検出回路５０５ｂ、ＬＥＤ回路５０２ｃと電源線路５１４との間に電圧検出回路５０５ｃ、ＬＥＤ回路５０２ｄと電源線路５１４との間に故障検出回路５０５ｄが夫々設けられている。ＦＥＴ６０４のゲートは第二抵抗６０３に接続されており、ＦＥＴ６０４のドレインは、信号線路５２１を介して故障警報部５０６に接続され、ＦＥＴ６０４のソースは電源線路５１４に接続されている。ＬＥＤ回路５０２ｂ〜５０２ｄも、ＬＥＤ回路５０２ａと同様であり、ＦＥＴ６１４のゲートは第二抵抗６１３に接続されており、ＦＥＴ６１４のドレインは、信号線路５２１を介して故障警報部５０６に接続され、ＦＥＴ６１４のソースは電源線路５１４に接続されている。ＦＥＴ６２４のゲートは第二抵抗６２３に接続されており、ＦＥＴ６２４のドレインは、信号線路５２１を介して故障警報部５０６に接続され、ＦＥＴ６２４のソースは電源線路５１４に接続されている。ＦＥＴ６３４のゲートは第二抵抗６３３に接続されており、ＦＥＴ６３４のドレインは、信号線路５２１を介して故障警報部５０６に接続され、ＦＥＴ６３４のソースは電源線路５１４に接続されている。

なお、第二抵抗６０３，６１３，６２３，６３３は、いずれも、第一抵抗６０１，６１１，６２１，６３１よりも抵抗値が十分大きく、駆動電流供給部５０３から定格内の直流電流が供給されてＬＥＤ回路５０２ａ〜５０２ｄ中の発光ダイオードが正常に機能しているときには、ＦＥＴ６０４，６１４，６２４，６３４は導通しないように設定されている。

故障警報部５０６は、直列に接続された警報表示ＬＥＤ５６１及び電流制限抵抗５６２を備えており、発光部５０２（電源線路５１３）に対して信号線路５２１を介して接続され、電圧検出部５０５に対して信号線路５２１を介して接続されている。ＦＥＴ６０４，６１４，６２４，６３４のいずれかが導通して警報表示部５０６に電流が流れた場合には、電流制限抵抗５６２が電流を制限し、過電流による警報表示ＬＥＤ５６１の破損を防ぐ。

以下、ＬＥＤ回路５０２ａ及び電圧検出回路５０５ａを例に採って、電圧検出回路５０５ａの通常の作動状態について説明する。ＬＥＤ回路５０２ａが正常であるときには、駆動電流供給部５０３から所定の電流が供給されると、ＬＥＤ回路５０２ａの両端電圧は所定の値となり、発光ダイオードＤ１〜Ｄ４は点灯する。このとき、第二抵抗６０３の抵抗値Ｒ２は、第一抵抗６０１の抵抗値Ｒ１よりも十分に大きく、ＦＥＴ６０４のゲートにおける電圧は、ＦＥＴ６０４が導通する閾値電圧よりも小さいため、ＦＥＴ６０４のドレイン-ソース間に電流が流れることなく、故障警報部５０６の警報表示ＬＥＤ５６１は点灯しない。

次に、発光部５０２の発光ダイオードに短絡故障が生じた場合のＬＥＤ回路５０２ａ〜５０２ｄ及び電圧検出回路５０５ａ〜５０５ｄの作動状態について、ＬＥＤ回路５０２ａ及び電圧検出回路５０５ａを例に採って説明する。発光ダイオードＤ１〜Ｄ４のいずれか１個以上に短絡故障が生じると、発光ダイオードの内部インピーダンスの低下により、当該ＬＥＤ回路の両端電圧が低下する。ＬＥＤ回路５０２ａには電圧検出回路５０５ａが直列に接続されており、電圧検出回路５０５ａに流れる電流が増加する。電圧検出回路５０５ａに流れる電流が増加すると、結節点６０２の電位は上昇する。ＦＥＴ６０４のゲートの電圧が所定の閾値電圧よりも大きくなると、ＦＥＴ６０４のドレインーソース間が導通して電流が流れ、故障警報部５０６の警報表示ＬＥＤ５６１が点灯する。

電圧検出回路５０５ａに流れる電流が増加し、第一抵抗６０１及び第二抵抗６０３の電圧が上昇する際に、第一抵抗６０１の抵抗値Ｒ１及び第二抵抗６０３の抵抗値Ｒ２の比に応じてＦＥＴ６０４のゲートにおける電圧が決定される。すなわち、第一抵抗６０１の抵抗値Ｒ１が、第二抵抗６０３の抵抗値Ｒ２に比して相対的に大きくなるほど、ＦＥＴ６０４のゲートにおける電圧は上昇しやすく、閾値電圧を超えやすくなる。第一抵抗６０１の抵抗値Ｒ１が大きいほど、発光ダイオードＤ１〜Ｄ４の短絡故障を検出するための検出感度は高くなる。第二抵抗６０３の抵抗値Ｒ２が大きいほど発光ダイオードＤ１〜Ｄ４の短絡故障を検出するための検出感度は低くなる。検出感度が高いと、電流検出回路５０５ａは、発光ダイオードの短絡故障発生に対して敏感となり、比較的少数のＬＥＤの短絡故障発生で故障警報部５０６が警報を発する。一方、短絡故障を検出する検出感度が低いと、故障警報部５０６が警報を発するまでに発光ダイオードの故障がある程度進行することを要する。これにより、第一抵抗６０１と第二抵抗６０３の抵抗の抵抗値の比によって検出感度を予め定め、何個の発光ダイオードが短絡故障したかというＬＥＤ回路５０２ａの故障の度合いに応じて故障警報部６が警報を発するようにできる。

ＬＥＤ回路５０２ｂ〜５０２ｄはＬＥＤ回路５０２ａと同等であり、電圧検出回路５０５ｂ〜５０５ｄは電圧検出回路５０５ａと同等であるので、電圧検出回路５０５ｂ〜５０５ｄの通常時及び短絡故障発生時の作動状態は、上記の電圧検出回路５０５ａのそれと同様である。電圧検出回路５０５ａ〜５０５ｄは、相互に並列に備えられているので、夫々独立して作動し、直列に接続されたしＥＤ回路５０２ｂ〜５０２ｄにおける短絡故障発生を検出する。

以上のように、本発明の第４実施形態である発光ダイオード照明回路５０１によれば、電圧検出回路５０５ａ〜５０５ｄがＬＥＤ回路５０２ａ〜５０２ｄに夫々直列に接続されており、ＬＥＤ回路５０２ａ〜５０２ｄを流れる電流を直接検出するため、誤って他の要因による変化を検出する虞が小さく、発光ダイオードの短絡故障の検出精度が高い。

また、並列に設けられたＬＥＤ回路５０２ａ〜５０２ｄについて、電圧検出回路５０５ａ〜５０５ｄが夫々個別に短絡故障を検出するので、電圧検出回路５０５ａ〜５０５ｄの各ＦＥＴについてドレインーソース間の電流が流れているか否かを確認することで、ＬＥＤ回路５０２ａ〜５０２ｄのどれが故障したかを容易に特定することができる。

また、発光ダイオード照明回路５０１によれば、ＦＥＴが導通して故障警報部５０６に電流が流れると、警報表示ＬＥＤ５６１が発光して視覚的に認識可能に警報を行うことができる。

また、照明装置５１０によれば、光源の発光ダイオードに短絡故障が生じた場合に、照明装置５１０に組み込まれた電圧検出回路５０５ａ〜５０５ｄが故障を検出し、検出結果に基き故障警報部５０６の警報表示ＬＥＤ５６１が点灯する。短絡故障による過電流の発生のために派生的に発光ダイオードが故障する前に、警報表示ＬＥＤ５６１の点灯で照明装置の修理や交換の必要性を示唆することで、短絡故障で生じた過電流のためにさらに故障被害が拡大する虞を防ぐことができる。また、警報表示ＬＥＤ５６１が点灯した状態でも直ちに使用停止とはならず、一時的に使用を継続することも可能である。

さらに、発光ダイオード照明回路５０１は、コンピュータやＩＣ（集積回路）を使用せず、簡素なアナログ回路で構成されているので安価にて製造可能である。また、メンテナンスにおいても検査や修理が容易である。

また、第一抵抗６０１，６１１，６２１，６３１の抵抗値に応じて、ＬＥＤ回路５０２ａ〜５０２ｄの電圧低下を判定する基準値が決定されるので、第一抵抗６０１，６１１，６２１，６３１の抵抗値を調節することで警報表示ＬＥＤ５６１が点灯に至る基準値、すなわち何個のＬＥＤが短絡故障したら警報を発するかという基準を設定することができる。これにより、ＬＥＤの特性や数に応じて、あるいは照明器具の特性に応じて、短絡故障検出の精度を適宜設定することができる。

なお、上述した第一実施形態等では、駆動電流供給部５０３は所定電流を供給する定電流源であり、かつ駆動電流供給部５０３から駆動電流の供給を受ける発光部５０２は、複数のＬＥＤ回路５０２ａ〜５０２ｄを備えている。このため、ＬＥＤ回路５０２ａを構成する４個の発光ダイオードＤ１〜Ｄ４のうち、例えば発光ダイオードＤ３に短絡故障が生じると次のような現象が生じ得る。短絡故障をした発光ダイオードＤ３の内部インピーダンスがほぼゼロに低下すると、当該発光ダイオードＤ３を含むＬＥＤ回路５０２ａの内部インピーダンスが、他の正常なＬＥＤ回路５０２ｂ〜５０２ｄよりも低くなるため、ＬＥＤ回路５０２ａに流れる駆動電流が増加する。すると、短絡故障をした発光ダイオードＤ３を含むＬＥＤ回路５０２ａの両端電圧は、駆動電流の増加に伴い上昇することになるが、当該ＬＥＤ回路５０２ａは、他の正常なＬＥＤ回路５０２ｂ〜５０２ｄとともに互いに並列に接続されている。このため、当該ＬＥＤ回路５０２ａの両端電圧は正常なＬＥＤ回路５０２ｂ〜５０２ｄの両端電圧と等しくなる。

以上から、正常な発光ダイオードの順方向電圧をＶｆ、順方向電流（＝駆動電流）を１、短絡故障等を生じた異常な発光ダイオードの順方向電圧をＶｆ'、その順方向電流を１'、ＬＥＤ回路２ａ等を構成する発光ダイオードの個数をｎ、短絡故障等を生じた異常な発光ダイオードの個数をｍ、ＬＥＤ回路２ａ等に直列に接続される第一抵抗１０１等の抵抗値をＲ１とすると、次式（１）が成立する。なお、発光ダイオードの順方向電圧Ｖｆ、Ｖｆ'や順方向電流１，１'は当該発光ダイオードの製造元等から提供されるデータシートに基づくものである。
ｎ×Ｖｆ＋Ｒ１×Ｉ＝（ｎ−ｍ）×Ｖｆ’＋Ｒ１×Ｉ’ … (1)
そして、この式(1)を変形すると、短絡故障等を生じた異常な発光ダイオードの個数ｍを求める次式(2)を得ることができる。
ｍ＝［ｎ×（Ｖｆ'−Ｖｆ）＋Ｒ１×（１'−１）］／Ｖｆ' … (2)

これにより、例えば、発光ダイオードの順方向電流である駆動電流の各電流値に対応した順方向電圧の各Ｖｆ'をメモリーＣ等による記憶空間に格納される２次元マップとして持ち、さらに各ＬＥＤ回路５０２ａ〜５０２ｄを流れる異常時の駆動電流１'を夫々に検出可能な電流センサ、またはそれを電圧に変換した後の電圧センサを設けることにより、上式（２）に基づいて短絡故障等を生じた異常な発光ダイオードの個数ｍをマイコン等により算出することが可能となる。そして、これにより算出された個数ｍに基づいて、駆動電流供給部３から発光部２に供給される駆動電流の値を減少させ得るように当該駆動電流供給部３を構成することによって、短絡故障が生じた発光ダイオードの個数分だけ駆動電流を下げることで他の正常な発光ダイオードに適正電流値を超えた過電流が流れないようにすることが可能となる。これらの構成を実現するには、第一の実施形態のものに比べ、マイコン等によるロジック回路を付加する必要があるが、短絡故障のある発光ダイオードの個数まで正確に検出できるので、より一層高精度な短絡検出が可能となる。

次に、第二実施形態である発光ダイオード照明回路５３０について、図３及び図４に基づき説明する。発光ダイオード照明回路５３０は、発光ダイオード照明回路５０１と同様に車両の客室に設置される照明器具のための回路である。図３に示すように、発光ダイオード照明回路５３０は、発光ダイオード照明回路５０１の発光部５０２に代えて発光部７００を備える点を除いては発光ダイオード照明回路５０１と同様である。従って、図３において、図２の構成と実質的に同一の構成部分については同一符号を付して以下は発光部７００についてのみ説明する。

発光部７００は、ＬＥＤ回路７００ａ，７００ｂ，７００ｃ，７００ｄが並列に接続されて構成されている。図４に示すように、ＬＥＤ回路７００ａは、各々３個の発光ダイオードが並列に接続された発光ダイオード群７０１〜７０４が、直列に接続されている。発光ダイオード群７０１は、発光ダイオードＤ１１〜Ｄ１３からなり、発光ダイオード群７０２は、発光ダイオードＤ２１〜Ｄ２３からなり、発光ダイオード群７０３は、発光ダイオードＤ３１〜Ｄ３３からなり、発光ダイオード群７０４は、発光ダイオードＤ４１〜Ｄ４３からなる。ＬＥＤ回路７００ｂ〜７００ｄは、ＬＥＤ回路７００ａと同様の構成であるので説明を省略する。

発光ダイオードＤ１１〜Ｄ４３に含まれる発光ダイオードが短絡故障した場合には、短絡故障した発光ダイオードを含むＬＥＤ回路７００ａ〜７００ｄの両端電圧は低下する。発光部７００には合計４８個の発光ダイオードが備えられているのであるが、各ＬＥＤ回路７００ａ〜７００ｄに対応して電圧検出回路７０５ａ〜７０５ｄが設けられているので、４８個の発光ダイオード全てではなく１２個の発光ダイオードにおける電圧変化を監視すればよいので、簡素な回路構成であっても誤作動の虞が小さい。従って、発光部７００の全体に対して一つの電圧検出回路が設けられている場合と比較すると、発光ダイオード照明回路５３０によれば、より精度良く異常電圧検出を行うことができる。

続いて、第三の実施形態である発光ダイオード照明回路５４０について、図５に基づいて説明する。図５に示す発光ダイオード照明回路５４０は、図２を参照しながら説明した第４実施形態の発光ダイオード照明回路５０１のＦＥＴ６０４，６１４，６２４，６３４をバイポーラ・トランジスタに置き換えたものである。このため、図５において、図２の構成と実質的に同一の構成部分については同一符号を付して説明を省略する。

発光ダイオード照明回路５４０では、故障検出部６４０として、相互に並列に接続された電圧検出回路６４０ａ〜６４０ｄを備えている。例えば、電圧検出回路６４０ａは、ＬＥＤ回路５０２ａに対して直列に接続される第一抵抗６４１と、ＬＥＤ回路５０２ａと第一抵抗６４１との間に挿入された結節６４２で分岐し、第一抵抗６４１に対して並列にベースが接続されたＮＰＮトランジスタ（検出手段、半導体スイッチング素子）であるＴＲ６４４と、ＴＲ６４４及び結節６４２の間に配設された第二抵抗６４３とを備えている。また、これと同様に、電圧検出回路６４０ｂ，６４０ｃ，６４０ｄも図略の第一抵抗、第二抵抗及びＮＰＮトランジスタを備えている。なお、第一抵抗６４１は、第一の実施形態で説明した第一抵抗６０１と同様にＬＥＤ回路５０２ａを流れる駆動電流値によって抵抗値が設定されている。また、第二抵抗６４３は、ＭＯＳＦＥＴよりもバイポーラ・トランジスタの方が入力インピーダンスが低いぶん、第一の実施形態で説明した第二抵抗６０３よりも抵抗値が高めに設定されている。このようにバイポーラ・トランジスタによっても、第一の実施形態の故障検出部５１０と同様に機能する故障検出部６４０を構成することができる。

さらに、本例の第四の実施形態である発光ダイオード照明回路５５０について、図６に基づいて説明する。図６に示す発光ダイオード照明回路５５０は、図１を参照しながら説明した第一の実施形態の故障警報部５０６から制御信号を出力し得るように構成し、当該制御信号を駆動電流供給部５０３に戻す、つまりフィードバック制御可能に構成したものである。このため、図６において、図１の構成と実質的に同一の構成部分については同一符号を付して説明を省略する。

発光ダイオード照明回路５５０では、第一の実施形態で説明した発光ダイオード照明回路５０１の故障警報部５０６による警報表示ＬＥＤ５６１に代えて（または加えて）駆動電流を減少させる制御信号を信号線路６６５を介して駆動電流供給部５０３に出力し得るフォトカプラ６６０を故障警報部６６１として設けてもよい。この場合、フォトカプラ６６０の入力側６６０ａは信号線路５２１を介して故障検出部５０５に接続されており、またフォトカプラ６６０の出力側６６０ｂは、信号線路６６５を介して駆動電流供給部５０３に接続されている。また、駆動電流供給部５０３には、当該制御信号を受けると発光部５０２に供給する駆動電流を所定電流値まで減少させ得る出力調整回路等を備えている必要がある。なお、図６に示す構成ではフォトカプラ６６０を用いているが、図２に示す警報表示ＬＥＤ５６１の発光を検出可能な光センサ（例えばフォトトランジスタやフォトダイオードあるいは硫化カドミウムセルＣｄＳ）により警報表示ＬＥＤ５６１による発光を検出しその検出信号を制御信号として信号線路１６５を介して駆動電流供給部３に出力するように構成してもよい。これにより、短絡故障に伴って生じる過電流を抑制し、半導体素子の破損等による被害の拡大を防ぐことができる。

上記の第一の実施形態乃至第四の実施形態においては、いずれも４個のＬＥＤ回路が並列に接続された例を示したが、これに限定されるものではなく、ＬＥＤ回路が３個以下、または５個以上接続されているものであってもよい。また、第二の実施形態においては発光ダイオード群は３個の発光ダイオードが並列に接続されたものを示したが、これに限定されるものではなく、発光ダイオード群に含まれる発光ダイオードの数及び接続関係は異なる構成であってもよい。また、同一構成のＬＥＤ回路が複数接続されているものでなく、異なる構成のＬＥＤ回路が並列に接続されていてもよい。

また、上記の第一の実施形態乃至第四の実施形態においては、警報表示ＬＥＤ５６１を各ＬＥＤ回路と並行に備え、各電圧検出回路５０５ａ〜５０５ｄの検出結果を１個の警報表示ＬＥＤ５６１にて一括して表示するものを例示したが、これに限定されるものではなく、各電圧検出回路５０５ａ〜５０５ｄに対応して１個ずつ警報表示ＬＥＤを備えるようにしてもよい。これによれば、警報表示ＬＥＤとＬＥＤ回路及び電圧検出回路とが１対１で対応するため、短絡故障が生じたＬＥＤ回路を速やかに特定することができる。

本例の第一の実施形態乃至第四の実施形態は、以下のような技術的思想を具現化したものである。

（技術的思想Ａ）発光ダイオードを光源とする照明装置に設けられる発光ダイオード照明回路であって、直列または並列に接続される複数の発光ダイオードに駆動電流を供給するＬＥＤ回路を複数備えた発光部と、前記複数のＬＥＤ回路に流れる各駆動電流が所定の故障電流値以上であるか否かを前記複数のＬＥＤ回路ごとに検出する故障検出部と、前記各駆動電流の少なくとも一つが前記故障電流値以上であると前記故障検出部により検出された場合には所定の警報動作を行う故障警報部と、を具備する発光ダイオード照明回路。

（技術的思想Ｂ）前記故障検出部は、前記駆動電流が流れるように前記ＬＥＤ回路に直列に接続される第一抵抗と、前記駆動電流により前記第一抵抗に生じる電圧を取り出し可能に前記第一抵抗の高電位側に接続される第二抵抗と、前記駆動電流に比例しかつ前記第一抵抗と前記第二抵抗とにより定まる検出電圧が所定の電圧値以上であるか否かを検出する検出手段と、を前記複数のＬＥＤ回路ごとに備え、前記検出手段は、前記検出電圧が前記所定の電圧値以上である場合には前記駆動電流が前記故障電流値以上であることを検出する、技術的思想Ａに記載の発光ダイオード照明回路。

（技術的思想Ｃ）前記検出手段は、制御端子、入力端子および出力端子を備え、前記制御端子に入力される前記検出電圧が所定の閾値電圧以上である場合には前記入力端子と前記出力端子と間を導通状態にし、前記検出電圧が所定の閾値電圧未満である場合には前記入力端子と前記出力端子と間を遮断状態にする半導体スイッチング素子である、技術的思想Ｂに記載の発光ダイオード照明回路。

（技術的思想Ｄ）前記故障警報部は、警報状態を表示する警報表示ＬＥＤを備え、前記所定の警報動作としてこの警報表示ＬＥＤを点灯させる、技術的思想Ａ乃至技術的思想Ｃのいずれか一つに記載の発光ダイオード照明回路。

（技術的思想Ｅ）前記故障警報部は、前記駆動電流を供給する駆動電流供給部に接続されて前記駆動電流を減少させる制御信号を出力可能なフォトカプラを備え、前記所定の警報動作としてこのフォトカプラから前記制御信号を出力させる、技術的思想Ａ乃至技術的思想Ｃのいずれか一つに記載の発光ダイオード照明回路。

（技術的思想Ｆ）発光ダイオードを光源とする照明装置であって、技術的思想Ａ乃至技術的思想Ｅのいずれか一つに記載の発光ダイオード照明回路を具備する照明装置。

なお、本発明を具現化した技術的思想において、発光ダイオード照明回路は、照明装置５１０のような車載照明装置以外の用途に用いることも可能である。一例を挙げると、懐中電灯やヘルメット装着の携帯式ライトに適用することができる。この場合には、一部の発光ダイオードが故障した段階で早期に故障を検出することができるため、例えば坑道内や災害場所等の危険性を伴う状況で使用中に急に機能しなくなって、照明不足のために事故を誘発するといった事態を防ぐことができる。

また、本発明を具現化した技術的思想において、発光ダイオード照明回路は、「警報表示ＬＥＤの発光を検出する光センサと、駆動電流供給部に設けられ、光センサの検出結果に基いて前記駆動電流供給部の出力を制御する出力調整回路とをさらに具備し、前記光センサによる前記警報表示ＬＥＤの発光の検出に基き前記駆動電流供給部の直流電流出力を減少させるフィードバック制御を行う」ものとしてもよい。

上記の構成によれば、発光ダイオードに短絡故障が生じた場合、警報表示ＬＥＤが発光したことを光センサで検出する。当該検出結果に基き、駆動電流供給部中の出力調整回路は、直流電流の出力を減少させ、過電流の発生を速やかに抑制する。これにより、短絡故障発生時に発光ダイオード照明回路の破損の進行を防ぎ、安全性を高めることができる。

また、本発明を具現化した技術的思想において、発光ダイオード照明回路は、「発光ダイオードを光源とする照明装置に設けられる発光ダイオード照明回路であって、直列または並列に接続される複数の発光ダイオードに駆動電流を供給するＬＥＤ回路を複数備えた発光部と、前記複数のＬＥＤ回路に流れる電流値を検出する電流検出部と、前記複数の発光ダイオードのうち短絡故障をしている発光ダイオードの故障個数を前記各駆動電流の電流値に基づいて各ＬＥＤ回路ごとに算出する演算部と、前記各ＬＥＤ回路ごとに算出された前記故障個数に基づいて前記ＬＥＤ回路により前記複数の発光ダイオードに供給される前記駆動電流の電流量を前記複数のＬＥＤ回路ごと制御する制御部と、を具備する」ものとしてもよい。

上記の構成によれば、短絡故障が生じた発光ダイオードの個数分だけ駆動電流を下げることで他の正常な発光ダイオードに適正電流値を超えた過電流が流れないようにすることが可能となるので、短絡故障のある発光ダイオードの個数まで正確に検出できるので、より一層高精度な短絡検出が可能となる。

５０１，５３０，５４０，５５０…発光ダイオード照明回路、５０２，６００…発光部、５０２ａ〜５０２ｄ，６００ａ〜６００ｄ…ＬＥＤ回路、５０３…駆動電流供給部、５０４…電源、５０５…故障検出部、５０５ａ〜５０５ｄ…電圧検出回路、５０６…故障警報部、５１０…照明装置、５１４…電源線路、５２１…信号線路、５６１…警報表示ＬＥＤ、６０１，６１１，６２１，６３１，６４１…第一抵抗、６０２，６１２，６２２，６３２，６４２…結節点、６０３，６１３，６２３，６３３…第二抵抗、６０４，６１４，６２４，６３４，６４４…ＦＥＴ（半導体スイッチング素子）、６４０…故障検出部、６４０ａ…電圧検出回路、６４０ｂ…電圧検出回路、６６０…フォトカプラ、６６０ａ…入力側、６６０ｂ…出力側、６６１…故障警報部、６６５…信号線路、７００…発光部、７００ａ〜７００ｄ…ＬＥＤ回路、７０１，７０２，７０３，７０４…発光ダイオード群、７０５ａ…電圧検出回路、Ｄ１〜Ｄ４，Ｄ１１〜Ｄ１３，Ｄ２１〜Ｄ２３，Ｄ３１〜Ｄ３３，Ｄ４１〜Ｄ４３発光ダイオード、Ｖｃｃ…入力電圧としての電源電圧（直流電圧）、Ｖｏｕｔ…交流電圧としての高周波交流電圧（高周波電圧）。

Claims

発光ダイオードを光源とする照明装置に設けられる発光ダイオード照明回路であって、
直列または並列に接続される複数の発光ダイオードに駆動電流を供給するＬＥＤ回路を複数備えた発光部と、
前記複数のＬＥＤ回路に流れる各駆動電流が所定の故障電流値以上であるか否かを前記複数のＬＥＤ回路ごとに検出する故障検出部と、
前記各駆動電流の少なくとも一つが前記故障電流値以上であると前記故障検出部により検出された場合には所定の警報動作を行う故障警報部と、
を具備する発光ダイオード照明回路。
前記故障検出部は、
前記駆動電流が流れるように前記ＬＥＤ回路に直列に接続される第一抵抗と、
前記駆動電流により前記第一抵抗に生じる電圧を取り出し可能に前記第一抵抗の高電位側に接続される第二抵抗と、
前記駆動電流に比例しかつ前記第一抵抗と前記第二抵抗とにより定まる検出電圧が所定の電圧値以上であるか否かを検出する検出手段と、
を前記複数のＬＥＤ回路ごとに備え、
前記検出手段は、前記検出電圧が前記所定の電圧値以上である場合には前記駆動電流が前記故障電流値以上であることを検出する、請求項１記載の発光ダイオード照明回路。
前記検出手段は、制御端子、入力端子および出力端子を備え、前記制御端子に入力される前記検出電圧が所定の閾値電圧以上である場合には前記入力端子と前記出力端子と間を導通状態にし、前記検出電圧が所定の閾値電圧未満である場合には前記入力端子と前記出力端子と間を遮断状態にする半導体スイッチング素子である、請求項２記載の発光ダイオード照明回路。
前記故障警報部は、警報状態を表示する警報表示ＬＥＤを備え、前記所定の警報動作としてこの警報表示ＬＥＤを点灯させる、請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の発光ダイオード照明回路。
前記故障警報部は、前記駆動電流を供給する駆動電流供給部に接続されて前記駆動電流を減少させる制御信号を出力可能なフォトカプラを備え、前記所定の警報動作としてこのフォトカプラから前記制御信号を出力させる、請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の発光ダイオード照明回路。
発光ダイオードを光源とする照明装置であって、請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の発光ダイオード照明回路を具備する照明装置。