JP2014154525A - Led lighting device, led bulb, and led module board - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an LED lighting device capable of reliably preventing, in a simple configuration, an LED module board from being overheated.SOLUTION: This LED lighting device 100 comprises: a lighting circuit board 200 having a current fuse 201 and converting an input current, inputted via the current fuse 201, to a DC current; an LED module board 300 having mounted thereon an LED array 310 to which the output current of the lighting circuit board 200 is inputted; and a protective circuit 320 having a temperature detection element 321 for detecting the temperature of the LED module board 300 and a switching element 322 for short-circuiting the LED array 310 when a temperature detected by the temperature detection element 321 exceeds a prescribed value.

Description

本発明はLED点灯装置、LED電球、及びLEDモジュール基板に関する。   The present invention relates to an LED lighting device, an LED bulb, and an LED module substrate.
近年、LEDの高輝度化が進み、白熱電球及び電球形蛍光灯に代わり、LED電球が普及しつつある。LED電球においては、点灯回路の故障時に過大な入力電流が継続することを防止する構成が必要となる。例えば、特許文献1は、定電流駆動回路を有するLED照明器具において、入力ラインに自己回復性温度ヒューズが挿入された構成を開示する。同文献では、定電流駆動回路に異常が発生し、その周囲の温度が自己回復性温度ヒューズの動作値を上回ると、自己回復性温度ヒューズが動作して駆動回路が遮断される。   In recent years, as LED brightness has increased, LED bulbs are becoming popular in place of incandescent bulbs and bulb-type fluorescent lamps. In an LED bulb, a configuration is required that prevents an excessive input current from continuing when a lighting circuit fails. For example, Patent Document 1 discloses a configuration in which a self-recovering temperature fuse is inserted in an input line in an LED lighting apparatus having a constant current drive circuit. In this document, when an abnormality occurs in the constant current drive circuit and the ambient temperature exceeds the operation value of the self-recovery temperature fuse, the self-recovery temperature fuse operates and the drive circuit is shut off.
また、特許文献2は、点灯回路基板及びLEDモジュール基板を有する電球形LEDランプにおいて、温度ヒューズが点灯回路基板上でLEDモジュール基板側に偏位して配置される構成を開示する。この構成において、LEDモジュール基板上のLED又は点灯回路上のトランジスタの温度が所定温度以上になると温度ヒューズが溶断して点灯回路が開放される。   Patent Document 2 discloses a configuration in which a thermal fuse is displaced on the LED module board side on the lighting circuit board in a light bulb-type LED lamp having a lighting circuit board and an LED module board. In this configuration, when the temperature of the LED on the LED module substrate or the transistor on the lighting circuit exceeds a predetermined temperature, the temperature fuse is blown and the lighting circuit is opened.
特開2010−114060号公報JP 2010-1114060 A 特開2010−103028号公報JP 2010-103028 A
ところで、LED点灯回路における故障モードには、点灯回路からLEDへの出力における過電流を継続させてしまうものがある。例えば、定電流回路の定電流制御機能が故障した場合に、最大出力電流がLEDに供給され続ける場合がある。このような故障モードにおいては、詳細を後述するように、LEDモジュール基板における昇温が他の部品の昇温よりも顕著なものとなる。ここで、LED電球におけるLEDの放熱構造として、LEDモジュール基板がLED電球の筐体に接触配置され、LEDから筐体への熱伝導により放熱が行われる構成が一般的に採用される。そして、筐体は通常、LED電球の軽量化のために金属ではなく樹脂で構成される。従って、LEDモジュール基板の過熱が適切に防止されない場合、LEDモジュール基板に接する樹脂製の筐体が軟化又は変形してしまい、その故障したLED電球の取り外しが難しくなる等の問題が発生する。   By the way, in the failure mode in the LED lighting circuit, there is one in which the overcurrent in the output from the lighting circuit to the LED is continued. For example, when the constant current control function of the constant current circuit fails, the maximum output current may continue to be supplied to the LED. In such a failure mode, as will be described in detail later, the temperature rise on the LED module substrate is more conspicuous than the temperature rise of other components. Here, as the heat dissipation structure of the LED in the LED bulb, a configuration is generally adopted in which the LED module substrate is placed in contact with the housing of the LED bulb and heat is radiated by heat conduction from the LED to the housing. And a housing | casing is normally comprised with resin instead of a metal for weight reduction of a LED bulb. Therefore, when the overheating of the LED module substrate is not properly prevented, a resin casing in contact with the LED module substrate is softened or deformed, and there arises a problem that it becomes difficult to remove the failed LED bulb.
しかし、特許文献1又は特許文献2のように、温度ヒューズを用いる構成には以下のような問題がある。第1に実装上の問題がある。点灯回路基板に温度ヒューズが配置される場合、温度ヒューズは、最も速く温度上昇するLEDモジュール基板の温度を適切に検知することができない。また、温度ヒューズを点灯回路の入力ラインに直列接続しつつも、温度ヒューズ本体をLEDモジュール基板に接触配置させるには、LED電球内部の狭いスペースに配線を引き回す必要があり、このような実装は現実的なものではない。また、入力ラインの一部が点灯回路上のスイッチング回路等の近辺に引き回されることになり、雑音端子電圧が増加する可能性があり、好ましくない。第2にコスト上の問題がある。温度ヒューズは一般に交流定格電圧に対して直流定格電圧が小さい。例えば、一般的な温度ヒューズ(例えば、内橋エステック株式会社製のラジアルタイプの温度ヒューズ)においては、交流定格電圧がAC250Vであるのに対して直流定格電圧はDC50Vである。従って、比較的高出力のLED電球においてはLEDアレイの電圧は50Vを超えることを考慮すると、温度ヒューズをLEDアレイに直列接続してLEDモジュール基板に直接実装するには、非常に高い定格電圧の温度ヒューズを用いる必要があり、高コスト化が問題となる。   However, as in Patent Document 1 or Patent Document 2, the configuration using the thermal fuse has the following problems. First, there is a mounting problem. When a thermal fuse is disposed on the lighting circuit board, the thermal fuse cannot properly detect the temperature of the LED module board that rises the fastest. In addition, in order to place the thermal fuse body in contact with the LED module substrate while connecting the thermal fuse in series to the input line of the lighting circuit, it is necessary to route the wiring in a narrow space inside the LED bulb. It is not realistic. In addition, a part of the input line is routed around the switching circuit on the lighting circuit, which may increase the noise terminal voltage, which is not preferable. Second, there is a cost problem. Thermal fuses generally have a smaller DC rated voltage than the AC rated voltage. For example, in a general temperature fuse (for example, a radial type temperature fuse manufactured by Uchihashi Estec Co., Ltd.), the AC rated voltage is AC250V, whereas the DC rated voltage is DC50V. Therefore, in consideration of the fact that the LED array voltage exceeds 50V in a relatively high output LED bulb, it is necessary to connect a thermal fuse in series with the LED array and mount it directly on the LED module board. It is necessary to use a thermal fuse, and the increase in cost becomes a problem.
そこで、本発明は、簡素な構成でLEDモジュール基板の過熱を確実に防止することを可能とするLED点灯装置及びLED電球を提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide an LED lighting device and an LED bulb that can reliably prevent overheating of the LED module substrate with a simple configuration.
本発明のLED点灯装置は、電流ヒューズを有し、電流ヒューズを介して入力される入力電流を直流電流に変換して出力する点灯回路基板と、点灯回路基板の出力電流が投入されるLEDアレイが実装されたLEDモジュール基板と、LEDモジュール基板の温度を検出する温度検出素子及び温度検出素子による検出温度が所定値を超えた場合にLEDアレイを短絡するスイッチ素子を有する保護回路とを備える。   The LED lighting device according to the present invention has a current fuse, a lighting circuit board that converts an input current input through the current fuse into a direct current and outputs it, and an LED array into which the output current of the lighting circuit board is input And a protection circuit having a temperature detection element that detects the temperature of the LED module board and a switch element that short-circuits the LED array when the temperature detected by the temperature detection element exceeds a predetermined value.
ここで、温度検出素子又は温度検出素子及びスイッチ素子がLEDモジュール基板に実装されることが好ましい。また、LEDモジュール基板が表面及び裏面を有し、LEDアレイが表面側に実装され、温度検出素子又は温度検出素子及びスイッチ素子が裏面側に実装されることが好ましい。   Here, the temperature detection element or the temperature detection element and the switch element are preferably mounted on the LED module substrate. Further, it is preferable that the LED module substrate has a front surface and a back surface, the LED array is mounted on the front surface side, and the temperature detection element or the temperature detection element and the switch element are mounted on the back surface side.
本発明のLED電球は、上記のLED点灯装置と、LED点灯装置の入力端に接続された口金と、LED点灯装置を収容して口金が取り付けられた筐体とを備える。ここで、筐体は樹脂からなり、LEDモジュール基板は筐体に接触して取り付けられる。   The LED bulb of the present invention includes the LED lighting device described above, a base connected to the input end of the LED lighting device, and a housing that houses the LED lighting device and has a base attached thereto. Here, the casing is made of resin, and the LED module substrate is attached in contact with the casing.
本発明のLEDモジュール基板は、直流電流が入力されるLEDアレイと、温度検出素子及び温度検出素子による検出温度が所定値を超えた場合にLEDアレイを短絡するスイッチ素子を有する保護回路と、LEDアレイ及び保護回路が実装された基板とを備える。   An LED module substrate of the present invention includes an LED array to which a direct current is input, a temperature detection element, a protection circuit having a switch element that short-circuits the LED array when a temperature detected by the temperature detection element exceeds a predetermined value, and an LED And an array and a substrate on which a protection circuit is mounted.
ここで、基板が表面及び裏面を有し、LEDアレイが表面に実装され、温度検出素子及びスイッチ素子が裏面に実装されることが好ましい。   Here, it is preferable that the substrate has a front surface and a back surface, the LED array is mounted on the front surface, and the temperature detection element and the switch element are mounted on the back surface.
本発明の実施形態によるLED点灯装置の回路図である。It is a circuit diagram of the LED lighting device by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるLED電球の内部構成を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of the LED light bulb by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるLED電球の外観図である。1 is an external view of an LED bulb according to an embodiment of the present invention. 比較例の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of a comparative example. 本発明の実施形態の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of embodiment of this invention.
図1に本発明の実施形態によるLED点灯装置100の回路図を示す。LED点灯装置100は点灯回路基板200及びLEDモジュール基板300を備え、点灯回路基板200には商用電源等の交流電圧が入力され、点灯回路基板200の出力電流が出力配線400を介してLEDモジュール基板300に投入される。   FIG. 1 shows a circuit diagram of an LED lighting device 100 according to an embodiment of the present invention. The LED lighting device 100 includes a lighting circuit board 200 and an LED module board 300, and an AC voltage such as a commercial power supply is input to the lighting circuit board 200, and an output current of the lighting circuit board 200 is output via the output wiring 400 to the LED module board. 300.
点灯回路基板200は、入力ラインに直列接続されたヒューズ201及び入力ライン間に接続されたフィルタコンデンサ202を含む交流入力回路を備える。ヒューズ201は動作点を超える電流が所定期間継続して通電されると溶断して開放状態となる電流ヒューズであり、一般にLED電球に用いられる汎用の電流ヒューズであればよい。交流入力回路には、必要に応じて、コモンモードコイル又はノーマルモードコイル等のノイズフィルタ素子が接続されるようにしてもよい。交流入力回路の後段には、入力電圧を全波整流するダイオードブリッジ203及びダイオードブリッジの出力端間に接続されたコンデンサ204を含む整流回路が接続される。   The lighting circuit board 200 includes an AC input circuit including a fuse 201 connected in series to an input line and a filter capacitor 202 connected between the input lines. The fuse 201 is a current fuse that is melted and opened when a current exceeding the operating point is continuously energized for a predetermined period, and may be a general-purpose current fuse generally used for LED bulbs. You may make it connect noise filter elements, such as a common mode coil or a normal mode coil, to an alternating current input circuit as needed. A rectifier circuit including a diode bridge 203 for full-wave rectification of the input voltage and a capacitor 204 connected between the output ends of the diode bridge is connected to the subsequent stage of the AC input circuit.
点灯回路基板200は、整流回路の後段に、トランス205、スイッチング素子206、ダイオード207、平滑コンデンサ208、電流検出抵抗210、オペアンプ211、基準電圧源212、フォトカプラ213及びPWM制御回路214を含むコンバータ回路を備える。本実施形態では、コンバータ回路は絶縁型フライバックコンバータであり、力率改善機能を持つ所謂ワンコンバータ方式のフライバック回路が採用される。コンバータ回路は、入力電流を直流電流に変換してLEDモジュール基板300に出力する。以降において、説明の便宜上、トランス205、スイッチング素子206、ダイオード207及び平滑コンデンサ208を含む部分を主回路といい、電流検出抵抗210、オペアンプ211、基準電圧源212、フォトカプラ213及びPWM制御回路214を含む部分を制御部というものとする。   The lighting circuit board 200 includes a transformer 205, a switching element 206, a diode 207, a smoothing capacitor 208, a current detection resistor 210, an operational amplifier 211, a reference voltage source 212, a photocoupler 213, and a PWM control circuit 214 after the rectifier circuit. Provide a circuit. In this embodiment, the converter circuit is an insulation type flyback converter, and a so-called one-converter type flyback circuit having a power factor correction function is employed. The converter circuit converts the input current into a direct current and outputs it to the LED module substrate 300. Hereinafter, for convenience of explanation, a portion including the transformer 205, the switching element 206, the diode 207, and the smoothing capacitor 208 is referred to as a main circuit, and a current detection resistor 210, an operational amplifier 211, a reference voltage source 212, a photocoupler 213, and a PWM control circuit 214. The part including “” is referred to as a control unit.
主回路において、スイッチング素子206のオン期間にトランス205の一次巻線によってエネルギーが蓄積され、スイッチング素子206のオフ期間にそのエネルギーが二次巻線側からダイオード208を介して平滑コンデンサ209に充電される。降圧比は一次巻線に対する二次巻線の巻数比によって決まり、出力電流はスイッチング素子206のオンデューティ(オン期間幅)によって決まる。   In the main circuit, energy is accumulated by the primary winding of the transformer 205 during the ON period of the switching element 206, and the energy is charged to the smoothing capacitor 209 from the secondary winding side via the diode 208 during the OFF period of the switching element 206. The The step-down ratio is determined by the turn ratio of the secondary winding to the primary winding, and the output current is determined by the ON duty (ON period width) of the switching element 206.
制御部において、コンバータ回路の出力ラインに挿入された電流検出抵抗210にはLED電流に比例した電圧が発生し、この電圧がオペアンプ211の負入力端子(−)に入力される。設定LED電流に対応する基準電圧が基準電圧源212からオペアンプ211の正入力端子(+)に入力される。オペアンプ211には負入力端子と出力端子間に帰還抵抗又はコンデンサ(不図示)が接続され、負入力端子電圧と正入力端子電圧の誤差が出力端子において出力される。オペアンプ211の出力端子はフォトカプラ213のフォトダイオード側に入力される。フォトカプラ213では、入力フォトダイオードに流れる電流に応じて出力フォトトランジスタの出力状態が決定される。PWM制御回路214はフォトカプラ213の出力状態に基づくオン幅でスイッチング素子206をPWM制御する。即ち、制御部によって、電流検出抵抗210で検出される検出LED電流と基準電圧源212で決まる設定LED電流値が等しくなるように主回路の出力電流がフィードバック制御される。   In the control unit, a voltage proportional to the LED current is generated in the current detection resistor 210 inserted in the output line of the converter circuit, and this voltage is input to the negative input terminal (−) of the operational amplifier 211. A reference voltage corresponding to the set LED current is input from the reference voltage source 212 to the positive input terminal (+) of the operational amplifier 211. A feedback resistor or a capacitor (not shown) is connected between the negative input terminal and the output terminal of the operational amplifier 211, and an error between the negative input terminal voltage and the positive input terminal voltage is output at the output terminal. The output terminal of the operational amplifier 211 is input to the photodiode side of the photocoupler 213. In the photocoupler 213, the output state of the output phototransistor is determined according to the current flowing through the input photodiode. The PWM control circuit 214 performs PWM control of the switching element 206 with an ON width based on the output state of the photocoupler 213. That is, the control unit feedback-controls the output current of the main circuit so that the detected LED current detected by the current detection resistor 210 is equal to the set LED current value determined by the reference voltage source 212.
LEDモジュール基板300は、点灯回路基板200の出力電流が投入されるLEDアレイ310、及びLEDアレイ310に並列接続された保護回路320を備える。LEDアレイ310は直列接続された複数のLED素子301からなる。保護回路320はサーミスタ321(温度検出素子)、トランジスタ322(スイッチ素子)及び抵抗323を含む。本実施形態では、サーミスタ321は正特性サーミスタ(正の抵抗温度特性を持った感温抵抗素子)であり、トランジスタ322はFETからなる。サーミスタ321及びトランジスタ322のソース端子がLEDモジュール基板300の入力ラインの低電位側に、抵抗323及びトランジスタ322のドレイン端子が高電位側に接続される。LEDアレイ310へ印加電圧がサーミスタ321及び抵抗323によって分圧され、サーミスタ321に発生する電圧がトランジスタ322のゲート端子に入力される。サーミスタ321はLEDモジュール基板300に接触して配置さる。   The LED module substrate 300 includes an LED array 310 into which the output current of the lighting circuit substrate 200 is input, and a protection circuit 320 connected in parallel to the LED array 310. The LED array 310 includes a plurality of LED elements 301 connected in series. The protection circuit 320 includes a thermistor 321 (temperature detection element), a transistor 322 (switch element), and a resistor 323. In this embodiment, the thermistor 321 is a positive characteristic thermistor (a temperature sensitive resistance element having a positive resistance temperature characteristic), and the transistor 322 is an FET. The source terminals of the thermistor 321 and the transistor 322 are connected to the low potential side of the input line of the LED module substrate 300, and the drain terminals of the resistor 323 and the transistor 322 are connected to the high potential side. The voltage applied to the LED array 310 is divided by the thermistor 321 and the resistor 323, and the voltage generated in the thermistor 321 is input to the gate terminal of the transistor 322. The thermistor 321 is disposed in contact with the LED module substrate 300.
LEDモジュール基板300の温度が上昇するとサーミスタ321の抵抗値が増加し、トランジスタ322のゲート電圧が増加する。ゲート電圧が閾値を超えると、トランジスタ322が導通してLEDアレイ310の両端が短絡される。なお、トランジスタ322が導通するときのサーミスタ321の温度を検出温度というものとする。検出温度は、設定LED電圧、サーミスタ321の温度−抵抗特性、抵抗323の抵抗値、及びトランジスタ322のゲート電圧の閾値によって決まる。上述したように、検出温度が所定値以下の場合にはトランジスタ322の非導通状態が維持され、検出温度が所定値を超えるとトランジスタ322が導通する。   When the temperature of the LED module substrate 300 rises, the resistance value of the thermistor 321 increases and the gate voltage of the transistor 322 increases. When the gate voltage exceeds the threshold value, the transistor 322 becomes conductive and both ends of the LED array 310 are short-circuited. Note that the temperature of the thermistor 321 when the transistor 322 is conductive is referred to as a detected temperature. The detected temperature is determined by the set LED voltage, the temperature-resistance characteristic of the thermistor 321, the resistance value of the resistor 323, and the threshold value of the gate voltage of the transistor 322. As described above, when the detected temperature is equal to or lower than the predetermined value, the non-conducting state of the transistor 322 is maintained, and when the detected temperature exceeds the predetermined value, the transistor 322 is turned on.
ここで、LED点灯装置100の電気特性の一例を説明する。入力電圧は100V及び200Vを想定するが、電源電圧変動を考慮して90V〜220Vの電源電圧範囲に対応するように設計される。但し、電源電圧90Vに対して、さらに回路設計上のマージン等を考慮して、入力電圧が80Vの場合に点灯回路基板200のコンバータ回路が最大デューティで動作するように設計されるものとする。LEDアレイ310の設定電圧が125V、設定電流が400mAであるものとし、従って、LEDアレイ310の設定電力は50Wとなる。   Here, an example of the electrical characteristics of the LED lighting device 100 will be described. The input voltage is assumed to be 100V and 200V, but is designed to correspond to a power supply voltage range of 90V to 220V in consideration of power supply voltage fluctuations. However, it is assumed that the converter circuit of the lighting circuit board 200 is designed to operate at the maximum duty when the input voltage is 80 V with respect to the power supply voltage 90 V, further considering a margin in circuit design. It is assumed that the set voltage of the LED array 310 is 125 V and the set current is 400 mA. Therefore, the set power of the LED array 310 is 50 W.
表1に、電源電圧変動に対するLED電圧(出力電圧)、LED電流(出力電流)及びLED電力(出力電力)を示す。点灯回路基板200のコンバータ回路におけるフィードバック動作により、入力電圧80V〜220Vの範囲で、LED電流及びLED電力はそれぞれ設定値である400mA及び50Wに一定に制御される。
Table 1 shows LED voltage (output voltage), LED current (output current), and LED power (output power) with respect to power supply voltage fluctuation. By the feedback operation in the converter circuit of the lighting circuit board 200, the LED current and the LED power are controlled to constant values of 400 mA and 50 W, respectively, in the input voltage range of 80V to 220V.
図2は本実施形態におけるLED点灯装置100を内蔵したLED電球1の内部構成図であり、図3はLED電球1の外観図である。図2及び図3を参照すると、LED電球1は、上述したLED点灯装置100(点灯回路基板200、LEDモジュール基板300及び出力配線400)、口金2、筐体3及びカバー4を備える。口金2はE17、E26又はE39口金であり、ベース部及び側部がそれぞれ点灯回路基板200の入力端子T1及びT2に入力配線Wを介して接続される。筐体3(図2における斜線部)は樹脂製であり、その内部にテーパー状の円筒形空洞部が形成されている。筐体3の一端側(給電側)の開口部は口金2に収斂及び固定され、他端側(光照射側)の開口部にはカバー4が取り付けられる。筐体3の円筒形空洞部には、その光軸方向の断面形状に対応する形状の点灯回路基板200が取り付けられる。筐体3の光照射側の開口部にはLEDモジュール基板300が光軸方向に垂直に配置される。カバー4は透明又は半透明のガラスからなり、必要に応じて取り付けられる。なお、点灯回路基板200において、スイッチング素子206及びダイオード207には放熱フィン215が取り付けられる。   FIG. 2 is an internal configuration diagram of the LED bulb 1 incorporating the LED lighting device 100 according to the present embodiment, and FIG. 3 is an external view of the LED bulb 1. 2 and 3, the LED bulb 1 includes the LED lighting device 100 (the lighting circuit board 200, the LED module board 300, and the output wiring 400), the base 2, the housing 3, and the cover 4 described above. The base 2 is an E17, E26 or E39 base, and the base part and the side part are connected to the input terminals T1 and T2 of the lighting circuit board 200 via the input wiring W, respectively. The housing 3 (hatched portion in FIG. 2) is made of resin, and a tapered cylindrical hollow portion is formed therein. An opening on one end side (feeding side) of the housing 3 is converged and fixed to the base 2, and a cover 4 is attached to the opening on the other end side (light irradiation side). A lighting circuit board 200 having a shape corresponding to the cross-sectional shape in the optical axis direction is attached to the cylindrical cavity of the housing 3. The LED module substrate 300 is disposed perpendicular to the optical axis direction in the opening on the light irradiation side of the housing 3. The cover 4 is made of transparent or translucent glass, and is attached as necessary. In the lighting circuit board 200, the radiation fins 215 are attached to the switching element 206 and the diode 207.
LEDモジュール基板300において、LEDアレイ310及び保護回路320の各部品は基板350上に実装される。基板350は、光出射側の表面350a及び表面350aに対向する側の裏面350bを有する。表面350aにはLEDアレイ310(LED素子301)が実装される。裏面350bの外縁部は筐体3の固定面3aに接触配置され、LEDモジュール基板300の熱が固定面3aを介して筐体3に伝導され、LEDアレイ310の放熱が行われる。   In the LED module substrate 300, the components of the LED array 310 and the protection circuit 320 are mounted on the substrate 350. The substrate 350 has a surface 350a on the light emitting side and a back surface 350b on the side facing the surface 350a. The LED array 310 (LED element 301) is mounted on the surface 350a. The outer edge portion of the back surface 350b is disposed in contact with the fixed surface 3a of the housing 3, heat of the LED module substrate 300 is conducted to the housing 3 through the fixed surface 3a, and heat dissipation of the LED array 310 is performed.
ここで、保護回路320は裏面350b側に実装されることが好ましい。これにより、保護回路320の構成部品がLED電球1の光学特性に影響を与えることはない。また、LEDアレイ310が実装される表面350aよりも、出力配線400の接続端子が実装される裏面350bの方が実装スペースの確保が容易であり、保護回路320を所望の位置に配置することができる。   Here, the protection circuit 320 is preferably mounted on the back surface 350b side. Thereby, the components of the protection circuit 320 do not affect the optical characteristics of the LED bulb 1. Further, it is easier to secure the mounting space on the back surface 350b on which the connection terminals of the output wiring 400 are mounted than on the front surface 350a on which the LED array 310 is mounted, and the protection circuit 320 can be arranged at a desired position. it can.
本実施形態に保護回路320を接続しない場合のLED点灯装置(比較例)の動作を説明する。表2に、PWM制御回路214に最大デューティでスイッチング素子206を駆動させた場合の比較例の電気特性を示す。これは、制御回路(210〜214)の部品のいずれかが故障してPWM制御回路214が最大デューティでスイッチング素子206を駆動させ続ける状態を想定したものである。表2から分かるように、入力電圧200Vにおいて、LEDアレイ310には定格電力50Wの2倍を超える119.7Wの電力が投入されることになる。
The operation of the LED lighting device (comparative example) when the protection circuit 320 is not connected to this embodiment will be described. Table 2 shows electrical characteristics of a comparative example when the switching element 206 is driven by the PWM control circuit 214 with the maximum duty. This assumes a state in which one of the components of the control circuit (210 to 214) fails and the PWM control circuit 214 keeps driving the switching element 206 with the maximum duty. As can be seen from Table 2, at an input voltage of 200 V, 119.7 W of power exceeding twice the rated power of 50 W is input to the LED array 310.
図4に、表2の入力電圧200Vの場合のトランス205、放熱フィン215及びLEDモジュール基板300の温度の変化を示す。なお、図2に、トランス205、放熱フィン215及びLEDモジュール基板300の測定点をそれぞれ205p、215p及び300pとして示す。なお、LEDモジュール基板300の表面350aは裏面350bの温度はほぼ等しいものとする。図4においては、t0以前においては表1に示すような正常な出力状態が維持され、トランス205、放熱フィン215、及びLEDモジュール基板300の温度は、それぞれ95℃、90℃及び100℃であったものとする。そして、t0の時点で表2に示すような異常な出力状態が発生したものとする。     FIG. 4 shows changes in the temperatures of the transformer 205, the radiation fins 215, and the LED module substrate 300 when the input voltage is 200 V in Table 2. FIG. 2 shows the measurement points of the transformer 205, the heat radiation fin 215, and the LED module substrate 300 as 205p, 215p, and 300p, respectively. Note that the temperature of the front surface 350a of the LED module substrate 300 and the back surface 350b are substantially equal. In FIG. 4, the normal output state as shown in Table 1 is maintained before t0, and the temperatures of the transformer 205, the heat radiation fin 215, and the LED module substrate 300 are 95 ° C., 90 ° C., and 100 ° C., respectively. Shall be. It is assumed that an abnormal output state as shown in Table 2 occurs at time t0.
図4から分かるように、LEDモジュール基板300の温度が、トランス205及び放熱フィン215の温度に比べて急激に上昇する。トランス205の温度が115℃(温度上昇が20deg)となる時点t1において、LEDモジュール基板300の温度は173℃まで上昇する。ここで、過剰な保護動作(正常な状態にもかかわらず異常な状態として保護してしまう動作)を防止するために、検出する温度上昇幅を正常動作時に対して20deg以上とすることが望ましい。比較例によると、トランス205又は放熱フィン215における20degの温度上昇を検知する間に、LEDモジュール基板300が過熱状態となってしまうことになる。     As can be seen from FIG. 4, the temperature of the LED module substrate 300 rapidly rises compared to the temperatures of the transformer 205 and the heat radiation fins 215. At the time t1 when the temperature of the transformer 205 reaches 115 ° C. (temperature increase is 20 deg), the temperature of the LED module substrate 300 rises to 173 ° C. Here, in order to prevent an excessive protection operation (operation that protects an abnormal state in spite of a normal state), it is desirable that the detected temperature rise is 20 degrees or more with respect to the normal operation. According to the comparative example, the LED module substrate 300 is overheated while detecting a 20 deg temperature rise in the transformer 205 or the heat radiation fin 215.
このため、点灯回路基板200のトランス205等の温度を検出する構成では、トランス205の所定量の温度上昇を検出する間に、LEDモジュール基板300の温度が筐体3の樹脂の軟化温度(例えば、160℃)を超えてしまう可能性がある。そこで、本実施形態では、点灯回路基板200上の部品の温度を検出するのではなく、LEDモジュール基板300の温度が直接検出され、検出温度が筐体3の樹脂の軟化温度に到達する前にLED点灯装置100(点灯回路基板200)の動作が停止される。     For this reason, in the configuration for detecting the temperature of the transformer 205 and the like of the lighting circuit board 200, the temperature of the LED module board 300 is changed to the softening temperature of the resin of the casing 3 (for example, while detecting a predetermined amount of temperature rise of the transformer 205). , 160 ° C.). Therefore, in this embodiment, the temperature of the component on the lighting circuit board 200 is not detected, but the temperature of the LED module board 300 is directly detected and before the detected temperature reaches the softening temperature of the resin of the housing 3. The operation of the LED lighting device 100 (lighting circuit board 200) is stopped.
具体的には、本実施形態のLED点灯装置100では、検出温度を140℃とする。図5に、本実施形態における表2の入力電圧200Vの場合のトランス205、放熱フィン215、及びLEDモジュール基板300の温度の変化を示す。図4の場合と同様に、t0以前においては表1に示すような正常な出力状態が維持され、トランス205、放熱フィン215、及びLEDモジュール基板300の温度は、それぞれ95℃、90℃及び100℃であったものとする。そして、t0の時点で表2に示すような異常な出力状態が発生したものとする。図5に示すように、LEDモジュール基板300の温度が140℃となったt2の時点で、トランジスタ322が導通し、それにより、その直後にヒューズ201が溶断して入力電流が遮断される。従って、t2以降において、各部の温度が低下していく。     Specifically, in the LED lighting device 100 of the present embodiment, the detected temperature is 140 ° C. FIG. 5 shows changes in the temperatures of the transformer 205, the heat radiation fin 215, and the LED module substrate 300 when the input voltage is 200 V in Table 2 in this embodiment. As in FIG. 4, the normal output state as shown in Table 1 is maintained before t0, and the temperatures of the transformer 205, the heat radiation fin 215, and the LED module substrate 300 are 95 ° C., 90 ° C., and 100 ° C., respectively. Suppose that it was ℃. It is assumed that an abnormal output state as shown in Table 2 occurs at time t0. As shown in FIG. 5, at the time t2 when the temperature of the LED module substrate 300 reaches 140 ° C., the transistor 322 is turned on, whereby the fuse 201 is blown immediately after that and the input current is cut off. Therefore, the temperature of each part falls after t2.
上述したように、保護回路320のサーミスタ321はLEDモジュール基板300に接触配置される。これにより、LEDモジュール基板300が過熱状態となると、サーミスタ321の抵抗値が増加し、トランジスタ322が導通状態となる。トランジスタ322が導通状態となると、LEDアレイ310の両端、即ち、点灯回路基板200の出力電流が短絡される。この出力電流の短絡による過電流状態が所定期間継続することによりヒューズ201が溶断し、点灯回路基板200への入力が遮断される。なお、上記の所定期間について、一般的な電流ヒューズの特性から、トランジスタ322が点灯回路基板200の出力を短絡してから短時間(例えば1秒以下)でヒューズ201が溶断する。     As described above, the thermistor 321 of the protection circuit 320 is disposed in contact with the LED module substrate 300. As a result, when the LED module substrate 300 is overheated, the resistance value of the thermistor 321 increases and the transistor 322 becomes conductive. When the transistor 322 is turned on, both ends of the LED array 310, that is, the output current of the lighting circuit board 200 is short-circuited. When the overcurrent state due to the short circuit of the output current continues for a predetermined period, the fuse 201 is melted and the input to the lighting circuit board 200 is cut off. Note that, for the predetermined period, the fuse 201 is blown out in a short time (for example, 1 second or less) after the transistor 322 short-circuits the output of the lighting circuit board 200 due to the characteristics of a general current fuse.
なお、点灯回路基板200が正常な状態にあり、かつ雰囲気温度が高い場合にも、サーミスタ321の抵抗値増加に伴いトランジスタ322が導通し得る。しかし、点灯回路基板200のコンバータ回路のフィードバック制御が適正に動作しているので、トランジスタ322には正常点灯時のLED電流(上記例では400mA)と同じ値の電流が流れるだけである。従って、サーミスタ321の温度が下がるまで、LEDアレイ310には一時的に電流が流れなくなるものの、点灯回路基板200のヒューズ201が溶断することはない。即ち、雰囲気温度の上昇に起因する検出温度の上昇のみによってLED電球1が使用不能となることはない。     Note that even when the lighting circuit board 200 is in a normal state and the ambient temperature is high, the transistor 322 can be turned on as the resistance value of the thermistor 321 increases. However, since the feedback control of the converter circuit of the lighting circuit board 200 is operating properly, only the same current as the LED current during normal lighting (400 mA in the above example) flows through the transistor 322. Therefore, until the temperature of the thermistor 321 decreases, the current temporarily does not flow through the LED array 310, but the fuse 201 of the lighting circuit board 200 is not blown. That is, the LED bulb 1 is not disabled only by an increase in detection temperature caused by an increase in ambient temperature.
以上のように、本実施形態の構成によると、以下のような種々の有利な効果を得ることができる。     As described above, according to the configuration of the present embodiment, the following various advantageous effects can be obtained.
(1)筐体3の軟化防止
本実施形態によると、LEDモジュール基板300の温度を直接検出し、検出温度が所定値を超えると点灯回路基板200の入力電流を遮断してLED点灯装置100の動作を停止させることができる。従って、LEDモジュール基板300と接触して取り付けられる筐体3の軟化又は変形を確実に防止することができる。
(1) Prevention of softening of the housing 3 According to the present embodiment, the temperature of the LED module board 300 is directly detected, and when the detected temperature exceeds a predetermined value, the input current of the lighting circuit board 200 is cut off and the LED lighting device 100 The operation can be stopped. Therefore, softening or deformation of the housing 3 attached in contact with the LED module substrate 300 can be reliably prevented.
(2)LED点灯装置100の簡素化
本実施形態によると、保護回路320として追加される部品がサーミスタ321、トランジスタ322及び抵抗323だけである。そして、ヒューズとして、LED点灯装置の入力部に一般的に実装されている電流ヒューズが利用されるので、点灯回路基板200における電流遮断用に温度ヒューズ等の別途のヒューズを設ける必要がない。従って、簡素かつ低コストな構成で本発明を実施できる。
(2) Simplification of the LED lighting device 100 According to the present embodiment, the only components added as the protection circuit 320 are the thermistor 321, the transistor 322, and the resistor 323. And since the current fuse generally mounted in the input part of LED lighting device is utilized as a fuse, it is not necessary to provide another fuse, such as a temperature fuse, for the electric current interruption in the lighting circuit board 200. Therefore, the present invention can be implemented with a simple and low-cost configuration.
(3)LED電球1の短寿命化抑制
本実施形態によると、LEDモジュール基板300が検出温度を超えるほどの高温下にあるときに、点灯回路基板200からの出力電流がLEDアレイ310ではなく、トランジスタ322に流れる。この動作においてヒューズ201が溶断することはなく、LEDモジュール基板300の温度が下がれば再度点灯が可能となる。従って、高温下でLEDアレイ310が発光することはなく、かつ一度の高温状態検出によってLED電球1が使用不能となることもなく、LED素子301及びLED電球1の短寿命化を防止することができる。
(3) Suppression of shortening life of LED bulb 1 According to the present embodiment, when the LED module substrate 300 is under a high temperature exceeding the detection temperature, the output current from the lighting circuit substrate 200 is not the LED array 310, It flows to transistor 322. In this operation, the fuse 201 is not blown, and can be turned on again when the temperature of the LED module substrate 300 is lowered. Therefore, the LED array 310 does not emit light at a high temperature, and the LED bulb 1 is not disabled by detecting the high temperature state once, and the life of the LED element 301 and the LED bulb 1 can be prevented from being shortened. it can.
(4)LED電球1の光学特性の確保
本実施形態の構成によると、保護回路320がLEDモジュール基板300の裏面350b側に配置されるので、LEDアレイ310が配置される表面350a側における光学特性が阻害されることはない。従って、一般的なLED電球と同様に所望の光学特性を得ることができる。
(4) Ensuring optical characteristics of the LED bulb 1 According to the configuration of the present embodiment, since the protection circuit 320 is disposed on the back surface 350b side of the LED module substrate 300, the optical characteristics on the surface 350a side where the LED array 310 is disposed. Is not disturbed. Therefore, desired optical characteristics can be obtained in the same manner as a general LED bulb.
(5)LED電球1の組み立て容易性
本実施形態によると、保護回路320がLEDモジュール基板300に実装されるので、点灯回路基板200とLEDモジュール基板300の間に追加の配線が必要とならず、LED電球1の組み立てが容易となり、その製造において有利である。
(5) Ease of assembly of the LED bulb 1 According to this embodiment, since the protection circuit 320 is mounted on the LED module substrate 300, no additional wiring is required between the lighting circuit substrate 200 and the LED module substrate 300. The LED bulb 1 can be easily assembled and is advantageous in its manufacture.
(6)保護構成の導入容易性
本実施形態の構成によると、保護回路320がLEDモジュール基板300に実装されるので、本実施形態は一般的な回路構成の点灯回路基板200に対して交換可能に適用できる。従って、既存のLED電球において、LEDモジュール基板を上記実施形態のLEDモジュール基板300に交換するだけで本発明を実施できる。このように、本発明は導入容易であり、汎用性が高い。
(6) Ease of introduction of protection configuration According to the configuration of the present embodiment, since the protection circuit 320 is mounted on the LED module substrate 300, this embodiment can be replaced with a lighting circuit substrate 200 having a general circuit configuration. Applicable to. Therefore, in the existing LED bulb, the present invention can be implemented only by replacing the LED module substrate with the LED module substrate 300 of the above embodiment. Thus, the present invention is easy to introduce and highly versatile.
上記に本発明の好適な実施形態を示したが、本発明は以下のように種々の変形が可能である。   Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be modified in various ways as follows.
・保護回路実装の変形例
上記実施形態では、保護回路320の構成部品の全てをLEDモジュール基板300に実装する構成を示したが、サーミスタ321及び抵抗323をLEDモジュール基板300に実装し、トランジスタ322を点灯回路基板200に実装することも可能である。この場合、サーミスタ321と抵抗323の接点からトランジスタ322のゲート端子までのゲート配線を点灯回路基板200とLEDモジュール基板300の間に設ける必要があるが、出力配線400と同程度のわずかな追加配線しか必要とならない。なお、本変形例によると、上記の効果(1)乃至(5)が得られる。
Modification Example of Protection Circuit Mounting In the above embodiment, the configuration in which all the components of the protection circuit 320 are mounted on the LED module substrate 300 is shown. However, the thermistor 321 and the resistor 323 are mounted on the LED module substrate 300 and the transistor 322 is mounted. Can also be mounted on the lighting circuit board 200. In this case, it is necessary to provide a gate wiring from the contact point of the thermistor 321 and the resistor 323 to the gate terminal of the transistor 322 between the lighting circuit board 200 and the LED module board 300. Only needed. In addition, according to this modification, said effect (1) thru | or (5) is acquired.
また、保護回路320を点灯回路基板200上の出力ライン間に実装し、サーミスタ321がLEDモジュール基板300の裏面350bに当接される構成としてもよい。但し、サーミスタ321がアキシャル実装された状態で裏面350bに接触可能な程度に点灯回路基板200とLEDモジュール基板300との離隔距離が小さいことが条件となる。なお、本変形例によると、上記の効果(1)乃至(5)が得られる。   Further, the protection circuit 320 may be mounted between the output lines on the lighting circuit board 200, and the thermistor 321 may be in contact with the back surface 350b of the LED module board 300. However, it is a condition that the separation distance between the lighting circuit board 200 and the LED module board 300 is small enough to contact the back surface 350b in a state where the thermistor 321 is axially mounted. In addition, according to this modification, said effect (1) thru | or (5) is acquired.
・温度検出素子の変形例
上記実施形態では、保護回路320の温度検出素子として正特性サーミスタを用いたが、負特性サーミスタを用いてもよい。この場合、トランジスタ322のゲート・ドレイン間に負特性サーミスタを、ゲート・ソース間に分圧用抵抗(抵抗323に対応)を接続すればよい。
Modification of Temperature Detection Element In the above embodiment, the positive characteristic thermistor is used as the temperature detection element of the protection circuit 320, but a negative characteristic thermistor may be used. In this case, a negative characteristic thermistor may be connected between the gate and drain of the transistor 322, and a voltage dividing resistor (corresponding to the resistor 323) may be connected between the gate and source.
・スイッチ素子の変形例
上記実施形態では、保護回路320のスイッチ素子としてFETからなるトランジスタを用いたが、入力電圧又は入力電流に応じて導通状態を変化させることができる素子であれば、リレースイッチ等の他の種類のスイッチ素子であってもよい。
-Modification of switch element In the above embodiment, a transistor made of an FET is used as the switch element of the protection circuit 320. However, if the element can change the conduction state in accordance with the input voltage or input current, the relay switch Other types of switch elements may be used.
・コンバータ回路の変形例
上記実施形態では、点灯回路基板200のコンバータ回路として絶縁型フライバック回路を採用したが、直流電流を出力することができれば、コンバータ回路は非絶縁型降圧チョッパ回路等の他の形態の回路であってもよい。また、上記実施形態ではLED電流(出力電流)をフィードバックする構成を示したが、LED電力(出力電力)をフィードバックする構成としてもよい。この場合、出力電圧を検出する電圧検出回路及び検出出力電圧と検出出力電流を乗算する乗算器がさらに設けられる。そして、乗算器の出力がオペアンプ211の負入力端子に入力され、設定LED電力に対応する電圧が基準電圧源212からオペアンプ211の正入力端子に入力される。即ち、検出出力電圧と検出出力電流の乗算値に対応する出力電力が設定LED電力に等しくなるようにPWM制御が行われ、LED電力がフィードバック制御される。
In the above embodiment, an insulating flyback circuit is used as the converter circuit of the lighting circuit board 200. However, if a DC current can be output, the converter circuit can be other than a non-insulated step-down chopper circuit or the like. The circuit of the form may be sufficient. Moreover, although the structure which feeds back LED current (output current) was shown in the said embodiment, it is good also as a structure which feeds back LED electric power (output electric power). In this case, a voltage detection circuit for detecting the output voltage and a multiplier for multiplying the detection output voltage and the detection output current are further provided. The output of the multiplier is input to the negative input terminal of the operational amplifier 211, and the voltage corresponding to the set LED power is input from the reference voltage source 212 to the positive input terminal of the operational amplifier 211. That is, PWM control is performed so that the output power corresponding to the product of the detected output voltage and the detected output current is equal to the set LED power, and the LED power is feedback-controlled.
1 LED電球
2 口金
3 筐体
100 LED点灯装置
200 点灯回路基板
201 ヒューズ(電流ヒューズ)
300 LEDモジュール基板
310 LEDアレイ
320 保護回路
321 サーミスタ(温度検出素子)
322 トランジスタ(スイッチ素子)
350 基板
350a 表面
350b 裏面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 LED bulb 2 Base 3 Case 100 LED lighting device 200 Lighting circuit board 201 Fuse (current fuse)
300 LED module substrate 310 LED array 320 protection circuit 321 thermistor (temperature detection element)
322 transistor (switch element)
350 substrate 350a front surface 350b back surface

Claims (9)

  1. LED点灯装置であって、
    電流ヒューズを有し、該電流ヒューズを介して入力される入力電流を直流電流に変換して出力する点灯回路基板と、
    前記点灯回路基板の出力電流が投入されるLEDアレイが実装されたLEDモジュール基板と、
    前記LEDモジュール基板の温度を検出する温度検出素子及び該温度検出素子による検出温度が所定値を超えた場合に前記LEDアレイを短絡するスイッチ素子を有する保護回路と
    を備えたLED点灯装置。
    An LED lighting device,
    A lighting circuit board that has a current fuse, converts the input current input through the current fuse into a direct current, and outputs the direct current;
    An LED module board on which an LED array into which an output current of the lighting circuit board is input is mounted;
    An LED lighting device comprising: a temperature detection element that detects a temperature of the LED module substrate; and a protection circuit that includes a switch element that short-circuits the LED array when a temperature detected by the temperature detection element exceeds a predetermined value.
  2. 請求項1に記載のLED点灯装置において、前記温度検出素子が前記LEDモジュール基板に実装されたLED点灯装置。   The LED lighting device according to claim 1, wherein the temperature detection element is mounted on the LED module substrate.
  3. 請求項2に記載のLED点灯装置において、前記LEDモジュール基板が表面及び裏面を有し、前記LEDアレイが前記表面側に実装され、前記温度検出素子が前記裏面側に実装されたLED点灯装置。   The LED lighting device according to claim 2, wherein the LED module substrate has a front surface and a back surface, the LED array is mounted on the front surface side, and the temperature detection element is mounted on the back surface side.
  4. 請求項1に記載のLED点灯装置において、前記温度検出素子及び前記スイッチ素子が前記LEDモジュール基板に実装されたLED点灯装置。   The LED lighting device according to claim 1, wherein the temperature detection element and the switch element are mounted on the LED module substrate.
  5. 請求項4に記載のLED点灯装置において、前記LEDモジュール基板が表面及び裏面を有し、前記LEDアレイが前記表面側に実装され、前記温度検出素子及び前記スイッチ素子が前記裏面側に実装されたLED点灯装置。   5. The LED lighting device according to claim 4, wherein the LED module substrate has a front surface and a back surface, the LED array is mounted on the front surface side, and the temperature detection element and the switch element are mounted on the back surface side. LED lighting device.
  6. 請求項1から5のいずれか一項に記載のLED点灯装置と、
    前記LED点灯装置の入力端に接続された口金と、
    前記LED点灯装置を収容して前記口金が取り付けられた筐体と
    を備えたLED電球。
    LED lighting device according to any one of claims 1 to 5,
    A base connected to an input end of the LED lighting device;
    An LED bulb comprising a housing that houses the LED lighting device and to which the base is attached.
  7. 請求項6に記載のLED電球において、前記筐体が樹脂からなり、前記LEDモジュール基板が前記筐体に接触して取り付けられたLED電球。   The LED bulb according to claim 6, wherein the casing is made of resin, and the LED module substrate is attached in contact with the casing.
  8. LEDモジュール基板であって、
    直流電流が入力されるLEDアレイと、
    温度検出素子及び該温度検出素子による検出温度が所定値を超えた場合に前記LEDアレイを短絡するスイッチ素子を有する保護回路と、
    前記LEDアレイ及び前記保護回路が実装された基板と
    を備えたLEDモジュール基板。
    An LED module substrate,
    An LED array to which a direct current is input;
    A protection circuit having a temperature detection element and a switch element that short-circuits the LED array when a temperature detected by the temperature detection element exceeds a predetermined value;
    An LED module substrate comprising the LED array and a substrate on which the protection circuit is mounted.
  9. 請求項8に記載のLEDモジュール基板において、前記基板が表面及び裏面を有し、前記LEDアレイが前記表面に実装され、前記温度検出素子及び前記スイッチ素子が前記裏面に実装されたLEDモジュール基板。   9. The LED module substrate according to claim 8, wherein the substrate has a front surface and a back surface, the LED array is mounted on the front surface, and the temperature detection element and the switch element are mounted on the back surface.
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