JP2014203570A - Ｌｅｄ点灯装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
ＬＥＤの温度上昇に対して感温素子が効果的に作用するＬＥＤ点灯装置およびこのＬＥＤ点灯装置を配設する照明装置を提供する。
【解決手段】
ＬＥＤ点灯装置１は、スイッチング手段５と、感温素子４を有し、ＬＥＤ１５に所定の電流が供給されるようにスイッチング手段５をオンオフ制御し、感温素子４の温度上昇に応じてＬＥＤ１５に供給される電流が減少するようにスイッチング手段５を制御する制御手段１２と、を具備するＬＥＤ点灯回路９において、ＬＥＤ点灯回路９を構成する回路部品３が基板２に実装され、回路部品３のうち比較的発熱の大きい複数個の発熱部品の間に感温素子４が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、光源としてのＬＥＤを点灯するＬＥＤ点灯装置およびこのＬＥＤ点灯装置を配設する照明装置に関する。

光源としてのＬＥＤは、消費電力が小さく、長寿命であり、各種の色光が容易に得られるなどの利点を有している。このＬＥＤを点灯するＬＥＤ点灯装置は、一般に、装置本体内に収納され、ＬＥＤに所定の電流を供給している。しかしながら、ＬＥＤは、過度に温度上昇すると、発光効率が低下し、長寿命が損なわれるという欠点を有している。近年、ＬＥＤが高出力化され、装置本体が小型化されており、ＬＥＤの温度上昇の抑制が課題となっている。ＬＥＤの発生熱は、一般に、ヒートシンクを用いて装置本体から外部空間に放熱させている。また、ＬＥＤ点灯装置に発生した熱も装置本体から放熱させている。

そして、ＬＥＤ点灯装置に感温素子を含む温度特性回路を組み込み、ＬＥＤに流れる電流を装置本体内の温度によって変化させるＬＥＤ点灯装置が提案されている（例えば特許文献１参照。）。すなわち、ＬＥＤ点灯装置は、感温素子としてのＮＴＣサーミスタの抵抗値が温度上昇により低下することを利用して、所定の温度まではＬＥＤに流れる電流を一定に制御し、所定の温度を超えるとＬＥＤに流れる電流を温度に対して線形に減少させるように制御するように形成されている。

特開２００９−２６７０６５号公報（第５頁、第１図）

ＬＥＤ点灯装置は、その回路部品が基板に実装されている。そして、基板において、トランジスタやトランスなどの発熱部品の周囲温度が相対的に高くなっている。また、ＬＥＤに近い基板部分は、ＬＥＤからの熱影響が大きい。すなわち、基板の温度は部分的に異なっている。このため、基板に実装された感温素子は、その温度特性が基板の実装位置によってＬＥＤの温度上昇と相関しにくいということがある。

本発明の実施形態は、ＬＥＤの温度上昇に対して感温素子が効果的に作用するＬＥＤ点灯装置およびこのＬＥＤ点灯装置を配設する照明装置を提供することを目的とする。

実施形態のＬＥＤ点灯装置は、スイッチング手段および感温素子を有する制御手段を具備するＬＥＤ点灯回路に構成される。ＬＥＤ点灯回路を構成する回路部品は、基板に実装されている。スイッチング手段は、ＬＥＤに所定の電流が供給されるようにオンオフ制御されるものである。

制御手段は、ＬＥＤに所定の電流が供給されるようにスイッチング手段をオンオフ制御するように形成されている。また、制御手段は、感温素子の温度上昇に応じてＬＥＤに供給される電流が減少するようにスイッチング手段を制御するように形成されている。そして、感温素子は、基板において、回路部品のうち比較的発熱の大きい複数の発熱部品の間に配置されている。

本実施形態によれば、感温素子は、回路部品の比較的発熱の大きい複数の発熱部品の間に配置されているので、当該発熱部品による熱を直接かつ迅速に受けるものであり、当該発熱部品がＬＥＤに流れる電流に応じて発熱することにより、感温素子の温度上昇がＬＥＤに流れる電流に応じたものとなり、制御手段が感温素子の温度上昇に応じてＬＥＤに供給される電流を低減させることにより、ＬＥＤの温度上昇が抑制されてＬＥＤの長寿命を維持できることが期待できる。

本発明の第１の実施形態を示すＬＥＤ点灯装置の概略上面図である。 同上、ＬＥＤ点灯装置の概略回路図である。 本発明の第２の実施形態を示すＬＥＤ点灯装置の概略上面図である。 本発明の第３の実施形態を示す照明装置の概略側断面図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、本発明の第１の実施形態について説明する。本実施形態のＬＥＤ点灯装置１は、図１に示すように、基板２および多種類かつ多数個の回路部品３を有して形成されている。

基板２は、合成樹脂例えばガラスエポキシ材からなり、一面２ａおよび他面（図示しない。）が平面状である長方形に形成されている。回路部品３は、基板２の一面２ａ側に実装されている。回路部品３は、感温素子４、スイッチング手段としてのスイッチング素子５、トランス（カレントトランス）６、コンデンサＣ１〜Ｃ４、抵抗Ｒ１〜Ｒ４、トランスＴ１、電流ヒューズＦ１などからなっている。そして、スイッチング素子５およびトランス６などは、回路部品３のうち、比較的発熱量が大きいものであり、回路部品３の発熱部品となっている。また、基板２の一面２ａ側には、入力端子７ａ，７ｂおよび出力端子８ａ，８ｂが設けられている。回路部品３、入力端子７ａ，７ｂおよび出力端子８ａ，８ｂは、不図示の配線パターンにより電気接続されている。すなわち、基板２に回路部品３によりＬＥＤ点灯回路９が形成されている。

そして、本実施形態において、発熱部品であるスイッチング素子５およびトランス６は、並設されるように基板２の一面２ａ側に実装されている。そして、感温素子４は、スイッチング素子５およびトランス６の間に設けられている。感温素子４は、スイッチング素子５およびトランス６とのそれぞれの間隔Ｌ１，Ｌ２が０．５〜２．０ｍｍとなるように設けられている。前記間隔Ｌ１，Ｌ２が０．５ｍｍ以上であると、感温素子４は、スイッチング素子５およびトランス６との絶縁距離が確保される。また、前記間隔Ｌ１，Ｌ２が２．０ｍｍ以下であると、感温素子４は、スイッチング素子５およびトランス６からの熱影響を直接受けてそれらの温度に応じた温度になり易く、また、スイッチング素子５およびトランス６の温度上昇に即応して温度上昇し易いものである。

ＬＥＤ点灯回路９は、図２に示すように、整流装置１０、スイッチング素子５、起動回路１１、制御手段としての制御回路１２を有して形成されている。整流装置１０は、例えば整流器からなり、その入力側が電流ヒューズＦ１、コンデンサＣ１およびトランスＴ１からなるノイズフィルター回路１３を介して入力端子７ａ，７ｂに接続されている。入力端子７ａ，７ｂには、商用交流電源Ｖｓ（ＡＣ１００Ｖ）が接続されている。また、整流装置１０の出力側には、平滑用コンデンサＣ２が接続されている。整流装置１０および平滑用コンデンサＣ２により、平滑用コンデンサＣ２の両端間に直流電源が形成されている。

平滑用コンデンサＣ２の両端間は、スイッチング素子５、抵抗Ｒ１およびトランス６を介して出力端子８ａ，８ｂに接続されている。すなわち、平滑用コンデンサＣ２の正極側と出力端子８ａとの間に、スイッチング素子５、抵抗Ｒ１およびトランス６の一次巻線６ａが接続されている。そして、出力端子８ａ，８ｂとトランス６との間には、コンデンサＣ３および抵抗Ｒ２からなる平均化回路１４が接続されている。また、抵抗Ｒ１およびトランス６の一次巻線６ａの中点Ａ１と、出力端子８ｂとの間には、還流用のダイオードＤ１が接続されている。そして、出力端子８ａ，８ｂには、光源としてのＬＥＤ１５が接続されている。

スイッチング素子５は、例えば電界効果トランジスタであり、ドレイン、ソース間にコンデンサＣ４が接続されている。スイッチング素子５は、制御回路１２によりオンオフ制御される。スイッチング素子５がオンすることにより、平滑用コンデンサＣ２からＬＥＤ１５に電流が供給される。そして、スイッチング素子５のオン期間が短くなるにつれて、平滑用コンデンサＣ２からＬＥＤ１５に供給される電流が減少される。

起動回路１２は、入力端子７ａ，７ｂに商用交流電源Ｖｓが投入されたときに、スイッチング素子５のゲートに起動電圧を供給してスイッチング素子５をオンにするものである。起動回路１２は、例えば直列接続された複数個の抵抗からなり、スイッチング素子５のドレイン、ゲート間に接続されている。

制御回路１２は、感温素子４、主制御回路１６および調整回路１７を有して形成されている。感温素子４は、例えばＮＴＣサーミスタからなり、その抵抗値が温度上昇に応じて低下するものである。感温素子４の抵抗値は、温度の上昇に対して二次関数的に減少する。感温素子４は、抵抗Ｒ３および抵抗Ｒ４と直列接続されて、主制御回路１６および調整回路１７にそれぞれ接続されている。

主制御回路１６は、トランス６の二次巻線６ｂからＬＥＤ１５に流れる電流を検出している。そして、ＬＥＤ１５に所定の電流が流れるように、スイッチング素子５をオンオフ制御している。すなわち、スイッチング素子５のオン期間に亘ってスイッチング素子５のゲートに駆動電圧を供給している。

調整回路１７は、感温素子４と協働して動作し、主制御回路１６からスイッチング素子５のゲートに供給される駆動電圧をバイパスして、前記駆動電圧の供給期間を減少させるように形成されている。すなわち、感温素子４が温度上昇すると、感温素子４の抵抗値が減少し、抵抗Ｒ３、感温素子４および抵抗Ｒ５の直列回路の合成抵抗値が低下する。そして、感温素子４が所定の温度例えば８０℃になったときに、抵抗Ｒ３、感温素子４および抵抗Ｒ４の直列回路に電流が流れる。そして、当該直列回路に流れる電流は、感温素子４がさらに温度上昇して抵抗値が低下するにしたがい増加していく。調整回路１７は、当該電流の変化に応じて、主制御回路１６からスイッチング素子５のゲートに出力された駆動電圧をバイパスする。これにより、スイッチング素子５のオン期間は、短くなり、平滑用コンデンサＣ２からＬＥＤ１５に供給される電流が減少することになる。

なお、感温素子４は、ＮＴＣサーミスタに限らず、温度に応じて結果的にＬＥＤ１５に流れる電流を調整できるものであればよく、例えばＰＴＣサーミスタやツェナーダイオードを用いてもよい。また、基板２の一面２ａ側に熱伝導性および絶縁性を有する樹脂をポッティングして回路部品３を埋めていてもよい。
次に、第１の実施形態の作用について述べる。

商用交流電源Ｖｓが投入されると、起動回路１１によりスイッチング素子５がオンされて平滑用コンデンサＣ２からＬＥＤ１５に電流が供給される。そして、制御回路１２の主制御回路１６は、ＬＥＤ１５に所定の電流が流れるようにスイッチング素子５をオンオフ制御する。ＬＥＤ１５は、点灯して、所定の色光を放射するとともに発熱する。

ＬＥＤ１５に供給される電流が流れる経路上の回路素子３は、当該電流が流れることによって大きく発熱する。すなわち、整流装置１０、スイッチング素子５、抵抗Ｒ１およびトランス６は、他の回路部品３に対して発熱量が多く、次第に大きく温度上昇していく。そして、スイッチング素子５およびトランス６の間に設けられている感温素子４は、それらの発熱により次第に温度上昇していき、感温素子４の抵抗値が次第に低下していく。そして、感温素子４が所定の温度例えば８０℃になったときに、抵抗Ｒ３、感温素子４および抵抗Ｒ４の直列回路に電流が流れる。当該直列回路に流れる電流は、感温素子４がさらに温度上昇して抵抗値が低下するにしたがい増加していく。

調整回路１７は、抵抗、感温素子４および抵抗Ｒ４の直列回路に流れる電流の増加に応じて、主制御回路１６から出力された駆動電圧をバイパスし、スイッチング素子５のオン期間を減少させる。これにより、平滑用コンデンサＣ２からＬＥＤ１５に供給される電流が減少し、ＬＥＤ１５の発生熱が減少して、ＬＥＤ１５の温度上昇が抑制される。

そして、ＬＥＤ１５に供給される電流が減少することにより、スイッチング素子５およびトランス６の温度上昇がそれぞれ抑制され、スイッチング素子５およびトランス６は、所定の範囲内の温度になり、感温素子４の温度も所定の範囲内となる。主制御回路１６および調整回路１７は、スイッチング素子５を所定のオン期間でオンオフ制御する。これにより、ＬＥＤ１５に感温素子４の温度に応じた所定の電流が流れるようになり、ＬＥＤ１５は、温度上昇が抑制されて長寿命化される。

そして、装置本体内の温度が激変して感温素子４が温度上昇すると、上述したように、制御回路１２によりＬＥＤ１５に流れる電流が減少され、ＬＥＤ１５の発生熱が減少するので、装置本体内の温度上昇が抑制されるとともに、ＬＥＤ１５の温度上昇も抑制される。こうして、感温素子４は、ＬＥＤ１５の温度上昇に対して効果的に作用し、ＬＥＤ１５の長寿命を維持させている。

本実施形態のＬＥＤ点灯装置１によれば、感温素子４は、回路部品３の発熱部品であるスイッチング素子５およびトランス６の間であって近傍に配置されているので、スイッチング素子５およびトランス６の温度上昇による熱影響を直接かつ迅速に受けることになり、スイッチング素子５およびトランス６がＬＥＤ１５に流れる電流に応じて発熱することにより、感温素子４の温度上昇がＬＥＤ１５に流れる電流に応じたものとなり、制御回路１２が感温素子４の温度上昇に応じてＬＥＤ１５に供給される電流を低減させることにより、ＬＥＤ１５の温度上昇が抑制されてＬＥＤ１５を長寿命化できるという効果を有する。

また、感温素子４は、スイッチング素子５およびトランス６とのそれぞれの間隔Ｌ１，Ｌ２が０．５〜２．０ｍｍとなるように設けられているので、スイッチング素子５およびトランス６との絶縁距離を確保することができ、スイッチング素子５およびトランス６の温度に応じた温度になり易くなるとともにスイッチング素子５およびトランス６の温度上昇に即応して温度上昇し易くなるという効果を有する。

なお、感温素子４は、スイッチング素子５およびトランス６の間に限らず、他の発熱部品の間に配置されていてもよい。また、感温素子４は、３個以上の発熱部品の間に配置されてもよい。これらの場合であっても、上述と同様の作用、効果が得られる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態のＬＥＤ点灯装置１Ａは、図３に示すように形成されている。なお、図３において、図１と同一部分には同一符号を付して重複した説明は省略する。

ＬＥＤ点灯装置１Ａは、図１に示すＬＥＤ点灯装置１において、基板２の一面２ａ側であって感温素子４の近傍に温度ヒューズ１８が設けられているものである。そして、温度ヒューズ１８は、感温素子４と不図示の配線パターンにより直列接続されている。温度ヒューズ１８は、図２に示すＬＥＤ点灯回路９において、感温素子４と抵抗Ｒ３との間または感温素子４と抵抗Ｒ４との間に設けられ、それらと直列接続されている。温度ヒューズ１８は、感温素子４の近傍に設けられることにより、スイッチング素子５およびトランス６のそれぞれの近辺に設けられている。

温度ヒューズ１８は、感温素子４の近傍に設けられているので、感温素子４の温度上昇に即応して温度上昇する。そして、感温素子４が許容温度を超えるように過度に温度上昇すると、当該許容温度の付近で断線するものである。温度ヒューズ１８が断線すると、抵抗Ｒ３、感温素子４および抵抗Ｒ４の直列回路に電流が流れなくなり、この電流遮断が調整回路１７により検出される。調整回路１７は、主制御回路１６から出力される駆動電圧をバイパスし、スイッチング素子５のゲートに印加させなくする。すなわち、制御回路１２は、スイッチング素子５のオンオフ制御を停止する。これにより、ＬＥＤ１５に電流が流れなくなり、ＬＥＤ１５は消灯し、発熱しなくなる。ＬＥＤ１５が発熱しなくなることにより、回路部品３の発熱部品および感温素子４は、温度上昇しなくなり、熱破壊することがなくなる。

本実施形態のＬＥＤ点灯装置１Ａによれば、感温素子４の近傍に感温素子４に直列接続された温度ヒューズ１８を有し、感温素子４の温度が許容温度を超えるような異常温度となったときに、温度ヒューズ１８が断線して、制御回路１２がスイッチング素子５のオンオフ制御を停止するので、ＬＥＤ１５が消灯して発熱しなくなることにより、感温素子４の温度上昇がなくなり、これにより、感温素子４を熱破壊などから保護できるという効果を有する。
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。

本実施形態の照明装置２１は、電球用ソケットに着脱されるＬＥＤ電球であり、図４に示すように構成される。なお、図１と同一部分には、同一符号を付して説明は省略する。照明装置２１は、発光体２２、装置本体としての外囲器２３、取付け体２４、図１に示すＬＥＤ点灯装置１およびグローブ２５を有して構成されている。

発光体２２は、実装基板２６、ＬＥＤ１５である複数個のＬＥＤベアチップ１５ａおよび封止樹脂２７を有して形成されている。実装基板２６は、例えばアルミニウム（Ａｌ）の金属板からなり、外形が例えば正四角形に形成されている。ＬＥＤベアチップ１５ａは、例えば青色光を発光するように形成され、ＣＯＢ（Chip On board）方式によって実装基板２６に実装されている。封止樹脂２７は、例えばシリコーン樹脂からなり、ＬＥＤベアチップ１５ａからの青色光の一部により励起されて黄色光を放射する図示しない黄色蛍光体が混入されている。

外囲器２３は、高熱伝導率を有する金属材料例えばアルミニウム（Ａｌ）からなり、一端側２３ａから他端側２３ｂに緩やかに径大する柱状に形成しているとともに、その中心軸部に挿入孔２８が一端側２３ａから他端側２３ｂに沿って所定の深さで円柱状に形成されている。また、外囲器２３は、その他端側２３ｂの端面２３ｄが平面に形成されている。そして、端面２３ｄに例えばシリコーン樹脂からなる絶縁紙２９を介在させて発光体２２が図示しないねじにより取り付けられている。

外囲器２３の挿入孔２８には、略円筒状に形成された取付け体２４が挿入されて取り付けられている。取付け体２４は、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂により挿入孔２８の壁面に密接する大きさに形成され、電気絶縁性を有する。取付け体２４は、その両端側２４ａ，２４ｂにそれぞれ開口３０，３１を有している。そして、取付け体２４の他端側２４ｂの端面２４ｄには、複数個のねじ孔３２が設けられており、このねじ孔３２にねじ３３が外囲器２３の端面２３ｄから螺着されている。すなわち、外囲器２３の端面２３ｄには、ねじ孔３２に対応した取付け孔３４が形成されている。この取付け孔３４は、ねじ３３を埋め込み、ねじ３３が端面２３ｄから突出しないように段付きに形成されている。

そして、取付け体２４は、その一端側２４ａ側に外囲器２３の一端側２３ａの端面２３ｃに当接する環状座３５が設けられている。この環状座３５は、取付け体２４の他端側２４ｂがねじ３３により外囲器２３の他端側２３ｂに取り付けられたときに、外囲器２３の端面２３ｃに当接する。こうして、取付け体２４は、外囲器２３の挿入孔２８に挿入されて外囲器２３に固定されている。

そして、取付け体２４は、その一端側２４ａの外面に凸条３６が螺旋状に形成されていて、この凸条３６にＥ形の口金３７が螺合されている。口金３７は、取付け体２４の一端側２４ａの外面にかしめられて固定されている。

ＬＥＤ点灯装置１は、発光体２２のＬＥＤベアチップ１５ａを点灯するものであり、取付け体２４内に収納されている。そして、入力端子７ａ，７ｂ（図示しない。）が不図示のリード線（ワイヤ）により、口金３７のシェル部３８およびアイレット部３９にそれぞれ接続されている。また、出力端子８ａ，８ｂ（図４中、一方のみを示す。）は、出力線３９により発光体２２に接続されている。

グローブ２５は、透光性を有する樹脂材料からなっている。ここでは、例えばポリカーボネート（ＰＣ）樹脂により、他端側２５ｂが閉塞され一端２５ａが開口されるとともに発光体２２を覆うように略球面状に成型されている。そして、グローブ２５は、一端側２５ａの係止部４０が外囲器２３の他端側２３ｂの被係止部４１に係止して外囲器２３に取り付けられている。

照明装置２１は、その口金３７が給電されると、ＬＥＤ点灯装置１が動作し、発光体２２のＬＥＤベアチップ１５ａが点灯する。発光体２２から白色光が放射され、この白色光は、グローブ２５を透過して外部空間に出射される。また、発光体２２は、点灯により発熱する。この熱の一部は、外囲器２３に熱伝導して外囲器２３から外部空間に放出されるとともに、取付け体２４の内部温度を上昇させ、ＬＥＤ点灯装置１の温度を上昇させる。

ＬＥＤ点灯装置１は、感温素子４が所定の温度例えば８０℃を超えてさらに温度上昇すると、感温素子４の温度上昇に応じて、発光体２２に供給する電流を減少させる。発光体２２は、供給される電流の減少に伴って発熱量が減少する。これにより、取付け体２４の内部温度が所定の温度範囲となり、ＬＥＤ点灯装置１の温度も所定の範囲内となる。ＬＥＤ点灯装置１は、発光体２２に所定の電流を供給して、発光体２２のＬＥＤベアチップ１５ａを点灯させる。

本実施形態の照明装置２１によれば、感温素子４の温度上昇に応じて発光体２２に供給する電流を減少させるＬＥＤ点灯装置１を配設しているので、発光体２２の発熱を抑制して発光体２２の温度上昇を抑制することができ、これにより、発光体２２を長寿命化することができるという効果を有する。

なお、本実施形態において、照明装置２１は、ＬＥＤ電球に構成したが、これに限らず、ＧＸ５３形などのランプや直付け形、吊下げ形や埋込み形などの照明器具であってもよい。

また、本発明の上述した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…ＬＥＤ点灯装置、 ２…基板、 ３…回路部品、 ４…感温素子、 ５…スイッチング手段としてのスイッチング素子、 ６…発熱部品としてのトランス、 ９…ＬＥＤ点灯回路、 １２…制御手段としての制御回路、 １５…ＬＥＤ、 ２１…照明装置としてのＬＥＤ電球、 ２３…装置本体としての外囲器

Claims (4)

1. ＬＥＤに所定の電流が供給されるようにオンオフ制御されるスイッチング手段と；
   感温素子を有し、ＬＥＤに所定の電流が供給されるように前記スイッチング手段をオンオフ制御し、前記感温素子の温度上昇に応じてＬＥＤに供給される電流が減少するように前記スイッチング手段を制御する制御手段と；
   を具備するＬＥＤ点灯回路において、
   ＬＥＤ点灯回路を構成する回路部品が基板に実装され、前記回路部品のうち比較的発熱の大きい複数の発熱部品の間に前記感温素子が配置されていることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
2. 前記感温素子は、前記スイッチング手段と前記発熱部品であるトランスとの間に設けられ、それらとの間隔が０．５〜２．０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯装置。
3. 前記制御手段は、前記感温素子の近傍に設けられ前記感温素子と直列接続された温度ヒューズを有し、この温度ヒューズが断線すると前記スイッチング手段のオンオフ制御を停止するように形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のＬＥＤ点灯装置。
4. 請求項１ないし３いずれか一記載のＬＥＤ点灯装置と；
   このＬＥＤ点灯装置により点灯されるＬＥＤと；
   このＬＥＤおよび前記ＬＥＤ点灯装置を配設している装置本体と；
   を具備していることを特徴とする照明装置。

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