JP2014229537A - 光源点灯装置及び照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】容量の大きい電源回路を用いなくても電圧の高い光源を接続できる光源点灯装置を提供する。【解決手段】光源13を接続可能な光源点灯装置12が、それぞれ第2の出力コンデンサ21a,21bを有する2個のLED点灯回路12a,12bを備える。端子台22aにコネクタ22bが接続され、出力端子台23aに出力コネクタ23bが装着された状態(即ち、光源点灯装置12に光源13が接続された状態)では、LED点灯回路12a,12bの第2の出力コンデンサ21a,21b同士が直列に接続されて形成される直列回路に光源13が並列に接続され、光源13を点灯するための直流電力が当該直列回路から光源13に供給される。【選択図】図1

Description

本発明は、光源点灯装置及び照明装置に関するものである。本発明は、例えば、LED等の固体発光素子を光源とし、これを点灯する光源点灯装置と、この光源点灯装置を備えた照明装置に関するものである。
従来、LEDを点灯する装置がある(例えば、特許文献1〜3参照)。
特開2012−191169号公報 特開2010−263716号公報 特開2012−244737号公報
特許文献1の装置は、例えば電圧が45〜95V、電流が350mAのLED光源を1灯あるいは2灯点灯できるようにした装置である。この装置は、直流電源に接続した定電流制御形電源回路(コンバータ)からLED光源に直流出力電流を供給するものであり、LED光源を1灯接続する場合あるいは2灯接続する場合のいずれにも対応できるような一体的な直流電源装置を備えている。しかしながら、このような一体的な構成では、直流電源装置はLED光源2灯を点灯できる容量が必要なので、構成するコイル部品等の電子部品が大きくなり、直流電源装置全体の形状が大形化しやすいという課題がある。
特許文献1では、直流電源部を共通にして複数(2台)のコンバータを動作させて複数のLED光源を点灯させる可能性についても言及している。しかし、このような構成の装置では、直流電源に対して複数(2台)のコンバータを使用すれば、合計で3台の構成要素となってしまい、直流電源装置全体としてプリント基板や他の電子部品等の標準化が困難になるという課題があった。
また、定電流的特性を備えたコンバータでLED光源を点灯する装置では、通電中にLED光源を外すとコンバータの出力電圧が上昇して再装着時にLED光源に過大な電流が流れることが知られている。これを防止することを目的として、特許文献2の装置では、コンバータの出力に接続される出力平滑コンデンサをLED光源が外されたときには充電しないように出力側のコネクタを構成している。しかしながら、特許文献2では、電源本体が単体(1台)の場合について開示されており、電源本体が複数の場合については言及されてない。
さらに、特許文献3の装置は、LED光源に定電流を供給する降圧チョッパ回路に備えた出力平滑コンデンサと交流電源から形成される直流電源の平滑コンデンサの容量が大きい場合について、電源がオンされているときのLED光源の脱着時、及び、LED光源が接続されているときの電源のオフ時におけるLED光源への過大電流を防止することを目的としている。しかし、LED光源を接続した状態で短時間内に電源(交流電源)がオン・オフされることを考慮するのであれば、直流電源の平滑コンデンサと降圧チョッパ回路の出力コンデンサの2箇所の電圧減少・上昇に配慮する必要があり、回路設計と検証に時間を要する等の課題があった。
本発明は、例えば、容量の大きい電源回路を用いなくても電圧の高い光源を接続できる光源点灯装置を提供することを目的とする。
本発明の一の態様に係る光源点灯装置は、
光源を接続可能な光源点灯装置であり、
それぞれコンデンサを有する複数の電源回路を備え、
前記光源が接続された状態では、前記複数の電源回路のコンデンサ同士が直列に接続されて形成される直列回路に前記光源が並列に接続され、前記光源を点灯するための直流電力が当該直列回路から前記光源に供給される。
本発明の一の態様によれば、複数の電源回路のコンデンサ同士が直列に接続されて形成される直列回路に光源が並列に接続され、光源を点灯するための直流電力が当該直列回路から光源に供給されるため、容量の大きい電源回路を用いなくても電圧の高い光源を接続できる。
実施の形態1に係る照明装置の構成を示す回路図。 実施の形態1に係る照明装置の直流電源部の構成を示す回路図。 実施の形態2に係る照明装置の構成を示す回路図。 実施の形態3に係る照明装置の構成を示す回路図。
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
実施の形態1.
図1は、本実施の形態に係る照明装置10の構成を示す回路図である。
図1において、照明装置10は、交流電源11(例えば、商用電源)に接続される。照明装置10は、光源点灯装置12と、光源13とを備える。
光源点灯装置12は、LED点灯回路12a,12bと、端子台22aと、出力端子台23aとを備える。
LED点灯回路12a,12bは、LEDからなる光源13に直流電流を供給し、光源13を点灯させる。
LED点灯回路12aは、直流電源部16a、スイッチング素子17a(例えば、MOSFET)、絶縁トランス18a、ダイオード19a、第1の出力コンデンサ20a、第2の出力コンデンサ21aを有する。
直流電源部16aは、交流電源11により供給される交流電圧から直流電圧を生成する。スイッチング素子17a、絶縁トランス18a、ダイオード19a、第1の出力コンデンサ20aは、フライバックコンバータを構成する。このフライバックコンバータは、直流電源部16aにより生成される直流電圧から、スイッチング素子17aのスイッチング動作により光源13に供給する所定の直流電流を生成する。即ち、フライバックコンバータは、定電流的特性の出力電流を発生させる。スイッチング素子17aは、制御回路(図示していない)により高周波で駆動制御される。絶縁トランス18aは、スイッチング素子17aがオンのときにエネルギーを蓄積し、スイッチング素子17aがオフのときにエネルギーを解放する。ダイオード19aは、絶縁トランス18aの出力を整流して第1の出力コンデンサ20aと第2の出力コンデンサ21a及び光源13に直流出力を与える。第1の出力コンデンサ20aは、コンバータの動作に必要な小容量のコンデンサである。第2の出力コンデンサ21aは、第1の出力コンデンサ20aの5倍以上の静電容量を有し、光源13に供給する直流電流をリップルの少ない安定した電流とするコンデンサである。
LED点灯回路12bは、LED点灯回路12aと同様に、直流電源部16b、スイッチング素子17b(例えば、MOSFET)、絶縁トランス18b、ダイオード19b、第1の出力コンデンサ20b、第2の出力コンデンサ21bを有する。
端子台22aは、LED点灯回路12aの第2の出力コンデンサ21aの低電位側が接続された端子と、LED点灯回路12bの第2の出力コンデンサ21bの高電位側が接続された端子とを有する。これら2つの端子間は、着脱自在のコネクタ22bにより短絡させることができる。端子台22aにコネクタ22bが装着されて端子台22aの2つの端子間が短絡することにより、第2の出力コンデンサ21a,21bが直列に接続された状態となり、第2の出力コンデンサ21a,21bの直列回路が形成される。
出力端子台23aは、LED点灯回路12aの第1の出力コンデンサ20aの高電位側が接続された端子と、LED点灯回路12aの第2の出力コンデンサ21aの高電位側が接続された端子とを有する。これら2つの端子間は、光源13が接続された着脱自在の出力コネクタ23bにより短絡させることができる。出力端子台23aは、さらに、LED点灯回路12bの第1の出力コンデンサ20bの低電位側が接続された端子と、LED点灯回路12bの第2の出力コンデンサ21bの低電位側が接続された端子とを有する。これら2つの端子間も、出力コネクタ23bにより短絡させることができる。出力端子台23aに出力コネクタ23bが装着されて出力端子台23aの高電位側の2つの端子間が短絡することにより、第1の出力コンデンサ20aに第2の出力コンデンサ21aが並列に接続された状態となる。また、出力端子台23aに出力コネクタ23bが装着されて出力端子台23aの低電位側の2つの端子間が短絡することにより、第1の出力コンデンサ20bに第2の出力コンデンサ21bが並列に接続された状態となる。さらに、出力端子台23aに出力コネクタ23bが装着されて高電位側の2つの端子と光源13の高電位側が接続され、低電位側の2つの端子と光源13の低電位側が接続されることにより、第2の出力コンデンサ21a,21bの直列回路に光源13が並列に接続された状態となる。
光源13は、例えば複数個のLEDが直列及び/又は並列に接続され、350mAの電流が流れたときにその端子電圧が約100Vになるような一体化した丸管ランプを2本直列に接続したものであるとする。なお、光源13は、丸管ランプに限らず、さらに大きな電流が流れたときにその端子電圧の合計が200V以上になるもの等、端子電圧が高く、従来であれば出力容量が大きいコンバータを使用することが要求されるような負荷であるとする。
ここで、LED点灯回路12a,12bは、ほぼ同じ出力容量でそれぞれ100Wの負荷まで点灯できるものとする。そして、光源13の定格電力が180Wであったとする。
端子台22aにコネクタ22bが、出力端子台23aに出力コネクタ23bが接続され、交流電源11が投入されると、2個のLED点灯回路12a,12bは直列に接続されて光源13に直流電流を供給し、光源13を点灯させる。もし交流電源11の通電中に出力コネクタ23bが外れたり、接触不良を起こしたりすると、コンバータは負荷のない状態となるが、内部に備えた保護回路(図示していない)の作用によりその動作を停止する。このとき、コンバータは定電流制御の動作を行うため、動作が停止するまでの間、短時間ではあるが出力電圧が上昇してしまう。ところが、本実施の形態では、出力コネクタ23bが外れたり、接触不良を起こしたりすると、第2の出力コンデンサ21a,21bが第1の出力コンデンサ20a,20bに接続されず、第2の出力コンデンサ21a,21bには高い電圧が印加・充電されないので、出力コネクタ23bを再装着したときには小容量の第1の出力コンデンサ20a,20bの充電電荷の放出だけで済み、光源13にストレスを与えない。
また、LED点灯回路12a,12bは、光源13に必要な電力より小さな電力を発生させればよいので、LED点灯回路12a,12bに使用する個々の部品を小さくすることができ、例えば1台の大容量の電源で構成するときよりも背が低い絶縁トランス18a,18bを選定可能になり、結果として光源点灯装置12の薄形化、小形化が実現できる。
なお、LED点灯回路12a,12bに使用するコンバータとしては、出力を絶縁できるものであれば、フライバックコンバータ以外の構成を採用してもよい。
本実施の形態では、2個のLED点灯回路12a,12bの出力を直列に接続するので、一方のLED点灯回路12aのコンバータが絶縁トランス18aを使用するものであれば、他方のLED点灯回路12bのコンバータは絶縁トランス18bを使用しないものでもよい。このように絶縁トランス18aを使用した絶縁タイプと絶縁トランス18bを使用しない非絶縁タイプとの2種類のLED点灯回路12a,12bを光源点灯装置12が備えている場合、比較的小電力な光源13を点灯する際には、2個のLED点灯回路12a,12bのうちどちらか一方のみから光源13に給電するようにしてもよい。このとき、光源13や照明装置10の要求仕様が絶縁を必要とするなら絶縁タイプを、絶縁を必要としないならば非絶縁タイプを選定すれば、用途に適したLED点灯回路を使用することができる。
LED点灯回路12a,12bが2個とも絶縁トランス18a,18bを使用した同じ構成であれば、電子部品の共用化が図れる。一方、LED点灯回路12a,12bのうち片方(例えば、LED点灯回路12b)に非絶縁のコンバータを使用するのであれば、その片方の側で部品の小形化が図れる。
本実施の形態において、端子台22a及び出力端子台23aは、それぞれコネクタ22b及び出力コネクタ23bによって相互に接続される端子を有するだけでなく、上記のようにLED点灯回路12a,12bの片側のみの使用にも適用できるような端子を有していてもよい。その場合、電圧の低い光源13には1台、電圧の高い光源13には直列に接続した2台のLED点灯回路を用いることで、電圧の高い光源13を点灯可能な小形の照明装置10を提供することができる。
出力端子台23aの構成としては、光源13に出力を供給する出力コネクタ23bが接続されないときに第2の出力コンデンサ21a,21bへの給電接続がされないようなものであれば、図1に示したものとは異なる構成を採用してもよい。
以上のように、本実施の形態では、光源13を接続可能な光源点灯装置12が、それぞれ第2の出力コンデンサ21a,21b(コンデンサの例)を有する2個のLED点灯回路12a,12b(複数の電源回路の例)を備える。端子台22aにコネクタ22bが接続され、出力端子台23aに出力コネクタ23bが装着された状態(即ち、光源点灯装置12に光源13が接続された状態)では、LED点灯回路12a,12bの第2の出力コンデンサ21a,21b同士が直列に接続されて形成される直列回路に光源13が並列に接続され、光源13を点灯するための直流電力が当該直列回路から光源13に供給される。このように、2個のLED点灯回路12a,12bを用いて光源13を点灯させることができるため、容量の大きいLED点灯回路を用いなくても電圧の高い光源13を接続できる。例えば、2個のLED点灯回路12a,12bとして、構成が同じ(即ち、電源容量が略等しい)ものを使用するとき、光源13として、これら2個のLED点灯回路12a,12bのそれぞれの電源容量より消費電力が大きいものを使用することができる。また、大きな負荷の光源13を分割した2台のLED点灯回路12a,12bを直列に接続して点灯するので光源点灯装置12を小形に、特に薄形形状のものにすることができる。
なお、図1には、複数の電源回路として、2個のLED点灯回路12a,12bを用いる例を示しているが、n個(n>2)のLED点灯回路を用いても構わない。その場合、例えば、n個のLED点灯回路の構成については、図1に示したLED点灯回路12a,12bの構成と同様とする。i番目(i=1,2,・・・,n−1)のLED点灯回路とi+1番目のLED点灯回路は、端子台22aと同様の構成の端子台を介して互いに接続可能である。また、1番目のLED点灯回路とn番目のLED点灯回路には、出力端子台23aを介して光源13が接続可能である。端子台22aと同様の構成の端子台に、コネクタ22bと同様の構成のコネクタが接続され、出力端子台23aに出力コネクタ23bが装着された状態では、n個のLED点灯回路のコンデンサ同士が直列に接続されて形成される直列回路に光源13が並列に接続され、光源13を点灯するための直流電力が当該直列回路から光源13に供給される。このように、3個以上のLED点灯回路を用いて光源13を点灯させることができるため、容量の大きいLED点灯回路を用いなくても、さらに電圧の高い光源13を接続できる。
また、本実施の形態では、LED点灯回路12a,12bのそれぞれが、第2の出力コンデンサ21a,21bより小容量の第1の出力コンデンサ20a,20b(他のコンデンサの例)を有する。端子台22aにコネクタ22bが接続され、出力端子台23aに出力コネクタ23bが装着された状態(即ち、光源点灯装置12に光源13が接続された状態)では、LED点灯回路12a,12bのそれぞれで第1の出力コンデンサ20a,20bに第2の出力コンデンサ21a,21bが並列に接続され、第2の出力コンデンサ21a,21bを充電するための直流電力が第1の出力コンデンサ20a,20bから第2の出力コンデンサ21a,21bに供給される。このため、光源13が外れたときに第2の出力コンデンサ21a,21bへの高い電圧での充電を防ぎ、再接続時の光源13へのストレスを軽減できる。
また、本実施の形態では、前述したように、2個のLED点灯回路12a,12bのうち少なくともいずれかのLED点灯回路が、トランスを有する。光源点灯装置12に光源13が接続された状態では、上記少なくともいずれかのLED点灯回路でコンデンサ(第2の出力コンデンサ21a,21bのうち少なくともいずれか)を充電するための電力がトランスを介してコンデンサに供給される。
図2は、直流電源部16aの構成を示す回路図である。
図2において、直流電源部16aは、全波整流回路31、直流電圧生成部32、サイリスタ33、抵抗34、制御回路35を備える。
全波整流回路31は、交流電源11から供給される交流電圧を整流して脈流電圧を出力する。直流電圧生成部32は、コンデンサ(図示していない)を有し、全波整流回路31からの脈流電圧をコンデンサにより平滑して直流電圧を出力する。なお、直流電圧生成部32を昇圧コンバータ又は昇降圧コンバータとして構成し、交流電源11の種類(電圧)に関わらず使用できるようにしてもよい。サイリスタ33と抵抗34は、全波整流回路31と直流電圧生成部32の間に、並列に接続される(図2では、低電位側に接続されているが、高電位側に接続されてもよい)。制御回路35は、交流電源11がオンになると、一定期間(直流電圧生成部32のコンデンサの充電が終わる程度の時間)サイリスタ33をオフにして抵抗34により突入電流を抑制し、その後、サイリスタ33をオンにしてサイリスタ33を導通させる。これにより、直流電源部16aにおいて大きな突入電流を防止することができる。
直流電源部16bの構成については、直流電源部16aの構成と同様である。
実施の形態2.
本実施の形態について、主に実施の形態1との差異を説明する。
図3は、本実施の形態に係る照明装置10の構成を示す回路図である。
図3において、照明装置10は、図1に示した光源13に代えて、光源14,15を備える。
光源点灯装置12は、図1に示した端子台22aに代えて、出力端子台24aを備える。
LED点灯回路12aは、さらに、検出抵抗25aを有する。検出抵抗25aは、第2の出力コンデンサ21aの端子電圧を検出する。検出された電圧は、検出抵抗25aの端子間から適宜電圧信号として取り出すことができる。
LED点灯回路12bは、LED点灯回路12aと同様に、検出抵抗25bを有する。
出力端子台23aは、LED点灯回路12aの第1の出力コンデンサ20aの高電位側が接続された端子と、LED点灯回路12aの第2の出力コンデンサ21aの高電位側が接続された端子とを有する。これら2つの端子間は、光源15が接続された着脱自在の出力コネクタ23bにより短絡させることができ、その場合、第1の出力コンデンサ20aに第2の出力コンデンサ21aが並列に接続された状態となる。出力端子台23aは、LED点灯回路12aの第2の出力コンデンサ21aの高電位側が接続された端子とともに、LED点灯回路12bの第2の出力コンデンサ21bの低電位側が接続された端子を有する。これら2つの端子に光源15の両端が接続された場合、第2の出力コンデンサ21a,21bの直列回路に光源15が並列に接続された状態となる。
出力端子台24aは、LED点灯回路12bの第1の出力コンデンサ20bの高電位側が接続された端子と、LED点灯回路12bの第2の出力コンデンサ21bの高電位側が接続された端子とを有する。これら2つの端子間は、光源14(他の光源の例)が接続された着脱自在の出力コネクタ24bにより短絡させることができ、その場合、第1の出力コンデンサ20bに第2の出力コンデンサ21bが並列に接続された状態となる。出力端子台24aは、LED点灯回路12bの第2の出力コンデンサ21bの高電位側が接続された端子とともに、LED点灯回路12aの第2の出力コンデンサ21aの低電位側が接続された端子を有する。これら2つの端子に光源14の両端が接続された場合、第2の出力コンデンサ21a,21bの直列回路で第2の出力コンデンサ21a,21b間に光源14が直列に接続された状態となる。
光源14,15は、例えば、それぞれ350mAの電流が流れたときにその端子電圧が約100Vになるような一体化した丸管ランプであるとする。
出力端子台23aに出力コネクタ23bが、出力端子台24aに出力コネクタ24bが接続され、交流電源11が投入されると、2個のLED点灯回路12a,12bは直列に接続されて光源14,15に直流電流を供給し、光源14,15を点灯させる。もし交流電源11の通電中に出力コネクタ23b,24bが外れたり、接触不良を起こしたりしても、第2の出力コンデンサ21a,21bには高い電圧が印加・充電されず、光源14,15のストレスを防ぐことができる。また、光源14,15の点灯中は、それぞれの出力端子台23a,24aに印加される電圧が分圧されるので出力端子台23a,24aや出力コネクタ23b,24bの電圧ストレスが軽減できる。本実施の形態は、一体化した構造のランプカバーに収納された、例えば丸管ランプを2灯点灯する照明器具に適用するときに有用である。
実施の形態3.
本実施の形態について、主に実施の形態1との差異を説明する。
図4は、本実施の形態に係る照明装置10の構成を示す回路図である。
図4において、照明装置10は、さらに、ダイオード28,29を備える。ダイオード28,29は、出力コネクタ23bに直列に接続されている。出力端子台23aに出力コネクタ23bが装着された状態では、ダイオード28のアノード端がLED点灯回路12aの第1の出力コンデンサ20aの高電位側に接続され、ダイオード28のカソード端がLED点灯回路12aの第2の出力コンデンサ21aの高電位側に接続される。また、ダイオード29のカソード端がLED点灯回路12bの第1の出力コンデンサ20bの低電位側に接続され、ダイオード29のアノード端がLED点灯回路12bの第2の出力コンデンサ21bの低電位側に接続される。これにより、もし交流電源11が瞬時停電したような場合で、LED点灯回路12a,12bが動作停止したときに、容量の大きな第2の出力コンデンサ21a,21bに蓄積された電荷が容量の小さな第1の出力コンデンサ20a,20bへ逆充電されることを阻止することができる。
LED点灯回路12aは、さらに、検出抵抗26a,27aを有する。第1の出力コンデンサ20aの端子電圧を検出抵抗26a,27aの接続点から取り出してスイッチング素子17aの制御回路(図示していない)を動作させることにより、LED点灯回路12aの動作を電源の不安定な状態でも早く検出でき、さらに検出抵抗26a,27aにより速やかに第1の出力コンデンサ20aの電荷を放出することができる。
LED点灯回路12bは、LED点灯回路12aと同様に、検出抵抗26b,27bを有する。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、これらの実施の形態のうち、2つ以上を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、1つを部分的に実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、2つ以上を部分的に組み合わせて実施しても構わない。なお、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
10 照明装置、11 交流電源、12 光源点灯装置、12a,12b LED点灯回路、13,14,15 光源、16a,16b 直流電源部、17a,17b スイッチング素子、18a,18b 絶縁トランス、19a,19b ダイオード、20a,20b 第1の出力コンデンサ、21a,21b 第2の出力コンデンサ、22a 端子台、22b コネクタ、23a,24a 出力端子台、23b,24b 出力コネクタ、25a,25b,26a,26b,27a,27b 検出抵抗、28,29 ダイオード、31 全波整流回路、32 直流電圧生成部、33 サイリスタ、34 抵抗、35 制御回路。

Claims (5)

  1. 光源を接続可能な光源点灯装置において、
    それぞれコンデンサを有する複数の電源回路を備え、
    前記光源が接続された状態では、前記複数の電源回路のコンデンサ同士が直列に接続されて形成される直列回路に前記光源が並列に接続され、前記光源を点灯するための直流電力が当該直列回路から前記光源に供給されることを特徴とする光源点灯装置。
  2. 前記複数の電源回路のそれぞれが、前記コンデンサより小容量の他のコンデンサを有し、
    前記光源が接続された状態では、前記複数の電源回路のそれぞれで前記他のコンデンサに前記コンデンサが並列に接続され、前記コンデンサを充電するための直流電力が前記他のコンデンサから前記コンデンサに供給されることを特徴とする請求項1の光源点灯装置。
  3. 前記複数の電源回路のうち少なくともいずれかの電源回路が、トランスを有し、
    前記光源が接続された状態では、前記少なくともいずれかの電源回路で前記コンデンサを充電するための電力が前記トランスを介して前記コンデンサに供給されることを特徴とする請求項1の光源点灯装置。
  4. 前記複数の電源回路の電源容量が略等しい請求項1から3のいずれかの光源点灯装置と、
    前記複数の電源回路のコンデンサ同士が直列に接続されて形成される直列回路に並列に接続される、前記複数の電源回路のそれぞれの電源容量より消費電力が大きい光源と
    を備えることを特徴とする照明装置。
  5. 請求項1から3のいずれかの光源点灯装置と、
    前記複数の電源回路のコンデンサ同士が直列に接続されて形成される直列回路に並列に接続される光源と、
    前記直列回路で前記複数の電源回路のコンデンサ間に直列に接続される他の光源と
    を備えることを特徴とする照明装置。
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