JP2017183187A - 点灯装置および照明装置 - Google Patents

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【課題】簡易な構成により出力側の地絡を検出する点灯装置およびこの点灯装置を備える照明装置を提供する。【解決手段】点灯装置1は、交流電源を整流する整流回路2と、整流回路2の出力電力を所定の直流電力に変換する電力変換回路3と、整流回路2の出力間電圧を検出する第1の電圧検出回路4と、光源16の負荷電圧を検出する第2の電圧検出回路5と、整流回路2の出力間電圧値および光源16の負荷電圧値が入力され、所定期間毎に出力間電圧値および負荷電圧値の合計電圧値Vgに基づいて比較基準値を設定し、出力間電圧値が直前の比較基準値以上となるときに電力変換回路3の制御を停止する制御回路6と、を具備している。【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、地絡等に対する保護機能を有する点灯装置およびこの点灯装置を備える照明装置に関する。
照明装置は、光源としてLED等の半導体発光素子が用いられており、例えば複数個のLEDを基板に実装したLEDモジュールを配設している。LEDモジュールは、リード線により点灯装置に接続されている。LEDは、点灯装置から所定の直流電流が供給されることにより点灯される。そして、点灯装置は、交流電源を直流電源に変換する整流回路(AC−DC変換回路)および当該直流電源から所定の直流電力を生成してLEDに供給する電力変換回路(DC−DC変換回路)を有して形成されている。
また、点灯装置には、雷サージ等の異常電圧から整流回路などを保護するためにバリスタ等の保護回路が設けられている。そのバリスタは、整流回路の入力端子間および出力端子間にそれぞれ設けられている(例えば特許文献1参照。)。バリスタは、例えば雷サージ印加時における整流回路の入力側および出力側の過電圧保護を担保している。
また、点灯装置には、電力変換回路の出力側に地絡が発生したときに、その出力を停止するものがある。そして、地絡を電力変換回路の出力電圧のみで判定しようとすると誤判定が発生しやすいので、電力変換回路(直流電源回路)の後段側に地絡の有無を判定する地絡判定回路を設けているものがある(例えば特許文献2参照。)。
特開2013−211119号公報(第6頁、第1図) WO2014/068966(第4頁、第1図)
電力変換回路の後段側において、地絡の有無を判定する地絡判定回路は、その構成が複雑であり、点灯装置をコストアップさせるという欠点を有する。
本実施形態は、簡易な構成により出力側の地絡を検出する点灯装置およびこの点灯装置を備える照明装置を提供することを目的とする。
本実施形態の点灯装置は、整流回路、電力変換回路、第1の電圧検出回路、第2の電圧検出回路および制御回路を有して構成される。整流回路は、交流電源を整流する。電力変換回路は、整流回路の出力電力を所定の直流電力に変換する。第1の電圧検出回路は、整流回路の出力間電圧を検出し、第2の電圧検出回路は、電力変換回路の出力間に接続される光源の負荷電圧を検出する。
制御回路は、電力変換回路から所定の直流電力が出力するように電力変換回路を制御する。制御回路には、第1の電圧検出回路が検出した出力間電圧値および第2の電圧検出回路が検出した負荷電圧値が入力される。そして、制御回路は、入力した出力間電圧値および負荷電圧値の合計電圧値を所定期間毎に算出し、その合計電圧値に基づいて比較基準値を設定する。そして、出力間電圧値が直前の比較基準値以上となるときに電力変換回路の制御を停止する。
本実施形態の点灯装置によれば、制御回路は、所定期間毎に入力した整流回路の出力間電圧値および光源の負荷電圧値の合計電圧値に基づいて比較基準値を設定し、出力間電圧値が直前の比較基準値以上となったときに地絡と判定して、電力変換回路の制御を停止するので、整流回路や電力変換回路を過電圧から保護できることが期待できる。
本発明の実施形態に示す点灯装置の概略回路図である。 同じく、照明装置を示し、(a)は概略斜視図、(b)は一部切り欠き概略側面図である。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態の点灯装置1は、図1に示すように、整流回路2、電力変換回路3、第1の電圧検出回路4、第2の電圧検出回路5、制御回路6、第1のバリスタ7および第2のバリスタ8を有して構成されている。点灯装置1は、その入力側が例えば商用交流電源Vsに接続され、交流電源を入力する。整流回路2は、入力した交流電源を整流し、電力変換回路3は、整流回路2の出力電力を所定の直流電力に変換して出力するように形成されている。また、点灯装置1は、商用交流電源Vsが100V、200V、242Vのいずれにも対応可能に形成されている。
整流回路2は、その入力端子2a,2bがフィルタ回路9をして商用交流電源Vsに電気的に接続されており、入力した交流電源を整流し、出力端子2c,2dから整流電圧(直流電圧)を出力する。整流回路2は、例えば4個の整流素子を組み合わせたダイオードブリッジの全波整流器である。なお、整流回路2は、半波整流器などでもよい。また、整流電圧は、全波整流された脈流でもよいし、半波整流された脈流でもよい。
フィルタ回路9は、例えば商用交流電源Vsから供給される交流電圧(交流電力)に含まれるノイズを抑制するとともに、点灯装置1でのスイッチング動作によって発生するノイズが商用交流電源Vs側に流出するのを防止する。
そして、整流回路2の入力端子2a,2b間に第1のバリスタ7が接続され、整流回路2の出力端子2c,2d間に第2のバリスタ8が接続されている。第1バリスタ7は、そのバリスタ電圧(動作電圧)が商用交流電源Vsの交流電圧の電圧変動±10%の最大値(ピーク値)よりも大きくなるように設定されている。また、第2のバリスタ8は、そのバリスタ電圧(動作電圧)が整流回路2の出力電圧(最大値)以上となるように設定されている。ここで、整流回路2の出力電圧(最大値)は、商用交流電源Vsの交流電圧の電圧変動±10%の最大値と同等である。したがって、本実施形態では、交流電圧(実効値)の100V、200V、242Vに対して、第1および第2のバリスタ7,8のバリスタ電圧は、例えば220V、470V、470Vとなっている。
第1のバリスタ7は、整流回路2の入力端子2a,2b間の瞬時値電圧がバリスタ電圧以上になると導通する。これにより、整流回路2の入力端子2a,2bには、第1のバリスタ7のバリスタ電圧以上の瞬時電圧が入力されにくくなっている。また、第2のバリスタ8は、整流回路2の出力端子2c,2d間の瞬時値電圧がバリスタ電圧以上になると導通する。これにより、整流回路2の出力端子2c,2d間の電圧(瞬時値)が第2のバリスタ8のバリスタ電圧以下に抑制される。
そして、整流回路2の出力電圧(整流電圧)は、突入防止回路10を介して電力変換回路3の入力端子3a,3bに入力される。突入防止回路10は、整流回路2の高出力電位側に接続されている。突入防止回路10は、商用交流電源Vsの投入時に生じる突入電流を抑制するものであり、例えば、温度上昇に伴って抵抗値が低下するNTCサーミスタなどが用いられている。
電力変換回路3は、力率改善回路11および電力調整回路12に形成されている。力率改善回路11は、電源周波数の整数倍の高調波の発生を抑制した一定電圧を出力するように形成され、本実施形態では、昇圧チョッパ回路に形成されている。すなわち、力率改善回路11は、整流回路2から出力された整流電圧(脈流電圧)を入力するインダクタL1および電界効果トランジスタQ1の直列回路と、電界効果トランジスタQ1に並列接続されたダイオードD1および平滑用コンデンサC1の直列回路を有してなる。
電界効果トランジスタQ1は、制御回路6によりスイッチング動作が制御される。制御回路6は、整流回路2から出力された整流電圧(脈流電圧)を正弦波の半波波形に近づけるように電界効果トランジスタQ1のスイッチング動作を制御することにより力率を改善する。そして、整流電圧は、ダイオードD1および平滑用コンデンサC1によって整流平滑される。平滑用コンデンサC1の両端間に一定の直流電圧が発生する。平滑用コンデンサC1は、直流電源となり、直流電圧(直流電力)を電力調整回路12に入力する。
電力調整回路12は、本実施形態では、降圧チョッパ回路に形成されている。すなわち、電力調整回路12は、電界効果トランジスタQ2およびダイオードD2の直列回路と、ダイオードD2の両端間に接続されたインダクタL2、コンデンサC2および抵抗R1の直列回路とを有してなり、電界効果トランジスタQ2およびダイオードD2の直列回路の両端間に力率改善回路11から直流電圧(直流電力)が入力される。
電界効果トランジスタQ2の制御端子(ゲート)は、制御回路6に設けられた駆動回路13に接続されている。駆動回路13は、制御回路6の制御により駆動電圧を出力し、駆動電圧の出力を停止するように形成されている。この駆動電圧の出力および停止により、電界効果トランジスタQ2は、スイッチング制御される。電界効果トランジスタQ2は、コンデンサC2の両端間に所定の直流電圧が発生するようにスイッチング制御される。
コンデンサC2は、その高電位側が電力変換回路3の出力端子3cに接続され、その低電位側が出力端子3dに接続されている。電力変換回路3が変換(生成)した所定の直流電圧(直流電力)は、リード線14a,14bを介してLEDモジュール15の入力端子15a,15bに入力される。
LEDモジュール15は、光源モジュールや発光モジュールとも称されており、不図示の基板に光源としての複数個のLED16が実装されている。複数個のLED16は、直列接続されて入力端子15a,15bに電気接続されている。入力端子15aは、LED16の高電位側(アノード側)に接続され、入力端子15bは、LED16の低電位側(カソード側)に接続されている。
LEDモジュール15は、入力端子15a,15bに直流電圧が入力すると、LED16に直流電流が入力端子15a側から入力端子15b側に流れる。LED16は、点灯(発光)し、例えば白色光を放射する。このとき、入力端子15a,15b間には、直列接続された複数個のLED16の順方向電圧Vfが発生する。この順方向電圧Vfは、光源であるLED16の負荷電圧となっている。なお、LEDモジュール15は、複数個のLED16が複数列に設けられてもよく、直並列接続されて設けられてもよく、また、1個のLED16を設けるものであってもよい。
電力調整回路12の抵抗R1は、LED16に流れる直流電流を電圧降下によって検出する。すなわち、LED16に流れる直流電流は、抵抗R1によって検出電圧に変換される。この検出電圧は、制御回路6に入力される。制御回路6は、LED16に所定の直流電流が流れるように、すなわち、コンデンサC2の両端間に所定の直流電圧が発生するように、駆動回路13を介して電界効果トランジスタQ2をスイッチング制御する。
また、電力変換回路3には、力率改善回路11の出力間に制御用電源回路17が設けられている。制御用電源回路17は、平滑用コンデンサC1に発生する直流電圧を制御回路6の動作電圧に変換して制御回路6に供給するように形成されている。制御回路6は、制御用電源回路17からの電力供給に応じて動作する。
第1の電圧検出回路4は、整流回路2の出力間電圧を検出するものである。第1の電圧検出回路4は、整流回路2の出力端子2c,2d間に第2のバリスタ8と並列接続するように接続された例えば2個の抵抗の直列回路を有してなり、抵抗に発生した電圧を整流回路2の出力間電圧として制御回路6に入力するように形成されている。
第2の電圧検出回路5は、直列接続されたLED16の両端間電圧、すなわちLED16の負荷電圧を検出するものである。第2の電圧検出回路5は、電力変換回路3の出力端子3c,3d間に接続された例えば2個の抵抗の直列回路を有してなり、その抵抗に発生した電圧をLED16の負荷電圧として制御回路6に入力するように形成されている。
制御回路6は、不図示のマイコンや記憶部などを有して形成されている。本実施形態では、制御回路6には、点灯装置1の製造時などにおいて、LED16に流れる直流電流の検出値と比較する目標値が設定されており、この目標値を記憶部やプログラムなどに設けている。そして、制御回路6は、電力調整回路12の抵抗R1が検出する検出電圧(検出値)が目標値となるように駆動回路13を介して電界効果トランジスタQ2をスイッチング制御するように形成されている。すなわち、制御回路6は、電力変換回路3から所定の直流電力が出力するように電力変換回路3を制御する。
また、制御回路6は、第1の電圧検出回路4が検出した整流回路2の出力間電圧値を入力し、第2の電圧検出回路5が検出したLED16の負荷電圧値を入力している。そして、制御回路6は、入力した出力電圧値および負荷電圧値の合計電圧値を所定期間毎に算出し、その合計電圧値に基づいて比較基準値を設定し、出力間電圧値が直前の比較基準値以上になると、電力変換回路3の制御を停止するように形成されている。ここで、所定期間は、例えば1秒とすることができるが、これに限らず所望に設定されればよいものである。また、比較基準値は、前記合計電圧値と、例えば第2のバリスタ8のバリスタ電圧との間に所望に設定される。また、制御回路6が電力変換回路3の制御を停止する手段としては、例えば制御用電源回路17からの制御回路6への電源供給を停止させることが挙げられる。
図2は、本実施形態の照明装置21を示す。なお、図2において、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、天井面に直付けされるシーリングライトであり、図2(b)に示すように、装置本体22、LEDモジュール15および点灯装置1を有して構成されている。装置本体22は、例えば冷間圧延鋼板によって、4辺に背丈の低い起立部22aを有する長方形の板状に形成されている。そして、装置本体22は、図2(a)に示すように、短手方向中央部に長手方向に亘ってVカバー24を配設し、このVカバー24の両側に長手方向に亘って透光性カバー25を配設している。
Vカバー24は、薄鋼板により略V形の筒状に形成され、外表面24aが白色に形成されている。また、透光性カバー25は、例えば透光性のポリカーボネート(PC)樹脂により略凹形の筒状に形成され、白色化されている。透光性カバー25は、低い拡散性を有する。Vカバー24の長手方向両端は、装置本体22に起立して設けられた端板26,26により塞がれ、透光性カバー25の長手方向両端には、キャップ27,27が取り付けられている。端板26は、薄鋼板により形成され、キャップ27は、ポリカーボネート(PC)樹脂により形成されている。
LEDモジュール15は、図2(b)に示すように、透光性カバー25内において、装置本体22に固定されている取付け板28に不図示のねじにより取り付けられている。各透光性カバー25内には、複数個例えば4個のLEDモジュール15が設けられている。LEDモジュール15は、基板29に複数個のLED16が2列に設けられ、列毎に直列接続されている。そして、LEDモジュール15は、不図示のリード線14a,14bにより点灯装置1に接続されている。
点灯装置1は、Vカバー24内において、装置本体22にねじにより着脱可能に取り付けられている。そして、点灯装置1は、不図示の入力線が外部の商用交流電源Vsに接続されている。
次に、本実施形態の作用について説明する。
照明装置21は、商用交流電源Vsが投入されると、点灯装置1が動作し、点灯装置1から所定の直流電流がLEDモジュール15に供給される。LED16は、点灯し、例えば白色光を放射する。白色光は、透光性カバー25を透過して、床面側の空間を照明する。
そして、点灯装置1の制御回路6には、第1の電圧検出回路4が検出した出力間電圧値と、第2の電圧検出回路5が検出した負荷電圧値が入力される。制御回路6は、所定期間例えば1秒毎に、入力した出力電圧値および負荷電圧値の合計電圧値Vgを算出して、その合計電圧値Vgを下回り、例えば第2のバリスタ8のバリスタ電圧値を上回る電圧の範囲で、比較基準値を設定する。比較基準値は、例えば前記合計電圧値Vgの80%とすることができる。そして、制御回路6は、設定した比較基準値を記憶部に上書きして記憶させている。
点灯装置1は、例えば落雷があると、電源ラインに雷サージが重畳する。整流回路2の入力端子2a,2b間は、商用交流電源Vsの交流電圧例えばAC100Vにサージ電圧が重畳し、整流回路2の出力端子2c,2d間は、整流回路2の出力電圧(整流電圧)にサージ電圧が重畳する。
整流回路2の入力端子2a,2b間に接続された第1のバリスタ7および出力端子2c,2d間に接続された第2のバリスタ8は、そのバリスタ電圧例えば220V以上のサージ電圧が印加されると導通する。整流回路2には、第1および第2のバリスタ7,8のバリスタ電圧を超えるサージ電圧が印加されにくくなる。すなわち、整流回路2および電力変換回路3等は、過度のサージ電圧が印加されなくなり、雷サージ等から保護される。
また、点灯装置1は、例えば電力変換回路3の出力端子3c側が地絡することがある。すなわち、照明装置21において、点灯装置1の交換など、装置本体22に点灯装置1を取り付けることがある。点灯装置1を取り付けた後、電力変換回路3の出力端子3c,3dとLEDモジュール15の入力端子15a,15bは、リード線14a,14bにより電気接続される。このとき、電力変換回路3の出力端子3cまたはLEDモジュール15の入力端子15aに金属細線などの外部導体が不本意に接触して保持されることがある。また、リード線14aの被覆を傷つかせて、リード線14aの基線(裸線)が露出することがある。装置本体22は、接地されているので、外部導体やリード線14aの基線が装置本体22に接触すると、電力変換回路3の出力端子3c側が地絡する。すなわち、電力変換回路3の高出力電位側が地絡する。
電力変換回路3の出力端子3c側が地絡した状態で、点灯装置1に商用交流電源Vsが投入されると、整流回路2の出力端子2c,2d間には、整流回路2の出力電圧とLEDモジュール15の入力端子15a,15b間の電圧、すなわち直列接続された複数個のLED16の順方向電圧Vfとの合計電圧が発生する。この合計電圧は、第1の電圧検出回路4により検出されて制御回路6に入力される。制御回路6は、入力された合計電圧値Vgと直前の比較基準値とを比較する。直前の比較基準値は、記憶部に記憶されている。合計電圧値Vgは、比較基準値以上であるので、制御回路6は、出力間電圧値が直前の比較基準値以上であると判定する。
また、電力変換回路3の出力端子3c,3d間の電圧、すなわちLED16の負荷電圧は、定格値よりも大きく上昇する。すなわち、リード線14a側が地絡すると、リード線14a側は、装置本体を介して商用交流電源Vsのアース側に電気的に接続される。これにより、電力変換回路3の出力電流は、商用交流電源Vsのアース側の電流経路と、LEDモジュール15および電力調整回路12の抵抗R1の電流経路とに分流し、抵抗R1に流れる直流電流が減少する。
制御回路6は、抵抗R1に流れる直流電流が所定の直流電流となるように電力調整回路12の電界効果トランジスタQ2をスイッチング制御するので、抵抗R1に流れる直流電流が減少した分、電力変換回路3の出力電圧を上昇させる。これにより、出力端子3c,3d間の電圧は、地絡の程度が大きいと、定格値よりも大きく上昇する。また、リード線14b側が地絡しても同様である。
制御回路6は、入力した出力電圧値(合計電圧値Vg)が直前の比較基準値以上になると、例えば制御用電源回路17を制御して、制御用電源回路17から制御回路6への電力供給を停止させる。これにより、制御回路6は、電力変換回路3の電界効果トランジスタQ1,Q2をスイッチング動作させる駆動電圧を供給できなくなり、電界効果トランジスタQ1,Q2がオフする。
電界効果トランジスタQ1,Q2がオフすると、電力変換回路3から出力電圧が出力されなくなり、LED16が消灯し、制御回路2および電力変換回路3に高電圧が印加されなくなる。これにより、点灯装置1の破壊が防止される。そして、商用交流電源Vsの投入にも係わらず、LED16が点灯しないことにより、異常が報知される。なお、LED16が点灯しているときに、電力変換回路3の出力端子3c側が地絡しても上述した通りである。
こうして、点灯装置1は、第1および第2の電圧検出回路4,5を備えて、制御回路6は、所定期間例えば1秒毎に、出力間電圧値および負荷電圧値の合計電圧値Vgに基づいて比較基準値を設定し、出力間電圧値が直前の比較基準値以上になったときに地絡が発生したとするので、出力側に地絡判定回路を設ける必要がなく、簡易な構成で出力側の地絡を検出できるものである。
本実施形態の点灯装置1によれば、制御回路6は、所定期間毎に整流回路2の出力間電圧値およびLED16の負荷電圧値の合計電圧値Vgに基づいて比較基準値を設定し、整流回路2の出力間電圧値が直前の比較基準値以上となったときに地絡と判定して、電力変換回路3の制御を停止するので、簡易な構成で整流回路2や電力変換回路3を地絡による過電圧から保護することができ、これにより、地絡を取り除くことにより、点灯装置1を継続して使用できるという効果を有する。
また、整流回路2の入力端子2a,2b間には、第1のバリスタ7が接続され、出力端子2c,2d間には、第2のバリスタ8が接続されているので、雷サージ等のサージ電圧に対する保護を好適に行うことができる。
また、本実施形態の照明装置21によれば、高出力電位側が地絡しても破壊を防止可能な点灯装置1を具備するので、地絡を取り除くことにより、継続して使用することができるという効果を有する。
なお、本実施形態は、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。この新規な実施形態は、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…点灯装置、 2…整流回路、 3…電力変換回路、 4…第1の電圧検出回路、 5…第2の電圧検出回路、 6…制御回路、 8…バリスタとしての第2のバリスタ、 16…光源としてのLED、 21…照明装置、 22…装置本体

Claims (3)

  1. 交流電源を整流する整流回路と;
    この整流回路の出力電力を所定の直流電力に変換する電力変換回路と;
    前記整流回路の出力間電圧を検出する第1の電圧検出回路と;
    前記電力変換回路の出力間に接続される光源の負荷電圧を検出する第2の電圧検出回路と;
    前記電力変換回路から所定の直流電力が出力するように前記電力変換回路を制御するとともに、前記第1の電圧検出回路が検出した出力間電圧値および前記第2の電圧検出回路が検出した負荷電圧値が入力され、所定期間毎に前記出力間電圧値および前記負荷電圧値の合計電圧値に基づいて比較基準値を設定し、前記出力間電圧値が直前の前記比較基準値以上となるときに前記電力変換回路の制御を停止する制御回路と;
    を具備していることを特徴とする点灯装置。
  2. 前記整流回路の出力間には、前記整流回路の出力電圧を上回るバリスタ電圧を有するバリスタが接続されていることを特徴とする請求項1記載の点灯装置。
  3. 光源としてのLEDと;
    このLEDを配設する装置本体と;
    前記LEDを点灯する請求項1または2記載の点灯装置と;
    を具備していることを特徴とする照明装置。
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