JP2018073600A - Ｌｅｄランプ - Google Patents

Abstract

【課題】不適合な交流電源装置が接続された場合であってもＬＥＤアレイの故障又は短寿命化を防止することができる直流入力用のＬＥＤランプを提供する。【解決手段】直流入力用のＬＥＤランプ１は、入力電圧Ｖｉｎを全波整流する全波整流回路１０と、全波整流回路１０の出力電圧が印加されるＬＥＤアレイ２０及びスイッチ素子３１の直列回路と、入力電圧Ｖｉｎを分圧及び整流して検出電圧Ｖｄを出力する電圧検出回路４０と、検出電圧Ｖｄが交流電圧の整流波形であると判定した場合にスイッチ素子３１をオフ状態に維持するように構成された制御回路５０とを備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、ＬＥＤランプに関し、特に極性フリーのライトバルブを構成する直流入力用のＬＥＤランプに関する。

特許文献１は、交流電源に整流器を介してＬＥＤが接続される交流用ＬＥＤ点灯回路を開示する。この交流用ＬＥＤ点灯回路は、複数のＬＥＤが直列に接続されるとともに、交流電源と整流器との間に蛍光灯安定器が直列に接続され、複数のＬＥＤによる順方向降下電圧の総量が、蛍光灯安定器に適合するランプの点灯電圧に対応するように、ＬＥＤの設置数が調整される。

特開２００９−２３８５７９号公報

ところで、いわゆる極性フリーのライトバルブを構成するＬＥＤランプには、上記のような交流入力用のＬＥＤランプだけでなく、直流電源であるＬＥＤ用電源がいずれの極性で接続されても同様に点灯するように構成された直流入力用のＬＥＤランプもある。このような直流入力用のＬＥＤランプにおいても、誤って磁気式安定器等の交流電源装置が接続されると交流電源装置からの交流電圧が全波整流された脈流電圧がＬＥＤアレイに印加される。この脈流電圧のピーク値がＬＥＤアレイの順方向電圧を超える場合、ＬＥＤアレイは、脈流電圧の谷部での消灯とピーク部での点灯を繰り返し、したがって電源周波数の２倍の周波数（すなわち、１００Ｈｚ又は１２０Ｈｚ）で間欠点灯することになる。ここで、脈流電圧のピーク値がＬＥＤアレイの適正な順方向電圧を超える場合、そのピーク部での点灯においてＬＥＤアレイは過電圧状態（したがって過電流状態）となる。しかし、上記周波数での間欠点灯はユーザの目には連続点灯に見えるため、ユーザは、ＬＥＤアレイの過電圧状態をもたらす不適合な交流電源装置の接続を認識することなくその使用を継続してしまう可能性がある。このような過電圧状態での点灯の継続は、ＬＥＤアレイの故障又は短寿命化の原因となる。

そこで、本発明は、不適合な交流電源装置が接続された場合であってもＬＥＤアレイの故障又は短寿命化を防止することができる直流入力用のＬＥＤランプを提供することを課題とする。

本開示の第１から第３の形態の直流入力用のＬＥＤランプは、入力電圧を全波整流する全波整流回路と、全波整流回路の出力電圧が印加される、ＬＥＤアレイ及びスイッチ素子の直列回路と、入力電圧を分圧及び整流して検出電圧を出力する電圧検出回路と、検出電圧が交流電圧の整流波形であると判定した場合にスイッチ素子をオフ状態に維持するように構成された制御回路とを備える。

上記構成によると、入力電圧が交流電圧である場合にスイッチ素子がオフされ、全波整流回路とＬＥＤアレイの間の電流経路が開放されるので、不適合な交流電源装置からＬＥＤアレイへの過電圧の印加が停止される。したがって、不適合な交流電源装置が接続された場合であってもＬＥＤアレイの故障又は短寿命化を防止することができる直流入力用のＬＥＤランプが実現される。

第１の形態のＬＥＤランプでは、電圧検出回路が、入力電圧を所定の分圧比で分圧するとともに全波整流して検出電圧を出力する分圧整流回路からなり、ＬＥＤアレイに定格電流を与える順方向電圧範囲に分圧比を乗じた電圧範囲の下限値未満の閾値が定義され、制御回路は、検出電圧が閾値以下となる波形部分を検出した場合にスイッチ素子をオフ状態に維持するように構成される。これにより、簡素な処理構成の制御回路を用いた低コストなＬＥＤランプが実現される。

第１の形態の代替例によるＬＥＤランプでは、電圧検出回路が、入力電圧を所定の分圧比で分圧するとともに半波整流して検出電圧を出力する分圧整流回路からなり、ＬＥＤアレイに定格電流を与える順方向電圧範囲に分圧比を乗じた電圧範囲の下限値未満でかつゼロよりも高い所定電圧範囲が定義され、制御回路は、検出電圧が所定電圧範囲で検出された場合にスイッチ素子をオフ状態に維持するように構成される。これにより、簡素な半波整流構成の電圧検出回路を用いた低コストなＬＥＤランプが実現される。

第２の形態のＬＥＤランプでは、電圧検出回路が、入力電圧を所定の分圧比で分圧するとともに全波整流又は半波整流して検出電圧を出力する分圧整流回路からなり、ＬＥＤアレイに定格電流を与える順方向電圧範囲に分圧比を乗じた電圧範囲の上限値以上の閾値が定義され、制御回路は、検出電圧が閾値を超える波形部分を検出した場合にスイッチ素子をオフ状態に維持するように構成される。これにより、簡素な処理構成の制御回路を用いた低コストなＬＥＤランプが実現される。

第３の形態のＬＥＤランプは、上記第１又は２の形態のＬＥＤランプにおいて、所定電圧源に対して直列接続された警告用ＬＥＤ及びトランジスタをさらに備え、制御回路は、スイッチ素子をオン状態とする場合にトランジスタをオフ状態として警告用ＬＥＤを消灯させ、スイッチ素子をオフ状態とする場合にトランジスタをオン状態として警告用ＬＥＤを点灯させるように構成される。これにより、ＬＥＤアレイの消灯が不適合な交流電源装置が接続されたことに起因するものであることを警告用ＬＥＤの点灯によってユーザに認識させることができ、ＬＥＤランプの正しい使用の喚起が可能となる。

第４の形態の直流入力用のＬＥＤランプは、入力電圧を全波整流する全波整流回路と、全波整流回路の出力電圧が印加される、ＬＥＤアレイ及びスイッチ素子の直列回路と、入力電圧を所定の分圧比で分圧するとともに全波整流して検出電圧を出力する電圧検出回路と、ＬＥＤアレイに定格電流を与える順方向電圧範囲に分圧比を乗じた電圧範囲の上限値が定義され、検出電圧が上限値を超える期間にスイッチ素子をオフ状態とするように構成された制御回路とを備える。

上記構成によると、入力電圧が高いピークの交流電圧である場合に、そのピーク付近でスイッチ素子がオフされ、全波整流回路とＬＥＤアレイの間の電流経路が開放されるので、不適合な交流電源装置からＬＥＤアレイへの過電圧の印加が防止される。したがって、不適合な交流電源装置が接続された場合であってもＬＥＤアレイの故障又は短寿命化を防止することができる直流入力用のＬＥＤランプが実現される。

第１、第２及び第４の実施形態のＬＥＤランプの回路図である。 第１の実施形態のＬＥＤランプの動作を説明する図である。 第１の実施形態のＬＥＤランプの動作を説明する図である。 第１の実施形態のＬＥＤランプの動作を説明する図である。 第１及び第２の実施形態の変形例のＬＥＤランプの回路図である。 第１の実施形態の変形例のＬＥＤランプの動作を説明する図である。 第１の実施形態の変形例のＬＥＤランプの動作を説明する図である。 第１の実施形態の変形例のＬＥＤランプの動作を説明する図である。 第２の実施形態のＬＥＤランプの動作を説明する図である。 第２の実施形態のＬＥＤランプの動作を説明する図である。 第３の実施形態のＬＥＤランプの回路図である。 第４の実施形態のＬＥＤランプの動作を説明する図である。 第４の実施形態のＬＥＤランプの動作を説明する図である。

＜第１の実施形態＞
図１に、本発明の第１の実施形態のＬＥＤランプ１の回路図を示す。ＬＥＤランプ１は、入力端子Ｔ１及びＴ２を介して電源装置２から入力電圧Ｖｉｎの供給を受ける。ＬＥＤランプ１は直流入力用のＬＥＤランプであり、直流電源であるＬＥＤ用電源が電源装置２として接続されることが想定されている。また、ＬＥＤランプ１の定格入力電圧は、商用電源のピーク電圧よりも低いものとする。ＬＥＤランプ１は、全波整流回路１０、ＬＥＤアレイ２０、スイッチ回路３０、電圧検出回路４０及び制御回路５０を備える。

全波整流回路１０は、ダイオードブリッジからなり、電源装置２からの入力電圧Ｖｉｎを全波整流する。したがって、ＬＥＤランプ１は、ＬＥＤ用電源がいずれの極性で接続されても（すなわち、ＬＥＤ用電源の正極／負極が、それぞれ、入力端子Ｔ１／Ｔ２に接続された場合でも、入力端子Ｔ２／Ｔ１に接続された場合でも）同様に点灯可能ないわゆる極性フリーの構成となる。全波整流回路１０の低電位側出力端と同電位の部分をグランドＧというものとし、高電位側出力端と同電位の部分を高電位側配線Ｈというものとする。

ＬＥＤアレイ２０は、ＬＥＤ素子の直列回路又は直並列回路からなり、そのアノード端が高電位側配線Ｈに接続される。なお、ＬＥＤアレイ２０の順方向電圧とは、ＬＥＤアレイ２０を構成するＬＥＤ素子の合計の順方向電圧である。

スイッチ回路３０は、スイッチ素子３１、抵抗３２及びコンデンサ３３を含む。スイッチ素子３１は、ＭＯＳＦＥＴからなり（以下、「ＦＥＴ３１」という）。ドレインがＬＥＤアレイ２０のカソード端に接続され、ソースがグランドＧに接続される。ゲートは制御回路５０に接続され、ゲート−ソース間に抵抗３２及びコンデンサ３３が接続される。ＦＥＴ３１のオン／オフは、制御回路５０によって制御される。

電圧検出回路４０は、抵抗４１、４３、４４、４５並びにダイオード４３及び４６を含む。グランドＧに対する入力端子Ｔ１の電圧が抵抗４１及び４２によって分圧され、この分圧がダイオード４３によって整流される。同様に、グランドＧに対する入力端子Ｔ２の電圧が抵抗４４及び４５によって分圧され、この分圧がダイオード４６によって整流される。したがって、ダイオード４３及び４６の共通カソードには、入力電圧Ｖｉｎを分圧及び全波整流した電圧が発生する。このダイオード４３及び４６の共通カソードに発生する電圧を検出電圧Ｖｄという。なお、抵抗４１及び４２と抵抗４４及び４５は同じ分圧比ｒを有する。

制御回路５０は、ＩＣ５１、抵抗５２、ツェナーダイオード５３、抵抗５４、コンデンサ５５、トランジスタ５６及び抵抗５７〜５９を含む。ＩＣ５１は、マイコン等であり、少なくとも端子Ｐ１〜Ｐ４を有する。端子Ｐ１は電源端子であり、抵抗５２を介して高電位側配線Ｈから制御電圧が供給される。端子Ｐ１とグランドＧとの間に、ツェナーダイオード５３、抵抗５４及びコンデンサ５５が接続される。制御電圧は、ツェナーダイオード５３のツェナー電圧に定電圧化されるとともにコンデンサ５５によって安定化される。端子Ｐ２は入力端子であり、ダイオード４３及び４６の共通カソードが接続されて検出電圧Ｖｄが入力される。端子Ｐ３は出力端子であり、抵抗５７を介してトランジスタ５６のベースに接続される。トランジスタ５６のエミッタはグランドＧに接続され、ベース−エミッタ間に抵抗５８が接続される。トランジスタ５６のコレクタは、抵抗５９を介して高電位側配線Ｈに接続されるとともにＦＥＴ３１のゲートに接続される。端子Ｐ４はグランド端子であり、グランドＧに接続される。

すなわち、ＩＣ５１において、端子Ｐ１から制御電圧が供給され、端子Ｐ２から検出電圧Ｖｄが入力され、検出電圧Ｖｄに応じた処理に基づいて端子Ｐ３からベース信号をトランジスタ５６に出力する。概略として、ＩＣ５１は、検出電圧Ｖｄが交流電圧の整流波形であるか否か（すなわち、入力電圧Ｖｉｎが交流電圧であるか否か）を判定する。ＩＣ５１は、検出電圧Ｖｄが交流電圧の整流波形であると判定した場合にはトランジスタ５６をオンしてＦＥＴ３１をオフ状態とする（すなわち、高電位側配線ＨとグランドＧの間の電圧がＬＥＤアレイ２０に印加されないようにする）。それ以外の場合には、ＩＣ５１は、トランジスタ５６をオフしてＦＥＴ３１をオン状態としてＬＥＤアレイ２０を点灯させる。

ＩＣ５１は、検出電圧Ｖｄが所定の閾値Ｖ１以下となる波形部分を検出した場合に入力電圧Ｖｉｎが交流電圧であると判定してトランジスタ５６をオン（すなわちＦＥＴ３１をオフ）する。この閾値Ｖ１は、ＬＥＤアレイ２０に定格電流を与える順方向電圧範囲ＶＦに分圧比ｒを乗じた電圧範囲Ｖｆの下限値未満の値である。なお、以降において、ＩＣ５１がトランジスタ５６をオンする動作、すなわち制御回路５０がＦＥＴ３１をオフする動作を保護動作という。

例えば、ＩＣ５１は、検出電圧Ｖｄが閾値Ｖ１以下となった時点で、又は検出電圧Ｖｄが閾値Ｖ１以下となる期間が所定時間以上にわたって継続した場合に保護動作を実行するようにしてもよい。また、ＩＣ５１は、検出電圧Ｖｄが閾値Ｖ１を下回る立ち下りエッジを検出し、所定回数以上の立ち下りエッジが検出された場合に保護動作を実行するようにしてもよい。あるいは、ＩＣ５１は、検出電圧Ｖｄが閾値Ｖ１を超える立ち上りエッジを検出し、所定回数以上の立ち上りエッジ（入力電圧Ｖｉｎの投入時の立ち上りエッジを除く）が検出された場合に保護動作を実行するようにしてもよい。またさらに、ＩＣ５１は、上記それぞれの検出の結果の論理和又は論理積に基づいて上記の保護動作を実行してもよい。

図２Ａ〜図２Ｃを用いてＬＥＤランプ１の動作を説明する。
図２Ａは、電源装置２がＬＥＤ用電源である場合の検出電圧Ｖｄ及びそれに伴うＦＥＴ３１の動作を示す。本開示で用いられるＬＥＤ用電源は、ＬＥＤランプ１に適合した電源装置であり、順方向電圧範囲ＶＦ内の入力電圧Ｖｉｎを端子Ｔ１−Ｔ２に供給するものとする。なお、本開示における動作を示す各図の横軸は時間であり、各波形については、説明の便宜上省略又は誇張がなされている。

図２Ａに示すように、電源装置２がＬＥＤ用電源である場合には、検出電圧Ｖｄは、電圧範囲Ｖｆ内の実質的に一定の電圧となり、閾値Ｖ１以下となることはない。したがって、ＩＣ５１は、トランジスタ５６のオフ状態を維持し、ＦＥＴ３１のオン状態を維持する。これにより、ＬＥＤアレイ２０は点灯を継続する。

図２Ｂは、電源装置２が磁気式安定器である場合の検出電圧Ｖｄ及びそれに伴うＦＥＴ３１の動作を示す。本開示で用いられる磁気式安定器は、ＬＥＤランプ１に対して不適合な交流電源装置であり、商用電源電圧と実質的に等しい正弦波電圧を入力電圧Ｖｉｎとして端子Ｔ１−Ｔ２に供給するものとする。これにより、ＬＥＤアレイ２０は、電源周波数の２倍の周波数（すなわち、１００Ｈｚ又は１２０Ｈｚ）で間欠点灯する。

図２Ｂに示すように、検出電圧Ｖｄは、電源周波数の２倍の周波数の全波脈流波形となり、ゼロクロス前後で電圧範囲Ｖｆを下回り、ピーク前後で電圧範囲Ｖｆを超える。仮に、ＦＥＴ３１がオン状態に固定されたとした場合、全波脈流電圧のピーク付近では、ＬＥＤアレイ２０に順方向電圧範囲ＶＦを超え得る電圧（例えば、電源電圧が１００Ｖａｃの場合には約１４０Ｖ、２００Ｖａｃの場合には約２８０Ｖ）が印加され、この過電圧入力状態の継続がＬＥＤアレイ２０の故障又は短寿命化をもたらすことになる。一方、本実施形態では、ＩＣ５１が、上述の検出及び判定処理によってＬＥＤアレイ２０における過電圧状態を停止させる。これにより、ＬＥＤアレイ２０の間欠点灯は停止する。

図２Ｂの例では、説明の便宜上、時刻ｔｓにＩＣ５１における検出及び判定処理が開始されるものとする。そして、本例では、ＩＣ５１は、検出電圧Ｖｄが閾値Ｖ１を下回る時刻ｔｄにおいてトランジスタ５６をオン状態としてＦＥＴ３１をオフ状態とする。なお、ＦＥＴ３１をオンする時刻ｔｄは、適用される処理に応じて異なり得る。例えば、複数の立ち下りエッジ又は立ち上りエッジの検出が用いられる場合には、時刻ｔｄは、図示するものよりも後の時刻となる。

また、図２Ｃは、電源装置２が高圧放電灯用安定器である場合の検出電圧Ｖｄ及びそれに伴うＦＥＴ３１の動作を示す。高圧放電灯用安定器は、ＬＥＤランプ１に対して不適合な交流電源装置であり、数百Ｈｚの矩形波電圧を入力電圧Ｖｉｎとして端子Ｔ１−Ｔ２に供給する。したがって、ＬＥＤアレイ２０への印加電圧は実質的に（極性反転時以外で）定電圧となり、入力電圧Ｖｉｎが順方向電圧範囲ＶＦ以上である場合にはＬＥＤアレイ２０は点灯し、入力電圧Ｖｉｎが順方向電圧範囲ＶＦ未満である場合にはＬＥＤアレイ２０は点灯しない。また、検出電圧Ｖｄも実質的に定電圧波形となるが、矩形波周波数の２倍の周波数で極性反転時のエッジＶｉが現れる。なお、図２Ｃの例でも、時刻ｔｓにＩＣ５１における検出及び判定処理が開始されるものとする。

本例では、ＩＣ５１は、この極性反転時のエッジＶｉを立ち下りエッジ又は立ち上りエッジとして検出して上記の保護動作を行うことができる。すなわち、本例では、ＩＣ５１は、エッジＶｉが発生する時刻ｔｄにおいてトランジスタ５６をオン状態としてＦＥＴ３１をオフ状態とする。これにより、ＬＥＤアレイ２０は（点灯していた場合には）消灯する。

このように、上記処理によると、電源装置２がＬＥＤ用電源である場合の検出電圧Ｖｄは閾値Ｖ１以下となることはなく、保護動作は発動されない。一方、電源装置２が磁気式安定器及び高圧放電灯用安定器である場合の検出電圧Ｖｄは閾値Ｖ１以下となる波形部分を有するので、保護動作が実行される。なお、高圧放電灯用安定器の出力電圧のピークＶｐが閾値Ｖ１よりも低い場合には保護動作は実行されない。言い換えると、このような場合には、ＬＥＤアレイ２０の故障は想定されないため（ＬＥＤアレイ２０は点灯しないため）、保護動作の必要はない。

以上のように、本実施形態の直流入力用のＬＥＤランプ１は、入力電圧Ｖｉｎを全波整流する全波整流回路１０と、全波整流回路１０の出力電圧が印加されるＬＥＤアレイ２０及びＦＥＴ３１の直列回路と、入力電圧Ｖｉｎを分圧及び整流して検出電圧Ｖｄを出力する電圧検出回路４０と、検出電圧Ｖｄが交流電圧の整流波形であると判定した場合にＦＥＴ３１をオフ状態に維持するように構成された制御回路５０を備える。すなわち、入力電圧Ｖｉｎが交流電圧である場合にＦＥＴ３１がオフされ、全波整流回路１０とＬＥＤアレイ２０の間の電流経路が開放されるので、不適合な交流電源装置からＬＥＤアレイ２０への過電圧の印加が停止される。したがって、不適合な交流電源装置が接続された場合にＬＥＤアレイ２０の故障又は短寿命化を防止することができる直流入力用のＬＥＤランプ１が実現される。

特に、本実施形態では、電圧検出回路４０が、入力電圧Ｖｉｎを分圧比ｒで分圧するとともに全波整流して検出電圧Ｖｄを出力する分圧整流回路（４１〜４６）からなる。そして、ＬＥＤアレイ２０に定格電流を与える順方向電圧範囲ＶＦに分圧比ｒを乗じた電圧範囲Ｖｆの下限値未満の閾値Ｖ１が定義され、制御回路５０は、検出電圧Ｖｄが閾値Ｖ１以下となる波形部分を検出した場合にＦＥＴ３１をオフ状態に維持するように構成される。これにより、簡素な処理構成の制御回路５０を用いた低コストなＬＥＤランプ１が実現される。

＜第１の実施形態の変形例＞
上記においては、電圧検出回路４０が入力電圧Ｖｉｎを分圧及び全波整流する構成を示したが、本変形例では、電圧検出回路４０が入力電圧Ｖｉｎを分圧及び半波整流する構成を示す。

図３に、本変形例のＬＥＤランプ１の回路図を示す。本変形例において、上記実施形態と同様の構成又は値には同様の符号を付し、その重複する説明を省略する。本変形例では、電圧検出回路４０の構成及びＩＣ５１における処理が、上記実施形態とは異なる。

電圧検出回路４０は、入力端子Ｔ１に接続された抵抗４１及び４２並びにダイオード４３を含み、ダイオード４３のカソードが接続されるＩＣ５１の入力端子Ｐ２には、入力電圧Ｖｉｎを分圧及び半波整流した波形の検出電圧Ｖｄが入力される。

ＩＣ５１は、検出電圧Ｖｄが所定電圧範囲Ｖａ内で検出された場合に保護動作を実行する。電圧範囲Ｖａは、電圧範囲Ｖｆよりも低くかつゼロよりも高い所定電圧範囲である。例えば、ＩＣ５１は、検出電圧Ｖｄが所定電圧範囲Ｖａに入った時点で保護動作を実行してもよいし、検出電圧Ｖｄが所定電圧範囲Ｖａに入った回数が所定回数に達した時点で保護動作を実行してもよい。

図４Ａ〜図４Ｃを用いてＬＥＤランプ１の動作を説明する。
図４Ａは、上段から、電源装置２がＬＥＤ用電源でありかつ入力端子Ｔ１に正極が接続された場合の検出電圧Ｖｄ、電源装置２がＬＥＤ用電源でありかつ入力端子Ｔ１に負極が接続された場合の検出電圧Ｖｄ、及びＦＥＴ３１の動作を示す。図４Ａに示すように、ＬＥＤ用電源の正極側の出力電圧が検出される場合には、検出電圧Ｖｄは、電圧範囲Ｖｆ内の実質的に一定の電圧となる。一方、ＬＥＤ用電源の負極側の出力電圧が検出される場合には、検出電圧Ｖｄはゼロで一定となる。したがって、いずれの場合も検出電圧Ｖｄは電圧範囲Ｖａに含まれないため、ＩＣ５１はトランジスタ５６のオフ状態を維持し、ＦＥＴ３１のオン状態を維持する。これにより、ＬＥＤアレイ２０は点灯を継続する。

図４Ｂは、電源装置２が磁気式安定器である場合の検出電圧Ｖｄ及びそれに伴うＦＥＴ３１の動作を示す。図４Ｂに示すように、電源装置２が磁気式安定器である場合には、検出電圧Ｖｄは電源周波数に等しい周波数（すなわち、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の半波脈流波形となる。図４Ｂの例では、説明の便宜上、時刻ｔｓにＩＣ５１における検出及び判定処理が開始されるものとする。本例では、ＩＣ５１は、検出電圧Ｖｄが電圧範囲Ｖａに入る時刻ｔｄにおいてトランジスタ５６をオン状態としてＦＥＴ３１をオフ状態とする。これにより、ＬＥＤアレイ２０の間欠点灯は停止する。

また、図４Ｃは、電源装置２が高圧放電灯用安定器である場合の検出電圧Ｖｄ及びそれに伴うＦＥＴ３１の動作を示す。上述したように高圧放電灯用安定器は数百Ｈｚの矩形波電圧を出力するので、その半波整流波形である検出電圧Ｖｄも同じ周波数の矩形波となる。図４Ｃの例でも、時刻ｔｓにＩＣ５１における検出及び判定処理が開始されるものとする。本例では、ＩＣ５１は、電圧極性が正から負に反転する（すなわち、電圧範囲Ｖａに入る）時刻ｔｄにおいてトランジスタ５６をオン状態としてＦＥＴ３１をオフ状態とする。これにより、ＬＥＤアレイ２０は（点灯していた場合には）消灯する。

このように、上記処理によると、電源装置２がＬＥＤ用電源である場合の検出電圧Ｖｄが所定電圧範囲Ｖａに含まれることはなく、保護動作は発動されない。一方、電源装置２が磁気式安定器又は高圧放電灯用安定器である場合の検出電圧Ｖｄは所定電圧範囲Ｖａに含まれる波形部分を有するので保護動作が実行される。

以上のように、本変形例では、電圧検出回路４０が、入力電圧Ｖｉｎを分圧比ｒで分圧するとともに半波整流して検出電圧Ｖｄを出力する分圧整流回路（４１〜４３）からなる。そして、ＬＥＤアレイ２０に定格電流を与える順方向電圧範囲ＶＦに分圧比ｒを乗じた電圧範囲Ｖｆ未満でかつゼロよりも高い所定電圧範囲Ｖａが定義され、制御回路５０は、検出電圧Ｖｄの波形が所定電圧範囲Ｖａ内で検出された場合にＦＥＴ３１をオフ状態に維持するように構成される。これにより、簡素な半波整流構成の電圧検出回路４０を用いた低コストなＬＥＤランプ１が実現される。

＜第２の実施形態＞
上記第１の実施形態では、検出電圧Ｖｄが電圧範囲Ｖｆの下限値未満の閾値Ｖ１以下となる波形部分を有する場合に保護動作が実行される構成を示したが、本実施形態では、検出電圧Ｖｄが電圧範囲Ｖｆの上限値以上の閾値を超える波形部分を有する場合に保護動作が実行される構成を示す。本実施形態のＬＥＤランプ１の回路構成は、第１の実施形態のＬＥＤランプ１の回路構成（図１）と同様である。

ＩＣ５１は、検出電圧Ｖｄが閾値Ｖ２を超える波形部分を検出した場合にトランジスタ５６をオンしてＦＥＴ３１をオフし、保護動作を実行する。この閾値Ｖ２は、ＬＥＤアレイ２０に定格電流を与える順方向電圧範囲ＶＦに分圧比ｒを乗じた電圧範囲Ｖｆの上限値以上の値である。例えば、ＩＣ５１は、検出電圧Ｖｄが閾値Ｖ２を超えた時点で、又は検出電圧Ｖｄが閾値Ｖ２を超える期間が所定時間以上にわたって継続した場合に保護動作を実行することができる。

図５Ａ及び図５Ｂを用いて、ＬＥＤランプ１の動作を説明する。
図５Ａは、電源装置２がＬＥＤ用電源である場合の検出電圧Ｖｄ及びそれに伴うＦＥＴ３１の動作を示す。図５Ａに示すように、電源装置２がＬＥＤ用電源である場合には、検出電圧Ｖｄは、電圧範囲Ｖｆ内の実質的に一定の電圧となり、閾値Ｖ２を超えることはない。したがって、ＩＣ５１は、トランジスタ５６のオフ状態を維持し、ＦＥＴ３１のオン状態を維持する。これにより、ＬＥＤアレイ２０は点灯を継続する。

図５Ｂは、電源装置２が磁気式安定器である場合の検出電圧Ｖｄ及びそれに伴うＦＥＴ３１の動作を示す。図５Ｂに示すように、電源装置２が磁気式安定器である場合には、検出電圧Ｖｄは電源周波数の２倍の周波数の全波脈流波形となり、ピーク付近で閾値Ｖ２を超える。ＩＣ５１は、検出電圧Ｖｄが閾値Ｖ２を超える時刻ｔｄにおいてトランジスタ５６をオン状態としてＦＥＴ３１をオフ状態とする。これにより、ＬＥＤアレイ２０の間欠点灯は停止する。

また、電源装置２が高圧放電灯用安定器である場合も上記と同様に、ＩＣ５１は、検出電圧Ｖｄが閾値Ｖ２を超える場合にトランジスタ５６をオン状態としてＦＥＴ３１をオフ状態とする。これにより、ＬＥＤアレイ２０は消灯する。

上記処理によると、電源装置２がＬＥＤ用電源である場合の検出電圧Ｖｄは閾値Ｖ２を超えることはなく、保護動作は発動されない。一方、電源装置２が磁気式安定器又は高圧放電灯用安定器である場合の検出電圧Ｖｄは閾値Ｖ２を超える波形部分を有するので保護動作が実行される。ただし、高圧放電灯用安定器の出力電圧のピークＶｐが閾値Ｖ２以下の場合には、保護動作は発動されない。

なお、変形例として、電圧検出回路４０は、抵抗４１及び４２並びにダイオード４３からなる半波整流構成（図３参照）であってもよい。この場合でも、ＩＣ５１は、電圧検出回路４０が全波整流構成である場合について上述したものと同様の検出及び判定処理によって保護動作を実行することができる。ただし、半波整流構成の場合、全波整流構成と比べて、検出される脈流電圧の周期が２倍となるため、保護動作の発動が遅延し得る。

以上のように、本実施形態のＬＥＤランプ１では、電圧検出回路４０が、入力電圧Ｖｉｎを分圧比ｒで分圧するとともに全波整流又は半波整流して検出電圧Ｖｄを出力する分圧整流回路（４１〜４６又は４１〜４３）からなる。そして、ＬＥＤアレイ２０に定格電流を与える順方向電圧範囲ＶＦに分圧比ｒを乗じた電圧範囲Ｖｆの上限値以上の閾値Ｖ２が定義され、制御回路５０は、検出電圧Ｖｄが閾値Ｖ２を超える波形部分を検出した場合にＦＥＴ３１をオフ状態に維持するように構成される。これにより、第１の実施形態で上述したＬＥＤアレイ２０の故障及び短寿命化防止の効果とともに、簡素な処理構成の制御回路５０を用いた低コストなＬＥＤランプ１が実現される。

＜第３の実施形態＞
上記第１又は２の実施形態では、入力電圧Ｖｉｎが交流電圧であると判定された場合に保護動作が実行される構成を示したが、本実施形態では保護動作の実行とともにその報知が行われる構成を示す。

図６に、本実施形態のＬＥＤランプ１の回路図を示す。本実施形態において、第１又は第２の実施形態と同様の構成には同様の符号を付し、その重複する説明を省略する。本実施形態のＬＥＤランプ１は、報知回路６０を備える点で第１及び第２の実施形態のＬＥＤランプ１と異なる。

報知回路６０は抵抗６１、警告用ＬＥＤ６２及びトランジスタ６３の直列回路並びに抵抗６４及び６５を含み、この直列回路は端子Ｐ１（電源端子）とグランドＧの間に接続される。警告用ＬＥＤ６２は、ＬＥＤランプ１においてユーザから視認可能な位置に配置されるものとする。また、警告用ＬＥＤ６２の発光色は、ＬＥＤアレイ２０の発光色とは異なることが望ましい。トランジスタ６３のベースは抵抗６４を介して端子Ｐ３（出力端子）に接続され、ベース−エミッタ間に抵抗６５が接続される。

上記回路構成により、トランジスタ６３はトランジスタ５６と同じ論理で動作する。したがって、ＦＥＴ３１がオン状態である通常点灯時には、トランジスタ６３がオフ状態となり、警告用ＬＥＤ６２は消灯する。一方、ＦＥＴ３１がオフ状態である保護動作時には、トランジスタ６３がオン状態となり、制御回路５０（ＩＣ５１）の制御電圧を電圧源として警告用ＬＥＤ６２が点灯する。なお、警告用ＬＥＤ６２の電圧源は、上記制御電圧に限られず、別途の定電圧回路（例えば、抵抗５２、ツェナーダイオード５３、抵抗５４及びコンデンサ５５と同様の構成の回路）の出力電圧であってもよい。

ＩＣ５１における検出電圧Ｖｄに関する検出及び判定処理は、第１又は第２の実施形態で説明したいずれかの処理であればよい。これに関連して、図６においては電圧検出回路４０として全波整流構成のものを示すが、変形例として、電圧検出回路４０は半波整流構成（図３参照）であってもよい。また、図２Ｂ、図２Ｃ、図４Ｂ、図４Ｃ及び図５Ｂに示す動作例が適用される場合、時刻ｔｄ以降に警告用ＬＥＤ６２が点灯することになる。

以上のように、本実施形態のＬＥＤランプ１は、所定電圧源に対して直列接続された警告用ＬＥＤ６２及びトランジスタ６３（報知回路６０）をさらに備える。そして、制御回路５０（ＩＣ５１）が、ＦＥＴ３１をオン状態とする場合にトランジスタ６３をオフ状態として警告用ＬＥＤ６２を消灯させ、ＦＥＴ３１をオフ状態とする場合にトランジスタ６３をオン状態として警告用ＬＥＤ６２を点灯させるように構成される。これにより、第１又は第２の実施形態で上述した効果とともに、ＬＥＤアレイ２０の消灯が不適合な交流電源装置が接続されたことに起因するものであることを警告用ＬＥＤ６２の点灯によってユーザに認識させることができ、ＬＥＤランプ１の正しい使用の喚起が可能となる。

＜第４の実施形態＞
上記第１〜第３の実施形態では、入力電圧Ｖｉｎの適否が判別されてから保護動作が実行される構成を示したが、本実施形態では入力電圧Ｖｉｎの変動とともに保護動作が実行される構成を示す。本実施形態のＬＥＤランプ１の回路構成は、第１の実施形態のＬＥＤランプ１の回路構成（図１）と同様である。なお、ＬＥＤアレイ２０に定格電流を与える順方向電圧範囲ＶＦに分圧比ｒを乗じた電圧範囲Ｖｆの下限値及び上限値をそれぞれＶ３及びＶ４というものとする。

本実施形態では、ＩＣ５１は、検出電圧Ｖｄが上限値Ｖ４を超える期間にトランジスタ５６をオンしてＦＥＴ３１をオフする。したがって、ＩＣ５１はコンパレータであってもよい。この場合、端子Ｐ１がコンパレータの電源端子に対応し、端子Ｐ２がコンパレータの非反転入力端子（＋）に相当する。そして、端子Ｐ１の制御電圧を分圧する回路が設けられ、上限値Ｖ４に対応する分圧値がコンパレータの反転入力端子（−）に入力される。

図７Ａ及び図７Ｂを用いて、ＬＥＤランプ１の動作を説明する。
図７Ａは、電源装置２がＬＥＤ用電源である場合の検出電圧Ｖｄ及びそれに伴うＦＥＴ３１の動作を示す。図７Ａに示すように、電源装置２がＬＥＤ用電源である場合には、検出電圧Ｖｄは、電圧範囲Ｖｆ内の略一定電圧となり、上限値Ｖ４を超えることはない。したがって、ＩＣ５１は、トランジスタ５６のオフ状態を維持し、ＦＥＴ３１のオン状態を維持する。これにより、ＬＥＤアレイ２０の点灯が継続する。

図７Ｂは、電源装置２が磁気式安定器である場合の検出電圧Ｖｄ及びそれに伴うＦＥＴ３１の動作を示す。図７Ｂに示すように、電源装置２が磁気式安定器である場合には、検出電圧Ｖｄは電源周波数の２倍の周波数の全波脈流波形となる。ここで、単位サイクルｔ０〜ｔ５において、検出電圧Ｖｄは、時刻ｔ１において下限値Ｖ３を超え、時刻ｔ２において上限値Ｖ４を超え、時刻ｔ３において上限値Ｖ４を下回り、時刻ｔ４において下限値Ｖ３を下回る。

ＩＣ５１は、検出電圧Ｖｄが上限値Ｖ４以下となる期間ｔ０〜ｔ２及び期間ｔ３〜ｔ５においてはトランジスタ５６をオフしてＦＥＴ３１をオンし、検出電圧Ｖｄが上限値Ｖ４を超える期間ｔ２〜ｔ３においてはトランジスタ５６をオンしてＦＥＴ３１をオフする。
すなわち、各電圧サイクルにおいて期間ｔ２〜ｔ３に保護動作が実行される。これにより、期間ｔ２〜ｔ３におけるＬＥＤアレイ２０への過電圧の印加が防止される。なお、ＬＥＤアレイ２０は、各サイクルの期間ｔ０〜ｔ１及び期間ｔ４〜ｔ５では消灯し、期間ｔ１〜ｔ２及び期間ｔ３〜ｔ４では点灯する。

また、電源装置２が高圧放電灯用安定器である場合、実質的に（すなわち、極性反転時以外において）一定電圧となる検出電圧Ｖｄが上限値Ｖ４を超える場合には、実質的に常時保護動作が実行されることになる。一方、検出電圧Ｖｄが下限値Ｖ３以上で上限値Ｖ４以下の場合には保護動作は実行されずにＬＥＤアレイ２０は点灯し、検出電圧Ｖｄが下限値Ｖ３未満の場合にはＬＥＤアレイ２０は消灯する（保護動作も実行されない）。

以上のように、本実施形態のＬＥＤランプ１は、入力電圧Ｖｉｎを全波整流する全波整流回路１０と、全波整流回路１０の出力電圧が印加されるＬＥＤアレイ２０及びＦＥＴ３１の直列回路と、入力電圧Ｖｉｎを分圧比ｒで分圧するとともに全波整流して検出電圧Ｖｄを出力する電圧検出回路４０と、ＬＥＤアレイ２０に定格電流を与える順方向電圧範囲ＶＦに分圧比ｒを乗じた電圧範囲Ｖｆの上限値Ｖ４が定義され、検出電圧Ｖｄが上限値Ｖ４を超える期間にＦＥＴ３１をオフ状態とするように構成された制御回路５０を備える。すなわち、入力電圧Ｖｉｎが高いピークの交流電圧である場合に、そのピーク付近でＦＥＴ３１がオフされて、全波整流回路１０とＬＥＤアレイ２０の間の電流経路が開放されるので、不適合な交流電源装置からＬＥＤアレイ２０への過電圧の印加が防止される。したがって、不適合な交流電源装置が接続された場合であってもＬＥＤアレイ２０の故障又は短寿命化を防止することができる直流入力用のＬＥＤランプ１が実現される。

＜変形例＞
以上に本発明の好適な実施形態を示したが、本発明は、例えば以下に示すように種々の態様に変形可能である。

（１）電圧検出回路４０の変形
上記各実施形態では、電圧検出回路４０を独立した回路として設けたが、全波整流回路１０が電圧検出回路４０の一部を構成するようにしてもよい。例えば、全波整流回路１０の出力端間に分圧抵抗が接続され、その分圧値がＩＣ５１の端子Ｐ２に入力される構成が採用されてもよい。また、上記各実施形態では、分圧抵抗４１、４２、４４及び４５によって分圧された入力電圧Ｖｉｎがダイオード４３及び４６で整流される構成を示した。これによりダイオード４３及び４６の低耐圧化を図ることができる。一方、ダイオードによって整流された入力電圧Ｖｉｎが分圧抵抗によって分圧される構成が採用されてもよい。この場合、分圧抵抗の低耐圧化を図ることができる。

（２）制御回路５０等の変形
上記各実施形態では、ＩＣ５１がトランジスタ５６を介してＦＥＴ３１を動作させる構成を示したが、ＩＣ５１がＦＥＴ３１を直接動作させることが可能な場合には端子Ｐ３がＦＥＴ３１のゲートに接続される構成としてもよい。この場合、端子Ｐ３の出力論理は、上記各実施形態における出力論理と逆になる。また、上記各実施形態では、トランジスタ５６及び６３をバイポーラトランジスタとして示したが、これらの一方又は両方はＭＯＳＦＥＴであってもよい。この場合、ベースがゲートに対応し、コレクタがドレインに対応し、エミッタがソースに対応する。

１ ＬＥＤランプ
１０ 全波整流回路
２０ ＬＥＤアレイ
３０ スイッチ回路
３１ スイッチ素子（ＦＥＴ）
４０ 電圧検出回路
５０ 制御回路
６０ 報知回路
６２ 警告用ＬＥＤ
６３ トランジスタ

Claims (6)

1. 直流入力用のＬＥＤランプであって、
   入力電圧を全波整流する全波整流回路と、
   前記全波整流回路の出力電圧が印加される、ＬＥＤアレイ及びスイッチ素子の直列回路と、
   前記入力電圧を分圧及び整流して検出電圧を出力する電圧検出回路と、
   前記検出電圧が交流電圧の整流波形であると判定した場合に前記スイッチ素子をオフ状態に維持するように構成された制御回路と
   を備えたＬＥＤランプ。
2. 前記電圧検出回路が、前記入力電圧を所定の分圧比で分圧するとともに全波整流して前記検出電圧を出力する分圧整流回路からなり、
   前記ＬＥＤアレイに定格電流を与える順方向電圧範囲に前記分圧比を乗じた電圧範囲の下限値未満の閾値が定義され、
   前記制御回路が、前記検出電圧が前記閾値以下となる波形部分を検出した場合に前記スイッチ素子をオフ状態に維持するように構成された、請求項１に記載のＬＥＤランプ。
3. 前記電圧検出回路が、前記入力電圧を所定の分圧比で分圧するとともに半波整流して前記検出電圧を出力する分圧整流回路からなり、
   前記ＬＥＤアレイに定格電流を与える順方向電圧範囲に前記分圧比を乗じた電圧範囲の下限値未満でかつゼロよりも高い所定電圧範囲が定義され、
   前記制御回路が、前記検出電圧が前記所定電圧範囲で検出された場合に前記スイッチ素子をオフ状態に維持するように構成された、請求項１に記載のＬＥＤランプ。
4. 前記電圧検出回路が、前記入力電圧を所定の分圧比で分圧するとともに全波整流又は半波整流して前記検出電圧を出力する分圧整流回路からなり、
   前記ＬＥＤアレイに定格電流を与える順方向電圧範囲に前記分圧比を乗じた電圧範囲の上限値以上の閾値が定義され、
   前記制御回路が、前記検出電圧が前記第２の電圧を超える波形部分を検出した場合に前記スイッチ素子をオフ状態に維持するように構成された、請求項１に記載のＬＥＤランプ。
5. 所定電圧源に対して直列接続された警告用ＬＥＤ及びトランジスタをさらに備え、
   前記制御回路が、前記スイッチ素子をオン状態とする場合に前記トランジスタをオフ状態として前記警告用ＬＥＤを消灯させ、前記スイッチ素子をオフ状態とする場合に前記トランジスタをオン状態として前記警告用ＬＥＤを点灯させるように構成された、請求項１から４のいずれか一項に記載のＬＥＤランプ。
6. 直流入力用のＬＥＤランプであって、
   入力電圧を全波整流する全波整流回路と、
   前記全波整流回路の出力電圧が印加される、ＬＥＤアレイ及びスイッチ素子の直列回路と、
   前記入力電圧を所定の分圧比で分圧するとともに全波整流して検出電圧を出力する電圧検出回路と、
   前記ＬＥＤアレイに定格電流を与える順方向電圧範囲に前記分圧比を乗じた電圧範囲の上限値が定義され、前記検出電圧が前記上限値を超える期間に前記スイッチ素子をオフ状態とするように構成された制御回路と
   を備えたＬＥＤランプ。
   

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