JP4012081B2 - 光源点灯用回路およびそれを備えた点灯式表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード(LED)や白熱電球等の光源を点灯するための光源点灯用回路、およびその光源点灯用回路を組み込んでなる照光式押ボタンスイッチや表示灯などの点灯式表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種表示装置として、工作装置や制御装置などの産業機器の駆動をオン/オフ制御するスイッチ機能と表示機能を備えた照光式押ボタンスイッチや、スイッチ機能のないLED表示機能のみの表示灯などが知られている。
また、この種表示装置の具体例として、例えば図6に示すように、光源としてのLED101を内蔵した押ボタン102、該押ボタン102のオン/オフ切換え操作により交流電源からの入力電圧(一般にAC100V,200Vなど)を前記産業機器に供給する駆動オン/オフ切換え回路103、前記入力電圧をトランス104により降圧してLED101に供給する光源点灯用回路などを備えてなる照光式押ボタンスイッチや、図示しないが、前記押ボタン102、駆動オン/オフ切換え回路103などを備えず、光源としてのLED101と、入力電圧をトランス104で降圧してそのLED101に供給する光源点灯用回路のみを備えた表示灯が存在している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の点灯式表示装置は、トランスを使用するため小型化、軽量化が困難であるばかりか、入力電圧が100V,200Vのいずれかに限定されてしまうという問題があった。また、LED101は微小電流で点灯してしまうため、誘導電圧(微小電流)などによりLED101が誤作動(誤点灯)してしまうという問題があった。
【0004】
このような問題を解消する回路として、例えば特許文献1に開示されるような、トランスを用いない交流用駆動回路が知られている。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−153066号公報
【0006】
この交流用駆動回路は、トランスを用いない回路構成のため、上述した従来のトランス式の点灯用回路による問題点を解消し得るものの、LEDに定電流を常時供給するための蓄電用コンデンサを備えており、該蓄電用コンデンサは大型のコンデンサであるため、照光式押ボタンスイッチや表示灯のさらなる小型軽量化が困難であるばかりか、蓄電用コンデンサの寿命(一般に2000〜3000時間程度)で製品寿命が決まってしまうという問題があった。また、定電流を供給してLEDを常時点灯させる方式の為、LEDの寿命が短くなるという問題もあった。
【0007】
本発明はこのような従来事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、トランスや蓄電用コンデンサを用いることなく、LEDなどの光源に適正な範囲の電力を適時に供給し得るようにして、照光式押ボタンスイッチや表示灯などの点灯式表示装置の小型軽量化に極めて有用で、100V,200Vのいずれにも対応でき、製品寿命を長く維持することが可能な光源点灯用回路およびそれを備えた点灯式表示装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために本願発明は、発光ダイオードや白熱電球等の光源を点灯するための光源点灯用回路であって、交流電源を整流するための整流回路と、前記整流回路の出力の立ち上がり時にはその出力電圧が第一の設定値に達するまで前記光源への出力供給を行い、前記整流回路の出力の立ち下がり時にはその出力電圧が第一の設定値以下になった時に前記光源への出力供給を行う供給電圧制限回路を備え、前記整流回路の出力電圧が第一の設定値を超えている間は出力供給を遮断して、前記光源をパルス点灯させるよう構成したこと特徴とする。また、交流電源が高電圧(例えば200V)である時に、前記整流回路の出力の立ち上がり時にはその出力電圧が第一の設定値より高い第二の設定値に達するまで前記光源への出力供給を行い、前記整流回路の出力の立ち下がり時にはその出力電圧が前記第二の設定値以下になった時に前記光源への出力供給を行うよう、前記供給電圧制限回路を制御する高電圧入力対応回路を備え、前記整流回路の出力電圧が第二の設定値を超えている間は出力供給を遮断して、前記光源をパルス点灯させるよう構成したことを特徴とする。このような構成によれば、交流電源が200Vであっても、光源に対する出力供給の割合が低減することなく、交流電源が100Vである場合と同様に、適正な範囲の電力を適時に供給して光源をパルス点灯することができる。
【0009】
このような構成によれば、トランスや蓄電用コンデンサを用いることのない、小型軽量で且つ100V,200Vのどちらにも対応可能な回路としながら、適正な範囲の電力を適時に供給して光源を点灯することができる。また、寿命が短い割に高価な蓄電用コンデンサを用いないことに加え、パルス点灯方式であることからLEDなどの光源の寿命を延ばすことができ、耐用年数の長い点灯用回路を安価に提供することができる。
【0010】
また本願第二発明は、前記第一発明において、前記光源に供給される電流の最大値を、前記光源の許容最大電流値以下に制限するピーク電流制限回路を備えたことを特徴とする。
【0011】
このような構成によれば、光源に供給される電流を、光源の許容最大電流値以下に制限して、過電流の入力による光源損傷の虞れを防止することができる。
【0012】
本願第三発明は、前記第一発明または第二発明において、前記光源に供給される電圧が微小値である時に、前記供給電圧制限回路からの光源への出力供給を遮断して、光源の誤点灯を防止する起動電圧制限回路を備えたことを特徴とする。
【0013】
このような構成によれば、誘導電圧(微小電流)などにより光源が誤作動(誤点灯)する虞れを防止することができる。
【0016】
本願第四発明は、少なくとも、発光ダイオードや白熱電球等の光源と、該光源を点灯するための光源点灯用回路を組み込んでなる照光式押ボタンスイッチや表示灯などの点灯式表示装置であって、前記光源点灯用回路が、前記第一〜第三のいずれかの発明の光源点灯用回路であることを特徴とする。
【0017】
このような構成になる点灯式表示装置は、トランスや蓄電用コンデンサを不要とした光源点灯用回路を搭載するので、従来におけるトランス搭載型や蓄電用コンデンサ搭載型の点灯式表示装置に比べて大幅な小型軽量化、低コスト化、長寿命化が実現できるなど、多くの利点を奏する。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態の一例を図面に基づいて説明する。
図1は本実施形態の光源点灯用回路の回路構成図、図2は本実施形態の光源点灯用回路のブロック図である。図2に示すように、この光源点灯用回路は、整流回路4、供給電圧制限回路5a,5b、光源としてのLED(発光ダイオード)6、ピーク電流制限回路7、起動電圧制限回路8a,8b、高電圧入力対応回路9を備える。
【0019】
整流回路4は、交流電源3を整流するための回路である。
供給電圧制限回路5a,5bは、整流回路4の出力の立ち上がり時にはその出力電圧が第一の設定値V1に達するまでLED6への出力供給を行い、整流回路4の出力の立ち下がり時にはその出力電圧が第一の設定値V1以下になった時にLED6への出力供給を行う回路である。
ピーク電流制限回路7は、LED6に供給される電流の最大値を、LED6の許容最大電流値Ilim以下に制限する回路である。
起動電圧制限回路8a,8bは、交流電源3が低電圧である時(後述する起動最小電圧値V0−1に満たない時)に、供給電圧制限回路5a,5bからのLED6への出力供給を遮断して、LED6の誤点灯を防止する回路である。
LED6は、押ボタンスイッチなどを照光するためのものである。
高電圧入力対応回路9は、交流電源3が高電圧(例えば200V)である時に、整流回路4の出力の立ち上がり時にはその出力電圧が第一の設定値V1より高い第二の設定値V2に達するまでLED6への出力供給を行い、整流回路4の出力の立ち下がり時にはその出力電圧が第二の設定値V2以下になった時にLED6への出力供給を行うよう、供給電圧制限回路5a,5bを制御する回路である。
【0020】
以下、本実施形態の光源点灯用回路の構成の詳細について、図1を用いて以下に説明する。
【0021】
この光源点灯用回路は、一対の接続端子1,2を介して、電源電圧が100Vまたは200Vの交流電源3に接続される。なお、本実施形態においては、電源電圧の値を100Vまたは200Vとしたが、本発明はこれらの値に限定されるものではない。
【0022】
整流回路4は、ブリッジ回路である。
【0023】
供給電圧制限回路5a,5bは、図1に示すように、抵抗R2,R4、ツェナーダイオードZD7の分圧比により任意に設定された電圧になったことを、抵抗R2とR4の間の分圧点aで検出してスイッチングトランジスタQ3をオン/オフ制御し、これにより、メインスイッチとなるトランジスタQ5を、前記第一の設定値V1以上にてオフさせることにより、整流回路4の出力電圧Vが第一の設定値V1を超えている間は出力供給を遮断してLED6をパルス点灯(パルス駆動)させるよう構成されている。第一の設定値V1は、抵抗R2,R4、ツェナーダイオードZD7の組み合わせにより任意に設定することができる。
【0024】
ピーク電流制限回路7は、ダイオードD4、抵抗R9、ツェナーダイオードZD5、トランジスタQ4からなる定電流回路で、LED6のパルス駆動のピーク電流を制限する目的で設けられ、抵抗R9に流れる電流がLED6の許容最大電流値Ilimより大きくなった時(例えば60〜100mA)に、抵抗R9の両端電圧(電圧降下)と、ツェナーダイオードZD5のツェナー電圧とを比較してトランジスタQ4を制御し、それにより、メインスイッチであるトランジスタQ5を制御して、LED6に供給される電流の最大値を許容最大電流値Ilim以下に制限するよう構成されている。
【0025】
起動電圧制限回路8a,8bは、抵抗R13、抵抗R8、ツェナーダイオードZD8、充電用コンデンサC2、抵抗R1、FETQ6、抵抗R10、スイッチングトランジスタQ1からなり、抵抗R13,R8、ツェナーダイオードZD8の分圧比により任意に設定された電圧(起動最小電圧値V0−1)を、抵抗R13とR8の間の分圧点bで検出してFETQ6をオン/オフさせ、供給電圧制限回路5a,5bからのLED6への出力供給を制限するよう構成されている。すなわち、交流電源3が低電圧であって分圧点bが起動最小電圧値V0−1に満たない時はFETQ6をオフとし、これによりトランジスタQ1がオン、トランジスタQ5がオフとなるため、供給電圧制限回路5a,5bからのLED6への出力供給が遮断される一方、交流電源3の電圧を上げて分圧点bが起動最小電圧値V0−1以上を検出した場合はFETQ6をオンとし、これによりトランジスタQ1がオフ、トランジスタQ5がオンとなって、供給電圧制限回路5a,5bからのLED6への出力供給を正常とするようになっている。
なお、コンデンサC2は、抵抗R13,R8、ツェナーダイオードZD8の分圧比による電圧(分圧点bの電圧)を安定化するためのものである。
【0026】
高電圧入力対応回路9は、抵抗R12、抵抗R15、ツェナーダイオードZD6、充電用コンデンサC1、抵抗R15、抵抗R5、FETQ2、抵抗R16からなり、抵抗R12,R15、ツェナーダイオードZD6の分圧比により任意に設定された電圧(遮断電圧変更電圧値V0−2)を、抵抗R12とR15の間の分圧点cで検出してFETQ2をオン/オフさせ、FETQ2のオンにより抵抗R4に抵抗R16が並列接続された回路構成となるようにして、前記分圧点aにおける閾値電圧を、前記第一の設定値V1から第二の設定値V2に変更するよう構成され、この動作により、整流回路4の出力の立ち上がり時にはその出力電圧が第一の設定値V1より高い第二の設定値V2に達するまでLED6への出力供給を行い、整流回路4の出力の立ち下がり時にはその出力電圧が第二の設定値V2以下になった時にLED6への出力供給を行うべく供給電圧制限回路5a,5bを制御する、すなわち、LED6への出力供給の遮断電圧を、第一の設定値V1から第二の設定値V2へ変更するようになっている。第二の設定値V2は、抵抗R2,R4,R16、ツェナーダイオードZD7の組み合わせにより任意に設定することができる。
なお、コンデンサC1は、抵抗R12,R15、ツェナーダイオードZD6の分圧比による電圧(分圧点cの電圧)を安定化するためのものである。
【0027】
つぎに、この光源点灯用回路の動作について、図1および図3を用いて説明する。なお、図3は交流電源3の電圧が100Vの場合で、全波整流された電圧V、第一の設定値V1、許容最大電流値Ilim、時間tの関係を示している。
【0028】
整流回路4によって全波整流された出力は、供給電圧制限回路5a,5bを介してLED6に与えられる。
【0029】
供給される電圧Vが誘導電圧などの微小電流であって、分圧点bが起動最小電圧値V0−1よりも低い間(例えば、70V未満の間)であることを判断する分圧電圧値である時は、FETQ6の閾値電圧に満たないため、FETQ6がオフになる。これにより、スイッチングトランジスタQ1がオンし、メインスイッチのトランジスタQ5がオフになり、LED6への出力供給は遮断される。
【0030】
整流回路4によって出力された電圧Vが上がり、分圧点bが起動最小電圧値V0−1を超えたことを判断する分圧電圧値に達するとFETQ6の閾値電圧以上となり、FETQ6がオンになる。これにより、スイッチングトランジスタQ1がオフし、トランジスタQ5がオンになり、LED6への出力供給が行われる。
整流回路4によって出力された電圧Vが、図3A中に示す第一の設定値V1よりも低い間は、LED6への出力供給が継続される。
なお、この時、ピーク電流制限回路7を備えたことにより、LED6には、図3Bに示すような、許容最大電流値Ilimを超えることのない電流を流すことができる。
【0031】
整流回路4によって出力された電圧Vが、第一の設定値V1を超えると、スイッチングトランジスタQ3がオンになる。これにより、トランジスタQ5がオフになり、LED6への出力供給が遮断される。
【0032】
整流回路4によって出力された電圧Vが、第一の設定値V1をよりも低くなると、スイッチングトランジスタQ3がオフになり、トランジスタQ5がオンして、LED6への出力供給が行われる。
このようにして、LED6への出力供給が断続的に行われることで、図3Cに示すように、LED6がパルス点灯する。また、LED6には、許容最大電流値Ilimを超えることのない電流が供給されるので、過電流の入力によりLED6が損傷する虞れは無い。
【0033】
図4は交流電源3の電圧が200Vの場合で、全波整流された電圧V、第一の設定値V1、第二の設定値V2、許容最大電流値Ilim、時間tの関係を示している。
【0034】
高電圧入力対応回路9の動作は、分圧点cが遮断電圧変更電圧値V0 - 2(例えば170V)を超えたことを判断する分圧電圧値に達するとFETQ2の閾値電圧以上となり、FETQ2がオンし、抵抗R4に抵抗R16が並列接続された構成となり、出力供給が遮断される電圧が前記第一の設定値V1から第二の設定値V2へと切り替わる。よって、供給される電圧Vが、図4中に示す第二の設定値V2よりも低い間は、LED6への出力供給が継続される。
【0035】
なお、この時、ピーク電流制限回路7を備えたことにより、LED6には、図3Bに示すような、許容最大電流値Ilimを超えることのない電流を流すことができる。
【0036】
整流回路4によって出力された電圧Vが第2の設定値V2以上になると、スイッチングトランジスタQ3がオンになる。これにより、トランジスタQ5がオフになり、LED6への出力供給が遮断される。
また、整流回路4によって出力された電圧Vが第2の設定値V2より低くなると、スイッチングトランジスタQ3がオフになり、トランジスタQ5がオンして、LED6への出力供給が行われる。
【0037】
このようにして、LED6への出力供給が断続的に行われることで、図4Cに示すように、LED6がパルス点灯する。また、LED6には、許容最大電流値Ilimを超えることのない電流が供給されるので、過電流の入力によりLED6が損傷する虞れは無い。
また、高電圧入力対応回路9の作動により、LED6に対する出力供給の割合が低減することなく、交流電源が100Vである場合と同様に、適正な範囲の電力を適時に供給してLED6を明るくパルス点灯することができる。
【0038】
図5に、本発明に係る点灯式表示装置の実施形態の一例としての照光式押ボタンスイッチを示す。
この照光式押ボタンスイッチは、光源としてのLED101を内蔵した押ボタン102、押ボタン102のオン/オフ切換え操作により交流電源からの入力電圧(一般にAC100V,200Vなど)を不図示の産業機器等に供給する駆動オン/オフ切換え回路103、前記入力電圧をLED101に供給する光源点灯用回路110を備えており、該光源点灯用回路110は、図1に示す前述の光源点灯用回路とすることで、トランスや蓄電用コンデンサを搭載しない小型軽量の回路構成であって、駆動オン/オフ切換え回路103のケーシング内に内蔵されている。
このような構成になる本例の照光式押ボタンスイッチは、従来におけるトランス搭載型(図6参照)や蓄電用コンデンサ搭載型の照光式押ボタンスイッチに比べ、大幅な小型軽量化、低コスト化、長寿命化を図ることができる。
また、光源点灯用回路110は、図1に示す前述の光源点灯用回路構成とすることでIC化することも可能であり、その場合、押ボタン102の保持ケース102a内に内蔵したり、さらには、LED101に内蔵するまで超小型化することもできる。
なお、本発明に係る点灯式表示装置は照光式押ボタンスイッチに限定されず、前記押ボタン102、駆動オン/オフ切換え回路103などのスイッチ機能部を備えず、光源101による表示機能のみを備えた表示灯において、その光源を点灯するための回路を前記光源点灯用回路110とした表示灯においても実施可能である。
【0039】
以上、本発明に係る光源点灯用回路およびそれを備えた点灯式表示装置の実施形態の一例を図面を参照しながら説明したが、本発明は図示例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に記載された技術的範疇において種々の変更が可能であることは言うまでも無い。
【0040】
【発明の効果】
(請求項1)
トランスや蓄電用コンデンサを用いることのない、小型軽量で且つ100V,200Vのどちらにも対応可能な回路としながら、適正な範囲の電力を適時に供給して光源を点灯することができる。また、寿命が短い割に高価な蓄電用コンデンサを用いないことに加え、パルス点灯方式であることから光源の寿命を延ばすことができ、耐用年数の長い点灯用回路を安価に提供することができる。また、交流電源が高電圧(例えば200V以上)であっても、光源に対する出力供給の割合が低減することなく、交流電源が100Vである場合と同様に、適正な範囲の電力を適時に供給して光源をパルス点灯することができる。
【0041】
(請求項2)
光源に供給される電流を、光源の許容最大電流値以下に制限して、過電流の入力による光源損傷の虞れを防止することができる。
【0042】
(請求項3)
誘導電圧(微小電流)などにより光源が誤作動(誤点灯)する虞れを防止することができる。
【0044】
(請求項4)
トランスや蓄電用コンデンサを不要とした光源点灯用回路を搭載するので、従来の照光式押ボタンスイッチや表示灯に比べ、大幅な小型軽量化、低コスト化,長寿命化が実現できる点灯式表示装置を提供し得るなど、多くの利点を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る光源点灯用回路の実施形態の一例を示す回路構成図。
【図2】図1に示す光源点灯用回路のブロック図。
【図3】図1の実施形態における100V入力時の要部波形図。
【図4】図1の実施形態における200V入力時の要部波形図。
【図5】本発明に係る点灯式表示装置としての照光式押ボタンスイッチの実施形態の一例を示す斜視図。
【図6】従来の点灯式表示装置としての照光式押ボタンスイッチの一例を示す斜視図。
【符号の説明】
3:交流電源
4:整流回路
5a,5b:供給電圧制限回路
6:LED(光源)
7:ピーク電流制限回路
8a,8b:起動電圧制限回路
9:高電圧入力対応回路
Claims (4)
- 発光ダイオードや白熱電球等の光源を点灯するための光源点灯用回路であって、
交流電源を整流するための整流回路と、
前記整流回路の出力の立ち上がり時にはその出力電圧が第一の設定値に達するまで前記光源への出力供給を行い、前記整流回路の出力の立ち下がり時にはその出力電圧が第一の設定値以下になった時に前記光源への出力供給を行う供給電圧制限回路と、
交流電源が高電圧である時に、前記整流回路の出力の立ち上がり時にはその出力電圧が第一の設定値より高い第二の設定値に達するまで前記光源への出力供給を行い、前記整流回路の出力の立ち下がり時にはその出力電圧が前記第二の設定値以下になった時に前記光源への出力供給を行うよう、前記供給電圧制限回路を制御する高電圧入力対応回路を備え、
前記整流回路の出力電圧が第一の設定値を超えている間は前記出力供給を遮断して、前記光源をパルス点灯させると共に、交流電源が高電圧である場合には、前記整流回路の出力電圧が第二の設定値を超えている間、出力供給を遮断して、前記光源をパルス点灯させるよう構成したこと特徴とする光源点灯用回路。 - 前記光源に供給される電流の最大値を、前記光源の許容最大電流値以下に制限するピーク電流制限回路を備えたことを特徴とする請求項1記載の光源点灯用回路。
- 前記光源に供給される電圧が微小値である時に、前記供給電圧制限回路からの光源への出力供給を遮断して、光源の誤点灯を防止する起動電圧制限回路を備えたことを特徴とする請求項1または2記載の光源点灯用回路。
- 少なくとも、発光ダイオードや白熱電球等の光源と、該光源を点灯するための光源点灯用回路を組み込んでなる照光式押ボタンスイッチや表示灯などの点灯式表示装置であって、前記光源点灯用回路が請求項1〜3のいずれか1項記載の光源点灯用回路であることを特徴とする点灯式表示装置。
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