JP4421990B2 - 漏電検出装置 - Google Patents

Description

本発明は複数のＬＥＤ（発光ダイオード）などを搭載した表示装置のリーク電流を検出して、警告表示を発生する漏電検出装置に関するものである。

一般に複数のＬＥＤを光源にした照明機器が多数市場に現れている。たとえば、道路サイドで工事現場を知らせるロープタイプの警告照明機器、従来のネオンサインに変わって、ビルや店舗を飾るＬＥＤを多数内蔵した装飾表示機器で文字、絵、記号などを表す表示装置があり、さらに最近信号灯をはじめＬＥＤを光源とした照明機器もある。
これらの照明機器が設置されている場所は、屋内にとどまらず、屋外での使用も多く、電気的接続部分の処理が不十分な場合、湿度や塵埃の影響により、これらの照明機器、表示機器は漏電が起きる可能性がある。
またこれ以外に、長時間使用による経時劣化に起因する絶縁不良による漏電や、獣害による漏電が起こりえる。

次に、ＬＥＤを用いたＬＥＤ表示装置の要部の具体例について以下示す。複数のＬＥＤをプリント基板上に装着して製造されるライン光源１００の構成例について示す。図６（Ａ）に示すように、ガラスエポキシなどの基板上に配線パターンを形成し、そこに所定の間隔で複数のＬＥＤを配置し、さらに電源ＩＣ、その他抵抗、容量などの部品で構成される。
図６（Ｂ）にその等価回路を示す。電源供給ライン（＋２４Ｖ）１０１とグランド（ＧＮＤ）１０２の配線間に、最初のグループとして、複数のＬＥＤ（ＬＥＤ−１，ＬＥＤ−２，・・・，ＬＥＤ−６）が直列接続され、ＬＥＤ−６の出力に電源回路１０１が接続され、さらに電源回路１０１の出力とＧＮＤ間にＬＥＤ−７と抵抗Ｒ１０１が直列接続される。また同様に、次のグループとして、ＬＥＤ（ＬＥＤ−１Ａ，ＬＥＤ−２Ａ，・・・，ＬＥＤ−６Ａ）が直列接続され、ＬＥＤ−６Ａの出力に電源回路１０２が接続され、さらに電源回路１０２の出力とＧＮＤ間にＬＥＤ−７Ａと抵抗Ｒ１０２が直列接続される。このような接続を１つのグループとして繰り替えし配置される。

このように、基板上に繰り返し構成されたＬＥＤ表示装置の表示部を必要に応じて任意の長さに切断して使用する。しかしながら、切断した後の基板の切断面に汚れなどが付着してリーク電流が発生する場合がある。
また、たとえばＬＥＤや抵抗の両端子に塵が付着してトラッキング現象が起き、リークを発生することもあり、さらに、大電流を流すと、配線同士がショートするエレクトロマイグレーションが起こりリークが発生し、極端な場合ショートして大電流が流れる。

上述したリーク電流のほかに、ＬＥＤ自身のリーク電流も発生する。ＬＥＤの印加電圧（順方向電圧）に対する出力電流（順方向電流）の電気的特性について図７（Ａ），（Ｂ）に示す。
図７（Ｂ）に各発光ダイオードの順方向特性を示す。図７のグラフは、横軸に順方向電圧で、１．０Ｖから６．０Ｖ、縦軸に順方向電流をログスケールとし、０．１ｍＡ〜１００ｍＡまでの範囲を示す。ダイオードの赤色発光ダイオード（ＬＥＤ）は室温（２５℃）において、順方向電圧が約２．０Ｖで順方向電流５ｍＡ、１Ｖで０．００１ｍＡ以下である。また緑色発光ダイオードは順方向電圧３．０Ｖで２ｍＡ、１Ｖで０．００１ｍＡ以下、さらに青色発光ダイオードは順方向電圧３．０Ｖで２．０ｍＡ、１．０Ｖで０．００１ｍＡ以下である。
上述したデータから、青色ＬＥＤと赤色ＬＥＤは順方向電圧をたとえば２．０Ｖ印加しても順方向電流は０．００１ｍＡ以下であり、事実上電流は流れていないと見なすことができる。
したがって、ＬＥＤを用いた照明装置でＬＥＤに流れる電圧以下の電圧を供給して、ＬＥＤに流れる電流が無視できる条件にすると、ＬＥＤ以外の漏れ電流を検出することができる。

一般に、照明装置やＬＥＤを用いたＬＥＤ照明装置の漏電（リーク）を防止するために、供給電源に電流制限を設けることが行われていたが、照明には多くの電流をながすことが必要であり、ＬＥＤの場合も多くの電流を流していた。ＬＥＤに大電流を流した場合漏電（リーク電流）が発生しても、上述したように、リーク電流は非常に少ないので電流制限のみでは検出できないことが多い。
また、漏電によって、漏電側に電流が流れ、ＬＥＤへの供給が減少することで、漏電発生による電流の変化が通常の変化と比較して検出可能な変化に至らないこともある。このように、漏電防止は、電流制限以外の手段によって検出されることが望まれていた。
特開平５−２６０６４２号公報 特開平５−１３０７７３号公報

上述したように、従来の漏電防止装置は電源と負荷間に漏洩電流に比例した異常電流を検出することや、過大電流が負荷に流れた時のその電流を検出し、異常電流や過大電流を減少させるようにしていた。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＬＥＤなどを用いた照明装置において、ＬＥＤが発光するために流れる方向が一方向であり、逆方向には電流が流れないことと、ＬＥＤに順方向電圧を印加する電圧を順方向電圧（Ｖｆ）以下にすることにより、表示システムに流れる電流を検出することでＬＥＤ以外に流れる要因の存在を検知することである。

本発明は、発光ダイオードを用いた照明装置において、前記発光ダイオードの点燈時に電源を供給する第１の電源と、前記発光ダイオードに所定バイアスを供給する第２の電源と、リーク電流検査時に前記第１の電源から前記第２の電源に切り替え、通常動作時に前記第２の電源から前記第１の電源に切り替える切り替え回路と、前記発光ダイオードを用いた照明装置のリーク電流と比較するための基準電源と、前記切り替え回路により前記第２の電源に切り替えて該第２の電源から所定のバイアスを前記照明装置に出力し、該所定バイアスを前記発光ダイオードに正常時に流れる電流を所定値以下とする電圧とし、前記基準電源から出力される基準信号と前記発光ダイオードを用いた照明装置のリーク電流を比較し、該比較結果に基いて制御信号を出力する比較回路とを有する。

本発明を用いればＬＥＤが発光するために流れる電流が一方向であり、逆方向には電流が流れないことを利用して、検出時間のみＬＥＤに逆方向電圧を供給し、流れる電流を検出することでＬＥＤ以外に流れる要因の存在を検知することができる。
また、ＬＥＤの順方向電流はダイオードの順方向電圧Ｖｆ以下では流れる電流が少なくほとんど無視できることを利用して、検出時間のみＬＥＤにＶｆ以下の順方向電圧を供給し、ＬＥＤ表示装置に流れる電流を検出することでＬＥＤ以外に流れる要因の存在を検知することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら述べる。
図１に本発明の実施形態に係る手動切り換えタイプのＬＥＤ照明漏電検出装置１０の全体ブロック図を示す。ＬＥＤ照明漏電検出装置１０は照明用電源１１、表示器１２、基準電源１３、比較器１４、電源切り替え器１５、検出用電源１６、ＬＥＤ照明機器１７で構成されている。

照明用電源１１は、ＡＣ電源からＤＣ電源に変換してたとえばＤＣ＋２４．０Ｖの直流電圧を出力するＤＣ電源である。またこれ以外にも、電池駆動など色々あり、ＡＣ−ＤＣ変換器に限定されるものではない。
表示器１２はＬＥＤなどを用いて、比較器１４から出力される検出結果に応じてオン／オフ動作させ、リーク電流が発生しているときは例えばオンとして発光させて警告を発生し、リーク電流が無いまたは少なく基準レベル以下の時ＬＥＤの動作をオフとする。
また、ＬＥＤをオン／オフ動作させてリーク電流を瞬時に検知できる外に、ディスプレイ上に文字、記号、絵などを用いてリーク電流検出結果を表示することができる。

基準電源１３は、たとえばＬＥＤ照明装置のリーク電流を測定する場合は、リーク電流の許容範囲の最大値に設定し、この設定された電流を比較電流として出力する場合や、またこの比較電流を電流として出力するのではなく、電流−電圧変換して基準電圧を出力する。このリーク電流を測定する時において、ＬＥＤに流れる電流は無視できるとし、それ以外のリーク電流を規定するための電流を設定している。
比較器１４は基準電源１３から出力された電流基準値あるいは基準電圧値とＬＥＤ照明機器１７に流れるＬＥＤ以外のリーク電流により発生した電流を比較器１４に取り込み、そこでリーク電流を電圧に変換して検出電圧と比較する。比較器１４で比較された結果を表示器１２に出力する。たとえば、検出電圧が基準電源１３からの基準電流または基準電圧より高いと、リーク電流が発生していると判断し、一方検出電圧が基準電流または基準電圧より小さいとリーク電流は発生していないと判断する。

電源切り替え器１５は、通常時にＬＥＤ照明機器１７に電源（＋２４．０Ｖ）を照明用電源１１から供給し、リーク電流を測定する時にスイッチを切り替えて検出用電源１６に切り替える。リーク電流測定時に、この電源切り替え器１５を介して、ＬＥＤ照明機器１７に供給する電圧を、例えば電源電圧ラインに供給する電圧に０．５５Ｖ，グランドラインに２．５Ｖ供給し、ＬＥＤに逆方向電圧を供給する。
また、リーク電流測定時における別の電圧供給方法として、例えば電源電圧（＋２４．０Ｖ）から直流電圧＋１．０Ｖ，３．０Ｖに切り替え、この電圧をＬＥＤ照明機器１７の電源ラインに供給し、測定が終わるとスイッチを切り替えて照明用電源１１に切り替え電源電圧（＋２４．０Ｖ）をＬＥＤ照明機器１７に供給する。

もしＬＥＤ照明機器１７に漏電が発生していると、電源切り替え器１５は検出測定用の電圧を供給し続ける。
ＬＥＤ以外のリーク電流が小さく正常動作の場合、リーク電流の測定が終了すると、スイッチを切り替えて照明用電源１１からの直流電圧（２４．０Ｖ）が供給できるようにする。
検出用電源１６は、上述したように、電源切り替え器１５で電源を切り替えてＬＥＤ照明機器１７の漏電を測定するとき使用し、逆バイアスをＬＥＤに供給するときは０．５５Ｖと２．５Ｖの直流電圧を発生する。
一方順方向電圧をＬＥＤに供給する場合、例えば赤色ＬＥＤの場合＋１．０Ｖ、青色ＬＥＤの場合３．０Ｖの直流電圧を出力する。
ただし、この直流電圧はＬＥＤに流れる電流がＬＥＤ以外の照明機器のリーク電流と比較して無視できる範囲に設定する必要がある。またＬＥＤ照明機器にＬＥＤが複数個直列接続されている場合はその個数倍の直流電圧を出力する。
ＬＥＤ照明機器１７は、例えば図６（Ａ），（Ｂ）に示すようにライン表示装置などや、その他種々の表示装置がある。

次にこの手動切り替えタイプのＬＥＤ照明漏電検出装置１０の動作について、図１を用いて説明する。電源切り替え器１５のスイッチを切り替えて照明用電源１１の＋２４．０Ｖから検出用電源１６に切り替えて、検出用電圧（ＬＥＤが１個の場合；＋０．５５Ｖ，＋１．０，＋３．０Ｖなど）の直流電圧を発生し、ＬＥＤ照明機器１７に供給する。
例えば、図６（Ｂ）において、ＬＥＤ照明機器１７のＬＥＤに逆バイアスを供給する場合、＋０．５５Ｖを電源ライン１０１に、＋１．０＊６Ｖをグランドライン１０２にそれぞれ供給する。電源ライン１０１とグランド１０２間に、複数のＬＥＤ（ＬＥＤ−１，ＬＥＤ−２，・・・，ＬＥＤ−６）が直列接続され、ＬＥＤ−６の出力に電源回路１０１が接続され、さらに電源回路１０１の出力とＧＮＤ間にＬＥＤ−７と抵抗Ｒ１０１が直列接続される。

直列接続された複数のＬＥＤ（ＬＥＤ−１，ＬＥＤ−２，・・・，ＬＥＤ−６）が逆バイアスされているので、逆方向電流は無視でき、ＬＥＤ以外にリーク電流が発生していると、電源切り替え器１５を介して比較器１４に供給され、リーク電流が電圧に変換される。この変換された電圧は基準電源１３から供給された基準電流または電圧出力と比較される。
ＬＥＤ照明機器１７のＬＥＤ以外のリーク電流が少なく、その結果比較器１４で変換された電圧が基準電源１３の比較値と比較して低い場合、リーク電流が少ないことを表示器１２の赤色ＬＥＤなどの表示装置を駆動させ、オフ動作状態に設定し、赤色の警告表示が無いことを示す。
一方ＬＥＤ照明機器１７のＬＥＤ以外のリーク電流が規定値以上の場合、リーク電流が電源切り替え器１５を介して比較器１４に供給され、電流を電圧に変換し、この変換された電圧が基準電源１３の比較値と比較して高い場合、リーク電流が多いことを表示器１２の赤色ＬＥＤなどの表示装置を駆動させ、オン動作状態に設定し、赤色の警告表示を点燈する。

表示器１２の赤色ＬＥＤが点燈しているときは、スイッチの設定状態をそのまま保持し、電源切り替え器１５を照明用電源１１に切り替えないで、測定中の電源である検出用電源１６からの検出用電圧を供給し続ける。あるいは、電源ライン１０１に供給する照明用電源１１を除去してもよい。

次に、他の実施形態例であるタイマー設定により、ＬＥＤに逆バイアスを供給して、ＬＥＤに流れる電流を無視できる条件にして、ＬＥＤ以外のリーク電流を測定するＬＥＤ照明漏電検出装置３０について図２を用いて説明する。
図２に本発明の他の実施形態に係るタイマー設定による自動切り換えタイプのＬＥＤ照明漏電検出装置３０の全体ブロック図を示す。ＬＥＤ照明漏電検出装置３０は照明用電源３１、表示器３２、基準電源３３、比較器３４、電源切り替え器３５、検出用電源３６、ＬＥＤ照明機器３７、タイマー３８で構成されている。
照明用電源３１は、ＡＣからＤＣに変換してたとえばＤＣ２４．０Ｖの直流電圧を出力するＤＣ電源である。またこれ以外にも、電池駆動など色々あり、ＡＣ−ＤＣ変換器に限定されるものではない。

表示器３２はＬＥＤなどを用いて、比較器３４から出力される検出結果に応じてオン／オフ動作させ表示する。ＬＥＤ以外のリーク電流が発生しているときは例えばオンとして発光させて警告を表示し、リーク電流が無いまたは少なく基準レベル以下の時ＬＥＤの動作をオフとしてＬＥＤ表示を消燈する。
また、ＬＥＤをオン／オフ動作させてＬＥＤ以外のリーク電流を瞬時に検知できる外に、ディスプレイ上に文字、記号、絵などを用いてリーク検出結果を表示することができる。
基準電源３３は、たとえばＬＥＤ以外のリーク電流を測定する場合は、リーク電流の許容範囲の最大値に設定し、この設定された電流を比較電流として出力する場合や、またこの比較電流を電流として出力するのではなく、電流−電圧変換して基準電圧を出力する。設定電流はＬＥＤが複数個の場合、ＬＥＤの測定個数に応じて再設定される。

比較器３４は基準電源３３から出力された電流基準値あるいは基準電圧値とＬＥＤ照明機器３７に流れるＬＥＤ以外のリーク電流により発生した電流を比較器３４に取り込み、そこでリーク電流を電圧に変換して検出電圧と比較する。比較器３４で比較された結果を表示器３２に出力する。たとえば、検出電圧が基準電源３３からの基準電流または基準電圧より高いと、ＬＥＤ以外のリーク電流が発生していると判断し、一方検出電圧が基準電流または基準電圧より小さいＬＥＤ以外のリーク電流は発生していないと判断する。
電源切り替え器３５は、照明用電源３１と検出用電源３６が供給され、これらの電源をタイマー３８からの制御信号で自動的に切り替えるように構成されている。リーク電流を測定する時、タイマー３８からの制御信号により自動的にスイッチが切り替えられ検出用電源３６に切り替える。ＬＥＤ照明機器に供給する電圧を、例えばＬＥＤが１個の場合、電源電圧ラインに供給する電圧に０．５５Ｖ，グランドラインに２．５Ｖ供給し、ＬＥＤに逆方向電圧を供給する。

また、別の電圧供給方法として、例えば電源電圧（＋２４．０Ｖ）から直流電圧＋１．０Ｖ，３．０Ｖとし、この電圧をＬＥＤ照明機器３７の電源ラインに供給し、ＬＥＤに順方向バイアスを供給するが、このバイアスをＬＥＤに流れる電流を無視できる範囲に設定し、ＬＥＤ以外のリーク電流を測定できるようにする。測定が終わるとスイッチを切り替えて照明用電源３１に切り替え電源電圧（＋２４．０Ｖ）をＬＥＤ機器３７に供給する。
もし、ＬＥＤ機器３７に漏電が発生していると、電源切り替え器３５は検出測定用の電圧を供給し続ける。
リーク電流が小さく正常動作の場合、リーク電流の測定が終了すると、スイッチを切り替えて照明用電源３１からの直流電圧（２４．０Ｖ）が供給できるようにする。
検出用電源３６は、上述したように、電源切り替え器３５で電源を切り替えてＬＥＤ照明機器３７の漏電を測定するとき、逆バイアスをＬＥＤに供給するときは０．５５Ｖと２．５Ｖの直流電圧を発生する。

一方順方向電圧をＬＥＤに供給する場合、例えば赤色ＬＥＤの場合＋１．０Ｖ、青色ＬＥＤの場合３．０Ｖの直流電圧を出力する。
リーク電流の測定が所定期間行われた後、ターマー３８から制御信号が供給され、自動的に検出用電源３６から照明用電源３１に切り替えられる。そして照明用電源３１から電源がＬＥＤ照明機器３７へ供給される。
ＬＥＤ照明機器３７は、例えば図６（Ａ），（Ｂ）にその要部を示すようにライン表示装置などや、その他種々の表示装置がある。

タイマー３８はディジタル回路で構成することもできるし、またアナログ回路を用いて構成することもできる。ＬＥＤ照明漏電検出装置３０をＬＥＤ照明機器３７に装着した時点で動作開始させる。動作開始時点において、まずＬＥＤ照明機器３７の漏電電流を検出するよう電源切り替え器３５を検出用電源３６に切り替え（または最初から検出用電源３６に設定するようにする。）、検出用電源３６から出力される電圧を出力する。
タイマー３８の基本回路構成として、アナログ回路で構成する場合、たとえばＣＲの時定数を持つ積分回路で構成し、積分された電圧値がたとえば照明用電源の１／２の電圧（＋１２．０Ｖ）に到達する時点で制御信号を電源切り替え器３５に供給し、漏洩検出時間を終了させ、その後検出用電源３６から照明用電源３１に切り替え、通常の照明動作とする。

次にこのタイマー設定による自動切り換えタイプのＬＥＤ照明検出システム３０の動作について、図２を用いて説明する。ＬＥＤ照明漏洩検出装置をＬＥＤ照明機器３７に装着すると同時にタイマー３８が動作開始する。動作開始時点において、タイマー３８から出力される制御信号で電源切り替え器３５は検出用電源３６に設定される。検出用電源３６から検出用電圧（＋０．５５Ｖ，＋１．０，＋３．０Ｖなど）の直流電圧を発生し、ＬＥＤ照明機器３７に供給する。
例えば、図６（Ｂ）において、ＬＥＤ照明機器３７のＬＥＤに逆バイアスを供給する場合、ＬＥＤが６個備え付けてあるので、＋０．５５Ｖを電源ライン１０１に、＋１．０＊６Ｖをグランドライン１０２にそれぞれ供給する。電源ライン１０１とグランド１０２間に、複数のＬＥＤ（ＬＥＤ−１，ＬＥＤ−２，・・・，ＬＥＤ−６）が直列接続され、ＬＥＤ−６の出力に電源回路１０１が接続され、さらに電源回路１０１の出力とＧＮＤ間にＬＥＤ−７と抵抗Ｒ１０１が直列接続される。

直列接続された複数のＬＥＤ（ＬＥＤ−１，ＬＥＤ−２，・・・，ＬＥＤ−６）が逆バイアスされているので、ＬＥＤに供給される電圧が１個当たり＋１．０Ｖで、このＬＥＤに流れる電流は、０．００１ｍＡ以下であるので通常無視できる。したがって、ＬＥＤ以外のリーク電流が発生していると、電源切り替え器３５を介して比較器３４に供給され、リーク電流が電圧に変換される。この変換された電圧は基準電源３３から供給された基準電流または電圧出力と比較される。
ＬＥＤ照明機器３７のＬＥＤ以外のリーク電流が少なく、その結果比較器３４で変換された電圧が基準電源３３の比較値と比較して低い場合、リーク電流が少ないことを表示器３２の赤色ＬＥＤなどの表示装置を駆動させ、オフ動作状態に設定し、赤色の警告表示が無いことを示す。
一方ＬＥＤ照明機器３７のＬＥＤ以外のリーク電流が規定値以上の場合、リーク電流が電源切り替え器３５を介して比較器３４に供給され、電流を電圧に変換し、この変換された電圧が基準電源３３の比較値と比較して高い場合、リーク電流が多いことを表示器３２の赤色ＬＥＤなどの表示装置を駆動させ、オン動作状態に設定し、赤色の警告表示を点燈する。

表示器３２の赤色ＬＥＤが点燈しているときは、スイッチの設定状態をそのまま保持し、電源切り替え器３５を照明用電源３１に切り替えないで、測定中の電源である検出用電源３６からの検出用電圧を供給する。あるいは、電源ラインに供給する電源を遮断してもよい。
タイマー３８によりリーク測定時間が所定期間たとえば１．６秒経過すると、タイマー３８から制御信号を出力し、電源切り替え器３５に供給する。すると、スイッチを自動的に切り替えて検出用電源３６から照明用電源３１に設定され、ＬＥＤ照明機器に直流電圧＋２４．０Ｖを供給し、通常の照明動作状態となる。

次に本発明の他の実施形態であるＬＥＤ照明漏電検出装置５０の回路構成について図３を参照しながら説明する。
まずＬＥＤ照明漏電検出装置５０の回路構成について述べる。図３に示したＬＥＤ照明漏電検出装置５０は、入力端子ｉ１に例えば＋２４．０Ｖの電源電圧を供給し、入力端子ｉ２はグランド（０Ｖ）とする。
入力端子ｉ１に抵抗Ｒ１の一方の端子が接続され他方の端子がキャパシタＣ２の一方の端子に接続され、さらにこのキャパシタＣ２の他方の端子がグランドｉ２に接続される。またダイオードＤ１のカソードが入力端子ｉ１にアノードが抵抗Ｒ１とキャパシタＣ２の共通接続点に接続されている。この抵抗Ｒ１とキャパシタＣ２で積分回路を構成し、入力端子（電源端子）ｉ１と入力端子（グランド）ｉ２間に電源が供給されると電源電圧に向かって電圧が所定の時定数で上昇する。
抵抗Ｒ２の一方の端子が入力端子ｉ１に接続され他方の端子が抵抗Ｒ３の一方の端子に接続され、この抵抗Ｒ３の他方の端子はグランドｉ２に接続されている。抵抗Ｒ１とキャパシタＣ２の共通接続点はオペアンプＩＣ１の反転入力端子に接続され、抵抗Ｒ２とＲ３の共通接続点は非反転入力端子に接続されている。

抵抗Ｒ１０の一方の端子は入力端子ｉ１に接続され、他方の端子はツェナーダイオードＵ１のカソードに接続され、このツェナーダイオードＵ１のアノードはグランドｉ２に接続されている。
抵抗Ｒ１０とツェナーダイオードＵ１の共通接続点はオペアンプＩＣ３の非反転入力端子に接続され、オペアンプＩＣ３の出力端子は反転入力端子に接続されフィードバック回路を構成し、ボルテージフォロアー回路となっていて、ツェナーダイオードから非反転入力端子に供給される基準電圧と等しい電圧が出力端子から基準電圧として出力される。

入力端子ｉ１にリレーＲＬＹ１の一方の端子が接続され他方の端子がＮＰＮトランジスタＱ１のコレクタに接続されている。このＮＰＮトランジスタＱ１のエミッタはグランドｉ２に接続され、ベースは抵抗Ｒ９を介してグランドｉ２に接続されると共に抵抗Ｒ８の一方の端子に接続されている。さらに抵抗Ｒ８の他方の端子はダイオードＤ２のカソードに接続され、アノードはオペアンプＩＣ１の出力に接続されている。
リレーＲＬＹ１の接点ａは入力端子ｉ１に接続され、第１の共通接点ｂは出力端子ｏ１に接続され、接点ｃは抵抗Ｒ７の一方の端子とオペアンプＩＣ２の非反転入力端子にそれぞれ接続されている。この抵抗Ｒ７の他方の端子はグランドｉ２に接続されている。
またリレーＲＬＹ１の接点ｄはグランドｉ２に接続され、第２の共通接点ｅは出力端子ｏ２に接続され、さらに接点ｆはオペアンプＩＣ３の出力端子に接続されている。

抵抗Ｒ１０とツェナーダイオードＵ１の共通接続点に抵抗Ｒ５の一方の端子が接続され、他方の端子は抵抗Ｒ６の一方の端子に接続されるとともにオペアンプＩＣ２の反転入力端子に接続される。また抵抗Ｒ６の他方の端子はグランドｉ２に接続される。リレーＲＬＹ１の接点ｃと抵抗Ｒ７の共通接続点はオペアンプＩＣ２の非反転入力端子に接続され、オペアンプＩＣ２の出力端子は抵抗Ｒ４の一方の端子とダイオードＤ３のアノードにそれぞれ接続される。抵抗Ｒ４の他方の端子はＬＥＤ１のアノードに接続され、ＬＥＤ１のカソードはグランドｉ２に接続される。
ダイオードＤ３のカソードはダイオードＤ２のカソードと抵抗Ｒ８の一方の端子に接続される。

次にＬＥＤ照明漏電検出装置５０の回路動作について図３と図４を用いて説明する。
図４のタイミングチャートにおいて、時刻ｔ０で入力端子ｉ１に電源電圧たとえば＋２４．０Ｖが供給されると、図４（Ａ）に示すようにステップ状に入力端子ｉ２の電圧が立ち上がる。すると抵抗Ｒ１とキャパシタＣ２が積分回路を構成しているので、抵抗Ｒ１とキャパシタＣ２の共通接続点は所定の時定数（τ＝Ｃ２＊Ｒ１）で立ち上がり、電源電圧Ｖｃ（＋２４．０Ｖ）に向かって上昇する。
一方オペアンプＩＣ１の非反転入力端子に供給される基準電圧は、抵抗Ｒ２とＲ３に抵抗値で決定され、両抵抗Ｒ２，Ｒ３とも同じ値であるから電源電圧が＋２４．０Ｖの場合＋１２．０Ｖとなる。
抵抗Ｒ１とキャパシタＣ２の共通接続点が上昇し、オペアンプＩＣ１の非反転入力端子に供給される基準電圧＋１２．０Ｖに達するまでの期間オペアンプＩＣ１の出力は“Ｈ”レベルの出力電圧をダイオードＤ２に供給する（図４（Ｃ））。

ダイオードＤ２のカソードに供給された“Ｈ”レベルの出力電圧は抵抗Ｒ８と抵抗Ｒ９で分割され、その分割された電圧がＮＰＮトランジスタＱ１のベースに供給される。その結果ＮＰＮトランジスタＱ１はオンし、コレクタに電流が流れリレーＲＬＹ１のスイッチが自動的に切り替えられ、第１の共通接点ｂは接点ｃに接続され、また第２の共通接点ｅは接点ｆに接続される。
この状態において、オペアンプＩＣ３の出力電圧は２．５Ｖであるので、リレーＲＬＹ１の接点ｆと第２の共通接点ｅを介してＬＥＤ照明機器のＬＥＤが１個の場合、出力端子ｏ２に２．５Ｖが出力されることになる。もしＬＥＤが６個直列に接続されていると接点ｅから出力される電圧は２．５＊６Ｖとする必要がある。この場合、ツェナーダイオードＵ１から取り出す電圧を２．５＊６Ｖにすればよく、ツェナーダイオードの規格出力電圧を２．５＊６Ｖを用いるか、また２．５Ｖ出力電圧の規格のものを６個直列接続するか、あるいはバンドギャップレファレンス回路を用いて１５．０Ｖ出力の定電圧回路を構成するなどいろいろな回路で構成できる。出力端子ｏ２から出力された２．５＊６Ｖの電圧が例えば図６（Ｂ）のグランドライン１０２に供給され、電源ライン１０１は出力端子ｏ２に接続されているので、抵抗Ｒ７を介してグランドｉ２に接続されて、その結果ＬＥＤ（ＬＥＤ−１，ＬＥＤ−２，・・・，ＬＥＤ−６）が逆バイアスされ、ＬＥＤに流れる電流を無視できる範囲に設定して、ＬＥＤ照明機器１７のＬＥＤ以外のリーク電流を測定する。
もしＬＥＤ以外のリーク電流小さくて抵抗Ｒ７で発生する電圧がオペアンプＩＣ２の反転入力端子の基準電圧より電圧が低いと、オペアンプＩＣ２の出力端子から“Ｌ”レベルの電圧たとえば０Ｖの電圧が出力され、ダイオードＤ３はオフし、さらにＬＥＤ１（Ｄ５）もオフし発光しない。すなわちＬＥＤ以外のリーク電流が少ない時は警告燈のＬＥＤ１は消燈して良品であることを表示する。

一方、もしＬＥＤ（ＬＥＤ−１，ＬＥＤ−２，・・・，ＬＥＤ−６）以外にリーク電流が規定値以上流れると、抵抗Ｒ７に発生する電圧がオペアンプＩＣ２の反転入力端子に供給されている基準電圧より高くなり、出力端子から“Ｈ”レベルの電圧が出力される。その結果、ＬＥＤ１に電流が流れ発光し、リーク電流が規定値以上あることを表示し、警告を発する。

また、オペアンプＩＣ２の出力から出力された“Ｈ”レベルの電圧はダイオードＤ３を介して抵抗Ｒ８に供給され、抵抗Ｒ８とＲ９で分圧されてＮＰＮトランジスタＱ１のベースに供給される。その結果、もしオペアンプＩＣ１から“Ｌ”レベルの出力電圧が供給された場合、すなわち測定期間が経過しても、ＮＰＮトランジスタＱ１はオン動作状態を維持する。

次に図４のタイミングチャートに示すように、測定時間か経過し、時刻ｔ１（例えば１．６秒）になると図４（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に示すように、抵抗Ｒ１とキャパシタＣ２の共通接続点の電圧が上昇し、１／２＊Ｖｃ（＝＋１２．０Ｖ）以上になると、オペアンプＩＣ１の出力は“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルに変化し、“Ｌ”レベルの電圧たとえば０Ｖの電圧をダイオードＤ２に供給する。その結果ＮＰＮトランジスタＱ１のベースは０Ｖの電圧が供給されることになり、オフ動作状態になる。それに伴ってリレーの第１の共通接点ｂは接点ａに接続され、第２の共通接点ｅは接点ｄに接続される。したがって、出力端子ｏ１は入力端子ｉ１と接続され、＋２４．０Ｖの電圧が出力されることになり、出力端子ｏ２は接点ｅが接点ｄを介してｉ２に接続されているのでグランドレベルとなる。よって、出力端子ｏ１とｏ２からＬＥＤ照明機器に通常動作用の電圧が供給される。
リレーＲＬＹ１の接点ｃはフローティングになっているので、オペアンプＩＣ２の非反転入力端子は抵抗Ｒ６を介してグランドに接続されているので、反転入力端子に供給される電圧が高いので、出力端子から“Ｌ”レベルの電圧が出力され、ダイオードＤ３はオフし、またＬＥＤ１もオフするので発光しない。

このように、ＬＥＤに逆方向電圧（逆バイアス）を供給し、ＬＥＤに流れる電流をＬＥＤ照明機器に流れるリーク電流より無視できるような条件にして、すなわちＬＥＤの逆方向には電流が流れないことを利用して、検出時間のみＬＥＤに逆方向電圧を供給し、ＬＥＤ照明機器に流れる電流を検出することでＬＥＤ以外に流れる要因の存在を検知することができる。

次に本発明の他の実施形態であるタイマー設定により、ＬＥＤに順方向バイアスを供給してリーク電流を測定するＬＥＤ照明漏電検出装置７０について図５を用いて説明する。
まずＬＥＤ照明漏電検出装置７０の回路構成について述べる。図５のＬＥＤ照明漏電検出装置７０は、入力端子ｉ１Ａに例えば２４．０Ｖの電源電圧を供給し、入力端子ｉ２Ａはグランド（０Ｖ）とする。
入力端子ｉ１Ａに抵抗Ｒ７１の一方の端子が接続され他方の端子がキャパシタＣ７２の一方の端子に接続され、さらにこのキャパシタＣ７２の他方の端子がグランドｉ２Ａに接続される。またダイオードＤ７１のカソードが入力端子ｉ１Ａに、アノードが抵抗Ｒ７１とキャパシタＣ７２の共通接続点に接続されている。この抵抗Ｒ７１とキャパシタＣ７２で積分回路を構成し、入力端子ｉ１Ａとグランドｉ２Ａ間に電源が供給されると電源電圧に向かって電圧が所定の時定数で上昇する。
抵抗Ｒ７２の一方の端子が入力端子ｉ１Ａに接続され他方の端子が抵抗Ｒ７３の一方の端子に接続され、この抵抗Ｒ７３の他方の端子はグランドｉ２Ａに接続されている。抵抗Ｒ７１とキャパシタＣ７２の共通接続点はオペアンプＩＣ７１の反転入力端子に接続され、抵抗Ｒ７２とＲ７３の共通接続点は非反転入力端子に接続されている。

抵抗Ｒ８０Ａの一方の端子は入力端子ｉ１Ａに接続され、他方の端子はツェナーダイオードＵ８１のカソードに接続され、このツェナーダイオードＵ８１のアノードはグランドｉ２Ａに接続されている。
ツェナーダイオードＵ８１は基準電圧を発生するために用いられているが、これ以外にダイーオードやトランジスタなどを用いて定電圧回路を構成して任意の出力電圧を発生することができる。
抵抗Ｒ８０とツェナーダイオードＵ８１の共通接続点に抵抗７５の一方の端子が接続され、他方の端子は抵抗Ｒ７６の一方の端子に接続され、抵抗Ｒ７６の他方の端子はグランドｉ２Ａに接続されている。
抵抗Ｒ７５とＲ７６の共通接続点は抵抗Ｒ８４を介してオペアンプＩＣ７３の非反転入力端子に接続され、オペアンプＩＣ７３の反転入力端子は抵抗Ｒ７７を介して出力端子に接続されフィードバック回路を構成している。またオペアンプＩＣ７３の非反転入力端子と反転入力端子間にダイオードＤ７６とＤ７７が互いに逆接続されて入力端子を保護している。

抵抗Ｒ８０とツェナーダイオードＵ８１の共通接続点はオペアンプＩＣ７２の反転入力端子に接続され、非反転入力端子はオペアンプＩＣ７３の出力に接続されている。
オペアンプＩＣ７２の出力はＬＥＤ７５のアノードに接続されるとともにダイオードＤ７３のアノードに接続されている。ＬＥＤ７５の他方の端子は抵抗７４の一方の端子に接続され、抵抗Ｒ７４の他方の端子はグランドｉ２Ａに接続される。

オペアンプＩＣ７１の出力はダイオードＤ７２のアノードに接続され、カソードはダイオードＤ７３のカソードと共通接続されると共に、抵抗Ｒ８１の一方の端子に接続される。抵抗Ｒ８１の他方の端子は抵抗Ｒ８２の一方の端子に接続されると共にＮＰＮトランジスタＱ７１のベースに接続される。抵抗Ｒ８２の他方の端子はグランドｉ２Ａに接続される。
ＮＰＮトランジスタＱ７１のエミッタはグランドｉ２Ａに接続され、コレクタはリレーＲＬＹ７１を介して入力端子ｉ１Ａに接続されている。またこのリレーＲＬＹ７１に並列にダイオードＤ７７が接続され、入力端子ｉ１Ａにカソードが、ＮＰＮトランジスタＱ７１のコレクタにアノードが接続されている。

リレーＲＬＹ７１の接点ｇはｉ２Ａに、共通接点ｈは出力端子ｏ１Ａに、接点ｊは抵抗Ｒ８３の一方の端子にそれぞれ接続されている。また抵抗Ｒ８３の他方の端子はオペアンプＩＣ７３の反転入力端子に接続されている。

次にＬＥＤ照明漏電検出装置７０の回路動作について図４と図５を用いて説明する。
図４に示すように、時刻ｔ０で入力端子入力端子ｉ１Ａに電源電圧たとえば＋２４．０Ｖが供給されると、図４（Ａ）に示すようにステップ状に電圧が立ち上がる。すると抵抗Ｒ７１とキャパシタＣ７２が積分回路を構成しているので、抵抗Ｒ７１とキャパシタＣ７２の共通接続点は所定の時定数（τ＝Ｃ７２＊Ｒ７１）で立ち上がり、電源電圧Ｖｃ（＋２４．０Ｖ）に向かって上昇する。
一方オペアンプＩＣ７１の非反転入力端子に供給される基準電圧は、抵抗Ｒ７２とＲ７３に抵抗値で決定され、いま両抵抗Ｒ７２，Ｒ７３とも同じ値であるから電源電圧が＋２４．０Ｖの場合＋１２．０Ｖとなる。
電源投入から時間が経過するに伴い、抵抗Ｒ７１とキャパシタＣ７２の共通接続点が上昇し、オペアンプＩＣ７１の非反転入力端子に供給される基準電圧＋１２．０Ｖに達するまでの期間オペアンプＩＣ７１の出力は“Ｈ”レベルの出力電圧をダイオードＤ７２に供給する（図４（Ｃ））。

ダイオードＤ７２のカソードに供給された“Ｈ”レベルの出力電圧は抵抗Ｒ８１と抵抗Ｒ８２で分割され、その分割された電圧がＮＰＮトランジスタＱ７１のベースに供給される。その結果ＮＰＮトランジスタＱ７１はオンし、コレクタに電流が流れリレーＲＬＹ７１のスイッチが自動的に切り替えられ、共通接点ｈは接点ｊに接続される。
抵抗８０とツェナーダイオードＵ８１の共通接続点はツェナーダイオードの規定電圧で決まり、２．５Ｖのツェナーダイドードを６個直列に接続したものをいま仮にＵ８１とすると、その値は２．５＊６Ｖとなる。ツェナーダイオードＵ８１のカソードとグランドｉ２Ａ間に直列抵抗Ｒ７５とＲ７６が接続されているので、両抵抗Ｒ７５とＲ７６の共通接続点は電圧が分割され、例えば１．０＊６Ｖの電圧が得られる。この分割された電圧は基準電圧として抵抗Ｒ８４を介してオペアンプＩＣ７３の非反転入力端子に供給される。
この基準電圧は上述したように、ツェナーダイオードＵ８１を選択することや、他の電圧発生回路を用いて電圧を任意に設定することができる。

出力端子ｏ１ＡがＬＥＤ照明機器（３７）の電源ライン１０１（図６参照）に接続され、出力端子ｏ２Ａがグランドライン１０２に接続される。いまオペアンプＩＣ７３の反転入力端子には１．０＊６Ｖの電圧が供給されていて、ＬＥＤ（ＬＥＤ−１，ＬＥＤ−２，・・・，ＬＥＤ−６）１個に対して１．０Ｖの順方向電圧が供給されていることになる。ＬＥＤの順方向電圧を１．０Ｖ供給したとき、図７（Ｂ）に示すように、順方向電流は０．００１ｍＡ以下であるので、この条件においてＬＥＤに流れる順方向電流は非常に小さく、ＬＥＤ照明機器３７に流れるリーク電流と比較して無視できる。したがってＬＥＤ以外のリーク電流を測定することができる。

ＬＥＤ（ＬＥＤ−１，ＬＥＤ−２，・・・，ＬＥＤ−６）を除くＬＥＤ照明機器のリーク電流が規定値以下の場合、すなわちＬＥＤを介して流れるＬＥＤ照明機器３７のリーク電流により発生する電圧が小さく、あるいはリーク電流による等価抵抗が大きく、オペアンプＩＣ７３の出力に発生する電圧がツェナーダイオードＵ８１（２．５＊６Ｖ）以下において、オペアンプＩＣ７２の非反転入力端子の電圧が反転入力端子の基準電圧より低いので、出力は“Ｌ”レベルの電圧で例えば０Ｖとなる。その結果、ダイオードＤ７３はオフ、またＬＥＤ７５もオフとなり、ＬＥＤ７５は点燈しない。このことは、ＬＥＤ７５の警告表示が消燈していることを示している。すなわちＬＥＤのリーク電流が少ない時は警告燈のＬＥＤ１は消燈して良品であることを表示する。

ＬＥＤ（ＬＥＤ−１，ＬＥＤ−２，・・・，ＬＥＤ−６）を介して流れるＬＥＤ照明機器３７のリーク電流が規定値以上の場合、すなわちＬＥＤを介して流れるリーク電流により発生する電圧が大きく、換言するとリーク電流によってＬＥＤの等価抵抗が小さくなり、オペアンプＩＣ７３の出力に発生する電圧がツェナーダイオードＵ８１（２．５＊６Ｖ）以上の場合、オペアンプＩＣ７２の非反転入力端子の電圧が反転入力端子の基準電圧より高いので、出力は“Ｈ”レベルの電圧となる。その結果、ダイオードＤ７３はオン、またＬＥＤ７５もオンとなり、ＬＥＤ７５は点燈しリーク電流が発生していることを警告している。
また、オペアンプＩＣ７２の出力が“Ｈ”レベルの電圧を出力しているので、ダイオードＤ７３を介して抵抗Ｒ８１とＲ８２に電圧を供給する。ＮＰＮトランジスタＱ７１のベースには抵抗Ｒ８１とＲ８２で分圧された電圧が供給され、オン動作状態を維持し、リレーＲＬＹ７１の共通接点ｈは接点ｊに接続される。

次に電源投入から測定時間が経過し、時刻ｔ１になると図４（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に示すように、抵抗Ｒ７１とキャパシタＣ７２の共通接続点の電圧が上昇し、１／２＊Ｖｃ（＋１２．０Ｖ）以上になると、オペアンプＩＣ７１の出力は“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルに変化し、“Ｌ”レベルの電圧たとえば０Ｖの電圧を抵抗Ｒ８１に供給する。抵抗Ｒ８１とＲ８２の共通接続点は０Ｖであるから、ＮＰＮトランジスタＱ１のベース電圧は０Ｖになり、オフ動作状態になる。それに伴ってリレーＲＬＹ７１の共通接点ｈは接点ｇに接続される。したがって、出力端子ｏ１Ａは入力端子ｉ１Ａと接続され、＋２４．０Ｖの電圧が出力されることになり、出力端子ｏ２Ａは接点ｏがｉ２Ａに接続されているのでグランドレベルとなる。よって、出力端子ｏ１Ａとｏ２ＡからＬＥＤ照明機器に通常動作用の電圧が供給される。

またリレーＲＬＹ７１の接点ｊはフローティングになっているので、オペアンプＩＣ７３の非反転入力端子からみたグランドｉ２Ａ間の等価抵抗は無限大となるから、出力端子はから出力される電圧は１．０＊６Ｖとなる。しかしオペアンプＩＣ７２の非反転入力端子には前述したように、２．５＊６Ｖの電圧が供給されているため、出力は“Ｌ”レベルの電圧を出力する。その結果、ダイオードＤ７３はオフ、またＬＥＤ７５もオフする。
入力端子に供給される電圧が高いので、出力端子から“Ｌ”レベルの電圧が出力され、ダイオードＤ７３はオフし、またＬＥＤ７５もオフするので発光しない。

以上自動切換えタイプのＬＥＤ照明機器について説明したが、手動切り替えタイプのＬＥＤ照明漏電検出装置でもリーク電流を検出することができる。
例えば、図５のＬＥＤ照明漏電検出装置の回路構成に置いて、ＮＰＮトランジスタＱ７１のコレクタとエミッタまたはグランド間に保護抵抗付きスイッチを接続する。リーク電流測定時にたとえばスイッチをオンにしてリレーに電流を流し、共通接点ｈを接点ｊに接続して、出力端子ｏ１Ａに検出電源からの検出用電圧を出力し、ＬＥＤ照明機器３７に供給し、上述した動作と同じ動作を行うことによりＬＥＤ以外のリーク電流を検出することができる。

このように、ＬＥＤが発光するために流れる電流が一方向であり、かつ順方向電流はダイオードの順方向電圧Ｖｆ以下では流れる電流が少なくほとんど無視できることを利用して、検出時間のみＬＥＤに順方向電圧を供給し、ＬＥＤ照明機器に流れる電流を検出することでＬＥＤ以外に流れる要因の存在を検知することができる。

本発明の実施形態に係る手動切り替えタイプのＬＥＤ照明漏電検出装置の構成例を示す図である。 本発明の実施形態に係るタイマー設定による自動切り替えタイプのＬＥＤ照明漏電検出装置の構成例を示す図である。 本発明の実施形態に係るＬＥＤ照明漏電検出装置の回路構成例を示す図である。 図３に示すＬＥＤ照明漏電検出装置の回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施形態に係るＬＥＤ照明漏電検出装置の回路構成例を示す図である。 ＬＥＤを用いたライン発光装置とその等価回路図である。 ＬＥＤの電圧−電流特性を示すグラフである。

符号の説明

１１，３１…照明用電源、１２，３２…表示器（装置）、１３，３３…基準電源、１４，３４…比較器、１５，３５…電源切り替え器、１６，３６…検出用電源、１７，３７…ＬＥＤ照明機器、３８…タイマー、５０，６０…ＬＥＤ照明漏電検出装置、１０１…電源ライン、１０２…グランドライン、Ｒ１〜Ｒ１０，Ｒ７１〜Ｒ８３…抵抗、Ｃ２，Ｃ７２…キャパシタ、Ｄ１〜Ｄ５，Ｄ７１〜Ｄ７７…ダイオード、Ｕ１，Ｕ８１…ツェナーダイオード、ＬＥＤ１，ＬＥＤ７５，ＬＥＤ−１〜ＬＥＤ−７，ＬＥＤ−１Ａ〜ＬＥＤ−７Ａ…発光ダイオード、ＩＣ１〜ＩＣ３，ＩＣ７１〜ＩＣ７３…オペアンプ（ＯＰ）、Ｑ１，Ｑ７１…ＮＰＮトランジスタ、ＲＬＹ１，ＲＬＹ７１…リレー。

Claims (5)

1. 発光ダイオードを用いた照明装置において、
   前記発光ダイオードの点燈時に電源を供給する第１の電源と、
   前記発光ダイオードに所定バイアスを供給する第２の電源と、
   リーク電流検査時に前記第１の電源から前記第２の電源に切り替え、通常動作時に前記第２の電源から前記第１の電源に切り替える切り替え回路と、
   前記発光ダイオードを用いた照明装置のリーク電流と比較するための基準電源と、
   前記切り替え回路により前記第２の電源に切り替えて該第２の電源から所定のバイアスを前記照明装置に出力し、該所定バイアスを前記発光ダイオードに正常時に流れる電流を所定値以下とする電圧とし、前記基準電源から出力される基準信号と前記発光ダイオードを用いた照明装置のリーク電流を比較し、該比較結果に基いて制御信号を出力する比較回路と
   を有する漏電検出装置。
2. 前記切り替え回路は、リーク電流検出時に、前記第１の電源から前記第２の電源に切り替えて該第２の電源を前記照明装置に接続し、該第２の電源から前記照明装置の発光ダイオードに供給する所定のバイアスは、前記発光ダイオードの逆方向電圧であるか、または、該発光ダイオードが正常時に流れる電流を所定値以上とする順方向電圧のしきい値電圧以下である請求項１記載の漏電検出装置。
3. 前記切り替え回路は、前記照明装置を点燈させるとき所定期間前記第２の電源に切り替えるようにした請求項１または２記載の漏電検出装置。
4. 前記漏電検出装置は、前記漏電表示を表示する時、前記第１の電源を前記照明装置に供給することを停止する制御回路を有する請求項１から３のいずれか一に記載の漏電検出装置。
5. 前記漏電検出装置はさらに前記比較回路から出力される制御信号に基き、前記発光ダイオードを用いた照明装置のリーク電流が前記基準電源から出力された基準信号より大きいとき漏電表示を行う表示手段を有する請求項１から４のいずれか一に記載の漏電検出装置。

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