JP4482797B2 - Ｌｅｄ点灯装置および照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオードを点灯させるＬＥＤ点灯装置および照明器具に関する。

直流電源によりインダクタが励磁され、直流電源のオフ時にインダクタに蓄積された電磁エネルギーによる回生電流を発光ダイオードに流して、発光ダイオードを高効率で点灯させるＬＥＤ点灯装置が知られている。すなわち、直流電源にスイッチング素子を介してインダクタおよび発光ダイオードの直列回路が接続され、この直列回路に並列的に接続され、スイッチング素子のオフ時に当該直列回路と閉回路を形成するダイオードを有するＬＥＤ点灯装置が知られている(例えば、特許文献１参照。)。このＬＥＤ点灯装置は、発光ダイオードに所定の電流が流れるようにするために、発光ダイオードに直列的に抵抗が接続される。
特開２００２−１８４５８８号公報（第３頁、第１図）

特許文献１において、発光ダイオードに直接的に接続される抵抗の抵抗値が大きいと、通常点灯時、抵抗で消費される電力が大きくなるという問題がある。また、抵抗の抵抗値を小さくすると、例えばスイッチング素子が短絡して過電流が流れたときに、抵抗が焼損するという問題がある。

本発明は、発光ダイオードを高効率で点灯させるとともに電流設定用の抵抗を過電流から保護することのできるＬＥＤ点灯装置および照明器具を提供することを目的とする。

請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置の発明は、直流電源と；直流電源によって励磁されるインダクタと；インダクタに直列的に接続された発光ダイオードと；発光ダイオードと直流電源の間に直列的に接続された抵抗と；直流電源とインダクタの間に接続され、直流電源と、インダクタ、発光ダイオードおよび抵抗との接続を開閉するスイッチング手段と；
一端がインダクタと発光ダイオードの間に接続され、他端が直流電源と抵抗の間に接続された平滑用コンデンサと；スイッチング手段がオフのときに、インダクタ、発光ダイオードおよび抵抗とともに閉回路を形成するように、インダクタ、発光ダイオードおよび抵抗の直列回路の両端間に並列的に接続されたダイオードと；発光ダイオードに流れる電流を一次巻線に流れる電流を二次巻線によって検出する電流検出手段と；電流検出手段により検出された電流に応じてスイッチング手段のオンオフ動作を制御する制御手段と；発光ダイオードおよび抵抗に直列的に接続され、発光ダイオードに所定値以上の電流が流れたときに発光ダイオードに流れる電流を遮断する非自己復帰形部品からなる回路遮断手段と；を具備していることを特徴とする。

本発明および以下の各発明において、特に言及しない限り、各構成は以下による。

直流電源は、バッテリ、交流電圧を整流または整流平滑したものなど、直流電圧を出力するものであればよい。

発光ダイオードは、面実装形または砲弾形のいずれであってもよい。また、１個または複数個のどちらであってもよく、複数個の場合、直列接続または直並列接続を許容する。

抵抗は、発光ダイオードに流れる電流を設定する。

電流検出手段は、直接的に検出してもよく、発光ダイオードに流れる電流に相当する電流を検出するものもよい。

「所定値以上の電流」とは、抵抗に連続的に電流が流れても、抵抗が熱損傷や熱破壊しない電流値をいい、抵抗の定格容量などに応じて適宜設定される。

非自己復帰形部品は、例えばヒューズなどである。

本発明によれば、例えば、外部からの過電圧によりスイッチング手段が短絡破壊され、直流電源、スイッチング手段、インダクタ、発光ダイオードおよび抵抗の直列回路に所定値以上の電流が流れたときに、回路手段検出回路の非自己復帰形部品により、発光ダイオードおよび抵抗と平滑用コンデンサとの接続が自己復帰することなく継続して遮断され、発光ダイオードおよび抵抗に電流が継続して流れなくなる。

請求項２に記載の照明器具の発明は、請求項１記載のＬＥＤ点灯装置と；このＬＥＤ点灯装置を配設している照明器具本体と；を具備していることを特徴とする。

本発明によれば、請求項１記載のＬＥＤ点灯装置を具備しているので、直流電源、スイッチング手段、インダクタ、発光ダイオードおよび抵抗の直列回路に所定値以上の電流が流れたときに、発光ダイオードに流れる電流を設定する抵抗の熱破壊が防止される照明器具が提供される。

請求項１の発明によれば、直流電源、スイッチング手段、インダクタ、発光ダイオードおよび抵抗の直列回路に所定値以上の電流が流れたときに、非自己復帰形部品からなる回路遮断手段により前記直列回路が自己復帰することなく継続して遮断されるので、発光ダイオードに流れる電流を設定する抵抗値の小さい抵抗の熱破壊を防止することができ、抵抗が回路基板から落下することを防止することができる。

請求項２の発明によれば、請求項１記載のＬＥＤ点灯装置を具備しているので、発光ダイオードに流れる電流を設定する抵抗が熱破壊して回路基板から落下することが防止され、照明器具本体が熱損傷されにくい照明器具を提供することができる。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、本発明の第１の実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態を示すＬＥＤ点灯装置の回路図である。ＬＥＤ点灯装置１は、直流電源２、インダクタＬ１、発光ダイオード３、スイッチング手段としての電界効果トランジスタＦＥＴ１、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ１、電流検出手段としての電流検出回路４、制御手段としての制御回路５および回路遮断手段としてのリレー６を有して構成されている。

直流電源２は、例えば商用交流電圧を整流平滑して直流電圧を出力するように形成されている。インダクタＬ１は、直流電源２から供給される電流によって励磁され、電磁エネルギーが蓄積される。発光ダイオード３は、抵抗Ｒ１を直列的に接続し、さらにインダクタＬ１と共に直流電源２に直列的に接続されている。そして、発光ダイオード３は、電流が流れると、例えば白色光を放射するように形成されている。また、抵抗Ｒ１は、発光ダイオード３に流れる電流を設定するものであり、低抵抗値に設定している。

電界効果トランジスタＦＥＴ１は、制御回路５によりオンオフ制御され、直流電源２と、インダクタＬ１、発光ダイオード３および抵抗Ｒ１との接続を開閉する。そして、ダイオードＤ１は、インダクタＬ１、発光ダイオード３、抵抗Ｒ１、電流検出回路４およびリレー接点６ａの直列回路と並列的に接続され、電界効果トランジスタＦＥＴ１がオフのときに、当該直列回路とともに閉回路を形成している。

電流検出回路４は、１次巻線４ａが発光ダイオード３と直列的に接続され、発光ダイオード３に流れる電流を２次巻線４ｂで検出して制御回路５に出力するように構成されている。

制御回路５は、電流検出回路４により検出された電流に応じて電界効果トランジスタＦＥＴ１のオンオフ動作を制御するように構成されている。すなわち、発光ダイオード３に流れる電流が予め設定された一定の電流値となるように、電界効果トランジスタＦＥＴ１のオン期間およびオフ期間を調整する。

リレー接点６ａは、リレー６の常閉接点であり、電流検出回路４を介して発光ダイオード３と直列的に接続されている。そして、リレーコイル６ｂは、電流検出回路４の３次巻線４ｃに接続されている。リレーコイル６ｂは、発光ダイオード３に流れる電流が予め設定された所定値以上の電流であると、リレー接点６ａを開路させる。これにより、直流電源２と発光ダイオード３との接続が遮断され、発光ダイオード３に電流が流れなくなる。

リレー接点６ａは、直流電源２、電界効果トランジスタＦＥＴ１、インダクタＬ１、発光ダイオード３および抵抗Ｒ１の直列回路のいずれかの箇所に介挿されていればよい。すなわち、当該直列回路に流れる電流は、抵抗Ｒ１に流れる電流であるので、当該直列回路に所定値以上の電流が流れたときに、リレー接点６ａを開路させ、当該直列回路を遮断するようにしてもよい。

なお、インダクタＬ１および発光ダイオード３間に、発光ダイオード３と並列的に平滑用コンデンサＣ１が接続されている。平滑用コンデンサＣ１により、例えば発光ダイオード３の接続が確認される。すなわち、直流電源２が投入されたにも係わらず発光ダイオード３が点灯しないとき、平滑用コンデンサＣ１の両端間に所定の電圧が検出されると、発光ダイオード３に接続されているリード線が断線しているなど、発光ダイオード３が接続されていないことを確認できる。

次に、ＬＥＤ点灯装置１の動作について述べる。

直流電源２が投入されると、制御回路５は、電界効果トランジスタＦＥＴ１をオンオフ制御する。そして、電界効果トランジスタＦＥＴ１がオンすると、直流電源２から供給される電流が、電界効果トランジスタＦＥＴ１、インダクタＬ１、発光ダイオード３、電流検出回路４、リレー接点６ａおよび抵抗Ｒ１の経路で流れ、発光ダイオード３が点灯するとともに、インダクタＬ１に電磁エネルギーが蓄積される。そして、電界効果トランジスタＦＥＴ１がオフすると、インダクタＬ１に蓄積された電磁エネルギーによる電流が、インダクタＬ１、発光ダイオード３、電流検出回路４、リレー接点６ａ、抵抗Ｒ１およびダイオードＤ１の閉回路内で流れ、発光ダイオード３が点灯するとともに、インダクタＬ１の電磁エネルギーが消費される。このインダクタＬ１に蓄積された電磁エネルギーによる回生電流により発光ダイオード３が点灯され、また、抵抗Ｒ１の抵抗値が小さく、抵抗Ｒ１での消費電力が小さいので、発光ダイオード３は高効率で点灯される。

制御回路５は、電流検出回路４が検出した発光ダイオード３に流れる電流が予め設定された一定の電流値となるように、電界効果トランジスタＦＥＴ１のオン期間およびオフ期間を調整する。

そして、外部電源から直流電源２に過電圧が重畳され、この過電圧が電界効果トランジスタＦＥＴ１に印加されるなどして、電界効果トランジスタＦＥＴ１が破壊されて短絡すると、直流電源２からの電流が電界効果トランジスタＦＥＴ１、インダクタＬ１、発光ダイオード３、電流検出回路４、リレー接点６ａおよび抵抗Ｒ１の経路で連続的に流れる。このとき、インダクタＬ１の抵抗値、電流検出回路４の１次巻線４ａの抵抗値、および抵抗Ｒ１の抵抗値はそれぞれ小さいので、過電流が流れるようになる。

過電流が予め設定された所定値以上の電流であると、リレーコイル６ｂが付勢され、直流電源２、電界効果トランジスタＦＥＴ１、インダクタＬ１、発光ダイオード３、電流検出回路４、リレー接点６ａおよび抵抗Ｒ１の直列回路より、リレー接点６ａが開路し、当該直列回路が遮断されて電流が流れなくなる。

前記所定値は、直流電源２、電界効果トランジスタＦＥＴ１、インダクタＬ１、発光ダイオード３、電流検出回路４、リレー接点６ａおよび抵抗Ｒ１の直列回路に連続的に電流が流れても、抵抗値の小さい抵抗Ｒ１が熱破壊されない電流値に設定されている。したがって、当該直列回路に所定値以上の電流が流れたときに、当該直列回路を遮断することにより、抵抗Ｒ１の熱破壊が防止され、回路基板からの落下が防止される。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

図２〜図３は、本発明の第２の実施形態を示すＬＥＤ点灯装置の回路図である。なお、図１と同一部分には部分には同一符号を付して説明は省略する。

図２に示すＬＥＤ点灯装置７は、図１に示すＬＥＤ点灯装置１において、リレー接点６ａに代えて、回路遮断手段としてのパターンヒューズ８を接続したものである。このヒューズ８は、非自己復帰形部品であり、所定値以上の電流が流れたときに溶融するものに選定されている。

例えば、電界効果トランジスタＦＥＴ１が破壊短絡して、直流電源２、電界効果トランジスタＦＥＴ１、インダクタＬ１、発光ダイオード３、電流検出回路４、ヒューズ８および抵抗Ｒ１の直列回路に所定値以上の電流が流れたときに、ヒューズ８が溶融して当該直列回路を遮断するので、抵抗値の小さい抵抗Ｒ１の熱破壊が防止される。

また、図３に示すＬＥＤ点灯装置９は、図１に示すＬＥＤ点灯装置１において、リレー接点６ａに代えて、電流検出回路４の１次巻線４ａの一端に回路遮断手段としての低融点金属線１０を接続し、この低融点金属線１０がリード線１１を介して発光ダイオード３に接続されているものである。低融点金属線１０は、放熱されにくく配線されている。そして、低融点金属線１０は、所定値以上の電流が流れたときに溶断する。

例えば、電界効果トランジスタＦＥＴ１が破壊短絡して、直流電源２、電界効果トランジスタＦＥＴ１、インダクタＬ１、発光ダイオード３、低融点金属線１０、電流検出回路４および抵抗Ｒ１の直列回路に所定値以上の電流が流れたときに、低融点金属線１０が溶断して当該直列回路を遮断するので、抵抗値の小さい抵抗Ｒ１の熱破壊が防止される。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。

図４は、本発明の第３の実施形態を示すＬＥＤ点灯装置の回路図である。なお、図２と同一部分には部分には同一符号を付して説明は省略する。

図４に示すＬＥＤ点灯装置１２は、図２に示すＬＥＤ点灯装置７において、電流検出回路４と抵抗Ｒ１を兼用した抵抗Ｒ２を発光ダイオード３に直列的に接続したものである。

そして、抵抗Ｒ２に流れる電流が電圧に変換されて制御回路５に入力される。そして、電流検出回路４と抵抗Ｒ１を兼用しているので、ＬＥＤ点灯装置１２が簡素化される。

次に、本発明の第４の実施形態について説明する。

図５は、本発明の第４の実施形態を示すＬＥＤ点灯装置の回路図である。なお、図１と同一部分には部分には同一符号を付して説明は省略する。

図５に示すＬＥＤ点灯装置１３は、図１に示すＬＥＤ点灯装置１において、リレー接点６ａと並列的に抵抗Ｒ３が接続されたものである。リレー接点６ａおよび抵抗Ｒ３は、電流制限手段を形成している。

抵抗Ｒ３は、リレー接点６ａが開路したときに、直流電源２、電界効果トランジスタＦＥＴ１、インダクタＬ１、発光ダイオード３、電流検出回路４および抵抗Ｒ１の直列回路に直列的に接続され、当該直列回路に所定値以上の電流が流れないように抵抗値が予め設定されている。

そして、外部からの過電圧などにより電界効果トランジスタＦＥＴ１が破壊短絡すると、直流電源２からの電流が電界効果トランジスタＦＥＴ１、インダクタＬ１、発光ダイオード３、電流検出回路４、リレー接点６ａおよび抵抗Ｒ１の経路で過電流となって連続的に流れる。このとき、過電流は、電流検出回路４の３次巻線４ｃで検出され、過電流が予め設定された所定値以上の電流であるとき、リレーコイル６ｂが付勢される。これにより、リレー接点６ａが開路され、直流電源２に電界効果トランジスタＦＥＴ１、インダクタＬ１、発光ダイオード３、電流検出回路４、抵抗Ｒ３および抵抗Ｒ１の直列回路が接続され、当該直列回路に所定値を下回る電流が流れるようになる。したがって、抵抗値の小さい抵抗Ｒ１の熱破壊などが防止される。

次に、本発明の第５の実施形態について説明する。

図６は、本発明の第５の実施形態を示すＬＥＤ点灯装置の回路図である。なお、図２と同一部分には部分には同一符号を付して説明は省略する。

図６に示すＬＥＤ点灯装置１４は、図２に示すＬＥＤ点灯装置７において、回路遮断手段としてのヒューズ８に代えて、電流制限手段としての正特性サーミスタ１５が接続されたものである。サーミスタ１５は、電流が大きくなるにつれインピーダンスが大きくなる電気素子である。すなわち、サーミスタ１５は、発光ダイオード３に予め設定された一定の電流値が流れているときにはその抵抗値が非常に小さく、過電流が流れるとその抵抗値が大きくなり、発光ダイオード３に所定値以上の電流が連続的に流れないようにその電気特性が予め選定されている。また、サーミスタ１５は、抵抗Ｒ１を兼ねている。

例えば、電界効果トランジスタＦＥＴ１が破壊短絡して、直流電源２、電界効果トランジスタＦＥＴ１、インダクタＬ１、発光ダイオード３、電流検出回路４およびサーミスタ１５の直列回路に所定値以上の電流が流れたときに、サーミスタ１５の抵抗値(インピーダンス)が大きくなり、当該直列回路に所定値以上の電流が流れなくなる。したがって、インダクタＬ１や発光ダイオード３などの回路部品の熱損傷や破壊などが防止される。

次に、本発明の第６の実施形態について説明する。

図７は、本発明の第６の実施形態を示すＬＥＤ照明器具の一部切り欠き概略側面図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。

図７に示す照明器具１６は、天井面１７に配設される直付け照明器具であり、図１に示すＬＥＤ点灯装置１および照明器具本体１８を有して構成されている。

照明器具本体１８は、下面に開口１８ａを有して箱状に形成され、内部に基板１９を配設している。基板１９には、直列接続された複数の発光ダイオード３が開口１８ａに臨んで配設されている。そして、照明器具本体１８は、上面側に設けられた所定長の連結管２０，２０によりアダプタ２１に支持されている。

アダプタ２１は、略円柱状に形成され、内部にＬＥＤ用点灯装置２２を収納している。ＬＥＤ用点灯装置２２は、ＬＥＤ点灯装置１より発光ダイオード３が除去されたものである。そして、アダプタ２１は、天井面１７に配設された引掛シーリング２３に接続されている。そして、ＬＥＤ用点灯装置２２の出力端子からリード線２４，２４が導出され、このリード線２４，２４は、連結管２０，２０内を挿通して基板１９に接続されている。

照明器具１６は、ＬＥＤ用点灯装置２２に所定値以上の電流(過電流)が流れたときに、発光ダイオード３に流れる電流を設定する抵抗値の小さい抵抗Ｒ１が保護されるので、当該抵抗Ｒ１が熱破壊して基板１９から落下することが防止されている。

なお、照明器具本体１８は、箱状に限定されるものではなく、円状など、その形状は問わない。また、照明器具１６は、直付け形照明器具に限らず、吊り下げ形照明器具、ダウンライトなどの埋込形照明器具など、その用途は問わない。

本発明の第１の実施形態を示すＬＥＤ点灯装置の回路図。 本発明の第２の実施形態を示すＬＥＤ点灯装置の回路図。 同じく、別のＬＥＤ点灯装置の回路図。 本発明の第３の実施形態を示すＬＥＤ点灯装置の回路図。 本発明の第４の実施形態を示すＬＥＤ点灯装置の回路図。 本発明の第５の実施形態を示すＬＥＤ点灯装置の回路図。 本発明の第６の実施形態を示す照明器具の一部切り欠き概略側面図。

符号の説明

Ｄ１…ダイオード
ＦＥＴ１…スイッチング素子としての電界効果トランジスタ
Ｌ１…インダクタ
Ｒ１…抵抗
Ｒ３…電流制限手段としての抵抗
１，７，９，１２，１３，１４…ＬＥＤ点灯装置
２…直流電源
３…発光ダイオード
４…電流検出手段としての電流検出回路
５…制御手段としての制御回路
６…回路遮断手段としてのリレー
８…回路遮断手段としてのヒューズ
１０…回路遮断手段としての低融点金属線
１５…電流制限手段としてのサーミスタ
１６…照明器具
１８…照明器具本体

Claims (2)

1. 直流電源と；
   直流電源によって励磁されるインダクタと；
   インダクタに直列的に接続された発光ダイオードと；
   発光ダイオードと直流電源の間に直列的に接続された抵抗と；
   直流電源とインダクタの間に接続され、直流電源と、インダクタ、発光ダイオードおよび抵抗との接続を開閉するスイッチング手段と；
   一端がインダクタと発光ダイオードの間に接続され、他端が直流電源と抵抗の間に接続された平滑用コンデンサと；
   スイッチング手段がオフのときに、インダクタ、発光ダイオードおよび抵抗とともに閉回路を形成するように、インダクタ、発光ダイオードおよび抵抗の直列回路の両端間に並列的に接続されたダイオードと；
   発光ダイオードに流れる電流を一次巻線に流れる電流を二次巻線によって検出する電流検出手段と；
   電流検出手段により検出された電流に応じてスイッチング手段のオンオフ動作を制御する制御手段と；
   発光ダイオードおよび抵抗に直列的に接続され、発光ダイオードに所定値以上の電流が流れたときに発光ダイオードに流れる電流を遮断する非自己復帰形部品からなる回路遮断手段と；
   を具備していることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
2. 請求項１記載のＬＥＤ点灯装置と；
   このＬＥＤ点灯装置を配設している照明器具本体と；
   を具備していることを特徴とする照明器具。

Images