JP4952292B2 - Ｌｅｄ点灯装置及び照明装置システム - Google Patents

Description

本発明は、直列接続された複数のＬＥＤをＰＷＭパルスの幅に応じた定電流駆動を行うＬＥＤ点灯装置及び照明装置システムに関する。

空港における滑走路や誘導路には、標識灯として、灯器が一部を路面上に突出した状態で、一列にかつ一定（15〜30m）間隔をおいて複数個設置されている。

これらの複数の灯器に電源装置から必要な電流を供給するために、通常、電源装置を備えた電源局舎と呼ばれる建屋から誘導路を経て滑走路に至る長い距離を（2.5〜4.0km）を配線しかつ往復することが行われている。

このような空港における標識灯では、通常、複数個の灯器は定電流源に直列に接続されている。標識灯は一般的に光源に白熱ランプを用いたものであったが、近年、光源をＬＥＤに置き換えたものが検討されている（例えば、特許文献１参照）。
そして、このように直列に接続されている、ＬＥＤを用いた複数の灯器では、１つのＬＥＤが故障し開放状態となると、全ての灯器が不点灯状態になるので、これを回避するために開放したＬＥＤの両端を短絡することが必要になる。

一方、直列に複数のＬＥＤ光源を用いたシステムにおいて、短絡回路を有するものがある（例えば、特許文献２参照）。
特許文献２には、直列接続された複数のＬＥＤをＰＷＭ定電流駆動する定電流駆動装置において、個々のＬＥＤの断線不良によってＬＥＤが開放状態となったときに、ＬＥＤをサイリスタでバイパスする短絡回路が記載されている。
特開２００５−１６３３９４号公報 特開２００５−３１０９９９号公報

ところで、一般的に、直列接続された複数のＬＥＤにおいては、ＰＷＭ制御のオンオフの過程において、１つのＬＥＤが開放した場合には、開放したＬＥＤを短絡するためのサイリスタがオフからオン動作に変化する瞬間に、１灯不点時の直流駆動電圧が残りの不点灯でない正常なＬＥＤにかかり正常なＬＥＤに大きな負荷を与える。これは複数のＬＥＤとして２つのＬＥＤを直列点灯する場合に残りの１つの正常なＬＥＤに大きな負荷がかかることになり、更に残りの１つのＬＥＤに故障を生じる要因となる。しかも、１つＬＥＤの開放状態がサイリスタの短絡によって解消された後に、ＰＷＭ制御が行われてＰＷＭのオフ期間に入るとサイリスタがオフ状態からオンするときに、前述と同様に残りの不点灯でない正常なＬＥＤに大きな負荷がかかり、これがＰＷＭ制御のオンオフによって繰り返されるという不具合がある。

さらに、特許文献２のようなサイリスタでの短絡回路の場合、サイリスタの最低維持電流を確保するための抵抗が設けられているために、正常に点灯している状態から雷サージなどの外部ノイズでサイリスタが誤動作すると、外部ノイズが消滅した後もサイリスタが動作（短絡）状態を維持し、元の正常な点灯動作に復帰させるためには人の操作による電源のオンオフが必要になるという問題がある。

そこで、本発明は上記の問題に鑑み、ＬＥＤの調光制御にＰＷＭ制御を使用している際に、１つのＬＥＤが開放状態で故障しても、他のＬＥＤに影響が生じないＬＥＤ点灯装置及び照明装置システムを提供することを目的としている。

また、本発明は、正常な点灯状態で雷サージなどの外部ノイズを受けても、通常状態に戻った際に、ＬＥＤも定常状態に戻り、元の正常な点灯状態に復帰させることができるＬＥＤ点灯装置及び照明装置システムを提供することを目的としている。

本発明による請求項１のＬＥＤ点灯装置は、１個又は直列接続された複数のＬＥＤを有するＬＥＤユニットをＰＷＭ制御することによってパルス幅に応じた定電流駆動を行うＰＷＭ定電流駆動回路と；前記ＬＥＤユニットに並列的に接続され、前記ＬＥＤユニットのＬＥＤが開放状態になったときに、開放状態のＬＥＤユニットを短絡させるパイパス路を形成するための保護回路と；前記保護回路に設けられ、前記ＬＥＤユニットの正常動作時には前記保護回路をオフ状態に維持し、前記ＬＥＤユニットのＬＥＤが開放状態になったときに対応する前記保護回路をオンさせる動作電圧を発生する電圧発生回路と；前記保護回路が動作しているときに該保護回路を流れる電流に基づき、前記保護回路の動作を持続させるに必要な電圧を充電する充電回路であって、ＰＷＭ制御によってＰＷＭオフ期間に前記保護回路に流れる電流が無くなっても、前記充電電圧によって前記保護回路を常に動作状態に保持する充電回路と；を具備したものである。

上記の説明で、ＬＥＤユニットとは、１個又は直列接続された複数のＬＥＤを有する灯器に相当するものである。

ＰＷＭ定電流駆動回路とは、ＰＷＭパルスのパルス幅を調光率に応じて制御することで、ＰＷＭパルスの幅に応じた定電流駆動を行ってＬＥＤを調光可能とするものである。

保護回路は、ＬＥＤユニットのＬＥＤが故障開放した場合に、例えば半導体素子であるサイリスタを用いてＬＥＤユニットに流れるべき電流をバイパスすることで、ＬＥＤユニットを複数直列接続して用いる場合における他のＬＥＤユニットで点灯動作を維持できるようにするものである。或いは、保護回路は、ＰＷＭ定電流駆動回路の直流電圧源に過大な電圧が発生した場合に、例えばサイリスタを用いてＬＥＤユニットに流れるべき電流をバイパスすることで、ＬＥＤユニットに過大電流が流れてＬＥＤユニットのＬＥＤに損傷を与えることのないようにすることもできる。要するに、ＬＥＤユニットに流れるべき電流がバイパスされるように構成されるものであればよい。

電圧発生回路は、例えば直流電圧源の両端に複数の抵抗を直列接続し、その直列接続点（中点）から必要な電圧を取得する回路である。或いは、電圧発生回路は、例えば直流電圧源の両端にツェナーダイオード（定電圧ダイオード）と抵抗を直列接続し、その直列接続点から必要な電圧を取り出すように構成することもできるものである。要するに必要な電圧を取得するように構成されるものであれば如何なる形態でもよい。

充電回路は、保護回路のオンによって保護回路に流れる電流に基づきコンデンサを充電して、ＰＷＭ制御のオフ期間にも保護回路のオンを持続させるに必要な電圧を生成するものである。

本発明による請求項２のＬＥＤ点灯装置は、請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置において、前記保護回路は、半導体素子を有し、前記ＬＥＤユニットの正常な点灯動作時に、前記保護回路の半導体素子が外部ノイズによってオン動作した場合に、前記保護回路の半導体素子をオフ動作させて正常な点灯動作に復帰させる機能を、さらに具備したものである。

本発明による請求項３のＬＥＤ点灯装置は、請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置において、前記ＬＥＤユニットの放熱板と前記保護回路の放熱板を同じ放熱板で共用したことを特徴とする。
本発明による請求項４の照明装置システムは、ＬＥＤユニットを点灯駆動する請求項１乃至３のいずれか１つに記載のＬＥＤ点灯装置と；前記ＬＥＤ点灯装置を有する複数の照明装置と；を具備し、前記複数の照明装置は各ＬＥＤ点灯装置が直列に接続されていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ＬＥＤユニットの調光制御にＰＷＭ制御を使用している際に、ＬＥＤユニットのＬＥＤが開放状態で故障しても、他のＬＥＤユニットの点灯に影響を与えずに点灯状態を持続させることができる。
請求項２の発明によれば、正常に点灯している状態で、雷サージなどの外部ノイズを受けても、通常状態に戻った際に、ＬＥＤユニットも定常状態に戻り、ＬＥＤユニットを元の正常な点灯状態に復帰させることができる。

請求項３の発明によれば、１つの放熱板をＬＥＤユニット放熱用と保護回路放熱用に兼用することができる。しかも、ＬＥＤユニットの点灯動作と保護回路の電流バイパス動作は同時には行われずどちらか一方が行われるから、両方同時の動作に対応した放熱性能は必要とせず、一方の動作に見合った放熱性能を有した放熱板であればよい。同じ放熱板を共用するにも関わらず、低コストな放熱板で構成することが可能となる。
請求項４の発明によれば、上記のいずれかのＬＥＤ点灯装置の効果と同様な効果を備えた照明装置システムを実現することができる。

発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１乃至図５で本発明の実施形態を説明する前に、図６乃至図１１を参照して本発明によるＬＥＤ点灯装置の概要及び先行技術の問題点につき説明する。なお、以下の説明では、ＬＥＤユニットとしての灯器は、１個のＬＥＤを搭載している場合を示しているが、ＬＥＤユニットとして直列接続された複数のＬＥＤを搭載したものであってもよい。

図６は本発明に係るＬＥＤ点灯装置の概略的な構成を示している。
図６において、交流電源１１から供給される電源電圧はトランス１２を介して定電流駆動回路１３に供給されている。定電流駆動回路１３は、トランス１２の２次側に得られる交流電圧を全波整流した整流電圧をＰＷＭパルスに応じてスイッチング制御し、整流平滑して直流安定化電源出力を得るＰＷＭ定電流駆動回路を示すもので、ＰＷＭパルスの幅を調光率に応じて制御することで、ＰＷＭパルスの幅に応じた定電流駆動を可能としている。

複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）ユニット１４-1，１４-2，１４-3，…１４-nが直列接続されたＬＥＤユニット列の両端は、定電流駆動回路１３の２つの出力端に接続されている。そして、ＬＥＤユニット１４-1，１４-2，１４-3，…１４-nには、そのうちのいずれかのＬＥＤユニットに故障開放（断線不良）が生じた場合に、これを検出して故障開放が生じたＬＥＤユニットの両端を短絡することによって、ＬＥＤユニット列への定電流駆動の継続を可能とし、故障開放したＬＥＤユニット以外の他のＬＥＤユニットの点灯動作に影響を与えないように構成している。

図７は定電流駆動回路１３を制御している調光率に対応したＰＷＭパルスのパルス幅を示している。（ａ）はＰＷＭ制御による調光率１００％、（ｂ）は調光率２５％、(ｃ)は調光率５％の場合のＰＷＭパルスの波形を示し、()内の数字はそれぞれの場合にＬＥＤユニット列に流れる電流値を示している。

図８は図６の構成を具体化した回路例を示し、図９は図８におけるＬＥＤユニット列のうちの１つのＬＥＤユニットが故障開放した状態を示している。
図８においては、定電流駆動回路１３を、直流の安定化電源回路１３ＡとＰＷＭ制御用スイッチ素子としてのＦＥＴ１３Ｂとで構成している。そして、安定化電源回路１３ＡとＦＥＴ１３Ｂとの間に、ＬＥＤユニット１４-1，１４-2，１４-3，…１４-nのＬＥＤユニット列を直列接続している。安定化電源回路１３Ａの出力電圧ＶoutをＬＥＤユニット列の１つ目のＬＥＤユニット１４-1の入力端（アノード側）に供給し、ＬＥＤユニット列のｎ番目のＬＥＤユニット１４-nの出力端（カソード側）をＦＥＴ１３Ｂのドレイン・ソースを介してアース（基準電位点）に接続している。また、ＬＥＤユニット１４-1，１４-2，１４-3，…１４-nの各々には、ＬＥＤユニットが開放故障した時にＬＥＤユニット両端を短絡してバイパス路を形成し、他のＬＥＤユニットによる点灯を可能とするための保護回路１５-1，１５-2，１５-3，…１５-nを設けている。

このような構成では、ＦＥＴ１３ＢのゲートにＰＷＭパルスを入力することにより、ＰＷＭパルスのハイレベルの期間にスイッチ素子１３ＢがオンしてＬＥＤユニット１４-1，１４-2，１４-3，…１４-nの直列回路にＬＥＤユニット電流ＩLEDを流し点灯する。その点灯状態で、１つのＬＥＤユニット、例えばＬＥＤユニット１４-2が開放故障したときは、図９に示すようにＬＥＤユニット電流はＬＥＤユニット１４-1，保護回路１５-2，ＬＥＤユニット１４-3，…１４-nと流れ、故障したＬＥＤユニット１４-2を迂回し保護回路１５-2を経由して流れる。図８及び図９の場合にも、ＰＷＭパルスの幅を変えることにより、パルス幅に応じて発光量が増減して調光制御が可能となる。

ここで、従来技術で述べた特許文献１における問題点について図１０及び図１１を参照して考察する。説明を簡単にするため、２灯直列点灯をする場合について説明する。なお、図１０及び図１１は特許文献１に対応した従来技術の説明であるためにＬＥＤユニットとせずにＬＥＤのままの表現としている。

図１０に示す従来の構成例では、直列接続された２個のＬＥＤ２１-1，２１-2には、ＬＥＤの各々に並列に接続されたサイリスタＳＣＲ11，ＳＣＲ12と、各ＬＥＤの両端の電圧を分割するための分圧抵抗（Ｒ11，Ｒ12），（Ｒ13，Ｒ14）とを備えたバイパス回路が設けてある。

上記分圧抵抗（Ｒ11，Ｒ12），（Ｒ13，Ｒ14）は、各中点がサイリスタＳＣＲ11，ＳＣＲ12のゲート端子に接続されており、並列に接続されたＬＥＤ２１-1，２１-2の正常動作時にはサイリスタＳＣＲ11，ＳＣＲ12がオフ状態にあり、上記ＬＥＤ２１-1，２１-2が開放状態になった場合に上記サイリスタＳＣＲ11，ＳＣＲ12をオンさせるゲート電圧を上記サイリスタＳＣＲ11，ＳＣＲ12に与える構成となっている。

直列接続された２個のＬＥＤ２１-1，２１-2はＦＥＴ２２のオンオフによってＰＷＭ駆動される。そして、この構成例では、上記ＦＥＴ２２に並列に抵抗２３（ＬＥＤのオン抵抗に比べて高い抵抗値を有する）を接続することによって、例えばＬＥＤ２１-1が開放故障したときにオンしたサイリスタＳＣＲ11がオン状態を維持するための最低維持電流を上記抵抗２３を介してＳＣＲ11に流すようになっている。つまり、抵抗２３は、上記ＦＥＴ２２がオフの状態のときに、サイリスタＳＣＲ11及びＬＥＤ２１-2に電流をわずか流しておくためのものである（換言すれば、サイリスタＳＣＲ11がターンオフすることのない最低維持電流を常に流しておく）。ターンオンしたサイリスタＳＣＲ11、そのオン状態は、サイリスタの性質によって、印加電圧を取り去るか、最低維持電流以下にならない限り、ゲート電位を取り去っても続くので、上記抵抗２３の抵抗値を適正に設定することによって、開放不良となったＬＥＤ２１-1を効果的にバイパスすることができる。

仮に、抵抗２３が無くても、ＬＥＤ２１-1が開放故障した場合に、ＰＷＭパルスが常時ハイレベル（調光率１００％）のときは、サイリスタＳＣＲ11はオンし続け、１つのＬＥＤ２１-2による１灯のみ点灯し続ける。しかし、抵抗２３が無ければ、ＰＷＭパルスによる調光制御を行っている場合には、ＦＥＴ２２がオンの期間とオフの期間とが存在するために、図１１に示すような動作が繰り返される。すなわち、ＰＷＭ制御をしていて、ＰＷＭのオン期間に２個のＬＥＤ２１-1，２１-2が点灯している状態で、一方のＬＥＤ２１-1が開放故障したときには、サイリスタＳＣＲ11のゲートにサイリスタの動作電圧（オン電圧）を越える高い電圧がかかり、その結果サイリスタＳＣＲ11がオンして正常なもう一方のＬＥＤ２１-2のみ点灯して１灯分の低い点灯電圧に至る。この状態で、ＰＷＭのオフ期間になったときには印加電圧が取り去られるため上記サイリスタＳＣＲ11がオフし、再びサイリスタＳＣＲ11のゲートにサイリスタの動作電圧を越える高い電圧がかかって、ＰＷＭのオン期間に入り、再びサイリスタＳＣＲ11がオンしてもう一方のＬＥＤ２１-2のみによる１灯分の低い点灯電圧に至る、ことを繰り返すことになる。このように、ＰＷＭ制御の過程において、１つのＬＥＤ２１-1が開放した場合には、サイリスタＳＣＲ11がオフから動作する瞬間というのは、１灯不点時の電圧が１個のＬＥＤ２１-2にかかるため１個のＬＥＤ２１-2に大きな負荷がかかる。つまり、抵抗２３が無ければ、１つのＬＥＤが故障開放した場合は、サイリスタを動作させる電圧として非常に高い電圧がサイリスタのオンと同時に残りの正常なＬＥＤにかかりそのＬＥＤがオンするため大きな負荷がかかり、これがＰＷＭ制御のオンオフによって繰り返される。

一方、図１０のように抵抗２３が設けられていると、上記のようにサイリスタＳＣＲ11がオフからオンするときのＬＥＤへの負荷が軽減されるが、抵抗２３が存在することによってかえって不具合を生じる場合がある。それは、図１０で、ＬＥＤ２１-1，２１-2が全て点灯している状態で、ＬＥＤ２１-1，２１-2の直列回路の電圧入力側に雷サージ（インパルス）が入った場合、安定化電源回路の出力電圧Ｖoutに雷サージが乗って雷サージによる電圧上昇を発生し、サイリスタの１つがオンすることにより、電源からの電流はオン抵抗の低い（即ちオン電圧の低い）サイリスタ側に流れ（ＬＥＤの点灯時電圧は４Ｖ位なのに対し、サイリスタのオン電圧は１．４Ｖ位である）、しかも前記抵抗２３によってそのサイリスタのオン状態が維持される。その結果、正常点灯していたＬＥＤのどれか（サイリスタがオンしている側のＬＥＤ）が不点灯となり、その１灯不点灯状態が維持されて正常な２灯点灯状態に戻ることがなくなる。つまり、抵抗２３が存在していることによって１灯分の不点灯状態が解消されることなく持続してしまう。

このような事態は、ＬＥＤ点灯装置が屋外に晒される可能が高く且つ配線長が長い空港の滑走路や誘導路に沿って直列接続された複数の灯器で発生すると、配光パターンが不均一になり航空機の誘導を行う上で支障を来すことになる。

そこで、以下に説明する第１及び第２の実施形態では、保護回路１５-１乃至１５-nの回路構成を工夫し、１灯分のＬＥＤユニットの故障開放の場合のそれ以外のＬＥＤユニットの点灯維持、又は、雷サージ等の外部ノイズによる上記のような不具合の発生の防止を行えるようにしている。

［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態のＬＥＤ点灯装置の回路図を示している。図１は図６又は図８における１灯分のＬＥＤ点灯装置に相当している。ここでは、１灯分のＬＥＤ点灯装置がＬＥＤユニット１４及び保護回路１５で構成されているとする。以下の実施形態では、ＬＥＤユニットは１個のＬＥＤを搭載している場合を示している
図１において、保護回路１５は、分圧用の抵抗Ｒ1，Ｒ2と、サイリスタＳＣＲ1と、抵抗Ｒ3と、ダイオードＤ1〜Ｄ3と、コンデンサＣ1とを備えている。
分圧用の抵抗Ｒ1，Ｒ2とダイオードＤ1とで、ＬＥＤユニット１４が正常動作時にはサイリスタＳＣＲ1をオフ状態に維持し、ＬＥＤユニット１４が開放状態になったときに、サイリスタＳＣＲ1をオンさせるゲート電圧を発生する電圧発生回路を構成している。

また、抵抗Ｒ3とダイオードＤ2，Ｄ3とコンデンサＣ1とで、サイリスタＳＣＲ1がオンしているときにサイリスタＳＣＲ1を流れる電流に基づき、サイリスタＳＣＲ1のオン動作を持続させるに必要な充電電圧を発生してサイリスタＳＣＲ1にゲート電圧として供給する充電回路を構成している。

以下、保護回路１５の構成を詳細に説明する。
端子Ｈ1，Ｈ2が入力部であって、図示しない安定化電源回路からの直流電源電圧が印加される。端子Ｈ1が「＋」、端子Ｈ2が「−」である。
端子Ｈ3，Ｈ4が出力部でＬＥＤユニット１４が接続され、端子Ｈ3がＬＥＤユニット１４のアノード側へ、端子Ｈ4がカソード側へ接続している。

入力部の電圧を抵抗Ｒ1，Ｒ2で分圧し、その分圧点をダイオードＤ1を介してサイリスタＳＣＲ1のゲートに接続している。

サイリスタＳＣＲ1のアノード側は入力の＋側に接続されており、カソード側は抵抗Ｒ3を介して入力の−側に接続している。
サイリスタＳＣＲ1のカソードと抵抗Ｒ3の接続点を、ダイオードＤ3を介してコンデンサＣ1の＋側に接続し、さらにダイオードＤ２を介してダイオードＤ1のカソード側へ接続している。

次に、図１の動作を説明する。
ＬＥＤユニット１４が故障開放すると、端子Ｈ1，Ｈ2の入力電圧が上昇し、所望の電圧になると抵抗Ｒ1，Ｒ2の分圧で、サイリスタＳＣＲ1のゲート電圧が動作電圧を越える結果、サイリスタＳＣＲ1が動作する。

抵抗Ｒ3の電圧がダイオードＤ3を介してコンデンサＣ1に充電される。ＰＷＭ制御のオフ期間でサイリスタＳＣＲ1の電流が無くなりサイリスタＳＣＲ１の動作が止まっても、コンデンサＣ1の充電電圧がダイオードＤ2を介して、サイリスタＳＣＲ1のゲートに供給されており、動作準備になっている。

そのため、次のＰＷＭパルスがＰＷＭ制御用スイッチ素子（図８の符号１３Ｂ）に入った場合にサイリスタＳＣＲ1は動作し、この動作で再度コンデンサＣ1に充電され、サイリスタＳＣＲ1は常に短絡状態を保持し、サイリスタＳＣＲ1と抵抗Ｒ3によるバイパス路を形成することができる。つまり、故障開放したＬＥＤユニット１４を迂回したバイパス電流路が形成され、断線状態を回避することができる。

図２は図1の変形例を示すＬＥＤ点灯装置の回路図を示している。
図２に示す保護回路１５Ａは、図１の保護回路１５の構成に抵抗Ｒ4，Ｒ5とサイリスタＳＣＲ2を付加したものである。コンデンサＣ1の充電電圧を抵抗Ｒ4，Ｒ5で分圧し、その分圧点を、端子Ｈ3，Ｈ4間に設けられたサイリスタＳＣＲ2のゲートに接続している。サイリスタＳＣＲ2のアノード側は入力の＋側に接続し、サイリスタＳＣＲ2のカソード側は入力の−側に接続している。

次に、図２による作用・効果を説明する。
図１の保護回路１５の構成では、ＬＥＤユニット１４の定格電流が大きい場合、例えば300mA〜700mAの場合、抵抗Ｒ3で消費する電力が大きくなり抵抗Ｒ3に負担が掛かる。そこで、図２のように構成すると、コンデンサＣ1の充電電圧を抵抗Ｒ4，Ｒ5で分圧した電圧でサイリスタＳＣＲ2をオン動作させることによって、抵抗Ｒ3への負担を小さくすることができる。

［第２の実施形態］
図３は本発明の第２の実施形態のＬＥＤ点灯装置の回路図を示している。図３は図６又は図８における１灯分のＬＥＤ点灯装置に相当している。ここでは、１灯分のＬＥＤ点灯装置がＬＥＤユニット１４及び保護回路１５Ｂで構成されているとする。
図３において、保護回路１５Ｂは、ＬＥＤユニット１４が開放状態になったときに、サイリスタＳＣＲ1の動作によって開放状態のＬＥＤユニット１４を短絡させるバイパス路を形成するための回路である。

ツェナーダイオードＺＤ1は、ＬＥＤユニット１４が開放状態にあることや雷サージ等の外部ノイズを検出する機能を有する。
ツェナーダイオードＺＤ1と抵抗Ｒ1とダイオードＤ2とで、ＬＥＤユニット１４が正常動作時にはサイリスタＳＣＲ1をオフ状態に維持し、雷サージ等の外部ノイズを検出したときやＬＥＤユニット１４が開放状態になったときに、サイリスタＳＣＲ1をオンさせるゲート電圧を発生する電圧発生回路を構成している。

また、抵抗Ｒ3とダイオードＤ4，Ｄ2及び抵抗Ｒ4とコンデンサＣ2とで、サイリスタＳＣＲ1がオンしているときにサイリスタＳＣＲ1を流れる電流に基づき、サイリスタＳＣＲ1のオン動作を持続させるに必要な充電電圧を発生してサイリスタＳＣＲ1にゲート電圧として供給する充電回路を構成している。
抵抗Ｒ9とトランジスタＱ1は、ＬＥＤユニット１４が正常点灯していることを検出する機能を有する。

フォトカプラＰＣ1と抵抗Ｒ7，Ｒ8とトランジスタＱ2とで、ＬＥＤユニット１４の正常な点灯動作時に、雷サージなどの外部ノイズによってサイリスタＳＣＲ1がオン動作した場合に、サイリスタＳＣＲ1をオフさせて、正常な点灯動作に復帰させる機能を構成している。

以下、保護回路１５Ｂの構成を詳細に説明する。
端子Ｈ1，Ｈ2が入力部であって、図示しない安定化電源回路からの直流電源電圧が印加される。端子Ｈ1が「＋」、端子Ｈ2が「−」である。

端子Ｈ3，Ｈ4が出力部であり、ＬＥＤユニット１４が接続し、端子Ｈ3がＬＥＤユニット１４のアノード側へ、端子Ｈ4がＬＥＤユニット１４のカソード側へ接続している。
入力部にシリコーンサージアブソーバＶＲＤ1及び逆起電力の保護用にダイオードＤ1が並列に接続している。
入力部の電圧をツェナーダイオードＺＤ1と抵抗Ｒ1で分圧し、ツェナーダイオードＺＤ1と抵抗Ｒ1の接続点の電圧をダイオードＤ2を介してサイリスタＳＣＲ1のゲートに接続している。

サイリスタＳＣＲ1のアノード側は抵抗Ｒ2を介して入力の＋側に接続されており、カソード側は抵抗Ｒ3を介して入力の−側に接続している。
サイリスタＳＣＲ1のカソードと抵抗Ｒ3の接続点は、ダイオードＤ4を介してコンデンサＣ2の＋側に接続し、コンデンサＣ2の＋側出力端は、抵抗Ｒ4及びダイオードＤ3の直列回路を介してサイリスタＳＣＲ1のゲートに接続している。

また、コンデンサＣ2の＋側出力端は、抵抗Ｒ5，ツェナーダイオードＺＤ2及びコンデンサＣ3を介して入力の−側に接続され、コンデンサＣ3の＋側が、サイリスタＳＣＲ2のゲートに接続している。
サイリスタＳＣＲ2のアノードは入力の＋側に接続しており、カソード側は入力の−側に接続している。

コンデンサＣ2の＋側は更にまた、抵抗Ｒ7，抵抗Ｒ8及びトランジスタＱ1のコレクタ・エミッタを介して入力の−側に接続しており、抵抗Ｒ7と並列にフォトカプラＰＣ1の１次側（発光ダイオード）が接続している。
トランジスタＱ1のベースにはＬＥＤユニット１４のカソード側へ接続している。

フォトカプラＰＣ1の２次側（フォトトランジスタ）はコレクタが入力の＋側に接続されており、エミッタがトランジスタＱ2のベースに接続している。
トランジスタＱ2のコレクタは、抵抗Ｒ2とサイリスタＳＣＲ1の接続点に接続しており、エミッタは入力の−側に接続している。

次に、図３の動作を説明する。
ＬＥＤユニット１４が故障開放時の際には、端子Ｈ1，Ｈ2の入力部の電圧が上昇し、入力電圧がツェナーダイオードＺＤ1で所定の電圧以上であることを検出すると、ツェナーダイオードＺＤ1のカソードと抵抗Ｒ1の接続点にサイリスタＳＣＲ1をオンさせるに足るゲート電圧が発生し、サイリスタＳＣＲ1を動作させる。

このとき、ＬＥＤユニット１４の定格電流が大きい場合には、抵抗Ｒ3の消費電力が大きくなるのを防ぐべく更にサイリスタＳＣＲ2をオン動作させる。
ＬＥＤユニット１４が故障開放時の際に、サイリスタＳＣＲ1をオン動作すると、抵抗Ｒ3の電圧がダイオードＤ4を介してコンデンサＣ2に充電され、ＰＷＭ制御で印加電圧が無くなってサイリスタＳＣＲ1の電流が無くなりＳＣＲ1の動作が止まっても、コンデンサＣ2の充電電圧が抵抗Ｒ4及びダイオードＤ3を介してサイリスタＳＣＲ1のゲートに供給されており、動作準備となっている。そのため、次のＰＷＭパルスがＰＷＭ制御用スイッチ素子（図８の符号１３Ｂ）に入った場合にＳＣＲ1は動作し、この動作で再度コンデンサＣ2に充電され、ＳＣＲ1は常に短絡状態を保持し、サイリスタＳＣＲ1と抵抗Ｒ3によるバイパス路、更にはサイリスタＳＣＲ2によるバイパス路を形成することができる。つまり、故障開放したＬＥＤユニット１４を迂回したバイパス電流路が形成され、断線状態を回避できる。

一方、ＬＥＤユニット１４は正常点灯している状態で、雷サージなど外部のノイズで入力電圧が上昇した場合には、ＬＥＤユニット１４は正常点灯であるためＬＥＤユニット電流による抵抗Ｒ9の電圧降下によってトランジスタＱ1がオン動作している。

そのため、雷サージなど外部のノイズで入力電圧が上昇し、サイリスタＳＣＲ1が誤動作（オン）した場合には、抵抗Ｒ3に生じる電圧によってフォトカプラＰＣ1が動作し，さらにＰＣ1の２次側に流れる電流によってトランジスタＱ2がオン動作し、サイリスタＳＣＲ１のアノードがアース電位に短絡するため、サイリスタＳＣＲ1がオフする。

従って、ＬＥＤユニット１４は正常点灯している状態で、雷サージなどの外部ノイズを受けて、サイリスタＳＣＲ1がオンし、その後ＳＣＲ1がオフするので、通常状態に戻った際には、ＬＥＤユニット１４も定常状態に戻り、復帰させるための電源オンオフが不要である。

次に、外部ノイズに対応する正常復帰機能を備えたＬＥＤ点灯装置の構成例を説明する。

図４は本発明に係る、外部ノイズに対する正常復帰機能を備えたＬＥＤ点灯装置の他の構成例を示している。図４は図６又は図８における１灯分のＬＥＤ点灯装置に相当している。ここでは、１灯分のＬＥＤ点灯装置がＬＥＤユニット１４及び保護回路１５Ｃで構成されているとする。

図４に示す保護回路１５Ｃは、入力部を構成する端子Ｈ1，Ｈ2間にシリコーンサージアブソーバＶＲＤ1を接続し、さらに端子Ｈ1，Ｈ2間に全波整流用のダイオードブリッジＤ1〜Ｄ4を接続している。ダイオードブリッジＤ1〜Ｄ4の全波整流出力端であるＤ1及びＤ3の接続点ａとＤ2及びＤ4の接続点ｂと間には、ツェナーダイオードＺＤ1と抵抗Ｒ1と抵抗Ｒ2を直列接続する一方、接続点ａ，ｂ間にはさらにトランジスタＱ１のコレクタ，エミッタを接続し、抵抗Ｒ1及びＲ2の接続点をトランジスタＱ1のベースに接続している。

ツェナーダイオードＺＤ1は、ＬＥＤユニット１４が開放状態にあることや雷サージ等の外部ノイズを検出する機能を有する。
ツェナーダイオードＺＤ1と抵抗Ｒ1，Ｒ2とで、ＬＥＤユニット１４が正常動作時にはトランジスタＱ1をオフ状態に維持し、雷サージ等の外部ノイズを検出したときやＬＥＤユニット１４が開放状態になったときに、トランジスタＱ1をオンさせるベース電圧を発生する電圧発生回路を構成している。

次に、図４の動作を説明する。
端子Ｈ3，Ｈ4間に接続されたＬＥＤユニット１４が故障開放すると、端子Ｈ1，Ｈ2の入力電圧が上昇し、入力電圧がツェナーダイオードＺＤ1で所定の電圧以上であることを検出すると、抵抗Ｒ1と抵抗Ｒ2の接続点にトランジスタＱ1をオンさせるに足る電圧が発生し、トランジスタＱ1がオンして、端子Ｈ3，Ｈ4間が短絡状態となる。従って、直列接続されている他のＬＥＤユニットの点灯状態は維持されることになる。

一方、ＬＥＤユニット１４が正常点灯している状態で、図示しない電源回路の出力に雷サージが入り、入力部の端子Ｈ1，Ｈ2に雷サージによるインパルス電圧が印加されると、ツェナーダイオードＺＤ1のツェナー電圧を越えＺＤ1がオンする結果、抵抗Ｒ1，Ｒ2の接続点にトランジスタＱ1をオンさせるに足る電圧が発生し、Ｑ1がオンして、端子Ｈ3，Ｈ4間が短絡状態となり、ＬＥＤユニット１４の損壊を防ぐことができる。これは、ＬＥＤユニット１４の点灯時のオン抵抗に比べてトランジスタＱ1のオン抵抗の方が低いために、トランジスタＱ1に短絡電流の大部分が流れるからである。

そして、雷サージが消滅すると、入力部の端子Ｈ1，Ｈ2間に入力する電圧は定常状態となり、ツェナーダイオードＺＤ1はオフしトランジスタＱ1もオフとなって、ＬＥＤユニットも正常な点灯状態に戻る。
従って、ＬＥＤユニットが開放状態で故障しても、他のＬＥＤユニットに影響が出ないと共に、雷サージなどの外部ノイズを受けても、通常状態に戻った際に、ＬＥＤユニットも定常状態に戻り、復帰させるための電源オンオフ操作が不要である。

また、直流送電であるために、配線には電極（＋側、−側）が存在する。現場での配線作業では、電極を確認しながらの接続になるが、人的ミスを無くすことは不可能であるため、接続ミスを無くしたいという要望がある。図４の構成では、入力段に整流素子（Ｄ1〜Ｄ4）が有るために、電極の確認が容易となり接続ミスが無くなる利点もある。

図５は１個又は直列接続された複数のＬＥＤを搭載したＬＥＤユニットとしての灯器の断面図を示している。
図５に示すように、ＬＥＤユニット１４を装着した基板１６と保護回路１５（或いは、１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃのいずれかでもよい）とを、１つの放熱板１７の両面にそれぞれ取り付けている。すなわち、放熱板１７をＬＥＤユニット放熱用と保護回路放熱用とに共用している。なお、ＬＥＤユニット１４を取り付けた基板１６には、投光用のアウターレンズ１９を取り付けたレンズホルダ１８が装着されている。

このように構成すると、共用の放熱板１７は、保護回路が動作していないときはＬＥＤユニットが点灯動作しているので、ＬＥＤユニット放熱用に利用され、また保護回路が動作しているときはＬＥＤユニットが動作していないので、保護回路放熱用に利用される。従って、放熱板１７は、ＬＥＤユニットと保護回路のどちらかが動作しているときに放熱することになり、放熱板の能力としてはＬＥＤユニット放熱と保護回路放熱の両方の放熱量に見合ったものでなくてもよく、放熱を効率的に行うことが可能であると共に放熱板の放熱構造を簡略化することができる。

なお、上記各実施例のＬＥＤ点灯装置は、平面ディスプレイのバックライト装置、室内照明用点灯装置、空港の滑走路及びその周辺の誘導用点灯装置などを含む各種用途の点灯装置及び照明装置に利用することができる。

本発明の第１の実施形態のＬＥＤ点灯装置（１灯分）を示す回路図。 図1の変形例を示すＬＥＤ点灯装置（１灯分）を示す回路図。 本発明の第２の実施形態のＬＥＤ点灯装置（１灯分）を示す回路図。 本発明に係る、外部ノイズに対する正常復帰機能を備えたＬＥＤ点灯装置（１灯分）の他の構成例を示す回路図。 少なくとも１つのＬＥＤを搭載したＬＥＤユニットとしての灯器の断面図。 本発明に係るＬＥＤ点灯装置の概略的な全体構成を示す図。 定電流駆動回路を制御している調光率に対応したＰＷＭパルスの幅を示す図。 図６の構成を具体化したＬＥＤ点灯装置の回路例を示す図。 図８のＬＥＤ点灯装置におけるＬＥＤ列のうちの１つのＬＥＤが故障開放した状態を示す図。 従来例のＬＥＤ点灯装置を示す回路図。 ＬＥＤ点灯装置の故障開放時におけるＰＷＭ制御のオフ期間に生じる問題点を説明する図。

符号の説明

１３，１３Ａと１３Ｂ…ＰＷＭ定電流駆動装置
１４，１４-1〜１４-n …ＬＥＤ（発光ダイオード）ユニット
１５，１５Ａ，１５Ｂ…保護回路
２２…ＰＷＭ制御用スイッチ素子
Ｈ1，Ｈ2…入力部（直流電圧入力用端子）
Ｈ3，Ｈ4…出力部（直流電圧出力用端子、ＬＥＤユニット接続用端子）

Claims (4)

1. １個又は直列接続された複数のＬＥＤを有するＬＥＤユニットをＰＷＭ制御することによってパルス幅に応じた定電流駆動を行うＰＷＭ定電流駆動回路と；
   前記ＬＥＤユニットに並列的に接続され、前記ＬＥＤユニットのＬＥＤが開放状態になったときに、開放状態のＬＥＤユニットを短絡させるパイパス路を形成するための保護回路と；
   前記保護回路に設けられ、前記ＬＥＤユニットの正常動作時には前記保護回路をオフ状態に維持し、前記ＬＥＤユニットのＬＥＤが開放状態になったときに対応する前記保護回路をオンさせる動作電圧を発生する電圧発生回路と；
   前記保護回路が動作しているときに該保護回路を流れる電流に基づき、前記保護回路の動作を持続させるに必要な電圧を充電する充電回路であって、ＰＷＭ制御によってＰＷＭオフ期間に前記保護回路に流れる電流が無くなっても、前記充電電圧によって前記保護回路を常に動作状態に保持する充電回路と；
   を具備したことを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
2. 前記保護回路は、半導体素子を有し、
   前記ＬＥＤユニットの正常な点灯動作時に、前記保護回路の半導体素子が外部ノイズによってオン動作した場合に、前記保護回路の半導体素子をオフ動作させて正常な点灯動作に復帰させる機能を、さらに具備したことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置。
3. 前記ＬＥＤユニットの放熱板と前記保護回路の放熱板を同じ放熱板で共用したことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置。
4. ＬＥＤユニットを点灯駆動する請求項１乃至３のいずれか１つに記載のＬＥＤ点灯装置と；
   前記ＬＥＤ点灯装置を有する複数の照明装置と；
   を具備し、前記複数の照明装置は各ＬＥＤ点灯装置が直列に接続されていることを特徴とする照明装置システム。

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