JP5046068B2

JP5046068B2 - 照明装置

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Publication number: JP5046068B2
Application number: JP2010188035A
Authority: JP
Inventors: 寛和大武; 敏行平岡; 恵一清水; 信雄柴野
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2010-08-25
Filing date: 2010-08-25
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2027-05-31
Also published as: JP2011009233A

Description

本発明は、１つの光源と直列に接続された複数の光源とのいずれかを備えた発光モジュールを互いに並列に接続可能な照明装置に関する。

従来、例えば光源として発光ダイオード(ＬＥＤ)を複数直列に接続した発光モジュールであるＬＥＤモジュールを、電源に対して複数並列に接続可能な照明装置がある。このような照明装置では、各発光モジュールのＬＥＤを略均一に点灯させるために、電源を定電流電源として発光モジュールに定電流を供給するように構成されている（例えば、特許文献１ないし４参照。）。

特開平１１−６８１６１号公報(第６頁、図１) 特開２００２−８４０９号公報(第４頁、図１) 特開２００７−２７３１６号公報(第１１頁、図１) 特開２００７−９６２８７号公報(第６−７頁、図１−２)

しかしながら、上述の照明装置では、電源を定電流電源としているため、ＬＥＤモジュールの接続数が予め設定されている場合には有効であるものの、ＬＥＤモジュールの接続数を任意に増減させた場合などには、各ＬＥＤモジュールに供給される電流が不足したり多すぎたりし、ＬＥＤを所望の状態で発光させることができないなど、接続するＬＥＤモジュールの状態に対応して駆動を制御できないという問題点を有している。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、接続する発光モジュールの状態に対応して駆動を制御できる照明装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の照明装置は、定電流電源と；この定電流電源に対して接続可能な発光モジュールと；この発光モジュールに設けられ、この発光モジュールの接続情報を出力する情報出力部と；前記情報出力部からの出力を前記発光モジュールの接続情報として認識するとともに、この情報出力部から出力された接続情報を認識して前記定電流電源の駆動を制御する制御部と；を具備している。

光源は、例えば、ＬＥＤが好ましいが、ＬＥＤに限定されるものではない。

発光モジュールは、例えば、１つ以上の光源を、所定の配列で配置したユニットである。

情報出力部は、例えば、抵抗、あるいはマイコンなど、個々の発光モジュールの接続状態を出力するものである。

制御部は、例えば、定電流電源に設けられたマイコンなどである。

そして、発光モジュールのそれぞれに設けた情報出力部から出力された接続情報を制御部が認識して定電流電源の出力電流を可変させることで、例えば発光モジュールの接続数など、接続する発光モジュールの状態に対応して駆動が制御される。

本発明の照明装置によれば、発光モジュールのそれぞれに設けた情報出力部から出力された接続情報を制御部が認識して定電流電源の駆動を制御させることで、発光モジュールの状態に対応して駆動を制御できる。

本発明の第１の実施の形態を示す照明装置の回路図である。本発明の第２の実施の形態を示す照明装置の回路図である。本発明の第３の実施の形態を示す照明装置の回路図である。同上照明装置の定電流電源の出力電圧を示すグラフである。本発明の第４の実施の形態を示す照明装置の回路図である。同上照明装置の光源の電気特性を示すグラフである。同上照明装置の動作を示すグラフである。本発明の第５の実施の形態の照明装置の定電流電源の出力電圧を示すグラフである。

以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。

図１に第１の実施の形態を示し、図１は照明装置の回路図である。

図１に示すように、照明装置であるＬＥＤ点灯装置11は、定電流電源12に、１つ、あるいは複数の発光モジュール13が互いに並列に接続されている。

定電流電源12は、商用交流電源ｅに対して整流部であるダイオードブリッジDBを介して接続されている。また、この定電流電源12は、発光モジュール13の主端子13a，13bにそれぞれ接続される出力端子12a，12bと、各発光モジュール13から出力された接続情報が入力される入力端子12cとを有し、出力端子12a，12b間に、出力電流ＩLを可変設定可能な、例えば半固定型の可変定電流源15を有している。

この制御部16は、例えばマイコンなどであり、入力端子12cに接続されて各発光モジュール13からの接続情報を認識して、可変定電流源15(定電流電源12)からの出力電流を設定するものである。また、この制御部16と入力端子12cとの間には、定電圧源である直流電源17が抵抗18を介して接続されている。

各発光モジュール13は、主端子13a，13b間に、抵抗21と、スイッチング素子としてのトランジスタ22と、１つ、あるいは複数の光源であるＬＥＤ23とが互いに直列に接続されているとともに、ＬＥＤ23と主端子13bとの間に接続情報出力用の情報出力抵抗24が接続され、この情報出力抵抗24が、情報出力端子13cに接続されている。

トランジスタ22は、例えばＰＮＰ型のバイポーラトランジスタであり、出力端子であるエミッタが抵抗21に接続されてエミッタ電位が設定されているとともに、入力端子であるコレクタがＬＥＤ23に接続されている。また、定電流電源12に接続されている最初の発光モジュール13のトランジスタ22は、エミッタが制御端子であるベースに接続されている。そして、各発光モジュール13のトランジスタ22のベースは、発光モジュール13の出力端子13dを介して互いに接続されており、各発光モジュール13のトランジスタ22のベース電位が、互いに同電位に設定されている。したがって、これらトランジスタ22は、平準化回路をなし、全ての発光モジュール13に流れるＬＥＤ23の点灯電流が同電流となるように構成されている。

各情報出力抵抗24は、互いに略等しい抵抗値に設定され、情報出力端子13c間で互いに並列に接続されている。したがって、これら各情報出力抵抗24は、定電流電源12の直流電源17に対して互いに並列に接続される。そして、これら情報出力抵抗24と情報出力端子13cとにより、情報出力部26が構成されている。

次に、本実施の形態の作用を説明する。

定電流電源12の可変定電流源15から、出力端子12a，12b間に、所定の出力電流ＩLが出力されると、定電流電源12に対して並列に接続された各発光モジュール13に点灯電流が流れて各ＬＥＤ23が発光する。

このとき、各発光モジュール13の点灯電流は、各トランジスタ22の平準化作用により、互いに略等しく設定される。すなわち、各発光モジュール13の点灯電流は、出力電流ＩLを発光モジュール13の個数で等分した電流となり、各発光モジュール13のＬＥＤ23が略均一に発光する。

一方で、定電流電源12では、接続された発光モジュール13の個数により、直流電源17に対して並列に接続される情報出力抵抗24の個数が異なるため、制御部16に接続された抵抗18と入力端子12cとの間の位置での電位が変化する。すなわち、発光モジュール13の接続数が増減すると、互いに並列に接続された情報出力抵抗24の個数が増減するため、これら情報出力抵抗24側の全抵抗値が反比例して減少、あるいは増加し、抵抗18と入力端子12cとの間の位置での電位が低くなったり高くなったりする。

そして、この電位を制御部16が読み取ることで、発光モジュール13の接続情報、ここでは接続数を認識できるので、この認識した接続数に対応して、可変定電流源15から供給する出力電流ＩLを可変させる。

このように、発光モジュール13のそれぞれに設けた情報出力部26から出力された接続情報、ここでは発光モジュール13の接続数に対応して制御部16が定電流電源12の出力電流ＩLを可変させることで、接続された発光モジュール13の状態に対応してＬＥＤ点灯装置11の駆動を制御できる。

また、情報出力抵抗24と情報出力端子13cとで情報出力部26を構成することにより、各発光モジュール13に情報出力部26を容易に構成でき、発光モジュール13の構成の複雑化を防止できる。

次に、図２に第２の実施の形態を示し、図２は照明装置の回路図である。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。

この第２の実施の形態は、上記第１の実施の形態の各発光モジュール13の情報出力抵抗24に代えて、情報部としての記憶部であるマイコン31が電源回路32を介してそれぞれ接続されて情報出力部26が構成されているものである。

各マイコン31は、負荷異常検出部34を介して、発光モジュール13のＬＥＤ23の異常などを検出している。そして、各マイコン31は、発光モジュール13の接続情報として、例えばこの発光モジュール13の仕様や個数、その発光モジュール13での累積点灯時間、および、負荷異常検出部34から出力された負荷異常情報などを、内蔵された図示しないメモリなどに記憶している。

また、電源回路32は、マイコン31に電源を供給するもので、主端子13aに対して、抵抗21と並列に接続されたトランジスタ35と、このトランジスタ35に接続されたツェナダイオード36およびコンデンサ37とを有している。

トランジスタ35は、例えばＮＰＮ型のバイポーラトランジスタであり、コレクタが抵抗21と並列に接続されているとともに、ベースがツェナダイオード36のカソード側に接続され、かつ、エミッタがコンデンサ37のプラス側に接続されている。

ツェナダイオード36は、トランジスタ35のベース電位を設定するもので、アノード側が主端子13bを介して接地されている。

コンデンサ37は、各マイコン31に供給される電力をチャージするもので、例えば電解コンデンサなどの大容量コンデンサであり、プラス側とマイナス側とがそれぞれマイコン31に接続されているとともに、マイナス側が主端子13bを介して接地されている。

そして、各発光モジュール13では、定電流電源12から供給された点灯電流の大部分が抵抗21およびトランジスタ22を介してＬＥＤ23へと流れ、抵抗21およびトランジスタ22の平準化作用により、全ての発光モジュール13でＬＥＤ23が略均一に点灯する。同時に、点灯電流の一部が、トランジスタ35の作用によりコンデンサ37にチャージされてマイコン31に電源が供給され、このマイコン31から各種接続情報が制御部16へと出力される。なお、コンデンサ37は、ツェナダイオード36の降伏電圧と略等しい電圧までチャージ可能である。

さらに、制御部16では、各発光モジュール13のマイコン31から出力された接続情報に基づき、定電流電源12の動作を制御して、ＬＥＤ点灯装置11の駆動を制御する。

すなわち、制御部16は、例えばマイコン31から出力された発光モジュール13の仕様および個数に応じて、可変定電流源15から供給する出力電流ＩLを増減させたり、マイコン31から出力された発光モジュール13の累積点灯時間が予め設定された所定時間よりも大きい場合にはＬＥＤ点灯装置11の駆動を停止させたり、マイコン31から出力された負荷異常情報として、例えばＬＥＤ23が開放(オープン)あるいは短絡(ショート)するなどの負荷異常が発生したなどの場合には、出力電流ＩLの制限やＬＥＤ点灯装置11の駆動停止などの保護動作をしたりすることで、接続された発光モジュール13の状態に対応してＬＥＤ点灯装置11の駆動を制御できる。

また、情報出力部26がマイコン31を備えることで、発光モジュール13の様々な接続情報をマイコン31に記憶させておくことができるので、これら接続情報に対応して、発光モジュール13の駆動を多様に制御できる。

次に、図３および図４に第３の実施の形態を示し、図３は照明装置の回路図、図４は照明装置の定電流電源の出力電圧を示すグラフである。なお、上記第２の実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。

この第３の実施の形態は、上記第１の実施の形態において、ＬＥＤ23と主端子13bとの間に、情報部としての抵抗41とトランジスタ42との並列回路が接続されているものである。

トランジスタ42は、例えばＮＰＮ型のバイポーラトランジスタであり、コレクタがＬＥＤ23側に接続され、エミッタが主端子13bを介して接地されているとともに、これらコレクタ−エミッタ間に抵抗41が接続されている。また、定電流電源12に接続されている最初の発光モジュール13のトランジスタ42のベース−エミッタ間には、パルス電源43が接続されて、これら抵抗41、トランジスタ42およびパルス電源43により、情報出力部26が構成されている。そして、パルス電源43は、接続端子13eを介して他の全ての発光モジュール13のトランジスタ42のベースに接続されている。

また、定電流電源12には、出力端子12a，12b間の出力電圧Voutを検出する出力電圧検出部45と、この出力電圧検出部45により検出した出力電圧Voutなどに基づき発光モジュール13の状態を判別する負荷装着状態判別部46とが設けられ、これら出力電圧検出部45と負荷装着状態判別部46とにより、制御部16が構成されている。

そして、各発光モジュール13では、定電流電源12から供給された点灯電流が抵抗21およびトランジスタ22を介してＬＥＤ23へと流れ、抵抗21およびトランジスタ22の平準化作用により、全ての発光モジュール13でＬＥＤ23が略均一に点灯する。

さらに、情報出力部26では、パルス電源43から発光モジュール13の種類毎に設定されたデューティ比、あるいは周波数でパルス電圧がトランジスタ42のベース−エミッタ間に印加されることで、このトランジスタ42が所定の周期でオンオフを繰り返すため、抵抗41の両端間の電位差(トランジスタ42のコレクタ−エミッタ間電圧)が周期的に減少する。このため、発光モジュール13の主端子13a，13b間の電圧、すなわち定電流電源12の出力電圧Voutが、図４に示すように例えば電圧Vaずつ周期的に減少する。

したがって、出力電圧検出部45が出力電圧Voutの増減の周波数を検出することで、負荷装着状態判別部46が、接続された発光モジュール13の種類を検出し、この検出した発光モジュール13の種類に対応して、負荷装着状態判別部46が可変定電流源15からの出力電流ＩLを設定する。

また、発光モジュール13の接続数が増加すると、パルス電源43に対して並列に接続される各トランジスタ42への供給電流が減少することで、各発光モジュール13の抵抗41の両端間の電位差が反比例して減少するため、定電流電源12の出力電圧Voutでの電圧Vaが大きくなる。

したがって、この電圧Vaの大きさ、すなわち出力電圧Voutの振幅を出力電圧検出部45により検出することで、負荷装着状態判別部46が、発光モジュール13の接続数を検出可能となり、この検出した発光モジュール13の接続数に対応して、負荷装着状態判別部46が可変定電流源15からの出力電流ＩLを設定する。

このように上記第３の実施の形態によれば、発光モジュール13のそれぞれに設けた情報出力部26から出力された接続情報、ここでは発光モジュール13の種類、あるいは接続数に対応して制御部16が定電流電源12の出力電流ＩLを可変させることで、接続された発光モジュール13の状態に対応してＬＥＤ点灯装置11の駆動を制御できる。

また、情報出力部26は、定電流電源12からの電力を供給する主端子13a，13bを接続情報の出力用として共用することで、別個に情報出力用の端子などを設ける場合と比較して、構成を簡略化できる。

次に、図５ないし図７に第４の実施の形態を示し、図５は照明装置の回路図、図６は照明装置の光源の電気特性を示すグラフ、図７は照明装置の動作を示すグラフである。なお、上記各実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。

この第４の実施の形態は、発光モジュール13が、主端子13a，13b間に、ＬＥＤ23と、トランジスタ51および抵抗52との直列回路が形成されているとともに、この直列回路に対して、情報部としての抵抗である情報出力抵抗53が並列に接続されている。

トランジスタ51は、例えばＮＰＮ型のバイポーラトランジスタなどであり、コレクタがＬＥＤ23に接続され、エミッタが抵抗52に接続されて、この抵抗52によりエミッタ電位が設定されている。また、定電流電源12に接続されている最初の発光モジュール13のトランジスタ51は、コレクタがベースに接続されている。そして、各発光モジュール13のトランジスタ51のベースは、発光モジュール13の出力端子13fを介して互いに接続されており、各発光モジュール13のトランジスタ51のベース電位が、互いに同電位に設定されている。したがって、これらトランジスタ51は、平準化回路をなし、全ての発光モジュール13に流れるＬＥＤ23の点灯電流が同電流となるように構成されている。

情報出力抵抗53は、発光モジュール13の動作時に、ＬＥＤ23などに流れる点灯電流を確保できるように、このＬＥＤ23側と比較して充分大きい抵抗値に設定されている。

そして、制御部16は、ＬＥＤ点灯装置11の起動時から、定電流電源12から供給された出力電圧Voutが図６に示すＬＥＤ23の点灯中電圧ｂよりも小さい電圧ａのとき、すなわち、図７に示す時間T1までの間に情報出力抵抗53を流れる電流により、発光モジュール13の接続情報、ここでは発光モジュール13の接続数を検出する。

すなわち、発光モジュール13の接続数の増減により、定電流電源12に対して並列に接続される情報出力抵抗53の数が増減することで、制御部16により認識される電流値は、接続数に比例して増加するので、この電流値を読み取ることで、制御部16が発光モジュール13の接続数を検出する。

そして、制御部16では、認識した発光モジュール13の接続数に対応して定電流電源12の可変定電流源15からの出力電流ＩLを設定し、ＬＥＤ点灯装置11の駆動を制御する。

この後、各発光モジュール13では、定電流電源12から供給された出力電圧Voutが点灯時電圧ｂとなると各ＬＥＤ23が点灯し、これらＬＥＤ23の点灯は、抵抗52およびトランジスタ51の平準化作用により、全ての発光モジュール13で均一化される。

すなわち、発光モジュール13のそれぞれに設けた情報出力部26から出力された接続情報、ここでは発光モジュール13の接続数に対応して制御部16が定電流電源12の出力電流ＩLを可変させることで、接続された発光モジュール13の状態に対応してＬＥＤ点灯装置11の駆動を制御できる。

また、制御部16は、ＬＥＤ点灯装置11の起動時から時間T1までの間に読むことで、ＬＥＤ点灯装置11を起動してから各発光モジュール13のＬＥＤ23が点灯するまでの、一連の起動シーケンス中に、すなわちＬＥＤ点灯装置11を起動させるだけで自動的に、発光モジュール13の接続情報を認識できるので、発光モジュール13の接続情報を認識するための時間を別個に必要とせず、ＬＥＤ点灯装置11の使い勝手が向上する。

さらに、主端子13a，13b間に電圧ａが印加されている状態で情報出力抵抗53に流れる電流を、制御部16が発光モジュール13の接続情報として認識するため、発光モジュール13の主端子13a，13bを情報出力部26として容易に共用可能になる。

次に、図８に第５の実施の形態を示し、図８は照明装置の定電流電源の出力電圧を示すグラフである。なお、ＬＥＤ点灯装置11の基本的な構成は、上記第４の実施の形態と同様であるので、同一符号を付してその説明を省略する。

この第５の実施の形態は、定電流電源12をＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御するものである。すなわち、定電流電源12は、ＬＥＤ23の点灯時電圧ｂを供給するオン期間T2と、点灯時電圧ｂよりも低い電圧ａを供給するオフ期間T3とを交互に有しており、オン期間T2とオフ期間T3との比がデューティ比として設定される。なお、オフ期間T3中もＬＥＤ23は点灯している。

そして、制御部16は、定電流電源12でのＰＷＭ制御のオフ期間T3に発生する電圧ａにより情報出力抵抗53に流れる電流を、制御部16により認識することで、上記第４の実施の形態と同様の作用効果を奏することができるとともに、ＬＥＤ点灯装置11を通電した状態で発光モジュール13を着脱可能な、いわゆるホットプラグに対応可能になる。

また、主端子13a，13b間に定電流電源12のＰＷＭ制御のオフ期間T3、すなわち電圧ａが印加されている状態で情報出力抵抗53に流れる電流を、制御部16が発光モジュール13の接続情報として認識するため、発光モジュール13の主端子13a，13bを情報出力部26として容易に共用可能になる。

なお、上記各実施の形態において、光源としては、ＬＥＤ23以外の任意の光源を用いることが可能である。

また、発光モジュール13が情報出力部26から出力する接続情報は、発光モジュール13の接続数などの他にも、任意の情報とすることができる。

11 照明装置であるＬＥＤ点灯装置

12 定電流電源

13 発光モジュール

13a，13b 主端子

16 制御部

23 光源であるＬＥＤ

26 情報出力部

53 抵抗である情報出力抵抗

Claims

定電流電源と；
この定電流電源に対して接続可能な発光モジュールと；
この発光モジュールに設けられ、この発光モジュールの接続情報を出力する情報出力部と；
前記情報出力部からの出力を前記発光モジュールの接続情報として認識するとともに、この情報出力部から出力された接続情報を認識して前記定電流電源の駆動を制御する制御部と；
を具備していることを特徴とした照明装置。