JP5278041B2

JP5278041B2 - Ｌｅｄ点灯装置

Info

Publication number: JP5278041B2
Application number: JP2009046077A
Authority: JP
Inventors: 朋和宇佐美; 博志寺坂; 寛和大武; 洋久保田
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2029-02-27
Also published as: JP2010199521A

Description

本発明は、ＬＥＤを安全に点灯するＬＥＤ点灯装置に関する。

複数のＬＥＤを定電流電源に直列接続して点灯するＬＥＤ点灯装置において、回路中の各接続部の着脱、接触不良、断線あるいはＬＥＤのワイヤボンディングの開放のオープンモード故障などにより回路中にアーク放電が生起した場合に、定電流回路の出力電圧の上昇によりアーク放電を検出したときに直流電流を停止する制御部を設けることは既知である（特許文献１参照。）。

電気接点対での解離時アーク特性において、銅電気接点対の場合、Holmによる最小アーク電圧Ｖｍ１３Ｖ、最小アーク電流Ｉｍ０．４３Ａに等しい結果が得られることが知られている（非特許文献１参照。）。

特開２００９−０１０１００号公報社団法人電子情報通信学会発行、「信学技報」R 2000-36、EMD 2000-89(2001-2) 第7〜12頁

特許文献１に記載されたＬＥＤ電源装置は、負荷回路にアーク放電が生起したときにこれを検出するための基準が不明確であるために、判定を迅速かつ確実に、しかも信頼性高く行うことが困難であった。

本発明は、負荷回路にアーク放電が発生したときにこれに対応する電気的量の変化を検出して得たサンプリングデータと基準データとの比較演算によりアーク放電の発生を判定して安全回路を動作させるとともに、サンプリングデータを基準データとして更新することで、判定を迅速かつ確実に、しかも信頼性高く行うようにしたＬＥＤ点灯装置を提供することを目的とする。

本発明のＬＥＤ点灯装置は、直流電源と；複数のＬＥＤが直列接続してなり、直流電源の出力端に接続して４５Ｖ以上の負荷電圧で点灯する負荷回路と；負荷状態に対応する電気的量を検出する負荷状態検出手段と；負荷状態に対応する電気的量を検出する負荷状態検出手段と；負荷状態に対応する電気的量をサンプリングして基準データとして記憶する記憶手段と；点灯中の負荷状態に対応する電気的量をサンプリングしてサンプリングデータを得て、記憶手段から基準データを読み出してサンプリングデータと比較し、両データ間に所定電圧に対応する電気的量の差があったときにはアーク放電が発生したと判定するとともに、サンプリングデータを比較演算のための基準データとして更新する演算手段と；アーク放電が発生したと演算手段が判定したときに直流電源の出力を停止または安全な値まで低減する安全回路と；を具備していることを特徴としている。

本発明は、以下の態様を許容する。

直流電源は、定電流電源および定電圧電源などのいずれであってもよい。いずれの特性を有する直流電源であっても、それぞれ既知の回路構成を採用することができる。なお、ＬＥＤを含む負荷回路に供給する直流電流を、所望により調光信号に応じてＬＥＤを調光点灯するなどのためにＰＷＭ制御することができる。

負荷回路は、複数のＬＥＤが直列接続して構成されており、直流電源の出力端に接続して４５Ｖ以上の負荷電圧で点灯する。なお、４５Ｖ以上の負荷電圧とは、直列接続した複数のＬＥＤが正常状態で点灯するときにおけるその両端に現れる電圧が４５Ｖ以上になることをいう。所要の光量を得るために多数のＬＥＤを直列接続する場合、負荷電圧が応分に高くなるが、負荷電圧が４５Ｖ以上になると、オープンモード故障発生時などにアーク放電が生起しやすくなる。このような場合には速やかに検出して保護動作を行う必要があり、本発明はこれに応えることができる。

また、負荷回路は、所望により複数のＬＥＤを直列接続した直列接続体の複数組を直流電源の出力端に負荷電流が均等化されるように分流するように構成した上で並列接続することができる。

負荷状態検出手段は、本発明において、負荷状態が電圧で規定されるので、その電圧を直接に、またはその電圧状態に対応した電気的量を検出する手段であるが、直流電源の特性に応じた効果的な電気的な量を検出することができる。すなわち、直流電源が定電流電源である場合には、負荷電流が一定に制御されるから、負荷電圧を直接検出するか、負荷電力を検出するのがよい。

定電圧電源の場合には、負荷電圧が一定になるから負荷電流を検出するか、負荷電力を検出するのがよい。定電力電源の場合には、負荷電力が一定になるから、負荷状態によって変化する負荷電圧または負荷電流を検出するのがよい。

上記のいずれの電気量の検出であっても、負荷回路にアーク放電が生起した場合に、アーク放電電圧の最小電圧である１３Ｖより低い所定電圧値に対応する電気的量の変化が負荷回路に発生したときに、これを検出できるようにした検出手段である。

記憶手段は、負荷状態検出手段が検出した負荷状態に対応する電気的量を基準データとして記憶する手段である。後述する演算手段にマイコンまたはＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）などのディジタルデバイスを主体として構成する場合には、それらに設けられた記憶手段を利用することができる。

なお、取得した点灯状態データに対応する電気的量を基準データとして記憶手段に記憶させ、その直後にサンプリングして取得したサンプリングデータとの比較演算の際に基準データを記憶手段から読み出す。したがって、点灯状態に対応する電気的量のサンプリングデータは、少なくとも比較演算のための基準データとしてデータ取得後記憶手段に記憶され、比較演算の際に基準データが読み出され、その後に新しいサンプリングデータを記憶してデータを基準データとして記憶して基準データを更新してくように構成される。

演算手段は、上述を整理すると、１）点灯中の負荷状態に対応する電気的量をサンプリングしてサンプリングデータを得る、２）記憶手段から基準データを読み出す、３）サンプリングデータを基準データと比較する、４）両データの電気的量の差を演算によって求める、５）サンプリングデータを基準データとして更新していく、５）両データの電気的量にアーク放電の最小電圧１３Ｖより低い所定電圧に対応する電気的量の差があったときには、アーク放電が生起したと判定する。すなわち、アーク放電の最小電圧１３Ｖより低い所定電圧を、アーク放電の生起を判定する基準値として演算するものである。

アーク放電の最小電圧１３Ｖより低い所定電圧に対応する電気的量とは、次のとおりである。直流電源が定電流電源からなる場合、負荷回路のオープンモード故障部にアーク放電が生起すると、直流電源の出力端の電圧が各ＬＥＤの順方向降下電圧Ｖｆの合計値とアーク放電に生じる１３Ｖ以上の降下電圧（アーク放電電圧）との和となり、見かけ上の負荷電圧が上記所定値以上上昇する。また、見かけ上の負荷電圧と定電流の負荷電流との積によって決まる負荷電力も増大する。したがって、１３Ｖより低い所定電圧に対応する電気的量は、電圧においては上記所定電圧そのものであり、また電力においては１３Ｖより低い所定電圧と定電流との積により決まる電力である。

直流電源が定電圧電源の場合、負荷回路のオープンモード故障部にアーク放電が生起すると、直流電源の出力電圧のうち所定値以上がアーク放電電圧に振り分けられるから、各ＬＥＤに印加される電圧がその分低下する。その結果、負荷電流が定格電流より低減する。したがって、各ＬＥＤに印加される電圧が所定電圧以上低下したときに流れる電流を、定格電流から減じた電流値が１３Ｖより低い所定電圧に対応する電気的量となる。

基準値とサンプリング値との差が１３Ｖより低い所定電圧に対応する電気的量のときに安全回路を動作させれば、アーク放電が消滅することが実験により確認された。なお、好ましくは上記差が１０Ｖ±２Ｖ程度に対応する電気的量の範囲内であれば、ＬＥＤの特性のばらつきなどがあったとしても誤動作することなくアーク放電を消滅させることができる。

また、演算手段は、前述のようにマイコンおよびＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）などのディジタルデバイスを主体として構成することができる。

安全回路は、アーク放電が発生したと演算手段が判定したときに直流電源の出力を停止または安全な値まで低減する保護手段である。安全回路が動作することにより、直流電源が上記のように制御される。

さらに、本発明のＬＥＤ点灯装置は、そのＬＥＤを照明装置の光源として用いることができる。この場合の照明装置は、照明装置本体およびＬＥＤ点灯装置を具備している。照明装置は、ＬＥＤを光源として備えていればその余の構成は自由であり、またその用途は照明目的であるのが一般的であるが、これに限定されない。照明装置本体は、照明装置からＬＥＤ点灯装置を除去した残余の全ての部分をいう。

本発明によれば、複数のＬＥＤが直列接続してなる負荷回路が４５Ｖ以上の負荷電圧で点灯するので、負荷にオープンモード故障発生の際にアーク放電が生起しやすいが、演算手段が点灯中の負荷状態に対応する電気的量をサンプリングするとともに、基準データを読み出してサンプリングデータと比較し、両データに所定電圧に対応する電気的量の差があったときにはアーク放電が生起したと判定して安全回路を動作させるのとともに、サンプリングデータを基準データとして更新することで負荷回路のＬＥＤやコネクタなどに関連するオープンモード故障時などに生じるアーク放電の生起を迅速かつ確実に、しかも信頼性高く検出してこれを消滅させることができる。このため、オープンモード故障部がアーク放電の生起によって異常発熱して発煙、異常加熱やコネクタの溶融などの危険を回避して安全化されたＬＥＤ点灯装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。

図１は、本発明のＬＥＤ照明灯点灯装置を実施するための第１の形態を示す回路図である。本形態において、ＬＥＤ点灯装置は、直流電源ＤＣＳ、負荷回路ＬＣ、負荷状態検出手段ＬＤおよび制御手段ＣＣを具備して構成されていて、商用交流電源ＡＣから給電される。

直流電源ＤＣＳは、整流回路および定電流回路などを備えている。また、所望により、調光信号に応じて負荷電流をＰＷＭ制御する回路手段などを備えることができる。整流回路は、その交流入力端が商用交流電源ＡＣに接続したブリッジ形全波整流回路などからなり、例えば平滑化された直流電圧を出力する。定電流回路は、整流回路の直流出力を定電流化して直流電源ＤＣＳの直流出力を形成する。したがって、直流電源ＤＣＳの出力端から定電流化された直流電流を後述する負荷回路ＬＣに供給する。

負荷回路ＬＣは、複数のＬＥＤが直列接続してなる。そして、直流電源ＤＣＳの出力端にＬＥＤが順方向に接続するように、その両端が接続している。

負荷状態検出手段ＬＤは、本形態においては負荷電圧検出回路からなる。負荷電圧検出回路は、抵抗器Ｒ１およびＲ２の直列回路を負荷回路ＬＣに並列接続し、分圧された抵抗器Ｒ２の端子電圧をコンデンサＣ１で平滑化して、負荷電圧に比例する電圧を負荷状態検出信号として出力する。

制御手段ＣＣは、マイコンを主体として構成されていて、その一部の機能要素として記憶手段ＭＲ、演算手段ＡＬＵおよび安全回路ＳＣを備えている。

記憶手段ＭＲは、負荷回路ＬＣの負荷状態に対応する電気的量である負荷電圧を基準データとして記憶する。

演算手段ＡＬＵは、点灯中の負荷回路ＬＣの負荷状態に対応する電気的量として負荷電圧を常時所定周期でサンプリングするとともに、記憶手段ＭＲから点灯初期、前回点灯時または直前に取得して記憶された基準データを読み出して、上記サンプリングにより得たサンプリングデータと比較する。なお、サンプリング周期は、短い方がアーク放電発生の判定を早くすることができるので好ましいのはいうまでもない。

演算手段ＡＬＵにおけるサンプリングの結果、上記両データ間にアーク放電に伴う所定電圧以上の差があったときには、演算手段ＡＬＵが、アーク放電が生起したと判定する。なお、ＬＥＤの定電流での点灯中に回路のオープンモード故障に伴ってアーク放電が生起する場合、１３Ｖ以上のアーク放電による電圧降下が負荷回路ＬＣ中に発生するのに伴って、負荷電圧が上昇するから、サンプリングデータの電圧が基準データの電圧より高くなる。

演算手段ＡＬＵがアーク放電生起を判定すると、安全回路ＳＣを動作させる。安全回路ＳＣは、定電流電源ＤＣＳの出力を停止させるか、または出力電流をアーク放電が消滅する程度まで低減させる。その結果、オープンモード故障に伴ってアーク放電が生起しても、以上の一連の制御動作によってアーク放電は速やかに消滅するので、安全を図ることができる。

なお、制御手段ＣＣは、図示を省略しているが、直流電源ＤＣＳが定電流制御のためのスイッチング素子を備えている場合、その素子に対する駆動信号を発生する機能、外部から到来する調光信号に対応して直流電源ＤＣＳの出力電流をＰＷＭ制御する機能などを備えていることが許容される。

図２は、本発明のＬＥＤ点灯装置を実施するための第２の形態を示す回路図である。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。本形態は、直流電源ＤＣＳが定電圧電源からなる点で異なる。

本形態においては、負荷回路ＬＣにアーク放電が生起すると、１３Ｖ以上のアーク放電に伴う電圧降下が発生して、直流電源ＤＣＳの出力電圧のうち、ＬＥＤに印加される電圧が低下するため、そのときに対応する負荷電流が低減する。

そこで、負荷状態検出手段ＬＤは、負荷回路ＬＣに直列に挿入された抵抗器Ｒ３によって負荷電流検出を行うように構成されている。

制御手段ＣＣは、図１におけるのと同様に記憶手段ＭＲ、演算手段ＡＬＵおよび安全回路ＳＣを備えている。しかし、基準データおよびサンプリングデータは、負荷電流をサンプリングして作成される。そのため、演算手段ＡＬＵは、基準データに対してサンプリングデータが１３Ｖより低い所定電圧に対応する電流値が低減したときにアーク放電が生起したと判定する。

図３は、本発明のＬＥＤ点灯装置を実施するための第３の形態を示す回路図である。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。本形態は、直流電源ＤＣＳが定電流電源からなるとともに、負荷電力の変化を検出してアーク放電の生起を判定する点で異なる。

本形態においては、負荷状態検出手段ＬＤが図１に示す電圧検出回路と図２に示す電流検出手段を併用して構成されている。また、負荷状態検出手段ＬＤの検出出力である電圧および電流の検出値は、いったん演算手段ＡＬＵにおいて演算されて電力値データに変換されてから記憶手段ＭＲに記憶させる。したがって、基準データおよびサンプリングデータは、電力値として記憶され、演算される。

そうして、負荷回路ＬＣにアーク放電が生起すると、サンプリングデータの電力値が基準データの電力値に対して１３Ｖより低い所定電圧に対応する電力値だけ増大する。そのため、演算手段ＡＬＵは、上記両データ間の差によってアーク放電が生起したと判定し、安全回路ＳＣを動作させる。

本発明のＬＥＤ点灯装置を実施するための第１の形態を示す回路図本発明のＬＥＤ点灯装置を実施するための第２の形態を示す回路図本発明のＬＥＤ点灯装置を実施するための第３の形態を示す回路図

ＡＬＵ…演算手段、ＣＣ制御手段、ＤＣＳ…直流電源、ＬＣ…負荷回路、ＬＤ…負荷状態検出手段、ＭＲ…記憶手段、ＳＣ…安全回路

Claims

直流電源と；
複数のＬＥＤが直列接続してなり、直流電源の出力端に接続して４５Ｖ以上の負荷電圧で点灯する負荷回路と；
負荷状態に対応する電気的量を検出する負荷状態検出手段と；
負荷状態に対応する電気的量をサンプリングして基準データとして記憶する記憶手段と；
点灯中の負荷状態に対応する電気的量をサンプリングしてサンプリングデータを得て、記憶手段から基準データを読み出してサンプリングデータと比較し、両データ間に所定電圧に対応する電気的量の差があったときにはアーク放電が発生したと判定するとともに、サンプリングデータを比較演算のための基準データとして更新する演算手段と；
アーク放電が発生したと演算手段が判定したときに直流電源の出力を停止または安全な値まで低減する安全回路と；
を具備していることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。