JP5320588B2 - Ｌｅｄ照明灯点灯装置および照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ照明灯を安全に点灯するＬＥＤ照明灯点灯装置およびこれを備えた照明器具に関する。

多数の発光ダイオードからなるＬＥＤ照明灯を直列点灯する発光ダイオード点灯装置は既知である（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載された点灯回路は、交流の整流電圧を昇圧チョッパで昇圧し、かつ平滑化して複数の発光ダイオードからなる直列回路の複数を並列接続したＬＥＤ照明灯に供給して点灯し、昇圧チョッパを制御回路で制御して調光できるようにするとともに、力率も改善できるようにしている。なお、特許文献１に記載の発光ダイオード点灯装置は、電源を投入すると制御回路と昇圧チョッパに同時に電圧が印加されて動作を開始する。

一方、ＬＥＤ照明灯の一部が短絡または開放状態になるなどの異常点灯状態になったときに、スイッチング素子のスイッチング動作を停止させてＬＥＤ照明灯点灯回路の出力を停止させたり出力を低減したりしてＬＥＤ照明灯を保護してその安全を図る安全回路をＬＥＤ照明灯点灯装置に配設することができる。

他方、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。）。

特開平１１−０６７４７１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

複数個のＬＥＤ光源からなる直列回路と近接配置された一対の端子を有する単一のコネクタとを備え、上記直列回路の両端がコネクタの一対の端子に接続してなるＬＥＤモジュールがある。このＬＥＤモジュールを２個以上直列接続して定電流制御で点灯する場合において、一部のＬＥＤモジュールが何らかの原因で短絡したときに、異常点灯状態が生じたとして、ＬＥＤ照明灯点灯回路に保護動作を行わせるのが望ましい。この場合の保護動作としては、ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力を停止したり、安全な範囲まで出力電圧を低下させたりすることができる。

定電流制御下では、一部のＬＥＤモジュールが短絡すると、ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力電圧が応分に低下するので、ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力電圧を監視して、ＬＥＤモジュール１個分の電圧が低下したことを検出すれば、保護動作を行わせることができる。

ところが、ＬＥＤモジュールに近接配置された一対の端子を有する単一のコネクタを使用している場合、一対の端子が近接しているために、短絡したときＬＥＤモジュールのコネクタ内部にアーク放電が発生していることがあり得る。アーク放電が発生すると、ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力電圧にアーク電圧が加わるために、異常電圧の検出が困難になり、延いてはＬＥＤ照明灯点灯回路による適切な保護動作が困難になる。

本発明は、複数個のＬＥＤ光源からなる直列回路の両端を接続した一対の端子が近接配置された単一のコネクタを備えたＬＥＤモジュールの複数を直列点灯する場合において、一部のＬＥＤモジュールに短絡が生じたときに、短絡したＬＥＤモジュールのコネクタ内部にアーク放電が生じている場合であっても保護動作を確実に行えるようにして安全性を向上したＬＥＤ照明灯点灯装置およびこれを備えた照明器具を提供することを目的とする。

本発明のＬＥＤ照明灯点灯装置は、複数個のＬＥＤ光源を有する直列回路と、この直列回路の両端が接続する一対の端子を有し、この一対の端子が互いに近接配置された単一のコネクタとを備えたＬＥＤモジュールをｎ個（ただし、ｎは２以上の整数）直列接続したＬＥＤ照明灯と；出力端を有し、この出力端に接続した前記ＬＥＤ照明灯を定電流点灯するＬＥＤ照明灯点灯回路と；正常な前記ＬＥＤ照明灯が前記ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力端に接続される際の前記ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力電圧としての正常時出力電圧をＶ（Ｖ）とし、異常点灯状態を検出する際のＬＥＤ照明灯点灯回路の出力電圧の異常電圧検出閾値をＶ´（Ｖ）としたとき、異常電圧検出閾値Ｖ´および正常時出力電圧Ｖが数式（Ｖ−Ｖ／ｎ＋１３）＜Ｖ´＜Ｖおよび１３＜Ｖ／ｎをともに満足する異常電圧検出閾値を設定し、検出したＬＥＤ照明灯点灯回路の出力電圧が異常電圧検出閾値に達したときにＬＥＤ照明灯点灯回路の出力を停止または低下させる安全回路と；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。

本発明において、ＬＥＤ照明灯は、複数のＬＥＤモジュールが直列接続して構成されている。複数のＬＥＤモジュールは、そのそれぞれが複数個のＬＥＤ光源の直列回路および単一のコネクタを備えている。単一のコネクタは、その内部に一対の端子が近接配置されていて、複数個のＬＥＤ光源からなる直列回路の両端が上記一対の端子に接続している。このため、複数のＬＥＤモジュールの直列接続は、それぞれのＬＥＤモジュールが備えている単一のコネクタを経由して行われる。なお、ＬＥＤモジュールの直列数は、２以上の整数である。

また、所望により複数のＬＥＤモジュールを直列接続した直列接続体の複数個をＬＥＤ照明灯点灯回路の出力端に並列接続することができる。この場合、基板に実装したＬＥＤ照明灯点灯回路の出力端に並列的に接続した複数組の出力端子台を上記基板に実装して備え、出力端子台は１組ごとにアノード側端子台およびカソード側端子台が互いに離隔した位置に配置するのが好ましい。そして、複数のＬＥＤモジュールを直列接続した直列接続体の両端を出力端子台のアノード側端子台とカソード側端子台とに接続する。これにより、基板または端子台の絶縁劣化など不慮の事故の場合であっても、ＬＥＤ照明灯点灯装置が安全性を確保できるので、ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力を絶縁に対する安全性高く負荷のＬＥＤ照明灯に供給する点灯装置および照明器具を提供することができる。

さらに、ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力電圧が安全特別低電圧（ＳＥＬＶ）以上の場合においては、ＬＥＤ照明灯点灯回路から後述する端子台を経由してＬＥＤモジュールに供給される負荷電流が０．８Ａ以下になるように制御されていることが好ましい。生起したアーク放電が継続するか、消滅するかは、負荷電流の大きさにより決定され、従来、銅接点対の最小アーク電流は０．４３ＡであることがＨｏｌｍ氏の報告により知られている（非特許文献１参照。）。しかしながら、本発明者による試験の結果、上記負荷電流は、０．８Ａ以下であれば、実際上端子台などの配線部材にアーク放電が生起しないか、発生したとしても直ぐに消滅することが確認された。

ところで、ＬＥＤ照明灯点灯回路は、スイッチング素子を備えていて、そのスイッチング動作を制御してＬＥＤ照明灯を定電流制御により点灯するように構成されている。本発明において、ＬＥＤ照明灯点灯回路の具体的な回路構成は、特段限定されない。例えば、各種チョッパなどのスイッチングレギュレータなどであることを許容する。また、ＬＥＤ照明灯の定電流制御は、例えば負荷のＬＥＤ照明灯に流れる負荷電流を直接または間接的に検出して帰還制御を行うことにより、これを実現することができる。

安全回路は、ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力電圧が予め設定された異常電圧検出閾値Ｖ´に達したときに作動して、ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力を停止または低減させる回路手段である。例えば、ＬＥＤ照明灯点灯回路により付勢されているＬＥＤ照明灯のＬＥＤモジュールの一部が何らかの原因で短絡したら、異常点灯状態であると判定して、ＬＥＤ照明灯点灯回路に保護動作を行わせるのが好ましい。このために、安全回路が配設される。

また、安全回路は、その機能を発揮するために、ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力電圧を検出して監視するとともに、作動の臨界値として異常電圧検出閾値Ｖ´が予め設定される。この異常電圧検出閾値Ｖ´は、複数のＬＥＤモジュールのうちの少なくとも１個が短絡した場合、上述のように異常点灯状態であるとして保護動作を行うように設定される。すなわち、ＬＥＤ照明灯が正常時のときのＬＥＤ照明灯点灯回路から出力される正常時出力電圧をＶ（Ｖ）としたとき、異常電圧検出閾値Ｖ´（Ｖ）および上記正常時出力電圧Ｖが数式：（Ｖ−Ｖ／ｎ＋１３）＜Ｖ´＜Ｖおよび数式：１３＜Ｖ／ｎをともに満足する電圧値Ｖ´を異常電圧検出閾値として設定するものとする。なお、この異常電圧検出閾値Ｖ´は、ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力電圧が低下した際に安全回路が作動する下限の閾値である。

例えば、２個のＬＥＤモジュールを直列接続してＬＥＤ照明灯点灯回路の出力端に接続し、２個のＬＥＤモジュールが正常状態のときの出力電圧がＶ（Ｖ）である態様において、点灯中にそのうちの１個のＬＥＤモジュールが短絡した場合の出力電圧はＶ／２となり、負荷電流は正常点灯状態および異常点灯状態を通じて一定である。したがって、このときの異常点灯状態を検出するためには、ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力電圧がＶ／２となったときを検出すればよいが、本発明においては、Ｖ／２＋１３（Ｖ）を異常電圧検出閾値として異常点灯状態を検出する。

すなわち、ＬＥＤ照明灯のＬＥＤモジュールが短絡状態になったときに、コネクタの内部にアーク放電が発生している場合には、短絡したＬＥＤモジュールにアーク放電電圧の電圧降下が生じる。アーク放電電圧は１３Ｖ以上であることがHolmにより明らかにされているので、異常電圧検出閾値Ｖ´をＶ／２に設定したのでは、上述の異常点灯時を的確に検出できないが、異常電圧検出閾値Ｖ´をＶ／２＋１３（Ｖ）に設定すれば、的確に検出することができる。ＬＥＤモジュールの直列数が３個以上であっても、そのうちの１個のＬＥＤモジュールが短絡すれば異常点灯状態であるから、これを検出するためには直列数ｎに対して一般化した数式：（Ｖ−Ｖ／ｎ＋１３）＜Ｖ´＜Ｖにより得られるＶ´を異常電圧検出閾値とすればよいことが分かる。しかし、この条件は、正常時出力電圧をＶ（Ｖ）が１３Ｖを超えているときに成り立つので、数式：１３＜Ｖ／ｎをも満足する必要がある。

なお、本発明においては、所望によりＬＥＤ照明灯点灯回路から正常時出力電圧がＶ（Ｖ）を超える高い出力電圧になったときにも、異常電圧として安全回路による保護動作を行わせるように構成することができる。この場合の異常電圧検出閾値は、上述した正常時より低い電圧の閾値とは別に上限の閾値を適宜設定することができる。

そうして、直列接続した複数のＬＥＤモジュールの一部が短絡したときに、ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力電圧が正常時のそれより低い前述の異常電圧検出閾値に達すると、安全回路は、短絡したＬＥＤモジュールのコネクタの内部にアーク放電が発生しているとしないに係わらず保護動作を行いＬＥＤ照明灯点灯回路の出力を停止または低減させる。

本発明において、ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力電圧が正常時のそれより低い異常電圧検出閾値に達したときにＬＥＤ照明灯点灯回路の出力を停止または低減させるための具体的な手段は、特段限定されない。例えば、出力電圧検出手段およびコンパレータを主体とする回路を用いてＬＥＤ照明灯点灯回路の出力電圧が異常電圧検出閾値に達したことを判定したら、スイッチング素子の駆動信号発生回路を制御して、駆動信号の発生を停止したり、駆動信号のオンデューティを変えたりして、ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力を停止または低減させることができる。

また、所望により、ＬＥＤ照明灯点灯回路の電源投入後に所定条件を満足するまで、安全回路が機能しない（作動しない）ように制御することができる。例えば、ＬＥＤ照明灯の点灯初期における不安定点灯状態が治まるまでを見込んで予め設定された期間、安全回路を無効化する。この所定期間は、ＬＥＤ照明灯の場合、点灯開始から点灯状態が安定するまで０．３〜１秒程度の短時間である。しかし、電源投入からＬＥＤ照明灯を点灯するまでの間に電源監視、調光信号チェックおよび負荷回路状態チェックなどの所望の一部または全部を実行するなどを始動シーケンスに含む場合には、それらを行うのに必要な時間が追加される。例えば、電源投入と同時に調光信号が発生しないで時間遅れが生じるような場合、当該時間遅れが０．７〜２秒程度であれば、その後に安全回路が作用しない状態でＬＥＤ照明灯を点灯させ、さらに電源投入から１〜３秒程度後に安全回路を作用させるように始動時の制御シーケンスを設定することができる。

また、上述の始動シーケンスすなわち始動時の制御のシーケンスとしてスタンバイモードおよびランモードの２段階の制御動作モードを備えているように構成された制御手段を具備することが許容される。スタンバイモードは、ランモードより以前にその制御動作を開始する。

上述のスタンバイモードの制御動作においては、電源が投入されて始動シーケンス回路の制御電源が立ち上がると、所定の電源監視および調光信号チェックの少なくとも一方が実行される。電源監視を行う場合、その結果、電源電圧が所定範囲でないなど電源に異常があると判断されたときには、スタンバイ状態を持続して照明灯を点灯させない。電源監視の結果、問題がない場合には、次のステップへ進む。

調光信号チェックは、例えば外部から到来するか内部で発生する調光信号に応じて照明灯を調光点灯する場合に行われる。そして、調光信号チェックの結果、調光信号が調光ＯＦＦの状態を指示している場合には、スタンバイ状態を持続して照明灯を点灯させない。なお、調光ＯＦＦとは、照明灯がＯＦＦ状態となる調光態様である。調光信号が調光ＯＦＦ以外の調光態様を指示している場合には、調光信号チェックにおいて問題はないと判断して次のステップへ進む。

調光信号チェックを実行するに際して、上述のように電源投入時から調光信号が得られるまで待ち時間がある場合には、タイマを配設し、かつ始動シーケンスにタイマチェックのステップを追加して、待ち時間経過後に調光信号チェックを実行するようにスタンバイモードを構成することができる。

また、所望により電源監視および調光信号チェックの少なくとも一方に加えて、負荷状態チェックを実行するように始動シーケンスのスタンバイモードを構成することができる。負荷状態としては、チェックする負荷の状態について特段限定されないが、一般的には負荷が接続されていない負荷オープン状態および負荷が短絡している負荷短絡状態をチェックするのが効果的である。このような負荷状態のときは、負荷異常であるから照明灯点灯回路を動作させないように構成するのがよい。

そうして、スタンバイモードの制御動作は、照明灯点灯回路と分離して行うので、照明灯点灯回路の規模にかかわらず、これを０．５〜１．５Ｗ程度の消費電力で実行することができるので、省電力化を図ることができる。

ランモードにおいては、照明灯点灯回路の駆動制御電源を立ち上げてＬＥＤ照明灯を点灯させるとともに、電源投入から点灯初期の不安定点灯状態になる所定期間中まで安全回路を不動作にするように構成される。駆動制御電源が立ち上がると、駆動信号発生回路が動作してスイッチング素子の駆動信号が発生し、照明灯点灯回路が照明灯を点灯する。また、照明灯の点灯中におけるスイッチング素子のスイッチングに対する定電流制御、定電力制御、定電圧制御などの制御特性を負荷の照明灯に応じて制御手段に適宜設定することができる。

また、ランモード中においても、電源監視および調光信号チェックなどの制御動作を継続することができる。そして、電源異常時や調光信号チェック結果が調光ＯＦＦの際、換言すれば問題があるときにはスタンバイモードに戻る。また、問題ないときには照明灯点灯回路による照明灯の点灯動作を継続する。

本発明の照明器具は、照明器具本体および点灯装置を具備している。照明器具は、ＬＥＤ照明灯を備えていればよく、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。照明器具本体は、照明器具から点灯装置を除去した残余の全ての部分をいう。点灯装置は、上述の本発明における構成である。

本発明によれば、ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力電圧を検出する安全回路を配設するとともに、上記安全回路に複数個のＬＥＤ光源からなる直列回路およびその両端が接続する一対の端子が互いに近接配置された単一のコネクタを備えたＬＥＤモジュールの複数ｎ（ただし、ｎは２以上の整数）が直列接続したＬＥＤ照明灯のうち少なくとも１個のＬＥＤモジュールが短絡状態となる異常点灯状態のときに、ＬＥＤ照明灯が正常時のときにＬＥＤ照明灯点灯回路から出力される正常時出力電圧をＶ（Ｖ）とし、異常点灯状態を検出する際の異常電圧検出閾値をＶ´（Ｖ）としたとき、異常電圧検出閾値Ｖ´および正常時出力電圧Ｖが数式（Ｖ−Ｖ／ｎ＋１３）＜Ｖ´＜Ｖおよび１３＜Ｖ／ｎをともに満足する異常電圧検出閾値を設定しておき、ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力電圧が異常電圧検出閾値に達したときにＬＥＤ照明灯点灯回路の出力を停止または低下させることにより、直列接続した複数のＬＥＤモジュールの一部が短絡したときに、ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力電圧が正常時のそれより低い異常電圧検出閾値に達すると、安全回路はＬＥＤ照明灯点灯回路の出力電圧を検出して保護動作を行うので、短絡したＬＥＤモジュールのコネクタの内部にアーク放電が発生しているとしないに係わらず、異常点灯状態を確実に検出することができ、ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力を停止または低減させるＬＥＤ照明灯点灯装置およびこれを備えた照明器具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ないし図５は、本発明のＬＥＤ照明灯点灯装置を実施するための第１の形態を示し、図１はＬＥＤ照明灯点灯装置の全体を示す回路図、図２はＬＥＤ照明灯の構成を説明する回路図、図３は安全回路の主要部の回路図、図４および図５は異常電圧検出閾値の正常時出力電圧との関係を示す電圧波形図である。

本形態において、ＬＥＤ照明灯点灯装置は、ＬＥＤ照明灯点灯回路ＯＣ、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤ、安全回路ＳＣ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。

本形態において、ＬＥＤ照明灯点灯回路ＯＣは、整流化直流電源ＲＤＣ、昇圧チョッパＢＵＣ、降圧チョッパＳＤＣ、定電流回路ＣＣＲおよび調光信号出力手段ＤＳＧを備えている。

整流化直流電源ＲＤＣは、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Ｒｅｃからなり、非平滑直流電圧を出力する。

昇圧チョッパＢＵＣは、整流化直流電源ＲＤＣの直流出力端に接続したインダクタＬ１およびスイッチング素子Ｑ１の直列回路、スイッチング素子Ｑ１に並列接続したフライホイールダイオードＤ１および平滑コンデンサＣ１の直列回路、ならびに出力電圧検出回路ＶＤ１を備えていて、後述する制御手段ＣＣの制御によって昇圧動作および力率改善動作を行う。なお、スイッチング素子Ｑ１は、ＭＯＳＦＥＴからなる。出力電圧検出回路ＶＤは、ＬＥＤ照明灯点灯回路ＯＣの出力端に並列接続した電圧分圧回路から分圧された出力電圧を取り出して、後述する制御手段ＣＣに制御入力する。上記電圧分圧回路は、抵抗器Ｒ２およびＲ３の直列回路で構成され、抵抗器Ｒ３の端子電圧が並列接続したコンデンサＣ３を介して出力される。

降圧チョッパＳＤＣは、昇圧チョッパＢＵＣの出力端である平滑コンデンサＣ１の両端間に接続したスイッチング素子Ｑ２およびフライホイールダイオードＤ２の直列回路、フライホイールダイオードＤ２に並列接続したインダクタＬ２およびコンデンサＣ２の直列回路、ならびに負荷電流検出回路ＩＤを備えていて、後述する制御手段ＣＣの制御によって降圧動作を行う。なお、スイッチング素子Ｑ２は、ＭＯＳＦＥＴからなる。また、負荷電流検出回路ＩＤは、負荷電流を抵抗器Ｒ１で検出して制御手段ＣＣに制御入力するように構成されている。

本形態において、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤは、図２に示すように、複数、例えば２個のＬＥＤモジュールＭ１、Ｍ２が直列接続してなり、ＬＥＤ照明灯点灯回路ＯＣの出力端に接続している。ＬＥＤモジュールＭ１、Ｍ２は、それぞれが複数個のＬＥＤ光源からなる直列回路およびその両端が接続する一対の端子が互いに近接配置された単一のコネクタＣＮを備えた構造である。単一のコネクタＣＮは、その内部に一対の端子が近接配置されていて、そこに複数個のＬＥＤ光源からなる直列回路の両端が接続している。したがって、複数のＬＥＤモジュールＭ１、Ｍ２の直列接続体は、単一のコネクタＣＮを経由して直列接続している。

調光信号出力手段ＤＳＧは、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤを調光点灯する場合に配設される調光信号を生成して出力する手段であり、所望により配設される。なお、調光しない場合には配設していなくてもよい。調光信号出力手段ＤＳＧの配設位置は、昇圧チョッパＳＵＣおよび降圧チョッパＳＤＣを含むＬＥＤ照明灯点灯装置の主要部に近接した位置、例えば上記主要部と同一の配線基板に実装されている態様でもよい。また、上記主要部から離間した位置に配設されるのであってもよい。

また、調光信号出力手段ＤＳＧは、出力する調光信号の形態が特段限定されない。例えば、調光度に応じてパルスのデューティが変化するデューティ信号、調光度をディジタル化したディジタル信号および調光度に応じて電圧値が変化する可変電圧信号などを選択的に適宜採用することができる。さらに、調光信号出力手段ＤＳＧから出力される調光信号は、連続的に変化してもよいし、段階的に変化してもよい。本形態において、調光信号は、調光割合に応じてデューティが変化する電圧パルス列からなる。

制御手段ＣＣは、昇圧チョッパＢＵＣおよび降圧チョッパＳＤＣを制御する手段であり、本形態においては後述する安全回路ＳＣの主要部を内蔵している。なお、始動シーケンスとして、ＬＥＤ照明灯点灯装置に対して電源を投入した際に、所望により例えば後述するスタンバイモードおよびランモードに分けた制御動作を行って電源を立ち上げる。

また、制御手段ＣＣは、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤを調光点灯するために、調光信号出力手段ＤＳＧから出力される調光信号に応じて降圧チョッパＳＤＣおよび昇圧チョッパＢＵＣの少なくとも一方の出力を制御してＬＥＤ照明灯ＬＥＤを調光点灯させるための調光制御動作を行わせることができる。なお、昇圧チョッパＢＵＣと降圧チョッパＳＤＣとの制御を統合的に行う必要はなく、両者を各別に制御することができる。例えば、昇圧チョッパＢＵＣの一部として予め専用の制御手段を一体的含んだ構成のものを用いることができる。

調光制御動作を行わせる態様において、降圧チョッパＳＤＣおよび昇圧チョッパＢＵＣの少なくとも一方の出力制御は、制御手段ＣＣ内に設定した所定の調光特性および調光信号出力手段から出力される調光信号の相関に基づいて行われる。なお、調光特性は、使用する照明灯の種類に応じて予め所望に応じて適宜設定しておくことができる。例えば、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤの光量と調光度とが連続的、かつ直線的に変化する調光特性にしたり、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤの光量と調光度とが所定の非直線的な変化をする調光特性にしたり、さらにはＬＥＤ照明灯ＬＥＤの光量が段階的に変化する調光特性にしたりすることができる。

さらに、制御手段ＣＣは、始動シーケンスの電源立ち上げ制御における少なくともスタンバイモードおよびランモードを実行する部分が後述するようにアナログ回路により構成されている。しかし、その他の制御動作を行う部分が同様にアナログ回路またはマイコンを主体として構成されていてもよいし、マイコンおよびアナログ回路のハイブリット構成であってもよい。

昇圧チョッパＢＵＣを制御するためには、昇圧チョッパＢＵＣのスイッチング素子Ｑ１にパルス電圧からなる駆動信号を供給する。また、昇圧チョッパＢＵＣの出力電圧検出回路ＶＤから制御入力される出力電圧が所定値になるように帰還制御して駆動信号のデューティを所定に制御する。

降圧チョッパＳＤＣを制御するためには、そのスイッチング素子Ｑ２にパルス電圧からなる駆動信号を供給する。また、降圧チョッパＳＤＣの負荷電流検出回路ＩＤから制御入力される負荷電流が一定になるように帰還制御するとともに、調光する場合には調光信号に応じて駆動信号をＰＷＭ制御する。

安全回路ＳＣは、その主要部が図３に示すように出力電圧検出回路ＶＤおよび第１および第２の閾値設定回路ＳＳ１、ＳＳ２を備えて構成されている。なお、図において、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。

負荷電圧検出回路ＶＤによりＬＥＤ照明灯点灯回路ＯＣの出力電圧を取り出す。第１の閾値設定回路ＳＳ１は、コンパレータＣＰ３を主体として構成され、その非反転入力端子に負荷電圧検出回路ＶＤの検出電圧が印加され、抵抗分圧回路Ｖ_Ｅから得る基準電圧Ｅ３が反転入力端子に印加される。そして、高域側の閾値を設定する。

第２の閾値設定回路ＳＳ２は、コンパレータＣＰ４を主体として構成され、その反転入力端子に負荷電圧検出回路ＶＤの検出電圧が印加され、抵抗分圧回路Ｖ_Ｅから得る基準電圧Ｅ４が非反転入力端子に印加される。そして、低域側となる本発明の異常電圧検出閾値Ｖ´を設定する。この閾値は、２個のＬＥＤモジュールＭ１、Ｍ２のうち１個が短絡したときのもので、図４に示すように、Ｖ／２より１３Ｖ高く設定されている。なお、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤが３個のＬＥＤモジュールの直列接続体により構成される場合には、図５に示すように、２Ｖ／３より１３Ｖ高く設定される。

コンパレータＣＰ３およびＣＰ４は、スイッチＳＷを経由して制御電源Ｖｃｃが供給される。上記スイッチＳＷをＯＮすることにより安全回路ＳＣを有効にする（作用させる）。

そうして、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤの一部が短絡して、ＬＥＤ照明灯点灯回路ＯＣの出力電圧が正常値Ｖより低くなって異常電圧検出閾値Ｖ´に達したときには、安全回路ＳＣがそのコンパレータＣＰ４の出力に応じて制御手段ＣＣを制御することで、ＬＥＤ照明灯点灯回路ＯＣの出力を停止させたり、安全なレベルまで低下させたりする。これに対して、何らかの原因によりＬＥＤ照明灯点灯回路ＯＣの出力電圧が上昇しすぎて、高域側の閾値に達したときには、コンパレータＣＰ３の出力に応じて上記と同様に保護動作が行われる。

次に、本形態のＬＥＤ照明灯点灯装置の基本的回路動作について説明する。すなわち、照明灯点灯回路ＯＣの昇圧チョッパＢＵＣが動作することにより、商用交流電源ＡＣの電圧より高くなるように昇圧され、かつ出力電圧検出回路ＶＤから得た帰還電圧を用いて帰還制御された直流電圧が昇圧チョッパＢＵＣから出力される。また、ＬＥＤ照明灯点灯装置の力率を改善することもできる。

昇圧チョッパＢＵＣの出力電圧は、降圧チョッパＳＤＣの入力端に印加される。これにより、降圧チョッパＳＤＣは、降圧動作を行う。

そうして、負荷のＬＥＤ照明灯ＬＥＤに対して降圧チョッパＳＤＣにおいて所要値に調整された直流電圧がその出力端に現れる。その結果、降圧チョッパＳＤＣの負荷として出力端に接続されたＬＥＤ照明灯ＬＥＤに負荷電流が流れるので、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤが点灯する。このときの点灯は、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤが発光ダイオードの場合、降圧チョッパＳＤＣの負荷電流検出回路ＩＤと制御手段ＣＣの協働によって定電流制御下で行われる。

調光信号出力手段ＤＳＧから送出された調光信号が降圧チョッパＳＤＣの制御部に入力すると、当該制御部は調光信号に対応してＰＷＭ制御された駆動信号を生成して降圧チョッパＳＤＣのスイッチング素子Ｑ２に供給する。その結果、負荷電流の定電流制御の基準値が調光信号に応じて変更されるため、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤは、調光信号に対応する光出力の調光点灯を行う。

次に、ＬＥＤ照明灯点灯装置に商用交流電源ＡＣを投入した際の始動シーケンスによる電源立ち上げ時の制御動作について図６および図７を参照して説明する。

最初に、始動シーケンスの制御動作の流れを説明する。図３に示すフローチャートは、商用交流電源ＡＣ投入時におけるＬＥＤ照明灯点灯装置内部の電源立ち上げに係わる始動シーケンスの制御動作の流れを説明している。すなわち、ＬＥＤ照明灯点灯装置内部の電源立ち上げに係わる始動シーケンスの制御動作は、スタンバイモードおよびランモードに別れており、図中の［電源投入］において商用交流電源ＡＣを投入すると、最初にスタンバイモードの制御動作を行う。

スタンバイモードにおいては、［Ｖccスタート］で関係する制御電源Ｖccを立ち上げると、＜電源監視＞が行われる。電源監視は、電源に異常がないかチェックし、問題がなくてＯＫであれば、タイマスタートを経て次の＜調光信号チェック＞のステップへ進む。調光信号チェックにおいて問題があってＮＧであれば、再び＜電源監視＞に戻る。調光信号チェックは、調光信号の内容が調光ＯＦＦか否かがチェックされる。そして、調光ＯＦＦであれば、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤを点灯しないので、再び＜電源監視＞に戻る。これに対して、調光ＯＦＦ以外であれば、問題がないため、続いて＜タイマチェック＞が行われる。

タイマチェックでは、調光信号チェックが調光信号が立ち上がった後に行われたかを判断するために、第１の所定時間が経過しているかチェックする。例えば、タイマチェックのときに電源投入から２秒未満であれば、調光信号が立ち上がっていないと判断して、再び＜調光信号チェック＞に戻る。２秒を経過していれば、調光信号チェックが問題なく行われたことになるので、スタンバイモードを終了し、次のランモードへ移行する。

したがって、スタンバイモードでは、電源監視、調光信号チェックおよびタイマチェックのいずれかに問題があれば、スタンバイ状態が持続するので、照明灯点灯回路ＯＣが動作しないから、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤは消灯状態を維持する。また、第１の形態においては、調光信号チェックを電源投入から第１の所定時間経過後に実行するように構成されているから、電源投入から調光信号発生までに時間遅れ、例えば０．７〜１秒程度が伴う場合に好適である。この場合、上記第１の所定時間を上記時間遅れの後になるように設定する。

次に、ランモードにおいては、安全回路を電源投入から第２の所定時間経過後に有効にするように構成されている。上記第２の所定時間は、照明灯点灯回路ＯＣが立ち上がったときにオーバーシュートなどＬＥＤ照明灯ＬＥＤの光出力が一時的に不安定になりやすい場合に、その不安定期間の終了後に安全回路を有効にするのに効果的である。これにより、安全回路が誤動作しなくなるとともに、安全回路の構成が簡単になる。

すなわち、ランモードにおいては、［Ｖddスタート］で制御手段ＣＣ内の駆動信号発生回路の電源Ｖddを立ち上げる。これにより駆動信号発生回路から駆動信号が発生し、照明灯点灯回路ＯＣのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２に駆動信号が印加されるので、［メインスイッチングスタート（点灯開始）］が行われ、照明灯点灯回路ＯＣが動作を開始して照明灯ＬＥＤが点灯する。そして、点灯後も電源監視、調光信号チェックおよびタイマチェックを行う。電源監視および調光信号チェックの結果、問題があるときには、スタンバイモードに戻る。そのため、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤは消灯し、その状態を問題がなくなるまで持続する。

これに対して、ランプモードにおける＜タイマチェック＞は、電源投入から第２の所定時間、例えば３秒が経過しているか否かをチェックする。その結果、経過時間が第２の所定時間内、すなわち２秒超〜３秒未満であれば、再びランモードにおける＜電源監視＞、＜調光信号チェック＞および＜タイマチェック＞を繰り返す。また、経過時間が第２の所定時間すなわち３秒を経過していれば、安全回路を有効にしてランモードが終了し、始動シーケンスを終了する。なお、安全回路は、例えば異常時に照明灯点灯回路の発振停止による出力停止または出力低減など異常時に負荷の安全を図る回路を意味する。

次に、図７を参照して始動シーケンス回路を説明する。始動シーケンス回路は、トランジスタＱ４により駆動信号発生回路の電源Ｖddを立ち上げ、トランジスタＱ９により安全回路を有効にし、電源監視は、ヒステリシスコンパレータＣＰ２を主体として構成された電源監視回路ＳＶＭにより実行し、調光信号チェックを調光信号チェック回路ＤＳＣおよびトランジスタＱ６により実行し、第１の所定時間チェックおよび第２の所定時間チェックをタイマＴＭにより実行するように構成している。以下、さらに具体的に説明する。

電源監視回路ＳＶＭは、ヒステリシスコンパレータＣＰ２の非反転入力端子に分圧回路の抵抗器Ｒ８の端子電圧が入力するように接続し、反転入力端子が基準電圧Ｅ１を介して接地している。ヒステリシスコンパレータＣＰ２の正帰還回路は、抵抗器Ｒ１０および回り込み防止用のダイオードＤ３の直列回路からなる。ヒステリシスコンパレータＣＰ２の出力端子は、回り込み防止用のダイオードＤ４および抵抗器Ｒ１１を直列に介してコンパレータＣＰ１の反転入力端子および後述するタイマＴＭに接続している。

調光信号チェック回路ＤＳＣによりＯＮ、ＯＦＦするトランジスタＱ６は、ヒステリシスコンパレータＣＰ２の非反転入力端子と接地との間に接続している。そして、調光信号が調光ＯＦＦのときトランジスタＱ６はＯＮし、その他の調光信号のときＯＦＦする。

タイマＴＭは、抵抗器Ｒ１２、トランジスタＱ８のコレクタ・エミッタおよびコンデンサＣ４からなる第１の直列回路における抵抗器Ｒ１２の外端が制御電源Ｖｃｃに、コンデンサＣ４の外端が接地されている。また、ツェナーダイオードＺＤ１および抵抗器Ｒ１３からなる第２の直列回路が第１の直列回路と並列に接続し、ツェナーダイオードＺＤ１および抵抗器Ｒ１３の接続点がトランジスタＱ８のベースに接続している。さらに、トランジスタＱ８のエミッタとコンデンサＣ４の接続点がコンパレータＣＰ１の反転入力端子とダイオードＤ４および抵抗器Ｒ１１を直列に介してヒステリシスコンパレータＣＰ２の出力端子とに接続している。

トランジスタＱ９、ツェナーダイオードＺＤ２およびコンデンサＣ５は、第２の所定時間の経過時に安全回路を有効にする。ツェナーダイオードＺＤ２およびコンデンサＣ５の直列回路がタイマＴＭ１のコンデンサＣ４と並列接続し、コンデンサＣ４の充電電圧がツェナー電圧を越えたときにトランジスタＱ９がＯＮにして、安全回路を無効状態から有効へ切り換える。

本発明の第１の形態における始動シーケンス回路動作を説明する。

スタンバイモードにおいては、交流電源ＡＣが投入されて制御電源Ｖｃｃが立ち上がると、始動シーケンス回路が動作を開始する。そして、電源監視回路ＳＶＭが有するヒステリシスが電源電圧の許容範囲を決定する。そして、抵抗器Ｒ８の端子電圧が基準電圧Ｅ２より所定範囲内で高いときにヒステリシスコンパレータＣＰ２の出力端子がハイ（Ｈｉ）でＯＦＦ状態になる。これに対して、交流電源ＡＣの電源電圧が許容範囲を下回り、抵抗器Ｒ８の端子電圧が基準電圧Ｅ２より低いときには、上記出力端子がロー（Ｌｏｗ）でＯＮ状態になり、電圧が出力されない。

一方、調光信号チェックの結果、調光信号が調光ＯＦＦ以外のときには、調光信号チェック回路ＤＳＣの出力レベルが低いので、トランジスタＱ６はＯＦＦしている。調光信号が調光ＯＦＦのときには、調光信号チェック回路ＤＳＣの出力レベルが高くなるので、トランジスタＱ６がＯＮする。

タイマＴＭは、コンデンサＣ４を、抵抗器Ｒ１２およびトランジスタＱ８を通じて充電することでタイマ動作を行う。電源監視および調光信号チェック結果に問題がなくて、電源監視回路ＳＶＭからの出力がハイ（Ｈｉ）でＯＦＦ状態のとき、タイマＴＭは、制御電源Ｖｃｃの立ち上がりによりタイマ動作をスタートし、第１の所定時間を超えると、そのコンデンサＣ４の電圧がコンパレータＣＰ１の基準電圧Ｅ１を超える。その結果、コンパレータＣＰ１の出力端子がマイナス電位となり、トランジスタＱ４がＯＮするので、ランモードへ移行し、コンデンサＣ３から電源Ｖｄｄが得られる。

これに対して、電源監視および調光信号チェック結果に問題があってヒステリシスコンパレータＣＰ２の出力端子がロー（Ｌｏｗ）でＯＦＦ状態のときには、タイマＴＭは、抵抗器Ｒ１１およびダイオードＤ４を通じてリセットされる。また、電源監視または調光信号チェック結果に問題があるか、またはタイマチェックの結果、第１の所定時間未満のときには、タイマＴＭのコンデンサＣ４の端子電圧が低いので、コンパレータＣＰ１の出力電圧がプラスである。このため、トランジスタＱ４がＯＦＦしているので、ランモードへ移行できない。

また、ランモードにおいては、電源監視回路ＳＶＭおよび調光信号チェック回路ＤＳＣが動作を継続する。

一方、第２の所定時間は、制御電源Ｖｃｃの立ち上がりからタイマＴＭが動作をスタートし、そのコンデンサＣ４の充電電圧がツェナーダイオードＺＤ２のツェナー電圧を越えるときで計時され、第２の所定時間を超えるとトランジスタＱ９がＯＮする。これにより、安全回路が有効になる。

図８は、本発明のＬＥＤ照明灯点灯装置を実施するための第２形態における基板に実装された状態の点灯装置を示す要部正面図である。本形態は、ＬＥＤ照明灯ＬＥＤが複数のＬＥＤモジュールＭを直列接続した直列接続体の２個を基板ＰＣＢに実装したＬＥＤ照明灯点灯回路ＯＣの出力端に並列接続する構成である。

すなわち、上記基板ＰＣＢは、印刷配線が形成され、ＬＥＤ照明灯点灯回路ＯＣを構成する複数の電子回路部品ＥＰ１、ＥＰ２がそこに実装され、かつＬＥＤ照明灯点灯回路ＯＣの出力端に接続した出力用の複数組の端子台ＴＰが基板ＰＣＢの一端側に実装されている。なお、図示を省略しているが、交流電源ＡＣに接続する入力用の端子台が基板ＰＣＢの他端側に配設されている。

複数組の出力用の端子台ＴＰは、それぞれが互いに離隔したアノード側端子台ＣＮ１とカソード側端子台ＣＮ２とによって構成されている。そして、アノード側端子台ＣＮ１とカソード側端子台ＣＮ２とは、基板ＰＣＢの幅方向における両側の互いに離隔した位置に複数組が集合して配置されている。本形態においては、各組のアノード側端子台ＣＮ１およびカソード側端子台ＣＮ２がそれぞれ図示のように一体化された状態となっている。なお、各組のアノード側端子台ＣＮ１およびカソード側端子台ＣＮ２に接続されるＬＥＤモジュールＭが２個図示されているが、３個以上の接続が可能なように組数を適宜増加することができるのはいうまでもない。

本発明のＬＥＤ照明灯点灯装置を実施するための第１の形態の全体を示す回路図 同じくＬＥＤ照明灯の構成を説明する回路図 同じく安全回路の主要部の回路図 同じく異常電圧検出閾値と正常時出力電圧との関係を示す電圧波形図 同じくＬＥＤモジュールが３個の場合の異常電圧検出閾値と正常時出力電圧との関係を示す電圧波形図 同じく始動シーケンスの制御動作のフローチャート 同じく始動シーケンス回路図 本発明のＬＥＤ照明灯点灯装置を実施するための第２の形態の要部を示す回路図

符号の説明

ＢＵＣ…昇圧チョッパ、ＣＣ…制御手段、ＤＳＧ…調光信号出力手段、ＩＤ…負荷電流検出回路、ＬＥＤ…ＬＥＤ照明灯、ＲＤＣ…整流化直流電源、ＳＣ…安全回路、ＳＤＣ…降圧チョッパ、ＳＳ１…第１の閾値設定回路、ＳＳ２…第２の閾値設定回路、ＶＤ…出力電圧検出回路

Claims (2)

1. 複数個のＬＥＤ光源を有する直列回路と、この直列回路の両端が接続する一対の端子を有し、この一対の端子が互いに近接配置された単一のコネクタとを備えたＬＥＤモジュールをｎ個（ただし、ｎは２以上の整数）直列接続したＬＥＤ照明灯と；
   出力端を有し、この出力端に接続した前記ＬＥＤ照明灯を定電流点灯するＬＥＤ照明灯点灯回路と；
   正常な前記ＬＥＤ照明灯が前記ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力端に接続される際の前記ＬＥＤ照明灯点灯回路の出力電圧としての正常時出力電圧をＶ（Ｖ）とし、異常点灯状態を検出する際のＬＥＤ照明灯点灯回路の出力電圧の異常電圧検出閾値をＶ´（Ｖ）としたとき、異常電圧検出閾値Ｖ´および正常時出力電圧Ｖが数式（Ｖ−Ｖ／ｎ＋１３）＜Ｖ´＜Ｖおよび１３＜Ｖ／ｎをともに満足する異常電圧検出閾値を設定し、検出したＬＥＤ照明灯点灯回路の出力電圧が異常電圧検出閾値に達したときにＬＥＤ照明灯点灯回路の出力を停止または低下させる安全回路と；
   を具備していることを特徴とするＬＥＤ照明灯点灯装置。
2. 照明器具本体と；
   照明器具本体に配設された請求項１記載の点灯装置と；
   を具備していることを特徴とする照明器具。

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