JP5400990B1 - Ｌｅｄ照明装置および点灯制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】携帯型電灯および非常用照明として機能する室内／屋外設置照明のためのＬＥＤ照明装置およびその点灯制御方法を提供すること。
【解決手段】本発明のＬＥＤ照明装置は、平面上に配置されたＬＥＤアレイ２０８と、商用電源からの電力供給がない場合にＬＥＤアレイ２０８を動作させるための２次電池１１０と、ＬＥＤアレイ２０８を駆動させると共に、２次電池１１０を充電するための直流変換部２０２と、プローブ電圧と、２次電池手段を充電するための充電電圧、またはプローブ電圧と、接地電圧とを比較する電圧比較部２０５、６０４と、電圧比較部２０５の出力をオン・オフするスイッチ部２０９とを備え、電圧比較部２０５は、前記プローブ電圧との比較に応答して停電時に前記２次電池手段の出力電圧を出力することにより、ＬＥＤアレイを点灯させるように制御している。
【選択図】 図２

Description

本発明は、発光ダイオード（以下、ＬＥＤとして参照する。）を備える電灯装置に関し、より詳細には、携帯型電灯および非常用照明として機能する室内／屋外設置照明のためのＬＥＤ照明装置およびその点灯制御方法に関する。

近年、白色ＬＥＤなどが普及し、また省電力の要請もあり、ＬＥＤを光源として利用する、ＬＥＤ照明器具が多く利用されている。ＬＥＤは、数ｍＡ〜数１０ｍＡ程度の電流で高輝度発光が可能なので、電球として利用する場合にでも、大がかりな電源装置を必要としない。そのため、携帯型電灯、電球および蛍光灯型の照明用光源、あるいは、電池駆動の電灯装置の光源としても利用されている。

また、近年、地震、大型台風またはゲリラ豪雨などの自然災害時には、商用電源が停止してしまうため、商用電源が停止する自然災害時でも使用可能であることを前提としなければならないことが改めて認識されているところである。さらに、商用電源が停止してしまった場合でも、夜間、または昼間でも照明が必要な場所から迅速な避難を行うことが必要である。

しかしながら、夜間や照明が無ければ昼間でも暗い、例えば地下街や地下鉄構内、またはトンネル内などは、商用電源が停止してしまうと視界が利かず、避難するにしても逆に危険を伴う場合も少なくない。災害時停電などの場合、仮にバックアップ用の非常発電施設が有ったにしても、非常用発電施設のための電力ラインが健全であるとも言えない。

そのため、上述した目的で、非常用照明として専用に建造物に設けられていたり、家庭内では非常用照明として懐中電灯が利用されていたりする。しかしながら、停電は不意に発生するので、非常用照明設備や懐中電灯がどこにあるのかを忘れている場合や、夜間などの場合には、非常用照明設備や懐中電灯を探し当てられずに役に立たないという場合もある。また、非常時の停電でなくとも、電力を使いすぎた場合に安全用のブレーカが動作し、建造物内の全照明が消えてしまい、同じようなケースが発生することは身近に起こりえることである。

このような問題を改善するために種々の技術がすでに知られており、例えば、特開２０１１−９０９７０号公報（特許文献１）では、ＬＥＤ非常照明装置が記載されており、停電検出回路を使用することなく、停電時にＬＥＤ非常用照明装置を自動点灯させる技術が記載されている。
しかし、特許文献１に記載された技術では、停電時にＬＥＤ照明装置を自動点灯させることは可能であるものの、充電ラインと、ＬＥＤ駆動電流供給ラインとが共用されている。そのため、停電時にＬＥＤに２次電池からＬＥＤに供給される電流が過大となり、点灯寿命が制御できないという問題がある。ＬＥＤに対して過電流が供給され、ＬＥＤの寿命の点で、非常用照明装置として使用するには問題があった。さらに、ＬＥＤごとに２次電池を用意しなければならないこともあり、コスト的に見ても照明器具として汎用性の有るものではなかった。

また、特開２０１０−７３３３４号公報（特許文献２）には、常時は据え付け型の照明用ランプとして機能し、停電時には非常灯として機能させることができ、取り外して懐中電灯として用いることができるＬＥＤランプが記載されている。

特許文献２では、停電時に自動点灯させるために交流電源が遮断された場合に、自動切替スイッチがオンに切り替わるようにする自動切替スイッチを設ける点が記載されている。
しかし、特許文献２では、手動操作スイッチおよび自動切替スイッチの両方を設けるため、自動点灯動作がスムーズに機能しない場合も想定される。また、充電・切り替えの制御を行う専用の充電・切替回路を必要とするため、回路構成が複雑である点が懸念される。

以上の通り、従来のＬＥＤ照明装置は、停電時自動点灯機能を提供することができるものの、回路構成が複雑であったり、寿命的な面で充分なものとは言えず、非常用照明としてのＬＥＤ照明を普及させることができなかった。

特開２０１１−９０９７０号公報 特開２０１０−７３３３４号公報

本発明は、従来技術の上記問題点に鑑みてなされたものであり、従来の白熱電球に代替できるＬＥＤを光源とした照明装置であって、停電時に自動的に非常灯として機能し、回路構成を単純にしつつ、寿命的な面で充分であり、さらに、携帯型電灯として機能するＬＥＤ照明装置およびその点灯制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、白熱電灯などの既存光源用のソケット、２次電池、および平面的に配列されたＬＥＤアレイを備えるＬＥＤ照明装置を提供する。ＬＥＤ照明装置は、所定のプローブ電圧を使用して、商用電源からの電力が喪失したことを判断し、自動点灯することで非常灯の機能を提供する。

また、本発明は、室内使用時におけるユーザの手動による切換を、プローブ電圧によって検知し、停電時に選択的に非常灯して点灯する点を特徴とする。

本発明によれば、商用電源の遮断時の照明のリカバリを、商用電源の正常時に充電されていた２次電池からの電力供給でまかなうことができ、自動切替えのための特別な制御装置は必要なく、また停電時駆動といった予測できない期間内でＬＥＤを放置しておくことによるＬＥＤの劣化を抑制することができる。そのため、従来の白熱電球に代替できるＬＥＤを光源とした照明装置であって、停電時に自動的に非常灯として機能し、回路構成を単純にしつつ、携行性、および寿命的な面で充分であり、さらに、携帯型電灯として機能するＬＥＤ照明装置およびその点灯制御方法を提供することができる。

本実施形態のＬＥＤ照明装置を示す図。 本実施形態でプリント配線板上に実装される電気的要素および部材の機能ブロックを示す図。 本発明の電圧比較部の電圧比較回路の実施形態を示す図。 ＬＥＤ照明装置の機能ブロックの第２の実施形態を示す図。 本実施形態の充電動作およびＬＥＤアレイの点灯動作を、コンパレータの出力電圧Ｖ_ｏｕｔと対応づけて説明する図。 本実施形態の第２の実施形態を示す機能ブロック図。 本実施形態における電圧比較部および点電気自動点灯部の回路構成の実施形態を示した図。 第２の実施形態におけるＬＥＤ照明装置の点灯状態を纏めた図。

１００ ＬＥＤ照明装置
１０１ 筐体
１０２ 透明カバー
１０３ ソケット
１０４ 切替スイッチ
１０５ ＬＥＤ
１０６ 保持部材
１０７ グランドライン
１０８ 充電手段
１０９ プリント配線板
１１０ ２次電池
１１１ ライン（接地）
１１２ 延長部
２００ 機能ブロック
２０１ スイッチ部
２０２ 直流変換部
２０２ａ,ｂ 直流変換部
２０３ ＤＣ−ＤＣ変換部
２０４ 制御抵抗
２０５ 電圧比較部
２０７ 充電制御部
２０８ ＬＥＤアレイ
２０９ 第２スイッチ部
３００ 電圧比較回路
３０１ コンパレータ
３０２ 抵抗
３０４ 抵抗
３０５ 抵抗
４００、６００ ＬＥＤ照明装置

以下、実施形態を使用して本発明を説明する。ただし、本発明は、後述する実施形態に限定されるものではない。図１は、本実施形態のＬＥＤ照明装置１００の実施形態を示す。また、図１の一点鎖線を境界として紙面右手側は、筐体１０１を一部切り欠いて筐体１０１内に収容されている各種要素を示す。

図１に示すＬＥＤ照明装置１００は、外見上、白熱電球に類似した形状とされており、筐体１０１と、商用電源に接続するためのソケット１０３とを含む。プラスチック製の筐体１０１は、ＬＥＤ１０５などを収容する拡張部１１２ａと、拡張部１１２ａに連続する延長部１１２ｂとを有する。拡張部１１２ａには、光源であるＬＥＤ１０５やＬＥＤ１０５の点灯を制御するための各種の部材が収容されている。

筐体１０１の紙面上部側には、ＬＥＤ１０５を覆い、またＬＥＤ１０５からの光を透過させる透明カバー１０２が設けられていて、ＬＥＤ１０５を保護すると共に、ＬＥＤ１０５から発生した光を外部に照射する。透明カバー１０２は、透明である必要はなく、ＬＥＤ１０５からの光を透過する透光性を有していればよい。

ＬＥＤ（Light Emitting Diode）１０５は、電圧を加えた際に発光する半導体素子である。本発明で使用できるＬＥＤ１０５は、その種類、形態などは問わない。本実施形態では、複数のＬＥＤ１０５を配置している形態を示しているが、基板上に実装された単数あるいは複数のＬＥＤチップを一括封止したＣＯＢタイプ（Chip On Board）でもよいし、ＳＭＤタイプ（Surface Mount Device）でもよい。また、ＬＥＤ１０５の例には、有機ＥＬ（ＯＬＥＤｓ）も含まれる。また、ＬＥＤ１０５の色合いは、どのような色でもかまわないが、電灯の機能を考慮すると、白熱電灯の色合いから昼光色の色合いを再現するＬＥＤを使用することが好ましい。

筐体１０１には、ＬＥＤ照明装置の動作モードを切替えるための切替スイッチ１０４が設けられている。切替スイッチ１０４は、本実施形態では、点灯モード、電灯モード、および充電モードの間で切替えを行うことができる３接点切替えが可能なスライド式のスイッチとされている。充電モードとは、専ら充電を行うモードであり、点灯モードとは、電灯および懐中電灯、非常灯として照明を行うためのモードであり、電灯モードとは、商用電源からの給電を受けた状態でのみＬＥＤを発光させ、停電時や壁などに設置された手元スイッチのスイッチオフにより、ＬＥＤの発光を停止させる、いわゆる白熱電灯を代替する機能を有するモードである。

さらに筐体１０１の構成要素である延長部１１２ｂには、紙面下側にＥ２６、Ｅ１２、Ｅ１７、Ｅ２７、Ｅ１４、Ｅ１１、ＧＵ１０などの規格を有するソケット１０３が配設されていて、従来の白熱電灯用の商用電源ソケット（メス）に螺合して、ＬＥＤ照明装置１００に商用電源を供給することが可能とされている。

ＬＥＤ１０５は、ＬＥＤ１０５に駆動電流を流すための配線を備える保持部材１０６に保持されている。保持部材１０６の下面（ソケット１０３側）には、２次電池１１０から正極ラインと、グランドラインとが接続されていて、図１中、例示的にグランドライン１０７に符号を付して示している。グランドライン１０７は、保持部材１０６の下面からソケット１０３のグランド側まで延ばされて、ソケット１０３のグランド側の内側部に接続されている。またソケット１０３のグランド側の内側には、２次電池１１０のグランドラインも延ばされていて、グランドライン１０７と同様にソケット１０３のグランド側の内側に接続されている。

２次電池１１０は、充電を行なうことにより電気を蓄えて電池として使用できる部材である。本発明の２次電池としては、これまで知られたいかなる充電式のものでも利用できる。近年では、３．７Ｖ、３．８Ｖなどの高い放電電圧を提供でき、また容量の大きなＬｉイオン電池が普及していることもあり、Ｌｉイオン電池を使用することが好ましい。さらに筐体１０１の内側には、２次電池１１０を取り囲むようにして、プリント配線板１０９が固定されている。プリント配線板１０９は、２次電池１１０をその中央部に挿通させることができるように円形の開口部を備えていて、２次電池１１０を取り囲むように、各種の電気的要素や部材を実装している。なお各種電気的要素や部材はより詳細に後述するが、図１では、それらの要素・部材のうち、充電手段１０８だけを例示的にしている。また、２次電池１１０は、正極がＬＥＤ１０５に接続され、負極がライン１１１で示すように接地されており、さらに充電手段１０８に接続された充電ラインにより、点灯モードおよび充電モードにおいて充電される構成とされている。

筐体１０１のソケット１０３から拡張部１１２ａまでを連結する延長部１１２ｂをスライド式の２重構造として、延長部１１２ｂの長さを可変とし、懐中電灯などとして使用する時の取扱い性を改善することもできる。

図２は、本実施形態でプリント配線板１０９上に実装される電気的要素および部材の機能ブロック２００を示す。なお、２次電池のように図１と共通する部材は、図１で付した符号と同じものを使用する。図２の紙面左手側から順に説明すると、商用電源ラインは、ＬＥＤ照明装置１００のソケット１０３から直流変換部２０２にまず導入される。直流変換部２０２は、トランス、トランジスタなどを含んで構成される整流回路であり、商用電源の交流を、所定の、または設定範囲の直流電流に変換している。直流変換部２０２の出力はその後、スイッチ部２０１に導入される。

スイッチ部２０１は、後述するように、電圧比較部２０５の出力をオン・オフする機能を備える部材である。本実施形態のスイッチ部２０１は、少なくとも点灯モードおよび充電モードの切替を可能としており、スイッチ部２０１が点灯モード（紙面上側に接続する）の場合、商用電源の交流電流がＤＣ−ＤＣ変換部２０３に導入される。ＤＣ−ＤＣ変換部２０３は、ＬＥＤアレイ２０８を駆動するための駆動電圧を生成し、制御抵抗２０４を介して動作電圧／制御抵抗で与えられるＬＥＤ駆動電流をＬＥＤアレイ２０８に供給し、ＬＥＤ照明装置を点灯させる。これと並列的に点灯モードおよび電灯モードでは、ＬＥＤ照明装置１００の点灯時に２次電池１１０を充電することができるように、直流変換部２０２の出力が、充電制御部２０７にも供給される。なお、ＬＥＤアレイ２０８は、図１で示すように、複数のＬＥＤ１０５がプリント配線板１０９の上に実装されたアレイ状光源のことである。

一方、スイッチ部２０１が、紙面下側に接続されると、電灯モードとなり、商用電源の交流電圧が充電制御部２０７に流される。充電制御部２０７は、受領した所定電圧の直流電流を使用して２次電池１１０の充電を制御する。なお、充電制御部２０７は、定電圧・定電流制御の下、所定の充電電圧を生成し、過充電などが発生しないように制御する。

充電制御部２０７の出力は、２次電池１１０に供給され、説明する実施形態では、２次電池１１０の充電のために使用される。また、充電制御部２０７の出力する充電電圧は、電圧比較部２０５に入力されて、商用電源の遮断を判断するために使用される。なお、直流変換部２０２の出力は、上述したように、点灯モードおよび電灯モードでは、充電制御部２０７にも供給されており、商用電源による２次電池の充電も同時に可能とされている。これにより、常時、２次電池１１０の充電を行なうことができるので、非常時でも、より確実にＬＥＤ駆動電力が確保することができる。

他方、電圧比較部２０５には、２次電池１１０の出力が接続されている。電圧比較部２０５は、充電電圧と、２次電池１１０の電圧を比較し、ＬＥＤアレイ２０８への２次電池１１０からの駆動電流の供給を制御している。

電圧比較部２０５の機能を説明すると、電圧比較部２０５は、充電電圧（Ｖ_ｉｎ）と、２次電池１１０の出力電圧（Ｖ_ｒｅｆ）とを比較し、２次電池１１０の出力電圧Ｖ_ｒｅｆの方が高い場合、充電中ではないと判断する。また、電圧比較部２０５は、Ｖ_ｉｎの方がＶ_ｒｅｆよりも高いと判断した場合、充電中または商用電源による点灯中であると判断する。そして、充電中または商用電源による点灯中である場合には、出力をオフ（Ｌｏｗレベル）とし、２次電池１１０からの駆動電流を、ＬＥＤアレイ２０８に供給させない。

一方、電圧比較部２０５は、Ｖ_ｒｅｆの方が高い、すなわち充電されておらず、かつ商用電源が供給されてもいない場合には、ＬＥＤアレイ２０８を駆動させるために必要な駆動電圧を出力するように機能する。電圧比較部２０５の出力電圧は、第２スイッチ部２０９に送られる、第２スイッチ部２０９は。点灯モードで、懐中電灯などとして使用する場合のオン・オフ切替えを行うために機能を提供する他、本実施形態における電灯モードで、ＬＥＤ照明装置１００を動作させるために使用される。

第２スイッチ部２０９は、スイッチ部２０１と共通する切替スイッチとして構成することができるが、特定の実施形態では、別の切替スイッチとして実装することができる。より具体的に電圧比較部２０５および第２スイッチ部２０９の機能を説明する。電圧比較部２０５は、非充電中であると判断すると、上述した様にＬＥＤアレイ２０８を駆動させるための駆動電圧を生成する。生成された駆動電圧は、第２スイッチ部２０９に印加されるが、電灯モード（第２スイッチ部２０９オフ）では、ＬＥＤ照明装置１００は、白熱電灯を代替する機能を有するモードである。そのため、２次電池１１０からの駆動電圧をＬＥＤアレイ２０８に供給せず、ＬＥＤアレイ２０８を発光させることはない。

一方、第２スイッチ部２０９オンの場合は、点灯モードであり、商用電源の遮断および非充電中であることを検出して、ＬＥＤアレイ２０８を駆動させるための駆動電圧を生成する。生成された駆動電圧は、第２スイッチ部２０９に印加され、この場合には、点灯モードなので２次電池１１０からの駆動電圧をＬＥＤアレイ２０８に供給し、ＬＥＤアレイ２０８を発光させる。

この態様は点灯モードにおいて、ＬＥＤ照明装置１００が商用電源のソケットに接続されている場合には、非常灯として機能する態様となる。またＬＥＤ照明装置１００がソケットから取り外されている場合には、２次電池を電源としてＬＥＤ照明装置１００を懐中電灯として動作させる態様に相当する。

第２スイッチ部２０９に印加された駆動電圧は、制御抵抗２０４を経由してＬＥＤアレイ２０８に印加され、動作電圧／制御抵抗で与えられるＬＥＤ駆動電流をＬＥＤアレイ２０８に供給し、ＬＥＤ照明装置を点灯させる。なお、制御抵抗２０４は、ＤＣ−ＤＣ変換部２０３に接続される制御抵抗と、第２スイッチ部２０９に接続される制御抵抗に関し、同一でも異なっていてもよいが、２次電池１１０駆動の場合の動作時間を延長する目的で、懐中電灯や非常灯の目的に応じて最大の抵抗値とすることが好ましい。

図３は、本発明の電圧比較部２０５の電圧比較回路３００の実施形態を示す。電圧比較回路３００は、コンパレータ３０１を含んで構成することができ、作動電圧が２次電池１１０の出力電圧が使用され、商用電源が遮断されている場合でも２次電池１１０の定格出力電圧の下で、何ら問題なく動作する。また、コンパレータ３０１は、反転型コンパレータとして構成されていて、負入力端子（−）が入力電圧、正入力端子（＋）が基準電圧とされている。

一方、負入力端子（−）には、充電電圧（Ｖ_ｉｎ）が抵抗３０２を介して入力され、正入力端子（＋）には、２次電池１１０の電圧（Ｖ_ｒｅｆ）が抵抗３０４を介して入力されている。コンパレータ３０１は、反転型コンパレータなので、Ｖ_ｉｎ≧Ｖ_ｒｅｆとなったとき、出力をオフ（Ｌｏｗレベル）とし、Ｖ_ｉｎ＜Ｖ_ｒｅｆとなったとき、オン出力（２次電池出力電圧）を与え、２次電池１１０の電圧に等しい電圧を出力する。なお、コンパレータ３０１の出力端子に接続される抵抗３０５は、プルアップ抵抗である。

すなわち充電電圧が０Ｖを超える有意な値を有している場合、充電中であることが示され、充電中の充電電圧は、少なくとも２次電池１１０の出力電圧以上だから商用電源が遮断していることはない。この場合、２次電池１１０から電力を供給する必要はないので、コンパレータ３０１による反転判断の結果、コンパレータ３０１は出力オフ状態とする。一方、充電電圧が０Ｖの場合には、ＬＥＤ照明装置１００は、（１）商用電源が停電した状態、（２）使用者が手元スイッチを切った状態、（３）懐中電灯として使用される状態のいずれかであり、同時にＶ_ｉｎ＜Ｖ_ｒｅｆが充足される。

このとき、懐中電灯や非常灯として使用したい場合には、２次電池１１０からの電力供給がなされなければ、ＬＥＤ照明装置１００は役立たないので、コンパレータ３０１は、オン出力を与え、その出力側端子に２次電池１１０の電圧（Ｖ_ｒｅｆ）に等しい出力電圧を生成する。使用者がその目的に応じて第２スイッチ部２０９を設定しておけば、充電電圧（Ｖ_ｉｎ）が単に利用者が消灯を指示しているだけの上記（２）の状態であるにもかかわらずに、２次電池１１０からの無駄な電力供給は発生せず、２次電池１１０も消耗しない。

他方、上記（１）および（３）の場合には、使用者が第２スイッチ部２０９をオンすれば、コンパレータ３０１はその出力端子にすでに２次電池１１０の電圧（Ｖ_ｒｅｆ）を出力させているので、最大、コンパレータ３０１の制限電流まで電流を供給することが可能である。多くの場合、ＬＥＤアレイ２０８は、２０ｍＡ程度で動作するので、コンパレータ３０１として例えばパワー・オペアンプを使用すれば、多数のＬＥＤ１０５を搭載した大型のＬＥＤ照明装置でも対応可能である。また必要とされる出力電流に応じて、コンパレータ３０１の出力側にトランジスタを配置し、出力電流を増幅させることもできる。

なお、スイッチ部２０１を充電モードに設定した時に、同時に第２スイッチ部２０９をオフする様にスイッチ手段を構成することにより、充電モード時にＬＥＤアレイ２０８に対して駆動電流が供給されないようにすることで、より効率的な充電動作を行うことができる。さらに他の実施形態において延長部１１２の上端部に接点を形成し、筐体１０１の拡張部の下側にも接点を形成し、これらの接点を上下動または回転動作に応じてオン・オフするように後述する第２スイッチ２０９を構成してもよい。これにより、電灯、非常灯、および懐中電灯の使用態様に応じて第２スイッチ部２０９を使用者が切替えることで各種の点灯動作に対応させることができる。

以上の電圧比較部２０５を使用することにより、ＬＥＤ照明装置１００を、電灯、懐中電灯および非常灯として動作させることが可能となる。

図４は、ＬＥＤ照明装置１００の機能ブロックの第２の実施形態を示す。なお、図２で示したと同一の機能の要素には、同一の符号を付して参照する。図４に示す実施形態では、図２の直流変換部２０２が、２系列の直流変換部２０２ａ，２０２ｂに分離されていて、それぞれ点灯モード、電灯モード、および充電モードのために機能される。

この構成の相違に対応して、スイッチ部２０１には、直接、商用電源が入力されていて、紙面上側に接続されたときには点灯モードおよび電灯モードとしてＬＥＤ照明装置４００を機能させ、紙面下側に接続されたときには、充電モードでＬＥＤ照明装置４００を動作させることが可能とされている。図４に示した実施形態においても電圧比較部２０５は、充電電圧と２次電池１１０の出力電圧とを比較し、比較の結果に応じて２次電池１１０側からのＬＥＤアレイ２０８の駆動電圧を印加させることが可能とされている。

図５は、本実施形態の充電動作およびＬＥＤアレイ２０８の点灯動作を、コンパレータ３０１の出力電圧Ｖ_ｏｕｔと対応づけて説明する図である。ＬＥＤ照明装置１００の充電動作は、購入時の充電および商用電源の通電点灯時に行われる。この期間に関しては２次電池１１０からの電力供給は無駄である。本実施形態のＬＥＤ照明装置１００では、商用電源による通常点灯時には、同時に２次電池の充電も行われるので、購入時にあえて充電モードで駆動せずともよいが、充電モードでの充電時には、上述したように、スイッチ部２０１を充電モードに設定すると、第２スイッチ部２０９が連動してオフされるようにスイッチ手段を構成することで、２次電池１１０の充電を、ＬＥＤアレイ２０８に通電しながら行うという状態を回避することができる。なお、スイッチ手段により上述した状態が発生しても、点灯モードにおける充電状態と変わらないので、実質的な不都合は生じない。

例えばＬｉイオン電池といった２次電池は、定格出力電圧が３．７〜３．８Ｖであり、放電に従って電圧が低下する。一方、充電動作では、多くの場合、初期には少なくとも２次電池の出力電圧以上の充電電圧Ｖｉｎによる定電流充電動作が行われ、その後、４．１〜４．２Ｖの定電圧充電が行われ、２次電池の出力電圧Ｖ_ｏｕｔが、Ｖ_ｒｅｆに等しい値として与えられる。図５に示した実施形態では、図５（ａ）で、充電が開始されると充電電圧Ｖ_ｉｎが直ちにＶ_ｒｅｆを上回るので、コンパレータ３０１の出力電圧Ｖ_ｏｕｔは、０Ｖに遷移し、２次電池によるＬＥＤアレイ２０８の駆動は行われない。

一方、充電モードが終了すると、充電電圧は０Ｖに遷移し、Ｖ_ｉｎ＜Ｖ_ｒｅｆの条件が充足されるので、図５（ｂ）に示すように、コンパレータ３０１は、その出力電圧をＶ_ｒｅｆとするように状態を遷移させる。この充電終了の動作は、スイッチ部２０１の切替か、またはＬＥＤ照明装置１００の商用電源からの取外し、充電制御部２０７のタイマオフなど、または商用電源の遮断によって発生する。このとき、第２スイッチ部２０９がオフされていれば、ＬＥＤアレイ２０８は点灯しない。なお、この状態が懐中電灯モードおよび電灯モードに相当する。この状態では、第２スイッチ部２０９を使用者が意図的に操作しなければ、ＬＥＤアレイ２０８は点灯および消灯しない。

また、非常灯として機能させる場合には、使用者が意図的に第２スイッチ部２０９をオン状態にする。この状態では、充電電圧が０Ｖとなると直ちにＬＥＤアレイ２０８に２次電池１１０から駆動電圧が印加されるのでＬＥＤアレイ２０８は点灯し、商用電源の不意な遮断に対応してＬＥＤ照明装置１００が点灯する。さらに他の実施形態では、非常灯として機能させる場合には、予め延長部１１２と拡張部とを予め接続しておくことにより、停電時などにおいて非常灯として機能させ、非常灯として機能させる必要がない場合には、延長部１１２と拡張部の接続を行わずに使用することで、より効率的な点灯制御を行うことができる。

図６は、本実施形態の第２の実施形態を示す機能ブロック図である。屋内の照明灯は、多くの場合、消灯したときにスイッチの場所がわかるように停電力のライトを点灯させる構成とされているものが多い。第２の実施形態では、屋内の照明灯として機能すると共に、停電時に自動点灯する機能を提供する。なお、図６中、直流変換部６０１、充電制御部６０２、ＤＣ−ＤＣ変換部６０３、２次電池６０５およびＬＥＤアレイ６１０については、第１の実施形態で説明したと同様である。

図６の第２の実施形態では、停電による電圧変化を比較するための電圧比較部６０４と、停電を判断したときに自動点灯する停電自動点灯部６０６と、ＬＥＤ点灯回路６０８とを含んでいる点で、第１の実施形態で示すＬＥＤ照明装置１００と相違する。電圧比較部６０４は、プローブ電圧と、２次電池１１０を充電するための充電電圧、またはプローブ電圧と、接地電圧とを比較する電圧比較する部材である。

ＬＥＤ照明装置６１０は、壁面などに取り付けられたいわゆるほたるスイッチ６１１を使用して、ユーザがＬＥＤ照明装置６１０の点灯制御を行う。ほたるスイッチ６１１は、照明本体がスイッチオフの状態でも点灯し、スイッチを入れると消える機能を備え、内部抵抗と例えばＬＥＤなどの発光要素（ほたる電灯）とを含んで構成することができる。ほたるスイッチ６１１は、ＯＦＦの場合には、図６中、左手側の経路によって電流を流し、ＯＮの場合には、図６中、右手側の経路によって電流を流す。ほたるスイッチ６１１が、ＯＦＦの場合、微弱な電流は流れるが、ＤＣ−ＤＣ変換部６０３を動作できず、ＬＥＤを点灯できない構成とされている。

また、ＬＥＤ照明装置６００は、ほたるスイッチ６１１がオフになっていることを示すほたる電位生成部６１２を備えている。なお、図６に示すほたる電位生成部６１２は、最も本質的な構成を例示したにすぎず、ボード、ＩＣなどのモジュールとして実装することができることは言うまでも無い。ほたる電位生成部６１２は、ダイオード(全波整流可能なダイオード・ブリッジとすることもできる。）と、コンデンサと、キャパシタなどから構成され、ほたるスイッチ６１１がＯＦＦの状態では低電流が流れており、ほたる電球が、スイッチの位置を示すことができるように、発光している。

このとき、ほたる電灯をＬＥＤで構成したとすると、概ね数ｍＡの電流が流れる。この時、ほたる電位生成部６１２は、容量Ｃのキャパシタを備えており、このキャパシタは、分圧抵抗によって分圧された電位で概ね下記式（１）で示される関係で電荷Ｑまで充電される。

上記式中、Ｖ（ｔ）は、ほたる電圧生成部６１２のキャパシタンスの上流側に印加される電位であり、下記式（２）のキャパシタの電位がほたる電位ＨＶとなる。

当該ほたる電位ＨＶは、ＬＥＤ照明装置６００が通常に動作している期間は、ほたる電灯が点灯しているか否かに関わらず、一定のほたる電位ＨＶを与え、商用電源ＶＡＣが正常であることを示すプローブ電位を提供する。当該プローブ電位は、電圧比較部６０４に入力される。停電時における停電時自動点灯部６０６を制御してＬＥＤアレイ６１０への給電経路を切り替える。これにより、ＬＥＤアレイ６１０が発光し、本実施形態のＬＥＤ照明装置６００は、非常灯としての機能を発揮する。

図７は、本実施形態における電圧比較部６０４および点電気自動点灯部６０６の回路構成の実施形態である。プローブ電圧は、二次電池の出力電圧、またはスイッチオフ時にスイッチの位置を認識させるための発光要素を点灯させるための微弱電流により生成されたほたる電位である。プローブ電圧であるほたる電位ＨＶは、２つのＯＲゲートにそれぞれ分圧抵抗を介して入力されている。ほたる電位（プローブ電位）ＨＶが、商用電源が正常であることを示す電位を有する時には、ＯＲゲート７０１は、Ｌにアサートされ、ほたる電位ＨＶが停電電位（例えば接地電位）となっている場合には、Ｈにアサートされ、これらは、すべて２次電池により駆動される。

停電時自動点灯部６０６は、トランジスタ７０３と、インバータ７０４と、ＦＥＴ７０５とを含んで構成することができる。ほたる電位ＨＶが正常電位である場合、トランジスタ７０３はＯＦＦとなり、ＬＥＤ点灯回路６０８は、ＤＣ−ＤＣ変換部６０３からの電力供給を受ける。このとき、ほたる電位ＨＶ自体は、ＤＣ−ＤＣ変換部６０３を動作させることはないので、ＤＣ−ＤＣ変換部６０３は動作せず、ＬＥＤ点灯回路６０８は動作しないことになって、結局ＬＥＤアレイ６１０も点灯しない。

また停電時には、プローブ電圧との比較に応答して、トランジスタ７０３がＯＮとなる。この結果、ＦＥＴ７０５が閉じられて、ＬＥＤ点灯回路６０８が二次電池６０５からの電力供給を受け、ＬＥＤアレイ６１０を非常灯として点灯させる。また、本実施形態においてスイッチ６０７は、ＬＥＤ照明装置６００をソケットから取り外した時に、懐中電灯として動作させるためのスイッチとしても機能する。室内灯や非常灯用途の場合には、スイッチ６０７を閉成して接続状態としておけば、商用電源が正常な場合には、ほたる電位ＨＶの作用によって、二次電池６０５からの電力供給がされずに、商標電源からの電力供給によりＬＥＤアレイ６１０が発光する。また、停電時、商用電源は電流を供給せず、一方、ほたる電位ＨＶにより停電自動点灯部６０６による停電時自動制御により、二次電池６０５からの電力供給が開始されるので、両方の供給経路からの電力供給を受けること無く、室内灯および非常灯の両機能がスムーズに切り替えられる。

図８は、第２の実施形態におけるＬＥＤ照明装置の点灯状態を纏めたものである。第２の実施形態では、ＬＥＤ照明装置の状態は３状態存在し、そのときのＬＥＤアレイ６１０の発光状態は、点灯時は、点灯（○）、消灯時（ほたるスイッチＯＦＦ）は、消灯（×）、そして、停電時には点灯（○）の動作を行う。このため、夜間に停電になった場合やトンネル内、ショッピング街などの電力喪失時には、ソケットから取り外し、スイッチ切り替えを行なうことで、直ちに懐中電灯として使用することが可能となるので、携行性に優れる。また、本発明によると、停電時（商用電源が遮断された場合）、ＬＥＤ照明装置の点灯／非点灯状態に関わらず、光源であるＬＥＤが点灯する。そのため、ＬＥＤの点灯により、停電が起きていることが分かるので、非常灯用途などへの切り替え準備が適正に行える。

以上の通り、本発明によれば、従来の白熱電球を直ちに代替でき、停電時に自動的に非常灯として機能し、さらに携帯型電灯として機能するＬＥＤ照明装置およびその点灯制御方法を提供することができる。なお、本実施形態のＬＥＤ照明装置は、家庭用・レジャー用に限らず、地下街・地下道・トンネル、地下鉄、滑走路、ヘリポートなど、急な商用電源の遮断により不都合が生じる可能性のある建造物や構造物のための低消費電力な照明装置としても使用することができる。

さらに各種の目的に応じて、ソケット１０３や、ＬＥＤ１０５の数、またＬＥＤ１０５を保持するための保持部材の面積、２次電池の容量または個数などについては、特定の目的に応じて適宜選択することができる。

これまで本発明を図面に示した実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、他の実施の形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

Claims (5)

1. ＬＥＤと、
   商用電源からの電力供給がない場合に前記ＬＥＤを動作させるための２次電池と、
   前記ＬＥＤを駆動させると共に、前記２次電池を充電するための直流変換手段と、
   プローブ電圧および前記２次電池を充電するための充電電圧、またはプローブ電圧および接地電圧を比較する電圧比較部と、
   前記電圧比較部の出力をオン・オフするスイッチと
   を備え、
   前記プローブ電圧は、２次電池の出力電圧、またはスイッチオフ時に前記スイッチの位置を認識させるための発光要素を点灯させるための微弱電流により生成されたほたる電位であり、
   前記電圧比較部は、停電時に、前記プローブ電圧との比較に応答して前記２次電池の出力電圧を出力することにより、前記ＬＥＤを点灯させる、ＬＥＤ照明装置。
2. さらに前記２次電池は、前記２次電池を充電する充電制御部を含む、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
3. 前記電圧比較部は、前記２次電池により動作される反転型コンパレータまた、ゲートアレイを含む、請求項１または２に記載のＬＥＤ照明装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明装置の点灯制御方法であって、
   プローブ電圧および２次電池手段を充電するための充電電圧、またはプローブ電圧と、接地電圧とを比較するステップと、
   電圧比較手段の出力をオン・オフするステップと、
   前記プローブ電圧との比較に応答して停電時に前記２次電池手段の出力電圧を出力することにより、ＬＥＤアレイを点灯させるステップと
   を含み、
   前記プローブ電圧は、２次電池の出力電圧、またはスイッチオフ時にスイッチの位置を認識させるための発光要素を点灯させるための微弱電流により生成されたほたる電位である、点灯制御方法。
5. 前記電圧比較手段は、前記２次電池手段により動作される反転型コンパレータまたはゲートアレイを含む、請求項４に記載の点灯制御方法。
   

Images