JP5637887B2 - 点灯装置及び照明器具 - Google Patents

Description

この発明は、光源を定電流制御によって点灯させる点灯装置に関する。

ＬＥＤ照明用電源回路基板とＬＥＤモジュールとがコネクタによって接続されている形態の場合、ＬＥＤモジュールが点灯中にコネクタから外されたり、ＬＥＤモジュールが非接続状態で電源オンされると出力電圧が上昇する。この状態で、再度コネクタによってＬＥＤモジュールが再接続されると、出力電圧が高い状態になっているため、ＬＥＤモジュールのＬＥＤ素子に過電流が流れ、ＬＥＤ素子の故障につながる。この故障を防止するために、ＬＥＤモジュールが外されたことを検出（無負荷検出）し、負荷側の電荷をスイッチ素子によって放電させる技術が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１０−５５８２４号公報

しかしながら、従来では、電解コンデンサの電荷を放電して所定電圧以下にするために制御回路を動作させ続ける必要があった。さらに、電解コンデンサの電荷が放電されているとき、制御回路が停止してしまうと、ＬＥＤモジュールを再接続したときに、電解コンデンサの電荷が安全な電圧まで放電されない恐れがあった。

本発明は、ＬＥＤモジュールの着脱時に平滑コンデンサの放電を確実に行い、ＬＥＤ素子に過電流が流れるのを防止する。また、放電制御を所定時間だけ行うことで、点灯装置の省エネ化を図ることを目的とする。

この発明の点灯装置は、直流で発光する光源が着脱可能に接続され、接続された前記光源に電力を供給して点灯さる点灯装置において、
正極と負極との正極コネクタと負極コネクタとが接続され、前記正極コネクタと前記負極コネクタとに前記光源が接続されて、平滑した直流電圧である平滑電圧を前記光源に印加する平滑コンデンサと、
商用電源に基づく電圧を変換し、変換された電圧を前記平滑コンデンサによって平滑させると共に、前記光源に流れる光源電流の大きさに対応する光源電流対応値を検出し、検出された前記光源電流対応値に基づいて、前記光源電流が略一定となるように前記平滑コンデンサに平滑させる前記平滑電圧の大きさを制御する直流電源回路と、
前記直流電源回路が動作するための動作電圧を生成し、前記動作電圧を前記直流電源回路に供給する制御電源回路と、
前記平滑コンデンサの電荷を放電する放電回路と、
前記制御電源回路が供給する前記動作電圧の値に応じて、前記放電回路を動作させて前記平滑コンデンサの電荷を放電させる放電制御回路と
を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、放電回路が確実に平滑コンデンサの電荷を放電することができる。

実施の形態１の点灯装置１００の構成を示すブロック図。 実施の形態１の点灯装置１００の詳細な構成を示す回路図。 実施の形態１の点灯装置１００の制御を示すタイムチャート。 実施の形態１の点灯装置１００の別の制御を示すタイムチャート。 図３に対応するフローチャート。 図４に対応するフローチャート。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１の点灯装置１００の構成を示すブロック図である。点灯装置１００は、商用電源ＡＣ（交流電流）が入力され、商用電源ＡＣを整流するＤＢ（ダイオードブリッジ回路）と、光源ＬＡと点灯装置１００を接続するコネクタＣＮ（正極側の正極コネクタＣＮ１、負極側の負極コネクタＣＮ２）と、光源ＬＡに電力を供給する点灯回路１０（直流電源回路）と、点灯回路の制御電源を供給する制御電源回路２０と、制御電源回路２０に接続する異常検出回路５０と、制御電源回路２０に接続する放電制御回路４０と、放電制御回路４０と接続され点灯回路１０の出力電圧に接続する放電回路３０と、点灯回路１０が出力する出力電圧を平滑して光源ＬＡに供給する平滑回路（以下、平滑コンデンサＣ１という。）とを備える。

点灯回路１０は、定電流回路１１を備えている。定電流回路１１は、点灯回路１０の出力電圧に因らず、光源ＬＡに定電流を供給するように動作する。定電流回路１１は、たとえば光源ＬＡがＬＥＤであるときは、接続するＬＥＤの順方向電圧Ｖｆによらず、一定電流を供給する。

異常検出回路５０（直流電源停止回路）は、点灯回路１０の出力電圧を検出すると共に、制御電源回路２０に接続する。異常検出回路５０は、光源ＬＡと点灯装置１００を電気的に繋げるコネクタＣＮが外されたときに、すなわち光源ＬＡがはずされたとに、点灯回路１０の出力電圧が上昇するのを検出するための回路である。点灯回路１０は定電流回路１１を備える。光源ＬＡがオープンになると、光源ＬＡに電流が流れない。しかし、定電流回路１１は光源ＬＡに電流を流そうと動作するため、点灯回路１０の出力電圧が上昇する。そのとき、異常検出回路５０は、点灯回路１０の出力電圧が異常な電圧（予め設定された設定電圧）まで上昇したことを検出すると、制御電源回路２０の動作を止めて、点灯回路１０の動作を停止させる。

制御電源回路２０は、点灯回路１０を構成する回路が動作するように、商用電源ＡＣに基づき制御電源Ｖｃｃ（動作電圧）を供給する。

放電制御回路４０は、制御電源回路２０の制御電源Ｖｃｃの低下を検出し、制御電源回路２０の制御電源Ｖｃｃの低下状態に応じて、放電回路３０に信号を出力し、放電させる。

放電回路３０は、放電制御回路４０からの信号を受けて、点灯回路１０の出力を放電させる。つまり光源ＬＡが外されたときには、平滑コンデンサＣ１の残留電荷を放電させる。

図２は、図１に示した点灯装置１００を詳細に示す回路図である。点灯回路１０は、いわゆるフライバック方式の定電流回路であり、トランスＴＲと、ＦＥＴ（Ｑ１０）と、このＦＥＴ（Ｑ１０）をオン／オフ制御する点灯制御ＩＣと、を備える。

点灯制御ＩＣは、図１の定電流回路１１に相当する。点灯制御ＩＣは、光源ＬＡを定電流制御するため、抵抗Ｒ８を介して、光源ＬＡに流れる電流（光源電流）を電圧（光源電流対応値の一例）に変換して検出する。点灯制御ＩＣは、この得られた電圧を一定に保つように、ＦＥＴ（Ｑ１０）をオン／オフ制御する。なお、点灯制御ＩＣは、光源ＬＡに流れる電流の大きさを抵抗Ｒ８を介して電圧として間接的に検出しているが、光源ＬＡに流れる電流の大きさ（光源電流対応値の一例）を直接検出しても構わない。

トランスＴＲは、一次巻線Ｔ１と、この一次巻線Ｔ１との巻線比に応じた電圧が発生する二次巻線Ｔ２、Ｔ３と、を備える。

制御電源回路２０は、トランスＴＲの二次巻線Ｔ３に接続される抵抗Ｒ２とダイオードＤ１０と、このダイオードＤ１０のカソードに接続される制御用コンデンサＣ２と、を備える。制御用コンデンサＣ２が充電されて得られる電圧（以下、制御電源Ｖｃｃという。）は、点灯回路１０がスイッチング動作することでトランスＴＲの二次巻線Ｔ２と二次巻線Ｔ３の巻き数比に応じて二次巻線Ｔ３に発生する電圧となる。

また制御電源回路２０には、抵抗Ｒ１が接続され、商用電源ＡＣを整流した整流電圧から起動電流を得る。

異常検出回路５０は、点灯回路１０の出力電圧に接続される抵抗Ｒ６と、この抵抗Ｒ６に接続される抵抗Ｒ７と、抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７の中点にカソードが接続されるツェナーダイオードＤＺ１と、このツェナーダイオードＤＺ１のアノードに抵抗Ｒを介してベースが接続されるトランジスタＱ１（スイッチ素子Ｑ１ともいう）と、このトランジスタＱ１のコレクタと制御電源Ｖｃｃとを接続する抵抗Ｒ５を備える。

放電回路３０は、制御電源Ｖｃｃにアノードが接続されるダイオードＤ１と、このダイオードＤ１のカソードに接続されるコンデンサＣ３（制御用コンデンサ）と、一端がダイオードＤ１のカソードに接続される抵抗Ｒ３と、この抵抗Ｒ３の他端にゲートが接続されるスイッチ素子Ｑ３（以下、ＭＯＳ−ＦＥＴともいう。）を備える。ダイオードＤ１は、コンデンサＣ３に充電された電荷が、コンデンサＣ３から制御電源Ｖｃｃに流れるのを防止する。

放電制御回路４０は、制御電源Ｖｃｃにカソードが接続されるツェナーダイオードＤＺ２と、ツェナーダイオードＤＺ２のアノードに接続されるコンデンサＣ４と、同じくツェナーダイオードＤＺ２のアノードにベースが接続されるスイッチ素子２（以下、トランジスタＱ２ともいう。）を備える。

（動作の説明）
図３は、図２に示す点灯装置１００回路動作１（各部の波形）を示す。図３は、光源ＬＡが定常点灯しているときに、光源ＬＡが素子のオープンや、使用者が急に取り外すなどの何らかの異常が発生したときの動作である。ここで、光源ＬＡを構成するＬＥＤに流れる電流をＩＬＥＤ（光源電流）といい、光源ＬＡを構成するＬＥＤに印加される電圧をＶＬＥＤという。

（時刻ｔ０１までの動作）
光源ＬＡが点灯し、ＩＬＥＤが定電流で流れる。ＶＬＥＤは、接続される光源ＬＡとＩＬＥＤに従い、発生する電圧である。このとき、ＶＬＥＤは、定常点灯である。よって、ＶＬＥＤが抵抗Ｒ６、Ｒ７により分圧された電圧は、ツェナーダイオードＤＺ１のツェナ電圧より小さいので、異常検出回路５０のスイッチ素子Ｑ１は、オフ状態である。スイッチ素子Ｑ１がオフのため、制御電源Ｖｃｃは所定値が発生する。

（放電制御回路４０）
放電制御回路４０のトランジスタＱ２は、制御電源Ｖｃｃが所定値発生しているが、ツェナーダイオードＤＺ２は、定常的な制御電源Ｖｃｃよりツェナ電圧が小さい素子が選定されている。このため、制御電源ＶｃｃからトランジスタＱ２のベースに電流が流れる。これにより、制御電源Ｖｃｃが所定値のときは、トランジスタＱ２はオン状態となる。

トランジスタＱ２がオン状態であるので、トランジスタＱ２のコレクタはローレベルである。その結果、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｑ３）のゲートもローレベルとなる。よって、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｑ３）はオフ状態となる。これにより、点灯回路１０の出力電圧から、放電回路３０の抵抗Ｒ４に電流は流れない。

ここで、放電回路３０のダイオードＤ１とコンデンサＣ３、抵抗Ｒ３について説明する。コンデンサＣ３には、制御電源ＶｃｃからダイオードＤ１を介して電荷が充電される。トランジスタＱ２はオン状態であるが、抵抗Ｒ３があるため、コンデンサＣ３の両端電圧ＶＣ３は、次の（式１）となる。
ＶＣ３＝Ｖｃｃ−Ｖｆ（Ｄ１） （式１）
ただし、抵抗Ｒ３に流れる電流が制御電源Ｖｃｃから供給できる電流に対して十分小さくなるように、抵抗Ｒ３を大きく設定する。

（時刻ｔ０１から時刻ｔ０２までの動作）
図５は、光源ＬＡがオープン故障した以降の点灯装置１００の動作を示すフローチャートである。図５も参照して説明する。なお、図１にＳ１１〜Ｓ１４を記載した。時刻ｔ０１に光源ＬＡに異常が起こり、光源ＬＡがオープンになったとする。この場合、ＩＬＥＤ電流がなくなる。一方、点灯回路１０は定電流回路１１（点灯制御ＩＣ）を有するため、出力電圧であるＶＬＥＤが上昇していく。ＶＬＥＤが上昇し、異常検出回路５０の抵抗Ｒ６、Ｒ７で抵抗分圧された電圧がツェナーダイオードＤＺ１のツェナ電圧より大きくなると、スイッチ素子Ｑ１のベース電流が流れ、スイッチ素子Ｑ１がオフからオンする（Ｓ１１）。スイッチ素子Ｑ１がオンすると、スイッチ素子Ｑ１のコレクタがローレベルとなり、制御電源Ｖｃｃから抵抗Ｒ５を介して、電流が流れ始める。

（時刻ｔ０２から時刻ｔ０３までの動作）
異常検出回路５０のスイッチ素子Ｑ１がオンして、制御電源Ｖｃｃから抵抗Ｒ５に電流が流れた場合、制御電源Ｖｃｃから供給される電流が十分大きくなるように、抵抗Ｒ５は小さく設定される。これにより、制御電源Ｖｃｃの電圧は低下していく。制御電源Ｖｃｃの電圧値が点灯回路１０が動作を継続できなくなる電圧値まで低下すると、時刻ｔ０３で点灯回路１０は停止する（Ｓ１２）。

（時刻ｔ０３から時刻ｔ０４までの動作）
時刻ｔ０３で点灯回路１０が停止すると、ＶＬＥＤは出力されなくなるが、ＶＬＥＤにより平滑コンデンサＣ１に電荷が残る。ただし、ＶＬＥＤには、抵抗Ｒ６、Ｒ７が接続されるため、平滑コンデンサＣ１と抵抗Ｒ６、Ｒ７で決まる放電時定数により電荷が放電する。

放電回路３０のコンデンサＣ３の電圧ＶＣ３は、点灯回路１０が停止することで、制御電源回路２０から供給されなくなる。ただし、トランジスタＱ２がオン状態であるため、電圧ＶＣ３は、コンデンサＣ３と抵抗Ｒ３で決まる放電時定数により電荷が放電する。電圧ＶＣ３が制御電源Ｖｃｃの電圧よりも高くなっても、ダイオードＤ１があるため、コンデンサＣ３から制御電源Ｖｃｃへは電荷が抜けることはない。

制御電源Ｖｃｃの電圧値が、点灯回路１０が停止したときよりもさらに低下し、放電制御回路４０のツェナーダイオードＤＺ２のツェナ電圧よりも小さくなると、制御電源ＶｃｃからトランジスタＱ２のベースに電流が流れなくなり、トランジスタＱ２がオン状態からオフ状態となる（Ｓ１３）。

（時刻ｔ０４から時刻ｔ０５までの動作）
放電制御回路４０のトランジスタＱ２がオフすると、トランジスタＱ２のコレクタがハイレベルとなる。コンデンサＣ３（制御用コンデンサ）の電荷は、トランジスタＱ２のコレクタに電流が流れなくなり、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｑ３）（放電用スイッチ素子）のゲートに電流が流れる。電圧ＶＣ３からＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｑ３）のゲートに電荷が供給されるため、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｑ３）のゲート容量分、電圧ＶＣ３は低下する。これにより、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｑ３）は、オフ状態からオン状態となる（Ｓ１４）。

（時刻ｔ０５から時刻ｔ０６までの動作）
ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｑ３）がオンするため、ＶＬＥＤの電圧、すなわち、平滑コンデンサＣ１の電荷は、放電回路３０の抵抗Ｒ４を介して、放電される。このとき、平滑コンデンサＣ１の電荷の放電は、平滑コンデンサＣ１の容量と、抵抗Ｒ４の放電時定数により決定する。

ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｑ３）がオンしている期間は、平滑コンデンサＣ１が放電する時間に等しい。また、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｑ３）がオンしている期間は、放電回路３０のコンデンサＣ３と抵抗Ｒ３、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｑ３）のゲート容量で決定する。このことから、光源ＬＡが再接続されても故障しないようにするためには、平滑コンデンサＣ１の放電に対して、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｑ３）が十分長くオンできるように、抵抗Ｒ４、Ｒ３、コンデンサＣ３の値を設定する。

図４は、図２に示す点灯装置の回路より得られる回路動作２（各部の波形）を示す。図４は、光源ＬＡが定常点灯中の商用電源ＡＣがオン状態の場合に、商用電源ＡＣがオフ状態に操作されたときの動作である。

（時刻ｔ１１までの動作）
商用電源ＡＣがオン状態であり、回路動作は、図３の時刻ｔ０１までと同様である。

（時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの動作）
図６は、商用電源ＡＣがオフされた場合のフローチャートであり、図４に対応する。図６は図５に対してＳ２１のみが異なり、Ｓ２２〜Ｓ２３はＳ１２〜Ｓ１４と同じである。図６も参照して説明する。時刻ｔ１１に商用電源ＡＣがオフ操作されるとする（Ｓ２１）。商用電源ＡＣが供給されなくなるので、ＩＬＥＤとＶＬＥＤが低下する。ＶＬＥＤにより平滑コンデンサＣ１に電荷が残るが、抵抗Ｒ６、Ｒ７が接続されているため、平滑コンデンサＣ１と抵抗Ｒ６、Ｒ７で決まる放電時定数により電荷が放電する。制御電源回路２０から出力される制御電源Ｖｃｃは、商用電源ＡＣが供給されないこと、また、ＶＬＥＤが低下することから、低下していく。点灯回路１０の動作を継続させることができなくなるまで制御電源Ｖｃｃの電圧値が低下すると、点灯回路１０は停止する（Ｓ２２）。

（時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの動作）
制御電源Ｖｃｃの電圧値が点灯回路１０が停止したときよりもさらに低下し、制御電源Ｖｃｃの電圧値が放電制御回路４０のツェナーダイオードＤＺ２のツェナ電圧よりも小さくなると、制御電源Ｖｃｃから放電制御回路４０のトランジスタＱ２にベース電流が流れなくなり、トランジスタＱ２がオン状態からオフ状態となる（Ｓ２３）。

（時刻ｔ１３から時刻ｔ１４までの動作）
トランジスタＱ２がオフすると、トランジスタＱ２のコレクタがハイレベルとなる。コンデンサＣ３の電荷は、トランジスタＱ２のコレクタに電流が流れなくなり、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｑ３）のゲートに電流が流れる。電圧ＶＣ３からＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｑ３）のゲートに電荷が供給されるため、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｑ３）のゲート容量分、電圧ＶＣ３の電圧は低下する。これにより、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｑ３）はオフ状態からオン状態となる（Ｓ２４）。

（時刻ｔ１４から時刻ｔ１５までの動作）
ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｑ３）がオンするため、ＶＬＥＤの電圧、すなわち、平滑コンデンサＣ１の電荷は、抵抗Ｒ４を介して、放電される。このとき、平滑コンデンサＣ１の電荷は、平滑コンデンサＣ１の容量と、抵抗Ｒ４の放電時定数により決定する。

ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｑ３）がオンしている期間が、平滑コンデンサＣ１を放電する時間に等しい。また、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｑ３）がオンしている期間は、放電回路３０のコンデンサＣ３と抵抗Ｒ３、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｑ３）のゲート容量で決定する。

このように、放電回路３０が確実に平滑コンデンサＣ１の電荷を放電するとともに、平滑コンデンサＣ１の放電制御を所定時間行うので、光源ＬＡの着脱時に平滑コンデンサＣ１の放電を早くして光源ＬＡに過電流が流れるのを防止できる。

１００ 点灯装置、１０ 点灯回路、１１ 定電流回路、２０ 制御電源回路、３０ 放電回路、４０ 放電制御回路、５０ 異常検出回路、ＡＣ 商用電源、Ｒ，Ｒ１〜Ｒ８ 抵抗、Ｃ１〜Ｃ４，Ｃ１０ コンデンサ、Ｄ１，Ｄ１０，Ｄ１１ ダイオード、ＤＢ１ ダイオードブリッジ、ＤＺ１，ＤＺ２ ツェナーダイオード、Ｑ１，Ｑ２ トランジスタ、Ｑ３，Ｑ１０ ＭＯＳ−ＦＥＴ、ＩＣ 点灯制御ＩＣ、ＬＡ 光源、ＴＲ トランス、ＣＮ コネクタ。

Claims (5)

1. 直流で発光する光源が着脱可能に接続され、接続された前記光源に電力を供給して点灯さる点灯装置において、
   正極と負極との正極コネクタと負極コネクタとが接続され、前記正極コネクタと前記負極コネクタとに前記光源が接続されて、平滑した直流電圧である平滑電圧を前記光源に印加する平滑コンデンサと、
   商用電源に基づく電圧を変換し、変換された電圧を前記平滑コンデンサによって平滑させると共に、前記光源に流れる光源電流の大きさに対応する光源電流対応値を検出し、検出された前記光源電流対応値に基づいて、前記光源電流が略一定となるように前記平滑コンデンサに平滑させる前記平滑電圧の大きさを制御する直流電源回路と、
   前記直流電源回路が動作するための動作電圧を生成し、前記動作電圧を前記直流電源回路に供給する制御電源回路と、
   前記平滑コンデンサの電荷を放電する放電回路と、
   前記制御電源回路が供給する前記動作電圧の値に応じて、前記放電回路を動作させて前記平滑コンデンサの電荷を放電させる放電制御回路と
   を備えたことを特徴とする点灯装置。
2. 前記点灯装置は、さらに、
   前記平滑電圧を検出し、検出された前記平滑電圧の値に応じて、前記制御電源によって供給される前記動作電圧を低下させることで前記直流電源回路の動作を停止させる直流電源停止回路を備えたことを特徴とする請求項１記載の点灯装置。
3. 前記制御電源回路は、
   前記商用電源に基づき前記動作電圧を生成すると共に、前記商用電源の供給が遮断されると前記動作電圧の大きさがゼロに向かって減少し、
   前記放電制御回路は、
   前記制御電源回路が供給する前記動作電圧の値が所定の値を下回ると、前記放電回路を動作させて前記平滑コンデンサの電荷を放電させることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の点灯装置。
4. 前記放電回路は、
   前記制御電源回路が生成する前記動作電圧により電荷が充電される制御用コンデンサと、
   オン状態のときにのみ前記平滑コンデンサの電荷を放電可能とする放電用スイッチ素子と
   を備え、
   前記放電制御回路は、
   前記制御電源回路の前記動作電圧が所定値以上のときは前記放電用スイッチ素子をオフ状態とし、前記制御電源回路の前記動作電圧が所定値未満のときには、前記制御用コンデンサに充電された電荷で前記放電用スイッチ素子を所定期間だけオン状態に保持することで、前記平滑コンデンサの電荷を放電することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の点灯装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の点灯装置と、
   前記点灯装置が取り付けられた器具本体と
   を備えたことを特徴とする照明器具。

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