JP5761904B2

JP5761904B2 - Ｌｅｄ点灯装置

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Publication number: JP5761904B2
Application number: JP2009260693A
Authority: JP
Inventors: 正夫國分; 英正田口; 柴田　行裕; 行裕柴田
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-11-16
Filing date: 2009-11-16
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2029-11-16
Also published as: JP2011108768A

Description

本発明は、発光ダイオードを点灯させるＬＥＤ点灯装置に関する。

従来より、直列に接続された複数の発光ダイオードを点灯させるＬＥＤ点灯装置が提案されている。ＬＥＤ点灯装置は、直列に接続された複数の発光ダイオードに順に電流を流すことで、これら複数の発光ダイオードを点灯させる。

ところが、これら複数の発光ダイオードのうち少なくとも１つにオープン故障が発生すると、オープン故障が発生した発光ダイオードだけでなく、他の発光ダイオードにも電流が流れなくなってしまい、これら複数の発光ダイオードの全てを点灯させることができなくなってしまう。そこで、複数の発光ダイオードのうち少なくとも１つにオープン故障が発生しても、他の発光ダイオードを点灯させることのできるＬＥＤ点灯装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

［ＬＥＤ点灯装置１００の構成］
図７は、従来例に係るＬＥＤ点灯装置１００の回路図である。ＬＥＤ点灯装置１００は、定電流電源Ｉｃｃと、キャパシタＣと、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎ（ｎは、ｎ≧３を満たす任意の整数）と、バイパス部Ａ１〜Ａｎと、を備える。

発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎは、直列に接続される。発光ダイオードＬＥＤ１のアノードには、定電流電源Ｉｃｃの一端と、キャパシタＣの一方の電極と、が接続される。発光ダイオードＬＥＤｎのカソードには、定電流電源Ｉｃｃの他端と、キャパシタＣの他方の電極と、が接続される。

バイパス部Ａ１〜Ａｎは、それぞれ、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎと対に設けられる。このバイパス部Ａ１〜Ａｎのそれぞれは、ツェナーダイオードＺＤａと、ＰＮＰ型トランジスタで構成されるスイッチ素子Ｑ１と、ＮＰＮ型トランジスタで構成されるスイッチ素子Ｑ２と、抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃと、を備える。

ここで、例えば、バイパス部Ａｐ（ｐは、１≦ｐ≦ｎを満たす任意の整数）の構成について、以下に説明する。ツェナーダイオードＺＤａのカソードには、発光ダイオードＬＥＤｐのアノードが接続され、ツェナーダイオードＺＤａのアノードには、抵抗Ｒａを介してスイッチ素子Ｑ２のベースが接続される。スイッチ素子Ｑ１のエミッタには、発光ダイオードＬＥＤｐのアノードが接続されるとともに、抵抗Ｒｃを介してスイッチ素子Ｑ１のベースおよびスイッチ素子Ｑ２のコレクタが接続される。スイッチ素子Ｑ２のベースには、スイッチ素子Ｑ１のコレクタが接続されるとともに、抵抗Ｒｂを介して発光ダイオードＬＥＤｐのカソードが接続される。スイッチ素子Ｑ２のエミッタには、発光ダイオードＬＥＤｐのカソードが接続される。

図８は、図７に示したＬＥＤ点灯装置１００の等価回路図である。図７に示したバイパス部Ａ１〜Ａｎのそれぞれは、図８のように表すことができる。

図８では、バイパス部Ａ１〜Ａｎのそれぞれは、ツェナーダイオードＺＤａと、サイリスタＴＨＹと、を備える。

ここで、例えば、バイパス部Ａｐの構成について、以下に説明する。ツェナーダイオードＺＤａのカソードには、発光ダイオードＬＥＤｐのアノードが接続され、ツェナーダイオードＺＤａのアノードには、サイリスタＴＨＹのゲートが接続される。サイリスタＴＨＹのアノードには、発光ダイオードＬＥＤｐのアノードが接続され、サイリスタＴＨＹのカソードには、発光ダイオードＬＥＤｐのカソードが接続される。

なお、ツェナーダイオードＺＤａのツェナー電圧は、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのそれぞれの立上がり電圧より高いものとする。

［ＬＥＤ点灯装置１００の動作］
以上の構成を備えるＬＥＤ点灯装置１００では、定電流電源Ｉｃｃの一端から出力された電流がキャパシタＣで平滑化された後、発光ダイオードＬＥＤ１のアノードと、バイパス部Ａ１に設けられたツェナーダイオードＺＤａのカソードと、バイパス部Ａ１に設けられたサイリスタＴＨＹのアノードと、に供給される。

発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの全てに故障が発生していない場合には、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのそれぞれに電流が流れ、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのそれぞれが点灯する。ここで、点灯している発光ダイオードＬＥＤｐの両端の電位差は、発光ダイオードＬＥＤｐの立上がり電圧に略等しいため、発光ダイオードＬＥＤｐと対に設けられたツェナーダイオードＺＤａのカソードには、発光ダイオードＬＥＤｐの立上がり電圧が印加される。そして、ツェナーダイオードＺＤａのツェナー電圧は、上述のように発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのそれぞれの立上がり電圧より高いため、全てのツェナーダイオードＺＤａはオフ状態となる。

一方、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうち１つの発光ダイオードＬＥＤｘ（ｘは、１≦ｘ≦ｎを満たす任意の整数）にオープン故障が発生した場合には、発光ダイオードＬＥＤｘに電流が流れなくなる。このため、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうち発光ダイオードＬＥＤｘを除くものにも電流が流れなくなり、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの全てが消灯する。すると、定電流電源Ｉｃｃの一端の電圧が上昇し、これに伴って、発光ダイオードＬＥＤｘの両端の電位差が、時間が経過するに従って上昇する。そして、発光ダイオードＬＥＤｘの両端の電位差が、ツェナーダイオードＺＤａのツェナー電圧を超えると、発光ダイオードＬＥＤｘと対に設けられたツェナーダイオードＺＤａに電流が流れ始め、発光ダイオードＬＥＤｘと対に設けられたサイリスタＴＨＹがオン状態となる。これによれば、発光ダイオードＬＥＤｘのアノードに供給された電流は、発光ダイオードＬＥＤｘを流れることなく、バイパス部Ａｘでバイパスされて、発光ダイオードＬＥＤｘのカソードに供給される。したがって、発光ダイオードＬＥＤｘにオープン故障が発生して、発光ダイオードＬＥＤｘに電流が流れない場合であっても、発光ダイオードＬＥＤｘのアノードに供給された電流がバイパス部Ａｘにより発光ダイオードＬＥＤｘの後段にバイパスされる。よって、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうち発光ダイオードＬＥＤｘを除くものには電流が流れ、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうち発光ダイオードＬＥＤｘを除くものは、点灯する。

特開２００９−３８２４７号公報

発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうちオープン故障の発生したものの数が増加するに従って、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうちオープン故障の発生した発光ダイオードを除くもの（以降では、「発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうち正常動作するもの」と呼ぶ）を点灯させる際における、定電流電源Ｉｃｃの一端の電圧が高くなる。

具体的には、例えば、図７、８に示したＬＥＤ点灯装置１００において、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうち、ｍ個（ｍは、２≦ｍ≦ｎを満たす任意の整数）の発光ダイオードにオープン故障が発生したものとし、ツェナーダイオードＺＤａのツェナー電圧をＶｚと表すものとする。この場合、定電流電源Ｉｃｃの一端の電圧が、オープン故障の発生した発光ダイオードの数ｍとツェナー電圧Ｖｚとの積（ｍ×Ｖｚ）以上になると、オープン故障の発生したｍ個の発光ダイオードと対に設けられたｍ個のツェナーダイオードＺＤａに電流が流れ始め、これらｍ個のツェナーダイオードＺＤａと対に設けられたサイリスタＴＨＹがオン状態となる。そして、キャパシタＣから出力される電流が、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうち正常動作するものと、上述のオン状態となったｍ個のサイリスタＴＨＹと、に流れ、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうち正常動作するものが点灯することとなる。

以上より、オープン故障の発生した発光ダイオードの数が増加するに従って、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうち正常動作するものを点灯させる際における、定電流電源Ｉｃｃの一端の電圧が高くなる。ここで、キャパシタＣは、定電流電源Ｉｃｃと並列接続されているため、オープン故障の発生した発光ダイオードの数が増加するに従って、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうち正常動作するものを点灯させる際における、キャパシタＣの端子間電圧が高くなる。

ここで、キャパシタＣから出力される電流は、キャパシタＣの端子間電圧が高くなるに従って、増加する。このため、オープン故障の発生した発光ダイオードの数が増加するに従って、キャパシタＣから出力される電流が増加し、その結果、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうち正常動作するものに流れる電流が増加する。

また、発光ダイオードには、自身に流れる電流が増加するに従って、自身に電流が流れることによって降下する電圧が急激に高くなるという特性がある。このため、オープン故障の発生した発光ダイオードの数が増加するに従って、正常動作する発光ダイオードのそれぞれの両端の電位差が大きくなる。そして、正常動作する発光ダイオードのそれぞれの両端の電位差がツェナー電圧Ｖｚ以上になると、正常動作する発光ダイオードと対に設けられたサイリスタＴＨＹもオン状態となる。これによれば、キャパシタＣから出力される電流は、バイパス部Ａ１〜Ａｎのそれぞれに設けられたサイリスタＴＨＹの全てに流れ、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎには流れなくなってしまうため、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうち、オープン故障の発生したものだけでなく、正常動作するものも、点灯することができなくなってしまう。

以上のように、図７、８に示したような従来のＬＥＤ点灯装置の中には、オープン故障の発生した発光ダイオードの数が少なければ、他の発光ダイオードを点灯させることができるものがあった。ところが、従来のＬＥＤ点灯装置では、オープン故障の発生した発光ダイオードの数が増加すると、オープン故障の発生した発光ダイオードだけでなく、全ての発光ダイオードを点灯させることができなくなっていた。

上述の課題を鑑み、本発明は、直列に接続された複数の発光ダイオードのうちオープン故障の発生したものの数が増加しても、オープン故障の発生した発光ダイオードを除くものを点灯させることができるＬＥＤ点灯装置を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
（１）本発明は、直列に接続された複数の発光ダイオードを点灯させるＬＥＤ点灯装置であって、前記複数の発光ダイオードに電流を供給する電流源と、前記電流源と並列に接続されたキャパシタと、前記複数の発光ダイオードと対に設けられた複数の導通素子と、前記複数の発光ダイオードと直列に接続され、自身に流れる電流を抑制する過電流抑制手段と、を備え、前記複数の導通素子は、それぞれ、前記複数の発光ダイオードのうち対応するものと並列に接続され、前記導通素子は、当該導通素子の両端のうち前記発光ダイオードのアノード側の電圧が、当該導通素子の両端のうち当該発光ダイオードのカソード側の電圧と比べて、当該発光ダイオードの立上がり電圧より高い第１電圧以上高くなると、オン状態となることを特徴とするＬＥＤ点灯装置を提案している。

この発明によれば、直列に接続された複数の発光ダイオードを点灯させるＬＥＤ点灯装置に、複数の発光ダイオードに電流を供給する電流源と、電流源と並列に接続されたキャパシタと、複数の発光ダイオードと対に設けられた複数の導通素子と、複数の発光ダイオードと直列に接続されて自身に流れる電流を抑制する過電流抑制手段と、を設け、複数の導通素子を、それぞれ、複数の発光ダイオードのうち対応するものと並列に接続した。そして、導通素子は、両端のうち発光ダイオードのアノード側の電圧が、両端のうち発光ダイオードのカソード側の電圧と比べて、発光ダイオードの立上がり電圧より高い第１電圧以上高くなると、オン状態となるものとした。

このため、直列に接続された複数の発光ダイオードのうち少なくとも１つにオープン故障が発生すると、オープン故障の発生した発光ダイオードと並列に接続された導通素子において、両端のうち発光ダイオードのアノード側の電圧が上昇する。そして、導通素子の両端のうち発光ダイオードのアノード側の電圧が、導通素子の両端のうち発光ダイオードのカソード側の電圧と比べて、発光ダイオードの立上がり電圧より高い第１電圧以上になると、導通素子がオン状態となる。このため、スイッチ素子をオン状態にすることで、オン状態となった導通素子に電流が流れる。

以上によれば、スイッチ素子をオン状態にすることで、オープン故障の発生した発光ダイオードに供給される電流は、オープン故障の発生した発光ダイオードと並列に接続された導通素子により、オープン故障の発生した発光ダイオードの後段にバイパスされる。このため、スイッチ素子をオン状態にすることで、直列に接続された複数の発光ダイオードのうちオープン故障の発生した発光ダイオードを除くものには電流が流れるので、これら複数の発光ダイオードのうちオープン故障の発生した発光ダイオードを除くものを点灯させることができる。

また、過電流抑制手段により、自身に流れる電流を抑制することで、複数の発光ダイオードのうちオープン故障の発生した発光ダイオードを除くものに流れる電流を抑制できる。このため、複数の発光ダイオードのうちオープン故障の発生した発光ダイオードを除くものに流れる電流を減少させることで、これら発光ダイオードと並列に接続された導通素子が誤ってオン状態となってしまうのを防止できる。これによれば、直列に接続された複数の発光ダイオードのうちオープン故障の発生したものの数が増加しても、オープン故障の発生した発光ダイオードを除くものを点灯させることができる。

また、上述のように、複数の発光ダイオードのうちオープン故障の発生した発光ダイオードを除くものに流れる電流を減少させることができるため、過電流が流れることによる発光ダイオードの故障を防止できる。

（２）本発明は、（１）のＬＥＤ点灯装置について、前記過電流抑制手段は、前記複数の発光ダイオードと直列に接続されたスイッチ素子と、一端が前記スイッチ素子に接続された、インピーダンスを有する第１インピーダンス素子と、一端が前記スイッチ素子の制御端子に接続され、他端が前記第１インピーダンス素子の他端に接続された整流素子と、を備えることを特徴とするＬＥＤ点灯装置を提案している。

この発明によれば、過電流抑制手段を、複数の発光ダイオードと直列に接続されたスイッチ素子と、インピーダンスを有する第１インピーダンス素子と、整流素子と、を含んで構成した。そして、第１インピーダンス素子の一端を、スイッチ素子に接続した。また、整流素子の一端を、スイッチ素子の制御端子に接続し、整流素子の他端を、第１インピーダンス素子の他端に接続した。これによれば、過電流抑制手段により、スイッチ素子に流れる電流を抑制することができるので、上述した効果と同様の効果を奏することができる。

（３）本発明は、（１）のＬＥＤ点灯装置について、前記過電流抑制手段は、インピーダンスを有する第２インピーダンス素子、または、インダクタンスを有するインダクタンス素子で構成されることを特徴とするＬＥＤ点灯装置を提案している。

この発明によれば、過電流抑制手段を、インピーダンスを有する第２インピーダンス素子、または、インダクタンスを有するインダクタンス素子で構成した。これによれば、第２インピーダンス素子やインダクタンス素子により、複数の発光ダイオードのうちオープン故障の発生した発光ダイオードを除くものに流れる電流を抑制できるので、上述した効果と同様の効果を奏することができる。

（４）本発明は、（１）〜（３）のいずれかのＬＥＤ点灯装置について、前記導通素子がオン状態となると、当該導通素子の両端のうち前記発光ダイオードのアノード側の電圧が、当該導通素子の両端のうち当該発光ダイオードのカソード側の電圧と比べて、前記第１電圧より低い第２電圧だけ高くなることを特徴とするＬＥＤ点灯装置を提案している。

この発明によれば、導通素子がオン状態となると、導通素子の両端のうち発光ダイオードのアノード側の電圧が、導通素子の両端のうち発光ダイオードのカソード側の電圧と比べて、第１電圧より低い第２電圧だけ高くなることとした。このため、導通素子がオン状態になると、導通素子の両端の電位差が小さくなるので、導通素子における消費電力が低くなる。したがって、直列に接続された複数の発光ダイオードのうち少なくとも１つにオープン故障が発生した場合におけるＬＥＤ点灯装置の消費電力を低減できる。

本発明によれば、直列に接続された複数の発光ダイオードのうちオープン故障の発生したものの数が増加しても、オープン故障の発生した発光ダイオードを除くものを点灯させることができる。また、過電流が流れることによる発光ダイオードの故障を防止できる。

本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ点灯装置の回路図である。前記ＬＥＤ点灯装置が備えるサイダックおよび発光ダイオードの電圧電流特性を示す図である。前記発光ダイオードのタイミングチャートである。比較例に係るＬＥＤ点灯装置の回路図である。本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ点灯装置の回路図である。本発明の第３実施形態に係るＬＥＤ点灯装置の回路図である。従来例に係るＬＥＤ点灯装置の回路図である。前記ＬＥＤ点灯装置の等価回路図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素などとの置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

＜第１実施形態＞
［ＬＥＤ点灯装置１の構成］
図１は、本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ点灯装置１の回路図である。ＬＥＤ点灯装置１は、図７、８に示した従来例に係るＬＥＤ点灯装置１００とは、バイパス部Ａ１〜Ａｎの代わりに、導通素子としてのサイダック（登録商標）Ｓ１〜Ｓｎと、過電流抑制手段としての過電流抑制部１１と、を備える点が異なる。なお、ＬＥＤ点灯装置１において、ＬＥＤ点灯装置１００と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。

サイダックＳ１〜Ｓｎは、それぞれ、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎと対に設けられる。サイダックＳｑ（ｑは、１≦ｑ≦ｎを満たす任意の整数）の一端には、発光ダイオードＬＥＤｑのアノードが接続され、サイダックＳｑの他端には、発光ダイオードＬＥＤｑのカソードが接続される。

過電流抑制部１１は、抵抗Ｒ１と、第１インピーダンス素子としての抵抗Ｒ２と、ツェナーダイオードＺＤと、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチ素子Ｑと、を備え、いわゆる過電流抑制回路を構成する。具体的には、抵抗Ｒ１の一端には、定電流電源Ｉｃｃの一端と、キャパシタＣの一方の電極と、が接続され、抵抗Ｒ１の他端には、スイッチ素子Ｑのゲートと、ツェナーダイオードＺＤのカソードと、が接続される。スイッチ素子Ｑのドレインには、発光ダイオードＬＥＤｎのカソードと、サイダックＳｎの他端と、が接続され、スイッチ素子Ｑのソースには、抵抗Ｒ２の一端が接続される。ツェナーダイオードＺＤのアノードと、抵抗Ｒ２の他端とには、定電流電源Ｉｃｃの他端と、キャパシタＣの他方の電極と、が接続される。

なお、サイダックＳｑのブレークオーバ電圧は、発光ダイオードＬＥＤｑの立上がり電圧より高いものとする。また、ツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧は、抵抗Ｒ１の他端の電圧と比べて十分に高く、ツェナーダイオードＺＤは絶縁状態であるものとする。

［ＬＥＤ点灯装置１の動作］
以上の構成を備えるＬＥＤ点灯装置１では、電流源としての定電流電源Ｉｃｃの一端から出力された電流がキャパシタＣで平滑化された後、発光ダイオードＬＥＤ１のアノードと、サイダックＳ１の一端と、に供給される。また、上述のように、ツェナーダイオードＺＤは絶縁状態である。このため、スイッチ素子Ｑのゲートには、定電流電源Ｉｃｃの一端の電圧が抵抗Ｒ１を介して印加され、スイッチ素子Ｑがオン状態となる。

発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの全てに故障が発生していない場合には、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのそれぞれに電流が流れ、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのそれぞれが点灯する。ここで、点灯している発光ダイオードＬＥＤｑの両端の電位差は、発光ダイオードＬＥＤｑの立上がり電圧に略等しいため、発光ダイオードＬＥＤｑと対に設けられたサイダックＳｑの両端の電位差も、発光ダイオードＬＥＤｑの立上がり電圧に略等しくなる。そして、サイダックＳｑのブレークオーバ電圧は、上述のように発光ダイオードＬＥＤｑの立上がり電圧より高いため、サイダックＳｑはオフ状態となる。

一方、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうち１つの発光ダイオードＬＥＤｙ（ｙは、１≦ｙ≦ｎを満たす任意の整数）にオープン故障が発生した場合には、発光ダイオードＬＥＤｙに電流が流れなくなる。このため、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうち発光ダイオードＬＥＤｙを除くものにも電流が流れなくなり、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの全てが消灯する。すると、定電流電源Ｉｃｃの一端の電圧が上昇し、これに伴って、発光ダイオードＬＥＤｙの両端の電位差が、時間が経過するに従って上昇する。そして、発光ダイオードＬＥＤｙの両端の電位差が、サイダックＳｙのブレークオーバ電圧に等しくなると、サイダックＳｙがオン状態となる。これによれば、発光ダイオードＬＥＤｙのアノードに供給された電流は、発光ダイオードＬＥＤｙを流れることなく、サイダックＳｙでバイパスされて、発光ダイオードＬＥＤｙのカソードに供給される。したがって、発光ダイオードＬＥＤｙにオープン故障が発生して、発光ダイオードＬＥＤｙに電流が流れない場合であっても、発光ダイオードＬＥＤｙのアノードに供給された電流がサイダックＳｙにより発光ダイオードＬＥＤｙの後段にバイパスされる。よって、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうち発光ダイオードＬＥＤｙを除くものには電流が流れ、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうち発光ダイオードＬＥＤｙを除くものは、点灯する。

また、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうち、ｍ個の発光ダイオードにオープン故障が発生した場合には、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうち１つの発光ダイオードＬＥＤｙにオープン故障が発生した場合と同様に、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの全てが消灯する。ここで、サイダックＳ１〜Ｓｎのそれぞれのブレークオーバ電圧をＶ_ＢＯと表すものとする。すると、定電流電源Ｉｃｃの一端の電圧が、時間が経過するに従って上昇し、オープン故障の発生した発光ダイオードの数ｍとブレークオーバ電圧Ｖ_ＢＯとの積（ｍ×Ｖ_ＢＯ）以上になると、オープン故障の発生したｍ個の発光ダイオードと対に設けられたｍ個のサイダックがオン状態となる。これによれば、ｍ個の発光ダイオードにオープン故障が発生して、これらｍ個の発光ダイオードに電流が流れない場合であっても、これらｍ個の発光ダイオードのそれぞれにおいて、アノードに供給された電流が、対応するサイダックにより後段の発光ダイオードにバイパスされる。したがって、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうちオープン故障の発生したｍ個の発光ダイオードを除くものには電流が流れ、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうちオープン故障の発生したｍ個の発光ダイオードを除くものは、点灯する。

なお、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうちオープン故障の発生した発光ダイオードを除くものに流れた電流は、オン状態のスイッチ素子Ｑおよび抵抗Ｒ２を介して、定電流電源Ｉｃｃの他端に流れる。

図２は、サイダックＳｑの電圧−電流波形と、発光ダイオードＬＥＤｑの電圧−電流波形と、を示す図である。図２において、縦軸は、電流を対数表示にて示し、横軸は、電圧を示している。

図２に示すように、発光ダイオードＬＥＤｑの両端の電位差は、サイダックＳｑの両端の電位差と比べて、自身に流れる電流が大きくなるに従って、急激に大きくなる。

ここで、まず、上述のＬＥＤ点灯装置１に過電流抑制部１１が設けられていない場合について検討する。この場合、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうちオープン故障の発生していないものに流れる電流Ｉ_ＬＥＤは、上述のオン状態となったｍ個のサイダックに流れる電流に等しくなる。

次に、上述のＬＥＤ点灯装置１について検討する。この場合、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうちオープン故障の発生していないものに流れる電流Ｉ_ＬＥＤは、過電流抑制部１１を流れることで後述のように抑制される。このため、電流Ｉ_ＬＥＤのピーク値は、図３に示すように、上述のＬＥＤ点灯装置１に過電流抑制部１１が設けられていない場合と比べて小さくなる。

図３は、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうちオープン故障の発生していないものに流れる電流Ｉ_ＬＥＤと、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうちオープン故障の発生するもののそれぞれに印加される電圧Ｖ_ＬＥＤと、のタイミングチャートである。

時刻ｔ１より以前の期間では、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうち全てが点灯しているものとする。この期間では、電流Ｉ_ＬＥＤは、Ｉ１となり、電圧Ｖ_ＬＥＤは、Ｖ１となっている。

時刻ｔ１において、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうち、ｍ個の発光ダイオードにオープン故障が発生したものとする。すると、電流Ｉ_ＬＥＤは、「０」となる。一方、電圧Ｖ_ＬＥＤは、時間が経過するに従って上昇し、時刻ｔ２において、サイダックＳ１〜Ｓｎのそれぞれのブレークオーバ電圧に等しいＶ２となる。

時刻ｔ２において、上述のｍ個の発光ダイオードと対に設けられたｍ個のサイダックがオン状態となる。すると、電圧Ｖ_ＬＥＤは、Ｖ１より低いＶ３となる。

また、上述のＬＥＤ点灯装置１に過電流抑制部１１が設けられていない場合には、電流Ｉ_ＬＥＤは、Ｉ３まで増加し、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうちオープン故障の発生していないものが点灯する。

一方、上述のＬＥＤ点灯装置１の場合には、上述のＬＥＤ点灯装置１に過電流抑制部１１が設けられていない場合と同様に、電流Ｉ_ＬＥＤがＩ３まで増加しようとするが、過電流抑制部１１により、電流Ｉ_ＬＥＤの増加が後述のように抑制され、Ｉ３より低いＩ２までしか増加しない。このことについて、以下に説明する。

ツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧と、オン状態のスイッチ素子Ｑのゲート−ソース間電圧とは、略一定である。また、オン状態のスイッチ素子Ｑのゲート−ソース間電圧と、抵抗Ｒ２に印加される電圧と、の和は、ツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧以下である。このため、抵抗Ｒ２に印加される電圧は、予め定められた電圧以下に抑制されるので、抵抗Ｒ２に流れる電流も、予め定められた電流以下に抑制される。抵抗Ｒ２に流れる電流は、電流Ｉ_ＬＥＤに等しいため、電流Ｉ_ＬＥＤも、予め定められた電流（本実施形態では、Ｉ２）以下に抑制される。

時刻ｔ２より以降の期間では、電流Ｉ_ＬＥＤは、時間が経過するに従って減少し、時刻ｔ３ではＩ１に戻る。

以上のＬＥＤ点灯装置１によれば、以下の効果を奏することができる。

発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうち少なくとも１つにオープン故障が発生すると、オープン故障の発生した発光ダイオードと対に設けられたサイダックの両端のうち発光ダイオードのアノード側の電圧が上昇する。そして、サイダックの両端のうち発光ダイオードのアノード側の電圧が、サイダックの両端のうち発光ダイオードのカソード側の電圧と比べて、発光ダイオードの立上がり電圧より高くなると、サイダックがオン状態となって、オン状態となったサイダックに電流が流れる。

このため、オープン故障の発生した発光ダイオードに供給される電流は、オープン故障の発生した発光ダイオードと対に設けられたサイダックにより、オープン故障の発生した発光ダイオードの後段にバイパスされる。したがって、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうちオープン故障の発生した発光ダイオードを除くものには電流が流れるので、これら発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうちオープン故障の発生した発光ダイオードを除くものを点灯させることができる。

また、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうちオープン故障の発生した発光ダイオードを除くものに流れる電流は、過電流抑制部１１により抑制されるため、過電流抑制部１１が設けられていない場合と比べて小さくなる。このため、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうちオープン故障の発生した発光ダイオードを除くものに流れる電流を抑制して、これら発光ダイオードと対に設けられたサイダックが誤ってオン状態となってしまうのを防止できる。これによれば、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうちオープン故障の発生したものの数が増加しても、オープン故障の発生した発光ダイオードを除くものを点灯させることができる。

また、上述のように、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうちオープン故障の発生した発光ダイオードを除くものに流れる電流が抑制されるため、過電流が流れることによる発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの故障を防止できる。

また、サイダックがオン状態となると、サイダックの両端の電位差が小さくなるので、サイダックにおける消費電力が低くなる。したがって、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうち少なくとも１つにオープン故障が発生した場合におけるＬＥＤ点灯装置１の消費電力を低減できる。

また、ツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧や、抵抗Ｒ２の抵抗値を調整することで、定電流電源Ｉｃｃの一端の電圧や、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの数に関係なく、上述の予め定められた電流、すなわち電流Ｉ_ＬＥＤのピーク値を調整できる。

なお、ＬＥＤ点灯装置１では、過電流抑制部１１を設けたが、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのそれぞれと抵抗をそれぞれ直列に接続しても、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうちオープン故障の発生した発光ダイオードを除くものに流れる電流を抑制することはできる。ここで、ＬＥＤ点灯装置１では、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうち少なくとも１つにオープン故障が発生した場合に、過電流抑制部１１に設けられた抵抗Ｒ２にのみ、電流が流れる。これに対して、上述の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのそれぞれと抵抗をそれぞれ直列に接続したＬＥＤ点灯装置では、常に、オープン故障の発生した発光ダイオードを除くものに対応する抵抗の全てに、電流が流れる。以上によれば、ＬＥＤ点灯装置１は、上述の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのそれぞれと抵抗をそれぞれ直列に接続したＬＥＤ点灯装置と比べて、消費電力を低減できる。

また、図４に示すＬＥＤ点灯装置２００と比べると、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの少なくとも１つにオープン故障が発生した場合における電力損失を低減できる。このＬＥＤ点灯装置２００と比べてＬＥＤ点灯装置１が電力損失を低減できることについて、以下に説明する。

［ＬＥＤ点灯装置２００の構成］
図４は、比較例に係るＬＥＤ点灯装置２００の回路図である。ＬＥＤ点灯装置２００は、図１に示した本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ点灯装置１とは、サイダックＳ１〜Ｓｎおよび過電流抑制部１１の代わりに、ツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤｎを備える点が異なる。なお、ＬＥＤ点灯装置２００において、ＬＥＤ点灯装置１と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。

ツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤｎは、それぞれ、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎと対に設けられている。ツェナーダイオードＺＤｒ（ｒは、１≦ｒ≦ｎを満たす任意の整数）のカソードには、発光ダイオードＬＥＤｒのアノードが接続され、ツェナーダイオードＺＤｒのアノードには、発光ダイオードＬＥＤｒのカソードが接続される。

なお、ツェナーダイオードＺＤｒのツェナー電圧は、発光ダイオードＬＥＤｒの立上がり電圧より高いものとする。

［ＬＥＤ点灯装置２００の動作］
以上の構成を備えるＬＥＤ点灯装置２００では、定電流電源Ｉｃｃの一端から出力された電流がキャパシタＣで平滑化された後、発光ダイオードＬＥＤ１のアノードと、ツェナーダイオードＺＤ１のカソードと、に供給される。

発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの全てに故障が発生していない場合には、ＬＥＤ点灯装置１と同様に、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのそれぞれに電流が流れ、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのそれぞれが点灯するとともに、ツェナーダイオードＺＤｒはオフ状態となる。

一方、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうち１つの発光ダイオードＬＥＤｙにオープン故障が発生した場合には、ＬＥＤ点灯装置１と同様に、発光ダイオードＬＥＤｙのアノードに供給された電流がツェナーダイオードＺＤｙにより発光ダイオードＬＥＤｙの後段にバイパスされる。よって、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうち発光ダイオードＬＥＤｙを除くものには電流が流れ、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのうち発光ダイオードＬＥＤｙを除くものは、点灯する。

ここで、ＬＥＤ点灯装置２００において、ツェナーダイオードＺＤｙに印加される電圧がツェナー電圧を超えると、ツェナーダイオードＺＤｙに電流が流れ始める。そして、ツェナーダイオードＺＤｙに電流が流れている期間では、ツェナーダイオードＺＤｙの両端の電位差は、略ツェナー電圧に等しい。

これに対して、ＬＥＤ点灯装置１では、サイダックＳｙがオン状態となると、サイダックＳｙの両端の電位差が小さくなる。そして、オン状態であるサイダックＳｙの両端の電位差は、ツェナーダイオードＺＤｙのツェナー電圧と比べて小さい。このため、ＬＥＤ点灯装置１は、図４に示すＬＥＤ点灯装置２００と比べると、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの少なくとも１つにオープン故障が発生した場合における電力損失を低減できる。

＜第２実施形態＞
［ＬＥＤ点灯装置１Ａの構成］
図５は、本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ点灯装置１Ａの回路図である。ＬＥＤ点灯装置１Ａは、図１に示した本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ点灯装置１とは、抵抗Ｒ２の代わりにインダクタＬ１を備える点が異なる。なお、ＬＥＤ点灯装置１Ａにおいて、ＬＥＤ点灯装置１と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。

ＬＥＤ点灯装置１Ａによれば、ＬＥＤ点灯装置１と同様の効果を奏することができる。

＜第３実施形態＞
［ＬＥＤ点灯装置１Ｂの構成］
図６は、本発明の第３実施形態に係るＬＥＤ点灯装置１Ｂの回路図である。ＬＥＤ点灯装置１Ｂは、図１に示した本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ点灯装置１とは、過電流抑制部１１の代わりにインダクタンス素子としてのインダクタＬ２を備える点が異なる。なお、ＬＥＤ点灯装置１Ｂにおいて、ＬＥＤ点灯装置１と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。

ＬＥＤ点灯装置１Ｂによれば、ＬＥＤ点灯装置１と同様の効果を奏することができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

例えば、上述の各実施形態では、ｎを、ｎ≧３を満たす任意の整数とし、ＬＥＤ点灯装置１、１Ａ、１Ｂを、直列に接続された３つ以上の発光ダイオードに対して適用したが、これに限らず、ＬＥＤ点灯装置１、１Ａ、１Ｂを、直列に接続された２つ以上の発光ダイオードに対して適用できる。

また、上述の各実施形態では、サイダックＳ１〜Ｓｎを設けたが、これに限らず、例えば、サイリスタを設けてもよい。

また、上述の各実施形態において、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのそれぞれと並列に、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのそれぞれにおける静電気破壊を防止するための静電気破壊対策用キャパシタを設けてもよい。これによれば、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのそれぞれにおける静電気破壊を防止できる。

１、１Ａ、１Ｂ、１００、２００；ＬＥＤ点灯装置
１１；過電流抑制部
Ａ１〜Ａｎ；バイパス部
Ｃ；キャパシタ
Ｉｃｃ；定電流電源
Ｌ１、Ｌ２；インダクタ
ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎ；発光ダイオード
Ｑ、Ｑ１、Ｑ２；スイッチ素子
Ｒ１、Ｒ２、Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ；抵抗
Ｓ１〜Ｓｎ；サイダック
ＴＨＹ；サイリスタ
ＺＤ、ＺＤ１〜ＺＤｎ、ＺＤａ；ツェナーダイオード

Claims

直列に接続された複数の発光ダイオードを点灯させるＬＥＤ点灯装置であって、
前記複数の発光ダイオードに電流を供給する電流源と、
前記電流源と並列に接続されたキャパシタと、
前記複数の発光ダイオードと対に設けられた複数の２端子サイリスタと、
前記複数の発光ダイオードと直列に接続され、自身に流れる電流を抑制する過電流抑制手段と、を備え、
前記複数の２端子サイリスタのそれぞれは、前記複数の発光ダイオードのうち対応するものと並列に接続され、
前記２端子サイリスタは、当該２端子サイリスタの両端のうち前記発光ダイオードのアノード側の電圧が、当該２端子サイリスタの両端のうち当該発光ダイオードのカソード側の電圧と比べて、当該発光ダイオードの立上がり電圧より高い第１電圧以上高くなると、オン状態となることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
前記過電流抑制手段は、
前記複数の発光ダイオードと直列に接続されたスイッチ素子と、
一端が前記スイッチ素子に接続された、インピーダンスを有する第１インピーダンス素子と、
一端が前記スイッチ素子の制御端子に接続され、他端が前記第１インピーダンス素子の他端に接続された整流素子と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置。
前記過電流抑制手段は、インダクタンスを有するインダクタンス素子で構成されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置。
前記２端子サイリスタがオン状態となると、当該２端子サイリスタの両端のうち前記発光ダイオードのアノード側の電圧が、当該２端子サイリスタの両端のうち当該発光ダイオードのカソード側の電圧と比べて、前記第１電圧より低い第２電圧だけ高くなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＬＥＤ点灯装置。