JP5783460B2 - センサ付きled電源装置 - Google Patents

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Description

本発明はセンサ付きLED電源装置に関し、特に、センサの検出結果に応じてLEDを点灯又は消灯するLED電源装置に関する。
従来から、照度センサ等のセンサ出力に応じてLEDを点灯及び消灯するLED点灯回路が知られている。例えば、特許文献1は、AC電源(1)を整流する整流素子(3)、整流素子の出力端に接続されたLED(4)、LEDに直列接続されたスイッチ手段(5)、周囲が明るいことを検出すると出力信号を出力する照度センサ(9)、照度センサからの出力信号を受けてスイッチ手段を開放状態とする点灯制御手段(6)を有するLED点灯回路を開示している。点灯制御手段を動作させるための電源電圧は、AC電源からダイオード(10)及び抵抗(12)を介して直接給電される。
また、図3に示すようなセンサ付きLED電源装置も知られている。同図において、センサ付きLED電源装置は、AC電源1を直流化するAC/DC変換部2、AC/DC変換部2の出力を降圧するDC/DC変換部3、DC/DC変換部3からの直流電流が通電されるLED40を含む負荷部104、二次電源部5、DC/DC変換部3の出力を制御する制御部106、及びセンサ80の検出状態に応じてLED40を接続又は非接続とするセンサ部108からなる。二次電源部5では、制御部106及びセンサ部108を動作させるための動作電圧として、DC/DC変換部3の出力電流に応じた二次電圧が生成される。センサ80がセンサ周囲の照度(明るさ)を検出する照度センサの場合、センサ部108は、検出された照度が所定値未満の場合(周囲が暗い場合)にはLED40に直列接続されたスイッチ素子41をオン状態としてLED40を点灯し、照度が所定値以上の場合(周囲が明るい場合)にはスイッチ素子41をオフ状態としてLED40を消灯する。
特開2000−306683号公報
しかし、特許文献1のLED点灯回路の場合、点灯制御手段及び照度センサの電源電圧を安定的に確保できるものの、AC電源(AC100V〜240V)を抵抗(12)により電圧降下させて電源電圧(DC10〜15V程度)を生成するため、抵抗による消費電力が大きいという問題があった。特に、LED点灯中においては、LEDの消費電力に加えて、抵抗による消費電力が発生し、LED点灯回路全体の消費電力も増加してしまう。またさらに、AC100V入力用に抵抗値を設定するとAC200〜240V入力時に抵抗での消費電力が過大となり、逆に、AC200〜240V入力用に抵抗値を設定するとAC100V入力時に充分な電源電圧を確保できなくなる。このように、同文献の回路構成は、広い範囲の電源電圧に対応し難いという問題があった。
一方、図3の電源装置においては、DC/DC変換部3の出力に応じてセンサ部等の動作電圧が確保されるので、LED点灯時はAC電源の電圧にかかわらず安定的に動作電圧をセンサ部に給電することができる。しかし、LED消灯時には、負荷部104の電圧検出抵抗44及び45が負荷となるだけであり、DC/DC変換部3の出力電流は少なく、二次電源部5への入力が減少する。そのため、LED消灯時に制御部106やセンサ部108の動作電圧を確実に確保できないという問題があった。なお、電圧検出抵抗44及び45の抵抗値を低くすれば、LED消灯時にセンサ部108等の動作電圧を確保することは可能であるが、消費電力が増大するため好ましくない。
また、センサ部108専用の電源としてLED点灯回路とは別の電源を設けると、センサ付きLED電源装置が全体として大型化するとともに高コストとなり、好ましくない。
また仮に、LED消灯時のセンサ動作電圧を確保できたとして、特許文献1の回路及び図3の装置においては、消灯後の再点灯時に、LEDの順方向降下電圧Vfよりも高い電圧がLEDに印加された状態で、スイッチによりLEDが接続される。従って、LED及びスイッチに急峻な突入電流が流れる。この突入電流は回路素子のストレスとなり、装置の信頼性確保の観点から好ましくない。
そこで、本発明は、AC電源電圧にかかわらず安定した動作電圧をセンサ部に給電する構成のセンサ付きLED電源装置において、LED点灯時の消費電力を増大させることなく、LED消灯時のセンサ動作電圧を確実に確保する構成を提供することを課題とする。本発明はまた、LED再点灯時のLED等への突入電流を低減して装置の信頼性を向上することを課題とする。
本発明のセンサ付きLED電源装置は、定電圧源からの入力を受けて直流電流を出力するDC/DC変換部、並列接続された第1の負荷回路及び第2の負荷回路を含み直流電流が供給される負荷部、DC/DC変換部の出力を制御する制御部、DC/DC変換部の出力電流に応じた電圧を生成する二次電源部、及び二次電源部で生成された電圧が動作電圧として供給されセンサ回路の検出状態に応じてLEDの点灯又は消灯を決定するセンサ部を備える。第1の負荷回路はLEDと第1のスイッチ素子の直列回路からなり、第2の負荷回路はブリーダ抵抗と第2のスイッチ素子の直列回路からなる。センサ部がLEDの点灯を決定した場合には第1のスイッチ素子を導通させるとともに第2のスイッチ素子を非導通とし、センサ部がLEDの消灯を決定した場合には第2のスイッチ素子を導通させるとともに第1のスイッチ素子を非導通とするように構成される。
さらに、センサ部がLEDの消灯を決定した場合に、DC/DC変換部の出力電圧をLEDの順方向降下電圧Vfよりも低い電圧とするように制御部がDC/DC変換部を制御し、LEDの消灯時にセンサ部がLEDの点灯を決定して第1のスイッチ素子を導通状態とした後に、DC/DC変換部の出力電圧をLEDの順方向降下電圧Vfよりも高い電圧に上昇させるように制御部がDC/DC変換部を制御するようにしてもよい。
また、DC/DC変換部はインダクタンス素子及びスイッチング素子を含む降圧コンバータ回路を含み、二次電源部は、インダクタンス素子に設けられた補助巻線に発生する電圧を直流変換するように構成される。
ここで、センサ回路をセンサ周辺の照度を検出する照度センサとして、照度が閾値未満の場合にLEDの点灯を決定し、照度が閾値以上の場合にLEDの消灯を決定するように構成してもよい。
また、センサ回路を、検知対象範囲に存在する人体を検出する人感センサとして、人感センサが人体を検出した場合にLEDの点灯を決定し、それ以外の場合にLEDの消灯を決定するように構成してもよい。
本発明の実施例によるセンサ付きLED電源装置の回路構成図である。 本発明の変形例を説明するブロック図である。 従来のセンサ付きLED電源装置のブロック図である。
図1に本発明の実施例によるセンサ付きLED電源装置の回路構成図を示す。本実施例のセンサ付きLED電源装置は、AC電源1を直流化するAC/DC変換部2、AC/DC変換部2の出力を降圧するDC/DC変換部3、LED40を含む負荷部4、二次電源部5、DC/DC変換部3の出力を制御する制御部6、及びセンサ80の検出状態に応じてLED40の点灯又は消灯を決定するセンサ部8を備える。
AC/DC変換部2は、ダイオードブリッジ等の整流回路20、及び力率改善用のPFC回路21からなる定電圧源である。PFC回路21は、整流回路20の脈流出力に応じてPWM制御される昇圧コンバータ等からなり、AC電源1の範囲(例えば、AC100V〜240V)に対して一定の出力電圧を出力することができる。
DC/DC変換部3は、本実施例ではフライバック回路からなる(以下、「フライバック回路3」という)。フライバック回路3においては、PFC回路21からの定電圧出力が入力され、トランス30の一次巻線31に接続されたスイッチング素子33がPWM制御される。トランス30の二次巻線32に発生する電圧がダイオード34と平滑コンデンサ35で整流平滑され、制限された直流出力が負荷部4に供給される。
負荷部4は、LED40とスイッチ素子41の直列回路、及びブリーダ抵抗42とスイッチ素子43の直列回路を有し、両直列回路は並列接続される。抵抗44及び45はフライバック回路3の出力電圧を検出する電圧検出抵抗であり、検出電圧が制御回路60に入力される。抵抗46はLED40に流れる電流を検出する低抵抗の電流検出抵抗であり、検出電流(抵抗46に発生する電圧)が制御回路60に入力される。なお、図1ではLED40として1つのLEDを図示しているが、LED40は複数のLED素子が直列接続されたものであってもよい。あるいはLED40は、LED素子の直列回路が複数並列接続されたものであってもよい。
二次電源部5は、トランス30の補助巻線50、ダイオード51及び平滑コンデンサ52を備え、二次電源部5では補助巻線50に発生する電圧が直流変換される。補助巻線50にはフライバック回路3の出力電流に応じた電圧が発生するので、平滑コンデンサ52には負荷部4に流れる電流に応じた電圧が充電されることになる。なお、本実施例では、補助巻線50に発生する電圧を半波整流する構成を示しているが、全波整流する構成を採用してもよい。
制御部6は、制御回路60、抵抗61−63、シャントレギュレータ64、抵抗65−69、トランジスタ70、及びダイオード71を備える。制御回路60は、電流検出抵抗46で検出されるLED電流(抵抗46に発生する電圧)が出力電流設定値(LED電流設定値)に一致するように、あるいは、電圧検出抵抗44及び45で検出される電圧が出力電圧設定値に一致するように、スイッチング素子33をPWM制御する。シャントレギュレータ64は、抵抗62と抵抗63の分圧値を基準入力として基準電圧を生成する。この基準電圧は制御回路60の制御電源として供給される。抵抗65と抵抗66による基準電圧分圧値によって出力電流設定値が決定され、制御回路60に入力される。抵抗67と抵抗68による基準電圧分圧値によって出力電圧設定値が決定され、制御回路60に入力される。抵抗69、トランジスタ70及びダイオード71については後述する。
センサ部8は、センサ回路80、抵抗81、ダイオード82及び83、抵抗84、並びにトランジスタ85を備える。センサ回路80は、本実施例では、センサ周辺の明るさ(照度)を検出する照度センサからなり、S端子、+端子及び−端子を有する。+端子には二次電源部5の出力電圧が動作電圧として給電され、−端子は制御部6のグランドラインに接続される。センサ回路80は、検出照度が閾値未満の場合にはS端子を開放し、検出照度が閾値以上の場合にはS端子と−端子を短絡するよう動作する。
即ち、検出照度が閾値未満の場合(センサ周辺が暗い場合)にはS端子が開放され、+端子の電圧が抵抗81を介してスイッチ素子41のゲート端子に印加され、スイッチ素子41がオン状態(導通状態)となる。これによりLED40がフライバック回路3の出力端に接続されることになり、LED40が点灯する。また、S端子が開放されているのでトランジスタ85はオフ状態となり、スイッチ素子43もオフ状態(非導通)となる。従って、ブリーダ抵抗42は非接続となる。
一方、検出照度が閾値以上の場合(センサ周辺が明るい場合)にはS端子と−端子が短絡され、ダイオード82がオンし、スイッチ素子41がオフ状態(非導通)となる。これによりLED40は非接続となり、消灯する。また、S端子と−端子が短絡されるので、トランジスタ85がオンし、+端子の電圧がスイッチ素子42のゲート端子に印加され、スイッチ素子42がオン状態(導通状態)となる。これにより、ブリーダ抵抗42がフライバック回路3の出力端に接続される。
以上の構成により、フライバック回路3に対して、センサ周辺が暗い場合にはLED40が接続されるとともにブリーダ抵抗42が非接続となり、センサ周囲が明るい場合にはLED40が非接続となるとともにブリーダ抵抗42が接続される。従って、LED40の消灯時においても、フライバック回路3からブリーダ抵抗42に電流が流れ、これにより二次電源部5への入力が確保され、制御部6及びセンサ部8の動作電圧が確保される。一方、LED点灯中はブリーダ抵抗42には電流が流れないので点灯中の消費電力は増大しない。さらに、LED消灯時の負荷をブリーダ抵抗42に依存させる構成とすることにより、電圧検出抵抗44及び45の抵抗値を高くしてその消費電力を低減することができ、LED点灯時の装置全体の消費電力をさらに低減することができる。
またさらに本実施例では、制御部6は、LED40の消灯時にフライバック回路3の出力電圧がLED40の順方向降下電圧Vf(以下、「Vf」という)よりも低い電圧となるように制御する。具体的には、LED消灯時にセンサ回路80のS端子が−端子に短絡されると、ダイオード71を介してトランジスタ70がオンする。これにより、抵抗68と抵抗69が並列接続され、出力電圧設定値が下がる。制御回路60はフライバック回路3の出力電圧をその低下した設定値で定電圧制御するようにスイッチング素子33をPWM制御する。
なお、LED消灯時は負荷部4が抵抗負荷となることから、フライバック回路3の出力を定電圧制御しても定電流制御してもよい。即ち、電流検出抵抗46をブリーダ抵抗42よりもフライバック回路3側に接続した上で、S端子が−端子に短絡されたときに抵抗69が抵抗66に並列接続されるようにして出力電流設定値を下げるようにしてもよい。但し、定電圧制御と定電流制御の双方が干渉しないように、制御回路60は定電圧制御か定電流制御のいずれか一方を有効にするものとする。
その後、センサ周辺の照度が閾値未満になったことをセンサ回路80が検出すると、S端子が開放され、スイッチ素子41がオンしてLED40が接続されるとともに、スイッチ素子43がオフしてブリーダ抵抗42が開放される。この時、フライバック回路3の出力電圧はLED40のVfよりも低いのでLED40に電流は流れない。また、スイッチ素子41がオンするのとほぼ同時にトランジスタ70がオフし、出力電圧設定値がLED点灯時用の設定値に戻る。出力電圧設定値が上昇したのを受けてフライバック回路3の出力電圧が上昇してLED40のVfを超えると、LED40が点灯を開始する。なお、出力電圧設定値が上昇してからフライバック回路3の出力電圧がその設定値に到達するまでの時間は、制御回路60の応答速度と平滑コンデンサ35の容量によって決まる。
なお、上記の動作によると、ブリーダ抵抗42が開放されてからLED40に電流が流れ始めるまで、短い軽負荷期間(電圧検出抵抗44及び45のみが負荷となる期間)が存在し、この期間は二次電源部5への入力が減少する。しかし、適正に容量が選定された平滑コンデンサ52により、上記の軽負荷期間においても制御部6及びセンサ部8の動作電圧は必要な電圧以上に維持されるものとする。
また、LED消灯状態からの再点灯時にスイッチ素子41がオフしてから所定時間経過後にスイッチ素子43をオフさせる遅延回路を設け、スイッチ41とスイッチ43の切替え時に、LED40又はブリーダ抵抗42の少なくとも一方には電流が流れる構成としてもよい。
上記構成により、スイッチ素子41がオンし、その後フライバック回路3の出力電圧がLED40のVfを超えるので、LED40への突入電流を低減できる。これにより、LED40、スイッチ素子41、平滑コンデンサ35等の回路素子のストレスを軽減することができる。
設計例を以下に示す。前提として、フライバック回路3の入力電圧が400V、出力電圧が65Vであり、電圧検出抵抗44及び45の負荷のみがフライバック回路3の出力端に接続された場合(即ち、LED40もブリーダ抵抗42も接続されない場合)にセンサ回路80の動作電圧(+端子電圧)として8V程度が確保できるものとする。ここで、ブリーダ抵抗42を22kΩとすれば、フライバック回路の入力電圧が400V、出力電圧が65Vであり、電圧検出抵抗44及び45並びにブリーダ抵抗42が接続された場合、センサ回路80の動作電圧(+端子電圧)として16V程度を確保できる。
また、LED40の点灯開始時の突入電流(ピーク電流)は、フライバック回路3の出力電圧をVf以上としてからスイッチ素子41をオンした場合は3Aであったが、本実施例のようにスイッチ素子41をオンしてからフライバック回路3の出力電圧をVf未満からVf以上に上昇させた場合は0.6Aであった。このように、本実施例では、LED40が消灯から点灯に移行する際の突入電流を、従来例に比べて大幅に低減することができる。なお、安定点灯中のLED電流は0.45A程度である。
以上のように、本発明によると、センサ付きLED電源装置において、LED点灯時の消費電力を増大させることなく、LED消灯時のセンサ動作電圧を確実に確保するための構成を実現することができる。またさらに、本発明によると、LED再点灯時のLEDへの突入電流を低減して回路素子のストレスを軽減し、装置の信頼性を向上することができる。
なお、上記に本発明の最も好適な実施例を示したが、本発明は発明の趣旨を逸脱することなく以下のように変形可能である。
例えば、上記実施例では、複数のAC電源電圧(AC100V、200V、240V等)に対して共通の装置を構成することを前提としたが、単一のAC電源電圧を想定して装置を構成してもよい。この場合、電源高調波規制や力率の要件をクリアできることを条件としてPFC回路21を平滑コンデンサに置き換え、いわゆるコンデンサインプット型の回路としてもよい。
また、上記実施例はAC電源に接続される装置を前提として構成したが、図2に示すように、DC電源に接続される装置の場合にはAC/DC変換部2は不要である。このDC電源の電圧がLED40のVfよりも低く、かつセンサ部8の動作電圧よりも低い場合(例えば、DC10V程度の電源の場合)には、DC/DC変換部3´は昇圧コンバータ回路で構成される。
また、上記実施例では、DC/DC変換部3を絶縁型フライバックコンバータで構成したが、DC/DC変換部3は、降圧コンバータ回路の場合には、非絶縁型フライバックコンバータ、バックコンバータ、フォワードコンバータ等、他の形態の降圧コンバータ回路であってもよい。なお、補助巻線50は、DC/DC変換部3又は3´に使用されるコンバータのインダクタンス素子(トランス又はコイル)に設けられるようにすればよい。
また、上記実施例では、センサ回路80を照度センサで構成したが、センサ回路80は、検知対象範囲に存在する人体を検出する人感センサで構成してもよい。人感センサは赤外線センサ(焦電型又は反射型)等で構成することができる。センサ回路80が人感センサである場合、センサ回路80は、人体を検出した場合にLED40の点灯を決定してS端子を開放し、それ以外の場合にLED40の消灯を決定してS端子を−端子に接続する。LED40の点灯について、センサ回路80は所定時間にわたる点灯を決定してS端子を所定時間開放するようにしてもよい。センサ回路80が人感センサからなる場合、LEDの点灯及び消灯の切替えが頻繁に行われることが予想され、上記の突入電流低減のための構成が特に効果的なものとなる。
なお、上記実施例では、説明の便宜上、各回路素子をDC/DC変換部3、負荷部4、二次電源部5、制御部6又はセンサ部8のいずれかに属するように区分けしたが、この区分けは便宜的なものであり、本発明を限定するものではない。例えば、センサ回路80、抵抗81、ダイオード82及び83、抵抗84並びにトランジスタ85は制御部6に属するようにしてもよいし、抵抗69、トランジスタ70及びダイオード71はセンサ部8に属するようにしてもよい。また、制御部6及びセンサ部8の具体的回路構成は、各部において上述した機能が得られる限り適宜設計変更可能である。
3.DC/DC変換部(フライバック回路)
3´.DC/DC変換部
4.負荷部
5.二次電源部
6.制御部
8.センサ部
30.トランス
31.一次巻線
32.二次巻線
33.スイッチング素子
34.ダイオード
35.平滑コンデンサ
40.LED
41、43.スイッチ素子
42.ブリーダ抵抗
44、45.電圧検出抵抗
46.電流検出抵抗
50.補助巻線
51.ダイオード
52.平滑コンデンサ
60.制御回路
61、62、63、65、66、67、68、69.抵抗
64.シャントレギュレータ
70.トランジスタ
71.ダイオード
80.センサ回路
81、84.抵抗
82、83.ダイオード
85.トランジスタ

Claims (5)

  1. センサ付きLED電源装置であって、
    定電圧源からの入力を受けて直流電流を出力するDC/DC変換部
    記DC/DC変換部の出力を制御する制御部、
    前記DC/DC変換部の出力電流に応じた電圧を生成する二次電源部
    記二次電源部で生成された電圧が動作電圧として供給され、センサ回路の検出状態に応じてLEDの点灯又は消灯を決定するセンサ部、及び
    前記DC/DC変換部の出力端に並列接続された、前記LEDと第1のスイッチ素子の直列回路及びブリーダ抵抗と第2のスイッチ素子の直列回路を含み、前記直流電流が供給される負荷部
    備え
    記センサ部が前記LEDの点灯を決定した場合には前記第1のスイッチ素子を導通させるとともに前記第2のスイッチ素子を非導通とし、該センサ部が該LEDの消灯を決定した場合には該第1のスイッチ素子を非導通とするとともに該第2のスイッチ素子を導通させ、前記ブリーダ抵抗に流れる電流を供給する前記DC/DC変換部の動作によって前記二次電源部からの前記動作電圧が前記センサ部に供給されるように構成されたセンサ付きLED電源装置。
  2. 請求項1に記載のセンサ付きLED電源装置において、
    前記センサ部が前記LEDの消灯を決定した場合に、前記DC/DC変換部の出力電圧を該LEDの順方向降下電圧Vfよりも低い電圧とするように前記制御部が該DC/DC変換部を制御し、
    前記LEDの消灯時に前記センサ部が該LEDの点灯を決定して前記第1のスイッチ素子を導通状態とした後に、前記DC/DC変換部の出力電圧を該LEDの順方向降下電圧Vfよりも高い電圧に上昇させるように前記制御部が該DC/DC変換部を制御することを特徴とするセンサ付きLED電源装置。
  3. 請求項1に記載のセンサ付きLED電源装置において、前記DC/DC変換部はインダクタンス素子及びスイッチング素子を含む降圧コンバータ回路を含み、前記二次電源部は、該インダクタンス素子に設けられた補助巻線に発生する電圧を直流変換するように構成されたセンサ付きLED電源装置。
  4. 請求項1に記載のセンサ付きLED電源装置において、前記センサ回路が該センサ周辺の照度を検出する照度センサからなり、該照度が閾値未満の場合に前記LEDの点灯を決定し、該照度が該閾値以上の場合に該LEDの消灯を決定することを特徴とするセンサ付きLED電源装置。
  5. 請求項1に記載のセンサ付きLED電源装置において、前記センサ回路が検知対象範囲に存在する人体を検出する人感センサからなり、該人感センサが人体を検出した場合に前記LEDの点灯を決定し、それ以外の場合に該LEDの消灯を決定することを特徴とするセンサ付きLED電源装置。
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