JP5814601B2 - Ｌｅｄ電源装置 - Google Patents

Description

この発明は、ＬＥＤユニットを点灯させるＬＥＤ電源装置に関する。

ＬＥＤが外された場合、ＬＥＤが外されたことを検出して電解コンデンサの電荷を抜く技術がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−５５８２４号公報

しかしながら、ＬＥＤ接続を接続したままの状態では、商用電源のスイッチをオフにしても、ＬＥＤが消灯するまでの時間には、ばらつきがでるという課題があった。

本発明は、ＬＥＤ電源に消灯検出回路を設けることで、商用電源のスイッチをオフした際に、ＬＥＤが消灯するまでの時間を一定にすることを目的とする。

この発明のＬＥＤ電源装置は、
直列に接続された複数のＬＥＤ素子を有するＬＥＤユニットを点灯させるＬＥＤ電源装置において、
直流電圧を入力し、入力した前記直流電圧の大きさを変換し、大きさ変換後の前記直流電圧を出力する直流電圧変換回路と、
前記直流電圧変換回路によって出力される前記直流電圧を平滑し、平滑された前記直流電圧を前記ＬＥＤユニットに印加する平滑コンデンサと、
制御を受けることでオンとなるスイッチング素子を有するダミー回路であって、前記ＬＥＤユニットに対して並列に接続されると共に、制御を受けて前記スイッチング素子がオンになると、前記ＬＥＤユニットへの流入に向かう流入前の前記平滑コンデンサの印加に基づく電流が流入するダミー回路と、
前記直流電圧変換回路の動作を監視し、前記直流電圧変換回路を動作停止と判定すると、前記ダミー回路の前記スイッチング素子をオンに制御する監視回路と
を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、ＬＥＤユニットを点灯させるＬＥＤ電源装置において、商用電源を切った場合に、ＬＥＤユニットのＬＥＤを瞬時に消灯することができると共に、ＬＥＤ電源装置の電解コンデンサの電荷を抜くことができる。

実施の形態１のＬＥＤ電源装置１０１の回路図。 実施の形態１のＬＥＤ電源装置１０１が動作したときの入力電圧および平滑コンデンサ１３０の両端電圧の波形図。 実施の形態２のＬＥＤ電源装置１０２の回路図。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態を示すＬＥＤ電源装置１０１の回路図である。図１において、商用電源１とＬＥＤユニット２００以外が、ＬＥＤ電源装置１０１の構成要素である。なお、ＬＥＤユニット２００は、ＬＥＤ電源装置１０１に対して着脱可能である。
ＬＥＤ電源装置１０１は、
（１）入力される商用電源１（交流電圧）を整流する整流回路１１０と、
（２）整流回路１１０に接続され、整流回路１１０が出力する脈流電圧を降圧するＤＣ−ＤＣコンバータ１２０−１（直流電圧変換回路）と、
（３）ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０−１に接続され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０−１が出力する電圧を平滑し、接続されるＬＥＤに電力を供給する平滑回路（平滑コンデンサ１３０）と、
（４）ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０−１及び平滑回路に接続され、入力される商用電源１が遮断されると、平滑回路が出力する電力を遮断する消灯検出回路１４０−１（監視回路）と、
（５）複数のＬＥＤ素子（ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４）の直列接続からなるＬＥＤユニット２００に供給される電力（電流）をバイパスするバイパス回路１５０（ダミー回路）と
を備える。

整流回路１１０は、ダイオードブリッジＤＢにより構成される。

（ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０−１）
ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０−１は、
（１）整流回路１１０であるダイオードブリッジＤＢの出力端子に一端が接続される１次巻き線Ｔ１−１、１次巻き線Ｔ１−１にコアを介して電磁的に結合され、一端が回路グランドに接続される２次巻き線Ｔ１−２ならびに３次巻き線Ｔ１−３を有するトランスＴ１と、
（２）１次巻き線Ｔ１−１の他端に接続されるトランジスタＱ１と、
（３）トランジスタＱ１に接続され、トランジスタＱ１のスイッチングを制御するＤＣ−ＤＣコンバータ制御回路１２１（制御回路）と、
（４）３次巻き線Ｔ１−３にアノード端子が接続されるダイオードＤ１を有する。

（平滑回路）
平滑回路は、正極がダイオードＤ１のカソード端子に接続され、負極が回路グランドに接続される電解コンデンサＣ１（平滑コンデンサ１３０ともいう）により構成される。平滑コンデンサ１３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０−１によって出力される直流電圧を平滑し、平滑された直流電圧をＬＥＤユニットに印加する。

（消灯検出回路１４０−１）
（１）消灯検出回路１４０−１は、２次巻き線Ｔ１−２の他端にアノード端子が接続されるダイオードＤ２と、
（２）ダイオードＤ２のカソードに一端が接続され、回路グランドに他端が接続されるコンデンサＣ２と、
（３）ダイオードＤ２のカソード端子に一端が接続される抵抗Ｒ１と、
（４）抵抗Ｒ１の他端に入力端子が接続されるフォトカプラＰＣ１と、
（５）平滑コンデンサ１３０の正極に一端が接続され、フォトカプラＰＣ１の出力端子に他端が接続される抵抗Ｒ２と
を備える。
ダイオードＤ２は、逆流を防ぐ。コンデンサＣ２により、ダイオードＤ２が出力する電圧波形を平滑し、抵抗Ｒ１によりフォトカプラＰＣ１のフォトダイオードに流れる電流を制限する。フォトカプラＰＣ１は、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ２により電圧波形を鈍らせた信号を、電気的に絶縁した状態で、出力端子に接続されるトランジスタＱ３に伝達する。抵抗Ｒ２は、トランジスタＱ３をオンさせるときに必要なベース電流を供給する素子である。
消灯検出回路１４０−１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０−１の動作を監視し、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０−１を動作停止と判定すると、バイパス回路１５０のトランジスタＱ３をオンに制御する。実施の形態１では、消灯検出回路１４０−１は、後述のようにトランスＴ１の２次巻き線Ｔ１−２の出力から、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０−１の動作停止を判別する。

（バイパス回路１５０）
放電抵抗Ｒ３（抵抗要素）とトランジスタＱ３とは、ＬＥＤユニット２００に並列接続され、ＬＥＤユニット２００に供給される電流をバイパスするバイパス回路１５０を構成する。放電抵抗Ｒ３は、単一の抵抗器で実現されてもよいし複数の抵抗器で実現されてもよいのはもちろんである。バイパス回路１５０は、図１のように、制御を受けることでオンとなるトランジスタＱ３を有する。バイパス回路１５０は、トランジスタＱ３がオンになると、ＬＥＤユニット２００への流入に向かう平滑コンデンサ１３０の印加に基づく電流が流入する。放電抵抗Ｒ３は、平滑コンデンサ１３０の正極に一端が接続される。トランジスタＱ３は、放電抵抗Ｒ３の他端にコレクタ端子が接続され、フォトカプラＰＣ１の出力端子にベース端子が接続され、回路グランドにエミッタ端子が接続される。

次に、ＬＥＤ電源装置１０１（特に消灯検出回路１４０−１）の動作を説明する。
図２は、消灯時の平滑コンデンサ１３０の電圧波形である。具体的には、図２（ａ），（ｂ）は、消灯時おける入力信号（入力電圧）と、平滑コンデンサ１３０の電圧波形とを示している。横軸は時間を示し、縦軸は入力信号の値及び平滑コンデンサ１３０の電圧値を示す。（ａ）は消灯検出回路１４０−１なしの場合を示し、（ｂ）は消灯検出回路１４０−１がある場合を示す。

まず、壁スイッチなどをオンにすると、商用電源１がＬＥＤ電源装置１０１に供給され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０−１にて、ＬＥＤを点灯するための電力が生成される。このとき、ＬＥＤの順方向電圧Ｖｆに相当する電圧が平滑コンデンサ１３０に印加されている。

この状態で商用電源１を壁スイッチなどでオフすると、整流回路１１０（ダイオードブリッジ）を介してトランスＴ１の電圧が下がる。それに伴い、トランスＴ１の２次巻き線Ｔ１−２の電圧も下がり、フォトカプラＰＣ１の信号が消える。従って、バイパス回路１５０のトランジスタＱ３のベースがＨＩになり、トランジスタＱ３がオンとなる。トランジスタＱ３がオンすると、ＬＥＤユニット２００と並列に接続されたバイパス回路１５０に平滑コンデンサ１３０に溜まっている電荷が抜け、放電抵抗Ｒ３で放電を行う。このようにして、商用電源１のスイッチなどをオフした直後に、平滑コンデンサ１３０の電荷を抜くことで、平滑コンデンサ１３０の残留電荷がＬＥＤユニット２００に流れることないため、瞬時にＬＥＤを消灯することができる。

入力電圧が壁スイッチなどにより、オフされた場合、通常は図２（ａ）に示すように、平滑コンデンサ１３０の電荷は放物線状に抜けていき、スイッチオフからＬＥＤの消灯までに期間Ｔａを要する。しかし、消灯検出回路１４０−１を搭載した場合は、入力電圧がオフされたとほぼ同時に、平滑コンデンサ１３０の電荷がバイパス回路１５０に流れるため、瞬時に電荷が抜け、ＬＥＤも瞬時（オフから期間Ｔｂ）に消灯する。

また、実施の形態１のＬＥＤ電源装置１０１を同じフロアに複数台を使用することで、複数台のＬＥＤ電源装置１０１を同時にオンオフする商用電源を切った場合に、それぞれのＬＥＤ電源装置のＬＥＤをほぼ同時に消灯することができる。また、それぞれのＬＥＤ電源装置の電解コンデンサの電荷を抜くことができる。

また、ＬＥＤ電源装置１０１からＬＥＤユニット２００がはずされた場合、ＬＥＤ電源装置１０１への商用電源の供給を遮断することで、平滑コンデンサ１３０の電荷を抜くことができる。

実施の形態２．
図３を参照して実施の形態２のＬＥＤ電源装置１０２を説明する。本実施の形態２のＬＥＤ電源装置１０２は、実施の形態１のＬＥＤ電源装置１０１に対して消灯検出の検出箇所が異なる。実施の形態１のＬＥＤ電源装置１０１は、トランスＴ１の２次巻き線Ｔ１−２から消灯の検出をしたが、ＬＥＤ電源装置１０２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ制御回路１２１からＭＯＳＦＥＴ Ｑ１への制御信号の有無から検出する。

ＬＥＤ電源装置１０２は、ＬＥＤ電源装置１０１に対して、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０−２、消灯検出回路１４０−２の構成が異なる。このため、ＬＥＤ電源装置１０１に対して符号を「−２」としている。

図３は、ＬＥＤ電源装置１０２の回路図である。前述のように、ＬＥＤ電源装置１０２はＬＥＤ電源装置１０１に対してＤＣ−ＤＣコンバータ１２０−２、消灯検出回路１４０−２の構成が異なる。

（ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０−２）
ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０−２は、
（１）整流回路１１０のダイオードブリッジＤＢの出力端子に一端が接続される１次巻き線、２次巻き線を有するトランスＴ１と、
（２）１次巻き線の他端に接続されるトランジスタＱ１と、
（３）トランジスタＱ１に接続され、トランジスタＱ１のスイッチングを制御するＤＣ−ＤＣコンバータ制御回路１２１と、
（４）２次巻き線にアノード端子が接続されるダイオードＤ１を有する。

（消灯検出回路１４０−２）
消灯検出回路１４０−２は、
（１）ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１のゲートに接続されるダイオードＤ２と、
（２）抵抗Ｒ１に一端が接続され、回路グランドに他端が接続されるコンデンサＣ２と、
（３）ダイオードＤ２のカソード端子に一端が接続され、他端がコンデンサＣ２に接続される抵抗Ｒ１と、
（４）抵抗Ｒ１の他端に入力端子が接続されるツェナーダイオードＤＺ１と、
（５）ツェナーダイオードＤＺ１の他端にベースが接続されるトランジスタＱ２と、
（６）トランジスタＱ２のコレクタ端子に接続される抵抗Ｒ８と、
（７）一端がツェナーダイオードＤＺ１のカソード側に接続され他端が回路グランドに接続される抵抗Ｒ２とを備える。
ダイオードＤ２は、逆流を防ぐ。抵抗Ｒ１とコンデンサＣ２により、ダイオードＤ２が出力する電圧波形を鈍らせる。ツェナーダイオードＤＺ１は、上記波形の電圧が一定以上である場合にはトランジスタＱ２をオンさせ、トランジスタＱ３のベース端子の電位を落とす。

（バイパス回路１５０）
バイパス回路１５０のトランジスタＱ３は、放電抵抗Ｒ３の他端にコレクタ端子が接続され、抵抗Ｒ８とトランジスタＱ２のコレクタ端子に接続され、回路グランドにエミッタ端子が接続される。

次に、ＬＥＤ電源装置１０２（特に消灯検出回路１４０−２）の動作を説明する。消灯時の平滑コンデンサ１３０の電圧波形は、実施の形態１と同じである。

まず、壁スイッチなどをオンにすると、商用電源１がＬＥＤ電源装置１０２に供給され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０−２にて、ＬＥＤを点灯するための電力が生成される。このとき、ＬＥＤの順方向電圧Ｖｆに相当する電圧が平滑コンデンサ１３０に印加されている。

この状態で商用電源１を壁スイッチなどでオフすると、整流回路１１０（ダイオードブリッジ）を介してトランスＴ１の電圧が下がる。更にＤＣ−ＤＣコンバータ制御回路１２１の電源電圧も下がり、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２０−２の制御が停止する。従ってＭＯＳＦＥＴのゲート電圧（ＤＣ−ＤＣコンバータ制御回路１２１による制御信号）が下がり、トランジスタＱ２のベースがＬＯＷになり、トランジスタＱ２がオフする。それに伴い、トランジスタＱ３のベースに抵抗Ｒ８を介してＶｃｃの電圧がかかり、トランジスタＱ３がオンする。トランジスタＱ３がオンすると、ＬＥＤユニット２００と並列に接続されたバイパス回路１５０に平滑コンデンサ１３０に溜まっている電荷が抜け、放電抵抗３で放電を行う。

このように、ＤＣ−ＤＣコンバータ制御回路１２１がトランジスタＱ１を制御する制御信号に基づいて、ＬＥＤを消灯させていることを消灯検出回路１４０−２が検出するようにしたので、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、トランスＴ１の構造を簡易化することができる。

１ 商用電源、１０１，１０２ ＬＥＤ電源装置、１１０ 整流回路、１２０−１，１２０−２ ＤＣ−ＤＣコンバータ、１２１ ＤＣ−ＤＣコンバータ制御回路、１３０ 平滑コンデンサ、１４０−１，１４０−２ 消灯検出回路、２００ ＬＥＤユニット。

Claims (3)

1. 直列に接続された複数のＬＥＤ素子を有するＬＥＤユニットを点灯させるＬＥＤ電源装置において、
   商用電源から供給される交流電圧を直流電圧に整流し、前記直流電圧を出力する整流回路と、
   前記整流回路の出力する前記直流電圧を入力し、入力した前記直流電圧の大きさを変換し、大きさ変換後の前記直流電圧を出力する直流電圧変換回路と、
   前記直流電圧変換回路によって出力される前記直流電圧を平滑し、平滑された前記直流電圧を前記ＬＥＤユニットに印加する平滑コンデンサと、
   制御を受けることでオンとなるスイッチング素子を有するダミー回路であって、前記ＬＥＤユニットに対して並列に接続されると共に、制御を受けて前記スイッチング素子がオンになると、前記ＬＥＤユニットへの流入に向かう流入前の前記平滑コンデンサの印加に基づく電流が流入するダミー回路と、
   前記直流電圧変換回路の動作を監視し、前記直流電圧変換回路を動作停止と判定すると、前記ダミー回路の前記スイッチング素子をオンに制御する監視回路と
   を備え、
   前記ダミー回路は、
   所定の抵抗値を持つ抵抗要素と、前記スイッチング素子との直列接続からなり、制御を受けて前記スイッチング素子がオンになると前記ＬＥＤユニットへの流入に向かう電流として前記平滑コンデンサの電荷が流入し、流入した前記電荷を前記抵抗要素により放電すると共に、
   前記監視回路は、
   前記商用電源がオフされた場合に、前記直流電圧変換回路を動作停止と判定するＬＥＤ電源装置。
2. 前記直流電圧変換回路は、
   前記整流回路から供給される前記直流電圧を入力する１次巻き線と、前記１次巻き線と電磁的に結合し、前記商用電源のオフによって出力電圧が低下する２次巻き線とを有するトランスを有し、
   前記監視回路は、
   前記２次巻き線と、前記ダミー回路の前記スイッチング素子とに接続され、前記商用電源のオフによって前記２次巻き線の前記出力電圧が低下した場合に、前記ダミー回路の前記スイッチング素子をオンにするフォトカプラを有する請求項１に記載のＬＥＤ電源装置。
3. 前記直流電圧変換回路は、
   ゲートを有し、前記ゲートから制御信号を受けてオンオフするスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子の前記ゲートに前記制御信号としてゲート電圧を出力してスイッチングを制御する制御回路であり、前記商用電源のオフによって、出力する前記ゲート電圧が低下する制御回路と
   を有し、
   前記監視回路は、
   前記ゲートと、前記ダミー回路の前記スイッチング素子とに接続されるトランジスタであり、前記商用電源のオフによって前記ゲート電圧が低下した場合に、オフになることで前記ダミー回路の前記スイッチング素子をオンにするトランジスタを有する請求項１に記載のＬＥＤ電源装置。

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