JP5942179B2 - 負荷判別装置及びそれを用いた照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、照明負荷を判別して点灯する負荷判別装置及びそれを用いた照明器具に関する。

この種の負荷判別装置として、蛍光灯やＨＩＤランプ等の電気特性の異なる複数種の放電灯を点灯することができ、共通化された放電灯点灯装置において、各々の放電灯を適切な特性で点灯させるために、電源投入初期に所定の出力特性にて放電灯を点灯させ、その点灯特性（例えば、電圧、電流、電力）から、放電灯の種類を特定、すなわち、照明負荷を判別するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、照明負荷としてＬＥＤと共に有機ＥＬが使用されることがあり、これらの固体発光素子も点灯装置の共通化が望まれる。上記特許文献１に示されるような負荷判別装置は、放電灯の特性を基に放電灯を選別することができるが、固体発光素子は放電灯と異なる特性を有することから、この技術を有機ＥＬとＬＥＤとの判別に適用することは難しい。より詳細には、上記特許文献１に示される放電灯の判別には、容量成分の影響を除いた放電電流を検出しているが、有機ＥＬのような負荷そのものに容量成分を有する場合には、同技術はそのまま適用できない。

特開２００１−２１０４９０号公報

本発明は、照明負荷を判別して点灯する負荷判別装置において、照明負荷として有機ＥＬを容易に判別することができる負荷判別装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために発明の負荷判別装置は、照明負荷と前記照明負荷に電圧を印加する電圧印加部と、前記照明負荷と電圧印加部とを接続する接続部と前記電圧印加部から接続部を介して前記照明負荷に電圧が印加された場合に、前記照明負荷に流れる電流と該照明負荷に発生する電圧のうち、少なくとも一方を検出する検出部と、前記検出部の出力に基づいて前記照明負荷の種類を判別する判別部と、を備え、前記判別部は、前記検出部で検出された検出値と、予め任意に定める閾値とを比較する比較器を有し、前記電圧印加部から前記照明負荷の定格駆動電圧よりも小さい電圧を印加し、前記比較器の出力を基に前記照明負荷が容量成分を有する照明負荷であることを判別し、前記電圧印加部は、インダクタンス成分を有し、このインダクタンス成分を介して照明負荷に給電すると共に、前記インダクタンス成分と照明負荷の容量成分とを含む共振回路を形成し、前記判別部が照明負荷を判定するとき、前記共振回路で共振する周波数を有する印加電圧を前記照明負荷に給電し、当該判別された照明負荷をその定格駆動電圧で点灯することを特徴とする。

この負荷判別装置において、判別部は、共振回路で発生する共振電圧を基に照明負荷を判別することが好ましい。

この負荷判別装置において、前記判別部は、前記閾値を時間の経過に伴い変化させることが好ましい。

この負荷判別装置において、判別部は，前記照明負荷が容量成分を有すると判別した場合に、前記電圧印加部からの電圧印加開始後の所定の期間における前記検出部が示す値の最大値を基に、前記照明負荷の容量成分を演算することが好ましい。

この負荷判別装置において、電圧印加部は、検出部が示す値に応じて供給電力を調整することが好ましい。

本発明の照明器具は、上記のような負荷判別装置を備えたことを特徴とする。

本発明の負荷判別装置によれば、容量成分を有する照明負荷を判別できるので、ＬＥＤ発光素子と比べて容量成分の大きい有機ＥＬ発光素子を容易に判別することができ、その定格駆動電圧通りに点灯することができる。

本発明の第１の実施形態に係る負荷判別装置の構成図。 同負荷判別装置の回路図。 （ａ）乃至（ｇ）は同負荷判別装置での負荷判定動作の各部の出力波形図。 （ａ）乃至（ｃ）は同負荷判別装置での複数回の負荷判定動作における各部の出力波形図。 本発明の第２の実施形態に係る負荷判別装置の構成図。 同装置における他の判別部の回路図。 同装置における判別部の基準電圧の時間変化を示す図。 本発明の第３の実施形態に係る負荷判別装置の動作を説明するための有機ＥＬの電圧電流特性図。 本発明の第４の実施形態に係る負荷判別装置の構成図。 同装置における電圧印加部の共振回路の電流周波数特性図。 （ａ）乃至（ｃ）は同電圧印加部での電圧印加動作の各部の出力波形図。 本発明の第５の実施形態に係る負荷判別装置の構成図。 上記実施形態の負荷判別装置を用いた照明器具の斜視図。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る過電流防止式電源装置について図１乃至図４を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態の負荷判別装置１（以下、判別装置という）は、照明負荷４を有する負荷モジュール２と、電圧印加部３と、接続部５（５ａ、５ｂ）と、検出部６と、判別部７とを備える。負荷モジュール２は、照明負荷４と接続部５ｂとをモジュール化して構成したものである。ここでは、照明負荷４として有機ＥＬ素子（有機ＥＬという）４ａが配置され、この有機ＥＬ４ａに並列に発生する寄生容量をＣｐとして示している。通常、有機ＥＬは対向する電極板の間に発光体を挟んで構成されるので、基本的にコンデンサ構造を成すため容量成分を持ち、この容量成分が主として寄生容量Ｃｐとなる。

電圧印加部３は、一定電圧を出力する電源Ｖｉｎから給電されて照明負荷４用の駆動電圧を形成すると共に、判別部７で判別された照明負荷４に接続部５を介してその定格駆動電圧を供給する。接続部５はコネクタ等からなり、電圧印加部３側の接続部５ａと、負荷モジュール２側の接続部５ｂとを有し、それらの接続部５ａ、５ｂは電源用ケーブル等で互いに接続される。

検出部６は、電圧印加部３から照明負荷４に電圧が印加されたとき、照明負荷４に流れる電流と照明負荷４に発生する電圧のうち、少なくとも一方を検出する。判別部７は検出部６からの出力に基づいて照明負荷４の種類を判別し、ここでは、有機ＥＬと、ＬＥＤとの互いの寄生容量の違いを基に、容量性成分の大きい有機ＥＬをＬＥＤと区別して判別している。また、負荷判別装置１と電源Ｖｉｎとにより照明器具が構成される。

図２に示すように、電圧印加部３は、半導体スイッチング素子のＦＥＴ１、ＦＥＴ２と、ダイオードＤ１と、チョークコイル（インダクタンス成分）Ｌ１と、コンデンサＣ１と、電流検出部（検出部）６と、駆動回路８とを備える。ＦＥＴ１と逆接続のダイオードＤ１との直列回路が電源Ｖｉｎに接続され、ダイオードＤ１に並列にチョークコイルＬ１と電解コンデンサＣ１とＦＥＴ２との直列回路が接続されている。コンデンサＣ１とＦＥＴ２との直列回路は、接続部５ａと抵抗Ｒｄとの直列回路に並列に接続されている。

接続部５ａと接続部５ｂは、２端子で接続される。接続部５ｂの入力両端には、照明負荷４として有機ＥＬ４ａが接続され、寄生容量Ｃｐを持つことになる。したがって、等価的に接続部５ａの両端には有機ＥＬ４ａとその寄生容量Ｃｐとが接続されることになる。

電流検出部６は、照明負荷４に直列に接続される抵抗Ｒｄを有し、抵抗Ｒｄと接続部５ａとの接点は、判別部７に接続される。電流検出部６は、この抵抗Ｒｄに流れる電流Ｉｄを検出電圧（検出値）Ｖｄ（＝Ｉｄ・Ｒ）として検出して判別部７に供給する。

判別部７は、コンパレータＣＯＭＰ１（比較器）と、ＣＯＭＰ１の出力に接続されるセット・リセット−フリップ・フロップＲＳ−ＦＦ１とを有すると共に、それらを制御するためのマイコンや記憶用のメモリー等を備える。この判別部７は電流検出部６で検出された検出電圧Ｖｄと、予め任意に定める閾値の基準電圧ＶｒｅｆとをＣＯＭＰ１で比較し、ＣＯＭＰ１の出力を基に照明負荷４が容量成分を有するかどうかを判別する。

ＣＯＭＰ１は、そのプラス側入力端子に電流検出部６からの検出電圧Ｖｄが入力され、そのマイナス側入力端子には、閾値の基準電圧Ｖｒｅｆ１が接続され、その出力はＲＳ−ＦＦ１に接続されている。ＣＯＭＰ１の出力は、プラス側入力電圧がマイナス側入力電圧を超えると、ハイ（Ｈ）レベルとなり、越えないとロー（Ｌ）レベルとなる。従って、出力される検出電圧Ｖｄが基準電圧Ｖｒｅｆ１を超えたとき、Ｈレベルの信号がＲＳ−ＦＦ１に供給される。

ＲＳ−ＦＦ１は、ＣＯＭＰ１からの出力がそのセット入力のＳ端子に入力され、リセット入力のＲ端子は接地されている。ＲＳ−ＦＦ１は、ＣＯＭＰ１の出力がＨレベルになったときにそのＱ端子出力をＨレベルに維持し、ＣＯＭＰ１の出力がＬレベルの場合は、Ｑ端子出力もＬレベルを維持するように動作する。このＲＳ−ＦＦ１の出力は負荷判別信号として駆動回路８に入力される。

駆動回路８は、ＦＥＴ１をスイッチング制御して駆動するための制御回路を成し、制御部となるマイコン（不図示）及び記憶部となるメモリーを有する。駆動回路８は、判別部７で判定された照明負荷４をその定格で駆動するための定格駆動電圧情報をメモリーに記憶している。

駆動回路８は、例えば、ＲＳ−ＦＦ１の出力により、照明負荷４が有機ＥＬと判定された負荷判別信号が入力されると、照明負荷４の有機ＥＬ４ａを駆動するための駆動制御信号をＦＥＴ１に送り、電圧印加部３から照明負荷４に所定の定格駆動電圧を出力できるようにＦＥＴ１を制御する。この駆動制御信号としては、例えば、パルス信号から成るＰＷＭ制御信号などが用いられる。

上記電圧印加部３は、電源Ｖｉｎから給電されるＦＥＴ１を駆動回路８により高周波でオン、オフして負荷へ電力供給する、いわゆる降圧チョッパ回路の構成を成す。すなわち、電圧印加部はＦＥＴ１がオン時、電源Ｖｉｎ−ＦＥＴ１−チョークコイルＬ１−接続部５ａ−接続部５ｂ−照明負荷４−接続部５ｂ−接続部５ａ−電源Ｖｉｎの経路で照明負荷４に電流を流す。また、ＦＥＴ１がオフ時、チョークコイルＬ１に蓄えられたエネルギは、チョークコイルＬ１−接続部５ａ−接続部５ｂ−照明負荷４−接続部５ｂ−接続部５ａ−ダイオードＤ１−チョークコイルＬ１の経路で回生されることになる。

コンデンサＣ１は、照明負荷４への供給電圧を直流に平滑化するためのコンデンサであり、負荷判定後は、ＦＥＴ２がオンされて接地される。これにより、点灯時の負荷端の電圧が安定し、ちらつきなどが抑制される。また、負荷判別時には、ＦＥＴ２をオフすることにより、コンデンサＣ１の影響が取り除かれるので、負荷判別のためのサージ電流のレベルを高くでき、負荷判別がし易くなる。

ここで、判別部７による負荷判定動作について、図３（ａ）〜（ｇ）を参照して説明する。図３において、（ａ）は照明負荷４を点灯したとき、駆動回路８から照明負荷４の判定のためにＦＥＴ１に入力されるゲート電圧Ｖｇ１の波形を、（ｂ）は駆動回路８からＦＥＴ２に入力されるゲート電圧Ｖｇ２の波形を示す。（ｃ）は照明負荷４が有機ＥＬ４ａのときにおける電流検出部の検出電圧Ｖｄの波形と閾値の基準電圧Ｖｒｅｆを、（ｄ）はそのときのＣＯＰＭ１の出力波形を、（ｅ）はそのときのＲＳ−ＦＦ１の出力波形を示す。（ｆ）は照明負荷４がＬＥＤであるときの電流検出部の検出電圧波形と基準電圧Ｖｒｅｆを、（ｇ）はそのときのＲＳ−ＦＦ１の出力波形を示す。

図３（ａ）に示すように、駆動回路８は、負荷判定時の時間ｔ１〜ｔ３にＦＥＴ１をオンするためのパルス状のゲート電圧Ｖｇ１を出力すると共に、図３（ｂ）に示すように、時間ｔ１〜ｔ３の負荷判定時にはＬレベルと成り、負荷判定時以降にＨレベルと成るゲート電圧Ｖｇ２を出力する。このゲート電圧Ｖｇ２により、時間ｔ１〜ｔ３の期間は、ＦＥＴ２のゲートがオフされているため、コンデンサＣ１は接地されないのでその影響は考えない。また、ＦＥＴ２は負荷判定時以降にオンされる。

駆動回路８からのゲート電圧Ｖｇ１でＦＥＴ１がｔ１でオン、ｔ３でオフすると、チョークコイルＬ１が非常に小さい値であれば、照明負荷４端には、図３（ａ）の波形とほぼ相似の電圧波形が印加されることになる。ここで、照明負荷４が有機ＥＬ４ａの場合、寄生容量Ｃｐが存在するため、図３（ｃ）に示すように、電流検出部６による検出電圧Ｖｄ（ＥＬ）は、駆動回路８からの電圧印加開始初期に寄生容量Ｃｐを充電するためのサージ的な電流が流れ、ピーク電流（電圧）が発生することになる。判別部７はこの検出電圧Ｖｄ（ＥＬ）と、予め設定された基準電圧ＶｒｅｆとをＣＯＭＰ１で比較することにより、検出電圧Ｖｄが基準電圧Ｖｒｅｆを超えるピーク電圧の期間ｔ１〜ｔ２で、図３（ｄ）に示すように、ＣＯＭＰ１の出力がＨレベルとなる。そのＨレベルの出力信号がＲＳ−ＦＦ１のセット入力端子に入力されるとＲＳ−ＦＦ１のＱ出力は、図３（ｅ）に示すように、Ｈレベルに維持されるようになる。

ここで、もし、照明負荷４がＬＥＤの場合は、その寄生容量は有機ＥＬ４ａの寄生容量Ｃｐに比較して極めて少ないので、ＬＥＤは等価的に抵抗負荷と見なすことができる。このため、図３（ｆ）に示すように、検出電圧Ｖｄ（ＬＥＤ）はサージ電流が殆ど発生せず、検出電圧Ｖｄが基準電圧Ｖｒｅｆを超えないので、図３（ｇ）に示すように、ＲＳ−ＳＳ１の出力はＬレベルのままとなる。

ここでは、判別部７により、ＲＳ−ＦＦ１のＱ出力がＨレベルのときは、接続された照明負荷４を有機ＥＬ４ａと判別し、ＲＳ−ＦＦ１のＱ出力がＬレベルのときは、照明負荷４をＬＥＤと判別できる。駆動回路８は照明負荷４が有機ＥＬ４ａと判別され、ＲＳ−ＦＦ１からＨレベルが入力されると、このＬレベルに対応して予め設定した有機ＥＬ４ａ用の定格駆動電圧を発生するようにＰＷＭ等の駆動制御信号をＦＥＴ１に入力し、ＦＥＴ１をスイッチング制御して、その出力により有機ＥＬを駆動する。

また、ＬＥＤが照明負荷４の場合は、ＲＳ−ＦＦ１のＱ出力からＬレベルが駆動回路８に入力され、駆動回路８はこのＬレベルに対応して予め設定したＬＥＤ用の定格駆動電圧を発生するように駆動制御信号をＦＥＴ１に入力し、有機ＥＬ４ａの場合と同様に、スイッチング制御してＦＥＴ１の出力によりＬＥＤを駆動する。

時間ｔ３以降は、照明負荷４が有機ＥＬ４ａとＬＥＤのいずれの場合も、駆動回路８は出力電圧Ｖｇ２によりＦＥＴ２をオンさせて、コンデンサＣ１を接地し、ＦＥＴ２の出力を平滑して照明負荷４に印加する。これにより、急峻な電源変動や外部ノイズなどによるちらつきを抑制することができる。さらに、有機ＥＬ４ａであることが判別できた場合には、それ以降、有機ＥＬ４ａを点灯する際、駆動回路８は、例えば出力する駆動制御信号の矩形波電圧の立ち上り部分の傾きを緩くするようにしてＦＥＴ１をスイッチングすることにより、点灯時のサージ電流のピークを抑制することができる。また、これにより、電界コンデンサＣ１の高周波における平滑特性が良くない点を補うこともできる。

また、負荷判別後は、駆動回路８は各々の負荷を定格駆動電圧で点灯するように、ＦＥＴ１のオン時間をより長くするなどの制御とすればよい。なお、従来例の熱陰極蛍光ランプや高圧放電ランプが接続された場合には、基本的にこれらのランプ端のインピーダンスは、無限大の抵抗値に等しいため、電流検出部６の抵抗Ｒｄ端に電圧が殆ど発生しない。そのため、これらランプ用に別の閾値を設定し、判別してもよい。また、接続部５の形状を固体発光素子である有機ＥＬやＬＥＤのみが接続できるように設定しておけば、その必要がなくなる。

ここで、１回だけのサージ的な検出電圧Ｖｄではピーク電流を検出し難い場合に、判別を複数回行う場合の動作について図４を参照して説明する。図４において、（ａ）は２回連続して駆動回路８からＦＥＴ１に印加する判定用のパルス波形を、（ｂ）はそのときの電流検出部６における検出電圧Ｖｄの波形を、（ｃ）はＣＯＭＰ１の出力波形を示す。ここでは、時間ｔ１〜ｔ２の期間に加え、時間ｔ３〜ｔ４の期間にＣＯＭＰ１からＨレベルの出力が得られる。従って、起動時のみ判定用のパルス動作を複数回繰り返し、判別を複数回続けて行うことにより、負荷判別の精度が良くなる。

本実施形態によれば、容量成分を有する照明負荷４を判別できるので、ＬＥＤに比べて容量成分の大きい有機ＥＬ４ａが照明負荷４に用いられた場合に、ＬＥＤと区別して有機ＥＬ４ａを容易に判別することができる。この判別により、有機ＥＬ４ａをその定格駆動電圧Ｖｎ通りに点灯することができる。また、有機ＥＬでないときは、照明負荷４をＬＥＤとしてその定格駆動電圧で点灯でき、電圧印加部３等の点灯回路を共通化できる。

また、予め任意に定める閾値の基準電圧Ｖｒｅｆを適切に設定し、電流検出部６で検出された検出電圧Ｖｄと基準電圧Ｖｒｅｆとを比較するだけで、容量性負荷を判定できるので、有機ＥＬの判定が容易である。また、判別後は、ＦＥＴ２をオンすることにより、コンデンサＣ１で平滑化が行え、電源変動やノイズに強くなるので、特に調光時など、例えばＰＷＭ制御等により電流が安定しにくい場合にも、ちらつきが抑制できる。また、有機ＥＬ負荷が判別されることにより、有機ＥＬ負荷とＬＥＤ負荷とを互いに接続部５を同じくし、かつ電圧印加部３を共用して、それぞれの定格駆動電圧で点灯できる。

また、電流検出部６を抵抗Ｒｄのみという簡易な電流検出回路で構成でき、回路を小型化できると共に、判別部７の構成がコンパレータとフリップ・フロップの簡単な構成のため、集積化が容易である。なお、接続部５を熱陰極蛍光灯や高圧放電ランプの接続コネクタと異なる構成とすることにより、それらが誤装着されることを未然に防止できる。

また、判別部７は、電圧印加部３から照明負荷４に電圧印加開始後、所定の期間（例えば時間ｔ１〜ｔ２のサージ電流発生期間）での電流検出部６からの検出電圧Ｖｄの最大値と所定の期間経過後の最大値との差が予め定められた閾値よりも大きい場合に、容量成分を有すると判別してもよい。

なお、判別部７は上記構成に限られたものではなく、例えば、検出電圧ＶｄをＡ／Ｄ変換した上でマイコン内で処理してもよく、様々な形態が可能である。また、電流検出部６や判別部７、駆動回路８を１つの集積回路の中に入れて構成することで更に小型化が図れる。

（第１の実施形態の変形例）
上記実施形態の変形例について再び図２を流用して説明する。この変形例は、前記実施形態と同様の構成であって、判別部７において照明負荷４が容量成分を有すると判別した場合に、電圧印加部３からの電圧印加開始後の所定の期間における電流検出部６が示す値の最大値を基に、照明負荷４の容量成分を演算する点が異なる。

判別部７は、電流検出部６からの最大電圧を検出して保持するピークホールド回路（不図示）を有し、例えば、照明負荷４を有機ＥＬと判別したとき、電流検出部６からの検出電圧Ｖｄのピーク電圧（Ｖｐ）をピークホールド回路で保持する。このピーク電圧Ｖｐは、照明負荷４の容量値Ｃに比例し、Ｃ＝α・Ｖｐ（αは定数）の関係がある。αは予め既知のコンデンサを照明負荷４の代わりに接続して、そのときのピーク電圧Ｖｐを測定して得られる。このとき、照明負荷４の容量値Ｃは、定数αと測定したピーク電圧Ｖｐとを基にマイコンや専用のＩＣ内の演算器を用いて算出することができる。

従って、判別部７で照明負荷４が容量性であるかどうかを判別できると共に、その容量値の絶対値を検出することができる。これにより、例えば負荷判定時に、容量値の経時変化を記憶し、これを基に寿命を判別してユーザに報知したり、容量値が急激に変化した場合は、異常が発生したとして動作回路を停止するなどして装置を保護することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る負荷判別装置について、図５を参照して説明する。本実施形態は、複数の判別部７ａ、７ｂを有し、それら判別部７ｂ、７ａが互いに異なる閾値の基準電圧Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２を備えた点が前記実施形態と異なる。

ここでは、照明負荷４として接続された有機ＥＬ４ｂは、前記実施形態の有機ＥＬ４ａと比較して、その内部構造が同じのままで、その面積の大きさが２倍となっており、その寄生容量も面積に比例して２倍の２ｃｐとなっている。このため、電流検出部６で検出される検出電圧Ｖｄには、ほぼ２倍のピーク値が現れるようになる。

ここで、基準電圧Ｖｒｅｆ１を寄生容量ＣＰの有機ＥＬ４ａを判定するための閾値とし、基準電圧Ｖｒｅｆ２を寄生容量２ＣＰの有機ＥＬ４ｂを判定するための閾値とし、基準電圧Ｖｒｅｆ２を基準電圧Ｖｒｅｆ１の２倍の値として、Ｖｒｅｆ２＝２・Ｖｒｅｆ２としている。

判別部７ｂは、判別部７ａと同様の構成を成し、ＣＯＭＰ２とＲＳ−ＦＦ２とを有する。ＣＯＭＰ２は、判別部７ａと同様に、そのプラス側入力端子に電流検出部６からの検出電圧Ｖｄが入力され、そのマイナス側入力端子には、基準電圧Ｖｒｅｆ２が接続され、その出力は、ＲＳ−ＦＦ２に接続されている。ＣＯＭＰ２は、検出電圧Ｖｄが基準電圧Ｖｒｅｆ２を超えたとき、Ｈレベルの信号をＲＳ−ＦＦ２に供給する。

ＲＳ−ＦＦ２は、ＣＯＭＰ２の出力がＳ端子に入力されＲ端子は接地され、ＣＯＭＰ２の出力がＨレベルのとき、そのＱ端子出力をＨレベルに、ＣＯＭＰ２がＬレベルのときは、Ｑ端子出力もＬレベルに維持し、ＲＳ−ＦＦ２の出力は駆動回路８に入力される。

駆動回路８は、判別部７、７ａのＲＳ−ＦＦ１及びＲＳ−ＦＦ２からそれぞれ負荷判別信号が入力され、ＲＳ−ＦＦ１とＲＳ−ＦＦ２がともにＨレベルのときは、照明負荷４が有機ＥＬ４ｂと判断し、有機ＥＬ４ｂに対応する駆動制御信号を出力する。また、ＲＳ−ＦＦ１がＨレベルでＲＳ−ＦＦ２がＬレベルでのときは、照明負荷４が有機ＥＬ４ａと判断し、有機ＥＬ４ａに対応する駆動制御信号を出力する。また、ＲＳ−ＦＦ１とＲＳ−ＦＦ２がともにＬレベルのときは、照明負荷４がＬＥＤであるとして、ＬＥＤ用の駆動制御信号を出力する。

本実施形態によれば、判別部７を複数有して、複数の閾値の基準電圧Ｖｒｅｆ１、２を設けたことにより、有機ＥＬとＬＥＤとの判別だけではなく、負荷の大きさの異なる有機ＥＬを判定することができる。従って、負荷モジュール２内に複数の互いに同じ大きさの有機ＥＬを有する場合や、互いに同じ有機ＥＬを装着した複数の負荷モジュール２を他の接続部によって並列接続したときに、その接続のモジュール枚数を検知することができる。また、複数の閾値の大きさや、閾値の数を自由に設定できるため、判別したい照明負荷に応じて閾値を適宜設定することができる。

（第２の実施形態の変形例）
上記実施形態の変形例について図６及び図７を参照して説明する。この変形例は、図６に示すように、判別部７のＣＯＭＰ１のマイナス側入力端子に加える基準電圧Ｖｒｅｆを時間的に変化させるようにしたものである。

図７に示すように、判別部７は時間をカウントするタイマ（不図示）による制御により判別期間の時間ｔ１〜ｔ４内で、基準電圧Ｖｒｅｆを３段階で順次ステップアップする。すなわち、閾値の設定を時間ｔ１〜ｔ２の間で基準電圧Ｖｒｅｆ１、時間ｔ２〜ｔ３の間で基準電圧Ｖｒｅｆ２、時間ｔ３〜ｔ４の間で基準電圧Ｖｒｅｆ３とし、Ｖｒｅｆ１＜Ｖｒｅｆ２＜Ｖｒｅｆ３としている。

ＣＯＭＰ１に入力される検出電圧Ｖｄは、そのピーク電圧が判別期間（時間ｔ１〜ｔ４）において、判別部７内のピークホールド回路（不図示）でピークホールド電圧として維持されるようになっている。ＣＯＭＰ１は、ピークホールド電圧と各基準電圧Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２、Ｖｒｅｆ３とを順次比較し、照明負荷４を判定する。なお、ピークホールド回路を用いる代わりに、各Ｖｒｅｆ１、２、３の設定期間毎に、駆動回路８より判別用のパルスでＦＥＴ１をスイッチングして、その期間毎に検出電圧Ｖｄを検出し、各期間のピーク電圧と各Ｖｒｅｆ１乃至Ｖｒｅｆ３とを比較してもよい。また、基準電圧Ｖｒｅｆを３段階以上に設定してもよい。

この変形例によれば、３段階の基準電圧Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２、及びＶｒｅｆ３が１つの回路で構成でき、判定回路を小型化できる。また、ＲＳ−ＦＦ１のＱ出力も、ｔ１〜ｔ４の時間に応じて検出を行えばよい。なお、Ｖｒｅ１〜Ｖｒｅｆ３は必ずしも等間隔にする必要はなく、判別したい照明負荷の大きさに応じて適宜設定すればよい。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る過電流防止式電源装置について図８を参照して説明する。本実施形態は前記実施形態と同様の構成を成し、判別部は、電圧印加部から照明負荷の定格駆動電圧よりも小さい電圧を印加して照明負荷を区別するものである。本実施形態の負荷判別装置１（図２参照）においては、照明負荷４が有機ＥＬの場合を示す。

図８に示すように、有機ＥＬは、負荷電圧Ｖが印加され有機ＥＬの立ち上り電圧Ｖｆを越えると、その負荷電流Ｉが流れ出し、負荷電圧Ｖの増加と共に負荷電流Ｉが上昇する電圧電流特性を成す。ここでは、その特性曲線上の黒点Ｐ１が有機ＥＬの定格動作点（電圧Ｖｎ、電流Ｉｎ）を示し、白点Ｐ２が有機ＥＬへ最初に印加される負荷電圧Ｖ１の動作点を示す。

判別部７は、照明負荷４を判別するとき、駆動回路８から照明負荷４にその定格駆動電圧Ｖｎより低い矩形波の負荷電圧Ｖ１を駆動電圧として入力する。このとき、有機ＥＬの負荷電流Ｉにはサージ電流によりピーク電流Ｉｐが発生し、矢印Ｙ１で示すように、一時的に電圧電流特性を越えて流れる。負荷電流Ｉはサージ状態が過ぎると、矢印Ｙ２で示すように、一定値に収束し電流Ｉ１となって安定する。このとき、電流Ｉ１と負荷電圧Ｖ１は調光点灯時の動作点となる。その後、判別が終わると、照明負荷４はユーザが任意に決定する定格動作点Ｐ１の電圧Ｖｎ、電流Ｉｎで点灯される。なお、Ｖｆ値はデバイスによりほぼその値が定まっている。

有機ＥＬへの負荷電圧Ｖ１の設定においては、有機ＥＬの周囲温度や経年変化などにより、立ち上り電圧のＶｆ値が変化するため、Ｖｆ値の近傍は望ましくない。ここでは、負荷電圧Ｖ１をＶｆ＜Ｖ１＜Ｖｎになるように予め設定することにより、ピーク電流Ｉｐを定格電流Ｉｎより低く抑えることができる。特に、負荷検出時に有機ＥＬを点灯したとしても、定格駆動電圧以下の調光状態であるため、動作点を白点Ｐ２から徐々に黒点Ｐ１に移行させることにより光出力は徐々に増加するので、ユーザに違和感のない点灯始動状態となる。

また、負荷判定時の負荷電圧Ｖ１をさらに低くして、０＜Ｖ１＜Ｖｆになるように予め設定することにより、照明負荷４を点灯させずにサージ電流のみを検出することが可能である。このとき、寄生容量Ｃｐが小さく検出電圧Ｖｄの感度が低い場合に、検出用の抵抗Ｒｄを比較的大きい値にして感度を上げてもよい。このとき、回路損失が増大する場合には、負荷判別後に抵抗Ｒｄを短絡するなどの回路を付加すればよい。

本実施形態によれば、定格駆動電圧Ｖｎ以下の負荷電圧Ｖ１で負荷判別を行え、ピーク電流Ｉｐを抑えることができるので、負荷判別時に、ユーザがサージ電流による有機ＥＬの発光を閃光として感じなくて済む。また、負荷判別後、負荷電圧Ｖを徐々に定格駆動電圧Ｖｎまで移行させることにより、ユーザが判別回路を設けたことにより発生するピーク電流による違和感を感じ難くなる。また、サージ電流を抑制できるため、電圧印加部や判別部の各回路素子へのストレスを抑制できる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る過電流防止式電源装置について図９乃至図１１を参照して説明する。本実施形態においては、電圧印加部３は、チョークコイルＬ１（インダクタンス成分）を介して照明負荷４に給電すると共に、チョークコイルＬ１と照明負荷４の容量成分とを含む共振回路を形成する。判別部７は照明負荷４を判定するとき、この共振回路で共振する周波数を有する印加電圧を照明負荷４に給電する。

図９に示すように、本実施形態の負荷判別装置は、先述の図２のコンデンサＣ１とＦＥＴ２との直列回路の代わりに、共振用のコンデンサＣ２を有し、抵抗Ｒｄと並列に検出電圧Ｖｄを平均化するためのコンデンサＣａが設けられた点が前記実施形態と異なる。ここでは、検出電圧Ｖｄは、共振電圧による正弦波波形により得られるようになっている。

駆動回路８は、ＦＥＴ１を高周波でオン・オフすることにより、ＦＥＴ１とチョークコイルＬ１の接続点に高周波の矩形波電圧を発生させる。電流検出部６は、その矩形波電圧を利用して、チョークコイルＬ１と、コンデンサＣ２と、有機ＥＬ４ａの寄生容量Ｃｐとの共振回路で発生する電流を抵抗Ｒｄで検出する。判別部７は、この共振回路で発生する電流をコンデンサＣａで平均化した検出電圧Ｖｄにより照明負荷４を判別する。なお、抵抗Ｒｄは電流検出するだけなので、照明負荷４の抵抗成分に比較して十分低い抵抗値とすることができる。

ここで、駆動回路８の共振動作について、図１０を参照して説明する。図１０は共振回路の検出電流Ｉｄの周波数特性を示し、共振曲線３１（一点鎖線）は無負荷（照明負荷が接続されていない）時の特性を、共振曲線３２（実線）は照明負荷４として負荷Ａ（１枚の有機ＥＬ（寄生容量Ｃｐ））が接続された場合の特性を、共振曲線３３（点線）は負荷Ｂ（２枚の有機ＥＬ（寄生容量２Ｃｐ））が接続された場合の特性をそれぞれ示す。共振曲線３１、３２、及び３３におけるそれぞれの共振周波数ｆ０、ｆ１、及びｆ２は、式１、式２、及び式３で表される。

無負荷時；ｆ０＝１／｛２π・（Ｌ１・Ｃ２）^１／２）｝・・・・・・・・・式１
負荷Ａ時；ｆ１＝１／｛２π・（Ｌ１・（Ｃ２＋Ｃｐ））^１／２｝・・・・・式２
負荷Ｂ時；ｆ２＝１／｛２π・（Ｌ１・（Ｃ２＋２Ｃｐ））^１／２｝・・・・式３
ここでは、ｆ０＞ｆ１＞ｆ２となり、負荷毎に異なる共振周波数を持つことになる。従って、各共振曲線３１、３２、及び３３にあって、例えば、共振周波数ｆ０より高い周波数ｆｄで回路動作を行えば、各々の共振回路に流れる電流値は各特性曲線との交点となり、無負荷の時は電流値Ｉ０、負荷Ａの時は電流値Ｉ１、及び負荷Ｂの時は電流値Ｉ２となり、各共振特性のスカート曲線よりＩ０＞Ｉ１＞Ｉ２となる。このとき、照明負荷４の形態に応じて、抵抗Ｒｄ端には異なる共振電圧が発生することになる。また、コンデンサＣ２の容量を替えることにより、共振回路の共振周波数を変えることができる。

ここでは、判別部７は、この共振電圧のピーク値または実効値などを検出して、閾値と比較することにより負荷判別を行う。例えば、電流Ｉ０、電流Ｉ１、電流Ｉ２のとき、それぞれ電流検出部６の抵抗Ｒｄで検出する検出電圧Ｖｄを予め設定したそれぞれの閾値と比較することにより判定する。この場合、検出電圧Ｖｄは、前記実施形態のように、矩形波電圧の立ち上がりにおけるサージ電流からピーク電流を求めるのではなく、ある高周波周波数ｆｄにおける共振回路の共振電圧のピーク値から求められる。

ここで、コンデンサＣａで平均化された検出電圧Ｖｄの波形について、図１１（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。図１１（ａ）は矩形波電圧でＦＥＴ１をスイッチング駆動したときのＦＥＴ１とチョークコイルＬ１との接続点の電圧波形を、図１１（ｂ）は平均化する前の、負荷Ａのときの抵抗Ｒｄ端の電圧波形（実線）及び負荷Ｂのときの抵抗Ｒｄ端の電圧波形（点線）を示す。図１１（ｃ）は負荷Ａのときの平均値電圧（実線）と、負荷Ｂのときの平均値電圧（太点線）と、閾値の基準電圧Ｖｒｅｆ（細点線）とを示す。

図１１（ａ）に示すように、ＦＥＴ１からの矩形波出力が共振回路を通ることにより、抵抗Ｒｄ端の電圧は、図１１（ｂ）に示すように、正弦波状に成り、コンデンサＣａで平均化されて、図１１（ｃ）に示すように、直流電圧となって、負荷Ａのときの検出電圧Ｖｄ１と、負荷Ｂのときの検出電圧Ｖｄ２となる。ここでは、電流検出部６の抵抗Ｒｄ端に発生する検出電圧ＶｄをコンデンサＣａで平均化し、高周波検出電圧を平滑して直流電圧化にできるので、基準電圧Ｖｒｅｆ１，２と比較でき、負荷Ａ、Ｂを判別することが可能となる。

ここでは、前述のように、駆動制御信号の一定周波数ｆｄ（図１０）において、負荷Ａ（寄生容量Ｃｐ）と負荷Ｂ（寄生容量２Ｃｐ）では寄生容量の差から、共振特性が異なるため、発生する電圧が異なってくる。容量が大きいほど、または、負荷の接続数が増加するほど、共振周波数は低い方へ移行するため、検出電圧Ｖｄは反対に小さくなっていき、
Ｖｄ１＞Ｖｄ２となっている。

本実施形態によれば、駆動回路８に照明負荷４の寄生容量を含む共振回路を設けたことにより、この共振回路で発生する共振電圧を基に、寄生容量の異なる照明負荷を判別することができる。これにより、寄生容量の小さいＬＥＤと寄生容量の大きい有機ＥＬを判別できると共に、有機ＥＬの大きさや枚数などを判別することができる。また、負荷判別を矩形波のサージ電流によるピーク電流で判別するのでなく、共振回路により正弦波状の連続波形で判別するため、サージ電流が発生し難くなり、ピーク電流を抑え回路素子へのストレスを抑制できる。

また、コンデンサＣ２を接続することにより、共振周波数を任意に設定できるため、電流検出の自由度が広がり、例えば、特定の周波数（ｆｄ）のみで検出できるようにできる。また、コンデンサＣ２に直列にスイッチング素子を接続して判別時のみオンする形態であってもよい。なお、駆動回路８の電流検出のための回路は、前述の図２における回路のままで形成される共振回路でもよく、その場合は共振作用からコンデンサＣ２の容量分を削除して考えればよい。

また、判別部７による判定の際、各照明負荷の共振回路の周波数対出力特性を記憶しておき、負荷毎に異なる周波数における閾値を設定し、駆動制御信号の周波数ｆｐをスイープすることにより判別してもよい。

なお、直流カットコンデンサを負荷の電流径路上に配置することで、図１１（ｂ）の波形をほぼ正負に対象な波形とすることもできる。その場合には、検出電圧Ｖｄは全波整流などでも検出が可能となる。ただし、検出後は、直流カットコンデンサの両端をスイッチング素子などで短絡しておくのが望ましい。また、負荷電流の検出時、ＦＥＴ１の駆動制御用の周波数ｆｄを共振周波数ｆ０より周波数の高い領域の遅相側での検出を行うことにより、スイッチング素子への負担が少なくなる。

（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態に係る過電流防止式電源装置について図１２を参照して説明する。本実施形態においては、負荷モジュール２は並列に接続される２つの同じ仕様の負荷モジュール２ａ、２ｂを有し、判別部７はスイッチＳＷ１と、電流電力変換部７１とを備えた点が前記実施形態と異なる。本実施形態は、電流検出部６により前述の共振回路を用いて検出電流Ｉｄ（または検出電圧Ｖｄ）を検出し、判別部７で負荷判定を行い、電圧印加部３は電流検出部６の示す検出値（検出電流Ｉｄ、検出電圧Ｖｄ）に応じて照明負荷４の供給電力を調整するものである。

負荷モジュール２ａ、２ｂは、ともに同じ寄生容量Ｃｐを持つ有機ＥＬ４ａを有し、負荷モジュール２ａは出力側に接続部５ｃを、負荷モジュール２ｂは入力側に接続部５ｄをそれぞれ備え、接続部５ｃと接続部５ｄとは互いに並列接続されている。

判別部７においては、電流検出部６からの検出電圧ＶｄはＣＯＭＰ１と共に、スイッチＳＷ１の入力端子に入力される。ＣＯＭＰ１は、そのマイナス側端子に可変可能な基準電圧Ｖｒｅｆが接続され、この基準電圧Ｖｒｅｆと検出電圧Ｖｄと比較する。その結果、照明負荷４が有機ＥＬのときはＲＳ−ＦＦ１からＨレベルの判定信号をスイッチＳＷ１の切替制御端子に入力する。スイッチＳＷ１は、切替制御端子へのＨレベルの信号入力されると閉回路となり、その入出力端子間が短絡され、検出電圧Ｖｄが電流電力変換部７１に入力される。

スイッチＳＷ１は、２接点切替スイッチからなり、ＲＳ−ＦＦ１の出力により各端子接続を切り替え、短絡または開放するようになっており、その入力は検出電圧Ｖｄに、その出力は電流電力変換部７１に接続されている。なお、スイッチＳＷ１は、例えば、ＦＥＴなどのスイッチング素子を用いた半導体リレーや、電磁リレーなどの電気接続用リレーを用いることができる。

電流電力変換部７１は、電流電力変換特性を有し、スイッチＳＷ１を介して検出電圧Ｖｄにより検出電流Ｉｄが入力されると、その電流電力変換特性を基に検出電流Ｉｄに対応した制御出力を駆動回路８に出力する。また、スイッチＳＷ１からの入力が無いときは、Ｌレベル信号を出力する。

電流電力変換部７１の電流電力変換特性は、検出電流Ｉｄが小さいほど大きい電力を出力し、検出電流Ｉｄが大きくなるのに応じて、出力電力を減少させていく特性を成し、前述の図１０における共振回路の共振電流（または電圧）特性を基に形成される。この共振電流は寄生容量Ｃｐが大きくなるほど、負荷判定におけるある一定周波数（例えば、周波数ｆｄ）での検出電流は小さくなる傾向がある。従って、照明負荷４は共振電圧の検出電圧Ｖｄが小さいほど有機ＥＬの大きい負荷と判定される。すなわち、ある一定周波数における共振電圧、電流から照明負荷４の大きさが分かるので、検出電流Ｉｄに応じてその照明負荷４に供給する電力を決定することができる。

ここでは、判別部７は、駆動回路８により出力周波数を可変して、例えば、数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚにおける共振周波数により負荷判別の検出を行っておき、負荷判定後の定格動作においては、周波数を下げて数１０Ｈｚ〜数ｋＨｚ程度で行うことができる。このときは、負荷電圧検出を高周波で行うことができ、起動後、速やかに負荷の判別を行うことができる。なお、電流電力変換特性の変更により、過電力出力を防止できる。例えば、電流電力変換特性として、ある検出電圧以下では一定値になるようなリミット特性を設けることで、自動的に過出力になるのことを防止することができる。

本実施形態によれば、負荷判別を行うことができると共に、照明負荷４の大きさ、例えば有機ＥＬの個数等に応じた電力供給が行える。また、高周波による負荷電流検出により、負荷起動後、短時間で負荷判別が行えるため、ちらつき等ユーザへの違和感を生じ難い。

図１３は、負荷判別装置１を備えた照明器具１０の構成を示す。照明器具１０は、電源モジュール１１と負荷モジュール（負荷判別装置）２ｃとで構成され、電源モジュール１１は、電圧印加部と判別部とを有する負荷判定ユニット（負荷判別装置）１２と、電源モジュール１１内に設けられ負荷判定ユニット１２に給電する電源部（不図示）とを一体化したものである。また、負荷モジュール２ｃは、複数の照明負荷の発光素子４ｂを一体にしてモジュール化したものである。これらのモジュール化により、照明器具１０をコンパクトに形成でき、また、交換修理が容易になる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、上記各実施形態において、判別部７は負荷判別に電流検出部６による電流検出の代わりに、例えば、接続部５両端に発生する電圧を用いてもよい。また、スイッチング素子はＦＥＴに限らず、バイポーラトランジスタ等、他の半導体素子を用いてもよい。また、電流検出に抵抗を用いたが、トランスなどを用いてもよい。

１ 負荷判別装置（過電流防止式電源装置、照明器具））
２、２ａ、２ｂ、２ｃ 負荷モジュール（照明負荷、照明器具）
３ 電圧印加部
４ 照明負荷
４ａ 有機ＥＬ（照明負荷）
４ｂ 発光素子（照明負荷、照明器具）
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ 接続部
６ 検出部、電流検出部（検出部）
７ 判別部
１０ 電源ユニット（照明器具）
１１ 負荷判別ユニット（照明器具）
ＣＯＭＰ１ 比較器
Ｃｐ 容量成分
Ｖｎ 定格駆動電圧
Ｌ１ チョークコイル（インダクタンス成分）
Ｖｒｅｆ、Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２、Ｖｒｅｆ３ 基準電圧（閾値）

Claims (6)

1. 照明負荷と、
   前記照明負荷に電圧を印加する電圧印加部と、
   前記照明負荷と電圧印加部とを接続する接続部と、
   前記電圧印加部から接続部を介して前記照明負荷に電圧が印加された場合に、前記照明負荷に流れる電流と該照明負荷に発生する電圧のうち、少なくとも一方を検出する検出部と、
   前記検出部の出力に基づいて前記照明負荷の種類を判別する判別部と、を備え、
   前記判別部は、前記検出部で検出された検出値と、予め任意に定める閾値とを比較する比較器を有し、前記電圧印加部から前記照明負荷の定格駆動電圧よりも小さい電圧を印加し、前記比較器の出力を基に前記照明負荷が容量成分を有する照明負荷であることを判別し、
   前記電圧印加部は、インダクタンス成分を有し、このインダクタンス成分を介して照明負荷に給電すると共に、前記インダクタンス成分と照明負荷の容量成分とを含む共振回路を形成し、前記判別部が照明負荷を判定するとき、前記共振回路で共振する周波数を有する印加電圧を前記照明負荷に給電し、当該判別された照明負荷をその定格駆動電圧で点灯することを特徴とする負荷判別装置。
2. 前記判別部は、前記共振回路で発生する共振電圧を基に前記照明負荷を判別することを特徴とする請求項１に記載の負荷判別装置。
3. 前記判別部は、前記閾値を時間の経過に伴い変化させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の負荷判別装置。
4. 前記判別部は、前記照明負荷が容量成分を有すると判別した場合に、前記電圧印加部からの電圧印加開始後の所定の期間における前記検出部が示す値の最大値を基に、前記照明負荷の容量成分を演算することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の負荷判別装置。
5. 前記電圧印加部は、前記検出部が示す値に応じて供給電力を調整することを特徴とする請求項４に記載の負荷判別装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の負荷判別装置を備えたことを特徴とする照明器具。

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