JP6008539B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

この発明は、直流負荷を有する照明装置に関する。

直流電力で動作する負荷回路は、極性を有し、誤って逆接続する場合がある。
誤接続による負荷回路の故障を防ぐため、負荷回路と逆極性に並列にダイオードを設ける技術がある。また、誤接続時に、逆接続のダイオードに電流が流れ続けるのを防ぐため、負荷回路とダイオードとの並列回路と直列に保護回路などを設ける技術がある。

特開平１１−１９６５２７号公報

電源回路が、負荷回路に一定の電流を流そうとする定電流源である場合、保護回路などによって電流が遮断されると、電源回路の出力電圧が高くなり、電源回路が故障する可能性がある。これを防ぐため電源回路の側にも保護回路を設けると、全体としての製造コストが高くなる。
この発明は、例えば、負荷回路の誤接続時に電源回路及び負荷回路の双方を保護しつつ、全体としての製造コストを抑えることを目的とする。

この発明にかかる照明装置は、直流負荷回路と、上記直流負荷回路に対して直流電力を供給する電源回路とを有し、上記直流負荷回路は、複数の直流光源モジュールが直列に電気接続した光源回路と、上記光源回路と逆並列に電気接続した逆並列ダイオードとを有し、上記電源回路は、上記負荷回路に供給する直流電力を出力する直流電源回路と、上記直流負荷回路を流れる電流を検出する検出回路と、上記検出回路が検出した電流が所定の目標値になるよう、上記直流電源回路が出力する電力を調整する制御回路と、上記直流電源回路が出力した電力の一部を変換して、上記制御回路を動作させる制御電源電力を生成する制御電源回路とを有することを特徴とする。

この発明にかかる照明装置によれば、直流負荷回路の誤接続時に電源回路及び直流負荷回路の双方を保護しつつ、全体としての製造コストを抑えることができる。

実施の形態１における照明装置１０の全体構成を示す図。 実施の形態１における定電流源回路１２及び負荷回路１３の構成を示す図。 実施の形態１における定電流源回路１２の回路構成を示す図。 実施の形態２における定電流源回路１２の構成を示す図。

実施の形態１．
実施の形態１について、図１〜図３を用いて説明する。

図１は、この実施の形態における照明装置１０の全体構成を示す図である。

照明装置１０は、例えば商用電源などの外部電源９１から供給された電力で光源を点灯する。照明装置１０は、例えば、定電流源回路１２と、負荷回路１３とを有する。
定電流源回路１２（電源回路）は、外部電源９１から供給された電力を変換して、負荷回路１３に対して供給する。
負荷回路１３（直流負荷回路）は、例えばＬＥＤなどの光源を有し、定電流源回路１２から供給された電力により光源を点灯する。負荷回路１３は、直流負荷であり、定電流源回路１２は、負荷回路１３に対して直流電力を供給する。

図２は、この実施の形態における定電流源回路１２及び負荷回路１３の構成を示す図である。

負荷回路１３は、例えば、光源回路３１と、逆並列ダイオード３３と、２つの配線３８，３９とを有する。
光源回路３１は、例えば、複数の光源モジュール３２が直列に電気接続した回路である。
それぞれの光源モジュール３２は、例えば、ＬＥＤと、定電圧ダイオード（保護ダイオード）とを有する。定電圧ダイオードは、例えばツェナーダイオードである。ＬＥＤと定電圧ダイオードとは、並列に電気接続している。ＬＥＤの向きと定電圧ダイオードの向きとは、逆である。定電圧ダイオードの降伏電圧は、ＬＥＤの順方向降下電圧より大きい。
ＬＥＤに対して順方向の電圧を光源モジュール３２に印加した場合、印加した電圧が定電圧ダイオードの降伏電圧より小さければ、定電圧ダイオードには電流が流れず、ＬＥＤに電流が流れて、ＬＥＤが点灯する。ＬＥＤを流れる電流は、例えば数百ｍＡである。定電圧ダイオードの降伏電圧より大きい電圧を印加しようとすると、定電圧ダイオードが降伏して電流が流れ、ＬＥＤの両端電圧は、定電圧ダイオードの降伏電圧に抑えられる。
ＬＥＤに対して逆方向の電圧を光源モジュール３２に印加した場合、定電圧ダイオードがオンになって電流が流れ、光源モジュール３２の両端電圧は、定電圧ダイオードの順方向降下電圧に抑えられる。定電圧ダイオードの許容電流は、例えば数十ｍＡである。

逆並列ダイオード３３は、光源回路３１と並列に電気接続している。逆並列ダイオード３３の向きは、光源回路３１のＬＥＤの向きと逆であり、定電圧ダイオードの向きと同じ向きである。逆並列ダイオード３３の順方向降下電圧は、複数の光源モジュール３２の定電圧ダイオードの順方向降下電圧の合計よりも小さい。逆並列ダイオード３３の降伏電圧は、複数の光源モジュール３２のＬＥＤの順方向降下電圧の合計よりも大きい。

２つの配線３８，３９は、負荷回路１３が直流電力を入力するための配線である。配線３８は、光源モジュール３２のＬＥＤのアノード側、逆並列ダイオード３３のカソード側に電気接続している。配線３９は、光源モジュール３２のＬＥＤのカソード側、逆並列ダイオード３３のアノード側に電気接続している。

正しく、配線３８にプラス、配線３９にマイナスの電圧を印加した場合、印加した電圧が逆並列ダイオード３３の降伏電圧より小さく、かつ、光源回路３１の定電圧ダイオードの降伏電圧の合計よりも小さければ、逆並列ダイオード３３にも定電圧ダイオードにも電流は流れず、ＬＥＤに電流が流れて、ＬＥＤが点灯する。
誤って、配線３８にマイナス、配線３９にプラスの電圧を印加した場合、逆並列ダイオード３３がオンになって電流が流れ、負荷回路１３の両端電圧は、逆並列ダイオード３３の順方向降下電圧に抑えられる。このため、光源モジュール３２の定電圧ダイオードは、オンにならない。

定電流源回路１２は、例えば、電力入力回路２１と、直流電源回路２２と、電流検出回路２３と、制御回路２４と、制御電源回路２５と、起動回路２６と、２つの配線２８，２９とを有する。
電力入力回路２１は、外部電源９１から供給される電力を入力する。
直流電源回路２２は、電力入力回路２１が入力した電力を変換して、負荷回路１３に対して供給する直流電力を出力する。
２つの配線２８，２９は、定電流源回路１２が直流電力を出力するための配線である。配線２８は、直流電源回路２２のプラス側出力に電気接続している。配線２９は、直流電源回路２２のマイナス側出力に電気接続している。２つの配線２８，２９には、負荷回路１３が電気接続される。
電流検出回路２３は、配線２８，２９に接続される負荷回路１３を流れる電流を検出する。
制御回路２４は、電流検出回路２３が検出した電流の値が所定の目標値になるよう、直流電源回路２２を制御する。
制御電源回路２５は、直流電源回路２２が出力した電力の一部を取得し、取得した電力を変換して、制御回路２４を動作させる直流電力（制御電源電力）を出力する。
起動回路２６は、電源投入直後など、制御電源回路２５が制御回路２４を動作させる直流電力を出力しない場合に、制御回路２４の代わりに直流電源回路２２を制御する。

照明装置１０の製造過程において、定電流源回路１２と、負荷回路１３とは、それぞれ別の部品として製造される。例えば、定電流源回路１２は、一枚のプリント配線板に電子部品などを実装して形成され、負荷回路１３は、別のプリント配線板に電子部品などを実装して形成される。
その後、組立て工程において、定電流源回路１２の配線２８と負荷回路１３の配線３８とが電気接続され、定電流源回路１２の配線２９と負荷回路１３の配線３９とが電気接続される。ＬＥＤの寿命は例えば約四万時間程度であり、定電流源回路１２の寿命と負荷回路１３の寿命との間に大きな違いはない。電球や蛍光灯などの光源と異なり、光源を交換可能に構成する必要がないので、定電流源回路１２と負荷回路１３との間の接続は、例えばはんだ付けや連結端子などによって行われる。

組立て終了後、点灯試験を行う。誤って逆に接続した場合、ＬＥＤが点灯しないので、不良品を発見できる。このとき、定電流源回路１２は、例えば数百ｍＡの電流を負荷回路１３に流そうとする。逆並列ダイオード３３がなければ、この電流は、光源モジュール３２の定電圧ダイオードを流れ、定電圧ダイオードが破壊される可能性がある。
逆並列ダイオード３３があることにより、点灯試験時に光源モジュール３２の定電圧ダイオードに電流が流れず、定電圧ダイオードが破壊されるのを防ぐ。誤接続した負荷回路１３を正しく接続し直すことにより、正常に動作する照明装置１０を製造することができる。負荷回路１３が無駄にならないので、照明装置１０の製造コストを抑えることができる。

図３は、この実施の形態における定電流源回路１２の回路構成を示す図である。

電力入力回路２１は、例えば、コモンモードチョークＴ１と、アクロスザラインコンデンサＣ１と、ダイオードブリッジ回路Ｄ１とを有する。
コモンモードチョークＴ１及びアクロスザラインコンデンサＣ１は、ノイズ除去回路の例である。コモンモードチョークＴ１やアクロスザラインコンデンサＣ１は、照明装置１０の外部からの高周波ノイズの侵入を防ぐとともに、直流電源回路２２などで発生する高周波ノイズが照明装置１０の外部に漏れるのを防ぐ。
ダイオードブリッジ回路Ｄ１は、整流回路の例である。ダイオードブリッジ回路Ｄ１は、外部電源９１からコモンモードチョークＴ１及びアクロスザラインコンデンサＣ１を介して入力した電力を全波整流して、電圧波形を脈流にする。

直流電源回路２２は、例えば、スイッチング素子Ｑ１と、２つの巻線Ｌ１，Ｌ２と、整流ダイオードＤ２と、平滑コンデンサＣ２とを有する。直流電源回路２２は、例えば、フライバックコンバータ回路などのスイッチング電源回路である。
スイッチング素子Ｑ１は、例えばエンハンスメント型ｎＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子Ｑ１は、制御回路２４からの指示にしたがってオンオフする。２つの巻線Ｌ１，Ｌ２は、逆向きに磁気結合している。スイッチング素子Ｑ１がオンになると、巻線Ｌ１に電流が流れる。整流ダイオードＤ２がオフになるので、巻線Ｌ２には電流が流れない。スイッチング素子Ｑ１がオフになると、巻線Ｌ１を流れる電流は０になる。整流ダイオードＤ２がオンになって、巻線Ｌ２に電流が流れ、平滑コンデンサＣ２を充電する。

電流検出回路２３（検出回路）は、例えば、電流検出抵抗Ｒ３を有する。電流検出抵抗Ｒ３は、２つの配線２８，２９に接続される負荷回路１３と直列に電気接続される位置に設けられている。電流検出抵抗Ｒ３には、負荷回路１３を流れる電流と同じ電流が流れる。電流検出抵抗Ｒ３の両端には、負荷回路１３を流れる電流に比例する電圧が発生する。

制御回路２４は、制御電源回路２５から供給される直流電力を電源として動作する。制御回路２４は、スイッチング素子Ｑ１を高周波でオンオフする指示信号を生成する。制御回路２４がスイッチング素子Ｑ１をオンオフする周波数は、例えば、数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ程度である。制御回路２４は、電流検出回路２３が検出した電流が所定の目標値になるよう、スイッチング素子Ｑ１をオンオフする周波数やデューティ比を変える。
例えば、電流検出抵抗Ｒ３の両端電圧が所定の閾値電圧より低い場合、負荷回路１３を流れる電流が目標値より小さいことを意味する。制御回路２４は、負荷回路１３を流れる電流を大きくするため、例えばスイッチング素子Ｑ１のオン時間を長くする。
逆に、電流検出抵抗Ｒ３の両端電圧が閾値電圧より高い場合は、負荷回路１３を流れる電流が目標値より大きいことを意味する。制御回路２４は、負荷回路１３を流れる電流を小さくするため、例えばスイッチング素子Ｑ１のオン時間を短くする。

制御電源回路２５は、例えば、巻線Ｌ５と、整流ダイオードＤ５と、平滑コンデンサＣ５と、電流制限抵抗Ｒ５と、定電圧ダイオードＺ５とを有する。
巻線Ｌ５は、巻線Ｌ１，Ｌ２と磁気結合している。巻線Ｌ５の向きは、巻線Ｌ２と同じであり、巻線Ｌ１とは逆である。巻線Ｌ５の両端電圧は、巻線Ｌ２の両端電圧に比例する。スイッチング素子Ｑ１がオフになると、整流ダイオードＤ５がオンになって、平滑コンデンサＣ５を充電する。
定電圧ダイオードＺ５は、たとえばツェナーダイオードである。定電圧ダイオードＺ５は、平滑コンデンサＣ５の両端電圧が定電圧ダイオードＺ５の降伏電圧を超えるのを防ぐ。定電圧ダイオードＺ５には、降伏電圧が制御回路２４の最大電源電圧以下であるものを用いる。
電流制限抵抗Ｒ５は、定電圧ダイオードＺ５がオンになったときに流れる電流を制限する。

起動回路２６は、制御回路２４が動作しているか否かを検出する。起動回路２６は、制御回路２４が動作していない場合に、制御回路２４の代わりに、指示信号を生成する。起動回路２６が生成する指示信号は、負荷回路１３を流れる電流とは関係なく、所定の周波数、所定のデューティ比を有する。起動回路２６の出力と、制御回路２４の出力とは、例えば、ワイアードオア接続している。スイッチング素子Ｑ１は、制御回路２４または起動回路２６が生成した指示信号にしたがってオンオフする。
起動回路２６は、指示信号の生成を開始してから所定の時間（起動生成時間）が経過すると、指示信号の生成を停止する。起動回路２６は、更に所定の時間（起動待ち時間）が経過するまで待ち、再び、制御回路２４が動作しているか否かを検出する。制御回路２４が動作していなければ、再び指示信号を生成する。

電源投入直後は、制御電源回路２５が制御電源電力を生成しないので、制御回路２４は、動作しない。起動回路２６が指示信号を生成して、スイッチング素子Ｑ１をオンオフする。
負荷回路１３が正しく接続されていれば、平滑コンデンサＣ２が充電されるとともに、平滑コンデンサＣ５が充電される。平滑コンデンサＣ５の両端電圧が、制御回路２４の最低動作電源電圧に達すると、制御回路２４が動作を開始する。起動生成時間の経過により起動回路２６が指示信号の生成を停止し、その代わり、制御回路２４が指示信号の生成を開始するので、直流電源回路２２は、動作を続ける。
負荷回路１３が正しく接続されていない場合、平滑コンデンサＣ２の両端電圧は、逆並列ダイオード３３の順方向降下電圧を超えない。これに比例して、平滑コンデンサＣ５の両端電圧も高くならないので、制御回路２４は、動作を開始しない。起動生成時間の経過により起動回路２６が指示信号の生成を停止すると、指示信号がなくなるので、直流電源回路２２は、動作を停止する。起動待ち時間の経過後、制御回路２４が動作していないので、起動回路２６は、再び指示信号の生成を開始する。

起動回路２６が生成する指示信号の周波数やデューティ比は、負荷回路１３が正しく接続されている場合に、制御回路２４の動作を開始させる最低限の制御電源電力を制御電源回路２５が生成できるよう設定する。このとき負荷回路１３を流れる電流は、目標値よりも大幅に小さい電流である。その後、制御回路２４が動作を開始すると、負荷回路１３を流れる電流は、目標値に近づいていく。

負荷回路１３が誤って接続されている場合、制御回路２４が動作しない。起動回路２６も起動生成時間が経過すると指示信号の生成を停止するので、直流電源回路２２は、動作を停止する。すなわち、負荷回路１３の誤接続により負荷回路１３の両端電圧が高くならない場合は、自動的に直流電源回路２２が動作を停止する。定電流源回路１２の側に特別な保護回路を設ける必要がないので、照明装置１０の製造コストを抑えることができる。

実施の形態２．
実施の形態２について、図４を用いて説明する。
なお、実施の形態１と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。

図４は、この実施の形態における定電流源回路１２の構成を示す図である。

起動回路２６は、制御回路２４が動作していない場合に、制御回路２４の代わりに指示信号を生成するのではなく、制御電源回路２５の代わりに制御電源電力を生成する。
制御回路２４は、起動回路２６が生成した制御電源電力によって動作し、指示信号を生成する。直流電源回路２２は、制御回路２４が生成した指示信号にしたがって動作する。
負荷回路１３が正しく接続されていれば、これにより、制御電源回路２５が制御電源電力を生成する。起動生成時間の経過により、起動回路２６は、制御電源電力の生成を停止するが、制御回路２４は、制御電源回路２５が生成した制御電源電力によって動作を続ける。
負荷回路１３が誤って接続されていると、制御電源回路２５が制御電源電力を生成しない。起動生成時間の経過により、起動回路２６が制御電源電力の生成を停止すると、制御回路２４が動作しなくなり、指示信号を生成しなくなる。これに伴って、直流電源回路２２は、動作を停止する。

このような構成でも、実施の形態１と同様、負荷回路１３の誤接続により負荷回路１３の両端電圧が高くならない場合は、自動的に直流電源回路２２が動作を停止するので、定電流源回路１２の側に特別な保護回路を設ける必要がなく、照明装置１０の製造コストを抑えることができる。

以上、各実施の形態で説明した構成は、一例であり、他の構成であってもよい。例えば、異なる実施の形態で説明した構成を組み合わせた構成であってもよいし、本質的でない部分の構成を、他の構成で置き換えた構成であってもよい。

１０ 照明装置、１２ 定電流源回路、１３ 負荷回路、２１ 電力入力回路、２２ 直流電源回路、２３ 電流検出回路、２４ 制御回路、２５ 制御電源回路、２６ 起動回路、２８，２９，３８，３９ 配線、３１ 光源回路、３２ 光源モジュール、３３ 逆並列ダイオード、９１ 外部電源、Ｃ１ アクロスザラインコンデンサ、Ｃ２，Ｃ５ 平滑コンデンサ、Ｄ１ ダイオードブリッジ回路、Ｄ２，Ｄ５ 整流ダイオード、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ５ 巻線、Ｑ１ スイッチング素子、Ｒ３ 電流検出抵抗、Ｒ５ 電流制限抵抗、Ｔ１ コモンモードチョーク、Ｚ５ 定電圧ダイオード。

Claims (3)

1. 直流負荷回路と、上記負荷回路に対して直流電力を供給する電源回路とを有し、
   上記直流負荷回路は、
   複数の直流光源モジュールが直列に電気接続した光源回路と、
   上記光源回路と逆並列に電気接続した逆並列ダイオードとを有し、
   上記電源回路は、
   上記直流負荷回路に供給する直流電力を出力する直流電源回路と、
   上記直流負荷回路を流れる電流を検出する検出回路と、
   上記検出回路が検出した電流が所定の目標値になるよう、上記直流電源回路が出力する電力を調整する制御回路と、
   上記直流電源回路が出力した電力の一部を変換して、上記制御回路を動作させる制御電源電力を出力する制御電源回路と
   を有し、
   上記電源回路は、
   上記制御電源回路が上記制御電源電力を出力しない場合に、所定の時間が経過するまでの間、上記直流電源回路を動作させる起動回路
   を有することを特徴とする照明装置。
2. 上記制御回路は、上記制御電源回路が出力した制御電源電力を電源として動作して、上記直流電源回路を動作させる指示信号を生成し、
   上記起動回路は、上記制御電源回路が上記制御電源電力を出力しない場合に、上記直流電源回路を動作させる指示信号を生成し、
   上記直流電源回路は、上記制御回路または上記起動回路が生成した指示信号にしたがって動作する
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 上記起動回路は、上記制御電源回路が上記制御電源電力を出力しない場合に、上記制御回路を動作させる制御電源電力を出力し、
   上記制御回路は、上記制御電源回路または上記起動回路が出力した制御電源電力を電源として動作することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。

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