JP6036024B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、照明装置に関する。

例えば、発光ダイオード（Light-emitting diode：ＬＥＤ）などの発光素子に、コンデンサなどの容量性素子を接続して、ちらつきなく安定に点灯させる照明装置が知られている。このような照明装置においては、例えば電源投入時などに高電圧が発生して、容量性素子が破壊される可能性がある。

特開２０１０−２７２８５６号公報

過電圧による破壊から保護した照明装置を提供することを目的とする。

実施形態の照明装置は、発光モジュールと、点灯回路と、を備える。前記発光モジュールは、発光素子と、容量性素子と、を有する。前記容量性素子は、前記発光素子に並列に接続され、前記発光素子のブレークダウン電圧よりも耐圧が高い。前記点灯回路は、前記発光モジュールを駆動する。前記点灯回路は、前記ブレークダウン電圧よりも低い規定値を有し、前記発光素子に印加される電圧が前記規定値以上のときに回路動作を停止させる保護機能を有する。前記保護機能は、電源投入から所定期間機能を停止する。前記所定期間は、前記耐圧を超えて前記容量性素子が破損する期間よりも長く、前記発光素子が破損する期間よりも短い期間である。

過電圧による破壊から保護した照明装置が提供される。

第１の実施形態に係る照明装置を例示するブロック図である。 照明装置を例示する模式図である。 発光モジュールが電気的に逆向きに接続された場合の点灯回路の出力電圧ＶＯＵＴを例示する波形図である。 第２の実施形態に係る発光モジュールを例示する回路図である。

以下、実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る照明装置を例示するブロック図である。
図２は、照明装置を例示する模式図である。
図１および図２に表したように、照明装置１は、発光モジュール２と、発光モジュール２を駆動して点灯させる点灯回路３と、を備えている。なお、図２においては、照明装置１の平面図を模式的に表している。

発光モジュール２は、発光素子４と、発光素子４に並列に接続された容量性素子５と、を有する。発光モジュール２は、例えば第１の実装基板１３上に設けられ、高電位端子９と低電位端子１０とを介して点灯回路３に接続される。

発光素子４は、第１の発光ダイオード１１を有し、点灯回路３から電力を供給されて点灯する。
容量性素子５は、第１のコンデンサ１２を有する。容量性素子５は、発光素子４の近傍に設けられ、点灯回路３などからのノイズを除去した電圧の変動を抑制して、ちらつきを防止する。また、容量性素子５の耐圧は、発光素子４の逆方向ブレークダウン電圧よりも高く設定される。

ここで、容量性素子５の耐圧とは、容量性素子５を破壊させずに印加することのできる最大電圧であり、ＪＩＳ等の規格上の定格電圧、または実際に印加することのできる最大電圧をいう。同様に、発光素子４の逆方向ブレークダウン電圧とは、発光素子４がブレークダウンする逆方向の最小電圧であり、規格上の定格電圧、または実際にブレークダウンする電圧をいう。

なお、発光モジュール２においては、発光素子４を１つの第１の発光ダイオード１１で構成しているため、発光素子４の逆方向ブレークダウン電圧は、第１の発光ダイオード１１の逆方向ブレークダウン電圧に等しい。また、発光モジュール２においては、容量性素子５を１つの容量性素子５で構成しているため、容量性素子５の耐圧は、第１のコンデンサ１２の耐圧に等しい。

また、発光モジュール２においては、発光素子４が１つの第１の発光ダイオード１１を有し、容量性素子５は１つの第１のコンデンサ１２を有する構成を例示したが、第１の発光ダイオード１１および第１のコンデンサ１２は任意数とすることができる。

点灯回路３は、電源回路６と保護回路７とを有し、第１の実装基板１３と異なる第２の実装基板１４上に設けられる。
電源回路６は、スイッチ１５を介して交流電源８から入力される交流電圧を直流電圧に変換して、点灯回路３の出力電圧ＶＯＵＴとして出力する。電源回路６は、例えば交流電圧を整流して直流電圧を出力する整流回路と、整流回路から出力される直流電圧の電圧を変換するＤＣ−ＤＣコンバータとで構成される。なお、点灯回路３においては、スイッチ１５として、ＳＰＳＴ（Single-Pole Single-Throw）スイッチを用いた電源片切スイッチの構成を例示しているが、他の構成でもよい。

保護回路７は、出力電圧ＶＯＵＴを検出して、規定値以上のときに電源回路６の動作を停止させる。ここで、規定値とは、発光素子４がブレークダウンする電圧である発光素子４の逆方向ブレークダウン電圧よりも低い電圧値である。
保護回路７は、出力電圧（発光素子に印加される電圧）ＶＯＵＴが規定値以上のときに点灯回路３の回路動作を停止させる点灯回路３における保護機能を提供している。

なお、点灯回路３においては、保護回路７で電源回路６を停止させることにより保護機能を実装する構成を例示した。しかし、点灯回路３の保護機能は、出力電圧ＶＯＵＴが、既定値以上のときに点灯回路３の回路動作を停止できればよく、他の構成により実装してもよい。

次に、照明装置１の動作について説明する。
通常動作においては、スイッチ１５をオンにすると、点灯回路３が動作して出力電圧ＶＯＵＴを出力する。発光モジュール２には、順方向に出力電圧ＶＯＵＴが印加され、発光モジュール２は、点灯する。

しかし、発光モジュール２と点灯回路３との間が、例えば施行時の誤結線によって、発光モジュール２が電気的に逆向きに接続された場合、発光モジュール２には、逆方向に出力電圧ＶＯＵＴが印加され、電流は流れない。したがって、発光モジュール２は、点灯しない。このとき、点灯回路３が、例えばＤＣ−ＤＣコンバータを用いている場合などには、出力電圧ＶＯＵＴは、開放電圧に向けて上昇する。開放電圧が、容量性素子５の耐圧よりも高い場合は、容量性素子５を含む発光モジュール２が破壊に至る可能性がある。

図３は、発光モジュールが電気的に逆向きに接続された場合の点灯回路の出力電圧ＶＯＵＴを例示する波形図である。
図３においては、発光モジュール２に逆方向に出力電圧ＶＯＵＴが印加される場合の、電源投入後の出力電圧ＶＯＵＴの波形を実線で、比較例として発光素子４のブレークダウン電圧Ｖ１’が容量性素子５の耐圧Ｖ２よりも大きい場合の波形を一点鎖線で、例示している。

点灯回路３における保護機能、すなわち出力電圧ＶＯＵＴが規定値以上のときに点灯回路３の回路動作を停止させる保護機能は、電源投入時から所定期間Ｔ１の間は、機能が停止している。例えば、電源投入時のオーバーシュートにより、保護機能が誤動作しないように、電源投入直後の所定期間Ｔ１は保護機能にマスクをかけている。
そのため、時間（ｔｉｍｅ）０で、スイッチ１５がオンして電源が投入されると、点灯回路３から発光モジュール２に電流が流れないため、出力電圧ＶＯＵＴは、点灯回路３の開放電圧に向けて上昇していく。

出力電圧ＶＯＵＴが、発光素子４のブレークダウン電圧Ｖ１まで上昇すると、発光素子４がブレークダウンする。出力電圧ＶＯＵＴは、ブレークダウン電圧Ｖ１にクランプされる。

電源投入から所定期間Ｔ１後に、点灯回路３の保護機能が動作して、点灯回路３の回路動作が停止する。その結果、出力電圧ＶＯＵＴは、発光素子４のブレークダウン電圧Ｖ１よりも低い電圧Ｖ３に低下する。なお、保護機能が動作したときの出力電圧ＶＯＵＴ＝Ｖ３の値は、発光素子４のブレークダウン電圧Ｖ１よりも低ければよく、０≦Ｖ３＜Ｖ１の関係を満たせばよい。

一方、発光素子４のブレークダウン電圧Ｖ１’よりも容量性素子５の耐圧Ｖ２が低い比較例の場合においては、出力電圧ＶＯＵＴが、容量性素子５の耐圧Ｖ２まで上昇すると容量性素子５が破壊される。出力電圧ＶＯＵＴは、耐圧Ｖ２近傍からゼロに低下する。容量性素子５が破壊されるまでの期間Ｔ２は、容量性素子５を構成する第１のコンデンサ１２の特性に依存する。
しかし、一旦容量性素子５が破壊されると再使用することはできず、容量性素子５または発光モジュール２を交換する必要が生じる。

これに対して、本実施形態においては、発光モジュール２が逆接続された場合など電源投入時に出力電圧ＶＯＵＴが発光素子４のブレークダウン電圧Ｖ１まで上昇すると、発光素子４がブレークダウンする。その結果、出力電圧ＶＯＵＴは、発光素子４のブレークダウン電圧Ｖ１にクランプされる。また、容量性素子５は、発光素子４のブレークダウン電圧Ｖ１よりも高いため、容量性素子５が破壊されることはない。

また、電源投入から所定期間Ｔ１後に、点灯回路３の保護機能が動作して、出力電圧ＶＯＵＴを発光素子４のブレークダウン電圧Ｖ１よりも低い電圧Ｖ３（０≦Ｖ３＜Ｖ１）に低下させる。その結果、発光素子４がブレークダウンしている期間は、所定期間Ｔ１以下に制限されるため、発光素子４が破壊されることもない。

なお、上記においては、点灯回路３が、出力電圧ＶＯＵＴが規定値以上のときに点灯回路３の回路動作を停止させる保護機能を有する場合の動作について説明したが、点灯回路３が保護機能を有さない構成も可能である。

例えば、誤配線などにより発光モジュール２に逆方向に出力電圧ＶＯＵＴが印加されて、電源投入後に出力電圧ＶＯＵＴが発光素子４のブレークダウン電圧Ｖ１まで上昇した場合でも、比較的に短期間で電源を遮断すれば、発光素子４が破壊されることはない。発光モジュール２に逆方向に出力電圧ＶＯＵＴが印加された場合は、発光モジュール２は点灯しないため、使用者は、誤配線など不具合が発生していることを認識することができるからである。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る発光モジュールを例示する回路図である。
図４に表したように、発光モジュール２ａは、発光モジュール２と比較して、発光素子４および容量性素子５の構成が異なっている。発光モジュール２ａは、発光素子４ａと、発光素子４ａに並列に接続された容量性素子５ａとを有する。発光モジュール２ａは、例えば図示しない第１の実装基板１３上に設けられ、高電位端子９と低電位端子１０とを介して、点灯回路３に接続される。

発光素子４ａは、発光モジュール２における発光素子４に、第２の発光ダイオード１６が追加されている。また、容量性素子５ａは、発光モジュール２における容量性素子５に、第２のコンデンサ１７と第３のコンデンサ１８とが追加されている。

発光素子４ａは、第１の発光ダイオード１１と、第１の発光ダイオード１１に直列に接続された第２の発光ダイオード１６とを有し、点灯回路３から電力を供給されて点灯する。

容量性素子５ａは、第１のコンデンサ１２と第２のコンデンサ１７と第３のコンデンサ１８とを有する。第１のコンデンサ１２は、第１の発光ダイオード１１に並列に接続される。第１のコンデンサ１２の耐圧は、第１の発光ダイオード１１のブレークダウン電圧Ｖ１よりも耐圧の高く設定されている。第２のコンデンサ１７は、第２の発光ダイオード１６に並列に接続される。第２のコンデンサ１７の耐圧Ｖ２ａは、第２の発光ダイオード１６のブレークダウン電圧Ｖ１ａよりも高く設定される。

なお、第１の発光ダイオード１１のブレークダウン電圧Ｖ１と、第２の発光ダイオード１６のブレークダウン電圧Ｖ１ａとは、ほぼ等しい。また、第１のコンデンサ１２の耐圧Ｖ２と、第２のコンデンサ１７の耐圧Ｖ２ａとは、ほぼ等しい。

第３のコンデンサ１８は、第１の発光ダイオード１１と第２の発光ダイオード１６とに並列に接続される。第３のコンデンサ１８の耐圧Ｖ３は、第１の発光ダイオード１１のブレークダウン電圧Ｖ１と第２の発光ダイオード１６のブレークダウン電圧Ｖ１ａとの合成電圧よりも高く設定される。

発光素子４ａのブレークダウン電圧は、発光素子４ａがブレークダウンする電圧である。発光素子４ａが、第１の発光ダイオード１１と第２の発光ダイオード１６とを有する場合における発光素子４ａのブレークダウン電圧は、第１の発光ダイオード１１のブレークダウン電圧Ｖ１と第２の発光ダイオード１６のブレークダウン電圧Ｖ１ａとの合成電圧である。

また、容量性素子５ａの耐圧は、容量性素子５ａを破壊させずに印加することのできる最大電圧である。容量性素子５ａが、第１のコンデンサ１２と第２のコンデンサ１７と第３のコンデンサ１８とを有する場合における容量性素子５ａの耐圧は、第１のコンデンサ１１の耐圧Ｖ２と第２のコンデンサ１７の耐圧Ｖ２ａとの合成電圧と、第３のコンデンサ１８の耐圧Ｖ３と、の内で高くない方の値である。

なお、発光モジュール２ａにおいては、発光素子４ａが第１及び第２の発光ダイオード１１、１６を有する構成を例示したが、任意数の発光ダイオードを有する構成としてもよい。また、容量性素子５ａが第１〜第３のコンデンサ１２、１７、１８を有する構成を例示したが、任意数のコンデンサを有する構成としてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

また、第２の実施形態の発光モジュール２ａが、点灯回路３に接続された照明装置は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…照明装置、 ２、２ａ…発光モジュール、 ３…点灯回路、 ４、４ａ…発光素子、 ５、５ａ…容量性素子、 ６…電源回路、 ７…保護回路、 ８…交流電源、 ９…高電位端子、 １０…低電位端子、 １１…第１の発光ダイオード、 １２…第１のコンデンサ、 １３…第１の実装基板、 １４…第２の実装基板、 １５…スイッチ、 １６…第２の発光ダイオード、 １７…第２のコンデンサ、 １８…第３のコンデンサ

Claims (3)

1. 発光素子と、
   前記発光素子に並列に接続され、前記発光素子のブレークダウン電圧よりも耐圧が高い容量性素子と、
   を有する発光モジュールと、
   前記発光モジュールを駆動する点灯回路と、
   を備え、
   前記点灯回路は、前記ブレークダウン電圧よりも低い規定値を有し、前記発光素子に印加される電圧が前記規定値以上のときに回路動作を停止させる保護機能を有し、
   前記保護機能は、電源投入から所定期間機能を停止し、
   前記所定期間は、前記耐圧を超えて前記容量性素子が破損する期間よりも長く、前記発光素子が破損する期間よりも短い期間である照明装置。
2. 前記発光モジュールは、第１の実装基板に設けられ、
   前記点灯回路は、前記第１の実装基板と異なる第２の実装基板に設けられる請求項１記載の照明装置。
3. 前記発光素子は、
   第１の発光ダイオードと、
   前記第１の発光ダイオードに直列に接続された第２の発光ダイオードと、
   を有し、
   前記容量性素子は、
   前記第１の発光ダイオードに並列に接続され、前記第１の発光ダイオードのブレークダウン電圧よりも耐圧の高い第１のコンデンサと、
   前記第２の発光ダイオードに並列に接続され、前記第２の発光ダイオードのブレークダウン電圧よりも耐圧の高い第２のコンデンサと、
   前記第１の発光ダイオードと前記第２の発光ダイオードとに並列に接続され、前記第１の発光ダイオードのブレークダウン電圧と前記第２の発光ダイオードのブレークダウン電圧との合成電圧よりも耐圧が高い第３のコンデンサと、
   を有する請求項１または２に記載の照明装置。

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