JP6528309B2 - 光源ユニットおよびそれを用いた照明器具 - Google Patents

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Description

本発明は、一般に、光源ユニットおよびそれを用いた照明器具に関し、より詳細には、固体発光素子を有する光源ユニットおよびそれを用いた照明器具に関する。
従来、商用電源を整流して得られる脈流電圧によりLED群を直接駆動するLED装置が知られている(例えば、特許文献1)。
米国特許第7081722号明細書
ところで、特許文献1に記載されたLED装置等の光源ユニットは、サージ電圧による故障を抑制することが望まれている。
本発明の目的は、サージ電圧による故障を抑制することが可能な光源ユニットおよびそれを用いた照明器具を提供することにある。
本発明の光源ユニットは、少なくとも3個の光源群と、交流電圧を全波整流する全波整流回路と、少なくとも3個の定電流回路とを備えている。また、前記光源ユニットは、前記少なくとも3個の光源群、前記全波整流回路および前記少なくとも3個の定電流回路が配置される基板を備えている。前記少なくとも3個の光源群の各々は、複数個の固体発光素子を備えている。前記少なくとも3個の光源群の各々は、電気的に直列接続されるように構成されている。前記少なくとも3個の定電流回路の各々は、対応する前記少なくとも3個の光源群に流れる電流を定電流化するように構成されている。前記全波整流回路の一対の出力端間には、前記少なくとも3個の光源群のうちの1個の光源群である第1光源群と、前記少なくとも3個の定電流回路のうちの1個の定電流回路である第1定電流回路との直列回路が電気的に接続されている。前記第1定電流回路には、前記少なくとも3個の光源群のうちの前記第1光源群とは異なる1個の光源群である第2光源群と、前記少なくとも3個の定電流回路のうちの前記第1定電流回路とは異なる1個の定電流回路である第2定電流回路との直列回路が電気的に接続されている。前記第2定電流回路には、前記少なくとも3個の光源群のうちの前記第1光源群と前記第2光源群とは異なる1個の光源群である第3光源群と、前記少なくとも3個の定電流回路のうちの前記第1定電流回路と前記第2定電流回路とは異なる1個の定電流回路である第3定電流回路との直列回路が電気的に接続されている。前記基板には、前記複数個の固体発光素子の各々を互いに電気的に接続する接続部が設けられている。前記接続部は、導電性を有しない非導電部と、導電性を有する導電部とを備えている。前記非導電部の形状は、規則性を有する形状である。
本発明の照明器具は、前記光源ユニットと、前記光源ユニットが取り付けられる取付部材とを備えている。
本発明の光源ユニットにおいては、サージ電圧による故障を抑制することが可能となる。
本発明の照明器具においては、サージ電圧による故障を抑制することが可能な光源ユニットを備えた照明器具を提供することができる。
図1は、一実施形態の光源ユニットの回路図である。 図2は、一実施形態の光源ユニットが取付部材に取り付けられた状態を示す概略斜視図である。 図3は、一実施形態の光源ユニットにおける基板において、一部破断された平面図である。 図4A〜図4Fは、一実施形態の光源ユニットにおける基板に関し、接続部に設けられた導電部の他の形状を説明する説明図である。 図5は、一実施形態の光源ユニットを備えた照明器具の施工状態を示す斜視図である。
以下では、一実施形態の光源ユニット100について、図1〜図4を参照しながら説明する。なお、以下では、説明の便宜上、光源ユニット100を備えた照明器具200について、図5を参照しながら説明した後に、光源ユニット100について詳細に説明する。
照明器具200は、例えば、街路灯である。照明器具200は、例えば、地面等に設置された支柱300に取り付けられるように構成されている。支柱300としては、例えば、電柱、鋼管ポール等が挙げられる。
照明器具200は、光源ユニット100と、取付部材101と、ケース102とを備えている。なお、図5では、光源ユニット100がケース102に覆われているため、光源ユニット100が見えていない。
取付部材101は、光源ユニット100が取り付けられるように構成されている。また、取付部材101は、固定具400により支柱300に取り付けられるように構成されている。取付部材101は、例えば、鋼板等の金属板により形成されている。
取付部材101は、固定具400により支柱300に取り付けられたとき、光源ユニット100が上記地面に対して所定の角度(例えば、60度)だけ傾くように構成されている。
ケース102は、光源ユニット100を覆うように構成されている。ケース102は、ボディ103と、カバー104とを備えている。
ボディ103は、取付部材101が取り付けられるように構成されている。ボディ103は、一面が開口した箱状(例えば、矩形箱状)に構成されている。ボディ103は、例えば、合成樹脂により形成されている。
ボディ103には、一対の電源線25A,25Bを通す孔(第1孔)が形成されている。一対の電源線25A,25Bは、光源ユニット100と電気的に接続されている。また、一対の電源線25A,25Bは、外部電源40(図1参照)と電気的に接続される。外部電源40は、例えば、正弦波状の交流電圧を出力する交流電源(例えば、商用電源)である。
ボディ103には、取付部材101の一部を通す孔(第2孔)が形成されている。
カバー104は、ボディ103に取り付けられるように構成されている。また、カバー104は、光源ユニット100を覆うように構成されている。カバー104は、透光性を有する材料により形成されている。
光源ユニット100は、図1に示すように、3個の光源群11〜13と、全波整流回路2と、3個の定電流回路21〜23とを備えている。また、光源ユニット100は、コネクタ4と、ヒューズ5と、バリスタ6と、基板7(図2参照)とを備えている。コネクタ4は、一対の電源線25A,25Bを電気的に接続するように構成されている。コネクタ4は、一対の端子4A,4Bを備えている。
光源群11は、例えば、複数個(図2では、9個)の固体発光素子8を備えている。複数個の固体発光素子8の各々は、例えば、LEDである。複数個の固体発光素子8の電気的な接続関係は、例えば、直列接続である。
なお、複数個の固体発光素子8の電気的な接続関係は、直列接続に限らず、例えば、並列接続であってもよいし、直列接続と並列接続とを組み合わせた接続であってもよい。また、複数個の固体発光素子8の各々は、LEDに限らず、例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子、半導体レーザ素子等であってもよい。
2個の光源群12,13の各々は、固体発光素子8の個数が異なる点を除いて、光源群11と同じ構成である。ゆえに、2個の光源群12,13の各々に関する詳細な説明は省略する。
全波整流回路2は、交流電圧を全波整流するように構成されている。全波整流回路2は、例えば、ダイオードブリッジである。
全波整流回路2の一対の入力端間には、バリスタ6が電気的に接続されている。全波整流回路2の一対の入力端における高電位側の入力端は、ヒューズ5を介して、コネクタ4の端子4Aと電気的に接続されている。全波整流回路2の一対の入力端における低電位側の入力端は、コネクタ4の端子4Bと電気的に接続されている。
全波整流回路2の一対の出力端間には、光源群11と定電流回路21との直列回路が電気的に接続されている。
定電流回路21は、光源群11に流れる電流を定電流化するように構成されている。定電流回路21は、例えば、2個のスイッチング素子Q1,Q2と、3個の抵抗R1〜R3とを備えている。
スイッチング素子Q1は、第1端子と、第2端子と、制御端子とを備えている。スイッチング素子Q1は、例えば、エンハンスメント型のnチャネルMOSFETである。この場合、スイッチング素子Q1では、第1端子がドレイン端子であり、第2端子がソース端子であり、制御端子がゲート端子である。
スイッチング素子Q2は、第1端子と、第2端子と、制御端子とを備えている。スイッチング素子Q2は、例えば、npn型のバイポーラトランジスタである。この場合、スイッチング素子Q2では、第1端子がコレクタ端子であり、第2端子がエミッタ端子であり、制御端子がベース端子である。
抵抗R1の第1端は、光源群11のカソード側の接続端と電気的に接続されている。抵抗R1の第2端は、スイッチング素子Q1のゲート端子と電気的に接続されている。また、抵抗R1の第2端は、スイッチング素子Q2のコレクタ端子と電気的に接続されている。さらに、抵抗R1の第2端は、抵抗R2の第1端と電気的に接続されている。
スイッチング素子Q1のドレイン端子は、抵抗R1の第1端と電気的に接続されている。スイッチング素子Q1のソース端子は、抵抗R2の第2端と電気的に接続されている。抵抗R2の第2端は、スイッチング素子Q2のベース端子と電気的に接続されている。スイッチング素子Q2のベース端子は、抵抗R3を介して、スイッチング素子Q2のエミッタ端子と電気的に接続されている。
なお、スイッチング素子Q1は、エンハンスメント型のnチャネルMOSFETに限らず、例えば、npn型のバイポーラトランジスタ等であってもよい。また、スイッチング素子Q2は、npn型のバイポーラトランジスタに限らない。
定電流回路21には、光源群12と定電流回路22との直列回路が電気的に接続されている。
定電流回路22は、図1に示すように、定電流回路21と符号が異なる点を除いて、定電流回路21と同じ構成である。ゆえに、定電流回路22に関する詳細な説明は省略する。
定電流回路22には、光源群13と定電流回路23との直列回路が電気的に接続されている。
定電流回路23は、図1に示すように、定電流回路21と符号が異なる点を除いて、定電流回路21と同じ構成である。ゆえに、定電流回路23に関する詳細な説明は省略する。
基板7は、例えば、3個の光源群11〜13、全波整流回路2、3個の定電流回路21〜23、コネクタ4、ヒューズ5およびバリスタ6が配置されるように構成されている。
基板7は、例えば、金属に比べて熱抵抗が大きい樹脂(例えば、紙フェノール樹脂、ガラスエポキシ樹脂、ガラスコンポジット樹脂等)により構成されている。
基板7の表面(図2では、上面)には、複数個(図2では、16個)の接続部P0〜P15が設けられている。16個の接続部P0〜P15の各々は、例えば、銅箔により構成されている。なお、16個の接続部P0〜P15それぞれの表面積は、例えば、同じ大きさに設定されていてもよいし、異なる大きさに設定されていてもよい。
また、基板7の表面には、複数個(図2では、15個)の固体発光素子8、全波整流回路2、3個のスイッチング素子Q1,Q3,Q5、コネクタ4、ヒューズ5およびバリスタ6等が配置されている。
接続部P0は、全波整流回路2の一対の出力端における高電位側の出力端と、光源群11における9個の固体発光素子8のうちの1個の固体発光素子8(以下、「第1固体発光素子A1」とも称する)のアノードとを電気的に接続するように構成されている。
接続部P1は、第1固体発光素子A1のカソードと、第1固体発光素子A1の隣に配置された固体発光素子8(以下、「第2固体発光素子A2」とも称する)のアノードとを電気的に接続するように構成されている。
13個の接続部P2〜P14の各々は、接続部P1と符号が異なる点を除いて、接続部P1と同じ構成である。ゆえに、13個の接続部P2〜P14の各々に関する詳細な説明は省略する。
接続部P15は、第15固体発光素子A15のカソードと定電流回路23の入力端(スイッチング素子Q5の第1端子と抵抗R7の第1端との接続点)とを電気的に接続するように構成されている。
16個の接続部P0〜P15それぞれの表面積は、比較的大きく設定されていることが好ましい。これにより、光源ユニット100では、例えば、光源ユニット100が取付部材101に取り付けられたときに、複数の固体発光素子8で発生する熱を取付部材101へ効率良く伝導させることが可能となる。よって、光源ユニット100では、16個の接続部P0〜P15それぞれの表面積が比較的小さく設定された場合に比べて、光源ユニット100の放熱性を高めることが可能となる。
ところで、光源ユニット100では、16個の接続部P0〜P15それぞれの表面積を比較的大きく設定した場合、光源ユニット100が取付部材101に取り付けられたときに、16個の接続部P0〜P15と取付部材101との間の浮遊容量が比較的大きくなる。
本願発明者らは、この光源ユニット100において、例えば、取付部材101のグランドと外部電源40との間にサージ電圧が印加されたとき、15個の固体発光素子8に過電流(サージ電流)が流れる可能性があると考えた。
光源ユニット100では、14個の接続部P1〜P14の各々に、導電性を有しない非導電部9(図3参照)が設けられている。非導電部9は、例えば、電気的な絶縁性を有する絶縁材料により構成されている。光源ユニット100では、14個の接続部P1〜P14の各々に、複数個の非導電部9が設けられている。これにより、光源ユニット100では、14個の接続部P1〜P14と取付部材101との間の浮遊容量を、14個の接続部P1〜P14の各々に非導電部9が設けられていない場合に比べて、低減することが可能となる。よって、光源ユニット100では、例えば、取付部材101のグランドと外部電源40との間にサージ電圧が印加されたとき、15個の固体発光素子8に過電流が流れるのを抑制することが可能となる。その結果、光源ユニット100では、例えば、15個の固体発光素子8が絶縁破壊(サージ破壊)するのを抑制することが可能となる。すなわち、光源ユニット100では、サージ電圧による故障を抑制することが可能となる。なお、非導電部9は、例えば、空間(隙間)により構成されていてもよいし、絶縁部材により構成されていてもよい。
14個の接続部P1〜P14の各々は、導電性を有する導電部10を備えている。
導電部10は、例えば、銅箔により構成されている。また、導電部10は、非導電部9を囲むように構成されている。具体的に説明すると、導電部10は、複数個の非導電部9の各々を囲むように構成されている。これにより、光源ユニット100では、14個の接続部P1〜P14の各々が導電部10を備えていない場合に比べて、14個の接続部P1〜P14それぞれの表面積を大きくすることが可能となる。よって、光源ユニット100では、14個の接続部P1〜P14の各々が導電部10を備えていない場合に比べて、光源ユニット100の放熱性を高めることが可能となる。
導電部10は、例えば、メッシュ状に構成されていることが好ましい(図3,図4A,図4B参照)。光源ユニット100では、メッシュ状に構成された導電部10の開口部(網目)が、非導電部9に相当する。これにより、光源ユニット100では、光源ユニット100の放熱性が低下するのを抑制し、かつ、15個の固体発光素子8が絶縁破壊(サージ破壊)するのを抑制することが可能となる。なお、導電部10は、メッシュ状に限らない。導電部10は、例えば、この導電部10と非導電部9とで市松模様(チェッカー状のパターン)を形成するように構成されていてもよい(図4C,図4D参照)。この場合、光源ユニット100では、導電部10をメッシュ状に構成した場合に比べて、導電部10の熱抵抗を小さくすることが可能となる。その結果、光源ユニット100では、導電部10をメッシュ状に構成した場合に比べて、放熱性を高めることが可能となる。
導電部10は、非導電部9を囲むように構成されているが、この構成に限らず、非導電部9と隣接するように構成されていてもよい。具体的に説明すると、導電部10は、例えば、直線状に構成されていてもよい(図4E参照)。これにより、光源ユニット100では、導電部10が非導電部9を囲むように構成された場合と同様に、14個の接続部P1〜P14の各々が導電部10を備えていない場合に比べて、光源ユニット100の放熱性を高めることが可能となる。また、光源ユニット100では、例えば、導電部10がメッシュ状に構成された場合に比べて、導電部10を成形するのが容易となる。なお、導電部10は、直線状に限らず、例えば、波状に構成されていてもよい(図4F参照)。この場合、光源ユニット100では、導電部10を直線状に構成した場合に比べて、導電部10で寄生容量が発生しやすくなり、例えば、サージ電圧によるスパイク電流を抑制することが可能となる。
光源ユニット100は、全波整流回路2により全波整流された電圧(脈流電圧)によって、3個の光源群11〜13を点灯させるように構成されている。光源ユニット100は、全波整流回路2により全波整流された電圧の瞬時値に基づいて、3個のスイッチング素子Q1,Q3,Q5を順番にオフ状態からオン状態にすることで、3個の光源群11〜13を段階的に点灯させる。なお、3個の光源群11〜13を段階的に点灯させるとは、光源群11を点灯させた後に、光源群11の点灯状態を維持しながら光源群12を点灯させ、最後に2個の光源群11,12の点灯状態を維持しながら光源群13を点灯させることを意味する。
また、光源ユニット100は、全波整流回路2により全波整流された電圧の瞬時値に基づいて、3個のスイッチング素子Q1,Q3,Q5を順番にオン状態からオフ状態にすることで、3個の光源群11〜13を段階的に消灯させる。なお、3個の光源群11〜13を段階的に消灯させるとは、点灯状態の3個の光源群11〜13のうち光源群13を消灯させた後に、光源群12を消灯させ、最後に光源群11を消灯させることを意味する。
光源ユニット100は、3個の光源群11〜13を備えているが、これに限らず、例えば、4個以上の光源群を備えていてもよい。この場合、光源ユニット100は、4個以上の定電流回路を備える。また、制御回路30は、4個以上の定電流回路を制御するように構成される。すなわち、光源ユニット100は、少なくとも3個の光源群11〜13と、全波整流回路2と、少なくとも3個の定電流回路21〜23と、基板7とを備える。
以上説明した光源ユニット100は、少なくとも3個の光源群11〜13と、交流電圧を全波整流する全波整流回路2と、少なくとも3個の定電流回路21〜23とを備えている。また、光源ユニット100は、少なくとも3個の光源群11〜13、全波整流回路2および少なくとも3個の定電流回路21〜23が配置される基板7を備えている。少なくとも3個の光源群11〜13の各々は、複数個の固体発光素子8を備えている。前記少なくとも3個の光源群の各々は、電気的に直列接続されるように構成されている。少なくとも3個の定電流回路21〜23の各々は、対応する少なくとも3個の光源群11〜13に流れる電流を定電流化するように構成されている。全波整流回路2の一対の出力端間には、第1光源群(光源群11)と第1定電流回路(定電流回路21)との直列回路が電気的に接続されている。第1定電流回路には、第2光源群(光源群12)と第2定電流回路(定電流回路22)との直列回路が電気的に接続されている。第2定電流回路には、第3光源群(光源群13)と第3定電流回路(定電流回路23)との直列回路が電気的に接続されている。基板7には、複数個の固体発光素子8の各々を互いに電気的に接続する接続部P1〜P14が設けられている。接続部P1〜P14には、導電性を有しない非導電部9が設けられている。これにより、光源ユニット100では、14個の接続部P1〜P14と取付部材101との間の浮遊容量を、14個の接続部P1〜P14の各々に非導電部9が設けられていない場合に比べて、低減することが可能となる。よって、光源ユニット100では、例えば、取付部材101のグランドと外部電源40との間にサージ電圧が印加されたとき、15個の固体発光素子8に過電流が流れるのを抑制することが可能となる。その結果、光源ユニット100では、例えば、15個の固体発光素子8が絶縁破壊(サージ破壊)するのを抑制することが可能となる。すなわち、光源ユニット100では、サージ電圧による故障を抑制することが可能となる。
接続部P1〜P14は、上述のように、導電性を有する導電部10を備えていることが好ましい。導電部10は、非導電部9を囲むように、あるいは、非導電部9と隣接するように構成されていることが好ましい。これにより、光源ユニット100では、14個の接続部P1〜P14の各々が導電部10を備えていない場合に比べて、14個の接続部P1〜P14それぞれの表面積を大きくすることが可能となる。よって、光源ユニット100では、14個の接続部P1〜P14の各々が導電部10を備えていない場合に比べて、光源ユニット100の放熱性を高めることが可能となる。
導電部10は、上述のように、メッシュ状に構成されていることが好ましい。これにより、光源ユニット100では、光源ユニット100の放熱性が低下するのを抑制し、かつ、15個の固体発光素子8が絶縁破壊(サージ破壊)するのを抑制することが可能となる。
また、導電部10は、直線状に構成されていることが好ましい。これにより、光源ユニット100では、例えば、導電部10がメッシュ状に構成された場合に比べて、導電部10を成形するのが容易となる。
以上説明した照明器具200は、光源ユニット100と、光源ユニット100が取り付けられる取付部材101とを備えている。これにより、照明器具200では、サージ電圧による故障を抑制することが可能な光源ユニット100を備えた照明器具200を提供することができる。
2 全波整流回路
7 基板
8 固体発光素子
9 非導電部
10 導電部
11 光源群(第1光源群)
12 光源群(第2光源群)
13 光源群(第3光源群)
21 定電流回路(第1定電流回路)
22 定電流回路(第2定電流回路)
23 定電流回路(第3定電流回路)
100 光源ユニット
101 取付部材
200 照明器具
P1〜P14 接続部

Claims (7)

  1. 少なくとも3個の光源群と、交流電圧を全波整流する全波整流回路と、少なくとも3個の定電流回路と、前記少なくとも3個の光源群、前記全波整流回路および前記少なくとも3個の定電流回路が配置される基板とを備え、
    前記少なくとも3個の光源群の各々は、複数個の固体発光素子を備え、
    前記少なくとも3個の光源群の各々は、電気的に直列接続されるように構成され、
    前記少なくとも3個の定電流回路の各々は、対応する前記少なくとも3個の光源群に流れる電流を定電流化するように構成され、
    前記全波整流回路の一対の出力端間には、前記少なくとも3個の光源群のうちの1個の光源群である第1光源群と、前記少なくとも3個の定電流回路のうちの1個の定電流回路である第1定電流回路との直列回路が電気的に接続され、
    前記第1定電流回路には、前記少なくとも3個の光源群のうちの前記第1光源群とは異なる1個の光源群である第2光源群と、前記少なくとも3個の定電流回路のうちの前記第1定電流回路とは異なる1個の定電流回路である第2定電流回路との直列回路が電気的に接続され、
    前記第2定電流回路には、前記少なくとも3個の光源群のうちの前記第1光源群と前記第2光源群とは異なる1個の光源群である第3光源群と、前記少なくとも3個の定電流回路のうちの前記第1定電流回路と前記第2定電流回路とは異なる1個の定電流回路である第3定電流回路との直列回路が電気的に接続され、
    前記基板には、前記複数個の固体発光素子の各々を互いに電気的に接続する接続部が設けられ、
    前記接続部は
    導電性を有しない非導電部と、
    導電性を有する導電部とを備え、
    前記非導電部の形状は、規則性を有する形状である
    ことを特徴とする光源ユニット。
  2. 記導電部は、前記非導電部を囲むように、あるいは、前記非導電部と隣接するように構成されている
    ことを特徴とする請求項1記載の光源ユニット。
  3. 前記導電部は、メッシュ状に構成されている
    ことを特徴とする請求項2記載の光源ユニット。
  4. 前記導電部は、前記非導電部とで市松模様を形成するように構成されている
    ことを特徴とする請求項2記載の光源ユニット。
  5. 前記導電部は、直線状に構成されている
    ことを特徴とする請求項2記載の光源ユニット。
  6. 前記導電部は、
    前記接続部の周部に沿って設けられている第1部分と、
    前記接続部において前記第1部分よりも中央部側に設けられており、前記非導電部を囲むように、あるいは、前記非導電部と隣接するように構成されている第2部分とを有する
    ことを特徴とする請求項2ないし請求項5のいずれか1項に記載の光源ユニット。
  7. 請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の光源ユニットと、
    前記光源ユニットが取り付けられる取付部材とを備えている
    ことを特徴とする照明器具。
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