JP6715068B2 - スイッチング変換方式のｌｅｄ電源回路 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤモジュールに電源を供給するスイッチング変換方式のＬＥＤ電源回路に関し、特に、その出力線側において発生・印加される瞬時的な高電圧から電源回路の半導体スイッチ素子を保護するための構成に関する。

商用交流電源の電力を用いてＬＥＤモジュールを点灯するフライバックコンバータ方式の絶縁型ＬＥＤ電源は、トランスの製造がネックになって、大電力化が困難となっている。その限界は１００Ｗ前後である。電源の大電力化に比例してトランスの表面積が増えればよいが、実際の構造上は、表面積がそのようには増えない。そのため、トランス内部で発生する熱の移動距離が長くなり、外部へ放熱しにくく、熱が蓄積しやすくなるからである。

発明者は、トランスを用いない絶縁方式の電源として、各スイッチを図３の波形で駆動する図２の半導体絶縁方式のＬＥＤ電源を開発し、鋭意研究を続けたところ、以下のすべての条件(a)〜(c)を満たす環境で、各スイッチを構成する半導体スイッチ素子の耐電圧が５００Ｖ以上であれば、半導体スイッチ素子が破壊されることがなく、ＬＥＤ電源について所望の絶縁性を維持することができる、という知見を得た。

条件(a) ＬＥＤ電源の出力線が地絡の状態であること。
条件(b) 商用交流電源が中点アースの２００ＶのＶ結線方式又は単相３線式であること。
条件(c) 商用交流電源が一線地絡状態であること。

もし、破損等でＬＥＤモジュールに漏れ電流が生じても、上記の耐電圧であれば、入力側からの電流が半導体スイッチ素子で遮断されるため、漏れ電流が危険なレベルにはならず、安全を確保できる。

特開平７−３２２６０９号公報 特許第５８３７４３１号（特開２０１２−１６０４４８号）公報

しかしながら、上記の半導体絶縁方式のＬＥＤ電源に限らず、トランスを持たないスイッチングコンバーターからなるＬＥＤ電源の全般において、ＬＥＤ電源の出力線（特に出力線が長い場合）には外部要因により出力線に高電圧が発生・印加される場合がある。具体的には、
(1) 負荷までの出力線の配線長が長い場合、外部電磁界（例えば誘導雷）による電磁誘導と線路の共振により異常高電圧が発生すること、
(2) ＬＥＤモジュールの設置時に、設置箇所や身体などが帯電していたりすると、その静電気が出力線の端子等から侵入して、出力線に異常高電圧が印加されること、
などがあり、半導体スイッチ素子が所定の耐電圧を備えていても、その耐電圧を上回る出力線側からの高電圧には耐えられず、半導体スイッチ素子の絶縁が破壊されてしまう、寿命が短くなってしまうといった課題がある。

ここで、上記(1)の「電磁誘導と線路の共振により発生する高電圧」について補足すると、従来のＨＩＤランプなどではランプ自体の対地静電容量（浮遊容量）が大きくなることが殆ど無く、上記のような出力線側からの高電圧が問題視されることは無かった。これに対し、ＬＥＤモジュールにはアルミ製の放熱器を付ける必要があり、その放熱器の重量を支える支持部材などを含めるとかなりの大きさになる。ＬＥＤモジュールと放熱器とは電気的に絶縁されてはいるが、両者間には絶縁シートや接着剤などを介すること、放熱器が接地されていることの条件が揃うことで、ＬＥＤモジュール自体の対地静電容量が大きくなる。

そのため、半導体スイッチ素子からＬＥＤモジュールまでの出力線がちょうどモノポールアンテナとして機能してしまい、誘導雷やその他の外来ノイズなどによって異常な高電圧が出力線に発生してしまう。従来ランプの電源装置ではランプ自体の対地静電容量が小さいため、出力線に外来ノイズが流れにくかったのであるが、ＬＥＤモジュールの場合は対地静電容量が大きい（１００ｐＦ〜１０００ｐＦ程度）ため、一対の出力線にそれぞれ同じ方向に電源回路に侵入する外来ノイズが流れやすくなり、電源回路の半導体スイッチ素子に異常高電圧が加わってしまう。

例えば、製造工場で放熱板を接地しないで検査すると、上記の外来ノイズの影響は生じないが、現場で照明器具の据付けが完了した状態では放熱板も接地されることになり、また、出力線が延ばされることによって、出力線に外来ノイズが流れやすくなる条件が整う場合がある。

また、上記(2)の「静電気の侵入により印加される高電圧」について補足する。静電気の場合は、出力線がアンテナとして機能する条件を満たすか否かに関わらず、静電気を帯びた物体が出力線の端子等に触れることで、容易に出力線に静電気が侵入してしまう。

参考として、異常高電圧に対する従来型の保護回路について説明する。
まず、特許文献１の図６には複写機などのＯＡ機器に用いられるトランス内蔵型の電源回路が示されている。その段落００３９にも記載の通り、トランスの二次側の出力端子間に接続されたツェナダイオードＺＤ２は、この出力電圧が何らかの原因で異常な高電圧になった時に、高電圧を回避させる過電圧防止用の素子であり、その異常高電圧から負荷を保護する。しかし、特許文献１のツェナダイオードＺＤ２は、電源回路の出力線に何らかの外部要因で生じた高電圧から電源回路自体を保護するものではなく、あくまでも負荷の保護を目的としている。なお、特許文献１の二次側の出力端子には過大電流防止用のヒューズを設けるという記載があるが、一度ヒューズが切れると、電源供給の再開にはヒューズ交換が必要になる。

また、特許文献２の図１には、雷撃等の原因による損害から照明用ＬＥＤモジュールを回避するための保護回路を備えた直流電源回路が開示され、保護回路は、ＬＥＤモジュールに直列に接続されたヒューズエレメント（リセッタブル電子ヒューズ）と、ＬＥＤモジュールに並列に接続された放電保護素子（超小型放電管：ＢＬＳＡ）とから構成されている。雷撃等の瞬間的高圧により生じる大電流に対しては、放電保護素子が作用してＬＥＤモジュールを保護する。特許文献２の段落００１２には、雷撃などの瞬間的高圧により生じた大電流が、直流電源の正電圧端子から出力してそのまま突き進んだ場合に、放電保護素子の両端に過電圧が生じて、瞬間的に放電保護素子が低抵抗状態に変換され、大電流の放電経路となることで、ＬＥＤモジュールのバイパス経路が提供され、大電流を回避できる、と説明されている。このように、特許文献２の放電保護素子についても、電源回路の出力線に生じた高電圧から電源回路自体を保護するものではなく、負荷であるＬＥＤモジュールの保護を目的としている。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、所定の耐電圧の半導体スイッチ素子からなるスイッチングコンバーターを備えたＬＥＤ電源において、その出力線に外部要因によって異常高電圧が発生・印加される場合であっても、異常高電圧からＬＥＤ電源の半導体スイッチ素子を保護することができるＬＥＤ電源を提供することを目的とする。

発明者は、図２の回路の各スイッチを図３の波形で駆動する半導体絶縁方式のＬＥＤ電源を一例として、出力線に発生・印加された異常高電圧から電源回路を保護する手段について、鋭意研究したところ、ＬＥＤ電源の出力線にバリスタを接続して、出力線側からの高電圧をアースへ逃がす方式をとることが大変有効であることを見出した。また、この保護手段は半導体絶縁方式のＬＥＤ電源に限らず、半導体スイッチ素子からなるスイッチングコンバーター全般において有効に適用できることを見出した。

すなわち、本発明に係るＬＥＤ電源は、
ＬＥＤモジュールと電源ユニットとが二線で接続されてなるＬＥＤ電源であって、
前記電源ユニットは、外部電源からの入力電流を所望の直流電流に変換するために駆動する半導体スイッチ素子と、前記半導体スイッチ素子の位置よりも出力側に延びて前記直流電流を供給する一対の出力線と、を有し、
前記ＬＥＤモジュールは、前記一対の出力線を介して前記直流電流を供給されるＬＥＤ素子からなり、
当該ＬＥＤモジュールは、接地状態の放熱器に絶縁性部材を介して取付けられ、
前記一対の出力線のうちの高電位側の出力線には高電位側バリスタの一端が接続され、
前記一対の出力線のうちの低電位側の出力線には低電位側バリスタの一端が接続され、
両バリスタの他端は接地され、
外部要因によって前記一対の出力線に発生または印加される異常高電圧が、前記両バリスタ、当該両バリスタの接地部分、前記放熱器、前記ＬＥＤモジュール、および前記一対の出力線の順に経路を流れるように構成されていることを特徴とする。
なお、バリスタとは、所定電圧（バリスタ電圧）以上になると抵抗値が急減して大電流を流すことができ、所定電圧未満になると再び抵抗値が高くなるような特性の非直線性抵抗素子を指す。

ここで、前記半導体スイッチ素子の耐電圧が、５００Ｖ以上、１８００Ｖ以下であることが好ましい。また、前記両バリスタの他端同士の接続点が接地され、前記両バリスタのバリスタ電圧の合計が当該ＬＥＤ電源の無負荷電圧、および、前記ＬＥＤモジュールの順方向電圧よりも高く、３００Ｖ未満であることが好ましい。

また、前記ＬＥＤモジュールの対地静電容量は、１００ｐＦ以上、１０００ｐＦ以下であり、前記一対の出力線の長さは、前記外部要因である主要な飛来電磁波の波長λの１／４の長さ、および、λ／４の奇数倍の長さを避けて、設定されていることが好ましい。特に、前記一対の出力線の長さは、主要な前記飛来電磁波の波長λの１／２の長さのｎ倍（ｎは１，２，３，・・・）に設定されていることが好ましい。また、前記電源ユニットは半導体絶縁方式のスイッチングコンバーターからなり、
前記スイッチングコンバーターの前記外部電源側の高電位側の電路および低電位側の電路のそれぞれに第１の半導体スイッチ素子および第２の半導体スイッチ素子が設けられ、
前記スイッチングコンバーターの前記ＬＥＤモジュール側の高電位側の電路および低電位側の電路のそれぞれに第３の半導体スイッチ素子および第４の半導体スイッチ素子が設けられ、
前記第１の半導体スイッチ素子および前記第２の半導体スイッチ素子を同タイミングで駆動し、前記第３の半導体スイッチ素子および前記第４の半導体スイッチ素子を同タイミングで駆動し、当該外部電源側のスイッチ素子と当該ＬＥＤモジュール側のスイッチ素子が同時にオン状態にならないように交互にターンオンする制御回路を有することが好ましい。

本発明の構成によれば、半導体スイッチ素子のスイッチングコンバーターからなるＬＥＤ電源において、出力線に外部要因によって異常高電圧が発生・印加されたとしても、その異常高電圧によってバリスタが動作し、異常高電圧が大地に放電されるので、ＬＥＤ電源の半導体スイッチ素子を異常高電圧から保護することができる。
特に、半導体絶縁方式のＬＥＤ電源では、半導体スイッチ素子の耐電圧を上回る異常高電圧が発生・印加されたとしても、半導体スイッチ素子が破損などせず、ＬＥＤ電源の絶縁性を維持することができる。

本発明の一実施形態に係るＬＥＤ電源の全体構成図である。 前記ＬＥＤ電源の半導体絶縁方式の原理を説明するための図である。 前記ＬＥＤ電源の半導体絶縁方式の各スイッチ素子の駆動波形図である。 前記ＬＥＤ電源の出力線に高電圧が接触した際の保護回路の動作説明図。 前記ＬＥＤ電源の出力線に誘導雷が生じた際の保護回路の動作説明図。 前記保護回路を備えないＬＥＤ電源において外来ノイズの発生状況を説明する図である。

本発明の一実施形態に係るＬＥＤ電源の回路構成および回路動作について図面を参照して説明する。

＜ＬＥＤ電源の全体構成＞
図１に示すＬＥＤ電源は、電源ユニット１０とＬＥＤモジュール２０とが二線で接続されて構成される。電源ユニット１０における１はＥＭＩ対策のフィルター回路、２は全波整流器、３は力率改善回路、４は半導体絶縁方式のＤＣ‐ＤＣ変換回路、５は制御回路、６は絶縁アンプ、７はバリスタで構成された保護回路である。

全波整流器２および力率改善回路３の間には、高電位側と低電位側（グラウンドレベル側）の各電路を結ぶように接続された平滑コンデンサＣ１が設けられている。力率改善回路３の後段の第一電解コンデンサＣ２は、力率改善回路の出力電圧で充電され、後段のＤＣ‐ＤＣ変換回路４へ必要な電荷を供給する。ＤＣ‐ＤＣ変換回路４の後段の第二電解コンデンサＣ４は、ＤＣ‐ＤＣ変換回路４の出力電圧で充電され、後段のＬＥＤモジュール２０へ直流電流を供給する。ここで、ＬＥＤモジュール２０は複数のＬＥＤ素子の直列接続回路（ＬＥＤ素子列と呼ぶ。）からなる。

本書では、ＤＣ‐ＤＣ変換回路４の半導体スイッチ素子Ｓ１１〜Ｓ２２のうち、高電位側の電路上で最もＬＥＤモジュールに近い位置に設けられたスイッチ素子Ｓ２１とＬＥＤ素子列とを結ぶ電路を「高電位側の出力線」と呼ぶ。同様に、低電位側の電路上で最もＬＥＤモジュールに近い位置に設けられたスイッチ素子Ｓ２２とＬＥＤ素子列とを結ぶ電路を「低電位側の出力線」と呼び、これらの出力線を合わせて「一対の出力線」と呼ぶ。

ＤＣ‐ＤＣ変換回路４は、入力側の一対のスイッチ素子Ｓ１１，Ｓ１２と、還流ダイオードＤ１と、チョークコイルＬ１と、平滑コンデンサＣ３と、出力側の一対のスイッチ素子Ｓ２１，Ｓ２２と、チョークコイルＬ２とから構成された半導体絶縁方式のスイッチングコンバーターであり、力率改善回路から出力される電流を所望の直流電流に変換する。特に、１００Ｗから１０ＫＷクラスの電源回路に半導体絶縁方式を採用することが好ましい。

入力側の半導体スイッチ素子Ｓ１１は、高電位側の電路上において第一電解コンデンサＣ２の正極端の後段に設けられ、半導体スイッチ素子Ｓ１２は、低電位側の電路上において第一電解コンデンサＣ２の負極端の後段に設けられている。還流ダイオードＤ１は、両スイッチ素子の後段において低電位側から高電位側に電流を流す向きで、高電位側と低電位側の各電路を結ぶように接続されている。チョークコイルＬ１は、低電位側の電路上において還流ダイオードＤ１のアノード側の接点よりも後段に設けられている。平滑コンデンサＣ３は、チョークコイルＬ１の後段において、高電位側と低電位側の各電路を結ぶように接続されている。

出力側の半導体スイッチ素子Ｓ２１は、高電位側の電路上において平滑コンデンサＣ３の正極端の後段に設けられ、半導体スイッチ素子Ｓ２２は、低電位側の電路上において平滑コンデンサＣ３の負極端の後段に設けられている。チョークコイルＬ２は、高電位側の電路上においてスイッチ素子Ｓ２１の後段に設けられている。なお、チョークコイルＬ２の出力端は第二電解コンデンサＣ４の正極端に接続され、スイッチ素子Ｓ２２の出力端は第二電解コンデンサＣ４の負極端に接続され、これらがＤＣ‐ＤＣ変換回路の一対の出力端になっている。

ここで、４つのスイッチ素子はMOS-FETまたはIGBTに代表される半導体素子であり、所定の耐電圧を有するとともに、互いに同期して駆動可能にするため共通の制御回路５によって制御される。入力側の一対のスイッチ素子Ｓ１１，Ｓ１２は共通の素子を用いるとよい。また、出側の一対のスイッチ素子Ｓ２１，Ｓ２２も共通の素子を用いるとよい。なお、ＤＣ‐ＤＣ変換回路を構成するチョークコイルＬ１は、図１の接続位置に限られず、高電位側の電路上での還流ダイオードＤ１のカソード側の接点と、平滑コンデンサＣ３の正極端との間に設けてもよい。

本実施形態で用いる半導体スイッチ素子の耐電圧は、以下のすべての条件(a)〜(c)を満たす環境で、５００Ｖ以上、１８００Ｖ以下であることが好ましい。
条件(a) ＬＥＤ電源の出力線が地絡の状態であること。
条件(b) 商用交流電源が中点アースの２００ＶのＶ結線方式又は単相３線式であること。
条件(c) 商用交流電源が一線地絡状態であること。

第二電解コンデンサＣ４の低電圧側の端子と、ＬＥＤモジュールの低電圧側の端子とを結ぶ電路上に、ＬＥＤ電流検出用の抵抗Ｒ１が接続されている。制御回路５には、抵抗Ｒ１に発生したＬＥＤ電流に比例する電圧が、絶縁アンプ６を通して入力される。制御回路５は、絶縁アンプ６からの電圧信号に基づいて、入力側の一対のスイッチ素子Ｓ１１，Ｓ１２を同タイミングで駆動する矩形波のオンデューティを算出する処理を実施する。そして、制御回路５は、算出されたオンデューティを示すスイッチ駆動信号ｄｓ１を出力して、この駆動信号に基づいてはスイッチ素子Ｓ１１，Ｓ１２を駆動する。

同様に、制御回路５は、絶縁アンプ６からの電圧信号に基づいて、出力側の一対のスイッチＳ２１，Ｓ２２についても同タイミングで駆動する矩形波のオンデューティを算出する処理を実施する。そして、制御回路５は、算出されたオンデューティを示すスイッチ駆動信号ｄｓ２を出力して、この駆動信号に基づいてはスイッチ素子Ｓ２１，Ｓ２２を駆動する。

＜ＬＥＤ電源の点灯動作＞
図２の基本原理図および図３のスイッチング駆動波形図を使って、半導体絶縁方式による電源回路の絶縁性を担保した点灯動作について説明する。

まず、図３のａ点の時点で、入力側のスイッチ素子Ｓ１１，Ｓ１２はオンであり、直流電源Ｅ（電解コンデンサＣ２の端子間電圧に相当する。）からの電流が電源Ｅ→Ｓ１１→Ｃ３→Ｌ１→Ｓ１２→Ｅと流れて、平滑コンデンサＣ３を充電する。この時、出力側のスイッチ素子Ｓ２１，Ｓ２２はオフであり、大容量の第二電解コンデンサＣ４は電源Ｅから絶縁されている。

次に、図３のｂ点の時点で、入力側のスイッチ素子Ｓ１１，Ｓ１２はオフであり、ａ点の時点と同様に大容量の第二電解コンデンサＣ４は電源Ｅから絶縁されている。この時、出力側のスイッチ素子Ｓ２１，Ｓ２２はオンであり、チョークコイルＬ１に蓄えられていた磁場のエネルギーはＬ１→Ｄ１→Ｓ２１→Ｌ２→Ｃ４→Ｓ２２→Ｌ１と流れて、第二電解コンデンサＣ４を充電する。平滑コンデンサＣ３に蓄えられていた電荷はＣ３→Ｓ２１→Ｌ２→Ｃ４→Ｓ２２→Ｃ３と流れて、第二電解コンデンサＣ４を充電し、ＬＥＤを点灯する。以下、同様の動作を繰り返す。ここで、第二チョークコイルＬ２は電流のピーク値をおさえる目的で挿入されている。

図３に、スイッチ駆動信号ｄｓ１，ｄｓ２の位相関係を表す。駆動信号ｄｓ１，ｄｓ２は入力側のスイッチ素子と出力側のスイッチ素子を交互にターンオンさせる信号であり、入力側と出力側のスイッチ素子を同時にオン状態にさせることはない。一方の駆動信号がターンオフさせた後、次に他方の駆動信号がターンオンさせるまで、図３の休止期間Ｔのように、両方の駆動信号ｄｓ１，ｄｓ２がともにオフ信号を維持する期間が必ず存在しているとよい。

＜保護回路の構成＞
保護回路７は、高電位側バリスタＺｈおよび低電位側バリスタＺｌで構成される。バリスタは、所定のバリスタ電圧以上になると抵抗値が急減して大電流を流すことができ、所定電圧未満になると再び抵抗値が高くなるように動作する。

高電位側バリスタＺｈは、高電位側の出力線に発生・印加される異常高電圧を大地に放電するための素子であり、高電位側バリスタＺｈの一端は高電位側の出力線上のいずれかの位置に接続されているとよい。図１の例では、第二電解コンデンサＣ４の正極端よりも後段の位置で、高電位側バリスタＺｈの一端が高電位側の出力線に接続されている。その他、スイッチ素子Ｓ２１と第二チョークコイルＬ２との間の位置や、第二チョークコイルＬ２と第二電解コンデンサＣ４の正極端との間の位置に、バリスタＺｈの一端を接続してもよい。

また、低電位側バリスタＺｌは、低電位側の出力線に発生・印加される異常高電圧を大地に放電するための素子であり、低電位側バリスタＺｌの一端は低電位側の出力線上のいずれかの位置に接続されているとよい。図１の例では、ＬＥＤ電流検出用の抵抗Ｒ１よりも後段の位置で、低電位側バリスタＺｌの一端が低電位側の出力線に接続されている。その他、スイッチ素子Ｓ２２と第二電解コンデンサＣ４の負極端との間の位置や、第二電解コンデンサＣ４の負極端と抵抗Ｒ１との間の位置に、バリスタＺｌの一端を接続してもよい。

ここで、高電位側および低電位側の各出力線に印加された高電圧をアースへバイパスするルートを共通にするため、図１に示すように、２つのバリスタＺｈ，Ｚｌの他端同士を接続して１本のバイパスラインを形成し、このバイパスラインを接地するとよい。

また、図１の両バリスタＺｈ，Ｚｌの他端同士の接続点が接地され、両バリスタＺｈ，Ｚｌのバリスタ電圧の合計がＬＥＤ電源の無負荷電圧、および、ＬＥＤモジュール２０の順方向電圧よりも高く、３００Ｖ未満であることが好ましい。特に、バリスタ電圧の合計値の下限を定めることによって、通常の点灯動作への支障がなくなる。

＜本実施形態の効果＞
以上説明したＬＥＤ電源の効果について図４から図６を使って説明する。
図４は、高電位側の出力線に高電圧が印加された場合に、その高電圧がアースへバイパスされる経路を示した図である。例えば、ＬＥＤモジュール２０の設置時に、設置箇所や作業員の身体などが帯電していると、その静電気が出力線の端子等から侵入して、出力線に異常高電圧が印加されることがある。本実施形態では、異常高電圧が高電位側バリスタＺｈのバリスタ電圧に達すると直ぐにその抵抗が急減し、この高電位側バリスタＺｈに高電圧による電流が流れて大地に放電される。従って、ＬＥＤ電源の半導体スイッチ素子を異常高電圧から保護することができる。なお、図４に示すように、２つのバリスタＺｈ，Ｚｌの他端同士の接続点以降のバイパスラインが、電源ユニット１０の金属ケースに電気的に接続され、この金属ケースが接地されていると、保護回路のグラウンドと筐体のグラウンドが共通グラウンドになるので好ましい。

図５は、ＬＥＤモジュール２０までの出力線の配線長が長く、特に、一対の出力線の長さが、飛来電磁波の波長の１／４の長さ、または、λ／４の奇数倍の長さであるような場合に、電磁誘導と線路の共振による異常高電圧がアースへバイパスされる経路を示した図である。比較例として示す図６は、保護回路７の無い電源回路において、飛来電磁波による異常高電圧が外来ノイズとしてＬＥＤ電源を通過してしまう様子を説明するための図である。ＬＥＤモジュール２０は、接地されたアルミ製の放熱器を有するため、ＬＥＤモジュール２０自体の対地静電容量が１００ｐＦ〜１０００ｐＦ程度と大きくなる。そのため、図６のように一対の出力線に外来ノイズが流れやすく、ＬＥＤ電源の半導体スイッチ素子（Ｓ１１〜Ｓ２２）に耐電圧を上回る異常高電圧が加わってしまい、ＬＥＤ電源の絶縁性が維持できなくなる。

これに対して、図５のように本実施形態の保護回路７を備えていれば、異常高電圧が高電位側および低電位側の両バリスタＺｈ，Ｚｌのバリスタ電圧に達すると直ぐにそれらの抵抗が急減するので、両バリスタＺｈ，Ｚｌを経由して高電圧による電流を大地に放電させることができる。従って、ＬＥＤ電源の半導体スイッチ素子を異常高電圧から保護することができる。
なお、本実施形態のＬＥＤ電源において、一対の出力線の長さは、外部要因である主要な飛来電磁波の波長λの１／４の長さ、および、λ／４の奇数倍の長さを避けて、設定されているとよい。特に、一対の出力線の長さは、主要な飛来電磁波の波長λの１／２の長さのｎ倍（ｎは１，２，３，・・・）に設定されているとよい。
また、出力線は、直線で長ければ長いほど、誘導雷の影響を受けやすい。例えば、数百メートル規模まで誘導雷の影響が生じる。従って、本実施形態の保護回路７は、最大数百メートル規模の出力線に対しても有効となる。

特に、図１のような半導体絶縁方式のＬＥＤ電源では、半導体スイッチ素子（Ｓ１１〜Ｓ２２）の耐電圧を上回る異常高電圧が発生・印加されたとしても、半導体スイッチ素子（Ｓ１１〜Ｓ２２）が破損したり、短命化したりせず、ＬＥＤ電源の絶縁性を維持することができる。

なお、図６では、交流電源が接地されている場合に外来ノイズが発生する様子を説明したが、これに限られず、交流電源が接地されていない場合であっても、交流電源の対地静電容量が生じていれば、同様に異常高電圧による外来ノイズの影響をＬＥＤ電源が受けることがある。従って、交流電源が接地されていない場合においても本実施形態の保護回路７の効果が得られる。

本実施形態では、図１に示す半導体スイッチ素子の配列で構成された半導体絶縁方式のＬＥＤ電源を例にしたが、その他の構成の半導体絶縁方式のＬＥＤ電源においても同様の効果が得られる。
また、従来型のスイッチングコンバーター（例えば、一般的な降圧コンバーター）においても本発明の保護回路７を適用すれば、高電位側または／および低電位側の電路に設けられた半導体スイッチ素子を異常高電圧から保護することができる。

１ フィルター回路
２ ダイオード・ブリッジ
３ 力率改善回路
４ ＤＣ‐ＤＣ変換回路
５ 制御回路
６ 絶縁アンプ
７ 保護回路（バリスタ）
１０ 半導体絶縁方式の電源ユニット (金属ケース入り)
２０ ＬＥＤモジュール
ＡＣ 商用交流電源
Ｓ１１，Ｓ１２ 入力側の一対の半導体スイッチ素子
Ｓ２１，Ｓ２２ 出力側の一対の半導体スイッチ素子

Claims (6)

1. ＬＥＤモジュールと電源ユニットとが二線で接続されてなるＬＥＤ電源であって、
   前記電源ユニットは、外部電源からの入力電流を所望の直流電流に変換するために駆動する半導体スイッチ素子と、
   前記半導体スイッチ素子の位置よりも出力側に延びて前記直流電流を供給する一対の出力線と、を有し、
   前記ＬＥＤモジュールは、前記一対の出力線を介して前記直流電流を供給されるＬＥＤ素子からなり、
   当該ＬＥＤモジュールは、接地状態の放熱器に絶縁性部材を介して取付けられ、
   前記一対の出力線のうちの高電位側の出力線には高電位側バリスタの一端が接続され、
   前記一対の出力線のうちの低電位側の出力線には低電位側バリスタの一端が接続され、
   両バリスタの他端は接地され、
   外部要因によって前記一対の出力線に発生または印加される異常高電圧が、前記両バリスタ、当該両バリスタの接地部分、前記放熱器、前記ＬＥＤモジュール、および前記一対の出力線の順に経路を流れるように構成されていることを特徴とするＬＥＤ電源。
2. 請求項１記載のＬＥＤ電源において、前記半導体スイッチ素子の耐電圧が、５００Ｖ以上、１８００Ｖ以下であることを特徴とするＬＥＤ電源。
3. 請求項１または２記載のＬＥＤ電源において、前記両バリスタの他端同士の接続点が接地され、前記両バリスタのバリスタ電圧の合計が当該ＬＥＤ電源の無負荷電圧、および、前記ＬＥＤモジュールの順方向電圧よりも高く、３００Ｖ未満であることを特徴とするＬＥＤ電源。
4. 請求項１から３のいずれかに記載のＬＥＤ電源において、
   前記ＬＥＤモジュールの対地静電容量は、１００ｐＦ以上、１０００ｐＦ以下であり、
   前記一対の出力線の長さは、前記外部要因である主要な飛来電磁波の波長λの１／４の長さ、および、λ／４の奇数倍の長さを避けて、設定されていることを特徴とするＬＥＤ電源。
5. 請求項４記載のＬＥＤ電源において、
   前記一対の出力線の長さは、主要な前記飛来電磁波の波長λの１／２の長さのｎ倍（ｎは１，２，３，・・・）に設定されていることを特徴とするＬＥＤ電源。
6. 請求項１から５のいずれかに記載のＬＥＤ電源において、
   前記電源ユニットは半導体絶縁方式のスイッチングコンバーターからなり、
   前記スイッチングコンバーターの前記外部電源側の高電位側の電路および低電位側の電路のそれぞれに第１の半導体スイッチ素子および第２の半導体スイッチ素子が設けられ、
   前記スイッチングコンバーターの前記ＬＥＤモジュール側の高電位側の電路および低電位側の電路のそれぞれに第３の半導体スイッチ素子および第４の半導体スイッチ素子が設けられ、
   前記第１の半導体スイッチ素子および前記第２の半導体スイッチ素子を同タイミングで駆動し、前記第３の半導体スイッチ素子および前記第４の半導体スイッチ素子を同タイミングで駆動し、当該外部電源側のスイッチ素子と当該ＬＥＤモジュール側のスイッチ素子が同時にオン状態にならないように交互にターンオンする制御回路を有することを特徴とするＬＥＤ電源。

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