JP6922302B2 - 直流給電用点灯装置、照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、光源の点灯に用いられる直流給電用点灯装置と照明器具に関する。

特許文献１には、ＤＣ−ＤＣ変換回路を用いたＬＥＤ電源回路の入力電源ラインへ伝搬する雑音を低減すると共に、雷サージ性能を向上させるＬＥＤ電源回路が開示されている。このＬＥＤ電源回路は、ラインフィルタとダイオードブリッジ間の入力電源ラインから、アースに対してコンデンサを挿入し、電源ラインからアースに対する総容量が平滑コンデンサの１／２００以下になるように設定するものである。

特開２０１０−１７８５７１号公報

直流電源から電力供給を受ける点灯装置を直流給電用点灯装置という。直流給電用点灯装置の入力電源ラインには直流電流が流れる。この場合、ダイオードブリッジが不要になる。ダイオードブリッジを利用しない場合、雷サージ印加時に負側の電圧がＤＣ−ＤＣ回路に印加されてしまい回路がダメージを受けることがあった。すなわち、ＤＣ−ＤＣ回路のうち通常はグランド電位となる部分に高電圧が印加されることによって回路がダメージを受けてしまう。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、小型かつ低コストで雷サージによるダメージを回避できる直流給電用点灯装置と照明器具を提供することを目的とする。

本願の発明に係る直流給電用点灯装置は、入力側に設けられた第１端子及び第２端子と、該第１端子に接続された第１ラインと、該第２端子に接続された第２ラインと、該第１ラインに直列に接続されたコイルと、該第１ラインと該第２ラインをつなぐ２つのコンデンサと、カソードが電気的に直接該第１ラインの出力側に接続されアノードが電気的に直接該第２ラインの出力側に接続されたサージ保護ダイオードと、を有する入力フィルタ回路と、該サージ保護ダイオードの両端に接続されたバックコンバータ回路と、該バックコンバータ回路を制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする。

本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。

本発明によれば、サージ保護ダイオードを設けることでサージ電圧がバックコンバータ回路に印加されることを防止できる。よって、小型かつ低コストで雷サージによる電子部品の破損を回避できる。

実施の形態１に係る照明器具の回路図である。 比較例の構成で得られる電圧波形を示す図である。 実施の形態１の構成で得られる電圧波形を示す図である。 実施の形態２に係る照明器具の回路図である。 実施の形態２の構成で得られる電圧波形を示す図である。

本発明の実施の形態に係る直流給電用点灯装置と照明器具について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る照明器具の回路図である。この照明器具は、ＬＥＤモジュール３と、直流給電用点灯装置１と、リモコン５からの信号を受信部６を介して入力可能な調光器４と、を備えている。ＬＥＤモジュール３は複数直列に接続されたＬＥＤ３ａを備えている。直流給電用点灯装置１は、入力フィルタ回路１０と、バックコンバータ回路２０と、例えばマイコンで構成された制御装置４０と、を備えている。

入力フィルタ回路１０は、入力側に第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２を備えている。第１端子Ｔ１と直流電源２の高圧側が接続され、第２端子Ｔ２に直流電源２の低圧側が接続される。第１端子Ｔ１には第１ラインＬ１が接続され、第２端子Ｔ２には第２ラインＬ２が接続されている。第１ラインＬ１上に、ヒューズ１１とコイル１６が接続されている。ヒューズ１１は、第１端子Ｔ１とコイル１６の間に設けられている。コイル１６は第１ラインＬ１に直列に接続されたノーマルコイルである。コイル１６の両端にコンデンサ１４、１５とバリスタ１２、１３が接続されている。コンデンサ１４、１５とバリスタ１２、１３は、第１ラインＬ１と第２ラインＬ２を接続する。

入力フィルタ回路１０には、サージ保護ダイオード１７ａとバイパスダイオード１７ｃが設けられている。サージ保護ダイオード１７ａのカソードは第１ラインＬ１の出力側に接続され、アノードは第２ラインＬ２の出力側に接続されている。すなわち、サージ保護ダイオード１７ａは入力フィルタ回路１０の出力側において第１ラインＬ１と第２ラインＬ２を接続している。言い換えれば、サージ保護ダイオード１７ａは、負側の電圧を抑制するために、バリスタ１３と並列に接続されている。

バイパスダイオード１７ｃは、コイル１６と並列に接続されている。バイパスダイオード１７ｃのカソードは入力側に接続され、アノードは出力側に接続されている。これにより、バイパスダイオード１７ｃのカソードはヒューズ１１を介して第１端子Ｔ１に接続され、アノードはサージ保護ダイオード１７ａのカソードに接続されている。

サージ保護ダイオード１７ａの両端にはバックコンバータ回路２０が接続されている。バックコンバータ回路２０は、スイッチング素子２８と、ダイオード２１と、２次巻き線を有するインダクタ２２と、コンデンサ２３と、検出抵抗２６と、抵抗２４、２５が直列接続した分圧回路を備えている。スイッチング素子２８とダイオード２１からなる直列回路が、入力フィルタ回路１０のコンデンサ１５と並列に接続されている。

スイッチング素子２８は、本実施形態ではＭＯＳＦＥＴであり、第１端子としてドレイン、第２端子としてソース、第１、第２端子間をスイッチングするための制御端子としてゲートを備えている。この第１端子が入力フィルタ回路１０の正極と接続し、ダイオード２１のカソードに第２端子が接続される。インダクタ２２とコンデンサ２３が直列回路を形成しており、この直列回路がダイオード２１に並列に接続している。なお、スイッチング素子２８は、入力電圧ラインから、抵抗２９とツェナーダイオード２７を介して、ハイサイドでスイッチングするためのエネルギーを得る。

バックコンバータ回路２０に設けられた検出抵抗２６は、ＬＥＤモジュール３に流れるＬＥＤ電流の検出に用いられる。検出抵抗２６からのＬＥＤ電流に対応した検出電圧が制御装置４０に入力され、制御装置４０はこの検出電圧と、インダクタ２２の２次巻き線で検出したボトム電圧に基づいて、ＬＥＤモジュール３に流れる電流が一定電流になるようにスイッチング素子２８をオンオフする。

抵抗２４、２５は、バックコンバータ回路２０の出力端に設けられており、ＬＥＤモジュール３の電圧検出に用いられる。抵抗２４と抵抗２５により分圧された検出電圧が制御装置４０に入力され、制御装置４０はこの検出電圧に基づいて、ＬＥＤモジュール３の接続有無と電圧異常を検出する。

デジタル電源用制御装置として提供されるマイコンは既に各種のものが公知であるため、それらの公知のマイコンを制御装置４０に使用することができる。また、制御装置４０はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等の演算装置で構成することもできる。制御装置４０の電源は、入力フィルタ回路１０の正極側に接続された制御電源生成回路５０より入力される。制御電源生成回路５０は、入力電圧ラインから制御装置４０用の電源を生成して出力する。

制御装置４０は、例えば、内部バスを介して接続された２つの制御回路、記憶部、Ａ／Ｄ変換回路、及び処理装置等を備えている。２つの制御回路は、スイッチング素子２８をスイッチングするＰＷＭ信号を出力する。記憶部は、例えば不揮発性メモリなどからなり、処理装置で実行すべき演算プログラムおよび演算に用いられる各種データを記憶している。

記憶部に対しては外部からデータの書き込みおよび読み出しが行われるようになっている。処理装置は、スイッチング素子２８のスイッチング制御におけるオン時間などを算出する。制御装置４０には、検出抵抗２６で検知したＬＥＤ電流に応じた電圧と、抵抗２４、２５で分圧されたバックコンバータ回路２０の出力電圧に応じた電圧が入力される。Ａ／Ｄ変換回路でこれらの電圧値がデジタル値に変換され、そのデジタル値を用いて処理装置により演算処理が行われる。

また、制御装置４０には、調光信号Ｉ／Ｆ回路３０を介して調光器４からの調光指令値が入力される。制御装置４０は、この調光指令値に基づいて決定される目標電流とＬＥＤ電流が一致するように、検出抵抗２６で検知したＬＥＤ電流に基づいてスイッチング素子２８のオン時間を調整する。したがって、バックコンバータ回路２０は制御装置４０によって制御される。バックコンバータ回路の出力にＬＥＤモジュール３が接続されている。ＬＥＤモジュール３はバックコンバータ回路２０から供給される電流により発光する。

次に、実施の形態１に係る照明器具に雷サージが印加された場合の動作を説明する。雷サージは、通常、入力電圧が入力される第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２から印加され、入力フィルタ回路１０に侵入する。入力フィルタ回路１０に侵入したサージ電圧は、入力フィルタ回路１０の内のコンデンサ１４、１５とコイル１６の共振により、負側に振れようとする。つまり、第２ラインＬ２の電圧が高くなるおそれがある。このサージ電圧は、サージ保護ダイオード１７ａとバイパスダイオード１７ｃに電流が流れることで抑制される。したがって、第２ラインＬ２の電圧が高くなることを防止できる。

ここで、本発明の実施の形態１に係る直流給電用点灯装置と照明器具の意義の理解を容易にするために、比較例に係る照明器具について説明する。比較例に係る照明器具は、図１の照明器具からサージ保護ダイオード１７ａとバイパスダイオード１７ｃを除去したものである。

図２は、比較例に係る照明器具の入力フィルタ回路に雷サージが侵入した場合における、入力フィルタ回路の出力端子間の電圧波形を示す図である。この電圧波形から明らかなように、比較例の場合、バックコンバータ回路２０に負側の電圧が印加されてしまう。

図３は、本発明の実施の形態１に係る照明器具の入力フィルタ回路１０に雷サージが侵入した場合における、入力フィルタ回路１０の出力端子間の電圧波形を示す図である。本実施形態では、サージ電流がサージ保護ダイオード１７ａとバイパスダイオード１７ｃに流れることで、負側の電圧が抑制される。つまり、第２ラインＬ２の電圧を抑制することができる。しかも、ダイオードブリッジを設けるよりもサージ保護ダイオード１７ａとバイパスダイオード１７ｃを設ける方が安価でありかつ小型化にも好適である。よって実施の形態１にかかる直流給電用点灯装置は、小型かつ低コストで雷サージによるダメージを回避できるものである。

本発明の実施の形態１にかかる直流給電用点灯装置と照明器具はその特徴を失わない範囲で様々な変形が可能である。例えば、バイパスダイオード１７ｃを省略することができる。上述した変形は以下の実施の形態に係る直流給電用点灯装置と照明器具に応用することができる。なお、以下の実施の形態に係る直流給電用点灯装置と照明器具は実施の形態１との類似点が多いので実施の形態１との相違点を中心に説明する。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２に係る照明器具の回路図である。実施の形態２に係る照明器具には、実施の形態１で説明したバイパスダイオード１７ｃはない。実施の形態２に係る照明器具はヒューズ保護ダイオード１７ｂを備えている。ヒューズ保護ダイオード１７ｂは、第１ラインＬ１に直列に接続されている。ヒューズ保護ダイオード１７ｂのカソードはサージ保護ダイオード１７ａのカソードに接続され、ヒューズ保護ダイオード１７ｂのアノードはコイル１６に接続されている。

使用者が、直流給電用点灯装置１の入力極性を誤ることがありえる。つまり、使用者が誤って第１端子Ｔ１に直流電源の負極を接続し、第２端子Ｔ２に直流電源の正極を接続することがありえる。このように直流電源２が逆極性に接続された場合、実施形態１の構成であればサージ保護ダイオード１７ａとバイパスダイオード１７ｃを介して過大な電流が流れ、ヒューズ１１が切れてしまう。

しかし、実施の形態２に係る照明器具では、ヒューズ保護ダイオード１７ｂを設けたので、直流電源２が逆極性に接続された場合にヒューズ１１に過大な電流が流れることはない。実施の形態２の照明器具においても、入力フィルタ回路１０の入力側から侵入する雷サージ電圧はコンデンサ１４、１５とコイル１６の共振により負側に振れようとする。しかしながら、サージ保護ダイオード１７ａの順方向電流とヒューズ保護ダイオード１７ｂのリーク電流が流れることにより、負側の電圧は抑制される。よって、ヒューズ１１が切れることを防止しつつ、バックコンバータ回路２０を保護することができる。

図５は、本発明の実施の形態２に係る照明器具の入力フィルタ回路１０に雷サージが侵入した場合における、入力フィルタ回路１０の出力端子間の電圧波形を示す図である。サージ保護ダイオード１７ａとヒューズ保護ダイオード１７ｂを設けたことで、入力フィルタ回路１０の出力端子間に負電圧が印加されることを防止できている。

図３と図５を比較すると、実施形態２のバックコンバータ回路２０には実施の形態１よりも比較的に長期にわたって電圧が印加されてしまうことが分かる。しかしながら、実施形態２に係る照明器具によれば、実施形態１の照明器具にはない上述したヒューズ保護機能を提供できる。実施形態２に係る照明器具は、ヒューズ保護機能を兼ね備えた雷サージ保護回路を提供するものである。

１０ 入力フィルタ回路、 １１ ヒューズ、 １７ａ サージ保護ダイオード、 １７ｂ ヒューズ保護ダイオード、 １７ｃ バイパスダイオード、 ２０ バックコンバータ回路

Claims (5)

1. 入力側に設けられた第１端子及び第２端子と、前記第１端子に接続された第１ラインと、前記第２端子に接続された第２ラインと、前記第１ラインに直列に接続されたコイルと、前記第１ラインと前記第２ラインをつなぐ２つのコンデンサと、カソードが電気的に直接前記第１ラインの出力側に接続されアノードが電気的に直接前記第２ラインの出力側に接続されたサージ保護ダイオードと、を有する入力フィルタ回路と、
   前記サージ保護ダイオードの両端に接続されたバックコンバータ回路と、
   前記バックコンバータ回路を制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする直流給電用点灯装置。
2. 前記入力フィルタ回路は、前記コイルと並列に接続し、カソードが入力側に接続されアノード側が出力側に接続されたバイパスダイオードを備えたことを特徴とする請求項１に記載の直流給電用点灯装置。
3. 前記第１端子と前記コイルの間に設けられたヒューズと、
   前記第１ラインに直列に、カソードが前記サージ保護ダイオードのカソードに接続され、アノードが前記コイルに接続されたヒューズ保護ダイオードと、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の直流給電用点灯装置。
4. 前記入力フィルタ回路はダイオードブリッジを含まないことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の直流給電用点灯装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の直流給電用点灯装置と、
   前記バックコンバータ回路の出力に接続されたＬＥＤモジュールと、を備えたことを特徴とする照明器具。

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