電源装置及び照明装置
【課題】 ＬＥＤが短絡した場合であっても、ＬＥＤに供給する電流を設定する電流設定部の電力損失を低減して、発熱を抑制し、信頼性を従来よりも向上させることができる電源装置及び該電源装置を備える照明装置を提供する。
【解決手段】 ＬＥＤ９、９、…の１つが短絡した場合、トランジスタ１３はオンとなり、演算増幅器１０の非反転入力端は、トランジスタ１３のエミッタ・コレクタ間の飽和電圧（Ｖｃｅｓａｔ）となり、演算増幅器１０は、反転入力端の電圧がＶｃｅｓａｔに等しくなるように、トランジスタ６のベースへドライブ電流を出力する。これにより、抵抗７に印加される電圧は、非常に小さい電圧であるトランジスタ１３のエミッタ・コレクタ間の飽和電圧Ｖｃｅｓａｔになり、ＬＥＤ９、９、…に流れる電流は非常に小さくなる。
【解決手段】 ＬＥＤ９、９、…の１つが短絡した場合、トランジスタ１３はオンとなり、演算増幅器１０の非反転入力端は、トランジスタ１３のエミッタ・コレクタ間の飽和電圧（Ｖｃｅｓａｔ）となり、演算増幅器１０は、反転入力端の電圧がＶｃｅｓａｔに等しくなるように、トランジスタ６のベースへドライブ電流を出力する。これにより、抵抗７に印加される電圧は、非常に小さい電圧であるトランジスタ１３のエミッタ・コレクタ間の飽和電圧Ｖｃｅｓａｔになり、ＬＥＤ９、９、…に流れる電流は非常に小さくなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤに電流を供給する電源装置及び該電源装置を備える照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源として用いられてきた蛍光灯に比べて、省電力又は長寿命であるという理由で、ＬＥＤが光源として注目を浴びており、数十ｍＡから数百ｍＡ程度の比較的大きな電流を流すことができるＬＥＤが、屋内用の照明機器のみならず、道路用照明機器、産業用照明機器などに使用されるようになった。
【０００３】
このようなＬＥＤを照明機器用の光源として用いる場合、照明機器からの発光量を確保するために、複数のＬＥＤを集合体として接続して機器内に配置し（例えば、複数のＬＥＤを直列に接続し）、集合体としてのＬＥＤに定電圧電源を接続して、一定の電圧をＬＥＤに印加するとともに、ＬＥＤに流れる電流を所定の値にするために、ＬＥＤに直列にトランジスタ、ＦＥＴなどの電流設定素子又はこれらの組合せを接続してＬＥＤに流れる電流を略一定にする電源装置が用いられている。
【０００４】
図３は従来のＬＥＤ用の電源装置の構成を示すブロック図である。図において、１は電源装置に交流電圧を入力するための商用電源である。フィルタ回路２は、商用電源１から流入するノイズを除去する。整流回路３は、入力された交流電圧を全波整流する。コンデンサ４は、整流回路３で全波整流された電圧波形を平滑し、ほぼ一定な直流電圧をコンバータ回路５へ出力する。コンバータ回路５は、定電圧制御部を内蔵し、所定の定電圧を出力する。
【０００５】
コンバータ回路５の正電圧側の出力端には、直列接続されたＬＥＤ９、９、…のアノード側を接続してあり、ＬＥＤ９、９、…のカソード側に電流設定のためのトランジスタ６のコレクタを接続し、トランジスタ６のエミッタに電流制限用の抵抗７の一端を接続し、抵抗７の他端はコンバータ回路５の接地側の出力端を接続してある。トランジスタ６のエミッタは、演算増幅器１０の反転入力端に接続してあり、演算増幅器１０の非反転入力端には、基準電圧Ｖｒを印加してあり、演算増幅器１０の出力は、抵抗８を介してトランジスタ６のベースに接続してある。
【０００６】
これにより、抵抗７とトランジスタ６のエミッタとの接続点の電圧は、演算増幅器１０の動作により基準電圧Ｖｒに保たれ、ＬＥＤ９、９、…に流れる電流Ｉｆは、基準電圧Ｖｒを抵抗７の抵抗値で除した値に設定される。ＬＥＤ９、９、…の順方向電圧Ｖｆが変動した場合であっても、その電圧変動分は、トランジスタ６のエミッタ・コレクタ間の電圧が変化することにより吸収され、ＬＥＤ９、９、…に略一定の電流を流すことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の電源装置にあっては、トランジスタ６のエミッタ・コレクタ間には、コンバータ回路５の出力電圧Ｖｏから、ＬＥＤ９、９、…の順方向電圧Ｖｆ及びトランジスタ６と抵抗７との接続点の電圧Ｖｒを減じた電圧Ｖｃｅ（Ｖｏ−Ｖｆ−Ｖｒ）が生じ、トランジスタ６には、電圧Ｖｃｅと電流Ｉｆとの乗算で表される電力損失が生ずる。この場合に、直列接続されたＬＥＤ９、９、…の１つでカソード・アノード間で短絡破損が発生したときは、ＬＥＤ９の１つ当たりの順方向電圧は、約３Ｖであるため、トランジスタ６のエミッタ・コレクタ間の電圧Ｖｃｅは、さらに３Ｖ程度増加し、トランジスタ６の電力損失が増加し、トランジスタ６からの発熱が大きくなり、信頼性の低下のみならず、電源装置が不良になるおそれがあった。
【０００８】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ＬＥＤの短絡を検出する検出部を備えることにより、ＬＥＤが短絡した場合に、ＬＥＤに流れる電流を設定値より小さくして、トランジスタ、ＦＥＴなどの電流設定素子又はこれらの組合せ（電流設定部）の電力損失を低減して発熱を抑制し、信頼性を従来よりも向上させるとともに、不良を防止することができる電源装置及び該電源装置を備える照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１発明に係る電源装置は、ＬＥＤに供給する電流を設定する電流設定部を有する電源装置において、前記ＬＥＤの短絡を検出する検出部と、前記電流設定部で設定した設定電流を変更する電流変更部とを備え、該検出部が前記ＬＥＤの短絡を検出した場合、前記電流変更部は、前記ＬＥＤに流れる電流を前記設定電流より小さくするようにしてあることを特徴とする。
【００１０】
第２発明に係る電源装置は、第１発明において、前記電流設定部は、前記ＬＥＤと直列に接続するようにしてあり、前記検出部は、前記電流設定部の前記ＬＥＤとの接続端の電圧を検出し、検出した電圧と閾値電圧とを比較する比較部をさらに備え、該比較部が比較した結果に基づいて、前記ＬＥＤの短絡を検出するようにしてあることを特徴とする。
【００１１】
第３発明に係る照明装置は、ＬＥＤと、該ＬＥＤに供給する電流を設定する前記電流設定部を有する第１の発明又は第２の発明に記載の電源装置とを備えることを特徴とする。
【００１２】
第１発明及び第３発明にあっては、電流設定部は設定電流をＬＥＤに供給する。検出部が前記ＬＥＤの短絡を検出した場合、電流変更部は、前記ＬＥＤに流れる電流を、前記設定電流より小さくする。これにより、前記電流設定部の電力損失を抑制する。
【００１３】
第２発明にあっては、前記検出部は、前記電流設定部の前記ＬＥＤとの接続端の電圧を検出する。前記電流設定部の接続端が、前記ＬＥＤのカソード側に接続してある場合に、前記ＬＥＤが短絡したときは、短絡したＬＥＤの順方向電圧降下がゼロになるため、前記電流設定部の接続端の電圧は、前記ＬＥＤの順方向電圧分だけ大きくなる。このため、前記検出部が検出した電圧は、前記ＬＥＤの順方向電圧分だけ大きくなる。比較部は、検出した電圧と閾値電圧（第１の閾値電圧）とを比較する。検出した電圧が前記閾値電圧より大きい場合は、電流変更部は、前記ＬＥＤに流れる電流を前記設定電流より小さくする。これにより、前記電流設定部の電力損失を抑制する。また、前記ＬＥＤを複数直列に接続した場合に、検出するＬＥＤの短絡破損の数を変更するときは、前記電流設定部の接続端の電圧は、さらに大きくなるため、前記閾値電圧を大きくする。
【００１４】
また、前記電流設定部の接続端が、前記ＬＥＤのアノード側に接続してある場合に、前記ＬＥＤが短絡したときは、短絡したＬＥＤの順方向電圧降下がゼロになるため、前記電流設定部の接続端の電圧は、前記ＬＥＤの順方向電圧分だけ小さくなる。このため、前記検出部が検出した電圧は、前記ＬＥＤの順方向電圧分だけ小さくなる。比較部は、検出した電圧と閾値電圧（第２の閾値電圧）とを比較する。検出した電圧が前記閾値電圧より小さい場合は、電流制御部は、前記ＬＥＤに流れる電流を前記設定値より小さくする。これにより、前記電流設定部の電力損失を抑制する。また、前記ＬＥＤを複数直列に接続した場合に、検出するＬＥＤの短絡破損の数を変更するときは、前記電流設定部の接続端の電圧は、さらに小さくなるため、前記閾値電圧を小さくする。
【発明の効果】
【００１５】
第１発明及び第３発明にあっては、ＬＥＤの短絡を検出する検出部を備えることにより、ＬＥＤが短絡破損した場合に、ＬＥＤに流れる電流を設定電流より小さくして、電流設定部の電力損失を低減し、電流設定部からの発熱を抑制し、電源装置及び照明装置の信頼性を従来よりも向上させるとともに、不良を防止することができる。
【００１６】
第２発明にあっては、電流設定部の接続端の電圧を検出し、検出した電圧と閾値電圧とを比較する比較部を備えることにより、前記ＬＥＤを複数直列に接続した場合であっても、短絡破損を検出するＬＥＤの数を任意に設定することができるとともに、電流設定部の電力損失を低減し、電流設定部からの発熱を抑制し、電源装置の信頼性を従来よりも向上させるとともに、不良を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施の形態１
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る照明装置の構成を示すブロック図である。照明装置は、本発明の電源装置及び該電源装置の出力端Ｃ、Ｄ間に複数直列に接続されたＬＥＤ９、９、…を有する。電源装置の入力端Ａ、Ｂ間には、商用電源１を接続してある。
【００１８】
図において、２はフィルタ回路である。フィルタ回路２は、商用電源１から流入するノイズを遮断する。整流回路３は、ダイオードブリッジで構成される全波整流回路であり、入力された交流電圧を全波整流し、全波整流した直流電圧をコンデンサ４へ出力する。コンデンサ４は、整流回路３から入力された直流電圧を平滑し、ほぼ一定の直流電圧をコンバータ回路５へ出力する。
【００１９】
コンバータ回路５は、入力された直流電圧を所定の直流電圧に降圧するためのトランス、所定の発振周波数（例えば、４０ｋＨｚ）でスイッチング動作をするＦＥＴ、出力電圧をフィードバックしてパルス幅を調整するＰＷＭ制御部などを備え、所定の定電圧を出力する。
【００２０】
電源装置の出力端Ｃには、コンバータ回路５の正電圧側の出力端を接続し、出力端Ｄには、電流設定素子であるトランジスタ６のコレクタを接続し、トランジスタ６のエミッタには、抵抗７の一端を接続してあり、抵抗７の他端は、コンバータ回路５の接地側（例えば、電源装置の筐体などの接地レベルに相当する接地端）の出力端に接続してある。トランジスタ６のエミッタは、演算増幅器１０の反転入力端に接続してあり、演算増幅器１０の非反転入力端には、基準電圧Ｖｒを印加してあり、演算増幅器１０の出力は、抵抗８を介してトランジスタ６のベースに接続してある。
【００２１】
これにより、演算増幅器１０は、反転入力端の電圧が基準電圧Ｖｒに等しくなるようにトランジスタ６のベースへドライブ電流を出力し、トランジスタ６は、ベースに入力されたドライブ電流に応じて、エミッタと抵抗７との接続点の電圧が基準電圧Ｖｒに等しくなるようにエミッタ・コレクタ間の電圧Ｖｃｅを変化させる。この場合、トランジスタ６のエミッタ・コレクタ間の電圧Ｖｃｅは、コンバータ回路の出力電圧ＶｏからＬＥＤ９、９、…の順方向電圧Ｖｆ及び抵抗７に印加される電圧Ｖｒを減じた電圧（Ｖｏ−Ｖｆ−Ｖｒ）になり、ＬＥＤ９、９、…に流れる電流は、電圧Ｖｒを抵抗７の抵抗値で除した値であるＩｆに設定される。
【００２２】
トランジスタ６のコレクタには、抵抗１１、１２の直列回路の一端を接続してあり、他端は接地してある。抵抗１１と抵抗１２との接続点は、トランジスタ１３のベースに接続してあり、トランジスタ１３のコレクタは、演算増幅器１０の非反転入力端に接続してある。トランジスタ１３のエミッタは接地してある。
【００２３】
これにより、ＬＥＤ９、９…のカソード側に接続されたトランジスタ６のコレクタの電圧を、抵抗１１、１２の直列回路で検出する。検出した電圧に基づいて、抵抗１１、１２の抵抗値で設定される電圧をトランジスタ１３のベースに印加する。トランジスタ１３のエミッタ・ベース間の電圧に応じて、トランジスタ１３はオン又はオフとなる。従って、抵抗１１、１２の抵抗値を変更することにより、トランジスタ１３をオン又はオフにする閾値電圧を等価的に設定することができる。
【００２４】
また、トランジスタ１３がオン又はオフすることにより、演算増幅器１０の非反転入力端の電圧が、トランジスタ１３のエミッタ・コレクタ間の飽和電圧（Ｖｃｅｓａｔ）と基準電圧Ｖｒとの間で遷移し、この遷移に応じて演算増幅器１０は、トランジスタ６のベースにドライブ電流を出力する。
【００２５】
例えば、トランジスタ１３がオンした場合は、演算増幅器１０の非反転入力端は、トランジスタ１３のエミッタ・コレクタ間の飽和電圧（Ｖｃｅｓａｔ）となり、演算増幅器１０は、反転入力端の電圧がＶｃｅｓａｔに等しくなるように、トランジスタ６のベースへドライブ電流を出力する。これにより、トランジスタ６は、エミッタ・コレクタ間の電圧Ｖｃｅを大きくし、ＬＥＤ９、９、…に流れる電流は小さくなる。
【００２６】
また、トランジスタ１３がオフした場合は、演算増幅器１０の非反転入力端は、基準電圧Ｖｒとなり、演算増幅器１０は、反転入力端の電圧がＶｒに等しくなるように、トランジスタ６のベースへドライブ電流を出力する。これにより、トランジスタ６は、エミッタ・コレクタ間の電圧Ｖｃｅを小さくし、ＬＥＤ９、９、…に流れる電流は所定の設定値になる。
【００２７】
次に本発明の電源装置の動作について説明する。電源装置の入力端に交流電圧を印加することにより、コンバータ回路５のＦＥＴは、所定の発振周波数（例えば、４０ｋＨｚ）でスイッチング動作を行ない、コンバータ回路５は所定の出力電圧（例えば、２４Ｖ）を出力し、直列接続したＬＥＤ９、９、…に直流電流を供給する。
【００２８】
演算増幅器１０は、反転入力端の電圧が基準電圧Ｖｒに等しくなるようにトランジスタ６のベースへドライブ電流を出力し、トランジスタ６は、ベースに入力されたドライブ電流に応じて、エミッタと抵抗７との接続点の電圧が基準電圧Ｖｒに等しくなるようにエミッタ・コレクタ間の電圧Ｖｃｅを変化させる。なお、基準電圧Ｖｒは、電圧Ｖｒを抵抗７の抵抗値で除した値が、ＬＥＤ９、９、…に流れる所定の電流Ｉｆになるように予め設定しておく。
【００２９】
これにより、ＬＥＤ９、９、…には所定の電流Ｉｆが流れるとともに、トランジスタ６のエミッタ・コレクタ間の電圧Ｖｃｅは、コンバータ回路の出力電圧ＶｏからＬＥＤ９、９、…の順方向電圧Ｖｆ及び抵抗７に印加される電圧Ｖｒを減じた電圧（Ｖｏ−Ｖｆ−Ｖｒ）になる。トランジスタ６のコレクタの電圧Ｖｃは、ＶｃｅとＶｒとの加算値となる。トランジスタ１３のベースには、電圧Ｖｃを抵抗１１、１２で分圧した電圧が印加され、この電圧がトランジスタ１３をオンにするためのエミッタ・ベース間の閾値電圧より小さくなるように、予め抵抗１１、１２の抵抗値を設定しておくことにより、トランジスタ１３はオフとなり、トランジスタ６のエミッタの電圧は、基準電圧Ｖｒに保たれる。
【００３０】
次に、直列接続されたＬＥＤ９、９、…の１つが短絡破損した場合、ＬＥＤ９の１つ当たりの順方向電圧を３Ｖとすると、トランジスタ６のコレクタの電圧Ｖｃ´は、Ｖｃよりも３Ｖ大きくなる。トランジスタ１３のベースには、電圧Ｖｃ´を抵抗１１、１２で分圧した電圧が印加され、この電圧がトランジスタ１３をオンにするためのエミッタ・ベース間の閾値電圧より大きくなるように、予め抵抗１１、１２の抵抗値を設定しておくことにより、トランジスタ１３はオンとなる。
【００３１】
この場合、演算増幅器１０の非反転入力端は、トランジスタ１３のエミッタ・コレクタ間の飽和電圧（Ｖｃｅｓａｔ）となり、演算増幅器１０は、反転入力端の電圧がＶｃｅｓａｔに等しくなるように、トランジスタ６のベースへドライブ電流を出力する。これにより、抵抗７に印加される電圧は、非常に小さい電圧であるトランジスタ１３のエミッタ・コレクタ間の飽和電圧Ｖｃｅｓａｔになり、ＬＥＤ９、９、…に流れる電流は非常に小さくなる。また、トランジスタ６は、エミッタ・コレクタ間の電圧Ｖｃｅを大きくする。トランジスタ６のコレクタ・エミッタを流れる電流が非常に小さくなるため、トランジスタ６の電力損失を小さくすることができ、トランジスタ６の発熱を抑制することができる。
【００３２】
トランジスタ６の電力損失の低減の一例として、例えば、コンバータ回路５の出力電圧Ｖｏを２４Ｖ、１つ当たりの順方向電圧が３ＶのＬＥＤを７つ直列接続し、抵抗７の抵抗値を５Ω、基準電圧Ｖｒを０．５Ｖ、トランジスタ１３のエミッタ・コレクタ間の飽和電圧Ｖｃｅｓａｔを０．０５Ｖとした場合について説明する。ＬＥＤ９、９、…が短絡破損を生じていない場合には、ＬＥＤ９、９、…には、電流Ｉｆ＝１００ｍＡが流れる。（Ｉｆ＝０．５Ｖ／５Ω）。トランジスタ６のエミッタ・コレクタ電圧Ｖｃｅは、Ｖｃｅ＝Ｖｏ−Ｖｆ−ＶｒよりＶｃｅ＝２．５Ｖとなり、トランジスタ６の電力損失は、０．２５Ｗとなる。
【００３３】
次に、１つのＬＥＤ９が短絡破損した場合、ＬＥＤ９、９、…の順方向電圧は、２１Ｖから１８Ｖになる。また、抵抗７とトランジスタ６のエミッタとの接続点には、トランジスタ１３のエミッタ・コレクタ間の飽和電圧Ｖｃｅｓａｔである０．０５Ｖが印加されるため、ＬＥＤ９、９、…に流れる電流Ｉｆは、１０ｍＡ（０．０５Ｖ／５Ω）に減少する。トランジスタ６のエミッタ・コレクタ間の電圧Ｖｃｅは、Ｖｃｅ＝Ｖｏ−Ｖｆ−Ｖｃｅｓａｔより、Ｖｃｅは約６Ｖとなり、トランジスタ６の電力損失は、０．０６Ｗに減少する。
【００３４】
仮に、１つのＬＥＤ９が短絡破損した場合に、ＬＥＤ９、９、…に１００ｍＡの電流Ｉｆを流し続けた場合、トランジスタ６のエミッタ・コレクタ間の電圧は、３Ｖ増加して５．５Ｖになるため、トランジスタ６の電力損失は０．５５Ｗにまで増加し、電力損失が約２倍にも増加することになる。
【００３５】
以上説明したように、本発明にあっては、電流設定素子であるトランジスタ６とＬＥＤ９、９、…との接続点、具体的には、トランジスタ６のコレクタの電圧を検出し、検出した電圧に応じて、トランジスタ６のベースへドライブ電流を出力することにより、トランジスタ６のエミッタ・コレクタ間の電圧を変化させ、ＬＥＤ９、９、…に流れる電流を所定の設定値より小さい電流にして、トランジスタ６の電力損失を低減することができる。これにより、トランジスタ６の発熱、温度上昇を抑制し、電源装置の信頼性を向上することができるとともに、トランジスタ６などに起因する不良を防止することができる。
【００３６】
また、ＬＥＤ９、９、…のいずれかが短絡破損した場合の、トランジスタ６の電力損失を低減することができるため、電力損失の最大定格の小さいトランジスタを使用することができるとともに、トランジスタの放熱のための部材なども小型化することができ、部品コストを低減することができる。
【００３７】
実施の形態２
図２は実施の形態２の照明装置の構成を示すブロック図である。実施の形態２は、電源装置の出力端Ｃに、電流設定素子であるトランジスタ６のエミッタを接続し、トランジスタ６のコレクタは、コンバータ回路５の正電圧側出力の一端に接続してある。
【００３８】
トランジスタ６のエミッタには、抵抗２１、２２の直列回路の一端を接続してあり、他端は接地してある。抵抗２１と抵抗２２との接続点は、トランジスタ２３のベースに接続してあり、トランジスタ２３のコレクタは、抵抗２４を介して電圧Ｖｏに接続してあるとともに、トランジスタ２５のベースに接続してある。トランジスタ２５のコレクタは演算増幅器１０の非反転入力端に接続してある。トランジスタ２３、２５のエミッタは接地してある。その他実施の形態１と同様の部分については、同符号を付し説明を省略する。
【００３９】
次に実施の形態２の電源装置の動作について説明する。実施の形態１と同様に、コンバータ回路５は所定の出力電圧（例えば、２４Ｖ）を出力し、直列接続したＬＥＤ９、９、…に直流電流を供給する。
【００４０】
演算増幅器１０は、反転入力端の電圧が基準電圧Ｖｒに等しくなるようにトランジスタ６のベースへドライブ電流を出力し、トランジスタ６は、ベースに入力されたドライブ電流に応じて、抵抗７の一端（電源装置の出力端Ｄ側）の電圧が基準電圧Ｖｒに等しくなるようにエミッタ・コレクタ間の電圧Ｖｃｅを変化させる。なお、基準電圧Ｖｒは、電圧Ｖｒを抵抗７の抵抗値で除した値が、ＬＥＤ９、９、…に流れる所定の電流Ｉｆになるように予め設定しておく。
【００４１】
これにより、ＬＥＤ９、９、…には所定の電流Ｉｆが流れるとともに、トランジスタ６のエミッタ・コレクタ間の電圧Ｖｃｅは、コンバータ回路の出力電圧ＶｏからＬＥＤ９、９、…の順方向電圧Ｖｆ及び抵抗７に印加される電圧Ｖｒを減じた電圧（Ｖｏ−Ｖｆ−Ｖｒ）になる。トランジスタ６のエミッタの電圧Ｖｅは、Ｖｆ＋Ｖｒとなる。トランジスタ２３のベースには、電圧Ｖｅを抵抗２１、２２で分圧した電圧が印加され、この電圧がトランジスタ２３をオンにするためのエミッタ・ベース間の閾値電圧より大きくなるように、予め抵抗２１、２２の抵抗値を設定しておくことにより、トランジスタ２３はオンとなり、トランジスタ２５はオフとなり、抵抗７の一端の電圧は、基準電圧Ｖｒに保たれる。
【００４２】
次に、直列接続されたＬＥＤ９、９、…の１つが短絡破損した場合、ＬＥＤ９の１つ当たりの順方向電圧を３Ｖとすると、トランジスタ６のエミッタの電圧Ｖｅ´は、Ｖｅよりも３Ｖ小さくなる。トランジスタ２３のベースには、電圧Ｖｅ´を抵抗２１、２２で分圧した電圧が印加され、この電圧がトランジスタ２３をオフにするためのエミッタ・ベース間の閾値電圧より小さくなるように、予め抵抗２１、２２の抵抗値を設定しておくことにより、トランジスタ２３はオフとなり、トランジスタ２５はオンとなる。
【００４３】
この場合、演算増幅器１０の非反転入力端は、トランジスタ２５のエミッタ・コレクタ間の飽和電圧（Ｖｃｅｓａｔ）となり、演算増幅器１０は、反転入力端の電圧がＶｃｅｓａｔに等しくなるように、トランジスタ６のベースへドライブ電流を出力する。これにより、抵抗７の一端に印加される電圧は、非常に小さい電圧であるトランジスタ２５のエミッタ・コレクタ間の飽和電圧Ｖｃｅｓａｔになり、ＬＥＤ９、９、…に流れる電流は非常に小さくなる。また、トランジスタ６は、エミッタ・コレクタ間の電圧Ｖｃｅを大きくする。トランジスタ６のコレクタ・エミッタを流れる電流が非常に小さくなるため、トランジスタ６の電力損失を小さくすることができ、トランジスタ６の発熱を抑制することができる。
【００４４】
以上説明したように、本発明にあっては、電流設定素子であるトランジスタ６とＬＥＤ９、９、…との接続点、具体的には、トランジスタ６のエミッタの電圧を検出し、検出した電圧に応じて、トランジスタ６のベースへドライブ電流を出力することにより、トランジスタ６のエミッタ・コレクタ間の電圧を変化させ、ＬＥＤ９、９、…に流れる電流を所定の設定値より小さい電流にして、トランジスタ６の電力損失を低減することができる。これにより、トランジスタ６の発熱、温度上昇を抑制し、電源装置の信頼性を向上することができるとともに、トランジスタ６などに起因する不良を防止することができる。
【００４５】
上述の実施の形態においては、複数接続したＬＥＤの１つが短絡破損した場合について説明したが、短絡破損の検出は、ＬＥＤ１つの短絡破損に限定されるものではなく、２つ以上の複数個のＬＥＤが短絡破損した場合に、ＬＥＤに流れる電流を小さくする構成であってもよい。この場合は、抵抗１１、１２、２１、２２の値を適宜設定することにより実現できる。また、ＬＥＤ短絡時にＬＥＤに流れる電流は、トランジスタ６の電力損失が許容範囲内であれば、任意の値にすることができる。これにより、ＬＥＤ短絡時であっても、ＬＥＤの輝度を所望の値にすることができる。また、トランジスタ１３、２３をオンからオフに遷移するための電圧と、オフからオンに遷移するための電圧とを異なる値にすることにより、通常状態とＬＥＤ短絡時との間の遷移にヒステリシス幅を持たせることも可能である。
【００４６】
上述の実施の形態においては、電源装置は、整流回路３を備える構成であったが、これに限定されるものではなく、入力電圧として交流電圧に代えて、電池により供給される直流電圧を入力する構成であってもよい。この場合は、整流回路３、コンデンサ４は不要になる。また、コンバータ回路５は、降圧型に限定されるものではなく、昇圧型、昇降圧型であってもよい。
【００４７】
上述の実施の形態においては、コンバータ回路５は、ＰＷＭ方式のパルス幅を変更して出力電圧を可変とする構成であったが、これに限定されるものではなく、例えば、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator、電圧制御発振器）など、出力電圧を可変できるものであれば、どのような構成であってもよい。
【００４８】
上述の実施の形態では、ＬＥＤを複数個直列に接続する構成であったが、複数個直列に接続したＬＥＤ系統を複数個並列に接続し、夫々のＬＥＤ系統にトランジスタ６を直列に接続する構成であってもよい。例えば、Ｖｒを共通にして３系統接続した場合、一つの系統で短絡を検知すると、その他の系統も保護が働く。そのことを防止するためにＶｒと非反転入力端間に比較的大きい抵抗（例えば、１ＭΩ）を接続し、トランジスタ１３、２５のコレクタを非反転入力端に接続すれば、各系統を独立して制御することができる。
【００４９】
上述の実施の形態において、抵抗７、１１、１２、２１、２２などは、１つの抵抗として構成してあるが、各抵抗は１つの抵抗に限定されるものではなく、複数の抵抗を直列又は並列に接続した抵抗群であってもよい。また、可変抵抗を用いる構成であってもよい。
【００５０】
上述の実施の形態においては、トランジスタを用いる構成であったが、これに代えてＦＥＴなどを用いる構成であってもよい。また、トランジスタはＮＰＮ形に限らず、ＰＮＰ形であってもよい。
【００５１】
上述の実施の形態においては、ＬＥＤに供給する電流を設定する電流設定部として、トランジスタ１つを用いる構成であったが、これに限定されるものではなく、例えば、トランジスタを直列に接続する構成、トランジスタと該トランジスタのコレクタ又はエミッタに接続された抵抗素子などを組み合わせた構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る照明装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態２の照明装置の構成を示すブロック図である。
【図３】従来のＬＥＤ用の電源装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５３】
５ コンバータ回路
６、１３、２３、２５ トランジスタ
７、８、１１、１２、２１、２２、２４ 抵抗
９ ＬＥＤ
１０ 演算増幅器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤに電流を供給する電源装置及び該電源装置を備える照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源として用いられてきた蛍光灯に比べて、省電力又は長寿命であるという理由で、ＬＥＤが光源として注目を浴びており、数十ｍＡから数百ｍＡ程度の比較的大きな電流を流すことができるＬＥＤが、屋内用の照明機器のみならず、道路用照明機器、産業用照明機器などに使用されるようになった。
【０００３】
このようなＬＥＤを照明機器用の光源として用いる場合、照明機器からの発光量を確保するために、複数のＬＥＤを集合体として接続して機器内に配置し（例えば、複数のＬＥＤを直列に接続し）、集合体としてのＬＥＤに定電圧電源を接続して、一定の電圧をＬＥＤに印加するとともに、ＬＥＤに流れる電流を所定の値にするために、ＬＥＤに直列にトランジスタ、ＦＥＴなどの電流設定素子又はこれらの組合せを接続してＬＥＤに流れる電流を略一定にする電源装置が用いられている。
【０００４】
図３は従来のＬＥＤ用の電源装置の構成を示すブロック図である。図において、１は電源装置に交流電圧を入力するための商用電源である。フィルタ回路２は、商用電源１から流入するノイズを除去する。整流回路３は、入力された交流電圧を全波整流する。コンデンサ４は、整流回路３で全波整流された電圧波形を平滑し、ほぼ一定な直流電圧をコンバータ回路５へ出力する。コンバータ回路５は、定電圧制御部を内蔵し、所定の定電圧を出力する。
【０００５】
コンバータ回路５の正電圧側の出力端には、直列接続されたＬＥＤ９、９、…のアノード側を接続してあり、ＬＥＤ９、９、…のカソード側に電流設定のためのトランジスタ６のコレクタを接続し、トランジスタ６のエミッタに電流制限用の抵抗７の一端を接続し、抵抗７の他端はコンバータ回路５の接地側の出力端を接続してある。トランジスタ６のエミッタは、演算増幅器１０の反転入力端に接続してあり、演算増幅器１０の非反転入力端には、基準電圧Ｖｒを印加してあり、演算増幅器１０の出力は、抵抗８を介してトランジスタ６のベースに接続してある。
【０００６】
これにより、抵抗７とトランジスタ６のエミッタとの接続点の電圧は、演算増幅器１０の動作により基準電圧Ｖｒに保たれ、ＬＥＤ９、９、…に流れる電流Ｉｆは、基準電圧Ｖｒを抵抗７の抵抗値で除した値に設定される。ＬＥＤ９、９、…の順方向電圧Ｖｆが変動した場合であっても、その電圧変動分は、トランジスタ６のエミッタ・コレクタ間の電圧が変化することにより吸収され、ＬＥＤ９、９、…に略一定の電流を流すことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の電源装置にあっては、トランジスタ６のエミッタ・コレクタ間には、コンバータ回路５の出力電圧Ｖｏから、ＬＥＤ９、９、…の順方向電圧Ｖｆ及びトランジスタ６と抵抗７との接続点の電圧Ｖｒを減じた電圧Ｖｃｅ（Ｖｏ−Ｖｆ−Ｖｒ）が生じ、トランジスタ６には、電圧Ｖｃｅと電流Ｉｆとの乗算で表される電力損失が生ずる。この場合に、直列接続されたＬＥＤ９、９、…の１つでカソード・アノード間で短絡破損が発生したときは、ＬＥＤ９の１つ当たりの順方向電圧は、約３Ｖであるため、トランジスタ６のエミッタ・コレクタ間の電圧Ｖｃｅは、さらに３Ｖ程度増加し、トランジスタ６の電力損失が増加し、トランジスタ６からの発熱が大きくなり、信頼性の低下のみならず、電源装置が不良になるおそれがあった。
【０００８】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ＬＥＤの短絡を検出する検出部を備えることにより、ＬＥＤが短絡した場合に、ＬＥＤに流れる電流を設定値より小さくして、トランジスタ、ＦＥＴなどの電流設定素子又はこれらの組合せ（電流設定部）の電力損失を低減して発熱を抑制し、信頼性を従来よりも向上させるとともに、不良を防止することができる電源装置及び該電源装置を備える照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１発明に係る電源装置は、ＬＥＤに供給する電流を設定する電流設定部を有する電源装置において、前記ＬＥＤの短絡を検出する検出部と、前記電流設定部で設定した設定電流を変更する電流変更部とを備え、該検出部が前記ＬＥＤの短絡を検出した場合、前記電流変更部は、前記ＬＥＤに流れる電流を前記設定電流より小さくするようにしてあることを特徴とする。
【００１０】
第２発明に係る電源装置は、第１発明において、前記電流設定部は、前記ＬＥＤと直列に接続するようにしてあり、前記検出部は、前記電流設定部の前記ＬＥＤとの接続端の電圧を検出し、検出した電圧と閾値電圧とを比較する比較部をさらに備え、該比較部が比較した結果に基づいて、前記ＬＥＤの短絡を検出するようにしてあることを特徴とする。
【００１１】
第３発明に係る照明装置は、ＬＥＤと、該ＬＥＤに供給する電流を設定する前記電流設定部を有する第１の発明又は第２の発明に記載の電源装置とを備えることを特徴とする。
【００１２】
第１発明及び第３発明にあっては、電流設定部は設定電流をＬＥＤに供給する。検出部が前記ＬＥＤの短絡を検出した場合、電流変更部は、前記ＬＥＤに流れる電流を、前記設定電流より小さくする。これにより、前記電流設定部の電力損失を抑制する。
【００１３】
第２発明にあっては、前記検出部は、前記電流設定部の前記ＬＥＤとの接続端の電圧を検出する。前記電流設定部の接続端が、前記ＬＥＤのカソード側に接続してある場合に、前記ＬＥＤが短絡したときは、短絡したＬＥＤの順方向電圧降下がゼロになるため、前記電流設定部の接続端の電圧は、前記ＬＥＤの順方向電圧分だけ大きくなる。このため、前記検出部が検出した電圧は、前記ＬＥＤの順方向電圧分だけ大きくなる。比較部は、検出した電圧と閾値電圧（第１の閾値電圧）とを比較する。検出した電圧が前記閾値電圧より大きい場合は、電流変更部は、前記ＬＥＤに流れる電流を前記設定電流より小さくする。これにより、前記電流設定部の電力損失を抑制する。また、前記ＬＥＤを複数直列に接続した場合に、検出するＬＥＤの短絡破損の数を変更するときは、前記電流設定部の接続端の電圧は、さらに大きくなるため、前記閾値電圧を大きくする。
【００１４】
また、前記電流設定部の接続端が、前記ＬＥＤのアノード側に接続してある場合に、前記ＬＥＤが短絡したときは、短絡したＬＥＤの順方向電圧降下がゼロになるため、前記電流設定部の接続端の電圧は、前記ＬＥＤの順方向電圧分だけ小さくなる。このため、前記検出部が検出した電圧は、前記ＬＥＤの順方向電圧分だけ小さくなる。比較部は、検出した電圧と閾値電圧（第２の閾値電圧）とを比較する。検出した電圧が前記閾値電圧より小さい場合は、電流制御部は、前記ＬＥＤに流れる電流を前記設定値より小さくする。これにより、前記電流設定部の電力損失を抑制する。また、前記ＬＥＤを複数直列に接続した場合に、検出するＬＥＤの短絡破損の数を変更するときは、前記電流設定部の接続端の電圧は、さらに小さくなるため、前記閾値電圧を小さくする。
【発明の効果】
【００１５】
第１発明及び第３発明にあっては、ＬＥＤの短絡を検出する検出部を備えることにより、ＬＥＤが短絡破損した場合に、ＬＥＤに流れる電流を設定電流より小さくして、電流設定部の電力損失を低減し、電流設定部からの発熱を抑制し、電源装置及び照明装置の信頼性を従来よりも向上させるとともに、不良を防止することができる。
【００１６】
第２発明にあっては、電流設定部の接続端の電圧を検出し、検出した電圧と閾値電圧とを比較する比較部を備えることにより、前記ＬＥＤを複数直列に接続した場合であっても、短絡破損を検出するＬＥＤの数を任意に設定することができるとともに、電流設定部の電力損失を低減し、電流設定部からの発熱を抑制し、電源装置の信頼性を従来よりも向上させるとともに、不良を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施の形態１
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る照明装置の構成を示すブロック図である。照明装置は、本発明の電源装置及び該電源装置の出力端Ｃ、Ｄ間に複数直列に接続されたＬＥＤ９、９、…を有する。電源装置の入力端Ａ、Ｂ間には、商用電源１を接続してある。
【００１８】
図において、２はフィルタ回路である。フィルタ回路２は、商用電源１から流入するノイズを遮断する。整流回路３は、ダイオードブリッジで構成される全波整流回路であり、入力された交流電圧を全波整流し、全波整流した直流電圧をコンデンサ４へ出力する。コンデンサ４は、整流回路３から入力された直流電圧を平滑し、ほぼ一定の直流電圧をコンバータ回路５へ出力する。
【００１９】
コンバータ回路５は、入力された直流電圧を所定の直流電圧に降圧するためのトランス、所定の発振周波数（例えば、４０ｋＨｚ）でスイッチング動作をするＦＥＴ、出力電圧をフィードバックしてパルス幅を調整するＰＷＭ制御部などを備え、所定の定電圧を出力する。
【００２０】
電源装置の出力端Ｃには、コンバータ回路５の正電圧側の出力端を接続し、出力端Ｄには、電流設定素子であるトランジスタ６のコレクタを接続し、トランジスタ６のエミッタには、抵抗７の一端を接続してあり、抵抗７の他端は、コンバータ回路５の接地側（例えば、電源装置の筐体などの接地レベルに相当する接地端）の出力端に接続してある。トランジスタ６のエミッタは、演算増幅器１０の反転入力端に接続してあり、演算増幅器１０の非反転入力端には、基準電圧Ｖｒを印加してあり、演算増幅器１０の出力は、抵抗８を介してトランジスタ６のベースに接続してある。
【００２１】
これにより、演算増幅器１０は、反転入力端の電圧が基準電圧Ｖｒに等しくなるようにトランジスタ６のベースへドライブ電流を出力し、トランジスタ６は、ベースに入力されたドライブ電流に応じて、エミッタと抵抗７との接続点の電圧が基準電圧Ｖｒに等しくなるようにエミッタ・コレクタ間の電圧Ｖｃｅを変化させる。この場合、トランジスタ６のエミッタ・コレクタ間の電圧Ｖｃｅは、コンバータ回路の出力電圧ＶｏからＬＥＤ９、９、…の順方向電圧Ｖｆ及び抵抗７に印加される電圧Ｖｒを減じた電圧（Ｖｏ−Ｖｆ−Ｖｒ）になり、ＬＥＤ９、９、…に流れる電流は、電圧Ｖｒを抵抗７の抵抗値で除した値であるＩｆに設定される。
【００２２】
トランジスタ６のコレクタには、抵抗１１、１２の直列回路の一端を接続してあり、他端は接地してある。抵抗１１と抵抗１２との接続点は、トランジスタ１３のベースに接続してあり、トランジスタ１３のコレクタは、演算増幅器１０の非反転入力端に接続してある。トランジスタ１３のエミッタは接地してある。
【００２３】
これにより、ＬＥＤ９、９…のカソード側に接続されたトランジスタ６のコレクタの電圧を、抵抗１１、１２の直列回路で検出する。検出した電圧に基づいて、抵抗１１、１２の抵抗値で設定される電圧をトランジスタ１３のベースに印加する。トランジスタ１３のエミッタ・ベース間の電圧に応じて、トランジスタ１３はオン又はオフとなる。従って、抵抗１１、１２の抵抗値を変更することにより、トランジスタ１３をオン又はオフにする閾値電圧を等価的に設定することができる。
【００２４】
また、トランジスタ１３がオン又はオフすることにより、演算増幅器１０の非反転入力端の電圧が、トランジスタ１３のエミッタ・コレクタ間の飽和電圧（Ｖｃｅｓａｔ）と基準電圧Ｖｒとの間で遷移し、この遷移に応じて演算増幅器１０は、トランジスタ６のベースにドライブ電流を出力する。
【００２５】
例えば、トランジスタ１３がオンした場合は、演算増幅器１０の非反転入力端は、トランジスタ１３のエミッタ・コレクタ間の飽和電圧（Ｖｃｅｓａｔ）となり、演算増幅器１０は、反転入力端の電圧がＶｃｅｓａｔに等しくなるように、トランジスタ６のベースへドライブ電流を出力する。これにより、トランジスタ６は、エミッタ・コレクタ間の電圧Ｖｃｅを大きくし、ＬＥＤ９、９、…に流れる電流は小さくなる。
【００２６】
また、トランジスタ１３がオフした場合は、演算増幅器１０の非反転入力端は、基準電圧Ｖｒとなり、演算増幅器１０は、反転入力端の電圧がＶｒに等しくなるように、トランジスタ６のベースへドライブ電流を出力する。これにより、トランジスタ６は、エミッタ・コレクタ間の電圧Ｖｃｅを小さくし、ＬＥＤ９、９、…に流れる電流は所定の設定値になる。
【００２７】
次に本発明の電源装置の動作について説明する。電源装置の入力端に交流電圧を印加することにより、コンバータ回路５のＦＥＴは、所定の発振周波数（例えば、４０ｋＨｚ）でスイッチング動作を行ない、コンバータ回路５は所定の出力電圧（例えば、２４Ｖ）を出力し、直列接続したＬＥＤ９、９、…に直流電流を供給する。
【００２８】
演算増幅器１０は、反転入力端の電圧が基準電圧Ｖｒに等しくなるようにトランジスタ６のベースへドライブ電流を出力し、トランジスタ６は、ベースに入力されたドライブ電流に応じて、エミッタと抵抗７との接続点の電圧が基準電圧Ｖｒに等しくなるようにエミッタ・コレクタ間の電圧Ｖｃｅを変化させる。なお、基準電圧Ｖｒは、電圧Ｖｒを抵抗７の抵抗値で除した値が、ＬＥＤ９、９、…に流れる所定の電流Ｉｆになるように予め設定しておく。
【００２９】
これにより、ＬＥＤ９、９、…には所定の電流Ｉｆが流れるとともに、トランジスタ６のエミッタ・コレクタ間の電圧Ｖｃｅは、コンバータ回路の出力電圧ＶｏからＬＥＤ９、９、…の順方向電圧Ｖｆ及び抵抗７に印加される電圧Ｖｒを減じた電圧（Ｖｏ−Ｖｆ−Ｖｒ）になる。トランジスタ６のコレクタの電圧Ｖｃは、ＶｃｅとＶｒとの加算値となる。トランジスタ１３のベースには、電圧Ｖｃを抵抗１１、１２で分圧した電圧が印加され、この電圧がトランジスタ１３をオンにするためのエミッタ・ベース間の閾値電圧より小さくなるように、予め抵抗１１、１２の抵抗値を設定しておくことにより、トランジスタ１３はオフとなり、トランジスタ６のエミッタの電圧は、基準電圧Ｖｒに保たれる。
【００３０】
次に、直列接続されたＬＥＤ９、９、…の１つが短絡破損した場合、ＬＥＤ９の１つ当たりの順方向電圧を３Ｖとすると、トランジスタ６のコレクタの電圧Ｖｃ´は、Ｖｃよりも３Ｖ大きくなる。トランジスタ１３のベースには、電圧Ｖｃ´を抵抗１１、１２で分圧した電圧が印加され、この電圧がトランジスタ１３をオンにするためのエミッタ・ベース間の閾値電圧より大きくなるように、予め抵抗１１、１２の抵抗値を設定しておくことにより、トランジスタ１３はオンとなる。
【００３１】
この場合、演算増幅器１０の非反転入力端は、トランジスタ１３のエミッタ・コレクタ間の飽和電圧（Ｖｃｅｓａｔ）となり、演算増幅器１０は、反転入力端の電圧がＶｃｅｓａｔに等しくなるように、トランジスタ６のベースへドライブ電流を出力する。これにより、抵抗７に印加される電圧は、非常に小さい電圧であるトランジスタ１３のエミッタ・コレクタ間の飽和電圧Ｖｃｅｓａｔになり、ＬＥＤ９、９、…に流れる電流は非常に小さくなる。また、トランジスタ６は、エミッタ・コレクタ間の電圧Ｖｃｅを大きくする。トランジスタ６のコレクタ・エミッタを流れる電流が非常に小さくなるため、トランジスタ６の電力損失を小さくすることができ、トランジスタ６の発熱を抑制することができる。
【００３２】
トランジスタ６の電力損失の低減の一例として、例えば、コンバータ回路５の出力電圧Ｖｏを２４Ｖ、１つ当たりの順方向電圧が３ＶのＬＥＤを７つ直列接続し、抵抗７の抵抗値を５Ω、基準電圧Ｖｒを０．５Ｖ、トランジスタ１３のエミッタ・コレクタ間の飽和電圧Ｖｃｅｓａｔを０．０５Ｖとした場合について説明する。ＬＥＤ９、９、…が短絡破損を生じていない場合には、ＬＥＤ９、９、…には、電流Ｉｆ＝１００ｍＡが流れる。（Ｉｆ＝０．５Ｖ／５Ω）。トランジスタ６のエミッタ・コレクタ電圧Ｖｃｅは、Ｖｃｅ＝Ｖｏ−Ｖｆ−ＶｒよりＶｃｅ＝２．５Ｖとなり、トランジスタ６の電力損失は、０．２５Ｗとなる。
【００３３】
次に、１つのＬＥＤ９が短絡破損した場合、ＬＥＤ９、９、…の順方向電圧は、２１Ｖから１８Ｖになる。また、抵抗７とトランジスタ６のエミッタとの接続点には、トランジスタ１３のエミッタ・コレクタ間の飽和電圧Ｖｃｅｓａｔである０．０５Ｖが印加されるため、ＬＥＤ９、９、…に流れる電流Ｉｆは、１０ｍＡ（０．０５Ｖ／５Ω）に減少する。トランジスタ６のエミッタ・コレクタ間の電圧Ｖｃｅは、Ｖｃｅ＝Ｖｏ−Ｖｆ−Ｖｃｅｓａｔより、Ｖｃｅは約６Ｖとなり、トランジスタ６の電力損失は、０．０６Ｗに減少する。
【００３４】
仮に、１つのＬＥＤ９が短絡破損した場合に、ＬＥＤ９、９、…に１００ｍＡの電流Ｉｆを流し続けた場合、トランジスタ６のエミッタ・コレクタ間の電圧は、３Ｖ増加して５．５Ｖになるため、トランジスタ６の電力損失は０．５５Ｗにまで増加し、電力損失が約２倍にも増加することになる。
【００３５】
以上説明したように、本発明にあっては、電流設定素子であるトランジスタ６とＬＥＤ９、９、…との接続点、具体的には、トランジスタ６のコレクタの電圧を検出し、検出した電圧に応じて、トランジスタ６のベースへドライブ電流を出力することにより、トランジスタ６のエミッタ・コレクタ間の電圧を変化させ、ＬＥＤ９、９、…に流れる電流を所定の設定値より小さい電流にして、トランジスタ６の電力損失を低減することができる。これにより、トランジスタ６の発熱、温度上昇を抑制し、電源装置の信頼性を向上することができるとともに、トランジスタ６などに起因する不良を防止することができる。
【００３６】
また、ＬＥＤ９、９、…のいずれかが短絡破損した場合の、トランジスタ６の電力損失を低減することができるため、電力損失の最大定格の小さいトランジスタを使用することができるとともに、トランジスタの放熱のための部材なども小型化することができ、部品コストを低減することができる。
【００３７】
実施の形態２
図２は実施の形態２の照明装置の構成を示すブロック図である。実施の形態２は、電源装置の出力端Ｃに、電流設定素子であるトランジスタ６のエミッタを接続し、トランジスタ６のコレクタは、コンバータ回路５の正電圧側出力の一端に接続してある。
【００３８】
トランジスタ６のエミッタには、抵抗２１、２２の直列回路の一端を接続してあり、他端は接地してある。抵抗２１と抵抗２２との接続点は、トランジスタ２３のベースに接続してあり、トランジスタ２３のコレクタは、抵抗２４を介して電圧Ｖｏに接続してあるとともに、トランジスタ２５のベースに接続してある。トランジスタ２５のコレクタは演算増幅器１０の非反転入力端に接続してある。トランジスタ２３、２５のエミッタは接地してある。その他実施の形態１と同様の部分については、同符号を付し説明を省略する。
【００３９】
次に実施の形態２の電源装置の動作について説明する。実施の形態１と同様に、コンバータ回路５は所定の出力電圧（例えば、２４Ｖ）を出力し、直列接続したＬＥＤ９、９、…に直流電流を供給する。
【００４０】
演算増幅器１０は、反転入力端の電圧が基準電圧Ｖｒに等しくなるようにトランジスタ６のベースへドライブ電流を出力し、トランジスタ６は、ベースに入力されたドライブ電流に応じて、抵抗７の一端（電源装置の出力端Ｄ側）の電圧が基準電圧Ｖｒに等しくなるようにエミッタ・コレクタ間の電圧Ｖｃｅを変化させる。なお、基準電圧Ｖｒは、電圧Ｖｒを抵抗７の抵抗値で除した値が、ＬＥＤ９、９、…に流れる所定の電流Ｉｆになるように予め設定しておく。
【００４１】
これにより、ＬＥＤ９、９、…には所定の電流Ｉｆが流れるとともに、トランジスタ６のエミッタ・コレクタ間の電圧Ｖｃｅは、コンバータ回路の出力電圧ＶｏからＬＥＤ９、９、…の順方向電圧Ｖｆ及び抵抗７に印加される電圧Ｖｒを減じた電圧（Ｖｏ−Ｖｆ−Ｖｒ）になる。トランジスタ６のエミッタの電圧Ｖｅは、Ｖｆ＋Ｖｒとなる。トランジスタ２３のベースには、電圧Ｖｅを抵抗２１、２２で分圧した電圧が印加され、この電圧がトランジスタ２３をオンにするためのエミッタ・ベース間の閾値電圧より大きくなるように、予め抵抗２１、２２の抵抗値を設定しておくことにより、トランジスタ２３はオンとなり、トランジスタ２５はオフとなり、抵抗７の一端の電圧は、基準電圧Ｖｒに保たれる。
【００４２】
次に、直列接続されたＬＥＤ９、９、…の１つが短絡破損した場合、ＬＥＤ９の１つ当たりの順方向電圧を３Ｖとすると、トランジスタ６のエミッタの電圧Ｖｅ´は、Ｖｅよりも３Ｖ小さくなる。トランジスタ２３のベースには、電圧Ｖｅ´を抵抗２１、２２で分圧した電圧が印加され、この電圧がトランジスタ２３をオフにするためのエミッタ・ベース間の閾値電圧より小さくなるように、予め抵抗２１、２２の抵抗値を設定しておくことにより、トランジスタ２３はオフとなり、トランジスタ２５はオンとなる。
【００４３】
この場合、演算増幅器１０の非反転入力端は、トランジスタ２５のエミッタ・コレクタ間の飽和電圧（Ｖｃｅｓａｔ）となり、演算増幅器１０は、反転入力端の電圧がＶｃｅｓａｔに等しくなるように、トランジスタ６のベースへドライブ電流を出力する。これにより、抵抗７の一端に印加される電圧は、非常に小さい電圧であるトランジスタ２５のエミッタ・コレクタ間の飽和電圧Ｖｃｅｓａｔになり、ＬＥＤ９、９、…に流れる電流は非常に小さくなる。また、トランジスタ６は、エミッタ・コレクタ間の電圧Ｖｃｅを大きくする。トランジスタ６のコレクタ・エミッタを流れる電流が非常に小さくなるため、トランジスタ６の電力損失を小さくすることができ、トランジスタ６の発熱を抑制することができる。
【００４４】
以上説明したように、本発明にあっては、電流設定素子であるトランジスタ６とＬＥＤ９、９、…との接続点、具体的には、トランジスタ６のエミッタの電圧を検出し、検出した電圧に応じて、トランジスタ６のベースへドライブ電流を出力することにより、トランジスタ６のエミッタ・コレクタ間の電圧を変化させ、ＬＥＤ９、９、…に流れる電流を所定の設定値より小さい電流にして、トランジスタ６の電力損失を低減することができる。これにより、トランジスタ６の発熱、温度上昇を抑制し、電源装置の信頼性を向上することができるとともに、トランジスタ６などに起因する不良を防止することができる。
【００４５】
上述の実施の形態においては、複数接続したＬＥＤの１つが短絡破損した場合について説明したが、短絡破損の検出は、ＬＥＤ１つの短絡破損に限定されるものではなく、２つ以上の複数個のＬＥＤが短絡破損した場合に、ＬＥＤに流れる電流を小さくする構成であってもよい。この場合は、抵抗１１、１２、２１、２２の値を適宜設定することにより実現できる。また、ＬＥＤ短絡時にＬＥＤに流れる電流は、トランジスタ６の電力損失が許容範囲内であれば、任意の値にすることができる。これにより、ＬＥＤ短絡時であっても、ＬＥＤの輝度を所望の値にすることができる。また、トランジスタ１３、２３をオンからオフに遷移するための電圧と、オフからオンに遷移するための電圧とを異なる値にすることにより、通常状態とＬＥＤ短絡時との間の遷移にヒステリシス幅を持たせることも可能である。
【００４６】
上述の実施の形態においては、電源装置は、整流回路３を備える構成であったが、これに限定されるものではなく、入力電圧として交流電圧に代えて、電池により供給される直流電圧を入力する構成であってもよい。この場合は、整流回路３、コンデンサ４は不要になる。また、コンバータ回路５は、降圧型に限定されるものではなく、昇圧型、昇降圧型であってもよい。
【００４７】
上述の実施の形態においては、コンバータ回路５は、ＰＷＭ方式のパルス幅を変更して出力電圧を可変とする構成であったが、これに限定されるものではなく、例えば、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator、電圧制御発振器）など、出力電圧を可変できるものであれば、どのような構成であってもよい。
【００４８】
上述の実施の形態では、ＬＥＤを複数個直列に接続する構成であったが、複数個直列に接続したＬＥＤ系統を複数個並列に接続し、夫々のＬＥＤ系統にトランジスタ６を直列に接続する構成であってもよい。例えば、Ｖｒを共通にして３系統接続した場合、一つの系統で短絡を検知すると、その他の系統も保護が働く。そのことを防止するためにＶｒと非反転入力端間に比較的大きい抵抗（例えば、１ＭΩ）を接続し、トランジスタ１３、２５のコレクタを非反転入力端に接続すれば、各系統を独立して制御することができる。
【００４９】
上述の実施の形態において、抵抗７、１１、１２、２１、２２などは、１つの抵抗として構成してあるが、各抵抗は１つの抵抗に限定されるものではなく、複数の抵抗を直列又は並列に接続した抵抗群であってもよい。また、可変抵抗を用いる構成であってもよい。
【００５０】
上述の実施の形態においては、トランジスタを用いる構成であったが、これに代えてＦＥＴなどを用いる構成であってもよい。また、トランジスタはＮＰＮ形に限らず、ＰＮＰ形であってもよい。
【００５１】
上述の実施の形態においては、ＬＥＤに供給する電流を設定する電流設定部として、トランジスタ１つを用いる構成であったが、これに限定されるものではなく、例えば、トランジスタを直列に接続する構成、トランジスタと該トランジスタのコレクタ又はエミッタに接続された抵抗素子などを組み合わせた構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る照明装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態２の照明装置の構成を示すブロック図である。
【図３】従来のＬＥＤ用の電源装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５３】
５ コンバータ回路
６、１３、２３、２５ トランジスタ
７、８、１１、１２、２１、２２、２４ 抵抗
９ ＬＥＤ
１０ 演算増幅器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤに供給する電流を設定する電流設定部を有する電源装置において、
前記ＬＥＤの短絡を検出する検出部と、
前記電流設定部で設定した設定電流を変更する電流変更部と
を備え、
該検出部が前記ＬＥＤの短絡を検出した場合、前記電流変更部は、前記ＬＥＤに流れる電流を前記設定電流より小さくするようにしてあることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記電流設定部は、
前記ＬＥＤと直列に接続するようにしてあり、
前記検出部は、
前記電流設定部の前記ＬＥＤとの接続端の電圧を検出し、
検出した電圧と閾値電圧とを比較する比較部をさらに備え、
該比較部が比較した結果に基づいて、前記ＬＥＤの短絡を検出するようにしてあることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
ＬＥＤと、該ＬＥＤに供給する電流を設定する前記電流設定部を有する請求項１又は請求項２に記載の電源装置とを備えることを特徴とする照明装置。
【請求項１】
ＬＥＤに供給する電流を設定する電流設定部を有する電源装置において、
前記ＬＥＤの短絡を検出する検出部と、
前記電流設定部で設定した設定電流を変更する電流変更部と
を備え、
該検出部が前記ＬＥＤの短絡を検出した場合、前記電流変更部は、前記ＬＥＤに流れる電流を前記設定電流より小さくするようにしてあることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記電流設定部は、
前記ＬＥＤと直列に接続するようにしてあり、
前記検出部は、
前記電流設定部の前記ＬＥＤとの接続端の電圧を検出し、
検出した電圧と閾値電圧とを比較する比較部をさらに備え、
該比較部が比較した結果に基づいて、前記ＬＥＤの短絡を検出するようにしてあることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
ＬＥＤと、該ＬＥＤに供給する電流を設定する前記電流設定部を有する請求項１又は請求項２に記載の電源装置とを備えることを特徴とする照明装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−２２２３７７（Ｐ２００６−２２２３７７Ａ）
【公開日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３６２７２（Ｐ２００５−３６２７２）
【出願日】平成１７年２月１４日（２００５．２．１４）
【出願人】（０００１９５０２９）星和電機株式会社 (143)
【出願人】（５９０００４６４８）株式会社共進電機製作所 (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月１４日（２００５．２．１４）
【出願人】（０００１９５０２９）星和電機株式会社 (143)
【出願人】（５９０００４６４８）株式会社共進電機製作所 (7)
【Ｆターム（参考）】
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