ＬＥＤ電源装置
【課題】ＬＥＤ負荷の開放状態からいきなり負荷が接続されても、許容される最大電流以上の負荷電流が流れないように負荷電流を制限できるＬＥＤ電源装置を提供すること。
【解決手段】電源電力によって充電された出力コンデンサＣ３に対して並列接続されたＬＥＤの電源装置であって、ＬＥＤに直列接続された電流制限抵抗Ｒ３と、この抵抗の両端を結ぶスイッチング素子Ｑ２と、負荷電流検出用の抵抗Ｒ２と、スイッチング素子の制御回路４を備える。制御回路４は、スイッチング素子の切換を行うスイッチング切換手段６８と、負荷電流値を監視してその有無によりＬＥＤの接続状態になったことを判定する電流有無判定手段６４と、ＬＥＤの接続直後の負荷電流値Ｉと基準値Ｉ０を比較して、負荷電流が基準値まで減衰するタイミングを判別する電流比較手段６６を有する。スイッチング切換手段６８は前記タイミングでスイッチング素子をオン状態に切換える。
【解決手段】電源電力によって充電された出力コンデンサＣ３に対して並列接続されたＬＥＤの電源装置であって、ＬＥＤに直列接続された電流制限抵抗Ｒ３と、この抵抗の両端を結ぶスイッチング素子Ｑ２と、負荷電流検出用の抵抗Ｒ２と、スイッチング素子の制御回路４を備える。制御回路４は、スイッチング素子の切換を行うスイッチング切換手段６８と、負荷電流値を監視してその有無によりＬＥＤの接続状態になったことを判定する電流有無判定手段６４と、ＬＥＤの接続直後の負荷電流値Ｉと基準値Ｉ０を比較して、負荷電流が基準値まで減衰するタイミングを判別する電流比較手段６６を有する。スイッチング切換手段６８は前記タイミングでスイッチング素子をオン状態に切換える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＬＥＤ照明器具の電源装置に関し、電源オンの状態でＬＥＤ負荷を交換する際の負荷電流の制限機能に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤの性能が高くなってきており、寿命が長い等の理由で従来の照明器具がＬＥＤを用いた照明器具に置き換えられる状態にある。今後ＬＥＤの性能がますます向上していけば、汎用の照明器具分野でＬＥＤ照明器具がさらに採用されると期待される。
ＬＥＤ照明器具の電源装置としては、回路効率を改善するためにフライバック方式を用いたＡＤ−ＤＣ変換回路が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載のＬＥＤ照明器具は、商用交流電源（ＡＣ電源）をダイオードブリッジにより全波整流して直流電圧（ＤＣ）にする。そして、直流電圧を所定電圧の直流電力に電力変換してＬＥＤ負荷に供給するようになっている。特許文献１では、変換回路に設けられたスイッチング素子をオンオフ駆動して、ＬＥＤ負荷側の電圧降下が所定値となるようにオンデューティー（オン幅）をフィードバック制御している。
【０００４】
また、特許文献２には、フライバック方式のＡＤ−ＤＣ変換回路においてＬＥＤ照明とスイッチング素子の直列接続が、出力コンデンサに対して並列に接続されたものが開示されている。このスイッチング素子が人の眼に感じない程度の周期でオンオフ駆動することにより、ＬＥＤ照明の調光が行われる。すなわちＬＥＤへの負荷電流をパルス状にして、その波形の平均値で調光を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１３０４３８号公報
【特許文献２】ＷＯ２００９／０５４２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１および２の従来のＬＥＤ照明用の電源装置において、負荷を開放した状態から負荷を接続した状態へ移行した際の、負荷電流の制御システムに関しては、詳細な検討がなされていなかった。
【０００７】
ＬＥＤ負荷は、交流電源によって充電される出力コンデンサに並列接続されており、この出力コンデンサから供給される負荷電流によって点灯が維持される。フライバック方式を用いた一段構成のＡＣ−ＤＣ変換回路を用いれば、負荷電流の定電流制御を行うことができる。更に、力率を９５％以上確保し、かつ、ＬＥＤ負荷に流れる電流のリップルを小さく抑えようとする場合には、フライバック・トランスの二次側の出力コンデンサの容量を大きくする必要がある。
【０００８】
ＬＥＤ負荷は、白熱電球や熱陰極蛍光ランプ等と異なって加熱時間を必要とするフィラメントが存在しないので、フル発光までの立ち上がり時間が非常に短い。しかし、ＬＥＤに過大な負荷電流が流れると、ＬＥＤの発光結晶自体が変形して発光効率が低下してしまう。
【０００９】
汎用の照明器具としてＬＥＤ照明が普及すれば、電源装置からＬＥＤ負荷を取り外したり、電源装置にＬＥＤ負荷を取り付けたりする作業が増える。ＬＥＤ負荷を交換する際、従来の白熱電球のように、ＬＥＤ負荷へ負荷電流が供給されている状態でＬＥＤ負荷のみを取り外したり、ＬＥＤ負荷を取り付けるタイミングですぐに負荷電流が流れたりする状況が発生し得る。
【００１０】
フライバック方式のＡＤ−ＤＣ変換回路において、交流源電力により出力コンデンサが充電状態にある時に、ＬＥＤ負荷が取り外される（負荷開放状態）と、電源装置で許容される最大電圧が出力コンデンサに印加されて、出力コンデンサがフル充電の状態になる。その状態でＬＥＤ負荷をいきなり接続する（負荷接続状態）と、許容される最大電流を超える負荷電流がＬＥＤに瞬時に流れ、発光効率が低下してしまうとともに、ＬＥＤにダメージを与えてその寿命が著しく短くなってしまうという問題があった。
【００１１】
本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、交流電源電力により出力コンデンサがフルに充電されている状態で、ＬＥＤ負荷の開放状態からいきなり負荷が接続されたとしても、許容される最大電流以上の負荷電流が流れないように負荷電流を制限してＬＥＤ負荷を保護することができ、かつ、負荷電流が安定した後は、負荷電流を制限しない状態で高い効率の点灯を維持できるＬＥＤ電源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】
【００１２】
前記目的を達成するために本発明者は、ＬＥＤ負荷に対しては、電流制限抵抗を常時設けると、不必要な電力ロスを増大させてしまうため、負荷を開放状態から接続状態に移行する前後だけ、所望の電流制限抵抗で過大な負荷電流を制限すれば、ＬＥＤ照明の優れた照明特性を維持しつつ、ＬＥＤ照明を保護できることに着目し、そのような制御システムを構築することに取り組んだ。本発明者が鋭意検討を進めた結果、出力コンデンサに対して、ＬＥＤ負荷と電流制限抵抗とを直列接続し、かつ、電流制限抵抗の両端をスイッチング素子で結んで、このスイッチング素子の切換えにより、所望の期間では電流制限抵抗の両端を短絡する制御システムを用いれば、ＬＥＤ照明の保護と照明特性の発揮を両立できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
すなわち、本発明に係るＬＥＤ電源装置は、電源電力によってコンデンサを充電し、該コンデンサに対して並列接続されたＬＥＤ負荷に負荷電流を供給するＬＥＤ電源装置であって、ＬＥＤ負荷に直列に接続されて負荷電流を制限する電流制限抵抗手段と、前記電流制限抵抗手段の両端を結ぶスイッチング素子と、前記コンデンサからＬＥＤ負荷に流れる負荷電流値を検出する負荷電流検出手段と、前記スイッチング素子のオンオフ切換を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段が、以下のスイッチング切換手段、電流有無判定手段および電流比較手段を有することを特徴とする。
【００１４】
前記スイッチング切換手段は、該電源装置からＬＥＤ負荷が取り外された状態では、前記スイッチング素子をオフ状態で維持する。前記電流有無判定手段は、前記負荷電流値を監視して負荷電流の有無によってＬＥＤ負荷が接続されたことを判定する。また、前記電流比較手段は、ＬＥＤ負荷の接続直後に前記電流制限抵抗手段に流れる負荷電流値と基準値とを比較して、負荷電流値が基準値よりも高い状態から基準値まで減衰するタイミングを判別する。そして、前記スイッチング切換手段は、前記タイミングでスイッチング素子をオン状態にして前記電流制限抵抗手段の両端を短絡させるのである。
【００１５】
また、上記のように負荷電流の基準値（Ｉ０）を用いてスイッチング切換を行う場合ではなく、一定時間（ｔ０）経過したらスイッチング切換を行うようにしてもよい。すなわち、本発明に係るＬＥＤ電源装置の制御手段は、以下のスイッチング切換手段および電流有無判定手段を有することを特徴とする。
【００１６】
前記スイッチング切換手段は、該電源装置からＬＥＤ負荷が取り外された状態では、前記スイッチング素子をオフ状態で維持する。また、前記電流有無判定手段は、前記負荷電流値を監視して負荷電流の有無によってＬＥＤ負荷が接続されたことを判定する。そして、前記スイッチング切換手段は、ＬＥＤ負荷の接続が判定されたら、前記スイッチング素子をオフ状態のままにして負荷電流を前記電流制限抵抗手段に一定時間流し、該一定時間経過後、前記スイッチング素子をオン状態にして前記電流制限抵抗手段の両端を短絡させるのである。
【００１７】
さらに、本発明のＬＥＤ照明器具では、前記電流有無判定手段がＬＥＤ負荷の開放（非接続）状態を判定する機能を有することが好ましい。すなわち、前記電流有無判定手段は、該電源装置からＬＥＤ負荷が取り外された状態を、負荷電流の有無によって判定する。この判定によって、前記スイッチング切換手段が、前記スイッチング素子をオン状態で維持するとよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のＬＥＤ電源装置によれば、電流制限抵抗手段とスイッチング素子の並列接続回路がＬＥＤ負荷に対して直列に接続されている。そして、ＬＥＤ負荷の開放状態でいきなり負荷が接続された場合には、一定期間だけスイッチング素子のオフ状態を維持して、過大な負荷電流が瞬時にＬＥＤ負荷に流れ込むことを防ぐことができる。また、一定期間の後は、スイッチング素子をオン状態に切り替えて、電流制限抵抗手段を介さずに負荷電流をＬＥＤ負荷に流すことができる。このようにＬＥＤ負荷を開放状態から接続状態に移行する前後だけ、電流制限抵抗で過大な負荷電流を制限すれば、ＬＥＤ照明の優れた照明特性を維持しつつ、過電流による発光結晶の変形を防いでＬＥＤ照明を確実に保護できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態にかかるＬＥＤ電源装置の全体回路図である。
【図２】前記ＬＥＤ電源装置の制御回路のブロック図である。
【図３】前記ＬＥＤ電源装置においてＬＥＤ負荷の開放状態から接続状態に移行した場合に負荷電流を制限する処理のシーケンスフロー図である。
【図４】前記ＬＥＤ電源装置において負荷開放状態から負荷接続状態への移行における負荷電流の時間変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態について説明する。図１に本実施形態に係るＬＥＤ照明器具の全体構成を示す。ＬＥＤ照明器具は、交流電流を用いて直流電流を生成する直流電源装置１、および、直流電源装置１から負荷電流を供給されて点灯するＬＥＤ負荷（以降ＬＥＤと示す）を有して構成されている。
【００２１】
本発明のポイントとなる直流電源装置１の制御システムに関して詳しく説明する。直流電源装置１は、図１に示すように、ダイオードブリッジなどで構成される全波整流回路ＤＢと、ＬＥＤに対して並列接続された出力コンデンサＣ３（電解コンデンサ）と、全波整流回路ＤＢの後段に接続され整流電流を電力変換して出力コンデンサＣ３を充電する充電回路２と、この充電回路２を制御する制御手段４とを有する。充電回路２は、フライバック・コンバータと呼ばれ、出力コンデンサＣ３を介して一定電流をＬＥＤに供給する。また、充電回路２は、力率改善回路としても機能し、全波整流回路ＤＢに入力される交流電流を歪みのない正弦波に整形することができる回路である。
【００２２】
充電回路２は、具体的にバイパスコンデンサＣ１と、フライバック・トランスＴ１と、充電用スイッチング素子Ｑ１と、ダイオードＤ２とを有する。バイパスコンデンサＣ１は、全波整流回路ＤＢの出力端同士を結ぶもので、全波整流回路ＤＢからの整流電流を部分平滑するため、および、充電用スイッチング素子Ｑ１のオンオフ駆動により断続された電流の影響がＡＣ電源側に及ぶことを防止するために設けられている。トランスＴ１は、全波整流後の整流電圧Ｖ１を一次電圧として二次電圧を出力コンデンサＣ３に印加するように設けられている。
【００２３】
充電用スイッチング素子Ｑ１は、トランスＴ１の一次巻線Ｔ１ａに直列接続されていて、オンオフ駆動により二次巻線Ｔ１ｂに二次電圧を誘起させる。充電用スイッチング素子Ｑ１のドレイン側端子は、一次巻線Ｔ１ａに接続され、Ｑ１のソース側端子は、全波整流回路ＤＢの負極端子側であるグランドラインに接続されている。スイッチング素子Ｑ１にはＮチャネルのエンハンスメント形のＭＯＳＦＥＴを使用する。制御回路４に設けられている駆動回路１４からスイッチング素子Ｑ１のゲートに駆動電流が供給されてゲート電圧が生じると、ドレイン−ソース間に電流が流れる。この状態をスイッチング素子Ｑ１のオン状態という。一方、ゲートに駆動電流が供給されず、ドレイン電流が流れない状態をオフ状態という。ダイオードＤ２は、二次巻線Ｔ１ｂに直列接続されて二次電流を整流し、整流後の二次電流を出力コンデンサＣ３の正極に供給する。
【００２４】
充電回路２にはノイズ除去回路３が設けられている。ノイズ除去回路３は、ダイオードＤ１およびノイズ除去コンデンサＣ２の直列回路と、抵抗Ｒ１とを有して構成されている。直列回路（Ｄ１およびＣ２）は、トランスＴ１の一次巻線の両端子を結ぶように接続されている。ここで、ダイオードＤ１のアノード側端子は、一次巻線Ｔ１ａと充電用スイッチング素子Ｑ１の接続点につながれ、カソード側端子はノイズ除去コンデンサＣ２に接続される。ノイズ除去コンデンサＣ２および抵抗Ｒ１は並列回路を形成している。
【００２５】
充電回路２は以上のように構成され、出力コンデンサＣ３に整流電流に基づくエネルギーを蓄積する。そして出力コンデンサＣ３に蓄積されたエネルギーによってＬＥＤに負荷電流Ｉが供給されるようになっている。この充電回路２は本発明の充電手段に相当する。
【００２６】
出力コンデンサＣ３の負極側とＬＥＤとの結線上には、ＬＥＤに流れる負荷電流Ｉを検出するための抵抗Ｒ２が配設されている。この抵抗Ｒ２が本発明の負荷電流検出手段を構成する。
【００２７】
制御回路４は、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）と、負荷電流Ｉの検出用のＡＤコンバータと、充電用スイッチング素子Ｑ１に駆動電流を供給するＦＥＴ駆動回路と、ＲＯＭおよびＲＡＭを有し、充電用スイッチング素子Ｑ１の駆動制御システムを構築している。ＡＤコンバータにより、負荷電流Ｉの瞬時値の絶対値がアナログデータとして検出される。これがＣＰＵで認識可能なデジタルデータ（数値）に変換され、ＣＰＵに向けて出力される。
【００２８】
ＣＰＵでは、例えば、全波整流後の電圧の分圧値に基づいて、スイッチング周期を決定するとともに、抵抗Ｒ２を介して検出されるＬＥＤの負荷電流値Ｉに基づいてオン幅（オン状態の時間）を決定する。ＣＰＵは、決定されたスイッチング周期とオン幅の指令信号をスイッチング素子Ｑ１用のＭＯＳＦＥＴ駆動回路に送る。Ｑ１用の駆動回路は、指令信号に基づく駆動電流をＱ１へ供給し、これをオンオフ駆動させる。
【００２９】
制御回路４は、充電用スイッチング素子Ｑ１を駆動させることにより、ＬＥＤに流れる電流の定電流制御を行ないつつ力率改善制御も同時に実行するように充電用スイッチング素子Ｑ１のスイッチングを高周波数制御する。すなわち、制御回路４は、検出された負荷電流値Ｉが予め設定されている電流値に近づくように充電用スイッチング素子Ｑ１のスイッチングのオン幅を制御する。充電用スイッチング素子Ｑ１のオン状態では、全波整流電流がトランスＴ１の磁性体に磁場のエネルギーとして蓄積され、オフ状態では二次側に誘起される二次電圧に基づいて電流が流れ、出力コンデンサＣ３が充電される。制御回路４によるオン幅の調整により、負荷電流Ｉの定電流制御が実行され、ＬＥＤの電流値を安定させている。
【００３０】
また、制御回路４は、交流電源ＡＣから流れ込む入力電流の電流波形を正弦波に近似させるために、充電用スイッチング素子Ｑ１のスイッチングの周期（スイッチングのオン幅＋スイッチングのオフ幅）を例えば、整流電圧の瞬時値に比例するように制御することで力率改善を行なっている。
【００３１】
＜ＬＥＤの開放状態から接続状態に移行した際の負荷電流制御システム＞
本発明で特徴的なことは、図１に示すように負荷電流を制限する電流制限抵抗手段として抵抗Ｒ３をＬＥＤに対して直列接続し、この抵抗Ｒ３の両端を結ぶように電流制限解除用スイッチング素子Ｑ２を設けた。さらに、上記の制御回路４をベースとしてＣＰＵ６に更に、図２のブロック図で示す負荷電流取得手段６２、負荷電流の有無判定手段６４、負荷電流の比較手段６６およびスイッチング切換手段６８を設けて、ＬＥＤの開放状態から接続状態に移行した際に過大な負荷電流がＬＥＤに瞬時に流れてしまうことを防止する負荷電流制御システムを構築した点にある。
【００３２】
負荷電流取得手段６２は、ＡＤコンバータ８から負荷電流Ｉの瞬時値を取得する。電流有無判定手段６４は、負荷電流取得手段６２により取得された負荷電流Ｉの瞬時値に基づいて、ＬＥＤに負荷電流が流れているかどうかを判定する。電流比較手段６６は、電流有無判定手段６４によって負荷電流が流れていると判定された場合に、負荷電流Ｉの瞬時値と予め設定された基準値Ｉ０とを比較する。基準値Ｉ０には、ＲＡＭ等に保持された値を用いる。その比較結果に基づき、負荷電流Ｉが基準値Ｉ０まで減衰したかどうかを判断する。
【００３３】
スイッチング切換手段６８は、電流比較手段６６が負荷電流Ｉの減衰を判断した場合に、電流制限解除用スイッチング素子Ｑ２をオフ状態からオン状態に切り替える指令信号をＦＥＴ駆動回路１２に出力する。ＦＥＴ駆動回路１２は指令信号に従って、スイッチング素子Ｑ２のオン・オフ状態を切換える。
【００３４】
図３のシーケンスフロー図を用いて、ＣＰＵ６の動作を具体的に説明する。電源装置１がオン（Ｓ０）で出力コンデンサＣ３の充電を実行中に、ＬＥＤが開放状態になるとスイッチング素子Ｑ２がオフ状態に切換えられる（Ｓ１）。この動作は、例えば、電源装置１がオンの時にはＬＥＤが接続されており（接続状態）、ＬＥＤ点灯動作中に、ＬＥＤが取り外された場合（開放状態）、つまり、交換作業などの何らかの要因でＬＥＤの接続状態から解放状態にいきなり移行した場合に、スイッチング素子Ｑ２が自動的にオンからオフ状態に切替わることを意味する。
【００３５】
次に電流有無判定手段６４により負荷電流Ｉの有無が判定される（Ｓ２）。ＬＥＤが取り外された状態では、負荷電流無し、と判定され、負荷電流有りと判定されるまでの間、Ｓ２の判定処理が繰り返し実行される。ここでＬＥＤが取り付けられて接続状態になると、出力コンデンサＣ３からの負荷電流ＩがＬＥＤおよび抵抗Ｒ３を流れるから、電流有無判定手段６４が負荷電流有りと判定する。なお、このＳ２の処理は、スイッチング素子Ｑ２がオフ状態である場合のみ実行される。
【００３６】
次に電流比較手段６６により負荷電流値Ｉが、基準値Ｉ０と比較される（Ｓ３）。ＬＥＤの接続状態になった直後の負荷電流Ｉは、抵抗Ｒ３による制限を受けるが、通常の点灯状態での負荷電流よりも僅かであるが瞬時に増加する。この接続直後の負荷電流Ｉのピーク値およびピーク値からの減衰速度は、抵抗Ｒ３の抵抗値によって決定される。つまり、抵抗値が大きいほどピーク値は小さくなるが、減衰速度は遅くなって負荷電流の減衰カーブはなだらかになる。
【００３７】
電流比較手段６６は、負荷電流値Ｉと基準値Ｉ０を比較して、負荷電流Ｉが基準値Ｉ０より大きい場合は、Ｓ３の比較処理を繰り返し実行する。そして負荷電流がピーク値から減衰していく過程で、負荷電流値Ｉが基準値Ｉ０まで減衰すると、スイッチング素子Ｑ２をオフ状態からオン状態に反転して、抵抗Ｒ３を短絡させる（Ｓ４）。その後、再びＬＥＤが開放状態になるまで通常の点灯動作が実行される（Ｓ５）。
【００３８】
なお、本実施形態ではＬＥＤの開放状態が自動的に検知されるようになっている。すなわち、スイッチング素子Ｑ２がオン状態であるときは、常時、電流有無判定手段６４が負荷電流を監視している。そして、電流有無判定手段６４が負荷電流無しの判定結果を一定時間継続して出力することを条件に、スイッチング素子Ｑ２がオンからオフ状態に切換わるようになっている。このようにすれば、ＬＥＤがいきなり取り外された場合などに、自動的に抵抗Ｒ３を短絡させて、次にＬＥＤが接続された場合に備えることができる。
【００３９】
以下、図４を用いて、本発明に係る電流制限抵抗Ｒ３の具体的な抵抗値の最適値について説明する。同図は、電源装置のオン状態で、負荷開放状態から負荷接続状態に移行した場合の負荷電流Ｉの時間変化（ピーク値および減衰カーブ）を示す特性図である。発明者は、図１に示す直流電源回路１の構成をベースにして、本発明の負荷電流制御処理を実行した。ここで、ＬＥＤ照明の駆動電流を０．６Ａとして、この電流値を本発明の基準値Ｉ０とした。また、抵抗Ｒ３の抵抗値を０（無し）〜３３Ωの範囲で５パターンを選択して、それぞれの抵抗値での負荷電流の変化をシミュレーションした。その結果を表１に示す。なお、ピーク電流値は、ＬＥＤを接続した直後の最大電流値である。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１の結果によれば、本発明の電流制限制御システムを用いることで、負荷電流のピーク値を許容最大電流以下まで抑えることができることが判る。従って、少なくとも、電流制限抵抗Ｒ３の抵抗値は、ＬＥＤを接続した直後の最大電流がＬＥＤの許容最大電流以下となるように設定する。
【００４２】
また、図４のグラフで示すように、スイッチング素子Ｑ２をオンにして抵抗Ｒ３を短絡させた直後にも、僅かであるが負荷電流Ｉが一時的に増えることが判る。この突出電流は０．７Ａ未満であり、抵抗Ｒ３の抵抗値を零（抵抗なし）とした場合のピーク値（７．３Ａ）に対して非常に小さい。このような突出電流が生じることから、電流制限抵抗Ｒ３の抵抗値は、ＬＥＤを接続した直後の最大電流がＬＥＤの許容最大電流以下となるとともに、最大電流がスイッチング素子Ｑ２をオンした直後の突出電流と同じ程度になるように設定すると、さらに良い。例えば、図４では抵抗値が３３Ωの時が最適となる。ＬＥＤを接続した直後の最大電流は０．６７Ａであり、この値はスイッチング素子Ｑ２をオンした直後の突出電流とほぼ同じになっている。
【００４３】
ＬＥＤの結晶構造には、もともと構造欠陥（結晶としての不完全性や欠損）が多く存在するため、結晶構造が過電流により変形すると、発光効率が低下してしまうという弱点がある。さらに、照明用のＬＥＤが、過電流に対する余裕がほとんどない状態にまで、最大限の性能を発揮するように設計されている場合には、過電流を必要な時だけ制限できるシステムが必要になる。本発明の負荷電流制御システムを用いれば、電源がオンである状態でＬＥＤ負荷を接続した場合にＬＥＤへの過電流を制限することができるから、過大な負荷電流からＬＥＤを確実に保護することができる。
【００４４】
本実施形態でのスイッチング素子Ｑ２は、電流制限解除用として使用する他に、ＤＵＴＹ調光用としても使用できる。すなわち、通常の点灯状態でスイッチング素子Ｑ２を高速にオンオフ駆動させる。オン時は抵抗Ｒ２を短絡する負荷電流（短絡電流と呼ぶ）が流れる。オフ時は、抵抗Ｒ２により制限された負荷電流（制限電流と呼ぶ）が流れる。制御回路４によりスイッチング素子Ｑ２のオン幅を増減させれば、短絡電流と制限電流の総和である負荷電流量をオン幅に応じた値に調整できるので、これによってＬＥＤ照明のＤＵＴＹ調光が可能となる。
【００４５】
なお、電源オン状態でＬＥＤ負荷を開放した際、充電回路２による出力コンデンサＣ３の印加電圧は許容最大電圧以下に電圧制御されるので、出力コンデンサＣ３に過大な電圧が掛かる心配は無い。また、電流的には、出力コンデンサＣ３が一時的な大電流の充放電に耐えられるようになっており、本発明の負荷電流制御システムを用いても出力コンデンサが破損などすることは無い。
【００４６】
本実施形態では、負荷電流の基準値（Ｉ０）を用いてスイッチング切換を行う場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば一定時間（ｔ０）経過したらスイッチング切換を行うようにしてもよい。すなわち、変形例に係る制御回路としては、スイッチング切換手段および電流有無判定手段を有し、スイッチング切換手段はＬＥＤ負荷の開放状態においてスイッチング素子をオフ状態で維持する。また、電流有無判定手段は、負荷電流値を監視して負荷電流の有無によってＬＥＤ負荷が接続されたことを判定する。そして、スイッチング切換手段は、スイッチング素子をオフ状態のままにして負荷電流を電流制限抵抗手段に一定時間ｔ０だけ流し、この一定時間ｔ０経過後、スイッチング素子をオン状態にして電流制限抵抗手段の両端を短絡させるようになっている。このようにすれば、前述の実施形態と同様の効果を発揮できる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 直流電源装置（ＬＥＤ電源装置）
２ 充電回路（充電手段）
４ 制御回路（制御手段）
６ ＣＰＵ
６４ 電流有無判定手段
６６ 電流比較手段
６８ スイッチング切換手段
ＡＣ 交流電源
Ｃ１ バイパスコンデンサ
Ｃ２ ノイズ除去コンデンサ
Ｃ３ 出力コンデンサ（本発明に係るコンデンサ）
ＤＢ 全波整流回路（ダイオードブリッジ）
Ｄ２ ダイオード
ＬＥＤ ＬＥＤ負荷
Ｔ１ フライバック・トランス
Ｑ１ 充電用スイッチング素子
Ｑ２ 電流制限解除用、兼、ＤＵＴＹ調光用スイッチング素子（本発明に係るスイッチング素子）
Ｒ２ 抵抗（負荷電流検出手段）
Ｒ３ 抵抗（電流制限抵抗手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明はＬＥＤ照明器具の電源装置に関し、電源オンの状態でＬＥＤ負荷を交換する際の負荷電流の制限機能に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤの性能が高くなってきており、寿命が長い等の理由で従来の照明器具がＬＥＤを用いた照明器具に置き換えられる状態にある。今後ＬＥＤの性能がますます向上していけば、汎用の照明器具分野でＬＥＤ照明器具がさらに採用されると期待される。
ＬＥＤ照明器具の電源装置としては、回路効率を改善するためにフライバック方式を用いたＡＤ−ＤＣ変換回路が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載のＬＥＤ照明器具は、商用交流電源（ＡＣ電源）をダイオードブリッジにより全波整流して直流電圧（ＤＣ）にする。そして、直流電圧を所定電圧の直流電力に電力変換してＬＥＤ負荷に供給するようになっている。特許文献１では、変換回路に設けられたスイッチング素子をオンオフ駆動して、ＬＥＤ負荷側の電圧降下が所定値となるようにオンデューティー（オン幅）をフィードバック制御している。
【０００４】
また、特許文献２には、フライバック方式のＡＤ−ＤＣ変換回路においてＬＥＤ照明とスイッチング素子の直列接続が、出力コンデンサに対して並列に接続されたものが開示されている。このスイッチング素子が人の眼に感じない程度の周期でオンオフ駆動することにより、ＬＥＤ照明の調光が行われる。すなわちＬＥＤへの負荷電流をパルス状にして、その波形の平均値で調光を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１３０４３８号公報
【特許文献２】ＷＯ２００９／０５４２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１および２の従来のＬＥＤ照明用の電源装置において、負荷を開放した状態から負荷を接続した状態へ移行した際の、負荷電流の制御システムに関しては、詳細な検討がなされていなかった。
【０００７】
ＬＥＤ負荷は、交流電源によって充電される出力コンデンサに並列接続されており、この出力コンデンサから供給される負荷電流によって点灯が維持される。フライバック方式を用いた一段構成のＡＣ−ＤＣ変換回路を用いれば、負荷電流の定電流制御を行うことができる。更に、力率を９５％以上確保し、かつ、ＬＥＤ負荷に流れる電流のリップルを小さく抑えようとする場合には、フライバック・トランスの二次側の出力コンデンサの容量を大きくする必要がある。
【０００８】
ＬＥＤ負荷は、白熱電球や熱陰極蛍光ランプ等と異なって加熱時間を必要とするフィラメントが存在しないので、フル発光までの立ち上がり時間が非常に短い。しかし、ＬＥＤに過大な負荷電流が流れると、ＬＥＤの発光結晶自体が変形して発光効率が低下してしまう。
【０００９】
汎用の照明器具としてＬＥＤ照明が普及すれば、電源装置からＬＥＤ負荷を取り外したり、電源装置にＬＥＤ負荷を取り付けたりする作業が増える。ＬＥＤ負荷を交換する際、従来の白熱電球のように、ＬＥＤ負荷へ負荷電流が供給されている状態でＬＥＤ負荷のみを取り外したり、ＬＥＤ負荷を取り付けるタイミングですぐに負荷電流が流れたりする状況が発生し得る。
【００１０】
フライバック方式のＡＤ−ＤＣ変換回路において、交流源電力により出力コンデンサが充電状態にある時に、ＬＥＤ負荷が取り外される（負荷開放状態）と、電源装置で許容される最大電圧が出力コンデンサに印加されて、出力コンデンサがフル充電の状態になる。その状態でＬＥＤ負荷をいきなり接続する（負荷接続状態）と、許容される最大電流を超える負荷電流がＬＥＤに瞬時に流れ、発光効率が低下してしまうとともに、ＬＥＤにダメージを与えてその寿命が著しく短くなってしまうという問題があった。
【００１１】
本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、交流電源電力により出力コンデンサがフルに充電されている状態で、ＬＥＤ負荷の開放状態からいきなり負荷が接続されたとしても、許容される最大電流以上の負荷電流が流れないように負荷電流を制限してＬＥＤ負荷を保護することができ、かつ、負荷電流が安定した後は、負荷電流を制限しない状態で高い効率の点灯を維持できるＬＥＤ電源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】
【００１２】
前記目的を達成するために本発明者は、ＬＥＤ負荷に対しては、電流制限抵抗を常時設けると、不必要な電力ロスを増大させてしまうため、負荷を開放状態から接続状態に移行する前後だけ、所望の電流制限抵抗で過大な負荷電流を制限すれば、ＬＥＤ照明の優れた照明特性を維持しつつ、ＬＥＤ照明を保護できることに着目し、そのような制御システムを構築することに取り組んだ。本発明者が鋭意検討を進めた結果、出力コンデンサに対して、ＬＥＤ負荷と電流制限抵抗とを直列接続し、かつ、電流制限抵抗の両端をスイッチング素子で結んで、このスイッチング素子の切換えにより、所望の期間では電流制限抵抗の両端を短絡する制御システムを用いれば、ＬＥＤ照明の保護と照明特性の発揮を両立できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
すなわち、本発明に係るＬＥＤ電源装置は、電源電力によってコンデンサを充電し、該コンデンサに対して並列接続されたＬＥＤ負荷に負荷電流を供給するＬＥＤ電源装置であって、ＬＥＤ負荷に直列に接続されて負荷電流を制限する電流制限抵抗手段と、前記電流制限抵抗手段の両端を結ぶスイッチング素子と、前記コンデンサからＬＥＤ負荷に流れる負荷電流値を検出する負荷電流検出手段と、前記スイッチング素子のオンオフ切換を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段が、以下のスイッチング切換手段、電流有無判定手段および電流比較手段を有することを特徴とする。
【００１４】
前記スイッチング切換手段は、該電源装置からＬＥＤ負荷が取り外された状態では、前記スイッチング素子をオフ状態で維持する。前記電流有無判定手段は、前記負荷電流値を監視して負荷電流の有無によってＬＥＤ負荷が接続されたことを判定する。また、前記電流比較手段は、ＬＥＤ負荷の接続直後に前記電流制限抵抗手段に流れる負荷電流値と基準値とを比較して、負荷電流値が基準値よりも高い状態から基準値まで減衰するタイミングを判別する。そして、前記スイッチング切換手段は、前記タイミングでスイッチング素子をオン状態にして前記電流制限抵抗手段の両端を短絡させるのである。
【００１５】
また、上記のように負荷電流の基準値（Ｉ０）を用いてスイッチング切換を行う場合ではなく、一定時間（ｔ０）経過したらスイッチング切換を行うようにしてもよい。すなわち、本発明に係るＬＥＤ電源装置の制御手段は、以下のスイッチング切換手段および電流有無判定手段を有することを特徴とする。
【００１６】
前記スイッチング切換手段は、該電源装置からＬＥＤ負荷が取り外された状態では、前記スイッチング素子をオフ状態で維持する。また、前記電流有無判定手段は、前記負荷電流値を監視して負荷電流の有無によってＬＥＤ負荷が接続されたことを判定する。そして、前記スイッチング切換手段は、ＬＥＤ負荷の接続が判定されたら、前記スイッチング素子をオフ状態のままにして負荷電流を前記電流制限抵抗手段に一定時間流し、該一定時間経過後、前記スイッチング素子をオン状態にして前記電流制限抵抗手段の両端を短絡させるのである。
【００１７】
さらに、本発明のＬＥＤ照明器具では、前記電流有無判定手段がＬＥＤ負荷の開放（非接続）状態を判定する機能を有することが好ましい。すなわち、前記電流有無判定手段は、該電源装置からＬＥＤ負荷が取り外された状態を、負荷電流の有無によって判定する。この判定によって、前記スイッチング切換手段が、前記スイッチング素子をオン状態で維持するとよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のＬＥＤ電源装置によれば、電流制限抵抗手段とスイッチング素子の並列接続回路がＬＥＤ負荷に対して直列に接続されている。そして、ＬＥＤ負荷の開放状態でいきなり負荷が接続された場合には、一定期間だけスイッチング素子のオフ状態を維持して、過大な負荷電流が瞬時にＬＥＤ負荷に流れ込むことを防ぐことができる。また、一定期間の後は、スイッチング素子をオン状態に切り替えて、電流制限抵抗手段を介さずに負荷電流をＬＥＤ負荷に流すことができる。このようにＬＥＤ負荷を開放状態から接続状態に移行する前後だけ、電流制限抵抗で過大な負荷電流を制限すれば、ＬＥＤ照明の優れた照明特性を維持しつつ、過電流による発光結晶の変形を防いでＬＥＤ照明を確実に保護できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態にかかるＬＥＤ電源装置の全体回路図である。
【図２】前記ＬＥＤ電源装置の制御回路のブロック図である。
【図３】前記ＬＥＤ電源装置においてＬＥＤ負荷の開放状態から接続状態に移行した場合に負荷電流を制限する処理のシーケンスフロー図である。
【図４】前記ＬＥＤ電源装置において負荷開放状態から負荷接続状態への移行における負荷電流の時間変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態について説明する。図１に本実施形態に係るＬＥＤ照明器具の全体構成を示す。ＬＥＤ照明器具は、交流電流を用いて直流電流を生成する直流電源装置１、および、直流電源装置１から負荷電流を供給されて点灯するＬＥＤ負荷（以降ＬＥＤと示す）を有して構成されている。
【００２１】
本発明のポイントとなる直流電源装置１の制御システムに関して詳しく説明する。直流電源装置１は、図１に示すように、ダイオードブリッジなどで構成される全波整流回路ＤＢと、ＬＥＤに対して並列接続された出力コンデンサＣ３（電解コンデンサ）と、全波整流回路ＤＢの後段に接続され整流電流を電力変換して出力コンデンサＣ３を充電する充電回路２と、この充電回路２を制御する制御手段４とを有する。充電回路２は、フライバック・コンバータと呼ばれ、出力コンデンサＣ３を介して一定電流をＬＥＤに供給する。また、充電回路２は、力率改善回路としても機能し、全波整流回路ＤＢに入力される交流電流を歪みのない正弦波に整形することができる回路である。
【００２２】
充電回路２は、具体的にバイパスコンデンサＣ１と、フライバック・トランスＴ１と、充電用スイッチング素子Ｑ１と、ダイオードＤ２とを有する。バイパスコンデンサＣ１は、全波整流回路ＤＢの出力端同士を結ぶもので、全波整流回路ＤＢからの整流電流を部分平滑するため、および、充電用スイッチング素子Ｑ１のオンオフ駆動により断続された電流の影響がＡＣ電源側に及ぶことを防止するために設けられている。トランスＴ１は、全波整流後の整流電圧Ｖ１を一次電圧として二次電圧を出力コンデンサＣ３に印加するように設けられている。
【００２３】
充電用スイッチング素子Ｑ１は、トランスＴ１の一次巻線Ｔ１ａに直列接続されていて、オンオフ駆動により二次巻線Ｔ１ｂに二次電圧を誘起させる。充電用スイッチング素子Ｑ１のドレイン側端子は、一次巻線Ｔ１ａに接続され、Ｑ１のソース側端子は、全波整流回路ＤＢの負極端子側であるグランドラインに接続されている。スイッチング素子Ｑ１にはＮチャネルのエンハンスメント形のＭＯＳＦＥＴを使用する。制御回路４に設けられている駆動回路１４からスイッチング素子Ｑ１のゲートに駆動電流が供給されてゲート電圧が生じると、ドレイン−ソース間に電流が流れる。この状態をスイッチング素子Ｑ１のオン状態という。一方、ゲートに駆動電流が供給されず、ドレイン電流が流れない状態をオフ状態という。ダイオードＤ２は、二次巻線Ｔ１ｂに直列接続されて二次電流を整流し、整流後の二次電流を出力コンデンサＣ３の正極に供給する。
【００２４】
充電回路２にはノイズ除去回路３が設けられている。ノイズ除去回路３は、ダイオードＤ１およびノイズ除去コンデンサＣ２の直列回路と、抵抗Ｒ１とを有して構成されている。直列回路（Ｄ１およびＣ２）は、トランスＴ１の一次巻線の両端子を結ぶように接続されている。ここで、ダイオードＤ１のアノード側端子は、一次巻線Ｔ１ａと充電用スイッチング素子Ｑ１の接続点につながれ、カソード側端子はノイズ除去コンデンサＣ２に接続される。ノイズ除去コンデンサＣ２および抵抗Ｒ１は並列回路を形成している。
【００２５】
充電回路２は以上のように構成され、出力コンデンサＣ３に整流電流に基づくエネルギーを蓄積する。そして出力コンデンサＣ３に蓄積されたエネルギーによってＬＥＤに負荷電流Ｉが供給されるようになっている。この充電回路２は本発明の充電手段に相当する。
【００２６】
出力コンデンサＣ３の負極側とＬＥＤとの結線上には、ＬＥＤに流れる負荷電流Ｉを検出するための抵抗Ｒ２が配設されている。この抵抗Ｒ２が本発明の負荷電流検出手段を構成する。
【００２７】
制御回路４は、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）と、負荷電流Ｉの検出用のＡＤコンバータと、充電用スイッチング素子Ｑ１に駆動電流を供給するＦＥＴ駆動回路と、ＲＯＭおよびＲＡＭを有し、充電用スイッチング素子Ｑ１の駆動制御システムを構築している。ＡＤコンバータにより、負荷電流Ｉの瞬時値の絶対値がアナログデータとして検出される。これがＣＰＵで認識可能なデジタルデータ（数値）に変換され、ＣＰＵに向けて出力される。
【００２８】
ＣＰＵでは、例えば、全波整流後の電圧の分圧値に基づいて、スイッチング周期を決定するとともに、抵抗Ｒ２を介して検出されるＬＥＤの負荷電流値Ｉに基づいてオン幅（オン状態の時間）を決定する。ＣＰＵは、決定されたスイッチング周期とオン幅の指令信号をスイッチング素子Ｑ１用のＭＯＳＦＥＴ駆動回路に送る。Ｑ１用の駆動回路は、指令信号に基づく駆動電流をＱ１へ供給し、これをオンオフ駆動させる。
【００２９】
制御回路４は、充電用スイッチング素子Ｑ１を駆動させることにより、ＬＥＤに流れる電流の定電流制御を行ないつつ力率改善制御も同時に実行するように充電用スイッチング素子Ｑ１のスイッチングを高周波数制御する。すなわち、制御回路４は、検出された負荷電流値Ｉが予め設定されている電流値に近づくように充電用スイッチング素子Ｑ１のスイッチングのオン幅を制御する。充電用スイッチング素子Ｑ１のオン状態では、全波整流電流がトランスＴ１の磁性体に磁場のエネルギーとして蓄積され、オフ状態では二次側に誘起される二次電圧に基づいて電流が流れ、出力コンデンサＣ３が充電される。制御回路４によるオン幅の調整により、負荷電流Ｉの定電流制御が実行され、ＬＥＤの電流値を安定させている。
【００３０】
また、制御回路４は、交流電源ＡＣから流れ込む入力電流の電流波形を正弦波に近似させるために、充電用スイッチング素子Ｑ１のスイッチングの周期（スイッチングのオン幅＋スイッチングのオフ幅）を例えば、整流電圧の瞬時値に比例するように制御することで力率改善を行なっている。
【００３１】
＜ＬＥＤの開放状態から接続状態に移行した際の負荷電流制御システム＞
本発明で特徴的なことは、図１に示すように負荷電流を制限する電流制限抵抗手段として抵抗Ｒ３をＬＥＤに対して直列接続し、この抵抗Ｒ３の両端を結ぶように電流制限解除用スイッチング素子Ｑ２を設けた。さらに、上記の制御回路４をベースとしてＣＰＵ６に更に、図２のブロック図で示す負荷電流取得手段６２、負荷電流の有無判定手段６４、負荷電流の比較手段６６およびスイッチング切換手段６８を設けて、ＬＥＤの開放状態から接続状態に移行した際に過大な負荷電流がＬＥＤに瞬時に流れてしまうことを防止する負荷電流制御システムを構築した点にある。
【００３２】
負荷電流取得手段６２は、ＡＤコンバータ８から負荷電流Ｉの瞬時値を取得する。電流有無判定手段６４は、負荷電流取得手段６２により取得された負荷電流Ｉの瞬時値に基づいて、ＬＥＤに負荷電流が流れているかどうかを判定する。電流比較手段６６は、電流有無判定手段６４によって負荷電流が流れていると判定された場合に、負荷電流Ｉの瞬時値と予め設定された基準値Ｉ０とを比較する。基準値Ｉ０には、ＲＡＭ等に保持された値を用いる。その比較結果に基づき、負荷電流Ｉが基準値Ｉ０まで減衰したかどうかを判断する。
【００３３】
スイッチング切換手段６８は、電流比較手段６６が負荷電流Ｉの減衰を判断した場合に、電流制限解除用スイッチング素子Ｑ２をオフ状態からオン状態に切り替える指令信号をＦＥＴ駆動回路１２に出力する。ＦＥＴ駆動回路１２は指令信号に従って、スイッチング素子Ｑ２のオン・オフ状態を切換える。
【００３４】
図３のシーケンスフロー図を用いて、ＣＰＵ６の動作を具体的に説明する。電源装置１がオン（Ｓ０）で出力コンデンサＣ３の充電を実行中に、ＬＥＤが開放状態になるとスイッチング素子Ｑ２がオフ状態に切換えられる（Ｓ１）。この動作は、例えば、電源装置１がオンの時にはＬＥＤが接続されており（接続状態）、ＬＥＤ点灯動作中に、ＬＥＤが取り外された場合（開放状態）、つまり、交換作業などの何らかの要因でＬＥＤの接続状態から解放状態にいきなり移行した場合に、スイッチング素子Ｑ２が自動的にオンからオフ状態に切替わることを意味する。
【００３５】
次に電流有無判定手段６４により負荷電流Ｉの有無が判定される（Ｓ２）。ＬＥＤが取り外された状態では、負荷電流無し、と判定され、負荷電流有りと判定されるまでの間、Ｓ２の判定処理が繰り返し実行される。ここでＬＥＤが取り付けられて接続状態になると、出力コンデンサＣ３からの負荷電流ＩがＬＥＤおよび抵抗Ｒ３を流れるから、電流有無判定手段６４が負荷電流有りと判定する。なお、このＳ２の処理は、スイッチング素子Ｑ２がオフ状態である場合のみ実行される。
【００３６】
次に電流比較手段６６により負荷電流値Ｉが、基準値Ｉ０と比較される（Ｓ３）。ＬＥＤの接続状態になった直後の負荷電流Ｉは、抵抗Ｒ３による制限を受けるが、通常の点灯状態での負荷電流よりも僅かであるが瞬時に増加する。この接続直後の負荷電流Ｉのピーク値およびピーク値からの減衰速度は、抵抗Ｒ３の抵抗値によって決定される。つまり、抵抗値が大きいほどピーク値は小さくなるが、減衰速度は遅くなって負荷電流の減衰カーブはなだらかになる。
【００３７】
電流比較手段６６は、負荷電流値Ｉと基準値Ｉ０を比較して、負荷電流Ｉが基準値Ｉ０より大きい場合は、Ｓ３の比較処理を繰り返し実行する。そして負荷電流がピーク値から減衰していく過程で、負荷電流値Ｉが基準値Ｉ０まで減衰すると、スイッチング素子Ｑ２をオフ状態からオン状態に反転して、抵抗Ｒ３を短絡させる（Ｓ４）。その後、再びＬＥＤが開放状態になるまで通常の点灯動作が実行される（Ｓ５）。
【００３８】
なお、本実施形態ではＬＥＤの開放状態が自動的に検知されるようになっている。すなわち、スイッチング素子Ｑ２がオン状態であるときは、常時、電流有無判定手段６４が負荷電流を監視している。そして、電流有無判定手段６４が負荷電流無しの判定結果を一定時間継続して出力することを条件に、スイッチング素子Ｑ２がオンからオフ状態に切換わるようになっている。このようにすれば、ＬＥＤがいきなり取り外された場合などに、自動的に抵抗Ｒ３を短絡させて、次にＬＥＤが接続された場合に備えることができる。
【００３９】
以下、図４を用いて、本発明に係る電流制限抵抗Ｒ３の具体的な抵抗値の最適値について説明する。同図は、電源装置のオン状態で、負荷開放状態から負荷接続状態に移行した場合の負荷電流Ｉの時間変化（ピーク値および減衰カーブ）を示す特性図である。発明者は、図１に示す直流電源回路１の構成をベースにして、本発明の負荷電流制御処理を実行した。ここで、ＬＥＤ照明の駆動電流を０．６Ａとして、この電流値を本発明の基準値Ｉ０とした。また、抵抗Ｒ３の抵抗値を０（無し）〜３３Ωの範囲で５パターンを選択して、それぞれの抵抗値での負荷電流の変化をシミュレーションした。その結果を表１に示す。なお、ピーク電流値は、ＬＥＤを接続した直後の最大電流値である。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１の結果によれば、本発明の電流制限制御システムを用いることで、負荷電流のピーク値を許容最大電流以下まで抑えることができることが判る。従って、少なくとも、電流制限抵抗Ｒ３の抵抗値は、ＬＥＤを接続した直後の最大電流がＬＥＤの許容最大電流以下となるように設定する。
【００４２】
また、図４のグラフで示すように、スイッチング素子Ｑ２をオンにして抵抗Ｒ３を短絡させた直後にも、僅かであるが負荷電流Ｉが一時的に増えることが判る。この突出電流は０．７Ａ未満であり、抵抗Ｒ３の抵抗値を零（抵抗なし）とした場合のピーク値（７．３Ａ）に対して非常に小さい。このような突出電流が生じることから、電流制限抵抗Ｒ３の抵抗値は、ＬＥＤを接続した直後の最大電流がＬＥＤの許容最大電流以下となるとともに、最大電流がスイッチング素子Ｑ２をオンした直後の突出電流と同じ程度になるように設定すると、さらに良い。例えば、図４では抵抗値が３３Ωの時が最適となる。ＬＥＤを接続した直後の最大電流は０．６７Ａであり、この値はスイッチング素子Ｑ２をオンした直後の突出電流とほぼ同じになっている。
【００４３】
ＬＥＤの結晶構造には、もともと構造欠陥（結晶としての不完全性や欠損）が多く存在するため、結晶構造が過電流により変形すると、発光効率が低下してしまうという弱点がある。さらに、照明用のＬＥＤが、過電流に対する余裕がほとんどない状態にまで、最大限の性能を発揮するように設計されている場合には、過電流を必要な時だけ制限できるシステムが必要になる。本発明の負荷電流制御システムを用いれば、電源がオンである状態でＬＥＤ負荷を接続した場合にＬＥＤへの過電流を制限することができるから、過大な負荷電流からＬＥＤを確実に保護することができる。
【００４４】
本実施形態でのスイッチング素子Ｑ２は、電流制限解除用として使用する他に、ＤＵＴＹ調光用としても使用できる。すなわち、通常の点灯状態でスイッチング素子Ｑ２を高速にオンオフ駆動させる。オン時は抵抗Ｒ２を短絡する負荷電流（短絡電流と呼ぶ）が流れる。オフ時は、抵抗Ｒ２により制限された負荷電流（制限電流と呼ぶ）が流れる。制御回路４によりスイッチング素子Ｑ２のオン幅を増減させれば、短絡電流と制限電流の総和である負荷電流量をオン幅に応じた値に調整できるので、これによってＬＥＤ照明のＤＵＴＹ調光が可能となる。
【００４５】
なお、電源オン状態でＬＥＤ負荷を開放した際、充電回路２による出力コンデンサＣ３の印加電圧は許容最大電圧以下に電圧制御されるので、出力コンデンサＣ３に過大な電圧が掛かる心配は無い。また、電流的には、出力コンデンサＣ３が一時的な大電流の充放電に耐えられるようになっており、本発明の負荷電流制御システムを用いても出力コンデンサが破損などすることは無い。
【００４６】
本実施形態では、負荷電流の基準値（Ｉ０）を用いてスイッチング切換を行う場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば一定時間（ｔ０）経過したらスイッチング切換を行うようにしてもよい。すなわち、変形例に係る制御回路としては、スイッチング切換手段および電流有無判定手段を有し、スイッチング切換手段はＬＥＤ負荷の開放状態においてスイッチング素子をオフ状態で維持する。また、電流有無判定手段は、負荷電流値を監視して負荷電流の有無によってＬＥＤ負荷が接続されたことを判定する。そして、スイッチング切換手段は、スイッチング素子をオフ状態のままにして負荷電流を電流制限抵抗手段に一定時間ｔ０だけ流し、この一定時間ｔ０経過後、スイッチング素子をオン状態にして電流制限抵抗手段の両端を短絡させるようになっている。このようにすれば、前述の実施形態と同様の効果を発揮できる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 直流電源装置（ＬＥＤ電源装置）
２ 充電回路（充電手段）
４ 制御回路（制御手段）
６ ＣＰＵ
６４ 電流有無判定手段
６６ 電流比較手段
６８ スイッチング切換手段
ＡＣ 交流電源
Ｃ１ バイパスコンデンサ
Ｃ２ ノイズ除去コンデンサ
Ｃ３ 出力コンデンサ（本発明に係るコンデンサ）
ＤＢ 全波整流回路（ダイオードブリッジ）
Ｄ２ ダイオード
ＬＥＤ ＬＥＤ負荷
Ｔ１ フライバック・トランス
Ｑ１ 充電用スイッチング素子
Ｑ２ 電流制限解除用、兼、ＤＵＴＹ調光用スイッチング素子（本発明に係るスイッチング素子）
Ｒ２ 抵抗（負荷電流検出手段）
Ｒ３ 抵抗（電流制限抵抗手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源電力によってコンデンサを充電し、該コンデンサに対して並列接続されたＬＥＤ負荷に負荷電流を供給するＬＥＤ電源装置であって、
ＬＥＤ負荷に直列に接続されて負荷電流を制限する電流制限抵抗手段と、
前記電流制限抵抗手段の両端を結ぶスイッチング素子と、
前記コンデンサからＬＥＤ負荷に流れる負荷電流値を検出する負荷電流検出手段と、
前記スイッチング素子のオンオフ切換を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
該電源装置からＬＥＤ負荷が取り外された状態では、前記スイッチング素子をオフ状態で維持するスイッチング切換手段と、
前記負荷電流値を監視して負荷電流の有無によってＬＥＤ負荷が接続されたことを判定する電流有無判定手段と、
ＬＥＤ負荷の接続直後に前記電流制限抵抗手段に流れる負荷電流値と基準値とを比較して、負荷電流値が基準値よりも高い状態から基準値まで減衰するタイミングを判別する電流比較手段と、を有し、
前記スイッチング切換手段は、前記タイミングでスイッチング素子をオン状態にして前記電流制限抵抗手段の両端を短絡させることを特徴とするＬＥＤ電源装置。
【請求項２】
電源電力によってコンデンサを充電し、該コンデンサに対して並列接続されたＬＥＤ負荷に負荷電流を供給するＬＥＤ電源装置であって、
ＬＥＤ負荷に直列に接続されて負荷電流を制限する電流制限抵抗手段と、
前記電流制限抵抗手段の両端を結ぶスイッチング素子と、
前記コンデンサからＬＥＤ負荷に流れる負荷電流値を検出する負荷電流検出手段と、
前記スイッチング素子のオンオフ切換を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
該電源装置からＬＥＤ負荷が取り外された状態では、前記スイッチング素子をオフ状態で維持するスイッチング切換手段と、
前記負荷電流値を監視して負荷電流の有無によってＬＥＤ負荷が接続されたことを判定する電流有無判定手段と、を有し、
前記スイッチング切換手段は、ＬＥＤ負荷の接続が判定されたら、前記スイッチング素子をオフ状態のままにして負荷電流を前記電流制限抵抗手段に一定時間流し、該一定時間経過後、前記スイッチング素子をオン状態にして前記電流制限抵抗手段の両端を短絡させることを特徴とするＬＥＤ電源装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のＬＥＤ電源装置において、
前記電流有無判定手段は、該電源装置からＬＥＤ負荷が取り外された状態を、負荷電流の有無によって判定し、
前記スイッチング切換手段は、ＬＥＤ負荷の取り外しが判定されたら、前記スイッチング素子をオン状態で維持することを特徴とするＬＥＤ電源装置。
【請求項１】
電源電力によってコンデンサを充電し、該コンデンサに対して並列接続されたＬＥＤ負荷に負荷電流を供給するＬＥＤ電源装置であって、
ＬＥＤ負荷に直列に接続されて負荷電流を制限する電流制限抵抗手段と、
前記電流制限抵抗手段の両端を結ぶスイッチング素子と、
前記コンデンサからＬＥＤ負荷に流れる負荷電流値を検出する負荷電流検出手段と、
前記スイッチング素子のオンオフ切換を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
該電源装置からＬＥＤ負荷が取り外された状態では、前記スイッチング素子をオフ状態で維持するスイッチング切換手段と、
前記負荷電流値を監視して負荷電流の有無によってＬＥＤ負荷が接続されたことを判定する電流有無判定手段と、
ＬＥＤ負荷の接続直後に前記電流制限抵抗手段に流れる負荷電流値と基準値とを比較して、負荷電流値が基準値よりも高い状態から基準値まで減衰するタイミングを判別する電流比較手段と、を有し、
前記スイッチング切換手段は、前記タイミングでスイッチング素子をオン状態にして前記電流制限抵抗手段の両端を短絡させることを特徴とするＬＥＤ電源装置。
【請求項２】
電源電力によってコンデンサを充電し、該コンデンサに対して並列接続されたＬＥＤ負荷に負荷電流を供給するＬＥＤ電源装置であって、
ＬＥＤ負荷に直列に接続されて負荷電流を制限する電流制限抵抗手段と、
前記電流制限抵抗手段の両端を結ぶスイッチング素子と、
前記コンデンサからＬＥＤ負荷に流れる負荷電流値を検出する負荷電流検出手段と、
前記スイッチング素子のオンオフ切換を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
該電源装置からＬＥＤ負荷が取り外された状態では、前記スイッチング素子をオフ状態で維持するスイッチング切換手段と、
前記負荷電流値を監視して負荷電流の有無によってＬＥＤ負荷が接続されたことを判定する電流有無判定手段と、を有し、
前記スイッチング切換手段は、ＬＥＤ負荷の接続が判定されたら、前記スイッチング素子をオフ状態のままにして負荷電流を前記電流制限抵抗手段に一定時間流し、該一定時間経過後、前記スイッチング素子をオン状態にして前記電流制限抵抗手段の両端を短絡させることを特徴とするＬＥＤ電源装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のＬＥＤ電源装置において、
前記電流有無判定手段は、該電源装置からＬＥＤ負荷が取り外された状態を、負荷電流の有無によって判定し、
前記スイッチング切換手段は、ＬＥＤ負荷の取り外しが判定されたら、前記スイッチング素子をオン状態で維持することを特徴とするＬＥＤ電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１９０５９０（Ｐ２０１２−１９０５９０Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１３５０（Ｐ２０１１−５１３５０）
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（０００１２６２７４）株式会社アイ・ライティング・システム (56)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（０００１２６２７４）株式会社アイ・ライティング・システム (56)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]