特許第6432385号(P6432385)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6432385
(24)【登録日】2018年11月16日
(45)【発行日】2018年12月5日
(54)【発明の名称】点灯装置、照明器具
(51)【国際特許分類】
   H05B 37/02 20060101AFI20181126BHJP
【FI】
   H05B37/02 K
   H05B37/02 J
【請求項の数】11
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2015-28786(P2015-28786)
(22)【出願日】2015年2月17日
(65)【公開番号】特開2016-152123(P2016-152123A)
(43)【公開日】2016年8月22日
【審査請求日】2017年11月30日
(73)【特許権者】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】390014546
【氏名又は名称】三菱電機照明株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100082175
【弁理士】
【氏名又は名称】高田 守
(74)【代理人】
【識別番号】100106150
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 英樹
(74)【代理人】
【識別番号】100148057
【弁理士】
【氏名又は名称】久野 淑己
(72)【発明者】
【氏名】福田 秀樹
(72)【発明者】
【氏名】山上 陽
【審査官】 安食 泰秀
(56)【参考文献】
【文献】 特開2012−155863(JP,A)
【文献】 特開2011−154841(JP,A)
【文献】 特開2011−78261(JP,A)
【文献】 特開2014−57501(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2007/0285031(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H05B 37/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
スイッチング素子を有する昇圧チョッパ回路と、
前記昇圧チョッパ回路の出力電圧に比例する昇圧検出値を検出する昇圧検出回路と、
前記昇圧検出値が予め定められた目標値と一致するように前記スイッチング素子のオン時間を調整する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記スイッチング素子のオン時間を変化させたときの前記昇圧検出値の動向が予め定められたものでないときに、前記スイッチング素子をオフにすることを特徴とする点灯装置。
【請求項2】
前記制御装置は、前記スイッチング素子のオン時間を広げた場合に、前記昇圧検出値が変化しないとき、前記スイッチング素子をオフにすることを特徴とする請求項1に記載の点灯装置。
【請求項3】
前記制御装置は、前記スイッチング素子のオン時間を狭めた場合に、前記昇圧検出値が変化しないとき、前記スイッチング素子をオフすることを特徴とする請求項1又は2に記載の点灯装置。
【請求項4】
前記制御装置は、前記スイッチング素子のオン時間を変化させた後、予め定められた時間を経過しても前記昇圧検出値が前記目標値と一致しないとき、前記スイッチング素子をオフすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の点灯装置。
【請求項5】
前記制御装置は、前記スイッチング素子のオン時間の変化量に対する前記昇圧検出値の変化量が予め定められた変化量と異なるとき、前記スイッチング素子をオフすることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の点灯装置。
【請求項6】
スイッチング素子を有するコンバータ回路と、
前記コンバータ回路の出力電流に比例するコンバータ検出値を検出するコンバータ検出回路と、
前記コンバータ検出値が予め定められた目標値と一致するように前記スイッチング素子のオン時間を調整する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記スイッチング素子のオン時間を変化させたときの前記コンバータ検出値の動向が予め定められたものでないときに、前記スイッチング素子をオフにすることを特徴とする点灯装置。
【請求項7】
前記制御装置は、前記スイッチング素子のオン時間を広げた場合に、前記コンバータ検出値が変化しないとき、前記スイッチング素子をオフにすることを特徴とする請求項6に記載の点灯装置。
【請求項8】
前記制御装置は、前記スイッチング素子のオン時間を狭めた場合に、前記コンバータ検出値が変化しないとき、前記スイッチング素子をオフすることを特徴とする請求項6又は7に記載の点灯装置。
【請求項9】
前記制御装置は、前記スイッチング素子のオン時間を変化させた後、予め定められた時間を経過しても前記コンバータ検出値が前記目標値と一致しないとき、前記スイッチング素子をオフすることを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載の点灯装置。
【請求項10】
前記制御装置は、前記スイッチング素子のオン時間の変化量に対する前記コンバータ検出値の変化量が予め定められた変化量と異なるとき、前記スイッチング素子をオフすることを特徴とする請求項6〜9のいずれか1項に記載の点灯装置。
【請求項11】
請求項1〜10のいずれか1項に記載の点灯装置と、
前記点灯装置から電力供給を受ける点灯負荷と、を備えたことを特徴とする照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、点灯装置と、点灯装置により点灯負荷を点灯させる照明器具に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、DC電源を点灯負荷が必要とする所定の出力へ変換するDC/DCコンバータと、当該所定の出力を検出する検出回路と、検出回路の検出結果によりDC/DCコンバータを制御する制御部とから構成される点灯装置が開示されている。この点灯装置の制御部は、所定時間内の出力変化量が閾値以上となった場合に、出力を低減させる。これにより点灯装置の安全動作を確保する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2011−100666号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
点灯装置の電圧又は電流をモニターするために設けられる検出回路が正常に動作することを確保した上で、点灯装置を動作させることが好ましい。しかしながら、特許文献1に開示の技術では、検出回路が故障した場合でも点灯装置の動作を継続するので安全動作を確保できない。
【0005】
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、検出回路の故障時に速やかに保護動作を行うことができる点灯装置及び照明器具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】
【0006】
本願の発明に係る点灯装置は、スイッチング素子を有する昇圧チョッパ回路と、該昇圧チョッパ回路の出力電圧に比例する昇圧検出値を検出する昇圧検出回路と、該昇圧検出値が予め定められた目標値と一致するように該スイッチング素子のオン時間を調整する制御装置と、を備え、該制御装置は、該スイッチング素子のオン時間を変化させたときの該昇圧検出値の動向が予め定められたものでないときに、該スイッチング素子をオフにすることを特徴とする。
【0007】
本願の発明に係る他の点灯装置は、スイッチング素子を有するコンバータ回路と、該コンバータ回路の出力電流に比例するコンバータ検出値を検出するコンバータ検出回路と、該コンバータ検出値が予め定められた目標値と一致するように該スイッチング素子のオン時間を調整する制御装置と、を備え、該制御装置は、該スイッチング素子のオン時間を変化させたときの該コンバータ検出値の動向が予め定められたものでないときに、該スイッチング素子をオフにすることを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、スイッチング素子のオン時間と検出回路で検出した値に基づいて保護動作を行うので、検出回路の故障時に速やかに保護動作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】実施の形態1に係る照明器具の回路図である。
図2】スイッチング素子のオン時間を広げたときのタイムチャートである。
図3】スイッチング素子のオン時間を狭めたときのタイムチャートである。
図4】制御装置の動作を示すフローチャートである。
図5】スイッチング素子のオン時間を広げたときのタイムチャートである。
図6】スイッチング素子のオン時間を広げたときのタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明の実施の形態に係る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。
【0011】
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る照明器具100の回路図である。照明器具100は、点灯装置1、複数のLEDを備えるLEDモジュール2、調光器3、及び調光信号インターフェイス(I/F)回路4を備えている。点灯装置1は、昇圧チョッパ回路10、バックコンバータで構成されたコンバータ回路12、及び制御装置14を備えている。
【0012】
昇圧チョッパ回路10は力率改善回路である。昇圧チョッパ回路10は、交流電源20に接続された整流回路22、コンデンサ24、抵抗26,28が直列接続した検出回路、インダクタ30、スイッチング素子Q1、ダイオード32、コンデンサ34、及び抵抗36、38が直列接続した昇圧検出回路39を備えている。
【0013】
コンデンサ24は整流回路22の出力端子に並列接続する。抵抗26,28が直列接続した分圧回路は、コンデンサ24に並列接続される。コンデンサ24の両端電圧が抵抗26,28を用いて分圧され、分圧電圧が制御装置14に入力される。
【0014】
インダクタ30は、一端が整流回路22の高電位側に接続される。スイッチング素子Q1は、例えばMOSFETであり、第1端子(ドレイン)、第2端子(ソース)および第1、2端子間をスイッチングするための制御端子(ゲート)を備える。第1端子がインダクタ30の他端に接続される。
【0015】
ダイオード32のアノードがスイッチング素子Q1の第1端子とインダクタ30の他端との接続点に接続される。コンデンサ34は、ダイオード32のカソードに正極が接続され、整流回路22の低電位側に負極が接続される電解コンデンサである。昇圧検出回路39は、コンデンサ34に並列接続される。コンデンサ34の両端電圧が抵抗36、38を用いて分圧され制御装置14に入力される。すなわち、昇圧チョッパ回路10の出力端に設けられた昇圧検出回路39で検出された電圧が制御装置14に入力される。なお、昇圧検出回路39は、昇圧チョッパ回路10の出力電圧に比例した値(昇圧検出値という)を検出するものであれば、別の構成としてもよい。以後、昇圧検出回路39で検出した値を昇圧検出値という。
【0016】
制御装置14は昇圧検出値に基づいて、昇圧チョッパ回路10の出力電圧(昇圧検出値)が一定になるように昇圧チョッパ回路10のスイッチング素子Q1をオンオフする。
【0017】
コンバータ回路12は、スイッチング素子Q2、ダイオード40、インダクタ(チョークコイル)42、コンデンサ44、及び抵抗で構成されたコンバータ検出回路46を備えている。スイッチング素子Q2とダイオード40からなる直列回路が、昇圧チョッパ回路10のコンデンサ34と並列に接続されている。
【0018】
スイッチング素子Q2は、例えば、第1端子(ドレイン)、第2端子(ソース)および第1、第2端子間をスイッチングするための制御端子(ゲート)を備えるMOSFETである。第1端子がコンデンサ34の一端(正極)と接続し、第2端子がダイオード40のカソードに接続される。インダクタ42、コンデンサ44、およびコンバータ検出回路46がこの順に接続して直列回路を形成している。この直列回路はダイオード40に並列接続している。
【0019】
コンバータ検出回路46は、コンバータ回路12に設けられており、LEDモジュール2に流れるLED電流を検出する。コンバータ検出回路46は、コンバータ回路12の出力電流に比例する値(コンバータ検出値という)を検出するものであれば別の構成としてもよい。以後、コンバータ検出回路46で検出した値をコンバータ検出値という。
【0020】
コンバータ検出回路46で検出された電流は制御装置14に入力される。そして、制御装置14はこの電流値に基づいて、LEDモジュール2に流れる電流が一定になるようにスイッチング素子Q2をオンオフする。
【0021】
制御装置14としては、デジタル電源用制御装置として提供されている公知の各種マイコンを使用することができる。DSP(Digital Signal Processor)等の演算装置で制御装置14を構成することもできる。
【0022】
本発明の実施の形態1に係る制御装置14は、内部バスを介して互いに接続された制御回路50、52、記憶部54、処理回路56、及びA/D変換回路58を備えている。制御回路50、52は、それぞれスイッチング素子Q1、Q2をスイッチングするPWM信号を出力する。記憶部54は、例えば不揮発性メモリなどからなり、処理回路56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などを記憶している。なお、適宜、外部から記憶部54に対してデータの書き込みおよび読み出しが行われる。
【0023】
処理回路56は、スイッチング素子Q1、Q2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14には、抵抗36,38で分圧された昇圧検出値、抵抗26、28で分圧された交流電源20を整流した電圧に応じた検出値、及びコンバータ検出回路46で検知したコンバータ検出値が入力される。これらの入力は、A/D変換回路58でデジタル値に変換された後、処理回路56による演算処理に用いられる。
【0024】
制御装置14は、昇圧検出値が予め定められた目標値と一致するようにスイッチング素子Q1のオン時間を調整する。つまり定電圧制御を行っている。また、制御装置14に対し、調光器3から調光信号I/F回路4を介して調光指令値が入力される。制御装置14は、LED電流がこの調光指令値に基づいて決定される目標電流と一致するように、コンバータ検出値に基づいてスイッチング素子Q2のオン時間を調整する。つまり、定電流制御を行っている。
【0025】
ところで、スイッチング素子Q1のオン時間は時間変化しており、そのオン時間に応じて昇圧検出値も変化する。しかし、抵抗36がオープン故障したり抵抗38が短絡故障したりして昇圧検出回路39が機能しない場合は、スイッチング素子Q1のオン時間を変化させても、昇圧検出値は変化しない。この場合、制御装置14によるスイッチング素子Q1の定電圧制御ができなくなってしまう。
【0026】
そこで、本発明の実施の形態1の制御装置14は、スイッチング素子Q1のオン時間を広げた場合に、昇圧検出値が変化しないとき、スイッチング素子Q1をオフにする。また、スイッチング素子Q1のオン時間を狭めた場合に、昇圧検出値が変化しないとき、スイッチング素子Q1をオフする。このような保護動作について図2、3を参照して説明する。
【0027】
図2は、点灯装置1の動作を示すタイムチャートである。一番上の波形Q1がスイッチング素子Q1のオンオフを制御する信号波形を示し、中段の波形V10OUTが昇圧チョッパ回路10の出力電圧波形を示し、下段の波形V38が昇圧検出回路39で検出された昇圧検出値の波形を示す。
【0028】
スイッチング素子Q1のオン時間を広げていくと、昇圧チョッパ回路10の出力電圧V10OUTは次第に高くなっていく。しかし、昇圧検出回路39が故障している場合、昇圧検出値V38は変化しない。このとき、制御装置14は、スイッチング素子Q1をオフにする。
【0029】
図3は、点灯装置1の別の動作を示すタイムチャートである。スイッチング素子Q1のオン時間を狭めていくと、昇圧チョッパ回路10の出力電圧V10OUTは次第に低くなっていく。しかし、昇圧検出回路39が故障している場合、昇圧検出値V38は変化しない。このとき、制御装置14は、スイッチング素子Q1をオフにする。
【0030】
図4は、制御装置14が行う保護動作を示すフローチャートである。まず、制御装置14が昇圧検出回路39から昇圧検出値を取得する(S1)。次いで、制御装置14は、調光指令に基づき決定された目標値と、昇圧検出値が一致するか判定する(S2)。両者が一致する場合は保護動作の必要がないので、S1に戻る。他方、目標値と昇圧検出値が一致しない場合にはスイッチング素子Q1のオン時間を調整する。具体的には、昇圧検出値が目標値より小さければスイッチング素子Q1のオン時間を広げ、昇圧検出値が目標値より大きければスイッチング素子Q1のオン時間を狭める(S3)。
【0031】
次いで、スイッチング素子Q1のオン時間を変化させたことに伴い昇圧検出値も変化したか判定する(S4)。昇圧検出値が変化していれば保護動作の必要がないのでS1に戻る。他方、昇圧検出値が変化していない場合は、保護動作を実行する(S5)。具体的にはスイッチング素子Q1をオフする。スイッチング素子Q1、Q2を両方オフにしてもよい。
【0032】
このように、スイッチング素子Q1のオン時間を変化させた際に昇圧検出値が変化しない場合にスイッチング素子Q1をオフにすることで、昇圧検出回路39の故障時に速やかに保護動作を行うことができる。
【0033】
本発明の実施の形態1に係る点灯装置1と照明器具100については、その特徴を失わない範囲で様々な変形が可能である。幾つかの変形例について説明する。
【0034】
点灯装置の回路構成によってはスイッチング素子Q1のオン時間を変動させてから所定時間経過後に昇圧検出値が変化する場合がある。そのため、スイッチング素子Q1のオン時間を変化させた後、予め定められた時間を経過しても昇圧検出値が目標値と一致しないとき、制御装置14がスイッチング素子Q1をオフすることが好ましい。記憶部54に「予め定められた時間」を記憶させておき、そのデータを読み込み使用する。なお、この「予め定められた時間」は、実際の回路構成により異なる。
【0035】
図5は、スイッチング素子Q1のオン時間を変化させた後、予め定められた時間(所定時間)経過後に昇圧検出値と目標値が一致するか判断することを示すタイムチャートである。スイッチング素子Q1のオン時間を広げた後、所定時間経過後の時刻t1において昇圧検出値V38が変化していないことが示されている。この場合、昇圧検出値と目標値が一致しないこととなるので、スイッチング素子Q1をオフする。なお、この例では、所定時間として、スイッチング素子Q1の制御信号の周期を採用している。
【0036】
別の変形例について説明する。昇圧検出回路39の抵抗36、38がオープン故障した場合は、昇圧検出値は不定値となる。このような故障に速やかに対応するために、スイッチング素子Q1のオン時間の変化量に対する昇圧検出値の変化量が予め定められた変化量と異なるとき、制御装置14がスイッチング素子Q1をオフするようにすることが好ましい。
【0037】
例えば、スイッチング素子Q1のオン時間が広がる(増える)場合、その増加量に対する昇圧検出値の変化量が決まる。そのため、「スイッチング素子Q1のオン時間の変化量」と、予め定められた「昇圧検出値の変化量」とを対応付けて記憶部54に保存しておくことで、「スイッチング素子のオン時間の変化量」から予め定められた「昇圧検出値の変化量」を求めることができる。
【0038】
そして、「スイッチング素子Q1のオン時間の変化量」に対する昇圧検出値の変化量が、予め定められた「昇圧検出値の変化量」と一致しない場合は、何らかの理由により昇圧検出回路39が故障していると考えられるので、スイッチング素子Q1をオフする。
【0039】
図6は、昇圧検出値の変化量を示すタイムチャートである。スイッチング素子Q1のオン時間の変化量に対して「予め定められた昇圧検出値の変化量」はΔV38で示されている。
【0040】
点灯装置1から電力供給を受ける点灯負荷としてLEDモジュール2を示したが、別の点灯負荷を設けてもよい。実施の形態1の制御装置14は、スイッチング素子Q1のオン時間を変化させたときの昇圧検出値の動向が予め定められたものでないときに、スイッチング素子Q1をオフにするものである。この特徴を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【0041】
これらの変形は以下の実施の形態に係る点灯装置及び照明器具に応用できる。なお、以下の実施の形態に係る点灯装置及び照明器具は実施の形態1との共通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。
【0042】
実施の形態2.
本発明の実施の形態2に係る照明器具の回路構成は、実施の形態1(図1)と同じである。実施の形態2の点灯装置1は、コンバータ検出回路46の故障時に保護動作を実行するものである。保護動作の要否の判定方法と保護動作の内容は、実施の形態1と類似であるので要点のみ説明する。
【0043】
制御装置14は、コンバータ検出回路46で検出されたコンバータ検出値が予め定められた目標値と一致するようにスイッチング素子Q2のオン時間を調整する。制御装置14は、スイッチング素子Q2のオン時間を広げた場合又は狭めた場合に、コンバータ検出値が変化しないとき、スイッチング素子Q2をオフにする。
【0044】
スイッチング素子Q2のオン時間を広げたり狭めたりしたにもかかわらずコンバータ検出値が変化しない場合、コンバータ検出回路46が故障している。実施の形態2に係る点灯装置1によれば、コンバータ検出回路46の故障時に速やかに保護動作を行うことができる。
【0045】
点灯装置の回路構成によってはスイッチング素子Q2のオン時間を変動させてから所定時間経過後にコンバータ検出値が変化する場合がある。そのような場合に対応するために、スイッチング素子Q2のオン時間を変化させた後、予め定められた時間を経過してもコンバータ検出値が目標値と一致しないとき、制御装置14がスイッチング素子Q2をオフすることが好ましい。
【0046】
コンバータ検出回路46の抵抗がオープン故障した場合は、コンバータ検出値は不定値となる。このような故障に速やかに対応するために、スイッチング素子Q2のオン時間の変化量に対するコンバータ検出値の変化量が予め定められた変化量と異なるとき、制御装置14でスイッチング素子Q2をオフすることが好ましい。「スイッチング素子Q2のオン時間の変化量に対する(予め定められた)コンバータ検出値の変化量」は記憶部54に記憶させておく。
【0047】
図2、3、5、6におけるQ1をQ2に置き換え、V10OUTをI12OUT(LED電流)に置き換え、V38をI46(コンバータ検出値)に置き換えることで、実施の形態2の点灯装置の動作を示す図が得られる。
【0048】
実施の形態2の制御装置14は、スイッチング素子Q2のオン時間を変化させたときのコンバータ検出値の動向が予め定められたものでないときに、スイッチング素子Q2をオフにするものである。この特徴を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。実施の形態2に係る点灯装置と照明器具は、少なくとも実施の形態1と同程度の変形が可能である。
【0049】
実施の形態1、2で説明した各処理は、典型的には、制御装置14の記憶部54に記憶されたプログラムを、CPU、システムLSI等で構成された処理回路56で実行することにより実現される。また、複数の処理回路が連携して上記各処理を実行してもよい。なお、実施の形態1,2の特徴を適宜に組み合わせて用いてもよい。
【符号の説明】
【0050】
1 点灯装置、 2 LEDモジュール、 10 昇圧チョッパ回路、 12 コンバータ回路、 14 制御装置、 40 昇圧検出回路、 46 コンバータ検出回路
図1
図2
図3
図4
図5
図6