特開 2023-83686 点灯装置および照明装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023083686

(43)【公開日】2023-06-16

(54)【発明の名称】点灯装置および照明装置

(51)【国際特許分類】

   H05B 47/25 20200101AFI20230609BHJP

   H05B 45/14 20200101ALI20230609BHJP

   H05B 45/375 20200101ALI20230609BHJP

   H05B 45/385 20200101ALI20230609BHJP

   H05B 45/34 20200101ALI20230609BHJP

   H05B 45/345 20200101ALI20230609BHJP

   H05B 45/395 20200101ALI20230609BHJP

   H05B 45/54 20200101ALI20230609BHJP

   H05B 47/23 20200101ALI20230609BHJP

【ＦＩ】

H05B47/25

H05B45/14

H05B45/375

H05B45/385

H05B45/34

H05B45/345

H05B45/395

H05B45/54

H05B47/23

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021197520

(22)【出願日】2021-12-06

(71)【出願人】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(71)【出願人】

【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】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 浩士

(72)【発明者】

【氏名】平本 雄也

【テーマコード（参考）】

3K273

【Ｆターム（参考）】

3K273AA10

3K273BA34

3K273CA02

3K273CA03

3K273CA12

3K273EA07

3K273EA25

3K273EA35

3K273FA06

3K273FA07

3K273FA27

3K273FA28

3K273GA12

3K273GA14

3K273GA17

3K273GA18

3K273GA25

3K273GA27

(57)【要約】

【課題】照明装置を保護できる点灯装置および照明装置を得ることを目的とする。
【解決手段】本開示に係る点灯装置は、スイッチング素子と、前記スイッチング素子と直列に接続された電流検出抵抗と、を含むレギュレータ回路と、前記光源と前記スイッチング素子と前記電流検出抵抗が形成する直列回路の両端に電圧を印加し、前記光源を点灯させる電源回路と、前記電流検出抵抗に発生する電圧が目標値と一致するように前記スイッチング素子のインピーダンスを調整する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電流検出抵抗に発生する電圧が前記目標値よりも高い予め定められた第１閾値を超えると、前記電源回路または前記スイッチング素子の動作を停止させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

スイッチング素子と、前記スイッチング素子と直列に接続された電流検出抵抗と、を含むレギュレータ回路と、
光源と前記スイッチング素子と前記電流検出抵抗が形成する直列回路の両端に電圧を印加し、前記光源を点灯させる電源回路と、
前記電流検出抵抗に発生する電圧が目標値と一致するように前記スイッチング素子のインピーダンスを調整する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記電流検出抵抗に発生する電圧が前記目標値よりも高い予め定められた第１閾値を超えると、前記電源回路または前記スイッチング素子の動作を停止させることを特徴とする点灯装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記電流検出抵抗に発生する電圧が前記第１閾値を超えると、前記電源回路の動作を停止させ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】

スイッチング素子と、前記スイッチング素子と直列に接続された電流検出抵抗と、を含むレギュレータ回路と、
光源と前記スイッチング素子と前記電流検出抵抗が形成する直列回路の両端に電圧を印加し、前記光源を点灯させる電源回路と、
前記電流検出抵抗に発生する電圧が目標値と一致するように前記スイッチング素子のインピーダンスを調整する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記スイッチング素子に発生する電圧が予め定められた第２閾値を超えると、前記電源回路または前記スイッチング素子の動作を停止させることを特徴とする点灯装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記スイッチング素子に発生する電圧が前記第２閾値を超えると、前記スイッチング素子の動作を停止させることを特徴とする請求項３に記載の点灯装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記スイッチング素子に発生する電圧が前記第２閾値よりも低い目標電圧に一致するように前記電源回路を制御することを特徴とする請求項３または４に記載の点灯装置。

【請求項6】

前記制御部は、前記スイッチング素子のドレイン電圧から前記スイッチング素子に発生する電圧を検出することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の点灯装置。

【請求項7】

前記制御部は、前記直列回路に発生する電圧から前記スイッチング素子に発生する電圧を検出することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の点灯装置。

【請求項8】

請求項１から７の何れか１項に記載の点灯装置と、
前記光源と、
を備えることを特徴とする照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、点灯装置および照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、発光素子に電力を供給する点灯装置が開示されている。この点灯装置は、発光素子に可変の直流電圧を供給する可変電圧源と、発光素子と直列に接続され、発光素子を流れる電流を制御するトランジスタを備える。制御回路は、発光素子の調光レベルについての指示を受け取り、受け取った指示に対応する電流が発光素子を流れるようにトランジスタを制御する。さらに制御回路は、トランジスタでの電圧降下が所定電圧となるような直流電圧が可変電圧源から出力されるように可変電圧源を制御する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６９２８８３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１では、ＬＥＤと直列に接続されるトランジスタをリニアレギュレータとして動作させ、ＬＥＤに印加される電圧を一定とすることで、ＬＥＤ電流のリプルを抑制している。特許文献１では、ハイサイド型のバックコンバータ回路のトランジスタと、発光素子と、リニアレギュレータ回路のトランジスタと、電流検出の為の抵抗素子とが、直列に接続されている。このような回路構成において、何らかの事象によりバックコンバータ回路のトランジスタまたはリニアレギュレータ回路のトランジスタに故障が発生すると、回路に過大な電流が流れる可能性がある。

【0005】

本開示は、上述の課題を解決するためになされたもので、照明装置を保護できる点灯装置および照明装置を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１の開示に係る点灯装置は、スイッチング素子と、前記スイッチング素子と直列に接続された電流検出抵抗と、を含むレギュレータ回路と、前記光源と前記スイッチング素子と前記電流検出抵抗が形成する直列回路の両端に電圧を印加し、前記光源を点灯させる電源回路と、前記電流検出抵抗に発生する電圧が目標値と一致するように前記スイッチング素子のインピーダンスを調整する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電流検出抵抗に発生する電圧が前記目標値よりも高い予め定められた第１閾値を超えると、前記電源回路または前記スイッチング素子の動作を停止させる。

【0007】

第２の開示に係る点灯装置は、スイッチング素子と、前記スイッチング素子と直列に接続された電流検出抵抗と、を含むレギュレータ回路と、前記光源と前記スイッチング素子と前記電流検出抵抗が形成する直列回路の両端に電圧を印加し、前記光源を点灯させる電源回路と、前記電流検出抵抗に発生する電圧が目標値と一致するように前記スイッチング素子のインピーダンスを調整する制御部と、を備え、前記制御部は、前記スイッチング素子に発生する電圧が予め定められた第２閾値を超えると、前記電源回路または前記スイッチング素子の動作を停止させる。

【発明の効果】

【0008】

第１の開示に係る点灯装置では、電流検出抵抗に発生する電圧が第１閾値を超えると、電源回路またはレギュレータ回路のスイッチング素子の動作が停止する。従って、照明装置を保護できる。
第２の開示に係る点灯装置では、スイッチング素子に発生する電圧が第２閾値を超えると、電源回路またはレギュレータ回路のスイッチング素子の動作が停止する。従って、照明装置を保護できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態１に係る照明装置の回路ブロック図である。

【図2】実施の形態１に係るレギュレータ回路のスイッチング素子が故障した場合の照明装置の動作を説明する図である。

【図3】実施の形態１に係るバックコンバータ回路のスイッチング素子が故障した場合の照明装置の動作を説明する図である。

【図4】実施の形態２に係る照明装置の回路ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

各実施の形態に係る点灯装置および照明装置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、実施の形態１に係る照明装置１００の回路ブロック図である。照明装置１００は、点灯装置５０と光源８０を備える。光源８０は、発光素子として直列に接続された複数のＬＥＤを有する。

【0012】

点灯装置５０において、ダイオードブリッジＤＢ１の出力側には平滑コンデンサＣ１とバックコンバータ回路１０が接続される。交流電源ＡＣからの交流電圧は、ダイオードブリッジＤＢ１により整流され、平滑コンデンサＣ１により脈流電圧を伴った直流電圧に変換される。変換された電圧はバックコンバータ回路１０に入力される。

【0013】

バックコンバータ回路１０は、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ１、インダクタＬ１および平滑コンデンサＣ２を有する。スイッチング素子Ｑ１は例えばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。スイッチング素子Ｑ１はドレイン、ソース、ゲートを備えている。

【0014】

バックコンバータ回路１０の出力には光源８０とレギュレータ回路２０が直列に接続される。レギュレータ回路２０は、スイッチング素子Ｑ２と、スイッチング素子Ｑ２と直列に接続された電流検出抵抗Ｒ１とを含む。スイッチング素子Ｑ２は例えばＭＯＳＦＥＴである。バックコンバータ回路１０は、光源８０とスイッチング素子Ｑ２と電流検出抵抗Ｒ１が形成する直列回路の両端に電圧を印加し、光源８０を点灯させる電源回路である。

【0015】

制御ＩＣ３０は例えばマイコンとドライバを含む複合ＩＣである。制御ＩＣ３０は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を駆動させる為のＱ１ＤＲＶ端子、Ｑ２ＤＲＶ端子を有する。Ｑ１ＤＲＶ端子、Ｑ２ＤＲＶ端子はそれぞれスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のゲートに接続される。また、制御ＩＣ３０は、照明装置１００に入力された電圧値を検出する為のＶｉｎ端子を有する。抵抗Ｒ２、Ｒ３の直列回路は、平滑コンデンサＣ１と並列に接続される。抵抗Ｒ２、Ｒ３の接続点はＶｉｎ端子に接続される。

【0016】

制御ＩＣ３０は、スイッチング素子Ｑ２に発生する電圧を検出する為のＶＯＵＴ端子と、ＬＥＤ電流を検出するためのＩＦＢ端子を有する。ＶＯＵＴ端子はスイッチング素子Ｑ２のドレインに接続される。ＩＦＢ端子はスイッチング素子Ｑ２と電流検出抵抗Ｒ１の接続点に接続される。さらに制御ＩＣ３０は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を駆動させるドライバの電源となるＶＢ端子と、マイコンの電源となるＶＤＤ端子を有する。ＶＢ端子には、制御電源回路４０の出力電圧Ｖ１が入力される。ＶＤＤ端子には、降圧回路４２の出力電圧が入力される。

【0017】

制御電源回路４０は例えばバックコンバータ回路である。入力電圧Ｖｉｎは制御電源回路４０で予め定められた電圧に降圧される。降圧された電圧は電解コンデンサＣ３で平滑され、電源電圧Ｖ１が生成される。電源電圧Ｖ１は例えば１３Ｖである。制御電源回路４０は、所望の電圧が得られればフライバック回路などの他の回路であっても良い。降圧回路４２は、電源電圧Ｖ１から制御ＩＣ３０用の電源電圧ＶＤＤを生成する。降圧回路４２は例えばレギュレータ回路である。電源電圧ＶＤＤは、例えば３．３Ｖである。

【0018】

次に、照明装置１００の定常時の動作について説明する。交流電源ＡＣから入力電圧Ｖｉｎが印加されると、制御電源回路４０および降圧回路４２が動作し、電源電圧Ｖ１、ＶＤＤを生成する。電源電圧ＶＤＤが制御ＩＣ３０の動作可能電圧まで上昇すると、制御ＩＣ３０が起動する。制御ＩＣ３０は入力電圧Ｖｉｎを検出し、検出した電圧が予め定められた電圧である場合、バックコンバータ回路１０およびレギュレータ回路２０を動作させる。

【0019】

バックコンバータ回路１０は、光源８０のカソード電圧、すなわち、スイッチング素子Ｑ２のドレイン電圧が一定となるよう定電圧動作を行う。具体的には、制御ＩＣ３０は、スイッチング素子Ｑ２に発生する電圧ＶＱ２として、スイッチング素子Ｑ２のドレイン電圧をＶＯＵＴ端子で検出する。制御ＩＣ３０は、電圧ＶＱ２と予め制御ＩＣ３０内に記憶されている目標電圧とを比較し、比較結果に基づいてＱ１ＤＲＶ端子から出力されるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を調整する。このように、制御ＩＣ３０は、スイッチング素子Ｑ２に発生する電圧ＶＱ２が目標電圧に一致するように、バックコンバータ回路１０を制御する。

【0020】

この際のフィードバック周期は、力率改善の為に、商用周波数以下に設定される。よって、バックコンバータ回路１０の出力には、商用成分のリプル電圧を伴った電圧が発生する。つまり、バックコンバータ回路１０の出力電圧には、交流電源ＡＣの周波数の２倍の周波数のリプル電圧が重畳する。なお、リプル電圧は平滑コンデンサＣ２の容量により変化する。リプル電圧をゼロにするには、大容量の平滑コンデンサＣ２が必要となり、常識的な容量では完全にリプル電圧を除去することはできない。

【0021】

レギュレータ回路２０は、光源８０に流れる電流が一定となるよう定電流動作を行う。具体的には、制御ＩＣ３０は光源８０と直列に接続された電流検出抵抗Ｒ１に発生する電圧ＶＲ１をＩＦＢ端子で検出する。制御ＩＣ３０は、電圧ＶＲ１と、予め制御ＩＣ３０内に記憶されている目標値とを比較し、比較結果に基づいてＱ２ＤＲＶ端子からの出力電圧のレベルを調整する。このように、制御ＩＣ３０は、電流検出抵抗Ｒ１に発生する電圧ＶＲ１が目標値と一致するように、スイッチング素子Ｑ２のインピーダンスを調整する。スイッチング素子Ｑ２のインピーダンスがリプル電圧を受け持つことで、光源８０に印加される電圧が一定に制御される。すなわちＬＥＤ電流は一定に制御される。

【0022】

次に、スイッチング素子Ｑ１またはスイッチング素子Ｑ２が短絡故障またはハーフデッド故障した際の動作について説明する。まず、スイッチング素子Ｑ１またはスイッチング素子Ｑ２の故障時に、本実施の形態の保護が行われない場合の動作について説明する。

【0023】

まず、スイッチング素子Ｑ２が故障してインピーダンスが低下した場合、スイッチング素子Ｑ２に発生する電圧ＶＱ２が目標電圧を下回る。この為、制御ＩＣ３０はバックコンバータ回路１０の出力電圧を上げようとする。この結果、光源８０およびレギュレータ回路２０には、定常時と比べ過大な電流が流れる。この際、スイッチング素子Ｑ２の故障状態と、照明装置１００で使用される部品、ＬＥＤ、器具の放熱構造等により、照明装置１００の動作は不点灯、過剰な明るさでの点灯等、様々な状態になることが想定される。特に、点灯動作が継続した場合、電子部品またはＬＥＤが発煙または発火するおそれがある。また、器具保持部材の劣化により、照明装置１００が落下するおそれがある。

【0024】

次に、スイッチング素子Ｑ１が故障し、インピーダンスが低下した場合、制御ＩＣ３０は定電流を維持しようとする。この為、制御ＩＣ３０はスイッチング素子Ｑ２のインピーダンスを増大させ、スイッチング素子Ｑ２が受け持つ電圧を上昇させる。スイッチング素子Ｑ２の損失はＬＥＤ電流とスイッチング素子Ｑ２に発生する電圧の積で決まる。この為、定常時に比べスイッチング素子Ｑ２の損失が大幅に増加し、発熱故障に繋がるおそれがある。発熱故障によりスイッチング素子Ｑ２も故障すると、主要電流経路を制限する部品が無くなる。従って、上述したスイッチング素子Ｑ２の故障時と同様の事象に繋がるおそれがある。

【0025】

次に、本実施の形態に係る保護動作について説明する。まず、スイッチング素子Ｑ２が故障した場合の動作について説明する。図２は、実施の形態１に係るレギュレータ回路２０のスイッチング素子Ｑ２が故障した場合の照明装置１００の動作を説明する図である。定常時には、電流検出抵抗Ｒ１に発生する電圧ＶＲ１は、目標値と一致するように一定に制御されている。スイッチング素子Ｑ２が故障すると、スイッチング素子Ｑ２のインピーダンスは制御不可能となり低下する。これにより、スイッチング素子Ｑ２に発生する電圧ＶＱ２が低下する。このとき制御ＩＣ３０は、バックコンバータ回路１０の出力電圧を上げようとするため、電流検出抵抗Ｒ１に流れる電流は増大する。

【0026】

制御ＩＣ３０は、目標値よりも高い予め定められた第１閾値を記憶している。制御ＩＣ３０は、電流検出抵抗Ｒ１に発生する電圧ＶＲ１が第１閾値を超えると、Ｑ１ＤＲＶ端子からの出力を停止し、スイッチング素子Ｑ１を停止させる。これにより、バックコンバータ回路１０の動作が停止し、スイッチング素子Ｑ１以降の回路に電流が供給されなくなる。従って、照明装置１００を安全に停止させることができる。

【0027】

次に、スイッチング素子Ｑ１が故障した場合の動作について説明する。図３は、実施の形態１に係るバックコンバータ回路１０のスイッチング素子Ｑ１が故障した場合の照明装置１００の動作を説明する図である。定常時には、スイッチング素子Ｑ２に発生する電圧ＶＱ２は目標電圧と一致するように一定に制御されている。スイッチング素子Ｑ１の故障によりインピーダンスが低下した場合、光源８０およびレギュレータ回路２０には過大な電圧が印加される。このとき、制御ＩＣ３０はレギュレータ回路２０を定電流制御しようとするため、スイッチング素子Ｑ２に発生する電圧ＶＱ２は増大する。

【0028】

制御ＩＣ３０は、目標電圧よりも高い予め定められた第２閾値を記憶している。制御ＩＣ３０は、スイッチング素子Ｑ２に発生する電圧ＶＱ２が第２閾値を超えると、Ｑ２ＤＲＶ端子の出力を停止して、スイッチング素子Ｑ２の動作を停止させる。これにより、主要電流経路が遮断され、電流が流れなくなる。よって、照明装置１００を安全に停止させることができる。

【0029】

このように本実施の形態では、定常時のフィードバックに使用している端子に保護閾値を持たせ、異常を検出する。電流検出抵抗Ｒ１に発生する電圧ＶＲ１が第１閾値を超えると、バックコンバータ回路１０が停止する。また、スイッチング素子Ｑ２に発生する電圧ＶＱ２が第２閾値を超えると、スイッチング素子Ｑ２の動作が停止する。従って、照明装置１００を保護できる。

【0030】

特に本実施の形態では、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の一方が故障した際に、他方の正常なスイッチング素子の動作を停止させて照明装置１００を停止させる。これにより、照明装置１００を精度よく保護でき、安全を維持できる。これに限らず、制御ＩＣ３０は、電圧ＶＲ１が第１閾値を超えた場合、または、電圧ＶＱ２が第２閾値を超えた場合に、バックコンバータ回路１０またはスイッチング素子Ｑ２の動作を停止させれば良い。

【0031】

本実施の形態の変形例として、バックコンバータ回路１０は他の種類の電源回路であっても良い。また、光源８０を構成する発光素子は有機ＥＬであっても良い。さらに、制御ＩＣ３０として複合ＩＣに限らず、フィードバック制御およびスイッチング素子の駆動が可能なあらゆる回路を採用できる。制御ＩＣ３０は、独立したＡ／Ｄ変換器、論理回路、ゲートアレイ、Ｄ／Ａ変換器等のハードウェアにより実現されても良い。

【0032】

これらの変形は、以下の実施の形態に係る点灯装置および照明装置について適宜応用することができる。なお、以下の実施の形態に係る点灯装置および照明装置については実施の形態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。

【0033】

実施の形態２．
図４は、実施の形態２に係る照明装置２００の回路ブロック図である。照明装置２００は点灯装置２５０と光源８０を備える。実施の形態１の点灯装置５０では、制御ＩＣ３０は、スイッチング素子Ｑ２のドレイン電圧からスイッチング素子Ｑ２に発生する電圧ＶＱ２を検出した。これに対し本実施の形態の点灯装置２５０では、制御ＩＣ３０は、光源８０とスイッチング素子Ｑ２と電流検出抵抗Ｒ１が形成する直列回路に発生する電圧から、スイッチング素子Ｑ２に発生する電圧ＶＱ２を検出する。つまり、ＶＯＵＴ端子は光源８０のアノード側に変更されている。

【0034】

定常時およびスイッチング素子Ｑ１の故障時において、ＬＥＤ電流は一定であり、光源８０に発生する電圧は一定である。このため、光源８０のアノード側の電圧からもスイッチング素子Ｑ２に発生する電圧ＶＱ２を検出できる。従って、本実施の形態の回路構成でも、ＶＯＵＴ端子の電圧に基づき、バックコンバータ回路１０の定電圧制御およびスイッチング素子Ｑ１が故障した場合の保護動作が可能となる。

【0035】

本開示は、上述した実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、各種変更を各実施の形態に施したもの、および、各実施の形態における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態が、本開示の範囲内に含まれる。

【符号の説明】

【0036】

１０ バックコンバータ回路、２０ レギュレータ回路、３０ 制御ＩＣ、４０ 制御電源回路、４２ 降圧回路、５０ 点灯装置、８０ 光源、１００、２００ 照明装置、２５０ 点灯装置、ＡＣ 交流電源、Ｃ１、Ｃ２ 平滑コンデンサ、Ｃ３ 電解コンデンサ、Ｄ１ ダイオード、ＤＢ１ ダイオードブリッジ、Ｌ１ インダクタ、Ｑ１、Ｑ２ スイッチング素子、Ｒ１ 電流検出抵抗、Ｒ２、Ｒ３ 抵抗

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】