特開 2025-83857 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】P2025083857

(43)【公開日】2025-06-02

(54)【発明の名称】照明装置

(51)【国際特許分類】

   H05B 45/50 20220101AFI20250526BHJP

   H05B 45/38 20200101ALI20250526BHJP

   H05B 45/375 20200101ALI20250526BHJP

   H05B 45/36 20200101ALI20250526BHJP

   H05B 45/10 20200101ALI20250526BHJP

【ＦＩ】

H05B45/50

H05B45/38

H05B45/375

H05B45/36

H05B45/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023197495

(22)【出願日】2023-11-21

(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】相場 明穂

(72)【発明者】

【氏名】平本 雄也

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 太一

【テーマコード（参考）】

3K273

【Ｆターム（参考）】

3K273BA34

3K273CA02

3K273CA04

3K273DA08

3K273EA06

3K273EA07

3K273EA22

3K273EA25

3K273EA35

3K273EA40

3K273EA44

3K273FA03

3K273FA14

3K273FA26

3K273GA03

3K273GA12

3K273GA14

(57)【要約】

【課題】入力電圧の大きさに依らず昇圧回路に流れる電流が過電流であるか否かを判定することができる照明装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本開示の照明装置は、光源と、外部電源からの入力電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧回路により昇圧された電圧を光源の点灯に適した電圧に降圧する降圧回路と、制御装置とを備える。制御装置は、昇圧回路のスイッチング素子に流れる電流を検知する処理と、該電流が過電流であるか否かを入力電圧に応じて設定された電流の閾値に基づき判定する処理とを実行するように構成される。電流の閾値は入力電圧が大きいほど低い値に設定される。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源と、外部電源からの入力電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路により昇圧された電圧を前記光源の点灯に適した電圧に降圧する降圧回路と、制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記昇圧回路のスイッチング素子に流れる電流を検知する処理と、
前記電流が過電流であるか否かを前記入力電圧に応じて設定された前記電流の閾値に基づき判定する処理と、
を実行するように構成され、
前記電流の閾値は前記入力電圧が大きいほど低い値に設定される、照明装置。

【請求項2】

前記入力電圧に応じて設定された前記電流の閾値は、前記光源の調光率が小さいほど低い値に設定される、請求項１に記載の照明装置。

【請求項3】

前記制御装置は、前記入力電圧が電圧の閾値を超えるか否かを判定する処理をさらに実行し、
前記電流の閾値は、前記入力電圧が前記電圧の閾値を超えた場合に変更される、請求項１または２に記載の照明装置。

【請求項4】

前記スイッチング素子と直列に接続される抵抗を更に備え、
前記制御装置は前記抵抗にかかる電圧を検出することで前記スイッチング素子に流れる前記電流を検知する、請求項１または２に記載の照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、照明装置の光源には、ＬＥＤが使用されることが一般的である。白熱電球および蛍光灯に比べて、ＬＥＤの明るさは入力電圧変化に追従しやすいことが知られている。そのため光源に供給される電圧のリップルを低減しない限り、光源がちらついて見えてしまうという問題がある。この問題の対策のため、外部電源からの入力電圧を一度昇圧してリップルを低減し、後段で光源に適した電圧に降圧する２コンバータ方式が増えてきている。さらには、前段の昇圧回路をＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）動作させることにより、力率改善を行う技術も知られる。

【0003】

特許文献１には、コンバータ回路のスイッチング素子に上限を超える過電流が流れていることを検出した場合にスイッチング素子のスイッチング制御を停止するように動作する点灯装置が開示されている。これにより、過電流から回路を保護することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－００７０６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

コンバータ回路において、前段の昇圧回路に流れる電流は、入力電圧が低いほど大きくなるという特徴がある。ところが、上述の方法では過電流であるか否かを判定する閾値が１値であるため、ある入力電圧を基準として設定された閾値は、それよりも高い入力電圧においては閾値の役割を果たさず、過電流であるか否かを判定できなかった。そのため入力電圧が大きい領域においては回路を保護することができないといった問題が生じていた。

【0006】

本開示は上述の問題を解決するため、入力電圧の大きさに依らず昇圧回路に流れる電流が過電流であるか否かを判定することができ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】

【0007】

本開示の態様は、
光源と、外部電源からの入力電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路により昇圧された電圧を前記光源の点灯に適した電圧に降圧する降圧回路と、制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記昇圧回路のスイッチング素子に流れる電流を検知する処理と、
前記電流が過電流であるか否かを前記入力電圧に応じて設定された前記電流の閾値に基づき判定する処理と、
を実行するように構成され、
前記電流の閾値は前記入力電圧が大きいほど低い値に設定される、照明装置であることが好ましい。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、電流の閾値は入力電圧が大きくなるほど低い値になるように設定されるため、入力電圧が大きい場合にも過電流であるか否かの判定を実施することが可能となる。これにより、入力電圧の大きさに依らず昇圧回路に流れる電流が過電流であるか否かを判定することができる照明装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の実施の形態１に係る照明装置の回路図である。

【図2】本開示の実施の形態１に係る外部電源からの入力電圧の監視方法を示す図である。

【図3】本開示の実施の形態１に係る外部電源からの入力電圧の監視方法を示す図である。

【図4】本開示の実施の形態１に係るスイッチング素子に流れる電流の閾値Ｉ_ｔｈの設定方法を示す図である。

【図5】本開示の実施の形態２に係るスイッチング素子に流れる電流の閾値Ｉ_ｔｈの設定方法を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本開示の実施の形態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は本開示の実施の形態１に係る照明装置１００の回路図である。照明装置１００は、ＬＥＤを１以上備えるＬＥＤモジュール１１と、点灯装置１２と、調光器６１と、調光インターフェイス回路６２とを備えている。

【0012】

点灯装置１２は、入力フィルタ回路１と、入力電圧検出回路２と、昇圧回路３と、ＬＥＤモジュール１１が接続される降圧回路４と、制御装置５０（マイコン）を備えている。

【0013】

入力フィルタ回路１には外部電源が接続され、外部電源からの入力電圧を受け付ける。入力フィルタ回路１は過電流を保護するためのヒューズ２５と、コンデンサ２６と、外部電源からの交流電圧を全波整流し直流電圧に変換するダイオードブリッジ２７を備える。ダイオードブリッジ２７の出力は高電位側が入力電圧検出回路２に接続され、低電位側が接地用端子（図示せず）に接続される。

【0014】

入力電圧検出回路２は、直列に接続された抵抗２１と抵抗２２を備え、入力電圧を分圧する。これにより、分圧された電圧（第一の電圧とする）を制御装置５０にて検出することが可能となり、外部電源の入力電圧の検出が可能となる。

【0015】

昇圧回路３は入力フィルタ回路１から受け付けた直流電圧を昇圧する。コンデンサ３１は、ダイオードブリッジ２７と並列に接続される。コンデンサ３１の正極にはインダクタ３３の一端が接続され、コンデンサ３１の負極は接地用端子に接続される。インダクタ３３の他端にはスイッチング素子３２の第一端子及びダイオード３４のアノードが接続される。

【0016】

スイッチング素子３２は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。スイッチング素子３２において第一端子がインダクタ３３、第二端子が抵抗３８、制御端子が制御装置５０に接続される。ＭＯＳＦＥＴの場合、第一端子はドレイン端子、第二端子はソース端子、制御端子はゲート端子である。スイッチング素子３２が制御装置５０によるスイッチ制御に応答することで、昇圧回路３内の電圧の入り切りをすることができる。

【0017】

また、ダイオード３４のカソードには電解コンデンサ３５の正極が接続され、電解コンデンサ３５の負極は接地用端子に接続される。

【0018】

抵抗３６及び抵抗３７は昇圧回路３の出力端に設けられ、昇圧回路３の出力電圧を分圧する。分圧された電圧（第二の電圧とする）は制御装置５０により検出される。制御装置５０は第二の電圧に基づき昇圧回路３の出力電圧が一定となるようにスイッチング素子３２を制御する。

【0019】

抵抗３８は、スイッチング素子３２のソース端子と、接地用端子に接続され、スイッチング素子３２にかかる電圧（第三の電圧とする）を制御装置５０に入力する。第三の電圧に基づき、制御装置５０はスイッチング素子３２に流れる電流を検知することが可能となる。スイッチング素子３２に流れる電流は昇圧回路３全体に流れる電流と同様の挙動を示すことから、昇圧回路３に流れる電流の指標となる。

【0020】

降圧回路４は、昇圧回路３から受け付けた電圧をＬＥＤモジュール１１の点灯に適した電圧に降圧する。降圧回路４は例えばバックコンバータ回路、フライバック回路などであるが、他の降圧方式でも良い。降圧回路４のスイッチング素子４１は上述のスイッチング素子３２と同様、ＭＯＳＦＥＴ等である。スイッチング素子４１は第一端子が電解コンデンサ３５の正極、第二端子がダイオード４２のカソード、制御端子が制御回路４０に接続される。スイッチング素子４１が制御回路４０によるスイッチ制御に応答することで、回路内の電圧の入り切りをすることができる。

【0021】

コンデンサ４３の負極にはセンス抵抗４４の一端が接続され、センス抵抗４４の他端及びダイオード４２のアノードには接地用端子が接続される。

【0022】

センス抵抗４４は降圧回路４に設けられており、ＬＥＤモジュール１１に流れるＬＥＤ電流の検出に用いられる。センス抵抗４４に印加されるＬＥＤ電流に対応した電圧は、制御回路４０により検出される。該電圧に基づき、制御回路４０はＬＥＤモジュール１１に流れる電流が一定電流となるようにスイッチング素子４１を制御する。

【0023】

抵抗４５及び抵抗４６は降圧回路４の出力端に設けられており、ＬＥＤモジュール１１の電圧検出に用いられる。抵抗４５及び抵抗４６により分圧された電圧（第四の電圧とする）が制御装置５０に入力されると、制御装置５０はこの検出電圧に基づき、ＬＥＤモジュール１１の接続有無、または電圧異常等を検知する。

【0024】

制御装置５０は、デジタル電源用制御装置として提供される公知のマイコンで構成できる他、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５０は、記憶部、処理装置、Ａ／Ｄ変換部を備えている。

【0025】

制御装置５０には、上述の第一の電圧と、第二の電圧と、第三の電圧と、第四の電圧とが入力される。

【0026】

記憶部は不揮発性メモリを有し、処理装置で実行すべき演算プログラム及び演算に用いられる各種データを記憶する。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。Ａ／Ｄ変換部は、制御装置５０に入力された電圧値をデジタル値に変換する。処理装置は、デジタル変換された電圧値をもとに点灯制御のために必要な演算処理を行う。なお処理装置が行う演算処理は後述の第一の電圧に対する閾値判定処理と、スイッチング素子３２に流れる電流に対する過電流の判定処理を含む。

【0027】

制御装置５０は、第二の電圧に基づきスイッチング素子３２のオン時間を調整し、予め記憶部に設定された目標電圧に一致するように昇圧回路３の定電圧制御を行う。

【0028】

制御装置５０は、調光インターフェイス（Ｉ／Ｆ）回路６２を介して調光器６１からの調光指令値を受けつける。制御装置５０は、受け付けた調光指令値を制御回路４０に通知する。

【0029】

制御回路４０は、調光指令値で指令された調光率でＬＥＤモジュール１１を点灯させるためのＰＷＭ信号を出力する。ＰＷＭ信号の出力においては、制御回路４０はセンス抵抗４４で検知した電流に基づき、ＬＥＤモジュール１１に流れる電流が調光指令値に基づいて決定される目標電流に一致するように、スイッチング素子４１のオン時間を調整する。

【0030】

図２は本開示の実施の形態１に係る外部電源からの入力電圧の監視方法を示す図である。制御装置５０は、入力電圧検出回路２から入力される第一の電圧を検出し、第一の電圧が電圧の閾値Ｖ_thを超えるか否かを判定する。電圧の閾値Ｖ_thは記憶部に記憶されている。

【0031】

閾値判定においては、ある判定期間に亘って定常的に第一の電圧が閾値Ｖ_thを超えているか否かを判定する。これにより、定常的な電圧の変化と、ノイズなどによる一時的な電圧変化とを区別することができ、判定の精度を向上させることが可能となる。

【0032】

図３は本開示の実施の形態１に係る外部電源からの入力電圧の監視方法を示す図である。日本の場合、商用電源の周波数は５０Ｈｚまたは６０Ｈｚである。したがって閾値判定においては、外部電源の周期または半周期毎に第一の電圧の最大値を検出し、得られた最大値を累加平均したうえで、平均値が電圧の閾値Ｖ_thを超えるか否かを判定しても良い。累加平均された平均値を用いることで統計的な効果が得られ、閾値判定の精度を高めることができる。

【0033】

例えば、図３の例では外部電源の半周期毎に第一の電圧の最大値が検出されている。外部電源が入力電圧検出回路２に接続された直後に入力電圧が上昇したことを反映し、第一の電圧においては大きな最大値が検出されている。すなわち、第一の電圧は最初の半周期において最大値１４１Ｖが検出され、次の半周期において最大値１１３Ｖが検出されている。しかしながら、外部電源からの入力電圧が安定するのに従い、第一の電圧の最大値は８５Ｖで安定していく。ここで、電圧の閾値Ｖ_thが８５Ｖ以上１１３Ｖ未満であったとすると、検出される第一の電圧は電圧の閾値Ｖ_thを超えないと判定されるのが望ましい結果である。

【0034】

第一の電圧の最大値を累加平均していくことで得られる平均値は外部電源の接続当初においては８５Ｖを超えるため電圧の閾値Ｖ_thを超えている。しかしながら、該平均値は時間とともに８５Ｖに近づいていくため、ある時刻において電圧の閾値Ｖ_thを超えなくなる。このようにして、望み通りの判定結果が得られる。

【0035】

なお、図２および図３では第一の電圧に対する電圧の閾値Ｖ_thが１値のみである場合を説明したが、電圧の閾値Ｖ_thは複数であってもよい。電圧の閾値を複数設けることで後述する電流の閾値Ｉ_ｔｈを複数設けることができ、電流の閾値Ｉ_ｔｈと外部電源からの入力電圧とを細かく対応させることが可能となる。

【0036】

図４は本開示の実施の形態１に係るスイッチング素子３２に流れる電流の閾値Ｉ_ｔｈの設定方法を示す図である。外部電源からの入力電圧が大きくなるほど昇圧回路３に流れる電流は小さくなるということはすでに述べたとおりであるが、スイッチング素子３２に流れる電流も昇圧回路３に流れる電流と同様の挙動を示す。

【0037】

制御装置５０はスイッチング素子３２に流れる電流を監視し、閾値Ｉ_ｔｈに基づき該電流が過電流であるか否かの判定を行う。電流の閾値Ｉ_ｔｈは、電圧の閾値Ｖ_thの判定結果に応じてＩ_ｔｈ１からＩ_ｔｈ３のいずれかに設定される。

【0038】

例えば電圧の閾値がＶ_th１とＶ_th２の２値である場合、制御装置５０は以下のように電流の閾値Ｉ_ｔｈを設定する。ただしここではＩ_ｔｈ１＞Ｉ_ｔｈ２＞Ｉ_ｔｈ３である。
・第一の電圧がＶ_ｔｈ１以下 ：電流の閾値はＩ_ｔｈ１
・第一の電圧がＶ_ｔｈ１を超えＶ_ｔｈ２以下 ：電流の閾値はＩ_ｔｈ２
・第一の電圧がＶ_ｔｈ２を超える ：電流の閾値はＩ_ｔｈ３

【0039】

このように電流の閾値Ｉ_ｔｈは入力電圧が大きくなるほど低い値になるように設定されるため、入力電圧が大きい場合にも過電流であるか否かの判定を実施することが可能となる。これにより、入力電圧が大きい場合にも昇圧回路３および降圧回路４の安全を確保することができる。

【0040】

先行技術では電流の閾値Ｉ_ｔｈが１値であるため、該閾値に対応する入力電圧以上の領域においては過電流であるか否かの判定が実施できなかった。過電流であるか否かの判定が実施できない状態では、例えば降圧回路４のスイッチング素子４１がハーフデッド故障を起こしＬＥＤモジュール１１に過大な電流が流れてしまってもこれを検知できなかった。そのためスイッチングを停止して降圧回路４を保護することができなかった。

【0041】

ここで、センス抵抗４４の電圧を制御装置５０に入力し、ＬＥＤモジュール１１に流れる電流を監視しておけば、ＬＥＤモジュール１１に過大な電流が流れた場合に降圧回路４を保護することが可能である。しかしながら、入力用の配線などが追加で必要になり、コストアップに繋がる。また、近年では色温度の異なる複数のＬＥＤモジュール１１を備える照明装置が数多く販売されているが、そのような照明装置において、複数のＬＥＤモジュール１１に流れる電流を個別に検出することは、コストアップに留まらず、サイズアップも懸念される。これに対し、本開示では追加配線を必要とせず、コストアップもサイズアップもすることなく降圧回路４を保護できるという利点を有する。

【0042】

以上説明したように、本開示においては入力電圧の大きさに依らず昇圧回路に流れる電流が過電流であるか否かを判定することができる照明装置を提供することができる。

【0043】

なお、上述では光源がＬＥＤモジュール１１である場合を説明したが、光源はＬＥＤに限らず白熱灯等でもよい。この点は全ての実施形態において共通である。

【0044】

実施の形態２
本実施形態では、スイッチング素子３２に流れる電流の閾値Ｉ_ｔｈを、実施の形態１で説明した第一の電圧だけでなく調光率にも応じた値に設定する。なお、以降では、実施の形態１からの変更点を説明する。図５は本開示の実施の形態２に係るスイッチング素子３２に流れる電流の閾値Ｉ_ｔｈの設定方法を示す図である。昇圧回路３のスイッチング素子３２に流れる電流は、調光率に依存して変化し、調光率が大きくなると電流も増加するという特徴がある。

【0045】

本実施形態では、第一の電圧に基づき設定された電流の閾値Ｉ_ｔｈが、調光器６１から指令された調光率に基づき、以下のように変更される。ただしここではＩ_ｔｈ１＞Ｉ_ｔｈ２＞Ｉ_ｔｈ３である。
・調光率がＤＩＭ_ｔｈ１以下 ：電流の閾値はＩ_ｔｈ３
・調光率がＤＩＭ_ｔｈ１を超えＤＩＭ_ｔｈ２以下 ：電流の閾値はＩ_ｔｈ２
・調光率がＤＩＭ_ｔｈ２を超える ：電流の閾値はＩ_ｔｈ１

【0046】

このように、電流の閾値Ｉ_ｔｈは調光率が小さいほど低い値になるように設定される。これにより、調光率に応じて適切な閾値Ｉ_ｔｈを設定することが可能となる。本実施形態のように、第一の電圧および調光率に応じて設定された電流の閾値Ｉ_ｔｈに基づきスイッチング素子３２に流れる電流が過電流であるかを判定することで、過電流の判定をより厳密に行うことができる。したがって回路の保護の要否を判定する精度を実施の形態１よりも高めることができる。

【0047】

なおここでは調光率の閾値がＤＩＭ_ｔｈ１とＤＩＭ_ｔｈ２の２値である場合を説明したが、閾値の数は限定されない。

【0048】

なお、本開示で示した第一の電圧および調光率の数値はあくまで一例であって、限定されない。

【0049】

以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
（付記１）
光源と、外部電源からの入力電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路により昇圧された電圧を前記光源の点灯に適した電圧に降圧する降圧回路と、制御回路と、を備え、
前記制御回路は、
前記昇圧回路のスイッチング素子に流れる電流を検知する処理と、
前記電流が過電流であるか否かを前記入力電圧に応じて設定された前記電流の閾値に基づき判定する処理を実行するように構成され、
前記電流の閾値は前記入力電圧が大きいほど低い値に設定される、照明装置。
（付記２）
前記入力電圧に応じて設定された前記電流の閾値は、前記光源の調光率が小さいほど低い値に設定される、付記１に記載の照明装置。
（付記３）
前記制御回路は、前記入力電圧が電圧の閾値を超えるか否かを判定する処理をさらに実行し、
前記電流の閾値は、前記入力電圧が前記電圧の閾値を超えた場合に変更される、付記１または２に記載の照明装置。
（付記４）
前記スイッチング素子と直列に接続される抵抗を更に備え、
前記制御回路は前記抵抗にかかる電圧を検出することで前記スイッチング素子に流れる前記電流を検知する、付記１から３いずれか１項に記載の照明装置。

【符号の説明】

【0050】

１ 入力フィルタ回路
２ 入力電圧検出回路
３ 昇圧回路
４ 降圧回路
１１ ＬＥＤモジュール
１２ 点灯装置
２１ 抵抗
２２ 抵抗
２５ ヒューズ
２６ コンデンサ
２７ ダイオードブリッジ
３１ コンデンサ
３２ スイッチング素子
３３ インダクタ
３４ ダイオード
３５ 電解コンデンサ
３６ 抵抗
３７ 抵抗
３８ 抵抗
４０ 制御回路
４１ スイッチング素子
４２ ダイオード
４３ コンデンサ
４４ センス抵抗
４５ 抵抗
４６ 抵抗
５０ 制御装置
６１ 調光器
６２ 調光インターフェイス回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】