(57)【要約】【課題】消費電力、維持費、及び製造費用を低減することができる照明装置を提供する。【解決手段】電源部２と、複数の発光ダイオードを配列して形成された発光面を有する発光ダイオードパネル３と、前記電源部と前記発光ダイオードパネルとの間に接続された定電流スイッチング電源６とを備え、前記定電流スイッチング電源６は、前記電源部２から供給される電力の変換時に二次側の電流を検出するリニアホールＩＣを有する定電流回路を備え、前記電源部２からの電力を前記定電流回路によって変換して前記発光ダイオードパネル３に供給する構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源部と、複数の発光ダイオードを配列して形成された発光面を有する発光ダイオードパネルと、前記電源部と前記発光ダイオードパネルとの間に接続された定電流スイッチング電源とを備えた照明装置であって、前記定電流スイッチング電源は、前記電源部から供給される電力の変換時に二次側の電流を検出するリニアホールＩＣを有する定電流回路を備え、前記電源部からの電力を前記リニアホールＩＣを有する定電流回路によって変換して前記発光ダイオードパネルに供給することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
戸外の明暗を検出する明暗検出回路と、前記定電流スイッチング電源の動作を制御する定電流スイッチング電源制御回路とを更に備え、前記定電流スイッチング電源制御回路は、前記明暗検出回路によって前記戸外の暗状態が検出されたときに前記定電流スイッチング電源を稼動して前記電源部から前記発光ダイオードパネルに電力を供給させることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記明暗検出回路は、独立した複数の光検出素子と、前記複数の光検出素子で検出した各明暗信号を入力して多数決の判定結果に基づいて前記戸外の明暗を決定し、前記戸外の明暗の状態を示す明暗信号を出力する多数決回路とを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記発光ダイオードパネルは、複数の前記発光ダイオードと複数の紫外発光ダイオードを直列接続して形成される単位ブロックを複数並列接続して構成されており、前記紫外発光ダイオードと蛍光体素子を使用して可視光を広範囲に拡散させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の照明装置。
【請求項５】
電源部と、複数の発光ダイオードを配列して形成された発光面を有する発光ダイオードパネルとを有する照明装置に適用され、前記電源部と前記発光ダイオードパネルとの間に接続される定電流回路において、前記電源部から供給される電力の変換時に二次側の電流を検出するリニアホールＩＣを備えたことを特徴とする定電流回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードを用いた照明装置及びその照明装置に適用される定電流回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
屋外を照明する街路灯等の照明装置は、一般的に、白熱球、蛍光灯、水銀灯又は発光ダイオードを光源とし、交流１００ボルトの電源、又は太陽電池と二次電池とを組み合わせた電源を使用してこの光源を発光させている。また、街路灯等の屋外用照明装置の他に、車載ＬＥＤ照明装置やＬＥＤ表示機器等の照明装置などにも定電流回路を有する電源が使用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の定電流回路は、二次電流を検出する際に抵抗やカレントトランスを使用しているため、電力の変換効率が悪く、照明装置によっては必要な電力が得られないなどの問題点がある。また、従来の屋外用照明装置には以下の問題点がある。すなわち、第１に、光源に白熱球、蛍光灯又は水銀灯を使用した場合、消費電流が大きいという問題点がある。第２に、白熱球、蛍光灯又は水銀灯を使用した際、電球切れ等の維持費が発生する問題点がある。第３に、白熱球、蛍光灯又は水銀灯を使用する際、交流１００ボルトを電源として使用するため、照明装置まで電線を敷設する工事が必要となり、設置価格が高騰するという問題点がある。第４に、太陽電池と二次電池を組み合わせた発光ダイオードの光源は、従来の電力変換の技術の場合、上述したように、二次電流の検出用として抵抗やカレントトランスを使用した定電流回路を備え、その定電流回路によって定電流の制御が行われている。そのため、二次電池と発光ダイオードの光源間の電力変換効率が悪く、光源電力の１０倍の太陽電池を使用するため、初期設置経費が高騰するという問題点がある。第５に、外部の明暗状態を検出する自動点滅器は従来から街路灯などに搭載されているが、電子式及び機械式のいずれも接点寿命があり、破損した際の維持費が発生する問題点がある。第６に、発光ダイオードを使用した照明装置は、発光ダイオードの特性上、指向特性があり、広範囲を照明する必要がある街路灯などの照明装置においては、これを解決するために発光ダイオードの使用個数を増やしており、初期設置経費が高騰するという問題点がある。
【０００４】
本発明は、本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の主要な目的は、消費電力、維持費、及び製造費用を低減することができる照明装置、及び定電流回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、発光ダイオードを用いた照明装置及びその照明装置に適用される定電流回路に関するものであり、本発明の上記目的は、照明装置に関しては、電源部と、複数の発光ダイオードを配列して形成された発光面を有する発光ダイオードパネルと、前記電源部と前記発光ダイオードパネルとの間に接続された定電流スイッチング電源とを備えた照明装置であって、前記定電流スイッチング電源は、前記電源部から供給される電力の変換時に二次側の電流を検出するリニアホールＩＣを有する定電流回路を備え、前記電源部からの電力を前記リニアホールＩＣを有する定電流回路によって変換して前記発光ダイオードパネルに供給することによって達成される。
【０００６】
さらに、戸外の明暗を検出する明暗検出回路と、前記定電流スイッチング電源の動作を制御する定電流スイッチング電源制御回路とを更に備え、前記定電流スイッチング電源制御回路は、前記明暗検出回路によって前記戸外の暗状態が検出されたときに前記定電流スイッチング電源を稼動して前記電源部から前記発光ダイオードパネルに電力を供給させること、前記明暗検出回路は、独立した複数の光検出素子と、前記複数の光検出素子で検出した各明暗信号を入力して多数決の判定結果に基づいて前記戸外の明暗を決定し、前記戸外の明暗の状態を示す明暗信号を出力する多数決回路とを備えていること、前記発光ダイオードパネルは、複数の前記発光ダイオードと複数の紫外発光ダイオードを直列接続して形成される単位ブロックを複数並列接続して構成されており、前記紫外発光ダイオードと蛍光体素子を使用して可視光を広範囲に拡散させることによって、それぞれ一層効果的に達成される。
【０００７】
また、本発明の上記目的は、定電流回路に関しては、電源部と、複数の発光ダイオードを配列して形成された発光面を有する発光ダイオードパネルとを有する照明装置に適用され、前記電源部と前記発光ダイオードパネルとの間に接続される定電流回路において、前記電源部から供給される電力の変換時に二次側の電流を検出するリニアホールＩＣを備えることによって達成される。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１及び請求項５に係る発明によれば、電源部から供給される電力の変換時に二次側の電流をリニアホールＩＣによって検出する構成としているので、二次側の電流検出用としての抵抗やカレントトランスが不要となる。そのため、従来の発光ダイオードの定電流回路と比較すると約１．６倍のエネルギー変換効率となる。この方式により、夜間点灯時間の制限無しで点灯させることができることや、太陽電池の面積を従来の６０％に小型化することができる。また、二次側の電流検出をホールＩＣのみで１次側にフィードバックすることが可能であるため、他の絶縁部品（例えばフォトカプラ）を使用する必要が無くなる。
【０００９】
また、請求項２に係る発明によれば、街路灯などの屋外用の自動照明装置として使用することが可能となる。さらに、発光ダイオードパネルに供給する際の電力変換効率が良いので、太陽光を利用した屋外用照明装置において、外部電源が不要な照明装置を提供することが可能となる。
【００１０】
さらに、請求項３に係る発明によれば、明暗検出回路は、独立した複数の光検出素子で検出した各明暗信号を入力して多数決の判定結果に基づいて前記戸外の明暗を認識する構成としている。そのため、例えば３つの光検出素子を有する場合を例とすると、戸外が明るい状態のときに、万が一、鳥類の糞、木陰、落ち葉等で光検出素子のいずれか１つが暗信号を出力し続けても、残りの２つの光検出素子の出力で戸外が明状態であると判定するため、実働に支障がない回路構成となっている。このため偶発的な暗信号に耐え、電子式、機械的接点よりも長寿命とすることができる。
【００１１】
また、請求項４に係る発明によれば、ダイオードパネルは、複数の前記発光ダイオードと複数の紫外発光ダイオードを直列接続して、形成される単位ブロックを複数並列接続して構成されており、前記紫外発光ダイオードと蛍光体素子を使用して可視光を広範囲に拡散させることができるため、街路灯などに適用した場合に欠点となる発光ダイオードの指向特性を改善し、遠方からも視認可能な照明装置を提供することが可能となる。また、この方式により使用する発光ダイオードの数量を最適化でき、製造費用を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る照明装置の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本発明係る照明装置は街路灯に限るものではないが、街路灯として適用した場合を例として説明する。
【００１３】
最初に、街路灯の構成について、図１から図３を参照して説明する。なお、図２（Ａ）及び（Ｂ）は、街路灯の構成を示す外観図であり、同図（Ａ）が側面図、同図（Ｂ）が正面図であり、図３は、図２における街路灯１の照明光源登頂部７を拡大して示す側面図である。
【００１４】
図１に示すように、街路灯１は、電源部２、ダイオードパネル３、明暗検出回路４、制御回路部５及び定電流スイッチング電源６を備えている。また、街路灯１は、図２に示すように、照明光源登頂部７及び電池収納部９を備え、電柱１０若しくは支持柱１１を備えて地面１２に起立した状態で設置されている。
【００１５】
電源部２は、図１に示すように、太陽電池２１、充電回路２２及び二次電池２３を備えて構成されている。太陽電池２１は、図２に示すように、照明光源登頂部７の上面側に設置され、日中において太陽光を受光可能に構成されている。この場合、太陽電池２１としては、単結晶シリコン型太陽電池若しくは薄膜シリコン型太陽電池を並列接続して構成される。充電回路２２は、蓄電手段としてのコンデンサと、制御回路部５からの信号ＳＷ２を受信する光伝達素子とから構成されている。また、制御回路部５は、定電流スイッチング電源６の動作を制御する定電流スイッチング電源制御回路、及びコンデンサから二次電池２３への充電動作を制御する充電制御回路等から構成される。
【００１６】
制御回路部５は、明暗検出回路５より明信号（戸外が明状態（所定の照度以上）であることを示す信号）ＨＩが伝達されれば充電回路２２に信号ＳＷ２を送信し、充電回路２２内のコンデンサに蓄電されている電力を二次電池２３に充電させる。充電回路２２が充電を停止するのは、制御回路部５からの信号ＳＷ２が無くなったときで、明暗検出回路５より暗信号（戸外が暗状態（所定の照度未満）であることを示す信号）ＬＯが伝達されるとき若しくは、明暗検出回路５より明信号ＨＩが伝達されていても制御回路部５の設定された最大充電時間に到達したとき、又は二次電池２３の許容最大充電温度を超えたときに充電を停止する。二次電池２３は鉛蓄電池若しくはニッケル水素電池などで構成される。この場合、二次電池２３は充電条件、放電条件に合致する必要な数の電池が直列・並列に接続されて、必要とされる電圧値で充分な電流を出力可能に構成されている。なお、本例では、明暗検出回路５は、所定の照度以上の場合に明信号を送信し、所定の照度未満の場合に暗信号を送信する形態としているが、現在が暗状態の場合は日出照度と比較し、現在が明状態の場合は日没照度と比較して、該当の信号を送信する形態としても良い。また、充電制御回路は、制御回路部５内に設けた構成としているが、電源部２内に設けても良い。
【００１７】
明暗検出回路４は、フォトダイオード等の複数の光検出素子４ａ〜４ｃを用いて構成され、照明光源登頂部７の上部に設置されている。また、明暗検出回路４は、光検出素子４ａ〜４ｃで検出した各明暗信号を入力して多数決の判定結果に基づいて戸外の明暗を決定し、戸外の明暗の状態を示す明暗信号を出力する多数決回路を備えており、光検出素子４ａ〜４ｃのうち過半数（本例ではいずれか２つ以上）の明信号ＨＩ２又は暗信号ＬＯ２が検出されなければ、明信号ＨＩ又は暗信号ＬＯにならない構成となっている。したがって、光検出素子４ａ〜４ｃのうちいずれか２つ以上が予め設定された明るさよりも暗くなった場合に、戸外（街路灯１の周囲）が暗い状態であると判定し、暗信号ＬＯを出力する。例えば、戸外が明るい状態のときに、鳥類の糞、木陰、落ち葉等で光検出素子４ａ〜４ｃのいずれか１つが暗信号ＬＯ２を出力し続けても、残りの２つの光検出素子の出力で戸外が明状態であると判定するため、実働に支障がない回路構成となっている。
【００１８】
発光ダイオードパネル３は、高輝度型の発光ダイオードを面状に配列し、紫外発光ダイオードを点状に配置して構成され、光源として機能する。この場合ダイオードパネル３は図２に示すように、照明光源登頂部７の下面に配置され、照明光源登頂部７の下方の地面１２を照明する。また、点状に配置した紫外発光ダイオードで、図３に示すように、グローブ８Ａ内の蛍光体素子８（配置構成は省略）を発光させることによって、発光ダイオードの欠点の指向特性を改善し、遠方からも視認可能な構成としている。この構成により、ダイオードパネル３において使用される発光ダイオードの数量を最適化することが可能となり、発光ダイオードの使用数量を低減でき、従来の街路灯における照明光源登頂部と同じ体積の照明光源登頂部７にダイオードパネル３を配置できる。
【００１９】
制御回路部５は、明暗検出回路４によって戸外の暗状態が検出されたときに、暗信号ＨＩを信号ＳＷ１（定電流スイッチング電源に対する制御信号）として伝達して定電流スイッチング電源６を駆動させ、電源部２からダイオードパネル３に電力を供給する制御機能を有している。また、制御回路部５は明暗検出回路５より明信号ＨＩが伝達されれば、明信号ＨＩを信号ＳＷ２（充電回路に対する制御信号）として伝達して充電回路２２を動作させ、充電回路２２内のコンデンサに蓄電されている電力を二次電池２３に充電させる。上記の信号ＳＷ１と信号ＳＷ２はどちらも同時に出力されない構成となっている。これにより、複雑な初期設定の操作を行わずに日没照度、日出照度を検出し、街路灯１を動作可能な構成としている。
【００２０】
定電流スイッチング電源６は、制御回路部５から信号ＳＷ１を受信することによって駆動され、二次電池２３から供給される電力を変換して発光ダイオードパネル３に供給する。図４は、定電流スイッチング電源６の主要部（リニアホールＩＣを使用した定電流回路）の構成を示している。本発明では従来の電源と違い、図４に示すように、二次側の電流検出にリニアホールＩＣを使用している。本実施の形態では、二次側の平滑コイルに流れる電流をリニアホールＩＣにより検出する構成とし、制御回路部５内の定電流スイッチング電源制御回路によって定電流スイッチング電源６を稼動して、二次電池２３から発光ダイオードパネル３に供給する電力を定電流スイッチング電源６によって変換し、発光ダイオードパネル３に定電流が供給されるように制御する形態としている。通常のスイッチング電源では、電流→電圧変換（抵抗、カレントトランス）による変換方式としているのに対し、本発明に係るスイッチング電源は、電流（磁束）→電圧変換による変換方式としている。このように、電流検出にホールＩＣを使用することによって、二次側の電流を検出する際の抵抗、カレントトランスが不要となり、エネルギーの変換効率を向上することができる。また、二次側の電流検出をホールＩＣのみで一次側にフィードバックする構成とすることで、他の絶縁部品（フォトカプラ）を使用する必要が無くなる。本発明における定電流回路は、図５の実験結果の例に示すように、従来の定電流回路と比較すると約１．６倍のエネルギー変換効率となる。なお、図４の例は、交流電源に適用した場合を例としているが、電源は交流電源に限るものではない。
【００２１】
照明光源登碩部７は電池収納部９を備え、その内部に二次電池２３を収納することができる。これにより支持柱１１に着脱可能な構成にし、電柱１０やその他家屋、建物に複雑な配線なしで設置可能な構成となっている。
【００２２】
次に、街路灯１の全体的な動作について説明する。
【００２３】
日中においては、明暗検出回路４が光検出素子４ａ〜４ｃから各検出信号（明信号ＨＩ２）を入力して多数決回路によって明信号ＨＩとし、この明信号ＨＩを受けた制御回路部５が、信号ＳＷ２を送信して充電回路２２を稼動させて、太陽電池２１が太陽光を受けて発電した直流電流で二次電池２３を充電する。一方、充電回路２２に対しては、信号ＳＷ１が制御回路部５から送信されないので、二次電池２３は、発光ダイオードパネル３に放電することなく充電が維持される。また、充電回路２２が充電を停止するのは、制御回路部５からの信号ＳＷ２が無くなったときで、例えば、明暗検出回路５より暗信号ＬＯが伝達されるとき若しくは、明暗検出回路５より明信号ＨＩが伝達されていても制御回路部５の設定された最大充電時間に到達したとき、又は二次電池２３の許容最大充電温度を超えたときに充電を停止する。
【００２４】
一方、夜になった際は、明暗検出回路４が光検出素子４ａ〜４ｃから各検出信号（暗信号ＬＯ２）を入力して多数決回路によって暗信号ＬＯとし、この暗信号ＬＯを受けた制御回路部５が、信号ＳＷ１を送信して定電流スイッチング回路６を稼動させて、二次電池２３に充電されている電力を放電させ、定電流スイッチング回路６により変換した電力を発光ダイオードパネル３に供給して点灯させる。この際に定電流スイッチング電源６を二次電池２３と発光ダイオードパネル３との間に配置し、二次側の電流検出にリニアホールＩＣを用いた定電流回路を備えた定電流スイッチング回路６によって、電源部２からの電力を変換することで、高効率で電力を変換できる。この後、日出照度を、明暗検出回路４が、光検出素子４ａ〜４ｃから入力した検出信号を入力して多数決回路によって過半数が明信号（日出照度以上）と判定したのであれば明信号ＨＩとし、制御回路部５より信号ＳＷ１の出力が停止され、二次電池２３から発光ダイオードパネル３への放電は自動的に停止して消灯状態に移行する。
【００２５】
なお、本発明は上記した各発明の実施の形態に限定されない。例えば制御回路部５内に時計回路等を設け、設定時刻での発光ダイオードパネル３の自動放電回路の構成を採用することも可能である。この場合、設置場所や日射条件に関係なく光源を規則正しく発光することができる。
【００２６】
また、上述した実施の形態においては、街路灯を例として説明したが、本発明は、夜間に道路以外の所定の場所を照明する汎用的な照明灯、車載用のＬＥＤ照明装置、ＬＥＤ表示機器など、屋内用を含む各種のＬＥＤ照明手段に適用することができる。また、リニアホールＩＣを使用した本発明に係る定電流回路又は定電流スイッチング電源は、照明装置以外にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る照明装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る街路灯の構成を示す外観図である。
【図３】図２における街路灯１の照明光源登頂部７を拡大して示す側面図である。
【図４】本発明に係る定電流スイッチング電源の主要部の構成例を示す回路図である。
【図５】本発明に係る定電流スイッチング回路のエネルギー変換効率を従来の定電流回路と比較して示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  街路灯
２  電源部
３  発光ダイオードパネル
４  明暗検出回路
４ａ  光検出素子Ａ
４ｂ  光検出素子Ｂ
４ｃ  光検出素子Ｃ
５  制御回路部
６  定電流スイッチング電源
７  照明光源登頂部
８  蛍光体素子
９  電池収納部
１０  電柱
１１  支持柱
１２  地面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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