(57)【要約】      （修正有）【課題】特別の電流回路、定電流回路、充電回路、停電検出回路、切り替えスイッチ等を不要とし、低コストの交流駆動のＬＥＤ非常用照明装置を提供する。【解決手段】直列に接続された複数個のＬＥＤＬ１〜Ｌｎと、該ＬＥＤの全てまたはそのうち任意の個数のＬＥＤに、並列に接続された、直列接続のリチウムイオン電池ＬＢ１〜ＬＢｎおよび電流制限抵抗Ｒ１〜Ｒｎとで構成し、複数個のＬＥＤをダイオードブリッジ２００の電流出力部に配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤを用いる照明装置であって、
直列に接続された複数個のＬＥＤと、
該ＬＥＤの全ての、またはそのうちの任意の個数のＬＥＤに、
並列に接続された、直列接続のリチウムイオン電池および電流制限抵抗とを
有することを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＬＥＤ照明装置であって、
該複数個のＬＥＤをダイオードブリッジの整流出力部に配置することを特徴とするＬＥＤ照明装置
【請求項３】
リチウムイオン電池を着脱可能なソケットを有する請求項１のＬＥＤ式照明装置。
【請求項４】
非常灯機能のオンオフスイッチを搭載し、本来の送電側からのＡＣやＤＣの通電切れによるものか、人的捜査による消灯なのかを検出機能を有することを特徴とするＬＥＤ式照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ）を用いる照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤの、白熱電球と比較した光源としての多くの潜在的な利点により、ＬＥＤは間もなく、現在白熱電球を用いている大部分の用途の代替物となる可能性がある。ＬＥＤは、光量が増加するように開発がされており、現在利用可能なＬＥＤの中には、従来の６０ワット電球と同量の照明を提供するものがある。また、ＬＥＤは比較的効率的であり、最近のＬＥＤの試作品では、電力を１００Ｖ，２０ｍＡのみ消費する一方でワット当たり１３１ルーメンの白色光効率が示されている。
【０００３】
さらに、ＬＥＤが発する光の色について改良がなされており、また、ＬＥＤは寿命に関して白熱電球を凌ぐ大きな利点を有する。ＬＥＤの中には約１００，０００時間持ちこたえることが可能なものがあるからである。ＬＥＤ照明の現在の導入コストは大分高いが、ＬＥＤ照明の生涯コストは間違いなく白熱照明と競争力のあるものになる。
【０００４】
ＬＥＤ照明に関する一つの問題は、ＬＥＤに電力を供給するための電気回路に関する。加えられる電流の極性にかかわらず作動する白熱電球とは異なり、ＬＥＤは、電圧源が正極性で用いられるときにのみ、即ち、ＬＥＤが順方向バイアスである場合にのみ発光する。ＬＥＤはダイオードであるので、ＬＥＤの両端間に印加した電圧は電流に対して対数的である。電力は一般的に電流に比例すると考えられるので、ＬＥＤの電源は一定電力を維持する定電流源であるべきである。
【０００５】
携帯電話等の少数のＬＥＤのみを必要とする低電力用途では、必要なＤＣ（ｄｉｒｅｃｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ）電力はバッテリー源により簡単に供給することができる。しかしながら、ＤＣ源の必要性は、例えば建物の照明等、大量の光出力を必要とする用途で問題を生じる可能性がある。特に非常用ＵＰＳ電源の施設費用は莫大なものがある。
【０００６】
現在の実用例の１つとしては、リニアまたはスイッチング電源を用いてＡＣ（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  ｃｕｒｒｅｎｔ）電力をＤＣ定電流へ変換することがある。しかしながら、そのような電源は、例えば変圧器、インダクタンス、キャパシタなどの大規模な構成要素を必要とする。これにより、限られた空間で用いる照明の選択肢としてＬＥＤが除外される可能性がある。加えて、ＡＣからＤＣへ変換する複雑さは本質的に電力損失を招く。
さらに、もしＤＣ電力を長距離伝送するとすれば、システムの複雑さとコストは一般的に増大する。これらの理由から、従来の技術の応用として、ＡＣ電力源から直接にＬＥＤ照明を交流駆動する手法が発表されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３）。
【０００７】
また、非常用照明装置の場合には、２次電池が必要となり、建物全体に設備された非常要電源（ＵＰＳ）を利用し、特別の屋内配線を用いて専用の照明装置を設置することが行われている。照明装置としては、冷陰極蛍光灯が使用されていたが、各照明装置内に専用の電源装置が必要で小型化が難しかしかった。この冷陰極蛍光灯に替えてＬＥＤを使用し、非常用照明装置の小型化の技術が開示されている（特許文献４）。
【特許文献１】特開２００８−２６３２０３号公報
【特許文献２】特開２００６−２２１９４０号公報
【特許文献３】特開２００７−１９４０７１号公報
【特許文献４】特開２００９−１５８２１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献４で開示されたＬＥＤ非常用照明装置によって、装置の小型化が図られたが、非常用照明装置としては依然として、電源回路、定電流回路、充電回路、停電検出回路、切り替えスイッチ等を必要とし、コスト的には高価となるのという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記問題に鑑みなされたもので、直列に接続された複数個のＬＥＤと、該ＬＥＤの全てまたはそのうち任意の個数のＬＥＤに、並列に接続された、直列接続のリチウムイオン電池および電流制限抵抗とで構成した非常用照明装置を提供することにある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、従来技術で各照明装置毎に必要であった特別の電源回路、定電流回路、充電回路、停電検出回路、切り替えスイッチを必要とすることなくＬＥＤ非常用照明装置が実現できるので、小型化が一層はかられ、コスト的にも大幅な低減を実現できる。また、本発明の照明装置内に二次電池を内蔵し、商用交流電源だけで非常用照明装置を実現でき、建物全体としての共通非常用電源（ＵＰＳ）からの電源供給が不要となるので、非常用電源（ＵＰＳ）が設備されていない建屋の場合、設備されていても専用の屋内配線が予め準備されていない建屋の場合にも容易に設備できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明のＬＥＤ非常用照明装置１００の構成を示す。ダイオードブリッジ２００、ライトエミッティングダイオードＬ１,Ｌ２・・・Ｌｎ、電流制限抵抗Ｒ１，Ｒ２，・・・，Ｒｎ、リチウムイオン電池ＬＢ１，ＬＢ２，・・・，ＬＢｎを構成要素として含み、外部の商用ＡＣ電源５００より電源供給をうける。ＲＬ１，ＲＬ２は保護用の電流制限抵抗であり、それぞれ１００オーム前後である。ただし、計算を単純化するため本抵抗での電圧降下を無視して説明する。
【００１２】
図２は各ＬＥＤ  Ｌｉと並列接続されたリチウムイオン電池ＬＢｉ及び電流制限抵抗Ｒｉを一つのブロックとして示し、ダイオードブリッジのダイオードをＤｂでしめした図であり、図３は、その動作の説明図である。
図２において、Ｉｆは、ＬＥＤの順方向電流、Ｉｂａｔは、リチウムイオン電池の充電電流、Ｖｉｎは、ＬＥＤに印加される電位を示す。
【００１３】
外部商用ＡＣ電源５００にｎ個のＬＥＤが直列接続されているので、各ＬＥＤ  Ｌｉに印加される電圧Ｖｉｎは、商用ＡＣ電圧をＶとすると
（数式１）        Ｖｉｎ＝｜Ｖ・ｓｉｎωｔ／ｎ｜
であり、その様子を図３（ａ）に示す。
【００１４】
図３（ａ）において、Ｖｆは、ＬＥＤが発光しているときの印加電圧であり、Ｖｂａｔはリチウムイオン電池の電圧である。
白色ＬＥＤのＶｆは一般的にＴＹＰ値で３．５Ｖ、ＭＡＸ値で４．０Ｖであり、その電圧はリチウムイオン電池の動作範囲３．０Ｖ〜４．２Ｖ内にある。ＶｔｈはＬＥＤの順方向閾値電圧であり、リチウムイオン電池の動作電圧Ｖｂａｔは、Ｖｔｈよりやや高目になるように選定してある。
【００１５】
図３（ｂ）は、リチウムイオン電池がないとした時のＩｆを示す。ＬＥＤへの印加電圧Ｖｉｎが、ＬＥＤの閾値電圧Ｖｔｈ以下の場合は、Ｉｆはゼロであり、Ｖｉｎが上昇しＬＥＤが点灯するとＩｆが流れ始め、ほぼ一定の電流が流れる。その時のＬＥＤの順方向電圧がＶｆであり、ＶｔｈとＶ／ｎの間にある。Ｖｉｎが下がり、ＶｔｈとなるとＬＥＤが消灯し、Ｉｆはまたゼロとなる。
【００１６】
図３（Ｃ）は、リチウムイオン電池があるときのＩｆを示す。Ｖｉｎが上昇しＶｔｈを超えるとＬＥＤが点灯し、図３（ｂ）と同じＩｆがながれ、ＶｉｎがＶｔｈ以下のときには、リチウムイオン電池のから電流が供給され、ＬＥＤは点灯する。その電流値はほぼ図３（ｂ）のＩｆと同等のであるので、Ｉｆは全区間にわたってほぼ一定の電流値を保つ。
【００１７】
図３（ｄ）は、リチウムイオン電値の充放電電流Ｉｂａｔを示す。ＶｆがＶｂａｔを超えているときには、リチウムイオン電池はＶｆに到達するまで充電され、商用電源からはＩｆ＋Ｉｂａｔが供給される。Ｖｆと等価となったところで充電は停止する（Ｉｂａｔ＝０）。ＶｆのＭＡＸ値で充電の規制が可能になるので、Ｖｂａｔが４．２Ｖをこえて過充電になる可能もない。
【００１８】
また、ＶｂａｔはＬＥＤの順方向閾値電圧Ｖｔｈより高目に選定してあるので、ＶｉｎがＶｂａｔより低い場合には、電池から放電電流（Ｉｂａｔ＜０）がＬＥＤにながれＩｆとなり、ＬＥＤを点灯させる。本来であれば、Ｖｉｎのレベル変動でＬＥＤがオン・オフするが、電池を挿入することでＶｉｎが低い状況（Ｖｆ以下）でもＬＥＤをオンできる。実際の使用ではＬＥＤの点滅によるフリッカーを防止または軽減し、全光束確保にも効果がある。
【００１９】
また、商用電源が停電した場合には、Ｉｂａt＜０がＩｆとしてながれ、ＬＥＤを点灯させ、ＶｂａｔがＶｔｈ以下になるまで非常用照明として働く。非常用照明装置では、商用電源停電時に通電時と同じ照度を確保する必要は必ずしもないので、並列接続するリチウムイオン電池の数を適切に設定し、必要な数分のＬＥＤに並列接続することで良い。図１でＬ２のＬＥＤには、リチウムイオン電池が並列接続されていない状況をしめしている。
【００２０】
また、リチウムイオン電池のＶｂａｔが放電によりＶｔｈ以下になる時間は、数時間以上を期待することができる。逆に本発明の非常用照明装置は電源スイッチを切っても数時間は点灯していることになるので、図４に示すように電池のオン・オフ・スイッチＳｉを設けることにより、通常の照明装置としての点灯制御も可能とすることができる。
【００２１】
実際の使用では、リチウムイオン電池の着脱が必要になると思われるので、本発明の非常用照明装置では、図５Ａに示すようにコンタクトピン６２１を有する電池着脱スロット６２０を設け、図５Ｂに示すコンタクトターミナル６３１を有するリチウムイオン電池パック６３０を図６に示すように電池着脱スロット６２０に挿入する構造とし、電池の交換を可能とした。
【００２２】
なお、本発明のＬＥＤ非常用照明装置１００は、ＡＣ電源での駆動を可能とするために電源５００と照明用ＬＥＤとの間にいわゆるダイオードブリッジ２００を有する構成をとっているので、交流電源に替って直流電源を用いても、照明装置として機能することは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のＬＥＤ非常用照明装置の構成図である。
【図２】ＬＥＤとリチウムイオン電池と電流制限抵抗からなる基本ブロック
【図３】ＬＥＤ点灯の動作原理の説明用の電流電圧グラフ。
【図４】点灯制御用スイッチを搭載した基本ブロック
【図５Ａ】リチウムイオン電池の着脱用の電池着脱スロット
【図５Ｂ】リチウムイオン電池パック
【図６】リチウムイオン電池パックを装着した様子
【符号の説明】
【００２４】
１００  ：  本発明のＬＥＤ非常用照明装置
２００  ：  ダイオードブリッジ
５００  ：  商用ＡＣ電源
Ｄｂ  ：  ブリッジ・ダイオード
Ｉｆ  ：  ＬＥＤ順方向電流
Ｉｂａｔ  ：  バッテリー充電電流
Ｌ１，Ｌ２，・Ｌｉ・・・Ｌｎ  ：  ＬＥＤ
ＬＢ1，ＬＢ２・・ＬＢｉ・・ＬＢｎ  ：  リチウムイオン電池
Ｒ１，Ｒ２・・Ｒｉ・・Ｒｎ  ：  電流制限抵抗
ＲＬ1，ＲＬ2  ：  電流制限抵抗
Ｖｉｎ  ：  ＬＥＤ入力電位
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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