(57)【要約】【課題】信号ラインのケーブルに低電圧の交流電流が誘起された場合に加えて、短時間の高電圧やノイズ信号が印加された場合でも、信号照明の誤発光が発生し難い点灯回路を提供する。【解決手段】点灯回路１０は、交流電圧の信号を入力されて、複数のＬＥＤ素子を直列に接続したＬＥＤ素子部１４を発光させる。整流部１１は、交流電圧の信号を整流する。スイッチング部１５は、整流部１１が整流した電圧によりＬＥＤ素子部１４を流れる電流をＯＮ／ＯＦＦする。抵抗Ｒ１、Ｒ２は、整流部１１が整流した電圧を分圧する。コンデンサＣ１は、抵抗Ｒ１、Ｒ２が分圧した電圧により充電される。第１ツェナーダイオードＺＤ１は、コンデンサＣ１とスイッチング部１５との間に配置され、コンデンサＣ１に充電された電圧が第１閾値電圧を超えるとスイッチング部１５をＯＮさせる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧の信号を入力されて、複数のＬＥＤ素子を直列に接続したＬＥＤ素子部を発光させる点灯回路であって、
前記交流電圧の信号を整流する整流部と、
前記整流部が整流した電圧により前記ＬＥＤ素子部を流れる電流をＯＮ／ＯＦＦするスイッチング部と、
前記整流部が整流した電圧を分圧する抵抗手段と、
前記抵抗手段が分圧した電圧により充電されるコンデンサと、
前記コンデンサと前記スイッチング部との間に配置され、前記コンデンサに充電された電圧が第１閾値電圧を超えると前記スイッチング部をＯＮさせる第１ツェナーダイオード素子と、を有する、
ことを特徴とする点灯回路。
【請求項２】
前記コンデンサに充電された電圧を、前記第１閾値電圧よりも高い第２閾値電圧以下に規制する第２ツェナーダイオード素子を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の点灯回路。
【請求項３】
前記スイッチング部は、前記第１ツェナーダイオード素子を流れる電流によってベース電流を制御されるバイポーラトランジスタ素子である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の点灯回路。
【請求項４】
前記複数のＬＥＤ素子に対して直列に配置され、定電流ダイオードを用いて前記複数のＬＥＤ素子に流れる電流を定電流に規制する定電流部を有する、
ことを特徴とする請求項３に記載の点灯回路。
【請求項５】
前記定電流部は、複数の定電流ダイオードを直列に接続し、それぞれの定電流ダイオードは、その最大電圧規格よりも小さなツェナー電圧を有するツェナーダイオードによりバイパスされている、
ことを特徴とする請求項４に記載の点灯回路。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の点灯回路を有する、
ことを特徴とする信号装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電圧の信号を入力されて、複数のＬＥＤ素子を直列に接続したＬＥＤ素子部を発光させる点灯回路、及びこの点灯回路を用いた信号装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路交通用の信号装置は、信号照明に電力を供給する電源ラインを兼ねて、信号照明を点灯させる信号を伝達するための信号ラインのケーブルに、信号照明のＯＮ／ＯＦＦに対応させて１００Ｖの交流電圧が供給／停止されている。この場合、信号ラインに供給される１００Ｖの交流電圧を整流部で整流した直流電圧を、複数のＬＥＤ素子を直列に接続したＬＥＤ素子部に印加することが望ましい。信号ラインごとにトランスを設けて１００Ｖの電圧から数Ｖの交流電圧を形成し、整流された数Ｖの直流電圧を並列に接続された複数のＬＥＤ素子に印加する場合よりも信号照明の電力効率が高まり、点灯回路の軽量化にも有利だからである。
【０００３】
ところで、信号ラインのケーブルに高電圧の交流電圧が供給／停止されている場合、並行する複数の信号ラインのケーブルのうちの１つに高電圧の交流電流が流れると、他の交流電流が流れていない信号ラインのケーブルに低電圧の交流電流が誘起される。その結果、誘起された交流電圧を整流部が整流した直流電圧によって、発光していないはずの信号照明に電流が流れて弱く発光する。この現象を誘導点灯と呼ぶ。
【０００４】
特許文献１の誘導点灯防止回路では、整流部が整流した直流電圧を抵抗分圧した電圧がツェナーダイオードのツェナー電圧に達しない場合は、ＬＥＤ素子部に直列に接続したスイッチング素子がＯＮしないように点灯回路を構成している。このような点灯回路については、図４を参照して後述している。このため、信号ラインのケーブルに低電圧の交流電圧が誘起されている場合には、スイッチング素子がＯＦＦ状態に保たれて、ＬＥＤ素子部へ電流が流れ難い。このようにして、誘導点灯が防止されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２５０５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の誘導点灯防止回路では、整流部が整流した電圧を抵抗分割した電圧がツェナーダイオードのツェナー電圧を超えた場合、ＬＥＤ素子部に直列に接続したトランジスタのスイッチング素子がＯＮすることがある。このため、高電圧のＯＮ／ＯＦＦや電源ノイズに起因する短時間の高電圧やノイズ信号が信号ラインのケーブルに印加された場合、スイッチング素子がＯＮして、信号照明が誤発光してしまう。本発明は、信号ラインのケーブルに低電圧の交流電流が誘起された場合に加えて、短時間の高電圧やノイズ信号が印加された場合でも、信号照明の誤発光が発生し難い点灯回路を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の点灯回路は、交流電圧の信号を入力されて、複数のＬＥＤ素子を直列に接続したＬＥＤ素子部を発光させるものである。そして、前記交流電圧の信号を整流する整流部と、前記整流部が整流した電圧により前記ＬＥＤ素子部を流れる電流をＯＮ／ＯＦＦするスイッチング部と、前記整流部が整流した電圧を分圧する抵抗手段と、前記抵抗手段が分圧した電圧により充電されるコンデンサと、前記コンデンサと前記スイッチング部との間に配置され、前記コンデンサに充電された電圧が第１閾値電圧を超えると前記スイッチング部をＯＮさせる第１ツェナーダイオード素子と、を有するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の点灯回路によれば、信号ラインのケーブルに低電圧の交流電流が誘起された場合に加えて、短時間の高電圧やノイズ信号が印加された場合でも、信号照明の誤発光が発生し難い点灯回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１の信号装置の回路図である。
【図２】実施例１の信号装置の点灯回路の回路図である。
【図３】トリガ回路の動作例のタイムチャートである。（ａ）は整流部の入力電圧、（ｂ）は整流部の整流電圧、（ｃ）はコンデンサの充電電圧、（ｄ）はトランジスタのベース電流、（ｅ）はトランジスタの出力電流である。
【図４】比較例の点灯回路の構成の説明図である。
【図５】実施例２の信号装置の点灯回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明を実施するための形態を、添付した図面を参照して、以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は実施例１の信号装置の回路図である。図２は信号装置の点灯回路の回路図である。図１に示すように、道路交通用の信号装置１００の各灯の光源には、緑色（Ｇ），黄色（Ｙ），赤色（Ｒ）の各色の発色に、緑のＬＥＤ素子部１４Ｇ、黄のＬＥＤ素子部１４Ｙ、赤のＬＥＤ素子部１４Ｒがそれぞれ用いられている。そして、ＬＥＤ素子部１４Ｇ、１４Ｙ、１４Ｒは、それぞれ点灯回路１０Ｇ、１０Ｙ、１０Ｒから電力を供給されて発光する。
【００１２】
ＬＥＤ素子部１４Ｇ、１４Ｙ、１４Ｒは、使用されているＬＥＤ素子の発光色以外は共通であり、点灯回路１０Ｇ、１０Ｙ、１０Ｒは、全体が共通である。このため、以下では、ＬＥＤ素子部１４Ｇ、点灯回路１０Ｇを、それぞれＬＥＤ素子部１４、点灯回路１０として説明し、点灯回路１０Ｙ、１０Ｒに関する重複した説明を省略する。
【００１３】
（点灯回路）
ＬＥＤ素子部１４を点灯させるタイミング信号を伝達する信号ラインＳＬは、ＬＥＤ素子部１４に点灯のための電力を供給する電源ラインを兼ねている。制御部１１０は、信号装置１００の各灯の発光と消灯を、信号ラインＳＬに出力する１００Ｖの交流電圧により制御する。制御部１１０は、ＬＥＤ素子部１４を点灯するタイミングで信号ラインＳＬに対する１００Ｖの交流電圧の供給を開始し、ＬＥＤ素子部１４を消灯するタイミングで信号ラインＳＬへの１００Ｖの交流電圧の供給を停止する。
【００１４】
点灯回路１０は、信号ラインＳＬに供給される１００Ｖの交流電圧を整流部１１により整流する。点灯回路１０は、整流部１１により整流した直流電圧を、定電流部１２とＬＥＤ素子部１４とスイッチング部１５とを直列に接続した負荷に印加して信号装置１００の各灯を発光させる。
【００１５】
ここで、各灯の点灯回路１０に電源トランスを設けて、１次側に信号ラインＳＬの１００Ｖの信号を入力して二次側から３Ｖ程度の低い交流電圧を出力させることが考えられる。低い交流電圧をブリッジダイオードで整流して５Ｖ程度の直流電圧を生成すれば、多数のＬＥＤ素子を並列に接続して、等しいタイミングですべてのＬＥＤ素子へ電圧を印加し、等しいタイミングですべてのＬＥＤ素子に対する電圧の印加を停止することができる。
【００１６】
しかし、重く嵩張る電源トランスを各灯の点灯回路１０にそれぞれ設けると、点灯回路１０の軽量化、小型化が困難になる。電源トランスや電流規制抵抗により点灯回路１０の電力効率が低下し、信号照明を得るために必要な電力が増大する。
【００１７】
そこで、実施例１では、ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ７、Ｌ８〜Ｌ１４を直列に接続して、１００Ｖの交流電圧を整流した直流電圧を印加している。これにより、各灯の点灯回路１０の部品点数が少なくなって小型化も容易となる。少ない消費電力でＬＥＤ素子部１４を明るく発光させることができる。ただし、これにより、以下で説明するように、ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ７、Ｌ８〜Ｌ１４を直列に接続して比較的に電圧の高い直流電圧を印加することによる各種素子の寿命低下の問題が発生してしまう。
【００１８】
図２に示すように、整流部１１は、信号ラインＳＬに供給される１００Ｖの交流電圧をブリッジダイオードＢ１を用いて直流電圧に整流する。定電流部１２は、定電流ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３の直列回路により、ＬＥＤ素子部１４へ流れる電流を所定の定電流以下に規制する。定電流ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、ＬＥＤ素子部１４において要求される明るさに応じて定電流値を選択され、選択された定電流値に応じて最高電圧を選択されている。例えば、実施例１では、定電流値が１５ｍＡ、最高電圧が５０Ｖである。
【００１９】
定電流ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、順方向に電圧を印加される半導体素子であるため、ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ７、Ｌ８〜Ｌ１４と同様にサージ電圧に弱い性質があり、最大電圧を超えるサージ電圧が印加されると、正常な半導体機能が損なわれることがある。このため、定電流ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、３個を直列に接続することで、スイッチング部１５がＯＮ／ＯＦＦされた際の過渡状態における１個当たりの電圧負担を軽減している。また、定電流ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、ツェナーダイオードＥ１、Ｅ２、Ｅ３をそれぞれ並列に接続して、定電流ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３へ過渡的に印加されるサージ電圧をツェナーダイオードＥ１、Ｅ２、Ｅ３へバイパスしている。ツェナーダイオードＥ１、Ｅ２、Ｅ３は、サージ電圧をバイパスさせることにより、ブリッジダイオードＢ１で整流された電圧が、定電流ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３のうちの１個に集中しないようにしている。
【００２０】
ここで、定電流ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３とツェナーダイオードＥ１、Ｅ２、Ｅ３との並列回路を３ブロックに分けて直列に接続した理由は、点灯回路１０の小型化に対応するため、小型部品の選択をしなければならず、許容消費電力、耐圧、熱源の分散を考慮したためである。したがって、実装面積及び放熱設計に余裕のある仕様の点灯回路に関しては、定電流ダイオードＤ１を１個のみで対応することが可能である。また、別の理由としては、点灯回路の仕様に応じて、回路素子を共有しつつ、１ブロックのみ、２ブロックのみで使用する場合もあるからである。例えば、２ブロックのみで使用する場合、定電流ダイオードＤ３とツェナーダイオードＥ３とをそれぞれジャンパー抵抗に差し替えることにより対応することが可能である。
【００２１】
ＬＥＤ素子部１４は、定電流部１２により規制された１５ｍＡの定電流を、７個のＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ７と７個のＬＥＤ素子Ｌ８〜Ｌ１４とを直列に接続した回路に流して、ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ７、Ｌ８〜Ｌ１４を発光させる。
【００２２】
７個のＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ７と並列にツェナーダイオードＥ４を接続して、ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ７へ過渡的に印加されるサージ電圧をツェナーダイオードＥ４へバイパスさせて、ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ７を保護している。また、７個のＬＥＤ素子Ｌ８〜Ｌ１４と並列にツェナーダイオードＥ５を接続して、ＬＥＤ素子Ｌ８〜Ｌ１４へ過渡的に印加されるサージ電圧をツェナーダイオードＥ５へバイパスさせて、ＬＥＤ素子Ｌ８〜Ｌ１４を保護している。ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ７、Ｌ８〜Ｌ１４の７個ごとにツェナーダイオードＥ４、Ｅ５を設けた理由は、ツェナーダイオードＥ４、Ｅ５の保護電圧に合わせて、ツェナーダイオードごとのＬＥＤ素子の個数を調整したためである。例えば、実施例１では、ツェナーダイオードＥ４、Ｅ５の保護電圧が２４Ｖであるため、ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ７、Ｌ８〜Ｌ１４の個数を７個にしている。一般的に保護電圧の高いツェナーダイオードは入手が困難で高コストになるが、保護電圧が４８Ｖのツェナーダイオードがあれば、ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ７、Ｌ８〜Ｌ１４の全体に１個のツェナーダイオードを並列に接続して保護を図ってもよい。
【００２３】
スイッチング部１５は、ＮＰＮ型のトランジスタであるトランジスタＴ１により構成される。トランジスタＴ１は、ＬＥＤ素子部１４を流れる１５ｍＡの定電流をＯＮ／ＯＦＦさせて、ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ７、Ｌ８〜Ｌ１４を発光／消灯させる。
【００２４】
トランジスタＴ１は、トリガ回路１３から出力されたトリガ信号をベースに入力されてコレクタ／エミッタ間を導通させることにより、点灯回路１０に入力された信号電圧を整流した全波整流波形の電圧をＬＥＤ素子部１４に印加する。トランジスタＴ１は、ＯＮとＯＦＦの間でＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ７、Ｌ８〜Ｌ１４に印加される電圧をアナログ的に変化させてＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ７、Ｌ８〜Ｌ１４にサージ電圧が印加されることを防止する。
【００２５】
（トリガ回路）
抵抗手段の一例である抵抗Ｒ１、Ｒ２は、整流部１１のブリッジダイオードＢ１が整流した電圧Ｖ１１を分圧する。コンデンサの一例であるコンデンサＣ１は、抵抗Ｒ１、Ｒ２が分圧した電圧により充電される。第１ツェナーダイオード素子の一例である第１ツェナーダイオードＺＤ１は、コンデンサＣ１とトランジスタＴ１との間に配置される。第１ツェナーダイオードＺＤ１は、コンデンサＣ１に充電された電圧Ｖ１３がそのツェナー電圧である第１閾値電圧ＶＺ１を超えると、トランジスタＴ１をＯＮさせる。第１ツェナーダイオードＺＤ１は、コンデンサＣ１に充電された電圧Ｖ１３がそのツェナー電圧以下になると、トランジスタＴ１をＯＦＦさせる。
【００２６】
トリガ回路１３は、整流部１１により整流された電圧Ｖ１１を抵抗Ｒ１、Ｒ２により分割し、分割した電圧をコンデンサＣ１に充電する。そして、コンデンサＣ１に充電された電圧Ｖ１３が第１ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧を超えると、トランジスタＴ１のベースに、コンデンサＣ１に充電された電荷が電流となって流れ込む。これにより、トランジスタＴ１がＯＮして、ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ７、Ｌ８〜Ｌ１４に電流が流れて発光する。
【００２７】
トリガ回路１３がトランジスタＴ１に出力するトリガ信号は、コンデンサＣ１に充電された電圧Ｖ１３が第１ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧に達するまで全く出力されない。そして、コンデンサＣ１に充電された電圧Ｖ１３が第１ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧に達すると、直ちにトランジスタＴ１のベースへベース電流の供給を開始し、ベース電流を次第に増加させる。
【００２８】
このため、トリガ信号としてトランジスタＴ１のベースへ流れ込むベース電流は、コンデンサＣ１によりノイズを除去され、０から傾斜を持って滑らかに安定して上昇することになる。このため、トランジスタＴ１は、アナログ的に動作し、エミッタ電流を滑らかに増加させて、ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ７、Ｌ８〜Ｌ１４を流れる電流を１５ｍＡまで次第に増加させる。これにより、交流電圧のＯＮ／ＯＦＦに起因して、ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ７、Ｌ８〜Ｌ１４、定電流ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３へ過渡的なサージ電圧が印加されることを抑制している。
【００２９】
また、交流電圧がＯＦＦしてブリッジダイオードＢ１の出力が０Ｖになると、抵抗Ｒ２を通じてコンデンサＣ１の電荷が速やかに放電される。このため、交流電圧がＯＦＦした直後に信号ラインＳＬへ大きなサージ電圧が発生した場合でも、コンデンサＣ１でサージ電圧を吸収して、トランジスタＴ１のＯＦＦ状態が安定に維持される。
【００３０】
第２ツェナーダイオード素子の一例である第２ツェナーダイオードＺＤ２は、コンデンサＣ１に充電された電圧をそのツェナー電圧である第２閾値電圧ＶＺ２以下に規制する。コンデンサＣ１が第２閾値電圧ＶＺ２を超えると、コンデンサＣ１に充電された第２閾値電圧を超えた電荷は、第２ツェナーダイオードＺＤ２のツェナー電流として接地電位に放電される。
【００３１】
このため、交流電圧のＯＮ／ＯＦＦに起因して、ブリッジダイオードＢ１が整流した電圧Ｖ１１に高周波のノイズやスパイク電圧が含まれていても、コンデンサＣ１に充電された電圧Ｖ１３はこれらの影響を受けない。したがって、ブリッジダイオードＢ１が整流した電圧Ｖ１１に高周波のノイズやスパイク電圧が含まれていても、トランジスタＴ１のベースへ流れ込むベース電流の安定が保たれて、トランジスタＴ１は、チャタリングやサージ電圧を発生させることなく、エミッタ電流を滑らかに増加させる。これにより、交流電圧のＯＮ／ＯＦＦに起因して、ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ７、Ｌ８〜Ｌ１４、定電流ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３へ過渡的なサージ電圧が印加されることを抑制している。
【００３２】
使用した各素子の規格は以下のように選択した。
１．ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ１４            ：最大電流３０ｍＡ
２．第１ツェナーダイオードＺＤ１      ：ツェナー電圧７．５Ｖ、容量２００ｍＷ
３．第２ツェナーダイオードＺＤ２      ：ツェナー電圧１２Ｖ、容量２００ｍＷ
４．ツェナーダイオードＥ１、Ｅ２、Ｅ３：ツェナー電圧２４Ｖ、最大電流３Ａ
５．定電流ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３  ：定電流１５ｍＡ、最大電圧５０Ｖ
【００３３】
（トリガ回路の動作例）
図３はトリガ回路の動作例のタイムチャートである。図３中、（ａ）は整流部の入力電圧、（ｂ）は整流部の整流電圧、（ｃ）はコンデンサの充電電圧、（ｄ）はトランジスタのベース電流、（ｅ）はトランジスタの出力電流である。
【００３４】
図３の（ａ）に示すように、制御部１１０は、時刻ｔ１から正規の信号電圧Ｖｓを出力して整流部１１に入力した。このとき、図３の（ｂ）に示すように、ブリッジダイオードＢ１は、時刻ｔ１から全波整流波形の電圧Ｖｔを出力する。そして、図３の（ｃ）に示すように、抵抗Ｒ１、Ｒ２が分圧した電圧によってコンデンサＣ１が充電され、時刻ｔ１から充電電圧Ｖｕが傾斜を持って増加する。
【００３５】
コンデンサＣ１の充電電圧Ｖｕが時刻ｔ２に第１閾値電圧ＶＺ１に達すると、図３の（ｄ）に示すように、時刻ｔ２から、第１ツェナーダイオードＺＤ２を通じてトランジスタＴ１のベースへ流れ込むベース電流が増加する。そして、時刻ｔ３にトランジスタＴ１のベース電圧がトランジスタＴ１のスレショルド電圧に達すると、図３の（ｅ）に示すように、トランジスタＴ１のコレクタ／エミッタ間に電流が流れ始め、その後、トランジスタＴ１に十分なベース電流が供給され続けて、コレクタ／エミッタ間が導通状態を維持する。
【００３６】
その後、コンデンサＣ１の充電電圧Ｖｕが時刻ｔ４に第２閾値電圧ＶＺ２に達すると、図３の（ｄ）に示すように、トランジスタＴ１のベースへ流れ込むベース電流が一定になり、図３の（ｅ）に示すように、トランジスタＴ１へ過剰なベース電流が流れ込んでトランジスタＴ１の寿命を損なうことが回避される。
【００３７】
（微弱点灯）
図１に示すように、信号装置１００では、各灯の並行する信号ラインＳＬに１００Ｖの電圧が印加／印加停止されるため、各灯の並行する信号ラインＳＬ間の電磁誘導によって消灯状態のＬＥＤ素子部１４が微弱点灯する可能性がある。すなわち、制御部１１０と点灯回路１０との間をつなぐ信号ラインＳＬの並行するケーブル間の静電結合によって、消灯状態のＬＥＤ素子部１４の信号ラインＳＬに誘導電圧が発生する。そして、発生した誘導電圧が整流部１１に整流されて微弱な電圧が発生し、消灯状態のＬＥＤ素子部１４に微弱な直流電流が流れて点灯してしまう。信号ラインＳＬの並行するケーブル間の静電結合は、並行する長さに比例して増加し、静電結合が大きくなる程、誘導電圧が大きくなって、消灯しているＬＥＤ素子の微弱点灯が目立つようになる。
【００３８】
図３の（ａ）に示すように、時刻Ｔ５で信号ラインＳＬのケーブルに１００Ｖの電圧が印加された。このとき、制御部１１０と点灯回路１０とをつなぐ別の信号ラインＳＬのケーブルに誘導電圧が発生して、図３の（ｃ）に示すように、誘導電圧を整流した電圧がコンデンサＣ１に充電される。しかし、実施例１では、図３の（ｃ）に示すように、コンデンサＣ１の充電電圧Ｖｕが第１ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧である第１閾値電圧ＶＺ１に達しない限り、図３の（ｅ）に示すように、トランジスタＴ１がＯＦＦ状態を保ってＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ１４に電流が流れない。このため、ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ１４が微弱点灯し難い。
【００３９】
（スパイク電圧）
図１に示すように、信号装置１００では、制御部１１０における電圧のＯＮ／ＯＦＦ切替に伴って、又は落雷等の電源ノイズに起因して、信号ラインＳＬにスパイクノイズが発生することがある。すなわち、制御部１１０と点灯回路１０との間をつなぐＯＦＦ状態の信号ラインＳＬに大きなスパイクノイズが発生すると、整流部１１に整流されてトリガ回路１３も作動して、消灯状態のＬＥＤ素子部１４に電流が流れてしまう可能性がある。
【００４０】
図３の（ａ）に示すように、時刻Ｔ６で信号ラインＳＬのケーブルにスパイクノイズが発生した。このとき、図３の（ｃ）に示すように、誘導電圧を整流した電圧がコンデンサＣ１に充電される。しかし、実施例１では、図３の（ｃ）に示すように、コンデンサＣ１の充電電圧Ｖｕが第１ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧である第１閾値電圧ＶＺ１に達しない限り、図３の（ｅ）に示すように、トランジスタＴ１がＯＦＦ状態を保ってＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ１４に電流が流れない。このため、スパイクノイズが発生してもＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ１４が誤点灯し難い。
【００４１】
（過渡的な高電圧）
信号装置１００では、ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ１４と定電流ダイオードＤ１〜Ｄ３とスイッチング部１５との直列回路に高電圧の直流電圧を印加する。このような場合、スイッチング部１５がＯＮした際に、ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ１４及び定電流ダイオードＤ１〜Ｄ３のうちの１つが破損することがある。ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ１４及び定電流ダイオードＤ１〜Ｄ３の特性のばらつきにより、スイッチング部１５がＯＮした際に、過渡的にこれらの順方向に接続されたダイオード素子のうちの１つに大きな電圧がかかって過電流が流れることがあるからである。
【００４２】
しかし、信号装置１００では、ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ１４についてはツェナーダイオードＥ４、Ｅ５を配置することにより、定電流ダイオードＤ１〜Ｄ３についてはツェナーダイオードＥ１〜Ｅ３を配置することにより、大きな電圧がかかった場合の過電流をツェナーダイオードにバイパスさせている。このため、ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ１４及び定電流ダイオードＤ１〜Ｄ３のうちの１つに過電流が流れて破損することが回避されている。したがって、実施例１では、スイッチング部１５がＯＮした際に、直列に接続された複数のダイオード素子のうちの１つが破損することが少ない信号装置１００を提供している。
【００４３】
（比較例）
図４は比較例の点灯回路の構成の説明図である。図４に示すように、比較例の点灯回路１０Ｈでは、トリガ回路１３の第１ツェナーダイオードＺＤ１が抵抗Ｒ１、Ｒ２の連結線とコンデンサＣ２との間に配置される。また、コンデンサＣ２の充電電圧Ｖｕを規制する第２ツェナーダイオードＺＤ２は設けられていない。そして、スイッチング部１５は、ＮＰＮ型のトランジスタの代わりにＭＯＳＦＥＴのトランジスタＦ１を採用している。それ以外の構成は、実施例１と同一であるため、図４では一部図示を省略して図２と共通の符号を使用し、重複する部分の説明を省略している。
【００４４】
比較例の点灯回路１０Ｈにおけるトリガ回路１３Ｈは、整流部１１により整流された電圧を抵抗Ｒ１、Ｒ２により分割している。コンデンサＣ１は、抵抗Ｒ１、Ｒ２により分割した電圧を、第１ツェナーダイオードＺＤ１を通じて充電する。そして、第１ツェナーダイオードＺＤ１は、抵抗Ｒ１、Ｒ２により分割した電圧がそのツェナー電圧である第１閾値電圧ＶＺ１を超えていると、コンデンサＣ１を充電する。そして、コンデンサＣ１された電圧によりＭＯＳＦＥＴのトランジスタＦ１を作動させて、ＬＥＤ素子部１４Ｈを発光させている。
【００４５】
このため、比較例の点灯回路１０Ｈでは、抵抗Ｒ１、Ｒ２により分割された電圧が第１閾値電圧ＶＺ１を超えていると、コンデンサＣ１が充電されてしまう。そして、充電によりコンデンサＣ１の充電電圧がトランジスタＦ１のスレッショルド電圧以上になると、トランジスタＦ１が作動して直ちに導通状態となり、ＬＥＤ素子部１４Ｈが発光してしまう可能性がある。このため、コンデンサＣ１の充電電圧Ｖｕが第１閾値電圧ＶＺ１以上になるまでＬＥＤ素子部１４に電流が流れない実施例１の点灯回路１０に比較して動作が不安定になり易くなる。
【００４６】
また、比較例の点灯回路１０Ｈでは、トリガ回路１３Ｈの抵抗Ｒ１、Ｒ２により分割された電圧が第１閾値電圧ＶＺ１に達するまで、コンデンサＣ１に全く充電がされない。このため、コンデンサＣ１の容量が大きいと、トランジスタＦ１が作動するタイミングが遅れて、ＬＥＤ素子部１４Ｈの発光タイミングに遅延が目立ってしまう。
【００４７】
一方、比較例の点灯回路１０Ｈでは、ＬＥＤ素子部１４Ｈの発光タイミングの遅延を解消するためにコンデンサＣ１の容量を小さくすると、信号ラインＳＬに高電圧のスパイクノイズが侵入した際に、コンデンサＣ１が容易に充電されてＬＥＤ素子部１４Ｈが容易に発光してしまう。スパイクノイズの場合、整流部１１により整流された電圧そのものが高くなるので、ＬＥＤ素子部１４Ｈが強く発光して目立ってしまう。
【００４８】
（実施例１の効果）
実施例１では、点灯回路１０は、交流電圧の信号を入力されて、交流電圧の信号の電力で表示用照明の直列に接続された複数のＬＥＤ素子を発光させる。このため、点灯回路１０の部品点数が削減され、小型化軽量化が容易になる。また、少ない電力で明るい表示用照明を行うことができる。
【００４９】
実施例１では、スイッチング部１５は、整流部１１が整流した電圧により複数のＬＥＤ素子を流れる電流をＯＮ／ＯＦＦする。そして、第１ツェナーダイオードＺＤ１は、コンデンサＣ１に充電された電圧が第１閾値電圧ＶＺ１を超えるとスイッチング部１５をＯＮさせる。このため、ＯＦＦ状態では、整流部１１が整流したサージ電圧がコンデンサＣ１に吸収されて、ＯＦＦ状態が安定に維持され、ＯＦＦ状態で整流部１１が整流したサージ電圧が複数のＬＥＤ素子に印加され難くなっている。したがって、スイッチング部１５がＯＮした際に、直列に接続された複数のＬＥＤ素子１〜１４のうちの１つが破損することが少ない。
【００５０】
実施例１では、第２ツェナーダイオードＺＤ２は、コンデンサＣ１に充電された電圧を第１閾値電圧ＶＺ１よりも高い第２閾値電圧ＶＺ２以下に規制する。このため、ＯＮ状態で整流部１１が整流したサージ電圧の第２閾値電圧ＶＺ２を超える部分がスイッチング部１５へ影響を及ぼし難い。したがって、スイッチング部１５がＯＮした際に、直列に接続された複数のＬＥＤ素子１〜１４のうちの１つが破損することが少ない。
【００５１】
実施例１では、スイッチング部１５は、第１ツェナーダイオードＺＤ１を流れる電流によってベース電流を制御されるトランジスタ素子である。このため、ＯＮ状態とＯＦＦ状態との間でアナログ的に抵抗性を変化させて、複数のＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ１４へ印加される電圧の変化を緩和し、ＯＮが遅れた１つのＬＥＤ素子へ高電圧が印加されることを回避する。したがって、スイッチング部１５がＯＮした際に、直列に接続された複数のＬＥＤ素子１〜１４のうちの１つが破損することが少ない。
【００５２】
実施例１では、定電流部１２は、複数のＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ１４に対して直列に配置され、定電流ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３を用いて複数のＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ１４に流れる電流を定電流に規制する。このため、整流部１１が整流した交流電圧にサージ電圧が発生しても、ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ１４に流れる電流が一定に維持されて信号照明の明るさが変化しない。
【００５３】
実施例１では、定電流部１２は、複数の定電流ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３を直列に接続している。そして、それぞれの定電流ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、その最大電圧規格よりも小さなツェナー電圧を有するツェナーダイオードＥ１、Ｅ２、Ｅ３によりバイパスされている。このため、ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ１４に対して、定電流ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３の個々の最大電圧よりも高い電圧を印加しても、定電流ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３が正常な半導体機能を失わない。したがって、スイッチング部１５がＯＮした際に、直列に接続された複数のＬＥＤ素子１〜１４のうちの１つが破損することが少ない。
【実施例２】
【００５４】
実施例１では、スイッチング部１５のトランジスタＴ１のＯＮ／ＯＦＦは、導通と遮断の二値に対応している。これに対して、実施例２では、トランジスタＴ１のＯＮ時の導通状態を可変にして、スイッチング部１５のトランジスタＴ１を、複数のＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ１４の電流制御にも用いている。
【００５５】
図５は実施例２の信号装置の点灯回路の回路図である。図５に示すように、実施例２の点灯回路１０Ａは、電流規制部１２ＡとトランジスタＴ１とによりＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ１４を流れる電流を調整している。それ以外の構成は実施例１の点灯回路１０と同一であるため、図５中、図２と共通する構成には図２と同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００５６】
電流規制部１２Ａは、ヒートシンク１８を設けた抵抗Ｒ８により、ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ１４を流れる電流を規制する。スイッチング部１５は、トランジスタＴ１にヒートシンク１９を設け、ベース電流を調整することにより、ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ１４を流れる電流を規制する抵抗として機能する。トランジスタＴ１にベース電流を供給する可変抵抗Ｒ６は、予め、信号ラインＳＬに１００Ｖの交流電圧が印加されている状態で、ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ１４の直列回路に１５ｍＡの電流が流れるように抵抗値を調整されている。
【００５７】
これにより、整流部１１により整流された電圧は、抵抗Ｒ８とＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ１４とトランジスタＴ１との直列回路に印加され、ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ１４に１５ｍＡの電流が流れるように抵抗Ｒ８とトランジスタＴ１の電圧降下が設定された状態となる。
【００５８】
したがって、スイッチング部１５は、単なる導通／遮断の素子には限られず、ＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ１４の作動電流を設定するアナログ素子であってもよい。
【００５９】
（その他の実施の形態）
本発明の点灯回路は、実施例１、２で説明した具体的な構成及び用途には限定されない。実施例１、２の構成の一部又は全部を等価な構成に置き換えた別の実施の形態でも実施可能である。
【００６０】
例えば、実施例１では、道路交通用の信号装置の点灯回路について説明した。しかし、実施例１の点灯回路は、配電盤、エレベータ、警報灯等の表示灯の点灯回路としても実施可能である。さらに、実施例１の点灯回路は、家庭用もしくは業務用の照明用ＬＥＤランプ光源やその他表示用ＬＥＤランプ光源の点灯回路としても実施可能である。
【００６１】
実施例１では、定電流ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３によりＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ１４を流れる電流を規制する実施の形態を説明した。しかし、実施例２で説明したように固定抵抗やトランジスタを用いてＬＥＤ素子Ｌ１〜Ｌ１４を流れる電流を規制してもよい。定電流ダイオードを使用しない一般的な定電流回路に置き換えてもよい。
【００６２】
実施例１では、第１ツェナーダイオードＺＤ１の第１閾値電圧ＶＺ１でスイッチング部１５をＯＮからＯＦＦへ切換え、同じく第１閾値電圧ＶＺ１でＯＦＦからＯＮへ切換えている。しかし、第１閾値電圧ＶＺ１でスイッチング部１５をＯＮからＯＦＦへ切換える一方、第１閾値電圧ＶＺ１よりもわずかに低い閾値電圧でスイッチング部１５をＯＦＦからＯＮへ切換えてもよい。スイッチング部１５にヒステリシス特性を持たせることで、スイッチング部１５の動作をさらに安定化させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、以上のように構成したので、とくに信号機のような信号照明を行う電子機器において、電源トランスを使用することなくＬＥＤ素子を高効率に発光させて、安定した誤発光の少ない信号照明を得ることができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０（１０Ｇ、１０Ｙ、１０Ｒ）  点灯回路
１０Ａ  実施例２の点灯回路
１１  整流部（整流部）
１２  定電流部（定電流部）
１２Ａ  電流規制部
１３  トリガ回路
１４  ＬＥＤ素子部
１５  スイッチング部
１００  信号装置
１１０  制御部
Ｂ１  ブリッジダイオード
Ｃ１  コンデンサ（コンデンサ）
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３  定電流ダイオード（定電流ダイオード）
Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３  ツェナーダイオード
Ｅ４、Ｅ５、ツェナーダイオード
Ｌ１〜Ｌ７  ＬＥＤ素子（ＬＥＤ素子）
Ｌ８〜Ｌ１４  ＬＥＤ素子（ＬＥＤ素子）
Ｒ１、Ｒ２  抵抗（抵抗手段）
Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５  抵抗
Ｔ１  トランジスタ（スイッチング素子）
ＺＤ１  第１ツェナーダイオード（第１ツェナーダイオード素子）
ＺＤ２  第２ツェナーダイオード（第２ツェナーダイオード素子）
【図１】
2019040764.tif 000003
【図２】
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【図３】
2019040764.tif 000005
【図４】
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【図５】
2019040764.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月25日(2018.10.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の点灯回路は、交流電圧の信号を入力されて、複数のＬＥＤ素子を直列に接続したＬＥＤ素子部を発光させる点灯回路であって、前記交流電圧の信号を整流する整流部と、前記整流部が整流した電圧により前記ＬＥＤ素子部を流れる電流をＯＮ／ＯＦＦするスイッチング部と、前記整流部が整流した電圧を分圧する抵抗手段と、前記抵抗手段が分圧した電圧により充電されるコンデンサと、前記コンデンサと前記スイッチング部との間に配置され、前記コンデンサに充電された電圧が第１閾値電圧を超えると前記スイッチング部をＯＮさせる第１ツェナーダイオード素子と、前記コンデンサに充電された電圧を、前記第１閾値電圧よりも高い第２閾値電圧以下に規制する第２ツェナーダイオード素子と、を有し、前記スイッチング部は、前記コンデンサに充電された電圧が前記第２閾値電圧以下の範囲で前記第１閾値電圧を越えて前記第１ツェナーダイオード素子を流れる電流によって直接制御されるトランジスタ素子であることを特徴とする。
本発明の点灯回路は、交流電圧の信号を入力されて、複数のＬＥＤ素子を直列に接続したＬＥＤ素子部を発光させる道路交通用の信号装置の点灯回路であって、前記交流電圧の信号を整流する整流部と、前記整流部が整流した電圧により前記ＬＥＤ素子部を流れる電流をＯＮ／ＯＦＦするスイッチング部と、前記整流部が整流した電圧を分圧する抵抗手段と、前記抵抗手段が分圧した電圧により充電されるコンデンサと、前記コンデンサと前記スイッチング部との間に配置され、前記コンデンサに充電された電圧が第１閾値電圧を超えると前記スイッチング部をＯＮさせる第１ツェナーダイオード素子と、前記コンデンサに充電された電圧を、前記第１閾値電圧よりも高い第２閾値電圧以下に規制する第２ツェナーダイオード素子と、を有し、前記スイッチング部は、前記コンデンサに充電された電圧が前記第２閾値電圧以下の範囲で前記第１閾値電圧を越えて前記第１ツェナーダイオード素子を流れる電流によって直接制御されるトランジスタ素子であることを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧の信号を入力されて、複数のＬＥＤ素子を直列に接続したＬＥＤ素子部を発光させる点灯回路であって、
前記交流電圧の信号を整流する整流部と、
前記整流部が整流した電圧により前記ＬＥＤ素子部を流れる電流をＯＮ／ＯＦＦするスイッチング部と、
前記整流部が整流した電圧を分圧する抵抗手段と、
前記抵抗手段が分圧した電圧により充電されるコンデンサと、
前記コンデンサと前記スイッチング部との間に配置され、前記コンデンサに充電された電圧が第１閾値電圧を超えると前記スイッチング部をＯＮさせる第１ツェナーダイオード素子と、
前記コンデンサに充電された電圧を、前記第１閾値電圧よりも高い第２閾値電圧以下に規制する第２ツェナーダイオード素子と、を有し、
前記スイッチング部は、前記コンデンサに充電された電圧が前記第２閾値電圧以下の範囲で前記第１閾値電圧を越えて前記第１ツェナーダイオード素子を流れる電流によって直接制御されるトランジスタ素子である、
ことを特徴とする点灯回路。
【請求項２】
交流電圧の信号を入力されて、複数のＬＥＤ素子を直列に接続したＬＥＤ素子部を発光させる道路交通用の信号装置の点灯回路であって、
前記交流電圧の信号を整流する整流部と、
前記整流部が整流した電圧により前記ＬＥＤ素子部を流れる電流をＯＮ／ＯＦＦするスイッチング部と、
前記整流部が整流した電圧を分圧する抵抗手段と、
前記抵抗手段が分圧した電圧により充電されるコンデンサと、
前記コンデンサと前記スイッチング部との間に配置され、前記コンデンサに充電された電圧が第１閾値電圧を超えると前記スイッチング部をＯＮさせる第１ツェナーダイオード素子と、
前記コンデンサに充電された電圧を、前記第１閾値電圧よりも高い第２閾値電圧以下に規制する第２ツェナーダイオード素子と、を有し、
前記スイッチング部は、前記コンデンサに充電された電圧が前記第２閾値電圧以下の範囲で前記第１閾値電圧を越えて前記第１ツェナーダイオード素子を流れる電流によって直接制御されるトランジスタ素子である、
ことを特徴とする点灯回路。
【請求項３】
前記スイッチング部は、前記第１ツェナーダイオード素子を流れる電流によってベース電流を制御されるバイポーラトランジスタ素子である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の点灯回路。
【請求項４】
前記複数のＬＥＤ素子に対して直列に配置され、定電流ダイオードを用いて前記複数のＬＥＤ素子に流れる電流を定電流に規制する定電流部を有する、
ことを特徴とする請求項３に記載の点灯回路。
【請求項５】
前記定電流部は、複数の定電流ダイオードを直列に接続し、それぞれの定電流ダイオードは、その最大電圧規格よりも小さなツェナー電圧を有するツェナーダイオードによりバイパスされている、
ことを特徴とする請求項４に記載の点灯回路。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の点灯回路を有する、
ことを特徴とする信号装置。