(57)【要約】【課題】回路故障時に保護動作を速やかに行うことができる点灯装置を提供する。【解決手段】点灯装置１は、昇圧チョッパ回路２、バックコンバータ回路３、および制御装置４０を備えている。検出抵抗２４は、バックコンバータ回路３に設けられており、ＬＥＤ電流の検出に用いられる。検出抵抗２４からの検出電圧が制御装置４０に入力され、制御装置４０はこの検出電圧に基づいて、ＬＥＤモジュール２７に流れる電流が一定電流になるようにバックコンバータ回路３のスイッチング素子Ｑ２をオンオフする。制御装置４０は、スイッチング素子Ｑ２のオフが「所定時間Ｔｏｆｆｅｒｒ」続いた場合と、スイッチング素子Ｑ２が予め定めた最大オンデューティでスイッチングされる動作が「所定時間Ｔｏｎｅｒｒ」続いた場合に、それぞれ保護動作を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子を有するコンバータ回路と、
前記コンバータ回路によりＬＥＤに供給されるＬＥＤ電流を検知する検知手段と、
前記検知手段で検知したＬＥＤ電流に基づいて前記スイッチング素子のオン時間を調整する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記スイッチング素子のオフが第１所定時間続いた場合と前記スイッチング素子が予め定めた所定オンデューティでスイッチングされる動作が第２所定時間続いた場合の少なくとも一方の場合に、保護動作を行う点灯装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記スイッチング素子が前記所定オンデューティでスイッチングされる動作が前記第２所定時間続いた回数であるオン異常回数を計数し、前記オン異常回数が予め定めた所定回数に達したときは前記スイッチング素子のスイッチングを禁止する請求項１に記載の点灯装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記スイッチング素子のオフが前記第１所定時間続いた回数であるオフ異常回数を計数し、前記オフ異常回数が予め定めた所定回数に達したときは前記スイッチング素子のスイッチングを禁止する請求項１または２に記載の点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特許第５４０１９３９号公報に開示されているように、降圧チョッパ回路での短絡モード故障に対処するための回路構成を備えた点灯装置が知られている。降圧チョッパ回路の出力にＬＥＤが接続されている場合において、この降圧チョッパ回路のスイッチング素子が短絡モードで故障すると、降圧チョッパ回路の前段に接続した昇圧チョッパ回路の直流出力電圧がＬＥＤに印加される。このような短絡モード故障のとき、従来技術では、複数のＬＥＤのうち少なくとも一部が開放モードで破壊するように、昇圧チョッパ回路の直流出力電圧が高く設定されている。これにより負荷側の回路を開放できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５４０１９３９号公報
【特許文献２】特開２０１２−１３５０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術は、降圧チョッパ回路での故障が相当に進んで複数のＬＥＤのうち少なくとも一部が開放モードで破壊した段階で、負荷側の回路が開放されることで保護が完了する。回路内で異常が発生した段階で速やかに保護動作が実施されることが好ましく、この点において従来の技術はいまだ改善の余地を残すものであった。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、回路故障時に保護動作を速やかに行うことができる点灯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】
【０００６】
本発明にかかる点灯装置は、スイッチング素子を有するコンバータ回路と、前記コンバータ回路によりＬＥＤに供給されるＬＥＤ電流を検知する検知手段と、前記検知手段で検知したＬＥＤ電流に基づいて前記スイッチング素子のオン時間を調整する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記スイッチング素子のオフが第１所定時間続いた場合と前記スイッチング素子が予め定めた所定オンデューティでスイッチングされる動作が第２所定時間続いた場合の少なくとも一方の場合に、保護動作を行う。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、スイッチング素子のオン時間あるいはオフ時間の状態に基づいて保護動作を行うようにしたので、回路故障に起因するスイッチング異常が発生した時に保護動作を速やかに行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態にかかる点灯装置を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる点灯装置の動作を示すタイムチャートである。
【図３】本発明の実施の形態にかかる点灯装置の動作を示すタイムチャートである。
【図４】本発明の実施の形態にかかる点灯装置の故障モードを示す図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかる点灯装置の故障モードを示す図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかる点灯装置の故障モードを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本発明の実施の形態にかかる点灯装置１を示す回路図である。照明器具１００は、複数のＬＥＤ２６を備えるＬＥＤモジュール２７と、点灯装置１と、調光器２８および調光信号インターフェイス（Ｉ／Ｆ）回路４と、を備えている。点灯装置１は、昇圧チョッパ回路２、バックコンバータ回路３、および制御装置４０を備えている。
【００１０】
昇圧チョッパ回路２は、力率改善回路であり、整流回路８と、コンデンサ９と、抵抗３１、３２が直列接続した分圧回路と、インダクタ１０と、スイッチング素子Ｑ１と、ダイオード１４と、コンデンサ１７と、抵抗１５、１６が直列接続した分圧回路を備えている。整流回路８は、交流電源７と接続している。コンデンサ９は、整流回路８の出力端子に並列に接続する。抵抗３１、３２が直列接続した分圧回路は、このコンデンサ９に並列に接続される。コンデンサ９の両端電圧が抵抗３１、３２を用いて分圧され、制御装置４０に入力される。インダクタ１０は、一端が整流回路８の高電位側に接続される。スイッチング素子Ｑ１は、本実施形態ではＭＯＳＦＥＴであり、第１端子（本実施形態ではドレイン）、第２端子（本実施形態ではソース）および第１、２端子間をスイッチングするための制御端子（本実施形態ではゲート）を備え、インダクタ１０の他端に第１端子が接続される。ダイオード１４のアノードが、スイッチング素子Ｑ１の第１端子とインダクタ１０の他端との接続点に接続される。コンデンサ１７は、ダイオード１４のカソードに正極が接続され整流回路８の低電位側に負極が接続される電解コンデンサからなる。抵抗１５、１６が直列接続した分圧回路は、このコンデンサ１７に並列に接続される。コンデンサ１７の両端電圧が抵抗１５、１６を用いて分圧され制御装置４０に入力される。
【００１１】
バックコンバータ回路３は、スイッチング素子Ｑ２と、ダイオード２１と、インダクタ（チョークコイル）２２と、コンデンサ２３と、検出抵抗２４を備えている。スイッチング素子Ｑ２とダイオード２１からなる直列回路が、昇圧チョッパ回路２のコンデンサ１７と並列に接続されている。スイッチング素子Ｑ２は、本実施形態ではＭＯＳＦＥＴであり、第１端子（本実施形態ではドレイン）、第２端子（本実施形態ではソース）および第１、２端子間をスイッチングするための制御端子（本実施形態ではゲート）を備えている。この第１端子がコンデンサ１７の一端（正極）と接続し、ダイオード２１のカソードに第２端子が接続される。インダクタ２２、コンデンサ２３、および検出抵抗２４がこの順に接続して直列回路を形成しており、この直列回路がダイオード２１に並列に接続している。
【００１２】
検出抵抗２４は、バックコンバータ回路３に設けられており、ＬＥＤモジュール２７に流れるＬＥＤ電流の検出に用いられる。検出抵抗２４からの検出電圧が制御装置４０に入力され、制御装置４０はこの検出電圧に基づいて、ＬＥＤモジュール２７に流れる電流が一定電流になるようにバックコンバータ回路３のスイッチング素子Ｑ２をオンオフする。
【００１３】
デジタル電源用制御装置として提供されるマイコンは既に各種のものが公知であるため、それら公知のマイコンを制御装置４０に適宜に使用することができる。本実施の形態において一例として図１に示す制御装置４０は、内部バスを介して互いに接続された制御回路４１、４２、記憶部４３、Ａ／Ｄ変換回路４４、および処理装置４５を備えている。制御回路４１、４２は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２それぞれをスイッチングするＰＷＭ信号を出力する。記憶部４３は、例えば不揮発性メモリなどからなり、処理装置４５で実行すべき演算プログラムおよび演算に用いられる各種データを記憶している。記憶部４３に対して外部からデータの書き込みおよび読み出しが行われる。処理装置４５は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング制御におけるオン時間などを算出する。制御装置４０には、抵抗１５，１６で分圧された電圧、抵抗３１、３２で分圧された電圧、および検出抵抗２４で検知したＬＥＤ電流に応じた電圧が入力される。Ａ／Ｄ変換回路４４でこれらの電圧値がデジタル値に変換され、このデジタル値を用いて処理装置４５により演算処理が行われる。制御装置４０には、調光信号Ｉ／Ｆ回路４を介して調光器２８からの調光指令値が入力されている。制御装置４０は、ＬＥＤ電流がこの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、検出抵抗２４で検知したＬＥＤ電流に基づいてスイッチング素子Ｑ２のオン時間を調整することで定電流制御を行っている。
【００１４】
制御装置４０は、後述するように、スイッチング素子Ｑ２のオフが「所定時間Ｔｏｆｆｅｒｒ」続いた場合と、スイッチング素子Ｑ２が予め定めた最大オンデューティでスイッチングされる動作が「所定時間Ｔｏｎｅｒｒ」続いた場合に、それぞれ保護動作を行う。この所定時間Ｔｏｆｆｅｒｒと所定時間Ｔｏｎｅｒｒはそれぞれ予め定められて制御装置４０の記憶部４３に記憶されており、判定処理の際に使用される。所定時間Ｔｏｆｆｅｒｒと所定時間Ｔｏｎｅｒｒは互いに異なる値でもよいし（つまり一方が他方よりも長くともよいし）、同じ値であってもよい。保護動作は、具体的にはスイッチング素子Ｑ２のオンオフおよびスイッチング素子Ｑ１のオンオフを停止するものである。
【００１５】
図２は、本発明の実施の形態にかかる点灯装置１の動作を示すタイムチャートである。スイッチング素子Ｑ２のオフが「所定時間Ｔｏｆｆｅｒｒ」続いた場合に制御装置４０が保護動作を行う動作について具体的に説明する。まず、昇圧チョッパ回路２とバックコンバータ回路３を備える回路構成において、バックコンバータ回路３のＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ２が短絡する故障、あるいはオーミックショート状態となる回路故障が起きることがある。図４および図５は、本発明の実施の形態にかかる点灯装置１の故障モードを示す図である。図４には、オーミックショート状態になることでスイッチング素子Ｑ２の第１、２端子間が仮想的な抵抗１０１を介して導通している状態を示している。図５は、短絡故障が起きることで、スイッチング素子Ｑ２の第１、２端子間が仮想的な配線１０２を介して導通している状態を示している。
【００１６】
ＬＥＤ２６に定電流を超えた電流が流れると、制御装置４０はバックコンバータ回路３のスイッチング素子Ｑ２のオン時間を狭める（つまり減少させる）制御を実行する。オン時間を一定値だけ狭めてもＬＥＤ２６に流れる電流が目標値まで下がらない場合には、さらにオン時間が狭められていく。すなわち、図２のタイムチャートにおけるオン時間ｔｏｎ１１→ｔｏｎ１２→ｔｏｎ１３のようにオン時間が狭められる。それでも継続して定電流目標値を超える電流が流れた場合には、制御装置４０は、スイッチング素子Ｑ２のオン時間をゼロとする、すなわちオン制御を停止する。その結果、図２のタイムチャートにおける最下段のように、スイッチング素子Ｑ２の制御信号はオフに維持される。さらに、予め定めた「所定時間Ｔｏｆｆｅｒｒ」以上にオン制御が停止つまりオフ状態が維持された場合は、バックコンバータ回路３の異常と判断して、昇圧チョッパ回路２およびバックコンバータ回路３のスイッチングを停止する。この所定時間Ｔｏｆｆｅｒｒは、例えば数秒、具体的には５秒などに定めてもよい。
【００１７】
図３は、本発明の実施の形態にかかる点灯装置１の動作を示すタイムチャートである。スイッチング素子Ｑ２が予め定めた最大オンデューティでスイッチングされる動作が「所定時間Ｔｏｎｅｒｒ」続いた場合に制御装置４０が保護動作を行う動作について具体的に説明する。ＬＥＤ電流を検出する検出抵抗２４からの検出電圧が制御装置４０に入力され、制御装置４０はこの検出電圧に基づいて、ＬＥＤ２６に流れる電流が一定電流になるようにバックコンバータ回路３のスイッチング素子Ｑ２をオンオフ制御する。
【００１８】
図６は、本発明の実施の形態にかかる点灯装置１の故障モードを示す図である。図６は、短絡故障が起きることで、検出抵抗２４の一端と他端が仮想的な配線１０３を介して導通している状態を示している。ＬＥＤ電流を検出する検出抵抗２４が短絡状態になるという回路故障が発生すると、制御装置４０に入力される検出電圧が低下するので、制御装置４０はスイッチング素子Ｑ２のオン時間を広げる制御を行う。ＬＥＤ２６に定電流を超える電流が流れてもＬＥＤ電流を検出する検出抵抗２４の検出電圧が所定の電圧値に到達しない場合、制御装置４０はバックコンバータ回路３のスイッチング素子Ｑ２のオン時間を広げる制御となる。この様子が図３のタイムチャートに示されており、オン時間ｔｏｎ２１→ｔｏｎ２２のようにオン時間が拡大される。
【００１９】
それでも検出抵抗２４の検出電圧が所定の電圧値に達しない場合には、スイッチング素子Ｑ２のオン時間が最大つまり最大オンデューティでのスイッチングとなる。図３のタイムチャートにおける最下段に示すように、オン時間ｔｏｎ２３が最大オン時間ｔｏｎ＿ｍａｘに達しており、このときのオンデューティが最大オンデューティＤｕｔｙ＿ｍａｘである。この最大オン時間ｔｏｎ＿ｍａｘおよび最大オンデューティＤｕｔｙ＿ｍａｘの値は、それぞれ、予め設定された上限値である。点灯装置１の正常動作時にはスイッチング素子Ｑ２のオン時間はこの最大オンデューティに達しない範囲内で調整される。最大オンデューティでのスイッチングが予め定めた「所定時間Ｔｏｎｅｒｒ」以上に続いた場合には、バックコンバータ回路３の異常と判断され、制御装置４０は昇圧チョッパ回路２およびバックコンバータ回路３のスイッチングを停止する。
【００２０】
以上説明した本実施の形態によれば、回路故障に起因するスイッチング異常が発生した時に制御上での保護動作を速やかに行うことができる。また、スイッチング異常の発生要因が、スイッチング素子Ｑ２の短絡あるいはオーミックショートであるか、それとも検出抵抗２４の短絡なのかを、スイッチング素子Ｑ２のオン時間の値に基づいて区別することもできる。
【００２１】
なお、上述した実施の形態ではスイッチング素子Ｑ２のオンオフを所定時間Ｔｏｆｆｅｒｒと所定時間Ｔｏｎｅｒｒの両方とそれぞれ比較することで２種類の異常に対して保護動作を行っているが、本発明はこれに限られるものではない。スイッチング素子Ｑ２のオンオフを所定時間Ｔｏｆｆｅｒｒと所定時間Ｔｏｎｅｒｒのうち片方のみと比較して保護動作を行ってもよい。
【００２２】
なお、制御装置４０は、上記のスイッチング素子Ｑ２における異常が発生した回数に応じて、バックコンバータ回路３および点灯装置１の故障の有無を判断してもよい。具体的には、例えば、制御装置４０は、最大オンデューティでスイッチングされる動作が所定時間Ｔｏｎｅｒｒ続くとオン異常が一回発生したものとして、このオン異常の回数を積算することで「オン異常回数」を計数してもよい。このオン異常回数が予め定めた所定回数に達したときは、点灯装置１の再起動時などにスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のオンを禁止してもよい。
【００２３】
或いは、制御装置４０は、スイッチング素子Ｑ２のオフが所定時間Ｔｏｆｆｅｒｒ続くとオフ異常が一回発生したものとして、このオフ異常の回数を積算することで「オフ異常回数」を計数してもよい。このオフ異常回数が予め定めた所定回数に達したときは、点灯装置１の再起動時などにスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のオンを禁止してもよい。
【００２４】
或いは、オン異常回数とオフ異常回数の合計値である「合計異常回数」を計算しておき、この合計異常回数が予め定めた所定回数に達したときには、点灯装置１の再起動時などにスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のオンを禁止してもよい。
【００２５】
上記の「所定回数」は、２以上の整数に適宜に定めることができるが、１回としてもよい。また、オン異常回数と比較する所定回数、オフ異常回数と比較する所定回数、合計異常回数と比較する所定回数それぞれは、同じ値であってもよく、互いに異なっていてもよい（つまり２つのうち一方が他方よりも大きくともよい）。
【００２６】
実際の制御処理の一例としては、まず上記のオン異常回数、オフ異常回数、あるいは合計異常回数を計数する処理を実行し、制御装置４０の記憶部４３に記憶させる。記憶部４３に記憶した値は点灯装置１の電源オフの間も保持され、点灯装置１の累積作動期間を通じて積算されてもよく、あるいは一定期間ごとにリセットされてもよい。点灯装置１の再起動時に、記憶部４３に記憶した異常検出回数が所定回数を超えているか否かを判定する判定処理を実行し、超えている場合にはバックコンバータ回路３の故障を確定し、昇圧チョッパ回路２およびバックコンバータ回路３のスイッチングを開始しない（すなわちスイッチングを禁止する）。
【符号の説明】
【００２７】
１  点灯装置、２  昇圧チョッパ回路、３  バックコンバータ回路、４  調光信号Ｉ／Ｆ回路、７  交流電源、８  整流回路、９、１７、２３  コンデンサ、１０、２２  インダクタ、１４、２１  ダイオード、１５、１６、３１、３２  抵抗、２４  検出抵抗、２６  ＬＥＤ、２７  ＬＥＤモジュール、２８  調光器、４０  制御装置、４１、４２  制御回路、４３  記憶部、４４  Ａ／Ｄ変換回路、４５  処理装置、１００  照明器具、１０１  仮想的な抵抗、１０２、１０３  仮想的な配線、Ｑ１、Ｑ２  スイッチング素子
【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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【図６】
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