(57)【要約】【課題】ＬＥＤ等のダイオードに発生した異常を検出できる安価な電源回路および照明装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ点灯回路１００は、ＬＥＤ２００に電流を供給する定電流回路１１０と、ＬＥＤ２００のカソードと定電流回路１１０のグランドとの間の電流路上に設置される電流制限抵抗１２２と、ＬＥＤ２００のカソードと定電流回路１１０のグランドとの間の電位差が所定電圧を超えた場合に、ＬＥＤ２００に対する電流の供給を遮断する短絡保護回路１２０と、を備える。これにより、オペアンプやフォトカプラ等の高価な回路を使用することなく、安価にＬＥＤ２００に発生した短絡等の異常を検出できるようにする。【選択図】図１
2012155893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイオードに電流を供給する電流供給回路と、
前記ダイオードのカソードと前記電流供給回路のグランドとの間の電流路上に設置される電流制限抵抗と、
前記ダイオードのカソードと前記電流供給回路のグランドとの間の電位差が所定電圧を超えた場合に、前記ダイオードに対する電流の供給を遮断する保護回路と、を備える、
ことを特徴とする電源回路。
【請求項２】
前記保護回路は、
スイッチオンにより前記ダイオードに対する電流の出力を開始し、スイッチオフにより電流の出力を遮断するスイッチング素子と、
前記ダイオードのカソードと前記電流供給回路のグランドとの間に設置され、前記ダイオードのカソードと前記電流供給回路のグランドとの間の電位差が所定の電位を超えた場合に電流を通過させ、所定電圧以下の場合に電流を遮断するツェナーダイオードと、
前記ツェナーダイオードが電流を通過させた場合に、前記スイッチング素子をスイッチオフして前記ダイオードに対する電流の供給を遮断するスイッチング制御手段と、を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
【請求項３】
前記スイッチング制御手段は、
前記ダイオードに流れる電流を検出する電流検出手段、をさらに備え、
前記電流検出で検出される電流が所定の閾値を越えたときに、前記スイッチング素子をスイッチオフして前記ダイオードに対する電流の供給を遮断する、
ことを特徴とする請求項２に記載の電源回路。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源回路と、
前記電源回路により電流が供給される発光ダイオードと、を備える、
ことを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源回路および照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源にＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を使用した照明装置は、通常、複数の発光ダイオードを直列または並列に接続した構成になっており、発光ダイオードの１つに短絡等の異常が発生したとしても発光を続ける。しかし、異常が発生したまま照明装置を使用し続けると、異常発熱等の不具合を起こす恐れがある。特許文献１には、ＬＥＤの両端の電圧と基準電圧とを比較することで、ＬＥＤに発生した短絡を検出するＬＥＤ点灯回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１３０３７７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、特許文献１に記載のＬＥＤ点灯回路は、ＬＥＤの両端電圧と基準電圧とを比較して異常を検出しているために、コンパレータやオペアンプ等の集積回路を使用する必要がある。集積回路はダイオードやトランジスタ等の単独の素子と比べて高価であるため、特許文献１の回路では、安価に回路を構成できないという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、ＬＥＤ等のダイオードに発生した異常を検出できる安価な電源回路および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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる電源回路は、
ダイオードに電流を供給する電流供給回路と、
前記ダイオードのカソードと前記電流供給回路のグランドとの間の電流路上に設置される電流制限抵抗と、
前記ダイオードのカソードと前記電流供給回路のグランドとの間の電位差が所定電圧を超えた場合に、前記ダイオードに対する電流の供給を遮断する保護回路と、を備える、
ことを特徴とする。
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点にかかる照明装置は、
上記電源回路と、
前記電源回路により電流が供給される発光ダイオードと、を備える、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
ＬＥＤ等のダイオードに発生した異常を検出できる安価な電源回路および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】本実施形態のＬＥＤ点灯回路を説明するブロック図である。
【図２】図１に示すＬＥＤ点灯回路に接続したＬＥＤの構成を説明するための図である。
【図３】ＬＥＤを構成する複数の発光ダイオードの１つに短絡が発生した様子を示す図である。
【図４】本実施形態のＬＥＤ点灯回路の動作を説明するための図であり、（Ａ）はＬＥＤの両端の電圧、（Ｂ）はツェナーダイオードのアノード電圧、（Ｃ）は制御ＩＣのＦＢ端子電圧をそれぞれ示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態のＬＥＤ点灯回路１００は、ＬＥＤ２００に発生した異常、例えば、ＬＥＤ２００を構成する複数の発光ダイオードの１つに発生した短絡を検出する機能を備えた電源回路であり、図１に示すように、定電流回路１１０と、短絡保護回路１２０と、ＬＥＤ２００とから構成される。
【００１１】
定電流回路１１０は、ＬＥＤ２００に流れる電流（以下、「ＬＥＤ電流」という）を一定に保つ機能を備えた回路であり、例えば、ＦＥＴ等のスイッチング素子を高速にオンオフすることによってＬＥＤ電流を制御するチョッパ回路である。定電流回路１１０の２つの入力端子（Ｖｉｎ端子と入力側ＧＮＤ端子）は、それぞれ、直流電源装置３００のＶｄｄ端子（正極側電極端子）とＧＮＤ（接地）端子（負極側電極端子）に接続されており、また、定電流回路１１０の２つの出力端子（Ｖｏｕｔ端子と出力側ＧＮＤ端子）は短絡保護回路１２０に接続されている。
【００１２】
短絡保護回路１２０は、ＬＥＤ点灯回路１００を異常発熱等の事故から保護するための回路であり、図１に示すように、スイッチング素子１２１と、電流制限抵抗１２２と、制御ＩＣ１２３と、ダイオード１２４と、コンデンサ１２５と、コイル１２６と、コンデンサ１２７と、電圧検出回路１３０とから構成される。
【００１３】
スイッチング素子１２１は、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）から構成される。スイッチング素子１２１のドレインはコイル１２６の一端に、ソースは電流制限抵抗１２２の一端に、また、ゲートは制御ＩＣ１２３の出力端子の１つであるＧＡＴＥ端子に接続されている。スイッチング素子１２１は、制御ＩＣ１２３からゲートに制御ＩＣ１２３のＧＡＴＥ端子に設定された所定電圧（以下、「設定電圧」という）が印加されると、ドレイン−ソース間を接続（スイッチオン）して電流を通過させる。スイッチング素子１２１は、制御ＩＣ１２３からゲートにＧＮＤ電圧（設置電圧）が印加されると、ドレイン−ソース間を切断（スイッチオフ）してＬＥＤ２００に流れる電流を遮断する。
【００１４】
電流制限抵抗１２２は、ＬＥＤ２００に流れる電流を制限するための抵抗である。電流制限抵抗１２２は、ＬＥＤ２００のＶＬ端子（ＬＥＤ２００のカソード側）と定電流回路１１０のＧＮＤ端子との間の電流路上に設置されており、ＬＥＤ２００のＶＬ端子と定電流回路１１０のＧＮＤ端子との間に電位差を発生させる。電流制限抵抗１２２の一端はスイッチング素子１２１のソースに、他端は定電流回路１１０のＧＮＤ端子に接続されている。また、電流制限抵抗１２２の一端（スイッチング素子１２１のソースに接続されている側）は、図１に示すように、制御ＩＣ１２３のＣＳ端子に接続されている。
【００１５】
制御ＩＣ１２３は、プロセッサ等から構成される。制御ＩＣ１２３のＶｉｎ端子は定電流回路１１０のＶｏｕｔ端子に、ＧＮＤ端子は定電流回路１１０のＧＮＤ端子に接続されている。また、制御ＩＣ１２３のＣＳ端子は電流制限抵抗１２２の一端に接続されており、制御ＩＣ１２３は、ＣＳ端子より入力された電流制限抵抗１２２の一端の電圧と、内部のメモリ（図示せず）に予め記憶しておいた電流制限抵抗１２２の抵抗値とに基づいてＬＥＤ電流を算出する。
【００１６】
また、制御ＩＣ１２３は、スイッチング素子１２１を制御するためのポート出力端子であるＧＡＴＥ端子を備えている。制御ＩＣ１２３は、ＣＳ端子に入力された電圧に基づいて算出したＬＥＤ電流が所定の電流値以下である場合、スイッチング素子１２１のゲートに設定電圧を印加して、スイッチング素子１２１のドレイン−ソース間を接続する。また、算出したＬＥＤ電流が所定の電流値を超えると、ＬＥＤ２００を過電流から保護するため、スイッチング素子１２１にＧＮＤ電圧を印加して、スイッチング素子１２１のドレイン−ソース間を遮断する。
【００１７】
また、制御ＩＣ１２３は、ＬＥＤ２００に発生した短絡を検知するためのＦＢ端子を備えている。ＦＢ端子は制御ＩＣ１２３内部でプルアップ抵抗（図示せず）に接続されていて、定常状態では制御ＩＣ１２３のＶｉｎ端子電圧（動作電圧Ｖ１）に保たれている。ＦＢ端子は、後述の電圧検出回路１３０（つまり、抵抗１３３の一端）に接続されており、電圧検出回路１３０によってＬＥＤ２００の短絡が検出されると（つまり、電圧検出回路１３０によってＦＢ端子がＧＮＤ電圧に落とされると）、制御ＩＣ１２３は、ＬＥＤ２００に短絡が発生したものとして、スイッチング素子１２１に対する設定電圧の印加を停止する（すなわち、スイッチング素子１２１のゲートにＧＮＤ電圧を印加する）。
【００１８】
ダイオード１２４、コンデンサ１２５、及び、コイル１２６は、スイッチング素子１２１がスイッチングした際の急峻な電圧・電流の変化から、ＬＥＤ２００等を保護するためのサージ吸収用の素子として機能する。
ダイオード１２４のカソードは、定電流回路１１０のＶｏｕｔ端子、ＬＥＤ２００のＶＨ端子、及びコンデンサ１２５の一端に、アノードは、スイッチング素子１２１のドレインおよびコイル１２６の一端に接続されている。
また、コンデンサ１２５の一端は、定電流回路１１０のＶｏｕｔ端子、ＬＥＤ２００のＶＨ端子、およびダイオード１２４のカソードに、他端は、ＬＥＤ２００のＶＬ端子、コイル１２６の一端、及び電圧検出回路１３０（つまり、ツェナーダイオード１３１のカソード）に接続されている。
また、コイル１２６の一端は、定電流回路１１０のＶｏｕｔ端子、ＬＥＤ２００のＶＨ端子、及びダイオード１２４のカソードに、他端は、ＬＥＤ２００のＶＬ端子、コイル１２６の一端、及びツェナーダイオード１３１のカソードに接続されている。
【００１９】
コンデンサ１２７は、制御ＩＣ１２３はＦＢ端子から漏れ出した電流を蓄えるための容量であり、一端は、制御ＩＣ１２３のＦＢ端子、及び抵抗１３３の一端に、他端は、定電流回路１１０のＧＮＤ端子に接続されている。
【００２０】
電圧検出回路１３０は、ＬＥＤ２００に発生した短絡を検出し、制御ＩＣ１２３のＦＢ端子をＧＮＤ電圧に落とすことで、制御ＩＣ１２３にＬＥＤ２００の短絡を通知するための回路であり、ＬＥＤ２００のＶＬ端子と定電流回路１１０ＧＮＤ端子との間に配置される。電圧検出回路１３０は、図１に示すように、ツェナーダイオード１３１と、トランジスタ１３２と、抵抗１３３とで構成される。
【００２１】
ツェナーダイオード１３１は、ツェナー電圧Ｖｚの定電圧ダイオードから構成される。ツェナーダイオード１３１のカソードはトランジスタ１３２のベースに、アノードはＬＥＤ２００のＶＬ端子に接続されている。ＬＥＤ２００を構成する複数の発光ダイオードの１つに短絡が発生すると、ツェナーダイオード１３１は、アノードからカソードに電流を流して、トランジスタ１３２のベースに電圧を加える。
【００２２】
トランジスタ１３２は、ＮＰＮ型のトランジスタから構成される。トランジスタ１３２のベースはツェナーダイオード１３１のカソードに、エミッタは定電流回路１１０のＧＮＤ端子に、コレクタは抵抗１３３の一端に接続される。ＬＥＤ２００に短絡が発生し、ツェナーダイオード１３１を介してベースに電圧が加わると、トランジスタ１３２はエミッタ−コレクタ間を接続する。
【００２３】
抵抗１３３は、トランジスタ１３２がスイッチングした際の急峻な電圧の変化から制御ＩＣ１２３のＦＢ端子を保護するためのサージ吸収用の素子として機能する。抵抗１３３の一端はトランジスタ１３２のコレクタに、他端は制御ＩＣ１２３のＦＢ端子に接続されている。
【００２４】
ＬＥＤ２００は、ＬＥＤ点灯回路１００の光源として機能する。ＬＥＤ２００は、無機結晶の発光ダイオードから構成され、図２に示すように、順方向電圧降下がそれぞれＶｆの３つの発光ダイオード２０１〜２０３が直列に配置された構成となっている。ＬＥＤ２００のＶＨ端子は、定電流回路１１０のＶｏｕｔ端子、ダイオード１２４のカソード、およびコンデンサ１２５の一端に接続されている。また、ＬＥＤ２００のＶＬ端子は、コンデンサ１２５の一端、コイル１２６の一端、及びツェナーダイオード１３１のカソードに接続されている。
【００２５】
次に、このような構成を有するＬＥＤ点灯回路１００の動作について説明する。
ユーザ等により直流電源装置３００に電源が投入されると、直流電源装置３００は定電流回路１１０に対して電源電圧Ｖｄｄの印加を開始する。定電流回路１１０はＬＥＤ２００に対する出力電流を一定に保ちながら、制御ＩＣ１２３に対して動作電圧Ｖ１の印加を開始する。
【００２６】
制御ＩＣ１２３に動作電圧Ｖ１の印加が開始されると、制御ＩＣ１２３は、ＦＢ端子に対し、プルアップ抵抗を介して電流を流す。そうすると、ＦＢ端子に接続されたコンデンサ１２７は、ＦＢ入力端子から漏れ出した電流で電荷を蓄えていく。コンデンサ１２７に電荷が蓄えられるに従い、ＦＢ端子は徐々に昇圧していき、ＦＢ端子が所定の電荷を超えて所定の電位に達したところで、制御ＩＣ１２３は、スイッチング素子１２１のゲートに設定電圧の印加を開始する。
【００２７】
スイッチング素子１２１のゲートに設定電圧の印加が開始されると、スイッチング素子１２１はドレイン−ソース間を接続する。これにより、ＬＥＤ２００のＶＬ端子はコイル１２６、スイッチング素子１２１、および電流制限抵抗１２２を介して定電流回路１１０のＧＮＤ端子と接続されることになり、ＬＥＤ２００は点灯を開始する。
【００２８】
制御ＩＣ１２３は、ＣＳ端子を常時モニタしていて、所定時間毎に、ＣＳ端子に入力された電流制限抵抗１２２の一端の電圧を、あらかじめ内部のメモリ（図示せず）に保存しておいた電流制限抵抗１２２の抵抗値で除算することによってＬＥＤ２００に流れる電流値を算出する。そして、制御ＩＣ１２３は、算出した電流が一定値を超えた場合、ＬＥＤ２００に過度の電流が流れているものとして、スイッチング素子１２１のゲートにＧＮＤ電圧を印加する。そうすると、スイッチング素子１２１はドレイン−ソース間を切断し、ＬＥＤ２００には電流が流れなくなる。
【００２９】
次に、ＬＥＤ２００を構成する発光ダイオードの１つに短絡が発生した場合の短絡保護回路１２０の動作について説明する。
図３に示すように、ＬＥＤ２００を構成する発光ダイオードの１つ（図３では発光ダイオード２０１）に短絡が発生すると、ＬＥＤ２００の電圧降下は、短絡した発光ダイオードの電圧降下Ｖｆ分だけ小さくなるので、ＬＥＤ２００のＶＬ端子電圧は、Ｖｆ分だけ上昇する（すなわち、電流制限抵抗１２２にＶｆ分だけ大きな電圧が加わる）。ＶＬ端子電圧が上昇し、図４（Ａ）に示すように、ツェナー電圧Ｖｚを超えると、ツェナーダイオード１３１は、アノードからカソードに電流を流す。そうすると、トランジスタ１３２のベースＶ２には、図４（Ｂ）に示すように、電圧が加わるので、これによりトランジスタ１３２のエミッタ−コレクタ間が接続される。そうすると、制御ＩＣ１２３のＦＢ端子は、抵抗１３３及びトランジスタ１３２を介して定電流回路１１０のＧＮＤ端子に接続されることになり、制御ＩＣ１２３のＦＢ端子は、図４（Ｃ）に示すように、ＧＮＤ電圧（０Ｖ）になる。制御ＩＣ１２３は、ＦＢ端子がＧＮＤ電圧になったのを検知すると、スイッチング素子１２１のゲートに対する設定電圧の印加を停止する（つまりスイッチング素子１２１のゲートにＧＮＤ電圧を印加する）。ゲートにＧＮＤ電圧が印加されると、スイッチング素子１２１はドレイン−ソース間を遮断し、その結果、ＬＥＤ２００のＶＬ端子と定電流回路１１０のＧＮＤ端子との接続が切断され、ＬＥＤ２００には電流が流れなくなる。
【００３０】
本実施形態によれば、ＬＥＤ２００のＶＬ端子と定電流回路１１０のＧＮＤ端子との間の電圧が所定の電圧を越えたか否かを検出することによって、ＬＥＤ２００の短絡を検出しているので、従来方法のように、ＬＥＤ２００の両端電圧と基準電圧とを比較するために、高価なオペアンプを使用する必要はない。
【００３１】
また、従来方法のように、ＬＥＤ２００の両端電圧と基準電圧とを比較して短絡を検出しようと思えば、ＬＥＤ２００の両端電圧（ＶＨ端子−ＶＬ端子間電圧）を制御ＩＣ１２３にフィードバックする必要があるが、ＬＥＤ２００のＶＬ端子電圧と制御ＩＣ１２３のＧＮＤ端子電圧との間には電位差があるので、高価なフォトカプラを使用してＬＥＤ２００の両端電圧を制御ＩＣ１２３にフィードバックする必要がある。しかし、本実施形態では、ツェナーダイオード１３１のＧＮＤとなる電位と制御ＩＣ１２３のＧＮＤとなる電圧は同電位であるので、わざわざ高価なフォトカプラを使用して、ＬＥＤ２００の両端電圧を制御ＩＣ１２３にフィードバックする必要はない。
【００３２】
なお、ＬＥＤ２００は無機結晶から構成される発光ダイオードに限られない。有機分子から構成される有機ＥＬ等であってもよい。また、ＬＥＤや有機ＥＬ等以外の他のダイオードであってもよい。
【００３３】
また、スイッチング素子１２１は、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴに限られない。Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴ、Ｐチャネル型のＪＦＥＴ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  ＦＥＴ）、Ｎチャネル型のＪＦＥＴ等のＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴ以外のユニポーラトランジスタ（電界効果トランジスタ）であってもよい。また、ＰＮＰ型、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタであってもよい。
【００３４】
また、定電流回路１１０は、降圧チョッパ回路、昇圧チョッパ回路、フライバックコンバータ、フォワードコンバータ等のスイッチング制御型のＤＣ／ＤＣコンバータであってもよい。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング制御に使用する制御ＩＣと制御ＩＣ１２３とを一体のものとしてもよい。
【００３５】
上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
【００３６】
（付記１）ダイオードに電流を供給する電流供給回路と、
前記ダイオードのカソードと前記電流供給回路のグランドとの間の電流路上に設置される電流制限抵抗と、
前記ダイオードのカソードと前記電流供給回路のグランドとの間の電位差が所定電圧を超えた場合に、前記ダイオードに対する電流の供給を遮断する保護回路と、を備える、
ことを特徴とする電源回路。
【００３７】
（付記２）前記保護回路は、
スイッチオンにより前記ダイオードに対する電流の出力を開始し、スイッチオフにより電流の出力を遮断するスイッチング素子と、
前記ダイオードのカソードと前記電流供給回路のグランドとの間に設置され、前記ダイオードのカソードと前記電流供給回路のグランドとの間の電位差が所定の電位を超えた場合に電流を通過させ、所定電圧以下の場合に電流を遮断するツェナーダイオードと、
前記ツェナーダイオードが電流を通過させた場合に、前記スイッチング素子をスイッチオフして前記ダイオードに対する電流の供給を遮断するスイッチング制御手段と、を備える、
ことを特徴とする付記１に記載の電源回路。
【００３８】
（付記３）前記スイッチング制御手段は、
前記ダイオードに流れる電流を検出する電流検出手段、をさらに備え、
前記電流検出で検出される電流が所定の閾値を越えたときに、前記スイッチング素子をスイッチオフして前記ダイオードに対する電流の供給を遮断する、
ことを特徴とする付記２に記載の電源回路。
【００３９】
（付記４）付記１乃至３のいずれかに記載の電源回路と、
前記電源回路により電流が供給される発光ダイオードと、を備える、
ことを特徴とする照明装置。
【符号の説明】
【００４０】
１００              ＬＥＤ点灯回路
１１０              定電流回路
１２０              短絡保護回路
１２１              スイッチング素子
１２２              電流制限抵抗
１２３              制御ＩＣ
１２４              ダイオード
１２５              コンデンサ
１２６              コイル
１２７              コンデンサ
１３０              電圧検出回路
１３１              ツェナーダイオード
１３２              トランジスタ
１３３              抵抗
２００              ＬＥＤ
２０１〜２０３      発光ダイオード
３００              直流電源装置
【図１】
2012155893.tif 000003
【図２】
2012155893.tif 000004
【図３】
2012155893.tif 000005
【図４】
2012155893.tif 000006