JP2009071158A - Ｌｅｄ照明装置及びｌｅｄモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】本発明では、ＬＥＤモジュールを含むＬＥＤ照明装置に高い耐電圧を印加したとしてもＬＥＤモジュールには当該高い耐電圧が印加されることを抑制できるＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。
【解決手段】請求項１のＬＥＤ照明装置は、電源トランス、この電源トランスの一次巻線側に設けられたスイッチング手段、前記電源トランスの二次巻線側に設けられた直流回路、及び電源トランスの一次巻線側と二次巻線側とを接続する雑音防止用コンデンサを備え、前記スイッチング手段のスイッチング動作により直流出力を生成する直流出力生成手段１０と；複数の発光ダイオード及び発光ダイオードに接続する接地用コンデンサを含んでなるＬＥＤモジュール２と；前記直流出力生成手段及びＬＥＤモジュールを収容する器具本体１と；を具備することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＬＥＤ照明装置及びＬＥＤモジュールに関するものである。

従来、ＬＥＤ照明装置は、発光ダイオード（ＬＥＤ）とこのＬＥＤを配設した基板とを含むＬＥＤモジュール、当該ＬＥＤを点灯させる点灯回路及びこれらを収容する器具本体で構成されている。ＬＥＤ照明装置として、基本絶縁がとれているか検査するために、充電部である点灯回路と非充電部である器具本体に耐電圧を印加し、この電圧に十分耐えることができるかによって基本絶縁が取れているかを試験する（耐電圧試験）ことにしている。その耐電圧値は、ＬＥＤ照明装置の入力電圧によってその値が異なり、入力電圧が高いほど、高い耐電圧に対する基本絶縁を有していなければならない。なお、耐電圧試験等に関係するものではないが、サージ等の電圧による発光ダイオードの破壊を防止することを目的として発光ダイオードにコンデンサを接続させるものがある（特許文献１の段落番号００１４、図３等）。
特開２００５−５７２２８号公報

ＬＥＤモジュールと点灯回路が一体となった前記ＬＥＤ照明装置では、ＬＥＤモジュールのみを基準にした場合には、その入力電圧は点灯回路の入力電圧に比較して小さい。しかし、このＬＥＤ照明装置では、点灯回路を基準にし、この入力電圧に合わせた耐電圧をＬＥＤ照明装置に印加して前記耐電圧試験を実施しなければならない。そのため、比較的入力電圧の小さいＬＥＤモジュールに高い耐電圧が印加される可能性があるため、高い耐電圧に対する絶縁性が必要となる。

そこで、比較的入力電圧の小さいＬＥＤモジュールにもかかわらず高い絶縁性を有するＬＥＤモジュールを設計しなければならない。そうすると、高い耐電圧に対する絶縁性を確保するために、コストの高い絶縁性材料など使用しなくてはならなくなり、また、絶縁距離もとる必要があるためにＬＥＤの特徴であるコンパクト性、高密度化を十分に生かしきれないこととなる。

そこで、本発明では、ＬＥＤモジュールを含むＬＥＤ照明装置に高い耐電圧を印加したとしてもＬＥＤモジュールには当該高い耐電圧が印加されることを抑制できるＬＥＤ照明装置及びＬＥＤモジュールを提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、一次巻線と二次巻線を備えた電源トランスの二次巻線側に設けられた直流回路及び電源トランスの一次巻線側と二次巻線側とを接続する雑音防止用コンデンサを備えた直流出力生成手段と；複数の発光ダイオード及び発光ダイオードに接続する接地用コンデンサを含んでなるＬＥＤモジュールと；前記直流出力生成手段及びＬＥＤモジュールを収容する器具本体と；を具備することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、電源トランス、この電源トランスの一次巻線側に設けられたスイッチング手段、前記電源トランスの二次巻線側に設けられた直流回路、及び電源トランスの一次巻線側と二次巻線側とを接続する雑音防止用コンデンサを備え、前記スイッチング手段のスイッチング動作により直流出力を生成する直流出力生成手段と；複数の発光ダイオード及び発光ダイオードに接続する接地用コンデンサを含んでなるＬＥＤモジュールと；前記直流出力生成手段及びＬＥＤモジュールを収容する器具本体と；を具備することを特徴とする。

ここで、前記雑音防止用コンデンサは電源トランスの一次側と二次側とを接続するものであれば、接続位置、接続方法等を問わない。ＬＥＤモジュールは複数の発光ダイオード、これらの発光ダイオード及び発光ダイオードに接続する接地用コンデンサを発光ダイオードが配設された基板に接続したものであってもよいし、器具本体に接続したものであってもよく、また配設位置等の形態は問わないものである。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のＬＥＤ照明装置において、前記雑音防止用コンデンサの容量は接地用コンデンサの容量よりも大きいことを特徴とするものである。耐電圧試験においては前記雑音防止用コンデンサにかかる電圧を接地用コンデンサにかかる電圧よりも大きくすることができる。

請求項４記載の発明は、金属基板と；金属基板上に配設された発光ダイオードと；発光ダイオードと前記金属基板とを接続する接地用コンデンサと；を具備することを特徴とする。耐電圧試験においては接地用コンデンサに電圧がかかり、発光ダイオードを含むＬＥＤモジュールには高い耐電圧が印加されることを抑制する。

請求項１及び２記載のＬＥＤ照明装置によると、耐電圧試験においては雑音防止用コンデンサ及び接地用コンデンサに耐圧電圧がかかるので、ＬＥＤ照明装置に高い耐電圧を印加したとしてもＬＥＤモジュールには当該高い耐電圧が印加されることを抑制できる。したがって、入力電圧の小さいＬＥＤモジュールに対して、高い耐電圧に対する絶縁性を確保する必要が緩和される。

請求項３記載のＬＥＤ照明装置によると、耐電圧試験においては前記雑音防止用コンデンサにかかる電圧を接地用コンデンサにかかる電圧よりも確実に大きくすることができる。

請求項４記載のＬＥＤモジュールによると、高い耐電圧は接地用コンデンサに電圧がかかり、発光ダイオードを含むＬＥＤモジュールには高い耐電圧が印加されることを抑制できる。

以下、本発明の一実施形態を示すＬＥＤ照明装置について図面を参照して説明する。図１及び図２において、符号１は器具本体で、この器具本体１は、アルミニウムのダイカスト製のもので、両端を開口した円筒状をしている。この器具本体１は、内部を仕切り部材１ａ、１ｂにより上下方向に３分割され、下方開口と仕切り部材１ａの間の空間は、ＬＥＤモジュール２が配設されている。

このＬＥＤモジュール２には、複数の発光ダイオード２ａ、接地用コンデンサ３２及び反射体２ｂが設けられている。この接地用コンデンサ３２は、器具本体１に接続されている。複数の発光ダイオード２ａは、仕切り部材１ａ下面に設けられた円盤状の配線基板２ｃの円周方向に沿って等間隔に配置され実装されている。なお、接地用コンデンサ３２は、複数の発光ダイオード２ａが配設された配線基板２ｃを構成する例えばアルミニウム等の金属性基板に接続したものであってもよい。

器具本体１の仕切り部材１ａと１ｂの間の空間は電源室３に形成されている。この電源室３は、仕切り部材１ａ上部に配線基板３ａが配置されている。この配線基板３ａには、前記複数の発光ダイオード２ａを駆動するための直流出力生成手段１０が設けられている。この直流出力生成手段１０と複数の発光ダイオード２ａは、リード線４により接続されている。器具本体１の仕切り板１ｂと上方開口の間の空間は、電源端子室５に形成されている。この電源端子室５は、仕切り板１ｂに電源端子台６が設けられている。この電源端子台６は、商用電源の交流電力を供給するための端子台で、電絶縁性の合成樹脂で構成されたボックス６ａの両面に電源ケーブル用端子部となる差込口６ｂ、送りケーブル用端子部となる差込口６ｃ及び電源線及び送り線を切り離すリリースボタン６ｄなどを有している。

図３は、前記ＬＥＤ照明装置の直流出力生成手段１０を示している。図３において、直流出力生成手段１０は、一次巻線１３ａと二次巻線１３ｂを含む電源トランス１３、前記一次巻線１３ａ側に設けられたスイッチング手段１４、前記二次巻線１３ｂを含む直流回路２０、及び電源トランス１３の一次巻線１３ａ側及び二次巻線１３ｂ側とを接続する雑音防止用コンデンサ３１を備え、前記スイッチング手段１４のスイッチング動作により直流出力を生成する。ＬＥＤモジュール２は、複数の発光ダイオード２ａ、これらの発光ダイオード２ａ及び発光ダイオード２ａに直列に接続する接地用コンデンサ３２を含んでいる。

符号１１は直流電源で、この直流電源１１には、例えば交流電源（商用電源）の交流出力を全波整流し、この全波整流した出力を平滑コンデンサにより平滑して直流出力として発生するものが用いられる。直流電源１１の両端には、リップル電流平滑用のコンデンサ１２が接続されるとともに、電源トランス１３の一次巻線１３ａとスイッチング手段としてのスイッチングトランジスタ１４の直列回路が接続されている。

電源トランス１３は、一次巻線１３ａと磁気的結合された二次巻線１３ｂと補助巻線１３ｃを有している。電源トランス１３の一次巻線１３ａ両端には、コンデンサ１５と抵抗１６の並列回路と図示極性のダイオード１７の直並列回路からなるスナバ回路１７１が接続されている。このスナバ回路１７１は、電源トランス１３の一次巻線１３ａに発生するフライバック電圧をコンデンサ１５による充電と抵抗１６の放電により吸収し、電源トランス１３のリーケージインダクタンスにより発生するリンギング電圧をコンデンサ１５により吸収する。

電源トランス１３の二次巻線１３ｂには、図示極性のダイオード１８と平滑コンデンサ１９からなる直流回路２０が接続されている。この直流回路２０は、電源トランス１３の二次巻線１３ｂより発生する交流出力をダイオード１８で整流し、この整流出力を平滑コンデンサ１９により平滑して直流出力する。そして、直流回路２０の平滑コンデンサ１９両端には、接続端子２１ａ、２１ｂが接続されている。

一方、電源トランス１３の補助巻線１３ｃの両端には、図示極性方向のダイオード２３と平滑コンデンサ２４の直列回路が接続されている。この平滑コンデンサ２４は、後述する発光ダイオード２ａに流れる電流により充電され、制御回路２５を起動させる起動手段を構成するとともに、補助巻線１３ｃより交流出力が発生すると、この交流出力を整流するダイオード２３の出力により充電され、制御回路２５に駆動電源を供給する。

平滑コンデンサ２４の両端には、制御手段としての制御回路２５の電源端子２５ａ、２５ｂが接続されている。制御回路２５は、駆動端子２５ｃを抵抗２９を介してスイッチングトランジスタ１４のゲートに接続されている。この制御回路２５は、駆動開始の際に平滑コンデンサ２４の充電電圧により起動されるもので、その動作によりスイッチングトランジスタ１４をオンオフさせて電源トランス１３をスイッチング駆動する。ダイオード２３と平滑コンデンサ２４の接続点には、抵抗２８を介して接続端子２１ｃが接続されている。接続端子２１ａ、２１ｂ、２１ｃには、発光ダイオード２ａが接続される。この場合、発光ダイオード２ａは、アノードに接続端子２７ａ、カソードに接続端子２７ｂ、２７ｃがそれぞれ接続されている。発光ダイオード２ａは、接続端子２７ａ、２７ｂ、２７ｃとともにユニット化されており、接続端子２１ａ、２１ｂ、２１ｃに対し接続端子２７ａ、２７ｂ、２７ｃを介して接続又は切り離し可能になっている。例えば、接続端子２１ａ、２１ｂ、２１ｃが光源取付部２２に設けられていて、この光源取付部２２にモジュール化されたＬＥＤモジュール２を装着することにより、接続端子２７ａ、２７ｂ、２７ｃが接続端子２１ａ、２１ｂ、２１ｃに電気的に接続される。

また、符号４０はＬＥＤ照明装置の耐電圧試験用の交流電圧印加手段である。交流電圧印加手段の一端４１ａは充電部である商用交流電源に接続されるところに接続され、他端４１ｂは非充電部である器具本体１に耐電圧を印加し、この電圧に十分耐えることができるか試験する。この耐電圧試験においては、雑音防止用コンデンサ３１及び接地用コンデンサ３２に耐圧電圧がかかるので、ＬＥＤ照明装置に高い耐電圧を印加したとしてもＬＥＤモジュール２には当該高い耐電圧が印加されることを抑制できる。したがって、入力電圧の小さいＬＥＤモジュール２に対して、高い耐電圧に対する絶縁性を確保する必要が緩和される。また、前記雑音防止用コンデンサ３１にかかる電圧を接地用コンデンサ３２にかかる電圧よりも確実に大きくすることができる。

次に、ＬＥＤ照明装置の作用を説明する。まず、ＬＥＤモジュール２を光源取付部２２に装着し、接続端子２７ａ、２７ｂ、２７ｃが接続端子２１ａ、２１ｂ、２１ｃに電気的に接続されている場合、電源スイッチ（図示しない。）を投入すると、直流電源１１の電流が抵抗２１を通って発光ダイオード２ａに流れ、さらに、抵抗２８を通って平滑コンデンサ２４に流れて、平滑コンデンサ２４が充電される。

そして、平滑コンデンサ２４の充電電圧が所定の値になると、この充電電圧により制御回路２５が起動され、スイッチングトランジスタ１４をオンオフさせる。スイッチングトランジスタ１４がオンオフされると、電源トランス１３がスイッチング駆動される。この場合、スイッチングトランジスタ１４のオンで電源トランス１３の一次巻線１３ａに直流電源１１より電流を流してエネルギーを蓄積し、スイッチングトランジスタ１４のオフで一次巻線１３ａに蓄積したエネルギーを二次巻線１３ｂを通して放出する。これにより直流回路２０を介して直流出力が発生し発光ダイオード２ａが点灯される。

一方、電源トランス１３がスイッチング駆動を始めると、補助巻線１３ｃに交流出力が発生する。この交流出力は、ダイオード２３により整流され、この整流出力が平滑コンデンサ２４に充電される。したがって、これ以降、制御回路２５は、ダイオード２３の整流出力で充電される平滑コンデンサ２４の充電電圧により駆動され、スイッチングトランジスタ１４をオンオフさせる。

次に、ＬＥＤモジュール２を光源取付部２２から取外し、接続端子２７ａ、２７ｂ、２７ｃが接続端子２１ａ、２１ｂ、２１ｃから切り離されている場合を説明する。この場合、電源スイッチを投入すると、接続端子２１ａ、２１ｂ、２１ｃに接続端子２７ａ、２７ｂ、２７ｃが接続されていないので、直流電源１１から平滑コンデンサ２４に流れる電流が断たれ、平滑コンデンサ２４が充電されることがない。このため、平滑コンデンサ２４の充電電圧は上昇しないままであり、この充電電圧を駆動開始時の電源とする制御回路２５は動作しない。これにより、スイッチングトランジスタ１４はオフしたままで電源トランス１３もスイッチング駆動されない。

つまり、発光ダイオード２ａを光源取付部２２から取り外した負荷非装着状態では、電源トランス１３のスイッチング駆動を停止させることができる。したがって、このようにすれば、発光ダイオード２ａを光源取付部２２に着脱可能に設け、発光ダイオード２ａを光源取付部２２に装着した状態で、この発光ダイオード２ａを介して平滑コンデンサ２４を充電し、この平滑コンデンサ２４の充電電圧が所定値になると制御回路２５を起動させ、スイッチングトランジスタ１４をオンオフさせて、電源トランス１３をスイッチング駆動可能とし、また、ＬＥＤモジュール２を光源取付部２２から取外した状態では、平滑コンデンサ２４の充電路を断って、制御回路２５の動作を阻止し、電源トランス１３のスイッチング駆動を禁止するようにした。

これにより、ＬＥＤモジュール２が取り外され、電源側からみて負荷非装着状態となったときには、電源トランス１３のスイッチング駆動による直流出力の発生を止めることができるので、従来の負荷が装着されない状態でも出力を発生し続けるものと比べて消費電力の大幅な低減を図ることができるようになり省エネルギー化に大いに貢献できる。また、負荷が故障して負荷非装着状態となった場合も、電源トランス１３のスイッチング駆動を止めて出力が発生しないようにできるので、ユーザが負荷の故障の状況を検査するなどの際の作業の安全性を確保することもできる。

本発明の一実施形態を示すＬＥＤ照明装置の斜視図。 同じくＬＥＤ照明装置の断面図。 同じく直流出力生成手段の回路図。

符号の説明

１…器具本体、２…ＬＥＤモジュール、２ａ…発光ダイオード、４…リード線、５…電源端子室、６…電源端子台、１０…直流出力生成手段、１１…直流電源、１３…電源トランス、１４…スイッチングトランジスタ、１７１…スナバ回路、２０…直流回路、２２…光源取付部、２５…制御回路、３１…雑音防止用コンデンサ、３２…接地用コンデンサ、４０…交流電圧印加手段。

Claims (4)

1. 一次巻線と二次巻線を備えた電源トランスの二次巻線側に設けられた直流回路及び電源トランスの一次巻線側と二次巻線側とを接続する雑音防止用コンデンサを備えた直流出力生成手段と；
   複数の発光ダイオード及び発光ダイオードに接続する接地用コンデンサを含んでなるＬＥＤモジュールと；
   前記直流出力生成手段及びＬＥＤモジュールを収容する器具本体と；
   を具備することを特徴とするＬＥＤ照明装置。
2. 電源トランス、この電源トランスの一次巻線側に設けられたスイッチング手段、前記電源トランスの二次巻線側に設けられた直流回路、及び電源トランスの一次巻線側と二次巻線側とを接続する雑音防止用コンデンサを備え、前記スイッチング手段のスイッチング動作により直流出力を生成する直流出力生成手段と；
   複数の発光ダイオード及び発光ダイオードに接続する接地用コンデンサを含んでなるＬＥＤモジュールと；
   前記直流出力生成手段及びＬＥＤモジュールを収容する器具本体と；
   を具備することを特徴とするＬＥＤ照明装置。
3. 前記雑音防止用コンデンサの容量は接地用コンデンサの容量よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２記載のＬＥＤ照明装置。
4. 金属基板と；
   金属基板上に配設された発光ダイオードと；
   発光ダイオードと前記金属基板とを接続する接地用コンデンサと；
   を具備することを特徴とするＬＥＤモジュール。

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