断芯检测电路以及电源装置的制作方法

本发明涉及断芯检测电路以及包括该断芯监测电路电源装置，该断芯检测电路被设置在向形成标识光源的发光元件供给电流的电源装置中，用于检测发光元件的断芯。

背景技术：

作为现有的标识，已知例如有专利文献1所公开的将卤素灯泡作为光源的汽车用前照灯。这种前照灯是涉及安全的重要设备，特别是在铁路车辆的前照灯的情况下，如果断芯则需要停止列车的运行，因此需要切实且尽快地检测断芯。断芯的检测不限于铁道车辆的前照灯，对于航空故障灯或交通信号灯等其他标识的光源来说也将成为共通的课题。因此，目前关于卤素灯泡等白炽灯泡，如图7所示那样，使用电阻器类型的断芯检测装置来监视电流量，并通过模拟的确认方法来判断断芯。

在图7所示的电路框图中，如果点亮白炽灯泡，则会产生通电电流a，并且通过电流a在电阻器r的两端产生电压v。使用该电压v使继电器(光耦继电器)动作，并向监视装置发送信号。如果正常地点亮白炽灯泡，则继电器的接点成为接通，并导入来自监视装置的信号。另一方面，如果白炽灯泡断芯，则电压v消失且继电器的接点成为切断，而不会导入来自监视装置的信号。因此从监视装置观察，没有称为流过电流a的状态，从而判断为白炽灯泡断芯。

因此，卤素灯等白炽灯泡不仅消耗电力大，额定寿命也比较短且频频发生因断芯造成的更换作业。因此最近作为能够消除白炽灯泡的缺点的光源，增加采用了消耗电力低且额定寿命也长的led(发光二极管)的标识的灯火。本申请的申请人也已经提出如专利文献2所公开的以led作为光源的前照灯。

在这样将led作为光源的标识的情况下，如图8所示，通常使用恒流电路作为电源装置。另外，可以考虑在led的断芯检测中直接使用上述电阻器类型的断芯检测装置。

专利文献

专利文献1：日本特开2002-42739号公报

专利文献2：日本特开2016-96103号公报

技术实现要素：

然而，如图8所示，在将标识的光源设为led时，由于省电，led亮灯时的通电电流b比白炽灯泡少。因此，在上述断芯检测装置中，有时在电阻器r’的两端产生的电压v’也过小，从而无法通过led的断芯来判断电流是否减少了。

另外，在led的电源装置中，在预定标准的范围内电源电压发生变动。因此，即使电阻器r’的电阻值变小，如果led的电源电压有变动，则流过电阻器r’的电流也将发生变动。因此，在上述断芯检测装置中，也会存在使对是否有因输入电压的变动而造成电流变化或者是否已断芯的判断变得模糊的问题。

本发明是着眼于以上的现有技术所具有的问题点而完成的，其目的在于，提供能够不受流过光源的电流大小或电压变动的影响而明确地判断光源有无断芯，并能够切实地通知光源断芯的断芯检测电路以及电源装置。

作为用于实现上述目的的本发明的主旨存在于以下的各项发明中。

技术方案[1]一种断芯检测电路(20)，其被设置在向成为标识(1)的光源的发光元件(13)供给电流的电源装置(10)中，用于检测上述发光元件(13)的断芯，其特征在于，

上述电源装置(10)具备使供给至上述发光元件(13)的电流为恒定的恒流电路(12)，

在上述发光元件(13)断芯时，上述恒流电路(12)能够输出超过预定基准值的电压，

具备开关元件(25)，该开关元件(25)在上述电源装置(10)的内部附加设置在恒流电路(12)上，并基于超过上述预定基准值的电压来进行开关动作，

通过由上述开关元件(25)的开关动作所进行的电路状态的切换，来检测上述发光元件(13)的断芯。

技术方案[2]根据上述技术方案[1]所记载的断芯检测电路(20)，其特征在于，该断芯检测电路(20)具备：检测输出部(30)，其能够将上述开关元件(25)的开关动作即接通/切断状态的切换作为表示上述发光元件(13)已断芯的检测信号输出至上述电源装置(10)的外部。

技术方案[3]根据上述技术方案[2]所记载的断芯检测电路(20)，其特征在于，该断芯检测电路具备：通知单元(40)，其基于从上述检测输出部(30)输出的检测信号，将检测到上述发光元件(13)的断芯的情况通知给上述电源装置(10)的外部。

技术方案[4]一种电源装置(100)，其向成为标识(2)的光源的发光元件(13)供给电流，其特征在于，

该电源装置(100)仅具备上述光源数量的多个恒流电路(12)，该恒流电路(12)对多个上述光源的每一个光源，使供给至成为对应的光源的1个或多个发光元件(13)供给的电流为恒定，

在成为对应的光源的发光元件(13)中的至少某一个断芯时，各上述恒流电路(12)能够分别输出超过预定基准值的电压，

在上述电源装置(100)的内部对应于每个上述各恒流电路(12)而附加设置基于超过上述预定基准值的电压来进行开关动作的开关元件(25)，

与上述开关元件(25)一起对应于每个上述各恒流电路(12)而附加设置检测输出部(30)，其能够将上述开关元件(25)的开关动作即接通/切断状态的切换作为表示上述发光元件(13)已断芯的检测信号输出至上述电源装置(100)的外部，

该电源装置(100)具备：通知单元(40)，其基于从上述各检测输出部(30)输出的检测信号的理论和，将检测到上述发光元件(13)断芯的情况通知给上述电源装置(100)的外部。

技术方案[5]根据上述技术方案[4]所记载的电源装置(100)，其特征在于，对多个恒流电路(12)共用多个上述开关元件(25)以及上述检测输出部(30)中的至少某一组。

技术方案[6]根据上述技术方案[4]或[5]所记载的电源装置(100)，其特征在于，上述光源为构成铁路车辆的标识灯(2)的光源，上述发光元件(13)是led，并被搭载于铁路车辆。

接着，对基于上述解决单元的作用进行说明。

上述技术方案[1]所记载的断芯检测电路(20)被设置在向形成标识(1)光源的发光元件(13)供给电流的电源装置(10)其自身中，而不是如现有那样单独加装在电源装置(10)乃至电路上。电源装置(10)具备将供给至发光元件(13)的电流控制为恒定的恒流电路(12)，发光元件(13)通过恒流电路(12)的恒流来发光。

如果发光元件(13)断芯，则从恒流电路(12)输出超过预定基准值的电压。在电源装置(10)的内部，在恒流电路(12)附加设置有基于来自恒流电路(12)的超过预定基准值的电压来进行开关动作的开关元件(25)。可以将由该开关元件(25)的开关动作所进行的电路状态的切换作为发光元件(13)的断芯的检测。

根据由这样的电源装置(10)的内部电路所进行的断芯的检测，可以不受外部的影响，无论流过光源的电流的大小如何，都将明确地判断光源有无断芯。另外，仅通过简单的电路就可以实现断芯的检测，也不需要准备用于断芯检测而后装的另外的装置，从而不会导致成本升高。

根据上述技术方案[2]所记载的断芯检测电路(20)，上述开关元件(25)的开关动作即接通/切断状态的切换，将通过检测输出部(30)而被转换为表示发光元件(13)已断芯的检测信号，并可以输出至电源装置(10)的外部。由此，可以将开关元件(25)的开关动作作为检测信号容易地传递给接下来的输出目标并进行灵活使用。

根据上述技术方案[3]所记载的断芯检测电路(20)，可以基于从上述检测输出部(30)输出的检测信号，通过通知单元(40)将检测到发光元件(13)断芯的情况通知给电源装置(10)的外部。由此，可以切实地获知发光元件(13)的断芯。

根据上述技术方案[4]所记载的电源装置(100)，光源不仅一个而是有多个，在各光源中的每一个中，都具备使供给至同一光源内的一个或多个发光元件(13)的电流固定的恒流电路(12)。这里，各恒流电路(12)在相对应的光源的发光元件(13)中的至少某一个断芯时，分别输出超过预定基准值的电压。

在电源装置(100)的内部与各恒流电路(12)中的每一个相对应地附加设置有与上述技术方案[1]同样的开关元件(25)，各开关元件(25)基于超过预定基准值的电压来进行开关动作。所涉及的开关动作即开关元件(25)的接通/切断状态的切换通过同样被附加设置到各恒流电路(12)中的每一个上的检测输出部(30)，被转换为表示发光元件(13)已断芯的检测信号，并输出至电源装置(10)的外部。

然后，基于从各检测输出部(30)输出的检测信号的理论和，通过通知单元(40)将检测到发光元件(13)断芯的情况通知给电源装置(100)的外部。由此，即使多个光源中的至少某一个中有一个发光元件(13)断芯，则也可以切实地获知上述断芯。

根据上述技术方案[5]所记载的电源装置(100)，对多个恒流电路(12)共用多个开关元件(25)以及检测输出部(30)中的至少某一组。由此，可以削减部件件数并简化电路，从而可以降低成本。

例如如上述技术方案[6]所记载的那样，上述光源是构成铁路车辆的标识灯(2)的光源，发光元件(13)由led构成，电源装置(100)被搭载于铁路车辆。这样，断芯检测电路(20)以及电源装置(100)可以最优地应用于铁路车辆的标识灯(2)。

根据本发明所涉及的断芯检测电路以及电源装置，通过由电源装置自身的内部电路所进行的检测，从而可以不受外部的影响，无论流过光源的电流的大小如何，都将明确地判断光源有无断芯。另外，可以切实地获知光源的断芯。进一步地，仅通过简单的电路就可以实现断芯的检测，而不需要准备用于断芯检测而后装的另外的装置，从而不会导致成本升高。

附图说明

图1是表示本发明第一实施方式所涉及的断芯检测电路的电路框图。

图2是表示搭载了包括本发明第一实施方式所涉及的断芯检测电路的电源装置的标识的电路框图。

图3是表示搭载了本发明第二实施方式所涉及的电源装置的标识灯的电路框图。

图4是表示本发明第二实施方式所涉及的电源装置的主要部分的电路框图。

图5是示意地表示从本发明第二实施方式所涉及的电源装置中的led发生断芯到断芯检测为止的流程的说明图。

图6是示意地表示从本发明第二实施方式所涉及的电源装置中的led的断芯检测到检测信号的输出乃至通知为止的流程的说明图。

图7是表示与现有的白炽灯泡相关的电源电路和断芯检测装置的电路框图。

图8是表示与现有的led相关的电源装置和断芯检测装置的电路框图。

附图标记的说明

1：标识、10：电源装置、11：电源电路、12：恒流电路、13：led、20：断芯检测电路、21：电阻器、22：电阻器、22：电阻器、24：齐纳二极管、25：晶体管、30：检测输出部、31：光耦继电器、40：监视装置、2：标识灯、100：电源装置。

具体实施方式

下面，根据附图来说明代表本发明的各种实施方式。

如图1以及图2所示，第一实施方式所涉及的电源装置10向形成标识1的光源供给电流，断芯检测电路20是被设置在电源装置10自身的内部并检测发光元件的断芯的电路。

这里标识1的光源被用作各种标识的灯火，例如应用于铁路车辆的前照灯或尾灯、在道路上行驶的汽车的前大灯、或者船舶或飞机等其他交通工具的标识灯。进一步地，作为标识1，除了上述标识灯以外，也适用例如设置在高层建筑物上的航空障碍灯或设置在道路上的交通信号灯等。

形成标识1的光源的发光元件主要通过半导体来构成，例如适用led、有机el、ld(半导体激光)等。下面，对将led13用作发光元件的例子进行说明。led13可以是表面实装型的芯片状的、或者是类似炮弹形的灯泡状的，任意地选择发光色。此外，led13的数量不限于一个，可以通过串联连接的多个led13来构成1个光源。

如图2所示，本实施方式所涉及的标识1具备：电源装置10、led13、监视装置40。这里电源装置10的结构具备：电源电路11、恒流电路12、断芯检测电路20、还有检测输出部30等。电源电路11是将由电池电源等供给的直流电压(例如dc100v)转换为适于led13的发光的另外的直流电压的电路。

恒流电路12是以使电流值恒定的方式来控制由上述电源电路11转换的直流电压并供给至各led13的电路。恒流电路12除了具备与上述电源电路11连接的电源输入端子12a、与led13连接的恒流输出端子12b之外，还具备输出电压端子12c。

恒流电路12具备通常在预定标准的恒流流过led13时对施加给led13的电压进行检测的功能，并构成为由输出电压端子12c输出与施加给led13的电压相同值的电压。在恒流电路12中，如果led13断芯则负荷变轻，从而输出电压上升，从输出电压端子12c输出比通常输出的电压更大的电压。

在恒流电路12内部，断芯检测电路20或检测输出部30被连接到输出电压端子12c的线上。断芯检测电路20的结构具备：电阻器21～23、齐纳二极管24还有开关元件的晶体管25等。首先齐纳二极管24的阳极经由电阻器21与输出电压端子12c连接，齐纳二极管24的阴极与后述的晶体管25的基极连接。

电阻器22在齐纳二极管24的阴极接地间连接，电阻器22在晶体管25的基极发射极间并联连接。齐纳二极管24是以得到恒定电压的目的而使用的元件，具有以下特性，即在逆方向施加电压时，如果超过预定基准值(齐纳电压)则流过电流。

这里，在led亮灯时所施加的电压(vf)被设定为小于齐纳二极管24的预定基准值(齐纳电压vz)的值。因此，通常对齐纳二极管24不适用超过预定基准值的电压，电流不流向齐纳二极管24的下一处。另一方面，如果在led13断芯时输出的电压超过预定基准值，则施加的过电压从齐纳二极管24输出至下一处。

晶体管25是基于从上述齐纳二极管24流入的电压来进行开关动作的开关元件，通过该开关动作来切换电路状态。这作为结果表示led13的断芯检测。晶体管25具体地说例如由npn型晶体管构成。因此晶体管25放大从基极25a流向发射极25b的电流，并构成为在从基极25a流入电流时，从集电极25c向发射极25b流过电流。

晶体管25的基极25b被连接在齐纳二极管24的阴极和电阻器22之间。电阻器22被连接在晶体管25的基极25b-发射极25b间，发射极25b接地。另外，发射极25b与后述的检测输出部30即光耦继电器31的1次侧的阳极连接。晶体管25的集电极25c经由电阻器23与电源连接，另外与光耦继电器31的1次侧的阴极连接。

晶体管25在电流从基极25a流向发射极25b时成为接通状态，从基极25a向发射极25b流过被放大的电流。另一方面，在电流没有从基极25a流向发射极25b的通常时，处于电流没有在发射极25b和集电极25c之间流过的切断状态，电流没有从基极25a流向发射极25b。

检测输出部30可以将上述晶体管25的开关动作即接通/切断状态的切换作为表示led13已断芯的检测信号而输出给电源装置10的外部。检测输出部30由接受来自晶体管25的电流，通过接通/切换开关来生成检测信号，并将该检测信号发送给下一个设备的各种继电器来构成。本实施方式的检测输出部30由光耦继电器31构成。

光耦继电器31是使用通过对1次侧的led通电而产生的光来驱动2次侧的mosfet(半导体元件)，并且切换2次侧电路的接通/切换状态的无接点继电器。光耦继电器31通过对1次侧通电，使2次侧成为接通状态。相比于接点机械地进行动作的机械继电器，光耦继电器31可以小型化，在接点动作的可靠性或寿命等中也具有优越的特性。

光耦继电器31的1次侧的阳极和阴极如上所述地与晶体管25连接。因此，当晶体管25为通常的切断状态时，光耦继电器31的1次侧被通电，光耦继电器的2次侧维持在接通状态。如果在led13断芯时晶体管25被切换为接通状态，则光耦继电器31的1次侧短路(short)，光耦继电器31的2次侧切换为切断状态。基于该光耦继电器31的2次侧切换为切断状态而造成的电气变化成为检测信号。

另外，光耦继电器31的1次侧的阳极和阴极与形成通知单元的监视装置40连接。这里，通知单元根据从上述光耦继电器31输出的检测信号(接通状态→切断状态)将检测到led13的断芯的情况通知给电源装置10的外部。监视装置40是断芯检测电路20所具备的装置，但是设置在电源装置10的外部。

通知单元不限于监视装置40，也可以由其他的led指示灯、输出警报声的警报器等构成。例如也可以构成为，根据上述检测信号，与led13的亮灯/灭灯状态联动地设置同样亮灯/灭灯的led指示灯，通过目视其自身的状态或进一步根据外部设备来判断led指示灯的状态。此外，断芯检测电路20或光耦继电器31所具备的是接点，不会由这些对监视装置40供给电流。

接着，以断芯检测电路20的动作为中心来说明第一实施方式的电源装置10的作用。如图1所示，断芯检测电路20被组装于电源装置10自身的内部而构成。因此，不会像现有的断芯检测装置那样使用电源装置的外部电阻器，而是直接使用电源装置10自身的恒流电路12所具备的输出，由此可以进行准确的断芯检测。

如果在点亮标识1的光源时将电源装置10设为接通，则从恒流电路12的恒流输出端子12b向led13输出恒流，led13亮灯。在该通常时，由恒流电路12的输出电压端子12c输出与施加于led13的电压(vf)相同值的电压(vout＝vf)。这里施加给led13的电压(vf)被设定为比输出电压端子12c所连接的齐纳二极管24的预定基准值(齐纳电压vz)更小的值。

因此通常不对齐纳二极管24施加超过齐纳电压vz的电压，vout(＝vf)<vz的关系成立，电流没有从齐纳二极管24流向下一处。因此齐纳二极管24与晶体管25之间的检测电压vp是0，不会对晶体管25的基极25a流过电流，晶体管25维持在切断状态。

由此，与晶体管25的发射极25b和集电极25c连接的光耦继电器31的1次侧被通电，光耦继电器31的2次侧为接通状态。通常时，由于光耦继电器31的2次侧为接通状态，因此导入与该2次侧连接的来自监视装置40的电气乃至信号。

此时，通过监视装置40可以判断led13没有断芯而是正常的。即，可以认为在监视装置40的画面上显示例如包括表示led13的图标的电路框图等，并将其点亮，以表示相当于某个led13的图标也是正常，或者通过文字来显示表示正常的情况等。

如果在标识1的光源亮灯中led13断芯，则恒流电路12的输出电压上升，并从输出电压端子12c输出比通常时输出的电压更大的电压。如果输出电压端子12c的电压vout高于齐纳二极管24的齐纳电压vz(vout>vz)，则所施加的过电压从齐纳二极管24被输出至下一处。因此流过晶体管25的基极25a的检测电压vp变得比0大(vp>0)，进行晶体管25的开关动作，从通常的切断状态切换为接通状态。

当晶体管25切换为接通状态时，光耦继电器31的1次侧短路(short)，光耦继电器的2次侧切换为切断状态。基于该光耦继电器31的2次侧切换为切断状态而造成的电气变化成为检测信号。由此，可以将晶体管25的开关动作作为检测信号来容易地传送给接下来的输出目标并进行灵活使用。在本实施方式中，如果光耦继电器31切换为切断状态，则不会导入来自与光耦继电器31连接的监视装置40的电气乃至信号。

此时，在监视装置40的画面中，例如对于亮灯控制的对象，可以使相当于断芯而没有亮灯的led13的图标闪烁，或者通过文字来显示警告。由此，可以将led13的断芯切实地通知给外部，从而可以容易地判断断芯的事实。这种断芯的通知不限于上述监视装置40的显示，也可以通过与led13的亮灯/灭灯状态联动的led指示灯的状态来进行判断。

如上所述，根据电源装置10的内部电路进行的断芯的检测，可以不受外部的影响，无论流过led的电流的大小如何，来明确地判断led13有无断芯。另外，能够仅通过简单的电路来实现led13的断芯的检测，不需要准备用于断芯检测而后装的另外的装置，也不会导致成本升高。

图3～图6表示本发明第二实施方式。

本实施方式为代替在上述第一实施方式作为简易模型的标识1而具体表示为应用于铁路车辆的标识灯2的电源装置100。这里标识灯2的光源具备左右一对前照灯3a、3b和尾灯4共3个。此外，对与第一实施方式相同种类的部位标记相同符号并省略重复的说明。

前照灯3a、3b由白色光的led13组成，尾灯4由红色光的ld13组成，led13的数量分别限定为一个，通过串联连接的多个led13构成一个光源。此外，对前照灯3a、3b等光源中的每一个，构成为通过电源装置100内所具备的主副切换电路14能够切换多个led13中点亮全部的主灯(高)和只点亮一部分的副灯(低)。

如图3所示，电源装置100仅具备光源数量的与多个光源中的每一个相对应的恒流电路12。即，恒流电路(1)12a与一方的前照灯3a对应，恒流电路(2)12b与另一方的前照灯3b对应，恒流电路(3)12c与尾灯4对应。下面，在总称恒流电路(1)12a～(3)12c时，设为恒流电路12。

在电源装置100的内部与各恒流电路12中的每一个相对应地分别附加设置有包括与上述第一实施方式相同结构的晶体管25等的断芯检测电路20、以及由相同的光耦继电器31组成的检测输出部30。但是，不需要一定按照各恒流电路12(各个光源)来分别单独地对应设置断芯检测电路20以及检测输出部30。

即，可以构成为对多个恒流电路12共用多组的断芯检测电路20以及检测输出部30中的至少任意一组。在图3所示的例子中，共用与2个恒流电路12a、12b相对应的断芯检测电路20和检测输出部30。这里根据从各个检测输出部30输出的检测信号的理论和，与上述第一实施方式同样地将检测出上述led13的断芯的情况通过监视装置40进行通知。

图4只表示了主要部分，但是形成各检测输出部30的光耦继电器31的各自的2次侧相互为串联并与监视装置40连接。因此可以将来自各光耦继电器31的输出的理论和作为检测信号进行输出。这里，相互串联地连接各光耦继电器31的2次侧的配线成为输出各光耦继电器31的检测信号的理论和的或电路。此外，图4中，省略恒流电路12b和恒流电路12c的恒流输出端子、对应的led13等的一部分结构的图示。

这样，在具备多个光源、以及与其对应的恒流电路12时，图5中如果在任意的光源发生断芯，则在各自的恒流电路12所具备的断芯检测电路20每一个中，晶体管25成为接通状态。此外，如第二实施方式那样，在共用与2个恒流电路12a、12b相对应的断芯检测电路20和检测输出部30时，图5的晶体管25的接通1和接通2如由虚线包围那样实际作为1个晶体管25的接通而被输出。

接着在图6中，由于晶体管25的接通，分别对应的光耦继电器31被切换为切断状态。图6中用虚线包围的光耦继电器31的切断1和切断2在第二实施方式的情况下也作为1个光耦继电器31的切断而被输出一个检测信号。不管怎样多个检测信号如上述那样经由或电路被输出到监视装置40，因此如果3个光源中的任意一个led13断芯，则可以通过监视装置40切实地通知。由此可以进行断线后的光源(前照灯3a等)的更换等快速处置。

另外，根据第二实施方式，通过2个恒流电路12a、12b共用本来根据光源的数量而准备的3组断芯检测电路20以及检测输出部30中的1组，可以削减部件件数并简化电路，从而可以降低成本。

以上，通过附图说明了本发明的实施方式，但是具体的结构不限于上述的实施方式，而不脱离本发明的主旨的范围内的变更和追加也包含在本发明中。例如断芯检测电路20的开关元件由npn型的晶体管25构成，但是如果是能够实现与其相同的开关动作的话，则作为其他的半导体开关，也可以由分流调节器和fet(场效应晶体管)等构成。

本发明所涉及的断芯检测电路以及电源装置能够广泛地应用于将发光元件作为光源的各种标识。