JP2011155809A - 電源装置およびこの電源装置を用いたｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】降圧チョッパのスイッチング動作をする電界効果トランジスタとダイオードの放熱手段を簡素化し、小形化が図れる電源装置および発光ダイオードが点灯制御されるＬＥＤ照明装置を提供する。
【解決手段】電源装置１は、直流電源装置２と、ＮチャネルおよびＰチャネル電界効果トランジスタＱ１，Ｑ２を同一パッケージ１０内に有するスイッチング素子９を有し、直流電源装置２の出力間にＮチャネル電界効果トランジスタＱ１、インダクタＬ１およびコンデンサＣ３が当該順序で直列的に接続され、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１のオフ時に、Ｐチャネル電界効果トランジスタＱ２の寄生ダイオードＤ２がインダクタＬ１およびコンデンサＣ３と閉回路を形成するように接続され、コンデンサＣ３の両端間に負荷７が接続される降圧チョッパ回路３と、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１をスイッチング制御する駆動回路４を具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、降圧チョッパ回路を有する電源装置およびこの電源装置によって光源としての発光ダイオードが点灯されるＬＥＤ照明装置に関する。

ＤＣ−ＤＣ変換装置の一例として、降圧形のチョッパ回路が知られている。この降圧チョッパ回路を備えた電源装置は、入力される直流電圧を負荷に応じた所要の直流電圧に比較的簡便に得られる点で有用である。近時、発光ダイオード（ＬＥＤ）は、光源として一般用照明器具や電球型ランプに利用されている。これらの照明装置において、直列接続または直並列接続される発光ダイオードの順方向電圧Ｖ_fの合計電圧は、一般に商用電源電圧よりも低いものであるので、商用電源から給電するようなＬＥＤ点灯用の電源装置にあっては、例えば降圧チョッパ回路を備えて、入力電圧よりも低い直流電圧を出力しているものがある（例えば特許文献１参照。）。この従来技術のＬＥＤ点灯装置は、電圧制御形スイッチング素子、インダクタおよび環流用のダイオードを備え、電圧制御形スイッチング素子のオン時に、直流電源からの電流が電圧制御形スイッチング素子、インダクタおよび出力端間に接続された発光ダイオードの経路で流れ、電圧制御形スイッチング素子のオフ時に、インダクタに蓄積された電磁エネルギーによる電流がインダクタ、発光ダイオードおよび環流用のダイオードの閉回路内で流れるものである。そして、電圧制御形スイッチング素子のオン期間の比率に比例して入力電圧よりも降圧された直流電圧が出力されるものである。

特開２００９−３０２０１７号公報（第４頁、第１図）

上記のように、降圧チョッパ回路は、スイッチング素子のオン時にはスイッチング素子に、スイッチング素子のオフ時には環流用のダイオードにそれぞれ発光ダイオードに流れる電流が流れるものであり、スイッチング素子および環流用のダイオードは、共に大きく発熱する。

降圧チョッパ回路の出力電圧は、降圧チョッパ回路の入力電圧と、スイッチング素子のオン期間およびオフ期間の合計期間に対するオン期間の割合との乗算となっている。発光ダイオードに印加される降圧チョッパ回路の出力電圧は、降圧チョッパ回路の入力電圧に対して相当低く、これにより、スイッチング素子のオフ期間が大きく、環流用の発光ダイオードに流れる電流量が大きくなっている。また、近年、発光ダイオードの順方向電圧Ｖ_fは、低下しつつあり、これにより、発光ダイオードに印加される降圧チョッパ回路の出力電圧が低下する傾向にある。また、外国においては、日本よりも商用電源電圧が大きく、降圧チッパ回路の入力電圧が大きいので、スイッチング素子のオン期間およびオフ期間の合計期間に対するオン期間の割合を小さくしている。これらにより、スイッチング素子のオフ期間が長くなって、環流用の発光ダイオードに流れる電流量が大きくなっている。すなわち、環流用のダイオードの発熱は、スイッチング素子の発熱よりも相当大きく、環流用のダイオードの発熱に対する効果的な放熱手段が必要となっている。

また、回路基板において、スイッチング素子および環流用のダイオードを配線パターンで電気接続する必要があり、スイッチング素子および環流用のダイオードによる回路基板での占有領域は大きくなっている。

また、近年、発光ダイオードを光源とする照明装置は、小形化されてきており、これに伴って回路基板（ＬＥＤ点灯装置）の小形化が必要条件となってきている。特に、電球型ランプにおいては、内部空間が小さく、ＬＥＤ点灯装置の小形化が不可欠となりつつある。このため、環流用のダイオードの放熱性の向上および回路基板での実質的な占有領域の縮小化が対策の一つの要件として望まれている。

本発明は、降圧チョッパのスイッチング動作をする電界効果トランジスタとダイオードの放熱手段を簡素化し、小形化が図れる電源装置およびこの電源装置によって光源としての発光ダイオードが点灯制御されるＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の電源装置の発明は、直流電源装置と；Ｎチャネル電界効果トランジスタおよびＰチャネル電界効果トランジスタを同一パッケージ内に有するスイッチング素子、インダクタおよびコンデンサを有してなり、直流電源装置の出力間に前記Ｎチャネル電界効果トランジスタ、インダクタおよびコンデンサが当該順序で直列的に接続され、前記Ｎチャネル電界効果トランジスタのオフ時に、前記Ｐチャネル電界効果トランジスタの寄生ダイオードがインダクタおよびコンデンサと閉回路を形成するように接続され、コンデンサの両端間に負荷が接続される降圧チョッパ回路と；この降圧チョッパ回路のＮチャネル電界効果トランジスタをスイッチング制御する駆動回路と；を具備していることを特徴とする。

本発明および以下の各発明において、特に言及しない限り、各構成は以下による。

直流電源装置は、交流電圧を整流または整流平滑したもの、これらに昇圧チョッパ回路、昇降圧チョッパ回路または降圧チョッパ回路を接続したものなど、バッテリあるいは太陽電池や風力発電などの自然エネルギーを利用したものなど、直流電圧を出力するものであればよい。

Ｎチャネル電界効果トランジスタおよびＰチャネル電界効果トランジスタは、それぞれ副産物としてソース、ドレイン間に、ソース側にアノード、ドレイン側にカソードがそれぞれ接続されるようにして寄生ダイオードが接続されているものである。

そして、Ｎチャネル電界効果トランジスタおよびＰチャネル電界効果トランジスタを同一パッケージに有するスイッチング素子は、例えば東芝製の型名ＴＰＣ８４０４など、一般に市販されているものを使用することができる。

スイッチング素子のＮチャネル電界効果トランジスタは、直流電源装置の正極側出力端子または負極側出力端子のいずれに接続されてもよい。

駆動回路は、自励形および他励形のいずれであってもよい。

本発明によれば、負荷が例えば発光ダイオードであると、スイッチング素子のＮチャネル電界効果トランジスタのオン時に、直流電源装置からの電流がＮチャネル電界効果トランジスタ、インダクタおよび発光ダイオードの経路で流れて、発光ダイオードが点灯し、インダクタに電磁エネルギーが蓄積されるとともに、Ｎチャネル電界効果トランジスタが発熱する。また、スイッチング素子のＮチャネル電界効果トランジスタのオフ時に、インダクタに蓄積された電磁エネルギーによる放電電流（回生電流）が発光ダイオード、Ｐチャネル電界効果トランジスタの寄生ダイオードおよびインダクタの閉回路内で流れて、発光ダイオードが点灯し、インダクタに蓄積された電磁エネルギーが放出されるとともに、Ｐチャネル電界効果トランジスタの寄生ダイオードが発熱する。そして、スイッチング素子は、Ｎチャネル電界効果トランジスタの発熱と、Ｐチャネル電界効果トランジスタの寄生ダイオードの発熱とが平均化されて発熱する。

スイッチング素子は、Ｎチャネル電界効果トランジスタの発熱と、Ｐチャネル電界効果トランジスタの寄生ダイオードの発熱とを１つのパッケージから放熱させるので、Ｎチャネル電界効果トランジスタおよびＰチャネル電界効果トランジスタの寄生ダイオードのそれぞれの発熱を放熱させる放熱手段が簡素化される。また、スイッチング素子の回路基板での実装面積は、Ｎチャネル電界効果トランジスタおよびダイオードの２個の電子素子がそれぞれ個別に回路基板に実装されるよりも、通常、小さいので、回路基板の小形化が図られて、電源装置の小形化が図れる。

請求項２に記載の電源装置の発明は、直流電源装置と；第１のＮチャネル電界効果トランジスタおよび第２のＮチャネル電界効果トランジスタを同一パッケージ内に有するスイッチング素子、インダクタおよびコンデンサを有してなり、直流電源装置の出力間に第１のＮチャネル電界効果トランジスタ、インダクタおよびコンデンサが当該順序で直列的に接続され、第１のＮチャネル電界効果トランジスタのオフ時に、第２のＮチャネル電界効果トランジスタの寄生ダイオードがインダクタおよびコンデンサと閉回路を形成するように接続され、コンデンサの両端間に負荷が接続される降圧チョッパ回路と；この降圧チョッパ回路の第１のＮチャネル電界効果トランジスタをスイッチング制御する駆動回路と；を具備していることを特徴とする。

本発明によれば、負荷が例えば発光ダイオードであると、スイッチング素子の第１のＮチャネル電界効果トランジスタのオン時に、直流電源装置からの電流が第１のＮチャネル電界効果トランジスタ、インダクタおよび発光ダイオードの経路で流れて、発光ダイオードが点灯し、インダクタに電磁エネルギーが蓄積されるとともに、第１のＮチャネル電界効果トランジスタが発熱する。また、スイッチング素子の第１のＮチャネル電界効果トランジスタのオフ時に、インダクタに蓄積された電磁エネルギーによる放電電流（回生電流）が発光ダイオード、第２のＮチャネル電界効果トランジスタの寄生ダイオードおよびインダクタの閉回路内で流れて、発光ダイオードが点灯し、インダクタに蓄積された電磁エネルギーが放出されるとともに、第２のＮチャネル電界効果トランジスタの寄生ダイオードが発熱する。そして、スイッチング素子は、第１のＮチャネル電界効果トランジスタの発熱と、第２のＮチャネル電界効果トランジスタの寄生ダイオードの発熱とが平均化されて発熱する。

スイッチング素子は、第１のＮチャネル電界効果トランジスタの発熱と、第２のＮチャネル電界効果トランジスタの寄生ダイオードの発熱とを１つのパッケージから放熱させるので、第１のＮチャネル電界効果トランジスタおよび第２のＮチャネル電界効果トランジスタの寄生ダイオードのそれぞれの発熱を放熱させる放熱手段が簡素化される。また、スイッチング素子の回路基板での実装面積は、第１のＮチャネル電界効果トランジスタおよびダイオードの２個の電子素子がそれぞれ個別に回路基板に実装されるよりも、通常、小さいので、回路基板の小形化が図られて、電源装置の小形化が図れる。

請求項３に記載の電源装置の発明は、請求項１または２記載の電源装置の発明において、前記スイッチング素子のＰチャネル電界効果トランジスタまたは第２のＮチャネル電界効果トランジスタのソース、ゲート間は、パッケージにおいて短絡されていることを特徴とする。

「パッケージにおいて」とは、電界効果トランジスタのソース、ゲート間がパッケージの内部配線により短絡されていないことを意味する。

Ｐチャネル電界効果トランジスタまたは第２のＮチャネル電界効果トランジスタのソース、ゲート間は、溶接により短絡されてもよく、パッケージに他のパッケージを被せてモールドすることにより短絡されてもよく、リード線等の導電部材を接続して短絡してもよく、回路基板の配線パターンにより短絡されていてもよい。

本発明によれば、Ｐチャネル電界効果トランジスタまたは第２のＮチャネル電界効果トランジスタは、そのソース、ゲート間が短絡されるので、外部信号等によりスイッチング動作をすることがなく、寄生ダイオードのみが閉回路に利用される。

請求項４に記載のＬＥＤ照明装置の発明は、請求項１ないし３いずれか一記載の電源装置と；この電源装置の前記コンデンサの両端間に接続される発光ダイオードと；この発光ダイオードを配設している照明装置本体と；を具備していることを特徴とする

電源装置は、照明装置本体に配設されていてもよく、照明装置本体と別置されていてもよい。

本発明によれば、電源装置により点灯制御された発光ダイオードの放射光が照明装置本体から出射されるＬＥＤ照明装置が提供される。

請求項１の発明によれば、スイッチング素子は、Ｎチャネル電界効果トランジスタおよびＰチャネル電界効果トランジスタを同一パッケージに有し、Ｎチャネル電界効果トランジスタの発熱およびＰチャネル電界効果トランジスタの寄生ダイオードの発熱を平均化して発熱するので、回路基板に実装されたときの放熱手段を簡素化することができるとともに、回路基板での実装面積を小さくして回路基板を小形化することができ、これにより、電源装置を小形化することができる。

請求項２の発明によれば、スイッチング素子は、第１および第２のＮチャネル電界効果トランジスタを同一パッケージに有し、第１のＮチャネル電界効果トランジスタの発熱および第２のＮチャネル電界効果トランジスタの寄生ダイオードの発熱を平均化して発熱するので、回路基板に実装されたときの放熱手段を簡素化することができるとともに、回路基板での実装面積を小さくして回路基板を小形化することができ、これにより、電源装置を小形化することができる。

請求項３の発明によれば、スイッチング素子のＰチャネル電界効果トランジスタまたは第２のＮチャネル電界効果トランジスタのソース、ゲート間は、パッケージにおいて短絡されているので、ノイズ等の予期しない信号が発生しても、Ｐチャネル電界効果トランジスタまたは第２のＮチャネル電界効果トランジスタが寄生発振することがなく、これにより、Ｐチャネル電界効果トランジスタまたは第２のＮチャネル電界効果トランジスタの破壊を防止することができる。

請求項４の発明によれば、発光ダイオードを点灯する電源装置が小形化されるので、電源装置を照明装置本体内に配設しても照明装置本体を小形化することができ、これにより、小形化されたＬＥＤ照明装置を提供することができる。

本発明の実施例１を示す電源装置の概略回路図。 同じく、スイッチング素子の概略外形図および内部回路図。 本発明の実施例２を示すＬＥＤ照明装置の概略縦断面図。 同じく、ＬＥＤ照明装置の概略側面図。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。

本発明において、降圧チョッパ回路は、Ｎチャネル電界効果トランジスタおよびＰチャネル電界効果トランジスタを同一パッケージに有するスイッチング素子、インダクタおよびコンデンサを有し、Ｐチャネル電界効果トランジスタの寄生ダイオードが直列的に接続されたインダクタおよびコンデンサに並列的に接続され、コンデンサの両端間に負荷が接続されるように構成されている。そして、駆動回路によりＮチャネル電界効果トランジスタがスイッチング制御されて、Ｎチャネル電界効果トランジスタおよびＰチャネル電界効果トランジスタに発生した熱は、平均化されてスイッチングを発熱させるとともに、パッケージが相応に大きいので、スイッチング素子を実装する回路基板からの放熱手段を向上させることができる。また、Ｎチャネル電界効果トランジスタおよびダイオードが回路基板にそれぞれ個別に実装される合計の実装面積よりも、スイッチング素子の回路基板における実装面積は縮小化されるので、回路基板を小形化することができ、ＬＥＤ点灯装置を小形化することができるものである。

図１および図２は、本発明の実施例１を示し、図１はＬＥＤ点灯装置の概略回路図、図２はスイッチング素子の概略外形図および内部回路図である。

図１において、電源装置１は、ＬＥＤ点灯装置からなり、直流電源装置２、降圧チョッパ回路３および駆動回路４を有して構成されている。そして、ＬＥＤ点灯装置１は、その入力端子５ａ，５ｂに商用交流電源Ｖｓが接続され、その出力端子６ａ，６ｂに負荷としての発光ダイオード７が接続される。

直流電源装置２は、全波整流回路８およびコンデンサＣ１を有して構成されている。全波整流回路８の入力端子は、ＬＥＤ点灯装置１の入力端子５ａ，５ｂに接続されて、商用交流電源Ｖｓに接続されている。また、全波整流回路８の入力端子間には、ノイズ防止用のコンデンサＣ２が接続されている。そして、全波整流回路８の出力端子間にコンデンサＣ１が接続されている。全波整流回路８は、商用交流電源Ｖｓの交流電圧を全波整流し、コンデンサＣ１は、全波整流回路８から出力された全波整流電圧を適度のリップルを含んだ平滑化電圧に形成している。すなわち、直流電源装置２は、商用交流電源Ｖｓの交流電圧を直流電圧に変換して出力する。

降圧チョッパ回路３は、スイッチング素子９、インピーダンス素子Ｚ１、インダクタＬ１およびコンデンサとしての平滑用コンデンサＣ３を有して構成されている。そして、スイッチング素子９は、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１およびＰチャネル電界効果トランジスタＱ２を１パッケージ化した電子部品からなっている。すなわち、スイッチング素子９は、例えば（株）東芝製の電界効果トランジスタ（型名：ＴＰＣ８４０４）であり、図２に示すように、同一のパッケージ１０の内部にＮチャネル電界効果トランジスタＱ１およびＰチャネル電界効果トランジスタＱ２をそれぞれ１個有している。

そして、パッケージ１０の短幅方向の一端側に、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１のドレイン端子が２個導出され、Ｐチャネル電界効果トランジスタＱ２のソース端子が２個導出されている。また、パッケージ１０の短幅方向の他端側に、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１のソース端子およびゲート端子がそれぞれ１個導出され、Ｐチャネル電界効果トランジスタＱ２のドレイン端子およびケート端子がそれぞれ１個導出されている。パッケージ１０の短幅Ｗ１は、４．４ｍｍであり、長幅Ｗ２は、最大５．５ｍｍであり、図示しない高さは、１．５ｍｍとなっている。また、端子を含めた短幅Ｗ３は、６．０ｍｍとなっている。

Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１およびＰチャネル電界効果トランジスタＱ２には、それぞれ寄生ダイオードＤ１，Ｄ２が設けられている。寄生ダイオードＤ１，Ｄ２は、電界効果トランジスタの副産物として必ず形成されている。そして、寄生ダイオードＤ１，Ｄ２は、そのアノード側をソース側、そのカソード側をドレイン側として、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１およびＰチャネル電界効果トランジスタＱ２のそれぞれのドレイン、ソース間に接続されている。また、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１のソース、ケート間には、双方向性ツェナーダイオードＺＤ１が接続され、Ｐチャネル電界効果トランジスタＱ２のドレイン、ゲート間には、双方向性ツェナーダイオードＺＤ２が接続されている。

図１において、スイッチング素子９は、直流電源装置２の出力間（コンデンサＣ１の両端間）に接続されている。そして、直流電源装置２の出力間にスイッチング素子９を介してインピーダンス素子Ｚ１、インダクタＬ１および平滑コンデンサＣ３が当該順序で直列的に接続されている。すなわち、直流電源装置２の出力間にＮチャネル電界効果トランジスタＱ１のドレイン、ソース、インピーダンス素子Ｚ１、インダクタＬ１および平滑コンデンサＣ３が直列的に接続されている。

そして、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１およびインピーダンス素子Ｚ１の非直流電源装置２側において、直列接続されたインダクタＬ１および平滑用コンデンサＣ３に、ドレイン側がインダクタＬ１側、ソース側が平滑用コンデンサＣ３側となるようにして、スイッチング素子９のＰチャネル電界効果トランジスタＱ２が並列的に接続されている。すなわち、直列接続されたインダクタＬ１および平滑用コンデンサＣ３の両端間に、カソード側がインダクタＬ１側、アノード側が平滑用コンデンサＣ３側となるようにして、Ｐチャネル電界効果トランジスタＱ２の寄生ダイオードＤ２が接続されている。

そして、Ｐチャネル電界効果トランジスタＱ２のソース、ゲート間は、パッケージ１０の外側に導出しているソース端子およびケート端子が、例えば、リード線などの導電部材１１によりはんだ付けされることにより、短絡されている。

インピーダンス素子Ｚ１は、低い抵抗値を有する抵抗Ｒ１からなっている。インピーダンス素子Ｚ１は、Ｎチャンネル電界効果トランジスタＱ１がオンしているときに、直流電源装置２からの電流が流れて、その両端間に低電圧例えば０．１Ｖが最大で発生するものである。なお、インピーダンス素子Ｚ１は、適度の低い抵抗成分を有するインダクタまたはコンデンサなどを用いてもよい。

インダクタＬ１は、一次巻線Ｌ１ａに磁気結合した二次巻線Ｌ１ｂおよび三次巻線Ｌ１ｃを有している。二次巻線Ｌ１ｂは、一次巻線Ｌ１ａと同極性となるように巻回され、三次巻線Ｌ１ｃは、一次巻線Ｌ１ａと逆極性となるように巻回されている。すなわち、二次巻線Ｌ１ｂおよび三次巻線Ｌ１ｃは、互いに逆極性となるように形成されている。

平滑用コンデンサＣ３は、その両端側が降圧チョッパ回路３の出力となっている。すなわち、平滑用コンデンサＣ３の両端は、ＬＥＤ点灯装置１の出力端子６ａ，６ｂに接続されている。この出力端子６ａ，６ｂには、負荷としてのＬＥＤ回路１２が接続される。ＬＥＤ回路１２は、複数個の発光ダイオード７が直列接続されて形成されている。平滑用コンデンサＣ３は、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１がスイッチング動作することにより発生する直流電圧の高周波成分を平滑化する。

降圧チョッパ回路３は、そのスイッチング素子９のＮチャネル電界効果トランジスタＱ１が駆動回路４によりスイッチング制御される。そして、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１がオンすると、直流電源装置２の正極出力端子側からＮチャネル電界効果トランジスタＱ１のドレイン、ソース、インピーダンス素子Ｚ１、インダクタＬ１の一次巻線Ｌ１ａ、平滑用コンデンサＣ３に接続されたＬＥＤ回路１２および直流電源装置２の負極出力端子の経路で電流が流れる。この電流は、時間の経過とともに電流値が増加する増加電流となって流れて、インピーダンス素子Ｚ１の両端間に低電圧の直流電圧を発生させ、インダクタＬ１の一次巻線Ｌ１ａに電磁エネルギーを蓄積させるとともに、平滑用コンデンサＣ３の両端間に所定の直流電圧を発生させる。そして、平滑用コンデンサＣ３により直流電圧の高周波成分が平滑化されることにより、発光ダイオード７に安定した増加電流が流れて、発光ダイオード７が点灯する。

そして、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１がオフすると、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１およびインピーダンス素子Ｚ１に電流が流れなくなり、インダクタＬ１の一次巻線Ｌ１ａに蓄積された電磁エネルギーによる電流がＬＥＤ回路１２、Ｐチャネル電界効果トランジスタＱ２の寄生ダイオードＤ２およびインダクタＬ１の一次巻線Ｌ１ａの閉回路で流れて、発光ダイオード７が点灯する。時間の経過とともにインダクタＬ１の一次巻線Ｌ１ａに蓄積された電磁エネルギーが放出され、前記閉回路内には、時間の経過とともに電流値が減少する減少電流が流れる。

駆動回路４は、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１をオンさせるオン回路１１３、同じくオフさせるオフ回路１４および起動回路１５を有する自励形に形成されている。オン回路１３は、インダクタＬ１の二次巻線Ｌ１ｂ、コンデンサＣ４および抵抗Ｒ２の直列回路と、この直列回路に並列的に接続されたツェナーダイオードＺＤ３とを有してなり、前記直列回路がＮチャネル電界効果トランジスタＱ１のゲートと、インダクタＬ１の一次巻線Ｌ１ａおよびインピーダンス素子Ｚ１の中点ａ１との間に接続されている。ここで、抵抗Ｒ２は、比較的低い抵抗値に設定されており、コンデンサＣ４の両端間にある程度の電圧を発生させるようにしている。

オン回路１４は、インダクタＬ１の一次巻線Ｌ１ａに直流電源装置２からの電流が流れるときに二次巻線Ｌ１ａに誘起する誘起電圧によりコンデンサＣ４を充電し、抵抗Ｒ２、コンデンサＣ４およびインダクタＬ１の二次巻線Ｌ１ｂの直列回路の両端間電圧（正電圧）を、インピーダンス素子Ｚ１を介してＮチャネル電界効果トランジスタＱ１のゲート、ソース間に印加する。これにより、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１をオンする。そして、ツェナーダイオードＺＤ３は、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１のゲート、ソース間に印加する過電圧をカットするとともに、二次巻線Ｌ１ａの極性が反転して、抵抗Ｒ２、コンデンサＣ４および二次巻線Ｌ１ｂの直列回路の両端間に負電圧が発生したときに、当該直列回路の両端間を短絡するものである。

オフ回路１４は、コンパレータＣＰ１、スイッチ素子Ｑ３、第１および第２の制御回路電源１６，１７を有して構成されている。

コンパレータＣＰ１は、演算増幅器１８等を有して形成されている。演算増幅器１８の非反転入力端子には、基準電圧電源１９が接続されている。基準電圧電源１９の低電位側は、端子Ｐ１を介してインダクタＬ１の一次巻線Ｌ１ａおよびインピーダンス素子Ｚ１の中点ａ１に接続されている。基準電圧電源１９は、第２の制御回路電源１７から直流電圧の供給を受けて基準電圧（例えば０．１Ｖ）を生成し、この基準電圧を演算増幅器１８の非反転入力端子に入力する。

演算増幅器１８の反転入力端子は、端子Ｐ２を介してスイッチング素子９のＮチャネル電界効果トランジスタＱ１のソースおよびインピーダンス素子Ｚ１の中点ａ２に接続されている。すなわち、演算増幅器１８の反転入力端子には、インピーダンス素子Ｚ１（抵抗Ｒ１）の両端間電圧が入力される。演算増幅器１８は、インピーダンス素子Ｚ１の両端間電圧が基準電圧電源１９の基準電圧以上となったときに、端子Ｐ３にＨｉｇｈ信号（例えばＤＣ５Ｖ）を出力する。

スイッチ素子Ｑ３は、Ｎ形バイポーラトランジスタからなり、そのコレクタおエミッタがインピーダンス素子Ｚ１を介してＮチャネル電界効果トランジスタＱ１のゲート、ソース間に接続され、そのベースがコンパレータＣＰ１の端子Ｐ３に接続されているとともに、ベース、エミッタ間に抵抗Ｒ３を接続している。スイッチ素子Ｑ３は、コンパレータＣＰ１の演算増幅器１８からＨｉｇｈ信号が出力されるとオンし、インピーダンス素子Ｚ１を介してＮチャネル電界効果トランジスタＱ１のゲート、ソース間を短絡する。これにより、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１は、オフする。

第１の制御回路電源１６は、インダクタＬ１の二次巻線Ｌ１ｂの両端に逆流防止用のダイオードＤ４およびコンデンサＣ５の直列回路を接続して形成されている。第１の制御回路電源１６は、インダクタＬ１の一次巻線Ｌ１ａに直流電源装置２からの電流が流れるときに、二次巻線Ｌ１ｂに誘起する誘起電圧により、ダイオードＤ４を介してコンデンサＣ５が充電される。そして、コンデンサＣ５の両端間電圧（正電圧）は、コンパレータＣＰ１の端子Ｐ４に入力されており、コンパレータＣＰ１の動作電源として利用される。

第２の制御回路電源１７は、インダクタＬ１の三次巻線Ｌ１ｃの両端に逆流防止用のダイオードＤ５およびコンデンサＣ６の直列回路を接続して形成されている。第２の制御回路電源１７は、インダクタＬ１の一次巻線Ｌ１ａに蓄積された電磁エネルギーが放出されて電磁エネルギーによる放電電流（減少電流）が流れるときに三次巻線Ｌ１ｃに誘起する誘起電圧によりダイオードＤ５を介してコンデンサＣ６が充電される。そして、コンデンサＣ６の両端間電圧（直流電圧）がコンパレータＣＰ１の端子Ｐ５に入力されている。コンパレータＣＰ１の基準電圧回路１９は、コンデンサＣ６の両端間電圧を受けて基準電圧を生成する。

そして、起動回路１５は、スイッチング素子９のＮチャネル電界効果トランジスタＱ１のドレイン、ゲート間に接続された抵抗Ｒ３と、抵抗Ｒ２およびコンデンサＣ４の直列回路と、この直列回路に並列的に接続された抵抗Ｒ４と、インダクタＬ１の二次巻線Ｌ１ｂおよび一次巻線Ｌ１ａと、平滑用コンデンサＣ３とからなっている。商用交流電源Ｖｓが投入されて、直流電源装置２から直流電圧が出力されると、直流電源装置２の正極出力端子側からの電流が抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ２およびコンデンサＣ４の直列回路または抵抗Ｒ４、インダクタＬ１の二次巻線Ｌ１ｂおよび一次巻線Ｌ１ａおよび平滑用コンデンサＣ３の経路で流れる。そして、そして、抵抗Ｒ２、コンデンサＣ４およびインダクタＬ１の二次巻線の両端間に発生した電圧がインピーダンス素子Ｚ１を介してＮチャネル電界効果トランジスタＱ１のゲート、ソース間に印加されて、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１がオンする。

こうして、駆動回路４は、インダクタＬ１に流れる電流に応じてスイッチング素子９のＮチャネル電界効果トランジスタＱ１をスイッチング制御し、降圧チョッパ回路３の平滑用コンデンサＣ３の両端間に所定の直流電圧を出力させるように形成されている。

次に、本発明の実施例１の作用について説明する。

ＬＥＤ点灯装置１の入力端子５ａ，５ｂに商用交流電源Ｖｓが投入されると、直流電源装置２の出力間（コンデンサＣ１の両端間）に交流電圧に応じた直流電圧が発生する。そして、駆動回路４の起動回路１５により、降圧チョッパ回路３のスイッチング素子９のＮチャネル電界効果トランジスタＱ１がオンされる。

Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１がオンすると、直流電源装置２の正極出力端子側からＮチャネル電界効果トランジスタＱ１、インピーダンス素子Ｚ１、インダクタＬ１の一次巻線Ｌ１ａ、ＬＥＤ回路１２および直流電源装置２の負極出力端子側の経路で、インダクタＬ１の一次巻線Ｌ１ａのインダクタンス等の作用により、時間の経過とともに電流が増加する増加電流が流れる。これにより、発光ダイオード７が点灯するとともに、インダクタＬ１の一次巻線Ｌ１ａに電磁エネルギーが蓄積され、インピーダンス素子Ｚ１の両端間電圧が上昇していく。

また、インダクタＬ１の二次巻線Ｌ１ｂには、一次巻線Ｌ１ａに誘起する誘起電圧が発生し、抵抗Ｒ２、コンデンサＣ４および二次巻線Ｌ１ｂの直列回路には、正電圧の直流電圧が発生する。この直流電圧は、インピーダンス素子Ｚ１を介してＮチャネル電界効果トランジスタＱ１のゲート、ソース間に印加されるので、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１は、オン状態を維持する。

そして、インピーダンス素子Ｚ１の両端間電圧が基準電圧（例えば０．１Ｖ）以上になると、駆動回路４のコンパレータＣＰ１の演算増幅器１８からＨｉｇｈ信号（例えば５Ｖ）が出力されて、スイッチ素子Ｑ３がオンする。スイッチ素子Ｑ３がオンすると、インピーダンス素子Ｚ１を介して、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１のゲート、ソース間が短絡されて、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１がオフする。ここで、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１がオフするまで、発光ダイオード７は、増加電流が流れて点灯し、インダクタＬ１の一次巻線Ｌ１ａに電磁エネルギーが蓄積されるとともに、インピーダンス素子Ｚ１の両端間電圧が基準電圧（例えば０．１Ｖ）に達する時点では、平滑用コンデンサＣ３の両端間は、所定の直流電圧となっているものである。

Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１がオフすると、インピーダンス素子Ｚ１には電流が流れなくなるので、演算増幅器１８は、Ｈｉｇｈ信号を出力しなくなり、スイッチ素子Ｑ３は、オフする。

そして、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１がオフすると、インダクタＬ１の一次巻線Ｌ１ａの極性が反転し、一次巻線Ｌ１ａに蓄積された電磁エネルギーによる電流がＬＥＤ回路１２、Ｐチャネル電界効果トランジスタＱ２の寄生ダイオードＤ２および一次巻線Ｌ１ａの閉回路内で流れる。そして、前記閉回路内には、一次巻線Ｌ１ａに蓄積された電磁エネルギーが減少するに従い次第に減少する減少電流が流れる。この減少電流が流れている期間に亘って、発光ダイオード７は点灯する。

そして、インダクタＬ１の一次巻線Ｌ１ａに蓄積された電磁エネルギーがほぼ放出されて、ＬＥＤ回路１２、Ｐチャネル電界効果トランジスタＱ２の寄生ダイオードＤ２および一次巻線Ｌ１ａの閉回路内に電流が流れなくなると、一次巻線Ｌ１ａの極性が反転する。これにより、二次巻線Ｌ１ｂには、一次巻線Ｌ１ａに誘起する誘起電圧が発生し、抵抗Ｒ２、コンデンサＣ４および二次巻線Ｌ１ｂの直列回路の両端間には、正電圧の直流電圧が発生する。当該正電圧の直流電圧は、インピーダンス素子Ｚ１を介してＮチャネル電界効果トランジスタＱ１のゲート、ソースに印加される。これにより、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１のゲート、ソースに対して、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１がオンし、以下、上述を繰り返すものである。

上述したように、スイッチング素子９のＮチャネル電界効果トランジスタＱ１は、駆動回路４によりスイッチング制御され、オンしているときに直流電源装置２からの電流が増加電流となって流れる。電界効果トランジスタＱ１は、当該増加電流が流れることにより発熱する。

一方、スイッチング素子９のＰチャネル電界効果トランジスタＱ２の寄生ダイオードＤ２には、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１がオフしているときに、インダクタＬ１の一次巻線Ｌ１ａに蓄積された電磁エネルギーによる電流が減少電流となって流れる。Ｐチャネル電界効果トランジスタＱ２の寄生ダイオードＤ２は、当該減少電流が流れることにより発熱する。

スイッチング素子９は、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１およびＰチャネル電界効果トランジスタＱ２を同一のパッケージ１０に配設しているので、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１に発生した熱は、Ｐチャネル電界効果トランジスタＱ２側に伝熱され、Ｐチャネル電界効果トランジスタＱ２の寄生ダイオードＤ２に発生した熱は、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１側に伝熱される。これにより、スイッチング素子９は、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１の発熱と、Ｐチャネル電界効果トランジスタＱ２の寄生ダイオードＤ２の発熱とが平均化されて発熱する。したがって、スイッチング素子９を実装した回路基板において、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１およびＰチャネル電界効果トランジスタＱ２の寄生ダイオードＤ２のそれぞれの発熱を放熱させやすくなり、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１の発熱およびＰチャネル電界効果トランジスタＱ２の寄生ダイオードＤ２の発熱を単独で放熱させるよりも、放熱手段が簡素化される。

そして、スイッチング素子９は、図２に示すように、そのパッケージ１０の大きさが例えば短幅４．４ｍｍ、長幅Ｍａｘ５．５ｍｍ、高さ１．５ｍｍであり、Ｎチャネル電界効果トランジスタおよびダイオードがそれぞれ個別に回路基板に実装されるよりも、スイッチング素子９の回路基板での実装面積は、通常、小さくすることができ、これにより、回路基板の小形化が可能である。

このように、スイッチング素子９は、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１およびＰチャネル電界効果トランジスタＱ２を同一のパッケージ１０に有していて、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１の発熱およびＰチャネル電界効果トランジスタＱ２の寄生ダイオードＤ２の発熱を平均化して発熱するので、回路基板に実装されたときの放熱手段を簡素化することができ、また、回路基板での実装面積を小さくして回路基板を小形化することができるので、ＬＥＤ点灯装置１を小形化することができる。

そして、スイッチング素子９のＰチャネル電界効果トランジスタＱ２のソース、ゲート間は、例えば、パッケージ１０の外側において例えば導電部材１１により短絡されているので、Ｐチャネル電界効果トランジスタＱ２の寄生ダイオードＤ２のみが利用可能となるとともに、ノイズ等の予期しない信号が発生して、Ｐチャネル電界効果トランジスタＱ２のゲートソース間に印加しても、Ｐチャネル電界効果トランジスタＱ２が寄生発振することがなく、これにより、Ｐチャネル電界効果トランジスタＱ２の異常発振による破壊を防止することができる。

なお、図１に示すスイッチング素子９は、２個のＮチャネル電界効果トランジスタＱ１で構成されてもよい。すなわち、スイッチング素子９において、Ｎチャネル電界効果トランジスタＱ１を第１のＮチャネル電界効果トランジスタとし、Ｐチャネル電界効果トランジスタＱ２を第２のＮチャネル電界効果トランジスタとして、第２のＮチャネル電界効果トランジスタのソース、ゲート間を短絡してもよい。この場合であっても、第２のＮチャネル電界効果トランジスタは、寄生ダイオードみが使用されるので、図１に示すＬＥＤ点灯装置１と同様の作用、効果を得ることができる。

図３および図４は、本発明の実施例２を示し、図３はＬＥＤ照明装置の概略縦断面図、図４はＬＥＤ照明装置の概略側面図である。なお、図１と同一部分には、同一符号を付して説明は省略する。

図３および図４に示すＬＥＤ照明装置２０は、電球型ランプである。図３において、電球型ランプ２０は、ＬＥＤモジュール２１、照明装置本体２２、口金２３、ＬＥＤ点灯装置１およびグローブ２４を有して構成されている。

ＬＥＤモジュール２１は、回路基板２５および発光ダイオード７を有して構成されている。回路基板２５は、例えば、厚さ１ｍｍのアルミニウム（Ａｌ）板からなり、その一面２５ａに例えば厚さ８０μｍの図示しない絶縁層が形成されている。その絶縁層は、例えばエポキシ材および無機フィラー材からなり、高熱伝導性を有している。そして、絶縁層の表面に、発光ダイオード７が実装されている。発光ダイオード７は、回路基板２５の一面２５ａ側に等間隔に複数個が実装されているとともに、直列接続されてＬＥＤ回路１２に形成されている。発光ダイオード７は、点灯すると可視光例えば白色光を放射するものである。

照明装置本体２２は、略円柱状の放熱体本体２６と、この放熱体本体２６の一端２６ａ側に拡径状に連続する拡径部２７と、これら放熱体本体２６と拡径部２７との外周面に亘って連続する複数の放熱フィン２８とを有し、これら放熱体本体２６、拡径部２７および各放熱フィン２８が、例えば熱伝導性が良好なアルミニウム（Ａｌ）などの金属材料、あるいは樹脂材料などにより一体に成形されている。

そして、放熱体本体２６と拡径部２７とを貫通して挿通孔３４が形成されている。また、放熱体本体２６は、他端２６ｂ側に、嵌合凹部２９が中心軸に沿って設けられている。この嵌合凹部２９は、挿通孔３４と連通している。

拡径部２７は、放熱体本体２６側から皿状に拡径して形成されており、底面２７ａに回路基板２５の他面２５ｂを載置して貼り付けている。放熱フィン２８は、放熱体本体２６から拡径部２７側へと径方向への突出量が徐々に大きくなるように傾斜して形成されている。また、これら放熱フィン２８は、図４に示すように、照明装置本体２２の周方向に互いに略等間隔で形成されている。こうして、回路基板２５の他面２５ｂ側が照明装置本体２２の一端側２２ａに密着して取り付けられている。

そして、図３に示すように、放熱体本体２６の他端２６ｂ側に設けられた嵌合凹部２９には、収容ケース３０が図示しない接着材により固着されている。収容ケース３０は、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂などの絶縁性を有する材料により、嵌合凹部２９内の形状に沿って略円筒状に形成されている。収容ケース３０には、挿通孔３４と連通する連通孔３１が形成されている。また、収容ケース３０の外周面には、照明装置本体２２の放熱体本体２６の他端２６ｂと口金２３との間を絶縁するための絶縁部であるフランジ部３２が径方向に突出して周方向全体に連続形成されている。

口金２３は、カシメなどにより、収納ケース３０に固定されている。すなわち、口金２３は、収納ケース３０を介して照明装置本体２２の他端側２２ｂに取り付けられ、フランジ部３２を介して金属製の照明装置本体２２と電気的に絶縁されている。

そして、口金２３は、例えばＥ１７型やＥ２４型のものであり、照明器具の電球用ソケットにねじ込まれるねじ山を備えた筒状のシェル２３ａと、このシェル２３ａの頂部に絶縁部３３を介して設けられたアイレット２３ｂとを備えているものであり、ＬＥＤ点灯装置１側と図示しない配線により電気的に接続されている。

ＬＥＤ点灯装置１は、収容ケース３０に収納されており、図示しない回路基板およびこの回路基板に実装された図１に示す点灯回路を構成する回路部品などを有して構成されている。ＬＥＤ点灯装置１は、収容ケース３０に収容されていることにより、口金２３内および照明装置本体２２の嵌合凹部２９内に収容されている。そして、ＬＥＤ点灯装置１は、図示しない出力線が収容ケース３０の連通孔３１および照明装置本体２２の挿通孔３４を挿通してＬＥＤモジュール２１のＬＥＤ回路１２に接続されている。

透光性のグローブ２４は、光拡散性を有するガラスあるいは合成樹脂などにより扁平な球面状に形成されており、その一端側２４ａの端部が照明装置本体２２の拡径部２７の開放端側内面に嵌合されて係止され、拡径部２７の開放端側と連続する形状となっている。すなわち、グローブ２４は、ＬＥＤモジュール２１を覆うように照明装置本体２２の一端側２２ａに取り付けられている。また、グローブ２４は、一端側２４ａから徐々に拡開するように形成され、最大径位置２４ｃから他端側２４ｂへと徐々に縮径されるように形成されている。

電球型ランプ２０は、口金２３が商用交流電源Ｖｓから給電されると、ＬＥＤ点灯装置１が動作して、ＬＥＤモジュール２１の発光ダイオード７が点灯する。発光ダイオード７は、可視光を放射する。この可視光は、グローブ２４を透過して、外部空間に放射される。

そして、電球型ランプ２０は、ＬＥＤ点灯装置１が小形化されるので、照明装置本体２２に設けられた収納ケース３０に配設することができて、照明装置本体２２が小形化されている。これにより、小形化された電球型ランプ２０を提供することができる。

なお、ＬＥＤ照明装置は、電球型ランプ２０に限らず、スポットライト、ダウンライト、スタンド、ベースライトなど、一般用の各種照明装置であってもよい。

本発明は、電球型ランプ、スポットライトなどに限らず、一般用の照明装置に利用することができる。

Ｃ３…コンデンサとしての平滑用コンデンサ、 Ｌ１…インダクタ、 Ｑ１…Ｎチャネル電界効果トランジスタ、 Ｑ２…Ｐチャネル電界効果トランジスタ、 １…電源装置としてのＬＥＤ点灯装置、 ２…直流電源装置、 ３…降圧チョッパ回路、 ４…駆動回路、 ９…スイッチング素子、 ７…発光ダイオード、 ２０…ＬＥＤ照明装置として電球型ランプ、 ２２…照明装置本体

Claims (4)

1. 直流電源装置と；
   Ｎチャネル電界効果トランジスタおよびＰチャネル電界効果トランジスタを同一パッケージ内に有するスイッチング素子、インダクタおよびコンデンサを有してなり、直流電源装置の出力間に前記Ｎチャネル電界効果トランジスタ、インダクタおよびコンデンサが当該順序で直列的に接続され、前記Ｎチャネル電界効果トランジスタのオフ時に、前記Ｐチャネル電界効果トランジスタの寄生ダイオードがインダクタおよびコンデンサと閉回路を形成するように接続され、コンデンサの両端間に負荷が接続される降圧チョッパ回路と；
   この降圧チョッパ回路のＮチャネル電界効果トランジスタをスイッチング制御する駆動回路と；
   を具備していることを特徴とする電源装置。
2. 直流電源装置と；
   第１のＮチャネル電界効果トランジスタおよび第２のＮチャネル電界効果トランジスタを同一パッケージ内に有するスイッチング素子、インダクタおよびコンデンサを有してなり、直流電源装置の出力間に第１のＮチャネル電界効果トランジスタ、インダクタおよびコンデンサが当該順序で直列的に接続され、第１のＮチャネル電界効果トランジスタのオフ時に、第２のＮチャネル電界効果トランジスタの寄生ダイオードがインダクタおよびコンデンサと閉回路を形成するように接続され、コンデンサの両端間に負荷が接続される降圧チョッパ回路と；
   この降圧チョッパ回路の第１のＮチャネル電界効果トランジスタをスイッチング制御する駆動回路と；
   を具備していることを特徴とする電源装置。
3. 前記スイッチング素子のＰチャネル電界効果トランジスタまたは第２のＮチャネル電界効果トランジスタのソース、ゲート間は、パッケージにおいて短絡されていることを特徴とする請求項１または２記載の電源装置。
4. 請求項１ないし３いずれか一記載の電源装置と；
   この電源装置の前記コンデンサの両端間に接続される発光ダイオードと；
   この発光ダイオードを配設している照明装置本体と；
   を具備していることを特徴とするＬＥＤ照明装置。

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