JP2011222267A - 点灯装置及びそれを用いた照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】平滑コンデンサＣ１に充電された直流電圧を電力変換して半導体発光素子４に点灯電流を供給する点灯装置において、平滑コンデンサＣ１に電荷が残っていても速やかに動作停止可能とする。
【解決手段】平滑コンデンサＣ１に充電された直流電圧を電力変換して半導体発光素子４に出力電流を供給する電力変換回路１と、その動作を制御する制御回路５と、制御回路５に制御電源電圧を供給する制御電源回路６を備える点灯装置において、制御電源回路６の入力端または出力端に直列に挿入された半導体スイッチ素子（ＳＷ１〜ＳＷ３のいずれか）を、電力変換回路１の動作中にオフ制御可能とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光素子を点灯制御するための点灯装置及びそれを用いた照明器具に関するものである。

従来、特許文献１（特開２００８−２７８６４１号公報）に開示されているように、入力直流電源からスイッチング電源回路を介して半導体発光素子に直流電流を供給する点灯装置において、電源投入時に、半導体発光素子を介して入力直流電源から供給される直流電流により、スイッチング電源回路の制御電源回路に起動電流を与えて、スイッチング電源回路のスイッチング動作を開始させ、その後、スイッチング電源回路からの帰還電流により制御電源回路に給電することにより、半導体発光素子が接続されている場合にはスイッチング動作を開始し、半導体発光素子が接続されていない場合にはスイッチング動作を開始しないように制御する構成が知られている。

特開２００８−２７８６４１号公報

特許文献１のスイッチング電源回路は、入力側に平滑コンデンサを備えている。この平滑コンデンサには、商用交流電源を整流平滑した直流電圧が充電される。直流電圧のリップルを低減し、スイッチング電源回路の動作を安定させるには、入力側の平滑コンデンサの容量は大きくした方が良い。その反面、入力側の平滑コンデンサの容量を大きくすると、商用交流電源を遮断したときに、平滑コンデンサの電荷の放電に長い時間を要するという問題がある。特に、特許文献１のように、スイッチング電源回路の動作中は、スイッチング電源回路からの帰還電流により制御回路の制御電源電圧が供給される構成では、スイッチング電源回路の入力側の平滑コンデンサに電荷が残っている間は、スイッチング動作が継続してしまうという問題がある。

本発明はこのような問題を解決しようとするものであり、平滑コンデンサに充電された直流電圧を電力変換して半導体発光素子に点灯電流を供給する点灯装置において、入力直流電源となる平滑コンデンサに電荷が残っていても速やかに動作停止可能とすることを課題とする。

上記の課題を解決するために、請求項１の点灯装置は、図１に示すように、第１の平滑コンデンサＣ１と、前記第１の平滑コンデンサＣ１に充電された直流電圧を電力変換して半導体発光素子４に出力電流を供給する電力変換回路１と、前記電力変換回路１の動作を制御する制御回路５と、前記制御回路５に制御電源電圧を供給する制御電源回路６とを備える点灯装置において、前記制御電源回路６の入力端または出力端に直列に挿入された半導体スイッチ素子（ＳＷ１〜ＳＷ３のいずれか）を備え、前記電力変換回路１の動作中に、前記半導体スイッチ素子をオフ制御可能としたことを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１記載の点灯装置において、第１の平滑コンデンサＣ１は、商用交流電源電圧を整流平滑した直流電圧を充電され、前記半導体スイッチ素子（ＳＷ１〜ＳＷ３のいずれか）は、前記商用交流電源の遮断を検出したときにオフ制御されることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１記載の点灯装置において、前記電力変換回路１の制御回路５は、前記半導体発光素子４を調光制御する調光機能を備え、前記半導体スイッチ素子（ＳＷ１〜ＳＷ３のいずれか）は、調光率が０％となったときにオフ制御されることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１記載の点灯装置において、前記電力変換回路１の出力に半導体発光素子４が接続されていないことを検出する無負荷検出回路２を備え、前記半導体スイッチ素子（ＳＷ１〜ＳＷ３のいずれか）は、前記半導体発光素子４が接続されていないことが検出されたときにオフ制御されることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の点灯装置を備えることを特徴とする照明器具である（図６）。

請求項１の発明によれば、電力変換回路の入力電源となる平滑コンデンサに電荷が残っていても、電力変換回路の動作を速やかに停止させることができる。

請求項２の発明によれば、点灯装置に供給される商用交流電源を遮断することで半導体発光素子を消灯させる場合に、消灯までの応答時間を短くできる利点がある。

請求項３の発明によれば、点灯装置に供給される商用交流電源を通電したままで、調光操作により半導体発光素子を消灯させる場合に、消灯までの応答時間を短くできる利点がある。

請求項４の発明によれば、半導体発光素子が接続されていないときに、電力変換回路の動作を速やかに停止させることができるから、無駄な電力消費を回避できると共に、回路の故障を防止できる。

本発明の実施形態１の点灯装置の回路図である。 本発明の実施形態１の点灯装置に用いるＤＣ−ＤＣ変換回路の構成例を示す回路図である。 本発明の実施形態２の点灯装置に用いる電源ＯＦＦ検出手段と半導体スイッチ素子の構成例を示す回路図である。 本発明の実施形態３の点灯装置の回路図である。 本発明の実施形態４の点灯装置の調光制御部の構成を示す回路図である。 本発明の実施形態５の照明器具の断面図である。

（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１の点灯装置の回路図である。この点灯装置は、入力直流電源となるコンデンサＣ１の直流電圧を電力変換する電力変換回路１を備えている。ここで、入力直流電源となるコンデンサＣ１は、例えば、商用交流電源（１００Ｖ、５０／６０Ｈｚ）を全波整流器により整流し、力率改善用の昇圧チョッパ回路により数百Ｖに昇圧された直流電圧が充電されているものとする。

電力変換回路１は、例えばＤＣ−ＤＣ変換回路であり、入力端子Ａ−Ｂ間の直流電圧を電圧変換して、出力端子Ｃ−Ｄ間に直流電圧を供給する。その具体的な回路構成については、図２（ａ）〜（ｆ）の説明において後述するが、一般的に出力端子Ｃ−Ｄ間に平滑用の出力コンデンサＣ２を備えている。また、制御端子Ｅに入力される高周波の制御信号によりオンオフされるスイッチング素子Ｑ１を備えており、スイッチング動作が開始されると、電流帰還端子Ｆから帰還電流が得られる構成となっている。

出力端子Ｃ−Ｄ間には、負荷端子３が接続されている。負荷端子３には、半導体発光素子４が接続される。半導体発光素子４は複数個のＬＥＤを直列または並列または直並列接続したＬＥＤモジュールであっても良い。ＬＥＤ１個当たりの順電圧をＶｆ、ＬＥＤの直列個数をｎとすると、半導体発光素子４の両端電圧は、ｎ×Ｖｆとなる。半導体発光素子４が負荷端子３に適正に接続されていれば、負荷端子３の両端電圧はｎ×Ｖｆとなる。

負荷端子３には、無負荷検出回路２が接続されている。負荷端子３が開放状態になると、無負荷検出回路２は無負荷検出信号を出力する。例えば、電力変換回路１の動作中に負荷端子３が開放状態になると、負荷端子３の両端電圧は上述のｎ×Ｖｆよりも高くなるので、その電圧変化を検出することで無負荷状態を検出できる。無負荷検出回路２の構成は限定されるものではなく、負荷端子３が開放状態になったことを検出できれば、どのような回路構成であっても構わない。

電力変換回路１の制御端子Ｅには、制御回路５から高周波のオンオフ制御信号が供給される。この制御回路５は、例えば、汎用のスイッチングレギュレータ制御用集積回路で構成され、制御電源回路６から制御電源電圧を供給されることにより動作を開始する。

本実施形態では、電力変換回路１の動作中に、制御電源回路６から制御回路５に供給される制御電源電圧を遮断できるように、制御電源回路６の入力端または出力端に半導体スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を備えている。半導体スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３はいずれか１つだけでも良いし、２つ以上を併用しても良い。これらの半導体スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ３は、通常はオン状態であるが、制御電源回路６から制御回路５に供給される制御電源電圧を遮断するときにはオフ状態となる。

制御回路５は調光機能を備えていても良く、外部から与えられる調光信号により０％〜１００％の範囲で半導体発光素子４の光出力を調光制御できるように構成されていても良い。その場合において、調光率が０％になると、マイコン等で構成された調光率０％検出手段７からの検出信号により、半導体スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ３をオフ制御しても良い。

また、商用交流電源のＯＦＦ操作が検出された場合には、電源ＯＦＦ検出手段８の検出信号により半導体スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ３をオフ制御して、制御電源回路６から制御回路５に供給される制御電源電圧を遮断することで、コンデンサＣ１に電荷が残っていても、電力変換回路１の動作を強制的に停止させる。

無負荷検出回路２や調光率０％検出手段７、電源ＯＦＦ検出手段８の具体的構成については後述するが、そのいずれか１つの検出信号が生じると、半導体スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ３はオフ状態となる。

制御電源回路６は、電源投入時に平滑コンデンサＣ１から抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して充電される電源コンデンサと、その電圧を安定化する電圧安定化手段（ツェナーダイオード等）を備えている（後述の図４参照）。制御電源回路６から制御回路５に制御電源電圧が供給されると、制御回路５が発振動作を開始し、制御回路５から高周波のオンオフ制御信号が電力変換回路１に供給されることで、電流帰還端子Ｆには帰還電流が得られる。この帰還電流は、制御電源回路６の電源コンデンサに充電されて、定常点灯時の動作電源となる。

ここで、電力変換回路１の具体的な回路構成を、図２（ａ）〜（ｆ）に例示して説明する。図２（ａ）はフライバックコンバータ回路１ａ、図２（ｂ）はフォワードコンバータ回路１ｂ、図２（ｃ）は降圧チョッパ回路１ｃ、図２（ｄ）は他の降圧チョッパ回路１ｄ、図２（ｅ）は昇降圧チョッパ回路１ｅ、図２（ｆ）は昇圧チョッパ回路１ｆである。

図２（ａ）のフライバックコンバータ回路１ａは、トランスＴ１とスイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ２を備えている。入力端子ＡにはトランスＴ１の１次巻線の一端が接続されている。トランスＴ１の１次巻線の他端はスイッチング素子Ｑ１を介して入力端子Ｂに接続されている。トランスＴ１の２次巻線の一端はダイオードＤ１のアノードに接続されている。ダイオードＤ１のカソードは出力端子Ｃに接続されている。出力端子Ｃ−Ｄ間にはコンデンサＣ２が接続されている。トランスＴ１の２次巻線の他端は出力端子Ｄに接続されている。トランスＴ１の１次巻線と２次巻線は、図中の黒丸で示す方向に巻かれている。トランスＴ１の３次巻線は、電流帰還端子Ｆと入力端子Ｂに接続されている。

フライバックコンバータ回路１ａの動作は周知であり、スイッチング素子Ｑ１のオン時にトランスＴ１の１次巻線に入力直流電圧が印加されると、２次巻線には巻数比に応じた電圧が発生するが、ダイオードＤ１が遮断状態となる極性に接続されているので、コンデンサＣ２に充電電流は流れず、トランスＴ１に電磁エネルギーが蓄積される。スイッチング素子Ｑ１がオフすると、トランスＴ１に蓄積された電磁エネルギーによる逆起電力が発生する。この逆起電力はダイオードＤ１を導通させる方向に発生するので、トランスＴ１の電磁エネルギーはコンデンサＣ２に放出される。

図２（ｂ）のフォワードコンバータ回路１ｂは、図２（ａ）のトランスＴ１の２次巻線の巻き方向を逆方向としたものであり、スイッチング素子Ｑ１のオン時にダイオードＤ１が導通する。スイッチング素子Ｑ１のオン時にトランスＴ１の１次巻線に入力直流電圧が印加されると、２次巻線には巻数比に応じた電圧が発生し、ダイオードＤ１が導通状態となり、コンデンサＣ２に充電電流が流れる。スイッチング素子Ｑ１のオフ時にはダイオードＤ１は遮断状態となる。

図２（ｃ）の降圧チョッパ回路１ｃは、スイッチング素子Ｑ１とインダクタＬ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ２を備えている。入力端子Ａと出力端子ＣにはダイオードＤ１のカソードとコンデンサＣ２の正極が接続されている。出力端子ＤにはコンデンサＣ２の負極とインダクタＬ１の一端が接続されている。インダクタＬ１の他端はダイオードＤ１のアノードに接続されている。ダイオードＤ１のアノードとインダクタＬ１の接続点はスイッチング素子Ｑ１を介して入力端子Ｂに接続されている。インダクタＬ１の２次巻線は、電流帰還端子Ｆと入力端子Ｂに接続されている。

降圧チョッパ回路１ｃの動作は周知であり、スイッチング素子Ｑ１がオンすると、入力端子Ａ→コンデンサＣ２→インダクタＬ１→スイッチング素子Ｑ１→入力端子Ｂの経路で直流電流が流れて、インダクタＬ１に電磁エネルギーが蓄積される。スイッチング素子Ｑ１がオフすると、インダクタＬ１の電磁エネルギーによる逆起電力が発生し、インダクタＬ１→ダイオードＤ１→コンデンサＣ２→インダクタＬ１の経路で回生電流が流れて、インダクタＬ１の電磁エネルギーが放出される。この動作を繰り返すことで、入力端子Ａ−Ｂ間の直流電圧を降圧した直流電圧が出力端子Ｃ−Ｄ間に得られる。

図２（ｄ）の降圧チョッパ回路１ｄは、スイッチング素子Ｑ１を高電位側に配置し、回生ダイオードＤ１と出力コンデンサＣ２を低電位側に配置したものであり、回路動作は図２（ｃ）と同様である。ただし、スイッチング素子Ｑ１としてＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴに代えてＰＮＰトランジスタを用いているので、制御端子Ｅは制御回路５のオープンコレクタ出力（またはオープンドレイン出力）に接続して使用することになる。

図２（ｅ）の昇降圧チョッパ回路１ｅは、入力端子Ａ−Ｂ間の直流電圧を極性反転させて、出力端子Ｃ−Ｄ間に出力するものであり、図２（ａ）のフライバックコンバータ回路１ａのトランスＴ１をインダクタＬ１に置き換えた構成に相当する。入力端子Ａと出力端子ＤにはインダクタＬ１の一端が接続されている。インダクタＬ１の他端は、ダイオードＤ１のアノードに接続されると共に、スイッチング素子Ｑ１を介して入力端子Ｂに接続されている。ダイオードＤ１のカソードは出力端子Ｃに接続されている。出力端子Ｃ−Ｄ間にはコンデンサＣ２が接続されている。インダクタＬ１の２次巻線は、電流帰還端子Ｆと入力端子Ｂに接続されている。

昇降圧チョッパ回路１ｅの動作は周知であり、スイッチング素子Ｑ１のオン時にインダクタＬ１に入力直流電圧が印加されると、インダクタＬ１に電流が流れて、電磁エネルギーが蓄積される。スイッチング素子Ｑ１がオフすると、インダクタＬ１に蓄積された電磁エネルギーによる逆起電力がダイオードＤ１を導通させる方向に発生し、コンデンサＣ２に充電電流が流れる。

図２（ｆ）の昇圧チョッパ回路１ｆは、スイッチング素子Ｑ１とインダクタＬ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ２を備えている。入力端子ＡにはインダクタＬ１の一端が接続されている。インダクタＬ１の他端はダイオードＤ１のアノードとスイッチング素子Ｑ１の一端に接続されている。出力端子ＣにはコンデンサＣ２の正極とダイオードＤ１のカソードが接続されている。入力端子Ｂと出力端子Ｄにはスイッチング素子Ｑ１の他端とコンデンサＣ２の負極が接続されている。インダクタＬ１の２次巻線は、電流帰還端子Ｆと入力端子Ｂに接続されている。

昇圧チョッパ回路１ｆの動作は周知であり、スイッチング素子Ｑ１がオンすると、入力端子Ａ→インダクタＬ１→スイッチング素子Ｑ１→入力端子Ｂの経路で直流電流が流れて、インダクタＬ１に電磁エネルギーが蓄積される。スイッチング素子Ｑ１がオフすると、インダクタＬ１の電磁エネルギーによる逆起電力が発生し、入力端子Ａ→インダクタＬ１→ダイオードＤ１→コンデンサＣ２→入力端子Ｂの経路で入力電流が流れて、インダクタＬ１の電磁エネルギーが放出される。この動作を繰り返すことで、入力端子Ａ−Ｂ間の直流電圧を昇圧した直流電圧が出力端子Ｃ−Ｄ間に得られる。

図２（ａ）〜（ｆ）のいずれの構成においても、スイッチング素子Ｑ１のオン・オフ周期やオン時間幅を可変制御することにより、出力側への供給電力を適切に制御できる。また、スイッチング素子Ｑ１の動作中は、電流帰還端子Ｆから帰還電流が得られる。なお、消灯制御時や調光制御時の応答性を高めるために、コンデンサＣ２と並列に適切な値の放電抵抗を並列接続しても良い。

電力変換回路１の回路構成はこれらに限定されるものではなく、入力端子Ａ−Ｂ間の直流電圧を電圧変換して出力端子Ｃ−Ｄ間に半導体発光素子４の点灯電流を出力できる回路であれば、どのような回路であっても構わない。例えば、半導体発光素子４が２つのＬＥＤ直列回路を逆並列に接続した構成である場合、電力変換回路１は直流入力を交流出力に変換するインバータ回路であっても構わない。

以下の実施形態では、図１の無負荷検出回路２や調光率０％検出手段７、電源ＯＦＦ検出手段８の具体例について説明する。

（実施形態２）
本実施形態では、電源ＯＦＦ検出手段８と半導体スイッチ素子ＳＷ２の具体的な構成例を図３に例示して説明する。主回路の構成は前述の図１または後述の図４と同じで良い。本実施形態では、図１または図４の半導体スイッチ素子ＳＷ２について説明するが、他の半導体スイッチ素子ＳＷ１またはＳＷ３についても同様の構成で良い。

図３の半導体スイッチ素子ＳＷ２は、ＰＮＰトランジスタＴｒ１と抵抗Ｒ３を備えている。トランジスタＴｒ１のエミッタは、高電位側の直流導通端子ｅに接続されており、コレクタは低電位側の直流導通端子ｃに接続されている。トランジスタＴｒ１のベース・エミッタ間には抵抗Ｒ３が並列接続されている。トランジスタＴｒ１のベースは制御端子ｂに接続されている。制御端子ｂは外部から高インピーダンス状態またはグランドレベル（コンデンサＣ１の負極）に電流を引き込む状態に切り替え可能となっている。

制御端子ｂが高インピーダンス状態であるときには、トランジスタＴｒ１にベース電流が流れないので、端子ｅ−ｃ間には直流電流は流れない。制御端子ｂがグランドレベルに電流を引き込む状態であるときには、トランジスタＴｒ１にベース電流が流れるので、端子ｅ−ｃ間に直流電流が流れる。図中の端子ｅは図１に示す制御電源回路６の電源出力端子に接続され、端子ｃは制御回路５の制御電源端子に接続される。

半導体スイッチ素子ＳＷ２の制御端子ｂの状態は、電源ＯＦＦ検出手段８の出力により切り替え制御される。電源ＯＦＦ検出手段８は、制御端子ｂの状態を切り替えるためのトランジスタＴｒ２と、そのベースバイアスを与えるコンデンサＣ４を備えている。コンデンサＣ４の負極は、入力直流電源となるコンデンサＣ１の負極と共に、商用交流電源を整流する全波整流器の負出力端子に接続されている。

電源ＯＦＦ検出手段８の入力端子ａ，ｄは、商用交流電源の両端に接続されている（後述の図４参照）。商用交流電源が通電されているときには、入力端子ａ，ｄから整流用のダイオードＤ３，Ｄ４を介して抵抗Ｒ６，Ｒ７の直列回路に、商用交流電源を全波整流した脈流電圧が印加される。抵抗Ｒ７の電圧はツェナーダイオードＺＤ１で規制されて、コンデンサＣ４に充電される。このコンデンサＣ４の容量は、入力直流電源となるコンデンサＣ１の容量に比べると十分に小さく設定されている。

商用交流電源が遮断されると、コンデンサＣ１，Ｃ４への充電電流は停止されるが、コンデンサＣ１の電荷は緩慢に放電されるのに対して、コンデンサＣ４の電荷は抵抗Ｒ７を介して速やかに放電される。したがって、コンデンサＣ４の電圧の有無が商用交流電源の通電／遮断の各状態を反映することになる。

なお、後述のように、商用交流電源を位相制御する場合や商用電源線の瞬時停電が生じた場合に、電源ＯＦＦ検出手段８が間違って電源遮断を検出しないように、コンデンサＣ４の容量は、商用交流電源が数サイクル〜十数サイクル以上にわたり遮断されたときに、トランジスタＴｒ２がオフする程度の大きさに設定することが好ましい。

商用交流電源が通電されているときには、コンデンサＣ４の電圧により抵抗Ｒ５を介してトランジスタＴｒ２にベース電流が流れて、トランジスタＴｒ２がオンする。これにより、抵抗Ｒ４を介して制御端子ｂはグランドレベル（コンデンサＣ１の負極）に電流を引き込まれる状態となり、半導体スイッチ素子ＳＷ２はオン状態となる。

商用交流電源が遮断されると、コンデンサＣ４の電圧は速やかに消失し、トランジスタＴｒ２のベース電流が無くなるので、トランジスタＴｒ２はオフとなる。これにより、制御端子ｂは高インピーダンス状態となり、半導体スイッチ素子ＳＷ２はオフ状態となる。

さらに、本実施形態の電源ＯＦＦ検出手段８では、コンデンサＣ４と並列にトランジスタＴｒ３を接続し、無負荷検出信号または調光率０％検出信号が発生したときには、トランジスタＴｒ３をオンさせることで、コンデンサＣ４の電圧を消失させ、半導体スイッチ素子ＳＷ２をオフ制御可能としている。

無負荷検出回路２の構成例については、図４の回路説明において後述するが、半導体発光素子４が負荷端子３から外れると、無負荷検出信号がフォトカプラの受光素子ＰＣ２に供給される。これによりフォトカプラの受光素子ＰＣ２が導通すると、コンデンサＣ１の正極（図中の端子Ａ）から限流用の抵抗Ｒ９，Ｒ１０、抵抗Ｒ８を介してトランジスタＴｒ３にベース電流が流れて、トランジスタＴｒ３がオンとなる。

同様に、調光率０％検出信号が発生したときには、ダイオードＤ５、抵抗Ｒ８を介してトランジスタＴｒ３にベース電流が流れて、トランジスタＴｒ３がオンとなる。したがって、無負荷検出信号または調光率０％検出信号が発生したときには、商用交流電源が通電状態であっても、半導体スイッチ素子ＳＷ２はオフ状態となる。

なお、調光率０％検出信号（図中の端子ｆの信号）については、図５の回路説明において後述するが、調光率０％検出時にＨｉｇｈレベルとなり、その他の場合にはＬｏｗレベルとなる信号を想定している。

（実施形態３）
図４は本発明の実施形態３の点灯装置の回路図である。本実施形態では、無負荷検出回路２の具体的構成例について説明する。また、入力直流電源となる第１の平滑コンデンサＣ１に直流電圧を充電するための構成についても説明する。

図４の無負荷検出回路２は、電力変換回路としての降圧チョッパ回路１ｃの出力コンデンサＣ２の両端に接続された、ツェナーダイオードＺＤ２と抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の直列回路を有している。ツェナーダイオードＺＤ２のツェナー電圧Ｖｚは、正常時に出力コンデンサＣ２に印加される電圧よりも高く設定されている。具体的には、上述のｎ×Ｖｆよりも高く、少し余裕を持たせた電圧に設定されている。負荷端子３に半導体発光素子４が適正に接続されていれば、ツェナーダイオードＺＤ２が導通することはなく、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２には電流が流れない。一方、負荷開放異常が発生すると、出力コンデンサＣ２の電圧が上昇し、やがてツェナー電圧Ｖｚ（＞ｎ×Ｖｆ）を越えると、ツェナーダイオードＺＤ２が導通する。これにより、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２に電流が流れる。

抵抗Ｒ１２にはフォトカプラの発光素子ＰＣ１が並列接続されている。ツェナーダイオードＺＤ２が導通すると、発光素子ＰＣ１に電流が流れて、赤外線信号を出力する。この赤外線信号を受光して、図３のフォトカプラの受光素子ＰＣ２が導通する。

無負荷検出回路２の構成は、図４に例示した構成に限定されるものではなく、例えば、負荷端子３と抵抗Ｒ１３の接続点の電圧の有無により負荷接続の有無を判定しても構わない。

なお、半導体発光素子４が接続される負荷端子３と無負荷検出回路２との間には、逆流防止用のダイオードＤ６が挿入されている。このダイオードＤ６は、半導体発光素子４が負荷端子３から外れたときに、抵抗Ｒ１３を介する電流が確実に遮断されるように設けられている。

次に、入力直流電源となる第１の平滑コンデンサＣ１に直流電圧を充電するための構成について説明する。

商用交流電源Ｖｓはフィルタ回路１１を介して全波整流器ＤＢ１の交流入力端子に接続されている。全波整流器ＤＢ１の直流出力端子の負極側は、平滑コンデンサＣ１の負極に接続されている。全波整流器ＤＢ１の直流出力端子の正極側は、突入電流防止回路１２と昇圧チョッパ回路１３を介して平滑コンデンサＣ１の正極に接続されている。

突入電流防止回路１２の構成は周知であり、昇圧チョッパ回路１３の動作開始前は突入電流防止用の限流抵抗として作用する。また、昇圧チョッパ回路１３の動作開始後は前記限流抵抗を短絡するような構成となっている。例えば、ＳＣＲ（逆阻止三端子サイリスタ）と限流抵抗を並列接続し、昇圧チョッパ回路１３からの帰還電流を整流平滑した電圧にて前記ＳＣＲのゲート電圧を供給するような構成が知られている。

この突入電流防止回路１２は、電源投入初期に平滑コンデンサＣ１の充電電流として過大な突入電流が流れることを防止するために設けられており、平滑コンデンサＣ１の容量が大きい場合に必要となる。

従来技術の説明で述べたように、本発明は、第１の平滑コンデンサＣ１に蓄積される電荷Ｑが大きいことに起因する不都合を解消することを課題としている。Ｑ＝Ｃ×Ｖ（Ｃ：静電容量、Ｖ：電圧）であるから、蓄積される電荷Ｑが大きいということは、コンデンサＣ１の容量Ｃが大きいか、または、動作中のコンデンサＣ１の充電電圧Ｖが大きい、または、その両方の条件を満たすということである。したがって、図４に示したように、突入電流防止回路１２や昇圧チョッパ回路１３を有する点灯装置では、本発明を適用する利点が特に大きくなると言える。

昇圧チョッパ回路１３は、インダクタＬ２とダイオードＤ２、スイッチング素子Ｑ２、及び制御回路１４を備えている。制御回路１４によるスイッチング素子Ｑ２のオンオフ周波数は、商用交流電源Ｖｓの周波数に比べると十分に高く設定されており、入力電流の高周波成分がフィルタ回路１１により除去されることで、入力電流波形が入力電圧波形と相似形となり、入力力率が改善されるものである。

定常動作時に平滑コンデンサＣ１に充電される直流電圧は、数百Ｖ程度と高くなっており、また、その容量も大きいので、商用交流電源Ｖｓを遮断しても、平滑コンデンサＣ１の電圧は直ちには低下せず、時間をかけて低下することになる。そこで、本実施形態では、図３で説明したような電源ＯＦＦ検出手段８を全波整流器ＤＢ１の交流入力端子ａ−ｄ間に接続し、商用交流電源Ｖｓの遮断時には、半導体スイッチ素子ＳＷ２が速やかにオフされるように構成している。逆に、商用交流電源Ｖｓが通電されているときには、半導体スイッチ素子ＳＷ２は遅滞なくオン状態となる。

電源投入直後は、制御回路１４の制御電源電圧Ｖｃｃがゼロであるので、昇圧チョッパ回路１３は動作を停止しており、コンデンサＣ１は突入電流防止回路１２の限流抵抗とインダクタＬ２とダイオードＤ２を介して全波整流器ＤＢ１の出力電圧のピーク値近傍（約１４０Ｖ）まで充電される。これにより、コンデンサＣ１の正極→端子Ａ→端子Ｃ→負荷端子３→半導体発光素子４→負荷端子３→抵抗Ｒ１３→コンデンサＣ３→コンデンサＣ１の負極の経路で直流電流が流れて、コンデンサＣ３が充電される。コンデンサＣ３の電圧が上昇し、ツェナーダイオードＺＤ３で電圧規制されて安定した直流電圧が得られる。

なお、電圧安定化手段としてのツェナーダイオードＺＤ３に代えて、三端子レギュレータＩＣやＩＰＤ（インテリジェント・パワー・デバイス）等の制御電源用ＩＣを用いても良い。

半導体スイッチ素子ＳＷ２を介して制御回路５と制御回路１４に制御電源電圧Ｖｃｃが供給されることで、降圧チョッパ回路１ｃと昇圧チョッパ回路１３が動作を開始する。これにより、スイッチング動作による帰還電流がインダクタＬ１の２次巻線ｎ２からダイオードＤ７を介してコンデンサＣ３に供給され、効率良く制御電源電圧Ｖｃｃが得られる。２次巻線ｎ２は昇圧チョッパ回路１３のインダクタＬ２に設けても良い。

その後、負荷端子３と半導体発光素子４を接続するリード線の断線や、負荷端子３の接触不良、あるいは半導体発光素子４の内部の断線故障等により、負荷端子３と半導体発光素子４を介する直流電流経路が遮断されると、無負荷検出回路２により無負荷検出信号が発生し、図３のトランジスタＴｒ３をオンさせて、コンデンサＣ４の電圧を消失させることにより、半導体スイッチ素子ＳＷ２はオフとなる。これにより、制御電源電圧Ｖｃｃの供給が遮断され、制御回路５、制御回路１４は共に停止する。

なお、図４の制御回路５の端子ｇはＰＷＭ制御端子であり、外部から与えられる低周波のＰＷＭ信号により高周波の発振動作を間欠的にオンオフ制御可能となっている。

制御回路５は、スイッチング電源用の制御用ＩＣ（例えば、フィリップス社製のＵＢＡ３０７０）よりなり、ＰＷＭ制御端子ｇがＬｏｗレベルである期間はスイッチング素子Ｑ１を一定周期でオンさせる。スイッチング素子Ｑ１がオンしている期間に、電流検出抵抗Ｒｓに流れる電流のピーク値が所定の閾値に達すると、スイッチング素子Ｑ１をオフさせる。スイッチング素子Ｑ１のオフ状態からオン状態への移行は内蔵のタイマーにより強制的に移行させる。ＰＷＭ制御端子ｇがＨｉｇｈレベルである期間はスイッチング素子Ｑ１のオンオフを停止させる。

このように、スイッチング素子Ｑ１に流れる電流のピーク値が一定となるように制御することにより、制御回路５のＰＷＭ制御端子ｇに与えられる低周波ＰＷＭ信号のパルス幅（オフ時間幅）により光出力を規定することが可能となる。

（実施形態４）
本実施形態では、本発明の点灯装置に適用できる調光制御部の具体的な構成例を図５に例示して説明する。図中の端子ｆ、ｇは、それぞれ図３の端子ｆ、図４の端子ｇに接続することを想定している。図中の制御電源電圧Ｖｃｃ２は、第１の平滑コンデンサＣ１からＩＰＤ（インテリジェント・パワー・デバイス）などを用いて高精度の安定した直流低電圧が供給されているものとする。

図５において、フォトカプラの発光素子ＰＣ３には外部から与えられる調光信号が入力されている。この調光信号としては、例えば、周波数が１ｋＨｚ程度の矩形波電圧信号が入力される。フォトカプラの受光素子ＰＣ４は抵抗Ｒ２１，Ｒ２２と直列に接続されて制御電源電圧Ｖｃｃ２を分圧する抵抗分圧回路を構成している。抵抗Ｒ２１とフォトカプラの受光素子ＰＣ４の直列回路と並列に接続されたコンデンサＣ５は雑音防止用の小容量のコンデンサであり、平滑作用は有していない。コンデンサＣ５の電圧は波形整形回路２０の入力端子ＩＮに印加されている。

フォトカプラの発光素子ＰＣ３に電流が流れている期間では、フォトカプラの受光素子ＰＣ４は低インピーダンスであり、コンデンサＣ５の電圧は波形整形回路２０の入力端子ＩＮの閾値電圧よりも低い電圧となる。このとき、波形整形回路２０の出力端子ＯＵＴの電圧はＬｏｗレベルとなる。フォトカプラの発光素子ＰＣ３に電流が流れていない期間では、フォトカプラの受光素子ＰＣ４は高インピーダンスであり、コンデンサＣ５の電圧は波形整形回路２０の入力端子ＩＮの閾値電圧よりも高い電圧となる。このとき、波形整形回路２０の出力端子ＯＵＴの電圧はＨｉｇｈレベルとなる。

波形整形回路２０の出力端子ＯＵＴには抵抗Ｒ２３〜Ｒ２５とコンデンサＣ６よりなるＣＲフィルタ回路が接続されている。コンデンサＣ６の容量は上述のコンデンサＣ５の容量に比べると十分に大きな容量に設定されており、コンデンサＣ６の電圧は平滑化された直流電圧となる。コンデンサＣ６には制御電源電圧Ｖｃｃ２を抵抗Ｒ２４，Ｒ２５により分圧した直流電圧が充電されるが、波形整形回路２０の出力端子ＯＵＴがＨｉｇｈレベルのときには抵抗Ｒ２３を介して充電電流が流れる。また、波形整形回路２０の出力端子ＯＵＴがＬｏｗレベルのときには抵抗Ｒ２３を介して放電電流が流れる。したがって、波形整形回路２０の出力端子ＯＵＴがＨｉｇｈレベルになる期間が長くなるほど、コンデンサＣ６の直流電圧は高くなる。これにより、フォトカプラの発光素子ＰＣ３に入力された調光信号は、そのパルス幅に応じて振幅が増減する直流電圧に変換される。

コンデンサＣ６の直流電圧はマイコン２１のＡ／Ｄ変換入力部２２によりＡ／Ｄ変換されて、デジタル信号としてマイコン２１の演算部２３に入力される。演算部２３では、複数回のデジタル信号を演算処理してＰＷＭ信号のパルス幅に相当するデジタル信号を出力する。ここでは、マイコン２１として、Ａ／Ｄ変換入力機能とＰＷＭ信号出力機能を有する１６ビットマイコンを用いている。ＰＷＭ信号出力部２４は、マイコン２１の出力ポートであり、図４の制御回路５のＰＷＭ制御端子ｇに低周波のＰＷＭ信号を出力する。調光率０％検出信号出力部２５は、マイコン２１の他の出力ポートであり、図３の端子ｆに調光率０％検出信号を出力する。

なお、本実施形態では、フォトカプラの発光素子ＰＣ３に外部から与えられる調光信号として、周波数が１ｋＨｚ程度の矩形波電圧信号を用いる場合を想定しているが、これに限定されるものではない。例えば、商用交流電源を位相制御して点灯装置に供給する場合、第１の平滑コンデンサＣ１の電圧は、図４に示すように、全波整流器ＤＢ１の出力を昇圧チョッパ回路１３により昇圧することで定電圧に維持することにして、別途設けた位相検出回路により入力交流電圧の導通位相角を検出することにより、同様の矩形波電圧信号よりなる調光信号を得ることができる。

この場合、交流電圧の半サイクル毎に導通位相角の情報が得られるので、繰り返し周波数が１００／１２０Ｈｚの調光信号となる。なお、導通位相角の可変範囲を０〜１８０度とすると、平滑コンデンサＣ１に供給される入力電力が不足する場合があるので、９０〜１８０度のように制限しても良い。その場合、導通位相角（９０度〜１８０度）の情報を０％〜１００％の調光範囲に対応させる機能は、マイコン２１のメモリテーブルや演算機能により実現すれば良い。

（実施形態５）
図６は本発明の点灯装置を用いた照明器具の一例を示している。本例は、電源ユニット３０とＬＥＤユニット４０とが器具筐体９内に収められる一体型のＬＥＤ照明器具である。電源ユニット３０には、図４の負荷端子３までの電子回路が実装されている。電源ユニット３０の負荷端子３からＬＥＤユニット４０までは出力配線３４を介して接続される。

器具筐体９は天井１０に埋め込まれている。器具筐体９は、下端開放された金属製の円筒体よりなり、下端開放部は光拡散板９１で覆われている。この光拡散板９１に対向するように、ＬＥＤユニット４０が配置されている。４１はＬＥＤ実装基板であり、ＬＥＤユニット４０のＬＥＤ４ａ〜４ｄを実装している。この例では、器具内に取り付けられるＬＥＤユニット４０の実装基板４１の裏側に器具筐体９に熱的に結合された放熱板９２を設けている。この放熱板９２を介して、ＬＥＤ４ａ〜４ｄから発生する熱を放熱することでＬＥＤ４ａ〜４ｄの温度を下げて、光出力を上げる効果がある。

図６の例では、一例として、４個のＬＥＤ４ａ〜４ｄが直列接続されたＬＥＤユニット４０を用いているが、ＬＥＤの直列個数は限定されるものではない。

なお、電源ユニット３０とＬＥＤユニット４０が別体となった電源別置型のＬＥＤ照明器具に本発明の点灯装置を用いても構わない。その場合、例えば、４個のＬＥＤを直列接続した第１のＬＥＤユニットと、８個のＬＥＤを直列接続した第２のＬＥＤユニットをカスケード接続し、１つの点灯装置の出力で点灯することも可能となり、照明システム全体としてコストを低減することが出来る。各ＬＥＤユニットに用いるＬＥＤの直列個数は限定されるものではない。

（実施形態６）
本発明の点灯装置は照明器具に用いるほか、液晶ディスプレイ（液晶テレビを含む）のバックライトに用いても良い。本発明の点灯装置を用いれば、電源ＯＦＦ時に第１の平滑コンデンサＣ１の電荷が残っていても、速やかに光出力を抑制できるので、応答性の良いバックライトを実現することができる。

また、本発明の点灯装置は車両用光源に用いても良い。車両用等の振動の多い環境で用いる場合には、振動で負荷開放異常が生じる可能性がある。本発明の点灯装置を用いれば、負荷開放異常が生じたときであっても、速やかに発振停止状態に移行できるので、無駄な電力消費を回避できると共に、回路の故障も回避できる。

そのほか、本発明の点灯装置は、コピー機やスキャナ、プロジェクタの光源等、各種光源装置に用いても良い。これらの光源装置では、電源ＯＮ状態であっても動作待機中は調光率が０％となることがある。本発明の点灯装置を用いれば、調光率が０％となったときに、第１の平滑コンデンサＣ１の電荷が残っていても、速やかに光出力を停止できるので、応答性の良い光源装置を実現することができる。

１ 電力変換回路
２ 無負荷検出回路
３ 負荷端子
４ 半導体発光素子
５ 制御回路
６ 制御電源回路
７ 調光率０％検出手段
８ 電源ＯＦＦ検出手段

Claims (5)

1. 第１の平滑コンデンサと、前記第１の平滑コンデンサに充電された直流電圧を電力変換して半導体発光素子に出力電流を供給する電力変換回路と、前記電力変換回路の動作を制御する制御回路と、前記制御回路に制御電源電圧を供給する制御電源回路とを備える点灯装置において、
   前記制御電源回路の入力端または出力端に直列に挿入された半導体スイッチ素子を備え、前記電力変換回路の動作中に、前記半導体スイッチ素子をオフ制御可能としたことを特徴とする点灯装置。
2. 第１の平滑コンデンサは、商用交流電源電圧を整流平滑した直流電圧を充電され、前記半導体スイッチ素子は、前記商用交流電源の遮断を検出したときにオフ制御されることを特徴とする請求項１記載の点灯装置。
3. 前記電力変換回路の制御回路は、前記半導体発光素子を調光制御する調光機能を備え、前記半導体スイッチ素子は、調光率が０％となったときにオフ制御されることを特徴とする請求項１記載の点灯装置。
4. 前記電力変換回路の出力に半導体発光素子が接続されていないことを検出する無負荷検出回路を備え、前記半導体スイッチ素子は、前記半導体発光素子が接続されていないことが検出されたときにオフ制御されることを特徴とする請求項１記載の点灯装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の点灯装置を備えることを特徴とする照明器具。

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