JP2013116003A - 点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源を消灯に近付ける制御を行った場合であっても、コンバータを安定に作動させることが可能な点灯装置を提供する。
【解決手段】外部から供給される交流電圧を整流する整流器１４と、トランス４０を用いた電圧変換によって外部のＬＥＤに供給すべき直流電圧を生成する点灯回路４との間に介装されたリアクトル２１を用いる昇圧回路２によって力率を改善する。そして、外部のＬＥＤに供給される電流に応じた信号を点灯回路４の一次側の制御ＩＣ４６にフィードバックする二次側の比較回路６及びフォトカプラ４７に供給する電源電圧を、リアクトル２１に巻回された第２の補助巻線２７に誘起する交流電圧から生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流電源から供給される交流電圧を整流した直流電圧を、変圧器を有するコンバータで電圧変換して外部の光源に供給する点灯装置に関する。

近年、蛍光灯、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光源を所望の明るさに調整する調光機能を有する照明機器が、住宅用の用途のみならず、工場や事業所用、道路用、産業用等の用途に広く使用されている。このような照明機器で光源を点灯させる点灯装置では、商用の交流電圧を整流器で整流した直流電圧を、半導体素子でスイッチングして高周波電力に変換した後に整流及び平滑して直流電源を得るコンバータ（スイッチング電源）が用いられている。

コンバータでの調光制御は、ＰＷＭ制御方式が採用されることが多い。また、点灯装置の入力側と出力側を電気的に絶縁するような場合には、フライバック方式のようにトランスフォーマ（変圧器、以下トランスという）を有するコンバータが用いられる。更に、コンバータにおける半導体素子に印加される電圧がゼロとなるタイミングで半導体素子をオンさせてスイッチングするソフトスイッチングを行うために、擬似共振制御が行われる場合もある。

例えば、特許文献１では、商用交流電源から供給された交流電圧を直流電源回路で直流電圧に変換し、変換した直流電圧を直流点灯回路で昇圧して、複数個直列に接続されたＬＥＤを点灯させるＬＥＤ点灯装置が開示されている。上記直流点灯回路では、電界効果トランジスタがコンバータトランスの一次巻線をＰＷＭ周期でオン／オフすることにより、昇圧されてＬＥＤに印加される電圧の分圧電圧と、ＰＷＭ調光信号のデューティ比に応じて低下する電圧とが等しくなるようにフィードバック制御される。これにより、ＰＷＭ調光信号のデューティ比の大／小に応じて、ＬＥＤに印加される電圧が低／高に変化するようにＰＷＭ制御される。

特開２００８−３１０９６３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された直流点灯回路では、ＰＷＭ制御を行う制御回路の電源電圧が、コンバータトランスの三次巻線に誘起する電圧から生成されているため、ＬＥＤを消灯に近付けた場合、三次巻線から生成される制御回路の電源電圧が低下してコンバータの動作が不安定になる問題があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光源を消灯に近付ける制御を行った場合であっても、コンバータを安定に作動させることが可能な点灯装置を提供することにある。

本発明に係る点灯装置は、交流電源から供給される交流電圧を整流器で整流した直流電圧を、変圧器及び制御回路を有するコンバータでフィードバック制御して電圧変換し、電圧変換した直流電圧を外部の光源に供給する点灯装置において、リアクトルが前記整流器及びコンバータ間に介装されており、前記交流電源の力率を改善する力率改善回路を備え、前記制御回路は、前記変圧器の一次側のスイッチングを制御する一次側回路、及び前記光源に供給される電圧又は電流に応じた信号を前記一次側回路にフィードバックする二次側回路を含み、前記リアクトルに巻回された巻線に誘起する交流電圧から、前記二次側回路に供給する電源電圧を生成する電源回路を備えることを特徴とする。

本発明にあっては、交流電源から供給される交流電圧を整流する整流器と、変圧器を用いた電圧変換によって外部の光源に供給すべき直流電圧を生成するコンバータとの間に介装されたリアクトルを用いる力率改善回路によって力率を改善する。そして、光源に供給される電圧又は電流に応じた信号をコンバータの一次側回路にフィードバックする二次側回路に供給する電源電圧を、リアクトルに巻回された巻線に誘起する交流電圧から生成する。
これにより、力率改善回路が定常的に直流電圧を生成する間にリアクトルに蓄積されるエネルギーの一部が、変圧器を用いるコンバータの二次側回路の電源電圧に変換される。

本発明に係る点灯装置は、前記巻線は、タップを有し、前記電源回路は、前記タップを用いた全波整流によって前記電源電圧を生成するようにしてあることを特徴とする。

本発明にあっては、力率変換回路のリアクトルに巻回された巻線に誘起する電圧を、タップを用いて全波整流した電圧から、コンバータの二次側回路に供給する電源電圧を生成する。
これにより、外部から供給される交流電圧の大きさの大／小に応じて、前記巻線の一端の電圧を整流した電圧が大／小に，他端の電圧を整流した電圧が小／大に変化することから、交流電圧が変動した場合であっても、生成された電源電圧の変動幅が小さく抑えられる。

本発明に係る点灯装置は、前記コンバータは絶縁型であり、前記制御回路は、フォトカプラを有しており、該フォトカプラによって前記一次側回路及び二次側回路間が絶縁されていることを特徴とする。

本発明にあっては、コンバータが変圧器によって一次側と二次側とに分離されており、変圧器の一次側のスイッチングを制御する一次側回路と、光源に供給される電圧又は電流に応じた信号を一次側回路にフィードバックする二次側回路とがフォトカプラで分離されている。
これにより、コンバータの二次側と接地電位を共有する外部の照明に対して、一次側回路の高電圧が印加されたり、漏電したりする虞がなくなる。

本発明に係る点灯装置は、前記二次側回路は、前記光源に供給される電流に応じた信号をフィードバックすることを特徴とする。

本発明にあっては、光源に供給される電流に応じた信号が二次側回路から一次側回路にフィードバックされて、コンバータのスイッチングが制御される。
これにより、駆動電流の大きさに応じて明るさが変化する光源に適するように、点灯回路の制御が行われる。

本発明に係る点灯装置は、前記光源は、ＬＥＤであることを特徴とする。

本発明にあっては、外部の光源がＬＥＤを含んでなる場合に適用される構成をとるため、駆動電流の制御がＬＥＤに最適化されたものとなる。

本発明によれば、リアクトルを用いて力率を改善する力率改善回路が定常的に直流電圧を生成する間にリアクトルに蓄積されるエネルギーの一部が、変圧器を用いて電圧変換するコンバータの二次側回路の電源電圧に変換されるため、コンバータの負荷変動による二次側回路の電源電圧の変動が防止される。
従って、光源を消灯に近付ける制御を行った場合であっても、コンバータを安定に作動させることが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る点灯装置の接続構成を略示する回路図である。 ＬＥＤからなる光源に印加される電圧の変化を例示する説明図である。 第２の補助巻線のセンタータップ（β）に対する他端（γ）の巻線電圧を模式的に示す説明図である。 第２の補助巻線のセンタータップ（β）に対する一端（α）の巻線電圧を模式的に示す説明図である。 外部から供給される交流電圧に対する電源部の入力電圧を模式的に示す説明図である。 本発明の実施の形態２に係る点灯装置の接続構成を略示する回路図である。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る点灯装置の接続構成を略示する回路図である。図中１００は点灯装置であり、点灯装置１００は、電源入力端子１１，１２からフィルタ１３を介して供給される交流電圧を全波整流する整流器１４と、該整流器１４が整流した直流電圧を昇圧する昇圧回路２とを備える。以下では、単なるノイズ除去、回路の保護、タイミング調整、増幅率の調整等の目的で用いられる抵抗器及びコンデンサについての説明を省略する。

点灯装置１００は、また、昇圧回路２が昇圧した直流電圧を電圧変換して、駆動出力端子１５，１６の外部に接続されたＬＥＤ等の光源を点灯させる点灯回路４と、該点灯回路４による光源の駆動電流を検出する抵抗器１７と、信号入力端子１８，１９から入力される調光信号に応じた直流電圧を生成する電圧生成回路５とを備える。前記駆動電流に応じて抵抗器１７に発生した電圧は、比較回路６にて、電圧生成回路５が生成した直流電圧及び基準電圧と各別に比較され、比較結果に基づいて点灯回路４が光源の駆動電流を増減させるようになっている。

昇圧回路２は、点灯装置１００に入力される交流電力の力率を改善しつつ、整流された電圧を昇圧するＰＦＣ（Power Factor Controller ）回路からなる。昇圧回路２は、整流器１４が整流した直流電圧（脈流）が一端に印加されるリアクトル２１と、ドレインに接続されたリアクトル２１の他端を反復的にスイッチングして交流電圧を誘起させるＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（以下、ＦＥＴという）２２とを有する。ＦＥＴ２２のソースには、ＦＥＴ２２のオン電流を検出するための抵抗器２３が直列に接続されている。上述のスイッチングによってＦＥＴ２２のオフ期間にリアクトル２１の他端に誘起した交流電圧は、ダイオード２４で半波整流され、整流された直流電圧がコンデンサ２５で平滑されて点灯回路４に供給される。

昇圧回路２は、また、リアクトル２１に巻回された補助巻線２６を有する。該補助巻線２６に誘起する交流電圧がダイオード２８，２９で整流され、整流された直流電圧（脈流）が抵抗器３０，３１及びコンデンサ３２で平滑されて、ＰＦＣの制御ＩＣ３３に電源電圧として供給される。補助巻線２６のセンタータップが、第１の接地電位を供給する。上述の整流器１４、抵抗器２３及びコンデンサ２５夫々の一端は、第１の接地電位に接続されている。尚、図中の●印は、各巻線の巻き始めを示すものである（以下同様）。

制御ＩＣ３３は、ＦＥＴ２２をオン／オフさせる制御信号をＦＥＴ２２のゲートに与えることにより、ここでのＰＦＣ回路をいわゆる臨界電流モードで動作させるが、電流連続モード等で動作させてもよい。制御ＩＣ３３がＦＥＴ２２をオンさせるタイミングは、リアクトル２１の電流がゼロになるタイミングであり、このタイミングを検出するための電圧が、補助巻線２６の一端から抵抗器３４を介して制御ＩＣ３３に与えられる。ＦＥＴ２２がオンしている期間中のオン電流は、リアクトル２１の一端に印加される直流電圧（脈流）の瞬時値に応じて直線的に増加する。

制御ＩＣ３３には、第１の接地電位に対する昇圧回路２の出力電圧を抵抗器３５，３６で分圧した電圧が帰還されており、この電圧が制御ＩＣ３３内部の誤差アンプ（図示せず）で基準電圧と比較されて誤差電圧が生成される。制御ＩＣ３３には、また、整流器１４が整流した直流電圧（脈流）を抵抗器３７，３８で分圧した電圧が与えられており、この電圧と前記誤差電圧とが、制御ＩＣ３３内部の乗算器（図示せず）で乗算されることにより、電源入力端子１１，１２から供給される交流電圧と、上記誤差電圧とに比例した正弦波状の電圧が生成される。

制御ＩＣ３３には、更に、ＦＥＴ２２のオン電流に応じて抵抗器２３の両端に発生する電圧が帰還されており、帰還された電圧が、制御ＩＣ３３内部の電流コンパレータ（図示せず）にて上記正弦波状の電圧と比較されてＦＥＴ２２のオフタイミングが決定される結果、ＦＥＴ２２のオン電流の波形（三角波）の包絡線が、正弦波状となる。つまり、外部から供給される交流電圧に対して、点灯装置１００に流入する電流波形の包絡線が正弦波状となり、力率が改善される。

次に、点灯回路４は、昇圧回路２から供給される直流電圧が一次巻線４０１の一端に印加されるトランス（変圧器）４０と、ドレインが接続された一次巻線４０１の他端を反復的にスイッチングするＮチャネル型のＦＥＴ４１と、該ＦＥＴ４１のドレイン及びソース間に接続されたコンデンサ４２とを有する。ＦＥＴ４１のソース及び第１の接地電位間には、ＦＥＴ４１のオン電流を検出するための抵抗器４３が直列に接続されている。

点灯回路４は、一次巻線４０１のインダクタンス及びコンデンサ４２のキャパシタンスによる共振を利用するＲＣＣ（Ringing Choke Converter ）方式のコンバータからなる。上述のスイッチングによってトランス４０の二次巻線４０２に誘起した交流電圧は、ダイオード４４で半波整流され、整流された直流電圧がコンデンサ４５で平滑されて、駆動出力端子１５，１６の外部に接続された光源に抵抗器１７を介して供給される。二次巻線の一端及びコンデンサ４５の接続点が、第２の接地電位を供給する。

点灯回路４は、また、ＦＥＴ４１をオン／オフさせる制御信号をＦＥＴ４１のゲートに与える制御ＩＣ４６を有する。制御ＩＣ４６の電源電圧は、制御ＩＣ３３と同様に、コンデンサ３２から供給される。コンデンサ３２と整流器１４の他端とを接続する抵抗器３９は、点灯装置の起動時に制御ＩＣ３３，４６に直流電圧を与えて、昇圧回路２及び点灯回路４を起動させるためのものである。
制御ＩＣ４６には、上述の比較回路６の出力電圧に応じて発光するＬＥＤ４７１を含むフォトカプラ４７に含まれれるフォトトランジスタ４７２のコレクタが接続されている。フォトトランジスタ４７２のエミッタは、第１の接地電位に接続されている。制御ＩＣ４６には、また、ＦＥＴ４１のオン電流に応じて抵抗器４３の両端に発生する電圧が帰還されている。このように、トランス４０の一次側及び二次側は、フォトカプラ４７によって絶縁されている。

制御ＩＣ４６がゲートに与える制御信号によってＦＥＴ４１がオンした場合、直線的に増加するオン電流に応じた帰還電圧が、制御ＩＣ４６内部の電流コンパレータ（図示せず）にて、フォトトランジスタ４７２を介して帰還される電圧と比較される。その後、オン電流に応じた帰還電圧が、フォトトランジスタ４７２を介して帰還される電圧を上回った場合、上記制御信号がオフされる。つまり、フォトカプラ４７のフォトトランジスタ４７２に流れる光電流が増加してコレクタ電圧が低下した場合、ＦＥＴ４１のオン期間が短縮される結果、点灯回路４の出力電圧が低下するように制御される。

制御ＩＣ４６には、更に、トランス４０が有する補助巻線４０３の電圧が、抵抗器４８を介して与えられている。補助巻線４０３の一端は、第１の接地電位に接続されている。上記制御信号がオフされてＦＥＴ４１がオフした場合、二次巻線４０２に誘起した電圧によってダイオード４４に順方向の電流が導通する。その後、ダイオード４４を導通する電流がゼロになった時から、ＦＥＴ４１のドレイン電圧は、一次巻線４０１及びコンデンサ４２で形成される共振回路の共振電圧に従って低下し、これに応じて補助巻線４０３の電圧も低下する。そして、ＦＥＴ４１のドレイン電圧が最も低下した時点で、ＦＥＴ４１のゲートに与える制御信号が再びオンされる。

次に、電圧生成回路５は、逆並列に接続されたＬＥＤ５２１，５２１及びフォトトランジスタ５２２を含むフォトカプラ５２と、フォトトランジスタ５２２のコレクタに一端が接続された抵抗器５３とを有する。ＬＥＤ５２１，５２１は、抵抗器５１を介して信号入力端子１８，１９に接続されている。抵抗器５３の他端には、後述する電源部７５の電源電圧が印加される。フォトトランジスタ５２２のエミッタは、第２の接地電位に接続されている。フォトトランジスタ５２２のコレクタ及びエミッタ間には、抵抗器５４，５５の直列回路が接続されており、該抵抗器５４，５５の接続点には、ダイオード５６のアノードが接続されている。抵抗器５５の両端には、該抵抗器５５の両端に発生する電圧を平滑するためのコンデンサ５７が接続されている。

信号入力端子１８，１９に入力される調光信号は、正極性又は負極性のパルス列からなり、該パルス列のデューティの大／小が、調光すべき光源の調光レベル（明るさのレベル）の低／高に対応するようになっている。調光信号が抵抗器５１を介してフォトカプラ５２のＬＥＤ５２１，５２１に印加された場合、調光信号に含まれるパルス列のデューティの大／小に応じて、フォトトランジスタ５２２に流れる光電流が増／減する。これにより、抵抗器５５の両端に発生する電圧が低／高に変化する。つまり、ダイオード５６のカソードには、調光信号に含まれるパルス列のデューティの大／小に応じて、低／高に変化する直流電圧が生成される。

次に、比較回路６は、ＩＣ化されたオペアンプによる反転増幅器からなるコンパレータ６１，６２と、該コンパレータ６１，６２の出力端子にカソードが接続されたダイオード６３，６４と、電源部７５の電源電圧が両端に印加される抵抗器６５，６６の直列回路とを有する。コンパレータ６１，６２には、電源部７５の電源電圧が印加されている。ダイオード６３，６４のアノードは、比較回路６の出力電圧を与えるべく、抵抗器７６を介してＬＥＤ４７１のカソードに接続されている。ＬＥＤ４７１のアノードには、抵抗器７７を介して電源部７５の電源電圧が印加されている。

コンパレータ６１，６２の反転入力端子には、第２の接地電位に一端が接続された抵抗器１７の他端が接続されている。抵抗器１７には、他端から一端に向けて点灯回路４の駆動電流が流れるため、コンパレータ６１，６２の反転入力端子には、光源の駆動電流の大／小に応じて高／低に変化するように抵抗器１７の両端電圧が与えられる。コンパレータ６１の非反転入力端子には、ダイオード５６のカソードが接続されており、電圧生成回路５が生成した直流電圧が与えられる。コンパレータ６２の非反転入力端子には、抵抗器６５，６６の接続点が接続されており、該接続点がコンパレータ６２に基準電位を与える。この基準電圧は、コンパレータ６１の非反転入力端子に与えられる直流電圧の上限よりも高くなるようにしてある。

コンパレータ６１，６２は、各反転入力に与えられている抵抗器１７の両端電圧が、夫々の非反転入力に与えられている電圧を上回った（又は下回った）場合に、出力端子の電圧がハイからロウ（又はロウからハイ）に反転する。例えば、抵抗器１７の両端電圧が、電圧生成回路５が生成した直流電圧を上回った（又は下回った）場合、コンパレータ６１の出力端子の電圧がロウ（又はハイ）に反転し、ダイオード６３を介してＬＥＤ４７１に電流がより多く（又は少なく）流れるようになる。その結果、フォトトランジスタ４７２の光電流が増大（又は減少）して、フォトトランジスタ４７２のコレクタの電圧が低下（又は上昇）するため、上述したように点灯回路４の出力電圧が低下（又は上昇）する。つまり、調光信号に含まれるパルス列のデューティに応じて電圧生成回路５が生成した直流電圧の大きさに対応するように、光源の駆動電流が調光される。

一方、抵抗器１７の両端電圧が、抵抗器６５，６６の接続点から与えられる基準電圧を更に上回った場合、コンパレータ６２の出力端子の電圧がハイからロウに反転し、ダイオード６４を介してＬＥＤ４７１に電流がそれまでより多く流れるようになる。その結果、フォトトランジスタ４７２の光電流が増大して、フォトトランジスタ４７２のコレクタの電圧が低下するため、点灯回路４の出力電圧が低下する。このようにして、光源に流れる駆動電流が、基準電圧に対応する所定の上限電流より小さくなるように制御される。

尚、本実施の形態１では、外部の光源に流れる駆動電流に応じた信号を、フォトカプラ４７を介して制御ＩＣ４６にフィードバックさせたが、外部の光源に印加される電圧に応じた信号を制御ＩＣ４６にフィードバックさせるようにしてもよい。

次に、電源部７５は、入力された電圧を安定化して所定の電源電圧を出力するドロッパ方式の電源からなる。この電源は、ドロッパ方式に限定されず、コンバータを用いてもよい。電源部７５に入力されるべき電圧は、例えば、トランス４０の第２の補助巻線に誘起する交流電圧を整流して平滑した電圧とすることが考えられる。この場合、第２の補助巻線から生成が可能な電源電圧は、点灯回路４による光源の駆動状態の影響を受ける可能性がある。

そこで、光源にＬＥＤを用いた場合について考察する。
図２は、ＬＥＤからなる光源に印加される電圧の変化を例示する説明図である。ＬＥＤは、２４個が直列に接続されている。図２の横軸は調光信号のデューティ比（％）を表し、縦軸は光源の駆動電圧（Ｖ）を表す。

図２では、調光信号のデューティ比が約９５％に増加するまで、光源のＬＥＤに印加される駆動電圧が６０Ｖ以上に維持されていることが示される。調光信号によって光源のＬＥＤを完全に消灯させるために、調光信号のデューティ比が約９５％を上回る値になったときに駆動電圧を０Ｖとする。この状態では、トランス４０に第２の補助巻線を設けたとしても、第２の補助巻線に必要十分な交流電圧が誘起され得ない。そこで、本実施の形態１では、昇圧回路２を利用して、電源部７５に入力されるべき電圧を生成する

図１に戻って、昇圧回路２は、リアクトル２１に巻回された第２の補助巻線２７を有する。第２の補助巻線２７は、センタータップ（β）を含み、該センタータップ（β）は、第２の接地電位に接続されている。このセンタータップ（β）のタップの位置は、センターに限定されない。第２の補助巻線２７の一端（α），他端（γ）は、ダイオード７１のアノード（α），ダイオード７２のアノード（γ）に接続されており、該ダイオード７１，７２で整流された直流電圧（脈流）が抵抗器７３及びコンデンサ７４で平滑されて、電源部７５の入力に供給される。

以下では、第２の補助巻線２７に発生する巻線電圧について説明する。
図３は、第２の補助巻線２７のセンタータップ（β）に対する他端（γ）の巻線電圧を模式的に示す説明図である。また、図４は、第２の補助巻線２７のセンタータップ（β）に対する一端（α）の巻線電圧を模式的に示す説明図である。図３，４のＡは外部から供給される交流電圧が比較的低い場合を示し、Ｂは同交流電圧が比較的高い場合を示す。図３，４の横軸はωｔ（ｒａｄ）（ωは、交流電源の角周波数）を表し、縦軸は巻線電圧を表す。尚、図３，４では、ＦＥＴ２２のオン／オフによって変化する巻線電圧の波形が模式的に示されているが、ＦＥＴ２２がオン／オフを繰り返す周期は一定ではなく、交流電圧の波高値の瞬時値の高／低によって、短／長に変化する。

以下では、昇圧回路２が昇圧した直流電圧をＶｏとし、交流電源の交流電圧の実効値をＶａｃとする。つまり、図３，４夫々のＡとＢとでは、ＡよりＢの方でＶａｃの値が大きい。また、リアクトル２１の巻数及び第２の補助巻線２７の巻数を夫々Ｎｐ及び２Ｎｓとする。従って、第２の補助巻線２７のセンタータップ（β）から一端（α）及び他端（γ）までの巻き数は、何れもＮｓである。以下に示す電圧は、各巻線の巻き始め（●印が付されている方）を基準とする電圧である。

先ず、図３について説明する。ＦＥＴ２２がオンの場合、リアクトル２１には、整流器１４から供給される式（１）で示される瞬時電圧が周期πで印加される。このとき、第２の補助巻線２７の他端（γ）に誘起する巻線電圧は、式（２）で示される負の電圧となる。この電圧が、図３Ａ，３Ｂにて破線で示される下側の包絡線の電圧である。また、式（２）の右辺に式（１）を代入すれば、式（２）で示される包絡線が正弦波状であることが読み取れる。

Ｖｐ（ＯＮ）＝√２×Ｖａｃ×ｓｉｎωｔ・・・・・・・・・・（１）
Ｖｓ（ＯＮ）＝−（Ｎｓ／Ｎｐ）×Ｖｐ（ＯＮ）・・・・・・・（２）

その後、ＦＥＴ２２がオフとなった場合、リアクトル２１には、電圧Ｖｏと、式（１）の右辺に示す瞬時電圧との差分に対応すべく、式（３）で示される逆起電力が発生する。このとき、第２の補助巻線２７の他端（γ）に誘起される巻線電圧は、式（５）で示される。尚、式（３）は、式（１）を考慮して式（４）のように変形される。また、式（５）は、右辺に式（４）を代入して式（６）のように変形される。式（６）で示される電圧が、図３Ａ，３Ｂにて破線で示される上側の包絡線の電圧である。

Ｖｐ（ＯＦＦ）＝Ｖｏ−√２×Ｖａｃ×ｓｉｎωｔ・・・・・・（３）
Ｖｐ（ＯＦＦ）＝Ｖｏ−Ｖｐ（ＯＮ）・・・・・・・・・・・・（４）
Ｖｓ（ＯＦＦ）＝（Ｎｓ／Ｎｐ）×Ｖｐ（ＯＦＦ）・・・・・・（５）
Ｖｓ（ＯＦＦ）＝（Ｎｓ／Ｎｐ）×（Ｖｏ−Ｖｐ（ＯＮ））・・（６）

図３Ａ，３Ｂにて破線で示される上側の包絡線と下側の包絡線との差分は、式（５）で示される電圧と、式（３）で示される電圧との差分によって式（７）で示される。式（７）で示される差分は、右辺に式（２），（６）を代入することにより、式（８）に示す一定値に変形されるから、図３Ａ，３Ｂにて破線で示す包絡線は、何れも正弦波状であることが示される。

Ｖｓ（ｐ−ｐ）＝Ｖｓ（ＯＦＦ）−Ｖｓ（ＯＮ）・・・・・・・（７）
Ｖｓ（ｐ−ｐ）＝（Ｎｓ／Ｎｐ）×Ｖｏ・・・・・・・・・・・（８）

ところで、第２の補助巻線２７のセンタータップ（β）に対する一端（α）の巻線電圧は、同センタータップ（β）に対する他端（γ）の巻線電圧の極性を反転した電圧となるから、図４Ａ，４Ｂに示す巻線電圧の波形は、図３Ａ，Ｂに示す巻線電圧の波形に対して、横軸を境に上下を反転させたものとなる。従って、図４Ａ，４Ｂにて破線で示す包絡線もまた、正弦波状となる。

次に、第２の補助巻線２７の巻線電圧から生成される直流電圧について説明する。
図５は、外部から供給される交流電圧に対する電源部７５の入力電圧を模式的に示す説明図である。図３，４に示す巻線電圧のうち、正の電圧がダイオード７２，７１によって整流され、整流された脈流が抵抗器７３及びコンデンサ７４で平滑されて電源部７５の入力電圧となる。ここで、図３に示す正の電圧（矩形状のパルス）と、図４に示す正の電圧（同パルス）とは、互いにオン／オフの位相が反転したものであるから、原理的には、これらの電圧がダイオード７２，７１によって交互に重ね合わされて加算される。

一方、ダイオード７２，７１で整流された脈流が抵抗器７３及びコンデンサ７４で平滑される結果、ダイオード７２，７１のカソードの電位が、コンデンサ７４の充電電圧より低下することはない。従って、図３に示す巻線電圧に基づいて整流及び平滑されてコンデンサ７４に充電された電圧よりも、図４に示す巻線電圧の正のピーク電圧（上側の包絡線の電圧がダイオード７１によって整流された電圧）の方が低いうちは、図４の巻線電圧がコンデンサ７４の充電に寄与することはない。

さて、図５の左半分に示すように、外部から供給される交流電圧の大きさが増大するのに伴い、図３に示す巻線電圧に基づいてコンデンサ７４に充電される電圧（即ち電源部７５の入力電圧）が、交流電圧の大きさに反比例して低下するのに対し、図４に示す巻線電圧の正のピーク電圧は、交流電圧の大きさに比例して増大し、遂にはこれらの電圧が一致する。このときの交流電圧の実効値をＶｘとする。

その後、交流電圧の実効値がＶｘより大きくなったときから、図４に示す巻線電圧がコンデンサ７４の充電に寄与し始めてその寄与度が次第に増大するため、コンデンサ７４の電圧は、図５の右半分に示すように、下に凸の曲線を描いて上昇に転じる。

ここでのＶｘの値と、図５に示す曲線の形状とは、様々な条件によって変化する。例えば、第２の補助巻線２７のセンタータップ（β）を、一端（α）側に近いタップに置き換えることにより、ダイオード７１によって整流された電圧がコンデンサ７４の充電に寄与し始めるときの交流電圧の実効値を、Ｖｘより小さくすることができると共に、図５に示す曲線の下方への湾曲が、交流電圧の変動範囲内において小さくなるようにすることができる。このようにして、電源部７５の入力電圧の変動が最小限に抑えられる。

以上のように本実施の形態１によれば、外部から供給される交流電圧を整流する整流器と、トランスを用いた電圧変換によって外部のＬＥＤに供給すべき直流電圧を生成する点灯回路との間に介装されたリアクトルを用いる昇圧回路によって力率を改善する。そして、外部のＬＥＤに供給される電流に応じた信号を点灯回路の一次側の制御ＩＣにフィードバックする二次側の比較回路及びフォトカプラに供給する電源電圧を、リアクトルに巻回された第２の補助巻線に誘起する交流電圧から生成する。
これにより、昇圧回路が定常的に直流電圧を生成する間にリアクトルに蓄積されるエネルギーの一部が、点灯回路の二次側回路の電源電圧に変換されるため、点灯回路の負荷変動による二次側回路の電源電圧の変動が防止される。
従って光源を消灯に近付ける制御を行った場合であっても、コンバータを安定に作動させることが可能となる。

また、昇圧回路のリアクトルに巻回された第２の補助巻線のセンタータップを第２の接地電位に接続して全波整流した電圧から、点灯回路の二次側回路に供給する電源電圧を生成する。
これにより、外部から供給される交流電圧の大きさの大／小に応じて、第２の補助巻線の一端の電圧を整流した電圧が大／小に，他端の電圧を整流した電圧が小／大に変化することから、交流電圧が変動した場合であっても、生成された電源電圧の変動幅を小さく抑えることが可能となる。

更に、昇圧回路がトランスによって一次側と二次側とに分離されており、トランスの一次側のスイッチングを制御する制御ＩＣ等の一次側回路と、外部のＬＥＤに供給される電流に応じた信号を一次側の制御ＩＣにフィードバックする比較回路とがフォトカプラで分離されている。
従って、点灯回路の二次側と接地電位を共有する外部の照明に対して、一次側回路の高電圧が印加されたり、漏電したりする虞をなくすことが可能となる。

更にまた、外部のＬＥＤに供給される電流に応じた信号が二次側の比較回路から一次側の制御ＩＣにフィードバックされて、点灯回路のスイッチングが制御される。
従って、駆動電流の大きさに応じて明るさが変化するＬＥＤ等の光源に適するように、点灯回路の制御を行うことが可能となる。

更にまた、外部の光源がＬＥＤを含んでなる場合に適用される構成をとるため、駆動電流の制御をＬＥＤに最適化されたものにすることが可能となる。

（実施の形態２）
実施の形態１が、点灯回路４の二次側回路に電源電圧を供給する電源部７５の入力電圧を、昇圧回路２のリアクトル２１に巻回された第２の補助巻線２７に誘起する巻線電圧から生成する形態であるのに対し、実施の形態２は、昇圧回路２が昇圧した直流電圧をトランスを用いる降圧回路で降圧して、上記の入力電圧を生成する形態である。点灯装置の印刷配線基板では、リアクトル２１及び第２の補助巻線２７間の耐圧を確保した上で導体パターンを引き回すことが難しい場合がある。また、外部から供給される交流電圧の上限を、例えば２４０Ｖのように比較的高い電圧まで許容する場合、第２の補助巻線２７に誘起する交流電圧から生成した電源部７５の入力電圧の変動幅が大きくなる。このような問題に対し、第２の補助巻線２７を用いずに、他の手段で電源部７５の入力電圧を生成することが考えられる。

図６は、本発明の実施の形態２に係る点灯装置の接続構成を略示する回路図である。図中１０１は点灯装置であり、点灯装置１０１が、整流器１４、昇圧回路２、点灯回路４、抵抗器１７、電圧生成回路５、及び比較回路６を備えるのは、実施の形態１の点灯装置１００と同様である。点灯装置１０１は、また、昇圧回路２が昇圧した直流電圧を降圧して、電圧生成回路５、比較回路６及びフォトカプラ４７に電源電圧を与える降圧回路８を備える。

降圧回路８は、昇圧回路２が昇圧した直流電圧が一次巻線の一端に与えられるトランス８１と、該トランス８１の一次巻線の他端をスイッチングするＦＥＴを含む制御ＩＣ８２とを有する。トランス８１の二次巻線は、一端が第２の接地電位に接続されており、他端が整流用のダイオード８３を介してコンデンサ８４に接続されている。ダイオード８３で整流されてコンデンサ８４で平滑された電源電圧が、電圧生成回路５、比較回路６及びフォトカプラ４７に供給される。

ダイオード８３で整流された電圧は、また、ツェナーダイオード８５及び抵抗器８６の直列回路に与えられる。抵抗器８６の両端電圧は、フォトカプラ８７に含まれるＬＥＤ８７１に印加される。これにより、ダイオード８３が整流した電圧と、ツェナーダイオード８５のツェナー電圧との差分がＬＥＤ８７１に印加され、印加電圧に応じてＬＥＤ８７１が発光する。ＬＥＤ８７１が発光した光は、フォトカプラ８７に含まれるフォトトランジスタ８７２で受光され、該フォトトランジスタ８７２に流れる光電流の大／小に応じて低／高に変化する電圧が制御ＩＣ８２に帰還される。上述した構成により、降圧回路８では、トランス８１の一次側の回路と二次側の回路とが、フォトカプラ８７によって絶縁されている。

制御ＩＣ８２は、フォトトランジスタ８７２から帰還される電圧に応じて、トランス８１の一次巻線のスイッチングをＰＷＭ制御する。具体的には、帰還される電圧の高／低に応じて、ＰＷＭ制御のデューティ比が大／小に変化するように制御する。これにより、ダイオード８３で整流されてコンデンサ８４で平滑された電源電圧が一定の電圧となる。ここで生成された電源電圧は、点灯回路４の負荷の大小による影響を受けることなく一定の電圧となる。

その他、実施の形態１に対応する箇所には同様の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

以上にように本実施の形態２によれば、外部から供給される交流電圧を整流する整流器と、トランスを用いた電圧変換によって外部のＬＥＤに供給すべき直流電圧を生成する点灯回路との間に介装されたリアクトルを用いる昇圧回路によって力率を改善する。そして、外部のＬＥＤに供給される電流に応じた信号を点灯回路の一次側の制御ＩＣにフィードバックする二次側の比較回路及びフォトカプラに供給する電源電圧を、昇圧回路が昇圧した直流電圧を降圧する降圧回路が生成する。
これにより、昇圧回路が定常的に生成する直流電圧が降圧されて、点灯回路の二次側回路の電源電圧に変換されるため、点灯回路の負荷変動による二次側回路の電源電圧の変動が防止される。
従って光源を消灯に近付ける制御を行った場合であっても、コンバータを安定に作動させることが可能となる。

今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１００、１０１ 点灯装置
１４ 整流器
２ 昇圧回路（力率改善回路）
２１ リアクトル
２７ 第２の補助巻線（リアクトルに巻回された巻線）
４ 点灯回路（コンバータ）
４０ トランス（変圧器）
４６ 制御ＩＣ（制御回路の一次側回路の主部）
４７ フォトカプラ
５ 電圧生成回路
６ 比較回路（制御回路の二次側回路の主部）
７１，７２ ダイオード（電源回路の一部）
７３ 抵抗器（電源回路の一部）
７４ コンデンサ（電源回路の一部）
７５ 電源部（電源回路の一部）
８ 降圧回路

Claims (5)

1. 交流電源から供給される交流電圧を整流器で整流した直流電圧を、変圧器及び制御回路を有するコンバータでフィードバック制御して電圧変換し、電圧変換した直流電圧を外部の光源に供給する点灯装置において、
   リアクトルが前記整流器及びコンバータ間に介装されており、前記交流電源の力率を改善する力率改善回路を備え、
   前記制御回路は、前記変圧器の一次側のスイッチングを制御する一次側回路、及び前記光源に供給される電圧又は電流に応じた信号を前記一次側回路にフィードバックする二次側回路を含み、
   前記リアクトルに巻回された巻線に誘起する交流電圧から、前記二次側回路に供給する電源電圧を生成する電源回路を備えること
   を特徴とする点灯装置。
2. 前記巻線は、タップを有し、
   前記電源回路は、前記タップを用いた全波整流によって前記電源電圧を生成するようにしてあること
   を特徴とする請求項１に記載の点灯装置。
3. 前記コンバータは絶縁型であり、
   前記制御回路は、フォトカプラを有しており、該フォトカプラによって前記一次側回路及び二次側回路間が絶縁されていること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の点灯装置。
4. 前記二次側回路は、前記光源に供給される電流に応じた信号をフィードバックすることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の点灯装置。
5. 前記光源は、ＬＥＤであることを特徴とする請求項４に記載の点灯装置。

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