JP2014112528A - 発光素子点灯装置、照明器具、および照明システム - Google Patents

Abstract

【課題】 電源電圧のゼロクロス近傍において、交流電源の電源ラインにノイズが重畳しても、トライアックが不意にオフすることなく、安定した調光を行うことができる発光素子点灯装置、照明器具、および照明システムを提供する。
【解決手段】 発光素子からなる光源部１ｇ、および商用電源１０から供給される電力を用いて光源部１ｇに点灯電力を供給する電力変換回路１ｃを具備する照明負荷１１と、電力変換回路１ｃと商用電源１０との直列回路に直列接続されたトライアックＱ１１と、双方向スイッチング素子Ｑ１１を制御することで商用電源１０の交流電圧の導通角を可変とする位相制御を行う調光制御部３とを備え、調光制御部３は、トライアックＱ１１を導通させる期間のうち所定期間、トライアックをオンさせるトリガ信号を継続して供給し、電力変換回路１ｃは、商用電源１０の力率改善機能を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子点灯装置、照明器具、および照明システムに関するものである。

従来から、商用電源と、３極双方向サイリスタであるトライアックとを電気的に接続し、トライアックを制御して、商用電源の電源電圧の導通角を可変とすることによって、発光素子を調光制御する発光素子点灯装置がある。発光素子は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子、有機ＥＬ（Electroluminescence）素子等がある。

トライアックは、ゲートにトリガ信号を加えることによってオンする。そして、トライアックに流れるアノード電流が保持電流以下になることによって、またはアノード−カソード間に逆バイアスを印加することによって、トライアックはターンオフする。

一般に、トライアックをオフ状態からオン状態に切り替えるときのみ（ターンオン時にのみ）、トライアックのゲート端子にパルス状のトリガ信号を入力する、所謂パルストリガ方式が採用される。しかしながら、このパルストリガ方式では、商用電源の電源ラインにノイズが重畳すると、ノイズによりトライアックを流れるアノード電流が保持電流を下回ることで、トライアックが不意にオフ状態に切り替わる場合がある。

そこで、トライアックをオンさせて導通させる期間のうち所定期間、トライアックをオンさせるトリガ信号を継続して供給する、所謂ＤＣトリガ方式が提案された（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１８５９９８号公報

しかしながら、上述のＤＣトリガ方式を用いた発光素子点灯装置においても、下記のような問題がある。

まず、商用電源の電源ラインにノイズが重畳しない通常時において、トライアックは、図１４（ａ）に示すように、トリガ信号の継続期間Ｔ５１が終了した後、アノード電流が保持電流以下になるまでは、導通状態を維持する。この場合、トライアックの導通期間Ｔ５２は、トリガ信号が立ち上がってからアノード電流が保持電流以下になるまでとなる。したがって、電源電圧がゼロクロス近傍に達するまで、照明器具に電源電圧が印加される。なお、図１４（ａ）において、破線は商用電源の電源電圧を示し、実線は、照明器具の印加電圧を示す。

一方、商用電源の電源ラインにノイズが重畳する場合、トライアックは、図１４（ｂ）に示すように、トリガ信号の継続期間Ｔ５１が終了した後、ノイズによりアノード電流が保持電流以下となってオフする虞がある。この場合、図１４（ｂ）に示すように、トライアックの導通期間Ｔ５３は、期間Ｔ５２よりも短くなる。なお、図１４（ｂ）において、破線は商用電源の電源電圧を示し、実線は、照明器具の印加電圧を示す。

したがって、商用電源の電源電圧のゼロクロス近傍において、商用電源の電源ラインにノイズが重畳する場合、トライアックの導通期間が変動することで、照明器具の点灯にチラツキが生じたり、不意に消灯する虞があった。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、電源電圧のゼロクロス近傍において、交流電源の電源ラインにノイズが重畳しても、トライアックが不意にオフすることなく、安定した調光を行うことができる発光素子点灯装置、照明器具、および照明システムを提供することにある。

本発明の発光素子点灯装置は、自己保持機能を有する双方向スイッチング素子と交流電源との直列回路に直列接続され、前記双方向スイッチング素子は、導通する期間のうち所定期間に亘って、オンするためのトリガ信号を継続して供給される発光素子点灯装置であって、前記交流電源から供給される電力を入力されて発光素子からなる光源に点灯電力を供給し、前記交流電源の力率改善機能を有する電力変換回路を備えることを特徴とする。

この発明において、前記電力変換回路に並列接続されて、前記交流電源を供給源とするバイパス電流を生成するブリーダ回路を備え、前記ブリーダ回路は、前記電力変換回路に入力される電圧が閾値より低い場合のみ、前記バイパス電流を生成することが好ましい。

この発明において、前記ブリーダ回路は、前記バイパス電流を定電流に制御することが好ましい。

この発明において、前記ブリーダ回路は、前記電力変換回路に入力される電圧が前記閾値より低下して前記バイパス電流が流れ始めるとき、前記バイパス電流を漸増させることが好ましい。

この発明において、前記ブリーダ回路は、前記双方向スイッチング素子の導通時に前記バイパス電流を生成している期間において、前記電力変換回路に入力される電圧に基づいて前記バイパス電流の大きさを可変とし、前記双方向スイッチング素子に流れる電流の絶対値を所定値に近づかせることが好ましい。

この発明において、前記ブリーダ回路は、前記トリガ信号が継続して供給される前記所定期間内に、前記バイパス電流の生成を開始することが好ましい。

この発明において、前記ブリーダ回路は、前記トリガ信号が継続して供給される前記所定期間が終了した後に、前記バイパス電流の生成を開始することが好ましい。

この発明において、前記発光素子は、ＬＥＤ素子または有機ＥＬ素子であることが好ましい。

本発明の照明器具は、本発明の発光素子点灯装置を備えることを特徴とする。

この発明において、前記発光素子点灯装置から点灯電力を供給される発光素子を備えることが好ましい。

本発明の照明システムは、発光素子からなる光源、および交流電源から供給される電力を用いて前記光源に点灯電力を供給する電力変換回路を具備する照明負荷と、前記電力変換回路と交流電源との直列回路に直列接続されて自己保持機能を有する双方向スイッチング素子と、前記双方向スイッチング素子を制御することで前記交流電源の交流電圧の導通角を可変とする位相制御を行う調光制御部とを備え、前記調光制御部は、前記双方向スイッチング素子を導通させる期間のうち所定期間に亘って、前記双方向スイッチング素子をオンさせるトリガ信号を継続して供給し、前記電力変換回路は、前記交流電源の力率改善機能を有することを特徴とする。

以上説明したように、本発明では、電源電圧のゼロクロス近傍において、交流電源の電源ラインにノイズが重畳しても、トライアックが不意にオフすることなく、安定した調光を行うことができるという効果がある。

実施形態１の照明システムの構成を示すブロック図である。 同上の照明器具の構成を示す回路図である。 （ａ）〜（ｅ）同上の各部の動作を示す波形図である。 同上の電流引込部の構成を示す回路図である。 （ａ）（ｂ）同上の位相検出回路の動作を示す波形図である。 （ａ）〜（ｄ）同上のバイパス電流を説明する各部の波形図である。 （ａ）〜（ｅ）同上の別のバイパス電流を説明する各部の波形図である。 実施形態２の電流引込部の構成を示す回路図である。 実施形態３の電流引込部の構成を示す回路図である。 （ａ）〜（ｄ）同上のバイパス電流を説明する各部の波形図である。 （ａ）〜（ｃ）同上のバイパス電流を説明する各部の波形図である。 実施形態４の電流引込部の構成を示す回路図である。 （ａ）〜（ｃ）同上のバイパス電流を説明する各部の波形図である。 （ａ）（ｂ）従来の動作を示す各部の波形図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
図１は、本実施形態の照明システムの構成を示す。照明システムは、照明器具１と調光器２とを備える。この照明システムは、照明器具１と調光器２との直列回路が、商用電源１０（交流電源）の両端間に接続される。そして、照明器具１は、照明負荷１１と、ブリーダ回路１２とを並列接続して構成される。調光器２は、商用電源１０の電源電圧（交流電圧）を位相制御することによって、商用電源１０から照明器具１に供給される電力を調整する。

まず、照明負荷１１は、図２に示すように、入力フィルタ回路１ａと、整流回路１ｂと、電力変換回路１ｃと、位相検出回路１ｄと、調光回路１ｅと、出力フィードバック回路１ｆと、光源部１ｇとを備える。なお、電力変換回路１ｃとブリーダ回路１２とで、発光素子点灯装置１３を構成する。

入力フィルタ回路１ａは、照明負荷１１の入力端間に接続したコンデンサＣ１と、照明負荷１１の両電源ラインに直列接続したインダクタＬ１とを備える。この入力フィルタ回路１ａは、電源ラインに伝播するノイズや、空間へ輻射するノイズを抑制する機能を有する。

整流回路１ｂは、ダイオードをフルブリッジ接続して構成され、商用電源１０の電源電圧を全波整流する。

電力変換回路１ｃは、コンデンサＣ２，Ｃ３と、トランスＴ１と、スイッチング素子Ｑ１と、制御回路Ｋ１と、ダイオードＤ１とを備えて、非絶縁型のフライバックコンバータを構成する。この電力変換回路１ｃは、損失低減、雑音低減のために、擬似共振回路を構成しており、さらに、商用電源１０の力率を改善する力率改善機能を有する。

コンデンサＣ２は、整流回路１ｂの出力端間に接続したフィルムコンデンサであって、スイッチング素子Ｑ１のターンオン時に発生する電圧・電流スパイクを抑制する。このコンデンサＣ２は、平滑用コンデンサに比べて容量が小さく、平滑作用を考慮したものではない。すなわち、電力変換回路１ｃは、電解コンデンサ等の容量が大きい平滑コンデンサを入力手段に備えておらず、コンデンサインプット型の電源回路を構成するものではない。

トランスＴ１は、一次巻線Ｎ１、二次巻線Ｎ２、三次巻線Ｎ３を備えて、各巻線は互いに磁気的に結合している。そして、一次巻線Ｎ１とスイッチング素子Ｑ１との直列回路が、整流回路１ｂの出力端間に接続し、二次巻線Ｎ２の一端には、ダイオードＤ１が介挿されており、二次巻線Ｎ２とダイオードＤ１との直列回路には、平滑用のコンデンサＣ３が並列接続している。三次巻線Ｎ３は、制御回路Ｋ１に接続されて、制御回路Ｋ１の動作電源を生成する。

そして、制御回路Ｋ１は、スイッチング素子Ｑ１をオン・オフ駆動する。まず、スイッチング素子Ｑ１のオン時において、一次巻線Ｎ１およびスイッチング素子Ｑ１の直列回路に電流が流れ、一次巻線Ｎ１に磁気エネルギーが蓄積される。次に、スイッチング素子Ｑ１がオフすると、一次巻線Ｎ１の磁気エネルギーによって、二次巻線Ｎ２に誘起電圧が発生し、コンデンサＣ３の両端間に電圧が生じる。また、スイッチング素子Ｑ１がオフした場合には、一次巻線Ｎ１の磁気エネルギーによって、三次巻線Ｎ３にも誘起電圧が発生し、制御回路Ｋ１へ動作電源として供給される。

さらに、制御回路Ｋ１は、スイッチング素子Ｑ１をスイッチング制御することによって、電力変換回路１ｃの出力を所定値に制御し、さらには商用電源１０の力率を改善させる。なお、フライバックコンバータによる力率改善動作については、周知技術であり、詳細な説明は省略する。

光源部１ｇは、直列接続または並列接続した複数のＬＥＤ素子または有機ＥＬ素子から構成されており、コンデンサＣ３の両端間に接続している。

位相検出回路１ｄは、整流回路１ｂの各入力端にアノードを接続したダイオードＤ２，Ｄ３の各カソードに接続しており、調光器２によって位相制御された電源電圧を全波整流した電圧波形が入力される。そして、位相検出回路１ｄは、照明負荷１１に入力される電源電圧の導通角を検出し、この検出した導通角に応じたデューティ比の信号（デューティ信号）を、調光回路１ｅへ出力する。

調光回路１ｅは、デューティ信号のデューティ比に応じた負荷電流の目標値を設定し、この負荷電流の目標値に応じた電圧信号（目標信号）を、出力フィードバック回路１ｆへ出力する。

出力フィードバック回路１ｆは、光源部１ｇに直列接続した抵抗等によって、光源部１ｇに流れる負荷電流を検出する。また、出力フィードバック回路１ｆは、調光回路１ｅから入力された目標信号によって、負荷電流の目標値を取得する。そして、出力フィードバック回路１ｆは、負荷電流の検出値と目標値とに基づくフィードバック信号（例えば、負荷電流の検出値と目標値の誤差）を制御回路Ｋ１へ出力する。

制御回路Ｋ１は、フィードバック信号に応じて、スイッチング素子Ｑ１の導通期間（オン期間）を設定することによって、負荷電流が目標値に一致するように定電流制御を行う。

次に、調光器２は、図１に示すように、雑音防止用のフィルタを構成するコンデンサＣ１１及びインダクタＬ１１と、自己保持機能を有する双方向スイッチング素子であるトライアックＱ１１とを備える。コンデンサＣ１１は、調光器２の入力端間に接続し、コンデンサＣ１１には、トライアックＱ１１とインダクタＬ１１との直列回路が並列接続している。このトライアックＱ１１は、電力変換回路１ｃと商用電源１０との直列回路に直列接続している。そして、トライアックＱ１１がオンしている導通状態にあるとき、商用電源１０から照明器具１へ交流電力が供給される。

また、調光器２は、制御電源部４を備える。制御電源部４は、調光器２の各部（後述の調光制御部３等）の制御電源を生成するものであり、トライアックＱ１１に並列接続されている。

この制御電源部４は、ダイオードＤ１１と、コンデンサＣ１２と、電源回路Ｋ１１と、コンデンサＣ１３とを備える。

ダイオードＤ１１は、照明器具１からの電源ラインに接続しており、コンデンサＣ１２は、ダイオードＤ１１を介してトライアックＱ１１に並列接続している。電源回路Ｋ１１は、コンデンサＣ１２の両端電圧を制御電圧Ｖｃｃに変換して出力する。コンデンサＣ１３は、電源回路Ｋ１１の出力端間に接続された平滑用コンデンサである。ここで、コンデンサＣ１３の低圧端子は、回路グランドに接続している。

さらに、調光器２は、調光制御部３を備える。調光制御部３は、位相検出回路Ｋ１２、制御回路Ｋ１３、操作部Ｋ１４を備えており、トライアックＱ１１を制御することで、商用電源１０の電源電圧の導通角を可変とする位相制御を行う。

まず、照明器具１からの電源ライン（ダイオードＤ１１のアノード側）には、ダイオードＤ１２を介して位相検出回路Ｋ１２が接続されている。位相検出回路Ｋ１２は、グランド端子を回路グランドに接続しており、商用電源１０から供給される電源電圧の位相に基づいて、図３（ａ）に示す同期信号を生成し、制御回路Ｋ１３に出力する。具体的に、位相検出回路Ｋ１２は、ダイオードＤ１２を介して商用電源１０の電源電圧を検出することによって、商用電源１０の電源電圧と所定の閾値Ｖｔ１とを比較し、電源電圧が閾値Ｖｔ１を上回る期間をＨレベルとした同期信号を生成する。すなわち、同期信号は、電源電圧が閾値Ｖｔ１を上回ると立ち上がり、閾値Ｖｔ１を下回ると立ち下がる。なお、図３（ａ）〜（ｃ）において、破線は商用電源１０の電源電圧を示している。

制御回路Ｋ１３は、位相検出回路Ｋ１２から与えられる同期信号、および操作部Ｋ１４から与えられる調光信号に基づいて、トライアックＱ１１をターンオンさせるトリガ信号を生成する（図３（ｂ）参照）。トリガ信号の立ち上がりおよび立ち下がりは、何れも同期信号の立ち上がりを基準にして決定される。制御回路Ｋ１３は、トライアックＱ１１のゲートにトリガ信号を出力することによって、トライアックＱ１１のゲートに駆動電流が流れてトライアックＱ１１が導通状態となる。

すなわち、調光制御部３は、トライアックＱ１１をオン制御することによって、照明負荷１１に印加する電源電圧（電力変換回路１ｃに入力される電圧）を位相制御している。

以下、本実施形態の調光動作について説明する。まず、位相検出回路Ｋ１２が、同期信号を生成し、制御回路Ｋ１３に出力する。また、操作部Ｋ１４は、ユーザ操作に応じた調光信号を制御回路Ｋ１３に出力する。制御回路Ｋ１３は、同期信号および調光信号に基づいてトリガ信号を生成し、トライアックＱ１１のゲートに出力する。トライアックＱ１１は、トリガ信号の立ち上がり時にターンオンし、導通状態となる。したがって、図３（ｃ）に示すように、照明負荷１１には、商用電源１０の電源電圧が位相制御されて印加され、位相制御された商用電源１０の電源電圧が電力変換回路１ｃに入力される。なお、トリガ信号の立ち上がりは、ユーザが操作する操作部Ｋ１４から出力される電圧信号によって位相角が変化する。これにより、照明負荷１１に印加される電源電圧の導通角が変化するため、調光を行うことができる。

その後、トリガ信号が立ち下がると、トライアックＱ１１のゲートに駆動電流が流れなくなる。トライアックＱ１１は、アノード電流が保持電流を上回っている間は導通状態を維持するため、トリガ信号の立ち下がり後も暫くは照明負荷１１に商用電源１０の電源電圧が印加され続ける（図３（ｃ）参照）。そして、トライアックＱ１１のアノード電流が保持電流以下になると、トライアックＱ１１は非導通状態（オフ状態）に切り替わる。これにより、照明負荷１１への商用電源１０の電源電圧の印加が停止する。

照明負荷１１では、位相検出回路１ｄが、照明負荷１１に入力される電源電圧の導通角を検出し、この検出した導通角に応じたデューティ信号を調光回路１ｅへ出力する。調光回路１ｅは、デューティ信号のデューティ比に応じて負荷電流の目標値を設定し、この目標値に応じた目標信号を出力する。出力フィードバック回路１ｆは、負荷電流の検出値と目標値とに基づくフィードバック信号を制御回路Ｋ１へ出力する。制御回路Ｋ１は、フィードバック信号に応じて、スイッチング素子Ｑ１の導通期間（オン期間）を設定することによって、負荷電流が目標値に一致するように定電流制御を行い、光源部１ｇを調光する。

ここで、図３（ｂ）に示すように、トリガ信号はパルストリガとは異なり、照明負荷１１に点灯用の電力を与える期間のうち一定期間は継続してＨレベルとなっている。これにより、トライアックＱ１１のゲート端子には、トリガ信号が立ち下がるまで継続して駆動電流が流れる。すなわち、トライアックＱ１１を導通させる期間のうち一定期間（トリガ信号のＨレベル期間）、トライアックＱ１１に駆動電流を継続して与える。

また、照明負荷１１は、電力変換回路１ｃを用いており、図３（ｄ）に示すように、照明負荷１１の入力電流は正弦波状となり、商用電源１０の力率が改善されている。すなわち、商用電源１０の電源電圧の振幅がピークを過ぎて低下し、ゼロクロス付近に達した場合でも、トライアックＱ１１のアノード電流を確保できる。したがって、商用電源１０の電源電圧のゼロクロス近傍において、商用電源１０の電源ラインにノイズが重畳したとしても、トライアックＱ１１の導通期間の変動を抑制でき、光源部１ｇの点灯にチラツキが生じたり、不意に消灯する可能性を低減できる。

而して、本実施形態の発光素子点灯装置１３、照明器具１、照明システムは、電源電圧のゼロクロス近傍において、商用電源１０の電源ラインにノイズが重畳しても、トライアックＱ１１が不意にオフすることなく、安定した調光を行うことができる。

一方、電力変換回路１ｃの代わりに、整流回路１ｂの整流電圧を平滑する大容量の平滑用コンデンサ（例えば、電解コンデンサ）を設け、この平滑用コンデンサの電圧を光源部１ｇに印加したとする。この場合、照明負荷１１の入力電流は、図３（ｅ）に示す突入電流の波形となって、商用電源１０の力率が低くなる。したがって、このようなコンデンサインプット型の電力変換回路を用いた場合、商用電源１０の電源電圧の振幅がピークを過ぎて低下し、ゼロクロス付近に達した場合、トライアックＱ１１のアノード電流を確保することが難しくなる。したがって、電源電圧のゼロクロス近傍において、商用電源１０の電源ラインにノイズが重畳すると、トライアックＱ１１が不意にオフして、調光が不安定になる虞がある。

さらに、本実施形態では、トリガ信号のオフ期間においても、トライアックＱ１１に、保持電流を上回る十分なアノード電流が継続して流れるように、照明負荷１１の電力変換回路１ｃと並列にブリーダ回路１２を設けている（図１、図２参照）。また、このブリーダ回路１２は、トライアックＱ１１のオフ時に、調光器２の制御電源部４に電力を供給する機能も併せて有する。

まず、ブリーダ回路１２は、図２に示すように、整流回路１ｂの各入力端にアノードを接続したダイオードＤ２，Ｄ３と、ダイオードＤ２，Ｄ３の各カソードと整流回路１ｂの整流出力の低圧側との間に接続した電流引込部１２ａとを備える。すなわち、ブリーダ回路１２は、図１に示すように、照明負荷１１の電力変換回路１ｃに並列接続したものと等価的に考えることができる。

図４に、電流引込部１２ａの回路構成を示す。電流引込部１２ａでは、ＦＥＴ素子Ｑ３１、抵抗Ｒ３１、抵抗Ｒ３２の直列回路が、ダイオードＤ２，Ｄ３の各カソードと整流回路１ｂの整流出力の低圧側との間に接続している。ＦＥＴ素子Ｑ３１のドレインは、ダイオードＤ２，Ｄ３の各カソードに接続し、ＦＥＴ素子Ｑ３１のソースは、抵抗Ｒ３１，Ｒ３２の直列回路に接続している。さらに、ＦＥＴ素子Ｑ３１のゲートは、位相検出回路１ｄに接続している。また、ＦＥＴ素子Ｑ３１のゲートと整流回路１ｂの整流出力の低圧側との間には、ツェナダイオードＺＤ３１が接続している。

そして、位相検出回路１ｄは、照明負荷１１に入力される電源電圧の導通角を検出している。具体的に、位相検出回路１ｄは、位相制御された電源電圧を全波整流した電圧波形（図５（ａ）参照）が、ダイオードＤ２，Ｄ３を介して入力されており、この電圧波形を、閾値Ｖｔ２と比較することによって、導通角に応じたデューティ信号を生成している。デューティ信号は、電源電圧の振幅が閾値Ｖｔ２以上の場合、Ｌレベルとなり、電源電圧の振幅が閾値Ｖｔ２未満の場合、Ｈレベルとなる（図５（ｂ）参照）。位相検出回路１ｄは、このデューティ信号を電流引込部１２ａのＦＥＴ素子Ｑ３１のゲートに印加する。

そして、ＦＥＴ素子Ｑ３１は、デューティ信号がＨレベルのとき、すなわち位相制御された電源電圧の振幅が閾値Ｖｔ２未満のときにオンし、ダイオードＤ２またはＤ３、ＦＥＴ素子Ｑ３１、抵抗Ｒ３１，Ｒ３２を介してバイパス電流Ｉｂが流れる。このバイパス電流Ｉｂは、商用電源１０を供給源として、商用電源１０、ブリーダ回路１２、調光器２で構成される閉回路を流れる。

以下、このブリーダ回路１２による動作を、図６（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。なお、以下の説明では、バイパス電流Ｉｂの発生期間によって、バイパス電流Ｉｂ１，Ｉｂ２の符号を付している。なお、図６（ａ）（ｂ）において、破線は商用電源１０の電源電圧を示している。

まず、電源電圧がゼロクロスを通過した時点では、電源電圧の振幅が閾値Ｖｔ２未満であり（図６（ｂ）参照）、デューティ信号がＨレベルとなって（図６（ｃ）参照）、ＦＥＴ素子Ｑ３１がオンし、バイパス電流Ｉｂ１が発生する（図６（ｄ）参照）。このとき、調光器２のトライアックＱ１１はオフしており、バイパス電流Ｉｂ１は、調光器２のダイオードＤ１１を介して、コンデンサＣ１２を充電する。すなわち、制御電源部４は、トライアックＱ１１のオン状態を維持するためのバイパス電流Ｉｂを用いて、制御電圧Ｖｃｃを生成しており、簡易な構成で制御電源を確保できる。

そして、トリガ信号が立ち上がり（図６（ａ）参照）、トライアックＱ１１が導通すると、商用電源１０の電源電圧が照明負荷１１に印加される。この電源電圧の振幅が閾値Ｖｔ２以上となった時点で（図６（ｂ）参照）、デューティ信号がＬレベルとなって（図６（ｃ）参照）、ＦＥＴ素子Ｑ３１がオフし、バイパス電流Ｉｂ１はゼロになる（図６（ｄ）参照）。

そして、電源電圧の振幅が、ピーク値まで増加した後に低下し、トリガ信号が立ち下がると（図６（ａ）参照）、トライアックＱ１１のゲートに駆動電流が流れなくなるが、トライアックＱ１１は、アノード電流が保持電流を上回っている間、導通状態を維持する。

そして、本実施形態では、電源電圧が閾値Ｖｔ２未満になった場合（図６（ｂ）参照）、デューティ信号がＨレベルとなって（図６（ｃ）参照）、ＦＥＴ素子Ｑ３１がオンし、バイパス電流Ｉｂ２が発生する（図６（ｄ）参照）。このバイパス電流Ｉｂ２が、トリガ信号が立ち下がった後に導通状態を維持しているトライアックＱ１１を流れることによって、アノード電流が保持電流以上に維持される。

したがって、電源電圧のゼロクロス近傍において、商用電源１０の電源ラインにノイズが重畳しても、トライアックＱ１１が不意にオフすることなく、安定した調光を行うことができる。また、図６に示す実施形態では、閾値Ｖｔ２を比較的高く設定することによって、トリガ信号が立ち下がる以前に、デューティ信号がＨレベルに切り替わって、バイパス電流Ｉｂ２が流れ始めるので、耐ノイズ性がさらに向上している。

例えば、深調光時や、回路素子の温度特性等によって、光源部１ｇに供給される負荷電力が低減した場合、照明負荷１１の入力電流が低下することがある。この場合、入力電流のゼロクロス付近では、トライアックＱ１１のアノード電流が保持電流以下になる可能性があるが、バイパス電流Ｉｂによって、保持電流を上回るアノード電流を確保できる。

さらに、本実施形態では、力率改善機能を有する電力変換回路１ｃを用いることによって、コンデンサインプット型の電力変換回路を用いる場合に比べて、必要なバイパス電流Ｉｂを抑制でき、回路損失の低減を図ることができる。

また、電力変換回路１ｃによる力率改善によって、照明負荷１１の入力電流が高い位相角の領域（電源電圧が高い位相角の領域）では、バイパス電流Ｉｂを流す必要がないので、さらなる回路損失の低減を図ることができる。

また、電流引込部１２ａは、ＦＥＴ素子Ｑ３１のゲート−ソース間電圧と、抵抗Ｒ３１，Ｒ３２の直列回路の両端電圧との和が、ツェナダイオードＺＤ３１のツェナ電圧と一致するように、ＦＥＴ素子Ｑ３１のドレイン電流が定電流制御される。すなわち、電流引込部１２ａによって、バイパス電流Ｉｂは定電流制御されており、バイパス電流Ｉｂは、必要な保持電流を大幅に上回ることがなく、回路損失の低減に寄与している。

または、図７（ａ）〜（ｅ）に示すように、電源電圧と比較する閾値Ｖｔ２を比較的低く設定することによって（図７（ｂ）参照）、トリガ信号が立ち下がった後に、デューティ信号がＨレベルに切り替わって、バイパス電流Ｉｂ２を流し始めてもよい。この場合、トリガ信号が立ち下がってからバイパス電流Ｉｂ２が流れ始めるまでに、バイパス電流Ｉｂ２が流れない期間Ｔａが発生する（図７（ｅ）参照）。しかし、照明負荷１１は、電力変換回路１ｃを用いて商用電源１０の力率を改善しており、照明負荷１１の入力電流（トライアックＱ１１のアノード電流）は、ゼロクロス近傍でも十分大きい値になる（図７（ｃ）参照）。したがって、期間Ｔａにおいても、商用電源１０の電源ラインに重畳するノイズに対する耐ノイズ性は確保できる。さらに、バイパス電流Ｉｂ２を流す期間を短くすることによって、回路損失をより低減できる。なお、図７（ａ）（ｂ）において、破線は商用電源１０の電源電圧を示している。

上述のように、本実施形態では、電源電圧のゼロクロス近傍においてもトライアックＱ１１のオン状態を維持するためにバイパス電流Ｉｂを生成し、このバイパス電流Ｉｂを用いて制御電源を確保している。さらには、バイパス電流Ｉｂを定電流制御することによって、回路損失を低減している。

なお、本実施形態の照明器具１の調光方式では、スイッチング素子Ｑ１のオン・オフにより光源部１ｇを調光しているが、光源部１ｇに流れる電流を可変することにより調光を行う回路構成でも同様の効果を奏することはいうまでもない。

また、光源部１ｇに用いるＬＥＤ素子、有機ＥＬ素子は、点灯時にノイズが発生しやすく、上述の各動作がより効果的となる。なお、本実施形態では、光源部１ｇとしてＬＥＤ素子または有機ＥＬ素子を用いているが、これに限定される必要はなく、他の固体発光素子を光源部１ｇに用いてもよい。

（実施形態２）
本実施形態は、ブリーダ回路１２の電流引込部の構成が実施形態１と異なるものであり、図８は、本実施形態の電流引込部１２ｂの構成を示す。なお、他の構成は実施形態１と同様であり、説明は省略する。

ブリーダ回路１２の電流引込部１２ｂは、オペアンプＯＰ３１と、ＦＥＴ素子Ｑ３２と、抵抗Ｒ３３，Ｒ３４とを備える。

そして、ＦＥＴ素子Ｑ３２、抵抗Ｒ３３の直列回路が、ダイオードＤ２，Ｄ３の各カソードと整流回路１ｂの整流出力の低圧側との間に接続している。ＦＥＴ素子Ｑ３２のドレインは、ダイオードＤ２，Ｄ３の各カソードに接続し、ＦＥＴ素子Ｑ３２のソースは、抵抗Ｒ３３に接続している。

また、オペアンプＯＰ３１の非反転入力は、位相検出回路１ｄの出力に接続し、オペアンプＯＰ３１の反転入力は、ＦＥＴ素子Ｑ３２のソースに接続している。そして、オペアンプＯＰ３１の出力は、ＦＥＴ素子Ｑ３２のゲートに接続している。さらに、オペアンプＯＰ３１の非反転入力と整流回路１ｂの整流出力の低圧側との間には、抵抗Ｒ３４が接続している。

そして、位相検出回路１ｄは、照明負荷１１に入力される電源電圧の導通角を検出している。具体的に、位相検出回路１ｄは、位相制御された電源電圧を全波整流した電圧波形（図５（ａ）参照）が、ダイオードＤ２，Ｄ３を介して入力されており、この電圧波形を、閾値Ｖｔ２と比較することによって、導通角に応じたデューティ信号を生成している。デューティ信号は、電源電圧の振幅が閾値Ｖｔ２以上の場合、Ｌレベルとなり、電源電圧の振幅が閾値Ｖｔ２未満の場合、Ｈレベルとなる（図５（ｂ）参照）。

位相検出回路１ｄは、このデューティ信号を電流引込部１２ｂのオペアンプＯＰ３１の非反転入力に印加する。オペアンプＯＰ３１は、デューティ信号がＨレベルのときに、出力電圧をＨレベルとして、ＦＥＴ素子Ｑ３２をオンさせる。

すなわち、ＦＥＴ素子Ｑ３２は、デューティ信号がＨレベルのとき、すなわち位相制御された電源電圧の振幅が閾値Ｖｔ２未満のときにオンし、ダイオードＤ２またはＤ３、ＦＥＴ素子Ｑ３２、抵抗Ｒ３３を介してバイパス電流Ｉｂが流れる。このバイパス電流Ｉｂは、商用電源１０、ブリーダ回路１２、調光器２の閉回路を流れる。

オペアンプＯＰ３１は、バイパス電流Ｉｂによって発生する抵抗Ｒ３３の両端電圧と、オペアンプＯＰ３１の非反転入力に印加されるデューティ信号のＨレベル電圧とが一致するように、ＦＥＴ素子Ｑ３２のドレイン電流を定電流制御する。すなわち、電流引込部１２ｂによって、バイパス電流Ｉｂは定電流制御されており、バイパス電流Ｉｂは、必要な保持電流を大幅に上回ることがなく、回路損失の低減に寄与している。

なお、バイパス電流Ｉｂを用いた回路動作は、実施形態１と同様であり、説明は省略する。

（実施形態３）
本実施形態は、ブリーダ回路１２の電流引込部の構成が実施形態１と異なるものであり、図９は、本実施形態の電流引込部１２ｃの構成を示す。なお、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して、説明は省略する。

まず、実施形態１の電流引込部１２ａを用いたブリーダ回路１２による動作は、図１０（ａ）〜（ｄ）に示される。

電源電圧の振幅が閾値Ｖｔ２未満である場合（図１０（ａ）参照）、ＦＥＴ素子Ｑ３１がオンして、バイパス電流Ｉｂ１，Ｉｂ２が発生する（図１０（ｄ）参照）。バイパス電流Ｉｂ１は、調光器２の制御電源を確保するための電流である。バイパス電流Ｉｂ２は、電源電圧のゼロクロス近傍においてもトライアックＱ１１のオン状態を維持するための電流である。照明器具１の入力電流は、照明負荷１１の入力電流とバイパス電流Ｉｂ１，Ｉｂ２との和となる（図１０（ｂ）参照）。

そして、トライアックＱ１１のアノード電流（トライアックＱ１１を流れる電流）は、照明負荷１１の入力電流とバイパス電流Ｉｂ２との和となる（図１０（ｃ）参照）。バイパス電流Ｉｂ２が流れている期間Ｔｂ２において、トライアックＱ１１のアノード電流は、耐ノイズ性を向上させるために、トライアックＱ１１の保持電流Ｉｈを確保できればよい。すなわち、期間Ｔｂ２において保持電流Ｉｈを超えて流れるバイパス電流Ｉｂ２（図１０（ｃ）の斜線部）は本来不要であり、照明システム内で発生する損失の要因となる。

そこで、ブリーダ回路１２は、期間Ｔｂ２においてトライアックＱ１１を流れる不要なアノード電流を抑制するために、照明負荷１１に印加される電圧（電力変換回路１ｃに入力される電圧）が閾値Ｖｔ２より低下してバイパス電流Ｉｂ２が流れ始めるとき、バイパス電流Ｉｂ２を漸増させる。なお、照明器具１の入力電流は、照明負荷１１の入力電流とバイパス電流Ｉｂ１，Ｉｂ２との和となる（図１１（ａ）参照）。

ブリーダ回路１２の電流引込部１２ｃは、電流引込部１２ａ（図４参照）にコンデンサＣ２１、抵抗Ｒ４１，Ｒ４２、ダイオードＤ２１を付加して構成される。コンデンサＣ２１は、ツェナダイオードＺＤ３１に並列接続している。抵抗Ｒ４１は、位相検出回路１ｄからＦＥＴ素子Ｑ３１のゲートに至る経路（デューティ信号を出力する経路）において、コンデンサＣ２１およびツェナダイオードＺＤ３１の前段に挿入される。抵抗Ｒ４２とダイオードＤ２１との直列回路は、抵抗Ｒ４１に並列接続している。ダイオードＤ２１は、ＦＥＴ素子Ｑ３１のゲートから位相検出回路１ｄに向かう方向を順方向とする。

そして、位相検出回路１ｄが出力するデューティ信号がＬレベルからＨレベルに切り替わると、抵抗Ｒ４１を介してコンデンサＣ２１が徐々に充電される。すなわち、ＦＥＴ素子Ｑ３１のゲート電圧は、抵抗Ｒ４１およびコンデンサＣ２１で決まる時定数によって徐々に増大する。そして、ＦＥＴ素子Ｑ３１は、ターンオン時に非飽和領域から飽和領域に徐々に移行するので、ＦＥＴ素子Ｑ３１のドレイン電流が徐々に増大する。したがって、バイパス電流Ｉｂ２は、流れ始めるときに徐々に増大（漸増）した後、振幅の絶対値が一定に制御される（図１１（ｃ）参照）。

バイパス電流Ｉｂ２が立ち上がり時に徐々に増大することによって、バイパス電流Ｉｂ２は、期間Ｔｂ２に保持電流Ｉｈを超えて流れる過剰分（図１１（ｂ）の斜線部）が低減している。したがって、不要なアノード電流を抑制でき、照明システム内で発生する損失を低減させることができる。

また、位相検出回路１ｄが出力するデューティ信号がＨレベルからＬレベルに切り替わると、抵抗Ｒ４１を通る経路、ダイオードＤ２１および抵抗Ｒ４２を通る経路によってコンデンサＣ２１が放電される。すなわち、コンデンサＣ２１は２つの経路によって放電するので、ＦＥＴ素子Ｑ３１のゲート電圧の立ち下りに要する時間が短くなる。したがって、ＦＥＴ素子Ｑ３１は、ターンオフ時のスイッチング損失を抑制することができる。

（実施形態４）
本実施形態の構成は、図１２に示されており、実施形態３と同様に期間Ｔｂ２においてトライアックＱ１１を流れる不要なアノード電流を抑制する。なお、実施形態１、３と同様の構成には同一の符号を付して、説明は省略する。

図１２のブリーダ回路１２は、電流引込部１２ｄを備える。電流引込部１２ｄでは、ＦＥＴ素子Ｑ３１、抵抗Ｒ３１、抵抗Ｒ３２の直列回路が、ダイオードＤ２，Ｄ３の各カソードと整流回路１ｂの整流出力の低圧側との間に接続している。そして、ＦＥＴ素子Ｑ３１のゲートは、位相検出回路１ｈに接続している。

本実施形態の位相検出回路１ｈは、マイクロコンピュータを用いる。位相検出回路１ｈは、整流回路１ｂの各入力端にアノードを接続したダイオードＤ２，Ｄ３の各カソードに接続しており、調光器２によって位相制御された電源電圧を全波整流した電圧波形が入力される。そして、位相検出回路１ｈは、照明負荷１１に入力される電源電圧の大きさ（電源電圧の瞬時値）を検出し、この電源電圧の瞬時値に基づいて、デューティ信号の振幅を制御し、ＦＥＴ素子Ｑ３１のドレイン電流（バイパス電流Ｉｂ）の波形を制御する。位相検出回路１ｈによるデューティ信号の振幅制御は、マイクロコンピュータがプログラムを実行することによって実現される。

具体的に、位相検出回路１ｈは、デューティ信号をＬレベルからＨレベルに切り替える場合、電源電圧の瞬時値が低下するにしたがって、デューティ信号の振幅を段階的または連続的に徐々に増大させる。すなわち、ＦＥＴ素子Ｑ３１のゲート電圧は、位相検出回路１ｈによって制御されて、段階的または連続的に徐々に増大する。そして、ＦＥＴ素子Ｑ３１は、ターンオン時に非飽和領域から飽和領域に徐々に移行するので、ＦＥＴ素子Ｑ３１のドレイン電流が段階的または連続的に徐々に増大する。而して、バイパス電流Ｉｂ２は、流れ始めるときに段階的または連続的に徐々に増大（漸増）した後、振幅の絶対値が一定に制御される（図１３（ｃ）参照）。なお、照明器具１の入力電流は、照明負荷１１の入力電流とバイパス電流Ｉｂ１，Ｉｂ２との和となる（図１３（ａ）参照）。

すなわち、マイクロコンピュータを用いた位相検出回路１ｈは、期間Ｔｂ２において、照明負荷１１の入力電流とバイパス電流Ｉｂ２との和が保持電流Ｉｈに近づくように、電源電圧の瞬時値に応じてバイパス電流Ｉｂ２の大きさを制御する。而して、バイパス電流Ｉｂ２は、期間Ｔｂ２において保持電流Ｉｈを超えて流れる過剰分（図１３（ｂ）の斜線部）ができるだけ抑制されている。したがって、不要なアノード電流をより抑制でき、照明システム内で発生する損失をより低減させることができる。

上述のように、ブリーダ回路１２が、期間Ｔｂ２において、照明負荷１１に印加される電圧（電力変換回路１ｃに入力される電圧）に基づいてバイパス電流Ｉｂ２の大きさを可変とすることによって、トライアックＱ１１のアノード電流の絶対値が保持電流Ｉｈに近づく。

すなわち、上述の発光素子点灯装置１３は、自己保持機能を有する双方向スイッチング素子（トライアックＱ１１）と交流電源（商用電源１０）との直列回路に直列接続される。このトライアックＱ１１は、導通する期間のうち所定期間に亘って、オンするためのトリガ信号を継続して供給される。そして、発光素子点灯装置１３は、商用電源１０から供給される電力を入力されて発光素子からなる光源部１ｇに点灯電力を供給し、商用電源１０の力率改善機能を有する電力変換回路１ｃを備える。

また、上述の照明器具１は、本発明の発光素子点灯装置１３を備えることを特徴とする。

また、上述の照明システムは、発光素子からなる光源部１ｇ、および交流電源（商用電源１０）から供給される電力を用いて光源部に１ｇに点灯電力を供給する電力変換回路１ｃを具備する照明負荷１１を備える。さらに照明システムは、電力変換回路１ｃと商用電源１０との直列回路に直列接続されて自己保持機能を有する双方向スイッチング素子（トライアックＱ１１）と、トライアックＱ１１を制御することで商用電源１０の交流電圧の導通角を可変とする位相制御を行う調光制御部３とを備える。そして、調光制御部３は、トライアックＱ１１を導通させる期間のうち所定期間に亘って、トライアックＱ１１をオンさせるトリガ信号を継続して供給し、電力変換回路１ｃは、商用電源１０の力率改善機能を有する。

１ 照明器具
２ 調光器
３ 調光制御部
１０ 商用電源（交流電源）
１１ 照明負荷
１２ ブリーダ回路
１３ 発光素子点灯装置
１ｃ 電力変換回路
１ｇ 光源部
Ｑ１１ トライアック（双方向スイッチング素子）

Claims (11)

1. 自己保持機能を有する双方向スイッチング素子と交流電源との直列回路に直列接続され、前記双方向スイッチング素子は、導通する期間のうち所定期間に亘って、オンするためのトリガ信号を継続して供給される発光素子点灯装置であって、
   前記交流電源から供給される電力を入力されて発光素子からなる光源に点灯電力を供給し、前記交流電源の力率改善機能を有する電力変換回路を備える
   ことを特徴とする発光素子点灯装置。
2. 前記電力変換回路に並列接続されて、前記交流電源を供給源とするバイパス電流を生成するブリーダ回路を備え、
   前記ブリーダ回路は、前記電力変換回路に入力される電圧が閾値より低い場合のみ、前記バイパス電流を生成する
   ことを特徴とする請求項１記載の発光素子点灯装置。
3. 前記ブリーダ回路は、前記バイパス電流を定電流に制御することを特徴とする請求項２記載の発光素子点灯装置。
4. 前記ブリーダ回路は、前記電力変換回路に入力される電圧が前記閾値より低下して前記バイパス電流が流れ始めるとき、前記バイパス電流を漸増させることを特徴とする請求項２または３記載の発光素子点灯装置。
5. 前記ブリーダ回路は、前記双方向スイッチング素子の導通時に前記バイパス電流を生成している期間において、前記電力変換回路に入力される電圧に基づいて前記バイパス電流の大きさを可変とし、前記双方向スイッチング素子に流れる電流の絶対値を所定値に近づかせることを特徴とする請求項４記載の発光素子点灯装置。
6. 前記ブリーダ回路は、前記トリガ信号が継続して供給される前記所定期間内に、前記バイパス電流の生成を開始することを特徴とする請求項２乃至５いずれか記載の発光素子点灯装置。
7. 前記ブリーダ回路は、前記トリガ信号が継続して供給される前記所定期間が終了した後に、前記バイパス電流の生成を開始することを特徴とする請求項２乃至５いずれか記載の発光素子点灯装置。
8. 前記発光素子は、ＬＥＤ素子または有機ＥＬ素子であることを特徴とする請求項１乃至７いずれか記載の発光素子点灯装置。
9. 請求項１乃至８いずれか記載の発光素子点灯装置を備えることを特徴とする照明器具。
10. 前記発光素子点灯装置から点灯電力を供給される発光素子を備えることを特徴とする請求項９記載の照明器具。
11. 発光素子からなる光源、および交流電源から供給される電力を用いて前記光源に点灯電力を供給する電力変換回路を具備する照明負荷と、
    前記電力変換回路と交流電源との直列回路に直列接続されて自己保持機能を有する双方向スイッチング素子と、
    前記双方向スイッチング素子を制御することで前記交流電源の交流電圧の導通角を可変とする位相制御を行う調光制御部とを備え、
    前記調光制御部は、前記双方向スイッチング素子を導通させる期間のうち所定期間に亘って、前記双方向スイッチング素子をオンさせるトリガ信号を継続して供給し、
    前記電力変換回路は、前記交流電源の力率改善機能を有する
    ことを特徴とする照明システム。

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