JP2019135686A - Ｌｅｄ用電源装置及びｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出力ＬＥＤ回路における出力電力の増加及び大幅な設計変更を回避しつつ合計光量を増加させることができるＬＥＤ用電源装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ用電源装置１は、入力電圧を全波整流する全波整流回路１０と、全波整流回路１０の全波整流出力が入力されるインダクタ要素２１ｐをスイッチング素子２２によってスイッチングすることによって所定の直流出力電流を生成してその直流出力電流を出力ＬＥＤ回路４０に供給するスイッチング回路２０と、全波整流回路１０の高電位側出力端子Ｄｈからインダクタ要素２１ｐ及びスイッチング素子２２を介して全波整流回路１０の低電位側出力端子Ｄｇに到達する電流経路に挿入接続された追加ＬＥＤ回路５０とを備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、ＬＥＤ用電源装置及びそれを用いたＬＥＤ照明装置に関する。

特許文献１のＬＥＤ点灯装置は、整流回路及びＤＣ／ＤＣコンバータ（スイッチング回路）を備える。スイッチング回路はフライバックコンバータからなり、整流回路の出力端子間に、フライバックコンバータのトランスの一次巻線及びスイッチング素子が接続される。トランスの二次巻線はダイオードを介してコンデンサに接続され、負荷となる出力ＬＥＤ回路がコンデンサに並列接続される。

特開２０１４−２３９６２９号公報

特許文献１のようなスイッチング回路からの出力電流を出力ＬＥＤ回路に供給するＬＥＤ用電源装置では、光量を増加させるために出力ＬＥＤ回路のＬＥＤ素子を増加させると、スイッチング回路の設計変更が必要となってしまう。この設計変更においては、スイッチング回路の回路部品、特にインダクタ（トランスなど）の変更が必要となる。そのため、設計変更前のインダクタが廃棄され、設計変更後のインダクタが新たに設計及び製造されることになる。しかし、このような設計変更に伴う旧部品の廃棄並びに新部品の設計及び製造に起因して、ＬＥＤ用電源装置が高コスト化してしまうという問題がある。また、設計変更の結果としてトランスが大型化すると、装置全体の回路部品配置又は筐体設計の変更も必要となり、更なる高コスト化の問題も生じ得る。

そこで、本発明は、出力ＬＥＤ回路における出力電力の増加及びそれに伴う大幅な設計変更を回避しつつ合計光量を増加させることができるＬＥＤ用電源装置及びそれを用いたＬＥＤ照明装置を提供することを課題とする。

本発明の第１の形態のＬＥＤ用電源装置は、入力電圧を全波整流する全波整流回路と、全波整流回路の全波整流出力が入力されるインダクタ要素をスイッチング素子によってスイッチングすることによって所定の直流出力電流を生成してその直流出力電流を出力ＬＥＤ回路に供給するスイッチング回路と、全波整流回路の高電位側出力端子からインダクタ要素及びスイッチング素子を介して全波整流回路の低電位側出力端子に到達する電流経路に挿入接続された追加ＬＥＤ回路とを備える。

上記第１の形態のＬＥＤ用電源装置によると、追加ＬＥＤ回路が、全波整流回路の高電位側出力端子からインダクタ要素及びスイッチング素子を介して全波整流回路の低電位側出力端子に到達する電流経路に挿入接続される。これにより、スイッチング回路の出力側の回路を変更することなく追加の光量を得ることができる。したがって、出力ＬＥＤ回路における出力電力の増加及びそれに伴う大幅な設計変更を回避しつつ合計光量を増加させることができるＬＥＤ用電源装置が実現される。

本発明の第２の形態のＬＥＤ用電源装置は、入力電圧を全波整流する全波整流回路と、全波整流回路の全波整流出力が入力されるインダクタ要素をスイッチング素子によってスイッチングすることによって所定の直流出力電流を生成してその直流出力電流を出力ＬＥＤ回路に供給するスイッチング回路と、全波整流回路の高電位側出力端子からインダクタ要素及びスイッチング素子を介して全波整流回路の低電位側出力端子に到達する電流経路に挿入接続される追加ＬＥＤ回路を接続可能な追加接続端子とを備える。

上記第２の形態のＬＥＤ用電源装置によると、追加接続端子が、全波整流回路の高電位側出力端子からインダクタ要素及びスイッチング素子を介して全波整流回路の低電位側出力端子に到達する電流経路に挿入接続される追加ＬＥＤ回路を接続可能な態様で設けられる。これにより、スイッチング回路の出力側の回路を変更することなく、変更可能な追加の光量を得ることができる。したがって、出力ＬＥＤ回路における出力電力の増加及びそれに伴う実質的な設計変更を回避しつつ合計光量を増加させることができるＬＥＤ用電源装置が実現される。

上記第１又は第２の形態のＬＥＤ用電源装置において、全波整流回路とスイッチング回路との間に、全波整流回路の出力端間に接続された第１のコンデンサ、スイッチング回路の入力端間に接続された第２のコンデンサ、及び第１のコンデンサと第２のコンデンサの間において上記電流経路に挿入接続されたコイルを含むフィルタ回路がさらに設けられ、追加ＬＥＤ回路又は追加接続端子は、フィルタ回路内、フィルタ回路の前段又はフィルタ回路の後段のいずれかに接続され得る。追加ＬＥＤ回路又は追加接続端子がフィルタ回路の前段に接続される場合、追加ＬＥＤ回路はスイッチング素子のスイッチングに伴う過渡的な影響を受けにくくなるため、ＬＥＤ用電源装置の信頼性確保が容易となる。追加ＬＥＤ回路又は追加接続端子がフィルタ回路の後段に接続される場合、谷部の比較的高い脈流電圧が追加ＬＥＤ回路に入力されることになる。したがって、入力電圧の交流周期に起因する追加ＬＥＤ回路のオフ期間が短くなり、より高力率のＬＥＤ用電源装置が構成され得る。また、追加ＬＥＤ回路又は追加接続端子がフィルタ回路内に配置される場合、スイッチング素子のスイッチングに伴う追加ＬＥＤ回路への過渡的な影響の緩和と、入力電圧の交流周期に起因する追加ＬＥＤ回路のオフ期間の短縮化の抑制とのバランスをとることができ、ＬＥＤ用電源装置の信頼性確保及び力率向上が実現される。

上記第１又は第２の形態のＬＥＤ用電源装置において、スイッチング回路は直流出力電流を定電流制御するようにスイッチング素子を駆動する駆動制御回路を含み、入力電圧の低下又は上昇に対して直流出力電流をそれぞれ減少又は増加させるように駆動制御回路を動作させる補償回路がさらに設けられる。これにより、スイッチング回路が定電流制御される場合であっても、入力電圧の低下／上昇に対する追加ＬＥＤ回路の電流の増加／減少に起因する全体光量の増加／減少を抑制可能なＬＥＤ用電源装置が実現される。

上記第１又は第２の形態のＬＥＤ用電源装置において、スイッチング回路はフライバックコンバータからなり、インダクタ要素はフライバックコンバータを構成するトランスの一次巻線を含み、追加ＬＥＤ回路又は追加接続端子は一次巻線及びスイッチング素子に直列接続されることが好ましい。このように、部品数が少なく汎用的なフライバックコンバータのスイッチング回路においても、その主部品であるトランスの設計を変更することなく合計光量が増加可能となり、その汎用性が担保される。

本発明のＬＥＤ照明装置は、上記第１の形態のＬＥＤ用電源装置と、出力ＬＥＤ回路とを備える。これにより、第１の形態に関して上述した効果を有するＬＥＤ照明装置が実現される。

ここで、発光面において、出力ＬＥＤ回路を構成する第１のＬＥＤ素子群の重心位置と追加ＬＥＤ回路を構成する第２のＬＥＤ素子群の重心位置が実質的に一致するように第１のＬＥＤ素子群及び第２のＬＥＤ素子群が配置されることが好ましい。これにより、各第１のＬＥＤ素子の輝度と各第２のＬＥＤ素子の輝度が異なっていても、発光面及びそれにより照射される照射面における配光の対称性が高まり、使用者において視覚的違和感の少ないＬＥＤ照明装置が実現される。

また、発光面において、出力ＬＥＤ回路を構成する第１のＬＥＤ素子群によって画定される領域と追加ＬＥＤ回路を構成する第２のＬＥＤ素子群によって画定される領域とが重なるように第１のＬＥＤ素子群及び第２のＬＥＤ素子群が配置されることが好ましい。これにより、第１のＬＥＤ素子群の発光と第２のＬＥＤ素子群の発光とが混在する。したがって、各第１のＬＥＤ素子の輝度と各第２のＬＥＤ素子の輝度が異なっていても、発光面及びそれにより照射される照射面における輝度の均一性が高まり、あるいは不連続性が減少し、使用者において視覚的違和感の少ないＬＥＤ照明装置が実現される。

本発明のＬＥＤ照明装置は、上記第２の形態のＬＥＤ用電源装置と、出力ＬＥＤ回路とを備える。また、本発明のＬＥＤ照明装置は、追加接続端子に接続された追加ＬＥＤ回路をさらに備える。これにより、第２の形態に関して上述した効果を有するＬＥＤ照明装置が実現される。

第１の実施形態のＬＥＤ用電源装置及びＬＥＤ照明装置の回路図である。 第１の実施形態の代替例のＬＥＤ用電源装置及びＬＥＤ照明装置の回路図である。 第１の実施形態の代替例のＬＥＤ用電源装置及びＬＥＤ照明装置の回路図である。 第１の実施形態のＬＥＤ照明装置における出力ＬＥＤ回路及び追加ＬＥＤ回路のＬＥＤ素子の配置を説明する図である。 第１の実施形態のＬＥＤ照明装置における出力ＬＥＤ回路及び追加ＬＥＤ回路のＬＥＤ素子の配置を説明する図である。 第２の実施形態のＬＥＤ用電源装置及びＬＥＤ照明装置の回路図である。 第３の実施形態のＬＥＤ用電源装置及びＬＥＤ照明装置の回路図である。 変形例によるＬＥＤ用電源装置及びＬＥＤ照明装置の回路図である。

＜第１の実施形態＞
図１に、第１の実施形態によるＬＥＤ用電源装置１及びＬＥＤ照明装置２の回路図を示す。ＬＥＤ照明装置２は、ＬＥＤ用電源装置１及び出力ＬＥＤ回路４０を含む。ＬＥＤ用電源装置１は、商用電源等の交流電源ＡＣからの入力電圧を受けて直流出力電流を出力ＬＥＤ回路４０に供給する。出力ＬＥＤ回路４０は直列接続された複数のＬＥＤ素子４１を含み、そのアノード端及びカソード端がそれぞれ出力接続端子Ｔ１及びＴ２においてＬＥＤ用電源装置１に接続される。ＬＥＤ用電源装置１は、全波整流回路１０、フィルタ回路１５、スイッチング回路２０及び追加ＬＥＤ回路５０を備える。

全波整流回路１０は、ダイオードブリッジからなり、入力電圧を全波整流する。なお、全波整流回路１０の前段にノイズフィルタ（コンデンサ１１のみ図示）、電流ヒューズ（不図示）などが接続され得る。以下の説明において、全波整流回路１０の整流出力電圧を電圧Ｖ１というものとする。全波整流回路１０の共通カソード端子及び共通アノード端子をそれぞれ高電位側出力端子Ｄｈ及び低電位側出力端子Ｄｇといい、低電位側出力端子Ｄｇと同電位の回路点を一次側グランドＧ１という。

フィルタ回路１５は、コンデンサ１６、コイル１７及びコンデンサ１８を含むπ型フィルタ回路である。コンデンサ１６は全波整流回路１０の出力端子Ｄｈ−Ｄｇ間に接続され、コンデンサ１８はスイッチング回路２０の入力端間に接続される。コイル１７は、全波整流回路１０とスイッチング回路２０の間の主電流回路において、コンデンサ１６とコンデンサ１８の間に挿入接続される。コンデンサ１６に現れる電圧Ｖ１は、若干平滑された脈流電圧となる。

スイッチング回路２０は、トランス２１、スイッチング素子２２、ダイオード２３、コンデンサ２４、電流検出抵抗２５及び駆動制御回路３０を含み、スイッチング素子２２は駆動制御回路３０によってＰＷＭ駆動される。なお、スイッチング素子２２は、例えばＭＯＳＦＥＴからなるので、以下においてＦＥＴ２２ともいう。スイッチング回路２０は、力率改善機能を有するいわゆるワンコンバータ方式のフライバック回路を構成し、すなわち、出力側のコンデンサ２４が平滑コンデンサとして機能し、その容量が入力側のコンデンサ１６及び１８の容量よりも大きい。ＦＥＴ２２のオン期間にトランス２１の一次巻線２１ｐにエネルギーが蓄積され、ＦＥＴ２２のオフ期間にそのエネルギーがトランス２１の二次巻線２１ｓからダイオード２３を介してコンデンサ２４及び出力ＬＥＤ回路４０に出力される。したがって、ＦＥＴ２２のオン期間には、コンデンサ２４からの放電電流が出力ＬＥＤ回路４０に直流出力電流（ＬＥＤ電流）として供給され、ＦＥＴ２２のオフ期間には、ダイオード２３を通過する電流がコンデンサ２４の充電電流及びＬＥＤ電流となる。これにより、スイッチング回路２０は、後述の追加ＬＥＤ回路５０によって電圧降下されてフィルタ回路１５によってフィルタリングされた後の整流出力電圧を所定の直流出力電流に変換し、この直流出力電流を出力接続端子Ｔ１及びＴ２を介して出力ＬＥＤ回路４０に供給する。なお、コンデンサ２４の低電位側電極と同電位の回路点を二次側グランドＧ２という。

電流検出抵抗２５は、出力ＬＥＤ回路４０のカソード端と二次側グランドＧ２との間に接続された低抵抗素子である。電流検出抵抗２５には、ＬＥＤ電流に比例した電圧である電流検出値が発生する。この電流検出値は、駆動制御回路３０に入力される。

駆動制御回路３０は、定電流制御部３１、フォトカプラ３２及びＰＷＭ駆動部３３を含む。定電流制御部３１はオペアンプ（不図示）などを含み、このオペアンプに電流検出抵抗２５によって生成された電流検出値が入力される。オペアンプはこの電流検出値が電流目標値に一致するようにフィードバック信号を生成し、このフィードバック信号が定電流制御部３１からフォトカプラ３２に入力される。フィードバック信号は、フォトカプラ３２によって基準電位変換及び信号レベル調整され、ＰＷＭ駆動部３３に入力される。なお、定電流制御部３１及びフォトカプラ３２のフォトダイオード側の基準電位は二次側グランドＧ２であり、ＰＷＭ駆動部３３及びフォトカプラ３２のフォトトランジスタ側の基準電位は一次側グランドＧ１である。ＰＷＭ駆動部３３は、フィードバック信号に応じたオン幅でＦＥＴ２２をＰＷＭ駆動する。上記動作によって、ＬＥＤ電流が定電流制御される。

追加ＬＥＤ回路５０は、本実施形態では、直列接続されたＬＥＤ素子５１からなる。なお、図１（及び以降の各図）においてＬＥＤ素子５１は直列接続されているが、ＬＥＤ素子５１は並列接続されていてもよいし、直並列接続されていてもよい。いずれの場合であっても、追加ＬＥＤ回路５０は、全波整流回路１０の高電位側出力端子Ｄｈから一次巻線２１ｐ及びＦＥＴ２２を介して全波整流回路１０の低電位側出力端子Ｄｇに到達する電流経路に、ＬＥＤ素子５１に順方向電流が流れるように挿入接続される。すなわち、追加ＬＥＤ回路５０は、トランス２１の一次巻線２１ｐ及びＦＥＴ２２に直列接続される。本実施形態では、フィルタ回路１５内において、コンデンサ１６とコンデンサ１８の間でコイル１７に直列接続される。

これにより、ＦＥＴ２２がオンする期間において、実質的に全波整流回路１０の整流出力電圧Ｖ１とコンデンサ１８の電圧との電位差がＬＥＤ素子５１の順方向電圧Ｖｆの合計値以上となる期間において、追加ＬＥＤ回路５０はオンして発光する。また、上記以外の期間、例えば、ＦＥＴ２２がオフしている期間（スイッチング動作中のオン／オフサイクル中のオフ期間又は出力ＬＥＤ回路４０の消灯のための継続的なオフ期間）であってコンデンサ１８が充電されない期間には、追加ＬＥＤ回路５０はオフして消灯する。すなわち、追加ＬＥＤ回路５０はスイッチング周波数（数１０ｋ〜数１００ｋＨｚ）でオン／オフされ得るが、このような高周波スイッチングにおいては、追加ＬＥＤ回路５０は視覚的には連続点灯しているように見える。

代替例として、図２に示すように、追加ＬＥＤ回路５０は、フィルタ回路１５の前段に接続されてもよい。この場合、ＦＥＴ２２と追加ＬＥＤ回路５０の間にフィルタ回路１５が配置されることから、図１の場合と比較して、追加ＬＥＤ回路５０はＦＥＴ２２のスイッチングに伴う過渡的な影響を受けにくくなる。したがって、追加ＬＥＤ回路５０及びそれを含むＬＥＤ用電源装置１の信頼性確保が容易となる。ただし、入力電源周波数の２倍である１００Ｈｚ又は１２０Ｈｚで現れる整流出力電圧Ｖ１の谷部では追加ＬＥＤ回路５０はオフする。

また、代替例として、図３に示すように、追加ＬＥＤ回路５０は、フィルタ回路１５の後段に接続されてもよい。あるいは、追加ＬＥＤ回路５０はトランス２１の一次巻線２１ｐとＦＥＴ２２のドレインとの間に接続されてもよい。この場合、全波整流回路１０と追加ＬＥＤ回路５０の間にフィルタ回路１５が配置されることから、図１の場合と比較して、谷部の高い脈流電圧が追加ＬＥＤ回路５０に入力されることになる。したがって、入力電圧の交流周期に起因する追加ＬＥＤ回路５０のオフ期間が短くなり、より力率（有効な電力の割合）の高いＬＥＤ用電源装置１が構成され得る。

言い換えると、図１に示すように追加ＬＥＤ回路５０がフィルタ回路１５内に配置される構成では、ＦＥＴ２２のスイッチングに伴う追加ＬＥＤ回路５０への過渡的な影響の緩和と、交流入力電圧の周期に起因する追加ＬＥＤ回路５０のオフ期間の短縮化とのバランスをとることができる。したがって、図１に示す構成では、ＬＥＤ用電源装置１の信頼性確保及び力率向上が実現される。

また、図１〜図３では、追加ＬＥＤ回路５０が全波整流回路１０とスイッチング回路２０の間の高電位側の配線上に挿入接続される構成を示すが、全波整流回路１０とスイッチング回路２０の間の低電位側の配線上に挿入接続されてもよい。すなわち、この場合では、追加ＬＥＤ回路５０のアノード端が全波整流回路１０の低電位出力端子Ｄｇ側に、カソード端がスイッチング回路２０のＦＥＴ２２側に接続される。ただし、この場合、追加ＬＥＤ回路５０の順方向降下電圧Ｖｆを考慮して、一次側グランドＧ１は、追加ＬＥＤ回路５０のアノード端側に設定される。

表１に、ＬＥＤ用電源装置１を含むＬＥＤ照明装置２の電気特性の測定結果を示す。測定は、入力電圧が１００Ｖａｃの場合の出力ＬＥＤ回路４０、追加ＬＥＤ回路５０及びＬＥＤ照明装置２全体の各電気特性に関するものである。出力ＬＥＤ回路４０は、直列接続された２０個のＬＥＤ素子４１からなる。追加ＬＥＤ回路５０は直列接続されたｎ個のＬＥＤ素子５１からなり、ｎ＝２、４、６、８及び１０である。なお、ｎ＝０は比較例、すなわち、一般的なフライバックコンバータの構成に対応する。

表１から分かるように、追加ＬＥＤ回路５０のＬＥＤ素子数ｎの増加に対して、出力ＬＥＤ回路４０の電気特性（ＬＥＤ電圧：５４．８Ｖ、ＬＥＤ電流：１８３ｍＡ、ＬＥＤ電力１０．１Ｗ）が維持された状態で、追加ＬＥＤ回路５０のＬＥＤ電流及びＬＥＤ電力が単調増加する。ｎの増加に対する追加ＬＥＤ回路５０のＬＥＤ電流の増加は、追加ＬＥＤ回路５０の順方向電圧降下Ｖｆの増加に伴ってスイッチング回路２０の入力電圧が低下し、その低下分に応じて一次巻線２１ｐにより多くの電流が流れることに起因する。このように、追加ＬＥＤ回路５０のＬＥＤ素子数ｎの増加に対してＬＥＤ用電源装置１の総ＬＥＤ電力及び回路効率も増加する。すなわち、ＬＥＤ照明装置２として、追加ＬＥＤ回路５０によって回路効率を上昇させつつ全体光量が増加していることが分かる。

ここで、本実施形態のように、スイッチング回路２０がフライバックコンバータである場合、そのコストのうちの比較的大きな部分を占めるのはトランス２１となる。一般に、このようなフライバックコンバータのトランスについては、出力電流及び出力電圧に応じて、コア及びボビンのサイズ、一次巻線数、二次巻線数、コアのギャップなどを設計する必要がある。さらに、コア及びボビンのサイズの大型化の度合いによっては、ＬＥＤ用電源装置１の回路部品配置又は筐体設計を変更する必要が生じてしまう。一方、一般にフライバックコンバータでは広い入力電圧範囲を設定可能であり、入力電圧の変動に対する実質的な設計変更は不要である。したがって、本実施形態の構成によると、このようにＬＥＤ用電源装置１の主部品となるトランス２１の設計を変更することなく合計光量が増加可能となるので、設計変更に伴う上記不都合が回避される。

ところで、出力ＬＥＤ回路４０の各ＬＥＤ素子４１には同じＬＥＤ電流が流れるので、ＬＥＤ素子４１はそれぞれ同じ明るさを有する。また、追加ＬＥＤ回路５０の各ＬＥＤ素子５１には同じＬＥＤ電流が流れるので、ＬＥＤ素子５１はそれぞれ同じ明るさを有する。しかし、出力ＬＥＤ回路４０のＬＥＤ電流と追加ＬＥＤ回路５０のＬＥＤ電流とは異なり得るため、各ＬＥＤ素子４１の明るさと各ＬＥＤ素子５１の明るさとは異なる可能性が高い。したがって、この明るさの差が、ＬＥＤ照明装置２において適切に調整されることが好ましい。

図４Ａ及び図４Ｂに、出力ＬＥＤ回路４０がＬＥＤ用電源装置１に一体形成された場合のＬＥＤ照明装置２の発光面３におけるＬＥＤ素子４１（第１のＬＥＤ素子群）及びＬＥＤ素子５１（第２のＬＥＤ素子群）の配置例を示す。各図において、各ＬＥＤ素子４１を白丸で示し、各ＬＥＤ素子５１を黒丸で示す。これらの配置例は、上記のＬＥＤ素子４１の明るさとＬＥＤ素子５１の明るさとの差に対する輝度分布を調整するためのものである。この配置例は無数に存在するが、図４Ａ及び図４Ｂはそのうちの一部を例示するものである。また、各図において２０個のＬＥＤ素子４１及び１０個のＬＥＤ素子５１を示すが、ＬＥＤ素子数はこれに限られない。なお、各図は、ＬＥＤ素子４１及び５１の配置を概略的に示すものであり、寸法通りとは限らない。

図４Ａでは、発光面３において、出力ＬＥＤ回路４０のＬＥＤ素子４１の重心位置ｇ１と、追加ＬＥＤ回路５０のＬＥＤ素子５１の重心位置ｇ２が実質的に一致するように、ＬＥＤ素子４１及びＬＥＤ素子５１が配置される。これにより、各ＬＥＤ素子４１の輝度と各ＬＥＤ素子５１の輝度とが異なっていても、発光面３及びそれにより照射される照射面における配光の対称性が高まり、使用者において視覚的違和感の少ないＬＥＤ照明装置２が実現される。

図４Ｂでは、発光面３において、出力ＬＥＤ回路４０のＬＥＤ素子４１によって画定される領域Ｒ１（点線）と追加ＬＥＤ回路５０のＬＥＤ素子５１によって画定される領域Ｒ２（破線）とが重なるようにＬＥＤ素子４１及びＬＥＤ素子５１が配置される。これにより、ＬＥＤ素子４１の発光とＬＥＤ素子５１の発光とが混在することになる。したがって、各ＬＥＤ素子４１の輝度と各ＬＥＤ素子５１の輝度とが異なっていても、発光面３及びそれにより照射される照射面における輝度の均一性が高まり、あるいは不連続性が減少し、使用者において視覚的違和感の少ないＬＥＤ照明装置２が実現される。

なお、図４Ａ及び図４Ｂにおいては、ＬＥＤ素子４１及び５１が格子状に配列される構成を示したが、ＬＥＤ素子４１及び５１の配列はこれに限られない。例えば、ＬＥＤ素子４１及び５１は、同心円状、放射状、直線状、螺旋状などの種々の形態で配列され得る。あるいは、ＬＥＤ素子４１が所定のパターン（例えば、同心円パターン）で配列され、ＬＥＤ素子５１が他のパターン（例えば、放射状パターン）で配列されてもよい。

以上のように、本実施形態のＬＥＤ用電源装置１は、入力電圧を全波整流する全波整流回路１０と、全波整流回路１０の全波整流出力が入力されるトランス２１の一次巻線２１ｐ（インダクタ要素）をＦＥＴ２２によってスイッチングすることによって所定の直流出力電流を生成してその直流出力電流を出力ＬＥＤ回路４０に供給するスイッチング回路２０と、全波整流回路１０の高電位側出力端子Ｄｈから一次巻線２１ｐ及びＦＥＴ２２を介して低電位側出力端子Ｄｇに到達する電流経路に挿入接続された追加ＬＥＤ回路５０とを備える。

このように、追加ＬＥＤ回路５０が、全波整流回路１０の高電位側出力端子Ｄｈから一次巻線２１ｐ及びＦＥＴ２２を介して低電位側出力端子Ｄｇに到達する電流経路に挿入接続される。これにより、スイッチング回路２０の出力側の回路を変更することなく追加の光量を得ることができる。したがって、出力ＬＥＤ回路４０における出力電力の増加及びそれに伴う大幅な設計変更を回避しつつ合計光量を増加させることができるＬＥＤ用電源装置１及びＬＥＤ照明装置２が実現される。

＜第２の実施形態＞
上記第１の実施形態では、追加ＬＥＤ回路がＬＥＤ用電源装置１に一体形成される構成を示したが、本実施形態では、追加ＬＥＤ回路がＬＥＤ用電源装置１に対して交換可能に外部接続される構成を示す。

図５に、本実施形態によるＬＥＤ用電源装置１及びＬＥＤ照明装置２の回路図を示す。本実施形態において、第１の実施形態と実質的に同じ構成要素には同じ符号を付し、その重複する説明を省略する。本実施形態では、第１の実施形態において追加ＬＥＤ回路５０が接続されていた箇所に追加接続端子Ｔ３及びＴ４が接続される。追加接続端子Ｔ３及びＴ４は、仮に追加接続端子Ｔ３−Ｔ４間を短絡したとした場合に第１の実施形態の表１に関して説明した比較例と等価な回路が形成されるように設けられる。

追加接続端子Ｔ３及びＴ４には、追加ＬＥＤ回路５５が接続される。追加ＬＥＤ回路５５は、追加ＬＥＤ回路５０と同様に、直列、並列又は直並列されたＬＥＤ素子５６を備える。例えば、追加ＬＥＤ回路５５として、直列接続された２個のＬＥＤ素子５６を含む追加ＬＥＤ回路５５、直列接続された４個のＬＥＤ素子５６を含む追加ＬＥＤ回路５５、・・・直列接続された１０個のＬＥＤ素子５６を含む追加ＬＥＤ回路５５などが予め容易されていることが好ましい。これにより、既に仕様が決定されている出力ＬＥＤ回路４０に対して、所望数のＬＥＤ素子５６を有する追加ＬＥＤ回路５５が交換可能に追加出力端子Ｔ３及びＴ４に接続され得る。追加ＬＥＤ回路５５が追加出力端子Ｔ３及びＴ４に接続された場合のＬＥＤ用電源装置１及びＬＥＤ照明装置２の動作は、第１の実施形態で説明したものと同様である。

以上のように、本実施形態のＬＥＤ用電源装置１は、入力電圧を全波整流する全波整流回路１０と、全波整流回路１０の全波整流出力が入力されるトランス２１の一次巻線２１ｐ（インダクタ要素）をＦＥＴ２２によってスイッチングすることによって所定の直流出力電流を生成してその直流出力電流を出力ＬＥＤ回路４０に供給するスイッチング回路２０と、全波整流回路１０の高電位側出力端子Ｄｈから一次巻線２１ｐ及びＦＥＴ２２を介して全波整流回路１０の低電位側出力端子Ｄｇに到達する電流経路に挿入接続される追加ＬＥＤ回路５５を接続可能な追加接続端子Ｔ３及びＴ４とを備える。

このように、追加接続端子Ｔ３及びＴ４が、全波整流回路１０の高電位側出力端子Ｄｈから一次巻線２１ｐ及びＦＥＴ２２を介して全波整流回路１０の低電位側出力端子Ｄｇに到達する電流経路に挿入接続される追加ＬＥＤ回路５５を接続可能な態様で設けられる。これにより、スイッチング回路２０の出力側の回路を変更することなく、変更可能な追加の光量を得ることができる。したがって、出力ＬＥＤ回路４０における出力電力の増加及びそれに伴う実質的な設計変更を回避しつつ合計光量を増加させることができるＬＥＤ用電源装置１及びＬＥＤ照明装置２が実現される。

＜第３の実施形態＞
本実施形態では、上記第１の実施形態において、入力電圧の変動に対する合計光量の変動を抑制するための補償回路がさらに付加された構成を示す。なお、本実施形態は、第２の実施形態にも同様に適用可能である。

まず、表２に、比較例のＬＥＤ照明装置の電気特性を示す。比較例は、図１に示す回路から追加ＬＥＤ回路５０を除いた（すなわち、追加ＬＥＤ回路５０を短絡した）回路、言い換えると表１におけるｎ＝０の回路に相当する。表２は、入力電圧を７０〜１００Ｖａｃの範囲で変化させた場合の各部の電気特性を示す。

表２に示すように、スイッチング回路２０が駆動制御回路３０によって定電流制御されているので、入力電圧の低下に対して出力ＬＥＤ回路４０の電気特性（ＬＥＤ電圧：５４．８Ｖ、ＬＥＤ電流：１８３ｍＡ及びＬＥＤ電力：１０．１Ｗ）は一定となる。一方、入力電圧の低下に対して入力電流は単調増加する。そのため、主電流経路に追加ＬＥＤ回路５０が接続される場合には、入力電圧の低下に対して追加ＬＥＤ回路５０のＬＥＤ電流は単調増加することになる。すなわち、入力電圧の低下に対して、出力ＬＥＤ回路４０の光量は一定である一方で追加ＬＥＤ回路５０の光量が増加し、その合計光量が増加することになる。したがって、本実施形態では、入力電圧の低下に対して出力ＬＥＤ回路４０のＬＥＤ電流を低減させて合計光量を略一定とするための補償回路６０が設けられる。

図６に、本実施形態によるＬＥＤ用電源装置１及びＬＥＤ照明装置２の回路図の一例を示す。本実施形態において、第１の実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、その重複する説明を省略する。また、本実施形態で説明する駆動制御回路３０の構成は、第１及び第２の実施形態に適用可能である。なお、駆動制御回路３０及び補償回路６０には、一次側グランドＧ１を基準とする制御電源Ｖｃｃ１及び二次側グランドＧ２を基準とする制御電源Ｖｃｃ２が、トランス２１の補助巻線などを利用する補助電源回路（不図示）から適宜供給されるものとする。また、スイッチング回路２０において、ＦＥＴ２２のソースと一次側グランドＧ１の間に電流検出抵抗２６が接続される。

駆動制御回路３０の定電流制御部３１は、オペアンプ３４、抵抗３５ａ及び３５ｂ（以下、「抵抗分圧回路３５」ともいう）並びに抵抗３６を備える。オペアンプ３４の反転入力端子（−）には、電流検出抵抗２５からの電流検出値が入力される。オペアンプ３４の非反転入力端子（＋）には、抵抗分圧回路３５による制御電源Ｖｃｃ２の分圧値が電流目標値として入力される。オペアンプ３４の反転入力端子及び出力端子間には抵抗、コンデンサなどの帰還素子Ｚが接続される。オペアンプ３４の出力端子は、フォトカプラ３２のフォトダイオードのカソードに接続され、このフォトダイオードのアノードは抵抗３６を介して制御電源Ｖｃｃ２に接続される。これにより、オペアンプ３４は、電流検出値と電流目標値の誤差を増幅し、その増幅された誤差に応じたフィードバック信号をフォトカプラ３２に発生させる。

駆動制御回路３０のＰＷＭ駆動部３３は、制御ＩＣ３７並びに抵抗３８ａ及び３８ｂ（以下、「抵抗分圧回路３８」ともいう）を備える。制御ＩＣ３７は、一般的なＰＷＭ制御用のＩＣであればよく、例えば、少なくとも電源端子Ｐ１、グランド端子Ｐ２、ゲート出力端子Ｐ３、電流検出端子Ｐ４、フィードバック端子Ｐ５及びマルチプライア端子Ｐ６を有する。電源端子Ｐ１は制御電源Ｖｃｃ１に接続され、グランド端子Ｐ２は一次側ブランドＧ１に接続され、ゲート出力端子Ｐ３はＦＥＴ２２のゲートに接続される。電流検出端子Ｐ４は電流検出抵抗２６とＦＥＴ２２のソースとの接続点に接続され、フィードバック端子Ｐ５はフォトカプラ３２のフォトトランジスタのコレクタに接続され、マルチプライア端子Ｐ６は分圧抵抗回路３８の分圧点に接続される。抵抗分圧回路３８はコンデンサ１６に並列接続され、抵抗分圧回路３８による整流出力電圧Ｖ１の分圧値がマルチプライア端子Ｐ６に入力される。なお、抵抗分圧回路３８は、コンデンサ１８に並列接続されてもよい。

ＰＷＭ駆動におけるＦＥＴ２２のスイッチング動作（オン／オフサイクル）において、制御ＩＣ３７（ゲート出力端子Ｐ３）がＦＥＴ２２をオンすると、電流検出端子Ｐ４の電圧が上昇していく。電流検出端子Ｐ４の電圧が、フィードバック端子Ｐ５の入力に応じて決定される電圧（以下、「ＦＢ電圧」という）とマルチプライア端子Ｐ６の電圧との乗算値（以下、「ピーク閾値」という）に達すると、制御ＩＣ３７（ゲート出力端子Ｐ３）はＦＥＴ２２をオフさせる。なお、ＦＢ電圧は、内部基準電圧からフォトカプラ３２のフォトトランジスタを介して流れる電流の増加に対して単調減少するように決定される。制御ＩＣ３７は、ＦＥＴ２２をオフした後の所定のオフ期間の経過後にＦＥＴ２２をオンする。この反復によって、ＦＥＴ２２がＰＷＭ駆動される。なお、オフ期間の長さは、（例えば、不連続モードでは）固定の長さであってもよいし、（例えば、臨界モードでは）変動する長さであってもよい。

このように、駆動制御回路３０（定電流制御部３１、フォトカプラ３２及びＰＷＭ駆動部３３）を構成することによって、電流検出抵抗２５によって検出される電流検出値が電流目標値に一致するようにＦＥＴ２２のＰＷＭ駆動のオン幅がフィードバックされる。

補償回路６０は、抵抗６１ａ及び６１ｂ（以下、「抵抗分圧回路６１」ともいう）、コンデンサ６２、フォトカプラ６３並びに抵抗６４及び６５を備える。なお、分圧抵抗回路６１は、図６ではコンデンサ１６に並列接続されるが、コンデンサ１８に並列接続されてもよい。分圧抵抗回路６１による整流出力電圧Ｖ１の分圧値がコンデンサ６２によって平滑され、この分圧点がフォトカプラ６３のフォトダイオードのカソードに接続される。フォトカプラ６３のアノードは抵抗６４を介して制御電源Ｖｃｃ１に接続される。フォトカプラ６３のフォトトランジスタのコレクタは抵抗６５を介してオペアンプ３４の非反転入力端子に接続され、このフォトトランジスタのエミッタは二次側グランドＧ２に接続される。

これにより、入力電圧が低下すると、分圧回路６１の分圧値が低下し、フォトカプラ６３フォトダイオード及びフォトトランジスタにより多くの電流が流れる。これにより、抵抗６５が二次側グランドＧ２に引き込む電流が増加し、オペアンプ３４の非反転入力端子の電圧、すなわち電流目標値が低下する。これにより、オペアンプ３４、フォトカプラ３２及びＰＷＭ駆動部３３のフィードバックループの作用によって入力電圧の低下に応じて出力ＬＥＤ回路４０のＬＥＤ電流が低下することになる。

ただし、出力ＬＥＤ回路４０のＬＥＤ電流の低下は追加ＬＥＤ回路５０のＬＥＤ電流の低下をもたらすことを考慮して、入力電圧の低下率よりも電流目標値の低下率が若干小さくなるように各回路定数が設定されることが好ましい。これにより、入力電圧の低下に伴う追加ＬＥＤ回路５０のＬＥＤ電流の増加が出力ＬＥＤ回路４０のＬＥＤ電流の減少によって相殺され、入力電圧の低下に対して合計光量が略一定に維持される。

以上のように、本実施形態のＬＥＤ用電源装置１では、スイッチング回路２０は直流出力電流を定電流制御するようにＦＥＴ２２を駆動する駆動制御回路３０を含み、入力電圧の低下に対して直流出力電流を減少させるように駆動制御回路３０を動作させる補償回路６０がさらに設けられる。これにより、スイッチング回路２０が定電流制御される場合であっても、入力電圧の低下に対する追加ＬＥＤ回路５０のＬＥＤ電流の増加に起因する全体光量の増加を抑制可能なＬＥＤ用電源装置１及びＬＥＤ照明装置２が実現される。

なお、本実施形態では、入力電圧の低下に対して直流出力電流（出力ＬＥＤ回路４０のＬＥＤ電流）を減少させる構成を示したが、入力電圧の上昇に対して直流出力電流を増加させる構成も可能である。これにより、入力電圧の上昇に対する追加ＬＥＤ回路５０のＬＥＤ電流の減少に起因する全体光量の減少を抑制可能なＬＥＤ用電源装置１及びＬＥＤ照明装置２が実現される。ただし、この場合には、入力電圧上昇時の出力ＬＥＤ回路４０のＬＥＤ電流が各ＬＥＤ素子４１の定格値を超えないようにすることが望ましい。

＜変形例＞
以上に本発明の好適な実施形態を示したが、本発明は、例えば以下に示すように種々の態様に変形可能である。

（１）フィルタ回路１５に関する変形
上記第１から第３の実施形態ではフィルタ回路１５が設けられる構成を示したが、本発明はフィルタ回路１５がない構成にも適用可能である。この場合でも、入力側のコンデンサ１６は必要となるが、追加ＬＥＤ回路５０又は追加出力端子Ｔ３及びＴ４（追加ＬＥＤ回路５５）はコンデンサ１６の前段に接続されてもよいし、コンデンサ１６の後段に接続されてもよい。

（２）スイッチング回路２０に関する変形１
上記第１から第３の実施形態ではスイッチング回路２０が力率改善型のフライバックコンバータからなる構成を示した。一方、スイッチング回路２０は、力率改善型でないフライバックコンバータ、すなわち、入力側のコンデンサが平滑コンデンサとして機能し、その容量が出力側のコンデンサの容量よりも大きいフライバックコンバータであってもよい。この場合も、追加ＬＥＤ回路５０又は追加出力端子Ｔ３及びＴ４（追加ＬＥＤ回路５５）は、平滑コンデンサの前段に接続されてもよいし、平滑コンデンサの後段に接続されてもよい。

（３）スイッチング回路２０に関する変形２
上記第１から第３の実施形態ではスイッチング回路２０がフライバックコンバータである構成を示した。一方、図７に示すように、スイッチング回路２０は、昇圧コンバータ７０及び降圧コンバータ８０を含む構成であってもよい。昇圧コンバータ７０は、コイル７１（インダクタ要素）、スイッチング素子７２、ダイオード７３、平滑コンデンサ７４及びドライバ７５を備えた一般的な昇圧チョッパ回路からなる力率改善回路である。スイッチング素子７２はドライバ７５によってＰＷＭ駆動される。降圧コンバータ８０は、例えば、バックコンバータ（降圧チョッパ回路）である。この場合も、追加ＬＥＤ回路５０は、全波整流回路１０の高電位側出力端子Ｄｈからコイル７１及びスイッチング素子７２を介して低電位側出力端子Ｄｇに到達する電流経路に挿入接続される。また、第２の実施形態と同様に、追加出力端子Ｔ３及びＴ４（追加ＬＥＤ回路５５）が、全波整流回路１０の高電位側出力端子Ｄｈからコイル７１及びスイッチング素子７２を介して低電位側出力端子Ｄｇに到達する電流経路に挿入接続されてもよい。

１ ＬＥＤ用電源装置
２ ＬＥＤ照明装置
３ 発光面
１０ 全波整流回路
１５ フィルタ回路
１６、１８ コンデンサ
１７ コイル
２０ スイッチング回路
２１ トランス
２１ｐ 一次巻線（インダクタ要素）
２２ スイッチング素子
３０ 駆動制御回路
４０ 出力ＬＥＤ回路
４１ ＬＥＤ素子
５０、５５ 追加ＬＥＤ回路
５１、５６ ＬＥＤ素子
６０ 補償回路
７０ 昇圧コンバータ
７１ コイル（インダクタ要素）
７２ スイッチング素子
Ｄｈ 高電位側出力端子
Ｄｇ 低電位側出力端子
ｇ１、ｇ２ 重心
Ｒ１、Ｒ２ 領域
Ｔ３、Ｔ４ 追加接続端子

Claims (13)

1. ＬＥＤ用電源装置であって、
   入力電圧を全波整流する全波整流回路と、
   前記全波整流回路の全波整流出力が入力されるインダクタ要素をスイッチング素子によってスイッチングすることによって所定の直流出力電流を生成して該直流出力電流を出力ＬＥＤ回路に供給するスイッチング回路と、
   前記全波整流回路の高電位側出力端子から前記インダクタ要素及び前記スイッチング素子を介して前記全波整流回路の低電位側出力端子に到達する電流経路に挿入接続された追加ＬＥＤ回路と
   を備えたＬＥＤ用電源装置。
2. 前記全波整流回路と前記スイッチング回路との間に、前記全波整流回路の出力端間に接続された第１のコンデンサ、前記スイッチング回路の入力端間に接続された第２のコンデンサ、及び前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサの間において前記電流経路に挿入接続されたコイルを含むフィルタ回路をさらに備え、
   前記追加ＬＥＤ回路が、前記フィルタ回路内、前記フィルタ回路の前段又は前記フィルタ回路の後段に接続された、請求項１に記載のＬＥＤ用電源装置。
3. 前記スイッチング回路が、前記直流出力電流を定電流制御するように前記スイッチング素子を駆動する駆動制御回路を含み、
   前記入力電圧の低下又は上昇に対して前記直流出力電流をそれぞれ減少又は増加させるように前記駆動制御回路を動作させる補償回路をさらに備えた請求項１又は２に記載のＬＥＤ用電源装置。
4. 前記スイッチング回路がフライバックコンバータからなり、前記インダクタ要素が前記フライバックコンバータを構成するトランスの一次巻線を含み、前記追加ＬＥＤ回路が前記一次巻線及び前記スイッチング素子に直列接続された、請求項１から３のいずれか一項に記載のＬＥＤ用電源装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のＬＥＤ用電源装置と、前記出力ＬＥＤ回路とを備えた、ＬＥＤ照明装置。
6. 発光面において、前記出力ＬＥＤ回路を構成する第１のＬＥＤ素子群の重心位置と前記追加ＬＥＤ回路を構成する第２のＬＥＤ素子群の重心位置が実質的に一致するように前記第１のＬＥＤ素子群及び前記第２のＬＥＤ素子群が配置された、請求項５に記載のＬＥＤ照明装置。
7. 発光面において、前記出力ＬＥＤ回路を構成する第１のＬＥＤ素子群によって画定される領域と前記追加ＬＥＤ回路を構成する第２のＬＥＤ素子群によって画定される領域とが重なるように前記第１のＬＥＤ素子群及び前記第２のＬＥＤ素子群が配置された、請求項５又は６に記載のＬＥＤ照明装置。
8. ＬＥＤ用電源装置であって、
   入力電圧を全波整流する全波整流回路と、
   前記全波整流回路の全波整流出力が入力されるインダクタ要素をスイッチング素子によってスイッチングすることによって所定の直流出力電流を生成して該直流出力電流を出力ＬＥＤ回路に供給するスイッチング回路と、
   前記全波整流回路の高電位側出力端子から前記インダクタ要素及び前記スイッチング素子を介して前記全波整流回路の低電位側出力端子に到達する電流経路に挿入接続される追加ＬＥＤ回路を接続可能な追加接続端子と
   を備えたＬＥＤ用電源装置。
9. 前記全波整流回路と前記スイッチング回路との間に、前記全波整流回路の出力端間に接続された第１のコンデンサ、前記スイッチング回路の入力端間に接続された第２のコンデンサ、及び前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサの間において前記電流経路に挿入接続されたコイルを含むフィルタ回路をさらに備え、
   前記追加接続端子が、前記フィルタ回路内、前記フィルタ回路の前段又は前記フィルタ回路の後段に接続された、請求項８に記載のＬＥＤ用電源装置。
10. 前記スイッチング回路が、前記直流出力電流を定電流制御するように前記スイッチング素子を駆動する駆動制御回路を含み、
    前記入力電圧の低下又は上昇に対して前記直流出力電流をそれぞれ減少又は増加させるように前記駆動制御回路を動作させる補償回路をさらに備えた請求項８又は９に記載のＬＥＤ用電源装置。
11. 前記スイッチング回路がフライバックコンバータからなり、前記インダクタ要素が前記フライバックコンバータを構成するトランスの一次巻線を含み、前記追加接続端子が前記一次巻線及び前記スイッチング素子に直列接続された、請求項８から１０のいずれか一項に記載のＬＥＤ用電源装置。
12. 請求項８から１１のいずれか一項に記載のＬＥＤ用電源装置と、前記出力ＬＥＤ回路とを備えた、ＬＥＤ照明装置。
13. 前記追加接続端子に接続された前記追加ＬＥＤ回路をさらに備えた、請求項１２に記載のＬＥＤ照明装置。
    
    

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