JP2020071978A - Ｌｅｄ点灯装置及びｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い汎用性及び良好な制御応答性を実現する簡素な構成のＬＥＤ点灯装置及びそれを用いたＬＥＤ照明装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ点灯装置１００は、定電圧源１２０と、スイッチング素子３のオン期間に電流検出抵抗６を含む第１の閉回路を形成し、スイッチング素子３のオフ期間に第２の閉回路を形成するように構成されたバック型の降圧チョッパ回路１３０と、所定端子の端子電圧に対応する可変閾値を生成し、オン期間において電流検出抵抗６によって検出されるＯＮ電流検出値が可変閾値に達することに応じてオン期間を終了させるようにスイッチング素子３をＰＷＭ駆動する駆動制御回路１４０と、第１及び第２の閉回路に共通して挿入接続された電流検出回路１５０と、電流検出回路１５０によって検出されるＬＥＤ電流検出値が目標値に一致するように上記端子電圧を生成するフィードバック回路１６０と含む。【選択図】 図１

Description

本発明は、ＬＥＤ点灯装置及びそれを用いたＬＥＤ照明装置に関する。

近年、ＬＥＤ点灯装置において、オペアンプなどを用いたＬＥＤ電流のフィードバックを行わない簡素なＰＷＭ制御構成の降圧チョッパ回路が提案されている。このような降圧チョッパ回路のＰＷＭ制御では、スイッチング素子のオン期間の電流が設定閾値に達するとオフ期間が開始され、所定のタイミングで次のオン期間が開始され、これが反復されるように構成される（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献２のＬＥＤ点灯装置は、定電圧源と、バック型コンバータからなる降圧チョッパ回路と、所定端子の入力電圧に比例する閾値を生成し、オン期間に電流検出抵抗によって検出される電流検出値が閾値に達するとオン期間を終了させる駆動制御回路と、オフ期間にチョークコイルの補助巻線に発生する電圧の整流平滑電圧に基づいて検出電圧を出力する検出回路及びこの検出回路の出力点が一端に接続されるとともに他端が所定端子に接続された接続素子を有して検出電圧の増減に対して入力電圧を増減させる電流補正回路とを含む。

特開２０１６−４８６３１号公報 特開２０１８−１３７１２９号公報

ＬＥＤ点灯装置においては、順方向電圧が異なる種々のＬＥＤアレイが接続される場合でも、同じ設定閾値に対して同じＬＥＤ電流が出力されることがＬＥＤ点灯装置の汎用性などの観点から望ましい。そして、特許文献１の構成では、設定閾値に応じてスイッチング素子のオン期間の終了タイミングが決定されるので、ＬＥＤアレイの順方向電圧が異なっていても同じＬＥＤ電流が得られるようにみえる。しかし、詳細を後述するように、ＬＥＤアレイの順方向電圧と降圧チョッパ回路のチョークコイル電圧との比に応じて、同じ設定閾値に対するオン期間の終了タイミングが変動し得るため、上記の設定閾値とＬＥＤ電流との一致性が得られなくなる場合がある。この場合、同じ設定閾値が適用されたとしても、異なる順方向電圧のＬＥＤアレイに対してＬＥＤ電流が変動してしまうという問題がある。このように、上記ＬＥＤ点灯装置は、多様なＬＥＤアレイに対して汎用性が低いという問題がある。

特許文献２のＬＥＤ点灯装置は、上記問題を解決するものである。Ｖｆ検出回路によってＬＥＤアレイの順方向電圧に対応する検出電圧が出力され、電流補正回路によって検出電圧の増減に応じて増減する入力電圧及びそれに比例する閾値が得られる。すなわち、順方向電圧の増加／減少に伴うオン期間電流のオーバーシュートの減少分／増加分が閾値の増加／減少によって補償され、オン期間電流のピーク値が順方向電圧の広範囲にわたって一定となるように調整可能となる。これにより、異なる順方向電圧のＬＥＤアレイが接続された場合でもＬＥＤ電流の変動を抑制することができる。しかし、検出回路においてトランスの補助巻線が用いられるため、順方向電圧の適用範囲が広い場合にはトランスの巻数比の調整が必要となるなど、回路の標準化が難しく、その汎用性が低いという問題がある。また、検出電圧を平滑化する構成に起因してＬＥＤ電流制御の応答性が悪いという問題がある。したがって、ＬＥＤ点灯装置において、簡素な構成でありながらも高い汎用性及び良好な制御応答性を実現する構成が望まれる。

そこで、本発明は、高い汎用性及び良好な制御応答性を実現する簡素な構成のＬＥＤ点灯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。

本発明によるＬＥＤ点灯装置は、定電圧源と、スイッチング素子のオン期間に定電圧源、ＬＥＤアレイ、チョークコイル、スイッチング素子及び第１の電流検出抵抗が第１の閉回路を形成し、スイッチング素子のオフ期間にチョークコイル、回生ダイオード及びＬＥＤアレイが第２の閉回路を形成するように構成されたバック型の降圧チョッパ回路と、所定端子の端子電圧に対応する可変閾値を生成し、オン期間において第１の電流検出抵抗によって検出されるＯＮ電流検出値が可変閾値に達することに応じてオン期間を終了させるようにスイッチング素子をＰＷＭ駆動する駆動制御回路と、第１の閉回路及び第２の閉回路に共通して挿入接続された電流検出回路と、電流検出回路によって検出されるＬＥＤ電流検出値が目標値に一致するように端子電圧を生成するフィードバック回路とを備える。

上記ＬＥＤ点灯装置によると、バック型の降圧チョッパ回路のＰＷＭ制御において、駆動制御回路は、所定端子の端子電圧に対応する可変閾値を生成し、第１の電流検出抵抗によって検出されるＯＮ電流検出値が可変閾値に達するとオン期間を終了させるように構成される。そして、電流検出回路がＬＥＤ電流を検出し、フィードバック回路がＬＥＤ電流検出値を目標値に一致させるように端子電圧を生成するように構成される。これにより、簡素な構成でありながらも高い汎用性及び良好な制御応答性を可能とするＬＥＤ点灯装置が実現される。

第１の形態において、降圧チョッパ回路は出力コンデンサをさらに含み、電流検出回路は第２の電流検出抵抗からなり、出力コンデンサの高電位側電極がＬＥＤアレイのアノード端に接続され、出力コンデンサの低電位側電極が第２の電流検出抵抗を介してＬＥＤアレイのカソード端に接続され、駆動制御回路が第１の基準電位に対して動作し、出力コンデンサの低電位側電極が第２の基準電位として定義され、フィードバック回路は、第２の電流検出抵抗の電圧であるＬＥＤ電流検出値と目標値との誤差増幅値を出力する誤差増幅回路、及び第２の基準電位に対する誤差増幅値に対応する電圧を第１の基準電位に対する端子電圧に変換するフォトカプラを含む。これにより、簡素な構成の電流検出回路及びフィードバック回路が実現される。

第２の形態では、降圧チョッパ回路の出力電圧を検出する電圧検出回路がさらに設けられ、降圧チョッパ回路は出力コンデンサをさらに含み、電流検出回路は第２の電流検出抵抗からなり、出力コンデンサの高電位側電極がＬＥＤアレイのアノード端に接続され、出力コンデンサの低電位側電極が第２の電流検出抵抗を介してＬＥＤアレイのカソード端に接続され、駆動制御回路が第１の基準電位に対して動作し、出力コンデンサの低電位側電極が第２の基準電位として定義され、フィードバック回路は、第２の電流検出抵抗の電圧であるＬＥＤ電流検出値と目標値との誤差増幅値を反転出力する第１の反転増幅回路、出力電圧の検出値と上限値との誤差増幅値を反転出力する第２の反転増幅回路、第１の反転増幅回路の出力と第２の反転増幅回路の出力のいずれか低い方を選択出力として出力する選択回路、及び第２の基準電位に対する選択出力に対応する電圧を第１の基準電位に対する端子電圧に変換するフォトカプラを含む。これにより、第１の形態の構成を利用して少ないコストアップで無負荷保護又は出力過電圧保護の機能を付加することができる。

上記いずれかの形態において、駆動制御回路は、ＯＮ電流検出値が可変閾値を超えた場合にハイレベルを出力する可変閾値コンパレータ、ＯＮ電流検出値が所定の固定閾値を超えた場合にハイレベルを出力する固定閾値コンパレータ、可変閾値コンパレータの出力と固定閾値コンパレータの出力との論理和を出力するＯＲ回路、及びＯＲ回路の出力がハイレベルとなることに応じてオン期間を終了させるように構成されたロジック回路とを含む。これにより、簡素な構成で駆動制御回路が実現される。また、固定閾値に基づいて動作する固定閾値コンパレータがオン期間幅の上限値を規定してＬＥＤ電流のリミッタとして機能し、ＬＥＤ過電流に対する保護機能が得られる。

本発明のＬＥＤ照明装置は、上記いずれかのＬＥＤ点灯装置と、ＬＥＤアレイとを備える。これにより、上記の各効果を得ることができるＬＥＤ照明装置が実現される。

第１の実施形態によるＬＥＤ点灯装置及びＬＥＤ照明装置の回路図である。 ＬＥＤ点灯装置の駆動制御回路におけるオフ期間終了タイミングの決定動作を説明する回路図である。 ＬＥＤ点灯装置の駆動制御回路におけるオン期間終了タイミングの決定動作を説明する回路図である。 一般的な疑似共振型の降圧チョッパ回路におけるコイル電流を説明する図である。 一般的な降圧チョッパ回路におけるオン期間終了タイミングの決定動作を説明する図である。 第２の実施形態によるＬＥＤ点灯装置及び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点灯装置１００及びそれを含むＬＥＤ照明装置３００の回路図を示す。ＬＥＤ照明装置３００は、ＬＥＤ点灯装置１００及びＬＥＤアレイ２００を含む。ＬＥＤ点灯装置１００は、商用電源等の交流電源ＡＣからの交流電圧を受けて直流電力をＬＥＤアレイ２００に供給する。ＬＥＤアレイ２００は、直列接続又は直並列接続された複数のＬＥＤ素子を含む。以下の説明において、ＬＥＤアレイ２００の順方向降下電圧を順方向電圧Ｖｆというものとする。

ＬＥＤ点灯装置１００は、整流回路１１０、ＰＦＣ回路１２０、降圧チョッパ回路１３０、駆動制御回路１４０、電流検出回路１５０及びフィードバック回路１６０を備える。整流回路１１０は、ダイオードブリッジからなり、その前段に必要に応じて電流ヒューズ、ノイズフィルタなどが接続される。整流回路１１０は、交流電源ＡＣからの交流電圧を全波整流して、その全波整流出力をＰＦＣ回路１２０に出力する。なお、ＬＥＤ点灯装置１００に直流電源が入力される場合には、整流回路１１０（さらにはＰＦＣ回路１２０）は省略されてもよい。

ＰＦＣ回路１２０は、昇圧チョッパ回路からなる力率改善回路であり、入力回路１１０の全波整流出力を昇圧及び平滑する。言い換えると、ＰＦＣ回路１２０は、その出力端に平滑コンデンサ１を備え、定電圧源を構成する。以下において、平滑コンデンサ１の低電圧側端子と同電位のノード（一次側基準電位）をグランドＧ１というものとする。また、平滑コンデンサ１の高電圧側端子の電圧を電圧Ｖｄｃというものとする。

降圧チョッパ回路１３０は、チョークコイル２、スイッチング素子３（以下、「ＦＥＴ３」という）、回生ダイオード４、出力コンデンサ５及び電流検出抵抗６（第１の電流検出抵抗）を含み、バック型の降圧コンバータを構成する。ＦＥＴ３は、駆動制御回路１４０によってスイッチング（ＰＷＭ駆動）される。ＦＥＴ３のオン期間において、平滑コンデンサ１→ＬＥＤアレイ２００→電流検出回路１５０→チョークコイル２→ＦＥＴ３→電流検出抵抗６→平滑コンデンサ１に閉回路（以下、「ＯＮ閉回路」という）が形成され、このＯＮ閉回路にＬＥＤ電流が流れる。ＦＥＴ３のオフ期間において、チョークコイル２のエネルギーを電源として、チョークコイル２→回生ダイオード４→ＬＥＤアレイ２００→電流検出回路１５０→チョークコイル２に閉回路（以下、「ＯＦＦ閉回路」という）が形成され、このＯＦＦ閉回路にＬＥＤ電流が流れる。出力コンデンサ５は、ＬＥＤ電流をフィルタリングするものであり、平滑コンデンサ１よりも充分に容量が小さい。出力コンデンサ５の低電位側電極と同電位のノード（二次側基準電位）をグランドＧ２というものとする。電流検出抵抗６は、低抵抗素子からなる。なお、図１に示すように、いわゆる疑似共振用の共振コンデンサ７が、ＦＥＴ３のドレイン−ソースに並列接続されてもよい。

駆動制御回路１４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ制御用ＩＣ８（以下、「制御ＩＣ８」という）及び後述の周辺回路を含む。なお、制御ＩＣ８には、不図示の抵抗、コンデンサ、ダイオードなどの他の回路素子が周辺回路としてさらに接続され得る。制御ＩＣ８は、少なくとも端子Ｐ１（電源端子）、Ｐ２（グランド端子）、Ｐ３（ゲート出力端子）、Ｐ４（ゼロクロス検出端子）、Ｐ５（ゼロクロス基準端子）、Ｐ６（電流検出端子）及びＰ７（制御入力端子）を有する。

端子Ｐ１には補助電源回路（不図示）から制御電源Ｖｃｃ１が供給される。不図示の補助電源回路は、例えば、降圧チョッパ回路、リニアレギュレータなどであればよく、平滑コンデンサ１の電圧を降圧及び定電圧化して制御電源Ｖｃｃ１を生成する。端子Ｐ２はグランドＧ１に接続される。端子Ｐ３は、不図示のゲート抵抗を介してＦＥＴ３のゲートに接続され、内部のゲートドライバからのゲート信号をＦＥＴ３に印加する。

端子Ｐ４は、抵抗９を介してチョークコイル２の検出ノード２ａ（すなわち、ＦＥＴ３側のノード）に接続されるとともにコンデンサ１０を介してグランドＧ２に接続される。検出ノード２ａの電圧は、ＦＥＴ３のオンオフに伴い、実質的に電圧Ｖｄｃと０Ｖ（厳密には電流検出抵抗６の電圧）との間を反転する。具体的には、ＦＥＴ３のオフ期間が開始すると、検出ノード２ａの電圧は電圧Ｖｄｃに実質的に等しくなり、その後にチョークコイル２に流れるコイル電流が減少し、コイル電流がゼロとなると、検出ノード２ａの電圧は急峻に低下する。

端子Ｐ５は、抵抗１１を介してチョークコイル２の基準ノード２ｂ（すなわち、出力コンデンサ５側のノード）に接続されるとともに、コンデンサ１２を介してグランドＧ１に接続される。基準ノード２ｂの電圧は、実質的に電圧Ｖｄｃで一定となる。

図２に、端子Ｐ４及び端子Ｐ５に関連する制御ＩＣ８の周辺回路及び内部回路を示す。端子Ｐ４及び端子Ｐ５は、オフ期間終了タイミングの決定動作に関係する。制御ＩＣ８の内部回路は、内部抵抗８ａ、内部抵抗８ｂ、コンパレータ８ｃ、ロジック回路８ｄ及びゲートドライバ８ｅを含む。

端子Ｐ４は、制御ＩＣ８の内部抵抗８ａを介して端子Ｐ２（グランドＧ１）に接続される。したがって、端子Ｐ４の端子電圧は、検出ノード２ａの電圧の、抵抗９と内部抵抗８ａによる分圧値となる。端子Ｐ５は、制御ＩＣ８の内部抵抗８ｂを介して端子Ｐ２（グランドＧ１）に接続される。したがって、端子Ｐ５の端子電圧は、基準ノード２ｂの電圧の、抵抗１１と内部抵抗８ｂによる分圧値となる。

コンパレータ８ｃの非反転入力端子（＋）は端子Ｐ４に接続され、コンパレータ８ｃの反転入力端子（−）は端子Ｐ５に接続され、ゲートドライバ８ｅは端子Ｐ３に接続される。ロジック回路８ｄは、コンパレータ８ｃの出力がハイレベルからローレベルに反転することに応じてゲートドライバ８ｅの出力をローレベルからハイレベルに反転させるように構成される。これにより、制御ＩＣ８は、ＦＥＴ３のオフ期間において端子Ｐ４の端子電圧（検出ノード２ａの分圧値）が端子Ｐ５の端子電圧（基準ノード２ｂの分圧値）を下回った時点で当該オフ期間を終了させるように構成される。なお、端子Ｐ５の電圧が端子Ｐ４の振幅電圧の間の適切な値となるように、抵抗９及び抵抗１１が選定されるものとする。

ただし、実際の動作においては、コイル電流がゼロとなってからＦＥＴ３がオンするまでの間には若干のデッドタイムが生じる。これは、チョークコイル２及び共振コンデンサ７による疑似共振作用、抵抗９及びコンデンサ１０による時定数、（不図示のゲート抵抗及びゲート容量などによる）ゲート信号の遅延などに起因する。すなわち、図４に示すように、コイル電流において、オフ期間の終了付近であってオン期間の直前に電流休止期間が生じる。したがって、降圧チョッパ回路１３０及び駆動制御回路１４０は概ね臨界モードで動作するが、このデッドタイム期間（電流休止期間）にはコイル電流が途絶えるので、若干の不連続モードで動作するともいえる。

図１に戻り、端子Ｐ６はＦＥＴ３のソースと電流検出抵抗６の接続点に抵抗１３を介して接続され、端子Ｐ６には、電流検出抵抗６の電圧、すなわちＦＥＴ３に流れるＯＮ電流に比例する電圧（以下、「ＯＮ電流検出値」という）が入力される。端子Ｐ７は後述のフィードバック回路１６０に接続され、端子Ｐ７には、フィードバック回路１６０の出力電圧が端子電圧として入力される。

図３に、端子Ｐ６及び端子Ｐ７に関連する制御ＩＣ８の周辺回路及び内部回路を示す。端子Ｐ６及び端子Ｐ７は、オン期間終了タイミングの決定動作に関係する。制御ＩＣ８の内部回路は、コンパレータ８ｆ（固定閾値コンパレータ）、電圧降下回路８ｇ、コンパレータ８ｈ（可変閾値コンパレータ）、ＯＲ回路８ｉ、ロジック回路８ｊ及び上述のゲートドライバ８ｅを含む。

端子Ｐ６は、コンパレータ８ｆ及びコンパレータ８ｈの各々の非反転入力端子（＋）に接続される。端子Ｐ７は、電圧降下回路８ｇを介してコンパレータ８ｈの反転入力端子（−）に接続される。電圧降下回路８ｇは、端子Ｐ７の端子電圧を所定の割合で低減して（例えば、リニアに低減して）可変閾値を生成し、この可変閾値をコンパレータ８ｈの反転入力端子に出力する。コンパレータ８ｆの反転入力端子（−）には、制御ＩＣ８内部で生成される所定の固定閾値が入力される。コンパレータ８ｆの出力とコンパレータ８ｈの出力がＯＲ回路８ｉに入力され、ＯＲ回路８ｉは両出力の論理和を出力する。すなわち、コンパレータ８ｆとコンパレータ８ｈのいずれかがハイレベルとなる場合に、ＯＲ回路８ｉはハイレベルを出力する。ロジック回路８ｊは、ＯＲ回路８ｉの出力がローレベルからハイレベルに反転することに応じてゲートドライバ８ｅの出力をハイレベルからローレベルに反転させるように構成される。これにより、制御ＩＣ８は、ＦＥＴ３のオン期間において端子Ｐ６の端子電圧（ＯＮ電流検出値）が固定閾値（コンパレータ８ｆ）又は可変閾値（コンパレータ８ｈ）のいずれか低い方を超えた時点で、当該オン期間を終了させるように構成される。

以下、図５を参照して、仮に端子Ｐ７が使用されないとした場合のオン期間終了タイミングの決定動作を説明する。図５の上段のグラフはＬＥＤアレイ２００の順方向電圧Ｖｆが相対的に低い場合（例えば、Ｖｆ＝１００Ｖ）を示し、下段のグラフは順方向電圧Ｖｆが相対的に高い場合（例えば、Ｖｆ＝２００Ｖ）を示し、横軸は時間を示す。なお、電圧Ｖｄｃは４５０Ｖであるものとし、チョークコイル２の電圧をコイル電圧というものとする。

図５の上段のグラフに示すように、順方向電圧Ｖｆが相対的に低い場合には、コイル電圧は相対的に高くなる（コイル電圧＝Ｖｄｃ−Ｖｆ＝４５０Ｖ−１００Ｖ＝３５０Ｖ）。上述したように、ＦＥＴ３がオンされるとＯＮ電流検出値が上昇する。この上昇は、相対的に高いコイル電圧に起因して急峻な傾斜となる。ＯＮ電流検出値が上記固定閾値に達しても、制御ＩＣ８の処理速度などに起因して、ＯＮ電流検出値が固定閾値に達してから所定の遅延をもってＦＥＴ３がオフされるため、上記の急峻な傾斜によってＯＮ電流検出値がオーバーシュートする。一方、図５の下段のグラフに示すように、順方向電圧Ｖｆが相対的に高い場合には、コイル電圧は相対的に低くなる（コイル電圧＝Ｖｄｃ−Ｖｆ＝４５０Ｖ−２００Ｖ＝２５０Ｖ）。この場合、ＯＮ電流検出値の上昇は、相対的に低いコイル電圧に起因して緩やかな傾斜となる。このため、ＯＮ電流検出値が固定閾値に達すると、上記と同様の遅延が発生してもＯＮ電流検出値はほとんどオーバーシュートすることなくＦＥＴ３がオフされる。

したがって、順方向電圧Ｖｆが相対的に低い場合には、ＦＥＴ電流のピーク値が相対的に高くなり、ＬＥＤ電流も（平均値としてみても）高くなる。一方、順方向電圧Ｖｆが相対的に高い場合には、ＦＥＴ電流のピーク値が相対的に低くなり、ＬＥＤ電流も（平均値としてみても）低くなる。このように、異なる順方向電圧Ｖｆに対してＬＥＤ電流が変動してしまうことになる。したがって、順方向電圧Ｖｆが相対的に低い場合には所望以上のＬＥＤ電流発生し、順方向電圧Ｖｆが相対的に高い場合には所望以下のＬＥＤ電流が発生し得る。

また、本実施形態のような疑似共振動作を利用する降圧チョッパ回路においては、上述したように、疑似共振動作、検出回路の時定数、ゲート出力の遅延などに起因してオフ期間の電流継続期間の終了時とオン期間の電流継続期間の開始時との間に電流休止期間が生じる。また、降圧チョッパ回路１３０の負荷（すなわちＬＥＤアレイ２００の電力）が相対的に大きな場合にはＰＷＭ制御における駆動周波数が相対的に低くなり、負荷が相対的に小さい場合にはＰＷＭ制御における駆動周波数が相対的に高くなる。これに対して、上記電流休止期間長は負荷にかかわらず実質的に一定であるため（過小な負荷の場合を除く）、駆動周波数が相対的に高い場合には、電流継続期間に対する電流休止期間の割合が大きくなる。そのため、同じＯＮ電流検出値及び同じ固定閾値を用いた制御においても、低負荷時のＬＥＤ電流は、高負荷時ＬＥＤ電流よりも小さくなり得る。

上記のオーバーシュートに起因する負荷対ＬＥＤ電流の負方向の変動と、電流休止期間に起因する負荷対ＬＥＤ電流の正方向の変動とは相反するものであるが、通常はいずれか一方が他方を上回り、双方が相殺されることはない。なお、実機を用いた実験によると、オーバーシュートに起因する負方向の変動が電流休止期間に起因する正方向の変動よりも支配的となり、順方向電圧Ｖｆ＝１５０Ｖ±１０％及び目標ＬＥＤ電流＝７５０ｍＡにおいて、順方向電圧Ｖｆが１Ｖ増加するにつれてＬＥＤ電流が０．３ｍＡ減少することが確認された。

そこで、本実施形態は、電流検出回路１５０及びフィードバック回路１６０を適用して端子Ｐ７の機能を積極的に利用し、負荷に対するＬＥＤ電流の変動を抑制するように構成される。再度図１を参照して、電流検出回路１５０及びフィードバック回路１６０を説明する。

電流検出回路１５０は、低抵抗素子である電流検出抵抗１４（第２の電流検出抵抗）からなる。電流検出抵抗１４は、チョークコイル２と出力コンデンサ５の接続点（基準ノード２ｂ）とＬＥＤアレイ２００のカソード端との間に挿入接続される。したがって、電流検出抵抗１４には、ＦＥＴ３のオン期間及びオフ期間の双方においてＬＥＤ電流が流れる。このＬＥＤ電流の検出値は、フィードバック回路１６０に出力される。

フィードバック回路１６０は、オペアンプ１５、抵抗１６、抵抗１７、可変抵抗１８、帰還素子１９、フォトカプラ２０、抵抗２１、抵抗２２、抵抗２３及びツェナーダイオード２４を備える。なお、オペアンプ１５などには、不図示の回路素子も適宜接続され得る。フォトカプラ２０のフォトトランジスタ２０ｔ側の基準電位はグランドＧ１であり、フォトカプラ２０のフォトダイオード２０ｄ側（例えば、オペアンプ１５）の基準電位は出力コンデンサ５の低電位側電極の電位である。また、フィードバック回路１６０の動作に必要な制御電源Ｖｃｃ２は、不図示の補助電源回路によって、例えば出力コンデンサ５の電圧を降圧及び定電圧化して生成されるものとする。なお、制御電源Ｖｃｃ２のための降圧及び定電圧化のための回路は、降圧チョッパ回路、リニアレギュレータなどであればよい。

オペアンプ１５の反転入力端子（−）は、抵抗１６を介して電流検出抵抗１４の高電位側ノードに接続される。オペアンプ１５の非反転入力端子（＋）は、制御電源Ｖｃｃ２とグランドＧ２との間に接続された抵抗１７及び可変抵抗１８の分圧点に接続される。なお、オペアンプ１５の反転入力端子に入力される電圧をＬＥＤ電流検出値といい、非反転入力端子に入力される電圧を目標値というものとする。可変抵抗１８の抵抗値は、ＬＥＤ点灯装置１００又はＬＥＤ照明装置３００の仕様に応じて設定される。帰還素子１９は、オペアンプ１５の反転入力端子と出力端子の間に接続され、例えば、抵抗とコンデンサの直列回路及びその直列回路に並列接続されたコンデンサで構成される。ただし、帰還素子１９の回路構成は、これに限られない。オペアンプ１５の出力端子は、フォトカプラ２０のフォトダイオード２０ｄのカソードに接続される。

フォトダイオード２０ｄのアノードは抵抗２１を介して制御電源Ｖｃｃ２に接続され、アノードとカソードとの間には抵抗２２が接続される。フォトカプラ２０のフォトトランジスタ２０ｔのエミッタはグランドＧ１に接続され、コレクタは制御ＩＣ８の端子Ｐ７に接続されるとともに抵抗２３を介して制御電源Ｖｃｃ１に接続される。また、端子Ｐ７とグランドＧ１の間には、端子Ｐ７への過電圧入力の防止のためにツェナーダイオード２４が接続されることが好ましい。フォトカプラ２０では、フォトダイオード２０ｄに流れる電流に実質的に比例してフォトトランジスタ２０ｔに電流が流れる。したがって、フォトダイオード２０ｄに流れる電流が増加するほど、端子Ｐ７の電位は低下してグランドＧ１に近づく。

これにより、オペアンプ１５は、その周辺回路とともに誤差増幅回路（本例では反転増幅回路）として動作する。したがって、オペアンプ１５はＬＥＤ電流検出値と目標値との誤差を増幅及び反転して出力し、端子Ｐ７の端子電圧はこの誤差を解消する方向に変化する。これにより、フィードバック回路１６０は、ＬＥＤ電流検出値が目標値に一致するように端子Ｐ７の端子電圧をフィードバック制御する。なお、帰還素子１９のインピーダンスを適正に設定することによって、フィードバック回路１６０によるフィードバック動作の応答特性が最適化される。

ここで、図３を再度参照して、端子Ｐ６と端子Ｐ７の関係について説明する。コンパレータ８ｈにおける可変閾値＜コンパレータ８ｆにおける固定閾値、の場合には、オン期間において、端子Ｐ７側のコンパレータ８ｈが端子Ｐ６側のコンパレータ８ｆよりも先にハイレベルとなることから、端子Ｐ７側の動作が有効化されることになる。一方、コンパレータ８ｆにおける固定閾値≦コンパレータ８ｈにおける可変閾値、の場合には、オン期間において、端子Ｐ６側のコンパレータ８ｆが端子Ｐ７側のコンパレータ８ｈよりも先に又はそれと同時にハイレベルとなることから、端子Ｐ７側の動作が無効化されることになる。すなわち、固定閾値は、可変閾値の上限値、すなわちＬＥＤ電流の上限値を規定するものとなる。言い換えると、端子Ｐ６に関連する構成は、ＬＥＤ過電流を防止するリミッタとして作用することになる。

以上のように、本発明のＬＥＤ点灯装置１００は、ＰＦＣ回路１２０と、ＦＥＴ３のオン期間にＰＦＣ回路１２０、ＬＥＤアレイ２００、チョークコイル２、ＦＥＴ３及び電流検出抵抗６がＯＮ閉回路を形成し、ＦＥＴ３のオフ期間にチョークコイル２、回生ダイオード４及びＬＥＤアレイ２００がＯＦＦ閉回路を形成するように構成されたバック型の降圧チョッパ回路１３０と、端子Ｐ７の端子電圧に対応する可変閾値を生成し、オン期間において電流検出抵抗６によって検出されるＯＮ電流検出値が可変閾値に達することに応じてオン期間を終了させるようにＦＥＴ３をＰＷＭ駆動する駆動制御回路１４０と、ＯＮ閉回路及びＯＦＦ閉回路に共通して挿入接続された電流検出回路１５０と、電流検出回路１５０によって検出されるＬＥＤ電流検出値が目標値に一致するように上記端子電圧を生成するフィードバック回路１６０とを備える。また、本発明のＬＥＤ照明装置３００は、ＬＥＤ点灯装置１００とＬＥＤアレイ２００とを備える。

このように、バック型の降圧チョッパ回路１３０のＰＷＭ制御において、駆動制御回路１４０は、端子Ｐ７の端子電圧に対応する可変閾値を生成し、電流検出抵抗６によって検出されるＯＮ電流検出値が可変閾値に達するとオン期間を終了させるように構成される。そして、電流検出回路１５０がＬＥＤ電流を検出し、フィードバック回路１６０がＬＥＤ電流検出値を目標値に一致させるように端子電圧を生成するように構成される。これにより、簡素な構成でありながらも高い汎用性及び良好な制御応答性を可能とするＬＥＤ点灯装置１００及びＬＥＤ照明装置３００が実現される。

特に、本実施形態では、電流検出回路１５０が電流検出抵抗１４からなり、出力コンデンサ５の高電位側電極がＬＥＤアレイ２００のアノード端に接続され、出力コンデンサ５の低電位側電極が電流検出抵抗１４を介してＬＥＤアレイ２００のカソード端に接続される。そして、フィードバック回路１６０が、電流検出抵抗１４の電圧であるＬＥＤ電流検出値と目標値との誤差増幅値を出力するオペアンプ１５などの誤差増幅回路、及びグランドＧ２に対する誤差増幅値に対応する電圧をグランドＧ１に対する端子電圧に変換するフォトカプラ２０を含む。これにより、簡素な構成の電流検出回路１５０及びフィードバック回路１６０が実現される。

また、駆動制御回路１４０は、ＯＮ電流検出値が可変閾値を超えた場合にハイレベルを出力するコンパレータ８ｈと、ＯＮ電流検出値が所定の固定閾値を超えた場合にハイレベルを出力するコンパレータ８ｆと、コンパレータ８ｈの出力とコンパレータ８ｆの出力との論理和を出力するＯＲ回路８ｉと、ＯＲ回路８ｉの出力がハイレベルとなることに応じてオン期間を終了させるように構成されたロジック回路８ｊとを含む。これにより、簡素な構成で駆動制御回路１４０が実現される。また、固定閾値に基づいて動作するコンパレータ８ｆがオン期間幅の上限値を規定してＬＥＤ電流のリミッタとして機能し、ＬＥＤ過電流に対する保護機能が確保される。

＜第２の実施形態＞
上記第１の実施形態では、降圧チョッパ回路１３０の出力電流（ＬＥＤ電流）のフィードバックが行われる構成を示したが、本実施形態では、降圧チョッパ回路１３０の出力電圧について過電圧保護、すなわち無負荷保護も併せて行われる構成を示す。

図６に、本実施形態によるＬＥＤ点灯装置１００及びそれを用いたＬＥＤ照明装置３００の回路図を示す。なお、本実施形態において、第１の実施形態の構成要素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又は簡略化する。本実施形態では第１の実施形態の構成に対して電圧検出回路１５５が付加され、第１の実施形態とはフィードバック回路１６０の構成が異なる。

電圧検出回路１５５は出力コンデンサ５に並列接続された抵抗２５及び抵抗２６の分圧回路からなり、この分圧回路の分圧点において降圧チョッパ回路１３０の出力電圧が検出される。この出力電圧の検出値は、フィードバック回路１６０に出力される。

フィードバック回路１６０は、第１の実施形態の構成に加えて、オペアンプ２７、抵抗２８、抵抗２９、可変抵抗３０、帰還素子３１及び選択回路３２を含む。なお、オペアンプ２７などには、不図示の回路素子も適宜接続され得る。オペアンプ２７も、オペアンプ１５と同様に、グランドＧ２を基準電位として制御電源Ｖｃｃ２を受けて動作する。オペアンプ２７の反転入力端子（−）は、抵抗２８を介して抵抗２５及び抵抗２６の分圧点に接続される。オペアンプ２７の非反転入力端子（＋）は、制御電源Ｖｃｃ２とグランドＧ２との間に接続された抵抗２９及び可変抵抗３０の分圧点に接続される。なお、オペアンプ２７の反転入力端子に入力される電圧を出力電圧検出値といい、非反転入力端子に入力される電圧を上限値というものとする。可変抵抗３０の抵抗値は、ＬＥＤ点灯装置１００又はＬＥＤ照明装置３００の仕様に応じて設定される。帰還素子３１は、オペアンプ２７の反転入力端子と出力端子の間に接続され、抵抗、コンデンサ又はこれらの適宜の組合せによって構成される。なお、一般的に、オペアンプＩＣは１つのパッケージに２基以上のオペアンプを内蔵している場合が多いため、オペアンプ１５に対するオペアンプ２７の追加自体は実質的なコストアップとはならない。

選択回路３２は、ダイオード３２ａ及び３２ｂからなるダイオードＯＲ回路で構成される。オペアンプ１５の出力端子が選択回路３２の一方のダイオード３２ａのカソードに接続され、オペアンプ２７の出力端子が選択回路３２の他方のダイオード３２ｂのカソードに接続される。ダイオードＯＲ回路の共通アノードは、フォトカプラ２０のフォトダイオード２０ｄのカソードに接続される。

オペアンプ２７は、その周辺回路とともに誤差増幅回路（本例では反転増幅回路）として動作し、出力電圧検出値と上限値との誤差を増幅及び反転して出力する。ＬＥＤアレイ２００が正常に接続されている有負荷状態ではオペアンプ２７の出力は最大出力となり、ＬＥＤアレイ２００が接続されていない場合又は断線している場合などの無負荷状態ではオペアンプ２７の出力は最小出力（ゼロ）となる。したがって、有負荷状態においては選択回路３２のダイオード３２ａがオンしてオペアンプ１５の動作が有効化され、無負荷状態においては選択回路３２のダイオード３２ｂがオンしてオペアンプ２７の動作が有効化される。オペアンプ１５の動作が有効化された状態でのＬＥＤ点灯装置１００の動作は、第１の実施形態において説明したものと同様である。一方、オペアンプ２７の動作が有効化された状態では、フォトカプラ２０のフォトダイオード２０ｄ及びフォトトランジスタ２０ｔに流れる電流が最大化され、端子Ｐ７の端子電圧は最小化される（例えば０Ｖとなる）。

これにより、駆動制御回路１４０は、ＦＥＴ３のＰＷＭ駆動を停止し、又はＰＷＭ駆動のオン幅を最小化する。なお、本実施形態においては、ＰＷＭ駆動が一旦停止されてもその停止状態はラッチされないため、ＦＥＴ３は間欠的に又は最小オン幅でＰＷＭ駆動され、降圧チョッパ回路１３０の出力電圧は上限値に対応する電圧に維持されることになる。

以上のように、本実施形態のＬＥＤ点灯装置１００は、降圧チョッパ回路１３０の出力電圧を検出する電圧検出回路１５５をさらに備える。電流検出回路１５０は電流検出抵抗１４からなり、出力コンデンサ５の高電位側電極がＬＥＤアレイ２００のアノード端に接続され、出力コンデンサ５の低電位側電極が電流検出抵抗１４を介してＬＥＤアレイ２００のカソード端に接続される。そして、フィードバック回路１６０は、ＬＥＤ電流検出値と目標値との誤差増幅値を反転出力するオペアンプ１５などの反転増幅回路、出力電圧検出値と上限値との誤差増幅値を反転出力するオペアンプ２７などの反転増幅回路、オペアンプ１５の出力とオペアンプ２７の出力のいずれか低い方を選択出力として出力する選択回路３２、及びグランドＧ２に対する選択出力に対応する電圧をグランドＧ１に対する端子電圧に変換するフォトカプラ２０を含む。これにより、第１の実施形態の構成を利用して少ないコストアップで無負荷保護又は出力過電圧保護の機能を付加することができる。

＜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）オペアンプ１５を含む誤差増幅回路に関する変形
上記第１の実施形態では、誤差増幅回路として反転増幅回路を示したが、誤差増幅回路は非反転増幅回路であってもよい。この場合、オペアンプ１５について、非反転入力端子にＬＥＤ電流検出値が入力され、反転入力端子に目標値が入力され、出力端子がフォトカプラ２０のフォトダイオード２０ｄのアノード側に接続される。

（２）制御ＩＣ８におけるゼロクロス検出に関する変形
上記各実施形態では、制御ＩＣ８によるコイル電流のゼロクロス検出（オフ期間終了タイミングの決定動作）に関して、チョークコイル２の検出ノード２ａの電圧分圧値及び基準ノード２ｂの電圧分圧値が端子Ｐ４及び端子Ｐ５にそれぞれ入力される構成が採用された。一方、チョークコイル２に補助巻線を設けることが可能であれば、その補助巻線の電圧がゼロクロス検出に用いられてもよい。この場合、この補助巻線において、検出ノード２ａに対応する極性のノードが端子Ｐ４に適宜の抵抗を介して接続され、制御電源Ｖｃｃ１の分圧回路の分圧点が端子Ｐ５に接続されるように構成される。

（３）ＰＦＣ回路１２０に関する変形
上記各実施形態では、定電圧源として昇圧チョッパ回路であるＰＦＣ回路１２０を示したが、定電圧源はこれに限られない。例えば、いわゆるコンデンサインプット型回路の平滑コンデンサ（整流回路１１０の出力端子間に接続された平滑コンデンサ）が定電圧源である場合などにも、上記各実施形態は適用可能である。

２ チョークコイル
３ スイッチング素子
４ 回生ダイオード
５ 出力コンデンサ
６ 電流検出抵抗
８ 制御ＩＣ
１４ 電流検出抵抗
１５、２７ オペアンプ
２０ フォトカプラ
３２ 選択回路
１００ ＬＥＤ点灯装置
１２０ ＰＦＣ回路（定電圧源）
１３０ 降圧チョッパ回路
１４０ 駆動制御回路
１５０ 電流検出回路
１５５ 電圧検出回路
１６０ フィードバック回路
２００ ＬＥＤアレイ
３００ ＬＥＤ照明装置

Claims (5)

1. ＬＥＤ点灯装置であって、
   定電圧源と、
   チョークコイル、スイッチング素子、回生ダイオード及び第１の電流検出抵抗を有し、前記スイッチング素子のオン期間に前記定電圧源、ＬＥＤアレイ、前記チョークコイル、前記スイッチング素子及び前記第１の電流検出抵抗が第１の閉回路を形成し、前記スイッチング素子のオフ期間に前記チョークコイル、前記回生ダイオード及び前記ＬＥＤアレイが第２の閉回路を形成するように構成されたバック型の降圧チョッパ回路と、
   所定端子の端子電圧に対応する可変閾値を生成し、前記オン期間において前記第１の電流検出抵抗によって検出されるＯＮ電流検出値が前記可変閾値に達することに応じて前記オン期間を終了させるように前記スイッチング素子をＰＷＭ駆動する駆動制御回路と、
   前記第１の閉回路及び前記第２の閉回路に共通して挿入接続された電流検出回路と、
   前記電流検出回路によって検出されるＬＥＤ電流検出値が目標値に一致するように前記端子電圧を生成するフィードバック回路と
   を備えたＬＥＤ点灯装置。
2. 前記降圧チョッパ回路が出力コンデンサをさらに含み、前記電流検出回路が第２の電流検出抵抗からなり、前記出力コンデンサの高電位側電極が前記ＬＥＤアレイのアノード端に接続され、前記出力コンデンサの低電位側電極が前記第２の電流検出抵抗を介して前記ＬＥＤアレイのカソード端に接続され、
   前記駆動制御回路が第１の基準電位に対して動作し、前記出力コンデンサの低電位側電極が第２の基準電位として定義され、
   前記フィードバック回路が、前記第２の電流検出抵抗の電圧である前記ＬＥＤ電流検出値と前記目標値との誤差増幅値を出力する誤差増幅回路、及び前記第２の基準電位に対する前記誤差増幅値に対応する電圧を前記第１の基準電位に対する前記端子電圧に変換するフォトカプラを含む、請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置。
3. 前記降圧チョッパ回路の出力電圧を検出する電圧検出回路をさらに備え、
   前記降圧チョッパ回路が出力コンデンサをさらに含み、前記電流検出回路が第２の電流検出抵抗からなり、前記出力コンデンサの高電位側電極が前記ＬＥＤアレイのアノード端に接続され、前記出力コンデンサの低電位側電極が前記第２の電流検出抵抗を介して前記ＬＥＤアレイのカソード端に接続され、
   前記駆動制御回路が第１の基準電位に対して動作し、前記出力コンデンサの低電位側電極が第２の基準電位として定義され、
   前記フィードバック回路が、前記第２の電流検出抵抗の電圧である前記ＬＥＤ電流検出値と前記目標値との誤差増幅値を反転出力する第１の反転増幅回路、前記出力電圧の検出値と上限値との誤差増幅値を反転出力する第２の反転増幅回路、前記第１の反転増幅回路の出力と前記第２の反転増幅回路の出力のいずれか低い方を選択出力として出力する選択回路、及び前記第２の基準電位に対する前記選択出力に対応する電圧を前記第１の基準電位に対する前記端子電圧に変換するフォトカプラを含む、請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置。
4. 前記駆動制御回路が、前記ＯＮ電流検出値が前記可変閾値を超えた場合にハイレベルを出力する可変閾値コンパレータ、前記ＯＮ電流検出値が所定の固定閾値を超えた場合にハイレベルを出力する固定閾値コンパレータ、前記可変閾値コンパレータの出力と前記固定閾値コンパレータの出力との論理和を出力するＯＲ回路、及び前記ＯＲ回路の出力がハイレベルとなることに応じて前記オン期間を終了させるように構成されたロジック回路とを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のＬＥＤ点灯装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のＬＥＤ点灯装置と、前記ＬＥＤアレイとを備えたＬＥＤ照明装置。
   
   

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