JP2022134626A - 点灯装置および照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化が可能な点灯装置および照明器具を得ることを目的とする。【解決手段】本開示に係る点灯装置は、本開示に係る点灯装置は、交流電源を整流する整流回路と、該整流回路の出力に接続され、第１スイッチング素子のオンオフにより第１出力電圧を出力する降圧チョッパ回路と、該降圧チョッパ回路から該第１出力電圧の供給を受け、第２スイッチング素子のオンオフにより光源を点灯させる点灯回路と、該降圧チョッパ回路と該点灯回路を制御する制御回路と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、点灯装置および照明器具に関する。

特許文献１には、点灯装置が開示されている。この点灯装置は、交流電源を全波整流して得られる直流電源と、昇圧チョッパ回路と、突入電流抑制装置とを具備する。昇圧チョッパ回路は、２次巻線を有するインダクタを備え、直流電源の電圧を昇圧する。突入電流抑制装置は、直流電源と昇圧チョッパ回路との間に接続された限流手段、限流手段に並列に接続されたスイッチ手段、および２次巻線に接続されてなり、スイッチ手段を駆動する倍電圧整流手段を具備する。

特開２００５－５７９４７号公報

特許文献１の点灯装置では、突入電流を抑制するために突入電流抑制装置が設けられている。このため、装置が大型化する可能性がある。

本開示は、上述の課題を解決するためになされたもので、小型化が可能な点灯装置および照明器具を得ることを目的とする。

本開示に係る点灯装置は、交流電源を整流する整流回路と、該整流回路の出力に接続され、第１スイッチング素子のオンオフにより第１出力電圧を出力する降圧チョッパ回路と、該降圧チョッパ回路から該第１出力電圧の供給を受け、第２スイッチング素子のオンオフにより光源を点灯させる点灯回路と、該降圧チョッパ回路と該点灯回路を制御する制御回路と、を備える。

本開示に係る点灯装置では、降圧チョッパ回路の第１スイッチング素子により突入電流を抑制できる。従って、突入電流抑制回路が不要となり点灯装置を小型化できる。

実施の形態１に係る点灯装置の回路ブロック図である。 比較例に係る点灯装置の動作波形を示す図である。 実施の形態１に係る点灯装置の動作波形を示す図である。 実施の形態２に係る点灯装置の回路ブロック図である。 実施の形態２に係る点灯装置の動作波形を示す図である。 実施の形態３に係る点灯装置の動作波形を示す図である。 実施の形態４に係る点灯装置の回路ブロック図である。 実施の形態４に係る点灯装置の動作波形を示す図である。 実施の形態５に係る照明器具の断面図である。

本開示の実施の形態に係る点灯装置および照明器具について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る点灯装置１００の回路ブロック図である。点灯装置１００は、交流電源１から電力の供給を受けて光源２を点灯させる。光源２は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）である。点灯装置１００は、整流回路ＤＢ、降圧チョッパ回路３、点灯回路４、降圧チョッパ回路制御部５、点灯回路制御部６を備える。

整流回路ＤＢは４つのダイオードから構成されたダイオードブリッジ回路である。整流回路ＤＢは交流電源１から入力される交流電圧を全波整流する。整流回路ＤＢの直流出力側にはコンデンサＣ１が接続されている。コンデンサＣ１は、降圧チョッパ回路３のスイッチングリップルを除去する程度の小容量のフィルタコンデンサである。コンデンサＣ１は、全波整流電圧を平滑化するためのものではない。つまりコンデンサＣ１は、電源周波数成分のリップルを平滑するためのものではない。このため、降圧チョッパ回路３への入力電圧は、全波整流電圧となる。全波整流電圧は、交流電源１の２倍の周波数で脈動する。

降圧チョッパ回路３は整流回路ＤＢの直流出力側に接続される。降圧チョッパ回路３は、インダクタＬ１ａ、スイッチング素子ＳＷ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ２から構成される。スイッチング素子ＳＷ１は例えばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。スイッチング素子ＳＷ１のドレイン端子は、コンデンサＣ１の正極に接続される。スイッチング素子ＳＷ１のソース端子は、ダイオードＤ１のカソードおよびインダクタＬ１ａの一端に接続される。スイッチング素子ＳＷ１のゲート端子は、降圧チョッパ回路制御部５に接続される。ダイオードＤ１のアノードはコンデンサＣ１の負極に接続される。インダクタＬ１ａの他端はコンデンサＣ２の正極に接続される。コンデンサＣ２の負極はダイオードＤ１のアノードに接続される。

降圧チョッパ回路３は、インダクタＬ１ａに磁気的に結合された検出巻線Ｌ１ｂを備える。検出巻線Ｌ１ｂの一端はコンデンサＣ２の負極に接続される。検出巻線Ｌ１ｂの他端は降圧チョッパ回路制御部５に接続される。

コンデンサＣ２は降圧チョッパ回路３の出力に接続される。コンデンサＣ２は、整流回路ＤＢの出力と光源２とを繋ぐ一対の電力供給線路の間に接続される。コンデンサＣ２は、降圧チョッパ回路３の出力電圧を直流電圧に平滑するためのものではない。コンデンサＣ２は、後段に接続される点灯回路４のスイッチングリップルを除去する程度の小容量のコンデンサである。以降、降圧チョッパ回路３の出力電圧を第１出力電圧と呼ぶことがある。コンデンサＣ２の両端には、第１出力電圧が発生する。降圧チョッパ回路３の第１出力電圧は、交流電源１の２倍の周波数で脈動する。

コンデンサＣ２と並列に、出力電圧検出抵抗Ｒ１が接続される。出力電圧検出抵抗Ｒ１は直列に接続された２つの抵抗から形成される。２つの抵抗の接続点は、降圧チョッパ回路制御部５に接続される。

点灯回路４は降圧チョッパ回路の出力に接続される。点灯回路４は、インダクタＬ２、スイッチング素子ＳＷ２、ダイオードＤ２、平滑コンデンサＣ３から構成される。スイッチング素子ＳＷ２は、例えばＭＯＳＦＥＴである。点灯回路４は昇圧チョッパ回路である。インダクタＬ２の一端には、コンデンサＣ２の正極が接続される。インダクタＬ２の他端には、スイッチング素子ＳＷ２のドレイン端子およびダイオードＤ２のアノードが接続される。スイッチング素子ＳＷ２のソース端子はコンデンサＣ２の負極と接続される。スイッチング素子ＳＷ２のゲート端子は、点灯回路制御部６に接続される。ダイオードＤ２のカソードは、平滑コンデンサＣ３の正極に接続される。平滑コンデンサＣ３の負極は、スイッチング素子ＳＷ２のソース端子に接続される。

平滑コンデンサＣ３は、点灯回路４の出力に接続される。平滑コンデンサＣ３は、整流回路ＤＢの出力と光源２とを繋ぐ一対の電力供給線路の間に接続される。平滑コンデンサＣ３は点灯回路４の出力電圧を平滑化するために設けられる。平滑コンデンサＣ３は、コンデンサＣ１、Ｃ２よりも容量が大きい。平滑コンデンサＣ３は、例えば電解コンデンサである。以降、点灯回路４から光源２に供給される出力電圧を第２出力電圧と呼ぶことがある。平滑コンデンサＣ３の両端には第２出力電圧が発生する。第２出力電圧は、交流電源１の２倍の周波数で脈動する成分をほとんど含まない直流電圧となる。

平滑コンデンサＣ３の負極と光源２のカソード側との間には電流検出抵抗Ｒ２が接続される。電流検出抵抗Ｒ２と光源２との接続点は、点灯回路制御部６に接続される。

降圧チョッパ回路制御部５は、ゼロ電流検出部５ａ、電圧検出部５ｂ、駆動信号生成部５ｃを含む。降圧チョッパ回路制御部５は、降圧チョッパ回路３を高周波スイッチングで駆動し、降圧チョッパ回路３の第１出力電圧および点灯装置１００に対する入力電流、すなわち交流入力電流波形を制御する。降圧チョッパ回路３に入力される駆動信号は例えばＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号である。

点灯回路制御部６は、電流検出部６ａ、駆動信号生成部６ｂを含む。点灯回路制御部６は、点灯回路４を高周波スイッチングで駆動し、点灯回路４の出力電流を制御する。点灯回路４の出力電流は、光源２に供給される電流である。点灯回路４に入力される駆動信号は例えばＰＷＭ信号である。

次に、実施の形態１に係る点灯装置１００の動作を説明する。点灯装置１００に交流電源１が印加されると整流回路ＤＢは入力された交流電圧を全波整流する。整流回路ＤＢで整流された電圧は、コンデンサＣ１の両端に印加される。

ここでは、定常動作状態における降圧チョッパ回路３の動作を説明する。降圧チョッパ回路３は、整流回路ＤＢの出力に接続され、スイッチング素子ＳＷ１のオンオフにより第１出力電圧を出力する。降圧チョッパ回路制御部５から出力される駆動信号により、スイッチング素子ＳＷ１がオンしたとする。スイッチング素子ＳＷ１がオンすると、全波整流電圧と降圧チョッパ回路３の第１出力電圧の差分、すなわちコンデンサＣ１の電圧とコンデンサＣ２の電圧の差分がインダクタＬ１ａに印加される。これにより、インダクタＬ１ａの電流は上昇し、インダクタＬ１ａにエネルギが蓄えられる。

降圧チョッパ回路制御部５により設定されたスイッチング素子ＳＷ１のオン時間が経過すると、駆動信号生成部５ｃはスイッチング素子ＳＷ１をオフする信号を出力する。これにより、スイッチング素子ＳＷ１はオフする。スイッチング素子ＳＷ１がオフするとインダクタＬ１ａに蓄えられたエネルギが放出され、インダクタＬ１ａ、コンデンサＣ２、ダイオードＤ１、インダクタＬ１ａの順に電流が環流する。これにより、コンデンサＣ２が充電される。

インダクタＬ１ａがエネルギを放出し終えると、インダクタＬ１ａのリアクトル電流はゼロとなる。ゼロ電流検出部５ａはこのタイミングを検出する。ゼロ電流検出部５ａが、リアクトル電流がゼロになったタイミングを検出すると、駆動信号生成部５ｃは直ちにスイッチング素子ＳＷ１をオンする信号を出力する。これにより、再度スイッチング素子ＳＷ１はオンする。このように、降圧チョッパ回路３は所謂、電流臨界モードで動作する。

ゼロ電流検出部５ａは、インダクタＬ１ａと磁気的に結合された検出巻線Ｌ１ｂに発生する電圧信号を用いて、リアクトル電流がゼロになるタイミングを検出する。リアクトル電流がゼロになると、検出巻線Ｌ１ｂに発生する電圧は急速に立下がる特性を有する。ゼロ電流検出部５ａは、この立下りのタイミングを検出することで、リアクトル電流がゼロになったことを判別する。

電圧検出部５ｂは、降圧チョッパ回路３の第１出力電圧を、出力電圧検出抵抗Ｒ１に発生する電圧信号より検出している。電圧検出部５ｂは、出力電圧検出抵抗Ｒ１により第１出力電圧を分圧して検出する。これにより降圧チョッパ回路制御部５は、降圧チョッパ回路３の第１出力電圧が目標電圧となるようにスイッチング素子ＳＷ１のオン時間を制御している。すなわち、降圧チョッパ回路制御部５は、第１出力電圧が目標電圧よりも高ければスイッチング素子ＳＷ１のオン時間を短くし、目標電圧よりも低ければオン時間を長くするという負帰還制御を実施している。

なお、コンデンサＣ２に発生する電圧は交流電源１の２倍の周波数で脈動する成分を含む。このため、電圧検出部５ｂは検出電圧を平均化し、降圧チョッパ回路制御部５は第１出力電圧の平均値が目標電圧と一致するようにフィードバック制御を実施する。

次に、降圧チョッパ回路３の力率改善効果について説明する。降圧チョッパ回路制御部５は、スイッチング周期におけるインダクタＬ１ａの電流のピーク値が正弦波となるように、スイッチング素子ＳＷ１のオン時間を制御する。これにより、力率が改善される。

コンデンサＣ２は商用交流電圧の周波数に起因するリップル成分を平滑化しない程度の小容量コンデンサである。ここで、図２と図３を用いて、降圧チョッパ回路３の第１出力電圧を平滑化した場合と、平滑化しない場合における降圧チョッパ回路３への入力電流波形を比較する。図２は、比較例に係る点灯装置１００の動作波形を示す図である。図３は、実施の形態１に係る点灯装置１００の動作波形を示す図である。図２では降圧チョッパ回路３の第１出力電圧Ｖ１は平滑化されている。これに対して図３では、降圧チョッパ回路３の第１出力電圧Ｖ１は平滑化されていない。

図２に示すように、降圧チョッパ回路３の出力電圧を平滑化して直流電圧に変換する場合、商用交流電圧ＶＡＣの絶対値が第１出力電圧Ｖ１を下回る期間が発生する。この期間は、商用交流電圧ＶＡＣのゼロクロス近傍に発生する。この期間では、降圧チョッパ回路３のスイッチング素子ＳＷ１をオンしても、入力側から降圧チョッパ回路３に電流を流し込めない。このため、降圧チョッパ回路３への入力電流Ｉｉｎが流れない期間が発生する。これにより、点灯装置１００に対する入力電流波形は高調波成分を多く含むこととなり、力率が低下する。

これに対して図３に示されるように、本実施の形態における点灯装置１００では、降圧チョッパ回路３の第１出力電圧Ｖ１は平滑化されない。このため、商用交流電圧ＶＡＣの絶対値に対して、常に第１出力電圧Ｖ１の方が低くなる。よって、入力電流Ｉｉｎの導通期間が図２の場合と比較して大幅に増加する。従って、点灯装置１００に対する入力電流波形の高調波成分が低減され、力率が改善される。

このように、降圧チョッパ回路３の第１出力電圧Ｖ１を非平滑とすることで、商用交流電圧ＶＡＣの全位相に対して降圧動作が可能となる。このため、点灯装置１００に対する入力電流を正弦波状に制御することができる。従って、点灯装置１００の力率を改善することができる。

なお、降圧チョッパ回路３の第１出力電圧Ｖ１は、光源２の点灯電圧を超えないものとする。例えば電源投入時において、降圧チョッパ回路３が先に駆動を開始し、その後に点灯回路４が駆動する場合を考える。降圧チョッパ回路３が起動した直後の過渡状態において、第１出力電圧Ｖ１がオーバーシュートにより光源２の点灯電圧に達すると、点灯回路４が動作していない状態でも降圧チョッパ回路３から直接光源２に電流が供給される。これにより、微点灯または閃光が発生する恐れがある。

これを防ぐために、ソフトスタート制御を実施しても良い。ソフトスタート制御では、起動時において、スイッチング素子ＳＷ１のオン時間を定常時のオン時間と比較して短く設定する。その後、徐々にオン時間を長くしていく。あるいは、電源投入時のみ降圧チョッパ回路３の目標電圧を、定常時の目標電圧よりも低く設定しても良い。これにより、起動時のオーバーシュートを抑制でき、降圧チョッパ回路３の第１出力電圧を光源２の点灯電圧より低くすることができる。従って、電源投入時の微点灯または閃光を防止することができる。

次に、点灯回路４の動作について説明する。ここでは、定常動作状態における点灯回路４の動作を説明する。点灯回路４は、降圧チョッパ回路３から第１出力電圧の供給を受け、スイッチング素子ＳＷ２のオンオフにより光源２を点灯させる。駆動信号生成部６ｂから出力される駆動信号により、スイッチング素子ＳＷ２がオンしたとする。スイッチング素子ＳＷ２がオンすると、降圧チョッパ回路３の第１出力電圧がインダクタＬ２に印加され、インダクタＬ２の電流は上昇する。これにより、インダクタＬ２にエネルギが蓄えられる。

点灯回路制御部６により設定されたスイッチング素子ＳＷ２のオン時間が経過すると、駆動信号生成部６ｂはスイッチング素子ＳＷ２をオフする信号を出力する。これにより、スイッチング素子ＳＷ２がオフする。スイッチング素子ＳＷ２がオフすると、インダクタＬ２に蓄えられたエネルギが放出され、インダクタＬ２、ダイオードＤ２、平滑コンデンサＣ３の経路で電流が流れる。これにより、平滑コンデンサＣ３が充電される。

点灯回路４は昇圧チョッパ回路であるため、平滑コンデンサＣ３には、インダクタＬ２の逆起電力と降圧チョッパ回路３の第１出力電圧が重畳する。このため、点灯回路４の第２出力電圧は、降圧チョッパ回路３の第１出力電圧よりも高くなる。さらに、平滑コンデンサＣ３はコンデンサＣ２と比較して大容量のコンデンサである。このため、第２出力電圧は平滑化され、交流電源１の２倍の周波数成分で脈動する成分をほとんど含まない直流波形となる。これにより、光源２をちらつきなく点灯させることができる。なお、点灯回路４においても、降圧チョッパ回路３と同様にインダクタＬ２に磁気的に結合された検出巻線を設け、電流臨界モードで駆動しても良い。

電流検出部６ａは点灯回路４の出力電流、すなわち光源２に供給される電流の電流値を検出している。電流検出部６ａは、電流検出抵抗Ｒ２により電流値を電圧信号に変換し、点灯回路４の出力電流を検出する。これにより点灯回路制御部６は、光源２に供給される電流が目標電流となるように、スイッチング素子ＳＷ２のオン時間を制御する。すなわち点灯回路制御部６は、点灯回路４の出力電流が目標電流よりも高ければスイッチング素子ＳＷ２のオン時間を短くし、出力電流が目標電流よりも低ければＳＷ２のオン時間を長くするという負帰還制御を実施する。これにより、光源２を所望の明るさで点灯させることができる。

以上のように本実施の形態では、力率改善回路として降圧チョッパ回路を適用し、第１出力電圧を非平滑とした。これにより、点灯装置１００に対する入力電流の高調波成分を低減でき、高力率な点灯装置１００を得ることができる。

一般に光源点灯装置では、直流出力電圧を平滑化するため大容量のコンデンサが設けられることがある。光源の点灯前はコンデンサに電荷が充電されていない状態である。このため、電源投入時に商用交流電源より平滑コンデンサに過大な充電電流が流れ込むことがある。この電流は突入電流と呼ばれる。配電盤における１つのサーキットブレーカに対して、複数の照明器具が接続されることがある。この場合、電源投入時の突入電流が過大な電流値となり、サーキットブレーカの定格電流値を超過する可能性がある。これにより、商用交流電源が遮断されるおそれがある。また、サーキットブレーカの接点が溶着するおそれがある。

このような突入電流を抑制するため、突入電流抑制回路が用いられることがある。突入電流抑制回路では、例えば平滑コンデンサと直列に抵抗を挿入し、突入電流のピーク値を抑制する。また、点灯動作中は抵抗での電力損失を抑制するため、サイリスタ等で抵抗を短絡し、抵抗に流れる電流をバイパスさせる。

このように点灯装置に突入電流抑制回路を搭載すると、装置の大型化および高コスト化を招くおそれがある。また、電流をバイパスさせるサイリスタ等にも導通損失が発生する。このため、回路効率が低下するおそれがある。

これに対し本実施の形態では、スイッチング素子ＳＷ１は、整流回路ＤＢの出力と光源２とを繋ぐ一対の電力供給線路上で、整流回路ＤＢの出力と平滑コンデンサＣ３との間に設けられる。このスイッチング素子ＳＷ１により突入電流を抑制できる。従って、突入電流抑制回路が不要となり点灯装置１００を小型化、高効率化できる。

また、本実施の形態では降圧チョッパ回路３の後段の点灯回路４に昇圧チョッパ回路が用いられる。この構成によれば、降圧チョッパ回路３により入力電圧を降圧しても、点灯回路４の第２出力電圧を光源２の点灯電圧まで引き上げることができる。また、平滑コンデンサＣ３により商用交流周波数成分を平滑化して直流に変換することができる。従って、光源２のちらつきを抑制できる。

本実施の形態では、降圧チョッパ回路３の第１出力電圧のリップル率は、点灯回路４から光源２に供給される第２出力電圧のリップル率よりも大きい。つまり、降圧チョッパ回路の第１出力電圧のリップル率をＲ＿ｂｕｃｋ、点灯回路４の第２出力電圧のリップル率をＲ＿ｂｏｏｓｔとすると、Ｒ＿ｂｕｃｋ＞Ｒ＿ｂｏｏｓｔである。ここで、リップル率は、リップル成分の評価指数であり、（リップル電圧最大値―リップル電圧最小値）／平均電圧で定義される。リップル電圧最大値とリップル電圧最小値は、リップル成分を含めた第１出力電圧および第２出力電圧の最大値と最小値を示す。

点灯回路４は、昇圧チョッパ回路に限らず、昇圧コンバータ回路であれば良い。点灯回路４は、例えばフライバックコンバータまたはバックブーストコンバータであっても良い。

また、本実施の形態では降圧チョッパ回路制御部５と点灯回路制御部６が別個に設けられた。これに限らず、降圧チョッパ回路制御部５と点灯回路制御部６が、降圧チョッパ回路３と点灯回路４を制御する１つの制御回路として構成されても良い。

これらの変形は、以下の実施の形態に係る点灯装置および照明器具について適宜応用することができる。なお、以下の実施の形態に係る点灯装置および照明器具については実施の形態１との共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２に係る点灯装置１１０の回路ブロック図である。点灯装置１１０は、電源電圧検出抵抗Ｒ３を設けた点が点灯装置１００と異なる。また、電流検出抵抗Ｒ２からの電圧信号は、降圧チョッパ回路制御部５でも読み込み可能である。電源電圧検出部７は、電源電圧検出抵抗Ｒ３によって、整流回路ＤＢの出力電圧を検出する。

図５は、実施の形態２に係る点灯装置１１０の動作波形を示す図である。図５を用いて点灯装置１１０の動作を説明する。点灯装置１１０に交流電源１が印加されると、整流回路ＤＢは入力された交流電圧を全波整流する。整流回路ＤＢで整流された電圧は、コンデンサＣ１の両端に印加される。

ここでは定常動作状態における点灯装置１１０の動作を説明する。電源電圧検出部７はコンデンサＣ１の両端に印加される全波整流電圧Ｖｒを検出し、設定電圧と比較する。設定電圧は、点灯回路４の第２出力電圧Ｖ２を表す電圧である。設定電圧は、点灯回路４に図示しない出力電圧検出手段を設けて検出しても良い。あるいは光源２の点灯電圧が既知であれば、設定電圧として予め設定された値を用いても良い。

図５のｔ１期間では、全波整流電圧Ｖｒが設定電圧である点灯回路４の第２出力電圧Ｖ２よりも低い。この場合、降圧チョッパ回路制御部５および点灯回路制御部６は、それぞれ降圧チョッパ回路３および点灯回路４を駆動させる。従って、降圧チョッパ回路制御部５および点灯回路制御部６はそれぞれスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２の駆動信号を出力する。

時間経過に伴い、全波整流電圧Ｖｒの瞬時値が上昇し、第２出力電圧Ｖ２を上回る。ｔ２期間において、電源電圧検出部７は全波整流電圧Ｖｒが第２出力電圧Ｖ２を上回ったことを検出して、点灯回路制御部６に点灯回路４の動作を停止させる指令信号を出力する。これにより、点灯回路制御部６はスイッチング素子ＳＷ２の駆動信号の出力を停止する。従って、点灯回路４はスイッチングを停止する。ｔ２期間では、降圧チョッパ回路３のみが駆動することとなる。

光源２は、点灯回路４がスイッチングを停止しても、降圧チョッパ回路３が供給する電流により点灯を継続する。このとき、降圧チョッパ回路制御部５は電流検出抵抗Ｒ２からの電圧信号に基づき、光源２に流れる電流が所望の電流値となるように降圧チョッパ回路３を動作させる。つまり制御回路は、スイッチング素子ＳＷ２のスイッチングを停止させている間、点灯回路４から光源２に供給される出力電流が予め定められた電流値と一致するように、スイッチング素子ＳＷ１をオンオフさせる。点灯回路４の停止中は、平滑コンデンサＣ３は降圧チョッパ回路３に対して平滑コンデンサとして作用する。このため、光源２に商用周波数に起因するリップル電圧が印加されることを抑制できる。

その後、全波整流電圧Ｖｒが時間経過に伴い下降する。全波整流電圧Ｖｒが点灯回路４の第２出力電圧Ｖ２を下回るｔ３期間においては、点灯回路４の駆動を再開するように電源電圧検出部７は点灯回路制御部６に指令信号を送信する。これにより、点灯回路制御部６は点灯回路４を駆動する。ｔ３期間は、ｔ１期間と同様に降圧チョッパ回路３と点灯回路４の双方が駆動する。点灯回路４の駆動に伴い、点灯回路制御部６は電流検出抵抗Ｒ２の信号に基づき、光源２に流れる電流が所望の電流値となるように点灯回路４を制御する。

なお、点灯回路制御部６は、点灯回路４の駆動開始直後においてソフトスタート制御を実施しても良い。ソフトスタート制御では、点灯回路４の起動時において、スイッチング素子ＳＷ２のオン時間が定常時のオン時間と比較して短く設定される。その後、点灯回路制御部６は、徐々にオン時間を長くしていく。これにより、急峻な回路動作状態の変動に伴う光源２のちらつきを抑制できる。

全波整流電圧Ｖｒが光源２の点灯電圧を上回る期間は、点灯回路４を構成する昇圧チョッパ回路を駆動しなくても、降圧チョッパ回路３のみで点灯が可能となる。このため、昇圧チョッパ回路の動作を停止しても良い。これにより、点灯回路４のスイッチング素子ＳＷ２を駆動するためのエネルギ、スイッチング素子ＳＷ２で発生する損失およびノイズを抑制することができる。

本実施の形態では、整流回路ＤＢから降圧チョッパ回路３への入力電圧である全波整流電圧Ｖｒが点灯回路４の第２出力電圧よりも大きいすべての期間で、スイッチング素子ＳＷ２のスイッチングを停止させた。これに限らず、点灯回路制御部６および電源電圧検出部７は、全波整流電圧Ｖｒが第２出力電圧Ｖ２よりも大きい期間の少なくとも一部で、スイッチング素子ＳＷ２のスイッチングを停止させても良い。

また本実施の形態では、全波整流電圧Ｖｒの値に応じて、点灯回路４のスイッチングを停止させる例を説明した。この変形例として、全波整流電圧Ｖｒの値に応じて、降圧チョッパ回路３のスイッチングを停止させても良い。つまり、降圧チョッパ回路制御部５および電源電圧検出部７は、全波整流電圧Ｖｒが点灯回路４の第２出力電圧よりも小さい期間の少なくとも一部で、スイッチング素子ＳＷ１を導通状態に固定しても良い。この場合も、スイッチング素子ＳＷ１を駆動するためエネルギ、スイッチング素子ＳＷ１で発生する損失およびノイズを抑制することができる。

なお、本実施の形態では、便宜上、降圧チョッパ回路制御部５、点灯回路制御部６、電源電圧検出部７をそれぞれ独立した制御ブロックとして記載した。これに限らず、降圧チョッパ回路制御部５、点灯回路制御部６、電源電圧検出部７のうち全てまたは一部が１つの制御回路として構成されても良い。降圧チョッパ回路制御部５、点灯回路制御部６、電源電圧検出部７は、例えば、ＡＤ変換器、コンパレータ、マイクロコンピュータ等が集積化されたＩＣから構成されても良い。この場合、ソフトウェア上で上述した複数の機能が実現されても良い。

実施の形態３．
図６は、実施の形態３に係る点灯装置１１０の動作波形を示す図である。本実施の形態の点灯装置１１０の回路構成は、実施の形態２の点灯装置１１０と同様である。ここでは、定常動作状態における点灯装置１１０の動作を説明する。

全波整流電圧Ｖｒが点灯回路４の第２出力電圧Ｖ２よりも低いｔ１期間では、電源電圧検出部７は点灯回路４を駆動させ、降圧チョッパ回路３を停止させる指令信号を出力する。これにより、点灯回路制御部６は点灯回路４を駆動させる。また、降圧チョッパ回路制御部５は降圧チョッパ回路３のスイッチングを停止させる。ただし、スイッチング素子ＳＷ１をオフ状態にすると点灯回路４への通電ができない。このため、ｔ１期間において、スイッチング素子ＳＷ１はオン状態に保持される。光源２は、点灯回路４から電流の供給を受けて点灯する。

時間経過とともに全波整流電圧Ｖｒは上昇する。ｔ２期間において電源電圧検出部７は、降圧チョッパ回路３と点灯回路４の両方を駆動するように、降圧チョッパ回路制御部５と点灯回路制御部６にそれぞれ指令信号を出力する。これにより、降圧チョッパ回路制御部５は降圧チョッパ回路３のスイッチングを開始し、点灯回路制御部６は点灯回路４のスイッチングを継続する。ｔ２期間は、全波整流電圧Ｖｒが第２出力電圧Ｖ２よりも予め定められた値だけ低い電圧に到達した時点で始まり、全波整流電圧Ｖｒが第２出力電圧Ｖ２を超えた後、予め設定された時間が経過することで終わる。降圧チョッパ回路３の駆動を開始する際には、降圧チョッパ回路制御部５はソフトスタート制御を実施しても良い。ソフトスタート制御では、降圧チョッパ回路制御部５はスイッチング素子ＳＷ１のオン時間を徐々に短くしていく。

次に、全波整流電圧Ｖｒが点灯回路４の第２出力電圧Ｖ２よりも高いｔ３期間では、電源電圧検出部７は点灯回路４の動作を停止させる指令信号を点灯回路制御部６に送信する。これにより、点灯回路制御部６は点灯回路４のスイッチングを停止させる。点灯回路４のスイッチングを停止させる際には、点灯回路制御部６はフェードアウト制御を実施しても良い。フェードアウト制御では、点灯回路制御部６はスイッチング素子ＳＷ２のオン時間を徐々に短くしていく。

これにより、ｔ３期間では降圧チョッパ回路３のみが駆動している状態となる。このため、光源２には降圧チョッパ回路３から電流が直接供給される。このとき、降圧チョッパ回路制御部５は電流検出抵抗Ｒ２の信号に基づき、光源２に流れる電流が所望の電流値となるように降圧チョッパ回路３を動作させる。

次に、時間経過とともに全波整流電圧Ｖｒが低下する。ｔ４期間において、点灯回路４が再び動作を開始するように、電源電圧検出部７は点灯回路制御部６に指令信号を出力する。これにより点灯回路４はスイッチングを開始する。ｔ４期間は、全波整流電圧Ｖｒが第２出力電圧Ｖ２よりも予め定められた値だけ高い電圧に到達した時点で始まり、全波整流電圧Ｖｒが第２出力電圧Ｖ２を下回った後、予め設定された時間が経過することで終わる。このとき、点灯回路制御部６はソフトスタート制御を実施しても良い。

次に、時間経過ともに全波整流電圧Ｖｒがさらに低下する。全波整流電圧Ｖｒが点灯回路４の第２出力電圧Ｖ２よりも低いｔ５期間では、電源電圧検出部７は降圧チョッパ回路３のスイッチングを停止するように、降圧チョッパ回路制御部５に指令信号を出力する。これにより、降圧チョッパ回路制御部５は降圧チョッパ回路３のスイッチングを停止する。また、降圧チョッパ回路制御部５はスイッチング素子ＳＷ１をオン状態に保持する。これにより、点灯装置１１０はｔ１期間の動作に戻る。降圧チョッパ回路制御部５は、降圧チョッパ回路３を停止させる際に、フェードアウト制御を実施しても良い。フェードアウト制御では、降圧チョッパ回路制御部５はスイッチング素子ＳＷ１のオン時間を徐々に長くしていく。

本実施の形態の制御回路は、全波整流電圧Ｖｒが第２出力電圧Ｖ２よりも大きい期間の一部で、スイッチング素子ＳＷ２のスイッチングを停止させ、全波整流電圧Ｖｒが第２出力電圧Ｖ２よりも小さい期間の一部で、スイッチング素子ＳＷ１を導通状態に固定する。これにより、スイッチング素子を高周波駆動するためエネルギ、および、スイッチング素子で発生する損失およびノイズを抑制することができる。

また、全波整流電圧Ｖｒと第２出力電圧Ｖ２が等しくなる時点の前後には、スイッチング素子ＳＷ１とスイッチング素子ＳＷ２が共にスイッチングしている期間が設けられる。つまり、全波整流電圧Ｖｒが第２出力電圧Ｖ２近傍となる一定期間においては、降圧チョッパ回路３と点灯回路４の両方が駆動する重なり期間が設けられる。これにより、駆動する回路の切り替え時に発生する過渡的な回路状態の変動による光源２のちらつきを抑制することができる。

また、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２の駆動開始時にソフトスタート制御を行い、駆動停止時にフェードアウト制御を行うことにより、降圧チョッパ回路３と点灯回路４の切り替えをより滑らかに実施することができる。従って、点灯回路４の第２出力電圧Ｖ２の変動を抑制できる。

実施の形態４．
図７は、実施の形態４に係る点灯装置１３０の回路ブロック図である。図７では、点灯装置１３０のうち、降圧チョッパ回路３と降圧チョッパ回路制御部５の内部構成の一部が示されている。その他の部分は図４と同一である。

点灯装置１３０において駆動信号生成部５ｃは、発振部５ｃ１、反転回路ＮＯＴ、スイッチング素子Ｑ１、スイッチング素子Ｑ２、ブートストラップダイオードＤ３、ブートストラップコンデンサＣＢを含む。発振部５ｃ１には、スイッチング素子Ｑ１のゲート端子が接続される。また、発振部５ｃ１には、反転回路ＮＯＴを介してスイッチング素子Ｑ２のゲート端子が接続される。スイッチング素子Ｑ１のドレイン端子は、ブートストラップダイオードＤ３のカソードおよびブートストラップコンデンサＣＢの一端に接続される。ブートストラップダイオードＤ３のアノードは制御電源Ｖｃｃに接続される。スイッチング素子Ｑ１のソース端子は、スイッチング素子Ｑ２のドレイン端子およびスイッチング素子ＳＷ１のゲート端子に接続される。スイッチング素子Ｑ２のソース端子は、ブートストラップコンデンサＣＢの他端およびダイオードＤ１のカソードに接続される。

降圧チョッパ回路制御部５では、制御電源ＶｃｃからブートストラップコンデンサＣＢに充電されたエネルギを利用して、スイッチング素子ＳＷ１に駆動信号を印加する。

図８は、実施の形態４に係る点灯装置１３０の動作波形を示す図である。図８を用いて点灯装置１３０の動作を説明する。本実施の形態では、交流電源１の１周期にわたって、点灯回路４から光源２に供給される第２出力電圧Ｖ２は、全波整流電圧Ｖｒよりも大きいものとする。ここでは、定常動作状態における点灯装置１３０の動作を説明する。電源電圧検出部７は全波整流電圧Ｖｒを検出し、実施の形態２と同様に設定電圧と比較する。

電源電圧検出部７は、常に全波整流電圧Ｖｒよりも第２出力電圧Ｖ２が高いと判別すると、設定電圧Ｖｓを第２出力電圧Ｖ２から全波整流電圧Ｖｒのゼロクロス付近の値に変更する。全波整流電圧Ｖｒが設定電圧Ｖｓよりも低いｔ１期間では、降圧チョッパ回路３と点灯回路４の両方を駆動させるように、電源電圧検出部７は降圧チョッパ回路制御部５と点灯回路制御部６に指令信号を出力する。これにより、降圧チョッパ回路制御部５と点灯回路制御部６は、それぞれ降圧チョッパ回路３と点灯回路４を駆動させる。

次に、時間経過とともに全波整流電圧Ｖｒが上昇し、設定電圧Ｖｓを超える。全波整流電圧Ｖｒが設定電圧Ｖｓよりも高いｔ２期間において、降圧チョッパ回路３のスイッチングを停止するように、電源電圧検出部７は降圧チョッパ回路制御部５に指令信号を出力する。これにより、降圧チョッパ回路制御部５は降圧チョッパ回路３のスイッチングを停止させる。ただし、交流電源１から点灯回路４への電力供給を行うために、降圧チョッパ回路制御部５はスイッチング素子ＳＷ１をオン状態に保持する。これにより、点灯回路４はスイッチング動作を維持できる。

次に、時間経過とともに全波整流電圧Ｖｒが低下し、設定電圧Ｖｓを下回る。全波整流電圧Ｖｒが設定電圧Ｖｓよりも低いｔ３期間において、再び降圧チョッパ回路３を駆動するように電源電圧検出部７は降圧チョッパ回路制御部５に信号を出力する。これにより、降圧チョッパ回路制御部５は降圧チョッパ回路３のスイッチングを再開する。このため点灯装置１３０は、ｔ１期間の動作に戻る。

本実施の形態の降圧チョッパ回路制御部５は、ブートストラップコンデンサＣＢを電源としてスイッチング素子ＳＷ１をオンオフさせる。また、降圧チョッパ回路制御部５は、交流電源１の１周期のうち一部の期間でスイッチング素子ＳＷ１をオンオフさせ、交流電源１の１周期のうち他の期間ではスイッチング素子ＳＷ１を導通状態に固定する。また、点灯回路４は常時駆動し、光源２に電流を供給する。

本実施の形態では、点灯回路４の第２出力電圧Ｖ２が常に全波整流電圧Ｖｒよりも高い。このため、点灯回路４のみを駆動させ、降圧チョッパ回路３のスイッチングを停止させることで、光源２の点灯が可能である。

ここで、本実施の形態における降圧チョッパ回路３では、スイッチング素子ＳＷ１がグランドレベルに対して高電圧側に配置されている。従って、スイッチング素子ＳＷ１を駆動するためにはフローティング電源が必要となる。図７に示されるように、本実施の形態では、制御電源ＶｃｃからブートストラップコンデンサＣＢを充電し、ブートストラップコンデンサＣＢをフローティング電源として使用している。

ブートストラップコンデンサＣＢは、スイッチング素子ＳＷ１がオフ状態のとき充電される。すなわち、降圧チョッパ回路３のスイッチング動作におけるターンオフ時に、インダクタＬ１ａに蓄えられたエネルギによりインダクタＬ１ａ、コンデンサＣ２、ダイオードＤ１の経路で環流電流が流れる。この期間では、ダイオードＤ１が導通することにより、スイッチング素子ＳＷ１のソース端子がグランドレベルになる。これにより、制御電源Ｖｃｃ、ブートストラップダイオードＤ３、ブートストラップコンデンサＣＢ、ダイオードＤ１の経路で電流が流れ、ブートストラップコンデンサＣＢが充電される。

発振部５ｃ１がスイッチング素子Ｑ１をオンさせたとする。このとき、ブートストラップコンデンサＣＢに蓄えられたエネルギにより、ブートストラップコンデンサＣＢ、スイッチング素子Ｑ１、スイッチング素子ＳＷ１のゲート端子の経路で、スイッチング素子ＳＷ１にオン信号を与えることができる。

しかしながら、ブートストラップコンデンサＣＢの容量は有限ある。このため、定期的にブートストラップコンデンサＣＢを充電する必要がある。これに対し本実施の形態では、降圧チョッパ回路３を定期的に動作させる。このため、ブートストラップコンデンサＣＢを充電できる。

また、降圧チョッパ回路制御部５は、全波整流電圧Ｖｒが予め定められた値よりも小さいとき、スイッチング素子ＳＷ１をオンオフさせて降圧チョッパ回路３を動作させる。このように全波整流電圧Ｖｒが低い状態で降圧チョッパ回路３を駆動させるため、降圧チョッパ回路３の駆動開始に伴う回路の過渡的な動作変動の影響を抑制できる。従って、光源２のちらつきを抑制できる。また、全波整流電圧Ｖｒが低い状態で降圧チョッパ回路３が動作するので、スイッチング素子ＳＷ１のスイッチングに伴うスイッチングロスおよびノイズを小さくすることができる。

本実施の形態では、交流電源１の１周期のうち、ほとんどの期間において、点灯回路４のみが駆動し、降圧チョッパ回路３はスイッチングしていない。このため、スイッチング素子ＳＷ１を高周波駆動するためエネルギ、および、スイッチング素子ＳＷ１で発生する損失およびノイズの発生を抑制することができる。

なお、スイッチング素子ＳＷ１が低圧側に配置された場合は、常時、降圧チョッパ回路３を駆動させなくても良い。また、スイッチング素子ＳＷ１がグランドレベルに対して高電圧側に配置された場合でも、他の方法で駆動電源を供給する場合は、常時、降圧チョッパ回路３を駆動させなくても良い。他の方法には、例えばパルストランスを用いてスイッチング素子ＳＷ１を駆動する方法および絶縁型の制御電源を用いて駆動電源を供給する方法がある。

実施の形態５．
図９は、実施の形態５に係る照明器具２００の断面図である。照明器具２００は、照明器具本体４０、コネクタ４１、光源基板４２、点灯装置４３、配線４４、４５を備えている。照明器具本体４０は、点灯装置４３などを取り付けるための筺体である。コネクタ４１は、商用電源などの交流電源１から電力の供給を受けるための接続部である。光源基板４２は、ＬＥＤまたは有機ＥＬなどの光源２を実装した基板である。

点灯装置４３の回路構成は、上述した点灯装置１００、１１０、１３０の何れかと同じである。点灯装置４３は、コネクタ４１と配線４４を介して交流電源１からの電力供給を受ける。点灯装置４３は、入力した電力を直流に変換する。点灯装置４３は変換された電力を、配線４５を介して光源基板４２に供給する。点灯装置４３から供給された電力により、光源基板４２に実装された光源２が点灯する。

これにより、実施の形態１～４の何れかに係る点灯装置の利点を備えた照明器具２００が提供される。照明器具２００によれば、突入電流抑制回路が不要となり、機器の小型化、低コスト化、高効率化を実現することができる。

なお、各実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いてもよい。また、ここまでに説明した変形例は、その変形例が記載された実施の形態以外の実施の形態にも適宜応用できる。

１ 交流電源、２ 光源、３ 降圧チョッパ回路、４ 点灯回路、５ 降圧チョッパ回路制御部、５ａ ゼロ電流検出部、５ｂ 電圧検出部、５ｃ 駆動信号生成部、５ｃ１ 発振部、６ 点灯回路制御部、６ａ 電流検出部、６ｂ 駆動信号生成部、７ 電源電圧検出部、４０ 照明器具本体、４１ コネクタ、４２ 光源基板、４３ 点灯装置、４４ 配線、４５ 配線、１００、１１０、１３０ 点灯装置、２００ 照明器具、Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ、Ｃ３ 平滑コンデンサ、ＣＢ ブートストラップコンデンサ、Ｄ１、Ｄ２ ダイオード、Ｄ３ ブートストラップダイオード、ＤＢ 整流回路、Ｌ１ａ インダクタ、Ｌ１ｂ 検出巻線、Ｌ２ インダクタ、ＮＯＴ 反転回路、Ｑ１ スイッチング素子、Ｑ２ スイッチング素子、Ｒ１ 出力電圧検出抵抗、Ｒ２ 電流検出抵抗、Ｒ３ 電源電圧検出抵抗、ＳＷ１、ＳＷ２ スイッチング素子

Claims (13)

1. 交流電源を整流する整流回路と、
   前記整流回路の出力に接続され、第１スイッチング素子のオンオフにより第１出力電圧を出力する降圧チョッパ回路と、
   前記降圧チョッパ回路から前記第１出力電圧の供給を受け、第２スイッチング素子のオンオフにより光源を点灯させる点灯回路と、
   前記降圧チョッパ回路と前記点灯回路を制御する制御回路と、
   を備えることを特徴とする点灯装置。
2. 前記整流回路の出力と前記光源とを繋ぐ一対の電力供給線路の間に接続されたコンデンサを備え、
   前記第１スイッチング素子は、前記一対の電力供給線路上で、前記整流回路の出力と前記コンデンサとの間に設けられることを特徴とする請求項１に記載の点灯装置。
3. 前記降圧チョッパ回路の前記第１出力電圧のリップル率は、前記点灯回路から前記光源に供給される第２出力電圧のリップル率よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の点灯装置。
4. 前記降圧チョッパ回路の前記第１出力電圧は、前記交流電源の２倍の周波数で脈動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. 前記コンデンサは、
   前記降圧チョッパ回路に設けられ、両端に前記第１出力電圧が発生する第１コンデンサと、
   前記点灯回路に設けられ、前記点灯回路から前記光源に供給される第２出力電圧が両端に発生する第２コンデンサと、
   を含み、
   前記第２コンデンサは、前記第１コンデンサよりも容量が大きいことを特徴とする請求項２に記載の点灯装置。
6. 前記点灯回路は昇圧コンバータ回路であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の点灯装置。
7. 前記制御回路は、前記整流回路から前記降圧チョッパ回路への入力電圧が、前記点灯回路から前記光源に供給される第２出力電圧よりも大きい期間の少なくとも一部で、前記第２スイッチング素子のスイッチングを停止させることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の点灯装置。
8. 前記制御回路は、前記第２スイッチング素子のスイッチングを停止させている間、前記点灯回路から前記光源に供給される出力電流が予め定められた電流値と一致するように、前記第１スイッチング素子をオンオフさせることを特徴とする請求項７に記載の点灯装置。
9. 前記制御回路は、前記整流回路から前記降圧チョッパ回路への入力電圧が、前記点灯回路から前記光源に供給される第２出力電圧よりも小さい期間の少なくとも一部で、前記第１スイッチング素子を導通状態に固定することを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の点灯装置。
10. 前記制御回路は、前記整流回路から前記降圧チョッパ回路への入力電圧が、前記点灯回路から前記光源に供給される第２出力電圧よりも大きい期間の一部で、前記第２スイッチング素子のスイッチングを停止させ、前記入力電圧が前記第２出力電圧よりも小さい期間の一部で、前記第１スイッチング素子を導通状態に固定し、
    前記入力電圧と前記第２出力電圧が等しくなる時点の前後には、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子が共にスイッチングしている期間が設けられることを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の点灯装置。
11. 前記第１スイッチング素子がオフ状態のとき充電されるブートストラップコンデンサを備え、
    前記交流電源の１周期にわたって、前記点灯回路から前記光源に供給される第２出力電圧は、前記整流回路から前記降圧チョッパ回路への入力電圧よりも大きく、
    前記制御回路は、前記ブートストラップコンデンサを電源として前記第１スイッチング素子をオンオフさせ、前記交流電源の１周期のうち一部の期間で前記第１スイッチング素子をオンオフさせ、前記交流電源の１周期のうち他の期間では前記第１スイッチング素子を導通状態に固定することを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の点灯装置。
12. 前記制御回路は、前記入力電圧が予め定められた値よりも小さいとき前記第１スイッチング素子をオンオフさせることを特徴とする請求項１１に記載の点灯装置。
13. 請求項１から１２の何れか１項に記載の点灯装置と、
    前記光源と、
    を備えることを特徴とする照明器具。

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