JP4098353B1 - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い力率と、高い電源効率を同時に実現し、かつ長寿命である電源装置を使用した、ＬＥＤを光源とした照明装置を提供する。
【解決手段】商用電源４１を利用する電源装置２を用いて、発光部４７を発光させることにより照明する照明装置１であって、電源装置２は、交流を脈流に変換する整流部４２と、脈流の通過／非通過を選択し、通過した脈流の変圧を行う選択部４４と、選択手段に対し変圧に関する指定を行うマイコンユニット４６とを備え、選択部４４は、巻線比（２次側の巻線数／１次側の巻線数）の異なる複数の変圧器６０、６１を具備し、マイコンユニット４６は、任意の時刻において、脈流の瞬時値に基づき、複数の変圧器６０、６１のうち何れか１つを変圧に供する変圧器として指定する。
【選択図】図４

Description

本発明は照明装置に関し、特に、固体発光素子を光源とした照明装置に関する。

近年、環境への意識の向上が高まり、白熱電球、蛍光ランプおよび水銀ランプ等のランプ類に替わる新しい光源として、固体発光素子、特に発光ダイオードが注目を集めている。なぜなら、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと記載）は、上述したランプ類の光源と比較して長寿命な光源であり、また水銀および鉛といった有害物質を含まない、すなわち、環境に優しい光源であるからである。

ＬＥＤの中でも、１Ｗ以上の入力容量を有するいわゆるハイパワーＬＥＤは、発光強度が強く照明用途に最適である。また、ＬＥＤの光変換効率は年々向上しており、今後ＬＥＤを光源とした照明は、省エネルギー光源としての期待も高まっている。

ＬＥＤは、直流駆動素子であり、商用電源（交流電源）を利用してその駆動を行う場合には、交流を直流に変換する電源装置が必要となる。

ここで、ＬＥＤを駆動するための電源装置には、種々要求項目がある。その中で、電源効率が高いこと、力率が高いこと、及び装置寿命が長いことも要求されている。

まず電源効率は、電力の有効利用の観点から当然ではあるが、ＬＥＤの光変換効率が年々向上していることを鑑みれば、高い電源効率が要求されることは自然の流れでもある。

また、力率については、低力率の電源装置を使用することは、商用電源の汚染へとつながり、周囲の家電品などに悪影響を与える可能性がある。

さらに電源装置の寿命については、ＬＥＤの特徴の一つとして長寿命（蛍光ランプのような球切れが発生しない）であることがあげられる。したがって、ＬＥＤを利用したメインテナンスフリーの照明装置を実現するためには、電源装置についてもＬＥＤと同程度の長寿命であることが必要である。

このような状況を鑑みてか、特許文献１には、ＬＥＤを駆動するためのものとは明示されていないが、平滑コンデンサ１個と、リアクトル２個とを利用したスイッチング電源装置が開示されている。このスイッチング電源装置は、前記平滑コンデンサ、リアクトルの作用により、昇圧を行うことによって力率が改善されるとされている。
特開２００３−２５０２７２号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるスイッチング電源装置は、以下の点で問題点があると考えられる。

電源効率はスイッチング損失を削減することにより高効率化するとされている。そして、スイッチング損失を削減するために、平滑コンデンサを利用することが必須要件とされている。すなわち、力率を改善することはもとより、電源効率を高効率化するためにも、平滑コンデンサを利用している。

ここで、平滑コンデンサには、高い容量が要求されることが一般的であり、通常電解コンデンサが使用される。

電解コンデンサは、外気温の上昇等により劣化が進みやすいといわれており、その寿命特性は十分なものではない。したがって、長寿命であるＬＥＤを用いた照明装置内の電源装置に、この電解コンデンサを用いることは不安がある。

したがって、前述のようにＬＥＤを駆動するための電源装置として、特許文献１に開示されるスイッチング電源を用いることは困難である。

また、いわゆるパッケージ化された力率改善用の集積回路（以下、ＩＣと記載）を用いて、力率を改善する方法も公知技術である。

しかしながらこの場合においても、ＩＣは高い電源効率を実現することに関して、別段の効果は発しない。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、高い力率と、高い電源効率を同時に実現し、かつ長寿命である電源装置を使用した、ＬＥＤを光源とした照明装置を提供することを目的とする。

上記課題は、交流の電源を利用する電源装置を用いて、複数の固体発光素子を発光させることにより照明する照明装置であって、前記電源装置は、前記交流を脈流に変換する変換手段と、前記脈流の通過／非通過を選択し、通過した前記脈流の変圧を行う選択手段と、前記選択手段に対し変圧に関する指定を行う指定手段とを備え、前記選択手段は、巻線比（２次側の巻線数／１次側の巻線数）の異なる複数の変圧器を具備し、前記指定手段は、任意の時刻において、前記脈流の瞬時値に基づき、前記複数の変圧器のうち何れか１つを変圧に供する変圧器として指定することで解決できる。

この構成によれば、変換手段において交流を脈流に変換した上で、選択手段において脈流の通過／非通過を選択する。すなわち、脈流のまま通過／非通過するため、平滑コンデンサ（電解コンデンサ）が不要となるという効果がある。

さらに、指定手段は、脈流の瞬時値に応じて、変換に供する変圧器を指定する。変圧器は複数備えられるが、互いに巻線比が異なるため、変圧比（２次側の出力電圧／１次側の入力電圧であり、巻線比と同じ値となる）も異なる。したがって、脈流の瞬時値に応じて、異なる変圧比の変圧を選択手段が行うこととなる。このことにより、力率を向上し、高い電源効率も実現することができるという効果もある。

ここで、前記選択手段が具備する前記複数の変圧器とは、前記巻線比が、１／ｎである第１変圧器と、前記巻線比が、１／ｍ（ｎ＞ｍ）である第２変圧器とであって、前記指定手段は、前記任意の時刻における前記脈流の瞬時値が所定の閾値以上の場合、前記第１変圧器を指定し、前記任意の時刻における前記脈流の瞬時値が前記所定の閾値以下の場合、前記第２変圧器を指定してもよい。

この構成によれば、脈流の瞬時値が所定の閾値より高い場合には第１変圧器により、脈流の瞬時値が所定の閾値より低い場合には第２変圧器より変圧を行うことができる。

第２変圧器は、第１変圧器に対し巻数比が大きいがため、第１変圧器より高い変圧比の変圧を行うということになり、流通角を拡大できるという効果がある。

ここで、前記照明装置は、さらに、前記脈流の通過／非通過の時間比であるデューティ比を、前記選択手段に対し指示する指示手段を備え、前記指示手段は、前記脈流の所定期間の平均値に基づき、前記脈流の推定波形を求め、所定時刻における前記脈流の瞬時値と、前記推定波形に基づく前記所定時刻における前記脈流の推定瞬時値との比較結果に基づき、前記デューティ比を指示してもよい。さらに、前記指示手段は、所定時刻における前記脈流の瞬時値が、前記推定波形に基づく前記所定時刻における前記脈流の推定瞬時値を上回る場合には、前記所定時刻直前のデューティ比に対し低いデューティ比を指示し、所定時刻における前記脈流の瞬時値が、前記推定波形に基づく前記所定時刻における前記脈流の推定瞬時値を下回る場合には、前記所定時刻直前のデューティ比に対し高いデューティ比を指示してもよい。

この構成によれば、予め測定した脈流の値に基づき、デューティ比を指定することができる。このことは、脈流の値の突然の変動（例えば交流の電源の電圧変動）が発生したときも、電源装置、及び複数の固体発光素子が故障することを未然に防ぐことができるという効果がある。

ここで、前記所定期間とは、少なくとも前記交流の電源の１／２周期に相当する期間以上であってもよい。

この構成によれば、確実に推定波形を求めることができるという効果がある。脈流は、交流の電源の１／２の周期となり、この期間に相当する期間内の平均値を求めることで、確実な推定波形の算出が叶う。

ここで、前記第１の変圧器が有する電気容量は、前記第２の変圧器が有する電気容量より大きくてもよい。

第１の変圧器は、脈流の瞬時値が所定の閾値より高い場合に変圧する。したがって、大きな電力が投入される。それ故、第２の変圧器より大きな電気容量とすることで、電源装置の信頼性を向上できるという効果がある。

ここで、前記電源装置は、さらに、略円形状であり、該電源装置を構成する回路素子の１部が実装されるメイン片面実装基板と、略半円形状であり、該電源装置を構成する回路素子の残部が実装される第１のサブ片面実装基板とを備え、前記電源装置は、円柱型であり、前記メイン片面実装基板の実装面と、前記第１のサブ片面実装基板の実装面とを向かい合わせて構成されてもよい。さらに、前記電源装置は、第２のサブの片面実装基板と、フォトカプラと、マイクロコンピュータを具備し、前記指定手段と、前記指示手段を含み構成されるマイコンユニットと、前記マイコンユニットを駆動させるマイコン電源部とを備え、前記マイコンユニット及び前記マイコン電源部は、前記第２のサブの片面実装基板に実装され、前記電源装置は、前記第２のサブ片面実装基板の実装面と、前記メイン片面実装基板の実装面とを向かい合わせて構成されてもよい。さらに、前記電源装置の高さは、該電源装置を構成する回路素子のうち、最も高い回路素子に略等しくてもよい。さらに、前記メイン片面実装基板と前記第１のサブ片面実装基板との距離が前記回路素子の高さに略等しくなるように配置されて実装されてもよい。さらに、前記回路素子は、前記複数の変圧器のうち何れか１つであってよい。

この構成によれば、円柱形状のコンパクトな電源装置を実現できるという効果がある。

本発明によれば、高い力率と、高い電源効率を同時に実現し、かつ長寿命である電源装
置を使用した、ＬＥＤを光源とした照明装置を提供することができる。

以下、本発明に係る照明装置の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、本発明の照明装置１の構成を説明する。

図１は、本発明の照明装置１の外観を示す斜視図である。図２は、電源装置２のＡ方向面の構造を示す断面図である。図３は、光源ユニット３のＢ方向の構造を示す断面図である。

図１に示すように照明装置１は、電源装置２と、光源ユニット３とにより構成される。図２、図３に示すように、電源装置２は、その内部に、複数の回路素子と、基板２１とを備える。

電源装置２は、円柱型であり、コンセント４と、筐体５から構成される。電源装置２は交流の電源を直流に変換し、光源ユニット３に直流を供給する。

また、光源ユニット３は、筐体部３１を備え、筐体部３１の内部に、複数の固体発光素子３２と、基板３３と、保護用透光板３４とを備える。

コンセント４は、電源装置２が商用等の交流の電源を利用するために用いられ、商用電源４１と電源装置２とを接続する。

筐体５は、円柱型のケースであり、電源装置２の外観上の形状となる。

接続ケーブル６は、電源装置２と、光源ユニット３とを接続する電気ケーブルである。

また、筐体５は、その内部に電源装置２を構成する回路素子が収納されている。また、筐体５は、樹脂などにより形成されるものであってよい。また、アルミニウム等の熱伝導性の高い材料を用いて構成してもよい。このようにすることにより、電源装置２内で発生した熱の放熱性を高めることが可能となる。

光源ユニット３は、電源装置２から接続ケーブル６を介し供給される直流を用いて内部のＬＥＤ等の固体発光素子を発光させる。

筐体部３１は、断面が略コの字形状に形成される。筐体部３１は、熱伝導率が高い金属（好ましくは、熱伝導率が２００Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以上の金属）により構成される。例えば、筐体部３１は、アルミニウムで構成される。筐体部３１にアルミニウムを用いる理由としては、安価であること、成形が行いやすいこと、リサイクル性が良いこと、熱伝導率が２００Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以上であること、及び放熱特性が高いことなどが挙げられる。

また、筐体部３１は、アルミニウムで構成した後、アルマイト処理することが望ましい。アルマイト処理することによって、表面積が増加し、放熱効果が高まる。

保護用透光板３４は、透光性を有し、固体発光素子３２の発光方向に配置される。保護用透光板３４は、平板状に形成される。筐体部３１と保護用透光板３４とを一体的に組み合わせることで、断面が略四角形状となる。

保護用透光板３４は、透明なガラス又はアクリル樹脂、ポリカーボネート等により形成される。保護用透光板３４の表面又は裏面には、表面処理により、微細な凹凸が不均一に形成される。この表面処理は、例えば、サンドブラスト法を適用することにより容易に行うことができる。保護用透光板３４は、照明装置１の内部に配置される固体発光素子３２などを保護する。また、保護用透光板３４は、固体発光素子３２から発せられた光を拡散する役目を担う。固体発光素子３２から発せられた光は、指向性が強く、局所的に照射される傾向にある。固体発光素子３２から発せられた光を表面処理された保護用透光板３４により拡散することによって、光の指向性を弱め、広い面積に均一に光を照射することができる。

基板３３は、筐体部３１と保護用透光板３４とにより形成される中空構造の内側に配置される。基板３３は、中空構造の内側の保護用透光板３４に対向する面の表面に形成される。基板３３は、熱伝導率が高い金属（好ましくは、熱伝導率が２００Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以上の金属）により構成される。好ましくは筐体部３１と同一材質により構成される。例えば、基板３３は、アルミニウムにより構成される。

複数の固体発光素子３２は、基板３３に配置される。複数の固体発光素子３２は、例えば、ＬＥＤである。固体発光素子３２は、１個当たりの消費電力が１Ｗ以上のいわゆるハイパワーＬＥＤであり、表面実装型のＬＥＤである。ハイパワーＬＥＤは、光度が高く照明装置用途に好適である。照明装置１を一般的な照明として使用する場合、使用する固体発光素子３２の発光色は、昼光色、昼白色、白色、温白色又は電球色などに相当するものが好適である。具体的には、例えば、複数の固体発光素子３２は、ＪＩＳＺ９１１２「蛍光ランプの光源色及び演色性による区分」の４．２「色度範囲」に規定された昼光色、昼白色、白色、温白色又は電球色に相当する光を発光する。

また、複数の固体発光素子３２は、ピーク波長が３８０〜５００ｎｍの光である青色光を発光してもよい。青色は、精神的興奮を抑える効果があるといわれている。そのため、青色光を発光する照明装置１は、防犯灯として好適である。

ここで、筐体部３１と、基板３３とは、互いに接触させることが好ましい。なぜならば、筐体部３１と基板３３との間に、空気が入ることにより、筐体部３１と基板３３との間の熱伝導が阻害され、このことより効率的な熱処理ができなくなるためである。すなわち、筐体部３１と基板３３とを同じ材質により構成することにより、筐体部３１と基板３３との密着性を高めることが好ましい。さらに、プレス加工を行い、密着性をより高めることが好ましい。

上記プレス加工を行う際には、筐体部３１と基板３３との間に接着性を有する材料（例えば、接着剤又は基材なしの両面テープなど）（不図示）を挟み込み、両者の密着性を高めることが好ましい。

なお、両面テープを使用する場合には、基材を含まないものを選択することが肝要である。それは、基材は熱伝導率が低いので、筐体部３１から基板３３への熱伝導が阻害されるためである。

また、基板３３を複数個に分割することも好ましい。これは、筐体部３１と基板３３との線膨張係数が異なる場合において、光源ユニット３の温度が上昇した際に、筐体部３１と基板３３との密着性が悪化することを防ぐためである。基板３３を分割することにより、基板３３の１枚あたりの長手方向の長さが短くなる。これにより、基板３３の１枚あたりの膨張量が小さくなる。よって、接着性を有する材料で筐体部３１と基板３３との膨張の違いを吸収しやすくなるので、筐体部３１と基板３３との密着性を維持しやすくなる。
この基板３３を分割する手法は、特に光源ユニット３の長手方向の長さが長い場合に有効である。

次に、本発明の照明装置１を、図面を用いて具体的に説明する。図４は、本発明の照明装置１の機能ブロック図である。

照明装置１は、交流の電源を利用し複数の固体発光素子を発光させることにより照明する照明装置であって、整流部４２と、測定部４３と、選択部４４と、検出部４５と、マイコンユニット４６と、発光部４７とを備え構成される。

照明装置１は、外部の電源である商用電源４１からの供給される交流の電源を利用して、単数あるいは複数の固体発光素子から構成される発光部４７に直流を供給し、固体発光素子を発光させる。

商用電源４１は、本発明に係る交流の電源に相当する。具体的には、一般家庭、事業所などに電力会社から供給され、照明装置１に交流を供給する電源である。

整流部４２は、本発明に係る変換手段に相当し、前記電源の正弦波の電圧を脈流に変換する。具体的には、商用電源４１から供給された交流電圧を全波整流し、全波整流波形を測定部４３へ出力する。

測定部４３は、本発明の指定手段の一部を構成する。脈流の電流値（瞬時値）を検知する。検知した脈流の電流値はマイコンユニット４６に送られる。

選択部４４は、本発明に係る選択手段に相当し、前記整流部４２から出力される脈流を通過させるオン時間と前記脈流を通過させないオフ時間（以下、デューティ比と記載）を選択する。このことにより、デューティ比を制御された脈流の電圧を生成する。具体的には、整流部４２から出力され、測定部４３を通過した全波整流波形を、所定の時間間隔で分割する。この分割された全波整流波形を、上記所定の時間間隔の各期間内でパルス状波形の電圧にする。このデューティ比の制御については、マイコンユニット４６からの指示に基づく。

デューティ比を制御された脈流の電圧は、選択部４４が備える複数の変圧器のうち、１つの変圧器において変圧され出力される。

ここで、複数の変圧器のうち、変圧を行う１つの変圧器の指定は、整流部４２より出力される脈流の任意の時刻における電圧値（瞬時値）に応じて、マイコンユニット４６が行う。

また、選択部４４が備える複数の変圧器とは、任意の変圧器の１次側と、２次側との巻線の比率（以下、巻線比と記載）が、所定の変圧器の巻線比と異なる。すなわち、選択部４４が具備する変圧器は全て巻線比が異なる。

変圧器は、巻線比に応じて１次側に送られた電圧を、２次側に変圧し出力する。したがって、全ての変圧器の巻線比が異なるということは、全ての変圧器において異なる変圧比の変圧が行われる。

このように巻線比が異なる変圧器を複数備える理由であるが、電源効率を高め、かつ好調波の発生を抑えるためである。詳細は後ほど述べることとする。

検出部４５は、電源装置２により直流が供給されて駆動されている状態での発光部４７の動作点を検出する。ここで、動作点とは、発光部４７を構成する固体発光素子３２に電流を流した際に発生する順方向電圧の積、すなわち、（電流）×（順方向電圧）の積により算出される。

マイコンユニット４６は、本発明の指定手段と、指示手段（一部）に相当する。

マイコンユニット４６は、まず指示手段として、整流部４２より出力される脈流の電圧値（瞬時値）に応じて、選択部４４が具備する変圧器のうち１つを指示し、変圧を行わせる。

また、指示手段の一部として、測定部４３が検知した脈流の電流値（瞬時値）を読み取り、所定期間内の平均電流を測定する。その期間内の平均電流より、測定部４３を流れると推定される電流の波形（以下、推定波形と記載）を求める。

なお、前記平均電流を求める所定期間は、商用電源４１の周期（周波数の逆数）の１／２に相当する期間より長いことが望ましい。これは、測定部４３を流れる電流は、商用電源４１を全波整流したものであり、事実上、商用電源４１に対して２倍の周波数（１／２の周期）で波形が繰り返される。よって、所望の平均電流を求めるためには、商用電源４１の周期の１／２に相当する期間が必要である。

推定波形を求めた上で、現時点での測定部４３にて検知した脈流の電流値（瞬時値）と、推定波形に基づく現時点における脈流の推定電流値（瞬時値）とを比較する。

比較結果に基づき、選択部４４にデューティ比を指定する。すなわち、推定電流値（瞬時値）に対し、測定部４３で検知した脈流の電流値（瞬時値）のほうが大きければ、直前のデューティ比に対し、低いデューティ比を選択部４４に指示する。

また、推定電流値（瞬時値）に対し、測定部４３で検知した脈流の電流値（瞬時値）のほうが小さければ、直前のデューティ比に対し、高いデューティ比を選択部４４に指示する。

指示手段として、選択部４４に対しデューティ比を指定する別の方法は次の通りである。

まず、検出部４５により検出された動作点と、予めマイコンユニット４６内に設定されている基準となる動作点（以下、基準動作点と記載）とに基づき、発光部４７の目標とする動作点（以下、目標動作点と記載）を決定する。その上で、マイコンユニット４６は、その目標動作点を実現すべく選択部４４にデューティ比を指示する。

発光部４７は、本発明に係る光源ユニット３に相当し、前記複数の固体発光素子３２を発光する。すなわち、単数または複数の固体発光素子３２を備える。固体発光素子３２は、例えば、ＬＥＤである。

図５は、照明装置１の概略回路構成を示す図である。

図４で示した照明装置１は、図５のような概略回路図の構成をとることで実現することができる。

整流部４２は、インダクター５１とインダクター５２と、コンデンサ５３と、ダイオー
ドブリッジ５４とより構成される。

インダクター５１とインダクター５２とコンデンサ５３とは、外部よりの擾乱から保護する保護回路である。したがって、コンデンサ５３は、平滑コンデンサではない。ところで、平滑コンデンサは容量が大きいことが要求される。そのため、通常電解コンデンサが用いられる。しかしながら、このタイプのコンデンサは大きさ及び寿命等に問題がある。

コンデンサ５３は、上述したように外部よりの擾乱から、照明装置１を保護することを目的としており、容量は小さくてよい。故に、例えば、セラミックコンデンサ等の小型で長寿命のコンデンサを用いる。

ダイオードブリッジ５４は、交流を全波整流して出力する全波整流器である。
図６は、交流を整流するダイオードブリッジの出力波形を説明する図である。

ダイオードブリッジ５４は、図６（ａ）に示すような交流波形を整流し、図６（ｂ）のような全波整流波形を形成し出力する。

測定部４３は、抵抗５５より構成される。ダイオードブリッジ５４から出力される脈流の電流値を検知する。検知した電流値は、コントローラユニット６９に通知される。

選択部４４は、ドライバ５６と、Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（以下、ＦＥＴと記載）５７と、ドライバ５８と、ＦＥＴ５９と、変圧器６０と、変圧器６１とにより構成される。

ここでは、変圧器を２台として構成しているが、３台以上でもよい。変圧器の台数を増やすことにより、電源効率、及び力率をより高めるというメリットがある。ただし、変圧器の台数を増やすことにより、電源装置２の体積が大きくなるというデメリットがある。

発明者らの実験によれば、変圧器を２台とすることで、所望の電源効率、及び力率を得ることができることを確認しており、電源装置２の体積の問題も加味し、ここでは変圧器を２個とした。

また、変圧器は、１次コイル側にセンタータップが付加されたタイプを用いてもよい。１次側コイルにセンタータップが付加された変圧器は、１次側コイルのセンタータップを中心とした２つの部分を交互に使用することにより、変圧器のコアが不要に磁化されることを防ぐことができる。よって、変圧器の信頼性を高めることが可能となり、電源装置２の長寿命化にも寄与できるという効果がある。

ここで、変圧器を３台以上、或いは変圧器として１次コイル側にセンタータップが付加されたタイプを使用するときは、それに応じてドライバ、及びＦＥＴも更に必要になることは言うまでもない。

選択部４４に対しては、コントローラユニット６９が、変圧を行う変圧器を指定する。これは、任意の時刻において変圧を行う変圧器は、変圧器６０、又は変圧器６１の何れか１つであるためである。

変圧を行う変圧器（変圧器６０、変圧器６１の何れか）側のドライバ（ドライバ５６、ドライバ５８の何れか）には、コントローラユニット６９より、実現すべきデューティ比を指示する制御信号が送られる。

制御信号が送れられたドライバ（ドライバ５６、ドライバ５８の何れか）においては、それに接続されるＦＥＴ（ＦＥＴ５７、ＦＥＴ５９の何れか）に対しドライブ信号を生成する。

ＦＥＴ（ＦＥＴ５７、ＦＥＴ５９の何れか）は、脈流（全波整流波形）の通過／非通過を選択することにより、コントローラユニット６９から指示されるデューティ比のパルス状の脈流（パルス状波形）を生成する。ＦＥＴ（ＦＥＴ５７、ＦＥＴ５９の何れか）は、このパルス状の脈流を、接続される変圧器（変圧器６０、変圧器６１の何れか）の１次側に供給する。

変圧器（変圧器６０、変圧器６１の何れか）は、接続されるＦＥＴ（ＦＥＴ５７、ＦＥＴ５９の何れか）より１次側に供給されたパルス状の脈流を変圧し、その２次側に出力する。

ここで、変圧器６０、及び変圧器６１は、互いに巻線比が異なる。巻線比は、２次側の巻線数／１次側の巻線数であり、変圧比は巻線比と同じ数値となる。ここでいう変圧比とは、変圧器の１次側への入力電圧を分母、２次側の出力電圧を分子としたものである。

変圧器６０の巻線比を１／ｎとすれば、変圧器６１の巻線比は１／ｍであり、ｎとｍの関係は、ｎ＞ｍである。すなわち変圧器６０の巻線比は、変圧器６１の巻線比より小さい。したがって、変圧比についても、変圧器６０の変圧比は、変圧器６１の変圧比より小さい。

なお、発明者の試験においては、変圧器６０の巻線比は、１：０．４であり、変圧器６１の巻線比は１：１が最適であった。この場合において、変圧器６０が行う変圧は降圧であり、変圧器６１が行う変圧は、等倍の変圧（すなわち、１次側と、２次側とを絶縁する作用のみ）である。

また、上記のように、変圧器６０と、変圧器６１とは同時に動作させず、脈流の電圧値が所定の閾値より高い場合には、変圧器６０をコントローラユニット６９が指定し、変圧器６０において降圧が行われる。

一方、脈流の電圧が所定の閾値より低い場合には、変圧器６１をコントローラユニット６９が指定し、変圧器６１において昇圧が行われる。

このようにすることにより、電源効率を高め、かつ力率の向上を図ることが可能となる。

検出部４５は、ダイオード６２と、ダイオード６３と、コンデンサ６４と、抵抗６５と、抵抗６６とにより構成される。

選択部４４における変圧器（変圧器６０、変圧器６１の何れか）から出力されるパルス状の波形をダイオード６２と、ダイオード６３と、コンデンサ６４とからの回路素子により平滑化（ノイズ除去）する。ここでコンデンサ６４は、容量の小さいコンデンサでよく、電解コンデンサではない。

上記平滑化された、変圧器（変圧器６０、変圧器６１の何れか）から出力されるパルス状の波形は、発光部４７に供給される。

この際、抵抗６５により発光部４７に流れる電流を検出し、抵抗６６により発光部４７
の順方向電圧を検出することができる。抵抗６５および抵抗６６により検出された電流値および電圧値の情報は、コントローラユニット６９に送られる。

マイコンユニット４６は、コントローラユニット６９、電源部１０１により構成される。

電源部１０１は、変圧器６７と、ダイオード６８とにより構成される。商用電源４１から供給された交流を、変圧器６７と、ダイオード６８とを用いて直流化し、コントローラユニット６９に直流を供給する。ここで、変圧器６７は、変圧器６０、及び変圧器６１と別の個体であって各々独立したものである。

したがって、電源部１０１は、発光部４７に直流を供給する電源装置２の回路素子とは絶縁されている。

コントローラユニット６９は、主に次の３つの機能を有する。

まず１つ目として、コントローラユニット６９は、商用電源４１の電圧値をモニターし、これに基づき、現時点でのダイオードブリッジ５４が交流を全波整流して出力する脈流の電圧値（瞬時値）を推定する。

なお、ダイオードブリッジ５４が交流を全波整流して出力する脈流の電圧値（瞬時値）は、端子Ａ、Ａ’間に抵抗（不図示）を挿入することなどを行ったうえで、その値をコントローラユニット６９で読み取ってもよい。

コントローラユニット６９は、この推定、若しくは読み取った脈流の電圧値（現時点での瞬時値）に基づき、ドライバ５６、またはドライバ５８に対し、実現すべきデューティ比を指示する制御信号を送る。

具体的には、予め内部メモリ（不図示）に記録された脈流の電圧が所定の閾値（この閾値は、発光部４７の構成（順方向電圧等）、及び変圧器６１の巻線比等に依存する）と、現時点での脈流の電圧値（瞬時値）とを比較する。

コントローラユニット６９は、脈流の電圧値（瞬時値）のほうが高い場合には、ドライバ５６に制御信号を送る。また、脈流の電圧値（瞬時値）のほうが低い場合には、ドライバ５８に制御信号を送る。

制御信号を送られなかったドライバは動作せず、故にそのドライバ側の変圧器は変圧を行わない。したがって、変圧器６０、及び変圧器６１は、互いに同時には変圧を行わない。

ここで、前述のように変圧器６０の変圧比は、変圧器６１の変圧比より小さい。また、上記のような基準によりドライバ５６、又はドライバ５８の何れかに制御信号を送る。したがって、脈流の電圧値（瞬時値）が閾値より高い場合には、変圧器６０で変圧（変圧比の小さい変圧）が行われる。一方、脈流の電圧値（瞬時値）のほうが低い場合には、変圧器６１で変圧（変圧比の大きい変圧）が行われる。

この理由を図７、図８に基づき説明する。図７は、照明装置１において、図６（ｂ）に示すダイオードブリッジ５４から出力される全波整流波形（脈流の電圧）を変圧器により変圧した場合の変圧器の出力波形（端子Ｂ、Ｂ’における電圧波形）である。図７（ａ）は、変圧器６０のみを使用した場合の出力波形である。図７（ｂ）は、変圧器６１のみを
使用した場合の出力波形である。図７（ｃ）は、変圧器６０と変圧器６１とを使用した場合の出力波形である。

なお、実際には全波整流波形（脈流）をデューティ制御してから、変圧器６０、又は変圧器６１に供給されるため、パルス状であるが、ここでは図面を見やすくするため包絡線を表示している。

図８は図７における変圧を行った場合における測定部４３を構成する抵抗５５を流れる電流である。図８（ａ）は、図７（ａ）に対応し、以下も同様である。

まず、変圧器６０のみを使用して、変圧を行う場合を述べる。変圧器６０は、巻線比が変圧器６１より小さく、そのため変圧比も変圧器６１より小さくなる。その結果、端子Ｂ、Ｂ’における電圧波形（変圧器６０から出力される電圧波形）は図７（ａ）に示すように、電圧が低くなる。

ここで、電源装置２は負荷として発光部４７（光源ユニット３）が接続されている。発光部４７には、固体発光素子３２が、単数若しくは複数備えられている。

固体発光素子３２には、順方向電圧が存在する。それ故、発光部４７にはそれに基づく順方向電圧が存在し、その順方向電圧以上の電圧が印加されなければ、発光部４７には電流が流れない。

したがって、変圧器６０のみを使用した場合においては、変圧器６０からの出力波形図７（ａ）に示すようになる。この際、順方向電圧を超えない部分においては、抵抗５５に電流が流れない。すなわち、図８（ａ）に示すように、流通角が狭くなってしまう（力率が低くなってしまう）。

次に、変圧器６１のみを使用して、変圧を行う場合を述べる。変圧器６１は、巻線比が変圧器６０より大きく、そのため変圧比も変圧器６０より大きくなる。したがって、この場合の端子Ｂ、Ｂ’における電圧波形は図７（ｂ）に示すとおりとなり、図７（ａ）と比較して高い電圧となる。そのため、光源ユニット３（発光部４７）の順方向電圧を超える領域が広くなる。このことは、図８(ｂ)に示すように流通角を広げることに寄与する。すなわち、力率が向上する。

次に、本発明の変圧器６０と、変圧器６１とにより変圧を行った場合を説明する。図７（ｃ）は、本発明の変圧器６０と、変圧器６１の動作方法を実施した場合の端子Ｂ、Ｂ’における電圧波形である。

本発明においては、図６（ｂ）に示す全波整流波形（脈流）の電圧（瞬時値）が、コントローラユニット６９の内部メモリ（不図示）に記録された閾値より高い場合は、変圧器６０により変圧を行い、逆に閾値より低い場合には変圧器６１により変圧を行う。

したがって、この場合の端子Ｂ、Ｂ’における電圧波形は、図７（ｃ）に示すように、図６（ｂ）全波整流波形（脈流）の電圧（瞬時値）が低い部分に対応する部分のみが、持ちあげられたかのような、略台形形状の波形となる。

したがって、全波整流波形（脈流）の電圧（瞬時値）が低い部分においても、昇圧（または、等倍の変圧）が行われることにより、変圧器からの出力が、発光部４７の順方向電圧を超える領域が広がることになり、流通角が広がることとなる。

このようにすることにより、変圧器６０と、変圧器６１とを本発明の動作方法をもって使用した場合、流通角が、図８（ｃ）のように図８（ａ）と比較して広がり、図８（ｂ）と同程度となる。したがって、変圧器６１のみを使用した場合と同様に、力率を向上することができる。

ここで、本発明にかかる電源装置２において、変圧器６１のみではなく、変圧器６０と変圧器６１とを使用して変圧を行う理由は、電源効率の向上のためである。

本発明の動作方法により変圧器６０と、変圧器６１とを使用して変圧を行った場合の電源効率は、変圧器６０のみを使用して変圧を行った場合と電源効率に対して、約１０％の改善が、発明者らの試験において明らかとなっている。

ここで、電源効率とは、電源装置２に供給される商用電源４１の電力に対する、発光部４７に供給される電力の比である。

力率を改善することを目的として変圧器６１を使用することにより変圧を行ったとしても、電源効率が低く問題となる。一方、変圧器６０と変圧器６１を使用して変圧を行う本発明の場合は、電源効率は、変圧器６１のみを使用して変圧を行った場合と比較して、大幅に電源効率が改善される。

したがって、変圧器６０と変圧器６１を使用して変圧を行う本発明は、力率を向上できるだけでなく、高い電源効率も実現することが可能となる。

固体発光素子３２は、上記のように順方向電圧以上の電圧を印加しなければ電流が流れないが、一方で順方向電圧に対しあまりに高い電圧を印加することも好ましいことではない。このようにした場合、固体発光素子３２に流れる電流が大きくなり、結果として固体発光素子３２の故障につながるリスクもある。

この観点から見ても、変圧器６１のみを使用して変圧を行うことは、固体発光素子３２への印加電圧が高くなることにつながり好ましくない。

ここで、特開２００３−２５０２７２号公報においては、力率を改善したスイッチング電源が開示されている。しかしながら、力率を改善するために平滑コンデンサを使用している。ここで、平滑コンデンサには、高い容量が要求されることが一般的であり、通常電解コンデンサが使用される。

電解コンデンサは、外気温の上昇等により劣化が進みやすいといわれており、その寿命特性は十分なものでない。したがって、長寿命であるＬＥＤを用いた照明装置内の電源装置に、この電解コンデンサを用いることは不安がある。

したがって、前述のようにＬＥＤを駆動するための電源装置として、特開２００３−２５０２７２号公報に開示されるスイッチング電源を用いることは困難である。

一方、照明装置１の電源装置２においては、変圧器６０と、変圧器６１とを使用することにより、力率の改善のみならず、電源効率の高い電源装置を提供することが可能となる。また、平滑コンデンサも使用していない。したがって、本発明にかかる変圧器６０と変圧器６１とを使用して変圧を行う方法は、非常に技術的価値の高いものである。

なお、ここで変圧器６０の電気容量は、変圧器６１の電気容量に対して大きい変圧器を選定するべきである。これは、変圧器６０は、脈流の電圧値（瞬時値）が大きい場合に変
圧を行うことで、脈流の電圧値が大きいことに伴い、それに流れる電流値（瞬時値）も大きくなるためである。したがって、それに対応できる電気容量を備える変圧器を選定しなければならない。

このようにすることにより、変圧器６０の故障を防ぐことができるため、電源装置２の信頼性を向上することができる。

一方、変圧器６１は、脈流の電圧値（瞬時値）が小さいときに変圧を行う。したがって、それに流れる電流値（瞬時値）は小さくなり、大きな電気容量を持つ変圧器を選定する必要はない。不要に大きな電気容量を持つものを選定することは、変圧器６１が大きくなることを意味し、電源装置２の大型化につながる。そのため、適切な変圧器の選定が好ましい。

コントローラユニット６９の２つ目の機能として、測定部４３を構成する抵抗５５を流れる平均電流（ダイオードブリッジ５４から出力される全波整流波形（脈流）の平均電流）を求める。なお、平均電流を求める期間は、商用電源４１の周期の１／２に相当する期間より長いことが好ましい。

この平均電流をもとに、測定部４３を流れると推定される推定波形を求める。この推定した波形（推定波形）は、選択部４４に対して行うデューティ比の指示に利用する。

コントローラユニット６９の３つ目の機能として、制御信号が送られるドライバ（ドライバ５６、又はドライバ５８の何れか）に対し、デューティ比を指定する。

このデューティ比の指定は、抵抗６５により検出された発光部４７に流れる電流、及び抵抗６６により検出された発光部４７に印加される電圧より求まる動作点と、基準となる基準動作点とにより求まる目標動作点を実現するために行われる。

ここで、基準動作点は、外部信号受信機や外部入力スイッチ（不図示）、例えば、リモコンにより設定してよい。また、予め、コントローラユニット６９の内部メモリ（不図示）に、記憶させておいてもよい。

また、前述の推定波形を利用したデューティ比の指定も行う。これは、測定部４３を構成する抵抗５５に流れる脈流の現時点での電流値（瞬時値）を検知する。その上で、推定波形に基づき求まる現時点での推定電流値と、前記測定した現時点での電流値（瞬時値）とを比較し、その大小関係に基づきデューティ比の指定を行う。

ここで、電源部１０１は、変圧器６７とダイオード６８とから構成され、商用電源４１から供給された交流を、変圧器６７とダイオード６８とを用いて直流化し、コントローラユニット６９に直流を供給する。ここで、変圧器６０、及び変圧器６１と、変圧器６７とは別の個体であって各々独立したものである。したがって、電源部１０１は、発光部４７に直流を供給する電源装置２の回路素子とは絶縁されている。

また、マイコンユニット４６により決定された目標動作点を実現するドライバ５６とドライバ５８とに対する動作の指示は、コントローラユニット６９とドライバ５６およびドライバ５８とを接続する信号線を介して行われる。ここで、コントローラユニット６９とドライバ５６およびドライバ５８とを接続する信号線は、その途中で、例えば、フォトカプラを用いることで、電気的に絶縁されている。

以上により、コントローラユニット６９と、選択部４４等とは、電気的に絶縁されて構
成される。このため、例えば、選択部４４等において生じたノイズ等が、コントローラユニット６９に侵入することを防ぐことが可能である。このことにより、コントローラユニット６９が誤動作することが防止され、電源装置２そのものの安全性が向上する。すなわち、照明装置１の信頼性が高くなる。

ここで、特開２００４−３０３４３１号公報記載のバックライト装置内の直流電源については、本生成装置のコントローラユニット６９に相当するマイコンが、本発明のＦＥＴ５７、ＦＥＴ５９に相当するトランジスタと電気的に絶縁されていない。よって、ノイズ等による誤動作の危険性が危惧される。

しかしながら、本発明の照明装置１は、上述したように、コントローラユニット６９と、選択部４４と、具体的には、ＦＥＴ５７およびＦＥＴ５９とが電気的に絶縁されており、ノイズによる誤動作の危険性を低減し、照明装置１の信頼性を高めている。

ここで、コントローラユニット６９は、デューティ比を、前記のようにフォトカプラを介して指示する。コントローラユニット６９は、マイクロコンピュータなどを使用して構成され、選択部４４における入力端子対である端子対Ａ、Ａ’から入力される全波整流波形（脈流）を平滑化することなく、全波整流波形（脈流）から直接所望のパルス状波形を生成する制御を実現している。

それにより、平滑コンデンサを用いる必要がなくなるので、大幅に電源装置２の体積を低減し、信頼性を向上することが可能となる。以下、その理由を詳細に説明する。

特開平８−２４１１３３号公報記載の定電流直流電源では、全波整流波形（脈流）を一旦、平滑化した上で、所望の特性を有するパルス電圧波形を得ている。この平滑化を行うためには、容量の大きい電解コンデンサを使用されている。具体的には、図５において、選択部４４における入力端子対である端子対Ａ、Ａ’に電解コンデンサが接続される。また、電解コンデンサは、体積が大きく装置を大型化させてしまうという問題がある。さらには周囲温度の影響による容量が変化しやすいという問題もある。また、電解コンデンサは寿命が短く安定性の問題もあった。

また、特開２００４−３０３４３１号公報記載のバックライト装置内の直流電源においては、電解コンデンサを使用する必要はないものの、上述したように安全性及び安定性の上で問題がある。

しかしながら、本発明における電源装置２ではそれらの問題点をすべて解決しており、長寿命（高い信頼性）を実現することができ、ＬＥＤを使用した照明装置に好適である。

次に、照明装置１の動作について図を用いて説明する。

図９は、照明装置１の動作を示すフローチャートである。

まず、Ｓ９１において、照明装置１の電源装置２に商用電源４１が投入され給電が開始される。そして、コントローラユニット６９が運転を開始する。ここで、商用電源４１が投入された直後には、コントローラユニット６９の運転は開始されているが、選択部４４には給電されておらず、選択部４４は起動していない。この方法をとる理由は、電源装置２の安全性を高めるためである。コントローラユニット６９を先に起動させることにより、電源装置２、商用電源４１、あるいは発光部４７に異常が発生している場合は、即座にその運転を停止することができるからである。

また、この方法をとる他の理由は、選択部４４が駆動する前までに商用電源４１の周波数を検出する（この検出は、コントローラユニット６９において行う）必要があるためである。日本国内においても、商用電源４１の周波数は、東日本地区は５０Ｈｚ、西日本地区は６０Ｈｚというように異なる。コントローラユニット６９を用いて上記のような所望の制御を行うためには、商用電源４１の周波数を検出することが必要となる。

次に、図９のＳ９２において、マイコンユニット４６等により、デューティ比の決定を行う。これは図１０に基づき、後ほど詳細に説明する。

次に、図９のＳ９３において、マイコンユニット４６により、制御信号を作成する。これは、図１３により、後ほど詳細に説明する。

次に、図９のＳ９４において、マイコンユニット４６等は、測定部４３により測定した脈流の平均電流に基づき、デューティ比の指定（補正）が行われる。詳細は、図１４により後ほど説明する。

次に、図９のＳ９５において、マイコンユニット４６、外部入力スイッチ（不図示）等から停止信号が入力されていないか確認し、停止信号が入力されていれば電源装置２の動作を停止する（Ｓ９５においてＹＥＳの場合）。これは、例えば、照明装置１を利用するユーザが照明装置１の発光部４７を消灯する、すなわち、照明装置１の電源装置２への電源供給を停止することに相当する。この際、選択部４４は、コントローラユニット６９に対し所定時間前に運転を停止する。言い換えると、その時間内に、コントローラユニット６９は選択部４４に対する指示を終了する。ここで、所定時間とは、０．２［ｓ］〜１［ｓ］程度であることが望ましい。

このような、方法をとる理由は、照明装置１における電源装置２の安全性を高めるためである。

なお、停止信号が入力されていなければ（Ｓ９５においてＮＯ）、Ｓ９２に戻り上述した動作を繰り返す。

図１０は、照明装置１において、デューティ比を決定する動作を説明するフローチャートである。

Ｓ１０１において、マイコンユニット４６は、基準動作点に変更がなされていないかチェックを行う。

ここで、動作点とは、抵抗６５により検出された発光部４７に流れる電流値と、抵抗６６により検出された発光部４７に印加された順方向電圧値との積により求まる値である。動作点の単位はワット［Ｗ］であり、電力と同等のものである。発光部４７が有する固体発光素子の特性や個数等により順方向電圧が定まる。

また、固体発光素子を有する発光部４７は電流制御素子であるため、それに流れる電流の大きさによって、発光部４７の発光強度は定まる。

したがって、基準動作点は、使用する発光部４７の特性等に応じた順方向電圧と、発光部４７において必要な発光強度に対応する電流値から定まるものである。

上述したように発光部４７に流れる電流の大きさによって発光部４７の発光強度が定まる。言い換えれば発光部４７の発光強度は、発光部４７に流れる電流の大きさを設定する
ことにより自在に変化させる、すなわち調光することができる。

ここで、調光するとは、発光部４７の基準動作点を変更することに相当する。また、発光部４７の基準動作点を変更することで、その時点における発光部４７の発光強度を強く（明るく）したり、弱く（暗く）したりすることができる。

ここで、図１１は、発光部４７の基準動作点の設定を変更することにより発光強度を変更することを説明する図である。図１１（ａ）は、その時点（初期）の発光強度を示す基準動作点を示している。初期の発光部４７の発光強度をより強く（明るく）したい場合は基準動作点を図１１（ｂ）のように移動させて設定する。逆に初期の発光部４７の発光強度をより弱く（暗く）したい時は、図１１（ｃ）のように移動させて設定すればよい。

なお、基準動作点の設定は、マイコンユニット４６に接続される外部入力スイッチ（不図示）からの入力により行ってよく、マイコンユニット４６に接続される外部信号受信装置（不図示）からの入力により行ってよい。このようにすることで、外部より基準動作点の設定を変更できる、すなわち外部より発光部４７を調光することが可能となる。

上述した基準動作点の変更が行われていれば（Ｓ１０１でＹＥＳ）、Ｓ１０２に進む。変更が行われていなければ（Ｓ１０１でＮＯ）、Ｓ１０３に進む。

次に、図１０のＳ１０２において、マイコンユニット４６は、基準動作点を読み出す。これは、マイコンユニット４６に接続される外部入力スイッチ（不図示）、マイコンユニット４６に接続される外部信号受信装置（不図示）等から入力された情報を直接、あるいはコントローラユニット６９に備えられた内部メモリ（不図示）に記憶された基準動作点に関する情報を読み出すことにより行う。

またこの基準動作点を、目標動作点としてコントローラユニット６９に備えられた内部メモリ（不図示）に記憶する。

次に、図１０のＳ１０３において、目標動作点を決定する。

まず、抵抗６５により検出された発光部４７に流れる電流値と、抵抗６６により検出された発光部４７に印加された順方向電圧値を測定し、現在の動作点を求める。

検出された動作点と、基準動作点とを比較し、その結果に基づき目標動作点を設定する。

図１２は発光部４７の実際に検出された動作点が、基準動作点からの所定動作範囲を外れてしまった場合の目標動作点が再設定されることを説明する図である。

図１２（ａ）は、検出された動作点が図中の左上に変動した場合、すなわち、所定動作範囲の上限範囲外へ外れてしまった場合の対応を示す図である。これは、周囲温度等の上昇により、発光部４７の順方向電圧が低下し、その分それに流れる電流が上昇してしまう場合に相当する。この場合において、発光部４７は、所望の発光強度より強く（明るく）発光している。そのため、制御動作点を定めて、これを新たな目標動作点とする。こうすることにより、所定動作範囲（ここでは、発光部４７に流れる電流が基準動作点に基づく電流値を１００とした場合に、９５〜１０５の範囲、すなわち±５％の範囲を所定動作範囲としている）内に動作点が収まるようになる。

なお、この所定動作範囲は、±５％の範囲でなくともよく、±１０％の範囲のように広くしてもよい。しかしながら、広くすればするほど、発光部４７の発光強度の変化が大きくなり、利用者に違和感を与えるので適度な範囲を設定する必要がある。発明者らの試験では、上記±５％の範囲であれば違和感がないとして、この値を採用している。

図１２（ｂ）に示すように、検出された動作点が図中の右下に変動した場合、すなわち、所定動作範囲の下限範囲外へ外れてしまった場合、図１２（ａ）の場合と同様に、制御動作点を定め、これを目標動作点とする。

また、検出された動作点が所定動作範囲内であった場合は、それをそのまま新たな目標動作点とする。

図１０のＳ１０４においては、マイコンユニット４６は、目標動作点を実現するためのデューティ比を算出する。すわなち、マイコンユニット４６は、目標動作点を実現するための選択部４４の変圧器（変圧器６０、又は変圧器６１の何れか）の１次側に入力される脈流の電圧のデューティ比を決定する。

図１０のＳ１０５においては、マイコンユニット４６は、Ｓ１０４で算出したデューティ比を実現するために必要な制御信号を作成する。詳細は、後ほど述べるものとする。

図１０のＳ１０６においては、目標動作点と、実際の動作点が一致しているか否かをマイコンユニット４６は判断する。

これは、抵抗６５により検出された発光部４７に流れる電流値と、抵抗６６により検出された発光部４７に印加された順方向電圧値を測定し、現在の動作点を求める。

その上で、検出された動作点と、目標動作点（Ｓ１０２、又はＳ１０３にて設定）とを比較する。目標動作点からの所定動作範囲（例えば、±５％の範囲）から外れていなければ（Ｓ１０６においてＹＥＳ）、デューティ比の決定を終了する。

目標動作点からの所定動作範囲（例えば、±５％の範囲）から外れていれば（Ｓ１０６においてＮＯ）、Ｓ１０７に進む。

図１０のＳ１０７においては、動作点を目標動作点から所定動作範囲（例えば、±５％の範囲）内となるよう、デューティ比を補正する。その上でＳ１０５に戻り繰り返す。

図１３は、制御信号を作成する動作を説明するフローチャートである。

Ｓ１３１においては、デューティ比の制御を選択部４４において実現すべく、選択部４４を制御するための信号（制御信号）をコントローラユニット６９において作成する。

ここで、選択部４４に入力される電圧は、図６（ｂ）に示すような全波整流波形（脈流）である。図６（ｂ）で示す全波整流波形（脈流）の電圧を用いて、目標動作点を実現するのに必要な電力を生成する必要がある。そのため次のような手法を用いる。

まず、図６（ａ）に示すように、商用電源４１の交流電圧の０クロス点を検出する。ここで、０クロス点の検出は、商用電源４１から供給される交流の電圧波形が０クロス点を横切るたびに行う。なぜなら、商用電源４１から供給される交流の電圧波形は、微妙な周波数変動が生ずる場合があり、微妙な周波数変動は、選択部４４における制御の精度を悪化させることになるからである。選択部４４における制御精度の悪化を防ぐため、交流の電圧波形が０クロス点を横切るたびにその０クロス点を検出する。

次に、図６（ｂ）のように０クロス点を基準点として、全波整流波形（脈流）を所定の時間間隔で分割する。時間間隔は２［μｓ］〜２０［μｓ］程度の範囲に設定してよく、発明者らの実験では、４［μｓ］が最適であった。

次に、各区間において、必要な電力を実現する。ここで、電力は、当然のごとく電圧と電流の積である。そのため、各区間すべてにおいて必要な電力が得られるよう、デューティ比を変更するよう選択部４４を制御する制御信号をコントローラユニット６９において作成する。

Ｓ１３２において、マイコンユニット４６は、商用電源４１の電圧値をモニターし、これに基づき整流部４２が交流を全波整流して出力する脈流の電圧値（瞬時値）を推定する。

なお、整流部４２が交流を全波整流して出力する脈流の電圧値（瞬時値）は、図５における端子Ａ、Ａ’間の電圧を測定し、その電圧値（瞬時値）をマイコンユニット４６で読み取ってもよい。

この脈流の電圧値（瞬時値）が閾値（これは、発光部４７の構成などに依存する）以上であれば（Ｓ１３２でＹＥＳ）、Ｓ１３３に進む。一方、閾値電圧以下であれば（Ｓ１３２でＮＯ）、Ｓ１３４に進む。

図１３のＳ１３３においては、マイコンユニット４６は、ドライバ５６にＳ１３１において作成した制御信号を送付する。

これにより、選択部４４内の変圧器６１では変圧が行われない。変圧器６０にて変圧が行われることとなる。なお、変圧器６０は、変圧器６１と比較して巻数比が小さい。したがって変圧比も、変圧器６０は変圧器６１に対し小さい。

図１３のＳ１３４においては、マイコンユニット４６は、ドライバ５８に対してＳ１３１において作成した制御信号を送付する。

これにより、選択部４４内の変圧器６０では変圧が行われない。変圧器６１にて変圧が行われることとなる。なお、変圧器６１は、変圧器６０と比較して巻数比が大きい。したがって変圧比も、変圧器６１は変圧器６０に対し大きい。

図１４は、脈流の平均値に基づくデューティ比の指示（補正）を説明する図である。

Ｓ１４１において、マイコンユニット４６は、測定部４３を構成する抵抗５５を流れる電流（ダイオードブリッジ５４から出力される全波整流波形（脈流）の電流）の平均値を求める。

平均電流を求める期間は、商用電源４１の周期の１／２に相当する期間より長くなければならない。

図１４のＳ１４２において、マイコンユニット４６は、Ｓ１４１で求めた平均電流値を基に、測定部４３を流れると推定される電流の波形を推定する。この推定した波形（推定波形）は、コントローラユニット６９内の内部メモリ（不図示）に記憶される。

図１４のＳ１４３において、マイコンユニット４６は、Ｓ１４２において推定した推定波形と、現時点で測定部４３に流れる電流値（瞬時値）とを比較する。

すなわち、マイコンユニット４６は、その内部メモリ（不図示）に記憶される推定波形から、現時点において測定部４３に流れると推定される電流値（瞬時値）を読み出す。この読み出した値と、現時点で測定部４３に流れる電流値（瞬時値）とを比較する。

現時点で測定部４３に流れる電流値（瞬時値）が、推定される電流値（瞬時値）より高ければ（Ｓ１４３においてＹＥＳ）、Ｓ１４４に進む。

一方、現時点で測定部４３に流れる電流値（瞬時値）が、推定される電流値（瞬時値）より低ければ（Ｓ１４３においてＮＯ）、Ｓ１４５に進む。

図１４のＳ１４４において、マイコンユニット４６は、デューティ比を指定（補正）する。これは、直前のデューティ比に対し低いデューティ比を指定する。

この理由は、測定部４３に流れる電流を小さくするためである。推定される電流より大きいが故、それを補正するために直前のデューティ比に対し低いデューティ比を指定する。

図１４のＳ１４５において、マイコンユニット４６は、デューティ比を指定（補正）する。これは、直前のデューティ比に対し高いデューティ比を指定する。

この理由は、測定部４３に流れる電流を大きくするためである。推定される電流より小さいが故、それを補正するために直前のデューティ比に対し高いデューティ比を指定する。

図１４のＳ１４６において、マイコンユニット４６は制御信号を作成する。これについては、図１３のフローチャートを用いて説明したとおりである。

図１４のＳ１４７において、マイコンユニット４６は、脈流の平均値に基づくデューティ比の指定（補正）を開始してからの通算回数が、基準回数に達しているか否かを判断する。なお、基準回数とは任意に設定されてよい。

通算回数が基準回数に達していれば（Ｓ１４８においてＹＥＳ）、本指定（補正）を終了する。一方、通算回数が基準回数に達していれば、Ｓ１４３に戻り指定（補正）を続ける。

以上のように脈流の電流値に基づくデューティ比の補正を行うことが可能である。

このことにより、商用電源４１の電圧変動などをいち早く検知し、それによる照明装置１が受ける影響を避けることが可能となる。

これは、上記のように照明装置１においては、測定部４３を流れる電流（瞬時値）を監視し、あらかじめ測定した測定部４３を流れる電流（平均値）に基づき、デューティ比の制御を行うことにより補正を行う。

このことから、商用電源４１の電圧が高くなった場合においても、照明装置１の測定部４３を流れる電流値（瞬時値）が高くなることにより、発光部４７の動作点が高くなってしまう（すなわち、発光強度が強くなってしまう）ことを避けることができる。もちろん、商用電源４１の電圧が低くなった場合にも対応可能である。

このことは、発光部４７の発光強度の変動を避け、照明装置１の利用者に対して安定した照明を提供することはもとより、商用電源４１の電圧変動による電源装置２、光源ユニット３（発光部４７）の故障を避けることに対しても効果がある。

照明装置１は、固体発光素子３２を使用している。固体発光素子３２の特徴のひとつは、長寿命性であり、この性能を完全に享受する意味でも電源装置２、光源ユニット３（発光部４７）の故障を防ぐことは重要である。

図１５は、電源装置２を構成する基板２１の概略構造を示す図である。電源装置２の筐体５に収納される基板２１は、回路素子が実装される実装前基板であり、図１５（ａ）に示すメイン基板１５１と、図１５（ｂ）に示すサブ基板Ａ１５２及びサブ基板Ｂ１５３とにより構成される。ここで、サブ基板の数はこれに限らず、自由に設定してよいことは言うまでもない。

メイン基板１５１は、円形状である。図１５（ａ）は、メイン基板１５１の実装面となる方向から見た図である。サブ基板Ａ１５２およびサブ基板Ｂ１５３は、半円形状である。図１５（ｂ）は、メイン基板１５１の実装面となる方向から見た図である。

図１６は、電源装置２を構成する基板２１に各種回路素子を実装した場合の図である。図１６では、メイン基板１５１、サブ基板Ａ１５２及びサブ基板Ｂ１５３に変圧器６０など、図２に示す照明装置１における電源装置２を構成する回路素子を実装している。

図１６（ａ）は、メイン基板１５１を実装面となる方向から見た図である。図１６（ａ）は、ハッチングされている部分が電源装置２を構成する各種回路素子を示し、電源装置２を構成する各種回路素子が実装されたメイン基板１５１を示している。

一方、図１６（ｂ）は、サブ基板Ａ１５２およびサブ基板Ｂ１５３を実装面となる方向から見た図である。図１６（ａ）は、ハッチングされている部分が電源装置２を構成する各種回路素子を示し、電源装置２を構成する各種回路素子が実装されたサブ基板Ａ１５２およびサブ基板Ｂ１５３を示している。

なお、サブ基板Ｂには、マイコンユニット４６を構成する部品（コントローラユニット６９、電源部１０１、フォトカプラ（不図示）など）が実装される。

図１７は、メイン基板１５１とサブ基板Ａ１５２およびサブ基板Ｂ１５３とがお互いの実装面で対向して配置されたことを示す図である。図１７は、図１６（ａ）に示す各種回路素子が実装されたメイン基板１５１の実装面と、図１６（ｂ）に示す各種回路素子が実装されたサブ基板Ａ１５２およびサブ基板Ｂ１５３の実装面とが向かい合うように配置されている。ここで、肝要なことは、図１７に示すようにメイン基板１５１の実装面上にサブ基板Ａ１５２、及びサブ基板Ｂ１５３の実装面が対向するように配置した際、実装された各種回路素子同士が干渉しないようにすることである。

したがって、メイン基板１５１の実装面と、サブ基板Ａ１５２及びサブ基板Ｂ１５３の実装面とがなす距離は、メイン基板１５１およびサブ基板Ａ１５２及びサブ基板Ｂ１５３らに実装される各種回路素子のうち最も高さが高い回路素子（ここでは変圧器６０）と略同一となる。

ここで、変圧器６０は、変圧器６１に対して、前述のように電気容量が大きい変圧器であるがため、大きさも大きい（高さも高い）。

また、メイン基板１５１の実装面上にサブ基板Ａ１５２、及びサブ基板Ｂ１５３の実装面が対向するように載せた際、メイン基板１５１から、サブ基板Ａ１５２及びサブ基板Ｂ１５３がはみ出すことなく、完全に載るようにすることが肝要である。

以上のようにすることにより、電源装置２の高さを、電源装置２を構成する最も高い回路素子（ここでは、変圧器６０）とほぼ等しく、十分な小型化を実現することが可能となる。

ここで、上述のように電源装置２は、固体発光素子（ここではＬＥＤ）を用いた照明装置への適用を前提にしている。個々のＬＥＤは非常に小型であり、それ故、従来の蛍光ランプなどを使用した照明装置では実現できなかった、小型、かつデザイン性の高い照明装置を、ＬＥＤを使用することで実現できる。そのため、電源装置２もできるだけ小型化し、照明装置１の組み込みを容易にする必要がある。これは、照明装置１を構成する電源装置２の照明装置１に対して占める体積割合を非常に小さくすることで実現される。

ところで、特開２００４−３０３４３１号公報記載のバックライト装置内の直流電源は、上述のとおり小型化については明記されていない。それ故、ＬＥＤを用いた照明装置への適用は、特開２００４−３０３４３１号公報記載のバックライト装置内の直流電源では実現できない。

一方、本発明における電源装置２は、電源装置２の構成に必要な回路素子が高密度化され実装されているため、非常にコンパクトとなり、ＬＥＤを用いた小型の照明装置１を実現するのに好適である。それ故、その産業的価値は大きいと考える。

なお、本発明の照明装置１は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で自由に変形して実施することができる。

例えば、目標動作点の設定を、光源ユニット３内の温度を指標として行ってもよい。固体発光素子３２は、温度が高くなることにより故障が発生するリスクがある。

このことを避けるため、光源ユニット３内に温度センサ（サーミスタ）などを付加し、コントローラユニット６９にて、その温度を監視する。その上で、温度が異常に上昇した場合は、目標動作点を低く設定することで、温度を低下させ固体発光素子３２の故障を防ぐ。

また、変圧器は３つ以上具備してもよい。例えば、昇圧を行う変圧器、等倍の変圧を行う変圧器、降圧を行う変圧器の３つを具備してもよい。

整流部４２から出力される脈流の電圧値（瞬時値）が第１の閾値以上であれば、降圧を行う変圧器により変圧を行い、第２の閾値以上、第１の閾値未満であれば、等倍の変圧を行う変圧器により変圧を行い、第２の閾値未満であれば昇圧を行う変圧器により変圧を行う。なお、第１の閾値は、第２の閾値より高い値であり、これらは光源ユニット３などの構成に基づき設定する。

このようにすることによっても、当然に力率を向上し、電源効率が高い固体発光素子を利用した照明装置に最適な電源装置を得ることができる。

また、電源装置２の形状を円柱型としたが、メイン基板１５１とサブ基板Ａ１５２とサブ基板Ｂ１５３とを長方形状とし、角柱形状としてもよい。

発明者らの試作においては、発光部４７に供給される電力を最大１００Ｗとして設計した場合、略箸箱程度の大きさにおいて電源装置２を実現することが可能であった。

また、電源装置２は、ＬＥＤのみでなくＥＬを駆動する電源としても好適である。更に、固体発光素子の駆動のみならず、力率の悪い負荷（例えば、容量性の大きい負荷）を駆動する電源装置としても好適である。

本発明は、照明装置に適用でき、特に、交流電源を利用した光源にＬＥＤなどの固体発光素子を用いた照明装置に適用できる。

本発明の照明装置１の外観を示す斜視図である。 本発明の電源装置２の構造を示す断面図である。 本発明の光源ユニット３の構造を示す断面図である。 本発明の照明装置１の機能ブロック図である。 本発明の照明装置１の概略回路構成を示す図である。 本発明の電源装置２内の交流を整流するダイオードブリッジの出力波形を説明する図である。 本発明の電源装置２内のＢ、Ｂ’間の電圧波形を説明する図である。 本発明の電源装置２内の抵抗５５に流れる電流波形を説明する図である。 本発明の照明装置１の動作を示すフローチャートである。 本発明の照明装置１のデューティ比の決定方法を示すフローチャートである。 基準動作点について説明する説明図である。 本発明の発光部の実際に検出された動作点が、基準動作点からの所定動作範囲を外れてしまった場合に目標動作点が再設定されることを説明する図である。 本発明の照明装置１の制御信号を作成する方法を示すフローチャートである。 本発明の照明装置１の脈流の平均値に基づくデューティ比の指定（補正）方法を示すフローチャートである。 本発明の電源装置２を構成する基板の概略構造を示す図である。 本発明の電源装置２を構成する基板に各種回路素子を実装した場合の図である。 本発明の電源装置２を構成するメイン基板とサブ基板とがお互いの実装面で対向して配置されたことを示す図である。

符号の説明

１ 照明装置
２ 電源装置
３ 光源ユニット
４ コンセント
５ 筐体
６ 接続ケーブル
２１、３３ 基板
３１ 筐体部
３２ 固体発光素子
３４ 保護用透光板
４１ 商用電源
４２ 整流部
４３ 測定部
４４ 選択部
４５ 検出部
４６ マイコンユニット
４７ 発光部
５１、５２ インダクター
５３、６４ コンデンサ
５４ ダイオードブリッジ
５５、６５、６６ 抵抗
５６、５８ ドライバ
５７、５９ ＦＥＴ
６０、６１、６７ 変圧器
６２、６３、６８ ダイオード
６９ コントローラユニット
１０１ 電源部
１５１ メイン基板
１５２ サブ基板Ａ
１５３ サブ基板Ｂ

Claims (2)

1. 交流の電源を利用する電源装置を用いて、複数の固体発光素子を発光させることにより照明する照明装置であって、
   前記電源装置は、
   前記交流を脈流に変換する変換手段と、
   前記変換手段より出力される電流の瞬時値を測定する測定手段と、
   前記脈流の通過／非通過を選択する選択手段と、
   前記脈流の通過／非通過の時間比であるデューティ比を、前記選択手段に対し指示する指示手段とを備え、
   前記指示手段は、前記測定手段で測定した前記変換手段より出力された電流の瞬時値の所定期間内の平均値から、前記変換手段より出力される電流の推定波形を求め、前記推定波形から所定時刻に前記変換手段より出力されると推定される電流の推定瞬時値を求めて、前記推定瞬時値と前記所定時刻に前記測定手段で測定される前記変換手段より出力される電流の瞬時値とを比較し、比較結果に応じて前記デューティ比の変更を指示し、
   前記選択手段は、前記デューティ比を前記指示手段から指示されたデューティ比に変更して前記脈流の通過／非通過を選択すること
   を特徴とする照明装置。
2. 前記指示手段は、
   前記所定時刻に前記測定手段で測定される前記変換手段より出力される電流の瞬時値が、前記推定波形に基づく前記所定時刻に前記変換手段より出力されると推定される電流の推定瞬時値を上回る場合には、前記所定時刻直前のデューティ比に対し低いデューティ比を指示し、
   前記所定時刻に前記測定手段で測定される前記変換手段より出力される電流の瞬時値が、前記推定波形に基づく前記所定時刻に前記変換手段より出力されると推定される電流の推定瞬時値を下回る場合には、前記所定時刻直前のデューティ比に対し高いデューティ比を指示する
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。

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