JP5297119B2 - 照明点灯装置、照明装置及び照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、固体発光素子を駆動する照明点灯装置、これを用いた照明装置及び照明器具に関するものである。

従来、ＬＥＤなどの固体発光素子を光源に採用した照明装置が広く普及している。非常用照明装置の分野においても、近年、光源にＬＥＤを採用したものが徐々に実用化されている（例えば、特許文献１参照）。高周波高電圧で点灯する放電灯とは異なり、ＬＥＤは直流電流で点灯するため、インバータ回路が不要である。代わりに、所定の光出力を得るために複数のＬＥＤが必要であるので、二次電池の低電圧を、複数のＬＥＤを点灯させるために適切な直流電圧へ変換する非常時電源回路を有していることが特徴である。

従来の照明点灯装置は、常用時では、商用電源からの商用電力を整流した後、スイッチング素子、トランス、平滑コンデンサなどで構成される常用時電源回路を用いて直流電圧に変換した後、定電流点灯回路を用いてＬＥＤを定電流で点灯させている。一方、商用電源停電時においては、従来の照明点灯装置は、非常用電源（バッテリ）を非常用電源回路で所定電圧に変換し、定電流点灯回路を用いてＬＥＤを定電流で点灯させている。

ここで、ＬＥＤユニット９０に定電流を供給するための定電流点灯回路９１を図８に示す。図８において、定電流点灯回路９１の入力端に直流電圧が印加されると、ＬＥＤユニット９０、バイポーラトランジスタ９２、抵抗器９３の直列回路に電流が流れる。このとき、抵抗器９３の両端電圧がシャントレギュレータ９４のリファレンス電圧で一定になるようにバイポーラトランジスタ９２が動作することにより、ＬＥＤユニット９０は、（シャントレギュレータ９４のリファレンス電圧）／（抵抗器９３の抵抗値）で設定される定電流が供給され、点灯する。

ところで、ＬＥＤユニット９０を点灯させるためには、各ＬＥＤに順電圧以上の電圧を印加する必要がある。ここで、ＬＥＤの順電圧にばらつきがあり、ＬＥＤに流す電流値や温度によっても順電圧が変化する。そのため、ＬＥＤ自体のばらつきや電流、温度を加味した順電圧を想定した上で、常用時電源回路及び非常時電源回路の出力電圧の電圧値を設定する必要がある。

一例として、順電流が１５０ｍＡ、順電圧の標準値が３．５Ｖ、順電圧の最大値が３．８ＶのＬＥＤを用いた場合について説明する。このＬＥＤを４個直列に接続した場合、４個のＬＥＤの順電圧は、最大３．８Ｖ×４個＝１５．２Ｖとなる。また、シャントレギュレータ９４のリファレンス電圧を１．２４Ｖとする。これにバイポーラトランジスタ９２のコレクタ−エミッタ間電圧を想定して、出力電圧を設定する。コレクタ−エミッタ間電圧を０．５Ｖとすると、出力電圧は、１５．２Ｖ＋１．２４Ｖ＋０．５Ｖ＝１６．９４Ｖとなる。このときのバイポーラトランジスタ９２のコレクタ−エミッタ間の損失は、０．５Ｖ×１５０ｍＡ＝０．０７５Ｗである。
特開２００６−２８６３３９号公報

上記の例において、ＬＥＤの順電圧が標準値であった場合、４個のＬＥＤの順電圧は、３．５Ｖ×４個＝１４．０Ｖであり、バイポーラトランジスタ９２のコレクタ−エミッタ間電圧は、１６．９４Ｖ−１４．０Ｖ−１．２４Ｖ＝１．７Ｖとなる。このため、ＬＥＤの順電流を１５０ｍＡとすると、バイポーラトランジスタ９２のコレクタ−エミッタ間の損失は、１．７Ｖ×１５０ｍＡ＝０．２５５Ｗとなり、従来の照明点灯装置には、ＬＥＤの順電圧のばらつきによってバイポーラトランジスタ９２の損失が大きくなってしまうという問題があった。このため、ＬＥＤのばらつきを考慮して許容損失の大きなバイポーラトランジスタ９２の素子選定を行う必要がある。また、バイポーラトランジスタ９２の損失により、発熱が増大するため、別途放熱板などを必要になる場合もあり、高コストとなる。

そこで、ＬＥＤに対して例えば順電圧の規格範囲を定めて、その範囲内のＬＥＤのみをＬＥＤメーカーより納入してもらう方法もあるが、ＬＥＤメーカーでの選定作業が必要なため、高コストとなる。

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目的は、固体発光素子の特性にばらつきがあっても、トランジスタの損失を抑えることができる照明点灯装置、照明装置及び照明器具を提供することにある。

請求項１に係る照明点灯装置の発明は、直流電源からの電源供給によって固体発光素子を駆動する照明点灯装置であって、前記直流電源から供給される直流電源電圧を電圧変換して出力電圧を可変する電圧変換回路と、前記固体発光素子に直列接続されて直列回路を形成するトランジスタを有し、前記電圧変換回路の出力電圧を前記直列回路に印加し、当該トランジスタのインピーダンスを制御して当該固体発光素子に流れる駆動電流を一定に保つ定電流点灯回路と、前記トランジスタの両端電圧を検出する電圧検出手段と、前記定電流点灯回路によって前記駆動電流が一定に保たれた状態で、前記電圧検出手段の検出電圧が予め設定された設定電圧になるように前記電圧変換回路を制御して当該電圧変換回路の出力電圧を可変させる制御手段と、二次電池と、前記二次電池を充電する充電回路と、非常時に前記二次電池からの直流電圧を電圧変換して出力電圧を可変する非常時電源回路と、前記電圧変換回路の出力電圧の下限値を設定する下限値設定手段とを備え、前記二次電池、前記充電回路及び前記非常時電源回路は、前記電圧変換回路の出力側と前記固体発光素子との間に設けられていることを特徴とする。

請求項２に係る照明点灯装置の発明は、請求項１の発明において、前記定電流点灯回路は、複数の前記固体発光素子が並列に接続され、それぞれ異なる前記固体発光素子に直列接続されて当該固体発光素子と前記直列回路を形成する複数の前記トランジスタを有し、前記電圧検出手段は、各トランジスタの両端電圧を検出し、検出した各トランジスタの両端電圧のうち最小値を前記検出電圧とすることを特徴とする。

請求項３に係る照明点灯装置の発明は、請求項１の発明において、前記定電流点灯回路は、複数の前記固体発光素子が並列に接続され、それぞれ異なる前記固体発光素子に直列接続されて当該固体発光素子と前記直列回路を形成する複数の前記トランジスタを有し、前記電圧検出手段は、各トランジスタの両端電圧を検出し、検出した各トランジスタの両端電圧の平均値を前記検出電圧とすることを特徴とする。

請求項４に係る照明点灯装置の発明は、請求項１乃至３の何れか１項の発明において、前記非常時電源回路は、前記電圧検出手段の前記検出電圧が前記設定電圧になるように、当該非常時電源回路の出力電圧を可変することを特徴とする。

請求項５に係る照明点灯装置の発明は、請求項１乃至４の何れか１項の発明において、前記トランジスタはバイポーラトランジスタであり、前記設定電圧は、前記バイポーラトランジスタのコレクタ−エミッタ間飽和電圧以上であることを特徴とする。

請求項６に係る照明点灯装置の発明は、請求項１乃至５の何れか１項の発明において、前記定電流点灯回路は、前記固体発光素子及び前記トランジスタに直列接続される抵抗器と、前記抵抗器の両端電圧を一定にする定電圧手段とを有し、前記定電圧手段によって前記トランジスタのインピーダンスを変化させて前記駆動電流を一定に保つことを特徴とする。

請求項７に係る照明装置の発明は、請求項１乃至６の何れか１項の照明点灯装置と、前記照明点灯装置によって駆動される固体発光素子とを備えることを特徴とする。

請求項８に係る照明器具の発明は、請求項７の照明装置と、前記照明装置を保持する器具本体とを備えることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、固体発光素子の特性にばらつきがあっても、固体発光素子の特性に応じて電圧変換回路の出力電圧を調整することができるので、定電流点灯回路のトランジスタの損失を抑えることができる。
また、請求項１の発明によれば、必要な充電電流を確保しつつ、電圧変換回路の出力電圧を変化させて、定電流点灯回路のトランジスタの損失を抑えることができる。

請求項２の発明によれば、各トランジスタの両端電圧のうち最小値を用いて電圧変換回路の出力電圧を可変することで、全ての固体発光素子に対して、印加電圧が低くなりすぎないようにすることができる。

請求項３の発明によれば、各トランジスタの両端電圧の平均値を用いて電圧変換回路の出力電圧を可変することで、全ての固体発光素子に対して、印加電圧が低くなりすぎないようにすることができる。

請求項４の発明によれば、商用電源停電時においても、固体発光素子の特性に応じて定電流点灯回路への電圧を調整することができるので、定電流点灯回路のトランジスタの損失を抑えることができる。

請求項６の発明によれば、固定発光素子に直列に接続される抵抗器に流れる電流を一定にすることができるので、固定発光素子を安定に駆動することができる。

請求項７の発明によれば、固体発光素子の特性にばらつきがあっても、照明点灯装置において、固体発光素子の特性に応じて電圧変換回路の出力電圧を調整することができるので、定電流点灯回路のトランジスタの損失を抑えることができる。

請求項８の発明によれば、固体発光素子の特性にばらつきがあっても、照明装置に含まれる照明点灯装置において、固体発光素子の特性に応じて電圧変換回路の出力電圧を調整することができるので、定電流点灯回路のトランジスタの損失を抑えることができる。

（実施形態１）
まず、実施形態１に係る照明装置の構成について図１を用いて説明する。この照明装置は、例えば誘導灯などのように商用電源ＡＣの停電時にも用いられる非常用照明装置であり、照明点灯装置１と、光源となるＬＥＤユニット（固体発光素子）２とを備えている。

ＬＥＤユニット２は、複数のＬＥＤ２０，２０・・・の直列回路であり、照明点灯装置１によって駆動される。

照明点灯装置１は、ＬＥＤユニット２を駆動するものであり、直流電源１０と、直流電源１０から供給される直流電源電力を変換するフライバック回路（電圧変換回路）３と、フライバック回路３を制御する制御手段４と、フライバック回路３の出力電圧Ｖ１をＬＥＤユニット２及びバイポーラトランジスタＱ１の直列回路に印加し、上記バイポーラトランジスタＱ１を制御して上記ＬＥＤユニット２に流れる電流を一定に保つ定電流点灯回路５と、バイポーラトランジスタＱ１の両端電圧を検出する電圧検出手段６と、非常時に動作する非常時電源手段７とを備えている。

直流電源１０は、入力側（商用電源ＡＣ側）からダイオードブリッジＤＢと、コンデンサＣ１とを備え、商用電源ＡＣからの交流電力を直流電力に変換する。

フライバック回路３は、フライバックトランスＴ１と、フライバックトランスＴ１の一次巻線Ｔ１ａに直列に接続されてコンデンサＣ１の両端間に直列回路を形成し制御回路４０に含まれている電解効果トランジスタ（図示せず）と、フライバックトランスＴ１の二次巻線Ｔ１ｂに接続されるダイオードＤ２と、ダイオードＤ２に直列に接続され二次巻線Ｔ１ｂの両端間に直列回路を形成するコンデンサＣ３とを備えている。また、フライバックトランスＴ１の一次巻線Ｔ１ａの両端間には、コンデンサＣ２、抵抗器Ｒ６及びダイオードＤ１からなるスナバ回路が接続されている。スナバ回路は、電解効果トランジスタのオンオフ動作に応じてフライバックトランスＴ１の一次巻線Ｔ１ａの両端間に発生したサージ電圧を吸収する。

定電流点灯回路５は、ＬＥＤユニット２に直列接続されるバイポーラトランジスタＱ１と、ＬＥＤユニット２及びバイポーラトランジスタＱ１に直列接続される抵抗器Ｒ１と、抵抗器Ｒ１の両端電圧を一定にするシャントレギュレータ（定電圧手段）ＩＣ１とを備えている。ＬＥＤユニット２、バイポーラトランジスタＱ１及び抵抗器Ｒ１の直列回路は、コンデンサＣ３に並列に接続されている。また、定電流点灯回路５は、抵抗器Ｒ２とシャントレギュレータＩＣ１の直列回路もコンデンサＣ３に並列に接続されて備えている。シャントレギュレータＩＣ１のリファレンス端子は、抵抗器Ｒ１とバイポーラトランジスタＱ１の中点に接続されている。また、抵抗器Ｒ３とバイポーラトランジスタＱ２は直列に接続されており、バイポーラトランジスタＱ２のベースは、抵抗器Ｒ２とシャントレギュレータＩＣ１の中点に接続され、バイポーラトランジスタＱ２のエミッタはバイポーラトランジスタＱ１のベースに接続されている。定電流点灯回路５は、シャントレギュレータＩＣ１によってバイポーラトランジスタＱ１を動作させてＬＥＤユニット２に流れる駆動電流を一定に保つ。

電圧検出手段６は、バイポーラトランジスタＱ１と抵抗器Ｒ１の直列回路に並列に接続された抵抗器Ｒ４，Ｒ５である。抵抗器Ｒ４，Ｒ５の中点は、シャントレギュレータＩＣ２のリファレンス端子に接続されている。

非常時電源手段７は、蓄電池（二次電池）７０と、商用電源ＡＣ通電時に蓄電池７０を充電する充電回路７１と、蓄電池７０に接続され、上記蓄電池７０の電圧を所定電圧に変換する非常時電源回路７２とを備えている。充電回路７１は、フライバック回路３の出力側に接続されており、例えば定電流で蓄電池７０を充電する回路である。

制御手段４は、制御回路４０を備えている。制御回路４０は、図示しない電界効果トランジスタと、電解効果トランジスタのオンオフ動作を制御する回路とを内蔵して備え、フォトカプラＰＣのフォトトランジスタＰＣｂが接続されている。制御回路４０は、フォトトランジスタＰＣｂの動作に応じて、内蔵された電解効果トランジスタがオンオフ動作することにより、商用電源ＡＣの整流後に平滑された電圧（フライバック回路３への入力電圧）は高周波電圧に変換される。変換された高周波電圧は、フライバックトランスＴ１の二次巻線Ｔ１ｂにより降圧され、ダイオードＤ２とコンデンサＣ３によって整流平滑される。

また、コンデンサＣ３の両端間には、シャントレギュレータＩＣ３とフォトカプラＰＣの発光素子（ダイオード）ＰＣａとの直列回路が接続されている。発光素子ＰＣａの両端間には抵抗器Ｒ９が並列に接続されている。さらに、コンデンサＣ３の両端間には、抵抗器Ｒ７，Ｒ８の直列回路が接続され、抵抗器Ｒ７，Ｒ８の中点とシャントレギュレータＩＣ３のリファレンス端子とが接続されている。コンデンサＣ３の両端電圧は、抵抗器Ｒ７，Ｒ８により分圧され、抵抗器Ｒ８の両端電圧がシャントレギュレータＩＣ３のリファレンス電圧になるように、シャントレギュレータＩＣ３、フォトカプラＰＣ１及び制御回路４０が動作することによって、コンデンサＣ３の両端間に所定の直流電圧が発生する。

シャントレギュレータＩＣ２のアノード端子は、シャントレギュレータＩＣ３のアノード端子に接続され、シャントレギュレータＩＣ２のカソード端子は、シャントレギュレータＩＣ３のカソード端子に接続されている。

制御手段４は、定電流点灯回路５によって駆動電流が一定に保たれた状態で、シャントレギュレータＩＣ２によって電圧検出手段６の検出電圧がリファレンス電圧Ｖref2になるように、フォトカプラＰＣ１及び制御回路４０が動作することによって、バイポーラトランジスタＱ１の両端電圧が予め設定された設定電圧になるようにフライバック回路３を制御して、上記フライバック回路３の出力電圧Ｖ１を可変させる。

上記の設定電圧は、バイポーラトランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間飽和電圧Ｖce(sat)以上であって、順電圧が標準値である各ＬＥＤ２０に最大順電圧が印加された場合におけるバイポーラトランジスタＱ１の両端電圧未満に予め設定される。

例えば、バイポーラトランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖceを０．５Ｖ、各ＬＥＤ２０の最大順電圧を３．８Ｖ、抵抗器Ｒ１の両端電圧を１．２４Ｖとすると、最大順電圧のＬＥＤ２０でも点灯できるように、最初の出力電圧Ｖ１は、３．８Ｖ×４個＋０．５Ｖ＋１．２４Ｖ＝１６．９４Ｖになる。各ＬＥＤ２０の順電圧が標準値（３．４Ｖ）である場合に、上記出力電圧Ｖ１（１６．９４Ｖ）が印加されると、バイポーラトランジスタＱ１の両端電圧は、１６．９４Ｖ−３．４Ｖ×４個−１．２４Ｖ＝１．７Ｖとなる。したがって、バイポーラトランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間飽和電圧Ｖce(sat)を０．３Ｖとすると、設定電圧は、０．３Ｖ以上１．７Ｖ未満となる。設定電圧が上記の範囲となるように、抵抗器Ｒ４，Ｒ５の抵抗値やシャントレギュレータＩＣ２のリファレンス電圧Ｖref2を設定する。

次に、本実施形態に係る照明点灯装置１の動作について説明する。まず、定電流点灯回路５にフライバック回路３の出力電圧Ｖ１が印加されると、ＬＥＤユニット２に電流が流れ始める。このとき、抵抗器Ｒ１の両端電圧がシャントレギュレータＩＣ１のリファレンス電圧になるようにシャントレギュレータＩＣ１が導通することによって、バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２が動作し、バイポーラトランジスタＱ１のインピーダンスが変化し、ＬＥＤユニット２に定電流が流れる。シャントレギュレータＩＣ１のリファレンス電圧をＶref1とすると、ＬＥＤユニット２、バイポーラトランジスタＱ１、抵抗器Ｒ１の直列回路には、（リファレンス電圧Ｖref1）／（抵抗器Ｒ１の抵抗値）で決定される電流が流れる。

バイポーラトランジスタＱ１と抵抗器Ｒ１の両端電圧Ｖ２は、抵抗器Ｒ４，Ｒ５の分圧電圧としてシャントレギュレータＩＣ２のリファレンス端子に入力される。シャントレギュレータＩＣ２は、抵抗器Ｒ４，Ｒ５の分圧抵抗がリファレンス電圧Ｖref2になるように動作する。シャントレギュレータＩＣ２とシャントレギュレータＩＣ３とは並列に接続されているため、フォトカプラＰＣの発光素子ＰＣａは、電流が流れて発光する。発光素子ＰＣａが発光すると、フォトトランジスタＰＣｂがオン状態になる。このとき、制御回路４０では、電解効果トランジスタ（図示せず）へのオンデューティを小さくし、フライバック回路３の出力電圧Ｖ１を下げようとする。つまり、制御回路４０は、抵抗器Ｒ４，Ｒ５による分圧電圧がシャントレギュレータＩＣ２のリファレンス電圧Ｖref2になるように、フライバック回路３の出力電圧Ｖ１を可変させる。

以下に具体例を示す。バイポーラトランジスタＱ１に流れる電流をＩ１とし、コレクタ−エミッタ間飽和電圧をＶce(sat)としたとき、ＬＥＤユニット２を安定に点灯させるために、両端電圧Ｖ２がＲ１×Ｉ１＋Ｖce(sat)以上となるように設定される。例えば、Ｖref1＝Ｖref2＝１．２４Ｖ、Ｉ１＝１５０ｍＡであり、２５℃のときのコレクタ−エミッタ間飽和電圧Ｖce(sat)を０．３Ｖとすると、コレクタ−エミッタ間飽和電圧Ｖce(sat)の温度特性やばらつきを加味して、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖceを０．５Ｖと設定する。そこで、Ｖ２＝１．２４Ｖ＋０．５Ｖ＝１．７４Ｖとして、Ｖref2＝１．２４Ｖになるように、抵抗器Ｒ４，Ｒ５の値を設定する。

各ＬＥＤ２０の順電圧が最大値であるとしてフライバック回路３の出力電圧Ｖ１を設定する場合、出力電圧Ｖ１を、Ｖ１＝ＶＦ(max)×４個＋Ｖ２＝３．８Ｖ×４個＋１．７４Ｖ＝１６．９４Ｖとして予め設定する。実際のＬＥＤ２０の順電圧が標準値であった場合、フライバック回路３の出力電圧Ｖ１は、１６．９４ＶからＶＦ×４個＋Ｖ２＝３．４Ｖ×４個＋１．７４Ｖ＝１５．７４Ｖに電圧変換される。

以上、本実施形態によれば、ＬＥＤユニット２の各ＬＥＤ２０の順電圧にばらつきがあっても、各ＬＥＤ２０の順電圧に応じてフライバック回路３の出力電圧Ｖ１を調整することができるので、定電流点灯回路５のバイポーラトランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖceの上昇を防ぐことができ、バイポーラトランジスタＱ１の損失を抑えることができる。

また、本実施形態によれば、フライバック回路３の出力電圧Ｖ１が低下しながらも、ＬＥＤユニット２に流れる電流は変化しないため、商用電源ＡＣからの入力電力を小さくすることができ、省エネルギー化を図ることができる。

さらに、本実施形態によれば、ＬＥＤユニット２に直列に接続される抵抗器Ｒ１に流れる電流を一定にすることができるので、ＬＥＤユニット２を安定に駆動することができる。

（実施形態２）
図３は、実施形態１に係る照明装置に、ＬＥＤユニット２ａ、バイポーラトランジスタＱ３及び抵抗器Ｒ１０が直列に接続された直列回路Ｂを追加したものを示す。ここで、バイポーラトランジスタＱ１のベースとバイポーラトランジスタＱ３のベースとが接続されており、２つの直列回路Ａ，Ｂは、ミラー回路を構成している。このため、ＬＥＤユニット２と同じ電流がＬＥＤユニット２ａに流れる。このとき、各ＬＥＤ２０の順電圧にばらつきがあり、ＬＥＤユニット２の両端電圧ＶLED1とＬＥＤユニット２ａの両端電圧ＶLED2とに差が生じているとする。

まず、両端電圧ＶLED2のほうが両端電圧ＶLED1より低い場合、実施形態１と同様に、各ＬＥＤユニット２，２ａには、シャントレギュレータＩＣ１のリファレンス電圧Ｖref1と抵抗器Ｒ１の抵抗値とで決定される電流が流れ、バイポーラトランジスタＱ１と抵抗器Ｒ１の両端電圧Ｖ２の分圧電圧がシャントレギュレータＩＣ２のリファレンス電圧Ｖref2になるように、フライバック回路３の出力電圧Ｖ１が電圧変換される。

抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ１０の抵抗値が同じである場合、バイポーラトランジスタＱ１の両端電圧ＶＱ１は、Ｑ１＝Ｖ１−ＶLED1−Ｖref1となり、バイポーラトランジスタＱ３の両端電圧ＶＱ３は、Ｑ３＝Ｖ１−ＶLED2−Ｖref1となる。すなわち、両端電圧ＶＱ３は、両端電圧ＶＱ１よりも（ＶLED2−ＶLED1）分高い電圧となり、各ＬＥＤユニット２，２ａには安定した電流が流れる。

一方、両端電圧ＶLED1のほうが両端電圧ＶLED2より低い場合、シャントレギュレータＩＣ２は、両端電圧Ｖ２を一定にしようと動作するため、フライバック回路３の出力電圧Ｖ１は設定電圧よりも低い電圧Ｖ１’’となる。しかしながら、両端電圧ＶLED2のほうが両端電圧ＶLED1よりも高く、ＬＥＤユニット２ａが接続される直列回路Ｂから見ると、必要な電圧はＶ１’（＞Ｖ１’’）であるため、バイポーラトランジスタＱ３と抵抗器Ｒ１０の直列回路Ｂの両端電圧は両端電圧Ｖ２よりも下がり、ＬＥＤユニット２ａは、設定よりも低い電流が流れることになる。すなわち、図３のようなミラー回路構成では、ＬＥＤ２０の順電圧にばらつきが生じた場合、設定電流よりも低い電流なる可能性があり、光出力が低下し、必要な輝度を得ることができない場合がある。

そこで、実施形態２では、図２に示すような照明装置について説明する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の定電流点灯回路５は、２つのＬＥＤユニット２，２ａが並列に接続され、それぞれ異なるＬＥＤユニット２，２ａに直列接続されて上記ＬＥＤユニット２，２ａと直列回路Ａ，Ｂを形成する複数のバイポーラトランジスタＱ１，Ｑ３を備えている。バイポーラトランジスタＱ１は、ＬＥＤユニット２に直列接続されて上記ＬＥＤユニット２と直列回路Ａを形成する。一方、バイポーラトランジスタＱ３は、ＬＥＤユニット２ａに直列接続されて上記ＬＥＤユニット２ａと直列回路Ｂを形成する。

本実施形態の電圧検出手段６は、各バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ３の両端電圧を検出し、検出した各バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ３の両端電圧のうち最小値を検出結果とする比較器５０を備えている。

比較器５０は、入力端子ＩＮ１，ＩＮ２の電圧を比較し、出力端子ＯＵＴより入力端子ＩＮ１，ＩＮ２の低いほうの電圧を出力するものである。抵抗器Ｒ１１，Ｒ１２の直列回路は、バイポーラトランジスタＱ３と抵抗器Ｒ１０の直列回路Ｂに並列に接続されている。抵抗器Ｒ１１の抵抗値は抵抗器Ｒ４の抵抗値と同じであり、抵抗値Ｒ１２の抵抗値は抵抗器Ｒ５の抵抗値と同じである。また、比較器５０の出力端子ＯＵＴは、シャントレギュレータＩＣ２のリファレンス端子に接続されており、シャントレギュレータＩＣ２のアノード及びカソード端子は、シャントレギュレータＩＣ３のアノード及びカソード端子にそれぞれ接続されている。

制御手段４は、判断部５０の検出結果が設定電圧になるように、フライバック回路３の出力電圧Ｖ１の大きさを可変する。

次に、本実施形態に係る照明点灯装置１の動作について説明する。ＬＥＤユニット２とＬＥＤユニット２ａの両端電圧に差がある場合、バイポーラトランジスタＱ１と抵抗器Ｒ１の両端電圧Ｖ２、バイポーラトランジスタＱ３と抵抗器Ｒ１０の両端電圧Ｖ３には電圧差が生じている。このとき、比較器５０の入力には、両端電圧Ｖ２，Ｖ３の抵抗分圧された電圧Ｖａ，Ｖｂが入力される。例えば両端電圧ＶLED1＜両端電圧ＶLED2である場合、電圧Ｖａ＞電圧Ｖｂとなる。比較器５０は、入力された電圧の低いほうの電圧を出力するため、電圧Ｖｂを出力する。この電圧ＶｂがシャントレギュレータＩＣ２のリファレンス端子に入力されているため、シャントレギュレータＩＣ２は電圧Ｖｂがリファレンス電圧Ｖref2になるように動作し、フライバック回路３の出力電圧Ｖ１をＶ１’にする。この出力電圧Ｖ１を電源として直列回路Ａ，Ｂ内のＬＥＤ２０には、（リファレンス電圧Ｖref1）／（抵抗器Ｒ１の抵抗値）で設定された定電流が流れる。

図３に示す照明装置においては、シャントレギュレータＩＣ２の基準電位が一方の直列回路Ａ側のみの電圧で決定されるため、両端電圧ＶLED1のほうが両端電圧ＶLED2よりも低い場合においては、ＬＥＤ２０の電流が小さくなってしまっていた。

これに対して、本実施形態の照明装置では、図２に示すように、２つの直列回路Ａ，ＢにおけるバイポーラトランジスタＱ１，Ｑ３と抵抗器Ｒ１，Ｒ１０の両端電圧の低いほうの電圧を基準とするため、両端電圧ＶLED1のほうが両端電圧ＶLED2よりも低い場合においてもフライバック回路３の出力電圧Ｖ１が低くなりすぎず、（リファレンス電圧Ｖref1）／（抵抗器Ｒ１の抵抗値）で設定された定電流が流れ、必要な輝度を得ることができる。両端電圧ＶLED2のほうが両端電圧ＶLED1よりも低い場合においても同様な動作をするため、フライバック回路３の出力電圧Ｖ１が低くなりすぎず、（リファレンス電圧Ｖref1）／（抵抗器Ｒ１の抵抗値）で設定された定電流が流れ、必要な輝度を得ることができる。

以上、本実施形態によれば、各バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ３の両端電圧のうち最小値を用いてフライバック回路３の出力電圧Ｖ１を可変することで、全てのＬＥＤユニット２，２ａに対して、印加電圧が低くなりすぎないようにすることができる。

例えば両面用誘導灯のように表示パネルを表裏の２枚備え、それぞれに光源が必要なものにおいて、定電流点灯回路５がミラー回路を構成した場合においても、各ＬＥＤ２０の順電圧に応じてフライバック回路３の出力電圧Ｖ１を調整することができるので、バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ３の損失を抑えることができるとともに、入力電力も小さくすることができる。

（実施形態３）
実施形態３に係る照明装置は、図４に示すように、比較器５０に代えて平均回路５１を備えている点で、実施形態２に係る照明装置（図２参照）と相違する。なお、実施形態２と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

電圧検出手段６は、各バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ３の両端電圧を検出し、検出した複数のバイポーラトランジスタＱ１，Ｑ３の両端電圧の平均値を検出結果とする平均回路５１を備えている。

制御手段４は、平均回路５１の検出結果が設定電圧になるように、フライバック回路３の出力電圧Ｖ１の大きさを可変する。

以上、本実施形態によれば、各バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ３の両端電圧の平均値を用いてフライバック回路３の出力電圧Ｖ１を可変することで、全てのＬＥＤユニット２，２ａに対して、印加電圧が低くなりすぎないようにすることができる。

なお、実施形態２，３では、２つのＬＥＤユニット２，２ａを並列に接続したものであるが、実施形態２，３の変形例として、３つ以上のＬＥＤユニット２（２ａ）を並列に接続したものであってもよい。

（実施形態４）
実施形態４に係る照明装置は、図５に示すように、フライバック回路３の出力電圧Ｖ１の下限値を設定するツェナーダイオード（下限値設定手段）ＺＤ１を備えている点で、実施形態１に係る照明装置（図１参照）と相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

フライバック回路３の出力電圧Ｖ１を各ＬＥＤ２０の順電圧に応じて最適な電圧に低下させた場合、当然ながら充電回路７１の入力電圧も低下する。充電回路７１の出力として所定の定電流とするためには、充電回路７１の入力電圧として必要な電圧Ｖｏが設計的に決まってしまう。もし、ＬＥＤ２０の順電圧が低く、フライバック回路３の出力電圧Ｖ１が電圧Ｖｏより小さくなれば、充電電流が小さくなり、所定時間内に蓄電池７０に必要な充電量を確保できなくなる。

そこで、本実施形態では、バイポーラトランジスタＱ１及び抵抗器Ｒ１の直列回路に並列にツェナーダイオードＺＤ１が接続されている。これにより、両端電圧Ｖ２が上昇しすぎないようにすることで、フライバック回路３の出力電圧Ｖ１に下限値を設定することができる。出力電圧Ｖ１に下限値を設定し、電圧Ｖｏよりも小さくならないようにすることで、必要な充電電流を確保しつつ、フライバック回路３の出力電圧Ｖ１を変化させて、定電流点灯回路５のバイポーラトランジスタＱ１の損失を抑えるとともに、入力電力も小さくすることができる。

なお、実施形態４では、充電回路７１はフライバック回路３の出力端に接続した回路になっているが、実施形態４の変形例として、図６に示すように、フライバックトランスＴ１に三次巻線Ｔ１ｃを設け、充電用巻線とし、ダイオードＤ３、コンデンサＣ４を備えてよい。フライバックトランスＴ１の巻数比に応じて充電用電源とすることで、実施形態４の場合よりも、設計の自由度を高めることができる。

（実施形態５）
実施形態５に係る照明装置は、図７に示すように、非常時電源回路７２が、非常時に、電圧検出手段６の検出結果が設定電圧になるように、出力電圧の大きさを可変する点で、実施形態１に係る照明装置（図１参照）と相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の非常時電源回路７２は、制御回路７３を備えている。制御回路７３にシャントレギュレータＩＣ２を接続することによって、非常時電源回路７２が電圧Ｖ２を取得し、制御可能となる。なお、非常時電源回路７２は、例えば昇圧チョッパ回路などであり、制御回路７３は、汎用の昇圧チョッパ用ＩＣなどを含んだ回路である。

以上、本実施形態によれば、停電時においても、ＬＥＤユニット２の特性に応じて定電流点灯回路５への電圧を調整することができるので、定電流点灯回路５のバイポーラトランジスタＱ１の損失を抑えることができる。

また、本実施形態では、停電時においても、非常時電源回路７２が電圧Ｖ２を設定し、それに応じて非常時電源回路７２の出力電圧を変化させることで、蓄電池７０の消費を抑えることができる。

また、実施形態１〜５の照明装置は、器具本体に保持して照明器具を構成することができる。

なお、実施形態１〜５では、固体発光素子として、複数個のＬＥＤ２０が直列に接続されたＬＥＤユニット２，２ａを用いているが、ＬＥＤ２０に限定されるものではなく、例えば有機ＥＬなどであってもよい。このような場合も、上記実施形態１〜５と同様の効果を奏する。

また、実施形態１〜５の変形例として、バイポーラトランジスタＱ１〜Ｑ３に代えて、ＦＥＴを用いてもよい。

実施形態１に係る照明装置の回路図である。 実施形態２に係る照明装置の回路図である。 比較例の回路図である。 実施形態３に係る照明装置の回路図である。 実施形態４に係る照明装置の回路図である。 同上の変形例の回路図である。 実施形態５に係る照明装置の回路図である。 従来の照明装置の要部を示す回路図である。

符号の説明

１ 照明点灯装置
１０ 直流電源
２，２ａ ＬＥＤユニット（固体発光素子）
３ フライバック回路（電圧変換回路）
４ 制御手段
５ 定電流点灯回路
６ 電圧検出手段
７０ 蓄電池（二次電池）
７１ 充電回路
７２ 非常時電源回路
Ｑ１ バイポーラトランジスタ
ＩＣ１ シャントレギュレータ（定電圧手段）
ＺＤ１ ツェナーダイオード（下限値設定手段）

Claims (8)

1. 直流電源からの電源供給によって固体発光素子を駆動する照明点灯装置であって、
   前記直流電源から供給される直流電源電圧を電圧変換して出力電圧を可変する電圧変換回路と、
   前記固体発光素子に直列接続されて直列回路を形成するトランジスタを有し、前記電圧変換回路の出力電圧を前記直列回路に印加し、当該トランジスタのインピーダンスを制御して当該固体発光素子に流れる駆動電流を一定に保つ定電流点灯回路と、
   前記トランジスタの両端電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記定電流点灯回路によって前記駆動電流が一定に保たれた状態で、前記電圧検出手段の検出電圧が予め設定された設定電圧になるように前記電圧変換回路を制御して当該電圧変換回路の出力電圧を可変させる制御手段と、
   二次電池と、
   前記二次電池を充電する充電回路と、
   非常時に前記二次電池からの直流電圧を電圧変換して出力電圧を可変する非常時電源回路と、
   前記電圧変換回路の出力電圧の下限値を設定する下限値設定手段とを備え、
   前記二次電池、前記充電回路及び前記非常時電源回路は、前記電圧変換回路の出力側と前記固体発光素子との間に設けられている
   ことを特徴とする照明点灯装置。
2. 前記定電流点灯回路は、複数の前記固体発光素子が並列に接続され、それぞれ異なる前記固体発光素子に直列接続されて当該固体発光素子と前記直列回路を形成する複数の前記トランジスタを有し、
   前記電圧検出手段は、各トランジスタの両端電圧を検出し、検出した各トランジスタの両端電圧のうち最小値を前記検出電圧とする
   ことを特徴とする請求項１記載の照明点灯装置。
3. 前記定電流点灯回路は、複数の前記固体発光素子が並列に接続され、それぞれ異なる前記固体発光素子に直列接続されて当該固体発光素子と前記直列回路を形成する複数の前記トランジスタを有し、
   前記電圧検出手段は、各トランジスタの両端電圧を検出し、検出した各トランジスタの両端電圧の平均値を前記検出電圧とする
   ことを特徴とする請求項１記載の照明点灯装置。
4. 前記非常時電源回路は、前記電圧検出手段の前記検出電圧が前記設定電圧になるように、当該非常時電源回路の出力電圧を可変することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の照明点灯装置。
5. 前記トランジスタはバイポーラトランジスタであり、
   前記設定電圧は、前記バイポーラトランジスタのコレクタ−エミッタ間飽和電圧以上である
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の照明点灯装置。
6. 前記定電流点灯回路は、前記固体発光素子及び前記トランジスタに直列接続される抵抗器と、前記抵抗器の両端電圧を一定にする定電圧手段とを有し、前記定電圧手段によって前記トランジスタのインピーダンスを変化させて前記駆動電流を一定に保つことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の照明点灯装置。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載の照明点灯装置と、
   前記照明点灯装置によって駆動される固体発光素子と
   を備えることを特徴とする照明装置。
8. 請求項７記載の照明装置と、
   前記照明装置を保持する器具本体と
   を備えることを特徴とする照明器具。

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