JP5405357B2 - 半導体照明調光装置および集積回路 - Google Patents

Description

本発明は、半導体照明調光装置および集積回路に関する。

従来より、発光ダイオードや有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）といった半導体照明を調光する、半導体照明調光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

半導体照明調光装置は、例えば、周波数固定ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）スイッチング降圧チョッパー回路（同期整流方式を含む）を備えており、外部に設けられた調光器から出力される調光信号に応じてスイッチング降圧チョッパー回路のスイッチ素子を制御することで、半導体照明に流れる電流を制御して、半導体照明を調光する。半導体照明に流れる電流を制御する方法としては、例えば、半導体照明に流れる電流を検出し、検出結果をフィードバックして行う定電流制御がある。

特開２００９−１２３６８１号公報

従来の半導体照明調光装置では、半導体照明に流れる電流を減少させることで、半導体照明の調光レベルを高くする（暗くする）と、効率が低下してしまう場合があった。

そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、半導体照明の調光レベルを高くする（暗くする）場合における効率の低下を抑制できる半導体照明調光装置および集積回路を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
（１） 本発明は、調光器から出力される調光信号に応じてスイッチ素子を制御することで、半導体照明に流れる電流を制御する半導体照明調光装置であって、前記調光信号のオン幅が広くなるに従って、前記半導体照明に流れる電流を減少させる電流制御手段と、前記調光信号のオン幅が広くなるに従って、前記スイッチ素子のスイッチング周波数を直線状に低下させる周波数制御手段と、を備えることを特徴とする半導体照明調光装置を提案している。

この発明によれば、調光器から出力される調光信号に応じてスイッチ素子を制御することで、半導体照明に流れる電流を制御する半導体照明調光装置に、電流制御手段および周波数制御手段を設けた。そして、電流制御手段により、調光信号のオン幅が広くなるに従って、半導体照明に流れる電流を減少させることとした。また、周波数制御手段により、調光信号のオン幅が広くなるに従って、スイッチ素子のスイッチング周波数を直線状に低下させることとした。

このため、調光信号のオン幅が広くなるに従って、半導体照明に流れる電流が減少する。これによれば、調光信号のオン幅が広くなるに従って、調光レベルを高くする（暗くする）ことができる。

また、調光信号のオン幅が広くなるに従って、スイッチ素子のスイッチング周波数が直線状に低下する。これによれば、調光レベルを高くする（暗くする）に従って、スイッチ素子におけるスイッチング損失が減少するので、半導体照明調光装置において、調光レベルを高くする（暗くする）場合における効率の低下を抑制できる。

（２） 本発明は、（１）の半導体照明調光装置について、前記調光信号のオン幅が予め定められた幅より広ければ、前記調光信号のオン幅の期間では前記スイッチ素子のスイッチングを停止させる間欠発振制御手段を備えることを特徴とする半導体照明調光装置を提案している。

この発明によれば、（１）の半導体照明調光装置に、間欠発振制御手段を設けた。そして、調光信号のオン幅が予め定められた幅より広ければ、間欠発振制御手段により、調光信号のオン幅の期間ではスイッチ素子のスイッチングを停止させることとした。

このため、調光信号のオン幅が予め定められた幅より広ければ、調光信号のオフ幅の期間では、スイッチ素子のスイッチングが調光信号に応じて行われ、調光信号のオン幅の期間では、スイッチ素子のスイッチングが停止されることとなる。すなわち、調光信号のオン幅が予め定められた幅より広くなると、調光信号に同期した間欠発振が行われることとなり、間欠発振が行われていない場合と比べて、半導体照明に流れる電流が減少することとなる。したがって、間欠発振を行うための手段が設けられていない場合と比べて、半導体照明に流れる電流の下限値を減少させることができ、調光できる範囲を広くすることができる。

ここで、抵抗に電流が流れると、電流に比例した電圧が抵抗の両端に生じるので、抵抗の両端電圧を測定すれば、抵抗に流れる電流を検出することができる。そこで、上述の特許文献１に示されているような従来の半導体照明調光装置では、例えば、半導体照明に抵抗を直列に接続し、抵抗の両端電圧を測定することで半導体照明に流れる電流を検出し、検出結果を用いて半導体照明に流れる電流を制御していた。この従来の半導体照明調光装置によれば、抵抗の両端電圧がある程度高くないと電流可変の最低値を確保できないため、半導体照明に流れる電流の下限値を減少させるためには、抵抗の抵抗値を所定値以上にする必要があった。ところが、抵抗の抵抗値を所定値以上にすると、抵抗での電力損失が増大してしまうため、効率が低下してしまう場合があった。これに対して、（２）の半導体照明調光装置によれば、上述のように間欠発振制御手段を備えるため、抵抗の抵抗値を大きくすることなく、半導体照明に流れる電流の下限値を減少させることができる。このため、抵抗での電力損失を減少させることができ、効率を改善できる。

（３） 本発明は、（１）の半導体照明調光装置について、前記調光信号に基づいて制御信号を生成する周波数変換手段を有し、前記調光信号のオン幅が予め定められた幅より広ければ、当該制御信号のオン幅の期間では前記スイッチ素子のスイッチングを停止させる間欠発振制御手段を備え、前記周波数変換手段は、前記調光信号の周波数を予め定められた周波数まで上昇させたものを、前記制御信号とすることを特徴とする半導体照明調光装置を提案している。

この発明によれば、（１）の半導体照明調光装置に、間欠発振制御手段を設け、この間欠発振制御手段に、調光信号に基づいて制御信号を生成する周波数変換手段を設けた。そして、周波数変換手段により、調光信号の周波数を予め定められた周波数まで上昇させたものを、制御信号とすることとした。また、間欠発振制御手段により、調光信号のオン幅が予め定められた幅より広ければ、制御信号のオン幅の期間ではスイッチ素子のスイッチングを停止させることとした。

このため、調光信号の周波数を予め定められた周波数まで上昇させたものが、制御信号として調光信号とは別に生成される。そして、調光信号のオン幅が予め定められた幅より広ければ、制御信号のオフ幅の期間では、スイッチ素子のスイッチングが調光信号に応じて行われ、制御信号のオン幅の期間では、スイッチ素子のスイッチングが停止されることとなる。すなわち、調光信号のオン幅が予め定められた幅より広くなると、制御信号に同期した間欠発振が行われることとなり、間欠発振が行われていない場合と比べて、半導体照明に流れる電流が減少することとなる。したがって、間欠発振を行うための手段が設けられていない場合と比べて、半導体照明に流れる電流の下限値を減少させることができ、調光できる範囲を広くすることができる。

ここで、例えば（２）の半導体照明調光装置といった、調光信号のオン幅の期間ではスイッチ素子のスイッチングが停止されるものでは、調光信号のオン幅が広くなると、長時間に亘ってスイッチ素子のスイッチングが停止され続け、長時間に亘って半導体照明に電流が流れ続けなくなってしまうおそれがある。長時間に亘って半導体照明に電流が流れ続けなくなると、半導体照明にちらつきが発生していると人が認識してしまうおそれがある。そこで、（３）の半導体照明調光装置では、調光信号より周波数の高い制御信号を生成し、この制御信号のオン幅の期間では、スイッチ素子のスイッチングを停止する。このため、例えば（２）の半導体照明調光装置といった、調光信号のオン幅の期間ではスイッチ素子のスイッチングが停止されるものと比べて、スイッチ素子のスイッチングが停止される期間の１回あたりの時間が、短くなる。したがって、長時間に亘ってスイッチ素子のスイッチングが停止され続けるのを防止でき、長時間に亘って半導体照明に電流が流れ続けなくなってしまうのを防止できる。よって、半導体照明にちらつきが発生していると人が認識してしまうのを、防止できる。

（４） 本発明は、（２）または（３）の半導体照明調光装置について、前記電流制御手段は、下限値が予め設定された電圧であって、前記調光信号のオン幅が広くなるに従って低くなる電圧を出力する下限電圧設定手段と、前記下限電圧設定手段から出力される電圧が低くなるに従って、前記半導体照明に流れる電流を減少させる誤差増幅手段と、を備えることを特徴とする半導体照明調光装置を提案している。

この発明によれば、（２）または（３）の半導体照明調光装置において、電流制御手段に、下限電圧設定手段および誤差増幅手段を設けた。そして、下限電圧設定手段により、調光信号のオン幅が広くなるに従って低くなる電圧を出力することとし、この電圧の下限値が予め定められているものとした。また、誤差増幅手段により、下限電圧設定手段から出力される電圧が低くなるに従って、半導体照明に流れる電流を減少させることとした。

ここで、（２）または（３）の半導体照明調光装置において、電流制御手段に下限電圧設定手段および誤差増幅手段を設けた場合、半導体照明に流れる電流が減少する理由として、後述の第１の理由と、後述の第２の理由と、がある。

まず、上述の第１の理由について、以下に説明する。上述の半導体照明調光装置では、調光信号のオン幅が予め定められた幅より広くなると、間欠発振制御手段により間欠発振が行われる。これによれば、半導体照明に流れる電流が減少することとなる。

次に、上述の第２の理由について、以下に説明する。上述の半導体照明調光装置では、調光信号のオン幅が広くなるに従って、下限電圧設定手段から出力される電圧が低下し、誤差増幅手段が半導体照明に流れる電流を減少させる。

仮に、上述の半導体照明調光装置において、下限電圧設定手段から出力される電圧の下限値が予め定められていない場合には、上述の第２の理由により、調光信号のオン幅が広くなればなるほど、半導体照明に流れる電流が減少することとなる。このため、半導体照明に流れる電流は、上述の第１の理由により減少すると同時に、上述の第２の理由により減少すると、過度に減少してしまう。半導体照明に流れる電流が過度に減少すると、半導体照明に流れる電流が安定せず、半導体照明の調光を安定して行うことができなくなるおそれがある。

ところが、上述の半導体照明調光装置では、下限電圧設定手段から出力される電圧の下限値が、予め定められている。このため、下限電圧設定手段から出力される電圧が予め定めらされた下限値より低くなるのが防止されるので、上述の第２の理由により減少する半導体照明に流れる電流は、上述の下限値に応じて定まる値より低くはならない。したがって、半導体照明に流れる電流が過度に減少するのを防止できるので、半導体照明に流れる電流を安定させて、半導体照明の調光を安定して行うことができる。

（５） 本発明は、（１）〜（４）の半導体照明調光装置に設けられた手段を集積化したことを特徴とする集積回路を提案している。

この発明によれば、集積回路に、（１）〜（４）の半導体照明調光装置に設けた各手段を集積化したので、上述した効果と同様の効果を奏することができる。

本発明によれば、調光信号のオン幅が広くなるに従って、調光レベルを高くする（暗くする）ことができるとともに、調光レベルを高くする（暗くする）場合における効率の低下を抑制できる。

本発明の第１実施形態に係る半導体照明調光装置の回路図である。 前記半導体照明調光装置の動作を説明するための図である。 前記半導体照明調光装置の動作を説明するための図である。 前記半導体照明調光装置の動作を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体照明調光装置の回路図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素などとの置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

＜第１実施形態＞
［半導体照明調光装置１の構成］
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体照明調光装置１の回路図である。半導体照明調光装置１は、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂを点灯駆動する。ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂのそれぞれは、半導体照明としての発光ダイオード１０１を３つ直列接続したもので構成される。

半導体照明調光装置１は、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５と、キャパシタＣ１、Ｃ２と、インダクタＬと、抵抗Ｒ１と、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２と、これらスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２を制御する制御回路２と、を備える。

ダイオードＤ１〜Ｄ４は、全波整流回路を構成しており、交流電源ＡＣの出力を全波整流する。交流電源ＡＣの一端には、ダイオードＤ１のアノードと、ダイオードＤ２のカソードと、が接続され、交流電源ＡＣの他端には、ダイオードＤ３のアノードと、ダイオードＤ４のカソードと、が接続される。ダイオードＤ１のカソードと、ダイオードＤ３のカソードとには、キャパシタＣ１の一方の電極と、スイッチ素子Ｑ１のドレインと、が接続される。ダイオードＤ２のアノードと、ダイオードＤ４のアノードとには、キャパシタＣ１の他方の電極と、スイッチ素子Ｑ２のソースと、基準電位源と、が接続される。

スイッチ素子Ｑ１のゲートと、スイッチ素子Ｑ２のゲートとには、制御回路２に設けられた後述の制御部２１が接続される。スイッチ素子Ｑ１のソースには、スイッチ素子Ｑ２のドレインが接続されており、これらの接続点には、ダイオードＤ５のカソードと、インダクタＬの一端と、が接続される。インダクタＬの他端には、キャパシタＣ２の一方の電極と、ＬＥＤモジュール１００Ａの一端と、ＬＥＤモジュール１００Ｂの一端と、が接続される。ダイオードＤ５のアノードと、キャパシタＣ２の他方の電極とには、基準電位源が接続される。

ＬＥＤモジュール１００Ａの他端と、ＬＥＤモジュール１００Ｂの他端とには、制御回路２に設けられた後述の誤差増幅器ＥＡの反転入力端子が接続されるとともに、抵抗Ｒ１を介して基準電位源が接続される。

［半導体照明調光装置１の動作］
以上の構成を備える半導体照明調光装置１は、制御回路２によりスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２を制御することで、いわゆる同期整流型降圧チョッパー回路として動作する。

制御回路２には、抵抗Ｒ１を介して基準電位源が接続される。ここで、抵抗Ｒ１には、ＬＥＤモジュール１００Ａに流れる電流と、ＬＥＤモジュール１００Ｂに流れる電流と、が流れるため、抵抗Ｒ１の両端電圧は、これらＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに流れる電流に応じて変化することとなる。このため、制御回路２には、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに流れる電流に応じた電圧が、印加されることとなる。

また、制御回路２には、調光器２００が接続されており、この調光器２００は、調光信号としてのＰＷＭ信号を、調光レベルに応じて出力する。

以上より、制御回路２は、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに流れる電流と、ＰＷＭ信号と、に基づいて、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２を制御する。

［制御回路２の構成］
制御回路２は、制御部２１と、電流制御手段としての電流制御部２２と、周波数制御手段としての周波数制御部２３と、間欠発振制御手段としての間欠発振制御部２４と、フォトカプラを構成するフォトダイオードＰＣ１およびフォトトランジスタＰＣ２と、比較器ＣＭＰ１、ＣＭＰ２と、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ１と、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチ素子Ｑ３と、抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７と、キャパシタＣｄｃ、Ｃ３と、発振器ＯＳＣと、を備える。

フォトダイオードＰＣ１の両端には、調光器２００が接続される。フォトトランジスタＰＣ２のエミッタには、基準電位源が接続され、フォトトランジスタＰＣ２のコレクタには、抵抗Ｒ２を介して定電圧源ＶＤＤ１が接続されるとともに、比較器ＣＭＰ１の反転入力端子が接続される。比較器ＣＭＰ１の非反転入力端子には、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ１の正極が接続され、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ１の負極には、基準電位源が接続される。比較器ＣＭＰ１の出力端子には、後述の論理積回路ＡＮＤの２つの入力端子のうち一方と、スイッチ素子Ｑ３のゲートと、が接続される。

スイッチ素子Ｑ３のソースには、基準電位源が接続され、スイッチ素子Ｑ３のドレインには、抵抗Ｒ３を介して定電圧源ＶＤＤ２が接続される。定電圧源ＶＤＤ２には、抵抗Ｒ３および抵抗Ｒ４を介して基準電位源が接続されるとともに、抵抗Ｒ３および抵抗Ｒ５を介してキャパシタＣｄｃの一方の電極が接続される。キャパシタＣｄｃの他方の電極には、基準電位源が接続される。

キャパシタＣｄｃの一方の電極には、電流制御部２２、周波数制御部２３、および間欠発振制御部２４が接続される。

［電流制御部２２の構成］
電流制御部２２は、オペアンプＯＰ１と、抵抗Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５と、ダイオードＤ６と、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２と、誤差増幅器ＥＡと、を備える。キャパシタＣｄｃの一方の電極には、抵抗Ｒ８を介してオペアンプＯＰ１の非反転入力端子が接続される。このオペアンプＯＰ１の非反転入力端子は、抵抗Ｒ９を介して基準電位源に接続される。オペアンプＯＰ１の出力端子には、抵抗Ｒ１１を介してオペアンプＯＰ１の反転入力端子が接続されるとともに、抵抗Ｒ１０を介して基準電位源が接続される。また、オペアンプＯＰ１の出力端子には、ダイオードＤ６のカソードが接続される。

ダイオードＤ６のアノードには、抵抗Ｒ１２を介して誤差増幅器ＥＡの非反転入力端子が接続される。この誤差増幅器ＥＡの非反転入力端子には、抵抗Ｒ１４を介して基準電位源が接続されるとともに、抵抗Ｒ１３を介してリファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２の正極が接続される。リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２の負極には、基準電位源が接続される。

誤差増幅器ＥＡの出力端子には、抵抗Ｒ１５を介して誤差増幅器ＥＡの反転入力端子が接続されるとともに、比較器ＣＭＰ２の非反転入力端子が接続される。比較器ＣＭＰ２の反転入力端子には、発振器ＯＳＣが接続される。発振器ＯＳＣには、キャパシタＣ３を介して基準電位源が接続されるとともに、抵抗Ｒ７を介して基準電位源が接続される。比較器ＣＭＰ２の出力端子には、制御部２１が接続される。

［周波数制御部２３の構成］
周波数制御部２３は、オペアンプＯＰ２と、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ３と、抵抗Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９と、ダイオードＤ７と、を備える。キャパシタＣｄｃの一方の電極には、抵抗Ｒ１６を介してオペアンプＯＰ２の反転入力端子が接続される。オペアンプＯＰ２の非反転入力端子には、抵抗Ｒ１９を介して基準電位源が接続されるとともに、抵抗Ｒ１８を介してリファレンス電圧源Ｖｒｅｆ３の正極が接続される。リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ３の負極には、基準電位源が接続される。オペアンプＯＰ２の出力端子には、抵抗Ｒ１７を介してオペアンプＯＰ２の反転入力端子が接続されるとともに、ダイオードＤ７のカソードが接続される。ダイオードＤ７のアノードには、抵抗Ｒ６を介して、発振器ＯＳＣと抵抗Ｒ７との接続点が接続される。

［間欠発振制御部２４の構成］
間欠発振制御部２４は、比較器ＣＭＰ３と、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ４と、論理積回路ＡＮＤと、一時停止回路２４１と、を備える。キャパシタＣｄｃの一方の電極には、比較器ＣＭＰ３の反転入力端子が接続される。比較器ＣＭＰ３の非反転入力端子には、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ４の正極が接続され、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ４の負極には、基準電位源が接続される。比較器ＣＭＰ３の出力端子には、論理積回路ＡＮＤの２つの入力端子のうち他方が接続され、論理積回路ＡＮＤの出力端子には、一時停止回路２４１が接続される。一時停止回路２４１は、制御部２１に接続される。

［制御回路２の動作］
上述のように、制御回路２は、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに流れる電流と、ＰＷＭ信号と、に基づいて、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２を制御する。

具体的には、調光器２００から調光レベルに応じたＰＷＭ信号が出力されると、このＰＷＭ信号に応じた光量の光をフォトダイオードＰＣ１が出射する。フォトダイオードＰＣ１から出射された光は、フォトトランジスタＰＣ２で受光され、受光された光の光量に応じた電流がフォトトランジスタＰＣ２を流れる。ここで、調光器２００は、調光０％にする場合には、オンデューティ０％のＰＷＭ信号を出力し、調光１００％にする場合には、オンデューティ１００％のＰＷＭ信号を出力する。このため、調光レベルが高くなる（暗くなる）に従って、フォトトランジスタＰＣ２を流れる電流が増加し、フォトトランジスタＰＣ２を介して基準電位源に接続された比較器ＣＭＰ１の反転入力端子の電圧が、低下する。

比較器ＣＭＰ１は、反転入力端子の電圧と、非反転入力端子の電圧、すなわちリファレンス電圧源Ｖｒｅｆ１の正極の電圧と、を比較する。そして、反転入力端子の電圧が、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ１の正極の電圧より低い場合には、Ｈレベル電圧を出力端子から出力する。一方、反転入力端子の電圧が、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ１の正極の電圧以上である場合には、Ｌレベル電圧を出力端子から出力する。

Ｌレベル電圧が比較器ＣＭＰ１の出力端子から出力される場合には、スイッチ素子Ｑ３がオフ状態となる。すると、定電圧源ＶＤＤ２の電圧が抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とで分圧され、分圧された電圧によりキャパシタＣｄｃが充電される。

一方、Ｈレベル電圧が比較器ＣＭＰ１の出力端子から出力される場合には、スイッチ素子Ｑ３がオン状態となる。すると、スイッチ素子Ｑ３を介して基準電位源に接続されたキャパシタＣｄｃが、放電される。

以上によれば、ＰＷＭ信号のオンデューティに応じた直流電圧が、キャパシタＣｄｃの両端電圧としてキャパシタＣｄｃの一方の電極から出力されることとなる。

図２は、ＰＷＭ信号のオンデューティと、キャパシタＣｄｃの両端電圧と、の関係を示す図である。キャパシタＣｄｃの両端電圧は、図２に示すように、ＰＷＭ信号のオンデューティが高くなる（暗くなる）に従って、低下する。

［電流制御部２２の動作］
図１に戻って、電流制御部２２は、非反転増幅回路を形成しており、キャパシタＣｄｃの両端電圧が低下するに従って、すなわちＰＷＭ信号のオンデューティが高くなる（暗くなる）に従って、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに流れる電流を減少させる。

具体的には、キャパシタＣｄｃの両端電圧が低下する（暗くなる）に従って、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子の電圧が低下し、オペアンプＯＰ１の出力端子の電圧が低下する。オペアンプＯＰ１の出力端子の電圧が低下すると、誤差増幅器ＥＡの非反転入力端子の電圧が低下するので、誤差増幅器ＥＡの出力端子の電圧が低下し、比較器ＣＭＰ２の非反転入力端子の電圧が低下する。ここで、発振器ＯＳＣと抵抗Ｒ７とキャパシタＣ３とは、正弦波を生成する発振回路を構成しており、比較器ＣＭＰ２の反転入力端子には、発振回路から正弦波が供給される。このため、比較器ＣＭＰ２の非反転入力端子の電圧が低下するに従って、すなわちキャパシタＣｄｃの両端電圧が低下する（暗くなる）に従って、比較器ＣＭＰ２の出力端子から制御部２１に供給される信号のオン幅が狭くなる。

制御部２１は、一時停止回路２４１から後述の間欠発振制御信号が供給されていない期間では、比較器ＣＭＰ２から供給される信号に応じてスイッチ素子Ｑ１をスイッチングさせる。具体的には、比較器ＣＭＰ２から供給される信号のオン幅が狭くなるに従って、スイッチ素子Ｑ１のオン幅を狭くする。これによれば、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに流れる電流が減少することとなる。

なお、詳細については後述するが、制御部２１は、一時停止回路２４１から後述の間欠発振制御信号が供給されている期間では、スイッチ素子Ｑ１をオフ状態にして、スイッチ素子Ｑ１のスイッチングを停止させる。

図３は、キャパシタＣｄｃの両端電圧と、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに流れる電流と、の関係を示す図である。ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに流れる電流は、図３の実線で示すように、キャパシタＣｄｃの両端電圧がＶ２になるまでは、電流制御部２２の動作により、キャパシタＣｄｃの両端電圧が低下するに従って減少し、キャパシタＣｄｃの両端電圧がＶ２の場合には、Ｉ２となる。そして、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに流れる電流は、キャパシタＣｄｃの両端電圧がＶ２より低くなると、Ｉ２に固定される。すなわち、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに流れる電流は、電流制御部２２を動作させることで、Ｉ２まで減少させることができる。なお、本実施形態では、後述のように、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ４の正極の電圧は、図３のＶ２に等しいものとする。

なお、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに流れる電流は、詳細については後述するが、電流制御部２２に加えて間欠発振制御部２４を動作させることで、Ｉ２より小さいＩ１まで減少させることができる。

［周波数制御部２３の動作］
図１に戻って、周波数制御部２３は、差動増幅回路を形成しており、キャパシタＣｄｃの両端電圧が低下するに従って、すなわちＰＷＭ信号のオンデューティが高くなる（暗くなる）に従って、スイッチ素子Ｑ１のスイッチング周波数を直線状に低下させる。

具体的には、キャパシタＣｄｃの両端電圧が低下する（暗くなる）に従って、オペアンプＯＰ２の反転入力端子の電圧が低下し、オペアンプＯＰ２の出力端子の電圧が上昇する。ここで、発振器ＯＳＣと抵抗Ｒ７とキャパシタＣ３とで構成される発振回路は、比較器ＣＭＰ２の反転入力端子に供給する正弦波を生成する。そして、発振器ＯＳＣの端子のうち抵抗Ｒ７が接続されているものを特定端子と呼ぶこととすると、上述の正弦波の周波数は、特定端子に流れる電流が減少するに従って、低下する。上述のようにオペアンプＯＰ２の出力端子の電圧が上昇すると、特定端子に流れる電流が減少するため、比較器ＣＭＰ２の反転入力端子に供給される正弦波の周波数が低下する。このため、比較器ＣＭＰ２の反転入力端子に供給される正弦波の周波数が低下するに従って、すなわちキャパシタＣｄｃの両端電圧が低下する（暗くなる）に従って、比較器ＣＭＰ２の出力端子から制御部２１に供給される信号の周波数が低下する。

制御部２１は、比較器ＣＭＰ２から供給される信号の周波数が低下するに従って、スイッチ素子Ｑ１のスイッチング周波数を低下させる。

図４は、キャパシタＣｄｃの両端電圧と、スイッチ素子Ｑ１のスイッチング周波数と、の関係を示す図である。スイッチ素子Ｑ１のスイッチング周波数は、図４に示すように、キャパシタＣｄｃの両端電圧がＶ３になるまでは、キャパシタＣｄｃの両端電圧が低下するに従って直線状に低下し、キャパシタＣｄｃの両端電圧がＶ３の場合には、ｆ１となる。そして、キャパシタＣｄｃの両端電圧がＶ３より低くなると、ｆ１に固定される。

［間欠発振制御部２４の動作］
図１に戻って、間欠発振制御部２４は、キャパシタＣｄｃの両端電圧がリファレンス電圧源Ｖｒｅｆ４の正極の電圧より低い場合、すなわちＰＷＭ信号のオンデューティが予め定められた値より大きい（所定の明るさより暗い）場合に、スイッチ素子Ｑ１を間欠発振させる。

具体的には、比較器ＣＭＰ３により、キャパシタＣｄｃの両端電圧と、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ４の正極の電圧（図３のＶ２）と、を比較する。そして、キャパシタＣｄｃの両端電圧がリファレンス電圧源Ｖｒｅｆ４の正極の電圧より低い（所定の明るさより暗い）場合には、Ｈレベル電圧を出力し、キャパシタＣｄｃの両端電圧がリファレンス電圧源Ｖｒｅｆ４の正極の電圧以上である（所定の明るさ以上に明るい）場合には、Ｌレベル電圧を出力する。

論理積回路ＡＮＤの２つの入力端子のうち、一方には比較器ＣＭＰ１の出力端子が接続され、他方には比較器ＣＭＰ３の出力端子が接続される。また、論理積回路ＡＮＤの出力端子には、一時停止回路２４１が接続される。そして、比較器ＣＭＰ１の出力端子の電圧は、調光器２００から出力されるＰＷＭ信号に応じて、Ｈレベル電圧になったりＬレベル電圧になったりし、比較器ＣＭＰ３の出力端子の電圧は、所定の明るさより暗い場合にＨレベル電圧となり、所定の明るさ以上に明るい場合にはＬレベル電圧となる。このため、比較器ＣＭＰ３の出力端子の電圧がＨレベル電圧であれば、すなわちＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂが所定の明るさより暗ければ、論理積回路ＡＮＤの出力端子からは、ＰＷＭ信号に応じてＨレベル電圧になったりＬレベル電圧になったりする信号が出力されることとなる。

一時停止回路２４１は、Ｈレベル電圧が供給されると、間欠発振制御信号を制御部２１に供給する。制御部２１は、間欠発振制御信号が供給されると、スイッチ素子Ｑ１をオフ状態にして、スイッチ素子Ｑ１のスイッチングを停止させる。

ここで、上述のように、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂが所定の明るさより暗ければ、論理積回路ＡＮＤの出力端子からは、ＰＷＭ信号に応じてＨレベル電圧になったりＬレベル電圧になったりする信号が出力される。このため、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂが所定の明るさより暗くなると、ＰＷＭ信号に同期した間欠発振をスイッチ素子Ｑ１が行い、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂの間欠発振調光が行われることとなる。

スイッチ素子Ｑ１が間欠発振すると、間欠発振をするより以前と比べて、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに流れる電流がさらに減少する。このため、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに流れる電流は、図３の一点鎖線で示すように、電流制御部２２に加えて間欠発振制御部２４が動作することで、Ｉ２より少ないＩ１まで減少させることができる。すなわち、電流制御部２２に加えて間欠発振制御部２４が動作することで、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに流れる電流の下限値を、Ｉ２からＩ１まで、低くすることができる。

以上の半導体照明調光装置１によれば、以下の効果を奏することができる。

電流制御部２２により、キャパシタＣｄｃの両端電圧が低下するに従って、すなわちＰＷＭ信号のオンデューティが高くなる（オン幅が広くなる）に従って、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに流れる電流を減少させる。このため、ＰＷＭ信号のオン幅が広くなるに従って、調光レベルを高くする（暗くする）ことができる。

また、周波数制御部２３により、キャパシタＣｄｃの両端電圧が低下するに従って、すなわちＰＷＭ信号のオンデューティが高くなる（オン幅が広くなる）に従って、スイッチ素子Ｑ１のスイッチング周波数を直線状に低下させる。このため、調光レベルを高くする（暗くする）に従って、スイッチ素子Ｑ１のスイッチング周波数が低下し、スイッチ素子Ｑ１におけるスイッチング損失が減少する。したがって、半導体照明調光装置１において、調光レベルを高くする（暗くする）場合における効率の低下を抑制できる。

また、間欠発振制御部２４により、キャパシタＣｄｃの両端電圧がリファレンス電圧源Ｖｒｅｆ４の正極の電圧（図３のＶ２）より低い場合、すなわちＰＷＭ信号のオンデューティが予め定められた値より大きい（オン幅が予め定められた幅より広い）場合に、ＰＷＭ信号に同期してスイッチ素子Ｑ１を間欠発振させる。ここで、スイッチ素子Ｑ１が間欠発振すると、スイッチ素子Ｑ１が間欠発振していない場合と比べて、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに流れる電流が減少する。このため、間欠発振制御部２４が設けられていない場合と比べて、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに流れる電流をＩ２より少ないＩ１まで減少させることができる。すなわち、間欠発振制御部２４が設けられていない場合と比べて、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに流れる電流の下限値を低くすることができ、調光できる範囲を広くすることができる。

ところで、抵抗Ｒ１の抵抗値を大きく設定すれば、誤差増幅器ＥＡの反転入力端子の電圧が上昇するので、誤差増幅器ＥＡの出力端子の電圧が低下し、スイッチ素子Ｑ１のオン幅が狭くなる。このため、間欠発振制御部２４が設けられていない場合であっても、抵抗Ｒ１の抵抗値を大きく設定することで、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに流れる電流の下限値を低くすることができる。ところが、抵抗Ｒ１の抵抗値を大きく設定すると、抵抗Ｒ１での電力損失が増加し、効率が低下してしまう。

また、誤差増幅器ＥＡの非反転入力端子の電圧を低下させれば、すなわち電流制御部２２から出力される電圧を低下させれば、誤差増幅器ＥＡの出力端子の電圧が低下し、スイッチ素子Ｑ１のオン幅が狭くなる。このため、間欠発振制御部２４が設けられていない場合であっても、電流制御部２２から出力される電圧を低下させることで、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに流れる電流の下限値を低くすることができる。ところが、電流制御部２２から出力される電圧を低下させていくと、誤差増幅器ＥＡのオフセットやノイズにより誤差増幅器ＥＡが誤動作してしまうおそれがあるため、電流制御部２２から出力される電圧の下限値をあまり低くすることはできない。したがって、電流制御部２２から出力される電圧を低下させる方法では、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに流れる電流の下限値を低くすることは、実質的にはあまりできない。

以上に対して、半導体照明調光装置１は、間欠発振制御部２４を備えることにより、抵抗Ｒ１の抵抗値を大きく設定したり、電流制御部２２から出力される電圧を低下させたりすることなく、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに流れる電流の下限値を低くすることができる。このため、効率を改善しつつ、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに流れる電流の下限値を低くすることができ、調光できる範囲を広くすることができる。

＜第２実施形態＞
［半導体照明調光装置１Ａの構成］
図５は、本発明の第２実施形態に係る半導体照明調光装置１Ａの回路図である。半導体照明調光装置１Ａは、図１に示した本発明の第１実施形態に係る半導体照明調光装置１とは、制御回路２の代わりに制御回路２Ａを備える点が異なる。なお、半導体照明調光装置１Ａにおいて、半導体照明調光装置１と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。

［制御回路２Ａの構成］
制御回路２Ａは、制御回路２とは、電流制御部２２の代わりに電流制御部２２Ａを備える点と、間欠発振制御部２４の代わりに間欠発振制御部２４Ａを備える点と、が異なる。

［電流制御部２２Ａの構成］
電流制御部２２Ａは、電流制御部２２とは、オペアンプＯＰ１と、抵抗Ｒ１０〜Ｒ１４と、ダイオードＤ６と、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ２と、の代わりに、下限電圧設定手段としてのトランスファーゲート回路２２１と、抵抗Ｒ２０、Ｒ２１と、を備える点が異なる。キャパシタＣｄｃの一方の電極には、抵抗Ｒ８を介してトランスファーゲート回路２２１の入力端子が接続されるとともに、抵抗Ｒ８および抵抗Ｒ９を介して基準電位源が接続される。トランスファーゲート回路２２１の出力端子には、抵抗Ｒ２０を介して、誤差増幅手段としての誤差増幅器ＥＡの非反転入力端子が接続されるとともに、抵抗Ｒ２１を介して、基準電位源が接続される。なお、抵抗Ｒ２１は、いわゆる可変抵抗であり、抵抗値を変更可能に設けられているものとする。

［間欠発振制御部２４Ａの構成］
間欠発振制御部２４Ａは、間欠発振制御部２４とは、周波数変換手段としての周波数変換部２４２を備える点が異なる。周波数変換部２４２は、論理積回路ＡＮＤの出力端子と、間欠発振制御手段としての一時停止回路２４１と、の間に設けられている。

［制御回路２Ａの動作］
制御回路２Ａは、制御回路２と同様に、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに流れる電流と、ＰＷＭ信号と、に基づいて、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２を制御する。

［電流制御部２２Ａの動作］
電流制御部２２Ａは、上述のように、トランスファーゲート回路２２１を備えている。このトランスファーゲート回路２２１は、上限値および下限値が予め定められた電圧であって、キャパシタＣｄｃの両端電圧が低くなるに従って低くなる電圧を、出力する。具体的には、トランスファーゲート回路２２１は、入力端子に供給される電圧に応じた電圧を、出力端子から出力する。そして、出力端子から出力する電圧の上限値を、定電圧源ＶＨから出力される電圧に等しくするとともに、出力端子から出力される電圧の下限値を、定電圧源ＶＬから出力される電圧に等しくする。

ここで、トランスファーゲート回路２２１の定電圧源ＶＨから出力される電圧は、例えば、スイッチ素子Ｑ３がオフ状態である場合におけるキャパシタＣｄｃの両端電圧に等しいものとする。また、トランスファーゲート回路２２１の定電圧源ＶＬから出力される電圧は、例えば、リファレンス電圧源Ｖｒｅｆ４の正極の電圧に等しいものとする。

以上より、キャパシタＣｄｃの両端電圧が、定電圧源ＶＬから出力される電圧より低くなったとしても、電流制御部２２Ａから出力される電圧は、定電圧源ＶＬから出力される電圧より低くはならない。

［間欠発振制御部２４Ａの動作］
間欠発振制御部２４Ａは、上述のように、周波数変換部２４２を備えている。この周波数変換部２４２は、論理積回路ＡＮＤの出力端子から供給される信号の周波数を、予め定められた整数倍に上昇させる。このため、ＰＷＭ信号に応じてＨレベル電圧になったりＬレベル電圧になったりする信号が論理積回路ＡＮＤの出力端子から出力される場合、すなわち上述のようにスイッチ素子Ｑ１が間欠発振を行う場合には、一時停止回路２４１に供給される信号の周波数がＰＷＭ信号の周波数より高くなる。これによれば、一時停止回路２４１にＨレベル電圧が供給される１回あたりの時間は、図１に示した間欠発振制御部２４と比べて短くなる。その結果、一時停止回路２４１から制御部２１に間欠発振制御信号が供給され続ける１回あたりの時間が短くなり、スイッチ素子Ｑ１のスイッチングが停止され続ける時間が短くなる。

以上の半導体照明調光装置１Ａによれば、半導体照明調光装置１が奏することのできる上述の効果に加えて、以下の効果を奏することができる。

トランスファーゲート回路２２１により、下限値が予め定められた電圧を出力して、誤差増幅器ＥＡの非反転入力端子の電圧の下限値を設定する。ここで、定電圧源ＶＬから出力される電圧が、図３のＶ２に等しいものとすると、キャパシタＣｄｃの両端電圧がＶ２より低くなっても、誤差増幅器ＥＡの非反転入力端子の電圧は、Ｖ２より低くならない。このため、比較器ＣＭＰ２の非反転入力端子の電圧の下限値を固定することができ、比較器ＣＭＰ２の出力端子から制御部２１に供給される信号のオン幅の最小値を固定することができるので、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに流れる電流の最小値を、図３のＩ２に固定することができる。したがって、スイッチ素子Ｑ１が間欠発振を行うことでＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに流れる電流が減少しても、これらＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに流れる電流が過度に減少してしまうのを防止できる。よって、スイッチ素子Ｑ１が間欠発振を行う場合であっても、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに流れる電流を安定させて、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂの調光を安定して行うことができる。

また、周波数変換部２４２により、論理積回路ＡＮＤの出力端子から供給される信号の周波数を、予め定められた整数倍に上昇させる。これによれば、スイッチ素子Ｑ１が間欠発振を行う場合には、スイッチ素子Ｑ１のスイッチングが停止され続ける時間が短くなるので、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに流れ続けない時間が短くなる。このため、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに長時間に亘って電流が流れ続けなくなってしまうのを防止できる。したがって、長時間に亘ってＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂに電流が流れ続けなくなってしまうことにより、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂにちらつきが発生していると人が認識してしまうのを、防止できる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

例えば、上述の各実施形態では、ＬＥＤモジュール１００Ａ、１００Ｂのそれぞれを、発光ダイオード１０１を３つ直列接続したもので構成したが、これに限らない。例えば、１つの発光ダイオード１０１で構成したり、発光ダイオード１０１を４つ直列接続したもので構成したりしてもよい。

１、１Ａ；半導体照明調光装置
２、２Ａ；制御回路
２１；制御部
２２、２２Ａ；電流制御部
２３；周波数制御部
２４、２４Ａ；間欠発振制御部
１００Ａ、１００Ｂ；ＬＥＤモジュール
２００；調光器
２２１；トランスファーゲート回路
２４１；一時停止回路
２４２；周波数変換部
Ｃｄｃ；キャパシタ
ＥＡ；誤差増幅器
Ｑ１〜Ｑ３；スイッチ素子

Claims (5)

1. 調光器から出力される調光信号に応じてスイッチ素子を制御することで、半導体照明に流れる電流を制御する半導体照明調光装置であって、
   前記調光信号のオン幅が広くなるに従って、前記半導体照明に流れる電流を減少させる電流制御手段と、
   前記調光信号のオン幅が広くなるに従って、前記スイッチ素子のスイッチング周波数を直線状に低下させる周波数制御手段と、を備えることを特徴とする半導体照明調光装置。
2. 前記調光信号のオン幅が予め定められた幅より広ければ、前記調光信号のオン幅の期間では前記スイッチ素子のスイッチングを停止させる間欠発振制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体照明調光装置。
3. 前記調光信号に基づいて制御信号を生成する周波数変換手段を有し、前記調光信号のオン幅が予め定められた幅より広ければ、当該制御信号のオン幅の期間では前記スイッチ素子のスイッチングを停止させる間欠発振制御手段を備え、
   前記周波数変換手段は、前記調光信号の周波数を予め定められた周波数まで上昇させたものを、前記制御信号とすることを特徴とする請求項１に記載の半導体照明調光装置。
4. 前記電流制御手段は、
   下限値が予め設定された電圧であって、前記調光信号のオン幅が広くなるに従って低くなる電圧を出力する下限電圧設定手段と、
   前記下限電圧設定手段から出力される電圧が低くなるに従って、前記半導体照明に流れる電流を減少させる誤差増幅手段と、を備えることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体照明調光装置。
5. 請求項１乃至４に記載の手段を集積化したことを特徴とする集積回路。

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