JP5848148B2

JP5848148B2 - Ｌｅｄ電源、これを含む照明器具

Info

Publication number: JP5848148B2
Application number: JP2012031344A
Authority: JP
Inventors: 真宏橋田
Original assignee: Eye Lighting Systems Corp
Current assignee: Eye Lighting Systems Corp
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2016-01-27
Anticipated expiration: 2032-02-16
Also published as: JP2013168304A

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ: Light Emitting Diode ）を点灯するために用いられるＬＥＤ電源、これを含む照明器具に関する。

近年、ＬＥＤの性能が高くなってきておりＬＥＤを用いた照明器具は寿命が長いなどの理由により従来の光源から置き換えられる状態にある。今後ＬＥＤの性能がますます向上して行けば、さらに汎用の照明器具分野で採用されると考えられる。
ＬＥＤ照明を安定点灯させるためには、ＬＥＤ電源を使用するが、その具体的な制御方式は様々である。例えば、ＬＥＤの駆動電圧（順方向電圧）に基づいて、駆動電流（順方向電流）を一定に制御する定電流制御から、ＬＥＤの消費電力を一定に制御する定電力制御への切り替えを行うといった制御方式のＬＥＤ電源もある（特許文献１参照）。

特開２００６−２１０８３６号公報（図５）

図１０に、一般的なＬＥＤの駆動電流と駆動電圧の特性（Ｉｆ−Ｖｆ特性）を示す。曲線２Ａ〜２ＣのようにＬＥＤには個体間に「Ｖｆばらつき」がある。そのため、ＬＥＤを定電圧制御する場合、次のような問題が生じる。出力電圧が一定である定電圧電源にＬＥＤを接続すると、ＬＥＤの個体間のＶｆばらつきによってＬＥＤに流れる駆動電流値Ｉｆが個体ごとに違ってしまう。これを図１１に示す。同図は駆動電圧と駆動電流の時間変化を示す。一般的に、ＬＥＤの発光強度は駆動電流値によって決まるため、複数台の定電圧電源にそれぞれＬＥＤを接続した場合、各電源の出力電圧が同じであっても、それぞれのＬＥＤの発光強度は異なり、光のばらつきが生じてしまう。個体差に応じた抵抗をＬＥＤごとに接続して駆動電流を制限すれば、すべてのＬＥＤの駆動電流が揃って発光強度が同じになる。しかし、抵抗での余計な電力消費によって電源回路全体での電力損が多くなってしまう。このような問題は、特許文献１のようにＬＥＤを定電力制御する場合にも同様に生じる。

一方、ＬＥＤを定電流制御する場合、ＬＥＤの個体間のＶｆばらつきがあっても駆動電流を一定にすることができて、複数台の定電流電源にそれぞれ接続されたＬＥＤの発光強度を同じにすることができる。

しかし、定電流電源にも１点問題が生じる。それは、ＬＥＤ点灯中に何らかの理由で、電源とＬＥＤ間の接続が外れて電源が無負荷状態になった場合に、電源の出力電圧が上昇してしまうことである。図１２に基づいて説明する。時間Ｔ１で電源とＬＥＤ間の接続が外れると瞬時に駆動電流Ｉｆが零になるため、定電流電源は電流が足りていないと判断して出力電力を増加させようとする。その結果、接続が外れる前よりも駆動電圧Ｖｆが上昇してしまう。この場合、駆動電圧の上限を、例えばＬＥＤの通常使用電圧Ｖｆ1に余裕分αを加えた電圧（Ｖｆ1＋α）や電源が壊れない範囲の電圧に定めて、図１２のように上限値を超えないようにすることがある。または、上限値に達したら電源の出力電圧を自動的に下降させたりする対策をとることができる。しかし、電源がＬＥＤ点灯中の駆動電圧よりも高い電圧を出力する期間が必ず生まれてしまう。高い電圧が印加されている状態でＬＥＤを電源に再接続すると、ＬＥＤにはその電圧に応じた大きい電流が瞬時に流れようとする。定電流制御は、このような大きな電流をすぐに制御できないため、図１３のように、再接続によってＬＥＤに大電流が流れてしまう。電源の特性によっては、無負荷状態（オープン）時における出力電圧の上昇期間が非常に短くて済む電源もあり、再接続までに出力電圧が低下していれば問題は無いかもしれない。しかし、そのような電源であっても、電源の出力部に大容量のコンデンサがあるタイプについては、コンデンサに蓄積された電荷によってＬＥＤの絶対最大定格を超える電流が流れる可能性がある。フライバック・トランス型のＬＥＤ電源の多くには、その出力部に比較的大容量のコンデンサが設けられているため、過剰電流を防止する対策が必要になる。

これに対して定電圧制御を採用できれば、図１４のように、電源が突発的に無負荷状態時になったとしても、電源の出力電圧が上昇することはない。しかし、前述のＬＥＤの個体差による発光強度のばらつきという問題が解決されていない以上、定電圧制御を採用することはできなかった。

本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、
（１）ＬＥＤにＶｆばらつきのような個体差があっても、ＬＥＤ個体間の発光強度のばらつきを無くすことができ、
（２）ＬＥＤの順方向電圧の負の温度特性などの影響で、ＬＥＤの駆動電流が点灯中に増減しても、ＬＥＤの発光強度の変動を防止することができ、
（３）照明負荷オープン時の再接続の際のＬＥＤの破損を防止する機能を備えた、
定電圧制御方式のＬＥＤ電源、これを含む照明器具を提供することを目的とする。

すなわち、本発明に係るＬＥＤ電源は、電源手段と、電流検出手段と、電圧検出手段と、制御手段とを備える。まず、電源手段は、外部電源を駆動電力に変換してＬＥＤに供給する。電流検出手段は、前記電源手段からの駆動電流を検出し、電圧検出手段は、前記電源手段からの駆動電圧を検出する。そして、制御手段は、検出された駆動電流値及び駆動電圧値に基づいて前記電源手段を制御する。

ここで、駆動電力の供給対象はＬＥＤであるが、具体的にはＬＥＤを利用した照明光源であり、ＬＥＤ個体毎に、ＬＥＤ素子の配列、使用数、特性などが異なっている。ＬＥＤには、ＬＥＤ素子列に限られず、単一のＬＥＤ素子からなるものも含む。

＜定電圧制御モードから定電流制御モードへの一時移行＞
ここで、前記制御手段は、
駆動電流の検出値が所定の規定範囲から外れるかどうかを監視する電流監視部と、
定電圧制御モードおよび定電流制御モードのいずれかを指令する制御モード設定部と、
指令された制御モードにより前記電源手段を制御する制御モード実行部と、
を備え、
前記制御モード設定部は、
駆動電流の検出値が前記規定範囲内であるならば、所定電圧を目標値として設定して定電圧制御モードの実行を指令し、
駆動電流の検出値が前記規定範囲から外れたならば、所定電流を規定値として設定して定電流制御モードへの一時移行を指令し、
定電流制御モードへ移行後、駆動電流の検出値が前記規定値に達して安定したならば、駆動電圧の検出値を定電圧制御モードにおける駆動電圧の新たな目標値に設定して定電圧制御モードへの移行を指令する。

＜点灯始動時の制御モード設定＞
また、前記制御モード設定部は、
点灯始動の際、駆動電流の検出値が前記規定値に達して安定したならば、駆動電圧の検出値を定電圧制御モードにおける駆動電圧の初期の目標値に設定して定電圧制御モードの実行を指令する。
ここで、駆動電流値が規定値に達して安定したかどうかを判断するために、例えば、計時手段を使って、規定値に達した後、その電流値を維持する時間を計時してもよい。規定値の電流値を所定時間だけ維持した場合を安定したと判断することができる。

＜無負荷処理モードへの移行＞
また、前記制御モード設定部は、定電流制御モード中に、駆動電流値が所定の無負荷判定用規定値以下の値を維持し続ける場合は、電源が無負荷状態であると判断して、無負荷処理モードに移行する。

本発明のＬＥＤ電源は、定電圧制御方式を基本制御方式としてＬＥＤに駆動電力を供給するものであり、所定の条件に該当する状態においては、一時的に定電流制御方式に移行して駆動電力の供給を続けるようになっている。すなわち、制御手段は、安定点灯中、所定電圧を目標値（Ｖｆ1）とする定電圧制御モードを実行する。定電圧制御モード中は、常に駆動電流値（Ｉｆ）を監視し続ける。そして、駆動電流値が規定範囲（下限Ｉｆ1min.〜上限Ｉｆ1max.）から外れた場合、ＬＥＤの発光強度が変動して点灯が不安定になったと判断して、制御手段は定電流制御モードに移行する。定電流制御モードにおいて、駆動電流の規定値（Ｉｆ1）はＬＥＤの個体差に関わらず一定とする。駆動電流値（Ｉｆ）がこの規定値に達した場合、再び点灯が安定したと判断して、制御手段の制御方式は定電圧制御モードに戻る。ここで定電圧モードに戻る際の駆動電圧値（Ｖｆ）を読み取って、これを定電圧制御モードでの駆動電圧の新たな目標値（Ｖｆ2）に設定する。

また、点灯中にＬＥＤを取り外す場合、制御手段が定電圧制御モードの実行中であれば、駆動電流値（Ｉｆ）が瞬時に零近傍まで低下することによって、定電流制御モードに移行することになる。そして、移行後も、駆動電流値が無負荷判定用規定値を維持し続けるような場合は、電源が無負荷状態（オープン）であると制御手段が判断して、即座に無負荷処理モードに移行する。

従って、本発明によれば、第１に、定電圧制御モードを実行しても駆動電流値が一定に維持されるから、ＬＥＤにＶｆばらつきのような個体差があっても、ＬＥＤ個体間の発光強度のばらつきを無くすことができる。また、第２に、定電圧制御モードにより駆動電圧Ｖｆが一定に保たれている状態では、ＬＥＤの順方向電圧の負の温度特性などの影響により、ＬＥＤの駆動電流Ｉｆが点灯中に増減するおそれがある。しかし、駆動電流が規定範囲から外れると定電流制御モードに移行して、駆動電流が規定値に戻るので、ＬＥＤの発光強度の変動を防止することができる。第３に、照明負荷オープン時に無負荷処理モードに移行するので、再接続があってもＬＥＤの破損を防止することができる。また、このような定電圧制御方式のＬＥＤ電源を含む照明器具を提供することができる。

第１実施形態に係るＬＥＤ電源を用いた照明器具の全体構成図である。前記ＬＥＤ電源の制御方式を説明するための図である。前記ＬＥＤ電源において駆動電流値が変動した場合の動作を説明する図。図３の部分拡大図である。前記ＬＥＤ電源の制御フロー図である。第２実施形態に係るＬＥＤ電源に含まれる電源手段および制御回路の一例を示す構成図。前記電源手段の第二の例を示す構成図である。前記電源手段の第三の例を示す構成図である。前記電源手段の第四の例を示す構成図である。一般的なＬＥＤの出力特性の説明図。従来の定電圧制御モードの説明図。従来の定電流制御モードの説明図。定電流制御モードにおける負荷オープン時の問題点を説明するための図。定電圧制御モードにおける負荷オープン時の動作の説明図。

（第１実施形態）
以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態について説明する。
図１に第１実施形態に係るＬＥＤ照明器具の全体構成を示す。ＬＥＤ照明器具は、ＬＥＤ２と、このＬＥＤ２に直流電源を供給するＬＥＤ電源４とを有して構成されている。なお、ＬＥＤ電源４は交流電源ＡＣに接続されている。

＜ＬＥＤ電源の全体構成＞
ＬＥＤ電源４は、電源手段８と、電圧検出手段（Ｒ_１、Ｒ_２）と、電流検出手段（Ｒ_３）とを備える。電源手段８へは、交流電源ＡＣからの入力電力Ｐ_１（入力電圧Ｖ_１及び入力電流Ｉ_１）が供給される。

電源手段８は、入力電力Ｐ_１を変換してＬＥＤ２の点灯に必要な駆動電力Ｐ_２を生成するもので、例えば、フライバック・コンバータ、昇圧チョッパ回路や降圧チョッパ回路などで構成される。本実施形態では電源手段８にＩＣチップ（制御回路１２）及びメモリ１４が内蔵されている。なお、制御回路１２及びメモリ１４としては、電源手段８から独立して設けられたものでも構わない。

電圧検出手段は、抵抗Ｒ_１、Ｒ_２の直列接続を有する。この直列接続は、電源手段８の一対の出力端子を結んでいる。そして、抵抗Ｒ_１の端子間電圧を駆動電圧の分圧Ｖ_３として検出し、このＶ_３値を電源手段８の制御回路１２に与える。制御回路１２では、抵抗Ｒ_１、Ｒ_２の抵抗値に基づいて、分圧Ｖ_３の検出値より駆動電圧Ｖｆを算出する。従って、電圧検出手段は実質的に電源手段８の出力部からの駆動電圧Ｖｆを検出している。

電流検出手段は、抵抗Ｒ_３を有し、電源手段８の負側の出力端子とＬＥＤ２の負側端子とを結んでいる。そして、抵抗Ｒ_３の端子間電圧Ｖ_４を検出し、このＶ_４値を制御回路１２へ与える。制御回路１２では、抵抗Ｒ_３の抵抗値に基づいて、抵抗Ｒ_３の電圧Ｖ_４の検出値より駆動電流Ｉｆを算出する。従って、電流検出手段は実質的に電源手段８の出力部からの駆動電流Ｉｆを検出している。

制御回路１２は、検出された駆動電圧値Ｖｆ、及び、駆動電流値Ｉｆに基づいて電源手段８を制御する。このように構成されたＬＥＤ電源４は、定電圧制御方式を基本制御方式としてＬＥＤ２に駆動電力を供給する。そして、所定の条件に該当する状態においては、一時的に定電流制御方式に移行して駆動電力の供給を続けるようになっている。

図２〜４に基づいて、制御モードの一時的な移行について説明する。すなわち、制御回路１２は、安定点灯中、所定電圧を目標値Ｖｆ1とする定電圧制御モードを実行する。図２に示すように、点灯始動が完了した後、定電圧制御モード（II 区間）が始まるが、この定電圧制御モード中は、常に駆動電流値Ｉｆを監視し続ける。つまり、定電圧制御モードでは、駆動電圧値Ｖｆが目標の電圧値になるように定電圧制御を主に行いつつ、駆動電流Ｉｆの監視も同時に行っている。この監視は、電源の出力電圧が一定であっても、ＬＥＤ２の温度変化などでＬＥＤに流れる駆動電流Ｉｆが変化する場合に対応するためである。図３および図４を使って、安定点灯中に駆動電流Ｉｆが変動した場合の制御について説明する。図３のIII区間にて駆動電流Ｉｆが一時的に低下している範囲を、図４に拡大して示した。図４に示すように、駆動電流値Ｉｆが規定範囲（下限Ｉｆ1min. 〜上限Ｉｆ1max. ）から外れた場合、制御回路１２は、ＬＥＤ２の発光強度が変動して点灯が不安定になったと判断して、定電流制御モード（III 区間）に移行する。定電流制御モードにおける駆動電流の規定値Ｉｆ1は、ＬＥＤの個体差に関わらず一定とする。定電流制御モードの実行により駆動電流値が規定値Ｉｆ1に達した場合、制御回路１２は、再び点灯が安定したと判断して、定電圧制御モード（IV 区間）に戻る。ここで定電圧制御モードに戻る際の駆動電圧値Ｖｆを読み取って、これを定電圧制御モードでの駆動電圧の新たな目標値Ｖｆ2に設定する。

本実施形態では、ＬＥＤを交換するような場合のＬＥＤ個体間の発光強度のばらつきを問題視し、その原因としてＬＥＤ個体ごとの駆動電流値Ｉｆの違いに着目している。また、同一ＬＥＤにおける発光強度の変動を問題視し、その原因としてＬＥＤ自体の温度変化などでの駆動電流Ｉｆの変動に着目している。そこで、定電流制御モードにおける駆動電流の規定値を一定値（Ｖｆ1）に定め、また、この規定値Ｉｆ1から駆動電流値がどの程度外れると、発光強度のばらつきが表面化するかを示す基準として、駆動電流値の規定範囲（Ｉｆ1min. 〜Ｉｆ1max.）を定めた。また、この規定範囲内であれば、同じＬＥＤの温度特性などに起因する発光強度の変動も表面化しないものとする。すなわち、駆動電流値がこの規定範囲内であれば発光強度のばらつきや変動は生じないと判断するものとしている。
そして、定電圧制御モード（ II,IV 区間）では常に駆動電流値Ｉｆが規定範囲に入っているかどうかを監視しており、また、定電流制御モード（III 区間）では規定範囲から外れた駆動電流値が再び一定の規定値Ｉｆ1に戻るように電源の出力電力を調整する。

この結果、本実施形態では、第１に、どのようなＬＥＤ２を使っても、点灯中は駆動電流Ｉｆが規定範囲内となるので、異なるＬＥＤ間の個体差の影響が発光強度のばらつきとして生じない。
第２に、同じＬＥＤであっても温度特性などの影響で従来の定電圧制御では点灯中に駆動電流Ｉｆが増減する場合があったが、本実施形態では、駆動電流Ｉｆが規定範囲から外れるようなことがあると、駆動電流を規定値Ｉｆ1に戻すように定電流制御（III 区間）が実行されるから、ＬＥＤ２の発光強度が上記の規定範囲から大きく外れて変動するようなこともない。そして、駆動電流が規定値Ｉｆ1に戻れば、再び定電圧制御モード（IV 区間）に移行する。この際、定電圧制御モードの駆動電圧の目標値Ｖｆ2が新たに設定されるが、駆動電流が規定値Ｉｆ1に戻った状態で読み取った駆動電圧値を新たな目標値Ｖｆ2に設定するので、目標値の変更前後（Ｖｆ1→Ｖｆ2）でＬＥＤ２の発光強度は一定に維持される。このように定電圧制御モードをベースにして一時的な定電流モードへの移行を実行し続けると、定電圧制御モードでの目標値（Ｖｆ1，Ｖｆ2，…）は常に変化し得るが、監視する駆動電流は常に規定値Ｉｆ1に維持されるようになり、ＬＥＤの発光強度の変動を防止することができる。

次に、ＬＥＤ２の点灯始動中の制御モードについて上述の図２を使って説明する。制御回路１２は、点灯始動中の区間 I では、所定電流を規定値Ｉｆ1とする電流制御モードを実行する。この規定値Ｉｆ1は、どのようなＬＥＤに対しても共通する駆動電流の規定値とする。駆動電流値が規定値Ｉｆ1に達した後、一定時間その電流値を維持したことを確認した場合、ＬＥＤ２の点灯が安定したと判断して、制御回路１２は定電圧制御モード（II 区間）に移行する。ここで定電圧モードに移行する際の駆動電圧値Ｖｆを読み取って、これを定電圧制御モードでの駆動電圧の初期の目標値Ｖｆ1に設定する。

点灯始動中の電流制御モード（I 区間）の具体的な処理内容は様々である。例えば、始動開始から出力電圧（駆動電圧）を零から一定の割合で上げていき、駆動電流値が規定値Ｉｆ1に達した後は、その駆動電流が規定値Ｉｆ1を維持するように出力電圧を増減させるという処理内容を採用してもよい。

本発明で注目すべきは、点灯始動中の電流制御モード（ I 区間）における駆動電流の規定値Ｉｆ1を複数のＬＥＤに共通する値に設定したことである。この結果、異なるＬＥＤをＬＥＤ電源４に接続したとしても、一定の発光強度での点灯始動制御が可能になる。そして、定電圧制御モード（ II 区間）への移行の際、駆動電圧の初期の目標値Ｖｆ1が設定されるが、駆動電流が規定値Ｉｆ1に達した状態で読み取った駆動電圧値を初期の目標値Ｖｆ1に設定するので、制御モードの移行前後で駆動電流Ｉｆは変化せず、ＬＥＤの発光強度は一定に維持される。駆動電流の規定値Ｉｆ1は共通値であるが、初期の目標値Ｖｆ1についてはＬＥＤ個体毎に異なる値が設定される。

次に、点灯中にＬＥＤ２を取り外す場合について、定電圧制御モード中（II 区間）と定電流制御モード中（ III 区間）とを分けて説明する。
制御回路１２が定電圧制御モード（II 区間）であれば、駆動電流値Ｉｆが瞬時に零付近まで低下することによって定電流制御モードに移行する。本実施形態では、定電流制御モードに移行した後（III 区間）も、駆動電流値Ｉｆが所定の無負荷判定用規定値以下の値を維持し続けるような場合は、ＬＥＤ電源４が無負荷状態（オープン）であると制御回路１２が判断して、即座に無負荷処理モードに移行する。ここで、無負荷判定用規定値は、少なくとも駆動電流の規定範囲の下限Ｉｆ1min. よりも低い値であり、例えば、定電流制御モードでの規定値Ｉｆ1の１０分の１程度の値であってもよい。

また、制御回路１２の定電流制御モード（III 区間）中にＬＥＤを取り外す場合であっても、同様に、駆動電流値Ｉｆが無負荷判定用規定値以下の値を維持し続けることになるので、ＬＥＤ電源４が無負荷状態（オープン）であると制御回路１２が判断して、即座に無負荷処理モードに移行する。
駆動電流値Ｉｆが瞬時に零付近まで低下することによって、瞬間的には駆動電圧値Ｖｆが上昇するが、駆動電流値Ｉｆが無負荷判定用規定値以下の値を維持し続けることによりＬＥＤ電源４が無負荷状態（オープン）であると判断して即座に無負荷処理モードに移行するので、駆動電圧値Ｖｆの上昇は僅かで済む。駆動電圧値Ｖｆの上昇は、大きくとも、ＰＷＭパルス１回分程度の極僅かなエネルギーで済む。

ここで、無負荷処理モードの具体的な処理内容は様々である。もっとも簡単な処理は、電源の出力を停止させることである。
このようにすれば、点灯中に何らかの理由でＬＥＤ電源４とＬＥＤ２の接続が外れて、直後に再接続するようなことがあっても、既に制御回路１２が無負荷処理モードに移行している可能性が高くなるため、再接続によってＬＥＤに必要以上に高い出力電圧が印加される可能性は低くなる。

次に、第１実施形態のＬＥＤ電源４の点灯制御について、図５の制御フロー図に基づいて説明する。
（点灯始動状態）
まず、ＬＥＤ２の点灯開始後の点灯始動中は、電流制御モードを実行する（処理Ｓ１）。電流制御モードは駆動電流値が規定値Ｉｆ1になるまで動作する。そして、処理Ｓ２において、駆動電流値が規定の電流値Ｉｆ1に達したかどうかを確認する。駆動電流値が一定時間、規定値Ｉｆ1を維持した場合に、点灯が安定したと判断し、次の処理に進む。それまでは電流制御モードを続ける。
処理Ｓ３では、Ｓ２で点灯が安定したと判断するタイミングで駆動電圧値Ｖｆを取得する。取得した駆動電圧値を定電圧制御モードでの目標値Ｖｆ1に決定する。続けて、目標値Ｖｆ1を使った定電圧制御モードに移行する（処理Ｓ４）。

（定常点灯状態）
定電圧制御モードでは、駆動電流値Ｉｆが規定範囲内であるかどうかを常に監視する（処理Ｓ５）。規定範囲内であれば定電圧制御モードを続けるが、監視中の駆動電流Ｉｆが規定範囲から外れた場合は、一時的に定電流制御モードに移行して駆動電流値を補正する（処理Ｓ６）。この定電流制御モードでは、駆動電流値が規定値Ｉｆ1に達して安定したかどうかを常に確認する（処理Ｓ７）。規定値Ｉｆ1に達して安定していない場合は、さらに、駆動電流値Ｉｆが無負荷判定用規定値以下の値ではないことを確認する（処理Ｓ８）。駆動電流値Ｉｆが無負荷判定用規定値以下の値でなければ、定電流制御モードを継続する（処理Ｓ６）。定電流制御モードによる補正で駆動電流値が規定値Ｉｆ1に入っていることを確認したら（処理Ｓ７）、再度、定電圧制御モードに移行して安定点灯を継続する（処理Ｓ４）。

（無負荷処理モードへの移行）
定電圧制御モードの実行中（処理Ｓ４）に、ＬＥＤ電源４が無負荷状態になった場合、上記の手順に従って定電流制御モードに移行するが（処理Ｓ６）、駆動電流値が規定値に達することはなく（処理Ｓ７）、かつ、駆動電流値が無負荷判定用規定値以下の値のままの場合（処理Ｓ８）、制御回路１２は、無負荷になったと判断して即座に無負荷処理モードに移行する（処理Ｓ９）。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ電源４について、特に電源手段８の制御システムに関して図６を使って説明する。電源手段８は、交流電力の入力部、その電力の変換部、及び、駆動電力の出力部に大別される。入力部は、ダイオードブリッジなどで構成される全波整流回路ＤＢと、バイパスコンデンサＣ_１とを有する。バイパスコンデンサＣ_１は、全波整流回路ＤＢの出力端同士を結ぶもので、全波整流回路ＤＢからの整流電流を部分平滑するため、および、スイッチング素子Ｑ_１のオンオフ駆動により断続された電流の影響がＡＣ電源側に及ぶことを防止するために設けられている。

出力部は、ＬＥＤ２に対して並列接続された出力コンデンサＣ_３（電解コンデンサ）によって構成される。そして、出力コンデンサＣ_３に蓄えられたエネルギーを用いて、ＬＥＤ２に安定した駆動電力Ｐ_２を供給する。

変換部は、全波整流回路ＤＢの後段に接続され、整流電流を電力変換して出力コンデンサＣ_３を充電するためのものである。本実施形態の変換部は、フライバック・コンバータと呼ばれ、出力コンデンサＣ_３を介して一定電流をＬＥＤ２に供給する。また、変換部は、力率改善回路としても機能し、全波整流回路ＤＢに入力される交流電流を歪みのない正弦波に整形することができる回路である。

変換部は、具体的にフライバック・トランスＴ_１と、スイッチング素子Ｑ_１と、ダイオードＤ_２と、スイッチング素子Ｑ_１を制御する制御回路１２とを有する。トランスＴ_１は、全波整流後の整流電圧を一次電圧として二次電圧を出力コンデンサＣ_３に印加するように設けられている。

スイッチング素子Ｑ_１は、トランスＴ_１の一次巻線Ｔ_１ａに直列接続されていて、オンオフ駆動により二次巻線Ｔ_１ｂに二次電圧を誘起させる。スイッチング素子Ｑ_１のドレイン側端子は、一次巻線Ｔ_１ａに接続され、Ｑ_１のソース側端子は、全波整流回路ＤＢの負極端子側であるグラウンドラインに接続されている。スイッチング素子Ｑ_１にはＮチャネルのエンハンスメント形のＭＯＳＦＥＴを使用する。制御回路１２に設けられているドライバ回路部２２からスイッチング素子Ｑ_１のゲートに駆動電流が供給されてゲート電圧が生じると、ドレイン−ソース間に電流が流れる。この状態をスイッチング素子Ｑ_１のオン状態という。一方、ゲートに駆動電流が供給されず、ドレイン電流が流れない状態をオフ状態という。ダイオードＤ_２は、二次巻線Ｔ_１ｂに直列接続されて二次電流を整流し、整流後の二次電流を出力コンデンサＣ_３の正極に供給する。

変換部は以上のように構成され、出力コンデンサＣ_３に整流電流に基づくエネルギーを蓄積する。そして出力コンデンサＣ_３に蓄積されたエネルギーによってＬＥＤ２に駆動電流Ｉｆが供給されるようになっている。

制御回路１２は、スイッチング素子Ｑ_１にＰＷＭ用の駆動電流を供給するためのドライバ回路部２２と、駆動電圧および駆動電流の検出用のＡＤコンバータ２４，２５と、ドライバ回路部２２にＰＷＭ制御信号を送るためのＦＥＴ駆動回路部２６と、図示しないＲＯＭおよびＲＡＭを有し、さらに、ＦＥＴ駆動回路部２６の制御モードを設定するための制御モード設定部２８、および、駆動電流を監視する電流監視部２９を有し、スイッチング素子Ｑ_１の駆動制御システムを構築している。なお、制御モード設定部２８と電流監視部２９には、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）を用いている。

ＣＰＵでは、例えば、力率改善を行うために全波整流後の電圧の分圧値に基づいて、スイッチング周期を決定するとともに、検出されるＬＥＤ２の駆動電流値Ｉｆと、駆動電圧値Ｖｆとに基づいてオン幅（オン状態の時間）を決定する。ＣＰＵは、決定されたスイッチング周期とオン幅の指令信号をスイッチング素子Ｑ_１用のＭＯＳＦＥＴ駆動回路部２６に送る。この駆動回路部２６は、指令信号に基づくＰＷＭ制御信号をドライバ回路部２２に送り、ドライバ回路部２２を介してＰＷＭ用の駆動電流をスイッチング素子Ｑ_１へ供給し、これをオンオフ駆動させる。

ＣＰＵにおけるオン幅の決定方法には、定電圧制御方式と、定電流制御方式とがある。ＣＰＵは、ＬＥＤの駆動電流の監視値（Ｉｆ）に応じて、図５のフロー図に基づく定電圧制御モードと定電流制御モードとのモード切換を実行し、必要に応じて無負荷処理モードへの移行を行う。

（その他の電源手段への適用）
本発明に係るＬＥＤ電源には、図６のフライバック・コンバータに限らず、図７〜図９に示すような各種回路などを電源手段として内蔵するものが含まれる。図７は、電源手段の第２の例であり、フライバック電源と降圧チョッパ回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ）とを組み合せた電源手段１０８である。降圧チョッパ回路は、スイッチング素子Ｑ_２のオンオフをＰＷＭ制御する制御回路１１２を有しており、この制御回路１１２の構成は図６の制御回路１２と共通する。制御回路１１２へは、抵抗Ｒ_１、Ｒ_２により検出された駆動電圧Ｖ_２、および、抵抗Ｒ_３により検出された駆動電流Ｉ_２が送られる。
図８は、電源手段の第３の例であり、力率改善回路と降圧チョッパ回路とを組み合せた電源手段２０８である。図９は、電源手段の第４の例であり、直流電源に接続された降圧チョッパ回路からなる電源手段３０８である。それぞれの例の制御回路２１２，３１２の構成は図６の制御回路１２と共通し、制御回路２１２，３１２へは、抵抗Ｒ_１、Ｒ_２により検出された駆動電圧Ｖ_２、および、抵抗Ｒ_３により検出された駆動電流Ｉ_２が送られる。
なお、本発明の電源手段は以上の回路例に限定されるものではない。電源手段には、入力電圧よりも出力電圧（ＬＥＤへの駆動電圧）の方が高い昇圧チョッパ回路を用いてもよい。

２ＬＥＤ
４ＬＥＤ電源
８電源手段
１２制御回路（制御手段）
２６ＭＯＳＦＥＴ駆動回路部（制御モード実行部）
２８制御モード設定部
２９電流監視部

Claims

外部電源を駆動電力に変換してＬＥＤに供給する電源手段と、
前記電源手段からの駆動電流を検出する電流検出手段と、
前記電源手段からの駆動電圧を検出する電圧検出手段と、
検出された駆動電流値及び駆動電圧値に基づいて前記電源手段を制御する制御手段と、を備えたＬＥＤ電源であって、
前記制御手段は、
駆動電流の検出値が所定の規定範囲から外れるかどうかを監視する電流監視部と、
定電圧制御モードおよび定電流制御モードのいずれかを指令する制御モード設定部と、
指令された制御モードにより前記電源手段を制御する制御モード実行部と、を備え、
前記制御モード設定部は、
駆動電流の検出値が前記規定範囲内であるならば、所定電圧を目標値として設定して定電圧制御モードの実行を指令し、
駆動電流の検出値が前記規定範囲から外れたならば、所定電流を規定値として設定して定電流制御モードへの一時移行を指令し、
定電流制御モードへ移行後、駆動電流の検出値が前記規定値に達して安定したならば、駆動電圧の検出値を定電圧制御モードにおける駆動電圧の新たな目標値に設定して定電圧制御モードへの移行を指令することを特徴とするＬＥＤ電源。
請求項１記載のＬＥＤ電源において、
前記制御モード設定部は、
点灯始動の際、駆動電流の検出値が前記規定値に達して安定したならば、駆動電圧の検出値を定電圧制御モードにおける駆動電圧の初期の目標値に設定して定電圧制御モードの実行を指令することを特徴とするＬＥＤ電源。
請求項１または２記載のＬＥＤ電源において、前記制御モード設定部は、定電流制御モード中に駆動電流値が所定の無負荷判定用規定値以下の値を維持し続ける場合に、電源が無負荷状態であると判断して、無負荷処理モードに移行することを特徴とするＬＥＤ電源。
請求項１から３のいずれか記載のＬＥＤ電源と、前記ＬＥＤ電源により点灯制御されるＬＥＤと、を備えることを特徴とする照明器具。