JP5884049B2 - 点灯装置およびそれを備えた照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、半導体発光素子を調光点灯可能な点灯装置およびそれを備えた照明器具に関する。

近年、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）や有機ＥＬ（Electro Luminescence）などの半導体発光素子を光源とする照明器具が普及してきている。この種の照明器具には、たとえば図１５に示すような構成の点灯装置（ＬＥＤ点灯装置）が用いられる（たとえば特許文献１参照）。

この点灯装置は、直流電源９１に対して直列に接続される（第１の）スイッチング素子９２およびインダクタ９３と、スイッチング素子９２のオフ時にインダクタ９３および光源負荷（発光ダイオード）９４と共に閉回路を形成するダイオード９５とを備えている。この点灯装置は自励式であって、スイッチング素子９２がオンオフ動作することにより、スイッチング素子９２のオン時にインダクタ９３に蓄積された電磁エネルギーを、スイッチング素子９２のオフ時にダイオード９５を介して光源負荷９４に放出する。

また、この点灯装置は、スイッチング素子９２に流れる電流を検出する抵抗９６をさらに備え、抵抗９６で検出した電流に応じてスイッチング素子９２のオン期間を変化させるので、自励式の点灯回路により光源負荷９４に流れる電流を一定の電流に制御できる。ただし、特許文献１に記載の点灯装置は調光機能を有しておらず、光源負荷９４を調光点灯させることができない。

一方、特許文献２には、交流電源（主電源電圧）の周波数（５０／６０Ｈｚ）に同期する１００Ｈｚまたは１２０Ｈｚのバースト周波数で、光源負荷（ＬＥＤ照明モジュール）への供給電力をオンオフすることが記載されている。この点灯装置（電源アセンブリ）は、光源負荷への供給電力がオン状態となるパルスの長さを制御することにより、調光制御が可能であるが、調光点灯のための具体的な回路構成は特許文献２には開示されていない。

特開２００５−２９４０６３号公報 特表２００３−５２２３９３号公報

ところで、特許文献２に記載のようにパルスの長さ（オン時間）を制御することにより調光を行う構成の点灯装置では、調光比が小さくなる（暗くなる）と、バースト周波数の１周期におけるオン時間が短くなって、ちらつきを生じる可能性がある。そのため、この点灯装置では、選択可能な調光比の範囲をあまり広く設定することができない。

本発明は上記事由に鑑みて為されており、比較的簡単な構成で、光源負荷の調光範囲を広げることが可能な点灯装置およびそれを備えた照明器具を提供することを目的とする。

本発明の点灯装置は、直流電源に直列接続されて高周波でオンオフ制御されるスイッチ
ング素子と、前記スイッチング素子に直列に接続されて当該スイッチング素子のオン時に前記直流電源から電流が流れるインダクタと、前記スイッチング素子のオン時に前記インダクタに蓄積された電磁エネルギーを前記スイッチング素子のオフ時に半導体発光素子からなる光源負荷に放出するダイオードと、前記スイッチング素子のオンオフ動作を制御する制御回路と、前記スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出部と、前記スイッチング素子の駆動信号により充電されるコンデンサとを備え、前記制御回路は、前記スイッチング素子の制御モードとして、前記インダクタに臨界モードまたは不連続モードで電流が流れるように予め決められている発振周波数およびオン時間で前記スイッチング素子をオンオフ動作させる第１の制御モードと、前記スイッチング素子の発振周波数を固定し前記スイッチング素子のオン時間を変化させる第２の制御モードと、前記スイッチング素子のオン時間を固定し前記スイッチング素子の発振周波数を変化させる第３の制御モードとを有し、調光比を複数に分けてなる区間ごとに前記第２の制御モードと前記第３の制御モードとが割り当てられており、前記第１の制御モードを選択することにより前記光源負荷を全点灯させ、調光比が指定されると当該調光比が該当する前記区間に応じて前記第２の制御モードと前記第３の制御モードとの一方を選択して前記光源負荷を前記調光比で調光点灯させ、前記制御回路は、前記電流検出部で検出される電流が第１の所定値に達すると前記スイッチング素子をオフさせ、前記コンデンサの両端電圧が所定の閾値以下になると前記スイッチング素子をオンさせており、前記第１の所定値を変化させることにより前記スイッチング素子のオン時間を変化させ、前記コンデンサの放電速度を決める第２の所定値を変化させることにより前記スイッチング素子の発振周波数を変化させることを特徴とする。

この点灯装置において、前記制御回路は、前記第１の所定値および前記第２の所定値のうち少なくとも一方をゼロ以下とすることにより、前記スイッチング素子のオンオフ動作を停止させて前記光源負荷を消灯させることがより望ましい。

この点灯装置において、前記制御回路は、外部からの調光信号を受信して、当該調光信号によって決まる前記調光比に応じて前記スイッチング素子の制御モードを選択することがより望ましい。

この点灯装置において、前記制御回路は、前記スイッチング素子の発振周波数を１ｋＨｚ以上の範囲で設定することがより望ましい。

本発明の照明器具は、上記点灯装置と、当該点灯装置から電力供給される光源負荷とを備えることを特徴とする。

本発明は、比較的簡単な構成で、光源負荷の調光範囲を広げることが可能になるという利点がある。

実施形態１に係る点灯装置の構成を示す回路図である。 実施形態１に係る点灯装置の全点灯状態の動作説明図である。 実施形態１に係る点灯装置の第１の調光状態の動作説明図である。 実施形態１に係る点灯装置の第２の調光状態の動作説明図である。 実施形態１に係る点灯装置の第３の調光状態の動作説明図である。 実施形態１に係る点灯装置の構成を示す回路図である。 実施形態１に係る点灯装置の制御回路の構成を示す回路図である。 実施形態１に係る点灯装置の構成を示す回路図である。 実施形態１に係る点灯装置の動作説明図である。 実施形態２に係る点灯装置の構成を示す回路図である。 実施形態２に係る点灯装置の動作説明図である。 実施形態２に係る点灯装置の動作説明図である。 上記点灯装置を備えた照明器具を示す断面図である。 上記点灯装置の他の構成の要部を示す回路図である。 従来の点灯装置の構成を示す回路図である。

（実施形態１）
本実施形態の点灯装置１は、図１に示すように、商用電源などの交流電源２（図８参照）に接続される電源コネクタ１１と、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子からなる光源負荷３にリード線３１を介して接続される出力コネクタ１２とを備えている。光源負荷３は、点灯装置１から供給される直流電流により点灯する。光源負荷３は、複数個（たとえば３０個）の発光ダイオードを直列あるいは並列、または直並列接続してなるＬＥＤモジュールであってもよい。

この点灯装置１は、フィルタ回路１４および直流電源回路１５からなる直流電源生成部と、降圧チョッパ回路（バックコンバータ）１６と、制御回路４とを主構成として備えている。以下、点灯装置１の基本的な構成について図１を参照して説明する。

電源コネクタ１１には、電流ヒューズ１３およびフィルタ回路１４を介して直流電源回路１５が接続されている。フィルタ回路１４は、電流ヒューズ１３を介して電源コネクタ１１に並列接続されたサージ電圧吸収素子１４１およびフィルタコンデンサ１４２と、フィルタコンデンサ１４３と、コモンモードチョークコイル１４４とで構成されており、ノイズをカットする。フィルタコンデンサ１４３は直流電源回路１５の入力端間に接続されており、コモンモードチョークコイル１４４は両フィルタコンデンサ１４２，１４３間に挿入されている。

直流電源回路１５は、ここでは全波整流器１５１と平滑コンデンサ１５２とからなる整流平滑回路であるが、これに限らず、たとえば昇圧チョッパ回路を用いた力率改善回路であってもよい。この構成により、フィルタ回路１４および直流電源回路１５からなる直流電源生成部は、交流電源２からの交流電圧（１００Ｖ、５０／６０Ｈｚ）を直流電圧（略１４０Ｖ）に変換し、その出力端（平滑コンデンサ１５２の両端）から出力する。直流電源回路１５の出力端（平滑コンデンサ１５２の両端）には降圧チョッパ回路１６が接続され、降圧チョッパ回路１６の出力端は出力コネクタ１２に接続されている。

降圧チョッパ回路１６は、直流電源回路（直流電源）１５の出力端間に直列接続されたダイオード（回生ダイオード）１６１およびスイッチング素子１６２と、ダイオード１６１の両端間において光源負荷３と直列に接続されるインダクタ１６３とを備えている。ここで、ダイオード１６１は、そのカソードを直流電源回路１５の正極側の出力端に接続する向きで設けられている。つまり、スイッチング素子１６２は、ダイオード１６１に並列接続されたインダクタ１６３および光源負荷３の直列回路と、直流電源回路１５の負極側の出力端との間に挿入される形になる。ダイオード１６１の機能については後述する。

また、降圧チョッパ回路１６は、出力端間（一対の出力コネクタ１２間）に、光源負荷３と並列接続され、光源負荷３への出力の脈動（リップル）を抑制する出力コンデンサ（図１，６では破線で示す）１６４を備えている。ただし、この出力コンデンサ１６４は適宜省略可能である。

制御回路４は降圧チョッパ回路１６のスイッチング素子１６２を高周波でオンオフ駆動する。図１の例ではスイッチング素子１６２はＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）からなり、制御回路４はスイッチング素子１６２のゲート−ソース間にゲート信号を与えることにより、スイッチング素子１６２をオンオフ動作させる。具体的には、制御回路４は、Ｈ（Ｈｉｇｈ）レベルとＬ（Ｌｏｗ）レベルとを交互に繰り返す矩形波状のゲート信号（図２（ｂ）参照）を出力し、スイッチング素子１６２は、ゲート信号がＨレベルの期間にオンとなり、ゲート信号がＬレベルの期間にオフとなる。なお、図１の例では制御回路４のゲート信号の出力端子は、抵抗４１，４２の直列回路を介して直流電源回路１４の負極側の出力端に接続されており、両抵抗４１，４２の接続点がスイッチング素子１６２のゲート端子に接続されている。

ところで、この制御回路４は、スイッチング素子１６２の制御モードとして、第１の制御モード、第２の制御モード、第３の制御モードの３つのモードを有している。制御回路４は、外部から指定される調光比に応じて第２の制御モード、第３の制御モードを選択し、これにより、指定された調光比にて光源負荷３を調光点灯させる。ここで、調光比は複数の区間に分けられ、第２の制御モードと第３の制御モードとは調光比の区間ごとに予め割り当てられている。

第１の制御モードでは、制御回路４は、インダクタ１６３に電流が不連続に流れる断続モードとなるように、予め決められている発振周波数およびオン時間（１周期当たりのオン時間）でスイッチング素子１６２をオンオフ動作させる。ここでいう断続モードは、インダクタ１６３に流れる電流に休止区間（ゼロになる区間）が生じるモードであって、インダクタ１６３に流れる電流がゼロになるとスイッチング素子１６２をオンする臨界モードも含んでいる。つまり、断続モードは、インダクタ１６３に流れる電流が一瞬だけゼロになるモード（臨界モード）と、インダクタ１６３に流れる電流の１周期ごとに電流がゼロとなる状態が所定期間継続するモード（不連続モード）とを含んでいる。

第２の制御モードでは、制御回路４は、調光比の同一区間内においてスイッチング素子１６２の発振周波数を略固定とし、スイッチング素子１６２のオン時間を変化させる。第３の制御モードでは、制御回路４は、第２の制御モードとは逆に、調光比の同一区間内においてスイッチング素子１６２のオン時間を略固定とし、スイッチング素子１６２の発振周波数を変化させる。

制御回路４は、第１の制御モードを選択することによって、光源負荷３を全点灯させる。一方、制御回路４は、調光比が指定されると、指定された調光比が該当する区間に応じて第２の制御モードと第３の制御モードとの一方を選択することにより光源負荷３を指定された調光比で調光点灯させる。ここで、第２の制御モードでは発振周波数が同一区間内において略固定となるので、第２の制御モードが割り当てられた区間には、発振周波数が既定値として予め割り当てられている。第３の制御モードではオン時間が同一区間内において略固定となるので、第３の制御モードが割り当てられた区間には、オン時間が既定値として予め割り当てられている。

たとえば、第２の制御モードに対応する区間の調光比が指定された場合、制御回路４は、第２の制御モードを選択して、発振周波数をこの区間に割り当てられている既定値（発振周波数）に略固定し、オン時間を変化させて光源負荷３を調光点灯させる。対して、第３の制御モードに対応する区間の調光比が指定された場合、制御回路４は、第３の制御モードを選択して、オン時間をこの区間に割り当てられている既定値（オン時間）に略固定し、発振周波数を変化させて光源負荷３を調光点灯させる。

次に、上記点灯装置１の動作について、光源負荷３を全点灯させる全点灯状態と、光源負荷３を調光点灯させる第１〜第３の調光状態との各点灯状態に分けて説明する。ここでいう第１の調光状態は第２の制御モードによる点灯状態である。また、第２の調光状態は第１の調光状態からさらに第３の制御モードを選択した点灯状態、第３の調光状態は第２の調光状態からさらに第２の制御モードを選択した点灯状態である。つまり、点灯装置１は、全点灯状態から第２の制御モードが選択されると第１の調光状態に移行し、第１の調光状態から第３の制御モードが選択されると第２の調光状態に移行し、第２の調光状態から第２の制御モードが選択される第３の調光状態に移行する。言い換えれば、第１の調光状態は全点灯状態から第２の制御モードのみが選択された状態であり、第２の調光状態は全点灯状態から第２の制御モードに加えて第３の制御モードが多段的に選択された状態である。第３の調光状態は、全点灯状態から第２の制御モードに加えて第３の制御モード、さらに第２の制御モードが多段的に選択された状態である。

図２は、全点灯状態における点灯装置１の動作を示している。図２では、横軸を時間軸として、インダクタ１６３に流れる電流Ｉ１を（ａ）に示し、制御回路４からスイッチング素子１６２のゲート端子に印加されるゲート信号（駆動信号）を（ｂ）に示している（図３〜５も同様）。また、図２では、スイッチング素子１６２がオンのオン区間（つまりゲート信号がＨレベルの期間）を「Ｔｏｎ」で表し、スイッチング素子１６２がオフのオフ区間（つまりゲート信号がＬレベルの期間）を「Ｔｏｆｆ」で表している（図３〜５も同様）。

全点灯状態において、スイッチング素子１６２のオン区間には、直流電源回路１５から、直流電源回路１５、光源負荷３、インダクタ１６３、スイッチング素子１６２、直流電源回路１５の経路で電流が流れインダクタ１６３に電磁エネルギーが蓄積される。一方、スイッチング素子１６２のオフ区間には、インダクタ１６３に蓄積された電磁エネルギーが放出され、インダクタ１６３、ダイオード１６１、光源負荷３、インダクタ１６３の経路で電流が流れる。

ここで、全点灯状態では、制御回路４は第１の制御モードにより、予め決められている発振周波数およびオン時間（１周期当たりのオン時間）でスイッチング素子１６２をオンオフ動作させている。全点灯状態においては、点灯装置１は、図２（ａ）に示すようにインダクタ１６３を流れる電流Ｉ１がゼロになった後でスイッチング素子１６２がオンするいわゆる臨界モードまたは不連続モードで動作する。このときのスイッチング素子１６２の発振周波数はｆ１、オン時間はｔ１である。

図３は、第１の調光状態における点灯装置１の動作を示している。

第１の調光状態においては、制御回路４は、主としてスイッチング素子１６２のオン時間を制御し、発振周波数ｆ２については全点灯状態の発振周波数ｆ１と略等しくする。つまり、制御回路４は、全点灯状態からスイッチング素子１６２の発振周波数を固定したままで、スイッチング素子１６２のオン時間のみを短くするように変化させている。ここでは、点灯装置１は、第１の調光状態においても、図３（ａ）に示すようにインダクタ１６３を流れる電流Ｉ１がゼロになった後でスイッチング素子１６２がオンするいわゆる不連続モードで動作する。

このように第１の調光状態においては、点灯装置１はスイッチング素子１６２のオン時間が短くなるため、全点灯状態に比較してインダクタ１６３を流れる電流Ｉ１のピークが減少し、インダクタ１６３に蓄積される電磁エネルギーも減少する。その結果、全点灯状態に比較して、点灯装置１から光源負荷３に供給される電流は減少し、光源負荷３は光出力が低下する（暗くなる）。このときのスイッチング素子１６２のオン時間ｔ２は全点灯状態のオン時間ｔ１より短く（ｔ１＞ｔ２）、発振周波数ｆ２は全点灯状態の発振周波数ｆ１と略同じである（ｆ１≒ｆ２）。

図４は、第２の調光状態における点灯装置１の動作を示している。

第２の調光状態においては、制御回路４は、主としてスイッチング素子１６２の発振周波数を制御し、オン時間ｔ３については第１の調光状態のオン時間ｔ２と略等しくする。つまり、制御回路４は、第１の調光状態からスイッチング素子１６２のオン時間を固定したままで、スイッチング素子１６２の発振周波数のみを低くするように変化させている。ここでは、点灯装置１は、第２の調光状態においても、図４（ａ）に示すようにインダクタ１６３に電流Ｉ１が断続的に流れる不連続モードで動作する。

このように第２の調光状態においては、点灯装置１はスイッチング素子１６２の発振周波数が低下し、スイッチング素子１６２のオフ時間（１周期当たりのオフ時間）が長くなる。そのため、点灯装置１は、第１の調光状態に比較してインダクタ１６３を流れる電流Ｉ１のピークがさらに減少し、インダクタ１６３に蓄積される電磁エネルギーもさらに減少する。その結果、第１の調光状態に比較して、点灯装置１から光源負荷３に供給される電流はさらに減少し、光源負荷３は光出力がさらに低下する（さらに暗くなる）。このときのスイッチング素子１６２のオン時間ｔ３は全点灯状態のオン時間ｔ２と略同じであり（ｔ２≒ｔ３）、発振周波数ｆ３は第１の調光状態の発振周波数ｆ２より低くなる（ｆ２＞ｆ３）。

図５は、第３の調光状態における点灯装置１の動作を示している。

第３の調光状態においては、制御回路４は、主としてスイッチング素子１６２のオン時間を制御し、発振周波数ｆ４については第２の調光状態の発振周波数ｆ３と略等しくする。つまり、制御回路４は、第２の調光状態からスイッチング素子１６２の発振周波数を固定したままで、スイッチング素子１６２のオン時間のみを短くするように変化させている。

このように第３の調光状態においては、点灯装置１はスイッチング素子１６２のオン時間が一層短くなるため、第２の調光状態に比較してインダクタ１６３を流れる電流Ｉ１のピークがさらに減少し、インダクタ１６３に蓄積される電磁エネルギーもさらに減少する。その結果、第２の調光状態に比較して、点灯装置１から光源負荷３に供給される電流はさらに減少し、光源負荷３は光出力がさらに低下する（さらに暗くなる）。このときのスイッチング素子１６２のオン時間ｔ４は第２の調光状態のオン時間ｔ３より短く（ｔ３＞ｔ４）、発振周波数ｆ４は第２の調光状態の発振周波数ｆ３と略同じである（ｆ３≒ｆ４）。

結果的に、光源負荷３は全点灯状態で最も明るく、第３の調光状態で最も暗くなる。

なお、本実施形態においては、制御回路４が、第２の制御モードでスイッチング素子１６２のオン時間を連続的に変化させ、第３の制御モードでスイッチング素子１６２の発振周波数を連続的に変化させる場合を例示している。ただし、この例に限らず、制御回路４は、第２の制御モードでスイッチング素子１６２のオン時間を段階的（不連続）に変化させ、第３の制御モードでスイッチング素子１６２の発振周波数を段階的（不連続）に変化させてもよい。

次に、制御回路４の具体的な構成についてさらに詳しく説明する。

本実施形態では、制御回路４は、図６に示すように制御用の集積回路（ＩＣ）４０およびその周辺部品によって構成されている。集積回路４０として、ここではＳＴマイクロエレクトロニクス社製の「Ｌ６５６２」を用いている。この集積回路（Ｌ６５６２）４０は、本来、ＰＦＣ回路（力率改善制御用の昇圧チョッパ回路）の制御用ＩＣであり、内部に乗算回路など、降圧チョッパ回路１６の制御には不要な構成要素も含んでいる。その反面、この集積回路４０は、入力電流の平均値を入力電圧の包絡線と相似形とする制御のために、入力電流のピーク値を制御する機能と、ゼロクロス制御機能とを１チップ内に具備しており、これらの機能を降圧チョッパ回路１６の制御に転用している。

また、点灯装置１は、ツェナダイオード７０１および平滑コンデンサ７０２を有し集積回路４０に制御用電源を供給する制御用電源回路７を備えており、制御用電源回路７の出力電圧を集積回路４０の電源端子（８番ピンＰ８）に印加している。

図７は、本実施形態で用いる集積回路４０の内部構成を簡略化して示している。１番ピン（ＩＮＶ）Ｐ１は集積回路４０内蔵の誤差増幅器（エラーアンプ）４０１の反転入力端子、２番ピン（ＣＯＭＰ）Ｐ２は誤差増幅器４０１の出力端子、３番ピン（ＭＵＬＴ）Ｐ３は乗算回路４０２の入力端子である。また、４番ピン（ＣＳ）Ｐ４はチョッパ電流検出端子、５番ピン（ＺＣＤ）Ｐ５はゼロクロス検出端子、６番ピン（ＧＮＤ）Ｐ６はグランド端子、７番ピン（ＧＤ）Ｐ７はゲートドライブ端子、８番ピン（Ｖｃｃ）Ｐ８は電源端子である。

集積回路４０は、８番ピンＰ８と６番ピンＰ６との間に、所定電圧以上の制御電源電圧が供給されると、制御電源４０３により基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２が生成され、且つ内部の各回路が動作可能となる。集積回路４０は、電源投入時、スタータ４０４によりフリップフロップ４０５のセット入力端子（図７中「Ｓ」）にスタートパルスが供給され、フリップフロップ４０５の出力（図７中「Ｑ」）がＨレベルとなり、駆動回路４０６を介して７番ピンＰ７がＨレベルになる。

７番ピンＰ７がＨレベルになると、図６に示す抵抗４１，４２で分圧された駆動電圧（ゲート信号）が、スイッチング素子１６２のゲート−ソース間に印加される。なお、スイッチング素子１６２のソース端子と直流電源回路１５の負極との間に挿入されている抵抗４３は、スイッチング素子１６２を流れる電流検出用の小抵抗であって、ゲート・ソース間の駆動電圧には殆ど影響しない。

駆動電圧が印加されることによりスイッチング素子１６２がオンになると、平滑コンデンサ１５２の正極から光源負荷３、インダクタ１６３、スイッチング素子１６２、抵抗４３を介して平滑コンデンサ１５２の負極へ電流が流れる。このとき、インダクタ１６３に流れるチョッパ電流は、インダクタ１６３が磁気飽和しない限り略直線的に上昇する電流となり、この電流は電流検出部としての抵抗４３により検出される。電流検出用の抵抗４３の両端間には、抵抗４４およびコンデンサ６２の直列回路が接続されており、抵抗４４とコンデンサ６２との接続点は集積回路４０の４番ピンＰ４に接続されている。これにより、抵抗４３にて検出された電流値に相当する電圧が集積回路４０の４番ピンＰ４に入力される。

集積回路４０は、４番ピンＰ４に入力された電圧値が、内部の抵抗４０７およびコンデンサ４０８からなるノイズフィルタを介して、コンパレータ４０９の「＋」入力端子に印加される。コンパレータ４０９は、１番ピンＰ１の印加電圧と３番ピンＰ３の印加電圧とにより決定される参照電圧が「−」入力端子に印加され、その出力がフリップフロップ４０５のリセット端子（図７中「Ｒ」）に入力されている。なお、ノイズフィルタを構成する抵抗４０７はたとえば４０ｋΩ、コンデンサ４０８はたとえば５ｐＦである。

そのため、集積回路４０は、４番ピンＰ４の電圧が参照電圧を超えると、コンパレータ４０９の出力がＨレベルとなり、フリップフロップ４０５のリセット端子にリセット信号が入力されてフリップフロップ４０５の出力がＬレベルとなる。このとき、集積回路４０は７番ピンＰ７がＬレベルになるので、図６のダイオード４５がオンになり、抵抗４６を介してスイッチング素子１６２がゲート−ソース間電荷が引き抜かれ、スイッチング素子１６２は速やかにオフする。スイッチング素子１６２がオフすると、インダクタ１６３に蓄積されていた電磁エネルギーが、ダイオード１６１を介して光源負荷３に放出される。

本実施形態では、抵抗４７，４８，４９およびコンデンサ５０，５１が、後述する信号発生回路２１（図８参照）からの矩形波信号Ｓ１を平均化しており、３番ピンＰ３には矩形波信号Ｓ１のデューティ比に応じた大きさの電圧が印加されている。これにより、コンパレータ４０９の参照電圧は、矩形波信号Ｓ１のデューティ比に応じて変化する。ここで、矩形波信号Ｓ１のデューティ比が大きくなる（Ｈレベルの時間が長くなる）と、参照電圧が大きくなるのでスイッチング素子１６２のオン時間は長くなる。一方、矩形波信号Ｓ１のデューティ比が小さくなる（Ｈレベルの時間が短くなる）と、参照電圧が小さくなるのでスイッチング素子１６２のオン時間は短くなる。

言い換えれば、制御回路４は、抵抗（電流検出部）４３で検出される電流が、矩形波信号Ｓ１によって決まる第１の所定値（参照電圧に相当）に達すると、スイッチング素子１６２をオフさせる。この第１の所定値を変化させることにより、スイッチング素子１６２のオン時間は変化するので、本実施形態における第１の調光状態と第３の調光状態では、この原理を利用してスイッチング素子１６２のオン時間を可変としている。

スイッチング素子１６２のオフ時間は、図６に示すように集積回路４０の７番ピンＰ７と５番ピンＰ５との間に直列接続されたダイオード５２と抵抗５３およびコンデンサ５４の並列回路と、コンデンサ５５と、トランジスタ５６と、抵抗５７とによって決定される。コンデンサ５５は５番ピンＰ５とグランドとの間に接続され、トランジスタ５６および抵抗５７は直列接続されコンデンサ５５と並列に接続されている。ここで、抵抗５８，５９，６０およびコンデンサ６１が後述する信号発生回路２１（図８参照）からの矩形波信号Ｓ２を平均化しており、矩形波信号Ｓ２のデューティ比に応じた大きさの電圧がトランジスタ５６のベース−エミッタ間に印加されている。

集積回路４０は、図７に示すように５番ピンＰ５に接続されたクランプ回路４１０を内蔵しており、５番ピンＰ５がここでは最大５．７Ｖでクランプされる。５番ピンＰ５が「−」入力端子に接続されたコンパレータ４１１は、５番ピンＰ５の入力電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ２（ここでは０．７Ｖ）以下になったときに出力がＨレベルになる。そのため、７番ピンＰ７がＨレベル（通常略１０〜１５Ｖ）のとき、５番ピンＰ５は５．７Ｖにクランプされているが、７番ピンＰ７がＬレベルになると、ダイオード５２がターンオフしコンデンサ５５がトランジスタ５６および抵抗５７を通して０．７Ｖまで放電する。

このポイントでコンパレータ４１１の出力はＨレベルとなる。そのため、コンパレータ４１１の出力端子に論理和回路４１２を介して接続されたフリップフロップ４０５がセットされ、フリップフロップ４０５の出力もＨレベルとなる。これにより、７番ピンＰ７が再びＨレベルとなってスイッチング素子１６２がオンとなる。それ以降も、制御回路４は同じ動作を繰り返すことによって、スイッチング素子１６２を高周波でオンオフ駆動する。

ここにおいて、矩形波信号Ｓ２のデューティ比が大きい（Ｈレベルの時間が長い）ほど、トランジスタ５６のベース−エミッタ間電圧が高くなり、トランジスタ５６に流れる電流も大きくなるので、コンデンサ５５は早く放電される。そのため、スイッチング素子１６２のオフ時間は短くなり、スイッチング素子１６２の発振周波数が高くなる。逆に、矩形波信号Ｓ２のデューティ比が小さく（Ｈレベルの時間が短く）なると、トランジスタ５６のベース−エミッタ間電圧が低くなり、トランジスタ５６に流れる電流も減少するので、コンデンサ５５からの放電も遅れることになる。そのため、スイッチング素子１６２のオフ時間は長くなり、スイッチング素子１６２の発振周波数が低くなる。

言い換えれば、制御回路４は、スイッチング素子の駆動信号により充電されるコンデンサ５５の両端電圧が所定の閾値（基準電圧Ｖｒｅｆ２）以下になると、スイッチング素子１６２をオンさせる。ここで、制御回路４は、矩形波信号Ｓ２によって決まる第２の所定値（トランジスタ５６のベース−エミッタ間電圧）により、コンデンサ３３の放電速度が決定されており、第２の所定値を変化させることにより、スイッチング素子１６２の発振周波数が変化する。そこで、本実施形態における第２の調光状態では、この原理を利用してスイッチング素子１６２の発振周波数を可変としている。

次に、図１または図６の点灯装置１に、調光比を決定するための調光信号を受けて矩形波信号Ｓ１，Ｓ２を発生する構成を付加した点灯装置１の全体構成について、図８を参照して説明する。なお、図８では、上述したフィルタ回路１４と直流電源回路１５とをまとめて直流電源生成部１４０として図示しており、直流電源生成部１４０におけるコンデンサ１４５，１４６は回路グランド（コンデンサ１５２の負極）を高周波的にフレームグランドに接続する。

図８において、点灯装置１は、図１または図６の構成に加え、調光信号線５を接続するための信号線コネクタ１７と、整流回路１８と、絶縁回路１９と、波形整形回路２０と、信号発生回路２１とを備えている。調光信号線５には、たとえば周波数が１ｋＨｚ、振幅が１０Ｖでデューティ比可変の矩形波電圧信号からなる調光信号が供給されている。

整流回路１８は、信号線コネクタ１７に接続されており、調光信号線５の配線を無極性化するための回路であって、この整流回路１８が設けられていることにより点灯装置１は調光信号線５を逆接続しても正常に動作する。つまり、整流回路１８は、信号線コネクタ１７に接続された全波整流器１８１と、全波整流器１８１の出力に直列接続された抵抗等のインピーダンス素子１８２およびツェナダイオード１８３とを備えている。これにより、整流回路１８は、入力された調光信号を全波整流器１８１で全波整流し、抵抗等のインピーダンス要素１８２を介してツェナダイオード１８３の両端に矩形波電圧信号を発生する。

絶縁回路１９は、フォトカプラ１９１を備え、調光信号線５と点灯装置１の制御回路４とを絶縁しながら、矩形波電圧信号を制御回路４に伝達する機能を有している。波形整形回路２０は、絶縁回路１９のフォトカプラ１９１から出力された信号を波形整形して、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号として出力する。したがって、調光信号線５を介して長い距離を伝送された矩形波電圧信号（調光信号）は、波形に歪みが生じていることがあるが、この波形整形回路２０によって歪みの影響は除去される。

ここにおいて、従来のインバータ方式の蛍光灯調光点灯装置においては、波形整形回路の後段にさらにＣＲ積分回路（平滑回路）などのローパスフィルタ回路を設け、アナログの調光電圧を生成し、この調光電圧に応じてインバータの周波数などを可変制御している。これに対して、本実施形態の点灯装置１は、波形整形後のＰＷＭ信号を信号発生回路２１に入力している。

信号発生回路２１は、図示は省略するがマイコン（マイクロコンピュータ）とその周辺部品とで構成されている。マイコンは、入力されるＰＷＭ信号のオン時間を内部のタイマで計測し、２種類の矩形波信号Ｓ１，Ｓ２を制御回路４に出力する。マイコンから出力される矩形波信号Ｓ１，Ｓ２は、上述したように制御回路４内の抵抗およびコンデンサにて平滑されるので、矩形波のデューティ比が大きい（Ｈレベルの時間が長い）ほど制御回路４における入力値は大きくなる。つまり、矩形波信号Ｓ１のデューティ比が大きいほど、矩形波信号Ｓ１を平滑した３番ピンＰ３の電圧Ｖ１は大きくなり、矩形波信号Ｓ２のデューティ比が大きいほど、矩形波信号Ｓ２を平滑したトランジスタ５６のベース−エミッタ間電圧Ｖ２は大きくなる。

次に、ＰＷＭ信号が変化したときの点灯装置１の動作について図９を参照して説明する。図９は、ＰＷＭ信号のデューティ比（オンデューティ）を横軸として、制御回路４の集積回路４０の３番ピンＰ３に印加される電圧Ｖ１を（ａ）に示し、トランジスタ５６のベース−エミッタ間電圧Ｖ２を（ｂ）に示している。なお、ＰＷＭ信号は調光信号に対して整流や波形整形が施されているだけであるから、ＰＷＭ信号のデューティ比は調光信号のデューティ比に相当する。

図９に示すように、ＰＷＭ信号のデューティ比が０〜５％の区間では、３番ピンＰ３の電圧Ｖ１とトランジスタ５６のベース−エミッタ間電圧Ｖ２とは、各々初期値に設定されている（Ｖ１＝ｖ１０，Ｖ２＝ｖ２０）。よって、この区間で点灯装置１は全点灯状態となり、降圧チョッパ回路１６のスイッチング素子１６２の発振周波数はｆ１、オン時間はｔ１となる。

ＰＷＭ信号のデューティ比が５〜３０％の区間には、第２の制御モードが割り当てられている。この区間では、信号発生回路２１はＰＷＭ信号のデューティ比の増加に伴い矩形波信号Ｓ１のデューティ比を小さくすることにより、３番ピンＰ３の電圧Ｖ１がｖ１１（＜ｖ１０）まで低下する。電圧Ｖ１が低下すると、スイッチング素子１６２のオン時間が短くなって負荷電流（光源負荷３へ供給される電流）は減少する。このとき、スイッチング素子１６２の発振周波数を略一定に保つために、信号発生回路２１は、矩形波信号Ｓ２のデューティ比を若干小さくして電圧Ｖ２を若干低下させ、コンデンサ５５の放電を遅らせてスイッチング素子１６２のオフ時間を若干長くしてもよい。この状態が第１の調光状態である。

ＰＷＭ信号のデューティ比が３０〜８０％の区間には、第３の制御モードが割り当てられている。この区間では、信号発生回路２１はＰＷＭ信号のデューティ比の増加に伴い矩形波信号Ｓ２のデューティ比を小さくすることにより、ベース−エミッタ間電圧Ｖ２がｖ２１（＜ｖ２０）まで低下する。電圧Ｖ２が低下すると、トランジスタ５６の引き込み電流が減少しコンデンサ５５の放電時間が長くなるので、スイッチング素子１６２のオフ時間が長くなり、発振周波数が低くなって負荷電流は減少する。このとき、３番ピンＰ３の電圧Ｖ１はｖ１１の値を保っているので、スイッチング素子１６２のオン時間は一定となる。この状態が第２の調光状態である。

ＰＷＭ信号のデューティ比が８０〜９０％の区間には、第２の制御モードが割り当てられている。この区間では、信号発生回路２１はＰＷＭ信号のデューティ比の増加に伴い矩形波信号Ｓ１のデューティ比を小さくすることにより、３番ピンＰ３の電圧Ｖ１がｖ１２（＜ｖ１１）まで低下する。電圧Ｖ１が低下すると、スイッチング素子１６２のオン時間がさらに短くなって負荷電流はさらに減少する。このとき、スイッチング素子１６２の発振周波数を略一定に保つために、信号発生回路２１は、矩形波信号Ｓ２のデューティ比を若干小さくして電圧Ｖ２を若干低下させ、コンデンサ５５の放電を遅らせてスイッチング素子１６２のオフ時間を若干長くしてもよい。この状態が第３の調光状態である。

ＰＷＭ信号のデューティ比が９０〜１００％の区間では、信号発生回路２１は矩形波信号Ｓ１，Ｓ２のデューティ比を一定に保つことにより、第３の調光状態を維持するように設定されている。あるいは、点灯装置１は、ＰＷＭ信号のデューティ比が９０〜１００％の区間では、３番ピンＰ３の電圧Ｖ１とベース−エミッタ間電圧Ｖ２との少なくとも一方をＬレベルにして降圧チョッパ回路１６の動作を停止させ、光源負荷３を消灯させてもよい。つまり、制御回路４は、矩形波信号Ｓ１で決まる第１の所定値（参照電圧に相当）と、矩形波信号Ｓ２で決まる第２の所定値（ベース−エミッタ間電圧Ｖ２）との少なくとも一方をゼロ以下として、スイッチング素子１６２のオンオフ動作を停止させてもよい。

また、制御回路４は、スイッチング素子１６２の発振周波数を１ｋＨｚ以上、望ましくは数ｋＨｚ以上の範囲で設定する。これにより、発振周波数が低下する第２または第３の調光状態でも、光源負荷３の点滅周波数は高くなり、たとえばカメラ撮影時に光源負荷３の点滅とシャッタスピード（露光時間）とが干渉することを回避できる。

以上説明した本実施形態の点灯装置１によれば、制御回路４は、スイッチング素子１６２のオン時間を変化させる第２の制御モードと、発振周波数を変化させる第３の制御モードとを任意に多段的に選択することによって、光源負荷３を調光点灯させている。したがって、点灯装置１は、第２の制御モードのみ、あるいは第３の制御モードのみで光源負荷３を調光点灯させる場合に比べて、光源負荷３をちらつかせることなく光源負荷３の調光範囲を広げることができる。その結果、点灯装置１は、比較的広範囲に亘って光源負荷３の明るさを精密に（細かく）調節することが可能である。

しかも、調光状態における調光比の調節は、マイコンを主構成とする信号発生回路２１によって行われるので、比較的簡単な構成で、光源負荷３の明るさを精密に（細かく）調節可能な点灯装置１を実現することができる。

また、点灯装置１は、光源負荷３の全点灯時、制御回路４がスイッチング素子１６２のオン時間および発振周波数が固定の第１の制御モードにて動作し、インダクタ１６３に電流が不連続に流れる臨界または不連続モードでスイッチング素子１６２がオンオフする。そのため、点灯装置１は、スイッチング素子１６２のオン時間と発振周波数との少なくとも一方を変化させて光源負荷３を調光点灯させる際にも、インダクタ１６３に電流が不連続に流れる臨界または不連続モードでスイッチング素子１６２がオンオフする。要するに、点灯装置１は、調光比にかかわらず常に断続モード（臨界モードまたは不連続モード）でスイッチング素子１６２をオンオフ動作させることになる。

ここで、断続モードでは、インダクタ１６３を流れる電流がゼロのタイミングでスイッチング素子１６２がオンするので、インダクタ１６３に休止区間なく電流が連続的に流れる連続モードに比べて、スイッチング素子１６２でのロス（損失）を低減できる。つまり、本実施形態の点灯装置１は、スイッチング素子１６２が常に断続モードで動作することにより、連続モードで動作する場合に比べて、スイッチング素子１６２でのロスを低減でき、高い回路効率を実現できるという利点がある。

なお、点灯装置１に入力される調光信号は、本実施形態ではデューティ比可変の矩形波であるが、これに限らずたとえば電圧値可変の直流電圧であってもよい。この場合、マイコンからなる信号発生回路２１は、調光信号の振幅（電圧値）に基づいて矩形波信号Ｓ１，Ｓ２のデューティ比を調整して調光制御を実現する。また、点灯装置１は、調光信号線５から調光信号を入力する構成に限らず、たとえば赤外線受光モジュールを設け、赤外線通信により調光信号を受信する構成であってもよい。

（実施形態２）
本実施形態の点灯装置１は、図１０に示すように制御回路４および制御用電源回路７の構成が実施形態１の点灯装置１と相違する。また、図１０の例では、５Ｖ、１ｋＨｚの矩形波電圧信号を調光信号として出力する外部調光器６が、調光信号線５を介して点灯装置１の信号線コネクタ１７に接続されている。以下、実施形態１と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。

直流電源回路１５は、本実施形態では全波整流器１５１の出力端に力率改善回路としての昇圧チョッパ回路を備えている。昇圧チョッパ回路は、全波整流器１５１の出力端間にインダクタ１５３とスイッチング素子１５４とが直列に接続され、スイッチング素子１５４の両端間にダイオード１５５と平滑コンデンサ１５２とが直列に接続された一般的な構成である。これにより、直流電源回路１５の出力端（平滑コンデンサ１５２の両端）には、交流電源２からの供給電圧を昇圧し平滑した直流電圧（略４１０Ｖ）が発生する。なお、昇圧チョッパ回路は、ＳＴマイクロエレクトロニクス社製の「Ｌ６５６２」からなる集積回路１５６とその周辺部品とで構成された制御回路にてスイッチング素子１５４をオンオフ制御することにより動作する。この種の昇圧チョッパ回路の動作は周知であるから、ここでは動作の説明は省略する。

本実施形態では、制御用電源回路７は、図１０に示すように平滑コンデンサ１５２に接続されるＩＰＤ素子７１と、その周辺部品とで構成されている。ＩＰＤ素子７１は、所謂インテリジェント・パワー・デバイスであって、たとえばパナソニック社製の「ＭＩＰ２Ｅ２Ｄ」が用いられる。ＩＰＤ素子７１は、ドレイン端子とソース端子とコントロール端子とを有する３ピンの集積回路であって、その内部に、パワーＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子７１１と、このスイッチング素子７１１をオンオフ制御する制御部７１２とを内蔵している。制御用電源回路７は、このＩＰＤ素子７１内蔵のスイッチング素子７１１と、インダクタ７２と、平滑コンデンサ７３と、ダイオード７４とで降圧チョッパ回路を構成している。また、制御用電源回路７は、ツェナダイオード７５と、ダイオード７６と、平滑コンデンサ７７と、コンデンサ７８とでＩＰＤ素子７１の電源回路を構成している。

上記構成により、制御用電源回路７は平滑コンデンサ７３の両端に一定電圧（たとえば略１５Ｖ）を発生し、この一定電圧が、後述する集積回路（３端子レギュレータ７９，マイコン８０，ドライバ回路８１）の制御用電源を供給する電源電圧ＶＣ１となる。したがって、ＩＰＤ素子７１が動作を開始するまでは、平滑コンデンサ７３が充電されていないため、他の集積回路（３端子レギュレータ７９，マイコン８０，ドライバ回路８１）はいずれも動作しない。

以下、制御用電源回路７の動作について説明する。

電源投入初期において、平滑コンデンサ１５２が全波整流器１５１の出力電圧により充電されると、ＩＰＤ素子７１のドレイン端子→コントロール端子→平滑コンデンサ７７→インダクタ７２→平滑コンデンサ７３の経路で電流が流れる。これにより、平滑コンデンサ７３は図１０に示す極性で充電され、ＩＰＤ素子７１に動作電圧を供給する。これにより、ＩＰＤ素子７１が動作を開始し、内蔵のスイッチング素子７１１がオンオフ動作する。

ＩＰＤ素子７１内蔵のスイッチング素子７１１がオンのとき、平滑コンデンサ１５２→ＩＰＤ素子７１のドレイン端子→ソース端子→インダクタ７２→平滑コンデンサ７３の経路で電流が流れ、平滑コンデンサ７３が充電される。スイッチング素子７１１がオフに切り替わると、インダクタ７２に蓄積されている電磁エネルギーがダイオード７４を介して平滑コンデンサ７３に放出される。これにより、ＩＰＤ素子７１とインダクタ７２とダイオード７４と平滑コンデンサ７３とからなる回路が降圧チョッパ回路として動作し、平滑コンデンサ７３の両端には、平滑コンデンサ１５２の電圧を降圧した電源電圧ＶＣ１が発生する。

また、ＩＰＤ素子７１内蔵のスイッチング素子７１１がオフのとき、ダイオード７４を介して回生電流が流れるが、インダクタ７２の両端電圧は、平滑コンデンサ７３の両端電圧とダイオード７４の順方向電圧との和の電圧にクランプされる。この和電圧から、ツェナダイオード７５のツェナ電圧とダイオード７６の順方向電圧とを差し引いた電圧が、平滑コンデンサ７７の両端電圧となる。ＩＰＤ素子７１に内蔵された制御部７１２は、平滑コンデンサ７７の両端電圧が一定となるように、スイッチング素子７１１のオンオフ動作を制御する。これにより、結果として平滑コンデンサ７３の両端電圧も一定（電源電圧ＶＣ１）となる。

平滑コンデンサ７３の両端に電源電圧ＶＣ１が発生すると、３端子レギュレータ７９がマイコン８０に５Ｖの電源供給を開始することにより、降圧チョッパ回路１６のスイッチング素子１６２のオンオフ制御も開始される。マイコン８０は、外部調光器６から調光信号が入力され、この調光信号に従って調光制御を行う。

制御回路４は、図１０に示すように、マイコン８０を備えており、内部のプログラムにより、降圧チョッパ回路１６のスイッチング素子１６２を駆動するための矩形波信号を発生する。マイコン８０は、２２番ピンＰ２２に入力される外部調光器６からの調光信号のオン時間（パルス幅）に応じて、スイッチング素子１６２を駆動するための矩形波信号を１９番ピンＰ１９から出力するように、プログラムが設定されている。さらに、制御回路４は、マイコン８０の１９番ピンＰ１９からの出力（矩形波信号）を受けてスイッチング素子１６２を実際に駆動するドライバ回路８１を備えている。これにより、マイコン８０は、外部調光器６からの調光信号を受けて、スイッチング素子１６２を制御することにより光源負荷３に流れる電流を制御して調光制御を実現する。

本実施形態では、３端子レギュレータ７９はたとえば東芝社製の「ＴＡ７８Ｌ０５」、マイコン８０はＲＥＮＥＳＡＳ社製の８ビットマイコン「７８Ｋ０／Ｉｘ２」、ドライバ回路８１はＭＡＸＩＭ社製の「ＭＡＸ１５０７０Ａ」である。なお、図１０の例では、光源負荷３への出力の脈動（リップル）を抑制する出力コンデンサ１６４を破線で示している。

ところで、本実施形態の点灯装置１は、調光信号のデューティ比（調光比）に応じて、光源負荷３を全点灯させる全点灯状態と、光源負荷３を調光点灯させる第１、第２の調光状態とを切り替えて動作する。ここでいう第１の調光状態は、スイッチング素子１６２のオン時間を略固定とし、スイッチング素子１６２の発振周波数を変化させる第３の制御モードによる点灯状態である。また、第２の調光状態は、第１の調光状態からさらに、スイッチング素子１６２の発振周波数を略固定とし、スイッチング素子１６２のオン時間を変化させる第２の制御モードを選択した点灯状態である。

次に、本実施形態に係る点灯装置１の動作について、図１１および図１２を参照して説明する。図１１では、横軸が外部調光器６からの調光信号（ＰＷＭ信号）のデューティ比（オンデューティ）、縦軸が負荷電流（光源負荷３へ供給される電流の実効値）および３０８ｍＡを全点灯（１００％）としたときの調光比（図中の括弧内）を表している。

まず、調光信号のデューティ比が０〜５％の区間では、マイコン８０は、スイッチング素子１６２を駆動するための一定の矩形波信号を１９番ピンＰ１９より出力する。本実施形態では、このときの矩形波信号は、発振周波数が３０ｋＨｚでオン時間が５．８μｓ、電圧値が５Ｖに設定されている。ドライバ回路８１は、この矩形波信号が入力されることにより、電圧値を１５Ｖに増幅し、降圧チョッパ回路１６のスイッチング素子１６２のゲートに入力し、スイッチング素子１６２をオンオフ駆動する。

このとき、点灯装置１は全点灯状態で動作しており、光源負荷３には平均が３０８ｍＡの電流が流れる（調光比１００％）。点灯装置１は、調光信号のデューティ比が５％に達するまでは、この状態（全点灯状態）を継続する。図１２は、横軸を時間軸として、この状態（全点灯状態）での光源負荷３の両端電圧を（ａ）に示し、光源負荷３に流れる電流を（ｂ）に示している。図１２（ｂ）の電流からわかるように、スイッチング素子１６２のオンオフ動作は不連続モードになっており、電流がゼロのタイミングでスイッチング素子１６２がオンするので、スイッチング素子１６２でのスイッチング損失（ロス）は少なくなる。

次に、調光信号のデューティ比が５〜８０％の区間には、第３の制御モードが割り当てられている。この区間では、マイコン８０は、調光信号のデューティ比の増加に伴い、１９番ピンＰ１９から出力する矩形波信号の発振周波数を徐々に低くする。本実施形態では、マイコン８０は、矩形波信号のオン時間を既定値（５．８μｓ）で略一定とし、オフ時間を調光信号のデューティ比の増加に伴い徐々に長くする。ここで、調光信号のデューティ比が８０％になると１９番ピンＰ１９から出力される矩形波信号の発振周波数が８ｋＨｚなるように、マイコン８０のプログラムが設定されている。このとき、点灯装置１は第１の調光状態で動作しており、光源負荷３に流れる電流の平均は１６３ｍＡ（調光比５３％）を下限として調節される。図１２は、横軸を時間軸として、この状態（第１の調光状態）での光源負荷３の両端電圧を（ｃ）に示し、光源負荷３に流れる電流を（ｄ）に示している。

調光信号のデューティ比が８０％以上の区間には、第２の制御モードが割り当てられている。この区間では、マイコン８０は、調光信号のデューティ比の増加に伴い、１９番ピンＰ１９から出力する矩形波信号のオン時間を徐々に短くする。本実施形態では、マイコン８０は、発振周波数は既定値（８ｋＨｚ）で略一定のまま、オン時間を調光信号のデューティ比に応じて変化させる。ここで、調光信号のデューティ比が９５％になると１９番ピンＰ１９から出力される矩形波信号のオン時間が０．５μｓとなるように、マイコン８０のプログラムが設定されている。このとき、点灯装置１は第２の調光状態で動作しており、光源負荷３に流れる電流の平均は２．５ｍＡ（調光比０．８％）を下限として調節される。図１２は、横軸を時間軸として、この状態（第２の調光状態）での光源負荷３の両端電圧を（ｅ）に示し、光源負荷３に流れる電流を（ｆ）に示している。

また、本実施形態では、点灯装置１は、ＰＷＭ信号のデューティ比が９５％以上の区間では、マイコン８０の１９番ピンＰ１９からの出力をＬレベルにして降圧チョッパ回路１６の動作を停止させ、光源負荷３を消灯させている（図１１参照）。

以上説明した本実施形態の点灯装置１によれば、制御回路４は、スイッチング素子１６２のオン時間を変化させる第２の制御モードと、発振周波数を変化させる第３の制御モードとを任意に多段的に選択することによって、光源負荷３を調光点灯させている。したがって、点灯装置１は、第２の制御モードのみ、あるいは第３の制御モードのみで光源負荷３を調光点灯させる場合に比べて、光源負荷３をちらつかせることなく光源負荷３の調光範囲を広げることができる。その結果、点灯装置１は、比較的広範囲に亘って光源負荷３の明るさを精密に（細かく）調節することが可能である。

しかも、調光状態における調光比の調節は、制御回路４のマイコン８０によって行われるので、比較的簡単な構成で、光源負荷３の明るさを精密に（細かく）調節可能な点灯装置１を実現することができる。

その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

ところで、上記各実施形態で説明した点灯装置１は、半導体発光素子（ＬＥＤモジュール）からなる光源負荷３と共に照明器具を構成する。照明器具１０は、図１３に示すように、ＬＥＤモジュール（光源負荷３）３０の器具筐体３２とは別のケースに電源ユニットとしての点灯装置１を収納し、リード線３１を介してＬＥＤモジュール３０と点灯装置１とが接続されている。これにより、照明器具１０は、ＬＥＤモジュール３０の薄型化が可能となり、別置型の電源ユニットとしての点灯装置１の設置場所の自由度が高くなる。

図１３の例では、器具筐体３２は、下面が開放された金属製の有底円筒状の筐体であって、開放面（下面）が光拡散板３３にて覆われている。ＬＥＤモジュール３０は、基板３４の一面に複数個（ここでは４個）のＬＥＤ３５が実装されてなり、器具筐体３２内に光拡散板３３と対向する向きで配置されている。器具筐体３２は、天井１００に埋め込まれており、天井裏に配置された電源ユニットとしての点灯装置１に、リード線３１およびコネクタ３６を介して接続されている。

なお、照明器具１０は、電源ユニットとしての点灯装置１がＬＥＤモジュール３０とは別体のケースに収納される電源別置型の構成に限らず、ＬＥＤモジュール３０と同一の筐体に点灯装置１を収納した電源一体型の構成であってもよい。

また、上記各実施形態で説明した点灯装置１は、照明器具１０に限らず、各種の光源、たとえば液晶ディスプレイのバックライトや、複写機、スキャナ、プロジェクタなどに用いられてもよい。また、点灯装置１からの電力供給を受けて発光する光源負荷３は、発光ダイオード（ＬＥＤ）に限らず、たとえば有機ＥＬ素子や半導体レーザ素子などの半導体発光素子であってもよい。

さらにまた、上記各実施形態では、降圧チョッパ回路１６は、直流電源回路１５の出力端の低電位（負極）側にスイッチング素子１６２、高電位（正極）側にダイオード１６１が接続されているが、この構成に限らない。すなわち、降圧チョッパ回路１６は、図１４（ａ）に示すように、スイッチング素子１６２が直流電源回路１５の出力端の高電位側に接続された構成であってもよい。

また、点灯装置１は、降圧チョッパ回路１６を適用した構成に限らず、図１４（ｂ）〜（ｄ）に示すように、降圧チョッパ回路以外の各種のスイッチング電源回路を直流電源回路１５と出力コネクタ１２との間に有していてもよい。図１４（ｂ）は昇圧チョッパ回路、図１４（ｃ）はフライバックコンバータ回路、図１４（ｄ）は昇降圧チョッパ回路を適用した場合を示している。

図１４（ｂ）の昇圧チョッパ回路は、直流電源回路１５の出力端間にインダクタ１６３およびスイッチング素子１６２を直列接続し、スイッチング素子１６２の両端間にダイオード１６１および出力コンデンサ１６４を直列接続して構成されている。図１４（ｃ）のフライバックコンバータ回路は、直流電源回路１５の出力端間にトランス１６６の一次巻線およびスイッチング素子１６２を直列接続し、トランス１６６の二次巻線にダイオード１６１および出力コンデンサ１６４を直列接続して構成されている。図１４（ｄ）の昇降圧チョッパ回路は、直流電源回路１５の出力端間にインダクタ１６３およびスイッチング素子１６２を直列接続し、インダクタ１６３の両端間にダイオード１６１および出力コンデンサ１６４を直列接続して構成されている。

１ 点灯装置
３ 光源負荷
４ 制御回路
１０ 照明器具
１５ 直流電源回路（直流電源）
１６ 降圧チョッパ回路
１６１ ダイオード
１６２ スイッチング素子
１６３ インダクタ
４３ 抵抗（電流検出部）
５５ コンデンサ

Claims (5)

1. 直流電源に直列接続されて高周波でオンオフ制御されるスイッチング素子と、前記スイッチング素子に直列に接続されて当該スイッチング素子のオン時に前記直流電源から電流が流れるインダクタと、前記スイッチング素子のオン時に前記インダクタに蓄積された電磁エネルギーを前記スイッチング素子のオフ時に半導体発光素子からなる光源負荷に放出するダイオードと、前記スイッチング素子のオンオフ動作を制御する制御回路と、前記スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出部と、前記スイッチング素子の駆動信号により充電されるコンデンサとを備え、
   前記制御回路は、
   前記スイッチング素子の制御モードとして、前記インダクタに臨界モードまたは不連続モードで電流が流れるように予め決められている発振周波数およびオン時間で前記スイッチング素子をオンオフ動作させる第１の制御モードと、前記スイッチング素子の発振周波数を固定し前記スイッチング素子のオン時間を変化させる第２の制御モードと、前記スイッチング素子のオン時間を固定し前記スイッチング素子の発振周波数を変化させる第３の制御モードとを有し、調光比を複数に分けてなる区間ごとに前記第２の制御モードと前記第３の制御モードとが割り当てられており、
   前記第１の制御モードを選択することにより前記光源負荷を全点灯させ、調光比が指定されると当該調光比が該当する前記区間に応じて前記第２の制御モードと前記第３の制御モードとの一方を選択して前記光源負荷を前記調光比で調光点灯させ、
   前記制御回路は、
   前記電流検出部で検出される電流が第１の所定値に達すると前記スイッチング素子をオフさせ、前記コンデンサの両端電圧が所定の閾値以下になると前記スイッチング素子をオンさせており、
   前記第１の所定値を変化させることにより前記スイッチング素子のオン時間を変化させ、前記コンデンサの放電速度を決める第２の所定値を変化させることにより前記スイッチング素子の発振周波数を変化させる
   ことを特徴とする点灯装置。
2. 前記制御回路は、前記第１の所定値および前記第２の所定値のうち少なくとも一方をゼロ以下とすることにより、前記スイッチング素子のオンオフ動作を停止させて前記光源負荷を消灯させることを特徴とする請求項１に記載の点灯装置。
3. 前記制御回路は、外部からの調光信号を受信して、当該調光信号によって決まる前記調光比に応じて前記スイッチング素子の制御モードを選択する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. 前記制御回路は、前記スイッチング素子の発振周波数を１ｋＨｚ以上の範囲で設定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の点灯装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の点灯装置と、当該点灯装置から電力供給される光源負荷とを備えることを特徴とする照明器具。

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