JP6111508B2 - 点灯装置及びそれを用いた照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、点灯装置及びそれを用いた照明器具に関するものである。

従来、直流電源回路部に流れる平均電流を変化させることにより、固体光源（例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）等）から出力される光強度を変化させる固体光源点灯装置があった（例えば特許文献１参照）。

特許文献１の固体光源点灯装置は、入力直流電源を電力変換して固体光源に直流電流を供給する降圧チョッパ回路を備える。降圧チョッパ回路は、入力直流電源の正極と負極との間に、固体光源とインダクタとスイッチング素子と電流検出部の直列回路が接続されており、固体光源とインダクタの直列回路には回生ダイオードが閉回路を構成するように並列接続されている。スイッチング制御手段がスイッチング素子をオン／オフすることで、固体光源に供給される電力が制御される。

スイッチング制御手段による制御方法として、臨界モードと不連続モードがある。臨界モードはインダクタのエネルギー放出が完了したタイミングでスイッチング素子をオンにする動作モードであり、不連続モードはインダクタのエネルギー放出が完了した後に休止期間を経てスイッチング素子をオンにする動作モードである。

特開２０１２−２３８７５５号公報

ところで、臨界モードでは、スイッチング制御手段はインダクタの電流がゼロになったことを検出してからスイッチング素子をオンにするため、スイッチングロスを小さくすることができる。臨界モードで動作する降圧チョッパ回路を用いて固体光源に供給する電流をより小さくするためには、スイッチング素子のオン／オフ周期をより短くする必要があるが、スイッチング素子のオン／オフ周期の最小値は、スイッチング制御手段の制御能力で定まる。そのため臨界モードで動作する降圧チョッパ回路では、スイッチング制御手段で制御可能な最も短い周期でスイッチング素子をオン／オフしても、固体光源に供給する電流を所望の電流値まで小さくできない場合がある。固体光源に供給する電流を小さくするためには、インダクタンスの値をより大きくしてインダクタンスの充放電時間をより長くし、且つスイッチング素子を流れる電流の閾値をより低く設定する必要がある。しかしながら、スイッチング素子がオンになると、スイッチング素子の両端間に接続されたスナバコンデンサの放電によりスパイクノイズが発生し、それに伴って発生した電流が閾値を超えると、スイッチング制御手段が誤動作する可能性がある。そのため、降圧チョッパ回路を臨界モードで動作させるためには、スイッチング素子を流れる電流の閾値をスパイクノイズに伴う電流の最大値よりも大きい値に設定する必要があり、より深い調光制御が制限されるという問題があった。

降圧チョッパ回路を不連続モードで動作させると、インダクタンスの充放電後に休止期間があるため、固体光源に供給する電流をより小さくすることができる。しかしながら、回生電流が流れている状態でスイッチング制御手段がスイッチング素子をオンにするとスイッチングロスが発生するため、臨界モードに比べてスイッチングロスが大きくなるという問題があった。また回生電流によって固体光源に供給される平均電流が変化するため、固体光源のちらつきが目立つ可能性があった。

本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、スイッチングロスとちらつきとを抑えつつより深い調光制御のできる点灯装置及びそれを用いた照明器具を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の点灯装置は、照明負荷に流れる電流をスイッチングするスイッチング素子と、前記照明負荷と直列に接続されたインダクタと、前記照明負荷及び前記インダクタの直列回路と並列に接続されて前記スイッチング素子のオフ時に前記インダクタの回生電流を前記照明負荷に流す電流経路を形成するダイオードと、前記スイッチング素子のオン／オフを制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記スイッチング素子をオンにする第１期間と、前記スイッチング素子がオフの状態で前記インダクタに蓄えられたエネルギーを放出させる第２期間と、前記インダクタからエネルギーの放出が完了した後に前記スイッチング素子のオフ状態を継続する第３期間を繰り返す一定周期の第１制御モードと、前記第１期間と前記第２期間と前記第３期間を繰り返し、前記第３期間において前記インダクタに流れる電流がゼロになるタイミングで前記スイッチング素子をオンにする第２制御モードとを有し、前記制御部は、所定の調光レベルで前記第１制御モードと前記第２制御モードとを切り替えることを特徴とする。

この発明において、前記制御部は、前記所定の調光レベル以上で前記第２制御モードに切り替え、前記所定の調光レベル未満で前記第１制御モードに切り替えることも好ましい。

この発明において、前記制御部は、入力される調光信号で前記第１制御モードと前記第２制御モードとを切り替えることも好ましい。

この発明において、前記制御部は、１チップの集積回路で構成されたことも好ましい。

本発明の照明器具は、前記した何れかの点灯装置と、前記点灯装置を保持した器具本体とを備えることを特徴とする。

本発明によれば制御部は、第１制御モードでは一定周期でスイッチング素子をオンにして平均出力電流の変動を軽減することで照明負荷のちらつきを抑えつつ、不連続モードにより平均電流をより小さくして照明負荷をより深い調光レベルで調光点灯させる。また制御部は、第２制御モードではインダクタを流れる電流がゼロになったタイミングでスイッチをオンにするため、不連続モードにおけるスイッチングロスを軽減することができる。さらに制御部は、所定の調光レベルで第１制御モードと第２制御モードとを切り替えるため、スイッチングロスとちらつきとを抑えつつより深い調光制御をすることができる。

本実施形態における点灯装置を示し、（ａ）は同上の概略的な回路図を示し、（ｂ）は同上における制御回路の概略的な回路図である。 （ａ）は調光信号とＤ／Ａ変換回路の出力の関係を示す図であり、（ｂ）はＤ／Ａ変換回路の出力と比較器ＣＰ３の出力の関係を示す図である。 （ａ）（ｂ）は同上の動作を説明するタイミング図である。 同上の第１制御モードの動作を説明するタイミング図である。 同上の第２制御モードの動作を説明するタイミング図である。 は同上の他の実施形態における制御回路の概略的な回路図である。 （ａ）は同上の調光信号とＤ／Ａ変換回路の出力の関係を示す図であり、（ｂ）は同上のＤ／Ａ変換回路の出力とオペアンプの出力の関係を示す図であり、（ｃ）は同上のオペアンプの出力と比較器ＣＰ３の出力の関係を示す図である。 （ａ）（ｂ）は本実施形態における照明器具の断面図である。

以下に、本実施形態の点灯装置及びそれを用いた照明器具について、図１〜図７を参照して説明する。

本実施形態の点灯装置１０は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）で構成された照明負荷３を点灯させるものである。点灯装置１０は、図１（ａ）に示すように、制御部１と降圧チョッパ回路２とを備える。

降圧チョッパ回路２は図１（ａ）に示すように、スイッチング素子ＳＷ１と、コイルＬ１（インダクタ）と、ダイオードＤ１とを有する。降圧チョッパ回路２の入力側には、直流電源回路９が接続される。

直流電源回路９は、全波整流回路１５と、昇圧チョッパ回路９ａと、コンデンサＣ１とを備えている。

全波整流回路１５は交流電源Ｖａｃから入力される電流を全波整流する。

昇圧チョッパ回路９ａは、スイッチング素子ＳＷ３と、制御回路１６と、コイルＬ２と、ダイオードＤ２とを備えている。コイルＬ２の一端は全波整流回路１５の高電圧側の出力端子に接続されており、コイルＬ２の他端と全波整流回路１５の低電圧側の出力端子との間にはスイッチング素子ＳＷ３が接続されている。コイルＬ２とスイッチング素子ＳＷ３との接続点には、ダイオードＤ２のアノードが接続されている。ダイオードＤ２のカソードと全波整流回路１５の低電圧側の出力端子との間には平滑用のコンデンサＣ１が接続されている。制御回路１６はスイッチング素子ＳＷ３を制御し、出力電圧（コンデンサＣ１の両端電圧）を一定に制御する。

スイッチング素子ＳＷ１は、例えばｎ型ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）で構成されている。スイッチング素子ＳＷ１のドレイン端子は直流電源回路９の正極に接続し、スイッチング素子ＳＷ１のゲート端子は後述する制御回路１１の出力端子Ｔ４に接続している。スイッチング素子ＳＷ１のソース端子はコイルＬ１の一端に接続されおり、コイルＬ１と直流電源回路９の負極の間に照明負荷３と抵抗Ｒｓ２とが直列に接続されている。

照明負荷３の両端には平滑用のコンデンサＣ２が並列に接続されている。照明負荷３と抵抗Ｒｓ２との接続点には、制御回路１１の入力端子Ｔ２が接続されている。

コイルＬ１には、コイルＬ１に流れる電流のゼロクロスを検出するために２次巻線ｎ１が設けられており、２次巻線ｎ１の一端は直流電源回路９の負極に接続され、２次巻線ｎ１の他端は抵抗Ｒｓ１を介して制御回路１１の入力端子Ｔ１に接続している。図４に示すように、入力端子Ｔ１に入力される電圧Ｖ１は、スイッチング素子ＳＷ１のオン時はＬレベルとなっている。スイッチング素子ＳＷ１がオンからオフに切り替わると電圧Ｖ１はＨレベルとなり、その後、コイルＬ１に流れる電流がゼロになると電圧Ｖ１はＨレベルからＬレベルに立ち下がる。したがって、制御回路１１は電圧Ｖ１の立ち下りからゼロクロスを検出できる。尚、コイルＬ１のゼロクロスを検出する回路は本実施形態に限定されず、適宜の回路に変更可能である。

スイッチング素子ＳＷ１のドレイン−ソース端子間には、雑音対策やサージ対策としてスナバコンデンサＣ３が接続されている。コイルＬ１とスイッチング素子ＳＷ１のソース端子との間にはダイオードＤ１のカソードが接続されており、ダイオードＤ１のアノードは直流電源回路９の負極に接続されている。ダイオードＤ１は、スイッチング素子ＳＷ１のオフ時にコイルＬ１の回生電流Ｉ３を照明負荷３に流す電流経路を形成する。

制御部１は、制御回路１１とＤ／Ａ変換回路１２とを備える。

Ｄ／Ａ変換回路１２は、外部から入力されるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号からなる調光信号ＳＮ１をアナログの電圧Ｄｉｍに変換して、制御回路１１の入力端子Ｔ３に出力する。

制御回路１１の構成を図１（ｂ）に基づいて説明する。

制御回路１１は、１チップの集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）で構成されており、入力端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３及び出力端子Ｔ４を有する。入力端子Ｔ３は比較器ＣＰ３のプラス入力端子と比較器ＣＰ２のマイナス入力端子に接続しており、比較器ＣＰ３のマイナス入力端子には電圧Ｖｂを供給する電源ＶＣＰ３が接続されている。比較器ＣＰ３の出力端子は、例えばｎ型ＭＯＳＦＥＴで構成されたスイッチング素子ＳＷ２のゲート端子に接続している。スイッチング素子ＳＷ２のソース端子はグランド端子に接続しており、ドレイン端子はフリップフロップ回路ＦＦ１の出力端子Ｑ１に接続している。入力端子Ｔ２は、比較器ＣＰ２のプラス入力端子に接続しており、比較器ＣＰ２の出力はフリップフロップ回路ＦＦ１のリセット端子Ｒ１とフリップフロップ回路ＦＦ２のリセット端子Ｒ２とに接続している。入力端子Ｔ１は比較器ＣＰ１のマイナス入力端子に接続しており、比較器ＣＰ１のプラス入力端子には電圧Ｖａを供給する電源ＶＣＰ１が接続している。比較器ＣＰ１の出力はワンショット回路４に入力される。ワンショット回路４は、信号が入力されると時間幅の短いパルス信号を出力する回路であり、比較器ＣＰ１から出力された信号が入力されると、パルス信号をフリップフロップ回路ＦＦ１のセット端子Ｓ１及びＯＲゲート１４に出力する。

ＯＲゲート１４には、ワンショット回路４から出力される信号と、フリップフロップ回路ＦＦ１の出力端子Ｑ１から出力される信号とが入力される。ＯＲゲート１４の出力はＡＮＤゲート１３に入力されている。ＯＲゲート１４は、ワンショット回路４又はフリップフロップ回路ＦＦ１の出力端子Ｑ１のうち少なくとも何れか一方の信号がＨレベルになると、出力の信号レベルがＨレベルになる。またＡＮＤゲート１３には、タイマ回路５の出力信号が入力されており、ＡＮＤゲート１３の出力はフリップフロップ回路ＦＦ２のセット端子Ｓ２に入力される。フリップフロップ回路ＦＦ２の出力端子Ｑ２は、ハイサイドドライブ回路６に接続しており、ハイサイドドライブ回路６はプッシュプル回路７を介して出力端子Ｔ４に接続している。ハイサイドドライブ回路６はスイッチング素子ＳＷ１を駆動させる駆動回路である。プッシュプル回路７は、スイッチング素子ＳＷ１のオン時にはハイサイドドライブ回路６の駆動電圧をスイッチング素子ＳＷ１に供給する。プッシュプル回路７は、スイッチング素子ＳＷ１のオフ時にはスイッチング素子ＳＷ１のゲート端子の電荷を逃がしてターンオフ時間をより短くする。

フリップフロップ回路ＦＦ２の出力端子Ｑ２は、タイマ回路５の入力端子に接続しており、タイマ回路５の出力端子はＡＮＤゲート１３に接続している。フリップフロップ回路ＦＦ２の出力端子Ｑ２の信号レベルがＨレベルになると、タイマ回路５は一定時間のカウントダウンを開始する。タイマ回路５は、一定時間のカウントを終了すると、出力信号の信号レベルをＬレベルからＨレベルに反転させる。尚、タイマ回路５が一定時間をカウントする方法はカウントダウンに限定されず、カウントアップでもよい。

本実施形態の点灯装置１０は、第１制御モードと第２制御モードの２つの制御モードを有し、制御部１が２つの制御モードを所定の調光レベルで切り替えて降圧チョッパ回路２を制御することにより、照明負荷３を調光点灯又は全点灯させる。第１制御モード及び第２制御モードはそれぞれ、１周期が第１期間と、第２期間と、第３期間とで構成されていて、第１期間〜第３期間を周期的に繰り返す。第１期間は、スイッチング素子ＳＷ１がオンになり、直流電源回路９から電力を供給されている期間である。第２期間はスイッチング素子ＳＷ１がオフに切り替えられた後に、コイルＬ１が第１期間に蓄えたエネルギーを放出する期間である。第３期間は、第２期間においてコイルＬ１がエネルギーの放出を完了した後に、スイッチング素子ＳＷ１がオフ状態を継続する期間である。第１制御モード及び第２制御モードはそれぞれ、第３期間を有しているので、降圧チョッパ回路２は不連続モードで動作する。

第１制御モードは、制御回路１１が降圧チョッパ回路２を不連続モードで動作させつつ、一定周期でスイッチング素子ＳＷ１をオンにする制御モードであり、所定の調光レベルよりも低い調光レベルで照明負荷３を調光点灯させる制御モードである。

制御回路１１は、調光信号ＳＮ１のデューティー比に基づいて第１制御モードと第２制御モードとを切り替える。調光信号ＳＮ１は図２（ａ）に示すように、より深い調光状態の調光レベルほどデューティー比がより大きくなるよう設定されたＰＷＭ信号である。Ｄ／Ａ変換回路１２は、図２（ａ）に示すように、デューティー比に応じた電圧Ｄｉｍを出力しており、デューティー比が大きくなるにつれて、Ｄ／Ａ変換回路１２から出力される電圧Ｄｉｍは低くなる。調光信号ＳＮ１のデューティー比が閾値Ｐの場合、Ｄ／Ａ変換回路１２の出力は電圧Ｖｂとなる。比較器ＣＰ３は、入力端子Ｔ３に入力された電圧と、電源ＶＣＰ３の電圧Ｖｂとの高低を比較する。デューティー比が閾値Ｐより大きい場合、図２（ｂ）に示すように、Ｄ／Ａ変換回路１２から出力される電圧Ｄｉｍは電圧Ｖｂよりも小さくなり、比較器ＣＰ３の出力はＬレベルになる。一方、比較器ＣＰ３の出力がＨレベルになると、制御回路１１は第２制御モードで動作する。

以下に第１制御モードにおける点灯装置１０の動作について図４を参照して説明する。

第１制御モードでは、比較器ＣＰ３の出力がＬレベルとなる。比較器ＣＰ３の出力はスイッチング素子ＳＷ２のゲート端子に入力されているが、比較器ＣＰ３の出力はＬレベルであるから、スイッチング素子ＳＷ２のドレイン−ソース間はオフになる。そのため、フリップフロップ回路ＦＦ１の出力端子Ｑ１から出力される信号は、そのままＯＲゲート１４に入力される。

制御回路１１がスイッチング素子ＳＷ１をオンにすると第１期間が開始される。制御回路１１はスイッチング素子ＳＷ１をオンにすると同時にタイマ回路５に一定時間のカウントダウンを開始させる。スイッチング素子ＳＷ１がオンになると、直流電源回路９によってコイルＬ１にコイル電流Ｉ１が流れる。コイル電流Ｉ１が流れると、コンデンサＣ２によってコイル電流Ｉ１を平滑化した出力電流Ｉ２が照明負荷３に流れ、照明負荷３が点灯する。コイルＬ１にコイル電流Ｉ１が流れることにより、コイルＬ１はエネルギーを蓄える。

出力電流Ｉ２は時間とともに増加し、出力電流Ｉ２の増加に応じて抵抗Ｒｓ２に発生する電圧Ｖ２が増加する。電圧Ｖ２は、入力端子Ｔ２を介して比較器ＣＰ２のプラス入力端子に接続されており、比較器ＣＰ２のマイナス入力端子には入力端子Ｔ３を介してＤ／Ａ変換回路１２から出力された電圧Ｄｉｍが入力されている。比較器ＣＰ２は、入力端子Ｔ２の電圧Ｖ２が入力端子Ｔ３の電圧Ｄｉｍを上回ると、Ｈレベルの信号をリセット端子Ｒ１及びリセット端子Ｒ２に出力する。これによりフリップフロップ回路ＦＦ１及びフリップフロップ回路ＦＦ２はそれぞれリセット状態となり、出力端子Ｑ１，Ｑ２からそれぞれＬレベルの信号が出力される。

フリップフロップ回路ＦＦ２が出力端子Ｑ２からＬレベルの信号をハイサイドドライブ回路６に出力する。ハイサイドドライブ回路６は、プッシュプル回路７を介して出力端子Ｔ４からＬレベルのスイッチング信号ＳＮ２を出力することにより、スイッチング素子ＳＷ１がオフになる。

スイッチング素子ＳＷ１がオフになると、第２期間が開始される。第２期間では、第１期間で蓄えたエネルギーをコイルＬ１が放出し、コイルＬ１→照明負荷３→抵抗Ｒｓ２→ダイオードＤ１→コイルＬ１の経路で電流が流れる。またスイッチング素子ＳＷ１がオフになると、電圧Ｖ１はＬレベルからＨレベルになる。

その後、エネルギーの放出が完了してコイル電流Ｉ１がゼロになると、第３期間に移行する。コイル電流Ｉ１がゼロになると、電圧Ｖ１はＬレベルになる。電圧Ｖ１が電圧Ｖａよりも低くなると、比較器ＣＰ１の出力がＨレベルになって、ワンショット回路４はパルス信号をフリップフロップ回路ＦＦ１のセット端子Ｓ１及びＯＲゲート１４に出力する。フリップフロップ回路ＦＦ１は図３（ａ）に示すように、セット端子Ｓ１からパルス信号が入力されるとセット状態となり、出力端子Ｑ１からＨレベルの信号を継続してＯＲゲート１４に出力し続ける。ＯＲゲート１４は、出力端子Ｑ１からパルス信号が入力されている間はＨレベルの信号を継続してＡＮＤゲート１３に出力し続ける。

第３期間では、コイル電流Ｉ１は、コイルＬ１とスナバコンデンサＣ３及びダイオードＤ１の寄生容量とにより自由振動状態となる。自由振動状態のコイル電流Ｉ１において、順方向（図１中の矢印の向き）に流れているコイル電流Ｉ１がゼロになると、電圧Ｖ１はＬレベルになる。電圧Ｖ１が電圧Ｖａよりも低くなると、比較器ＣＰ１の出力がＨレベルになって、ワンショット回路４はパルス信号をフリップフロップ回路ＦＦ１のセット端子Ｓ１及びＯＲゲート１４に出力する。

第３期間において、前回の第１期間の開始タイミングから一定時間が経過すると、タイマ回路５がＨレベルの信号をＡＮＤゲート１３に出力する。ＡＮＤゲート１３にはフリップフロップ回路ＦＦ１から出力されたＨレベルの信号が継続して入力され続けている。そのため、ＡＮＤゲート１３は、タイマ回路５からＨレベルの信号が入力されたタイミングでＨレベルの信号をフリップフロップ回路ＦＦ２のセット端子Ｓ２に出力する。

フリップフロップ回路ＦＦ２は、セット端子Ｓ２に入力されたＨレベルの信号によりセット状態となり、出力端子Ｑ２からＨレベルの信号をハイサイドドライブ回路６に出力する。ハイサイドドライブ回路６は、Ｈレベルの信号が入力されるとプッシュプル回路７を介して出力端子Ｔ４からＨレベルのスイッチング信号ＳＮ２をスイッチング素子ＳＷ１に出力して、スイッチング素子ＳＷ１をオンにする。スイッチング素子ＳＷ１がオンになると第１期間が開始され、タイマ回路５は一定時間のカウントダウンを開始する。

以上のように、第１制御モードにおける第１期間〜第３期間が周期的に繰り返される。不連続モードの１周期中には、コイルＬ１のエネルギー放出後に休止期間があるため、照明負荷３に供給される１周期あたりの出力電流Ｉ２は、臨界制御モードに比べて小さくなる。そのため、臨界制御モードに比べて不連続モードでは出力電流Ｉ２をより小さくすることができるので、不連続モードで動作する第１制御モードでは、より深い調光レベルで照明負荷３を調光点灯させることができる。また、制御回路１１が一定周期でスイッチング素子ＳＷ１をオンにすることにより、第１期間〜第３期間の１周期あたりの平均出力電流の変動が抑えられるので、より深い調光点灯時の照明負荷３のちらつきが抑えられる。

次に、第２制御モードにおける点灯装置１０の動作について説明する。

第２制御モードは、制御回路１１が降圧チョッパ回路２を不連続モードで動作させつつ、コイル電流Ｉ１のゼロクロスのタイミングでスイッチング素子ＳＷ１をオンにする制御モードである。第２制御モードは、調光信号ＳＮ１のデューティー比が閾値Ｐの時の調光レベル以上の、より明るい調光レベルで照明負荷３を調光点灯させるか、又は全点灯させるときの制御モードである。

第２制御モードでは、比較器ＣＰ３の出力がＨレベルとなるので、オン状態となったスイッチング素子ＳＷ２によってフリップフロップ回路ＦＦ１の出力が無効化されている。そのため第２制御モードでは、ＯＲゲート１４がＡＮＤゲート１３にＨレベルの信号を出力するタイミング及びＨレベルの出力継続期間が第１制御モードと異なる。ＯＲゲート１４の一方の入力端はスイッチング素子ＳＷ２を介してグランド端子に接続されている。図３（ｂ）に示すようにワンショット回路４からＯＲゲート１４にパルス信号が入力されると、ＯＲゲート１４は入力されたパルス信号をそのままＡＮＤゲート１３に出力する。尚、フリップフロップ回路ＦＦ１の動作及びＡＮＤゲート１３の動作を除いた第２制御モードの第１期間の動作は、第１制御モードの第１期間の動作と同様である。また、フリップフロップ回路ＦＦ１の動作及びＡＮＤゲート１３の動作を除いた第２制御モードの第２期間の動作も、第１制御モードの第２期間の動作と同様である。第２制御モードにおいて、ＡＮＤゲート１３の動作がスイッチング素子ＳＷ１のオン動作に影響を与えるのは第３期間である。そのため第２制御モードの第１期間及び第２期間の説明を省略し、第３期間の動作について図５を参照して説明する。

第２制御モードの第３期間では、コイル電流Ｉ１は自由振動状態となる。自由振動状態のコイル電流Ｉ１において、順方向（図１中の矢印の向き）に流れているコイル電流Ｉ１がゼロになると、電圧Ｖ１はＬレベルになる。電圧Ｖ１が電圧Ｖａよりも低くなると、比較器ＣＰ１の出力がＨレベルになって、ワンショット回路４はパルス信号をフリップフロップ回路ＦＦ１のセット端子Ｓ１及びＯＲゲート１４に出力する。ワンショット回路４から出力されるパルス信号はフリップフロップ回路ＦＦ１のセット端子Ｓ１にも入力されるが、出力端子Ｑ１はスイッチング素子ＳＷ２によってグランド端子に接続されて無効化されている。そのためＯＲゲート１４は図３（ｂ）に示すように、ワンショット回路４からパルス信号が入力されると、入力されたパルス信号をそのままＡＮＤゲート１３に出力する。

前回の第１期間の開始タイミングから一定時間が経過すると、タイマ回路５はＨレベルの信号を継続的にＡＮＤゲート１３に出力し続ける。タイマ回路５がＨレベルの信号を継続的にＡＮＤゲート１３に出力している状態で、ワンショット回路４がパルス信号をＯＲゲート１４に出力すると、ＡＮＤゲート１３はＨレベルの信号をセット端子Ｓ２に出力する。これによりフリップフロップ回路ＦＦ２はセット状態となってスイッチング素子ＳＷ１をオンにし、第１期間が開始される。

以上のように、第２制御モードでは、一定時間経過後におけるコイル電流Ｉ１のゼロクロス時に制御回路１１がスイッチング素子ＳＷ１をオンにするため、臨界制御モードと同様にスイッチングロスを軽減することができる。また、より高負荷の調光点灯時又は全点灯時のスイッチングロスを抑えることができるので、スイッチングロスの軽減の効果がより大きい。

また、制御回路１１は図６に示すように、入力端子Ｔ３と比較器ＣＰ３との間にオペアンプＯＰ１を備えていてもよい。オペアンプＯＰ１のプラス入力端子には抵抗ＲＩｓ１を介して入力端子Ｔ３が接続され、オペアンプＯＰ１のマイナス入力端子には抵抗ＲＩｓ１を介して入力端子Ｔ２が接続されている。オペアンプＯＰ１の出力端子とマイナス入力端子との間には抵抗ＲＩｓ２とコンデンサＣ４とがそれぞれ並列に接続されていて、オペアンプＯＰ１は、抵抗ＲＩｓ１，ＲＩｓ２で負帰還増幅回路を構成している。オペアンプＯＰ１の出力端子は、比較器ＣＰ３のプラス入力端子及び比較器ＣＰ２のマイナス入力端子に接続されており、オペアンプＯＰ１の出力電圧が比較器ＣＰ２の基準電圧となる。オペアンプＯＰ１は、出力目標値を入力端子Ｔ３に入力される調光レベルに応じた電圧にする出力フィードバック制御回路として作用し、このオペアンプＯＰ１の出力値を比較器ＣＰ２の基準電圧としている。これにより比較器ＣＰ２の基準電圧を可変できるため調光が可能であり、且つフィードバック制御できるため出力電流Ｉ２を一定に制御できる。

オペアンプＯＰ１は、図７（ｂ）に示すように、入力端子Ｔ３に入力される電圧Ｄｉｍに応じた大きさの電圧を出力する。Ｄ／Ａ変換回路１２は、図７（ａ）に示すように、調光信号ＳＮ１のデューティー比に応じた電圧Ｄｉｍを出力しており、調光信号ＳＮ１のデューティー比が閾値Ｐの場合、Ｄ／Ａ変換回路１２の出力は電圧Ｖｂとなる。Ｄ／Ａ変換回路１２の出力が電圧Ｖｂの場合、オペアンプＯＰ１の出力は電圧Ｖｃとなる。調光信号ＳＮ１のデューティー比が閾値Ｐより大きい場合、オペアンプＯＰ１の出力は電圧Ｖｃよりも小さくなり、図７（ｃ）に示すように比較器ＣＰ３の出力はＬレベルになって、制御回路１１は第１制御モードで動作する。一方、比較器ＣＰ３の出力がＨレベルになると、制御回路１１は第２制御モードで動作する。

ここで、本実施形態における点灯装置１０を備えた照明器具について図８を参照して説明する。尚、以下の説明では図８（ａ）に示す向きを基準として上下方向を規定して説明するが、この方向は説明の便宜上定義するものであり、実際の使用状態での方向を上記の方向に限定するものではない。

本実施形態の照明器具は、図８（ａ）に示すように天井３０の裏面（上面）において器具本体２０と点灯装置１０とを別々に配置した照明器具であり、器具本体２０は天井３０に埋込設置されている。

器具本体２０は、例えばアルミダイカスト等の金属製であって、下端部が開口した有底円筒状に形成されており、器具本体２０内側の上底部には光源部２１が設けられている。光源部２１は、基板２２と、基板２２に設けられた複数（本実施形態では３つ）のＬＥＤ８とで構成されていて、各ＬＥＤ８は、器具本体２０の開口面（下方向）に光を照射する。光源部２１は、コネクタ２６を介してリード線２５によって点灯装置１０に接続している。器具本体２０の開口面には透光板２３が設けられており、各ＬＥＤ８から下方向に照射された光を透光板２３が器具本体２０の外部空間に拡散させる。

また、本実施形態の照明器具は、図８（ｂ）に示すように器具本体２０が点灯装置１０及び光源部２１を備えていてもよい。基板２２の上面には、例えばアルミ板や銅板で形成された放熱板２４が設けられており、放熱板２４の一部は器具本体２０に接している。そのため、各ＬＥＤ８で発生した熱が放熱板２４及び器具本体２０を介して器具本体２０の外部に放出される。

以上説明したように、本実施形態の点灯装置１０は、照明負荷３に流れる出力電流Ｉ２をスイッチングするスイッチング素子ＳＷ１と、コイルＬ１（インダクタ）と、ダイオードＤ１と、スイッチング素子ＳＷ１のオン／オフを制御する制御部１とを備える。コイルＬ１は照明負荷３と直列に接続されていて、ダイオードＤ１は照明負荷３及びコイルＬ１の直列回路と並列であってコイルＬ１の回生電流Ｉ３を照明負荷３に流す向きに接続される。制御部１は、第１制御モードと第２制御モードとを有する。第１制御モードは、第１期間と第２期間と第３期間を一定周期で繰り返す。第１期間はスイッチング素子ＳＷ１をオンにする期間である。第２期間はスイッチング素子ＳＷ１がオフの状態でコイルＬ１に蓄えられたエネルギーを放出させる期間である。第３期間はコイルＬ１からエネルギーの放出が完了した後にスイッチング素子ＳＷ１のオフ状態を継続する期間である。第２制御モードは、第１期間と第２期間と第３期間を繰り返し、第３期間においてコイルＬ１に流れるコイル電流Ｉ１がゼロになるタイミングでスイッチング素子ＳＷ１をオンにする。制御部１は、所定の調光レベルで第１制御モードと第２制御モードとを切り替える。

制御部１は、第１制御モードでは一定周期でスイッチング素子ＳＷ１をオンにして平均出力電流の変動を軽減することで照明負荷３のちらつきを抑えつつ、不連続モードにより平均電流をより小さくして照明負荷３をより深い調光レベルで調光点灯させる。また制御部１は、第２制御モードではコイルＬ１を流れるコイル電流Ｉ１がゼロになるタイミングでスイッチング素子ＳＷ１をオンにするため、不連続モードにおけるスイッチングロスを軽減することができる。さらに制御部１は、所定の調光レベルで第１制御モードと第２制御モードとを切り替えるため、スイッチングロスとちらつきとを抑えつつより深い調光制御をすることができる。

制御部１は、所定の調光レベル以上で第２制御モードに切り替え、所定の調光レベル未満で第１制御モードに切り替えることも好ましい。制御部１は、所定の調光レベル以上で第２制御モードに切り替えるため、照明負荷３の高出力点灯時に伴うより大きなスイッチングロスの発生を軽減できる。また制御部１は、所定の調光レベル未満で第１制御モードに切り替えて、一定周期でスイッチング素子ＳＷ１をオンにして出力電流の変動を抑制するため、照明負荷３がより深い調光レベルで調光点灯してもちらつきを抑えることができる。

制御部１は、入力される調光信号ＳＮ１で第１制御モードと第２制御モードとを切り替えることも好ましい。制御部１は、入力される調光信号ＳＮ１のデューティー比に基づいて第１制御モードと第２制御モードとを切り替えるので、Ｄ／Ａ変換回路１２に入力する調光信号ＳＮ１を変更するだけで第１制御モードと第２制御モードとが切り替わる。

制御部１は、１チップの集積回路で構成されたことも好ましい。制御部は１チップのＩＣで構成されるので、点灯装置１０をより小型化することができる。

本実施形態の照明器具は、上述した点灯装置１０と、点灯装置１０を保持した器具本体２０とを備える。本実施形態の点灯装置１０により、スイッチングロスとちらつきとを抑えつつより深い調光制御ができる照明器具を提供することができる。

尚、スイッチング素子ＳＷ１がオンになると、スナバコンデンサＣ３によるスパイクノイズが発生するが、本実施形態における最も深い調光レベルの電圧の閾値は、スパイクノイズの最大電圧値よりも高い電圧値に設定されている。そのため、スイッチング素子ＳＷ１のオン時に制御回路１１がスパイクノイズによって誤動作しにくくなる。また、本実施形態において、比較器ＣＰ３のマイナス入力端子には一定の電圧Ｖｂを与える電源ＶＣＰ３が接続されているが、出力電圧を変えることができる適宜の電源が比較器ＣＰ３のマイナス入力端子に接続されていてもよい。比較器ＣＰ３のマイナス入力端子に入力される電圧値を変えることにより、第１制御モードと第２制御モードとが切り替わる調光レベルの閾値を変えることができる。

１ 制御部
２ 降圧チョッパ回路
３ 照明負荷
４ ワンショット回路
５ タイマ回路
６ ハイサイドドライブ回路
７ プッシュプル回路
８ ＬＥＤ
９ 直流電源回路
１０ 点灯装置
１１ 制御回路
１２ Ｄ／Ａ変換回路
１３ ＡＮＤゲート
１４ ＯＲゲート
２０ 器具本体
Ｃ３ スナバコンデンサ
ＣＰ１〜ＣＰ３ 比較器
Ｄ１ ダイオード
ＦＦ１，ＦＦ２ フリップフロップ回路
Ｉ１ コイル電流
Ｉ２ 出力電流
Ｉ３ 回生電流
Ｌ１ コイル（インダクタ）
ｎ１ ２次巻線
ＯＰ１ オペアンプ
ＳＮ１ 調光信号
ＳＮ２ スイッチング信号
ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチング素子
Ｔ１〜Ｔ３ 入力端子
Ｔ４ 出力端子
ＶＣＰ１，ＶＣＰ３ 電源

Claims (5)

1. 照明負荷に流れる電流をスイッチングするスイッチング素子と、前記照明負荷と直列に接続されたインダクタと、前記照明負荷及び前記インダクタの直列回路と並列に接続されて前記スイッチング素子のオフ時に前記インダクタの回生電流を前記照明負荷に流す電流経路を形成するダイオードと、前記スイッチング素子のオン／オフを制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記スイッチング素子をオンにする第１期間と、前記スイッチング素子がオフの状態で前記インダクタに蓄えられたエネルギーを放出させる第２期間と、前記インダクタからエネルギーの放出が完了した後に前記スイッチング素子のオフ状態を継続する第３期間を繰り返す一定周期の第１制御モードと、
   前記第１期間と前記第２期間と前記第３期間を繰り返し、前記第３期間において前記インダクタに流れる電流がゼロになるタイミングで前記スイッチング素子をオンにする第２制御モードとを有し、
   前記制御部は、所定の調光レベルで前記第１制御モードと前記第２制御モードとを切り替えることを特徴とする点灯装置。
2. 前記制御部は、前記所定の調光レベル以上で前記第２制御モードに切り替え、前記所定の調光レベル未満で前記第１制御モードに切り替えることを特徴とする請求項１に記載の点灯装置。
3. 前記制御部は、入力される調光信号で前記第１制御モードと前記第２制御モードとを切り替えることを特徴とする請求項１又は２の何れかに記載の点灯装置。
4. 前記制御部は、１チップの集積回路で構成されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の点灯装置。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の点灯装置と、前記点灯装置を保持した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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