JP6116153B2

JP6116153B2 - 照明用ｌｅｄ電源装置

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Publication number: JP6116153B2
Application number: JP2012170863A
Authority: JP
Inventors: 稔松本
Original assignee: Eye Lighting Systems Corp
Current assignee: Eye Lighting Systems Corp
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2012-08-01
Publication date: 2017-04-19
Anticipated expiration: 2032-08-01
Also published as: JP2014032748A

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子の点灯用の照明用ＬＥＤ電源装置に関し、特にその調光制御に関する。

近年ＬＥＤ素子の性能が高くなってきておりＬＥＤ素子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。さらに汎用の照明器具分野での採用も始まっている。

従来の放電灯では寿命や発光色の変化等の問題のために、ゼロから１００パーセントまでの連続調光はできないと考えられていた。一方、照明用ＬＥＤ素子では小さな電流でも点灯維持できるものが多くあり、また、実際の点灯電流は小さいのに人の視覚ではそれ程暗く感じられないという事情もあって、ゼロから１００パーセントまでの広い範囲で連続調光を可能にする照明器具への期待が高い。また、このような連続調光が可能になれば、状況に応じた光量調整の幅が広がるので省エネ対策に役立つ。

しかし、光量調整の幅を広げることができたとしても、照明器具の電源装置内での電力ロスが大きいままでは真の省エネ対策にはならない。電源装置内での電力ロスを回避できる高効率の点灯制御技術として、ソフトスイッチング制御が知られている（特許文献１参照）。まず、一般的な直流電源回路におけるソフトスイッチング制御について簡単に説明する。

図５は交流電源ＡＣからの交流電圧を整流回路２１で整流し、降圧チョッパ回路２３で点灯電圧まで降圧することによって、所定の直流電圧を照明負荷に印加することができる直流電源回路を示す。降圧チョッパ回路２３はスイッチング素子Ｑ１、インダクタＬ１、ダイオードＤ１、出力コンデンサＣ１およびスイッチング素子Ｑ１をオンオフ制御する制御回路２４から構成され、出力コンデンサＣ１の両端に照明負荷が接続されている。制御回路２４は、出力コンデンサＣ１の両端電圧を点灯電圧Ｖｌａとして検出し、点灯電圧Ｖｌａに応じてスイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数又はオンデューティ（オン幅）を決めてオンオフ信号Ｓを生成する。オンオフ信号に基づいてスイッチング素子Ｑ１が駆動することによって照明負荷に印加する電圧が調整される。

降圧チョッパ回路２３のスイッチング素子Ｑ１のオンオフ駆動によって生じる電力ロスについて図６を使って説明する。図６（Ａ）はスイッチング素子Ｑ１のオンオフ信号Ｓを示し、図６（Ｂ）はインダクタに流れる電流ＩＬを示す。インダクタ電流ＩＬが休止時間ｔａのある不連続電流となるように、制御回路２４がスイッチング素子Ｑ１をオフからオンに切り替えるタイミングを制御（不連続モード）している。オフ状態でインダクタの電流ＩＬが減少する間、スイッチング素子Ｑ１のドレイン−ソース間の電圧Ｖｄｓは同図（Ｃ）のようにスイッチング素子Ｑ１自身の静電容量に応じた電圧Ｖｃｏを示す。一方、インダクタの電流ＩＬが略ゼロになって休止時間ｔａに入ると、スイッチング素子Ｑ１のドレイン−ソース間に蓄積されていた静電エネルギが放出される。つまり、スイッチング素子Ｑ１とインダクタＬ１とが静電エネルギと磁気エネルギの２つの状態でエネルギ交換を始める。スイッチング素子Ｑ１の出力容量とインダクタＬ１とが直列共振回路を構成するからである。休止時間ｔａ中、このエネルギ交換は減衰しながら振動し、電圧Ｖｄｓは減衰振動の波形を描く。

不連続モードでは、スイッチング素子Ｑ１が休止時間ｔａ中にオンするので、スイッチング素子Ｑ１の出力容量に伴う損失、つまり、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓに基づく電力ロスを避けられない。そこで、ソフトスイッチング制御では、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように電圧Ｖｄｓが減衰振動の底（極小値）になるタイミングでスイッチング素子をオンして、電圧Ｖｄｓに基づく電力ロスを最小限に抑えている。つまり、ソフトスイッチング制御とは、インダクタＬに電流が流れない区間で電圧Ｖｄｓが減衰振動を行うことに着目し、スイッチング素子の電圧Ｖｄｓが極小となるタイミングに合わせてスイッチング素子をオンに切り替えて、スイッチング回路の回路損失を低減させるという制御である。

特開２０１１−１４６１６４号公報（図６〜８）

しかし、ソフトスイッチング制御による高い回路効率の維持と、先に説明したゼロから１００パーセントまでの連続調光との両立は次のような課題があって実現が困難だった。調光制御は一般的にオンオフ信号（連続パルス）のオン幅を変化させて、降圧チョッパ回路から出力される点灯電流を増減させることによって行なわれる。図８（Ａ）〜（Ｃ）にスイッチング周波数を変えずにオン幅だけを狭くして減光を行なった場合の各波形を示す。ソフトスイッチング制御を切っているため同図（Ｃ）に示すように電力ロスが最小にならず、回路効率が低下する。

この状態でソフトスイッチング制御を実行する場合の各波形を図９（Ａ）〜（Ｃ）に示す。ソフトスイッチング制御の実行によりスイッチング周期が短くなると、休止時間ｔａの開始タイミングが早まって次のオン切り替えのタイミングも早くなる。降圧チョッパ回路からの点灯電流を減少させるためにオン幅を狭くしているのに、ソフトスイッチング制御が点灯電流の減少をキャンセルする方向に作用してしまう。ソフトスイッチング制御を実行したままゼロパーセント近くまで調光率を下げようとすると、スイッチング周波数が１ＭＨｚを超えてしまう場合もあって、スイッチング素子自体が破損してしまう原因にもなる。このように、ソフトスイッチング制御を有効にすると、オン幅を狭く（または広く）した分だけスイッチング周波数が増加（または減少）するので、広い範囲での連続調光ができないという課題があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、高い回路効率を維持しつつ、広い範囲での連続調光を実行できる照明用ＬＥＤ電源回路を提供することを目的とする。

発明者は、連続調光を行なっても従来のソフトスイッチング制御が有効に作用するように、次のようなオンオフ信号を生成してスイッチング素子を駆動させるという点に着目した。まず、図１のように定格でＬＥＤ素子を点灯する際のスイッチング素子のオンオフ信号Ｓ１をソフトスイッチング制御により生成する。この信号Ｓ１を「連続オンオフ信号」と呼ぶ。この信号でスイッチング素子を駆動すれば調光率１００％での点灯が得られる。この連続オンオフ信号Ｓ１のオン幅は、ＬＥＤ素子の点灯電流が定格値となるように、入力電圧の検出値、スイッチング素子のドレイン電圧およびソース電圧の各検出値に基づいて演算により算出される。ソフトスイッチング制御によりインダクタ電流ＩＬは図１のように不連続になるが、このインダクタ電流ＩＬが平滑化された連続電流がＬＥＤ負荷へ供給される。また、オン切り替えのタイミングは、インダクタを流れる電流ＩＬがほぼゼロになるタイミングに合わせる。例えば、図７（Ａ）のオンオフ信号Ｓと同様にスイッチング素子のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓの検出値に基づいて、これが極小値となるタイミングに合わせてもよい。これにより連続オンオフ信号Ｓ１のスイッチング周波数は１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲内になる。このような連続オンオフ信号Ｓ１はＬＥＤ素子を最も効率よく点灯できるオンオフ信号と言え、調光率の設定値の影響を受けずに生成される。

また、連続オンオフ信号Ｓ１から独立して、別途、所望の調光率に応じた「ゲート信号」を生成する。ゲート信号は調光率の情報のみを持った信号であり、例えば、図２（Ａ）のように間欠オンオフの実行時間とその停止時間の合計を一定にしておいて実行時間だけを調光率に応じて変化させる信号Ｓ２でもよい。ゲート信号Ｓ２の周波数は１００Ｈｚ〜１ｋＨｚの範囲内に設定される。

２つの信号（連続オンオフ信号Ｓ１とゲート信号Ｓ２）はマイクロコンピュータなどでそれぞれ演算して取得することができる。そして２つの信号はゲート回路等において掛け合わされて図２（Ｃ）のような間欠的なオンオフ信号Ｓ３になる。このような間欠オンオフ信号Ｓ３によりスイッチング素子を駆動させれば、目的の効果が得られることを見出し本発明の完成に至った。

すなわち、本発明に係る照明用ＬＥＤ電源装置は、ＬＥＤ負荷への直流電流の大きさを制御して調光を行なう照明用ＬＥＤ電源装置であって、
直流電圧供給回路と、
スイッチング素子およびインダクタの直列回路を含み前記直流電圧供給回路からの直流電圧をＬＥＤ負荷の点灯電流に変換する変換回路と、
前記変換回路からの点灯電流をＬＥＤ負荷に出力する出力回路と、
オンオフを繰り返す連続オンオフ信号および該連続オンオフ信号よりも長い周期で開閉を繰り返すゲート信号をそれぞれ生成して、これら２つの信号を掛け合わせて得られる間欠オンオフ信号を使って前記スイッチング素子を間欠的にオンオフ駆動制御する制御回路と、前記スイッチング素子のドレイン‐ソース間電圧を検出するタイミング検出回路と、を備える。

前記変換回路は、前記スイッチング素子のオン状態で前記直列回路に直流電圧を印加して前記インダクタに磁場エネルギを蓄積し、前記スイッチング素子のオフ状態で前記インダクタの磁場エネルギを放出して前記出力回路を介して前記ＬＥＤ負荷に出力する。

前記制御回路は、
前記ＬＥＤ負荷を定格で点灯するのに必要なオン幅を決めて、オフ状態で前記ドレイン‐ソース間電圧が極小値になるタイミングでオンに切り替わるように、前記連続オンオフ信号を生成する連続オンオフ信号生成部と、
指定された調光率に基づいて前記スイッチング素子の間欠的なオンオフ駆動の実行時間と停止時間を決めて前記実行時間をゲート開とし前記停止時間をゲート閉とする前記ゲート信号を生成するゲート信号生成部とを有すること特徴とする。
ここで、前記連続オンオフ信号生成部は、前記スイッチング素子の電力ロスが最小になるように、前記連続オンオフ信号のオフ幅およびスイッチング周波数を決め、前記調光率に関わらず一定の信号を生成することが好ましい。
また、前記ゲート信号生成部は、マイクロコンピュータで構成され、２進の数値データで表された前記調光率の信号を演算処理して前記ゲート信号を生成することが好ましい。
さらに、前記制御回路は、前記調光率を表す外部から受信した前記調光率を表すＰＷＭ信号を直流電圧化する積分回路と、前記積分回路からの直流電圧を前記２進の数値データに変換するＡ／Ｄ変換と、を有することが好ましい。

以上の構成によれば、スイッチング素子をソフトスイッチング制御するための基準信号になる連続オンオフ信号が生成されるとともに、これとは独立して調光制御のためのゲート信号が生成されてゲートが開の場合にだけ連続オンオフ信号がスイッチング素子に向けて出力されるようになる。つまり、連続オンオフ信号とゲート信号を掛け合わせた間欠オンオフ信号によってスイッチング素子が間欠的にオンオフ駆動する。ここで連続オンオフ信号はスイッチング素子の電力ロスが最小になるように決められたオフ幅とスイッチング周波数で生成される。この連続オンオフ信号は調光率に関わらず一定の信号になる。またゲート信号は調光率の情報のみを有し、ゲート信号の開時間によって出力ゲート回路などのゲートが開く時間が調整される。従って、２つの信号を掛け合わせた間欠オンオフ信号を使ってスイッチング素子を駆動することにより、高い回路効率を維持したままでＬＥＤ負荷をゼロから１００パーセントまでの広い範囲で連続調光することが可能になる。また、このような照明用ＬＥＤ電源装置は省エネ対応にも有効である。

本発明の照明用ＬＥＤ電源装置で使用する連続オンオフ信号についてインダクタ電流およびドレイン−ソース間電圧との関係を説明する図である。本発明の照明用ＬＥＤ電源装置で使用する連続オンオフ信号、ゲート信号および間欠オンオフ信号の関係を示す図である。本発明の照明用ＬＥＤ電源装置の全体構成図である。前記ゲート信号とＬＥＤ負荷の点灯電流との関係を示す図である。従来の照明用直流電源装置の全体構成図である。従来の電源装置における電力ロスを説明するための図である。従来のソフトスイッチング制御を説明するための図である。ソフトスイッチング制御と調光制御の両立が困難であることの説明図。ソフトスイッチング制御と調光制御の両立が困難であることの説明図。

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３は照明用ＬＥＤ電源装置の全体構成図である。この電源装置は、交流電源ＡＣからの交流電力を受けてＬＥＤ素子列（ＬＥＤ負荷）３に直流電流を供給するためのもので、主な構成としてダイオード・ブリッジ１、力率改善回路２、降圧チョッパ回路（変換回路）１２および制御回路５を有して構成されている。

交流電源ＡＣの交流電力はダイオード・ブリッジ１で全波整流された後、ダイオード・ブリッジ１の出力端間に接続された平滑コンデンサＣ１によって平滑化されて直流電圧になって力率改善回路２に入力される。

力率改善回路２は、ダイオード・ブリッジ１の後段に接続され、ダイオード・ブリッジ１に入力される交流電流を歪みのない正弦波に整形し、振幅一定の安定化した直流電流を高効率で生成する。また、力率改善回路２の出力電圧は、ＬＥＤ素子列３の点灯電圧を超える値まで昇圧されており、電解コンデンサＣ２を充電する。この電解コンデンサＣ２は本発明の直流電圧供給回路に相当する。電解コンデンサＣ２に充電された直流電圧は降圧チョッパ回路１２によりＬＥＤ素子列３に必要な点灯電圧まで降圧される。降圧チョッパ回路１２の出力端子間には出力コンデンサＣ３およびＬＥＤ素子列３が並列に接続されている。降圧チョッパ回路１２からの点灯電流は、出力コンデンサＣ３で平滑化され連続する直流電流となってＬＥＤ素子列３に供給されてこれを点灯する。

力率改善回路２の具体的な構成を省略するが、例えば昇圧チョッパ回路で構成する場合を簡単に説明する。昇圧チョッパ回路は、平滑コンデンサＣ１の正極端子に一端部が接続されたインダクタと、このインダクタの他端部と平滑コンデンサＣ１の負極端子との間に接続されたスイッチング素子と、インダクタとスイッチング素子間の接続点にアノードが接続されたダイオードとを備えている。電解コンデンサＣ２は、ダイオードのカソードと平滑コンデンサＣ１の負極端子とを結ぶようにして設けられている。昇圧チョッパ回路のスイッチング素子が整流電流を断続することによってこれを昇圧し、ＬＥＤ素子列３に必要な負荷電圧を超える直流電圧を生成する。

降圧チョッパ回路１２は、図３に示すようにスイッチング素子（ＭＯＳ−ＦＥＴ）Ｑ１をオンオフ駆動して所定の大きさに調整された直流電流をＬＥＤ素子列３に供給するためのものであり、具体的には次の構成になっている。なお図３中の３つの下向き三角形で表わす端子Ａは互いに接続されていて電源装置のグラウンドライン上にある。降圧チョッパ回路１２はスイッチング素子Ｑ１、インダクタＬ１、ダイオードＤ１および抵抗Ｒ３で構成される。便宜的に降圧チョッパ回路１２を一点鎖線で囲んだ。また説明上、電解コンデンサＣ２から降圧チョッパ回路１２への直流電圧は端子Ｂ（正極側）と端子Ａの端子間に印加され、降圧チョッパ回路１２の出力電圧は端子Ｃ（正極側）と端子Ｄの端子間から出力されるものとする。降圧チョッパ回路１２の正極側の入力端子Ｂと出力端子Ｃは直結している。一方、端子Ａと端子Ｄの間には、抵抗Ｒ３とスイッチング素子Ｑ１とインダクタＬ１とが直列に接続されている。また、ダイオードＤ１は、スイッチング素子Ｑ１とインダクタＬ１の接続点Ｅから正極側の端子Ｂへの方向のみに電流を流す向きで設けられている。

スイッチング素子Ｑ１をオンに切り替えて電解コンデンサＣ２からの直流電流がＬＥＤ素子列３を介してインダクタＬ１に流れると、インダクタＬ１に磁気エネルギが蓄積される。このオン状態での電流経路をインダクタＬ１の蓄積ループと呼ぶ。また、スイッチング素子Ｑ１をオンからオフに切り替えた際、磁気エネルギの放出によってインダクタＬ１からの電流がダイオードＤ１を経由してＬＥＤ素子列３に流れて再びインダクタＬ１に戻る。このオフ状態での電流経路をインダクタＬ１の放出ループと呼ぶ。本実施形態の電源装置には降圧チョッパ回路１２の出力端子間に電解コンデンサを出力コンデンサＣ３として設けているので、インダクタＬ１の蓄積・放出の繰り返しに伴って出力コンデンサＣ３の充放電が行なわれる。従ってＬＥＤ素子列３へは降圧チョッパ回路１２でのスイッチング駆動に起因するリップル電流を含まない平滑された連続電流が流れる。この出力コンデンサＣ３は本発明の出力回路に相当する。

＜スイッチング素子Ｑ１のオンオフ駆動制御のための回路構成＞
本実施形態の電源装置は、スイッチング素子Ｑ１のオンオフ駆動による調光制御を可能にするため、調光信号処理回路１３、制御回路５（マイクロコンピュータを含む）、出力ゲート回路６、ＦＥＴ駆動回路１４、ノイズ除去回路４，７およびソフトスイッチングタイミング検出回路８を備えている。

調光信号処理回路１３は、外部調光制御装置などで指定された調光率の情報を有する調光信号をＰＷＭ信号として受けて、これを制御回路５が処理可能な信号に変換するための回路である。調光信号処理回路１３は、フォトカプラなどを使用した絶縁型の信号入力回路９、入力されたＰＷＭ信号の振幅をそろえる（正規化する）ための正規化回路１０および積分回路１１から構成される。正規化回路１０によって正規化することで、外部調光制御装置からの信号ケーブルの長さの違いによる信号減衰などの影響を除去することができる。積分回路１１は、正規化されたＰＷＭ信号をリップルの少ない直流電圧にして制御回路５に送ることができる。

ノイズ除去回路４，７およびソフトスイッチングタイミング検出回路８は、制御回路５がスイッチング素子Ｑ１のオンオフ信号を生成する際に用いる検出値を取得する。ノイズ除去回路４は、力率改善回路２の入力端子間を結ぶ抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の直列接続回路によって検出される入力電圧（分圧）の検出値からノイズを除去して制御回路５に送る。ノイズ除去回路７は、降圧チョッパ回路１２のスイッチング素子Ｑ１と抵抗Ｒ３の接続点電圧、つまりＭＯＳ−ＦＥＴのソース側電圧の検出値からノイズを除去して制御回路５に送る。ソフトスイッチングタイミング検出回路８は、スイッチング素子Ｑ１のドレイン側電圧を検出して制御回路５に送る。

制御回路５は、独立した２つの信号を生成・出力するための定格オンオフ信号生成部５２とゲート信号生成部５４とを有する。定格オンオフ信号生成部５２は、オンオフを繰り返す連続的な定格オンオフ信号Ｓ１を生成する。この定格オンオフ信号Ｓ１は、ＬＥＤ素子列３を「定格」で点灯するのに必要なオン幅を持ち、インダクタＬ１を流れる電流がほぼゼロになるタイミングでオンに切り替わる信号である（前述の図１参照）。

ここで、定格オンオフ信号Ｓ１のオン幅は、ノイズ除去回路４からの入力電圧の検出値と、ノイズ除去回路７からのソース側電圧の検出値と、ソフトスイッチングタイミング検出回路８からのドレイン側電圧の検出値とに基づいてマイクロコンピュータなどで演算された数値である。つまり、オン幅をプログラム上の数値計算によって決定して、ＬＥＤ素子列３の定電流制御を実行する。

また、定格オンオフ信号Ｓ１のオン切り替えのタイミングは、ソフトスイッチングタイミング検出回路８で検出されるタイミングによって決められる。つまり、ソフトスイッチングタイミング検出回路８は、スイッチング素子Ｑ１のドレイン側の電位を検出して、その検出値が最小値になるタイミングをインダクタ電流がほぼゼロになるタイミングとみなして制御回路５に与える。
このように生成される定格オンオフ信号Ｓ１の周波数は１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲内で設定するのが良いが、好ましくは１００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの範囲内に設定するのがよい。

制御回路５は、積分回路１１の出力電圧値をＡ／Ｄ変換して２進の数値データにするＡ／Ｄ変換部を有する。ゲート信号生成部５４は、Ａ／Ｄ変換された２進の数値データをさらに演算して作成した数値に基づいて出力ゲート信号（ＰＷＭ信号）Ｓ２を生成する。または、ゲート信号生成部５４は、記憶部に記憶された対応テーブルを使って、Ａ／Ｄ変換部からの２進の数値データに対応するテーブル索引の数値に基づいて出力ゲート信号Ｓ２を生成してもよい。ここで生成される数値とは、指定された調光率に基づいてスイッチング素子Ｑ１を間欠的にオンオフ駆動する実行時間と、その停止時間とを決定する数値である。ゲート信号生成部５４は、間欠オンオフ駆動の実行時間をゲート開として、間欠オンオフ駆動の停止時間をゲート閉として、定格オンオフ信号よりも長い周期で開閉を繰り返す出力ゲート信号Ｓ２を生成する。前述の図２（Ａ）を参照。例えばゲート開の時間とゲート閉の時間の合計時間を一定にして、つまり開閉の周波数を一定にして、ゲート開の時間を指定された調光率（０％〜１００％）に比例して設定してもよい。調光率が１００％である場合はゲート開が継続するようにしてもよい。調光率を変えて０％にすることで消灯も可能になる。なお、出力ゲート信号Ｓ２の開閉の周波数は１００Ｈｚ〜１ｋＨｚの範囲内で設定するのが良い。

出力ゲート回路６は、制御回路５から発せられる定格オンオフ信号Ｓ１およびゲート信号Ｓ２の２つの信号を掛け合わせた間欠オンオフ信号Ｓ３をＦＥＴドライブ信号として出力する。間欠オンオフ信号Ｓ３はＦＥＴ駆動回路１４に入力され、スイッチング素子Ｑ１を間欠的にオンオフ駆動するために使用される。このように出力ゲート信号Ｓ２は、スイッチング素子Ｑ１の間欠オンオフ駆動の時間を増減させるだけのために用いられ、調光率に応じて出力ゲート信号Ｓ２が変化しても定格オンオフ信号Ｓ１のオン幅や周波数は変化しない。

図４に本実施形態の電源装置を用いて調光制御する場合の、出力ゲート信号Ｓ２の波形とＬＥＤ素子列の点灯電流Ｉ_ＬＥＤを示す。図４（Ａ）は調光率が高い場合で、（Ｂ）は調光率が低い場合である。指定された調光率に応じて出力ゲート信号Ｓ２のゲート開の時間を増減させるだけで広い範囲での調光制御を実現することができる。

本実施形態によれば、定格オンオフ信号生成部５２がスイッチング素子Ｑ１をソフトスイッチング制御するための基準信号になる定格オンオフ信号Ｓ１を生成して、ゲート信号生成部５４が調光制御のための出力ゲート信号Ｓ２を生成して、出力ゲート回路６が２つの信号Ｓ１，Ｓ２を掛け合わせることによってゲートが開の場合にだけスイッチング素子Ｑ１を駆動するような間欠オンオフ信号Ｓ３を出力する。間欠オンオフ信号Ｓ３によってスイッチング素子Ｑ１は間欠的にオンオフ駆動する。定格オンオフ信号Ｓ１はスイッチング素子Ｑ１の電力ロスが最小になるように決められたオフ幅とスイッチング周波数に基づいて生成されるため、この定格オンオフ信号Ｓ１は調光率に関わらず一定の信号になる。また、出力ゲート信号Ｓ２は調光率の情報のみを有するので、この出力ゲート信号Ｓ２の開時間によって出力ゲート回路６のゲートが開く時間が調整される。従って、２つの信号Ｓ１，Ｓ２を掛け合わせた間欠オンオフ信号Ｓ３を使ってスイッチング素子Ｑ３を駆動することにより、高い回路効率を維持したままでＬＥＤ素子列３をゼロから１００パーセントまでの広い範囲で連続調光することが可能になる。また、このような照明用ＬＥＤ電源装置は省エネ対応にも有効である。

なお、本実施形態では変換回路として降圧チョッパ回路１２を用いた場合を説明したが、フライバックトランスによる変換回路を用いる場合にも本発明を適用することができて、同様の効果が得られる。

また、本実施形態の電解コンデンサＣ２は本発明の直流電圧供給回路に相当すると説明したが、直流電圧供給回路としては直流電圧を供給できるものであればよく、例えば直流電圧のバッテリーなどを使用してもよい。

１ダイオード・ブリッジ
２力率改善回路（アクティブフィルタとも）
３ＬＥＤ素子列（ＬＥＤ負荷）
４ノイズ除去回路
５制御回路
６出力ゲート回路
７ノイズ除去回路
８ソフトスイッチングタイミング検出回路
９絶縁型の信号入力回路
１０ＰＷＭ調光信号正規化回路
１１積分回路
１２降圧チョッパ回路（変換回路）
１４ＦＥＴ駆動回路
５２定格オンオフ信号生成部（連続オンオフ信号生成部）
５４ゲート信号生成部
Ｃ２電解コンデンサ（直流電圧供給回路）
Ｃ３出力コンデンサ（出力回路）
Ｑ１スイッチング素子

Claims

ＬＥＤ負荷への直流電流の大きさを制御して調光を行なう照明用ＬＥＤ電源装置であって、直流電圧供給回路と、
スイッチング素子およびインダクタの直列回路を含み前記直流電圧供給回路からの直流電圧をＬＥＤ負荷の点灯電流に変換する変換回路と、
前記変換回路からの点灯電流をＬＥＤ負荷に出力する出力回路と、
オンオフを繰り返す連続オンオフ信号および該連続オンオフ信号よりも長い周期で開閉を繰り返すゲート信号をそれぞれ生成して、これら２つの信号を掛け合わせて得られる間欠オンオフ信号を使って前記スイッチング素子を間欠的にオンオフ駆動制御する制御回路と、前記スイッチング素子のドレイン‐ソース間電圧を検出するタイミング検出回路と、を備え、
前記変換回路は、前記スイッチング素子のオン状態で前記直列回路に直流電圧を印加して前記インダクタに磁場エネルギを蓄積し、前記スイッチング素子のオフ状態で前記インダクタの磁場エネルギを放出して前記出力回路を介して前記ＬＥＤ負荷に出力し、
前記制御回路は、
前記ＬＥＤ負荷を定格で点灯するのに必要なオン幅を決めて、オフ状態で前記ドレイン‐ソース間電圧が極小値になるタイミングでオンに切り替わるように前記連続オンオフ信号を生成する連続オンオフ信号生成部と、
指定された調光率に基づいて前記スイッチング素子の間欠的なオンオフ駆動の実行時間と停止時間を決めて前記実行時間をゲート開とし前記停止時間をゲート閉とする前記ゲート信号を生成するゲート信号生成部と、を有し、
前記ゲート信号生成部は、マイクロコンピュータで構成され、２進の数値データで表された前記調光率の信号を演算処理して前記ゲート信号を生成することを特徴とする照明用ＬＥＤ電源装置。
請求項１記載の装置において、前記連続オンオフ信号生成部は、前記スイッチング素子の電力ロスが最小になるように、前記連続オンオフ信号のオフ幅およびスイッチング周波数を決め、前記調光率に関わらず一定の信号を生成することを特徴とする照明用ＬＥＤ電源装置。
請求項１または２記載の装置において、
前記制御回路は、さらに、
外部から受信した前記調光率を表すＰＷＭ信号を直流電圧化する積分回路と、
前記積分回路からの直流電圧を前記２進の数値データに変換するＡ／Ｄ変換と、
を有することを特徴とする照明用ＬＥＤ電源装置。