JP6344045B2 - Ｌｅｄ点灯回路及びｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Description

本発明はＬＥＤ点灯回路及びそれを用いたＬＥＤ照明装置に関する。

特許文献１は、ＬＥＤ照明機器等に利用されるスイッチング電源装置を開示する。このスイッチング電源装置は力率改善回路及びＤＣ／ＤＣコンバータ（フライバックコンバータ）を備え、力率改善回路及びＤＣ／ＤＣコンバータはそれぞれの制御ＩＣによって駆動される。力率改善回路用の制御ＩＣは、高電位配線から起動抵抗を介して充電されるコンデンサの電圧がオン閾値を超えると起動し、起動後はインダクタの補助巻線に発生する電力を主な制御電源として動作する。ＤＣ／ＤＣコンバータ用の制御ＩＣも、高電位配線から起動抵抗を介して充電されるコンデンサの電圧がオン閾値を超えると起動し、起動後はトランスの補助巻線に発生する電力を主な制御電源として動作する。

特開２０１３−５５７７０号公報

しかし、特許文献１の構成には以下の２つの問題があった。
第１に、力率改善回路の制御ＩＣとＤＣ／ＤＣコンバータの制御ＩＣの起動タイミングを適切に設定することが難しいという問題があった。詳細を後述するように、双方の起動タイミングが適切に設定されないと、保護回路の誤動作（誤検出）等の問題が発生し、正常に点灯回路が始動されない場合が生ずる。これは、上記構成においては、力率改善回路用の制御ＩＣの電源構成とＤＣ／ＤＣコンバータ用の制御ＩＣの電源構成とが個別的に設けられていることに起因する。各制御ＩＣが起動するタイミングは、起動抵抗の抵抗値、制御電源用のコンデンサの容量、入力電圧、当該ＩＣのオン閾値、当該ＩＣの内部電力消費、起動抵抗の温度上昇制限等によって決まる。このように、２つの個別の制御ＩＣによる制御電源構成において、双方の起動タイミングを適切に設定するには設計上の労力が伴うことになる。この起動タイミング設定の問題は、力率改善回路用の制御ＩＣとＤＣ／ＤＣコンバータ用の制御ＩＣとの関係に限られるものではなく、ＤＣ／ＤＣコンバータ用の制御ＩＣと他の制御回路との関係においても生じ得る。

第２に、力率改善用回路の制御ＩＣに接続される起動抵抗での損失が大きいことに起因する問題があった。力率改善回路では、起動後の定常動作時には、インダクタの補助巻線から供給される電力が主な制御電源となる一方で起動抵抗では無用な損失が発生する。そこで、起動抵抗の抵抗値を高くすれば損失は軽減されるものの、これに応じて起動抵抗に接続されたコンデンサの充電時間、すなわち、起動抵抗の抵抗値とコンデンサの容量で決まる時定数が増大し、制御ＩＣの起動が遅延してしまう。なお、コンデンサには、制御電源の安定化のためにある程度の容量（例えば、５０〜１００μＦ程度）が必要となることから、コンデンサの容量を小さくして起動時間を短縮することは好ましくない。また、低損失かつ時定数の小さい制御電源構成として、高耐圧の三端子レギュレータ、シリーズレギュレータ等が採用されると、回路が高コスト化してしまう。このように、力率改善回路において、制御ＩＣの遅延のない起動を確保しつつも定常動作時の損失を軽減する安価な構成が望まれる。

そこで、本発明は、ＬＥＤ点灯回路において、制御ＩＣ間又は制御ＩＣと制御回路の間での起動タイミングを適正化することができ、かつ、力率改善回路の制御ＩＣの起動を遅延させることなく定常動作時の損失を低減することができる安価な制御電源構成を提供することを課題とする。本発明はまた、上記ＬＥＤ点灯回路を用いた高い信頼性、高効率かつ安価な構成のＬＥＤ照明装置を提供することを課題とする。

本発明の一形態によるＬＥＤ点灯回路は、入力電圧を昇圧する力率改善回路及び力率改善回路の出力から直流電流を生成してＬＥＤに供給するＤＣ／ＤＣコンバータを有し、力率改善回路用の第１の制御ＩＣと、ＤＣ／ＤＣコンバータ用の第２の制御ＩＣを備える。第１の制御ＩＣは、第１の電源端子を有し、第１の電源端子の電圧が第１の閾値を超えると起動し、力率改善回路を駆動する。第２の制御ＩＣは、高電圧入力端子と、高電圧入力端子への入力電圧から起動電流を生成する起動回路と、起動電流を出力可能な第２の電源端子とを有し、第２の電源端子に接続されたコンデンサの電圧が第１の閾値よりも高い第２の閾値を超えると起動し、ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動する。第２の電源端子から出力される起動電流が第１の電源端子にも供給され、第１の制御ＩＣが第２の制御ＩＣよりも先に起動するように構成される。

上記構成のＬＥＤ点灯回路によると、第２の制御ＩＣの起動回路から流出する起動電流が、第２の制御ＩＣの電源端子から第１の制御ＩＣの電源端子に供給される。そして、第１の制御ＩＣのオン閾値が第２の制御ＩＣのオン閾値よりも低いため、第１の制御ＩＣが確実に第２の制御ＩＣよりも先に起動することができる。したがって、第１の制御ＩＣと第２の制御ＩＣの間で起動タイミングが適正化される。また、力率改善回路の第１の制御ＩＣのための起動抵抗が不要となるので、この起動抵抗よる損失をなくすことができる。

ここで、第１の電源端子と第２の電源端子の間に、アノードが第２の電源端子に接続され、カソードが第１の電源端子に接続されたダイオードが接続される。これにより、簡素で安価な構成の制御電源構成が実現される。

力率改善回路は、主巻線及び補助巻線を有するインダクタと、インダクタの主巻線に接続されて第１の制御ＩＣによって駆動されるスイッチング素子とを含み、インダクタの補助巻線に発生する電力が、第１の電源端子及び第２の電源端子に供給されるように構成される。これにより、第１の制御ＩＣの起動後に、第２の制御ＩＣの起動を迅速化することができる。

ここで、高電圧入力端子が第２の閾値よりも高い電圧のノードに抵抗を介して接続される。そして、第２の電源端子の電圧が第２の閾値を超え、インダクタの補助巻線から第２の電源端子へ電力が供給されることに応じて、起動回路が遮断状態となるように構成される。これにより、第２の制御ＩＣの起動後に、高電圧入力端子に接続される起動抵抗に電流が流れなくなり、起動抵抗における損失がなくなる。

また、高電圧入力端子が第２の閾値よりも高い電圧のノードに抵抗を介して接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータが、主巻線及び補助巻線を有するトランスと、トランスの主巻線に接続されて第２の制御ＩＣによって駆動されるスイッチング素子とを含み、トランスの補助巻線に発生する電力がコンデンサに供給され、第２の電源端子の電圧が第２の閾値を超えた後、トランスの補助巻線から第２の電源端子へ電力が供給されることに応じて起動回路が遮断状態となるように構成されるようにしてもよい。これにより、第２の制御ＩＣの起動後に、高電圧入力端子に接続される起動抵抗に電流が流れなくなり、起動抵抗における損失がなくなる。

本発明の他の形態のＬＥＤ点灯回路は、直流電流を生成してＬＥＤに供給するＤＣ／ＤＣコンバータを有し、ＤＣ／ＤＣコンバータ用の制御ＩＣと、制御ＩＣの動作状態を決定する制御回路を備える。制御ＩＣは、高電圧入力端子と、高電圧入力端子への入力電圧から起動電流を生成する起動回路と、起動電流を出力可能な電源端子とを有し、電源端子に接続されたコンデンサの電圧が制御回路の動作電圧よりも高い閾値を超えると起動し、ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動する。起動電流が電源端子から制御回路に供給され、制御回路が制御ＩＣよりも先に動作を開始するように構成される。

上記構成のＬＥＤ点灯回路によると、制御ＩＣの起動回路から流出する起動電流が制御回路に供給される。そして、制御回路の動作電圧が制御ＩＣのオン閾値よりも低いため、制御回路が確実に制御ＩＣ、すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータよりも先に起動することができる。したがって、制御ＩＣと制御回路との間で起動タイミングが適正化される。

ここで、制御回路は、入力される調光信号に応じてＤＣ／ＤＣコンバータの出力状態を決定して、出力状態に基づいて制御ＩＣに信号を出力するように構成される。これにより、調光信号が出力状態に反映された状態でＤＣ／ＤＣコンバータが起動されるので、調光始動が可能となる。

本発明のＬＥＤ照明装置は、上記いずれかのＬＥＤ点灯回路と、ＬＥＤとを備える。上記の各ＬＥＤ点灯回路の特徴により、信頼性が高く、かつ高効率で安価なＬＥＤ照明装置が実現される。

本発明の第１の実施形態によるＬＥＤ点灯回路及びＬＥＤ照明装置の回路構成図である。 図１のＬＥＤ点灯回路の動作を説明するタイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態によるＬＥＤ点灯回路及びＬＥＤ照明装置の回路構成図である。 一般的なＬＥＤ点灯回路を説明する図である。

実施形態１．
図１に本発明の第１の実施形態によるＬＥＤ点灯回路１及びそれを用いたＬＥＤ照明装置３の回路構成図を示す。ＬＥＤ照明装置３はＬＥＤ点灯回路１及びＬＥＤ２を含む。交流電源ＡＣからの入力電圧がＬＥＤ点灯回路１に入力され、ＬＥＤ点灯回路１からの直流出力がＬＥＤ２に供給される。ＬＥＤ点灯回路１は、整流回路５０、力率改善回路１００（以下、「ＰＦＣ１００」という）、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００、及び電流制御部３００を含む。なお、本明細書における説明において、各回路又は構成要素が上記のどのブロックに属するかは便宜的なものであり、本発明を拘束するものではない。また、同様の構成要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

整流回路５０はダイオードブリッジ等の全波整流器であり、入力される交流電圧ＡＣを全波整流する。なお、必要に応じて、整流回路５０の前段に、電流ヒューズ、ノイズフィルタ等が接続される。

ＰＦＣ１００は、インダクタ１０１、スイッチング素子１０２、ダイオード１０３及びコンデンサ１０４、制御ＩＣ１１０及びその周辺回路を含む。スイッチング素子１０２は制御ＩＣ１１０によって高周波スイッチングによりＰＷＭ制御され、これにより入力力率が改善される。スイッチング素子１０２がオンの期間においては、整流回路５０からの脈流電圧がインダクタ１０１の主巻線Ｎ１及びスイッチング素子１０２に流れることによりインダクタ１０１にエネルギーが蓄えられる。スイッチング素子１０２がオフの期間においては、インダクタ１０１に蓄えられているエネルギーがダイオード１０３を介してコンデンサ１０４に充電される。これにより、コンデンサ１０４には入力電源電圧から昇圧された電圧が充電される。このように、ＰＦＣ１００は昇圧回路として機能する。制御ＩＣ１１０は、付図示の電圧検出回路によって検出されたコンデンサ１０４の電圧が設定値となるようにＰＷＭ制御におけるオン幅を決定する。以降の説明において、コンデンサ１０４の負極側電極と同電位のノードを一次側グランドというものとする。

制御ＩＣ１１０は、電源端子Ｖｃｃ１、出力端子Ｏｕｔ、グランド端子Ｇ等を有し、電源端子Ｖｃｃ１への供給電圧がオン閾値Ｖｔｈ１（約１３Ｖ）を超えると起動する。起動後、供給電圧がオフ閾値（約９Ｖ）以上であれば、不図示の内部回路及び周辺回路によって決定されるオン幅のゲート信号が出力端子Ｏｕｔからスイッチング素子１０２のゲート端子に出力される。グランド端子Ｇは一次側グランドに接続される。このような制御ＩＣ１１０として、例えば、富士電機製（富士スイッチング電源制御用ＩＣ）ＦＡ５６０１を用いることができる。

電源端子Ｖｃｃ１に制御電圧を供給するための構成は、ダイオード１１１、コンデンサ１１２、インダクタ１０１の補助巻線Ｎ２、抵抗１１３、ダイオード１１４、コンデンサ１１５、ダイオード１１６及びダイオード１１７を含む。電源端子Ｖｃｃ１には、コンデンサ１１２並びにダイオード１１１及び１１６のカソードが接続される。ダイオード１１１のアノードは制御ＩＣ２１０の電源端子Ｖｃｃ２及びダイオード１１７のカソードに接続される。ダイオード１１６のアノードはコンデンサ１１５、ダイオード１１７のアノードに接続される。ダイオード１１４、抵抗１１３及び補助巻線Ｎ２の直列回路において、ダイオード１１４のアノード側端部が一次側グランドに接続され、カソード側端部がコンデンサ１１５に接続される。制御電源Ｖｃｃ１が給電される動作については後述する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２００は、トランス２０１、スイッチング素子２０２、ダイオード２０３、コンデンサ２０４、制御ＩＣ２１０及びその周辺回路並びにフォトカプラ２２０を含み、絶縁型フライバックコンバータからなる降圧回路を構成する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２００において、スイッチング素子２０２のオン期間にコンデンサ１０４からのエネルギーがトランス２０１の一次主巻線Ｎ３に蓄積される。スイッチング素子２０２のオフ期間にそのエネルギーがトランス２０１の二次主巻線Ｎ４側からダイオード２０３を介してコンデンサ２０４に充電される。スイッチング素子２０２は、制御ＩＣ２１０によってＰＷＭ駆動される。降圧比は、回路効率を考慮して一次主巻線Ｎ３に対する二次主巻線Ｎ４の巻数比と同程度に設定されればよく、出力電流はスイッチング素子２０２のＰＷＭ制御におけるオンデューティ（オン幅）によって決まる。このＰＷＭ制御によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００からの制限された直流出力電流がＬＥＤ２に供給される。以降において、コンデンサ２０４の負極側電極と同電位のノードを二次側グランドというものとする。

制御ＩＣ２１０は、高電圧入力端子ＨＶ、電源端子Ｖｃｃ２、出力端子Ｏｕｔ、フィードバック端子ＦＢ、グランド端子Ｇ等を有し、高電圧入力端子ＨＶと電源端子Ｖｃｃ２の間に起動回路２１２を含む。高電圧入力端子ＨＶに電圧が供給されると、起動回路２１２が起動電流の生成を開始する。起動回路２１２において生成された起動電流は電源端子Ｖｃｃ２から流出して、電源端子Ｖｃｃ２に接続されたコンデンサ２１３を充電する。制御ＩＣ２１０は、電源端子Ｖｃｃ２の電圧、すなわちコンデンサ２１３の電圧がオン閾値Ｖｔｈ２（約１８Ｖ）を超えると起動する。起動後、供給電圧がオフ閾値（約１１Ｖ）以上であれば、不図示の内部回路及び周辺回路によって決定されるオン幅のゲート信号が出力端子Ｏｕｔからスイッチング素子１０２のゲート端子に出力される。

フィードバック端子ＦＢは内部基準電圧源（例えば５Ｖの定電圧源）に内部抵抗を介して接続され、出力端子Ｏｕｔは内部ゲート回路に接続される。内部ゲート回路において、フィードバック端子ＦＢの入力電圧に応じて、出力端子Ｏｕｔからのゲート信号のパルス幅が決定される。ここでは、フィードバック端子ＦＢの入力電圧の増加に対してゲート信号のパルス幅が増加するように構成されているものとし、これにより（コンデンサ１０４の電圧が一定であれば）ＦＢ端子の入力電圧の増加に対して出力電流（ＬＥＤ電流）は増加する。フィードバック端子ＦＢの入力電圧を決定するフォトカプラ２２０のフォトトランジスタの出力状態は、後述する電流制御部３００によって決定される。グランド端子Ｇは一次側グランドに接続される。このような制御ＩＣ２１０として、例えば、富士電機製（富士スイッチング電源制御用ＩＣ）ＦＡ５５７１、ＦＡ５５７０又はＦＡ５６７１のシリーズを用いることができる。

電源端子Ｖｃｃ２に制御電圧を供給するための構成は、起動抵抗２１１、上述したコンデンサ２１３、トランス２０１の補助巻線Ｎ５、及びダイオード２１４を含む。高電圧入力端子ＨＶは起動抵抗２１１を介して整流回路５０の出力端に接続され、電源端子Ｖｃｃ２はダイオード１１１のアノード、ダイオード２１４のカソード及びコンデンサ２１３に接続される。ダイオード２１４のアノードはトランス２０１の補助巻線Ｎ５に接続される。制御電源Ｖｃｃ２が給電される動作については後述する。

電流制御部３００は、例えば、電流検出抵抗３０５及び定電流制御部３１０を有し、トランス２０１の補助巻線Ｎ６からダイオード３１１を介して給電され、二次側グランドを基準電位とする。電流検出抵抗３０５は二次側グランドとＬＥＤ２のカソード端の間に挿入された低抵抗素子からなり、出力電流に比例した電圧が電流検出抵抗３０５に発生する。定電流制御部３１０は、電流検出抵抗３０５によって検出された検出電流値が目標値に一致するように定電流制御用の信号を生成し、その信号をフォトカプラ２２０のフォトダイオードに出力する。すなわち、定電流制御部３１０と制御ＩＣ２１０の協働により、出力電流（ＬＥＤ電流）の定電流制御が行われる。また、定電流制御部３１０は、無負荷保護、過電流保護等の各種保護動作を実行する。例えば、検出電流値がゼロの場合には、無負荷状態が発生しているものとして無負荷保護動作が行われる。この場合、例えば、定電流制御部３１０は、出力電流を停止又は低減させるようにフォトカプラ２２０への出力信号を決定する。

本実施形態のＬＥＤ点灯回路１における制御ＩＣ１１０及び制御ＩＣ２１０の電圧供給構成を説明する前に、図４に示す一般的なＬＥＤ点灯回路１０を用いて、制御ＩＣ１１０が制御ＩＣ２１０よりも後に起動する場合の問題点を説明する。

一般的なＬＥＤ点灯回路１０は、本実施形態のＬＥＤ点灯回路１とは、制御ＩＣ１１０の制御電圧の供給構成が異なる。電源端子Ｖｃｃ１に制御電圧を供給するための構成は、インダクタ１０１の補助巻線Ｎ２、抵抗１１３、ダイオード１１４、起動抵抗１２０及びコンデンサ１２１を含む。電源端子Ｖｃｃ１には、起動抵抗１２０、コンデンサ１２１及びダイオード１１４のカソードが接続され、起動抵抗１２０は整流回路５０の出力端に接続される。交流電源ＡＣが投入されると、起動抵抗１２０を介してコンデンサ１２１が充電され、コンデンサ１２１の電圧がオン閾値Ｖｔｈ１を超えると、制御ＩＣ１１０は起動する。制御ＩＣ１１０は、起動すると出力端子Ｏｕｔからゲート信号を出力し、ＰＦＣ１００がスイッチング動作を開始する。これにより、インダクタ１０１の補助巻線Ｎ２からの電圧が電源端子Ｖｃｃ１に供給され、定常動作状態となる。なお、起動抵抗１２０においては、定常動作状態においても整流回路５０の出力端と電源端子Ｖｃｃ１の間の電位差がかかることにより損失が発生するため、定格電力の高い高価な抵抗素子が用いられる。

ここで、制御ＩＣ２１０が制御ＩＣ１１０よりも先に起動したとする。制御ＩＣ１１０が起動していないことから、ＰＦＣ１００の出力、すなわちコンデンサ１０４の電圧は、交流電圧ＡＣの（昇圧されない）平滑電圧となる。ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００が降圧コンバータである場合、コンデンサ１０４の電圧がＬＥＤ２の順方向降下電圧Ｖｆ以下であると、制御ＩＣ２１０が起動してＤＣ／ＤＣコンバータ２００が駆動されてもＬＥＤ２に電流は流れない。したがって、電流検出抵抗３０５に電流が発生せず、定電流制御部３１０は、無負荷状態が発生しているものとしてＤＣ／ＤＣコンバータ２００の出力電流を停止又は低減させるよう保護動作に移行する。このＤＣ／ＤＣコンバータ２００に対する保護動作がラッチされると、その後に制御ＩＣ１１０が起動してＰＦＣ１００が昇圧動作を開始したとしても保護状態（ＬＥＤ２の消灯）が維持されてしまう。したがって、制御ＩＣ１１０が制御ＩＣ２１０よりも確実に先に起動して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００が動作を開始する前にＰＦＣ１００の昇圧動作が行われる必要がある。

図１に戻り、制御ＩＣ１１０及び制御ＩＣ２１０の制御電源の供給構成について説明する。交流電源ＡＣが投入されると、まず、整流回路５０の高電位側出力端に発生する電圧が起動抵抗２１１を介して制御ＩＣ２１０の高電圧入力端子ＨＶに入力される。これにより、制御ＩＣ２１０の起動回路２１２が起動電流の生成を開始する。起動回路２１２からの起動電流は電源端子Ｖｃｃ２から流出し、コンデンサ２１３を充電するとともにダイオード１１１を介して制御ＩＣ１１０の電源端子Ｖｃｃ１にも供給され、コンデンサ１１２を充電する。電源端子Ｖｃｃ１の電位と電源端子Ｖｃｃ２の電位は実質的に同じ速度で上昇する（ただし、ダイオード１１１の電圧降下分だけ異なる）。

上述したように、制御ＩＣ１１０のオン閾値Ｖｔｈ１（約１３Ｖ）は制御ＩＣ２１０のオン閾値Ｖｔｈ２（約１８Ｖ）よりも低いので、制御ＩＣ１１０が制御ＩＣ２１０よりも先に起動する。これにより、確実に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００が停止した状態でＰＦＣ１００が昇圧動作を開始する。この起動の前後関係は、ＬＥＤ点灯回路１を構成する素子の定数、制御ＩＣの内部電力消費、入力電圧等に影響を受けないので、設計の困難性はもたらされない。

ＰＦＣ１００が動作を開始すると、インダクタ１０１の補助巻線Ｎ２に発生する電力によって、抵抗１１３及びダイオード１１４を介してコンデンサ１１５が充電され、同時に更にダイオード１１６を介してコンデンサ１１２が充電されるとともにダイオード１１７を介してコンデンサ２１３が充電される。このダイオード１１７からコンデンサ２１３への給電により、制御ＩＣ２１０の起動がより迅速化される。

起動回路２１２から電源端子Ｖｃｃ２を介して流出する起動電流とダイオード１１７を介して流入する電流によりコンデンサ２１３が充電され、電源端子Ｖｃｃ２（すなわち、コンデンサ２１３）の電圧がＩＣ２１０のオン閾値Ｖｔｈ２を超えると、制御ＩＣ２１０が起動する。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００が動作を開始し、トランス２０１の補助巻線Ｎ５に発生する電力が、ダイオード２１４を介して制御ＩＣ２１０の電源端子Ｖｃｃ２に供給されるとともに、更にダイオード１１１を介して制御ＩＣ１１０の電源端子Ｖｃｃ１にも供給される。

ここで、電源端子Ｖｃｃ２にインダクタ１０１の補助巻線Ｎ２又はトランス２０１の補助巻線Ｎ５から電圧が供給されると、起動回路２１２は遮断状態となる。この場合、起動回路２１２は動作を停止して高電圧入力端子ＨＶが実質的に開放状態となり、起動抵抗２１１に電流が流れなくなる。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００の定常動作時における起動抵抗２１１での損失がなくなる。言い換えると、起動抵抗２１１の抵抗値を低くして起動回路２１２への供給電流を増加させることにより、制御ＩＣ１１０及び２１０、すなわちＰＦＣ１００及びＤＣ／ＤＣコンバータ２００の起動を速くすることもできる。

なお、本実施形態では、インダクタ１０１の補助巻線Ｎ２からダイオード１１７を介して制御ＩＣ２１０の電源端子Ｖｃｃ２に電圧が供給される構成としたが、ダイオード１１７が省略された回路、すなわち、ダイオード１１７が開放された状態と等価な回路が採用されてもよい。この場合、電源端子Ｖｃｃ２がオン閾値Ｖｔｈ２に達するまでは、専ら起動回路２１２から流出する起動電流によってコンデンサ２１３が充電されることになる。

図２に、点灯回路１の起動時の動作を示すタイミングチャートを示す。図２の最上段に、電源端子Ｖｃｃ１及びＶｃｃ２における制御電圧Ｖｃｃを示す（両者は、起動時においてはダイオード１１１の電圧降下分のみ異なるので、実質的に同じものとして１つの電圧として図示する）。そして、制御電圧Ｖｃｃ以下、順に、起動回路２１２の動作状態、制御ＩＣ１１０の出力端子Ｏｕｔの電圧（スイッチング素子１０２のゲート信号）、及び制御ＩＣ２１０の出力端子Ｏｕｔの電圧（スイッチング素子２１０のゲート信号）を示す。横軸は時間である。なお、図面は模式図であり、寸法通りではない。

時刻ｔ１において、交流電源ＡＣが投入されると、起動抵抗２１１を介して高電圧入力端子ＨＶに高電圧が供給され、起動回路２１２が起動電流の生成を開始する。これによりコンデンサ１１２及び２１３が充電され、制御電圧Ｖｃｃが上昇していく。

時刻ｔ２において、制御電源Ｖｃｃが制御ＩＣ１１０のオン閾値Ｖｔｈ１を超えると、制御ＩＣ１１０は出力端子Ｏｕｔからゲート信号を出力してＰＦＣ１００を起動する。この時点で、制御ＩＣ２１０は起動していない。ＰＦＣ１００が動作を開始することにより、インダクタ１０１の補助巻線Ｎ２からの電圧が制御電圧Ｖｃｃに加えられ、制御電圧Ｖｃｃの上昇速度が増す。

時刻ｔ３において、制御電源Ｖｃｃが制御ＩＣ２１０のオン閾値Ｖｔｈ２を超えると、制御ＩＣ２１０は出力端子Ｏｕｔからゲート信号を出力してＤＣ／ＤＣコンバータ２００を起動する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２００が動作を開始することにより、トランス２０１の補助巻線Ｎ５からの電圧が制御電圧Ｖｃｃに加えられ、これに応じて起動回路２１２は遮断状態となる。これにより、ＬＥＤ点灯回路１の定常動作状態が得られる。なお、起動回路２１２の遮断状態は、時刻ｔ２において補助巻線Ｎ２からの電圧が供給される時点で得られる設定であってもよい。

以上のように、ＬＥＤ点灯回路１によると、制御ＩＣ２１０の起動回路２１２から流出する起動電流が制御ＩＣ１１０の電源端子Ｖｃｃ１にも供給される。そして、制御ＩＣ１１０のオン閾値Ｖｔｈ１が制御ＩＣ２１０のオン閾値Ｖｔｈ２よりも低いため、制御ＩＣ１１０が確実に制御ＩＣ２１０よりも先に起動することができる。したがって、制御ＩＣ１１０と制御ＩＣ２１０との間で起動タイミングが適正化される。

また、図４に示す一般的な回路構成と比較すると、制御ＩＣ１１０の起動抵抗１２０が不要となるので、定常動作時の損失増大と起動の遅延のトレードオフを考慮する必要がなくなり、回路の低損失化と起動の迅速化を両立できる。更に、図４に示す一般的な回路構成と比較して、定格電力が大きい高価な起動抵抗１２０が除去され、小信号用のダイオード１１１、１１６及び１１７が追加されるだけであるため、安価な構成でＬＥＤ点灯回路１が実現される。これにより、ＬＥＤ照明装置３の信頼性の向上、高効率化及び低コスト化が実現される。

実施形態２．
上記実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ用の制御ＩＣから流出する起動電流が、ＰＦＣ用の制御ＩＣの起動に利用される構成を示したが、本実施形態では、この起動電流が他の制御回路に利用される構成を示す。図３に、本実施形態によるＬＥＤ点灯回路４及びＬＥＤ照明装置５の回路構成図を示す。本実施形態のＬＥＤ点灯回路４は、整流回路５０、入力コンデンサ５１、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５０及び制御回路４００を備える。なお、ＬＥＤ２及び整流回路５０は第１の実施形態のものと同様である。入力コンデンサ５１は１μＦ以下のフィルムコンデンサ等であればよく、整流回路５０の出力端間に接続される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２５０は、非絶縁型フライバックコンバータからなり、力率改善機能を持つ、いわゆるワンコンバータ方式のフライバック降圧（又は昇圧）回路を構成する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２５０は、トランス２５１、スイッチング素子２５２、ダイオード２５３、平滑コンデンサ２５４、制御ＩＣ２１０及びその周辺回路を含む。制御ＩＣ２１０は第１の実施形態で上述した制御ＩＣ２１０と同一である。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２５０において、スイッチング素子２５２のオン期間に入力コンデンサ５１を電源としてトランス２５１の一次主巻線Ｎ７にエネルギーが蓄積される。スイッチング素子２５２のオフ期間にそのエネルギーがトランス２５１の二次主巻線Ｎ８側からダイオード２５３を介してコンデンサ２５４に充電される。スイッチング素子２５２は、制御ＩＣ２１０によってＰＷＭ駆動される。降圧比（又は昇圧比）は、回路効率を考慮して一次主巻線Ｎ７に対する二次主巻線Ｎ８の巻数比と同程度に設定されればよく、出力電流はスイッチング素子２５２のＰＷＭ制御におけるオンデューティ（オン幅）によって決まる。このＰＷＭ制御によりＤＣ／ＤＣコンバータ２５０からの制限された直流出力電流がＬＥＤ２に供給される。なお、平滑コンデンサ２５４の負極側電極と同電位のノードをグランドというものとする。

制御回路４００は、電流検出抵抗４０５、制御電圧生成部４１０、定電流制御部４２０、及び調光制御部４３０を備える。電流検出抵抗４０５はグランドとＬＥＤ２のカソード端の間に挿入された低抵抗素子からなり、出力電流に比例した電圧が電流検出抵抗４０５に発生する。定電流制御部４２０及び調光制御部４３０は、制御電圧生成部４１０によって生成される制御電圧Ｖｓが給電されて動作し、制御ＩＣ２１０の動作状態を決定する。

制御電圧生成部４１０は、ダイオード４１１、コンデンサ４１２、定電圧レギュレータ４１３、トランス２５１の補助巻線Ｎ９、及びダイオード４１４を含む。ダイオード４１１のアノードが電源端子Ｖｃｃ２及びコンデンサ２１３に接続され、カソードが定電圧レギュレータ４１３の入力端及びコンデンサ４１２に接続される。定電圧レギュレータは、低耐圧の三端子レギュレータ等であればよく、コンデンサ４１２の電圧を入力として５Ｖ〜１５Ｖ程度の制御電圧Ｖｓを出力する。定電圧レギュレータ４１３の入力端はダイオード４１４を介して補助巻線Ｎ９に接続される。制御電圧生成部４１０の出力電圧Ｖｓが、定電流制御部４２０及び調光制御回路４３０に制御電圧として供給される。

定電流制御部４２０は、誤差増幅部４２１及び目標値生成部４２２を備える。なお、誤差増幅部４２１はオペアンプ等で構成される。誤差増幅部４２１は、電流検出抵抗４０５によって検出された電流検出値と、目標値生成部４２２から出力される電流目標値とを一致させるように作用する（両者の誤差を増幅する）。誤差増幅部４２１の出力信号は制御ＩＣ２１０のフィードバック端子ＦＢに入力される。目標値生成部４２２は、Ｄ／Ａコンバータ等からなり、後述する調光制御部４３０から出力される調光率に応じた電流目標値を誤差増幅部４２１に出力する。

調光制御部４３０は、フォトカプラ４３１及びマイクロコントローラ（ＭＣＵ）４３２を含む。なお、フォトカプラ４３１及びＭＣＵ４３２の周辺には、必要に応じてさらに抵抗、コンデンサ等が接続される。フォトカプラ４３１は、外部の調光器からの調光信号（本実施形態では、調光信号はデューティ比が調光率に対応するＰＷＭ調光信号であるものとする）をレベル変換する。フォトカプラ４３１によってレベル変換されたＰＷＭ調光信号はＭＣＵ４３２に入力される。ＭＣＵ４３２は入力された信号に応じて調光率を演算し、演算された調光率に応じたデジタルの電流目標値を出力する。ＭＣＵ４３２からのデジタルの電流目標値は目標値生成部４２２によってアナログ変換され、誤差増幅部４２１に入力される。これにより、調光制御部４３０、定電流制御部４２０及び制御ＩＣ２１０によって、外部の調光器からの調光信号に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ２５０が定電流制御される。

ここで、仮に制御回路４００よりも先にＤＣ／ＤＣコンバータ２５０が起動した場合、例えば、調光始動ができない可能性がある。具体的には、交流電源ＡＣの投入時に、制御ＩＣ２１０のフィードバック端子ＦＢには、電流目標値を反映する定電流制御用の信号が入力されないため（すなわち、フィードバック端子ＦＢはオープンとなるため）、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５０は最大出力で動作を開始することになる。その後、制御回路４００が動作を開始すると、フィードバック端子ＦＢに定電流制御用の信号（調光に対応する信号）が入力され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５０は電流目標値に応じた出力を行う。このように、交流電源ＡＣの投入後に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５０が一旦最大出力を行ってから定電流出力を行うことになり、照明を受けるユーザには閃光が発生したかのような視覚的違和感がもたらされる可能性がある。特に、交流電源ＡＣの投入時に、外部の調光器によって深い（暗い）調光率が指定されていた場合には、交流電源ＡＣの投入時の上記光出力の段差が大きくなり、照明を受けるユーザにおける視覚的違和感は一層大きくなる。したがって、制御回路４００が制御ＩＣ２１０よりも先に起動して、制御ＩＣ２１０のフィードバック端子ＦＢに定電流制御用の信号が入力された状態でＤＣ／ＤＣコンバータ２５０が動作を開始することが望ましい。

制御ＩＣ２１０及び制御回路４００の制御電源の供給構成について説明する。交流電源ＡＣが投入されると、まず、整流回路５０の高電位側出力端に発生する電圧が起動抵抗２１１を介して制御ＩＣ２１０の高電圧入力端子ＨＶに入力され、起動回路２１２が起動電流の生成を開始する。起動回路２１２からの起動電流は電源端子Ｖｃｃ２から流出してコンデンサ２１３を充電するとともに、制御電圧生成部４１０のダイオード４１１を介してコンデンサ４１２にも供給される。制御電圧生成部４１０の出力電圧Ｖｓと電源端子Ｖｃｃ２の電位は実質的に同じ速度で上昇する（ただし、ダイオード４１１の電圧降下分だけ異なる）。なお、制御電圧生成部４１０の入力電圧が出力電圧Ｖｓ＋０．５Ｖ程度であれば、その出力電圧Ｖｓが確保されるものとする。

上述したように、誤差増幅部４２１、目標値生成部４２２及びＭＣＵ４３２の動作電圧（５Ｖ〜１５Ｖ）は制御ＩＣ２１０のオン閾値（約１８Ｖ）よりも低いため、制御回路４００が制御ＩＣ２１０よりも先に起動する。これにより、確実に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５０が停止した状態で制御回路４００が動作を開始することができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ２５０の起動後は、制御ＩＣ２１０及び制御電圧生成部４１０ともトランス２５１の補助巻線Ｎ９から給電される。そして、電源端子Ｖｃｃ２にトランス２５１の補助巻線Ｎ９から電圧が供給されると、起動回路２１２は遮断状態となる。

以上のように、本実施形態のＬＥＤ点灯回路４によると、制御ＩＣ２１０の起動回路２１２からの 起動電流が電源端子Ｖｃｃ２から制御回路４００の制御電圧生成部４１０に供給される。そして、制御回路４００の動作電圧が制御ＩＣ２１０のオン閾値Ｖｔｈ２よりも低いため、制御回路４００が制御ＩＣ２１０（ＤＣ／ＤＣコンバータ２５０）よりも確実に先に起動することができる。したがって、第２の制御ＩＣと他の制御回路である制御回路４００との間で起動タイミングが適正化される。これにより、調光信号が出力制御に反映された状態でＤＣ／ＤＣコンバータ２５０が起動され、調光始動が可能となる。これにより、ＬＥＤ照明装置５の始動時の信頼性が向上する。

変形例．
以上に本発明の好適な実施形態を示したが、本発明は、例えば以下に示すように種々の態様に変形可能である。

上記各実施形態では、制御ＩＣ２１０の高電圧入力端子ＨＶが起動抵抗２１１を介して整流回路５０の高電位側出力端に接続される構成を示したが、高電圧入力端子ＨＶは制御ＩＣ２１０のオン閾値よりも高い電圧のノードに起動抵抗を介して接続されていればよい。例えば、高電圧入力端子ＨＶが、整流回路５０の前段、すなわち交流配線の一方又は両方から起動抵抗とダイオードの直列回路を介して接続される構成としてもよい。また、上記第１の実施形態では、高電圧入力端子ＨＶがＰＦＣ１００の入力側に起動抵抗２１１を介して接続される構成を示したが、出力側、すなわちダイオード１０３のカソード側に接続される構成としてもよい。

上記各実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００又は２５０の出力電流（ＬＥＤ電流）が定電流制御される構成を示したが、出力制御態様はこれに限られない。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２００又は２５０の出力電圧（ＬＥＤ電圧）を検出し、検出電圧に基づいてＬＥＤ２への出力状態が決定される構成としてもよい。

１、４ ＬＥＤ点灯回路
２ ＬＥＤ
３、５ ＬＥＤ照明装置
１００ 力率改善回路（ＰＦＣ）
１０１ インダクタ
１０２ スイッチング素子
１１０ 制御ＩＣ
１１１ ダイオード
２００、２５０ ＤＣ／ＤＣコンバータ回路
２０１、２５１ トランス
２０２、２５２ スイッチング素子
２１０ 制御ＩＣ
２１１ 起動抵抗
２１２ 起動回路
２１３ コンデンサ
４００ 制御回路

Claims (8)

1. 入力電圧を昇圧する力率改善回路及び該力率改善回路の出力から直流電流を生成してＬＥＤに供給するＤＣ／ＤＣコンバータを有するＬＥＤ点灯回路であって、
   第１の電源端子を有し、該第１の電源端子の電圧が第１の閾値を超えると起動し、前記力率改善回路を駆動する第１の制御ＩＣと、
   高電圧入力端子と、該高電圧入力端子への入力電圧から起動電流を生成する起動回路と、前記起動電流を出力可能な第２の電源端子とを有し、前記第２の電源端子に接続されたコンデンサの電圧が前記第１の閾値よりも高い第２の閾値を超えると起動し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動する第２の制御ＩＣと
   を備え、前記第２の制御ＩＣにおいて生成される前記起動電流によって前記第１の制御ＩＣが起動され、その後に前記第２の制御ＩＣが起動するように構成されたＬＥＤ点灯回路。
2. 請求項１に記載のＬＥＤ点灯回路において、前記第１の電源端子と前記第２の電源端子の間に、アノードが前記第２の電源端子に接続され、カソードが前記第１の電源端子に接続されたダイオードが接続されたＬＥＤ点灯回路。
3. 請求項１又は２に記載のＬＥＤ点灯回路において、
   前記力率改善回路が、主巻線及び補助巻線を有するインダクタと、前記インダクタの主巻線に接続されて前記第１の制御ＩＣによって駆動されるスイッチング素子とを含み、
   前記インダクタの補助巻線に発生する電力が前記第１の電源端子及び前記第２の電源端子に供給されるように構成されたＬＥＤ点灯回路。
4. 請求項３に記載のＬＥＤ点灯回路において、前記高電圧入力端子が前記第２の閾値よりも高い電圧のノードに抵抗を介して接続され、
   前記第２の電源端子の電圧が前記第２の閾値を超え、前記インダクタの補助巻線から前記第２の電源端子へ電力が供給されることに応じて、前記起動回路が遮断状態となるように構成されたＬＥＤ点灯回路。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のＬＥＤ点灯回路において、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータが、主巻線及び補助巻線を有するトランスと、前記トランスの主巻線に接続されて前記第２の制御ＩＣによって駆動されるスイッチング素子とを含み、
   前記高電圧入力端子が前記第２の閾値よりも高い電圧のノードに抵抗を介して接続され、
   前記トランスの補助巻線に発生する電力が前記コンデンサに供給され、前記第２の電源端子の電圧が前記第２の閾値を超えた後、前記トランスの補助巻線から前記第２の電源端子へ電力が供給されることに応じて前記起動回路が遮断状態となるように構成されたＬＥＤ点灯回路。
6. 直流電流を生成してＬＥＤに供給するＤＣ／ＤＣコンバータを有するＬＥＤ点灯回路であって、
   高電圧入力端子と、該高電圧入力端子への入力電圧から起動電流を生成する起動回路と、前記起動電流を出力可能な電源端子とを有し、前記電源端子に接続されたコンデンサの電圧が所定の動作電圧よりも高い閾値を超えると起動し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動する制御ＩＣと、
   前記所定の動作電圧が給電されて起動し、前記制御ＩＣの動作状態を決定する制御回路と
   を備え、前記制御ＩＣにおいて生成される前記起動電流によって前記制御回路が起動され、その後に前記制御ＩＣが起動するように構成されたＬＥＤ点灯回路。
7. 請求項６に記載のＬＥＤ点灯回路において、前記制御回路が、入力される調光信号に応じて前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力状態を決定して、該出力状態に基づいて前記制御ＩＣに信号を出力するように構成された、ＬＥＤ点灯回路。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のＬＥＤ点灯回路と、前記ＬＥＤとを備えたＬＥＤ照明装置。

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