JP6358484B2 - Lighting device - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、照明器具に関する。   Embodiments described herein relate generally to a lighting fixture.

近年、発光ダイオード(LED)素子の光学性能の向上にともない、光源としてLED素子を用いた装置が実用化されている。LED素子を点灯させるLED点灯装置として、例えば、スイッチング手段を用いた直流のLED点灯装置が広く用いられている。   In recent years, with the improvement of optical performance of light emitting diode (LED) elements, devices using LED elements as light sources have been put into practical use. As an LED lighting device for lighting an LED element, for example, a DC LED lighting device using switching means is widely used.

LED点灯装置のスイッチング手段(スイッチング素子)には、従来、Si(シリコン)半導体が用いられたトランジスタなどが用いられる。また、SiC(炭化珪素)、GaN(窒化ガリウム)またはダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体を用いたトランジスタが注目されている。   Conventionally, a transistor using a Si (silicon) semiconductor or the like is used as a switching means (switching element) of the LED lighting device. In addition, a transistor using a wide band gap semiconductor such as SiC (silicon carbide), GaN (gallium nitride), or diamond attracts attention.

ワイドギャップ半導体は、一般的に、ゲート電圧がゼロである場合に電流が流れるノーマリオン特性を有する。ワイドギャップ半導体が用いられる半導体素子は、例えば、JFET(接合型FET)、SIT(静電誘導型トランジスタ)、MESFET(金属−半導体FET:Metal−Semiconductor−Field−Effect−Transistor)、HFET(Heterojunction Field Effect Transistor)、HEMT(High ElectronMobility Transistor)および蓄積型FETなどがある。   Wide gap semiconductors generally have normally-on characteristics in which current flows when the gate voltage is zero. Semiconductor elements using a wide gap semiconductor include, for example, JFET (junction FET), SIT (electrostatic induction transistor), MESFET (metal-semiconductor-field-effect-transistor), HFET (Heterojunction Field). Effect Transistor), HEMT (High Electron Mobility Transistor), and storage FET.

ノーマリオン特性を有する半導体素子(以下、ノーマリオンスイッチという。)を確実にオフさせるために、LED点灯装置は、負ゲート電圧用の制御回路を備える必要がある。
また、DC−DCコンバータを用いてLED素子を点灯することにより、回路効率の高いLED点灯装置が得られることが知られている。DC−DCコンバータは、誘起発生する起電力を用いてスイッチ素子を駆動することにより、定電流制御を行うことができる。
In order to reliably turn off a semiconductor element having normally-on characteristics (hereinafter referred to as a normally-on switch), the LED lighting device needs to include a control circuit for a negative gate voltage.
It is also known that an LED lighting device with high circuit efficiency can be obtained by lighting an LED element using a DC-DC converter. The DC-DC converter can perform constant current control by driving the switch element using the electromotive force generated by induction.

特開2009−218528号公報JP 2009-218528 A 特開2007−006658号公報JP 2007-006658 A 特許第4123886号公報Japanese Patent No. 4123886

安定性および信頼性が向上する照明装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a lighting device with improved stability and reliability.

少なくともソースとゲートとを有するスイッチング素子と、前記スイッチング素子のソースに接続する定電流手段と、前記定電流手段に接続され少なくとも前記スイッチング素子のオン時に電流が流れるインダクタと、少なくとも前記スイッチング素子のオフ時に電流が流れるダイオードと、前記インダクタに磁気結合するとともに前記スイッチング素子のゲートに接続する駆動巻線とを備え、前記スイッチング素子のオンオフ動作により直流出力を発生する出力発生手段と;前記出力発生手段より発生される直流出力により点灯される半導体発光素子と;を具備し、前記インダクタ及び前記駆動巻線とは平面コイル構造体により構成され、前記スイッチング素子、前記定電流手段、前記ダイオードを集積した半導体チップを前記平面コイル構造の少なくとも一面に積層される。 A switching element having at least a source and a gate; a constant current means connected to the source of the switching element; an inductor connected to the constant current means and through which a current flows at least when the switching element is on; and at least the switching element off An output generating means, comprising: a diode through which current sometimes flows; and a drive winding magnetically coupled to the inductor and connected to the gate of the switching element; A semiconductor light emitting device that is turned on by a direct current output generated by the semiconductor device, wherein the inductor and the drive winding are configured by a planar coil structure, and the switching device , the constant current means, and the diode are integrated. the planar coil of the semiconductor chip It is laminated on at least one surface of the concrete body.

図1は、一実施形態に係る照明器具の例を示す図である。Drawing 1 is a figure showing an example of a lighting fixture concerning one embodiment. 図2は、一実施形態に係るLED点灯装置の構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of an LED lighting device according to an embodiment. 図3は、一実施形態に係るLED点灯装置の構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of an LED lighting device according to an embodiment. 図4は、一実施形態に係る定電圧電源の構成例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a constant voltage power supply according to an embodiment. 図5は、一実施形態に係るLED点灯装置の構成例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of an LED lighting device according to an embodiment. 図6は、一実施形態に係るLED点灯装置の構成例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of an LED lighting device according to an embodiment. 図7は、一実施形態に係るLED点灯装置の構成例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of an LED lighting device according to an embodiment. 図8は、一実施形態に係るLED点灯装置の構成例を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of an LED lighting device according to an embodiment. 図9は、一実施形態に係るLED点灯装置の各部における電流及び電圧の波形の例を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating an example of current and voltage waveforms in each unit of the LED lighting device according to the embodiment. 図10は、一実施形態に係るLED点灯装置の構成例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of an LED lighting device according to an embodiment. 図11は、一実施形態に係るLED点灯装置の構成例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of an LED lighting device according to an embodiment. 図12は、一実施形態に係るLED点灯装置の構成例を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration example of an LED lighting device according to an embodiment. 図13は、一実施形態に係るLED点灯装置の各部における電流及び電圧の波形の例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an example of current and voltage waveforms in each part of the LED lighting device according to the embodiment. 図14は、一実施形態に係るLED点灯装置の構成例を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration example of an LED lighting device according to an embodiment. 図15は、一実施形態に係るLED点灯装置の構成例を示す図である。FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration example of an LED lighting device according to an embodiment. 図16は、一実施形態に係るLED点灯装置の集積回路モジュールの例を示す図である。FIG. 16 is a diagram illustrating an example of an integrated circuit module of the LED lighting device according to the embodiment. 図17は、一実施形態に係るLED点灯装置の集積回路モジュールの例を示す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating an example of an integrated circuit module of the LED lighting device according to the embodiment.

以下、実施の形態を図面に従い説明する。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)   (First embodiment)

図1は、第1の実施の形態にかかる電源装置(LED点灯装置)が適用される照明器具を示す斜視図である。まず、電源装置を備える照明器具について簡単に説明する。   FIG. 1 is a perspective view showing a lighting fixture to which the power supply device (LED lighting device) according to the first embodiment is applied. First, the lighting fixture provided with a power supply device is demonstrated easily.

図1において、1は器具本体である。器具本体1は、円板状をした基台1aを有している。そして、この基台1a上に光源として直径の異なるリング状のLED照明灯2,及び3が同心状に配置される。LED照明灯2,3を覆うように乳白色のセード4が装着されている。器具本体1の内部には、電源装置100が配置されている。なお、図示しないが、さらに反射板、端子および配線などが器具本体1に設けられてもよい。   In FIG. 1, 1 is an instrument main body. The instrument body 1 has a disk-shaped base 1a. Then, ring-shaped LED lighting lamps 2 and 3 having different diameters are concentrically arranged as light sources on the base 1a. A milky white shade 4 is mounted so as to cover the LED lighting lamps 2 and 3. A power supply device 100 is disposed inside the instrument body 1. In addition, although not shown in the drawing, a reflector, a terminal, wiring, and the like may be further provided in the instrument body 1.

図2は、図1に示す照明器具の器具本体1の内部に組み込まれる電源装置100の概略構成を示している。   FIG. 2 shows a schematic configuration of the power supply apparatus 100 incorporated in the fixture main body 1 of the lighting fixture shown in FIG.

図2において、10は交流電源である。交流電源10は、不図示の商用電源を備える。交流電源10には、全波整流回路11の入力端子が接続されている。全波整流回路11は、交流電源10からの交流電力を全波整流した出力を発生する。全波整流回路11の正負極の出力端子間には、リップル電流平滑用のコンデンサ12が接続されている。   In FIG. 2, 10 is an AC power source. The AC power supply 10 includes a commercial power supply (not shown). An input terminal of a full wave rectifier circuit 11 is connected to the AC power supply 10. The full-wave rectifier circuit 11 generates an output obtained by full-wave rectifying AC power from the AC power supply 10. A ripple current smoothing capacitor 12 is connected between the positive and negative output terminals of the full-wave rectifier circuit 11.

コンデンサ12には、降圧チョッパを構成するスイッチング素子として例えばGaNによるノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ13が接続されている。   A normally-on type field effect transistor 13 made of GaN, for example, is connected to the capacitor 12 as a switching element constituting the step-down chopper.

この電界効果トランジスタ13は、バンドギャップの違う異種の半導体材料を接合することで形成される。電界効果トランジスタ13は、界面に2次元電子ガスの層を備える。電界効果トランジスタ13は、2次元電子ガスの層の効果により高速なスイッチングと感度を実現することが出来る。電界効果トランジスタ13は、HEMT(High Electron Mobility Transistor)と呼ばれている。   The field effect transistor 13 is formed by bonding different kinds of semiconductor materials having different band gaps. The field effect transistor 13 includes a two-dimensional electron gas layer at the interface. The field effect transistor 13 can realize high-speed switching and sensitivity by the effect of the two-dimensional electron gas layer. The field effect transistor 13 is called HEMT (High Electron Mobility Transistor).

また、この電界効果トランジスタ13は、ゲートソース間電圧をVgsとし、ゲート電圧の閾値をVth(負電圧)とする。電界効果トランジスタ13は、Vth>Vgsである場合にオフし、Vth<Vgsである場合にオンする。   The field effect transistor 13 has a gate-source voltage of Vgs and a gate voltage threshold of Vth (negative voltage). The field effect transistor 13 is turned off when Vth> Vgs, and turned on when Vth <Vgs.

電界効果トランジスタ13のドレインは、全波整流回路11の正極側の出力端子に接続される。電界効果トランジスタ13のソースは、半導体発光素子として複数個直列接続されたLED素子を有するLED素子群14、抵抗素子15及びインダクタ16の直列回路を介して全波整流回路11の正極側の出力端子に接続される。また、電界効果トランジスタ13のゲートは、駆動制御手段をなすスイッチング素子としてノーマリーオフタイプの電界効果トランジスタ18を介して抵抗素子15とインダクタ16の接続点に接続されている。   The drain of the field effect transistor 13 is connected to the positive output terminal of the full-wave rectifier circuit 11. The source of the field effect transistor 13 is an output terminal on the positive side of the full-wave rectifier circuit 11 via a series circuit of an LED element group 14 having a plurality of LED elements connected in series as semiconductor light emitting elements, a resistor element 15 and an inductor 16. Connected to. The gate of the field effect transistor 13 is connected to a connection point between the resistance element 15 and the inductor 16 via a normally-off type field effect transistor 18 as a switching element that forms drive control means.

なお、電界効果トランジスタ13は、ソースとゲートの間にゲート保護用の図示極性のダイオード19が接続されている。   In the field effect transistor 13, a diode 19 of the illustrated polarity for gate protection is connected between the source and the gate.

LED素子群14は、図1に示すLED照明灯2,3に相当する。LED素子群14に電流が流れると両端に図示極性の順方向電圧を発生する。順方向電圧の負電位を電界効果トランジスタ13のソースゲート間に印加させることで電界効果トランジスタ13をオフさせる。また、LED素子群14には、並列にコンデンサ20が接続されている。   The LED element group 14 corresponds to the LED illumination lamps 2 and 3 shown in FIG. When a current flows through the LED element group 14, a forward voltage having the polarity shown in the figure is generated at both ends. The field effect transistor 13 is turned off by applying a forward voltage negative potential between the source and gate of the field effect transistor 13. A capacitor 20 is connected to the LED element group 14 in parallel.

インダクタ16は、カップリングされた補助巻線161を有する。補助巻線161の一方端は、抵抗素子15とインダクタ16の接続点に接続される。補助巻線161の他方端は、図示している極性のダイオード21を介して電界効果トランジスタ18のゲートに接続されている。そして、電界効果トランジスタ13のオンオフ動作にともなうインダクタ16での電磁的エネルギーの蓄積及び放出により、フライホイールダイオード22を介してコンデンサ20両端に降圧された直流出力を発生させる。また、インダクタ16での電磁的エネルギーの蓄積及び放出に同期した補助巻線161の出力により、電界効果トランジスタ18をオンオフ動作させる自励回路が構成されている。   The inductor 16 has a coupled auxiliary winding 161. One end of the auxiliary winding 161 is connected to a connection point between the resistance element 15 and the inductor 16. The other end of the auxiliary winding 161 is connected to the gate of the field effect transistor 18 through the diode 21 having the polarity shown in the figure. Then, by accumulating and releasing electromagnetic energy in the inductor 16 accompanying the on / off operation of the field effect transistor 13, a stepped-down DC output is generated across the capacitor 20 via the flywheel diode 22. Further, a self-excited circuit for turning on and off the field effect transistor 18 is configured by the output of the auxiliary winding 161 synchronized with the accumulation and release of electromagnetic energy in the inductor 16.

抵抗素子15には、定電流制御手段を構成するコンパレータ23が接続されている。コンパレータ23は、図示極性のダイオード24を介して電界効果トランジスタ18のゲートに接続されている。また、コンパレータ23は、一方入力端子に予め設定された基準信号Vfを発生する電源17が接続される。コンパレータ23の他方端子には、抵抗素子15に流れる負荷電流が入力される。コンパレータ23は、入力される負荷電流と基準信号Vfとを比較する。コンパレータ23は、比較結果において、負荷電流が基準信号Vfに達する場合、電界効果トランジスタ18を強制的にオン動作させる。   The resistance element 15 is connected to a comparator 23 that constitutes constant current control means. The comparator 23 is connected to the gate of the field effect transistor 18 through the diode 24 having the polarity shown in the figure. The comparator 23 is connected to a power source 17 that generates a preset reference signal Vf at one input terminal. A load current flowing through the resistance element 15 is input to the other terminal of the comparator 23. The comparator 23 compares the input load current with the reference signal Vf. The comparator 23 forcibly turns on the field effect transistor 18 when the load current reaches the reference signal Vf in the comparison result.

次に、このように構成した実施の形態の作用を説明する。   Next, the operation of the embodiment configured as described above will be described.

いま、不図示の電源スイッチにより電源オンとすると、オン状態の電界効果トランジスタ13を介してLED素子群14の両端に図示極性の順方向電圧を発生する。また、電界効果トランジスタ13のオンにより、LED素子群14を流れる電流がコンパレータ23の基準信号Vfになると、電界効果トランジスタ18がオンし、LED素子群14の順方向電圧による負電位が電界効果トランジスタ13のソースとゲートの間に印加される。この場合、Vth>Vgsになって電界効果トランジスタ13がオフする。この状態で、インダクタ16の補助巻線161より電界効果トランジスタ18をオンし続ける信号が発生する。インダクタ16が放電を終了する場合、電界効果トランジスタ18がオフする。この場合、Vth<Vgsとなる為、電界効果トランジスタ13は、再びオンする。   Now, when the power is turned on by a power switch (not shown), a forward voltage having the polarity shown is generated at both ends of the LED element group 14 via the field effect transistor 13 in the on state. Further, when the current flowing through the LED element group 14 becomes the reference signal Vf of the comparator 23 by turning on the field effect transistor 13, the field effect transistor 18 is turned on, and the negative potential due to the forward voltage of the LED element group 14 is changed to the field effect transistor. Applied between 13 sources and gates. In this case, Vth> Vgs and the field effect transistor 13 is turned off. In this state, a signal for continuing to turn on the field effect transistor 18 is generated from the auxiliary winding 161 of the inductor 16. When the inductor 16 finishes discharging, the field effect transistor 18 is turned off. In this case, since Vth <Vgs, the field effect transistor 13 is turned on again.

以下、同様な動作が繰り返され、電界効果トランジスタ18のスイッチング動作により電界効果トランジスタ13をオンオフする。インダクタ16での電磁的エネルギーの蓄積及び放出によりフライホイールダイオード22を介してコンデンサ20両端に降圧された直流出力が発生する。この直流出力によりLED素子群14が点灯される。   Thereafter, the same operation is repeated, and the field effect transistor 13 is turned on / off by the switching operation of the field effect transistor 18. Due to the accumulation and release of electromagnetic energy in the inductor 16, a stepped-down DC output is generated across the capacitor 20 via the flywheel diode 22. The LED element group 14 is turned on by this DC output.

また、抵抗素子15に流れる負荷電流がコンパレータ23の予め設定された基準信号Vfになると電界効果トランジスタ18がオンし、電界効果トランジスタ13がオフする。これにより負荷電流が制限されるようになり、LED素子群14に流れる負荷電流は、常に基準信号Vfと一致するように制御され、定電流制御が行われる。   Further, when the load current flowing through the resistance element 15 becomes a preset reference signal Vf of the comparator 23, the field effect transistor 18 is turned on and the field effect transistor 13 is turned off. As a result, the load current is limited, and the load current flowing through the LED element group 14 is always controlled to coincide with the reference signal Vf, and constant current control is performed.

したがって、このようにすれば、降圧チョッパを構成するスイッチング素子としてノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ13が用いられ、電界効果トランジスタ13を、LED素子群14に発生する順方向電圧を利用してオフできるようになる。これにより、ノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ13をオフするための負電圧を得るのに特別な電源回路を組み込むことがなくなり、部品点数を少なくできる。また、回路構成を簡単化できるとともに、装置を小型化でき、価格的にも安価にできる。   Therefore, in this case, the normally-on type field effect transistor 13 is used as a switching element constituting the step-down chopper, and the field effect transistor 13 is turned off using the forward voltage generated in the LED element group 14. become able to. As a result, a special power supply circuit is not incorporated to obtain a negative voltage for turning off the normally-on type field effect transistor 13, and the number of components can be reduced. In addition, the circuit configuration can be simplified, the apparatus can be miniaturized, and the price can be reduced.

また、半導体発光素子14に発生する順方向電圧により電界効果トランジスタ13のゲート電圧の閾値Vthに対してVth>Vgs(ゲートソース間電圧)の適切な負電位を得られるので、ノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタを確実にオフすることができる。   In addition, an appropriate negative potential of Vth> Vgs (gate-source voltage) can be obtained with respect to the threshold voltage Vth of the gate voltage of the field effect transistor 13 by the forward voltage generated in the semiconductor light-emitting element 14. The field effect transistor can be reliably turned off.

また、スイッチング素子として、GaNによるノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ13を使用している。電界効果トランジスタ13は、効率を落とすことなく高周波化できる。これにより、回路を構成するインダクタやコンデンサなどのインピーダンス素子の容量を小さくすることができ、装置のさらなる小型化によりモジュール化が実現できる。   Further, a normally-on type field effect transistor 13 made of GaN is used as the switching element. The field effect transistor 13 can increase the frequency without degrading the efficiency. As a result, the capacitance of impedance elements such as inductors and capacitors constituting the circuit can be reduced, and modularization can be realized by further downsizing the apparatus.

さらに、外部からの操作などで電源17の基準電圧Vfを変更することにより、LED素子群14の調光を行うこともできる。この場合、例えば、LED素子群14を搭載する不図示の基板側に、リモコン又はフォトカプラなどによる絶縁タイプの入力手段を介して制御信号を受け付ける受信回路を設けるのが好ましい。   Furthermore, the LED element group 14 can be dimmed by changing the reference voltage Vf of the power source 17 by an external operation or the like. In this case, for example, it is preferable to provide a receiving circuit that receives a control signal via an insulating type input means such as a remote controller or a photocoupler on the side of a substrate (not shown) on which the LED element group 14 is mounted.

なお、LED素子群14両端に発生させる順方向電圧を最適に設定するには、LED素子の直列個数が制限されるので、LED照明灯として、これ以上の個数のLED素子を必要とする場合は、適正個数以上のLED素子は、インダクタ16と直列に接続するようにすればよい。   In order to optimally set the forward voltage generated at both ends of the LED element group 14, the number of LED elements in series is limited. Therefore, when an LED illumination lamp requires a larger number of LED elements. An appropriate number or more of LED elements may be connected in series with the inductor 16.

(第2の実施の形態)   (Second Embodiment)

次に、第2の実施の形態を説明する。   Next, a second embodiment will be described.

図3は、第2の実施の形態の概略構成を示すもので、図2と同一部分には同符号を付している。   FIG. 3 shows a schematic configuration of the second embodiment, and the same parts as those in FIG.

この場合、全波整流回路11の正負極の出力端子間に接続されるコンデンサ12間には、半導体発光素子として複数個直列接続されたLED素子を有するLED素子群31と直列に、例えばGaNによるノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ32,33の直列回路がスイッチング素子として接続されている。これら電界効果トランジスタ32,33についても、ゲート電圧の閾値Vthが負電圧で、Vth>Vgs(ゲートソース間電圧)でオフ、Vth<Vgsでオンとなるものである。また、これら電界効果トランジスタ32,33は、ソースドレイン間に図示極性のダイオード32a、33aがそれぞれ接続されている。   In this case, between the capacitors 12 connected between the positive and negative output terminals of the full-wave rectifier circuit 11, a plurality of LED elements connected in series as semiconductor light emitting elements are connected in series with, for example, GaN. A series circuit of normally-on type field effect transistors 32 and 33 is connected as a switching element. These field effect transistors 32 and 33 also have a gate voltage threshold Vth of a negative voltage, and are turned off when Vth> Vgs (gate-source voltage) and turned on when Vth <Vgs. The field effect transistors 32 and 33 have diodes 32a and 33a having polarities shown in the figure connected between the source and drain, respectively.

電界効果トランジスタ32,33の直列回路には、コンデンサ34が並列接続され、電界効果トランジスタ33には、インダクタ35とコンデンサ36の直列回路が並列接続されている。電界効果トランジスタ32には、ゲートとソースの間に図示極性のダイオード37が接続され、このダイオード37の間にコンデンサ38を介して第1の駆動源39が接続されている。また、電界効果トランジスタ33も、ゲートとソースの間に図示極性のダイオード40が接続され、このダイオード40の間にコンデンサ41を介して第2の駆動源42が接続されている。これら第1及び第2の駆動源39、42は、コンデンサ38、41を介して正負のパルス状信号を出力し、ダイオード37、40により半波整流された負電圧の信号を電界効果トランジスタ32,33のゲートソース間に交互に入力する。   A capacitor 34 is connected in parallel to the series circuit of the field effect transistors 32 and 33, and a series circuit of an inductor 35 and a capacitor 36 is connected in parallel to the field effect transistor 33. In the field effect transistor 32, a diode 37 having the illustrated polarity is connected between a gate and a source, and a first drive source 39 is connected between the diode 37 via a capacitor 38. In the field effect transistor 33, a diode 40 having the illustrated polarity is connected between a gate and a source, and a second drive source 42 is connected between the diode 40 via a capacitor 41. The first and second drive sources 39 and 42 output positive and negative pulse signals via the capacitors 38 and 41, and convert the negative voltage signal half-wave rectified by the diodes 37 and 40 into the field effect transistors 32, Input alternately between 33 gate sources.

コンデンサ12とLED素子群31の接続点には、駆動制御手段であるスイッチング素子として例えばGaNによるノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ43が接続されている。この電界効果トランジスタ43は、ドレインがコンデンサ12とLED素子群31の接続点に、ソースがコンデンサ44を介して電界効果トランジスタ33のゲートにそれぞれ接続される。さらに、電界効果トランジスタ43は、ゲートがコンデンサ44と電界効果トランジスタ33のゲートの接続点に接続され、電源投入とともに、LED素子群31の順方向電圧によりコンデンサ44に負電位を発生させ電界効果トランジスタ33のゲートに入力する。電界効果トランジスタ43は、ソースドレイン間に図示極性のダイオード43aが接続されている。   A normally-on type field effect transistor 43 made of, for example, GaN is connected to a connection point between the capacitor 12 and the LED element group 31 as a switching element serving as drive control means. The field effect transistor 43 has a drain connected to the connection point between the capacitor 12 and the LED element group 31, and a source connected to the gate of the field effect transistor 33 via the capacitor 44. Further, the field effect transistor 43 has a gate connected to a connection point between the capacitor 44 and the gate of the field effect transistor 33. When the power is turned on, a negative potential is generated in the capacitor 44 by the forward voltage of the LED element group 31. Input to 33 gates. In the field effect transistor 43, a diode 43a having the illustrated polarity is connected between the source and drain.

次に、このように構成した実施の形態の作用を説明する。   Next, the operation of the embodiment configured as described above will be described.

いま、不図示の電源スイッチにより電源オンし、LED素子群31に順方向電圧が発生すると、この順方向電圧によりオン状態の電界効果トランジスタ43を介してコンデンサ44に充電電流が流れ、コンデンサ44が図示極性に充電される。すると、電界効果トランジスタ33のゲートにコンデンサ44の負電位が印加され、電界効果トランジスタ33がオフされる。これにより、電源起動時のLED素子群31とオン状態の電界効果トランジスタ32,33による回路短絡が阻止され、過電流が流れてLED素子群31を破損するような事故が防止される。なお、コンデンサ44の充電電荷は、電界効果トランジスタ43のダイオード43aを通して放電される。   Now, when power is turned on by a power switch (not shown) and a forward voltage is generated in the LED element group 31, a charging current flows to the capacitor 44 via the field effect transistor 43 in the on state by this forward voltage, Charged to the polarity shown. Then, the negative potential of the capacitor 44 is applied to the gate of the field effect transistor 33, and the field effect transistor 33 is turned off. As a result, a short circuit between the LED element group 31 and the on-state field effect transistors 32 and 33 at the time of starting the power supply is prevented, and an accident where the overcurrent flows and the LED element group 31 is damaged is prevented. The charged charge of the capacitor 44 is discharged through the diode 43a of the field effect transistor 43.

その後、第1及び第2の駆動源39、42からの出力によりダイオード37、40を介して負電圧の信号が電界効果トランジスタ32,33のゲートソース間に交互に入力される。まず、電界効果トランジスタ32がオンで、電界効果トランジスタ33のゲートに第2の駆動源42より負電圧の信号が入力されオフすると、全波整流回路11の正極側からLED素子群31、電界効果トランジスタ32、インダクタ35、コンデンサ36、全波整流回路11の負極側に電流が流れ、インダクタ35に電磁エネルギーが蓄えられる。この状態で、電界効果トランジスタ32のゲートに第1の駆動源39より負電圧の信号が入力されオフすると、インダクタ35の電磁エネルギーは、コンデンサ36、電界効果トランジスタ33のダイオード33aを通ってコンデンサ36に充電電流を流し続ける。ここまでは、コンデンサ36を出力コンデンサとする降圧チョッパの動作となる。   Thereafter, a negative voltage signal is alternately input between the gate sources of the field effect transistors 32 and 33 via the diodes 37 and 40 by the outputs from the first and second drive sources 39 and 42. First, when the field effect transistor 32 is turned on, and a negative voltage signal is input to the gate of the field effect transistor 33 from the second drive source 42 and turned off, the LED element group 31, the field effect from the positive side of the full-wave rectifier circuit 11. Current flows to the negative side of the transistor 32, the inductor 35, the capacitor 36, and the full-wave rectifier circuit 11, and electromagnetic energy is stored in the inductor 35. In this state, when a negative voltage signal is input to the gate of the field effect transistor 32 from the first drive source 39 and turned off, the electromagnetic energy of the inductor 35 passes through the capacitor 36 and the diode 33 a of the field effect transistor 33, and the capacitor 36. Continue charging current. Up to this point, the operation of the step-down chopper using the capacitor 36 as an output capacitor is performed.

次に、電界効果トランジスタ33がオンで、電界効果トランジスタ32のゲートに第1の駆動源39より負電圧の信号が入力されオフすると、充電電流が無くなり、コンデンサ36よりインダクタ35、電界効果トランジスタ33を通って放電電流が流れ、インダクタ35に電磁エネルギーが蓄えられる。そして、この状態で、電界効果トランジスタ33のゲートに第2の駆動源42より負電圧の信号が入力されオフすると、インダクタ35の電磁エネルギーが電界効果トランジスタ32のダイオード32a、コンデンサ34を通って流れる。以下、同様な動作が繰り返されると、LED素子群31には負荷電流が流れ続け、この電流により、LED素子群31は点灯される。   Next, when the field effect transistor 33 is turned on and a negative voltage signal is input to the gate of the field effect transistor 32 from the first drive source 39 and turned off, the charging current disappears, and the inductor 35 and the field effect transistor 33 are removed from the capacitor 36. A discharge current flows through the inductor 35 and electromagnetic energy is stored in the inductor 35. In this state, when a negative voltage signal is input to the gate of the field effect transistor 33 from the second drive source 42 and turned off, electromagnetic energy of the inductor 35 flows through the diode 32 a and the capacitor 34 of the field effect transistor 32. . Thereafter, when the same operation is repeated, a load current continues to flow through the LED element group 31, and the LED element group 31 is lit by this current.

したがって、このようにすれば、電源立ち上げとともに、LED素子群31の順方向電圧を利用してノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ43を介してコンデンサ44に充電電流を流して充電し、このコンデンサ44の負電位によりスイッチング回路を構成するノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ33をオフさせることができる。この場合も、第1の実施の形態と同様な効果を得られる。さらに、電界効果トランジスタ32,33のオンによる電源起動時の回路短絡を阻止することができるので、LED素子群31に過電流が流れるのを確実に無くして、LED素子群31の破損などの事故を未然に防止できる。
(変形例)
Therefore, in this way, when the power supply is turned on, the forward voltage of the LED element group 31 is used to charge the capacitor 44 through the normally-on type field effect transistor 43 to charge the capacitor 44. The normally-on type field effect transistor 33 constituting the switching circuit can be turned off by the negative potential 44. In this case, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Furthermore, since a circuit short-circuit at the time of starting the power supply by turning on the field effect transistors 32 and 33 can be prevented, an overcurrent does not flow through the LED element group 31 reliably, and an accident such as breakage of the LED element group 31 occurs. Can be prevented.
(Modification)

図4は、第2の実施の形態に適用される定電圧電源の概略構成を示す図である。第2の実施の形態には、電源として図4に示すような定電圧電源を適用することができる。この場合、直流電源46の正極側端にノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ47のドレインが接続され、この電界効果トランジスタ47のソースがコンデンサ48を介して直流電源46の負極側端に接続されている。また、電界効果トランジスタ47のゲートと直流電源46の負極側端の間に図示極性のツェナーダイオード49が接続されている。ツェナーダイオード49は、ツェナー効果により一定の電圧を発生する。   FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a constant voltage power source applied to the second embodiment. In the second embodiment, a constant voltage power source as shown in FIG. 4 can be applied as the power source. In this case, the drain of the normally-on type field effect transistor 47 is connected to the positive electrode side end of the DC power source 46, and the source of the field effect transistor 47 is connected to the negative electrode side end of the DC power source 46 via the capacitor 48. Yes. Further, a zener diode 49 having the polarity shown in the figure is connected between the gate of the field effect transistor 47 and the negative end of the DC power supply 46. The Zener diode 49 generates a constant voltage due to the Zener effect.

このようにすると、電界効果トランジスタ47のオンにより、ツェナーダイオード49による定電圧Vcがコンデンサ48の間に発生するようになり、この定電圧を電源として用いることができる。   In this way, when the field effect transistor 47 is turned on, a constant voltage Vc generated by the Zener diode 49 is generated between the capacitors 48, and this constant voltage can be used as a power source.

(第3の実施の形態)   (Third embodiment)

次に、第3の実施の形態を説明する。   Next, a third embodiment will be described.

図5は、第3の実施の形態の概略構成を示すもので、図2と同一部分には同符号を付している。   FIG. 5 shows a schematic configuration of the third embodiment, and the same parts as those in FIG.

この場合、全波整流回路11の正負極の出力端子に接続されるコンデンサ12間には、スイッチング素子として、例えばGaNによるノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ51,52の直列回路と、同様にGaNによるノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ53,54の直列回路を並列に接続したフルブリッジ回路と、半導体発光素子として複数個直列接続されたLED素子を有するLED素子群55の直列回路が接続されている。また、電界効果トランジスタ51,52の接続点と電界効果トランジスタ53,54の接続点との間には、インダクタ65が接続されている。   In this case, between the capacitors 12 connected to the positive and negative output terminals of the full-wave rectifier circuit 11, as a switching element, for example, a series circuit of normally-on type field effect transistors 51 and 52 made of GaN, as well as GaN. Are connected to a series circuit of normally-on type field effect transistors 53 and 54 connected in parallel and a series circuit of LED element group 55 having a plurality of LED elements connected in series as semiconductor light emitting elements. Yes. An inductor 65 is connected between the connection point of the field effect transistors 51 and 52 and the connection point of the field effect transistors 53 and 54.

電界効果トランジスタ51〜54についても、ゲート電圧の閾値Vthが負電圧で、Vth>Vgs(ゲートソース間電圧)でオフ、Vth<Vgsでオンとなるノーマリーオンタイプのものである。これら電界効果トランジスタ51〜54は、ソースドレイン間に図示極性のダイオード51a〜54aがそれぞれ接続されている。また、電界効果トランジスタ51〜54は、それぞれのゲートソース間に、ゲート保護用のダイオード56〜59が各別に接続されている。さらに、電界効果トランジスタ51〜54のブリッジ回路には、コンデンサ60が並列に接続されている。   The field effect transistors 51 to 54 are also normally-on type transistors in which the gate voltage threshold Vth is a negative voltage, is off when Vth> Vgs (gate-source voltage), and is on when Vth <Vgs. In the field effect transistors 51 to 54, diodes 51a to 54a having polarities shown in the figure are connected between the source and the drain, respectively. In the field effect transistors 51 to 54, gate protection diodes 56 to 59 are individually connected between the gate sources. Further, a capacitor 60 is connected in parallel to the bridge circuit of the field effect transistors 51 to 54.

LED素子群55は、電流が流れると両端に図示極性の順方向電圧を発生し、この順方向電圧によりグランドG側を負電位とする。この場合、グランドG側の負電位は、電界効果トランジスタ51〜54のゲート電圧の閾値Vth以下になるように設定されている。   When a current flows, the LED element group 55 generates a forward voltage having the polarity shown in the figure at both ends, and the ground G side is set to a negative potential by the forward voltage. In this case, the negative potential on the ground G side is set to be equal to or lower than the threshold voltage Vth of the gate voltage of the field effect transistors 51 to 54.

電界効果トランジスタ51、54は、それぞれのゲートを共通接続し、駆動制御手段としてGaNによるノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ61を介してグランドGに、同様に、電界効果トランジスタ52、53は、それぞれのゲートを共通接続し、駆動制御手段としてGaNによるノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ62を介してグランドGにそれぞれ接続されている。   The field effect transistors 51 and 54 have respective gates connected in common, and as a drive control means, the field effect transistors 52 and 53 are respectively connected to the ground G via the normally on type field effect transistor 61 made of GaN. Are connected in common, and are connected to the ground G through normally-on type field effect transistors 62 of GaN as drive control means.

電界効果トランジスタ61、62は、ソースドレイン間に図示極性のダイオード61a、62aがそれぞれ接続されている。これら電界効果トランジスタ61、62は、駆動源63とともにスイッチ駆動部64を構成している。駆動源63は、電界効果トランジスタ61、62のゲートに接続され、負電圧の信号を電界効果トランジスタ61、62のゲートに交互に入力する。   In the field effect transistors 61 and 62, diodes 61a and 62a having polarities shown in the figure are connected between the source and drain, respectively. These field effect transistors 61 and 62 constitute a switch drive unit 64 together with the drive source 63. The drive source 63 is connected to the gates of the field effect transistors 61 and 62, and alternately inputs a negative voltage signal to the gates of the field effect transistors 61 and 62.

なお、65,66は、電界効果トランジスタ52〜54のオフ状態からオンへの復帰を早めるための抵抗素子である。   Reference numerals 65 and 66 denote resistance elements for accelerating the return of the field effect transistors 52 to 54 from the off state to the on state.

次に、このように構成した実施の形態の作用を説明する。   Next, the operation of the embodiment configured as described above will be described.

いま、不図示の電源スイッチにより電源オンとすると、電界効果トランジスタ51〜54のオンにより、LED素子群55に図示極性の順方向電圧が発生し、グランドG側を負電位とする。この状態で、オン状態の電界効果トランジスタ61、62を介して電界効果トランジスタ51〜54の各ゲートにグランドG側の負電位が印加され、電界効果トランジスタ51〜54がオフされる。これにより、電源起動時の電界効果トランジスタ51〜54、LED素子群55による回路短絡が阻止される。   Now, when the power is turned on by a power switch (not shown), the field effect transistors 51 to 54 are turned on to generate a forward voltage having the polarity shown in the LED element group 55, and the ground G side is set to a negative potential. In this state, a negative potential on the ground G side is applied to each gate of the field effect transistors 51 to 54 through the field effect transistors 61 and 62 in the on state, and the field effect transistors 51 to 54 are turned off. Thereby, the circuit short circuit by the field effect transistors 51-54 and the LED element group 55 at the time of power supply starting is prevented.

その後、スイッチ駆動部64の駆動源63からの出力により電界効果トランジスタ61、62のゲートに負電圧の信号が交互に入力される。まず、電界効果トランジスタ51,54がオンで、電界効果トランジスタ52,53のゲートに電界効果トランジスタ62がオンでグランドG側の負電位が印加されオフすると、全波整流回路11の正極側から電界効果トランジスタ51,インダクタ65、電界効果トランジスタ54、LED素子群55に電流が流れ、インダクタ65に電磁エネルギーが蓄えられる。この状態で、電界効果トランジスタ61がオンになって、電界効果トランジスタ51,54のゲートにグランドG側の負電位が印加されオフすると、インダクタ65の電磁エネルギーは、電界効果トランジスタ53のダイオード53a、コンデンサ60、電界効果トランジスタ52のダイオード52aを通って充電電流を流す。   Thereafter, a negative voltage signal is alternately input to the gates of the field effect transistors 61 and 62 by the output from the drive source 63 of the switch drive unit 64. First, when the field effect transistors 51 and 54 are turned on, the field effect transistor 62 is turned on to the gates of the field effect transistors 52 and 53, and a negative potential on the ground G side is applied and turned off, the electric field is applied from the positive side of the full-wave rectifier circuit 11. Current flows through the effect transistor 51, the inductor 65, the field effect transistor 54, and the LED element group 55, and electromagnetic energy is stored in the inductor 65. In this state, when the field effect transistor 61 is turned on and a negative potential on the ground G side is applied to the gates of the field effect transistors 51 and 54 and turned off, the electromagnetic energy of the inductor 65 is changed to the diode 53a, A charging current is passed through the capacitor 60 and the diode 52a of the field effect transistor 52.

次に、電界効果トランジスタ52,53がオンで、電界効果トランジスタ51,54のゲートに電界効果トランジスタ61がオンでグランドGの負電位が印加されオフすると、コンデンサ60より電界効果トランジスタ53、インダクタ65、電界効果トランジスタ52を通って放電電流が流れ、インダクタ65に電磁エネルギーが蓄えられる。この状態で、電界効果トランジスタ62がオンになって、電界効果トランジスタ52,53のゲートにグランドGの負電位が印加されオフすると、インダクタ65の電磁エネルギーは、電界効果トランジスタ51のダイオード51a、コンデンサ60、電界効果トランジスタ54のダイオード54aを通って充電電流として流れる。以下、同様な動作が繰り返されると、LED素子群55には負荷電流が流れ続け、この電流により、LED素子群55は点灯される。   Next, when the field effect transistors 52 and 53 are turned on, the field effect transistor 61 is turned on to the gates of the field effect transistors 51 and 54, and the negative potential of the ground G is applied and turned off, the field effect transistor 53 and the inductor 65 are turned off from the capacitor 60. A discharge current flows through the field effect transistor 52 and electromagnetic energy is stored in the inductor 65. In this state, when the field effect transistor 62 is turned on and the negative potential of the ground G is applied to the gates of the field effect transistors 52 and 53 and turned off, the electromagnetic energy of the inductor 65 is changed to the diode 51a of the field effect transistor 51, the capacitor 60, it flows as a charging current through the diode 54a of the field effect transistor 54. Thereafter, when the same operation is repeated, a load current continues to flow through the LED element group 55, and the LED element group 55 is lit by this current.

したがって、このようにすれば、電源立ち上げとともに、LED素子群31の順方向電圧によりグランドG側を負電位に設定し、このグランドG側の負電位によりスイッチング回路を構成するノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ51〜54をオフさせることができる。この場合も、第1の実施の形態と同様な効果を得られる。さらに、電界効果トランジスタ51〜54のオンによる電源起動時の回路短絡を阻止することができるので、LED素子群55に過電流が流れるのを確実に無くして、LED素子群31の破損などの事故を未然に防止することもできる。   Therefore, in this way, when the power is turned on, the ground G side is set to a negative potential by the forward voltage of the LED element group 31, and the normally-on type of the switching circuit is configured by the negative potential on the ground G side. The field effect transistors 51 to 54 can be turned off. In this case, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, since the circuit short circuit at the time of starting the power supply due to the ON of the field effect transistors 51 to 54 can be prevented, it is possible to surely prevent the overcurrent from flowing through the LED element group 55 and to cause an accident such as breakage of the LED element group 31. Can also be prevented.

(第4の実施の形態)   (Fourth embodiment)

次に、第4の実施の形態を説明する。   Next, a fourth embodiment will be described.

図6は、第4の実施の形態の概略構成を示すもので、図2と同一部分には同符号を付している。   FIG. 6 shows a schematic configuration of the fourth embodiment, and the same parts as those in FIG.

この場合、コンデンサ12には、降圧チョッパを構成するスイッチング素子として、第1の実施の形態で述べたと同様、例えばGaNによるノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ71が接続されている。   In this case, a normally-on type field effect transistor 71 made of GaN, for example, is connected to the capacitor 12 as a switching element constituting the step-down chopper, as described in the first embodiment.

この電界効果トランジスタ71は、ゲート電圧の閾値Vthが負電圧である。電界効果トランジスタ71は、Vth>Vgs(ゲートソース間電圧)でオフ、Vth<Vgsでオンとなる。電界効果トランジスタ71は、ドレインを全波整流回路11の正極側の出力端子に接続され、ソースを半導体発光素子として複数個直列接続されたLED素子を有するLED素子群72、抵抗素子73、インダクタ74の直列回路を介して全波整流回路11の正極側の出力端子に接続されている。   In this field effect transistor 71, the gate voltage threshold Vth is a negative voltage. The field effect transistor 71 is turned off when Vth> Vgs (gate-source voltage) and turned on when Vth <Vgs. The field effect transistor 71 has a drain connected to the output terminal on the positive side of the full-wave rectifier circuit 11, and an LED element group 72 including a plurality of LED elements connected in series with the source as a semiconductor light emitting element, a resistance element 73, and an inductor 74. Are connected to the positive-side output terminal of the full-wave rectifier circuit 11.

LED素子群72は、上述したと同様に図1に示すLED照明灯2,3に相当するもので、負荷電流が流れると両端に図示極性の順方向電圧を発生する。LED素子群72には並列にコンデンサ75が接続されている。   The LED element group 72 corresponds to the LED illuminating lamps 2 and 3 shown in FIG. 1 as described above, and generates a forward voltage having the polarity shown in the figure when a load current flows. A capacitor 75 is connected to the LED element group 72 in parallel.

インダクタ74は、カップリングされた補助巻線741を有し、この補助巻線741の一方端を、コンデンサ76を介して電界効果トランジスタ71のゲートに接続され、他方端を電界効果トランジスタ71とLED素子群72の接続点に接続されている。そして、電界効果トランジスタ71のオンオフ動作にともなうインダクタ74での電磁的エネルギーの蓄積及び放出によりフライホイールダイオード77を介してコンデンサ75両端に降圧された直流出力を発生させる。   The inductor 74 has a coupled auxiliary winding 741, one end of the auxiliary winding 741 is connected to the gate of the field effect transistor 71 via the capacitor 76, and the other end is connected to the field effect transistor 71 and the LED. It is connected to the connection point of the element group 72. Then, the DC output that is stepped down is generated across the capacitor 75 via the flywheel diode 77 by the accumulation and release of electromagnetic energy in the inductor 74 accompanying the on / off operation of the field effect transistor 71.

また、インダクタ74での電磁的エネルギーの蓄積及び放出に同期した補助巻線741の出力により電界効果トランジスタ71のソースとゲートの間にVth>Vgsの負電位を発生させ電界効果トランジスタ71をオフさせる自励回路を構成している。なお、ここでのフライホイールダイオード77は、例えばGaNによるノーマリーオンタイプのダイオードが用いられている。   Further, a negative potential of Vth> Vgs is generated between the source and the gate of the field effect transistor 71 by the output of the auxiliary winding 741 synchronized with the accumulation and release of electromagnetic energy in the inductor 74 to turn off the field effect transistor 71. A self-excited circuit is configured. Note that the flywheel diode 77 here is a normally-on type diode made of GaN, for example.

電界効果トランジスタ71のゲートには、限流抵抗である抵抗素子78、スイッチング素子としてノーマリーオフタイプの電界効果トランジスタ80を介して抵抗素子73とインダクタ74の接続点が接続されている。   A connection point of the resistor element 73 and the inductor 74 is connected to the gate of the field effect transistor 71 via a resistor element 78 which is a current limiting resistor and a normally-off type field effect transistor 80 as a switching element.

電界効果トランジスタ80は、コンパレータ81、82、抵抗素子83、84及び電源85とともに駆動制御手段としての発振停止部79を構成している。この場合、コンパレータ81は、一方の入力端子が電界効果トランジスタ71とLED素子群72の接続点に接続され、他方の入力端子に電源85が接続され、さらに出力端子が抵抗素子83,84を介して抵抗素子73とインダクタ74の接続点に接続されている。   The field effect transistor 80 constitutes an oscillation stop unit 79 as drive control means together with the comparators 81 and 82, the resistance elements 83 and 84, and the power source 85. In this case, the comparator 81 has one input terminal connected to the connection point between the field effect transistor 71 and the LED element group 72, the other input terminal connected to the power supply 85, and the output terminal via the resistance elements 83 and 84. Are connected to the connection point of the resistance element 73 and the inductor 74.

また、コンパレータ81は、オペアンプとして動作され、電源85の設定によりLED素子群72の順方向電圧(負荷電圧)が上述のVthより低い状態を異常として検出するための基準信号Vfを抵抗素子83,84の接続点に発生させる。コンパレータ82は、一方の入力端子がLED素子群72と抵抗素子73の接続点に接続され、他方の入力端子が抵抗素子83,84の接続点に接続され、さらに出力端子が電界効果トランジスタ80のゲートに接続されている。コンパレータ82は、抵抗素子73に流れる電流と基準信号Vfの比較結果に基づいて電界効果トランジスタ80をオンさせる。   The comparator 81 is operated as an operational amplifier, and the reference signal Vf for detecting a state in which the forward voltage (load voltage) of the LED element group 72 is lower than the above-mentioned Vth by the setting of the power supply 85 is detected as the resistance element 83, It is generated at 84 connection points. The comparator 82 has one input terminal connected to the connection point between the LED element group 72 and the resistance element 73, the other input terminal connected to the connection point between the resistance elements 83 and 84, and an output terminal connected to the field effect transistor 80. Connected to the gate. The comparator 82 turns on the field effect transistor 80 based on the comparison result between the current flowing through the resistance element 73 and the reference signal Vf.

なお、86、87は、電界効果トランジスタ71のゲート電圧をクランプさせるゲート電圧クランプ回路を構成するダイオードである。この場合、電界効果トランジスタ71のゲート電圧クランプは、LED素子群72の順方向電圧を用いて行うようにしている。   Reference numerals 86 and 87 denote diodes constituting a gate voltage clamping circuit that clamps the gate voltage of the field effect transistor 71. In this case, the gate voltage clamp of the field effect transistor 71 is performed using the forward voltage of the LED element group 72.

次に、このように構成した実施の形態の作用を説明する。   Next, the operation of the embodiment configured as described above will be described.

いま、不図示の電源スイッチにより電源オンとすると、オン状態の電界効果トランジスタ71を介してLED素子群72の両端に図示極性の順方向電圧を発生する。また、電界効果トランジスタ71のオンにより、LED素子群72を介してインダクタ74に電流が流れる。これによりインダクタ74に電磁エネルギーが蓄積され、同時に、補助巻線721より出力が発生し、コンデンサ76を介して電界効果トランジスタ71のゲートに入力される。この場合、補助巻線721の出力により電界効果トランジスタ71のソースとゲートの間には、Vth>Vgsの負電位が発生し、電界効果トランジスタ71がオフされる。   When the power is turned on by a power switch (not shown), a forward voltage having the polarity shown is generated at both ends of the LED element group 72 via the field effect transistor 71 in the on state. Further, when the field effect transistor 71 is turned on, a current flows through the inductor 74 through the LED element group 72. As a result, electromagnetic energy is accumulated in the inductor 74, and at the same time, an output is generated from the auxiliary winding 721 and input to the gate of the field effect transistor 71 via the capacitor 76. In this case, a negative potential of Vth> Vgs is generated between the source and gate of the field effect transistor 71 by the output of the auxiliary winding 721, and the field effect transistor 71 is turned off.

この状態で、インダクタ74に蓄積された電磁エネルギーは、放出され、また、電界効果トランジスタ71は、補助巻線721からの入力が無くなると、Vth<Vgsになって、再びオンとなる。   In this state, the electromagnetic energy accumulated in the inductor 74 is released, and when the input from the auxiliary winding 721 is lost, the field effect transistor 71 becomes Vth <Vgs and is turned on again.

以下、同様な動作が繰り返され、インダクタ74での電磁的エネルギーの蓄積及び放出に同期した補助巻線741の出力により電界効果トランジスタ71がオンオフされる。同時に、インダクタ74による電磁的エネルギーの蓄積及び放出によりフライホイールダイオード77を介してコンデンサ75両端に降圧された直流出力が発生し、この直流出力によりLED素子群72が点灯される。   Thereafter, the same operation is repeated, and the field effect transistor 71 is turned on and off by the output of the auxiliary winding 741 synchronized with the accumulation and release of electromagnetic energy in the inductor 74. At the same time, a DC output that has been stepped down across the capacitor 75 via the flywheel diode 77 is generated by the accumulation and release of electromagnetic energy by the inductor 74, and the LED element group 72 is turned on by this DC output.

一方、コンパレータ81は、オペアンプとして動作され、基準信号Vfを抵抗素子83,84の接続点に発生している。この状態で、LED素子群72の順方向電圧(負荷電圧)に応じて抵抗素子73に流れる負荷電流がコンパレータ82に入力される。コンパレータ82では、負荷電流と基準信号Vfとを比較する。そして、この比較結果から、このときの負荷電流が基準信号Vfより小さい、つまり、負荷電流に対応するLED素子群72の順方向電圧(負荷電圧)がVthより低いと判断すると、コンパレータ82より出力が発生し、電界効果トランジスタ80をオンする。すると、LED素子群72の順方向電圧の負電位が電界効果トランジスタ71のソースとゲートの間に印加され、電界効果トランジスタ71がオフされて自励発振が停止される。   On the other hand, the comparator 81 is operated as an operational amplifier, and generates a reference signal Vf at a connection point between the resistance elements 83 and 84. In this state, a load current flowing through the resistance element 73 according to the forward voltage (load voltage) of the LED element group 72 is input to the comparator 82. The comparator 82 compares the load current with the reference signal Vf. If it is determined from this comparison result that the load current at this time is smaller than the reference signal Vf, that is, the forward voltage (load voltage) of the LED element group 72 corresponding to the load current is lower than Vth, the output from the comparator 82 Is generated, and the field effect transistor 80 is turned on. Then, the negative potential of the forward voltage of the LED element group 72 is applied between the source and gate of the field effect transistor 71, the field effect transistor 71 is turned off, and self-oscillation is stopped.

したがって、このようにしても第1の実施の形態と同様な効果を得ることができる。さらに、Vth電圧よりもLED素子群72の順方向電圧(負荷電圧)が低いと判断されると、電界効果トランジスタ71を強制的にオフして自励発振を停止させることができる。これにより、LED素子群72の順方向電圧の異常な低下により回路が制御不能に陥るのを防止できるなどの回路保護を実現することができる。   Therefore, even if it does in this way, the effect similar to 1st Embodiment can be acquired. Further, when it is determined that the forward voltage (load voltage) of the LED element group 72 is lower than the Vth voltage, the field effect transistor 71 can be forcibly turned off to stop the self-excited oscillation. Thereby, it is possible to realize circuit protection such as preventing the circuit from becoming uncontrollable due to an abnormal decrease in the forward voltage of the LED element group 72.

なお、基準信号Vfの設定を変更することにより、LED素子群72の順方向電圧(負荷電圧)が所定の順方向電圧(負荷電圧)より高い電圧になったときに自励発振を停止させるようにすることもできる。 Note that by changing the setting of the reference signal Vf, the self-excited oscillation is stopped when the forward voltage (load voltage) of the LED element group 72 becomes higher than a predetermined forward voltage (load voltage). It can also be.

本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、上述した実施の形態では、GaNによるノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタを適用した例を述べたが、SiCなどの他のワイドバンドギャップ半導体を適用することもできる。また、上述した実施の形態では、半導体発光素子としてLED素子の例を述べたが、レーザダイオードなど他の半導体発光素子を用いた場合にも適用できる。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention in the implementation stage. For example, in the above-described embodiment, an example in which a normally-on type field effect transistor using GaN is described, but other wide band gap semiconductors such as SiC can also be applied. In the above-described embodiment, the example of the LED element is described as the semiconductor light emitting element. However, the present invention can be applied to the case where another semiconductor light emitting element such as a laser diode is used.

なお、一実施形態に係る電源装置(LED点灯装置)は、ノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタからなるスイッチング素子と、半導体発光素子に発生する順方向電圧により電界効果トランジスタのゲート電圧の閾値Vthに対してVth>Vgs(ゲートソース間電圧)の負電位を印加してオフ可能な駆動制御手段とを備えていてもよい。   Note that a power supply device (LED lighting device) according to an embodiment has a switching element composed of a normally-on type field effect transistor and a threshold voltage Vth of the gate voltage of the field effect transistor by a forward voltage generated in the semiconductor light emitting element. On the other hand, drive control means that can be turned off by applying a negative potential of Vth> Vgs (gate-source voltage) may be provided.

また、一実施形態に係る電源装置は、半導体発光素子に発生する順方向電圧が前記閾値Vthよりも低いとき又は所定の電圧より高いときに電界効果トランジスタをオフ可能にする駆動制御手段を備えていてもよい。   In addition, the power supply device according to the embodiment includes drive control means that enables the field effect transistor to be turned off when a forward voltage generated in the semiconductor light emitting element is lower than the threshold value Vth or higher than a predetermined voltage. May be.

また、一実施形態に係る電源装置は、ノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタを有する駆動制御手段を備えていてもよい。   In addition, the power supply apparatus according to the embodiment may include a drive control unit having a normally-on type field effect transistor.

上記の第1乃至第4の実施形態によると、ノーマリーオンタイプのスイッチング素子をオフするのに半導体発光素子に発生する順方向電圧を利用することで特別な回路を組み込むことがなくなり、装置の小型化、低価格化を実現できる。   According to the first to fourth embodiments, a special circuit is not incorporated by using a forward voltage generated in a semiconductor light emitting element to turn off a normally-on type switching element. Miniaturization and low price can be realized.

また、上記の第1乃至第4の実施形態によると、半導体発光素子に発生する順方向電圧により適切な負電位を得られ、ノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタを確実にオフすることができる。   In addition, according to the first to fourth embodiments, an appropriate negative potential can be obtained by the forward voltage generated in the semiconductor light emitting element, and the normally-on type field effect transistor can be reliably turned off.

またさらに、上記の第1乃至第4の実施形態によると、ノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタによる自励発振を停止させ回路保護を実現できる。   Furthermore, according to the first to fourth embodiments, the self-excited oscillation by the normally-on type field effect transistor is stopped, and circuit protection can be realized.

(第5の実施の形態)   (Fifth embodiment)

図7を参照してLED点灯装置における第5の形態について説明する。   A fifth mode of the LED lighting device will be described with reference to FIG.

本形態において、LED点灯装置は、直流電源DC、チョッパCH、負荷回路LCおよび制御回路CCを具備している。   In this embodiment, the LED lighting device includes a DC power source DC, a chopper CH, a load circuit LC, and a control circuit CC.

直流電源DCは、どのような構成でもよいが、例えば整流回路DBを主体として構成され、また所望により平滑コンデンサC1などからなる平滑回路を備えていることができる。本形態において、整流回路DBは、好ましくはブリッジ形整流回路からなり、交流電源AC、例えば商用交流電源の交流電圧を全波整流して直流電圧を得る。   The DC power source DC may have any configuration, but may be configured with, for example, a rectifier circuit DB as a main component, and may include a smoothing circuit including a smoothing capacitor C1 if desired. In this embodiment, the rectifier circuit DB is preferably a bridge-type rectifier circuit, and full-wave rectifies the AC voltage of an AC power supply AC, for example, a commercial AC power supply, to obtain a DC voltage.

本形態において、チョッパCHは、非絶縁形降圧チョッパにより構成されている。チョッパCHのパワー部すなわち負荷に供給する電力が通過する回路部は、ノーマリオンスイッチQ1、インダクタL1、フリーホイールダイオードD1および電流検出用インピーダンス素子Z1を含んで構成されている。そして、パワー部は、回路動作上第1の回路Aおよび第2の回路Bに分けることができる。   In this embodiment, the chopper CH is constituted by a non-insulated step-down chopper. The power part of the chopper CH, that is, the circuit part through which the power supplied to the load passes is configured to include a normally-on switch Q1, an inductor L1, a free wheel diode D1, and a current detecting impedance element Z1. The power section can be divided into a first circuit A and a second circuit B in terms of circuit operation.

第1の回路Aは、直流電源DCからインダクタL1に電磁エネルギーを蓄積させる回路であり、ノーマリオンスイッチQ1、負荷回路LCおよびインダクタL1を含む直列回路が直流電源DCに接続した構成を備えている。そして、ノーマリオンスイッチQ1のオン時に直流電源DCから増加電流が流れてインダクタL1に電磁エネルギーが蓄積される。   The first circuit A is a circuit that accumulates electromagnetic energy from the DC power supply DC to the inductor L1, and has a configuration in which a series circuit including a normally-on switch Q1, a load circuit LC, and an inductor L1 is connected to the DC power supply DC. . When the normally-on switch Q1 is turned on, an increased current flows from the DC power source DC, and electromagnetic energy is accumulated in the inductor L1.

第2の回路Bは、インダクタL1に蓄積された電磁エネルギーを放出する回路である。第2の回路Bは、フリーホイールダイオードD1および負荷回路LCを含む直列回路がインダクタL1に接続した構成を備えていて、ノーマリオンスイッチQ1のオフ時にインダクタL1から減少電流が流れる。   The second circuit B is a circuit that releases electromagnetic energy accumulated in the inductor L1. The second circuit B has a configuration in which a series circuit including a freewheel diode D1 and a load circuit LC is connected to the inductor L1, and a reduced current flows from the inductor L1 when the normally-on switch Q1 is turned off.

ノーマリオンスイッチQ1は、背景技術の項において述べた各種ワイドギャップ半導体を用いることが許容されるが、本形態においてはGaN基板を用いたHEMTを用いている。したがって、ノーマリオンスイッチQ1は、ドレイン、ソースおよびゲートを備えた電界効果形のワイドギャップ半導体である。ノーマリオンスイッチQ1は、広く普及しているSi半導体に比較して飛躍的に優れたポテンシャルを有していて、例えばGHz級の動作周波数でチョッパを動作させることが可能になる。このため、インダクタL1の超小形化を実現することができる。その結果、LED点灯装置の全体を著しく小形化することができる。   The normally-on switch Q1 is allowed to use various wide gap semiconductors described in the background section, but in this embodiment, a HEMT using a GaN substrate is used. Therefore, the normally-on switch Q1 is a field effect type wide gap semiconductor having a drain, a source, and a gate. The normally-on switch Q1 has a remarkably superior potential compared to a widely used Si semiconductor, and can operate a chopper at an operating frequency of, for example, a GHz class. For this reason, the miniaturization of the inductor L1 can be realized. As a result, the entire LED lighting device can be significantly reduced in size.

インダクタL1は、直流電源DCから供給される電磁的エネルギーを蓄積し、次に放出する機能を有しているのであればよいので、従来技術におけるような2次巻線を配設する必要がない。このため、インダクタL1の構造を簡素化してその小形化に寄与することができる。   The inductor L1 only needs to have a function of accumulating electromagnetic energy supplied from the DC power source DC and then releasing it, so that it is not necessary to provide a secondary winding as in the prior art. . For this reason, it is possible to simplify the structure of the inductor L1 and contribute to its miniaturization.

フリーホイールダイオードD1は、インダクタL1に蓄積された電磁的エネルギーを放出して回生するための電流経路すなわち第2の回路Bを提供する手段である。フリーホイールダイオードD1は、チョッパCHの動作周波数に応じて例えばショットキーバリヤダイオード、PINダイオードなどのスイッチングダイオードを用いることができる。   The freewheel diode D1 is a means for providing a current path, that is, a second circuit B, for discharging and regenerating electromagnetic energy stored in the inductor L1. As the freewheel diode D1, a switching diode such as a Schottky barrier diode or a PIN diode can be used according to the operating frequency of the chopper CH.

電流検出用インピーダンス素子Z1は、増加電流および減少電流がともに流れる回路上の位置すなわち第1の回路Aおよび第2の回路Bに共有されている線路部分に挿入されて上記各電流を検出する手段である。そして、例えば抵抗値の小さな抵抗器を用いて構成される。   The current detecting impedance element Z1 is inserted into a position on the circuit through which both an increasing current and a decreasing current flow, that is, a line portion shared by the first circuit A and the second circuit B, and detects each of the currents. It is. For example, a resistor having a small resistance value is used.

また、チョッパCHは、昇圧チョッパの場合、インダクタL1およびノーマリオンスイッチQ1の直列回路が直流電源DCに接続する第1の回路Aと、インダクタL1、フリーホイールダイオードD1および負荷回路LCの直列回路が直流電源DCに接続する第2の回路Bとで構成することができる。なお、昇降圧チョッパの場合は前述のとおりである。   In the case of the step-up chopper, the chopper CH includes a first circuit A in which a series circuit of the inductor L1 and the normally-on switch Q1 is connected to the DC power source DC, and a series circuit of the inductor L1, the freewheel diode D1, and the load circuit LC. A second circuit B connected to the DC power source DC can be used. The step-up / down chopper is as described above.

負荷回路LCは、負荷の発光ダイオードLEDと出力コンデンサC2の並列回路により構成されていて、増加電流と減少電流がともに流れる回路上の位置に接続されている。なお、発光ダイオードLEDは、上記電流に対して順方向に単一で、または直列接続した複数で構成される。   The load circuit LC is constituted by a parallel circuit of a light emitting diode LED and an output capacitor C2, and is connected to a position on the circuit through which both an increase current and a decrease current flow. Note that the light emitting diode LED is composed of a single forward or a plurality of series connected in series with respect to the current.

制御回路CCは、制御スイッチCSおよび整合手段MCを備えていて、適当な制御電源の供給を受けて作動してノーマリオンスイッチQ1のオン、オフを制御する。本形態においては、負荷回路LCの両端から制御回路CCに対して制御電源が供給される。   The control circuit CC includes a control switch CS and matching means MC, and operates by receiving an appropriate control power supply to control on / off of the normally-on switch Q1. In this embodiment, control power is supplied to the control circuit CC from both ends of the load circuit LC.

制御スイッチCSは、ノーマリオンスイッチQ1のオン、オフを切り換える手段である。すなわち、制御スイッチCSがオンすることにより、ノーマリオンスイッチQ1のゲートがインピーダンス素子Z1およびインダクタL1の接続点に接続すれば、ノーマリオンスイッチQ1のゲートにはソースに対して負電圧が印加されるので、ノーマリオンスイッチQ1がオフする。また、制御スイッチCSがオフしてノーマリオンスイッチQ1のゲートがインピーダンス素子Z1およびインダクタL1の接続点に対する接続から開放されるか、またはソースと同電位になれば、ノーマリオンスイッチQ1がオンする。   The control switch CS is means for switching the normally-on switch Q1 on and off. That is, if the gate of normally-on switch Q1 is connected to the connection point of impedance element Z1 and inductor L1 by turning on control switch CS, a negative voltage is applied to the gate of normally-on switch Q1 with respect to the source. Therefore, the normally-on switch Q1 is turned off. Further, when the control switch CS is turned off and the gate of the normally-on switch Q1 is released from the connection to the connection point between the impedance element Z1 and the inductor L1, or is at the same potential as the source, the normally-on switch Q1 is turned on.

整合手段MCは、インピーダンス素子Z1と制御スイッチCSとの間に介在して、増加電流が第1の所定値に達したときに制御スイッチCSをオンさせる。また、減少電流が第2の所定値に達したときに制御スイッチCSをオフさせる。   Matching means MC is interposed between impedance element Z1 and control switch CS, and turns on control switch CS when the increased current reaches the first predetermined value. Further, the control switch CS is turned off when the reduced current reaches the second predetermined value.

したがって、増加電流が流れているときにインピーダンス素子Z1の端子電圧が第1の所定値に達すると、整合手段MCが制御スイッチCSをオンさせるので、ノーマリオンスイッチQ1をオフする。また、減少電流が流れているときにインピーダンス素子Z1の端子電圧が第2の所定値に達すると、整合手段MCが制御スイッチCSをオフさせるので、ノーマリオンスイッチQ1がオンする。   Therefore, when the terminal voltage of the impedance element Z1 reaches the first predetermined value when the increased current is flowing, the matching unit MC turns on the control switch CS, so that the normally-on switch Q1 is turned off. Further, when the terminal voltage of the impedance element Z1 reaches the second predetermined value while the reduced current is flowing, the matching unit MC turns off the control switch CS, so that the normally-on switch Q1 is turned on.

次に、回路動作について説明する。   Next, circuit operation will be described.

直流電源DCが投入されると、チョッパCHのノーマリオンスイッチQ1がオンして直流電源DCから第1の回路A内を電流が流れ出し、電流は直線的に増加する。これが増加電流であり、インダクタL1内に電磁エネルギーが蓄積される。増加電流が第1の回路A内を流れ出すと、インピーダンス手段Z1の端子電圧が増加電流に比例して増大していく。そして、端子電圧が第1の所定値に達すると、整合手段MCが制御スイッチCSをオンさせる。   When the DC power source DC is turned on, the normally-on switch Q1 of the chopper CH is turned on, current flows out from the DC power source DC in the first circuit A, and the current increases linearly. This is an increased current, and electromagnetic energy is accumulated in the inductor L1. When the increased current begins to flow through the first circuit A, the terminal voltage of the impedance means Z1 increases in proportion to the increased current. When the terminal voltage reaches the first predetermined value, the matching means MC turns on the control switch CS.

制御スイッチCSがオンすると、ノーマリオンスイッチQ1のゲートが負電圧になるので、ノーマリオンスイッチQ1がオフし、増加電流が遮断される。これにより、インダクタL1に蓄積されていた電磁エネルギーが放出されて第1の回路B内を電流が流れ始め、電流は直線的に減少する。これが減少電流である。減少電流が第2の所定値に達すると、整合手段MCが制御スイッチCSをオフさせる。   When the control switch CS is turned on, the gate of the normally on switch Q1 becomes a negative voltage, so that the normally on switch Q1 is turned off and the increased current is cut off. As a result, the electromagnetic energy accumulated in the inductor L1 is released, and a current begins to flow in the first circuit B, and the current decreases linearly. This is the reduced current. When the reduced current reaches the second predetermined value, the matching means MC turns off the control switch CS.

制御スイッチCSがオフすると、ノーマリオンスイッチQ1のゲートに対する負電圧の印加が解除されるので、ノーマリオンスイッチQ1がオンし、再度増加電流が流れ始める。以後、以上の回路動作を繰り返すことで、DC−DC変換動作を継続する。   When the control switch CS is turned off, the application of the negative voltage to the gate of the normally-on switch Q1 is released, so the normally-on switch Q1 is turned on and the increased current starts flowing again. Thereafter, the above circuit operation is repeated to continue the DC-DC conversion operation.

(第6の実施の形態) 図8を参照してLED点灯装置における第6の形態について説明する。   Sixth Embodiment A sixth embodiment of the LED lighting device will be described with reference to FIG.

本形態は、制御回路CCが第5の形態と異なっている。なお、図において、図7と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。   In this embodiment, the control circuit CC is different from the fifth embodiment. In the figure, the same parts as those in FIG.

本形態において、制御回路CCは、制御スイッチCSが並列接続したP形FET1およびN形FET2により構成されている。そして、P形FET1のドレインとN形FET2のソースとの接続端がノーマリオンスイッチQ1のゲートに接続している。   In this embodiment, the control circuit CC is composed of a P-type FET 1 and an N-type FET 2 to which a control switch CS is connected in parallel. The connection end of the drain of the P-type FET 1 and the source of the N-type FET 2 is connected to the gate of the normally-on switch Q1.

また、整合回路MCは、ヒステリシスコンパレータCPhにより構成されている。そして、ヒステリシスコンパレータCPhは、反転入力端子がインピーダンス手段Z1の負荷回路LC側の一端に接続し、非反転入力端子が基準電位Eに接続し、出力端子がP形FET1およびN形FET2のゲートに接続している。また、非反転入力端子と出力端子の間に予め抵抗値が調整された帰還抵抗器R1が接続している。上記基準電位Eは、負荷回路LCおよびインピーダンス手段Z1の直列部分に対して並列接続している抵抗器R2およびR3からなる電圧分割器VDの接続点に形成されている。   The matching circuit MC is configured by a hysteresis comparator CPh. The hysteresis comparator CPh has an inverting input terminal connected to one end of the impedance means Z1 on the load circuit LC side, a non-inverting input terminal connected to the reference potential E, and an output terminal connected to the gates of the P-type FET1 and the N-type FET2. Connected. Further, a feedback resistor R1 whose resistance value has been adjusted in advance is connected between the non-inverting input terminal and the output terminal. The reference potential E is formed at the connection point of a voltage divider VD composed of resistors R2 and R3 connected in parallel to the series part of the load circuit LC and impedance means Z1.

そうして、ノーマリオンスイッチQ1がオンしてインピーダンス手段Z1に増加電流IUが流れている場合において、インピーダンス手段Z1の端子電圧が第1の所定値に達すると、ヒステリシスコンパレータCPhの反転入力端子に正の第1の所定値電圧が入力し、出力端子に負の最大出力電圧が出力する。この負の最大出力電圧は、制御スイッチCSのP形FET1のゲートに印加されるので、P形FET1がオンする。なお、このときN形FET2はオフ状態を維持する。   Thus, when the normally-on switch Q1 is turned on and the increased current IU is flowing in the impedance means Z1, when the terminal voltage of the impedance means Z1 reaches the first predetermined value, the hysteresis comparator CPh receives the inverting input terminal. A positive first predetermined value voltage is input, and a negative maximum output voltage is output to the output terminal. Since this negative maximum output voltage is applied to the gate of the P-type FET 1 of the control switch CS, the P-type FET 1 is turned on. At this time, the N-type FET 2 remains off.

P形FET1がオンすると、ノーマリオンスイッチQ1のゲートが負電位になるので、ノーマリオンスイッチQ1はオフし、増加電流IUが遮断される。これに伴いインダクタL1から減少電流IDが流れ出す。減少電流IDが流れているときのインピーダンス手段Z1の端子電圧がヒステリシスコンパレータCPhの反転入力端子に増加電流の端子電圧に引続いて入力するので、その値が第2の所定値に達すると、今度はヒステリシスコンパレータCPhの出力端子から正の最大電圧が出力される。その結果、P形FET1がオフし、N形FET2がオンする。   When the P-type FET 1 is turned on, the normally-on switch Q1 has a negative potential, so that the normally-on switch Q1 is turned off and the increased current IU is cut off. Along with this, a reduced current ID flows out from the inductor L1. Since the terminal voltage of the impedance means Z1 when the reduced current ID is flowing is input to the inverting input terminal of the hysteresis comparator CPh following the terminal voltage of the increased current, when this value reaches the second predetermined value, this time The maximum positive voltage is output from the output terminal of the hysteresis comparator CPh. As a result, the P-type FET 1 is turned off and the N-type FET 2 is turned on.

P形FET1がオフし、N形FET2がオンする結果、ノーマリオンスイッチQ1がオンするので、再度増加電流が負荷回路LCに流れる。以後、以上の動作を繰り返してチョッパ動作が行われる。   As a result of turning off the P-type FET 1 and turning on the N-type FET 2, the normally-on switch Q 1 is turned on, so that an increased current flows again to the load circuit LC. Thereafter, the above operation is repeated to perform the chopper operation.

次に、図9を参照して第6の形態における各部の電流、電圧波形の関係を説明する。すなわち、図9の(a)は増加電流IUの波形、(b)は減少電流IDの波形、(c)はインピーダンス手段の端子電圧VZ1の波形、(d)はインダクタの電圧VL1の波形、(e)はノーマリオンスイッチのゲート電圧VGSの波形であり、時間軸を揃えて示している。なお、図において、増加電流IUのピーク値が第1の所定値に達したときに相当する。また、減少電流IDの0値が第2の所定値に達したときに相当する。   Next, with reference to FIG. 9, the relationship between the current and voltage waveform of each part in the sixth embodiment will be described. 9A shows the waveform of the increased current IU, FIG. 9B shows the waveform of the reduced current ID, FIG. 9C shows the waveform of the terminal voltage VZ1 of the impedance means, FIG. 9D shows the waveform of the inductor voltage VL1, e) is a waveform of the gate voltage VGS of the normally-on switch, and the time axes are aligned. In the figure, this corresponds to the case where the peak value of the increased current IU reaches the first predetermined value. Further, this corresponds to a case where the zero value of the decrease current ID reaches the second predetermined value.

図9の電流波形図は、制御に遅れがない場合の理想的な波形であるが、増加電流の遮断時の制御に無視することができない遅れが生じる場合には、ピーク値より制御の遅れに相当する値だけ低い位置に第1の所定値があることになる。また、減少電流が第2の所定値に達したときの制御に無視することができない遅れが生じる場合には、減少電流と次の増加電流との間に制御の遅れに相当する電流の遮断時間が生じる。   The current waveform diagram of FIG. 9 is an ideal waveform when there is no delay in control, but when a delay that cannot be ignored occurs in the control when the increased current is cut off, the control delay is delayed from the peak value. There is a first predetermined value at a position lower by the corresponding value. In addition, when a delay that cannot be ignored occurs in the control when the reduced current reaches the second predetermined value, a current cutoff time corresponding to the control delay is generated between the reduced current and the next increased current. Occurs.

(第7の実施の形態) 図10を参照してLED点灯装置における第7の形態について説明する。   (7th Embodiment) With reference to FIG. 10, the 7th form in a LED lighting device is demonstrated.

本形態は、制御回路CCが第5および第6の形態と異なっている。なお、図において、図7と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。   In the present embodiment, the control circuit CC is different from the fifth and sixth embodiments. In the figure, the same parts as those in FIG.

すなわち、制御スイッチCSがバイポーラトランジスタQ2を主体として構成されている。バイポーラトランジスタQ2は、コレクタがノーマリオンスイッチQ1のゲートに接続するとともに、ドロッパからなる制御電源Vddを介してノーマリオンスイッチQ1のソースに接続し、エミッタがインダクタL1およびインピーダンス手段Z1の接続点に接続している。   That is, the control switch CS is mainly composed of the bipolar transistor Q2. In the bipolar transistor Q2, the collector is connected to the gate of the normally-on switch Q1, the source is connected to the source of the normally-on switch Q1 via the control power supply Vdd consisting of a dropper, and the emitter is connected to the connection point of the inductor L1 and the impedance means Z1. doing.

また、整合手段MCがバイポーラトランジスタQ3、抵抗器R4およびR5を主体として構成されている。バイポーラトランジスタQ3のコレクタが抵抗器R4を介して制御スイッチCSのバイポーラトランジスタQ2のベースに接続し、エミッタがインダクタL1およびインピーダンス手段Z1の接続点に接続し、ベースが抵抗器R6を介してバイポーラトランジスタQ2のコレクタに接続している。また、抵抗器R5、R4およびバイポーラトランジスタQ3のコレクタ・エミッタの直列回路がインピーダンス手段Z1に並列接続している。   The matching means MC is mainly composed of a bipolar transistor Q3 and resistors R4 and R5. The collector of the bipolar transistor Q3 is connected to the base of the bipolar transistor Q2 of the control switch CS via the resistor R4, the emitter is connected to the connection point of the inductor L1 and the impedance means Z1, and the base is connected to the bipolar transistor via the resistor R6. Connected to the collector of Q2. A series circuit of resistors R5 and R4 and a collector / emitter of the bipolar transistor Q3 is connected in parallel to the impedance means Z1.

そうして、ノーマリオンスイッチQ1がオンして増加電流が流れている場合においては、制御スイッチCSのバイポーラトランジスタQ2がオフし、整合手段MCのバイポーラトランジスタQ3がオンしている。このため、インピーダンス手段Z1の端子電圧は、抵抗器R4および抵抗器R5の直列回路で分圧され、抵抗器R4の両端電圧がバイポーラトランジスタQ2のベース・エミッタ間に印加される。   Thus, when the normally-on switch Q1 is turned on and an increasing current is flowing, the bipolar transistor Q2 of the control switch CS is turned off and the bipolar transistor Q3 of the matching means MC is turned on. Therefore, the terminal voltage of the impedance means Z1 is divided by the series circuit of the resistor R4 and the resistor R5, and the voltage across the resistor R4 is applied between the base and emitter of the bipolar transistor Q2.

そこで、抵抗器R4と抵抗器R5の値を予め調整して抵抗器R4の値を相対的に小さく設定しておくことにより、増加電流が第1の所定値に達する以前のレベルではバイポーラトランジスタQ2がオフ状態となるように構成することができる。しかし、増加電流が第1の所定値に達すると、バイポーラトランジスタQ2がオン状態になり、ノーマリオンスイッチQ1のゲートに負電圧が印加されるので、ノーマリオンスイッチQ1がオフして増加電流が遮断される。   Therefore, by adjusting the values of the resistors R4 and R5 in advance and setting the value of the resistor R4 to be relatively small, the bipolar transistor Q2 is at a level before the increased current reaches the first predetermined value. Can be configured to be turned off. However, when the increased current reaches the first predetermined value, the bipolar transistor Q2 is turned on and a negative voltage is applied to the gate of the normally-on switch Q1, so that the normally-on switch Q1 is turned off and the increased current is cut off. Is done.

バイポーラトランジスタQ2がオン状態になると、バイポーラトランジスタQ3がオフするので、ノーマリオンスイッチQ1がオフして減少電流が流れている場合には、インピーダンス手段Z1の端子電圧が分圧されることなくバイポーラトランジスタQ2に印加され、引き続きバイポーラトランジスタQ2がオン状態を維持する。しかし、インピーダンス手段Z1の端子電圧が低下していき第2の所定値に達すると、バイポーラトランジスタQ2がオン状態を維持できないでオフする。その結果、ノーマリオンスイッチQ1が再びオンする。以後、上述の回路動作を繰り返し、チョッパ動作を継続する。   When the bipolar transistor Q2 is turned on, the bipolar transistor Q3 is turned off. Therefore, when the normally-on switch Q1 is turned off and a decreasing current flows, the bipolar transistor is not divided into the terminal voltage of the impedance means Z1. The voltage is applied to Q2, and the bipolar transistor Q2 continues to be on. However, when the terminal voltage of the impedance means Z1 decreases and reaches the second predetermined value, the bipolar transistor Q2 is turned off without being able to maintain the on state. As a result, the normally-on switch Q1 is turned on again. Thereafter, the above circuit operation is repeated and the chopper operation is continued.

なお、上記の実施形態において、チョッパは、降圧チョッパ、昇圧チョッパおよび昇降圧チョッパなどの各種チョッパを含む。なお、昇降圧チョッパは、昇圧チョッパおよび降圧チョッパをシーケンシャルに接続したものである。上記各チョッパは、いずれもノーマリオンスイッチをオンすることによりインダクタに直流電源から流入する増加電流が流れ、オフすることによりインダクタに蓄積された電磁エネルギーが放出されて減少電流が流れてチョッパ動作を行う点で共通している。   In the above embodiment, the chopper includes various choppers such as a step-down chopper, a step-up chopper, and a step-up / step-down chopper. The step-up / step-down chopper is obtained by sequentially connecting a step-up chopper and a step-down chopper. In each of the above choppers, when the normally-on switch is turned on, the increased current flowing from the DC power source flows into the inductor, and when it is turned off, the electromagnetic energy accumulated in the inductor is released and the decreased current flows, and the chopper operation is performed. It is common to do.

また、上記の実施形態において、制御回路は、制御スイッチおよび整合手段を備えている。   In the above embodiment, the control circuit includes a control switch and matching means.

制御スイッチは、少なくともノーマリオンスイッチのオン状態からオフ状態への切り換えを行うスイッチを含む。なお、所望によりノーマリオンスイッチのオフ状態からオン状態に切り換える第2のスイッチを備えることが許容される。この場合、ノーマリオンスイッチのオン状態からオフ状態への切り換えを行うスイッチは第1のスイッチとなる。   The control switch includes at least a switch that switches the normally-on switch from the on state to the off state. Note that it is allowed to include a second switch for switching the normally-on switch from the off state to the on state if desired. In this case, the switch that switches the normally-on switch from the on state to the off state is the first switch.

整合手段は、インピーダンス手段と制御スイッチの間に介在して、インピーダンス手段に増加電流が流れる場合において、インピーダンス手段の端子電圧が第1の所定値に達したときに制御スイッチを動作させてノーマリオンスイッチをオフさせる。また、減少電流が流れる場合において、インピーダンス手段の端子電圧が第2の所定値に達したときに制御スイッチを制御してノーマリオンスイッチをオンさせる。なお、第2の所定値は第1の所定値より低い値である。   The matching means is interposed between the impedance means and the control switch, and when the increased current flows through the impedance means, the matching switch operates the control switch when the terminal voltage of the impedance means reaches the first predetermined value and is normally on. Turn off the switch. In the case where the reduced current flows, the normally on switch is turned on by controlling the control switch when the terminal voltage of the impedance means reaches the second predetermined value. Note that the second predetermined value is lower than the first predetermined value.

整合手段は、上述の機能を備えていればよく、その余の構成は特段限定されない。しかし、好適には整合手段をヒステリシスコンパレータにより構成することができる。また、整合手段を、インピーダンス手段の端子電圧を直接検出する第1の検出手段と電圧分割器を介して検出する第2の検出手段を備え、制御スイッチがノーマリオンスイッチをオフする際に連動して第2の検出手段から第1の検出手段に切り換えるように構成してもよい。   The matching means only needs to have the above-described function, and the remaining configuration is not particularly limited. However, the matching means can preferably be constituted by a hysteresis comparator. The matching means includes a first detection means for directly detecting the terminal voltage of the impedance means and a second detection means for detecting via the voltage divider, and interlocks when the control switch turns off the normally-on switch. The second detection unit may be switched to the first detection unit.

そうして、ノーマリオンスイッチがオンしているときに直流電源から増加電流がインダクタに流れるが、インピーダンス手段の端子電圧が第1の所定値に達すると、整合手段を経由して制御スイッチがオンして負電圧をノーマリオンスイッチのゲートに印加させるので、ノーマリオンスイッチがオフして増加電流を遮断する。これに伴いインダクタに蓄積された電磁エネルギーが放出されて減少電流がインダクタから流れるとともに、整合手段を経由して制御スイッチがオフしてノーマリオンスイッチのゲートに対する負電圧の印加を解除するので、ノーマリオンスイッチがオンする。以後、上述の回路動作が繰り返えされてチョッパ動作を行なう。   Thus, when the normally-on switch is on, an increased current flows from the DC power source to the inductor. When the terminal voltage of the impedance means reaches the first predetermined value, the control switch is turned on via the matching means. Since a negative voltage is applied to the gate of the normally-on switch, the normally-on switch is turned off and the increased current is cut off. Along with this, the electromagnetic energy stored in the inductor is released and a reduced current flows from the inductor, and the control switch is turned off via the matching means to cancel application of the negative voltage to the gate of the normally-on switch. The mullion switch turns on. Thereafter, the above-described circuit operation is repeated to perform the chopper operation.

チョッパ動作に伴う増加電流と減少電流がともに流れる回路上の位置に負荷回路が接続しているので、DC−DC電圧変換が行われ、出力端に接続する負荷の発光ダイオードが変換された電圧の下で定電流制御されて点灯する。なお、負荷回路の発光ダイオードに並列接続している出力コンデンサは、チョッパの出力中に含まれる高周波成分を発光ダイオードからバイパスするように作用する。その結果、発光ダイオードは、平滑化された直流電流により点灯する。   Since the load circuit is connected at a position on the circuit where both an increase current and a decrease current accompanying the chopper operation flow, DC-DC voltage conversion is performed, and the light emitting diode of the load connected to the output terminal converts the converted voltage. Lights under constant current control. Note that the output capacitor connected in parallel with the light emitting diode of the load circuit acts to bypass the high frequency component contained in the output of the chopper from the light emitting diode. As a result, the light emitting diode is turned on by the smoothed direct current.

上記の実施形態において、制御回路に対する制御電源の供給は、特段限定されないが、好適には次のとおりである。すなわち、負荷回路またはノーマリオンスイッチの高電圧側から制御電源を得る。負荷回路から制御電源を得る態様においては、負荷回路に出力コンデンサにより平滑化された直流電圧が発生するので、ノーマリオンスイッチのゲート閾値電圧より高い電圧を負荷回路から取り出して制御電源を得ることにより、制御電源の回路構成を簡素化することができる。また、ノーマリオンスイッチの高電圧側から制御電源を得る態様においては、例えばノーマリオンスイッチのドレイン側からドロッパを経てノーマリオンスイッチのゲート閾値電圧より高い電圧を得るように構成することができる。   In the above embodiment, the supply of the control power to the control circuit is not particularly limited, but is preferably as follows. That is, a control power supply is obtained from the high voltage side of the load circuit or normally-on switch. In the aspect of obtaining the control power supply from the load circuit, since a DC voltage smoothed by the output capacitor is generated in the load circuit, a voltage higher than the gate threshold voltage of the normally-on switch is obtained from the load circuit to obtain the control power supply. The circuit configuration of the control power supply can be simplified. Further, in the aspect in which the control power supply is obtained from the high voltage side of the normally-on switch, for example, a voltage higher than the gate threshold voltage of the normally-on switch can be obtained from the drain side of the normally-on switch via the dropper.

上記の実施形態において、照明装置は、発光ダイオードを光源とする装置を全て含む意味である。したがって、照明器具、表示装置および標識装置などであることを許容する。照明装置本体は、照明装置からLED点灯装置を除去した残余の部分を意味する。   In the above-described embodiment, the lighting device is meant to include all devices using light emitting diodes as light sources. Therefore, it is allowed to be a lighting fixture, a display device, a sign device, and the like. The illuminating device main body means a remaining portion obtained by removing the LED lighting device from the illuminating device.

上記の第5乃至第7の実施形態によると、チョッパの主スイッチング素子としてノーマリオンスイッチを用いるとともに、少なくともオン時にノーマリオンスイッチのゲートに負電圧を印加してノーマリオンスイッチをオフ状態に制御し、かつオフ時にノーマリオンスイッチのゲートに対する負電圧の印加を解除してノーマリオンスイッチをオン状態に制御するスイッチを含み、インピーダンス素子および制御スイッチの間に介在して増加電流が流れているときにおいてインピーダンス素子の端子電圧が、第1の所定値に達した際に制御スイッチをオンさせ、かつ減少電流が流れているときにおいて第1の所定値より低い第2の所定値に達した際に制御スイッチをオフさせる制御回路を具備していることにより、インダクタに2次巻線を配設することなしに簡単な回路構成となり、しかも良好な特性を有するとともにIC化が容易なチョッパおよびこれを備えた照明装置を提供できる。   According to the fifth to seventh embodiments described above, the normally-on switch is used as the main switching element of the chopper, and the normally-on switch is controlled to be in the off state by applying a negative voltage to the gate of the normally-on switch at least when being on. And a switch that controls application of the normally-on switch to an on state by canceling the application of a negative voltage to the gate of the normally-on switch when the switch is off, and when an increased current flows between the impedance element and the control switch. The control switch is turned on when the terminal voltage of the impedance element reaches the first predetermined value, and is controlled when the terminal voltage of the impedance element reaches a second predetermined value lower than the first predetermined value when the reduced current is flowing. By providing a control circuit that turns off the switch, a secondary winding is provided on the inductor. It becomes simple circuit configuration without Rukoto, yet can provide a lighting device which an IC is provided with easy chopper and which together with good properties.

(第8の実施の形態)   (Eighth embodiment)

第8の形態を図11に示す。LED点灯装置は、直流電源DC、チョッパCHおよび負荷回路LCを具備している。   An eighth embodiment is shown in FIG. The LED lighting device includes a DC power source DC, a chopper CH, and a load circuit LC.

直流電源DCは、後述するチョッパCHに対して変換前の直流電圧を入力するための手段である。直流電圧を出力すればどのような構成でもよいが、例えば整流回路DBを主体として構成され、また所望により平滑コンデンサなどからなる平滑回路を備えていることができる。本形態において、整流回路DBは、好ましくはブリッジ形整流回路からなり、交流電源AC、例えば商用交流電源の交流電圧を全波整流して直流電圧を得る。   The DC power source DC is means for inputting a DC voltage before conversion to a chopper CH described later. Any configuration may be used as long as it outputs a DC voltage. For example, a rectifier circuit DB is mainly used, and a smoothing circuit including a smoothing capacitor can be provided as desired. In this embodiment, the rectifier circuit DB is preferably a bridge-type rectifier circuit, and full-wave rectifies the AC voltage of an AC power supply AC, for example, a commercial AC power supply, to obtain a DC voltage.

本形態において、チョッパCHは、直流入力端t1及びt2並びに直流出力端t3及びt4を備える。チョッパCHは、、降圧チョッパ、昇圧チョッパおよび昇降圧チョッパなど既知の各種チョッパのいずれかを内部に備える。チョッパCHは、上記いずれの構成においても、スイッチング素子Q11、定電流手段CCM、インダクタL11、ダイオードD11および駆動巻線DWを共通の構成として備える。   In this embodiment, the chopper CH includes DC input terminals t1 and t2 and DC output terminals t3 and t4. The chopper CH includes any one of various known choppers such as a step-down chopper, a step-up chopper, and a step-up / step-down chopper. The chopper CH includes the switching element Q11, the constant current means CCM, the inductor L11, the diode D11, and the drive winding DW as a common configuration in any of the above configurations.

スイッチング素子Q11は、ノーマリオフスイッチおよびにーマリオンスイッチのいずれでもよい。定電流手段CCMは、定電流値が予め固定的に設定されているタイプでもよいし、可変であってもよい。インダクタL11は、その一端が駆動巻線DWに接続している。駆動巻線DWは、インダクタL11に磁気的に結合していて、インダクタL11の端子電圧に比例的な電圧を誘起し、スイッチング素子Q11の制御端子に印加することでスイッチング素子Q11を駆動する。   Switching element Q11 may be either a normally-off switch or a normally-on switch. The constant current means CCM may be of a type in which the constant current value is fixedly set in advance or may be variable. One end of the inductor L11 is connected to the drive winding DW. The drive winding DW is magnetically coupled to the inductor L11, induces a voltage proportional to the terminal voltage of the inductor L11, and drives the switching element Q11 by applying it to the control terminal of the switching element Q11.

前記チョッパCHは、一対の入力端t1、t2と一対の出力端t3、t4を有し、内部回路をその回路動作上第3の回路および第4の回路に分けることができる。第3の回路は、直流電源DCから増加する電流を流してインダクタL11に電磁エネルギーを蓄積する回路であり、降圧形チョッパの場合にはスイッチング素子Q11、定電流手段、インダクタL11および負荷回路LCを含む直列回路が直流電源DCに接続した構成を備えている。そして、スイッチング素子Q11のオン時に直流電源DCから増加する電流が流れてインダクタL11に電磁エネルギーが蓄積される。   The chopper CH has a pair of input terminals t1 and t2 and a pair of output terminals t3 and t4, and the internal circuit can be divided into a third circuit and a fourth circuit in terms of circuit operation. The third circuit is a circuit that accumulates electromagnetic energy in the inductor L11 by flowing an increasing current from the DC power source DC. In the case of a step-down chopper, the switching element Q11, constant current means, inductor L11, and load circuit LC are connected. The series circuit including is provided with the structure connected to DC power supply DC. When the switching element Q11 is turned on, a current that increases from the DC power source DC flows, and electromagnetic energy is accumulated in the inductor L11.

第4の回路は、インダクタL11に蓄積された電磁エネルギーを放出して減少する電流を流す回路であり、降圧チョッパの場合、ダイオードD11および後述する負荷回路LCを含む直列回路がインダクタL11に接続した構成を備えていて、スイッチング素子Q11のオフ時にインダクタL11から減少する電流が流れる。   The fourth circuit is a circuit that discharges the electromagnetic energy accumulated in the inductor L11 and flows a current that decreases. In the case of a step-down chopper, a series circuit including a diode D11 and a load circuit LC described later is connected to the inductor L11. A current that decreases from the inductor L11 flows when the switching element Q11 is turned off.

また、チョッパCHは、昇圧チョッパの場合、インダクタL11、スイッチング素子Q11および定電流手段CCMの直列回路が直流電源DCに接続する第3の回路と、インダクタL11、ダイオードD11および負荷回路LCの直列回路が直流電源DCに接続する第4の回路とを備える。なお、昇降圧チョッパの場合は前述のとおりである。   In the case of the step-up chopper, the chopper CH is a third circuit in which the series circuit of the inductor L11, the switching element Q11 and the constant current means CCM is connected to the DC power source DC, and the series circuit of the inductor L11, the diode D11 and the load circuit LC. Includes a fourth circuit connected to the DC power source DC. The step-up / down chopper is as described above.

負荷回路LCは、負荷となる発光ダイオードを含み、かつ高周波成分をバイパスする出力コンデンサを並列接続して備えていて、降圧チョッパの場合、増加する電流と減少する電流がともに流れる回路上の位置に接続されている。昇圧形の場合、減少する電流が流れる回路上の位置に接続されている。なお、発光ダイオードLEDは、チョッパの出力端に流れる電流に対して順方向に単一で、または直列接続した複数で構成される。   The load circuit LC includes an output capacitor that includes a light emitting diode as a load and bypasses a high frequency component. In the case of a step-down chopper, the load circuit LC is located at a position on the circuit where both an increasing current and a decreasing current flow. It is connected. In the case of the step-up type, it is connected to a position on the circuit through which a decreasing current flows. The light-emitting diode LED is composed of a single forward current or a plurality of serially connected currents flowing through the output end of the chopper.

以下、図12ないし図17を参照して第9ないし第12の形態を説明する。なお、各図において、図11と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。   The ninth to twelfth embodiments will be described below with reference to FIGS. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected about the part same as FIG. 11, and description is abbreviate | omitted.

(第9の実施の形態)   (Ninth embodiment)

(第9の形態)について説明する。   (Ninth Embodiment) will be described.

第9の形態を図12に示す。本実施形態は、スイッチング素子Q11にGaN−HEMTを、また定電流手段CCMに定電流ダイオードを、それぞれ用いるとともに、インダクタL11が定電流手段CCMと負荷回路LCとの間に接続している。なお、図中、図11と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。符号C11は、チョッパCHの入力端t1、t2間に接続した高周波バイパス用コンデンサである。符号C12は、駆動巻線DWとスイッチング素子Q11の制御端子との間に挿入した結合コンデンサである。符号Cは第3の回路、符号Dは第4の回路である。負荷回路LCの符号LEDは発光ダイオード、C13は出力コンデンサである。   A ninth embodiment is shown in FIG. In this embodiment, a GaN-HEMT is used for the switching element Q11, a constant current diode is used for the constant current means CCM, and an inductor L11 is connected between the constant current means CCM and the load circuit LC. In the figure, the same parts as those in FIG. Reference numeral C11 is a high-frequency bypass capacitor connected between the input ends t1 and t2 of the chopper CH. Reference numeral C12 is a coupling capacitor inserted between the drive winding DW and the control terminal of the switching element Q11. Reference numeral C is a third circuit, and reference numeral D is a fourth circuit. Reference symbol LED of the load circuit LC is a light emitting diode, and C13 is an output capacitor.

次に、図12および図13を参照しながら第9の形態における回路動作について説明する。   Next, the circuit operation in the ninth embodiment will be described with reference to FIGS.

直流電源DCが投入されると、チョッパCHのスイッチング素子Q11がオンしているので、直流電源DCからスイッチング素子Q11、定電流手段CCMを経由して第3の回路C内を電流が流れ出し、電流は直線的に増加する。これにより、インダクタL11内に電磁エネルギーが蓄積される。なお、スイッチング素子Q11がオンの期間中スイッチング素子Q11のゲート・ソース間電圧VGSは0になる。増加する電流が定電流手段CCMの定電流値に達すると、電流の増加傾向が停止して定電流に保持される。なお、増加する電流がインダクタL11に流れている間、インダクタL11の端子電圧は、図13の(e)に示すように正極性である。   When the DC power source DC is turned on, the switching element Q11 of the chopper CH is turned on, so that a current flows out from the DC power source DC through the switching element Q11 and the constant current means CCM in the third circuit C. Increases linearly. As a result, electromagnetic energy is accumulated in the inductor L11. Note that the gate-source voltage VGS of the switching element Q11 is 0 during the period when the switching element Q11 is on. When the increasing current reaches the constant current value of the constant current means CCM, the increasing tendency of the current is stopped and held at the constant current. Note that while the increasing current flows through the inductor L11, the terminal voltage of the inductor L11 is positive as shown in FIG.

増加する電流が定電流手段CCMの定電流値に達したとき、インダクタL11に流れる電流がさらに増加しようとするので、定電流手段CCMの電圧VCCMが図13の(a)示すようにパルス状に大きくなる。そして、これに伴ってスイッチング素子Q11のソース電位が制御端子(ゲート)の電位より高くなり、その結果制御端子が相対的に明らかに負電位になるため、スイッチング素子Q11はオフする。このため、インダクタL11に流入する増加する電流IUは、図13の(b)に示すようにスイッチング素子Q11のオフによって遮断される。   When the increasing current reaches the constant current value of the constant current means CCM, the current flowing through the inductor L11 tends to further increase, so that the voltage VCCM of the constant current means CCM is pulsed as shown in FIG. growing. Along with this, the source potential of the switching element Q11 becomes higher than the potential of the control terminal (gate), and as a result, the control terminal becomes relatively clearly a negative potential, so that the switching element Q11 is turned off. For this reason, the increasing current IU flowing into the inductor L11 is cut off when the switching element Q11 is turned off as shown in FIG.

スイッチング素子Q11がオフすると同時にインダクタL11に蓄積されていた電磁エネルギーの放出が開始して、第4の回路Dに図13の(c)に示すように減少する電流が流れ出す。なお、に減少する電流が流れている間、インダクタL11の電圧極性が図13の(e)に示すように反転して負極性になり、駆動巻線DWにはスイッチング素子Q11の制御端子が負電位になる電圧が誘起される。この場合、図13の(f)に示すように負電圧が定電流手段CCMを経由してスイッチング素子Q11のゲート・ソース間に印加するので、スイッチング素子Q11はオフ状態に維持される。   At the same time when the switching element Q11 is turned off, the electromagnetic energy stored in the inductor L11 starts to be released, and a current that decreases as shown in FIG. While the decreasing current flows, the voltage polarity of the inductor L11 is inverted as shown in (e) of FIG. 13 to become negative, and the control terminal of the switching element Q11 is negative in the drive winding DW. A voltage that becomes a potential is induced. In this case, since a negative voltage is applied between the gate and source of the switching element Q11 via the constant current means CCM as shown in FIG. 13 (f), the switching element Q11 is maintained in the OFF state.

第3の回路Cに流れる減少する電流が0になると、スイッチング素子Q11の制御端子に印加されていた負電圧が誘起されなくなると同時に、逆起電力により制御端子が図13の(e)に示すように正になる電圧が駆動巻線DWに誘起される。これにより、スイッチング素子Q11は再びオンし、以後上述したのと同様な回路動作が繰り返される。   When the decreasing current flowing through the third circuit C becomes 0, the negative voltage applied to the control terminal of the switching element Q11 is not induced, and at the same time, the control terminal is shown in FIG. Thus, a positive voltage is induced in the drive winding DW. As a result, the switching element Q11 is turned on again, and the circuit operation similar to that described above is repeated thereafter.

以上の回路動作から明らかなように、チョッパCHは、降圧チョッパ動作を行い、その出力端t3、t4間に接続する負荷回路LCに増加する電流と減少する電流とが交互に流れる出力電流IOが図13の(d)に示されるように形成され、それらの直流成分で発光ダイオードLEDが点灯し、出力コンデンサC4は高周波成分をバイパスする。   As is apparent from the above circuit operation, the chopper CH performs a step-down chopper operation, and an output current IO in which an increasing current and a decreasing current alternately flow in the load circuit LC connected between the output terminals t3 and t4 is obtained. It is formed as shown in FIG. 13 (d), and the light emitting diode LED is lit with these DC components, and the output capacitor C4 bypasses the high frequency component.

(第10の実施の形態)   (Tenth embodiment)

(第10の形態)について説明する。   The (tenth embodiment) will be described.

第10の形態を図14に示す。本形態においては、定電流手段CCMがGaN−HEMTであるとともに、インダクタL11が定電流手段CCMとの間に負荷回路LCが介在する位置に接続されている。   A tenth embodiment is shown in FIG. In this embodiment, the constant current means CCM is a GaN-HEMT, and the inductor L11 is connected to a position where the load circuit LC is interposed between the constant current means CCM.

また、定電流手段CCMは、可調整電位源Eを用いてゲート電位を可変にすることで定電流値を可変にしている。なお、図中符号ZD1は、スイッチング素子Q11のゲート・ソース間電圧VGSが0.6V以上にならないようにクランプするためのダイオードである。   Further, the constant current means CCM makes the constant current value variable by making the gate potential variable by using the adjustable potential source E. In the figure, a symbol ZD1 is a diode for clamping the switching element Q11 so that the gate-source voltage VGS does not exceed 0.6V.

さらに、本形態においては、直列接続体を形成しているスイッチング素子Q11、定電流手段CCMおよびダイオードD11が集積回路ICとして構成されている。この集積回路ICは、第1ないし第5の外部端子P1〜P5を備えている。第1の外部端子P1は、スイッチング素子Q11のドレインから導出されている。第2の外部端子P2は、ダイオードD11のカソードから導出されている。第3の外部端子P3は、定電流手段CCMのソースおよびダイオードD11のアノードの接続点から導出されている。第4の外部端子P4は、スイッチング素子Q11のゲートから導出されている。第5の外部端子P5は、定電流手段CCMのゲートから導出されている。   Furthermore, in this embodiment, the switching element Q11, the constant current means CCM, and the diode D11 forming a series connection body are configured as an integrated circuit IC. The integrated circuit IC includes first to fifth external terminals P1 to P5. The first external terminal P1 is derived from the drain of the switching element Q11. The second external terminal P2 is derived from the cathode of the diode D11. The third external terminal P3 is derived from the connection point between the source of the constant current means CCM and the anode of the diode D11. The fourth external terminal P4 is derived from the gate of the switching element Q11. The fifth external terminal P5 is derived from the gate of the constant current means CCM.

すなわち、集積回路ICは、チョッパの上記3個のパワー系半導体素子からなる直列接続体の両端に位置する半導体素子の主端子から第1および第2の主端子が導出され、直列接続体の中間の接続部の主端子から第3の外部端子が導出され、スイッチング素子Q11、定電流手段CCMの制御端子から第4および第5の外部端子が導出されている。したがって、上記第1ないし第3の外部端子はパワー系であり、第4および第5の外部端子は制御系である。   That is, in the integrated circuit IC, the first and second main terminals are derived from the main terminals of the semiconductor elements located at both ends of the series connection body composed of the three power semiconductor elements of the chopper, and the middle of the series connection body. The third external terminal is led out from the main terminal of the connection portion, and the fourth and fifth external terminals are led out from the control terminal of the switching element Q11 and the constant current means CCM. Therefore, the first to third external terminals are power systems, and the fourth and fifth external terminals are control systems.

そうして、第10の形態においては、定電流手段CCMがスイッチング素子Q11と同様にGaN−HEMTにより構成されているため、10MHz以上の高周波における高速スイッチング特性がより一層向上する。しかし、所望によりダイオードD11もGaN系で形成すれば、GaN系基板を用いて一体的な集積回路を構成することができ、極めて高速なスイッチングを行えるとともに、頗る小形化されたチョッパを構成するのが容易になる。   Thus, in the tenth embodiment, since the constant current means CCM is composed of GaN-HEMT as with the switching element Q11, the high-speed switching characteristic at a high frequency of 10 MHz or more is further improved. However, if the diode D11 is also formed of a GaN substrate if desired, an integrated integrated circuit can be formed using a GaN substrate, and extremely high-speed switching can be achieved and a downsized chopper can be formed. Becomes easier.

また、可調整電位源E1を用いることで定電流値が可変であるから、所望の負荷電流を設定するのが容易になるとともに、電源電圧変動に対して可調整電位源E1を帰還制御すれば、電源電圧変動に対する発光ダイオードの光出力の変動を抑制することもできる。さらに、スイッチング素子Q11の制御端子に印加される駆動巻線DWの負電圧に定電流手段CCMおよび負荷回路LCの電圧降下が加算される。   Further, since the constant current value is variable by using the adjustable potential source E1, it becomes easy to set a desired load current, and if the adjustable potential source E1 is feedback-controlled with respect to power supply voltage fluctuations. Further, it is possible to suppress the fluctuation of the light output of the light emitting diode with respect to the fluctuation of the power supply voltage. Furthermore, the voltage drop of the constant current means CCM and the load circuit LC is added to the negative voltage of the drive winding DW applied to the control terminal of the switching element Q11.

(第11の実施の形態)   (Eleventh embodiment)

(第11の形態)について説明する。   (Eleventh embodiment) will be described.

第11の形態を図15に示す。なお、図12と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。本形態においては、定電流手段CCMがトランジスタQ12およびQ13を用いたカレントミラー定電流回路により構成されている。なお、カレントミラー定電流回路は、トランジスタQ12および抵抗器R11の直列回路がスイッチング素子Q11と直列に挿入され、トランジスタQ12のベースにトランジスタQ13のベースが接続し、エミッタに逆バイアス電源E2が逆極性に接続し、コレクタとバイアス電源E2との直列回路に直流電源E3が接続している。さらに、トランジスタQ13のコレクタとベースが導体で直結されている。   The eleventh embodiment is shown in FIG. Note that the same parts as those in FIG. In this embodiment, the constant current means CCM is constituted by a current mirror constant current circuit using transistors Q12 and Q13. In the current mirror constant current circuit, the series circuit of the transistor Q12 and the resistor R11 is inserted in series with the switching element Q11, the base of the transistor Q13 is connected to the base of the transistor Q12, and the reverse bias power supply E2 is reverse polarity to the emitter. A DC power supply E3 is connected to a series circuit of a collector and a bias power supply E2. Furthermore, the collector and base of transistor Q13 are directly connected by a conductor.

また、スイッチング素子Q11の制御端子と定電流手段CCMを跨ぐ位置との間に一対のツェナーダイオードZD1、ZD2を逆極性に並列接続してクランプ回路を形成している。ツェナーダイオードZD1のツェナー電圧は−12V、またツェナーダイオードZD2のツェナー電圧は+0.7Vであり、スイッチング素子Q11に過大なVGSが印加されないように保護するようにしている。   In addition, a pair of Zener diodes ZD1 and ZD2 are connected in parallel with opposite polarities between the control terminal of the switching element Q11 and the position across the constant current means CCM to form a clamp circuit. The Zener diode ZD1 has a Zener voltage of −12V, and the Zener diode ZD2 has a Zener voltage of + 0.7V, so that an excessive VGS is not applied to the switching element Q11.

そうして、第11の形態によれば、トランジスタQ13に接続した直流電圧によりトランジスタQ12に流れる定電流値を所望に制御できるとともに、定電流値に達したときに生じる電圧が高くなる。この為、負荷の発光ダイオードLEDの電圧を利用する必要がなくなる。   Thus, according to the eleventh embodiment, the constant current value flowing through the transistor Q12 can be controlled as desired by the DC voltage connected to the transistor Q13, and the voltage generated when the constant current value is reached increases. For this reason, it is not necessary to use the voltage of the light emitting diode LED of the load.

また、定電流手段CCM定電流値を制御するのに直流電源E2を用いるので、高速制御可能なトランジスタが不要になる。さらに、スイッチング素子Q11をオフするときに定電流手段CCMを同期してオフさせれば、スイッチング素子Q11を実質的にノーマリオフにできる。さらにまた、所望によりスイッチング素子Q11、定電流手段CCMおよびダイオードD11の半導体部品部分をGaN系チップに集積化することが可能である。   Further, since the DC power source E2 is used to control the constant current means CCM constant current value, a transistor capable of high speed control is not required. Further, if the constant current means CCM is turned off synchronously when turning off the switching element Q11, the switching element Q11 can be substantially normally off. Furthermore, it is possible to integrate the semiconductor component parts of the switching element Q11, the constant current means CCM and the diode D11 on a GaN-based chip as desired.

(第12の実施の形態)   (Twelfth embodiment)

(第12の形態)について説明する。   (Twelfth embodiment) will be described.

第12の形態を図16および図17に示す。図16は、LED点灯装置を実施するための第5の形態における集積回路モジュールの模式図である。図17は、平面コイル構造体の模式的一部拡大・一部断面斜視図である。   A twelfth embodiment is shown in FIGS. 16 and 17. FIG. 16 is a schematic diagram of an integrated circuit module according to a fifth embodiment for implementing the LED lighting device. FIG. 17 is a schematic partially enlarged and partially sectional perspective view of a planar coil structure.

本形態は、第8ないし第11の形態の一部または複数において、LED点灯装置の半導体部品、コイル部品、コンデンサ部品および外部端子を中心に集積してIC化したものである。すなわち、LED点灯装置の発光ダイオードLEDを除いた残余の回路部品を、平面コイル構造体L、平面コンデンサ構造体C、GaNチップG、配線形成体W、端子形成体Tおよび基板構成体Bからなる各平面構造体に分割して形成する。これらの平面構造体を一体に積層し、各構造体間をスルーホールなどの手段を用いて接続して集積回路モジュールIC´としたものである。図示例の集積回路モジュールICは、概略以下の各平面構造体により構成されている。   In this embodiment, in some or a plurality of the eighth to eleventh embodiments, an IC is formed by integrating semiconductor components, coil components, capacitor components, and external terminals of the LED lighting device. That is, the remaining circuit components excluding the light emitting diode LED of the LED lighting device are composed of a planar coil structure L, a planar capacitor structure C, a GaN chip G, a wiring formation body W, a terminal formation body T, and a substrate structure B. Each planar structure is divided and formed. These planar structures are laminated together, and the structures are connected using means such as through holes to form an integrated circuit module IC ′. The integrated circuit module IC of the illustrated example is configured by the following planar structures.

平面コイル構造体Lは、図17に示すように、インダクタL11および駆動巻線DWを、それぞれ扁平コイル素線を平面において渦巻状をなすように巻回して形成する。それらが適度の離間状態となるように保持し、かつ内部および周囲を磁性体層Mで被覆する。これによりし、平面コイル構造体Lは、全体として平面状に構成される。   As shown in FIG. 17, the planar coil structure L is formed by winding the inductor L <b> 11 and the drive winding DW by winding a flat coil wire in a spiral shape on a plane. They are held so as to be in a moderately spaced state, and the inside and the periphery are covered with the magnetic layer M. Thereby, the planar coil structure L is configured in a planar shape as a whole.

そして、インダクタL11および駆動巻線DWの一端は、コイルの中心部に位置して端子部tを構成している。そして、当該端子部tの中心にスルーホールhが形成され、後述するGaNチップGの定電流手段部分の一方の端子導体を当該スルーホールhに挿入し、さらに導電体を内部に注入して、インダクタL11、駆動巻線DWおよびGaNチップGの接続導体を一緒に接続するように構成されている。なお、磁性体層Mは、図17の一部を図の右側に拡大して断面を示すように、例えばフェライト微粒子を分散したセラミックスまたはプラスチックスからなる。   And one end of the inductor L11 and the drive winding DW is located in the center part of the coil, and comprises the terminal part t. Then, a through hole h is formed at the center of the terminal portion t, one terminal conductor of a constant current means portion of a GaN chip G described later is inserted into the through hole h, and a conductor is injected into the inside, The inductor L11, the drive winding DW, and the connection conductor of the GaN chip G are connected together. The magnetic layer M is made of, for example, ceramics or plastics in which ferrite fine particles are dispersed, as shown in a cross-sectional view in which a part of FIG. 17 is enlarged to the right side of the drawing.

平面コンデンサ構造体Cは、例えばそれぞれ薄い誘電体膜を挟んだ一対の電極体を備えてなる複数のコンデンサを集合した平面構造体である。   The planar capacitor structure C is a planar structure in which a plurality of capacitors each including a pair of electrode bodies each sandwiching a thin dielectric film is assembled.

GaNチップGは、GaN系半導体基板にスイッチング素子Q11、定電流手段CCMおよびダイオードD11が形成された平面構造体である。   The GaN chip G is a planar structure in which a switching element Q11, a constant current means CCM, and a diode D11 are formed on a GaN-based semiconductor substrate.

配線形成体Wは、平面コイル構造体L、平面コンデンサ構造体CおよびGaNチップGと後述する端子形成体Tとの間を所要に接続する平面構造体である。   The wiring formation body W is a planar structure that connects the planar coil structure L, the planar capacitor structure C, and the GaN chip G to the terminal formation body T described later as required.

端子形成体Tは、配線形成体Wと後述する基板構成体Bとの間に介在して両者を接続する基板構成体Bは、外部端子TEおよび外部取付手段(図示しない。)を備え、以上説明の各平面構造体を一体的に支持してモジュール化している。なお、外部端子TEは、LED点灯装置の入力端子および発光ダイオードLEDを接続する出力端子である。   The terminal formation body T is interposed between the wiring formation body W and a substrate structure B to be described later, and the substrate structure B connecting the two includes the external terminals TE and external attachment means (not shown). Each planar structure described is integrally supported and modularized. The external terminal TE is an output terminal for connecting the input terminal of the LED lighting device and the light emitting diode LED.

そうして、本形態は、10MHz以上の高周波で動作するLED点灯装置に好適であり、基板構成体Bに配設される外部端子TEは、そのいずれも直流であり、直流の入出力だけであるから、動作が安定であるとともに、顕著な小形化を実現することができる。このため、LED点灯装置を照明装置の発光ダイオードの間に配設することも可能になり、照明装置の著しい小形化に寄与する。   Thus, this embodiment is suitable for an LED lighting device that operates at a high frequency of 10 MHz or more, and the external terminals TE arranged on the substrate structure B are all DC, and only DC input / output is possible. Therefore, the operation is stable and a significant downsizing can be realized. For this reason, it becomes possible to arrange | position an LED lighting device between the light emitting diodes of an illuminating device, and it contributes to remarkable miniaturization of an illuminating device.

なお、一実施形態に係るLED点灯装置は、スイッチング素子、定電流手段およびダイオードの直列接続体を備える。この直列接続体は、その両端側に位置する一対の主端子から導出された第1および第2の外部端子と、直列接続体の中間接続部に位置する主端子から導出された第3の外部端子と、スイッチング素子および定電流手段の制御端子から導出された第4および第5の外部端子とを備えた集積回路を有する。   In addition, the LED lighting device which concerns on one Embodiment is provided with the serial connection body of a switching element, a constant current means, and a diode. The series connection body includes first and second external terminals derived from a pair of main terminals located at both ends thereof, and a third external body derived from a main terminal located at an intermediate connection portion of the series connection body. An integrated circuit having a terminal and fourth and fifth external terminals derived from the switching element and the control terminal of the constant current means;

なお、上記の実施形態において、「チョッパ」とは、降圧チョッパ、昇圧チョッパおよび昇降圧チョッパなどの各種チョッパを含む概念である。なお、昇降圧チョッパは、昇圧チョッパおよび降圧チョッパをシーケンシャルに接続したものである。上記各チョッパは、いずれもスイッチング素子をオンさせることにより直流電源からインダクタに増加電流が流れるとともに、スイッチング素子をオフさせることによりインダクタに蓄積された電磁エネルギーによりダイオードを経由して減少電流が流れる動作を繰り返して直流電源電圧をDC−DC変換して出力端に出力する点で共通している。   In the above embodiment, the “chopper” is a concept including various choppers such as a step-down chopper, a step-up chopper, and a step-up / step-down chopper. The step-up / step-down chopper is obtained by sequentially connecting a step-up chopper and a step-down chopper. In each of the above choppers, an increase current flows from the DC power source to the inductor by turning on the switching element, and a decrease current flows through the diode by the electromagnetic energy accumulated in the inductor by turning off the switching element. Is common in that the DC power supply voltage is DC-DC converted and output to the output terminal.

スイッチング素子は、ノーマリオンスイッチおよびノーマリオフスイッチのいずれであってもよい。スイッチング素子にワイドバンドギャップ半導体、例えばGaN−HEMTを用いると、MHz以上、例えば10MHz以上の高周波でのスイッチング特性が著しく向上してスイッチング損失が低下するとともに、インダクタも小形化するためにLED点灯装置の大幅な小形化を図ることができる。   The switching element may be either a normally-on switch or a normally-off switch. When a wide bandgap semiconductor such as GaN-HEMT is used as the switching element, the switching characteristics at high frequency of MHz or higher, for example, 10 MHz or higher are remarkably improved, the switching loss is reduced, and the inductor is also downsized. Can be greatly reduced in size.

また、ワイドバンドギャップ半導体を用いたスイッチング素子の場合、ノーマリオン特性を有しているものの方が得やすく、低コストであるが、ノーマリオフ特性を有しているものも可能なので、これを用いてもよい。また、ノーマリオンスイッチは、そのスイッチングの閾値が負であるものを用いると、インダクタに磁気結合した駆動巻線を用いたオフ制御が容易になるので好適である。   In addition, in the case of a switching element using a wide band gap semiconductor, a device having a normally-on characteristic is easier to obtain and lower in cost, but a device having a normally-off characteristic is also possible. Also good. In addition, it is preferable to use a normally-on switch having a negative switching threshold value because an off control using a drive winding magnetically coupled to the inductor is facilitated.

定電流手段は、定電流特性を有する回路手段であり、例えば定電流ダイオード、接合型FET、三端子レギュレータおよびトランジスタを用いた各種定電流回路などを用いることができる。なお、トランジスタを用いた定電流回路としては、一石または二石のトランジスタを用いた既知の定電流回路であることを許容する。また、接合型FETの一種であるGaN−HEMTを定電流手段として使用することができる。このスイッチング素子は、10MHz以上の高周波のスイッチング特性が優れているので、高速スイッチングを行わせるのに好都合である。   The constant current means is a circuit means having a constant current characteristic. For example, various constant current circuits using a constant current diode, a junction FET, a three-terminal regulator, and a transistor can be used. The constant current circuit using a transistor is allowed to be a known constant current circuit using a monolithic or bilithic transistor. Moreover, GaN-HEMT which is a kind of junction FET can be used as a constant current means. Since this switching element is excellent in switching characteristics at a high frequency of 10 MHz or more, it is convenient for performing high-speed switching.

定電流手段は、スイッチング素子のオン時にインダクタに電流が流れる第1の回路中にスイッチング素子と直列に介在する。また、定電流手段は、スイッチング素子を駆動する駆動巻線を含むスイッチ素子の駆動回路中にも介在する。これらの構成を具備していることにより、定電流手段を流れる増加する電流が定電流値に到達し、さらに増加しようとすると、定電流手段の電圧が急激に上昇するので、そのとき定電流手段に生じる電圧上昇によって、スイッチング素子の駆動回路に組み込まれる主端子(例えばソース)の電位を制御端子(例えばゲート)の電位に対して相対的に高くすることができる。その結果、制御端子の電位がスイッチング素子の閾値より低くなるために、スイッチング素子をオフさせることができる。この回路動作は、スイッチング素子がノーマリオンスイッチで、かつ閾値が負であることにより、一層容易かつ確実になるが、ノーマリオフスイッチに対しても有効である。   The constant current means is interposed in series with the switching element in the first circuit in which current flows through the inductor when the switching element is on. The constant current means is also interposed in the drive circuit for the switch element including the drive winding for driving the switching element. By having these configurations, the increasing current flowing through the constant current means reaches a constant current value, and when further increasing, the voltage of the constant current means rapidly increases. Due to the rise in voltage, the potential of the main terminal (eg, source) incorporated in the switching element drive circuit can be made relatively higher than the potential of the control terminal (eg, gate). As a result, since the potential of the control terminal becomes lower than the threshold value of the switching element, the switching element can be turned off. This circuit operation becomes easier and more reliable when the switching element is a normally-on switch and the threshold value is negative, but it is also effective for a normally-off switch.

また、スイッチング素子と定電流手段を直接直列接続することが許容されるが、この場合には共通の半導体チップ、例えばGaN系チップにスイッチング素子と定電流手段を集積して一体化するのが容易になる。この場合、スイッチング素子の一方の主端子、例えばドレインと、定電流手段のスイッチング素子に対して他端側の主端子からなるパワー系の2つの端子と、スイッチング素子および定電流手段のそれぞれの制御端子、例えばゲートからなる2つの制御系の端子とを備えた4端子構造のICモジュールによって、上記スイッチング素子と定電流手段を構成することができ、より一層小形化された単一のコンポーネントにすることができる。   In addition, the switching element and the constant current means can be directly connected in series. In this case, it is easy to integrate the switching element and the constant current means on a common semiconductor chip, for example, a GaN chip. become. In this case, one main terminal of the switching element, for example, the drain, two terminals of the power system consisting of the main terminal on the other end side with respect to the switching element of the constant current means, and control of each of the switching element and the constant current means The switching element and the constant current means can be constituted by an IC module having a terminal structure, for example, two control system terminals composed of gates, so that the single component can be further miniaturized. be able to.

インダクタは、直流電源からスイッチング素子および定電流手段を経由する第1の回路に増加する電流が流れるときに、電磁的エネルギーを内部に蓄積する。また、インダクタは、スイッチング素子のオフ時に蓄積された電磁的エネルギーを放出するので、その際に減少する電流が第2の回路に流れる。   The inductor stores electromagnetic energy inside when an increasing current flows from the DC power source to the first circuit via the switching element and the constant current means. Further, since the inductor releases the electromagnetic energy stored when the switching element is turned off, a current that decreases at that time flows to the second circuit.

また、チョッパを10MHz以上の高周波で動作させる場合、インダクタおよびこれに磁気結合する駆動巻線を平面コイル構造にするとともに、コンデンサを平面構造にすれば、チョッパの集積回路化に好都合となるとともに、信頼性の高い動作が得られる。すなわち、平面コイル構造のインダクタおよび駆動巻線と、平面構造のコンデンサと、スイッチング素子、定電流手段および後述するダイオードなどの半導体部品を集積した半導体チップと、を積層して全体を一体化した集積回路モジュールを構成することができる。その結果、LED点灯装置の著しい小形化を図ることができる。また、これに伴い、駆動コイルとスイッチとの間の距離が最短かされるので、不要で、しかも雑音発生などに有害な寄生インダクタンスや寄生キャパシタンスの発生を最小限に止めることができ、チョッパ動作の安定性および信頼性が向上する。   Further, when the chopper is operated at a high frequency of 10 MHz or higher, the inductor and the drive winding magnetically coupled to the inductor have a planar coil structure, and the capacitor has a planar structure, which is convenient for the integrated circuit of the chopper, Highly reliable operation can be obtained. In other words, a planar coil inductor and drive winding, a planar capacitor, a switching element, a constant current means, and a semiconductor chip on which semiconductor components such as a diode to be described later are stacked are integrated to be integrated as a whole. A circuit module can be constructed. As a result, the LED lighting device can be significantly reduced in size. Along with this, the distance between the drive coil and the switch is minimized, so that the generation of parasitic inductance and capacitance that are unnecessary and harmful to noise generation can be minimized, and the chopper operation. Improves stability and reliability.

ダイオードは、インダクタから減少する電流が流出する際の経路である第2の回路を提供する。ワイドバンドギャップ半導体、例えばGaN系のダイオードをダイオードとして用いると、より一層の高速スイッチングが可能になる。この場合、ダイオードをスイッチング素子および定電流手段と一緒に半導体素子の集積回路として構成するのが容易になる。この集積回路は、スイッチング素子、定電流手段およびダイオードの直列接続体において、その一端側の主端子、他端側に主端子、ならびに中間の接続点の主端子からなるパワー系の3つの主端子と、スイッチング素子および定電流手段をそれぞれ制御する2つの制御端子との都合5つの外部端子を備えた構造となる。   The diode provides a second circuit that is a path through which a decreasing current flows out of the inductor. When a wide bandgap semiconductor, for example, a GaN-based diode is used as the diode, even higher speed switching is possible. In this case, it becomes easy to configure the diode as an integrated circuit of the semiconductor element together with the switching element and the constant current means. This integrated circuit has three main terminals of a power system comprising a main terminal at one end, a main terminal at the other end, and a main terminal at an intermediate connection point in a series connection body of a switching element, a constant current means and a diode. And it has a structure provided with five external terminals for convenience with two control terminals for controlling the switching element and the constant current means, respectively.

上記集積回路を用いてチョッパを構成すると、全体が一層小形化するとともに、高速スイッチングを行わせるのが容易になる。   When the chopper is configured using the integrated circuit, the whole is further reduced in size and it becomes easy to perform high-speed switching.

駆動巻線は、インダクタに磁気結合した巻線であって、スイッチング素子を制御する。すなわち、スイッチング素子がオンのときにインダクタに流れた増加する電流が定電流手段の定電流値に到達してスイッチング素子がオフすると、大きな電圧が生じるので、スイッチング素子の主端子(ソース)が制御端子より高くなり、相対的に制御端子が負電位になって閾値を下回るので、スイッチング素子がオフ状態に維持される。   The drive winding is a winding magnetically coupled to the inductor and controls the switching element. That is, when the increasing current flowing in the inductor when the switching element is on reaches the constant current value of the constant current means and the switching element is turned off, a large voltage is generated, so the main terminal (source) of the switching element is controlled. Since it becomes higher than the terminal and the control terminal becomes relatively negative and falls below the threshold value, the switching element is maintained in the OFF state.

上記の第8乃至第12の実施形態によると、スイッチング素子のオン時に直流電源から定電流手段を経由してインダクタに流れる増加する電流が定電流手段の定電流値に達したときに定電流手段に生じる電圧によりスイッチング素子をオフさせるので、インダクタに流れる電流を検出する抵抗素子などのインピーダンス手段およびその電圧降下が予め設定された閾値に達したときにスイッチング素子をオフさせる制御回路で構成される電流帰還形の帰還回路を配設することなしに、増加する電流が所定値に達したときにスイッチング素子を簡単な構成でオフさせることができてチョッパ動作を行うから、回路構成が簡単になり、集積化および小形化が容易なチョッパを具備したLED点灯装置を提供できる。   According to the above eighth to twelfth embodiments, the constant current means when the increasing current flowing from the DC power source to the inductor via the constant current means reaches the constant current value of the constant current means when the switching element is turned on. Since the switching element is turned off by the voltage generated in the capacitor, the impedance element such as a resistance element for detecting the current flowing through the inductor and a control circuit for turning off the switching element when the voltage drop reaches a preset threshold value are configured. Without providing a current feedback type feedback circuit, when the increasing current reaches a predetermined value, the switching element can be turned off with a simple configuration and the chopper operation is performed, which simplifies the circuit configuration. In addition, an LED lighting device including a chopper that can be easily integrated and miniaturized can be provided.

さらに、インダクタおよび駆動巻線を平面コイル構造体にするとともに、少なくともスイッチング素子およびダイオードを平面コイル構造の少なくとも一面に積層された集積回路を構成していることにより、駆動コイルとスイッチング素子との間の距離が最短化されて、不要で、しかも雑音発生などに有害な寄生インダクタンスや寄生キャパシタンスの発生を最小限に止めることができるので、チョッパ動作の安定性および信頼性が向上する。   Furthermore, the inductor and the drive winding have a planar coil structure, and an integrated circuit in which at least the switching element and the diode are stacked on at least one surface of the planar coil structure is configured. Since the generation of parasitic inductance and parasitic capacitance that are unnecessary and harmful to noise generation can be minimized, the stability and reliability of the chopper operation is improved.

さらにまた、スイッチング素子、定電流手段およびダイオードを5つの外部端子を備えた集積回路として構成すれば、チョッパ全体が一層小形化するとともに、高速スイッチングを行わせるのが容易になる。   Furthermore, if the switching element, the constant current means, and the diode are configured as an integrated circuit having five external terminals, the entire chopper can be further miniaturized and high-speed switching can be easily performed.

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.

1…器具本体、2…LED照明灯、4…セード、10…交流電源、11…全波整流回路、12…コンデンサ、13…電界効果トランジスタ、14…半導体発光素子、15…抵抗素子、16…インダクタ、17…電源、18…電界効果トランジスタ、19…ダイオード、20…コンデンサ、21…ダイオード、22…フライホイールダイオード、23…コンパレータ、24…ダイオード、31…LED素子群、32〜33…電界効果トランジスタ、32a〜33a…ダイオード、34…コンデンサ、35…インダクタ、36…コンデンサ、37…ダイオード、38…コンデンサ、39…第1の駆動源、40…ダイオード、41…コンデンサ、42…第2の駆動源、43…電界効果トランジスタ、43a…ダイオード、44…コンデンサ、46…直流電源、47…電界効果トランジスタ、48…コンデンサ、49…ツェナーダイオード、51〜54…電界効果トランジスタ、51a〜54a…ダイオード、55…LED素子群、56〜59…ダイオード、60…コンデンサ、61…電界効果トランジスタ、62…電界効果トランジスタ、63…駆動源、64…スイッチ駆動部、65…インダクタ、71…電界効果トランジスタ、72…LED素子群、73…抵抗素子、74…インダクタ、75〜76…コンデンサ、77…フライホイールダイオード、78…抵抗素子、79…発振停止部、80…電界効果トランジスタ、81…コンパレータ、82…コンパレータ、85…電源、100…電源装置、161…補助巻線、721…補助巻線、741…補助巻線

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Appliance main body, 2 ... LED lighting, 4 ... shade, 10 ... alternating current power supply, 11 ... full wave rectifier circuit, 12 ... capacitor | condenser, 13 ... field effect transistor, 14 ... semiconductor light emitting element, 15 ... resistance element, 16 ... Inductor, 17 ... Power source, 18 ... Field effect transistor, 19 ... Diode, 20 ... Capacitor, 21 ... Diode, 22 ... Flywheel diode, 23 ... Comparator, 24 ... Diode, 31 ... LED element group, 32-33 ... Field effect Transistors 32a to 33a ... diodes 34 ... capacitors 35 ... inductors 36 ... capacitors 37 ... diodes 38 ... capacitors 39 ... first drive source 40 ... diodes 41 ... capacitors 42 ... second drives Source 43 ... Field effect transistor 43a ... Diode 44 ... Capacitor 46 ... Current source, 47 ... Field effect transistor, 48 ... Capacitor, 49 ... Zener diode, 51-54 ... Field effect transistor, 51a-54a ... Diode, 55 ... LED element group, 56-59 ... Diode, 60 ... Capacitor, 61 ... Field effect transistor, 62 ... Field effect transistor, 63 ... Driving source, 64 ... Switch drive unit, 65 ... Inductor, 71 ... Field effect transistor, 72 ... LED element group, 73 ... Resistance element, 74 ... Inductor, 75-76 ... Capacitor, 77... Flywheel diode, 78... Resistive element, 79. Oscillation stop, 80... Field effect transistor, 81. Auxiliary winding, 741 ... Auxiliary winding

Claims (1)

少なくともソースとゲートとを有するスイッチング素子と、前記スイッチング素子のソースに接続する定電流手段と、前記定電流手段に接続され少なくとも前記スイッチング素子のオン時に電流が流れるインダクタと、少なくとも前記スイッチング素子のオフ時に電流が流れるダイオードと、前記インダクタに磁気結合するとともに前記スイッチング素子のゲートに接続する駆動巻線とを備え、前記スイッチング素子のオンオフ動作により直流出力を発生する出力発生手段と;
前記出力発生手段より発生される直流出力により点灯される半導体発光素子と;
を具備し、
前記インダクタ及び前記駆動巻線とは平面コイル構造体により構成され、前記スイッチング素子、前記定電流手段、前記ダイオードを集積した半導体チップを前記平面コイル構造の少なくとも一面に積層されることを特徴とする照明装置。
A switching element having at least a source and a gate; a constant current means connected to the source of the switching element; an inductor connected to the constant current means and through which a current flows at least when the switching element is on; and at least the switching element off An output generating means that includes a diode through which current sometimes flows, and a drive winding that is magnetically coupled to the inductor and connected to the gate of the switching element, and generates a DC output by an on / off operation of the switching element;
A semiconductor light emitting element that is turned on by a direct current output generated by the output generating means;
Comprising
Wherein the inductor and the driving winding is constituted by a planar coil structure, the switching element, the current regulating means, and wherein the laminated semiconductor chip which integrates the diode on at least one side of the planar coil structure Lighting device.
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