JP6534060B2

JP6534060B2 - 点灯装置及び照明器具

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Publication number: JP6534060B2
Application number: JP2015041814A
Authority: JP
Inventors: 真史山本; 浅野　寛之; 寛之浅野; 正人姫田; 土井　勝之; 勝之土井; 武志鴨井; 大輔山原; 圭介関
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-03-03
Filing date: 2015-03-03
Publication date: 2019-06-26
Anticipated expiration: 2035-03-03
Also published as: JP2016162654A; DE102016102552A1

Description

本発明は、ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）などの固体発光素子に電流を供給する点灯装置及びそれを用いた照明器具に関する。

ＬＥＤは、高効率及び長寿命であることから、照明装置などの光源として用いられている。ＬＥＤを用いた照明装置においては、一般に、ＬＥＤに供給される電流の大きさを調節することによって光出力を調節する調光方式が用いられる。ＬＥＤに供給する電流の大きさを調節できる点灯装置として、ＳＥＰＩＣ（ＳｉｎｇｌｅＥｎｄｅｄＰｒｉｍａｒｙＩｎｄｕｃｔｏｒＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）回路などの昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いた点灯装置が提案されている（例えば、特許文献１）。例えば、全波整流回路の出力電圧を昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータに入力することにより、力率を改善することができ、かつ、調光可能な点灯装置を実現することができる。

特開２０１２−２２１７００号公報

ＳＥＰＩＣ回路などの昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータにおいては、電流が連続的に出力される連続モード、又は、電流が出力されない期間を有する不連続モードを用いて出力電流の大きさが調節される。

連続モードの一例である電流臨界モードを用いる場合には、昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング周期を短くすることによって、出力電流を低下させる。しかしながら、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御回路における遅延時間などのために、当該スイッチング周期を所定の値（例えば、５００ｎｓｅｃ程度）以下に設定することは困難である。このため、電流臨界モードを用いるＤＣ／ＤＣコンバータでは、出力電流を所定の電流以下に調節することができない。つまり、電流臨界モードでは、調光の幅が狭い。

一方、不連続モードを用いる場合には、電流を出力する期間及び電流を出力しない期間の長さを、それぞれ自由に調節することができるため、電流臨界モードを用いる場合より、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を小さい値に調節することができる。しかしながら、不連続モードにおいて、電流を出力する期間を連続的に変化させることによって、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流を連続的に調節しようとしても、出力電流の大きさにちらつき及びがたつきが生じるため出力電流を連続的に調節することができない。これは、電流を出力しない期間において、出力電流は自由振動しており、電流の出力が再開される瞬間における当該自由振動の位相に応じて出力電流の大きさが変動するためである。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、調光の幅が広く、かつ、調光過渡期における出力電流のちらつき及びがたつきを抑制することができる点灯装置及びそれを用いた照明器具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る点灯装置の一態様は、交流電源から供給される交流電流を全波整流する全波整流回路と、全波整流回路から全波整流された電流が供給され、かつ、スイッチング素子を備える昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータと、スイッチング素子をオン及びオフ制御する制御回路とを備える。制御回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータからの出力電流の実効値を予め定められた閾値以上の値に調節する場合には、スイッチング素子を電流臨界モードで制御する。一方、出力電流の実効値を当該閾値未満の値に調節する場合には、スイッチング素子を不連続モードで制御する。さらに、制御回路は、スイッチング素子の制御モードを電流臨界モードと不連続モードとの間で切り替える際に、出力電流の実効値を連続的に変化させるように、スイッチング素子のスイッチング周波数を不連続的に変化させる。

本発明によれば、調光の幅が広く、かつ、調光過渡期における出力電流のちらつき及びがたつきを抑制することができる点灯装置及びそれを用いた照明器具を提供することができる。

実施の形態に係る点灯装置及びそれを備える照明器具の回路図である。実施の形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータの主要部を抽出した回路図である。実施の形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータの電流臨界モードで制御される場合におけるスイッチング素子に流れる電流の時間波形の概要を示すグラフである。実施の形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータの各素子に流れる電流の時間波形の一例を示すグラフである。実施の形態に係る点灯装置のスイッチング素子に流れる電流の時間波形の一例を示すグラフである。実施の形態に係る点灯装置のスイッチング素子に流れる電流の時間波形の他の一例を示すグラフである。実施の形態に係る点灯装置のスイッチング素子のスイッチング周波数と、出力電流の実効値との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、工程（ステップ）、工程の順序などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

（実施の形態）
［点灯装置及び照明器具の全体構成］
まず、実施の形態に係る点灯装置及び照明器具の全体構成について、図面を用いて説明する。

図１は、本実施の形態に係る点灯装置１及びそれを備える照明器具４の回路図である。なお、図１には、点灯装置１に交流電流を供給する交流電源３も併せて示されている。

図１に示されるように、本実施の形態に係る照明器具４は、点灯装置１及びＬＥＤ２を備える。

ＬＥＤ２は、点灯装置１から電流を供給される固体発光素子である。ＬＥＤ２は、それぞれ、単一のＬＥＤチップから構成されてもよいし、直列又は並列に接続された複数のＬＥＤチップから構成されてもよい。

点灯装置１は、交流電源３に接続されてＬＥＤ２に電流を供給する装置である。図１に示されるように、点灯装置１は、全波整流回路１９、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０及び制御回路１０を備える。

交流電源３は、交流電圧を出力する電源であり、例えば１００Ｖ〜２４２Ｖの交流電圧を出力する商業電源などの系統電源である。

全波整流回路１９は、交流電源３から供給される交流電流を全波整流する回路である。全波整流回路１９は、例えば、ダイオードブリッジから構成される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、全波整流回路１９から全波整流された電流が供給され、かつ、スイッチング素子１４を備える昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータである。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電流が、ＬＥＤ２に供給される。本実施の形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、ＳＥＰＩＣ型の構成を有する。図１に示されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、スイッチング素子１４以外に、第一のインダクタ１１、第二のインダクタ１２、第一のキャパシタ１３、第二のキャパシタ１５、ダイオード１６、第三のキャパシタ１７及び抵抗１８を備える。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を構成する各素子の接続態様について、図１を参照しながら説明する。図１に示されるように、第一のキャパシタ１３は、全波整流回路１９の出力端に接続される。第一のインダクタ１１及びスイッチング素子１４が直列接続された第一の直列回路３１は、全波整流回路１９の出力端に接続される。第二のキャパシタ１５、ダイオード１６及び第三のキャパシタ１７が直列接続された第二の直列回路３２は、スイッチング素子１４の両端に接続される。第二のインダクタ１２は、第二のキャパシタ１５及びダイオード１６の接続点に一端が接続され、かつ、スイッチング素子１４及び第三のキャパシタ１７の接続点に他端が接続される。また、第三のキャパシタ１７に出力される電圧がＬＥＤ２に印加される。また、抵抗１８は、第三のキャパシタ１７と第二のインダクタ１２との接続点に一端が接続され、他端が点灯装置１の低電位側の出力端子に接続される。

スイッチング素子１４は、制御回路１０から出力される信号に基づいてスイッチングする（すなわちオン及びオフを繰り返す）素子である。本実施の形態ではスイッチング素子１４は、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−ＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄ−ＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成される。

制御回路１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０のスイッチング素子１４をオン及びオフ制御する回路である。制御回路１０は、例えば、マイクロコンピュータなどで構成される。制御回路１０は、入力端子として、端子ＤＳ、端子ＶＤ、端子ＺＣＤ及び端子ＦＢを備える。また、制御回路１０は、出力端子として、端子ＧＤを備える。

端子ＤＳは、点灯装置１の外部から調光信号が入力される端子である。端子ＤＳから入力された調光信号に基づいて、制御回路１０は、スイッチング素子１４の制御を行う。

端子ＶＤは、全波整流回路１９から出力される電圧が入力される端子である。端子ＶＤから入力される電圧に応じて、スイッチング素子１４を制御することにより、交流電源３の出力電圧が、例えば、１００Ｖから２４０Ｖに変更された場合でも、ＬＥＤ２に供給する電流の大きさを一定とすることができる。

端子ＺＣＤは、ダイオード１６に流れる電流に対応する信号が入力される端子である。制御回路１０は、端子ＺＣＤから入力された信号に基づいて、ダイオード１６に流れる電流がゼロになったことを検出する。

端子ＦＢは、ＬＥＤ２に流れる電流に対応する信号が入力される端子である。本実施の形態では、当該信号として、抵抗１８に印加される電圧が用いられる。制御回路１０は、端子ＦＢから入力された信号に基づいて、ＬＥＤ２に流れる電流の大きさが調光信号に対応した値となるように、スイッチング素子１４をフィードバック制御する。

端子ＧＤは、スイッチング素子１４に制御信号を出力するための端子である。制御回路１０は、スイッチング素子１４をオン及びオフ制御するタイミングを調節することにより、点灯装置１からの出力電流を調節する。

［点灯装置の基本動作］
続いて、点灯装置１の基本動作について図面を用いて説明する。

図２は、本実施の形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータ２０の主要部を抽出した回路図である。

図３は、本実施の形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータ２０が電流臨界モードで制御される場合におけるスイッチング素子１４に流れる電流Ｉ１４の時間波形の概要を示すグラフである。なお、図３には、ダイオード１６に流れる電流Ｉ１６も併せて破線で示されている。

なお、図２に示される回路において、入力電圧、入力電流、出力電圧及び出力電流をそれぞれＶ１、Ｉ１、Ｖ２及びＩ２と示す。以下、電流臨界モードで制御される場合のＤＣ／ＤＣコンバータ２０の動作の概要を説明する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が、電流臨界モードで制御される場合、スイッチング素子１４に流れる電流Ｉ１４は、図３に示される実線の波形のように時間変化する。なお、図３に示される点線は、入力電圧Ｖ１の時間波形の概形を示し、図３に示されるように正弦波状となる。電流臨界モードにおける動作を具体的に説明すると、スイッチング素子１４がオン状態の場合には、第一のインダクタ１１及び第二のキャパシタ１５から、スイッチング素子１４に電流が流れることにより、スイッチング素子１４に流れる電流Ｉ１４は、増加する。なお、スイッチング素子１４がオン状態の場合には、ダイオード１６に逆バイアスが印加され、ダイオード１６には電流が流れない。ただし、この場合にも第三のキャパシタ１７が放電することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０からは電流が出力される。

一方、所定のオン時間Ｔｏｎが経過した後、スイッチング素子１４がオフ状態に切り替えられた場合には、第一のインダクタ１１及び第二のインダクタ１２は電流を出力することによって、スイッチング素子１４がオン状態の間に蓄えたエネルギーを放出する。これにより、第二のインダクタ１２からダイオード１６に電流が流れる。ダイオード１６に流れる電流Ｉ１６は、図３に破線で示されるような時間波形で変化し、第二のインダクタ１２に蓄えられたエネルギーが減少するに伴って減少する。そして、ダイオード１６に流れる電流Ｉ１６がゼロになったことを制御回路１０が検知すると、制御回路１０は、スイッチング素子１４をオン状態にする信号を出力する。なお、スイッチング素子１４がオフ状態の場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０からは、ダイオード１６に流れる電流を平滑化した電流が出力される。

制御回路１０は、電流臨界モードにおいては、以上のようにスイッチング素子１４をオン及びオフ制御する動作を繰り返す。これにより、スイッチング素子１４及びダイオード１６にそれぞれ流れる電流Ｉ１４及びＩ１６の電流波形は、図３に示されるように鋸波状となる。

次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が電流臨界モード及び不連続モードで制御される各場合の動作について、図面を用いて詳細に説明する。

図４は、本実施の形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータ２０の各素子に流れる電流の時間波形の一例を示すグラフである。図４において、第一のインダクタ１１、第二のインダクタ１２及びスイッチング素子１４にそれぞれ流れる電流Ｉ１１、Ｉ１２及びＩ１４が示されている。また、図４には、ダイオード１６に流れる電流Ｉ１６も併せて破線で示されている。また、図４には、第一のインダクタ１１及び第二のインダクタ１２に流れる電流の実効値が一点鎖線で示されている。なお、図４においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が不連続モードで制御される場合の時間波形例が示されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が、いずれのモードで制御される場合も、スイッチング素子１４がオン状態である場合には、図４に示されるように、第一のインダクタ１１及び第二のインダクタ１２にそれぞれ流れる電流Ｉ１１及びＩ１２が増加する。この間、スイッチング素子１４には、電流Ｉ１１及びＩ１２の和に相当する電流Ｉ１４が流れる。

スイッチング素子１４は、オン時間Ｔｏｎに亘ってオン状態に維持された後、制御回路１０によってオフ状態に切り替えられる。スイッチング素子１４がオフ状態の場合には、各インダクタは、電流を出力することによって、スイッチング素子１４がオン状態のときに蓄えたエネルギーを放出する。この間、電流Ｉ１１及びＩ１２は、それぞれ、ピーク電流値Ｉｐ１及びＩｐ２から減少する。また、第二のインダクタ１２から出力された電流はダイオード１６に流れるため、ダイオード１６に流れる電流Ｉ１６も、第二のインダクタ１２に流れる電流と同様に減少する（図４に示される破線の時間波形参照）。

ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が電流臨界モードで制御される場合には、上述のとおり、ダイオード１６に流れる電流Ｉ１６がゼロになったことを制御回路１０が検知すると、制御回路１０はスイッチング素子１４をオン状態にする信号を出力する。以後、同様に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、上述のオン状態及びオフ状態における動作を繰り返す。すなわち、スイッチング素子１４がオフ状態に切り替えられた時点から、電流Ｉ１６がゼロになるまでに要する時間をＴｏｆｆ１とすると、電流臨界モードにおけるスイッチング周期Ｔ１は、オン時間Ｔｏｎとオフ時間Ｔｏｆｆ１との和となる。

一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が不連続モードで制御される場合には、ダイオード１６に流れる電流Ｉ１６がゼロになった後も、所定の時間Ｔｏｆｆ２が経過するまで、制御回路１０はスイッチング素子１４をオフ状態に維持する。電流Ｉ１６がゼロとなった後には、第一のインダクタ１１及び第二のインダクタ１２にそれぞれ流れる電流Ｉ１１及びＩ１２の大きさは、それぞれ所定の値（図４に示される例ではＩｂ及び−Ｉｂ）を中心として振動する。なお、図４には、電流の振動の様子は図示されていない。以上のように、不連続モードにおいては、スイッチング素子１４がオフ状態に切り替えられた時点から、電流Ｉ１６がゼロになるまでに要する時間Ｔｏｆｆ１より、スイッチング素子１４のオフ時間Ｔｏｆｆ（＝Ｔｏｆｆ１＋Ｔｏｆｆ２）の方が長い。また、不連続モードにおけるスイッチング周期Ｔは、オン時間Ｔｏｎとオフ時間Ｔｏｆｆとの和となる。

続いて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の各素子に流れる電流値などについて詳細に説明する。図４に示される例では、スイッチング素子１４がオン状態である場合に、第一のインダクタ１１に流れる電流Ｉ１１は、電流値Ｉｂから電流値Ｉｐ１まで増加する。また、電流Ｉ１１の増加量Ｉｐｐ１（＝Ｉｐ１−Ｉｂ）は、下式１で表される。

ここで、Ｌ１は第一のインダクタ１１のインダクタンスを、Ｔｏｎはスイッチング素子１４のオン時間を、Ｔｏｆｆ１は、スイッチング素子１４がオフ状態に切り替えられた時点からダイオード１６に流れる電流がゼロになるまでに要する時間を、それぞれ示す。

また、同様に、スイッチング素子１４がオン状態である場合に、第二のインダクタ１２に流れる電流Ｉ１２は、電流値−Ｉｂから電流値Ｉｐ２まで増加する。ここで、電流Ｉ１２の増加量Ｉｐｐ２（＝Ｉｐ２＋Ｉｂ）は、下式２で表される。

ここで、Ｌ２は第二のインダクタ１２のインダクタンスを示す。また、上述のとおり、スイッチング素子１４に流れる電流Ｉ１４は、第一のインダクタ１１及び第二のインダクタ１２にそれぞれ流れる電流の和と等しくなる。したがって、スイッチング素子１４に流れる電流Ｉ１４の最大値は、Ｉｐｐ１＋Ｉｐｐ２と表すことができる。

［点灯装置の制御モード切替動作］
続いて、本実施の形態に係る点灯装置１の制御モード切替動作について説明する。本実施の形態では、制御回路１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０からの出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆを予め定められた閾値Ｉｔｈ以上の値に調節する場合には、スイッチング素子１４を電流臨界モードで制御する。一方、出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆを閾値Ｉｔｈ未満の値に調節する場合には、制御回路１０は、スイッチング素子１４を不連続モードで制御する。さらに、スイッチング素子１４の制御モードを電流臨界モードと不連続モードとの間で切り替える際に、出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆを連続的に変化させるように、スイッチング素子１４のスイッチング周波数ｆを不連続的に変化させる。以下、上記制御モード切替動作について図面を用いて説明する。

図５は、本実施の形態に係る点灯装置１のスイッチング素子１４に流れる電流Ｉ１４の時間波形の一例を示すグラフである。図５には、ダイオード１６に流れる電流Ｉ１６も併せて破線で示されている。なお、図５には、点灯装置１の出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆが一点鎖線で示される。図５に示される当該出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆからも分かるように、図５の（ａ）〜（ｄ１）は、それぞれ異なる出力電流（すなわち調光度）となるように点灯装置１を動作させる場合の電流波形が示される。また、図５の（ａ）の場合から（ｄ１）の場合にかけて順に出力電流が小さくなる（すなわち、調光度が深くなる）。

本実施の形態に係る点灯装置１において、出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆが閾値Ｉｔｈ以上である場合には、図５の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、制御回路１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０のスイッチング素子１４を、電流臨界モードで制御する。電流臨界モードでは、制御回路１０は、スイッチング素子１４のオン時間Ｔｏｎを調節することにより、出力電流を調節する。

一方、本実施の形態に係る点灯装置１において、出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆが閾値Ｉｔｈ未満である場合には、図５の（ｃ）及び（ｄ１）に示されるように、制御回路１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０のスイッチング素子１４を、不連続モードで制御する。図５に示す例においては、制御回路１０は、不連続モードとなるようにされたスイッチング周期を一定値（Ｔｃ）に維持しながら、スイッチング素子１４のオン時間Ｔｏｎを調節することにより、出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆを調節する。

なお、不連続モードにおける出力電流の調節方法は、これに限定されない。不連続モードにおける出力電流の他の調整方法について、図面を用いて説明する。

図６は、本実施の形態に係る点灯装置１のスイッチング素子１４に流れる電流Ｉ１４の時間波形の他の一例を示すグラフである。図６には、図５と同様にダイオード１６に流れる電流Ｉ１６が破線で、点灯装置１の出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆが一点鎖線で、それぞれ示される。図６に示される当該出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆからも分かるように、図６の（ｃ）及び（ｄ２）には、それぞれ異なる出力電流（すなわち調光度）となるように点灯装置１を動作させる場合の電流波形が示される。また、図６の（ｃ）の場合より（ｄ２）の場合の方が出力電流は小さくなる（すなわち、調光度は深くなる）。

図６に示される例では、制御回路１０は、スイッチング素子１４のオン時間Ｔｏｎを一定として、スイッチング周期を調節することにより出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆを調節する。図６の（ｄ）に示される例では、制御回路１０は、スイッチング周期を（ｃ）の場合のスイッチング周期Ｔｃより長いスイッチング周期Ｔｄ２にすることによって、出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆを（ｃ）の場合より減少させている。

なお、制御回路１０の不連続モードにおける出力電流制御方法は、上述の方法に限定されない。例えば、制御回路１０は、スイッチング周期及びオン時間Ｔｏｎの両方を調節することによって、出力電流の実効値を調節してもよい。

次に、点灯装置１の制御モード切替時の動作について図面を用いて説明する。

図７は、本実施の形態に係る点灯装置１のスイッチング素子１４のスイッチング周波数ｆと、出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆとの関係を示すグラフである。なお、図７には、人の可聴域（２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ程度）、及び、リモコンなどに用いられる赤外線通信帯域（３５ｋＨｚ〜４０ｋＨｚ程度）も併せて示される。

まず、点灯装置１が出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆを最大値から閾値Ｉｔｈまで減少させる場合について説明する。図７の点Ａから点Ｂまでの直線で示されるように、点灯装置１の制御回路１０は、電流臨界モードでスイッチング素子１４を制御しながら、スイッチング周波数ｆを大きくすることによって、出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆを減少させる。以上のように、点灯装置１は、出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆが閾値Ｉｔｈ以上の場合には、電流臨界モードで、スイッチング素子１４を制御するため、調光過渡期における出力電流のがたつき及びちらつきを抑制することができる。

続いて点灯装置１が出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆを、閾値Ｉｔｈから閾値Ｉｔｈ未満に減少させる場合について説明する。上述のとおり、制御回路１０は、制御モードを電流臨界モードから不連続モードに切り替える。ここで、制御モードを電流臨界モードと不連続モードとの間で切り替える際に、図７の点Ｂ及び点Ｃで示されるように、出力電流の実効値を連続的に変化させるように、スイッチング素子１４のスイッチング周波数を不連続的に変化させる。これにより、図７の点Ｂから点Ｃへの調光度を変化させる調光過渡期においても、点灯装置１の出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆは連続的に変化する。

点灯装置１が出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆを閾値Ｉｔｈ未満で変化させる場合には、例えば、図７の点Ｃから点Ｄ１までの直線で示されるように、スイッチング周波数ｆを一定として、オン時間Ｔｏｎを短くすることにより、出力電流を減少させる（図５の（ｃ）及び（ｄ１）について上述した事項を参照されたい）。また、図７の点Ｃから点Ｄ２までの破線で示されるように、オン時間Ｔｏｎを一定として、スイッチング周波数ｆを大きくすることにより、出力電流を減少させてもよい（図６について上述した事項を参照されたい）。以上のように、点灯装置１の出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆを閾値Ｉｔｈ未満で変化させる場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を不連続モードで制御することで、電流臨界モードで制御する場合より、深い調光が可能となる。

ここで、出力電流の実効値を連続的に変化させるように、スイッチング周波数を不連続的に変化させる方法について説明する。電流臨界モードにおいては、点灯装置１の出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆ１は、下式３で表される。

ここで、上記式３におけるＶａｃ及びＬｃは、それぞれ、交流電源３の実効電圧値、及び、第一のインダクタ１１及び第二のインダクタ１２の合成インダクタンスを示す。なお、合成インダクタンスＬｃは、下式４で表される。

またＡは、下式５で表される。

ここで、Ｖｏｅｆｆは、点灯装置１の出力電圧の実効値を示す。

一方、不連続モードにおいては、点灯装置１の出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆ２は、下式６で表される。

ここで、ηはＤＣ／ＤＣコンバータ２０の回路効率（出力電力／入力電力）を示す。

上記式３〜６から、制御モードを電流臨界モード及び不連続モードの間で切り替える場合のパラメータ（オン時間Ｔｏｎ及びスイッチング周期Ｔ）を求めることができる。例えば、電流臨界モードから不連続モードに切り替える場合には、当該切り替え時の出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆ２を式６に代入し、式６が成立するようにオン時間Ｔｏｎ及びスイッチング周期Ｔを定めることができる。オン時間Ｔｏｎによって、スイッチング素子１４に流れる電流のピーク値が定められるため、例えば、スイッチング素子１４の耐電流特性に基づいて、オン時間Ｔｏｎを定めて、当該オン時間Ｔｏｎに対応するスイッチング周期Ｔを式６から定めることができる。また、オン時間Ｔｏｎを電流臨界モードで使用されるオン時間Ｔｏｎの最大値以下とすることにより、スイッチング素子１４に要求される耐電流特性を抑制することができる。すなわち、スイッチング素子１４に要求される耐電流特性を、電流臨界モードだけで制御されるＳＥＰＩＣ型のＤＣ／ＤＣコンバータで使用されるスイッチング素子の耐電流特性と同程度とすることができる。

また逆に、不連続モードから電流臨界モードに切り替える場合には、当該切り替え時の出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆ１を式３に代入することにより、オン時間Ｔｏｎを定めることができる。

また、スイッチング周波数ｆの帯域は、図７に示すように赤外線通信帯域に近い。スイッチング周波数ｆが赤外線通信帯域にある場合、点灯装置１は、リモコンなどで使用される赤外線通信に悪影響を与えるノイズを発生するおそれがある。そのため、図７に示されるように、制御回路１０は、出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆが閾値Ｉｔｈ以上の場合には、スイッチング周波数ｆを赤外線通信帯域より大きい周波数に設定する。一方、制御回路１０は、出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆが閾値Ｉｔｈ未満の場合には、スイッチング周波数ｆを赤外線通信帯域未満の周波数に設定する。

また、スイッチング周波数ｆは可聴域にも近い。スイッチング周波数ｆが可聴域にある場合、点灯装置１の音鳴りが生じるため、図７に示されるように、制御回路１０は、スイッチング周波数ｆを可聴域より大きい周波数に設定する。

［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る点灯装置１は、全波整流回路１９と、全波整流回路１９から全波整流された電流が供給され、かつ、スイッチング素子１４を備える昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、制御回路１０とを備える。制御回路１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０からの出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆを予め定められた閾値Ｉｔｈ以上の値に調節する場合には、スイッチング素子１４を電流臨界モードで制御する。一方、出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆを閾値Ｉｔｈ未満の値に調節する場合には、スイッチング素子１４を不連続モードで制御する。さらに、制御回路１０は、スイッチング素子１４の制御モードを電流臨界モードと不連続モードとの間で切り替える際に、出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆを連続的に変化させるように、スイッチング素子１４のスイッチング周波数を不連続的に変化させる。

これにより、点灯装置１において、制御回路１０は出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆが閾値Ｉｔｈ未満の場合には、不連続モードでスイッチング素子１４を制御するため、深い調光を実現できる。すなわち、点灯装置１においては調光の幅を広くすることができる。また、点灯装置１において、出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆが閾値Ｉｔｈ以上の場合には、制御回路１０は電流臨界モードでスイッチング素子１４を制御するため、調光過渡期における出力電流のちらつき及びがたつきを抑制することができる。

また、本実施の形態に係る点灯装置１において、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、第一のキャパシタ１３と、第二のキャパシタ１５と、第三のキャパシタ１７と、第一のインダクタ１１と、第二のインダクタ１２と、ダイオード１６とをさらに備える。第一のキャパシタ１３は、全波整流回路１９の出力端に接続される。第一のインダクタ１１及びスイッチング素子１４が直列接続された第一の直列回路３１は、全波整流回路１９の出力端に接続される。第二のキャパシタ１５、ダイオード１６及び第三のキャパシタ１７が直列接続された第二の直列回路３２は、スイッチング素子１４の両端に接続される。第二のインダクタ１２は、第二のキャパシタ１５及びダイオード１６の接続点に一端が接続され、かつ、スイッチング素子１４及び第三のキャパシタ１７の接続点に他端が接続される。また、第三のキャパシタ１７に出力される電圧がＬＥＤ２に印加される。

また、本実施の形態に係る点灯装置１において、制御回路１０は、出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆが閾値Ｉｔｈ以上の場合には、スイッチング周波数ｆを赤外線通信帯域より大きい周波数に設定してもよい。また、制御回路１０は、出力電流の実効値Ｉｏｅｆｆが閾値Ｉｔｈ未満の場合には、スイッチング周波数ｆを赤外線通信帯域未満の周波数に設定してもよい。

これにより、点灯装置１から発生するノイズによる赤外線通信に対する悪影響を抑制することができる。

また、本実施の形態に係る点灯装置１において、制御回路１０は、スイッチング周波数ｆを可聴域より大きい周波数に設定してもよい。

これにより、点灯装置１が音鳴りすることを抑制することができる。

（変形例など）
以上、本発明に係る点灯装置及び照明器具について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施の形態においては、昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータとして、ＳＥＰＩＣ型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いたが、これに限定されない。例えば、フライバック型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いてもよい。

また、上記実施の形態においては、ＬＥＤ２に流れる電流に対応する信号に基づいて、スイッチング素子１４のオン時間Ｔｏｎなどを制御する構成を用いたが、スイッチング素子１４のオン時間などの制御方法はこれに限定されない。例えば、上記式１及び式２などから理解されるように、点灯装置１の出力電流は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０への入力電圧に依存することから、当該入力電圧の検出値に基づいて、スイッチング素子１４のオン時間などを制御してもよい。

また、上記各実施の形態においては、固体発光素子として、ＬＥＤ２を用いたが、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子を用いてもよい。

その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、又は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

１点灯装置
２ＬＥＤ（固体発光素子）
３交流電源
４照明器具
１０制御回路
１１第一のインダクタ
１２第二のインダクタ
１３第一のキャパシタ
１４スイッチング素子
１５第二のキャパシタ
１６ダイオード
１７第三のキャパシタ
１９全波整流回路
２０ＤＣ／ＤＣコンバータ
３１第一の直列回路
３２第二の直列回路

Claims

交流電源に接続されて固体発光素子に電流を供給する点灯装置であって、
前記交流電源から供給される交流電流を全波整流する全波整流回路と、
前記全波整流回路から全波整流された電流が供給され、かつ、スイッチング素子を備える昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記スイッチング素子をオン及びオフ制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータからの出力電流の実効値を予め定められた閾値以上の値に調節する場合には、前記スイッチング素子を電流臨界モードで制御し、前記出力電流の実効値を前記閾値未満の値に調節する場合には、前記スイッチング素子を不連続モードで制御し、かつ、前記スイッチング素子の制御モードを前記電流臨界モードと前記不連続モードとの間で切り替える際に、前記出力電流の実効値を連続的に変化させるように、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を不連続的に変化させる
点灯装置。
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、
第一のキャパシタと、第二のキャパシタと、第三のキャパシタと、第一のインダクタと、第二のインダクタと、ダイオードとをさらに備え、
前記第一のキャパシタは、前記全波整流回路の出力端に接続され、
前記第一のインダクタ及び前記スイッチング素子が直列接続された第一の直列回路は、前記全波整流回路の出力端に接続され、
前記第二のキャパシタ、前記ダイオード及び前記第三のキャパシタが直列接続された第二の直列回路は、前記スイッチング素子の両端に接続され、
前記第二のインダクタは、前記第二のキャパシタ及び前記ダイオードの接続点に一端が接続され、かつ、前記スイッチング素子及び前記第三のキャパシタの接続点に他端が接続され、
前記第三のキャパシタに出力される電圧が前記固体発光素子に印加される
請求項１に記載の点灯装置。
前記制御回路は、
前記出力電流の実効値が前記閾値以上の場合には、前記スイッチング周波数を赤外線通信帯域より大きい周波数に設定し、
前記出力電流の実効値が前記閾値未満の場合には、前記スイッチング周波数を赤外線通信帯域未満の周波数に設定する
請求項１又は２に記載の点灯装置。
前記制御回路は、前記スイッチング周波数を可聴域より大きい周波数に設定する
請求項１〜３のいずれか１項に記載の点灯装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の点灯装置と、
前記固体発光素子とを備える
照明器具。