JP6553415B2 - スイッチングコンバータ、それを用いた照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、スイッチングコンバータに関する。

液晶のバックライトや照明器具として、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの半導体光源の普及が進んでいる。図１は、ＬＥＤを備える照明装置のブロック図である。照明装置５００ｒは、ＬＥＤ光源５０２、整流回路５０４、平滑コンデンサ５０６およびスイッチングコンバータ１００ｒを備える。ＬＥＤ光源５０２は、ＬＥＤストリングであり、直列に接続された複数のＬＥＤを含む。整流回路５０４および平滑コンデンサ５０６は、商用交流電圧Ｖ_ＡＣを整流平滑化し、直流電圧Ｖ_ＤＣに変換する。スイッチングコンバータ１００ｒは、直流電圧Ｖ_ＤＣを入力電圧Ｖ_ＩＮとして受け、所望の光量に対応する駆動電流Ｉ_ＬＥＤをＬＥＤ光源５０２に供給する。

スイッチングコンバータ１００ｒは降圧型であり、出力回路１０２および制御回路２００ｒを備える。出力回路１０２は、平滑キャパシタＣ１、整流ダイオードＤ１、スイッチングトランジスタＭ１、インダクタＬ１、検出抵抗Ｒ_ＣＳ、キャパシタＣ１１、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２を備える。

スイッチングトランジスタＭ１のオン期間において、検出抵抗Ｒ_ＣＳには、インダクタＬ１、スイッチングトランジスタＭ１を経由してコイル電流Ｉ_Ｌ１が流れる。制御回路２００ｒの電流検出（ＣＳ）端子には、検出抵抗Ｒ_ＣＳの電圧降下（電流検出信号）Ｖ_ＣＳがフィードバックされる。制御回路２００ｒは、電流検出信号Ｖ_ＣＳのピークが、ＬＥＤ光源５０２の目標光量に応じた目標電圧に近づくようにデューティ比が調節されるパルス信号を生成し、ＯＵＴ端子に接続されるスイッチングトランジスタＭ１をスイッチングする。ＬＥＤ光源５０２には、コイル電流Ｉ_Ｌ１が平滑化された駆動電流Ｉ_ＬＥＤが供給される。

制御回路２００ｒのゼロクロス検出（ＺＴ）端子には、キャパシタＣ１１，抵抗Ｒ１１，Ｒ１２を介して、スイッチングトランジスタＭ１のドレイン電圧Ｖ_Ｄに応じた電圧Ｖ_ＺＴが入力される。制御回路２００ｒは、電圧Ｖ_ＺＴにもとづいて、インダクタＬ１に流れるコイル電流Ｉ_Ｌがゼロになったこと（ゼロクロス）を検出し、スイッチングトランジスタＭ１をターンオンする。また制御回路２００ｒは、電流検出信号Ｖ_ＣＳが目標電圧Ｖ_ＲＥＦに達したことを検出し、スイッチングトランジスタＭ１をターンオフする。

制御回路２００ｒの高電圧（ＶＨ）端子には、直流電圧Ｖ_ＤＣが入力され、電源（ＶＣＣ）端子には、キャパシタＣ２１が接続される。制御回路２００ｒは、ＶＨ端子とＶＣＣ端子の間に設けられた起動回路２０２を含む。直流電圧Ｖ_ＤＣは１００Ｖ以上と高電圧であるため、起動回路２０２は高耐圧素子を用いて構成される。

照明装置５００ｒのユーザが点消灯用のスイッチをオンすると、整流回路５０４には交流電圧Ｖ_ＡＣが供給され、平滑コンデンサ５０６の電圧Ｖ_ＤＣが上昇する。これに応答して制御回路２００ｒは起動する。具体的には起動時において、ＶＨ端子から起動回路２０２、ＶＣＣ端子を経由してキャパシタＣ２１に起動電流が流れ、キャパシタＣ２１が充電される。

キャパシタＣ２１の電圧Ｖ_ＣＣは、制御回路２００ｒの電源電圧である。制御回路２００ｒは、電源電圧Ｖ_ＣＣが所定のしきい値電圧（最低動作電圧）Ｖ_ＵＶＬＯを超えると、動作可能となり、スイッチングトランジスタＭ１のスイッチングを開始する。かくしてＬＥＤ光源５０２が点灯する。

特開２００３−１５３５２９号公報 特開２００４−４７５３８号公報

本発明者らは、図１のスイッチングコンバータ１００ｒについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。
ユーザが電源を投入してから、ＬＥＤ光源５０２が実際に点灯するまでの時間（起動時間）を、好ましい時間に設定したい場合がある。従来の蛍光灯や白熱電球は、スイッチオンしてから点灯するまでにある程度の長い起動時間を経て点灯するが、ＬＥＤ光源５０２などの半導体光源では、起動時間がそれより短く、蛍光灯や白熱電球と併用すると違和感があり、またＬＥＤ光源５０２を単独で使用した場合でも、起動時間がある程度長い方が好ましい場合もある。

ここでは課題を明確とするために、ＬＥＤ光源５０２を有する照明装置５００ｒを例として説明したが、照明装置５００ｒ以外のアプリケーションにおいて、任意の負荷に電力を供給するスイッチングコンバータ１００ｒに関しても、電源投入から、負荷が動作するまでの起動時間を設定可能であることが好ましい。

本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、起動時間を設定可能なスイッチングコンバータの提供にある。

本発明のある態様のスイッチングコンバータは、負荷に電力を供給するスイッチングコンバータに関する。スイッチングコンバータは、少なくとも、スイッチングトランジスタ、誘導性素子およびスイッチングトランジスタのスイッチングに応じて誘導性素子に流れる電流を整流する整流回路と、を含む出力回路と、スイッチングトランジスタを駆動する制御回路と、その両端間に制御回路への電源電圧を発生する第１キャパシタと、スイッチングコンバータへの入力ラインと第１キャパシタの間に設けられ、入力ラインの入力電圧により第１キャパシタを充電する起動回路と、スイッチングコンバータの起動時において第１キャパシタを放電する放電回路と、を備える。

第１キャパシタは、起動回路による充電電流と、放電回路による放電電流の差分により充電される。したがって放電回路による放電電流を調節することで、充電速度を調節でき、ひいては電源電圧の立ち上がり時間を設定し、スイッチングコンバータの起動時間を設定することができる。

放電回路に流れる放電電流は、スイッチングコンバータの起動後に増加し、その後、時間とともに減少してもよい。

放電回路は、入力電圧に応じて充電される第２キャパシタを含み、放電回路に流れる放電電流は第２キャパシタの電圧が増大するほど減少してもよい。

ある態様において放電回路は、第１キャパシタと並列に設けられた放電トランジスタと、放電トランジスタの制御端子に入力電圧に応じたバイアス信号を供給するバイアス回路と、を含んでもよい。
これにより、入力電圧に応じて放電トランジスタに流れる放電電流を変化させることができる。

ある態様においてバイアス回路は、第２キャパシタと、入力ラインと第２キャパシタの間に設けられた第１抵抗と、を含んでもよい。第２キャパシタの電圧に応じたバイアス信号を、放電トランジスタの制御端子に供給してもよい。
放電トランジスタの制御端子の電圧は、ＣＲ時定数にしたがって上昇するため、第２キャパシタの容量と第１抵抗の抵抗値にもとづいて、起動時間を調節できる。

ある態様においてバイアス回路は、第２キャパシタと並列に設けられた第２抵抗をさらに含んでもよい。

ある態様においてバイアス回路は、第２キャパシタと入力ラインの間に、第１抵抗と直列に設けられたツェナーダイオードをさらに含んでもよい。

ある態様において放電トランジスタは、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタまたはＰチャンネルＭＯＳＦＥＴであってもよい。

ある態様において制御回路は、第１キャパシタが接続される電源端子と、入力ラインからの入力電圧を受ける高電圧端子と、を有してもよい。制御回路は、起動回路を、電源端子と高電圧端子の間に内蔵してもよい。

ある態様において起動回路は、入力ラインと第１キャパシタの間に、制御回路の外部に設けられた第３抵抗を含んでもよい。
この場合、制御回路の内部に高耐圧素子を有する起動回路が不要となる。

ある態様において負荷は、半導体光源であってもよい。これにより、半導体光源の点灯時間を設定することができる。

ある態様において出力回路は、負荷の一端が接続される出力ラインと入力ラインの間に設けられた出力キャパシタと、入力ラインにカソードが接続されたダイオードと、出力ラインとダイオードのアノードの間に設けられたインダクタと、ダイオードのアノードと接地の間に設けられたスイッチングトランジスタと、を含んでもよい。

ある態様において出力回路は、フライバック方式のトポロジーを有してもよい。ある態様において出力回路は、バックコンバータまたはブーストコンバータのトポロジーを有してもよい。

本発明の別の態様は照明装置に関する。照明装置は、半導体光源と、半導体光源を点灯させる上述のいずれかのスイッチングコンバータと、を備えてもよい。

ある態様の照明装置は、交流電圧を整流する整流回路と、整流回路の出力電圧を平滑化し、スイッチングコンバータの入力ラインに供給する平滑キャパシタと、をさらに備えてもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明のある態様によれば、起動時間を設定することができる。

ＬＥＤを備える照明装置のブロック図である。 実施の形態に係るスイッチングコンバータを備える照明装置の回路図である。 図１のスイッチングコンバータの起動時の動作波形図である。 放電回路の構成例を示す回路図である。 放電回路の構成例を示す回路図である。 放電回路の具体的な構成例を示す回路図である。 第１変形例に係るスイッチングコンバータの回路図である。 第４変形例に係るスイッチングコンバータの回路図である。 図９（ａ）〜（ｃ）は、照明装置の具体例を示す図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本明細書において、「部材Ａと部材Ｂが接続」された状態とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合や、部材Ａと部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

図２は、実施の形態に係るスイッチングコンバータ１００を備える照明装置５００の回路図である。

照明装置５００は、ＬＥＤ光源５０２、整流回路５０４、平滑コンデンサ５０６、スイッチングコンバータ１００を備える。照明装置５００の基本構成は、図１を参照して説明した通りである。平滑コンデンサ５０６の前段もしくは後段には、フィルタが挿入されてもよい。

スイッチングコンバータ１００は、入力ライン１０４に直流の入力電圧Ｖ_ＤＣを受け、適切な電圧レベルに変換された出力電圧Ｖ_ＯＵＴを生成し、その出力ライン１０６に接続される負荷に出力電圧Ｖ_ＯＵＴを供給する。負荷は半導体光源であり、たとえば直列に接続される複数のＬＥＤを含むＬＥＤ光源５０２である。スイッチングコンバータ１００は、ＬＥＤ光源５０２に流れる駆動電流Ｉ_ＬＥＤを、フィードバック制御によりその目標輝度に応じた目標電流Ｉ_ＲＥＦに安定化する。

スイッチングコンバータ１００は、出力回路１０２、制御回路２００、第１キャパシタＣ２１および放電回路１１０を備える。

出力回路１０２は、少なくとも、スイッチングトランジスタＭ１、誘導性素子であるインダクタＬ１、およびスイッチングトランジスタＭ１のスイッチングに応じてインダクタＬ１に流れる電流を整流する整流素子である整流ダイオードＤ１を含む。スイッチングトランジスタＭ１は制御回路２００に内蔵されてもよい。

出力回路１０２のトポロジーは特に限定されるものではなく、入力電圧Ｖ_ＤＣと出力電圧Ｖ_ＯＵＴの関係、スイッチングトランジスタＭ１のスイッチング方式にもとづいて適切な回路構成を採用すればよい。

制御回路２００は、駆動電流Ｉ_ＬＥＤが目標電流Ｉ_ＲＥＦに近づくように、スイッチングトランジスタＭ１のスイッチングのオン時間、オフ時間の時間比率（デューティ比）をフィードバック制御する。制御回路２００は、市販製品を用いればよいため、その内部構成の説明は省略する。

本実施の形態では、スイッチングコンバータ１００は降圧型のコンバータであり、出力回路１０２は、インダクタＬ１、整流ダイオードＤ１、スイッチングトランジスタＭ１、検出抵抗Ｒ_ＣＳ、平滑キャパシタＣ１、キャパシタＣ１１、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２、を含む。

スイッチングトランジスタＭ１のオン期間において、検出抵抗Ｒ_ＣＳには、入力ライン１０４、ＬＥＤ光源５０２、インダクタＬ１、スイッチングトランジスタＭ１を経由した駆動電流Ｉ_ＬＥＤが流れる。スイッチングトランジスタＭ１のオフ期間においては、駆動電流Ｉ_ＬＥＤは、入力ライン１０４、ＬＥＤ光源５０２、インダクタＬ１、整流ダイオードＤ１の経路を流れる。

つまり、スイッチングトランジスタＭ１のオン期間において、検出抵抗Ｒ_ＣＳにはコイル電流Ｉ_Ｌ１に比例した電圧降下（電流検出信号）Ｖ_ＣＳが発生する。制御回路２００の電流検出（ＣＳ）端子には、電流検出信号Ｖ_ＣＳがフィードバックされる。制御回路２００は、電流検出信号Ｖ_ＣＳのピークが目標電流Ｉ_ＲＥＦに応じた目標電圧Ｖ_ＲＥＦに近づくように、デューティ比が調節されるパルス信号を生成し、ＯＵＴ端子に接続されるスイッチングトランジスタＭ１をスイッチングする。

本実施の形態に係る制御回路２００は、いわゆる疑似共振（ＱＲ：Quasi-Resonant）方式により、スイッチングトランジスタＭ１をスイッチングする。制御回路２００のゼロクロス検出（ＺＴ）端子には、キャパシタＣ１１，抵抗Ｒ１１，Ｒ１２を介して、スイッチングトランジスタＭ１のドレイン電圧Ｖ_Ｄに応じた検出電圧Ｖ_ＺＴが入力される。検出電圧Ｖ_ＺＴは、スイッチングトランジスタＭ１のオフ期間において、インダクタＬ１のコイル電流Ｉ_Ｌに応じた電圧レベルをとる。制御回路２００は、検出電圧Ｖ_ＺＴにもとづいて、インダクタＬ１に流れるコイル電流Ｉ_Ｌがゼロになったこと（ゼロクロス）を検出し、スイッチングトランジスタＭ１をターンオンする。また制御回路２００は、電流検出信号Ｖ_ＣＳが目標電圧Ｖ_ＲＥＦに達したことを検出し、スイッチングトランジスタＭ１をターンオフする。

第１キャパシタＣ２１は、その両端間に電源電圧Ｖ_ＣＣを発生する。電源電圧Ｖ_ＣＣは、制御回路２００の電源（ＶＣＣ）端子と接続される。制御回路２００は、電源電圧Ｖ_ＣＣを電源として動作する。

制御回路２００の高電圧（ＶＨ）端子には、直流電圧Ｖ_ＤＣが入力される。制御回路２００は、ＶＨ端子とＶＣＣ端子の間に設けられた起動回路２０２を内蔵する。直流電圧Ｖ_ＤＣは１００Ｖ以上と高電圧であるため、起動回路２０２は高耐圧素子を用いて構成される。

具体的には起動回路２０２は、スイッチングコンバータ１００への入力ライン１０４と第１キャパシタＣ２１の間に設けられ、入力ライン１０４の入力電圧Ｖ_ＤＣを受け、充電電流Ｉ_ＣＨＧを第１キャパシタＣ２１に供給し、第１キャパシタＣ２１を充電する。

放電回路１１０は、スイッチングコンバータ１００の起動時において、入力ライン１０４の入力電圧Ｖ_ＤＣの立ち上がりを契機として、第１キャパシタＣ２１の放電を開始する。放電回路１１０に流れる放電電流Ｉ_ＤＩＳは、スイッチングコンバータ１００の起動後にそのピークまで増加し、その後、時間とともに減少する。放電回路１１０は、可変電流源と把握することができる。

以上がスイッチングコンバータ１００の構成である。続いてその動作を説明する。図３は、図１のスイッチングコンバータ１００の起動時の動作波形図である。本明細書における波形図やタイムチャートの縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化され、あるいは誇張もしくは強調されている。

時刻ｔ０に照明装置５００のスイッチがオンすると、ＬＥＤ光源５０２に交流電圧Ｖ_ＡＣが供給される。スイッチングコンバータ１００の入力ライン１０４には、直流の入力電圧Ｖ_ＤＣが発生する。

第１キャパシタＣ２１には、入力ライン１０４から起動回路２０２を介して充電電流Ｉ_ＣＨＧが流れ込む。一方、第１キャパシタＣ２１からは、放電回路１１０を介して放電電流Ｉ_ＣＨＧが流出する。第１キャパシタＣ２１は、充電電流Ｉ_ＣＨＧと放電電流Ｉ_ＤＩＳの差分に相当する電流Ｉ_Ｃ２１によって充電される。第１キャパシタＣ２１の充電が進むと、電源電圧Ｖ_ＣＣが上昇する。そして時刻ｔ１に電源電圧Ｖ_ＣＣが、制御回路２００の動作可能なしきい値電圧（最低動作電圧）まで到達すると、制御回路２００がスイッチングトランジスタＭ１のスイッチングを開始し、ＬＥＤ光源５０２が点灯し始める。つまり、スイッチングコンバータ１００の起動時間Ｔ_{ＳＴＡＲＴ}は、時刻ｔ０〜ｔ１の期間に対応する。以上が実施の形態に係るスイッチングコンバータ１００の動作である。

比較のために、図３には、一点鎖線で図１のスイッチングコンバータ１００ｒの動作が示される。図１のスイッチングコンバータ１００ｒでは、放電回路１１０が設けられず、したがって放電電流Ｉ_ＤＩＳはゼロであり、Ｉ_Ｃ２１＝Ｉ_ＣＨＧとなる。これにより第１キャパシタＣ２１は起動後に大きな電流で充電され、電源電圧Ｖ_ＣＣは短時間で上昇し、起動時間Ｔ_{ＳＴＡＲＴ}’は短くなる。

このスイッチングコンバータ１００によれば、放電回路１１０を設けたことにより、起動時間Ｔ_{ＳＴＡＲＴ}を従来よりも長くすることができる。さらにこの起動時間Ｔ_{ＳＴＡＲＴ}は、放電回路１１０が生成する放電電流Ｉ_ＤＩＳの電流量にもとづいて設定することができる。

起動時間Ｔ_{ＳＴＡＲＴ}を設定できることは、ＬＥＤ光源５０２の点灯時間を設定することを意味する。従来の蛍光灯や白熱電球は、スイッチオンしてから点灯するまでにある程度の長い起動時間を経て点灯する。実施の形態に係るスイッチングコンバータ１００によれば、蛍光灯や白熱電球と同程度の点灯時間を実現できる。

本発明は、図２のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、回路に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や回路動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例を説明する。

図４は、放電回路１１０の構成例を示す回路図である。放電回路１１０は、放電トランジスタ１１２およびバイアス回路１１４を含む。放電トランジスタ１１２は、第１キャパシタＣ２１と並列に設けられる。

バイアス回路１１４は、放電トランジスタ１１２の制御端子（ベースあるいはゲート）に、バイアス信号Ｓ２１を供給する。バイアス回路１１４は、入力ライン１０４の入力電圧Ｖ_ＤＣが立ち上がると、つまりスイッチングコンバータ１００の起動が指示されると、バイアス信号Ｓ２１の生成を開始する。

放電トランジスタ１１２は、たとえばＰＮＰ型バイポーラトランジスタあるいはＰチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成してもよい。バイアス回路１１４は、入力電圧Ｖ_ＤＣが立ち上がると、時間とともにバイアス信号Ｓ２１を所定の電圧レベルに向かって上昇させる。これにより、放電トランジスタ１１２に流れる放電電流Ｉ_ＤＩＳは、起動直後にそのピークまで増大した後、時間とともに減少していく。

図５は、放電回路１１０の構成例を示す回路図である。放電回路１１０は、第２キャパシタＣ２２、可変電流源１１６、充電回路１１８を含む。充電回路１１８は、入力電圧Ｖ_ＤＣが供給されると、第２キャパシタＣ２２を所定の電圧レベルまで充電する。つまり第２キャパシタＣ２２は、入力電圧Ｖ_ＤＣに応じて充電される。

可変電流源１１６は、第２キャパシタＣ２２に生ずる電圧Ｖ_Ｃ２２を受け、電圧Ｖ_Ｃ２２に応じた放電電流Ｉ_ＤＩＳを生成する。可変電流源１１６は、Ｖ／Ｉ変換回路と把握することもできる。放電電流Ｉ_ＤＩＳは第２キャパシタＣ２２の電圧Ｖ_Ｃ２２が増大するほど減少する。

図４の放電回路１１０と、図５の放電回路１１０は、同じ回路を異なる側面から把握したものと理解してもよい。たとえば図４の放電トランジスタ１１２は図５の可変電流源１１６に対応し、図４のバイアス信号Ｓ２１は図５の電圧Ｖ_Ｃ２２に対応し、図４のバイアス回路１１４は、図５の充電回路１１８および第２キャパシタＣ２２に対応してもよい。

図６は、放電回路１１０の具体的な構成例を示す回路図である。充電回路１１８は、第１抵抗Ｒ２１、第２抵抗Ｒ２２、ツェナーダイオードＺＤ１を含む。第１抵抗Ｒ２１は、入力ライン１０４と第２キャパシタＣ２２の間に設けられる。第２抵抗Ｒ２２は、第２キャパシタＣ２２と並列に設けられる。ツェナーダイオードＺＤ１は、第２キャパシタＣ２２と入力ライン１０４の間に、第１抵抗Ｒ２１と直列に設けられる。

充電回路１１８に入力電圧Ｖ_ＤＣが供給されると、第２キャパシタＣ２２は、その両端間の電圧Ｖ_Ｃ２２が、（Ｖ_ＤＣ−Ｖ_Ｚ）×Ｒ２２／（Ｒ２１＋Ｒ２２）に近づくように充電される。そして第２キャパシタＣ２２の電圧Ｖ_Ｃ２２に応じたバイアス信号Ｓ２１が、放電トランジスタ１１２の制御端子（ベース）に供給される。可変電流源１１６は、放電トランジスタ１１２のベースと接続されるダイオードＤ２１を含んでもよい。

この構成によれば、電圧Ｖ_Ｃ２２は、第２キャパシタＣ２２と第１抵抗Ｒ２１に応じたＣＲ時定数にしたがって変化する。つまり容量値、抵抗値に応じて、起動時間を設定することができる。

実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例を説明する。

（第１変形例）
図７は、第１変形例に係るスイッチングコンバータ１００ａの回路図である。起動回路２０２ａは、制御回路２００に外付けされる第３抵抗Ｒ２３を含む。第３抵抗Ｒ２３は、入力ライン１０４と第１キャパシタＣ２１の間に設けられる。起動回路２０２ａは、第３抵抗Ｒ２３と直列に接続されるツェナーダイオード（不図示）を含んでもよい。

この変形例によれば、第３抵抗Ｒ２３の抵抗値にもとづいて充電電流Ｉ_ＣＨＧを設定でき、ひいては起動時間を設定できる。

（第２変形例）
図２のスイッチングコンバータ１００において、キャパシタＣ１１、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２に代えて、インダクタＬ１と結合された補助巻線を設け、制御回路２００のＺＴ端子に、補助巻線に生ずる電圧に応じた電圧Ｖ_ＺＴを入力してもよい。この構成によっても、疑似共振モードを実現できる。

（第３変形例）
スイッチングコンバータ１００の制御方式は、疑似共振方式には限定されず、ヒステリシス制御（Bang-Bang制御）や、電圧モードのＰＷＭ制御（あるいはＰＦＭ制御）、電流モードのＰＷＭ制御（あるいはＰＦＭ制御）などを採用してもよい。

（第４変形例）
スイッチングコンバータ１００のトポロジーおよび負荷の種類は、図２のそれには限定されない。図８は、第４変形例に係るスイッチングコンバータ１００ｂの回路図である。出力回路１０２ｂは、スイッチングコンバータ１００ｂはフライバック方式のトポロジーを有し、トランスＴ１、ダイオードＤ１、平滑キャパシタＣ１、抵抗Ｒ３１，Ｒ３２、シャントレギュレータ１２０、フォトカプラ１２２を含む。

制御回路２００ｂは、フライバックコンバータのコントローラであり、市販品を用いればよい。シャントレギュレータ１２０のＲＥＦ端子には、抵抗Ｒ３１，Ｒ３２により分圧された出力電圧Ｖ_{ＯＵＴ＿Ｓ}が入力される。シャントレギュレータ１２０は、電圧Ｖ_{ＯＵＴ＿Ｓ}と基準電圧Ｖ_ＲＥＦの誤差に応じた電流Ｉ_ＥＲＲを生成し、フォトカプラ１２２の発光素子を駆動する。フォトカプラ１２２の受光素子には、出力電圧Ｖ_{ＯＵＴ＿Ｓ}に応じたフィードバック電流Ｉ_ＦＢが流れる。ＦＢ端子には、フィードバック電流Ｉ_ＦＢに応じたフィードバック電圧Ｖ_ＦＢが発生する。制御回路２００ｂは、フィードバック電圧Ｖ_ＦＢに応じたデューティ比でスイッチングトランジスタＭ１を駆動する。

制御回路２００ｂは、ＶＨ端子、ＶＣＣ端子、起動回路２０２を有する。放電回路１１０は、起動時において第１キャパシタＣ２１を放電する。また第１キャパシタＣ２１には、ダイオードＤ２およびトランスＴ１の補助巻線Ｗ３が接続される。

スイッチングコンバータ１００ｂの起動時には起動回路２０２を介して第１キャパシタＣ２１が充電され、放電回路１１０によって第１キャパシタＣ２１が放電される。そして第１キャパシタＣ２１の電圧Ｖ_ＣＣが緩やかに上昇し、起動時間Ｔ_{ＳＴＡＲＴ}の経過後に制御回路２００ｂが動作可能となる。

制御回路２００ｂが動作可能となり、スイッチングトランジスタＭ１のスイッチングが開始すると、第１キャパシタＣ２１の電圧Ｖ_ＣＣは、補助巻線Ｗ３およびダイオードＤ２を含むコンバータによって、出力電圧Ｖ_ＯＵＴに比例した所定電圧に安定化される。

このようなフライバックコンバータにおいても、放電回路１１０を追加することで、アプリケーションごとに適した起動時間を設定できる。図８のスイッチングコンバータ１００ｂは、ＡＣ／ＤＣコンバータやＡＣアダプタなどに好適に用いることができる。

（第５変形例）
スイッチングコンバータ１００は、バックコンバータやブーストコンバータであってもよく、出力回路１０２のトポロジーは、コンバータの形式にもとづいて定めればよい。またダイオード整流方式ではなく、同期整流方式であってもよい。

（第６変形例）
実施の形態では、ＬＥＤ光源５０２がＬＥＤストリングである場合を説明したが、負荷の種類は特に限定されない。

また、上述の実施の形態および任意の変形例の組み合わせも、本発明の態様として有効である。

図９（ａ）〜（ｃ）は、照明装置５００の具体例を示す図である。図９（ａ）〜（ｃ）にはすべての構成要素が示されているわけではなく、一部は省略されている。図９（ａ）の照明装置５００ａは、直管型ＬＥＤ照明である。ＬＥＤ光源５０２であるＬＥＤストリングを構成する複数のＬＥＤ素子は、基板５１０上にレイアウトされる。基板５１０には、整流回路５０４や制御回路２００、出力回路１０２などが実装される。

図９（ｂ）の照明装置５００ｂは、電球型ＬＥＤ照明である。ＬＥＤ光源５０２であるＬＥＤモジュールは、基板５１０上に実装される。制御回路２００や整流回路５０４は、照明装置５００ｂの筐体の内部に実装される。

図９（ｃ）の照明装置５００ｃは、液晶ディスプレイ装置６００に内蔵されるバックライトである。照明装置５００ｃは、液晶パネル６０２の背面を照射する。

あるいは照明装置５００は、シーリングライトに利用することも可能である。このように照明装置５００はさまざまな用途に利用可能である。

実施の形態にもとづき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎないことはいうまでもなく、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められることはいうまでもない。

１００…スイッチングコンバータ、１０２…出力回路、１０４…入力ライン、１０６…出力ライン、１１０…放電回路、１１２…放電トランジスタ、１１４…バイアス回路、１１６…可変電流源、１１８…充電回路、１２０…シャントレギュレータ、１２２…フォトカプラ、Ｃ２２…第２キャパシタ、Ｒ２１…第１抵抗、Ｒ２２…第２抵抗、Ｒ２３…第３抵抗、ＺＤ１…ツェナーダイオード、Ｃ１…平滑キャパシタ、Ｄ１…整流ダイオード、Ｍ１…スイッチングトランジスタ、Ｔ１…トランス、Ｌ１…インダクタ、Ｃ２１…第１キャパシタ、Ｒ_ＣＳ…検出抵抗、２００…制御回路、２０２…起動回路、５００…照明装置、５０２…ＬＥＤ光源、５０４…整流回路、５０６…平滑コンデンサ、５１０…基板。

Claims (16)

1. 負荷に電力を供給するスイッチングコンバータであって、
   少なくとも、スイッチングトランジスタ、誘導性素子、および前記スイッチングトランジスタのスイッチングに応じて前記誘導性素子に流れる電流を整流する整流素子と、を含む出力回路と、
   前記スイッチングトランジスタを駆動する制御回路と、
   その両端間に前記制御回路への電源電圧を発生する第１キャパシタと、
   前記スイッチングコンバータへの入力ラインと前記第１キャパシタの間に設けられ、前記入力ラインの入力電圧により前記第１キャパシタを充電する起動回路と、
   前記スイッチングコンバータの起動時に、前記第１キャパシタを放電する放電回路と、
   を備え、前記制御回路は、前記電源電圧が最低動作電圧まで到達すると、前記スイッチングトランジスタのスイッチングを開始することを特徴とするスイッチングコンバータ。
2. 前記放電回路に流れる放電電流は、前記スイッチングコンバータの起動後に増加し、その後、時間とともに減少することを特徴とする請求項１に記載のスイッチングコンバータ。
3. 前記放電回路は、前記入力電圧に応じて充電される第２キャパシタを含み、前記放電回路に流れる放電電流は前記第２キャパシタの電圧が増大するほど減少することを特徴とする請求項１または２に記載のスイッチングコンバータ。
4. 前記放電回路は、
   前記第１キャパシタと並列に設けられた放電トランジスタと、
   前記放電トランジスタの制御端子に前記入力電圧に応じたバイアス信号を供給するバイアス回路と、
   を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のスイッチングコンバータ。
5. 前記バイアス回路は、
   第２キャパシタと、
   前記入力ラインと前記第２キャパシタの間に設けられた第１抵抗と、
   を含み、
   前記第２キャパシタの電圧に応じた前記バイアス信号を、前記放電トランジスタの前記制御端子に供給することを特徴とする請求項４に記載のスイッチングコンバータ。
6. 前記バイアス回路は、前記第２キャパシタと並列に設けられた第２抵抗をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載のスイッチングコンバータ。
7. 前記バイアス回路は、前記第２キャパシタと前記入力ラインの間に、前記第１抵抗と直列に設けられたツェナーダイオードをさらに含むことを特徴とする請求項５または６に記載のスイッチングコンバータ。
8. 前記放電トランジスタは、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタまたはＰチャンネルＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする請求項４から７のいずれかに記載のスイッチングコンバータ。
9. 前記制御回路は、
   前記第１キャパシタが接続される電源端子と、
   前記入力ラインからの前記入力電圧を受ける高電圧端子と、
   を有し、
   前記制御回路は、前記起動回路を、前記電源端子と前記高電圧端子の間に内蔵することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のスイッチングコンバータ。
10. 前記起動回路は、前記入力ラインと前記第１キャパシタの間に、前記制御回路の外部に設けられた第３抵抗を含むことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のスイッチングコンバータ。
11. 前記出力回路は、
    負荷の一端が接続される出力ラインと前記入力ラインの間に設けられた出力キャパシタと、
    前記入力ラインにカソードが接続されたダイオードと、
    前記出力ラインと前記ダイオードのアノードの間に設けられたインダクタと、
    前記ダイオードの前記アノードと接地の間に設けられた前記スイッチングトランジスタと、
    を含むことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のスイッチングコンバータ。
12. 前記出力回路は、フライバック方式のトポロジーを有することを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のスイッチングコンバータ。
13. 前記出力回路は、バックコンバータまたはブーストコンバータのトポロジーを有することを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のスイッチングコンバータ。
14. 半導体光源と、
    前記半導体光源が前記負荷として接続され、前記半導体光源を点灯させる請求項１から１３のいずれかに記載のスイッチングコンバータと、
    を備えることを特徴とする照明装置。
15. 交流電圧を整流する整流回路と、
    前記整流回路の出力電圧を平滑化し、前記スイッチングコンバータの入力ラインに供給する平滑キャパシタと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項１４に記載の照明装置。
16. 交流電圧を整流する整流回路と、
    前記整流回路の出力電圧を平滑化する平滑キャパシタと、
    半導体光源と、
    前記平滑キャパシタから入力ラインを介して直流の入力電圧を受け、前記半導体光源を点灯させるスイッチングコンバータと、
    を備え、
    前記スイッチングコンバータは、
    少なくとも、スイッチングトランジスタ、誘導性素子、および前記スイッチングトランジスタのスイッチングに応じて前記誘導性素子に流れる電流を整流する整流素子と、を含む出力回路と、
    前記スイッチングトランジスタを駆動する制御回路と、
    その両端間に前記制御回路への電源電圧を発生する第１キャパシタと、
    前記入力ラインと前記第１キャパシタの間に設けられ、前記入力電圧により前記第１キャパシタを充電する起動回路と、
    第２キャパシタと、
    前記入力ラインと前記第２キャパシタの間に設けられ、前記入力電圧により前記第２キャパシタを充電する第１抵抗と、
    前記第２キャパシタの電圧にもとづいて、時間とともに上昇するバイアス信号を生成するバイアス回路と、
    前記第１キャパシタと並列に設けられ、その制御端子に前記バイアス信号を受け、起動直後にそのピークまで増大した後、時間とともに減少する放電電流によって前記第１キャパシタを放電する放電トランジスタと、
    を備え、
    前記第１キャパシタは、前記起動回路に流れる充電電流と前記放電トランジスタに流れる前記放電電流の差分によって充電され、
    前記制御回路は、前記電源電圧が最低動作電圧まで到達すると、前記スイッチングトランジスタのスイッチングを開始することを特徴とする照明装置。

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