JP6922550B2 - Ｌｅｄ点灯装置及びｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ点灯装置及びそれを用いたＬＥＤ照明装置に関する。

入力電圧から出力電流を生成してその出力電流をＬＥＤに供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、出力電流を検出して検出値を出力する検出回路と、検出値に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御回路を備えるＬＥＤ点灯装置が知られている。このような制御回路では、一般に、所定端子電圧に応じて出力電流を変化させるドライバ回路及び検出値が一定となるように所定端子電圧を決定するフィードバック回路が設けられる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−２３６０５号公報

しかし、上記のようなＬＥＤ点灯装置において、フィードバック回路におけるオペアンプなどが故障した場合、詳細を後述するように、出力電流、すなわちＬＥＤ電流が増減を繰り返す明滅が発生してしまう場合がある。このようなＬＥＤの明滅動作は、他のモードの故障による消灯又は減光よりも視覚的に煩わしく、ユーザに不快感を与えてしまう。

そこで、本発明は、フィードバック回路における故障発生時に発生し得るＬＥＤの明滅を確実に抑制することができるＬＥＤ点灯装置及びそれを用いたＬＥＤ照明装置を提供することを課題とする。

本発明のＬＥＤ点灯装置は、入力電圧から出力電流を生成してその出力電流をＬＥＤに供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、出力電流を検出して検出電流値を出力する検出回路と、所定端子の電圧に応じてＤＣ／ＤＣコンバータを駆動するドライバ回路、検出電流値に基づいてフィードバック信号を生成するフィードバック回路及びフィードバック信号を所定端子に伝達する結合素子を含む駆動制御回路と、検出電流値の振動が所定レベルを超える場合に抑制信号を出力する明滅判定回路及び抑制信号の出力に応じて所定端子の電圧を、ＤＣ／ＤＣコンバータの駆動が可能な設定値に固定する出力固定回路を含む明滅抑制回路と、ＤＣ／ＤＣコンバータの駆動に応じて駆動制御回路及び明滅抑制回路の制御電源をそれぞれ生成する補助電源回路とを備える。

上記ＬＥＤ点灯装置によると、明滅抑制回路が、出力電流の振動が所定レベルを超える場合に抑制信号を出力し、抑制信号の出力に応じて所定端子の電圧をＤＣ／ＤＣコンバータの駆動が可能な設定値に固定する。これにより、出力電流が固定されるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータの駆動による制御電源の供給が確保されて出力固定状態が保持される。したがって、フィードバック回路における故障発生時に発生し得るＬＥＤの明滅を確実に抑制することができるＬＥＤ点灯装置が実現される。

第１の形態のＬＥＤ点灯装置によると、結合素子がフォトカプラからなり、フォトカプラのフォトダイオードにフィードバック信号が入力されるように構成され、フォトカプラのフォトトランジスタのコレクタが所定端子に接続され、所定端子がドライバ回路の内部基準電圧源に内部抵抗を介して接続され、出力固定回路が第１のトランジスタ、第２のトランジスタ及び抵抗素子を含み、第１のトランジスタがフォトトランジスタのエミッタとドライバ回路のグランドとの間に接続され、第２のトランジスタが所定端子と上記グランドとの間に抵抗素子を介して接続され、抑制信号の出力に応じて第１のトランジスタがオンからオフに切り換えられ、第２のトランジスタがオフからオンに切り換えられるように構成される。これにより、一般的な駆動制御回路の基本構成を活かしつつ簡素な構成で明滅抑制回路が実現される。

第２の形態のＬＥＤ点灯装置によると、結合素子がフォトカプラからなり、フォトカプラのフォトダイオードにフィードバック信号が入力されるように構成され、フォトカプラのフォトトランジスタのコレクタが所定端子に接続され、所定端子がドライバ回路の内部基準電圧源に内部抵抗を介して接続され、出力固定回路がトランジスタ、スイッチ素子及び抵抗素子を含み、スイッチ素子が、オンされた場合にフォトダイオードのアノードとフィードバック回路のグランドとを実質的に短絡するように構成され、トランジスタが所定端子とドライバ回路のグランドとの間に抵抗素子を介して接続され、抑制信号の出力に応じてスイッチ素子がオフからオンに切り換えられ、トランジスタがオフからオンに切り換えられるように構成される。これにより、一般的な駆動制御回路の基本構成を活かしつつ簡素な構成の明滅抑制回路が実現される。

ここで、所定端子の電圧が設定値である場合の出力電流がＬＥＤの定格電流以下となるように抵抗素子の抵抗値が設定されることが望ましい。これにより、抑制信号出力時において、出力電流、すなわちＬＥＤ電流が定格電流以下となるので、フィードバック回路の故障に伴うＬＥＤの短寿命化が抑制される。

また、所定端子の電圧が設定値である場合の出力電流がＬＥＤの定格電流の７５％以下となるように抵抗素子の抵抗値が設定されることが好ましい。これにより、抑制信号出力時において、照明機能の確保及び省エネが実現される。

また、所定端子の電圧が設定値である場合の出力電流がＬＥＤの定格電流の５０％以下となるように抵抗素子の抵抗値が設定されることが好ましい。これにより、抑制信号出力時において、照明機能の確保及び省エネが実現されるとともに、ユーザに異常を報知することができる。

また、所定端子の電圧が設定値である場合の出力電流がＬＥＤの定格電流の２５％以下となるように抵抗素子の抵抗値が設定されることが好ましい。これにより、抑制信号出力時において、最低限の照明機能の確保及び一層の省エネが実現されるとともに、ユーザに異常を確実に報知することができる。

本発明のＬＥＤ照明装置は、上記いずれかのＬＥＤ点灯装置と、ＬＥＤとを備える。これにより、故障が発生しても明滅による無用な不快感を与えることがないＬＥＤ照明装置が実現される。

第１の実施形態によるＬＥＤ点灯装置及びＬＥＤ照明装置の回路図である。 第１の実施形態におけるドライバ回路の制御ＩＣを説明する図である。 第１の実施形態におけるＬＥＤ点灯装置の動作を説明する図である。 第２の実施形態の一例によるＬＥＤ点灯装置及びＬＥＤ照明装置の回路図である。 第２の実施形態の他の例によるＬＥＤ点灯装置及びＬＥＤ照明装置の回路図である。

＜第１の実施形態＞
図１に、第１の実施形態によるＬＥＤ点灯装置１００及びそれを用いるＬＥＤ照明装置１５０を示す。ＬＥＤ照明装置１５０は、ＬＥＤ点灯装置１００及びＬＥＤ５０を備える。ＬＥＤ点灯装置１００には、交流電源ＡＣ（例えば、商用電源）からの入力電源電圧が入力端子Ｔ１及びＴ２を介して給電され、ＬＥＤ点灯装置１００によって生成される直流出力電流が出力端子Ｔ３及びＴ４、配線Ｗ１及びＷ２並びに端子Ｔ５及びＴ６を介してＬＥＤ５０に供給される。ＬＥＤ５０は、直列接続又は直並列接続された複数のＬＥＤ素子のアレイである。なお、ＬＥＤ点灯装置１００とＬＥＤ５０とは一体化されていてもよい。ＬＥＤ点灯装置１００は、整流回路２００、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００、検出回路４００、補助電源回路５００、駆動制御６００及び明滅抑制回路７００を備える。

整流回路２００は、電流ヒューズ１及び２、ダイオードブリッジ３、入力コンデンサ４、並びに必要に応じてノイズフィルタを備える。整流回路２００には交流電源ＡＣからの交流電圧が入力され、ダイオードブリッジ３による全波整流出力が入力コンデンサ４（例えば、フィルムコンデンサ）によって若干平滑される。入力コンデンサ４における電圧が、入力電圧としてＤＣ／ＤＣコンバータ３００に入力される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３００は、本実施形態においては絶縁型フライバックコンバータからなり、力率改善機能を持つ、いわゆるワンコンバータ方式のフライバック回路を構成する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３００は、スイッチング素子５、トランス６、電流検知抵抗７、ダイオード８、及び出力コンデンサ９を含む。本実施形態では、スイッチング素子５はＭＯＳＦＥＴからなるので、以降においてスイッチング素子５のことをＦＥＴ５ともいう。また、トランス６の一次巻線側の基準電位（すなわち、入力コンデンサ４の低電位電極側ノード）を一次側グランドＧ１といい、二次巻線側の基準電位（すなわち、出力コンデンサ９の低電位電極側ノード）を二次側グランドＧ２というものとする。本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ３００は力率改善型であるので、出力コンデンサ９（例えば、電解コンデンサ）が低周波リップル（入力電源周波数に基づくリップル）の平滑機能を担う。したがって、入力コンデンサ４の容量≪出力コンデンサ９の容量である。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３００のＰＷＭ制御において、ＦＥＴ５のオン期間にトランス６の一次巻線にエネルギーが蓄積され、ＦＥＴ５のオフ期間にそのエネルギーがトランス６の二次巻線側からダイオード８を介して出力コンデンサ９に充電される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３００の出力は、ＦＥＴ５のオン幅（オンデューティ）、トランス６の一次巻線に対する二次巻線の巻数比などによって決まる。ＦＥＴ５は、制御ＩＣ２０から出力されるＰＷＭゲート信号によって駆動される。なお、以降の説明において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００の出力電流を「出力電流」といい、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００の出力電圧を「出力電圧」という。本開示において、ＬＥＤ電流は出力電流に実質的に等しい。

検出回路４００は、電流検出抵抗１０からなる電流検出回路並びに抵抗１１、１２及び１３からなる電圧検出回路を含み、グランドＧ２を基準電位とする。電流検出抵抗１０はグランドＧ２とＬＥＤ５０のカソード端との間に挿入された低抵抗素子からなり、出力電流に比例した電圧が電流検出抵抗１０に発生する。電圧検出回路（抵抗１１、１２及び１３）は出力コンデンサ９に並列接続された分圧抵抗回路からなり、出力電圧に比例した電圧が抵抗１３に発生する。

補助電源回路５００は、グランドＧ１を基準電位とする一次側電源回路、及びグランドＧ２を基準電位とする二次側電源回路を備える。一次側電源回路は、トランス６の補助巻線６ｓ１、起動抵抗１４、ダイオード１５、コンデンサ１６及び必要に応じてコンデンサ１６に並列接続されるツェナーダイオード（不図示）を有する。一次側電源回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００の入力電圧及びＦＥＴ５のスイッチング動作に応じて駆動制御回路６００及び明滅抑制回路７００の（グランドＧ１を基準とする）一次側の制御電源Ｖｃｃ１を生成する。具体的には、入力電圧が起動抵抗１４を介して降下されるとともに、補助巻線６ｓ１に発生する電圧がダイオード１５及びコンデンサ１６によって整流及び平滑され、制御電源Ｖｃｃ１が生成される。二次側電源回路は、トランス６の補助巻線６ｓ２、ダイオード１７、コンデンサ１８及び定電圧回路１９を有する。二次側電源回路は、ＦＥＴ５のスイッチング動作に基づいて駆動制御回路６００及び明滅抑制回路７００の（グランドＧ２を基準とする）二次側の制御電源Ｖｃｃ２を生成する。二次側電源回路においては、補助巻線６ｓ２に発生する電圧がダイオード１７及びコンデンサ１８によって整流平滑されるとともに定電圧回路１９によって定電圧化され、制御電源Ｖｃｃ２が生成される。定電圧回路１９は、三端子レギュレータ、シリーズレギュレータ、シャントレギュレータなどであればよい。

駆動制御回路６００は、ドライバ回路６１０、フィードバック回路６２０及びフォトカプラ３０（結合素子）を含む。フォトカプラ３０は、フォトダイオード３０ｄ及びフォトトランジスタ３０ｔを含む。ドライバ回路６１０は、制御ＩＣ２０及びコンデンサ２９を含み、制御電源Ｖｃｃ１の供給を受けてグランドＧ１を基準電位として動作する。コンデンサ２９は、後述のフィードバック端子（ＦＢ端子）とグランドＧ１の間に接続される。ドライバ回路６１０は、フィードバック回路６２０からのＦＢ端子への入力に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ３００のＦＥＴ５をＰＷＭ駆動する。なお、制御ＩＣ２０のＦＢ端子以外の端子にも、不図示の周辺回路部品及び配線が適宜接続され得る。

制御ＩＣ２０は、フライバックコンバータを駆動するための汎用のスイッチング制御ＩＣであればよく、少なくとも、制御電源端子（ＶＣＣ端子）、グランド端子（ＧＮＤ端子）、ゲート出力端子（ＯＵＴ端子）、電流センス端子（ＩＳＮＳ端子）及びフィードバック端子（ＦＢ端子）を有する。さらに、制御ＩＣ２０は、不図示のゼロクロス検出端子（ＺＣＤ端子）、マルチプライヤ入力端子（ＭＵＬ端子）、補償端子（ＣＯＭＰ端子）などを有する。

制御ＩＣ２０は、制御電源Ｖｃｃ１に接続されたＶＣＣ端子から動作電源の供給を受け、グランドＧ１に接続されたＧＮＤ端子を基準電位として動作する。なお、制御ＩＣ２０は、起動時又は停止時、すなわち補助巻線６ｓ１からの給電がない場合には、起動抵抗１４を介して給電されて動作する。ＯＵＴ端子はＦＥＴ５のゲート端子に（必要に応じて不図示のゲート抵抗を介して）接続され、その内部回路がＦＥＴ５のＰＷＭゲート信号を出力する。ＩＳＮＳ端子は、電流検知抵抗７とＦＥＴ５のソース端子との接続点に接続され、電流検知抵抗７に発生するＦＥＴ電流に対応する電圧の入力を受ける。ＭＵＬ端子（不図示）及びＩＳＮＳ端子の入力によってＦＥＴ５のスイッチング動作が適正化される。ＦＢ端子は、フォトトランジスタ３０ｔのコレクタ及びコンデンサ２９に接続される。

図２に示すように、制御ＩＣ２０の内部では、例えば、ＦＢ端子は内部基準電圧源２０ａ（例えば、５Ｖの定電圧源）に内部抵抗２０ｂ（例えば、２０ｋΩ）を介して接続され、ＯＵＴ端子はゲート回路２０ｃに接続される。ゲート回路２０ｃでは、ＦＢ端子の入力電圧に応じて、ＰＷＭゲート信号のパルス幅（オン幅）が決定される。具体的には、制御ＩＣ２０では、ＦＢ端子電圧の増加に対してＰＷＭゲート信号のオン幅が増加するように構成されているものとし、これによりＦＢ端子電圧の増加に対して出力電流が増加する。また、制御ＩＣ２０は、ＦＢ端子電圧が下限閾値（例えば、０．５Ｖ程度）以下の場合にはＯＵＴ端子からのＰＷＭゲート信号の出力を停止する。この停止状態は、ＦＢ端子電圧が下限閾値より高くなることにより解除される。なお、上述した各端子を有するような制御ＩＣ２０は市場で入手可能であり、他の端子のそれぞれの機能は当業者には周知であるので、その詳細な説明を省略する。

フィードバック回路６２０は、オペアンプ２１及び２２、電圧源２３及び２４、ダイオード２５及び２６並びに抵抗２７及び２８を含む。フィードバック回路６２０は、制御電源Ｖｃｃ２の供給を受けてグランドＧ２を基準電位として動作する。概略として、オペアンプ２１は出力電流を一定化させる機能を担う定電流制御用のオペアンプであり、オペアンプ２２は出力電圧を一定化させる機能を担う定電圧制御用のオペアンプである。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００の出力状態に応じて、定電流制御及び定電圧制御の一方がダイオード２５及び２６からなるダイオードＯＲ回路によって選択され、フォトダイオード３０ｄの入力状態が決定される。なお、フォトカプラ３０の入力信号及び出力信号をフィードバック信号というものとする。

定電流制御用のオペアンプ２１の反転入力端子（−）には検出回路４００（電流検出抵抗１０）によって検出された検出電流値が入力され、非反転入力端子（＋）には出力電流の目標値（目標電流値）に対応する電圧が電圧源２３から入力される。電圧源２３の電圧値は、制御電源Ｖｃｃ２の分圧値であればよい。オペアンプ２１の反転入力端子と出力端子間には帰還素子Ｚ１（抵抗、コンデンサ、又はこれらの直列回路若しくは並列回路）が接続される。オペアンプ２１は、反転入力端子に入力される検出電流値と、非反転入力端子に入力される目標電流値との誤差を増幅して出力する。言い換えると、ダイオード２５がオンされて定電流制御が選択されている場合には、オペアンプ２１は、検出電流値が目標電流値に一致するようにフィードバック信号を生成することになる。

定電圧制御用のオペアンプ２２の反転入力端子（−）には検出回路４００（抵抗１１、１２及び１３）によって検出された検出電圧値が入力され、非反転入力端子（＋）には出力電圧の目標電圧値（上限電圧値）に対応する電圧が電圧源２４から入力される。電圧源２４の電圧値は、制御電源Ｖｃｃ２の分圧値であればよい。オペアンプ２２の反転入力端子と出力端子間にも帰還素子Ｚ２（抵抗、コンデンサ、又はこれらの直列回路若しくは並列回路）が接続される。オペアンプ２２は、反転入力端子に入力される検出電圧値と、非反転入力端子に入力される上限電圧値との誤差を増幅して出力する。言い換えると、ダイオード２６がオンされて定電圧制御が選択されている場合には、オペアンプ２２は、検出電圧値が上限電圧値に一致するようにフィードバック信号を生成することになる。

ダイオード２５及び２６からなるダイオードＯＲ回路は、オペアンプ２１の出力端子電圧又はオペアンプ２２の出力端子電圧のいずれか低い方に対してオンする。ダイオードＯＲ回路の共通アノードはフォトダイオード３０ｄのカソード側に接続される。フォトダイオード３０ｄのアノードは抵抗２７を介して制御電源Ｖｃｃ２に接続され、フォトダイオード３０ｄに抵抗２８が並列接続される。フォトトランジスタ３０ｔには、フォトダイオード３０ｄに流れる電流（発光）に応じた出力電流が流れる。このように、フィードバック回路６２０において、検出電流値（又は検出電圧値）と目標電流値（又は上限電圧値）の誤差に基づいてフィードバック信号が生成され、フォトカプラ３０を介してフィードバック回路６２０から一次側のドライバ回路６１０に伝達される。

したがって、例えば定電流制御において、検出電流値が目標電流値よりも高い時点では、オペアンプ２１の誤差増幅作用によってフォトダイオード３０ｄ及びフォトトランジスタ３０ｔの電流が増加する。これにより、制御ＩＣ２０のＦＢ端子電圧が低下し、ＦＥＴ５のＰＷＭ駆動におけるオン幅が狭まり、出力電流が減少する。逆に、検出電流値が目標電流値よりも低い時点では、オペアンプ２１の誤差増幅作用によってフォトダイオード３０ｄ及びフォトトランジスタ３０ｔの電流が減少する。これにより、制御ＩＣ２０のＦＢ端子電圧が上昇し、ＦＥＴ５のＰＷＭ駆動におけるオン幅が拡がり、出力電流が増加する。

ここで、明滅抑制回路７００がなかったとした場合に起こり得る明滅動作を説明する。この明滅動作は、主にオペアンプ２１の故障によって引き起こされる。オペアンプ２１が出力端子側から引き抜く電流量は、抵抗２７及び帰還素子Ｚ１で調整される。ここで、オペアンプ２１の一故障モードにおいて、検出電流値が電圧源２３の電圧に達すると、上記引き抜き電流が急激に増加する。これにより、ＦＢ端子電圧が急激に低下し、出力電流も急激に低下する。ここでオペアンプ２１の帰還作用が停止すると、ＦＢ端子電圧が内部抵抗２０ｂなどの内部回路及びコンデンサ２９で決まる時定数で徐々に上昇していき、出力電流も増加していく。そして再び、検出電流値が電圧源２３の電圧に達すると、出力電流が急激に低下する。この出力電流の増減の繰返しがＬＥＤ５０の明滅となって表れる。この明滅の周波数は概ね１Ｈｚ〜１００Ｈｚ程度であり、この周波数（すなわち１００Ｈｚ以下）での明滅はユーザに視認され得る。また、この明滅において、ＦＢ端子電圧が、制御ＩＣ２０における過電力保護用の上限閾値に達すると、制御ＩＣ２０はＦＥＴ５のスイッチングを停止させ、この状態をラッチする。しかし、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００の駆動、すなわち、ＦＥＴ５のスイッチング動作が停止することによって制御電源Ｖｃｃ１及びＶｃｃ２が生成されなくなるため、制御ＩＣ２０における機能が一旦停止し、上記ラッチ状態が解除される。したがって、起動抵抗１４からの電圧によって、制御ＩＣ２０及びＤＣ／ＤＣコンバータ３００が再始動され、上記の明滅動作が繰り返されてしまうことになる。このような明滅動作を抑制するために、明滅抑制回路７００が設けられる。

明滅抑制回路７００は、明滅判定回路７１０及び出力固定回路７２０を含む。明滅判定回路７１０は、制御部３１を含み、グランドＧ２を基準電位として動作する。出力固定回路７２０は、トランジスタ３２、抵抗３３、抵抗３４、フォトカプラ３５、トランジスタ３６、抵抗３７、抵抗３８、トランジスタ３９、抵抗４０、抵抗４１及び抵抗４２（抵抗素子）を含む。フォトカプラ３５は、フォトダイオード３５ｄ及びフォトトランジスタ３５ｔを含む。出力固定回路７２０において、フォトダイオード３５ｄ側はグランドＧ２を基準電位として動作し、フォトトランジスタ３５ｔ側はグランドＧ１を基準電位として動作する。

明滅判定回路７１０において、制御部３１は、マイコン及びその周辺回路からなり、制御電源Ｖｃｃ２の供給を受けて動作する。制御部３１の入力ポートＰ０はオペアンプ２１の反転入力端子及び電流検出抵抗１０に接続され、出力ポートＰ１は抵抗３３を介してトランジスタ３２のベースに接続される。

出力固定回路７２０において、トランジスタ３２のコレクタ及びエミッタはそれぞれフォトダイオード３５ｄのカソード及びグランドＧ２に接続され、ベース−エミッタ間に抵抗３４に接続される。フォトダイオード３５ｄのアノードは制御電源Ｖｃｃ２に接続され、フォトトランジスタ３５ｔのコレクタは制御電源Ｖｃｃ１に接続される。トランジスタ３６は、ＰＮＰトランジスタである。トランジスタ３６のエミッタ及びコレクタはそれぞれフォトトランジスタ３５ｔのエミッタ及びグランドＧ１に接続され、ベースは抵抗３７を介してフォトトランジスタ３５ｔのエミッタに接続される。トランジスタ３６のベース−コレクタ間に、抵抗３８が接続される。フォトトランジスタ３５ｔのコレクタは、一次側の制御電源Ｖｃｃ１に接続される。トランジスタ３９のベースは抵抗４０を介してフォトトランジスタ３５ｔのエミッタに接続され、エミッタはグランドＧ１に接続され、ベース−エミッタ間に抵抗４１が接続される。トランジスタ３９のコレクタと制御ＩＣ２０のＦＢ端子の間に、抵抗４２が接続される。

明滅抑制回路７００の動作を説明する。制御部３１の入力ポートＰ０には、検出電流値が入力される。制御部３１は、検出電流値における振動が所定レベルを超えたか否かを判定する。振動が所定レベルを超えたこととは、例えば、検出電流値の振幅が所定値を超えた回数が所定期間内に所定数を超えたこと、振動の周波数が明滅動作に特有の所定範囲内（例えば、１Ｈｚ以上１００Ｈｚ未満）となったことなどを意味する。制御部３１は、振動が所定レベルを超えたと判定した場合には、出力ポートＰ１から抑制信号を出力する。本実施形態では、出力ポートＰ１は、抑制信号が出力されない場合にはローレベルに維持され、抑制信号が出力される場合にハイレベルに遷移されるものとする。これにより、抑制信号が出力されると、トランジスタ３２がオフからオンに切り換わる。トランジスタ３２がオンに切り換わることによって、フォトダイオード３５ｄに電流が流れ、フォトトランジスタ３５ｔがオンする。

フォトトランジスタ３５ｔがオフ状態である場合、ＦＢ端子からフォトトランジスタ３０ｔ、トランジスタ３６及び抵抗３８を介してベース電流が流れ、トランジスタ３６がオン状態となる。一方、トランジスタ３９のベースには電流が供給されないため、トランジスタ３９はオフ状態となる。フォトトランジスタ３５ｔがオン状態である場合、トランジスタ３６にベース電流が供給されなくなりトランジスタはオフ状態となる。一方、トランジスタ３９に抵抗４０を介してベース電流が供給され、トランジスタ３９はオン状態となる。

すなわち、抑制信号が出力されない状態では、トランジスタ３２はオフ状態であり、フォトトランジスタ３５ｔはオフ状態であり、トランジスタ３６はオン状態であり、トランジスタ３９はオフ状態である。したがって、フィードバック回路６２０からのフィードバック信号が有効化され、ＦＢ端子に入力される。一方、制御部３１から抑制信号が出力されて、トランジスタ３２がオンすると、フォトトランジスタ３５ｔがオンし、トランジスタ３６がオフし、トランジスタ３９がオンする。これにより、フィードバック信号は、オフされたトランジスタ３６によって遮断（無効化）される。そして、抵抗４２が、コンデンサ２９に並列接続される。これにより、ＦＢ端子電圧は、内部抵抗２０ｂと抵抗４２による内部基準電圧源２０ａの分圧値に対応する設定値Ｖｓに固定される。したがって、制御ＩＣ２０は、固定のオン幅でＦＥＴ５をＰＷＭ駆動する。

設定値Ｖｓが上記下限閾値（例えば、０．５Ｖ程度）よりも高くなるように、抵抗４２の抵抗値が設定されるものとする。また、抑制信号出力時のＦＢ端子電圧が定常時におけるＦＢ端子電圧以下の値となるように抵抗４２の抵抗値が設定されることが望ましい。すなわち、ＦＢ端子電圧が設定値Ｖｓである場合の出力電流がＬＥＤ５０の定格電流以下となるように構成されることが望ましい。これにより、抑制信号出力時において、ＬＥＤ電流が定格電流以下となるので、オペアンプ２１などの故障に伴うＬＥＤ５０の短寿命化が抑制される。

また、抵抗４２の抵抗値は、ＦＢ端子電圧が設定値Ｖｓである場合の出力電流がＬＥＤ５０の定格電流の７５％以下となるように設定されてもよい。これにより、抑制信号出力時において、照明機能の確保及び省エネが実現される。

また、抵抗４２の抵抗値は、ＦＢ端子電圧が設定値Ｖｓである場合の出力電流がＬＥＤ５０の定格電流の５０％以下となるように設定されてもよい。これにより、抑制信号出力時において、照明機能の確保及び省エネが実現されるとともに、ユーザに異常を報知することができる。

また、抵抗４２の抵抗値は、ＦＢ端子電圧が設定値Ｖｓである場合の出力電流がＬＥＤ５０の定格電流の２５％以下となるように設定されてもよい。これにより、抑制信号出力時において、最低限の照明機能の確保及び一層の省エネが実現されるとともに、確実にユーザに異常を報知することができる。

図３は、本実施形態によるＬＥＤ点灯装置１００の動作を説明するタイミングチャートである。図３において、上段から、ＬＥＤ電流（検出電流値）、ＦＢ端子電圧、抑制信号のレベル、トランジスタ３６の動作及びトランジスタ３９の動作を示し、横軸は時間である。なお、図面は模式図であり、寸法通りとは限らない。

時刻ｔ１までは定常動作が行われ、時刻ｔ１においてオペアンプ２１が故障したものとする。時刻ｔ１前においては、ＬＥＤ電流及びＦＢ端子電圧が安定し、抑制信号はローレベルであり、トランジスタ３６はオン状態に維持され、トランジスタ３９はオフ状態に維持される。なお、ＦＢ端子電圧は、入力電源周波数（交流電源ＡＣの２倍の周波数）に起因するリップルを有し得る。

時刻ｔ１以降において、上述したようにＦＢ端子電圧が振動することに伴ってＬＥＤ電流（検出電圧値）も振動し、明滅が発生する。
時刻ｔ２において、制御部３１が、この振動が所定レベルを超えたと判定して抑制信号を出力する。抑制信号がハイレベルとなることによって、トランジスタ３６がオフされ、トランジスタ３９がオンされる。これにより、ＦＢ端子電圧が、抵抗４２によって決まる値に固定され、ＬＥＤ電流も安定する。なお、ＬＥＤ電流は、入力電源周波数（交流電源ＡＣの２倍の周波数）に起因するリップルを有し得る。

以上のように、本実施形態のＬＥＤ点灯装置１００は、入力電圧から出力電流を生成してその出力電流をＬＥＤ５０に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ３００と、出力電流を検出して検出電流値を出力する検出回路４００と、ＦＢ端子電圧に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ３００を駆動するドライバ回路６１０、検出電流値に基づいてフィードバック信号を生成するフィードバック回路６２０及びフィードバック信号を端子ＦＢに伝達するフォトカプラ３０（結合素子）を含む駆動制御回路６００と、検出電流値の振動が所定レベルを超える場合に抑制信号を出力する明滅判定回路７１０及び抑制信号の出力に応じてＦＢ端子電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ３００の駆動が可能な設定値Ｖｓに固定する出力固定回路７２０を含む明滅抑制回路７００と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００の駆動に応じて駆動制御回路６００及び明滅抑制回路７００の制御電源Ｖｃｃ１及びＶｃｃ２を生成する補助電源回路５００とを備える。

上記ＬＥＤ点灯装置１００によると、明滅抑制回路７００が、出力電流の振動が所定レベルを超える場合に抑制信号を出力し、抑制信号の出力に応じてＦＢ端子電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ３００の駆動が可能な設定値Ｖｓに固定する。これにより、出力電流が固定されるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００の駆動による制御電源Ｖｃｃ１及びＶｃｃ２の供給が確保されて出力固定状態が保持される。したがって、フィードバック回路６２０（特にオペアンプ２１）における故障発生時に発生し得るＬＥＤ５０の明滅を確実に抑制することが可能となる。

ここで、フォトカプラ３０のフォトダイオード３０ｄにフィードバック信号が入力されるように構成され、フォトカプラ３０のフォトトランジスタ３０ｔのコレクタが所定端子ＦＢに接続され、所定端子ＦＢがドライバ回路６１０の内部基準電圧源２０ａに内部抵抗２０ｂを介して接続される。特に本実施形態では、出力固定回路７２０がトランジスタ３６、トランジスタ３９及び抵抗４２を含み、トランジスタ３６がフォトトランジスタ３０ｔのエミッタとグランドＧ１との間に接続され、トランジスタ３９がＦＢ端子とグランドＧ１との間に抵抗４２を介して接続される。そして、抑制信号の出力に応じてトランジスタ３６がオンからオフに切り換えられ、トランジスタ３９がオフからオンに切り換えられる。これにより、一般的な駆動制御回路６００の基本構成を活かしつつ、簡素な構成で明滅抑制回路７００が実現される。

＜第２の実施形態＞
上記第１の実施形態では、フィードバック信号の遮断がドライバ回路６１０側で行われる構成を示したが、本実施形態では、フィードバック信号の遮断がフィードバック回路６２０側で行われる構成を示す。

図４及び図５に、本実施形態によるＬＥＤ点灯装置１００及びそれを含むＬＥＤ照明装置１５０の回路図を示す。本実施形態では、出力固定回路７２０の構成が、第１の実施形態のものと異なる。本実施形態において、第１の実施形態の構成要素と実質的に同じ構成要素には同じ符号を付し、その重複する説明を省略する。

図４に示す出力固定回路７２０は、トランジスタ３２、抵抗３３、抵抗３４、フォトカプラ３５、トランジスタ３９、抵抗４０、抵抗４１、抵抗４２、トランジスタ４３、抵抗４４及び抵抗４５を含む。トランジスタ４３のコレクタ及びエミッタはそれぞれフォトダイオード３０ｄのアノード及びグランドＧ２に接続され、ベースは制御部３１の出力ポートＰ１に抵抗４４を介して接続される。トランジスタ４３のベース−エミッタ間に、抵抗４５が接続される。フォトトランジスタ３０ｔのエミッタは、グランドＧ１に接続される。

抑制信号が出力されていない（ローレベルである）場合の動作は、第１の実施形態の動作と実質的に同様である。すなわち、フィードバック信号が有効化されるとともに、トランジスタ３９がオフされる。抑制信号が出力される（ハイレベルとなる）場合、トランジスタ３２及び４３がオンされる。トランジスタ４３がオンされると、フォトダイオード３０ｄのアノードの電位がグランドＧ２となるため、フォトダイオード３０ｄに電流が流れなくなり、フォトトランジスタ３０ｔがオフする。これにより、ＦＢ端子に伝達されるフィードバック信号が遮断（無効化）される。そして、トランジスタ３２のオンによって、第１の実施形態と同様にトランジスタ３９がオンし、ＦＢ端子電圧が抵抗４２によって決まる値に固定される。したがって、制御ＩＣ２０は、固定のオン幅でＦＥＴ５をＰＷＭ駆動する。なお、抵抗４２の抵抗値の設定は、第１の実施形態の設定と同じであればよい。

図５に示す出力固定回路７２０は、トランジスタ３２、抵抗３３、抵抗３４、フォトカプラ３５、抵抗４０、抵抗４１、抵抗４２及びダイオード４６を含む。ダイオード４６のアノードがフォトダイオード３０ｄのアノードに接続され、ダイオード４６のカソードがトランジスタ３２のコレクタに接続される。フォトトランジスタ３０ｔのエミッタはグランドＧ１に接続される。

抑制信号が出力されていない（ローレベルである）場合の動作は、図４の場合の動作と実質的に同様であり、フィードバック信号が有効化される。ここで、ダイオード４６がフォトダイオード３０ｄのアノードとフォトダイオード３５ｄのカソードの間に接続されているので、電流が制御電源Ｖｃｃ２からフォトダイオード３５ｄを介してフォトダイオード３０ｄに流れ込むことはない。抑制信号が出力される（ハイレベルとなる）場合、トランジスタ３２がオンされることによってダイオード４６がオンし、フォトダイオード３０ｄのアノードの電位が実質的にグランドＧ２の電位となる。これにより、フォトダイオード３０ｄに電流が流れなくなり、フォトトランジスタ３０ｔがオフする。これにより、ＦＢ端子に伝達されるフィードバック信号が遮断（無効化）される。そして、トランジスタ３２のオンによって、第１の実施形態と同様にトランジスタ３９がオンし、ＦＢ端子電圧が抵抗４２によって決まる値に固定される。したがって、制御ＩＣ２０は、固定のオン幅でＦＥＴ５をＰＷＭ駆動する。

ここで、厳密には、フォトダイオード３０ｄのアノードの電位は、ダイオード４６の順方向電圧だけグランドＧ２の電位よりも高くなる。ただし、図４の例のようにフォトダイオード３０ｄのアノードとグランドＧ２がトランジスタ４３の導通によって接続される場合及び図５の例のようにフォトダイオード３０ｄのアノードとグランドＧ２がトランジスタ３２とダイオード４６の直列回路の導通によって接続される場合を含めて、フォトダイオード３０ｄのアノードとグランドＧ２が実質的に短絡されるというものとする。

以上のように、ＬＥＤ点灯装置１００においても、第１の実施形態と同様に、明滅抑制回路７００が、出力電流の振動が所定レベルを超える場合に抑制信号を出力し、抑制信号の出力に応じてＦＢ端子電圧を、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００の駆動が可能な設定値Ｖｓに固定する。これにより、出力電流が固定されるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００の駆動による制御電源Ｖｃｃ１及びＶｃｃ２の供給が確保されて出力固定状態が保持される。したがって、フィードバック回路６２０における故障発生時に発生し得るＬＥＤ５０の明滅を確実に抑制することが可能となる。

ここで、フォトカプラ３０のフォトダイオード３０ｄにフィードバック信号が入力されるように構成され、フォトカプラ３０のフォトトランジスタ３０ｔのコレクタがＦＢ端子に接続され、ＦＢ端子がドライバ回路６１０の内部基準電圧源２０ａに内部抵抗２０ｂを介して接続される。特に本実施形態では、出力固定回路７２０がトランジスタ３９、トランジスタ３２（スイッチ素子）又はトランジスタ３２とダイオード４６の直列回路（スイッチ素子）及び抵抗４２を含む。スイッチ素子は、オンされた場合にフォトダイオード３０ｄとアノードとグランドＧ２とを実質的に短絡するように構成され、トランジスタ３９はＦＢ端子とグランドＧ１との間に抵抗４２を介して接続される。そして、抑制信号の出力に応じてスイッチ素子がオフからオンに切り換えられ、トランジスタ３９がオフからオンに切り換えられる。これにより、一般的な駆動制御回路６００の基本構成を活かしつつ、簡素な構成で明滅抑制回路７００が実現される。

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

（１）各信号の論理反転に関する変形
上記各実施形態では、抑制信号が出力される場合の信号論理をハイレベル、出力されない場合の信号論理をローレベルとしたが、この信号論理は逆であってもよい。いずれの信号論理の場合であっても、抑制信号が出力される場合にフォトトランジスタ３５ｔがオンするように構成されればよい。また、第１の実施形態では、抑制信号が出力される場合にフォトトランジスタ３５ｔがオフされる構成としてもよい。この場合、トランジスタ３６がＮＰＮトランジスタで構成され、トランジスタ３９がＰＮＰトランジスタで構成され得る。

（２）各トランジスタに関する変形
上記各実施形態では、トランジスタ３２、３６及び３９をバイポーラトランジスタとして記載したが、これらの一部又は全部がＦＥＴに代替されてもよい。この場合、入力端子としてバイポーラトランジスタのベースがＦＥＴのゲートに対応し、出力端子としてバイポーラトランジスタのコレクタがＦＥＴのドレインに対応し、接地端子としてバイポーラトランジスタのエミッタがＦＥＴのソースに対応する。

（３）ＤＣ／ＤＣコンバータ３００の変形
上記各実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００として力率改善型のフライバックコンバータを示したが、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００はこれに限られない。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００は、力率改善型でない（すなわち、入力コンデンサの容量が出力コンデンサの容量よりも大きく平滑機能を有する）フライバックコンバータであってもよい。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００は、昇圧チョッパ回路と降圧チョッパ回路（バックコンバータ）を組み合わせたコンバータであってもよい。

３０、３５ フォトカプラ
３１ 制御部
３２、３６、３９、４３ トランジスタ
４２ 抵抗
４６ ダイオード
５０ ＬＥＤ
１００ ＬＥＤ点灯装置
１５０ ＬＥＤ照明装置
３００ ＤＣ／ＤＣコンバータ
４００ 検出回路
５００ 補助電源回路
６００ 駆動制御回路
６１０ ドライバ回路
６２０ フィードバック回路
７００ 明滅抑制回路
７１０ 明滅判定回路
７２０ 出力固定回路

Claims (8)

1. ＬＥＤ点灯装置であって、
   入力電圧から出力電流を生成して該出力電流をＬＥＤに供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記出力電流を検出して検出電流値を出力する検出回路と、
   所定端子の電圧に応じて前記ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動するドライバ回路、前記検出電流値に基づいてフィードバック信号を生成するフィードバック回路、及び前記フィードバック信号を前記所定端子に伝達する結合素子を含む駆動制御回路と、
   前記検出電流値の振動が所定レベルを超える場合に抑制信号を出力する明滅判定回路、及び前記抑制信号の出力に応じて前記所定端子の電圧を、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの駆動が可能な設定値に固定する出力固定回路を含む明滅抑制回路と、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータの駆動に応じて前記駆動制御回路及び前記明滅抑制回路の制御電源を生成する補助電源回路と
   を備えたＬＥＤ点灯装置。
2. 前記結合素子がフォトカプラからなり、該フォトカプラのフォトダイオードに前記フィードバック信号が入力されるように構成され、前記フォトカプラのフォトトランジスタのコレクタが前記所定端子に接続され、前記所定端子が前記ドライバ回路の内部基準電圧源に内部抵抗を介して接続され、
   前記出力固定回路が第１のトランジスタ、第２のトランジスタ及び抵抗素子を含み、前記第１のトランジスタが前記フォトトランジスタのエミッタと前記ドライバ回路のグランドとの間に接続され、前記第２のトランジスタが前記所定端子と前記グランドとの間に前記抵抗素子を介して接続され、前記抑制信号の出力に応じて前記第１のトランジスタがオンからオフに切り換えられ、前記第２のトランジスタがオフからオンに切り換えられるように構成された、請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置。
3. 前記結合素子がフォトカプラからなり、該フォトカプラのフォトダイオードに前記フィードバック信号が入力されるように構成され、前記フォトカプラのフォトトランジスタのコレクタが前記所定端子に接続され、前記所定端子が前記ドライバ回路の内部基準電圧源に内部抵抗を介して接続され、
   前記出力固定回路がトランジスタ、スイッチ素子及び抵抗素子を含み、前記スイッチ素子が、オンされた場合に前記フォトダイオードのアノードと前記フィードバック回路のグランドとを実質的に短絡するように構成され、前記トランジスタが前記所定端子と前記ドライバ回路のグランドとの間に前記抵抗素子を介して接続され、前記抑制信号の出力に応じて前記スイッチ素子がオフからオンに切り換えられ、前記トランジスタがオフからオンに切り換えられるように構成された、請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置。
4. 前記所定端子の電圧が前記設定値である場合の前記出力電流が前記ＬＥＤの定格電流以下となるように前記抵抗素子の抵抗値が設定された、請求項２又は３に記載のＬＥＤ点灯装置。
5. 前記所定端子の電圧が前記設定値である場合の前記出力電流が前記ＬＥＤの定格電流の７５％以下となるように前記抵抗素子の抵抗値が設定された、請求項２又は３に記載のＬＥＤ点灯装置。
6. 前記所定端子の電圧が前記設定値である場合の前記出力電流が前記ＬＥＤの定格電流の５０％以下となるように前記抵抗素子の抵抗値が設定された、請求項２又は３に記載のＬＥＤ点灯装置。
7. 前記所定端子の電圧が前記設定値である場合の前記出力電流が前記ＬＥＤの定格電流の２５％以下となるように前記抵抗素子の抵抗値が設定された、請求項２又は３に記載のＬＥＤ点灯装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のＬＥＤ点灯装置と、前記ＬＥＤとを備えたＬＥＤ照明装置。
   
   

Images