以下に説明する実施形態の電源装置は、負荷であるランプに電力を供給する点灯装置として用いられる。ランプは、1個以上の発光素子を備えており、例えば複数個の発光素子が直列に接続されている。発光素子は、発光ダイオード、有機エレクトロルミネセンス素子、半導体レーザなどから選択される。ここでは、発光素子が発光ダイオードであり、ランプが直列に接続された複数個の発光ダイオードを備えている場合について説明する。負荷について、とくに制限はないが、ここでは、負荷としてのランプが直列に接続された複数個の発光ダイオードを備えるから、負荷は定電圧特性を有している。ここでの定電圧特性は、負荷に流す電流の変化に対して、負荷の電圧降下が大きく変化しない特性を意味している。
図1に示すように、点灯装置10は、電力供給回路20と第1検出回路31と第2検出回路32とを備える。さらに、図1に示す点灯装置10は、電流調節回路40を備える。電力供給回路20は、負荷であるランプ50に直流電力を供給する。点灯装置10はランプ50を接続するための一対の接続端子Y11、Y12を備える。一対の接続端子Y11、Y12は、ランプ50が備える一対の接続端子Y21、Y22と接続される。接続端子Y11、Y12、Y21、Y22は、例えば、ソケットと差込ピン、ソケットと口金、互いに結合されるコネクタなど、周知の構造で実現される。すなわち、ランプ50は点灯装置10に対し、接続と分離とが可能である。
電力供給回路20は、スイッチング素子Q1を備える電力変換回路21と、スイッチング素子Q1を制御する制御回路22とを備える。第1検出回路31は、電力供給回路20の出力電流を検出し、第2検出回路32は、電力供給回路20の出力電圧を検出する。制御回路22は、第1制御回路221と第2制御回路222とを備える。第2制御回路222は、電力供給回路20の一部を構成するだけではなく、電流調節回路40の一部も構成する。
本実施形態において、第1制御回路221と第2制御回路222とのそれぞれが、集積回路で構成されている。ただし、第1制御回路221と第2制御回路222とは合わせて単一の集積回路で構成されていてもよい。第1制御回路221は、第1検出回路31が検出した出力電流及び第2検出回路32が検出した出力電圧に基づいてスイッチング素子Q1を制御する。また、第2制御回路222は、ランプ50に流す目標電流を指示する指示回路として電流調節回路40の動作を決める。
電力変換回路21は、商用電源のような交流電源200から電力を受けて、直流電力を出力するように構成されている。具体的には、電力変換回路21は、交流電源200からの交流電力を全波整流するダイオードブリッジのような整流回路201と、整流回路201が出力した直流電力の電圧変換を行う直流−直流変換器202とを備える。
交流電源200は、整流回路201の交流入力端に電気的に接続される。交流電源200から整流回路201への電路には、点灯装置10で発生する高周波成分が交流電源200に影響しないように高周波を阻止するためのラインフィルタLFが設けられている。直流−直流変換器202の入力端子は整流回路201の直流出力端に電気的に接続されている。図1に示す点灯装置10では、直流−直流変換器202としてバックブースト型のチョッパ回路を用いている。この直流−直流変換器202は、整流回路201の直流出力端から出力された脈動電圧を昇圧又は降圧する。なお、以下の説明において、回路を構成する複数の要素が互いに「電気的に接続されている」ことを、単に「接続されている」という。
直流−直流変換器202は、スイッチング素子Q1とインダクタL1とダイオードD1と2つのコンデンサC11、C12とを備える。インダクタL1はトランスを構成しており、1次巻線w1と2次巻線w2とを備える。スイッチング素子Q1とインダクタL1の1次巻線w1とは直列に接続されている。スイッチング素子Q1とインダクタL1の1次巻線w1との直列回路は整流回路201の一対の直流出力端間に接続されている。整流回路201の一対の直流出力端間にはコンデンサC12も接続される。また、ダイオードD1とコンデンサC11とは直列に接続されている。ダイオードD1とコンデンサC11との直列回路は、インダクタL1の1次巻線w1の両端間に接続されている。直流−直流変換器202は、コンデンサC11の両端を一対の出力端子として直流電圧を出力する。言い換えると、電力変換回路21の一対の出力端子の間にコンデンサC11が接続されている。
直流−直流変換器202についてより具体的に説明する。スイッチング素子Q1は、例えばエンハンスメント形のnチャンネルMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)である。整流回路201の一対の直流出力端のうち高電位側の出力端とスイッチング素子Q1のドレインが接続されている。スイッチング素子Q1のソースはインダクタL1の1次巻線w1の一端に接続されており、インダクタL1の1次巻線w1の他端は整流回路201の一対の直流出力端のうち低電位側の出力端と接続されている。図1に示す点灯装置10では、整流回路201の一対の直流出力端のうち低電位側の出力端がプロテクティブグラウンドG10に接続されている。
コンデンサC11は、平滑用の有極コンデンサであり、陰極がダイオードD1のアノードに接続されている。ダイオードD1のカソードは、スイッチング素子Q1とインダクタL1の1次巻線w1の一端との接続点に接続されている。さらに、コンデンサC11の陽極はインダクタL1の1次巻線w1の他端に接続されている。図1に示す点灯装置10では、ダイオードD1のカソードの電位が基準電位に定められている。すなわち、ダイオードD1のカソードとインダクタL1の1次巻線w1の一端との接続点が回路グラウンドG11に接続されている。
直流−直流変換器202は、様々な構成を採用可能であり、例えばブースト型のチョッパ回路、絶縁型のフライバックコンバータなどから選択することも可能である。また、直流−直流変換器202は、SEPIC(Single Ended Primary Inductance Converter)、あるいはチュークコンバータなどでもよい。スイッチング素子Q1は、MOSFETに限らず、バイポーラトランジスタであってもよく、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、あるいは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であってもよい。
スイッチング素子Q1のオンとオフとは制御回路22が制御する。制御回路22のうち第1制御回路221は、スイッチング素子Q1のゲート−ソース間に与える駆動信号を出力する。第1制御回路221は、駆動信号を出力する出力端子X11を備える。駆動信号は、回路グラウンドG11の電位を基準電位として、相対的に高い電圧(Hレベル)と相対的に低い電圧(Lレベル)との2値で表される矩形波の信号である。スイッチング素子Q1は、駆動信号がHレベルの期間にオンになり、駆動信号がLレベルの期間にオフになる。
スイッチング素子Q1のオン期間には、整流回路201の一対の直流出力端のうち高電位側の出力端から、スイッチング素子Q1及びインダクタL1の1次巻線w1を通り整流回路201の一対の直流出力端のうち低電位側の出力端に向かう向きに電流が流れる。また、スイッチング素子Q1のオン期間には、ダイオードD1が整流回路201からコンデンサC11に向かう向きの電流を阻止するから、コンデンサC11は充電されない。
スイッチング素子Q1がオンになった後にスイッチング素子Q1がオフになると、インダクタL1は電流を流し続けようとする。すなわち、インダクタL1は、コンデンサC11とダイオードD1との直列回路に電流を流し、スイッチング素子Q1のオン期間に蓄積された電磁エネルギーを放出する。したがって、コンデンサC11は、スイッチング素子Q1のオフ期間に充電される。
コンデンサC11の充電量は、スイッチング素子Q1のオン期間においてインダクタL1に蓄積されたエネルギー量を反映する。また、スイッチング素子Q1のオン期間が長いほどインダクタL1に蓄積されるエネルギー量が多くなる。そのため、コンデンサC11の両端電圧を、スイッチング素子Q1のオン期間における整流回路201の出力電圧に対して昇圧することと降圧することとが可能である。コンデンサC11からインダクタL1への逆流はダイオードD1により阻止される。
第1制御回路221がスイッチング素子Q1に与える駆動信号は、例えば、Hレベルに立ち上がる周期が一定であり、Hレベルの期間とLレベルの期間との比率が調節されるPWM信号(PWM:Pulse Width Modulation)である。第1制御回路221は、スイッチング素子Q1に与える駆動信号のパルス幅を変化させることにより、コンデンサC11の両端電圧を調節する。駆動信号の周期は、交流電源200の電圧変化の周期に比べて十分に短い周期であって、例えば、交流電源200の電圧変化の周期に対して、100分の1から10000分の1程度の範囲で選択される。この数値は一例であり限定する趣旨ではない。駆動信号は、周期を一定としたPWM信号に限らず、Hレベルの期間とLレベルの期間との比率を変化させるパルス制御方式であればよい。本実施形態では、駆動信号がPWM信号である。
直流−直流変換器202の出力電圧は、リップルをほとんど含まない直流電圧である。第1制御回路221は、コンデンサC11の両端電圧が、交流電源200の電圧変化の影響をほとんど受けないように、駆動信号のオン期間を調節する。
図1に示す点灯装置10において、第1制御回路221は、例えばコンバータ用のドライバとして設計された集積回路である。第1制御回路221は、上述した出力端子X11のほか、第1制御回路221を駆動するための電源が接続される2つの電源端子X12、X13を備える。また、第1制御回路221は、電力供給回路20の出力電流の大きさに対応する信号が入力される入力端子X14と、第1制御回路221を動作させるか停止させるかを制御する制御端子X15とを備える。
インダクタL1の2次巻線w2の一端はダイオードD21及び抵抗R21の直列回路を介して電源端子X12に接続されている。また、2次巻線w2の他端は電源端子X13に接続されている。2次巻線w2の他端は回路グラウンドG11にも接続されている。したがって、電源端子X13は回路グラウンドG11に接続されている。電源端子X12と電源端子X13との間にはコンデンサC21が接続されている。インダクタL1の2次巻線w2とダイオードD21と抵抗R21とコンデンサC21とは、第1制御回路221に電力を供給する制御電源回路を構成している。
具体的には、2次巻線w2の一端はダイオードD21のアノードに接続されており、ダイオードD21のカソードが抵抗R21を介して電源端子X12に接続されている。図1に示す点灯装置10では、スイッチング素子Q1のオフ期間においてインダクタL1の2次巻線w2に誘起される起電力でコンデンサC21を充電するように、2次巻線w2とダイオードD21との極性が定められている。したがって、コンデンサC11とコンデンサC21とはスイッチング素子Q1のオフ期間に充電される。
第1制御回路221の入力端子X14と回路グラウンドG11との間にはコンデンサC22が接続されており、制御端子X15と回路グラウンドG11との間にはコンデンサC23が接続されている。図1に示す点灯装置10では、コンデンサC22とコンデンサC23との一端は、電源端子X13に接続されており、電源端子X13を介して回路グラウンドG11に接続されている。
コンデンサC23の両端間にはフォトカプラ23の受光素子232が並列に接続されている。フォトカプラ23は、第2制御回路222から第1制御回路221に対して制御信号を伝送するために設けられている。図1に示す点灯装置10において、フォトカプラ23の発光素子231は発光ダイオードであり、フォトカプラ23の受光素子232はフォトトランジスタである。ただし、フォトカプラ23の構成についてとくに制限はない。
第1制御回路221は、入力端子X14に印加される電圧に応じて出力端子X11から出力する駆動信号のオン期間を調節するように構成されている。第1制御回路221には、入力端子X14に印加される電圧に対する基準値があり、第1制御回路221は、入力端子X14に印加される電圧と基準値との大小関係に応じて駆動信号のオン期間を調節する。
一例として、入力端子X14に印加される電圧が基準値に等しいときに、第1制御回路221が、オン期間の比率を50[%]とした駆動信号を出力すると仮定する。この場合、第1制御回路221は、入力端子X14に印加される電圧が基準値より大きいと駆動信号のオン期間の比率を50[%]より小さくし、入力端子X14に印加される電圧が基準値より小さいと駆動信号のオン期間の比率を50[%]より大きくする。
図1に示す点灯装置10において、第1制御回路221の入力端子X14は、電力供給回路20の出力電流を検出する第1検出回路31の出力を受け取っている。第1検出回路31は、電力供給回路20の出力電流が相対的に大きいときに相対的に高い電圧を出力するように構成されている。したがって、電力供給回路20の出力電流が相対的に大きいと、第1制御回路221は、駆動信号のオン期間を減少させ、コンデンサC11の両端電圧を下げるように直流−直流変換器202を制御する。また、電力供給回路20の出力電流が相対的に小さいと、第1制御回路221は、駆動信号のオン期間を増加させ、コンデンサC11の両端電圧を上げるように直流−直流変換器202を制御する。
第1制御回路221は、制御端子X15に所定電圧を印加するように構成されている。制御端子X15に印加される所定電圧は、例えば駆動信号のHレベルに対応する電圧である。制御端子X15は、第1制御回路221の内部において、例えば電源端子X12に抵抗を介して接続されている。また、第1制御回路221は、制御端子X15の電圧を監視し、制御端子X15に所定電圧が印加されていれば駆動信号を出力可能とし、制御端子X15に電圧が印加されていなければ駆動信号の出力を禁止する。すなわち、制御端子X15に接続されたコンデンサC23の両端電圧が所定の閾値より低いと、駆動信号のオン期間の比率を0[%]とする。駆動信号にHレベルの期間がなければ、スイッチング素子Q1はオフであるから、電力供給回路20はコンデンサC11の充電を行わず、電力供給回路20の出力電圧が低下する。
図1に示す点灯装置10では、フォトカプラ23の受光素子232がオフであれば制御端子X15に所定電圧が印加された状態であり、受光素子232がオンであれば制御端子X15は回路グラウンドG11に接続され制御端子X15に印加される電圧が所定の閾値より低くなる。言い換えると、第1制御回路221は、受光素子232がオフである期間に駆動信号を出力し、受光素子232がオンである期間に駆動信号をの出力を停止する。
スイッチング素子Q1がオフに保たれていると、コンデンサC21が充電されないから、時間の経過に伴って第1制御回路221への電源電圧が低下するが、コンデンサC21はコンデンサC11よりも両端電圧の低下率が小さくなるように設計されている。例えば、電力供給回路20が動作している状態から停止し、コンデンサC11の両端電圧が0[V]まで低下する程度の時間が経過した時点で、コンデンサC21の両端電圧は第1制御回路221が動作可能な程度に維持されていることが望ましい。
図1に示す点灯装置10において、第2制御回路222は、例えばマイクロコントローラで実現される。第2制御回路222は、電流調節回路40において、ランプ50に流す電流を指示するための指示信号を出力する出力端子X21を備える。すなわち、第2制御回路222は、電流調節回路40の指示回路として機能する。指示信号はPWM信号である。また、第2制御回路222は、第2制御回路222を駆動するための電源が接続される2つの電源端子X22、X23を備える。さらに、第2制御回路222は、電力供給回路20の出力電圧の大きさに対応する信号が入力される入力端子X24と、第1制御回路221を動作させるか停止させるかを指示する信号が出力される制御端子X25とを備える。
第2制御回路222を駆動するための電源は電力供給回路20から三端子レギュレータ241を含む制御電源回路24から供給される。制御電源回路24は、三端子レギュレータ241のほかに、抵抗R22、R23とツェナダイオードZD22と2個のコンデンサC24、C25とを備える。
抵抗R22、R23とツェナダイオードZD22とは直列に接続されており、抵抗R22、R23とツェナダイオードZD22との直列回路は、電力供給回路20が備えるコンデンサC11の両端間に接続される。ツェナダイオードZD22のアノードは、コンデンサC11の陰極と共通に、シグナルグラウンドG12に接続されている。シグナルグラウンドG12は、実装基板での基準電位となる導体(回路パターン)で実現されている。
コンデンサC24は三端子レギュレータ241の入力端子と共通端子との間に接続されており、コンデンサC25は三端子レギュレータ241の出力端子と共通端子との間に接続されている。また、コンデンサC24は、ツェナダイオードZD22のアノードとカソードとの間に接続されている。
制御電源回路24は、電力供給回路20が動作している期間に、ツェナダイオードZD22で定電圧となったコンデンサC24の両端電圧を、三端子レギュレータ241で安定化する。抵抗R22、R23は、ツェナダイオードZD22に流れる電流を制限し、制御電源回路24の出力電流を制限する。三端子レギュレータ241の出力端子は第2制御回路222の電源端子X22に接続されており、三端子レギュレータ241の共通端子はシグナルグラウンドG12を介して第2制御回路222の電源端子X23に接続されている。すなわち、制御電源回路24から第2制御回路222に電力が供給される。
第2制御回路222の入力端子X24とシグナルグラウンドG12との間にはコンデンサC26が接続されている。電源端子X12とシグナルグラウンドG12との間には抵抗R24とフォトカプラ23の発光素子231とスイッチング素子Q2との直列回路が接続されている。図1に示す点灯装置10において、スイッチング素子Q2は、npn形のバイポーラトランジスタである。したがって、抵抗R24とフォトカプラ23との直列回路は、電源端子X12とシグナルグラウンドG12との間で、スイッチング素子Q2のコレクタ−エミッタと直列に接続されている。
スイッチング素子Q2のベースは、抵抗R25を介して第2制御回路222の制御端子X25に接続されている。また、制御端子X25とシグナルグラウンドG12との間には抵抗R26が接続されている。コンデンサC26の一端とスイッチング素子Q2のエミッタと抵抗R26の一端とは、電源端子X23に接続されている。すなわち、コンデンサC26の一端とスイッチング素子Q2のエミッタと抵抗R26の一端とは、電源端子X23を介してシグナルグラウンドG12に接続されている。
第2制御回路222は、制御端子X25から制御信号を出力し、制御信号に応じてスイッチング素子Q2のオンとオフとを制御する。制御端子X25が出力する制御信号は2値の信号であり、抵抗R25、R26で構成されたベース入力回路を通してスイッチング素子Q2のベースに与えられる。スイッチング素子Q2がオフであれば、フォトカプラ23の発光素子231は点灯せず、受光素子232がオフであるから、第1制御回路221の制御端子X15には所定電圧が印加され、第1制御回路221が駆動信号を出力する。スイッチング素子Q2がオンであれば、フォトカプラ23の発光素子231が点灯し、受光素子232がオンであるから、第1制御回路221の制御端子X15はシグナルグラウンドG12に接続され、第1制御回路221は駆動信号の出力を停止する。
上述のように、スイッチング素子Q2がオフであるかオンであるかに応じて、第1制御回路221が、駆動信号を出力するか、駆動信号を停止するかが決まる。すなわち、第2制御回路222の制御端子X25から出力される制御信号に応じて、電力供給回路20が動作するか停止するかが決まる。スイッチング素子Q2は、npn形のバイポーラトランジスタに限らずMOSFETなどでもよい。
ところで、第1検出回路31は、電力供給回路20の出力電流を検出するために、インダクタL1の1次巻線w1に流れる電流の大きさに対応する電圧を出力するように構成されている。具体的には、第1検出回路31は、抵抗R31、R32、R33とコンデンサC31とダイオードD31とを備えている。抵抗R31とコンデンサC31とは直列に接続されており、抵抗R31とコンデンサC31との直列回路は、ランプ50とシグナルグラウンドG12との間に接続されている。シグナルグラウンドG12にはコンデンサC31の一端が接続されている。したがって、コンデンサC31の両端電圧は、コンデンサC11の両端間でランプ50を通過した電流の大きさに応じて変化する。
ダイオードD31のアノードは、抵抗R31とコンデンサC31との接続点に接続され、ダイオードD31のカソードは、抵抗R32、R33とを直列に接続した直列回路の一端に接続される。抵抗R33の一端はインダクタL1の1次巻線w1の両端のうち回路グラウンドG11に接続された一端に接続されている。また、抵抗R32、R33の接続点が第1検出回路31の出力端として、第1制御回路221の入力端子X14に接続されている。
第1検出回路31では、電力供給回路20からランプ50に電力が供給されていれば、抵抗R31を通してコンデンサC31が充電され、コンデンサC31の両端電圧は、コンデンサC11を電源としてランプ50を通過した電流の大きさを反映する。また、スイッチング素子Q1がオンからオフに移行したときに、インダクタL1を電源としてランプ50を通して流れる電流は、ダイオードD31と抵抗R32、R33とを通過し、通過した電流の大きさに対応する電圧が、第1制御回路221の入力端子X14に印加される。
入力端子X14と回路グラウンドG11との間にはコンデンサC22が接続されているから、入力端子X14には、抵抗R31、R32及びコンデンサC22により平滑化された電圧が印加される。ここでの平滑化の時定数は、第1制御回路221が出力端子X11から出力する駆動信号の10周期から100周期程度の期間においてランプ50を通過した電流を平滑化する程度に定められる。入力端子X14に印加される電圧を平滑化する時定数は、ランプ50を通過する電流の変動に対する第1制御回路221の応答時間を定める。
上述したように、ランプ50には、コンデンサC11を電源とする経路と、インダクタL1を電源とする経路との2つの経路で電流が流れる。コンデンサC11を電源とする経路を流れる電流は電流調節回路40により調節される。また、インダクタL1を電源とする経路を流れる電流は第1検出回路31で検出される。
第1制御回路221は、ランプ50を通過する電流の大きさに対応する電圧を第1検出回路31から受け取り、この電圧が変動しないように、スイッチング素子Q1に与える駆動信号のオン期間を調節する。したがって、第1制御回路221は、電力供給回路20からランプ50に流れる電流が所定の目標値に保たれるように駆動信号のオン期間を調節する。
直流−直流変換器202は、バックブースト型のチョッパ回路であって、制御回路22は力率改善のための電流制御を行うアルゴリズムで動作しており、共振動作を模擬する駆動信号を生成する。したがって、直流−直流変換器202は、1石式で電力変換と力率改善との機能に兼用される。電力供給回路20は、整流回路201への入力電流が正弦波状であり、整流回路201の出力電圧の変動に追随するように変化する。そのため、整流回路201の出力を平滑用のコンデンサで平滑する場合に比べて力率が改善される。
第1制御回路221は、ランプ50に流す電流を目標値に保つために、ランプ50に流れる電流が目標値より少ないと駆動信号のオン期間が増加するように調節し、ランプ50に流れる電流が目標値より多いと駆動信号のオン期間が減少するように調節する。ここで、ランプ50の負荷量(消費電力)が変わらないと仮定すると、駆動信号のオン期間が増加すれば、コンデンサC11の両端電圧が上昇し、駆動信号のオン期間が減少すれば、コンデンサC11の両端電圧は低下する。
したがって、電力供給回路20に対して無負荷あるいは低入力電圧の状態が生じると、第1検出回路31の出力電圧が低下し、第1制御回路221が、駆動信号のオン期間を増加させるから、コンデンサC11の両端電圧が上昇する。無負荷の状態は、ランプ50が正常動作を行っている状態から外れた場合あるいは故障した場合などに生じる。ランプ50の故障は、直列に接続されている複数の発光ダイオードの一部の破損、複数の発光ダイオードを接続している導体の断線などを意味する。すなわち、電力供給回路20に対して無負荷の状態が生じると、ランプ50が正常に動作している場合に比べて、電力供給回路20の出力電圧が上昇する。交流電源200の電圧変動により、低入力電圧の状態が生じた場合も同様である。
電力供給回路20の出力電圧は、第2検出回路32が検出している。第2検出回路32は、抵抗R34、R35、R36を直列に接続した回路であって、抵抗R34、R35、R36の直列回路がコンデンサC11の両端間に接続されている。第2検出回路32は、電力供給回路20の出力電圧に比例した電圧を、抵抗R36の両端電圧として出力する。抵抗R36は、第2制御回路222の入力端子X24と電源端子X23との間に接続されたコンデンサC26に対して並列に接続されている。すなわち、第2制御回路222の入力端子X24は、電力供給回路20の出力電圧を検出する第2検出回路32の出力を受け取る。入力端子X24には、抵抗R34、R35及びコンデンサC26により平滑化された電圧が印加される。入力端子X24に印加される電圧を平滑化する時定数は、電力供給回路20の出力電圧の変動に対する第2制御回路222の応答時間を定める。
第2制御回路222には、入力端子X24に印加される電圧に対して、4段階の閾値が定められている。4段階の閾値のうち2段階の閾値は、ランプ50が電力供給回路20から供給された電力で正常に動作している期間において入力端子X24に印加される電圧の値よりも高く設定されている。また、4段階の閾値のうち残りの2段階の閾値は、ランプ50が電力供給回路20から供給された電力で正常に動作している期間において入力端子X24に印加される電圧の値よりも低く設定されている。
ランプ50が正常に動作している期間の電圧より高く設定されている2段階の閾値のうち上側の閾値は、例えばランプ50が正常に動作している期間において入力端子X24に印加される電圧に対して20[%]から40[%]程度大きい値である。また、2段階の閾値のうち下側の閾値は、例えばランプ50が正常に動作している期間において入力端子X24に印加される電圧に対して10[%]から20[%]程度大きい値である。上側の閾値と下側の閾値との差は、例えばランプ50が正常に動作している期間において入力端子X24に印加される電圧の10[%]から20[%]程度である。
ランプ50が正常に動作している期間の電圧より低く設定されている2段階の閾値のうち上側の閾値は、例えばランプ50が正常に動作している期間において入力端子X24に印加される電圧に対して60[%]から80[%]程度の値である。また、2段階の閾値のうち下側の閾値は、例えばランプ50が正常に動作している期間において入力端子X24に印加される電圧に対して50[%]から70[%]程度の値である。上側の閾値と下側の閾値との差は、例えばランプ50が正常に動作している期間において入力端子X24に印加される電圧の5[%]から10[%]程度である。
第2検出回路32は、電力供給回路20の出力電圧に比例した電圧を出力するから、第2制御回路222に定められている4段階の閾値は、電力供給回路20の出力電圧に対して定められていると言える。以下の説明では、第2制御回路222に定められた4段階の閾値に代えて、電力供給回路20の出力電圧に対して定められた4段階の閾値を用いる。また、ランプ50が正常動作を行っている期間の電力供給回路20の出力電圧として設計された電圧を通常値と呼ぶ。
電力供給回路20の出力電圧に対して定められた4段階の閾値のうち、通常値よりも高い2段階の閾値をそれぞれ上閾値及び下閾値と呼ぶ。すなわち、上閾値及び下閾値は通常値よりも高く、下閾値は上閾値と通常値との間の値である。上閾値と下閾値と通常値との関係は、第2制御回路222について説明した電圧の関係と同様に定められる。したがって、一例で言えば、上閾値は、通常値に対して20[%]から40[%]程度大きい値であり、下閾値は、通常値に対して10[%]から20[%]程度大きい値であり、上閾値と下閾値との差は、通常値の10[%]から20[%]程度である。
電力供給回路20の出力電圧に対して定められた4段階の閾値のうち、通常値よりも低い2段階の閾値をそれぞれ高閾値及び低閾値と呼ぶ。すなわち、高閾値及び低閾値は通常値よりも低く、高閾値は低閾値と通常値との間の値である。高閾値と低閾値と通常値との関係は、第2制御回路222について説明した電圧の関係と同様に定められる。したがって、一例で言えば、高閾値は通常値に対して60[%]から80[%]程度の値であり、低閾値は通常値に対して50[%]から70[%]程度の値であり、高閾値と低閾値との差は、通常値の5[%]から10[%]程度である。
図1に示す点灯装置10では、通常値はランプ50の正常動作時の両端電圧である。本実施形態では、ランプ50が定電圧特性を有しているから、通常値はランプ50の特性で決まる。例えば、ランプ50が発光ダイオードであれば、通常値は順方向電圧である。もちろん、複数個の発光ダイオードが直列に接続されている場合は、1個の発光ダイオードの順方向電圧を、直列に接続されている発光ダイオードの個数分だけ加算した値が通常値である。発光ダイオードの順方向電圧はランプ50に流す電流により多少の変化があるから、通常値は、ランプ50に流す電流に応じて決められる。
第2制御回路222は、入力端子X24に印加された電圧が上側の閾値まで上昇すると、制御端子X25からスイッチング素子Q2をオンにする制御信号を出力する。一方、入力端子X24に印加された電圧が下側の閾値まで低下すると、制御端子X25からスイッチング素子Q2をオフにする制御信号を出力する。スイッチング素子Q2の状態はフォトカプラ23を通して第1制御回路221に伝送されるから、第2制御回路222から第1制御回路221に制御信号が伝送される。
スイッチング素子Q2がオンであると、フォトカプラ23の受光素子232がオンであって、第1制御回路221が駆動信号を出力しないから電力供給回路20が停止する。また、スイッチング素子Q2がオフであると、フォトカプラ23の受光素子232がオフであって、第1制御回路221が駆動信号を出力するから電力供給回路20が動作する。したがって、電力供給回路20は、出力電圧が上閾値まで上昇すると停止し、停止により出力電圧が下閾値まで低下すると動作を再開する。
要するに、電力供給回路20は、出力電圧が下閾値より低い期間には動作し、出力電圧が上閾値に達すると停止する。したがって、電力供給回路20の出力電圧は上閾値を超えないように動作する。そのため、点灯装置10には過大なストレスが生じない。また、電力供給回路20は、出力電圧が下閾値に達した後に上閾値に達するまでの期間には動作し、出力電圧が上閾値に達した後に下閾値に達するまでの期間には停止する。そのため、電力供給回路20は、無負荷で出力電圧が下閾値と上閾値との間である期間には、動作と停止とを繰り返す。電力供給回路20が無負荷であるときには、電力供給回路20の出力電圧は、上閾値と下閾値との間に維持される。電力供給回路20のこの動作状態を以下では「活性状態」と呼ぶ。
ところで、活性状態を継続させるには、制御回路22を動作させる電力を確保しなければならない。活性状態では、電力供給回路20が停止する期間にはインダクタL1の1次巻線w1に電流が流れないが、電力供給回路20が動作する期間にはインダクタL1の1次巻線w1に電流が流れる。そのため、第1制御回路221が動作する電力は活性状態においても維持される。また、活性状態では、コンデンサC11の両端電圧が下閾値より高い状態に保たれるから、第2制御回路222を動作させる電力は活性状態においても維持される。要するに、ランプ50が外れていても、制御回路22を動作させるための電力が維持されるから、活性状態が継続される。その結果、正常動作を行っているランプ50が外れた場合、電力供給回路20は活性状態に移行して間欠的に動作する。
活性状態において、電力供給回路20が動作している期間にランプ50が接続されると、電力供給回路20からランプ50に電力が供給される。この状態では、電力供給回路20の出力電圧が通常値より高いから、インダクタL1に蓄積された電磁エネルギーはコンデンサC11の充電に用いられず、第1検出回路31が検出する電流は、ランプ50の正常動作時よりも多くなる。そのため、第1制御回路221は、駆動信号のオン期間を減少させるように制御する。その結果、電力供給回路20の出力電圧は時間経過に伴って低下し、通常値に近づく。電力供給回路20の出力電圧が通常値まで下がれば、以後は、電力供給回路20の出力電圧が通常値に維持される。
また、活性状態において、電力供給回路20が停止している期間にランプ50が接続された場合には、電力供給回路20の出力電圧が下閾値まで低下すると、電力供給回路20の動作が開始される。この場合、電力供給回路20が動作を開始した時点で、電力供給回路20の出力電圧は通常値よりも高いから、上述したように、第1検出回路31が検出する電流は、ランプ50の正常動作時よりも多くなる。そのため、第1制御回路221は、駆動信号のオン期間を減少方向に制御し、電力供給回路20の出力電圧は、通常値に達するまで低下し続ける。電力供給回路20の出力電圧が通常値まで下がれば、以後は、電力供給回路20の出力電圧が通常値に維持される。
上述のように、ランプ50が点灯装置10から分離されたときに、点灯装置10は活性状態で動作しており、ランプ50をあらためて点灯装置10に接続するだけで、電源を再投入することなくランプ50に電力を供給することが可能である。ランプ50が故障した場合も同様であり、故障したランプ50が分離された後に正常なランプ50が接続されると、電源を再投入することなくランプ50に電力を供給することが可能である。
ここに、電力供給回路20の活性状態は、電力供給回路20の出力電圧が上閾値と下閾値との間で変化する回数が所定回数に達すると終了する。電力供給回路20の活性状態が終了するまでに正常なランプ50が接続されていなければ、第1制御回路221は、電力供給回路20の出力電圧を通常値よりも低い電圧に下げるように電力供給回路20を制御する。第1制御回路221は、電力供給回路20の出力電圧を通常値よりも低い電圧に下げた後、正常なランプ50が接続されるまで、電力供給回路20を間欠的に動作させる。そのため、活性状態の終了後に正常なランプ50が点灯装置10に接続されると、ランプ50に過電流を流すことがない。
点灯装置10は、活性状態において、例えば図2のように動作する。図2では、点灯装置10からランプ50が分離された時刻をtdで表し、点灯装置10にランプ50が接続された時刻をtcで表している。正常動作を行っていたランプ50が、時刻tdで点灯装置10から分離されると、電力供給回路20の出力電圧Voが時間経過に伴って上昇する。時刻tdから時刻tcまでは、点灯装置10にランプ50が接続されていないから、ランプ50には電流が通過しない。図2において、ランプ50を通過する電流は、点灯装置10の出力電流Ioで表されている。
時刻t1において、出力電圧Voが上閾値Th1まで上昇すると、第2制御回路222の制御端子X25からHレベルの制御信号Scが出力され、第1制御回路221は駆動信号Sdを停止させる。したがって、時刻t1の後には時間経過に伴って出力電圧Voが低下する。時刻t2において、出力電圧Voが下閾値Th2まで低下すると、第1制御回路221は駆動信号Sdの出力を再開するから、出力電圧Voが再び上昇する。以後、第1制御回路221は、ランプ50が再び接続されるまで、駆動信号Sdを出力する状態と、駆動信号Sdを停止する状態とを繰り返し、点灯装置10は活性状態の動作を行う。
図2に示す動作例では、点灯装置10が活性状態である期間のうち、電力供給回路20が動作している期間の時刻tcに、ランプ50が点灯装置10に接続されている。そのため、時刻tcにランプ50が点灯装置10に接続されると、コンデンサC11を電源とする点灯装置10の出力電流Ioがランプ50に流れ始める。上述したように、時刻tcでランプ50が点灯装置10に接続された直後には、電力供給回路20の出力電圧Voは、ランプ50が正常動作を行っている期間よりも高い。そのため、インダクタL1に蓄積された電磁エネルギーはコンデンサC11の充電に用いられず、ランプ50を通して第1検出回路31で検出される電流を増加させる。その結果、第1制御回路221は、駆動信号Sdのオン期間を減少させ、電力供給回路20の出力電圧Voを時間経過に伴って低下させる。第1制御回路221は、電力供給回路20の出力電圧Voが通常値Vrまで低下した後は、ランプ50が正常動作を行うように、駆動信号を調節する。
以上のように、点灯装置10が無負荷であると、電力供給回路20は活性状態に移行し間欠的に動作する。そのため、電力供給回路20が活性状態である期間には、電力供給回路20が正常動作を行って連続的に動作している期間に比べると、点灯装置10の消費電力は少ない。また、点灯装置10が無負荷である期間には、正常動作時に比べて、コンデンサC11の両端電圧は上昇するが、コンデンサC11の両端電圧の上限は上閾値に制限される。そのため、制御回路22は、無負荷に対して点灯装置10に過大なストレスが生じないように保護する機能も兼ね備えていると言える。
上述したように、活性状態は、電力供給回路20の出力電圧Voが上閾値Th1と下閾値Th2との間で変化する回数が所定回数(5〜10回程度の範囲で選択される)に達すると終了する。活性状態の終了後にランプ50が接続された場合、点灯装置10は図3のように動作する。図2の動作と同様に、図3においても、点灯装置10からランプ50が分離された時刻をtd、ランプ50が接続された時刻をtcで表している。正常動作を行っていたランプ50が時刻tdで点灯装置10から分離されたときの動作は、図2に示した動作と同様である。
点灯装置10が活性状態に移行した後、第2制御回路222は、制御信号ScをHレベルにした回数(制御信号Scの立ち上がり回数)のカウントを行う。第2制御回路222は、カウントした回数が所定回数に達すると、電力供給回路20の出力電圧Voが下閾値Th2まで低下しても、制御信号ScをHレベルに維持する。そのため、出力電圧Voは時間経過とともに低下し続ける。なお、活性状態が終了した後は、ランプ50が装着されても電源の再投入を行わなければランプ50は点灯しない。
第2制御回路222は、活性状態の終了後に、第2検出回路32の出力を監視し、電力供給回路20の出力電圧Voが低閾値Th4まで低下したことを検出すると、制御信号ScをLレベルに移行させる。図3では、時刻t4において出力電圧Voが低閾値Th4に達している。制御信号ScがLレベルに移行すると、第1制御回路221は駆動信号Sdを出力させるから、電力供給回路20の出力電圧Voが上昇する。
ただし、第2制御回路222は、活性状態の終了後には、出力電圧Voの上限値を高閾値Th3に制限する。そのため、時刻t5で出力電圧Voが高閾値Th3に達すると、第2制御回路222は、制御信号ScをHレベルに移行させ、第1制御回路221は駆動信号Sdを停止させる。駆動信号Sdが停止することにより、時刻t6で出力電圧Voが低閾値Th4に達すると、第2制御回路222は、制御信号ScをHレベルに移行させ、その後、点灯装置10は、同様の動作を繰り返す。
図3では、電力供給回路20の出力電圧Voが高閾値Th3と低閾値Th4との間に維持されている期間の時刻tcにおいて、点灯装置10にランプ50が接続されているが、活性状態の終了後には、ランプ50には通常値Vrより低い電圧しか印加されない。そのため、点灯装置10はランプ50を点灯させず、点灯装置10は、電力供給回路20の出力電圧Voを高閾値Th3と低閾値Th4との間に保つ状態を継続する。したがって、点灯装置10及びランプ50に大きなストレスが作用することがない。
点灯装置10にランプ50が接続された後、点灯装置10の電源が再投入されると、点灯装置10はリセットされる。すなわち、図3では時刻trで点灯装置10がリセットされている。点灯装置10がリセットされると、第2制御回路222は、高閾値Th3及び低閾値Th4を解除し、第1制御回路221から駆動信号Sdを出力させ、ランプ50を点灯させる。すなわち、図3では時刻trの後に、ランプ50に出力電流Ioが流れている。また、第2制御回路222は、時刻trの後には、電力供給回路20の出力電圧Voに対して上閾値Th1に達するか否かを監視する動作に復帰する。
ところで、電流調節回路40は、指示回路として機能する第2制御回路222に加え、出力制御回路41を備える。出力制御回路41は、誤差増幅器OPと可変インピーダンス素子Q4と抵抗R41とを備える。また、電流調節回路40は、第2制御回路222と誤差増幅器OPとの間にコンデンサC41と抵抗R42、R43とを備え、抵抗R42及び抵抗R43の接続点と第2制御回路222の出力端子X21との間に抵抗R44を備える。コンデンサC41及び抵抗R42、R43、R44は、第2制御回路222から出力されるデジタル信号の指示信号を誤差増幅器OPに与えるアナログ信号に変換するために設けられている。したがって、コンデンサC41及び抵抗R42、R43、R44は、指示回路の一部を構成する。
可変インピーダンス素子Q4は、例えばエンハンスメント形のnチャンネルMOSFETである。抵抗R41の一端は可変インピーダンス素子Q4のソースに接続されており、抵抗R41の他端はシグナルグラウンドG12に接続されている。誤差増幅器OPは、演算増幅器で実現されており、制御電源回路24から電力が供給される。可変インピーダンス素子Q4のゲートには、誤差増幅器OPの出力端子が接続されている。
誤差増幅器OPの反転入力端子は可変インピーダンス素子Q4のソースと抵抗R41との接続点に接続されており、誤差増幅器OPの非反転入力端子は、第2制御回路222の出力端子X21に接続されている。図1において、誤差増幅器OPの非反転入力端子には符号(+)が付され、反転入力端子には符号(−)が付されている。2つの抵抗R42、R43は直列に接続されており、抵抗R42、R43の直列回路は、第2制御回路222の電源端子X22、X23の間に接続されている。すなわち、2つの抵抗R42、R43の直列回路は、制御電源回路24の出力端子と共通端子との間に接続されている。コンデンサC41は、抵抗R43の両端間に接続されている。抵抗R43は、第2制御回路222の出力端子X21と電源端子X23との間に接続されている。言い換えると、コンデンサC41は抵抗R43と並列に接続されている。
ところで、第2制御回路222は、入力端子X24に印加される電圧に応じて出力端子X21から出力する指示信号のオン期間(Hレベルの期間)を調節するように構成されている。第2制御回路222は、電力供給回路20の出力電圧が相対的に大きいときに指示信号のオン期間を相対的に小さくする。また、第2制御回路222は、電力供給回路20の出力電圧が相対的に小さいときに指示信号のオン期間を相対的に大きくする。
第2制御回路222には、入力端子X24に印加される電圧に対する基準値があり、第2制御回路222は、入力端子X24に印加される電圧と基準値との大小関係に応じて指示信号のオン期間を決定する。要するに、第2制御回路222において入力端子X24に印加される電圧と指示信号との関係は、第1制御回路221において入力端子X14に印加される電圧と駆動信号との関係と同様である。
例えば、入力端子X24に印加される電圧が基準値に等しいときに、第2制御回路222が、オン期間の比率を50[%]とした指示信号を出力すると仮定する。この場合、第2制御回路222は、入力端子X24に印加される電圧が基準値より大きいと指示信号のオン期間の比率を50[%]より小さくし、入力端子X24に印加される電圧が基準値より小さいと指示信号のオン期間の比率を50[%]より大きくする。
抵抗R42、R43、R44とコンデンサC41とは、第2制御回路222の出力端子X21から出力される指示信号のオン期間に応じた電圧を、誤差増幅器OPの非反転入力端子に印加する。誤差増幅器OPの非反転入力端子に印加される電圧は、制御電源回路24の出力電圧を抵抗R42、R43の抵抗比で分圧した電圧を基準値として、出力端子X21から出力される指示信号のオン期間に応じて変化する。
ここでは、第2制御回路222の出力端子X21から出力される指示信号が、制御電源回路24の出力端子の電位をHレベルにし、制御電源回路24の共通端子の電位をLレベルにすると仮定する。この場合、指示信号のオン期間(Hレベルの期間)には、抵抗R42と抵抗R44とが並列に接続され、指示信号のオフ期間(Lレベルの期間)には抵抗R43と抵抗R44とが並列に接続される。したがって、誤差増幅器OPの非反転入力端子には、指示信号のオン期間とオフ期間との比率に応じて、基準値より高い電圧又は基準値より低い電圧が印加される。
誤差増幅器OPの非反転入力端子に印加される電圧は、コンデンサC41の容量、抵抗R42、R43、R44の抵抗値、制御電源回路24の出力電圧、指示信号の周期及びオン期間などの要素により変化する。また、第2制御回路222の出力端子X21の構成によっても、誤差増幅器OPの非反転入力端子に印加される電圧が変化する。出力端子X21の構成によっては、例えば基準値を下限値とする電圧が誤差増幅器OPの非反転入力端子に印加される。
一方、ランプ50に電力が供給されていると、可変インピーダンス素子Q4を通して電流が流れ、ランプ50を通過する電流の大きさに応じた電圧降下が抵抗R41で生じるから、ランプ50を通過する電流の大きさに対応する電圧が誤差増幅器OPの反転入力端子に印加される。誤差増幅器OPの反転入力端子に印加される電圧は、ランプ50を通過する電流の大きさで変化し、ランプ50を通過する電流が相対的に多いときに相対的に高くなる。
誤差増幅器OPは、反転入力端子に印加される電圧と、非反転入力端子に印加される電圧との差に応じた電圧を出力する。また、可変インピーダンス素子Q4は、誤差増幅器OPが出力する電圧に応じて、ドレイン−ソース間のインピーダンスを変化させる。ランプ50を通過する電流が増加方向に変化すると、誤差増幅器OPの反転入力端子に印加される電圧が上昇方向に変化し、誤差増幅器OPの出力電圧が低下することにより、可変インピーダンス素子Q4のインピーダンスを増加させる。また、ランプ50を通過する電流が減少方向に変化すると、誤差増幅器OPの出力電圧が上昇することにより、可変インピーダンス素子Q4のインピーダンスを減少させる。
すなわち、誤差増幅器OPの非反転入力端子に印加される電圧に応じて、ランプ50に流す目標電流が決まり、出力制御回路41は、抵抗R41を通過する電流が目標電流を保つように、可変インピーダンス素子Q4を制御する。言い換えると、出力制御回路41は、誤差増幅器OPの非反転入力端子に印加される電圧に対応した目標電流をランプ50に流すようにフィードバック制御を行う。ところで、ランプ50を通過する電流が変化すると、ランプ50の光出力が変化する。したがって、指示信号のオン期間を調節することによって、調光を行うことが可能である。ただし、調光については本実施形態の要旨ではないから説明を省略する。
なお、ランプ50を通過する電流は、第1検出回路31でも検出している。ただし、第1検出回路31は、インダクタL1を電源としてランプ50に流れる電流の変化を検出するのに対して、電流調節回路40は、コンデンサC11を電源としてランプ50に流れる電流の変化を検出する。すなわち、第1検出回路31が検出する電流は電力供給回路20の動作に反映され、電流調節回路40が検出する電流はランプ50を駆動するための電流に反映される。
上述した電流調節回路40は、第2制御回路222が指示信号をPWM信号の形式で出力しているが、PWM信号に限らず、Hレベルの期間とLレベルの期間との比率を変化させるパルス制御方式であればよい。
上述したように、図1に示す点灯装置10では、無負荷に対して、第1制御回路221及び第2制御回路222に電力が供給される状態が維持される。すなわち、無負荷の期間に、コンデンサC11の両端電圧は、ランプ50の正常動作時よりも高い状態に維持される。ただし、コンデンサC11の両端電圧は、上閾値によって上限が制限されるから、コンデンサC11の耐圧が極端に高くなることはない。そして、無負荷の状態からランプ50が正常な状態に復帰すれば、点灯装置10を再起動させることなく点灯装置10が正常動作に復帰する。
一方、交流電源200の電圧の絶対値が、一時的に正常時よりも低下するという事象が生じた場合、点灯装置10は以下のように動作する。このような事象は、瞬時電圧低下と呼ばれ、交流電源200の一時的な遮断を含む。交流電源200の電圧の絶対値が低下すると、整流回路201の出力電圧が低下する。すなわち、電力供給回路20に対して低入力電圧の状態が生じる。そのため、スイッチング素子Q1のオン期間にインダクタL1の1次巻線w1に流れる電流が減少する。したがって、インダクタL1に蓄積される電磁エネルギーを維持するために、第1制御回路221は出力端子X11から出力する駆動信号のオン期間を相対的に長くする。
すなわち、交流電源200の電圧が低下した直後には、コンデンサC11の両端電圧は保たれているが、スイッチング素子Q1のオン期間にインダクタL1の1次巻線w1に流れる電流が低下するから、第1検出回路31の出力電圧が低下する。そのため、第1制御回路221は、インダクタL1に蓄積される電磁エネルギーを維持するために、スイッチング素子Q1を制御する駆動信号のオン期間を増加させる。第1制御回路221は、上述したように、インダクタL1の1次巻線w1に流れる電流の変化を所定の時定数で検出している。そのため、交流電源200の電圧の変動は、比較的短い時間遅れで第1制御回路221から出力される駆動信号に反映される。
交流電源200が遮断した場合には、整流回路201から電圧が出力されないから、駆動信号のオン期間を延長してもコンデンサC11の両端電圧を維持することはできない。すなわち、コンデンサC11の両端電圧は時間経過に伴って低下する。交流電源200が遮断している状態が、第1制御回路221が動作するための電力を維持できる程度の期間内で終了した場合には、スイッチング素子Q1が動作を継続するから、点灯装置10を再起動することなくランプ50が正常動作に復帰する。
一方、交流電源200の電圧の絶対値が低下し、整流回路201の出力電圧が一時的に低下した場合、第1制御回路221は駆動信号のオン期間を増加させることによって、コンデンサC11の両端電圧を維持する。整流回路201の出力電圧の低下の程度が、駆動信号のオン期間の調節で対応できる範囲内であれば、コンデンサC11の両端電圧を低下させることなく維持することができる。この状態で、整流回路201の出力電圧が復帰したと仮定する。
第1制御回路221の入力端子X24に印加される電圧に対して、整流回路201の出力電圧の復帰という事象が反映されるまでには、第1検出回路31の抵抗R31、R32及び第1制御回路221に接続されたコンデンサC22による時間遅れがある。したがって、整流回路201の出力電圧が復帰した時点と、駆動信号のオン期間が変化する時点とには時間差がある。整流回路201の出力電圧が復帰した直後には、駆動信号のオン期間が相対的に大きい状態が継続しているから、コンデンサC11の両端電圧は上昇する。
コンデンサC11の両端電圧は第2検出回路32が監視しており、第2検出回路32が検出した電力供給回路20の出力電圧は第2制御回路222の入力端子X24に印加されている。そのため、条件によっては、コンデンサC11の両端電圧が上閾値に達することがある。コンデンサC11の両端電圧が上閾値に達した場合、第1制御回路221は動作を停止し、電力供給回路20が動作を停止するから、コンデンサC11の両端電圧が低下する。
コンデンサC11の両端電圧が下閾値まで低下すれば、電力供給回路20は動作を再開する。コンデンサC11の両端電圧が下閾値まで低下した時点では、整流回路201の出力電圧が復帰している。したがって、第1検出回路31から入力端子X24へは正常動作に対応する電圧が印加され、駆動信号のオン期間は正常動作の範囲に収束する。
このように、整流回路201の出力電圧が一時的に低下しても、駆動信号のオン期間の調節でコンデンサC11の両端電圧を維持できる場合、第1制御回路221の動作が一時的に停止した後、再起動させることなく点灯装置10が正常動作に復帰する。また、コンデンサC11の両端電圧は正常動作時の電圧に保たれるから、ランプ50に供給される電流は変化せず、整流回路201の出力電圧が一時的に低下しても、ランプ50の動作に影響しない。
図4は、交流電源200からの入力電圧Viの絶対値が一時的に低下した場合、すなわち、整流回路201が出力する電圧のピーク値が一時的に低下した場合の点灯装置10の動作を示している。図4において、交流電源200からの入力電圧Viの絶対値が低下した時刻はtsであり、交流電源200からの入力電圧Viの絶対値が復帰した時刻はtaである。図4では、時刻tsから時刻taまでの期間が交流電源200の2周期程度であり、第1検出回路31の出力を第1制御回路221の動作に反映させる時間も同程度である。
時刻tsで整流回路201の出力のピーク電圧が低下したとき、第1検出回路31が検出している電流が減少するから、第1制御回路221は駆動信号Sdのオン期間を増加させることにより、電力供給回路20の出力電圧Voを維持する。この場合、第2制御回路222が第1制御回路221に対して制御信号Scを出力することはなく、コンデンサC11からランプ50に流れる出力電流Ioも維持される。整流回路201の出力のピーク電圧が低下しても、点灯装置10の対応能力の範囲であれば、電力供給回路20の出力電圧Voは低下しない。そのため、ランプ50の光出力は変動しない。
ここで、時刻taで整流回路201の出力のピーク電圧が復帰しても、第1制御回路221の入力端子X14に印加されている電圧に反映されるまでには時間遅れがある。そのため、駆動信号Sdのオン期間は比較的大きい状態であり、電力供給回路20の出力電圧Voが時間経過に伴って上昇する。
図4に示す動作では、電力供給回路20の出力電圧Voが時刻t11において上閾値Th1に達している。そのため、活性状態の動作として説明したように、第2制御回路222からHレベルの制御信号Scが出力され、第1制御回路221は駆動信号Sdの出力を停止する。時刻t11において駆動信号Sdが停止すると、電力供給回路20の出力電圧Voが時間経過に伴って低下する。すなわち、低入力電圧の状態が生じた場合にも、電力供給回路20は活性状態に移行する。
出力電圧Voが時刻t12において下閾値Th2まで低下すると、制御信号Scが立ち下がり、第1制御回路221は、駆動信号Sdの出力を再開する。その後、出力電圧Voが通常値Vrまで低下すると、点灯装置10は電力供給回路20の出力電圧Voを通常値Vrに維持する。
図4を用いて説明したように、本実施形態の点灯装置10は、一時的に低入力電圧の状態が生じた場合、電力供給回路20が活性状態で動作する。活性状態の開始から終了までの期間は、一時的な低入力電圧の状態の期間よりも長くなるように設計されている。したがって、入力電圧が低入力電圧の状態から復帰すると、電源の再投入を行わなくとも電力供給回路20を正常な動作に復帰させることができる。
ところで、図1に示す点灯装置10では、第2制御回路222と出力制御回路41とがシグナルグラウンドG12に共通に接続され、シグナルグラウンドG12の電圧を基準電圧としている。そのため、第2制御回路222と出力制御回路41との間でレベルシフトが不要であるから、第2制御回路222と出力制御回路41との間にフォトカプラのようなアイソレータを介さずに接続することが可能である。
上述した点灯装置10は、図5に示すように、ランプとなるランプ50と組み合わせると、照明装置11を構成することができる。図5に示す照明装置11は、点灯装置10を収納したケース12を備え、ケース12は天井材60の上面に載せた状態で天井材60に固定されている。また、照明装置11は、ケース12とは別にランプ50を収納した灯具13を備えている。灯具13はダウンライトとして構成されており、天井材60に一部を埋め込んだ状態で取り付けられる。ケース12と灯具13とは、例えば金属製、あるいは合成樹脂製であり、金属と合成樹脂との複合材料で形成されていてもよい。ケース12は、例えば金属板のプレス加工品であり、灯具13は、例えばアルミニウムのダイカストである。
ケース12からは負荷線として点灯装置10に接続された電線14が引き出され、灯具13からは負荷線としてランプ50に接続された電線15が引き出されている。また、電線14にはコネクタ16が接続され、電線15にはコネクタ17が接続されている。コネクタ16は接続端子Y11、Y12を備え、コネクタ17は接続端子Y21、Y22を備えている。したがって、コネクタ16とコネクタ17とを互いに結合することにより、接続端子Y11、Y12と接続端子Y21、Y22とが接続される。すなわち、図5に示す照明装置11は、コネクタ16とコネクタ17とを互いに結合することによって、点灯装置10とランプ50とが接続され、点灯装置10からランプ50に給電することが可能になる。
図5に示す照明装置11において灯具13の外殻131は筒状である。外殻131の2つの底面のうち天井材60への取付時に下面となる一方の底面は開いており、外殻131の2つの底面のうち天井材60への取付時に上面となる他方の底面132は閉じている。灯具13の外殻131の2つの底面を結ぶ方向に直交する断面の形状は、円形状、楕円形状、四角形状、三角形状などから選択される。
灯具13の外殻131の2つの底面のうち開いている底面は、透光性を有するパネル133で塞がれている。パネル133の材料は、例えば、ガラス、ポリカーボネートなどから選択される。パネル133の形状は、厚みがほぼ一定である板状、厚みに変化を与えたレンズ状、あるいはレンズアレイ状などから選択され、パネル133の色は無色透明、有色透明、乳白色などから選択される。灯具13の内部には、ランプ50を構成する発光素子を実装した基板134が収納されている。
上述した照明装置11は、図1に示す点灯装置10の一使用例に過ぎない。照明装置11は、ランプ50となるランプを収納している灯具13に点灯装置10が併せて収納されていてもよい。また、照明装置11はダウンライトに限らない。照明装置11の形状及び用途には、とくに制限はない。灯具13は、ランプ50が分離可能であってもよい。例えば、灯具13が、ランプ50の口金を受けるソケットを備えていてもよい。
なお、負荷が定電圧特性を有していない場合でも、正常動作時の負荷の両端電圧の変動が数%程度であれば、負荷の正常動作時の両端電圧を通常値としてもよい。したがって、負荷は、上述したような定電圧特性を有するランプ50に代えて、定電圧特性を有していないランプ、あるいはヒータなどであってもよい。
上述した実施形態の電源装置(点灯装置10)は、電力供給回路20と第1検出回路31と第2検出回路32とを備える。電力供給回路20は、負荷(ランプ50)に直流電力を供給する。第1検出回路31は、電力供給回路20の出力電流を検出する。第2検出回路32は、電力供給回路20の出力電圧を検出する。電力供給回路20は、出力電圧が可変であって、第1検出回路31が検出した出力電流が所定の目標値に保たれるように出力電圧を調節する。電力供給回路20は、第2検出回路32で検出される出力電圧Voが負荷の正常動作時の電圧である通常値Vrよりも高い所定値である上閾値Th1まで上昇すると動作を停止する。また、電力供給回路20は、第2検出回路32で検出される出力電圧Voが通常値Vrと上閾値Th1との間の所定値である下閾値Th2まで低下すると動作を再開する。
したがって、負荷が電源装置から分離された状態では、電力供給回路20の出力電流を維持するように出力電圧Voが通常値Vrよりも上昇する。電力供給回路20は、出力電圧Voが通常値Vrより上昇し上閾値Th1に達した後には、出力電圧Voを上閾値Th1と下閾値Th2との間に保つように間欠的に動作する。すなわち、電力供給回路20の出力電圧Voは上閾値Th1に制限されるから、電源装置に過大なストレスが生じることはない。しかも、電力供給回路20が間欠的に動作している期間に、正常に動作する負荷が電源装置に接続されると、電力供給回路20から負荷に電力が供給されるようになり、電力供給回路20は通常の動作に復帰する。すなわち、負荷を分離した後に負荷を接続すると、電源を再投入しなくとも、電力供給回路20から負荷に電力を供給する状態に復帰する。
負荷(ランプ50)は定電圧特性を有し、通常値Vrは負荷の正常動作時の両端電圧であることが望ましい。
すなわち、負荷が定電圧特性を有しているから、負荷に応じた通常値Vrが決まる。また、通常値Vrが負荷に応じて決まるから、上閾値Th1及び下閾値Th2も負荷に応じて決まる。
電力供給回路20は、スイッチング素子Q1を備え直流電力を出力する電力変換回路21と、電力変換回路21のスイッチング素子Q1を制御する制御回路22とを備えることが望ましい。制御回路22は、第1検出回路31が検出した出力電流が所定の目標値に保たれるように電力変換回路21の出力電圧を調節する。制御回路22は、第2検出回路32で検出される出力電圧Voが上閾値Th1まで上昇すると電力変換回路21の動作を停止させる。また、制御回路22は、第2検出回路32で検出される出力電圧Voが下閾値Th2まで低下すると電力変換回路21の動作を再開させる。
すなわち、電力供給回路20は、電力変換回路21が備えるスイッチング素子Q1を制御回路22が制御するから、スイッチング素子Q1のオン期間とオフ期間との少なくとも一方を調節することにより、出力電圧Voを調節することが可能である。
電力変換回路21は、インダクタL1とコンデンサC11とダイオードD1とを備えていることが望ましい。インダクタL1は、スイッチング素子Q1のオン期間に電磁エネルギーを蓄える。コンデンサC11は、平滑用であって出力電圧を負荷(ランプ50)に印加する。ダイオードD1は、コンデンサC11からインダクタL1への逆流を阻止する。第1検出回路31は、インダクタL1から負荷に流れる電流を検出する。
すなわち、ダイオードD1が設けられていることにより、インダクタL1は負荷とコンデンサC11とに電流を流し、コンデンサC11は負荷にのみ電流を流す。また、第1検出回路31は、インダクタL1が負荷に流す電流を検出するから、スイッチング素子Q1のオン期間にインダクタL1に蓄積した電磁エネルギーのうち、コンデンサC11に充電されなかった電磁エネルギーの情報を検出すると言える。したがって、第1検出回路31はスイッチング素子Q1のオン期間に相当する時間のオーダーで負荷を通過する電流を検出することが可能である。そのため、制御回路22は、負荷の状態をスイッチング素子Q1の制御に短時間で反映させることが可能であり、電力供給回路20の出力電流を応答性よく目標値に維持することが可能である。
電力変換回路21は、バックブースト型のチョッパ回路、フライバックコンバータから選択されることが望ましい。
この種の電力変換回路21は、出力電圧Voの調節範囲が広く、通常値Vrと上閾値Th1と下閾値Th2とを、負荷に応じて定めることができるから、電力供給回路20の設計が容易である。
電力供給回路20は、交流電源200から電力を受けて直流電力を出力する整流回路201を備えることが望ましい。制御回路22は、交流電源200から整流回路201への入力電流が正弦波状となるようにスイッチング素子Q1を制御することが望ましい。
すなわち、整流回路201への入力電流が正弦波状であるから、電力供給回路20が力率改善回路として機能する。
電力供給回路20から負荷(ランプ50)に流す電流を調節する電流調節回路40を備えていてもよい。電流調節回路40は、電力供給回路20が負荷に電力を供給する経路において負荷を通過する電流を調節する出力制御回路41と、出力制御回路41に目標電流を指示する指示信号を出力する指示回路(第2制御回路222)とを備える。
すなわち、電流調節回路40は、負荷を通過する電流を指示信号に応じて調節するから、指示信号により負荷の出力を調節することが可能である。
上述した実施形態の点灯装置10は、電力供給回路20と第1検出回路31と第2検出回路32とを備える。電力供給回路20は、発光ダイオード、有機エレクトロルミネセンス素子、半導体レーザから選択される発光素子を1個以上備える負荷に直流電力を供給する。第1検出回路31は、電力供給回路20の出力電流を検出する。第2検出回路32は、電力供給回路20の出力電圧を検出する。電力供給回路20は、出力電圧が可変であって、第1検出回路31が検出した出力電流が所定の目標値に保たれるように出力電圧を調節する。電力供給回路20は、第2検出回路32で検出される出力電圧Voが負荷(ランプ50)の正常動作時の電圧である通常値Vrよりも高い所定値である上閾値Th1まで上昇すると動作を停止する。また、電力供給回路20は、第2検出回路32で検出される出力電圧Voが通常値Vrと上閾値Th1との間の所定値である下閾値Th2まで低下すると動作を再開する。
したがって、ランプ50が点灯装置10から分離された状態では、電力供給回路20の出力電流を維持するように出力電圧Voが通常値Vrよりも上昇する。電力供給回路20は、出力電圧Voが通常値Vrより上昇し上閾値Th1に達した後には、出力電圧Voを上閾値Th1と下閾値Th2との間に保つように間欠的に動作する。すなわち、電力供給回路20の出力電圧Voは上閾値Th1に制限されるから、点灯装置10に過大なストレスが生じることはない。しかも、電力供給回路20が間欠的に動作している期間に、正常に動作するランプ50が点灯装置10に接続されると、電力供給回路20からランプ50に電力が供給されるようになり、電力供給回路20は通常の動作に復帰する。すなわち、ランプ50を分離した後にランプ50を接続すると、電源を再投入しなくとも、電力供給回路20からランプ50に電力を供給する状態に復帰し、ランプ50が点灯する。
上述した実施形態の照明装置11は、点灯装置10と、ランプ50を有する灯具13とを備える。
したがって、ランプ50を分離した後に接続した場合でも電源の再投入を行わずにランプ50を点灯させることが可能な照明装置11を提供することができる。
以上説明した実施形態は、本発明の様々な実施形態の一部に過ぎない。また、上述した実施形態は、本発明の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。