(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一のスイッチングコンバータおよび第二のスイッチングコンバータと、
前記第一のスイッチングコンバータの出力端に接続され、前記第一のスイッチングコン
バータからの駆動信号により駆動される第一の光源と、
前記第二のスイッチングコンバータの出力端に接続され、前記第二のスイッチングコン
バータからの駆動信号により駆動される第二の光源と、
第一のスイッチングコンバータの入力端および第二のスイッチングコンバータの入力端
に接続された電源端子と、
前記第一のスイッチングコンバータの入力端および前記第二のスイッチングコンバータ
の入力端と電源端子との間に配置された信号検出部と、
前記信号検出部に接続されたスイッチング信号生成部と、を有し、
前記第一のスイッチングコンバータの駆動により前記電源端子からの電圧が降圧され、
前記第二のスイッチングコンバータの駆動により前記電源端子からの電圧が降圧され、
前記第一のスイッチングコンバータおよび前記第一の光源は直列に接続され、
前記第二のスイッチングコンバータおよび前記第二の光源は直列に接続され、
前記第一のスイッチングコンバータおよび前記第二のスイッチングコンバータは前記電
源端子に並列に接続され、
前記信号検出部は前記第一のスイッチングコンバータおよび前記第二のスイッチングコ
ンバータに供給される電力，電圧または電流のリプルを、一定期間内おける測定値と平均
値から分散または絶対値の総和を用いて定量化し、
前記スイッチング信号生成部は、前記信号検出部で定量化したリプル値が最小となると
きの前記第一のスイッチングコンバータおよび前記第二のスイッチングコンバータのデュ
ーティ値を決定し、前記デューティ値に基づいてスイッチング信号を生成し、
前記スイッチング信号生成部からの前記スイッチング信号の出力により前記第一のスイ
ッチングコンバータおよび前記第二のスイッチングコンバータが駆動されることを特徴と
する照明装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第一の降圧回路には第一のスイッチング部が含まれ、
前記第二の降圧回路には第二のスイッチング部が含まれ、
前記スイッチング信号生成部は、前記第一のスイッチング部および前記第二のスイッチ
ング部の位相およびデューティを制御することを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記照明装置は記憶部を有し、
前記記憶部は、前記信号検出部による測定結果を一時的に記憶することを特徴とする照
明装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記信号検出部はマイクロプロセッサによるプログラム手順に基づき前記リプルを測定
することを特徴とする照明装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記信号検出部と第一のスイッチングコンバータおよび第二のスイッチングコンバータ
との間に第三のスイッチングコンバータが配置され、
前記第三のスイッチングコンバータの駆動により前記電源端子からの電圧が降圧される
ことを特徴とする照明装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記第一のスイッチングコンバータは、第一のスイッチング部，第一のインダクタ，第
一のダイオードを有し、
前記第一のスイッチング部がオン時には、前記第一のインダクタを通過する電流が徐々
に増加し、
前記第一のスイッチング部がオフ時には、前記第一のインダクタを通過する電流が徐々
に低下し、
前記第二のスイッチングコンバータは、第二のスイッチング部，第二のインダクタ，第
二のダイオードを有し、
前記第二のスイッチング部がオン時には、前記第二のインダクタを通過する電流が徐々
に増加し、
前記第二のスイッチング部がオフ時には、前記第二のインダクタを通過する電流が徐々に
低下することを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に照明装置は、ちらつきが無く，明るく，効率（投入電力に対する発光の割合）が良いことが求められる。それを実現するため、照明装置は光源および電源回路（あるいは駆動回路）で構成されている。光源として例えばＬＥＤ（発光ダイオード），ＯＬＥＤ（有機ＬＥＤ）などが挙げられる。ＬＥＤ，ＯＬＥＤなどは、効率の高さ，小型軽量，長寿命などの特徴を有している。ＬＥＤを発光させるには、３ボルト程度（白色ＬＥＤの場合）順方向電圧を満たす電源が必要になる。ＬＥＤの発光特性（輝度，色度など）は電流値に大きく依存する。そこで、ＬＥＤには、オン時の電流を一定に保ちながら、オンオフを周期的に繰り返すパルス波形で駆動するＰＷＭ（パルス幅変調）が広く利用されている。この方法では、オンオフの比率（デューティ）で輝度制御できる。
【０００３】
ところで、商用電源は１００ボルト（日本の場合）の交流を用いる。したがって、商用の交流電源を用いてＬＥＤを駆動するには、ＡＣからＤＣへ変換する整流器および電圧変換する降圧器が不可欠になる。また、直流電源としては、交流電源の整流，二次電池，太陽電池などの直流の発電器などがある。それぞれの電圧が異なる場合には、電圧変換する降圧器が必要になる。入力が交流であるならば、降圧器として変圧器（トランス）が考えられる。また、半導体素子を用いて能動的に変圧する装置として、シリーズレギュレータ，スイッチングレギュレータなどがある。さらに、スイッチングレギュレータには、コンデンサを使う方式やインダクタを使う方式などがある。インダクタを使う方式では、スイッチング回路（ＭＯＳ型ＦＥＴなど）およびインダクタ（コイル）を組み合わせた回路を用いて、スイッチング回路を十分に高い周波数でオンオフして電圧を変換する。特許文献１および特許文献２では、出力側に接続する負荷をＬＥＤとするときのスイッチングレギュレータの構成を示している。
【０００４】
上記のＰＷＭ回路およびスイッチングコンバータは、いずれも電源から供給される電圧または電流のオンオフを繰り返すスイッチング回路を備えている。このスイッチング回路を利用して、ＰＷＭ回路およびスイッチングコンバータを一体化させることで、電圧変換および輝度制御を同時に実現する構成も利用されている。スイッチングコンバータの入力端に電力を供給する電源系統を接続し、出力端には負荷を接続することで、照明装置が構成される。スイッチングコンバータは電源をオンオフするスイッチング回路を備えることから、原理的にリプルを発生する。
【０００５】
リプルは他の機器に影響を与えるノイズの要因となる。リプルによるノイズが他の機器に伝達されることにより電力損失が生じる。ノイズによる他の機器に与える影響を減らすため、ノイズフィルタを用いてノイズを除去する方法，スイッチング周波数を高くする方法，スイッチング周波数をランダムに変化させる方法などが知られている。
【０００６】
リプル（ノイズ）が発生すること自体を抑える方法として、非特許文献１には多相のスイッチング信号を用いるスイッチングコンバータの構成が示されている。非特許文献１には、複数の降圧器を並列接続して、それぞれのスイッチング信号の位相をずらすことで、出力端で合計されるリプルを減少させる技術が開示されている。特に、非特許文献１には、多相のスイッチング信号を時間方向に隙間無く配置するとき、出力側で合計されるリプルが低減すると開示されている。非特許文献１では、複数の信号の位相がずれた状態をポリフェーズと呼んでいる。ポリフェーズの同意語として多相，マルチフェーズなどがある。また、リプルは信号の微小振動を意味する用語である。以下の説明では、リプルおよびノイズを断り無く混用する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２０００５３号公報
【特許文献２】特表２００８−５３７４５９号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Linear Technology、Application Note, AN77，“High Efficiency, High Density, PolyPhase Converters for High Current Applications”
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
照明装置の駆動回路として、電源系統の電圧変換をするスイッチングコンバータまたは明るさを制御するＰＷＭ回路があるが、いずれも電源をオンオフすることによりリプル（ノイズ）が発生する。
【００１０】
このような駆動回路を電源系統から見るならば、電源のオンオフを繰り返すことによるノイズの発生要因である。ノイズは、電源系統を経由または電磁波として空中を伝播して、他の機器に好ましくない影響を与える。また、不要なノイズの発生および伝達により電力損失が増える。
【００１１】
ノイズを低減する従来技術としてノイズフィルタがある。しかし、ノイズフィルタを用いた場合、ノイズとなる周波数成分をコンデンサなどの内部抵抗で消費するので電力を損失する。また、スイッチング周波数を高くすること、または、ランダムに変化させることは、ノイズの周波数成分を変える効果はあるが、ノイズの発生自体を抑える効果はない。また、スイッチング回路として広く使われているＭＯＳＦＥＴのゲート容量は大きいので、スイッチング周波数を高くした場合ゲート駆動の電力が大きくなり、消費電力が増大する。
【００１２】
非特許文献１に開示されているノイズ発生を抑える多相スイッチング技術は、出力側のみに着目しており、入力側の電源系統に伝わるノイズを考慮していない。また、安定化電源として出力端に多相のスイッチング信号を時間方向に隙間無く配置することは以下に示す理由により難しい。
【００１３】
まず、スイッチングコンバータの原理によれば、出力電圧は、インダクタの部品定数（インダクタンス）およびスイッチング信号のデューティで決まる。一方、多相のスイッチング信号を隙間無く配置することは、それぞれのスイッチング信号のデューティの合計を１（１００％）に合わせ込むことを意味する。上記が両立するようにスイッチング信号のデューティを設定することは、インダクタンスおよびデューティで決まる出力電圧に固定することを意味する。しかし、電源回路の構成要素には多くの変動要因，ばらつき，非線形特性などがある。したがって、たとえ初期状態で合わせ込みをしても、温度，寿命などの特性により出力電圧が変動する可能性がある。さらに、入力端に接続する電源系統の特性は事前に分からないことが多い。これらの特性変動によって、出力電圧（または電流）は変化する。電源を安定化させるには、帰還信号に基づいてスイッチング信号のデューティを制御する必要があり、その場合、デューティは初期設定からずれることになる。さらに、スイッチング回路の応答は十分に高速でないことがある。結局、出力端の電圧（電流）安定化および多相のスイッチング信号を時間方向に隙間無く配置することの両立は難しい。
【００１４】
上記のように、スイッチング回路を備える光源の駆動回路はノイズを発生させ、電力損失となる。照明装置は長期間の連続動作を行うことがあるので、僅かな電力損失でも累積すれば大きくなる。照明装置の効率向上の点から、ノイズ低減は重要な課題である。
【００１５】
本発明の目的は照明装置における電力損失を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の通りである。
【００１７】
（１）第一のスイッチングコンバータおよび第二のスイッチングコンバータと、前記第一のスイッチングコンバータの出力端に接続され、前記第一のスイッチングコンバータからの駆動信号により駆動される第一の光源と、前記第二のスイッチングコンバータの出力端に接続され、前記第二のスイッチングコンバータからの駆動信号により駆動される第二の光源と、第一のスイッチングコンバータの入力端および第二のスイッチングコンバータの入力端に接続された電源端子と、前記第一のスイッチングコンバータの入力端および前記第二のスイッチングコンバータの入力端と電源端子との間に配置された信号検出部と、前記信号検出部に接続されたスイッチング信号生成部と、を有し、前記第一のスイッチングコンバータの駆動により前記電源端子からの電圧が降圧され、前記第二のスイッチングコンバータの駆動により前記電源端子からの電圧が降圧され、前記第一のスイッチングコンバータおよび前記第一の光源は直列に接続され、前記第二のスイッチングコンバータおよび前記第二の光源は直列に接続され、前記第一のスイッチングコンバータおよび前記第二のスイッチングコンバータは前記電源端子に並列に接続され、前記信号検出部は前記第一のスイッチングコンバータおよび前記第二のスイッチングコンバータに供給される電力，電圧または電流のリプルを測定し、前記スイッチング信号生成部は、前記信号検出部の測定結果に基づいて前記リプルが小さくなるようにスイッチング信号を生成し、前記スイッチング信号生成部からの前記スイッチング信号の出力により前記第一のスイッチングコンバータおよび前記第二のスイッチングコンバータが駆動されることを特徴とする照明装置。
【００１８】
（２）上記（１）において、前記第一の降圧回路には第一のスイッチング部が含まれ、前記第二の降圧回路には第二のスイッチング部が含まれ、前記スイッチング信号生成部は、前記第一のスイッチング部および前記第二のスイッチング部の位相およびデューティを制御することを特徴とする照明装置。
【００１９】
（３）上記（１）において、前記信号検出部は分散を用いてリプルを測定することを特徴とする照明装置。
【００２０】
（４）上記（１）において、前記照明装置は記憶部を有し、前記記憶部は、前記信号検出部による測定結果を一時的に記憶することを特徴とする照明装置。
【００２１】
（５）上記（１）において、前記信号検出部はマイクロプロセッサによるプログラム手順に基づき前記リプルを測定することを特徴とする照明装置。
【００２２】
（６）上記（１）において、前記信号検出部と第一のスイッチングコンバータおよび第二のスイッチングコンバータとの間に第三のスイッチングコンバータが配置され、前記第三のスイッチングコンバータの駆動により前記電源端子からの電圧が降圧されることを特徴とする照明装置。
【００２３】
（７）上記（１）において、前記第一のスイッチングコンバータは、第一のスイッチン
グ部，第一のインダクタ，第一のダイオードを有し、前記第一のスイッチング部がオン時
には、前記第一のインダクタを通過する電流が徐々に増加し、前記第一のスイッチング部
がオフ時には、前記第一のインダクタを通過する電流が徐々に低下し、前記第二のスイッ
チングコンバータは、第二のスイッチング部，第二のインダクタ，第二のダイオードを有
し、前記第二のスイッチング部がオン時には、前記第二のインダクタを通過する電流が徐
々に増加し、前記第二のスイッチング部がオフ時には、前記第二のインダクタを通過する
電流が徐々に低下することを特徴とする照明装置。
【発明の効果】
【００２４】
本発明により、光源照明装置における電力損失を抑制できる。上記した以外の課題，構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施例の照明装置の構成を示す図。
【図２】光源の接続例を示す図。
【図３】スイッチングコンバータの構成例を示す図。
【図４】本発明の一実施例の構成を示す図。
【図５（１）】本発明の一実施例の動作を示す図。
【図５（２）】本発明の一実施例の動作を示す図。
【図５（３）】本発明の一実施例の動作を示す図。
【図６】リプル値の特性を示す図。
【図７】本発明の一実施例の効果を示す図。
【図８】本発明の一実施例の効果を示す図。
【図９】本発明の一実施例の構成を示す図。
【図１０】本発明の一実施例の広域照明の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の実施例は本願発明の内容の具体例を示すものであり、本願発明がこれらの実施例に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、実施例を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【実施例１】
【００２７】
図１に照明装置の基本構成例を示す。ここで照明装置１０は電源端子１００，スイッチングコンバータ１０１および光源１０３で構成される。光源１０３にはＬＥＤ（発光ダイオード），ＯＬＥＤ（有機ＬＥＤ）などを利用できる。スイッチングコンバータ１０１は、電源系統をオンオフして得られるパルスを駆動信号１０２として出力して、光源１０３を駆動する。ここで、電力系統は屋外からの引込み線，屋内の電源配線，分電盤、またはコンセントなどの設備を指す。スイッチングコンバータ１０１の入力端を電源端子１００に接続し、電源端子１００は電源系統に接続される。電源系統として商用電源と呼ばれる１００ボルトの交流または４８ボルトの直流などが利用される。電源系統が交流であれば整流器を用いて直流に変換してから利用し、直流であればそのまま利用する。
【００２８】
光源１０３の発光の明るさは、駆動信号１０２の電圧，電流，波形などで決める。電圧と電流とは非線形の依存関係にあるので、駆動信号１０２をオンオフの２値信号として、デューティ（周期とオン時間との比率）で明るさを決める。
【００２９】
照明装置１０には、ちらつきが感じられない十分な明るさが求められる。人間の視覚特性として感知できる明るさの時間的変化は１００Ｈｚ程度であることが知られている。したがって、照明装置１０として１０００Ｈｚまでの周波数成分を安定化すれば、ちらつきを防止できる。例えば、スイッチングコンバータ１０１のスイッチング周波数を１００ｋＨｚ、ＰＷＭ周期を１ｋＨｚとすれば、ＰＷＭ周期のなかに１００個（＝１００ｋＨｚ／１ｋＨｚ）のスイッチング周波数を含むことになる。この１００個のスイッチング周波数に同期してオンとオフを行えば、最小０から最大１００までのパルスを出力できる。この出力で光源１０３を駆動すれば、明るさを０から１００まで変化させることができる。
【００３０】
照明装置１０の効率は、消費電力（例えばワットＷ）と発光輝度（例えば全光束ｌｕｍ）との比率（例えばｌｕｍ／Ｗ）で計算される。光源１０３の発光効率と、スイッチングコンバータ１０１の変換効率との組み合わせで照明装置１０の効率が決まる。降圧回路としてスイッチングコンバータ１０１を用いる場合、スイッチングコンバータ１０１のスイッチングによるリプル（ノイズ）が発生して、スイッチングコンバータ１０１の入力側およびスイッチングコンバータ１０１の出力側へ伝わる。一般に、スイッチングコンバータ１０１を安定化電源として利用する場合は出力の安定性が重要なので、リプル（ノイズ）を除去するためにフィルタ回路が使われる。
【００３１】
それに対して、本実施例ではスイッチングコンバータ１０１の出力端に光源１０３を接続する。スイッチングコンバータ１０１の周波数が視覚的に感知されなければ、リプルを除去する必要はないので、スイッチングコンバータ１０１の出力端にある光源１０３には平均的な明るさが反映される。
【００３２】
このように、スイッチングコンバータ１０１の出力端のリプルを許容することでフィルタ回路が不要になり、回路構成の自由度が増える。本実施例ではスイッチングコンバータ１０１の入力端のリプルの発生を抑えるように回路を構成する。
【００３３】
図２に、光源１０３としてＬＥＤを用いた回路構成を説明する。ＬＥＤは一般のダイオードと同様に電圧と電流とに非線形特性な関係を持つので、スイッチングコンバータ１０１と組み合わせて利用する。照明装置として白色光を出すには、ＬＥＤとして赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤを用いる場合、青色ＬＥＤにＹＡＧ蛍光体を用いる場合などが挙げられる。特定の色を出すには、上記のＬＥＤを個別に光源１０３として用いればよい。白色ＬＥＤの場合、電流が流れ始める順方向電圧はおよそ３ボルト以上４ボルト以下である。照明装置１０として１個のＬＥＤでは光量が不足するとき、複数個のＬＥＤを直列または並列に組み合わせて明るさを確保する。ＬＥＤの組み合わせによって電源の供給方法が変わってくる。例えば、３０個の白色ＬＥＤを直列接続すれば、順方向電圧の合計は１００ボルト近くになるので、商用電源を整流するだけで電圧を変換する必要がない。この方法では、電源電圧＝順方向電圧×ＬＥＤ個数、の関係を満たすように回路を作ることから、ＬＥＤの個数が限定される。したがって、求められる明るさをＬＥＤの個数で調整するのが困難になる。また、一つの故障が全体動作を遮断し、故障個所に高い電圧が掛かることがある。
【００３４】
一方、ＬＥＤを並列接続（直列および並列を混在させてもよい）する構成について考える。まず、１個または複数個のＬＥＤを直列接続した単体のＬＥＤ回路を作る。そして、そのＬＥＤ回路を並列接続して光源１０３とする。この場合、ＬＥＤの個数で明るさを容易に調整できる。また、ＬＥＤの一つが故障しても、その故障したＬＥＤを含まない別のＬＥＤ回路は発光を続けられる。しかし、ＬＥＤの個数に応じて供給する電圧を変換しなければならない。例えば、明るさを確保するために３０個のＬＥＤを使うとして、１０個のＬＥＤを直列接続するＬＥＤ回路を３並列にするならば、順方向電圧の合計は３０ボルト程度になる。この場合、商用電源（１００ボルト）を利用するならば、電圧変換するスイッチングコンバータ１０１が必要になる。ＬＥＤ回路に流れる電流を安定にするには、光源１０３の全体に１個のスイッチングコンバータ１０１を備えるのではなく、それぞれのＬＥＤ回路に直列にスイッチングコンバータ１０１を備える方がよい。
【００３５】
ＬＥＤ回路を並列接続するとき、輝度制御は複数個のＬＥＤを組み合わせて輝度を制御する。個々のスイッチング周波数を１００ｋＨｚ、ＰＷＭ周波数を１ｋＨｚとした場合、輝度の段数は１００となる。それぞれのＬＥＤ回路の輝度の組み合わせにより光源１０３全体の輝度の段数が決まる。
【００３６】
本実施例では、明るさ調整や故障対策などの観点から、照明装置１０として、光源１０３（上記例ではＬＥＤ回路）を並列に接続した方が望ましい。このようにＬＥＤ回路を並列に接続するとき、個々のＬＥＤ回路の電圧および電流を安定にするため、個々のＬＥＤ回路にスイッチングコンバータ１０１を備える。これは、スイッチングコンバータ１０１の入力側の電源端子１００から見れば、複数のスイッチングコンバータ１０１が負荷として光源１０３に接続されていることになる。したがって、スイッチングコンバータ１０１において発生するリプル（ノイズ）は低い方が望ましい。
【００３７】
図３は、スイッチングレギュレータ方式によるスイッチングコンバータ１０１の基本構成を示す図である。スイッチングコンバータ１０１は、スイッチング信号生成部１０４，スイッチング部１０６，インダクタ１０７および還流用のダイオード１０８を備える。スイッチング信号１０５を用いてスイッチング部１０６を駆動することで電源端子１００からの電圧が降圧される。このスイッチングコンバータ１０１がスイッチング信号１０５に同期することにより、電流の変化（電流リプル）が発生する。
【００３８】
スイッチング部１０６がオンのとき、電源端子１００からの入力電流はインダクタ１０７を流れる。このとき、ダイオード１０８には電圧が逆向きにかかるので電流は流れない。
【００３９】
次に、スイッチング部１０６がオフのとき、電源端子１００からの入力電流はなくなるが、インダクタ１０７にある磁場は徐々に減少していき、電流が流れようとする。このとき、ダイオード１０８が、インダクタ１０７で発生する電流の通り道となる。
【００４０】
つまり、スイッチング部１０６がオンのときは、電源端子１００からの入力電流が出力電流となり、スイッチング部１０６がオフのときは、インダクタ１０７が発電する電流が出力電流となり、途切れることなく電流が出力される。スイッチングコンバータ１０１の出力側の駆動信号１０２に現れるスイッチング周期内の電流の上昇分ΔＩｏｎおよび下降分ΔＩｏｆｆは次式で表される。ここで、Ｖｉは入力電圧、Ｖｏは出力電圧、Ｔｏｎはオン時間、Ｔｏｆｆはオフ時間、Ｌはインダクタンスである。定常状態において、出力電圧Ｖｏはオン時間およびオフ時間（デューティ）で決まる。リプルの周波数成分は、スイッチング信号１０５の周波数およびデューティに依存する。スイッチングコンバータ１０１の出力側の負荷が光源１０３であるとき、スイッチング周波数が十分に高ければ、リプルによる明るさの変化は視覚的に感知されにくい。一方、スイッチングコンバータ１０１の入力側の電源端子１００には、スイッチングコンバータのスイッチング周波数に同期したリプルが伝わることになる。
【００４１】
【数１】
0005506561.tif 000002
【００４２】
【数２】
0005506561.tif 000003
【００４３】
【数３】
0005506561.tif 000004
【００４４】
スイッチングコンバータ１０１の回路定数（インダクタンスなど）は使用部品で決まるので、スイッチング信号１０５で動作を制御する。定常状態では、電流リプルの上昇分と電流リプルの下降分とが同値となり、スイッチング信号１０５のデューティに基づいて出力電流は安定する。例えば、デューティ５０％の安定状態では、電流リプルの上昇分と電流リプルの下降分が同値となり、出力電圧は入力電圧の２分の１になる。一方、初期状態から定常状態に至るまでの非定常状態では、電流リプルの上昇分は電流リプルの下降分と異なる。
【００４５】
初期状態において出力電流がＩａであれば、電流リプルの上昇分が電流リプルの下降分より大きくなり、スイッチング周期毎に徐々に出力電流が累積し、出力電圧が増加する。さらに出力電流が増加すれば、出力電圧が増加して、電流リプルの上昇分よりも電流リプルの下降分が大きくなる。上記の繰り返しにより、初期状態から定常状態へ徐々に移行して出力電流はＩｂで安定する。
【００４６】
複数のスイッチング周期の間隔でスイッチング信号１０５をオンオフするとき、初期状態から定常状態への移行と、定常状態から停止状態への移行を繰り返すことになる。ここで、停止とは何の動作もしていないことを指す。この移行の繰り返しは、例えば前記したＰＷＭ周期のオンオフ動作に当てはまる。したがって、スイッチングコンバータ１０１とＰＷＭとを組み合わせた出力信号の波形は振幅変調された２値レベルのパルス系列になる。出力信号の振幅は移行時間の設定で変化する。ＰＷＭのデューティのみならず、ＰＷＭ周期（オンオフ時間）で平均的な出力を制御できる。
【００４７】
図４は、本実施例の照明装置１０の構成例を示す。照明装置１０は、スイッチングコンバータ１０１，スイッチングコンバータ１０１の出力端に接続された光源１０３，電源端子１００とスイッチングコンバータ１０１との間に置かれた信号検出部２００および信号検出部２００の検出信号に基づいてスイッチング部１０６のスイッチング信号１０５を生成するスイッチング信号生成部１０４、を備える。スイッチング信号生成部１０４は信号検出部２００に接続されている。複数個のスイッチングコンバータ１０１を電源端子１００に並列接続する。信号検出部２００は電源端子１００から複数のスイッチングコンバータ１０１に供給される電力，電圧，電流等を測定する。スイッチング信号生成部１０４は信号検出部２００の検出結果に基づいてスイッチング信号１０５を生成する。
【００４８】
ここで、二つのスイッチングコンバータ１０１が並列接続され、それぞれのスイッチング信号１０５の位相が１８０度ずれているとする。それぞれのスイッチングコンバータ１０１はスイッチング信号１０５に同期して電圧変換を行い、それぞれのスイッチングコンバータ１０１の出力端に接続された光源１０３を駆動する。一方、電源端子１００にはそれぞれのスイッチングコンバータ１０１の入力端が共通に接続され、電源端子１００から電力供給をうける。
【００４９】
それぞれのスイッチングコンバータ１０１の出力端において、スイッチング動作により発生するリプルはそれぞれの光源１０３の明るさに変換される。一方、それぞれのスイッチングコンバータ１０１の入力端では、両者のリプルが加算される。もしも、入力端のリプルがスイッチング信号１０５と同じ波形ならば、入力端のリプルが最小（小さく）になる（（小さく）なる）ようにスイッチング信号１０５のデューティを設定すれば良い。原理的には、一方のスイッチング信号１０５の位相に対して他方のスイッチング信号１０５の位相を１８０度ずらし、それぞれのスイッチング信号１０５を５０％デューティとすれば、それぞれのスイッチングコンバータ１０１において電源がオンオフするタイミングは補完しあうので、リプルはキャンセルされるはずである。しかし、現実の回路構成では、リプルは２値信号ではなくアナログ的に歪んだ波形になるので、位相が１８０度ずれた５０％デューティの二つのスイッチング信号１０５がリプルを最小にできるとは限らない。
【００５０】
そこで、スイッチングコンバータ１０１の入力端にある電源端子１００とスイッチングコンバータ１０１との接続点に、リプルを検出する信号検出部２００を配置する。信号検出部２００が検出する信号は電力，電圧，電流などである。そして、信号検出部２００が検出した検出信号からリプルの大きさを算出して、リプル値としてそれぞれのスイッチング信号生成部１０４に出力する。そして、信号検出結果に基づいて、入力端のリプルが最小になるようにスイッチング信号生成部１０４がスイッチング信号１０５を生成する。
【００５１】
スイッチング信号生成部１０４は、それぞれのスイッチングコンバータ１０１の周波数，位相およびデューティを制御する。ただし、周波数の制御は必ずしも必要ないので、以下では位相およびデューティの制御を前提として説明する。
【００５２】
信号変動を定量化する方法には幾つかの手法があるが、本実施例ではリプルの定量化方法として分散または絶対値の総和を利用する。一定期間内のサンプル点について（信号値−平均値）の二乗を累積することで分散が求められる。分散（縦軸）が凹曲線になるようにパラメータ（横軸）で調整することで、リプルが最小になるパラメータを見つけることができる。
【００５３】
また、信号の振幅値を累積するために、信号の絶対値の総和を利用しても良い。一定期間内のサンプル点を対象にするΣ｜信号値−平均値｜で総和が求められる。記号｜｜は絶対値を算出する演算子とする。絶対値の総和を用いた場合でも、リプルが最小になるパラメータを見つけることができる。分散は二乗するための回路（たとえば乗算回路）が必要になるが、理論的な解析に適した特性を持つ。絶対値は四則演算を用いないので理論的な解析に適さないが、演算回路により符号を変えるだけで絶対値が求まるので簡単になる。
【００５４】
本実施例では、デユーティをパラメータとして、スイッチングコンバータ１０１の入力端で検出される信号の分散を算出する。そして、分散（すなわちリプル）を最小になるようにデユーティを求める。数学的な原理に基づいてリプルの最小値が算出されているが、本実施例では実用的な分解能の誤差を持つことを許容する。時間的に変化する信号の分散を算出する上記の一定期間の範囲をスイッチング周期またはスイッチング周期の倍数とすることで、リプルの変化を繰り返し検出できる。
【００５５】
図５を用いて、スイッチングコンバータ１０１の入力端のリプル動作について説明する。図５（１）に示すような１回路構成の場合、周期的にオンオフするスイッチング信号１０５を用意して、電源から供給する電流をスイッチング部１０６でオンオフする。これにより、オン時にはインダクタ１０７を通過する電流が徐々に増加し、オフ時には徐々に低下する。つまり、電源系統から入力される電流（オン時にインダクタ１０７を流れる電流）が徐々に増加する三角波となる。しかし、実際の回路はアナログ的な動作をすることから、電源系統から入力する電流は歪みを持った波形となる。そして、スイッチング周期に同期した電流波形の繰り返しがリプルとなる。
【００５６】
本実施例では、図５（２）または図５（３）に示すように、複数のスイッチングコンバータ１０１の位相をずらして動作させる。このとき、出力波形および電源系統から入力する電流波形は位相がずれて重なり合うことになる。原理的には、２回路の場合、二つのスイッチングコンバータ１０１の位相を１８０度ずらしたデューティ５０％の２値信号であれば、各回路が入力または出力する２値信号は、時間的な隙間を小さくし重なり合うのでリプルは抑制される。また、３回路の場合、三つのスイッチングコンバータ１０１の位相を１２０度ずらしたデューティ３３.３％の２値信号であれば、各回路が入力または出力する２値信号は、時間的な隙間を小さくし重なり合うことでリプルは抑制される。しかし、現実の回路は前記したような歪みを作るので、事前にリプルを抑制にするまたは最初にする条件が分からない。そこで、複数のスイッチングコンバータ１０１の電流波形を総和した入力電流波形（リプル）を、電源および複数のスイッチングコンバータ１０１の接続点で測定する。
【００５７】
図６に、リプルとデューティとの関係を示す。ここでは簡単のため、複数のスイッチングコンバータ１０１のデューティ値を共通とする。これにより、それぞれのデューティ値を独立して設定する場合に比べて設定回路を多数用意する必要はなく、回路を小さく簡単にできる。また、複数のスイッチングコンバータ１０１のデューティを別々に設定しても良い。複数のスイッチングコンバータ１０１の部品定数が異なり、デューティとリプル波形との関係が一定でない場合、複数のスイッチングコンバータ１０１のデューティを別々に設定することが有効である。
【００５８】
リプルを分散として算出して縦軸におき、デューティを横軸にとれば、両者の関係は最小値を持つ凹曲線で表される。つまり、位相が１８０度ずれた２組の２値信号のデューティを０から１００％に振ったとき、デューティが０％および１００％のときリプル（分散）が最大となり、デューティが５０％のとき最小（この例では０）になる。リプルの最小点からデューティを大小のどちらに動かしてもリプルは大きくなる。初期時にはリプルが最小になるデューティは不明である。したがって、スイッチング信号１０５のデューティを微小に変化させたときのリプルの大きさの変化から、探索型の手順（数学の分野で使われる繰り返し探索の手法に相当）を利用して、リプルの最小点を見つけることができる。リプル値の算出方法およびリプルの最小点の見つけ方は一意ではないので、手順の途中で適宜切り替えても良い。本実施例は、リプルの最小点を見つける手順を備えて、リプル値が最小となるようにデューティをスイッチング信号生成部１０４に伝達し、スイッチング部１０６を駆動する。こうして、構成部品の変動，ばらつき，非線形特性，温度，寿命などによる特性変化があっても、リプル低減の効果が安定して得られる。また、電源系統を経由して、他の機器へ伝わるノイズを減らせる。
【００５９】
なお、周知のように、数値計算で得られる結果には誤差が含まれる。例えば、ニュートン・ラプソン法などの数値計算で誤差を小さく抑えるためには、繰り返し演算の変数のステップ幅を小さくする、または、繰り返し回数を多くする、などの手法が取り入れられる。一方、これらの手法は計算の負荷（言い換えれば計算時間）を増大させる。したがって、数値計算の実用的な使い方として、繰り返し回数などの適宜な条件を設定しておき、条件が満たされた時点で計算を中断することが多い。上記で述べたリプルの最小点の探索の結果にも、数値計算による誤差がある。さらに、デジタル信号処理においては、量子化誤差や時間的な離散化による誤差などが存在する。本実施例における最小とは、誤差による数値の幅があることを許容するものである。
【００６０】
複数のスイッチングコンバータ１０１の位相をずらして巡回的に動作させることは、スイッチング信号１０５の生成を巡回的に行うことを意味する。リプルの検出結果をスイッチング信号１０５の生成に反映するまでには、一巡の待ち時間がある。例えば、二つのスイッチングコンバータ１０１を交互に動作させてリプル低減するときにはスイッチング信号１０５は交互に生成される。つまり、一方のスイッチングコンバータ１０１は他方のスイッチングコンバータ１０１の動作を待つことになる。三つのスイッチングコンバータ１０１を組み合わせた場合、自分の順番に戻るまでに二つのスイッチングコンバータ１０１の動作を待つことになる。スイッチングコンバータ１０１の個数が増えるほど、スイッチングコンバータ１０１の待ち時間が増える。
【００６１】
そこで、本実施例では、リプルを検出してからスイッチング信号１０５を生成するまでの期間、リプルの検出結果を一時的に記憶する記憶部（メモリまたはレジスタ）を備える。これらのリプル検出，検出結果の一時記憶，読み出し，スイッチング信号１０５の生成などの手順は、何らかのクロックに基づいて実行される。また、リプル検出信号の移動平均の算出を行うため、移動平均値を算出する一定期間の信号を記憶する回路を備えても良い。一定期間の時間窓を移動しながら、その期間に含まれる信号の平均値を出力することにより移動平均が求められる。これにより、リプル検出信号で発生するノイズを抑制できる。
【００６２】
図７（１）および図７（２）にリプル低減の効果を半導体シミュレータ（ＳＰＩＣＥ）で計算した一例を示す。図７（１）に、本実施例に基づき、二つのスイッチングコンバータ１０１を並列にして、入力側の電源端子１００に共通に接続して動作させたときの入力電流の波形を示す。図７（２）に、単一のスイッチングコンバータ１０１で同等の入力電流が流れるように動作させたときの入力電流の波形を示す。縦軸は電流（ｍＡ）、横軸は時間（ｍｓ）を示す。
【００６３】
図７（１）および図７（２）には、３種のデュティー（５０％，６０％，７２％）について３本の波形をプロットしてある。単位の％は、周期期間のうち入力電流が流れる時間の割合を示す。０％であればオフ状態、１００％であればオン状態を意味する。図中の波形は、時間０の初期状態からスイッチング動作の繰り返しによる安定状態へ移行して様子を示している。図中の波形はスイッチング信号１０５のデューティで変化して、リプルの振幅が変化することが見て取れる。
【００６４】
図７（１）および図７（２）からわかるように、図７（１）のリプル振幅は図７（２）のリプル振幅の約半分になっている。しかし、リプル振幅を小さくするための条件を設計段階において事前に確定することは難しい。実用的な回路の波形形状はデューティ設定値や部品特性のばらつきなどで変化するためである。
【００６５】
図８（１）および図８（２）は、上記と同じ条件でシミュレーションした二つの構成の入力電流波形の周波数成分を示している。横軸が周波数（Ｈｚ）、縦軸が周波数成分の大きさ（デシベルｄＢ）であり、下側のプロットほど周波数成分が小さい。
【００６６】
図８（１）は二つのスイッチングコンバータ１０１で動作した場合である。図８（２）は一つのスイッチングコンバータ１０１で動作した場合である。ノイズとなる周波数成分の大きさを１０００Ｈｚとした場合、図８（１）の方が、図８（２）よりも下側にプロットされている。つまり、図８（１）の方が図８（２）に比べてノイズを低減できる。
【実施例２】
【００６７】
他の実施例について詳細に説明する。信号検出部２００を用いて電圧を検出するには、グランドと検出点との電位差を測定する。信号検出部２００を用いて電流を検出するには、信号回路に入れた抵抗の両端電圧を測定し、電圧値を抵抗値で割り算する。信号検出部２００を用いて電力を検出するには、上記の電圧および電流の測定を行った結果を掛け合わせて算出する。
【００６８】
これらの信号はＡＤ変換器を用いてデジタルデータに変換して、リプルの算出に使うことができる。リプルを分散として算出する場合は、スイッチング周期などの時間範囲に渡る測定データを利用する。この演算は、ハード回路で作れる。また、マイクロプロセッサを用いて、ソフトウェアで記述した手順で上記演算を実行することができる。
【００６９】
ＡＤ変換器を内蔵するマイクロプロセッサであれば、電圧または電流を容易に測定できる。また、マイクロプロセッサのソフトウェアでリプルの検出結果を用いたスイッチング信号１０５を生成しても良い。手順をソフトウェアで記述してデジタル的に動作させることにより、アナログ的な変動要因を排除できる。また、動作特性の修正，アップデートなどをソフトの書き換えだけで実現できるので、実装済みの回路の保守管理が容易になる。
【００７０】
また、ＡＤ変換器は各種のセンサとの接続が容易であるから、例えば、輝度センサと組み合わせて、外部環境の明るさや自らの発光量などを測定して、その結果に基づいてスイッチングコンバータ１０１の動作を決めることもできる。
【実施例３】
【００７１】
他の実施例について詳細に説明する。図９は、スイッチングコンバータ１０１を階層的に接続する構成例を示している。スイッチングコンバータ１０１への入力は商用電源の交流１００ボルトとする。
【００７２】
まず、整流回路で直流に変換するが、入力電圧は高いので、第一段階および第二段階で降圧を繰り返してから負荷を駆動する。言い換えれば、スイッチングコンバータ１０１を分岐状（図８中の例は２分岐）に接続する。この場合、並列に接続された二つのスイッチングコンバータ（第一のスイッチングコンバータ２０１，第二のスイッチングコンバータ２０２とする）と信号検出部２００との間に別のスイッチングコンバータ（第三のスイッチングコンバータ２０３とする）が接続される。第三のスイッチングコンバータ２０３の駆動により電源端子１００からの電圧が降圧される。
【００７３】
電源系統と同じ電圧を扱うのは第三のスイッチングコンバータ２０３による第一段階のみで、第一のスイッチングコンバータ２０１および第二のスイッチングコンバータ２０２による第二段階の構成部品の耐圧は低くて良い。たとえば、スイッチング部１０６をＦＥＴトランジスタで作るとき、耐圧が下がることにより、ＦＥＴトランジスタの部品特性の選択の幅が広がると共にコストを低下できる。同様に、耐圧が下がることにより、部品寿命が延びることが期待できるので、保守管理のコストを低減できる。
【実施例４】
【００７４】
図１０は、多数の照明装置を配線する構成例を示す。単一の照明装置３０３では明るさおよび照射面積が不足するとき、多数の照明装置３０３を組み合わせて広域照明エリア３０１とし、明るさを確保する。ここで、電源端子１００と多数の照明装置３０３とを接続するとき、スイッチングコンバータ，光源および配線の組み合わせには以下の様な幾つかの方法がある。
【００７５】
方式１：入力する交流高圧電源を整流および降圧してから、各照明装置３０３まで配線して、光源１０３を駆動する。
【００７６】
方式２：入力する交流高圧電源を、各照明装置３０３まで配線して、各照明装置３０３において整流および降圧を行い、光源１０３を駆動する。
【００７７】
方式３：入力する交流高圧電源を、整流および降圧（第一の降圧）してから、各照明装置３０３まで配線して、各照明装置３０３において降圧（第二の降圧）を行い、光源１０３を駆動する。
【００７８】
方式３では、電源系統からの電圧および光源１０３の駆動電圧とは異なる中間電圧を生成してから、複数の照明装置３０３への配線を行う。例えば、電源系統の１００ボルト交流を第一のスイッチングコンバータ３０２に入力して、整流および第一の降圧により４８ボルト直流の中間電圧に変換する。次に、この中間電圧を複数の照明装置３０３へ配線し、各照明装置３０３において４８ボルト直流を第二の降圧によりＬＥＤ照明に適した電圧に変換してＬＥＤを発光させる。複数の照明装置３０３にはそれぞれ第二のスイッチングコンバータ３０４および光源１０３が備えられている。各照明装置３０３は、中間電圧の配線のリプルを抑えるように動作する。
【００７９】
方式３の構成では、高圧電源の代わりに低圧の直流で配線することで安全性を高められ、電磁ノイズの発生を抑えることができる。また、各照明装置に配置するスイッチングコンバータ３０４への入力電圧が低くなるので、耐圧の低い部品で回路を構成すれば良く、発生するノイズを低く抑えることができる。
【００８０】
ところで、これらの照明装置を電源配線で接続された装置群と捉えるならば、それぞれの照明装置の動作を制御できることが望ましい。照明装置を制御するために制御信号を伝達する信号線を配線しても良いが、別の解決策として電源配線系統に何らかの制御信号を重畳させる方法がある。本発明の構成により電源系統のリプル（ノイズ）を抑えることができるので、重畳させる制御信号の誤り率を減らせる。前記の例では、中間電圧の配線系のリプルを抑えることで、複数の照明装置に伝達する制御信号を容易に重畳させることができる。
【符号の説明】
【００８１】
１０，３０３  照明装置
１００  電源端子
１０１  スイッチングコンバータ
１０２  駆動信号
１０３  光源
１０４  スイッチング信号生成部
１０５  スイッチング信号
１０６  スイッチング部
１０７  インダクタ
１０８  ダイオード
２００  信号検出部
２０１，３０２  第一のスイッチングコンバータ
２０２，３０４  第二のスイッチングコンバータ
２０３  第三のスイッチングコンバータ
３０１  広域照明エリア
【図１】
0005506561.tif 000005
【図２】
0005506561.tif 000006
【図３】
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【図４】
0005506561.tif 000008
【図５（１）】
0005506561.tif 000009
【図５（２）】
0005506561.tif 000010
【図５（３）】
0005506561.tif 000011
【図６】
0005506561.tif 000012
【図７】
0005506561.tif 000013
【図８】
0005506561.tif 000014
【図９】
0005506561.tif 000015
【図１０】
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