(57)【要約】【課題】固体発光素子の接続異常による不具合の発生を抑制しつつ回路構成の簡略化及びコストダウンを図る。【解決手段】スイッチング素子Q1のオフ期間Toffが所定の上限値Toff(max)を超えた場合に、制御回路２がスイッチング電源回路１の出力を抑制する。そのため、従来例とは異なり、制御回路２の他に、出力端子３と光源６の接続状態の異常(光源６の故障(異常)を含む。)を検出する回路が不要となるので、固体発光素子の接続異常による不具合の発生を抑制しつつ回路構成の簡略化及びコストダウンを図ることができる。【選択図】        図１
2014057501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力端子間に固体発光素子が接続されるスイッチング電源回路と、前記スイッチング電源回路を構成するスイッチング素子をスイッチング制御する制御回路とを備え、前記スイッチング電源回路は、前記スイッチング素子とインダクタの直列回路と、前記スイッチング素子がオフしたときに前記インダクタから回生電流を流す回生素子とを有し、前記制御回路は、前記スイッチング素子又は前記インダクタに流れる電流が所定のピーク値に達したら前記スイッチング素子をオフし、且つ前記回生電流が所定のしきい値以下となったら前記スイッチング素子をオンするものであって、前記制御回路は、前記スイッチング素子のオン期間又はオフ期間若しくは前記オン期間と前記オフ期間を合わせたスイッチング周期が所定の上限値を超えた場合に前記スイッチング電源回路の出力を抑制することを特徴とする固体発光素子駆動装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記オン期間が前記上限値を超えるまでに前記スイッチング素子又は前記インダクタに流れる電流が前記ピーク値に達していない場合に前記スイッチング電源回路の出力を抑制することを特徴とする請求項１記載の固体発光素子駆動装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記オフ期間又は前記周期の少なくとも何れか一方が所定の範囲から外れている場合においては、前記オン期間が前記上限値を超えるまでに前記スイッチング素子又は前記インダクタに流れる電流が前記ピーク値に達していなくても前記スイッチング電源回路の出力を抑制しないことを特徴とする請求項２記載の固体発光素子駆動装置。
【請求項４】
前記制御回路は、前記オフ期間又は前記周期が前記上限値を超えるまでに前記回生電流が前記しきい値に達していない場合に前記スイッチング電源回路の出力を抑制することを特徴とする請求項１記載の固体発光素子駆動装置。
【請求項５】
ＰＷＭ(パルス幅変調)信号を生成するタイマを備え、前記タイマで生成される前記ＰＷＭ信号と前記スイッチング素子の駆動信号とが同期していることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の固体発光素子駆動装置。
【請求項６】
前記制御回路は、タイマを内蔵したマイクロコンピュータからなり、前記タイマで前記ＰＷＭ信号を生成することを特徴とする請求項５記載の固体発光素子駆動装置。
【請求項７】
前記制御回路は、前記タイマの出力をカウントすることによって前記オン期間又は前記オフ期間若しくは前記周期の経時的な変動を監視し、前記変動が所定値を超えた場合に前記スイッチング電源回路の出力を抑制することを特徴とする請求項６記載の固体発光素子駆動装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかの固体発光素子駆動装置と、前記固体発光素子駆動装置によって駆動される固体発光素子とを備えることを特徴とする照明装置。
【請求項９】
請求項１〜８の何れかの固体発光素子駆動装置と、前記固体発光素子駆動装置によって駆動される固体発光素子と、前記固体発光素子駆動装置及び前記固体発光素子を保持する器具本体とを備えることを特徴とする照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードや有機エレクトロルミネセンス(ＥＬ)素子などの固体発光素子を駆動して発光させる固体発光素子駆動装置、及びその駆動装置を用いる照明装置、照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の固体発光素子駆動装置として、例えば、特許文献１に記載されている電源装置がある。この従来例は、出力段に平滑コンデンサを有するスイッチング電源回路(スイッチングレギュレータ)と、平滑コンデンサの両端に負荷であるＬＥＤモジュールを着脱可能に接続するコネクタとを有している。そして、コネクタによりＬＥＤモジュールが取り外されると、平滑コンデンサもスイッチング電源回路から切り離されるため、過大な電圧(無負荷電圧)が平滑コンデンサの両端に印加されることが回避できる。
【０００３】
しかしながら、特許文献１記載の従来例において、コネクタによる接続が不完全な状態(いわゆるルーズコンタクトの状態)であると、平滑コンデンサがスイッチング電源回路から完全には切り離されないために過大な電圧が印加されてしまう虞がある。そして、ルーズコンタクトの状態から完全な接続状態に移行した場合、定常時よりも上昇している平滑コンデンサの両端電圧がＬＥＤモジュールの点灯電圧まで一気にクランプされるため、ＬＥＤモジュールに過電流が流れてしまう。
【０００４】
そこで、このような不具合を解決するため、固体発光素子駆動装置から出力される電圧又は電流を監視することで無負荷やルーズコンタクトなどの接続異常を検出する異常検出回路を備えたものが提案されている。そして、異常検出回路が接続異常を検出した場合、出力電圧及び出力電流を抑制することで固体発光素子の破損などの不具合の発生を回避することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２６３７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記後者の従来例では、スイッチング素子をスイッチング制御する回路(制御回路)とは別に異常検出回路が必要となるため、回路構成が複雑になり、コストも上昇するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、固体発光素子の接続異常による不具合の発生を抑制しつつ回路構成の簡略化及びコストダウンを図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の固体発光素子駆動装置は、出力端子間に固体発光素子が接続されるスイッチング電源回路と、前記スイッチング電源回路を構成するスイッチング素子をスイッチング制御する制御回路とを備え、前記スイッチング電源回路は、前記スイッチング素子とインダクタの直列回路と、前記スイッチング素子がオフしたときに前記インダクタから回生電流を流す回生素子とを有し、前記制御回路は、前記スイッチング素子又は前記インダクタに流れる電流が所定のピーク値に達したら前記スイッチング素子をオフし、且つ前記回生電流が所定のしきい値以下となったら前記スイッチング素子をオンするものであって、前記制御回路は、前記スイッチング素子のオン期間又はオフ期間若しくは前記オン期間と前記オフ期間を合わせたスイッチング周期が所定の上限値を超えた場合に前記スイッチング電源回路の出力を抑制することを特徴とする。
【０００９】
この固体発光素子駆動装置において、前記制御回路は、前記オン期間が前記上限値を超えるまでに前記スイッチング素子又は前記インダクタに流れる電流が前記ピーク値に達していない場合に前記スイッチング電源回路の出力を抑制することが好ましい。
【００１０】
この固体発光素子駆動装置において、前記制御回路は、前記オフ期間又は前記周期の少なくとも何れか一方が所定の範囲から外れている場合においては、前記オン期間が前記上限値を超えるまでに前記スイッチング素子又は前記インダクタに流れる電流が前記ピーク値に達していなくても前記スイッチング電源回路の出力を抑制しないことが好ましい。
【００１１】
この固体発光素子駆動装置において、前記制御回路は、前記オフ期間又は前記周期が前記上限値を超えるまでに前記回生電流が前記しきい値に達していない場合に前記スイッチング電源回路の出力を抑制することが好ましい。
【００１２】
この固体発光素子駆動装置において、ＰＷＭ(パルス幅変調)信号を生成するタイマを備え、前記タイマで生成される前記ＰＷＭ信号と前記スイッチング素子の駆動信号とが同期していることが好ましい。
【００１３】
この固体発光素子駆動装置において、前記制御回路は、タイマを内蔵したマイクロコンピュータからなり、前記タイマで前記ＰＷＭ信号を生成することが好ましい。
【００１４】
この固体発光素子駆動装置において、前記制御回路は、前記タイマの出力をカウントすることによって前記オン期間又は前記オフ期間若しくは前記周期の経時的な変動を監視し、前記変動が所定値を超えた場合に前記スイッチング電源回路の出力を抑制することが好ましい。
【００１５】
本発明の照明装置は、前記何れかの固体発光素子駆動装置と、前記固体発光素子駆動装置によって駆動される固体発光素子とを備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の照明器具は、前記何れかの固体発光素子駆動装置と、前記固体発光素子駆動装置によって駆動される固体発光素子と、前記固体発光素子駆動装置及び前記固体発光素子を保持する器具本体とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の固体発光素子駆動装置及び照明装置、照明器具は、固体発光素子の接続異常による不具合の発生を抑制しつつ回路構成の簡略化及びコストダウンを図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る固体発光素子駆動装置(ＬＥＤ駆動装置)及び照明装置の実施形態１を示す回路構成図である。
【図２】同上の回路図である。
【図３】同上の動作説明用のタイムチャートである。
【図４】本発明に係る固体発光素子駆動装置(ＬＥＤ駆動装置)及び照明装置の実施形態２の動作説明用のタイムチャートである。
【図５】同上の動作説明用の説明図である。
【図６】同上の動作説明用のタイムチャートである。
【図７】本発明に係る固体発光素子駆動装置(ＬＥＤ駆動装置)及び照明装置の実施形態３を示す回路構成図である。
【図８】同上の動作説明用のタイムチャートである。
【図９】本発明に係る固体発光素子駆動装置(ＬＥＤ駆動装置)及び照明装置の実施形態４を示す回路構成図である。
【図１０】同上の動作説明用のタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、固体発光素子としてＬＥＤ(発光ダイオード)を用いた固体発光素子駆動装置及び照明装置、照明器具に本発明の技術思想を適用した実施形態について説明する。ただし、固体発光素子はＬＥＤに限定されるものではなく、有機エレクトロルミネセンス(ＥＬ)素子などのＬＥＤ以外の固体発光素子であってもよい。
【００２０】
(実施形態１)
本実施形態の照明装置は、図１に示すように複数個のＬＥＤ60の直列回路からなる光源６と、直流電源Ｅから供給される直流電圧・電流を光源６に応じた直流電圧・電流に変換して光源６を駆動(点灯)する固体発光素子駆動装置(ＬＥＤ駆動装置)とで構成される。
【００２１】
本実施形態のＬＥＤ駆動装置は、スイッチング電源回路１と制御回路２を備え、スイッチング電源回路１の出力端子３に光源６が接続される。
【００２２】
直流電源Ｅからスイッチング電源回路１の入力端間に直流電圧Ｖdcが印加される。スイッチング電源回路１は、スイッチング素子Q1、ダイオードD1、インダクタL1、平滑コンデンサC1、駆動回路10などで構成される降圧チョッパ回路である。電界効果トランジスタからなるスイッチング素子Q1のドレインがダイオードD1のアノードに接続され、スイッチング素子Q1のソースが検出抵抗R1を介して直流電源Ｅの負極に接続されている。また、ダイオードD1のアノードとスイッチング素子Q1のドレインとの接続点にインダクタL1の一端が接続され、インダクタL1の他端とダイオードD1のカソードとの間に平滑コンデンサC1が接続されている。そして、平滑コンデンサC1の両端が出力端子３に接続されている。なお、インダクタL1には２次巻線L2が設けられており、２次巻線L2の一端が回路グランドに接続され、２次巻線L2の他端が制御回路２の入力ポートに接続されている。
【００２３】
駆動回路10は、制御回路２から与えられる駆動信号がハイレベルのときにスイッチング素子Q1のゲートにバイアス電圧を印加してオンし、駆動信号がローレベルのときにバイアス電圧を印加しないことでスイッチング素子Q1をオフする。
【００２４】
制御回路２は、ＰＷＭ(パルス幅変調)信号を生成するタイマ(PWMタイマ20)を備え、PWMタイマ20の出力信号(PWM信号)を駆動信号として駆動回路10に与える。また、制御回路２は、入力ポートを通して入力される２次巻線L2の電圧(誘導電圧)が反転したときにPWMタイマ20をスタートさせるPWMタイマ制御部21を備えている。さらに、制御回路２は、検出抵抗R1の両端電圧(検出電圧VR1)を基準電圧Vrefと比較する比較器23と、PWMタイマ20の出力信号がハイレベルとなる期間(オン期間)又はローレベルとなる期間(オフ期間)を計測して接続異常の有無を判定する判定部22とを備えている。そして、制御回路２は、比較器23の出力と判定部22の出力(接続異常の有無の判定結果)とを論理和演算するオアゲート24を備え、オアゲート24の出力でPWMタイマ20をリセットさせている。すなわち、制御回路２は、スイッチング素子Q1に流れる電流(インダクタL1に流れる電流)が所定のピーク値ILpに達したらスイッチング素子Q1をオフし、スイッチング素子Q1のオン期間にインダクタL1に蓄えられるエネルギーが全て放出された時点でスイッチング素子Q1を再びオンする制御、いわゆる臨界電流制御を行っている(図３参照)。
【００２５】
判定部22は、スイッチング素子Q1のオン期間(駆動信号のハイレベル期間)を計測し、当該オン期間Tonが所定の上限値Ton(max)を超えたら、オアゲート24に出力する出力信号をローレベルからハイレベルに切り替える。つまり、スイッチング素子Q1のオン期間Tonが上限値Ton(max)を超えると、比較器23の出力に関わりなく、オアゲート24の出力がハイレベルに固定されるため、PWMタイマ20の出力信号もローレベルに固定される。その結果、駆動回路10に入力される駆動信号がローレベルに固定されてスイッチング素子Q1がオフ状態に維持されるため、スイッチング電源回路１が停止するのである。
【００２６】
図２は判定部22の具体例を示した回路図である。判定部22は、上限値タイマ220と、アンドゲート221と、ＲＳフリップフロップからなるラッチ回路222とで構成される。上限値タイマ220は、例えば、遅延時間がオン期間Tonの上限値Ton(max)に等しい遅延回路で構成される。アンドゲート221は、PWMタイマ20の出力信号と上限値タイマ220の出力信号の論理積演算を行い、その演算結果をラッチ回路222のセット端子に出力する。なお、図２においてはPWMタイマ20をＲＳフリップフロップで構成している。
【００２７】
次に、図３のタイムチャートを参照しながら、制御回路２によるスイッチング電源回路１の制御動作について説明する。上限値タイマ220は、駆動信号の立ち上がりから上限値Ton(max)に等しい遅延時間が経過するまで出力をローレベルに維持し、上限値Ton(max)が経過した後に出力をローレベルからハイレベルに立ち上げる。ただし、上限値Ton(max)が経過する前に駆動信号が立ち下がった場合、上限値タイマ220はリセットされる。したがって、出力端子３に光源６が正常に接続されている場合、オン期間Tonが上限値Ton(max)に達する前に、スイッチング素子Q1に流れる電流が所定のピーク値ILpに達するので、上限値タイマ220の出力がハイレベルに立ち上がることはない。
【００２８】
故に、アンドゲート221の出力がローレベルに維持されるため、オアゲート24の片方の入力がラッチ回路222によってローレベルにラッチされる。その結果、オアゲート24のもう片方の入力、すなわち、比較器23の出力に応じて駆動信号がハイレベルとローレベルに切り替わるので、駆動回路10によってスイッチング素子Q1がスイッチングされてスイッチング電源回路１から光源６に所定の電圧・電流が供給される。
【００２９】
ここで、インダクタL1のインダクタンスをLとし、スイッチング電源回路１の出力電圧をVoとすると、インダクタ電流のピーク値ILpは、下記の式(１)で表すことができる。
【００３０】
ILp=Ton×(Vdc-Vo)/L…(１)
上記式(１)を変形すると、オン期間Tonは下記の式(２)で表される。
【００３１】
Ton=L×ILp/(Vdc-Vo)…(２)
スイッチング電源回路１の出力電圧Voは、通常、光源６の定格電圧(＝ＬＥＤ60の順方向電圧×直列接続されるＬＥＤ60の個数)に等しく、且つ光源６が定電流駆動されている場合はほぼ一定の値となる。故に、PWMタイマ20の出力信号(駆動信号)のハイレベル期間を式(２)から算出されるオン期間Tonに一致させることで、スイッチング電源回路１の出力電圧Vo，出力電流Ioを所望の値にすることができる。言い換えると、スイッチング電源回路１の出力端子３間に光源６が正常に接続されており、且つ光源６に短絡などの異常が生じていなければ、オン期間Tonはほぼ一定となる。
【００３２】
ここで、光源６が出力端子３から外れた状態(無負荷状態)や光源６と出力端子３とが不完全な接続状態(ルーズコンタクト状態)となった場合、スイッチング電源回路１の出力電圧Voが上昇する。制御回路２は、比較器23に入力される検出電圧VR1が基準電圧Vrefを超えるまでスイッチング素子Q1のオン状態を維持するので、上述のような接続異常の状態ではオン期間Tonが正常時よりも長くなる。
【００３３】
そこで、制御回路２は、PWMタイマ20の出力信号を上限値タイマ220で上限値Ton(max)まで遅延させ、出力信号のオン期間Tonが上限値Ton(max)を超えた場合に接続異常が有ると判定してスイッチング素子Q1のスイッチングを停止する。つまり、オン期間Tonが長くなって上限値タイマ220の出力がハイレベルに立ち上がると、アンドゲート221の出力がハイレベルとなり、ラッチ回路222の出力もハイレベルに立ち上がる。その結果、オアゲート24の出力が比較器23の出力に関わりなくハイレベルに維持されるため、PWMタイマ20の出力信号がローレベルに固定されてスイッチング電源回路１が停止し、出力電圧Voの上昇が抑制できる。
【００３４】
上述のように本実施形態では、スイッチング素子Q1のオン期間Tonが所定の上限値Ton(max)を超えた場合に、制御回路２がスイッチング電源回路１の出力を抑制している。そのため、従来例とは異なり、制御回路２の他に、出力端子３と光源６の接続状態の異常を検出する回路が不要となるので、固体発光素子の接続異常による不具合の発生を抑制しつつ回路構成の簡略化及びコストダウンを図ることができる。ただし、制御回路２は、タイマを搭載したマイクロコンピュータで構成されてもよい。
【００３５】
なお、接続異常が有る場合にスイッチング電源回路１の出力を抑制する方法として、スイッチング素子Q1のスイッチングを停止する代わりに、比較器23の基準電圧Vrefを低下させることでピーク電流を減少させても構わない。
【００３６】
ところで、本実施形態では制御回路２がスイッチング素子Q1を臨界電流制御する場合を例示したが、スイッチング素子Q1の制御モードが連続電流制御又は不連続電流制御であっても構わない。
【００３７】
例えば、連続電流制御モードの場合、２次巻線L2の誘起電圧が所定のしきい値以下となったときにPWMタイマ制御部21が出力をハイレベルに立ち上げ、インダクタ電流がゼロになる前にスイッチング素子Q1をオンさせる。この場合、インダクタ電流の下限値をILb(>0)とすると、スイッチング素子Q1のオン期間Tonは下記の式(３)で表される。
【００３８】
Ton=L×(ILp-ILb)/(Vdc-Vo)…(３)
上記式(３)から明らかなように、スイッチング電源回路１の出力端子３間に光源６が正常に接続されており、且つ光源６に短絡などの異常が生じていなければ、オン期間Tonはほぼ一定となる。故に、オン期間の上限値Ton(max)を適当な値に設定することにより、臨界電流制御モードの場合と同様に接続異常の有無が判定可能となる。
【００３９】
また、PWMタイマ20がリセットされてから一定時間後に出力を立ち上げる場合、スイッチング素子Q1のオフ期間Toffが下記の式(４)の関係を満たしている必要がある。
【００４０】
Toff＜Vo/(L×ILp)…(４)
このときのインダクタ電流の下限値ILbは、下記の式(５)で表される。
【００４１】
ILb=ILp-Vo/L×Toff…(５)
式(３)に式(５)を代入して整理すると下記の式(６)が得られる。
【００４２】
Ton=Vo/(Vdc-Vo)×Toff…(６)
上記式(６)から明らかなように、オフ期間Toffが一定であれば出力電圧Voの上昇に伴ってオン期間Tonが長くなるので、オン期間Tonを上限値Ton(max)と比較することで接続異常の有無が判定できる。
【００４３】
なお、不連続電流制御モードの場合、スイッチング素子Q1のオフ期間Toffが下記の式(７)の関係を満たしている必要があるが、オン期間Tonは式(２)で表される。
【００４４】
Toff＞Vo/(L×ILp)…(７)
（実施形態２）
本実施形態のＬＥＤ駆動装置及び照明装置の回路構成は実施形態１と共通であるので、共通の構成要素には同一の符号を付して図示並びに説明を省略する。
【００４５】
制御回路２が臨界電流制御を行っている場合、スイッチング素子Q1のオフ期間Toffとインダクタ電流のピーク値ILpとの間に下記の式(８)の関係が成立する。
【００４６】
0=ILp-Vo/L×Toff…(８)
故に、式(８)からオフ期間Toffは下記の式(９)で表される。
【００４７】
Toff=L×ILp/Vo…(９)
上記式(９)から明らかなように、接続異常が無ければインダクタ電流のピーク値ILp及び出力電圧Voが何れも一定であるから、オフ期間Toffも一定となる。
【００４８】
一方、出力端子３間が短絡したり、光源６の故障によって出力端子３間のインピーダンスが正常時よりも減少した場合、制御回路２によって臨界電流制御されているスイッチング電源回路１の出力電圧Voが低下する(図４参照)。そして、式(９)から明らかなように、出力電圧Voが低下するとオフ期間Toffが長くなる。
【００４９】
そこで、制御回路２は、PWMタイマ20の出力信号の立ち下がりを上限値タイマ220で上限値Toff(max)まで遅延させ、出力信号のオフ期間Toffが上限値Toff(max)を超えた場合に接続異常が有ると判定してスイッチング素子Q1のスイッチングを停止する。つまり、オフ期間Toffが長くなって上限値タイマ220の出力がハイレベルに立ち上がると、アンドゲート221の出力がハイレベルとなり、ラッチ回路222の出力もハイレベルに立ち上がる。その結果、オアゲート24の出力が比較器23の出力に関わりなくハイレベルに維持されるため、PWMタイマ20の出力信号がローレベルに固定されてスイッチング電源回路１が停止する(図４参照)。
【００５０】
上述のように本実施形態では、スイッチング素子Q1のオフ期間Toffが所定の上限値Toff(max)を超えた場合に、制御回路２がスイッチング電源回路１の出力を抑制している。そのため、従来例とは異なり、制御回路２の他に、出力端子３と光源６の接続状態の異常(光源６の故障(異常)を含む。)を検出する回路が不要となるので、固体発光素子の接続異常による不具合の発生を抑制しつつ回路構成の簡略化及びコストダウンを図ることができる。
【００５１】
ところで、制御回路２が臨界電流制御を行っている場合、スイッチング素子Q1のスイッチング周期Ｔ(＝オン期間Ton＋オフ期間Toff)は、上記式(２)及び式(９)から下記式(10)で表される。
【００５２】
T=Ton+Toff=L×LIp×{1/(Vdc-Vo)+1/Vo}=L×ILp/(Vdc-Vo)×Vdc/Vo…(10)
ここで、Vo=k×Vdcとし、係数k=1/2のときのスイッチング周期Txを１に正規化すると、
Tx=T/4×L×ILp=1/{4×k×(1-k)}…(11)
で表される。上記式(11)をグラフで表すと、図５に実線で示すような曲線を描く。図５から明らかなように、光源６のインピーダンスが低下するにつれて係数ｋがゼロに近付くと、スイッチング周期Txが急激に増加する。故に、判定部22でスイッチング周期Ｔを監視することで接続異常の有無が判定できる(図６参照)。
【００５３】
また、本実施形態においても、スイッチング素子Q1の制御モードが連続電流制御又は不連続電流制御であっても構わない。
【００５４】
例えば、連続電流制御モードの場合、インダクタ電流の下限値ILbは、下記の式(12)で表される。
【００５５】
ILb=ILp-Vo/L×Toff…(12)
故に、オフ期間Toffは、式(12)を変形することで下記の式(13)で表される。
【００５６】
Toff=L×(ILp-ILb)/Vo…(13)
上記式(13)から明らかなように、スイッチング電源回路１の出力端子３間に光源６が正常に接続されており、且つ光源６に短絡などの異常が生じていなければ、オフ期間Toffはほぼ一定となる。故に、オフ期間Toffの上限値Toff(max)を適当な値に設定することにより、臨界電流制御モードの場合と同様に接続異常の有無が判定可能となる。
【００５７】
なお、不連続電流制御モードの場合、インダクタ電流がピーク値ILpからゼロまで減少するのに要した時間を計測し、当該時間を上限値と比較することで接続異常の有無が判定可能となる。
【００５８】
(実施形態３)
本実施形態のＬＥＤ駆動装置及び照明装置では、商用の交流電源100から供給される交流電圧Vinを直流電源部によって直流電圧Vdcに変換してスイッチング電源回路１に供給している。なお、直流電源部は、昇圧チョッパ回路のような従来周知のＡＣ−ＤＣコンバータ４とＡＣ−ＤＣコンバータ４の出力端間に接続される平滑コンデンサC0とで構成される。
【００５９】
実施形態１，２においては、直流電源Ｅからスイッチング電源回路１に供給される直流電圧Vdcが安定していることが前提条件となっている。しかしながら、商用の交流電源100から供給される交流電圧VinをＡＣ−ＤＣコンバータ４と平滑コンデンサC0で直流電圧Vdcに変換する場合、直流電圧Vdcが常に安定しているとは限らない。例えば、平滑コンデンサC0で平滑される直流電圧Vdcには、交流電源100の電源周波数の２倍の周波数のリプル電圧が重畳されることが多く、僅かながらも変動する虞がある。また、交流電圧が非常に短い期間内で変動した場合、ＡＣ−ＤＣコンバータ４の応答性によっては、直流電圧Vdcも非常に短い期間内で変動する虞がある。そして、直流電圧Vdcが変動した場合、式(３)からも明らかなように、スイッチング素子Q1のオン期間Tonも変動してしまうため、制御回路２が接続異常有りと誤判断してしまう可能性が高い。
【００６０】
一方、接続異常が無い場合、スイッチング電源回路１の出力電圧Voが一定であれば、式(９)から明らかなようにオフ期間Toffも一定となる。したがって、オン期間Tonが上限値Ton(max)に達したとしても、インダクタ電流がピーク値ILpのときにオフ期間Toffに殆ど変化がなければ、直流電源部の出力電圧Vdcの変動(低下)と判定することができる。
【００６１】
そこで本実施形態では、図７に示すようにPWMタイマ20の出力信号からオフ期間Toffを計測するオフ期間計測部25を制御回路２に備えている。判定部22は、オン期間Tonが上限値Ton(max)に達したとき、オフ期間計測部25がその数周期前までに計測したオフ期間Toffの変化が所定範囲内に収まっているか否かを判断する。そして、オフ期間Toffの変化が所定範囲内に収まっていない場合、判定部22は、接続異常有りと判定してオアゲート24にハイレベルの信号を出力することでスイッチング電源回路１を停止させる。
【００６２】
一方、オフ期間Toffの変化が所定範囲内に収まっていない場合、判定部22は、直流電源部の出力電圧Vdcの低下と判定し、オアゲート24への出力信号をハイレベルとした時点から所定時間Trstが経過した時点でオアゲート24への出力信号をローレベルに立ち下げる(図８参照)。さらに判定部22は、所定時間Trstの経過時点で再スタート部26にハイレベルの信号を与える。この再スタート部26は、判定部22から与えられる信号がハイレベルに立ち上がったときにワンショットのパルス信号(再スタート信号)を出力する(図８参照)。再スタート信号は、オアゲート27においてPWMタイマ制御部21の出力信号と論理和演算される。すなわち、再スタート信号がオアゲート27に入力された場合、PWMタイマ制御部21の出力信号に関わらず、PWMタイマ20のセット端子にハイレベルの信号が入力されてPWMタイマ20の出力信号がハイレベルに立ち上がる。その結果、駆動回路10がスイッチング素子Q1をオンさせてスイッチング電源回路１が再スタートすることになる(図８参照)。
【００６３】
上述のように本実施形態では、オフ期間Toffが所定範囲から外れている場合、オン期間Tonが上限値Ton(max)を超えるまでにインダクタ電流がピーク値ILpに達していなくても、制御回路２がスイッチング電源回路１の出力を抑制しない。そのため、スイッチング電源回路１の入力電圧Vdcの変動に起因して、制御回路２で接続異常有りと誤判断されてスイッチング電源回路１が長期間停止してしまうことが防止できる。なお、オフ期間Toffの代わりにオン期間Ton又はスイッチング周期Ｔを計測してオフ期間Toffを演算してもよい。
【００６４】
(実施形態４)
本実施形態のＬＥＤ駆動装置及び照明装置の回路構成は実施形態３とほぼ共通であるので、共通の構成要素には同一の符号を付して図示並びに説明を省略する。
【００６５】
本実施形態における制御回路２は、図９に示すようにオフ期間計測部25の代わりに、遅延時間がオン期間Tonの上限値Ton(max)に等しい遅延回路からなる上限値タイマ(図示せず)と、上限値タイマの出力とPWMタイマ20の出力との論理積を演算するアンドゲート(図示せず)とを判定部22に備える。さらに判定部22は、遅延期間がスイッチング周期Ｔの上限値Ｔ(max)に等しい遅延回路からなる周期タイマ(図示せず)と、周期タイマの出力とPWMタイマ制御部21の出力との論理積を演算するアンドゲート(図示せず)とを備える。
【００６６】
次に、図10を参照して本実施形態の動作を説明する。接続異常が発生していない場合、判定部22の上限値タイマが出力をハイレベルに立ち上げる前に、比較器23の出力がハイレベルに立ち上がることでスイッチング素子Q1をオフさせる。一方、接続異常が発生している場合、比較器23の出力がハイレベルに立ち上がる前に上限値タイマの出力がハイレベルとなるので、判定部22からオアゲート24への出力がハイレベルに切り替えられてスイッチング素子Q1がオフ状態に維持される。
【００６７】
ここで、比較器23の出力がハイレベルに立ち上がる前に上限値タイマの出力がハイレベルとなった原因が直流電圧Vdcの低下にあった場合、周期タイマの出力がハイレベルとなった後にPWMタイマ制御部21の出力がハイレベルに立ち上がることになる。その結果、周期タイマの出力とPWMタイマ制御部21の出力との論理積を演算するアンドゲートの出力がハイレベルとなる。そして、アンドゲートの出力がハイレベルに立ち上がると、判定部22は、所定時間Trstが経過した時点でオアゲート24への出力信号をローレベルに立ち下げる(図10参照)。さらに判定部22は、所定時間Trstの経過時点で再スタート部26にハイレベルの信号を与え、再スタート部26から再スタート信号を出力させる。故に、再スタート信号がオアゲート27に入力されることにより、駆動回路10がスイッチング素子Q1をオンさせてスイッチング電源回路１が再スタートする(図10参照)。
【００６８】
一方、比較器23の出力がハイレベルに立ち上がる前に上限値タイマの出力がハイレベルとなった原因が接続異常にあった場合、周期タイマの出力がハイレベルに立ち上がる前にPWMタイマ制御部21の出力がハイレベルに立ち上がる。故に、アンドゲートの出力がローレベルに維持されるので、判定部22は、所定時間Trstの経過後も再スタート部26への出力信号をローレベルに維持する。その結果、スイッチング素子Q1がオフ状態に維持されてスイッチング電源回路１は停止したままとなる。
【００６９】
上述のように本実施形態においても、スイッチング電源回路１の入力電圧Vdcの変動に起因して、制御回路２で接続異常有りと誤判断されてスイッチング電源回路１が長期間停止してしまうことが防止できる。
【００７０】
ところで、上記例では駆動信号が停止する最後のパルスでオン期間Tonを判定した後にスイッチング周期の判定を行っているが、以下のようにして、スイッチング周期を判定した後にオン期間Tonの判定を行ってもよい。
【００７１】
すなわち、上限値Ton(max)よりも短いしきい値Ton(*)を設けておき、オン期間Tonがしきい値Ton(*)に達したときにスイッチング周期の判定を行う。そして、駆動信号が停止する最後のパルスでは、オン期間Tonが上限値Ton(max)に達したときに駆動信号を停止させ、スイッチング周期の判定結果に応じて駆動信号を停止し続けるか、駆動信号を再開するかを決定すればよい。ただし、スイッチング周期Ｔの判定値は、上限値Ｔ(max)よりも短い値に設定される。
【００７２】
なお、上述した実施形態３，４において、例えば、制御回路２が数回再起動を行い、そのうちの任意の回数に接続異常有りと判定した場合に発振停止するようにしても構わない。
【００７３】
ここで、図示は省略するが、実施形態１〜４の何れかのＬＥＤ駆動装置と光源６を器具本体に保持することで照明器具を実現することができる。このような照明器具としては、例えば、ダウンライトやシーリングライト、あるいは車両の前照灯などが実現可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１  スイッチング電源回路
２  制御回路
６  光源(固体発光素子)
Q1  スイッチング素子
L1  インダクタ
D1  ダイオード(回生素子)
【図１】
2014057501.tif 000003
【図２】
2014057501.tif 000004
【図３】
2014057501.tif 000005
【図４】
2014057501.tif 000006
【図５】
2014057501.tif 000007
【図６】
2014057501.tif 000008
【図７】
2014057501.tif 000009
【図８】
2014057501.tif 000010
【図９】
2014057501.tif 000011
【図１０】
2014057501.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成25年9月2日(2013.9.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
前記制御回路は、前記オフ期間が所定の範囲から外れている場合においては、前記オン期間が前記上限値を超えるまでに前記スイッチング素子又は前記インダクタに流れる電流が前記ピーク値に達していなくても前記スイッチング電源回路の出力を抑制しないことを特徴とする請求項２記載の固体発光素子駆動装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
この固体発光素子駆動装置において、前記制御回路は、前記オフ期間が所定の範囲から外れている場合においては、前記オン期間が前記上限値を超えるまでに前記スイッチング素子又は前記インダクタに流れる電流が前記ピーク値に達していなくても前記スイッチング電源回路の出力を抑制しないことが好ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
一方、オフ期間Toffの変化が所定範囲内に収まっている場合、判定部22は、直流電源部の出力電圧Vdcの低下と判定し、オアゲート24への出力信号をハイレベルとした時点から所定時間Trstが経過した時点でオアゲート24への出力信号をローレベルに立ち下げる(図８参照)。さらに判定部22は、所定時間Trstの経過時点で再スタート部26にハイレベルの信号を与える。この再スタート部26は、判定部22から与えられる信号がハイレベルに立ち上がったときにワンショットのパルス信号(再スタート信号)を出力する(図８参照)。再スタート信号は、オアゲート27においてPWMタイマ制御部21の出力信号と論理和演算される。すなわち、再スタート信号がオアゲート27に入力された場合、PWMタイマ制御部21の出力信号に関わらず、PWMタイマ20のセット端子にハイレベルの信号が入力されてPWMタイマ20の出力信号がハイレベルに立ち上がる。その結果、駆動回路10がスイッチング素子Q1をオンさせてスイッチング電源回路１が再スタートすることになる(図８参照)。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
上述のように本実施形態では、オフ期間Toffが所定範囲内に収まっている場合、オン期間Tonが上限値Ton(max)を超えるまでにインダクタ電流がピーク値ILpに達していなくても、制御回路２がスイッチング電源回路１の出力を抑制しない。そのため、スイッチング電源回路１の入力電圧Vdcの変動に起因して、制御回路２で接続異常有りと誤判断されてスイッチング電源回路１が長期間停止してしまうことが防止できる。なお、オフ期間Toffの代わりにオン期間Ton又はスイッチング周期Ｔを計測してオフ期間Toffを演算してもよい。