(57)【要約】【課題】製造コストの上昇を抑えつつ深い調光を可能とする。【解決手段】補正部25は、第２検出部23の第２検出値Vs2が減少したら、スイッチング素子Q1に流れる電流を増加させるように基準電圧Vrを補正し、第２検出値Vs2が増加したら、スイッチング素子Q1に流れる電流を減少させるように基準電圧Vrを補正する。補正部25が基準電圧Vrを上昇させると、制御部20がスイッチング素子Q1のオン期間t1を長くしてスイッチング素子Q1に流れる電流のピーク値が上昇する。その結果、負荷電流Ｉの減少を抑えるように出力電圧Ｖ２が上昇する。一方、補正部25が基準電圧Vrを下降させれば、制御部20がスイッチング素子Q1のオン期間t1を短くしてスイッチング素子Q1に流れる電流のピーク値が下降する。その結果、スイッチング周期Ｔにおいてインダクタ電流Isの流れる期間(t1+t2)が短くなり、負荷電流Ｉの増加を抑えるように出力電圧Ｖ２が下降する。【選択図】        図１
2014232604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の発光ダイオードの直列回路又は複数の前記直列回路の並列回路からなるＬＥＤ負荷に直流電力を供給して点灯するＬＥＤ点灯装置であって、
直流の入力電圧を前記入力電圧よりも低い直流の出力電圧に変換して前記ＬＥＤ負荷に印加す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オン・オフ制御する制御ブロックとを備え、
前記スイッチング電源回路は、前記入力電圧に対して低電位側に前記スイッチング素子が接続され、前記入力電圧に対して高電位側に前記ＬＥＤ負荷が接続され、前記ＬＥＤ負荷と前記スイッチング素子との間にインダクタが接続されてなり、
前記制御ブロックは、前記スイッチング素子に流れる電流を検出する第１検出部と、前記ＬＥＤ負荷の順方向電圧を検出する第２検出部と、前記第１検出部が検出する第１検出値と所定の基準値とによって前記スイッチング素子のオン期間を調整する制御部と、前記第２検出部が検出する第２検出値に応じて前記基準値を補正する補正手段とを備えることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
【請求項２】
前記第２検出部は、前記ＬＥＤ負荷の低電位側の電位を検出するように構成されることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯装置。  
【請求項３】
前記第２検出部は、前記ＬＥＤ負荷の両端電圧を検出するように構成されることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項４】
前記第２検出部は、前記スイッチング素子のオフ時において、前記インダクタに設けられる２次巻線に誘起される電圧のピーク値を検出するように構成されることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項５】
前記第１検出部は、前記スイッチング素子に流れる電流のピーク値を検出するように構成され、前記補正手段は、前記第２検出値が前記入力電圧を２分の１倍した入力電圧に対応する標準値と一致するときに極大となり、且つ前記第２検出値が前記標準値から離れるにつれて減少するように前記基準値を補正することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項６】
前記第１検出部は、前記スイッチング素子に流れる電流の平均値を検出するように構成され、前記補正手段は、前記順方向電圧に正比例するように前記基準値を補正することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項７】
外部から指示される調光レベルに応じて前記基準値を調整する調光手段を備えることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項８】
前記調光手段は、前記調光レベルが前記ＬＥＤ負荷の光出力を減少させる向きに変化するにつれて前記スイッチング周期を長くするように前記制御部を制御することを特徴とする請求項７記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項９】
請求項１〜８の前記ＬＥＤ点灯装置と、前記ＬＥＤ点灯装置から供給される直流電力で点灯する前記ＬＥＤ負荷と、少なくとも前記ＬＥＤ負荷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、照明用の光源となる発光ダイオード(ＬＥＤ)を点灯するＬＥＤ点灯装置、及びそのＬＥＤ点灯装置を用いる照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、白熱ランプや蛍光ランプに代えて、発光ダイオード(ＬＥＤ)を光源とするＬＥＤ点灯装置及び照明器具が急速に普及してきている。例えば、特許文献１には、発光ダイオード(ＬＥＤ)を光源とし、調光器から与えられる調光信号に応じてスイッチング電源回路(降圧チョッパ回路)の出力を増減することにより、ＬＥＤの光量を調整(調光)するＬＥＤ点灯駆動回路が開示されている。
【０００３】
ところで、ＬＥＤの調光方式には、ＬＥＤに連続して流れる電流の大きさを変化させる調光方式(以下、ＤＣ調光方式と呼ぶ。)や、ＬＥＤへの通電を周期的にオン・オフし、通電期間の比率(オンデューティ比)を変化させる方式(以下、バースト調光方式と呼ぶ。)などがある。なお、特許文献１記載の従来例では、前者のＤＣ調光方式が採用されている。
【０００４】
バースト調光方式を採用するＬＥＤ点灯装置の課題として、ビデオカメラなどの映像機器との干渉ちらつきがある。これは、バースト調光の周期と映像機器のシャッタースピード(露光時間)とのずれに起因して発生するもので、映像機器の画像にちらつき(明るさの変動)や縞状の濃淡となって現れる。なお、ＬＥＤに関連する電気用品安全法の技術基準の改正に伴い、光出力の繰り返し周波数は500Hz以上とする必要がある(電気用品の技術上の基準を定める省令第１項基準  改正省令平成24年1月13日)。
【０００５】
一方、ＤＣ調光方式を採用するＬＥＤ点灯装置には、降圧チョッパ回路のスイッチング素子に流れる電流のピーク値を増減し且つスイッチング素子を臨界モードで制御するものがある。このようなＬＥＤ点灯装置には、駆動回路からスイッチング素子の制御端子に出力する駆動信号のオン期間(オン幅)に限界があるため、深い調光ができないという課題がある。そのため、ＤＣ調光方式を採用するＬＥＤ点灯装置では、深い調光のときにＤＣ調光方式からバースト調光方式に切り替える必要がある。
【０００６】
また、特許文献１記載の従来例では、降圧チョッパ回路のスイッチング周期を一定としてオン期間を変化させることでスイッチング素子を不連続モードで制御し、単位時間当たりにＬＥＤに流れる電流値を増減している。この方式では、スイッチング素子を不連続モードで制御するため、臨界モードで制御する場合に比べて深い調光が可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３４７１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１記載の従来例では、温度変化やＬＥＤの個体差によるばらつきによってＬＥＤの順方向電圧が変動した場合、スイッチング素子に流れるピーク電流を一定としているためにＬＥＤに流れる電流の変動が多くなってしまうという問題がある。なお、特許文献１記載の従来例において、インダクタに流れる電流をスイッチング周期で平均した電流値が一定となるようにスイッチング素子のオン幅を調整すれば、ＬＥＤの温度変化や個体差によるばらつきによってＬＥＤ電流の変動を抑えることができる。
【０００９】
しかしながら、上述のように平均電流値を一定とする制御を行うためには、特許文献１記載の従来例のように直流入力電圧に対してハイサイドに配置されているスイッチング素子を駆動する駆動回路(ハイサイド駆動回路)が必要となる。その結果、スイッチング素子が直流入力電圧に対してローサイドに配置される回路構成と比較して、ハイサイド駆動回路が余分に必要となるために製造コストが上昇するという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、製造コストの上昇を抑えつつ深い調光を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のＬＥＤ点灯装置は、複数個の発光ダイオードの直列回路又は複数の前記直列回路の並列回路からなるＬＥＤ負荷に直流電力を供給して点灯するＬＥＤ点灯装置であって、直流の入力電圧を前記入力電圧よりも低い直流の出力電圧に変換して前記ＬＥＤ負荷に印加す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オン・オフ制御する制御ブロックとを備え、前記スイッチング電源回路は、前記入力電圧に対して低電位側に前記スイッチング素子が接続され、前記入力電圧に対して高電位側に前記ＬＥＤ負荷が接続され、前記ＬＥＤ負荷と前記スイッチング素子との間にインダクタが接続されてなり、前記制御ブロックは、前記スイッチング素子に流れる電流を検出する第１検出部と、前記ＬＥＤ負荷の順方向電圧を検出する第２検出部と、前記第１検出部が検出する第１検出値と所定の基準値とによって前記スイッチング素子のオン期間を調整する制御部と、前記第２検出部が検出する第２検出値に応じて前記基準値を補正する補正手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
このＬＥＤ点灯装置において、前記第２検出部は、前記ＬＥＤ負荷の低電位側の電位を検出するように構成されることが好ましい。
【００１３】
このＬＥＤ点灯装置において、前記第２検出部は、前記ＬＥＤ負荷の両端電圧を検出するように構成されることが好ましい。
【００１４】
このＬＥＤ点灯装置において、前記第２検出部は、前記スイッチング素子のオフ時において、前記インダクタに設けられる２次巻線に誘起される電圧のピーク値を検出するように構成されることが好ましい。
【００１５】
このＬＥＤ点灯装置において、前記第１検出部は、前記スイッチング素子に流れる電流のピーク値を検出するように構成され、前記補正手段は、前記第２検出値が前記入力電圧を２分の１倍した入力電圧に対応する標準値と一致するときに極大となり、且つ前記第２検出値が前記標準値から離れるにつれて減少するように前記基準値を補正することが好ましい。
【００１６】
このＬＥＤ点灯装置において、前記第１検出部は、前記スイッチング素子に流れる電流の平均値を検出するように構成され、前記補正手段は、前記順方向電圧に正比例するように前記基準値を補正することが好ましい。
【００１７】
このＬＥＤ点灯装置において、外部から指示される調光レベルに応じて前記基準値を調整する調光手段を備えることが好ましい。
【００１８】
このＬＥＤ点灯装置において、前記調光手段は、前記調光レベルが前記ＬＥＤ負荷の光出力を減少させる向きに変化するにつれて前記スイッチング周期を長くするように前記制御部を制御することが好ましい。
【００１９】
本発明の照明器具は、前記ＬＥＤ点灯装置と、前記ＬＥＤ点灯装置から供給される直流電力で点灯する前記ＬＥＤ負荷と、少なくとも前記ＬＥＤ負荷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】
【００２０】
本発明のＬＥＤ点灯装置及び照明器具は、温度変化やＬＥＤの個体差によるばらつきによってＬＥＤ負荷の順方向電圧が変動した場合に負荷電流の変動を抑制することができ、また、臨界モードで制御する場合と比較して深い調光が可能であり、しかも、スイッチング素子が入力電圧に対して低電位側に接続されているためにハイサイド駆動回路が不要であり、その結果、製造コストの上昇を抑えつつ深い調光が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るＬＥＤ点灯装置の実施形態１を示し、(ａ)は回路構成図、(ｂ)はインダクタ電流の波形図である。
【図２】本発明に係るＬＥＤ点灯装置の実施形態２を示す回路構成図である。
【図３】本発明に係るＬＥＤ点灯装置の実施形態３を示す回路構成図である。
【図４】本発明に係るＬＥＤ点灯装置の実施形態４を示す回路構成図である。
【図５】本発明に係るＬＥＤ点灯装置の実施形態５を示す回路構成図である。
【図６】(ａ)，(ｂ)は同上における動作説明図である。
【図７】(ａ)，(ｂ)は同上における動作説明図である。
【図８】(ａ)，(ｂ)は本発明に係る照明器具の実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係るＬＥＤ点灯装置、及びそのＬＥＤ点灯装置を用いた照明器具に係る発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
(実施形態１)
本発明に係るＬＥＤ点灯装置の実施形態１は、図１(ａ)に示すようにスイッチング電源回路１と、制御ブロック２とを備える。スイッチング電源回路１は、従来周知の降圧チョッパ回路であり、電源装置４から供給される直流の入力電圧Ｖ１を、入力電圧Ｖ１よりも低い直流の出力電圧Ｖ２に変換(降圧)してＬＥＤ負荷３に印加する。
【００２４】
電源装置４は、フィルタ回路40、全波整流器(ダイオードブリッジ)41、力率改善回路(昇圧チョッパ回路)42、平滑コンデンサC2などで構成され、商用の交流電源５から供給される交流電圧(実効値100ボルト)を数百ボルトの直流電圧Ｖ１に昇圧している。ただし、このような電源装置４は従来周知であるから詳細な回路構成の図示並びに説明は省略する。
【００２５】
ＬＥＤ負荷３は、複数個のＬＥＤ(発光ダイオード)30の直列回路で構成される。ただし、ＬＥＤ負荷３は、複数の前記直列回路の並列回路で構成されても構わない。
【００２６】
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、抵抗R2、コンデンサC1などで構成される従来周知の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を介して電源装置４の負極及びグランドに接続されている。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のカソードがそれぞれコンデンサC1に接続されている。そして、コンデンサC1の両端にＬＥＤ負荷３が接続される。なお、スイッチング素子Q1のゲートには、抵抗R2を介して駆動信号が与えられる。
【００２７】
制御ブロック２は、制御部20、誤差増幅器21、基準電圧コントロール部22、第１検出部24、第２検出部23、補正部25、抵抗R3，R6などで構成される。
【００２８】
第１検出部24は、検出抵抗R1と、抵抗R5及びコンデンサC3からなる積分回路とで構成され、スイッチング素子Q1のオン時に流れる電流(インダクタ電流)Isに比例した電圧の平均値を検出する。そして、第１検出部24が検出する検出電圧(第１検出値)Vs1は誤差増幅器21に入力される。なお、検出抵抗R1の両端電圧(インダクタ電流Isに比例した電圧)が抵抗R3を介して制御部20に入力される。
【００２９】
誤差増幅器21は、オペアンプ210、抵抗R6，R7、コンデンサC4で構成される反転増幅器からなる。オペアンプ210の非反転入力端子(＋端子)に基準電圧Vrが入力され、オペアンプ210の反転入力端子(−端子)に第１検出値Vs1が入力される。また、オペアンプ210の反転入力端子と出力端子との間に抵抗R7とコンデンサC4の並列回路が接続される。すなわち、誤差増幅器21は、第１検出値Vs1と基準電圧Vrとの差分(誤差)を増幅して制御部20に出力する。
【００３０】
基準電圧コントロール部22は、外部から指示される調光レベルに応じて基準値(基準電圧Vr)を調整するように構成される。具体的には、光出力を低下させる向きに調光レベルが変化(例えば、減少)するにつれて、基準電圧コントロール部22は基準電圧Vrを低下させるように動作する。つまり、本実施形態のＬＥＤ点灯装置では、基準電圧コントロール部22が調光手段に相当する。
【００３１】
制御部20は、方形パルスからなる駆動信号をスイッチング素子Q1のゲート端子に与えてオン・オフ制御する駆動用ＩＣ(集積回路)で構成される。この制御部20は、一定のスイッチング周期Ｔで駆動信号をハイレベルに立ち上げてスイッチング素子Q1をターンオンし、インダクタ電流Isのピーク値が目標値Irefに達した時点で駆動信号をローレベルに立ち下げてスイッチング素子Q1をターンオフする(図１(ｂ)参照)。ただし、実際はインダクタ電流Isの平均値に比例した第１検出部24の第１検出値Vs1が、目標値Irefに対応した値に達した時点で駆動信号がローレベルに立ち下げられる。
【００３２】
つまり、本実施形態における制御部20は、スイッチング素子Q1を電流不連続モードで制御し、インダクタ電流Isを目標値に一致させてＬＥＤ負荷３に流れる負荷電流Ｉが一定となるように定電流制御している。なお、インダクタ電流Isの目標値Irefは、基準電圧コントロール部22が調光レベルに応じて基準電圧Vrを調整することによって増減する。そして、目標値Irefを調整してインダクタ電流Is(負荷電流Ｉ)を増減することにより、ＬＥＤ負荷３を調光点灯することができる。しかも、制御部20はスイッチング素子Q1を電流不連続モードで制御しているので、臨界モードで制御する場合と比較して深い調光(調光レベルの下限値の低下)が可能になる。
【００３３】
さらに、本実施形態における制御部20は、基準電圧Vrの代わりに誤差増幅器21の出力(第１検出値Vs1の平均値と基準電圧Vrとの差分)が入力されており、第１検出部24の第１検出値Vs1が誤差増幅器21の出力値に達した時点で駆動信号をローレベルに立ち下げる。つまり、インダクタ電流Isが目標値Irefよりも増加した場合は誤差増幅器21の出力値が減少し、制御部20がスイッチング素子Q1のオン期間t1を短くすることでインダクタ電流Is(負荷電流Ｉ)が減少する。一方、インダクタ電流Isが目標値Irefよりも減少した場合は誤差増幅器21の出力値が増加し、制御部20がスイッチング素子Q1のオン期間t1を長くすることでインダクタ電流Is(負荷電流Ｉ)が増加する。
【００３４】
ところで、ＬＥＤ負荷３の順方向電圧(＝ＬＥＤ30の順方向電圧×直列接続されている個数)ＶＦと、負荷電流Ｉとの間には下記式の関係が成立する。ただし、順方向電圧ＶＦはスイッチング電源回路１の出力電圧Ｖ２と一致しているものとする。
【００３５】
I=Ip×Ip/2×1/t×[{L/(V1-VF)}+L/VF]  …(式１)
ただし、LはインダクタL1のインダクタンス値を表し、Ipはインダクタ電流Isのピーク値を表している。
【００３６】
上記式１をVFを含まない項と、VFを含む項に分けると下記式で表される。
【００３７】
I={Ip×Ip×(1/t)×(L/2)}×{[1/(V1-VF)]+1/VF}  …（式２）
上記式２から明らかなように、負荷電流Ｉは、順方向電圧ＶＦがＶ１／２のときに極小値をとり、順方向電圧ＶＦがＶ１／２から離れるに従って大きくなる。
【００３８】
特許文献１記載の従来例は負荷電流を直接検出しているので、温度変化やＬＥＤの個体差によるばらつきによってＬＥＤの順方向電圧が変動しても負荷電流を定電流制御できる。また、スイッチング素子が入力電圧に対して高電位側に設けられている場合も、インダクタ電流を検出することで実質的に負荷電流を検出することができる。そのため、温度変化やＬＥＤの個体差によるばらつきによってＬＥＤの順方向電圧が変動しても負荷電流を定電流制御できる。
【００３９】
しかしながら、本実施形態では入力電圧Ｖ１に対して低電位側に接続されているスイッチング素子Q1に流れる電流を検出しているので、インダクタ電流Isの上昇期間しか検出することができない。そのため、インダクタ電流Isのピーク値Ipを一定に制御している場合、ＬＥＤ負荷３の順方向電圧ＶＦが変動すると、負荷電流Ｉも変動してしまうことになる
(式２参照)。
【００４０】
そこで、本実施形態では、第２検出部23が検出する順方向電圧ＶＦに応じて、順方向電圧ＶＦの変動を打ち消すように補正部25が基準電圧Vrを補正している。
【００４１】
第２検出部23は、ＬＥＤ負荷３のカソード(最も低電位側に接続されているＬＥＤ30のカソード。以下、同じ。)とグランドの間に直列接続される分圧抵抗R8，R9からなる。つまり、第２検出部23には、入力電圧Ｖ１とＬＥＤ負荷３の順方向電圧ＶＦ(出力電圧Ｖ２)との電位差(＝Ｖ１−ＶＦ)が印加される。故に、第２検出部23の出力端子(分圧抵抗R8，R9の接続点)から取り出される検出電圧(第２検出値Vs2)は
Vs2＝(Ｖ１−ＶＦ)×R9／(R8＋R9)  …(式３)
と表される。上記式３から明らかなように、ＬＥＤ負荷３の順方向電圧ＶＦが上昇すると第２検出値Vs2が減少し、ＬＥＤ負荷３の順方向電圧ＶＦが下降すると第２検出値Vs2が増加する。
【００４２】
そこで、補正部25は、第２検出値Vs2が減少したら、スイッチング素子Q1に流れる電流(インダクタ電流Isの上昇期間の電流。以下、オン電流と呼ぶ。)を増加させるように基準電圧Vrを補正する(上昇させる)。一方、補正部25は、第２検出値Vs2が増加したら、オン電流を減少させるように基準電圧Vrを補正する(下降させる)。具体的には、第２検出値Vs2に対応した補正値が補正部25から基準電圧コントロール部22に出力され、基準電圧コントロール部22が前記補正値で基準電圧Vrを補正(増減)するのである。
【００４３】
而して、順方向電圧ＶＦが上昇(第２検出値Vs2が減少する)と、補正部25が基準電圧Vrを上昇させるため、制御部20がスイッチング素子Q1のオン期間t1を長くしてオン電流のピーク値が上昇する。その結果、スイッチング周期Ｔにおいてインダクタ電流Isの流れる期間(t1+t2)が長くなり、負荷電流Ｉの減少を抑えるように出力電圧Ｖ２が上昇する。
【００４４】
一方、順方向電圧ＶＦが下降(第２検出値Vs2が増加する)と、補正部25が基準電圧Vrを下降させるため、制御部20がスイッチング素子Q1のオン期間t1を短くしてオン電流のピーク値が下降する。その結果、スイッチング周期Ｔにおいてインダクタ電流Isの流れる期間(t1+t2)が短くなり、負荷電流Ｉの増加を抑えるように出力電圧Ｖ２が下降する。
【００４５】
上述のように本実施形態のＬＥＤ点灯装置は、複数個の発光ダイオード30の直列回路又は複数の前記直列回路の並列回路からなるＬＥＤ負荷３に直流電力を供給して点灯するＬＥＤ点灯装置である。また、本実施形態のＬＥＤ点灯装置は、直流の入力電圧Ｖ１を入力電圧Ｖ１よりも低い直流の出力電圧Ｖ２に変換してＬＥＤ負荷３に印加するスイッチング電源回路１を備える。さらに、本実施形態のＬＥＤ点灯装置は、スイッチング電源回路１を構成するスイッチング素子Q1をオン・オフ制御する制御ブロック２を備える。スイッチング電源回路１は、入力電圧Ｖ１に対して低電位側にスイッチング素子Q1が接続され、入力電圧Ｖ１に対して高電位側にＬＥＤ負荷３が接続され、ＬＥＤ負荷３とスイッチング素子Q1との間にインダクタL1が接続されてなる。制御ブロック２は、スイッチング素子Q1に流れる電流を検出する第１検出部R1と、ＬＥＤ負荷３の順方向電圧ＶＦを検出する第２検出部23とを備える。さらに、制御ブロック２は、第１検出部R1が検出する第１検出値Vs1と所定の基準値Vrとによってスイッチング素子Q1のオン期間t1を調整する制御部20と、第２検出部23が検出する第２検出値Vs2に応じて基準値Vrを補正する補正部25とを備える。
【００４６】
本実施形態のＬＥＤ点灯装置によれば、上述のように温度変化やＬＥＤ30の個体差によるばらつきによってＬＥＤ負荷３の順方向電圧ＶＦが変動した場合に負荷電流Ｉの変動を抑制することができ、また、臨界モードで制御する場合と比較して深い調光が可能である。しかも、本実施形態のＬＥＤ点灯装置は、スイッチング素子Q1が入力電圧Ｖ１に対して低電位側に接続されているためにハイサイド駆動回路が不要であり、その結果、特許文献１記載の従来例に比べて製造コストの上昇を抑えることができる。
【００４７】
なお、第２検出部23は、本実施形態のようにＬＥＤ負荷３の低電位側の電位を検出するように構成されることが好ましい。
【００４８】
また、第１検出部24は、本実施形態のようにスイッチング素子Q1に流れる電流(オン電流)の平均値を検出するように構成されることが好ましい。同じく、補正部25は、順方向電圧ＶＦに正比例するように基準値(基準電圧Vr)を補正することが好ましい。
【００４９】
(実施形態２)
本発明に係るＬＥＤ点灯装置の実施形態２は、図２に示すように制御ブロック２の第２検出部23を除いて、実施形態１と共通の構成を有している。したがって、実施形態１と共通の構成には同一の符号を付して説明を省略する。なお、図２では交流電源５と電源装置４を直流電源Ｅで示している。
【００５０】
本実施形態における第２検出部23は、分圧抵抗R8，R9の直列回路に加えて、分圧抵抗R10，R11の直列回路、オペアンプ230、帰還抵抗R12、コンデンサC5などで構成される。分圧抵抗R10，R11の直列回路は、ＬＥＤ負荷３のアノード(最も高電位側に接続されているＬＥＤ30のアノード。以下、同じ。)とグランドの間に接続される。
【００５１】
オペアンプ230は、反転入力端子が分圧抵抗R8，R9の接続点に接続され、非反転入力端子が分圧抵抗R10，R11の接続点に接続される。ただし、分圧抵抗R10，R11の分圧比と、分圧抵抗R8，R9の分圧比とが一致するように各分圧抵抗R8〜R11の抵抗値が選択されている。
【００５２】
また、オペアンプ230の反転入力端子と出力端子の間に帰還抵抗R12とコンデンサC5の並列回路が接続されることにより、オペアンプ230と帰還抵抗R12及びコンデンサC5とで誤差増幅器が構成されている。つまり、この誤差増幅器は、入力電圧Ｖ１に比例した電圧と、入力電圧Ｖ１とＬＥＤ負荷３の順方向電圧ＶＦの電位差(＝Ｖ１−ＶＦ)との差分、すなわち、順方向電圧ＶＦに比例した電圧を第２検出値Vs2として出力する。本実施形態の場合、ＬＥＤ負荷３の順方向電圧ＶＦが上昇すると第２検出値Vs2も増加し、ＬＥＤ負荷３の順方向電圧ＶＦが下降すると第２検出値Vs2も減少する。
【００５３】
一方、本実施形態における補正部25は、第２検出値Vs2が増加したら、オン電流(実施形態１参照)を増加させるように基準電圧Vrを補正し(上昇させ)、第２検出値Vs2が減少したら、オン電流を減少させるように基準電圧Vrを補正する(下降させる)。
【００５４】
而して、順方向電圧ＶＦが上昇(第２検出値Vs2が増加する)と、補正部25が基準電圧Vrを上昇させるため、制御部20がスイッチング素子Q1のオン期間t1を長くしてオン電流のピーク値が上昇する。その結果、スイッチング周期Ｔにおいてインダクタ電流Isの流れる期間(t1+t2)が長くなり、負荷電流Ｉの減少を抑えるように出力電圧Ｖ２が上昇する。
【００５５】
一方、順方向電圧ＶＦが下降(第２検出値Vs2が減少する)と、補正部25が基準電圧Vrを下降させるため、制御部20がスイッチング素子Q1のオン期間t1を短くしてオン電流のピーク値が下降する。その結果、スイッチング周期Ｔにおいてインダクタ電流Isの流れる期間(t1+t2)が短くなり、負荷電流Ｉの増加を抑えるように出力電圧Ｖ２が下降する。
【００５６】
本実施形態のＬＥＤ点灯装置によれば、実施形態１と同様に温度変化やＬＥＤ30の個体差によるばらつきによってＬＥＤ負荷３の順方向電圧ＶＦが変動した場合に負荷電流Ｉの変動を抑制することができ、また、臨界モードで制御する場合と比較して深い調光が可能である。さらに、本実施形態のＬＥＤ点灯装置は、実施形態１と同様にスイッチング素子Q1が入力電圧Ｖ１に対して低電位側に接続されているためにハイサイド駆動回路が不要であり、その結果、特許文献１記載の従来例に比べて製造コストの上昇を抑えることができる。
【００５７】
ここで、直流電源Ｅには、通常、交流電源５の電源周波数(60ヘルツ又は50ヘルツ)の倍の周波数のリップルが生じている。しかしながら、本実施形態における第２検出部23は、入力電圧Ｖ１に比例した電圧と、入力電圧Ｖ１とＬＥＤ負荷３の順方向電圧ＶＦの電位差との差分を誤差増幅器で増幅することにより、第２検出値Vs2に対する前記リップルの影響を低減することができる。
【００５８】
(実施形態３)
本発明に係るＬＥＤ点灯装置の実施形態３は、図３に示すように制御ブロック２の第２検出部23を除いて、実施形態１と共通の構成を有している。したがって、実施形態１と共通の構成には同一の符号を付して説明を省略する。なお、図３では交流電源５と電源装置４を直流電源Ｅで示している。
【００５９】
本実施形態における第２検出部23は、スイッチング素子Q1のオフ時において、インダクタL1に設けられる２次巻線L2に誘起される電圧のピーク値を検出するように構成されることが好ましい。
【００６０】
２次巻線L2は、一端がグランドに接続され、他端がダイオードD2のアノードに接続される。このダイオードD2は、カソードが抵抗R8，R9及びコンデンサC5の一端に接続される。抵抗R9及びコンデンサC5の他端はグランドに接続される。一方、抵抗R8の他端は、第２検出部23の出力端として補正部25に接続される。
【００６１】
２次巻線L2には、スイッチング素子Q1のオン時とオフ時とで各々逆極性の電圧が誘起される。そして、スイッチング素子Q1のオフ時に２次巻線L2に誘起される電圧は、ＬＥＤ負荷３の順方向電圧ＶＦに対応した電圧であり、ダイオードD2を介してコンデンサC5を充電する。つまり、コンデンサC5と抵抗R9の並列回路がピークホールド回路を構成しており、スイッチング素子Q1のオフ時に２次巻線L2に誘起される電圧のピーク値がピークホールド回路がホールドされる。
【００６２】
第２検出部23は、スイッチング素子Q1のオフ時にピークホールド回路でホールドしたピーク値(コンデンサC5の両端電圧)を第２検出値Vs2として抵抗R8を介して補正部25に出力する。本実施形態の場合、ＬＥＤ負荷３の順方向電圧ＶＦが上昇すると第２検出値Vs2も増加し、ＬＥＤ負荷３の順方向電圧ＶＦが下降すると第２検出値Vs2も減少する。
【００６３】
一方、本実施形態における補正部25は、第２検出値Vs2が増加したら、オン電流(実施形態１参照)を増加させるように基準電圧Vrを補正し(上昇させ)、第２検出値Vs2が減少したら、オン電流を減少させるように基準電圧Vrを補正する(下降させる)。
【００６４】
而して、順方向電圧ＶＦが上昇する(第２検出値Vs2が増加する)と、補正部25が基準電圧Vrを上昇させるため、制御部20がスイッチング素子Q1のオン期間t1を長くしてオン電流のピーク値が上昇する。その結果、スイッチング周期Ｔにおいてインダクタ電流Isの流れる期間(t1+t2)が長くなり、負荷電流Ｉの減少を抑えるように出力電圧Ｖ２が上昇する。
【００６５】
一方、順方向電圧ＶＦが下降する(第２検出値Vs2が減少する)と、補正部25が基準電圧Vrを下降させるため、制御部20がスイッチング素子Q1のオン期間t1を短くしてオン電流のピーク値が下降する。その結果、スイッチング周期Ｔにおいてインダクタ電流Isの流れる期間(t1+t2)が短くなり、負荷電流Ｉの増加を抑えるように出力電圧Ｖ２が下降する。
【００６６】
本実施形態のＬＥＤ点灯装置によれば、実施形態１，２と同様に温度変化やＬＥＤ30の個体差によるばらつきによってＬＥＤ負荷３の順方向電圧ＶＦが変動した場合に負荷電流Ｉの変動を抑制することができ、また、臨界モードで制御する場合と比較して深い調光が可能である。さらに、本実施形態のＬＥＤ点灯装置は、実施形態１，２と同様にスイッチング素子Q1が入力電圧Ｖ１に対して低電位側に接続されているためにハイサイド駆動回路が不要であり、その結果、特許文献１記載の従来例に比べて製造コストの上昇を抑えることができる。
【００６７】
さらに、本実施形態における第２検出部23は、順方向電圧ＶＦに対応した電圧(２次巻線L2の誘起電圧)のピーク値を第２検出値Vs2としているので、実施形態２と同様に入力電圧Ｖ１に含まれるリップルの第２検出値Vs2に対する影響を低減することができる。
【００６８】
(実施形態４)
本発明に係るＬＥＤ点灯装置の実施形態４は、図４に示すように制御ブロック２の第１検出部24を除いて、実施形態１と共通の構成を有している。したがって、実施形態１と共通の構成には同一の符号を付して説明を省略する。なお、図４では交流電源５と電源装置４を直流電源Ｅで示している。
【００６９】
本実施形態における第１検出部24は、検出抵抗R1、ダイオードD3、コンデンサC3、抵抗R5で構成される。ダイオードD3は、アノードがスイッチング素子Q1のソースと検出抵抗R1の接続点に接続され、カソードが誤差増幅器21の抵抗R6に接続されている。また、ダイオードD3のカソードとグランドとの間に、抵抗R5とコンデンサC3の並列回路が接続されている。すなわち、第１検出部24はコンデンサC3と抵抗R5の並列回路からなるピークホールド回路を有しており、スイッチング素子Q1のオン時に検出抵抗R1に流れる電流に比例した電圧のピーク値を第１検出値Vs1として誤差増幅器21に出力する。
【００７０】
ところで、実施形態１で説明したように、温度変化やＬＥＤ30の個体差によるばらつきによってＬＥＤ負荷３の順方向電圧ＶＦが変動した場合、常温時の順方向電圧ＶＦが２次関数の極小値(＝Ｖ１／２)から離れるにつれて、負荷電流Ｉの変動が大きくなる。
【００７１】
そこで、本実施形態における補正部25は、第２検出値Vs2が入力電圧Ｖ１を２分の１倍した入力電圧に対応する標準値(前記極小値)と一致するときに極大となり、且つ第２検出値Vs２が標準値から離れるにつれて減少するように基準電圧Vrを補正することが好ましい。
【００７２】
補正部25が上述のように基準電圧Vrを補正すれば、順方向電圧ＶＦの変動を打ち消して、負荷電流Ｉの変動を抑制することができる。
【００７３】
(実施形態５)
本発明に係るＬＥＤ点灯装置の実施形態５は、図５に示すように制御ブロック２の構成を除いて、実施形態１と共通の構成を有している。したがって、実施形態１と共通の構成には同一の符号を付して説明を省略する。なお、図５では交流電源５と電源装置４を直流電源Ｅで示している。
【００７４】
本実施形態における制御ブロック２は、実施形態１における制御ブロック２に対して、周波数コントロール部26、第２補正部27、第３補正部28が追加されている点に特徴がある。そして、基準電圧コントロール部22と、周波数コントロール部26及び第２補正部27、第３補正部28とで調光手段Ｘが構成されている。
【００７５】
第２補正部27は、基準電圧コントロール部22に指示して基準電圧Vrを補正する。第３補正部28は、制御部20に指示してスイッチング素子Q1のスイッチング周波数ｆ(＝１／Ｔ：Ｔはスイッチング周期)を補正する。
【００７６】
周波数コントロール部26は、外部から指示される調光レベルに応じて第２補正部27及び第３補正部28を制御する。調光レベルを低く(光量を少なく)する場合、周波数コントロール部26は、第３補正部28にはスイッチング周波数ｆを低くするように制御部20に指示させ、第２補正部27には基準電圧Vrを下げるように基準電圧コントロール部22に指示させる(図６(ａ)，(ｂ)参照)。
【００７７】
つまり、第３補正部28の指示に基づいて制御部20がスイッチング周波数ｆを低く(スイッチング周期Ｔを長く)すれば、単位時間(１周期)当たりに供給される電力量が減少してＬＥＤ負荷３の光出力が減少する。さらに、第２補正部27の指示に基づいて基準電圧コントロール部22が基準電圧Vrを下げれば、制御部20が駆動信号をハイレベルにする期間(スイッチング素子Q1のオン期間t1)が短くなり、オン電流のピーク値が下降する。
【００７８】
したがって、調光レベルを低くするように外部から指示を受けた場合、第３補正部28が制御部20に指示してスイッチング周波数を低くすることにより、基準電圧Vrの調整のみで調光するときと比べて深い調光(調光レベルの下限値の低下)が可能になる。
【００７９】
なお、第３補正部28は、図６(ａ)に示すように調光レベルに合わせてスイッチング周波数ｆを直線的に減少させる代わりに、図７(ａ)に示すように段階的に減少させるように制御部20に指示することが好ましい。このとき、第２補正部27は、スイッチング周波数ｆが一定の期間に基準電圧Vrを直線的に低下させ、且つスイッチング周波数ｆが変化しても基準電圧Vrを一定の範囲内でのみ変化させるように基準電圧コントロール部22に指示することが好ましい(図７(ａ)参照)。
【００８０】
あるいは、第３補正部28は、図７(ｂ)に示すように所定の調光レベル以上ではスイッチング周波数ｆを一定とし、前記所定の調光レベル未満のときにスイッチング周波数ｆを直線的に減少させるように制御部20に指示することが好ましい。このとき、第２補正部27は、前記所定の調光レベル以上では基準電圧Vrを直線的に低下させ、前記所定の調光レベル未満のときに基準電圧Vrを一定にするように基準電圧コントロール部22に指示することが好ましい。
【００８１】
(実施形態６)
本発明に係る照明器具の実施形態を図８(ａ)，(ｂ)に示す。
【００８２】
図８(ａ)に示す照明器具６は、天井Ｓに埋込配設されるダウンライトであって、ＬＥＤ負荷３を内蔵した器具本体60と、天井Ｓの裏側(上側)に設置されるＬＥＤ点灯装置Ａとで構成される。
【００８３】
器具本体60は、アルミダイカストなどの金属材料により下面が開口した有底円筒形状に形成され、内底面にＬＥＤ負荷３が取り付けられ、下面開口が円板状のカバー61で閉塞される。なお、カバー61は、ガラスやポリカーボネートなどの透光性材料で形成される。
【００８４】
本実施形態におけるＬＥＤ点灯装置Ａは、実施形態１〜５の何れでも構わないが、矩形箱状に形成された金属製のケースに収納されている。また、ＬＥＤ点灯装置Ａは、電源ケーブル62とコネクタ63を介して器具本体60のＬＥＤ負荷３と接続される。
【００８５】
図８(ｂ)に示す照明器具７は、天井Ｓに埋込配設されるダウンライトであって、ＬＥＤ負荷３とＬＥＤ点灯装置Ａを器具本体70内に収納して構成されている。
【００８６】
器具本体70は、アルミダイカストなどの金属材料により下面が開口した有底円筒形状に形成され、円板状の仕切板71によって内部空間が上下に分割されている。また、器具本体70の下面開口は、ガラスやポリカーボネートなどの透光性材料で形成される円板状のカバー72で閉塞される。
【００８７】
ＬＥＤ負荷３は、仕切板71の下面側に配設される。また、ＬＥＤ点灯装置Ａは、仕切板71の上部空間に収納され、電源ケーブル73によってＬＥＤ負荷３と接続される。
【符号の説明】
【００８８】
１  スイッチング電源回路
２  制御ブロック
３  ＬＥＤ負荷
20  制御部
21  誤差増幅器
23  第２検出部
24  第１検出部
25  補正部(補正手段)
30  発光ダイオード
Q1  スイッチング素子
L1  インダクタ
Ｖ１  入力電圧
Ｖ２  出力電圧
Vr  基準電圧(基準値)
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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