(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ点灯装置であって、
トランス及び該トランスの二次巻線にダイオードを介して接続された平滑コンデンサを有し、ＬＥＤに直流電圧を印加するスイッチング電源回路、
前記平滑コンデンサから電圧供給を受けて動作し、前記ＬＥＤに流れる電流を検出して検出電流値が目標電流値となるように前記スイッチング電源回路を制御するフィードバック回路、及び
前記トランスの一次電圧又は前記二次巻線に発生する二次電圧の有無を検出し、該一次電圧又は二次電圧が発生していない場合でかつ前記平滑コンデンサに電圧が残っている場合に前記平滑コンデンサの電圧から前記フィードバック回路への給電経路又は前記平滑コンデンサの電圧からの前記目標電流値の入力経路を開状態とすることによって前記フィードバック回路の動作を無効化するフィードバック無効化回路
を備えたＬＥＤ点灯装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置において、
前記フィードバック無効化回路が、
前記一次電圧又は二次電圧を検出する検知部、及び
前記平滑コンデンサから前記フィードバック回路への給電経路に接続され、前記一次電圧又は二次電圧が発生していることが該検知部によって検出された場合に閉状態となり、前記一次電圧又は二次電圧が発生していないことが該検知部によって検出された場合に開状態となることによって前記平滑コンデンサから前記フィードバック回路への給電を遮断するように構成されたスイッチ
を備える、ＬＥＤ点灯装置。
【請求項３】
請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置において、
前記フィードバック無効化回路が、
前記一次電圧又は二次電圧を検出する検知部、及び
前記フィードバック回路への給電部と前記目標電流値の入力部の間に接続され、前記一次電圧又は二次電圧が発生していることが該検知部によって検出された場合に閉状態となり、前記一次電圧又は二次電圧が発生していないことが該検知部によって検出された場合に開状態となることによって前記目標電流値をゼロにするように構成されたスイッチ
を備える、ＬＥＤ点灯装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載のＬＥＤ点灯装置において、前記フィードバック無効化回路がフォトカプラを備え、前記検知部が該フォトカプラのフォトダイオードを含み、前記スイッチが該フォトカプラのフォトトランジスタからなるＬＥＤ点灯装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のＬＥＤ点灯装置において、前記フィードバック無効化回路が、前記一次電圧又は二次電圧の発生後の所定期間経過後に前記フィードバック回路の動作を有効化する遅延回路を備えたＬＥＤ点灯装置。
【請求項６】
請求項１から５いずれか一項に記載のＬＥＤ点灯装置、及び該ＬＥＤ点灯装置の出力端に接続されたＬＥＤを備えたＬＥＤ照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＬＥＤ点灯装置及びそれを用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５に従来のＬＥＤ点灯装置の回路構成図を示す。同図のＬＥＤ点灯装置は、ＡＣ電源１を整流する整流回路２、整流回路２の出力を直流化してＬＥＤ７に直流電圧を印加するスイッチング電源回路３、及びＬＥＤ７に流れる電流が目標値で一定となるようにスイッチング電源回路３を制御するフィードバック回路４を備える（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
フィードバック回路４は、抵抗４０及びツェナーダイオード４１からなる定電圧回路によって平滑コンデンサ３４から制御電源の供給を受ける。フィードバック回路４は誤差増幅器であるオペアンプ４２を含む。オペアンプ４２の反転入力には、電流検出抵抗５０で検出されるＬＥＤ電流の検出値が入力され、非反転入力には、定電圧回路出力の抵抗４３及び４４による分圧値が目標電流値として入力される。オペアンプ４２は検出電流値を目標電流値に一致させるように動作し、その誤差（反転入力と非反転入力の電位差）に応じた電流がフォトカプラ４５のフォトダイオード４５ａに流れる。フォトカプラ４５において、フォトダイオード４５ａに流れる電流に応じてその出力光量が増減し、その光量に応じてフォトカプラ４５のフォトトランジスタ４５ｂのコレクタ電流も増減する。
【０００４】
制御回路３０は、フォトトランジスタ４５ｂのコレクタ電流の増減に応じてトランジスタ３１をＰＷＭ制御する。即ち、オペアンプ４２の反転入力と非反転入力の誤差が増加するとフォトダイオード４５ａの光量が増加するとともにフォトトランジスタ４５ｂのコレクタ電流が増加し、これに応じて制御回路３０がトランジスタ３１のオンデューティ比を増大させてフライバックコンバータ３の出力を増加させる。
【０００５】
平滑コンデンサ３４は、整流回路２の脈流出力がＬＥＤ電流に乗るのを防止する。この平滑コンデンサを設けない場合、ＬＥＤ電流の脈流の谷間毎に（例えば、ＡＣ電源が５０Ｈｚの場合は１００Ｈｚ周期で）ＬＥＤが消灯し、これが人の目にチラツキ感を与えてしまう。また、ＬＥＤ電流の脈流の谷間毎にＬＥＤが消灯しない場合でもＬＥＤの光出力の増減が、チラツキ感を与えてしまう場合もある。そのため、平滑コンデンサ３４には、ＡＣ電源電圧に起因するリップルを充分に平滑化できるように、数μＦ〜数百μＦの比較的大きな容量のコンデンサが用いられる。ここで、整流回路２の直後（即ち、トランス３２の一次側）に平滑コンデンサを接続する構成によってもＬＥＤ出力のリップルを解消できるが、この構成はいわゆるコンデンサインプットとなる。コンデンサインプットにおいては、コンデンサが充電される期間しか入力電流が流れないため、入力力率が低く、電源高調波電流も大きくなるため好ましくない。そのため、トランス３２の二次側に平滑コンデンサを接続する構成が一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−３４７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、ＬＥＤは、ＬＥＤの順方向電圧以上の電圧を印加しなければ電流が流れず、発光しない。照明に多く用いられる白色ＬＥＤの場合、順方向電圧は３．５Ｖ程度あり、直列にＬＥＤを接続した場合、ＬＥＤの個数×順方向電圧以上の電圧がフライバックコンバータ３の出力電圧として必要になる。図５のＬＥＤ点灯装置において、点灯状態からＡＣ電源１をオフすると、フライバックコンバータ３が停止してＬＥＤ７へ電圧が供給されなくなり、ＬＥＤ７は消灯する。そのときＬＥＤ７は徐々に消灯するのではなく、フライバックコンバータ３の出力が遮断された後に、フライバックコンバータ３の出力電圧がＬＥＤ７の総順方向電圧以下になった時点で消灯する。そのため、平滑コンデンサ３４はＬＥＤ７が消灯した時の電圧（総順方向電圧−数Ｖ程度）が充電されたままとなり、ＬＥＤ７の接続個数が多いほどその電圧は高くなる。そして、前述したように、平滑コンデンサ３４の容量は数μＦ〜数百μＦと比較的大きい容量であるため（抵抗４０、４３及び４４を介して遅い時定数で放電されるものの）、平滑コンデンサ３４に充電された電圧が下がるのには時間がかかる。
【０００８】
ここで、フィードバック回路４の動作電源は平滑コンデンサ３４と並列に接続された抵抗４０とツェナーダイオード４１の直列回路によって生成されているため、ＡＣ電源１がオフされても、平滑コンデンサ３４の電圧がツェナーダイオード４１の電圧以下に下がらなければ、フィードバック回路４は動作し続けることになる。具体的には、ＬＥＤ７は消灯しているため、電流検出抵抗５０には電流が流れず（即ち、オペアンプ４２の非反転入力への入力は０Ｖとなり）、オペアンプ４２の帰還動作により、非反転入力と反転入力の電圧差に応じた電流がフォトダイオード４５ａ及びフォトトランジスタ４５ｂに流れる。即ち、フィードバック回路４は、停止している制御回路３０に対して、ＬＥＤ電流を増やすための信号を出力し続けることになる。
【０００９】
この状態でＡＣ電源１がオンされた場合、フィードバック回路４はＬＥＤ電流を増やすための信号出力を制御回路３０に対して出力しているため、フライバックコンバータ３は起動と同時に一気に電流を流し始めることになる。このため、図６に示すようにＬＥＤ７の点灯直後（ｔＯＮ）に、フライバックコンバータ３からＬＥＤ７に必要以上の電流が流れることになり、これがＬＥＤ７のダメージとなる場合がある。特に、ＡＣ電源１のオン・オフにリレーやスイッチ等の機械接点が用いられる場合、チャタリング（機械的振動によって断続を繰り返すこと）が発生する場合があり、ＬＥＤ７へのダメージが一層懸念される。
【００１０】
そこで本発明は、平滑コンデンサがフライバックコンバータ等のスイッチング電源回路の出力段に接続されるＬＥＤ点灯装置において、ＬＥＤ消灯後の再点灯時にスイッチング電源回路からＬＥＤに過電流が流れるのを防止し、これによりＡＣ電源オン・オフに伴うＬＥＤのダメージを抑制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、トランス及びトランスの二次側に接続された平滑コンデンサを有しＬＥＤに直流電圧を印加するスイッチング電源回路、平滑コンデンサから電圧供給を受けて動作しＬＥＤに流れる電流を検出して検出電流値が目標電流値となるようにスイッチング電源回路を制御するフィードバック回路、及びトランスの一次電圧又は二次電圧の有無を検出し、一次電圧又は二次電圧が発生していない場合にフィードバック回路の動作を無効化するフィードバック無効化回路を備える。
【００１２】
ここで、フィードバック無効化回路が、一次電圧又は二次電圧を検出する検知部、及び一次電圧又は二次電圧が発生していることが検知部によって検出された場合に閉状態となり、一次電圧又は二次電圧が発生していないことが検知部によって検出された場合に開状態となるスイッチを備え、開状態において、スイッチが平滑コンデンサからフィードバック回路への給電を遮断するように構成される。
【００１３】
また、フィードバック無効化回路が、一次電圧又は二次電圧を検出する検知部、及び一次電圧又は二次電圧が発生していることが検知部によって検出された場合に閉状態となり、一次電圧又は二次電圧が発生していないことが検知部によって検出された場合に開状態となるスイッチを備え、開状態においてスイッチが目標電流値をゼロにする構成としてもよい。
【００１４】
また、フィードバック無効化回路がフォトカプラを備え、検知部がフォトカプラのフォトダイオードを含み、スイッチがフォトカプラのフォトトランジスタからなる構成としてもよい。
【００１５】
また、フィードバック無効化回路が、一次電圧又は二次電圧の発生後の所定期間経過後にフィードバック回路の動作を有効化する遅延回路を備えるようにしてもよい。
【００１６】
本発明の照明装置は、上記のＬＥＤ点灯装置、及びＬＥＤ点灯装置の出力端に接続されたＬＥＤを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例によるＬＥＤ点灯装置を示す回路構成図である。
【図２】本発明の実施例によるＬＥＤ点灯装置を示す詳細な回路構成図である。
【図３】本発明の変形例によるＬＥＤ点灯装置を説明する回路構成図である。
【図４】本発明の変形例によるＬＥＤ点灯装置を説明する回路構成図である。
【図５】従来のＬＥＤ点灯装置を示す回路構成図である。
【図６】従来のＬＥＤ点灯装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施例．
図１に本発明の実施例によるＬＥＤ点灯装置の回路構成図を示す。ＬＥＤ点灯装置は、ＡＣ電源１を整流する整流回路２、整流回路２の出力を受けてＬＥＤ７に直流電圧を印加するスイッチング電源回路３、ＬＥＤ７に流れる電流を検出して検出電流値が目標電流値となるようにスイッチング電源回路３を制御するフィードバック回路４、及びスイッチング電源回路３への一次電圧の有無を検出して一次電圧が無い場合にはフィードバック回路４の動作を無効化するフィードバック無効化回路６を備える。上記のＬＥＤ点灯装置の出力端にＬＥＤ７を接続することにより照明装置が構成される。なお、ＡＣ電源１の代わりにＤＣ電源が接続される場合には整流回路２はなくてもよい。
【００１９】
スイッチング電源回路３は絶縁型のフライバックコンバータからなり（以下、「フライバックコンバータ３」という）、制御回路３０、トランジスタ３１、トランス３２、ダイオード３３及び平滑コンデンサ３４を備える。トランス３２の一次側入力が制御回路３０及びトランジスタ３１によってＰＷＭ制御され、二次側出力がダイオード３３及び平滑コンデンサ３４で整流及び平滑される。このように、二次側（出力側）に平滑コンデンサ３４が接続されるので、高い力率と抑制された電源高調波電流が実現される。また、ＬＥＤ７はトランス３２によってＡＣ電源１と絶縁されており、二次側（ＬＥＤ側）の安全性が確保されている。なお、スイッチング電源回路３は絶縁型のスイッチングコンバータであれば、フォワードコンバータ等、他の構成の回路であってもよい。
【００２０】
フィードバック回路４は、抵抗４０及びツェナーダイオード４１からなる定電圧回路によって平滑コンデンサ３４から制御電源の供給を受けて動作する。オペアンプ４２の反転入力には、電流検出抵抗５０で検出されるＬＥＤ電流の検出値が入力され、非反転入力には、定電圧回路出力の抵抗４３及び４４による分圧値が目標電流値として入力される。オペアンプ４２の出力にはフォトカプラ４５のフォトダイオード４５ａが接続される。オペアンプ４２は検出電流値を目標電流値に一致させるように動作し、その誤差（反転入力と非反転入力の電位差）に応じた電流がフォトダイオード４５ａに流れる。フォトカプラ４５において、フォトダイオード４５ａに流れる電流に応じてその出力光量が増減し、その光量に応じてフォトトランジスタ４５ｂのコレクタ電流が増減する。なお、図の明瞭化のため、フォトダイオード４５ａとフォトトランジスタ４５ｂを分離して記載しているが、実際には両者は１つのＩＣパッケージに含まれてフォトカプラ４５が構成される。
【００２１】
制御回路３０は、フォトトランジスタ４５ｂのコレクタ電流の増減に応じてトランジスタ３１をＰＷＭ制御する。即ち、オペアンプ４２の反転入力と非反転入力の誤差が増加するとフォトダイオード４５ａの光量が増加し、これに従ってフォトトランジスタ４５ｂのコレクタ電流が増加し、制御回路３０がトランジスタ３１のオンデューティ比を増大させてフライバックコンバータ３の出力を増加させる。一方、オペアンプ４２の反転入力と非反転入力の誤差が小さい（又は両者がほぼ等しい）場合にはフォトトランジスタ４５ｂのコレクタ電流は減少し（又はゼロに近づき）、フライバックコンバータ３は安定にフィードバック制御されている状態となる。
【００２２】
フィードバック無効化回路６は検知部６ａ及びスイッチ６ｂを備える。検知部６ａは、フライバックコンバータ３のトランス３２への一次電圧（又は、ＡＣ電源１からの入力電圧）の有無を検出する。スイッチ６ｂは、検知部６ａによって一次電圧が発生していることが検出された場合には閉状態となり、一次電圧が発生していないことが検出された場合には開状態となる。スイッチ６ｂが開状態となることにより、平滑コンデンサ３４からフィードバック回路４への給電が遮断される。本例において、検知部６ａはＡＣ電源１のオン・オフを検出できればよいので、整流回路２の前段に設けられてもよい。
【００２３】
ＬＥＤ７の点灯中にＡＣ電源１がオフされると、制御回路３０への給電が停止し、フライバックコンバータ３が動作を停止する。そして、平滑コンデンサ３４の電圧がＬＥＤ７の総順方向電圧値以下になるとＬＥＤ７が消灯する。フィードバック無効化回路６では、ＡＣ電源１がオフになったことを検知部６ａが検知し、スイッチ６ｂを開状態とする。これにより、フォトダイオード４５ａへの給電が遮断され（併せてオペアンプ４２も動作を停止するので）、フォトトランジスタ４５ｂのコレクタ電流は流れなくなる。従って、ＡＣ電源１のオフ時には、フィードバック回路４の動作電源となる平滑コンデンサ３４に電圧が残っていても、フィードバック回路４の動作は無効化される。
【００２４】
その後ＡＣ電源１がオンされると、フライバックコンバータ３が動作を開始する一方で、検知部６ａがスイッチ６ｂを閉状態とする。従って、フォトトランジスタ４５ｂにコレクタ電流が流れていない状態でフライバックコンバータ３が動作を開始することになる。即ち、フライバックコンバータ３の出力はフォトトランジスタ４５ｂにコレクタ電流が流れている時よりも小さいので、図６に示したような過大な電流がＬＥＤ７に投入されることはない。
【００２５】
図２に本実施例によるＬＥＤ点灯装置の具体的な回路構成図を示す。同図のＬＥＤ点灯装置では、フィードバック無効化回路６は、フォトダイオード６０ａ及びフォトトランジスタ６０ｂからなるフォトカプラ６０、分圧回路を構成する抵抗６１−６３、並びにフォトダイオード６０ａにかかる電圧を平滑化するコンデンサ６４を備える。図１との関係において、フォトダイオード６０ａ、抵抗６１−６３及びコンデンサ６４が検知部６ａに対応し、フォトトランジスタ６０ｂがスイッチ６ｂに対応する。なお、記載の明瞭化のため、フォトダイオード６０ａとフォトトランジスタ６０ｂを分離して記載してあるが、実際には両者は１つのＩＣパッケージに含まれてフォトカプラ６０が構成される。
【００２６】
ＬＥＤ７の点灯中にＡＣ電源１がオフされると、上述したように、平滑コンデンサ３４が帯電した状態でフライバックコンバータ３が動作を停止する。一方、フォトダイオード６０ａには電圧が印加されなくなるので、フォトトランジスタ６０ｂは開状態となる。これにより、フィードバック回路４の動作が無効化される。
【００２７】
ＡＣ電源１が再びオンされると、フライバックコンバータ３が動作を開始する一方で、フォトダイオード６０ａにＡＣ電源の分圧値が印加されてフォトトランジスタ６０ｂが閉状態となる。これにより、フライバックコンバータ３の起動時以降にフィードバック回路４の動作が有効化される。
【００２８】
ここで、フライバックコンバータ３の起動後の所定期間経過後にフィードバック回路４の動作が有効化されるようにしてもよい。例えば、フライバックコンバータ３が起動してから所定の時定数だけ遅延してフォトトランジスタ６０ｂにコレクタ電流が流れるようにコンデンサ６４の容量を選定するようにしてもよい。この場合、コンデンサ６４は遅延回路としても機能する。これにより、フライバックコンバータ３が起動する時点で、確実にフィードバック回路４の動作の無効化を維持することができる。なお、ＬＥＤが消灯される時にフィードバック回路４の動作を無効化するタイミングはフライバックコンバータ３が動作を停止した後であっても問題ないので、コンデンサ６４の容量を充分大きく設定することができる。
【００２９】
また、遅延回路の他の例として、コンデンサ６４とは別のコンデンサ（不図示）をツェナーダイオード４１に並列接続し、フライバックコンバータ３の起動から所定期間経過後にオペアンプ４２が起動されるようにしてもよい。また、コンデンサ６４とは別のコンデンサ（不図示）を抵抗４４に並列接続し、オペアンプ４２の起動後に徐々に目標電流値が増加するようにしてもよい。
【００３０】
なお、本実施例では検知部６ａ及びスイッチ６ｂをフォトカプラ６０で構成したが、検知部６ａ及びスイッチ６ｂをリレースイッチで構成してもよい。
【００３１】
以上より、平滑コンデンサがフライバックコンバータ３の出力段に接続されるＬＥＤ点灯装置において、ＬＥＤ消灯後の再点灯時にフライバックコンバータ３からＬＥＤ７に過電流が流れるのが防止され、これにより入力電源のオン・オフに伴うＬＥＤのダメージが抑制される。
【００３２】
変形例１．
図３に本発明の変形例によるＬＥＤ点灯装置の回路構成図を示す。図１のＬＥＤ点灯装置との相違は、フィードバック無効化回路６の検知部６ａの接続位置にある。本例では、検知部６ａがトランス３２の二次巻線側に接続される。本例の構成は、ＡＣ電源１がオンされた状態で制御回路３０がリモコン制御されてフライバックコンバータの動作がオン・オフされる場合に有効である。
【００３３】
ＡＣ電源１又は制御回路３０がオフされ、フライバックコンバータ３が停止したことを検知部６ａが検知すると、スイッチ６ｂが開状態となる。その後ＡＣ電源１又は制御回路３０が再びオンされると、フライバックコンバータ３が動作を開始し、スイッチ６ｂが閉状態となる。即ち、本例の構成によると、時定数の大きい遅延回路を設けることなく、フライバックコンバータ３の起動後にフィードバック回路４を有効化することができる。但し、図１の実施例と異なり、検知部６ａ及びスイッチ６ｂがフィードバック系内にあるので、これらの動作がフィードバック動作と干渉しないように設計する必要がある。
【００３４】
なお、本例においても、フィードバック無効化回路６の具体的構成として図２の構成を採用することができる。即ち、図２のフォトダイオード６０ａ、抵抗６１−６３及びコンデンサ６４を図３の検知部６ａの位置に接続し、フォトトランジスタ６０ｂを図３のスイッチ６ｂの位置に接続すればよい。
【００３５】
変形例２．
図４に本発明の他の変形例によるＬＥＤ点灯装置の回路構成図を示す。図１のＬＥＤ点灯装置との相違は、フィードバック無効化回路６のスイッチ６ｂの挿入位置にある。本例では、スイッチ６ｂは、抵抗４３をオペアンプ４２の非反転入力から切り離す位置に挿入される。ＡＣ電源１がオフになったことを検知部６ａが検知し、スイッチ６ｂを開状態とすると、オペアンプ４２の非反転入力である目標電流値がゼロとなる。即ち、ＬＥＤ消灯時には検出電流値と目標電流値がともにゼロになるので、フォトダイオード４５ａには電流は流れず、発光しない。従って、フォトトランジスタ４５ｂのコレクタ電流は流れず、フィードバック回路４の動作は実質的に無効化される。
【００３６】
なお、本例においても、フィードバック無効化回路６の具体的構成は図２の構成を採用することができる。即ち、図２のフォトダイオード６０ａ、抵抗６１−６３及びコンデンサ６４を図４の検知部６ａの位置に接続し、フォトトランジスタ６０ｂを図４のスイッチ６ｂの位置に接続すればよい。また、遅延回路として、コンデンサ６４の容量を適宜設定してもよいし、別途のコンデンサ（不図示）を抵抗４４に並列接続してもよい。
【００３７】
なお、変形例１と変形例２を組み合わせて、検知部６ａを図３に示すようにトランス３２の二次巻線側に、スイッチ６ｂを図４に示すように抵抗４３をオペアンプ４２の非反転入力から切り離す位置に、それぞれ接続するようにしてもよい。
【００３８】
上記実施例及び各変形例の構成によると、平滑コンデンサがスイッチング電源回路の後段に接続されるＬＥＤ点灯装置において、ＡＣ電源オン・オフに起因するＬＥＤへのダメージを抑制し、ＬＥＤ点灯装置の信頼性を向上することができる。
【符号の説明】
【００３９】
２．整流回路
３．スイッチング電源回路（フライバックコンバータ）
４．フィードバック回路
６．フィードバック無効化回路
６ａ．検知部
６ｂ．スイッチ
７．ＬＥＤ
３０．制御回路
３１．トランジスタ
３２．トランス
３３．ダイオード
３４．平滑コンデンサ
４０、４３、４４、４６、４７、４９、５０、５１．抵抗
４１．ツェナーダイオード
４２．オペアンプ
４５．フォトカプラ
４５ａ．フォトダイオード
４５ｂ．フォトトランジスタ
４８．コンデンサ
６０．フォトカプラ
６０ａ．フォトダイオード
６０ｂ．フォトトランジスタ
６１、６２、６３．抵抗
６４．コンデンサ
【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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