(57)【要約】      （修正有）【課題】より効率的に動作する照明器具を提供する。【解決手段】照明装置は、第１のノーマリーオンタイプのスイッチング素子３２と、第１のノーマリーオンタイプのスイッチング素子に直列接続された第２のノーマリーオンタイプのスイッチング素子３３と、第１のノーマリーオンタイプのスイッチング素子および第２のノーマリーオンタイプのスイッチング素子に直列接続された半導体発光素子群３１と、第２のノーマリーオンタイプのスイッチング素子に並列接続され、インダクタ３５とコンデンサ３６とが直列接続された直列回路と、第２のノーマリーオンタイプのスイッチング素子のゲートに接続されたノーマリーオンタイプのスイッチング素子４３を有し、第２のノーマリーオンタイプのスイッチング素子をオフ動作させる駆動制御手段と、を具備する。【選択図】図３
2018152351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともソースとゲートとを有するスイッチング素子と、前記スイッチング素子のソースに接続する定電流手段と、少なくとも前記スイッチング素子のオフ時に電流が流れるダイオードと、を集積した半導体チップと；
前記定電流手段に接続され少なくとも前記スイッチング素子のオン時に電流が流れるインダクタ及び前記インダクタに磁気結合するとともに前記スイッチング素子のゲートに接続する駆動巻線とを平面状に構成した平面コイル構造体と；
を備え、半導体チップを前記平面コイル構造体の少なくとも一面に積層するとともに、前記スイッチング素子のオンオフ動作により直流出力を発生する集積回路モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子の光学性能の向上にともない、光源としてＬＥＤ素子を用いた装置が実用化されている。ＬＥＤ素子を点灯させるＬＥＤ点灯装置として、例えば、スイッチング手段を用いた直流のＬＥＤ点灯装置が広く用いられている。
【０００３】
ＬＥＤ点灯装置のスイッチング手段（スイッチング素子）には、従来、Ｓｉ（シリコン）半導体が用いられたトランジスタなどが用いられる。また、ＳｉＣ（炭化珪素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）またはダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体を用いたトランジスタが注目されている。
【０００４】
ワイドギャップ半導体は、一般的に、ゲート電圧がゼロである場合に電流が流れるノーマリオン特性を有する。ワイドギャップ半導体が用いられる半導体素子は、例えば、ＪＦＥＴ（接合型ＦＥＴ）、ＳＩＴ（静電誘導型トランジスタ）、ＭＥＳＦＥＴ（金属−半導体ＦＥＴ：Metal−Semiconductor−Field−Effect−Transistor）、ＨＦＥＴ(Heterojunction Field Effect Transistor)、ＨＥＭＴ（High ElectronMobility Transistor）および蓄積型ＦＥＴなどがある。
【０００５】
ノーマリオン特性を有する半導体素子（以下、ノーマリオンスイッチという。）を確実にオフさせるために、ＬＥＤ点灯装置は、負ゲート電圧用の制御回路を備える必要がある。
また、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いてＬＥＤ素子を点灯することにより、回路効率の高いＬＥＤ点灯装置が得られることが知られている。ＤＣ−ＤＣコンバータは、誘起発生する起電力を用いてスイッチ素子を駆動することにより、定電流制御を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２１８５２８号公報
【特許文献２】特開２００７−００６６５８号公報
【特許文献３】特許第４１２３８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
安定性及び信頼性が向上する集積回路モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
少なくともソースとゲートとを有するスイッチング素子と、前記スイッチング素子のソースに接続する定電流手段と、少なくとも前記スイッチング素子のオフ時に電流が流れるダイオードと、を集積した半導体チップと；
前記定電流手段に接続され少なくとも前記スイッチング素子のオン時に電流が流れるインダクタ及び前記インダクタに磁気結合するとともに前記スイッチング素子のゲートに接続する駆動巻線とを平面状に構成した平面コイル構造体と；
を備え、半導体チップを前記平面コイル構造体の少なくとも一面に積層するとともに、前記スイッチング素子のオンオフ動作により直流出力を発生する集積回路モジュール。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、一実施形態に係る照明器具の例を示す図である。
【図２】図２は、一実施形態に係るＬＥＤ点灯装置の構成例を示す図である。
【図３】図３は、一実施形態に係るＬＥＤ点灯装置の構成例を示す図である。
【図４】図４は、一実施形態に係る定電圧電源の構成例を示す図である。
【図５】図５は、一実施形態に係るＬＥＤ点灯装置の構成例を示す図である。
【図６】図６は、一実施形態に係るＬＥＤ点灯装置の構成例を示す図である。
【図７】図７は、一実施形態に係るＬＥＤ点灯装置の構成例を示す図である。
【図８】図８は、一実施形態に係るＬＥＤ点灯装置の構成例を示す図である。
【図９】図９は、一実施形態に係るＬＥＤ点灯装置の各部における電流及び電圧の波形の例を示す図である。
【図１０】図１０は、一実施形態に係るＬＥＤ点灯装置の構成例を示す図である。
【図１１】図１１は、一実施形態に係るＬＥＤ点灯装置の構成例を示す図である。
【図１２】図１２は、一実施形態に係るＬＥＤ点灯装置の構成例を示す図である。
【図１３】図１３は、一実施形態に係るＬＥＤ点灯装置の各部における電流及び電圧の波形の例を示す図である。
【図１４】図１４は、一実施形態に係るＬＥＤ点灯装置の構成例を示す図である。
【図１５】図１５は、一実施形態に係るＬＥＤ点灯装置の構成例を示す図である。
【図１６】図１６は、一実施形態に係るＬＥＤ点灯装置の集積回路モジュールの例を示す図である。
【図１７】図１７は、一実施形態に係るＬＥＤ点灯装置の集積回路モジュールの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施の形態を図面に従い説明する。
【００１１】
（第１の実施の形態）
【００１２】
図１は、第１の実施の形態にかかる電源装置（ＬＥＤ点灯装置）が適用される照明器具を示す斜視図である。まず、電源装置を備える照明器具について簡単に説明する。
【００１３】
図１において、１は器具本体である。器具本体１は、円板状をした基台１ａを有している。そして、この基台１ａ上に光源として直径の異なるリング状のＬＥＤ照明灯２，及び３が同心状に配置される。ＬＥＤ照明灯２，３を覆うように乳白色のセード４が装着されている。器具本体１の内部には、電源装置１００が配置されている。なお、図示しないが、さらに反射板、端子および配線などが器具本体１に設けられてもよい。
【００１４】
図２は、図１に示す照明器具の器具本体１の内部に組み込まれる電源装置１００の概略構成を示している。
【００１５】
図２において、１０は交流電源である。交流電源１０は、不図示の商用電源を備える。交流電源１０には、全波整流回路１１の入力端子が接続されている。全波整流回路１１は、交流電源１０からの交流電力を全波整流した出力を発生する。全波整流回路１１の正負極の出力端子間には、リップル電流平滑用のコンデンサ１２が接続されている。
【００１６】
コンデンサ１２には、降圧チョッパを構成するスイッチング素子として例えばＧａＮによるノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ１３が接続されている。
【００１７】
この電界効果トランジスタ１３は、バンドギャップの違う異種の半導体材料を接合することで形成される。電界効果トランジスタ１３は、界面に２次元電子ガスの層を備える。電界効果トランジスタ１３は、２次元電子ガスの層の効果により高速なスイッチングと感度を実現することが出来る。電界効果トランジスタ１３は、ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）と呼ばれている。
【００１８】
また、この電界効果トランジスタ１３は、ゲートソース間電圧をＶｇｓとし、ゲート電圧の閾値をＶｔｈ（負電圧）とする。電界効果トランジスタ１３は、Ｖｔｈ＞Ｖｇｓである場合にオフし、Ｖｔｈ＜Ｖｇｓである場合にオンする。
【００１９】
電界効果トランジスタ１３のドレインは、全波整流回路１１の正極側の出力端子に接続される。電界効果トランジスタ１３のソースは、半導体発光素子として複数個直列接続されたＬＥＤ素子を有するＬＥＤ素子群１４、抵抗素子１５及びインダクタ１６の直列回路を介して全波整流回路１１の正極側の出力端子に接続される。また、電界効果トランジスタ１３のゲートは、駆動制御手段をなすスイッチング素子としてノーマリーオフタイプの電界効果トランジスタ１８を介して抵抗素子１５とインダクタ１６の接続点に接続されている。
【００２０】
なお、電界効果トランジスタ１３は、ソースとゲートの間にゲート保護用の図示極性のダイオード１９が接続されている。
【００２１】
ＬＥＤ素子群１４は、図１に示すＬＥＤ照明灯２，３に相当する。ＬＥＤ素子群１４に電流が流れると両端に図示極性の順方向電圧を発生する。順方向電圧の負電位を電界効果トランジスタ１３のソースゲート間に印加させることで電界効果トランジスタ１３をオフさせる。また、ＬＥＤ素子群１４には、並列にコンデンサ２０が接続されている。
【００２２】
インダクタ１６は、カップリングされた補助巻線１６１を有する。補助巻線１６１の一方端は、抵抗素子１５とインダクタ１６の接続点に接続される。補助巻線１６１の他方端は、図示している極性のダイオード２１を介して電界効果トランジスタ１８のゲートに接続されている。そして、電界効果トランジスタ１３のオンオフ動作にともなうインダクタ１６での電磁的エネルギーの蓄積及び放出により、フライホイールダイオード２２を介してコンデンサ２０両端に降圧された直流出力を発生させる。また、インダクタ１６での電磁的エネルギーの蓄積及び放出に同期した補助巻線１６１の出力により、電界効果トランジスタ１８をオンオフ動作させる自励回路が構成されている。
【００２３】
抵抗素子１５には、定電流制御手段を構成するコンパレータ２３が接続されている。コンパレータ２３は、図示極性のダイオード２４を介して電界効果トランジスタ１８のゲートに接続されている。また、コンパレータ２３は、一方入力端子に予め設定された基準信号Ｖｆを発生する電源１７が接続される。コンパレータ２３の他方端子には、抵抗素子１５に流れる負荷電流が入力される。コンパレータ２３は、入力される負荷電流と基準信号Ｖｆとを比較する。コンパレータ２３は、比較結果において、負荷電流が基準信号Ｖｆに達する場合、電界効果トランジスタ１８を強制的にオン動作させる。
【００２４】
次に、このように構成した実施の形態の作用を説明する。
【００２５】
いま、不図示の電源スイッチにより電源オンとすると、オン状態の電界効果トランジスタ１３を介してＬＥＤ素子群１４の両端に図示極性の順方向電圧を発生する。また、電界効果トランジスタ１３のオンにより、ＬＥＤ素子群１４を流れる電流がコンパレータ２３の基準信号Ｖｆになると、電界効果トランジスタ１８がオンし、ＬＥＤ素子群１４の順方向電圧による負電位が電界効果トランジスタ１３のソースとゲートの間に印加される。この場合、Ｖｔｈ＞Ｖｇｓになって電界効果トランジスタ１３がオフする。この状態で、インダクタ１６の補助巻線１６１より電界効果トランジスタ１８をオンし続ける信号が発生する。インダクタ１６が放電を終了する場合、電界効果トランジスタ１８がオフする。この場合、Ｖｔｈ＜Ｖｇｓとなる為、電界効果トランジスタ１３は、再びオンする。
【００２６】
以下、同様な動作が繰り返され、電界効果トランジスタ１８のスイッチング動作により電界効果トランジスタ１３をオンオフする。インダクタ１６での電磁的エネルギーの蓄積及び放出によりフライホイールダイオード２２を介してコンデンサ２０両端に降圧された直流出力が発生する。この直流出力によりＬＥＤ素子群１４が点灯される。
【００２７】
また、抵抗素子１５に流れる負荷電流がコンパレータ２３の予め設定された基準信号Ｖｆになると電界効果トランジスタ１８がオンし、電界効果トランジスタ１３がオフする。これにより負荷電流が制限されるようになり、ＬＥＤ素子群１４に流れる負荷電流は、常に基準信号Ｖｆと一致するように制御され、定電流制御が行われる。
【００２８】
したがって、このようにすれば、降圧チョッパを構成するスイッチング素子としてノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ１３が用いられ、電界効果トランジスタ１３を、ＬＥＤ素子群１４に発生する順方向電圧を利用してオフできるようになる。これにより、ノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ１３をオフするための負電圧を得るのに特別な電源回路を組み込むことがなくなり、部品点数を少なくできる。また、回路構成を簡単化できるとともに、装置を小型化でき、価格的にも安価にできる。
【００２９】
また、半導体発光素子１４に発生する順方向電圧により電界効果トランジスタ１３のゲート電圧の閾値Ｖｔｈに対してＶｔｈ＞Ｖｇｓ（ゲートソース間電圧）の適切な負電位を得られるので、ノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタを確実にオフすることができる。
【００３０】
また、スイッチング素子として、ＧａＮによるノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ１３を使用している。電界効果トランジスタ１３は、効率を落とすことなく高周波化できる。これにより、回路を構成するインダクタやコンデンサなどのインピーダンス素子の容量を小さくすることができ、装置のさらなる小型化によりモジュール化が実現できる。
【００３１】
さらに、外部からの操作などで電源１７の基準電圧Ｖｆを変更することにより、ＬＥＤ素子群１４の調光を行うこともできる。この場合、例えば、ＬＥＤ素子群１４を搭載する不図示の基板側に、リモコン又はフォトカプラなどによる絶縁タイプの入力手段を介して制御信号を受け付ける受信回路を設けるのが好ましい。
【００３２】
なお、ＬＥＤ素子群１４両端に発生させる順方向電圧を最適に設定するには、ＬＥＤ素子の直列個数が制限されるので、ＬＥＤ照明灯として、これ以上の個数のＬＥＤ素子を必要とする場合は、適正個数以上のＬＥＤ素子は、インダクタ１６と直列に接続するようにすればよい。
【００３３】
（第２の実施の形態）
【００３４】
次に、第２の実施の形態を説明する。
【００３５】
図３は、第２の実施の形態の概略構成を示すもので、図２と同一部分には同符号を付している。
【００３６】
この場合、全波整流回路１１の正負極の出力端子間に接続されるコンデンサ１２間には、半導体発光素子として複数個直列接続されたＬＥＤ素子を有するＬＥＤ素子群３１と直列に、例えばＧａＮによるノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ３２，３３の直列回路がスイッチング素子として接続されている。これら電界効果トランジスタ３２，３３についても、ゲート電圧の閾値Ｖｔｈが負電圧で、Ｖｔｈ＞Ｖｇｓ（ゲートソース間電圧）でオフ、Ｖｔｈ＜Ｖｇｓでオンとなるものである。また、これら電界効果トランジスタ３２，３３は、ソースドレイン間に図示極性のダイオード３２ａ、３３ａがそれぞれ接続されている。
【００３７】
電界効果トランジスタ３２，３３の直列回路には、コンデンサ３４が並列接続され、電界効果トランジスタ３３には、インダクタ３５とコンデンサ３６の直列回路が並列接続されている。電界効果トランジスタ３２には、ゲートとソースの間に図示極性のダイオード３７が接続され、このダイオード３７の間にコンデンサ３８を介して第１の駆動源３９が接続されている。また、電界効果トランジスタ３３も、ゲートとソースの間に図示極性のダイオード４０が接続され、このダイオード４０の間にコンデンサ４１を介して第２の駆動源４２が接続されている。これら第１及び第２の駆動源３９、４２は、コンデンサ３８、４１を介して正負のパルス状信号を出力し、ダイオード３７、４０により半波整流された負電圧の信号を電界効果トランジスタ３２，３３のゲートソース間に交互に入力する。
【００３８】
コンデンサ１２とＬＥＤ素子群３１の接続点には、駆動制御手段であるスイッチング素子として例えばＧａＮによるノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ４３が接続されている。この電界効果トランジスタ４３は、ドレインがコンデンサ１２とＬＥＤ素子群３１の接続点に、ソースがコンデンサ４４を介して電界効果トランジスタ３３のゲートにそれぞれ接続される。さらに、電界効果トランジスタ４３は、ゲートがコンデンサ４４と電界効果トランジスタ３３のゲートの接続点に接続され、電源投入とともに、ＬＥＤ素子群３１の順方向電圧によりコンデンサ４４に負電位を発生させ電界効果トランジスタ３３のゲートに入力する。電界効果トランジスタ４３は、ソースドレイン間に図示極性のダイオード４３ａが接続されている。
【００３９】
次に、このように構成した実施の形態の作用を説明する。
【００４０】
いま、不図示の電源スイッチにより電源オンし、ＬＥＤ素子群３１に順方向電圧が発生すると、この順方向電圧によりオン状態の電界効果トランジスタ４３を介してコンデンサ４４に充電電流が流れ、コンデンサ４４が図示極性に充電される。すると、電界効果トランジスタ３３のゲートにコンデンサ４４の負電位が印加され、電界効果トランジスタ３３がオフされる。これにより、電源起動時のＬＥＤ素子群３１とオン状態の電界効果トランジスタ３２，３３による回路短絡が阻止され、過電流が流れてＬＥＤ素子群３１を破損するような事故が防止される。なお、コンデンサ４４の充電電荷は、電界効果トランジスタ４３のダイオード４３ａを通して放電される。
【００４１】
その後、第１及び第２の駆動源３９、４２からの出力によりダイオード３７、４０を介して負電圧の信号が電界効果トランジスタ３２，３３のゲートソース間に交互に入力される。まず、電界効果トランジスタ３２がオンで、電界効果トランジスタ３３のゲートに第２の駆動源４２より負電圧の信号が入力されオフすると、全波整流回路１１の正極側からＬＥＤ素子群３１、電界効果トランジスタ３２、インダクタ３５、コンデンサ３６、全波整流回路１１の負極側に電流が流れ、インダクタ３５に電磁エネルギーが蓄えられる。この状態で、電界効果トランジスタ３２のゲートに第１の駆動源３９より負電圧の信号が入力されオフすると、インダクタ３５の電磁エネルギーは、コンデンサ３６、電界効果トランジスタ３３のダイオード３３ａを通ってコンデンサ３６に充電電流を流し続ける。ここまでは、コンデンサ３６を出力コンデンサとする降圧チョッパの動作となる。
【００４２】
次に、電界効果トランジスタ３３がオンで、電界効果トランジスタ３２のゲートに第１の駆動源３９より負電圧の信号が入力されオフすると、充電電流が無くなり、コンデンサ３６よりインダクタ３５、電界効果トランジスタ３３を通って放電電流が流れ、インダクタ３５に電磁エネルギーが蓄えられる。そして、この状態で、電界効果トランジスタ３３のゲートに第２の駆動源４２より負電圧の信号が入力されオフすると、インダクタ３５の電磁エネルギーが電界効果トランジスタ３２のダイオード３２ａ、コンデンサ３４を通って流れる。以下、同様な動作が繰り返されると、ＬＥＤ素子群３１には負荷電流が流れ続け、この電流により、ＬＥＤ素子群３１は点灯される。
【００４３】
したがって、このようにすれば、電源立ち上げとともに、ＬＥＤ素子群３１の順方向電圧を利用してノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ４３を介してコンデンサ４４に充電電流を流して充電し、このコンデンサ４４の負電位によりスイッチング回路を構成するノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ３３をオフさせることができる。この場合も、第１の実施の形態と同様な効果を得られる。さらに、電界効果トランジスタ３２，３３のオンによる電源起動時の回路短絡を阻止することができるので、ＬＥＤ素子群３１に過電流が流れるのを確実に無くして、ＬＥＤ素子群３１の破損などの事故を未然に防止できる。
（変形例）
【００４４】
図４は、第２の実施の形態に適用される定電圧電源の概略構成を示す図である。第２の実施の形態には、電源として図４に示すような定電圧電源を適用することができる。この場合、直流電源４６の正極側端にノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ４７のドレインが接続され、この電界効果トランジスタ４７のソースがコンデンサ４８を介して直流電源４６の負極側端に接続されている。また、電界効果トランジスタ４７のゲートと直流電源４６の負極側端の間に図示極性のツェナーダイオード４９が接続されている。ツェナーダイオード４９は、ツェナー効果により一定の電圧を発生する。
【００４５】
このようにすると、電界効果トランジスタ４７のオンにより、ツェナーダイオード４９による定電圧Ｖｃがコンデンサ４８の間に発生するようになり、この定電圧を電源として用いることができる。
【００４６】
（第３の実施の形態）
【００４７】
次に、第３の実施の形態を説明する。
【００４８】
図５は、第３の実施の形態の概略構成を示すもので、図２と同一部分には同符号を付している。
【００４９】
この場合、全波整流回路１１の正負極の出力端子に接続されるコンデンサ１２間には、スイッチング素子として、例えばＧａＮによるノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ５１，５２の直列回路と、同様にＧａＮによるノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ５３，５４の直列回路を並列に接続したフルブリッジ回路と、半導体発光素子として複数個直列接続されたＬＥＤ素子を有するＬＥＤ素子群５５の直列回路が接続されている。また、電界効果トランジスタ５１，５２の接続点と電界効果トランジスタ５３，５４の接続点との間には、インダクタ６５が接続されている。
【００５０】
電界効果トランジスタ５１〜５４についても、ゲート電圧の閾値Ｖｔｈが負電圧で、Ｖｔｈ＞Ｖｇｓ（ゲートソース間電圧）でオフ、Ｖｔｈ＜Ｖｇｓでオンとなるノーマリーオンタイプのものである。これら電界効果トランジスタ５１〜５４は、ソースドレイン間に図示極性のダイオード５１ａ〜５４ａがそれぞれ接続されている。また、電界効果トランジスタ５１〜５４は、それぞれのゲートソース間に、ゲート保護用のダイオード５６〜５９が各別に接続されている。さらに、電界効果トランジスタ５１〜５４のブリッジ回路には、コンデンサ６０が並列に接続されている。
【００５１】
ＬＥＤ素子群５５は、電流が流れると両端に図示極性の順方向電圧を発生し、この順方向電圧によりグランドＧ側を負電位とする。この場合、グランドＧ側の負電位は、電界効果トランジスタ５１〜５４のゲート電圧の閾値Ｖｔｈ以下になるように設定されている。
【００５２】
電界効果トランジスタ５１、５４は、それぞれのゲートを共通接続し、駆動制御手段としてＧａＮによるノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ６１を介してグランドＧに、同様に、電界効果トランジスタ５２、５３は、それぞれのゲートを共通接続し、駆動制御手段としてＧａＮによるノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ６２を介してグランドＧにそれぞれ接続されている。
【００５３】
電界効果トランジスタ６１、６２は、ソースドレイン間に図示極性のダイオード６１ａ、６２ａがそれぞれ接続されている。これら電界効果トランジスタ６１、６２は、駆動源６３とともにスイッチ駆動部６４を構成している。駆動源６３は、電界効果トランジスタ６１、６２のゲートに接続され、負電圧の信号を電界効果トランジスタ６１、６２のゲートに交互に入力する。
【００５４】
なお、６５，６６は、電界効果トランジスタ５２〜５４のオフ状態からオンへの復帰を早めるための抵抗素子である。
【００５５】
次に、このように構成した実施の形態の作用を説明する。
【００５６】
いま、不図示の電源スイッチにより電源オンとすると、電界効果トランジスタ５１〜５４のオンにより、ＬＥＤ素子群５５に図示極性の順方向電圧が発生し、グランドＧ側を負電位とする。この状態で、オン状態の電界効果トランジスタ６１、６２を介して電界効果トランジスタ５１〜５４の各ゲートにグランドＧ側の負電位が印加され、電界効果トランジスタ５１〜５４がオフされる。これにより、電源起動時の電界効果トランジスタ５１〜５４、ＬＥＤ素子群５５による回路短絡が阻止される。
【００５７】
その後、スイッチ駆動部６４の駆動源６３からの出力により電界効果トランジスタ６１、６２のゲートに負電圧の信号が交互に入力される。まず、電界効果トランジスタ５１，５４がオンで、電界効果トランジスタ５２，５３のゲートに電界効果トランジスタ６２がオンでグランドＧ側の負電位が印加されオフすると、全波整流回路１１の正極側から電界効果トランジスタ５１，インダクタ６５、電界効果トランジスタ５４、ＬＥＤ素子群５５に電流が流れ、インダクタ６５に電磁エネルギーが蓄えられる。この状態で、電界効果トランジスタ６１がオンになって、電界効果トランジスタ５１，５４のゲートにグランドＧ側の負電位が印加されオフすると、インダクタ６５の電磁エネルギーは、電界効果トランジスタ５３のダイオード５３ａ、コンデンサ６０、電界効果トランジスタ５２のダイオード５２ａを通って充電電流を流す。
【００５８】
次に、電界効果トランジスタ５２，５３がオンで、電界効果トランジスタ５１，５４のゲートに電界効果トランジスタ６１がオンでグランドＧの負電位が印加されオフすると、コンデンサ６０より電界効果トランジスタ５３、インダクタ６５、電界効果トランジスタ５２を通って放電電流が流れ、インダクタ６５に電磁エネルギーが蓄えられる。この状態で、電界効果トランジスタ６２がオンになって、電界効果トランジスタ５２，５３のゲートにグランドＧの負電位が印加されオフすると、インダクタ６５の電磁エネルギーは、電界効果トランジスタ５１のダイオード５１ａ、コンデンサ６０、電界効果トランジスタ５４のダイオード５４ａを通って充電電流として流れる。以下、同様な動作が繰り返されると、ＬＥＤ素子群５５には負荷電流が流れ続け、この電流により、ＬＥＤ素子群５５は点灯される。
【００５９】
したがって、このようにすれば、電源立ち上げとともに、ＬＥＤ素子群３１の順方向電圧によりグランドＧ側を負電位に設定し、このグランドＧ側の負電位によりスイッチング回路を構成するノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ５１〜５４をオフさせることができる。この場合も、第１の実施の形態と同様な効果を得られる。さらに、電界効果トランジスタ５１〜５４のオンによる電源起動時の回路短絡を阻止することができるので、ＬＥＤ素子群５５に過電流が流れるのを確実に無くして、ＬＥＤ素子群３１の破損などの事故を未然に防止することもできる。
【００６０】
（第４の実施の形態）
【００６１】
次に、第４の実施の形態を説明する。
【００６２】
図６は、第４の実施の形態の概略構成を示すもので、図２と同一部分には同符号を付している。
【００６３】
この場合、コンデンサ１２には、降圧チョッパを構成するスイッチング素子として、第１の実施の形態で述べたと同様、例えばＧａＮによるノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタ７１が接続されている。
【００６４】
この電界効果トランジスタ７１は、ゲート電圧の閾値Ｖｔｈが負電圧である。電界効果トランジスタ７１は、Ｖｔｈ＞Ｖｇｓ（ゲートソース間電圧）でオフ、Ｖｔｈ＜Ｖｇｓでオンとなる。電界効果トランジスタ７１は、ドレインを全波整流回路１１の正極側の出力端子に接続され、ソースを半導体発光素子として複数個直列接続されたＬＥＤ素子を有するＬＥＤ素子群７２、抵抗素子７３、インダクタ７４の直列回路を介して全波整流回路１１の正極側の出力端子に接続されている。
【００６５】
ＬＥＤ素子群７２は、上述したと同様に図１に示すＬＥＤ照明灯２，３に相当するもので、負荷電流が流れると両端に図示極性の順方向電圧を発生する。ＬＥＤ素子群７２には並列にコンデンサ７５が接続されている。
【００６６】
インダクタ７４は、カップリングされた補助巻線７４１を有し、この補助巻線７４１の一方端を、コンデンサ７６を介して電界効果トランジスタ７１のゲートに接続され、他方端を電界効果トランジスタ７１とＬＥＤ素子群７２の接続点に接続されている。そして、電界効果トランジスタ７１のオンオフ動作にともなうインダクタ７４での電磁的エネルギーの蓄積及び放出によりフライホイールダイオード７７を介してコンデンサ７５両端に降圧された直流出力を発生させる。
【００６７】
また、インダクタ７４での電磁的エネルギーの蓄積及び放出に同期した補助巻線７４１の出力により電界効果トランジスタ７１のソースとゲートの間にＶｔｈ＞Ｖｇｓの負電位を発生させ電界効果トランジスタ７１をオフさせる自励回路を構成している。なお、ここでのフライホイールダイオード７７は、例えばＧａＮによるノーマリーオンタイプのダイオードが用いられている。
【００６８】
電界効果トランジスタ７１のゲートには、限流抵抗である抵抗素子７８、スイッチング素子としてノーマリーオフタイプの電界効果トランジスタ８０を介して抵抗素子７３とインダクタ７４の接続点が接続されている。
【００６９】
電界効果トランジスタ８０は、コンパレータ８１、８２、抵抗素子８３、８４及び電源８５とともに駆動制御手段としての発振停止部７９を構成している。この場合、コンパレータ８１は、一方の入力端子が電界効果トランジスタ７１とＬＥＤ素子群７２の接続点に接続され、他方の入力端子に電源８５が接続され、さらに出力端子が抵抗素子８３，８４を介して抵抗素子７３とインダクタ７４の接続点に接続されている。
【００７０】
また、コンパレータ８１は、オペアンプとして動作され、電源８５の設定によりＬＥＤ素子群７２の順方向電圧（負荷電圧）が上述のＶｔｈより低い状態を異常として検出するための基準信号Ｖｆを抵抗素子８３，８４の接続点に発生させる。コンパレータ８２は、一方の入力端子がＬＥＤ素子群７２と抵抗素子７３の接続点に接続され、他方の入力端子が抵抗素子８３，８４の接続点に接続され、さらに出力端子が電界効果トランジスタ８０のゲートに接続されている。コンパレータ８２は、抵抗素子７３に流れる電流と基準信号Ｖｆの比較結果に基づいて電界効果トランジスタ８０をオンさせる。
【００７１】
なお、８６、８７は、電界効果トランジスタ７１のゲート電圧をクランプさせるゲート電圧クランプ回路を構成するダイオードである。この場合、電界効果トランジスタ７１のゲート電圧クランプは、ＬＥＤ素子群７２の順方向電圧を用いて行うようにしている。
【００７２】
次に、このように構成した実施の形態の作用を説明する。
【００７３】
いま、不図示の電源スイッチにより電源オンとすると、オン状態の電界効果トランジスタ７１を介してＬＥＤ素子群７２の両端に図示極性の順方向電圧を発生する。また、電界効果トランジスタ７１のオンにより、ＬＥＤ素子群７２を介してインダクタ７４に電流が流れる。これによりインダクタ７４に電磁エネルギーが蓄積され、同時に、補助巻線７２１より出力が発生し、コンデンサ７６を介して電界効果トランジスタ７１のゲートに入力される。この場合、補助巻線７２１の出力により電界効果トランジスタ７１のソースとゲートの間には、Ｖｔｈ＞Ｖｇｓの負電位が発生し、電界効果トランジスタ７１がオフされる。
【００７４】
この状態で、インダクタ７４に蓄積された電磁エネルギーは、放出され、また、電界効果トランジスタ７１は、補助巻線７２１からの入力が無くなると、Ｖｔｈ＜Ｖｇｓになって、再びオンとなる。
【００７５】
以下、同様な動作が繰り返され、インダクタ７４での電磁的エネルギーの蓄積及び放出に同期した補助巻線７４１の出力により電界効果トランジスタ７１がオンオフされる。同時に、インダクタ７４による電磁的エネルギーの蓄積及び放出によりフライホイールダイオード７７を介してコンデンサ７５両端に降圧された直流出力が発生し、この直流出力によりＬＥＤ素子群７２が点灯される。
【００７６】
一方、コンパレータ８１は、オペアンプとして動作され、基準信号Ｖｆを抵抗素子８３，８４の接続点に発生している。この状態で、ＬＥＤ素子群７２の順方向電圧（負荷電圧）に応じて抵抗素子７３に流れる負荷電流がコンパレータ８２に入力される。コンパレータ８２では、負荷電流と基準信号Ｖｆとを比較する。そして、この比較結果から、このときの負荷電流が基準信号Ｖｆより小さい、つまり、負荷電流に対応するＬＥＤ素子群７２の順方向電圧（負荷電圧）がＶｔｈより低いと判断すると、コンパレータ８２より出力が発生し、電界効果トランジスタ８０をオンする。すると、ＬＥＤ素子群７２の順方向電圧の負電位が電界効果トランジスタ７１のソースとゲートの間に印加され、電界効果トランジスタ７１がオフされて自励発振が停止される。
【００７７】
したがって、このようにしても第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。さらに、Ｖｔｈ電圧よりもＬＥＤ素子群７２の順方向電圧（負荷電圧）が低いと判断されると、電界効果トランジスタ７１を強制的にオフして自励発振を停止させることができる。これにより、ＬＥＤ素子群７２の順方向電圧の異常な低下により回路が制御不能に陥るのを防止できるなどの回路保護を実現することができる。
【００７８】
なお、基準信号Ｖｆの設定を変更することにより、ＬＥＤ素子群７２の順方向電圧（負荷電圧）が所定の順方向電圧（負荷電圧）より高い電圧になったときに自励発振を停止させるようにすることもできる。
【００７９】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、上述した実施の形態では、ＧａＮによるノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタを適用した例を述べたが、ＳｉＣなどの他のワイドバンドギャップ半導体を適用することもできる。また、上述した実施の形態では、半導体発光素子としてＬＥＤ素子の例を述べたが、レーザダイオードなど他の半導体発光素子を用いた場合にも適用できる。
【００８０】
なお、一実施形態に係る電源装置（ＬＥＤ点灯装置）は、ノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタからなるスイッチング素子と、半導体発光素子に発生する順方向電圧により電界効果トランジスタのゲート電圧の閾値Ｖｔｈに対してＶｔｈ＞Ｖｇｓ（ゲートソース間電圧）の負電位を印加してオフ可能な駆動制御手段とを備えていてもよい。
【００８１】
また、一実施形態に係る電源装置は、半導体発光素子に発生する順方向電圧が前記閾値Ｖｔｈよりも低いとき又は所定の電圧より高いときに電界効果トランジスタをオフ可能にする駆動制御手段を備えていてもよい。
【００８２】
また、一実施形態に係る電源装置は、ノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタを有する駆動制御手段を備えていてもよい。
【００８３】
上記の第１乃至第４の実施形態によると、ノーマリーオンタイプのスイッチング素子をオフするのに半導体発光素子に発生する順方向電圧を利用することで特別な回路を組み込むことがなくなり、装置の小型化、低価格化を実現できる。
【００８４】
また、上記の第１乃至第４の実施形態によると、半導体発光素子に発生する順方向電圧により適切な負電位を得られ、ノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタを確実にオフすることができる。
【００８５】
またさらに、上記の第１乃至第４の実施形態によると、ノーマリーオンタイプの電界効果トランジスタによる自励発振を停止させ回路保護を実現できる。
【００８６】
（第５の実施の形態）
【００８７】
図７を参照してＬＥＤ点灯装置における第５の形態について説明する。
【００８８】
本形態において、ＬＥＤ点灯装置は、直流電源ＤＣ、チョッパＣＨ、負荷回路ＬＣおよび制御回路ＣＣを具備している。
【００８９】
直流電源ＤＣは、どのような構成でもよいが、例えば整流回路ＤＢを主体として構成され、また所望により平滑コンデンサＣ１などからなる平滑回路を備えていることができる。本形態において、整流回路ＤＢは、好ましくはブリッジ形整流回路からなり、交流電源ＡＣ、例えば商用交流電源の交流電圧を全波整流して直流電圧を得る。
【００９０】
本形態において、チョッパＣＨは、非絶縁形降圧チョッパにより構成されている。チョッパＣＨのパワー部すなわち負荷に供給する電力が通過する回路部は、ノーマリオンスイッチＱ１、インダクタＬ１、フリーホイールダイオードＤ１および電流検出用インピーダンス素子Ｚ１を含んで構成されている。そして、パワー部は、回路動作上第１の回路Ａおよび第２の回路Ｂに分けることができる。
【００９１】
第１の回路Ａは、直流電源ＤＣからインダクタＬ１に電磁エネルギーを蓄積させる回路であり、ノーマリオンスイッチＱ１、負荷回路ＬＣおよびインダクタＬ１を含む直列回路が直流電源ＤＣに接続した構成を備えている。そして、ノーマリオンスイッチＱ１のオン時に直流電源ＤＣから増加電流が流れてインダクタＬ１に電磁エネルギーが蓄積される。
【００９２】
第２の回路Ｂは、インダクタＬ１に蓄積された電磁エネルギーを放出する回路である。第２の回路Ｂは、フリーホイールダイオードＤ１および負荷回路ＬＣを含む直列回路がインダクタＬ１に接続した構成を備えていて、ノーマリオンスイッチＱ１のオフ時にインダクタＬ１から減少電流が流れる。
【００９３】
ノーマリオンスイッチＱ１は、背景技術の項において述べた各種ワイドギャップ半導体を用いることが許容されるが、本形態においてはＧａＮ基板を用いたＨＥＭＴを用いている。したがって、ノーマリオンスイッチＱ１は、ドレイン、ソースおよびゲートを備えた電界効果形のワイドギャップ半導体である。ノーマリオンスイッチＱ１は、広く普及しているＳｉ半導体に比較して飛躍的に優れたポテンシャルを有していて、例えばＧＨｚ級の動作周波数でチョッパを動作させることが可能になる。このため、インダクタＬ１の超小形化を実現することができる。その結果、ＬＥＤ点灯装置の全体を著しく小形化することができる。
【００９４】
インダクタＬ１は、直流電源ＤＣから供給される電磁的エネルギーを蓄積し、次に放出する機能を有しているのであればよいので、従来技術におけるような２次巻線を配設する必要がない。このため、インダクタＬ１の構造を簡素化してその小形化に寄与することができる。
【００９５】
フリーホイールダイオードＤ１は、インダクタＬ１に蓄積された電磁的エネルギーを放出して回生するための電流経路すなわち第２の回路Ｂを提供する手段である。フリーホイールダイオードＤ１は、チョッパＣＨの動作周波数に応じて例えばショットキーバリヤダイオード、ＰＩＮダイオードなどのスイッチングダイオードを用いることができる。
【００９６】
電流検出用インピーダンス素子Ｚ１は、増加電流および減少電流がともに流れる回路上の位置すなわち第１の回路Ａおよび第２の回路Ｂに共有されている線路部分に挿入されて上記各電流を検出する手段である。そして、例えば抵抗値の小さな抵抗器を用いて構成される。
【００９７】
また、チョッパＣＨは、昇圧チョッパの場合、インダクタＬ１およびノーマリオンスイッチＱ１の直列回路が直流電源ＤＣに接続する第１の回路Ａと、インダクタＬ１、フリーホイールダイオードＤ１および負荷回路ＬＣの直列回路が直流電源ＤＣに接続する第２の回路Ｂとで構成することができる。なお、昇降圧チョッパの場合は前述のとおりである。
【００９８】
負荷回路ＬＣは、負荷の発光ダイオードＬＥＤと出力コンデンサＣ２の並列回路により構成されていて、増加電流と減少電流がともに流れる回路上の位置に接続されている。なお、発光ダイオードＬＥＤは、上記電流に対して順方向に単一で、または直列接続した複数で構成される。
【００９９】
制御回路ＣＣは、制御スイッチＣＳおよび整合手段ＭＣを備えていて、適当な制御電源の供給を受けて作動してノーマリオンスイッチＱ１のオン、オフを制御する。本形態においては、負荷回路ＬＣの両端から制御回路ＣＣに対して制御電源が供給される。
【０１００】
制御スイッチＣＳは、ノーマリオンスイッチＱ１のオン、オフを切り換える手段である。すなわち、制御スイッチＣＳがオンすることにより、ノーマリオンスイッチＱ１のゲートがインピーダンス素子Ｚ１およびインダクタＬ１の接続点に接続すれば、ノーマリオンスイッチＱ１のゲートにはソースに対して負電圧が印加されるので、ノーマリオンスイッチＱ１がオフする。また、制御スイッチＣＳがオフしてノーマリオンスイッチＱ１のゲートがインピーダンス素子Ｚ１およびインダクタＬ１の接続点に対する接続から開放されるか、またはソースと同電位になれば、ノーマリオンスイッチＱ１がオンする。
【０１０１】
整合手段ＭＣは、インピーダンス素子Ｚ１と制御スイッチＣＳとの間に介在して、増加電流が第１の所定値に達したときに制御スイッチＣＳをオンさせる。また、減少電流が第２の所定値に達したときに制御スイッチＣＳをオフさせる。
【０１０２】
したがって、増加電流が流れているときにインピーダンス素子Ｚ１の端子電圧が第１の所定値に達すると、整合手段ＭＣが制御スイッチＣＳをオンさせるので、ノーマリオンスイッチＱ１をオフする。また、減少電流が流れているときにインピーダンス素子Ｚ１の端子電圧が第２の所定値に達すると、整合手段ＭＣが制御スイッチＣＳをオフさせるので、ノーマリオンスイッチＱ１がオンする。
【０１０３】
次に、回路動作について説明する。
【０１０４】
直流電源ＤＣが投入されると、チョッパＣＨのノーマリオンスイッチＱ１がオンして直流電源ＤＣから第１の回路Ａ内を電流が流れ出し、電流は直線的に増加する。これが増加電流であり、インダクタＬ１内に電磁エネルギーが蓄積される。増加電流が第１の回路Ａ内を流れ出すと、インピーダンス手段Ｚ１の端子電圧が増加電流に比例して増大していく。そして、端子電圧が第１の所定値に達すると、整合手段ＭＣが制御スイッチＣＳをオンさせる。
【０１０５】
制御スイッチＣＳがオンすると、ノーマリオンスイッチＱ１のゲートが負電圧になるので、ノーマリオンスイッチＱ１がオフし、増加電流が遮断される。これにより、インダクタＬ１に蓄積されていた電磁エネルギーが放出されて第１の回路Ｂ内を電流が流れ始め、電流は直線的に減少する。これが減少電流である。減少電流が第２の所定値に達すると、整合手段ＭＣが制御スイッチＣＳをオフさせる。
【０１０６】
制御スイッチＣＳがオフすると、ノーマリオンスイッチＱ１のゲートに対する負電圧の印加が解除されるので、ノーマリオンスイッチＱ１がオンし、再度増加電流が流れ始める。以後、以上の回路動作を繰り返すことで、ＤＣ−ＤＣ変換動作を継続する。
【０１０７】
（第６の実施の形態）  図８を参照してＬＥＤ点灯装置における第６の形態について説明する。
【０１０８】
本形態は、制御回路ＣＣが第５の形態と異なっている。なお、図において、図７と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【０１０９】
本形態において、制御回路ＣＣは、制御スイッチＣＳが並列接続したＰ形ＦＥＴ１およびＮ形ＦＥＴ２により構成されている。そして、Ｐ形ＦＥＴ１のドレインとN形ＦＥＴ２のソースとの接続端がノーマリオンスイッチＱ１のゲートに接続している。
【０１１０】
また、整合回路ＭＣは、ヒステリシスコンパレータＣＰｈにより構成されている。そして、ヒステリシスコンパレータＣＰｈは、反転入力端子がインピーダンス手段Ｚ１の負荷回路ＬＣ側の一端に接続し、非反転入力端子が基準電位Ｅに接続し、出力端子がＰ形ＦＥＴ１およびＮ形ＦＥＴ２のゲートに接続している。また、非反転入力端子と出力端子の間に予め抵抗値が調整された帰還抵抗器Ｒ１が接続している。上記基準電位Ｅは、負荷回路ＬＣおよびインピーダンス手段Ｚ１の直列部分に対して並列接続している抵抗器Ｒ２およびＲ３からなる電圧分割器ＶＤの接続点に形成されている。
【０１１１】
そうして、ノーマリオンスイッチＱ１がオンしてインピーダンス手段Ｚ１に増加電流ＩＵが流れている場合において、インピーダンス手段Ｚ１の端子電圧が第１の所定値に達すると、ヒステリシスコンパレータＣＰｈの反転入力端子に正の第１の所定値電圧が入力し、出力端子に負の最大出力電圧が出力する。この負の最大出力電圧は、制御スイッチＣＳのＰ形ＦＥＴ１のゲートに印加されるので、Ｐ形ＦＥＴ１がオンする。なお、このときＮ形ＦＥＴ２はオフ状態を維持する。
【０１１２】
Ｐ形ＦＥＴ１がオンすると、ノーマリオンスイッチＱ１のゲートが負電位になるので、ノーマリオンスイッチＱ１はオフし、増加電流ＩＵが遮断される。これに伴いインダクタＬ１から減少電流ＩＤが流れ出す。減少電流ＩＤが流れているときのインピーダンス手段Ｚ１の端子電圧がヒステリシスコンパレータＣＰｈの反転入力端子に増加電流の端子電圧に引続いて入力するので、その値が第２の所定値に達すると、今度はヒステリシスコンパレータＣＰｈの出力端子から正の最大電圧が出力される。その結果、Ｐ形ＦＥＴ１がオフし、Ｎ形ＦＥＴ２がオンする。
【０１１３】
Ｐ形ＦＥＴ１がオフし、Ｎ形ＦＥＴ２がオンする結果、ノーマリオンスイッチＱ１がオンするので、再度増加電流が負荷回路ＬＣに流れる。以後、以上の動作を繰り返してチョッパ動作が行われる。
【０１１４】
次に、図９を参照して第６の形態における各部の電流、電圧波形の関係を説明する。すなわち、図９の（ａ）は増加電流ＩＵの波形、（ｂ）は減少電流ＩＤの波形、（ｃ）はインピーダンス手段の端子電圧ＶＺ１の波形、（ｄ）はインダクタの電圧ＶＬ１の波形、（ｅ）はノーマリオンスイッチのゲート電圧ＶＧＳの波形であり、時間軸を揃えて示している。なお、図において、増加電流ＩＵのピーク値が第１の所定値に達したときに相当する。また、減少電流ＩＤの０値が第２の所定値に達したときに相当する。
【０１１５】
図９の電流波形図は、制御に遅れがない場合の理想的な波形であるが、増加電流の遮断時の制御に無視することができない遅れが生じる場合には、ピーク値より制御の遅れに相当する値だけ低い位置に第１の所定値があることになる。また、減少電流が第２の所定値に達したときの制御に無視することができない遅れが生じる場合には、減少電流と次の増加電流との間に制御の遅れに相当する電流の遮断時間が生じる。
【０１１６】
（第７の実施の形態）  図１０を参照してＬＥＤ点灯装置における第７の形態について説明する。
【０１１７】
本形態は、制御回路ＣＣが第５および第６の形態と異なっている。なお、図において、図７と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【０１１８】
すなわち、制御スイッチＣＳがバイポーラトランジスタＱ２を主体として構成されている。バイポーラトランジスタＱ２は、コレクタがノーマリオンスイッチＱ１のゲートに接続するとともに、ドロッパからなる制御電源Ｖｄｄを介してノーマリオンスイッチＱ１のソースに接続し、エミッタがインダクタＬ１およびインピーダンス手段Ｚ１の接続点に接続している。
【０１１９】
また、整合手段ＭＣがバイポーラトランジスタＱ３、抵抗器Ｒ４およびＲ５を主体として構成されている。バイポーラトランジスタＱ３のコレクタが抵抗器Ｒ４を介して制御スイッチＣＳのバイポーラトランジスタＱ２のベースに接続し、エミッタがインダクタＬ１およびインピーダンス手段Ｚ１の接続点に接続し、ベースが抵抗器Ｒ６を介してバイポーラトランジスタＱ２のコレクタに接続している。また、抵抗器Ｒ５、Ｒ４およびバイポーラトランジスタＱ３のコレクタ・エミッタの直列回路がインピーダンス手段Ｚ１に並列接続している。
【０１２０】
そうして、ノーマリオンスイッチＱ１がオンして増加電流が流れている場合においては、制御スイッチＣＳのバイポーラトランジスタＱ２がオフし、整合手段ＭＣのバイポーラトランジスタＱ３がオンしている。このため、インピーダンス手段Ｚ１の端子電圧は、抵抗器Ｒ４および抵抗器Ｒ５の直列回路で分圧され、抵抗器Ｒ４の両端電圧がバイポーラトランジスタＱ２のベース・エミッタ間に印加される。
【０１２１】
そこで、抵抗器Ｒ４と抵抗器Ｒ５の値を予め調整して抵抗器Ｒ４の値を相対的に小さく設定しておくことにより、増加電流が第１の所定値に達する以前のレベルではバイポーラトランジスタＱ２がオフ状態となるように構成することができる。しかし、増加電流が第１の所定値に達すると、バイポーラトランジスタＱ２がオン状態になり、ノーマリオンスイッチＱ１のゲートに負電圧が印加されるので、ノーマリオンスイッチＱ１がオフして増加電流が遮断される。
【０１２２】
バイポーラトランジスタＱ２がオン状態になると、バイポーラトランジスタＱ３がオフするので、ノーマリオンスイッチＱ１がオフして減少電流が流れている場合には、インピーダンス手段Ｚ１の端子電圧が分圧されることなくバイポーラトランジスタＱ２に印加され、引き続きバイポーラトランジスタＱ２がオン状態を維持する。しかし、インピーダンス手段Ｚ１の端子電圧が低下していき第２の所定値に達すると、バイポーラトランジスタＱ２がオン状態を維持できないでオフする。その結果、ノーマリオンスイッチＱ１が再びオンする。以後、上述の回路動作を繰り返し、チョッパ動作を継続する。
【０１２３】
なお、上記の実施形態において、チョッパは、降圧チョッパ、昇圧チョッパおよび昇降圧チョッパなどの各種チョッパを含む。なお、昇降圧チョッパは、昇圧チョッパおよび降圧チョッパをシーケンシャルに接続したものである。上記各チョッパは、いずれもノーマリオンスイッチをオンすることによりインダクタに直流電源から流入する増加電流が流れ、オフすることによりインダクタに蓄積された電磁エネルギーが放出されて減少電流が流れてチョッパ動作を行う点で共通している。
【０１２４】
また、上記の実施形態において、制御回路は、制御スイッチおよび整合手段を備えている。
【０１２５】
制御スイッチは、少なくともノーマリオンスイッチのオン状態からオフ状態への切り換えを行うスイッチを含む。なお、所望によりノーマリオンスイッチのオフ状態からオン状態に切り換える第２のスイッチを備えることが許容される。この場合、ノーマリオンスイッチのオン状態からオフ状態への切り換えを行うスイッチは第１のスイッチとなる。
【０１２６】
整合手段は、インピーダンス手段と制御スイッチの間に介在して、インピーダンス手段に増加電流が流れる場合において、インピーダンス手段の端子電圧が第１の所定値に達したときに制御スイッチを動作させてノーマリオンスイッチをオフさせる。また、減少電流が流れる場合において、インピーダンス手段の端子電圧が第２の所定値に達したときに制御スイッチを制御してノーマリオンスイッチをオンさせる。なお、第２の所定値は第１の所定値より低い値である。
【０１２７】
整合手段は、上述の機能を備えていればよく、その余の構成は特段限定されない。しかし、好適には整合手段をヒステリシスコンパレータにより構成することができる。また、整合手段を、インピーダンス手段の端子電圧を直接検出する第１の検出手段と電圧分割器を介して検出する第２の検出手段を備え、制御スイッチがノーマリオンスイッチをオフする際に連動して第２の検出手段から第１の検出手段に切り換えるように構成してもよい。
【０１２８】
そうして、ノーマリオンスイッチがオンしているときに直流電源から増加電流がインダクタに流れるが、インピーダンス手段の端子電圧が第１の所定値に達すると、整合手段を経由して制御スイッチがオンして負電圧をノーマリオンスイッチのゲートに印加させるので、ノーマリオンスイッチがオフして増加電流を遮断する。これに伴いインダクタに蓄積された電磁エネルギーが放出されて減少電流がインダクタから流れるとともに、整合手段を経由して制御スイッチがオフしてノーマリオンスイッチのゲートに対する負電圧の印加を解除するので、ノーマリオンスイッチがオンする。以後、上述の回路動作が繰り返えされてチョッパ動作を行なう。
【０１２９】
チョッパ動作に伴う増加電流と減少電流がともに流れる回路上の位置に負荷回路が接続しているので、ＤＣ−ＤＣ電圧変換が行われ、出力端に接続する負荷の発光ダイオードが変換された電圧の下で定電流制御されて点灯する。なお、負荷回路の発光ダイオードに並列接続している出力コンデンサは、チョッパの出力中に含まれる高周波成分を発光ダイオードからバイパスするように作用する。その結果、発光ダイオードは、平滑化された直流電流により点灯する。
【０１３０】
上記の実施形態において、制御回路に対する制御電源の供給は、特段限定されないが、好適には次のとおりである。すなわち、負荷回路またはノーマリオンスイッチの高電圧側から制御電源を得る。負荷回路から制御電源を得る態様においては、負荷回路に出力コンデンサにより平滑化された直流電圧が発生するので、ノーマリオンスイッチのゲート閾値電圧より高い電圧を負荷回路から取り出して制御電源を得ることにより、制御電源の回路構成を簡素化することができる。また、ノーマリオンスイッチの高電圧側から制御電源を得る態様においては、例えばノーマリオンスイッチのドレイン側からドロッパを経てノーマリオンスイッチのゲート閾値電圧より高い電圧を得るように構成することができる。
【０１３１】
上記の実施形態において、照明装置は、発光ダイオードを光源とする装置を全て含む意味である。したがって、照明器具、表示装置および標識装置などであることを許容する。照明装置本体は、照明装置からＬＥＤ点灯装置を除去した残余の部分を意味する。
【０１３２】
上記の第５乃至第７の実施形態によると、チョッパの主スイッチング素子としてノーマリオンスイッチを用いるとともに、少なくともオン時にノーマリオンスイッチのゲートに負電圧を印加してノーマリオンスイッチをオフ状態に制御し、かつオフ時にノーマリオンスイッチのゲートに対する負電圧の印加を解除してノーマリオンスイッチをオン状態に制御するスイッチを含み、インピーダンス素子および制御スイッチの間に介在して増加電流が流れているときにおいてインピーダンス素子の端子電圧が、第１の所定値に達した際に制御スイッチをオンさせ、かつ減少電流が流れているときにおいて第１の所定値より低い第２の所定値に達した際に制御スイッチをオフさせる制御回路を具備していることにより、インダクタに２次巻線を配設することなしに簡単な回路構成となり、しかも良好な特性を有するとともにＩＣ化が容易なチョッパおよびこれを備えた照明装置を提供できる。
【０１３３】
（第８の実施の形態）
【０１３４】
第８の形態を図１１に示す。ＬＥＤ点灯装置は、直流電源ＤＣ、チョッパＣＨおよび負荷回路ＬＣを具備している。
【０１３５】
直流電源ＤＣは、後述するチョッパＣＨに対して変換前の直流電圧を入力するための手段である。直流電圧を出力すればどのような構成でもよいが、例えば整流回路ＤＢを主体として構成され、また所望により平滑コンデンサなどからなる平滑回路を備えていることができる。本形態において、整流回路ＤＢは、好ましくはブリッジ形整流回路からなり、交流電源ＡＣ、例えば商用交流電源の交流電圧を全波整流して直流電圧を得る。
【０１３６】
本形態において、チョッパＣＨは、直流入力端ｔ１及びｔ２並びに直流出力端ｔ３及びｔ４を備える。チョッパＣＨは、、降圧チョッパ、昇圧チョッパおよび昇降圧チョッパなど既知の各種チョッパのいずれかを内部に備える。チョッパＣＨは、上記いずれの構成においても、スイッチング素子Ｑ１１、定電流手段ＣＣＭ、インダクタＬ１１、ダイオードＤ１１および駆動巻線ＤＷを共通の構成として備える。
【０１３７】
スイッチング素子Ｑ１１は、ノーマリオフスイッチおよびにーマリオンスイッチのいずれでもよい。定電流手段ＣＣＭは、定電流値が予め固定的に設定されているタイプでもよいし、可変であってもよい。インダクタＬ１１は、その一端が駆動巻線ＤＷに接続している。駆動巻線ＤＷは、インダクタＬ１１に磁気的に結合していて、インダクタＬ１１の端子電圧に比例的な電圧を誘起し、スイッチング素子Ｑ１１の制御端子に印加することでスイッチング素子Ｑ１１を駆動する。
【０１３８】
前記チョッパＣＨは、一対の入力端ｔ１、ｔ２と一対の出力端ｔ３、ｔ４を有し、内部回路をその回路動作上第３の回路および第４の回路に分けることができる。第３の回路は、直流電源ＤＣから増加する電流を流してインダクタＬ１１に電磁エネルギーを蓄積する回路であり、降圧形チョッパの場合にはスイッチング素子Ｑ１１、定電流手段、インダクタＬ１１および負荷回路ＬＣを含む直列回路が直流電源ＤＣに接続した構成を備えている。そして、スイッチング素子Ｑ１１のオン時に直流電源ＤＣから増加する電流が流れてインダクタＬ１１に電磁エネルギーが蓄積される。
【０１３９】
第４の回路は、インダクタＬ１１に蓄積された電磁エネルギーを放出して減少する電流を流す回路であり、降圧チョッパの場合、ダイオードＤ１１および後述する負荷回路ＬＣを含む直列回路がインダクタＬ１１に接続した構成を備えていて、スイッチング素子Ｑ１１のオフ時にインダクタＬ１１から減少する電流が流れる。
【０１４０】
また、チョッパＣＨは、昇圧チョッパの場合、インダクタＬ１１、スイッチング素子Ｑ１１および定電流手段ＣＣＭの直列回路が直流電源ＤＣに接続する第３の回路と、インダクタＬ１１、ダイオードＤ１１および負荷回路ＬＣの直列回路が直流電源ＤＣに接続する第４の回路とを備える。なお、昇降圧チョッパの場合は前述のとおりである。
【０１４１】
負荷回路ＬＣは、負荷となる発光ダイオードを含み、かつ高周波成分をバイパスする出力コンデンサを並列接続して備えていて、降圧チョッパの場合、増加する電流と減少する電流がともに流れる回路上の位置に接続されている。昇圧形の場合、減少する電流が流れる回路上の位置に接続されている。なお、発光ダイオードＬＥＤは、チョッパの出力端に流れる電流に対して順方向に単一で、または直列接続した複数で構成される。
【０１４２】
以下、図１２ないし図１７を参照して第９ないし第１２の形態を説明する。なお、各図において、図１１と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
【０１４３】
（第９の実施の形態）
【０１４４】
（第９の形態）について説明する。
【０１４５】
第９の形態を図１２に示す。本実施形態は、スイッチング素子Ｑ１１にＧａＮ−ＨＥＭＴを、また定電流手段ＣＣＭに定電流ダイオードを、それぞれ用いるとともに、インダクタＬ１１が定電流手段ＣＣＭと負荷回路ＬＣとの間に接続している。なお、図中、図１１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。符号Ｃ１１は、チョッパＣＨの入力端ｔ１、ｔ２間に接続した高周波バイパス用コンデンサである。符号Ｃ１２は、駆動巻線ＤＷとスイッチング素子Ｑ１１の制御端子との間に挿入した結合コンデンサである。符号Ｃは第３の回路、符号Ｄは第４の回路である。負荷回路ＬＣの符号ＬＥＤは発光ダイオード、Ｃ１３は出力コンデンサである。
【０１４６】
次に、図１２および図１３を参照しながら第９の形態における回路動作について説明する。
【０１４７】
直流電源ＤＣが投入されると、チョッパＣＨのスイッチング素子Ｑ１１がオンしているので、直流電源ＤＣからスイッチング素子Ｑ１１、定電流手段ＣＣＭを経由して第３の回路Ｃ内を電流が流れ出し、電流は直線的に増加する。これにより、インダクタＬ１１内に電磁エネルギーが蓄積される。なお、スイッチング素子Ｑ１１がオンの期間中スイッチング素子Ｑ１１のゲート・ソース間電圧ＶＧＳは０になる。増加する電流が定電流手段ＣＣＭの定電流値に達すると、電流の増加傾向が停止して定電流に保持される。なお、増加する電流がインダクタＬ１１に流れている間、インダクタＬ１１の端子電圧は、図１３の（ｅ）に示すように正極性である。
【０１４８】
増加する電流が定電流手段ＣＣＭの定電流値に達したとき、インダクタＬ１１に流れる電流がさらに増加しようとするので、定電流手段ＣＣＭの電圧ＶＣＣＭが図１３の（ａ）示すようにパルス状に大きくなる。そして、これに伴ってスイッチング素子Ｑ１１のソース電位が制御端子（ゲート）の電位より高くなり、その結果制御端子が相対的に明らかに負電位になるため、スイッチング素子Ｑ１１はオフする。このため、インダクタＬ１１に流入する増加する電流ＩＵは、図１３の（ｂ）に示すようにスイッチング素子Ｑ１１のオフによって遮断される。
【０１４９】
スイッチング素子Ｑ１１がオフすると同時にインダクタＬ１１に蓄積されていた電磁エネルギーの放出が開始して、第４の回路Ｄに図１３の（ｃ）に示すように減少する電流が流れ出す。なお、に減少する電流が流れている間、インダクタＬ１１の電圧極性が図１３の（ｅ）に示すように反転して負極性になり、駆動巻線ＤＷにはスイッチング素子Ｑ１１の制御端子が負電位になる電圧が誘起される。この場合、図１３の（ｆ）に示すように負電圧が定電流手段ＣＣＭを経由してスイッチング素子Ｑ１１のゲート・ソース間に印加するので、スイッチング素子Ｑ１１はオフ状態に維持される。
【０１５０】
第３の回路Ｃに流れる減少する電流が０になると、スイッチング素子Ｑ１１の制御端子に印加されていた負電圧が誘起されなくなると同時に、逆起電力により制御端子が図１３の（ｅ）に示すように正になる電圧が駆動巻線ＤＷに誘起される。これにより、スイッチング素子Ｑ１１は再びオンし、以後上述したのと同様な回路動作が繰り返される。
【０１５１】
以上の回路動作から明らかなように、チョッパＣＨは、降圧チョッパ動作を行い、その出力端ｔ３、ｔ４間に接続する負荷回路ＬＣに増加する電流と減少する電流とが交互に流れる出力電流ＩＯが図１３の（ｄ）に示されるように形成され、それらの直流成分で発光ダイオードＬＥＤが点灯し、出力コンデンサＣ４は高周波成分をバイパスする。
【０１５２】
（第１０の実施の形態）
【０１５３】
（第１０の形態）について説明する。
【０１５４】
第１０の形態を図１４に示す。本形態においては、定電流手段ＣＣＭがＧａＮ−ＨＥＭＴであるとともに、インダクタＬ１１が定電流手段ＣＣＭとの間に負荷回路ＬＣが介在する位置に接続されている。
【０１５５】
また、定電流手段ＣＣＭは、可調整電位源Ｅを用いてゲート電位を可変にすることで定電流値を可変にしている。なお、図中符号ＺＤ１は、スイッチング素子Ｑ１１のゲート・ソース間電圧ＶＧＳが０．６Ｖ以上にならないようにクランプするためのダイオードである。
【０１５６】
さらに、本形態においては、直列接続体を形成しているスイッチング素子Ｑ１１、定電流手段ＣＣＭおよびダイオードＤ１１が集積回路ＩＣとして構成されている。この集積回路ＩＣは、第１ないし第５の外部端子Ｐ１〜Ｐ５を備えている。第１の外部端子Ｐ１は、スイッチング素子Ｑ１１のドレインから導出されている。第２の外部端子Ｐ２は、ダイオードＤ１１のカソードから導出されている。第３の外部端子Ｐ３は、定電流手段ＣＣＭのソースおよびダイオードＤ１１のアノードの接続点から導出されている。第４の外部端子Ｐ４は、スイッチング素子Ｑ１１のゲートから導出されている。第５の外部端子Ｐ５は、定電流手段ＣＣＭのゲートから導出されている。
【０１５７】
すなわち、集積回路ＩＣは、チョッパの上記３個のパワー系半導体素子からなる直列接続体の両端に位置する半導体素子の主端子から第１および第２の主端子が導出され、直列接続体の中間の接続部の主端子から第３の外部端子が導出され、スイッチング素子Ｑ１１、定電流手段ＣＣＭの制御端子から第４および第５の外部端子が導出されている。したがって、上記第１ないし第３の外部端子はパワー系であり、第４および第５の外部端子は制御系である。
【０１５８】
そうして、第１０の形態においては、定電流手段ＣＣＭがスイッチング素子Ｑ１１と同様にＧａＮ−ＨＥＭＴにより構成されているため、１０ＭＨｚ以上の高周波における高速スイッチング特性がより一層向上する。しかし、所望によりダイオードＤ１１もＧａＮ系で形成すれば、ＧａＮ系基板を用いて一体的な集積回路を構成することができ、極めて高速なスイッチングを行えるとともに、頗る小形化されたチョッパを構成するのが容易になる。
【０１５９】
また、可調整電位源Ｅ１を用いることで定電流値が可変であるから、所望の負荷電流を設定するのが容易になるとともに、電源電圧変動に対して可調整電位源Ｅ１を帰還制御すれば、電源電圧変動に対する発光ダイオードの光出力の変動を抑制することもできる。さらに、スイッチング素子Ｑ１１の制御端子に印加される駆動巻線ＤＷの負電圧に定電流手段ＣＣＭおよび負荷回路ＬＣの電圧降下が加算される。
【０１６０】
（第１１の実施の形態）
【０１６１】
（第１１の形態）について説明する。
【０１６２】
第１１の形態を図１５に示す。なお、図１２と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。本形態においては、定電流手段ＣＣＭがトランジスタＱ１２およびＱ１３を用いたカレントミラー定電流回路により構成されている。なお、カレントミラー定電流回路は、トランジスタＱ１２および抵抗器Ｒ１１の直列回路がスイッチング素子Ｑ１１と直列に挿入され、トランジスタＱ１２のベースにトランジスタＱ１３のベースが接続し、エミッタに逆バイアス電源Ｅ２が逆極性に接続し、コレクタとバイアス電源Ｅ２との直列回路に直流電源Ｅ３が接続している。さらに、トランジスタＱ１３のコレクタとベースが導体で直結されている。
【０１６３】
また、スイッチング素子Ｑ１１の制御端子と定電流手段ＣＣＭを跨ぐ位置との間に一対のツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２を逆極性に並列接続してクランプ回路を形成している。ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧は−１２Ｖ、またツェナーダイオードＺＤ２のツェナー電圧は＋０．７Ｖであり、スイッチング素子Ｑ１１に過大なＶＧＳが印加されないように保護するようにしている。
【０１６４】
そうして、第１１の形態によれば、トランジスタＱ１３に接続した直流電圧によりトランジスタＱ１２に流れる定電流値を所望に制御できるとともに、定電流値に達したときに生じる電圧が高くなる。この為、負荷の発光ダイオードLEDの電圧を利用する必要がなくなる。
【０１６５】
また、定電流手段ＣＣＭ定電流値を制御するのに直流電源Ｅ２を用いるので、高速制御可能なトランジスタが不要になる。さらに、スイッチング素子Ｑ１１をオフするときに定電流手段ＣＣＭを同期してオフさせれば、スイッチング素子Ｑ１１を実質的にノーマリオフにできる。さらにまた、所望によりスイッチング素子Ｑ１１、定電流手段ＣＣＭおよびダイオードＤ１１の半導体部品部分をＧａＮ系チップに集積化することが可能である。
【０１６６】
（第１２の実施の形態）
【０１６７】
（第１２の形態）について説明する。
【０１６８】
第１２の形態を図１６および図１７に示す。図１６は、ＬＥＤ点灯装置を実施するための第５の形態における集積回路モジュールの模式図である。図１７は、平面コイル構造体の模式的一部拡大・一部断面斜視図である。
【０１６９】
本形態は、第８ないし第１１の形態の一部または複数において、ＬＥＤ点灯装置の半導体部品、コイル部品、コンデンサ部品および外部端子を中心に集積してＩＣ化したものである。すなわち、ＬＥＤ点灯装置の発光ダイオードLEDを除いた残余の回路部品を、平面コイル構造体Ｌ、平面コンデンサ構造体Ｃ、ＧａＮチップＧ、配線形成体Ｗ、端子形成体Ｔおよび基板構成体Ｂからなる各平面構造体に分割して形成する。これらの平面構造体を一体に積層し、各構造体間をスルーホールなどの手段を用いて接続して集積回路モジュールＩＣ´としたものである。図示例の集積回路モジュールＩＣは、概略以下の各平面構造体により構成されている。
【０１７０】
平面コイル構造体Ｌは、図１７に示すように、インダクタＬ１１および駆動巻線ＤＷを、それぞれ扁平コイル素線を平面において渦巻状をなすように巻回して形成する。それらが適度の離間状態となるように保持し、かつ内部および周囲を磁性体層Ｍで被覆する。これによりし、平面コイル構造体Ｌは、全体として平面状に構成される。
【０１７１】
そして、インダクタＬ１１および駆動巻線ＤＷの一端は、コイルの中心部に位置して端子部ｔを構成している。そして、当該端子部ｔの中心にスルーホールｈが形成され、後述するＧａＮチップＧの定電流手段部分の一方の端子導体を当該スルーホールｈに挿入し、さらに導電体を内部に注入して、インダクタＬ１１、駆動巻線ＤＷおよびＧａＮチップＧの接続導体を一緒に接続するように構成されている。なお、磁性体層Ｍは、図１７の一部を図の右側に拡大して断面を示すように、例えばフェライト微粒子を分散したセラミックスまたはプラスチックスからなる。
【０１７２】
平面コンデンサ構造体Ｃは、例えばそれぞれ薄い誘電体膜を挟んだ一対の電極体を備えてなる複数のコンデンサを集合した平面構造体である。
【０１７３】
ＧａＮチップＧは、ＧａＮ系半導体基板にスイッチング素子Ｑ１１、定電流手段ＣＣＭおよびダイオードＤ１１が形成された平面構造体である。
【０１７４】
配線形成体Ｗは、平面コイル構造体Ｌ、平面コンデンサ構造体ＣおよびＧａＮチップＧと後述する端子形成体Ｔとの間を所要に接続する平面構造体である。
【０１７５】
端子形成体Ｔは、配線形成体Ｗと後述する基板構成体Ｂとの間に介在して両者を接続する基板構成体Ｂは、外部端子ＴＥおよび外部取付手段（図示しない。）を備え、以上説明の各平面構造体を一体的に支持してモジュール化している。なお、外部端子ＴＥは、ＬＥＤ点灯装置の入力端子および発光ダイオードLEDを接続する出力端子である。
【０１７６】
そうして、本形態は、１０ＭＨｚ以上の高周波で動作するＬＥＤ点灯装置に好適であり、基板構成体Ｂに配設される外部端子ＴＥは、そのいずれも直流であり、直流の入出力だけであるから、動作が安定であるとともに、顕著な小形化を実現することができる。このため、ＬＥＤ点灯装置を照明装置の発光ダイオードの間に配設することも可能になり、照明装置の著しい小形化に寄与する。
【０１７７】
なお、一実施形態に係るＬＥＤ点灯装置は、スイッチング素子、定電流手段およびダイオードの直列接続体を備える。この直列接続体は、その両端側に位置する一対の主端子から導出された第１および第２の外部端子と、直列接続体の中間接続部に位置する主端子から導出された第３の外部端子と、スイッチング素子および定電流手段の制御端子から導出された第４および第５の外部端子とを備えた集積回路を有する。
【０１７８】
なお、上記の実施形態において、「チョッパ」とは、降圧チョッパ、昇圧チョッパおよび昇降圧チョッパなどの各種チョッパを含む概念である。なお、昇降圧チョッパは、昇圧チョッパおよび降圧チョッパをシーケンシャルに接続したものである。上記各チョッパは、いずれもスイッチング素子をオンさせることにより直流電源からインダクタに増加電流が流れるとともに、スイッチング素子をオフさせることによりインダクタに蓄積された電磁エネルギーによりダイオードを経由して減少電流が流れる動作を繰り返して直流電源電圧をＤＣ−ＤＣ変換して出力端に出力する点で共通している。
【０１７９】
スイッチング素子は、ノーマリオンスイッチおよびノーマリオフスイッチのいずれであってもよい。スイッチング素子にワイドバンドギャップ半導体、例えばＧａＮ−ＨＥＭＴを用いると、ＭＨｚ以上、例えば１０ＭＨｚ以上の高周波でのスイッチング特性が著しく向上してスイッチング損失が低下するとともに、インダクタも小形化するためにＬＥＤ点灯装置の大幅な小形化を図ることができる。
【０１８０】
また、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の場合、ノーマリオン特性を有しているものの方が得やすく、低コストであるが、ノーマリオフ特性を有しているものも可能なので、これを用いてもよい。また、ノーマリオンスイッチは、そのスイッチングの閾値が負であるものを用いると、インダクタに磁気結合した駆動巻線を用いたオフ制御が容易になるので好適である。
【０１８１】
定電流手段は、定電流特性を有する回路手段であり、例えば定電流ダイオード、接合型ＦＥＴ、三端子レギュレータおよびトランジスタを用いた各種定電流回路などを用いることができる。なお、トランジスタを用いた定電流回路としては、一石または二石のトランジスタを用いた既知の定電流回路であることを許容する。また、接合型ＦＥＴの一種であるＧａＮ−ＨＥＭＴを定電流手段として使用することができる。このスイッチング素子は、１０ＭＨｚ以上の高周波のスイッチング特性が優れているので、高速スイッチングを行わせるのに好都合である。
【０１８２】
定電流手段は、スイッチング素子のオン時にインダクタに電流が流れる第１の回路中にスイッチング素子と直列に介在する。また、定電流手段は、スイッチング素子を駆動する駆動巻線を含むスイッチ素子の駆動回路中にも介在する。これらの構成を具備していることにより、定電流手段を流れる増加する電流が定電流値に到達し、さらに増加しようとすると、定電流手段の電圧が急激に上昇するので、そのとき定電流手段に生じる電圧上昇によって、スイッチング素子の駆動回路に組み込まれる主端子（例えばソース）の電位を制御端子（例えばゲート）の電位に対して相対的に高くすることができる。その結果、制御端子の電位がスイッチング素子の閾値より低くなるために、スイッチング素子をオフさせることができる。この回路動作は、スイッチング素子がノーマリオンスイッチで、かつ閾値が負であることにより、一層容易かつ確実になるが、ノーマリオフスイッチに対しても有効である。
【０１８３】
また、スイッチング素子と定電流手段を直接直列接続することが許容されるが、この場合には共通の半導体チップ、例えばＧａＮ系チップにスイッチング素子と定電流手段を集積して一体化するのが容易になる。この場合、スイッチング素子の一方の主端子、例えばドレインと、定電流手段のスイッチング素子に対して他端側の主端子からなるパワー系の２つの端子と、スイッチング素子および定電流手段のそれぞれの制御端子、例えばゲートからなる２つの制御系の端子とを備えた４端子構造のＩＣモジュールによって、上記スイッチング素子と定電流手段を構成することができ、より一層小形化された単一のコンポーネントにすることができる。
【０１８４】
インダクタは、直流電源からスイッチング素子および定電流手段を経由する第１の回路に増加する電流が流れるときに、電磁的エネルギーを内部に蓄積する。また、インダクタは、スイッチング素子のオフ時に蓄積された電磁的エネルギーを放出するので、その際に減少する電流が第２の回路に流れる。
【０１８５】
また、チョッパを１０ＭＨｚ以上の高周波で動作させる場合、インダクタおよびこれに磁気結合する駆動巻線を平面コイル構造にするとともに、コンデンサを平面構造にすれば、チョッパの集積回路化に好都合となるとともに、信頼性の高い動作が得られる。すなわち、平面コイル構造のインダクタおよび駆動巻線と、平面構造のコンデンサと、スイッチング素子、定電流手段および後述するダイオードなどの半導体部品を集積した半導体チップと、を積層して全体を一体化した集積回路モジュールを構成することができる。その結果、ＬＥＤ点灯装置の著しい小形化を図ることができる。また、これに伴い、駆動コイルとスイッチとの間の距離が最短かされるので、不要で、しかも雑音発生などに有害な寄生インダクタンスや寄生キャパシタンスの発生を最小限に止めることができ、チョッパ動作の安定性および信頼性が向上する。
【０１８６】
ダイオードは、インダクタから減少する電流が流出する際の経路である第２の回路を提供する。ワイドバンドギャップ半導体、例えばＧａＮ系のダイオードをダイオードとして用いると、より一層の高速スイッチングが可能になる。この場合、ダイオードをスイッチング素子および定電流手段と一緒に半導体素子の集積回路として構成するのが容易になる。この集積回路は、スイッチング素子、定電流手段およびダイオードの直列接続体において、その一端側の主端子、他端側に主端子、ならびに中間の接続点の主端子からなるパワー系の３つの主端子と、スイッチング素子および定電流手段をそれぞれ制御する２つの制御端子との都合５つの外部端子を備えた構造となる。
【０１８７】
上記集積回路を用いてチョッパを構成すると、全体が一層小形化するとともに、高速スイッチングを行わせるのが容易になる。
【０１８８】
駆動巻線は、インダクタに磁気結合した巻線であって、スイッチング素子を制御する。すなわち、スイッチング素子がオンのときにインダクタに流れた増加する電流が定電流手段の定電流値に到達してスイッチング素子がオフすると、大きな電圧が生じるので、スイッチング素子の主端子（ソース）が制御端子より高くなり、相対的に制御端子が負電位になって閾値を下回るので、スイッチング素子がオフ状態に維持される。
【０１８９】
上記の第８乃至第１２の実施形態によると、スイッチング素子のオン時に直流電源から定電流手段を経由してインダクタに流れる増加する電流が定電流手段の定電流値に達したときに定電流手段に生じる電圧によりスイッチング素子をオフさせるので、インダクタに流れる電流を検出する抵抗素子などのインピーダンス手段およびその電圧降下が予め設定された閾値に達したときにスイッチング素子をオフさせる制御回路で構成される電流帰還形の帰還回路を配設することなしに、増加する電流が所定値に達したときにスイッチング素子を簡単な構成でオフさせることができてチョッパ動作を行うから、回路構成が簡単になり、集積化および小形化が容易なチョッパを具備したＬＥＤ点灯装置を提供できる。
【０１９０】
さらに、インダクタおよび駆動巻線を平面コイル構造体にするとともに、少なくともスイッチング素子およびダイオードを平面コイル構造の少なくとも一面に積層された集積回路を構成していることにより、駆動コイルとスイッチング素子との間の距離が最短化されて、不要で、しかも雑音発生などに有害な寄生インダクタンスや寄生キャパシタンスの発生を最小限に止めることができるので、チョッパ動作の安定性および信頼性が向上する。
【０１９１】
さらにまた、スイッチング素子、定電流手段およびダイオードを５つの外部端子を備えた集積回路として構成すれば、チョッパ全体が一層小形化するとともに、高速スイッチングを行わせるのが容易になる。
【０１９２】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【０１９３】
１…器具本体、２…ＬＥＤ照明灯、４…セード、１０…交流電源、１１…全波整流回路、１２…コンデンサ、１３…電界効果トランジスタ、１４…半導体発光素子、１５…抵抗素子、１６…インダクタ、１７…電源、１８…電界効果トランジスタ、１９…ダイオード、２０…コンデンサ、２１…ダイオード、２２…フライホイールダイオード、２３…コンパレータ、２４…ダイオード、３１…ＬＥＤ素子群、３２〜３３…電界効果トランジスタ、３２ａ〜３３ａ…ダイオード、３４…コンデンサ、３５…インダクタ、３６…コンデンサ、３７…ダイオード、３８…コンデンサ、３９…第１の駆動源、４０…ダイオード、４１…コンデンサ、４２…第２の駆動源、４３…電界効果トランジスタ、４３ａ…ダイオード、４４…コンデンサ、４６…直流電源、４７…電界効果トランジスタ、４８…コンデンサ、４９…ツェナーダイオード、５１〜５４…電界効果トランジスタ、５１ａ〜５４ａ…ダイオード、５５…ＬＥＤ素子群、５６〜５９…ダイオード、６０…コンデンサ、６１…電界効果トランジスタ、６２…電界効果トランジスタ、６３…駆動源、６４…スイッチ駆動部、６５…インダクタ、７１…電界効果トランジスタ、７２…ＬＥＤ素子群、７３…抵抗素子、７４…インダクタ、７５〜７６…コンデンサ、７７…フライホイールダイオード、７８…抵抗素子、７９…発振停止部、８０…電界効果トランジスタ、８１…コンパレータ、８２…コンパレータ、８５…電源、１００…電源装置、１６１…補助巻線、７２１…補助巻線、７４１…補助巻線
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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