(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源に直列接続されて高周波でオンオフ制御されるスイッチング素子と；前記スイッチング素子と直列に接続されて前記スイッチング素子のオン時に前記直流電源から電流が流れるインダクタンス要素と；前記スイッチング素子のオン時に前記インダクタンス要素に蓄積されたエネルギーを前記スイッチング素子のオフ時に半導体発光素子に放出する回生ダイオードと；前記スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出手段と；前記電流検出手段により検出される電流値が所定値に達すると前記スイッチング素子をオフさせると共に、前記インダクタンス要素のエネルギー放出が完了したときに前記スイッチング素子をオンさせる制御手段とを備える半導体発光素子の点灯装置において、
前記制御手段は、前記電流検出手段により検出される電流値を読み込むＡ／Ｄ変換入力端子と、前記インダクタンス要素のエネルギー放出完了を検出するゼロクロス検出端子と、前記スイッチング素子をオン／オフ制御する出力端子とを備える１チップマイコンよりなり、
前記ゼロクロス検出端子と前記Ａ／Ｄ変換入力端子を兼用したことを特徴とする半導体発光素子の点灯装置。
【請求項２】
前記１チップマイコンは、調光信号またはセンサ信号を含む外部信号を入力するための外部信号入力端子を備え、前記スイッチング素子のオフ期間中に前記外部信号を読み込む外部信号読み込み処理部と、読み込まれた外部信号に応じて前記所定値を再設定するピーク電流設定処理部とを有することを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の点灯装置。
【請求項３】
前記外部信号は、前記スイッチング素子のオン／オフ周波数に比べて十分に低周波の矩形波信号であり、前記外部信号読み込み処理部は、前記スイッチング素子のオフ期間毎に前記矩形波信号の状態を観測することにより前記矩形波信号のオン期間またはオフ期間を計測することを特徴とする請求項２記載の半導体発光素子の点灯装置。
【請求項４】
前記外部信号読み込み処理部は、計測された前記矩形波信号のオン期間またはオフ期間を前記低周波の複数周期にわたり平均化する平均化処理部を有することを特徴とする請求項３記載の半導体発光素子の点灯装置。
【請求項５】
前記１チップマイコンは、前記外部信号入力端子を複数個備えており、前記外部信号読み込み処理部は、各外部信号入力端子からの外部信号を前記スイッチング素子の別々のオフ期間に順次読み込むことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の半導体発光素子の点灯装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の半導体発光素子の点灯装置と、この点灯装置から電流を供給される半導体発光素子を具備する照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような半導体発光素子を点灯させる半導体発光素子の点灯装置及びそれを用いた照明器具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１（特許第４１００４００号公報）によれば、スイッチング電源回路を用いてＬＥＤを点灯する装置において、スイッチング素子のオン／オフを制御する制御手段として、マイクロコンピュータ（マイコン）を用いることが提案されている。この従来例では、負荷電圧を検出する第１のアンプと、負荷電流を検出する第２のアンプをマイコンの第１入力端子と第２入力端子にそれぞれ接続すると共に、スイッチング素子をオン／オフ駆動するためのドライバ回路部を前記マイコンの出力端子に接続している。マイコンの内部には、負荷電圧の検出値と負荷電流の検出値から基準値を生成する基準値生成部と、実際の検出値と基準値との誤差を演算する誤差演算部と、誤差演算部の出力を受けて誤差が小さくなる方向にスイッチング素子のオン期間をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部などを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１００４００号公報（請求項８、００４９−００５１、図７、図６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、スイッチング素子のオン／オフを制御するマイコンに対して、調光信号のような外部信号を入力する制御態様については想定されていなかった。近年では、制御用のマイコンも高速化されているので、マイコンの処理機能を時分割的に活用すれば、調光信号のような外部信号を入力して制御に反映させることは十分に可能と考えられる。しかしながら、スイッチング素子がオンされているタイミングで外部信号の入力処理が開始されると、外部信号の入力処理が終わるまでスイッチング素子をオフできない事態が起こり得る。その場合、スイッチング素子に流れる電流が過大となったり、インダンタンス要素が磁気飽和したりする恐れがあり、制御の精度も低下することになる。
【０００５】
本発明は、スイッチング素子のオン時にインダクタンス要素に流れる電流が所定値に達するとスイッチング素子をオフ制御し、スイッチング素子のオフ時にインダクタンス要素から回生ダイオードを介して半導体発光素子に放出される電流がゼロになるとスイッチング素子をオン制御する半導体発光素子の点灯装置において、スイッチング素子のオン／オフを制御するマイコンに調光信号のような外部信号を入力して制御に反映させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、上記の課題を解決するために、図１に示すように、直流電源（コンデンサＣ１）に直列接続されて高周波でオンオフ制御されるスイッチング素子Ｑ１と；前記スイッチング素子Ｑ１と直列に接続されて前記スイッチング素子Ｑ１のオン時に前記直流電源から電流が流れるインダクタＬ１と；前記スイッチング素子Ｑ１のオン時に前記インダクタＬ１に蓄積されたエネルギーを前記スイッチング素子Ｑ１のオフ時に半導体発光素子４に放出する回生ダイオードＤ１と；前記スイッチング素子Ｑ１に流れる電流を検出する電流検出手段（抵抗Ｒ１）と；前記電流検出手段により検出される電流値が所定値に達すると前記スイッチング素子Ｑ１をオフさせると共に、前記インダクタＬ１のエネルギー放出が完了したときに前記スイッチング素子Ｑ１をオンさせる制御手段とを備える半導体発光素子の点灯装置において、前記制御手段は、前記電流検出手段（抵抗Ｒ１）により検出される電流値を読み込むＡ／Ｄ変換入力端子Ｐ０と、前記インダクタＬ１のエネルギー放出完了を検出するゼロクロス検出端子Ｐ２と、前記スイッチング素子Ｑ１をオン／オフ制御する出力端子Ｐ１とを備える１チップマイコン５よりなることを特徴とするものである。
【０００７】
また、請求項１の発明は、前記ゼロクロス検出端子Ｐ２と前記Ａ／Ｄ変換入力端子Ｐ０を兼用したことを特徴とする（図５、図６）。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載の半導体発光素子の点灯装置において、前記１チップマイコン５は、調光信号またはセンサ信号を含む外部信号を入力するための外部信号入力端子Ｐ３〜Ｐ５を備え、前記スイッチング素子Ｑ１のオフ期間中に前記外部信号を読み込む外部信号読み込み処理部（図３の＃５，＃６）と、読み込まれた外部信号に応じて前記所定値を再設定するピーク電流設定処理部（図３の＃７）とを有することを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２記載の半導体発光素子の点灯装置において、前記外部信号は、前記スイッチング素子Ｑ１のオン／オフ周波数に比べて十分に低周波の矩形波信号であり、前記外部信号読み込み処理部は、前記スイッチング素子Ｑ１のオフ期間毎に前記矩形波信号の状態を観測することにより前記矩形波信号のオン期間またはオフ期間を計測することを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項３記載の半導体発光素子の点灯装置において、前記外部信号読み込み処理部は、計測された前記矩形波信号のオン期間またはオフ期間を前記低周波の複数周期にわたり平均化する平均化処理部（図４の＃２０，＃２２）を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項２〜４のいずれかに記載の半導体発光素子の点灯装置において、前記１チップマイコン５は、前記外部信号入力端子Ｐ３〜Ｐ５を複数個備えており、前記外部信号読み込み処理部は、各外部信号入力端子Ｐ３〜Ｐ５からの外部信号を前記スイッチング素子Ｑ１の別々のオフ期間に順次読み込むことを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の半導体発光素子の点灯装置と、この点灯装置から電流を供給される半導体発光素子を具備する照明器具である（図８）。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の構成によれば、スイッチング素子に流れる電流のピーク値と、インダクタンス要素の値と、半導体発光素子の端子電圧並びに直流電源の電圧が決まると、スイッチング素子のオン期間とオフ期間を一義的に予測可能であるから、その予測可能な待ち時間の間に、スイッチング素子のオン／オフ制御以外の処理、例えば、調光信号のような外部信号の読み込み処理を確実に実行できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１の点灯装置の回路図である。
【図２】本発明の実施形態１の点灯装置に外部信号を与えるセンサの構成例を示す回路図である。
【図３】本発明の実施形態１の点灯装置に用いるマイコンの全体動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態１の点灯装置に用いるマイコンの信号読み込み処理部のフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態２の点灯装置の回路図である。
【図６】本発明の実施形態３の点灯装置の回路図である。
【図７】本発明を適用できる各種のスイッチング電源回路の回路図である。
【図８】本発明の実施形態５の照明器具の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１の点灯装置の回路図である。この点灯装置は、直流電源となる平滑コンデンサＣ１の直流電圧を降圧して、負荷となる半導体発光素子４に直流電流を供給する降圧チョッパ回路３と、その制御回路（マイコン５）を備えている。
【００１６】
直流電源となる平滑コンデンサＣ１は、例えば商用交流電源を全波整流器（図示せず）により全波整流した直流電圧を充電されているものとする。全波整流器の交流入力側には高周波成分を除去するためのフィルタ回路を設けることが一般的である。また、全波整流器の直流出力側と平滑コンデンサＣ１の間に、昇圧チョッパ回路等を用いた力率改善回路を介在させても良い。
【００１７】
降圧チョッパ回路３は、直流電流により点灯する半導体発光素子４に対して直列に接続されるインダクタＬ１と、前記インダクタＬ１と半導体発光素子４の直列回路を直流電源となる平滑コンデンサＣ１の両端間に接続するスイッチング素子Ｑ１と、前記インダクタＬ１と半導体発光素子４の直列回路と並列に接続されて、前記スイッチング素子Ｑ１のオフ時に前記インダクタＬ１の蓄積エネルギーを前記半導体発光素子４に放出する方向に接続された回生ダイオードＤ１とを備えている。また、前記半導体発光素子４と並列に出力コンデンサＣ２が接続されている。この出力コンデンサＣ２は、前記スイッチング素子Ｑ１のオンオフによる脈動成分を平滑化して前記半導体発光素子４に平滑化された直流電流が流れるように容量を設定されている。半導体発光素子４は複数個のＬＥＤを直列または並列または直並列接続したＬＥＤモジュールであっても良い。
【００１８】
スイッチング素子Ｑ１は制御用の１チップマイコン５により高周波でオンオフ駆動される。このマイコン５は、電源端子Ｖｃｃ、グランド端子ＧＮＤのほか、Ａ／Ｄ変換入力端子Ｐ０と、２値出力端子Ｐ１と、２値入力端子Ｐ２〜Ｐ５を備えている。
【００１９】
Ａ／Ｄ変換入力端子Ｐ０は、アナログの入力電圧をデジタル値に変換して取り込む機能を有している。２値出力端子Ｐ１は、ＨｉｇｈレベルまたはＬｏｗレベルのいずれかの信号を出力する機能を有している。２値入力端子Ｐ２〜Ｐ５は、入力電圧がＨｉｇｈレベルであるかＬｏｗレベルであるかを判定する機能を有している。
【００２０】
Ａ／Ｄ変換入力端子Ｐ０には、スイッチング素子Ｑ１と直列に接続された電流検出抵抗Ｒ１の両端電圧がスイッチング電流の検出値として入力されている。２値出力端子Ｐ１には、インバータＧ１〜Ｇ４を並列接続して成るゲートドライバ回路が接続されている。２値入力端子Ｐ２には、インダクタＬ１の２次巻線ｎ２に誘起される電圧が抵抗Ｒ５を介して入力されている。２値入力端子Ｐ５には、調光回路６から出力される調光信号が入力されている。２値入力端子Ｐ４，Ｐ３には、センサ７ａ，７ｂから出力されるセンサ信号がそれぞれ入力されている。センサ７ａは例えば温度センサ（図２（ａ）参照）であり、センサ７ｂは例えば色センサ（図２（ｂ）参照）であるが、これらに限定されるものではない。
【００２１】
電源端子Ｖｃｃとグランド端子ＧＮＤの間に所定電圧以上の制御電源電圧が供給されると、後述する図３のフローチャートに示すような制御動作を開始することにより、２値出力端子Ｐ１が数十ｋＨｚの高周波でＨｉｇｈ／Ｌｏｗに切り替わる。２値出力端子Ｐ１がＬｏｗレベルになると、インバータＧ１〜Ｇ４を並列接続して成るゲートドライバ回路の出力はＨｉｇｈレベルとなる。
【００２２】
ゲートドライバ回路の出力がＨｉｇｈレベルになると、図１の抵抗Ｒ３、Ｒ４で分圧されたゲート駆動電圧がＭＯＳＦＥＴよりなるスイッチング素子Ｑ１のゲート・ソース間に印加される。抵抗Ｒ１は電流検出用の小抵抗であるので、ゲート・ソース間の駆動電圧には殆ど影響しない。
【００２３】
スイッチング素子Ｑ１がオンになると、コンデンサＣ１の正極から出力コンデンサＣ２、インダクタＬ１、スイッチング素子Ｑ１、抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１の負極へ電流が流れる。このとき、インダクタＬ１に流れるチョッパ電流ｉは、インダクタＬ１が磁気飽和しない限り略直線的に上昇する電流となる。この電流は抵抗Ｒ１により検出されて、マイコン５のＡ／Ｄ変換入力端子Ｐ０に入力される。
【００２４】
マイコン５のＡ／Ｄ変換入力端子Ｐ０では、入力電圧をＡ／Ｄ変換してデジタル値に変換し、スイッチング電流の検出値として取得する。スイッチング電流の検出値がマイコン５の内部に設定された所定値に達すると、マイコン５は２値出力ポートＰ１をＨｉｇｈレベルとする。これによりインバータＧ１〜Ｇ４を並列接続して成るゲートドライバ回路の出力はＬｏｗレベルとなる。
【００２５】
このとき、ゲートドライバ回路は出力端子から電流を引き込むように動作するので、図１のダイオードＤ２がオンとなり、抵抗Ｒ２を介してスイッチング素子Ｑ１のゲート・ソース間電荷が引き抜かれて、ＭＯＳＦＥＴよりなるスイッチング素子Ｑ１は速やかにオフとなる。
【００２６】
スイッチング素子Ｑ１がオフすると、インダクタＬ１に蓄積されていた電磁エネルギーが回生ダイオードＤ１を介して出力コンデンサＣ２に放出される。このとき、インダクタＬ１の両端電圧は出力コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２にクランプされるので、インダクタＬ１の電流ｉは略一定の傾き（ｄｉ／ｄｔ≒−Ｖｃ２／Ｌ１）で減少して行く。
【００２７】
コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が高いときには、インダクタＬ１の電流ｉは急速に減衰し、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が低いときには、インダクタＬ１の電流ｉは緩慢に減衰する。したがって、インダクタＬ１に流れる電流のピーク値が一定であっても、インダクタＬ１の電流ｉが消失するまでの時間は変化する。その所要時間はコンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２が高いほど短く、低いほど長い。
【００２８】
インダクタＬ１に電流ｉが流れている期間中は、インダクタＬ１の２次巻線ｎ２にはインダクタＬ１の電流ｉの傾きに応じた電圧が発生している。この電圧は、インダクタＬ１の電流ｉが流れ終わると、消失する。そのタイミングを２値入力端子Ｐ２で検出する。
【００２９】
２値入力端子Ｐ２に抵抗Ｒ５を介して印加されていた２次巻線ｎ２の誘起電圧が消失すると、２値入力端子Ｐ２の状態はＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへと変化する。この変化を受けて、マイコン５は２値出力端子Ｐ１をＬｏｗレベルとする。これによりインバータＧ１〜Ｇ４を並列接続して成るゲートドライバ回路の出力はＨｉｇｈレベルとなり、スイッチング素子Ｑ１を再度オンさせる。以下、同じ動作を繰り返す。
【００３０】
このようにして出力コンデンサＣ２にはコンデンサＣ１の電圧を降圧した直流電圧が得られる。この直流電圧は出力コネクタＣＯＮ２を介して半導体発光素子４に供給される。半導体発光素子４として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた場合、ＬＥＤの順電圧をＶｆ、直列個数をｎ個とすると、出力コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２は略ｎ×Ｖｆにクランプされる。
【００３１】
ＬＥＤの直列個数ｎが多いとき、出力コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２は高いから、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１との電圧差（Ｖｃ１−Ｖｃ２）は小さくなる。このため、スイッチング素子Ｑ１のオン時にインダクタＬ１に分担される電圧は小さく、インダクタＬ１に流れる電流ｉの上昇速度ｄｉ／ｄｔ＝（Ｖｃ１−Ｖｃ２）／Ｌ１は遅くなる。結果的に、インダクタＬ１に流れる電流ｉが所定のピーク値に到達するまでの時間は長くなり、スイッチング素子Ｑ１のオン時間は長くなる。
【００３２】
スイッチング素子Ｑ１のオフ時には、インダクタＬ１の両端に発生する逆起電力は、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２（＝ｎ×Ｖｆ）にクランプされる。このため、ＬＥＤの直列個数ｎが多いとき、スイッチング素子Ｑ１のオフ時にインダクタＬ１に印加される電圧は大きく、インダクタＬ１に流れる電流ｉの減衰速度ｄｉ／ｄｔ＝−Ｖｃ２／Ｌ１は速くなる。結果的に、インダクタＬ１に流れる電流ｉがゼロになるまでの時間は短くなり、スイッチング素子Ｑ１のオフ時間は短くなる。
【００３３】
ＬＥＤの直列個数ｎが少ないときは、上述の説明とは逆に、スイッチング素子Ｑ１のオン時間は短くなり、オフ時間は長くなる。つまり、ＬＥＤの直列個数ｎが少ないときは、出力コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２は低いから、コンデンサＣ１の電圧Ｖｃ１との電圧差（Ｖｃ１−Ｖｃ２）は大きくなる。このため、スイッチング素子Ｑ１のオン時にインダクタＬ１に分担される電圧は大きく、インダクタＬ１に流れる電流ｉの上昇速度ｄｉ／ｄｔ＝（Ｖｃ１−Ｖｃ２）／Ｌ１は速くなる。結果的に、インダクタＬ１に流れる電流ｉが所定のピーク値に到達するまでの時間は短くなり、スイッチング素子Ｑ１のオン時間は短くなる。
【００３４】
スイッチング素子Ｑ１のオフ時には、インダクタＬ１の両端に発生する逆起電力は、コンデンサＣ２の電圧Ｖｃ２（＝ｎ×Ｖｆ）にクランプされる。このため、ＬＥＤの直列個数ｎが少ないとき、スイッチング素子Ｑ１のオフ時にインダクタＬ１に印加される電圧は小さく、インダクタＬ１に流れる電流ｉの減衰速度ｄｉ／ｄｔ＝−Ｖｃ２／Ｌ１は遅くなる。結果的に、インダクタＬ１に流れる電流ｉがゼロになるまでの時間は長くなり、スイッチング素子Ｑ１のオフ時間は長くなる。
【００３５】
このように、本実施形態の点灯装置によれば、ＬＥＤの直列個数ｎが多くなると、自動的にスイッチング素子Ｑ１のオン時間が長く、オフ時間が短くなり、ＬＥＤの直列個数ｎが少なくなると、自動的にスイッチング素子Ｑ１のオン時間が短く、オフ時間が長くなる。したがって、ＬＥＤの直列個数ｎに関わらず、定電流特性を維持できる仕組みとなっている。
【００３６】
ここで、制御電源回路１０の構成について説明する。本実施形態では、コンデンサＣ１の正極からドロッパ抵抗Ｒ３１〜Ｒ３４を介してコンデンサＣ３の正極に充電電流を供給する構成であり、より効率の良い電源供給手段として、定常時にインダクタＬ１の２次巻線ｎ２からコンデンサＣ３を充電する構成を併用している。コンデンサＣ３の電圧を規制する定電圧回路として、ツェナーダイオードＺＤ１を並列接続している。また、コンデンサＣ３の電圧を三端子レギュレータＲＥＧにより安定化してマイコン５の制御電源電圧Ｖｃｃを生成している。
【００３７】
コンデンサＣ１の電圧は、例えば、商用交流電源電圧（１００Ｖ、５０／６０Ｈｚ）のピーク値付近の電圧（約１４０Ｖ）となる。このコンデンサＣ１から、降圧用の抵抗Ｒ３１〜Ｒ３４を介して制御電源電圧Ｖｃｃを供給するためのコンデンサＣ３に充電電流を供給する。
【００３８】
コンデンサＣ３の電圧が上昇し、三端子レギュレータＲＥＧの出力電圧がマイコン５の動作可能電圧以上に上昇すると、スイッチング素子Ｑ１のオンオフ動作が開始され、インダクタＬ１に高周波の三角波電流が流れるから、その２次巻線ｎ２には高周波の矩形波電圧が発生する。
【００３９】
スイッチング素子Ｑ１のオン時にインダクタＬ１の２次巻線ｎ２に発生する電圧によりダイオードＤ１０、コンデンサＣ１０、抵抗Ｒ１０を介して電流が流れて、コンデンサＣ１０が充電される。スイッチング素子Ｑ１のオフ時にはインダクタＬ１の２次巻線ｎ２に逆極性の電圧が発生するから、この電圧とコンデンサＣ１０の充電電圧を加算させた電圧によりダイオードＤ３と抵抗Ｒ１０を介してコンデンサＣ３に充電電流が流れる。これによりコンデンサＣ３の電圧はさらに上昇しようとするが、ツェナーダイオードＺＤ１よりなる定電圧回路がコンデンサＣ３に並列接続されているので、その定電圧回路により電圧クランプされて、コンデンサＣ３の電圧はツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧に規制される。また、三端子レギュレータＲＥＧによりマイコン５の動作に適した精度の高い制御電源電圧Ｖｃｃが生成される。
【００４０】
なお、コンデンサＣ３と並列に接続されたコンデンサＣ４は、ダイオードＤ３を介する充電電流の高周波成分をバイパスするための小容量のコンデンサである。
【００４１】
次に、制御用マイコン５の制御動作について、図３のフローチャートを参照しながら説明する。制御用マイコン５に規定の電源電圧Ｖｃｃが供給されると、図３の＃１のステップから動作を開始する。
【００４２】
＃１では、初期化処理を実行し、各種のレジスタ等を初期化する。
＃２では、２値出力端子Ｐ１をＬｏｗレベルとする。このとき、ゲートドライバ回路の出力がＨｉｇｈレベルとなることで、スイッチング素子Ｑ１はオンとなる。
【００４３】
＃３では、Ａ／Ｄ変換入力端子Ｐ０から電流検出抵抗Ｒ１の両端電圧を取り込んで、電流検出値が所定値Ｉｐを越えたか否かを判定する。電流検出値が所定値Ｉｐを越えていなければ、電流検出値が所定値Ｉｐを越えるまで、＃３のステップを繰り返す。
【００４４】
＃４では、２値出力端子Ｐ１をＨｉｇｈレベルとする。このとき、ゲートドライバ回路の出力がＬｏｗレベルとなることで、スイッチング素子Ｑ１はオフとなる。
【００４５】
＃５、＃６では、後述の図４に示すようなフローを実行することにより、調光回路６から出力される調光信号、センサ７ａ，７ｂから出力されるセンサ信号を読み込む。
【００４６】
＃７では、＃５、＃６で読み込んだ調光信号やセンサ信号に基づいて、＃３の判定に用いる所定値Ｉｐを再設定する。
【００４７】
＃８では、２値入力端子Ｐ２を監視し、Ｈｉｇｈレベルと判定されれば、２次巻線ｎ２の誘起電圧が発生中と判定し、＃８のステップを繰り返す。Ｌｏｗレベルと判定されれば、２次巻線ｎ２の誘起電圧が消失したと判定し、＃２のステップに戻る。以下、同じ動作を繰り返す。
【００４８】
ここで、＃５、＃６の信号読み込み処理について説明する。制御用マイコン５は一般的に時間計測機能を有しているので、ステップ＃５や＃６では、２値入力ポートＰ３〜Ｐ５が前回ＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに状態変化した時刻をそれぞれ記憶しておいて、次回に２値入力ポートＰ３〜Ｐ５がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルになった時刻をそれぞれ取得したときに、その時間差を演算することにより、各２値入力ポートＰ３〜Ｐ５がＬｏｗレベルであった期間の長さを計測できる。同様の手法により、２値入力ポートＰ３〜Ｐ５がＨｉｇｈレベルであった期間の長さも計測できる。
【００４９】
マイコン５が図３のステップ＃３やステップ＃８のループを回っている間は、２値入力ポートＰ３〜Ｐ５のＨｉｇｈ／Ｌｏｗを読み込めないことになるが、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数は数十ｋＨｚという高い周波数であるので、ステップ＃５や＃６をスイッチング周期毎に頻繁に巡回することになり、低周波の矩形波電圧信号を読み込むには格別の支障は無いと言える。また、そもそも温度情報や調光情報は制御遅れが一切許されない緊急の情報というわけではないので、低周波の矩形波電圧信号の複数周期分の計測値を平均化することにより、そのＨｉｇｈ期間とＬｏｗ期間を実用上差し支えない精度で検出することができる。平均化の処理は一般的な手法、例えば、過去５回分の計測値から最大値と最小値を除外し、残りの単純平均を求めるような手法を用いれば良い。
【００５０】
また、ステップ＃３とステップ＃８の間に、すべての２値入力ポートＰ３〜Ｐ５の読み込み処理をシーケンシャルに実行しても構わないが、この信号読み込み処理は緊急性の高い処理ではないので、スイッチング素子Ｑ１の別々のオフ期間に順次読み込むようにしても構わない。
【００５１】
図４に信号読み込み処理のフローを例示する。ここでは、センサ７ａから出力されるセンサ信号を２値入力端子Ｐ４から読み込む処理について説明するが、他の２値入力端子Ｐ３、Ｐ５についても同様である。
【００５２】
＃１１では、今回の２値入力端子Ｐ４の状態を取得する。２値入力端子Ｐ４の状態はＨｉｇｈまたはＬｏｗのいずれかと判定される。
＃１２では、前回の２値入力端子Ｐ４の状態を読み出す。
【００５３】
＃１３では、＃１１で取得した今回の２値入力端子Ｐ４の状態と、＃１２で読み出した前回の２値入力端子Ｐ４の状態とを比較し、一致しているか否かを判定する。一致していれば、今回は２値入力端子Ｐ４の状態が変化しなかったということであるから、何もせずに処理を終了する。不一致と判定されれば、今回は２値入力端子Ｐ４の状態が変化したということであるから、＃１４に移行する。
【００５４】
＃１４では、マイコン５の時間計測機能を用いて現在時刻を取得する。取得された現在時刻は今回の２値入力端子Ｐ４の状態が変化した時刻であるから、以前に２値入力端子Ｐ４の状態が変化した時刻（起点時刻）との時間差を演算すれば、２値入力端子Ｐ４の状態がＨｉｇｈレベルであった時間またはＬｏｗレベルであった時間を算出できる。
【００５５】
＃１５では、以前に２値入力端子Ｐ４の状態が変化した時刻（＃１６で以前に記憶された起点時刻）と、＃１４で取得した現在時刻との時間差を演算する。その演算を実行した後、前回の起点時刻は不要となるので、＃１４で取得した現在時刻を新たな時間計測のための起点時刻として上書きして記憶する（＃１６）。
【００５６】
＃１７では、今回の２値入力端子Ｐ４のポート状態（ＨｉｇｈレベルかＬｏｗレベルか）を記憶する。具体的には、＃１１で取得していた今回のポート状態を記憶する。この情報は、次回に＃１２のステップを実行したときに、前回のポート状態として読み出される。
【００５７】
＃１８では、今回のポート状態がＨｉｇｈレベルか否かを判定する。Ｈｉｇｈレベルであれば、＃１９に移行して、＃１５で演算された時間差を最新のＬｏｗ期間の長さとして記憶し、＃２０で過去数回分のＬｏｗ期間と最新のＬｏｗ期間を平均化する。＃１８で今回のポート状態がＬｏｗレベルであれば、＃２１に移行して、＃１５で演算された時間差を最新のＨｉｇｈ期間の長さとして記憶し、＃２２で過去数回分のＨｉｇｈ期間と最新のＨｉｇｈ期間を平均化する。
【００５８】
調光回路６から出力される調光信号は限定されるものではないが、例えば、１ｋＨｚの矩形波電圧信号を用いても良いし、位相制御された交流電圧を波形整形した１００Ｈｚまたは１２０Ｈｚの矩形波電圧信号を用いても良い。
【００５９】
例えば、調光信号として１ｋＨｚのデューティ信号を用いた場合、マイコン５の２値入力ポートＰ５では、調光信号がＨｉｇｈレベルかＬｏｗレベルかを判定し、例えば、調光信号がＨｉｇｈレベルのときには所定値Ｉｐを最小値に設定し、調光信号がＬｏｗレベルのときには所定値Ｉｐを最大値に設定しても良い。このように制御すれば、調光信号がＬｏｗレベルである期間に比例して光出力が増減するように制御される。また、別の制御態様として、調光信号がＨｉｇｈレベルである期間とＬｏｗレベルである期間の比率を調光信号の１周期毎にマイコン５で計測し、その比率に応じて所定値Ｉｐを設定しても良い。
【００６０】
調光信号として、ＤＡＬＩ、ＤＭＸ５１２などの信号を用いる場合には、それぞれの規約に応じた制御を実施すれば良い。
【００６１】
温度センサー７ａの構成は限定するものではないが、例えば、温度によって発振状態が変化する発振回路を用いても良い。一例として、図２（ａ）に示すように、シュミットインバータＧ５と時定数設定用のＣＲ回路を組み合わせて低周波の無安定発振回路を構成し、その時定数設定用のコンデンサＣｔを充電または放電する抵抗Ｒｔの全部または一部に、ＰＴＣ（正温度特性）またはＮＴＣ（負温度特性）のサーミスタのような感温抵抗素子を用いれば、環境温度に応じて発振状態（発振周期、オン期間、オフ期間等）が異なる矩形波電圧信号を発生できる。その矩形波電圧信号をマイコン５の２値入力ポートＰ４で読み込むことにより、外部の温度を簡単に検出できる。
【００６２】
色センサー７ｂの構成も限定するものではないが、例えば、フォトダイオードやフォトトランジスタあるいはＣｄＳのような光導電素子を複数設けて、それぞれの受光面に異なる色温度のカラーフィルタを装着し、それらの受光出力の比率を検出できるように構成すれば良い。一例として、図２（ｂ）に示すように、シュミットインバータＧ６と時定数設定用のＣＲ回路を組み合わせて低周波の無安定発振回路を構成し、その時定数設定用のコンデンサＣ６を充放電する抵抗Ｒ６と直列に接続されたフォトトランジスタＰＴ１に寒色系のフィルタＦＬ１を装着し、フォトトランジスタＰＴ２に暖色系のフィルタＦＬ２を装着すれば、寒色系と暖色系の受光強度比に応じて、無安定発振回路の時定数設定用のコンデンサＣ６の充電時定数と放電時定数の比率が変化するから、寒色系の受光強度と暖色系の受光強度の比率に応じてデューティ比の異なる矩形波電圧信号を発生できる。その矩形波電圧信号をマイコン５の２値入力ポートＰ３で読み込むことにより、色温度を簡単に検出できる。
【００６３】
次に、温度センサー７ａにより検出された温度情報や色センサー７ｂにより検出された色温度情報を反映させた制御について例示する。
【００６４】
温度センサー７ａにより検出される環境温度が高いときには、一般的に半導体発光素子４の変換効率が低下して光出力が低下するので、その光出力の低下分を補償するように、所定値Ｉｐを高めに再設定する。逆に、環境温度が低い時には、所定値Ｉｐを低めに再設定する。
【００６５】
半導体発光素子４として白色発光ダイオードを用いている場合、青色発光ダイオードの光出力を黄色に変換する蛍光体を組み合わせることにより白色を実現しているので、駆動電流が増大すると色温度が高い青白色系の発光色となり、駆動電流が減少すると色温度が低い黄白色系の発光色となる。この特性を利用して色温度の補正を行うことができる。
【００６６】
例えば、色温度センサー７ｂにより検出される色温度が低いときには、所定値Ｉｐを高めに設定することで駆動電流の平均値を増大させて、発光色の色温度を高くする。反対に、検出される色温度が高いときには、所定値Ｉｐを低めに設定することで駆動電流の平均値を減少させて、発光色の色温度を低くする。ただし、この制御を行う場合には、色温度の制御により全体の光出力が変化しないように、出力コンデンサＣ２は省略して間欠点灯可能とし、所定値Ｉｐが高くなるにつれてチョッパ動作を間欠的に停止させる期間を延長するように制御すると良い。
【００６７】
なお、センサー７ａ，７ｂ等の種類や制御の内容は限定されるものではなく、要するに、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間中にセンサーの状態を読み込んで、その後のスイッチング素子Ｑ１のオン期間を終了させる所定値Ｉｐの制御に反映させるものであれば、本実施形態の範囲に含まれる。
【００６８】
（実施形態２）
図５は本発明の実施形態２の回路図である。本実施形態では、２値出力端子Ｐ１の出力段にゲートドライバ回路を内蔵している。また、マイコン５のＡ／Ｄ変換入力端子Ｐ０をゼロクロス検出端子として兼用している。
【００６９】
実施形態１では、１チップマイコン５の出力にＭＯＳＦＥＴを駆動するためのゲートドライバ回路（インバータＧ１〜Ｇ４の並列回路）を付加していたが、２値出力端子Ｐ１としてトーテムポール出力回路のような駆動能力の高い出力回路を用いるなどすれば、ＭＯＳＦＥＴを直接駆動することができ、回路構成を簡単化できる。
【００７０】
また、実施形態１では、２次巻線ｎ２に誘起される電圧の消失を検出するために、２値入力端子Ｐ２を用いていたが、本実施形態では、Ａ／Ｄ変換入力端子Ｐ０にダイオードＤ４，Ｄ５よりなるＯＲ回路を接続することにより、スイッチング素子Ｑ１のオン期間では、電流検出抵抗Ｒ１の両端電圧を検出し、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間では、２次巻線ｎ２の誘起電圧を検出するように構成している。
【００７１】
すなわち、電流検出抵抗Ｒ１にスイッチング電流の検出値が得られるタイミングはスイッチング素子Ｑ１のオン期間のみであり、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間では、電流検出抵抗Ｒ１にはスイッチング電流の検出値は発生しない。一方、インダクタＬ１から回生ダイオードＤ１を介して流れる回生電流による２次巻線ｎ２の誘起電圧を監視することで、回生電流のゼロクロスを検出する必要があるのは、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間のみである。そこで、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間にはＡ／Ｄ変換入力端子Ｐ０をゼロクロス検出端子として兼用することにより、２値入力端子Ｐ２を別の用途に活用できるようにしている。
【００７２】
ダイオードＤ４は省略しても動作に支障は無いが、ダイオードＤ５は必要である。ダイオードＤ５は、スイッチング素子Ｑ１のオン時に遮断状態となり、２次巻線ｎ２をＡ／Ｄ変換入力端子Ｐ０から切り離すために設けている。
【００７３】
本実施形態において、追加されたセンサ７ｃは特に限定されるものではないが、例えば、経年変化を検出するセンサとしても良い。具体例として、図２（ａ）に示した無安定発振回路において、コンデンサＣｔをフィルムコンデンサよりも寿命が短い電解コンデンサとし、抵抗Ｒｔは固定抵抗とすれば、寿命初期は発振周期が長く、寿命末期は容量抜けにより発振周期が短くなる。その発振周期の変化を検出して、寿命末期ではスイッチング電流のピーク値である所定値Ｉｐを増加させるように制御すれば、寿命初期には無駄な電力消費を抑制し、寿命末期には明るさの不足を防止できる。
【００７４】
その他、人感センサや明るさセンサを追加しても良い。これらのセンサを用いれば、例えば、周囲が暗くて人が検知された場合にのみ半導体発光素子４が点灯し、人が検知されなくなってから所定時間が経過すると、消灯するか、または調光回路６で設定された調光出力となるような省電力制御を実現することも出来る。
【００７５】
実施形態１、２では、インダクタＬ１の２次巻線ｎ２の電圧消失のタイミングを検出することで、インダクタＬ１に流れる電流が略ゼロになるタイミングを検出しているが、他の手段として、回生ダイオードＤ１の逆方向電圧の上昇を検出したり、スイッチング素子Ｑ１の両端電圧の降下を検出する等、回生電流が消失するタイミングを検出できる手段であれば、具体的な手段は変更しても構わない。
【００７６】
（実施形態３）
実施形態１、２では、降圧チョッパ回路３のスイッチング素子Ｑ１が低電位側に配置されている回路例について説明したが、図６または図７（ａ）に示すように、降圧チョッパ回路３ａのスイッチング素子Ｑ１が高電位側に配置されている場合であっても本発明を適用できることは言うまでもない。
【００７７】
降圧チョッパ回路３ａのスイッチング素子Ｑ１が高電位側に配置されている場合、図６に示すように、ハイサイドドライバ８が必要となるが、電流検出抵抗Ｒ１の両端には、スイッチング素子Ｑ１のオン時に漸増し、所定値に達すると、今度は漸減する三角波電圧が得られるので、１つのＡ／Ｄ変換入力端子Ｐ０により電流ピーク検出機能とゼロクロス検出機能を実現できる利点がある。
【００７８】
（実施形態４）
図７は本発明を適用できる各種のスイッチング電源回路の構成例を示している。図７（ａ）のような降圧チョッパ回路３ａに限らず、図７（ｂ）〜（ｄ）に示すような各種のスイッチング電源回路において本発明を適用しても良い。図７（ｂ）は昇圧チョッパ回路３ｂ、図７（ｃ）はフライバックコンバータ回路３ｃ、図７（ｄ）は昇降圧チョッパ回路３ｄの例である。
【００７９】
特に、スイッチング電源回路の構成が、降圧チョッパ回路、フライバックコンバータ回路、昇降圧チョッパ回路のいずれかである場合、スイッチング素子Ｑ１のオン期間は入力電圧に応じて変動するが、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間は半導体発光素子４の端子電圧が略一定であるという特有の性質のために変動が少ないので、その確実に空いた時間を利用して他の処理（外部信号の読み込み等）を実行できる。また、空き時間に実行を開始した他の処理（＃５〜＃７）が仮に長引いたとしてもゼロクロス検出（＃８）のタイミングが少し遅れるだけであり、スイッチング素子Ｑ１はオフされた状態であるので、回路に過大なストレスを与える恐れはない。
【００８０】
（実施形態５）
図８は本発明のＬＥＤ点灯装置を用いた電源別置型ＬＥＤ照明器具の概略構成を示している。この電源別置型ＬＥＤ照明器具では、ＬＥＤモジュール４０の筐体４２とは別のケースに電源ユニットとしての調光点灯装置１を内蔵している。こうすることによってＬＥＤモジュール４０は薄型化することが可能となり、別置型の電源ユニットとしての調光点灯装置１は場所によらず設置可能となる。
【００８１】
器具筐体４２は、下端開放された金属製の円筒体よりなり、下端開放部は光拡散板４３で覆われている。この光拡散板４３に対向するように、ＬＥＤモジュール４０が配置されている。４１はＬＥＤ実装基板であり、ＬＥＤモジュール４０のＬＥＤ４ａ〜４ｄを実装している。器具筐体４２は天井１００に埋め込まれており、天井裏に配置された電源ユニットとしての調光点灯装置１からリード線４４とコネクタ４５を介して配線されている。
【００８２】
電源ユニットとしての調光点灯装置１の内部には、実施形態１〜４で説明したような回路が収納されている。ＬＥＤ４ａ〜４ｄの直列回路（ＬＥＤモジュール４０）が上述の半導体発光素子４に対応している。
【００８３】
本実施形態では、電源ユニットとしての調光点灯装置１がＬＥＤモジュール４０とは別の筐体に収納される電源別置型ＬＥＤ照明器具を例示したが、ＬＥＤモジュール４０と同じ筐体に電源ユニットを収納した電源一体型ＬＥＤ照明器具に本発明の点灯装置を用いても構わない。
【００８４】
また、本発明の点灯装置は、照明器具に限らず、各種の光源、例えば、液晶ディスプレイのバックライトや、複写機、スキャナ、プロジェクタなどの光源として利用しても構わない。
【００８５】
上述の各実施形態の説明では、半導体発光素子４として発光ダイオードを例示したが、これに限定されるものではなく、例えば、有機ＥＬ素子や半導体レーザー素子などであっても良い。
【符号の説明】
【００８６】
Ｑ１  スイッチング素子
Ｌ１  インダクタ
Ｄ１  ダイオード
Ｒ１  電流検出抵抗
４    半導体発光素子
５    制御回路（１チップマイコン）
【図１】
0005732608.tif 000002
【図２】
0005732608.tif 000003
【図３】
0005732608.tif 000004
【図４】
0005732608.tif 000005
【図５】
0005732608.tif 000006
【図６】
0005732608.tif 000007
【図７】
0005732608.tif 000008
【図８】
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