(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流化電圧または直流電圧の入力電圧が供給されるインダクタンス素子と、
前記インダクタンス素子の端子間電圧の高低を切り換えるスイッチング素子と、
前記インダクタンス素子での磁界のエネルギの蓄積および放出に伴って生じる正電荷によって充電される直流電源用コンデンサと、
を備え、前記直流電源用コンデンサに蓄積された前記正電荷による出力電圧を供給する電源装置であって、さらに、
前記スイッチング素子の駆動用の制御回路、および、前記制御回路の動作用の補助電源回路を備え、
前記補助電源回路は、補助電源用コンデンサを有し、
前記補助電源用コンデンサの正極端子は、前記スイッチング素子の両端子のうち、その駆動に伴ってハイレベルとローレベルに電位が変動する側の電位変動側端子に接続され、
前記補助電源用コンデンサは、前記スイッチング素子の電位変動側端子からの正電荷によって充電されるとともに、蓄積された前記正電荷に基づく直流電圧を前記制御回路に供給し、
前記補助電源回路は、さらに、前記スイッチング素子の電位変動側端子とグラウンドラインとの間を結ぶ分圧回路を有し、
前記補助電源用コンデンサには、前記分圧回路による分圧後の電位レベルが印加されることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
請求項１記載の電源装置において、
前記分圧回路は、複数の分圧用コンデンサの直列接続回路であることを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項２記載の電源装置において、
前記補助電源回路は、前記直列接続回路による分圧後の電位レベルと前記補助電源用コンデンサの正極端子との間を結ぶ放電制限用の整流素子を有し、
前記放電制限用の整流素子は、前記補助電源用コンデンサに蓄積された前記正電荷の放電を制限する向きで接続されていることを特徴とする電源装置。
【請求項４】
請求項２または３記載の電源装置において、
前記補助電源回路は、前記直列接続回路による分圧後の電位レベルと前記グラウンドラインとの間を結ぶ正電荷補充用の整流素子を有し、
前記正電荷補充用の整流素子は、前記グラウンドラインから前記分圧回路の分圧後の電位レベル点に正電荷を補充する向きで接続されていることを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は制御回路用の補助電源回路を備えた電源装置に関する。例えば、照明用ＬＥＤを点灯するために用いられる照明用電源に適する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオードの性能が高くなっており、発光ダイオードを用いた照明器具の寿命も長くなっている。そのため、従来の光源から発光ダイオードの照明器具への置き換えが進んでいる。今後、発光ダイオードの性能がますます向上すれば、汎用の照明器具分野においても、発光ダイオードの照明器具が採用されると考えられる。以降、発光ダイオードをＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）と呼ぶ。
【０００３】
ＬＥＤ素子を多数使用した照明器具では、従来のＨＩＤランプを使用した照明器具に比べてランプの形状による構造の制約がなくなり、自由な形状の照明器具が実現する。また、ＬＥＤ素子一個当たりの光出力は小さいが、これらを多数、直並列に組み合わせることによって、ＬＥＤ素子全体での光出力が確保される。最近では、従来のＨＩＤランプについても、ＬＥＤ照明器具への置き換えが行われつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１０３７４３号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＬＥＤ照明器具は、多数のＬＥＤ素子を直並列して構成された発光器を有するが、多くの事業者の各々独自の設計に基づくため、その構成は様々である。複数のＬＥＤ素子を組み合わせた発光器に印加すべき電圧及び電流も、まちまちになる。ほぼ世界基準と言える統一性が確立されているＨＩＤランプとは対照的である。ＬＥＤ照明用の電源装置では、内蔵する力率改善回路のチョークコイル、または、フライバックトランス等に汎用品が使用できず、設計をやりなおす必要がある。
【０００６】
このような事情は、電源装置の制御回路用の補助電源回路の設計へも大きく影響する。従来、補助電力については、部品点数を最小にする制約上、力率改善回路のチョークコイル、または、フライバックトランス等に追加した補助巻線から補助電力を取り出す方法が一般的であったためである（特許文献１参照）。ＬＥＤ照明用の電源装置では、チョークコイルやフライバックトランスの設計の都度、これらに追加する補助巻線も新たに設計をする必要があった。
【０００７】
このようにＬＥＤ照明器具を採用する場合は、ＬＥＤ照明器具の個々の構成に合わせて、補助電源回路を含めた電源装置を新たに開発しなければならず、納期上にも問題点があった。本発明は上述の課題に鑑みなされたものであり、補助巻線を追加して補助電力を取り出すという従来方式を用いないで、制御回路用の新たな補助電源回路を備えた電源装置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】
本発明に係る電源装置は、いわゆるスイッチング電源回路であり、例えば降圧方式、昇圧方式、昇降圧方式、フライバック方式などの回路構成を基本とする。共通する回路素子として、インダクタンス素子、スイッチング素子、および、直流電源用コンデンサを含む。これらの接続方法はスイッチング方式ごとに異なるが、チョークコイルやフライバックトランスなどのインダクタンス素子に、整流化電圧などの入力電圧が供給される点で共通する。また、スイッチング素子が、インダクタンス素子の端子間電圧の高低を切り換えること、および、インダクタンス素子の磁界のエネルギの蓄積および放出の動作に伴って、直流電源用コンデンサが充電されること、についても共通する。スイッチング素子の駆動用の制御回路、および、制御回路用の補助電源回路を備えることも共通する。そして、直流電源用コンデンサに蓄積された電荷によって、様々な外部負荷に出力電圧を供給する。
【０００９】
発明者は、スイッチング電源回路のオンオフ駆動に伴ってスイッチング素子の端子間に生じる矩形波電圧から、補助電力を取り出す方式に着目し、本発明を完成した。
【００１０】
すなわち、本発明に係る電源装置に特徴的なことは、前記スイッチング電源回路を基本に、さらに、前記補助電源回路が補助電源用コンデンサを有し、その補助電源用コンデンサの正極端子が、前記スイッチング素子の両端子のうち、その駆動に伴ってハイレベルとローレベルに電位が変動する側の端子に接続されていることである。この補助電源用コンデンサは、ハイレベルの電位を印加されて充電されるとともに、蓄積された前記正電荷を前記制御回路に供給する。
【００１１】
ここで、スイッチング電源回路の基本的な動作によって、スイッチングのオン状態でインダクタンス素子に磁界のエネルギが蓄積され、オフ状態でインダクタンス素子から磁界のエネルギが放出される。なお、スイッチング電源回路内でのスイッチング素子の接続位置に応じて、スイッチング素子の端子間電圧は、オフ状態でハイレベル（オン状態でローレベル）になる場合と、逆に、オン状態でハイレベル（オフ状態でローレベル）になる場合とがある。
【００１２】
本発明の構成によれば、ハイレベルとローレベルに電位が交互に変化するスイッチング素子の端子（電位変動側の端子と呼ぶ。）に、補助電源用のコンデンサの正極端子が接続されているから、スイッチング素子の電位変動側の端子がハイレベルの場合に、そのハイレベルの電圧とグラウンドラインとの電位差が補助電源用コンデンサに印加され、充電される。スイッチング素子の電位変動側の端子がローレベルの場合は、十分な電位差が補助電源用コンデンサに印加されないので、充電されない。
【００１３】
いずれにしても、スイッチング素子の電位変動側の端子がハイレベルの場合には、補助電源用コンデンサが充電される。従って、スイッチング素子の駆動によって繰り返し充電が実行されるので、補助電源用コンデンサの充電状態が維持され、制御回路への補助電力の供給が安定する。
【００１４】
ここで、前記補助電源回路は、前記スイッチング素子の電位変動側端子とグラウンドラインとの間を結ぶ分圧回路を有し、前記補助電源用コンデンサには、前記分圧回路による分圧後の電位レベルが印加されることが好ましい。この構成によれば、スイッチング素子の端子間に生じる矩形波電圧のハイレベル側の電圧を、制御回路用の補助電源に適したレベルまで容易に下げることができる。
【００１５】
また、前記分圧回路は、複数の分圧用コンデンサの直列接続回路であることが好ましい。なお、抵抗素子の直列接続回路による分圧回路でもよいが、抵抗素子の発熱を伴うので、コンデンサの直列接続回路の方がよい。なお、コンデンサの直列接続回路の場合は、スイッチングのターンオフ時に電圧のピーク（ノイズ）が立つ場合があるので、スイッチング素子とコンデンサとの接続部分にノイズ防止用のインダクタンス素子を挿入すると更によい。
【００１６】
また、前記補助電源回路は、前記直列接続回路による分圧後の電位レベルと前記補助電源用コンデンサの正極端子との間を結ぶ放電制限用の整流素子を有し、この放電制限用の整流素子は、前記補助電源用コンデンサに蓄積された前記正電荷の放電を制限する向きで接続されていることが好ましい。この構成によれば、スイッチング素子の電位変動側の端子がローレベルの場合であっても、補助電源用コンデンサからの正電荷の逆流を放電制限用の整流素子が確実に防ぐ。
【００１７】
さらに、前記補助電源回路は、前記直列接続回路による分圧後の電位レベルと前記グラウンドラインとの間を結ぶ正電荷補充用の整流素子を有し、この正電荷補充用の整流素子は、前記グラウンドラインから前記分圧回路の分圧後の電位レベル点に正電荷を補充する向きで接続されていることが好ましい。
【００１８】
分圧用コンデンサの直列接続回路を用いる場合、スイッチング素子の電位変動側の端子がローレベルに切り換わると、その電位変動側端子に接続された分圧用コンデンサに帯電していた正電荷が移動（放電）するので、分圧用コンデンサの直列接続回路の内部には負電荷が溜まって、マイナス電位が生じ易くなる。直列接続回路の内部とは、コンデンサ同志の接続部分、つまり分圧された電位が得られる部分を指す。しかし、本発明では、正電荷補充用の整流素子を設けたので、グラウンドラインから分圧用コンデンサの直列接続回路の内部に正電荷が移動して、マイナス電位になるのを防ぐことができる。従って、スイッチング素子の駆動に関わらず、分圧用コンデンサの電位状態を安定させることができて、補助電源用コンデンサの充電を確実に行える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の構成によれば、制御回路用の補助電源回路のために、追加の補助巻線を含むチョークコイルまたはフライバックトランス等の特注部品を使用する必要がなくなり、汎用のインダクタンス素子を使用できるので、納期の短縮やコストの削減等の効果がある。また、スイッチング素子のスイッチング部分に、補助電源用コンデンサまたは分圧用コンデンサが接続されているので、ノイズ発生の大幅な低減効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る降圧型ＬＥＤ電源の全体構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るハイサイド側スイッチング降圧型ＬＥＤ電源の全体構成図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る昇圧型ＬＥＤ電源の全体構成図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る昇圧・降圧型ＬＥＤ電源の全体構成図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係る昇降圧型ＬＥＤ電源の全体構成図である。
【図６】本発明の第６実施形態に係るフライバック型ＬＥＤ電源の全体構成図。
【図７】図１および図３〜図６のＰ点の電圧波形を説明するための図。
【図８】図２のＰ点の電圧波形を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
第１実施形態
図１に本発明の第１実施形態に係る降圧方式の照明用ＬＥＤ電源の回路構成を示す。図１の１は交流電源、２は全波整流器、３はＬＥＤ発光器（または、ＬＥＤ照明器具）、４は制御回路、５は補助電源回路、６はスイッチング回路である。ＬＥＤ電源は、交流電源１からの入力電圧を整流する全波整流器２と、整流後の電圧を降圧してＬＥＤ発光器３に出力するスイッチング回路６と、このスイッチング回路６の駆動を制御する制御回路４と、制御回路４を動作させるための補助電源回路５とを備える。
【００２２】
全波整流器２は、ダイオードブリッジＤＢと、コンデンサＣ１とを有する。なお、全波整流器を含まない電源装置でもよい。例えば、スイッチング回路６に外部からの直流電圧が入力されてもよい。
【００２３】
スイッチング回路６は、整流後の電圧を所定レベルまで降圧して出力するもので、降圧回路等とも呼ばれる。図１のように、本発明のインダクタンス素子としてのチョークコイルＬ１と、直流電源用コンデンサとしての電解コンデンサＣ２と、スイッチング素子Ｓ１と、回生電流用の整流素子としてのダイオードＤ１とを有する。これらの回路素子の具体的な接続状態を説明する。まず、全波整流器２の端子間に、チョークコイルＬ１、電解コンデンサＣ２及びスイッチング素子Ｓ１の順での直列回路が接続されている。また、チョークコイルＬ１と電解コンデンサＣ２の直列回路の端子間に、ダイオードＤ１が接続されている。ダイオードＤ１の一方向性の向きは、スイッチング素子Ｓ１のオフ期間にインダクタンス素子Ｌ１からの回生電流が電解コンデンサＣ２の正極側に流れて、このダイオードＤ１を通ってインダクタンス素子Ｌ１に戻るように、設定されている。
【００２４】
制御回路４は、スイッチング回路のスイッチング素子Ｓ１を駆動する。入力電圧を所定の出力電圧に降下する機能とともに、オンデューティを変化させてＬＥＤ発光器３を調光する機能を備えたものがよい。
【００２５】
ここから、本発明に特徴的な補助電源回路５の構成を説明する。
【００２６】
補助電源回路５は、オフ状態のスイッチング素子Ｓ１の端子間電圧が印加されるようにスイッチング素子Ｓ１に接続されている。また、補助電源回路５の内部に蓄えられた正電荷を補助電力として制御回路４に供給できるように、補助電力の供給ループが形成されている。主な構成として、分圧用コンデンサＣ４，Ｃ５の直列接続回路、補助電源用の電解コンデンサＣ３と、２つのダイオードＤ２，Ｄ３を有する。
【００２７】
分圧用コンデンサＣ４，Ｃ５の直列接続回路は、スイッチング素子Ｓ１の電位変動側の端子（Ｐ点）と、全波整流器２の負極端子に導通しているグラウンドラインとの間を結び、Ｐ点に生じる矩形波電圧のハイレベル側の電圧を制御回路用の補助電力に適したレベルに分圧する。このＬＥＤ電源に200V（50〜300Vの範囲内から選択される。）の入力交流電圧が供給される場合、Ｐ点でのハイレベルの電圧もほぼ200Vになる。一方、制御電圧は通常15V以下（5〜20Vの範囲内で設定される。）であるので、分圧回路を構成する２つのコンデンサの容量は、Ｃ４よりもＣ５の方がかなり大きくなる。
【００２８】
電解コンデンサＣ３の正極端子は、コンデンサＣ４とＣ５の接続部分につながっている。電解コンデンサＣ３の負極端子はグラウンドラインにつながっている。言い換えると、補助電源用の電解コンデンサＣ３の正極端子は、コンデンサＣ４，Ｃ５の分圧回路を介して、Ｐ点に接続されていると言える。このＰ点は、上述したように、スイッチング素子Ｓ１の両端子のうち、ハイレベル（オフ状態）とローレベル（オン状態）に電位が変動する側の電位変動側端子である。こうして、補助電源用コンデンサＣ３には分圧後の電位レベルが印加され、充電が行われる。なお、分圧用コンデンサＣ４，Ｃ５の接続部分から補助電源用コンデンサＣ３までの導線上には、ダイオードＤ２が設けられ、このダイオードＤ２の向きは、補助電源用コンデンサＣ３に蓄積された正電荷が分圧用コンデンサの方に逆流して放電しないように、設定されている。つまり、放電制限用の整流素子として機能する。
【００２９】
本実施形態の補助電源回路５には、スイッチング素子Ｓ１のスイッチング部分に、分圧用コンデンサＣ４，Ｃ５および補助電源用コンデンサＣ３が接続されているので、スイッチングに伴うノイズの発生を大幅に低減する効果がある。分圧用コンデンサＣ４，Ｃ５の直列接続の場合、静電容量の小さい方に高い分圧電圧が印加される。本実施形態ではコンデンサＣ４の方が、コンデンサＣ５よりも小さい静電容量を有するので、高い電圧が印加される。従って、コンデンサＣ５よりもコンデンサＣ４によるノイズの抑止効果の方が大きい。仮に、２つのコンデンサＣ４，Ｃ５の分圧比（静電容量の比）が等しくなるように、例えばコンデンサＣ４の静電容量を１０倍にすると、ノイズの抑止効果はさらに向上するが、回路損失が著しく増加してしまい、実用的ではない。コンデンサＣ４の容量をコンデンサＣ５の容量の５倍以上、さらには１０倍以上にするのが良い。
【００３０】
また、分圧用コンデンサＣ４，Ｃ５の接続部分とグラウンドラインとの間をダイオードＤ３が結んでいる。ダイオードＤ３は、本発明の正電荷補充用の整流素子に相当し、グラウンドラインから分圧用コンデンサＣ４，Ｃ５の接続部分に正電荷を補充する向きで設けられている。
【００３１】
このような構成の補助電源回路５がどのように補助電力を取り出すかを、スイッチング動作の説明とともに、図１に基づいて詳述する。
【００３２】
スイッチング素子Ｓ１がオンになると、全波整流器２の正極側から、チョークコイルＬ１、電解コンデンサＣ２、スイッチング素子Ｓ１、全波整流器２の負極側までの導通ループが形成される。チョークコイルＬ１と電解コンデンサＣ２の直列接続回路に、整流化された直流電圧が印加される。このため、整流後の入力電流が、全波整流器２のコンデンサＣ１のハイサイド側から、この導通ループを流れて、コンデンサＣ１のローサイド側まで流れる。この間に、チョークコイルＬ１に磁界のエネルギが徐々に蓄えられ、かつ、電解コンデンサＣ２が充電される。
【００３３】
スイッチング素子Ｓ１がオフになると、上記の導通ループが切れて電流が遮断されるので、チョークコイルＬ１での磁界のエネルギの蓄積が止まり、その蓄えられた磁界のエネルギが徐々に放出される。このため、チョークコイルＬ１から電解コンデンサＣ２、ダイオードＤ１の順に回生電流が流れてチョークコイルＬ１に戻るので、この回生電流によって電解コンデンサＣ２が充電される。
【００３４】
このようにスイッチング回路６に整流化電圧が印加されると、スイッチング動作によりチョークコイルＬ１およびダイオードＤ１が連動し、電解コンデンサＣ２を充電する。蓄積された正電荷によって、電解コンデンサＣ２の端子間に接続されたＬＥＤ発光器３に出力電圧が印加され、ＬＥＤ発光器３に電流が流れて、ＬＥＤが点灯する。
【００３５】
図１のスイッチング素子Ｓ１のＰ点は、オン時にはグラウンドラインと導通するため、ほぼ0Vのローレベルの電位になる。オフ時にはグラウンドラインと非導通になって、チョークコイルＬ１からの磁界のエネルギの放出に伴う回生電流が流れるので、Ｐ点は、ハイレベルの電圧になり、整流化電圧にほぼ等しくなる。図７に示すように、Ｐ点の電圧の時間変化は、オフ状態でハイレベル（電圧Ａ）、オン状態でローレベル（電圧Ｂ）の電圧波形になる。
【００３６】
スイッチング素子Ｓ１のＰ点の電圧が図７のハイレベル（電圧Ａ）である場合、電位Ａは分圧用コンデンサＣ４、Ｃ５の直列接続回路により分圧される。初期状態でコンデンサＣ４、Ｃ５に電荷が無いとすると、電位Ａの印加により、各コンデンサＣ４、Ｃ５に等しい正電荷が帯電する。そして、コンデンサＣ４とＣ５の接続部分の電位が上がってダイオードＤ２がオンになると、コンデンサＣ５にチャージされた正電荷がダイオードＤ２を通って電解コンデンサＣ３に移動し、これを充電する。こうして、コンデンサＣ４とＣ５の接続部分の電位が分圧値まで上昇して、電解コンデンサＣ３および制御回路４に所定の補助電圧が供給され、電解コンデンサＣ３に蓄えられた正電荷が適宜制御回路４へ流れる。
【００３７】
次に、Ｐ点の電圧が、図７のローレベル（電圧Ｂ）である場合、つまり、スイッチングのオンによってＰ点がグラウンドレベルになると、分圧用コンデンサＣ４、Ｃ５の直列接続回路への印加電圧がほぼゼロになる。この場合、コンデンサＣ４にチャージされた正電荷はスイッチング素子Ｓ１を通ってグラウンドラインへ移動する（放出される）。また、グラウンドラインからの正電荷が、ダイオードＤ３を通って、コンデンサＣ４、Ｃ５の接続部分に流れて、コンデンサＣ４の負極にチャージされた負電荷と打ち消しあう。つまり、コンデンサＣ４の電荷の放電が完了する。こうして、コンデンサＣ４とＣ５の接続部分の電位がダイオードＤ３によってグラウンドレベルになる。
【００３８】
この補助電源回路５では、Ｐ点の電圧がハイレベルとローレベルとを交互に繰り返すことに応じて、上記のサイクルが繰り返される。Ｐ点がハイレベルの時に、電解コンデンサＣ３の充電が行われるので、電解コンデンサＣ３に正電荷が安定して充電され、制御回路４はその正電荷を動作用の補助電力として利用することができる。
【００３９】
本実施形態の構成によれば、スイッチング素子Ｓ１の両端の矩形波電圧をコンデンサ２個により分圧し、その分圧電圧を整流して電解コンデンサＣ３に印加し、これを充電して制御回路用の補助電源にすることができる。従来のように、追加の補助巻線を含むチョークコイルまたはフライバックトランス等の特注部品を使用する必要がなくなり、汎用のコイルやトランス等を使用できるようになった。これによって、納期の短縮やコストの削減等の効果が得られる。
【００４０】
スイッチング素子Ｓ１のＰ点がローレベルに切り換わった際、分圧用コンデンサＣ４に帯電していた正電荷が放出されるので、分圧用コンデンサＣ４，Ｃ５の接続部分には負電荷が溜まって、マイナス電位が生じる。本実施形態では、正負荷補充用のダイオードＤ３を設けたので、グラウンドラインから分圧用コンデンサＣ４，Ｃ５の接続部分に正電荷が移動して、マイナス電位になるのを防ぐことができる。従って、スイッチング素子Ｓ１の駆動に関わらず、分圧用コンデンサＣ４，Ｃ５の接続部分の電位状態を安定させることができて、電解コンデンサＣ３の充電を確実に行える。
【００４１】
本実施形態の構成によれば、電解コンデンサＣ３の電圧が、ほぼ、Ｐ点のハイ・ローの繰り返し周波数（スイッチング周波数）とＰ点のハイレベル時の電圧値に比例し、Ｐ点のハイレベルの時間幅、すなわち、オンデューティには比例しない。従って、Ｐ点のハイレベルの時間幅を変えてＬＥＤ発光器３を調光しても、電解コンデンサＣ３の電圧は変動しない。このため、従来のフライバックトランスの補助巻線を利用した補助電源回路と比べると、本実施形態の補助電源回路５は非常に扱いやすい構成だと言える。
【００４２】
なお、本実施形態において、補助電源回路５の分圧回路として２つの抵抗の直列接続回路を採用してもよい。この場合、オフ期間での抵抗の発熱を伴うため、上述のコンデンサＣ４，Ｃ５の直列接続回路の方が好ましい。コンデンサＣ４，Ｃ５の場合は、スイッチングのターンオフ時に電圧のピーク（ノイズ）が立つ場合があるので、図１のＰ点とコンデンサＣ４との間にノイズ防止用のコイルを挿入すると更によい。
【００４３】
（その他の電源装置への本発明の適用）
本発明に係る電源装置には、図１の降圧方式のＬＥＤ電源に限らず、図２〜図６に示す各種スイッチング回路を利用したＬＥＤ電源が含まれる。図２は、ハイサイド側スイッチング方式の降圧型ＬＥＤ電源であり、図３は、昇圧方式のＬＥＤ電源であり、図４は、昇圧・降圧方式のＬＥＤ電源であり、図５は、昇降圧方式のＬＥＤ電源であり、図６は、フライバック方式のＬＥＤ電源である。また、図示しないが、ＬＥＤ素子以外の直流電力によって点灯する電源装置にも適用できる。いずれの実施形態にも、第１実施形態に示す補助電源回路５と同じ構成の補助電源装置が含まれている。以降の説明で、各スイッチング回路の主な構成とその動作を述べる。なお、既出の実施形態に共通する構成については図に同一符号を付すものとして、説明を省略する。
【００４４】
第２実施形態
図２に第２実施形態に係るハイサイド側スイッチング方式の降圧型ＬＥＤ電源の回路構成を示す。第１実施形態のスイッチング回路６とは異なり、本実施形態の降圧スイッチング回路１６では、全波整流器２の正極側とチョークコイルＬ１の間にスイッチング素子Ｓ１が配置されている。この場合、スイッチング素子Ｓ１とチョークコイルＬ１の接続点（Ｐ点）の電位は、ハイレベルとローレベルに交互に変化する。そして、補助電源回路５は、Ｐ点の電位が印加されるように接続されている。その他のＬＥＤ電源の回路構成については、第１実施形態の回路構成に共通する。
【００４５】
ＬＥＤ電源の動作について簡単に説明する。オン時には、全波整流器２の正極側から、スイッチング素子Ｓ１、チョークコイルＬ１、電解コンデンサＣ２、全波整流器２の負極側までの導通ループが形成されるので、Ｐ点には整流化された直流電圧が印加される。一方、オフ時には、上記の導通ループが切れて、チョークコイルＬ１から電解コンデンサＣ２、ダイオードＤ１の順に回生電流が流れる。なお、ダイオードＤ１は、その整流方向に1V前後の電位差でオンする。また、ダイオードＤ１のアノード（陽極）の電位は、グラウンドレベルに導通している。よって、図２の回路でのオフ時のＰ点は、ほぼゼロボルト（0V）になる。なお、ダイオードＤ１について補足すると、ダイオードＤ１の順方向電圧Vf（ＰＮ接合のＰからＮへ流れる電圧を示す。）は、一般的なシリコンダイオードの場合、電流の増加とともに増えていく。例えば0.5Vから1.4Vまで増える。また、順方向電圧Vfには温度依存性があり、温度の上昇とともにわずかに低下する。
【００４６】
図８に示すように、Ｐ点の電圧の時間変化は、オン状態でハイレベル（電圧Ａ）、オフ状態でローレベル（電圧Ｂ）の電圧波形になる。そして、Ｐ点がハイレベルである場合、電位Ａは補助電源回路５の分圧用コンデンサＣ４、Ｃ５の直列接続回路により分圧され、以下、第１実施形態と同様に、電解コンデンサＣ５が充電される。本実施形態の構成によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００４７】
第３実施形態
図３に本発明の第３実施形態に係る昇圧方式のＬＥＤ電源の回路構成を示す。昇圧スイッチング回路２６を備えていること以外は、第１実施形態の回路構成に共通する。
【００４８】
昇圧スイッチング回路２６は、整流後の電圧を所定レベルまで昇圧して出力するもので、力率改善回路等として用いられる。図２のように各回路素子が接続されている。まず、全波整流器２の正極端子にチョークコイルＬ１の一端が接続され、チョークコイルＬ１の他端と全波整流器２の負極端子とをスイッチング素子Ｓ１が結んでいる。チョークコイルＬ１とスイッチング素子Ｓ１の接続点に、ダイオードＤ１のアノード側が接続されている。ダイオードＤ１のカソード側には、電解コンデンサＣ２の正極側が接続されている。そして、電解コンデンサＣ２の負極側は、全波整流器２の負極端子につながっている。また、電解コンデンサＣ２の両端子間にＬＥＤ発光器３が接続されている。こうして、スイッチング素子Ｓ１の駆動に伴って、チョークコイルＬ１に印加される電圧が切り換わるようになっている。
【００４９】
昇圧スイッチング回路２６では、チョークコイルＬ１とスイッチング素子Ｓ１の接続点（Ｐ点）の電位は、ハイレベルとローレベルに交互に変化する。そして、補助電源回路５は、Ｐ点の電位が印加されるように接続されている。
【００５０】
ＬＥＤ電源の動作について簡単に説明する。オン時には、全波整流器２の正極側から、チョークコイルＬ１、スイッチング素子Ｓ１、全波整流器２の負極側までの導通ループが形成され、整流化電圧の印加によりチョークコイルＬ１に磁界のエネルギが蓄積される。Ｐ点の電位は、ほぼゼロボルトになる。一方、オフ時には、上記の導通ループが切れて、Ｐ点がハイレベルに変わり、チョークコイルＬ１からの磁界のエネルギの放出に伴う回生電流が、ダイオードＤ１、電解コンデンサＣ２、コンデンサＣ１の順に流れる。Ｐ点の電位は、ハイレベルになる。
【００５１】
従って、図７に示すように、Ｐ点の電圧の時間変化は、オフ状態でハイレベル（電圧Ａ）、オン状態でローレベル（電圧Ｂ）の電圧波形になる。そして、Ｐ点がハイレベルである場合、電位Ａは補助電源回路５の分圧用コンデンサＣ４、Ｃ５の直列接続回路により分圧され、以下、第１実施形態と同様に、電解コンデンサＣ５が充電される。
【００５２】
本実施形態の構成によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。なお、昇圧スイッチング回路２６のスイッチング制御に、電流連続モード（平均電流方式とも呼ばれる）の制御方式を採用してもよい。電流連続モードであれば、スイッチング周波数を所定の設定値に固定して力率改善制御を実行することが可能である。従って、本実施形態の補助電源回路５との組合せにより、オンデューティを可変にして力率改善制御を実行しても、スイッチング周波数が固定されているので、電解コンデンサＣ３の電圧の変動を防ぐことができる。
【００５３】
第４実施形態
図４に本発明の第４実施形態に係る昇圧方式と昇降方式を組合せた２コンバータ回路のＬＥＤ電源の回路構成を示す。
【００５４】
このＬＥＤ電源は、図３に示す昇圧方式のＬＥＤ電源の回路構成をベースとして、昇圧スイッチング回路（昇圧回路）２６の後段に降圧回路３６が設けられている。降圧回路３６は、図１の降圧スイッチング回路６と同じ構成になっている。制御回路４は、昇圧回路２６および降圧回路３６の各スイッチング素子の駆動制御を行い、昇圧回路２６中のＰ点の電位によって充電される補助電源回路５から補助電力を供給されるようになっている。この実施形態によれば、第３実施形態と同様の効果が得られる。
【００５５】
第５実施形態
図５に本発明の第５実施形態に係る昇降圧方式のＬＥＤ電源の回路構成を示す。降圧スイッチング回路６に換えて、昇降圧スイッチング回路４６を備えていること以外は、第１実施形態の回路構成に共通する。
【００５６】
昇降圧スイッチング回路４６は、図５のように各回路素子が接続されている。まず、全波整流器２の正極端子にチョークコイルＬ１の一端が接続され、チョークコイルＬ１の他端と全波整流器２の負極端子とをスイッチング素子Ｓ１が結んでいる。また、チョークコイルＬ１とスイッチング素子Ｓ１の接続点に、ダイオードＤ１のアノード側が接続されている。ダイオードＤ１のカソード側には、電解コンデンサＣ２の正極側が接続されている。そして、電解コンデンサＣ２の負極側は、全波整流器２の正極端子につながっている。なお、電解コンデンサＣ２の両端子間にＬＥＤ発光器３が接続されている。こうして、スイッチング素子Ｓ１の駆動に伴って、チョークコイルＬ１に印加される電圧が切り換わるようになっている。
【００５７】
昇降圧スイッチング回路４６では、チョークコイルＬ１とスイッチング素子Ｓ１の接続点（Ｐ点）の電位は、ハイレベルとローレベルに交互に変化する。そして、補助電源回路５は、Ｐ点の電位が印加されるように接続されている。
【００５８】
ＬＥＤ電源の動作について簡単に説明する。オン時には、全波整流器２の正極側から、チョークコイルＬ１、スイッチング素子Ｓ１、全波整流器２の負極側までの導通ループが形成され、整流化電圧の印加によりチョークコイルＬ１に磁界のエネルギが蓄積される。Ｐ点の電位は、ほぼゼロボルトになる。一方、オフ時には、上記の導通ループが切れて、チョークコイルＬ１からの磁界のエネルギの放出に伴う回生電流が、ダイオードＤ１、電解コンデンサＣ２の順に流れ、チョークコイルＬ１に戻る。Ｐ点の電位は、回生電流の流れによってハイレベルになる。
【００５９】
従って、図７に示すように、Ｐ点の電圧の時間変化は、オフ状態でハイレベル（電圧Ａ）、オン状態でローレベル（電圧Ｂ）の電圧波形になる。そして、Ｐ点がハイレベルである場合、電位Ａは補助電源回路５の分圧用コンデンサＣ４、Ｃ５の直列接続回路により分圧され、以下、第１実施形態と同様に、電解コンデンサＣ５が充電される。本実施形態の構成によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００６０】
第６実施形態
図６に本発明の第６実施形態に係るフライバック方式のＬＥＤ電源の回路構成を示す。このＬＥＤ電源は、第１実施形態の補助電源回路を絶縁型ワンコンバータに採用したものである。降圧スイッチング回路６に換えて、フライバック型スイッチング回路５６を備えていること以外は、第１実施形態の回路構成に共通する。
【００６１】
スイッチング回路５６は、図６のように各回路素子が接続されている。まず、全波整流器２の端子間に、フライバックトランスＴの一次コイルとスイッチング素子Ｓ１の直列回路が接続されている。トランスＴは、本発明のインダクタンス素子に相当する。トランスＴの二次コイルには、ダイオードＤ１と電解コンデンサＣ２の直列回路が接続されている。そして、電解コンデンサＣ２の両端子間にＬＥＤ発光器３が接続されている。なお、電解コンデンサＣ２の負極端子は、グラウンドラインに導通されている。こうして、スイッチング素子Ｓ１の駆動に伴って、トランスＴの一次コイルに印加される電圧が切り換わるようになっている。
【００６２】
スイッチング回路５６では、トランスＴの一次コイルとスイッチング素子Ｓ１の接続点（Ｐ点）の電位は、ハイレベルとローレベルに交互に変化する。そして、補助電源回路５は、Ｐ点の電位が印加されるように接続されている。
【００６３】
フライバック方式のＬＥＤ電源の動作について図６に基づいて簡単に説明する。オン時には、全波整流器２の正極側から、トランスＴの一次コイル、スイッチング素子Ｓ１、全波整流器２の負極側までの導通ループが形成され、整流化電圧の印加によりトランスＴの一次コイルに磁界のエネルギが蓄積される。この時のＰ点の電位は、ほぼゼロボルトになる。一方、オフ時には、上記の導通ループが切れて、トランスＴの二次コイルからの磁界のエネルギの放出に伴う電流が、ダイオードＤ１、電解コンデンサＣ２の順に流れ、トランスＴの二次コイルに戻る。このときのＰ点の電位はハイレベルになる。
【００６４】
従って、図７に示すように、Ｐ点の電圧の時間変化は、オフ状態でハイレベル（電圧Ａ）、オン状態でローレベル（電圧Ｂ）の電圧波形になる。そして、Ｐ点がハイレベルである場合、電位Ａは補助電源回路５の分圧用コンデンサＣ４、Ｃ５の直列接続回路により分圧され、以下、第１実施形態と同様に、電解コンデンサＣ５が充電される。本実施形態の構成によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００６５】
１        交流電源
２        全波整流器
３        ＬＥＤ発光器（または、ＬＥＤ照明器具）
４        制御回路
５        補助電源回路
６，１６，２６，３６，４６，５６  スイッチング回路
Ｃ２      電解コンデンサ（直流電源用コンデンサ）
Ｃ３      電解コンデンサ（補助電源用コンデンサ）
Ｃ４、Ｃ５  分圧用コンデンサ
Ｄ２      ダイオード（放電制限用の整流素子）
Ｄ３      ダイオード（正電荷補充用の整流素子）
Ｌ１      チョークコイル（インダクタンス素子）
Ｓ１      スイッチング素子
Ｔ        フライバックトランス（インダクタンス素子）
【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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