(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を整流する整流回路と、
第１の巻線及びスイッチング素子を含み前記整流回路から出力される整流波形を変圧するチョッパ回路と、
前記チョッパ回路の出力端に接続されたＬＥＤ素子と、
前記第１の巻線に磁気結合する第２の巻線を含み前記チョッパ回路を駆動する自励式駆動信号発生回路とを備え、
前記自励式駆動信号発生回路は、
前記スイッチング素子のオン時間を規定すると共に、前記整流回路の出力電圧が相対的に大きいときに前記オン時間が短くなり、前記出力電圧が相対的に小さいときに前記オン時間が長くなるように制御するオン時間補正回路と含み、
前記オン時間補正回路は、
キャパシタと、
第１の抵抗を含む第１の抵抗回路と、
第２の抵抗と第１のツェナーダイオードとの直列回路を含む第２の抵抗回路を含み、
前記第１及び第２の抵抗回路の一端は共に前記キャパシタに接続されており、
前記第１のツェナーダイオードは第１のツェナー電圧を有し、
入力電圧が前記第１のツェナー電圧未満であるとき、入力電流は前記第１の抵抗回路を通って前記キャパシタに流れ、
前記入力電圧が前記第１のツェナー電圧以上であるとき、前記入力電流は前記第１の抵抗回路と前記第２の抵抗回路の両方を通って前記キャパシタに流れることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
【請求項２】
前記オン時間補正回路は、
第３の抵抗と第２のツェナーダイオードとの直列回路を含む第３の抵抗回路を含み、
前記第３の抵抗回路の一端は前記第１及び第２の抵抗回路と共に前記キャパシタに接続されており、
前記第２のツェナーダイオードは前記第１のツェナー電圧よりも高い第２のツェナー電圧を有し、
前記入力電圧が前記第１のツェナー電圧以上且つ第２のツェナー電圧未満であるとき、前記入力電流は前記第１の抵抗回路と前記第２の抵抗回路の両方を通って前記キャパシタに流れ、
前記入力電圧が前記第２のツェナー電圧以上であるとき、前記入力電流は前記第１乃至第３の抵抗回路のすべてを通って前記キャパシタに流れることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項３】
前記整流回路から出力される整流波形が所定の閾値レベルよりも低い期間において前記チョッパ回路の動作を強制的に停止させるゼロクロス停止回路をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項４】
前記チョッパ回路の前記出力端がオープンとなったときに前記チョッパ回路の動作を強制的に停止させるオープン保護回路をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項５】
前記自励式駆動信号発生回路は、前記第２の巻線の出力電圧のピーク値を制限するスライサをさらに備え、前記第２の巻線の出力電圧は前記スライサを介して前記スイッチング素子に供給されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＬＥＤ点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）を光源とするＬＥＤ点灯装置に関し、特に、ＬＥＤランプを安定的に点灯させるＬＥＤ点灯装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力消費量が少なく長寿命であるという理由からＬＥＤを用いた照明装置が一般に広く普及しつつある。ＬＥＤは直流駆動素子であるため、通常は商用交流電源を全波整流した脈流電圧源を平滑コンデンサによって平滑し、平滑コンデンサからの直流電圧を電源として用いて駆動することが一般的である（特許文献１、２参照）。その際、平滑コンデンサには大容量の電解コンデンサが用いられる場合が多い。
【０００３】
また、ＬＥＤ素子の輝度は電流量によって制御することができるが、直流電流の電流量を正確に制御することは必ずしも容易でない。そのため、ＬＥＤ素子に高周波のスイッチングパルスを供給し、そのデューティ比を制御することによってＬＥＤ素子の輝度を制御する方法が好ましく採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３２１９１４号公報
【特許文献２】特開２００９−３０２０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＬＥＤ素子は発熱性が高い部品であるが、電解コンデンサは熱に弱いため、高温下での長時間の使用によって特性が劣化し、寿命が短くなるという問題がある。上記のようにＬＥＤ素子の特長の一つは長寿命であるにもかかわらず、ＬＥＤ素子を駆動する部品の一つである電解コンデンサの寿命が短いとなると、せっかくのＬＥＤ素子の特長を生かすことができない。そのため、ＬＥＤ駆動回路は電解コンデンサを使用せずＬＥＤ素子と共に長寿命であることが求められている。
【０００６】
電解コンデンサではなく既存の他のコンデンサを使用した場合、全波整流波の脈流を整流するほど十分な容量ではなく、スイッチングによる高周波成分を平滑できる程度の容量しか確保することができない。このため、ＬＥＤ駆動回路の入力端子には全波整流波が加わることになる。全波整流波は毎周期０Ｖ付近まで落ちるため、０Ｖ付近の谷の期間では動作することができない。よって、谷の期間以外でできるだけ安定したＬＥＤ電流を供給する必要があり、ＬＥＤの点灯期間中の輝度を一定にする必要がある。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、整流回路の出力端に接続する平滑コンデンサとして電解コンデンサを使用することなく、ＬＥＤを安定的に点灯させることが可能なＬＥＤ点灯装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明によるＬＥＤ点灯装置は、交流電源を整流する整流回路と、第１の巻線及びスイッチング素子を含み前記整流回路から出力される整流波形を変圧するチョッパ回路と、前記チョッパ回路の出力端に接続されたＬＥＤ素子と、前記第１の巻線に磁気結合する第２の巻線を含み前記チョッパ回路を駆動する自励式駆動信号発生回路とを備え、前記自励式駆動信号発生回路は、前記スイッチング素子のオン時間を規定すると共に、前記整流回路の出力電圧が相対的に大きいときに前記オン時間が短くなり、前記出力電圧が相対的に小さいときに前記オン時間が長くなるように制御するオン時間補正回路と含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、ＬＥＤのオン時間中の電流レベルを安定化させることができる。したがって、平滑コンデンサとして電解コンデンサを使用することなく、ＬＥＤの点灯期間中の輝度を一定にすることができ、ＬＥＤを安定的に点灯させることができる。
【００１０】
前記オン時間補正回路は、キャパシタと、第１の抵抗を含む第１の抵抗回路と、第２の抵抗と第１のツェナーダイオードとの直列回路を含む第２の抵抗回路を含み、前記第１及び第２の抵抗回路の一端は共に前記キャパシタに接続されており、前記第１のツェナーダイオードは第１のツェナー電圧を有し、入力電圧が前記第１のツェナー電圧未満であるとき、入力電流は前記第１の抵抗回路を通って前記キャパシタに流れ、前記入力電圧が前記第１のツェナー電圧以上であるとき、前記入力電流は前記第１の抵抗回路と前記第２の抵抗回路の両方を通って前記キャパシタに流れることが好ましい。この構成によれば、オン時間補正回路を簡単な構成により実現することができる。
【００１１】
前記オン時間補正回路は、第３の抵抗と第２のツェナーダイオードとの直列回路を含む第３の抵抗回路を含み、前記第３の抵抗回路の一端は前記第１及び第２の抵抗回路と共に前記キャパシタに接続されており、前記第２のツェナーダイオードは前記第１のツェナー電圧よりも高い第２のツェナー電圧を有し、前記入力電圧が前記第１のツェナー電圧以上且つ第２のツェナー電圧未満であるとき、前記入力電流は前記第１の抵抗回路と前記第２の抵抗回路の両方を通って前記キャパシタに流れ、前記入力電圧が前記第２のツェナー電圧以上であるとき、前記入力電流は前記第１乃至第３の抵抗回路のすべてを通って前記キャパシタに流れることがさらに好ましい。この構成によれば、オン時間補正回路による補正精度をさらに高めることができる。
【００１２】
本発明によるＬＥＤ点灯装置は、前記整流回路から出力される整流波形が所定の閾値レベルよりも低い期間において前記チョッパ回路の動作を強制的に停止させるゼロクロス停止回路をさらに備えることが好ましい。大容量の平滑コンデンサを用いて整流回路からの整流波を平滑しない場合には、チョッパ回路に脈流の大きな整流波が入力され、チョッパ回路がランダムに動作し、ＬＥＤの発光が不安定になる。しかし、チョッパ回路の動作を強制的に停止させることにより、ＬＥＤの点灯期間中の輝度を一定にすることができる。
【００１３】
本発明によるＬＥＤ点灯装置は、前記チョッパ回路の前記出力端がオープンとなったときに前記チョッパ回路の動作を強制的に停止させるオープン保護回路をさらに備えることが好ましい。ＬＥＤ素子が破損することによってチョッパ回路の出力端がオープンになると、チョッパ回路の端子間電圧が上昇し、ＬＥＤ点灯装置内の素子や回路が損傷を受けるおそれがあるが、オープン保護回路を設けた場合にはこのような損傷を防止することができる。
【００１４】
本発明によるＬＥＤ点灯装置は、前記自励式駆動信号発生回路は、前記第２の巻線の出力電圧のピーク値を制限するスライサをさらに備え、前記第２の巻線の出力電圧は前記スライサを介して前記スイッチング素子に供給されることが好ましい。第２の巻線の出力電圧をスライサによって制限した後、スイッチング素子に供給することにより、スイッチング素子のゲート耐圧を確保することができると共に、第２の巻線の電圧をできるだけ高くすることができ、これによりチョッパ回路を長期間動作させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、平滑コンデンサとして電解コンデンサを使用することなく、ＬＥＤを安定的に点灯させることが可能なＬＥＤ点灯装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の好ましい実施の形態によるＬＥＤ点灯装置の構成を示すブロック図であり、
【図２】図１に示すＬＥＤ点灯装置の回路図である。
【図３】降圧チョッパ回路１４の動作説明図であって、（ａ）はスイッチング素子Ｑ１がオン状態、（ｂ）はスイッチング素子Ｑ１がオフ状態の動作をそれぞれ示している。
【図４】オン時間補正回路２２の構成及び動作を説明するための回路図である。
【図５】シミュレーションによるキャパシタＣ５の端子間電圧・電流波形を示すグラフであって、（ａ）は電流波形、（ｂ）は電圧波形をそれぞれ示している。
【図６】シミュレーションによる整流回路の電源電圧波形及びＬＥＤ電流波形を示すグラフであって、（ａ）はオン時間補正回路を用いない場合の電源電圧波形、（ｂ）はオン時間補正回路を用いない場合のＬＥＤ電流波形、（ｃ）はオン時間補正回路を用いた場合の電源電圧波形、（ｄ）はオン時間補正回路を用いた場合のＬＥＤ電流波形をそれぞれ示している。
【図７】実際の回路による整流回路の電源電圧波形及びＬＥＤ電流波形を示すグラフであって、（ａ）はオン時間補正回路を用いない場合の電源電圧波形、（ｂ）はオン時間補正回路を用いない場合のＬＥＤ電流波形、（ｃ）はオン時間補正回路を用いた場合の電源電圧波形、（ｄ）はオン時間補正回路を用いた場合のＬＥＤ電流波形をそれぞれ示している。
【図８】ゼロクロス停止回路の構成を示す回路図である。
【図９】ゼロクロス停止回路の入出力信号波形図である。
【図１０】オープン保護回路の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の好ましい実施の形態によるＬＥＤ点灯装置の構成を示すブロック図である。また、図２は、図１に示すＬＥＤ点灯装置の回路図である。
【００１９】
図１に示すように、ＬＥＤ点灯装置１０は、商用電源（ＡＣ１００Ｖ、５０／６０Ｈｚ）１１の高周波ノイズを除去するフィルタ回路１２と、整流回路１３と、降圧チョッパ回路１４と、ＬＥＤモジュール１５と、過電流保護回路１６と、自励式駆動信号発生回路１７と、ゼロクロス停止回路１８と、オープン保護回路１９とを備えている。
【００２０】
フィルタ回路１２は、商用電源１１に接続されたキャパシタＣ１、インダクタＬ１及び抵抗Ｒ１を含むＬＣフィルタである。フィルタ回路１２の出力端は整流回路１３の入力端に接続されている。
【００２１】
整流回路１３は、４つのダイオードからなるブリッジ型全波整流回路であり、その出力端にはダイオードＤ１及び平滑コンデンサＣ２が接続されている。この平滑コンデンサＣ２は電解コンデンサではないため耐熱性は高いが、全波整流波形を平滑できる程度の容量は有しておらず、スイッチングノイズを平滑できる程度である。
【００２２】
降圧チョッパ回路１４は、電圧制御型スイッチング素子Ｑ１と、巻線Ｎｐと、フライホイールダイオードＤ２と、キャパシタＣ３とを備えている。本実施形態によるスイッチング素子Ｑ１はＮ型ＭＯＳＦＥＴである。巻線Ｎｐ、フライホイールダイオードＤ２及びキャパシタＣ３はループ回路を構成しており、巻線Ｎｐの一端にキャパシタＣ３の一端が接続されており、キャパシタＣ３の他端にダイオードＤ２のカソードが接続されており、ダイオードＤ２のアノードに巻線Ｎｐの他端が接続されている。
【００２３】
また、巻線Ｎｐの一端には、ダイオードＤ１を介して整流回路１３のプラス側出力端子が接続されており、巻線Ｎｐの他端には、スイッチング素子Ｑ１のドレインが接続されている。スイッチング素子Ｑ１のソースは、過電流保護回路１６の電流検出抵抗Ｒ２を介して整流回路１３のマイナス側出力端子（グランド）に接続されている。
【００２４】
キャパシタＣ３の両端は降圧チョッパ回路１４の一対の出力端子を構成しており、この出力端子にＬＥＤ素子の直列回路からなるＬＥＤモジュール１５が接続されている。ＬＥＤモジュール１５のカソード側はキャパシタＣ３の一端に接続されており、アノード側はキャパシタＣ３の他端に接続されている。
【００２５】
図３は、降圧チョッパ回路１４の動作説明図であって、（ａ）はスイッチング素子Ｑ１がオン状態、（ｂ）はスイッチング素子Ｑ１がオフ状態をそれぞれ示している。
【００２６】
図３（ａ）に示すように、スイッチング素子Ｑ１がオンのとき、電源ＶＣＣ（整流回路１３）からの電流は巻線Ｎｐ及びスイッチング素子Ｑ１からなるループ回路を流れ、巻線Ｎｐには励磁エネルギーが蓄積される。
【００２７】
そして図３（ｂ）に示すように、スイッチング素子Ｑ１がオフになると、巻線Ｎｐの励磁エネルギーがＬＥＤモジュール１５に供給されるので、スイッチング素子Ｑ１がオフのときでもＬＥＤモジュールは点灯することができる。またこのときキャパシタＣ３には静電エネルギーが蓄積される。
【００２８】
スイッチング素子Ｑ１が再びオンになると、図３（ａ）に示すように、電源ＶＣＣからの電流は再び巻線Ｎｐ及びスイッチング素子Ｑ１からなるループ回路を流れるが、キャパシタＣ３の静電エネルギーがＬＥＤモジュール１５を通じて放電されるので、スイッチング素子Ｑ１がオンのときでもＬＥＤモジュール１５は点灯することができる。
【００２９】
本実施形態による降圧チョッパ回路１４では、励磁エネルギーのみがＬＥＤモジュール１５に供給されるため、励磁電流のピークと周期のみを制限すればよく、定電流動作は比較的容易である。また、この降圧チョッパ回路１４は自動的に臨界モードで動作するので、ある程度のコアボリュームが必要であるが、スイッチング素子Ｑ１のオン時間のみを制限すればよく、ＬＥＤモジュール１５の輝度の制御は容易である。
【００３０】
図１及び図２に示すように、降圧チョッパ回路１４には起動抵抗Ｒｓｔが接続されている。起動抵抗Ｒｓｔは、整流回路１３のプラス側出力端子とスイッチング素子Ｑ１のゲートとの間に設けられている。さらにスイッチング素子Ｑ１のゲートと整流回路１３のマイナス側出力端子の間には抵抗Ｒ３が設けられている。起動抵抗Ｒｓｔは、整流回路１３側の電圧をスイッチング素子Ｑ１のゲートに印加して、スイッチング素子Ｑ１が動作可能な順バイアスを与えるので、スイッチング素子Ｑ１をオンさせることができる。
【００３１】
過電流保護回路１６は、降圧チョッパ回路１４のスイッチング素子Ｑ１に流れる電流が過大になったときに当該スイッチング素子Ｑ１をオフにする回路であり、トランジスタＱ２及び電流検出抵抗Ｒ２とを備えている。トランジスタＱ２のコレクタはスイッチング素子Ｑ１のゲートに接続されており、トランジスタＱ２のエミッタはスイッチング素子Ｑ１のソース（整流回路１３のマイナス側出力端子）に接続されている。電流検出抵抗Ｒ２に所定のピーク電流が流れると、トランジスタＱ２がオンになり、スイッチング素子Ｑ１のゲート・ソース間が短絡され、スイッチング素子Ｑ１はオフとなる。したがって、降圧チョッパ回路１４の過電流を防止することができる。
【００３２】
自励式駆動信号発生回路１７は、インダクタ（ドライブ巻線）Ｎｄ、スライサ２０、ゲート駆動回路２１、オン時間補正回路２２を含み、巻線Ｎｄは降圧チョッパ回路１４の巻線Ｎｐと磁気結合している。すなわち、巻線Ｎｐ及び巻線ＮｄはトランスＴ１の一次巻線及び二次巻線をそれぞれ構成している。スイッチング素子Ｑ１がオンになると、降圧チョッパ回路１４の巻線Ｎｐに電流が流れ、巻線Ｎｄにも誘起電圧が発生する。
【００３３】
スライサ２０は、トランジスタＱ３と、トランジスタＱ３のベース・コレクタ間に接続された抵抗Ｒ４と、トランジスタＱ３のベースに接続されたツェナーダイオードＤＺ１及びダイオードＤ３の直列回路と、トランジスタＱ３のコレクタ・エミッタ間に接続されたダイオードＤ４を含み、巻線Ｎｄの出力電圧はスライサ２０によって約１０Ｖに制限された後、ダイオードＤ５、キャパシタＣ４及び抵抗Ｒ５を含むゲート駆動回路２１を通ってスイッチング素子Ｑ１のゲートに入力され、これによりスイッチング素子Ｑ１のオン状態が保持される。降圧チョッパ回路１４をなるべく長い期間動作させるためには巻線Ｎｄの電圧をできるだけ高くする必要があるが、そのままではスイッチング素子Ｑ１のゲート耐圧を超えるため、スイッチング素子Ｑ１のゲートに印加される電圧を制限する必要があり、スライサ２０はそのために用いられる。
【００３４】
過電流によって過電流保護回路１６のトランジスタＱ２がオンとなり、スイッチング素子Ｑ１のゲート・ソース間が短絡されると、順バイアスがなくなるので、スイッチング素子Ｑ１はオフになる。スイッチング素子Ｑ１がオフになると、図３（ｂ）に示すように、逆起電力によって巻線Ｎｐに蓄積されていた励磁エネルギーが放出されてＬＥＤモジュール１５に放電電流が流れる。このとき、巻線Ｎｄの端子間電圧の極性は反転するため、スイッチング素子Ｑ１のゲート電圧は引き抜かれて直ちにオフになる。この極性反転は巻線Ｎｐが励磁エネルギーを放出し終わるまで続き、この期間においてキャパシタＣ４は充電される。巻線Ｎｐが励磁エネルギーを放出し終わると、キャパシタＣ４から放電される静電エネルギーがスイッチング素子Ｑ１のゲートに順バイアスを与えるので、スイッチング素子Ｑ１は急速にオン状態となる。以降は、上述の回路動作が繰り返されるので、ＬＥＤモジュールが充電電流及び放電電流によって常に点灯する。
【００３５】
スイッチング素子Ｑ１がオンのとき、巻線Ｎｐと電磁結合された巻線Ｎｄに誘導電流が流れるが、この電流はオン時間補正回路２２のキャパシタＣ５を充電する。キャパシタＣ５が充電されてその端子間電圧がトランジスタＱ４のベース電圧を超えると、トランジスタＱ４がオンとなり、スイッチング素子Ｑ１のゲート・ソース間が短絡され、スイッチング素子Ｑ１はオフとなる。
【００３６】
次に、オン時間補正回路２２について説明する。
【００３７】
図４は、オン時間補正回路２２の構成及び動作を説明するための回路図である。
【００３８】
図４に示すように、オン時間補正回路２２は、トランジスタＱ４と、トランジスタＱ４のベース・エミッタ間に接続されたキャパシタＣ５と、抵抗Ｒ６からなる第１の抵抗回路と、ツェナーダイオードＤＺ２及び第２の抵抗Ｒ７の直列接続からなる第２の抵抗回路と、ツェナーダイオードＤＺ３及び抵抗Ｒ８の直列接続からなる第３の抵抗回路と、キャパシタＣ５に並列接続された抵抗Ｒ９とを備えている。第１〜第３の抵抗回路の一端はいずれも巻線Ｎｄの一端に接続され、第１乃至第３の抵抗回路の他端はいずれもキャパシタＣ５の一端に接続されている。キャパシタＣ５の他端は整流回路１３のマイナス側出力端子に接続されている。
【００３９】
また、トランジスタＱ４のベース・エミッタ間には過電圧保護回路としてのダイオードＤ６、Ｄ７の直列回路が挿入されている。さらに、トランジスタＱ４のベースはキャパシタのＣ５の一端に接続されている。
【００４０】
過電流保護回路１６のトランジスタＱ２と同様、トランジスタＱ４のコレクタはスイッチング素子Ｑ１のゲートに接続されており、トランジスタＱ４のエミッタはスイッチング素子Ｑ１のソース（整流回路１３のマイナス側出力端子）に接続されている。そのため、トランジスタＱ４がオンになると、スイッチング素子Ｑ１のゲート・ソース間が短絡され、スイッチング素子Ｑ１がオフになる。
【００４１】
本実施形態においては、第２の抵抗回路のツェナーダイオードＤＺ２は１０Ｖでオンとなり、第３の抵抗回路のツェナーダイオードＤＺ３は２０Ｖでオンとなるように設定されている。そのため、巻線Ｎｄの端子間電圧が０〜１０Ｖの範囲では、第２及び第３の抵抗回路に電流は流れず、第１の抵抗回路にのみ電流が流れる。したがって、キャパシタＣ５に入力される電流はＲ６を通る電流ＩＲ６のみとなり、キャパシタＣ５はゆっくり充電される。
【００４２】
巻線Ｎｄの端子間電圧が１０〜２０Ｖの範囲では、第３の抵抗回路に電流は流れず、第１及び第２の抵抗回路にのみ電流が流れる。したがって、キャパシタＣ５に入力される電流はＩＲ６＋ＩＲ７となり、０〜１０Ｖのときよりも電流量が多くなり、キャパシタＣ５は素早く充電される。
【００４３】
巻線Ｎｄの端子間電圧が２０〜３０Ｖの範囲では、第１〜第３の抵抗回路のすべてに電流が流れる。したがって、キャパシタＣ５に入力される電流はＩＲ６＋ＩＲ７＋ＩＲ８となり、１０〜２０Ｖのときよりもさらに電流量が多くなり、キャパシタＣ５はさらに素早く充電される。
【００４４】
このように、キャパシタＣ５の充電速度は、巻線Ｎｄの端子間電圧が低いときに遅く、また巻線Ｎｄの端子間電圧が高いときに早いことから、スイッチング素子Ｑ１の動作は次のようになる。
【００４５】
すなわち、巻線Ｎｄの端子間電圧が高いときには、キャパシタＣ５が急速に充電される結果、トランジスタＱ４が直ちにオンとなり、スイッチング素子Ｑ１は直ちにオフになる。よって、スイッチング素子Ｑ１のオン時間は短くなり、ＬＥＤモジュール１５への供給電流は少なくなる。
【００４６】
一方、巻線Ｎｄの端子間電圧が低いときには、キャパシタＣ５がゆっくりと充電される結果、トランジスタＱ４が遅めにオンとなり、スイッチング素子Ｑ１は遅めにオフになる。よって、スイッチング素子Ｑ１のオン時間は長くなり、ＬＥＤモジュール１５への供給電流は多くなる。
【００４７】
図５は、シミュレーションによるキャパシタＣ５の端子間電圧・電流波形を示すグラフであって、（ａ）は電流波形、（ｂ）は電圧波形をそれぞれ示している。
【００４８】
図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、スイッチング素子Ｑ１がオンのとき、キャパシタＣ５にはプラスの電流が流れ、これによりキャパシタＣ５は充電され、充電期間においてはキャパシタＣ５の端子間電圧は徐々に高くなる。そして、キャパシタＣ５の端子間電圧が０．６５Ｖに達すると、トランジスタＱ４がオンとなり、スイッチング素子Ｑ１がオフとなる。そしてスイッチング素子Ｑ１がオフとなった瞬間からキャパシタＣ５は放電状態に反転し、抵抗Ｒ９によって定まる時定数により放電される。
【００４９】
このように、ＬＥＤモジュール１５へ供給される電流量は巻線Ｎｄの端子間電圧が高いときに少なく、低いときに多くなるように補正されるので、ハイレベル期間が平坦な電流波形を得ることができる。
【００５０】
図６は、シミュレーションによる整流回路の電源電圧波形及びＬＥＤ電流波形を示すグラフであって、（ａ）及び（ｂ）はオン時間補正回路を用いない場合、（ｃ）及び（ｄ）はオン時間補正回路を用いた場合をそれぞれ示している。また、（ａ）及び（ｃ）は電源電圧波形、（ｂ）及び（ｄ）はＬＥＤ電流波形をそれぞれ示している。
【００５１】
図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、オン時間補正回路を用いない場合、すなわちキャパシタＣ５に第１の抵抗回路のみ（抵抗Ｒ６のみ）が接続されている場合、ＬＥＤモジュール１５への供給電流は、立ち上がり及び立ち下がりの鈍った波形となる。これに対し、図６（ｃ）及び（ｄ）に示すように、抵抗Ｒ７及びツェナーダイオードＤＺ２からなる第２の抵抗回路と抵抗Ｒ８及びツェナーダイオードＤＺ３からなる第３の抵抗回路が追加されたオン時間補正回路を用いた場合には、ハイレベル期間が平坦な波形となる。
【００５２】
図７は、実際の回路による整流回路の電源電圧波形及びＬＥＤ電流波形を示すグラフであって、（ａ）及び（ｂ）はオン時間補正回路を用いない場合、（ｃ）及び（ｄ）はオン時間補正回路を用いた場合をそれぞれ示している。また、（ａ）及び（ｃ）は電源電圧波形、（ｂ）及び（ｄ）はＬＥＤ電流波形をそれぞれ示している。
【００５３】
図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、実際の回路においても、シミュレーションと同様の結果が得られることが分かる。すなわち、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、オン時間補正回路を用いない場合、ＬＥＤモジュール１５への供給電流は、立ち上がり及び立ち下がりの鈍った波形となるが、図７（ｃ）及び（ｄ）に示すように、オン時間補正回路を用いた場合には、ハイレベル期間が平坦な波形となる。
【００５４】
次に、ゼロクロス停止回路１８について説明する。
【００５５】
図８は、ゼロクロス停止回路１８の構成を示す回路図である。
【００５６】
図８に示すように、ゼロクロス停止回路１８は、整流回路１３から出力される全波整流波形のゼロクロス付近での発振動作を強制的に停止させる回路である。降圧チョッパ回路１４がランダムに動作するとＬＥＤの発光輝度が安定しないことから、降圧チョッパ回路１４の動作を強制的に停止させることにより、ＬＥＤの輝度の不安定さを防止することができる。
【００５７】
ゼロクロス停止回路１８は、トランジスタＱ５と、トランジスタＱ５のベース・エミッタ間に接続されたキャパシタＣ６及び抵抗Ｒ１０の並列回路と、停止パルスを生成する停止パルス発生回路２３とを備えている。
【００５８】
過電流保護回路１６のトランジスタＱ２と同様、トランジスタＱ５のコレクタはスイッチング素子Ｑ１のゲートに接続され、トランジスタＱ５のエミッタはスイッチング素子Ｑ１のソース（整流回路１３のマイナス側出力端子）に接続されている。そのため、トランジスタＱ５がオンになると、スイッチング素子Ｑ１のゲート・ソース間が短絡され、スイッチング素子Ｑ１がオフになる。
【００５９】
停止パルス発生回路２３は、整流回路１３の全波整流波形を監視し、全波整流波形が所定の閾値電圧以下のときに停止パルスを発生させる。停止パルスによってキャパシタＣ６が充電されるとトランジスタＱ５がオンとなり、スイッチング素子Ｑ１のゲート・ソース間を短絡させてその動作を停止させる。停止パルスの供給が終了すると、キャパシタＣ６は抵抗Ｒ１０を通じて放電され、トランジスタＱ５はオフとなる。
【００６０】
本実施形態による停止パルス発生回路２３は、差動増幅回路を構成する一対のＰＮＰ型トランジスタＱ６、Ｑ７と、トランジスタＱ６、Ｑ７のエミッタに接続された抵抗Ｒ１１、ダイオードＤ８及び抵抗Ｒ１４の直列回路と、抵抗Ｒ１４を介してトランジスタＱ６、Ｑ７のエミッタに接続されたキャパシタＣ７とを備えている。キャパシタＣ７の一端は抵抗Ｒ１４を介してトランジスタＱ６、Ｑ７のエミッタに接続されており、他端は整流回路１３のマイナス側出力端子に接続されている。
【００６１】
また、停止パルス発生回路２３は、トランジスタＱ６のベース・コレクタ間に接続されたツェナーダイオードＤＺ４と、トランジスタＱ６のベース・エミッタ間に接続された抵抗Ｒ１５と、トランジスタＱ７のベースに接続された抵抗Ｒ１２と、トランジスタＱ７のベースとトランジスタＱ６のコレクタとの間に接続された抵抗Ｒ１３、キャパシタＣ８及びツェナーダイオードＤＺ５の並列回路とを備えている。トランジスタＱ７のコレクタはトランジスタＱ５のベースに接続されており、トランジスタＱ７の出力信号が停止パルスとしてトランジスタＱ５に供給される。
【００６２】
巻線Ｎｄの端子間電圧は、抵抗Ｒ１１、ダイオードＤ８及び抵抗Ｒ１４を介してトランジスタＱ６、Ｑ７のエミッタに供給される。一方、整流回路１３の出力電圧は、抵抗Ｒ１２及びＲ１３によって分圧された後、トランジスタＱ７のベースに供給される。巻線Ｎｄの端子間電圧が最大でも３０〜４０Ｖであるのに対し、整流回路１３の出力電圧の最大値は約１４０Ｖであるため、トランジスタＱ７のエミッタ・ベース間には大きな逆バイアス電圧が印加される場合があるが、トランジスタＱ７のエミッタ・ベース間の逆バイアス耐圧は数ボルトしかないことから、トランジスタＱ７のベースにツェナーダイオードＤＺ５のカソードを接続して逆バイアス電圧に対する保護が図られている。
【００６３】
さらに、巻線Ｎｄの端子間電圧は、抵抗Ｒ１１、ダイオードＤ８及び抵抗Ｒ１５を介してトランジスタＱ６のベースにも供給される。トランジスタＱ６のベース電圧はツェナーダイオードＤＺ４によって一定に保持されている。巻線Ｎｄの端子間電圧は全波整流波形であり、そのゼロクロス付近でも停止パルス発生回路２３が安定的に動作する必要があるため、できるだけ容量の大きなキャパシタＣ７を用いてトランジスタＱ６、Ｑ７の動作電圧を保持する必要がある。キャパシタＣ７は、スイッチング素子Ｑ１がオンの時に充電される。つまり巻線Ｎｐに電圧がかかると巻線Ｎｄに電圧が発生してキャパシタＣ７を充電する。キャパシタＣ７は、巻線の電圧が上昇している期間に充電され、それ以外の期間にて放電される。ダイオードＤ８があることにより、キャパシタＣ７の放電電流は抵抗Ｒ１４を介して常にトランジスタＱ６、Ｑ７のエミッタに供給される。
【００６４】
図９は、ゼロクロス停止回路１８の入出力信号波形図である。
【００６５】
図９に示すように、トランジスタＱ６，Ｑ７の差動増幅回路によるコンパレータは、ツェナーダイオードＤＺ４によって規定される一定の基準電圧と、整流回路１３からの全波整流波形である参照電圧とを比較する。基準電圧よりも参照電圧のほうが大きい期間では停止パルスは発生せず、基準電圧よりも低い期間で停止パルスが発生し、停止パルスがキャパシタＣ６に供給され、キャパシタＣ６が充電される。これにより、トランジスタＱ５がオンになり、スイッチング素子Ｑ１がオフになるので、ゼロクロス付近での動作を停止させることができる。
【００６６】
次に、オープン保護回路１９について説明する。
【００６７】
図１０は、オープン保護回路１９の構成を示す回路図である。
【００６８】
図１０に示すように、オープン保護回路１９は、例えばＬＥＤモジュール１５内の少なくとも一つのＬＥＤ素子が破損することによって降圧チョッパ回路１４の出力端がオープンになり、降圧チョッパ回路１４の端子間電圧が上昇し、ＬＥＤ点灯装置１０内の素子の一部が損傷を受けることを防止するための回路である。
【００６９】
オープン保護回路１９は、キャパシタＣ９と、ツェナーダイオードＤＺ６と、ダイオードＤ９とを備えている。ダイオードＤ９のカソードは抵抗Ｒ１１を介して巻線Ｎｄの一端に接続されており、ダイオードＤ９のアノードはキャパシタＣ９を介して整流回路１３のマイナス側出力端子に接続されている。また、ツェナーダイオードＤＺ６のカソードはトランジスタＱ７のベースに接続されており、ツェナーダイオードＤＺ６のアノードはダイオードＤ９のアノードに接続されている。
【００７０】
巻線Ｎｄの端子間電圧のうちマイナス側の電圧のみをダイオードＤ９で取り出し、キャパシタＣ９で平滑し、ツェナーダイオードＤＺ６を介してコンパレータの参照電圧入力端子、つまりトランジスタＱ７のベースに接続する。
【００７１】
降圧チョッパ回路１４の出力端がオープンになり、降圧チョッパ回路１４の端子間電圧が上昇することにより、ツェナーダイオードＤＺ６に印加される電圧がツェナー電圧以上になると、トランジスタＱ７がオンとなり、停止パルスがキャパシタＣ６に供給され、キャパシタＣ６が充電される。これにより、トランジスタＱ５がオンとなり、スイッチング素子Ｑ１のゲート・ソース間が短絡され、スイッチング素子Ｑ１はオフとなる。
【００７２】
降圧チョッパ回路１４の出力端がオープンのときには巻線Ｎｄの励磁エネルギーが余り、ゲート駆動回路２１のキャパシタＣ４に多くのエネルギーがチャージされ、ゲート駆動電圧が上昇する。このため、スイッチング素子Ｑ１のゲート・ソース間を接続するクランパとしてのツェナーダイオードＤＺ７が必要である。ツェナーダイオードＤＺ７で余分な励磁エネルギーを消費させることで間欠動作させて、各素子の破壊を防止することができる。この閾値はクランパの電圧よりも高く設定し、通常動作時は導通しないようにする必要がある。
【００７３】
以上説明したように、本実施形態によるＬＥＤ点灯装置１０は、オン時間補正回路２２を備えているので、ＬＥＤに供給される電流の立ち上がり及び立ち下がりを急峻にすると共にゼロクロス期間以外を平坦に近づけることができる。したがって、平滑コンデンサに電解コンデンサを使用することなくＬＥＤの点灯期間中の輝度を一定にすることができる。
【００７４】
また、本実施形態によるＬＥＤ点灯装置１０は、整流回路１３から出力される全波整流波形のゼロクロス期間において降圧チョッパ回路１４の発振動作を強制的に停止させるゼロクロス停止回路１８を備えているので、ＬＥＤ輝度の不安定さをさらに抑制することができる。
【００７５】
さらに、本実施形態によるＬＥＤ点灯装置１０は、ＬＥＤの破壊等によって降圧チョッパ回路１４の出力端子間がオープンになったことを検出するオープン保護回路１９を備えているので、スイッチング素子Ｑ１を強制的にオフにすることができ、安全な回路を実現することができる。
【００７６】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能であり、それらも本発明に包含されるものであることは言うまでもない。
【００７７】
例えば、上記実施形態においては、オン時間補正回路２２は、３つの抵抗の並列接続条件をツェナーダイオードで切り替えることによって制御しているが、電流経路は３つに限定されるものではなく、２つであってもよく、４つ以上であってもよい。また切り替え方法も特に限定されない。また、本発明においては、半波整流回路等の他の整流回路を用いてもよく、昇圧チョッパ回路等の他の変圧回路を用いることも可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１０    ＬＥＤ点灯装置
１１    商用電源
１２    フィルタ回路
１３    整流回路
１４    降圧チョッパ回路
１５    モジュール
１６    過電流保護回路
１７    自励式駆動信号発生回路
１８    ゼロクロス停止回路
１９    オープン保護回路
２０    スライサ
２１    ゲート駆動回路
２２    オン時間補正回路
２３    停止パルス発生回路
Ｃ１〜Ｃ９    キャパシタ
Ｄ１〜Ｄ９    ダイオード
ＤＺ１〜ＤＺ７    ツェナーダイオード
Ｌ１    インダクタ
Ｎｄ，Ｎｐ    巻線
Ｑ１    電圧制御型スイッチング素子
Ｑ２〜Ｑ７    トランジスタ
Ｒ１〜Ｒ１５    抵抗
Ｒｓｔ    起動抵抗
Ｔ１    トランス
【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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