(57)【要約】【課題】電力損失及び雑音を低減させた小型の照明点灯装置及びそれを用いた照明器具を提供する。【解決手段】無電極放電灯点灯装置は、無電極放電灯４と、無電極放電灯４に誘導磁界を誘起させる誘導コイル３と、外部からの調光信号に応じたＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ発振回路５と、ＰＷＭ発振回路５からのＰＷＭ信号に応じて無電極放電灯４に高周波電力を出力する高周波電源回路２とを備える。高周波電源回路２は、直流電源回路１の出力電圧が印加されるスイッチング素子Ｑ２及びスイッチング素子Ｑ３の直列回路と、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を高周波で交互にオン・オフする駆動回路２０とを備えており、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３にはワイドバンドギャップ半導体素子を用いている。【選択図】図１
2012048981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光部と、前記発光部を調光制御する調光制御部を含む回路部とを備え、前記回路部を構成する半導体素子のうち少なくとも１つがワイドバンドギャップ半導体からなることを特徴とする照明点灯装置。
【請求項２】
前記回路部は、前記発光部に高周波電力を供給する高周波電源回路を有し、前記高周波電源回路を構成するスイッチング素子のうち少なくとも１つがワイドバンドギャップ半導体からなることを特徴とする請求項１記載の照明点灯装置。
【請求項３】
前記スイッチング素子のうちワイドバンドギャップ半導体からなるスイッチング素子のゲート電圧又はゲート抵抗を調整する制御回路を備え、前記制御回路は、前記調光制御部が前記発光部を調光制御していない状態では、調光制御しているときに比べて前記ゲート電圧を高くするか又は前記ゲート抵抗を低くすることを特徴とする請求項２記載の照明点灯装置。
【請求項４】
前記回路部は、前記発光部又は前記発光部に高周波電力を供給する高周波電源回路の何れか一方に電力を供給するチョッパ回路を有し、前記チョッパ回路を構成するダイオード又はスイッチング素子がワイドバンドギャップ半導体からなることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の照明点灯装置。
【請求項５】
前記チョッパ回路を構成する前記スイッチング素子のゲート電圧又はゲート抵抗を調整する制御回路を備え、前記制御回路は、前記調光制御部が前記発光部を調光制御していない状態では、調光制御しているときに比べて前記ゲート電圧を高くするか又は前記ゲート抵抗を低くすることを特徴とする請求項４記載の照明点灯装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の照明点灯装置を備えていることを特徴とする照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明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】
従来より、無電極放電灯を調光点灯する無電極放電灯点灯装置が提供されている（例えば特許文献１参照）。この無電極放電灯点灯装置は、磁性コアと、磁性コアに巻回され高周波電流が供給されると無電極放電灯に誘導磁界を誘起させる誘導コイルと、誘導コイルに高周波電圧を印加して高周波電流を供給する高周波電源回路と、高周波電源回路の駆動周波数を外部からの調光信号に従って変更する調光制御回路とを備える。そして、外部から入力される調光信号に従って調光制御回路が高周波電源回路の駆動周波数を変更すると、上記の調光信号に応じた調光レベルで無電極放電灯が調光点灯するのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２６９９４３号公報（段落［００１５］−段落［００２８］、及び、第１図−第４図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の特許文献１に示した無電極放電灯点灯装置では、高周波電源回路の駆動周波数が百ｋＨｚ〜数十ＭＨｚ、数十ＧＨｚの高周波に設定され、特に調光時にはさらに高周波の駆動周波数に設定されることになる。その結果、ダイオードのリカバリ損失やスイッチング素子のスイッチング損失など、半導体部品における電力損失が大きくなり、効率低下の原因となっている。
【０００５】
また、上述のように電力損失が大きいと部品の発熱量も増加し、これが装置の大型化や放熱構造の複雑化、組立性の悪化、デザインの制約、そして熱に対する信頼性低下の原因となっている。特に近年では、ＬＥＤ照明の大電力実用化の進歩が目覚しく、また無電極照明においてもラインナップの拡充がなされており、これにより負荷電流がますます増大することから、低損失化、小型化がより大きな課題となっている。例えば、駆動周波数が百数十ｋＨｚ程度の無電極放電灯点灯装置の場合、１００Ｗ以上のクラスではダイオードやＦＥＴなどの半導体素子の発熱量がかなり大きくなるため、半導体素子を放熱シートを介してケース側面にクリップ固定し、半導体素子で発生した熱をケース外殻に逃がすといった複雑な放熱構造をとっており、無電極放電灯点灯装置の大型化につながっている。
【０００６】
さらに、従来のＳｉ系半導体素子では、数十ｎｓ程度の逆回復時間が存在し、この逆回復時間が数十ＭＨｚ程度の周波数帯の雑音スペクトルの発生要因（雑音端子電圧、雑音電力、輻射雑音など）となっている。そして、この雑音は周囲機器に悪影響を及ぼす原因となる場合がある。また、従来のＳｉ系半導体素子では、上記の逆回復時間が温度特性を持っているため、発生する雑音スペクトルの周波数帯が温度により変化する。したがって、より広い温度領域で雑音を抑えるためにはより広い周波数帯に対応させた雑音対策が必要であり、装置の大型化や構造複雑化、デザイン制約などの原因となってしまう。
【０００７】
また、照明器具の場合には、その形状が１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの雑音帯域に影響を与えて、雑音レベルが変化することも知られている。例えば、電子安定器の出力側（ランプ線側）からランプ線を経由して器具に誘導される電流を介して電源線に重畳されるものが確認されており、またこの帯域の雑音はアースの取り方、アース安定度によっても変わることが確認されている。そして、上記のＳｉ系半導体素子を用いた場合には、上記の理由により１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの帯域の雑音が増大する。したがって、特に照明器具では、雑音の増大やこの雑音を対策するために器具設計が限定されるなどの原因となっている。上記の現象は数十ｋＨｚ以上の高周波で動作する電源装置でみられる現象であるが、電源装置に無関係な筐体がたまたま電源装置に近接している場合でも影響を受けることがある。
【０００８】
上記の半導体素子に起因する雑音の問題は調光制御を行う場合に特に顕著であり、この場合、１００％出力に近いほど電流が増え、半導体素子の温度は高くなる。そして、半導体素子の温度特性により、発生する雑音スペクトルの周波数帯が大幅に変化するとともに、調光時にはさらに高周波で駆動させていることから、逆回復の回数が多いことも雑音を増大させる原因となっている。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、電力損失及び雑音を低減させた小型の照明点灯装置及びそれを用いた照明器具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の照明点灯装置は、発光部と、発光部を調光制御する調光制御部を含む回路部とを備え、回路部を構成する半導体素子のうち少なくとも１つがワイドバンドギャップ半導体からなることを特徴とする。
【００１１】
この照明点灯装置において、回路部は、発光部に高周波電力を供給する高周波電源回路を有し、高周波電源回路を構成するスイッチング素子のうち少なくとも１つがワイドバンドギャップ半導体からなるのが好ましい。
【００１２】
また、この照明点灯装置において、スイッチング素子のうちワイドバンドギャップ半導体からなるスイッチング素子のゲート電圧又はゲート抵抗を調整する制御回路を備え、制御回路は、調光制御部が発光部を調光制御していない状態では、調光制御しているときに比べてゲート電圧を高くするか又はゲート抵抗を低くするのも好ましい。
【００１３】
さらに、この照明点灯装置において、回路部は、発光部又は発光部に高周波電力を供給する高周波電源回路の何れか一方に電力を供給するチョッパ回路を有し、チョッパ回路を構成するダイオード又はスイッチング素子がワイドバンドギャップ半導体からなるのも好ましい。
【００１４】
また、この照明点灯装置において、チョッパ回路を構成するスイッチング素子のゲート電圧又はゲート抵抗を調整する制御回路を備え、制御回路は、調光制御部が発光部を調光制御していない状態では、調光制御しているときに比べてゲート電圧を高くするか又はゲート抵抗を低くするのも好ましい。
【００１５】
本発明の照明器具は、上記の照明点灯装置を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
電力損失及び雑音を低減させた小型の照明点灯装置及び照明器具を提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態１を示す回路図である。
【図２】同上の共振特性を示す特性図である。
【図３】同上の動作波形図である。
【図４】同上の使用形態の一例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）はそれに用いられる無電極放電灯の構造図である。
【図５】同上を用いた照明器具の一例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は概略断面図である。
【図６】同上を用いた照明器具の他の例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は下面図、（ｃ）は左側面図である。
【図７】同上の他の例を示す回路図である。
【図８】同上のさらに他の例の要部を示す回路図である。
【図９】同上のさらにまた他の例を示す回路図である。
【図１０】本発明の実施形態２を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明に係る照明点灯装置及び照明器具の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
（実施形態１）
図１は本実施形態の無電極放電灯点灯装置（照明点灯装置）の一例を示す回路図であり、本点灯装置は、商用交流電源１３からの電力供給を受けて直流電圧Ｖ１を出力する直流電源回路１と、直流電源回路１からの電力供給を受けて高周波電圧Ｖ２を出力する高周波電源回路２と、後述の高周波電源回路２の駆動回路２０にＰＷＭ信号（調光信号）Ｖ３を出力するＰＷＭ発振回路（調光制御部）５とを備える。また、本点灯装置は、高周波電源回路２の出力端間に接続される誘導コイル３と、誘導コイル３に近接配置される無電極放電灯４とを備える。ここに、本実施形態では、上記の直流電源回路１、高周波電源回路２及びＰＷＭ発振回路５により回路部が構成され、また誘導コイル３及び無電極放電灯４により発光部が構成されている。
【００２０】
直流電源回路１は、商用交流電源１３の交流出力を整流する整流回路１０と、インダクタＬ１、ダイオードＤ１、スイッチング素子Ｑ１、及び平滑コンデンサＣ１と、スイッチング素子Ｑ１を駆動する駆動回路１１とを具備した従来周知の昇圧チョッパ回路からなる。
【００２１】
高周波電源回路２は、一対のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３と、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を駆動する駆動回路２０と、インダクタＬ２及びコンデンサＣ２，Ｃ３からなる共振回路とを備え、誘導コイル３に対して数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの高周波電流を流すことにより、誘導コイル３に高周波電磁界を発生させて無電極放電灯４に高周波電力を供給する。これに応じて、無電極放電灯４内に高周波プラズマ電流を発生させて紫外線又は可視光を発生させるようになっている。なお、上記のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３は、例えば電界効果トランジスタからなる。
【００２２】
ＰＷＭ発振回路５は、ある周波数のオン・オフの繰り返しであるＰＷＭ信号Ｖ３を発生し、そのデューティ（時間比率）は所定値に設定されている。このＰＷＭ発振回路５の出力は、抵抗、ダイオードを介して駆動回路２０に接続され、ＰＷＭ信号Ｖ３に応じてシンク電流Ｉ１を変化させ、動作周波数（駆動回路２０の駆動周波数）ｆ１を可変する。
【００２３】
誘導コイル３は、図４（ａ）に示すように円筒形状のカプラ３０に巻回される。図４（ａ）に示す例では、発光部（誘導コイル３及び無電極放電灯４）を除く無電極放電灯点灯装置が金属製のケース１００に収納され、給電線１００ａを介して誘導コイル３に電気的に接続されている。
【００２４】
無電極放電灯４は、図４（ｂ）に示すように、例えばガラスのような透明な材料からなり、外面に凹部４１を有する中空のバルブ４０と、合成樹脂からなる筒形状であって、バルブ４０に対し凹部４１の開口を囲む形で取り付けられた口金４２とを有し、凹部４１にカプラ３０が挿入されることによって誘導コイル３の近傍に配置される。バルブ４０には、例えば不活性ガスと金属蒸気とを含む放電ガスが封入されている。また、バルブ４０の凹部４１の底面には、カプラ３０に挿入される排気管４１ａが突設されている。さらに、バルブ４０の内面には、保護膜４０ａと蛍光体膜４０ｂとが設けられている。そして、誘導コイル３が発生させる高周波電磁界によってバルブ４０内にアーク放電が発生すると、発生した紫外線が蛍光体膜４０ｂにおいて可視光に変換されることにより、無電極放電灯４が発光する。
【００２５】
次に、本点灯装置の動作について図２及び図３を参照しながら説明する。図２は高周波電源回路２の始動時の共振曲線イと点灯時（定常時）の共振曲線ロを示す。ＰＷＭ信号Ｖ３がＬレベルのときは動作周波数ｆ１＝ｆ１２、Ｈレベルのときは動作周波数ｆ１＝ｆ１１（＜ｆ１２）となり、周波数ｆ１１は無電極放電灯４の点弧始動に十分な高周波電圧Ｖ２が発生するように高周波電源回路２の共振周波数付近に設定され、周波数ｆ１２は無電極放電灯４が点灯維持できない程度の高周波電圧Ｖ２が発生するように設定される。
【００２６】
図３を参照しながら詳述すると、時刻ｔ＝ｔ１のときにＰＷＭ信号Ｖ３＝Ｈとすることで高周波電圧Ｖ２が増大し（Ｖ２＝Ｖ２２）、時刻ｔ＝ｔ２のときに無電極放電灯４が初期点弧始動を行うことで点灯する。また、時刻ｔ＝ｔ３のときにＰＷＭ信号Ｖ３＝Ｌとすることで高周波電圧Ｖ２が減少し、無電極放電灯４が消灯する。さらに、時刻ｔ＝ｔ４のときにＰＷＭ信号Ｖ３＝Ｈとすることで高周波電圧Ｖ２が増大し（Ｖ２＝Ｖ２１）、時刻ｔ＝ｔ５のときに無電極放電灯４が再点弧始動を行うことで点灯する。また、時刻ｔ＝ｔ６のときにＰＷＭ信号Ｖ３＝Ｌとすることで高周波電圧Ｖ２が減少し、無電極放電灯４が消灯する。ここで、図３に示すように、初期点弧始動時の最高電圧Ｖ２＝Ｖ２２に対して再点弧始動時の最高電圧Ｖ２＝Ｖ２１は小さくなるが、これは無電極放電灯４に残留するイオンの存在によるものである。
【００２７】
以降同様にして、ＰＷＭ信号Ｖ３に応じてこれらの一連の動作を繰り返し行うことによって無電極放電灯４の点滅動作が可能であり、ＰＷＭ信号Ｖ３のオンデューティを可変することにより、無電極放電灯４の出力を任意に設定することができる。なお、動作周波数ｆ１は数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚとし、点滅動作の周波数ｆ２は人間の目にちらつき感を与えないよう、１００Ｈｚ〜数ｋＨｚに設定される。
【００２８】
ここで、上述の直流電源回路１や高周波電源回路２は、その駆動周波数が高周波であることから、各回路１，２を構成する半導体部品の電力損失が大きくなって効率低下の原因となってしまう。また、半導体部品の電力損失が大きくなるにつれて発熱量も増加することから、装置の大型化や放熱構造の複雑化、組立性の悪化、デザインの制約、そして熱に対する信頼性低下の原因となってしまう。
【００２９】
そこで、本実施形態では、上記の問題を解決すべく、直流電源回路１を構成する整流回路１０のダイオードや、ダイオードＤ１、スイッチング素子Ｑ１、並びに、高周波電源回路２を構成するスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３にワイドバンドギャップ半導体素子（例えば、ＧａＮ系半導体素子やＳｉＣ系半導体素子）を用いている。ここにおいて、ワイドバンドギャップ半導体とは、周期律表第２周期の軽元素（Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ）を構成要素とする半導体であり、バンドギャップ（禁止帯）がＳｉ系半導体の２倍以上（２．０ｅＶ以上）のものをいう。このワイドバンドギャップ半導体は、従来のＳｉ系半導体に比べて通電損失やオン抵抗が十分小さくなっており（１桁から２桁程度小さい）、また高温時の動作も可能となっている。
【００３０】
その結果、従来のＳｉ系半導体素子を用いた場合に比べて、直流電源回路１や高周波電源回路２で発生する電力損失を低減することができる。また、電力損失を低減することで発熱量を抑えることができ、しかもワイドバンドギャップ半導体素子は高温時の動作も可能であることから、従来例のように複雑な放熱構造を設けなくてもよく、小型の無電極放電灯点灯装置を提供することができる。さらに、放熱構造の簡素化、組立性向上、デザインの自由度向上、及び熱に対する信頼性向上なども期待できる。
【００３１】
次に、図５は本発明に係る照明器具Ａの一例であり、本照明器具Ａは、透光性材料により略球状に形成されたバルブ４０を具備する無電極放電灯４と、下面が開口する円筒状の本体部８１と、本体部８１の下面側に配置される椀型の外郭部８２と、外郭部８２の内面に沿って配置される反射板８３とを備える。
【００３２】
本体部８１は、鋼板からなる取付部８４が上面側に設けられており、また下面の開口近傍にはソケット９０が配置されている。このソケット９０には無電極放電灯４の口金４２が装着され、ソケット９０と口金４２にそれぞれ設けられた電線（図示せず）同士が電気的に接続される。また、本体部８１の内部には、無電極放電灯４を点灯させる点灯回路９１が収納されている。ここに本例では、点灯回路９１により、発光部（誘導コイル３及び無電極放電灯４）を除く無電極放電灯点灯装置が構成されている。
【００３３】
外郭部８２は、本体部８１の下面に設けられた開口の周縁から下方に向かって拡径されており、外郭部８２の内面側には所定の間隔を空けて反射板８３が配置されている。反射板８３は、アルミ板によってパラボラ型に形成されており、中心に形成された挿通孔８３ａにはバルブ４０が挿通され、挿通孔８３ａの上側には遮光部材８６が配置されている。そして、反射板８３の下側には、透明強化ガラスにより円盤状に形成されたガラスパネル８５が配置されている。
【００３４】
また、図６は本発明に係る照明器具Ａの他の例であり、本照明器具Ａは、例えばステンレスからなる前面が開口した直方体形状のボディ７１ａと、例えば強化ガラスのような透光性を有する材料からなり、ボディ７１ａを開閉自在に閉塞するカバー７１ｂとで構成された器具本体７１を備える。ボディ７１ａの内底面には、例えばアルミニウムからなり、無電極放電灯４の光を前方へ配光する断面Ｕ字形状の反射板７１ｃが固定されており、器具本体７１に収納された無電極放電灯４の光はカバー７１ｂを通して前方へ出射される。さらに、ボディ７１ａの内底面には、無電極放電灯４が取り付けられるカプラ（図示せず）と、発光部を除く無電極放電灯点灯装置を収納したケース１００と、ケース１００内の直流電源回路１に電気的に接続された端子台１４とが、それぞれ固定されている。端子台１４には、一端が商用交流電源１３に接続された電線（図示せず）の他端が接続されるのであり、直流電源回路１は上記の電線と端子台１４とを介して商用交流電源１３に電気的に接続される。
【００３５】
ここで、従来のＳｉ系半導体素子は、上述したように数十ｎｓ程度の逆回復時間が存在し、さらにこの逆回復時間が温度特性を持っているため、数十ＭＨｚ程度の周波数帯の雑音を発生させる。また、上述したように照明器具の形状が１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの雑音帯域に影響し、雑音レベルが変化する場合もある。例えば、図５及び図６に示す照明器具Ａにおいて、直流電源回路１や高周波電源回路２を構成する半導体素子にＳｉ系半導体素子を用いた場合には、上記の半導体素子で発生した雑音がランプ線を経由して反射板８３や遮光部材８６、反射板７１ｃなどに誘導され、さらにこれらと電気的に接触する筐体を流れることで上記の雑音が電源線に重畳される可能性がある。
【００３６】
これに対して本実施形態では、上記の半導体素子にワイドバンドギャップ半導体素子を用いており、このワイドバンドギャップ半導体素子は、Ｓｉ系半導体素子に比べて逆回復時間や逆回復時間の温度特性がほとんどないことから、広い温度領域での雑音低減が可能である。そして、雑音源である半導体素子の雑音を低減することで、ランプ線を介して誘導される１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ帯域の雑音を抑えることもできる。
【００３７】
ここにおいて、本実施形態の無電極放電灯点灯装置は、全点灯（ＦＵＬＬ点灯）と調光比５０％に対応させた段調光型の点灯装置であり、全点灯時の入力電流は調光点灯時の入力電流の約２倍程度になるため、大きな損失差が生じる。例えば、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３に従来のＳｉ系半導体素子を用いた場合には、全点灯時の温度は調光点灯時の温度よりも数十℃程度高くなる場合があり、これをＳｉ系半導体素子の逆回復時間の温度特性に換算すると雑音スペクトルが数ＭＨｚ程度ずれるのに相当し、より広い周波数範囲に亘って雑音対策を行わなければならないことを意味する。
【００３８】
これに対して本実施形態では、高周波電源回路２のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３にワイドバンドギャップ半導体素子を用いているため、発熱量を低減することができて温度差を小さくすることができ、また逆回復時間や逆回復時間の温度特性がほとんどないことから、雑音についても低減することができる。
【００３９】
また、本実施形態の直流電源回路１は、１００Ｖ〜２４２Ｖの入力電圧に対応させたユニバーサル電源であり、１００Ｖ系使用時の入力電流は２００Ｖ系使用時の入力電流の約２倍程度にもなるため、大きな損失差が生じる。例えば、従来のＳｉ系半導体素子を直流電源回路１のスイッチング素子Ｑ１に用いた場合には、１００Ｖ系使用時の温度は２００Ｖ系使用時の温度よりも数十℃程度高くなることがある。これは、Ｓｉ系半導体素子の逆回復時間の温度特性に換算すると、雑音スペクトルが数ＭＨｚ程度ずれるのに相当し、より広い周波数範囲に対して雑音対策をしなければならないことを意味する。
【００４０】
これに対して本実施形態では、ワイドバンドギャップ半導体素子を直流電源回路１のスイッチング素子Ｑ１に用いているため、発熱量を低減することができて温度差を小さくすることができ、また逆回復時間や逆回復時間の温度特性がほとんどないため、雑音についても低減することができる。
【００４１】
而して、本実施形態によれば、無電極放電灯点灯装置を構成する半導体素子にワイドバンドギャップ半導体素子を用いることで、照明器具Ａとの結合で影響の出る数十ＭＨｚ帯域の雑音を低減することができる。また、無電極放電灯点灯装置の場合、百ｋＨｚ〜数十ＭＨｚ、数十ＧＨｚの高周波で動作するため電力損失が大きく、また主な雑音源にもなりうるが、高周波特性が良好なワイドバンドギャップ半導体素子を用いることで電力損失及び雑音を効果的に低減することができる。さらに、無電極放電灯点灯装置のカプラ３０では、構造的にカプラ３０からの輻射雑音や、カプラ３０と周囲筐体（例えば反射板など）との結合による雑音増大が問題となりやすいが、雑音源である半導体素子（ダイオードＤ１やスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３など）からの雑音を低減することでこれらの雑音についても低減することができる。
【００４２】
また、上記のワイドバンドギャップ半導体素子としてＧａＮ系半導体素子を用いた場合には高周波特性がさらによくなることから高効率化を図ることができ、ＳｉＣ系半導体素子を用いた場合にはオン抵抗が低く高耐圧な素子を実現できるため、より高い始動電圧を印加することができ、始動性がさらに向上するという利点がある。特に、本実施形態のような周波数可変調光や、オン・オフを繰り返して調光制御を行う間欠調光のように再点弧電圧が発生するような場合においても、耐圧に対する信頼性を確保することができる。
【００４３】
図７は本実施形態の無電極放電灯点灯装置（照明点灯装置）の他の例を示す回路図であり、本点灯装置は、商用交流電源１３から出力される交流電圧を直流電圧に変換する直流電源回路１と、直流電源回路１の出力端に接続された高周波電源回路２と、高周波電源回路２の出力端に一次巻線ＬＭ１が接続されたトランス６と、トランス６の二次巻線ＬＭ２に接続された共振回路７と、共振回路７の出力端に接続され、無電極放電灯４に近接配置される誘導コイル３とを備える。
【００４４】
直流電源回路１は、商用交流電源１３から出力される交流電圧を全波整流することで直流電圧を生成する整流回路１０と、整流された電圧を平滑する平滑コンデンサＣ０とを備える。
【００４５】
高周波電源回路２は、４つのスイッチング素子が直並列に接続された所謂フルブリッジ型のインバータ回路であり、直流電源回路１の出力端に互いに直列接続されてなるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、同じく直流電源回路１の出力端に互いに直列接続されてなるスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４と、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオン・オフ制御する制御回路２０とを備える。制御回路２０は、所定のデューティ比の矩形波信号を出力する発振回路２０１と、発振回路２０１から出力される矩形波信号に基づいて各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオン・オフさせる駆動回路２０２とを備える。ここに、上記のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、例えばＦＥＴ等のトランジスタからなる。また、上述の制御回路２０により調光制御部が構成され、発振回路２０１に外部からの調光信号が入力されるようになっている。
【００４６】
トランス６は、一次巻線ＬＭ１の一端がスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点に接続されるとともに、一次巻線ＬＭ１の他端がスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続点に接続され、また二次巻線ＬＭ２の一端が高周波電源回路２のグランド電位側の端子と同一のラインに接続されるとともに、二次巻線ＬＭ２の他端が共振回路７に接続されている。
【００４７】
共振回路７は、高周波電源回路２の出力を共振動作によって数ｋＶ〜数十ｋＶの高周波高電圧に変換し、始動時にその高電圧を誘導コイル３に供給するもので、トランス６の二次巻線ＬＭ２の他端と誘導コイル３の他端との間に直列接続されたコイルＬ１及びコンデンサＣ１と、コイルＬ１とコンデンサＣ１の接続点に一端が接続されるとともに他端がグランド電位に接続されたコンデンサＣ２とで構成される。
【００４８】
ここで、図７に示した高周波電源回路２では、４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を用いているため、図１に示した高周波電圧回路２よりも損失増大、大型化、及び雑音増大の問題がより顕著となる。そのため、本例では高周波電源回路２を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４にワイドバンドギャップ半導体素子を用いており、その結果、高周波電源回路２の低損失化及び低雑音化を図ることができるとともに、装置の小型化を図ることができる。また、直流電源回路１を構成する整流回路１０のダイオードや、図示しない操作スイッチの操作に応じてオン・オフされるスイッチ１５についてもワイドバンドギャップ半導体素子を用いているため、直流電源回路１の低損失化及び低雑音化を図ることもできる。
【００４９】
ところで、無電極放電灯４を全点灯させたときと、調光比５０％で調光点灯させたときでは素子温度に差が生じ、このとき温度特性により素子特性が変化することから制御が難しくなる場合がある。例えば、図１に示したように、高周波電源回路２のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３にワイドバンドギャップ半導体素子を用いた場合には、高温時にゲート電流が増大することからすべての状態において最適制御するのが難しくなってしまう。そこで、例えば図８（ａ）（ｂ）に示すように、図１中の高周波電源回路２を構成するスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のゲート抵抗を調整することによって素子の温度特性を改善する。
【００５０】
図８（ａ）に示す例では、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のゲート端子と駆動回路２０の出力端との間に可変抵抗ＶＲ１，ＶＲ２がそれぞれ接続されており、制御回路２１からの信号によってスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のゲート抵抗を調整できるようになっている。また、図８（ｂ）に示す例では、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のゲート端子と駆動回路２０の出力端との間に抵抗Ｒ２０，Ｒ２１がそれぞれ接続されており、さらに抵抗Ｒ２０と並列にスイッチ２２及び抵抗Ｒ２２の直列回路が接続されるとともに、抵抗Ｒ２１と並列にスイッチ２３及び抵抗Ｒ２３の直列回路が接続されている。そして、制御回路２１からの信号によってスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のゲート抵抗を調整できるようになっている。
【００５１】
具体的には、ＰＷＭ発振回路５（図１参照）が無電極放電灯４を調光制御していない状態、つまり全点灯時には、調光制御時に比べてスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のゲート抵抗を低くすることで、ゲート波形のなまりがなくなって電力消費量が低下する。その結果、調光時との素子温度差を小さくすることができて、温度特性による影響を小さくすることができる。また全点灯時に、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のゲート抵抗を低くすることで素子の発熱を低減することもできる。
【００５２】
さらに、雑音が大きくなりやすい調光時には、非調光時よりもスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のゲート抵抗を高くすることで雑音を低減することができる。また、ゲート電流が増大する高温時に全点灯させる場合には、調光時よりもゲート抵抗を低くすることでゲート電流をより供給しやすくなるという利点もある。
【００５３】
なおここでは、非調光時（全点灯時）において調光時よりもスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のゲート抵抗を低くすることで電力消費量を減らしているが、例えばゲート抵抗を低くする代わりにゲート電圧を高くしてもよく、この場合スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のオン抵抗が低くなるため、同様に電力消費量を減らすことができ、その結果、調光時との素子温度差を小さくすることができて、温度特性による影響を小さくすることができる。
【００５４】
さらに、直流電源回路１の出力Ｖ１（図１参照）を増減させて調光制御を行う場合には、直流電源回路１を構成するスイッチング素子Ｑ１についても全点灯時と調光時で素子特性が変化することから、同様に調光制御していない全点灯時には、調光時に比べてスイッチング素子Ｑ１のゲート抵抗を低くするか、又は、ゲート電圧を高くして温度特性による影響が小さくなるように制御すればよい。
【００５５】
またこの場合、雑音が大きくなりやすい調光時には、非調光時よりもスイッチング素子Ｑ１のゲート抵抗を高くするか、又はゲート電圧を低くすることで雑音を低減することができ、さらに全点灯時には、調光時よりもゲート抵抗を低くするか、又はゲート電圧を高くすることで素子の発熱を低減することができる。さらに、ゲート電流が増大する高温時に全点灯させる場合には、調光時よりもゲート抵抗を低くするか、又はゲート電圧を高くすることでゲート電流をより供給しやすくなるという利点もある。
【００５６】
図９は本実施形態の無電極放電灯点灯装置（照明点灯装置）のさらに他の例を示す回路図であり、本点灯装置は、磁性コア３０に巻回され高周波電流が供給されると無電極放電灯４に誘導電界を誘起する誘導コイル３と、誘導コイル３に高周波電圧を印加して高周波電流を供給する高周波電源回路２と、無電極放電灯４の調光点灯中に無電極放電灯４が点灯維持する点灯期間と、無電極放電灯４が点灯維持できない不点灯期間とのそれぞれの期間における高周波電圧の周波数を制御して高周波電圧の大きさを変動させる調光制御回路（調光制御部）８とを備える。なお、高周波電源回路２、誘導コイル３及び無電極放電灯４については上述と同様であり、ここでは詳細な説明を省略する。
【００５７】
調光制御回路８は、高周波電源回路２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン・オフを制御するドライバ８０と、ドライバ８０とグランドとの間に接続されたコンデンサＣ１及び抵抗Ｒ１と、ドライバ８０とグランドとの間において抵抗Ｒ１に並列に接続された抵抗Ｒ２及びスイッチング素子Ｑ３の直列回路とを備える。
【００５８】
ドライバ８０は発振器（図示せず）を内蔵し、外部からの調光信号に応じてスイッチング素子Ｑ３のオン・オフが切り替わることで発振周波数が変動し、この発振周波数で矩形波のスイッチング信号をスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に交互に出力して、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をスイッチング動作させて高周波電源回路２の駆動周波数を切り替える。ドライバ８０は、不点灯期間から点灯期間へ切り替わった直後（再点弧期間）に印加される高周波電圧の大きさが一定となるように不点灯期間の高周波電源回路２の駆動周波数、つまり不点灯期間に誘導コイル３に印加される高周波電圧の周波数を設定する。
【００５９】
スイッチング素子Ｑ３を切り替える調光信号は、例えばＨ（ハイ）とＬ（ロー）が交互に切り替わる電圧信号であり、オンデューティを変化させることで無電極放電灯４の点灯期間と不点灯期間の割合を変化させる。なお、調光信号のオン・オフの繰り返し周波数は人間の目がちらつきを感じないように１００Ｈｚ以上とする。
【００６０】
このときのドライバ８０の発振周波数は、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１，Ｒ２及びスイッチング素子Ｑ３によって決定され、調光信号によってスイッチング素子Ｑ３がオフの場合には１／（Ｒ１×Ｃ１）に基づく周波数となり、スイッチング素子Ｑ３がオンの場合には１／{（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）×Ｃ１}に基づく周波数となる。
【００６１】
本例においても、高周波電源回路２を構成するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２にワイドバンドギャップ半導体素子を用いることで、同様に高周波電源回路２の低損失化及び低雑音化を図ることができるとともに装置の小型化を図ることができる。
【００６２】
ここに本実施形態では周波数可変調光を例に説明したが、例えば高周波電源回路２の駆動周波数を高周波側にシフトし、共振周波数からずらすことで調光制御する周波数調光や、オン・オフを繰り返して調光制御する間欠調光であってもよい。また本実施形態では、直流電源回路１及び高周波電源回路２を構成するすべての半導体素子（例えば図１では、整流回路１０のダイオード、ダイオードＤ１及びスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３）にワイドバンドギャップ半導体素子を用いた場合について説明したが、少なくとも何れか１つがワイドバンドギャップ半導体素子であればよい。さらに、直流電源回路１は、米国２７７Ｖ仕様まで含めた１００Ｖ〜２７７Ｖ対応のユニバーサル電源であってもよい。また本実施形態では、調光比が５０％の場合について説明したが、調光比は０％〜１００％の間であればよく、本実施形態に限定されない。さらに本実施形態では、段調光型の点灯装置を例に説明したが、連続調光型のものであってもよい。
【００６３】
（実施形態２）
図１０は本実施形態のＬＥＤ照明器具の一例を示す回路図であり、複数（図１０では４個）の発光ダイオードＬＤ１〜ＬＤ４からなる発光部と、直流電源回路１及びフィルタ回路９からなる回路部とを備える。
【００６４】
フィルタ回路９は、ヒューズＦ１、コンデンサＣ３及びラインフィルタＬＦ１からなり、商用交流電源１３の一端にヒューズＦ１が直列に接続され、商用交流電源１３の他端とヒューズＦ１の出力端と並列にコンデンサＣ３及びラインフィルタＬＦ１が接続される。
【００６５】
直流電源回路１は、フライバック型のＤＣ−ＤＣコンバータであって、フィルタ回路９の出力端に接続される全波整流器１０と、全波整流器１０と並列に接続されるコンデンサＣ１と、コンデンサＣ１の出力端間に接続されるトランスＴ１及びスイッチング素子Ｑ１の直列回路とを備える。また、直流電源回路１は、スイッチング素子Ｑ１のオン・オフを制御する第１の制御回路１１と、第１の制御回路１１に対して所定のフィードバック信号を出力する第２の制御回路１２とを備える。
【００６６】
第１の制御回路１１はトランスＴ１の１次側に設けられ、フィードバック端子ＦＢからの入力値に応じてスイッチング素子Ｑ１のスイッチング信号を出力する。また、第２の制御回路１２はトランスＴ１の２次側に設けられ、発光ダイオードＬＤ１〜ＬＤ４への出力電流を抵抗Ｒ１により電圧変換した値を入力信号とし、フィードバック信号を生成する。この第２の制御回路１２の出力にはフォトカプラＰＣ１の発光素子が接続され、このフォトカプラＰＣ１の受光素子は第１の制御回路１１のフィードバック入力端子ＦＢに接続されている。ここに、第１の制御回路１１には外部から調光信号が入力されるようになっており、この調光信号に応じてスイッチング素子Ｑ１の駆動周波数を決定するのである。つまり、本実施形態では、上記の調光信号に応じて直流電源回路１の出力電圧を増減することで調光制御を行っている。
【００６７】
次に、回路動作について説明する。直流電源回路１は、所謂フライバック型の直流電源装置であり、スイッチング素子Ｑ１に並列接続されたコンデンサＣ４を持つ部分共振型である。商用交流電源１３から入力された電圧は入力コネクタＣＯＮ１を介してフィルタ回路９に入力され、全波整流器１０により全波整流される。全波整流された電圧はコンデンサＣ１を介してトランスＴ１及びスイッチング素子Ｑ１の直列回路に印加される。スイッチング素子Ｑ１が閉じている場合には、トランスＴ１には電流が流れるため磁気エネルギーとして充電され、スイッチング素子Ｑ１が開放になった場合には、その磁気エネルギーが二次巻線、ダイオードＤ１を介して出力側に放出される。
【００６８】
その出力電圧はコンデンサＣ２により平滑化され、出力コネクタＣＯＮ２を介して出力される。直流電源回路１から出力される電圧は発光ダイオードＬＤ１〜ＬＤ４に供給され、各発光ダイオードＬＤ１〜ＬＤ４の順方向電圧の合計以上の電圧になった場合に各発光ダイオードＬＤ１〜ＬＤ４が点灯する。
【００６９】
ここで、直流電源回路１の駆動周波数は高周波であることから、直流電源回路１を構成する半導体部品の電力損失が大きくなって効率低下の原因となってしまい、さらに半導体部品の電力損失が大きくなるにつれて発熱量も増加することから、装置の大型化や放熱構造の複雑化、組立性の悪化、デザインの制約、そして熱に対する信頼性低下の原因となってしまう。そこで、本実施形態においても、上記の問題を解決すべく、直流電源回路１を構成する整流回路１０のダイオードや、ダイオードＤ１〜Ｄ３、スイッチング素子Ｑ１にワイドバンドギャップ半導体素子を用いている。
【００７０】
その結果、従来のＳｉ系半導体素子を用いた場合に比べて、直流電源回路１で発生する電力損失を低減することができる。また、電力損失を低減することで発熱量を抑えることができ、しかもワイドバンドギャップ半導体素子は高温時の動作も可能であることから、従来例のように複雑な放熱構造を設けなくてもよく、小型のＬＥＤ照明器具を提供することができる。さらに、放熱構造の簡素化、組立性向上、デザインの自由度向上、及び熱に対する信頼性向上なども期待できる。
【００７１】
ここで、発光ダイオードＬＤ１〜ＬＤ４を調光点灯させた場合、発光ダイオードＬＤ１〜ＬＤ４の温度が大きく変化するため、直流電源回路１を構成する各半導体素子がその影響を受ける場合があるが、本実施形態ではワイドバンドギャップ半導体素子を用いており、高温時でも動作が可能であるため、発光ダイオードＬＤ１〜ＬＤ４からの発熱の影響を低減することができる。また、直流電源回路１を含む回路部を発光ダイオードＬＤ１〜ＬＤ４に近接して配置することができるので、小型のＬＥＤ照明器具を提供することができる。
【００７２】
ここに本実施形態では、外部からの調光信号に応じて直流電源回路１の出力電圧を増減させることで調光制御を行っているが、例えば直流電源回路１の出力をオン・オフして調光制御するＰＷＭ調光であってもよい。また本実施形態では、発光部が発光ダイオードＬＤ１〜ＬＤ４である場合について説明したが、有機ＥＬであってもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１  直流電源回路（チョッパ回路）
２  高周波電源回路
３  誘導コイル（発光部）
４  無電極放電灯（発光部）
５  ＰＷＭ発振回路（調光制御部）
２０  駆動回路
Ｑ２，Ｑ３  スイッチング素子
【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】
2012048981.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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