(57)【要約】【課題】定格電流の比較的小さな電源装置からの電源供給でも動作可能な定電流出力回路およびその定電流出力回路を備える照明装置を提供する。【解決手段】定電流出力回路１００は、制御ＩＣ１２３を備え制御ＩＣ１２３のスイッチング制御によって入力電流を一定電流に変換して出力する定電流回路１２０と、定電流回路１２０に入力される電圧が所定電圧を超えている場合に制御ＩＣ１２３に対して動作電力を供給し、定電流回路１２０に入力される電圧が所定電圧以下の場合に制御ＩＣ１２３に対する動作電力の供給を停止する動作電力供給回路１１０と、を備えている。そして、定電流回路１２０は、制御ＩＣ１２３が動作を停止している間、電流の出力を停止する。これにより、定電流出力回路１００は、直流電源装置２００の定格電流が比較的小さなものであっても動作が可能になる。【選択図】図１
2012157099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御手段を備え、該制御手段のスイッチング制御によって入力電流を一定電流に変換して出力する定電流回路と、
前記定電流回路に入力される電圧が所定電圧を超えている場合に前記制御手段に対して動作電力を供給し、前記定電流回路に入力される電圧が所定電圧以下の場合に前記制御手段に対する動作電力の供給を停止する動作電力供給回路と、を備え、
前記定電流回路は、前記制御手段が動作を停止している間、電流の出力を停止する、
ことを特徴とする定電流出力回路。
【請求項２】
前記定電流回路は、前記制御手段のスイッチング制御により入力電圧を降圧する降圧チョッパ回路である、
ことを特徴とする請求項１に記載の定電流出力回路。
【請求項３】
前記定電流回路は、
前記制御手段によって制御され、スイッチオンにより前記定電流回路からの電流の出力を開始し、スイッチオフにより電流の出力を停止する第１のスイッチング手段、を備え、
前記第１のスイッチング手段は、前記制御手段の動作停止中、スイッチオフする、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の定電流出力回路。
【請求項４】
前記動作電力供給回路は、
前記定電流回路に入力される電圧が所定電圧を超えている場合に電流を通過させ、所定電圧以下の場合に電流を遮断するツェナーダイオードと、
前記ツェナーダイオードが電流を通過させた場合にスイッチオンして前記制御手段に動作電力を供給し、前記ツェナーダイオードが電流を遮断した場合にスイッチオフして前記制御手段に対する動作電力の供給を停止する第２のスイッチング手段と、を備える、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の定電流出力回路。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の定電流出力回路と、
前記定電流出力回路から電力が供給される照明用光源と、を備える、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項６】
前記照明用光源は、発光ダイオードである、
ことを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定電流出力回路および照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源としてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）が使用され始めている。特許文献１には、ＬＥＤを所望の設定電流で駆動するＬＥＤ駆動装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１５８０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＬＥＤ等のダイオードは、流れる電流の大きさに関わらず、電圧降下はほぼ一定である。そのため、特許文献１に示すようなＬＥＤに流れる電流を一定に制御する回路では、回路に入力される電圧の大きさに関わらず、ＬＥＤに出力される電力（ＬＥＤの電圧降下×ＬＥＤに流れる電流）もほぼ一定になる。
【０００５】
このような回路では、入力電圧が低くなったときは、引き込む電流を大きくすることで電力を一定に保とうとする。そのため、電源にバッテリを使用する場合など、入力電圧が低くなる可能性がある場合は、回路前段に定格電流の大きい高価な電源装置を用意する必要がある。
【０００６】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、定格電流の比較的小さな電源装置からの電源供給でも動作可能な定電流出力回路およびその定電流出力回路を備える照明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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る定電流出力回路は、
制御手段を備え、該制御手段のスイッチング制御によって入力電流を一定電流に変換して出力する定電流回路と、
前記定電流回路に入力される電圧が所定電圧を超えている場合に前記制御手段に対して動作電力を供給し、前記定電流回路に入力される電圧が所定電圧以下の場合に前記制御手段に対する動作電力の供給を停止する動作電力供給回路と、を備え、
前記定電流回路は、前記制御手段が動作を停止している間、電流の出力を停止する、
ことを特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る照明装置は、
上記定電流出力回路と、
前記定電流出力回路により電力が供給される照明用光源と、を備える、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
定格電流の比較的小さな電源装置からの電源供給でも動作可能な定電流出力回路およびその定電流出力回路を備える照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態の定電流出力回路を説明するためのブロック図である。
【図２】本実施形態の定電流出力回路の動作を説明するための図であり、（Ａ）はスイッチング素子のゲート電圧、（Ｂ）は直流電源装置の出力電圧、（Ｃ）は制御ＩＣのＶｉｎ端子（動作電力入力端子）電圧をそれぞれ示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態の定電流出力回路１００は、直流電流を出力する直流電源装置２００からの入力を基に、例えば、無機結晶から構成される発光ダイオードを複数直列に接続した構造のＬＥＤ３００に対し、一定電流を出力するＤＣ／ＤＣコンバータである。定電流出力回路１００は、図１に示すように、動作電力供給回路１１０と、定電流回路１２０とから構成される。
【００１２】
動作電力供給回路１１０は、制御ＩＣ１２３に動作用の電力（以下、「動作電力」という）を供給するための回路であり、図１に示すように、ツェナーダイオード１１１と、抵抗１１２と、コンデンサ１１３と、トランジスタ１１４とから構成される。
【００１３】
ツェナーダイオード１１１は、ツェナー電圧Ｖｚの定電圧ダイオードであり、カソードは直流電源装置２００のＧＮＤ（接地）端子（負極側電極端子）に、アノードは抵抗１１２の一端およびコンデンサ１１３の一端に接続される。ツェナーダイオード１１１のアノードはトランジスタ１１４のベースに接続されており、ベース電圧Ｖ２は、ツェナーダイオード１１１のツェナー効果によって、ツェナー電圧Ｖｚ以下に抑制される。
【００１４】
抵抗１１２およびコンデンサ１１３は、ツェナーダイオード１１１やトランジスタ１１４のスイッチングで発生する急峻な電圧・電流の変化を吸収するためのサージ吸収用素子として機能する。
【００１５】
トランジスタ１１４は、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタから構成される。トランジスタ１１４のコレクタは、制御ＩＣ１２３の電源入力端子Ｖｉｎに、エミッタは導線等を介して直流電源装置２００のＶｄｄ端子（正極側電極端子）に接続される。なお、直流電源装置２００のＶｄｄ端子とトランジスタ１１４のエミッタの間には、ツェナーダイオード１１１やトランジスタ１１４が発生させるサージを吸収するため、抵抗１１２およびコンデンサ１１３の一端が接続されている。トランジスタ１１４は、エミッタ電圧Ｖ１（＝電源電圧Ｖ１）とベース電圧Ｖ２との間に電圧差が生じると、エミッタ−コレクタ間に電流を流して制御ＩＣ１２３に動作電力を供給する。
【００１６】
定電流回路１２０は、ＬＥＤ３００に流れる電流（以下、「ＬＥＤ電流」という）を一定に保つ機能を備えた降圧チョッパ回路であり、スイッチング素子１２１と、電流検出抵抗１２２と、制御ＩＣ１２３と、ダイオード１２４と、コンデンサ１２５と、コイル１２６とから構成される。
【００１７】
スイッチング素子１２１は、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）から構成される。スイッチング素子１２１のゲートは、制御ＩＣ１２３のＧＡＴＥ端子に、ドレインはトランジスタ１１４、抵抗１１２、およびコンデンサ１１３の一端を間に挟んで直流電源装置２００のＶｄｄ端子に、ソースはダイオード１２４の一端およびコイル１２６の一端に接続されている。スイッチング素子１２１は、制御ＩＣ１２３からゲートに制御ＩＣ１２３のＧＡＴＥ端子に設定された所定電圧（以下、「設定電圧」という）が印加されると、ドレイン−ソース間を接続（スイッチオン）して電流を通過させる。また、制御ＩＣ１２３からゲートに０Ｖ電圧が印加されると、スイッチング素子１２１は、ドレイン−ソース間を切断（スイッチオフ）して電流を遮断する。なお、スイッチング素子１２１のゲートは、制御ＩＣ１２３内部のプルダウン抵抗（図示せず）に接続されており、制御ＩＣ１２３が動作していない間、ＧＮＤ電圧（接地電圧）に保たれる。
【００１８】
電流検出抵抗１２２は、ＬＥＤ３００に流れる電流（以下、「ＬＥＤ電流」という）の大きさを検出するための抵抗であり、その一端はＬＥＤ３００のカソードに、他端は直流電源装置２００のＧＮＤ端子に接続されている。また、電流検出抵抗１２２の一端（ＬＥＤ３００のカソードに接続されている側）は、図１に示すように、制御ＩＣ１２３のＦＢ端子に接続されている。
【００１９】
制御ＩＣ１２３は、プロセッサ等から構成され、電流検出抵抗１２２の両端電圧（ＧＮＤ−Ｖ１間電圧）と、内部のメモリ（図示せず）に予め記憶しておいた電流検出抵抗１２２の抵抗値とに基づいてＬＥＤ電流を算出する。また、制御ＩＣ１２３は、スイッチング素子１２１を制御するためのポート出力端子であるＧＡＴＥ端子を備えており、算出したＬＥＤ電流が一定となるように、スイッチング素子１２１のゲートを、例えば、ＰＷＭ方式でスイッチング制御する。ここでＰＷＭ方式とは、図２（Ａ）に示すように、スイッチング素子１２１のオンオフの時間（デューティ比）を変更しながらスイッチングを制御する方式のことをいう。スイッチング制御により生成されたパルス波は、ダイオード１２４、コンデンサ１２５、及びコイル１２６によって平滑され、直流電圧Ｖ２としてＬＥＤ３００に出力される。
【００２０】
次に、このような構成を有する定電流出力回路１００の動作について説明する。
ユーザ等により直流電源装置２００に電源が投入されると、直流電源装置２００は定電流出力回路１００に電源電圧Ｖｄｄの供給を開始する。すると、電源電圧Ｖｄｄは、図２（Ｂ）に示すように、ツェナー電圧Ｖｚを超えて昇圧する。トランジスタ１１４はエミッタからベースに電流を流し、ベース電圧Ｖ２を昇圧させようとするが、トランジスタ１１４のベースはツェナーダイオード１１１に接続されているため、ベース電圧Ｖ２は、ツェナーダイオードのツェナー効果によって、ツェナー電圧Ｖｚ以下に抑制される。そうすると、エミッタ電圧Ｖ１（＝電源電圧Ｖｄｄ）とベース電圧Ｖ２との間には電位差が生じることになり、これによりトランジスタ１１４はエミッタ−コレクタ間を接続し、制御ＩＣ１２３のＶｉｎ端子（動作電力入力端子）に、制御ＩＣ１２３が動作するための動作電力を供給する。
【００２１】
動作電力が供給されると、制御ＩＣ１２３は、スイッチング素子１２１のＰＷＭ制御（ゲートに設定電圧とＧＮＤ電圧の印加を高速に繰り返す動作）を開始する。ゲートに設定電圧が印加されている間（図２（Ａ）の“オン”期間）、スイッチング素子１２１はドレイン−ソース間を接続する。ドレイン−ソース間が接続されると、定電流回路１２０は、コイル１２６に電気エネルギーを蓄えるとともに、ＬＥＤ３００に電流を流す。
【００２２】
これに対して、スイッチング素子１２１のゲートにＧＮＤ電圧が印加されている間（図２（Ａ）の“オフ”期間）、スイッチング素子１２１は、ドレイン−ソース間を切断する。ドレイン−ソース間が切断されると、定電流回路１２０には、コイル１２６、ＬＥＤ３００、電流検出抵抗１２２、および、ダイオード１２４をつなぐ電流路が形成される。コイル１２６は、“オン”期間に蓄えた電気エネルギーを使って、この電流路に電流を流す。電気エネルギーが消費され、徐々に電流量が減少してくると、制御ＩＣ１２３は、再び、スイッチング素子１２１に設定電圧を印加し、ドレイン−ソース間を接続する。
【００２３】
制御ＩＣ１２３は、内部のメモリ（図示せず）に電流検出抵抗１２２の抵抗値を保持している。制御ＩＣ１２３は、ＦＢ端子に入力された電流検出抵抗１２２の一端の電圧Ｖ５を、この抵抗値で除算することによって、一定時間毎に、ＬＥＤ電流を算出する。制御ＩＣ１２３は、算出したＬＥＤ電流の値が一定値となるように、ＰＷＭ制御のデューティ比を適宜変更する。
【００２４】
なお、直流電源装置２００にバッテリなどを使用していると、定電流出力回路１００に入力される電圧Ｖ１が蓄電量の減少とともに低下する。この場合、制御ＩＣ１２３は、スイッチング素子１２１に対する設定電圧の印加時間（図２（Ａ）の“オン”期間）を増加させることによって（すなわち、直流電源装置２００から引き込む電流を大きくすることによって）、出力電力を一定に保とうとする。電源電圧Ｖｄｄの低下が、図２（Ｂ）に示すように、大きくなってくると、定電流出力回路１００は出力電力を維持しようとして、直流電源装置２００の定格電流を超えて電流を引き込もうとする。そうなると、直流電源装置２００に異常発熱等の不具合が生じることになる。
【００２５】
しかしながら、本実施形態の定電流出力回路１００は、電圧Ｖ２が所定の電圧（具体的にはツェナー電圧Ｖｚ）を下回ると、以下に説明する動作によって、直流電源装置２００から電流を引き込むのを停止するので、異常発熱等の不具合は抑制される。
【００２６】
ツェナーダイオード１１１は、電圧Ｖ２がツェナー電圧Ｖｚを下回ると、ツェナー効果によってカソードからアノードへの電流を遮断する。そうすると、トランジスタ１１４のベース−エミッタ間には電流が流れなくなり、その結果、トランジスタ１１４のエミッタ−コレクタ間が切断される。エミッタ−コレクタ間が切断されると、図２（Ｃ）に示すように、Ｖｉｎ端子への電圧の印加が停止されるので、制御ＩＣ１２３は動作を停止することになる。スイッチング素子１２１のゲートは、上述したように、制御ＩＣ１２３のＧＡＴＥ端子を介してプルダウン抵抗（図示せず）に接続されているので、その電位は、制御ＩＣ１２３が動作を停止するとＧＮＤ電圧になる。そうすると、スイッチング素子１２１はドレイン−ソース間を切断し、ＬＥＤ３００には電流が流れなくなる。その結果、定電流出力回路１００は直流電源装置２００から電流を引き込まなくなり、直流電源装置２００から過度に電流が入力されるのが抑制される。
【００２７】
本実施形態によれば、電源電圧Ｖｄｄがツェナー電圧Ｖｚを下回ると、定電流出力回路１００は直流電源装置２００から電流を引き込まなくなるので、定電流出力回路１００に所定以上の電流が流れ込むことが抑制される。その結果、定電流出力回路１００の前段に定格電流の大きい高価な部品（直流電源装置等）を用意して、電圧の低下に備える必要がなくなる。
【００２８】
また、直流電源装置２００がスロースタートする場合（起動後、徐々に電源電圧Ｖｄｄを昇圧させる場合）であっても、電源電圧Ｖｄｄが低い間、定電流出力回路１００は直流電源装置２００から電流を引き込まないので、スタート時に直流電源装置２００に不具合が発生するのを抑制できる。そのため、定電流出力回路１００に別途保護回路等を用意する必要がなくなる。
【００２９】
なお、ＬＥＤ３００は無機結晶から構成される発光ダイオードに限られない。有機分子から構成される有機ＥＬ等であってもよい。その他、光、熱を発する抵抗、例えば、電球や蛍光灯等であってもよい。
【００３０】
また、定電流出力回路１００に電力を供給する装置（回路）は上述の直流電源装置２００に限られず、例えば、商用の交流電力を直流電力に変換して供給するＡＣ−ＤＣコンバータ等であってもよい。
【００３１】
また、スイッチング素子１２１は、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴに限られない。Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴ、Ｐチャネル型のＪＦＥＴ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  ＦＥＴ）、Ｎチャネル型のＪＦＥＴ等のＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴ以外のユニポーラトランジスタ（電界効果トランジスタ）であってもよい。また、ＰＮＰ型、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタであってもよい。
【００３２】
また、トランジスタ１１４は、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタに限られない。ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタであってもよいし、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ、Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴ、Ｐチャネル型のＪＦＥＴ、Ｎチャネル型のＪＦＥＴ、Ｎチャネル型等のユニポーラトランジスタであってもよい。その他、リレーや機械式のスイッチであってもよい。
【００３３】
また、定電流出力回路１００は、上述したような降圧型チョッパ回路に限られない。昇圧チョッパ回路、フライバックコンバータ、フォワードコンバータ等のスイッチング制御型のＤＣ／ＤＣコンバータであってもよい。
【００３４】
また、動作電力供給回路１１０の構成は、ツェナーダイオード１１１やトランジスタ１１４を使用した構成に限られない。例えば、コンパレータを使って所定電圧と直流電源装置２００のＶｄｄ端子電圧とを比較し、Ｖｄｄ端子電圧が所定電圧を超えた場合に、制御ＩＣ１２３のＶｉｎ端子に動作電力を供給し（例えば、直流電源装置２００のＶｄｄ端子電圧と制御ＩＣ１２３のＶｉｎ端子との間に設置したスイッチング素子をコンパレータの出力でオンし）、Ｖｄｄ端子電圧が所定電圧以下の場合に、Ｖｉｎ端子に対する動作電力の供給を停止する（例えば、Ｖｄｄ端子電圧とＶｉｎ端子との間に設置したスイッチング素子をコンパレータの出力でオフする）構成としてもよい。
【００３５】
上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
【００３６】
（付記１）制御手段を備え、該制御手段のスイッチング制御によって入力電流を一定電流に変換して出力する定電流回路と、
前記定電流回路に入力される電圧が所定電圧を超えている場合に前記制御手段に対して動作電力を供給し、前記定電流回路に入力される電圧が所定電圧以下の場合に前記制御手段に対する動作電力の供給を停止する動作電力供給回路と、を備え、
前記定電流回路は、前記制御手段が動作を停止している間、電流の出力を停止する、
ことを特徴とする定電流出力回路。
【００３７】
（付記２）前記定電流回路は、前記制御手段のスイッチング制御により入力電圧を降圧する降圧チョッパ回路である、
ことを特徴とする付記１に記載の定電流出力回路。
【００３８】
（付記３）前記定電流回路は、
前記制御手段によって制御され、スイッチオンにより前記定電流回路からの電流の出力を開始し、スイッチオフにより電流の出力を停止する第１のスイッチング手段、を備え、
前記第１のスイッチング手段は、前記制御手段の動作停止中、スイッチオフする、
ことを特徴とする付記１または２に記載の定電流出力回路。
【００３９】
（付記４）前記動作電力供給回路は、
前記定電流回路に入力される電圧が所定電圧を超えている場合に電流を通過させ、所定電圧以下の場合に電流を遮断するツェナーダイオードと、
前記ツェナーダイオードが電流を通過させた場合にスイッチオンして前記制御手段に動作電力を供給し、前記ツェナーダイオードが電流を遮断した場合にスイッチオフして前記制御手段に対する動作電力の供給を停止する第２のスイッチング手段と、を備える、
ことを特徴とする付記１乃至３のいずれかに記載の定電流出力回路。
【００４０】
（付記５）付記１乃至４のいずれかに記載の定電流出力回路と、
前記定電流出力回路から電力が供給される照明用光源と、を備える、
ことを特徴とする照明装置。
【００４１】
（付記６）前記照明用光源は、発光ダイオードである、
ことを特徴とする付記５に記載の照明装置。
【符号の説明】
【００４２】
１００      定電流出力回路
１１０      動作電力供給回路
１１１      ツェナーダイオード
１１２      抵抗
１１３      コンデンサ
１１４      トランジスタ
１２０      定電流回路
１２１      スイッチング素子
１２２      電流検出抵抗
１２３      制御ＩＣ
１２４      ダイオード
１２５      コンデンサ
１２６      コイル
２００      直流電源装置
３００      ＬＥＤ
【図１】
2012157099.tif 000003
【図２】
2012157099.tif 000004