(57)【要約】【課題】負荷接続端が無負荷になったときでも高電圧が出力しない多灯用のＬＥＤ点灯装置を提供する。また、消費電力の小さい高効率のＬＥＤユニットを提供する。【解決手段】このＬＥＤ点灯装置は、電圧制限ダイオード素子Ｄ１、Ｄ２が出力側の電位を制限するため、負荷接続端Ｐａ、Ｐｂに過大な電圧が出力することはない。また、電圧制限ダイオード素子Ｄ１、Ｄ２の動作は調光動作に影響を与えないため、深い調光と高電圧対策とを両立することができる。また、このＬＥＤユニット７０は、発光ダイオード列７３ごとに設けられたトランジスタ素子ＴＲが電流値を支配的に決定するため、発光ダイオード列７３の順方向電圧にバラつきが存在しても電流値に偏りが発生しない。このため、低損失なエミッタ抵抗Ｒｂで機能し、消費電力の少ない省エネルギーなＬＥＤユニットを得ることができる。【選択図】図１
2017212197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電流を供給する直流電源部と、
前記直流電源部の出力間に直列に接続した第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子と、
前記第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とを交互にオン・オフする高周波発振制御部と、
前記第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子との接続点に複数並列に接続したＬＣ共振回路部と、
前記ＬＣ共振回路部のそれぞれの出力点に接続し、前記ＬＣ共振回路部からの交流出力を整流して負荷接続端に出力する出力整流部と、を有し、
前記ＬＣ共振回路部は、前記第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子との接続点に一端が接続した共振用インダクタ素子と、前記共振用インダクタ素子の他端と前記直流電源部の負極との間に接続した共振用コンデンサ素子と、を備え、
前記負荷接続端にＬＥＤユニットが接続する多灯用のＬＥＤ点灯装置において、
前記ＬＣ共振回路部は、カソードが前記直流電源部の正極と接続しアノードが前記共振用インダクタ素子と共振用コンデンサ素子との間に接続した第１の電圧制限ダイオード素子と、カソードが前記共振用インダクタ素子と共振用コンデンサ素子との間に接続しアノードが前記直流電源部の負極と接続した第２の電圧制限ダイオード素子のいずれか一方を少なくとも有することを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
【請求項２】
高周波発振制御部を所定の時間間隔で間欠動作させる間欠発振変調部をさらに有することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項３】
ＬＣ共振回路部が、第１の電圧制限ダイオード素子と第２の電圧制限ダイオード素子の両方を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項４】
出力整流部と負荷接続端との間に保護回路をそれぞれ有し、
前記保護回路は、
前記負荷接続端が無負荷の場合に無負荷信号を発する無負荷検出部と、
前記無負荷信号により前記負荷接続端間を短絡する保護スイッチング素子と、
前記保護スイッチング素子に保持電流を流下して間欠動作時のオフ期間に前記保護スイッチング素子の短絡状態を維持する保持配線と、を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項５】
直流阻止コンデンサを、共振用インダクタ素子と共振用コンデンサ素子との間、もしくは共振用コンデンサ素子と出力整流部との間に接続したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項６】
直流電源部が、商用電源を全波整流回路もしくは倍電圧整流回路にて整流することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項７】
直流電源部が、非絶縁型アクティブフィルタ回路もしくは絶縁型アクティブフィルタ回路を有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項８】
複数の発光ダイオード素子が直列接続した発光ダイオード列を複数並列に接続したＬＥＤユニットにおいて、
前記発光ダイオード列ごとにトランジスタ素子を備え、
前記発光ダイオード列と、前記トランジスタ素子のコレクタ、エミッタと、エミッタ抵抗とを直列に接続するとともに、前記トランジスタ素子の全てのベースを接続して、全ての前記トランジスタ素子に同一電位からのベース電流を流下させることを特徴とするＬＥＤユニット。
【請求項９】
複数の発光ダイオード素子が直列接続した発光ダイオード列を複数並列に接続したＬＥＤユニットを負荷接続端に有し、
前記ＬＥＤユニットは、
前記発光ダイオード列ごとにトランジスタ素子を備え、
前記発光ダイオード列と、前記トランジスタ素子のコレクタ、エミッタと、エミッタ抵抗とを直列に接続するとともに、前記トランジスタ素子の全てのベースを接続して、全ての前記トランジスタ素子に同一電位からのベース電流を流下させることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項１０】
回路基板を一体型もしくは任意の回路ポイントで分割して構成したことを特徴とした請求項１乃至請求項７、請求項９のいずれかに記載のＬＥＤ点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を複数接続したＬＥＤユニットを負荷として、このＬＥＤユニットを定電流にて複数点灯させるための多灯用のＬＥＤ点灯装置及び損失の少ないＬＥＤユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギーの機運が高まり、発光効率が高く長寿命で消費電力が少ない発光ダイオード素子を用いたＬＥＤ照明が広く普及している。また、発光ダイオード素子を複数接続したＬＥＤユニットを複数点灯させる多灯用のＬＥＤ点灯装置も商品化されている。ここで、発光ダイオード素子の順方向電圧にはバラつきが存在するとともに、温度によっても変化する。よって、複数の発光ダイオード素子で構成されたＬＥＤユニットの順方向電圧にも大きなバラつきが存在する。このため、ＬＥＤユニットは定電流で駆動することが照度の安定性や発光ダイオード素子の長寿命化の面から好ましい。この点、ＬＣ共振方式のＬＥＤ点灯装置はＬＥＤユニットの順方向電圧のバラつきや変動に関わらず、接続したＬＥＤユニットを定電流で駆動することができる。このためＬＣ共振方式の多灯用のＬＥＤ点灯装置では、発光ダイオード素子の数や種類が異なる複数種のＬＥＤユニットを混在させても、これらＬＥＤユニットを定電流で安定的に点灯することができる。
【０００３】
しかしながら、一般的な定電流点灯方式の多灯用ＬＥＤ点灯装置は高周波発振回路、高周波出力回路、電流検出・電流制御手段を含むＬＥＤ点灯回路を単純にＬＥＤユニットの数だけ並列接続したものが多い。このような多灯用のＬＥＤ点灯装置は部品点数が多く、回路構成が複雑となる他、コスト高であるという問題点がある。
【０００４】
この問題点に対して本願発明者らは下記［特許文献１］に記載の発明を行った。ここで図１４に［特許文献１］に記載の点灯装置１の回路図を示す。この［特許文献１］に記載の点灯装置１は、外部電源１０の電力を整流部２２にて整流し正極Ｂ（＋）、負極Ｂ（−）に出力する直流電源部２０と、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を有し正極Ｂ（＋）、負極Ｂ（−）から供給される直流電流を所定の高周波交流電流に変換して高周波出力点Ａから出力する高周波出力部５０（高周波出力回路）と、この高周波出力部５０のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を交互にスイッチング制御する高周波発振制御部４０（高周波発振回路）と、共振用インダクタ素子Ｌｆと共振用コンデンサ素子Ｃｆとを備えたＬＣ共振回路部３０’と、このＬＣ共振回路部３０’からの交流電力が出力する負荷接続端Ｐａ、Ｐｂと、を有している。そして、この負荷接続端Ｐａ、Ｐｂに複数の発光ダイオード素子７２を有するＬＥＤユニット７０’が接続する。このように［特許文献１］に記載の点灯装置１は、複数のＬＥＤユニット７０’を一つの高周波出力部５０と高周波発振制御部４０とで定電流駆動する。これにより、回路構成の簡略化と部品コストの低減とを図ることができる。
【０００５】
また、多灯用のＬＥＤ点灯装置では、ユーザが意図的にＬＥＤユニット７０’を取り外して間引き運転を行う場合がある。この場合、ＬＥＤユニット７０’が接続していない無負荷の負荷接続端Ｐａ、Ｐｂ間には高電圧が出力する。この問題点に関し［特許文献１］に記載の点灯装置１では、負荷接続端Ｐａ、Ｐｂ間が無負荷となったときにＬＣ共振回路部３０’の接続を開き、負荷接続端Ｐａ、Ｐｂへの高電圧の出力を防止する保護回路部６０’を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５３１９６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、［特許文献１］に記載の保護回路部６０’には誤作動を防止するため、ある程度の時間継続した無負荷信号が必要となる。このため、保護回路６０’が動作する前に１０ｋＶを超えるような高電圧が負荷接続端Ｐａ、Ｐｂ及び回路内に生じ、安全上問題がある他、回路素子が破損する可能性が有り、この点で更なる改善が望まれる。
【０００８】
また、ＬＥＤ照明の大きな特徴の一つとして調光が可能ということが挙げられる。そして、近年、減光率が９４％という深い（暗い）調光も要求されている。しかしながら、ＬＣ共振方式の点灯装置１は、ＬＣ共振回路部３０の動作周波数を共振点から大きく外すことができない。このため、動作周波数の変化による調光には限界があり、減光率の大きな調光には対応することができない。また、比較的低コストな調光方式の一つとして、ＬＥＤユニットの間欠点灯が挙げられる。これは、高周波出力部５０をスイッチングする高周波信号を間欠的に出力することでＬＥＤユニットを高速で点滅させ、この消灯期間（オフ期間）の比率を変化させることで調光（減光）を行うものである。しかしながら、［特許文献１］に記載の点灯装置１は保護回路部６０’がこの間欠動作に対応できず、深い調光と無負荷時の高電圧対策とを両立することができない。
【０００９】
また、多数の発光ダイオード素子を接続するＬＥＤユニットでは、例えば図１５のＬＥＤユニット７に示すように、複数の発光ダイオード素子７２を直列接続した発光ダイオード列７３を複数並列に接続して構成することが一般的である。しかしながら、前述のように個々の発光ダイオード素子７２の順方向電圧にはバラつきが存在し、よってこれらを直列接続した発光ダイオード列７３にも順方向電圧のバラつきが存在する。このため発光ダイオード列７３を単純に並列接続したＬＥＤユニット７では、ユニットに対する定電流駆動を行っても発光ダイオード列７３ごとに電流値がバラつき、定電流駆動のメリットを十分に生かすことができない。
【００１０】
尚、この問題点に対しては、発光ダイオード素子７２を順方向電圧ごとに選別し、発光ダイオード列７３の順方向電圧のバラつき自体を抑制することに加え、電流制限抵抗Ｒの抵抗値を上げ順方向電圧の影響を低減する対策が講じられる。しかしながら、電流制限抵抗Ｒの抵抗値を大きくすると損失が増大し、ＬＥＤユニット７全体としての消費電力が上昇するという問題点がある。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、負荷接続端が無負荷になったときでも高電圧が出力しない多灯用のＬＥＤ点灯装置を提供することを目的とする。また、消費電力の小さい高効率のＬＥＤユニット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】
【００１２】
本発明は、
（１）直流電流を供給する直流電源部２０と、前記直流電源部２０の出力間に直列に接続した第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２と、前記第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とを交互にオン・オフする高周波発振制御部４０と、前記第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２との接続点（高周波出力点Ａ）に複数並列に接続したＬＣ共振回路部３０と、前記ＬＣ共振回路部３０のそれぞれの出力点に接続し前記ＬＣ共振回路部３０からの交流出力を整流して負荷接続端Ｐａ、Ｐｂに出力する出力整流部ＤＢと、を有し、
前記ＬＣ共振回路部３０は、前記第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２との接続点Ａに一端が接続した共振用インダクタ素子Ｌｆと、前記共振用インダクタ素子Ｌｆの他端と前記直流電源部２０の負極Ｂ（−）との間に接続した共振用コンデンサ素子Ｃｆと、を備え、前記負荷接続端Ｐａ、ＰｂにＬＥＤユニット７０が接続する多灯用のＬＥＤ点灯装置において、
前記ＬＣ共振回路部３０は、カソードが前記直流電源部２０の正極Ｂ（＋）と接続しアノードが前記共振用インダクタ素子Ｌｆと共振用コンデンサ素子Ｃｆとの間に接続した第１の電圧制限ダイオード素子Ｄ１と、カソードが前記共振用インダクタ素子Ｌｆと共振用コンデンサ素子Ｃｆとの間に接続しアノードが前記直流電源部２０の負極Ｂ（−）と接続した第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ２のいずれか一方を少なくとも有することを特徴とするＬＥＤ点灯装置８０、８０ａを提供することにより、上記課題を解決する。
（２）高周波発振制御部４０を所定の時間間隔で間欠動作させる間欠発振変調部４２をさらに有することを特徴とする上記（１）記載のＬＥＤ点灯装置８０、８０ａを提供することにより、上記課題を解決する。
（３）ＬＣ共振回路部３０が、第１の電圧制限ダイオード素子Ｄ１と第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ２の両方を有することを特徴とする上記（１）または（２）に記載のＬＥＤ点灯装置８０、８０ａを提供することにより、上記課題を解決する。
（４）出力整流部ＤＢと負荷接続端Ｐａ、Ｐｂとの間に保護回路６０をそれぞれ有し、
前記保護回路６０は、前記負荷接続端Ｐａ、Ｐｂが無負荷の場合に無負荷信号を発する無負荷検出部６２と、前記無負荷信号により前記負荷接続端間Ｐａ、Ｐｂを短絡する保護スイッチング素子（ＳＣＲ）と、前記保護スイッチング素子（ＳＣＲ）に保持電流を流下して間欠動作時のオフ期間に前記保護スイッチング素子（ＳＣＲ）の短絡状態を維持する保持配線６６と、を有することを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のＬＥＤ点灯装置８０ａを提供することにより、上記課題を解決する。
（５）直流阻止コンデンサＣｄｃを、共振用インダクタ素子Ｌｆと共振用コンデンサ素子Ｃｆとの間、もしくは共振用コンデンサ素子Ｃｆと出力整流部ＤＢとの間に接続したことを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のＬＥＤ点灯装置８０、８０ａを提供することにより、上記課題を解決する。
（６）直流電源部２０が、商用電源を全波整流回路もしくは倍電圧整流回路にて整流することを特徴とする上記（１）乃至（５）のいずれかに記載のＬＥＤ点灯装置８０、８０ａを提供することにより、上記課題を解決する。
（７）直流電源部２０が、非絶縁型アクティブフィルタ回路２４もしくは絶縁型アクティブフィルタ回路を有することを特徴とする上記（１）乃至（６）のいずれかに記載のＬＥＤ点灯装置８０、８０ａを提供することにより、上記課題を解決する。
（８）複数の発光ダイオード素子７２が直列接続した発光ダイオード列７３を複数並列に接続したＬＥＤユニットにおいて、
前記発光ダイオード列７３ごとにトランジスタ素子ＴＲを備え、
前記発光ダイオード列７３と、前記トランジスタ素子ＴＲのコレクタ、エミッタと、エミッタ抵抗Ｒｂとを直列に接続するとともに、前記トランジスタ素子ＴＲの全てのベースを接続して、全ての前記トランジスタ素子ＴＲに同一電位からのベース電流を流下させることを特徴とするＬＥＤユニット７０を提供することにより、上記課題を解決する。
（９）複数の発光ダイオード素子７２が直列接続した発光ダイオード列７３を複数並列に接続したＬＥＤユニット７０を負荷接続端Ｐａ、Ｐｂに有し、
前記ＬＥＤユニット７０は、
前記発光ダイオード列７３ごとにトランジスタ素子ＴＲを備え、
前記発光ダイオード列７３と、前記トランジスタ素子ＴＲのコレクタ、エミッタと、エミッタ抵抗Ｒｂとを直列に接続するとともに、前記トランジスタ素子ＴＲの全てのベースを接続して、全ての前記トランジスタ素子ＴＲに同一電位からのベース電流を流下させることを特徴とする上記（１）乃至（７）のいずれかに記載のＬＥＤ点灯装置８０、８０ａを提供することにより、上記課題を解決する。
（１０）回路基板を一体型もしくは任意の回路ポイントで分割して構成したことを特徴とした上記（１）乃至（７）、（９）のいずれかに記載のＬＥＤ点灯装置８０、８０ａを提供することにより、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るＬＥＤ点灯装置は、ＬＣ共振回路に電圧制限ダイオード素子を接続することで無負荷時の出力電圧を制限することができる。
また、この電圧制限ダイオード素子の動作は間欠信号による調光動作に影響を与えない。このため、調光機能を備えたＬＥＤ点灯装置に本発明を適用することで間欠動作による深い調光と無負荷時の高電圧対策とを両立することができる。
また、本発明に係るＬＥＤユニットは、発光ダイオード列ごとに設けられたトランジスタ素子が発光ダイオード列に流下する電流値を支配的に決定する。このため、発光ダイオード列の順方向電圧にバラつきが存在していても流下する電流値に大きな偏りが発生せず、低損失なエミッタ抵抗で機能する。これにより、消費電力の少ない省エネルギーなＬＥＤユニットを得ることができる。
そして、本発明に係るＬＥＤ点灯装置とＬＥＤユニットとを組み合わせることで、安全性と省エネルギー性に優れ、定電流駆動のメリットを最大限に有するＬＥＤ点灯装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るＬＥＤ点灯装置の回路図である。
【図２】アクティブフィルタ回路を備えた本発明に係るＬＥＤ点灯装置の回路図である。
【図３】調光機能を備えた本発明に係るＬＥＤ点灯装置の回路図である。
【図４】調光機能とアクティブフィルタ回路とを備えた本発明に係るＬＥＤ点灯装置の回路図である。
【図５】本発明に係るＬＥＤ点灯装置のＬＣ共振回路部の回路図である。
【図６】発振周波数と共振電圧を説明するグラフである。
【図７】本発明に係るＬＥＤ点灯装置の電圧制限ダイオード素子の効果を示すグラフである。
【図８】発光ダイオード素子とその電流値の関係を示すグラフである。
【図９】本発明に係るＬＥＤ点灯装置の電圧制限ダイオード素子の効果を示すグラフである。
【図１０】保護回路を備えた本発明に係る第２の形態のＬＥＤ点灯装置の回路図である。
【図１１】調光機能と保護回路とを備えた本発明に係る第２の形態のＬＥＤ点灯装置の回路図である。
【図１２】本発明に係るＬＥＤユニットの回路図である。
【図１３】基板分割の例を示した本発明に係るＬＥＤ点灯装置の回路図である。
【図１４】従来のＬＥＤ点灯装置の回路図である。
【図１５】従来のＬＥＤユニットの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係るＬＥＤ点灯装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。尚、ここではＬＥＤ点灯回路を４つ有し、負荷としてのＬＥＤユニットを４つ接続可能な４灯のＬＥＤ点灯装置８０、８０ａを例に説明を行うが、ＬＥＤ点灯回路の数には特に限定は無く、回路の許容範囲内でいくつ設けても良い。また、ここでは負荷接続端Ｐａ、Ｐｂに後述の本発明に係るＬＥＤユニット７０を接続した例を示しているが、ＬＥＤ点灯装置８０、８０ａに用いるＬＥＤユニットはこれに限定されるわけではなく、周知のＬＥＤユニットを使用することができる。
【００１６】
図１に示すＬＥＤ点灯装置８０は、外部電源１０からの電力を直流電流にして供給する直流電源部２０と、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を有し直流電源部２０の出力（正極Ｂ（＋）、負極Ｂ（−））から供給される直流電流を所定の高周波交流電流に変換して出力する高周波出力部５０と、この第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とを交互にオン・オフする高周波発振制御部４０と、第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２との接続点Ａ（高周波出力点Ａ）に複数並列に接続したＬＣ共振回路部３０と、このＬＣ共振回路部３０のそれぞれの出力点（出力点Ｂ）に接続しＬＣ共振回路部３０からの交流出力を整流して負荷接続端Ｐａ、Ｐｂに出力する出力整流部ＤＢと、を有している。そして、この負荷接続端Ｐａ、Ｐｂに複数の発光ダイオード素子７２が接続したＬＥＤユニット（例えば、ＬＥＤユニット７０）が接続する。
【００１７】
外部電源１０は、ＬＥＤ点灯装置８０に電力を供給するものであり、２００Ｖ交流、１００Ｖ交流の商用電源の他、発電機やバッテリなど周知の電源を用いることができる。また、直流電源部２０は外部電源１０からの交流電力を直流に変換して正極Ｂ（＋）、負極Ｂ（−）間に出力するものであり、例えば全波整流の整流部２２とコンデンサ素子Ｃａとを有している。尚、直流電源部２０のコンデンサ素子Ｃａは電解コンデンサを用いても良いし、フィルムコンデンサやセラミックコンデンサ等を用いても良い。尚、外部電源１０に１００Ｖ交流の商用電源を用い、直流電源部２０に上記のコンデンサインプット方式の整流回路を採用した場合、本発明に係るＬＥＤ点灯装置８０では順方向電圧が約６０ＶまでのＬＥＤユニットの点灯が可能である。尚、整流部２２に倍電圧整流方式の整流回路を採用することで、全波整流の場合よりも順方向電圧の大きなＬＥＤユニットの点灯が可能となる。
【００１８】
また、外部電源１０からの入力電圧の変動対策、入力電流の高調波歪対策、及び高力率化を図る場合には、図２に示すように整流部２２とコンデンサ素子Ｃａとの間にアクティブフィルタ回路２４を設けても良い。図２に示す非絶縁型のアクティブフィルタ回路２４は、整流部２２のプラス出力に直列に接続したインダクタ素子ＬａとダイオードＤａと、このインダクタ素子ＬａとダイオードＤａとの間にドレイン端子が接続しソース端子が整流部２２のマイナス出力に接続した高周波スイッチング素子Ｑａと、この高周波スイッチング素子Ｑａをオン・オフする制御回路２５と、整流部２２の出力を平滑する図示しない平滑コンデンサと、を有している。尚、この平滑コンデンサは力率に悪影響を及ぼさない程度の小容量のものを用いる。そして、制御回路２５が所定の周波数で高周波スイッチング素子Ｑａをオン・オフ制御することで、高周波スイッチング素子Ｑａのオン時にはインダクタ素子Ｌａに外部電源１０の電源電圧に応じた電力が蓄えられ、高周波スイッチング素子Ｑａのオフ時にはインダクタ素子Ｌａが蓄えた電力をダイオードＤａを通してコンデンサ素子Ｃａ側に出力する。これにより、直流電源部２０の出力電圧の安定化、外部電源１０からの入力電流の高調波歪の抑制、及び高力率化を図ることができる。尚、順方向電圧の高いＬＥＤユニットを点灯する場合には、インダクタ素子Ｌａを絶縁トランスに置き換えて絶縁型のアクティブフィルタ回路とし、安全性に考慮したフライバック型のスイッチング電源として機能させても良い。
【００１９】
また、ＬＥＤ点灯装置８０の高周波出力部５０は、正極Ｂ（＋）、負極Ｂ（−）から供給される直流電流を所定の周波数の高周波交流電流に変換して出力する周知のインバータ回路であり、直流電源部２０の正極Ｂ（＋）、負極Ｂ（−）間に直列に接続した第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を有している。そして、第１のスイッチング素子Ｑ１のソース端子が直流電源部２０の負極Ｂ（−）に接続し、ドレイン端子が第２のスイッチング素子Ｑ２のソース端子に接続し、第２のスイッチング素子Ｑ２のドレイン端子が正極Ｂ（＋）に接続する。そして、この第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点がＬＣ共振回路部３０への高周波出力点Ａとなる。
【００２０】
また、第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のゲート端子は高周波発振制御部４０と接続し、高周波発振制御部４０から出力される所定の発振周波数の高周波信号により交互にスイッチング動作する。そして、高周波出力点Ａにこの発振周波数の高周波交流電流が出力する。尚、高周波発振制御部４０の発振周波数はＬＣ共振回路部３０の共振点近傍とする。
【００２１】
出力整流部ＤＢはＬＣ共振回路部３０からの交流出力を整流する周知のダイオードブリッジ回路等を用いることができる。また、出力整流部ＤＢの出力間にはコンデンサ素子Ｃｏを挿入することが好ましい。尚、コンデンサ素子Ｃｏの容量を最適化することでＬＥＤユニットを流下する高周波リプル電流を抑制することが可能となる。
【００２２】
尚、本発明に係るＬＥＤ点灯装置８０は図３、図４に示すように、高周波発振制御部４０を所定の時間間隔で間欠動作させる間欠発振変調部４２と、この間欠発振変調部４２に所定の調光信号を出力する調光信号出力部４４と、を備えていても良い。
【００２３】
ここで、間欠発振変調部４２と調光信号出力部４４とによる調光動作を簡単に説明する。先ず、高周波発振制御部４０には、前述のように高周波発振制御部４０を間欠動作させる間欠発振変調部４２が接続し、この間欠発振変調部４２には調光信号出力部４４が接続する。ここで、ＬＥＤユニットを減光率５０％で調光する指示をユーザ等が行った場合、調光信号出力部４４は減光率５０％の調光信号を間欠発振変調部４２に出力する。これにより、間欠発振変調部４２はＬＥＤユニットが減光率５０％となるデューティ比の間欠信号を高周波発振制御部４０に出力する。これにより、高周波発振制御部４０はスイッチングのための高周波信号を間欠信号のデューティ比で間欠的に出力する。これにより、高周波出力部５０は間欠信号のオン期間のみ高周波交流電流を出力する。これにより、ＬＣ共振回路部３０は負荷側への駆動電流の出力を間欠信号のオン期間のみ間欠的に行う。これによりＬＥＤユニットは高速で点滅し、その結果、平均的な光量が減少して減光率５０％で調光動作する。また、例えばＬＥＤユニットを６％（減光率９４％）で調光する指示をユーザ等が行った場合、調光信号出力部４４は減光率９４％の調光信号を間欠発振変調部４２に出力する。これにより、間欠発振変調部４２は減光率５０％の時よりもオフ期間の長いデューティ比の間欠信号を高周波発振制御部４０に出力する。これにより、高周波発振制御部４０、高周波出力部５０、ＬＣ共振回路部３０は減光率５０％時よりも長いオフ間隔で間欠動作し、この結果、ＬＥＤユニットは５０％調光時より発光間隔を開けて点滅する。これにより、平均的な光量はさらに減少しＬＥＤユニットは減光率９４％で調光動作する。尚、調光を行わない場合、高周波発振制御部４０、高周波出力部５０、ＬＣ共振回路部３０は連続動作し、ＬＥＤユニットは常時点灯した全光状態となる。尚、調光信号出力部４４、間欠発振変調部４２は周知の回路構成により、無段階の間欠信号の生成が可能である。また、間欠信号の周期は人間がちらつきを感じないよう最大の減光率の調光時でも２ｍｓより短く、好適には１．５ｍｓ程度とすることが好ましい。
【００２４】
次に、本発明に係るＬＥＤ点灯装置８０のＬＣ共振回路部３０を図５（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。ここで、図５（ａ）、（ｂ）はＬＥＤ点灯装置８０のうちの一つのＬＣ共振回路部３０を抜き出した回路図である。
【００２５】
先ず、図５（ａ）に示すＬＣ共振回路部３０は、共振用インダクタ素子Ｌｆの一端が高周波出力部５０の高周波出力点Ａに接続し、他端が直流阻止コンデンサＣｄｃを介して共振用コンデンサ素子Ｃｆの一端に接続する。また、共振用コンデンサ素子Ｃｆの他端は電流抑制抵抗Ｒｓを介して直流電源部２０の負極Ｂ（−）に接続する。そして、この共振用コンデンサ素子Ｃｆの一端（共振用インダクタ素子Ｌｆとの接続点側）が出力点Ｂとなる。この場合、共振用インダクタ素子Ｌｆと共振用コンデンサ素子Ｃｆ、直流阻止コンデンサＣｄｃがＬＣ共振回路を構成し、その共振点の周波数ｆ０は、共振用インダクタ素子Ｌｆのインダクタ値をＬｆ、共振用コンデンサ素子Ｃｆの容量値をＣｆ、直流阻止コンデンサＣｄｃの容量値をＣｄｃとしたときに、次式で算出される。
ｆ０＝１／（２π×（Ｌｆ×（Ｃｆ×Ｃｄｃ）／（Ｃｆ＋Ｃｄｃ））１／２）
【００２６】
尚、直流阻止コンデンサＣｄｃは、共振用インダクタ素子Ｌｆと出力点Ｂ（出力整流部ＤＢ）との間に直列に接続すれば良い。従って、図５（ｂ）に示すように、直流阻止コンデンサＣｄｃを共振用コンデンサ素子Ｃｆの接続点よりも出力点Ｂ側に設けても良い。この場合、ＬＣ共振回路部３０のＬＣ共振回路は共振用インダクタ素子Ｌｆと共振用コンデンサ素子Ｃｆとで構成され、その共振点の周波数ｆ０は、次式で算出される。
ｆ０＝１／（２π×（Ｌｆ×Ｃｆ）１／２）
【００２７】
ここで、ＬＣ共振方式のＬＥＤ点灯回路を共振点近傍の周波数で動作させた場合、負荷（ＬＥＤユニット）に流下する電流は直流電源部２０からの供給電圧と共振用インダクタ素子Ｌｆのインダクタンス値によって一義的に決まるとされている。よって、ＬＥＤ点灯装置８０はＬＥＤユニットの順方向電圧のバラつきや大小に関わらず、これらのＬＥＤユニットを定電流で安定的に駆動することができる。
【００２８】
また、一般的なＬＣ共振回路では共振用インダクタ素子Ｌｆと共振用コンデンサ素子Ｃｆとの間には負荷以外の他の素子を接続することはない。しかしながら、本発明に係るＬＥＤ点灯装置８０のＬＣ共振回路部３０は特徴的な構成として、アノードが共振用インダクタ素子Ｌｆと共振用コンデンサ素子Ｃｆとの間に接続しカソードが直流電源部２０の正極Ｂ（＋）と接続した第１の電圧制限ダイオード素子Ｄ１と、カソードが共振用インダクタ素子Ｌｆと共振用コンデンサ素子Ｃｆとの間に接続しアノードが直流電源部２０の負極Ｂ（−）と接続した第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ２と、を有している。尚、これら第１、第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ１、Ｄ２は、ＬＣ共振回路部３０の出力に悪影響を与えないよう、逆方向漏れ電流が出力点Ｂの出力電流に対して十分に小さく、また接合容量が共振用コンデンサ素子Ｃｆの容量に対して十分に小さいものを用いることが好ましい。このような第１、第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ１、Ｄ２としては接合容量が１５ｐＦ以下程度の高速ダイオードを用いることが好適である。また、図５（ａ）、（ｂ）では、第１、第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ１、Ｄ２を両方接続した例を示しているが、後述するように直流電源部２０の出力電圧等によっては、第１の電圧制限ダイオード素子Ｄ１もしくは第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ２のいずれか一方のみとしても良い。
【００２９】
ここで、第１、第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ１、Ｄ２を備えていない場合の発振周波数と出力点Ｂ（無負荷時）の共振電圧のシミュレーション結果を図６（ａ）に、共振点周波数における共振開始からの経過時間と出力点Ｂ（無負荷時）の共振電圧のシミュレーション結果を図６（ｂ）に示す。また、このときの各素子の値は以下の様にした。尚、電流抑制抵抗Ｒｓが０Ωで回路中に損失の無い理想的な回路では、理論上、無負荷時の開放電圧は無限大となる反面、無限大の負荷に対応が可能となる。よって、幅広い負荷変動に対応可能とする観点からは電流抑制抵抗Ｒｓを小さくし、開放電圧を比較的高くすることが好ましい。よって、ここでは電流抑制抵抗Ｒｓの抵抗値を１０Ωとした。
共振用インダクタ素子Ｌｆ：５．６ｍＨ
共振用コンデンサ素子Ｃｆ：０．００２２μＦ
直流阻止コンデンサＣｄｃ：０．１μＦ
電流抑制抵抗Ｒｓ：１０Ω
共振点周波数：４５．８ｋＨｚ
外部電源の電源電圧：ＡＣ２００Ｖ±１０％
【００３０】
図６（ａ）から、発振周波数が共振点である４５．８ｋＨｚに近づくにつれ共振電圧は急激に増大し、共振点ではシミュレーション上の値で約２８ｋＶとなった。また、ＬＥＤユニットを定電流で安定的に駆動するためには無負荷時の共振電圧が概ね１２００Ｖ以上必要である。よって、高周波発振制御部４０の発振周波数は４３．５ＫＨｚ〜４８ｋＨｚの間でなるべく共振点に近い周波数に設定される。
【００３１】
このように、ＬＥＤユニットを定電流で安定的に駆動するためにはＬＣ共振回路部３０を共振点近傍の周波数で動作させる必要がある。しかしながら、ＬＣ共振回路部３０を共振点近傍の周波数で動作させた場合、無負荷時には負荷接続端Ｐａ、Ｐｂ間に１０００Ｖを超える高電圧が発生する。また、図６（ｂ）に示すように、この共振電圧の立ち上がりは速く１０ｋＶを超えるのに１ｍＳも要しない。このような無負荷の負荷接続端Ｐａ、Ｐｂに発生する大電圧はそれ自体が安全上問題があることに加え、ＬＥＤ点灯装置８０自身の回路素子を破壊する虞がある。
【００３２】
尚、電流抑制抵抗Ｒｓの抵抗値を上げて無負荷時の共振電圧を下げる方法では、電流抑制抵抗Ｒｓの発熱による損失の増大や応答性の悪化が生じることに加え、そもそも定電流駆動に必要な共振電圧を得ることができない。
【００３３】
この点、本発明に係るＬＥＤ点灯装置８０は、ＬＣ共振回路部３０の共振用インダクタ素子Ｌｆと共振用コンデンサ素子Ｃｆとの接続点と正極Ｂ（＋）、負極Ｂ（−）との間に第１、第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ１、Ｄ２を有している。このため、無負荷時に共振用インダクタ素子Ｌｆの出力側の電圧が直流電源部２０の正極Ｂ（＋）よりも大きくなると、第１の電圧制限ダイオード素子Ｄ１が動作して正極Ｂ（＋）側に電流が流下する。また、反対に共振用インダクタ素子Ｌｆの出力側の電圧が直流電源部２０の負極Ｂ（−）よりも小さくなると第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ２が動作して負極Ｂ（−）側から電流が流下する。これにより、共振用インダクタ素子Ｌｆの出力側の電圧は負極Ｂ（−）と正極Ｂ（＋）の間に制限される。これにより、ＬＣ共振回路部３０の出力電圧も正極Ｂ（＋）、負極Ｂ（−）の電位に準じて制限される。
【００３４】
ここで、第１、第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ１、Ｄ２を備えたＬＣ共振回路部３０の無負荷時の出力点Ｂの出力電圧のグラフを図７に示す。尚、各素子の値は図６時と同じとし、無負荷時の直流電源部２０の出力最大電圧（過電圧）は３６０Ｖｄｃとし、定格動作時（負荷が全て接続した状態の動作時）の直流電源部２０の出力電圧は２７０Ｖｄｃとした。
【００３５】
この構成では、共振用インダクタ素子Ｌｆの出力側の電圧は第１、第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ１、Ｄ２によって、直流電源部２０の正極Ｂ（＋）、負極Ｂ（−）間の０Ｖ〜３６０Ｖに制限される。このため、図７に示す出力点Ｂの電圧は、上限が約１８０Ｖ、下限が約−１８０Ｖに制限された交流電圧となり、無負荷時でも過大な電圧は出力しないことが判る。
【００３６】
次に、上記の第１、第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ１、Ｄ２を備え且つ調光機能を有するＬＥＤ点灯装置８０を用い、その負荷接続端Ｐａ、Ｐｂ間に発光ダイオード素子７２を素子数を変えて直列接続したときの電流値のグラフを図８（ａ）に示す。また、図８（ｂ）に間欠信号による調光時の発光ダイオード素子数とそのときの電流値のグラフを示す。ここで、図８（ａ）中の実線が第１、第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ１、Ｄ２を備えた本発明に係るＬＥＤ点灯装置８０であり、破線が電圧制限ダイオード素子Ｄ１、Ｄ２を備えていない従来のＬＥＤ点灯装置である。また、図８（ｂ）の電流値はサンプリングレートが１００ｍｓ〜５００ｍｓの平均値を用いており、間欠動作のオフ期間の長短に応じて電流値は増減する。
【００３７】
図８（ａ）から、発光ダイオード素子７２の直列接続素子数が４２個（順方向電圧１２６Ｖｄｃ）までは、両者に有意差は認められず、第１、第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ１、Ｄ２の有無に関わらずＬＥＤユニットに対する安定した定電流駆動が可能なことが判る。よって、本発明に係るＬＥＤ点灯装置８０は、直流電源部２０の定格動作時の出力電圧（２７０Ｖｄｃ）の約５０％までの順方向電圧のＬＥＤユニットを安定的に定電流駆動可能なことが判る。
【００３８】
また、図８（ｂ）から、減光率５０％、減光率９４％の調光時においても流れる電流値は全光時と同等の挙動を示し、第１、第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ１、Ｄ２は間欠信号による調光に影響を与えないことが判る。
【００３９】
次に、第１の電圧制限ダイオード素子Ｄ１のみを備えたＬＣ共振回路部３０の無負荷時の出力点Ｂの出力電圧のグラフを図９（ａ）に、また第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ２のみを備えたＬＣ共振回路部３０の無負荷時の出力点Ｂの出力電圧のグラフを図９（ｂ）に示す。
【００４０】
図９（ａ）から、第１の電圧制限ダイオード素子Ｄ１を備えたＬＣ共振回路部３０の出力点Ｂの上限電圧は、第１の電圧制限ダイオード素子Ｄ１の機能により約１８０Ｖに制限されていることが判る。また、下限側は制限がないものの第１の電圧制限ダイオード素子Ｄ１によってプラス側の共振が制限されるため、電圧の成長が抑制されて約−３８０Ｖ程度に維持される。また、図９（ｂ）から、第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ２を備えたＬＣ共振回路部３０の出力点Ｂの下限電圧は、第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ２の機能により約−１８０Ｖに制限されていることが判る。また、上限側は制限がないものの第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ２によってマイナス側の共振が制限されるため、電圧の成長が抑制されて約３８０Ｖ程度に維持される。このように、第１の電圧制限ダイオード素子Ｄ１もしくは第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ２のいずれか一方のみを接続した場合でも、１０００Ｖを超えるような過大な電圧は負荷接続端Ｐａ、Ｐｂには出力しないことが判る。よって、例えば直流電源部２０の出力電圧が比較的低く、片側のみの制限でも安全性等が十分な場合には第１、第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ１、Ｄ２をいずれか一方としても良い。
【００４１】
次に、ＬＥＤ点灯装置８０の動作を説明する。尚、ここでは第１、第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ１、Ｄ２を両方備え、且つ調光機能を有するＬＥＤ点灯装置８０の例を説明する。先ず、負荷接続端Ｐａ、Ｐｂ間にＬＥＤユニット（例えばＬＥＤユニット７０）を接続してＬＥＤ点灯装置８０をオンする。これにより、直流電源部２０は外部電源１０からの電力を直流電流に変換して高周波出力部５０側に供給する。また、高周波発振制御部４０は予め設定された高周波信号を高周波出力部５０に出力する。尚、この時の高周波信号はＬＣ共振回路部３０の共振点近傍の周波数とする。これにより、高周波出力部５０の第１、第２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が交互にオン・オフされ、高周波出力点Ａを介して各ＬＣ共振回路部３０に共振点近傍周波数の高周波交流電流を出力する。これにより、各ＬＣ共振回路部３０は共振動作し出力点Ｂを介して出力整流部ＤＢに交流電流を出力する。出力整流部ＤＢはこの交流電流を整流して負荷接続端Ｐａ、Ｐｂに出力する。これにより、ＬＥＤユニットは順方向電圧に寄らない定電流駆動で安定して点灯する。
【００４２】
次に、ユーザがＬＥＤ点灯装置８０に対して所定の減光率の調光動作を指示する。これにより、調光信号出力部４４はこの指示に応じた調光信号を間欠発振変調部４２に出力する。これにより、間欠発振変調部４２は指示された減光率に応じたデューティ比の間欠信号を高周波発振制御部４０に出力する。これにより、高周波発振制御部４０、高周波出力部５０、ＬＣ共振回路部３０は間欠信号のデューティ比に応じた間欠動作を行う。これにより、ＬＥＤユニットは高速で点滅し、デューティ比に応じて光量が減少する。これにより、ＬＥＤユニットに対する調光が行われる。尚、ＬＥＤユニットが接続している有負荷の場合、基本的に第１、第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ１、Ｄ２は動作せず、これらの点灯動作、調光動作には関与しない。
【００４３】
次に、特定の負荷接続端Ｐａ、ＰｂのＬＥＤユニットが外された場合、そのＬＣ共振回路部３０の共振電圧は増大する。しかしながら、共振用インダクタ素子Ｌｆの出力側の電圧が直流電源部２０の正極Ｂ（＋）、負極Ｂ（−）の電位を超えると、第１、第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ１、Ｄ２が動作する。これにより、共振用インダクタ素子Ｌｆの出力側の電圧は正極Ｂ（＋）、負極Ｂ（−）の範囲に制限される。これにより、出力点Ｂ、負荷接続端Ｐａ、Ｐｂの出力電圧もこれに準じて制限され、負荷接続端Ｐａ、Ｐｂに過大な電圧が発生することはない。
【００４４】
このように、第１、第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ１、Ｄ２を設けることによって無負荷の負荷接続端Ｐａ、Ｐｂに高電圧が生じることを防止することができる。ただし、ＬＥＤ点灯装置８０の仕様によっては、無負荷の負荷接続端Ｐａ、Ｐｂの出力電圧を０Ｖとすることが要求される場合がある。次に、この仕様に対応した本発明に係る第２の形態のＬＥＤ点灯装置８０ａの構成を図１０、図１１を用いて説明する。尚、図１０は調光機能を備えない第２の形態のＬＥＤ点灯装置８０ａを示す図であり、図１１は調光機能を備えた第２の形態のＬＥＤ点灯装置８０ａを示す図である。
【００４５】
この図１０、図１１に示す第２の形態のＬＥＤ点灯装置８０ａは出力整流部ＤＢと負荷接続端Ｐａ、Ｐｂとの間に保護回路６０をそれぞれ有している。次に、このＬＥＤ点灯装置８０ａに好適な保護回路６０の例を説明する。先ず、ＬＥＤ点灯装置８０ａに好適な保護回路６０は、負荷接続端Ｐａ、Ｐｂが無負荷の場合に無負荷信号を発する無負荷検出部６２と、無負荷信号により負荷接続端Ｐａ、Ｐｂ間を短絡する保護スイッチング素子（ＳＣＲ）と、保護スイッチング素子（ＳＣＲ）の短絡状態を維持する保持電流を供給するための保持配線６６と、を有している。尚、保護スイッチング素子としては周知のサイリスタＳＣＲを用いることが好ましい。
【００４６】
また、保護回路６０の無負荷検出部６２は負荷接続端Ｐａ、Ｐｂ間の電圧を検出する電圧検出抵抗Ｒｅと、負荷に流れる電流を検出する電流検出抵抗Ｒｉと、電圧検出抵抗Ｒｅ及び電流検出抵抗Ｒｉの値から負荷の有無を検出し無負荷信号を発する無負荷検出回路６２ａと、を有している。また、保護スイッチング素子としてのサイリスタＳＣＲは、出力整流部ＤＢの出力間にダイオード素子Ｄｂを介して接続する。このとき、ダイオード素子Ｄｂのアノードが出力整流部ＤＢの正極と接続しカソードがサイリスタＳＣＲのアノードと接続する。また、サイリスタＳＣＲのカソードが出力整流部ＤＢの負極と接続し、サイリスタＳＣＲのゲートには無負荷検出回路６２ａが接続して無負荷信号が入力する。また、サイリスタＳＣＲのアノードには正極Ｂ（＋）と接続した保持配線６６が保護抵抗Ｒａを介して接続する。さらに、無負荷信号の信号ラインには誤動作防止コンデンサＣｂが接続する。
【００４７】
次に、保護回路６０の動作を説明する。先ず、負荷接続端Ｐａ、ＰｂにＬＥＤユニット（例えば、ＬＥＤユニット７０）が接続している場合、無負荷検出回路６２ａは電圧検出抵抗Ｒｅ、電流検出抵抗Ｒｉから負荷接続端Ｐａ、Ｐｂ間に所定の電圧が印加し、また負荷接続端Ｐａ、Ｐｂ間に所定の電流が流下していることを認識する。この場合、無負荷検出回路６２ａは負荷（ＬＥＤユニット）が存在すると判断して無負荷信号は出力しない。これにより、保護スイッチング素子としてのサイリスタＳＣＲはオフ状態を維持する。
【００４８】
次に、ＬＥＤユニットが外されるなどして負荷接続端Ｐａ、Ｐｂ間が無負荷になると、無負荷検出回路６２ａは電圧検出抵抗Ｒｅ、電流検出抵抗Ｒｉから負荷接続端Ｐａ、Ｐｂ間に所定の閾値を超えた高い電圧が生じ、且つ負荷接続端Ｐａ、Ｐｂ間が開いて電流の流下が停止したことを認識する。この場合、無負荷検出回路６２ａは負荷接続端Ｐａ、Ｐｂ間が無負荷であると判断して無負荷信号を出力する。このとき誤動作防止コンデンサＣｂは無負荷信号の伝達を緩衝するよう動作し、無負荷信号がある程度の時間継続して発せられた場合に無負荷信号をサイリスタＳＣＲに伝達する。これにより、サイリスタＳＣＲはオン動作して出力整流部ＤＢの出力間を短絡する。これにより、負荷接続端Ｐａ、Ｐｂ間は０Ｖとなる。尚、サイリスタＳＣＲのオン動作時には、保持配線６６を介して保持電流が常時流下する。この保持電流は調光動作によりＬＥＤ点灯回路が停止するオフ期間にも継続して流下する。これにより、サイリスタＳＣＲはオフ期間であってもリセットされずオン状態を維持する。
【００４９】
ここで、保護回路６０には誤作動防止のため、ある程度の時間継続した無負荷信号が必要となる。しかしながら、第１、第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ１、Ｄ２が存在しない場合、保護回路６０が動作する前に１０ｋＶを超える高電圧が負荷接続端Ｐａ、Ｐｂ及び回路内に生じ、回路素子が破損する虞がある。この点、本発明に係るＬＥＤ点灯装置８０ａは、第１、第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ１、Ｄ２が機能して、保護回路６０の動作前であっても過大な電圧は出力しない。よって、本発明に係るＬＥＤ点灯装置８０ａは２段階の高い安全性を有する他、誤作動防止時間をＬＥＤ点灯装置８０の動作や仕様に応じて比較的自由に設定することができる。
【００５０】
次に、本発明に係るＬＥＤ点灯装置８０、８０ａに好適なＬＥＤユニット７０を図１２を用いて説明する。ここで、図１２（ａ）はＬＥＤユニット７０のトランジスタ素子ＴＲにＮＰＮ型のトランジスタを用いた例であり、図１２（ｂ）はトランジスタ素子ＴＲにＰＮＰ型のトランジスタを用いた例である。尚、図１２では発光ダイオード列７３が３列のＬＥＤユニット７０を示しているが、発光ダイオード列７３の列数に特に限定は無く、２列、４列、５列、６列等、いくつ接続しても良い。
【００５１】
図１２に示す本発明に係るＬＥＤユニット７０は、複数の発光ダイオード素子７２が直列に接続した発光ダイオード列７３が複数並列に接続して構成される。また、本発明に係るＬＥＤユニット７０は、発光ダイオード列７３ごとにトランジスタ素子ＴＲをそれぞれ有し、そのエミッタにはエミッタ抵抗Ｒｂが接続する。尚、これらトランジスタ素子ＴＲは、発光ダイオード列７３と、トランジスタ素子ＴＲのコレクタ、エミッタと、エミッタ抵抗Ｒｂとが直列となるように接続する。よって、トランジスタ素子ＴＲがＮＰＮ型のトランジスタの場合、図１２（ａ）に示すように、正極（＋）の負荷接続端Ｐａからの出力は各発光ダイオード列７３の数に並列に分岐して、発光ダイオード列７３、トランジスタ素子ＴＲのコレクタ、エミッタ、エミッタ抵抗Ｒｂの順に直列に接続された後、合流して負極（−）の負荷接続端Ｐｂに接続する。さらに、正極（＋）の負荷接続端Ｐａにはベースラインが接続し、このベースラインはベース抵抗Ｒｃを介した後に分岐して全てのトランジスタ素子ＴＲのベースにそれぞれ接続する。よって、全てのトランジスタ素子ＴＲには同一電位からのベース電流が流下する。
【００５２】
また、トランジスタ素子ＴＲがＰＮＰ型のトランジスタの場合、図１２（ｂ）に示すように、正極（＋）の負荷接続端Ｐａからの出力は各発光ダイオード列７３の数に並列に分岐して、エミッタ抵抗Ｒｂ、トランジスタ素子ＴＲのエミッタ、コレクタ、発光ダイオード列７３の順に直列に接続された後、合流して負極（−）の負荷接続端Ｐｂに接続する。また、それぞれのトランジスタ素子ＴＲのベースラインは全て合流した後、ベース抵抗Ｒｃを介して負極（−）の負荷接続端Ｐｂに接続する。よって、全てのトランジスタ素子ＴＲには同一電位からのベース電流が流下する。
【００５３】
ここで、本発明に係るＬＥＤユニット７０と従来のＬＥＤユニット７の発光ダイオード列７３に流下する電流の値を表１に示す。尚、ＬＥＤユニット７０は発光ダイオード列７３が３列の図１２（ａ）の回路構成ものを用いた。また、発光ダイオード列７３の素子数（発光ダイオード素子７２の数）は７つとし、電流制限抵抗Ｒ、エミッタ抵抗Ｒｂの抵抗値は損失が許容範囲にある１０Ωとした。また、ＬＥＤユニット７０の駆動電流（負荷接続端Ｐａ、Ｐｂ間の印加電流）は１５０ｍＡとし、ベース抵抗Ｒｃは４．７ｋΩとした。尚、発光ダイオード素子７２の順方向電圧は規定値２．８Ｖ（５０ｍＡ時）のものを選別して、意図的に順方向電圧の低い発光ダイオード列７３（第１列）と平均的な順方向電圧の発光ダイオード列７３（第２列、第３列）を作製して用いた。
【表１】
2017212197.tif 000003
【００５４】
表１から、従来のＬＥＤユニット７では意図的に順方向電圧を低くした第１列の発光ダイオード列７３の電流値が６４．１ｍＡであったのに対し、平均的な順方向電圧の第２列、第３列の発光ダイオード列７３の電流値はそれぞれ４２．４ｍＡ、４３．５ｍＡであり、電流分配率はそれぞれ４２．７％、２８．３％、２９．０％であった。このことから、電流制限抵抗Ｒを低損失な１０Ωとした場合、従来のＬＥＤユニット７では順方向電圧の低い第１列の発光ダイオード列７３に、第２列、第３列の発光ダイオード列７３の約１．５倍の電流が流れることが判る。この場合、第１列の発光ダイオード列７３は比較的明るく、第２列、第３列の発光ダイオード列７３は比較的暗く発光し、ＬＥＤユニット７全体として照度にバラつきが生じる。また、流下する電流の大きな発光ダイオード列７３では、構成する発光ダイオード素子７２の寿命が短命化する可能性が有る。
【００５５】
しかしながら、本発明に係るＬＥＤユニット７０では、第１列の発光ダイオード列７３の電流値は５１．１ｍＡであり、第２列、第３列の発光ダイオード列７３の電流値はそれぞれ４８．３ｍＡ、４８．５ｍＡ（ベース電流２．１ｍＡ）であり、電流分配率はそれぞれ３４．６％、３２．７％、３２．８％となり、ほぼ同等の電流が流れることが判る。このため、本発明に係るＬＥＤユニット７０は照度バラつきがほとんど発生せず、また各発光ダイオード素子７２の消耗を平均化することができる。
【００５６】
次に、第１列の発光ダイオード素子７２のうち２つを短絡させ、実質的に素子数を５個にしたときの電流値を表２に示す。
【表２】
2017212197.tif 000004
【００５７】
表２から、従来のＬＥＤユニット７では各発光ダイオード列７３に流れる電流値はそれぞれ１４６．４ｍＡ、１．８ｍＡ、１．８ｍＡであり、電流分配率はそれぞれ９７．６％、１．２％、１．２％となり、２つの発光ダイオード素子７２を短絡させた第１列の発光ダイオード列７３に電流が集中し、第２列、第３列の発光ダイオード列７３にはほとんど電流が流れないことが判る。この場合、第２列、第３列の発光ダイオード列７３が点灯しないことに加え、第１列の発光ダイオード素子７２に過大な電流が流下して寿命が短命化する。
【００５８】
これに対し、本発明に係るＬＥＤユニット７０では、各発光ダイオード列７３に流れる電流値はそれぞれ５２．５ｍＡ、４７．２ｍＡ、４７．７ｍＡ（ベース電流２．６ｍＡ）であり、電流分配率はそれぞれ３５．６％、３２．０％、３２．４％となり、大きなバラつきは生じない。このことから、本発明に係るＬＥＤユニット７０では、２つの発光ダイオード素子７２を短絡させ順方向電圧が大きく異なる発光ダイオード列７３を接続した場合でも、各発光ダイオード列７３の電流値に大きな偏りは発生せず、全ての発光ダイオード列７３が継続して発光可能なことが判る。即ち、本発明に係るＬＥＤユニット７０では、例えば任意の発光ダイオード素子７２が破損し短絡した場合でも、その影響を最小限に留め、ユニット全体としての点灯動作を継続することができる。尚、この電流分配機能は、発光ダイオード列７３ごとに接続したトランジスタ素子ＴＲのベース電位を同じとすることで、各発光ダイオード列７３（エミッタ抵抗Ｒｂ）に流下する電流を均等化するように各トランジスタ素子ＴＲが動作し、トランジスタ素子ＴＲ側がこれらの電流値を支配的に決定することに起因する。
【００５９】
尚、本発明に係るＬＥＤユニット７０はＬＥＤ点灯装置８０、８０ａと一体化して、全体としてＬＥＤ点灯装置８０、８０ａの構成としても良い。このとき、ＬＥＤユニット７０は負荷接続端Ｐａ、Ｐｂに対し着脱可能とすることが好ましいが、同一基板で構成しても良い。さらに、ＬＥＤ点灯装置８０、８０ａの各部は同一の基板で構成しても良いし、図１３に示すように、例えば調光信号出力部４４を有する信号出力部９２、直流電源部２０と高周波出力部５０とＬＣ共振回路部３０と電圧制限ダイオード素子Ｄ１、Ｄ２等を有する電源回路部９４、出力整流部ＤＢと保護回路６０を有する出力回路整流部９６等、任意の回路ポイントで分割して構成しても良い。
【００６０】
以上のように、本発明に係るＬＥＤ点灯装置８０、８０ａは、一般的なＬＣ共振回路では素子接続を行わない共振用インダクタ素子Ｌｆと共振用コンデンサ素子Ｃｆとの間に第１、第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ１、Ｄ２を接続する。そして、第１、第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ１、Ｄ２を直流電源部２０の正極Ｂ（＋）、負極Ｂ（−）と接続する。これにより、共振用インダクタ素子Ｌｆの出力側の電位は直流電源部２０の正極Ｂ（＋）、負極Ｂ（−）に制限され、これに準じてＬＣ共振回路部３０の出力電圧も制限される。このため、無負荷の負荷接続端Ｐａ、Ｐｂに過大な電圧が出力することはない。また、無負荷の負荷接続端Ｐａ、Ｐｂに過大な電圧が出力しないため、保護回路６０の誤作動防止時間を比較的自由に設定することができる。
【００６１】
そして、第１、第２の電圧制限ダイオード素子Ｄ１、Ｄ２の動作は間欠信号による調光動作に影響を与えない。このため本発明に係るＬＥＤ点灯装置８０、８０ａは、間欠動作による深い調光と無負荷時の高電圧対策とを両立することができる。
【００６２】
また、本発明に係るＬＥＤユニット７０は、並列に接続された発光ダイオード列７３ごとにトランジスタ素子ＴＲを設け、このトランジスタ素子ＴＲに同一電位からのベース電流を流下する。そして、この構成ではトランジスタ素子ＴＲが発光ダイオード列７３に流下する電流値を支配的に決定するため、発光ダイオード列７３の順方向電圧にバラつきが存在しても流下する電流値に大きな偏りが発生しない。このため、本発明に係るＬＥＤユニット７０では抵抗値の大きな電流制限抵抗Ｒを用いる必要がなく、抵抗値が小さく低損失なエミッタ抵抗Ｒｂで機能する。これにより、ＬＥＤユニット７０全体としての効率が上昇し、消費電力の少ない省エネルギーなＬＥＤユニットを得ることができる。
【００６３】
そして、本発明に係るＬＥＤ点灯装置８０、８０ａにＬＥＤユニット７０を接続することで、ＬＥＤユニット毎ではなく発光ダイオード列７３毎の定電流駆動が可能となり、定電流駆動のメリットを最大限に発揮したＬＥＤ点灯装置８０、８０ａを得ることができる。さらに、本発明に係るＬＥＤユニット７０は前述のように高効率で消費電力が少ないため、極めて省エネルギーなＬＥＤ点灯装置８０、８０ａを得ることができる。
【００６４】
尚、上記のＬＥＤ点灯装置８０、８０ａ及びＬＥＤユニット７０は一例であるから、各部の回路、数値、配線経路等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することが可能である。
【符号の説明】
【００６５】
２０    直流電源部
２４    非絶縁型アクティブフィルタ回路
３０    ＬＣ共振回路部
４０    高周波発振制御部
４２    間欠発振変調部
６０    保護回路
６２    無負荷検出部
６６    保持配線
７０    ＬＥＤユニット
７２    発光ダイオード素子
７３    発光ダイオード列
８０、８０ａ  ＬＥＤ点灯装置
Ａ      高周波出力点
Ｄ１    第１の電圧制限ダイオード素子
Ｄ２    第２の電圧制限ダイオード素子
ＤＢ    出力整流部
Ｃｄｃ  直流阻止コンデンサ
Ｃｆ    共振用コンデンサ素子
Ｌｆ    共振用インダクタ素子
Ｐａ、Ｐｂ  負荷接続端
Ｑ１    第１のスイッチング素子
Ｑ２    第２のスイッチング素子
Ｒｂ    エミッタ抵抗
ＳＣＲ  保護スイッチング素子（サイリスタ）
ＴＲ    トランジスタ素子
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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