(57)【要約】【課題】位相調光器が接続され得るＬＥＤ電源装置において、無負荷時に保護動作が行われない場合においても故障を回避することができる高い信頼性の小型な構成を提供する。【解決手段】ＬＥＤ電源装置（１）は、位相調光器（４）によって位相制御される交流電源電圧を全波整流可能な整流回路（１０）と、整流回路の出力端間に接続されるアルミ電解コンデンサからなる入力コンデンサ（２０）と、入力コンデンサの電圧を受けて直流電圧を出力する降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ回路（３０）と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路の出力端間に接続され、交流電源電圧のピーク値よりも高い耐圧でかつ入力コンデンサよりも小容量のセラミックコンデンサからなる出力コンデンサ（５０）とを備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ電源装置であって、
位相調光器によって位相制御される交流電源電圧を全波整流可能な整流回路と、
前記整流回路の出力端間に接続されるアルミ電解コンデンサからなる入力コンデンサと、
前記入力コンデンサの電圧を受けて直流電圧を出力する降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路の出力端間に接続され、前記交流電源電圧のピーク値よりも高い耐圧でかつ前記入力コンデンサよりも小容量のセラミックコンデンサからなる出力コンデンサと
を備えたＬＥＤ電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＬＥＤ電源装置において、前記出力コンデンサの容量が０．０４７μＦ以上０．２２μＦ以下である、ＬＥＤ電源装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＬＥＤ電源装置において、前記出力コンデンサがチップ部品のセラミックコンデンサからなる、ＬＥＤ電源装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のＬＥＤ電源装置において、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路が、スイッチング素子、インダクタ素子、整流素子及び制御回路を有し、前記スイッチング素子が前記制御回路によってＰＷＭ駆動され、前記スイッチング素子のオン期間に前記入力コンデンサから前記インダクタ素子に給電され、前記スイッチング素子のオフ期間に前記インダクタ素子から前記整流素子を介して出力電圧が生成されるように構成され、
前記制御回路が、前記入力コンデンサの電圧から生成される電圧及び前記インダクタ素子の補助巻線に発生する電圧から生成される電圧を制御電圧として生成する制御電源部、及び前記制御電圧が上限値に達すると前記スイッチング素子のＰＷＭ駆動を停止するように構成された保護部を含む、ＬＥＤ電源装置。
【請求項５】
請求項４に記載のＬＥＤ電源装置において、前記スイッチング素子及び前記制御回路が１つの集積回路に内蔵された、ＬＥＤ電源装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載のＬＥＤ電源装置と、前記直流電圧が印加されるＬＥＤとを備えたＬＥＤ照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ電源装置及びそれを用いたＬＥＤ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、ＬＥＤ照明装置において、無負荷時等に出力が過電圧となった場合に保護動作を行う構成を開示する。このＬＥＤ照明装置は、出力側に電解コンデンサを有するバック型のＤＣ／ＤＣコンバータ回路、そのトランスの補助巻線に発生する電圧を検出する回路、及び検出された電圧が所定値を超える場合に過電圧と判断してＤＣ／ＤＣコンバータ回路の出力を停止させる回路を備える。
【０００３】
また、ＬＥＤ電源装置は位相調光器に接続される場合がある。位相調光器によって商用電源等の交流電源からＬＥＤ電源装置に入力される電力が低減され、それによりＬＥＤに供給される電力が低減されて調光点灯が行われる。このような位相調光器は、別途の調光信号配線が不要であり、施工が容易な調光手段として普及している（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１２０４５４号公報
【特許文献２】特開２０１５−１０６４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１のような無負荷保護構成を有するＬＥＤ電源装置が位相調光器に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路への入力が位相制御されると、その無負荷保護が実行されなくなる場合がある。これは、詳細を後述するように、入力電圧の位相制御によりＤＣ／ＤＣコンバータ回路への入力が抑制されることに起因して、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路の実際の出力状態と、検出回路における出力状態の検出結果とに不一致が生じることによる。そして、バック型等のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて無負荷時に過電圧保護が動作しない場合、出力電圧は入力電源電圧のピーク値まで上昇し得る。ここで、出力側のコンデンサの耐圧がＬＥＤの順方向電圧Ｖｆ程度であると、そのコンデンサは故障してしまう。したがって、この故障回避の構成が必要となる。また、この故障回避のために、問題となる回路部品を単純に高耐圧化したり、対策回路部品を追加したり、制御回路の検出性能を強化したりすることは、ＬＥＤ電源装置の大型化をもたらすため好ましくない。
【０００６】
そこで、本発明は、位相調光器が接続され得るＬＥＤ電源装置において、無負荷時に保護動作が行われない場合においても故障を回避することができる高い信頼性の小型な構成を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のＬＥＤ電源装置は、位相調光器によって位相制御される交流電源電圧を全波整流可能な整流回路と、整流回路の出力端間に接続されるアルミ電解コンデンサからなる入力コンデンサと、入力コンデンサの電圧を受けて直流電圧を出力する降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路の出力端間に接続され、交流電源電圧のピーク値よりも高い耐圧でかつ入力コンデンサよりも小容量のセラミックコンデンサからなる出力コンデンサとを備える。
【０００８】
上記ＬＥＤ電源装置によると、整流回路の出力側に接続される入力コンデンサがアルミ電解コンデンサからなり、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路の出力側に接続される出力コンデンサが、交流電源のピーク値よりも高い耐圧でかつ入力コンデンサよりも小容量のセラミックコンデンサからなる。このように、出力コンデンサが交流電源電圧のピーク値よりも高い耐圧のセラミックコンデンサであることにより、位相調光器が接続されたＬＥＤ電源装置において、無負荷時に保護動作が行われずに出力電圧が上記ピーク値まで上昇した場合であっても出力コンデンサの故障を回避することができる。また、入力コンデンサ及び出力コンデンサがそれぞれアルミ電解コンデンサ及びセラミックコンデンサである場合の両コンデンサの合計サイズは、入力コンデンサ及び出力コンデンサがそれぞれフィルムコンデンサ及びアルミ電解コンデンサである場合の両コンデンサの合計サイズよりも減少する。したがって、位相調光器が接続され得るＬＥＤ電源装置において、無負荷時に保護動作が行われない場合においても故障を回避することができる高い信頼性の小型な構成が実現される。
【０００９】
ここで、出力コンデンサの容量が０．０４７μＦ以上０．２２μＦ以下であることが好ましい。これにより、出力コンデンサによる高周波リップル除去機能の確保及びＬＥＤ電源装置の小型化が可能となる。
【００１０】
また、出力コンデンサが、チップ部品のセラミックコンデンサからなることが好ましい。これにより、一層小型なＬＥＤ電源装置が実現される。
【００１１】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、スイッチング素子、インダクタ素子、整流素子及び制御回路を有し、スイッチング素子が制御回路によってＰＷＭ駆動され、スイッチング素子のオン期間に入力コンデンサからインダクタ素子に給電され、スイッチング素子のオフ期間にインダクタ素子から整流素子を介して出力電圧が生成されるように構成される。制御回路は、入力コンデンサの電圧から生成される電圧及びインダクタ素子の補助巻線に発生する電圧から生成される電圧を制御電圧として生成する制御電源部、及び制御電圧が上限値に達するとスイッチング素子のＰＷＭ駆動を停止するように構成された保護部を備える。このように、本発明は、無負荷状態を上記制御電圧によって検出する構成の回路を搭載したＬＥＤ電源装置が位相調光器に接続される場合に有用である。
【００１２】
またさらに、制御回路及びスイッチング素子が１つの集積回路（ドライバＩＣ）に内蔵されていてもよい。これにより、ＬＥＤ電源装置の更なる小型化が可能となる。
【００１３】
本発明のＬＥＤ照明装置は、上記いずれかのＬＥＤ電源装置と、上記直流電圧が印加されるＬＥＤとを備える。これにより、ＬＥＤが取り外され、又は断線した場合であっても故障が回避される高い信頼性の小型なＬＥＤ照明装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態によるＬＥＤ電源装置及びＬＥＤ照明装置のブロック図である。
【図２】実施形態によるＬＥＤ電源装置及びＬＥＤ照明装置の回路図である。
【図３Ａ】図１のＬＥＤ電源装置の無負荷時動作を説明する図である。
【図３Ｂ】図１のＬＥＤ電源装置の無負荷時動作を説明する図である。
【図４】本発明の一変形例のＬＥＤ電源装置及びＬＥＤ照明装置の回路図である。
【図５】本発明の他の変形例のＬＥＤ電源装置及びＬＥＤ照明装置の回路図である。
【図６】比較例のＬＥＤ電源装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜実施形態＞
図１に、本発明の実施形態によるＬＥＤ電源装置１及びそれを含むＬＥＤ照明装置３のブロック図を示す。ＬＥＤ照明装置３はＬＥＤ電源装置１及びＬＥＤ２を含む。ＬＥＤ電源装置１は、位相調光器４を介して商用電源等の交流電源ＡＣの給電を受け、この位相制御された交流電圧を直流変換して所定の直流電圧を出力し、この直流電圧をＬＥＤ２に供給する。本実施形態では、交流電源ＡＣの電圧は１００Ｖａｃであるものとする。ＬＥＤ電源装置１は、整流回路１０、入力コンデンサ２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０及び出力コンデンサ５０を備える。
【００１６】
整流回路１０はダイオードブリッジからなり、位相調光器４を介して交流電源ＡＣに接続され、入力される交流電圧を全波整流する。整流回路１０の前段の入力線にはフィルタ抵抗１１が接続される。また、必要に応じて、整流回路１０の前段に電流ヒューズ（パターンヒューズであってもよい）が接続され、整流回路１０の前段又は後段にノイズフィルタが接続される。
【００１７】
入力コンデンサ２０は電解コンデンサからなり、整流回路１０の出力端間に接続される。入力コンデンサ２０は整流回路１０の全波整流出力を平滑し、交流電源電圧の低周波リップルを平滑する。以降の説明において、入力コンデンサ２０の低電位側電極と同電位の部位をグランドＧといい、高電位側電極と同電位の部位を高電位側ラインＨという。本実施形態では、入力コンデンサ２０は、例えば、耐圧２００Ｖで容量１８μＦのアルミ電解コンデンサである。入力コンデンサ２０の前段の入力線にはフィルタ低抵２１及び２２がそれぞれ接続される。なお、本実施形態では、出力電力が約６ＷのＬＥＤ電源装置１が想定されているが、本発明の構成は、電源高調波規制のクラスＤが適用される入力電力２５Ｗ以下のＬＥＤ電源装置１及びＬＥＤ照明装置３に適用可能である。入力コンデンサ２０の容量は、低周波リップルの除去性能（ＬＥＤ２でのちらつき抑制）を満足できる容量以上であればよく、電源高調波規制（クラスＤ）を満足できる容量以下であればよい。
【００１８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０は、主回路部３００及び制御回路３４０を有し、降圧型のスイッチング電源回路を構成する。主回路部３００は、スイッチング素子３０１、インダクタ素子３０２及び整流素子３０３を含み、スイッチング素子３０１が制御回路３４０によってＰＷＭ駆動される。詳細を後述するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０は、スイッチング素子３０１のオン期間に入力コンデンサ２０からインダクタ素子３０２に給電され、スイッチング素子３０１のオフ期間にインダクタ素子３０２から整流素子３０３を介してパルス状の出力電圧が生成されるように構成される。ただし、このパルス状の出力電圧は後段の出力コンデンサ５０で平滑される。
【００１９】
制御回路３４０は、駆動部３４１、帰還部３４２、設定部３４３、制御電源部３４４及び保護部３４５を有し、これらは相互に接続される。駆動部３４１は、スイッチング素子３０１をＰＷＭ駆動する。帰還部３４２は、スイッチング素子３０１に流れる電流を検出して、検出された電流値が目標値に一致するようにＰＷＭ駆動におけるオン幅（又はオンデューティ）を決定する。設定部３４３は、ＰＷＭ駆動の動作開始時の初期オン幅を決定する。
【００２０】
制御電源部３４４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０の入力電圧から１次電圧Ｖ１を生成する１次側電源回路、及びＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０の出力動作（すなわちスイッチング素子３０１のスイッチング動作）に基づいて２次電圧Ｖ２を生成する２次側電源回路を有し、１次電圧Ｖ１及び２次電圧Ｖ２から制御電圧Ｖｃｃを生成する。この制御電圧Ｖｃｃの供給を受けて制御回路３４０内の各部が動作する。
【００２１】
保護部３４５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０の出力状態を検出し、検出された出力状態が所定の閾値を超え、又は下回った場合に、駆動部３４１にスイッチング素子３０１のＰＷＭ駆動を停止させる。具体的には、保護部３４５は、無負荷時の保護動作及び負荷短絡時の保護動作を実行する。無負荷時において、保護部３４５は、２次電圧Ｖ２の上昇により制御電圧Ｖｃｃが上限値を超えたことを検出すると、スイッチング素子３０１のＰＷＭ駆動を停止させる。また、負荷短絡時において、保護部３４５は、２次電圧Ｖ２が発生しなくなることを検出すると、スイッチング素子３０１のＰＷＭ駆動を停止させる。保護部３４５は、上記の各保護状態を（交流電源ＡＣがオフされるまで）ラッチしてスイッチング素子３０１の停止を維持してもよいし、所定条件が満たされた場合にスイッチング素子３０１のＰＷＭ駆動を再開するようにしてもよい。後者の場合、ＰＷＭ駆動再開時に無負荷状態又は負荷短絡状態が除去されていない場合には再度保護動作が実行される。このＰＷＭ駆動の停止と再開の繰返しの結果としてスイッチング素子３０１は間欠的に発振されることになる。
【００２２】
出力コンデンサ５０はセラミックコンデンサからなり、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０の出力端間に接続される。出力コンデンサ５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０の高周波リップルを除去する（パルス状の出力を平滑する）。出力コンデンサ５０の容量は、高周波リップルのフィルタリング性能の観点から０．０４７μＦ以上であることが好ましく、装置小型化の観点から０．２２μＦ以下であることが好ましい。また、セラミックコンデンサとしてチップ部品を用いることにより、ＬＥＤ電源装置１の一層の小型化が可能となる。本実施形態では、出力コンデンサ５０には、例えば、耐圧２５０Ｖで容量０．１μＦのチップセラミックコンデンサが採用される。
【００２３】
図２に、図１のＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０の具体的な回路構成を示す。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０の主回路部３００は、スイッチング素子３０１に対応するトランジスタ３１、インダクタ素子３０２に対応するトランス３２、及び整流素子３０３に対応するダイオード３３を有し、出力コンデンサ５０とともにバック（Ｂｕｃｋ）コンバータを構成する。トランジスタ３１はＭＯＳＦＥＴからなり、ドライバＩＣ３４に内蔵される。以降において、トランジスタ３１をＦＥＴ３１ともいう。トランス３２は主巻線３２１及び補助巻線３２２を備える。
【００２４】
ＦＥＴ３１はドライバＩＣ３４内部でＰＷＭ駆動される。ＦＥＴ３１のＰＷＭ制御におけるオン期間に、入力コンデンサ２０の電圧をもとに、入力コンデンサ２０→ＬＥＤ２／出力コンデンサ５０→主巻線３２１→ＦＥＴ３１→グランドＧに電流が流れ、トランス３２にエネルギーが蓄えられる。ＦＥＴ３１のオフ期間に、トランス３２に蓄えられたエネルギーをもとに、主巻線３２１→ダイオード３３→ＬＥＤ２／出力コンデンサ５０に電流が流れる。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０は、入力コンデンサ２０の電圧を降圧して出力電圧を生成し、ＦＥＴ３１のオン期間（オンデューティ）の増加に応じて出力電圧を増加させる。
【００２５】
制御回路３４０は、ドライバＩＣ３４、上記１次側電源回路に対応する電圧レギュレータ回路３５、上記２次側電源回路に対応する補助巻線回路４０、コンデンサ４３、電流検出抵抗４４、抵抗４５、抵抗４６並びに分圧抵抗４７及び４８を含む。電圧レギュレータ回路３５は、抵抗３６、抵抗３７、ツェナーダイオード３８及びトランジスタ３９を含み、シリーズレギュレータを構成する。電圧レギュレータ回路３５は、高電位側ラインＬの電圧を降圧して、ツェナーダイオード３８のツェナー電圧Ｖｚｄに等しい１次電圧Ｖ１（トランジスタ３９のエミッタ電圧）を生成する。補助巻線回路４０は、補助巻線３２２、抵抗４１及びダイオード４２を含み、補助巻線３２２に発生する電圧をダイオード４２によって整流して２次電圧Ｖ２を生成する。
【００２６】
ドライバＩＣ３４は、上記の制御回路３４０の各部の機能を実現するための集積回路であり、例えば、ＤＩＯＤＥＳ社製の型名ＡＰ１６９５−２０Ｃであればよい。ただし、制御回路３４０は、他のＩＣ又はアナログ回路によっても構成可能である。ドライバＩＣ３４は、内蔵ＦＥＴ３１のドレイン端子Ｄ及びソース端子Ｓ、電流検出端子ＣＳ、制御電源端子ＶＣＣ、フィードバック端子ＦＢ、設定端子ＲＩ並びにグランド端子ＧＮＤを有する。駆動部３４１の機能はドライバＩＣ３４に含まれる。帰還部３４２の機能は、ドライバＩＣ３４（ＣＳ端子）、電流検出抵抗４４及び抵抗４５によって実現される。設定部３４３の機能は、ドライバＩＣ３４（ＲＩ端子）及び抵抗４６によって実現される。制御電源部３４４の機能は、電圧レギュレータ回路３５、補助巻線回路４０及びコンデンサ４３によってドライバＩＣ３４の制御電源端子ＶＣＣにおいて実現される。保護部３４５の機能は、ドライバＩＣ３４（ＶＣＣ端子、ＦＢ端子）、電圧レギュレータ回路３５、補助巻線回路４０、コンデンサ４３並びに分圧抵抗４７及び４８によって実現される。
【００２７】
ドレイン端子Ｄは、内蔵ＦＥＴ３１がトランス３２及びダイオード３３とバックコンバータを形成するように接続される（図１の例では、主巻線３２１とダイオード３３のアノードとの接続点に接続される）。ソース端子Ｓは、電流検出抵抗４４を介してグランドに接続される。電流検出端子ＣＳは、抵抗４５を介してソース端子Ｓに接続され、電流検出抵抗４４に発生する電圧、すなわちＦＥＴ３１に流れる電流を検出する。ドライバＩＣ３４は、電流検出端子ＣＳで検出された電流値が目標値に一致するようにＰＷＭ駆動におけるオン幅（又はオンデューティ）を決定する。設定端子ＲＩは抵抗４６を介してグランドに接続され、抵抗４６の抵抗値によって初期オン幅が決定される。
【００２８】
制御電源端子ＶＣＣは、電圧レギュレータ回路３５及び補助巻線回路４０に接続され、コンデンサ４３を介してグランドＧに接続される。制御電源端子ＶＣＣには、電圧レギュレータ回路３５からの１次電圧Ｖ１及び補助巻線回路４０からの２次電圧Ｖ２が、ドライバＩＣ３４の制御電圧Ｖｃｃとして供給される。なお、用語「制御電源」と「制御電圧」とは同義のものとして用いられる場合がある。また、ドライバＩＣ３４は、制御電源端子ＶＣＣの電圧、すなわち制御電圧Ｖｃｃが上限値に達したこと検出すると、ＦＥＴ３１のＰＷＭ駆動を停止する。
【００２９】
フィードバック端子ＦＢには、補助巻線３２２の電圧の抵抗４７及び４８による分圧値が入力される。ドライバＩＣ３４は、ＦＢ端子電圧及びＶＣＣ端子電圧の組合せにより負荷短絡を検出すると、ＦＥＴ３１のＰＷＭ駆動を停止する。
【００３０】
ここで、無負荷状態における出力過電圧保護（以下、「無負荷保護」という）について説明する。なお、無負荷状態は、ＬＥＤ２が接続されていない場合、ＬＥＤ２の一部又は全部が断線している場合、ＬＥＤ２とＬＥＤ電源装置１を接続する配線が導通していない場合等に発生する。上述したように、無負荷保護は、制御電圧Ｖｃｃに基づいて行われる。これは、負荷状態を反映する２次電圧Ｖ２に応じて制御電圧Ｖｃｃが変動することを利用するものである。
【００３１】
図３Ａに、無負荷状態でかつ位相制御が行われない状態（又は比較的浅い位相制御が行われた状態）においてＬＥＤ電源装置１に電源が投入された場合の制御電圧Ｖｃｃ及び出力電圧Ｖｏｕｔを示す。横軸は時間である。
【００３２】
時刻ｔ０において、交流電源ＡＣが投入される。これにより、電圧レギュレータ回路３５が動作を開始し、電圧レギュレータ回路３５からの１次電圧Ｖ１により制御電圧Ｖｃｃが上昇していく。
【００３３】
時刻ｔ１において、制御電圧Ｖｃｃ（１次電圧Ｖ１）がドライバＩＣ３４の起動電圧Ｖｓｔを超えると、ドライバＩＣ３４が起動してＦＥＴ３１の駆動を開始する。これにより、出力電圧Ｖｏｕｔが上昇を開始する。ただし、この時点では補助巻線３２２に発生する電圧は低く、ダイオード４２はオフ状態である。したがって、制御電圧Ｖｃｃは依然として１次電圧Ｖ１に等しい。
【００３４】
時刻ｔ２において、制御電圧Ｖｃｃ（１次電圧Ｖ１）が電圧レギュレータ回路３５のツェナー電圧Ｖｚｄに達すると、その後、制御電圧Ｖｃｃ（１次電圧Ｖ１）はツェナー電圧Ｖｚｄで一定となる。一方、出力電圧Ｖｏｕｔは上昇を続ける。
【００３５】
時刻ｔ３において、補助巻線３２２からの２次電圧Ｖ２がツェナー電圧Ｖｚｄを超えるとダイオード４２がオンし、制御電圧Ｖｃｃが上昇を再開する。出力電圧Ｖｏｕｔは上昇を続ける。
【００３６】
時刻ｔ４において、制御電圧Ｖｃｃが上限値Ｖｏｖに達すると、ドライバＩＣ３４はＦＥＴ３１の駆動を停止する。これにより、出力電圧Ｖｏｕｔがその時点の電圧Ｖｐｒ（保護設定電圧Ｖｓｅｔ以下の電圧）で一定となる。また、電圧レギュレータ回路３５からの１次電圧Ｖ１が供給されている状態で補助巻線回路４０からの２次電圧Ｖ２が供給されなくなり、その後、制御電圧Ｖｃｃはツェナー電圧Ｖｚｄで一定となる。すなわち、出力電圧Ｖｏｕｔは電圧Ｖｐｒで一定となるとともに、制御電圧Ｖｃｃがツェナー電圧Ｖｚｄで一定となる。
【００３７】
図３Ｂに、無負荷状態でかつ比較的深い（例えば、位相角９０度程度の）位相制御が行われた状態においてＬＥＤ電源装置１に電源が投入された場合の制御電圧Ｖｃｃ及び出力電圧Ｖｏｕｔを示す。横軸は時間である。この無負荷状態でかつ位相制御が行われた状態においては、所期の無負荷保護が実行されなくなる。
【００３８】
時刻ｔ１０において、交流電源ＡＣが投入される。これにより、電圧レギュレータ回路３５からの１次電圧Ｖ１により、制御電圧Ｖｃｃが上昇していく。時刻ｔ１０から時刻ｔ１３までは、図３Ａの時刻ｔ０から時刻ｔ３までと同様である。すなわち、時刻ｔ１１においてＦＥＴ３１の駆動が開始され、出力電圧Ｖｏｕｔが上昇している状態で、時刻ｔ１２において制御電圧Ｖｃｃがツェナー電圧Ｖｚｄで一定となり、時刻ｔ１３において制御電圧Ｖｃｃが上昇を再開する。
【００３９】
ここで、位相制御された入力電圧に起因して、入力コンデンサ２０に蓄えられる電力及びそれに起因して補助巻線３２２に発生する電力は、位相制御されない場合と比べて小さくなる。そのため、時刻ｔ１４において、制御電圧Ｖｃｃは、ツェナー電圧Ｖｚｄより高く上限値Ｖｏｖも低い電圧（場合によってはツェナー電圧Ｖｚｄ）で一定となる。その一方で、ＦＥＴ３１は駆動を継続し、出力側に実質的な放電要素がないために出力電圧Ｖｏｕｔは上昇し続ける。そのため、出力電圧Ｖｏｕｔは、保護設定電圧Ｖｓｅｔを超え、交流電源電圧のピーク値Ｖｐｋ、すなわち交流電源電圧が１００Ｖａｃである場合には約１４１Ｖまで達し、その後ピーク値Ｖｐｋで一定となる。
【００４０】
このように、無負荷状態と位相制御との組合せにおいては、出力電圧が交流電源電圧のピーク値Ｖｐｋまで上昇する場合が発生する。したがって、入力コンデンサ２０及び出力コンデンサ５０には、交流電源電圧のピーク値Ｖｐｋを超える耐圧を有するものが選定される必要がある。具体的には、入力コンデンサ２０及び出力コンデンサ５０には、交流電源の電圧変動、部品ばらつき、寿命、部品サイズ、部品のラインナップ等を考慮してピーク値Ｖｐｋの１．２〜１．８倍程度の所定耐圧（１８０Ｖ〜２５０Ｖ程度の耐圧）のコンデンサが採用される。したがって、本実施形態では、入力コンデンサ２０には耐圧２００Ｖで容量１８μＦのアルミ電解コンデンサが適用され、出力コンデンサ５０には耐圧２５０Ｖで容量０．２２μＦのセラミックコンデンサが適用される。
【００４１】
ここで、比較例を検討する。図６に、基本比較例として、一般的なコンデンサ構成を有するＬＥＤ電源装置１０１を示す。図１のＬＥＤ電源装置１と実質的に同様の構成要素には、同じ符号が付されている。図６に示すように、ＬＥＤ電源装置１０１では、ＬＥＤ電源装置１（図１及び図２）とは異なり、入力コンデンサ１２０にフィルムコンデンサが使用され、出力コンデンサ１５０に電解コンデンサが使用される。
【００４２】
入力コンデンサ１２０は、相対的に小容量のメタライズドポリエステルフィルムコンデンサ（例えば、耐圧２５０Ｖ、０．２２μＦ）である。出力コンデンサ１５０は、ＬＥＤ２の順方向電圧Ｖｆを若干超える程度の相対的に大容量のアルミ電解コンデンサ（例えば、耐圧５０Ｖ、１００μＦ）である。しかし、無負荷保護が動作しない状況を考慮すると、出力コンデンサ１５０の耐圧も、交流電源電圧のピーク値Ｖｐｋの１．２〜１．８倍程度とする必要がある。
【００４３】
以降において、比較説明の目的上、上記の基本比較例に変更を加えた比較例１及び比較例２を用いて説明を行う。比較例１は、無負荷保護が動作しない状況に対処するために、基本比較例における出力コンデンサ１５０の耐圧を５０Ｖから２００Ｖに増加させたものである。すなわち、出力コンデンサ１５０は、耐圧２００Ｖで容量１００μＦのアルミ電解コンデンサである。また、比較例２は、出力コンデンサ１５０を低容量化するために、比較例１における出力コンデンサ１５０の容量を１００μＦから１８μＦに低下させたものである。すなわち、出力コンデンサ１５０は、耐圧２００Ｖで容量１８μＦのアルミ電解コンデンサであり、これは本実施形態の入力コンデンサ２０と同じものである。
【００４４】
具体的には、本実施形態、比較例１及び比較例２における入力コンデンサ及び出力コンデンサの仕様は以下の通りである。なお、本実施形態、比較例１及び比較例２とも出力電力は約６Ｗである。
本実施形態：
入力コンデンサ２０：アルミ電解コンデンサ
200LLE18MEFC10X12.5（ルビコン株式会社）
耐圧２００Ｖ、１８μＦ、φ１０×Ｈ１２．５（ｍｍ）
出力コンデンサ５０：チップ（面実装）セラミックコンデンサ
GRM31CR72E104KW03L（株式会社村田製作所）
耐圧２５０Ｖ、０．１μＦ、Ｌ３．２×Ｗ１．６×Ｈ１．６（ｍｍ）
比較例１：
入力コンデンサ１２０：メタライズドポリエステルフィルムコンデンサ
MDX22E224K（日通工エレクトロニクス株式会社）
耐圧２５０Ｖ、０．２２μＦ、Ｌ９．８×Ｗ５．２×（Ｈ１１．３＋１．０）(ｍｍ)
出力コンデンサ１５０：アルミ電解コンデンサ
EGXE201ETD101MJC5S（日本ケミコン株式会社）
耐圧２００Ｖ、１００μＦ、φ１６×Ｈ２５（ｍｍ）
比較例２：
入力コンデンサ１２０：メタライズドポリエステルフィルムコンデンサ
MDX22E224K（日通工エレクトロニクス株式会社）
耐圧２５０Ｖ、０．２２μＦ、Ｌ９．８×Ｗ５．２×（Ｈ１１．３＋１．０）(ｍｍ)
出力コンデンサ１５０：アルミ電解コンデンサ
200LLE18MEFC10X12.5（ルビコン株式会社）
耐圧２００Ｖ、１８μＦ、φ１０×Ｈ１２．５（ｍｍ）
【００４５】
（１）専有面積比較
本実施形態において、入力コンデンサ２０及び出力コンデンサ５０の専有面積はそれぞれ７８．５ｍｍ２及び５．１ｍｍ２であり、その合計は８３．６ｍｍ２である。
比較例１において、入力コンデンサ１２０及び出力コンデンサ１５０の専有面積はそれぞれ５１．０ｍｍ２及び２０１．０ｍｍ２であり、その合計は２５２．０ｍｍ２である。
比較例２において、入力コンデンサ１２０及び出力コンデンサ１５０の専有面積はそれぞれ５１．０ｍｍ２及び７８．５ｍｍ２であり、その合計は１２９．５ｍｍ２である。
このように、本実施形態における両コンデンサの専有面積は、基本比較例の構成から出力コンデンサ１５０の耐圧を増加させた比較例１における両コンデンサの専有面積の約３３％となる。また、本実施形態における両コンデンサの専有面積は、比較例１の構成から出力コンデンサを低容量化した比較例２における両コンデンサの専有面積と比較しても、その約６５％となる。このように本実施形態によって、大幅な小型化が実現され、ＬＥＤ電源装置の小型化が可能となる。
【００４６】
（２）専有体積比較
本実施形態において、入力コンデンサ２０及び出力コンデンサ５０の専有体積はそれぞれ９８１ｍｍ３及び８ｍｍ３であり、その合計は９８９ｍｍ３である。
比較例１において、入力コンデンサ１２０及び出力コンデンサ１５０の専有体積はそれぞれ６２７ｍｍ３及び５０２４ｍｍ３であり、その合計は５６５１ｍｍ３である。
比較例２において、入力コンデンサ１２０及び出力コンデンサ１５０の専有体積はそれぞれ６２７ｍｍ３及び９８１ｍｍ３であり、その合計は１６０８ｍｍ３である。
このように、本実施形態における両コンデンサの専有体積は、基本比較例の構成から出力コンデンサ１５０の耐圧を増加させた比較例１における両コンデンサの専有体積の約１８％となる。また、本実施形態における両コンデンサの専有体積は、比較例１の構成から出力コンデンサを低容量化した比較例２における両コンデンサの専有体積と比較しても、その約６２％となる。このように本実施形態によって、大幅な小型化が実現され、ＬＥＤ電源装置の小型化が可能となる。
【００４７】
なお、通常の電源設計において、セラミックコンデンサが入力コンデンサとして使用されることはない。これは、（フィルムコンデンサ及びアルミ電解コンデンサの故障モードは開放であるのに対して）セラミックコンデンサの故障モードは短絡であるためである。具体的には、仮に、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０の入力側にセラミックコンデンサが接続され、そのセラミックコンデンサが短絡故障した場合、交流電源ＡＣが短絡され、短絡故障が発生してから入力段の電流ヒューズが溶断するまでの間に交流電源ＡＣから大電流が流れ得る。これを回避するためには、２個以上のセラミックコンデンサを直列に接続する必要があるが、この構成は、部品点数の増加、及び１つのセラミックコンデンサあたりの容量の増加をもたらしてしまい、電源装置のサイズ及びコストの観点から好ましくない。一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０の出力側にセラミックコンデンサが接続され、そのセラミックコンデンサが短絡故障した場合、負荷短絡保護等の機能によりＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０の出力が停止され、特に問題は起こらない。
【００４８】
以上のように、本実施形態のＬＥＤ電源装置１は、位相調光器４によって位相制御される交流電源電圧を全波整流可能な整流回路１０と、整流回路１０の出力端間に接続されるアルミ電解コンデンサからなる入力コンデンサ２０と、入力コンデンサ２０の電圧を受けて直流電圧を出力する降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０の出力端間に接続され、交流電源電圧のピーク値よりも高い耐圧でかつ入力コンデンサ２０よりも小容量のセラミックコンデンサからなる出力コンデンサ５０を備える。すなわち、整流回路１０の出力側に接続される入力コンデンサ２０がアルミ電解コンデンサからなり、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０の出力側に接続される出力コンデンサ５０が、交流電源電圧のピーク値よりも高い耐圧でかつ入力コンデンサ２０よりも小容量のセラミックコンデンサからなる。
【００４９】
このように、位相調光器４が接続され得るＬＥＤ電源装置１において、出力コンデンサ５０が交流電源電圧のピーク値よりも高い耐圧のセラミックコンデンサであることにより、無負荷時に保護動作が行われずに出力電圧が上記ピーク値まで上昇した場合であっても出力コンデンサ５０の故障を回避することができる。また、入力コンデンサ２０及び出力コンデンサ５０がそれぞれアルミ電解コンデンサ及びセラミックコンデンサである場合の両コンデンサの合計サイズは、それらがフィルムコンデンサ及びアルミ電解コンデンサである場合の両コンデンサの合計サイズよりも減少する。したがって、位相調光器４が接続され得るＬＥＤ電源装置１において、無負荷時に保護動作が行われない場合においても故障を回避することができる高い信頼性の小型な構成が実現される。また、このようなＬＥＤ電源装置１を用いて高い信頼性の小型なＬＥＤ照明装置３が実現される。またさらに、入力コンデンサ２０に比較的容量の大きい電解コンデンサが接続されるため、位相調光器によってもたらされるオーバーシュート電流が入力コンデンサ２０によって吸収され、ＬＥＤ電源装置１の各構成部品のストレスを軽減することができる。
【００５０】
＜変形例＞
以上に本発明の好適な実施形態を示したが、本発明は、例えば以下に示すように種々の態様に変形可能である。
【００５１】
（１）ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０の変形１
上記実施形態においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０がバックコンバータを構成するものを示したが、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０は、降圧型のフライバックコンバータを構成するものであってもよい。図４に本変形例のＬＥＤ電源装置１を示す。図４において、図１の構成と実質的に同じ機能の要素には同じ符号を付す。フライバックコンバータにおいては、インダクタ素子はトランス３２ａであり、トランス３２ａは１次巻線３２３、２次巻線３２４及び補助巻線３２５を有する。補助巻線３２５は図１の補助巻線３２２に相当する。
【００５２】
ＦＥＴ３１のＰＷＭ駆動におけるオン期間に、入力コンデンサ２０の電圧をもとに、入力コンデンサ２０→１次巻線３２３→グランドＧに電流が流れ、トランス３２ａにエネルギーが蓄えられる。また、（ＬＥＤ２が正常に接続されている場合には）前オン期間において出力コンデンサ５０に充電された電圧をもとに出力コンデンサ５０→ＬＥＤ２にも電流が流れる。ＦＥＴ３１のオフ期間に、トランス３２ａに蓄えられたエネルギーをもとに、２次巻線３２４→ダイオード３３→ＬＥＤ２／出力コンデンサ５０に電流が流れる。
【００５３】
制御回路３４０の構成及び動作は上記実施形態と同様であり、入力コンデンサ２０及び出力コンデンサ５０の選定も上記実施形態で説明したものと実質的に同様である。ただし、本変形例では、出力コンデンサ５０の耐圧は、交流電源ＡＣの電圧に加えて、トランス３２ａの降圧比（２次巻線３２４の巻数／１次巻線３２３の巻数）等を考慮して選定される。
【００５４】
（２）ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０の変形２
上記実施形態においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０がバックコンバータを構成するものを示したが、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０は、バックブーストコンバータを構成するものであってもよい。図５に本変形例のＬＥＤ電源装置１を示す。図５において、図１の構成と実質的に同じ機能の要素には同じ符号を付す。バックブーストコンバータにおいては、インダクタ素子はトランス３２ｂであり、トランス３２ｂは主巻線３２６及び補助巻線３２７を有する。補助巻線３２７は図１の補助巻線３２２に相当する。
【００５５】
ＦＥＴ３１のＰＷＭ駆動におけるオン期間に、入力コンデンサ２０の電圧をもとに、入力コンデンサ２０→主巻線３２６→ＦＥＴ３１→グランドＧに電流が流れ、トランス３２ｂにエネルギーが蓄えられる。また、（ＬＥＤ２が正常に接続されている場合には）前オン期間において出力コンデンサ５０に充電された電圧をもとに出力コンデンサ５０→ＬＥＤ２にも電流が流れ得る。ＦＥＴ３１のオフ期間に、トランス３２ｂに蓄えられたエネルギーをもとに、主巻線３２６→ダイオード３３→ＬＥＤ２／出力コンデンサ５０に電流が流れる。制御回路３４０の構成及び動作は上記実施形態と同様であり、入力コンデンサ２０及び出力コンデンサ５０の選定も上記実施形態で説明したものと実質的に同様である。
【符号の説明】
【００５６】
１  ＬＥＤ電源装置
２  ＬＥＤ
３  ＬＥＤ照明装置
４  位相調光器
１０  整流回路
２０  入力コンデンサ
３０  ＤＣ／ＤＣコンバータ回路
３４  ドライバＩＣ
５０  出力コンデンサ
３００  主回路部
３０１  スイッチング素子
３０２  インダクタ素子
３０３  整流素子
３２２、３２５、３２７  補助巻線
３４０  制御回路
３４４  制御電源部
３４５  保護部
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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