JP2011048916A - 点灯回路及び照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤを安定して点灯する。
【解決手段】直流電源回路１２０は、直流電源電圧を生成する。インバータ回路１３０は、矩形波電圧を生成する。共振回路１４０は、チョークコイルＬ４１と共振コンデンサＣ４２との共振により、交流電圧を生成する。整流回路１５０は、直流負荷電圧を生成する。インバータ回路１３０は、点灯開始期間において生成する矩形波電圧の周波数が、継続点灯期間において生成する矩形波電圧の周波数よりも、共振回路１４０の共振周波数から遠い周波数である。
【選択図】図１

Description

この発明は、ＬＥＤを点灯する点灯回路に関する。

近年、ＬＥＤを用いた照明器具が普及してきている。

特開２００９−１０５０１６号公報

ＬＥＤを用いた照明器具において、電源投入直後などに、一時的にＬＥＤが通常より明るくなるフラッシュ現象が生じるなど、ＬＥＤの光出力が不安定になる場合がある。
この発明は、例えば上記のような課題を解決するためになされたものであり、ＬＥＤを安定した光出力で点灯することを目的とする。

この発明にかかる点灯回路は、
発光ダイオードを有する負荷回路に直流負荷電圧を印加して上記発光ダイオードを点灯する点灯回路において、
直流電源電圧を生成する直流電源回路と、
上記直流電源回路が生成した直流電源電圧から矩形波電圧を生成するインバータ回路と、
コイルとコンデンサとを有し、上記コイルとコンデンサとの共振により、上記インバータ回路が生成した矩形波電圧から交流電圧を生成する共振回路と、
上記共振回路が生成した交流電圧を整流して直流負荷電圧を生成する整流回路とを有し、
上記インバータ回路は、上記発光ダイオードを消灯状態から点灯状態に切り替える点灯開始期間及び上記発光ダイオードを点灯状態から消灯状態に切り替える点灯終了期間のうち少なくともいずれかにおいて生成する矩形波電圧の周波数が、上記発光ダイオードを継続して点灯する継続点灯期間において生成する矩形波電圧の周波数よりも、上記共振回路の共振周波数から遠い周波数であることを特徴とする。

この発明にかかる照明器具によれば、直流電源回路が生成する直流電源電圧が安定してからＬＥＤが点灯するので、フラッシュ現象などの発生を防ぐことができる。

実施の形態１における照明器具８００の回路構成を示す電気回路図。 実施の形態１における点灯処理Ｓ５１０の流れを示すフローチャート図。 実施の形態１における消灯処理Ｓ５２０の流れを示すフローチャート図。 実施の形態１における照明器具８００の各部の電圧などを示すグラフ図。 実施の形態１における照明器具８００の各部の電圧などを示すグラフ図。 実施の形態１における照明器具８００の各部の電圧などを示すグラフ図。 実施の形態１におけるインバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の周波数ｆと、共振コンデンサＣ４２の両端に発生する電圧のピークピーク値ｖ_Ｃとの関係を示す特性グラフ図。 実施の形態１におけるインバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の周波数ｆと、負荷回路８１０を流れる電流との関係を示す特性グラフ図。 実施の形態１における共振回路１４０のパラメータと点灯周波数ｆ_２との関係を示すグラフ図。 実施の形態１における共振回路１４０のパラメータと期間７３２の比率との関係を示すグラフ図。 実施の形態２における点灯処理Ｓ５１０の流れを示すフローチャート図。 実施の形態２における消灯処理Ｓ５２０の流れを示すフローチャート図。 実施の形態２における照明器具８００の各部の電圧などを示すグラフ図。 実施の形態３における照明器具８００の回路構成を示す電気回路図。

実施の形態１．
実施の形態１について、図１〜図１０を用いて説明する。

図１は、この実施の形態における照明器具８００の回路構成を示す電気回路図である。
照明器具８００は、商用電源などの交流電源ＡＣから供給された電力により、ＬＥＤ（発光ダイオード）を点灯する。照明器具８００は、点灯回路１００、負荷回路８１０を有する。
点灯回路１００は、負荷回路８１０に印加する直流負荷電圧を生成する。点灯回路１００は、整流回路１１０、直流電源回路１２０、インバータ回路１３０、共振回路１４０、整流回路１５０、インバータ制御回路１７０を有する。
負荷回路８１０は、例えば直列に電気接続した複数のＬＥＤを有する。負荷回路８１０は、点灯回路１００が生成した直流負荷電圧により、ＬＥＤを点灯する。

整流回路１１０は、例えば整流素子をブリッジ接続したダイオードブリッジＤＢ１を有する。整流回路１１０は、交流電源ＡＣから入力した交流電圧を全波整流して脈流電圧を生成する。
直流電源回路１２０（アクティブフィルタ回路）は、例えばチョークコイルＬ２１、スイッチング素子Ｑ２２、整流素子Ｄ２３、平滑コンデンサＣ２４、ＰＦＣ１２５からなる昇圧チョッパ回路であり、整流回路１１０が生成した脈流電圧から、所定の目標電圧値Ｖ_０（例えば４１５Ｖ）の直流電圧（以下「直流電源電圧」と呼ぶ。）を生成する。
インバータ回路１３０は、例えば直列に電気接続した２つのスイッチング素子Ｑ３１，Ｑ３２を有する。インバータ回路１３０は、インバータ制御信号を入力し、入力したインバータ制御信号にしたがって、２つのスイッチング素子Ｑ３１，Ｑ３２を交互にオンオフすることにより、直流電源回路１２０が生成した直流電源電圧から、矩形波電圧を生成する。
共振回路１４０は、例えばチョークコイルＬ４１（インダクタ）、共振コンデンサＣ４２、結合コンデンサＣ４３を有する。共振回路１４０は、チョークコイルＬ４１と共振コンデンサＣ４２との共振により、インバータ回路１３０が生成した矩形波電圧から、交流電圧を生成する。
整流回路１５０は、例えばダイオードブリッジＤＢ２、平滑コンデンサＣ５１を有する。整流回路１５０は、共振回路１４０が生成した交流電圧から直流電圧（直流負荷電圧）を生成する。

インバータ制御回路１７０は、インバータ回路１３０を制御するインバータ制御信号を生成する。インバータ制御回路１７０は、周波数設定部１７１、制御信号生成部１７２を有する。
周波数設定部１７１は、インバータ制御信号の周波数ｆを設定する。インバータ回路１３０は、インバータ制御信号にしたがって２つのスイッチング素子Ｑ３１，Ｑ３２をオンオフするので、インバータ制御信号の周波数ｆは、すなわち、インバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の周波数である。
制御信号生成部１７２は、周波数設定部１７１が設定した周波数ｆにしたがって、インバータ制御信号を生成する。
インバータ制御回路１７０は、例えばマイコンにより構成する。マイコンは、プログラムやデータを記憶するＲＯＭなどの不揮発性メモリや一時的にデータを記憶するＲＡＭなどの揮発性メモリなどの記憶装置と、プログラムを実行してデータを処理する処理装置とを有する。上述した周波数設定部１７１や制御信号生成部１７２は、マイコンの処理装置がプログラムを実行することにより実現される。
なお、インバータ制御回路１７０は、マイコンではなく、論理回路やアナログ回路などにより構成してもよい。

図２は、この実施の形態における点灯処理Ｓ５１０の流れを示すフローチャート図である。
点灯処理Ｓ５１０は、ＬＥＤが消灯状態にあり、ＬＥＤの点灯を開始して、点灯状態にする点灯開始期間に実行する処理である。点灯処理Ｓ５１０は、起動周波数設定工程Ｓ５１１、タイマー初期化工程Ｓ５１３、経過時間判定工程Ｓ５１４、点灯周波数設定工程Ｓ５１５を有する。

起動周波数設定工程Ｓ５１１において、周波数設定部１７１は、インバータ制御信号の周波数ｆを起動周波数ｆ_１に設定する。制御信号生成部１７２は、周波数設定部１７１が設定した周波数にしたがって、周波数ｆが起動周波数ｆ_１であるインバータ制御信号を生成する。これにより、インバータ回路１３０は、周波数ｆが起動周波数ｆ_１である矩形波電圧を生成する。

タイマー初期化工程Ｓ５１３において、周波数設定部１７１は、経過時間を監視するため、タイマーを初期化する。
経過時間判定工程Ｓ５１４において、周波数設定部１７１は、タイマー初期化工程Ｓ５１３でタイマーを初期化してからの経過時間ｔと所定の時間Ｔ_１とを比較する。経過時間ｔが時間Ｔ_１未満である場合、周波数設定部１７１は、経過時間判定工程Ｓ５１４を繰り返す。経過時間ｔが時間Ｔ_１以上である場合、周波数設定部１７１は、点灯周波数設定工程Ｓ５１５へ進む。

例えば、タイマー初期化工程Ｓ５１３において、周波数設定部１７１は、タイマーとして用いるレジスタに所定の整数を記憶する。経過時間判定工程Ｓ５１４において、周波数設定部１７１は、タイマーとして用いるレジスタの値を１つ減らす。レジスタの値が０より大きい場合、周波数設定部１７１は、経過時間判定工程Ｓ５１４を繰り返し、レジスタの値が０になった場合、周波数設定部１７１は、点灯周波数設定工程Ｓ５１５へ進む。

点灯周波数設定工程Ｓ５１５において、周波数設定部１７１は、インバータ制御信号の周波数ｆを点灯周波数ｆ_２に設定する。制御信号生成部１７２は、周波数設定部１７１が設定した周波数にしたがって、周波数ｆが点灯周波数ｆ_２であるインバータ制御信号を生成する。これにより、インバータ回路１３０は、周波数ｆが点灯周波数ｆ_２である矩形波電圧を生成する。

ここで、起動周波数ｆ_１は、共振回路１４０のチョークコイルＬ４１と共振コンデンサＣ４２とにより定まる共振周波数ｆ_０より高い周波数である。チョークコイルＬ４１のインダクタンスをＬ、共振コンデンサＣ４２の静電容量をＣとすると、共振周波数ｆ_０は、次の式により定まる。

例えば、チョークコイルＬ４１のインダクタンスＬが１．１ｍＨ、共振コンデンサＣ４２の静電容量Ｃ_１が６８００ｐＦであれば、共振周波数ｆ_０は、約５８ｋＨｚである。

また、点灯周波数ｆ_２は、起動周波数ｆ_１よりも低い周波数であり、起動周波数ｆ_１よりも共振周波数ｆ_０に近い周波数である。なお、点灯周波数ｆ_２は、共振周波数ｆ_０より高い周波数でもよいし、共振周波数ｆ_０より低い周波数でもよい。例えば、共振周波数ｆ_０が５８ｋＨｚ、起動周波数ｆ_１が９０ｋＨｚ、点灯周波数ｆ_２が４５ｋＨｚであれば、起動周波数ｆ_１と共振周波数ｆ_０との差｜ｆ_１−ｆ_０｜が３２ｋＨｚであるのに対し、点灯周波数ｆ_２と共振周波数ｆ_０との差｜ｆ_２−ｆ_０｜は１３ｋＨｚであるから、点灯周波数ｆ_２は、起動周波数ｆ_１よりも共振周波数ｆ_０に近い。

負荷回路８１０を構成する直列に電気接続されたＬＥＤの順方向降下電圧の合計（例えば１７０Ｖ）をＶ_ｆ（以下「点灯電圧」と呼ぶ。）とすると、整流回路１５０が生成する直流負荷電圧の電圧値ｖ_Ｄが点灯電圧Ｖ_ｆ以上であればＬＥＤが点灯し、電圧値ｖ_Ｄが点灯電圧Ｖ_ｆ未満であればＬＥＤは点灯しない。
整流回路１５０が生成する直流負荷電圧の電圧値ｖ_Ｄは、共振回路１４０が生成する交流電圧の最大値（０−ピーク値）とほぼ等しい。共振回路１４０が生成する交流電圧の最大値は、共振コンデンサＣ４２の両端に発生する電圧のピークピーク値の約半分である。
直流電源回路１２０が生成する直流電源電圧の電圧値が一定の場合、共振コンデンサＣ４２の両端電圧のピークピーク値は、インバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の周波数ｆに依存する。ＬＥＤが点灯していない状態において、共振コンデンサＣ４２の両端電圧のピークピーク値は、周波数ｆが共振周波数ｆ_０に近いほど大きくなる。

そこで、起動周波数ｆ_１は、直流電源回路１２０が生成する直流電源電圧の電圧値が目標電圧値Ｖ_０である場合に整流回路１５０が生成する直流負荷電圧の電圧値ｖ_Ｄが点灯電圧Ｖ_ｆ未満になる周波数に設定する。したがって、ＬＥＤは点灯しない。特に、１０〜２０％程度のマージンを見て、直流負荷電圧の電圧値ｖ_Ｄが点灯電圧Ｖ_ｆの８０〜９０％未満になる周波数に設定することが望ましい。なぜなら、電源投入直後は、直流電源回路１２０が生成する直流電源電圧の電圧値が安定せず、オーバーシュートを起こす場合があるからである。直流電源電圧の電圧値が目標電圧値Ｖ_０である場合に、直流負荷電圧の電圧値ｖ_Ｄが点灯電圧Ｖ_ｆの８０〜９０％未満になるように設定しておけば、一時的なオーバーシュートにより、直流電源電圧の電圧値が目標電圧値Ｖ_０の１０〜２０％増しになった場合でも、直流負荷電圧の電圧値ｖ_Ｄが点灯電圧Ｖ_ｆを下回る。

これに対し、点灯周波数ｆ_２は、直流電源回路１２０が生成する直流電源電圧の電圧値が目標電圧値Ｖ_０である場合に整流回路１５０が生成する直流負荷電圧の電圧値ｖ_Ｄが点灯電圧Ｖ_ｆ未満になる周波数に設定する。これにより、ＬＥＤが点灯する。

インバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の周波数ｆを起動周波数ｆ_１から点灯周波数ｆ_２に切り替えるまでの待ち時間Ｔ_１は、電源投入から、直流電源回路１２０が生成する直流電源電圧の電圧値が目標電圧値Ｖ_０で安定するまでにかかる時間よりも長い時間に設定する。これにより、直流電源電圧が安定してからＬＥＤが点灯するので、直流電源回路１２０のオーバーシュートにより一時的にＬＥＤが通常より明るくなる現象（フラッシュ現象）を防ぐことができる。

図３は、この実施の形態における消灯処理Ｓ５２０の流れを示すフローチャート図である。
消灯処理Ｓ５２０は、ＬＥＤが点灯状態にあり、ＬＥＤの点灯を終了して、消灯状態にする点灯終了期間に実行する処理である。消灯処理Ｓ５２０は、消灯周波数設定工程Ｓ５２１、タイマー初期化工程Ｓ５２３、経過時間判定工程Ｓ５２４、電源回路オフ工程Ｓ５２５を有する。

消灯周波数設定工程Ｓ５２１において、周波数設定部１７１は、インバータ制御信号の周波数ｆを消灯周波数ｆ_３に設定する。制御信号生成部１７２は、周波数設定部１７１が設定した周波数にしたがって、周波数ｆが消灯周波数ｆ_３であるインバータ制御信号を生成する。これにより、インバータ回路１３０は、周波数ｆが消灯周波数ｆ_３である矩形波電圧を生成する。

タイマー初期化工程Ｓ５２３において、周波数設定部１７１は、経過時間を監視するため、タイマーを初期化する。
経過時間判定工程Ｓ５２４において、周波数設定部１７１は、タイマー初期化工程Ｓ５２３でタイマーを初期化してからの経過時間ｔと所定の時間Ｔ_２とを比較する。経過時間ｔが時間Ｔ_２未満である場合、周波数設定部１７１は、経過時間判定工程Ｓ５２４を繰り返す。経過時間ｔが時間Ｔ_２以上である場合、周波数設定部１７１は、電源回路オフ工程Ｓ５２５へ進む。

電源回路オフ工程Ｓ５２５において、直流電源回路１２０は、直流電源電圧の生成を停止する。

消灯周波数ｆ_３は、起動周波数ｆ_１と同様、直流電源回路１２０が生成する直流電源電圧の電圧値が目標電圧値Ｖ_０である場合に整流回路１５０が生成する直流負荷電圧の電圧値ｖ_Ｄが点灯電圧Ｖ_ｆ未満になる周波数に設定する。消灯周波数ｆ_３は、起動周波数ｆ_１と同じ周波数でもよいし、異なる周波数でもよい。これにより、ＬＥＤが消灯する。
また、インバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の周波数ｆを点灯周波数ｆ_２から消灯周波数ｆ_３に切り替えてから、直流電源回路１２０をオフするまでの待ち時間Ｔ_２は、ＬＥＤが確実に消灯するまでの時間より長い時間に設定する。これにより、直流電源回路１２０をオフにした直後、一時的に直流電源電圧が不安定になった場合でも、ＬＥＤが消灯しているので、フラッシュ現象などの異常現象を防ぐことができる。

図４は、この実施の形態における照明器具８００の各部の電圧などを示すグラフ図である。
横軸は、時刻を示す。縦軸は、電圧、周波数、電流などを示す。実線７０１は、直流電源回路１２０が生成する直流電源電圧の電圧値を示す。実線７０２は、インバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の周波数ｆを示す。実線７０３は、整流回路１５０が生成する直流負荷電圧の電圧値を示す。実線７０４は、負荷回路８１０を流れる電流の平均値を示す。

時刻ｔ_１において、電源の投入などにより、点灯回路１００が点灯処理Ｓ５１０を開始する。直流電源回路１２０が生成する直流電源電圧の電圧値は、オーバーシュートやアンダーシュートを繰り返しつつ、時刻ｔ_２までには安定して、目標電圧値Ｖ_０に収束する。

時刻ｔ_１から時刻ｔ_２までの期間は、点灯開始期間７２１である。
点灯開始期間７２１において、インバータ制御回路１７０は、インバータ制御信号の周波数ｆを起動周波数ｆ_１とし、インバータ回路１３０は、周波数ｆが起動周波数ｆ_１の矩形波電圧を生成する。
これにより、整流回路１５０が生成する直流負荷電圧の電圧値は、直流電源電圧の電圧値にかかわらず、点灯電圧Ｖ_ｆを下回る。したがって、負荷回路８１０には電流が流れず、ＬＥＤは点灯しない。

時刻ｔ_２以降の期間は、継続点灯期間７２２である。
時刻ｔ_２において、インバータ制御回路１７０は、インバータ制御信号の周波数ｆを点灯周波数ｆ_２とし、インバータ回路１３０は、周波数ｆが点灯周波数ｆ_２の矩形波電圧を生成する。
これにより、時刻ｔ_３には、整流回路１５０が生成する直流負荷電圧の電圧値が点灯電圧Ｖ_ｆに達し、時刻ｔ_４には、負荷回路８１０を流れる電流の電流値が所望の電流値Ｉ_Ｄに達する。これにより、ＬＥＤが所望の明るさで安定して点灯する。

時刻ｔ_５において、スイッチの操作などにより、点灯回路１００が消灯処理Ｓ５２０を開始する。時刻ｔ_５以降の期間は、点灯終了期間７２３である。インバータ制御回路１７０は、インバータ制御信号の周波数ｆを消灯周波数ｆ_３とする。なお、この例において、消灯周波数ｆ_３は、起動周波数ｆ_１と同じである。インバータ回路１３０は、周波数ｆが消灯周波数ｆ_３の矩形波電圧を生成する。
これにより、時刻ｔ_６には、整流回路１５０が生成する直流負荷電圧の電圧値が点灯電圧Ｖ_ｆを下回り、負荷回路８１０を流れる電流が０になり、ＬＥＤが消灯する。

時刻ｔ_７において、直流電源回路１２０が動作を停止する。直流電源回路１２０は生成する直流電源電圧の電圧値は、時刻ｔ_８までには０になる。

図５は、この実施の形態における照明器具８００の各部の電圧などを示すグラフ図である。
横軸は、図４よりも短い時間スケールの時刻を示す。縦軸は、電圧、電流などを示す。破線７０５は、インバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の電圧値を示す。実線７０６は、共振コンデンサＣ４２の両端に発生する電圧を示す。実線７０７は、チョークコイルＬ４１を流れる電流を示す。

インバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の周波数ｆが起動周波数ｆ_１である場合、矩形波電圧の周期Ｔは、起動周波数ｆ_１の逆数である。例えば、起動周波数ｆ_１が９０ｋＨｚであれば、周期Ｔは、約１１マイクロ秒である。
このとき、共振コンデンサＣ４２の両端に発生する電圧のピークピーク値ｖ_Ｃは、点灯電圧Ｖ_ｆの２倍を下回るので、負荷回路８１０のＬＥＤは点灯しない。

図６は、この実施の形態における照明器具８００の各部の電圧などを示すグラフ図である。
横軸は、図５と同じ時間スケールの時刻を示す。縦軸は、電圧、電流などを示す。図５と共通する部分には、同一の符号を付す。破線７０８は、負荷回路８１０を流れる電流を示す。

インバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の周波数ｆが点灯周波数ｆ_２である場合、矩形波電圧の周期Ｔは、点灯周波数ｆ_２の逆数である。例えば、点灯周波数ｆ_２が４５ｋＨｚであれば、周期Ｔは、約２２マイクロ秒である。
このとき、共振コンデンサＣ４２の両端に発生する電圧のピークピーク値ｖ_Ｃは、点灯電圧Ｖ_ｆの２倍を上回り、負荷回路８１０に電流が流れて、ＬＥＤが点灯する。

ここで、点灯回路１００の回路動作は、３つの期間７３１，７３２，７３３に分けられ、これを、インバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の半周期ごとに繰り返す。期間７３１は、インバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の瞬時値が切り替わってから、チョークコイルＬ４１を流れる電流の極性が切り替わるまでの期間である。チョークコイルＬ４１を流れる電流の極性が切り替わったことにより、それまでオンだったダイオードブリッジＤＢ２の整流素子がオフになる。期間７３２は、その後、ダイオードブリッジＤＢ２の逆極性の整流素子がオンになるまでの期間である。期間７３３は、その後、インバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の瞬時値が切り替わるまでの期間である。
期間７３１，７３３において、チョークコイルＬ４１を流れる電流のほとんどは、負荷回路８１０を流れ、あるいは、平滑コンデンサＣ５１を充電することにより、間接的に負荷回路８１０を流れる。これに対し、期間７３２において、チョークコイルＬ４１を流れる電流は、共振コンデンサＣ４２を充電あるいは放電し、半周期後の期間７３２に、チョークコイルＬ４１を通って、インバータ回路１３０に戻っていく。すなわち、期間７３２にチョークコイルＬ４１を流れる電流は、ＬＥＤの点灯に寄与しない。
チョークコイルＬ４１の銅損やスイッチング素子Ｑ３１，Ｑ３２のスイッチングなどによる電力損失があることを考えると、ＬＥＤの点灯に寄与しない電流は、なるべく少ないほうがよい。したがって、期間７３２は、できるだけ短いほうがよく、周期Ｔに対する期間７３２の比率が９分の１（角度にして４０度）以下であることが望ましい。

図７は、この実施の形態におけるインバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の周波数ｆと、共振コンデンサＣ４２の両端に発生する電圧のピークピーク値ｖ_Ｃとの関係を示す特性グラフ図である。
横軸は、インバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の周波数ｆを示す。縦軸は、共振コンデンサＣ４２の両端に発生する電圧のピークピーク値ｖ_Ｃを示す。実線７１２は負荷回路８１０がある場合、点線７１３は負荷回路８１０がない場合を示す。閾値周波数ｆ_Ｔは、共振コンデンサＣ４２の両端に発生する電圧のピークピーク値ｖ_Ｃが点灯電圧Ｖ_ｆの２倍と等しくなる周波数を表わす。

インバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の周波数ｆが閾値周波数ｆ_Ｔより高く、共振コンデンサＣ４２の両端に発生する電圧のピークピーク値ｖ_Ｃが点灯電圧Ｖ_ｆの２倍を下回る場合は、負荷回路８１０があってもなくても同じであり、ピークピーク値ｖ_Ｃは、チョークコイルＬ４１と共振コンデンサＣ４２との共振周波数ｆ_０をピークとする山型を描く。

インバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の周波数ｆが閾値周波数ｆ_Ｔより低く、共振コンデンサＣ４２の両端に発生する電圧のピークピーク値ｖ_Ｃが点灯電圧Ｖ_ｆの２倍を上回る場合、負荷回路８１０を電流が流れるので、共振周波数ｆ_０’は、並列に電気接続した共振コンデンサＣ４２と結合コンデンサＣ４３との合成による等価コンデンサと、チョークコイルＬ４１とによって定まる。並列に電気接続したコンデンサの合成静電容量は各コンデンサの静電容量の和であるから、等価コンデンサの静電容量は共振コンデンサＣ４２の静電容量より大きくなり、共振周波数ｆ_０’は、共振周波数ｆ_０より低くなる。

図８は、この実施の形態におけるインバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の周波数ｆと、負荷回路８１０を流れる電流との関係を示す特性グラフ図である。
横軸は、インバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の周波数ｆを示す。縦軸は、負荷回路８１０を流れる電流の平均値を示す。実線７１４は、周波数ｆとＬＥＤを流れる電流の平均値との関係を示す。

インバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の周波数ｆが閾値周波数ｆ_Ｔより高い場合、負荷回路８１０を流れる電流は、０である。
インバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の周波数ｆが閾値周波数ｆ_Ｔより低い場合、負荷回路８１０を流れる電流の平均値は、共振周波数ｆ_０’をピークとする山型を描く。
したがって、負荷回路８１０を流れる電流の平均値が所望の電流値Ｉ_Ｄになるよう、点灯周波数ｆ_２を設定することにより、ＬＥＤを所望の明るさで点灯することができる。

なお、利用者の操作により、点灯周波数ｆ_２を変えられるよう構成してもよい。これにより、ＬＥＤの明るさを調整することができるので、照明器具８００に調光機能を持たせることができる。

図９は、この実施の形態における共振回路１４０のパラメータと点灯周波数ｆ_２との関係を示すグラフ図である。
横軸は、共振コンデンサＣ４２の静電容量を示す。縦軸は、点灯周波数ｆ_２を示す。実線７４１〜７４３は、チョークコイルＬ４１のインダクタンス及び共振コンデンサＣ４２の静電容量を変えた場合に、負荷回路８１０を流れる電流が所定の電流値となる点灯周波数ｆ_２を示し、実線７４１はチョークコイルＬ４１のインダクタンスが小さい場合、実線７４２はチョークコイルＬ４１のインダクタンスが中間の場合、実線７４３はチョークコイルＬ４１のインダクタンスが大きい場合を示す。

チョークコイルＬ４１のインダクタンスが大きいほど、チョークコイルＬ４１を流れる電流が制限される。このため、負荷回路８１０を流れる電流を所定の電流値に保つためには、点灯周波数ｆ_２を小さくする必要がある。

図１０は、この実施の形態における共振回路１４０のパラメータと期間７３２の比率との関係を示すグラフ図である。
横軸は、共振コンデンサＣ４２の静電容量を示す。縦軸は、周期Ｔに対する期間７３２の比率を示す。実線７５１〜７５３は、チョークコイルＬ４１のインダクタンス及び共振コンデンサＣ４２の静電容量を変えた場合における期間７３２の角度を示し、実線７５１はチョークコイルＬ４１のインダクタンスが小さい場合、実線７５２はチョークコイルＬ４１のインダクタンスが中間の場合、実線７５３はチョークコイルＬ４１のインダクタンスが大きい場合を示す。

このように、チョークコイルＬ４１のインダクタンスが大きいほど、期間７３２の比率は小さくなる。これは、チョークコイルＬ４１のインダクタンスが大きいほど点灯周波数ｆ_２が低くなるので、周期Ｔが長くなるからである。
また、共振コンデンサＣ４２の静電容量が小さいほど、期間７３２の比率は小さくなる。これは、共振コンデンサＣ４２の静電容量が小さいほど、共振コンデンサＣ４２を充放電するのにかかる時間が短くなるからである。

上述したように、期間７３２の比率は９分の１以下であることが望ましいので、期間７３２の比率が９分の１以下となるよう、チョークコイルＬ４１のインダクタンス及び共振コンデンサＣ４２の静電容量を設定する。
これにより、チョークコイルＬ４１の銅損やスイッチング素子Ｑ３１，Ｑ３２のスイッチングなどによる電力損失を小さくすることができ、点灯回路１００の電力効率を高めることができる。

実施の形態２．
実施の形態２について、図１１〜図１３を用いて説明する。
なお、実施の形態１で説明した照明器具８００と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。

図１１は、この実施の形態における点灯処理Ｓ５１０の流れを示すフローチャート図である。
点灯処理Ｓ５１０は、起動周波数設定工程Ｓ５１１、タイマー初期化工程Ｓ５１３、経過時間判定工程Ｓ５１４、周波数変更工程Ｓ５１６を有する。

周波数変更工程Ｓ５１６において、周波数設定部１７１は、設定したインバータ制御信号の周波数ｆを変更して、変更前よりも点灯周波数ｆ_２に近づける。制御信号生成部１７２は、周波数設定部１７１が変更した周波数にしたがって、インバータ制御信号を生成する。これにより、インバータ回路１３０は、周波数設定部１７１が変更した変更後の周波数の矩形波電圧を生成する。
変更後の周波数ｆが点灯周波数ｆ_２より高い場合、周波数設定部１７１は、周波数変更工程Ｓ５１６を繰り返す。
変更後の周波数ｆが点灯周波数ｆ_２と等しい場合、周波数設定部１７１は、点灯処理Ｓ５１０を終了する。

例えば、起動周波数ｆ_１と点灯周波数ｆ_２との差ｆ_１−ｆ_２の１００分の１をステップ周波数Δｆとし、周波数変更工程Ｓ５１６において、周波数設定部１７１は、インバータ制御信号の周波数ｆをステップ周波数だけ低い周波数ｆ−Δｆに変更する。例えば、起動周波数ｆ_１が９０ｋＨｚ、点灯周波数が４５ｋＨｚであれば、ステップ周波数Δｆは、４５０Ｈｚである。周波数設定部１７１は、これを１００回繰り返す。これにより、インバータ制御信号の周波数は、起動周波数ｆ_１である９０ｋＨｚから、８９．５５ｋＨｚ、８９．１ｋＨｚ、８８．６５ｋＨｚと徐々に低くなり、点灯周波数ｆ_２である４５ｋＨｚに達する。

図１２は、この実施の形態における消灯処理Ｓ５２０の流れを示すフローチャート図である。
消灯処理Ｓ５２０は、周波数変更工程Ｓ５２２、電源回路オフ工程Ｓ５２５を有する。

周波数変更工程Ｓ５２２において、周波数設定部１７１は、設定したインバータ制御信号の周波数ｆを変更して、変更前よりも消灯周波数ｆ_３に近づける。制御信号生成部１７２は、周波数設定部１７１が変更した周波数にしたがって、インバータ制御信号を生成する。これにより、インバータ回路１３０は、周波数設定部１７１が変更した変更後の周波数の矩形波電圧を生成する。
変更後の周波数ｆが消灯周波数ｆ_３より低い場合、周波数設定部１７１は、周波数変更工程Ｓ５２２を繰り返す。
変更後の周波数ｆが点灯周波数ｆ_２と等しい場合、周波数設定部１７１は、電源回路オフ工程Ｓ５２５へ進む。

このように、点灯回路１００は、点灯処理Ｓ５１０や消灯処理Ｓ５２０において、インバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の周波数ｆを連続的に少しずつ変化させる。

図１３は、この実施の形態における照明器具８００の各部の電圧などを示すグラフ図である。

点灯開始期間７２１は、時刻ｔ_１から時刻ｔ_４までの期間である。
時刻ｔ_２において、周波数設定部１７１は、インバータ制御信号の周波数ｆの変更を開始し、インバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の周波数ｆは、少しずつ低くなる。これに伴って、整流回路１５０が生成する直流負荷電圧の電圧値は、少しずつ高くなる。
時刻ｔ_３において、インバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の周波数ｆが閾値周波数ｆ_Ｔに達すると、整流回路１５０が生成する直流負荷電圧の電圧値は、点灯電圧Ｖ_ｆに達し、負荷回路８１０に電流が流れ始める。
その後、インバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の周波数ｆが低くなるにつれて、負荷回路８１０を流れる電流が徐々に大きくなる。
時刻ｔ_４において、インバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の周波数ｆが点灯周波数ｆ_２に達すると、負荷回路８１０を流れる電流の電流値が、所望の電流値Ｉ_Ｄになる。

点灯終了期間７２３は、時刻ｔ_５から時刻ｔ_８までの期間である。
時刻ｔ_５において、周波数設定部１７１は、インバータ制御信号の周波数ｆの変更を開始し、インバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の周波数ｆは、少しずつ高くなる。これに伴って、負荷回路８１０を流れる電流は、少しずつ小さくなる。
時刻ｔ_６において、インバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の周波数ｆが閾値周波数ｆ_Ｔに達すると、整流回路１５０が生成する直流負荷電圧の電圧値は、点灯電圧Ｖ_ｆまで下がる。
その後、インバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の周波数ｆが更に高くなると、整流回路１５０が生成する直流負荷電圧の電圧値が点灯電圧Ｖ_ｆを下回るので、負荷回路８１０を流れる電流は０になる。
時刻ｔ_７において、インバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の周波数ｆは、消灯周波数ｆ_３（＝ｆ_１）に達する。直流電源回路１２０は、直流電源電圧の生成を停止する。

このように、インバータ回路１３０が生成する矩形波電圧の周波数ｆを徐々に変化させることにより、周波数ｆを急激に変化させたときに発生する可能性がある過渡現象を抑えることができる。また、点灯時には、ＬＥＤが徐々に明るくなって所望の明るさに達するフェードインの照明効果を得ることができ、消灯時には、逆に、ＬＥＤが徐々に暗くなって消灯するフェードアウトの照明効果を得ることができる。

実施の形態３．
実施の形態３について、図１４を用いて説明する。
なお、実施の形態１または実施の形態２で説明した照明器具８００と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。

図１４は、この実施の形態における照明器具８００の回路構成を示す電気回路図である。
この実施の形態における照明器具８００は、共振回路１４０の構成が実施の形態１と異なり、結合コンデンサＣ４３が、共振コンデンサＣ４２に対して並列ではなく、直列に電気接続している。

結合コンデンサＣ４３の静電容量は、共振コンデンサＣ４２の静電容量と比較して十分大きいものとする。
ＬＥＤが点灯していない状態では、直列に接続した共振コンデンサＣ４２と結合コンデンサＣ４３との合成による等価コンデンサを考えればよい。等価コンデンサの静電容量の逆数は、直列に接続した各コンデンサの静電容量の逆数の和であるから、結合コンデンサＣ４３の静電容量が共振コンデンサＣ４２の静電容量と比較して十分大きければ、等価コンデンサの静電容量は、共振コンデンサＣ４２の静電容量とほぼ等しい。
また、ＬＥＤが点灯している状態では、共振コンデンサＣ４２の両端電圧が負荷回路８１０の点灯電圧Ｖ_ｆによってほぼ一定に保たれるので、共振周波数ｆ_０’は、チョークコイルＬ４１のインダクタンスと、結合コンデンサＣ４３の静電容量とによって定まる。
したがって、点灯回路１００は、実施の形態１における点灯回路１００と同様に動作する。

このように、共振回路１４０の構成を変えても、実施の形態１や実施の形態２で説明した効果と同様の効果を得ることができる。

また、整流回路１１０、直流電源回路１２０などの構成についても、ここまでで説明した構成は一例であり、他の構成に代えてもよいことは明らかである。

１００ 点灯回路、１１０，１５０ 整流回路、１２０ 直流電源回路、１２５ ＰＦＣ、１３０ インバータ回路、１４０ 共振回路、１７０ インバータ制御回路、１７１ 周波数設定部、１７２ 制御信号生成部、７２１ 点灯開始期間、７２２ 継続点灯期間、７２３ 点灯終了期間、７３１〜７３３ 期間、８００ 照明器具、８１０ 負荷回路、ＡＣ 交流電源、Ｃ２４，Ｃ５１ 平滑コンデンサ、Ｃ４２ 共振コンデンサ、Ｃ４３ 結合コンデンサ、Ｄ２３ 整流素子、ＤＢ１，ＤＢ２ ダイオードブリッジ、Ｌ２１，Ｌ４１ チョークコイル、Ｑ２２，Ｑ３１，Ｑ３２ スイッチング素子。

Claims (6)

1. 発光ダイオードを有する負荷回路に直流負荷電圧を印加して上記発光ダイオードを点灯する点灯回路において、
   直流電源電圧を生成する直流電源回路と、
   上記直流電源回路が生成した直流電源電圧から矩形波電圧を生成するインバータ回路と、
   コイルとコンデンサとを有し、上記コイルと上記コンデンサとの共振により、上記インバータ回路が生成した矩形波電圧から交流電圧を生成する共振回路と、
   上記共振回路が生成した交流電圧を整流して直流負荷電圧を生成する整流回路とを有し、
   上記インバータ回路は、上記発光ダイオードを消灯状態から点灯状態に切り替える点灯開始期間及び上記発光ダイオードを点灯状態から消灯状態に切り替える点灯終了期間のうち少なくともいずれかにおいて生成する矩形波電圧の周波数が、上記発光ダイオードを継続して点灯する継続点灯期間において生成する矩形波電圧の周波数よりも、上記共振回路の共振周波数から遠い周波数であることを特徴とする点灯回路。
2. 上記インバータ回路は、上記発光ダイオードの点灯開始期間及び点灯終了期間の少なくともいずれかにおいて生成する矩形波電圧の周波数が、上記負荷回路の発光ダイオードが点灯する点灯電圧より上記整流回路が生成する直流負荷電圧が低くなる周波数であることを特徴とする請求項１に記載の点灯回路。
3. 上記インバータ回路は、上記発光ダイオードの点灯開始期間において生成する矩形波電圧の周波数を、上記負荷回路の発光ダイオードが点灯する点灯電圧より上記整流回路が生成する直流負荷電圧が低くなる周波数から、上記負荷回路の発光ダイオードが点灯する点灯電圧より上記整流回路が生成する直流負荷電圧が高くなる周波数へ変化させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の点灯回路。
4. 上記インバータ回路は、上記発光ダイオードの点灯終了期間において生成する矩形波電圧の周波数を、上記負荷回路の発光ダイオードが点灯する点灯電圧より上記整流回路が生成する直流負荷電圧が高くなる周波数から、上記負荷回路の発光ダイオードが点灯する点灯電圧より上記整流回路が生成する直流負荷電圧が低くなる周波数へ変化させ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点灯回路。
5. 上記共振回路は、上記発光ダイオードを継続して点灯する継続点灯期間において上記整流回路に対して出力する電流が０になる期間の比率が９分の１以下である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点灯回路。
6. 発光ダイオードを有する負荷回路と、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の点灯回路とを有することを特徴とする照明器具。

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