JP2014110196A - 点灯装置及び照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】光源に直流電力を供給する点灯装置であって、光源に過大な電流が流れることを防止する点灯装置を得る。
【解決手段】直流出力部６０は、正常動作時には、間欠的な直流である間欠直流を供給するが、スイッチング素子４が短絡故障するなどして異常動作になると、連続した直流である連続直流を供給する。そして、直流阻止コンデンサ５は、直流出力部６０が正常動作時には、供給された間欠直流を光源８に供給し、直流出力部６０が異常動作時には、供給された連続直流の光源８に対する供給を遮断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、点灯装置及び照明器具に関するものである。本発明は、特に、ＬＥＤの点灯装置に関するものである。

発光ダイオード等の光源に直流電力を供給する点灯装置およびこの光源を使用する照明装置（照明器具）に関する技術がある（例えば、特許文献１）。
また、発光ダイオード等の光源に交流電力を供給する点灯装置およびこの光源を使用する照明装置に関する技術がある（例えば、特許文献２）。

特開２０１２−１３３９３９号公報 特開２００１−３５１７８９号公報

従来、光源に直流電力を供給する点灯装置において、直流電源のスイッチング素子が故障した場合に、直流電源の直流が連続して光源に供給されてしまい、光源に過大な電流が流れ、光源が故障してしまうという課題がある。そして、光源に過大な電流が流れることを防止する為に、サイリスタとサイリスタの作動回路とが必要となり、更にコストアップにつながるという課題がある。
一方、交流の一方向のみで発光する光源に交流電力を供給する点灯装置において、光源は供給された交流電力の半分しか利用出来ず、直流電力が供給される場合と比べて発光効率が悪いという課題がある。

本発明は、例えば、光源に直流電力を供給する点灯装置であって、光源に過大な電流が流れることを防止する点灯装置を得ることを主な目的とする。

本発明に係る点灯装置は、
光源を点灯する点灯装置において、
直流を生成直流として生成すると共に、正常動作時には、生成した前記生成直流を間欠的に出力して、間欠的な直流である間欠直流として供給し、異常動作時には、生成した前記生成直流を連続して出力して、連続した直流である連続直流として供給する直流出力部と、
前記直流出力部が前記間欠直流を供給している正常動作時には、前記直流出力部により前記間欠直流が供給され、供給された前記間欠直流を前記光源に供給し、前記直流出力部が前記連続直流を供給している異常動作時には、前記直流出力部により前記連続直流が供給されるが、供給された前記連続直流の前記光源に対する供給を遮断するキャパシタンス素子と
を備えることを特徴とする。

本発明に係る点灯装置は、光源に直流を供給し、キャパシタンス素子が連続直流を遮断することにより、光源に過大な電流が流れることを防止することが可能である。

実施の形態１に係る点灯装置の構成の例を示す図。 実施の形態２に係る点灯装置の構成の例を示す図。 実施の形態３に係る点灯装置の構成の例を示す図。 実施の形態３に係る光源電圧の最適値を示す図。 実施の形態４に係る点灯装置の構成の例を示す図。 実施の形態５に係る力率改善回路を示す図。 実施の形態５に係る点灯装置の構成の例を示す図。 実施の形態５に係るスイッチング素子の動作を示す図（（ａ）は、スイッチング素子４ａのスイッチング素子の動作、（ｂ）は、スイッチング素子４ｂのスイッチング素子の動作、（ｃ）は、光源に供給される直流電流）。

実施の形態１．
（点灯装置１００の構成）
図１は、点灯装置１００の構成の例を示す図である。
照明器具８００は、交流電源１に接続され、点灯装置１００と光源８とを備える。
光源８は、発光ダイオード（以下ＬＥＤと称する）などで構成される。点灯装置１００は、光源８を点灯する。

点灯装置１００は、直流出力部６０と放電部５０とインダクタ６とコンデンサ７と直流阻止コンデンサ５（キャパシタンス素子）とを備える。
直流出力部６０は、交流電源１に接続された整流回路２と、整流回路２に並列に接続されたコンデンサ３とを備える。整流回路２は、ダイオードブリッジ回路であるが、必要に応じてノイズフィルタやヒューズなどを含んでいてもよい。換言すると、直流出力部６０は、交流電源１から整流回路２を介して形成した直流電源である。
更に、直流出力部６０は、整流回路２及びコンデンサ３に並列に接続される直列接続体であって、スイッチング素子４とインダクタ１０との直列接続体を備える。スイッチング素子４は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）である。また、直流出力部６０は、駆動回路Ａを備える。駆動回路Ａは、通常は２０ｋＨｚ以上の高周波数でスイッチング素子４をオンオフ駆動する。
更に、直流出力部６０は、インダクタ１０と並列に接続されたコンデンサ１１を備える。
直流出力部６０は、スイッチング素子４がオンオフ駆動されることにより、パルス状の直流電圧（間欠的な直流電圧である間欠直流）を出力する。
なお、実施の形態１の点灯装置１００は、降圧コンバータである。

放電部５０は、インダクタ１０とコンデンサ１１とダイオード９とから構成される。放電部５０は、直流阻止コンデンサ５に充電された電荷を放電する回路である。
直流阻止コンデンサ５は、直流出力部６０から直流が連続して出力される場合に、光源８に過大な電流が流れることを防止するコンデンサである。その為、直流阻止コンデンサ５は、光源８と直列に接続される。換言すると、光源８は直流阻止コンデンサ５を介して、直流出力部６０に接続される。更には、光源８は直流阻止コンデンサ５とインダクタ６との直列接続体を介して直流出力部６０に接続される。
そして、直流阻止コンデンサ５とインダクタ６と光源８との直列接続体は、インダクタ１０と並列に接続される。

（正常動作時の説明）
まず、正常動作時における点灯装置１００の動作を説明する。ここで、正常動作時とは、スイッチング素子４が故障していない状態である。そして、正常動作時とはスイッチング素子４がオンオフを繰り返すことで、直流出力部６０で生成される直流（生成直流）を間欠的に出力する状態である。すなわち、直流出力部６０がパルス状の直流（間欠的な直流）を出力（供給）する状態である。

整流回路２は、交流電源１から供給される交流を全波整流し、脈流の直流を出力する。そして、コンデンサ３は、整流回路２により出力される脈流の直流を平滑化し、直流を出力する。換言すると、直流出力部６０（整流回路２及びコンデンサ３）は交流電源１から供給される交流から直流を生成する。直流出力部６０が生成する直流を生成直流と称する。
スイッチング素子４がオンすると、「端子Ｔ１−直流阻止コンデンサ５−インダクタ６−光源８−スイッチング素子４−端子Ｔ２」の回路が形成される。そして、整流回路２とコンデンサ３とにより供給される生成直流が出力され、直流阻止コンデンサ５に電流が流れる。この時、直流阻止コンデンサ５は生成直流に基づく電荷が充電され、直流阻止コンデンサ５の静電容量が電荷で充満すると、直流阻止コンデンサ５に流れる電流が停止する。すなわち、直流阻止コンデンサ５の静電容量が充満するまで、直流阻止コンデンサ５に電流が流れる。
直流阻止コンデンサ５を流れる電流は、インダクタ６を介して光源８に流れると共に、コンデンサ７に充電される。そして、コンデンサ７に充電された電荷による電流も光源８に供給される。そして、光源８は点灯する。この時、光源８に流れる電流は、コンデンサ７によりリップルが低減される。
また、インダクタ６には流れた電流によりエネルギーが蓄積される。なお、スイッチング素子４がオンオフを繰り返すと、スイッチング素子４によりインダクタ６には高周波電流が供給される。

なお、直流出力部６０は、出力端にインダクタ１０とコンデンサ１１との並列回路を備えている。このインダクタ１０とコンデンサ１１との並列回路は並列共振回路となっている。そして、この並列共振回路は、スイッチング素子４のオンオフの周波数に基づき、インダクタ１０とコンデンサ１１との並列回路の両端に生じる電圧、すなわち直流出力部６０の出力電圧を変化させる。その為、スイッチング素子４のオンオフの周波数により、直流阻止コンデンサ５に流れる電流、すなわち、光源８に供給される電流も変化し、光源８の照度が調整される。

次に、スイッチング素子４がオフすると、直流出力部６０は生成直流の出力を停止する。
そして、インダクタ６に蓄積されたエネルギーが電流として放出され、光源８に流れると共に、コンデンサ７に充電され、スイッチング素子４がオフの時にも、前述と同様に光源８は点灯を継続する。このようにして光源８は連続的な直流電流が供給されて点灯する。
なお、インダクタ６からコンデンサ７に流れる電流は、ダイオード９を介してインダクタ６に帰還する。すなわち、ダイオード９は、スイッチング素子４がオフした時にインダクタ６に蓄積されたエネルギーを放出する極性となっている。

一方、直流阻止コンデンサ５に充電された電荷は、インダクタ１０及びコンデンサ１１の並列回路とダイオード９とを流れて直流阻止コンデンサ５に帰還する電流として放電される。そして、直流阻止コンデンサ５に充電された電荷は消費される。そして、次にスイッチング素子４がオンとなった時に、再び直流阻止コンデンサ５に電流が流れるようになり、光源８に電流が供給される。

なお、インダクタ１０は、直流阻止コンデンサ５と直列に接続されており、直流阻止コンデンサ５から放電される電荷に基づく放電直流を通電し、通電した放電直流に基づくエネルギーを蓄積する。そして、インダクタ１０は、直流阻止コンデンサ５からの電荷の放電が停止すると、放電の停止に伴い、放電直流の通電が停止すると共に、蓄積したエネルギーを放出直流として出力する。
そして、ダイオード９は、インダクタ１０と直列に接続され、インダクタ１０により出力される放出直流を通電し、直流阻止コンデンサ５の電荷を放電する為の閉回路を形成する。ここで、直流阻止コンデンサ５の電荷を放電する為の閉回路とは、放電部５０（インダクタ１０及びコンデンサ１１の並列回路とダイオード９）と直流阻止コンデンサ５とから成る回路である。

直流出力部６０の正常動作時に、スイッチング素子４はオンオフを繰り返す。すなわち、前述した動作が繰り返される。
直流出力部６０の正常動作時における点灯装置１００の動作をまとめると、以下のようになる。
スイッチング素子４がオンオフを繰り返すことで、直流出力部６０は、生成直流を間欠的（パルス状）に出力する。この間欠的な直流を間欠直流と称する。すなわち、直流出力部６０は、正常動作時に間欠直流を直流阻止コンデンサ５に供給する。
直流阻止コンデンサ５は、供給された間欠直流を光源８に供給すると共に、間欠直流に基づく電荷を充電する。ここで、直流阻止コンデンサ５は、スイッチング素子４がオンの時に、間欠直流を光源８に供給すると共に、間欠直流に基づく電荷を充電する。
そして、放電部５０（インダクタ１０及びコンデンサ１１の並列回路とダイオード９）は、直流阻止コンデンサ５が間欠直流に基づき充電する電荷を、スイッチング素子４がオンオフを繰り返す間（すなわち直流出力部６０の正常動作時の間）繰り返し放電させる。ここで、放電部５０は、スイッチング素子４がオフの時に、直流阻止コンデンサ５が間欠直流に基づき充電する電荷を放電させる。
そして、放電部５０は、直流阻止コンデンサ５による光源８への間欠直流の供給を継続させる。

（異常動作時の説明）
次に、異常動作時における点灯装置１００の動作を説明する。ここで、異常動作時とは、スイッチング素子４が故障している状態である。そして、異常動作時とはスイッチング素子４がオン状態もしくはオフ状態のいずれかに固定されることで、生成直流を連続して出力する状態である。すなわち、直流出力部６０が連続した直流（連続直流）を出力（供給）する状態である。
実施の形態１では、スイッチング素子４が短絡故障した場合（オン状態に固定された場合）を説明する。
スイッチング素子４が短絡故障すると、整流回路２とコンデンサ３とにより出力される生成直流は、インダクタ１０を介してスイッチング素子４に電流が流れ続ける。すなわち直流出力部６０は、生成直流を出力し続ける。

ここで、直流阻止コンデンサ５が無い場合を考える。スイッチング素子４がオン状態に固定されると、「端子Ｔ１−インダクタ６−光源８−スイッチング素子４−端子Ｔ２」の回路が形成され、直流出力部６０により出力され続ける生成直流（連続直流）が光源８に流れ続けることとなる。そして、光源８に過大な電流が流れることで光源８が故障する可能性がある。
一方、直流阻止コンデンサ５が接続されていると、直流出力部６０により連続直流が供給されるが、直流阻止コンデンサ５は、静電容量が電荷で充満すると直流阻止コンデンサ５に流れる電流を停止する。そして、直流阻止コンデンサ５は、連続直流の光源８に対する供給を遮断する。
そのため、光源８に過大な電流が流れることを防止できる。

（実施の形態１の効果）
ここで、改めて、背景技術で挙げた特許文献１と特許文献２とを説明した上で、実施の形態１の効果を説明する。
特許文献１の装置において点灯回路はバックコンバータ（降圧コンバータ）からなる。
特許文献１の点灯回路は、カソードを直流電源の高電圧側の出力端に接続されたダイオードと、ダイオードのアノードと直流電源の低電圧側の出力端との間に接続されたスイッチ装置とを備える。更に、特許文献１の点灯回路は、一端がダイオードのカソードに接続されたコンデンサと、このコンデンサの他端に一端が接続されるとともに他端がダイオードとスイッチ装置との接続点に接続されたインダクタとを備える。そして、コンデンサの両端が出力端として発光ダイオードアレイに接続されている。
スイッチ装置は、例えば、直流電源の低電圧側の出力端とダイオードのアノードとの間に接続されたスイッチング素子と、このスイッチング素子を周期的にオンオフ駆動する駆動部とが、１チップに集積化された集積回路からなる。スイッチング素子としては例えばＦＥＴを用いることができ、この場合には、ＦＥＴのソースが直流電源の低電圧側の出力端に接続され、ドレインがダイオードのアノードに接続される。また駆動部は、点灯回路の出力電流を一定に維持するようにＦＥＴのオンオフ駆動のオンデューティを随時変化させる。このような装置においてスイッチング素子であるＦＥＴが短絡故障した場合には発光ダイオードアレイには直流電源の電圧がほぼそのまま印加される。バックコンバータを使用する点灯回路では直流電源の電圧は発光ダイオードアレイの電圧よりも高いので直流電源の電圧が印加されると発光ダイオードアレイには制御されない過大な電流が流れようとする。そこで特許文献１の装置では発光ダイオードアレイと並列に接続したサイリスタを備えておき、スイッチング素子の短絡故障時にはこのサイリスタを導通させることで過大な電流が発光ダイオードアレイに流れることを防止している。このように点灯回路のスイッチング素子が短絡故障しても負荷である発光ダイオードアレイにはストレスを与えないようにしている。
しかしながら、特許文献１の装置ではスイッチング素子の短絡故障時に発光ダイオードに過大な電流が流れることを防止するためにサイリスタとサイリスタの作動回路が必要になりコストアップにつながり易い。

また特許文献２の装置では、逆並列接続された発光ダイオードが直列共振回路を介してハーフブリッジ形などの高周波インバータの高周波出力端間に直流電流を阻止するコンデンサを介して接続され、発光ダイオードを交流で駆動するものである。そして発光ダイオードを高周波インバータの出力周波数を変化させることで調光または調色を行う。
特許文献２の装置は、直流入力端が整流化直流電源の直流出力端間に接続される高周波インバータと複数の負荷回路とを備える。それぞれの負荷回路は、直列共振回路と、直列共振回路の共振出力電圧が印加されるように接続された発光ダイオード対とを含み、高周波インバータの高周波出力端に並列的に接続される。そして、複数の直列共振回路は少なくとも異なる２以上の共振特性に分類される。
発光ダイオード対は、負荷としてインバータの高周波交流出力の一方の極性となる半波に対して順方向となる極性に接続された発光ダイオードと、他方の極性となる半波に対して順方向となる極性に接続された発光ダイオードとを備える。発光ダイオード対は、要するに逆並列接続された一組の発光ダイオードをそなえて高周波交流で交互に点灯する。この装置はハーフブリッジ形インバータを使用したときには直流電流を阻止するコンデンサを介して発光ダイオードに高周波交流を伝達する。そのためハーフブリッジ形インバータを構成するスイッチング素子が短絡故障した場合には、このコンデンサの存在により発光ダイオードに過大な電流が流れることを防止する。
しかし、特許文献２の装置は一組の発光ダイオード交互に高周波電流が流れるので文献１のように平坦な直流電流を供給して点灯する場合に比べて発光ダイオードの利用時間は約半分であり利用率が悪く、同じ光束を得るためのコストが高くなりやすい。

一方、本実施の形態の点灯装置１００は、直流阻止コンデンサ５により、スイッチング素子４の故障時であっても、光源に過大な電流が流れることを防止することが可能である。つまり、光源を点灯する回路の故障時に光源にストレスを与えることを防止することができる。
そして、サイリスタを付け加える場合に比べ、直流阻止コンデンサ５を点灯装置１００に付け加える方が安価であり、コストアップを抑制することが可能である。
また、点灯装置１００は放電部５０を備えることにより、直流阻止コンデンサ５が間欠直流を光源８に供給することを可能としている。その為、光源８は直流によって点灯される為、交流で光源８を点灯する場合に比べて、効率が良い。

直流阻止コンデンサ５は、直流出力部６０の異常動作時（スイッチング素子の故障時）でも光源８にストレスを与えるほどの電流を流さないような静電容量に選定しておけばよい。つまり、直流阻止コンデンサ５は、直流出力部６０の異常動作時（スイッチング素子４の短絡時）に光源８に流れる電流が、光源８の許容電流耐量未満になるような容量に設定しておけばよい。換言すると、直流阻止コンデンサ５によって光源８に許容される値を超える直流電流の通流を阻止出来ればよい。
なお、スイッチング素子の故障時には、スイッチング素子のオンオフの周波数は無関係であり、交流電源１の周波数のみが光源８に供給される電流に影響する。その為、直流阻止コンデンサ５は、交流電源１の周波数において、光源８に許容される値を超える直流電流の通流を阻止出来ればよい。更には、直流阻止コンデンサ５は、交流電源１の周波数の整数倍の周波数において、光源８に許容される値を超える直流電流の通流を阻止出来ればよい。

実施の形態２．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。
図２は、点灯装置１００の構成の例を示す図である。
実施の形態２の点灯装置１００は、直流出力部６０の出力端が並列共振回路ではなく、インダクタ１０のみとなっている（インダクタ１０が並列共振回路を形成していない）。
そして、放電部５０は、インダクタ１０及びダイオード９で構成されている。
動作は、実施の形態１と同様であり、直流阻止コンデンサ５に充電された電荷はスイッチング素子４がオフすると、インダクタ１０とダイオード９とを通じて放電される。
スイッチング素子４が短絡故障した場合には、整流回路２から出力される生成直流はインダクタ１０を通って流れる。そして、直流阻止コンデンサ５が接続されているので光源８に過大な電流が流れることを防止し、実施の形態１と同様の効果が得られる。

実施の形態３．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。
図３は、点灯装置１００の構成の例を示す図である。
実施の形態３の点灯装置１００は、整流回路２の出力電圧を昇圧と降圧とのいずれも可能な昇降圧コンバータである。すなわち、実施の形態３の点灯装置１００は、昇圧コンバータでもあるし、降圧コンバータでもある。

（点灯装置１００の構成）
点灯装置１００は、直流出力部６０と放電部５０とダイオード１４とコンデンサ７と直流阻止コンデンサ５（キャパシタンス素子）とを備える。
直流出力部６０は、交流電源１に接続された整流回路２と、整流回路２に並列に接続されたコンデンサ３とを備える。
更に、直流出力部６０は、整流回路２及びコンデンサ３に並列に接続される直列接続体であって、スイッチング素子４とインダクタ１２との直列接続体を備える。また、直流出力部６０は、駆動回路Ａを備える。
直流出力部６０は、スイッチング素子４がオンオフ駆動されることにより、間欠直流を出力する。

放電部５０は、スイッチング素子４とインダクタ１３とから構成される。放電部５０は、直流阻止コンデンサ５に充電された電荷を放電する回路である。
直流阻止コンデンサ５は、光源８と直列に接続される。
そして、直流阻止コンデンサ５とダイオード１４と光源８との直列接続体は、スイッチング素子４と並列に接続される。

（正常動作時の説明）
まず、正常動作時における点灯装置１００の動作を説明する。
スイッチング素子４がオフの時に、直流阻止コンデンサ５は、直流出力部６０から出力される生成直流を通電し、電荷を充電する。スイッチング素子４がオフの時の動作は改めて後述する。
そして、スイッチング素子４がオンすると、「端子Ｔ１−インダクタ１２−スイッチング素子４−端子Ｔ２」の回路が形成される。そして、整流回路２とコンデンサ３とにより供給される生成直流がこの回路を流れることにより、インダクタ１２にエネルギーが蓄積される。
更に、直流阻止コンデンサ５に充電された電荷は、スイッチング素子４がオンの期間中に、スイッチング素子４とインダクタ１３とを流れて直流阻止コンデンサ５に帰還する電流として放電される。そして、直流阻止コンデンサ５に充電された電荷は消費される。
ここで、インダクタ１３は、直流阻止コンデンサ５と直列に接続されており、直流阻止コンデンサ５から放電される電荷に基づく放電直流を通電し、通電した放電直流に基づくエネルギーを蓄積する。

次に、スイッチング素子４がオフすると、インダクタ１２に蓄積されたエネルギーが生成直流として直流阻止コンデンサ５に出力される。そして、直流阻止コンデンサ５はダイオード１４を介して、生成直流を光源８に供給する。そして、光源８は点灯する。この時、直流阻止コンデンサ５は生成直流に基づく電荷を充電する。
更に、インダクタ１３は、直流阻止コンデンサ５からの電荷の放電が停止すると、放電の停止に伴い、放電直流の通電が停止すると共に、蓄積したエネルギーを放出直流として出力する。
そして、ダイオード１４は、インダクタ１３と直列に接続され、インダクタ１３により出力される放出直流を通電する。更に、ダイオード１４は、通電した放出直流を光源８に供給する。

直流出力部６０の正常動作時における図３の点灯装置１００の動作をまとめると、以下のようになる。
スイッチング素子４がオンオフを繰り返すことで、直流出力部６０は、間欠直流を直流阻止コンデンサ５に供給する。
直流阻止コンデンサ５は、供給された間欠直流を光源８に供給すると共に、間欠直流に基づく電荷を充電する。ここで、直流阻止コンデンサ５は、スイッチング素子４がオフの時に、間欠直流を光源８に供給すると共に、間欠直流に基づく電荷を充電する。
そして、放電部５０（スイッチング素子４とインダクタ１３）は、直流阻止コンデンサ５が間欠直流に基づき充電する電荷を、スイッチング素子４がオンオフを繰り返す間（すなわち直流出力部６０の正常動作時の間）繰り返し放電させる。ここで、放電部５０は、スイッチング素子４がオンの時に、直流阻止コンデンサ５が間欠直流に基づき充電する電荷を放電させる。
そして、放電部５０は、直流阻止コンデンサ５による光源８への間欠直流の供給を継続させる。
この点灯装置１００において光源８に流れる電流を検出し制御するようにすれば、定電流特性を有する直流電源として使用することができるので、点灯装置１００は、光源８の点灯回路とすることができる。

（異常動作時の説明）
実施の形態３では、スイッチング素子４が開放故障した場合（オフ状態に固定された場合）を説明する。
ここで、直流阻止コンデンサ５が無い場合を考える。スイッチング素子４がオフ状態に固定されると、「端子Ｔ１−インダクタ１２−ダイオード１４−光源８−端子Ｔ２」の回路が形成され、直流出力部６０により連続直流が出力され続けると共に、連続直流が光源８に流れ続けることとなる。そして、光源８に過大な電流が流れることで光源８が故障する可能性がある。
一方、直流阻止コンデンサ５が接続されていると、直流出力部６０により連続直流が供給されるが、実施の形態１と同様に、直流阻止コンデンサ５は、連続直流の光源８に対する供給を遮断する。
そのため、光源８に過大な電流が流れることを防止できる。
更に、スイッチング素子４が短絡故障した場合も、整流回路２の出力はインダクタ１２とスイッチング素子４とを通って流れ続けるが、直流阻止コンデンサ５が接続されているので光源８に過大な電流が流れることを防止する。

（光源電圧の最適化）
図４は、光源電圧の最適値を示す図である。
図３の点灯装置１００は、昇降圧コンバータとしての動作を行うことができるので、整流回路２側に力率改善回路を備えることなく、光源８へ所定の定電流直流を供給しつつ交流電源１から見て力率を高くするようにスイッチング素子の動作を制御すればよい。
交流電源１の実効値電圧と光源８に設定電流を供給したときの光源８の直流電圧値は光源の電圧が交流電源電圧より非常に低い場合や非常に高い場合には、この昇降圧コンバータでの回路効率が低下し易いので適切な電圧値の選定が必要である。
光源８を点灯する交流電源１の公称電圧実効値は１００Ｖ、２００Ｖなどが主である。光源８の点灯中の電圧をＶＦ（Ｖ）とし、交流電源１の全波整流した（平滑や昇圧していない脈流波形）直流電圧をＶｄｃ（Ｖ）とする。また、スイッチング素子４の高周波スイッチング動作におけるオン時間比率をオンデューティ（％）とする。また、スイッチング素子４とダイオード１４とに流れる電流を高い効率が期待できる臨界モード或いは不連続モードで動作させるものとする。臨界モードにおいて、オンデューティは５０％を超えてはならず、不連続モードにおいて、部品の大形状化を避けるためオンデューティは２０％を超えるようにするとよい。
以上は脈流の直流電圧値を典型的な動作状態とみなして、その瞬時値での動作に着目したものである。このようにすると交流電源電圧と光源の電圧の関係は図４に示すような関係になる。
図４におけるオンデューティの算出は回路部品での電圧降下やスイッチング素子などのスイッチング時間の遅延などは無視して簡略化した以下の式による。
「オンデューティ＝｛ＶＦ／（ＶＦ＋Ｖｄｃ）｝×１００％」
ここで、全波整流した整流出力Ｖｄｃは、正弦波での実効値を１．１１で除した値とした。
そして、図４において、オンデューティが２０％を超え、５０％未満になる光源電圧ＶＦは、４５Ｖ〜９０Ｖの範囲であるが、電源電圧を共通化する点灯装置では電源電圧変動を考慮する必要がある。そこで、公称電圧に電源電圧変動を１００Ｖで６％、２００Ｖで１０％を考慮して、マージンを設けるとオンデューティが２０％を超え、５０％未満になる光源の電圧は次のようになる。
「５０（Ｖ）＜ＶＦ＜８５（Ｖ）」
実施の形態３の点灯装置１００は、このような光源電圧ＶＦが設定されることが適切である。

実施の形態４．
本実施の形態について、主に実施の形態３との差異を説明する。
図５は、点灯装置１００の構成の例を示す図である。
実施の形態４の点灯装置１００は、インダクタ１２とインダクタ１３とを共通のコア（共通の磁気回路）にそれぞれ巻線として備えたものである。これにより点灯装置１００の小形化が実現できる効果がある。例えば、インダクタ１２とインダクタ１３とはトランスなどであってもよい。
また、インダクタ１２に高周波数の電流が流れ、インダクタ１３に誘導起電力が生じる場合においても、スイッチング素子４が短絡故障した際には、インダクタ１２には連続直流しか流れない為、インダクタ１３に誘導起電力が生じることは無い。そして、インダクタ１３により光源８に供給される過大な電流が発生することがない。

実施の形態５．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。
ここで、まず、力率改善回路について説明する。

図６は、力率改善回路２００を示す図である。
この力率改善回路２００は、昇圧コンバータと称される回路構成である。
力率改善回路２００は、整流回路２、コンデンサ３、インダクタ１７、ダイオード１８、コンデンサ１９（力率改善回路２００の出力コンデンサ）、昇圧スイッチング素子２０、昇圧駆動回路２１を備える。
力率改善回路２００は、昇圧スイッチング素子２０が高周波数でスイッチングすることによりコンデンサ１９に所定の直流電圧が生成され、かつ交流電源１から見た力率を高くすることができる。
なお、力率改善回路２００は実施の形態１及び実施の形態２に使用可能である。
具体的には、実施の形態１で説明の図１における端子Ｔ１と端子Ｔ２とから交流電源１側の部分をこの力率改善回路２００に置きかえることが可能である。実施の形態２も同様。

（点灯装置１００の構成）
図７は、実施の形態５の点灯装置１００の構成の例を示す図である。
点灯装置１００は、直流出力部６０と放電部５０と直流阻止コンデンサ５ａと直流阻止コンデンサ５ｂとを備える。
直流出力部６０は、力率改善回路２００とスイッチング部３００とから構成される。そして、スイッチング部３００は、スイッチング素子４ａとスイッチング素子４ｂと駆動回路Ａとから構成される。
なお、直流阻止コンデンサ５ａと直流阻止コンデンサ５ｂとの直列接続体が、力率改善回路２００のコンデンサ１９と同等の作用を有すれば、コンデンサ１９は無くてもよい。すなわち、直流阻止コンデンサ５ａと直流阻止コンデンサ５ｂとが力率改善回路２００の出力コンデンサ（コンデンサ１９）であってもよい。なお、直流阻止コンデンサ５ａと直流阻止コンデンサ５ｂとの静電容量はほぼ等しい。
直流阻止コンデンサ５ａと直流阻止コンデンサ５ｂとの直列接続体の両端は、スイッチング素子４ａとスイッチング素子４ｂとが直列に接続されている。
換言すると、力率改善回路２００（直流電源）に対して、２個のスイッチング素子（スイッチング素子４ａとスイッチング素子４ｂ）が直列に接続されている。更に換言すると、直流阻止コンデンサ５ａ及び直流阻止コンデンサ５ｂの直列接続体とスイッチング素子４ａ及びスイッチング素子４ｂの直列接続体とは並列に接続されている。

放電部５０は、整流回路３０、インダクタ２２、コンデンサ２３、コンデンサ２４、ダイオード２８、ダイオード２９を備える。なお、コンデンサ２３及びコンデンサ２４は後述のように無くてもよい。
なお、スイッチング素子４ａがＦＥＴである場合には、ＦＥＴの構造上、寄生ダイオードを有するので、スイッチング素子４ａとは別に備えられるダイオード２８を省くことができる。ダイオード２９も同様である。
直流阻止コンデンサ５ａ及び直流阻止コンデンサ５ｂの直列接続体の接続点とスイッチング素子４ａ及びスイッチング素子４ｂの直列接続体の接続点との間には、インダクタ２２と整流回路３０とが接続されている。そして、整流回路３０には、光源８が接続される。換言すると、直流阻止コンデンサ５ａは整流回路３０を介して光源８に直列接続され、直流阻止コンデンサ５ｂも整流回路３０を介して光源８に直列接続される。なお、整流回路３０はダイオード３１〜ダイオード３４を備える。
また、整流回路３０とインダクタ２２との接続点には、スイッチング素子４ａと並列にコンデンサ２４が接続され、スイッチング素子４ｂと並列にコンデンサ２３が接続される。コンデンサ２３とコンデンサ２４と接続されていると、それぞれ対称な動作を行うが、コンデンサ２３とコンデンサ２４とのいずれか一方だけが接続されていてもよい。またコンデンサ２３とコンデンサ２４との両方が無くてもよい。

（正常動作時の説明）
図８は、スイッチング素子の動作を示す図である。図８の（ａ）は、スイッチング素子４ａのスイッチング素子の動作、図８の（ｂ）は、スイッチング素子４ｂのスイッチング素子の動作、図８の（ｃ）は、光源８に供給される直流電流を示す。
まず、正常動作時における点灯装置１００の動作を説明する。
ここで、直流阻止コンデンサ５ａと直流阻止コンデンサ５ｂとはスイッチング素子４ａとスイッチング素子４ｂとの間欠的な動作に対して光源８に必要な直流電流を供給できるような静電容量を有している。

（スイッチング素子４ａが駆動、スイッチング素子４ｂがオフの場合）
図８の（ａ）に示すように、スイッチング素子４ａは、例えば５ｍｓの期間、オンオフして高周波スイッチング動作を行う。この期間において、図８の（ｂ）に示すようにスイッチング素子４ｂはオフのままである。
スイッチング素子４ａがオンオフを繰り返すことで、力率改善回路２００（直流出力部６０）は、間欠直流を出力する。
そして、スイッチング素子４ａがオンすると、「端子Ｔ１−スイッチング素子４ａ−インダクタ２２−ダイオード３４−光源８−ダイオード３１−直流阻止コンデンサ５ｂ」に力率改善回路２００から出力される間欠直流が流れる。直流阻止コンデンサ５ｂは、５ｍｓの期間に通電する間欠直流の電荷を蓄積可能な静電容量を有しており、５ｍｓの期間において間欠直流を通電し続ける。そして、直流阻止コンデンサ５ｂは間欠直流を通電することで、図８の（ｃ）に示すように光源８に間欠直流を供給すると共に、間欠直流に基づく電荷を充電する。そして、光源８は点灯する。

ここで、スイッチング素子４ａがオフ、スイッチング素子４ｂが駆動の場合において、直流阻止コンデンサ５ａには、電荷が充電されている。スイッチング素子４ａがオフ、スイッチング素子４ｂが駆動の場合の動作は改めて後述する。
直流阻止コンデンサ５ａに充電された電荷は、「直流阻止コンデンサ５ａ−スイッチング素子４ａ−インダクタ２２−ダイオード３４−光源８−ダイオード３１」を流れて直流阻止コンデンサ５ａに帰還する電流として放電される。この電流によっても光源８は点灯する。
そして、直流阻止コンデンサ５ａに充電された電荷は消費される。そして、次にスイッチング素子４ａがオフ、スイッチング素子４ｂが駆動する場合に、再び直流阻止コンデンサ５ａに電流が流れるようになり、光源８に電流が供給される。
すなわち、放電部５０（スイッチング素子４ａ、インダクタ２２、整流回路３０）及び光源８は、直流阻止コンデンサ５ａが間欠直流に基づき充電する電荷を、スイッチング素子４ａがオンオフを繰り返す間（すなわち直流出力部６０の正常動作時の間）繰り返し放電させる。
そして、放電部５０は、直流阻止コンデンサ５ａによる光源８への間欠直流の供給を継続させる。

なお、インダクタ２２は、直流阻止コンデンサ５ａと直列に接続されており、直流阻止コンデンサ５ａから放電される電荷に基づく放電直流を通電し、通電した放電直流に基づくエネルギーを蓄積する。
そして、インダクタ２２は、直流阻止コンデンサ５ａからの電荷の放電が停止すると、放電の停止に伴い、放電直流の通電が停止すると共に、蓄積したエネルギーを放出直流として出力する。
そして、ダイオード２９は、インダクタ２２と直列に接続されている。インダクタ２２により出力される放出直流は、「インダクタ２２−コンデンサ２３−ダイオード２９」を通電し、インダクタ２２に帰還する。なお、コンデンサ２３が無い場合や、コンデンサ２３の静電容量が小さい場合は、インダクタ２２により出力される放出直流は、「インダクタ２２−ダイオード３４−光源８−ダイオード３１−直流阻止コンデンサ５ｂ−ダイオード２９」を通電し、インダクタ２２に帰還する。
また、インダクタ２２は、直流阻止コンデンサ５ｂとも直列に接続されており、直流阻止コンデンサ５ｂが光源８に供給する間欠直流を通電し、通電した間欠直流に基づくエネルギーを蓄積する。このエネルギーも同様に放出される。

（スイッチング素子４ａがオフ、スイッチング素子４ｂが駆動の場合）
次に、図８の（ｂ）に示すように、スイッチング素子４ｂが例えば５ｍｓの期間、オンオフして高周波スイッチング動作を行う。この期間において、図８の（ａ）に示すようにスイッチング素子４ａはオフのままである。
スイッチング素子４ｂがオンオフを繰り返すことで、力率改善回路２００（直流出力部６０）は、間欠直流を出力する。
そして、スイッチング素子４ｂがオンすると、「端子Ｔ１−直流阻止コンデンサ５ａ−ダイオード３２−光源８−ダイオード３３−インダクタ２２−スイッチング素子４ｂ」にに力率改善回路２００から出力される間欠直流が流れる。直流阻止コンデンサ５ａは、５ｍｓの期間に通電する間欠直流の電荷を蓄積可能な静電容量を有しており、５ｍｓの期間において間欠直流を通電し続ける。そして、直流阻止コンデンサ５ａは間欠直流を通電することで、図８の（ｃ）に示すように光源８に間欠直流を供給すると共に、間欠直流に基づく電荷を充電する。そして、光源８は点灯する。

一方、スイッチング素子４ａがオフ、スイッチング素子４ｂが駆動の期間において、直流阻止コンデンサ５ｂに充電された電荷は、「直流阻止コンデンサ５ｂ−ダイオード３２−光源８−ダイオード３３−インダクタ２２−スイッチング素子４ｂ」を流れて直流阻止コンデンサ５ｂに帰還する電流として放電される。この電流によっても光源８は点灯する。 そして、直流阻止コンデンサ５ｂに充電された電荷は消費される。そして、次にスイッチング素子４ａが駆動、スイッチング素子４ｂがオフとなる場合に、再び直流阻止コンデンサ５ｂに電流が流れるようになり、光源８に電流が供給される。
すなわち、放電部５０（スイッチング素子４ｂ、インダクタ２２、整流回路３０）及び光源８は、直流阻止コンデンサ５ａが間欠直流に基づき充電する電荷を、スイッチング素子４ｂがオンオフを繰り返す間（すなわち直流出力部６０の正常動作時の間）繰り返し放電させる。
そして、放電部５０は、直流阻止コンデンサ５ｂによる光源８への間欠直流の供給を継続させる。

なお、インダクタ２２は、直流阻止コンデンサ５ｂと直列に接続されており、直流阻止コンデンサ５ｂから放電される電荷に基づく放電直流を通電し、通電した放電直流に基づくエネルギーを蓄積する。
そして、インダクタ２２は、直流阻止コンデンサ５ｂからの電荷の放電が停止すると、放電の停止に伴い、放電直流の通電が停止すると共に、蓄積したエネルギーを放出直流として出力する。
そして、ダイオード２８は、インダクタ２２と直列に接続されている。インダクタ２２により出力される放出直流は、「インダクタ２２−ダイオード２８−コンデンサ２４」を通電し、インダクタ２２に帰還する。なお、コンデンサ２４が無い場合や、コンデンサ２４の静電容量が小さい場合は、インダクタ２２により出力される放出直流は、「インダクタ２２−ダイオード２８−直流阻止コンデンサ５ａ−ダイオード３２−光源８−ダイオード３３」を通電し、インダクタ２２に帰還する。
また、インダクタ２２は、直流阻止コンデンサ５ａとも直列に接続されており、直流阻止コンデンサ５ａが光源８に供給する間欠直流を通電し、通電した間欠直流に基づくエネルギーを蓄積する。このエネルギーも同様に放出される。

点灯装置１００は、このようにして光源８に直流電流を供給できる。
そして、直流阻止コンデンサ５ａあるいは直流阻止コンデンサ５ｂが光源８に対して直列に接続されている。その為、スイッチング素子４ａまたはスイッチング素子４ｂの片方または両方が短絡故障した場合においても、力率改善回路２００からの出力は、光源８に供給されない。そして、光源８に過大な電流が流れるが防止される。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、これらの実施の形態のうち、２つ以上を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、１つを部分的に実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、２つ以上を部分的に組み合わせて実施しても構わない。なお、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

実施の形態１〜５の点灯装置１００は、いずれも光源８に流れる電流を制御することで定電流特性を有する装置として光源を点灯することができる。光源としてはＬＥＤの場合について説明したがＬＥＤの直列接続体あるいはこの直列接続体を並列に接続するなどの構成に適用できる。さらに直流電流を供給して点灯させる半導体発光素子であれば適用可能である。
また実施の形態１〜４の点灯装置１００は、スイッチング素子のスイッチング動作においてオン時間比率を可変することで光源に供給する電流を変化させて調光するものでもよい。
また、実施の形態５の点灯装置１００は、スイッチング素子のスイッチング周波数を変えることで調光するものにも適用できる。
特に実施の形態１〜４の点灯装置１００は、直流阻止の機能を果たすコンデンサの静電容量を光源８の許容電流耐量未満、場合によっては短時間の規定であるサージ許容電流未満になるように選定することでスイッチング素子の短絡故障においても光源の信頼性を損なうようなストレスを与えずに済む効果がある。
実施の形態５の点灯装置１００では極性切り替えの周期がスイッチング周波数より長いので整流回路３０を構成する素子のスイッチング損失が少なくて済む。
さらに以上のような点灯装置１００と光源８とを使用する照明器具８００などの照明装置に適用できる。

１ 交流電源、２，３０ 整流回路、３，７，１１，１９，２３，２４ コンデンサ、４，４ａ，４ｂ，２５，２６ スイッチング素子、５，５ａ，５ｂ 直流阻止コンデンサ、６，１０，１２，１３，１７，２２ インダクタ、８ 光源、９，１４，１８，２８，２９，３１〜３４ ダイオード、２０ 昇圧スイッチング素子、２１ 昇圧駆動回路、５０ 放電部、６０ 直流出力部、１００ 点灯装置、２００ 力率改善回路、３００ スイッチング部、８００ 照明器具、Ａ 駆動回路。

Claims (10)

1. 光源を点灯する点灯装置において、
   直流を生成直流として生成すると共に、正常動作時には、生成した前記生成直流を間欠的に出力して、間欠的な直流である間欠直流として供給し、異常動作時には、生成した前記生成直流を連続して出力して、連続した直流である連続直流として供給する直流出力部と、
   前記直流出力部が前記間欠直流を供給している正常動作時には、前記直流出力部により前記間欠直流が供給され、供給された前記間欠直流を前記光源に供給し、前記直流出力部が前記連続直流を供給している異常動作時には、前記直流出力部により前記連続直流が供給されるが、供給された前記連続直流の前記光源に対する供給を遮断するキャパシタンス素子と
   を備えることを特徴とする点灯装置。
2. 前記キャパシタンス素子は、
   前記直流出力部が前記間欠直流を供給している正常動作時には、前記間欠直流を前記光源に供給すると共に前記間欠直流に基づく電荷を充電し、
   前記点灯装置は、更に、
   前記正常動作時に前記キャパシタンス素子が前記間欠直流に基づき充電する電荷を、前記正常動作時の間、繰り返し放電させることで、前記キャパシタンス素子による前記光源への前記間欠直流の供給を継続させる放電部を備えることを特徴とする請求項１記載の点灯装置。
3. 前記放電部は、
   前記キャパシタンス素子と直列に接続されるインダクタンス素子であって、前記キャパシタンス素子から放電される電荷に基づく放電直流を通電し、通電した前記放電直流に基づくエネルギーを蓄積するインダクタンス素子を有することを特徴とする請求項２記載の点灯装置。
4. 前記放電部の前記インダクタンス素子は、
   前記キャパシタンス素子からの電荷の放電が停止すると、放電の停止に伴い、前記放電直流の通電が停止すると共に、蓄積した前記エネルギーを放出直流として出力し、
   前記点灯装置は、更に、
   前記インダクタンス素子と直列に接続され、前記インダクタンス素子により出力される前記放出直流を通電するダイオード素子
   を備えることを特徴とする請求項３記載の点灯装置。
5. 前記ダイオード素子は、
   通電した前記放出直流を前記光源に供給することを特徴とする請求項４記載の点灯装置。
6. 前記点灯装置は、
   昇圧コンバータと昇降圧コンバータとのいずれかであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の点灯装置。
7. 前記点灯装置は、
   降圧コンバータであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の点灯装置。
8. 前記直流出力部は、
   スイッチング素子を有し、前記正常動作時には、前記スイッチング素子がオンオフを繰り返すことで、前記生成直流を間欠的に出力し、前記異常動作時には、前記スイッチング素子がオン状態もしくはオフ状態のいずれかに固定されることで、前記生成直流を連続して出力することを特徴とする請求項１〜７いずれか記載の点灯装置。
9. 前記点灯装置は、
   前記光源としてＬＥＤを点灯させることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の点灯装置。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の点灯装置を備えることを特徴とする照明器具。

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