JP5572454B2 - Ｌｅｄ点灯装置 - Google Patents

Description

本発明は，発光ダイオード（以下，ＬＥＤと記す）の点灯装置に関する。

ＬＥＤは，環境性に優れた光源として注目されており，スポット照明，自動車の車内照明やヘッドライト，信号機，液晶ディスプレイのバックライトなど幅広い製品に利用されている。また，住宅やオフィス向けの一般照明において，蛍光ランプなどの従来光源からＬＥＤへの置き換えが始まっている。

ＬＥＤの光出力は，ＬＥＤに流れる電流（以下，ＬＥＤ電流と記す）によって決まる。したがって，ＬＥＤ点灯装置は，ＬＥＤ電流を一定に制御することによって，ＬＥＤの光出力を一定に制御する機能を備えることが望ましい。

そのような機能を備えるＬＥＤ点灯装置として，例えば特許文献１に記載の装置がある。同装置は，直流電源から降圧チョッパを介してＬＥＤに給電する構成であり，降圧チョッパのスイッチング素子に流れる電流のピーク値が一定になるように，かつ，降圧チョッパが電流臨界モードで動作するようにスイッチング素子をオン・オフさせる自励式駆動回路を備える。これによって，ＬＥＤ電流は一定に制御され，さらに，スイッチング素子のターンオン損失がほとんど発生しないため，電力変換に際して高い効率を実現できる。

特開２００５−２９４０６３号公報

ＬＥＤは，発光に際して発熱を伴う。また，多くの場合，ＬＥＤ点灯装置は，ＬＥＤの近くで，かつ，筺体内部などの密閉された空間に配置される。したがって，ＬＥＤ点灯装置が周囲温度によらずＬＥＤ電流を一定に制御すると，周囲温度が高温であるときにＬＥＤ及びＬＥＤ点灯装置（以下，ＬＥＤも含めてＬＥＤ点灯装置として記す）の温度は相当に高くなり，これらの短寿命化が問題になる。なお，周囲温度とは，上記したようなＬＥＤ製品に触れる外気の温度であり，また，ＬＥＤ製品がそれを取り付ける器具や壁面によって密閉される場合は，密閉された空間の温度が周囲温度である。

上記の問題を解決するためには，周囲温度が高温であるときにＬＥＤ点灯装置の電力を減少させ，ＬＥＤ点灯装置の温度上昇を低く抑える過熱保護機能を備えたＬＥＤ点灯装置が望ましい。

本発明のＬＥＤ点灯装置によれば，周囲温度が高温であるときにはＬＥＤ点灯装置の電力が減少し，ＬＥＤ点灯装置の温度上昇が低く抑えられるため，ＬＥＤ及び点灯装置の短寿命化を回避できる。

本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ点灯装置のブロック図である。 本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ点灯装置の構成である。 本発明の第１実施形態における第１の感温回路の構成である。 本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ点灯装置の温度特性である。 本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ点灯装置の動作波形である。 本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ点灯装置の構成である。 本発明の第１実施形態における第１の感温回路の構成である。 本発明の第１実施形態における第１の感温回路の構成である。 本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ点灯装置の構成である。 本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ点灯装置のブロック図である。 本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ点灯装置の構成である。 本発明の第２実施形態における第２の感温回路の構成である。 本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ点灯装置の温度特性である。 本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ点灯装置の動作波形である。 本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ点灯装置の温度特性である。 本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ点灯装置の動作波形である。 本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ点灯装置の構成である。 本発明のＬＥＤ点灯装置における感温素子の実装形態である。 本発明のＬＥＤ点灯装置における感温素子の実装形態である。 本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ点灯装置の構成である。 本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ点灯装置の構成である。

本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
＜第１実施形態＞
図１は，本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ点灯装置のブロック図である。ＬＥＤ点灯装置は，電源１００から供給される電力を，スイッチング素子を備える電力変換回路１０３によって変換して，ＬＥＤ負荷１０４に給電する。ここで，電源１００は，外部から供給される交流電源をＡＣ−ＤＣ変換回路によって変換して得られる直流電源を含む。ＬＥＤ負荷１０４について，ＬＥＤの個数や接続形態は問わず，また，保護用素子などを内蔵したＬＥＤモジュールを含んでもよい。

ＬＥＤ点灯装置は，電力変換回路１０３を制御するための制御回路１０５を備える。制御回路１０５において，オフ時間可変回路１０７は，感温素子を備える第１の感温回路１０９の出力に基づいて，スイッチング素子のオフ時間を可変する。また，オン時間可変回路１０８は，検出した電力変換回路１０３の電流に基づいて，スイッチング素子のオン時間を可変する。駆動回路１０６は，オフ時間可変回路１０７が決めるオフ時間と，オン時間可変回路１０８が決めるオン時間に従って，電力変換回路１０３のスイッチング素子を駆動する。

なお，オフ時間可変回路１０７は，スイッチング素子のスイッチング周波数を可変する周波数可変回路であってもよい。ただし，オフ時間可変回路と周波数可変回路とで，結果として得られるＬＥＤ点灯装置の動作は同じであるため，以下の説明及び図面ではオフ時間可変回路に統一して記す。

図２は，本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ点灯装置である。図２において，外部から供給される交流電源１０１，ダイオードブリッジ１１０による全波整流回路，コンデンサ１１１によって構成される直流電源が，図１の電源１００に相当する。また，ダイオード１１２，スイッチング素子であるパワーＭＯＳＦＥＴ１１３，チョークコイル１１４，コンデンサ１１５によって構成される降圧チョッパが，図１の電力変換回路１０３に相当する。電流検出手段１１６は，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３の電流を検出してオン時間可変回路１０８にフィードバックする。

図２において，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３の代わりに，バイポーラトランジスタといった他種のスイッチング素子を用いてもよい。全波整流回路の代わりに，倍電圧整流回路など，他方式の整流回路を用いてもよい。降圧チョッパの代わりに，昇降圧チョッパなどのチョッパ回路全般や，フライバックコンバータのようにトランスを備える種のコンバータ回路など，他方式の電力変換回路を用いてもよい。コンデンサ１１１と１１５の使用は任意である。ヒューズなどの回路保護部品，コンデンサやチョークコイルなどのノイズ対策部品を追加してもよい。なお，これらの代案及び追加項目は，本発明の全ての実施形態に対して適用可能である。

図２において，抵抗１１７，感温素子として感温抵抗であるＰＴＣサーミスタ１１８，コンデンサ１１９の直列体として構成され，電圧源１２０に接続されるＲＣ回路が，図１における第１の感温回路１０９に相当する。なお，上記の感温抵抗とは，サーミスタのように温度によって抵抗値が変化する抵抗素子を意味する。コンデンサ１１９の電圧は，図１における第１の感温回路１０９の出力に相当し，オフ時間可変回路１０７に入力される。ＲＣ回路の構成として，図３（ａ）のように抵抗１１７とＰＴＣサーミスタ１１８が並列に接続される構成であってもよい。また，感温素子として，感温抵抗の他にも，温度によって静電容量が変化するコンデンサ（以下，感温コンデンサと記す）を用いてもよい。例えば，積層セラミックコンデンサであれば，Ｘ７Ｒ種などを感温コンデンサとして利用できる。この場合，図３（ｂ）に示すように感温コンデンサ１４０を含む感温回路を構成できる。抵抗，感温素子，コンデンサの個数及び接続形態は任意であり，特に，感温素子として感温抵抗を用いる場合，抵抗の使用は任意であり，感温素子として感温コンデンサを用いる場合，コンデンサの使用は任意である。なお，電圧源１２０について，図１では省略しており，また，以下の説明においても断りなく出現する。電圧源１２０の生成手段は問わないが，例えば，全波整流回路の直流出力から，レギュレータを介して生成できる。

オフ時間可変回路１０７は，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３がオン状態である期間において，コンデンサ１１９の電圧を強制的に略ゼロにしておき，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３がターンオフした時点から，電圧源１２０によってコンデンサ１１９が充電されるように構成される。

なお、コンデンサ１１９の電圧を略ゼロと記載したのは、通常は電圧がゼロであるが、ノイズや多少オフセット電圧が乗った場合を考慮して略ゼロとした。

充電が開始されると，コンデンサ１１９の電圧は，抵抗１１７とＰＴＣサーミスタ１１８の抵抗値，及び，コンデンサ１１９の静電容量で決まるＲＣ時定数に従って上昇する。オフ時間可変回路１０７は，コンデンサ１１９の電圧が所望の設定値に達した時点でパワーＭＯＳＦＥＴ１１３をターンオンさせる。したがって，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３のオフ時間はＲＣ時定数によって管理され，ＲＣ時定数が大きいほどオフ時間が長くなる。以上のように動作するオフ時間可変回路１０７について，具体的な構成は問わないが，コンパレータ，スイッチング素子，基準電圧源などの要素によって構成できる。

ＰＴＣサーミスタ１１８の抵抗値は，その温度に対して図４のように変化する。なお，図４では，ＬＥＤ点灯装置の電力とＰＴＣサーミスタ１１８の温度との関係を破線で示したが，これについては後で説明する。一般に，ＰＴＣサーミスタでは，ある温度（図４のＴｃ）より低温においては，抵抗値は温度に依らず略一定であるが，ある温度（図４のＴｃ）より高温においては，温度上昇と共に抵抗値が急激に増大する。以下の説明では，ＰＴＣサーミスタ１１８の温度がＴｃになるときの周囲温度を，第１の基準温度として定義する。周囲温度が第１の基準温度よりも低温または高温であるとき，ＰＴＣサーミスタ１１８の温度は，例えば図４に示す温度ＴａまたはＴｂとなる。

周囲温度が第１の基準温度より低温（以下，単に低温と記す）であるとき，ＰＴＣサーミスタ１１８の抵抗値は温度によらず略一定であるため，上記のＲＣ時定数ひいてはオフ時間も略一定となる。一方，周囲温度が第１の基準温度より高温（以下，単に高温と記す）であるとき，周囲温度が高いほどＰＴＣサーミスタ１１８の抵抗値が増大するため，ＲＣ時定数ひいてはオフ時間も増大する。第１の基準温度を何度に設定するかについては，ＬＥＤ製品の仕様（特に電力や構造）に依存するものであり，この仕様に応じて最適な温度特性を有するＰＴＣサーミスタを選定する。

パワーＭＯＳＦＥＴ１１３がターンオンすると，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３には電流が流れ始め，この電流は後記の要領で時間と共に増大する。オン時間可変回路１０８は，電流検出手段１１６によってパワーＭＯＳＦＥＴ１１３の電流を検出し，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３の電流が所望の設定値に達した時点でパワーＭＯＳＦＥＴ１１３をターンオフさせる。以上のように動作するオン時間可変回路１０８について，具体的な構成は問わないが，コンパレータ，基準電圧源などの要素によって構成できる。

以上の結果，周囲温度が低温または高温であり，ＰＴＣサーミスタ１１８の温度が例えば図４のＴａまたはＴｂであるとき，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３のオン・オフ状態（ＳＷ），コンデンサ１１９の電圧（ＶＣ），パワーＭＯＳＦＥＴ１１３の電流（ＩＱ）の動作波形は，それぞれ図５（ａ）または同図（ｂ）となる。図５には，ダイオード１１２の電流（ＩＤ），チョークコイル１１４の電流（ＩＬ），ＬＥＤ負荷１０４の電流（ＩＬＥＤ）の波形も合わせて示した。なお，コンデンサ１１５の静電容量は十分大きく，ＩＬＥＤはＩＬの直流成分になると仮定した。

図５を用いて，降圧チョッパの動作を簡単に説明する。まず，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３がオンのとき，降圧チョッパには，ＬＥＤ負荷１０４とコンデンサ１１５の並列体，チョークコイル１１４，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３，電流検出手段１１６の経路で電流が流れる。図５のＩＱとＩＬの波形のように，この電流は時間と共に直線的に増大し，その傾きは電源１００の電圧，ＬＥＤ負荷１０４の電圧，チョークコイル１１４の自己インダクタンスによって決まる。オン時間可変回路１０８は上記に従い，この電流が所望の設定値に達した時点でパワーＭＯＳＦＥＴ１１３をターンオフさせる。

パワーＭＯＳＦＥＴ１１３がオフになると，降圧チョッパの電流は経路を変え，チョークコイル１１４，ダイオード１１２，ＬＥＤ負荷１０４とコンデンサ１１５の並列体の経路に電流が流れる。図５のＩＤとＩＬ波形のように，この電流は時間と共に直線的に減少し，その傾きはＬＥＤ負荷１０４の電圧とチョークコイル１１４の自己インダクタンスによって決まる。ここで，ＬＥＤ負荷１０４の電圧は，ＬＥＤの個数や接続形態で決まる略一定の電圧であるため，電流ＩＤとＩＬの傾きも略一定と考えてよい。オフ時間可変回路１０７は，上記の要領でオフ時間を決定し，ターンオフからこのオフ時間が経過した時点でパワーＭＯＳＦＥＴ１１３を再びターンオンさせる。図５のＩＬとＩＬＥＤの波形から分かるように，オフ時間を略一定に制御することで，ＩＬの直流成分であるＩＬＥＤを略一定に制御できる。

低温において，オフ時間は温度によらず略一定であるため，動作波形は図５（ａ）の状態から温度によって変化せず，ＩＬＥＤも温度によらず略一定に制御される。これによって，図４に示したように，ＬＥＤ点灯装置の電力も温度によらず略一定となる。また，図５（ａ）に示すように，ＩＬまたはＩＤがゼロまで減少する時間とオフ時間を一致させると，降圧チョッパは電流臨界モードで動作する。このとき，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３のターンオン損失が発生しないため，降圧チョッパの変換効率が向上する。ただし，降圧チョッパの制御方式についてはこの限りでなく，低温において電流連続または不連続モードで動作させても構わない。

低温から高温になると，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３のオフ時間が長くなるため，動作波形は図５（ａ）から同図（ｂ）へと変化し，ＩＬの直流成分であるＩＬＥＤは小さくなる。ＩＬＥＤが減少する分だけＬＥＤ点灯装置の電力も減少し，ＬＥＤ点灯装置の温度は，電力を減少させない場合と比べて低下する。これによって，ＬＥＤ及びＬＥＤ点灯装置の短寿命化を回避できる。なお，高温では，温度が高いほどオフ時間が長くなるため，図４に示すように，温度が高いほどＬＥＤ点灯装置の電力は小さくなる。

第１実施形態におけるＬＥＤ点灯装置は，市販の駆動用ＩＣを用いて構成でき，例えば，サンケン電気株式会社製のＬＥＤ駆動用ＩＣであるＬＣ５２００シリーズを利用すれば，図６に示すＬＥＤ点灯装置を構成できる。駆動用ＩＣ１２１には，制御回路のうち第１の感温回路を除いた部分と，スイッチング素子が内蔵されている。ＰＷＭピンがオフ時間可変回路への入力ピン，Ｒｅｇピンが電圧源の出力ピンであるため，図６のように抵抗１１７，ＰＴＣサーミスタ１１８，コンデンサ１１９を接続すればよい。駆動用ＩＣ１２１に内蔵されたスイッチング素子に流れる電流は，Ｓｅｎピンに取り付ける検出用抵抗１２２によって検出する。なお，駆動用ＩＣ１２１に内蔵されているオン時間可変回路では，抵抗１２３と１２４から構成される分圧回路によって電流の設定値を生成し，Ｒｅｆピンに入力できる。

感温素子の実装について説明する。以上に説明したＬＥＤ点灯装置は電子回路であり，ＬＥＤ点灯装置の各部品は回路基板上に実装される。ただし，ＬＥＤ負荷１０４については回路基板とは別の基板（以下，ＬＥＤ基板と記す）に実装され，回路基板とＬＥＤ基板はケーブルなどで電気的に接続されることが多い。ＬＥＤ点灯装置の中で，熱的に厳しい使用条件を強いられ，過熱保護の対象となるべき部品として，スイッチング素子またはＬＥＤ負荷が挙げられる。これらの部品については，使用上限温度が明確に示されることが多く，例えば，大概のスイッチング素子では，ジャンクション部の温度を１５０℃以下に保つ必要がある。そこで，これらの部品の温度を検知し易い位置に感温素子を配置することは，感温素子の選定など，感温回路の設計にとって有効である。

図１８（ａ）〜（ｄ）は，図２のＬＥＤ点灯装置について，スイッチング素子であるパワーＭＯＳＦＥＴ１１３と感温素子であるＰＴＣサーミスタ１１８を回路基板３００に実装するときの断面図である。図１８（ａ）（ｃ）では，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３がＴＯ−２２０パッケージのようなリード部品である場合，同図（ｂ）（ｄ）では，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３がＤＰＡＫパッケージのような面実装品である場合を想定しており，また，同図（ａ）〜（ｄ）の全てにおいて，ＰＴＣサーミスタ１１８は面実装品であるとした。図１８（ａ）では，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３の樹脂パッケージと回路基板３００でＰＴＣサーミスタ１１８を挟み込むようにして，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３とＰＴＣサーミスタ１１８を接触させている。これによって，ＰＴＣサーミスタ１１８はパワーＭＯＳＦＥＴ１１３の温度を直接検知できる。

パワーＭＯＳＦＥＴの樹脂パッケージ部から電極がむき出しになっており，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３とＰＴＣサーミスタ１１８との絶縁確保が必要な場合は，絶縁用シートのみを間に挟めばよい。図１８（ｂ）では，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３の樹脂パッケージ部とＰＴＣサーミスタ１１８とが隣接するように配置することで，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３とＰＴＣサーミスタ１１８を接触させている。また，図１８（ｃ）（ｄ）のように，回路基板３００のみを間に挟んだ状態で，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３の樹脂パッケージとＰＴＣサーミスタ１１８を接触させる方法も考えられる。

図１８（ａ）〜（ｄ）に示した実装は，図６のＬＥＤ点灯装置のようにスイッチング素子を内蔵する駆動用ＩＣ１２１を用いる場合についても適用できる。図１８（ｅ）（ｆ）はその一例であり，図１８（ｅ）では駆動用ＩＣ１２１がＤＩＰパッケージのようなリード部品である場合，同図（ｆ）では駆動用ＩＣ１２１がＳＯＰパッケージのような面実装品である場合を想定している。実装の詳細については，図１８（ａ）〜（ｄ）の場合と同様であるため，説明を省略する。ここで，図１８（ｅ）のように，ＰＴＣサーミスタ１１８を駆動用ＩＣ１２１の電極ピンの直近に配置することで，ＰＴＣサーミスタ１１８は同ピンからの放熱を通してパワーＭＯＳＦＥＴ１１３の温度をより検知し易くなる。これは，図６のＬＥＤ点灯装置のように，ＰＴＣサーミスタ１１８と駆動用ＩＣ１２１のいずれかの電極ピンとが電気的に接続している場合において特に有効であり，この場合，ＰＴＣサーミスタ１１８と駆動用ＩＣ１２１の電極ピンを接触させてもよい。

図１９（ａ）（ｂ）は，図２などのＬＥＤ点灯装置について，感温素子であるＰＴＣサーミスタ１１８をＬＥＤ基板３０１に実装する場合の断面図である。同図において，ＬＥＤ負荷１０４として，砲丸形状のＬＥＤモジュールが複数搭載されることを想定したが，ＬＥＤモジュールの形状や個数については問わない。図１９（ａ）ではＬＥＤ負荷１０４と同じ面に，同図（ｂ）ではＬＥＤ負荷１０４と反対の面にＰＴＣサーミスタ１１８を実装したが，いずれの方式においても，ＰＴＣサーミスタ１１８がＬＥＤ負荷１０４の温度を検知し易くなる。

なお，以上で説明した感温素子の実装方式は，以下で説明する全ての実施形態に対して適用可能である。
＜第１実施形態の別例＞
第１実施形態の別例について説明する。まず，第１の感温回路の別例について，図２や図３に示した以外の例を挙げる。図２や図３で説明した感温回路では，ＰＴＣサーミスタなどの感温素子がＲＣ回路に含まれる。一方，感温素子がＲＣ回路に含まれない例として，例えば，図７（ａ）（ｂ）や図８に示す感温回路がある。

図７（ａ）の感温回路では，シャントレギュレータ１２５を用いて電圧源１２０の電圧を変換するＲＣ回路用電源回路があり，シャントレギュレータ１２５の設定値（リファレンス）ピンに接続される抵抗分圧回路の中に，感温素子であるＰＴＣサーミスタ１２９が含まれる。ＲＣ回路用電源回路の出力は，抵抗１１７とコンデンサ１１９から構成されるＲＣ回路に接続される。コンデンサ１１９の電圧は，感温回路の出力としてオフ時間可変回路１０７に接続される。なお，図７（ｂ）は，ＰＴＣサーミスタ１２９ではなくＮＴＣサーミスタ１３０を用いる例であり，その動作は同図（ａ）と変わらない。また，図７（ｂ）では，ＮＴＣサーミスタの代わりにＣＴＲサーミスタを用いることもできる。ＲＣ回路用電源回路について，感温素子を備えており，温度に基づいて出力電圧を可変する効果が同じであれば，具体的な構成については問わない。また，図７（ａ）（ｂ）では，ＲＣ回路用電源回路を電圧源１２０に接続したが，電源１００の出力に直接接続してもよい。

図７（ａ）（ｂ）に共通して，高温においてサーミスタの抵抗値が変化すると，シャントレギュレータ１２５の設定値ピンの電位が上がり，ＲＣ回路用電源回路の出力電圧は低下する。このとき，ＲＣ回路に印加される電圧が低くなるため，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３がターンオフしてからコンデンサ１１９の電圧が設定値に達する時間が長くなり，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３のオフ時間を長くする効果が得られる。

図８の感温回路では，抵抗１１７，コンデンサ１１９，コンデンサ１３５の直列体として構成されるＲＣ回路が電圧源１２０に接続され，コンデンサ１３５と並列に補助スイッチング素子であるトランジスタ１３４が接続される。トランジスタ１３４のベースには，トランジスタ１３４のオン・オフ状態を制御する補助駆動回路として，感温素子であるＰＴＣサーミスタ１３３を備えた抵抗分圧回路が接続される。コンデンサ１１９の電圧は，感温回路の出力としてオフ時間可変回路１０７に接続される。詳細な説明と図面は省略するが，図７に示した例と同じ要領で，ＰＴＣサーミスタの代わりにＮＴＣサーミスタやＣＴＲサーミスタを用いることもできる。

高温においてＰＴＣサーミスタ１３３の抵抗値が増大すると，トランジスタ１３４がオンする。直列接続されたコンデンサ１１９と１３５のうち，コンデンサ１３５の端子間が短絡されることで，コンデンサ１１９と１３５の合成容量が増大する。これによって，ＲＣ回路のＲＣ時定数が増大し，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３のオフ時間を長くする効果が得られる。この方式の別例として，ＲＣ回路の中に抵抗が２個直列に接続される場合，そのうち１個の抵抗と並列にスイッチング素子を接続してもよい。この場合，高温においてスイッチング素子がオフになるように，感温素子を含む分圧回路を構成する。これによって，高温時にＲＣ回路の抵抗値が増大し，ＲＣ時定数が増大してオフ時間が長くなる。

以上の別例のように，感温素子を備えており，高温時にパワーＭＯＳＦＥＴ１１３のオフ時間を長くするための信号をオフ時間可変回路１０７に出力するのであれば，どのような構成の感温回路でもよい。

駆動用ＩＣによっては，抵抗のみを外付けすることによって，スイッチング素子のオフ時間を可変できる。次に，このような駆動用ＩＣに対して本発明の第１実施形態を適用することについて説明する。例えば，米国スーパーテックス社のＬＥＤ駆動用ＩＣであるＨＶ９９１０Ｂを利用すれば，図９に示すＬＥＤ点灯装置を構成できる。図９において，駆動用ＩＣ１３６には，オフ時間可変回路と定電圧源が内蔵されており，ＲＴピンがオフ時間可変回路への入力ピンに，ＶＤＤピンが定電圧源の出力ピンである。オフ時間可変回路は，その内部に発振回路を備えており，ＲＴピンに接続される抵抗回路の抵抗値によって決まる略一定の周波数でパワーＭＯＳＦＥＴ１１３をターンオンさせる。具体的には，抵抗値が大きいほど周波数が低くなり，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３のオフ時間は長くなる。そこで，図９のように抵抗１３７と感温抵抗であるＰＴＣサーミスタ１３８の直列体を感温回路として接続すれば，高温時においてＰＴＣサーミスタ１３８の抵抗値が増大し，オフ時間を長くすることができる。なお，感温回路について，抵抗の個数と接続形態は問わない。

駆動用ＩＣによっては，コンデンサを外付けすることによって，オフ時間を可変できる。この場合，感温コンデンサと任意でコンデンサとを備えるコンデンサ回路を，感温回路として接続すればよい。

最後に，図２に示したＬＥＤ点灯装置の別例として，図２１のＬＥＤ点灯装置について説明する。図２１では，チョークコイル１１４に補助巻線１４１を施し，補助巻線１４１によって電流臨界モードを実現する回路を応用している。補助巻線１４１の端子間には，抵抗１１７，感温素子として感温抵抗であるＰＴＣサーミスタ１１８，コンデンサ１１９の直列体として構成されるＲＣ回路が，感温回路として接続される。コンデンサ１１９の電圧は，感温回路の出力としてオフ時間可変回路１０７に接続される。

パワーＭＯＳＦＥＴ１１３がオフの状態において，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３に流れる電流がゼロになると，補助巻線１４１に発生する電圧の極性が反転する。オフ時間可変回路１０７は，内部にコンパレータ回路を備えるなどして，電圧の反転を検知した時点でパワーＭＯＳＦＥＴ１１３をターンオンさせる。ここで，図２１のようにＲＣ回路を設けることで，オフ時間可変回路１０７が電圧の反転を検知するタイミングを，ＲＣ回路のＲＣ時定数で決まる時間だけ遅らせることができる。高温時にＰＴＣサーミスタ１１８の抵抗値が増大すると，ＲＣ時定数が増大してオフ時間が長くなる。
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態について以下に説明するが，第１実施形態と同様の点については説明を省略する。

図１０は，本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ点灯装置のブロック図である。制御回路２０５において，オン時間可変回路２０８は，検出した電力変換回路１０３の電流だけでなく，感温素子を備える第２の感温回路２０９の出力に基づいて，スイッチング素子のオン時間を可変する。すなわち，オフ時間可変回路１０７とオン時間可変回路２０８の両者に対して，それぞれ異なる感温回路１０９と２０９とを備える。それ以外については，図１に示した第１実施形態と同様である。

図１１は，本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ点灯装置である。図１１において，抵抗２２３と２２４，及び，感温素子として感温抵抗であるＰＴＣサーミスタ２２５の直列体として構成され，電圧源１２０に接続される抵抗分圧回路が，図１０における第２の感温回路２０９に相当する。抵抗２２４の電圧は，図１０における第２の感温回路２０９の出力に相当し，オン時間可変回路２０８に電流の設定値として入力される。ここで，抵抗分圧回路を構成する抵抗の個数やその接続形態は問わない。また，ＰＴＣサーミスタ２２５の代わりに，高温時に抵抗値が減少するＮＴＣサーミスタやＣＴＲサーミスタを利用して，図１２のような抵抗分圧回路を構成することもできる。また，抵抗分圧回路ではなくコンデンサ分圧回路を利用してもよく，この場合，感温抵抗の代わりに感温コンデンサを用いる。

オン時間可変回路２０８は，第１実施形態と同様に，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３の電流が設定値に達した時点でパワーＭＯＳＦＥＴ１１３をターンオフさせる。電流の設定値は抵抗分圧回路の分圧比によって決まり，以下の説明では，抵抗２２４の電圧が高い程，電流の設定値が増大すると考える。このように動作するオン時間可変回路２０８は，コンパレータを用いて簡単に構成できる。なお，オフ時間可変回路１０７は，第１実施形態と同様に動作するものであり，これに接続される第１の感温回路の構成は，以上で説明した何れでもよい。

図１３のように，ＰＴＣサーミスタ１１８と２２５の抵抗値が，同じ温度特性を持つ場合について説明する。図１３では，第２実施形態における点灯装置の電力とＰＴＣサーミスタの温度との関係を破線で示し，また，図４に示した第１実施形態における同関係も重ねて示した。図１３において，温度Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃの定義は，図４と同様である。なお，説明の都合上，ＰＴＣサーミスタ１１８と２２５の温度はほぼ同じであると仮定する。周囲温度が上記の第１の基準温度より低温（以下，単に低温と記す）であるとき，ＰＴＣサーミスタ１１８と２２５の抵抗値は温度に依らず略一定であり，オフ時間を決めるＲＣ時定数や，オン時間を決める電流の設定値も略一定となる。周囲温度が第１の基準温度より高温（以下，単に高温と記す）であるとき，温度が高いほどＰＴＣサーミスタ１１８と２２５の抵抗値は大きくなる。これによって，温度が高いほどＲＣ時定数は大きくなり，また，電流の設定値は小さくなる。

周囲温度が低温または高温であり，ＰＴＣサーミスタの温度が例えば図１３のＴａまたはＴｂであるときの動作波形を，それぞれ図１４（ａ）または同図（ｂ）に示す。以下では，図１４（ａ）の低温における動作波形は，図５（ａ）と同様になる。低温から高温になるとき，図５（ｂ）ではパワーＭＯＳＦＥＴ１１３のオフ時間が長くなるだけであったが，図１４（ｂ）では加えてＩＱの設定値が小さくなる。その結果，ＩＬの直流成分であるＩＬＥＤは，第１実施形態の場合と比べてさらに減少し，ＬＥＤ点灯装置の電力も第１実施形態と比べてさらに減少する。以上から，図１３のように，第２実施形態では第１実施形態に比べて，温度上昇に対する電力減少の傾きをより急にすることができる。これは，ＬＥＤ点灯装置の温度を下げて短寿命化を避けるために，より急激に電力を減少させる必要がある場合に有効である。

次に，図１５のように，ＰＴＣサーミスタ１１８と２２５が異なる温度特性を持つ場合について説明する。具体的には，ＰＴＣサーミスタ２２５では，ＰＣＴサーミスタ１１８に比べて，抵抗値の増大し始める温度が高い場合である。ＰＴＣサーミスタの抵抗値が上がり始める温度を，ＰＴＣサーミスタ１１８については第１実施形態と同様にＴｃと，ＰＴＣサーミスタ２２５についてはＴｃ’とそれぞれ定義する。このとき，先の説明からＴｃ’＞Ｔｃである。以下の説明では，ＰＴＣサーミスタ２２５の温度がＴｃ’になるときの周囲温度を，第２の基準温度として定義する。言うまでもなく，第２の基準温度は，第１の基準温度より高温である。周囲温度が第２の基準温度より高温であるとき，ＰＴＣサーミスタの温度は，例えば図１５におけるＴｂ’となる。

周囲温度が第１の基準温度より低温であるとき，ＰＴＣサーミスタ１１８と２２５の抵抗値は温度に依らず略一定であり，ＲＣ時定数と電流の設定値も略一定となる。第１の基準温度より高温かつ第２の基準温度より低温であるとき，ＰＴＣサーミスタ１１８の抵抗値は温度が高いほど大きくなるが，ＰＴＣサーミスタ２２５の抵抗値は温度に依らず略一定である。したがって，ＲＣ時定数は温度が高いほど増大する一方で，電流の設定値は温度に依らず略一定である。第２の基準温度より高温であるとき，温度が高いほどＰＴＣサーミスタ１１８と２２５の抵抗値は大きくなるため，温度が高いほどＲＣ時定数は大きくなり，また，電流の設定値は小さくなる。

図１６（ａ）は，周囲温度が第１の基準温度より低温であるときの，同図（ｂ）は，第１の基準温度より高温かつ第２の基準温度より低温であるときの，同図（ｂ’）は，第２の基準温度より高温であるときの動作波形であり，縦軸の定義などは図５または図１４に示した動作波形と同様である。以下では，図１６（ａ），（ｂ），（ｂ’）の状態を単に低温，高温，超高温とそれぞれ記す。図１６において，（ａ）低温から（ｂ）高温になるとき，図５に示した第１実施形態と同様に，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３のオフ時間が長くなる。その結果，ＬＥＤ点灯装置の電力は第１実施形態と同様に減少する。次に，（ｂ）高温から（ｂ’）超高温になるとき，オフ時間がさらに長くなり，加えてＩＱの設定値が小さくなる。その結果，ＩＬＥＤ及びＬＥＤ点灯装置の電力は急激に減少する。以上から，図１５のように，第２の基準温度より低温の場合と高温の場合とで，温度上昇に対する電力低下の傾きを変えることができ，超高温において電力低下の傾きをより急にすることができる。

なお，図１３と図１４を用いて説明した実施形態は，第１の基準温度と第２の基準温度が等しい場合であると言える。また，詳細な説明については省略するが，第２の基準温度が第１の基準温度より低い実施形態も考えられる。

第２実施形態における点灯装置は，サンケン電気株式会社製のＬＥＤ駆動用ＩＣであるＬＣ５２００シリーズを利用して，図１７のように構成できる。駆動用ＩＣ１２１には，制御回路のうち第１の感温回路と第２の感温回路を除いた部分と，スイッチング素子が内蔵されている。詳細な説明については省略するが，感温素子を含む分圧回路を，電流の設定値を入力するためのＲｅｆピンに接続すればよい。図１７では，この分圧回路を，抵抗２２３と２２４，ＰＴＣサーミスタ２２５から構成される抵抗分圧回路とした。なお，図１７では，図１０における電力変換回路１０３に相当する回路を昇降圧チョッパとして構成した。また，ヒューズ４００，ノイズ対策用のコンデンサ４０１，４０３，４０４，ノイズ対策用のチョークコイル４０２，ＬＥＤ負荷１０４と並列に接続される抵抗４０５を追加した。

最後に，第２実施形態の別例として，図１１における電流検出手段１１６は第２の感温回路の一部になり得ると考え，電流検出手段に感温素子を備えさせる例を示す。図２０のＬＥＤ点灯装置では，抵抗１２２と感温抵抗であるＰＴＣサーミスタ２２７から構成される抵抗回路によって，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３の電流を検出する。すなわち，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３の電流を検出する抵抗回路が，第２の感温回路となっている。

高温時では，低温時に比べてＰＴＣサーミスタ２２７の抵抗値が増大し，抵抗１２２とＰＴＣサーミスタ２２７の合成抵抗もまた増大する。パワーＭＯＳＦＥＴ１１３の電流が同じであれば，高温時の方がオン時間可変回路２０８にフィードバックされる電流検出値は大きくなる。したがって，高温時では，パワーＭＯＳＦＥＴ１１３の電流がより小さい状態において，オン時間可変回路２０８は同電流が設定値に達したとみなす。言い換えれば，高温時では電流の設定値が減少することになり，結果として図１４と同様の動作波形が得られる。

なお，感温回路の具体的な構成については問わず，例えば，抵抗１２２とＰＴＣサーミスタ２２７を直列に接続してもよい。

１００…直流電源
１０１…交流電源
１０３…電力変換回路
１０４…ＬＥＤ負荷
１０５…制御回路
２０５…制御回路
１０６…駆動回路
１０７…オフ時間可変回路
１０８…オン時間可変回路
２０８オン時間可変回路
１０９…感温回路
２０９…感温回路
１１０…ダイオードブリッジ
１１１…コンデンサ
１１５…コンデンサ
１１９…コンデンサ
１３５…コンデンサ
１３９…コンデンサ
４０１…コンデンサ
４０３…コンデンサ
４０４…コンデンサ
１１２…ダイオード
１１３…パワーＭＯＳＦＥＴ
１１４…チョークコイル
４０２…チョークコイル
１１６…電流検出手段
１１７…抵抗
１２２…抵抗
１２３…抵抗
１２４…抵抗
１２６…抵抗
１２７…抵抗
１２８…抵抗
１３１…抵抗
１３２…抵抗
１３７…抵抗
２２３…抵抗
２２４…抵抗
４０５…抵抗
１１８…ＰＴＣサーミスタ
１２９…ＰＴＣサーミスタ
１３３…ＰＴＣサーミスタ
１３８…ＰＴＣサーミスタ
２２５…ＰＴＣサーミスタ
２２７…ＰＴＣサーミスタ
１２０…電圧源
１２１…駆動用ＩＣ
１３６…駆動用ＩＣ
１２５…シャントレギュレータ
１３０…ＮＴＣサーミスタ
２２６…ＮＴＣサーミスタ
１３４…トランジスタ
１４０…感温コンデンサ
１４１…チョークコイルの補助巻線
３００…回路基板
３０１…ＬＥＤ基板
４００…ヒューズ

Claims (7)

1. 電源から供給される電力を変換して発光ダイオード（以下、ＬＥＤと記す）に給電する電力変換回路と、該電力変換回路が備えるスイッチング素子を駆動する制御回路とを備えたＬＥＤ点灯装置であって、
   前記制御回路は、感温素子を備える第１の感温回路と、該第１の感温回路の出力に基づいて前記スイッチング素子のオフ時間を決定するオフ時間可変回路とを備え、
   前記第１の感温回路は、周囲温度が第１の基準温度より高温であるときには周囲温度が前記第１の基準温度より低温であるときと比べ、前記スイッチング素子のオン時間は変化させず、オフ時間を長くするための信号を前記オフ時間可変回路に出力することを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
2. 請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置において、
   前記第１の感温回路は、周囲温度が前記第１の基準温度より低温であるときには、前記スイッチング素子のオフ時間を略一定とするための信号を前記オフ時間可変回路に出力し、周囲温度が前記第１の基準温度より高温であるときには、周囲温度が高いほど前記スイッチング素子のオフ時間を長くするための信号を前記オフ時間可変回路に出力することを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
3. 請求項１又は２に記載のＬＥＤ点灯装置において、
   前記制御回路は、感温素子を備える第２の感温回路とオン時間可変回路とを備え、
   前記第２の感温回路は、電流設定値を前記オン時間可変回路に出力し、周囲温度が第２の基準温度より低温であるときには、前記電流設定値を略一定とし、周囲温度が前記第２の基準温度より高温であるときには、周囲温度が高いほど前記電流設定値を減少させ、
   該オン時間可変回路は、前記電力変換回路に流れる電流を検出し、該電流が前記電流設定値に達した時点で前記スイッチング素子をターンオフさせることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
4. 請求項３に記載のＬＥＤ点灯装置において、
   電圧源に接続される分圧回路の構えをした前記第２の感温回路は、前記感温素子としての感温抵抗を備え、前記電圧源の電圧を分圧した電圧を前記電流設定値として前記オン時間可変回路に出力することを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
5. 請求項１から４の何れかに記載のＬＥＤ点灯装置において、
   電圧源に接続されるＲＣ回路の構えをした前記第１の感温回路は、前記感温素子としての感温抵抗と、コンデンサと、抵抗とを備え、
   前記第１の感温回路は、前記感温抵抗と前記抵抗の抵抗値と、前記コンデンサの静電容量とによって決まるＲＣ時定数で上昇する電圧を前記オフ時間可変回路に出力し、
   前記オフ時間可変回路は、前記スイッチング素子がオン状態である期間において、前記第１の感温回路の出力を強制的に略ゼロとし、前記スイッチング素子がオフ状態である期間において、前記第１の感温回路の出力が設定値に達した時点で前記スイッチング素子をターンオンさせることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
6. 請求項１から５の何れかに記載のＬＥＤ点灯装置において、
   前記電源は、外部から供給される交流電源をＡＣ−ＤＣ変換回路によって変換して得られる直流電源であり、
   前記電力変換回路は、ダイオードと前記スイッチング素子に相当するパワーＭＯＳＦＥＴとチョークコイルとを備えるチョッパ回路であり、
   前記制御回路は、前記直流電源からレギュレータを介して前記電圧源を生成する生成手段を有することを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
7. 請求項１又は２に記載のＬＥＤ点灯装置において、
   前記電源は、外部から供給される交流電源をＡＣ−ＤＣ変換回路によって変換して得られる直流電源であり、
   前記電力変換回路は、前記スイッチング素子とダイオードとチョークコイルとを備えるチョッパ回路あり、前記チョークコイルは，前記チョッパ回路を電流臨界モードで動作させるための補助巻線を備え、
   前記補助巻線に接続されるＲＣ回路の構えをした前記第１の感温回路は、前記感温素子としての感温抵抗と、コンデンサとを備え、
   前記オフ時間可変回路は、前記スイッチング素子がオフ状態である期間において、前記第１の感温回路の出力が設定値に達した時点で前記スイッチング素子をターンオンさせることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。

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