JP5991625B2 - 点灯装置及びそれを用いた照明器具並びに照明システム - Google Patents

Description

本発明は、点灯装置及びそれを用いた照明器具並びに照明システムに関するものである。

従来より、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子を点灯させるための点灯装置が種々提供されており（例えば特許文献１参照）、以下にその一例について説明する。

図７は従来の点灯装置１の一例を示す概略回路図である。この点灯装置１は、商用電源１００を整流する整流回路７と、整流回路７の出力電圧を所望の電圧に変換する力率改善回路８と、力率改善回路８の出力電圧をＬＥＤモジュール１０に適した電圧に降圧する降圧チョッパ回路１１と、降圧チョッパ回路１１の動作を制御する制御用ＩＣ１２１とを備える。また、降圧チョッパ回路１１は、ＬＥＤモジュール１０に対して直列に接続されるインダクタＬ１と、ＬＥＤモジュール１０及びインダクタＬ１からなる直列回路と力率改善回路８の間に直列に接続されるスイッチング素子Ｑ１と、上記直列回路に対して並列に接続されるダイオードＤ１とを具備する。

このような点灯装置１では、インダクタＬ１に流れる電流に対して連続モード（ＣＣＭ）、臨界モード（ＢＣＭ）、不連続モード（ＤＣＭ）の３種類の動作モードがある。連続モードでは、一般的にインダクタＬ１のインダクタンス値が大きくなるため、インダクタＬ１が大型化しやすく、さらにＬＥＤモジュール１０を調光する場合には、スイッチング素子Ｑ１のオンデューティ比を可変させて調光するＰＷＭ制御が行われる。

また、臨界モードでＰＷＭ制御を行う場合には、ＰＷＭ信号の周波数が低い（４０ｋＨｚ未満）とインダクタＬ１が大型化し、可聴域の周波数ではインダクタＬ１において騒音を発し、３０〜４０ｋＨｚ付近の周波数では、ＬＥＤモジュール１０に流れる電流波形に重畳されるＰＷＭ信号の周波数に等しい周波数のリップル成分によって、他の機器に用いられる赤外線リモコンなどに干渉する虞もあり、平滑コンデンサＣ１を大容量にする必要がある。

さらに、インダクタＬ１や平滑コンデンサＣ１を小型化するために周波数を高くすると、調光によってＬＥＤモジュール１０に流れる電流が小さくなるにつれて、スイッチング素子Ｑ１のオン／オフ周波数が高くなり、またスイッチング素子Ｑ１のオンデューティ比が０に近づくことになる。その結果、スイッチング素子Ｑ１のオン／オフを制御する制御用ＩＣ１２１での遅延時間やスイッチング素子Ｑ１の駆動能力などにより動作が不安定になる場合がある。

一方、不連続モードでは、上述のような問題が解消され、インダクタＬ１のインダクタンス値を比較的小さくしても、ＬＥＤモジュール１０に流れる電流が低くなるように制御する際にはスイッチング素子Ｑ１のオン／オフ周波数も低くなる。そして、スイッチング素子Ｑ１のオン／オフ周波数が低くなることで、スイッチング素子Ｑ１のオン期間を比較的長くすることが可能になる。また、不連続モードにおいて、スイッチング素子Ｑ１のオン／オフ周波数を一定周波数とした場合には制御の簡略化が図れる。

特開２００９−２４０１１４号公報

上述の図７に示した点灯装置１において、ＬＥＤモジュール１０に流れる電流を一定周波数の不連続モードとした場合、例えば制御用ＩＣ１２１のＣＯＭＰ端子が解放状態になると制御用ＩＣ１２１内部の乗算器出力がＨｉにはりついてしまい、インダクタＬ１に流れる電流が必要以上に上昇する。ところで、制御用ＩＣ１２１には、スイッチング素子Ｑ１がオンし続けるのを防止するためのクランプ電圧が設定されており、インダクタＬ１に流れる電流に応じた電圧値が上記クランプ電圧に達すると、制御用ＩＣ１２１のＯＵＴ端子からＬｏ信号が出力され、スイッチング素子Ｑ１がオフになる。

しかしながら、上記クランプ電圧は、通常の使用状態において制御用ＩＣ１２１のＣＳ端子に入力される電圧値（インダクタＬ１に流れる電流に応じた電圧値）に比べてかなり大きな値に設定されている。したがって、この場合には、上記クランプ電圧に達するまでの時間がオン時間となり、このオン時間によってオフ時間も決定される。そして、この点灯装置１では、クロック信号生成部１２２から出力されるクロック信号によって、１サイクル経過する度にスイッチング素子Ｑ１がオンにされるので、インダクタＬ１に流れる電流が連続モードになってしまい、ＬＥＤモジュール１０に過大な電流が流れるという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、電子部品に異常が発生した状態において発光素子に流れる電流が過度に上昇するのを抑えた点灯装置及びそれを用いた照明器具並びに照明システムを提供することにある。

本発明の点灯装置は、発光素子に対して直列に接続されるインダクタ、発光素子及びインダクタの直列回路と直流電源の間に直列に接続されるスイッチング素子、並びに、直列回路に対して並列に接続され且つスイッチング素子のオフ時にインダクタの蓄積エネルギーを発光素子に放出する向きに接続される整流素子を具備する降圧チョッパ回路と、スイッチング素子をオン／オフさせる制御回路とを備える。制御回路は、一定周波数の矩形波信号を出力する信号出力部と、スイッチング素子のオン時にインダクタに流れる電流が所定値に達するとスイッチング素子をオフする第１制御部と、スイッチング素子がオフしている期間にインダクタに流れる電流の状態を検出する電流検出部と、矩形波信号及び電流検出部の検出結果に基づいてスイッチング素子のオンタイミングを決定する第２制御部とを具備する。第２制御部は、矩形波信号の１サイクル終了時において電流検出部によりインダクタに流れる電流がゼロに達していないことを検出すると少なくとも次の１サイクル終了時までスイッチング素子をオンにしないでオフ状態を継続し、矩形波信号の１サイクル終了時において電流検出部によりインダクタに流れる電流がゼロになったことを検出するとスイッチング素子をオンにする。

本発明の点灯装置は、少なくとも１次巻線及び２次巻線を具備するトランス、１次巻線と直流電源の間に直列に接続されるスイッチング素子、２次巻線に対して直列に接続され且つ発光素子に対して並列に接続されるコンデンサ、並びに、２次巻線及びコンデンサとともに直列回路を形成しスイッチング素子のオン時に遮断状態で且つスイッチング素子のオフ時に導通状態となる向きに接続される整流素子を具備するコンバータ回路と、スイッチング素子をオン／オフさせる制御回路とを備える。制御回路は、一定周波数の矩形波信号を出力する信号出力部と、スイッチング素子のオン時に１次巻線に流れる電流が所定値に達するとスイッチング素子をオフする第１制御部と、スイッチング素子がオフしている期間に２次巻線に流れる電流の状態を検出する電流検出部と、矩形波信号及び電流検出部の検出結果に基づいてスイッチング素子のオンタイミングを決定する第２制御部とを具備する。第２制御部は、矩形波信号の１サイクル終了時において電流検出部により２次巻線に流れる電流がゼロに達していないことを検出すると少なくとも次の１サイクル終了時までスイッチング素子をオンにしないでオフ状態を継続し、矩形波信号の１サイクル終了時において電流検出部により２次巻線に流れる電流がゼロになったことを検出するとスイッチング素子をオンにする。

本発明の照明器具は、上記の点灯装置と、上記の点灯装置から点灯電力が供給される発光素子とを備えたことを特徴とする。

本発明の照明システムは、上記の照明器具を備えたことを特徴とする。

矩形波信号の１サイクル終了時においてインダクタに流れる電流がゼロになっていなければ少なくとも次の１サイクル終了時までスイッチング素子のオフ状態を継続し、矩形波信号の１サイクル終了時においてインダクタに流れる電流がゼロになっていればスイッチング素子をオンにするので、例えば制御回路を構成する電子部品の実装ミスや経年変化などによって上記電子部品が開放状態になったり、短絡状態になった場合でもインダクタに流れる電流を不連続モードにすることができ、その結果、発光素子に流れる電流が過度に上昇するのを抑えることができるという効果がある。

（ａ）、（ｂ）は実施形態１の点灯装置の一例を示す概略回路図である。 同上の動作を説明するためのフローチャートである。 （ａ）〜（ｄ）は同上の動作を説明するためのタイムチャートである。 （ａ）〜（ｄ）は同上の動作を説明するための別のタイムチャートである。 実施形態２の点灯装置の一例を示す概略回路図である。 （ａ）、（ｂ）は実施形態１又は２の点灯装置を用いた照明器具の一例を示す断面図である。 従来の点灯装置の一例を示す概略回路図である。

以下に、点灯装置及びそれを用いた照明器具並びに照明システムの実施形態について図面を参照して説明する。

（実施形態１）
図１（ａ）は本実施形態の点灯装置１の一例を示す概略回路図である。この点灯装置１は、整流回路７と、力率改善回路８と、調光回路９と、降圧チョッパ回路１１と、制御回路１２とを備え、調光レベルに応じた点灯電力をＬＥＤモジュール１０へ供給する。

整流回路７は、商用電源１００より供給される交流電圧を直流電圧に整流し、力率改善回路８は、整流回路７より出力される直流電圧を所望の電圧値の直流電圧に変換する。なお、整流回路７及び力率改善回路８は従来周知の構成であり、詳細な説明については省略する。ここに本実施形態では、整流回路７及び力率改善回路８により直流電源が構成されている。

調光回路９は、ＬＥＤモジュール１０の調光レベルを設定するための調光信号を出力する調光信号出力部９１と、調光信号出力部９１より出力される調光信号を直流信号に変換する信号変換部９２と、オペアンプ９３とを具備する。

オペアンプ９３の非反転入力端子には、信号変換部９２で生成された直流信号に応じた基準電圧が入力され、またオペアンプ９３の反転入力端子には、ＬＥＤモジュール１０に流れる電流に応じた電圧信号が入力される。そして、オペアンプ９３は、上記基準電圧と上記電圧信号の差分を増幅させた増幅信号を後述の制御用ＩＣ１２１へ出力する。なお、上述の調光信号出力部９１は、点灯装置１と一体に設けてもいいし、別体に設けてもよい。

ＬＥＤモジュール１０は、複数（図１（ａ）では４個）の発光ダイオード（ＬＥＤ）が直列に接続され、降圧チョッパ回路１１より供給される直流電力によって点灯する。ここに本実施形態では、ＬＥＤモジュール１０の各発光ダイオードにより発光素子が構成されている。

降圧チョッパ回路１１は、スイッチング素子Ｑ１と、ダイオードＤ１（整流素子）と、トランスＴ１と、平滑コンデンサＣ１とを具備し、上述の調光回路９により設定される調光レベルに応じた直流電力を生成し、生成した直流電力をＬＥＤモジュール１０へ出力する。

スイッチング素子Ｑ１は、例えばｎ型のＭＯＳＦＥＴからなり、力率改善回路８の高電位側の出力端に接続されており、後述するハイサイドドライバ１２４より出力されるＨｉ信号又はＬｏ信号に従ってオン／オフする。

トランスＴ１は、１次巻線Ｎ１及び２次巻線Ｎ２を有し、１次巻線Ｎ１はＬＥＤモジュール１０に対して直列に接続され、２次巻線Ｎ２は１次巻線Ｎ１に流れる電流の状態を検出するために設けられている。ここに本実施形態では、１次巻線Ｎ１によりインダクタが構成され、２次巻線Ｎ２により電流検出部が構成されている。

平滑コンデンサＣ１は、ＬＥＤモジュール１０に対して並列に接続され、１次巻線Ｎ１を介して供給される直流電力を平滑化してＬＥＤモジュール１０へ出力する。

ダイオードＤ１は、ＬＥＤモジュール１０及びトランスＴ１の１次巻線Ｎ１からなる直列回路に対して並列に接続され、さらにスイッチング素子Ｑ１のオフ時に１次巻線Ｎ１の蓄積エネルギーをＬＥＤモジュール１０に放出する向き（図１（ａ）に示す例ではアノードが下側、カソードが上側となる向き）に接続されている。

制御回路１２は、制御用ＩＣ１２１と、クロック信号生成部１２２と、判別部１２３と、ハイサイドドライバ１２４とを具備する。

制御用ＩＣ１２１は、例えば上述の臨界モード機能を有するＩＣ（東芝製ＴＢ６８１９ＡＦＧなど）からなり、ＺＣＤ端子、ＣＳ端子、ＣＯＭＰ端子及びＯＵＴ端子を有する。制御用ＩＣ１２１のＺＣＤ端子には、判別部１２３より出力されるＨｉ信号又はＬｏ信号が入力され、Ｌｏ信号が入力された場合には、ハイサイドドライバ１２４に対してＯＵＴ端子よりＨｉ信号が出力される。そして、制御用ＩＣ１２１よりＨｉ信号を受け取ったハイサイドドライバ１２４は、スイッチング素子Ｑ１に対してＨｉ信号を出力し、これによりスイッチング素子Ｑ１がオンになる。

また、制御用ＩＣ１２１のＣＯＭＰ端子には、調光回路９のオペアンプ９３より出力される上記増幅信号が入力され、制御用ＩＣ１２１は、この増幅信号に基づいてＬＥＤモジュール１０に流れる電流の閾値（所定値）に対応する電圧レベルを設定する。制御用ＩＣ１２１のＣＳ端子には、ＬＥＤモジュール１０に流れる電流（トランスＴ１の１次巻線Ｎ１に流れる電流）に相当する電圧信号が入力され、制御用ＩＣ１２１は、この電圧信号が上記電圧レベルに達すると、ハイサイドドライバ１２４に対してＯＵＴ端子よりＬｏ信号を出力する。そして、制御用ＩＣ１２１よりＬｏ信号を受け取ったハイサイドドライバ１２４は、スイッチング素子Ｑ１に対してＬｏ信号を出力し、これによりスイッチング素子Ｑ１がオフになる。なお、ＬＥＤモジュール１０と直列に接続された抵抗Ｒ１は、ＬＥＤモジュール１０に流れる電流を検出するための抵抗である。ここに本実施形態では、制御用ＩＣ１２１により第１制御部が構成されている。

クロック信号生成部１２２は、一定周波数（例えば４０数ｋＨｚ）のクロック信号（矩形波信号）を生成し、生成した上記クロック信号を判別部１２３へ出力する。ここに本実施形態では、クロック信号生成部１２２により信号出力部が構成されている。

判別部１２３は、クロック信号生成部１２２で生成される上記クロック信号が入力され、さらにトランスＴ１の２次巻線Ｎ２に流れる電流に応じた電圧信号が入力される。そして、判別部１２３は、上記電圧信号から１次巻線Ｎ１に流れる電流の状態を検出し、上記クロック信号及び上記検出結果に基づいてスイッチング素子Ｑ１のオンタイミングを決定する。なお、詳細については後述する。ここに本実施形態では、判別部１２３により第２制御部が構成されている。

次に、点灯装置１の基本動作について説明する。点灯装置１を起動させるスイッチ（図示せず）がオンにされると、整流回路７が商用電源１００より供給される交流電圧を直流電圧に整流し、さらに力率改善回路８が整流回路７より出力される直流電圧を所望の電圧値の直流電圧に変換する。

クロック信号生成部１２２は、一定周波数（例えば４０数ｋＨｚ）のクロック信号を生成し、生成したクロック信号を判別部１２３へ出力する。また、判別部１２３には、トランスＴ１の１次巻線Ｎ１に流れる電流の状態に応じた上記電圧信号が入力される。そして、判別部１２３は、クロック信号の１サイクルが終了したか否かを判別し（図２中のステップＳ１）、クロック信号の１サイクルが終了するタイミングで１次巻線Ｎ１に流れる電流の状態を判別する（図２中のステップＳ２）。

このとき（降圧チョッパ回路１１の始動前）、１次巻線Ｎ１及び２次巻線Ｎ２には電流が流れておらず、判別部１２３には上記電圧信号が入力されないため、判別部１２３は１次巻線Ｎ１に流れる電流がゼロであると判別し、制御用ＩＣ１２１に対してＬｏ信号を出力する（図２中のステップＳ３）。制御用ＩＣ１２１は、判別部１２３からのＬｏ信号がＺＣＤ端子に入力されると、ハイサイドドライバ１２４に対してＯＵＴ端子よりオン信号（Ｈｉ信号）を出力し、ハイサイドドライバ１２４は、スイッチング素子Ｑ１に対してＨｉ信号を出力する。

その結果、スイッチング素子Ｑ１がオンになり、力率改善回路８より出力される直流電力によってトランスＴ１の１次巻線Ｎ１に電流が流れ、これにより１次巻線Ｎ１にエネルギーが蓄積される。また、上記直流電力はＬＥＤモジュール１０にも供給され、上記直流電力に応じた調光レベルでＬＥＤモジュール１０が点灯する。

スイッチング素子Ｑ１がオンになると、ＬＥＤモジュール１０に流れる電流に応じた電圧信号が制御用ＩＣ１２１のＣＳ端子及びオペアンプ９３の反転入力端子にそれぞれ入力される。オペアンプ９３の非反転入力端子には、調光信号出力部９１より出力される調光信号に応じた基準電圧が入力されており、オペアンプ９３は、この基準電圧と上記電圧信号の差分を増幅させた増幅信号を生成し、生成した増幅信号を制御用ＩＣ１２１のＣＯＭＰ端子へ出力する。

制御用ＩＣ１２１は、ＣＯＭＰ端子に入力される上記増幅信号に基づいてＬＥＤモジュール１０に流れる電流の閾値に対応する電圧レベルを設定し、ＣＳ端子に入力される上記電圧信号が上記電圧レベルに達すると、スイッチング素子Ｑ１をオフにするオフ信号（Ｌｏ信号）をＯＵＴ端子からハイサイドドライバ１２４へ出力する。ハイサイドドライバ１２４は、制御用ＩＣ１２１より上記オフ信号を受け取るとスイッチング素子Ｑ１に対してＬｏ信号を出力し、これによりスイッチング素子Ｑ１がオフになる。

スイッチング素子Ｑ１がオフになると、トランスＴ１の１次巻線Ｎ１に蓄積されたエネルギーによりＬＥＤモジュール１０が点灯し、１次巻線Ｎ１に流れる電流が時間の経過とともに低下していく。判別部１２３は、クロック信号生成部１２２より出力されるクロック信号の１サイクルが経過するタイミングで、２次巻線Ｎ２により１次巻線Ｎ１に流れる電流の状態を検出しており（図２中のステップＳ１，Ｓ２）、上記クロック信号の１サイクル経過時に１次巻線Ｎ１に流れる電流がゼロになっていなければ、判別部１２３は制御用ＩＣ１２１に対してＨｉ信号を継続して出力する（図２中のステップＳ４）。そして、上記クロック信号の１サイクル経過時に上記電流がゼロになっていれば、判別部１２３は制御用ＩＣ１２１に対してＬｏ信号を出力し（図２中のステップＳ３）、以下同様の処理を経てスイッチング素子Ｑ１がオンになる。

上述のように、スイッチング素子Ｑ１のオン／オフ動作を繰り返すことで、ＬＥＤモジュール１０が所定の調光レベルで点灯する。

ここで、ＬＥＤモジュール１０に流れる電流が上記閾値よりも大きい場合には、抵抗Ｒ１を介してオペアンプ９３の反転入力端子に入力される電圧信号の電圧レベルが上昇し、オペアンプ９３の非反転入力端子に入力される上記基準電圧に対して上記電圧信号の電圧レベルが高くなる。その結果、オペアンプ９３はシンク（電流を吸い込む）動作を行い、オペアンプ９３の出力電圧は低下する。オペアンプ９３の出力電圧が低下すると、制御用ＩＣ１２１のＣＯＭＰ端子電圧も低下し、その結果、上記閾値に対応する形で設定される電圧レベルも低下する。

上記電圧レベルが低下すると、スイッチング素子Ｑ１のオフタイミングを早めることになり、その結果、スイッチング素子Ｑ１のオン期間が短くなって、ＬＥＤモジュール１０に流れる電流が低下する。そして、ＬＥＤモジュール１０に流れる電流が低下すると、オペアンプ９３の反転入力端子に入力される上記電圧信号の電圧レベルが低下し、その結果、オペアンプ９３の非反転入力端子に入力される上記基準電圧と等しくなって、オペアンプ９３のシンク動作が停止する。これにより、ＬＥＤモジュール１０が調光レベルに応じて制御される。

また、本実施形態の点灯装置１では、調光信号出力部９１から出力される調光信号に応じた基準電圧が大きくなるほどＬＥＤモジュール１０に流れる電流が大きくなるように制御し、調光信号出力部９１から出力される調光信号に応じた基準電圧が小さくなるほどＬＥＤモジュール１０に流れる電流が小さくなるように制御しており、ＬＥＤモジュール１０の光量を調光信号に応じて自由に制御することができる。

ここにおいて、正常に全点灯又は調光点灯を行っている場合には、図３（ｂ）又は図３（ｃ）に示すように、クロック信号Ｓｉｇ１の１サイクルが経過するまでにＬＥＤモジュール１０に流れる電流Ｉ１がゼロとなる所謂不連続モードとなっている。したがって、この場合には、ＬＥＤモジュール１０に流れる電流Ｉ２が過度に上昇することはない。

ところで、実装時のミスや経年変化などによって電子部品が開放状態や短絡状態になる場合がある。その一例として、制御回路１２を構成する制御用ＩＣ１２１のＣＯＭＰ端子が開放状態になった場合、制御用ＩＣ１２１内部の乗算器出力がＨｉにはりついてしまい、トランスＴ１の１次巻線Ｎ１に流れる電流Ｉ１が必要以上に上昇する。但し、制御用ＩＣ１２１には、スイッチング素子Ｑ１がオンし続けるのを防止するためのクランプ電圧が設定されており、１次巻線Ｎ１に流れる電流Ｉ１に応じた電圧信号の電圧値がクランプ電圧に達すると、制御用ＩＣ１２１のＯＵＴ端子からＬｏ信号が出力され、ハイサイドドライバ１２４を介してスイッチング素子Ｑ１がオフになる。

クロック信号Ｓｉｇ１の１サイクル経過時にＬＥＤモジュール１０に流れる電流Ｉ１がゼロか否かを判別する動作を行わない場合、図３（ｄ）に示すように、クロック信号Ｓｉｇ１の１サイクルが経過する時刻ｔ１のときにスイッチング素子Ｑ１がオンになり、トランスＴ１の１次巻線Ｎ１に流れる電流Ｉ１が徐々に上昇していく。その後、電流Ｉ１に応じた電圧信号の電圧値が上記クランプ電圧に達すると、スイッチング素子Ｑ１がオフになり、電流Ｉ１は徐々に低下していくが、クロック信号Ｓｉｇ１の次の１サイクルが経過する時刻ｔ２のときに電流Ｉ１はゼロになっていない。しかも、このタイミングでスイッチング素子Ｑ１が再びオンになるので、電流Ｉ１はゼロになることなく再び上昇する。

さらに、電流Ｉ１に応じた電圧信号の電圧値が上記クランプ電圧に達すると、スイッチング素子Ｑ１がオフになり、電流Ｉ１は徐々に低下していくが、クロック信号Ｓｉｇ１の次の１サイクルが経過する時刻ｔ３のときに電流Ｉ１はゼロになっていない。しかも、このタイミングでスイッチング素子Ｑ１が再びオンになるので、電流Ｉ１はゼロになることなく再び上昇する。

以上のように、クロック信号Ｓｉｇ１の１サイクル経過時に電流Ｉ１がゼロか否かを判別する動作を行わない場合、トランスＴ１の１次巻線Ｎ１に流れる電流Ｉ１が連続モードとなってしまい、その結果、図３（ｄ）に示すように、ＬＥＤモジュール１０に流れる電流Ｉ２が過度に上昇してしまう。なお、図３（ｂ）、図３（ｃ）及び図３（ｄ）中のＳｉｇ２は、ハイサイドドライバ１２４がスイッチング素子Ｑ１に対して出力する信号である。

一方、本実施形態の点灯装置１では、図４（ｃ）に示すように、クロック信号Ｓｉｇ１の１サイクルが経過する時刻ｔ１のときには、トランスＴ１の２次巻線Ｎ２に流れる電流に応じた電圧信号の電圧値Ｖ１がゼロになっていない。そのため、スイッチング素子Ｑ１はオフのままであり、１次巻線Ｎ１に蓄積されたエネルギーがＬＥＤモジュール１０で消費されることで１次巻線Ｎ１に流れる電流Ｉ１が低下していく（図４（ｄ）参照）。

クロック信号Ｓｉｇ１の次の１サイクルが経過する時刻ｔ２のときには、上記電圧信号の電圧値Ｖ１がゼロになっており、このタイミングでは１次巻線Ｎ１に流れる電流Ｉ１もゼロになっている。したがって、このタイミングでスイッチング素子Ｑ１がオンになり、１次巻線Ｎ１に流れる電流Ｉ１は再び上昇する。

さらに、電流Ｉ１に応じた電圧信号の電圧値が上記クランプ電圧に達すると、スイッチング素子Ｑ１がオフになり、１次巻線Ｎ１に蓄積されたエネルギーがＬＥＤモジュール１０で消費されることで１次巻線Ｎ１に流れる電流Ｉ１が低下していく。そして、クロック信号Ｓｉｇ１の次の１サイクルが経過する時刻ｔ３のときには、上記電圧信号の電圧値Ｖ１がゼロになっていないため、スイッチング素子Ｑ１はオフのままであり、電流Ｉ１はさらに低下していく。以下同様にして、スイッチング素子Ｑ１のオン／オフ動作を繰り返すことで電流Ｉ１を不連続モードにすることができ、その結果、図４（ｄ）に示すように、ＬＥＤモジュール１０に流れる電流Ｉ２が過度に上昇するのを抑えることができる。なお、図４（ｂ）中のＳｉｇ３は、判別部１２３が制御用ＩＣ１２１に対して出力する信号である。

図１（ｂ）は点灯装置１の他の例を示す概略回路図である。図１（ａ）では、力率改善回路８の高圧側の出力端にスイッチング素子Ｑ１を接続したが、本例では、力率改善回路８の低圧側の出力端にスイッチング素子Ｑ１を接続している。この場合、制御用ＩＣ１２１のＯＵＴ端子から出力されるオン／オフ信号によってスイッチング素子Ｑ１のオン／オフを直接制御できるため、ハイサイドドライバ１２４は不要である。なお、それ以外の構成及び動作については図１（ａ）に示す点灯装置１と同様であり、ここでは説明を省略する。

本実施形態によれば、クロック信号Ｓｉｇ１の１サイクル終了時にトランスＴ１の１次巻線Ｎ１に流れる電流Ｉ１がゼロになっていなければ、少なくとも次の１サイクル終了時までスイッチング素子Ｑ１のオフ状態を継続し、クロック信号Ｓｉｇ１の１サイクル終了時に１次巻線Ｎ１に流れる電流Ｉ１がゼロになるとスイッチング素子Ｑ１をオンにしている。これにより、例えば制御回路１２を構成する電子部品の実装ミスや経年変化などによって上記電子部品が開放状態になったり、短絡状態になった場合でも１次巻線Ｎ１に流れる電流Ｉ１を不連続モードにすることができ、その結果、ＬＥＤモジュール１０に流れる電流Ｉ２が過度に上昇するのを抑えることができる。

また、接続されるＬＥＤモジュール１０の負荷電圧が想定していた負荷電圧よりも小さく且つ負荷電流が高い場合、従来の点灯装置１では１次巻線Ｎ１に流れる電流が連続モードになりやすいが、本実施形態の点灯装置１によれば、クロック信号Ｓｉｇ１の１サイクル終了時に１次巻線Ｎ１に流れる電流がゼロになっていなければ、スイッチング素子Ｑ１のオフ状態を維持するため、１次巻線Ｎ１に流れる電流を確実に不連続モード又は臨界モードにすることができる。

なお本実施形態では、臨界モード機能を有するＩＣで制御用ＩＣ１２１を構成したが、同様の動作を実現できるものであれば他のものであってもよい。また、調光回路９、クロック信号生成部１２２、判別部１２３及びハイサイドドライバ１２４のうち少なくとも１つと制御用ＩＣ１２１とを集積して１つのＩＣとしてもよい。さらに、調光信号出力部９１を点灯装置１と別体に設けた場合には、信号変換部９２との間を有線の信号線で接続してもいいし、赤外線信号などの無線信号により信号伝送を行うようにしてもよい。

また、調光信号出力部９１を点灯装置１と一体に設けた場合には、調光信号出力部９１をマイコンなどで構成し、予め定められたプログラムに従って調光信号を出力するようにしてもよい。例えば、１日のうちの所定時間だけ予め設定された調光比で点灯させるといったタイムスケジュール制御を行ってもよい。さらに、本実施形態では、トランスＴ１の２次巻線Ｎ２に流れる電流に応じた電圧信号に基づいて１次巻線Ｎ１に流れる電流がゼロになるタイミングを検出したが、例えばダイオードＤ１の逆方向電圧の上昇を検出したり、スイッチング素子Ｑ１の両端電圧の降下を検出することで、１次巻線Ｎ１に流れる電流がゼロになるタイミングを検出してもよく、さらに１次巻線Ｎ１に流れる電流がゼロになるタイミングを検出できるものであれば、他のものでもよい。

（実施形態２）
点灯装置１の実施形態２について図５を参照して説明する。上述の実施形態１で説明した点灯装置１では降圧チョッパ回路１１を用いたが、本実施形態ではコンバータ回路１３を用いている。なお、それ以外の構成については実施形態１と同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の点灯装置１は、整流回路７と、力率改善回路８と、調光回路９と、制御回路１２と、コンバータ回路１３とを備え、調光レベルに応じた点灯電力をＬＥＤモジュール１０へ供給する。ここに本実施形態においても、整流回路７及び力率改善回路８により直流電源が構成されている。

コンバータ回路１３は、所謂フライバック式のコンバータ回路であり、トランスＴ１と、スイッチング素子Ｑ１と、平滑コンデンサＣ１と、ダイオードＤ１（整流素子）とを具備しており、調光回路９により設定される調光レベルに応じた直流電力を生成し、生成した直流電力をＬＥＤモジュール１０へ出力する。

トランスＴ１は、１次巻線Ｎ１、２次巻線Ｎ２及び３次巻線Ｎ３を有し、１次巻線Ｎ１はスイッチング素子Ｑ１に対して直列に接続され、１次巻線Ｎ１及びスイッチング素子Ｑ１からなる直列回路が抵抗Ｒ１を介して力率改善回路８の出力間に接続されている。また、２次巻線Ｎ２は、ＬＥＤモジュール１０及びダイオードＤ１とともに直列回路を構成し、３次巻線Ｎ３は、２次巻線Ｎ２に流れる電流の状態を検出するために設けられている。ここに本実施形態では、３次巻線Ｎ３により電流検出部が構成されている。

平滑コンデンサＣ１は、ＬＥＤモジュール１０に対して並列に接続され、２次巻線Ｎ２を介して供給される直流電力を平滑してＬＥＤモジュール１０へ出力する。

また、上述の実施形態１では、ＬＥＤモジュール１０に流れる電流を制御用ＩＣ１２１のＣＳ端子及びオペアンプ９３の反転入力端子に入力しているが、本実施形態では、１次巻線Ｎ１に流れる電流を上記ＣＳ端子及び上記反転入力端子に入力している。つまり、本実施形態では、１次巻線Ｎ１に流れる電流に応じてスイッチング素子Ｑ１のオフタイミングを決定している。

次に、点灯装置１の基本動作について説明する。点灯装置１を起動させるスイッチ（図示せず）がオンにされると、整流回路７が商用電源１００より供給される交流電圧を直流電圧に整流し、さらに力率改善回路８が整流回路７より出力される直流電圧を所望の電圧値の直流電圧に変換する。

クロック信号生成部１２２（信号出力部）は、一定周波数（例えば４０数ｋＨｚ）のクロック信号を生成し、生成したクロック信号を判別部１２３（第２制御部）へ出力する。また、判別部１２３には、トランスＴ１の２次巻線Ｎ２に流れる電流の状態に応じた上記電圧信号（３次巻線Ｎ３に流れる電流に応じた電圧信号）が入力される。そして、判別部１２３は、上記クロック信号の１サイクルが終了したか否かを判別し、上記クロック信号の１サイクルが終了するタイミングで２次巻線Ｎ２に流れる電流の状態を判別する。

このとき（コンバータ回路１３の始動前）、１次巻線Ｎ１、２次巻線Ｎ２及び３次巻線Ｎ３には電流が流れておらず、判別部１２３には上記電圧信号が入力されないため、判別部１２３は２次巻線Ｎ２に流れる電流がゼロであると判別し、制御用ＩＣ１２１（第１制御部）に対してＬｏ信号を出力する。制御用ＩＣ１２１は、判別部１２３からのＬｏ信号がＺＣＤ端子に入力されると、ＯＵＴ端子からスイッチング素子Ｑ１に対してＨｉ信号（オン信号）を出力する。

その結果、スイッチング素子Ｑ１がオンになり、力率改善回路８より出力される直流電力によってトランスＴ１の１次巻線Ｎ１に電流が流れ、磁気エネルギーがコアに蓄積される。このとき、２次巻線Ｎ２に直列に接続されたダイオードＤ１が逆向きであるため、２次巻線Ｎ２には誘導電流が流れない。時間の経過とともに１次巻線Ｎ１に流れる電流が上昇し、この電流に相当する電圧信号が上記閾値に対応する電圧レベルに達すると、制御用ＩＣ１２１はスイッチング素子Ｑ１に対してＬｏ信号（オフ信号）を出力し、スイッチング素子Ｑ１がオフになる。

スイッチング素子Ｑ１がオフになると、コアに蓄積した磁気エネルギーが解放され、ダイオードＤ１を介して２次巻線Ｎ２に電流が流れ、これによりＬＥＤモジュール１０が点灯する。時間の経過とともに２次巻線Ｎ２に流れる電流が低下していき、上記クロック信号の１サイクル終了時において２次巻線Ｎ２に流れる電流がゼロになっていれば、判別部１２３は制御用ＩＣ１２１に対してＬｏ信号を出力する。その結果、スイッチング素子Ｑ１がオンになって、再び１次巻線Ｎ１に電流が流れ、磁気エネルギーがコアに蓄積される。

上述のように、スイッチング素子Ｑ１のオン／オフ動作を繰り返すことで、ＬＥＤモジュール１０が所定の調光レベルで点灯する。

本実施形態によれば、実装時のミスや経年変化などによって電子部品が開放状態や短絡状態になった場合には、実施形態１と同様に、上記クロック信号の１サイクル終了時において２次巻線Ｎ２に流れる電流がゼロになるまではスイッチング素子Ｑ１のオフ状態を継続し、上記クロック信号の１サイクル終了時において２次巻線Ｎ２に流れる電流がゼロになっていればスイッチング素子Ｑ１をオンにしている。これにより、実施形態１と同様に、例えば制御回路１２を構成する電子部品の実装ミスや経年変化などによって上記電子部品が開放状態になったり、短絡状態になった場合でもトランスＴ１の２次巻線Ｎ２に流れる電流を不連続モードにすることができ、その結果、ＬＥＤモジュール１０に流れる電流が過度に上昇するのを抑えることができる。

なお本実施形態では、１次巻線Ｎ１、２次巻線Ｎ２及び３次巻線Ｎ３を具備するトランスＴ１を用いたが、少なくとも１次巻線及び２次巻線を具備するトランスであればよく、本実施形態に限定されない。

（実施形態３）
上述の実施形態１又は２で説明した点灯装置１を用いた照明器具Ａの実施形態について図６を参照して説明する。

図６（ａ）は本実施形態の照明器具Ａの一例を示す断面図であり、この照明器具Ａは、点灯装置１と、光源ユニット２と、器具本体３と、透光パネル４とを備え、点灯装置１は、器具本体３と別体に設けられている。

器具本体３は、下面が開口する矩形箱状に形成され、天井材１０１に設けられた埋込孔１０１ａを通して天井裏に埋込配設される。また、器具本体３の開口面には、矩形板状に形成された透光パネル４が適宜の方法により取り付けられる。

光源ユニット２は、矩形板状に形成された基板２１と、基板２１に実装される複数（図６（ａ）では３個）の発光素子２２とを具備し、基板２１は、発光素子２２が下側となる向きで器具本体３の内部に収納される。また、基板２１は、電線５を介して点灯装置１に電気的に接続されており、点灯装置１より点灯電力が供給される。

本実施形態によれば、上述の実施形態１又は２で説明した点灯装置１を用いることによって、発光素子２２に流れる電流が過度に上昇するのを抑えた照明器具Ａを提供することができる。

図６（ｂ）は照明器具Ａの他の例を示す断面図である。本例では、上述の実施形態１又は２で説明した点灯装置１を器具本体３の内部に収納しており、また光源ユニット２の基板２１の裏面には放熱板６１が取り付けられている。なお、それ以外の構成は図６（ａ）に示す照明器具Ａと同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。そして、本例によれば、上述の実施形態１又は２で説明した点灯装置１を用いることによって、発光素子２２に流れる電流が過度に上昇するのを抑えた照明器具Ａを提供することができる。

ここに、上述の照明器具Ａは、リモコン付の照明器具や遠隔操作に対応した照明システムに適用することができる。そして、遠隔システムや照明器具の数が多い大規模システムでは、個々の照明器具の故障を把握するのが困難となる場合もあるが、上述の照明器具Ａを適用することで、発光素子２２に流れる電流が過度に上昇するのを抑えた照明システムを提供することができる。

１２ 制御回路
１２１ 制御用ＩＣ（第１制御部）
１２２ クロック信号生成部（信号出力部）
１２３ 判別部（第２制御部）
Ｑ１ スイッチング素子
Ｎ１ １次巻線（インダクタ）
Ｎ２ ２次巻線（電流検出部）
Ｔ１ トランス

Claims (4)

1. 発光素子に対して直列に接続されるインダクタ、前記発光素子及び前記インダクタの直列回路と直流電源の間に直列に接続されるスイッチング素子、並びに、前記直列回路に対して並列に接続され且つ前記スイッチング素子のオフ時に前記インダクタの蓄積エネルギーを前記発光素子に放出する向きに接続される整流素子を具備する降圧チョッパ回路と、
   前記スイッチング素子をオン／オフさせる制御回路とを備え、
   前記制御回路は、一定周波数の矩形波信号を出力する信号出力部と、前記スイッチング素子のオン時に前記インダクタに流れる電流が所定値に達すると前記スイッチング素子をオフする第１制御部と、前記スイッチング素子がオフしている期間に前記インダクタに流れる電流の状態を検出する電流検出部と、前記矩形波信号及び前記電流検出部の検出結果に基づいて前記スイッチング素子のオンタイミングを決定する第２制御部とを具備し、
   前記第２制御部は、前記矩形波信号の１サイクル終了時において前記電流検出部により前記インダクタに流れる電流がゼロに達していないことを検出すると少なくとも次の１サイクル終了時まで前記スイッチング素子をオンにしないでオフ状態を継続し、
   前記矩形波信号の１サイクル終了時において前記電流検出部により前記インダクタに流れる電流がゼロになったことを検出すると前記スイッチング素子をオンにすることを特徴とする点灯装置。
2. 少なくとも１次巻線及び２次巻線を具備するトランス、前記１次巻線と直流電源の間に直列に接続されるスイッチング素子、前記２次巻線に対して直列に接続され且つ発光素子に対して並列に接続されるコンデンサ、並びに、前記２次巻線及び前記コンデンサとともに直列回路を形成し前記スイッチング素子のオン時に遮断状態で且つ前記スイッチング素子のオフ時に導通状態となる向きに接続される整流素子を具備するコンバータ回路と、
   前記スイッチング素子をオン／オフさせる制御回路とを備え、
   前記制御回路は、一定周波数の矩形波信号を出力する信号出力部と、前記スイッチング素子のオン時に前記１次巻線に流れる電流が所定値に達すると前記スイッチング素子をオフする第１制御部と、前記スイッチング素子がオフしている期間に前記２次巻線に流れる電流の状態を検出する電流検出部と、前記矩形波信号及び前記電流検出部の検出結果に基づいて前記スイッチング素子のオンタイミングを決定する第２制御部とを具備し、
   前記第２制御部は、前記矩形波信号の１サイクル終了時において前記電流検出部により前記２次巻線に流れる電流がゼロに達していないことを検出すると少なくとも次の１サイクル終了時まで前記スイッチング素子をオンにしないでオフ状態を継続し、
   前記矩形波信号の１サイクル終了時において前記電流検出部により前記２次巻線に流れる電流がゼロになったことを検出すると前記スイッチング素子をオンにすることを特徴とする点灯装置。
3. 請求項１又は２記載の点灯装置と、前記点灯装置から点灯電力が供給される前記発光素子とを備えたことを特徴とする照明器具。
4. 請求項３記載の照明器具を備えたことを特徴とする照明システム。

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