JP7114378B2 - 電源装置、及びこれを備えたｌｅｄ照明器具 - Google Patents

Description

本発明は電源装置及びこれを備えたＬＥＤ照明器具に関し、特にスイッチング電源を用いた技術に関する。

直流電源装置として、従来より降圧チョッパ回路を用いた電源装置が知られている。これは、受電した交流電力の実効電圧よりも低い電圧を供給する目的に向いており、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）照明器具の電源装置として用いられる。降圧チョッパ回路においては、特許文献１に開示されているように、転流素子をダイオードでなく電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等のスイッチング素子を用いた同期整流方式とすることが知られている。

特許第６２５３２００号公報

上述のような従来技術の電源装置には次のような問題があった。このような直流電源装置は、降圧チョッパ回路の前段として、ダイオードブリッジを用いた整流回路を備えている。整流回路から降圧チョッパ回路に供給される電圧は時間に対して一定ではなく、商用電源の周波数に従って脈動したものとなる。すると、降圧チョッパ回路の入力電圧が出力電圧を下回る期間では入力側から出力側に電流を流せないにも関わらずスイッチング素子のオン／オフにより、降圧チョッパ回路の出力側と入力側とで電流のやり取りが生じ、無駄なエネルギー損失が生じていた。

本発明の一態様は、降圧チョッパ回路を用いた電源装置においてエネルギー損失を抑制することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る電源装置は、交流を整流する整流回路と、前記整流回路からの入力電圧を降圧する降圧チョッパ回路と、前記入力電圧が前記降圧チョッパ回路の出力電圧より小さい期間に、前記降圧チョッパ回路のスイッチング動作を停止させる制御部とを備え、前記降圧チョッパ回路は、入力端子対の高電位側端子と低電位側端子との間に直列接続された、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子の接続部と、前記低電位側端子との間に直列接続された、チョークコイル及び出力コンデンサとを有し、前記制御部は、前記スイッチング動作において、前記チョークコイルを流れる電流が反転した逆電流の大きさが所定値以上となったときに、前記第２スイッチング素子をオフし、前記所定値は、前記降圧チョッパ回路の入力電圧に応じて変化し、前記所定値は、降圧チョッパ回路の入力電圧が大きくなるに連れて大きくなるように変化する。

上記の課題を解決するために、本発明の他の態様に係る電源装置は、交流を整流する整流回路と、前記整流回路からの入力電圧を降圧する降圧チョッパ回路と、前記降圧チョッパ回路のスイッチング動作を制御する制御部とを備え、前記降圧チョッパ回路は、入力端子対の高電位側端子と低電位側端子との間に直列接続された、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子の接続部と、前記低電位側端子との間に直列接続された、チョークコイル及び出力コンデンサとを有し、前記制御部は、前記降圧チョッパ回路のスイッチング動作において、前記チョークコイルを流れる電流が反転した逆電流の大きさが所定値以上となったときに、前記第２スイッチング素子をオフにする構成を備え、前記所定値は、前記降圧チョッパ回路の入力電圧が大きくなるに連れて大きくなるように変化する。

本発明の一態様によれば、降圧チョッパ回路を用いた電源装置において無駄なエネルギー損失を抑制することができる。

本発明の実施形態１に係るＬＥＤ照明器具及び電源装置を示す概略回路図である。 上記電源装置の動作を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態２に係るＬＥＤ照明器具及び電源装置を示す概略回路図である。 本発明の実施形態２に係る電源装置の内部制御を示すフロー図である。 上記電源装置におけるスイッチング動作を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態３に係る電源装置におけるスイッチング動作を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態４に係るＬＥＤ照明器具及び電源装置を示す概略回路図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成の材質、形状、相対配置、加工法などはあくまで一例に過ぎず、これらによってこの発明の範囲が限定解釈されるべきではない。さらに、図面は模式的なものであり、寸法の比率、形状は現実のものとは異なる。また、各図、各実施形態において、同一若しくは相応する構成要素には同一の符号を付していることがある。

〔実施形態１〕
本発明の実施形態１について図１～図２に基づいて説明する。

（ＬＥＤ照明器具の構成）
図１は、本実施形態のＬＥＤ照明器具１０及び電源装置１００の回路構成を示す概略図である。図示するように、ＬＥＤ照明器具１０は、電源装置１００と、光源１６０とを含んでいる。電源装置１００の入力端子は、交流電源９０に接続されている。交流電源９０は、通常、一般の商用交流電源である。光源１６０は、ＬＥＤ素子が複数直列接続されて構成され、電源装置１００の出力端子に接続されている。

（電源装置の構成）
図１に示すように、電源装置１００は、入力側から、整流回路１１０、降圧チョッパ回路１２０と定電流回路１３０が縦続接続されている。整流回路１１０の出力端子対は、降圧チョッパ回路１２０の入力端子対に接続され、降圧チョッパ回路１２０の出力端子対は、定電流回路１３０の入力端子対に接続されている。

整流回路１１０は、ダイオードブリッジを用いた、交流を整流する回路である。

降圧チョッパ回路１２０において、入力端子対の高電位側の端子Ａ１と、低電位側の端子Ａ０との間には、主スイッチング素子である第１スイッチング素子Ｑ１と、転流素子である第２スイッチング素子Ｑ２とが、直列接続されている。各スイッチング素子は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で構成される。第１スイッチング素子Ｑ１のドレイン端子は、端子Ａ１側に設けられており、第１スイッチング素子Ｑ１のソース端子は、第２スイッチング素子Ｑ２との接続部Ｈの側に設けられている。第２スイッチング素子Ｑ２のドレイン端子は、接続部Ｈの側に設けられており、第２スイッチング素子Ｑ２のソース端子は、端子Ａ０側に設けられている。また、入力端子Ａ１、Ａ０間には並列して入力コンデンサＣiが接続されている。

さらに、接続部Ｈと入力端子Ａ０との間には、チョークコイルＬと出力コンデンサＣｏとが直列接続されている。出力コンデンサＣｏの両端子Ｂ１、Ｂ０は、降圧チョッパ回路１２０の出力端子対を構成しており、そのうち出力端子Ｂ０は、入力端子Ａ０と電気的に共通である。

接続部Ｈと入力端子Ａ０（出力端子Ｂ０）との間の容量はスイッチングノード容量Ｃｈと称される。スイッチングノード容量Ｃｈは、第１スイッチング素子Ｑ１の寄生容量と第２スイッチング素子Ｑ２の寄生容量の合計であり得る。あるいは、スイッチングノード容量Ｃｈは、現実にコンデンサを配置し、さらにその容量を加えたものとすることもあり得る。

図示するように、第２スイッチング素子Ｑ２と、入力端子Ａ０（出力端子Ｂ０）との間には、逆電流検知部１４３を設けることができるが、本実施形態においては無くても良い。逆電流検知部１４３を用いて動作を制御する例については後述する。

次に定電流回路１３０について説明する。降圧チョッパ回路１２０の出力端子Ｂ１に接続されている入力端子は、高電位側の出力端子に直結している。もう一方の入力端子は、既知の回路構成を用いたリニア方式の定電流源１３１を経て、低電位側の出力端子に接続されている。定電流源１３１は、ＬＥＤ素子からなる光源１６０を一定の明るさを保って動作させるのに適しており、また、降圧チョッパ回路１２０と接続して用いる場合において、回路規模が大きくなったり、制御が複雑になったりせず安価である。よって、ＬＥＤ照明器具の電源に応用するのに適している。ただし定電流回路１３０はリニア方式に限るものではなくスイッチング方式でも良い。例えば光源１６０のＬＥＤ素子の直列数が多い場合に昇圧チョッパ方式の定電流回路を使用することで降圧チョッパ回路１２０の出力電圧が低くても定電流制御が可能となる。

さらに、降圧チョッパ回路１２０の入力端子対間、出力端子対間には、入力電圧Ｖｉ及び出力電圧Ｖｏを検出する目的の、入力電圧検知部１４１及び出力電圧検知部１４２がそれぞれ設けられている。必ずしも各端子対間の電圧を直接検出する必要はないため、抵抗を用いた分圧回路で構成されている。

また、電源装置１００には、制御部１５０が設けられており、降圧チョッパ回路１２０のスイッチング動作を統括している。制御部１５０は、各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のオンオフ動作を制御する。本実施形態においては、制御部１５０は、入力電圧検知部１４１からの入力電圧信号、出力電圧検知部１４２からの出力電圧信号を受け取り、その制御に反映させる。また、制御部１５０は、逆電流検知部１４３からの信号を受け取り、各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のオンオフ動作の制御に適宜に反映させることも可能である。制御部１５０は、さらに定電流回路１３０と信号をやり取りし、電源装置１００全体の動作を管理することも適宜にできる。

（電源装置の動作）
本実施形態の電源装置の動作を説明するために、まず、降圧チョッパ回路１２０における基本的なスイッチング動作を簡単に説明する。

降圧チョッパ回路１２０における主スイッチング素子である第１スイッチング素子Ｑ１は、入力電圧Ｖｉよりも小さい、所定の出力電圧Ｖｏを目標としたデューティで、オンオフ制御される。第１スイッチング素子Ｑ１がオンの間（オン期間Ｔ１）、第２スイッチング素子Ｑ２はオフであり、入力電圧ＶｉによりチョークコイルＬに磁気エネルギーが蓄積されて、チョークコイル電流Ｉｃが増加し、また出力コンデンサＣｏに電荷が蓄積される。

次に、第１スイッチング素子Ｑ１がオフとなった後に第２スイッチング素子Ｑ２がオンとなる。第２スイッチング素子Ｑ２がオンの間（オン期間Ｔ２）、チョークコイル電流Ｉｃは、第２スイッチング素子Ｑ２を通じて流れるようになる。接続点Ｈの入力端子Ａ０（出力端子Ｂ０）に対する電圧は０となるので、チョークコイルＬの磁気エネルギーが放出されて、チョークコイル電流Ｉｃが減少する。この状態をさらに続けた場合にはチョークコイル電流Ｉｃは逆転する。

次いで、第２スイッチング素子Ｑ２をオフとし、第１スイッチング素子Ｑ１をオンとして、最初の動作に戻る。両方のスイッチング素子が同時にオン状態となると入力側が短絡するため、第２スイッチング素子Ｑ２をオフとして以降の第１スイッチング素子Ｑ１をオンとするまでの期間として、第１デッドタイムＤ１が設けられる。また、第１スイッチング素子Ｑ１をオフとして以降の第２スイッチング素子Ｑ２をオンとするまでの期間として、第２デッドタイムＤ２が設けられる。

ＬＥＤ照明器具の電源装置である本実施形態において、上記スイッチング動作の一周期の逆数であるスイッチング周波数は、２０～１００ｋＨｚ程度であり、典型的には５０ｋＨｚ程度である。

次に、本実施形態の電源装置１００の動作について、図２のスイッチング動作を示すタイムチャートを用いて説明する。

図２の（ａ）は、交流電源９０から供給される電源電圧Ｖｓを示しており、サイン波形の交流である。その周波数は、典型的には５０～６０Ｈｚである。

図２の（ｂ）は、降圧チョッパ回路１２０への入力電圧Ｖｉを示しており、電源電圧Ｖｓが整流回路１１０により全波整流された波形がベースとなっている。入力電圧Ｖｉは、電源周波数の２倍の周波数の周期波形となる。図２の（ｂ）はまた、降圧チョッパ回路１２０の出力電圧Ｖｏも示している。これは直流電圧であり時間に対して一定である。また、その値は、交流電源９０から供給される電圧Ｖｓの実効値よりも小さい値に設定される。電源電圧Ｖｓが全波整流された波形がＶｏより小さい期間は、出力コンデンサＣｏから電流が流入し、入力電圧Ｖｉは。出力電圧Ｖｏよりも少し低い電圧となる。なお、整流回路１１０において、全波整流波形の平滑化は行われない。平滑コンデンサを設けると、電源装置１００の力率が低下し、高調波電流が増加し、さらに効率が悪くなるためである。

このように、電源電圧Ｖｓの一周期内で、入力電圧Ｖｉが出力電圧Ｖｏよりも小さい期間がある。本実施形態の電源装置１００においては、その期間中、スイッチング動作が停止されるように動作する。図２の（ｃ）では、スイッチング動作の実施期間Ｗと停止期間Ｈを示している。

電源装置１００の動作は、次のように実現される。制御部１５０は、入力電圧検知部１４１からの入力電圧信号、出力電圧検知部１４２からの出力電圧信号を受け取り、入力電圧Ｖｉと出力電圧Ｖｏの大小関係を判断する。一例としては、制御部１５０が、Ａ／Ｄ変換器を有しており、Ａ／Ｄ変換された入力電圧Ｖｉ、出力電圧Ｖｏを評価することができるような構成とすることができる。入力電圧Ｖｉが出力電圧Ｖｏよりも小さいとき、制御部１５０は両方のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２をともにオフとし、スイッチング動作を停止させる（停止期間Ｈ）。それ以外のときには、各スイッチング素子を制御して上述のスイッチング動作を行わせる（実施期間Ｗ）。

さらに望ましくは、制御部１５０は、スイッチング動作の実施期間Ｗにおいて、出力電圧Ｖｏが所望の一定値になるように、入力電圧Ｖｉの変動に応じて第１スイッチング素子Ｑ１をオンにする期間の比率（オンデューティ）を制御する。

（効果）
従来技術の電源装置においては、脈動に伴い降圧チョッパ回路の入力電圧Ｖｉが出力電圧Ｖｏより小さくなる期間が存在し得ることについて、なんら対策がされず、この期間中もスイッチング動作が継続されていた。しかし、本期間中に第２スイッチング素子Ｑ２がオンになった際のチョークコイル電流Ｉｃは直ぐに逆転し、逆電流が大きなものとなる。その後Ｑ２がオフになると、チョークコイルＬにより維持される大きな逆電流は、第１スイッチング素子Ｑ１を通じて入力側に逆流し、入力電圧Ｖｉを出力電圧Ｖｏよりも高くさせる。すると降圧チョッパ回路１２０は降圧チョッパ動作が可能となり、また入力側から出力側へと電流が流れる。このようなやりとりは、出力コンデンサＣｏの電荷が降圧チョッパ回路１２０の入力側と出力側を往復しているだけであり、エネルギー損失の原因となっていた。

一方、本実施形態の電源装置１００においては、入力電圧Ｖｉが出力電圧Ｖｏよりも小さい期間には、各スイッチング素子はオンせず、このようなエネルギー損失の発生はない。従って、効率の良い電源装置及びＬＥＤ照明器具を実現できる。

（好ましい構成）
電源装置１００の好ましい構成として、制御部１５０が、定電流回路１３０から、定電流源１３１が負担している電圧Ｖｃに関する信号を取得し、降圧チョッパ回路１２０の出力電圧Ｖｏの目標値を調整することが挙げられる。なぜなら、直列接続されているＬＥＤ素子の個数等に応じて光源１６０の駆動電圧は変化するからである。降圧チョッパ回路１２０の出力電圧Ｖｏが固定であるとすると、光源１６０の駆動電圧が変更された場合に、定電流源１３１が負担する電圧Ｖｃが変化することになる。電圧Ｖｃが過大であると、定電流源１３１でエネルギーが無駄に消費されることになり、逆に電圧Ｖｃが小さくなりすぎると、定電流動作が保持できなくなる。よって、制御部１５０は、定電流源１３１が負担している電圧Ｖｃが、定電流動作できる必要最小限になるように出力電圧Ｖｏを調整してフィードバック制御することが好ましい。

また、制御部１５０の指示により、定電流源１３１が保つ定電流値を変更できることも、好ましい構成として挙げられる。これにより光源１６０の明るさが調整でき、ＬＥＤ照明器具１０として好ましい構成とすることができる。

以上のような好ましい構成は、他の実施形態においても同様に適用できる。

〔実施形態２〕
本発明の実施形態２について図３～図５に基づいて説明する。

図３に、本実施形態２のＬＥＤ照明器具２０及び電源装置２００の回路構成を示す。本実施形態においては、逆電流検知部１４３を必ず備えている他は、回路構成は実施形態１と同じである。そうして、逆電流検知部１４３で逆電流Ｉｒをモニタし、それによって更に動作を制御することが実施形態１と異なっている。また、図３において、各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の寄生ダイオードをそれぞれ説明のために示しているが、これについては回路構成上、図１と異なるものではない。

（電源装置の動作）
図４は、本実施形態の電源装置２００の内部動作を示すフローチャートである。この図は、制御部１５０が各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を制御して行う、スイッチング動作の一周期分を示している。各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の初期状態はいずれもオフ状態とする。

制御部１５０は、入力電圧検知部１４１及び出力電圧検知部１４２からの信号を受け取り、その時点での降圧チョッパ回路１２０の入力電圧Ｖｉと出力電圧Ｖｏの大小を比較する（Ｓ１）。入力電圧Ｖｉが出力電圧Ｖｏより小さい場合（Ｓ１でＹＥＳ）、各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の操作は行われず、オフ状態のまま一連のフローが終了となる。入力電圧Ｖｉが出力電圧Ｖｏより小さくない場合（Ｓ１でＮＯ）、第１スイッチング素子Ｑ１をオンとする（Ｓ２）。制御部１５０は、入力電圧Ｖｉに従ってチョークコイル電流Ｉｃの平均値が大きくなるように、入力電圧検知部１４１が検知した入力電圧Ｖｉの大きさに応じて、オン期間Ｔ１を決定する。力率改善のためである。オン期間Ｔ１経過後、第１スイッチング素子Ｑ１をオフにする（Ｓ３）。

第１スイッチング素子Ｑ１がオフしてから第２デッドタイムＤ２経過後、第２スイッチング素子Ｑ２をオンにする（Ｓ４）。次いで、制御部１５０は、第２スイッチング素子Ｑ２に接続して設けられた逆電流検知部１４３から、第２スイッチング素子Ｑ２を通じて流れる逆電流Ｉｒについての信号を受け取る。第２スイッチング素子Ｑ２がオンのとき（オン期間Ｔ２）、第２スイッチング素子Ｑ２を流れる電流の大きさはチョークコイル電流Ｉｃと等しいが、逆向きの電流として逆電流Ｉｒを定義する。上述の通り、第２スイッチング素子Ｑ２がオンとなると、チョークコイル電流Ｉｃは、時間経過に伴って減少し、ある時点で逆転する（Ｉｃ＜０）。その間、制御部１５０は、逆電流Ｉｒと所定の閾値Ｉｔ（＞０）とを比較しつづける（Ｓ５）。逆電流Ｉｒの大きさが閾値Ｉｔを超えたとき（Ｉｒ＞Ｉｔ）に、第２スイッチング素子Ｑ２をオフにする（Ｓ６）。

さらに、次に第１スイッチング素子Ｑ１をオンするまでの第１デッドタイムＤ１だけ待機する。（Ｓ７）。

こうして図４に示すフローであるスイッチング動作の一単位が終了する。電源装置２００はこの単位動作を繰り返し実行する。

図５は、以上のようなスイッチング動作における、入力電圧Ｖｉ、チョークコイル電流Ｉｃ、各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２へのオン／オフ制御状態を、交流電源９０の電圧波形の周期のうちのごく一部の時間範囲について示した図である。上述の基本的な動作で述べたように、スイッチング動作の一周期内でチョークコイル電流Ｉｃの増減が起こる。本実施の形態においては、逆電流Ｉｒの閾値Ｉｔは一定である。オン期間Ｔ２においてチョークコイル電流Ｉｃが反転し、その大きさＩｒが閾値Ｉｔを超えたとき（Ｉｒ＞Ｉｔ）、第２スイッチング素子Ｑ２がオフとなることで、チョークコイル電流Ｉｃは再度増加する。

（効果）
本実施形態においては、実施形態１と同様に、入力電圧Ｖｉが出力電圧Ｖｏより小さいときにスイッチング動作を停止することで、効率の良い電源装置、ＬＥＤ照明器具を実現できる。

さらに、逆電流Ｉｒを検出して制御を行うことで、以下の効果がある。

一般的な降圧チョッパ回路では、チョークコイル電流Ｉｃが反転しない状態で、第２スイッチング素子Ｑ２をオフにする、電流連続モードで動作することがある。一方、本実施形態においては、逆電流Ｉｒの大きさが所定の閾値Ｉｔを超えたときに第２スイッチング素子Ｑ２をオフにしている。このことにより、本実施形態の電源装置２００においては、ノイズの低減と、高効率化が図られる。

図３の回路構成図においては、各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の、寄生ダイオードが示されるとともに、第１デッドタイムＤ１の期間におけるチョークコイル電流Ｉｃの流出入先も矢印で示している。第２スイッチング素子Ｑ２がオフし、第１デッドタイムＤ１に入ったとき、チョークコイル電流Ｉｃはしばらくオン期間Ｔ２の終了間際の状態で流れ続けようとする。一般的な降圧チョッパ回路の電流連続モード動作のように、チョークコイル電流Ｉｃが反転しない場合、第２スイッチング素子Ｑ２の寄生ダイオードは順方向となり、これを通じて電流が流れる（図中点線矢印Ｉa）。第１スイッチング素子Ｑ１の寄生ダイオードはチョークコイル電流Ｉｃに対しては逆方向であるので、第１スイッチング素子Ｑ１側には電流が流れない。すると第１デッドタイムＤ１が終了し、第１スイッチング素子Ｑ１をオンにするときに、順方向にバイアスされていた第２スイッチング素子Ｑ２の寄生ダイオードがターンオフするまで（リカバリー動作）の間、電源が双方のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を通じてほぼ短絡した状態となって大きな電流が流れ、ノイズの原因となるとともに、効率低下の原因となる。

一方、本実施形態の電源装置２００のように、チョークコイル電流Ｉｃが反転してから第１デッドタイムＤ１に入る場合は、第１スイッチング素子Ｑ１の寄生ダイオードが順方向となり、これを通じて電流が流れる（図中実線Ｉb）。第２スイッチング素子Ｑ２の寄生ダイオードはチョークコイル電流Ｉｃに対しては逆方向であるので、第２スイッチング素子Ｑ２の側には電流が流れない。第１デッドタイムＤ１が終了した際に、第２スイッチング素子Ｑ２の寄生ダイオードは既にオフしているから、電源が短絡状態となることはなく、上記ノイズの発生は無く、効率低下も防止される。

また、一般的な降圧チョッパ回路では、チョークコイル電流Ｉｃが反転した状態で、第２スイッチング素子Ｑ２をオフにする、電流非連続モードで動作することもある。しかし、この場合においても、チョークコイル電流Ｉｃの反転を検出して第２スイッチング素子Ｑ２をオフにする時期を決めているわけではなく、あらかじめ定まった所定の期間で第２スイッチング素子Ｑ２をオフにする。従来技術の電源装置においては、脈動に伴い降圧チョッパ回路の入力電圧Ｖｉが変動することと、出力電圧Ｖｏが負荷により変動することについて考慮されていなかった。入出力電圧が変動する場合に一定の時間でスイッチング素子のオン／オフを制御すると、チョークコイル電流Ｉｃが反転した逆電流Ｉｒの値は過大にまたは過小になり得る。すると、逆電流Ｉｒが過大な場合は降圧チョッパ回路１２０の入力側と出力側との間での無駄な電流のやり取りが発生し、効率の低下を招き、ノイズの原因ともなる。逆電流Ｉｒが過小な場合はスイッチングノード容量Ｃｈを充電できず、第１スイッチング素子Ｑ１がオンになるときに過大な電圧が第１スイッチング素子Ｑ１にかかるため、効率の低下を招き、ノイズの原因ともなる。

本実施形態にあっては、逆電流検知部１４３を設けることで、チョークコイル電流Ｉｃが反転し、逆電流Ｉｒ所定の値になったことを検知してから第２スイッチング素子Ｑ２をオフにする状況を確実に維持できる。従って、降圧チョッパ回路１２０への入力電圧Ｖｉが変動するような場合であっても、ノイズが少なく、さらにエネルギー損失が抑制された電源装置、ＬＥＤ照明器具を実現することができる。

〔実施形態３〕
本発明の実施形態３について図６に基づいて説明する。

本実施形態のＬＥＤ照明器具及び電源装置の回路構成は、図３に示した実施形態２のものと同様である。しかし、本実施形態においては、閾値Ｉｔの設定が、実施形態２とは異なっている。

図６には、本実施形態の電源装置のスイッチング動作におけるタイムチャートを示している。図５に示される実施形態２の電源装置２００との相違は、逆電流の閾値Ｉｔが、一定値でなく、入力電圧Ｖｉに応じて変化することである。本実施形態の電源装置においては、入力電圧Ｖｉが小さいと、閾値Ｉｔが小さくなる。

オン期間Ｔ２においてチョークコイル電流Ｉｃが反転しているときに、出力コンデンサＣｏから、スイッチングノード容量Ｃｈに電荷が充電される。この電荷は、続く第１デッドタイムＤ１に、第１スイッチング素子Ｑ１の寄生ダイオードを通じて、電源側に戻される。このとき、入力電圧Ｖｉが小さいと、戻される電荷の量が多くなる。しかしこれは、降圧チョッパ回路１２０の入力側（入力コンデンサＣｉなど）と出力側（出力コンデンサＣｏなど）との間での電荷のやり取りであって、ロスなく電荷移動が行われることは現実には無いため、スイッチング動作のたびに繰り返されてエネルギー損失となる。本実施形態では、入力電圧Ｖｉの大きさに応じて、閾値Ｉｔを増やすようにしているので、入力電圧Ｖｉが小さいときには、スイッチングノード容量Ｃｈへの電荷の蓄積が少なくなる。したがって、過大に電荷が戻されることが無くなり、閾値Ｉｔを一定とした場合と比較して、電源装置の効率がさらに良くなる。

よって、本実施形態によれば、さらにエネルギー損失が抑制された電源装置、ＬＥＤ照明器具を実現することができる。

〔実施形態４〕
本発明の実施形態４について、図７に基づいて説明する。

本実施形態のＬＥＤ照明器具４０及び電源装置４００の回路構成では、入力電圧検知部１４１の出力する入力電圧Ｖｉに関する信号と、出力電圧検知部１４２の出力する出力電圧Ｖｏに関する信号との比較をコンパレータ１７１で行い、入力電圧Ｖｉと出力電圧Ｖｏの大小関係を示す信号を制御部４５０に入力している点が、他実施形態とは異なっている。また、逆電流検知部１４３の出力する逆電流Ｉｒに応じた電圧と、入力電圧検知部１４１の出力する入力電圧Ｖｉに比例する電圧との比較をコンパレータ１７２で行い、逆電流Ｉｒの大きさが、入力電圧Ｖｉに比例した所定の値（閾値Ｉｔ）を超えたかどうかを示す信号を制御部４５０に入力している点も、他実施形態とは異なっている。制御部４５０は、これらの信号より判断して、各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を制御し、実施形態３の場合と同様の動作を行う。このような構成により、本実施形態のＬＥＤ照明器具４０及び電源装置４００においても実施形態３の場合と同様の効果が得られる。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る電源装置１００、２００、４００は、交流を整流する整流回路１１０と、前記整流回路１１０からの入力電圧を降圧する降圧チョッパ回路１２０と、前記入力電圧が前記降圧チョッパ回路１２０の出力電圧より小さい期間に、前記降圧チョッパ回路１２０のスイッチング動作を停止させる制御部１５０、４５０とを備えている。

上記の構成によれば、降圧チョッパ回路の入力電圧が脈動するものであっても、エネルギー損失を抑制できる。

本発明の態様２に係る電源装置２００、４００は、上記態様１において、前記降圧チョッパ回路１２０が、入力端子対の高電位側端子と低電位側端子との間に直列接続された、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子の接続部と、前記低電位側端子との間に直列接続された、チョークコイル及び出力コンデンサとを有し、前記制御部１５０、４５０は、前記スイッチング動作において、前記チョークコイルを流れる電流が反転した逆電流の大きさが所定値以上となったときに、前記第２スイッチング素子をオフにする構成を備えていてもよい。

上記の構成によれば、エネルギー損失を更に抑制でき、またノイズの発生を防止できる。

本発明の態様３に係る電源装置２００、４００は、交流を整流する整流回路１１０と、前記整流回路１１０からの入力電圧を降圧する降圧チョッパ回路１２０と、前記降圧チョッパ回路１２０のスイッチング動作を制御する制御部１５０、４５０とを備え、前記降圧チョッパ回路１２０は、入力端子対の高電位側端子と低電位側端子との間に直列接続された、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子の接続部と、前記低電位側端子との間に直列接続された、チョークコイル及び出力コンデンサとを有し、前記制御部１５０、４５０は、前記降圧チョッパ回路１２０のスイッチング動作において、前記チョークコイルを流れる電流が反転した逆電流の大きさが所定値以上となったときに、前記第２スイッチング素子をオフにする構成を備えている。

上記の構成によれば、降圧チョッパ回路の入力電圧が脈動するものであっても、エネルギー損失を抑制でき、またノイズの発生を防止できる。

本発明の態様４に係る電源装置４００は、上記態様２または３において、前記所定値が、前記降圧チョッパ回路１２０の入力電圧に応じて変化する構成を備えていても良い。

上記の構成によれば、エネルギー損失を更に抑制できる。

本発明の態様５に係る電源装置２００、４００は、上記態様２から４において、前記逆電流の大きさを検知する逆電流検知部１４３をさらに備えていても良い。

上記の構成によれば、逆電流の大きさを適切に検出できる。

本発明の態様６に係る電源装置１００、２００、４００は、上記態様１から５において、前記降圧チョッパ回路１２０の負荷に定電流を流すリニア方式定電流源１３１を有する定電流回路１３０をさらに備えていても良い。

上記の構成によれば、ＬＥＤ素子からなる光源を安定して動作させるようにすることができる。

本発明の態様７に係るＬＥＤ照明器具１０、２０、４０は、上記態様１から６のいずれかの電源装置１００、２００、４００を備え、前記電源装置１００、２００、４００によりＬＥＤを駆動する構成を備えていても良い。

上記の構成によれば、エネルギー損失を抑制できる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１０、２０、４０ ＬＥＤ照明器具
１００、２００、４００ 電源装置
１１０ 整流回路
１２０ 降圧チョッパ回路
１３０ 定電流回路
１３１ リニア方式定電流源
１４１ 入力電圧検知部
１４２ 出力電圧検知部
１４３ 逆電流検知部
１５０、４５０ 制御部
１６０ 光源
１７１、１７２ コンパレータ

Claims (5)

1. 交流を整流する整流回路と、
   前記整流回路からの入力電圧を降圧する降圧チョッパ回路と、
   前記入力電圧が前記降圧チョッパ回路の出力電圧より小さい期間に、前記降圧チョッパ回路のスイッチング動作を停止させる制御部とを備え、
   前記降圧チョッパ回路は、
   入力端子対の高電位側端子と低電位側端子との間に直列接続された、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子と、
   前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子の接続部と、前記低電位側端子との間に直列接続された、チョークコイル及び出力コンデンサとを有し、
   前記制御部は、
   前記スイッチング動作において、
   前記チョークコイルを流れる電流が反転した逆電流の大きさが所定値以上となったときに、前記第２スイッチング素子をオフし、
   前記所定値は、降圧チョッパ回路の入力電圧が大きくなるに連れて大きくなるように変化することを特徴とする電源装置。
2. 交流を整流する整流回路と、
   前記整流回路からの入力電圧を降圧する降圧チョッパ回路と、
   前記降圧チョッパ回路のスイッチング動作を制御する制御部とを備え、
   前記降圧チョッパ回路は、
   入力端子対の高電位側端子と低電位側端子との間に直列接続された、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子と、
   前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子の接続部と、前記低電位側端子との間に直列接続された、チョークコイル及び出力コンデンサとを有し、
   前記制御部は、
   前記降圧チョッパ回路のスイッチング動作において、
   前記チョークコイルを流れる電流が反転した逆電流の大きさが所定値以上となったときに、前記第２スイッチング素子をオフし、
   前記所定値は、前記降圧チョッパ回路の入力電圧が大きくなるに連れて大きくなるように変化することを特徴とする電源装置。
3. 前記逆電流の大きさを検知する逆電流検知部をさらに備えたことを特徴とする、請求項１または２に記載の電源装置。
4. 前記降圧チョッパ回路の負荷に定電流を流すリニア方式定電流源を有する定電流回路をさらに備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電源装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の電源装置を備え、
   前記電源装置によりＬＥＤを駆動することを特徴とするＬＥＤ照明器具。

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