WO2018123056A1

WO2018123056A1 - 点灯装置及び照明器具

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Publication number: WO2018123056A1
Application number: PCT/JP2016/089196
Authority: WO
Inventors: 岳秋飯田; 雄一郎伊藤
Original assignee: 三菱電機株式会社; 三菱電機照明株式会社
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2018-07-05
Also published as: WO2018123115A1; JP2020109775A; JP6694078B2; JPWO2018123115A1

Abstract

本発明に係る点灯装置（１００）は、交流電力を整流する整流回路（３）と、電流の高調波を抑制して力率を改善すると共に整流回路（３）から出力される電力を直流電力に変換して光源に供給する直流変換回路（３０）と、直流変換回路（３０）を制御する制御部（９）とを備え、直流変換回路（３０）は、平滑コンデンサ（６）と、平滑コンデンサ（６）及び整流回路（３）の間に配置されるＭＯＳＦＥＴ（５１）と、整流回路（３）から出力される電流が流れるコイル（５２）とを有し、制御部（９）は、コイル（５２）に流れる電流がゼロになった時点から、制御部（９）に設定された遅延時間が経過するまでＭＯＳＦＥＴ（５１）をオフ状態にさせて、遅延時間が経過したときにＭＯＳＦＥＴ（５１）をオンさせる。

Description

点灯装置及び照明器具

　本発明は、光源を点灯する点灯装置及び照明器具に関する。

　ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）を光源とした照明器具には、入力電流の高調波に関する規制が定められており、日本国内においては、日本工業規格によって入力電流の高調波に限度値が定められている。そのため、点灯装置は、入力電流の高調波を抑制し、力率を改善するための力率改善回路であるＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ　Ｆａｃｔｏｒ　Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路を有する。

　特許文献１には、軽負荷時においてはＰＦＣ回路の動作モードを電流不連続モード制御に切り替えることで、軽負荷時のスイッチング周波数上昇を抑制し、オン時間の減少を抑制する方法が示されている。

特許第５１５２５０１号公報

　特許文献１に示される方法では、高出力時において、電流臨界モード制御によりＰＦＣ回路が動作するため、高い高調波抑制効果がある。ところが電流臨界モード制御では、電流不連続モード制御を行う場合に比べてスイッチング周波数が高いため、スイッチング損失が大きいという問題がある。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、入力電流の高調波を抑制しながらスイッチング損失を低減できる点灯装置を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る点灯装置は、交流電力を整流する整流回路と、電流の高調波を抑制して力率を改善すると共に整流回路から出力される電力を直流電力に変換して光源に供給する直流変換回路と、直流変換回路を制御する制御部とを備え、直流変換回路は、平滑コンデンサと、平滑コンデンサ及び整流回路の間に配置されるスイッチング素子と、整流回路から出力される電流が流れるコイルとを有し、制御部は、コイルに流れる電流がゼロになった時点から、制御部に設定された遅延時間が経過するまでスイッチング素子をオフ状態にさせて、遅延時間が経過したときにスイッチング素子をオンさせる。

　本発明に係る点灯装置は、入力電流の高調波を抑制しながらスイッチング損失を低減できるという効果を奏する。

実施の形態１に係る点灯装置及び照明器具の構成図図１に示す電流制御部の構成を示す図光源に流れる電流とコイルに流れる電流とＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の制御信号との関係を示すタイミングチャート図１に示すＰＦＣ回路を構成するコイルに流れる電流とＭＯＳＦＥＴのドレイン電圧とＭＯＳＦＥＴのゲート電圧との関係を示すタイミングチャート遅延時間を設けずに電流臨界モード制御で調光した場合の波形を示す図遅延時間を設けて調光した場合の波形を示す図調光率に応じて変化するＭＯＳＦＥＴのオン時間及びスイッチング周波数の特性を示す図調光率に応じて遅延時間を変化させた場合のＭＯＳＦＥＴのオン時間とスイッチング周波数を示す第１の図調光率に応じて遅延時間を変化させた場合のＭＯＳＦＥＴのオン時間とスイッチング周波数を示す第２の図図９に示す調光率の閾値１を境にして、遅延時間をＴｄｅｌａｙ１からＴｄｅｌａｙ２に延長する場合の、遅延時間、ＭＯＳＦＥＴのオン時間及び光源の調光率の時間変化を示す図遅延時間を延長する場合における制御部の動作を説明するためのフローチャート図９に示す調光率の閾値１を境にして、遅延時間をＴｄｅｌａｙ２からＴｄｅｌａｙ１に短縮する場合の、遅延時間、ＭＯＳＦＥＴのオン時間及び光源の調光率の時間変化を示す図遅延時間を短縮する場合における制御部の動作を説明するためのフローチャート実施の形態２に係る点灯装置及び照明器具の構成図図１４に示す直流変換回路を構成する巻線に流れる電流とＭＯＳＦＥＴのドレイン電圧とＭＯＳＦＥＴのゲート電圧との関係を示すタイミングチャート

　以下に、本発明の実施の形態に係る点灯装置及び照明器具を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
　図１は実施の形態１に係る点灯装置及び照明器具の構成図である。照明器具２００は、交流電源１に接続され、交流電源１から出力される交流電流を平滑化する入力フィルタ２を介して交流電源１から供給される電力を光源８に入力可能な直流電流に変換して出力する点灯装置１００と、点灯装置１００から供給される電力により点灯する光源８と、光源８の点灯、消灯又は調光を行うための調光信号を出力する調光器１０とを備える。光源８は、複数のＬＥＤを直接に接続したＬＥＤ群で構成される。ＬＥＤ群の一端は正極側直流母線Ｐに接続され、ＬＥＤ群の他端は負極側直流母線Ｎに接続される。

　点灯装置１００は、入力フィルタ２と、入力フィルタ２に接続される整流回路３と、整流回路３に並列接続されるコンデンサ４と、直流変換回路３０と、光源８に流れる電流を検出する電流検出部１１と、ＰＦＣ回路５及び電流制御部７を制御するための制御部９とを備える。

　直流変換回路３０は、交流電源１から入力される電流の高調波を抑制して力率を改善すると共に、整流回路３から出力される電力を直流電力に変換して光源８に供給する機能を有する。直流変換回路３０は、交流電源１から入力される電流の高調波を抑制して力率を改善するためのＰＦＣ回路５と、ＰＦＣ回路５の出力電圧を平滑する平滑コンデンサ６と、光源８に出力する電流の大きさを制御する電流制御部７とを備える。

　交流電源１と整流回路３との間に配置される入力フィルタ２は、コイル２１及びコンデンサ２２を有し、交流電源１から出力される電流に重畳している高周波ノイズを低減する。コイル２１は交流電源１に直列接続される。コイル２１の一端は交流電源１の一端に接続され、コイル２１の他端はコンデンサ２２及び整流回路３に接続される。コンデンサ２２の他端は、交流電源１及び整流回路３に接続される。

　整流回路３は、入力フィルタ２とＰＦＣ回路５との間に配置され、交流電源１から供給される交流電力を直流電力に変換する。整流回路３は４つのダイオードを組み合わせたダイオードブリッジで構成されている。なお整流回路３の構成はこれに限定されるものではなく、単方向導通素子であるＭＯＳＦＥＴを組み合わせて構成したものでもよい。

　コンデンサ４は整流回路３の出力に並列接続されており、整流回路３の出力電圧を平滑する。コンデンサ４の一端は正極側直流母線Ｐに接続され、コンデンサ４の他端は負極側直流母線Ｎに接続される。

　ＰＦＣ回路５は、整流回路３と電流制御部７との間に配置される。ＰＦＣ回路５は、スイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ５１と、コイル５２と、ダイオード５３とを有する。ＰＦＣ回路５は、制御部９によってＭＯＳＦＥＴ５１がオンオフ制御されることにより、整流回路３の出力電圧を昇圧し、昇圧した電圧を平滑コンデンサ６に出力する。またＰＦＣ回路５は、後述する制御により、入力電流の高調波を抑制し、力率改善する機能を持つ。実施の形態１では、ＰＦＣ回路５を昇圧チョッパ回路で構成した例を説明する。なおＰＦＣ回路５は、昇圧チョッパ回路の他にも、昇降圧チョッパ回路、フライバック回路、フライフォワード回路、ＳＥＰＩＣ（Ｓｉｎｇｌｅ　Ｅｎｄｅｄ　Ｐｒｉｍａｒｙ　Ｉｎｄｕｃｔｏｒ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、Ｚｅｔａコンバータ又はＣｕｋコンバータといった回路で構成してもよい。

　コイル５２は、正極側直流母線Ｐにおいて、コンデンサ４とＭＯＳＦＥＴ５１との間に配置される。不図示のコアに絶縁性ワイヤを巻くことにより、コイル５２には１次巻線５２ａ及び２次巻線５２ｂが形成される。１次巻線５２ａの一端はコンデンサ４の一端に接続される。１次巻線５２ａの他端はダイオード５３のアノードに接続される。２次巻線５２ｂの一端は制御部９に接続され、２次巻線５２ｂの他端は負極側直流母線Ｎに接続される。１次巻線５２ａには、ＭＯＳＦＥＴ５１のオンオフ動作に伴い、極性が異なる電圧が印加される。２次巻線５２ｂに発生する電圧は、１次巻線５２ａの印加電圧と巻数比ｎとに応じた電圧に等しい。

　ＭＯＳＦＥＴ５１のドレインは、正極側直流母線Ｐにおいて、１次巻線５２ａとダイオード５３のアノードとに接続される。ＭＯＳＦＥＴ５１のソースは、負極側直流母線Ｎにおいて、コンデンサ４の他端と、２次巻線５２ｂの他端と平滑コンデンサ６の他端とに接続される。ＭＯＳＦＥＴ５１のゲートは制御部９に接続される。ＭＯＳＦＥＴ５１のゲートには、制御部９から出力される制御信号が入力される。制御信号が入力されることによりＭＯＳＦＥＴ５１のオンオフ制御が行われる。

　ダイオード５３は、正極側直流母線Ｐにおいて、ＭＯＳＦＥＴ５１と平滑コンデンサ６との間に配置される。ダイオード５３のアノードはコイル５２及びＭＯＳＦＥＴ５１に接続され、ダイオード５３のカソードは平滑コンデンサ６に接続される。

　平滑コンデンサ６は、ＰＦＣ回路５と電流制御部７との間に配置される。平滑コンデンサ６の一端は正極側直流母線Ｐに接続され、平滑コンデンサ６の他端は負極側直流母線Ｎに接続される。

　電流検出部１１は、光源８に流れる電流を検出し、検出された電流値に対応した電流情報を制御部９に出力する。電流検出部１１としては、シャント抵抗又はホールセンサを用いて電流を検出する構成を例示できる。

　制御部９は、目標値出力部９１、ゼロ電流検出部９２、スイッチング制御部９３、電流入力部９４及び電圧検出部９５を備える。

　目標値出力部９１には調光器１０が接続され、目標値出力部９１は、調光器１０から出力される調光信号の種類に対応した出力電流目標値を決定し、決定した出力電流目標値をスイッチング制御部９３に出力する。出力電流目標値は、点灯装置１００が光源８に出力する電流目標値を指定する信号である。

　電圧検出部９５は、平滑コンデンサ６の電圧を検出し、検出した電圧の値に対応した電圧情報をスイッチング制御部９３に出力する。電圧検出部９５としては分圧回路を例示できる。当該分圧回路は、２つの抵抗を直列接続した直列抵抗体の一端が正極側直流母線Ｐに接続されると共に、当該直列抵抗体の他端が負極側直流母線Ｎに接続されることで、平滑コンデンサ６に印加される電圧を分圧する回路である。

　スイッチング制御部９３は、目標値出力部９１から出力された出力電流目標値と、電流入力部９４に入力された電流情報とに基づき、電流制御部７を制御するための制御信号を出力する。またスイッチング制御部９３は、ＰＦＣ回路５の出力電圧目標値を予め記憶しており、少なくとも、電圧検出部９５から出力された電圧情報と、記憶された出力電圧目標値とに基づき、ＰＦＣ回路５を制御するための制御信号を出力する。

　電流制御部７は、スイッチング制御部９３から出力された制御信号に基づき、ＰＦＣ回路５から出力された直流電圧を光源８に入力可能な直流電流に変換する。

　図２は図１に示す電流制御部の構成を示す図である。図２に示す電流制御部７は、降圧チョッパ回路で構成されているが、降圧チョッパ回路の他にも、昇降圧チョッパ回路、フライバック回路、フライフォワード回路、ＳＥＰＩＣ、Ｚｅｔａコンバータ又はＣｕｋコンバータといった回路で構成されたものでもよい。

　電流制御部７は、ＭＯＳＦＥＴ７１、コイル７２、ダイオード７３及びコンデンサ７４により構成される。ＭＯＳＦＥＴ７１は正極側直流母線Ｐに配置される。ＭＯＳＦＥＴ７１のドレインは、図１に示す平滑コンデンサ６の一端とダイオード５３のカソードとに接続される。ＭＯＳＦＥＴ７１のソースは、ダイオード７３のカソードとコイル７２の一端とに接続される。ＭＯＳＦＥＴ７１のゲートはスイッチング制御部９３に接続される。ＭＯＳＦＥＴ７１のゲートには、スイッチング制御部９３から出力される制御信号が入力される。当該制御信号はＭＯＳＦＥＴ７１をオンオフ制御するための信号である。

　コイル７２の一端は、ＭＯＳＦＥＴ７１のソースとダイオード７３のカソードとに接続される。コイル７２の他端は、コンデンサ７４の一端と図１に示す光源８の一端とに接続される。ダイオード７３のカソードは、ＭＯＳＦＥＴ７１のソースとコイル７２の一端とに接続される。ダイオード７３のアノードは、図１に示す平滑コンデンサ６の他端とコンデンサ７４の他端と図１に示す光源８の他端とに接続される。

　図３は光源に流れる電流とコイルに流れる電流とＭＯＳＦＥＴの制御信号との関係を示すタイミングチャートである。図３には上から順に、光源８に流れる電流と、コイル７２に流れる電流と、ＭＯＳＦＥＴ７１の制御信号とが示される。横軸は時間を表す。

　スイッチング周期Ｔｓｗは、ＭＯＳＦＥＴ７１の制御信号がオフからオンに変化した時点から、再びＭＯＳＦＥＴ７１の制御信号がオフからオンに変化するまでの時間に等しい。スイッチング周期Ｔｓｗは、予めスイッチング制御部９３に設定されている。オン時間Ｔｏｎは、ＭＯＳＦＥＴ７１の制御信号がオフからオンに変化した時点から、オンからオフに変化するまでの時間に等しい。

　ＭＯＳＦＥＴ７１の制御信号がオフからオンの状態に変化すると、ＭＯＳＦＥＴ７１がオン状態になるため、平滑コンデンサ６、ＭＯＳＦＥＴ７１、コイル７２及びコンデンサ７４に電流が流れる電流経路が形成され、図３に示すようにコイル７２に流れる電流が増加する。

　ＭＯＳＦＥＴ７１の制御信号がオンからオフの状態に変化すると、ＭＯＳＦＥＴ７１がオフ状態になるため、コイル７２、コンデンサ７４及びダイオード７３に電流が流れる電流経路が形成され、図３に示すコイル７２に流れる電流がゼロまで減少する。スイッチング周期Ｔｓｗが経過した時点で、ＭＯＳＦＥＴ７１の制御信号がオフからオンに変化する。これによりＭＯＳＦＥＴ７１が再びオン状態になる。

　このときコイル７２に流れる電流は三角波状の波形になるが、光源８に出力される電流は、コンデンサ７４により平滑化され、コイル７２に流れる電流の平均値が電流制御部７から出力される。

　光源８を調光するために光源８に流れる電流を制御する場合、スイッチング制御部９３は、ＭＯＳＦＥＴ７１をターンオンするスイッチング周期Ｔｓｗを一定とし、出力電流の目標値によってオン時間Ｔｏｎを変化させる。このようにオン時間Ｔｏｎを調整することにより特定の出力を得る制御方法は、スイッチング周期Ｔｓｗに対するオン時間Ｔｏｎの割合をデューティーと呼ぶことから、デューティー制御と呼ばれる。

　次にＰＦＣ回路５の動作を詳細に説明する。

　図４は図１に示すＰＦＣ回路を構成するコイルに流れる電流とＭＯＳＦＥＴのドレイン電圧とＭＯＳＦＥＴのゲート電圧との関係を示すタイミングチャートである。図４には上から順に、点灯装置１００に入力される交流電源１の電流と、コイル５２に流れる電流と、ＭＯＳＦＥＴ５１のドレイン電圧と、ＭＯＳＦＥＴ５１のゲート電圧とが示される。横軸は時間を表す。図４では、点灯装置１００に入力される交流電源１の電流が「入力電流」として示される。

　図４では、説明の便宜上、ＭＯＳＦＥＴ５１のゲート電圧がオンオフされる周期を、実際よりも長く記載している。ＭＯＳＦＥＴ５１のゲート電圧がオンオフされる周期は、ＭＯＳＦＥＴ５１のゲート電圧がオフからオンに変化した時点から、再びＭＯＳＦＥＴ５１のゲート電圧がオフからオンに変化するまでの時間に等しい。

　ＭＯＳＦＥＴ５１がオンされたとき、交流電源１、整流回路３、コイル５２及びＭＯＳＦＥＴ５１により閉回路が形成され、交流電源１がコイル５２を介して短絡される。そのため閉回路に電源電流が流れ、コイル５２に流れる電流が増加し、コイル５２にエネルギーが蓄積される。

　スイッチング制御部９３に設定されたオン時間が経過すると、ＭＯＳＦＥＴ５１がオフされることにより、コイル５２、ダイオード５３及び平滑コンデンサ６の閉回路が形成される。この閉回路においてコイル５２に蓄積されたエネルギーが放出され、平滑コンデンサ６が充電される。

　コイル５２に流れる電流がゼロになった時点から遅延時間Ｔｄｅｌａｙが経過するまで、ＭＯＳＦＥＴ５１のオフ状態は維持され、遅延時間Ｔｄｅｌａｙが経過したときにＭＯＳＦＥＴ５１は再びオン状態になる。すなわち、コイル５２に流れる電流がゼロになった時点から遅延時間Ｔｄｅｌａｙが経過した時点まで、ＭＯＳＦＥＴ５１の制御信号はオフ状態を維持し、遅延時間Ｔｄｅｌａｙが経過した時点でＭＯＳＦＥＴ５１の制御信号はオン状態に変化する。

　ＭＯＳＦＥＴ５１の一連のオンオフ動作により、コイル５２に流れる電流は、三角波状の波形となり、その頂点が点線で示すような正弦波の包絡線になる。

　このとき、交流電源１から入力される電流は、入力フィルタ２により平滑化され、コイル２１に流れるコイル電流の平均値が入力され、正弦波状の電流波形となる。

　制御部９が平滑コンデンサ６の印加電圧を検出して、検出された電圧が目標値に追従するようフィードバック制御されることで、ＭＯＳＦＥＴ５１のオン時間が制御される。

　ＭＯＳＦＥＴ５１のオン時間をフィードバック制御する際、オン時間が大きく変化してしまうと、コイル５２に流れる電流の頂点の包絡線が正弦波にならず、交流電源１の入力電流を正弦波状にすることができない。そのため制御部９では、フィードバック制御の応答時間が、フィードバック制御のループゲインを交流電源１の１周期の１／２周期以上で１倍（０ｄＢ）以下となるように、設定される。言い換えると、フィードバック制御の応答時間は、交流電源１の周波数の２倍以下の周波数で１倍（０ｄＢ）以下となるように設定される。

　具体的に説明すると、電源周波数が５０Ｈｚの場合、電源周波数の半周期（半波）の周波数１００Ｈｚ以下、すなわち周期１０ｍｓｅｃ以上で、フィードバック制御のループゲインを１倍(０ｄＢ)以下とすることにより、フィードバック制御は電源周期の１／２より短い周期で応答しないように設定される。これにより電源周期の１／２周期以内においては、ＭＯＳＦＥＴ５１のオン時間の変動が抑制され、コイル５２に流れる電流の頂点の包絡線が正弦波状の波形となる。

　またフィードバック制御において、オン時間の更新周期を、交流電源１の周期の半分に相当する周期、又は交流電源１の周期の半分に相当する周期よりも長い周期とすることによっても、同様の効果を得ることができる。

　上記の特許文献１に開示される技術では、遅延時間Ｔｄｅｌａｙを設けない電流臨界モード制御により、ＭＯＳＦＥＴ５１がスイッチング制御されるため、コイル５２に流れる電流の平均値が完全な正弦波状になり、高い力率改善効果が期待できる。

　これに対して実施の形態１に係る点灯装置１００は、遅延時間Ｔｄｅｌａｙを設け、電流不連続モード制御によりＭＯＳＦＥＴ５１をスイッチング制御することで、電流臨界モード制御する場合に比べて、スイッチング周波数を低くすることができるため、ＭＯＳＦＥＴ５１で発生するスイッチング損失を低減できる。

　このとき遅延時間Ｔｄｅｌａｙを長くし過ぎると、コイル５２の電流平均値が正弦波でなくなり、力率改善効果が低下して高調波が増加する。そのため遅延時間Ｔｄｅｌａｙは、高調波の増加が許容できる範囲内に設定する必要がある。高調波の増加が許容できる範囲の一例としては、日本工業規格で定められる電流高調波限度値以内とすることが挙げられる。具体的な遅延時間Ｔｄｅｌａｙの設け方としては、ＭＯＳＦＥＴ５１のドレイン電圧が自由振動している期間において、制御部９は、ＭＯＳＦＥＴ５１の電圧振動のボトム付近でＭＯＳＦＥＴ５１をオンさせることで、ドレイン電圧の急峻な変動を抑制し、スイッチングに起因するノイズを抑制できる。また、ＭＯＳＦＥＴ５１の電圧振動のボトムの少なくとも２回目以降のボトムにおいて制御部９がＭＯＳＦＥＴ５１をオンすることで、確実に遅延時間を設けることができる。

　光源８を調光する場合、交流電源１の入力電流を小さくするため、スイッチング制御部９３は、ＭＯＳＦＥＴ５１のオン時間を短くするように制御を行う。

　図５は遅延時間を設けずに電流臨界モード制御で調光した場合の波形を示す図であり、図６は遅延時間を設けて調光した場合の波形を示す図である。図５及び図６は、光源８を調光する際におけるＰＦＣ回路５のスイッチング動作の概要を説明するためのものである。図５及び図６のそれぞれには、図４と同様に、交流電源１の入力電流と、コイル５２に流れる電流と、ＭＯＳＦＥＴ５１のドレイン電圧と、ＭＯＳＦＥＴ５１のゲート電圧とが示される。横軸は時間を表す。

　図６に示すように遅延時間Ｔｄｅｌａｙを設けて調光した場合、図５に示すように電流臨界モード制御で調光した場合に比べて、ＭＯＳＦＥＴ５１のスイッチング周波数が低下してスイッチング損失を低減できる。

　図７は調光率に応じて変化するＭＯＳＦＥＴのオン時間及びスイッチング周波数の特性を示す図である。図７には上から順に、遅延時間Ｔｄｅｌａｙと、ＭＯＳＦＥＴ５１のオン時間と、ＭＯＳＦＥＴ５１を制御する制御信号のスイッチング周波数と、光源８の調光率とが示される。

　点線は、電流臨界モード制御が行われている場合に調光率を変化させたときの、遅延時間Ｔｄｅｌａｙ、ＭＯＳＦＥＴ５１のオン時間及びスイッチング周波数を表す。実線は、遅延時間を設定した電流不連続モード制御が行われている場合に調光率を変化させたときの、遅延時間Ｔｄｅｌａｙ、ＭＯＳＦＥＴ５１のオン時間及びスイッチング周波数を表す。

　遅延時間Ｔｄｅｌａｙを設けて電流不連続モード制御することで、電流臨界モード制御と比較して、調光時におけるスイッチング周波数の上昇を抑制することができ、スイッチング損失を低減できる。また、ＭＯＳＦＥＴ５１のオン時間を長くすることができ、より確実にＭＯＳＦＥＴ５１をオンオフ制御できる。

　また遅延時間Ｔｄｅｌａｙは一定の長さではなく、調光率に応じて変化させることができる。図８は調光率に応じて遅延時間を変化させた場合のＭＯＳＦＥＴのオン時間とスイッチング周波数を示す第１の図である。

　図８に示すように調光率には閾値が設けられ、制御部９は、調光率が閾値を上回る場合には、遅延時間を一定の第１の遅延時間Ｔｄｅｌａｙ１ｓｔとし、調光率が閾値以下である場合には、遅延時間を第２の遅延時間Ｔｄｅｌａｙ２ｎｄとする。第２の遅延時間Ｔｄｅｌａｙ２ｎｄは、第１の遅延時間Ｔｄｅｌａｙ１ｓｔよりも長い時間であって、調光率が低下するほど長くなる時間である。

　図８に示す閾値、第１の遅延時間Ｔｄｅｌａｙ１ｓｔ及び第２の遅延時間Ｔｄｅｌａｙ２ｎｄは、予め制御部９に設定されているものとする。第１の遅延時間Ｔｄｅｌａｙ１ｓｔは、閾値を上回る調光率が入力されたときに設定され、第２の遅延時間Ｔｄｅｌａｙ２ｎｄは、閾値以下の調光率が入力されたときに設定される。

　ＭＯＳＦＥＴ５１のオン時間が短くなりすぎると、ＭＯＳＦＥＴ５１が正常にオンオフ動作できなくなることがある。ＭＯＳＦＥＴ５１が正常にオンオフ動作できなくなるオン時間の長さは例えば０．２ｕｓｅｃ以下である。そのため制御部９には最小オン時間Ｔｏｎ＿ｍｉｎが記憶されており、光源８を調光する際、ＭＯＳＦＥＴ５１のオン時間が最小オン時間Ｔｏｎ＿ｍｉｎよりも短くならないように調光制御することができる。

　図９は調光率に応じて遅延時間を変化させた場合のＭＯＳＦＥＴのオン時間とスイッチング周波数を示す第２の図である。図９に示すように調光率に対して複数の閾値１,２,３が設定されている。複数の閾値１,２,３は、閾値３、閾値２及び閾値１の順で高い値となる。また図９に示すように複数の閾値１,２,３に対応する複数の遅延時間Ｔｄｅｌａｙ１,２,３,４が設定されている。複数の閾値１,２,３及び複数の遅延時間Ｔｄｅｌａｙ１,２,３,４は、制御部９に設定されているものとする。

　遅延時間Ｔｄｅｌａｙ４は、閾値３以下の調光率が入力されたときに設定される。遅延時間Ｔｄｅｌａｙ３は、閾値３を上回りかつ閾値２以下の調光率が入力されたときに設定される。遅延時間Ｔｄｅｌａｙ２は、閾値２を上回りかつ閾値１以下の調光率が入力されたときに設定される。遅延時間Ｔｄｅｌａｙ１は、閾値１を上回る調光率が入力されたときに設定される。

　制御部９は、調光率に複数の閾値を設けて、隣接する閾値同士の間の範囲に応じて互いに異なる長さの複数の遅延時間を用いてスイッチング素子を制御する。具体的には、遅延時間Ｔｄｅｌａｙ１を設けて点灯している状態から、光源８の電流が低下する方向に調光されて、調光率が閾値１に達したとき、ＭＯＳＦＥＴ５１のオン時間が最小オン時間Ｔｏｎ＿ｍｉｎまで短くなると、制御部９は、遅延時間をＴｄｅｌａｙ１からＴｄｅｌａｙ２に増加させる。これにより、ＭＯＳＦＥＴ５１のオン時間が最小オン時間Ｔｏｎ＿ｍｉｎよりも短くなることを防止できる。

　図１０は図９に示す調光率の閾値１を境にして、遅延時間をＴｄｅｌａｙ１からＴｄｅｌａｙ２に延長する場合の、遅延時間、ＭＯＳＦＥＴのオン時間及び光源の調光率の時間変化を示す図である。

　遅延時間Ｔｄｅｌａｙを急激に延長すると、ＭＯＳＦＥＴ５１のスイッチング周波数が急変し、ＰＦＣ回路５の出力が変動し、平滑コンデンサ６が電圧変動する影響により、後段に接続される電流制御部７の出力電流が一定値とならず、光源８を安定して点灯することができない。そこで、遅延時間Ｔｄｅｌａｙを延長する場合、遅延時間Ｔｄｅｌａｙの変化量最大値Ｔｓｔｅｐを設けると共に、遅延時間Ｔｄｅｌａｙを変化させずに維持する維持時間Ｔｋを設けることによって、遅延時間Ｔｄｅｌａｙの時間変化を遅くすることができる。この制御を行うことで、ＭＯＳＦＥＴ５１のスイッチング周波数が急変することを抑制できる。

　このとき、遅延時間Ｔｄｅｌａｙを維持するための維持時間Ｔｋは、ＭＯＳＦＥＴ５１のオン時間をフィードバック制御する応答時間よりも長く設定される。これによりＭＯＳＦＥＴ５１のオン時間が一定値になる時間が確保され、ＰＦＣ回路５の出力を安定させることができる。

　次に図１１を用いて、遅延時間をＴｄｅｌａｙ１からＴｄｅｌａｙ２に延長する場合の制御に関してより詳細に説明する。図１１は遅延時間を延長する場合における制御部の動作を説明するためのフローチャートである。

　制御部９は、遅延時間Ｔｄｅｌａｙ１を設けて光源８が点灯している状態から、光源８の電流を減少させる方向に調光し（Ｓ１１）、調光率が閾値１より大きい場合（Ｓ１２，Ｎｏ）、遅延時間を変更しない（Ｓ１５）。調光率が閾値１以下の場合（Ｓ１２，Ｙｅｓ）、制御部９は、遅延時間の最終変更後、遅延時間の維持時間Ｔｋが経過していなければ（Ｓ１３，Ｎｏ）、遅延時間を変更しない（Ｓ１５）。制御部９は、遅延時間の最終変更後、遅延時間の維持時間Ｔｋが経過している場合（Ｓ１３，Ｙｅｓ）、遅延時間がＴｄｅｌａｙ２以上であれば（Ｓ１４，Ｎｏ）、遅延時間を変更しない（Ｓ１５）。遅延時間がＴｄｅｌａｙ２より小さければ（Ｓ１４，Ｙｅｓ）、遅延時間をＴｓｔｅｐ延長する（Ｓ１６）。

　反対に、遅延時間Ｔｄｅｌａｙ２を設けて点灯している状態から光源８の電流を増加する方向に調光し、調光率が閾値１に達した場合、制御部９は、遅延時間をＴｄｅｌａｙ２からＴｄｅｌａｙ１に短縮する。

　図１２は図９に示す調光率の閾値１を境にして、遅延時間をＴｄｅｌａｙ２からＴｄｅｌａｙ１に短縮する場合の、遅延時間、ＭＯＳＦＥＴのオン時間及び光源の調光率の時間変化を示す図である。遅延時間を急激に短縮すると、ＭＯＳＦＥＴ５１のスイッチング周波数が急変し、ＰＦＣ回路５の出力が変動し、平滑コンデンサ６が電圧変動する影響により、後段に接続される電流制御部７の出力電流が一定値とならず、光源８を安定して点灯することができない。そこで、遅延時間Ｔｄｅｌａｙを短縮する場合に、遅延時間Ｔｄｅｌａｙの変化量最大値Ｔｓｔｅｐを設けると共に、遅延時間Ｔｄｅｌａｙを変化させずに維持する維持時間Ｔｋを設けることによって、遅延時間Ｔｄｅｌａｙの時間変化を遅くすることができる。この制御を行うことで、ＭＯＳＦＥＴ５１のスイッチング周波数が急変することを抑制できる。

　このとき、遅延時間Ｔｄｅｌａｙを維持する維持時間Ｔｋは、ＭＯＳＦＥＴ５１のオン時間をフィードバック制御する応答時間よりも長く設定される。これによりＭＯＳＦＥＴ５１のオン時間が一定値になる時間が確保され、ＰＦＣ回路５の出力を安定させることができる。

　次に図１３を用いて、遅延時間をＴｄｅｌａｙ２からＴｄｅｌａｙ１に短縮する場合の制御に関してより詳細に説明する。図１３は遅延時間を短縮する場合における制御部の動作を説明するためのフローチャートである。

　制御部９は、遅延時間Ｔｄｅｌａｙ２を設けて点灯している状態から、光源８の電流を増加する方向に調光し（Ｓ２１）、調光率が閾値１以下の場合（Ｓ２２，Ｎｏ）は、遅延時間を変更しない（Ｓ２５）。調光率が閾値１より大きい場合（Ｓ２２，Ｙｅｓ）、遅延時間の最終変更後、遅延時間の維持時間Ｔｋが経過していなければ（Ｓ２３，Ｎｏ）、遅延時間を変更しない（Ｓ２５）。制御部９は、遅延時間の最終変更後、遅延時間の維持時間Ｔｋが経過している場合（Ｓ２３，Ｙｅｓ）、遅延時間がＴｄｅｌａｙ１以下であれば（Ｓ２４，Ｎｏ）、遅延時間を変更しない（Ｓ２５）。遅延時間がＴｄｅｌａｙ１より大きければ（Ｓ２４，Ｙｅｓ）、遅延時間をＴｓｔｅｐ短縮する（Ｓ２６）。

　光源８の調光率を変更し、調光率が閾値２、閾値３となる場合に関しても、閾値１の場合と同様の制御が行われる。

　なお実施の形態１では光源８がＬＥＤで構成されている場合について説明したが、光源８は調光可能なものであればＬＥＤに限定されず、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）でもよい。

実施の形態２．
　図１４は実施の形態２に係る点灯装置及び照明器具の構成図である。なお実施の形態２では、図１の実施の形態１に示す点灯装置１００及び照明器具２００と同一の構成を有する部位には、同一の符号を付してその説明を省略する。

　実施の形態２に係る照明器具２００Ａと、実施の形態１に係る照明器具２００との相違点は、照明器具２００Ａでは、点灯装置１００の代わりに点灯装置１００Ａが用いられていることである。また実施の形態２に係る点灯装置１００Ａと、実施の形態１に係る点灯装置１００との相違点は、点灯装置１００Ａでは、ＰＦＣ回路５、平滑コンデンサ６及び電流制御部７の代わりに直流変換回路１２が用いられ、さらに制御部９の代わりに制御部９Ａが用いられていることである。直流変換回路１２は、ＰＦＣ回路５、平滑コンデンサ６及び電流制御部７の機能を併せ持つ回路である。

　実施の形態２では、直流変換回路１２をフライバック回路で構成した例を説明する。なお直流変換回路１２は、フライバック回路の他にも、フライフォワード回路、降圧チョッパ、昇圧チョッパ、昇降圧チョッパ回路、ＳＥＰＩＣ、Ｚｅｔａコンバータ又はＣｕｋコンバータといった回路で構成してもよい。

　直流変換回路１２は、ＭＯＳＦＥＴ１２１、トランス１２２、ダイオード１２３、平滑コンデンサ１２４、スナバコンデンサ１２５、スナバ抵抗１２６及びスナバダイオード１２７を備える。

　ＭＯＳＦＥＴ１２１は、負極側直流母線Ｎにおいて、コンデンサ４とトランス１２２の１次側との間に配置される。ＭＯＳＦＥＴ１２１のソースはコンデンサ４の一端と整流回路３とに接続される。ＭＯＳＦＥＴ１２１のドレインは、スナバダイオード１２７のアノードとトランス１２２とに接続される。スナバコンデンサ１２５、スナバ抵抗１２６及びスナバダイオード１２７は、コンデンサ４とトランス１２２の１次側との間に配置される。

　スナバ抵抗１２６の一端は、正極側直流母線Ｐを介してコンデンサ４の他端と、整流回路３と、スナバコンデンサ１２５の一端と、トランス１２２とに接続される。スナバ抵抗１２６の他端は、スナバコンデンサ１２５の他端とスナバダイオード１２７の一端とに接続される。スナバコンデンサ１２５の他端は、スナバ抵抗１２６の他端とスナバダイオード１２７の一端とに接続される。ダイオード１２３及び平滑コンデンサ１２４は、トランス１２２の二次側と光源８との間に配置される。ダイオード１２３のアノードはトランス１２２に接続され、ダイオード１２３のカソードは平滑コンデンサ１２４の一端と光源８の一端とに接続される。平滑コンデンサ１２４の他端は、トランス１２２と光源８の他端とに接続される。

　不図示のコアに絶縁性ワイヤを巻くことにより、トランス１２２には、１次巻線１２２ａ、２次巻線１２２ｂ及び３次巻線１２２ｃが形成される。

　直流変換回路１２は、ＭＯＳＦＥＴ１２１がオンオフ制御されることにより、整流回路３の出力電圧を変換し、光源８に直流電流を出力する。

　制御部９Ａは、目標値出力部９１、ゼロ電流検出部９２、スイッチング制御部９３Ａ及び電流入力部９４を備える。図１に示す制御部９と図１４に示す制御部９Ａとの相違点は、制御部９Ａでは、電圧検出部９５が省かれ、スイッチング制御部９３の代わりにスイッチング制御部９３Ａが用いられていることである。

　直流変換回路１２の動作を詳細に説明する。

　図１５は図１４に示す直流変換回路を構成する巻線に流れる電流とＭＯＳＦＥＴのドレイン電圧とＭＯＳＦＥＴのゲート電圧との関係を示すタイミングチャートである。図１５には、上から順に、点灯装置１００Ａに入力される交流電源１の電流と、１次巻線１２２ａに流れる電流と、３次巻線１２２ｃに流れる電流と、ＭＯＳＦＥＴ１２１のドレイン電圧と、ＭＯＳＦＥＴ１２１のゲート電圧とが示される。横軸は時間を表す。図１５では、点灯装置１００Ａに入力される交流電源１の電流が「入力電流」として示される。

　図１５では、説明の便宜上、ＭＯＳＦＥＴ１２１のゲート電圧がオンオフされる周期を、実際よりも長く記載している。ＭＯＳＦＥＴ１２１のゲート電圧がオンオフされる周期は、ＭＯＳＦＥＴ１２１のゲート電圧がオフからオンに変化した時点から、再びＭＯＳＦＥＴ１２１のゲート電圧がオフからオンに変化するまでの時間に等しい。

　ＭＯＳＦＥＴ１２１がオンされたとき、交流電源１、整流回路３、１次巻線１２２ａ及びＭＯＳＦＥＴ１２１により閉回路が形成され、交流電源１が１次巻線１２２ａを介して短絡される。そのため閉回路に電源電流が流れ、１次巻線１２２ａに流れる電流が増加し、１次巻線１２２ａにエネルギーが蓄積される。

　スイッチング制御部９３Ａに設定されたオン時間が経過すると、ＭＯＳＦＥＴ１２１がオフされることにより、３次巻線１２２ｃ、ダイオード１２３及び平滑コンデンサ１２４の閉回路が形成される。この閉回路において１次巻線１２２ａに蓄えられたエネルギーが放出され、平滑コンデンサ１２４が充電される。

　３次巻線１２２ｃに流れる電流がゼロになった時点から遅延時間Ｔｄｅｌａｙが経過するまで、ＭＯＳＦＥＴ１２１のオフ状態は維持され、遅延時間Ｔｄｅｌａｙが経過したときにＭＯＳＦＥＴ１２１は再びオン状態になる。

　ＭＯＳＦＥＴ１２１の一連のオンオフ動作により、１次巻線１２２ａに流れる電流は、三角波状の波形となり、その頂点が点線で示すような正弦波の包絡線になる。

　制御部９Ａが光源８に流れる電流を検出して、検出された電流が目標値に追従するようフィードバック制御されることで、ＭＯＳＦＥＴ１２１のオン時間が制御される。

　ＭＯＳＦＥＴ１２１のオン時間をフィードバック制御する際、オン時間が大きく変化してしまうと、１次巻線１２２ａに流れる電流の頂点の包絡線が正弦波にならず、交流電源１の入力電流を正弦波状にすることができない。そのため制御部９Ａでは、フィードバック制御の応答時間が、フィードバック制御のループゲインを交流電源１の１周期の１／２周期以上で１倍（０ｄＢ）以下となるように、設定される。言い換えると、フィードバック制御の応答時間は、交流電源１の周波数の２倍以下の周波数で１倍（０ｄＢ）以下となるように設定される。

　具体的に説明すると、電源周波数が５０Ｈｚの場合、電源周波数の半周期（半波）の周波数１００Ｈｚ以下、すなわち周期１０ｍｓｅｃ以上で、定電流フィードバック制御のループゲインを１倍(０ｄＢ)以下とすることにより、定電流フィードバック制御は電源周期の１／２より短い周期で応答しないように設定される。これにより電源周期の１／２周期以内においては、ＭＯＳＦＥＴ１２１のオン時間の変動が抑制され、１次巻線１２２ａに流れる電流の頂点の包絡線が正弦波状の波形となる。

　実施の形態２に係る点灯装置１００Ａ及び照明器具２００Ａは、実施の形態１と同様に遅延時間Ｔｄｅｌａｙを設けて、電流不連続モード制御によりＭＯＳＦＥＴ１２１をスイッチング制御することで、電流臨界モード制御する場合に比べて、スイッチング周波数を低くすることができるため、ＭＯＳＦＥＴ１２１で発生するスイッチング損失を低減できる。

　なお実施の形態１，２では調光率に応じて遅延時間の長さを変える例を説明したが、遅延時間の長さは、調光率の代わりに直流変換回路３０がＬＥＤに出力する出力電流目標値により判定してもよい。またこの場合、直流変換回路の出力の大きさは、ＬＥＤの調光率により判定されたものでもよいし、ＬＥＤの出力電流目標値により判定されたものでもよいし、有機ＥＬの調光率により判定されたものでもよい。また直流変換回路の出力の大きさは、ＬＥＤの出力電流目標値より判定されるものでもよい。また実施の形態１，２に係る制御部は、調光率の代わりに、出力電流目標値に応じて遅延時間の長さを変えるように構成してもよい。

　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

　１　交流電源、２　入力フィルタ、３　整流回路、４，２２，７４　コンデンサ、５　ＰＦＣ回路、６，１２４　平滑コンデンサ、７　電流制御部、８　光源、９，９Ａ　制御部、１０　調光器、１１　電流検出部、１２，３０　直流変換回路、２１，５２，７２　コイル、５１，７１，１２１　ＭＯＳＦＥＴ、５２ａ，１２２ａ　１次巻線、５２ｂ，１２２ｂ　２次巻線、５３，７３，１２３　ダイオード、９１　目標値出力部、９２　ゼロ電流検出部、９３，９３Ａ　スイッチング制御部、９４　電流入力部、９５　電圧検出部、１００，１００Ａ　点灯装置、１２２　トランス、１２２ｃ　３次巻線、１２５　スナバコンデンサ、１２６　スナバ抵抗、１２７　スナバダイオード、２００，２００Ａ　照明器具。

Claims

　交流電力を整流する整流回路と、
　高調波を抑制して力率を改善すると共に前記整流回路から出力される電力を直流電力に変換して光源に供給する直流変換回路と、
　直流変換回路を制御する制御部と
　を備え、
　前記直流変換回路は、平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサ及び前記整流回路の間に配置されるスイッチング素子と、前記整流回路から出力される電流が流れるコイルとを有し、
　前記制御部は、前記コイルに流れる電流がゼロになった時点から、前記制御部に設定された遅延時間が経過するまで前記スイッチング素子をオフ状態にさせて、前記遅延時間が経過したときに前記スイッチング素子をオンさせる点灯装置。
　前記制御部は、前記直流変換回路の出力の大きさに応じて前記遅延時間の長さを変える請求項１に記載の点灯装置。
　前記制御部は、前記出力の大きさに閾値を設けて、前記出力が前記閾値を上回る場合には前記遅延時間を一定の長さとし、前記出力が前記閾値以下である場合には、前記出力が低下するほど前記遅延時間を長くする請求項２に記載の点灯装置。
　前記制御部は、前記出力の大きさに複数の閾値を設けて、隣接する閾値同士の間の範囲に応じて互いに異なる長さの複数の前記遅延時間を用いて前記スイッチング素子を制御する請求項２に記載の点灯装置。
　前記制御部は、前記スイッチング素子をオフしている期間において、前記スイッチング素子の電圧振動が２回目以降のボトムとなるタイミングで前記スイッチング素子をオンさせる請求項１から４の何れか一項に記載の点灯装置。
　前記制御部は、前記スイッチング素子の最小オン時間を設けて、前記出力の大きさに応じて前記遅延時間の長さを変えることにより、前記最小オン時間以上のオン時間で前記スイッチング素子を動作させる請求項２から５の何れか一項に記載の点灯装置。
　前記制御部は、予め設定された維持時間において前記遅延時間の変化量最大値を設けて前記遅延時間の長さを変える請求項２から６の何れか一項に記載の点灯装置。
　前記光源はＬＥＤで構成される請求項１から７の何れか一項に記載の点灯装置。
　前記出力の大きさは、前記ＬＥＤの調光率により判定される請求項８に記載の点灯装置。
　前記出力の大きさは、前記ＬＥＤの出力電流目標値により判定される請求項８に記載の点灯装置。
　前記光源は有機ＥＬで構成される請求項１から７の何れか一項に記載の点灯装置。
　前記出力の大きさは、前記有機ＥＬの調光率により判定される請求項１１に記載の点灯装置。
　請求項１から１２の何れか一項に記載の点灯装置を備えた照明器具。