特許 5892470 照明用電源および照明装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5892470

(24)【登録日】2016年3月4日

(45)【発行日】2016年3月23日

(54)【発明の名称】照明用電源および照明装置

(51)【国際特許分類】

   H05B 37/02 20060101AFI20160310BHJP

【ＦＩ】

   H05B37/02 J

【請求項の数】3

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-57776(P2012-57776)

(22)【出願日】2012年3月14日

(65)【公開番号】特開2013-191461(P2013-191461A)

(43)【公開日】2013年9月26日

【審査請求日】2014年9月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003757

【氏名又は名称】東芝ライテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108062

【弁理士】

【氏名又は名称】日向寺 雅彦

(74)【代理人】

【識別番号】100168332

【弁理士】

【氏名又は名称】小崎 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100146592

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100159709

【弁理士】

【氏名又は名称】本間 惣一

(74)【代理人】

【識別番号】100157901

【弁理士】

【氏名又は名称】白井 達哲

(72)【発明者】

【氏名】北村 紀之

(72)【発明者】

【氏名】高橋 雄治

【審査官】 三島木 英宏

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０３４５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２０３９８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１６５３９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−３０２０１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１９９７０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３４１７９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−９１９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平９−２０１０４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１１９２３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０２２０５７０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｂ ３７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流電圧を出力する電源と照明負荷との間に接続され、前記直流電圧と前記照明負荷との間の電位差が所定値以上のときオンの状態とオフの状態とを繰り返すスイッチング動作をし、前記電位差が前記所定値よりも小さいときオンの状態を継続する出力素子と、
前記出力素子と直列に接続され、前記出力素子に流れる電流を制限する定電流素子と、
前記電源と前記照明負荷との間に接続され、前記電位差に応じて前記定電流素子を介して前記出力素子に流れる電流値を設定することによって、前記照明負荷を定電流制御する消灯回路と、
を備え、
前記消灯回路は、前記電位差が小さくなるにしたがい前記出力素子に流れる電流値を小さい値に設定し、前記電位差が前記所定値よりも小さい規定値以下のときに前記定電流素子をオフさせる照明用電源。

【請求項2】

前記電源は、交流電圧を出力する交流電源に接続され前記交流電圧を導通させるタイミングを制御する位相制御回路と、前記位相制御回路の出力に接続され前記交流電圧を整流して前記直流電圧を出力する整流回路と、をさらに含む請求項１記載の照明用電源。

【請求項3】

照明負荷と、
前記照明負荷に電力を供給する請求項１または２に記載の照明用電源と、
を備えた照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、照明用電源および照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、照明装置において、照明光源は白熱電球や蛍光灯から省エネルギー・長寿命の光源、例えば発光ダイオード（Light-emitting diode：ＬＥＤ）への置き換えが進んでいる。また、例えば、ＥＬ（Electro-Luminescence）や有機発光ダイオード（Organic light-emitting diode：ＯＬＥＤ）など新たな照明光源も開発されている。これらの照明光源の光出力は流れる電流値に依存するため、照明を点灯させる場合は、定電流を供給する電源回路が必要になる。また、調光させる場合は、供給する電流を制御する。
照明光源に高効率で定電流を供給するためにはスイッチングレギュレータが用いられる。しかし、スイッチング動作において光出力を減少させていく場合、照明光源が微小点灯する状態においては、スイッチングレギュレータは動作しているか停止かのいずれかの状態になるためちらつきが生じやすく、また、電流フィードバックをさせたとしても微小点灯時の微小な電流を検出することは難しくなり不安定な点灯に陥りやすい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−１１９２３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

簡易な構成で安定に消灯させることができる照明用電源及び照明装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態の照明用電源は、直流電圧を出力する電源と照明負荷との間に接続され、前記電源と前記照明負荷との間の電位差が所定値以上のときオンの状態とオフの状態とを繰り返すスイッチング動作をし、前記電位差が前記所定値よりも小さいときオンの状態を継続する出力素子と、前記出力素子と直列に接続され、前記出力素子に流れる電流を制限する定電流素子と、前記電源と前記照明負荷との間に接続され、前記電位差に応じて前記定電流素子を介して前記出力素子に流れる電流値を設定することによって、前記照明負荷を定電流制御する消灯回路と、を備える。前記消灯回路は、前記電位差が小さくなるにしたがい前記出力素子に流れる電流値を小さい値に設定し、前記電位差が前記所定値よりも小さい規定値以下のときに前記定電流素子をオフさせる。

【発明の効果】

【0006】

本発明の実施形態によれば、簡易な構成で安定に消灯させることができる照明用電源及び照明装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１の実施形態に係る照明用電源を含む照明装置を例示するブロック図である。

【図2】照明負荷に供給される出力電圧ＶＯＵＴと出力電流ＩＯＵＴとの関係を例示する特性図である。

【図3】出力素子の電流波形を例示する波形図である。

【図4】第２の実施形態に係る照明用電源を含む照明装置を例示する回路図である。

【図5】調光器を例示する回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。また、本願明細書においては、「調光度」とは、調光時の光出力の全点灯時の光出力に対する比をいい、調光度１００％は全点灯に、調光度０％は消灯時の光出力に対応する。

【0009】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る照明用電源を含む照明装置を例示するブロック図である。
図１に表したように、照明装置１は、照明負荷２と、照明負荷２に電力を供給する照明用電源３と、を備えている。

【0010】

照明負荷２は、例えばＬＥＤなどの照明光源４を有し、照明用電源３から出力電力ＰＯＵＴ（出力電圧ＶＯＵＴ、出力電流ＩＯＵＴ）を供給されて点灯する。また、照明負荷２は、出力電力ＰＯＵＴを変化させて調光することができる。例えば、出力電圧ＶＯＵＴ及び出力電流ＩＯＵＴの少なくともいずれかを変化させて調光することができる。なお、出力電力ＰＯＵＴ、出力電圧ＶＯＵＴ及び出力電流ＩＯＵＴのそれぞれの値は、照明光源４に応じて規定される。

【0011】

図２は、照明負荷に供給される出力電圧ＶＯＵＴと出力電流ＩＯＵＴとの関係を例示する特性図である。
図２においては、例えばＬＥＤなどの点灯時の動作抵抗の小さい照明光源を有する照明負荷の特性を例示している。
照明負荷２は、出力電圧ＶＯＵＴが所定電圧よりも低いときは、電流が流れず、消灯している。出力電圧ＶＯＵＴが、所定電圧以上のとき、電流が流れて点灯する。

【0012】

例えば、照明光源４がＬＥＤの場合、この所定電圧は、ＬＥＤの順方向電圧であり、照明光源４に応じて定まる。また、照明光源４は、点灯時の動作抵抗が低く、例えば定格動作点Ｐの近傍で出力電流ＩＯＵＴが増加しても出力電圧ＶＯＵＴは、変化が少ない。したがって、図２に表したような特性の照明負荷２は、出力電流ＩＯＵＴを変化させることにより、照明光源４の光出力を制御して調光することができる。また、出力電圧ＶＯＵＴが所定電圧よりも低下すると、照明光源４が消灯して出力電流ＩＯＵＴが流れなくなるため、例えばコンデンサで平滑化して出力した場合、出力電圧ＶＯＵＴの値は所定電圧以上に保持される。

【0013】

また、照明光源４に供給する、例えば出力電圧ＶＯＵＴを変化させることにより、照明光源４の光出力を制御して調光することができる。
このように、照明負荷２に供給する出力電力ＰＯＵＴを変化させることにより、照明光源４の光出力を制御して調光することができる。なお、以下の説明では、調光するために制御する制御量は、出力電圧ＶＯＵＴ、出力電流ＩＯＵＴ及び出力電力ＰＯＵＴの少なくともいずれかである。

【0014】

照明用電源３は、出力素子５と、出力素子５と直列に接続され出力素子５を流れる電流を制限する定電流素子６と、定電流素子６を制御して消灯させる消灯回路５０と、出力素子５を駆動する駆動素子７０とを有している。

【0015】

出力素子５は、照明負荷２と電源７との間に接続されている。出力素子５は、出力素子５を定電流で動作させた条件で、電源７と照明負荷２との間の電力差、電位差及び電流差の少なくともいずれかである所定量が相対的に大きいときオンの状態とオフの状態とを繰り返すスイッチング動作をし、所定量が相対的に小さいときオンの状態を維持する。

【0016】

ここで、所定量とは、電源７から供給される入力電圧（電源電圧ＶＩＮ）、入力電流及び入力電力ＰＩＮの少なくともいずいれかの入力量と、照明負荷２に出力される出力電圧ＶＯＵＴ、出力電流ＩＯＵＴ及び出力電力ＰＯＵＴの少なくともいずれかの制御量との差量である。

【0017】

例えば制御量が出力電圧ＶＯＵＴの場合は、所定量は、電源電圧ＶＩＮと出力電圧ＶＯＵＴとの電位差ΔＶである。この場合、出力素子５は、電源電圧ＶＩＮと照明負荷２に出力する出力電圧ＶＯＵＴとの電位差ΔＶ（＝ＶＩＮ−ＶＯＵＴ）が相対的に大きいときオンの状態とオフの状態とを繰り返すスイッチング動作をし、電源７と照明負荷２との間の電位差ΔＶが相対的に小さいときオンの状態を維持するオン継続動作をする。

【0018】

また、例えば制御量が出力電流ＩＯＵＴの場合は、所定量は、出力電流ＩＯＵＴと入力電流との電流差ΔＩである。この場合、出力素子５は、電源７から供給される入力電流と照明負荷２に出力する出力電流ＩＯＵＴとの電流差ΔＩが相対的に大きいときオンの状態とオフの状態とを繰り返すスイッチング動作をし、電源７と照明負荷２との間の電流差ΔＶが相対的に小さいときオンの状態を維持するオン継続動作をする。

【0019】

また、例えば制御量が出力電力ＰＯＵＴの場合は、所定量は、入力電力ＰＩＮと出力電力ＰＯＵＴとして出力との電力差ΔＰである。この電力差ΔＰは、照明用電源１の損失を意味する。この場合、出力素子５は、出力素子５を定電流で動作させた条件で、電源７から供給される入力電力ＰＩＮと照明負荷２に出力する出力電力ＰＯＵＴとの電力差ΔＰ（＝ＰＩＮ−ＰＯＵＴ）が相対的に大きいときオンの状態とオフの状態とを繰り返すスイッチング動作をし、電源７と照明負荷２との間の電力差ΔＰが相対的に小さいときオンの状態を維持するオン継続動作をする。

【0020】

なお、所定量は、電源７から供給される入力電圧（電源電圧ＶＩＮ）、入力電流、入力電力ＰＯＵＴ、照明負荷２に出力される出力電圧ＶＯＵＴ、出力電流ＩＯＵＴ及び出力電力ＰＯＵＴの少なくともいずれかとしてもよい。また、所定量は、出力素子５の消費電力としてもよい。

【0021】

消灯回路５０は、電源７と照明負荷２との間に接続され、所定量が規定値以下のときに定電流素子６をオフさせる。その結果、出力素子５を流れる電流が遮断されて、照明用電源３の動作が停止し、照明負荷２が消灯する。ここで、規定値は、照明負荷２が消灯する時の所定量の値である。

【0022】

例えば、所定量が電力差ΔＰの場合における規定値は、照明負荷２を消灯させるときの照明用電源３の消費電力である。また、所定量が入力電力ＰＩＮの場合における規定値は、消灯させるときの入力電力ＰＩＮであり、所定量が出力電力ＰＯＵＴの場合における規定値は、消灯させるときの出力電力ＰＯＵＴであり、ゼロまたは正極性の値である。

【0023】

また、例えば、所定量が電位差ΔＶの場合は、規定値は、照明負荷２を消灯させるときの電位差であり、例えばゼロまたは正極性の値とすることができる。なお、所定量が電源電圧（ＶＩＮ）または出力電圧ＶＯＵＴの場合における規定値は、それぞれ照明負荷２を消灯させるときの電源電圧ＶＩＮ、出力電圧ＶＯＵＴの値である。

【0024】

また、所定量が電流差ΔＩの場合における規定値は、消灯時における照明用電源３の消費電流である。また、所定量が出力電流ＩＯＵＴの場合における規定値は、消灯させるときの出力電流ＩＯＵＴの値であり、ゼロ又は正極性の値である。

【0025】

駆動素子７０は、出力素子５の制御端子に電位を供給して、出力素子５をオンの状態またはオフの状態に制御する。

【0026】

図３は、出力素子の電流波形を例示する波形図である。
図３（ａ）〜（ｄ）の順に所定量が大きくなる場合の出力素子５の電流Ｉ５の波形を模式的に表している。

【0027】

図３（ａ）に表したように、所定量が相対的に小さいとき、出力素子５は、オンの状態を継続し、定電流素子６で制限されたほぼ一定の直流電流が流れる。出力素子５が一定の直流電流を出力する状態においては、照明用電源３は、シリーズレギュレータのような動作をしている。

【0028】

図３（ｂ）に表したように、所定量が大きくなると、出力素子５はオンの状態を継続したまま、電流が振動する。また、図３（ｃ）に表したように、所定量がさらに大きくなると、所定量に応じて、出力素子５の電流の変動幅は大きくなる。

【0029】

このように、所定量が大きくなると、出力素子５は、例えば不完全に発振しているような状態になり、出力素子５の電流は振動するようになる。しかし、所定量が所定値よりも小さいとき、出力素子５は、オフの状態にはならず、オンの状態を継続する。なお、出力素子５の振動する電流のピーク値は、定電流素子６の定電流値で制限された値になる。また、出力素子５の振動周期Ｔは、電流の変動幅に応じて変化する。

【0030】

そして、図３（ｄ）に表したように、所定量が所定値以上のとき、出力素子５は、オンの状態とオフの状態とを繰り返すスイッチング動作をして、発振する。このとき、照明用電源３は、スイッチング電源として動作している。

【0031】

スイッチング電源は、出力素子５が抵抗の低いオンの状態と電流が流れないオフの状態とを繰り返すスイッチング動作をするため、低消費電力・高効率の電源である。本実施形態においては、所定量が所定値よりも大きいとスイッチング動作し、所定量が小さいと、シリーズレギュレータのような動作をする。所定量が大きい場合は、出力素子５の両端の電位差と電流との積が大きく、シリーズレギュレータの動作を行うと損失が大きくなる。したがって、所定量が大きい場合に、スイッチング動作をすることは、低消費電力化に適する。また、所定量が小さい場合は、損失は小さいため、シリーズレギュレータとして動作をすることは問題ない。

【0032】

また、本実施形態においては、所定量が所定値よりも小さいときは、出力素子５はオフの状態にならずにオンの状態を継続したまま電流が振動して、電流の平均値で照明負荷２を点灯させる（図３（ｂ）、（ｃ））。また、所定量がさらに小さいときは、出力素子５は、オンの状態を継続したまま、直流電流を照明負荷２に出力して点灯させる（図３（ａ））。その結果、本実施形態においては、出力電流をゼロまで連続的に変化させることができる。また、照明装置１における照明負荷２をスムーズに消灯することができる。

【0033】

したがって、本実施形態においては、所定量に応じて、出力素子５のスイッチング動作時における最大値から、出力素子５のオンの状態を継続したまま直流電流を出力する際の最小値まで出力電流ＩＯＵＴを連続的に変化させることができる。また、照明装置１における照明負荷２を連続的に０〜１００％の範囲で調光することができる。

【0034】

また、本実施形態においては、所定量が規定値以下のときに定電流素子６をオフさせるため、電源電圧ＶＩＮの変動の影響を受けずに、安定に出力電流をゼロにすることができる。また、電源電圧ＶＩＮの変動の影響を受けずに、照明装置１における照明負荷２を安定に消灯することができる。

【0035】

なお、図３（ａ）〜（ｃ）においては、出力素子５は、オフの状態にならずにオンの状態を継続したまま電流が振動し、所定量が大きくなると電流の変動幅が大きくなる動作を例示している（図３（ｂ）、（ｃ））。しかし、出力素子５は、所定量が所定値以上のときオンの状態とオフの状態とを繰り返すスイッチング動作をして発振し（図３（ｄ））、所定量が所定値よりも小さいときオンの状態を継続して直流電流を出力する動作をしてもよい（図３（ａ））。すなわち、出力素子５は、オフの状態とならずにオンの状態を継続したまま電流が振動する動作（図３（ｂ）、（ｃ））をしなくてもよい。

【0036】

なお、出力素子５及び定電流素子６は、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であり、例えば高電子移動度トランジスタ（High Electron Mobility Transistor：ＨＥＭＴ）である。
また、出力素子５がオフの状態のときは、例えば整流素子などで出力電流ＩＯＵＴを流す構成としてもよい。

【0037】

このように、本実施形態においては、出力素子は、所定量が相対的に大きいと発振して発振電流を出力し、所定量が相対的に小さいと発振を停止して直流電流を出力する。その結果、出力電流の可変範囲の広げることができる。また、照明装置の調光範囲を広げることができる。また、所定量が規定値以下のときに、定電流素子がオフするため、電源電圧の変動などの影響を受けずに、安定に出力電流をゼロにすることができる。また、照明負荷２を安定に消灯することができる。

【0038】

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る照明用電源を含む照明装置を例示する回路図である。
図４に表したように、第２の実施形態は、第１の実施形態と比較して、照明用電源３に整流回路９、チョークコイル２０、及び平滑コンデンサ４０が追加され、出力素子５ａ、定電流素子６ａ及び消灯回路５０ａを有するＤＣ−ＤＣコンバータ１１の構成が例示されている点が異なっている。

【0039】

また、照明装置１ａは、照明負荷２と照明用電源３ａと調光器８とを備えている。照明負荷２については、第１の実施形態と同様である。

【0040】

調光器８は、交流電源７６に接続され、電源電圧ＶＩＮを供給する一対の電源ラインの一方に直列に挿入される。このように調光器８は、電源電圧ＶＩＮを供給する一対の電源ラインに直列に挿入されてもよい。すなわち、調光器８は、交流電源７６の一端７９と照明用電源３ａの一方の入力端子７７との間に挿入され、交流電源７６の他端８０は、照明用電源３ａの他方の入力端子７８と接続されている。

【0041】

図５は、調光器を例示する回路図である。
図５に表したように、調光器８は、２線式位相制御調光器である。
調光器８は、電源ラインに直列に挿入されたトライアック１２、トライアック１２と並列に接続された位相回路１３と、トライアック１２のゲートと位相回路１３との間に接続されたダイアック１４と、を有する。

【0042】

トライアック１２は、通常オフの状態であり、ゲートにパルス信号が入力されるとオンする。トライアック１２は、交流の電源電圧ＶＩＮが正極性のときと負極性のときの双方向に電流を流すことができる。
位相回路１３は、可変抵抗１５とコンデンサ１６とで構成され、コンデンサ１６の両端に位相が遅延した電圧を生成する。また、可変抵抗１５の抵抗値を変化させると、時定数が変化し、遅延時間が変化する。

【0043】

ダイアック１４は、位相回路１３のコンデンサに充電される電圧が一定値を超えるとパルス電圧を生成し、トライアック１２をオンさせる。
調光器８は、位相回路１３の時定数を変化させてダイアック１４がパルスを生成するタイミングを制御することにより、トライアック１２がオンするタイミングを調整することができる。

【0044】

再度図４に戻ると、整流回路９は、調光器８を介して交流の電源電圧ＶＩＮを入力して、直流電圧ＶＲＥを出力する。整流回路９は、ダイオードブリッジで構成されている。整流回路９は、調光器８による調光度に応じて電圧が変化する直流電圧ＶＲＥを出力する。なお、整流回路９は、調光器８から入力される交流電圧を整流できればよく、他の構成でもよい。

【0045】

平滑コンデンサ４０は、チョークコイル１８を介して整流回路９の高電位端子９ａと整流回路９の低電位端子９ｂとの間に接続される。

【0046】

ＤＣ−ＤＣコンバータ１１は、出力素子５ａ、定電流素子６ａ、整流素子２２、インダクタ２３、出力素子５ａを駆動する帰還巻き線２４（駆動素子７０）、結合コンデンサ２５、分割抵抗２６ａ、２７、出力コンデンサ２８及び消灯回路５０ａを有している。
出力素子５ａ及び定電流素子６ａは、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であり、例えば高電子移動度トランジスタ（High Electron Mobility Transistor：ＨＥＭＴ）であり、ノーマリオン形の素子である。

【0047】

出力素子５ａのドレインは、平滑コンデンサ４０の高電位端子に接続され、さらにチョークコイル１８を介して、整流回路９の高電位端子９ａに接続される。出力素子５ａのソースは、定電流素子６ａのドレインに接続され、出力素子５ａのゲート（出力素子の制御端子）は、結合コンデンサ２５を介して、帰還巻き線２４の一端に接続される。
定電流素子６ａのソースは、インダクタ２３の一端と帰還巻き線２４の他端とに接続され、定電流素子６ａのゲート（定電流素子の制御端子）には、定電流素子６ａのソース電位を分割抵抗２６ａ、２７で分割した電圧が入力される。また、分割抵抗２７は、直列に接続された抵抗２７ａと可変抵抗２７ｂとで構成される。

【0048】

インダクタ２３と帰還巻き線２４とは、インダクタ２３の一端から他端に増加する電流が流れるとき、出力素子５ａのゲートに正極性の電圧が供給される極性で磁気結合している。
また、出力素子５ａのゲートと定電流素子６ａのゲートには、それぞれ保護ダイオードが接続される。また、出力素子５ａのドレインと定電流素子６ａのソースとの間に、起動用のバイアス抵抗を接続してもよい。

【0049】

整流素子２２は、定電流素子６ａのソースと整流回路９の低電位端子９ｂとの間に、低電位端子９ｂから定電流素子６ａの方向を順方向として接続されている。
インダクタ２３の他端は、高電位出力端子３０に接続され、整流回路９の低電位端子９ｂは、低電位出力端子３１に接続される。また、出力コンデンサ２８は、高電位出力端子３０と低電位出力端子３１との間に接続される。

【0050】

消灯回路５０ａは、トランジスタ５１、５２、抵抗５３、５４、及びコンデンサ５５を有する。
トランジスタ５１、５２は、ＰＮＰトランジスタであり、特性が揃えられている。トランジスタ５１のエミッタは、抵抗５３を介して、出力素子５ａのドレインに接続される。トランジスタ５１のコレクタは、分割抵抗２７を構成する抵抗２７ａと可変抵抗２７ｂとの接続点に接続される。トランジスタ５１のベースは、トランジスタ５２のベースに接続される。トランジスタ５２のエミッタは、高電位出力端子３０に接続され、トランジスタ５２のコレクタは、トランジスタ５２のベース及びトランジスタ５１のベースに接続され、さらに抵抗５４及びコンデンサ５５を介して、低電位出力端子３１に接続される。

【0051】

トランジスタ５１、５２は、所定量としてＤＣ−ＤＣコンバータ１１に入力される直流電圧と出力電圧ＶＯＵＴとの電位差ΔＶを検出して、抵抗５３を介して抵抗２７ｂを流れる電流経路を導通または遮断する電流スイッチを構成している。トランジスタ５１のエミッタ電圧がトランジスタ５２のエミッタ電圧よりも高いとき、トランジスタ５１はオンして、抵抗５３を介して抵抗２７ｂに電流が流れる。また、トランジスタ５１のエミッタ電圧がトランジスタ５２のエミッタ電圧以下のとき、トランジスタ５１はオフして、抵抗５３を介して抵抗２７ｂを流れる電流は遮断される。また、トランジスタ５１がオンし抵抗２７ｂに電流が流れている状態において、所定量である電位差ΔＶが規定値以下のとき定電流素子６ａがオフし、規定値よりも大きいとき定電流素子６ａがオンするように、分割抵抗２６ａ、２７（２７ａ、２７ｂ）の抵抗値がそれぞれ設定されている。なお、規定値は、可変抵抗２７ｂの抵抗値を変化させることにより、調整することができる。

【0052】

照明負荷２は、高電位出力端子３０と低電位出力端子３１との間に、出力コンデンサ２８と並列に接続される。
次に、照明用電源３ａの動作について説明する。なお、調光器８、整流回路９については、すでに説明したので、主にＤＣ−ＤＣコンバータ１１の動作について説明する。

【0053】

まず、調光器８の調光度がほぼ１００％に設定され、入力される交流電圧がほぼそのまま伝達される場合、すなわちＤＣ−ＤＣコンバータ１１に最も高い直流電圧が入力される場合について説明する。

【0054】

電源電圧ＶＩＮが、照明用電源３ａに供給されるとき、出力素子５ａは、ノーマリオン形の素子であるためオンしている。また、出力コンデンサ２８は放電しているため出力電圧ＶＯＵＴは、ゼロである。トランジスタ５１のベース電圧がゼロのため、トランジスタ５１はオンして、抵抗５３、トランジスタ５１、可変抵抗２７ｂの経路で電流が流れる。その結果、可変抵抗２７ｂの両端の電圧が上昇するため定電流素子６ａのゲート電位は相対的に高く、定電流素子６ａはオンしている。

【0055】

出力素子５ａ、定電流素子６ａ、インダクタ２３、出力コンデンサ２８の経路で電流が流れ、出力コンデンサ２８が充電される。出力コンデンサ２８の両端の電圧、すなわち高電位出力端子３０と低電位出力端子３１との間の電圧は、照明用電源３ａの出力電圧ＶＯＵＴとして、照明負荷２の照明光源４に供給される。なお、出力素子５ａ及び定電流素子６ａがオンしているため、整流素子２２には、逆電圧が印加される。整流素子２２には、電流は流れない。

【0056】

出力電圧ＶＯＵＴが所定電圧に達すると、照明光源４に出力電流ＩＯＵＴが流れ、照明光源４が点灯する。このとき、出力素子５ａ、定電流素子６ａ、インダクタ２３、出力コンデンサ２８及び照明光源４の経路で電流が流れる。例えば、照明光源４がＬＥＤの場合、この所定電圧は、ＬＥＤの順方向電圧であり、照明光源４に応じて定まる。また、照明光源４が消灯した場合、出力電流ＩＯＵＴが流れないため、出力コンデンサ２８は、出力電圧ＶＯＵＴの値を保持する。

【0057】

トランジスタ５２は、出力電圧ＶＯＵＴの上昇によりオンする。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１に入力される直流電圧が、出力電圧ＶＯＵＴと比較して十分に高い、すなわち入出力間の電位差（所定量）ΔＶが十分に大きいため、抵抗５３、トランジスタ５１、可変抵抗２７ｂの経路で電流が流れる。トランジスタ５１のエミッタ電圧は、トランジスタ５２のエミッタ電圧とほぼ等しくなるように、電流が抵抗５３を流れる。その結果、定電流素子６ａは、オンを維持する。したがって、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の入出力間の電位差ΔＶが大きいときは、消灯回路５０ａは、定電流素子６ａを、オンの状態に制御する。

【0058】

また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の入出力間の電位差ΔＶが十分に大きいため、インダクタ２３を流れる電流は増加していく。帰還巻き線２４は、インダクタ２３と磁気結合しているため、帰還巻き線２４には、結合コンデンサ２５側を高電位とする極性の起電力が誘起される。そのため、出力素子５ａのゲートには、結合コンデンサ２５を介してソースに対して正の電位が供給され、出力素子５ａはオンの状態を維持する。

【0059】

ＦＥＴで構成された定電流素子６ａを流れる電流が上限値を超えると、定電流素子６ａのドレイン・ソース間電圧は、急激に上昇する。そのため、出力素子５ａのゲート・ソース間電圧がしきい値電圧よりも低くなり、出力素子５ａはオフする。なお、上限値は、定電流素子６ａの飽和電流値であり、分割抵抗２６、２７から定電流素子６ａのゲートに入力される電位により規定される。なお、上記のとおり、定電流素子６ａのゲート電位は、ソースに対して負電位のため、飽和電流値を適正値に制限することができる。

【0060】

インダクタ２３は、整流素子２２、出力コンデンサ２８及び照明負荷２、インダクタ２３の経路で電流を流し続ける。このとき、インダクタ２３は、エネルギーを放出するため、インダクタ２３の電流は、減少していく。そのため、帰還巻き線２４には、結合コンデンサ２５側を低電位とする極性の起電力が誘起される。出力素子５ａのゲートには、結合コンデンサ２５を介してソースに対して負の電位が供給され、出力素子５ａはオフの状態を維持する。

【0061】

インダクタ２３に蓄積されていたエネルギーがゼロになると、インダクタ２３を流れる電流はゼロになる。帰還巻き線２４に誘起される起電力の方向が再び反転し、結合コンデンサ２５側を高電位とするような起電力が誘起される。これにより、出力素子５ａのゲートにソースよりも高い電位が供給され、出力素子５ａがオンする。これにより、上記の出力電圧ＶＯＵＴが所定電圧に達した状態に戻る。

【0062】

以後、上記の動作を繰り返す。これにより、出力素子５ａのオン及びオフへの切替が自動的に繰り返されて、照明光源４には電源電圧ＶＩＮを降下した出力電圧ＶＯＵＴが供給される。このとき出力素子５ａは、オンの状態とオフの状態とを繰り返すスイッチング動作をしている（図３（ｄ））。また、照明光源４に供給される電流は、定電流素子６ａにより上限値の制限された定電流となる。そのため、照明光源４を安定に点灯させることができる。

【0063】

調光器８の調光度が１００％よりも小さい値に設定され、入力される交流電圧が位相制御されて伝達される場合、すなわちＤＣ−ＤＣコンバータ１１に高い直流電圧が入力される場合についても、出力素子５ａが発振を継続でき、消灯回路５０ａにおけるトランジスタ５１がオンしている場合は、上記と同様である。調光器８の調光度に応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１に入力される直流電圧の値が変化して、出力電流ＩＯＵＴの平均値を制御することができる。したがって、調光度に応じて、照明負荷２の照明光源４を調光することができる。

【0064】

なお、消灯回路５０ａにおけるトランジスタ５１はオンしているため、抵抗２７ｂの両端の電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１に入力される直流電圧の値に応じて変化する。したがって、定電流素子６ａの定電流値は、ＤＣ−ＤＣコンバータに入力される直流電圧に応じて制御することができる。

【0065】

また、消灯回路５０ａにおけるトランジスタ５１がオンを維持したまま、調光器８の調光度がさらに小さい値に設定される場合、すなわちＤＣ−ＤＣコンバータ１１に入力される直流電圧がさらに低い場合、出力素子５ａがオンしてもインダクタ２３の両端の電位差が小さいため、インダクタ２３を流れる電流が増加することができない。したがって、出力素子５ａは、オフの状態にならず、一定の直流電流を出力する。この場合、出力素子５ａは、オンの状態を継続するオン継続動作をしている（図３（ａ））。

【0066】

また、調光器８の調光度がさらに小さい値に設定され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１に入力される直流電圧ＶＯＵＴと出力電圧ＶＯＵＴとの電位差ΔＶが規定値よりも低くなると、定電流素子６ａはオフする。その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１は動作を停止する。照明負荷２は消灯する。

【0067】

このように、本実施形態においては、調光器の調光度に応じて、ノーマリオン形の出力素子がオンの状態とオフの状態とを繰り返すスイッチング動作をして発振し、またはオンの状態を継続して直流電流を出力する。その結果、出力電流を最大値からゼロまで連続的に変化させることができる。また、照明装置における照明負荷をスムーズに消灯させることができる。

【0068】

また、本実施形態においては、消灯回路５０ａは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１に入力される直流電圧と出力電圧ＶＯＵＴとの電位差ΔＶを所定量として動作する。所定量が規定値以下になると、消灯回路５０ａは、定電流素子６ａをオフさせるため、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１を含む照明用電源３ａは動作を停止して、照明負荷２を消灯させる。ＤＣ−ＤＣコンバータ１１に入力される直流電圧が、照明負荷２を点灯させるのに十分大きい状態から消灯させる設定が可能となり、その結果、調光器８や電源電圧ＶＩＮの変動などにより位相制御された交流電圧ＶＣＴの波高値が変化して、照明負荷２の消灯状態が不安定になることを防止することができる。

【0069】

例えば、調光器８の調光度を下げて照明負荷２を消灯させた場合、電源電圧ＶＩＮと出力電圧ＶＯＵＴとの関係だけで点灯状態になるか消灯状態になるかが決まっていた場合、調光器８や電源電圧ＶＩＮの変動により、照明負荷２の消灯状態が不安定になり、再度点灯したり、点灯状態と消灯状態とを不規則に繰り返す場合がある。
例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１に入力される直流電圧が照明負荷２を安定に点灯させることが可能な状態から制御により消灯状態にすることにより、調光器８や電源電圧ＶＩＮの変動による点灯状態と消灯状態の繰り返しやちらつきなどを抑制することも可能である。しかし、そのためには、回路構成が複雑化し回路規模が大きくなる。

【0070】

これに対して、本実施形態においては、消灯回路５０ａが、所定量が規定値以下のときに、定電流素子をオフさせるため、簡易な構成で安定に消灯させることができる。

【0071】

以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明したが、それらに限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

【0072】

例えば、出力素子５、５ａ及び定電流素子６、６ａはＧａＮ系ＨＥＭＴには限定されない。例えば、半導体基板に炭化珪素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）やダイヤモンドのようなワイドバンドギャップを有する半導体（ワイドバンドギャップ半導体）を用いて形成した半導体素子でもよい。ここで、ワイドバンドギャップ半導体とは、バンドギャップが約１．４ｅＶのヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）よりもバンドギャップの広い半導体をいう。例えば、バンドギャップが１．５ｅＶ以上の半導体、リン化ガリウム（ＧａＰ、バンドギャップ約２．３ｅＶ）、窒化ガリウム（ＧａＮ、バンドギャップ約３．４ｅＶ）、ダイヤモンド（Ｃ、バンドギャップ約５．２７ｅＶ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ、バンドギャップ約５．９ｅＶ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などが含まれる。このようなワイドバンドギャップ半導体素子は、耐圧を等しくする場合、シリコン半導体素子よりも小さくできるために寄生容量が小さく、高速動作が可能なため、スイッチング周期を短くすることができ、巻線部品やコンデンサなどの小形化が可能となる。

【0073】

また、照明光源４はＬＥＤに限らず、ＥＬやＯＬＥＤなどでもよく、照明負荷２には、複数個の照明光源４が直列又は並列に接続されていてもよい。

【0074】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0075】

１、１ａ…照明装置、 ２…照明負荷、 ３、３ａ…照明用電源、 ４…照明光源、 ５、５ａ…出力素子、 ６、６ａ…定電流素子、 ７…電源（直流電源）、 ８…調光器、 ９…整流回路、 ９ａ…高電位端子、 ９ｂ…低電位端子、 １１…ＤＣ−ＤＣコンバータ、 １２…トライアック、 １３…位相回路、 １４…ダイアック、 １５、２７ｂ…可変抵抗、 １６、５５…コンデンサ、 １８、２０…チョークコイル、 ２２…整流素子、 ２３…インダクタ、 ２４…帰還巻き線（駆動素子）、 ２５…結合コンデンサ、 ２６、２６ａ、２７…分割抵抗、 ２７ａ、２７ｂ…抵抗、 ２８…出力コンデンサ、 ３０…高電位出力端子、 ３１…低電位出力端子、 ４０…平滑コンデンサ、 ５０、５０ａ…消灯回路、 ５１、５２…トランジスタ、 ５３、５４…抵抗、 ７０…駆動素子、 ７６…交流電源、 ７７、７８…入力端子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】