特許 6249167 ＬＥＤ点灯装置及びＬＥＤ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】6249167

(24)【登録日】2017年12月1日

(45)【発行日】2017年12月20日

(54)【発明の名称】ＬＥＤ点灯装置及びＬＥＤ照明装置

(51)【国際特許分類】

   H05B 37/02 20060101AFI20171211BHJP

   H02M 3/28 20060101ALI20171211BHJP

   H01L 33/00 20100101ALI20171211BHJP

【ＦＩ】

   H05B37/02 J

   H02M3/28 X

   H01L33/00 J

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-48270(P2014-48270)

(22)【出願日】2014年3月12日

(65)【公開番号】特開2015-173043(P2015-173043A)

(43)【公開日】2015年10月1日

【審査請求日】2017年2月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000192

【氏名又は名称】岩崎電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100160967

【弁理士】

【氏名又は名称】▲濱▼口 岳久

(72)【発明者】

【氏名】山崎 祐哉

(72)【発明者】

【氏名】白木 知広

(72)【発明者】

【氏名】岩館 秀明

(72)【発明者】

【氏名】野月 伸一

【審査官】 田中 友章

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２８７４９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０３０３９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１２９１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／００１８２６１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｂ ３７／０２

Ｈ０１Ｌ ３３／００

Ｈ０２Ｍ ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＬＥＤ点灯装置であって、
一次側回路のスイッチング素子を駆動して二次側回路の出力電圧をＬＥＤに印加する絶縁型の直流電源回路と、
前記二次側回路と同じ基準電位を有し、前記二次側回路の出力状態を検出する検出回路と、
前記二次側回路と同じ基準電位を有し、前記検出回路によって検出された検出値に基づいて前記スイッチング素子の駆動状態を決定するための二次側制御回路と、
前記二次側回路と同じ基準電位を有し、前記スイッチング素子の駆動に応じて生成される電圧から第１の電圧を生成し、該第１の電圧を前記二次側制御回路に制御電圧として供給する二次側補助電源回路と、
前記二次側回路の出力電圧から第２の電圧を生成し、該第２の電圧を前記制御電圧に重畳するように構成された電圧補充回路と
を備えたＬＥＤ点灯装置。

【請求項2】

請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置において、前記電圧補充回路が、前記二次側回路の高電位側出力端に接続された抵抗素子と、該抵抗素子に直列接続されるとともにアノードが前記二次側回路の基準電位端に接続されたツェナーダイオードと、アノードが前記ツェナーダイオードのカソードに接続されるとともにカソードが前記二次側補助電源回路の正極端に接続されたダイオードとを備える、ＬＥＤ点灯装置。

【請求項3】

請求項２に記載のＬＥＤ点灯装置において、前記電圧補充回路が、前記高電位側出力端と前記二次側補助電源回路の正極端の間の電圧を検出する電圧検出部と、前記抵抗素子と前記ツェナーダイオードのカソード及び前記ダイオードのアノードとの間に挿入されたスイッチ素子とを更に含み、前記電圧検出部によって検出された電圧が所定値を超える場合に前記スイッチ素子が導通するように構成されたＬＥＤ点灯装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一項に記載のＬＥＤ点灯装置において、前記直流電源回路がトランスを有するフライバックコンバータからなり、前記トランスの一次主巻線に前記一次側回路が接続され、前記トランスの二次主巻線に前記二次側回路が接続され、前記トランスの補助巻線に前記二次側補助電源回路が接続されたＬＥＤ点灯装置。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一項に記載のＬＥＤ点灯装置と、前記ＬＥＤとを備えたＬＥＤ照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はＬＥＤ点灯装置及びそれを用いたＬＥＤ照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、絶縁型のスイッチング電源回路及び過負荷保護手段を備えた電源装置を開示する。この電源装置は、交流を直流に変換する変換部と、変換部からトランスの一次側に供給される直流をスイッチングするスイッチング素子と、トランスの二次側に設けられるＬＥＤ等の負荷の過負荷状態を検出する過負荷検出部と、過負荷検出部で過負荷状態を検出した場合にスイッチング素子の動作を停止させるとともに停止状態を保持する過負荷保護部を備える。また、上記電源装置は、トランスの補助巻線から供給される電圧を用いて直流電圧を生成するレギュレータ部と、レギュレータ部で生成された直流電流によって動作し、ＬＥＤの電流及び電圧に応じてフィードバック制御信号を制御する定電流定電圧制御部を備える。そして、過負荷保護部は、定電流定電圧制御部からの信号に基づいてＬＥＤの過電圧等の過負荷状態を検出した場合に、スイッチング素子の動作を停止させ、その状態をラッチする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−５７３３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の構成では、ラッチ型の保護回路が採用されているため、過負荷時の保護動作においてはＬＥＤへの出力停止が保持される。このような構成においては、過負荷が解消した場合にＬＥＤの点灯が自動復帰しないため、過負荷解消後の再点灯にはユーザによる交流電源（商用電源）の再投入が必要となる。しかし、照明装置の本来的な機能である投光機能は、過負荷状態の解消時に即座に確保されることが望ましい。したがって、過負荷解消時に自動で点灯復帰させるためにも、保護状態においては装置の出力動作の停止状態をラッチするのではなく、出力動作を間欠的にでも継続させておくことが好ましい。

【0005】

ところで、同文献のように、絶縁型の電源回路においては、一次側回路と基準電位が異なる二次側回路の制御電圧の生成には、一般にトランスの補助巻線から供給される電圧が利用される。このような制御電源回路においては、ＬＥＤが断線又は取り外された無負荷状態にトランス一次側のスイッチング素子が間欠駆動すると、トランス補助巻線に発生する電力が低下し、二次側回路の制御部（定電流定電圧制御部）に十分な制御電圧が供給されない状態が起こり得る。そして、この不十分な制御電圧に起因して不安定な制御状態がもたらされ、本来であれば定電圧制御の機能により上限設定値に維持されるべきトランスの二次出力電圧がその上限設定値を超えて上昇する可能性がある。このような状態は、装置を構成する回路部品の故障の原因となり、装置の信頼性が低下する。

【0006】

そこで、本発明は、絶縁型の直流電源回路を有するＬＥＤ点灯装置において、無負荷等の軽負荷時に直流電源回路のスイッチング素子が間欠駆動状態となった場合においても、安定して二次側回路の制御電圧が得られる構成を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のＬＥＤ点灯装置は、一次側回路のスイッチング素子を駆動して二次側回路の出力電圧をＬＥＤに印加する絶縁型の直流電源回路と、二次側回路と同じ基準電位を有し、二次側回路の出力状態を検出する検出回路と、二次側回路と同じ基準電位を有し、検出回路によって検出された検出値に基づいてスイッチング素子の駆動状態を決定するための二次側制御回路と、二次側回路と同じ基準電位を有し、スイッチング素子の駆動に応じて生成される電圧から第１の電圧を生成し、第１の電圧を二次側制御回路に制御電圧として供給する二次側補助電源回路と、二次側回路の出力電圧から第２の電圧を生成し、第２の電圧を制御電圧に重畳するように構成された電圧補充回路を備える。

【0008】

本発明のＬＥＤ点灯装置によると、電圧補充回路が、二次側回路の出力電圧から第２の電圧を生成してそれを二次側制御回路の制御電圧に重畳する構成としたので、無負荷等の軽負荷時に、絶縁型直流電源回路の一次側回路のスイッチング素子が間欠駆動状態となった場合においても、安定して二次側制御回路の制御電圧が得られる。

【0009】

ここで、電圧補充回路は、二次側回路の高電位側出力端に接続された抵抗素子と、抵抗素子に直列接続されるとともにアノードが二次側回路の基準電位端に接続されたツェナーダイオードと、アノードがツェナーダイオードのカソードに接続されるとともにカソードが二次側補助電源回路の正極端に接続されたダイオードとを備える。これにより、無負荷時等の軽負荷時においても確実に給電可能な電圧補充回路が少ない部品点数で構成され、ＬＥＤ点灯装置の小型・低コスト化が可能となる。

【0010】

さらに、電圧補充回路は、高電位側出力端と二次側補助電源回路の正極端の間の電圧を検出する電圧検出部と、抵抗素子とツェナーダイオードのカソード及びダイオードのアノードとの間に挿入されたスイッチ素子とを更に含み、電圧検出部によって検出された電圧が所定値を超える場合にスイッチ素子が導通するように構成してもよい。これにより、無負荷時等の軽負荷時にのみ、二次側回路の出力電圧から電圧補充回路への通電経路が形成されるので、電圧補充回路における損失が軽減される。

【0011】

また、直流電源回路がトランスを有するフライバックコンバータからなり、トランスの一次主巻線に一次側回路が接続され、トランスの二次主巻線に二次側回路が接続され、トランスの補助巻線に二次側補助電源回路が接続される構成とすることができる。これにより、簡素な構成でＬＥＤ点灯装置が形成され、その小型化及び低コスト化が可能となる。

【0012】

本発明のＬＥＤ照明装置は、上記のＬＥＤ点灯装置とＬＥＤを備える。上記の各効果を有するＬＥＤ点灯装置が搭載されるので、ＬＥＤ照明装置の信頼性向上、小型・低コスト化等が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の第１の実施形態によるＬＥＤ点灯装置を含むＬＥＤ照明装置の回路構成図である。

【図2】比較例によるＬＥＤ点灯装置の動作を説明する図である。

【図3】第１の実施形態によるＬＥＤ点灯装置の動作の一例を説明する図である。

【図4】第１の実施形態によるＬＥＤ点灯装置の動作の他の例を説明する図である。

【図5】本発明の第２の実施形態によるＬＥＤ点灯装置の電圧補充回路を示す回路構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

実施形態１．
図１に、本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤ点灯装置１００及びそれを用いたＬＥＤ照明装置１５０の回路構成図を示す。ＬＥＤ照明装置１５０はＬＥＤ点灯装置１００及びＬＥＤモジュール５０を含む。交流電源ＡＣからの入力電圧がＬＥＤ点灯装置１００の入力端子Ｔ１及びＴ２に入力され、ＬＥＤ点灯装置１００の出力端子Ｔ３及びＴ４からの直流出力が配線Ｗ１及びＷ２を介してＬＥＤモジュール５０の端子Ｔ５及びＴ６に供給される。

【0015】

ＬＥＤモジュール５０は、端子Ｔ５と端子Ｔ６間に直列接続された複数のＬＥＤからなるＬＥＤアレイを含む。ＬＥＤアレイのアノード端は入力端子Ｔ５及び配線Ｗ１を介してＬＥＤ点灯装置１００の高電位側出力端子Ｔ３に接続され、ＬＥＤアレイのアノード端は入力端子Ｔ６及び配線Ｗ２を介して低電位側出力端子Ｔ４に接続される。なお、ＬＥＤ点灯装置１００とＬＥＤモジュール５０とは、１つの筐体において一体化されていてもよいし、２つの筐体において別体として構成されていてもよい。

【0016】

ＬＥＤ点灯装置１００は、入力回路２００、直流電源回路３００、検出回路４００、一次側補助電源回路５００、二次側補助電源回路６００、一次側制御回路７００、二次側制御回路８００、及び電圧補充回路９００を備える。なお、本明細書における説明において、各回路素子が上記のどの回路に属するかは便宜的なものであり、本発明を拘束するものではない。

【0017】

入力回路２００は、電流ヒューズ１及び２、ダイオードブリッジ３、コンデンサ４、並びに必要に応じてノイズフィルタを備える。入力回路２００には交流電源ＡＣ（例えば商用電源）からの交流電圧が入力され、ダイオードブリッジ３による全波整流出力が直流電源回路３００に入力される。なお、入力電源が直流電源である場合にはダイオードブリッジ３は不要である。

【0018】

直流電源回路３００は絶縁型フライバックコンバータからなり、力率改善機能を持つ、いわゆるワンコンバータ方式のフライバック降圧回路を構成する。直流電源回路３００は、スイッチング素子５、トランス６、抵抗７、ダイオード８、及び電解コンデンサ９を含む。電解コンデンサ９の正電極端子が直流電源回路３００の高電位側出力端となり、負電極端子が基準電位端、すなわちグランドとなる。直流電源回路３００において、スイッチング素子５、トランス６の一次主巻線６ａ及び抵抗７が一次側回路を構成し、トランス６の二次主巻線６ｂ、ダイオード８及び電解コンデンサ９が二次側回路を構成する。

【0019】

直流電源回路３００において、スイッチング素子５のオン期間にトランス６の一次主巻線６ａによってエネルギーが蓄積され、スイッチング素子５のオフ期間にそのエネルギーがトランス６の二次主巻線６ｂ側からダイオード８を介して電解コンデンサ９に充電される。降圧比は一次主巻線６ａに対する二次主巻線６ｂの巻数比によって決まり、出力電流はスイッチング素子５のＰＷＭ制御におけるオンデューティ（オン幅）によって決まる。スイッチング素子５は、スイッチング制御ＩＣ１０によって駆動され、スイッチング制御ＩＣ１０は、抵抗７によって検出されるスイッチング素子６の電流を参照して駆動状態を適宜調整する。なお、以降の説明において、直流電源回路３００の出力電圧を「出力電圧ＶＬ」といい、直流電源回路３００の出力電流を「出力電流ＩＬ」という。

【0020】

検出回路４００は、分圧抵抗１１、１２及び１３からなる電圧検出回路と、電流検出抵抗１４からなる電流検出回路を含む。検出回路４００は直流電源回路３００の二次側回路と同じ基準電位を有する。分圧抵抗１１、１２及び１３は直流電源回路３００の電解コンデンサ９に並列接続された分圧抵抗回路からなり、出力電圧ＶＬに比例した電圧が分圧抵抗１３に発生する。電流検出抵抗１４はグランドと低電位側出力端子Ｔ４の間に挿入された低抵抗素子からなり、出力電流ＩＬに比例した電圧が電流検出抵抗１４に発生する。

【0021】

一次側補助電源回路５００は、トランス６の一次側補助巻線６ｃ、ダイオード１５、コンデンサ１６、トランジスタ１７、抵抗１８、ツェナーダイオード１９、及びコンデンサ２０を含む。一次側補助電源回路５００の基準電位は直流電源回路３００の一次側回路の基準電位（ダイオードブリッジ３の共通アノード端の電位）と同じである。一次側補助巻線６ｃの巻き方向は二次主巻線６ｂの巻き方向と同じであり、二次主巻線６ｂに対する一次側補助巻線６ｃの巻数比に応じた電圧が一次側補助巻線６ｃに発生する。一次側補助巻線６ｃに発生する電圧はダイオード１５及びコンデンサ１６によって整流及び平滑され、この平滑された電圧が、トランジスタ１７、抵抗１８及びツェナーダイオード１９によって構成されたシリーズレギュレータで降圧される。この降圧された電圧がコンデンサ２０によって平滑されて一次側補助電源回路５００の出力電圧となる。このように、一次側補助電源回路５００は、スイッチング素子５の駆動パルスごとに生成される電圧を平滑してスイッチング制御ＩＣ１０に制御電圧を供給する。

【0022】

二次側補助電源回路６００は、トランス６の二次側補助巻線６ｄ、ダイオード２１、コンデンサ２２、トランジスタ２３、抵抗２４、ツェナーダイオード２５、ダイオード２６、及びコンデンサ２７を含む。二次側補助電源回路６００は直流電源回路３００の二次側回路と同じ基準電位を有する。二次側補助巻線６ｄの巻き方向は一次主巻線６ａの巻き方向と同じであり、一次主巻線６ａに対する二次側補助巻線６ｄの巻数比に応じた電圧が二次側補助巻線６ｄに発生する。二次側補助巻線６ｄに発生する電圧はダイオード２１及びコンデンサ２２によって整流及び平滑され、この平滑された電圧が、トランジスタ２３、抵抗２４及びツェナーダイオード２５によって構成されたシリーズレギュレータで降圧される。この降圧された電圧（以下、「駆動系補助電圧」という）がダイオード２６を介してコンデンサ２７によって平滑され、二次側補助電源回路６００の出力（以下、「二次側制御電圧Ｖｃｃ」という）となる。

【0023】

一次側制御回路７００は、スイッチング制御ＩＣ１０及びフォトカプラ２８（フォトトランジスタの部分）を含む。一次側制御回路７００は直流電源回路３００の一次側回路と同じ基準電位を有する。スイッチング制御ＩＣ１０は、フォトカプラ２８のフォトトランジスタの出力状態に基づくオン幅でスイッチング素子５をＰＷＭ制御する。フォトカプラ２８の出力状態は二次側制御回路８００によって決定される。なお、スイッチング制御ＩＣ１０には、必要に応じて周辺回路部品が接続されていてもよい。

【0024】

二次側制御回路８００は、オペアンプ２９及び３０、抵抗３１、シャントレギュレータ３２、抵抗３３、３４、３５及び３６、ダイオード３７及び３８、抵抗３９及び４０、並びにフォトカプラ２８（フォトダイオードの部分）を含む。二次側制御回路８００は直流電源回路３００の二次側回路と同じ基準電位を有する。概略として、オペアンプ２９は出力電圧ＶＬを一定化させる機能を担う定電圧制御用のオペアンプであり、オペアンプ３０は出力電流ＩＬを一定化させる機能を担う定電流制御用のオペアンプである。そして、直流電源回路３００の出力状態に応じて、定電圧制御及び定電流制御の一方がダイオード３７及び３８からなるダイオードＯＲ回路によって選択され、フォトカプラ２８の入力状態が決定される。すなわち、スイッチング素子５は、二次側制御回路８００による定電流制御又は定電圧制御のいずれか一方を行うように一次側制御回路７００によってＰＷＭ制御される。

【0025】

定電圧制御用のオペアンプ２９は二次側制御電圧Ｖｃｃの給電により動作する。オペアンプ２９の負入力端子（−）には電圧検出回路によって検出された電圧検出値が入力され、正入力端子（＋）には出力電圧ＶＬの目標値に対応する電圧基準値Ｖｒｅｆ１が入力される。電圧基準値Ｖｒｅｆ１は、シャントレギュレータ３２により安定化された電圧を抵抗３３及び３４で分圧して得られる電圧である。なお、オペアンプ２９の負入力端子と出力端子間には不図示の帰還素子（抵抗、コンデンサ、又はこれらの直列回路若しくは並列回路）が接続されるものとする。オペアンプ２９は、負入力端子に入力される電圧検出値と、正入力端子に入力される電圧基準値Ｖｒｅｆ１との誤差を増幅して出力する。言い換えると、ダイオード３７がオンされて定電圧制御が選択されている場合には、オペアンプ２９は電圧検出値が電圧基準値Ｖｒｅｆ１に一致するようにＰＷＭ制御におけるオン幅を決定することになる。

【0026】

定電流制御用のオペアンプ３０も二次側制御電圧Ｖｃｃの給電により動作する。オペアンプ２９及び３０は同一のＩＣに内蔵されたオペアンプで構成することができる。オペアンプ３０の負入力端子（−）には電流検出回路によって検出された電流検出値が入力され、正入力端子（＋）には出力電流ＩＬの目標値に対応する電流基準値Ｖｒｅｆ２が入力される。電流基準値Ｖｒｅｆ２は、シャントレギュレータ３２により安定化された電圧を抵抗３５及び３６で分圧して得られる電圧値である。なお、オペアンプ３０の負入力端子と出力端子間にも不図示の帰還素子が接続されるものとする。オペアンプ３０は、負入力端子に入力される電流検出値と、正入力端子に入力される電流基準値Ｖｒｅｆ２との誤差を増幅して出力する。言い換えると、ダイオード３８がオンされて定電流制御が選択されている場合には、オペアンプ３０は電流検出値が電流基準値Ｖｒｅｆ２に一致するようにＰＷＭ制御におけるオン幅を決定することになる。

【0027】

ダイオード３７及び３８からなるダイオードＯＲ回路は、定電流制御用のオペアンプ２９の出力端子電圧又は定電圧制御用のオペアンプ３０の出力端子電圧のいずれか低い方に対してオンする。ダイオードＯＲ回路の共通アノードはフォトカプラ２８のフォトダイオードのカソード側に接続される。フォトカプラ２８のフォトダイオードのアノードはシャントレギュレータ３２の出力に抵抗３９を介して接続され、フォトダイオードに抵抗４０が並列接続される。なお、抵抗３９はフォトダイオードのカソード側に挿入されていてもよい。フォトカプラ２８のフォトトランジスタには、フォトダイオードに流れる電流（発光）に応じた出力電流が流れる。前述したように、スイッチング制御ＩＣ１０はフォトカプラ２８のフォトトランジスタの出力状態に応じたパルス幅のＰＷＭ駆動信号を生成し、それをスイッチング素子５のゲート電圧として出力する。

【0028】

ここで、ＬＥＤモジュール５０が正常な場合の動作（以下、「通常動作」という）を説明する。通常動作においては、基本的には、ダイオードＯＲ回路によってオペアンプ３０の動作が選択されて定電流制御が行われる。本実施形態においては、電流検出値が電流基準値Ｖｒｅｆ２よりも小さいと、オペアンプ３０の出力端子電圧はハイ側に振れ、フォトカプラ２８のフォトダイオードに流れる電流が減少するとともにフォトトランジスタからの出力電流も減少する。一方、電流検出値が電流基準値Ｖｒｅｆ２よりも大きいと、オペアンプ３０の出力端子電圧はロー側に振れ、フォトカプラ２８のフォトダイオードに流れる電流が増加するとともにフォトトランジスタからの出力電流も増加する。スイッチング制御ＩＣ１０はフォトトランジスタの出力電流の減少に対してＰＷＭ制御のパルス幅を増加させるように構成されているものとする。

【0029】

したがって、電流検出値が電流基準値Ｖｒｅｆ２よりも小さいと、オペアンプ３０はスイッチング素子５のＰＷＭ制御のパルス幅を増加させる方向、すなわち出力電流ＩＬを増大させる方向に作用する。逆に、電流検出値が電流基準値Ｖｒｅｆ２よりも大きいと、オペアンプ３０はスイッチング素子５のＰＷＭ制御のパルス幅を減少させる方向、すなわち出力電流ＩＬを低下させる方向に作用する。これにより、通常点灯動作時には出力電流ＩＬのフィードバックによる定電流制御が行われる。

【0030】

また、ＬＥＤモジュール５０が取り外され、又はＬＥＤモジュール５０を構成するＬＥＤ素子が断線してＬＥＤ点灯装置１００が無負荷状態となった場合の動作を説明する。無負荷時には電流検出抵抗１４に電流は流れない。したがって、仮に上記の定電流制御がそのまま行われたとすると、定電流制御用のオペアンプ３０の作用により、スイッチング素子５のＰＷＭ幅は最大となり、出力電圧ＶＬも大幅に増大することになる。したがって、無負荷時には、ダイオードＯＲ回路によって定電圧制御用のオペアンプ２９の動作が選択されて出力電圧ＶＬが（電圧基準値Ｖｒｅｆ１に対応する）リミッタ電圧で一定となるように定電圧制御が行われる。

【0031】

本実施形態では、電圧検出値が電圧基準値Ｖｒｅｆ１よりも小さいと、オペアンプ２９の出力端子電圧はハイ側に振れ、フォトカプラ２８のフォトダイオードに流れる電流が減少するとともにフォトトランジスタからの出力電流も減少する。一方、電圧検出値が電圧基準値Ｖｒｅｆ１よりも大きいと、オペアンプ２９の出力端子電圧はロー側に振れ、フォトカプラ２８のフォトダイオードに流れる電流が増加するとともにフォトトランジスタからの出力電流も増加する。

【0032】

したがって、定電流制御の場合と同様に、電圧検出値が電圧基準値Ｖｒｅｆ１よりも小さいと、オペアンプ２９はスイッチング素子５のＰＷＭ制御のパルス幅を増加させる方向、すなわち出力電圧ＶＬを増大させる方向に作用する。逆に、電圧検出値が電圧基準値Ｖｒｅｆ１よりも大きいと、オペアンプ２９はスイッチング素子５のＰＷＭ制御のパルス幅を減少させる方向、すなわち出力電圧ＶＬを低下させる方向に作用する。これにより、無負荷時には出力電圧ＶＬのフィードバックによる定電圧制御が行われ、オペアンプ２９は無負荷状態（場合によっては通常動作状態）における出力電圧ＶＬのリミッタとして機能する。

【0033】

電圧補充回路９００は、抵抗４１及び４２、ツェナーダイオード４３、並びにダイオード４４を含む。抵抗４１及び４２は直流電源回路３００の高電位側出力端に接続される。ツェナーダイオード４３は抵抗４１及び４２に直列接続され、そのカソードが抵抗４２に接続され、アノードがグランドに接続される。ダイオード４４は、そのアノードがツェナーダイオード４３のカソードに接続されるとともにカソードが二次側補助電源回路６００の正極端（ダイオード２６のカソードとコンデンサ２７の接続点）に接続される。詳細を後述するように、電圧補充回路９００は、抵抗４１及び４２を介して得られる電圧（以下、「出力系補助電圧」という）を二次側制御電圧Ｖｃｃに重畳して二次側制御回路８００に供給するように構成される。

【0034】

ここで、上記の無負荷時等の軽負荷時の動作について再度検討する。上述した無負荷状態におけるオペアンプ２９による出力電圧リミッタとしての機能は、当然に二次側制御電圧Ｖｃｃがオペアンプ２９及び３０の動作停止電圧よりも高い場合、すなわちオペアンプ２９及び３０が動作している場合に発揮される。更には、シャントレギュレータ３２を介して抵抗３５〜３８、３９及び４０並びにフォトカプラ２８が適切に給電される必要がある。ところで、スイッチング素子５が間欠駆動状態となると、トランス６の二次側補助巻線６ｄから二次側補助電源回路６００に供給される電力が低下し、これにより駆動系補助電圧が低下して二次側制御電圧Ｖｃｃが低下する。二次側制御電圧Ｖｃｃの低下は、オペアンプ２９及び３０、フォトカプラ２８、シャントレギュレータ３２を介した抵抗３３、３４、３５及び３６、抵抗３９及び４０等による電力消費によってもたらされる。更に、外部調光に対応するための回路、付加機能のためのマイクロコンピュータ等が設けられて、これらが二次側制御電圧Ｖｃｃから給電される場合には、二次側制御電圧Ｖｃｃの低下は一層速くなる。したがって、スイッチング素子５が間欠駆動される状態においても二次側制御電圧Ｖｃｃが確保されて二次側制御回路８００内の各回路が正常に動作することが必要となる。

【0035】

図２に、ＬＥＤ点灯装置１００から電圧補充回路９００を除いた回路構成（比較例）において無負荷状態が発生した場合の二次側制御電圧Ｖｃｃ及び出力電圧ＶＬを示す。横軸は時間であり、縦軸は電圧である。概略として、点Ａの時点で無負荷状態が発生し、その後、二次側制御電圧Ｖｃｃは上昇と低下を繰り返し（本例では、この繰返しの１サイクルが１００ｍｓ程度である）、この繰返しに応じて出力電圧ＶＬが徐々に上昇していく。

【0036】

詳細には、点Ａの時点で無負荷状態が発生すると、上述した二次側制御回路８００及び一次側制御回路７００の作用により出力電圧ＶＬがリミッタ電圧に達し、スイッチング素子５の駆動が停止される。スイッチング素子５が停止されることにより、駆動系補助電圧の生成が停止して二次側制御電圧Ｖｃｃが低下するとともに、出力電圧ＶＬがわずかに減少していく。

【0037】

点Ｂの時点で、二次側制御電圧Ｖｃｃがオペアンプ２９及び３０の動作停止電圧以下となると、オペアンプ２９及び３０は動作を停止してそれぞれの出力端をオープン状態とする。これにより、フォトカプラ２８のフォトダイオードに流れる電流及びフォトトランジスタから出力される電流が減少するので、一次側制御回路７００は、スイッチング素子５を最大オンデューティで再駆動させ、すなわち出力電圧ＶＬを最大出力で増大させるように作用する。なお、スイッチング素子５が「駆動する」とは、スイッチング素子５がオン・オフを反復していることをいうものとする。これにより、点Ｂの時点で出力電圧ＶＬが上昇するとともに、駆動系補助電圧が得られて二次側制御電圧Ｖｃｃが瞬時に上昇する。二次側制御電圧Ｖｃｃがオペアンプ２９及び３０の動作停止電圧を超えると、オペアンプ２９及び３０が再起動し、二次側制御回路８００の定電圧制御が再開されるが、この定電圧制御は長くは継続されない。

【0038】

点Ｂの直後の点Ｃの時点で、オペアンプ２９において既に電圧検出値が電圧基準値Ｖｒｅｆ１よりも高いために、出力電圧ＶＬをリミッタ電圧に維持する二次側制御回路８００の定電圧制御に応じて一次側制御回路７００は再びスイッチング素子５の駆動を停止する。言い換えると、点Ｂから点Ｃの時点まではスイッチング素子５が駆動されるので、出力電圧ＶＬは点Ｂにおける電圧から上昇する。一方、点Ｃ以降は、二次側制御電圧Ｖｃｃは点Ａ〜点Ｂと同様に降下する。その後、点Ｄの時点で点Ｂの時点と同様の動作が起こる。このように、点Ｂ〜点Ｄで示す動作が繰り返されることにより、無負荷期間中には、出力電圧ＶＬが上昇していくことになる。

【0039】

図３に、電圧補充回路９００を備えた本実施形態のＬＥＤ点灯装置１００における無負荷時の動作の一例を示す。図２と同様に、横軸は時間であり、縦軸は電圧である。概略として、点Ａの時点で無負荷状態が発生し、その後、二次側制御電圧Ｖｃｃは上昇と低下を繰り返すが（本例では、繰返しの１サイクルが５０ｍｓ程度である）、出力電圧ＶＬは一定に維持される。

【0040】

詳細には、点Ａの時点で無負荷状態が発生すると、上述した二次側制御回路８００及び一次側制御回路７００の作用により出力電圧ＶＬがリミッタ電圧に達し、スイッチング素子５の駆動が停止される。スイッチング素子５が停止されることにより、駆動系補助電圧の生成が停止して二次側制御電圧Ｖｃｃが低下するとともに、出力電圧ＶＬが減少していく。

【0041】

点Ｂの時点では、駆動系補助電圧と出力系補助電圧の合計である二次側制御電圧Ｖｃｃはオペアンプ２９及び３０の動作停止電圧を超えているので、オペアンプ２９及び３０は動作を継続している。ここで、オペアンプ２９は、電圧検出値（出力電圧ＶＬ）を電圧基準値Ｖｒｅｆ１に戻すために、再びスイッチング素子５を駆動させるよう動作する。このように、スイッチング素子５の間欠駆動がその後も継続されるが、この間欠駆動により駆動系補助電圧が間欠的に減少することによっては、二次側制御電圧Ｖｃｃがオペアンプ２９及び３０の動作停止電圧以下となることはない。したがって、二次側制御回路８００の定電圧制御が期間を通じて有効化され、出力電圧ＶＬはリミッタ電圧に略一定に維持される。その後、点Ｄの時点で点Ｂと同様の動作が起こる。このように、点Ｂ〜点Ｄで示す動作が繰り返されることにより、無負荷期間中には、出力電圧ＶＬが略一定に維持される。

【0042】

図４に、電圧補充回路９００を備えた本実施形態のＬＥＤ点灯装置１００における無負荷時の動作の他の例を示す。図３と同様に、横軸は時間であり、縦軸は電圧である。図３に示す動作と図４に示す動作の相違は回路定数の相違等によってもたらされる。概略として、点Ａの時点で無負荷状態が発生し、その後、二次側制御電圧Ｖｃｃは上昇と低下を繰り返すが（本例では、繰返しの１サイクルは５ｓ程度である）、出力電圧ＶＬは一定に維持される。

【0043】

詳細には、点Ａの時点で無負荷状態が発生すると、上述した二次側制御回路８００及び一次側制御回路７００の作用により出力電圧ＶＬがリミッタ電圧に達し、スイッチング素子５の駆動が停止される。スイッチング素子５が停止されることにより、駆動系補助電圧の生成が停止して二次側制御電圧Ｖｃｃが低下するとともに、出力電圧ＶＬがゆるやかに減少していく。

【0044】

点Ｂの時点では、駆動系補助電圧は尽きているが、出力系補助電圧がオペアンプ２９及び３０の動作停止電圧を超えているので、オペアンプ２９及び３０は動作を継続し、スイッチング素子５の間欠駆動がその後も継続される。そのため、その後スイッチング素子５が駆動されない期間（点Ｂ〜点Ｃの期間）においても、二次側制御電圧Ｖｃｃがオペアンプ２９及び３０の動作停止電圧以下となることはない。したがって、二次側制御回路８００の定電圧制御が期間を通じて有効化され、出力電圧ＶＬはリミッタ電圧に略一定に維持される。なお、点Ｃの直後の点Ｄでは、二次側制御電圧Ｖｃｃはツェナーダイオード２４又はツェナーダイオード４３の降伏電圧でクランプされる。その後、点Ｅの時点で点Ｂと同様の動作が起こる。このように、点Ｂ〜点Ｅで示す動作が繰り返されることにより、無負荷期間中には、出力電圧ＶＬが略一定に維持される。

【0045】

なお、抵抗４１及び４２は、無負荷時の二次側制御回路８００が動作できる最小限の電流を供給できるような抵抗値に調整又は設定されることが好ましい。これにより、通常動作時の損失が低減される。逆に、通常動作時の損失が問題とならないのであれば、抵抗４１及び４２の抵抗値を小さくして二次側制御電圧Ｖｃｃの一層の安定化を実現することができる。

【0046】

例えば、通常動作時の出力電圧ＶＬが１００Ｖであり、無負荷時の出力電圧ＶＬ（リミッタ電圧）が１２０Ｖであり、通常動作時の二次側制御電圧Ｖｃｃが１２Ｖであり、オペアンプ２９及び３０の動作停止電圧が３Ｖである場合、抵抗４１及び４２の合計の抵抗値は数ｋΩ〜１００ｋΩ程度、好ましくは、１０ｋΩ〜６０ｋΩ程度であればよい。なお、この場合、ツェナーダイオード４３の降伏電圧は二次側制御電圧Ｖｃｃと同じ１２Ｖであればよい。

【0047】

以上のように、本実施形態によるＬＥＤ点灯装置１００によると、二次側補助電源回路６００が、スイッチング素子５の駆動に応じて生成される電圧から駆動系補助電圧を生成し、それを二次側制御電圧Ｖｃｃとして二次側制御回路８００に供給し、電圧補充回路９００が、出力電圧ＶＬから出力系補助電圧を生成し、それを二次側制御電圧Ｖｃｃに重畳する。これにより、無負荷等の軽負荷時にスイッチング素子５が間欠駆動状態となった場合においても、安定して二次側制御電圧Ｖｃｃが得られ、二次側制御回路８００の安定動作が実現される。そして、出力電圧ＶＬがリミッタ電圧を超えることがないので、ＬＥＤ点灯装置１００及びＬＥＤ照明装置１５０の信頼性が確保される。

【0048】

実施形態２．
上記第１の実施形態では電圧補充回路９００が常時通電される構成を示したが、本実施形態では、直流電源回路３００の通常動作時（無負荷でない状態）においては電圧補充回路９００が通電されない構成を示す。すなわち、本実施形態は、スイッチング素子５が連続して駆動されている場合には、駆動系補助電圧による二次側制御電圧Ｖｃｃの供給能力が充分にあることから電圧補充回路９００への通電を停止して損失を回避するものである。

【0049】

図５に本実施形態のＬＥＤ点灯装置１００における電圧補充回路９００を示す。なお、第１の実施形態と同じ要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。電圧補充回路９００は、抵抗４１及び４２、ツェナーダイオード４３、ダイオード４４、抵抗４５、４６及び４７、並びにスイッチ素子４８を含む。抵抗４５、４６及び４７は、直流電源回路３００の高電位側出力端とツェナーダイオード４３のカソード間に直列接続され、その間の電圧を検出する電圧検出部を構成する。スイッチ素子４８は、抵抗４２とツェナーダイオード４３のカソード及びダイオード４４のアノードの間に挿入される。具体的には、スイッチ素子４８の入力端子が抵抗４２に接続され、出力端子がツェナーダイオード４３のカソードに接続され、制御端子が抵抗４６と抵抗４７の接続点に接続される。上記入力端子、出力端子及び制御端子は、スイッチ素子４８がバイポーラトランジスタからなる場合には、それぞれコレクタ端子、エミッタ端子及びベース端子であり、スイッチ素子４８がＦＥＴからなる場合には、それぞれドレイン端子、ソース端子及びゲート端子である。

【0050】

上記構成においては、出力電圧ＶＬが上昇するとともにツェナーダイオード４３のカソード電圧が低下し、抵抗４１及び４２の両端電圧が上昇した場合に、電圧検出部によって検出される電圧（すなわち抵抗４７に発生する電圧）がスイッチ素子４８の動作閾値を超えるとスイッチ素子４８が導通する。言い換えると、抵抗４５、４６及び４７の抵抗値は、出力電圧ＶＬがリミッタ電圧付近となるとともに二次側制御電圧Ｖｃｃが低下している場合に抵抗４７に発生する電圧がスイッチ素子４８の動作閾値を超えるように設定されている。出力電圧ＶＬが上昇するとともに二次側制御電圧Ｖｃｃが低下する上記の状態は、スイッチング素子５が間欠駆動される無負荷時等の軽負荷時に起こり得る。したがって、無負荷時等の軽負荷時のみスイッチ素子４８をオン状態として電圧補充回路９００による出力系補助電圧の生成を有効化することができる。一方、出力電圧ＶＬ及び二次側制御電圧Ｖｃｃがともに比較的高い状態、又は出力電圧ＶＬ及び二次側制御電圧Ｖｃｃがともに比較的低い状態は、スイッチング素子５が連続駆動される通常動作時（有負荷時）に起こり得る。したがって、駆動系補助電圧が充分に得られる通常動作時には、スイッチ素子４８はオフ状態となるので電圧補充回路９００への通電は行われず、抵抗４１及び４２における損失が回避される。

【0051】

なお、上記電圧検出部は、高電位出力端と二次側補助電源回路６００の正極端の間の電圧、すなわち出力電圧ＶＬと二次側制御電圧Ｖｃｃの電位差を直接又は間接的に検出できるものであれば、他の構成の回路であってもよい。例えば、検出部の抵抗４７はダイオード４４のアノードではなくカソード（すなわち二次側補助電源回路６００の正極端）に接続されていてもよい。

【0052】

以上のように、本実施形態におけるＬＥＤ点灯装置１００においては、スイッチング素子５が間欠駆動される無負荷時等の軽負荷時に電圧補充回路９００の通電経路が形成される。したがって、スイッチング素子５が連続駆動される通常動作時には電圧補充回路９００の通電経路が開放され、抵抗４１及び４２における損失が軽減される。

【0053】

＜変形例＞
以上に本発明の好適な実施形態を示したが、本発明は、例えば以下に示すように種々の態様に変形可能である。

【0054】

（１）直流電源回路３００の変形
上記各実施形態においては、直流電源回路３００として、いわゆるワンコンバータ方式の絶縁型フライバックコンバータを示したが、直流電源回路３００は他の方式のコンバータからなるスイッチング電源回路であってもよい。例えば、直流電源回路３００は、フォワード型コンバータであってもよいし、力率改善回路及びフライバックコンバータからなる回路であってもよい。

【0055】

（２）二次側補助電源回路６００の変形
上記各実施形態においては、直流電源回路３００がフライバックコンバータで構成され、駆動系補助電圧が、フライバックコンバータのトランスの補助巻線から生成される構成を示したが、駆動系補助電圧が生成される構成はこれに限られない。例えば、直流電源回路３００がフォワード型コンバータからなる場合には、駆動系補助電圧は、トランス二次巻線に直列接続されるチョークコイルに設けられた補助巻線から生成されるようにすることもできる。また、直流電源回路３００が力率改善回路及びフライバックコンバータからなる場合には、駆動系補助電圧は、力率改善回路を構成するコイルに設けられた補助巻線から生成されるようにすることもできる。いずれの構成も、各回路を構成するスイッチング素子の駆動パルスごとに生成される電圧を平滑して駆動系補助電圧を生成することができる。

【符号の説明】

【0056】

５ スイッチング素子
６ トランス
４１、４２ 抵抗（抵抗素子）
４３ ツェナーダイオード
４４ ダイオード
４５、４６、４７ 抵抗（電圧検出部）
４８ スイッチ素子
５０ ＬＥＤモジュール（ＬＥＤ）
１００ ＬＥＤ点灯装置
１５０ ＬＥＤ照明装置
３００ 直流電源回路
６００ 二次側補助電源回路
８００ 二次側制御回路
９００ 電圧補充回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】