特開 2024-37451 点灯装置および照明器具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024037451

(43)【公開日】2024-03-19

(54)【発明の名称】点灯装置および照明器具

(51)【国際特許分類】

   H05B 45/50 20220101AFI20240312BHJP

   H05B 45/355 20200101ALI20240312BHJP

   H05B 45/3725 20200101ALI20240312BHJP

【ＦＩ】

H05B45/50

H05B45/355

H05B45/3725

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022142332

(22)【出願日】2022-09-07

(71)【出願人】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】390014546

【氏名又は名称】三菱電機照明株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】芝原 信一

(72)【発明者】

【氏名】前田 貴史

【テーマコード（参考）】

3K273

【Ｆターム（参考）】

3K273AA10

3K273BA24

3K273BA34

3K273CA02

3K273CA03

3K273EA07

3K273EA25

3K273EA35

3K273FA07

3K273FA14

3K273FA27

3K273FA40

3K273FA41

3K273GA12

3K273GA14

3K273GA15

3K273GA22

3K273GA27

3K273GA28

3K273GA29

(57)【要約】

【課題】突入電流を抑制するための回路における損失を低減できる点灯装置および照明器具を得ることを目的とする。
【解決手段】本開示に係る点灯装置は、交流電源を整流する整流回路と、前記整流回路の出力に接続され、第１スイッチング素子とインダクタと平滑コンデンサとでエネルギーの充放電を行い、前記平滑コンデンサの両端に直流電圧を生成する直流電源回路と、前記直流電圧を供給されて光源を点灯させるＤＣ－ＤＣ変換回路と、前記交流電源と前記平滑コンデンサとの間で前記平滑コンデンサと直列に接続された電流制限素子と、制御端子と、前記電流制限素子の一端と電気的に接続された第１端子と、前記電流制限素子の他端と電気的に接続された第２端子と、を有する電圧駆動型の第２スイッチング素子と、前記インダクタと前記第１スイッチング素子の接続点から、前記制御端子に前記第２スイッチング素子の駆動電圧を供給する駆動回路と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電源を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力に接続され、第１スイッチング素子とインダクタと平滑コンデンサとでエネルギーの充放電を行い、前記平滑コンデンサの両端に直流電圧を生成する直流電源回路と、
前記直流電圧を供給されて光源を点灯させるＤＣ－ＤＣ変換回路と、
前記交流電源と前記平滑コンデンサとの間で前記平滑コンデンサと直列に接続された電流制限素子と、
制御端子と、前記電流制限素子の一端と電気的に接続された第１端子と、前記電流制限素子の他端と電気的に接続された第２端子と、を有する電圧駆動型の第２スイッチング素子と、
前記インダクタと前記第１スイッチング素子の接続点から、前記制御端子に前記第２スイッチング素子の駆動電圧を供給する駆動回路と、
を備えることを特徴とする点灯装置。

【請求項2】

交流電源を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力に接続され、第１スイッチング素子とインダクタと平滑コンデンサとでエネルギーの充放電を行い、前記平滑コンデンサの両端に直流電圧を生成する直流電源回路と、
前記直流電圧を供給されて光源を点灯させるＤＣ－ＤＣ変換回路と、
前記交流電源と前記平滑コンデンサとの間で前記平滑コンデンサと直列に接続された電流制限素子と、
制御端子と、前記電流制限素子の一端と電気的に接続された第１端子と、前記電流制限素子の他端と電気的に接続された第２端子と、を有する電圧駆動型の第２スイッチング素子と、
前記インダクタから前記制御端子に前記第２スイッチング素子の駆動電圧を供給する第１経路と、前記平滑コンデンサから前記制御端子に前記第２スイッチング素子の前記駆動電圧を供給する第２経路と、を有する駆動回路と、
を備えることを特徴とする点灯装置。

【請求項3】

前記第１経路は、前記インダクタの１次巻線から前記駆動電圧を供給することを特徴とする請求項２に記載の点灯装置。

【請求項4】

前記第１経路は、前記インダクタの２次巻線から前記駆動電圧を供給することを特徴とする請求項２に記載の点灯装置。

【請求項5】

前記第２経路で供給される前記駆動電圧は、前記第１経路で供給される前記駆動電圧よりも大きいことを特徴とする請求項２から４の何れか１項に記載の点灯装置。

【請求項6】

前記交流電源の投入後、前記第１経路で前記駆動電圧が供給されて前記第２スイッチング素子がオンした後に、前記第２経路で前記駆動電圧が供給されることを特徴とする請求項２から４の何れか１項に記載の点灯装置。

【請求項7】

前記第１経路に設けられた抵抗の抵抗値は、前記第２経路に設けられた抵抗の抵抗値よりも小さいことを特徴とする請求項２から４の何れか１項に記載の点灯装置。

【請求項8】

前記第１経路は、前記インダクタ側にアノードが設けられ、前記第２スイッチング素子側にカソードが設けられた第１ダイオードを有し、
前記第２経路は、前記平滑コンデンサ側にアノードが設けられ、前記第２スイッチング素子側にカソードが設けられた第２ダイオードを有することを特徴とする請求項２から４の何れか１項に記載の点灯装置。

【請求項9】

前記第２スイッチング素子はＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の点灯装置。

【請求項10】

前記直流電源回路は力率改善回路であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の点灯装置。

【請求項11】

請求項１から４の何れか１項に記載の点灯装置と、
前記光源と、
を備えることを特徴とする照明器具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、点灯装置および照器器具に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ＬＥＤ点灯装置が開示されている。このＬＥＤ点灯装置は、インダクタ、スイッチング素子およびスイッチング素子をスイッチングする駆動制御部を含む昇圧チョッパ回路を備える。またＬＥＤ点灯装置は、ＬＥＤアレイに直列接続されるインダクタおよびスイッチング素子を含む降圧チョッパ回路を備える。昇圧チョッパ回路の主電流経路には、サイリスタが挿入接続されている。サイリスタには抵抗素子が並列接続される。トリガ回路は、昇圧チョッパ回路のインダクタに設けられた補助巻線に発生する電圧に基づいて、サイリスタにトリガ電流を供給する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１２０６９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

光源を点灯させるための点灯装置は、一般に商用交流電源を整流、平滑して直流電圧を生成する直流電源回路と、直流電圧から光源に最適な電流を供給するＤＣ－ＤＣ変換回路部を備える。多くの照明器具においては高力率を要求される。このため、昇圧チョッパ型の力率改善回路を直流電源回路として用いて、ＤＣ－ＤＣ変換回路として降圧チョッパ回路を用いた２コンバータ方式が広く採用されている。

【0005】

このような点灯装置は、力率改善回路を構成する昇圧チョッパ回路の直流出力電圧を平滑化するため、一般に電解コンデンサ等の大容量の平滑コンデンサが用いられる。交流電源投入前は平滑コンデンサに電荷が充電されていない状態である。このため、交流電源投入時に、交流電源から平滑コンデンサに過大な充電電流が突入電流として流れ込むことが知られている。これにより、例えば配電盤に設けられたサーキットブレーカに対して複数の照明器具が接続されている場合、電源投入時の突入電流が過大な電流値となるおそれがある。従って、サーキットブレーカの定格電流値を超過し、交流電源が遮断されるおそれがある。また、サーキットブレーカの接点が溶着してしまう可能性もある。

【0006】

そこで、平滑コンデンサと直列に電流制限素子として抵抗を挿入し、突入電流のピーク値を抑制する突入電流抑制回路が用いられることがある。特許文献１では、平滑コンデンサへの充電が完了すると、サイリスタで抵抗を短絡して、抵抗に流れる電流をバイパスさせる。これにより、点灯動作中に抵抗での電力損失を抑制できる。

【0007】

しかしながら、サイリスタは導通時に定電圧特性を有し、所定の導通電圧が生じる。このため、光源としてＬＥＤを使用するような低消費電力機器においては、サイリスタによる損失の割合が大きくなり、点灯装置の効率低下を招くおそれがある。また、サイリスタは電流駆動方式であるため、ゲート端子に所定のオン電流を供給する必要がある。このことも、点灯装置の効率低下の一因となっている。

【0008】

本開示は、上述の課題を解決するためになされたもので、突入電流を抑制するための回路における損失を低減できる点灯装置および照明器具を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

第１の開示に係る点灯装置は、交流電源を整流する整流回路と、前記整流回路の出力に接続され、第１スイッチング素子とインダクタと平滑コンデンサとでエネルギーの充放電を行い、前記平滑コンデンサの両端に直流電圧を生成する直流電源回路と、前記直流電圧を供給されて光源を点灯させるＤＣ－ＤＣ変換回路と、前記交流電源と前記平滑コンデンサとの間で前記平滑コンデンサと直列に接続された電流制限素子と、制御端子と、前記電流制限素子の一端と電気的に接続された第１端子と、前記電流制限素子の他端と電気的に接続された第２端子と、を有する電圧駆動型の第２スイッチング素子と、前記インダクタと前記第１スイッチング素子の接続点から、前記制御端子に前記第２スイッチング素子の駆動電圧を供給する駆動回路と、を備える。

【0010】

第２の開示に係る点灯装置は、交流電源を整流する整流回路と、前記整流回路の出力に接続され、第１スイッチング素子とインダクタと平滑コンデンサとでエネルギーの充放電を行い、前記平滑コンデンサの両端に直流電圧を生成する直流電源回路と、前記直流電圧を供給されて光源を点灯させるＤＣ－ＤＣ変換回路と、前記交流電源と前記平滑コンデンサとの間で前記平滑コンデンサと直列に接続された電流制限素子と、制御端子と、前記電流制限素子の一端と電気的に接続された第１端子と、前記電流制限素子の他端と電気的に接続された第２端子と、を有する電圧駆動型の第２スイッチング素子と、前記インダクタから前記制御端子に前記第２スイッチング素子の駆動電圧を供給する第１経路と、前記平滑コンデンサから前記制御端子に前記第２スイッチング素子の前記駆動電圧を供給する第２経路と、を有する駆動回路と、を備える。

【発明の効果】

【0011】

第１、第２の開示に係る点灯装置では、電圧駆動型の第２スイッチング素子により電流制限素子をバイパスする。このため、電圧駆動型の第２スイッチング素子に供給する電流を、サイリスタに供給する電流と比較して小さくできる。従って、突入電流を抑制するための回路における損失を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施の形態１に係る照明器具の回路構成を示す図である。

【図2】実施の形態２に係る照明器具の回路構成を示す図である。

【図3】実施の形態２の第１の変形例に係る照明器具の回路構成を示す図である。

【図4】実施の形態２の第２の変形例に係る照明器具の回路構成を示す図である。

【図5】実施の形態３に係る照明器具の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

各実施の形態に係る点灯装置および照器器具について図面を参照して説明する。同じまたは対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

【0014】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る照明器具１００の回路構成を示す図である。照明器具１００は、点灯装置１０と、負荷である光源２とを備える。点灯装置１０は、交流電源１から電力の供給を受けて光源２を点灯させる。光源２は、例えば発光素子２ａとしてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を用いたＬＥＤランプである。発光素子２ａは、有機ＥＬ等であっても良い。

【0015】

点灯装置１０は、整流回路３、突入電流抑制回路４、駆動回路５、力率改善回路６、ＤＣ－ＤＣ変換回路７および制御回路８を備える。整流回路３は例えば４つのダイオードから構成されたダイオードブリッジ回路である。整流回路３は、交流電源１から入力される交流電圧を全波整流する。この全波整流電圧は、力率改善回路６の動作中は平滑化されず、交流電源１の２倍の周波数を有する脈動電圧となる。すなわち、整流回路３の直流出力側に接続されたフィルタコンデンサＣ１は全波整流電圧を平滑化しない。フィルタコンデンサＣ１は、力率改善回路６のスイッチングリップルを除去する程度の小容量のコンデンサである。

【0016】

整流回路３の出力には力率改善回路６が接続される。力率改善回路６は例えば昇圧チョッパ回路である。力率改善回路６は、インダクタＬ１、スイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ１、平滑コンデンサＣ３を備えている。インダクタＬ１はリアクトルとも呼ばれる。スイッチング素子Ｑ１は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。制御回路８はスイッチング素子Ｑ１をオンオフして、力率改善回路６を制御する。

【0017】

力率改善回路６は、スイッチング素子Ｑ１とインダクタＬ１と平滑コンデンサＣ３とでエネルギーの充放電を行い、整流回路３が全波整流した電圧を昇圧して、予め定められた直流電圧に変換する直流電源回路である。これにより、平滑コンデンサＣ３の両端には、予め定められた直流電圧が生成される。

【0018】

さらに力率改善回路６は、制御回路８による制御でスイッチング素子Ｑ１が高周波でスイッチング動作を行い、交流電源１の入力電流波形が正弦波状、かつ、交流電源１の電圧とほぼ同位相となるように、力率改善を行う。力率改善回路６の出力に接続された平滑コンデンサＣ３は昇圧チョッパ回路の出力電圧を平滑化するために設けられる。平滑コンデンサＣ３は、フィルタコンデンサＣ１と比較して大容量であり、例えば電解コンデンサである。

【0019】

ＤＣ－ＤＣ変換回路７は、力率改善回路６が出力する直流電圧を供給されて、光源２を点灯させる。ＤＣ－ＤＣ変換回路７は、例えば降圧チョッパ回路などの公知の回路である。ＤＣ－ＤＣ変換回路７は、光源２の点灯に適した直流電圧および直流電流を出力する。ＤＣ－ＤＣ変換回路７が降圧チョッパ回路の場合、スイッチング素子が高周波でスイッチング動作を行い、入力された電圧よりも低い電圧が出力される。

【0020】

制御回路８は、例えば入力される電圧信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、各種演算処理を行うマイクロコンピュータと、スイッチング素子Ｑ１およびＤＣ－ＤＣ変換回路７を駆動するドライバ回路等を備える。制御回路８は力率改善回路６とＤＣ－ＤＣ変換回路７のスイッチング素子を駆動し、光源２に供給する電流を制御する。スイッチング素子の駆動信号は例えばＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号である。

【0021】

光源２に供給する電流は、例えば光源２と直列に接続された電流検出抵抗等により電圧信号に変換され、制御回路８のＡ／Ｄコンバータで読み込まれる。マイクロコンピュータは、読み込んだ電流値と目標電流値とを比較して、光源２に供給する電流が予め定められた目標電流値となるように、ＤＣ－ＤＣ変換回路７を制御する。つまり、定電流フィードバック制御が実施される。

【0022】

突入電流抑制回路４は、交流電源１と平滑コンデンサＣ３との間で、平滑コンデンサＣ３と直列に接続された電流制限素子である抵抗Ｒ１と、電圧駆動型のスイッチング素子ＳＷ１を備えている。抵抗Ｒ１は、例えば整流回路３の直流出力側と力率改善回路６の間に設けられる。スイッチング素子ＳＷ１は、制御端子と、抵抗Ｒ１の一端と電気的に接続された第１端子と、抵抗Ｒ１の他端と電気的に接続された第２端子とを有する。つまり、抵抗Ｒ１とスイッチング素子ＳＷ１は互いに並列接続されている。

【0023】

スイッチング素子ＳＷ１は例えばＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子ＳＷ１の制御端子であるゲート端子は、駆動回路５を介して力率改善回路６のインダクタＬ１、ダイオードＤ１およびスイッチング素子Ｑ１の接続点に接続されている。スイッチング素子ＳＷ１の第１端子、第２端子はそれぞれドレイン端子、ソース端子に該当する。駆動回路５は抵抗Ｒ２、ダイオードＤ２、コンデンサＣ２およびツェナーダイオードＺＤ１を有する。駆動回路５は、インダクタＬ１とスイッチング素子Ｑ１の接続点から、スイッチング素子ＳＷ１のゲート端子にスイッチング素子ＳＷ１の駆動電圧を供給する。

【0024】

次に、本実施の形態に係る突入電流抑制回路４および駆動回路５の動作を説明する。点灯装置１０に交流電源１が印加される前は、突入電流抑制回路４のスイッチング素子ＳＷ１はオフ状態であり、平滑コンデンサＣ３には電荷が充電されていない。交流電源１が投入され、点灯装置１０に電圧が印加されると、平滑コンデンサＣ３が充電されていないため、交流電源１から平滑コンデンサＣ３に充電電流、つまり突入電流が流れ込む。この時、スイッチング素子ＳＷ１はオフ状態であるため、平滑コンデンサＣ３に流入する充電電流は抵抗Ｒ１の抵抗成分によりピーク値が抑制される。すなわち、抵抗Ｒ１は電流制限素子としての役割を担っている。

【0025】

平滑コンデンサＣ３の充電が完了すると制御回路８が起動する。制御回路８は、力率改善回路６とＤＣ－ＤＣ変換回路７の動作を開始する。力率改善回路６が動作を開始すると、インダクタＬ１にはスイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作に応じて起電力が発生する。すなわち、スイッチング素子Ｑ１がオンすると、インダクタＬ１には図１の矢印ＶＬに示される方向に起電力が発生する。また、スイッチング素子Ｑ１がオフし、インダクタＬ１が負荷側にエネルギーを放出する期間、すなわちダイオードＤ１が導通する期間では、矢印ＶＬとは逆向きに起電力が発生する。スイッチング素子Ｑ１がオンのときは、インダクタＬ１には力率改善回路６への入力電圧と同一の電圧が起電力として発生する。スイッチング素子Ｑ１がオフ時は、インダクタＬ１には力率改善回路６の出力電圧、すなわち平滑コンデンサＣ３の電圧と、力率改善回路６への入力電圧との差分電圧が、起電力として発生する。

【0026】

突入電流抑制回路４において、スイッチング素子ＳＷ１のゲート端子は駆動回路５を介してインダクタＬ１の一端に接続される。スイッチング素子ＳＷ１のソース端子は、インダクタＬ１の他端、つまりフィルタコンデンサＣ１とインダクタＬ１の接続点に接続されている。従って、スイッチング素子ＳＷ１のゲート、ドレイン端子間には、駆動回路５を介してインダクタＬ１の起電力が印加される。

【0027】

具体的には、スイッチング素子Ｑ１がオフしたタイミングにおける矢印ＶＬとは逆向きの起電力によって、抵抗Ｒ２、ダイオードＤ２、コンデンサＣ２の経路でコンデンサＣ２が充電される。このコンデンサＣ２の充電電圧によって、スイッチング素子ＳＷ１がオンする。ツェナーダイオードＺＤ１は、スイッチング素子ＳＷ１のゲート端子に過大な電圧が印加されないように電圧制限を行っている。

【0028】

スイッチング素子ＳＷ１がオンすると、交流電源１から流入する電流は整流回路３を介してスイッチング素子ＳＷ１を流れて力率改善回路６に供給される。すなわち力率改善回路６の動作中は、抵抗Ｒ１がスイッチング素子ＳＷ１により短絡される。従って、抵抗Ｒ１で発生する電力損失を削減できる。

【0029】

次に、本実施の形態の突入電流抑制回路４および駆動回路５による効果を説明する。まず、本実施の形態の比較例として、突入電流抑制回路のスイッチング素子に電流駆動型のサイリスタを用いた場合について説明する。サイリスタをオンするには、サイリスタのゲート端子に比較的大きい電流を供給する必要がある。このとき、インダクタの１次巻線からゲート電流を供給すると電圧が高すぎるため、ゲート駆動回路を構成する抵抗等の損失が大きくなり、効率が低下するおそれがある。このため、サイリスタの駆動信号を、インダクタの１次巻き線と磁気的に結合した２次巻線から供給することがある。これにより、電圧を下げて、ゲート駆動回路の損失を抑制することができる。しかし、２次巻線を設けることでインダクタの構成が複雑化し、インダクタが大型化または高コスト化するおそれがある。

【0030】

これに対し本実施の形態では、突入電流抑制回路４のスイッチング素子ＳＷ１として、例えば電圧駆動型であるＭＯＳＦＥＴを用いる。また、スイッチング素子ＳＷ１の駆動信号をインダクタＬ１の１次巻線から供給する。スイッチング素子ＳＷ１は電圧駆動型であるため、サイリスタと比較してゲート電流をほとんど消費しない。このため、駆動回路５における抵抗Ｒ２の抵抗値を高く設定できる。抵抗Ｒ２を高抵抗とすることで、インダクタＬ１から流入する電流が小さくなる。このため、抵抗Ｒ２およびツェナーダイオードＺＤ１で発生する電力損失が小さくなる。従って、駆動回路５の損失を低減できる。

【0031】

また、本実施の形態では２次巻線を用いなくても、損失を低減できる。このため、インダクタＬ１の２次巻き線が不要となり、インダクタＬ１を簡易に構成できる。従って、点灯装置１０の小型化および低コスト化が可能となる。

【0032】

また、サイリスタのアノード、カソード間電圧は、通電電流によらずほぼ一定になる。サイリスタに流れる電流の大小に関わらず、サイリスタのアノード－カソード間電圧は例えば約１Ｖである。このため、例えば負荷の消費電力が大きい場合には、サイリスタにおける電力損失が相対的に小さくなる。しかし、負荷の消費電力が小さい場合は、サイリスタにおける消費電力は相対的に大きくなってしまう。

【0033】

一方、ＭＯＳＦＥＴであるスイッチング素子ＳＷ１では、通電時のドレイン電流の２乗とオン抵抗の積で損失が決まる。このため、負荷の消費電力が大きいとスイッチング素子ＳＷ１の損失が大きくなるが、負荷の消費電力が小さい場合にはサイリスタと比較して損失を低減できる。昨今、ＬＥＤ高効率化に伴う点灯装置の低消費電力化が進んでる。このため、サイリスタに代えてＭＯＳＦＥＴを適用した方が点灯装置の効率を向上させることができる。

【0034】

なお、電圧駆動型のスイッチング素子ＳＷ１はＭＯＳＦＥＴに限定されない。スイッチング素子ＳＷ１は、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＧａＮデバイスでも構わない。

【0035】

これらの変形は、以下の実施の形態に係る点灯装置および照明器具について適宜応用することができる。なお、以下の実施の形態に係る点灯装置および照明器具については実施の形態１との共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

【0036】

実施の形態２．
図２は、実施の形態２に係る照明器具２００の回路構成を示す図である。照明器具２００は点灯装置２１０を備える。点灯装置２１０では駆動回路２０５の構成が実施の形態１の構成と異なる。他の構成は実施の形態１の構成と同様である。駆動回路２０５は第１経路５ａと第２経路５ｂを有する。第１経路５ａは、インダクタＬ１からスイッチング素子ＳＷ１の制御端子にスイッチング素子ＳＷ１の駆動電圧を供給する。第２経路５ｂは、平滑コンデンサＣ３からスイッチング素子ＳＷ１の制御端子にスイッチング素子ＳＷ１の駆動電圧を供給する。第１経路５ａは、実施の形態１の駆動回路５と同様に、抵抗Ｒ２とダイオードＤ２を有する。第２経路５ｂは、抵抗Ｒ３とダイオードＤ３を有する。第２経路５ｂの抵抗Ｒ３は、平滑コンデンサＣ３に接続され、ダイオードＤ３はダイオードＤ２のカソード端子に接続される。

【0037】

本実施の形態に係る突入電流抑制回路４および駆動回路２０５の動作を説明する。交流電源１が投入され、力率改善回路６とＤＣ－ＤＣ変換回路７が動作を開始するまでの動作は、実施の形態１と同様である。力率改善回路６が動作を開始すると、インダクタＬ１にはスイッチング動作に応じて起電力が発生する。これにより、第１経路５ａを介してスイッチング素子ＳＷ１のゲート端子に駆動電圧が印加される。駆動電圧によりスイッチング素子ＳＷ１がオンすると、交流電源１から流入する電流は整流回路３を介してスイッチング素子ＳＷ１を流れて力率改善回路６に供給される。すなわち、実施の形態１と同様に、力率改善回路６の動作中は、抵抗Ｒ１がスイッチング素子ＳＷ１により短絡され、抵抗Ｒ１に電流が流れることによる電力損失を削減できる。

【0038】

また、力率改善回路６の動作に伴い、平滑コンデンサＣ３の電圧が上昇する。これにより、第２経路５ｂを介してスイッチング素子ＳＷ１のゲート端子に駆動電圧が印加される。この時、平滑コンデンサＣ３の電圧と、力率改善回路６の入力電圧、すなわちフィルタコンデンサＣ１の電圧との差分電圧が、駆動回路２０５およびスイッチング素子ＳＷ１のゲート端子に印加される。駆動回路２０５は、スイッチング素子ＳＷ１のゲート端子に印加される電圧を降圧する。即ち抵抗Ｒ３およびツェナーダイオードＺＤ１により降圧することで、スイッチング素子ＳＷ１を過電圧から保護できる。

【0039】

次に駆動回路２０５に第１経路５ａと第２経路５ｂを適用する効果について説明する。まず、第１の比較例として、第２経路５ｂのみが設けられ、第１経路５ａが無い場合の動作を説明する。つまり第１の比較例では、駆動回路２０５は、ダイオードＤ３、抵抗Ｒ３、コンデンサＣ２、ツェナーダイオードＺＤ１で構成される。

【0040】

交流電源１の投入時にはスイッチング素子ＳＷ１はオフ状態であり、抵抗Ｒ１を介して平滑コンデンサＣ３に充電電流が供給される。平滑コンデンサＣ３への充電が完了すると力率改善回路６が動作を開始して、力率改善回路６の昇圧により平滑コンデンサＣ３が更に充電される。平滑コンデンサＣ３の電圧が上昇することで、平滑コンデンサＣ３とフィルタコンデンサＣ１の差分電圧が、駆動回路５とスイッチング素子ＳＷ１のゲート端子に常時印加される。

【0041】

ここで、平滑コンデンサＣ３の電圧は交流電源１に対して昇圧された電圧であり、例えばＤＣ４００Ｖである。これに対してフィルタコンデンサＣ１の電圧は交流電源１の位相に応じて変動し、例えばＡＣ１００Ｖ入力時は０Ｖから１４１Ｖまで変動する。このため、駆動回路２０５に印加される差分電圧は２５９Ｖ～４００Ｖの高電圧となる。従って、第２経路５ｂの抵抗Ｒ３での損失を低減するため、抵抗Ｒ３の抵抗値を大きく設定する。これにより抵抗Ｒ３およびツェナーダイオードＺＤ１への流入電流が減少し、駆動回路２０５における損失を低減できる。

【0042】

しかしながら、抵抗Ｒ３を高抵抗にすると、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ２の積で決まる時定数が大きくなる。このため、コンデンサＣ２の電圧上昇が時間経過に対して緩やかとなり、スイッチング素子ＳＷ１のゲート端子に印加される電圧の立ち上がりも緩やかになる。よって、第１の比較例では、力率改善回路６の起動時に緩やかにスイッチング素子ＳＷ１がオンすることになる。従って、スイッチング素子ＳＷ１のスイッチング時における、印加電圧、流入電流の重なり期間が長くなり、スイッチング損失が増大するおそれがある。この場合、スイッチング素子ＳＷ１を構成するＭＯＳＦＥＴが安全動作領域（ＳＯＡ）を超過して、ＭＯＳＦＥＴが破壊する可能性があるため、高容量のＭＯＳＦＥＴを使用するなどの対策が必要となる。

【0043】

一方、本実施の形態では、第２経路５ｂに加えて第１経路５ａを適用する。第１経路５ａは、インダクタＬ１の１次巻線からスイッチング素子ＳＷ１の駆動電圧を供給する。第１経路５ａから供給される電圧は、スイッチング素子Ｑ１がオフしている期間に発生するパルス状の電圧である。すなわち、第１経路５ａから供給される電圧の平均値は、第２経路５ｂから供給される電圧よりも低くなる。従って、第１経路５ａに設けられた抵抗Ｒ２の抵抗値を、第２経路５ｂに設けられた抵抗Ｒ３の抵抗値より小さく設定しても、抵抗Ｒ２およびツェナーダイオードＺＤ１による損失を抑制できる。これにより、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２による時定数を小さくして、スイッチング素子ＳＷ１のゲート電圧の立ち上がり速度の低下を抑制できる。従って、スイッチング素子ＳＷ１のスイッチング速度を向上でき、スイッチング損失を低減できる。

【0044】

次に、第２の比較例として、第１経路５ａのみを適用した場合について説明する。例えば点灯装置２１０が光源２の明るさを調整する調光機能を有する場合、調光により光源２で消費する電力が低下することが想定される。このとき、軽負荷状態となり、力率改善回路６のスイッチング素子Ｑ１のオフ期間おける、インダクタＬ１のエネルギー放出期間が減少する。これに伴い、第１経路５ａにインダクタＬ１から電圧が供給される期間も減少する。特に、力率改善回路６が電流不連続モードで動作しているときは、スイッチング素子ＳＷ１のゲート電圧が顕著に低下する。特に、明るさを最も絞った下限調光付近では、力率改善回路６が所定期間停止する間欠発振動作となり得る。このような状態では、突入電流抑制回路４のスイッチング素子ＳＷ１を安定的にオンできない可能性がある。

【0045】

一方、第２経路５ｂは、力率改善回路６の動作状態に関係なく、平滑コンデンサＣ３とフィルタコンデンサＣ１の差分電圧から駆動電圧を生成できる。従って、調光動作などによる負荷状況に関係なく、安定的にスイッチング素子ＳＷ１をオン状態に保つことができる。

【0046】

このように本実施の形態では、交流電源１投入後に第１経路５ａから立上りが早い駆動電圧をスイッチング素子ＳＷ１に供給して、スイッチング素子ＳＷ１をオンすることができる。さらに、点灯中の調光動作等があった場合にも、平滑コンデンサＣ３から第２経路５ｂを介して安定して駆動電圧を供給することができる。従って、本実施の形態ではスイッチング損失を抑制できるとともに、安定的な駆動電圧の供給が可能となる。

【0047】

図３は、実施の形態２の第１の変形例に係る照明器具３００の回路構成を示す図である。照明器具３００は点灯装置３１０を備える。点灯装置３１０ではインダクタＬ１に２次巻線Ｌ２が設けられている点と、駆動回路３０５の構成が、実施の形態２と異なる。他の構成は、実施の形態２の構成と同様である。２次巻線Ｌ２は、インダクタＬ１の１次巻線と磁気的に結合し、１次巻線と同一鉄心に巻回されている。２次巻線Ｌ２の一端はスイッチング素子ＳＷ１のソース端子に接続され、２次巻線Ｌ２の他端はインダクタＬ１の１次巻線に接続されている。第１経路５ａは、２次巻線Ｌ２からスイッチング素子ＳＷ１の駆動電圧を供給する。

【0048】

次に、突入電流抑制回路４および駆動回路３０５の動作について説明する。交流電源１が投入され、力率改善回路６とＤＣ－ＤＣ変換回路７が動作を開始するまでの動作は実施の形態１と同様である。力率改善回路６が動作を開始すると平滑コンデンサＣ３の電圧が上昇する。これに伴って、２次巻線Ｌ２に起電力が発生し、第１経路５ａからスイッチング素子ＳＷ１に駆動電圧が印加される。スイッチング素子ＳＷ１に駆動電圧が印加されるとスイッチング素子ＳＷ１はオンし、抵抗Ｒ１が短絡される。これにより点灯中の抵抗Ｒ１による損失を抑制できる。

【0049】

また、第２経路５ｂで供給される駆動電圧は、第１経路５ａで供給される駆動電圧よりも大きい。つまり、第２経路５ｂからコンデンサＣ２に出力される電圧は、第１経路５ａからコンデンサＣ２に出力される電圧よりも高く設定される。このため、交流電源１の投入後、第１経路５ａで駆動電圧が供給されてスイッチング素子ＳＷ１がオンした後は、第２経路５ｂで駆動電圧が供給される。つまり、光源２の点灯中は、第２経路５ｂのみでスイッチング素子ＳＷ１に駆動電圧を供給する。

【0050】

第２経路５ｂによる駆動電圧を第１経路５ａによる駆動電圧よりも高くするには、抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の抵抗値を調整すれば良い。例えば、平滑コンデンサＣ３とコンデンサＣ２の差分電圧が印加される抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４の分圧比で決まる抵抗Ｒ４の電圧を、２次巻線Ｌ２に発生する電圧が印加される抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ４の分圧比で決まる抵抗Ｒ４の電圧よりも大きくすれば良い。

【0051】

また、第１経路５ａは、インダクタＬ１側にアノードが設けられ、スイッチング素子ＳＷ１側にカソードが設けられたダイオードＤ２を有する。また、第２経路５ｂは、平滑コンデンサＣ３側にアノードが設けられ、スイッチング素子ＳＷ１側にカソードが設けられたダイオードＤ３を有する。ダイオードＤ２、Ｄ３はＯＲ回路を構成するため、ダイオードＤ２、Ｄ３のうち電圧が高い方のダイオードが通電する。すなわち、光源２の点灯中はダイオードＤ３が通電し、ダイオードＤ２は通電しない。これにより、光源２の点灯中は第２経路５ｂから安定して駆動電圧を供給できる。

【0052】

第１の変形例では、インダクタＬ１の２次巻線Ｌ２から第１経路５ａを介してスイッチング素子ＳＷ１に駆動電圧を供給する。このとき、インダクタＬ１の１次巻線から駆動電圧を供給する場合と比較して、第１経路５ａへの印加電圧を低減できる。このため、さらに抵抗Ｒ２の抵抗値を小さくしても、抵抗Ｒ２およびツェナーダイオードＺＤ１における損失を十分に抑制できる。従って、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２による時定数をさらに小さくすることができ、駆動電圧の立上り時間を短縮でき、スイッチング素子ＳＷ１のオン時のスイッチング損失を抑制できる。すなわち、第１の変形例では、交流電源１の投入直後におけるスイッチング素子ＳＷ１のオン時に、第１経路５ａからの駆動電圧がさらに支配的となる。

【0053】

また、光源２の点灯中は、第２経路５ｂを介して平滑コンデンサＣ３から安定した駆動電圧を供給できる。さらに、光源２の点灯中は第１経路５ａからは駆動電圧が供給されない。このため、抵抗Ｒ２およびツェナーダイオードＺＤ１における損失を低減でき、消費電力を抑制できる。

【0054】

図４は、実施の形態２の第２の変形例に係る照明器具４００の回路構成を示す図である。照明器具４００は点灯装置４１０を備える。点灯装置４１０ではインダクタＬ１に２次巻線Ｌ２ａが設けられている点が、点灯装置３１０と異なる。他の構成は、点灯装置３１０の構成と同様である。点灯装置４１０の２次巻線Ｌ２ａは、インダクタＬ１と同一ボビン、同一鉄心に設けられる。２次巻線Ｌ２ａの巻数は、インダクタＬ１の１次巻線の巻数より少ない。これにより、２次巻線Ｌ２ａにおいて１次巻線よりも降圧した電圧が得られ、第１の変形例と同様の効果が得られる。

【0055】

実施の形態３．
図５は、実施の形態３に係る照明器具５００の断面図である。照明器具５００は、照明器具本体４０、コネクタ４１、光源基板４２および点灯装置４３を備える。照明器具本体４０は、点灯装置４３などを取り付けるための筺体である。コネクタ４１は、商用電源などの交流電源１から電力の供給を受けるための接続部である。光源基板４２は、ＬＥＤ又は有機ＥＬなどの発光素子を電気的光源として実装した基板である。光源基板４２は実施の形態１、２の何れかの光源２に該当する。

【0056】

点灯装置４３は、実施の形態１、２の何れかの点灯装置に該当する。点灯装置４３には、コネクタ４１、電源配線４４を介して交流電源１からの電力が入力される。点灯装置４３は出力配線４５を介して光源基板４２に接続される。点灯装置４３は、入力された電力を光源基板４２に供給する電力へと変換し、変換した電力を光源基板４２に供給する。光源基板４２の光源は、点灯装置４３からの供給電力により点灯する。

【0057】

以上から、実施の形態１、２と同様の効果が得られる照明器具５００を提供できる。つまり、突入電流抑制回路４および駆動回路における損失を低減し、点灯装置４３の効率を向上させることができる。

【0058】

なお、各実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いても良い。

【0059】

以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
（付記１）
交流電源を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力に接続され、第１スイッチング素子とインダクタと平滑コンデンサとでエネルギーの充放電を行い、前記平滑コンデンサの両端に直流電圧を生成する直流電源回路と、
前記直流電圧を供給されて光源を点灯させるＤＣ－ＤＣ変換回路と、
前記交流電源と前記平滑コンデンサとの間で前記平滑コンデンサと直列に接続された電流制限素子と、
制御端子と、前記電流制限素子の一端と電気的に接続された第１端子と、前記電流制限素子の他端と電気的に接続された第２端子と、を有する電圧駆動型の第２スイッチング素子と、
前記インダクタと前記第１スイッチング素子の接続点から、前記制御端子に前記第２スイッチング素子の駆動電圧を供給する駆動回路と、
を備えることを特徴とする点灯装置。
（付記２）
交流電源を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力に接続され、第１スイッチング素子とインダクタと平滑コンデンサとでエネルギーの充放電を行い、前記平滑コンデンサの両端に直流電圧を生成する直流電源回路と、
前記直流電圧を供給されて光源を点灯させるＤＣ－ＤＣ変換回路と、
前記交流電源と前記平滑コンデンサとの間で前記平滑コンデンサと直列に接続された電流制限素子と、
制御端子と、前記電流制限素子の一端と電気的に接続された第１端子と、前記電流制限素子の他端と電気的に接続された第２端子と、を有する電圧駆動型の第２スイッチング素子と、
前記インダクタから前記制御端子に前記第２スイッチング素子の駆動電圧を供給する第１経路と、前記平滑コンデンサから前記制御端子に前記第２スイッチング素子の前記駆動電圧を供給する第２経路と、を有する駆動回路と、
を備えることを特徴とする点灯装置。
（付記３）
前記第１経路は、前記インダクタの１次巻線から前記駆動電圧を供給することを特徴とする付記２に記載の点灯装置。
（付記４）
前記第１経路は、前記インダクタの２次巻線から前記駆動電圧を供給することを特徴とする付記２に記載の点灯装置。
（付記５）
前記第２経路で供給される前記駆動電圧は、前記第１経路で供給される前記駆動電圧よりも大きいことを特徴とする付記２から４の何れか１項に記載の点灯装置。
（付記６）
前記交流電源の投入後、前記第１経路で前記駆動電圧が供給されて前記第２スイッチング素子がオンした後に、前記第２経路で前記駆動電圧が供給されることを特徴とする付記２から５の何れか１項に記載の点灯装置。
（付記７）
前記第１経路に設けられた抵抗の抵抗値は、前記第２経路に設けられた抵抗の抵抗値よりも小さいことを特徴とする付記２から６の何れか１項に記載の点灯装置。
（付記８）
前記第１経路は、前記インダクタ側にアノードが設けられ、前記第２スイッチング素子側にカソードが設けられた第１ダイオードを有し、
前記第２経路は、前記平滑コンデンサ側にアノードが設けられ、前記第２スイッチング素子側にカソードが設けられた第２ダイオードを有することを特徴とする付記２から７の何れか１項に記載の点灯装置。
（付記９）
前記第２スイッチング素子はＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする付記１から８の何れか１項に記載の点灯装置。
（付記１０）
前記直流電源回路は力率改善回路であることを特徴とする付記１から９の何れか１項に記載の点灯装置。
（付記１１）
付記１から１０の何れか１項に記載の点灯装置と、
前記光源と、
を備えることを特徴とする照明器具。

【符号の説明】

【0060】

１ 交流電源、２ 光源、２ａ 発光素子、３ 整流回路、４ 突入電流抑制回路、５ 駆動回路、５ａ 第１経路、５ｂ 第２経路、６ 力率改善回路、７ ＤＣ－ＤＣ変換回路、８ 制御回路、１０ 点灯装置、４０ 照明器具本体、４１ コネクタ、４２ 光源基板、４３ 点灯装置、４４ 電源配線、４５ 出力配線、１００ 照明器具、２００ 照明器具、２０５ 駆動回路、２１０ 点灯装置、３００ 照明器具、３０５ 駆動回路、３１０ 点灯装置、４００ 照明器具、４１０ 点灯装置、５００ 照明器具、Ｃ１ フィルタコンデンサ、Ｃ２ コンデンサ、Ｃ３ 平滑コンデンサ、Ｄ１ ダイオード、Ｄ２ ダイオード、Ｄ３ ダイオード、Ｌ１ インダクタ、Ｌ２ ２次巻線、Ｌ２ａ ２次巻線、Ｑ１ スイッチング素子、Ｒ１ 抵抗、Ｒ２ 抵抗、Ｒ３ 抵抗、Ｒ４ 抵抗、ＳＷ１ スイッチング素子、ＺＤ１ ツェナーダイオード

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【手続補正書】

【提出日】2022-09-22

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0001】

本開示は、点灯装置および照明器具に関する。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0013】

各実施の形態に係る点灯装置および照明器具について図面を参照して説明する。同じまたは対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。