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(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】
(24)【登録日】2023-04-24
(45)【発行日】2023-05-02
(54)【発明の名称】照明用電源およびその保護回路
(51)【国際特許分類】
G05F 1/56 20060101AFI20230425BHJP
H02H 7/00 20060101ALI20230425BHJP
【ＦＩ】
G05F1/56 320S
G05F1/56 310C
H02H7/00 B
【請求項の数】
1
(21)【出願番号】P 2019109017
(22)【出願日】2019-06-11
(65)【公開番号】P2020201774
(43)【公開日】2020-12-17
【審査請求日】2021-12-09
(73)【特許権者】
【識別番号】000004606
【氏名又は名称】ニチコン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100199864
【弁理士】
【氏名又は名称】丹羽 良成
(72)【発明者】
【氏名】平岡 尚悟
【審査官】東 昌秋
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１４－１１７０５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭５１－１１４６３３（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２０１４－１８７８１１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０５Ｆ １／５６
Ｈ０２Ｍ ３／００－ ３／４４
Ｈ０２Ｍ ７／００－ ７／４０
Ｈ０２Ｈ ７／００
Ｈ０５Ｂ ４５／００－４５／５９
Ｈ０５Ｂ ４７／００－４７／２９
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
調光器を介して入力された商用電源電圧を整流回路により整流した脈流電圧を照明負荷に対応した直流電力に変換して出力する照明用電源であって、前記脈流電圧を定電圧化する定電圧素子を有するレギュレータと、
前記調光器の保持電流の通流／停止を制御する保持電流制御素子を有し、前記脈流電圧が所定値以下のときに前記保持電流制御素子をオンさせて前記保持電流を流す保持電流回路と、
前記レギュレ－タにより安定化された電圧が出力され、前記保持電流制御素子の短絡時に、前記定電圧素子をショートさせることにより前記レギュレータの出力を停止させる保護回路とを備え、
前記保護回路は、前記定電圧素子と並列に接続された第１の半導体素子と、前記第１の半導体素子のオン／オフを制御する第２の半導体素子と、前記第２の半導体素子の出力端子に電気的に接続されるとともに前記第１の半導体素子の制御端子電圧を保持可能な第１のコンデンサと、前記第１のコンデンサの充電経路上に介装された抵抗とを有し、
前記保持電流制御素子の正常時は、前記第２の半導体素子はオン動作を継続して前記第１のコンデンサを放電させて第１の半導体素子のオフ状態を保持し、前記保持電流制御素子の短絡時は、前記第２の半導体素子のオフ動作により、前記抵抗を介して前記第１のコンデンサを充電させ前記第１の半導体素子の制御端子電圧を上昇させて該第１の半導体素子をオンすることで前記定電圧素子をショートさせ、
前記第１のコンデンサの電圧が第１の半導体素子がオンする制御端子電圧の閾値に達するまでの時間を、前記商用電源電圧の波形周期が所定の１～２サイクル以内に前記レギュレータの出力を停止させるように前記第１のコンデンサと前記抵抗による時定数により決定することを特徴とする照明用電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、照明用電源とその保護回路に関する。
【背景技術】
【0002】
発光ダイオード（以下、ＬＥＤ：Light Emitting Diode）は、環境に優しい光源として注目されており、自動車の車内照明やヘッドライト、信号機、液晶ディスプレイのバックライト、一般照明など幅広い分野に利用されている。また、オフィスや工場といった施設において、省エネ施策としてＬＥＤを用いたＬＥＤ照明システムの導入が進んでいる。
【0003】
ＬＥＤ照明システムの構成要素の一つにＬＥＤ照明装置がある。ＬＥＤ照明装置は、電力変換回路を備えており、電源電圧を変換してＬＥＤ負荷（照明負荷）に給電する。電力変換回路の制御方式としては、電力変換回路がＬＥＤ負荷の特性や光量に合わせて電圧または電流を制御する方式が一般的である。
【0004】
ＬＥＤ照明装置においては、通常、降圧型チョッパー方式またはシリーズ式のレギュレータとＤＣ－ＤＣコンバータの組み合わせによりＬＥＤを駆動する。
このＬＥＤを駆動する電源は、電源回路内の部品故障時や、異物混入などによる部品の短絡時、電源は発煙・発火を生じさせてはならず、対策のために保護回路が設けられている。電源回路の異常電流保護として電流ヒューズが使用されているが、スイッチング素子等の動作異常により回路の損失が増加した場合に、電流ヒューズの保護電流値に達していなくとも、損失増加により発煙・発火に至ることがある。
このＬＥＤを駆動する電源は、電源回路内の部品故障時や、異物混入などによる部品の短絡時、電源は発煙・発火を生じさせてはならず、対策のために保護回路が設けられている。電源回路の異常電流保護として電流ヒューズが使用されているが、スイッチング素子等の動作異常により回路の損失が増加した場合に、電流ヒューズの保護電流値に達していなくとも、損失増加により発煙・発火に至ることがある。
【0005】
特許文献１は、抵抗器と温度ヒューズを直列接続し熱的に結合させた保護素子を、スイッチング素子と直列に回路接続することにより、発煙・発火等に対して保護機能を備えたスイッチング電源装置の保護回路を提供するものである。この特許文献１には、熱的に結合される方法として、接着、結束、テーピング、モールド等が開示されている。
【0006】
図７は、その温度ヒューズを使用した照明用電源の従来回路の概略図である。
この従来の照明用電源１００は、商用電源２から調光器３を介してダイオードブリッジ４で整流し、その出力をＤＣ／ＤＣ変換回路１１に供給し、照明負荷に対応した直流電圧および電流に変換しＬＥＤ１０に出力する。
また、ダイオードブリッジ４の出力を、抵抗５、半導体素子Ｑ５およびツェナーダイオード７より構成されるレギュレータにより降圧し、抵抗８および半導体素子Ｑ３より構成され保持電流を流す保持電流回路および保持電流を流す半導体素子Ｑ３を制御する矩形波生成回路７０に必要な電源を供給する。
この従来の照明用電源１００は、商用電源２から調光器３を介してダイオードブリッジ４で整流し、その出力をＤＣ／ＤＣ変換回路１１に供給し、照明負荷に対応した直流電圧および電流に変換しＬＥＤ１０に出力する。
また、ダイオードブリッジ４の出力を、抵抗５、半導体素子Ｑ５およびツェナーダイオード７より構成されるレギュレータにより降圧し、抵抗８および半導体素子Ｑ３より構成され保持電流を流す保持電流回路および保持電流を流す半導体素子Ｑ３を制御する矩形波生成回路７０に必要な電源を供給する。
【0007】
例えば、この回路で半導体素子Ｑ３が不良となって短絡し、半導体素子Ｑ５が異常発熱する場合、半導体素子Ｑ５に温度ヒューズＦ１を取り付け、発煙・発火に至る前に温度ヒューズＦ１を溶断させることで、レギュレータの動作を停止させ半導体素子Ｑ５の保護が可能である。
【0008】
つまり、半導体素子Ｑ３のドレイン－ソース間が短絡（異物などによる短絡や、部品の故障による内部短絡）すると、半導体素子Ｑ５および抵抗８（保持電流を流すためのブリーダー抵抗）が異常発熱する。これを防止するため、半導体素子Ｑ５に温度ヒューズＦ１を直接取り付け、半導体素子Ｑ５が異常発熱する際に温度ヒューズＦ１が溶断することで、発煙・発火を防ぐ事ができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【文献】特開平４－２６５６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかし、半導体素子Ｑ５への温度ヒューズＦ１の取り付けは、熱的な結合が必要であり、そのために、半導体素子Ｑ５本体へのボンドによる接着や温度ヒューズのリード加工などの工数がかかる。
また、照明用電源の従来回路に使用される温度ヒューズＦ１はその材料にもよるが、概して照明など１日に何度もオン／オフすることが想定される環境の温度変動に弱く、照明用途には不適となる課題がある。
また、照明用電源の従来回路に使用される温度ヒューズＦ１はその材料にもよるが、概して照明など１日に何度もオン／オフすることが想定される環境の温度変動に弱く、照明用途には不適となる課題がある。
【0011】
本発明は、前記従来の課題を鑑みてなされたものであって、温度ヒューズを使用しないで、保持電流回路の半導体素子が短絡した場合に、レギュレータの動作を安全に停止させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明は、脈流電圧を照明負荷に対応した直流電力に変換して出力する照明用電源であって、脈流電圧を定電圧化するレギュレータと、保持電流の通流／停止を制御する保持電流制御素子を有する保持電流回路と、保持電流制御素子の短絡時に、レギュレータの定電圧化機能を停止させる保護回路とを備えたことを特徴とする照明用電源である。
【0013】
この構成によれば、保持電流制御素子が短絡しても、保護回路の動作により、レギュレータの定電圧化機能が停止し、レギュレータ動作を安全に停止させて部品の過熱・焼損を防ぐことができる。
【0014】
また、保持電流回路は、脈流電圧が所定値以下のときに保持電流制御素子をオンさせて保持電流を流す回路であって、保持電流制御素子の短絡時に、保護回路は保持電流制御素子の出力信号に基づき、レギュレータの定電圧化機能を停止させることを特徴とする。
【0015】
この構成によれば、保持電流回路制御素子が故障して過電流となっても、その保持電流制御素子の出力信号により、レギュレータ動作を安全に停止させて部品の過熱・焼損を防ぐことができる。
【0016】
また、レギュレータは脈流電圧を定電圧化する定電圧素子を有し、保護回路は保持電流制御素子の短絡時に定電圧素子をショートさせることによりレギュレータの定電圧化機能を停止させることを特徴とする。
この構成によれば、保護回路により、保持電流制御素子の短絡時に定電圧素子をショートさせて、レギュレータ動作を安全に停止させることができる。
この構成によれば、保護回路により、保持電流制御素子の短絡時に定電圧素子をショートさせて、レギュレータ動作を安全に停止させることができる。
【0017】
さらに、保護回路は、定電圧素子と並列に接続された第１の半導体素子と、第１の半導体素子のオン／オフを制御する第２の半導体素子と、第２の半導体素子の出力端子に電気的に接続されるとともに第１の半導体素子の制御端子電圧を保持可能な第１のコンデンサとを備え、保持電流制御素子の正常時は、第２の半導体素子はオン動作を継続して第１のコンデンサを放電させて第１の半導体素子のオフ状態を保持し、保持電流制御素子の短絡時は、第２の半導体素子のオフ動作により、第１のコンデンサを充電させ第１の半導体素子の制御端子電圧を上昇させてその第１の半導体素子をオンさせ、定電圧素子をショートさせることを特徴とする。
【0018】
この構成により、保護回路は、保持電流制御素子の正常時は第１の半導体素子が動作する電圧を超えないようにオフ状態を保持し、異常時には第１のコンデンサが充電されて電圧が上昇し第１の半導体素子が動作し、レギュレータの動作を停止させて部品を保護する。
【0019】
また、保護回路は、第１のコンデンサの充電経路上に介装された抵抗をさらに備え、
第２の半導体素子のオフ動作により、第１のコンデンサが抵抗を介して充電され、第１のコンデンサの電圧が第１の半導体素子がオンする制御端子電圧の閾値に達するまでの時間を、第１のコンデンサと抵抗による時定数により決定することを特徴とする。
この構成によれば、抵抗とコンデンサ（第１のコンデンサ）による時定数を選定することにより、過電流となって焼損が拡大する前に保護回路を動作させることができる。
第２の半導体素子のオフ動作により、第１のコンデンサが抵抗を介して充電され、第１のコンデンサの電圧が第１の半導体素子がオンする制御端子電圧の閾値に達するまでの時間を、第１のコンデンサと抵抗による時定数により決定することを特徴とする。
この構成によれば、抵抗とコンデンサ（第１のコンデンサ）による時定数を選定することにより、過電流となって焼損が拡大する前に保護回路を動作させることができる。
【0020】
さらに、脈流電圧を照明負荷に対応した直流電力に変換して出力する照明用電源の保護回路であって、保持電流の通流／停止を制御する保持電流制御素子の短絡時に、脈流電圧を定電圧化するレギュレータの定電圧化機能を停止させることを特徴とする照明用電源の保護回路である。
【0021】
この保護回路により、保持電流制御素子の短絡時には、保護回路が動作してレギュレータの動作を安全に停止させることにより、部品を保護する。
【発明の効果】
【0022】
以上、本発明によれば、温度ヒューズを用いることなく、保持電流制御素子が短絡となった場合、レギュレータの定電圧化機能を安全に停止させることにより過電流による部品の過熱・焼損を防ぐことができる。
また、温度ヒューズを熱的に結合させる必要がなく保護回路を構成する部品はチップ部品で構成できるため、工数削減・コスト低減が可能である。
また、温度ヒューズを熱的に結合させる必要がなく保護回路を構成する部品はチップ部品で構成できるため、工数削減・コスト低減が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本発明の実施形態に係る照明用電源の概略図である。
【図2】矩形波生成回路の詳細な回路図である。
【図3】設定電圧と脈流電圧との関係を説明する図である。
【図4】保護回路の詳細な回路図である。
【図5】調光量最大時の保護回路の動作を説明する図である。
【図6】調光量最小時の保護回路の動作を説明する図である。
【図7】温度ヒューズを使用した照明用電源の従来回路の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
本発明の実施形態に係る照明用電源について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る照明用電源の概略図である。照明用電源１は、調光器３、ダイオードブリッジ４、抵抗５、半導体素子６、ツェナーダイオード７、抵抗８、半導体素子９、ＤＣ／ＤＣ変換回路１１、矩形波生成回路１２および保護回路１３を備え、この照明用電源１に、商用電源２および照明負荷としてＬＥＤ１０が接続される。
ここで、抵抗８と半導体素子９は調光器３の誤動作を防ぐ保持電流を流す保持電流回路１５として機能する。また、半導体素子６および９には、例えばＭＯＳＦＥＴ（Ｎ型）が用いられる。
図１は、本発明の実施形態に係る照明用電源の概略図である。照明用電源１は、調光器３、ダイオードブリッジ４、抵抗５、半導体素子６、ツェナーダイオード７、抵抗８、半導体素子９、ＤＣ／ＤＣ変換回路１１、矩形波生成回路１２および保護回路１３を備え、この照明用電源１に、商用電源２および照明負荷としてＬＥＤ１０が接続される。
ここで、抵抗８と半導体素子９は調光器３の誤動作を防ぐ保持電流を流す保持電流回路１５として機能する。また、半導体素子６および９には、例えばＭＯＳＦＥＴ（Ｎ型）が用いられる。
【0025】
抵抗５、半導体素子（Ｑ５）６およびツェナーダイオード（定電圧素子）７は、レギュレータ１４として機能する（定電圧化機能）。すなわち、抵抗５とツェナーダイオード７とを直列に接続して、ダイオードブリッジ４の出力電圧（脈流電圧）Ｖｄｃと並列に接続し、その出力電圧Ｖｄｃを降圧し、矩形波生成回路１２、保護回路１３および保持電流回路１５に電源を供給する。
本実施形態では、例えば、ツェナーダイオード７のツェナー電圧を２４[Ｖ]とすると、レギュレータ１４は約２０[Ｖ]の方形波を出力する。
本実施形態では、例えば、ツェナーダイオード７のツェナー電圧を２４[Ｖ]とすると、レギュレータ１４は約２０[Ｖ]の方形波を出力する。
【0026】
このレギュレータ１４の出力は、保持電流回路１５の半導体素子９が矩形波生成回路１２によってオンすることにより、抵抗（ブリーダー抵抗）８に電流が流れ、この電流は調光器３の保持電流となる。このように、半導体素子（Ｑ３）９が本発明の「保持電流制御素子」に該当し、保持電流の通流／停止を制御する。
さらに、ダイオードブリッジ４の出力電圧Ｖｄｃは、ＤＣ／ＤＣ変換回路１１に接続され、ＤＣ／ＤＣ変換回路１１はＬＥＤ１０の照明負荷に対応した直流電力（直流電圧および直流電流）に変換する。
さらに、ダイオードブリッジ４の出力電圧Ｖｄｃは、ＤＣ／ＤＣ変換回路１１に接続され、ＤＣ／ＤＣ変換回路１１はＬＥＤ１０の照明負荷に対応した直流電力（直流電圧および直流電流）に変換する。
【0027】
本発明の実施形態に係る照明用電源１は、商用電源２からトライアック等により交流波形の点弧角を制御する調光可能な調光器３により、調光された交流波形をダイオードブリッジ（整流回路）４により全波整流された波形を生成する。
この全波整流された出力電圧Ｖｄｃをレギュレータ１４により、トライアックの保持電流をオン／オフする矩形波生成回路１２や保護回路１３に直流の電源として供給する。
さらに、この出力電圧ＶｄｃをＤＣ／ＤＣ変換回路１１により変換してＬＥＤ１０に出力する。
この全波整流された出力電圧Ｖｄｃをレギュレータ１４により、トライアックの保持電流をオン／オフする矩形波生成回路１２や保護回路１３に直流の電源として供給する。
さらに、この出力電圧ＶｄｃをＤＣ／ＤＣ変換回路１１により変換してＬＥＤ１０に出力する。
【0028】
初めに、矩形波生成回路１２について説明する。
図２は、矩形波生成回路１２の詳細な回路図であり、レギュレータ１４および保持電流回路１５も併せて示す。
矩形波生成回路１２は、半導体素子２１、オペアンプ２２、ダイオード２３、コンデンサ２４、抵抗２５～２８および設定電圧源２９により構成される。レギュレータ１４からダイオード２３を介して電源が供給され、コンデンサ２４により平滑されて半導体素子２１およびオペアンプ２２の駆動電源として利用される。
なお、本実施形態の半導体素子２１はＭＯＳＦＥＴ（Ｎ型）である。
また、矩形波生成回路１２の平滑電圧は、信号ＴＲＭ１として保護回路１３にも供給される。
図２は、矩形波生成回路１２の詳細な回路図であり、レギュレータ１４および保持電流回路１５も併せて示す。
矩形波生成回路１２は、半導体素子２１、オペアンプ２２、ダイオード２３、コンデンサ２４、抵抗２５～２８および設定電圧源２９により構成される。レギュレータ１４からダイオード２３を介して電源が供給され、コンデンサ２４により平滑されて半導体素子２１およびオペアンプ２２の駆動電源として利用される。
なお、本実施形態の半導体素子２１はＭＯＳＦＥＴ（Ｎ型）である。
また、矩形波生成回路１２の平滑電圧は、信号ＴＲＭ１として保護回路１３にも供給される。
【0029】
この矩形波生成回路１２は、ダイオードブリッジ４の出力電圧Ｖｄｃが抵抗２７と抵抗２８により分圧されてオペアンプ２２の一方の入力端子に入力される。オペアンプの他方の入力端子には設定電圧源２９の設定電圧（所定値）Ｖ２９が入力される。
【0030】
この分圧された電圧と設定電圧Ｖ２９が比較され、分圧された電圧が設定電圧Ｖ２９以下のとき、オペアンプ２２の出力はローレベルとなり半導体素子２１がオフする。半導体素子２１がオフすると、抵抗２５と抵抗２６の接続点の電圧が高くなり、半導体素子９はオンする。このとき抵抗８には保持電流が流れる。
【0031】
一方、分圧された電圧が設定電圧Ｖ２９より高いとき、オペアンプ２２の出力はハイレベルとなり半導体素子２１がオンする。その結果、半導体素子９のゲート電圧は０[Ｖ]（接地電圧）となり半導体素子９はオフする。このとき保持電流は流れない。
【0032】
さらに、保持電流回路１５および矩形波生成回路１２の動作について図３の波形をもとに説明する。図３は設定電圧と脈流電圧の関係を説明する図である。
図３は、３つの波形が示されており、上から順に（Ａ）ダイオードブリッジ４の出力電圧Ｖｄｃ、（Ｂ）半導体素子９のドレイン―ソース間電圧Ｑ３Ｖｄｓ、（Ｃ）抵抗８の消費電力ＲＰである。縦軸は、（Ａ）および（Ｂ）が電圧、（Ｃ）が電力を示す。横軸は時間を示し、全体では商用電源２の２サイクル分の４０[ｍｓ]である。
（以下、設定電圧Ｖ２９と、出力電圧Ｖｄｃを基に抵抗２７と抵抗２８とで分圧した電圧とを比較するとき、説明の煩雑さを避けるため、分圧した電圧に代えて出力電圧Ｖｄｃを用いる。）
図３は、３つの波形が示されており、上から順に（Ａ）ダイオードブリッジ４の出力電圧Ｖｄｃ、（Ｂ）半導体素子９のドレイン―ソース間電圧Ｑ３Ｖｄｓ、（Ｃ）抵抗８の消費電力ＲＰである。縦軸は、（Ａ）および（Ｂ）が電圧、（Ｃ）が電力を示す。横軸は時間を示し、全体では商用電源２の２サイクル分の４０[ｍｓ]である。
（以下、設定電圧Ｖ２９と、出力電圧Ｖｄｃを基に抵抗２７と抵抗２８とで分圧した電圧とを比較するとき、説明の煩雑さを避けるため、分圧した電圧に代えて出力電圧Ｖｄｃを用いる。）
【0033】
図３に示す出力電圧Ｖｄｃは、調光器３の光量が最大のときの出力であり、商用電源２の全波整流波形である。この出力電圧Ｖｄｃと設定電圧Ｖ２９とが比較される。
出力電圧Ｖｄｃが、設定電圧Ｖ２９以下のときは、半導体素子９のゲート電圧が高くなって、半導体素子９がオンする。その結果、電圧Ｑ３Ｖｄｓは０[Ｖ]になる（同図（Ｂ））。
出力電圧Ｖｄｃが、設定電圧Ｖ２９以下のときは、半導体素子９のゲート電圧が高くなって、半導体素子９がオンする。その結果、電圧Ｑ３Ｖｄｓは０[Ｖ]になる（同図（Ｂ））。
【0034】
半導体素子９がオンすると、抵抗８がＧＮＤに接続された状態となり、抵抗８に流れる電流が増加する。この電流が調光器３の保持電流となる。
しかし、保持電流が流れるのは短時間である。半導体素子９はオンするものの、出力電圧Ｖｄｃが低下するとレギュレータ１４の出力も停止し、０[Ｖ]となるため、電圧Ｑ３Ｖｄｓも０[Ｖ]のままである（同図（Ｂ））。
よって、抵抗８を流れる電流も矩形波生成回路１２の動作電流を除けば、０[ｍＡ]となるから、抵抗８の電流波形は短時間のパルス状となる。
しかし、保持電流が流れるのは短時間である。半導体素子９はオンするものの、出力電圧Ｖｄｃが低下するとレギュレータ１４の出力も停止し、０[Ｖ]となるため、電圧Ｑ３Ｖｄｓも０[Ｖ]のままである（同図（Ｂ））。
よって、抵抗８を流れる電流も矩形波生成回路１２の動作電流を除けば、０[ｍＡ]となるから、抵抗８の電流波形は短時間のパルス状となる。
【0035】
一方、出力電圧Ｖｄｃが設定電圧Ｖ２９より高いときは、半導体素子２１がオンし、半導体素子９はオフする。よって、電圧Ｑ３Ｖｄｓはハイレベル（約２０[Ｖ]）になる（同図（Ｂ））。抵抗８に保持電流は流れない。
ここで、設定電圧Ｖ２９は、調光器３の保持電流が確実に流れるように設定されるが、設定値を高くすれば抵抗８による消費電力が増加するため、消費電力ＲＰが多くならないように設定される。
ここで、設定電圧Ｖ２９は、調光器３の保持電流が確実に流れるように設定されるが、設定値を高くすれば抵抗８による消費電力が増加するため、消費電力ＲＰが多くならないように設定される。
【0036】
次に、保護回路１３について図４を参照して説明する。
図４は、保護回路の詳細な回路図である。保護回路１３は、半導体素子５１（第１の半導体素子、Ｑ１））および５２（第２の半導体素子、Ｑ２）、ダイオード５３、コンデンサ５４（第１のコンデンサ）および５５（第２のコンデンサ）、抵抗５６～６０から構成される。
なお、本実施形態の半導体素子５１はＭＯＳＦＥＴ（Ｎ型）であり、半導体素子５２はバイポーラトランジスタ（ＮＰＮ型）である。
図４は、保護回路の詳細な回路図である。保護回路１３は、半導体素子５１（第１の半導体素子、Ｑ１））および５２（第２の半導体素子、Ｑ２）、ダイオード５３、コンデンサ５４（第１のコンデンサ）および５５（第２のコンデンサ）、抵抗５６～６０から構成される。
なお、本実施形態の半導体素子５１はＭＯＳＦＥＴ（Ｎ型）であり、半導体素子５２はバイポーラトランジスタ（ＮＰＮ型）である。
【0037】
矩形波生成回路１２から入力される信号ＴＲＭ２（半導体素子９のソースードレイン間電圧Ｑ３Ｖｄｓ、半導体素子９の出力信号）が、ダイオード５３のアノードに入力される。
ダイオード５３のカソードには、抵抗５６の一端が接続され、抵抗５６の他端は、抵抗５７および抵抗５８の一端、コンデンサ５５の一端と接続され、抵抗５７およびコンデンサ５５の他端はＧＮＤに接続される。
抵抗５８の他端は半導体素子５２のベースに接続され、半導体素子５２のコレクタは抵抗５９の一端に接続され、抵抗５９の他端は矩形波生成回路１２から入力される信号ＴＲＭ１（ダイオード２３のカソードとコンデンサ２４の接続点の電圧）に接続される。
ダイオード５３のカソードには、抵抗５６の一端が接続され、抵抗５６の他端は、抵抗５７および抵抗５８の一端、コンデンサ５５の一端と接続され、抵抗５７およびコンデンサ５５の他端はＧＮＤに接続される。
抵抗５８の他端は半導体素子５２のベースに接続され、半導体素子５２のコレクタは抵抗５９の一端に接続され、抵抗５９の他端は矩形波生成回路１２から入力される信号ＴＲＭ１（ダイオード２３のカソードとコンデンサ２４の接続点の電圧）に接続される。
【0038】
また、抵抗５９の一端は、抵抗６０、コンデンサ５４の一端および半導体素子５１のゲートに接続される。抵抗６０、コンデンサ５４の他端および半導体素子５１のソースはＧＮＤに接続される。半導体素子５１のドレインは、レギュレータ１４のツェナーダイオード７のカソードに接続される。
なお、信号ＴＲＭ１は保持電流回路１５の抵抗８を介するレギュレータ１４出力の平滑電圧の信号であり、信号ＴＲＭ１を使用しないで保護回路１３内に平滑回路を設けてもよい。その場合、レギュレータ１４の出力が保護回路１３と接続される。
なお、信号ＴＲＭ１は保持電流回路１５の抵抗８を介するレギュレータ１４出力の平滑電圧の信号であり、信号ＴＲＭ１を使用しないで保護回路１３内に平滑回路を設けてもよい。その場合、レギュレータ１４の出力が保護回路１３と接続される。
【0039】
この保護回路１３は、保持電流回路１５の半導体素子９が故障して短絡となった場合、その故障によりレギュレータの半導体素子６および保持電流回路１５の抵抗８に過電流が流れ、部品の焼損および部品の実装されたプリント基板の焼損につながるため、保護回路１３は半導体素子９の出力信号（半導体素子９のソースードレイン間電圧Ｑ３Ｖｄｓ）により、レギュレータ１４の定電圧化機能を停止させる。
具体的には、半導体素子９の短絡時に半導体素子９の出力信号（電圧Ｑ３Ｖｄｓ）がローレベル（０[Ｖ]）に変化すると、ツェナーダイオード７と並列に接続された半導体素子５１をオンさせることで、ツェナーダイオード７の両端子間を、オン状態とされた半導体素子５１によりショートさせる。これにより、ツェナーダイオード７のツェナー電圧を０[Ｖ]にして、レギュレータ１４の出力を停止させ、部品の保護を図るものである。
具体的には、半導体素子９の短絡時に半導体素子９の出力信号（電圧Ｑ３Ｖｄｓ）がローレベル（０[Ｖ]）に変化すると、ツェナーダイオード７と並列に接続された半導体素子５１をオンさせることで、ツェナーダイオード７の両端子間を、オン状態とされた半導体素子５１によりショートさせる。これにより、ツェナーダイオード７のツェナー電圧を０[Ｖ]にして、レギュレータ１４の出力を停止させ、部品の保護を図るものである。
【0040】
以下、図５および図６に示す波形を参照して、保護回路１３の動作を説明する。
図５は、調光器３の光量が最大時の保護回路１３の動作を説明する波形図であり、図６は、調光器３の光量が最小時の同様の波形図である。図５および図６は、共に上から順に、（Ａ）半導体素子６のドレイン―ソース間電圧Ｑ５Ｖｄｓ（以下、単に電圧Ｑ５Ｖｄｓという）、（Ｂ）半導体素子６に流れる電流Ｑ５Ｉｄ（同、電流Ｑ５Ｉｄ）、（Ｃ）半導体素子６の消費電力Ｑ５Ｐ（同、消費電力Ｑ５Ｐ）、（Ｄ）半導体素子５２のベース―エミッタ間電圧Ｑ２Ｖｂｅ（同、電圧Ｑ２Ｖｂｅ）、（Ｅ）半導体素子５１のゲート―ソース間電圧Ｑ１Ｖｇｓ（同、電圧Ｑ１Ｖｇｓ）、（Ｆ）保持電流回路１５の半導体素子９のドレイン―ソース間電圧Ｑ３Ｖｄｓ（同、電圧Ｑ３Ｖｄｓ）、（Ｇ）半導体素子５１のドレイン―ソース間電圧Ｑ１Ｖｄｓ（同、電圧Ｑ１Ｖｄｓ）である。
なお、図５および図６は、シミュレーション結果であり、消費電力もシミュレーションによる算出値である。また、半導体素子９のドレイン―ソース間電圧Ｑ３Ｖｄｓは、保持電流回路１５の半導体素子９の出力信号ＴＲＭ２である。
図５は、調光器３の光量が最大時の保護回路１３の動作を説明する波形図であり、図６は、調光器３の光量が最小時の同様の波形図である。図５および図６は、共に上から順に、（Ａ）半導体素子６のドレイン―ソース間電圧Ｑ５Ｖｄｓ（以下、単に電圧Ｑ５Ｖｄｓという）、（Ｂ）半導体素子６に流れる電流Ｑ５Ｉｄ（同、電流Ｑ５Ｉｄ）、（Ｃ）半導体素子６の消費電力Ｑ５Ｐ（同、消費電力Ｑ５Ｐ）、（Ｄ）半導体素子５２のベース―エミッタ間電圧Ｑ２Ｖｂｅ（同、電圧Ｑ２Ｖｂｅ）、（Ｅ）半導体素子５１のゲート―ソース間電圧Ｑ１Ｖｇｓ（同、電圧Ｑ１Ｖｇｓ）、（Ｆ）保持電流回路１５の半導体素子９のドレイン―ソース間電圧Ｑ３Ｖｄｓ（同、電圧Ｑ３Ｖｄｓ）、（Ｇ）半導体素子５１のドレイン―ソース間電圧Ｑ１Ｖｄｓ（同、電圧Ｑ１Ｖｄｓ）である。
なお、図５および図６は、シミュレーション結果であり、消費電力もシミュレーションによる算出値である。また、半導体素子９のドレイン―ソース間電圧Ｑ３Ｖｄｓは、保持電流回路１５の半導体素子９の出力信号ＴＲＭ２である。
【0041】
図５の縦軸は、各波形の電圧、電流、電力を示す。横軸は時間を示し、２００[ｍｓ]の期間である。横軸は３つの期間、電源投入後の正常なＡ期間、半導体素子９の故障により短絡（過電流状態）が発生したＢ期間および短絡後保護回路１３が動作したＣ期間に分けている。
Ａ期間の電圧Ｑ５Ｖｄｓは、ダイオードブリッジ４の出力電圧Ｖｄｃからレギュレータ１４の出力の約２０[Ｖ]を減じた電圧波形となっている（同図（Ａ））。この期間は、半導体素子９の動作は正常なため、電流Ｑ５Ｉｄは、出力電圧Ｖｄｃが設定電圧Ｖ２９以下のときは短時間保持電流が流れ、出力電圧Ｖｄｃが設定電圧Ｖ２９より高いときは、保持電流は流れず矩形波生成回路１２に供給される電流のみ流れる（同図（Ｂ））。よって、半導体素子６の消費電力Ｑ５Ｐは保持電流と矩形波生成回路１２による消費電力となる（同図（Ｃ））。
Ａ期間の電圧Ｑ５Ｖｄｓは、ダイオードブリッジ４の出力電圧Ｖｄｃからレギュレータ１４の出力の約２０[Ｖ]を減じた電圧波形となっている（同図（Ａ））。この期間は、半導体素子９の動作は正常なため、電流Ｑ５Ｉｄは、出力電圧Ｖｄｃが設定電圧Ｖ２９以下のときは短時間保持電流が流れ、出力電圧Ｖｄｃが設定電圧Ｖ２９より高いときは、保持電流は流れず矩形波生成回路１２に供給される電流のみ流れる（同図（Ｂ））。よって、半導体素子６の消費電力Ｑ５Ｐは保持電流と矩形波生成回路１２による消費電力となる（同図（Ｃ））。
【0042】
電圧Ｑ３Ｖｄｓは、正常時は出力電圧Ｖｄｃが設定電圧Ｖ２９以下のとき短時間のみオンしその後は０[Ｖ]になる一方、出力電圧Ｖｄｃが設定電圧Ｖ２９よりも大きいときは、ほぼ２０[Ｖ]の一定値である（同図（Ｆ））。電圧Ｑ１Ｖｄｓも正常時はツェナーダイオードの両端の電圧値、つまりツェナー電圧値となる。
電圧Ｑ２Ｖｂｅ（同図（Ｄ））は、電圧Ｑ３Ｖｄｓ（同図（Ｆ））がハイレベル（約２０[Ｖ]）の間は半導体素子５２がオンしているため、約０．７[Ｖ]でほぼ一定である。出力電圧Ｖｄｃが０[Ｖ]になる間は、電圧Ｑ３Ｖｄｓがローレベル（０[Ｖ]）になっても、コンデンサ５５によりほとんど電圧は低下していない。また、電圧Ｑ１Ｖｇｓ（同図（Ｅ））は、半導体素子５２がオン動作を継続しているため、コンデンサ５４には充電されず、ほぼ０[Ｖ]である。
なお、このＡ期間のシミュレーションによる消費電力Ｑ５Ｐは１９４[ｍＷ]である。
電圧Ｑ２Ｖｂｅ（同図（Ｄ））は、電圧Ｑ３Ｖｄｓ（同図（Ｆ））がハイレベル（約２０[Ｖ]）の間は半導体素子５２がオンしているため、約０．７[Ｖ]でほぼ一定である。出力電圧Ｖｄｃが０[Ｖ]になる間は、電圧Ｑ３Ｖｄｓがローレベル（０[Ｖ]）になっても、コンデンサ５５によりほとんど電圧は低下していない。また、電圧Ｑ１Ｖｇｓ（同図（Ｅ））は、半導体素子５２がオン動作を継続しているため、コンデンサ５４には充電されず、ほぼ０[Ｖ]である。
なお、このＡ期間のシミュレーションによる消費電力Ｑ５Ｐは１９４[ｍＷ]である。
【0043】
Ｂ期間は、半導体素子９の短絡直後から保護回路１３が動作するまでの期間である。電圧Ｑ５Ｖｄｓは、Ａ期間と同じで変化はない（同図（Ａ））。電圧Ｑ３Ｖｄｓは、半導体素子９が短絡故障のため、０[Ｖ]になっている（同図（Ｆ））。半導体素子９が短絡してオン状態となるため、半導体素子６の電流は増加し、消費電力Ｑ５Ｐも増大する（同図（Ｂ）および（Ｃ））。この期間の消費電力Ｑ５Ｐは、２．４[Ｗ]になり、定常時の１０倍以上となっている。
【0044】
Ｂ期間では、半導体素子５２はオフし、コンデンサ５４の充電は開始されているが、電圧Ｑ１Ｖｇｓは半導体素子５１のゲート閾値電圧（制御端子電圧の閾値）まで上昇していないため、半導体素子５１はオンしていない（同図（Ｅ））。よって、保護回路１３はまだ動作しておらず、電圧Ｑ１ＶｄｓもＡ期間と同じ状態である（同図（Ｇ））。
【0045】
Ｃ期間は、Ｂ期間中半導体素子５２はオフしているのでコンデンサ５４の充電が継続して、電圧Ｑ１Ｖｇｓが半導体素子５１のゲート閾値電圧を超え、半導体素子５１がオンした状態である（同図（Ｅ））。このとき、電圧Ｑ１Ｖｄｓは０[Ｖ]になっている（同図（Ｇ））。
半導体素子５１は、レギュレータ１４のツェナーダイオード７と並列に接続されているため、半導体素子５１がオンするとツェナー電圧が０[Ｖ]になり、レギュレータ１４の動作が停止する。半導体素子６はオフし、オフ状態の半導体素子６に出力電圧Ｖｄｃが印加された状態で（同図（Ａ））、半導体素子６の電流Ｑ５Ｉｄは０[ｍＡ]になり（同図（Ｂ））、この期間の消費電力Ｑ５Ｐも、０[Ｗ]である（同図（Ｃ））。
半導体素子５１は、レギュレータ１４のツェナーダイオード７と並列に接続されているため、半導体素子５１がオンするとツェナー電圧が０[Ｖ]になり、レギュレータ１４の動作が停止する。半導体素子６はオフし、オフ状態の半導体素子６に出力電圧Ｖｄｃが印加された状態で（同図（Ａ））、半導体素子６の電流Ｑ５Ｉｄは０[ｍＡ]になり（同図（Ｂ））、この期間の消費電力Ｑ５Ｐも、０[Ｗ]である（同図（Ｃ））。
【0046】
Ｃ期間の電圧Ｑ２Ｖｂｅは、信号ＴＲＭ２（電圧Ｑ３Ｖｄｓ）が０[Ｖ]のままなので、コンデンサ５５の放電が継続して電圧が低下し（同図（Ｄ））、電圧Ｑ１Ｖｇｓは、信号ＴＲＭ１の電圧が供給されているためコンデンサ５４が充電され電圧が上昇し続ける（同図（Ｅ））。
また、この期間の電圧Ｑ５Ｖｄｓは、ほぼ出力電圧Ｖｄｃがそのまま印加されており、Ａ期間およびＢ期間とは異なり、ツェナー電圧分だけ電圧のピーク値が高くなっている（同図（Ａ））。
このＣ期間は、この保護回路１３の動作により、半導体素子９が短絡故障し半導体素子６および抵抗８が過電流によって加熱また焼損するのを防止していることを示す。
また、この期間の電圧Ｑ５Ｖｄｓは、ほぼ出力電圧Ｖｄｃがそのまま印加されており、Ａ期間およびＢ期間とは異なり、ツェナー電圧分だけ電圧のピーク値が高くなっている（同図（Ａ））。
このＣ期間は、この保護回路１３の動作により、半導体素子９が短絡故障し半導体素子６および抵抗８が過電流によって加熱また焼損するのを防止していることを示す。
【0047】
図６は、調光器３の光量が最小となるため、電圧Ｑ５Ｖｄｓは調光器３により商用電源２の点弧された時点からゼロクロスまでの全波整流波形となっていること（同図（Ａ））、その結果、電圧Ｑ３Ｖｄｓ（同図（Ｆ））および電圧Ｑ１Ｖｄｓ（同図（Ｇ））のハイレベルの時間が短くなっている点が、図５と異なっている。
しかし、Ａ期間では電圧Ｑ２Ｖｂｅ（同図（Ｄ））は、電圧Ｑ３Ｖｄｓのハイレベルの期間が短いため（同図（Ｆ））、放電による電圧低下があり、電圧Ｑ１Ｖｇｓは、コンデンサ５４は充電されるが、放電も行われるため電圧値が変動する（同図（Ｅ））。
なお、Ｂ期間になればコンデンサ５４は、光量の違いに関わらず同じように充電されるため、同様な時間で半導体素子５１はオンし、保護回路１３が動作する。
しかし、Ａ期間では電圧Ｑ２Ｖｂｅ（同図（Ｄ））は、電圧Ｑ３Ｖｄｓのハイレベルの期間が短いため（同図（Ｆ））、放電による電圧低下があり、電圧Ｑ１Ｖｇｓは、コンデンサ５４は充電されるが、放電も行われるため電圧値が変動する（同図（Ｅ））。
なお、Ｂ期間になればコンデンサ５４は、光量の違いに関わらず同じように充電されるため、同様な時間で半導体素子５１はオンし、保護回路１３が動作する。
【0048】
ここで、コンデンサ５４（第１のコンデンサ）およびコンデンサ５５（第２のコンデンサ）の静電容量について説明する。
コンデンサ５５は、正常動作時調光器３の光量が最大でも最小でも、第２の半導体素子５２がオフしないように定数（静電容量）を選定する。また、電源投入時は、第１の半導体素子５１が先にオンすると照明用電源１が動作しないため、第２の半導体素子５２が先にオンして第１の半導体素子５１のゲートに接続されているコンデンサ５４を放電させるように、コンデンサ５５の定数を決定する。
上記観点からコンデンサ５５の定数として、０．４７[μＦ]～４．７[μＦ]が望ましい。なお、本実施形態では、コンデンサ５５の定数を１．０[μＦ]とした。
コンデンサ５５は、正常動作時調光器３の光量が最大でも最小でも、第２の半導体素子５２がオフしないように定数（静電容量）を選定する。また、電源投入時は、第１の半導体素子５１が先にオンすると照明用電源１が動作しないため、第２の半導体素子５２が先にオンして第１の半導体素子５１のゲートに接続されているコンデンサ５４を放電させるように、コンデンサ５５の定数を決定する。
上記観点からコンデンサ５５の定数として、０．４７[μＦ]～４．７[μＦ]が望ましい。なお、本実施形態では、コンデンサ５５の定数を１．０[μＦ]とした。
【0049】
また、コンデンサ５４は、コンデンサ５４の充電経路上に介装された抵抗５９との組合せで、第２の半導体素子５２がオフしてから、第１の半導体素子５１をオンさせるまでの時間を決める時定数を決定する。コンデンサ５４の定数が大きいほど、保護回路１３が動作するまで時間を要する。図５および図６に示すＢ期間が長いと、部品の焼損等が継続してしまうので、商用電源２の１～２サイクル以内に保護が働くよう設定する。
本実施形態では、コンデンサ５４の定数は２．２[μＦ]とし、抵抗５９との時定数は２２０[ｍｓ]である。コンデンサ５４の定数は４．４[μＦ]以下が望ましい。
本実施形態では、コンデンサ５４の定数は２．２[μＦ]とし、抵抗５９との時定数は２２０[ｍｓ]である。コンデンサ５４の定数は４．４[μＦ]以下が望ましい。
【0050】
さらに、コンデンサ５４には次のような機能も有する。商用電源２が投入され、レギュレータ１４の半導体素子６がオンして、矩形波生成回路１２に電源を供給し照明用電源１の保持電流を流す動作が開始される。同時にコンデンサ５４も充電されるが、半導体素子５１のゲート閾値電圧まで上昇するのに時間がかかるので、半導体素子５１はすぐにはオンしない。
コンデンサ５４がないと、商用電源２投入後、すぐに保護回路１３の半導体素子５１がオンしてレギュレータ１４の動作を停止させてしまい、照明用電源は動作が開始できないことになる。コンデンサ５４は、商用電源２投入時の意図しない半導体素子５１のオン動作を防ぐことにもなる。
よって、コンデンサ５４の定数は、少なくとも１．０[μＦ]以上が望ましい。以上より、コンデンサ５４の定数範囲としては、１．０[μＦ]～４．４[μＦ]が望ましい。
コンデンサ５４がないと、商用電源２投入後、すぐに保護回路１３の半導体素子５１がオンしてレギュレータ１４の動作を停止させてしまい、照明用電源は動作が開始できないことになる。コンデンサ５４は、商用電源２投入時の意図しない半導体素子５１のオン動作を防ぐことにもなる。
よって、コンデンサ５４の定数は、少なくとも１．０[μＦ]以上が望ましい。以上より、コンデンサ５４の定数範囲としては、１．０[μＦ]～４．４[μＦ]が望ましい。
【0051】
なお、本実施形態では、保護回路１３の第２の半導体素子５２は、バイポーラトランジスタを使用したが、ＭＯＳＦＥＴを使用することもできる。
第２の半導体素子５２がＭＯＳＦＥＴになれば、ゲート電圧がトランジスタのベースーエミッタ間電圧のようにクランプされることもなく、ゲート電圧が高く設定できるので、第２の半導体素子５２のオンからオフするまでの時間を、第２のコンデンサ５５の定数で設定することもできる。
第２の半導体素子５２がＭＯＳＦＥＴになれば、ゲート電圧がトランジスタのベースーエミッタ間電圧のようにクランプされることもなく、ゲート電圧が高く設定できるので、第２の半導体素子５２のオンからオフするまでの時間を、第２のコンデンサ５５の定数で設定することもできる。
【0052】
また、本実施形態では、ツェナーダイオード７の両端子をショートさせることで、レギュレータ１４の定電圧化機能を停止させているが、半導体素子９（Ｑ３）の短絡時に保護回路１３がレギュレータ１４の定電圧化機能を停止させる限り、これに限定されない。
また、矩形波生成回路１２は、ＬＥＤドライバＩＣなどのコントロールＩＣから出力される信号を利用することができる場合（コントロールＩＣが矩形波を出力する端子を有している場合）には、コントロールＩＣを用いることで本実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、矩形波生成回路１２は、ＬＥＤドライバＩＣなどのコントロールＩＣから出力される信号を利用することができる場合（コントロールＩＣが矩形波を出力する端子を有している場合）には、コントロールＩＣを用いることで本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【0053】
１・・・照明用電源、２・・・商用電源、３・・・調光器、４・・・ダイオードブリッジ（整流回路）、５、８・・・抵抗、６・・・半導体素子（Ｑ５）、７・・・ツェナーダイオード（定電圧素子）、９・・・半導体素子（保持電流制御素子、Ｑ３），１０・・・ＬＥＤ、１１・・・ＤＣ／ＤＣ変換回路、１２、７０・・・矩形波生成回路、１３・・・保護回路、１４・・・レギュレータ、１５・・・保持電流回路、２１・・・半導体素子、２２・・・オペアンプ、２３・・・ダイオード、２４・・・コンデンサ、２５～２８・・・抵抗、２９・・・設定電圧源、Ｖ２９・・・設定電圧、５１・・・半導体素子（第１の半導体素子、Ｑ１）、５２・・・半導体素子（第２の半導体素子、Ｑ２）、５３・・・ダイオード、５４・・・コンデンサ（第１のコンデンサ）、５５・・・コンデンサ（第２のコンデンサ）、５６～６０・・・抵抗、１００・・・照明用電源。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】