特許 7342620 照明器具

(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】2023-09-04

(45)【発行日】2023-09-12

(54)【発明の名称】照明器具

(51)【国際特許分類】

   H05B 45/385 20200101AFI20230905BHJP

   H05B 45/38 20200101ALI20230905BHJP

【ＦＩ】

H05B45/385

H05B45/38

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2019197724

(22)【出願日】2019-10-30

(65)【公開番号】P2021072202

(43)【公開日】2021-05-06

【審査請求日】2022-10-03

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(73)【特許権者】

【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】100082175

【弁理士】

【氏名又は名称】高田 守

(74)【代理人】

【識別番号】100106150

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 英樹

(74)【代理人】

【識別番号】100148057

【弁理士】

【氏名又は名称】久野 淑己

(72)【発明者】

【氏名】飯田 岳秋

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】芝原 信一

【審査官】塩治 雅也

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－５４５０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２０７３１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１６６９５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ４５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源ユニットと、蓄電池と、光源と、を備え、
前記電源ユニットは、
交流電力を整流する整流回路と、
トランスを有し、前記整流回路の電圧を降圧して、前記蓄電池に予め定められた電流を出力する充電回路と、
点灯用スイッチング素子を有し、前記点灯用スイッチング素子をオンすると前記蓄電池のエネルギが前記トランスの２次巻線に伝達され、前記点灯用スイッチング素子をオフすると前記トランスに蓄積されたエネルギが前記光源に供給される点灯回路と、を備えたことを特徴とする照明器具。

【請求項2】

前記充電回路はフライバックコンバータであり、前記点灯用スイッチング素子は、前記２次巻線と、前記蓄電池の負極側端子との間に接続されたことを特徴とする請求項１に記載の照明器具。

【請求項3】

前記２次巻線と、前記点灯用スイッチング素子との間に、整流素子を介して前記光源が接続されたことを特徴とする請求項２に記載の照明器具。

【請求項4】

前記点灯用スイッチング素子はＭＯＳＦＥＴであり、前記点灯回路は、前記２次巻線と、前記ＭＯＳＦＥＴと、前記整流素子を有する昇圧チョッパ回路であることを特徴とする請求項３に記載の照明器具。

【請求項5】

前記ＭＯＳＦＥＴがオンオフ動作を繰り返している期間は前記充電回路の動作を停止させる制御回路を備えたことを特徴とする請求項４に記載の照明器具。

【請求項6】

前記トランスは、前記整流回路に電気的に接続された１次巻線と、前記２次巻線と、前記１次巻線と前記２次巻線が巻きつけられた磁性体コアとを備え、前記２次巻線の上に前記１次巻線が巻きつけられたことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の照明器具。

【請求項7】

前記整流回路と前記光源の間に直列に接続されたスイッチを有し、
前記充電回路の動作中は前記スイッチをオフ状態としつつ前記点灯用スイッチング素子をオン状態とし、前記点灯回路の動作中は前記スイッチをオン状態とする制御回路を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の照明器具。

【請求項8】

前記蓄電池に出力される電流が一定となるように前記充電回路を定電流制御する制御回路を備えたこと特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の照明器具。

【請求項9】

前記充電回路は充電用スイッチング素子を備え、
前記充電用スイッチング素子と前記点灯用スイッチング素子を制御する制御回路を備え、
前記制御回路は前記充電用スイッチング素子と前記点灯用スイッチング素子の少なくとも一方にフォトカプラを介して制御信号を送ることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の照明器具。

【請求項10】

前記充電回路は充電用スイッチング素子を備え、
前記充電用スイッチング素子と前記点灯用スイッチング素子を制御する制御回路を備え、
前記制御回路は、前記充電用スイッチング素子がオンオフを繰り返す期間において、前記充電用スイッチング素子がオンしている期間は前記点灯用スイッチング素子をオフ状態とし、前記充電用スイッチング素子がオフしている期間の少なくとも一部に前記点灯用スイッチング素子をオン状態とすることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の照明器具。

【請求項11】

前記点灯用スイッチング素子はワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の照明器具。

【請求項12】

前記充電用スイッチング素子はワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることを特徴とする請求項９に記載の照明器具。

【請求項13】

前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドであることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の照明器具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は照明器具に関する。

【背景技術】

【0002】

ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を光源とした照明器具の中でも、災害等による停電時に点灯させることを想定している非常用照明器具又は誘導灯は、内蔵する蓄電池の電力を用いてＬＥＤを点灯させる。停電が発生していない平常時において交流電源から入力されたエネルギを蓄電池に充電することで、停電時に十分な時間ＬＥＤを点灯させることを可能とする。

【0003】

特許文献１には、交流電源が正常に得られている通常時に非常用電源である蓄電池を充電し、停電が発生している非常時に蓄電池の電力を用いて光源を点灯する非常用照明器具が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００７－０４８６５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記のように、非常用照明器具に用いられる回路は、ＬＥＤを点灯させるための点灯回路に加え、蓄電池を充電するための充電回路を備えた構成となっており、同程度の出力の他の照明器具と比較して部品点数が多い。従って、器具形状が大型であるとともに高コストであるという課題があった。

【0006】

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、小型化に好適な照明器具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】

【0007】

本願の発明に係る照明器具は、電源ユニットと、蓄電池と、光源と、を備え、該電源ユニットは、交流電力を整流する整流回路と、トランスを有し、該整流回路の電圧を降圧して、該蓄電池に予め定められた電流を出力する充電回路と、点灯用スイッチング素子を有し、該点灯用スイッチング素子をオンすると該蓄電池のエネルギが該トランスの２次巻線に伝達され、該点灯用スイッチング素子をオフすると該トランスに蓄積されたエネルギが該光源に供給される点灯回路と、を備えたことを特徴とする。

【0008】

本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、充電回路と点灯回路の主回路部品を共通で使用して部品点数を削減することで、回路及び器具全体を小型化するとともに、低コスト化する効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】比較例に係る照明器具の回路図である。

【図2】実施の形態１に係る照明器具の回路図である。

【図3】充電動作時の電流経路を示す図である。

【図4】充電動作を示す波形図である。

【図5】点灯動作時の電流経路を示す図である。

【図6】点灯動作を示す波形図である。

【図7】フライバックトランスの斜視図である。

【図8】図８Ａは比較例に係る巻線を示す断面図である。図８Ｂは図７のＸ－Ｘ´線断面図である。

【図9】実施の形態２に係る照明器具の回路図である。

【図10】充電動作を示す波形図である。

【図11】実施の形態３に係る照明器具の回路図である。

【図12】充電動作を示す波形図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の実施の形態に係る照明器具について図面を参照して説明する。同じ又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。実施の形態に係る照明器具は非常用照明器具であるが単に照明器具と称することがある。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。

【0012】

実施の形態１．
図１は、比較例に係る照明器具１００の充電回路、点灯回路、蓄電池及び光源の回路図である。照明器具１００は、交流電源１に接続され交流電源１から供給される電力を直流に変換する整流回路２と、充電回路４´と、定電流回路８と、点灯回路１０´と、光源１３とを備えている。充電回路４´は、交流電源１と蓄電池９を電気的に絶縁するとともに、整流回路２の出力を降圧した一定電圧を出力する。定電流回路８は、充電回路４´の出力電圧を用いて、蓄電池９を充電するための一定電流を出力する。点灯回路１０´は、停電が発生した場合に蓄電池９の電圧を光源１３が点灯可能な高さに昇圧する。光源１３は、点灯回路１０´から入力される電流を光に変換し点灯する。

【0013】

交流電源１と充電回路４´の間に接続される整流回路２は、交流電源１から入力される交流電圧を整流し直流の電圧を出力する。整流回路の構成としては、４つのダイオードを用いた全波整流回路の他、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子を用いた同期整流の回路構成としてもよい。また、１つのダイオードのみで半波整流回路としてもよく、この場合、交流電源１から入力される電流が通過するダイオードの数を半減できるため、整流回路２で発生する損失を低減することができる。

【0014】

整流回路２の出力、すなわち、直流側と充電回路４´の間にはフィルタコンデンサ３が接続されている。より具体的には、フィルタコンデンサ３の一端は整流回路２の正極側端子とフライバックトランス５の１次巻線５ａに接続され、フィルタコンデンサ３の他端は整流回路２の負極側端子と充電用スイッチング素子４ａのソース端子に接続される。

【0015】

フィルタコンデンサ３は、充電回路４´が備える充電用スイッチング素子４ａのスイッチング動作により交流電源１から入力される電流に発生するスイッチングリプルを抑制する。

【0016】

フィルタコンデンサ３として、フィルムコンデンサの他、チップ形状のセラミックコンデンサを用いることができる。特に、チップ形状のセラミックコンデンサを用いる場合は、フィルムコンデンサに比べて低背部品であるため、基板を低背化することができる。

【0017】

フィルタコンデンサ３と電解コンデンサ６の間には充電回路４´が接続される。充電回路４´はフライバックコンバータであり、例えば、充電用スイッチング素子４ａ、フライバックトランス５、スナバダイオード４ｄ、スナバ抵抗４ｅ、スナバコンデンサ４ｆ、ダイオード４ｃを備える。充電用スイッチング素子４ａのソース端子は整流回路２の負極側端子及びフィルタコンデンサ３と接続され、ドレイン端子はフライバックトランス５の１次巻線５ａの一端及びスナバダイオード４ｄのアノード端子と接続される。スナバダイオード４ｄのカソード端子は、スナバ抵抗４ｅの一端と、スナバコンデンサ４ｆの一端に接続される。スナバ抵抗４ｅの他端は、スナバコンデンサ４ｆの他端と、フライバックトランス５の１次巻線５ａの一端に接続される。フライバックトランス５の２次巻線５ｂはダイオード４ｃのアノードと、電解コンデンサ６の負極側端子に接続される。ダイオード４ｃのカソードは、電解コンデンサ６の正極側端子に接続される。

【0018】

充電回路４´はフィルタコンデンサ３の電圧を降圧し、電解コンデンサ６に出力する機能をもつ。電解コンデンサ６の電圧が蓄電池９の電圧よりも高いほど、定電流回路８で発生する損失が増加するため、電解コンデンサ６の電圧が蓄電池９の電圧よりも高く、なおかつ、同程度の高さとなるように充電回路４´の出力電圧を定電圧制御する。

【0019】

蓄電池９は、照明器具１００が設置された後に交換することがある。よって、照明器具１００が交流電源１に接続されて通電している状態で人が蓄電池９及びその接続端子に触れる可能性があるため、感電防止を目的として、充電回路４´は交流電源１と蓄電池９を電気的に絶縁している。図１においては、充電回路４´としてフライバックコンバータの構成を示しているが、これに限るものではなく、例えば、フライフォワードコンバータ又はＬＬＣ方式のＤＣ／ＤＣコンバータにおいても、上述の機能を実現することができる。

【0020】

充電用スイッチング素子４ａは、一般に用いられているＳｉ（ケイ素）を材料とした素子を用いる他、ＳｉＣ（炭化ケイ素）を材料とした素子を用いることができる。ＳｉＣはＳｉよりも導通損失が小さく、高速なスイッチング動作が可能であるため、スイッチング損失を低減でき、充電動作時における照明器具１００の消費電力を低減することができる。また、充電用スイッチング素子４ａの発熱も低減できるため、近傍に配置されている電子部品の温度上昇を抑制でき、信頼性を向上させることができる。

【0021】

また、充電用スイッチング素子４ａとして、ＧａＮ（窒化ガリウム）を材料としたスイッチング素子を用いることができる。ＧａＮを材料としたスイッチング素子の例としては、ＨＥＭＴが挙げられる。ＨＥＭＴはＳｉのＭＯＳＦＥＴよりも導通損失が小さく、また、高速なスイッチング動作が可能であるため、スイッチング損失を低減でき充電動作時における照明器具１００の消費電力を低減することができる。また、スイッチング素子の発熱も低減できるため、近傍に配置されている電子部品の温度上昇を抑制でき、信頼性を向上させることができる。

【0022】

充電回路４´と蓄電池９の間には、電解コンデンサ６、ダイオード７、定電流回路８が接続される。電解コンデンサ６の正極側端子は、ダイオード４ｃのカソード端子とダイオード７のアノード端子に接続される。電解コンデンサ６の負極側端子はフライバックトランス５の２次巻線５ｂの一端と、蓄電池９の負極側端子に接続される。ダイオード７のカソード端子は定電流回路８の一端に接続される。定電流回路８の他端は蓄電池９の正極側端子とコイル１０ｂの一端に接続される。

【0023】

電解コンデンサ６は、充電回路４´から出力される電圧を平滑化する機能をもつ。充電回路４´は整流回路２から出力される電圧を一定電圧に制御するが、整流回路２から出力される電圧は交流電源１の２倍周波数で脈動しているため充電回路４´から出力される電圧も交流電源１の２倍周波数で脈動する。電解コンデンサ６は、交流電源１の２倍周波数で脈動する電圧を平滑化している。これによって、電解コンデンサ６の電圧の脈動によるピーク値が低減できるため、蓄電池９の電圧に対して電解コンデンサ６の電圧が高くなりすぎることを抑制できる。これにより、定電流回路８で発生する損失と照明器具１００の消費電力を低減することができる。

【0024】

定電流回路８の例としてシャントレギュレータを用いる構成が挙げられる。また、別の例によれば、降圧チョッパ回路などのＤＣ／ＤＣコンバータを用いて出力を定電流制御する構成にすることもできる。

【0025】

ダイオード７は定電流回路８に逆方向の電流が流れることを防止する機能をもつ。定電流回路８としてシャントレギュレータを用いた場合、電解コンデンサ６が充電されていない状態で蓄電池９を接続すると、蓄電池９からシャントレギュレータを逆導通して、電解コンデンサ６を充電する方向に電流が流れる。上記の電流が流れる経路には電流の大きさを制限する電気部品がないため、シャントレギュレータの定格電流を超える過大な電流が発生し、シャントレギュレータが故障することがある。また、蓄電池９に大きな電流が流れることによって蓄電池９の寿命が低下することがある。そのため、ダイオード７を用いることによって、シャントレギュレータが逆導通して電流が流れることを防止し、シャントレギュレータの故障と蓄電池９の寿命の低下を抑制する。

【0026】

充電回路４´と点灯回路１０´の間には、蓄電池９が接続される。蓄電池９の正極側端子は、定電流回路８の一端とコイル１０ｂの一端に接続される。蓄電池９の負極側端子は、電解コンデンサ６の負極側端子と、フライバックトランス５の２次巻線５ｂの一端と、ＭＯＳＦＥＴ１０ａのソース端子に接続される。

【0027】

蓄電池９は、交流電源１から正常に電圧が入力されている場合に、充電回路４´と定電流回路８によって一定の電流で充電され、電力を蓄える機能をもつ。ここで、交流電源１から正常に電圧が入力されている場合というのは、例えば、交流電源１の電圧が１００Ｖｒｍｓの場合、８５Ｖｒｍｓを超える電圧が入力されていることである。逆に、交流電源１の電圧が例えば８５Ｖｒｍｓ以下である条件を交流電源１から正常に電圧が入力されていない場合とする。

【0028】

蓄電池９は、停電などによって交流電源１から正常に電圧が入力されていない場合に、点灯回路１０´を介して光源１３に電力を供給する機能をもつ。非常用照明器具技術基準（ＪＩＬ５５０１）の規格によって光源１３を点灯させる時間が決められているため、蓄電池９は十分な時間、光源１３を点灯させることができる放電容量の部品を用いる必要がある。

【0029】

蓄電池９として例えばニッケル・水素電池又はニッケル・カドミウム電池を用いることができる。電池の形状は例えば単三又は単四の形状である。光源１３を十分な時間点灯させるために必要な数の電池を直列、並列に組み合わせて蓄電池９を構成する。

【0030】

蓄電池９と光源１３の間には点灯回路１０´が接続される。点灯回路１０´は昇圧チョッパ回路であり、ＭＯＳＦＥＴ１０ａ、コイル１０ｂ、整流素子１０ｃを備える。ＭＯＳＦＥＴ１０ａのソース端子は蓄電池９の負極側端子とフィルタコンデンサ１１の一端に接続され、ドレイン端子はコイル１０ｂの一端と整流素子１０ｃのアノード端子に接続される。コイル１０ｂの他端は蓄電池９の正極側端子と接続される。整流素子１０ｃのアノード端子は、コイル１０ｂの一端とＭＯＳＦＥＴ１０ａのドレイン端子に接続され、整流素子１０ｃカソード端子はフィルタコンデンサ１１の一端に接続される。

【0031】

点灯回路１０´は蓄電池９の電圧を昇圧し光源１３に出力する機能をもつ。また、光源１３としてＬＥＤを用いる場合、光源１３の明るさは光源１３に流す電流の大きさによって決まるため、光源１３に出力する電流が一定の大きさになるように点灯回路１０´を定電流制御する。

【0032】

図１の構成においては、点灯回路１０´として昇圧チョッパ回路の構成を示しているが、これに限るものではなく、例えば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コンバータ若しくはＣｕｋコンバータ、又はＬＬＣ方式のＤＣ／ＤＣコンバータの構成においても、上記で説明した機能を実現することができる。

【0033】

ＭＯＳＦＥＴ１０ａとして、一般に用いられているＳｉ（ケイ素）を材料とした素子を用いる他、ＳｉＣ（炭化ケイ素）を材料とした素子を用いることができる。この場合、ＳｉＣはＳｉよりも導通損失が小さく、高速なスイッチング動作が可能であるため、スイッチング損失を低減でき、点灯動作時における照明器具１００の消費電力を低減することができる。また、ＭＯＳＦＥＴ１０ａの発熱も低減できるため、近傍に配置されている電子部品の温度上昇を抑制でき、信頼性を向上させることができる。また、消費電力を低減することによって蓄電池９の放電容量の削減が可能となるので、蓄電池９に用いる電池の放電容量を低減したり、電池本数を削減したりすることができる。

【0034】

また、ＭＯＳＦＥＴ１０ａとしてＧａＮ（窒化ガリウム）を材料としたスイッチング素子を用いることができる。ＧａＮを材料としたスイッチング素子としては、ＨＥＭＴが例として挙げられる。ＨＥＭＴはＳｉのＭＯＳＦＥＴよりも導通損失が小さく、また、高速なスイッチング動作が可能であるため、スイッチング損失を低減でき、点灯動作時における照明器具１００の消費電力を低減することができる。また、スイッチング素子の発熱も低減できるため、近傍に配置されている電子部品の温度上昇を抑制でき、信頼性を向上させることができる。また、消費電力を低減することによって蓄電池９の放電容量の削減が可能となるので、蓄電池９に用いる電池の放電容量を低減したり、電池本数を削減したりすることができる。

【0035】

点灯回路１０´の出力側にはフィルタコンデンサ１１、点灯スイッチ１２、光源１３が接続されている。フィルタコンデンサ１１の一端は整流素子１０ｃのカソード端子と、点灯スイッチ１２の一端に接続されている。フィルタコンデンサ１１の他端は蓄電池９の負極側端子と、ＭＯＳＦＥＴ１０ａのソース端子と、光源１３の負極側端子に接続されている。点灯スイッチ１２の一端は、フィルタコンデンサ１１の一端と、整流素子１０ｃのカソード端子に接続されており、点灯スイッチ１２の他端は光源１３の正極側端子に接続されている。

【0036】

フィルタコンデンサ１１は、点灯回路１０´が備えるＭＯＳＦＥＴ１０ａのスイッチング動作により光源１３に入力する電流に発生するスイッチングリプルを抑制し、平滑化する機能をもつ。

【0037】

フィルタコンデンサ１１はフィルムコンデンサの他、チップ形状のセラミックコンデンサを用いることができる。特に、チップ形状のセラミックコンデンサを用いる場合は、フィルムコンデンサに比べて低背部品であるため、基板を低背化することができる。

【0038】

点灯スイッチ１２は、点灯回路１０´と光源１３の間の接続をオン・オフすることで、光源１３の点灯、消灯を制御する。光源１３が短絡故障した場合には、蓄電池９、コイル１０ｂ、整流素子１０ｃ、光源１３の電流経路が形成され蓄電池９が短絡されるため、短絡電流が流れる。この場合、蓄電池９又は整流素子１０ｃの発熱又は発煙等の故障が発生し得るが、光源１３が短絡故障した際に点灯スイッチ１２をオフすることで蓄電池９又は整流素子１０ｃの発熱又は発煙等を防止する。

【0039】

図１の例における点灯スイッチ１２はｎ型のＭＯＳＦＥＴであるが、これに限るものではなく、ｐ型のＭＯＳＦＥＴ又はｎｐｎトランジスタなどを用いることもできる。

【0040】

光源１３は、複数のＬＥＤを直列・並列に接続したＬＥＤ群で構成し得る。また、光源１３は、ＬＥＤで構成してもよいし、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）で構成してもよい。

【0041】

図２は、実施の形態１に係る照明器具１００Ａの充電回路、点灯回路、蓄電池、光源などを示す回路図である。実施の形態１に係る照明器具１００Ａについて、図１を参照しつつ説明した比較例と同一又は対応する構成には、同一の符号を付してその説明を省略する。

【0042】

実施の形態１に係る照明器具１００Ａと比較例の照明器具１００との相違点は、照明器具１００Ａでは、充電回路４´の代わりに充電回路４が用いられていること、フライバックトランス５の代わりにフライバックトランス１４が用いられていること、点灯回路１０´の代わりに点灯回路１０が用いられていること、点灯スイッチ１２の代わりにスイッチ１７が用いられていること、逆導通ダイオード１６が用いられていることを含む。

【0043】

照明器具１００Ａのフィルタコンデンサ３と電解コンデンサ６の間には充電回路４が接続される。充電回路４は、フライバックコンバータであり、充電用スイッチング素子４ａ、フライバックトランス１４、スナバダイオード４ｄ、スナバ抵抗４ｅ、スナバコンデンサ４ｆ、点灯用スイッチング素子１５ａを備える。点灯用スイッチング素子１５ａは例えばＭＯＳＦＥＴである。充電用スイッチング素子４ａのソース端子は整流回路２の負極側端子とフィルタコンデンサ３とに接続され、ドレイン端子はトランス１４の１次巻線１４ａの一端とスナバダイオード４ｄのアノード端子と接続される。スナバダイオード４ｄのカソード端子は、スナバ抵抗４ｅの一端と、スナバコンデンサ４ｆの一端に接続される。スナバ抵抗４ｅの他端は、スナバコンデンサ４ｆの他端と、フライバックトランス１４の１次巻線１４ａの一端に接続される。フライバックトランス１４の２次巻線１４ｂの一端は、電解コンデンサ６の正極側端子と、逆導通ダイオード１６のカソード端子と、定電流回路８の一端に接続される。フライバックトランス１４の２次巻線１４ｂの他端は、点灯用スイッチング素子１５ａのドレイン端子と、整流素子１０ｃのアノード端子に接続される。

【0044】

比較例の照明器具１００では充電回路４´においてダイオード４ｃを用いるのに対し、実施の形態１における照明器具１００Ａの充電回路４は点灯用スイッチング素子１５ａを用いるという相違点がある。点灯用スイッチング素子１５ａの寄生ダイオードを利用してダイオード４ｃと同等の機能を実現している。点灯用スイッチング素子１５ａは、２次巻線１４ｂと、蓄電池９の負極側端子との間に接続されている。

【0045】

充電回路４はフィルタコンデンサ３の電圧を降圧し、電解コンデンサ６に出力する機能をもつ。電解コンデンサ６の電圧が蓄電池９の電圧よりも高いほど、定電流回路８で発生する損失が増加するため、電解コンデンサ６の電圧が蓄電池９の電圧よりも高く、なおかつ、同程度の高さとなるように充電回路４の出力電圧を定電圧制御する。

【0046】

蓄電池９は、照明器具１００Ａが設置された後に交換することがある。よって、照明器具１００Ａが交流電源１に接続され通電している状態で蓄電池９及びその接続端子に人が触れる可能性があるため、感電防止を目的として、充電回路４は交流電源１と蓄電池９を電気的に絶縁している。

【0047】

充電回路４と蓄電池９の間には、電解コンデンサ６、逆導通ダイオード１６、定電流回路８が接続される。電解コンデンサ６の正極側端子はフライバックトランス１４の２次巻線１４ｂの一端と、逆導通ダイオード１６のカソード端子と、定電流回路８の一端に接続される。電解コンデンサ６の負極側端子は点灯用スイッチング素子１５ａのソース端子と、蓄電池９の負極側端子に接続される。逆導通ダイオード１６のアノード端子は、蓄電池９の正極側端子と、定電流回路８の一端に接続され、逆導通ダイオード１６のカソード端子は定電流回路８の他端と、電解コンデンサ６の正極側端子と、フライバックトランス１４の２次巻線１４ｂの一端に接続される。定電流回路８の一端は、逆導通ダイオード１６のカソード端子と、電解コンデンサ６の正極側端子と、フライバックトランス１４の２次巻線１４ｂの一端に接続され、定電流回路８の他端は、逆導通ダイオード１６のアノード端子と、蓄電池９の正極側端子に接続される。

【0048】

電解コンデンサ６は、充電回路４から出力される電圧を平滑化する機能をもつ。充電回路４は整流回路２から出力される電圧を一定電圧に制御するが、整流回路２から出力される電圧は交流電源１の２倍周波数で脈動しているため、充電回路４から出力される電圧も交流電源１の２倍周波数で脈動する。電解コンデンサ６は、交流電源１の２倍周波数で脈動する電圧を平滑化している。これによって、電解コンデンサ６の電圧の脈動によるピーク値が低減できるため、蓄電池９の電圧に対して、電解コンデンサ６の電圧が高くなりすぎることを抑制できる。そのため、定電流回路８で発生する損失を低減でき、照明器具１００Ａの消費電力を低減することができる。

【0049】

また、電解コンデンサ６は、蓄電池９から見た点灯回路１０のインピーダンスを高くし、蓄電池９が出力する電流のピーク電流を抑制する機能をもつ。点灯回路１０の点灯用スイッチング素子１５ａのスイッチング動作により、フライバックトランス１４の２次巻線１４ｂには、数１０ｋＨｚ～数１００ｋＨｚの高周波成分が重畳した三角波状の電流が流れるが、蓄電池９と２次巻線１４ｂの間に電解コンデンサ６を配置することで、その高周波成分の電流は主として電解コンデンサ６から供給される。これによって、蓄電池９から出力される電流のピーク電流が低減できるため、蓄電池９の発熱を抑制し、蓄電池９の劣化を抑制することができる。

【0050】

定電流回路８として例えばシャントレギュレータを用いることができる。また、別の構成として、降圧チョッパ回路などのＤＣ／ＤＣコンバータを用いて出力を定電流制御する構成にすることもできる。

【0051】

逆導通ダイオード１６は定電流回路８に逆方向の電流が流れることを防止する機能をもつ。定電流回路８としてシャントレギュレータを用いた場合、電解コンデンサ６が充電されていない状態で蓄電池９を接続すると、蓄電池９からシャントレギュレータを逆導通して、電解コンデンサ６を充電する方向に電流が流れる。上記の電流が流れる経路には、電流の大きさを制限する電気部品がないため、シャントレギュレータの定格電流を超える過大な電流が発生し、シャントレギュレータが故障することがある。そこで、逆導通ダイオード１６を用いることによってシャントレギュレータが逆導通して電流が流れることを防止し、シャントレギュレータの故障を抑制する。そのとき、定電流回路８が逆導通する際の順方向電圧に対して、逆導通ダイオード１６の順方向電圧を低くする必要がある。そのため、逆導通ダイオード１６としてショットキーバリアダイオードを使用することができる。

【0052】

また、逆導通ダイオード１６は、蓄電池９から電解コンデンサ６に電流を流す機能をもつ。照明器具１００Ａは、交流電源１から正常に電圧が入力されている場合に、電解コンデンサ６の電圧を用いて、定電流回路８により一定の電流で蓄電池９を充電する。すなわち、電解コンデンサ６から、定電流回路８を介して蓄電池９の方向に電流を流す。一方で、交流電源１から正常に電圧が入力されていない場合は、蓄電池９に蓄えた電力を用いて点灯回路１０により一定の電流で光源１３を点灯する。すなわち、蓄電池９から、点灯回路１０を介して光源１３の方向に電流を流す。逆導通ダイオード１６は点灯回路１０を動作させる際に、蓄電池９から、点灯回路１０の方向に電流を導通させる。

【0053】

交流電源１から正常に電圧が入力されている場合、充電回路４と定電流回路８によって蓄電池９が一定の電流で充電され、電力を蓄える。ここで、交流電源１から正常に電圧が入力されている場合というのは、例えば、交流電源１の電圧が１００Ｖｒｍｓの場合、８５Ｖｒｍｓを超える電圧が入力されていることである。逆に、交流電源１の電圧が例えば８５Ｖｒｍｓ以下である条件を、交流電源１から正常に電圧が入力されていない場合とする。

【0054】

また、蓄電池９は、停電などによって交流電源１から正常に電圧が入力されていない場合に、点灯回路１０を介して光源１３に電力を供給する機能をもつ。照明器具１００ＡはＪＩＬ５５０１の規格によって光源１３を点灯させる時間が決められているので、蓄電池９として十分な時間、光源１３を点灯させることができる放電容量の部品を用いる必要がある。

【0055】

蓄電池９として例えばニッケル・水素電池又はニッケル・カドミウム電池を用いる。電池の形状は例えば単三又は単四の形状である。光源１３を十分な時間点灯させるために必要な本数を直列、並列に組み合わせて蓄電池９を構成する。

【0056】

蓄電池９と光源１３の間には点灯回路１０が接続される。点灯回路１０は昇圧チョッパ回路であり、点灯用スイッチング素子１５ａ、フライバックトランス１４の２次巻線１４ｂ、整流素子１０ｃから構成される。点灯用スイッチング素子１５ａのソース端子は蓄電池９の負極側端子とフィルタコンデンサ１１の一端に接続され、ドレイン端子はフライバックトランス１４の２次巻線１４ｂの一端と整流素子１０ｃのアノード端子と接続される。フライバックトランス１４の２次巻線１４ｂの他端は、電解コンデンサ６の正極側端子と接続されている。フライバックトランス１４の２次巻線１４ｂの一端は点灯用スイッチング素子１５ａのドレイン端子と、整流素子１０ｃのアノード端子に接続される。整流素子１０ｃのアノード端子は、フライバックトランス１４の２次巻線１４ｂの一端と、点灯用スイッチング素子１５ａのドレイン端子に接続され、整流素子１０ｃカソード端子はフィルタコンデンサ１１の一端に接続される。図２には、２次巻線１４ｂと点灯用スイッチング素子１５ａとの間に、整流素子１０ｃとスイッチ１７を介して光源１３が接続されたことが図示されている。

【0057】

比較例の照明器具１００で用いられるＭＯＳＦＥＴ１０ａの代わりに、実施の形態１に係る照明器具１００Ａの点灯回路１０では点灯用スイッチング素子１５ａを用いる。また、比較例のコイル１０ｂの代わりにフライバックトランス１４の２次巻線１４ｂを利用して、コイル１０ｂと同等の機能を実現している。

【0058】

点灯回路１０は、蓄電池９の電圧を昇圧し、光源１３に出力する機能をもつ。また、光源１３としてＬＥＤを用いる場合、光源１３の明るさは光源１３に流す電流の大きさによって決まるため、点灯回路１０は光源１３に出力する電流が一定の大きさになるように定電流制御する。

【0059】

図２の点灯回路１０は、２次巻線１４ｂと、点灯用スイッチング素子１５ａと、整流素子１０ｃを有する昇圧チョッパ回路であるが、これに限るものではなく、例えば、ＳＥＰＩＣの構成においても上記で説明した機能を実現することができる。

【0060】

点灯用スイッチング素子１５ａは、珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成してもよい。ワイドバンドギャップ半導体は耐電圧性などに優れるため照明器具を小型化することができる。ワイドバンドギャップ半導体としては、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドがある。例えばＳｉＣはＳｉよりも導通損失が小さく、また、高速なスイッチング動作が可能であるため、スイッチング損失を低減でき、点灯動作時における照明器具１００Ａの消費電力を低減することができる。また、点灯用スイッチング素子１５ａの発熱も低減できるため、近傍に配置されている電子部品の温度上昇を抑制でき、信頼性を向上させることができる。また、消費電力を低減することによって、蓄電池９の放電容量を削減することができ、電池の放電容量の低減、本数の削減ができる。

【0061】

点灯用スイッチング素子１５ａとしてＧａＮ（窒化ガリウム）を材料としたスイッチング素子を用いることができる。ＧａＮを材料としたスイッチング素子としては、ＨＥＭＴが例として挙げられる。ＨＥＭＴはＳｉのＭＯＳＦＥＴよりも導通損失が小さく、また、高速なスイッチング動作が可能であるため、スイッチング損失を低減でき、点灯動作時における照明器具１００Ａの消費電力を低減することができる。また、スイッチング素子の発熱も低減できるため、近傍に配置されている電子部品の温度上昇を抑制でき、信頼性を向上させることができる。また、消費電力を低減することによって、蓄電池９の放電容量を削減することができ、電池の放電容量の低減、本数の削減ができる。さらに、充電用スイッチング素子４ａについても、炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体によって形成することができる。

【0062】

点灯回路１０の出力側にはフィルタコンデンサ１１、スイッチ１７、光源１３が接続されている。フィルタコンデンサ１１の一端はスイッチ１７の一端と光源１３の一端に接続されている。フィルタコンデンサ１１の他端は、電解コンデンサ６の負極側端子、点灯用スイッチング素子１５ａのソース端子及び光源１３の負極側端子に接続されている。スイッチ１７の一端は、整流素子１０ｃのカソード端子に接続されており、スイッチ１７の他端はフィルタコンデンサ１１の一端と、光源１３の正極側端子に接続されている。

【0063】

フィルタコンデンサ１１は、点灯回路１０が備える点灯用スイッチング素子１５ａのスイッチング動作により、光源１３に入力する電流に発生するスイッチングリプルを抑制し、平滑化する機能をもつ。

【0064】

フィルタコンデンサ１１として、フィルムコンデンサの他、チップ形状のセラミックコンデンサを用いることができる。特に、チップ形状のセラミックコンデンサを用いる場合は、フィルムコンデンサに比べて低背部品であるため、基板を低背化することができる。

【0065】

スイッチ１７は、点灯回路１０と光源１３の間の接続をオン・オフすることで、光源１３の点灯、消灯を制御する。光源１３が短絡故障をした場合には、蓄電池９、逆導通ダイオード１６、フライバックトランス１４の２次巻線１４ｂ、整流素子１０ｃ、光源１３の電流経路が形成され、蓄電池９が短絡されるため短絡電流が流れる。この場合、蓄電池９、逆導通ダイオード１６、整流素子１０ｃの発熱又は発煙等の故障が発生することがあるが、光源１３が短絡故障した際にはスイッチ１７をオフすることで、蓄電池９、逆導通ダイオード１６、整流素子１０ｃの発熱又は発煙等を防止する。

【0066】

スイッチ１７は整流回路２と光源１３の間の電流経路に直列に接続されている。充電回路４が動作している場合に、スイッチ１７をオフすることで、光源１３、フィルタコンデンサ１１に電流が流れることを防止することができる。充電回路４の充電用スイッチング素子４ａがオンしている場合には、２次巻線１４ｂ、整流素子１０ｃ、フィルタコンデンサ１１、光源１３、電解コンデンサ６の電流経路が形成され、フィルタコンデンサ１１が充電されるとともに、光源１３に電流が流れ点灯する可能性がある。そのため、スイッチ１７を設け、充電回路４の充電用スイッチング素子４ａがオンしている場合には、スイッチ１７をオフすることで、フィルタコンデンサ１１が充電されることと光源１３に電流が流れ点灯することを防止する。充電回路４の動作中にスイッチ１７をオフ状態としつつ点灯用スイッチング素子１５ａをオン状態とし、点灯回路１０の動作中はスイッチ１７をオン状態とする制御回路を提供することができる。

【0067】

図２のスイッチ１７はｎ型のＭＯＳＦＥＴであるが、これに限るものではなく、ｐ型のＭＯＳＦＥＴ又はｎｐｎトランジスタを用いることもできる。前述した整流回路２と、充電回路４と、点灯回路１０が電源ユニットを構成している。

【0068】

図３、４を参照して、実施の形態１に係る照明器具１００Ａの充電回路４の動作をより詳細に説明する。

【0069】

図３は、実施の形態１において、充電回路４の充電用スイッチング素子４ａがスイッチング動作をする際に電流が流れる経路を実線、電流が流れない経路を破線で示した回路図である。図４は、充電動作における各種の波形図である。具体的には、図４には、充電用スイッチング素子４ａのゲート―ソース端子間に入力されるオン信号、ドレイン―ソース端子間に印加されるドレイン電圧、フライバックトランス１４の１次巻線１４ａに流れる電流、点灯用スイッチング素子１５ａのゲート―ソース端子間に入力されるオン信号、ドレイン―ソース端子間に印加されるドレイン電圧、フライバックトランス１４の２次巻線１４ｂに流れる電流、電解コンデンサ６の両端に出力される電圧、の波形が示されている。なお、図４の波形は交流電源１の半周期間の波形を示している。説明のため、充電用スイッチング素子４ａのスイッチング周期Ｔｓｗ１は交流電源１の半周期間に対して実際よりも長い周期で記載している。

【0070】

充電回路４が動作している場合、スイッチ１７をオフすることで、整流素子１０ｃ、スイッチ１７、フィルタコンデンサ１１、光源１３は導通しない。また、電解コンデンサ６の両端に出力する電圧が蓄電池９の電圧よりも高いため、逆導通ダイオード１６は導通しない。

【0071】

フライバックトランス１４は、比較例の照明器具１００におけるフライバックトランス５に相当する。また、点灯用スイッチング素子１５ａは、比較例の照明器具１００におけるダイオード４ｃに相当する。つまり、点灯用スイッチング素子１５ａの寄生ダイオードを利用して、ダイオード４ｃと同等の機能を実現している。

【0072】

図４には、充電用スイッチング素子４ａがスイッチングを繰り返す周期であるスイッチング周期Ｔｓｗ１、充電用スイッチング素子４ａがオンしている期間であるオン時間Ｔ１、充電用スイッチング素子４ａがオフし２次巻線１４ｂの電流が０Ａにまで立ち下がるまでの期間である立下り時間Ｔ２、スイッチング周期Ｔｓｗのうちオン時間Ｔ１と立下り時間Ｔ２以外の期間である不連続時間Ｔ３、が示されている。

【0073】

オン時間Ｔ１の期間において、充電用スイッチング素子４ａのドレイン電圧は略０Ｖまで低下し、フィルタコンデンサ３、１次巻線１４ａ、充電用スイッチング素子４ａの電流経路が形成され、１次巻線１４ａに流れる電流が増加し、フライバックトランス１４がエネルギを蓄える。充電用スイッチング素子４ａをオフすると、１次巻線１４ａに流れる電流経路が遮断され、２次巻線１４ｂ、電解コンデンサ６、点灯用スイッチング素子１５ａの電流経路が形成され、２次巻線１４ｂに電流が流れる。充電用スイッチング素子４ａをオフした後、２次巻線１４ｂに流れる電流は減少し、立下り時間Ｔ２が経過した時点で０Ａとなる。２次巻線１４ｂに流れる電流が０Ａまで低下すると、充電用スイッチング素子４ａのドレイン―ソース間の寄生容量、１次巻線１４ａのインダクタンス、フィルタコンデンサ３で共振が発生し、充電用スイッチング素子４ａのドレイン電圧に振動が発生する。ドレイン電圧の振動は、経時的に減衰し、フィルタコンデンサ３の両端電圧に収束する。

【0074】

充電用スイッチング素子４ａがオン・オフ動作を繰り返し、充電回路が動作している期間、点灯用スイッチング素子１５ａのゲート―ソース間の電圧は点灯用スイッチング素子１５ａがオンする閾値電圧よりも低い電圧にし、点灯用スイッチング素子１５ａをオフ状態で維持する。充電用スイッチング素子４ａのオン時間Ｔ１の期間において、点灯用スイッチング素子１５ａのドレイン電圧は電解コンデンサの両端電圧と、２次巻線１４ｂの電圧の合計電圧が印加される。充電用スイッチング素子４ａをオフした後、２次巻線１４ｂに流れる電流が０Ａまで低下すると、点灯用スイッチング素子１５ａのドレイン―ソース間の寄生容量、２次巻線１４ｂのインダクタンス、電解コンデンサ６で共振が発生し、点灯用スイッチング素子１５ａのドレイン電圧に振動が発生する。ドレイン電圧の振動は、経時的に減衰し、電解コンデンサ６の両端電圧に収束する。

【0075】

２次巻線１４ｂに流れる電流が電解コンデンサ６を充電する。２次巻線１４ｂに流れる電流は充電用スイッチング素子４ａのオン時間Ｔ１によって決まるため、電解コンデンサ６に出力する電圧が一定となるように、オン時間Ｔ１の長さを制御する。オン時間Ｔ１の長さによって制御する方式をオン時間制御と呼ぶことがある。また、スイッチング周期Ｔｓｗ１に対するオン時間Ｔ１の長さをデューティと呼ぶことから、デューティ制御と呼ぶことがある。このように、充電回路４は、フライバックトランス１４を有し、整流回路２の電圧を降圧して蓄電池９に予め定められた電流を出力する。

【0076】

スイッチング周期Ｔｓｗ１の逆数であるスイッチング周波数Ｆｓｗ１は、例えば数１０ｋＨｚ～数１００ｋＨｚに設定される。特に、スイッチング周波数Ｆｓｗ１が可聴域である２０ｋＨｚを下回ると、フライバックトランス１４又はフィルタコンデンサ３から音鳴りが発生することがあるため、スイッチング周波数Ｆｓｗ１は２０ｋＨｚよりも高い周波数に設定することができる。また、充電用スイッチング素子４ａとしてＳｉのＭＯＳＦＥＴを使用するとスイッチング周波数Ｆｓｗ１の上限は数１００ｋＨｚであるが、ＧａＮのＨＥＭＴを使用するとより高い周波数で動作することが可能であり、スイッチング周波数Ｆｓｗ１を例えば数ＭＨｚまで上昇させることができる。この場合、フライバックトランス１４とフィルタコンデンサ３の容量を低減することができ、部品サイズを小型化できる。

【0077】

次に、図５、６を参照して、実施の形態１における照明器具１００Ａの点灯回路１０の動作をより詳細に説明する。

【0078】

図５は、実施の形態１において、点灯回路１０の点灯用スイッチング素子１５ａがスイッチング動作をする際に電流が流れる経路を実線、電流が流れない経路を破線で示した回路図である。図６は、点灯動作における各種の波形図である。具体的には、充電用スイッチング素子４ａのゲート―ソース端子間に入力されるオン信号、ドレイン―ソース端子間に印加されるドレイン電圧、フライバックトランス１４の１次巻線１４ａに流れる電流、点灯用スイッチング素子１５ａのゲート―ソース端子間に入力されるオン信号、ドレイン―ソース端子間に印加されるドレイン電圧、フライバックトランス１４の２次巻線１４ｂに流れる電流、電解コンデンサ６の両端に出力される電圧の波形が示されている。

【0079】

点灯回路１０が動作している場合、スイッチ１７をオンすることで、整流素子１０ｃ、スイッチ１７、フィルタコンデンサ１１、光源１３が導通する。また、充電回路４から電解コンデンサ６への電圧の出力がないため、逆導通ダイオード１６が導通し、蓄電池９の電圧から電解コンデンサ６に電力が供給される。

【0080】

２次巻線１４ｂは、比較例の照明器具１００におけるコイル１０ｂに相当する。また、点灯用スイッチング素子１５ａは、比較例の照明器具１００におけるＭＯＳＦＥＴ１０ａに相当し、２次巻線１４ｂ及び整流素子１０ｃと合わせて昇圧チョッパ回路を形成する。

【0081】

図６には、点灯用スイッチング素子１５ａがスイッチングを繰り返す周期であるスイッチング周期Ｔｓｗ２、点灯用スイッチング素子１５ａがオンしている期間であるオン時間Ｔ４、点灯用スイッチング素子１５ａがオフしている期間のうち２次巻線１４ｂの電流が０Ａに立ち下がるまでの期間である立下り時間Ｔ５、スイッチング周期Ｔｓｗのうちオン時間Ｔ１と立下り時間Ｔ２以外の期間である不連続時間Ｔ６、が示されている。

【0082】

オン時間Ｔ４の期間において、点灯用スイッチング素子１５ａのドレイン電圧は略０Ｖまで低下し、電解コンデンサ６、２次巻線１４ｂ、点灯用スイッチング素子１５ａの電流経路が形成され、２次巻線１４ｂに流れる電流が増加し、フライバックトランス１４がエネルギを蓄える。点灯用スイッチング素子１５ａをオフすると、電解コンデンサ６、２次巻線１４ｂ、整流素子１０ｃ、スイッチ１７、フィルタコンデンサ１１及び光源１３の電流経路が形成され、フライバックトランス１４に蓄えられたエネルギがフィルタコンデンサ１１及び光源１３に放電される。これにより、２次巻線１４ｂに流れる電流は減少し始め、立下り時間Ｔ５が経過した時点で０Ａとなる。２次巻線１４ｂに流れる電流が０Ａまで低下すると、点灯用スイッチング素子１５ａのドレイン―ソース間の寄生容量、２次巻線１４ｂのインダクタンス、電解コンデンサ６で共振が発生し、点灯用スイッチング素子１５ａのドレイン電圧に振動が発生する。ドレイン電圧の振動は、経時的に減衰し、電解コンデンサ６の両端電圧に収束する。このように、点灯用スイッチング素子１５ａをオンすると蓄電池９のエネルギがフライバックトランス１４の２次巻線１４ｂに伝達され、点灯用スイッチング素子１５ａをオフするとフライバックトランス１４に蓄積されたエネルギが光源１３に供給される。

【0083】

点灯用スイッチング素子１５ａがオン・オフ動作を繰り返し、点灯回路１０が動作している期間、充電用スイッチング素子４ａのゲート―ソース間の電圧は充電用スイッチング素子４ａがオンする閾値電圧よりも低い電圧にし、充電用スイッチング素子４ａをオフ状態で維持する。点灯用スイッチング素子１５ａがオンオフ動作を繰り返している期間は充電用スイッチング素子４ａをオフ状態で維持することで充電回路の動作を停止させる制御回路を設けることができる。点灯用スイッチング素子１５ａの立下り時間Ｔ５の期間において、１次巻線１４ａ、フィルタコンデンサ３、充電用スイッチング素子４ａの寄生ダイオードの電流経路が形成されるため、フィルタコンデンサ３の両端電圧は、点灯用スイッチング素子１５ａの立下り時間Ｔ５の期間における１次巻線１４ａの電圧まで充電される。そのため、点灯回路１０が動作している場合に、充電用スイッチング素子４ａをオン・オフさせると、充電回路４が動作し、回路動作に伴って充電用スイッチング素子４ａ、スナバダイオード４ｄ、スナバ抵抗４ｅで損失が発生するため、点灯動作時における照明器具１００Ａの消費電力が増加する。また、上記部品の発熱により、近傍に配置されている電子部品の温度が上昇し、信頼性が低下する。また、消費電力が増加するので、蓄電池９の放電容量を増加する必要があり、電池の放電容量の増加、電池本数の増加の課題がある。そこで、点灯回路１０が動作をしている際、充電用スイッチング素子４ａをオフ状態で維持することで、充電回路４が動作することを防止する。これによって、点灯動作時における照明器具１００Ａの消費電力を低減することができる。また、素子の発熱も低減できるため、近傍に配置されている電子部品の温度上昇を抑制でき、信頼性を向上させることができる。また、消費電力を低減することによって、蓄電池９の放電容量を削減することができ、電池の放電容量の低減と電池本数の削減ができる。

【0084】

２次巻線１４ｂに流れる電流がフィルタコンデンサ１１、光源１３に電力を供給し、光源１３が点灯する。２次巻線１４ｂに流れる電流は点灯用スイッチング素子１５ａのオン時間Ｔ４によって決まるため、光源１３に出力する電流が一定となるように、オン時間Ｔ４の長さを制御する。オン時間Ｔ４の長さによって制御する方式をオン時間制御と呼ぶことがある。また、スイッチング周期Ｔｓｗ２に対するオン時間Ｔ４の長さをデューティと呼ぶことから、デューティ制御と呼ぶことがある。

【0085】

スイッチング周期Ｔｓｗ２の逆数であるスイッチング周波数Ｆｓｗ２は例えば数１０ｋＨｚ～数１００ｋＨｚの高さに設定される。特に、スイッチング周波数Ｆｓｗ２が可聴域である２０ｋＨｚを下回ると、フライバックトランス１４、電解コンデンサ６又はフィルタコンデンサ１１から音鳴りが発生することがあるため、スイッチング周波数Ｆｓｗ２は２０ｋＨｚよりも高い周波数に設定し得る。また、点灯用スイッチング素子１５ａとしてＳｉのＭＯＳＦＥＴを使用するとスイッチング周波数Ｆｓｗ２の上限は数１００ｋＨｚであるが、ＧａＮのＨＥＭＴを使用すると、より高い周波数で動作することが可能であり、スイッチング周波数Ｆｓｗ２を例えば数ＭＨｚまで上昇させることができる。この場合、フライバックトランス１４、電解コンデンサ６、フィルタコンデンサ１１の容量を低減することができ、部品サイズを小型化できる。

【0086】

図７は、フライバックトランス１４の外観を示す斜視図である。フライバックトランス１４は、図７に表れていない１次巻線１４ａと２次巻線１４ｂに加えて、磁性体のコア１４ｃ、１４ｄ、ボビン１４ｅ、絶縁テープ１４ｆ、配線端子１４ｇ、１４ｈ、１４ｉ、１４ｊ、１４ｋ、１４ｌを備える。なお、比較例の照明器具１００におけるフライバックトランス５の外観は、図７のフライバックトランス１４と同じである。

【0087】

１次巻線１４ａと２次巻線１４ｂは例えば絶縁被膜を備えた銅線である。具体的にはＵＥＷ(ポリウレタン銅線マグネットワイヤー)を用いることができる。巻線の形状としては、単線の他に複数の単線をより合わせたリッツ線を用いることもできる。リッツ線は、単線に比べて、高周波における表皮効果による銅損の増加を抑制できることから、リッツ線を用いることで点灯動作時における損失を低減することができる。

【0088】

コア１４ｃ、１４ｄは１次巻線１４ａ、２次巻線１４ｂに電流を流すことによって発生する磁束の経路となる磁性体である。コア１４ｃ、１４ｄの材料として、例えばマンガン―亜鉛系、又はニッケル―亜鉛系のソフトフェライトを用いることができる。

【0089】

図８Ａは比較例に係る巻線を示す断面図である。図８Ｂは図７のＸ－Ｘ´線断面図である。図８Ａのコア５ｃ、５ｄと図８Ｂのコア１４ｃ、１４ｄは、例えばＥＥコアとすることができる。コア１４ｃ、１４ｄが対向する部分にはギャップを設ける。ギャップの設け方としては、コアの一部を削る方法がある。ギャップの長さによって、１次巻線１４ａ、２次巻線１４ｂのインダクタンスを決定する。ギャップの設け方の他の例としては、コア１４ｃ、１４ｄが対向している全ての面にスペーサを設ける方法もあるが、この場合はスペーサにより使用する材料が増えるため低コスト化にはやや不利である。コアの形状はＥＥコアに限定されず、例えばＥＩコア、ＰＱコアなどを採用し得る。

【0090】

図８Ａにおけるボビン５ｅには、１次巻線５ａ、２次巻線５ｂが巻き付く。図８Ｂにおけるボビン１４ｅには、１次巻線１４ａ、２次巻線１４ｂが巻き付く。どちらのボビンもコアを支持する。

【0091】

絶縁テープ１４ｆは、１次巻線１４ａ、２次巻線１４ｂの間に設けられ、絶縁の機能を有する他、１次巻線１４ａ、２次巻線１４ｂの最外層に化粧テープとしても巻き付けられる。絶縁テープ１４ｆは例えばポリエステルフィルム粘着テープ等の電気絶縁用テープとすることができる。図８では絶縁テープが省略されている。

【0092】

配線端子１４ｇ、１４ｈ、１４ｉ、１４ｊ、１４ｋ、１４ｌには、１次巻線１４ａ、２次巻線１４ｂが接続される。

【0093】

比較例に係る図８Ａには、１次巻線５ａをボビン５ｅの軸に近い最内層に巻き、その外層に２次巻線５ｂを巻くことが図示されている。１次巻線５ａは２次巻線５ｂに比べて印加される電圧の振れ幅が大きいため、１次巻線５ａの外層に２次巻線５ｂを配置することで、１次巻線５ａから放射されるノイズをシールドする効果がある。

【0094】

他方、実施の形態１においては、２次巻線１４ｂを点灯回路１０の動作に利用する。蓄電池９を充電する電力は例えば数１００ｍＷであり、充電回路４が動作する際２次巻線１４ｂに流れる電流は例えば数１００ｍＡであるが、点灯回路１０が動作する際は、光源１３に数Ｗの電力を供給するため、２次巻線１４ｂに流れる電流は数Ａに上昇する。このため、図８Ｂに示すように、実施の形態１では２次巻線１４ｂをボビン１４ｅの軸に近い最内層に巻き、その外層に１次巻線１４ａを巻く構造とした。言いかえると、磁性体のコア１４ｃ、１４ｄには、２次巻線１４ｂの上に１次巻線１４ａが巻きつけられることで、１次巻線と２次巻線が巻き付いている。これにより、２次巻線１４ｂの線長を短くすることができる。短い２次巻線１４ｂの抵抗は低いので、巻線の発熱抑制が可能である。

【0095】

実施の形態１に係る照明器具１００Ａでは、非常用の照明器具では停電時にのみ光源を点灯するという性質上、充電回路４と点灯回路１０はいずれか一方のみしか動作しないという特質を利用して、充電回路４と点灯回路１０の主回路部品を共通で使用する構成にすることで、部品点数を削減した。

【0096】

実施の形態１に記載した変形例、修正例又は代案については、以下の実施の形態に係る照明器具に応用し得る。以下の実施の形態に係る照明器具については、実施の形態１をベースとするものであるので、主として実施の形態１との相違点を説明する。

【0097】

実施の形態２．
図９は、実施の形態２に係る照明器具１００Ｂの充電回路、点灯回路、蓄電池、光源の回路図である。図９の照明器具１００Ｂのうち、図２に示す実施の形態１の照明器具１００Ａと同一又は対応する構成については、図２で用いた符号と同一の符号を付してその説明を省略する。

【0098】

実施の形態２に係る照明器具１００Ｂでは、実施の形態１に係る照明器具１００Ａの定電流回路８と逆導通ダイオード１６が削除されている。

【0099】

充電回路４はフライバックコンバータであり、充電用スイッチング素子４ａ、フライバックトランス１４、スナバダイオード４ｄ、スナバ抵抗４ｅ、スナバコンデンサ４ｆ、点灯用スイッチング素子１５ａを備える。充電用スイッチング素子４ａのソース端子は整流回路２の負極側端子とフィルタコンデンサ３に接続され、ドレイン端子はトランス１４の１次巻線１４ａの一端と、スナバダイオード４ｄのアノード端子に接続される。フライバックトランス１４の２次巻線１４ｂの一端は電解コンデンサ６の正極側端子と、蓄電池９の正極側端子に接続される。フライバックトランス１４の２次巻線１４ｂの他端は点灯用スイッチング素子１５ａのドレイン端子と、整流素子１０ｃのアノード端子に接続される。

【0100】

実施の形態２における充電回路４は、出力を定電流制御することで、実施の形態１における定電流回路８の機能を実現する。これによって、点灯時に定電流回路８を逆導通させるために設けていた逆導通ダイオード１６も削減している。実施の形態２の照明器具１００Ｂは、蓄電池９に出力される電流が一定となるように充電回路４を定電流制御する制御回路を備えることができる。

【0101】

充電回路４はフィルタコンデンサ３の電圧を降圧し、電解コンデンサ６に出力する機能をもつ。充電回路４では、蓄電池９を充電する電流を一定に保つ定電流制御を実施する。

【0102】

実施の形態２に示す照明器具１００Ｂおいては、実施の形態１で示す照明器具１００Ａの逆導通ダイオード１６を使用しない。逆導通ダイオード１６は蓄電池９から、電解コンデンサ６に電流を流す機能をもつ。照明器具１００Ｂでは、充電回路４を定電流制御することによって、定電流回路８を不要としている。そして、蓄電池９と電解コンデンサ６が直接接続される構成であるため、逆導通ダイオード１６が不要である。

【0103】

これによって、点灯時に逆導通ダイオード１６で発生する損失を低減でき、近傍に配置されている電子部品の温度上昇を抑制でき、信頼性を向上させることができる。また、消費電力を低減することによって、蓄電池９の放電容量を削減することができ、電池の放電容量の低減と電池本数の削減ができる。

【0104】

蓄電池９と光源１３の間には、点灯回路１０が接続される。点灯回路１０は昇圧チョッパ回路であり、点灯用スイッチング素子１５ａ、フライバックトランス１４の２次巻線１４ｂ、整流素子１０ｃを備える。フライバックトランス１４の２次巻線１４ｂの一端は、電解コンデンサ６の正極側端子と、蓄電池９の正極側端子に接続されている。フライバックトランス１４の２次巻線１４ｂの他端は、点灯用スイッチング素子１５ａのドレイン端子と、整流素子１０ｃのアノード端子に接続されている。

【0105】

図１０は、実施の形態２に係る照明器具１００Ｂの充電回路４の動作をより詳細に説明する波形図である。

【0106】

図１０には、充電用スイッチング素子４ａのゲート―ソース端子間に入力されるオン信号、ドレイン―ソース端子間に印加されるドレイン電圧、フライバックトランス１４の１次巻線１４ａに流れる電流、点灯用スイッチング素子１５ａのゲート―ソース端子間に入力されるオン信号、ドレイン―ソース端子間に印加されるドレイン電圧、フライバックトランス１４の２次巻線１４ｂに流れる電流、蓄電池９を充電する電流、の波形が示されている。図１０の波形は交流電源１の半周期間の波形を示している。説明のため、充電用スイッチング素子４ａのスイッチング周期Ｔｓｗ１は交流電源１の半周期間に対して実際よりも長い周期で記載している。

【0107】

充電回路４が動作している場合、スイッチ１７をオフすることで、整流素子１０ｃ、スイッチ１７、フィルタコンデンサ１１、光源１３は導通しない。

【0108】

図１０に示される充電回路４の詳しい動作は、図４を参照しつつ説明した動作と同じなので、説明を省略する。充電用スイッチング素子４ａがオン・オフ動作を繰り返し、充電回路４が動作している期間、点灯用スイッチング素子１５ａのゲート―ソース間の電圧は点灯用スイッチング素子１５ａがオンする閾値電圧よりも低い電圧にし、オフ状態で維持する。

【0109】

２次巻線１４ｂに流れる電流は電解コンデンサ６によって平滑化され、蓄電池９を充電する。２次巻線１４ｂに流れる電流は充電用スイッチング素子４ａのオン時間Ｔ１によって決まるため、蓄電池９を充電する電流が一定となるように、オン時間Ｔ１の長さを制御する。オン時間Ｔ１の長さによって制御する方式をオン時間制御と呼ぶことがある。また、スイッチング周期Ｔｓｗ１に対するオン時間Ｔ１の長さをデューティと呼ぶことから、デューティ制御と呼ぶことがある。

【0110】

音鳴り防止のために、スイッチング周波数Ｆｓｗ１は２０ｋＨｚよりも高い周波数に設定し得る。また、充電用スイッチング素子４ａとしてＧａＮのＨＥＭＴを使用すると、スイッチング周波数Ｆｓｗ１を数ＭＨｚまで上昇させることができる。この場合、フライバックトランス１４、フィルタコンデンサ３の容量を低減することができ、部品サイズを小型化できる。

【0111】

実施の形態３．
図１１は、実施の形態３に係る照明器具１００Ｃの充電回路、点灯回路、蓄電池、光源等の回路図である。図１１の照明器具１００Ｃのうち、図２に示す実施の形態１の照明器具１００Ａと同一又は対応する構成については、図２で用いた符号と同一の符号を付してその説明を省略する。

【0112】

実施の形態３に係る照明器具１００Ｃは、充電用スイッチング素子４ａと点灯用スイッチング素子１５ａを制御及び駆動する、制御回路１８を備える。制御回路１８は、演算部１８ａ、駆動部１８ｂ、１８ｃ、フォトカプラ１８ｄ及び２次側制御電源１９ｅを備える。

【0113】

演算部１８ａは、充電用スイッチング素子４ａと点灯用スイッチング素子１５ａのスイッチング周期Ｔｓｗ１とオン時間Ｔ１を決定し、駆動部１８ｂ、１８ｃにスイッチング周期Ｔｓｗ１、オン時間Ｔ１に関する情報を送信する。演算部１８ａの構成としては、市販のアナログＩＣを組み合わせて構成することができるが、部品点数が増加し回路が複雑になる。そのため、マイコン又はＣＰＵなどの演算装置を用い、ソフトウェアとして実現することで、回路構成を簡略化し部品点数を抑制することができる。

【0114】

駆動部１８ｂは、演算部１８ａから送信されたスイッチング周期Ｔｓｗ１、オン時間Ｔ１に基づいて、充電用スイッチング素子４ａをオンオフ可能な電圧に変換して出力する。

【0115】

駆動部１８ｃは、演算部１８ａから送信されたスイッチング周期Ｔｓｗ１、オン時間Ｔ１に基づいて、フォトカプラ１８ｄの１次側のダイオードをオン・オフ可能な電圧に変換して出力する。なお、演算部１８ａを用いてフォトカプラ１８ｄの１次側のダイオードをオンオフ可能である場合には、駆動部１８ｃを省略できる。

【0116】

フォトカプラ１８ｄは、駆動部１８ｃから送信された信号に基づいて、点灯用スイッチング素子１５ａをオン・オフ可能な電圧に変換して出力する。制御回路１８は、充電回路４の１次側を基準電位として実装される。フォトカプラ１８ｄは充電回路４によって絶縁された２次側の点灯用スイッチング素子１５ａに、信号を伝達する機能をもつ。充電用スイッチング素子４ａと点灯用スイッチング素子１５ａを電気的に絶縁するための制御回路として、充電用スイッチング素子４ａと点灯用スイッチング素子１５ａの少なくとも一方にフォトカプラを介して制御信号を送ることができる。

【0117】

図１２を参照して、実施の形態３に係る照明器具１００Ｃの充電回路４の動作をより詳細に説明する。図１２は、充電用スイッチング素子４ａのゲート―ソース端子間に入力されるオン信号、ドレイン―ソース端子間に印加されるドレイン電圧、フライバックトランス１４の１次巻線１４ａに流れる電流、点灯用スイッチング素子１５ａのゲート―ソース端子間に入力されるオン信号、ドレイン―ソース端子間に印加されるドレイン電圧、フライバックトランス１４の２次巻線１４ｂに流れる電流、電解コンデンサ６の両端に出力される電圧、の波形を示す。図１２では交流電源１の半周期間の波形を示している。説明のため、充電用スイッチング素子４ａのスイッチング周期Ｔｓｗ１は交流電源１の半周期間に対して実際よりも長い周期で記載している。

【0118】

オン時間Ｔ１の期間において、充電用スイッチング素子４ａのドレイン電圧は略０Ｖまで低下し、フィルタコンデンサ３、１次巻線１４ａ、充電用スイッチング素子４ａの電流経路が形成され、１次巻線１４ａに流れる電流が増加し、フライバックトランス１４がエネルギを蓄える。充電用スイッチング素子４ａをオフすると、１次巻線１４ａに流れる電流経路が遮断される。一方で、２次巻線１４ｂ、電解コンデンサ６、点灯用スイッチング素子１５ａの電流経路が形成され、２次巻線１４ｂに電流が流れる。充電用スイッチング素子４ａをオフした後、２次巻線１４ｂに流れる電流は減少し、立下り時間Ｔ２が経過した時点で０Ａとなる。２次巻線１４ｂに流れる電流が０Ａまで低下すると、充電用スイッチング素子４ａのドレイン―ソース間の寄生容量、１次巻線１４ａのインダクタンス、フィルタコンデンサ３で共振が発生し、充電用スイッチング素子４ａのドレイン電圧に振動が発生する。ドレイン電圧の振動は、経時的に減衰し、フィルタコンデンサ３の両端電圧に収束する。

【0119】

充電用スイッチング素子４ａのオン時間Ｔ１の期間、点灯用スイッチング素子１５ａは、オフ状態を維持する。充電用スイッチング素子４ａのオン時間Ｔ１の期間が終了し、立下り時間Ｔ２の期間が開始すると、点灯用スイッチング素子１５ａをオフからオンに切替え、２次巻線１４ｂに流れる電流が０Ａに低下するまでの期間、オン状態を維持する。これによって、２次巻線１４ｂに流れる電流は、点灯用スイッチング素子１５ａの寄生ダイオードではなく、点灯用スイッチング素子１５ａのトランジスタ領域を流れる。一般には、同期整流と呼ばれる動作であり、点灯用スイッチング素子１５ａの寄生ダイオードよりも、トランジスタ領域の方が低損失であるため、点灯用スイッチング素子１５ａで発生する損失を低減することができ、近傍に配置されている電子部品の温度上昇を抑制でき、信頼性を向上させることができる。なお、点灯用スイッチング素子１５ａのオン状態を維持する期間は、充電用スイッチング素子４ａをオンする期間と重複しなければよい。例えば、充電用スイッチング素子４ａのオン時間Ｔ１の期間が終了した後、充電用スイッチング素子４ａを再度オンする直前まで点灯用スイッチング素子１５ａをオン状態とすることもできる。

【0120】

上述したすべての制御は、実施の形態３で示した制御回路１８又は他の制御回路によって実現され得る。

【符号の説明】

【0121】

１ 交流電源、 ２ 整流回路、 ３，１１ フィルタコンデンサ、 ４，４´ 充電回路、 ４ａ 充電用スイッチング素子、 １０ａ ＭＯＳＦＥＴ、 １４ｇ，１４ｈ，１４ｉ，１４ｊ，１４ｋ，１４ｌ 配線端子、 １５ａ 点灯用スイッチング素子、 ４ｃ，７ ダイオード、 １０ｃ 整流素子、 ４ｄ スナバダイオード、 ４ｅ スナバ抵抗、 ４ｆ スナバコンデンサ、 ５，１４ フライバックトランス、 ５ａ，１４ａ １次巻線、 ５ｂ，１４ｂ ２次巻線、 ６ 電解コンデンサ、 ８ 定電流回路、 ９ 蓄電池、 １０，１０´ 点灯回路、 １０ｂ コイル、 １２ 点灯スイッチ、 １３ 光源、 １６ 逆導通ダイオード、 １８ 制御回路、 １７ スイッチ、 １８ａ 演算部、 １８ｂ，１８ｃ 駆動部、 １８ｄ フォトカプラ、 １９ｅ ２次側制御電源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】