JP5854319B2 - 照明用電源および照明装置 - Google Patents

Description

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。

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。
２線式調光器は、トライアックがターンオンする位相を制御するように構成され、白熱電球の調光器として普及している。そのため、ＬＥＤなどの照明光源もこの調光器で調光できることが望ましい。高効率で省電力化・小型化に適した電源として、ＤＣ−ＤＣコンバータなどのスイッチング電源が知られている。

特開２０１１−１１９２３７号公報

しかし、この調光器は、負荷となる白熱電球のフィラメントと直列接続して動作するように構成されており、スイッチング電源を接続した場合に、負荷インピーダンスが変化して誤動作する可能性がある。
本発明の実施形態は、出力電流の可変範囲を広げた照明用電源及び照明装置を提供することを目的とする。

実施形態の照明用電源は、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の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、前記電源と前記照明負荷との間の電位差が所定の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、前記定電流素子と前記照明負荷との間に直列に接続されたインダクタと、前記インダクタおよび前記照明負荷に並列に接続された整流素子と、を持つ。前記出力素子は、前記出力素子のオンの状態が継続するときには、前記定電流素子によって制限された直流電流を流すことができる。

本発明の実施形態によれば、出力電流の可変範囲を広げた照明用電源及び照明装置を提供することができる。

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。 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。 出力素子の電流波形を例示する波形図である。 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。 調光器を例示する回路図である。 照明用電源の主要な信号を表す波形図である。 第３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。 第３の実施形態に係る照明用電源の主要な信号を表す波形図である。 調光位相角と出力電流ＩＯＵＴとの関係を例示する特性図である。 第４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。

以下、実施例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。

まず、第１の実施形態について説明する。
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。

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、出力電圧ＶＯＵＴ、出力電流ＩＯＵＴの値は、照明光源に応じて規定される。

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。

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。

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、出力素子５を駆動する駆動素子７０とを有している。
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、電源７の電圧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。
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。

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）の順に電源７と照明負荷２との間の電位差ΔＶ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。

図３（ａ）に表したように、電位差ΔＶ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。

図３（ｂ）に表したように、電位差ΔＶ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、電位差ΔＶがさらに大きくなると、電位差ΔＶに応じて、出力素子５の電流の変動幅は大きくなる。

このように、電位差ΔＶ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、電位差ΔＶ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。

そして、図３（ｄ）に表したように、電位差ΔＶ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。

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、電位差ΔＶが所定値よりも大きいとスイッチング動作し、電位差ΔＶが小さいと、シリーズレギュレータのような動作をする。電位差ΔＶが大きい場合は、電位差ΔＶ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、電位差ΔＶ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、電位差ΔＶ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。

また、本実施形態においては、電位差ΔＶ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、電位差ΔＶ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。

したがって、本実施形態においては、電位差ΔＶ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。

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、電位差ΔＶ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、電位差ΔＶ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））、電位差ΔＶ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。

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。

このように、本実施形態においては、出力素子が電源と照明負荷との間の電位差が相対的に大きいと発振して発振電流を出力し、電位差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。

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に調光器８、整流回路９、及び定電流回路１０が追加され、出力素子及び定電流素子を有する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。また、照明装置１ａは、照明負荷２と照明用電源３ａ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。

照明用電源３ａは、交流電源７ａを位相制御する調光器８、位相制御された交流電圧を直流に変換する整流回路９、調光器８が位相制御するのに必要な定電流を流す定電流回路１０、出力電圧ＶＯＵＴを生成するＤＣ−ＤＣコンバータ１１を有する。なお、交流電源７ａは、例えば商用電源ある。

調光器８は、交流電源７ａ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。
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。

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。

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。

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。また、整流回路９の入力側には、ＤＣ−ＤＣコンバータで発生するノイズを低減するコンデンサが接続されている。

定電流回路１０は、トランジスタ１７、トランジスタ１７をバイアスする抵抗１８とツェナーダイオード１９、チョークコイル２０、ダイオード２１を有する。
トランジスタ１７は、例えばＦＥＴであり、ノーマリオン形の素子である。トランジスタ１７のドレインは、チョークコイルを介して、整流回路９の高電位端子９ａに接続され、トランジスタ１７のソースは、並列に接続された抵抗１８とツェナーダイオード１９とを介して、整流回路９の低電位端子９ｂに接続される。トランジスタ１７のゲートは、整流回路９の低電位端子９ｂに接続される。また、整流回路９の高電位端子９ａは、ダイオード２１を介して、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１に接続される。

定電流回路１０は、調光器８の位相回路１３を動作させる定電流を流す回路である。位相回路１３と比較してインピーダンスの小さい素子を整流回路９の負荷として接続することにより、後段のＤＣ−ＤＣコンバータ１１の入力インピーダンスの影響を抑制して、調光器８を安定に動作させることができる。
平滑コンデンサ４０は、定電流回路１０のダイオード２１のカソードと整流回路９の低電位端子９ｂとの間に接続される。

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（駆動素子）２４、結合コンデンサ２５、分割抵抗２６、２７、出力コンデンサ２８、バイアス抵抗２９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。

出力素子５ａのドレインは、定電流回路１０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のゲートには、定電流素子６ａのソース電位を分割抵抗２６、２７で分割した電圧が入力される。

また、バイアス抵抗２９は、出力素子５ａのドレインと定電流素子６ａのソースとの間に接続され、分割抵抗２６，２７に直流電圧を供給する。その結果、定電流素子６ａのゲートには、ソースよりも低い電位が供給される。
なお、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。

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。

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、及び定電流回路１０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。

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。

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及び定電流素子６ａは、ノーマリオン形の素子であるため、いずれもオンしている。そして、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。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。

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。

また、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。

図６は、照明用電源の主要な信号を表す波形図である。
図６においては、図６（ａ）〜（ｈ）の順に、調光器８の調光度が小さくなる場合の、整流回路９の直流電圧ＶＲＥ、照明用電源３ａの出力電流ＩＯＵＴ、整流素子２２の電圧ＶＤの測定値を表している。

図６（ａ）〜（ｃ）に表したように、調光度が大きいとき、出力素子５ａはオン状態とオフ状態とを繰り返すスイッチング動作をして発振し、整流素子２２の電圧ＶＤは、発振波形になる。なお、調光器８の調光度に応じた制御をしていないため、出力電流ＩＯＵＴは、ほぼ一定になっている。

図６（ｄ）〜（ｆ）に表したように、調光度が低下すると、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１に入力される電圧のリプルのため、出力素子５ａがオンの状態を継続し、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停止する期間が生じる。出力素子５の電流Ｉ５の平均値は、調光度に応じて変化するため、出力電流ＩＯＵＴの平均値は、調光度に応じて変化する。

図６（ｇ）、（ｈ）に表したように、調光度がさらに低下すると、出力素子５ａはオンの状態を継続し、直流電流Ｉ５が流れるため、整流素子２２の電圧ＶＤは、直流電圧になる。直流電流Ｉ５の値は、調光度に応じて変化するため、出力電流ＩＯＵＴは、調光度に応じて変化する。

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。

図７は、第３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７に表したように、第３の実施形態は、第２の実施形態と比較して、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１における定電流素子６ａのゲート電位を生成する構成が異なっている。すなわち、照明用電源３ｂは、抵抗５２、５３、５６、コンデンサ５４、ダイオード５８が追加されている。調光器８、整流回路９、定電流回路１０ａ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の構成については、第２の実施形態と同様である。

抵抗５２、５３は、定電流回路１０のダイオード２１のアノードと整流回路９の低電位端子９ｂとの間に、直列に接続されている。また、コンデンサ５４は、抵抗５３と並列に接続される。抵抗５３の電圧は、ダイオード５８、抵抗５６を介して、分割抵抗２６、２７の接続点に供給される。抵抗５２とコンデンサ５４とは、ローパスフィルタまたは積分回路を構成し、抵抗５３には、整流回路９の直流電圧ＶＲＥを平滑化した電圧が生成される。

抵抗５３の電圧は、調光器８の調光度に応じて変化するため、定電流素子６ａのゲート電位を、調光度に応じて変化させることができる。

図８は、第３の実施形態に係る照明用電源の主要な信号を表す波形図である。
図８においては、図８（ａ）〜（ｈ）の順に、調光器８の調光度が大きくなる場合の、整流回路９の直流電圧ＶＲＥ、照明用電源３ｂの出力電流ＩＯＵＴ、整流素子２２の電圧ＶＤの測定値を表している。

図８（ａ）に表したように、調光度が０％、すなわち調光位相角が１８０度のとき、整流回路９の直流電圧ＶＲＥがゼロのため、出力電流ＩＯＵＴは流れない。
図８（ｂ）、（ｃ）に表したように、調光度が大きくなる、すなわち調光位相角が小さくなると、整流回路９の直流電圧ＶＲＥが高くなり、出力素子５ａはオンの状態を継続したまま電流Ｉ５が振動する動作になり、整流素子２２の電圧ＶＤは、振動する。調光度に応じて、電流Ｉ５の変動幅が大きくなり、整流素子２２の電圧ＶＤの変動幅が大きくなる。そのため、出力電流ＩＯＵＴは、調光度が大きくなると、大きくなる。なお、出力素子５ａがオフの状態にならないため、整流素子２２の電圧ＶＤは、ゼロにならない。

図８（ｄ）〜（ｈ）に表したように、調光度がさらに大きくなると、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、発振する。整流素子２２の電圧の変動幅が大きくなり、ほぼゼロまで低下する。出力電流ＩＯＵＴは、調光度が大きくなると、大きくなる。

このように、本具体例においては、出力素子５ａは、調光度に応じて、オンの状態を継続してオフの状態にならないで振動する状態と、オン状態とオフ状態とを繰り返すスイッチング動作をして発振する状態との間を連続的に遷移する。その結果、発振電流Ｉ５の振幅は、調光度に応じて連続的に変化し、出力電流ＩＯＵＴは、調光度に応じて連続的に変化する。

図９は、調光位相角と出力電流ＩＯＵＴとの関係を例示する特性図である。
図９に表したように、本具体例においては、出力電流ＩＯＵＴは、調光位相角（調光度）に応じて、ゼロまで連続的に制御することができる。
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、出力素子の状態が連続的に遷移する。その結果、出力電流の連続的に変化させることができ、また調光器の調光度の可変範囲を広げることができる。また、照明装置を連続的に調光でき、また調光範囲を広げることができる。

図１０は、第４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１０に表したように、第４の実施形態は、第３の実施形態と比較して、定電流回路１０とＤＣ−ＤＣコンバータ１１の構成が異なっている。すなわち、照明用電源３ｃは、調光器８、整流回路９、定電流回路１０ａ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ａを有している。調光器８及び整流回路９については、第３の実施形態と同様である。また、照明装置１ｃは、照明負荷２と照明用電源３ｃ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。

定電流回路１０ａは、第２の実施形態における定電流回路１０と比較して、トランジスタ１７がノーマリオフ形の素子である点と、定電流を流すためのバイアス回路の構成が異なっている。すなわち、定電流回路１０ａは、トランジスタ１７ａ、トランジスタ１７ａをバイアスする抵抗１８、３２とツェナーダイオード１９、チョークコイル２０、ダイオード２１を有する。

トランジスタ１７ａは、例えばＦＥＴであり、ノーマリオフ形の素子である。トランジスタ１７ａのドレインは、チョークコイル２０を介して、整流回路９の高電位端子９ａに接続され、トランジスタ１７ａのソースは、抵抗１８を介して、整流回路９の低電位端子９ｂに接続される。トランジスタ１７ａのゲートは、バイアス抵抗３２を介してダイオード２１のカソードに接続され、また、ツェナーダイオード１９を介して整流回路９の低電位端子９ｂに接続される。また、整流回路９の高電位端子９ａは、ダイオード２１のアノードに接続され、ダイオード２１のカソードは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ａに接続される。また、ダイオード２１のカソードと整流回路９の低電位端子９ｂとの間には、平滑コンデンサ４０が接続される。

トランジスタ１７ａは、バイアス抵抗３２とツェナーダイオード１９でバイアスされ、調光器８の位相回路１３を動作させる定電流を流す。したがって、定電流回路１０と同様に、定電流回路１０ａは、位相回路１３と比較してインピーダンスの小さい素子を整流回路９の負荷として接続することにより、後段のＤＣ−ＤＣコンバータ１１の入力インピーダンスの影響を抑制して、調光器８を安定に動作させることができる。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ａは、第２の実施形態におけるＤＣ−ＤＣコンバータ１１と比較して、出力素子５ａ及び定電流素子６ａがともにノーマリオフ形の素子である点が異なり、またその結果、インダクタ２３などの位置などの構成が異なっている。
ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ａは、出力素子５ｂ、定電流素子６ｂ、整流素子２２、インダクタ２３、出力素子５ｂを駆動する帰還巻き線（駆動素子）２４、結合コンデンサ２５、出力コンデンサ２８、バイアス抵抗２９、抵抗３３〜３７を有している。
出力素子５ｂ及び定電流素子６ｂ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。

出力素子５ｂのドレインは、逆方向の整流素子２２を介して、定電流回路１０ａのダイオード２１のカソードに接続される。出力素子５ｂのソースは、定電流素子６ｂに接続され、出力素子５ｂのゲートは、帰還巻き線２４の一端に接続される。帰還巻き線２４の他端は、結合コンデンサ２５を介して、整流回路９の低電位端子９ｂに接続される。
また、バイアス抵抗２９は、ダイオード２１のカソードと出力素子５ｂのゲートとの間に接続され、抵抗３３は、出力素子５ｂのゲートと整流回路９の低電位端子９ｂとの間に接続される。また、出力素子５ｂのゲートには、保護ダイオードが接続される。

定電流素子６ｂは、カレントミラーで構成され、出力側トランジスタのドレインは、出力素子５ｂのソースに接続され、ソースは、抵抗３４を介して、整流回路９の低電位端子９ｂに接続され、ゲートは、基準側トランジスタのゲート及びドレインに接続される。基準側トランジスタのソースは、抵抗３５を介して、整流回路９の低電位端子９ｂに接続され、ドレイン及びゲートは、抵抗３６、３７を介して、ダイオード２１のアノードに接続される。また、抵抗３７は、コンデンサ５４を介して、整流回路９の低電位端子９ｂに接続される。抵抗３７とコンデンサ５４とは、ローパスフィルタまたは積分回路を構成する。また、コンデンサ５４と並列に、抵抗５６を介してツェナーダイオード５８が接続される。
抵抗３６を介して、定電流素子６ｂの基準側トランジスタには、調光度に応じて変化する電流が流される。したがって、定電流素子６ｂの出力側トランジスタには、調光度に応じて変化する電流が流れる。

インダクタ２３は、出力素子５ｂのドレインと低電位出力端子３１との間に接続される。なお、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５ｂ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。

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。また、高電位出力端子３０は、定電流回路１０ａのダイオード２１のカソードに接続される。

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。
ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ａの動作は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１と比較して、出力素子５ａと定電流素子６ａが低電位側に、整流素子２２と出力コンデンサ２８と照明負荷２とが高電位側に、それぞれ移動した点と、出力素子５ａ及び定電流素子６ａをノーマリオフ形の素子に替えた点以外は、同様である。

したがって、本実施形態においては、調光器の調光度に応じて、ノーマリオフ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たまま出力電流を出力する。すなわち、第３の実施形態における出力素子と同様に、調光器の調光度に応じて動作状態が連続的に遷移する。その結果、第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。

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。

例えば、出力素子５、５ａ、５ｂ及び定電流素子６、６ａ、６ｂ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）、ダイアモンド（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。

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。

本発明のいくつかの実施形態および実施例を説明したが、これらの実施形態または実施例は、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または実施例は、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。これら実施形態または実施例やその変形は、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。

１、１ａ、１ｂ…照明装置、 ２…照明負荷、 ３、３ａ、３ｂ…照明用電源、 ４…照明光源、 ５、５ａ、５ｂ…出力素子、 ６、６ａ、６ｂ…定電流素子、 ７…電源、 ７ａ…交流電源、 ８…調光器、 ９…整流回路、 ９ａ…高電位端子、 ９ｂ…低電位端子、 １０、１０ａ…定電流回路、 １１、１１ａ…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…可変抵抗、 １６…コンデンサ、 １７、１７ａ…トランジスタ、 １８、３３〜３７…抵抗、 １９…ツェナーダイオード、 ２０…チョークコイル、 ２１…ダイオード、 ２２…整流素子、 ２３…インダクタ、 ２４…帰還巻き線、 ２５…結合コンデンサ、 ２６、２７…分割抵抗、 ２８…出力コンデンサ、 ２９、３２…バイアス抵抗、 ３０…高電位出力端子、 ３１…低電位出力端子

Claims (7)

1. 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、前記電源と前記照明負荷との間の電位差が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、
   前記定電流素子と前記照明負荷との間に直列に接続されたインダクタと、
   前記インダクタおよび前記照明負荷に並列に接続された整流素子と、
   を備え、
   前記出力素子は、前記出力素子のオンの状態が継続するときには、前記定電流素子によって制限された直流電流を流すことができる照明用電源。
2. 前記出力素子に流れる電流は、前記電源と前記照明負荷との間の電位差の大きさに応じた変動幅で振動し、前記電位差が大きいほど前記変動幅は大きい請求項１記載の照明用電源。
3. 前記電源と前記照明負荷との間の電位差が前記所定値よりも小さいとき前記出力素子はオンの状態を継続して直流電流を出力する請求項１または２に記載の照明用電源。
4. 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をさらに備えた請求項１〜３のいずれか１つに記載の照明用電源。
5. 前記出力素子は、ノーマリオン形の素子である請求項１〜４のいずれか１つに記載の照明用電源。
6. 前記出力素子は、出力電圧を供給されてオンの状態にバイアスされたノーマリオフ形の素子である請求項１〜４のいずれか１つに記載の照明用電源。
7. 照明負荷と、
   前記照明負荷に電力を供給する請求項１〜６のいずれか１つに記載の照明用電源と、
   を備えた照明装置。