JP6273642B2

JP6273642B2 - Ｌｅｄ点灯装置

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Publication number: JP6273642B2
Application number: JP2013259391A
Authority: JP
Inventors: 浅野　寛之; 寛之浅野; 正人姫田; 勝信濱本; 裕司吉本
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2018-02-07
Anticipated expiration: 2033-12-16
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Description

本発明は、ＬＥＤ負荷を点灯させるＬＥＤ点灯装置に関する。

従来例として、特許文献１記載の電源装置を例示する。この従来例は、交流電源から給電されて一定電圧を出力する定電圧ユニットと、定電圧ユニットからの電圧を受けて照明負荷(例えば、ＬＥＤ負荷)を点灯駆動する定電流ユニットとを備える。

定電流ユニットは、電圧検出部と設定部とを有する。電圧検出部は、定電圧ユニットによる電圧供給開始後に、定電圧ユニットより供給される入力電圧を検出する。設定部は、定電流ユニットが動作を開始する動作開始電圧を設定し、電圧検出部による検出結果を受けて動作開始電圧を変化させる。

この従来例では、定電圧ユニットから電圧が供給され定電流ユニットが動作を開始する時の電流ピーク値を任意に設定することができるので、起動時の電流ピーク値を制御することができ、両ユニットの回路素子へのストレスを低減できる。

特開２０１１−２０５８５５号公報

ところで、特許文献１記載の従来例では、定電流ユニットがハイサイド形の降圧チョッパ回路で構成されている。そして、ＬＥＤ負荷の定格電圧が比較的に高い場合、交流電源に概ね１秒未満の瞬間的な電圧降下(瞬時電圧降下)が発生し、定電圧ユニットの出力電圧がＬＥＤ負荷の定格電圧以下まで低下してしまうことがある。このように定電圧ユニットの出力電圧がＬＥＤ負荷の定格電圧以下まで低下すると、定電流ユニット(降圧チョッパ回路)のスイッチング素子が駆動できず、ＬＥＤ負荷が消灯したままになる虞がある。

本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、瞬時電圧降下が発生してもＬＥＤ負荷を正常に点灯させることを目的とする。

本発明のＬＥＤ点灯装置は、入力電圧を所望の直流電圧に昇圧する直流電源部と、前記直流電源部から供給される直流入力電圧を降圧してＬＥＤ負荷に印加する降圧チョッパ部と、前記直流電源部及び前記降圧チョッパ部の動作を制御する制御ブロックとを備え、前記直流電源部は、第１半導体スイッチング素子を有する昇圧チョッパ回路を有し、前記降圧チョッパ部は、前記直流入力電圧を断続する第２半導体スイッチング素子と、前記第２半導体スイッチング素子を介して前記直流入力電圧が印加されているときに蓄積したエネルギーを前記直流入力電圧が印加されていないときに放出するインダクタとを有し、且つ前記直流入力電圧に対して前記第２半導体スイッチング素子が前記インダクタよりも高電位側に接続されるように構成され、前記制御ブロックは、所定の第１シーケンスに従って前記第１半導体スイッチング素子をスイッチング制御する第１制御部と、所定の第２シーケンスに従って前記第２半導体スイッチング素子をスイッチング制御する第２制御部と、前記第１制御部に前記第１シーケンスを開始させ、且つ前記第２制御部に前記第２シーケンスを開始させるように構成されるシーケンス回路部と、前記直流入力電圧を計測して所定のしきい値と比較し、前記計測値が前記しきい値を下回ったときに電圧低下信号を出力する電圧検出部とを有し、前記シーケンス回路部は、前記電圧検出部から前記電圧低下信号を受け取ると、前記第１制御部及び前記第２制御部に、前記第１シーケンス及び前記第２シーケンスを最初から開始させるように構成されることを特徴とする。

このＬＥＤ点灯装置において、前記電圧検出部の前記しきい値は、前記直流入力電圧の定常時の電圧値の８０％の値に設定されることが好ましい。

このＬＥＤ点灯装置において、前記直流入力電圧の定常時の電圧値は、前記ＬＥＤ負荷の定格電圧の２倍よりも低い値であることが好ましい。
このＬＥＤ点灯装置において、前記第１シーケンスとは、前記制御ブロックが、前記昇圧チョッパ回路の前記第１半導体スイッチング素子のオンデューティ比をフィードバック制御して、前記直流入力電圧を所定の一定電圧にするための一連の動作であることが好ましい。
このＬＥＤ点灯装置において、前記第２シーケンスとは、外部から入力される調光信号に応じて、前記インダクタに流れるインダクタ電流が不連続となる不連続モードで前記第２半導体スイッチング素子をスイッチング制御するための一連の動作であることが好ましい。

本発明のＬＥＤ点灯装置は、瞬時電圧降下が発生したとき、シーケンス回路部が第１制御部の第１シーケンス並びに第２制御部の第２シーケンスをリセットして最初から実行させるので、瞬時電圧降下が発生してもＬＥＤ負荷を正常に点灯させることができるという効果がある。

本発明に係るＬＥＤ点灯装置の実施形態１における瞬時電圧降下発生時の動作を説明するためのタイムチャートである。同上の回路図である。同上における基本的な動作を説明するためのタイムチャートである。同上の比較例における基本的な動作を説明するためのタイムチャートである。同上の比較例における瞬時電圧降下発生時の動作を説明するためのタイムチャートである。本発明に係るＬＥＤ点灯装置の実施形態２における基本的な動作を説明するためのタイムチャートである。同上における瞬時電圧降下発生時の動作を説明するためのタイムチャートである。

以下、本発明に係るＬＥＤ点灯装置の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

本実施形態のＬＥＤ点灯装置は、図２に示すように降圧チョッパ部１と、制御ブロック２と、直流電源部３とで構成される。

直流電源部３は、商用の交流電源４から供給される交流電圧を所望の直流電圧に変換(昇圧)するように構成される。この直流電源部３は、フィルタ部30、整流回路31、ＰＦＣ(Power Factor Correction：力率改善)部32、平滑コンデンサC1で構成される。フィルタ部30は、交流電源４から入力される交流電圧・交流電流に重畳する高調波ノイズ、及びＰＦＣ部32で発生する高調波ノイズ、を除去するものである。整流回路31はダイオードブリッジからなり、交流電源４から供給される交流電圧・交流電流を全波整流する。ＰＦＣ部32は、半導体スイッチング素子(第１半導体スイッチング素子)を有する従来周知の昇圧チョッパ回路であって、整流回路31で全波整流された脈流電圧を所望の直流電圧に昇圧することで力率を改善するものである。平滑コンデンサC1は、ＰＦＣ部32の出力電圧を平滑する。なお、以下の説明では、直流電源部３から降圧チョッパ部１に入力される直流電圧を、直流入力電圧VDCと呼ぶ。

降圧チョッパ部１は、電界効果トランジスタからなる半導体スイッチング素子(第２半導体スイッチング素子)Q1、インダクタT1、ダイオードD1、コンデンサC2、検出抵抗R1、抵抗R2，R9などで構成される。半導体スイッチング素子Q1とインダクタT1とコンデンサC2と検出抵抗R1の直列回路が直流電源部３の出力端間に接続される。ダイオードD1のカソードが半導体スイッチング素子Q1とインダクタT1の接続点に接続され、ダイオードD1のアノードが検出抵抗R1と抵抗R9の接続点に接続される。抵抗R9はダイオードD1と並列に接続され、抵抗R2の一端が半導体スイッチング素子Q1のゲートに接続される。そして、コンデンサC2の両端にＬＥＤ負荷５が接続される。

ＬＥＤ負荷５は、例えば、日本電球工業会規格JEL801「Ｌ形ピン口金GX16t-5付直管形ＬＥＤランプシステム(一般照明用)」で規格化されている直管形ＬＥＤランプである。なお、直管形ＬＥＤランプをＬＥＤ負荷５とする場合、図示しないランプソケット又はコネクタを用いて降圧チョッパ部１の出力端(コンデンサC2の両端)間にＬＥＤ負荷５が着脱可能に接続される。

なお、降圧チョッパ部１は、半導体スイッチング素子Q1がインダクタT1よりも高電位側に接続された、いわゆるハイサイド形として構成されている。これは、日本電球工業会規格JEL801「Ｌ形ピン口金GX16t-5付直管形ＬＥＤランプシステム(一般照明用)」において、降圧チョッパ部１の入力電圧が３００ボルト以下と規定されているためである。すなわち、降圧チョッパ部１の半導体スイッチング素子Q1をインダクタT1よりも低電位側に接続する構成(ローサイド形)の場合、降圧チョッパ部１の入力電圧が３００ボルトを超えてしまうからである。

制御ブロック２は、高耐圧集積回路(High Voltage Integrated Circuit)からなる制御用ＩＣ20と、外付けの回路素子と、制御電源生成部29とで構成される。

制御電源生成部29は、スイッチング電源回路からなり、直流入力電圧VDCから制御電源Vccを生成する。

制御用ＩＣ20は、降圧制御部21、ハイサイドドライバ部22、オペアンプ23、スイッチ24、シーケンス回路部25、ＰＦＣ制御部26、直流入力電圧検出部(以下、VDC検出部と呼ぶ。)27、調光部28、分圧抵抗R3、R4などを備えている。また、制御用ＩＣ20は、CS端子、ZCD端子、OP+端子、OP-端子、OPout端子、Ho端子、HGND端子、HVcc端子、Vcc端子、Do端子、GND端子、VDCin端子、CTA端子、Dimsig端子、Vdim端子、PWMin端子などの端子が設けられている。

シーケンス回路部25は、CTA端子に外付けされているコンデンサC5を充放電することで一定周期To(例えば、50ミリ秒)の三角波の電圧(以下、CTA端子電圧と呼ぶ。)を生成し、CTA端子電圧の周期Toをカウントすることで時間を計時するように構成される。また、シーケンス回路部25は、交流電源４が投入された時点(以下、電源投入時点と呼ぶ。)からの経過時間が第１動作開始時間(例えば、0.5秒)に達したらＰＦＣ制御部26及び降圧制御部21へ第１動作開始信号S1を出力する(ハイレベルとする)。さらに、シーケンス回路部25は、前記経過時間が第２動作開始時間(例えば、0.7秒)に達したら調光部28に第２動作開始信号S2を出力する(ハイレベルとする)。また、シーケンス回路部25は、前記経過時間が第３動作開始時間(例えば、0.8秒)に達したらVDC検出部27に第３動作開始信号S3を出力する(ハイレベルとする)。

ＰＦＣ制御部26は、シーケンス回路部25から第１動作開始信号S1が出力されると、Do端子より駆動信号を出力して、ＰＦＣ部32を構成する第１半導体スイッチング素子(図示せず)をスイッチング制御する。さらに、ＰＦＣ制御部26は、ＰＦＣ部32の第１半導体スイッチング素子のオンデューティ比をフィードバック制御することにより、直流電源部３の出力電圧(直流入力電圧VDC)を所定の一定電圧とするように構成される。ここで、ＰＦＣ制御部26がDo端子から駆動信号を出力して第１半導体スイッチング素子をスイッチング制御し、且つ第１半導体スイッチング素子のオンデューティ比をフィードバック制御することで一定の直流電圧VDCを出力する一連の動作を第１シーケンスと呼ぶ。ただし、このようなＰＦＣ制御部26は従来周知であるから、詳細な構成及び動作の図示並びに説明は省略する。

ハイサイドドライバ部22は、降圧チョッパ部１の半導体スイッチング素子Q1を駆動するものであって、HVcc端子から供給される電圧を用いて、Ho端子から半導体スイッチング素子Q1のゲートに駆動信号を出力するように構成される。なお、HVcc端子には、制御電圧Vccを昇圧するブートストラップ回路が外付けされている。ブートストラップ回路は、HGND端子とHVcc端子の間に接続されるコンデンサC3と、制御電源Vccが入力されるVcc端子にアノードが接続され、カソードがHVcc端子に接続されるダイオードD2とで構成される。つまり、ブートストラップ回路は、制御電源生成部29からダイオードD2、コンデンサC3、降圧チョッパ部１の抵抗R9の経路でコンデンサC3を充電し、コンデンサC3の充電電圧によって制御電源の電圧Vccよりも高い電圧をHVcc端子に入力している。

オペアンプ23は、非反転入力端子(OP+端子)に基準電圧Vsが入力され、反転入力端子(OP-端子)に検出抵抗R1の両端電圧が入力され、出力端子(OPout端子)と反転入力端子の間に帰還抵抗R2とコンデンサC4の並列回路が接続されている。基準電圧Vsは、後述するように調光部28の出力電圧(Dimsig端子の端子電圧)を分圧抵抗R5，R6で分圧した電圧であり、調光部28の出力電圧に対応して変化する。また、検出抵抗R1の両端電圧(以下、検出電圧Vxと呼ぶ。)は、降圧チョッパ部１の出力電流Ioに比例した電圧である。なお、検出電圧Vxは、外付けの帰還抵抗R2とコンデンサC4の積分回路で積分される。

而して、オペアンプ23と、帰還抵抗R2とコンデンサC4の並列回路とで反転増幅回路が構成されている。この反転増幅回路は、検出電圧Vxの積分値と基準電圧Vsとの差分を反転増幅して、分圧抵抗R3，R4の直列回路に印加している。分圧抵抗R3、R4の直列回路は、一端がオペアンプ23の出力端子に接続され、他端がGND端子を介してグランドに接続されている。そして、分圧抵抗R3，R4で分圧された電圧がしきい値電圧X1として降圧制御部21に入力される。なお、オペアンプ23は、スイッチ24を介して制御電源電圧Vccが印加されており、スイッチ24がオンしているときに動作し、スイッチ24がオフしているときは停止するように構成されている。

VDC検出部27は、直流電源部３の高電位側の出力端に接続される検出抵抗R10の両端電圧をVDCin端子から取り込み、前記両端電圧(直流入力電圧VDCの計測値)を所定のしきい値と比較し、前記計測値が前記しきい値を下回ったときに電圧低下信号を出力する。ここで、前記しきい値は、直流入力電圧VDCの定常時の電圧値(例えば、定格値)の８０％の値に設定されることが好ましい。なお、VDC検出部27は、シーケンス回路部25から第３動作開始信号S3が出力されているときに動作し、シーケンス回路部25に対して電圧低下信号を出力するように構成される。

調光部28は、外部からPWMin端子に入力される調光信号(一定周期の矩形波からなるＰＷＭ信号)を直流電圧に変換し、変換した前記直流電圧(以下、調光出力電圧と呼ぶ。)をDimsig端子から出力する。また、調光部28は、制御電源電圧Vccを分圧抵抗R7，R8で分圧した電圧をVDim端子から取り込んでいる。そして、調光部28は、前記分圧電圧に対応して、調光信号のオンデューティ比で示される調光レベルの下限値に対する調光出力電圧の電圧値を決定している。

既に説明したように、Dimsig端子とグランドの間に、分圧抵抗R5，R6の直列回路とコンデンサC6が並列接続されている。そして、Dimsig端子から出力される調光出力電圧が分圧抵抗R5、R6で分圧された電圧が基準電圧VsとしてOP+端子からオペアンプ23の非反転端子に入力されている。なお、コンデンサC6は、分圧抵抗R5、R6と積分回路を構成し、前記分圧電圧の変化をフェードさせる役割を担っている。

調光部28は、シーケンス回路部25から第２動作開始信号S2が入力されるまでは、調光出力電圧をVDim端子に印加される電圧に等しい電圧とする。そして、調光部28は、第２動作開始信号S2が入力されると動作を開始し、PWMin端子から入力される調光信号を直流の調光出力電圧に変換してDimsig端子から出力する。

降圧制御部21は、一定の周期をカウントするタイマやコンパレータ(何れも図示せず)などを備え、前記タイマがカウントする周期でハイサイドドライバ部22に出力する制御信号をハイレベルに立ち上げる。ハイサイドドライバ部22は、制御信号がハイレベルに立ち上がるとHo端子の端子電圧をハイレベルに立ち上げて第２半導体スイッチング素子Q1をオンする。

第２半導体スイッチング素子Q1がオンすると降圧チョッパ回路１が動作を開始して出力電流Io(インダクタ電流IL)が漸増し、出力電流Ioの増大に伴って検出電圧Vxも上昇する。降圧制御部21は、オペアンプ23の出力電圧が分圧抵抗R3，R4で分圧されたしきい値電圧X1と、CS端子から入力される検出電圧Vxとをコンパレータ(図示せず)で比較し、検出電圧Vxがしきい値電圧X1を上回ると制御信号をローレベルに立ち下げる。制御信号がローレベルに立ち下がると、ハイサイドドライバ部22がHo端子の端子電圧をローレベルに立ち下げて第２半導体スイッチング素子Q1をオフする。

第２半導体スイッチング素子Q1がオフすると、インダクタT1に蓄積されたエネルギーが放出されて回生電流(インダクタ電流IL)が流れる。ただし、この回生電流(インダクタ電流IL)は、時間の経過とともに漸減する。そして、降圧制御部21は、回生電流(インダクタ電流IL)がゼロになった後、タイマが前記周期をカウントするタイミングで制御信号をハイレベルに立ち上げる。また、制御信号の立ち上がりに同期して、ハイサイドドライバ部22が第２スイッチング素子Q1をオンする。その結果、降圧チョッパ部１の直流出力電圧Voが印加されることでＬＥＤ負荷５が点灯する。また、降圧制御部21は、調光信号(調光出力電圧)に応じて第２スイッチング素子Q1をオフするタイミングを変化させる。故に、降圧チョッパ部１の直流出力電圧Voが調光信号に対応して増減することにより、ＬＥＤ負荷５が調光される。なお、本実施形態における降圧制御部21の動作モードは、インダクタT1に流れるインダクタ電流ILが不連続となる不連続モードである。ここで、降圧制御部21がハイサイドドライバ部22に制御信号を出力し、不連続モードで降圧チョッパ部１の第２半導体スイッチング素子Q1をスイッチング制御する一連の動作を第２シーケンスと呼ぶ。

次に、本実施形態のＬＥＤ点灯装置の動作を説明する。
(１)基本動作
まず、図３のタイムチャートを参照して基本的な動作を説明する。

交流電源４が投入されると、整流回路31で全波整流され、ＰＦＣ部32をスルーして平滑コンデンサC1で平滑された直流入力電圧VDCが制御電源生成部29に入力される。そして、制御電源生成部29は、前記直流入力電圧VDCが入力された時点(時刻t=t0、以下、電源投入時点と呼ぶ。)から、制御電源を生成して各部に供給する。

制御電源電圧Vccが立ち上がると、シーケンス回路部25が動作を開始する。シーケンス回路部25は、CTA端子電圧の周期Toをカウントし、電源投入時点から第１動作開始時間(例えば、0.5秒)が経過した時点(時刻t=t1)で第１動作開始信号S1をハイレベルに立ち上げる。

ＰＦＣ制御部26は、第１動作開始信号S1がハイレベルに立ち上がると、第１シーケンスを開始して第１半導体スイッチング素子をスイッチング制御する。これにより、直流電源部３から降圧チョッパ部１に入力する直流入力電圧VDCが上昇し始め、負荷変動によるリンギングを生じながら、所定値(定格値)に安定する。

また、第１動作開始信号S1がハイレベルに立ち上がることでスイッチ24がオンとなり、制御電源電圧Vccが供給されることでオペアンプ23が動作する。さらに、第１動作開始信号S1がハイレベルに立ち上がると、降圧制御部21が第２シーケンスを開始して第２半導体スイッチング素子Q1をスイッチング制御し、初期の調光出力電圧(＝VDim端子の端子電圧)で決められた出力電流IoをＬＥＤ負荷５に流すように動作する。

シーケンス回路部25は、電源投入時点から第２動作開始時間(例えば、0.7秒)が経過した時点(時刻t=t2)で第２動作開始信号S2をハイレベルに立ち上げる。

調光部28は、第２動作開始信号S2がハイレベルに立ち上がると動作を開始し、PWMin端子から入力される調光信号を直流の調光出力電圧に変換してDimsig端子から出力する。ただし、調光出力電圧は、コンデンサC6の影響により、初期値から徐々に増加し、最終的に調光信号に対応した電圧となる。

降圧制御部21は、調光出力電圧に応じて第２スイッチング素子Q1をオフするタイミングを変化させ、降圧チョッパ部１からＬＥＤ負荷５に流れる出力電流Ioを徐々に増大させ、最終的に調光信号に対応した電流値に安定させる。

さらに、シーケンス回路部25は、電源投入時点から第３動作開始時間(例えば、0.8秒)が経過した時点(時刻t=t3)で第３動作開始信号S3をハイレベルに立ち上げる。VDC検出部27は、第３動作開始信号S3がハイレベルに立ち上がると動作を開始し、検出抵抗R10の両端電圧をVDCin端子から取り込んでしきい値と比較する。なお、VDC検出部27は、電源投入時点から第３動作開始信号S3が経過するまでの期間(t3-t0)においては動作しない。

上述のようにして降圧チョッパ部１から調光信号に対応した出力電流Ioが供給されることにより、ＬＥＤ負荷５を点灯(調光点灯)させることができる。
(２)瞬時電圧降下が発生したときの動作
図１に示すように、時刻t=t4において交流電源４に瞬時電圧降下が発生したと仮定する。瞬時電圧降下が発生すると、直流電源部３から降圧チョッパ部１に入力される直流入力電圧VDCも低下する。そして、直流入力電圧VDCがVDC検出部27のしきい値を下回ると(時刻t=t5)、VDC検出部27からシーケンス回路部25に電圧低下信号が出力される。

シーケンス回路部25は、VDC検出部27から電圧低下信号を受けると、第１動作開始信号S1、第２動作開始信号S2、第３動作開始信号S3の出力を停止する(ローレベルに立ち下げる)。また、シーケンス回路部25は、周期Toのカウントをリセットし、電圧低下信号を受け取った時点から周期Toのカウントを再開する。

ＰＦＣ制御部26は、第１動作開始信号S1がローレベルに立ち下がると第１シーケンスを中止して第１半導体スイッチング素子をオフする。同じく、降圧制御部21は、第１動作開始信号S1がローレベルに立ち下がると第２シーケンスを中止して第２半導体スイッチング素子Q1をオフする。これにより、直流電源部３及び降圧チョッパ部１が何れも動作を停止し、ＬＥＤ負荷５が消灯する。

そして、シーケンス回路部25は、電圧低下信号を受け取った時点から第１動作開始時間が経過した時点(時刻t=t6)で第１動作開始信号S1をハイレベルに立ち上げる。ＰＦＣ制御部26は、第１動作開始信号S1がハイレベルに立ち上がると、第１シーケンスを最初から開始する。同じく、降圧制御部21は、第１動作開始信号S1がハイレベルに立ち上がると、第２シーケンスを最初から開始する。これにより、直流電源部３及び降圧チョッパ部１が何れも動作を再開してＬＥＤ負荷５が点灯する。
(３)瞬時電圧降下が発生したときの比較例の動作(その１)
ここで、本実施形態のＬＥＤ点灯装置と異なる動作を行う比較例において、瞬時電圧降下が発生したときの動作を、図４に示すタイムチャートを参照して説明する。

ここで例示する比較例は、本実施形態のＬＥＤ点灯装置と共通の回路構成を有しているが、瞬時電圧降下が発生したときのシーケンス回路部25の動作が異なっている。

図４に示すように、時刻t=t4において交流電源４に瞬時電圧降下が発生したと仮定する。瞬時電圧降下が発生すると、直流電源部３から降圧チョッパ部１に入力される直流入力電圧VDCも低下する。そして、直流入力電圧VDCがVDC検出部27のしきい値を下回ると(時刻t=t5)、VDC検出部27からシーケンス回路部25に電圧低下信号が出力される。

シーケンス回路部25は、VDC検出部27から電圧低下信号を受けると、第２動作開始信号S2と第３動作開始信号S3をローレベルに立ち下げるが、第１動作開始信号S1はハイレベルのままとする。

ＰＦＣ制御部26は、第１動作開始信号S1がハイレベルに維持されているので、第１シーケンスを継続する。同様に、降圧制御部21も第１動作開始信号S1がハイレベルに維持されているので、第２シーケンスを継続する。したがって、直流電源部３及び降圧チョッパ部１も停止せずに継続して動作する。

ここで、ＬＥＤ負荷５の定格電圧が比較的に低い場合、瞬時電圧降下後に直流入力電圧VDCがさらに低下しても、直流入力電圧VDCがＬＥＤ負荷５の定格電圧まで低下しないため、HVcc端子の端子電圧が高い状態に維持される。その結果、ハイサイドドライバ部22が第２半導体スイッチング素子Q1をスイッチングすることができる。
(４)瞬時電圧降下が発生したときの比較例の動作(その２)
しかしながら、ＬＥＤ負荷５の定格電圧が比較的に高い場合、図５に示すように瞬時電圧降下後に直流入力電圧VDCがＬＥＤ負荷５の定格電圧まで低下することがある(VDC1=Vo1)。直流入力電圧VDCがＬＥＤ負荷５の定格電圧に等しくなると、ハイサイドドライバ部22から第２半導体スイッチング素子Q1に出力する駆動信号がハイレベルに固定されてしまう。そうすると、ブートストラップ回路のコンデンサC3が充電されなくなるため、HVcc端子の端子電圧が低下して第２半導体スイッチング素子Q1を駆動することができなくなり、ＬＥＤ負荷５が消灯してしまう。

上述のように、比較例では、定格電圧が比較的に高いＬＥＤ負荷５が降圧チョッパ部１に接続される場合、瞬時電圧降下が発生したときに降圧チョッパ部１が動作を停止してＬＥＤ負荷５が消灯したままになってしまう虞がある。

一方、本実施形態のＬＥＤ点灯装置では、瞬時電圧降下が発生したとき、シーケンス回路部25がＰＦＣ制御部26の第１シーケンス並びに降圧制御部21の第２シーケンスをリセットして最初から実行させる。そのため、ハイサイドドライバ部22の駆動信号がハイレベルに固定されることが回避されるので、ブートストラップ回路のコンデンサC3が正常に充電され、HVcc端子の端子電圧の低下を抑制することができる。その結果、瞬時電圧降下後に、ＬＥＤ負荷５が消灯したままになることが防止できる。

上述のように本実施形態のＬＥＤ点灯装置は、入力電圧を所望の直流電圧に昇圧する直流電源部３と、直流電源部３から供給される直流入力電圧VDCを降圧してＬＥＤ負荷５に印加する降圧チョッパ部１とを備える。また、本実施形態ＬＥＤ点灯装置は、直流電源部３及び降圧チョッパ部１の動作を制御する制御ブロック２を備える。直流電源部３は、第１半導体スイッチング素子を有する昇圧チョッパ回路を有する。降圧チョッパ部１は、直流入力電圧VDCを断続する第２半導体スイッチング素子Q1と、第２半導体スイッチング素子Q1を介して直流入力電圧VDCが印加されているときに蓄積したエネルギーを直流入力電圧VDCが印加されていないときに放出するインダクタT1とを有する。さらに、降圧チョッパ部１は、直流入力電圧VDCに対して第２半導体スイッチング素子Q1がインダクタT1よりも高電位側に接続されるように構成される。

制御ブロック２は、所定の第１シーケンスに従って第１半導体スイッチング素子をスイッチング制御する第１制御部(ＰＦＣ制御部26)と、所定の第２シーケンスに従って第２半導体スイッチング素子Q1をスイッチング制御する第２制御部(降圧制御部21)とを備える。また、制御ブロック２は、第１制御部(ＰＦＣ制御部26)に第１シーケンスを開始させ、且つ第２制御部(降圧制御部21)に第２シーケンスを開始させるように構成されるシーケンス回路部25を有する。さらに、制御ブロック２は、直流入力電圧VDCを計測して所定のしきい値と比較し、計測値がしきい値を下回ったときに電圧低下信号を出力する電圧検出部(VDC検出部27)を有する。

シーケンス回路部25は、電圧検出部(VDC検出部27)から電圧低下信号を受け取ると、第１制御部(ＰＦＣ制御部26)及び第２制御部(降圧制御部21)に、第１シーケンス及び第２シーケンスを最初から開始させるように構成される。

本実施形態のＬＥＤ点灯装置は上述のように構成され、瞬時電圧降下が発生したとき、シーケンス回路部25がＰＦＣ制御部26の第１シーケンス並びに降圧制御部21の第２シーケンスをリセットして最初から実行させる。その結果、本実施形態のＬＥＤ点灯装置は、瞬時電圧降下が発生してもＬＥＤ負荷５を正常に点灯させることができる。

また、電圧検出部(VDC検出部27)のしきい値は、直流入力電圧VDCの定常時の電圧値の８０％の値に設定されることが好ましい。

さらに、直流入力電圧VDCの定常時の電圧値は、ＬＥＤ負荷５の定格電圧Vfの２倍よりも低い値であること(VDC＜２×Vf)が好ましい。例えば、ＬＥＤ負荷５の定格電圧Vfが２１０ボルトとすると、直流入力電圧VDCの定常時の電圧値は、例えば、４１０ボルトとすればよい。このとき、前記しきい値は、４１０×０．８＝３２８ボルトとなる。

(実施形態２)
ところで、実施形態１のＬＥＤ点灯装置では、瞬時電圧降下が発生してＰＦＣ制御部26の第１シーケンス及び降圧制御部21の第２シーケンスが最初から開始されたとき、直流入力電圧VDCよりも先に出力電圧Voが上昇することがある。そうすると、直流入力電圧VDCよりも出力電圧Voが高くなり、HVcc端子の端子電圧が低下して第２半導体スイッチング素子Q1がオンされなくなる可能性がある。

そこで、本実施形態のＬＥＤ点灯装置は、瞬時電圧降下が発生してＰＦＣ制御部26の第１シーケンス及び降圧制御部21の第２シーケンスが最初から開始されるとき、第２シーケンスよりも先に第１シーケンスが開始されるようにしている。すなわち、本実施形態のＬＥＤ点灯装置は、実施形態１のＬＥＤ点灯装置と共通の回路構成を有しているが、瞬時電圧降下が発生したときのシーケンス回路部25の動作が異なっている。

本実施形態におけるシーケンス回路部25は、降圧制御部21並びにスイッチ24に対して第２動作開始信号S2を出力し、且つ調光部28に対しては第３動作開始信号S3を出力する点に特徴がある。

次に、本実施形態のＬＥＤ点灯装置の動作を説明する。
(１)基本動作
まず、図６のタイムチャートを参照して基本的な動作を説明する。

第２動作開始信号S2がハイレベルに立ち上がることでスイッチ24がオンとなり、制御電源電圧Vccが供給されることでオペアンプ23が動作する。さらに、第２動作開始信号S2がハイレベルに立ち上がると、降圧制御部21が第２シーケンスを開始して第２半導体スイッチング素子Q1をスイッチング制御し、初期の調光出力電圧(＝VDim端子の端子電圧)で決められた出力電流IoをＬＥＤ負荷５に流すように動作する。このとき、ＰＦＣ制御部26が先に第１シーケンスを開始しており、直流入力電圧VDCが十分に上昇しているので、直流入力電圧VDCよりも出力電圧Voが高くなることが回避される。

調光部28は、第３動作開始信号S3がハイレベルに立ち上がると動作を開始し、PWMin端子から入力される調光信号を直流の調光出力電圧に変換してDimsig端子から出力する。

ところで、時刻t=t2で降圧制御部21が第２シーケンスを開始し、降圧チョッパ部１が動作を開始すると、直流入力電圧VDCにリンギングが生じ始める。そして、時刻t=t3でVDC検出部27が動作を開始すると、直流入力電圧VDCのリンギングの谷部でしきい値を下回り、VDC検出部27から電圧低下信号が出力される可能性がある。しかしながら、VDC検出部27から電圧低下信号が出力されたとしても、シーケンス回路部25が第１シーケンス及び第２シーケンスを中止して最初から開始させるので、HVcc端子の端子電圧の低下を抑制して第２半導体スイッチング素子Q1を正常に動作させることができる。

なお、ＰＦＣ制御部26の定数の設定を変更して応答性を低下させれば、直流入力電圧VDCのリンギングを抑制することができるから、本実施形態では、第３動作開始信号S3によってVDC検出部27の動作を開始させている。ただし、直流入力電圧VDCのリンギングがある程度収まってから、つまり、電源投入時点から第４動作開始時間(例えば、1.0秒)が経過した時点で第４動作開始信号をシーケンス回路部25から出力してVDC検出部27の動作を開始させても構わない。
(２)瞬時電圧降下が発生したときの動作
図７に示すように、時刻t=t4において交流電源４に瞬時電圧降下が発生したと仮定する。瞬時電圧降下が発生すると、直流電源部３から降圧チョッパ部１に入力される直流入力電圧VDCも低下する。そして、直流入力電圧VDCがVDC検出部27のしきい値を下回ると(時刻t=t5)、VDC検出部27からシーケンス回路部25に電圧低下信号が出力される。

シーケンス回路部25は、VDC検出部27から電圧低下信号を受けると、第１動作開始信号S1、第２動作開始信号S2、第３動作開始信号S3をローレベルに立ち下げる。また、シーケンス回路部25は、周期Toのカウントをリセットし、電圧低下信号を受け取った時点から周期Toのカウントを再開する。

ＰＦＣ制御部26は、第１動作開始信号S1がローレベルに立ち下がると第１シーケンスを中止して第１半導体スイッチング素子をオフする。同じく、降圧制御部21は、第２動作開始信号S2がローレベルに立ち下がると第２シーケンスを中止して第２半導体スイッチング素子Q1をオフする。これにより、直流電源部３及び降圧チョッパ部１が何れも動作を停止し、ＬＥＤ負荷５が消灯する。

そして、シーケンス回路部25は、電圧低下信号を受け取った時点から第１動作開始時間が経過した時点(時刻t=t6)で第１動作開始信号S1をハイレベルに立ち上げる。ＰＦＣ制御部26は、第１動作開始信号S1がハイレベルに立ち上がると、第１シーケンスを最初から開始する。

また、シーケンス回路部25は、電圧低下信号を受け取った時点から第２動作開始時間が経過した時点(時刻t=t7)で第２動作開始信号S2をハイレベルに立ち上げる。降圧制御部21は、第２動作開始信号S2がハイレベルに立ち上がると、第２シーケンスを最初から開始する。これにより、直流電源部３及び降圧チョッパ部１が何れも動作を再開してＬＥＤ負荷５が点灯する。

上述のように、ＰＦＣ部32と降圧チョッパ部１の動作のタイミングを変えたことにより、降圧チョッパ部１が動作を開始するタイミングで出力電圧Voが直流入力電圧VDCよりも高くなることが回避される。

故に、本実施形態のＬＥＤ点灯装置においても、ハイサイドドライバ部22の駆動信号がハイレベルに固定されることが回避されるので、ブートストラップ回路のコンデンサC3が正常に充電され、HVcc端子の端子電圧の低下を抑制することができる。その結果、瞬時電圧降下後に、ＬＥＤ負荷５が消灯したままになることが防止できる。

１降圧チョッパ部
２制御ブロック
３直流電源部
５ＬＥＤ負荷
21 降圧制御部(第２制御部)
25 シーケンス回路部
26 ＰＦＣ制御部(第１制御部)
27 直流電圧検出部(電圧検出部)
Q1 第２半導体スイッチング素子
T1 インダクタ

Claims

入力電圧を所望の直流電圧に昇圧する直流電源部と、前記直流電源部から供給される直流入力電圧を降圧してＬＥＤ負荷に印加する降圧チョッパ部と、前記直流電源部及び前記降圧チョッパ部の動作を制御する制御ブロックとを備え、
前記直流電源部は、第１半導体スイッチング素子を有する昇圧チョッパ回路を有し、
前記降圧チョッパ部は、前記直流入力電圧を断続する第２半導体スイッチング素子と、前記第２半導体スイッチング素子を介して前記直流入力電圧が印加されているときに蓄積したエネルギーを前記直流入力電圧が印加されていないときに放出するインダクタとを有し、且つ前記直流入力電圧に対して前記第２半導体スイッチング素子が前記インダクタよりも高電位側に接続されるように構成され、
前記制御ブロックは、所定の第１シーケンスに従って前記第１半導体スイッチング素子をスイッチング制御する第１制御部と、所定の第２シーケンスに従って前記第２半導体スイッチング素子をスイッチング制御する第２制御部と、前記第１制御部に前記第１シーケンスを開始させ、且つ前記第２制御部に前記第２シーケンスを開始させるように構成されるシーケンス回路部と、前記直流入力電圧を計測して所定のしきい値と比較し、前記計測値が前記しきい値を下回ったときに電圧低下信号を出力する電圧検出部とを有し、
前記シーケンス回路部は、前記電圧検出部から前記電圧低下信号を受け取ると、前記第１制御部及び前記第２制御部に、前記第１シーケンス及び前記第２シーケンスを最初から開始させるように構成されることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
前記電圧検出部の前記しきい値は、前記直流入力電圧の定常時の電圧値の８０％の値に設定されることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯装置。
前記直流入力電圧の定常時の電圧値は、前記ＬＥＤ負荷の定格電圧の２倍よりも低い値であることを特徴とする請求項１又は２記載のＬＥＤ点灯装置。
前記第１シーケンスとは、前記制御ブロックが、前記昇圧チョッパ回路の前記第１半導体スイッチング素子のオンデューティ比をフィードバック制御して、前記直流入力電圧を所定の一定電圧にするための一連の動作であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＬＥＤ点灯装置。
前記第２シーケンスとは、外部から入力される調光信号に応じて、前記インダクタに流れるインダクタ電流が不連続となる不連続モードで前記第２半導体スイッチング素子をスイッチング制御するための一連の動作であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＬＥＤ点灯装置。