JP6292503B2

JP6292503B2 - 電源装置及びｌｅｄ点灯装置

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Publication number: JP6292503B2
Application number: JP2013259392A
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Inventors: 正人姫田; 浅野　寛之; 寛之浅野; 勝信濱本; 裕司吉本
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Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2018-03-14
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Description

本発明は、定格電圧が異なる複数種類の負荷に対応した電源装置、及び、前記負荷をＬＥＤ(発光ダイオード)としたＬＥＤ点灯装置に関する。

従来例として、特許文献１記載の電源装置及び照明装置を例示する。特許文献１記載の従来例は、ランプソケットに着脱自在に装着される直管形のＬＥＤランプを点灯するものであって、直流電源から供給される直流電圧を、ＬＥＤランプの定格電圧まで降圧する降圧チョッパ回路(電源装置)を備えている。

ここで、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)」では、直管形ＬＥＤランプの定格電圧が４５ボルト〜９５ボルトの広い範囲に設定されている(ただし、４０形の場合)。

特許文献１記載の従来例では、負荷となる直管形ＬＥＤランプの定格電圧が高いときは降圧チョッパ回路が臨界モードで動作し、定格電圧が低いときは降圧チョッパ回路が連続モードで動作するように構成されている。

特開２０１３−１６５５９８号公報

ところで、前記規格の規格値よりも低い定格電圧の直管形ＬＥＤランプが一部の市場に出回っている。このように規格から外れた直管形ＬＥＤランプが従来例の負荷とされ、降圧チョッパ回路が連続モードで動作した場合、想定外の不具合が生じる虞がある。つまり、特許文献１記載の従来例では、規格に適合した最低の定格電圧(４５ボルト)の直管形ＬＥＤランプを負荷とする場合でも降圧チョッパ回路が正常に動作するように設計されている。しかしながら、上述のように定格電圧が規格よりも低い直管形ＬＥＤランプが負荷とされた場合、降圧チョッパ回路を構成する半導体スイッチング素子の損失が設計値を超えてしまい、半導体スイッチング素子の寿命が短くなるなどの不具合が生じる虞がある。

本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、軽負荷の場合の不具合の発生を抑制することを目的とする。

本発明の電源装置は、直流電源から供給される直流の入力電圧を降圧して負荷に供給する降圧チョッパ回路と、前記降圧チョッパ回路の動作を制御する制御回路とを備え、前記降圧チョッパ回路は、前記入力電圧を断続する半導体スイッチング素子と、前記半導体スイッチング素子を介して前記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、前記制御回路は、前記半導体スイッチング素子をオンした後、前記インダクタに流れるインダクタ電流が所定のピーク値に達したときに前記半導体スイッチング素子をオフし、前記半導体スイッチング素子をオンした時点からの経過時間が所定の再スタート周期に達する前に前記インダクタ電流がゼロになれば、前記経過時間が前記再スタート周期に達した時点で前記半導体スイッチング素子をオンし、前記経過時間が前記再スタート周期に達した後に前記インダクタ電流がゼロになれば、前記インダクタ電流がゼロになった時点で前記半導体スイッチング素子をオンするように構成されることを特徴とする。

この電源装置において、前記制御回路は、前記半導体スイッチング素子を駆動するドライバ部と、前記ドライバ部を制御して前記降圧チョッパ回路を不連続モードあるいは臨界モードで動作させる降圧制御部とを有し、前記降圧制御部は、前記ドライバ部を制御して前記半導体スイッチング素子をオンした後、前記インダクタに流れるインダクタ電流が所定のピーク値に達したときに前記半導体スイッチング素子をオフし、前記半導体スイッチング素子をオンした時点からの経過時間が所定の再スタート周期に達する前に前記インダクタ電流がゼロになれば、前記経過時間が前記再スタート周期に達した時点で前記半導体スイッチング素子をオンすることによって、前記降圧チョッパ回路を前記不連続モードで動作させるように構成され、前記降圧制御部は、更に、前記ドライバ部を制御して前記半導体スイッチング素子をオンした後、前記インダクタに流れるインダクタ電流が所定のピーク値に達したときに前記半導体スイッチング素子をオフし、前記半導体スイッチング素子をオンした時点からの前記経過時間が前記再スタート周期に達した後に前記インダクタ電流がゼロになれば、前記インダクタ電流がゼロになった時点で前記半導体スイッチング素子をオンことによって、前記降圧チョッパ回路を前記臨界モードで動作させるように構成されることが好ましい。
本発明のＬＥＤ点灯装置は、前記電源装置を備え、前記電源装置の出力端間に、ＬＥＤ負荷が着脱可能に接続されるように構成されることを特徴とする。

本発明の電源装置及びＬＥＤ点灯装置は、負荷が軽負荷で無い場合は制御回路が降圧チョッパ回路を不連続モードで動作させ、負荷が軽負荷である場合は制御回路が降圧チョッパ回路を臨界モードで動作させるので、負荷が軽負荷である場合においても、降圧チョッパ回路が連続モードで動作することがない。そのため、軽負荷の場合に降圧チョッパ回路が連続モードで動作してしまう従来例と比較して、半導体スイッチング素子の寿命が短くなるなどの不具合の発生を抑制することができるという効果がある。

本発明に係る電源装置及びＬＥＤ点灯装置の実施形態を示し、臨界モード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。同上における降圧制御部の回路図である。同上の不連続モードの動作を説明するためのタイムチャートである。

以下、本発明に係る電源装置及びＬＥＤ点灯装置の実施形態について、図１〜図４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回路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・交流電流を所望の直流電圧・直流電流に変換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、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変換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から降圧チョッパ回路１に入力される直流電圧を、直流入力電圧VDCと呼ぶ。ただし、直流電源部３は上記構成に限定されるものではなく、例えば、直流電圧・直流電流を出力する蓄電池や太陽電池などであっても構わない。

降圧チョッパ回路１は、半導体スイッチング素子(電界効果トランジスタ)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、従来技術で説明した直管形ＬＥＤランプであり、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回路１の出力端(コンデンサC2の両端)間に着脱可能に接続される。

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27とで構成される。

制御電源生成部27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、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端子などの端子が設けられている。

シーケンス回路部25は、交流電源４が投入されて直流電源部３に交流電圧が入力され始めた時点(以下、電源投入時点と呼ぶ。)からの経過時間を計時するように構成される。さらに、シーケンス回路部25は、前記経過時間が昇圧動作開始時間(例えば、0.5秒)に達したらＰＦＣ制御部26へ昇圧動作開始信号S1を出力し、前記経過時間が降圧動作開始時間(例えば、0.7秒)に達したら降圧制御部21に降圧動作開始信号S2を出力するように構成される。

ＰＦＣ制御部26は、シーケンス回路部25から昇圧動作開始信号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を構成する半導体スイッチング素子(図示せず)をスイッチングする。さらに、ＰＦＣ制御部26は、ＰＦＣ部32の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。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、降圧チョッパ回路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27からダイオードD2、コンデンサC3、降圧チョッパ回路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、制御電源電圧Vccを分圧抵抗R5，R6で分圧した電圧である(Vs=Vcc×R6/(R5+R6))。また、検出抵抗R1の両端電圧(以下、検出電圧Vxと呼ぶ。)は、降圧チョッパ回路１の出力電流Ioに比例した電圧である。

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と基準電圧Vs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。

降圧制御部21は、図３に示すように第１比較器210、上限クランプ回路211、下限クランプ回路212、第２比較器213、フリップフロップ(ＦＦ)回路214、リスタートタイマー回路215、ワンショット回路216、並びに複数の論理回路などで構成されている。

上限クランプ回路211は、ZCD端子の端子電圧(降圧チョッパ回路１のインダクタT1の補助巻線T2に誘起される電圧)Vzcを所定の上限値にクランプするように構成される。また、下限クランプ回路212は、ZCD端子の端子電圧Vzcを所定の下限値にクランプするように構成される。

第１比較器210は、ZCD端子の端子電圧Vzcがマイナス端子に入力され、高低２種類のしきい値VH，VLが択一的にプラス端子に入力される。つまり、第１比較器210は、半導体スイッチング素子Q1がオンしているとき、ZCD端子の端子電圧Vzcと、高い方のしきい値(以下、高しきい値と呼ぶ。)VHとを比較し、端子電圧Vzcが高しきい値VHを上回ると出力がハイレベルからローレベルに反転する。また、端子電圧Vzcが高しきい値VHを超えると、第１比較器210のプラス端子に入力されるしきい値が、高しきい値VHから、低い方のしきい値(以下、低しきい値と呼ぶ。)VLに切り換わる。そして、第１比較器210は、半導体スイッチング素子Q1がオフしているとき、ZCD端子の端子電圧Vzcと、高しきい値VHとを比較し、端子電圧Vzcが低しきい値VLを下回ると出力がローレベルからハイレベルに反転する。なお、第１比較器210の出力は、第１論理積回路AND1において、後述するリスタートタイマー回路215のリスタート出力VTと論理積演算される。

第２比較器213は、CS端子の端子電圧(検出電圧Vx)と、しきい値電圧X1とを比較し、検出電圧Vxがしきい値電圧X1以上のときに出力CSoutをハイレベルとし、検出電圧Vxがしきい値電圧X1未満のときに出力CSoutをローレベルとするように構成される。なお、第２比較器213の出力CSoutは、第１論理和回路OR1において、降圧動作開始信号S2をインバータINVで反転した信号と論理和演算される。

ＦＦ回路214は、第１論理積回路AND1の出力LED_Sがセット端子に入力され、第１論理和回路OR1の出力CSoutがリセット端子に入力され、出力端子が第３論理積回路AND3の一方の入力端子に接続されている。つまり、ＦＦ回路214は、第１論理積回路AND1の出力LED_Sがハイレベルになると出力がハイレベルとなり、出力がハイレベルのときに第１論理和回路OR1の出力CSoutがハイレベルになると出力がローレベルになる。

第３論理積回路AND3は、ＦＦ回路214の出力と、降圧動作開始信号S2との論理積を演算する。第３論理積回路AND3の出力は、ハイサイドドライバ部22に与えられる。つまり、ハイサイドドライバ部22は、第３論理積回路AND3の出力がハイレベルの期間に駆動信号を出力して半導体スイッチング素子Q1をオンとし、第３論理積回路AND3の出力がローレベルの期間に半導体スイッチング素子Q1をオフするように構成される。

ワンショット回路216は、第３論理積回路AND3の出力の立ち上がりに同期してワンショットのパルス信号PSを第２論理積回路AND2に出力する。第２論理積回路AND2は、ワンショットパルス信号PSと、降圧動作開始信号S2との論理積を演算する。第２論理積回路AND2の出力端子は、リスタートタイマー回路215に外付けされている電界効果トランジスタ2150のゲートに接続されている。つまり、第２論理積回路AND2は、降圧動作開始信号S2がハイレベルの場合、ワンショットパルス信号PSがハイレベルとなる短時間においてのみ、出力をハイレベルとして電界効果トランジスタ2150をオンするように構成される。

リスタートタイマー回路215は、外付けの電界効果トランジスタ2150がオフしているときに内部のコンデンサ(図示せず)を定電流で充電し、前記コンデンサの両端電圧(リスタート入力電圧Vin)がしきい値に達すると、リスタート出力VTをハイレベルに立ち上げる。また、リスタートタイマー回路215は、第２論理積回路AND2の出力がハイレベルとなって電界効果トランジスタ2150がオンすると、前記コンデンサを放電するように構成される。ここで、電界効果トランジスタ2150は、ワンショットパルス信号PSがハイレベルとなる短時間だけオンとなり、ワンショットパルス信号PSがローレベルになるとオフする。したがって、リスタートタイマー回路215は、電界効果トランジスタ2150のオン期間中にコンデンサを放電した後、再度、定電流でコンデンサを充電するという動作を一定の周期(再スタート周期)Ｔで繰り返すように構成される。ただし、この再スタート周期Ｔは、リスタートタイマー回路215のコンデンサの容量と充電電流の大きさとしきい値とで決まる。

次に、図１及び図４のタイムチャートを参照しながら、降圧制御部21の動作を詳細に説明する。

まず、定格電圧が相対的に高いＬＥＤ負荷５が降圧チョッパ回路１の出力端に接続される場合について、図４を参照して説明する。

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21に入力される。そして、制御電源生成部21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、電源投入時点から昇圧動作開始時間が経過した時点でＰＦＣ制御部26に昇圧動作開始信号S1をハイレベルに立ち上げる。ＰＦＣ制御部26は、昇圧動作開始信号S1がハイレベルになるとＰＦＣ部32の動作を開始する。そして、ＰＦＣ部32が動作すると、制御電源生成部21で制御電源が生成されて降圧制御部21に制御電源電圧Vccが供給される。

さらに、電源投入時点から降圧動作開始時間(＞昇圧動作開始時間)が経過した時点(時刻t=t0)で、シーケンス回路部25から降圧制御部21に出力される降圧動作開始信号S2がハイレベルとなる。なお、電源投入時点から時刻t=t0までの期間は、降圧動作開始信号S2がローレベルであるため、第３論理積回路AND3の出力がローレベルとなるので、ハイサイドドライバ部22から駆動信号が出力されない。

リスタートタイマー回路215は、降圧動作開始信号S2がハイレベルになった時点(時刻t=t0)からコンデンサの充電を開始し、コンデンサの両端電圧(リスタート入力電圧Vin)がしきい値に達した時点(時刻t=t1)でリスタート出力VTをハイレベルに立ち上げる。なお、降圧動作開始信号S2がハイレベルになった時点(時刻t=t0)からリスタート出力VTがハイレベルに立ち上がるまでの時間(t1-t0)が再スタート周期Ｔに等しい。

時刻t=t1の時点では降圧チョッパ回路１が動作していないので、補助巻線T2に電圧が誘起されておらず、ZCD端子の端子電圧Vzcはローレベルであり、第１比較器210の高しきい値VHよりも低いために第１比較器210の出力はハイレベルに維持される。

一方、時刻t=t1でリスタート出力VTがハイレベルに立ち上がると、第１論理積回路AND1の出力LED_Sがハイレベルに立ち上がり、ＦＦ回路214の出力がハイレベルに立ち上がる。そして、ＦＦ回路214の出力がハイレベルになると、第３論理積回路AND3の入力が何れもハイレベルとなるので、第３論理積回路AND3の出力がハイレベルに立ち上がる。その結果、ハイサイドドライバ部22から駆動信号が出力されて半導体スイッチング素子Q1がオンとなり、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)が漸増する。

また、第３論理積回路AND3の出力がハイレベルになることでワンショット回路216からワンショットパルス信号PSが出力される。そして、第２論理積回路AND2は、ワンショットパルス信号PSの立ち上がりに同期して出力をハイレベルとし、且つワンショットパルス信号PSの立ち下がりに同期して出力をローレベルとする。リスタートタイマー回路215は、電界効果トランジスタ2150がオンしている短時間でコンデンサを放電し、電界効果トランジスタ2150がオフした時点から再度コンデンサの充電(再スタート周期Ｔのカウント)を開始する。

出力電流Ioの増大に伴って検出電圧Vxも上昇し、検出電圧Vxがしきい値電圧X1に達した時点(時刻t=t2)で第２比較器213の出力CSoutがハイレベルとなる。第１論理和回路OR1は、第２比較器213の出力CSoutがハイレベルに立ち上がることで出力LED_Rをハイレベルに立ち上げる。そして、ＦＦ回路214のリセット端子がハイレベルとなるので、ＦＦ回路214の出力がローレベルに立ち下がる。その結果、第３論理積回路AND3の出力がローレベルに立ち下がり、ハイサイドドライバ部22から駆動信号が出力されなくなることで半導体スイッチング素子Q1がオフする。

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。また、半導体スイッチング素子Q1がオフすると補助巻線T2に誘起される電圧の極性が反転するので、ZCD端子の端子電圧Vzcがハイレベルに立ち上がって高しきい値VHを上回る。その結果、第１比較器210の出力がローレベルに立ち下がり、且つ第１比較器210のしきい値が高しきい値VHから低しきい値VLに切り換わる。

回生電流(インダクタ電流IL)がゼロになると(時刻t=t3)、ZCD端子の端子電圧Vzcがローレベルに立ち下がって低しきい値VLを下回る。その結果、第１比較器210の出力がハイレベルに立ち上がり、且つ第１比較器210のしきい値が低しきい値VLから高しきい値VHに切り換わる。

ここで、図４に示すように、半導体スイッチング素子Q1がオフした時点(時刻t=t2)から回生電流(インダクタ電流IL)がゼロになる時点(時刻t=t3)までの経過時間(=t3-t2)がリスタートタイマー回路215の再スタート周期Ｔよりも短くなっている。したがって、時刻t=t3の時点では、リスタート出力VTがローレベルのままであるから、第１論理積回路AND1の出力LEDS_Sもローレベルのままである。故に、ＦＦ回路214の出力もローレベルのままとなり、第３論理積回路AND3の出力もローレベルであるから、ハイサイドドライバ部22から駆動信号が出力されない。

なお、インダクタT1に蓄積されたエネルギーが全て放出されて回生電流(インダクタ電流IL)がゼロになると、インダクタT1の両端電圧が自由振動し、ZCD端子の端子電圧Vzcも振動する。しかしながら、第１比較器210のしきい値が低しきい値VLから高しきい値VHに切り換わっているので、ZCD端子の端子電圧Vzcのピーク値が高しきい値VHを超えず、第１比較器210の出力はハイレベルに維持される。ただし、ZCD端子の端子電圧Vzcのピーク値が高しきい値VHを超えることがあったとしても、リスタート出力VTがローレベルであるために第１論理積回路AND1の出力がハイレベルに立ち上がることはない。

そして、リスタートタイマー回路215は、リスタート入力電圧Vinがしきい値に達した時点(時刻t=t4)、すなわち、時刻t=t1から再スタート周期Ｔが経過した時点でリスタート出力VTをハイレベルに立ち上げる。第１論理積回路AND1は、リスタート出力VTがハイレベルに立ち上がると、出力LED_Sをハイレベルに立ち上げる。その結果、ＦＦ回路214の出力がハイレベルとなり、さらに、第３論理積回路AND3の出力もハイレベルとなることでハイサイドドライバ部22から駆動信号が出力されて半導体スイッチング素子Q1がオンする。これ以降(時刻t4〜)は時刻t1〜t4の動作が繰り返され、降圧チョッパ回路１から定格電圧が印加されることでＬＥＤ負荷５が点灯する。すなわち、図４に示した降圧制御部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。

次に、定格電圧が相対的に低いＬＥＤ負荷５が降圧チョッパ回路１の出力端に接続される場合について、図１を参照して説明する。

ただし、電源投入時点から時刻t=t2が経過するまでの動作は、図４に示した不連続モードの場合と共通であるから説明は省略する。

リスタートタイマー回路215は、時刻t=t2で半導体スイッチング素子Q1がオフした後、リスタート入力電圧Vinがしきい値に達した時点(時刻t=t3)、すなわち、時刻t=t1から再スタート周期Ｔが経過した時点でリスタート出力VTをハイレベルに立ち上げる。しかしながら、時刻t=t3には回生電流(インダクタ電流IL)がゼロまで減少していないので、ZCD端子の端子電圧Vzcがハイレベルのままであり、低しきい値VLを下回らないために第１比較器210の出力はローレベルに維持される。

そして、リスタート出力VTがハイレベル、且つ第１比較器210の出力がローレベルであるため、第１論理積回路AND1の出力LED_Sがローレベルのままとなり、ＦＦ回路214の出力もローレベルのままとなる。その結果、第３論理積回路AND3の出力もローレベルに維持されるから、ハイサイドドライバ部22から駆動信号が出力されない。

そして、回生電流(インダクタ電流IL)がゼロになると(時刻t=t4)、ZCD端子の端子電圧Vzcがローレベルに立ち下がって低しきい値VLを下回る。その結果、第１比較器210の出力がハイレベルに立ち上がり、且つ第１比較器210のしきい値が低しきい値VLから高しきい値VHに切り換わる。

ここで、リスタート出力VTが既にハイレベルとなっているので、回生電流(インダクタ電流IL)がゼロになった時点(時刻t=t4)で第１論理積回路AND1の出力LEDS_Sがハイレベルに立ち上がる。故に、ＦＦ回路214の出力がハイレベルとなり、第３論理積回路AND3の出力もハイレベルとなるから、ハイサイドドライバ部22から駆動信号が出力されて半導体スイッチング素子Q1がオンする。これ以降(時刻t4〜)は時刻t1〜t4の動作が繰り返され、降圧チョッパ回路１から定格電圧が印加されることでＬＥＤ負荷５が点灯する。すなわち、降圧制御部21は、リスタートタイマー回路215の再スタート周期Ｔよりもインダクタ電流ILの流れる期間が長い場合、インダクタ電流ILのゼロクロスに同期して半導体スイッチング素子Q1をオンする、臨界モードで動作する。

上述のように本実施形態の電源装置(ＬＥＤ点灯装置)は、直流電源(直流電源部３)から供給される直流の入力電圧を降圧して負荷(ＬＥＤ負荷５)に供給する降圧チョッパ回路１と、降圧チョッパ回路１の動作を制御する制御回路(降圧制御部21)とを備える。

降圧チョッパ回路１は、入力電圧を断続する半導体スイッチング素子Q1と、半導体スイッチング素子Q1を介して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T1とを有する。

制御回路(降圧制御部21)は、半導体スイッチング素子Q1をオンした後、インダクタT1に流れるインダクタ電流ILが所定のピーク値に達したときに半導体スイッチング素子Q1をオフする。また、制御回路(降圧制御部21)は、半導体スイッチング素子Q1をオンした時点からの経過時間が所定の再スタート周期Ｔに達する前にインダクタ電流ILがゼロになれば、経過時間が再スタート周期Ｔに達した時点で半導体スイッチング素子Q1をオンする。さらに、制御回路(降圧制御部21)は、経過時間が再スタート周期Ｔに達した後にインダクタ電流ILがゼロになれば、インダクタ電流ILがゼロになった時点で半導体スイッチング素子Q1をオンするように構成される。

本実施形態の電源装置(ＬＥＤ点灯装置)は、上記構成により、負荷が軽負荷(定格電圧が相対的に低いＬＥＤ負荷５)である場合においても、降圧チョッパ回路１が連続モードで動作することがない。そのため、軽負荷の場合に降圧チョッパ回路が連続モードで動作してしまう従来例と比較して、半導体スイッチング素子Q1の寿命が短くなるなどの不具合の発生を抑制することができる。

なお、本実施形態の電源装置(ＬＥＤ点灯装置)は、降圧チョッパ回路１の半導体スイッチング素子Q1をインダクタT1よりも高電位側に接続する構成としている。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、降圧チョッパ回路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、降圧チョッパ回路１の半導体スイッチング素子Q1をインダクタT1よりも低電位に接続する構成の場合、降圧チョッパ回路１の入力電圧が３００ボルトを超えてしまうからである。

また、再スタート周期Ｔは、高耐圧集積回路における周期設定のばらつき(±20％)を考慮し、家電製品の赤外線リモコンに使用される周波数帯域の33〜40kHzを避けるため、例えば、20μ秒(50キロヘルツ)に設定されることが好ましい。このように設定すれば、誤って定格電圧の相当に低いＬＥＤ負荷５が接続された場合においても、臨界モードとなって半導体スイッチング素子Q1のスイッチング周波数が赤外線リモコンの周波数帯域と重なるだけで電源装置(ＬＥＤ点灯装置)が故障することはない。

１降圧チョッパ回路
２制御ブロック
５ＬＥＤ負荷(負荷)
21 降圧制御部(制御回路)
Q1 半導体スイッチング素子
T1 インダクタ

Claims

直流電源から供給される直流の入力電圧を降圧して負荷に供給する降圧チョッパ回路と、前記降圧チョッパ回路の動作を制御する制御回路とを備え、
前記降圧チョッパ回路は、前記入力電圧を断続する半導体スイッチング素子と、前記半導体スイッチング素子を介して前記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、
前記制御回路は、前記半導体スイッチング素子をオンした後、前記インダクタに流れるインダクタ電流が所定のピーク値に達したときに前記半導体スイッチング素子をオフし、前記半導体スイッチング素子をオンした時点からの経過時間が所定の再スタート周期に達する前に前記インダクタ電流がゼロになれば、前記経過時間が前記再スタート周期に達した時点で前記半導体スイッチング素子をオンし、前記経過時間が前記再スタート周期に達した後に前記インダクタ電流がゼロになれば、前記インダクタ電流がゼロになった時点で前記半導体スイッチング素子をオンするように構成されることを特徴とする電源装置。
前記制御回路は、前記半導体スイッチング素子を駆動するドライバ部と、前記ドライバ部を制御して前記降圧チョッパ回路を不連続モードあるいは臨界モードで動作させる降圧制御部とを有し、
前記降圧制御部は、前記ドライバ部を制御して前記半導体スイッチング素子をオンした後、前記インダクタに流れるインダクタ電流が所定のピーク値に達したときに前記半導体スイッチング素子をオフし、前記半導体スイッチング素子をオンした時点からの経過時間が所定の再スタート周期に達する前に前記インダクタ電流がゼロになれば、前記経過時間が前記再スタート周期に達した時点で前記半導体スイッチング素子をオンすることによって、前記降圧チョッパ回路を前記不連続モードで動作させるように構成され、
前記降圧制御部は、更に、前記ドライバ部を制御して前記半導体スイッチング素子をオンした後、前記インダクタに流れるインダクタ電流が所定のピーク値に達したときに前記半導体スイッチング素子をオフし、前記半導体スイッチング素子をオンした時点からの前記経過時間が前記再スタート周期に達した後に前記インダクタ電流がゼロになれば、前記インダクタ電流がゼロになった時点で前記半導体スイッチング素子をオンことによって、前記降圧チョッパ回路を前記臨界モードで動作させるように構成されることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
請求項１又は２の電源装置を備え、前記電源装置の出力端間に、ＬＥＤ負荷が着脱可能に接続されるように構成されることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。