発光素子点灯装置及びそれを用いた照明器具
【課題】部分平滑回路から成る平滑部の入力電流のピーク値を低減することのできる発光素子点灯装置及びそれを用いた照明器具を提供する。
【解決手段】商用電源ＡＣ１の出力する交流電圧を整流する整流部１と、整流部１の出力する脈流電圧を平滑する平滑部２と、スイッチング素子Ｑ１を有し且つスイッチング素子Ｑ１のオン／オフを切り替えることで平滑部２の出力電圧を所定の直流電圧に変換して出力する電源部３と、スイッチング素子Ｑ１のオン／オフを制御する制御回路３０とを備え、平滑部２は、整流部１の出力する脈流電圧の低電圧期間を部分平滑する部分平滑回路から成り、電源部３は、複数の有機ＥＬ素子４０から成る光源部４に点灯電力を供給し、平滑部２の入力端にノーマルモードチョークコイルＬ１が接続される。
【解決手段】商用電源ＡＣ１の出力する交流電圧を整流する整流部１と、整流部１の出力する脈流電圧を平滑する平滑部２と、スイッチング素子Ｑ１を有し且つスイッチング素子Ｑ１のオン／オフを切り替えることで平滑部２の出力電圧を所定の直流電圧に変換して出力する電源部３と、スイッチング素子Ｑ１のオン／オフを制御する制御回路３０とを備え、平滑部２は、整流部１の出力する脈流電圧の低電圧期間を部分平滑する部分平滑回路から成り、電源部３は、複数の有機ＥＬ素子４０から成る光源部４に点灯電力を供給し、平滑部２の入力端にノーマルモードチョークコイルＬ１が接続される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード等の発光素子を点灯させる発光素子点灯装置及びそれを用いた照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオードを光源としたＬＥＤ照明器具が提供されており、例えば特許文献１に開示されているようなものがある。この特許文献１に記載のＬＥＤ照明器具は、発光ダイオードを含むＬＥＤ発光部と、ＬＥＤ発光部に発光ダイオードを点灯させる電流を供給する点灯回路部とを器具本体に内蔵するもので、点灯回路部は、スイッチング電源回路部とフィルタ回路部とから成る。スイッチング電源回路部は、非絶縁型の降圧チョッパ回路であり、パワースイッチング素子を兼ねた制御回路（例えば、松下電器産業株式会社製造のＭＩＰ５５２）によりスイッチング制御される。このＬＥＤ照明器具では、周囲温度が変化した場合、低温から高温になれば発光ダイオードに流れる電流を増加させ、光出力を上げるように制御を行うことで、光出力を略一定にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１３４９４６号公報
【特許文献２】特許第３２６３１９４号公報
【特許文献３】特許第３３２７０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来例のスイッチング電源回路部の入力端には、全波整流器にて全波整流された電圧を平滑化する入力コンデンサが接続されている。この入力コンデンサの容量値が小さい場合、ＬＥＤ発光部に流れる負荷電流のリプル成分が大きくなり、例えばビデオカメラ等で撮像する際に、シャッタースピードが商用電源の電源周波数に同期する場合を除いて、画面上にチラツキが生じる虞がある。このリプル成分は、スイッチング電源回路部の出力端に接続される出力コンデンサの容量値を大きくすることで低減できるが、電源電圧のゼロクロス時に生じる負荷電流の谷部を埋めるためには、非常に大きな電解コンデンサを必要とする。
【０００５】
上記の問題点の改善策として、入力コンデンサに電解コンデンサを採用することで入力コンデンサの容量値を大きくする方法がある。入力コンデンサによる平滑電圧が、電源電圧のゼロクロス時においても一定以上の大きさを保持できれば、スイッチング電源回路部の後段に接続される定電流回路により、常に一定の負荷電流を流すことができる。すなわち、入力コンデンサの容量値を大きくすることで、出力コンデンサの容量値をそれほど大きくしなくとも負荷電流のリプル成分を取り除くことができる。しかしながら、この場合には、所謂コンデンサインプット型平滑回路となるため、入力電流（入力コンデンサへの充電電流）の導通角が狭くなり、力率が０．６以下と悪く、高調波歪みも大きくなるという問題がある。
【０００６】
ここで、スイッチング電源回路部の出力電流（負荷電流）のリプル成分の低減、及び力率の改善を同時に実現するためには、定電流回路の前段に力率改善回路（ＰＦＣ）回路を設ける、所謂２コンバータ方式を採用することが一般的である。しかしながら、この場合には、高周波スイッチング回路である力率改善回路を追加することで、ノイズが増大するだけでなく、回路が複雑となるという問題があった。
【０００７】
そこで、入力コンデンサの代わりに、全波整流器の出力する脈流電圧の低電圧期間を部分平滑する部分平滑回路を平滑部として設けることで、負荷電流のリプル成分の低減、及び力率の改善を図る構成が例えば特許文献２，３に開示されている。この構成であれば、部分平滑回路の出力電圧が低電圧期間においても一定以上の大きさとなるので、後段に接続される定電流回路により常に一定の負荷電流を流すことができ、負荷電流のリプル成分を取り除くことができる。また、コンデンサインプット型平滑回路を採用する場合と比較して、力率を改善することができる。
【０００８】
しかしながら、上記のように部分平滑回路を採用した場合には、部分平滑回路を構成するコンデンサに急峻な充電電流が流れることで、部分平滑回路の入力電流のピーク値が高くなるという問題があった。この場合、耐電流性能の大きい部品を用いる必要があるため、電線を太くしたり、スイッチやブレーカの容量を大きくしたりする必要があり、コストの増大や装置の大型化を招くという問題が生じてしまう。
【０００９】
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、部分平滑回路から成る平滑部の入力電流のピーク値を低減することのできる発光素子点灯装置及びそれを用いた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】
【００１０】
本発明の発光素子点灯装置は、外部電源の出力する交流電圧を整流する整流部と、前記整流部の出力する脈流電圧を平滑する平滑部と、スイッチング素子を有し且つ前記スイッチング素子のオン／オフを切り替えることで前記平滑部の出力電圧を所定の直流電圧に変換して出力する電源部と、前記スイッチング素子のオン／オフを制御する制御部とを備え、前記平滑部は、前記整流部の出力する脈流電圧の低電圧期間を部分平滑する部分平滑回路から成り、前記電源部は、１乃至複数の発光素子から成る光源部に点灯電力を供給し、前記平滑部の入力端にインダクタ素子が接続されることを特徴とする。
【００１１】
この発光素子点灯装置において、前記インダクタンス素子は、前記整流部と前記平滑部との間における高圧側のライン又は低圧側のラインの何れかに挿入されることが好ましい。
【００１２】
この発光素子点灯装置において、前記制御部は、前記平滑部の出力電圧の低下に伴って前記スイッチング素子のスイッチング周波数を低くするように制御することが好ましい。
【００１３】
この発光素子点灯装置において、前記電源部は、昇降圧チョッパ回路から成ることが好ましい。
【００１４】
この発光素子点灯装置において、前記電源部は、降圧チョッパ回路から成ることが好ましい。
【００１５】
この発光素子点灯装置において、前記発光素子は、有機エレクトロルミネセンス素子又は発光ダイオードの何れかであることが好ましい。
【００１６】
本発明の照明器具は、上記何れかの発光素子点灯装置と、前記発光素子点灯装置を保持する器具本体とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、部分平滑回路から成る平滑部の入力電流のピーク値を低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る発光素子点灯装置の実施形態１を示す回路概略図である。
【図２】（ａ）は同上の発光素子点灯装置における部分平滑回路の出力電圧の波形図で、（ｂ）は同上の発光素子点灯装置における降圧チョッパ回路の出力電流の波形図である。
【図３】（ａ）は従来における部分平滑回路の入力電流の波形図で、（ｂ）は同上の発光素子点灯装置における平滑部の入力電流の波形図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、同上の発光素子点灯装置における動作波形図である。
【図５】本発明に係る発光素子点灯装置の実施形態２を示す図で、（ａ）は回路概略図で、（ｂ）〜（ｄ）は動作波形図である。
【図６】本発明に係る発光素子点灯装置の実施形態３を示す回路概略図である。
【図７】本発明に係る発光素子点灯装置の実施形態４を示す回路概略図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、同上の発光素子点灯装置における動作波形図である。
【図９】（ａ），（ｂ）は、本発明に係る照明器具の実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（実施形態１）
以下、本発明に係る発光素子点灯装置の実施形態１について図面を用いて説明する。本実施形態は、図１に示すように、商用電源（外部電源）ＡＣ１の交流電圧を整流する整流部１と、整流部１の出力電圧を平滑する平滑部２と、複数の発光素子を直列に接続して成る光源部４に点灯電力を供給する電源部３とを備える。本実施形態では、発光素子として有機エレクトロルミネセンス素子（有機ＥＬ素子）４０を用いているが、発光ダイオード４１（図６参照）等の他の発光素子であってもよい。なお、本実施形態では、商用電源ＡＣ１の電源電圧は１００Ｖである。
【００２０】
整流部１は、ダイオードブリッジから成る全波整流回路であって、商用電源ＡＣ１からの交流電圧を整流して脈流電圧を出力する。なお、商用電源ＡＣ１と整流部１との間には、ヒューズＦ１と、サージ保護素子Ｚ１、及び高調波を除去するためのコンデンサＣ１が接続されている。また、整流部１の出力端には、後述するノーマルモードチョークコイルＬ１（インダクタンス素子）とでＬＣフィルタを形成するコンデンサＣ２が接続されている。
【００２１】
平滑部２は、整流部１から出力される脈流電圧の低電圧期間を部分平滑する部分平滑回路であって、略等しい容量を有するコンデンサＣ３，Ｃ４と、抵抗Ｒ１と、ダイオードＤ１〜Ｄ３とで構成される。コンデンサＣ３の負極とコンデンサＣ４の正極との間には、充電電流が流れる方向にダイオードＤ２及び抵抗Ｒ１が接続されている。コンデンサＣ３の負極とコンデンサＣ４の負極との間には、コンデンサＣ３の放電電流が流れる方向にダイオードＤ１が接続されている。また、コンデンサＣ３の正極とコンデンサＣ４の正極との間には、コンデンサＣ４の放電電流が流れる方向にダイオードＤ３が接続されている。この平滑部２により、整流部１から出力される脈流電圧は、その低電圧期間のみが部分的に平滑される（図２（ａ）参照）。この低電圧期間を、以下では「谷部」と呼び、それ以外の期間を「山部」と呼ぶものとする。
【００２２】
電源部３は、平滑部２の出力電圧を所定の直流電圧に降圧して出力する降圧チョッパ回路から成り、インダクタＬ２、ダイオードＤ４、コンデンサＣ５、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）から成るスイッチング素子Ｑ１、及び制御回路３０（制御部）を備える。本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１を接地のライン側に設置しているため、安定したスイッチング制御を行うことができる。
【００２３】
制御回路３０は、スイッチング素子Ｑ１のオン／オフを制御する駆動用ＩＣであって、本実施形態ではHV9910（Supertex社製）を用いている。このHV9910は、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間を一定期間に制御するconstant off-timeモードを有している。スイッチング素子Ｑ１には、スイッチング素子Ｑ１のドレイン電流を検出する検出抵抗Ｒ２が直列に接続されている。なお、本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１と制御回路３０とを別体に設けているが、制御回路３０をスイッチング素子Ｑ１を内蔵した駆動用ＩＣで構成してもよい。
【００２４】
以下、本実施形態の電源部３の動作について説明する。なお、本実施形態では、光源部４の消費電力が５〜２５Ｗ、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数は数十〜数百ｋＨｚである。先ず、制御回路３０によりスイッチング素子Ｑ１がオンに切り替えられると、光源部４→インダクタＬ２→スイッチング素子Ｑ１→検出抵抗Ｒ２→グラウンドの経路で電流が流れる。このとき、インダクタＬ２を流れる電流（スイッチング素子Ｑ１のドレイン電流）は、電源部３の入力電圧（平滑部２の出力電圧）の高低に基づいて上昇速度が変化する。すなわち、平滑部２の出力電圧が低い場合（例えば、谷部）では、インダクタＬ２を流れる電流の上昇速度は遅くなり、平滑部２の出力電圧が高い場合（例えば、山部）では、インダクタＬ２を流れる電流の上昇速度は速くなる。
【００２５】
インダクタＬ２を流れる電流が上昇すると、検出抵抗Ｒ２の両端電圧も上昇し、この両端電圧が制御回路３０で予め設定された閾値電圧を上回ると、制御回路３０はスイッチング素子Ｑ１をオフに切り替える。スイッチング素子Ｑ１がオフに切り替えられると、インダクタＬ２→ダイオードＤ４→光源部４の閉ループで電流が流れ、インダクタＬ２を流れる電流は徐々に減少する。制御回路３０は、スイッチング素子Ｑ１をオフに切り替えてから予め設定された一定時間が経過すると、再びスイッチング素子Ｑ１をオンに切り替える。
【００２６】
このように、制御回路３０は、スイッチング素子Ｑ１をオンからオフに切り替えるタイミングをPeak-Currentモードで制御し、スイッチング素子Ｑ１をオフからオンに切り替えるタイミングをconstant off-timeモードで制御する。以下、上記の動作を繰り返すことで、制御回路３０はスイッチング素子Ｑ１を電流連続モードで制御する。これにより、電源部３の出力電圧が一定となるように制御され、光源部４を流れる負荷電流も一定となるように制御される（図２（ｂ）参照）。
【００２７】
上述のように、本実施形態では、平滑部２の出力電圧の谷部においても一定以上の電圧を確保できるため、電源部３において一定電流を常に出力することが可能となる。このため、電源部３の出力電流、すなわち負荷電流に重畳するリプル成分を低減することができる。また、本実施形態では、平滑部２を部分平滑回路で構成しているので、コンデンサインプット型平滑回路と比較して、入力電流の導通角が狭くなるのを抑えることができ、力率を０．８５以上に改善することが可能である。更に、部分平滑回路を用いることで力率の低下を抑えることができるため、従来のように力率改善回路を用いる必要もなく、回路構成が複雑化することもない。
【００２８】
ここで、図３（ａ）に示すように、平滑部２の入力電流には、整流部１の出力する脈流電圧の低電圧期間において入力電流が増大することに起因するピーク（同図の矢印（１），（３）参照）が生じる。また、平滑部２の入力電流には、部分平滑回路の各コンデンサＣ３，Ｃ４に急峻な充電電流が流れることによるピーク（同図の矢印（２）参照）が生じる。この入力電流波形の端部のピーク（同図の矢印（１）参照）は、位相角０〜７０度付近で出現し、入力電流波形の中央部付近のピーク（同図の矢印（２）参照）は、位相角６０〜９０度付近で出現する。本実施形態では、整流部１の出力端と平滑部２の入力端との間における高圧側のラインに、ノーマルモードチョークコイルＬ１を挿入している。このノーマルモードチョークコイルＬ１とコンデンサＣ２とで形成されるＬＣフィルタにより、部分平滑回路を構成するコンデンサＣ３，Ｃ４が充電する際に生じる平滑部２の入力電流のピーク値を低減させることができる。すなわち、ノーマルモードチョークコイルＬ１を挿入することで、図３（ｂ）に示すように、部分平滑回路の各コンデンサＣ３，Ｃ４に急峻な充電電流が流れるのを抑えることができ、入力電流のピーク値（同図の矢印（２）参照）を低減することができる。
【００２９】
したがって、例えば本実施形態を複数使用する場合に、耐電流性能の大きい部品を用いる必要がないので、電線の太さを細くしたり、スイッチやブレーカの容量を小さくしたりすることが可能である。また、平滑部２の入力電流の中央部付近のピーク値を下げることで、入力電流波形が全体として傾斜が緩やかになり、ノイズの低減や回路を構成する部品へのストレスを低減する効果も得ることができる。更に、本実施形態ではノーマルモードチョークコイルＬ１を用いていることから、コモンモードチョークコイルを用いる場合と比較して、小さいサイズであってもノーマルモードのインダクタ成分を大きくすることができる。したがって、本実施形態では、効果的に平滑部２の入力電流のピーク値の低減、及びノイズの低減を図ることができる。
【００３０】
ところで、スイッチング素子Ｑ１のオン期間は、スイッチング素子Ｑ１をオンに切り替えてからインダクタＬ２を流れる電流が制御回路３０で設定されたピーク値に達するまでの期間に相当する。そして、上述のように、インダクタＬ２を流れる電流は、平滑部２の出力電圧の高低に基づいて上昇速度が変化するため、スイッチング素子Ｑ１のオン期間は、平滑部２の出力電圧の高低に基づいて変化する（図４（ａ）〜（ｃ）参照）。本実施形態では、制御回路３０のconstant off-timeモードでの制御によりスイッチング素子Ｑ１のオフ期間が一定である。したがって、スイッチング素子Ｑ１のオン期間が変動することで、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数は一定とならずに拡散する。そして、スイッチング周波数は、平滑部２の出力電圧の谷部において最も周波数が低くなる。
【００３１】
上述のように、本実施形態では、平滑部２の出力電圧の高低に基づいてスイッチング周波数を変化させることでスイッチング周波数を拡散させているので、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング制御に伴うノイズを低減することができる。なお、平滑部２をコンデンサインプット型平滑回路で構成する場合には、平滑部２の出力電圧が一定電圧に平滑されてしまうため、スイッチング周波数を拡散させることができない。したがって、本実施形態のように、出力電圧が変動する部分平滑回路で平滑部２を構成するのが望ましい。
【００３２】
特に、本実施形態では、制御回路３０は、平滑部２の出力電圧の低下に伴って、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数を低くするように制御している。これにより、１周期に亘ってスイッチング素子Ｑ１を一定の高周波で動作させる場合と比較して、低周波で動作させる期間が存在する場合では、全体としてノイズを低減することができ、スイッチング損失も低減することができる。このように、本実施形態では、負荷電流のリプル成分の低減、力率の改善、ノイズの低減を簡単な回路構成で実現することができる。
【００３３】
ここで、光源部４を構成する発光素子である有機ＥＬ素子４０や発光ダイオード４１の光出力は、素子に流れる負荷電流に比例する。このため、負荷電流に重畳するリプル成分が大きくなれば、それがそのまま光出力にチラツキが生じる要因となる。したがって、負荷電流のリプル成分を低減する本実施形態は、発光素子が有機ＥＬ素子４０や発光ダイオード４１の場合により効果を発揮する。特に、有機ＥＬ素子４０は面光源であることから高い容量成分を有しており、リプル成分が大きいと充放電電流が大きくなって損失が増大する虞がある。このため、本実施形態は、発光素子が有機ＥＬ素子４０であればより効果を発揮することができる。
【００３４】
なお、制御回路３０として、例えばHV9961（Supertex社製）を採用し、上記のPeak-Currentモードの代わりに、Average-Currentモードによりスイッチング素子Ｑ１のオンからオフへ切り替えるタイミングを制御してもよい。すなわち、このHV9961では、検出抵抗Ｒ２を流れるスイッチング素子Ｑ１のドレイン電流の平均値が予め設定された閾値電流を上回るとスイッチング素子Ｑ１をオフに切り替えるように制御する。このAverage-Currentモードで制御する場合、電源部３の出力電流のばらつきをより抑えることができる。
【００３５】
また、制御回路３０としては、L6562A（STMicroelectronics社製）を採用してもよい。但し、この駆動用ＩＣは、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間を一定に制御する機能（constant off-timeモード）を有していないため、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間を一定に制御するための回路を別途設ける必要がある。詳しくは、STMicroelectronics社のApplication NoteのAN2928（http://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITERATURE/APPLICATION_NOTE/CD00222928.pdf）を参照されたい。
【００３６】
勿論、平滑部２の入力電流のピーク値の低減する効果を発揮させるだけであるならば、制御回路３０において上記のようにスイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数を変動させる制御を行わずに、スイッチング周波数が一定となるように制御してもよい。
【００３７】
（実施形態２）
以下、本発明に係る発光素子点灯装置の実施形態２について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態１と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図５（ａ）に示すように、インダクタＬ２を流れる電流、すなわち負荷電流の検出用のインダクタＬ２の２次巻線Ｌ２０を設け、図５（ｂ）〜（ｄ）に示すように、制御回路３０がスイッチング素子Ｑ１を電流臨界モードで制御することに特徴がある。なお、本実施形態では、商用電源ＡＣ１と整流部１との間には、サージ保護素子Ｚ１の代わりにラインフィルタＬＦ１を設けている。
【００３８】
以下、本実施形態の電源部３の動作について説明する。先ず、制御回路３０によりスイッチング素子Ｑ１がオンに切り替えられると、光源部４→インダクタＬ２→スイッチング素子Ｑ１→検出抵抗Ｒ２→グラウンドの経路で電流が流れる。このとき、インダクタＬ２を流れる電流は、平滑部２の出力電圧の高低に基づいて上昇速度が変化する。すなわち、平滑部２の出力電圧が低い場合（例えば、谷部）では、インダクタＬ２を流れる電流の上昇速度は遅くなり、平滑部２の出力電圧が高い場合（例えば、山部）では、インダクタＬ２を流れる電流の上昇速度は速くなる。
【００３９】
インダクタＬ２を流れる電流が上昇すると、検出抵抗Ｒ２の両端電圧も上昇し、この両端電圧が制御回路３０で予め設定された閾値電圧を上回ると、制御回路３０はスイッチング素子Ｑ１をオフに切り替える。スイッチング素子Ｑ１がオフに切り替えられると、インダクタＬ２→ダイオードＤ４→光源部４の閉ループで電流が流れ、インダクタＬ２を流れる電流は徐々に減少する。制御回路３０は、インダクタＬ２の２次巻線Ｌ２０に誘起される電圧によりインダクタＬ２を流れる電流を検出し、当該電流がゼロになるのを検出すると、再びスイッチング素子Ｑ１をオンに切り替える。
【００４０】
このように、制御回路３０は、スイッチング素子Ｑ１をオンからオフに切り替えるタイミングをPeak-Currentモードで制御し、スイッチング素子Ｑ１をオフからオンに切り替えるタイミングをインダクタＬ２を流れる電流のゼロクロスを検出することで制御する。以下、上記の動作を繰り返すことで、制御回路３０はスイッチング素子Ｑ１を電流臨界モードで制御する。これにより、電源部３の出力電圧が一定となるように制御され、光源部４を流れる負荷電流も一定となるように制御される。
【００４１】
ここで、スイッチング素子Ｑ１のオン期間は、スイッチング素子Ｑ１をオンに切り替えてからインダクタＬ２を流れる電流が制御回路３０で設定されたピーク値に達するまでの期間に相当する。そして、上述のように、インダクタＬ２を流れる電流は、平滑部２の出力電圧の高低に基づいて上昇速度が変化するため、スイッチング素子Ｑ１のオン期間は、平滑部２の出力電圧の高低に基づいて変化する（図５（ｂ）〜（ｄ）参照）。したがって、スイッチング素子Ｑ１のオン期間が変動することで、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数は一定とならずに拡散する。そして、スイッチング周波数は、平滑部２の出力電圧の谷部において最も周波数が低くなる。
【００４２】
上述のように、本実施形態では、実施形態１と同様に、平滑部２の出力電圧の高低に基づいてスイッチング周波数を変化させることでスイッチング周波数を拡散させているので、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング制御に伴うノイズを低減することができる。また、本実施形態では、制御回路３０がスイッチング素子Ｑ１を電流臨界モードで制御しているので、より効果的にノイズの低減を図ることができ、また高効率化を図ることができる。
【００４３】
なお、制御回路３０としては、例えばL6562A（STMicroelectronics社製）を採用してもよいし、SSL2108x（NXP Semiconductors社製）を採用してもよい。また、上記のPeak-Currentモードの代わりに、実施形態１と同様に、スイッチング素子Ｑ１がオンからオフに切り替わるタイミングをAverage-Currentモードにより制御してもよい。このAverage-Currentモードで制御する場合、電源部３の出力電流のばらつきをより抑えることができる。
【００４４】
ところで、本実施形態において、インダクタＬ２の２次巻線Ｌ２０によりインダクタＬ２を流れる電流を検出し、当該電流が予め設定された閾値電流を下回ると制御回路３０がスイッチング素子Ｑ１をオンに切り替えるように制御してもよい。この場合、制御回路３０はスイッチング素子Ｑ１を電流臨界モードではなく電流連続モードで制御することになる。また、本実施形態ではインダクタＬ２の２次巻線Ｌ２０によりインダクタＬ２を流れる電流を検出しているが、他の手段によりインダクタＬ２を流れる電流を検出してもよい。
【００４５】
（実施形態３）
以下、本発明に係る発光素子点灯装置の実施形態３について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態１と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図６に示すように、電源部３を昇降圧チョッパ回路で構成したことに特徴がある。なお、本実施形態では、光源部４の発光素子として発光ダイオード４１を採用している。また、本実施形態では、電源部３の出力電圧は６０〜８０Ｖ程度である。
【００４６】
ここで、一般的に、光源部４の消費電力が同じであれば、光源部４に印加される負荷電圧が高いほど回路効率が向上することが知られている。したがって、電源部３の出力電圧を高めて光源部４の負荷電圧を高くすれば回路効率を向上させることができる。しかしながら、実施形態１，２のように電源部３を降圧チョッパ回路で構成した場合には、電源部３の出力電圧が平滑部２の出力電圧の最小値よりも低くなるように制御する必要がある。仮に電源部３の出力電圧が平滑部２の出力電圧よりも高くなる期間が存在すれば、当該期間では平滑部２の出力電圧が昇圧されないため、電源部３の出力電圧に谷部が生じ、負荷電流にも谷部が生じてしまう。
【００４７】
一方、本実施形態では、電源部３を昇降圧チョッパ回路で構成しているので、仮に電源部３の出力電圧が平滑部２の出力電圧よりも高くなる期間が存在したとしても、当該期間において平滑部２の出力電圧が昇圧される。このため、電源部３を降圧チョッパ回路で構成した場合のように負荷電流に谷部が生じる虞がなく、安定した定電流制御を行うことができる。このように、本実施形態では、平滑部２の出力電圧の低電圧期間に依らず電源部３の出力電圧を高めることができるので、より回路効率を向上させることができる。特に、本実施形態は、光源部４の消費電力がある程度高い場合（例えば、５Ｗ以上）において効果を発揮する。
【００４８】
なお、本実施形態では、ノーマルモードチョークコイルＬ１を、整流部１の出力端と平滑部２の入力端との間における接地側のラインに挿入している。このように、ノーマルモードチョークコイルＬ１をスイッチング素子Ｑ１と同じ側のラインに挿入することで、より効果的にノイズの低減を図ることができる。
【００４９】
（実施形態４）
以下、本発明に係る発光素子点灯装置の実施形態４について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態２と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図７に示すように、その基本的な構成は実施形態２と同一であるが、平滑部２の出力電圧の谷部において、平滑部２の出力電圧が時間の経過に伴って低下するように平滑部２の各コンデンサＣ３，Ｃ４の容量を小さくしたことに特徴がある。なお、同図においては、検出抵抗Ｒ２及び制御回路３０を省略し、且つスイッチング素子Ｑ１を簡略して記載している。
【００５０】
本実施形態の制御回路３０は、実施形態１と同様に、スイッチング素子Ｑ１をオンからオフに切り替えるタイミングをPeak-Currentモードで制御し、スイッチング素子Ｑ１をオフからオンに切り替えるタイミングをconstant off-timeモードで制御する。但し、本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間を実施形態１よりも長く設定することで、制御回路３０は、スイッチング素子Ｑ１を電流不連続モードで制御している（図８（ｂ），（ｃ）参照）。
【００５１】
平滑部２の各コンデンサＣ３，Ｃ４は、整流部１の出力する脈流電圧の低電圧期間以外の期間において充電し、低電圧期間では放電する。本実施形態では、平滑部２の各コンデンサＣ３，Ｃ４の容量を小さくすることで、平滑部２の出力電圧の谷部において各コンデンサＣ３，Ｃ４が放電することにより、平滑部２の出力電圧が所定の傾きをもって徐々に低下するようにしている（図８（ａ）参照）。したがって、本実施形態では、平滑部２の出力電圧の谷部においても出力電圧が変動することでスイッチング素子Ｑ１のオン期間が変動し、実施形態１〜３と比較してスイッチング周波数をより拡散することができる。このため、本実施形態では、より効果的にノイズを低減することができる。
【００５２】
なお、本実施形態では、図７に示すように、スイッチング素子Ｑ１を高圧側のラインに設置している。これにより、接地側のラインが安定するため、ノイズの低減を図ることができる。また、本実施形態では、ノーマルモードチョークコイルＬ１を、整流部１の出力端と平滑部２の入力端との間における高圧側のラインに挿入している。このように、ノーマルモードチョークコイルＬ１をスイッチング素子Ｑ１と同じ側のラインに挿入することで、より効果的にノイズの低減を図ることができる。なお、本実施形態では、整流部２の出力端にコンデンサＣ２を接続していないが、平滑部２の各コンデンサＣ３，Ｃ４とノーマルモードチョークコイルＬ１との間でＬＣフィルタが形成される。
【００５３】
ところで、本実施形態では、電源部３を降圧チョッパ回路で構成しているが、実施形態３と同様に昇降圧チョッパ回路で構成してもよい。この場合、図８（ａ）に示すように、電源部３の出力電圧が平滑部２の出力電圧の最小値（同図の矢印ｃ参照）よりも高くなるように制御すれば、安定した定電流制御を行うことができる。また、電源部３の出力電圧が平滑部２の出力電圧の谷部の電圧値（同図の矢印ｂ参照）よりも高くなるように制御すれば、出力電流のリプル成分を大きく低減することができる。更に、電源部３の出力電圧が平滑部２の出力電圧の谷部よりも大きい電圧値（同図の矢印ａ参照）となるように制御すれば、回路効率を向上させることができる。
【００５４】
以下、本発明に係る照明器具の実施形態について図面を用いて説明する。先ず、光源部４の発光素子として有機ＥＬ素子４０を用いた照明器具の実施形態について説明する。なお、本実施形態における発光素子点灯装置Ａ１は、上記何れかの実施形態の点灯装置を用いるものとする。
【００５５】
本実施形態は、図９（ａ）に示すように、有機ＥＬ素子４０を発光素子としたパネル型の照明モジュールである複数（図示では４つ）の光源部４と、各光源部４が搭載されるパネル型の器具本体５とで構成される。そして、器具本体５とは別に設置された発光素子点灯装置Ａ１と各光源部４とをケーブル等（図示せず）で電気的に接続することで、発光素子点灯装置Ａ１から各光源部４に点灯電力を供給する。
【００５６】
上述のように、本実施形態では、上記何れかの実施形態の発光素子点灯装置Ａ１を用いることで、上記何れかの実施形態と同様の効果を奏することができる。また、本実施形態では、面光源である有機ＥＬ素子４０を発光素子として用いているので、薄型の照明器具を実現することができ、例えば屋内照明に好適に利用することができる。
【００５７】
次に、光源部４の発光素子として発光ダイオード４１を用いた照明器具の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、図９（ｂ）における上下を上下方向と定めるものとする。また、本実施形態における点灯装置Ａ１は、上記何れかの実施形態の点灯装置を用いるものとする。
【００５８】
本実施形態は、図９（ｂ）に示すように、発光ダイオード４１を発光素子とした光源部４と、光源部４を収納する器具本体６とで構成され、器具本体６を天井に埋込配設している。器具本体６は、例えばアルミダイカスト等の金属製であって、下端部が開口した有底円筒状に形成される。器具本体６の内側には、複数（図示では４つ）の発光ダイオード４１と、各発光ダイオード４１の直列回路が実装された基板４２とを備えた光源部４が配設されている。なお、各発光ダイオード４１は、器具本体６の下端部から外部空間に光を照射するために、光の照射向きが下向きとなるように配設されている。また、器具本体６の下端部の開口には、各発光ダイオード４１からの光を拡散するための光拡散板７が設けられている。
【００５９】
基板４２の上面には放熱板８が配設されており、各発光ダイオード４１が発する熱を放熱板８を介して器具本体６に逃がすようになっている。また、器具本体６内側における光源部４の上側には、発光素子点灯装置Ａ１が配設されており、発光素子点灯装置Ａ１と光源部４との間はリード線９で接続されている。
【００６０】
上述のように、本実施形態では、上記何れかの実施形態の発光素子点灯装置Ａ１を用いることで、上記何れかの実施形態と同様の効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 整流部
２ 平滑部
３ 電源部
３０ 制御回路（制御部）
４ 光源部
４０ 有機ＥＬ素子（発光素子）
ＡＣ１ 商用電源（外部電源）
Ｌ１ ノーマルモードチョークコイル（インダクタ素子）
Ｑ１ スイッチング素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード等の発光素子を点灯させる発光素子点灯装置及びそれを用いた照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオードを光源としたＬＥＤ照明器具が提供されており、例えば特許文献１に開示されているようなものがある。この特許文献１に記載のＬＥＤ照明器具は、発光ダイオードを含むＬＥＤ発光部と、ＬＥＤ発光部に発光ダイオードを点灯させる電流を供給する点灯回路部とを器具本体に内蔵するもので、点灯回路部は、スイッチング電源回路部とフィルタ回路部とから成る。スイッチング電源回路部は、非絶縁型の降圧チョッパ回路であり、パワースイッチング素子を兼ねた制御回路（例えば、松下電器産業株式会社製造のＭＩＰ５５２）によりスイッチング制御される。このＬＥＤ照明器具では、周囲温度が変化した場合、低温から高温になれば発光ダイオードに流れる電流を増加させ、光出力を上げるように制御を行うことで、光出力を略一定にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１３４９４６号公報
【特許文献２】特許第３２６３１９４号公報
【特許文献３】特許第３３２７０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来例のスイッチング電源回路部の入力端には、全波整流器にて全波整流された電圧を平滑化する入力コンデンサが接続されている。この入力コンデンサの容量値が小さい場合、ＬＥＤ発光部に流れる負荷電流のリプル成分が大きくなり、例えばビデオカメラ等で撮像する際に、シャッタースピードが商用電源の電源周波数に同期する場合を除いて、画面上にチラツキが生じる虞がある。このリプル成分は、スイッチング電源回路部の出力端に接続される出力コンデンサの容量値を大きくすることで低減できるが、電源電圧のゼロクロス時に生じる負荷電流の谷部を埋めるためには、非常に大きな電解コンデンサを必要とする。
【０００５】
上記の問題点の改善策として、入力コンデンサに電解コンデンサを採用することで入力コンデンサの容量値を大きくする方法がある。入力コンデンサによる平滑電圧が、電源電圧のゼロクロス時においても一定以上の大きさを保持できれば、スイッチング電源回路部の後段に接続される定電流回路により、常に一定の負荷電流を流すことができる。すなわち、入力コンデンサの容量値を大きくすることで、出力コンデンサの容量値をそれほど大きくしなくとも負荷電流のリプル成分を取り除くことができる。しかしながら、この場合には、所謂コンデンサインプット型平滑回路となるため、入力電流（入力コンデンサへの充電電流）の導通角が狭くなり、力率が０．６以下と悪く、高調波歪みも大きくなるという問題がある。
【０００６】
ここで、スイッチング電源回路部の出力電流（負荷電流）のリプル成分の低減、及び力率の改善を同時に実現するためには、定電流回路の前段に力率改善回路（ＰＦＣ）回路を設ける、所謂２コンバータ方式を採用することが一般的である。しかしながら、この場合には、高周波スイッチング回路である力率改善回路を追加することで、ノイズが増大するだけでなく、回路が複雑となるという問題があった。
【０００７】
そこで、入力コンデンサの代わりに、全波整流器の出力する脈流電圧の低電圧期間を部分平滑する部分平滑回路を平滑部として設けることで、負荷電流のリプル成分の低減、及び力率の改善を図る構成が例えば特許文献２，３に開示されている。この構成であれば、部分平滑回路の出力電圧が低電圧期間においても一定以上の大きさとなるので、後段に接続される定電流回路により常に一定の負荷電流を流すことができ、負荷電流のリプル成分を取り除くことができる。また、コンデンサインプット型平滑回路を採用する場合と比較して、力率を改善することができる。
【０００８】
しかしながら、上記のように部分平滑回路を採用した場合には、部分平滑回路を構成するコンデンサに急峻な充電電流が流れることで、部分平滑回路の入力電流のピーク値が高くなるという問題があった。この場合、耐電流性能の大きい部品を用いる必要があるため、電線を太くしたり、スイッチやブレーカの容量を大きくしたりする必要があり、コストの増大や装置の大型化を招くという問題が生じてしまう。
【０００９】
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、部分平滑回路から成る平滑部の入力電流のピーク値を低減することのできる発光素子点灯装置及びそれを用いた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】
【００１０】
本発明の発光素子点灯装置は、外部電源の出力する交流電圧を整流する整流部と、前記整流部の出力する脈流電圧を平滑する平滑部と、スイッチング素子を有し且つ前記スイッチング素子のオン／オフを切り替えることで前記平滑部の出力電圧を所定の直流電圧に変換して出力する電源部と、前記スイッチング素子のオン／オフを制御する制御部とを備え、前記平滑部は、前記整流部の出力する脈流電圧の低電圧期間を部分平滑する部分平滑回路から成り、前記電源部は、１乃至複数の発光素子から成る光源部に点灯電力を供給し、前記平滑部の入力端にインダクタ素子が接続されることを特徴とする。
【００１１】
この発光素子点灯装置において、前記インダクタンス素子は、前記整流部と前記平滑部との間における高圧側のライン又は低圧側のラインの何れかに挿入されることが好ましい。
【００１２】
この発光素子点灯装置において、前記制御部は、前記平滑部の出力電圧の低下に伴って前記スイッチング素子のスイッチング周波数を低くするように制御することが好ましい。
【００１３】
この発光素子点灯装置において、前記電源部は、昇降圧チョッパ回路から成ることが好ましい。
【００１４】
この発光素子点灯装置において、前記電源部は、降圧チョッパ回路から成ることが好ましい。
【００１５】
この発光素子点灯装置において、前記発光素子は、有機エレクトロルミネセンス素子又は発光ダイオードの何れかであることが好ましい。
【００１６】
本発明の照明器具は、上記何れかの発光素子点灯装置と、前記発光素子点灯装置を保持する器具本体とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、部分平滑回路から成る平滑部の入力電流のピーク値を低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る発光素子点灯装置の実施形態１を示す回路概略図である。
【図２】（ａ）は同上の発光素子点灯装置における部分平滑回路の出力電圧の波形図で、（ｂ）は同上の発光素子点灯装置における降圧チョッパ回路の出力電流の波形図である。
【図３】（ａ）は従来における部分平滑回路の入力電流の波形図で、（ｂ）は同上の発光素子点灯装置における平滑部の入力電流の波形図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、同上の発光素子点灯装置における動作波形図である。
【図５】本発明に係る発光素子点灯装置の実施形態２を示す図で、（ａ）は回路概略図で、（ｂ）〜（ｄ）は動作波形図である。
【図６】本発明に係る発光素子点灯装置の実施形態３を示す回路概略図である。
【図７】本発明に係る発光素子点灯装置の実施形態４を示す回路概略図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、同上の発光素子点灯装置における動作波形図である。
【図９】（ａ），（ｂ）は、本発明に係る照明器具の実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（実施形態１）
以下、本発明に係る発光素子点灯装置の実施形態１について図面を用いて説明する。本実施形態は、図１に示すように、商用電源（外部電源）ＡＣ１の交流電圧を整流する整流部１と、整流部１の出力電圧を平滑する平滑部２と、複数の発光素子を直列に接続して成る光源部４に点灯電力を供給する電源部３とを備える。本実施形態では、発光素子として有機エレクトロルミネセンス素子（有機ＥＬ素子）４０を用いているが、発光ダイオード４１（図６参照）等の他の発光素子であってもよい。なお、本実施形態では、商用電源ＡＣ１の電源電圧は１００Ｖである。
【００２０】
整流部１は、ダイオードブリッジから成る全波整流回路であって、商用電源ＡＣ１からの交流電圧を整流して脈流電圧を出力する。なお、商用電源ＡＣ１と整流部１との間には、ヒューズＦ１と、サージ保護素子Ｚ１、及び高調波を除去するためのコンデンサＣ１が接続されている。また、整流部１の出力端には、後述するノーマルモードチョークコイルＬ１（インダクタンス素子）とでＬＣフィルタを形成するコンデンサＣ２が接続されている。
【００２１】
平滑部２は、整流部１から出力される脈流電圧の低電圧期間を部分平滑する部分平滑回路であって、略等しい容量を有するコンデンサＣ３，Ｃ４と、抵抗Ｒ１と、ダイオードＤ１〜Ｄ３とで構成される。コンデンサＣ３の負極とコンデンサＣ４の正極との間には、充電電流が流れる方向にダイオードＤ２及び抵抗Ｒ１が接続されている。コンデンサＣ３の負極とコンデンサＣ４の負極との間には、コンデンサＣ３の放電電流が流れる方向にダイオードＤ１が接続されている。また、コンデンサＣ３の正極とコンデンサＣ４の正極との間には、コンデンサＣ４の放電電流が流れる方向にダイオードＤ３が接続されている。この平滑部２により、整流部１から出力される脈流電圧は、その低電圧期間のみが部分的に平滑される（図２（ａ）参照）。この低電圧期間を、以下では「谷部」と呼び、それ以外の期間を「山部」と呼ぶものとする。
【００２２】
電源部３は、平滑部２の出力電圧を所定の直流電圧に降圧して出力する降圧チョッパ回路から成り、インダクタＬ２、ダイオードＤ４、コンデンサＣ５、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）から成るスイッチング素子Ｑ１、及び制御回路３０（制御部）を備える。本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１を接地のライン側に設置しているため、安定したスイッチング制御を行うことができる。
【００２３】
制御回路３０は、スイッチング素子Ｑ１のオン／オフを制御する駆動用ＩＣであって、本実施形態ではHV9910（Supertex社製）を用いている。このHV9910は、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間を一定期間に制御するconstant off-timeモードを有している。スイッチング素子Ｑ１には、スイッチング素子Ｑ１のドレイン電流を検出する検出抵抗Ｒ２が直列に接続されている。なお、本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１と制御回路３０とを別体に設けているが、制御回路３０をスイッチング素子Ｑ１を内蔵した駆動用ＩＣで構成してもよい。
【００２４】
以下、本実施形態の電源部３の動作について説明する。なお、本実施形態では、光源部４の消費電力が５〜２５Ｗ、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数は数十〜数百ｋＨｚである。先ず、制御回路３０によりスイッチング素子Ｑ１がオンに切り替えられると、光源部４→インダクタＬ２→スイッチング素子Ｑ１→検出抵抗Ｒ２→グラウンドの経路で電流が流れる。このとき、インダクタＬ２を流れる電流（スイッチング素子Ｑ１のドレイン電流）は、電源部３の入力電圧（平滑部２の出力電圧）の高低に基づいて上昇速度が変化する。すなわち、平滑部２の出力電圧が低い場合（例えば、谷部）では、インダクタＬ２を流れる電流の上昇速度は遅くなり、平滑部２の出力電圧が高い場合（例えば、山部）では、インダクタＬ２を流れる電流の上昇速度は速くなる。
【００２５】
インダクタＬ２を流れる電流が上昇すると、検出抵抗Ｒ２の両端電圧も上昇し、この両端電圧が制御回路３０で予め設定された閾値電圧を上回ると、制御回路３０はスイッチング素子Ｑ１をオフに切り替える。スイッチング素子Ｑ１がオフに切り替えられると、インダクタＬ２→ダイオードＤ４→光源部４の閉ループで電流が流れ、インダクタＬ２を流れる電流は徐々に減少する。制御回路３０は、スイッチング素子Ｑ１をオフに切り替えてから予め設定された一定時間が経過すると、再びスイッチング素子Ｑ１をオンに切り替える。
【００２６】
このように、制御回路３０は、スイッチング素子Ｑ１をオンからオフに切り替えるタイミングをPeak-Currentモードで制御し、スイッチング素子Ｑ１をオフからオンに切り替えるタイミングをconstant off-timeモードで制御する。以下、上記の動作を繰り返すことで、制御回路３０はスイッチング素子Ｑ１を電流連続モードで制御する。これにより、電源部３の出力電圧が一定となるように制御され、光源部４を流れる負荷電流も一定となるように制御される（図２（ｂ）参照）。
【００２７】
上述のように、本実施形態では、平滑部２の出力電圧の谷部においても一定以上の電圧を確保できるため、電源部３において一定電流を常に出力することが可能となる。このため、電源部３の出力電流、すなわち負荷電流に重畳するリプル成分を低減することができる。また、本実施形態では、平滑部２を部分平滑回路で構成しているので、コンデンサインプット型平滑回路と比較して、入力電流の導通角が狭くなるのを抑えることができ、力率を０．８５以上に改善することが可能である。更に、部分平滑回路を用いることで力率の低下を抑えることができるため、従来のように力率改善回路を用いる必要もなく、回路構成が複雑化することもない。
【００２８】
ここで、図３（ａ）に示すように、平滑部２の入力電流には、整流部１の出力する脈流電圧の低電圧期間において入力電流が増大することに起因するピーク（同図の矢印（１），（３）参照）が生じる。また、平滑部２の入力電流には、部分平滑回路の各コンデンサＣ３，Ｃ４に急峻な充電電流が流れることによるピーク（同図の矢印（２）参照）が生じる。この入力電流波形の端部のピーク（同図の矢印（１）参照）は、位相角０〜７０度付近で出現し、入力電流波形の中央部付近のピーク（同図の矢印（２）参照）は、位相角６０〜９０度付近で出現する。本実施形態では、整流部１の出力端と平滑部２の入力端との間における高圧側のラインに、ノーマルモードチョークコイルＬ１を挿入している。このノーマルモードチョークコイルＬ１とコンデンサＣ２とで形成されるＬＣフィルタにより、部分平滑回路を構成するコンデンサＣ３，Ｃ４が充電する際に生じる平滑部２の入力電流のピーク値を低減させることができる。すなわち、ノーマルモードチョークコイルＬ１を挿入することで、図３（ｂ）に示すように、部分平滑回路の各コンデンサＣ３，Ｃ４に急峻な充電電流が流れるのを抑えることができ、入力電流のピーク値（同図の矢印（２）参照）を低減することができる。
【００２９】
したがって、例えば本実施形態を複数使用する場合に、耐電流性能の大きい部品を用いる必要がないので、電線の太さを細くしたり、スイッチやブレーカの容量を小さくしたりすることが可能である。また、平滑部２の入力電流の中央部付近のピーク値を下げることで、入力電流波形が全体として傾斜が緩やかになり、ノイズの低減や回路を構成する部品へのストレスを低減する効果も得ることができる。更に、本実施形態ではノーマルモードチョークコイルＬ１を用いていることから、コモンモードチョークコイルを用いる場合と比較して、小さいサイズであってもノーマルモードのインダクタ成分を大きくすることができる。したがって、本実施形態では、効果的に平滑部２の入力電流のピーク値の低減、及びノイズの低減を図ることができる。
【００３０】
ところで、スイッチング素子Ｑ１のオン期間は、スイッチング素子Ｑ１をオンに切り替えてからインダクタＬ２を流れる電流が制御回路３０で設定されたピーク値に達するまでの期間に相当する。そして、上述のように、インダクタＬ２を流れる電流は、平滑部２の出力電圧の高低に基づいて上昇速度が変化するため、スイッチング素子Ｑ１のオン期間は、平滑部２の出力電圧の高低に基づいて変化する（図４（ａ）〜（ｃ）参照）。本実施形態では、制御回路３０のconstant off-timeモードでの制御によりスイッチング素子Ｑ１のオフ期間が一定である。したがって、スイッチング素子Ｑ１のオン期間が変動することで、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数は一定とならずに拡散する。そして、スイッチング周波数は、平滑部２の出力電圧の谷部において最も周波数が低くなる。
【００３１】
上述のように、本実施形態では、平滑部２の出力電圧の高低に基づいてスイッチング周波数を変化させることでスイッチング周波数を拡散させているので、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング制御に伴うノイズを低減することができる。なお、平滑部２をコンデンサインプット型平滑回路で構成する場合には、平滑部２の出力電圧が一定電圧に平滑されてしまうため、スイッチング周波数を拡散させることができない。したがって、本実施形態のように、出力電圧が変動する部分平滑回路で平滑部２を構成するのが望ましい。
【００３２】
特に、本実施形態では、制御回路３０は、平滑部２の出力電圧の低下に伴って、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数を低くするように制御している。これにより、１周期に亘ってスイッチング素子Ｑ１を一定の高周波で動作させる場合と比較して、低周波で動作させる期間が存在する場合では、全体としてノイズを低減することができ、スイッチング損失も低減することができる。このように、本実施形態では、負荷電流のリプル成分の低減、力率の改善、ノイズの低減を簡単な回路構成で実現することができる。
【００３３】
ここで、光源部４を構成する発光素子である有機ＥＬ素子４０や発光ダイオード４１の光出力は、素子に流れる負荷電流に比例する。このため、負荷電流に重畳するリプル成分が大きくなれば、それがそのまま光出力にチラツキが生じる要因となる。したがって、負荷電流のリプル成分を低減する本実施形態は、発光素子が有機ＥＬ素子４０や発光ダイオード４１の場合により効果を発揮する。特に、有機ＥＬ素子４０は面光源であることから高い容量成分を有しており、リプル成分が大きいと充放電電流が大きくなって損失が増大する虞がある。このため、本実施形態は、発光素子が有機ＥＬ素子４０であればより効果を発揮することができる。
【００３４】
なお、制御回路３０として、例えばHV9961（Supertex社製）を採用し、上記のPeak-Currentモードの代わりに、Average-Currentモードによりスイッチング素子Ｑ１のオンからオフへ切り替えるタイミングを制御してもよい。すなわち、このHV9961では、検出抵抗Ｒ２を流れるスイッチング素子Ｑ１のドレイン電流の平均値が予め設定された閾値電流を上回るとスイッチング素子Ｑ１をオフに切り替えるように制御する。このAverage-Currentモードで制御する場合、電源部３の出力電流のばらつきをより抑えることができる。
【００３５】
また、制御回路３０としては、L6562A（STMicroelectronics社製）を採用してもよい。但し、この駆動用ＩＣは、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間を一定に制御する機能（constant off-timeモード）を有していないため、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間を一定に制御するための回路を別途設ける必要がある。詳しくは、STMicroelectronics社のApplication NoteのAN2928（http://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITERATURE/APPLICATION_NOTE/CD00222928.pdf）を参照されたい。
【００３６】
勿論、平滑部２の入力電流のピーク値の低減する効果を発揮させるだけであるならば、制御回路３０において上記のようにスイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数を変動させる制御を行わずに、スイッチング周波数が一定となるように制御してもよい。
【００３７】
（実施形態２）
以下、本発明に係る発光素子点灯装置の実施形態２について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態１と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図５（ａ）に示すように、インダクタＬ２を流れる電流、すなわち負荷電流の検出用のインダクタＬ２の２次巻線Ｌ２０を設け、図５（ｂ）〜（ｄ）に示すように、制御回路３０がスイッチング素子Ｑ１を電流臨界モードで制御することに特徴がある。なお、本実施形態では、商用電源ＡＣ１と整流部１との間には、サージ保護素子Ｚ１の代わりにラインフィルタＬＦ１を設けている。
【００３８】
以下、本実施形態の電源部３の動作について説明する。先ず、制御回路３０によりスイッチング素子Ｑ１がオンに切り替えられると、光源部４→インダクタＬ２→スイッチング素子Ｑ１→検出抵抗Ｒ２→グラウンドの経路で電流が流れる。このとき、インダクタＬ２を流れる電流は、平滑部２の出力電圧の高低に基づいて上昇速度が変化する。すなわち、平滑部２の出力電圧が低い場合（例えば、谷部）では、インダクタＬ２を流れる電流の上昇速度は遅くなり、平滑部２の出力電圧が高い場合（例えば、山部）では、インダクタＬ２を流れる電流の上昇速度は速くなる。
【００３９】
インダクタＬ２を流れる電流が上昇すると、検出抵抗Ｒ２の両端電圧も上昇し、この両端電圧が制御回路３０で予め設定された閾値電圧を上回ると、制御回路３０はスイッチング素子Ｑ１をオフに切り替える。スイッチング素子Ｑ１がオフに切り替えられると、インダクタＬ２→ダイオードＤ４→光源部４の閉ループで電流が流れ、インダクタＬ２を流れる電流は徐々に減少する。制御回路３０は、インダクタＬ２の２次巻線Ｌ２０に誘起される電圧によりインダクタＬ２を流れる電流を検出し、当該電流がゼロになるのを検出すると、再びスイッチング素子Ｑ１をオンに切り替える。
【００４０】
このように、制御回路３０は、スイッチング素子Ｑ１をオンからオフに切り替えるタイミングをPeak-Currentモードで制御し、スイッチング素子Ｑ１をオフからオンに切り替えるタイミングをインダクタＬ２を流れる電流のゼロクロスを検出することで制御する。以下、上記の動作を繰り返すことで、制御回路３０はスイッチング素子Ｑ１を電流臨界モードで制御する。これにより、電源部３の出力電圧が一定となるように制御され、光源部４を流れる負荷電流も一定となるように制御される。
【００４１】
ここで、スイッチング素子Ｑ１のオン期間は、スイッチング素子Ｑ１をオンに切り替えてからインダクタＬ２を流れる電流が制御回路３０で設定されたピーク値に達するまでの期間に相当する。そして、上述のように、インダクタＬ２を流れる電流は、平滑部２の出力電圧の高低に基づいて上昇速度が変化するため、スイッチング素子Ｑ１のオン期間は、平滑部２の出力電圧の高低に基づいて変化する（図５（ｂ）〜（ｄ）参照）。したがって、スイッチング素子Ｑ１のオン期間が変動することで、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数は一定とならずに拡散する。そして、スイッチング周波数は、平滑部２の出力電圧の谷部において最も周波数が低くなる。
【００４２】
上述のように、本実施形態では、実施形態１と同様に、平滑部２の出力電圧の高低に基づいてスイッチング周波数を変化させることでスイッチング周波数を拡散させているので、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング制御に伴うノイズを低減することができる。また、本実施形態では、制御回路３０がスイッチング素子Ｑ１を電流臨界モードで制御しているので、より効果的にノイズの低減を図ることができ、また高効率化を図ることができる。
【００４３】
なお、制御回路３０としては、例えばL6562A（STMicroelectronics社製）を採用してもよいし、SSL2108x（NXP Semiconductors社製）を採用してもよい。また、上記のPeak-Currentモードの代わりに、実施形態１と同様に、スイッチング素子Ｑ１がオンからオフに切り替わるタイミングをAverage-Currentモードにより制御してもよい。このAverage-Currentモードで制御する場合、電源部３の出力電流のばらつきをより抑えることができる。
【００４４】
ところで、本実施形態において、インダクタＬ２の２次巻線Ｌ２０によりインダクタＬ２を流れる電流を検出し、当該電流が予め設定された閾値電流を下回ると制御回路３０がスイッチング素子Ｑ１をオンに切り替えるように制御してもよい。この場合、制御回路３０はスイッチング素子Ｑ１を電流臨界モードではなく電流連続モードで制御することになる。また、本実施形態ではインダクタＬ２の２次巻線Ｌ２０によりインダクタＬ２を流れる電流を検出しているが、他の手段によりインダクタＬ２を流れる電流を検出してもよい。
【００４５】
（実施形態３）
以下、本発明に係る発光素子点灯装置の実施形態３について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態１と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図６に示すように、電源部３を昇降圧チョッパ回路で構成したことに特徴がある。なお、本実施形態では、光源部４の発光素子として発光ダイオード４１を採用している。また、本実施形態では、電源部３の出力電圧は６０〜８０Ｖ程度である。
【００４６】
ここで、一般的に、光源部４の消費電力が同じであれば、光源部４に印加される負荷電圧が高いほど回路効率が向上することが知られている。したがって、電源部３の出力電圧を高めて光源部４の負荷電圧を高くすれば回路効率を向上させることができる。しかしながら、実施形態１，２のように電源部３を降圧チョッパ回路で構成した場合には、電源部３の出力電圧が平滑部２の出力電圧の最小値よりも低くなるように制御する必要がある。仮に電源部３の出力電圧が平滑部２の出力電圧よりも高くなる期間が存在すれば、当該期間では平滑部２の出力電圧が昇圧されないため、電源部３の出力電圧に谷部が生じ、負荷電流にも谷部が生じてしまう。
【００４７】
一方、本実施形態では、電源部３を昇降圧チョッパ回路で構成しているので、仮に電源部３の出力電圧が平滑部２の出力電圧よりも高くなる期間が存在したとしても、当該期間において平滑部２の出力電圧が昇圧される。このため、電源部３を降圧チョッパ回路で構成した場合のように負荷電流に谷部が生じる虞がなく、安定した定電流制御を行うことができる。このように、本実施形態では、平滑部２の出力電圧の低電圧期間に依らず電源部３の出力電圧を高めることができるので、より回路効率を向上させることができる。特に、本実施形態は、光源部４の消費電力がある程度高い場合（例えば、５Ｗ以上）において効果を発揮する。
【００４８】
なお、本実施形態では、ノーマルモードチョークコイルＬ１を、整流部１の出力端と平滑部２の入力端との間における接地側のラインに挿入している。このように、ノーマルモードチョークコイルＬ１をスイッチング素子Ｑ１と同じ側のラインに挿入することで、より効果的にノイズの低減を図ることができる。
【００４９】
（実施形態４）
以下、本発明に係る発光素子点灯装置の実施形態４について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態２と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図７に示すように、その基本的な構成は実施形態２と同一であるが、平滑部２の出力電圧の谷部において、平滑部２の出力電圧が時間の経過に伴って低下するように平滑部２の各コンデンサＣ３，Ｃ４の容量を小さくしたことに特徴がある。なお、同図においては、検出抵抗Ｒ２及び制御回路３０を省略し、且つスイッチング素子Ｑ１を簡略して記載している。
【００５０】
本実施形態の制御回路３０は、実施形態１と同様に、スイッチング素子Ｑ１をオンからオフに切り替えるタイミングをPeak-Currentモードで制御し、スイッチング素子Ｑ１をオフからオンに切り替えるタイミングをconstant off-timeモードで制御する。但し、本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間を実施形態１よりも長く設定することで、制御回路３０は、スイッチング素子Ｑ１を電流不連続モードで制御している（図８（ｂ），（ｃ）参照）。
【００５１】
平滑部２の各コンデンサＣ３，Ｃ４は、整流部１の出力する脈流電圧の低電圧期間以外の期間において充電し、低電圧期間では放電する。本実施形態では、平滑部２の各コンデンサＣ３，Ｃ４の容量を小さくすることで、平滑部２の出力電圧の谷部において各コンデンサＣ３，Ｃ４が放電することにより、平滑部２の出力電圧が所定の傾きをもって徐々に低下するようにしている（図８（ａ）参照）。したがって、本実施形態では、平滑部２の出力電圧の谷部においても出力電圧が変動することでスイッチング素子Ｑ１のオン期間が変動し、実施形態１〜３と比較してスイッチング周波数をより拡散することができる。このため、本実施形態では、より効果的にノイズを低減することができる。
【００５２】
なお、本実施形態では、図７に示すように、スイッチング素子Ｑ１を高圧側のラインに設置している。これにより、接地側のラインが安定するため、ノイズの低減を図ることができる。また、本実施形態では、ノーマルモードチョークコイルＬ１を、整流部１の出力端と平滑部２の入力端との間における高圧側のラインに挿入している。このように、ノーマルモードチョークコイルＬ１をスイッチング素子Ｑ１と同じ側のラインに挿入することで、より効果的にノイズの低減を図ることができる。なお、本実施形態では、整流部２の出力端にコンデンサＣ２を接続していないが、平滑部２の各コンデンサＣ３，Ｃ４とノーマルモードチョークコイルＬ１との間でＬＣフィルタが形成される。
【００５３】
ところで、本実施形態では、電源部３を降圧チョッパ回路で構成しているが、実施形態３と同様に昇降圧チョッパ回路で構成してもよい。この場合、図８（ａ）に示すように、電源部３の出力電圧が平滑部２の出力電圧の最小値（同図の矢印ｃ参照）よりも高くなるように制御すれば、安定した定電流制御を行うことができる。また、電源部３の出力電圧が平滑部２の出力電圧の谷部の電圧値（同図の矢印ｂ参照）よりも高くなるように制御すれば、出力電流のリプル成分を大きく低減することができる。更に、電源部３の出力電圧が平滑部２の出力電圧の谷部よりも大きい電圧値（同図の矢印ａ参照）となるように制御すれば、回路効率を向上させることができる。
【００５４】
以下、本発明に係る照明器具の実施形態について図面を用いて説明する。先ず、光源部４の発光素子として有機ＥＬ素子４０を用いた照明器具の実施形態について説明する。なお、本実施形態における発光素子点灯装置Ａ１は、上記何れかの実施形態の点灯装置を用いるものとする。
【００５５】
本実施形態は、図９（ａ）に示すように、有機ＥＬ素子４０を発光素子としたパネル型の照明モジュールである複数（図示では４つ）の光源部４と、各光源部４が搭載されるパネル型の器具本体５とで構成される。そして、器具本体５とは別に設置された発光素子点灯装置Ａ１と各光源部４とをケーブル等（図示せず）で電気的に接続することで、発光素子点灯装置Ａ１から各光源部４に点灯電力を供給する。
【００５６】
上述のように、本実施形態では、上記何れかの実施形態の発光素子点灯装置Ａ１を用いることで、上記何れかの実施形態と同様の効果を奏することができる。また、本実施形態では、面光源である有機ＥＬ素子４０を発光素子として用いているので、薄型の照明器具を実現することができ、例えば屋内照明に好適に利用することができる。
【００５７】
次に、光源部４の発光素子として発光ダイオード４１を用いた照明器具の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、図９（ｂ）における上下を上下方向と定めるものとする。また、本実施形態における点灯装置Ａ１は、上記何れかの実施形態の点灯装置を用いるものとする。
【００５８】
本実施形態は、図９（ｂ）に示すように、発光ダイオード４１を発光素子とした光源部４と、光源部４を収納する器具本体６とで構成され、器具本体６を天井に埋込配設している。器具本体６は、例えばアルミダイカスト等の金属製であって、下端部が開口した有底円筒状に形成される。器具本体６の内側には、複数（図示では４つ）の発光ダイオード４１と、各発光ダイオード４１の直列回路が実装された基板４２とを備えた光源部４が配設されている。なお、各発光ダイオード４１は、器具本体６の下端部から外部空間に光を照射するために、光の照射向きが下向きとなるように配設されている。また、器具本体６の下端部の開口には、各発光ダイオード４１からの光を拡散するための光拡散板７が設けられている。
【００５９】
基板４２の上面には放熱板８が配設されており、各発光ダイオード４１が発する熱を放熱板８を介して器具本体６に逃がすようになっている。また、器具本体６内側における光源部４の上側には、発光素子点灯装置Ａ１が配設されており、発光素子点灯装置Ａ１と光源部４との間はリード線９で接続されている。
【００６０】
上述のように、本実施形態では、上記何れかの実施形態の発光素子点灯装置Ａ１を用いることで、上記何れかの実施形態と同様の効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 整流部
２ 平滑部
３ 電源部
３０ 制御回路（制御部）
４ 光源部
４０ 有機ＥＬ素子（発光素子）
ＡＣ１ 商用電源（外部電源）
Ｌ１ ノーマルモードチョークコイル（インダクタ素子）
Ｑ１ スイッチング素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源の出力する交流電圧を整流する整流部と、前記整流部の出力する脈流電圧を平滑する平滑部と、スイッチング素子を有し且つ前記スイッチング素子のオン／オフを切り替えることで前記平滑部の出力電圧を所定の直流電圧に変換して出力する電源部と、前記スイッチング素子のオン／オフを制御する制御部とを備え、前記平滑部は、前記整流部の出力する脈流電圧の低電圧期間を部分平滑する部分平滑回路から成り、前記電源部は、１乃至複数の発光素子から成る光源部に点灯電力を供給し、前記平滑部の入力端にインダクタ素子が接続されることを特徴とする発光素子点灯装置。
【請求項２】
前記インダクタンス素子は、前記整流部と前記平滑部との間における高圧側のライン又は低圧側のラインの何れかに挿入されることを特徴とする請求項１記載の発光素子点灯装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記平滑部の出力電圧の低下に伴って前記スイッチング素子のスイッチング周波数を低くするように制御することを特徴とする請求項１又は２記載の発光素子点灯装置。
【請求項４】
前記電源部は、昇降圧チョッパ回路から成ることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の発光素子点灯装置。
【請求項５】
前記電源部は、降圧チョッパ回路から成ることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の発光素子点灯装置。
【請求項６】
前記発光素子は、有機エレクトロルミネセンス素子又は発光ダイオードの何れかであることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の発光素子点灯装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の発光素子点灯装置と、前記発光素子点灯装置を保持する器具本体とを備えることを特徴とする照明器具。
【請求項１】
外部電源の出力する交流電圧を整流する整流部と、前記整流部の出力する脈流電圧を平滑する平滑部と、スイッチング素子を有し且つ前記スイッチング素子のオン／オフを切り替えることで前記平滑部の出力電圧を所定の直流電圧に変換して出力する電源部と、前記スイッチング素子のオン／オフを制御する制御部とを備え、前記平滑部は、前記整流部の出力する脈流電圧の低電圧期間を部分平滑する部分平滑回路から成り、前記電源部は、１乃至複数の発光素子から成る光源部に点灯電力を供給し、前記平滑部の入力端にインダクタ素子が接続されることを特徴とする発光素子点灯装置。
【請求項２】
前記インダクタンス素子は、前記整流部と前記平滑部との間における高圧側のライン又は低圧側のラインの何れかに挿入されることを特徴とする請求項１記載の発光素子点灯装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記平滑部の出力電圧の低下に伴って前記スイッチング素子のスイッチング周波数を低くするように制御することを特徴とする請求項１又は２記載の発光素子点灯装置。
【請求項４】
前記電源部は、昇降圧チョッパ回路から成ることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の発光素子点灯装置。
【請求項５】
前記電源部は、降圧チョッパ回路から成ることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の発光素子点灯装置。
【請求項６】
前記発光素子は、有機エレクトロルミネセンス素子又は発光ダイオードの何れかであることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の発光素子点灯装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の発光素子点灯装置と、前記発光素子点灯装置を保持する器具本体とを備えることを特徴とする照明器具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−３０４１７（Ｐ２０１３−３０４１７Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６６９４６（Ｐ２０１１−１６６９４６）
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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