突入電流防止回路、および負荷駆動回路、ならびにそれらを用いた発光装置
【課題】平滑キャパシタに流れる突入電流を防止する。
【解決手段】平滑キャパシタＣｓは、電源３０の出力端子３２の電圧Ｖｏｕｔを平滑化する。突入電流防止回路１０は、平滑キャパシタＣｓに対する突入電流を防止する。保護抵抗Ｒｐは、電源３０の第１の端子から平滑キャパシタＣｓを経て電源３０の第２の端子に至る経路上に設けられる。フォトリレー１２の入力側の発光ダイオードＤ１は、出力電圧Ｖｏｕｔにより駆動される負荷４０に流れる負荷電流Ｉｌｏａｄの経路上に設けられる。出力側のスイッチＳＷ１は、保護抵抗Ｒｐと並列に接続される。
【解決手段】平滑キャパシタＣｓは、電源３０の出力端子３２の電圧Ｖｏｕｔを平滑化する。突入電流防止回路１０は、平滑キャパシタＣｓに対する突入電流を防止する。保護抵抗Ｒｐは、電源３０の第１の端子から平滑キャパシタＣｓを経て電源３０の第２の端子に至る経路上に設けられる。フォトリレー１２の入力側の発光ダイオードＤ１は、出力電圧Ｖｏｕｔにより駆動される負荷４０に流れる負荷電流Ｉｌｏａｄの経路上に設けられる。出力側のスイッチＳＷ１は、保護抵抗Ｒｐと並列に接続される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路保護技術に関し、特に、平滑キャパシタに流れ込む突入電流の防止技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、蛍光ランプに代えて、高効率、長寿命が期待される発光ダイオード（Light Emitting Diode、以下、ＬＥＤと略す）を照明器具として利用する技術が提案されている。たとえば、特許文献１には、商用交流電圧を整流し、平滑キャパシタを含む平滑回路によって平滑化して、負荷であるＬＥＤのアレイに供給するＬＥＤ点灯装置が開示される。同文献記載のＬＥＤ点灯装置によれば、発光ダイオードの駆動に必要な電圧を安定に供給し続けることができる。
【特許文献１】特開２００４−２７３２６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
平滑化キャパシタは、所定のノードもしくは端子に現れる電位を安定化するために利用される。平滑キャパシタは、安定化の対象となるノードと、接地電位端子や基準電圧端子などの別の端子との間に設けられる。しかしながら、同文献の装置では、回路の起動時等に平滑キャパシタに蓄えられた電荷がゼロもしくは非常に少ない状態において、突然、整流された電圧が平滑キャパシタに印加されると、回路素子の定格電流を越える突入電流が発生し、平滑キャパシタや、その他の回路素子の信頼性に影響を及ぼすおそれがある。
【０００４】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的のひとつは、平滑キャパシタに流れる突入電流を防止する回路の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、所定のノードの電圧を平滑化するための平滑キャパシタに対する突入電流を防止する突入電流防止回路が提供される。この突入電流防止回路は、電源から平滑キャパシタを経て別の端子に至る経路上に設けられた保護抵抗と、入力側のダイオードが平滑キャパシタにより平滑された電圧により駆動される負荷の電流に応じた電流の経路上に設けられ、出力側のスイッチ素子が保護抵抗と並列に接続されたフォトリレーと、を備える。
【０００６】
この態様によると、平滑キャパシタに現れる電圧が低い状態、言い換えれば、突入電流が発生しうる状態においては、フォトリレーの入力側のダイオードに流れる電流がしきい値を越えないため、フォトリレーの出力側のスイッチ素子がオフとなる。その結果、平滑キャパシタに流れ込む充電電流が保護抵抗によって制限され、突入電流の発生が抑制される。平滑キャパシタの充電が進み、平滑キャパシタに現れる電圧が突入電流が発生しない程度に大きくなり負荷の駆動が開始されると、フォトリレーの入力側のダイオードに流れる電流がしきい値を越え、フォトリレーの出力側のスイッチ素子がオンとなる。その結果、平滑キャパシタと同一経路に設けられた保護抵抗が、スイッチ素子によってバイパスされ、保護抵抗による不要な電力消費を低減することができる。なお、「負荷の電流に応じた電流」とは、負荷に流れる電流そのもののほか、その電流をコピーして得られる電流等も含む。
【０００７】
フォトリレーの入力側の発光ダイオードは負荷の電流の経路上に設けられてもよい。この場合、負荷に流れる電流そのものによって、スイッチ素子のオン、オフを切り替えることができる。
【０００８】
さらに、突入電流防止回路は、フォトリレーの入力側の発光ダイオードと並列に設けられた第２の発光ダイオードをさらに備えてもよい。この場合、負荷に流れる電流が、第２の発光ダイオードと、フォトリレーの入力側の発光ダイオードに分岐して流れるため、負荷の電流がフォトリレーの入力定格電流より大きい場合に好適に利用できる。
【０００９】
本発明の別の態様においても、所定のノードの電圧を平滑化するための平滑キャパシタに対する突入電流を防止する突入電流防止回路が提供される。この突入電流防止回路は、電源から平滑キャパシタを経て別の端子に至る経路上に設けられた可変抵抗と、入力側のダイオードが平滑キャパシタの充電状態に応じた電流の経路上に設けられたフォトリレーと、を備える。可変抵抗の抵抗値を、フォトリレーの出力側のスイッチ素子のオンオフ状態に連動して変化せしめるとともに、スイッチ素子のオン状態における可変抵抗の抵抗値を、オフ状態における可変抵抗の抵抗値より低く設定する。
この態様によれば、充電状態に応じてフォトリレーのスイッチがオン、オフするため、充電状態に応じて、電源から別の端子に至る経路のインピーダンスを変化させることができ、突入電流を好適に防止することができる。
【００１０】
ある態様において、平滑キャパシタの充電状態に応じた電流とは、平滑キャパシタにて平滑化された電圧によって駆動される負荷の電流に応じた電流であってもよい。
平滑キャパシタによって駆動される負荷の電流は、充電状態、すなわち、平滑キャパシタに現れる電圧に応じて変化する。したがって、この態様によれば、充電状態を好適にモニタして、突入電流を防止することができる。平滑キャパシタの充電状態に応じた電流としては、このほかに、平滑キャパシタに現れる電圧を電流に変換する電圧電流変換回路を設け、この出力電流を利用してもよい。
【００１１】
本発明の別の態様は、負荷駆動回路に関する。この負荷駆動回路は、交流電圧を整流する整流ブリッジ回路と、整流ブリッジ回路の出力電圧を平滑化し、駆動対象の負荷へと供給する平滑キャパシタと、整流ブリッジ回路の直流側の第１端子から平滑キャパシタを経て整流ブリッジ回路の直流側の第２端子に至る経路上に設けられた保護抵抗と、入力側のダイオードが負荷の駆動経路上に設けられ、出力側のスイッチ素子が保護抵抗と並列に接続されたフォトリレーと、を備える。
【００１２】
この態様によると、負荷の電流が、フォトリレーのしきい値電流（トリガ電流）に達する前は、保護抵抗が作用して突入電流が防止されるとともに、負荷の電流がフォトリレーのしきい値電流を越えるとスイッチがオンし、保護抵抗がバイパスされるため、無駄な電力消費を低減することができる。
【００１３】
ある態様の負荷駆動回路は、負荷およびフォトリレーの出力側のスイッチと同一経路上に設けられた定電流回路をさらに備えてもよい。この場合、出力電圧が負荷を駆動するために必要な電圧を越えると、負荷を定電流駆動することができる。さらに、定電流回路によって生成される定電流の値を、フォトリレーのしきい値電流より大きく設定することにより、負荷の駆動開始とともに、確実にフォトリレーの出力側のスイッチ素子をオンすることができる。
【００１４】
平滑キャパシタは、一端が整流ブリッジ回路の直流側の第１端子に接続されてもよく、保護抵抗は、その一端が整流ブリッジ回路の直流側の第２端子に接続され、その他端が平滑キャパシタの他端に接続されてもよい。負荷およびフォトリレーの入力側のダイオードを、平滑キャパシタと並列に接続してもよい。
【００１５】
ある態様において、整流ブリッジ回路は、ダイオードブリッジを含んでもよい。負荷駆動回路はさらに、ダイオードブリッジの直流側の正負の端子の間に接続された放電制御スイッチをさらに備えてもよい。
平滑キャパシタの一端には、１００Ｖを超す高い電圧が現れる場合がある。この場合に、負荷を駆動しないときに放電制御スイッチをオンすることにより、平滑キャパシタに蓄えられた電荷の放電経路を形成し、平滑キャパシタの端子電圧を低下させることができる。その結果、人体への感電や、その他の要因による短絡故障などを防止することができる。
【００１６】
負荷駆動回路は、ダイオードブリッジの直流側の正負の端子の間に、放電制御スイッチと直列に設けられた放電用抵抗をさらに備えてもよい。この場合、時定数を調節することができるため、放電速度を任意に設定することができる。
【００１７】
放電制御スイッチは、入力側の発光ダイオードと出力側のスイッチ素子を含むフォトリレーで構成されてもよい。スイッチ素子を、放電制御スイッチとして、ダイオードブリッジの直流側の正負の端子の間に配置し、発光ダイオードを、負荷の駆動経路上に配置してもよい。
入力側の発光ダイオードに電流が流れた状態において、出力側のスイッチ素子がオフするタイプのフォトリレーを設けることにより、負荷の駆動状態に応じて、自動的に放電制御スイッチのオフ、オンを切り替えることができる。
【００１８】
負荷駆動回路は、フォトリレーのスイッチ素子と直列に接続された放電用抵抗をさらに備えてもよい。この場合、時定数を調節することができるため、放電速度を任意に設定することができる。
【００１９】
駆動対象の負荷は、非駆動状態においてハイインピーダンスとなるデバイスであってもよい。
負荷が非駆動状態においてハイインピーダンスとなると、平滑キャパシタの放電経路が存在しないことになるため、放電制御スイッチを設けることによる利点をより享受できる。
【００２０】
駆動対象の負荷は、直列に接続された複数の発光ダイオードであってもよい。発光ダイオードは、非発光状態において、ほとんど電流が流れないハイインピーダンスとなるため、放電制御スイッチを設けることによる利点をより享受できる。
【００２１】
本発明のさらに別の態様は、発光装置である。この発光装置は、直列に接続された複数のダイオードと、複数の発光ダイオードを駆動対象の負荷として駆動する負荷駆動回路と、を備える。
この態様によると、負荷駆動回路の出力電圧が低い状態、すなわち突入電流が発生しうる状態においては、出力電圧が発光ダイオードの発光しきい値電圧より低いため、フォトリレーの入力側のダイオードには電流が流れず、保護抵抗を平滑キャパシタに作用させ、突入電流の発生を抑制することができる。その後、出力電圧が上昇し、発光ダイオードの発光しきい値電圧を越えると、発光ダイオードに電流が流れ、フォトリレーのしきい値電流を越えるため、出力側のスイッチがオンして保護抵抗がバイパスされ、出力電圧の大部分を、発光ダイオードに有効に利用することができる。
【００２２】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を、方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、平滑キャパシタに流れる突入電流を防止し、かつ突入電流防止回路による消費電力を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００２５】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る負荷駆動装置１００の構成を示す回路図である。図１には、負荷駆動装置１００とともに、駆動対象となる負荷４０が示されている。負荷駆動装置１００は、電源３０、平滑キャパシタＣｓおよび突入電流防止回路１０を含んで構成される。
【００２６】
電源３０は、負荷４０を駆動するために必要な駆動電圧（以下、出力電圧ともいう）Ｖｏｕｔを生成し、出力端子３２から出力する。電源３０は、交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータや、入力された直流電圧を昇圧あるいは降圧し、安定化して出力するＤＣ／ＤＣコンバータなどである。以下、電源３０の２つの端子を、第１端子Ｐ５、第２端子Ｐ６という。第２端子Ｐ６は、電位の基準を与える。
【００２７】
平滑キャパシタＣｓは、所定のノード、本実施の形態においては電源３０の出力端子３２の出力電圧Ｖｏｕｔを平滑化するために設けられている。平滑キャパシタＣｓは、平滑化の対象となるノードと固定電圧端子とを結ぶ経路であって、負荷４０と並列の経路上に配置される。図１の回路において、平滑キャパシタＣｓは、一端が平滑化の対象となる出力端子３２に接続され、他端が、後述する保護抵抗Ｒｐを介して接地される。平滑キャパシタＣｓの容量値は、アプリケーションに応じて適宜選択すればよく、たとえば数μＦ〜数百μＦの電解コンデンサを用いることができる。そのほか、セラミックコンデンサなどを利用してもよい。
【００２８】
ある実施の形態においては、平滑キャパシタＣｓは、電源３０の一部を構成してもよい。たとえば、電源３０がスイッチングレギュレータやチャージポンプ回路の場合、その出力キャパシタが平滑キャパシタＣｓに相当する。
【００２９】
突入電流防止回路１０は、平滑キャパシタＣｓに対する突入電流を防止するために設けられ、フォトリレー１２および保護抵抗Ｒｐを含んで構成される。保護抵抗Ｒｐは、電源３０の第１端子Ｐ５から平滑キャパシタＣｓを経て電源３０の第２端子Ｐ６に至る経路上に設けられる。本実施の形態では、保護抵抗Ｒｐが平滑キャパシタＣｓの低電圧側に設けられているが、保護抵抗Ｒｐを平滑キャパシタＣｓの高電圧側に設けてもよい。
【００３０】
保護抵抗Ｒｐは、平滑キャパシタＣｓと直列に接続されて、平滑キャパシタＣｓの充電電流が急激に増加するのを防止する機能を果たす。平滑キャパシタＣｓに印加される充電電圧Ｖｓは、電源３０の出力電圧Ｖｏｕｔと保護抵抗Ｒｐの電圧降下Ｖｄを用いて、Ｖｓ＝（Ｖｏｕｔ−Ｖｄ）で与えられる。したがって、充電電流Ｉｃｈｇが増加すると、保護抵抗Ｒｐでの電圧降下Ｖｄが大きくなり、充電電圧Ｖｓが小さくなり充電電流Ｉｃｈｇが減少するように帰還がかかり、充電電流Ｉｃｈｇの急激な増加が抑制される。別の観点からみれば、平滑キャパシタＣｓと保護抵抗ＲｐはＲＣフィルタを形成しており、フィルタの作用によって、出力電圧Ｖｏｕｔの高周波成分が除去され、充電電流Ｉｃｈｇの急激な増加が抑制されると見ることも可能である。
したがって、保護抵抗Ｒｐの抵抗値は、出力電圧Ｖｏｕｔ、平滑キャパシタＣｓの耐圧、定格電流等を考慮して設定すればよい。たとえば、保護抵抗Ｒｐの抵抗値は、数十Ωから数ｋΩの範囲に設定する。
【００３１】
フォトリレー１２は、入力端子Ｐ１、Ｐ２および出力端子Ｐ３、Ｐ４を備え、入力端子Ｐ１とＰ２の間に、発光素子である発光ダイオードＤ１が、アノードが入力端子Ｐ１側、カソードが入力端子Ｐ２側となる向きにて設けられている。発光ダイオードＤ１は、順方向しきい値電圧を超える電圧が印加され、電流が流れると発光する。出力端子Ｐ３とＰ４の間には、スイッチＳＷ１（フォトトランジスタ）が設けられる。スイッチＳＷ１と発光ダイオードＤ１は、光結合されており、スイッチＳＷ１は発光ダイオードＤ１からの出力される光を受けるとオンし、光を受けない場合にはオフとなる。フォトリレー１２は、発光ダイオードＤ１とスイッチＳＷ１を含んでパッケージ化され市販されるものを利用すればよい。
【００３２】
フォトリレー１２の入力側の発光ダイオードＤ１は、平滑キャパシタＣｓにより平滑された電圧Ｖｏｕｔにより駆動される負荷４０に流れる電流Ｉｌｏａｄに応じたモニタ電流Ｉｍの経路上に設けられる。本実施の形態では、モニタ電流Ｉｍは、負荷電流Ｉｌｏａｄである。
【００３３】
保護抵抗Ｒｐは、上述のように突入電流を防止するための保護素子として機能する反面、負荷電流Ｉｌｏａｄの経路上に配置されるため、損失要素としても働くことになる。したがって、保護抵抗Ｒｐは、突入電流が発生しうる期間のみ平滑キャパシタＣｓに作用し、突入電流が発生しない状態では、その抵抗値はなるべく低く、ゼロであることが望ましい。そこで、フォトリレー１２の出力側のスイッチＳＷ１は、保護抵抗Ｒｐと並列に接続される。スイッチＳＷ１がオンすると、保護抵抗Ｒｐはバイパスされるため、保護抵抗ＲｐとスイッチＳＷ１の合成抵抗が低下し、実質的な抵抗値が下げられる。別の観点から見れば、保護抵抗ＲｐとスイッチＳＷ１は、可変抵抗を構成していると考えられる。
【００３４】
以上のように構成された負荷駆動装置１００の動作について説明する。図２は、負荷駆動装置１００の動作状態を示すタイムチャートである。図２は、上から順に、出力電圧Ｖｏｕｔ、負荷電流Ｉｌｏａｄ、充電電流Ｉｃｈｇ、スイッチＳＷ１のオンオフ状態を示す。スイッチＳＷ１の波形は、ハイレベルがオンの状態に対応する。なお、図２および後出の図４の縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化されている。
【００３５】
時刻ｔ０〜ｔ１の期間、出力電圧Ｖｏｕｔは生成されておらず、０Ｖを維持している。時刻ｔ１に、電源３０が起動し、出力電圧Ｖｏｕｔが目標値に向かって上昇し始める。出力電圧Ｖｏｕｔの上昇とともに平滑キャパシタＣｓが充電されるため、充電電流Ｉｃｈｇも、時刻ｔ１に上昇し始める。
【００３６】
負荷電流Ｉｌｏａｄ、すなわちモニタ電流Ｉｍが上昇して、時刻ｔ２に、フォトリレー１２のしきい値電流Ｉｔｈを越えると、スイッチＳＷ１がオンし、保護抵抗Ｒｐがバイパスされる。保護抵抗Ｒｐがバイパスされると、保護抵抗Ｒｐでの電圧降下Ｖｄが小さくなり、電源３０の出力電圧Ｖｏｕｔを、効率よく負荷４０に供給することができる。その後、負荷４０が出力電圧Ｖｏｕｔにもとづいて、安定に駆動される。
【００３７】
仮に、保護抵抗Ｒｐが設けられていないとすると、充電電流Ｉｃｈｇは、図２に破線で示すように、急激に上昇して突入電流となる。本実施の形態に係る負荷駆動装置１００においては、起動開始直後には、スイッチＳＷ１がオフ状態であるため、保護抵抗Ｒｐが平滑キャパシタＣｓと直列に接続された状態となっており、突入電流が好適に抑制されている。
【００３８】
図１の突入電流防止回路１０により、突入電流を好適に抑制するための条件をまとめると、以下の通りである。
平滑キャパシタＣｓに対する突入電流が発生しうるのは、出力電圧Ｖｏｕｔが低く、負荷電流Ｉｌｏａｄが流れない、もしくは流れても小さい状態である。したがって、平滑キャパシタＣｓおよび負荷４０に、突入電流が発生しうる範囲の出力電圧Ｖｏｕｔが供給された状態で、負荷４０に流れる負荷電流の最大値をＩｍａｘとするとき、
Ｉｍａｘ＜Ｉｔｈ …（１）
が成り立てばよい。この場合、突入電流が発生しうる状態で、フォトリレー１２のスイッチＳＷ１はオンしないため、保護抵抗Ｒｐを機能させて突入電流を防止することができる。
【００３９】
また、出力電圧Ｖｏｕｔが、突入電流が発生しうる範囲を超えて大きくなり、負荷４０に供給された状態、すなわち通常の駆動状態において負荷４０に流れる負荷電流の最小値をＩｍｉｎとするとき、
Ｉｍｉｎ＞Ｉｔｈ …（２）
が成り立てばよい。式（２）が成り立てば、通常の駆動状態において、保護抵抗Ｒｐが常にバイパスされるため、高効率駆動が実現できる。言い換えれば、負荷電流Ｉｌｏａｄは、通常状態において、しきい値電流Ｉｔｈよりも大きければその範囲で変動してもよい。
【００４０】
このように、本実施の形態に係る突入電流防止回路１０によれば、平滑キャパシタＣｓに対する突入電流を好適に防止しつつ、平滑キャパシタＣｓが充電されると、発光ダイオードＤ１の電流が増加する。発光ダイオードＤ１への電流増加にともない、スイッチＳＷ１がオンされ、保護抵抗Ｒｐがバイパスされる。その結果、保護抵抗Ｒｐによる不要な電力消費を抑制することができるとともに、負荷に印加される電圧も高い状態を維持できる。
また、ＬＥＤランプに応用した場合は、ＬＥＤの数を直列に増やすことができ、より明るいランプを実現できる。すなわち、保護抵抗Ｒｐの電圧降下分を、ＬＥＤ点灯電圧に有効利用できる。
【００４１】
本実施の形態では、保護抵抗Ｒｐをバイパスするために、フォトリレー１２を利用している。このフォトリレー１２は、発光ダイオードＤ１およびスイッチＳＷ１で構成されているため、平滑キャパシタＣｓを保護するために必要な素子は、保護抵抗Ｒｐ、発光ダイオードＤ１、スイッチＳＷ１で済み、非常に簡易な回路構成とすることができる。フォトリレーは、数ミリ角の非常に小さなものが利用できるため、突入電流防止回路１０を設けたことによる回路面積の増大はわずかに抑えることができる。
【００４２】
また、好適な回路保護を実現するために考慮すべき条件は、上記式（１）、（２）であるが、しきい値電流Ｉｔｈは、負荷電流の最小値Ｉｍｉｎに近い方がより安全であり、この上限を満たすフォトリレー１２を選択して接続すればすむため、設計が非常に容易である。
【００４３】
以下、比較対象となる回路に対する本実施の形態に係る突入電流防止回路１０の優位性について説明する。
（第１の比較例） フォトリレー１２を用いず、ＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチを保護抵抗Ｒｐと並列に設けた場合
この場合、スイッチをオン、オフするために、負荷電流あるいは負荷電圧を検出し、これをコンパレータなどを利用してしきい値と比較し、スイッチのオンオフを制御する必要がある。この場合、スイッチをオンオフするための電源回路や制御回路が必要となり、部品点数の増加、それに伴う回路面積やコストの増大が問題となる。スイッチとしてサイリスタを利用した場合でも同様である。
【００４４】
第１の比較例に対して、本実施の形態に係る突入電流防止回路１０は、フォトリレー１２を利用するため、スイッチとその制御回路が、出力側のスイッチＳＷ１と入力側の発光ダイオードＤ１で構成されるという利点がある。
【００４５】
（第２の比較例） 保護抵抗Ｒｐの位置にサーミスタを設けた場合
この場合、温度の上昇とともに自動的に突入電流防止用に設けられた抵抗値が低下するため、スイッチを設ける必要がなくなる。しかし、サーミスタの温度が上昇している状態で、平滑キャパシタＣｓの電荷が放電されると、サーミスタの抵抗値が低い状態で充電が行われるため、突入電流が発生するおそれがある。また、サーミスタの抵抗値の変化量は、せいぜい数倍程度である。したがって、ある程度温度が上昇しても、抵抗値は数分の１に低下するにすぎず、損失の低減にも限度がある。
【００４６】
第２の比較例に対して、実施の形態に係る突入電流防止回路１０は、温度のように間接的な状態量ではなく、負荷の動作状態を直接モニタし、ひいては平滑キャパシタＣｓの充電状態を間接的にモニタして抵抗値を切り替えるため、突入電流の発生をより確実に防止することができる。また、スイッチＳＷ１がオンした状態における電圧降下Ｖｄは、フォトリレー１２のスイッチＳＷ１のオン抵抗に比例するが、このオン抵抗は、数十ｍΩから数Ω程度の範囲であるため、本実施の形態では、電圧降下Ｖｄによる電力損失を、第２の比較例に対して低減することができる。
【００４７】
なお、本実施の形態に係る突入電流防止回路１０においては、以下の突入電流の防止方法が実現されている点に留意すべきである。その方法とは、
（１）電源３０から平滑キャパシタＣｓを経て固定電圧端子に至る経路上に可変抵抗を設けるステップと、
（２）入力側のダイオードＤ１が平滑キャパシタＣｓの充電状態に応じた電流Ｉｍの経路上にフォトリレー１２を設けるステップと、
（３）可変抵抗の抵抗値を、フォトリレー１２の出力側のスイッチＳＷ１のオンオフ状態に連動して変化せしめるステップと、を備える。
ここで、可変抵抗（抵抗値切り替え部）は、保護抵抗ＲｐおよびスイッチＳＷ１を含んでおり、スイッチＳＷ１のオンオフに連動して、抵抗値が切り替えられる。また、平滑キャパシタＣｓの充電状態として、平滑キャパシタＣｓにて平滑化された電圧Ｖｏｕｔによって駆動される負荷４０の電流Ｉｌｏａｄを、モニタ電流Ｉｍによってモニタしている。スイッチＳＷのオン状態における可変抵抗の抵抗値は、オフ状態における可変抵抗の抵抗値より低く設定される。したがって、この方法を実現しうる回路は、本発明の範囲に含まれる。
【００４８】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、一般的な負荷の駆動回路について説明した。第２の実施の形態では、突入電流防止回路１０を利用した回路として、負荷にＬＥＤが設けられた発光装置について説明する。
【００４９】
図３は、第２の実施の形態に係る発光装置２００の構成を示す回路図である。発光装置２００は、複数のＬＥＤ４２を含む負荷４０と、複数のＬＥＤ４２を駆動するためのＬＥＤ駆動回路１００ａを備える。
【００５０】
ＬＥＤ駆動回路１００ａは、電源３０、定電流回路２０、突入電流防止回路１０、平滑キャパシタＣｓを含む。電源３０は交流電源３４および整流回路３６を含む。交流電源３４は交流電圧Ｖａｃを生成し、整流回路３６は交流電圧Ｖａｃを整流する。交流電圧Ｖａｃとして、商用交流電圧を利用する場合、交流電源３４はＬＥＤ駆動回路１００ａの外部に設けられる。
【００５１】
整流回路３６の出力端子は、電源３０の出力端子３２となっている。したがって、整流回路３６の出力の電圧が、平滑キャパシタＣｓによって平滑化され、出力電圧Ｖｏｕｔとして負荷４０に供給される。
ＬＥＤ４２の輝度を一定に保つためには、定電流駆動する必要がある。そこで、所定の定電流Ｉｃを生成する定電流回路２０が、ＬＥＤ４２の駆動経路上に設けられる。この定電流Ｉｃは、負荷電流Ｉｌｏａｄと一致する。定電流回路２０の構成は特に限定されるものではなく、公知の回路を利用すればよい。または、定電流ダイオードを利用してもよい。負荷電流Ｉｌｏａｄを所定の値に設定するために、電流経路上にスイッチング素子を設け、ＰＷＭ（パルス幅変調）信号にもとづいてスイッチング駆動し電流を調節する機構を設けてもよい。
【００５２】
第１の実施の形態で説明したように、突入電流防止回路１０は、フォトリレー１２、保護抵抗Ｒｐを含む。保護抵抗Ｒｐは、電源３０の第１の端子から平滑キャパシタＣｓを経て電源３０の第２の端子に至る経路上に設けられる。本実施の形態においても、保護抵抗Ｒｐは、平滑キャパシタＣｓの低電圧側に設けられているが、これを平滑キャパシタＣｓの高電圧側に設けてもよい。
【００５３】
フォトリレー１２の入力側の発光ダイオードＤ１は、負荷４０の駆動経路上に、負荷４０および定電流回路２０と直列に設けられる。また、スイッチＳＷ１は、保護抵抗Ｒｐと並列に接続される。本実施の形態においても、モニタ電流Ｉｍは、負荷電流Ｉｌｏａｄである。また、本実施の形態においても、負荷４０およびフォトリレー１２の入力側の発光ダイオードＤ１は、平滑キャパシタＣｓと並列に接続されている。フォトリレー１２のしきい値電流Ｉｔｈは、Ｉｔｈ＜Ｉｃとなるように設定する。
【００５４】
負荷４０には、ｎ（ｎは自然数）個のＬＥＤ４２が接続されている場合、ＬＥＤ４２に定電流Ｉｃが流れている状態（以下、安定駆動状態という）における定電流回路２０の電圧降下をＶｃｓ、フォトリレー１２の発光ダイオードＤ１の順方向しきい値電圧をＶｆ’とするとき、
Ｖｏｕｔ＝Ｖｄ＋Ｖｃｓ＋Ｖｆ’＋Ｖｌｏａｄ
が成り立つ。また、負荷電圧Ｖｌｏａｄは、
Ｖｌｏａｄ＝ｎ×Ｖｆ
で与えられる。
【００５５】
上述のように、Ｉｃ＞Ｉｔｈが成り立つため、所定の定電流Ｉｃが流れてＬＥＤ４２が発光している状態においては、フォトリレー１２のスイッチＳＷ１はオン状態となる。スイッチＳＷ１のオン抵抗をＲｏｎとするとき、安定駆動状態における保護抵抗Ｒｐの両端の電圧降下Ｖｄは、
Ｖｄ＝（Ｒｐ//Ｒｏｎ）×Ｉｃ
で与えられる一定値となる。なお、（Ｒｐ//Ｒｏｎ）はＲｐとＲｏｎの並列合成抵抗を表す。さらに、所定の電流が流れているときの発光ダイオードＤ１の順方向しきい値電圧Ｖｆ’も一定値をとる。
【００５６】
したがって、ある出力電圧Ｖｏｕｔが与えられるとき、ＬＥＤ４２の個数ｎは、
ｎ≦（Ｖｏｕｔ−Ｖｄ−Ｖｃｓ−Ｖｆ’）／Ｖｆ
となる。商用交流電圧を整流する場合、出力電圧Ｖｏｕｔは、１４０Ｖとなる。具体的な数値を例示すれば、Ｖｏｕｔ＝１４０Ｖ、Ｉｃ＝２０ｍＡ、Ｒｐ//Ｒｏｎ＝１０Ω、Ｖｃｓ＝４Ｖ、Ｖｆ’＝１Ｖ、Ｖｆ＝３Ｖのとき、ｎ≦４４．９となる。ＬＥＤ４２の個数は、電力の有効利用の観点から見ればなるべく大きい方が望ましいため、ｎ＝４４個となる。
【００５７】
以上のように構成されたＬＥＤ駆動回路１００ａの動作について説明する。図４は、図３のＬＥＤ駆動回路１００ａの動作状態を示すタイムチャートである。図４は、上から順に、交流電圧Ｖａｃ、出力電圧Ｖｏｕｔ、充電電流Ｉｃｈｇ、負荷電流Ｉｌｏａｄ、スイッチＳＷ１のオンオフ状態を示す。なお、破線Ｉｃｈｇ’は、保護抵抗Ｒｐが設けられていないときの突入電流を示している。
【００５８】
時刻ｔ１に、交流電圧Ｖａｃが０Ｖから上昇し始め、これに伴い、整流回路３６の出力も、破線Ｖｏｕｔ’で示される波形に従って上昇する。その結果、充電電流Ｉｃｈｇが流れはじめ、平滑キャパシタＣｓの充電が開始される。平滑キャパシタＣｓの充電とともに、出力電圧Ｖｏｕｔが上昇する。
【００５９】
時刻ｔ２に、負荷電流Ｉｌｏａｄが、フォトリレー１２のしきい値電流を超えると、スイッチＳＷ１がオンする。
【００６０】
本実施の形態に係るＬＥＤ駆動回路１００ａによれば、出力電圧Ｖｏｕｔが低い状態、すなわち突入電流が発生しうる状態においては、ＬＥＤ４２に電流が流れないため、スイッチＳＷ１はオフとなり、保護抵抗Ｒｐによって突入電流が抑制される。その後、出力電圧Ｖｏｕｔが上昇して負荷電流Ｉｌｏａｄがしきい値を超えるとスイッチＳＷ１がオンし、保護抵抗Ｒｐの両端の電圧降下Ｖｄが低減される。
【００６１】
このように、本実施の形態に係る突入電流防止回路１０は、ＬＥＤの駆動回路に好適に用いることができる。
【００６２】
上述の実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００６３】
実施の形態では、フォトリレー１２の発光ダイオードＤ１を負荷電流Ｉｌｏａｄの経路上に配置し、負荷電流Ｉｌｏａｄをモニタする場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、モニタ電流Ｉｍは、負荷４０の状態をモニタできればよいため、負荷電流Ｉｌｏａｄに比例した電流であってもよい。図５は、変形例に係る突入電流防止回路１０ａの構成の一部を示す回路図である。図５の突入電流防止回路１０ａにおいて、負荷４０に流れる負荷電流Ｉｌｏａｄをｋ倍するカレントミラー回路４４が設けられている。フォトリレー１２の発光ダイオードＤ１は、カレントミラー回路４４の出力側の電流経路上に接続され、電流Ｉｍ＝ｋ×Ｉｌｏａｄをモニタする。
【００６４】
たとえば、負荷４０に流れる負荷電流Ｉｌｏａｄがフォトリレー１２の定格電流を超える場合には、負荷電流Ｉｌｏａｄをカレントミラー回路を利用してｋ（ｋ＜１）倍すればよい。あるいは、フォトリレー１２のしきい値電流は一定であるため、ミラー比ｋを調節することにより、負荷電流Ｉｌｏａｄに対する見かけ上のしきい値電流を調節することができる。
【００６５】
図１１は、別の変形例に係る突入電流防止回路１０ｅの構成の一部を示す回路図である。突入電流防止回路１０ｅは、図５の突入電流防止回路１０ａと同様に、負荷電流Ｉｌｏａｄがフォトリレー１２の定格入力電流より大きい場合に好適に使用される。
フォトリレー１２は、発光ダイオードＤ１と直列に接続された抵抗成分Ｒ１を含む。図１１の突入電流防止回路１０ｅは、フォトリレー１２の発光ダイオードＤ１（および抵抗成分Ｒ１）と並列に設けられた発光ダイオードＤ３を備える。つまり、負荷４０に流れる負荷電流Ｉｌｏａｄは、発光ダイオードＤ１と発光ダイオードＤ３に分岐する。その結果、発光ダイオードＤ１には、発光ダイオードＤ１および抵抗成分Ｒ１と発光ダイオードＤ３により定まる分流比ｋに応じた電流Ｉｍ＝ｋ×Ｉｌｏａｄが流れる。具体的には、発光ダイオードＤ１、Ｄ３の抵抗値をそれぞれｒ１、ｒ３と書くとき、ｋ＝ｒ３／（ｒ１＋ｒ３＋Ｒ１）となる。図１１の突入電流防止回路１０ｅによれば、フォトリレー１２の入力側に並列に負荷の発光ダイオードＤ３を挿入することで、フォトリレー１２の入力側の定格電流に適応できる。
【００６６】
さらに、実施の形態では、負荷電流Ｉｌｏａｄに応じた電流にもとづき、フォトリレー１２を制御する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。負荷電流Ｉｌｏａｄは、平滑キャパシタＣｓの充電状態、すなわち平滑キャパシタＣｓの電圧を示す状態量の一例であり、平滑キャパシタＣｓの電圧に応じた電流にもとづいて、フォトリレー１２を制御する構成であればよい。たとえば、平滑キャパシタＣｓの電圧を電流に変換する電圧電流変換回路を設け、フォトリレー１２の発光ダイオードＤ１を電圧電流変換回路の出力電流の経路上に設けてもよい。
【００６７】
実施の形態では、フォトリレー１２をひとつだけ設ける場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。図６は、複数のフォトリレー１２を備える変形例に係る突入電流防止回路１０ｂの回路図を示す。図６の回路では、出力電圧Ｖｏｕｔによって、複数の経路に分岐した負荷４０ａ、４０ｂが駆動される。複数のフォトリレー１２ａ、１２ｂの入力側の発光ダイオードＤ１ａ、Ｄ１ｂは、負荷４０ａ、４０ｂの駆動経路上に配置される。フォトリレー１２a、１２ｂの出力側のスイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂは、保護抵抗Ｒｐに対して、並列に接続される。
【００６８】
図６の回路では、出力電圧Ｖｏｕｔがある程度大きくなり、負荷４０ａ、４０ｂの少なくとも一方が駆動されて負荷電流Ｉｌｏａｄａ、Ｉｌｏａｄｂのいずれかが流れれば、保護抵抗Ｒｐをバイパスすることができる。この回路は、負荷４０ａ、４０ｂの少なくとも一方が駆動されている状態において、突入電流が発生しない場合に有効である。
【００６９】
図７は、複数のフォトリレー１２を備える突入電流防止回路１０の別の構成を示す回路図である。図７の突入電流防止回路１０ｃは、２つの保護抵抗Ｒｐａ、Ｒｐｂを備える。２つのフォトリレー１２ａ、１２ｂのスイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂは、それぞれ保護抵抗Ｒｐａ、Ｒｐｂと並列に接続される。
【００７０】
この突入電流防止回路１０ｃでは、直列接続される保護抵抗ＲｐａおよびＲｐｂが、平滑キャパシタＣｓに対する突入電流の防止に寄与する。したがって、たとえば負荷４０ａのみが駆動されるとき、保護抵抗は、Ｒｐｂのみとなり、負荷４０ｂのみが駆動されるとき、保護抵抗はＲｐａのみとなり、いずれも駆動されていないときには、保護抵抗はＲｐａ＋Ｒｐｂとなる。したがって、負荷の駆動状態に応じて、保護抵抗の値を変化させることができる。また、負荷４０ａ、４０ｂの両方が駆動され、負荷電流の合計が大きいときには、保護抵抗Ｒｐａ、Ｒｐｂがともにバイパスされるため、電力損失を好適に低減することができる。
【００７１】
図８は、複数のフォトリレー１２を備える突入電流防止回路のさらに別の構成を示す回路図である。図８の回路では、複数のフォトリレー１２ａ、１２ｂの入力側の発光ダイオードＤ１ａ、Ｄ１ｂが、負荷４０と同一経路上に直列に接続される。また、平滑キャパシタＣｓの経路上には、保護抵抗Ｒｐａ、Ｒｐｂが直列に設けられており、フォトリレー１２ａ、１２ｂの出力側のスイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂが、保護抵抗Ｒｐａ、Ｒｐｂに対して並列に接続されている。フォトリレー１２ａとフォトリレー１２ｂは、異なるしきい値電流Ｉｔｈ１、Ｉｔｈ２を有している。
【００７２】
図８の回路によれば、負荷４０に流れる負荷電流Ｉｌｏａｄが変化する場合に、保護抵抗Ｒｐの抵抗値を、負荷電流Ｉｌｏａｄに応じて段階的に切り替えることができる。一般に、負荷電流Ｉｌｏａｄは、出力電圧Ｖｏｕｔの大きさに応じて変化する。そこで、出力電圧Ｖｏｕｔが低い状態、すなわち突入電流が発生するおそれが高い場合には、負荷電流Ｉｌｏａｄは低くなり、Ｉｌｏａｄ＜Ｉｔｈ１＜Ｉｔｈ２となって、保護抵抗の値は、Ｒｐａ＋Ｒｐｂとなり、突入電流の防止能力が高くなる。
【００７３】
出力電圧Ｖｏｕｔの上昇にともない負荷電流Ｉｌｏａｄが増加し、Ｉｔｈ１＜Ｉｌｏａｄ＜Ｉｔｈ２となると、スイッチＳＷ１ａがオンし、保護抵抗の値はＲｐｂとなる。この状態では、保護抵抗Ｒｐｂによって突入電流が抑制されるとともに、保護抵抗Ｒｐａによる電力損失が低減されている。
【００７４】
さらに出力電圧Ｖｏｕｔが上昇し、Ｉｔｈ１＜Ｉｔｈ２＜Ｉｌｏａｄとなると、スイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂがともにオンし、保護抵抗Ｒｐａ、Ｒｐｂがともにバイパスされ、電力損失がさらに低減される。
【００７５】
このように図８の突入電流防止回路１０ｄによれば、負荷電流Ｉｌｏａｄが変化するような負荷に対して、突入電流の抑制と、電力損失の低減の機能を発揮することができる。
【００７６】
（第３の実施の形態）
第１、第２の実施の形態では、平滑キャパシタに対する突入電流の防止技術について説明した。つまり、装置、回路の起動時の動作に着目した技術である。これに対して、第３の実施の形態では、装置、回路の使用後、あるいは停止時の動作に着目した技術について説明する。
【００７７】
図３の発光装置２００について検討する。上述したように、平滑キャパシタＣｓには、商用交流電圧を平滑化した電圧（Ｖｏｕｔ）が印加され、印加された電圧に比例した電荷が蓄えられる。ここで、ＬＥＤなどの負荷４０の駆動を停止する場合、電源３０を停止する。
【００７８】
電源３０の停止後、出力電圧ＶｏｕｔがＶｆ×ｎより幾分高い場合には、各ＬＥＤ４２に順方向しきい値電圧Ｖｆを超える電圧が印加されるため、ＬＥＤ４２に順方向電流が流れて平滑キャパシタＣｓから電荷が放電される。ところが、放電によって出力電圧Ｖｏｕｔがある程度まで下がると、各ＬＥＤ４２に印加される電圧が順方向しきい値電圧Ｖｆより小さくなるため、ＬＥＤ４２は遮断、もしくはハイインピーダンス状態となる。すなわち、平滑キャパシタＣｓに蓄えられた電荷は放電経路を失い、出力電圧ＶｏｕｔがＶｆ×ｎ付近より低下せず、高電圧が残留するという問題がある。
【００７９】
たとえば図３の発光装置２００が照明として利用される状況では、ユーザがＬＥＤを交換する場合が想定される。この場合に、平滑キャパシタＣｓに電荷が蓄えられていると、ユーザが感電するおそれがある。かかる問題は負荷４０がＬＥＤ４２以外の場合にも発生しうる。第３の実施の形態は、こうした問題を解決する技術を提供する。
【００８０】
図９は、第３の実施の形態に係る発光装置２００ｂの構成を示す回路図である。以下、図９の発光装置２００ｂについて、図３の発光装置２００との相違点を中心に説明する。発光装置２００ｂは、図３の発光装置２００に比べてさらに、放電制御スイッチＳＷｄｉｓ、放電用抵抗Ｒｄｉｓ、電源スイッチＳＷｐを備える。
【００８１】
負荷駆動装置１００ｂの整流回路３６は、ダイオードブリッジで構成される。放電制御スイッチＳＷｄｉｓは、ダイオードブリッジの直流側の正負の端子Ｐ５、Ｐ６の間に接続される。別の見方をすれば、放電制御スイッチＳＷｄｉｓは、平滑キャパシタＣｓの両端の間に設けられる。放電制御スイッチＳＷｄｉｓは、負荷４０の駆動中にオフ状態となり、駆動停止後にオン状態となる。電源スイッチＳＷｐは、電源３０ｂによる交流電圧Ｖａｃの供給を制御するスイッチである。電源スイッチＳＷｐがオンすると、負荷４０に出力電圧Ｖｏｕｔが供給され、ＬＥＤ４２が点灯する。電源スイッチＳＷｐがオフすると、交流電圧Ｖａｃが遮断されるため、負荷４０への電力供給が停止し、ＬＥＤ４２が消灯する。したがって、放電制御スイッチＳＷｄｉｓのオン、オフを、電源スイッチＳＷｐのオン、オフと連動させ、一方がオンのとき他方がオフとなるように制御してもよい。なお、電源スイッチＳＷｐ、放電制御スイッチＳＷｄｉｓは、機械的なスイッチでもよいし、電子的なスイッチであってもよい。機械的なスイッチを利用する場合には、装置を安価に構成することができる。
【００８２】
放電用抵抗Ｒｄｉｓは、ダイオードブリッジの直流側の正負の端子Ｐ５、Ｐ６の間に、放電制御スイッチＳｗｄｉｓと直列に設けられる。
【００８３】
図９の発光装置２００ｂの動作について説明する。電源スイッチＳＷｐをオンすると、放電制御スイッチＳＷｄｉｓがオフし、発光装置２００ｂは図３の発光装置２００と同様に動作する。
電源スイッチＳＷｐをオフすると、負荷４０に対する電力供給が停止し、ＬＥＤ４２が消灯する。このとき、放電制御スイッチＳＷｄｉｓがオンするため、放電制御スイッチＳＷｄｉｓと放電用抵抗Ｒｄｉｓによって、平滑キャパシタＣｓに蓄えられた電荷の放電経路が形成される。平滑キャパシタＣｓに蓄えられた電荷は、放電制御スイッチＳＷｄｉｓ、放電用抵抗Ｒｄｉｓを介して放電されるため、出力電圧Ｖｏｕｔを０Ｖ付近まで低下させることができる。
【００８４】
このように、図９の発光装置２００ｂによれば、放電制御スイッチＳＷｄｉｓを設け、負荷４０の非駆動状態にオンすることにより、平滑キャパシタＣｓに高電圧が残留するという問題を解決することができる。
さらに、放電経路上に放電用抵抗Ｒｄｉｓを設けることにより、ＣＲ時定数が調節されるため、出力電圧Ｖｏｕｔが０Ｖまで低下するまでの時間を好適に調節することができる。なお、放電制御スイッチＳＷｄｉｓのオン抵抗が十分に大きい場合や、出力電圧Ｖｏｕｔを急速に低下させたい場合には、放電用抵抗Ｒｄｉｓを省略してもよい。
【００８５】
図１０は、第３の実施の形態に係る発光装置の別の構成の一部を示す回路図である。図１０の回路図では、電源３０および負荷４０の駆動経路上の定電流回路２０やフォトリレー１２を省略している。図１０の発光装置２００ｃは、放電用フォトリレー５０を備える。放電用フォトリレー５０は、入力側の発光ダイオードＤ２と、出力側のスイッチＳＷ２を含む。この放電用フォトリレー５０では、入力側の発光ダイオードＤ２に電流が流れて発光すると、出力側のスイッチＳＷ２がオフし、発光ダイオードＤ２に電流が流れないとき、スイッチＳＷ２がオンする。すなわち、図１や図３のフォトリレー１２とは逆の動作をする。このようなフォトリレーは市販されている。
【００８６】
図１０の発光装置２００ｃでは、図９の放電制御スイッチＳＷｄｉｓが放電用フォトリレー５０で構成される。すなわち、放電用フォトリレー５０のスイッチＳＷ２が放電制御スイッチＳＷｄｉｓとして、平滑キャパシタＣｓの両端に、放電用抵抗Ｒｄｉｓと直列に接続される。図１０において、放電用抵抗Ｒｄｉｓは、図９と同様に放電速度を調節する役割を果たす。入力側の発光ダイオードＤ２は、負荷４０（ＬＥＤ４２）の駆動経路上に配置される。
【００８７】
図１０の発光装置２００ｃの動作を説明する。ＬＥＤ４２を消灯するために電源３０を停止し、しばらくすると発光ダイオードＤ２に電流が流れなくなる。その結果、スイッチＳＷ２がオンし、放電用抵抗Ｒｄｉｓ、スイッチＳＷ２を介して平滑キャパシタＣｓの電荷が放電され、出力電圧Ｖｏｕｔが０Ｖまで低下していく。したがって、図１０の発光装置２００ｃによっても、図９の発光装置２００ｂと同様に、平滑キャパシタＣｓに高電圧が残留するという問題を解決することができる。
【００８８】
さらに、図１０の発光装置２００ｃでは、放電経路を負荷４０側に設けることになるため、スイッチＳＷ２、放電用抵抗Ｒｄｉｓの設置が容易になるという利点がある。すなわち、たとえば図１０の発光装置２００ｃが天井などに固定照明として利用される場合、放電用抵抗Ｒｄｉｓ、放電用フォトリレー５０、定電流回路（不図示）をモジュール化すれば、壁に放電制御スイッチＳＷｄｉｓを設置する工事が不要となり便宜である。
【００８９】
また図１０の回路では、放電用抵抗Ｒｄｉｓが小さすぎる場合、ＬＥＤ４２、放電用フォトリレー５０の発光ダイオードＤ２に電流が流れない。したがって、起動直後において放電用フォトリレー５０のスイッチＳＷ２はオン状態を維持し、ＬＥＤ４２は点灯できなるなるという問題がある。したがって、放電用抵抗Ｒｄｉｓの抵抗値は、負荷４０の合成動作抵抗より大きくする必要がある。
【００９０】
第３の実施の形態では、図９、図１０を参照しながら、平滑キャパシタＣｓの残留電圧の放電機構について説明した。図９、図１０では、いずれも負荷４０としてＬＥＤ４２を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、非駆動状態においてハイインピーダンスとなる様々なデバイスを負荷として駆動する負荷駆動装置１００に利用することができる。
【００９１】
また、図９、図１０の回路では、第１、第２の実施の形態で説明したフォトリレー１２を用いた突入電流防止機構とともに、放電制御スイッチＳＷｄｉｓを利用した平滑キャパシタＣｓの放電機構を設ける場合について説明した。しかし、本発明のある態様では、これに限定されるものではなく、突入電流防止機構を備えない回路においても、放電制御スイッチＳＷｄｉｓを設けることにより、残留電圧を無くする効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】第１の実施の形態に係る負荷駆動装置の構成を示す回路図である。
【図２】負荷駆動装置の動作状態を示すタイムチャートである。
【図３】第２の実施の形態に係る発光装置の構成を示す回路図である。
【図４】図３のＬＥＤ駆動回路の動作状態を示すタイムチャートである。
【図５】変形例に係る突入電流防止回路の構成の一部を示す回路図である。
【図６】複数のフォトリレーを備える突入電流防止回路の変形例を示す図である。
【図７】複数のフォトリレーを備える突入電流防止回路の別の構成を示す回路図である。
【図８】複数のフォトリレーを備える突入電流防止回路のさらに別の構成を示す回路図である。
【図９】第３の実施の形態に係る発光装置の構成を示す回路図である。
【図１０】第３の実施の形態に係る発光装置の別の構成の一部を示す回路図である。
【図１１】別の変形例に係る突入電流防止回路の構成の一部を示す回路図である。
【符号の説明】
【００９３】
１０ 突入電流防止回路、 １２ フォトリレー、 ２０ 定電流回路、 ３０ 電源、 ３２ 出力端子、 ３４ 交流電源、 ３６ 整流回路、 ４０ 負荷、 ４２ ＬＥＤ、 ４４ カレントミラー回路、 Ｄ１ 発光ダイオード、 ＳＷ１ スイッチ、 １００ 負荷駆動装置、 １００ａ ＬＥＤ駆動回路、 ２００ 発光装置、 Ｒｐ 保護抵抗、 Ｃｓ 平滑キャパシタ、 ＳＷｄｉｓ 放電制御スイッチ、 Ｒｄｉｓ 放電用抵抗、 ５０ 放電用フォトリレー。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路保護技術に関し、特に、平滑キャパシタに流れ込む突入電流の防止技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、蛍光ランプに代えて、高効率、長寿命が期待される発光ダイオード（Light Emitting Diode、以下、ＬＥＤと略す）を照明器具として利用する技術が提案されている。たとえば、特許文献１には、商用交流電圧を整流し、平滑キャパシタを含む平滑回路によって平滑化して、負荷であるＬＥＤのアレイに供給するＬＥＤ点灯装置が開示される。同文献記載のＬＥＤ点灯装置によれば、発光ダイオードの駆動に必要な電圧を安定に供給し続けることができる。
【特許文献１】特開２００４−２７３２６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
平滑化キャパシタは、所定のノードもしくは端子に現れる電位を安定化するために利用される。平滑キャパシタは、安定化の対象となるノードと、接地電位端子や基準電圧端子などの別の端子との間に設けられる。しかしながら、同文献の装置では、回路の起動時等に平滑キャパシタに蓄えられた電荷がゼロもしくは非常に少ない状態において、突然、整流された電圧が平滑キャパシタに印加されると、回路素子の定格電流を越える突入電流が発生し、平滑キャパシタや、その他の回路素子の信頼性に影響を及ぼすおそれがある。
【０００４】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的のひとつは、平滑キャパシタに流れる突入電流を防止する回路の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、所定のノードの電圧を平滑化するための平滑キャパシタに対する突入電流を防止する突入電流防止回路が提供される。この突入電流防止回路は、電源から平滑キャパシタを経て別の端子に至る経路上に設けられた保護抵抗と、入力側のダイオードが平滑キャパシタにより平滑された電圧により駆動される負荷の電流に応じた電流の経路上に設けられ、出力側のスイッチ素子が保護抵抗と並列に接続されたフォトリレーと、を備える。
【０００６】
この態様によると、平滑キャパシタに現れる電圧が低い状態、言い換えれば、突入電流が発生しうる状態においては、フォトリレーの入力側のダイオードに流れる電流がしきい値を越えないため、フォトリレーの出力側のスイッチ素子がオフとなる。その結果、平滑キャパシタに流れ込む充電電流が保護抵抗によって制限され、突入電流の発生が抑制される。平滑キャパシタの充電が進み、平滑キャパシタに現れる電圧が突入電流が発生しない程度に大きくなり負荷の駆動が開始されると、フォトリレーの入力側のダイオードに流れる電流がしきい値を越え、フォトリレーの出力側のスイッチ素子がオンとなる。その結果、平滑キャパシタと同一経路に設けられた保護抵抗が、スイッチ素子によってバイパスされ、保護抵抗による不要な電力消費を低減することができる。なお、「負荷の電流に応じた電流」とは、負荷に流れる電流そのもののほか、その電流をコピーして得られる電流等も含む。
【０００７】
フォトリレーの入力側の発光ダイオードは負荷の電流の経路上に設けられてもよい。この場合、負荷に流れる電流そのものによって、スイッチ素子のオン、オフを切り替えることができる。
【０００８】
さらに、突入電流防止回路は、フォトリレーの入力側の発光ダイオードと並列に設けられた第２の発光ダイオードをさらに備えてもよい。この場合、負荷に流れる電流が、第２の発光ダイオードと、フォトリレーの入力側の発光ダイオードに分岐して流れるため、負荷の電流がフォトリレーの入力定格電流より大きい場合に好適に利用できる。
【０００９】
本発明の別の態様においても、所定のノードの電圧を平滑化するための平滑キャパシタに対する突入電流を防止する突入電流防止回路が提供される。この突入電流防止回路は、電源から平滑キャパシタを経て別の端子に至る経路上に設けられた可変抵抗と、入力側のダイオードが平滑キャパシタの充電状態に応じた電流の経路上に設けられたフォトリレーと、を備える。可変抵抗の抵抗値を、フォトリレーの出力側のスイッチ素子のオンオフ状態に連動して変化せしめるとともに、スイッチ素子のオン状態における可変抵抗の抵抗値を、オフ状態における可変抵抗の抵抗値より低く設定する。
この態様によれば、充電状態に応じてフォトリレーのスイッチがオン、オフするため、充電状態に応じて、電源から別の端子に至る経路のインピーダンスを変化させることができ、突入電流を好適に防止することができる。
【００１０】
ある態様において、平滑キャパシタの充電状態に応じた電流とは、平滑キャパシタにて平滑化された電圧によって駆動される負荷の電流に応じた電流であってもよい。
平滑キャパシタによって駆動される負荷の電流は、充電状態、すなわち、平滑キャパシタに現れる電圧に応じて変化する。したがって、この態様によれば、充電状態を好適にモニタして、突入電流を防止することができる。平滑キャパシタの充電状態に応じた電流としては、このほかに、平滑キャパシタに現れる電圧を電流に変換する電圧電流変換回路を設け、この出力電流を利用してもよい。
【００１１】
本発明の別の態様は、負荷駆動回路に関する。この負荷駆動回路は、交流電圧を整流する整流ブリッジ回路と、整流ブリッジ回路の出力電圧を平滑化し、駆動対象の負荷へと供給する平滑キャパシタと、整流ブリッジ回路の直流側の第１端子から平滑キャパシタを経て整流ブリッジ回路の直流側の第２端子に至る経路上に設けられた保護抵抗と、入力側のダイオードが負荷の駆動経路上に設けられ、出力側のスイッチ素子が保護抵抗と並列に接続されたフォトリレーと、を備える。
【００１２】
この態様によると、負荷の電流が、フォトリレーのしきい値電流（トリガ電流）に達する前は、保護抵抗が作用して突入電流が防止されるとともに、負荷の電流がフォトリレーのしきい値電流を越えるとスイッチがオンし、保護抵抗がバイパスされるため、無駄な電力消費を低減することができる。
【００１３】
ある態様の負荷駆動回路は、負荷およびフォトリレーの出力側のスイッチと同一経路上に設けられた定電流回路をさらに備えてもよい。この場合、出力電圧が負荷を駆動するために必要な電圧を越えると、負荷を定電流駆動することができる。さらに、定電流回路によって生成される定電流の値を、フォトリレーのしきい値電流より大きく設定することにより、負荷の駆動開始とともに、確実にフォトリレーの出力側のスイッチ素子をオンすることができる。
【００１４】
平滑キャパシタは、一端が整流ブリッジ回路の直流側の第１端子に接続されてもよく、保護抵抗は、その一端が整流ブリッジ回路の直流側の第２端子に接続され、その他端が平滑キャパシタの他端に接続されてもよい。負荷およびフォトリレーの入力側のダイオードを、平滑キャパシタと並列に接続してもよい。
【００１５】
ある態様において、整流ブリッジ回路は、ダイオードブリッジを含んでもよい。負荷駆動回路はさらに、ダイオードブリッジの直流側の正負の端子の間に接続された放電制御スイッチをさらに備えてもよい。
平滑キャパシタの一端には、１００Ｖを超す高い電圧が現れる場合がある。この場合に、負荷を駆動しないときに放電制御スイッチをオンすることにより、平滑キャパシタに蓄えられた電荷の放電経路を形成し、平滑キャパシタの端子電圧を低下させることができる。その結果、人体への感電や、その他の要因による短絡故障などを防止することができる。
【００１６】
負荷駆動回路は、ダイオードブリッジの直流側の正負の端子の間に、放電制御スイッチと直列に設けられた放電用抵抗をさらに備えてもよい。この場合、時定数を調節することができるため、放電速度を任意に設定することができる。
【００１７】
放電制御スイッチは、入力側の発光ダイオードと出力側のスイッチ素子を含むフォトリレーで構成されてもよい。スイッチ素子を、放電制御スイッチとして、ダイオードブリッジの直流側の正負の端子の間に配置し、発光ダイオードを、負荷の駆動経路上に配置してもよい。
入力側の発光ダイオードに電流が流れた状態において、出力側のスイッチ素子がオフするタイプのフォトリレーを設けることにより、負荷の駆動状態に応じて、自動的に放電制御スイッチのオフ、オンを切り替えることができる。
【００１８】
負荷駆動回路は、フォトリレーのスイッチ素子と直列に接続された放電用抵抗をさらに備えてもよい。この場合、時定数を調節することができるため、放電速度を任意に設定することができる。
【００１９】
駆動対象の負荷は、非駆動状態においてハイインピーダンスとなるデバイスであってもよい。
負荷が非駆動状態においてハイインピーダンスとなると、平滑キャパシタの放電経路が存在しないことになるため、放電制御スイッチを設けることによる利点をより享受できる。
【００２０】
駆動対象の負荷は、直列に接続された複数の発光ダイオードであってもよい。発光ダイオードは、非発光状態において、ほとんど電流が流れないハイインピーダンスとなるため、放電制御スイッチを設けることによる利点をより享受できる。
【００２１】
本発明のさらに別の態様は、発光装置である。この発光装置は、直列に接続された複数のダイオードと、複数の発光ダイオードを駆動対象の負荷として駆動する負荷駆動回路と、を備える。
この態様によると、負荷駆動回路の出力電圧が低い状態、すなわち突入電流が発生しうる状態においては、出力電圧が発光ダイオードの発光しきい値電圧より低いため、フォトリレーの入力側のダイオードには電流が流れず、保護抵抗を平滑キャパシタに作用させ、突入電流の発生を抑制することができる。その後、出力電圧が上昇し、発光ダイオードの発光しきい値電圧を越えると、発光ダイオードに電流が流れ、フォトリレーのしきい値電流を越えるため、出力側のスイッチがオンして保護抵抗がバイパスされ、出力電圧の大部分を、発光ダイオードに有効に利用することができる。
【００２２】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を、方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、平滑キャパシタに流れる突入電流を防止し、かつ突入電流防止回路による消費電力を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００２５】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る負荷駆動装置１００の構成を示す回路図である。図１には、負荷駆動装置１００とともに、駆動対象となる負荷４０が示されている。負荷駆動装置１００は、電源３０、平滑キャパシタＣｓおよび突入電流防止回路１０を含んで構成される。
【００２６】
電源３０は、負荷４０を駆動するために必要な駆動電圧（以下、出力電圧ともいう）Ｖｏｕｔを生成し、出力端子３２から出力する。電源３０は、交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータや、入力された直流電圧を昇圧あるいは降圧し、安定化して出力するＤＣ／ＤＣコンバータなどである。以下、電源３０の２つの端子を、第１端子Ｐ５、第２端子Ｐ６という。第２端子Ｐ６は、電位の基準を与える。
【００２７】
平滑キャパシタＣｓは、所定のノード、本実施の形態においては電源３０の出力端子３２の出力電圧Ｖｏｕｔを平滑化するために設けられている。平滑キャパシタＣｓは、平滑化の対象となるノードと固定電圧端子とを結ぶ経路であって、負荷４０と並列の経路上に配置される。図１の回路において、平滑キャパシタＣｓは、一端が平滑化の対象となる出力端子３２に接続され、他端が、後述する保護抵抗Ｒｐを介して接地される。平滑キャパシタＣｓの容量値は、アプリケーションに応じて適宜選択すればよく、たとえば数μＦ〜数百μＦの電解コンデンサを用いることができる。そのほか、セラミックコンデンサなどを利用してもよい。
【００２８】
ある実施の形態においては、平滑キャパシタＣｓは、電源３０の一部を構成してもよい。たとえば、電源３０がスイッチングレギュレータやチャージポンプ回路の場合、その出力キャパシタが平滑キャパシタＣｓに相当する。
【００２９】
突入電流防止回路１０は、平滑キャパシタＣｓに対する突入電流を防止するために設けられ、フォトリレー１２および保護抵抗Ｒｐを含んで構成される。保護抵抗Ｒｐは、電源３０の第１端子Ｐ５から平滑キャパシタＣｓを経て電源３０の第２端子Ｐ６に至る経路上に設けられる。本実施の形態では、保護抵抗Ｒｐが平滑キャパシタＣｓの低電圧側に設けられているが、保護抵抗Ｒｐを平滑キャパシタＣｓの高電圧側に設けてもよい。
【００３０】
保護抵抗Ｒｐは、平滑キャパシタＣｓと直列に接続されて、平滑キャパシタＣｓの充電電流が急激に増加するのを防止する機能を果たす。平滑キャパシタＣｓに印加される充電電圧Ｖｓは、電源３０の出力電圧Ｖｏｕｔと保護抵抗Ｒｐの電圧降下Ｖｄを用いて、Ｖｓ＝（Ｖｏｕｔ−Ｖｄ）で与えられる。したがって、充電電流Ｉｃｈｇが増加すると、保護抵抗Ｒｐでの電圧降下Ｖｄが大きくなり、充電電圧Ｖｓが小さくなり充電電流Ｉｃｈｇが減少するように帰還がかかり、充電電流Ｉｃｈｇの急激な増加が抑制される。別の観点からみれば、平滑キャパシタＣｓと保護抵抗ＲｐはＲＣフィルタを形成しており、フィルタの作用によって、出力電圧Ｖｏｕｔの高周波成分が除去され、充電電流Ｉｃｈｇの急激な増加が抑制されると見ることも可能である。
したがって、保護抵抗Ｒｐの抵抗値は、出力電圧Ｖｏｕｔ、平滑キャパシタＣｓの耐圧、定格電流等を考慮して設定すればよい。たとえば、保護抵抗Ｒｐの抵抗値は、数十Ωから数ｋΩの範囲に設定する。
【００３１】
フォトリレー１２は、入力端子Ｐ１、Ｐ２および出力端子Ｐ３、Ｐ４を備え、入力端子Ｐ１とＰ２の間に、発光素子である発光ダイオードＤ１が、アノードが入力端子Ｐ１側、カソードが入力端子Ｐ２側となる向きにて設けられている。発光ダイオードＤ１は、順方向しきい値電圧を超える電圧が印加され、電流が流れると発光する。出力端子Ｐ３とＰ４の間には、スイッチＳＷ１（フォトトランジスタ）が設けられる。スイッチＳＷ１と発光ダイオードＤ１は、光結合されており、スイッチＳＷ１は発光ダイオードＤ１からの出力される光を受けるとオンし、光を受けない場合にはオフとなる。フォトリレー１２は、発光ダイオードＤ１とスイッチＳＷ１を含んでパッケージ化され市販されるものを利用すればよい。
【００３２】
フォトリレー１２の入力側の発光ダイオードＤ１は、平滑キャパシタＣｓにより平滑された電圧Ｖｏｕｔにより駆動される負荷４０に流れる電流Ｉｌｏａｄに応じたモニタ電流Ｉｍの経路上に設けられる。本実施の形態では、モニタ電流Ｉｍは、負荷電流Ｉｌｏａｄである。
【００３３】
保護抵抗Ｒｐは、上述のように突入電流を防止するための保護素子として機能する反面、負荷電流Ｉｌｏａｄの経路上に配置されるため、損失要素としても働くことになる。したがって、保護抵抗Ｒｐは、突入電流が発生しうる期間のみ平滑キャパシタＣｓに作用し、突入電流が発生しない状態では、その抵抗値はなるべく低く、ゼロであることが望ましい。そこで、フォトリレー１２の出力側のスイッチＳＷ１は、保護抵抗Ｒｐと並列に接続される。スイッチＳＷ１がオンすると、保護抵抗Ｒｐはバイパスされるため、保護抵抗ＲｐとスイッチＳＷ１の合成抵抗が低下し、実質的な抵抗値が下げられる。別の観点から見れば、保護抵抗ＲｐとスイッチＳＷ１は、可変抵抗を構成していると考えられる。
【００３４】
以上のように構成された負荷駆動装置１００の動作について説明する。図２は、負荷駆動装置１００の動作状態を示すタイムチャートである。図２は、上から順に、出力電圧Ｖｏｕｔ、負荷電流Ｉｌｏａｄ、充電電流Ｉｃｈｇ、スイッチＳＷ１のオンオフ状態を示す。スイッチＳＷ１の波形は、ハイレベルがオンの状態に対応する。なお、図２および後出の図４の縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化されている。
【００３５】
時刻ｔ０〜ｔ１の期間、出力電圧Ｖｏｕｔは生成されておらず、０Ｖを維持している。時刻ｔ１に、電源３０が起動し、出力電圧Ｖｏｕｔが目標値に向かって上昇し始める。出力電圧Ｖｏｕｔの上昇とともに平滑キャパシタＣｓが充電されるため、充電電流Ｉｃｈｇも、時刻ｔ１に上昇し始める。
【００３６】
負荷電流Ｉｌｏａｄ、すなわちモニタ電流Ｉｍが上昇して、時刻ｔ２に、フォトリレー１２のしきい値電流Ｉｔｈを越えると、スイッチＳＷ１がオンし、保護抵抗Ｒｐがバイパスされる。保護抵抗Ｒｐがバイパスされると、保護抵抗Ｒｐでの電圧降下Ｖｄが小さくなり、電源３０の出力電圧Ｖｏｕｔを、効率よく負荷４０に供給することができる。その後、負荷４０が出力電圧Ｖｏｕｔにもとづいて、安定に駆動される。
【００３７】
仮に、保護抵抗Ｒｐが設けられていないとすると、充電電流Ｉｃｈｇは、図２に破線で示すように、急激に上昇して突入電流となる。本実施の形態に係る負荷駆動装置１００においては、起動開始直後には、スイッチＳＷ１がオフ状態であるため、保護抵抗Ｒｐが平滑キャパシタＣｓと直列に接続された状態となっており、突入電流が好適に抑制されている。
【００３８】
図１の突入電流防止回路１０により、突入電流を好適に抑制するための条件をまとめると、以下の通りである。
平滑キャパシタＣｓに対する突入電流が発生しうるのは、出力電圧Ｖｏｕｔが低く、負荷電流Ｉｌｏａｄが流れない、もしくは流れても小さい状態である。したがって、平滑キャパシタＣｓおよび負荷４０に、突入電流が発生しうる範囲の出力電圧Ｖｏｕｔが供給された状態で、負荷４０に流れる負荷電流の最大値をＩｍａｘとするとき、
Ｉｍａｘ＜Ｉｔｈ …（１）
が成り立てばよい。この場合、突入電流が発生しうる状態で、フォトリレー１２のスイッチＳＷ１はオンしないため、保護抵抗Ｒｐを機能させて突入電流を防止することができる。
【００３９】
また、出力電圧Ｖｏｕｔが、突入電流が発生しうる範囲を超えて大きくなり、負荷４０に供給された状態、すなわち通常の駆動状態において負荷４０に流れる負荷電流の最小値をＩｍｉｎとするとき、
Ｉｍｉｎ＞Ｉｔｈ …（２）
が成り立てばよい。式（２）が成り立てば、通常の駆動状態において、保護抵抗Ｒｐが常にバイパスされるため、高効率駆動が実現できる。言い換えれば、負荷電流Ｉｌｏａｄは、通常状態において、しきい値電流Ｉｔｈよりも大きければその範囲で変動してもよい。
【００４０】
このように、本実施の形態に係る突入電流防止回路１０によれば、平滑キャパシタＣｓに対する突入電流を好適に防止しつつ、平滑キャパシタＣｓが充電されると、発光ダイオードＤ１の電流が増加する。発光ダイオードＤ１への電流増加にともない、スイッチＳＷ１がオンされ、保護抵抗Ｒｐがバイパスされる。その結果、保護抵抗Ｒｐによる不要な電力消費を抑制することができるとともに、負荷に印加される電圧も高い状態を維持できる。
また、ＬＥＤランプに応用した場合は、ＬＥＤの数を直列に増やすことができ、より明るいランプを実現できる。すなわち、保護抵抗Ｒｐの電圧降下分を、ＬＥＤ点灯電圧に有効利用できる。
【００４１】
本実施の形態では、保護抵抗Ｒｐをバイパスするために、フォトリレー１２を利用している。このフォトリレー１２は、発光ダイオードＤ１およびスイッチＳＷ１で構成されているため、平滑キャパシタＣｓを保護するために必要な素子は、保護抵抗Ｒｐ、発光ダイオードＤ１、スイッチＳＷ１で済み、非常に簡易な回路構成とすることができる。フォトリレーは、数ミリ角の非常に小さなものが利用できるため、突入電流防止回路１０を設けたことによる回路面積の増大はわずかに抑えることができる。
【００４２】
また、好適な回路保護を実現するために考慮すべき条件は、上記式（１）、（２）であるが、しきい値電流Ｉｔｈは、負荷電流の最小値Ｉｍｉｎに近い方がより安全であり、この上限を満たすフォトリレー１２を選択して接続すればすむため、設計が非常に容易である。
【００４３】
以下、比較対象となる回路に対する本実施の形態に係る突入電流防止回路１０の優位性について説明する。
（第１の比較例） フォトリレー１２を用いず、ＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチを保護抵抗Ｒｐと並列に設けた場合
この場合、スイッチをオン、オフするために、負荷電流あるいは負荷電圧を検出し、これをコンパレータなどを利用してしきい値と比較し、スイッチのオンオフを制御する必要がある。この場合、スイッチをオンオフするための電源回路や制御回路が必要となり、部品点数の増加、それに伴う回路面積やコストの増大が問題となる。スイッチとしてサイリスタを利用した場合でも同様である。
【００４４】
第１の比較例に対して、本実施の形態に係る突入電流防止回路１０は、フォトリレー１２を利用するため、スイッチとその制御回路が、出力側のスイッチＳＷ１と入力側の発光ダイオードＤ１で構成されるという利点がある。
【００４５】
（第２の比較例） 保護抵抗Ｒｐの位置にサーミスタを設けた場合
この場合、温度の上昇とともに自動的に突入電流防止用に設けられた抵抗値が低下するため、スイッチを設ける必要がなくなる。しかし、サーミスタの温度が上昇している状態で、平滑キャパシタＣｓの電荷が放電されると、サーミスタの抵抗値が低い状態で充電が行われるため、突入電流が発生するおそれがある。また、サーミスタの抵抗値の変化量は、せいぜい数倍程度である。したがって、ある程度温度が上昇しても、抵抗値は数分の１に低下するにすぎず、損失の低減にも限度がある。
【００４６】
第２の比較例に対して、実施の形態に係る突入電流防止回路１０は、温度のように間接的な状態量ではなく、負荷の動作状態を直接モニタし、ひいては平滑キャパシタＣｓの充電状態を間接的にモニタして抵抗値を切り替えるため、突入電流の発生をより確実に防止することができる。また、スイッチＳＷ１がオンした状態における電圧降下Ｖｄは、フォトリレー１２のスイッチＳＷ１のオン抵抗に比例するが、このオン抵抗は、数十ｍΩから数Ω程度の範囲であるため、本実施の形態では、電圧降下Ｖｄによる電力損失を、第２の比較例に対して低減することができる。
【００４７】
なお、本実施の形態に係る突入電流防止回路１０においては、以下の突入電流の防止方法が実現されている点に留意すべきである。その方法とは、
（１）電源３０から平滑キャパシタＣｓを経て固定電圧端子に至る経路上に可変抵抗を設けるステップと、
（２）入力側のダイオードＤ１が平滑キャパシタＣｓの充電状態に応じた電流Ｉｍの経路上にフォトリレー１２を設けるステップと、
（３）可変抵抗の抵抗値を、フォトリレー１２の出力側のスイッチＳＷ１のオンオフ状態に連動して変化せしめるステップと、を備える。
ここで、可変抵抗（抵抗値切り替え部）は、保護抵抗ＲｐおよびスイッチＳＷ１を含んでおり、スイッチＳＷ１のオンオフに連動して、抵抗値が切り替えられる。また、平滑キャパシタＣｓの充電状態として、平滑キャパシタＣｓにて平滑化された電圧Ｖｏｕｔによって駆動される負荷４０の電流Ｉｌｏａｄを、モニタ電流Ｉｍによってモニタしている。スイッチＳＷのオン状態における可変抵抗の抵抗値は、オフ状態における可変抵抗の抵抗値より低く設定される。したがって、この方法を実現しうる回路は、本発明の範囲に含まれる。
【００４８】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、一般的な負荷の駆動回路について説明した。第２の実施の形態では、突入電流防止回路１０を利用した回路として、負荷にＬＥＤが設けられた発光装置について説明する。
【００４９】
図３は、第２の実施の形態に係る発光装置２００の構成を示す回路図である。発光装置２００は、複数のＬＥＤ４２を含む負荷４０と、複数のＬＥＤ４２を駆動するためのＬＥＤ駆動回路１００ａを備える。
【００５０】
ＬＥＤ駆動回路１００ａは、電源３０、定電流回路２０、突入電流防止回路１０、平滑キャパシタＣｓを含む。電源３０は交流電源３４および整流回路３６を含む。交流電源３４は交流電圧Ｖａｃを生成し、整流回路３６は交流電圧Ｖａｃを整流する。交流電圧Ｖａｃとして、商用交流電圧を利用する場合、交流電源３４はＬＥＤ駆動回路１００ａの外部に設けられる。
【００５１】
整流回路３６の出力端子は、電源３０の出力端子３２となっている。したがって、整流回路３６の出力の電圧が、平滑キャパシタＣｓによって平滑化され、出力電圧Ｖｏｕｔとして負荷４０に供給される。
ＬＥＤ４２の輝度を一定に保つためには、定電流駆動する必要がある。そこで、所定の定電流Ｉｃを生成する定電流回路２０が、ＬＥＤ４２の駆動経路上に設けられる。この定電流Ｉｃは、負荷電流Ｉｌｏａｄと一致する。定電流回路２０の構成は特に限定されるものではなく、公知の回路を利用すればよい。または、定電流ダイオードを利用してもよい。負荷電流Ｉｌｏａｄを所定の値に設定するために、電流経路上にスイッチング素子を設け、ＰＷＭ（パルス幅変調）信号にもとづいてスイッチング駆動し電流を調節する機構を設けてもよい。
【００５２】
第１の実施の形態で説明したように、突入電流防止回路１０は、フォトリレー１２、保護抵抗Ｒｐを含む。保護抵抗Ｒｐは、電源３０の第１の端子から平滑キャパシタＣｓを経て電源３０の第２の端子に至る経路上に設けられる。本実施の形態においても、保護抵抗Ｒｐは、平滑キャパシタＣｓの低電圧側に設けられているが、これを平滑キャパシタＣｓの高電圧側に設けてもよい。
【００５３】
フォトリレー１２の入力側の発光ダイオードＤ１は、負荷４０の駆動経路上に、負荷４０および定電流回路２０と直列に設けられる。また、スイッチＳＷ１は、保護抵抗Ｒｐと並列に接続される。本実施の形態においても、モニタ電流Ｉｍは、負荷電流Ｉｌｏａｄである。また、本実施の形態においても、負荷４０およびフォトリレー１２の入力側の発光ダイオードＤ１は、平滑キャパシタＣｓと並列に接続されている。フォトリレー１２のしきい値電流Ｉｔｈは、Ｉｔｈ＜Ｉｃとなるように設定する。
【００５４】
負荷４０には、ｎ（ｎは自然数）個のＬＥＤ４２が接続されている場合、ＬＥＤ４２に定電流Ｉｃが流れている状態（以下、安定駆動状態という）における定電流回路２０の電圧降下をＶｃｓ、フォトリレー１２の発光ダイオードＤ１の順方向しきい値電圧をＶｆ’とするとき、
Ｖｏｕｔ＝Ｖｄ＋Ｖｃｓ＋Ｖｆ’＋Ｖｌｏａｄ
が成り立つ。また、負荷電圧Ｖｌｏａｄは、
Ｖｌｏａｄ＝ｎ×Ｖｆ
で与えられる。
【００５５】
上述のように、Ｉｃ＞Ｉｔｈが成り立つため、所定の定電流Ｉｃが流れてＬＥＤ４２が発光している状態においては、フォトリレー１２のスイッチＳＷ１はオン状態となる。スイッチＳＷ１のオン抵抗をＲｏｎとするとき、安定駆動状態における保護抵抗Ｒｐの両端の電圧降下Ｖｄは、
Ｖｄ＝（Ｒｐ//Ｒｏｎ）×Ｉｃ
で与えられる一定値となる。なお、（Ｒｐ//Ｒｏｎ）はＲｐとＲｏｎの並列合成抵抗を表す。さらに、所定の電流が流れているときの発光ダイオードＤ１の順方向しきい値電圧Ｖｆ’も一定値をとる。
【００５６】
したがって、ある出力電圧Ｖｏｕｔが与えられるとき、ＬＥＤ４２の個数ｎは、
ｎ≦（Ｖｏｕｔ−Ｖｄ−Ｖｃｓ−Ｖｆ’）／Ｖｆ
となる。商用交流電圧を整流する場合、出力電圧Ｖｏｕｔは、１４０Ｖとなる。具体的な数値を例示すれば、Ｖｏｕｔ＝１４０Ｖ、Ｉｃ＝２０ｍＡ、Ｒｐ//Ｒｏｎ＝１０Ω、Ｖｃｓ＝４Ｖ、Ｖｆ’＝１Ｖ、Ｖｆ＝３Ｖのとき、ｎ≦４４．９となる。ＬＥＤ４２の個数は、電力の有効利用の観点から見ればなるべく大きい方が望ましいため、ｎ＝４４個となる。
【００５７】
以上のように構成されたＬＥＤ駆動回路１００ａの動作について説明する。図４は、図３のＬＥＤ駆動回路１００ａの動作状態を示すタイムチャートである。図４は、上から順に、交流電圧Ｖａｃ、出力電圧Ｖｏｕｔ、充電電流Ｉｃｈｇ、負荷電流Ｉｌｏａｄ、スイッチＳＷ１のオンオフ状態を示す。なお、破線Ｉｃｈｇ’は、保護抵抗Ｒｐが設けられていないときの突入電流を示している。
【００５８】
時刻ｔ１に、交流電圧Ｖａｃが０Ｖから上昇し始め、これに伴い、整流回路３６の出力も、破線Ｖｏｕｔ’で示される波形に従って上昇する。その結果、充電電流Ｉｃｈｇが流れはじめ、平滑キャパシタＣｓの充電が開始される。平滑キャパシタＣｓの充電とともに、出力電圧Ｖｏｕｔが上昇する。
【００５９】
時刻ｔ２に、負荷電流Ｉｌｏａｄが、フォトリレー１２のしきい値電流を超えると、スイッチＳＷ１がオンする。
【００６０】
本実施の形態に係るＬＥＤ駆動回路１００ａによれば、出力電圧Ｖｏｕｔが低い状態、すなわち突入電流が発生しうる状態においては、ＬＥＤ４２に電流が流れないため、スイッチＳＷ１はオフとなり、保護抵抗Ｒｐによって突入電流が抑制される。その後、出力電圧Ｖｏｕｔが上昇して負荷電流Ｉｌｏａｄがしきい値を超えるとスイッチＳＷ１がオンし、保護抵抗Ｒｐの両端の電圧降下Ｖｄが低減される。
【００６１】
このように、本実施の形態に係る突入電流防止回路１０は、ＬＥＤの駆動回路に好適に用いることができる。
【００６２】
上述の実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００６３】
実施の形態では、フォトリレー１２の発光ダイオードＤ１を負荷電流Ｉｌｏａｄの経路上に配置し、負荷電流Ｉｌｏａｄをモニタする場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、モニタ電流Ｉｍは、負荷４０の状態をモニタできればよいため、負荷電流Ｉｌｏａｄに比例した電流であってもよい。図５は、変形例に係る突入電流防止回路１０ａの構成の一部を示す回路図である。図５の突入電流防止回路１０ａにおいて、負荷４０に流れる負荷電流Ｉｌｏａｄをｋ倍するカレントミラー回路４４が設けられている。フォトリレー１２の発光ダイオードＤ１は、カレントミラー回路４４の出力側の電流経路上に接続され、電流Ｉｍ＝ｋ×Ｉｌｏａｄをモニタする。
【００６４】
たとえば、負荷４０に流れる負荷電流Ｉｌｏａｄがフォトリレー１２の定格電流を超える場合には、負荷電流Ｉｌｏａｄをカレントミラー回路を利用してｋ（ｋ＜１）倍すればよい。あるいは、フォトリレー１２のしきい値電流は一定であるため、ミラー比ｋを調節することにより、負荷電流Ｉｌｏａｄに対する見かけ上のしきい値電流を調節することができる。
【００６５】
図１１は、別の変形例に係る突入電流防止回路１０ｅの構成の一部を示す回路図である。突入電流防止回路１０ｅは、図５の突入電流防止回路１０ａと同様に、負荷電流Ｉｌｏａｄがフォトリレー１２の定格入力電流より大きい場合に好適に使用される。
フォトリレー１２は、発光ダイオードＤ１と直列に接続された抵抗成分Ｒ１を含む。図１１の突入電流防止回路１０ｅは、フォトリレー１２の発光ダイオードＤ１（および抵抗成分Ｒ１）と並列に設けられた発光ダイオードＤ３を備える。つまり、負荷４０に流れる負荷電流Ｉｌｏａｄは、発光ダイオードＤ１と発光ダイオードＤ３に分岐する。その結果、発光ダイオードＤ１には、発光ダイオードＤ１および抵抗成分Ｒ１と発光ダイオードＤ３により定まる分流比ｋに応じた電流Ｉｍ＝ｋ×Ｉｌｏａｄが流れる。具体的には、発光ダイオードＤ１、Ｄ３の抵抗値をそれぞれｒ１、ｒ３と書くとき、ｋ＝ｒ３／（ｒ１＋ｒ３＋Ｒ１）となる。図１１の突入電流防止回路１０ｅによれば、フォトリレー１２の入力側に並列に負荷の発光ダイオードＤ３を挿入することで、フォトリレー１２の入力側の定格電流に適応できる。
【００６６】
さらに、実施の形態では、負荷電流Ｉｌｏａｄに応じた電流にもとづき、フォトリレー１２を制御する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。負荷電流Ｉｌｏａｄは、平滑キャパシタＣｓの充電状態、すなわち平滑キャパシタＣｓの電圧を示す状態量の一例であり、平滑キャパシタＣｓの電圧に応じた電流にもとづいて、フォトリレー１２を制御する構成であればよい。たとえば、平滑キャパシタＣｓの電圧を電流に変換する電圧電流変換回路を設け、フォトリレー１２の発光ダイオードＤ１を電圧電流変換回路の出力電流の経路上に設けてもよい。
【００６７】
実施の形態では、フォトリレー１２をひとつだけ設ける場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。図６は、複数のフォトリレー１２を備える変形例に係る突入電流防止回路１０ｂの回路図を示す。図６の回路では、出力電圧Ｖｏｕｔによって、複数の経路に分岐した負荷４０ａ、４０ｂが駆動される。複数のフォトリレー１２ａ、１２ｂの入力側の発光ダイオードＤ１ａ、Ｄ１ｂは、負荷４０ａ、４０ｂの駆動経路上に配置される。フォトリレー１２a、１２ｂの出力側のスイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂは、保護抵抗Ｒｐに対して、並列に接続される。
【００６８】
図６の回路では、出力電圧Ｖｏｕｔがある程度大きくなり、負荷４０ａ、４０ｂの少なくとも一方が駆動されて負荷電流Ｉｌｏａｄａ、Ｉｌｏａｄｂのいずれかが流れれば、保護抵抗Ｒｐをバイパスすることができる。この回路は、負荷４０ａ、４０ｂの少なくとも一方が駆動されている状態において、突入電流が発生しない場合に有効である。
【００６９】
図７は、複数のフォトリレー１２を備える突入電流防止回路１０の別の構成を示す回路図である。図７の突入電流防止回路１０ｃは、２つの保護抵抗Ｒｐａ、Ｒｐｂを備える。２つのフォトリレー１２ａ、１２ｂのスイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂは、それぞれ保護抵抗Ｒｐａ、Ｒｐｂと並列に接続される。
【００７０】
この突入電流防止回路１０ｃでは、直列接続される保護抵抗ＲｐａおよびＲｐｂが、平滑キャパシタＣｓに対する突入電流の防止に寄与する。したがって、たとえば負荷４０ａのみが駆動されるとき、保護抵抗は、Ｒｐｂのみとなり、負荷４０ｂのみが駆動されるとき、保護抵抗はＲｐａのみとなり、いずれも駆動されていないときには、保護抵抗はＲｐａ＋Ｒｐｂとなる。したがって、負荷の駆動状態に応じて、保護抵抗の値を変化させることができる。また、負荷４０ａ、４０ｂの両方が駆動され、負荷電流の合計が大きいときには、保護抵抗Ｒｐａ、Ｒｐｂがともにバイパスされるため、電力損失を好適に低減することができる。
【００７１】
図８は、複数のフォトリレー１２を備える突入電流防止回路のさらに別の構成を示す回路図である。図８の回路では、複数のフォトリレー１２ａ、１２ｂの入力側の発光ダイオードＤ１ａ、Ｄ１ｂが、負荷４０と同一経路上に直列に接続される。また、平滑キャパシタＣｓの経路上には、保護抵抗Ｒｐａ、Ｒｐｂが直列に設けられており、フォトリレー１２ａ、１２ｂの出力側のスイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂが、保護抵抗Ｒｐａ、Ｒｐｂに対して並列に接続されている。フォトリレー１２ａとフォトリレー１２ｂは、異なるしきい値電流Ｉｔｈ１、Ｉｔｈ２を有している。
【００７２】
図８の回路によれば、負荷４０に流れる負荷電流Ｉｌｏａｄが変化する場合に、保護抵抗Ｒｐの抵抗値を、負荷電流Ｉｌｏａｄに応じて段階的に切り替えることができる。一般に、負荷電流Ｉｌｏａｄは、出力電圧Ｖｏｕｔの大きさに応じて変化する。そこで、出力電圧Ｖｏｕｔが低い状態、すなわち突入電流が発生するおそれが高い場合には、負荷電流Ｉｌｏａｄは低くなり、Ｉｌｏａｄ＜Ｉｔｈ１＜Ｉｔｈ２となって、保護抵抗の値は、Ｒｐａ＋Ｒｐｂとなり、突入電流の防止能力が高くなる。
【００７３】
出力電圧Ｖｏｕｔの上昇にともない負荷電流Ｉｌｏａｄが増加し、Ｉｔｈ１＜Ｉｌｏａｄ＜Ｉｔｈ２となると、スイッチＳＷ１ａがオンし、保護抵抗の値はＲｐｂとなる。この状態では、保護抵抗Ｒｐｂによって突入電流が抑制されるとともに、保護抵抗Ｒｐａによる電力損失が低減されている。
【００７４】
さらに出力電圧Ｖｏｕｔが上昇し、Ｉｔｈ１＜Ｉｔｈ２＜Ｉｌｏａｄとなると、スイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂがともにオンし、保護抵抗Ｒｐａ、Ｒｐｂがともにバイパスされ、電力損失がさらに低減される。
【００７５】
このように図８の突入電流防止回路１０ｄによれば、負荷電流Ｉｌｏａｄが変化するような負荷に対して、突入電流の抑制と、電力損失の低減の機能を発揮することができる。
【００７６】
（第３の実施の形態）
第１、第２の実施の形態では、平滑キャパシタに対する突入電流の防止技術について説明した。つまり、装置、回路の起動時の動作に着目した技術である。これに対して、第３の実施の形態では、装置、回路の使用後、あるいは停止時の動作に着目した技術について説明する。
【００７７】
図３の発光装置２００について検討する。上述したように、平滑キャパシタＣｓには、商用交流電圧を平滑化した電圧（Ｖｏｕｔ）が印加され、印加された電圧に比例した電荷が蓄えられる。ここで、ＬＥＤなどの負荷４０の駆動を停止する場合、電源３０を停止する。
【００７８】
電源３０の停止後、出力電圧ＶｏｕｔがＶｆ×ｎより幾分高い場合には、各ＬＥＤ４２に順方向しきい値電圧Ｖｆを超える電圧が印加されるため、ＬＥＤ４２に順方向電流が流れて平滑キャパシタＣｓから電荷が放電される。ところが、放電によって出力電圧Ｖｏｕｔがある程度まで下がると、各ＬＥＤ４２に印加される電圧が順方向しきい値電圧Ｖｆより小さくなるため、ＬＥＤ４２は遮断、もしくはハイインピーダンス状態となる。すなわち、平滑キャパシタＣｓに蓄えられた電荷は放電経路を失い、出力電圧ＶｏｕｔがＶｆ×ｎ付近より低下せず、高電圧が残留するという問題がある。
【００７９】
たとえば図３の発光装置２００が照明として利用される状況では、ユーザがＬＥＤを交換する場合が想定される。この場合に、平滑キャパシタＣｓに電荷が蓄えられていると、ユーザが感電するおそれがある。かかる問題は負荷４０がＬＥＤ４２以外の場合にも発生しうる。第３の実施の形態は、こうした問題を解決する技術を提供する。
【００８０】
図９は、第３の実施の形態に係る発光装置２００ｂの構成を示す回路図である。以下、図９の発光装置２００ｂについて、図３の発光装置２００との相違点を中心に説明する。発光装置２００ｂは、図３の発光装置２００に比べてさらに、放電制御スイッチＳＷｄｉｓ、放電用抵抗Ｒｄｉｓ、電源スイッチＳＷｐを備える。
【００８１】
負荷駆動装置１００ｂの整流回路３６は、ダイオードブリッジで構成される。放電制御スイッチＳＷｄｉｓは、ダイオードブリッジの直流側の正負の端子Ｐ５、Ｐ６の間に接続される。別の見方をすれば、放電制御スイッチＳＷｄｉｓは、平滑キャパシタＣｓの両端の間に設けられる。放電制御スイッチＳＷｄｉｓは、負荷４０の駆動中にオフ状態となり、駆動停止後にオン状態となる。電源スイッチＳＷｐは、電源３０ｂによる交流電圧Ｖａｃの供給を制御するスイッチである。電源スイッチＳＷｐがオンすると、負荷４０に出力電圧Ｖｏｕｔが供給され、ＬＥＤ４２が点灯する。電源スイッチＳＷｐがオフすると、交流電圧Ｖａｃが遮断されるため、負荷４０への電力供給が停止し、ＬＥＤ４２が消灯する。したがって、放電制御スイッチＳＷｄｉｓのオン、オフを、電源スイッチＳＷｐのオン、オフと連動させ、一方がオンのとき他方がオフとなるように制御してもよい。なお、電源スイッチＳＷｐ、放電制御スイッチＳＷｄｉｓは、機械的なスイッチでもよいし、電子的なスイッチであってもよい。機械的なスイッチを利用する場合には、装置を安価に構成することができる。
【００８２】
放電用抵抗Ｒｄｉｓは、ダイオードブリッジの直流側の正負の端子Ｐ５、Ｐ６の間に、放電制御スイッチＳｗｄｉｓと直列に設けられる。
【００８３】
図９の発光装置２００ｂの動作について説明する。電源スイッチＳＷｐをオンすると、放電制御スイッチＳＷｄｉｓがオフし、発光装置２００ｂは図３の発光装置２００と同様に動作する。
電源スイッチＳＷｐをオフすると、負荷４０に対する電力供給が停止し、ＬＥＤ４２が消灯する。このとき、放電制御スイッチＳＷｄｉｓがオンするため、放電制御スイッチＳＷｄｉｓと放電用抵抗Ｒｄｉｓによって、平滑キャパシタＣｓに蓄えられた電荷の放電経路が形成される。平滑キャパシタＣｓに蓄えられた電荷は、放電制御スイッチＳＷｄｉｓ、放電用抵抗Ｒｄｉｓを介して放電されるため、出力電圧Ｖｏｕｔを０Ｖ付近まで低下させることができる。
【００８４】
このように、図９の発光装置２００ｂによれば、放電制御スイッチＳＷｄｉｓを設け、負荷４０の非駆動状態にオンすることにより、平滑キャパシタＣｓに高電圧が残留するという問題を解決することができる。
さらに、放電経路上に放電用抵抗Ｒｄｉｓを設けることにより、ＣＲ時定数が調節されるため、出力電圧Ｖｏｕｔが０Ｖまで低下するまでの時間を好適に調節することができる。なお、放電制御スイッチＳＷｄｉｓのオン抵抗が十分に大きい場合や、出力電圧Ｖｏｕｔを急速に低下させたい場合には、放電用抵抗Ｒｄｉｓを省略してもよい。
【００８５】
図１０は、第３の実施の形態に係る発光装置の別の構成の一部を示す回路図である。図１０の回路図では、電源３０および負荷４０の駆動経路上の定電流回路２０やフォトリレー１２を省略している。図１０の発光装置２００ｃは、放電用フォトリレー５０を備える。放電用フォトリレー５０は、入力側の発光ダイオードＤ２と、出力側のスイッチＳＷ２を含む。この放電用フォトリレー５０では、入力側の発光ダイオードＤ２に電流が流れて発光すると、出力側のスイッチＳＷ２がオフし、発光ダイオードＤ２に電流が流れないとき、スイッチＳＷ２がオンする。すなわち、図１や図３のフォトリレー１２とは逆の動作をする。このようなフォトリレーは市販されている。
【００８６】
図１０の発光装置２００ｃでは、図９の放電制御スイッチＳＷｄｉｓが放電用フォトリレー５０で構成される。すなわち、放電用フォトリレー５０のスイッチＳＷ２が放電制御スイッチＳＷｄｉｓとして、平滑キャパシタＣｓの両端に、放電用抵抗Ｒｄｉｓと直列に接続される。図１０において、放電用抵抗Ｒｄｉｓは、図９と同様に放電速度を調節する役割を果たす。入力側の発光ダイオードＤ２は、負荷４０（ＬＥＤ４２）の駆動経路上に配置される。
【００８７】
図１０の発光装置２００ｃの動作を説明する。ＬＥＤ４２を消灯するために電源３０を停止し、しばらくすると発光ダイオードＤ２に電流が流れなくなる。その結果、スイッチＳＷ２がオンし、放電用抵抗Ｒｄｉｓ、スイッチＳＷ２を介して平滑キャパシタＣｓの電荷が放電され、出力電圧Ｖｏｕｔが０Ｖまで低下していく。したがって、図１０の発光装置２００ｃによっても、図９の発光装置２００ｂと同様に、平滑キャパシタＣｓに高電圧が残留するという問題を解決することができる。
【００８８】
さらに、図１０の発光装置２００ｃでは、放電経路を負荷４０側に設けることになるため、スイッチＳＷ２、放電用抵抗Ｒｄｉｓの設置が容易になるという利点がある。すなわち、たとえば図１０の発光装置２００ｃが天井などに固定照明として利用される場合、放電用抵抗Ｒｄｉｓ、放電用フォトリレー５０、定電流回路（不図示）をモジュール化すれば、壁に放電制御スイッチＳＷｄｉｓを設置する工事が不要となり便宜である。
【００８９】
また図１０の回路では、放電用抵抗Ｒｄｉｓが小さすぎる場合、ＬＥＤ４２、放電用フォトリレー５０の発光ダイオードＤ２に電流が流れない。したがって、起動直後において放電用フォトリレー５０のスイッチＳＷ２はオン状態を維持し、ＬＥＤ４２は点灯できなるなるという問題がある。したがって、放電用抵抗Ｒｄｉｓの抵抗値は、負荷４０の合成動作抵抗より大きくする必要がある。
【００９０】
第３の実施の形態では、図９、図１０を参照しながら、平滑キャパシタＣｓの残留電圧の放電機構について説明した。図９、図１０では、いずれも負荷４０としてＬＥＤ４２を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、非駆動状態においてハイインピーダンスとなる様々なデバイスを負荷として駆動する負荷駆動装置１００に利用することができる。
【００９１】
また、図９、図１０の回路では、第１、第２の実施の形態で説明したフォトリレー１２を用いた突入電流防止機構とともに、放電制御スイッチＳＷｄｉｓを利用した平滑キャパシタＣｓの放電機構を設ける場合について説明した。しかし、本発明のある態様では、これに限定されるものではなく、突入電流防止機構を備えない回路においても、放電制御スイッチＳＷｄｉｓを設けることにより、残留電圧を無くする効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】第１の実施の形態に係る負荷駆動装置の構成を示す回路図である。
【図２】負荷駆動装置の動作状態を示すタイムチャートである。
【図３】第２の実施の形態に係る発光装置の構成を示す回路図である。
【図４】図３のＬＥＤ駆動回路の動作状態を示すタイムチャートである。
【図５】変形例に係る突入電流防止回路の構成の一部を示す回路図である。
【図６】複数のフォトリレーを備える突入電流防止回路の変形例を示す図である。
【図７】複数のフォトリレーを備える突入電流防止回路の別の構成を示す回路図である。
【図８】複数のフォトリレーを備える突入電流防止回路のさらに別の構成を示す回路図である。
【図９】第３の実施の形態に係る発光装置の構成を示す回路図である。
【図１０】第３の実施の形態に係る発光装置の別の構成の一部を示す回路図である。
【図１１】別の変形例に係る突入電流防止回路の構成の一部を示す回路図である。
【符号の説明】
【００９３】
１０ 突入電流防止回路、 １２ フォトリレー、 ２０ 定電流回路、 ３０ 電源、 ３２ 出力端子、 ３４ 交流電源、 ３６ 整流回路、 ４０ 負荷、 ４２ ＬＥＤ、 ４４ カレントミラー回路、 Ｄ１ 発光ダイオード、 ＳＷ１ スイッチ、 １００ 負荷駆動装置、 １００ａ ＬＥＤ駆動回路、 ２００ 発光装置、 Ｒｐ 保護抵抗、 Ｃｓ 平滑キャパシタ、 ＳＷｄｉｓ 放電制御スイッチ、 Ｒｄｉｓ 放電用抵抗、 ５０ 放電用フォトリレー。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のノードの電圧を平滑化するための平滑キャパシタに対する突入電流を防止する突入電流防止回路であって、
電源から前記平滑キャパシタを経て別の端子に至る経路上に設けられた保護抵抗と、
入力側の発光ダイオードが、前記平滑キャパシタにより平滑された電圧により駆動される負荷の電流に応じた電流の経路上に設けられ、出力側のスイッチ素子が、前記保護抵抗と並列に接続されたフォトリレーと、
を備えることを特徴とする突入電流防止回路。
【請求項２】
前記フォトリレーの前記入力側の発光ダイオードは前記負荷の電流の経路上に設けられることを特徴とする請求項１に記載の突入電流防止回路。
【請求項３】
前記フォトリレーの前記入力側の発光ダイオードと並列に設けられた第２の発光ダイオードをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の突入電流防止回路。
【請求項４】
所定のノードの電圧を平滑化するための平滑キャパシタに対する突入電流を防止する突入電流防止回路であって、
電源から前記平滑キャパシタを経て別の端子に至る経路上に設けられた可変抵抗と、
入力側の発光ダイオードが前記平滑キャパシタの充電状態に応じた電流の経路上に設けられたフォトリレーと、
を備え、
前記可変抵抗の抵抗値を、前記フォトリレーの出力側のスイッチ素子のオンオフ状態に連動して変化せしめるとともに、前記スイッチ素子のオン状態における前記可変抵抗の抵抗値を、オフ状態における前記可変抵抗の抵抗値より低く設定することを特徴とする突入電流防止回路。
【請求項５】
前記平滑キャパシタの充電状態に応じた電流とは、前記平滑キャパシタにて平滑化された電圧によって駆動される負荷の電流に応じた電流であることを特徴とする請求項４に記載の突入電流防止回路。
【請求項６】
交流電圧を整流する整流ブリッジ回路と、
前記整流ブリッジ回路の出力電圧を平滑化し、駆動対象の負荷へと供給する平滑キャパシタと、
前記整流ブリッジ回路の直流側の第１端子から前記平滑キャパシタを経て前記整流ブリッジ回路の直流側の第２端子に至る経路上に設けられた保護抵抗と、
入力側のダイオードが前記負荷の駆動経路上に設けられ、出力側のスイッチ素子が前記保護抵抗と並列に接続されたフォトリレーと、
を備えることを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項７】
前記負荷および前記フォトリレーの出力側のスイッチ素子と同一経路上に設けられた定電流回路をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の負荷駆動回路。
【請求項８】
前記平滑キャパシタは、一端が前記整流ブリッジ回路の直流側の第１端子に接続され、
前記保護抵抗は、一端が前記整流ブリッジ回路の直流側の第２端子に接続され、他端が前記平滑キャパシタの他端に接続されており、
前記負荷および前記フォトリレーの入力側のダイオードを、前記平滑キャパシタと並列に接続したことを特徴とする請求項６に記載の負荷駆動回路。
【請求項９】
前記整流ブリッジ回路は、ダイオードブリッジを含み、
負荷駆動回路はさらに、前記ダイオードブリッジの直流側の正負の端子の間に接続された放電制御スイッチをさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の負荷駆動回路。
【請求項１０】
前記ダイオードブリッジの直流側の正負の端子の間に、前記放電制御スイッチと直列に設けられた放電用抵抗をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の負荷駆動回路。
【請求項１１】
前記放電制御スイッチは、
入力側の発光ダイオードと出力側のスイッチ素子を含むフォトリレーで構成され、
前記スイッチ素子を、前記放電制御スイッチとして、前記ダイオードブリッジの直流側の正負の端子の間に、前記発光ダイオードを、前記負荷の駆動経路上に配置したことを特徴とする請求項９に記載の負荷駆動回路。
【請求項１２】
前記フォトリレーの前記スイッチ素子と直列に接続された放電用抵抗をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の負荷駆動回路。
【請求項１３】
前記駆動対象の負荷は、非駆動状態においてハイインピーダンスとなるデバイスであることを特徴とする請求項６から１２のいずれかに記載の負荷駆動回路。
【請求項１４】
前記駆動対象の負荷は、直列に接続された複数の発光ダイオードであることを特徴とする請求項６から１２のいずれかに記載の負荷駆動回路。
【請求項１５】
直列に接続された複数の発光ダイオードと、
前記複数の発光ダイオードを前記駆動対象の負荷として駆動する請求項６から１３のいずれかに記載の負荷駆動回路と、
を備えることを特徴とする発光装置。
【請求項１】
所定のノードの電圧を平滑化するための平滑キャパシタに対する突入電流を防止する突入電流防止回路であって、
電源から前記平滑キャパシタを経て別の端子に至る経路上に設けられた保護抵抗と、
入力側の発光ダイオードが、前記平滑キャパシタにより平滑された電圧により駆動される負荷の電流に応じた電流の経路上に設けられ、出力側のスイッチ素子が、前記保護抵抗と並列に接続されたフォトリレーと、
を備えることを特徴とする突入電流防止回路。
【請求項２】
前記フォトリレーの前記入力側の発光ダイオードは前記負荷の電流の経路上に設けられることを特徴とする請求項１に記載の突入電流防止回路。
【請求項３】
前記フォトリレーの前記入力側の発光ダイオードと並列に設けられた第２の発光ダイオードをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の突入電流防止回路。
【請求項４】
所定のノードの電圧を平滑化するための平滑キャパシタに対する突入電流を防止する突入電流防止回路であって、
電源から前記平滑キャパシタを経て別の端子に至る経路上に設けられた可変抵抗と、
入力側の発光ダイオードが前記平滑キャパシタの充電状態に応じた電流の経路上に設けられたフォトリレーと、
を備え、
前記可変抵抗の抵抗値を、前記フォトリレーの出力側のスイッチ素子のオンオフ状態に連動して変化せしめるとともに、前記スイッチ素子のオン状態における前記可変抵抗の抵抗値を、オフ状態における前記可変抵抗の抵抗値より低く設定することを特徴とする突入電流防止回路。
【請求項５】
前記平滑キャパシタの充電状態に応じた電流とは、前記平滑キャパシタにて平滑化された電圧によって駆動される負荷の電流に応じた電流であることを特徴とする請求項４に記載の突入電流防止回路。
【請求項６】
交流電圧を整流する整流ブリッジ回路と、
前記整流ブリッジ回路の出力電圧を平滑化し、駆動対象の負荷へと供給する平滑キャパシタと、
前記整流ブリッジ回路の直流側の第１端子から前記平滑キャパシタを経て前記整流ブリッジ回路の直流側の第２端子に至る経路上に設けられた保護抵抗と、
入力側のダイオードが前記負荷の駆動経路上に設けられ、出力側のスイッチ素子が前記保護抵抗と並列に接続されたフォトリレーと、
を備えることを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項７】
前記負荷および前記フォトリレーの出力側のスイッチ素子と同一経路上に設けられた定電流回路をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の負荷駆動回路。
【請求項８】
前記平滑キャパシタは、一端が前記整流ブリッジ回路の直流側の第１端子に接続され、
前記保護抵抗は、一端が前記整流ブリッジ回路の直流側の第２端子に接続され、他端が前記平滑キャパシタの他端に接続されており、
前記負荷および前記フォトリレーの入力側のダイオードを、前記平滑キャパシタと並列に接続したことを特徴とする請求項６に記載の負荷駆動回路。
【請求項９】
前記整流ブリッジ回路は、ダイオードブリッジを含み、
負荷駆動回路はさらに、前記ダイオードブリッジの直流側の正負の端子の間に接続された放電制御スイッチをさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の負荷駆動回路。
【請求項１０】
前記ダイオードブリッジの直流側の正負の端子の間に、前記放電制御スイッチと直列に設けられた放電用抵抗をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の負荷駆動回路。
【請求項１１】
前記放電制御スイッチは、
入力側の発光ダイオードと出力側のスイッチ素子を含むフォトリレーで構成され、
前記スイッチ素子を、前記放電制御スイッチとして、前記ダイオードブリッジの直流側の正負の端子の間に、前記発光ダイオードを、前記負荷の駆動経路上に配置したことを特徴とする請求項９に記載の負荷駆動回路。
【請求項１２】
前記フォトリレーの前記スイッチ素子と直列に接続された放電用抵抗をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の負荷駆動回路。
【請求項１３】
前記駆動対象の負荷は、非駆動状態においてハイインピーダンスとなるデバイスであることを特徴とする請求項６から１２のいずれかに記載の負荷駆動回路。
【請求項１４】
前記駆動対象の負荷は、直列に接続された複数の発光ダイオードであることを特徴とする請求項６から１２のいずれかに記載の負荷駆動回路。
【請求項１５】
直列に接続された複数の発光ダイオードと、
前記複数の発光ダイオードを前記駆動対象の負荷として駆動する請求項６から１３のいずれかに記載の負荷駆動回路と、
を備えることを特徴とする発光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−１２５３３９（Ｐ２００８−１２５３３９Ａ）
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４９６３５（Ｐ２００７−１４９６３５）
【出願日】平成１９年６月５日（２００７．６．５）
【出願人】（５９３１６５４８７）学校法人金沢工業大学 (202)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月５日（２００７．６．５）
【出願人】（５９３１６５４８７）学校法人金沢工業大学 (202)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]