ＬＥＤ点灯装置および照明装置
【課題】
ノーマリオンスイッチを用いてスイッチングを行わせるとともに、インダクタに帰還巻線を設けなくてよい定電流制御形のＬＥＤ点灯装置を提供する。
【解決手段】
ＬＥＤ点灯装置は、ノーマリオンスイッチQ1、インダクタL1、フリーホイールダイオードD1および電流検出用インピーダンス素子Z1を備え、電流検出用インピーダンス素子が増加電流および減少電流が流れる位置に挿入されたチョッパCHと、発光ダイオードLEDの負荷回路と、制御スイッチCSがオン時にQ1のゲートに負電圧を印加してオフ状態に制御し、オフ時に上記負電圧印加を解除してQ1をオン状態に制御するスイッチを含み、整合手段MCが増加電流が流れているときにインピーダンス素子の端子電圧が、第１の所定値に達した際に制御スイッチをオンさせ、減少電流が流れているときに第２の所定値に達した際に制御スイッチをオフさせる制御回路とを具備している。
ノーマリオンスイッチを用いてスイッチングを行わせるとともに、インダクタに帰還巻線を設けなくてよい定電流制御形のＬＥＤ点灯装置を提供する。
【解決手段】
ＬＥＤ点灯装置は、ノーマリオンスイッチQ1、インダクタL1、フリーホイールダイオードD1および電流検出用インピーダンス素子Z1を備え、電流検出用インピーダンス素子が増加電流および減少電流が流れる位置に挿入されたチョッパCHと、発光ダイオードLEDの負荷回路と、制御スイッチCSがオン時にQ1のゲートに負電圧を印加してオフ状態に制御し、オフ時に上記負電圧印加を解除してQ1をオン状態に制御するスイッチを含み、整合手段MCが増加電流が流れているときにインピーダンス素子の端子電圧が、第１の所定値に達した際に制御スイッチをオンさせ、減少電流が流れているときに第２の所定値に達した際に制御スイッチをオフさせる制御回路とを具備している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ点灯装置およびこれを備えた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイドギャップ半導体は、大きなバンドギャップを有する半導体である。半導体基板にＳｉＣ（炭化珪素）やＧａＮ（窒化ガリウム）やダイヤモンドのようなワイドバンドギャップ半導体素子は、Ｓｉパワーデバイスの性能限界を大幅に突破するポテンシャルを有する半導体として注目されていて、高周波パワーデバイスの分野においてもワイドギャップ半導体への期待は大きい。これらワイドバンドギャップ半導体素子は、ゲート電圧がゼロの時に電流が流れるノーマリオン特性を有しているのが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。また、ワイドバンドギャップ半導体を用いた代表的半導体素子としてＪＦＥＴ（接合型ＦＥＴ）、ＳＩＴ（静電誘導型トランジスタ）、ＭＥＳＦＥＴ（金属−半導体ＦＥＴ：Metal−Semiconductor−Field−Effect−Transistor）、ＨＦＥＴ(Heterojunction Field Effect Transistor)、ＨＥＭＴ（High Electron
Mobility Transistor）および蓄積型ＦＥＴなどがある。ノーマリオン特性を有している半導体素子（以下、ノーマリオンスイッチという。）を確実にオフさせるためには負ゲート電圧用の制御回路が必要である。
【０００３】
一方、発光ダイオードを、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いて点灯することにより、回路効率の高いＬＥＤ点灯装置が得られることは既知である（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータは、降圧チョッパからなりオン状態のスイッチ素子を経由したインダクタ（第１のインダクタ）への通電によりそこに磁気結合した２次巻線（第２のインダクタ）に誘起する電圧を帰還してスイッチ素子のオン動作を継続させ、スイッチ素子のオフ時において第１のインダクタに流れる電流が０になったときに、２次巻線に発生する逆起電力でスイッチ素子をオンさせる回路動作を繰り返すことでＤＣ−ＤＣ変換を行う自励式の定電流制御で動作する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−００６６５８号公報
【特許文献２】特許第４１２３８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術のＬＥＤ点灯装置は、発光ダイオードの定電流制御のためにインダクタに磁気結合した２次巻線を配設して当該２次巻線に誘起される電圧を利用してスイッチング素子のオン信号を得ているために、インダクタの構造が複雑化し、小形化やＩＣ化を阻害するという問題がある。
【０００６】
本発明は、ノーマリオンスイッチを用いてスイッチングを行わせるとともに、インダクタに帰還巻線を設けなくてよい定電流制御形のＬＥＤ点灯装置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】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明のＬＥＤ点灯装置は、直流電源と；ノーマリオンスイッチ、インダクタ、フリーホイールダイオードおよび電流検出用インピーダンス素子を備え、ノーマリオンスイッチのオン、オフに伴ってインダクタに増加電流および減少電流が流れてチョッパ動作を行い、直流電源電圧をＤＣ−ＤＣ変換して出力端に出力するとともに、電流検出用インピーダンス素子が増加電流および減少電流が流れる回路上の位置に挿入されているチョッパと；チョッパの出力端に接続された発光ダイオードおよび出力コンデンサの並列回路を備えた負荷回路と；制御スイッチおよび整合手段を備え、制御スイッチは少なくともオン時にノーマリオンスイッチのゲートに負電圧を印加してノーマリオンスイッチをオフ状態に制御し、かつオフ時にノーマリオンスイッチのゲートに対する負電圧の印加を解除してノーマリオンスイッチをオン状態に制御するスイッチを含み、整合手段はインピーダンス素子および制御スイッチの間に介在して増加電流が流れているときにおいてインピーダンス素子の端子電圧が、第１の所定値に達した際に制御スイッチをオンさせ、かつ減少電流が流れているときにおいて第２の所定値に達した際に制御スイッチをオフさせる制御回路と；を具備していることを特徴としている。
【０００８】
本発明において、チョッパは、降圧チョッパ、昇圧チョッパおよび昇降圧チョッパなどの各種チョッパを含む。なお、昇降圧チョッパは、昇圧チョッパおよび降圧チョッパをシーケンシャルに接続したものである。上記各チョッパは、いずれもノーマリオンスイッチをオンすることによりインダクタに直流電源から流入する増加電流が流れ、オフすることによりインダクタに蓄積された電磁エネルギーが放出されて減少電流が流れてチョッパ動作を行う点で共通している。
【０００９】
制御回路は、制御スイッチおよび整合手段を備えている。
【００１０】
制御スイッチは、少なくともノーマリオンスイッチのオン状態からオフ状態への切り換えを行うスイッチを含む。なお、所望によりノーマリオンスイッチのオフ状態からオン状態に切り換える第２のスイッチを備えることが許容される。この場合、ノーマリオンスイッチのオン状態からオフ状態への切り換えを行うスイッチは第１のスイッチとなる。
【００１１】
整合手段は、インピーダンス手段と制御スイッチの間に介在して、インピーダンス手段に増加電流が流れる場合において、インピーダンス手段の端子電圧が第１の所定値に達したときに制御スイッチを動作させてノーマリオンスイッチをオフさせる。また、減少電流が流れる場合において、インピーダンス手段の端子電圧が第２の所定値に達したときに制御スイッチを制御してノーマリオンスイッチをオンさせる。なお、第２の所定値は第１の所定値より低い値である。
【００１２】
本発明において、整合手段は、上述の機能を備えていればよく、その余の構成は特段限定されない。しかし、好適には整合手段をヒステリシスコンパレータにより構成することができる。また、整合手段を、インピーダンス手段の端子電圧を直接検出する第１の検出手段と電圧分割器を介して検出する第２の検出手段を備え、制御スイッチがノーマリオンスイッチをオフする際に連動して第２の検出手段から第１の検出手段に切り換えるように構成してもよい。
【００１３】
そうして、ノーマリオンスイッチがオンしているときに直流電源から増加電流がインダクタに流れるが、インピーダンス手段の端子電圧が第１の所定値に達すると、整合手段を経由して制御スイッチがオンして負電圧をノーマリオンスイッチのゲートに印加させるので、ノーマリオンスイッチがオフして増加電流を遮断する。これに伴いインダクタに蓄積された電磁エネルギーが放出されて減少電流がインダクタから流れるとともに、整合手段を経由して制御スイッチがオフしてノーマリオンスイッチのゲートに対する負電圧の印加を解除するので、ノーマリオンスイッチがオンする。以後、上述の回路動作が繰り返えされてチョッパ動作を行なう。
【００１４】
チョッパ動作に伴う増加電流と減少電流がともに流れる回路上の位置に負荷回路が接続しているので、ＤＣ−ＤＣ電圧変換が行われ、出力端に接続する負荷の発光ダイオードが変換された電圧の下で定電流制御されて点灯する。なお、負荷回路の発光ダイオードに並列接続している出力コンデンサは、チョッパの出力中に含まれる高周波成分を発光ダイオードからバイパスするように作用する。その結果、発光ダイオードは、平滑化された直流電流により点灯する。
【００１５】
なお、制御回路に対する制御電源の供給は、本発明において特段限定されないが、好適には次のとおりである。すなわち、負荷回路またはノーマリオンスイッチの高電圧側から制御電源を得る。負荷回路から制御電源を得る態様においては、負荷回路に出力コンデンサにより平滑化された直流電圧が発生するので、ノーマリオンスイッチのゲート閾値電圧より高い電圧を負荷回路から取り出して制御電源を得ることにより、制御電源の回路構成を簡素化することができる。また、ノーマリオンスイッチの高電圧側から制御電源を得る態様においては、例えばノーマリオンスイッチのドレイン側からドロッパを経てノーマリオンスイッチのゲート閾値電圧より高い電圧を得るように構成することができる。
【００１６】
本発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に配設された請求項１または２記載のＬＥＤ点灯装置と；を具備していることを特徴としている。
【００１７】
本発明において、照明装置は、発光ダイオードを光源とする装置を全て含む意味である。したがって、照明器具、表示装置および標識装置などであることを許容する。照明装置本体は、照明装置からＬＥＤ点灯装置を除去した残余の部分を意味する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、チョッパの主スイッチング素子としてノーマリオンスイッチを用いるとともに、少なくともオン時にノーマリオンスイッチのゲートに負電圧を印加してノーマリオンスイッチをオフ状態に制御し、かつオフ時にノーマリオンスイッチのゲートに対する負電圧の印加を解除してノーマリオンスイッチをオン状態に制御するスイッチを含み、インピーダンス素子および制御スイッチの間に介在して増加電流が流れているときにおいてインピーダンス素子の端子電圧が、第１の所定値に達した際に制御スイッチをオンさせ、かつ減少電流が流れているときにおいて第１の所定値より低い第２の所定値に達した際に制御スイッチをオフさせる制御回路を具備していることにより、インダクタに２次巻線を配設することなしに簡単な回路構成となり、しかも良好な特性を有するとともにＩＣ化が容易なチョッパおよびこれを備えた照明装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のＬＥＤ点灯装置を実施するための第１の形態における回路図である。
【図２】本発明のＬＥＤ点灯装置を実施するための第２の形態における回路図である。
【図３】同じく各部の電流、電圧波形図である。
【図４】本発明のＬＥＤ点灯装置を実施するための第３の形態における回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００２１】
図１を参照して本発明のＬＥＤ点灯装置における第１の形態について説明する。
【００２２】
本形態において、ＬＥＤ点灯装置は、直流電源ＤＣ、チョッパＣＨ、負荷回路ＬＣおよび制御回路ＣＣを具備している。
【００２３】
直流電源ＤＣは、どのような構成でもよいが、例えば整流回路ＤＢを主体として構成され、また所望により平滑コンデンサＣ１などからなる平滑回路を備えていることができる。本形態において、整流回路ＤＢは、好ましくはブリッジ形整流回路からなり、交流電源ＡＣ、例えば商用交流電源の交流電圧を全波整流して直流電圧を得る。
【００２４】
本形態において、チョッパＣＨは、非絶縁形降圧チョッパにより構成されている。チョッパＣＨのパワー部すなわち負荷に供給する電力が通過する回路部は、ノーマリオンスイッチＱ１、インダクタＬ１、フリーホイールダイオードＤ１および電流検出用インピーダンス素子Ｚ１を含んで構成されている。そして、パワー部は、回路動作上第１の回路Ａおよび第２の回路Ｂに分けることができる。
【００２５】
第１の回路Ａは、直流電源ＤＣからインダクタＬ１に電磁エネルギーを蓄積させる回路であり、ノーマリオンスイッチＱ１、負荷回路ＬＣおよびインダクタＬ１を含む直列回路が直流電源ＤＣに接続した構成を備えている。そして、ノーマリオンスイッチＱ１のオン時に直流電源ＤＣから増加電流が流れてインダクタＬ１に電磁エネルギーが蓄積される。
【００２６】
第２の回路Ｂは、インダクタＬ１に蓄積された電磁エネルギーを放出する回路であり、フリーホイールダイオードＤ１および負荷回路ＬＣを含む直列回路がインダクタＬ１に接続した構成を備えていて、ノーマリオンスイッチＱ１のオフ時にインダクタＬ１から減少電流が流れる。
【００２７】
ノーマリオンスイッチＱ１は、本発明において、背景技術の項において述べた各種ワイドギャップ半導体を用いることが許容されるが、本形態においてはＧａＮ基板を用いたＨＥＭＴを用いている。したがって、ノーマリオンスイッチＱ１は、ドレイン、ソースおよびゲートを備えた電界効果形のワイドギャップ半導体である。ノーマリオンスイッチＱ１は、広く普及しているＳｉ半導体に比較して飛躍的に優れたポテンシャルを有していて、例えばＧＨｚ級の動作周波数でチョッパを動作させることが可能になる。このため、インダクタＬ１の超小形化を実現することができる。その結果、ＬＥＤ点灯装置の全体を著しく小形化することができる。
【００２８】
インダクタＬ１は、本発明において直流電源ＤＣから供給される電磁的エネルギーを蓄積し、次に放出する機能を有しているのであればよいので、従来技術におけるような２次巻線を配設する必要がない。このため、インダクタＬ１の構造を簡素化してその小形化に寄与することができる。
【００２９】
フリーホイールダイオードＤ１は、インダクタＬ１に蓄積された電磁的エネルギーを放出して回生するための電流経路すなわち第２の回路Ｂを提供する手段であり、チョッパＣＨの動作周波数に応じて例えばショットキーバリヤダイオード、ＰＩＮダイオードなどのスイッチングダイオードを用いることができる。
【００３０】
電流検出用インピーダンス素子Ｚ１は、増加電流および減少電流がともに流れる回路上の位置すなわち第１の回路Ａおよび第２の回路Ｂに共有されている線路部分に挿入されて上記各電流を検出する手段である。そして、例えば抵抗値の小さな抵抗器を用いて構成される。
【００３１】
また、チョッパＣＨは、昇圧チョッパの場合、インダクタＬ１およびノーマリオンスイッチＱ１の直列回路が直流電源ＤＣに接続する第１の回路Ａと、インダクタＬ１、フリーホイールダイオードＤ１および負荷回路ＬＣの直列回路が直流電源ＤＣに接続する第２の回路Ｂとで構成することができる。なお、昇降圧チョッパの場合は前述のとおりである。
【００３２】
負荷回路ＬＣは、負荷の発光ダイオードＬＥＤと出力コンデンサＣ２の並列回路により構成されていて、増加電流と減少電流がともに流れる回路上の位置に接続されている。なお、発光ダイオードＬＥＤは、上記電流に対して順方向に単一で、または直列接続した複数で構成される。
【００３３】
制御回路ＣＣは、制御スイッチＣＳおよび整合手段ＭＣを備えていて、適当な制御電源の供給を受けて作動してノーマリオンスイッチＱ１のオン、オフを制御する。本形態においては、負荷回路ＬＣの両端から制御回路ＣＣに対して制御電源が供給される。
【００３４】
制御スイッチＣＳは、ノーマリオンスイッチＱ１のオン、オフを切り換える手段である。すなわち、制御スイッチＣＳがオンすることにより、ノーマリオンスイッチＱ１のゲートがインピーダンス素子Ｚ１およびインダクタＬ１の接続点に接続すれば、ノーマリオンスイッチＱ１のゲートにはソースに対して負電圧が印加されるので、ノーマリオンスイッチＱ１がオフする。また、制御スイッチＣＳがオフしてノーマリオンスイッチＱ１のゲートがインピーダンス素子Ｚ１およびインダクタＬ１の接続点に対する接続から開放されるか、またはソースと同電位になれば、ノーマリオンスイッチＱ１がオンする。
【００３５】
整合手段ＭＣは、インピーダンス素子Ｚ１と制御スイッチＣＳとの間に介在して、増加電流が第１の所定値に達したときに制御スイッチＣＳをオンさせる。また、減少電流が第２の所定値に達したときに制御スイッチＣＳをオフさせる。
【００３６】
したがって、増加電流が流れているときにインピーダンス素子Ｚ１の端子電圧が第１の所定値に達すると、整合手段ＭＣが制御スイッチＣＳをオンさせるので、ノーマリオンスイッチＱ１をオフする。また、減少電流が流れているときにインピーダンス素子Ｚ１の端子電圧が第２の所定値に達すると、整合手段ＭＣが制御スイッチＣＳをオフさせるので、ノーマリオンスイッチＱ１がオンする。
【００３７】
次に、回路動作について説明する。
【００３８】
直流電源ＤＣが投入されると、チョッパＣＨのノーマリオンスイッチＱ１がオンして直流電源ＤＣから第１の回路Ａ内を電流が流れ出し、電流は直線的に増加する。これが増加電流であり、インダクタＬ１内に電磁エネルギーが蓄積される。増加電流が第１の回路Ａ内を流れ出すと、インピーダンス手段Ｚ１の端子電圧が増加電流に比例して増大していく。そして、端子電圧が第１の所定値に達すると、整合手段ＭＣが制御スイッチＣＳをオンさせる。
【００３９】
制御スイッチＣＳがオンすると、ノーマリオンスイッチＱ１のゲートが負電圧になるので、ノーマリオンスイッチＱ１がオフし、増加電流が遮断される。これにより、インダクタＬ１に蓄積されていた電磁エネルギーが放出されて第２の回路Ｂ内を電流が流れ始め、電流は直線的に減少する。これが減少電流である。減少電流が第２の所定値に達すると、整合手段ＭＣが制御スイッチＣＳをオフさせる。
【００４０】
制御スイッチＣＳがオフすると、ノーマリオンスイッチＱ１のゲートに対する負電圧の印加が解除されるので、ノーマリオンスイッチＱ１がオンし、再度増加電流が流れ始める。以後、以上の回路動作を繰り返すことで、ＤＣ−ＤＣ変換動作を継続する。
【００４１】
図２を参照して本発明のＬＥＤ点灯装置における第２の形態について説明する。
【００４２】
本形態は、制御回路ＣＣが第１の形態と異なっている。なお、図において、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【００４３】
本形態において、制御回路ＣＣは、制御スイッチＣＳが並列接続したＰ形ＦＥＴ１およびＮ形ＦＥＴ２により構成されている。そして、Ｐ形ＦＥＴ１のドレインとN形ＦＥＴ２のソースとの接続端がノーマリオンスイッチＱ１のゲートに接続している。
【００４４】
また、整合回路ＭＣは、ヒステリシスコンパレータＣＰｈにより構成されている。そして、ヒステリシスコンパレータＣＰｈは、反転入力端子がインピーダンス手段Ｚ１の負荷回路ＬＣ側の一端に接続し、非反転入力端子が基準電位Ｅに接続し、出力端子がＰ形ＦＥＴ１およびＮ形ＦＥＴ２のゲートに接続している。また、非反転入力端子と出力端子の間に予め抵抗値が調整された帰還抵抗器Ｒ１が接続している。上記基準電位Ｅは、負荷回路ＬＣおよびインピーダンス手段Ｚ１の直列部分に対して並列接続している抵抗器Ｒ２およびＲ３からなる電圧分割器ＶＤの接続点に形成されている。
【００４５】
そうして、ノーマリオンスイッチＱ１がオンしてインピーダンス手段Ｚ１に増加電流ＩＵが流れている場合において、インピーダンス手段Ｚ１の端子電圧が第１の所定値に達すると、ヒステリシスコンパレータＣＰｈの反転入力端子に正の第１の所定値電圧が入力し、出力端子に負の最大出力電圧が出力する。この負の最大出力電圧は、制御スイッチＣＳのＰ形ＦＥＴ１のゲートに印加されるので、Ｐ形ＦＥＴ１がオンする。なお、このときＮ形ＦＥＴ２はオフ状態を維持する。
【００４６】
Ｐ形ＦＥＴ１がオンすると、ノーマリオンスイッチＱ１のゲートが負電位になるので、ノーマリオンスイッチＱ１はオフし、増加電流ＩＵが遮断される。これに伴いインダクタＬ１から減少電流ＩＤが流れ出す。減少電流ＩＤが流れているときのインピーダンス手段Ｚ１の端子電圧がヒステリシスコンパレータＣＰｈの反転入力端子に増加電流の端子電圧に引続いて入力するので、その値が第２の所定値に達すると、今度はヒステリシスコンパレータＣＰｈの出力端子から正の最大電圧が出力される。その結果、Ｐ形ＦＥＴ１がオフし、Ｎ形ＦＥＴ２がオンする。
【００４７】
Ｐ形ＦＥＴ１がオフし、Ｎ形ＦＥＴ２がオンする結果、ノーマリオンスイッチＱ１がオンするので、再度増加電流が負荷回路ＬＣに流れる。以後、以上の動作を繰り返してチョッパ動作が行われる。
【００４８】
次に、図３を参照して本発明の第２の形態における各部の電流、電圧波形の関係を説明する。すなわち、図３の（ａ）は増加電流ＩＵの波形、（ｂ）は減少電流ＩＤの波形、（ｃ）はインピーダンス手段の端子電圧ＶＺ１の波形、（ｄ）はインダクタの電圧ＶＬ１の波形、（ｅ）はノーマリオンスイッチのゲート電圧ＶＧＳの波形であり、時間軸を揃えて示している。なお、図において、増加電流ＩＵのピーク値が第１の所定値に達したときに相当する。また、減少電流ＩＤの０値が第２の所定値に達したときに相当する。
【００４９】
図３の電流波形図は、制御に遅れがない場合の理想的な波形であるが、増加電流の遮断時の制御に無視することができない遅れが生じる場合には、ピーク値より制御の遅れに相当する値だけ低い位置に第１の所定値があることになる。また、減少電流が第２の所定値に達したときの制御に無視することができない遅れが生じる場合には、減少電流と次の増加電流との間に制御の遅れに相当する電流の遮断時間が生じる。
【００５０】
図４を参照して本発明のＬＥＤ点灯装置における第３の形態について説明する。
【００５１】
本形態は、制御回路ＣＣが第および第２の形態と異なっている。なお、図において、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【００５２】
すなわち、制御スイッチＣＳがバイポーラトランジスタＱ２を主体として構成されている。バイポーラトランジスタＱ２は、コレクタがノーマリオンスイッチＱ１のゲートに接続するとともに、ドロッパからなる制御電源Ｖｄｄを介してノーマリオンスイッチＱ１のソースに接続し、エミッタがインダクタＬ１およびインピーダンス手段Ｚ１の接続点に接続している。
【００５３】
また、整合手段ＭＣがバイポーラトランジスタＱ３、抵抗器Ｒ４およびＲ５を主体として構成されている。バイポーラトランジスタＱ３のコレクタが抵抗器Ｒ４を介して制御スイッチＣＳのバイポーラトランジスタＱ２のベースに接続し、エミッタがインダクタＬ１およびインピーダンス手段Ｚ１の接続点に接続し、ベースが抵抗器Ｒ６を介してバイポーラトランジスタＱ２のコレクタに接続している。また、抵抗器Ｒ５、Ｒ４およびバイポーラトランジスタＱ３のコレクタ・エミッタの直列回路がインピーダンス手段Ｚ１に並列接続している。
【００５４】
そうして、ノーマリオンスイッチＱ１がオンして増加電流が流れている場合においては、制御スイッチＣＳのバイポーラトランジスタＱ２がオフし、整合手段ＭＣのバイポーラトランジスタＱ３がオンしている。このため、インピーダンス手段Ｚ１の端子電圧は、抵抗器Ｒ４および抵抗器Ｒ５の直列回路で分圧され、抵抗器Ｒ４の両端電圧がバイポーラトランジスタＱ２のベース・エミッタ間に印加される。
【００５５】
そこで、抵抗器Ｒ４と抵抗器Ｒ５の値を予め調整して抵抗器Ｒ４の値を相対的に小さく設定しておくことにより、増加電流が第１の所定値に達する以前のレベルではバイポーラトランジスタＱ２がオフ状態となるように構成することができる。しかし、増加電流が第１の所定値に達すると、バイポーラトランジスタＱ２がオン状態になり、ノーマリオンスイッチＱ１のゲートに負電圧が印加されるので、ノーマリオンスイッチＱ１がオフして増加電流が遮断される。
【００５６】
バイポーラトランジスタＱ２がオン状態になると、バイポーラトランジスタＱ３がオフするので、ノーマリオンスイッチＱ１がオフして減少電流が流れている場合には、インピーダンス手段Ｚ１の端子電圧が分圧されることなくバイポーラトランジスタＱ２に印加され、引き続きバイポーラトランジスタＱ２がオン状態を維持する。しかし、インピーダンス手段Ｚ１の端子電圧が低下していき第２の所定値に達すると、バイポーラトランジスタＱ２がオン状態を維持できないでオフする。その結果、ノーマリオンスイッチＱ１が再びオンする。以後、上述の回路動作を繰り返し、チョッパ動作を継続する。
【符号の説明】
【００５７】
１…Ｐ形ＦＥＴ、２…Ｎ形ＦＥＴ、Ａ…第１の回路、Ｂ…第２の回路、Ｃ１…平滑コンデンサ、Ｃ２…出力コンデンサ、ＣＣ…制御手段、ＣＨ…チョッパ、ＣＰｈ…ヒステリシスコンパレータ、ＣＳ…制御スイッチ、Ｄ１…フリーホイールダイオード、ＤＣ…直流電源、ＤＢ…整流回路、Ｌ１…インダクタ、ＬＥＤ…発光ダイオード、ＬＣ…負荷回路、ＭＣ…整合回路、Ｑ１…ノーマリオンスイッチ、Ｚ１…電流検出用インピーダンス手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ点灯装置およびこれを備えた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイドギャップ半導体は、大きなバンドギャップを有する半導体である。半導体基板にＳｉＣ（炭化珪素）やＧａＮ（窒化ガリウム）やダイヤモンドのようなワイドバンドギャップ半導体素子は、Ｓｉパワーデバイスの性能限界を大幅に突破するポテンシャルを有する半導体として注目されていて、高周波パワーデバイスの分野においてもワイドギャップ半導体への期待は大きい。これらワイドバンドギャップ半導体素子は、ゲート電圧がゼロの時に電流が流れるノーマリオン特性を有しているのが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。また、ワイドバンドギャップ半導体を用いた代表的半導体素子としてＪＦＥＴ（接合型ＦＥＴ）、ＳＩＴ（静電誘導型トランジスタ）、ＭＥＳＦＥＴ（金属−半導体ＦＥＴ：Metal−Semiconductor−Field−Effect−Transistor）、ＨＦＥＴ(Heterojunction Field Effect Transistor)、ＨＥＭＴ（High Electron
Mobility Transistor）および蓄積型ＦＥＴなどがある。ノーマリオン特性を有している半導体素子（以下、ノーマリオンスイッチという。）を確実にオフさせるためには負ゲート電圧用の制御回路が必要である。
【０００３】
一方、発光ダイオードを、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いて点灯することにより、回路効率の高いＬＥＤ点灯装置が得られることは既知である（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータは、降圧チョッパからなりオン状態のスイッチ素子を経由したインダクタ（第１のインダクタ）への通電によりそこに磁気結合した２次巻線（第２のインダクタ）に誘起する電圧を帰還してスイッチ素子のオン動作を継続させ、スイッチ素子のオフ時において第１のインダクタに流れる電流が０になったときに、２次巻線に発生する逆起電力でスイッチ素子をオンさせる回路動作を繰り返すことでＤＣ−ＤＣ変換を行う自励式の定電流制御で動作する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−００６６５８号公報
【特許文献２】特許第４１２３８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術のＬＥＤ点灯装置は、発光ダイオードの定電流制御のためにインダクタに磁気結合した２次巻線を配設して当該２次巻線に誘起される電圧を利用してスイッチング素子のオン信号を得ているために、インダクタの構造が複雑化し、小形化やＩＣ化を阻害するという問題がある。
【０００６】
本発明は、ノーマリオンスイッチを用いてスイッチングを行わせるとともに、インダクタに帰還巻線を設けなくてよい定電流制御形のＬＥＤ点灯装置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】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明のＬＥＤ点灯装置は、直流電源と；ノーマリオンスイッチ、インダクタ、フリーホイールダイオードおよび電流検出用インピーダンス素子を備え、ノーマリオンスイッチのオン、オフに伴ってインダクタに増加電流および減少電流が流れてチョッパ動作を行い、直流電源電圧をＤＣ−ＤＣ変換して出力端に出力するとともに、電流検出用インピーダンス素子が増加電流および減少電流が流れる回路上の位置に挿入されているチョッパと；チョッパの出力端に接続された発光ダイオードおよび出力コンデンサの並列回路を備えた負荷回路と；制御スイッチおよび整合手段を備え、制御スイッチは少なくともオン時にノーマリオンスイッチのゲートに負電圧を印加してノーマリオンスイッチをオフ状態に制御し、かつオフ時にノーマリオンスイッチのゲートに対する負電圧の印加を解除してノーマリオンスイッチをオン状態に制御するスイッチを含み、整合手段はインピーダンス素子および制御スイッチの間に介在して増加電流が流れているときにおいてインピーダンス素子の端子電圧が、第１の所定値に達した際に制御スイッチをオンさせ、かつ減少電流が流れているときにおいて第２の所定値に達した際に制御スイッチをオフさせる制御回路と；を具備していることを特徴としている。
【０００８】
本発明において、チョッパは、降圧チョッパ、昇圧チョッパおよび昇降圧チョッパなどの各種チョッパを含む。なお、昇降圧チョッパは、昇圧チョッパおよび降圧チョッパをシーケンシャルに接続したものである。上記各チョッパは、いずれもノーマリオンスイッチをオンすることによりインダクタに直流電源から流入する増加電流が流れ、オフすることによりインダクタに蓄積された電磁エネルギーが放出されて減少電流が流れてチョッパ動作を行う点で共通している。
【０００９】
制御回路は、制御スイッチおよび整合手段を備えている。
【００１０】
制御スイッチは、少なくともノーマリオンスイッチのオン状態からオフ状態への切り換えを行うスイッチを含む。なお、所望によりノーマリオンスイッチのオフ状態からオン状態に切り換える第２のスイッチを備えることが許容される。この場合、ノーマリオンスイッチのオン状態からオフ状態への切り換えを行うスイッチは第１のスイッチとなる。
【００１１】
整合手段は、インピーダンス手段と制御スイッチの間に介在して、インピーダンス手段に増加電流が流れる場合において、インピーダンス手段の端子電圧が第１の所定値に達したときに制御スイッチを動作させてノーマリオンスイッチをオフさせる。また、減少電流が流れる場合において、インピーダンス手段の端子電圧が第２の所定値に達したときに制御スイッチを制御してノーマリオンスイッチをオンさせる。なお、第２の所定値は第１の所定値より低い値である。
【００１２】
本発明において、整合手段は、上述の機能を備えていればよく、その余の構成は特段限定されない。しかし、好適には整合手段をヒステリシスコンパレータにより構成することができる。また、整合手段を、インピーダンス手段の端子電圧を直接検出する第１の検出手段と電圧分割器を介して検出する第２の検出手段を備え、制御スイッチがノーマリオンスイッチをオフする際に連動して第２の検出手段から第１の検出手段に切り換えるように構成してもよい。
【００１３】
そうして、ノーマリオンスイッチがオンしているときに直流電源から増加電流がインダクタに流れるが、インピーダンス手段の端子電圧が第１の所定値に達すると、整合手段を経由して制御スイッチがオンして負電圧をノーマリオンスイッチのゲートに印加させるので、ノーマリオンスイッチがオフして増加電流を遮断する。これに伴いインダクタに蓄積された電磁エネルギーが放出されて減少電流がインダクタから流れるとともに、整合手段を経由して制御スイッチがオフしてノーマリオンスイッチのゲートに対する負電圧の印加を解除するので、ノーマリオンスイッチがオンする。以後、上述の回路動作が繰り返えされてチョッパ動作を行なう。
【００１４】
チョッパ動作に伴う増加電流と減少電流がともに流れる回路上の位置に負荷回路が接続しているので、ＤＣ−ＤＣ電圧変換が行われ、出力端に接続する負荷の発光ダイオードが変換された電圧の下で定電流制御されて点灯する。なお、負荷回路の発光ダイオードに並列接続している出力コンデンサは、チョッパの出力中に含まれる高周波成分を発光ダイオードからバイパスするように作用する。その結果、発光ダイオードは、平滑化された直流電流により点灯する。
【００１５】
なお、制御回路に対する制御電源の供給は、本発明において特段限定されないが、好適には次のとおりである。すなわち、負荷回路またはノーマリオンスイッチの高電圧側から制御電源を得る。負荷回路から制御電源を得る態様においては、負荷回路に出力コンデンサにより平滑化された直流電圧が発生するので、ノーマリオンスイッチのゲート閾値電圧より高い電圧を負荷回路から取り出して制御電源を得ることにより、制御電源の回路構成を簡素化することができる。また、ノーマリオンスイッチの高電圧側から制御電源を得る態様においては、例えばノーマリオンスイッチのドレイン側からドロッパを経てノーマリオンスイッチのゲート閾値電圧より高い電圧を得るように構成することができる。
【００１６】
本発明の照明装置は、照明装置本体と；照明装置本体に配設された請求項１または２記載のＬＥＤ点灯装置と；を具備していることを特徴としている。
【００１７】
本発明において、照明装置は、発光ダイオードを光源とする装置を全て含む意味である。したがって、照明器具、表示装置および標識装置などであることを許容する。照明装置本体は、照明装置からＬＥＤ点灯装置を除去した残余の部分を意味する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、チョッパの主スイッチング素子としてノーマリオンスイッチを用いるとともに、少なくともオン時にノーマリオンスイッチのゲートに負電圧を印加してノーマリオンスイッチをオフ状態に制御し、かつオフ時にノーマリオンスイッチのゲートに対する負電圧の印加を解除してノーマリオンスイッチをオン状態に制御するスイッチを含み、インピーダンス素子および制御スイッチの間に介在して増加電流が流れているときにおいてインピーダンス素子の端子電圧が、第１の所定値に達した際に制御スイッチをオンさせ、かつ減少電流が流れているときにおいて第１の所定値より低い第２の所定値に達した際に制御スイッチをオフさせる制御回路を具備していることにより、インダクタに２次巻線を配設することなしに簡単な回路構成となり、しかも良好な特性を有するとともにＩＣ化が容易なチョッパおよびこれを備えた照明装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のＬＥＤ点灯装置を実施するための第１の形態における回路図である。
【図２】本発明のＬＥＤ点灯装置を実施するための第２の形態における回路図である。
【図３】同じく各部の電流、電圧波形図である。
【図４】本発明のＬＥＤ点灯装置を実施するための第３の形態における回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００２１】
図１を参照して本発明のＬＥＤ点灯装置における第１の形態について説明する。
【００２２】
本形態において、ＬＥＤ点灯装置は、直流電源ＤＣ、チョッパＣＨ、負荷回路ＬＣおよび制御回路ＣＣを具備している。
【００２３】
直流電源ＤＣは、どのような構成でもよいが、例えば整流回路ＤＢを主体として構成され、また所望により平滑コンデンサＣ１などからなる平滑回路を備えていることができる。本形態において、整流回路ＤＢは、好ましくはブリッジ形整流回路からなり、交流電源ＡＣ、例えば商用交流電源の交流電圧を全波整流して直流電圧を得る。
【００２４】
本形態において、チョッパＣＨは、非絶縁形降圧チョッパにより構成されている。チョッパＣＨのパワー部すなわち負荷に供給する電力が通過する回路部は、ノーマリオンスイッチＱ１、インダクタＬ１、フリーホイールダイオードＤ１および電流検出用インピーダンス素子Ｚ１を含んで構成されている。そして、パワー部は、回路動作上第１の回路Ａおよび第２の回路Ｂに分けることができる。
【００２５】
第１の回路Ａは、直流電源ＤＣからインダクタＬ１に電磁エネルギーを蓄積させる回路であり、ノーマリオンスイッチＱ１、負荷回路ＬＣおよびインダクタＬ１を含む直列回路が直流電源ＤＣに接続した構成を備えている。そして、ノーマリオンスイッチＱ１のオン時に直流電源ＤＣから増加電流が流れてインダクタＬ１に電磁エネルギーが蓄積される。
【００２６】
第２の回路Ｂは、インダクタＬ１に蓄積された電磁エネルギーを放出する回路であり、フリーホイールダイオードＤ１および負荷回路ＬＣを含む直列回路がインダクタＬ１に接続した構成を備えていて、ノーマリオンスイッチＱ１のオフ時にインダクタＬ１から減少電流が流れる。
【００２７】
ノーマリオンスイッチＱ１は、本発明において、背景技術の項において述べた各種ワイドギャップ半導体を用いることが許容されるが、本形態においてはＧａＮ基板を用いたＨＥＭＴを用いている。したがって、ノーマリオンスイッチＱ１は、ドレイン、ソースおよびゲートを備えた電界効果形のワイドギャップ半導体である。ノーマリオンスイッチＱ１は、広く普及しているＳｉ半導体に比較して飛躍的に優れたポテンシャルを有していて、例えばＧＨｚ級の動作周波数でチョッパを動作させることが可能になる。このため、インダクタＬ１の超小形化を実現することができる。その結果、ＬＥＤ点灯装置の全体を著しく小形化することができる。
【００２８】
インダクタＬ１は、本発明において直流電源ＤＣから供給される電磁的エネルギーを蓄積し、次に放出する機能を有しているのであればよいので、従来技術におけるような２次巻線を配設する必要がない。このため、インダクタＬ１の構造を簡素化してその小形化に寄与することができる。
【００２９】
フリーホイールダイオードＤ１は、インダクタＬ１に蓄積された電磁的エネルギーを放出して回生するための電流経路すなわち第２の回路Ｂを提供する手段であり、チョッパＣＨの動作周波数に応じて例えばショットキーバリヤダイオード、ＰＩＮダイオードなどのスイッチングダイオードを用いることができる。
【００３０】
電流検出用インピーダンス素子Ｚ１は、増加電流および減少電流がともに流れる回路上の位置すなわち第１の回路Ａおよび第２の回路Ｂに共有されている線路部分に挿入されて上記各電流を検出する手段である。そして、例えば抵抗値の小さな抵抗器を用いて構成される。
【００３１】
また、チョッパＣＨは、昇圧チョッパの場合、インダクタＬ１およびノーマリオンスイッチＱ１の直列回路が直流電源ＤＣに接続する第１の回路Ａと、インダクタＬ１、フリーホイールダイオードＤ１および負荷回路ＬＣの直列回路が直流電源ＤＣに接続する第２の回路Ｂとで構成することができる。なお、昇降圧チョッパの場合は前述のとおりである。
【００３２】
負荷回路ＬＣは、負荷の発光ダイオードＬＥＤと出力コンデンサＣ２の並列回路により構成されていて、増加電流と減少電流がともに流れる回路上の位置に接続されている。なお、発光ダイオードＬＥＤは、上記電流に対して順方向に単一で、または直列接続した複数で構成される。
【００３３】
制御回路ＣＣは、制御スイッチＣＳおよび整合手段ＭＣを備えていて、適当な制御電源の供給を受けて作動してノーマリオンスイッチＱ１のオン、オフを制御する。本形態においては、負荷回路ＬＣの両端から制御回路ＣＣに対して制御電源が供給される。
【００３４】
制御スイッチＣＳは、ノーマリオンスイッチＱ１のオン、オフを切り換える手段である。すなわち、制御スイッチＣＳがオンすることにより、ノーマリオンスイッチＱ１のゲートがインピーダンス素子Ｚ１およびインダクタＬ１の接続点に接続すれば、ノーマリオンスイッチＱ１のゲートにはソースに対して負電圧が印加されるので、ノーマリオンスイッチＱ１がオフする。また、制御スイッチＣＳがオフしてノーマリオンスイッチＱ１のゲートがインピーダンス素子Ｚ１およびインダクタＬ１の接続点に対する接続から開放されるか、またはソースと同電位になれば、ノーマリオンスイッチＱ１がオンする。
【００３５】
整合手段ＭＣは、インピーダンス素子Ｚ１と制御スイッチＣＳとの間に介在して、増加電流が第１の所定値に達したときに制御スイッチＣＳをオンさせる。また、減少電流が第２の所定値に達したときに制御スイッチＣＳをオフさせる。
【００３６】
したがって、増加電流が流れているときにインピーダンス素子Ｚ１の端子電圧が第１の所定値に達すると、整合手段ＭＣが制御スイッチＣＳをオンさせるので、ノーマリオンスイッチＱ１をオフする。また、減少電流が流れているときにインピーダンス素子Ｚ１の端子電圧が第２の所定値に達すると、整合手段ＭＣが制御スイッチＣＳをオフさせるので、ノーマリオンスイッチＱ１がオンする。
【００３７】
次に、回路動作について説明する。
【００３８】
直流電源ＤＣが投入されると、チョッパＣＨのノーマリオンスイッチＱ１がオンして直流電源ＤＣから第１の回路Ａ内を電流が流れ出し、電流は直線的に増加する。これが増加電流であり、インダクタＬ１内に電磁エネルギーが蓄積される。増加電流が第１の回路Ａ内を流れ出すと、インピーダンス手段Ｚ１の端子電圧が増加電流に比例して増大していく。そして、端子電圧が第１の所定値に達すると、整合手段ＭＣが制御スイッチＣＳをオンさせる。
【００３９】
制御スイッチＣＳがオンすると、ノーマリオンスイッチＱ１のゲートが負電圧になるので、ノーマリオンスイッチＱ１がオフし、増加電流が遮断される。これにより、インダクタＬ１に蓄積されていた電磁エネルギーが放出されて第２の回路Ｂ内を電流が流れ始め、電流は直線的に減少する。これが減少電流である。減少電流が第２の所定値に達すると、整合手段ＭＣが制御スイッチＣＳをオフさせる。
【００４０】
制御スイッチＣＳがオフすると、ノーマリオンスイッチＱ１のゲートに対する負電圧の印加が解除されるので、ノーマリオンスイッチＱ１がオンし、再度増加電流が流れ始める。以後、以上の回路動作を繰り返すことで、ＤＣ−ＤＣ変換動作を継続する。
【００４１】
図２を参照して本発明のＬＥＤ点灯装置における第２の形態について説明する。
【００４２】
本形態は、制御回路ＣＣが第１の形態と異なっている。なお、図において、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【００４３】
本形態において、制御回路ＣＣは、制御スイッチＣＳが並列接続したＰ形ＦＥＴ１およびＮ形ＦＥＴ２により構成されている。そして、Ｐ形ＦＥＴ１のドレインとN形ＦＥＴ２のソースとの接続端がノーマリオンスイッチＱ１のゲートに接続している。
【００４４】
また、整合回路ＭＣは、ヒステリシスコンパレータＣＰｈにより構成されている。そして、ヒステリシスコンパレータＣＰｈは、反転入力端子がインピーダンス手段Ｚ１の負荷回路ＬＣ側の一端に接続し、非反転入力端子が基準電位Ｅに接続し、出力端子がＰ形ＦＥＴ１およびＮ形ＦＥＴ２のゲートに接続している。また、非反転入力端子と出力端子の間に予め抵抗値が調整された帰還抵抗器Ｒ１が接続している。上記基準電位Ｅは、負荷回路ＬＣおよびインピーダンス手段Ｚ１の直列部分に対して並列接続している抵抗器Ｒ２およびＲ３からなる電圧分割器ＶＤの接続点に形成されている。
【００４５】
そうして、ノーマリオンスイッチＱ１がオンしてインピーダンス手段Ｚ１に増加電流ＩＵが流れている場合において、インピーダンス手段Ｚ１の端子電圧が第１の所定値に達すると、ヒステリシスコンパレータＣＰｈの反転入力端子に正の第１の所定値電圧が入力し、出力端子に負の最大出力電圧が出力する。この負の最大出力電圧は、制御スイッチＣＳのＰ形ＦＥＴ１のゲートに印加されるので、Ｐ形ＦＥＴ１がオンする。なお、このときＮ形ＦＥＴ２はオフ状態を維持する。
【００４６】
Ｐ形ＦＥＴ１がオンすると、ノーマリオンスイッチＱ１のゲートが負電位になるので、ノーマリオンスイッチＱ１はオフし、増加電流ＩＵが遮断される。これに伴いインダクタＬ１から減少電流ＩＤが流れ出す。減少電流ＩＤが流れているときのインピーダンス手段Ｚ１の端子電圧がヒステリシスコンパレータＣＰｈの反転入力端子に増加電流の端子電圧に引続いて入力するので、その値が第２の所定値に達すると、今度はヒステリシスコンパレータＣＰｈの出力端子から正の最大電圧が出力される。その結果、Ｐ形ＦＥＴ１がオフし、Ｎ形ＦＥＴ２がオンする。
【００４７】
Ｐ形ＦＥＴ１がオフし、Ｎ形ＦＥＴ２がオンする結果、ノーマリオンスイッチＱ１がオンするので、再度増加電流が負荷回路ＬＣに流れる。以後、以上の動作を繰り返してチョッパ動作が行われる。
【００４８】
次に、図３を参照して本発明の第２の形態における各部の電流、電圧波形の関係を説明する。すなわち、図３の（ａ）は増加電流ＩＵの波形、（ｂ）は減少電流ＩＤの波形、（ｃ）はインピーダンス手段の端子電圧ＶＺ１の波形、（ｄ）はインダクタの電圧ＶＬ１の波形、（ｅ）はノーマリオンスイッチのゲート電圧ＶＧＳの波形であり、時間軸を揃えて示している。なお、図において、増加電流ＩＵのピーク値が第１の所定値に達したときに相当する。また、減少電流ＩＤの０値が第２の所定値に達したときに相当する。
【００４９】
図３の電流波形図は、制御に遅れがない場合の理想的な波形であるが、増加電流の遮断時の制御に無視することができない遅れが生じる場合には、ピーク値より制御の遅れに相当する値だけ低い位置に第１の所定値があることになる。また、減少電流が第２の所定値に達したときの制御に無視することができない遅れが生じる場合には、減少電流と次の増加電流との間に制御の遅れに相当する電流の遮断時間が生じる。
【００５０】
図４を参照して本発明のＬＥＤ点灯装置における第３の形態について説明する。
【００５１】
本形態は、制御回路ＣＣが第および第２の形態と異なっている。なお、図において、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。
【００５２】
すなわち、制御スイッチＣＳがバイポーラトランジスタＱ２を主体として構成されている。バイポーラトランジスタＱ２は、コレクタがノーマリオンスイッチＱ１のゲートに接続するとともに、ドロッパからなる制御電源Ｖｄｄを介してノーマリオンスイッチＱ１のソースに接続し、エミッタがインダクタＬ１およびインピーダンス手段Ｚ１の接続点に接続している。
【００５３】
また、整合手段ＭＣがバイポーラトランジスタＱ３、抵抗器Ｒ４およびＲ５を主体として構成されている。バイポーラトランジスタＱ３のコレクタが抵抗器Ｒ４を介して制御スイッチＣＳのバイポーラトランジスタＱ２のベースに接続し、エミッタがインダクタＬ１およびインピーダンス手段Ｚ１の接続点に接続し、ベースが抵抗器Ｒ６を介してバイポーラトランジスタＱ２のコレクタに接続している。また、抵抗器Ｒ５、Ｒ４およびバイポーラトランジスタＱ３のコレクタ・エミッタの直列回路がインピーダンス手段Ｚ１に並列接続している。
【００５４】
そうして、ノーマリオンスイッチＱ１がオンして増加電流が流れている場合においては、制御スイッチＣＳのバイポーラトランジスタＱ２がオフし、整合手段ＭＣのバイポーラトランジスタＱ３がオンしている。このため、インピーダンス手段Ｚ１の端子電圧は、抵抗器Ｒ４および抵抗器Ｒ５の直列回路で分圧され、抵抗器Ｒ４の両端電圧がバイポーラトランジスタＱ２のベース・エミッタ間に印加される。
【００５５】
そこで、抵抗器Ｒ４と抵抗器Ｒ５の値を予め調整して抵抗器Ｒ４の値を相対的に小さく設定しておくことにより、増加電流が第１の所定値に達する以前のレベルではバイポーラトランジスタＱ２がオフ状態となるように構成することができる。しかし、増加電流が第１の所定値に達すると、バイポーラトランジスタＱ２がオン状態になり、ノーマリオンスイッチＱ１のゲートに負電圧が印加されるので、ノーマリオンスイッチＱ１がオフして増加電流が遮断される。
【００５６】
バイポーラトランジスタＱ２がオン状態になると、バイポーラトランジスタＱ３がオフするので、ノーマリオンスイッチＱ１がオフして減少電流が流れている場合には、インピーダンス手段Ｚ１の端子電圧が分圧されることなくバイポーラトランジスタＱ２に印加され、引き続きバイポーラトランジスタＱ２がオン状態を維持する。しかし、インピーダンス手段Ｚ１の端子電圧が低下していき第２の所定値に達すると、バイポーラトランジスタＱ２がオン状態を維持できないでオフする。その結果、ノーマリオンスイッチＱ１が再びオンする。以後、上述の回路動作を繰り返し、チョッパ動作を継続する。
【符号の説明】
【００５７】
１…Ｐ形ＦＥＴ、２…Ｎ形ＦＥＴ、Ａ…第１の回路、Ｂ…第２の回路、Ｃ１…平滑コンデンサ、Ｃ２…出力コンデンサ、ＣＣ…制御手段、ＣＨ…チョッパ、ＣＰｈ…ヒステリシスコンパレータ、ＣＳ…制御スイッチ、Ｄ１…フリーホイールダイオード、ＤＣ…直流電源、ＤＢ…整流回路、Ｌ１…インダクタ、ＬＥＤ…発光ダイオード、ＬＣ…負荷回路、ＭＣ…整合回路、Ｑ１…ノーマリオンスイッチ、Ｚ１…電流検出用インピーダンス手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と；
ノーマリオンスイッチ、インダクタ、フリーホイールダイオードおよび電流検出用インピーダンス素子を備え、ノーマリオンスイッチのオン時にインダクタに増加電流が流れるとともにノーマリオンスイッチのオフ時にインダクタから減少電流が流れてチョッパ動作を行い、直流電源電圧をＤＣ−ＤＣ変換して出力端に出力するとともに、電流検出用インピーダンス素子が増加電流および減少電流が流れる回路上の位置に挿入されているチョッパと；
チョッパの出力端に接続された発光ダイオードおよび出力コンデンサの並列回路を備えた負荷回路と；
制御スイッチおよび整合手段を備え、制御スイッチは少なくともオン時にノーマリオンスイッチのゲートに負電圧を印加してノーマリオンスイッチをオフ状態に制御し、かつオフ時にノーマリオンスイッチのゲートに対する負電圧の印加を解除してノーマリオンスイッチをオン状態に制御するスイッチを含み、整合手段はインピーダンス素子および制御スイッチの間に介在して増加電流が流れているときにおいてインピーダンス素子の端子電圧が、第１の所定値に達した際に制御スイッチをオンさせ、かつ減少電流が流れているときにおいて第１の所定値より低い第２の所定値に達した際に制御スイッチをオフさせる制御回路と；
を具備していることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
【請求項２】
制御回路は、整合手段がヒステリシスコンパレータにより構成されていることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項３】
照明装置本体と；
照明装置本体に配設された請求項１または２記載のＬＥＤ点灯装置と；
を具備していることを特徴とする照明装置。
【請求項１】
直流電源と；
ノーマリオンスイッチ、インダクタ、フリーホイールダイオードおよび電流検出用インピーダンス素子を備え、ノーマリオンスイッチのオン時にインダクタに増加電流が流れるとともにノーマリオンスイッチのオフ時にインダクタから減少電流が流れてチョッパ動作を行い、直流電源電圧をＤＣ−ＤＣ変換して出力端に出力するとともに、電流検出用インピーダンス素子が増加電流および減少電流が流れる回路上の位置に挿入されているチョッパと；
チョッパの出力端に接続された発光ダイオードおよび出力コンデンサの並列回路を備えた負荷回路と；
制御スイッチおよび整合手段を備え、制御スイッチは少なくともオン時にノーマリオンスイッチのゲートに負電圧を印加してノーマリオンスイッチをオフ状態に制御し、かつオフ時にノーマリオンスイッチのゲートに対する負電圧の印加を解除してノーマリオンスイッチをオン状態に制御するスイッチを含み、整合手段はインピーダンス素子および制御スイッチの間に介在して増加電流が流れているときにおいてインピーダンス素子の端子電圧が、第１の所定値に達した際に制御スイッチをオンさせ、かつ減少電流が流れているときにおいて第１の所定値より低い第２の所定値に達した際に制御スイッチをオフさせる制御回路と；
を具備していることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
【請求項２】
制御回路は、整合手段がヒステリシスコンパレータにより構成されていることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項３】
照明装置本体と；
照明装置本体に配設された請求項１または２記載のＬＥＤ点灯装置と；
を具備していることを特徴とする照明装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１６５９２０（Ｐ２０１１−１６５９２０Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７３９８（Ｐ２０１０−２７３９８）
【出願日】平成２２年２月１０日（２０１０．２．１０）
【出願人】（０００００３７５７）東芝ライテック株式会社 (2,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１０日（２０１０．２．１０）
【出願人】（０００００３７５７）東芝ライテック株式会社 (2,710)
【Ｆターム（参考）】
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