ＬＥＤ点灯装置
【課題】
コスト、部品点数を少なくでき、そのため、回路を構成するための必要体積、信頼性、回路寿命を改善できることができ、電力伝達効率を大幅に改善できるＬＥＤ点灯装置を提供する。
【解決手段】
直列回路部２１は、スイッチング素子Ｑがオン時に電流Ｉ２と、スイッチング素子Ｑがオフ時に負荷電流Ｉ１とをそれぞれ検出電流として、該検出電流を電圧に変換して検出する検出抵抗ＲＳＨが接続されている。全波整流器１０の直流出力端間には全波整流器１０の出力電圧に基づいた分圧電圧を出力する抵抗Ｒ２が接続されている。制御部２２は抵抗Ｒ２からの出力電圧と、検出抵抗ＲＳＨが検出した電圧との誤差を縮小して出力電圧に近づくようにフィードバック制御すべくスイッチング素子Ｑをオンオフする。
コスト、部品点数を少なくでき、そのため、回路を構成するための必要体積、信頼性、回路寿命を改善できることができ、電力伝達効率を大幅に改善できるＬＥＤ点灯装置を提供する。
【解決手段】
直列回路部２１は、スイッチング素子Ｑがオン時に電流Ｉ２と、スイッチング素子Ｑがオフ時に負荷電流Ｉ１とをそれぞれ検出電流として、該検出電流を電圧に変換して検出する検出抵抗ＲＳＨが接続されている。全波整流器１０の直流出力端間には全波整流器１０の出力電圧に基づいた分圧電圧を出力する抵抗Ｒ２が接続されている。制御部２２は抵抗Ｒ２からの出力電圧と、検出抵抗ＲＳＨが検出した電圧との誤差を縮小して出力電圧に近づくようにフィードバック制御すべくスイッチング素子Ｑをオンオフする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＥＤ点灯装置として、力率改善回路を備えたものが知られている。従来の力率改善回路は、定電圧出力であるため、出力に大型コンデンサを必要とするとともに、かつ制御系に乗算回路を必要としている。
【０００３】
又、特許文献１が公知である。特許文献１は、交流を整流化する整流化直流電源に対してインダクタ、スイッチング素子、及び電流検出抵抗の直列回路が接続されるとともに、前記スイッチング素子及び電流検出抵抗の直列回路に対してＬＥＤ（発光ダイオード）及びインダクタ電流検出抵抗の直列回路が並列に接続されている。そして、前記インダクタ、スイッチング素子、及び前記スイッチング素子をオンオフする制御回路により昇圧チョッパ（力率改善回路）が構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３１３４２３号公報、図１、図４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１において、ＬＥＤに流れる負荷電流を検出する構成としては、発光ダイオード電流検出器、誤差増幅器及び前記誤差増幅器の一方の制御入力端及び出力端側間に接続されたコンデンサからなる積分回路を備えている。そして、特許文献１では、発光ダイオードに流れる負荷電流を検出して、前記誤差増幅器で基準電位源と比較し、前記積分回路で低周波交流の周期より速い応答を抑制すべく、前記スイッチング素子の制御回路に帰還させて、該制御回路により、スイッチング素子をオンオフすることにより、低周波交流の周期より長い時間領域で見た場合に、前記負荷電流を平均化させるようにしている。
【０００６】
特許文献１が上記のように構成している理由は、前提として特許文献１の力率改善回路（ＰＦＣ）が、定電力出力を想定した構成であり、短時間で出力をフィードバックできない構成のためである。すなわち、特許文献１の定電力出力を想定した構成は、入力電圧が高いほど入力電流を必要としなくなる構成のため、対策がなければ入力電圧と入力電流が比例する関係とはならず、力率は悪化する。この対策としては、入力電流を全波整流した上で、その波形全体を大きくしたり、或いは小さくしたりする方法しかない。このため、特許文献１では、長時間に渡り変化の少ない制御偏差を目標値（全波整流波形）に乗算できる制御系（制御回路）が必須となっており、短時間で出力をフィードバック（帰還）させない理由となっている。このため、特許文献１では、制御系の回路の簡素化、コスト低減を図ることができない問題がある。
【０００７】
本願発明の目的は、定電流出力でも定電圧出力でもない出力を、ＬＥＤに印加する構成としている力率改善回路を設けて、出力の大型コンデンサを不要とするとともに制御系の乗算回路を不要とすることにより、コスト、部品点数を少なくでき、そのため、回路を構成するための必要体積、信頼性、回路寿命を改善できることができ、さらに、電力伝達効率を大幅に改善できるＬＥＤ点灯装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するために、請求項１の発明は、交流を整流化する整流化直流電源と、前記整流化直流電源の直流出力端間に接続されたインダクタとスイッチング手段の直列回路部、及び前記スイッチング手段のオンオフを行う制御部を含み、直流出力端に平滑コンデンサを備えていない力率改善回路と、前記力率改善回路に接続されるとともに前記力率改善回路からの直流出力により駆動される単数の発光ダイオード又は発光ダイオード列（以下、発光ダイオード部という）を備えたＬＥＤ点灯装置であって、前記直列回路部には、前記スイッチング手段がオン時に前記直列回路部に流れる直流電流と、前記スイッチング手段がオフ時に前記発光ダイオード部に流れる負荷電流に関係した負荷関連電流とをそれぞれ検出電流として、該検出電流を電圧に変換して検出する検出抵抗が接続され、前記整流化直流電源の直流出力端間には前記整流化直流電源の出力電圧に基づいた目標値としての分圧電圧を出力する目標値出力回路が接続され、前記制御部は、前記目標値出力回路からの目標値と、前記検出抵抗が検出した電圧との誤差を縮小して前記目標値に近づくようにフィードバック制御すべく前記スイッチング手段をオンオフすることを特徴とするＬＥＤ点灯装置を要旨としている。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１において、前記発光ダイオード部は、前記力率改善回路の出力端に対して、絶縁トランスを介して接続されていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２において、前記絶縁トランスの二次巻線に対して、全波整流手段を介して前記発光ダイオード部が接続され、前記スイッチング手段は、前記インダクタに接続された第１スイッチング素子と、前記インダクタに対して前記絶縁トランスの一次巻線を介して接続されるとともに前記第１スイッチング素子に対して並列接続された第２スイッチング素子とを含み、前記制御部は、前記第１及び第２スイッチング素子を交互にオンオフさせて、第１スイッチング素子がオン、第２スイッチング素子がオフの第４期間は、前記インダクタを充電駆動させ、第１スイッチング素子がオフ、第２スイッチング素子がオンであって、第４期間よりも短くした第５期間では、前記絶縁トランスをフォワード動作させることにより、前記発光ダイオード部を発光させることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項２において、前記絶縁トランスの一次巻線は、前記インダクタに対して接続された接続点を介して互いに接続された第１の一次巻線と第２の一次巻線を含み、前記発光ダイオード部は、前記絶縁トランスの二次巻線に対して、接続向きを互いに反対にして接続された複数の発光ダイオード列が並列接続された回路を含み、前記スイッチング手段は、第１スイッチング素子と、第２スイッチング素子を含み、前記直列回路部は、前記第１の一次巻線及び前記第１スイッチング素子の第１直列回路と、前記第２の一次巻線及び前記第２スイッチング素子の第２直列回路とが並列接続された並列回路を含み、前記インダクタ、前記並列回路及び前記検出抵抗が直列接続されたものであり、前記制御部は、前記第１及び第２スイッチング素子を同時にオンさせて前記インダクタを充電する第１期間、第２スイッチング素子をオフさせるとともに第１スイッチング素子をオンさせる第２期間、前記第１及び第２スイッチング素子を同時にオンさせて前記インダクタを充電する第１期間、第２スイッチング素子をオンさせるとともに第１スイッチング素子をオフさせる第３期間を順次繰り返し、第２及び第３期間で前記絶縁トランスをフォワード動作させることにより、前記複数の発光ダイオード列が並列接続された回路を交互に発光させることを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１において、前記発光ダイオード部の入力端は、前記インダクタ（以下、第１インダクタという）と前記スイッチング手段間の第１接続点に対して接続され、前記発光ダイオード部の出力端は、第２インダクタを介して前記第１接続点に対して接続されるとともに、コンデンサを介して前記直列回路部と前記検出抵抗間の第２接続点に対して接続されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１において、前記発光ダイオード部の入力端は、前記インダクタ（以下、第１インダクタという）と前記スイッチング手段間の第１接続点に対して接続されるとともに、コンデンサを介して前記直列回路部と前記検出抵抗間の第２接続点に対して接続され、前記発光ダイオード部の出力端は、第２インダクタを介して前記第１接続点に対して接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、定電流出力でも定電圧出力でもない出力を、ＬＥＤに印加する構成としている力率改善回路を設けて、出力の大型コンデンサを不要とするとともに制御系の乗算回路を不要とすることにより、コスト、部品点数を少なくでき、そのため、回路を構成するための必要体積、信頼性、回路寿命を改善できることができ、さらに、電力伝達効率を大幅に改善できる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、降圧型の絶縁トランスにより、二次側の感電が防止できるとともに、二次側を一次側よりも小さく電圧変換できるため、絶縁トランスの二次側に接続される発光ダイオード部の発光ダイオード列を構成するＬＥＤ直列数を抑制することができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、降圧型の絶縁トランスにより、二次側の感電が防止できるとともに、ＬＥＤ電流のフィートバックを省略できるため、単に部品点数削減による小型化・低コスト化を実現するのみならず、長寿命化を確保できる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、降圧型の絶縁トランスにより、絶縁トランスの二次側からのＬＥＤ電流のフィートバックを省略できるため、単に部品点数削減による小型化・低コスト化を実現するのみならず、長寿命化を確保できる。
【００１７】
請求項５の発明によれば、非絶縁、かつ高力率で、電圧変換回路１段の構成を備え、電源電流の連続する（スイッチング素子のライズタイムやフォールタイム程度の時間内に生じる無視できない程度の増減を伴わないことをさす）ＬＥＤ点灯装置においては、通常、発光ダイオード（ＬＥＤ）の直列数を電源電圧よりも高くする必要があるが、それを小さく抑えることが可能となる。
【００１８】
請求項６の発明によれば、請求項５と同様の効果に加えて、電源電流のみならず、ＬＥＤに流れる負荷電流さえも連続状態（スイッチング素子のライズタイムやフォールタイム程度の時間内に生じる無視できない程度の増減を伴わないことをさす）を維持する為、負荷を長く引き回しても、放射ノイズを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）は第１実施形態のＬＥＤ点灯装置の電気回路図、（ｂ）は電流の流れを示す説明図、（ｃ）は電流の波形図。
【図２】（ａ）は第２実施形態のＬＥＤ点灯装置の電気回路図、（ｂ）は電流の流れを示す説明図、（ｃ）は電流の波形図。
【図３】（ａ）は第３実施形態のＬＥＤ点灯装置の電気回路図、（ｂ）は電流の流れを示す説明図、（ｃ）及び（ｄ）は電流の波形図。
【図４】（ａ）は第４実施形態のＬＥＤ点灯装置の電気回路図、（ｂ）〜（ｄ）は電流の流れを示す説明図。
【図５】（ａ）は三角波発振器、誤差増幅器の各出力のタイムチャート、（ｂ）は比較器の出力のタイムチャート、（ｃ）、（ｄ）はトグルフリップフロップ回路の出力のタイムチャート、（ｅ）、（ｆ）は第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子の出力のタイムチャート。
【図６】（ａ）は第５実施形態のＬＥＤ点灯装置の電気回路図、（ｂ）は電流の流れを示す説明図、（ｃ）は電流の波形図。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は電流Ｉ１〜Ｉ４の波形図、（ｅ）は励磁電流の波形図。
【図８】変形例の電気回路図。
【図９】（ａ）は電流目標値と制御対象電流の波形、（ｂ）〜（ｅ）はピーク検出比較器ＣＰ１、ロ電流検出用比較器ＣＰ２、ＲＳＦＦ及びスイッチング素子Ｑの出力波形図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化したＬＥＤ点灯装置の第１実施形態を図１（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。図１（ａ）に示すように、ＬＥＤ点灯装置は、ダイオードブリッジからなる整流化直流電源としての全波整流器１０と、力率改善回路２０と、発光ダイオード部３０とを備えている。力率改善回路２０は、全波整流器１０の直流出力端間に接続されたインダクタＬとスイッチング手段としてのスイッチング素子Ｑの直列回路部２１、及びスイッチング素子Ｑのオンオフを行う制御部２２を備えている。スイッチング素子Ｑは本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴにより構成されているが、バイポーラトランジスタに代えても良い。直列回路部２１の出力端には、スイッチング素子Ｑがオン時に流れる直流電流と、スイッチング素子Ｑがオフ時に発光ダイオード部３０に流れる負荷電流（負荷関連電流）とをそれぞれ検出電流として、該検出電流を電圧に変換して検出する検出抵抗ＲＳＨ（検出抵抗）が接続されている。なお、全波整流器１０の直流出力端間は、ＬＥＤ点灯装置内部の制御電源にも接続されている。
【００２１】
本実施形態では、発光ダイオード部３０は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）の直列回路からなる。そして、インダクタＬ側のＬＥＤのアノードがインダクタＬに接続され、検出抵抗ＲＳＨ側のＬＥＤのカソードがスイッチング素子Ｑと検出抵抗ＲＳＨの接続点に接続されている。なお、発光ダイオード部３０は、前記構成に限定されるものではなく、発光ダイオードの直列回路を複数並列接続した回路により構成しても良い。図１（ａ）に示すように、発光ダイオード部３０は、昇圧用のインダクタＬとスイッチング素子Ｑとの接続点と、スイッチング素子Ｑと、検出抵抗ＲＳＨとの接続点間に接続されている。本実施形態では、インダクタＬにより昇圧されるため、必然的に、発光ダイオード部３０を構成するＬＥＤの数は多く接続される。
【００２２】
全波整流器１０の直流出力端間には、抵抗Ｒ１、Ｒ２の直列回路が接続されている。抵抗Ｒ２の分圧電圧が、全波整流器１０の出力電圧に基づいた目標値としての分圧電圧を出力する。抵抗Ｒ２は、目標値出力回路に相当する。
【００２３】
制御部２２は、誤差増幅器ＥＡと、三角波発振器ＯＳＣと、比較器ＣＰとを備え、スイッチング素子Ｑを制御する。誤差増幅器ＥＡの非反転入力端子には、抵抗Ｒ２の分圧電圧が、電流目標値として入力される。誤差増幅器ＥＡの反転入力端子には、検出抵抗ＲＳＨの電圧が入力される。検出抵抗ＲＳＨの電圧は、制御対象電流（すなわち、検出電流）が電圧に変換されたものである。誤差増幅器ＥＡは、全波整流器１０の出力電圧に応じた抵抗Ｒ２の分圧電圧と、検出抵抗ＲＳＨの電圧とを比較し、その誤差を増幅した出力信号Ｓ１を比較器ＣＰに出力する。比較器ＣＰは、誤差増幅器ＥＡの出力信号Ｓ１よりも三角波発振器ＯＳＣの三角波信号Ｓ２が低くなる場合に出力信号をハイレベルとし、出力信号Ｓ１よりも三角波信号Ｓ２が高くなる場合に出力信号をローレベルとする。
【００２４】
従って、誤差増幅器ＥＡの出力信号Ｓ１の電圧が上昇すると比較器ＣＰの出力パルス幅（出力信号がハイレベルとなるパルス幅）が長くなる。このため、比較器ＣＰの出力パルス幅が長くなると、スイッチング素子Ｑの導通時間が長くなり、逆に比較器ＣＰの出力パルス幅が短くなると、スイッチング素子Ｑの導通時間が短くなる。このようにして、スイッチング素子Ｑは、誤差増幅器ＥＡの出力信号Ｓ１の電圧が上昇するに従いオン時間が長くなるようにデューティ制御される。すなわち、力率改善回路２０は、定電流出力でも定電圧出力でもなく、全波整流器１０の出力電圧に応じて、電流が制御されて力率を改善するとともに、発光ダイオード部３０に出力電圧を印加する。そして、ＬＥＤ点灯装置は、力率改善回路２０の直流出力端には平滑コンデンサを備えていないところが特徴となっている。
【００２５】
上記ＬＥＤ点灯装置では、スイッチング素子Ｑがオンすると、図１（ｂ）に示すように、電流Ｉ３は、スイッチング素子Ｑを流れ、電流Ｉ２として検出される。又、スイッチング素子Ｑがオフすると、発光ダイオード部３０を流れる負荷電流を示すＩ１の方向に流れる。Ｉ１は負荷電流（すなわち、負荷関連電流）であって、電流Ｉ３は電流Ｉ１として検出される。負荷電流Ｉ１が流れることにより、発光ダイオード部３０が点灯する。
【００２６】
検出抵抗ＲＳＨにより電流Ｉ３（検出電流）を電圧波形として検出され、全波整流器１０の出力電圧Ｖの分圧波形と一致するように、誤差増幅器ＥＡ，比較器ＣＰ，三角波発振器ＯＳＣにより自動制御される。その結果、Ｉ３の電流波形は入力電圧の整流後電圧（すなわち、全波整流器１０の出力電圧）と相似となり、概略、図１（ｃ）に示す通りとなり、力率が改善される。
【００２７】
「相似」とは、ＬＥＤに流れる負荷関連電流が、整流化直流電源の電圧の大きさに比例する大きさとなる関係をいう。
又、本実施形態の図１（ｃ）、他の実施形態の図２（ｃ）、図３（ｃ）、（ｄ）では、説明の便宜上、デューティ比５０％でスイッチング素子Ｑを、商用周波数の半サイクル当たり、オンオフを７回繰り返したときの状態を示しているが、前記半サイクル当たりのオンオフ回数は、限定されるものではない。
【００２８】
本実施形態では、下記の特徴を有する。
（１）ＬＥＤ点灯装置の直列回路部２１は、スイッチング素子Ｑ（スイッチング手段）がオン時に直列回路部２１に流れる電流Ｉ２（直流電流）と、スイッチング素子Ｑがオフ時に発光ダイオード部３０に流れる負荷電流Ｉ１（負荷関連電流）とをそれぞれ検出電流として、該検出電流を電圧に変換して検出する検出抵抗ＲＳＨが接続されている。全波整流器１０（整流化直流電源）の直流出力端間には全波整流器１０の出力電圧に基づいた分圧電圧を出力する抵抗Ｒ２（目標値出力回路）が接続されている。制御部２２は、抵抗Ｒ２（目標値出力回路）からの出力電圧（目標値）と、検出抵抗ＲＳＨが検出した電圧との誤差を縮小して出力電圧（目標値）に近づくようにフィードバック制御すべくスイッチング素子Ｑ（スイッチング手段）をオンオフする。この結果、本実施形態のＬＥＤ点灯装置は、定電流出力でも定電圧出力でもない出力を、ＬＥＤに印加する構成としている力率改善回路２０を設けて、出力の大型コンデンサを不要とするとともに制御系の乗算回路を不要とすることにより、コスト、部品点数を少なくでき、そのため、回路を構成するための必要体積、信頼性、回路寿命を改善できることができ、さらに、電力伝達効率を大幅に改善できる。
【００２９】
（第２実施形態：請求項５）
次に、第２実施形態のＬＥＤ点灯装置を説明する。なお、本実施形態を含め、以下に説明する実施形態では、すでに説明した実施形態の構成と同一構成又は相当する構成については、断りがない場合を除いて同一符号を付し、すでに説明した実施形態と異なる構成を中心に説明する。本実施形態では、第１実施形態で説明した昇圧用のインダクタＬの符号としてＬ１を使用する。
【００３０】
ＬＥＤ点灯装置のインダクタＬ１とスイッチング素子Ｑ間にはダイオードＤ１が接続されている。ダイオードＤ１のアノードはインダクタＬ１に接続されるとともにカソードは第１接続点Ｐ１を介してＬＥＤ列に接続されている。インダクタＬ１、ダイオードＤ１、スイッチング素子Ｑにより、直列回路部２１が構成されている。なお、ダイオードＤ１は、後述する電流Ｉ３が流れる際に、電流Ｉ３がインダクタＬ１へ流れるのを防止するためのものであるが、省略してもよい。インダクタＬ１は、第１インダクタに相当する。
【００３１】
発光ダイオード部３０（ＬＥＤ列）の入力端は、直列回路部２１において、ダイオードＤ１とスイッチング素子Ｑ間の第１接続点Ｐ１に対して接続されている。発光ダイオード部３０の出力端は、第２インダクタとしてのインダクタＬ２、ダイオードＤ２を介して第１接続点Ｐ１に対して接続されるとともに、コンデンサＣを介して直列回路部２１と検出抵抗ＲＳＨ間の第２接続点Ｐ２に対して接続されている。ダイオードＤ２のアノードはインダクタＬ２に接続され、カソードは第１接続点Ｐ１に接続されている。ダイオードＤ２は、スイッチング素子Ｑのオン時に、コンデンサＣの放電電流をスイッチング素子Ｑへ流すと共に、インダクタＬ１からインダクタＬ２へ電流を流さないようにするためのものである。なお、ダイオードＤ２は、省略してもよい。
【００３２】
本実施形態では、スイッチング素子Ｑがオンすれば、図２（ｂ）に示すように、電流Ｉ２とＩ４が流れる。電流Ｉ２は、直列回路部２１、検出抵抗ＲＳＨを流れる電流である。このとき、インダクタＬ１が充電されるとともに、コンデンサＣが放電し、かつインダクタＬ２が充電される。Ｉ４は、コンデンサＣからインダクタＬ２、ダイオードＤ２、スイッチング素子Ｑを介して流れる放電電流である。又、スイッチング素子Ｑがオフすれば、電流Ｉ１とＩ３が負荷電流として流れる。すなわち、負荷電流Ｉ１，Ｉ３によりＬＥＤ列が点灯する。スイッチング素子Ｑのオフ毎にインダクタＬ１が放電されてコンデンサＣが充電され、検出抵抗ＲＳＨを介して電流Ｉ１が流れる。又、スイッチング素子Ｑのオフ毎にインダクタＬ２が放電されて、ＬＥＤを電流Ｉ３が流れ、コンデンサＣが充電される。
【００３３】
制御部２２は、検出抵抗ＲＳＨにより電流（Ｉ１＋Ｉ２）を電圧波形として検出し、全波整流器１０の出力電圧Ｖの分圧波形と一致するように、誤差増幅器ＥＡ，比較器ＣＰ，三角波発振器ＯＳＣにより自動制御する。ここで、Ｉ１は負荷電流と関連する負荷関連電流である。その結果、電流波形は、概略、図２（ｃ）に示すようになり、力率が改善されているのが分かる。コンデンサＣへの充放電は（電流Ｉ１×スイッチング素子Ｑのオフ時間）＝（電流Ｉ４×スイッチング素子Ｑのオン時間）が自動的に調整され、Ｉ１＋Ｉ４の電流波形は入力電圧の整流後電圧（すなわち、全波整流器１０の出力電圧）と相似となり、力率が改善される。なお、コンデンサＣは、整流電圧Ｖ程度に充電されるが、高周波駆動されるため、平滑コンデンサのような大容量を必要としない。
【００３４】
本実施形態では、下記の特徴を有する。
（２）ＬＥＤ点灯装置では、発光ダイオード部３０の入力端は、インダクタＬ１（第１インダクタ）とスイッチング素子Ｑ間の第１接続点Ｐ１に対して接続されている。発光ダイオード部３０の出力端は、インダクタＬ２を介して第１接続点Ｐ１に対して接続されるとともに、コンデンサＣを介して直列回路部２１と検出抵抗ＲＳＨ間の第２接続点Ｐ２に対して接続されている。このため、非絶縁、かつ高力率で、電圧変換回路（すなわち、力率改善回路）１段の構成を備え、電源電流の連続する（スイッチング素子のライズタイムやフォールタイム程度の時間内に生じる無視できない程度の増減を伴わないことをさす）ＬＥＤ点灯装置においては、通常、発光ダイオード（ＬＥＤ）の直列数を電源電圧よりも高くする必要があるが、それを小さく抑えることが可能となる。
【００３５】
（第３実施形態：請求項６）
第３実施形態のＬＥＤ点灯装置では、第２実施形態と異なる構成を中心に説明する。第３実施形態では、図３（ａ）に示すように、第１接続点Ｐ１にはダイオードＤ３のアノードが接続され、ダイオードＤ３のカソードに発光ダイオード部３０の入力端が接続されている。すなわち、発光ダイオード部３０の入力端は、インダクタＬ１に対して、第１接続点Ｐ１に対して接続されている。又、発光ダイオード部３０の入力端は、コンデンサＣを介して第２接続点Ｐ２に対して接続されている。又、発光ダイオード部３０の出力端は、インダクタＬ２（第２インダクタ）を介して第１接続点Ｐ１に対して接続されているところが、第２実施形態と異なっている。
【００３６】
ＬＥＤ点灯装置では、スイッチング素子Ｑがオンすると、図３（ｂ）に示すように電流Ｉ２とＩ４が流れる。電流Ｉ２は、直列回路部２１、検出抵抗ＲＳＨを流れる電流である。電流Ｉ４は、コンデンサＣから発光ダイオード部３０、インダクタＬ２、スイッチング素子Ｑを介して流れる放電電流である。すなわち、この場合、スイッチング素子Ｑがオンした場合、コンデンサＣが放電されるとともにインダクタＬ２が充電され、かつ、インダクタＬ１が充電される。従って、発光ダイオード部３０は、放電電流Ｉ４により点灯する。又、スイッチング素子Ｑが、オフすると電流Ｉ１とＩ３が流れる。電流Ｉ１は、インダクタＬ１、ダイオードＤ１，Ｄ３、コンデンサＣ、検出抵抗ＲＳＨを流れる電流である。電流Ｉ３は、インダクタＬ２、ダイオードＤ３、発光ダイオード部３０を流れる電流である。この場合、スイッチング素子Ｑのオフ毎に、インダクタＬ１が放電されるとともに、コンデンサＣが充電され、検出抵抗ＲＳＨを介して電流Ｉ１が流れる。又、スイッチング素子Ｑのオフ毎に、インダクタＬ２が放電されて、ＬＥＤを電流Ｉ３が流れる。この結果、電流Ｉ３により、発光ダイオード部３０が点灯する。
【００３７】
制御部２２は、検出抵抗ＲＳＨにより電流（Ｉ１＋Ｉ２）を電圧波形として検出し、全波整流器１０の出力電圧Ｖの分圧波形と一致するように、誤差増幅器ＥＡ，比較器ＣＰ，三角波発振器ＯＳＣにより自動制御する。ここで、Ｉ１は負荷電流と関連する負荷関連電流である。コンデンサＣへの充放電は（電流Ｉ１×スイッチング素子Ｑのオフ時間）＝（電流Ｉ４×スイッチング素子Ｑのオン時間）が自動的に調整され、入力電圧の整流後電圧と相似となる。その結果、電流波形は、概略、図３（ｃ）に示すようになり、力率が改善されているのが分かる。なお、コンデンサＣは、整流電圧Ｖ程度に充電されるが、高周波駆動されるため、平滑コンデンサのような大容量を必要としない。このように、第３実施形態では、ＬＥＤの接続場所が異なるため、電流Ｉ１＋Ｉ３ではなく、電流Ｉ３＋Ｉ４で駆動されるところが第２実施形態と異なっている。そして、第３実施形態は、第２実施形態に対し、負荷電流までも連続動作するように改良した回路となる。
【００３８】
本実施形態では、下記の特徴がある。
（３） ＬＥＤ点灯装置の発光ダイオード部３０の入力端は、インダクタＬ１とスイッチング素子Ｑ間の第１接続点Ｐ１に対して接続されるとともに、コンデンサＣを介して直列回路部２１と検出抵抗ＲＳＨ間の第２接続点Ｐ２に対して接続されている。発光ダイオード部３０の出力端は、インダクタＬ２を介して第１接続点Ｐ１に対して接続されている。この結果、第２実施形態と同様の効果を奏する。さらに、電源電流のみならず、ＬＥＤに流れる負荷電流さえも連続状態（スイッチング素子のライズタイムやフォールタイム程度の時間内に生じる無視できない程度の増減を伴わないことをさす）を維持する為、負荷を長く引き回しても、放射ノイズを低く抑えることができる。
【００３９】
（第４実施形態：請求項２，３）
第４実施形態のＬＥＤ点灯装置では、図４（ａ）に示すように発光ダイオード部３０は、力率改善回路２０の出力端に対して、降圧型の絶縁トランス４０を介して接続されている。絶縁トランス４０の一次巻線は、接続点Ｐを介して接続された第１の一次巻線４０ａと第２の一次巻線４０ｂを有する。接続点Ｐは、インダクタＬに接続されている。発光ダイオード部３０は、絶縁トランスの二次巻線４０ｃに対して、接続向きを互いに反対にして接続された複数の発光ダイオード列が並列接続された回路から構成されている。図４（ａ）〜（ｃ）では、説明の便宜上、２つのＬＥＤが互いに並列接続された回路で図示しているが、各ＬＥＤのシンボルはＬＥＤ列として表すために、代表的に図示しているものと理解されたい。なお、第１の一次巻線４０ａ，第２の一次巻線４０ｂ、二次巻線４０ｃの巻き比を、ｎ：ｎ：１とするとき、（入力電圧ピーク電圧）＜（発光ダイオード部３０の順電圧のｎ倍）が成立するように設定されている。
【００４０】
第１の一次巻線４０ａ及び第１スイッチング素子Ｑ１の第１直列回路２１Ａと、第２の一次巻線４０ｂ及び第２スイッチング素子Ｑ２の第２直列回路２１Ｂとが並列接続されて並列回路が構成されている。そして、インダクタＬと、該並列回路と検出抵抗ＲＳＨが直列接続されることにより、直列回路部２１が構成されている。
【００４１】
スイッチング手段は、第１スイッチング素子Ｑ１と、第２スイッチング素子Ｑ２により構成されている。又、比較器ＣＰの出力端が、第１オア回路ＯＲ１、第２オア回路ＯＲ２の各一方の入力端子に接続されるとともに、トグルフリップフロップ回路ＴＦＦの入力端子に接続されている。トグルフリップフロップ回路ＴＦＦの「Ｑ」出力端子と、「Ｑバー」出力端子は、それぞれ第１オア回路ＯＲ１、第２オア回路ＯＲ２の各他方の入力端子に接続されている。
【００４２】
制御部２２は、誤差増幅器ＥＡ、三角波発振器ＯＳＣ、比較器ＣＰ、トグルフリップフロップ回路ＴＦＦ、第１オア回路ＯＲ１、及び第２オア回路ＯＲ２により構成されている。上記構成により、図５に示すように制御部２２は、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２を同時にオンさせてインダクタＬを充電する第１期間Ｔ１、続く第２スイッチング素子Ｑ２をオフさせるとともに第１スイッチング素子Ｑ１をオンさせる第２期間Ｔ２が得られる。又、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２を同時にオンさせてインダクタＬを充電する第１期間Ｔ１、続く第２スイッチング素子Ｑ２をオンさせるとともに第１スイッチング素子をオフさせる第３期間Ｔ３を得る。制御部２２は、このように、「Ｔ１，Ｔ２」と「Ｔ１，Ｔ３」が順次繰り返される。
【００４３】
上記ＬＥＤ点灯装置では、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２が同時にオンする第１期間Ｔ１では、インダクタＬが充電される。絶縁トランス４０の２次側は０Ｖとなり発光ダイオード部３０は消灯状態である（図４（ｂ）参照）。なお図４（ｂ）〜（ｄ）中、実線及び点線で示した矢印は電流の流れを示す。
【００４４】
次に、第２スイッチング素子Ｑ２がオフ、第１スイッチング素子Ｑ１がオンの第２期間Ｔ２では、充電されたインダクタLの電流が絶縁トランス４０をフォワード動作させ、発光ダイオード部３０を点灯させる（図４（ｃ）参照２）。第２期間Ｔ２において、第１スイッチング素子Ｑ１を通過して検出抵抗ＲＳＨで検出される電流（検出電流）は負荷関連電流に相当する。そして、再度、第１期間に戻り、インダクタＬが充電され、次の第３期間Ｔ３では、第１スイッチング素子Ｑ１がオフ、第２スイッチング素子Ｑ２がオンすることにより、充電されたインダクタＬの電流が絶縁トランス４０をフォワード動作させ、発光ダイオード部３０を点灯させる（図４（ｄ）参照）。第３期間Ｔ３において、第２スイッチング素子Ｑ２を通過して検出抵抗ＲＳＨで検出される電流（検出電流）は負荷関連電流に相当する。以後、以上の繰り返しが行われる。このように第２期間Ｔ２及び第３期間Ｔ３で絶縁トランス４０がフォワード動作することにより、複数の発光ダイオード列が並列接続された回路を交互に発光させることができる。
【００４５】
（負荷の分類）
負荷には、抵抗性負荷、定電流請求項１負荷、及び定電圧性負荷がある。負荷の動作点（電流，電圧）＝（Ｉ０，Ｖ０）において、印加電圧（または印加電流）を僅かにｄＶ（またはｄＩ）だけ変動させたとき、ｄＶ／ｄＩ＝Ｖ０／Ｉ０となるように変化する負荷を抵抗性負荷といい、ｄＶ／ｄＩ＞Ｖ０／Ｉ０となる負荷を定電流性負荷といい、ｄＶ／ｄＩ＜Ｖ０／Ｉ０ となる負荷を定電圧性負荷という。ここで、前記左右両項の差が大きくなるほど、「定電流性が強い」または「定電圧性が強い」という。発光ダイオード部３０のＬＥＤ負荷は極めて定電圧性が強い負荷となる。抵抗性負荷は、出力電圧が例えば１０％狂えば、消費電力は２１％狂うことになる。定電圧性負荷であるＬＥＤは、その定電圧性の強さに応じて消費電力の狂いは２１％を越えて、どこまでも増加するが、一方、出力電流が例えば１０％狂った場合は、定電圧性が強いほど消費電力の狂いは１０％に漸近する利点がある。
【００４６】
なお、通常の絶縁トランスは、二次側の情報をフィードバックせずとも、一次側情報のみである程度の精度を維持できる。通常の絶縁トランスは、内部のスイッチング素子のデューティに比例する電圧を出力する、言わば「出力電圧制御形」となっており、出力電流を直接一定値に制御することはできず、二次側にＬＥＤ負荷を接続した場合、電力変動の大きな駆動源となる。このため、一般的には、通常この変動を抑える為に、二次側のＬＥＤ電流を検出してフィードバックすることにより、出力電圧を高精度に制御する形式が取られている。このフィードバックには一般的にはフォトカプラが用いられる。
【００４７】
本実施形態では、それに対して、同じ絶縁トランスでも、内部のスイッチング素子のデューティに比例する電流を出力する、言わば「出力電流制御形」を採用するため、出力電流を直接一定値に制御できる。このため、ＬＥＤ負荷にとっては電力変動の小さな駆動源となり、二次側の情報（即ちＬＥＤ電流）をフィードバックする必要が無くなる。前記フォトカプラはＬＥＤ素子を内蔵しており、光量が徐々に減少する欠点を有するため、出力電力の変動要因となる。本実施形態では、二次側からのフィードバックを省略できるため、単に部品点数削減による小型化・低コスト化を実現するのみならず、長寿命化を確保するための重要な要件となる。又、降圧型の絶縁トランスにより二次側の感電が防止できる。
【００４８】
（第５実施形態：請求項２，４）
第５実施形態のＬＥＤ点灯装置を第４実施形態と異なる構成を中心に説明する。図６（ａ）に示すように、降圧型の絶縁トランス４０は一次巻線４０ａと二次巻線４０ｃとを備えている。二次巻線４０ｃには、全波整流手段としてのダイオードブリッジからなる全波整流器５０を介して発光ダイオード部３０が接続されている。なお、図６（ａ）〜（ｃ）では、説明の便宜上、１つのＬＥＤのみ図示されているが、複数の発光ダイオードが直列接続された発光ダイオード列を代表的に図示しているものと理解されたい。
【００４９】
スイッチング手段は、インダクタＬに接続された第１スイッチング素子Ｑ１と、インダクタＬに対して絶縁トランス４０の一次巻線４０ａを介して接続されるとともに第１スイッチング素子Ｑ１に対して並列接続された第２スイッチング素子Ｑ２により構成されている。第１スイッチング素子Ｑ１のゲートは比較器ＣＰの出力端に接続されている。又、第２スイッチング素子Ｑ２のゲートは、比較器ＣＰの出力端に対してノット回路２５を介して接続されている。制御部２２は、誤差増幅器ＥＡ、比較器ＣＰ、三角波発振器ＯＳＣ、ノット回路２５により構成されている。
【００５０】
誤差増幅器ＥＡは、第１スイッチング素子Ｑ１のゲートに印加するゲート信号のＯＮ（＝Ｈｉ）デューティサイクルが５０％以上となるよう、その出力は一定値以上に上がらないように、出力電圧が制限されている。この結果、本実施形態では、後述する第４期間が第５期間よりも長くなるようにされている。
【００５１】
上記構成により、図７に示すように制御部２２は、第１スイッチング素子Ｑ１をオンし、同時に第２スイッチング素子Ｑ２をオフさせる期間Ｉ、及び期間ＩＩと、第１スイッチング素子Ｑ１をオフし、同時に第２スイッチング素子Ｑ２をオンさせる期間ＩＩＩが得られる。前記期間Ｉ，期間ＩＩは第４期間に相当し、期間ＩＩＩは第５期間に相当する。期間Ｉ，期間ＩＩの間中、インダクタＬは充電され続けて、電流Ｉ１が、図６（ｂ）に示すように、インダクタＬ、第１スイッチング素子Ｑ１、検出抵抗ＲＳＨを流れる。又、このうち期間Ｉの間だけ絶縁トランス４０のフライバック動作により、電流Ｉ３で示す流れで、その励磁電流を、二次巻線４０ｃ、全波整流器５０を介してＬＥＤ側へ放出することで磁束のゼロリセットを完了する。
【００５２】
又、期間ＩＩＩの間中は、図６（ｃ）に示すように一次巻線４０ａ、第２スイッチング素子Ｑ２を通過する電流Ｉ２で示すように流れることにより、インダクタＬの励磁電流は、フォワード動作する絶縁トランス４０と、ＬＥＤとを通して放電する。電流Ｉ４はこのときに二次巻線４０ｃ、全波整流器５０、ＬＥＤに流れる電流である。ここで、電流Ｉ４は、電流Ｉ２よりも小さくなるが、この差分は、絶縁トランス４０の励磁電流である。この期間中に絶縁トランス４０の励磁インダクタは充電されることになる。この結果、ＬＥＤは電流Ｉ３，Ｉ４により発光する。期間Ｉ及び期間ＩＩＩのときに、検出抵抗ＲＳＨで検出される検出電流は、負荷関連電流に相当する。
【００５３】
なお、期間Ｉと期間ＩＩＩは同じ値になるため、絶縁トランス４０の励磁インダクタのゼロリセットを完了させるためには、必ず、「第１スイッチング素子Ｑ１がオン、Ｑ２がオフの期間」を「第２スイッチング素子Ｑ２がオン、第１スイッチング素子Ｑ１がオフの期間」よりも長くする必要がある。このため、前述したように第１スイッチング素子Ｑ１のゲート信号のＯＮデューティサイクルを５０％以上としている。上記の構成により、第４実施形態と同様に絶縁トランス４０の二次側のＬＥＤ電流のフィートバックを省略できるため、単に部品点数削減による小型化・低コスト化を実現するのみならず、長寿命化を確保できる。又、又、降圧型の絶縁トランスにより二次側の感電が防止できる。
【００５４】
なお、本発明の実施形態は前記実施形態に限定されるものではなく、下記のように変更しても良い。
・ 第１〜３実施形態の制御部２２の代わりに、図８の制御部２２に変更してもよい。図８の制御部２２は、ピーク検出比較器ＣＰ１、ゼロ電流検出用比較器ＣＰ２、及びＲＳＦＦ（ＲＳ−フリップフロップ）からなる。ピーク検出比較器ＣＰ１の反転入力端子には、抵抗Ｒ２（目標値出力回路）からの分圧電圧が入力される。この分圧電圧は電流目標値となるものである。ピーク検出比較器ＣＰ１の非反転入力端子と、ゼロ電流検出用比較器ＣＰ２の反転入力端子には、スイッチング素子Ｑと検出抵抗ＲＳＨとの接続点が接続されている。ゼロ電流検出用比較器ＣＰ２の非反転入力端子には、基準電圧電源Ｖｒｅｆが接続されている。ピーク検出比較器ＣＰ１とゼロ電流検出用比較器ＣＰ２の出力端子は、それぞれＲＳＦＦのリセット入力端子Ｒ及びセット端子Ｓに接続されている。ＲＳＦＦのＱ端子は、スイッチング素子Ｑのゲートに接続されている。このように構成すると、図９（ｂ）〜（ｅ）に示すように、ピーク検出比較器ＣＰ１，ゼロ電流検出用比較器ＣＰ２、及びＲＳＦＦが動作し、スイッチング素子Ｑがオンオフ動作する。この結果、力率改善回路２０は、第１実施形態〜第３実施形態の力率改善回路２０の動作モードが連続モードで動作したのが、図９（ａ）に示すように臨海モードで動作させることができる。
【００５５】
・ 前記各実施形態において、発光ダイオード部３０をダイオード列で構成する代わりに、単一の発光ダイオードに変更してもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１０…全波整流器（整流化直流電源）、２０…力率改善回路、
２２…制御部、３０…発光ダイオード部、Ｌ…インダクタ、
２１…直列回路部、Ｑ…スイッチング素子（スイッチング手段）、
Ｒ２…抵抗（目標値出力回路）、ＲＳＨ…検出抵抗。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＥＤ点灯装置として、力率改善回路を備えたものが知られている。従来の力率改善回路は、定電圧出力であるため、出力に大型コンデンサを必要とするとともに、かつ制御系に乗算回路を必要としている。
【０００３】
又、特許文献１が公知である。特許文献１は、交流を整流化する整流化直流電源に対してインダクタ、スイッチング素子、及び電流検出抵抗の直列回路が接続されるとともに、前記スイッチング素子及び電流検出抵抗の直列回路に対してＬＥＤ（発光ダイオード）及びインダクタ電流検出抵抗の直列回路が並列に接続されている。そして、前記インダクタ、スイッチング素子、及び前記スイッチング素子をオンオフする制御回路により昇圧チョッパ（力率改善回路）が構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３１３４２３号公報、図１、図４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１において、ＬＥＤに流れる負荷電流を検出する構成としては、発光ダイオード電流検出器、誤差増幅器及び前記誤差増幅器の一方の制御入力端及び出力端側間に接続されたコンデンサからなる積分回路を備えている。そして、特許文献１では、発光ダイオードに流れる負荷電流を検出して、前記誤差増幅器で基準電位源と比較し、前記積分回路で低周波交流の周期より速い応答を抑制すべく、前記スイッチング素子の制御回路に帰還させて、該制御回路により、スイッチング素子をオンオフすることにより、低周波交流の周期より長い時間領域で見た場合に、前記負荷電流を平均化させるようにしている。
【０００６】
特許文献１が上記のように構成している理由は、前提として特許文献１の力率改善回路（ＰＦＣ）が、定電力出力を想定した構成であり、短時間で出力をフィードバックできない構成のためである。すなわち、特許文献１の定電力出力を想定した構成は、入力電圧が高いほど入力電流を必要としなくなる構成のため、対策がなければ入力電圧と入力電流が比例する関係とはならず、力率は悪化する。この対策としては、入力電流を全波整流した上で、その波形全体を大きくしたり、或いは小さくしたりする方法しかない。このため、特許文献１では、長時間に渡り変化の少ない制御偏差を目標値（全波整流波形）に乗算できる制御系（制御回路）が必須となっており、短時間で出力をフィードバック（帰還）させない理由となっている。このため、特許文献１では、制御系の回路の簡素化、コスト低減を図ることができない問題がある。
【０００７】
本願発明の目的は、定電流出力でも定電圧出力でもない出力を、ＬＥＤに印加する構成としている力率改善回路を設けて、出力の大型コンデンサを不要とするとともに制御系の乗算回路を不要とすることにより、コスト、部品点数を少なくでき、そのため、回路を構成するための必要体積、信頼性、回路寿命を改善できることができ、さらに、電力伝達効率を大幅に改善できるＬＥＤ点灯装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するために、請求項１の発明は、交流を整流化する整流化直流電源と、前記整流化直流電源の直流出力端間に接続されたインダクタとスイッチング手段の直列回路部、及び前記スイッチング手段のオンオフを行う制御部を含み、直流出力端に平滑コンデンサを備えていない力率改善回路と、前記力率改善回路に接続されるとともに前記力率改善回路からの直流出力により駆動される単数の発光ダイオード又は発光ダイオード列（以下、発光ダイオード部という）を備えたＬＥＤ点灯装置であって、前記直列回路部には、前記スイッチング手段がオン時に前記直列回路部に流れる直流電流と、前記スイッチング手段がオフ時に前記発光ダイオード部に流れる負荷電流に関係した負荷関連電流とをそれぞれ検出電流として、該検出電流を電圧に変換して検出する検出抵抗が接続され、前記整流化直流電源の直流出力端間には前記整流化直流電源の出力電圧に基づいた目標値としての分圧電圧を出力する目標値出力回路が接続され、前記制御部は、前記目標値出力回路からの目標値と、前記検出抵抗が検出した電圧との誤差を縮小して前記目標値に近づくようにフィードバック制御すべく前記スイッチング手段をオンオフすることを特徴とするＬＥＤ点灯装置を要旨としている。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１において、前記発光ダイオード部は、前記力率改善回路の出力端に対して、絶縁トランスを介して接続されていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２において、前記絶縁トランスの二次巻線に対して、全波整流手段を介して前記発光ダイオード部が接続され、前記スイッチング手段は、前記インダクタに接続された第１スイッチング素子と、前記インダクタに対して前記絶縁トランスの一次巻線を介して接続されるとともに前記第１スイッチング素子に対して並列接続された第２スイッチング素子とを含み、前記制御部は、前記第１及び第２スイッチング素子を交互にオンオフさせて、第１スイッチング素子がオン、第２スイッチング素子がオフの第４期間は、前記インダクタを充電駆動させ、第１スイッチング素子がオフ、第２スイッチング素子がオンであって、第４期間よりも短くした第５期間では、前記絶縁トランスをフォワード動作させることにより、前記発光ダイオード部を発光させることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項２において、前記絶縁トランスの一次巻線は、前記インダクタに対して接続された接続点を介して互いに接続された第１の一次巻線と第２の一次巻線を含み、前記発光ダイオード部は、前記絶縁トランスの二次巻線に対して、接続向きを互いに反対にして接続された複数の発光ダイオード列が並列接続された回路を含み、前記スイッチング手段は、第１スイッチング素子と、第２スイッチング素子を含み、前記直列回路部は、前記第１の一次巻線及び前記第１スイッチング素子の第１直列回路と、前記第２の一次巻線及び前記第２スイッチング素子の第２直列回路とが並列接続された並列回路を含み、前記インダクタ、前記並列回路及び前記検出抵抗が直列接続されたものであり、前記制御部は、前記第１及び第２スイッチング素子を同時にオンさせて前記インダクタを充電する第１期間、第２スイッチング素子をオフさせるとともに第１スイッチング素子をオンさせる第２期間、前記第１及び第２スイッチング素子を同時にオンさせて前記インダクタを充電する第１期間、第２スイッチング素子をオンさせるとともに第１スイッチング素子をオフさせる第３期間を順次繰り返し、第２及び第３期間で前記絶縁トランスをフォワード動作させることにより、前記複数の発光ダイオード列が並列接続された回路を交互に発光させることを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１において、前記発光ダイオード部の入力端は、前記インダクタ（以下、第１インダクタという）と前記スイッチング手段間の第１接続点に対して接続され、前記発光ダイオード部の出力端は、第２インダクタを介して前記第１接続点に対して接続されるとともに、コンデンサを介して前記直列回路部と前記検出抵抗間の第２接続点に対して接続されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１において、前記発光ダイオード部の入力端は、前記インダクタ（以下、第１インダクタという）と前記スイッチング手段間の第１接続点に対して接続されるとともに、コンデンサを介して前記直列回路部と前記検出抵抗間の第２接続点に対して接続され、前記発光ダイオード部の出力端は、第２インダクタを介して前記第１接続点に対して接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、定電流出力でも定電圧出力でもない出力を、ＬＥＤに印加する構成としている力率改善回路を設けて、出力の大型コンデンサを不要とするとともに制御系の乗算回路を不要とすることにより、コスト、部品点数を少なくでき、そのため、回路を構成するための必要体積、信頼性、回路寿命を改善できることができ、さらに、電力伝達効率を大幅に改善できる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、降圧型の絶縁トランスにより、二次側の感電が防止できるとともに、二次側を一次側よりも小さく電圧変換できるため、絶縁トランスの二次側に接続される発光ダイオード部の発光ダイオード列を構成するＬＥＤ直列数を抑制することができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、降圧型の絶縁トランスにより、二次側の感電が防止できるとともに、ＬＥＤ電流のフィートバックを省略できるため、単に部品点数削減による小型化・低コスト化を実現するのみならず、長寿命化を確保できる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、降圧型の絶縁トランスにより、絶縁トランスの二次側からのＬＥＤ電流のフィートバックを省略できるため、単に部品点数削減による小型化・低コスト化を実現するのみならず、長寿命化を確保できる。
【００１７】
請求項５の発明によれば、非絶縁、かつ高力率で、電圧変換回路１段の構成を備え、電源電流の連続する（スイッチング素子のライズタイムやフォールタイム程度の時間内に生じる無視できない程度の増減を伴わないことをさす）ＬＥＤ点灯装置においては、通常、発光ダイオード（ＬＥＤ）の直列数を電源電圧よりも高くする必要があるが、それを小さく抑えることが可能となる。
【００１８】
請求項６の発明によれば、請求項５と同様の効果に加えて、電源電流のみならず、ＬＥＤに流れる負荷電流さえも連続状態（スイッチング素子のライズタイムやフォールタイム程度の時間内に生じる無視できない程度の増減を伴わないことをさす）を維持する為、負荷を長く引き回しても、放射ノイズを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）は第１実施形態のＬＥＤ点灯装置の電気回路図、（ｂ）は電流の流れを示す説明図、（ｃ）は電流の波形図。
【図２】（ａ）は第２実施形態のＬＥＤ点灯装置の電気回路図、（ｂ）は電流の流れを示す説明図、（ｃ）は電流の波形図。
【図３】（ａ）は第３実施形態のＬＥＤ点灯装置の電気回路図、（ｂ）は電流の流れを示す説明図、（ｃ）及び（ｄ）は電流の波形図。
【図４】（ａ）は第４実施形態のＬＥＤ点灯装置の電気回路図、（ｂ）〜（ｄ）は電流の流れを示す説明図。
【図５】（ａ）は三角波発振器、誤差増幅器の各出力のタイムチャート、（ｂ）は比較器の出力のタイムチャート、（ｃ）、（ｄ）はトグルフリップフロップ回路の出力のタイムチャート、（ｅ）、（ｆ）は第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子の出力のタイムチャート。
【図６】（ａ）は第５実施形態のＬＥＤ点灯装置の電気回路図、（ｂ）は電流の流れを示す説明図、（ｃ）は電流の波形図。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は電流Ｉ１〜Ｉ４の波形図、（ｅ）は励磁電流の波形図。
【図８】変形例の電気回路図。
【図９】（ａ）は電流目標値と制御対象電流の波形、（ｂ）〜（ｅ）はピーク検出比較器ＣＰ１、ロ電流検出用比較器ＣＰ２、ＲＳＦＦ及びスイッチング素子Ｑの出力波形図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化したＬＥＤ点灯装置の第１実施形態を図１（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。図１（ａ）に示すように、ＬＥＤ点灯装置は、ダイオードブリッジからなる整流化直流電源としての全波整流器１０と、力率改善回路２０と、発光ダイオード部３０とを備えている。力率改善回路２０は、全波整流器１０の直流出力端間に接続されたインダクタＬとスイッチング手段としてのスイッチング素子Ｑの直列回路部２１、及びスイッチング素子Ｑのオンオフを行う制御部２２を備えている。スイッチング素子Ｑは本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴにより構成されているが、バイポーラトランジスタに代えても良い。直列回路部２１の出力端には、スイッチング素子Ｑがオン時に流れる直流電流と、スイッチング素子Ｑがオフ時に発光ダイオード部３０に流れる負荷電流（負荷関連電流）とをそれぞれ検出電流として、該検出電流を電圧に変換して検出する検出抵抗ＲＳＨ（検出抵抗）が接続されている。なお、全波整流器１０の直流出力端間は、ＬＥＤ点灯装置内部の制御電源にも接続されている。
【００２１】
本実施形態では、発光ダイオード部３０は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）の直列回路からなる。そして、インダクタＬ側のＬＥＤのアノードがインダクタＬに接続され、検出抵抗ＲＳＨ側のＬＥＤのカソードがスイッチング素子Ｑと検出抵抗ＲＳＨの接続点に接続されている。なお、発光ダイオード部３０は、前記構成に限定されるものではなく、発光ダイオードの直列回路を複数並列接続した回路により構成しても良い。図１（ａ）に示すように、発光ダイオード部３０は、昇圧用のインダクタＬとスイッチング素子Ｑとの接続点と、スイッチング素子Ｑと、検出抵抗ＲＳＨとの接続点間に接続されている。本実施形態では、インダクタＬにより昇圧されるため、必然的に、発光ダイオード部３０を構成するＬＥＤの数は多く接続される。
【００２２】
全波整流器１０の直流出力端間には、抵抗Ｒ１、Ｒ２の直列回路が接続されている。抵抗Ｒ２の分圧電圧が、全波整流器１０の出力電圧に基づいた目標値としての分圧電圧を出力する。抵抗Ｒ２は、目標値出力回路に相当する。
【００２３】
制御部２２は、誤差増幅器ＥＡと、三角波発振器ＯＳＣと、比較器ＣＰとを備え、スイッチング素子Ｑを制御する。誤差増幅器ＥＡの非反転入力端子には、抵抗Ｒ２の分圧電圧が、電流目標値として入力される。誤差増幅器ＥＡの反転入力端子には、検出抵抗ＲＳＨの電圧が入力される。検出抵抗ＲＳＨの電圧は、制御対象電流（すなわち、検出電流）が電圧に変換されたものである。誤差増幅器ＥＡは、全波整流器１０の出力電圧に応じた抵抗Ｒ２の分圧電圧と、検出抵抗ＲＳＨの電圧とを比較し、その誤差を増幅した出力信号Ｓ１を比較器ＣＰに出力する。比較器ＣＰは、誤差増幅器ＥＡの出力信号Ｓ１よりも三角波発振器ＯＳＣの三角波信号Ｓ２が低くなる場合に出力信号をハイレベルとし、出力信号Ｓ１よりも三角波信号Ｓ２が高くなる場合に出力信号をローレベルとする。
【００２４】
従って、誤差増幅器ＥＡの出力信号Ｓ１の電圧が上昇すると比較器ＣＰの出力パルス幅（出力信号がハイレベルとなるパルス幅）が長くなる。このため、比較器ＣＰの出力パルス幅が長くなると、スイッチング素子Ｑの導通時間が長くなり、逆に比較器ＣＰの出力パルス幅が短くなると、スイッチング素子Ｑの導通時間が短くなる。このようにして、スイッチング素子Ｑは、誤差増幅器ＥＡの出力信号Ｓ１の電圧が上昇するに従いオン時間が長くなるようにデューティ制御される。すなわち、力率改善回路２０は、定電流出力でも定電圧出力でもなく、全波整流器１０の出力電圧に応じて、電流が制御されて力率を改善するとともに、発光ダイオード部３０に出力電圧を印加する。そして、ＬＥＤ点灯装置は、力率改善回路２０の直流出力端には平滑コンデンサを備えていないところが特徴となっている。
【００２５】
上記ＬＥＤ点灯装置では、スイッチング素子Ｑがオンすると、図１（ｂ）に示すように、電流Ｉ３は、スイッチング素子Ｑを流れ、電流Ｉ２として検出される。又、スイッチング素子Ｑがオフすると、発光ダイオード部３０を流れる負荷電流を示すＩ１の方向に流れる。Ｉ１は負荷電流（すなわち、負荷関連電流）であって、電流Ｉ３は電流Ｉ１として検出される。負荷電流Ｉ１が流れることにより、発光ダイオード部３０が点灯する。
【００２６】
検出抵抗ＲＳＨにより電流Ｉ３（検出電流）を電圧波形として検出され、全波整流器１０の出力電圧Ｖの分圧波形と一致するように、誤差増幅器ＥＡ，比較器ＣＰ，三角波発振器ＯＳＣにより自動制御される。その結果、Ｉ３の電流波形は入力電圧の整流後電圧（すなわち、全波整流器１０の出力電圧）と相似となり、概略、図１（ｃ）に示す通りとなり、力率が改善される。
【００２７】
「相似」とは、ＬＥＤに流れる負荷関連電流が、整流化直流電源の電圧の大きさに比例する大きさとなる関係をいう。
又、本実施形態の図１（ｃ）、他の実施形態の図２（ｃ）、図３（ｃ）、（ｄ）では、説明の便宜上、デューティ比５０％でスイッチング素子Ｑを、商用周波数の半サイクル当たり、オンオフを７回繰り返したときの状態を示しているが、前記半サイクル当たりのオンオフ回数は、限定されるものではない。
【００２８】
本実施形態では、下記の特徴を有する。
（１）ＬＥＤ点灯装置の直列回路部２１は、スイッチング素子Ｑ（スイッチング手段）がオン時に直列回路部２１に流れる電流Ｉ２（直流電流）と、スイッチング素子Ｑがオフ時に発光ダイオード部３０に流れる負荷電流Ｉ１（負荷関連電流）とをそれぞれ検出電流として、該検出電流を電圧に変換して検出する検出抵抗ＲＳＨが接続されている。全波整流器１０（整流化直流電源）の直流出力端間には全波整流器１０の出力電圧に基づいた分圧電圧を出力する抵抗Ｒ２（目標値出力回路）が接続されている。制御部２２は、抵抗Ｒ２（目標値出力回路）からの出力電圧（目標値）と、検出抵抗ＲＳＨが検出した電圧との誤差を縮小して出力電圧（目標値）に近づくようにフィードバック制御すべくスイッチング素子Ｑ（スイッチング手段）をオンオフする。この結果、本実施形態のＬＥＤ点灯装置は、定電流出力でも定電圧出力でもない出力を、ＬＥＤに印加する構成としている力率改善回路２０を設けて、出力の大型コンデンサを不要とするとともに制御系の乗算回路を不要とすることにより、コスト、部品点数を少なくでき、そのため、回路を構成するための必要体積、信頼性、回路寿命を改善できることができ、さらに、電力伝達効率を大幅に改善できる。
【００２９】
（第２実施形態：請求項５）
次に、第２実施形態のＬＥＤ点灯装置を説明する。なお、本実施形態を含め、以下に説明する実施形態では、すでに説明した実施形態の構成と同一構成又は相当する構成については、断りがない場合を除いて同一符号を付し、すでに説明した実施形態と異なる構成を中心に説明する。本実施形態では、第１実施形態で説明した昇圧用のインダクタＬの符号としてＬ１を使用する。
【００３０】
ＬＥＤ点灯装置のインダクタＬ１とスイッチング素子Ｑ間にはダイオードＤ１が接続されている。ダイオードＤ１のアノードはインダクタＬ１に接続されるとともにカソードは第１接続点Ｐ１を介してＬＥＤ列に接続されている。インダクタＬ１、ダイオードＤ１、スイッチング素子Ｑにより、直列回路部２１が構成されている。なお、ダイオードＤ１は、後述する電流Ｉ３が流れる際に、電流Ｉ３がインダクタＬ１へ流れるのを防止するためのものであるが、省略してもよい。インダクタＬ１は、第１インダクタに相当する。
【００３１】
発光ダイオード部３０（ＬＥＤ列）の入力端は、直列回路部２１において、ダイオードＤ１とスイッチング素子Ｑ間の第１接続点Ｐ１に対して接続されている。発光ダイオード部３０の出力端は、第２インダクタとしてのインダクタＬ２、ダイオードＤ２を介して第１接続点Ｐ１に対して接続されるとともに、コンデンサＣを介して直列回路部２１と検出抵抗ＲＳＨ間の第２接続点Ｐ２に対して接続されている。ダイオードＤ２のアノードはインダクタＬ２に接続され、カソードは第１接続点Ｐ１に接続されている。ダイオードＤ２は、スイッチング素子Ｑのオン時に、コンデンサＣの放電電流をスイッチング素子Ｑへ流すと共に、インダクタＬ１からインダクタＬ２へ電流を流さないようにするためのものである。なお、ダイオードＤ２は、省略してもよい。
【００３２】
本実施形態では、スイッチング素子Ｑがオンすれば、図２（ｂ）に示すように、電流Ｉ２とＩ４が流れる。電流Ｉ２は、直列回路部２１、検出抵抗ＲＳＨを流れる電流である。このとき、インダクタＬ１が充電されるとともに、コンデンサＣが放電し、かつインダクタＬ２が充電される。Ｉ４は、コンデンサＣからインダクタＬ２、ダイオードＤ２、スイッチング素子Ｑを介して流れる放電電流である。又、スイッチング素子Ｑがオフすれば、電流Ｉ１とＩ３が負荷電流として流れる。すなわち、負荷電流Ｉ１，Ｉ３によりＬＥＤ列が点灯する。スイッチング素子Ｑのオフ毎にインダクタＬ１が放電されてコンデンサＣが充電され、検出抵抗ＲＳＨを介して電流Ｉ１が流れる。又、スイッチング素子Ｑのオフ毎にインダクタＬ２が放電されて、ＬＥＤを電流Ｉ３が流れ、コンデンサＣが充電される。
【００３３】
制御部２２は、検出抵抗ＲＳＨにより電流（Ｉ１＋Ｉ２）を電圧波形として検出し、全波整流器１０の出力電圧Ｖの分圧波形と一致するように、誤差増幅器ＥＡ，比較器ＣＰ，三角波発振器ＯＳＣにより自動制御する。ここで、Ｉ１は負荷電流と関連する負荷関連電流である。その結果、電流波形は、概略、図２（ｃ）に示すようになり、力率が改善されているのが分かる。コンデンサＣへの充放電は（電流Ｉ１×スイッチング素子Ｑのオフ時間）＝（電流Ｉ４×スイッチング素子Ｑのオン時間）が自動的に調整され、Ｉ１＋Ｉ４の電流波形は入力電圧の整流後電圧（すなわち、全波整流器１０の出力電圧）と相似となり、力率が改善される。なお、コンデンサＣは、整流電圧Ｖ程度に充電されるが、高周波駆動されるため、平滑コンデンサのような大容量を必要としない。
【００３４】
本実施形態では、下記の特徴を有する。
（２）ＬＥＤ点灯装置では、発光ダイオード部３０の入力端は、インダクタＬ１（第１インダクタ）とスイッチング素子Ｑ間の第１接続点Ｐ１に対して接続されている。発光ダイオード部３０の出力端は、インダクタＬ２を介して第１接続点Ｐ１に対して接続されるとともに、コンデンサＣを介して直列回路部２１と検出抵抗ＲＳＨ間の第２接続点Ｐ２に対して接続されている。このため、非絶縁、かつ高力率で、電圧変換回路（すなわち、力率改善回路）１段の構成を備え、電源電流の連続する（スイッチング素子のライズタイムやフォールタイム程度の時間内に生じる無視できない程度の増減を伴わないことをさす）ＬＥＤ点灯装置においては、通常、発光ダイオード（ＬＥＤ）の直列数を電源電圧よりも高くする必要があるが、それを小さく抑えることが可能となる。
【００３５】
（第３実施形態：請求項６）
第３実施形態のＬＥＤ点灯装置では、第２実施形態と異なる構成を中心に説明する。第３実施形態では、図３（ａ）に示すように、第１接続点Ｐ１にはダイオードＤ３のアノードが接続され、ダイオードＤ３のカソードに発光ダイオード部３０の入力端が接続されている。すなわち、発光ダイオード部３０の入力端は、インダクタＬ１に対して、第１接続点Ｐ１に対して接続されている。又、発光ダイオード部３０の入力端は、コンデンサＣを介して第２接続点Ｐ２に対して接続されている。又、発光ダイオード部３０の出力端は、インダクタＬ２（第２インダクタ）を介して第１接続点Ｐ１に対して接続されているところが、第２実施形態と異なっている。
【００３６】
ＬＥＤ点灯装置では、スイッチング素子Ｑがオンすると、図３（ｂ）に示すように電流Ｉ２とＩ４が流れる。電流Ｉ２は、直列回路部２１、検出抵抗ＲＳＨを流れる電流である。電流Ｉ４は、コンデンサＣから発光ダイオード部３０、インダクタＬ２、スイッチング素子Ｑを介して流れる放電電流である。すなわち、この場合、スイッチング素子Ｑがオンした場合、コンデンサＣが放電されるとともにインダクタＬ２が充電され、かつ、インダクタＬ１が充電される。従って、発光ダイオード部３０は、放電電流Ｉ４により点灯する。又、スイッチング素子Ｑが、オフすると電流Ｉ１とＩ３が流れる。電流Ｉ１は、インダクタＬ１、ダイオードＤ１，Ｄ３、コンデンサＣ、検出抵抗ＲＳＨを流れる電流である。電流Ｉ３は、インダクタＬ２、ダイオードＤ３、発光ダイオード部３０を流れる電流である。この場合、スイッチング素子Ｑのオフ毎に、インダクタＬ１が放電されるとともに、コンデンサＣが充電され、検出抵抗ＲＳＨを介して電流Ｉ１が流れる。又、スイッチング素子Ｑのオフ毎に、インダクタＬ２が放電されて、ＬＥＤを電流Ｉ３が流れる。この結果、電流Ｉ３により、発光ダイオード部３０が点灯する。
【００３７】
制御部２２は、検出抵抗ＲＳＨにより電流（Ｉ１＋Ｉ２）を電圧波形として検出し、全波整流器１０の出力電圧Ｖの分圧波形と一致するように、誤差増幅器ＥＡ，比較器ＣＰ，三角波発振器ＯＳＣにより自動制御する。ここで、Ｉ１は負荷電流と関連する負荷関連電流である。コンデンサＣへの充放電は（電流Ｉ１×スイッチング素子Ｑのオフ時間）＝（電流Ｉ４×スイッチング素子Ｑのオン時間）が自動的に調整され、入力電圧の整流後電圧と相似となる。その結果、電流波形は、概略、図３（ｃ）に示すようになり、力率が改善されているのが分かる。なお、コンデンサＣは、整流電圧Ｖ程度に充電されるが、高周波駆動されるため、平滑コンデンサのような大容量を必要としない。このように、第３実施形態では、ＬＥＤの接続場所が異なるため、電流Ｉ１＋Ｉ３ではなく、電流Ｉ３＋Ｉ４で駆動されるところが第２実施形態と異なっている。そして、第３実施形態は、第２実施形態に対し、負荷電流までも連続動作するように改良した回路となる。
【００３８】
本実施形態では、下記の特徴がある。
（３） ＬＥＤ点灯装置の発光ダイオード部３０の入力端は、インダクタＬ１とスイッチング素子Ｑ間の第１接続点Ｐ１に対して接続されるとともに、コンデンサＣを介して直列回路部２１と検出抵抗ＲＳＨ間の第２接続点Ｐ２に対して接続されている。発光ダイオード部３０の出力端は、インダクタＬ２を介して第１接続点Ｐ１に対して接続されている。この結果、第２実施形態と同様の効果を奏する。さらに、電源電流のみならず、ＬＥＤに流れる負荷電流さえも連続状態（スイッチング素子のライズタイムやフォールタイム程度の時間内に生じる無視できない程度の増減を伴わないことをさす）を維持する為、負荷を長く引き回しても、放射ノイズを低く抑えることができる。
【００３９】
（第４実施形態：請求項２，３）
第４実施形態のＬＥＤ点灯装置では、図４（ａ）に示すように発光ダイオード部３０は、力率改善回路２０の出力端に対して、降圧型の絶縁トランス４０を介して接続されている。絶縁トランス４０の一次巻線は、接続点Ｐを介して接続された第１の一次巻線４０ａと第２の一次巻線４０ｂを有する。接続点Ｐは、インダクタＬに接続されている。発光ダイオード部３０は、絶縁トランスの二次巻線４０ｃに対して、接続向きを互いに反対にして接続された複数の発光ダイオード列が並列接続された回路から構成されている。図４（ａ）〜（ｃ）では、説明の便宜上、２つのＬＥＤが互いに並列接続された回路で図示しているが、各ＬＥＤのシンボルはＬＥＤ列として表すために、代表的に図示しているものと理解されたい。なお、第１の一次巻線４０ａ，第２の一次巻線４０ｂ、二次巻線４０ｃの巻き比を、ｎ：ｎ：１とするとき、（入力電圧ピーク電圧）＜（発光ダイオード部３０の順電圧のｎ倍）が成立するように設定されている。
【００４０】
第１の一次巻線４０ａ及び第１スイッチング素子Ｑ１の第１直列回路２１Ａと、第２の一次巻線４０ｂ及び第２スイッチング素子Ｑ２の第２直列回路２１Ｂとが並列接続されて並列回路が構成されている。そして、インダクタＬと、該並列回路と検出抵抗ＲＳＨが直列接続されることにより、直列回路部２１が構成されている。
【００４１】
スイッチング手段は、第１スイッチング素子Ｑ１と、第２スイッチング素子Ｑ２により構成されている。又、比較器ＣＰの出力端が、第１オア回路ＯＲ１、第２オア回路ＯＲ２の各一方の入力端子に接続されるとともに、トグルフリップフロップ回路ＴＦＦの入力端子に接続されている。トグルフリップフロップ回路ＴＦＦの「Ｑ」出力端子と、「Ｑバー」出力端子は、それぞれ第１オア回路ＯＲ１、第２オア回路ＯＲ２の各他方の入力端子に接続されている。
【００４２】
制御部２２は、誤差増幅器ＥＡ、三角波発振器ＯＳＣ、比較器ＣＰ、トグルフリップフロップ回路ＴＦＦ、第１オア回路ＯＲ１、及び第２オア回路ＯＲ２により構成されている。上記構成により、図５に示すように制御部２２は、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２を同時にオンさせてインダクタＬを充電する第１期間Ｔ１、続く第２スイッチング素子Ｑ２をオフさせるとともに第１スイッチング素子Ｑ１をオンさせる第２期間Ｔ２が得られる。又、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２を同時にオンさせてインダクタＬを充電する第１期間Ｔ１、続く第２スイッチング素子Ｑ２をオンさせるとともに第１スイッチング素子をオフさせる第３期間Ｔ３を得る。制御部２２は、このように、「Ｔ１，Ｔ２」と「Ｔ１，Ｔ３」が順次繰り返される。
【００４３】
上記ＬＥＤ点灯装置では、第１スイッチング素子Ｑ１と第２スイッチング素子Ｑ２が同時にオンする第１期間Ｔ１では、インダクタＬが充電される。絶縁トランス４０の２次側は０Ｖとなり発光ダイオード部３０は消灯状態である（図４（ｂ）参照）。なお図４（ｂ）〜（ｄ）中、実線及び点線で示した矢印は電流の流れを示す。
【００４４】
次に、第２スイッチング素子Ｑ２がオフ、第１スイッチング素子Ｑ１がオンの第２期間Ｔ２では、充電されたインダクタLの電流が絶縁トランス４０をフォワード動作させ、発光ダイオード部３０を点灯させる（図４（ｃ）参照２）。第２期間Ｔ２において、第１スイッチング素子Ｑ１を通過して検出抵抗ＲＳＨで検出される電流（検出電流）は負荷関連電流に相当する。そして、再度、第１期間に戻り、インダクタＬが充電され、次の第３期間Ｔ３では、第１スイッチング素子Ｑ１がオフ、第２スイッチング素子Ｑ２がオンすることにより、充電されたインダクタＬの電流が絶縁トランス４０をフォワード動作させ、発光ダイオード部３０を点灯させる（図４（ｄ）参照）。第３期間Ｔ３において、第２スイッチング素子Ｑ２を通過して検出抵抗ＲＳＨで検出される電流（検出電流）は負荷関連電流に相当する。以後、以上の繰り返しが行われる。このように第２期間Ｔ２及び第３期間Ｔ３で絶縁トランス４０がフォワード動作することにより、複数の発光ダイオード列が並列接続された回路を交互に発光させることができる。
【００４５】
（負荷の分類）
負荷には、抵抗性負荷、定電流請求項１負荷、及び定電圧性負荷がある。負荷の動作点（電流，電圧）＝（Ｉ０，Ｖ０）において、印加電圧（または印加電流）を僅かにｄＶ（またはｄＩ）だけ変動させたとき、ｄＶ／ｄＩ＝Ｖ０／Ｉ０となるように変化する負荷を抵抗性負荷といい、ｄＶ／ｄＩ＞Ｖ０／Ｉ０となる負荷を定電流性負荷といい、ｄＶ／ｄＩ＜Ｖ０／Ｉ０ となる負荷を定電圧性負荷という。ここで、前記左右両項の差が大きくなるほど、「定電流性が強い」または「定電圧性が強い」という。発光ダイオード部３０のＬＥＤ負荷は極めて定電圧性が強い負荷となる。抵抗性負荷は、出力電圧が例えば１０％狂えば、消費電力は２１％狂うことになる。定電圧性負荷であるＬＥＤは、その定電圧性の強さに応じて消費電力の狂いは２１％を越えて、どこまでも増加するが、一方、出力電流が例えば１０％狂った場合は、定電圧性が強いほど消費電力の狂いは１０％に漸近する利点がある。
【００４６】
なお、通常の絶縁トランスは、二次側の情報をフィードバックせずとも、一次側情報のみである程度の精度を維持できる。通常の絶縁トランスは、内部のスイッチング素子のデューティに比例する電圧を出力する、言わば「出力電圧制御形」となっており、出力電流を直接一定値に制御することはできず、二次側にＬＥＤ負荷を接続した場合、電力変動の大きな駆動源となる。このため、一般的には、通常この変動を抑える為に、二次側のＬＥＤ電流を検出してフィードバックすることにより、出力電圧を高精度に制御する形式が取られている。このフィードバックには一般的にはフォトカプラが用いられる。
【００４７】
本実施形態では、それに対して、同じ絶縁トランスでも、内部のスイッチング素子のデューティに比例する電流を出力する、言わば「出力電流制御形」を採用するため、出力電流を直接一定値に制御できる。このため、ＬＥＤ負荷にとっては電力変動の小さな駆動源となり、二次側の情報（即ちＬＥＤ電流）をフィードバックする必要が無くなる。前記フォトカプラはＬＥＤ素子を内蔵しており、光量が徐々に減少する欠点を有するため、出力電力の変動要因となる。本実施形態では、二次側からのフィードバックを省略できるため、単に部品点数削減による小型化・低コスト化を実現するのみならず、長寿命化を確保するための重要な要件となる。又、降圧型の絶縁トランスにより二次側の感電が防止できる。
【００４８】
（第５実施形態：請求項２，４）
第５実施形態のＬＥＤ点灯装置を第４実施形態と異なる構成を中心に説明する。図６（ａ）に示すように、降圧型の絶縁トランス４０は一次巻線４０ａと二次巻線４０ｃとを備えている。二次巻線４０ｃには、全波整流手段としてのダイオードブリッジからなる全波整流器５０を介して発光ダイオード部３０が接続されている。なお、図６（ａ）〜（ｃ）では、説明の便宜上、１つのＬＥＤのみ図示されているが、複数の発光ダイオードが直列接続された発光ダイオード列を代表的に図示しているものと理解されたい。
【００４９】
スイッチング手段は、インダクタＬに接続された第１スイッチング素子Ｑ１と、インダクタＬに対して絶縁トランス４０の一次巻線４０ａを介して接続されるとともに第１スイッチング素子Ｑ１に対して並列接続された第２スイッチング素子Ｑ２により構成されている。第１スイッチング素子Ｑ１のゲートは比較器ＣＰの出力端に接続されている。又、第２スイッチング素子Ｑ２のゲートは、比較器ＣＰの出力端に対してノット回路２５を介して接続されている。制御部２２は、誤差増幅器ＥＡ、比較器ＣＰ、三角波発振器ＯＳＣ、ノット回路２５により構成されている。
【００５０】
誤差増幅器ＥＡは、第１スイッチング素子Ｑ１のゲートに印加するゲート信号のＯＮ（＝Ｈｉ）デューティサイクルが５０％以上となるよう、その出力は一定値以上に上がらないように、出力電圧が制限されている。この結果、本実施形態では、後述する第４期間が第５期間よりも長くなるようにされている。
【００５１】
上記構成により、図７に示すように制御部２２は、第１スイッチング素子Ｑ１をオンし、同時に第２スイッチング素子Ｑ２をオフさせる期間Ｉ、及び期間ＩＩと、第１スイッチング素子Ｑ１をオフし、同時に第２スイッチング素子Ｑ２をオンさせる期間ＩＩＩが得られる。前記期間Ｉ，期間ＩＩは第４期間に相当し、期間ＩＩＩは第５期間に相当する。期間Ｉ，期間ＩＩの間中、インダクタＬは充電され続けて、電流Ｉ１が、図６（ｂ）に示すように、インダクタＬ、第１スイッチング素子Ｑ１、検出抵抗ＲＳＨを流れる。又、このうち期間Ｉの間だけ絶縁トランス４０のフライバック動作により、電流Ｉ３で示す流れで、その励磁電流を、二次巻線４０ｃ、全波整流器５０を介してＬＥＤ側へ放出することで磁束のゼロリセットを完了する。
【００５２】
又、期間ＩＩＩの間中は、図６（ｃ）に示すように一次巻線４０ａ、第２スイッチング素子Ｑ２を通過する電流Ｉ２で示すように流れることにより、インダクタＬの励磁電流は、フォワード動作する絶縁トランス４０と、ＬＥＤとを通して放電する。電流Ｉ４はこのときに二次巻線４０ｃ、全波整流器５０、ＬＥＤに流れる電流である。ここで、電流Ｉ４は、電流Ｉ２よりも小さくなるが、この差分は、絶縁トランス４０の励磁電流である。この期間中に絶縁トランス４０の励磁インダクタは充電されることになる。この結果、ＬＥＤは電流Ｉ３，Ｉ４により発光する。期間Ｉ及び期間ＩＩＩのときに、検出抵抗ＲＳＨで検出される検出電流は、負荷関連電流に相当する。
【００５３】
なお、期間Ｉと期間ＩＩＩは同じ値になるため、絶縁トランス４０の励磁インダクタのゼロリセットを完了させるためには、必ず、「第１スイッチング素子Ｑ１がオン、Ｑ２がオフの期間」を「第２スイッチング素子Ｑ２がオン、第１スイッチング素子Ｑ１がオフの期間」よりも長くする必要がある。このため、前述したように第１スイッチング素子Ｑ１のゲート信号のＯＮデューティサイクルを５０％以上としている。上記の構成により、第４実施形態と同様に絶縁トランス４０の二次側のＬＥＤ電流のフィートバックを省略できるため、単に部品点数削減による小型化・低コスト化を実現するのみならず、長寿命化を確保できる。又、又、降圧型の絶縁トランスにより二次側の感電が防止できる。
【００５４】
なお、本発明の実施形態は前記実施形態に限定されるものではなく、下記のように変更しても良い。
・ 第１〜３実施形態の制御部２２の代わりに、図８の制御部２２に変更してもよい。図８の制御部２２は、ピーク検出比較器ＣＰ１、ゼロ電流検出用比較器ＣＰ２、及びＲＳＦＦ（ＲＳ−フリップフロップ）からなる。ピーク検出比較器ＣＰ１の反転入力端子には、抵抗Ｒ２（目標値出力回路）からの分圧電圧が入力される。この分圧電圧は電流目標値となるものである。ピーク検出比較器ＣＰ１の非反転入力端子と、ゼロ電流検出用比較器ＣＰ２の反転入力端子には、スイッチング素子Ｑと検出抵抗ＲＳＨとの接続点が接続されている。ゼロ電流検出用比較器ＣＰ２の非反転入力端子には、基準電圧電源Ｖｒｅｆが接続されている。ピーク検出比較器ＣＰ１とゼロ電流検出用比較器ＣＰ２の出力端子は、それぞれＲＳＦＦのリセット入力端子Ｒ及びセット端子Ｓに接続されている。ＲＳＦＦのＱ端子は、スイッチング素子Ｑのゲートに接続されている。このように構成すると、図９（ｂ）〜（ｅ）に示すように、ピーク検出比較器ＣＰ１，ゼロ電流検出用比較器ＣＰ２、及びＲＳＦＦが動作し、スイッチング素子Ｑがオンオフ動作する。この結果、力率改善回路２０は、第１実施形態〜第３実施形態の力率改善回路２０の動作モードが連続モードで動作したのが、図９（ａ）に示すように臨海モードで動作させることができる。
【００５５】
・ 前記各実施形態において、発光ダイオード部３０をダイオード列で構成する代わりに、単一の発光ダイオードに変更してもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１０…全波整流器（整流化直流電源）、２０…力率改善回路、
２２…制御部、３０…発光ダイオード部、Ｌ…インダクタ、
２１…直列回路部、Ｑ…スイッチング素子（スイッチング手段）、
Ｒ２…抵抗（目標値出力回路）、ＲＳＨ…検出抵抗。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流を整流化する整流化直流電源と、前記整流化直流電源の直流出力端間に接続されたインダクタとスイッチング手段の直列回路部、及び前記スイッチング手段のオンオフを行う制御部を含み、直流出力端に平滑コンデンサを備えていない力率改善回路と、前記力率改善回路に接続されるとともに前記力率改善回路からの直流出力により駆動される単数の発光ダイオード又は発光ダイオード列（以下、発光ダイオード部という）を備えたＬＥＤ点灯装置であって、
前記直列回路部には、前記スイッチング手段がオン時に前記直列回路部に流れる直流電流と、前記スイッチング手段がオフ時に前記発光ダイオード部に流れる負荷電流に関係した負荷関連電流とをそれぞれ検出電流として、該検出電流を電圧に変換して検出する検出抵抗が接続され、
前記整流化直流電源の直流出力端間には前記整流化直流電源の出力電圧に基づいた目標値としての分圧電圧を出力する目標値出力回路が接続され、
前記制御部は、前記目標値出力回路からの目標値と、前記検出抵抗が検出した電圧との誤差を縮小して前記目標値に近づくようにフィードバック制御すべく前記スイッチング手段をオンオフすることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
【請求項２】
前記発光ダイオード部は、前記力率改善回路の出力端に対して、降圧型の絶縁トランスを介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項３】
前記絶縁トランスの二次巻線に対して、全波整流手段を介して前記発光ダイオード部が接続され、前記スイッチング手段は、前記インダクタに接続された第１スイッチング素子と、前記インダクタに対して前記絶縁トランスの一次巻線を介して接続されるとともに前記第１スイッチング素子に対して並列接続された第２スイッチング素子とを含み、
前記制御部は、前記第１及び第２スイッチング素子を交互にオンオフさせて、第１スイッチング素子がオン、第２スイッチング素子がオフの第４期間は、前記インダクタを充電駆動させ、第１スイッチング素子がオフ、第２スイッチング素子がオンであって、第４期間よりも短くした第５期間では、前記絶縁トランスをフォワード動作させることにより、前記発光ダイオード部を発光させることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項４】
前記絶縁トランスの一次巻線は、前記インダクタに対して接続された接続点を介して互いに接続された第１の一次巻線と第２の一次巻線を含み、前記発光ダイオード部は、前記絶縁トランスの二次巻線に対して、接続向きを互いに反対にして接続された複数の発光ダイオード列が並列接続された回路を含み、前記スイッチング手段は、第１スイッチング素子と、第２スイッチング素子を含み、前記直列回路部は、前記第１の一次巻線及び前記第１スイッチング素子の第１直列回路と、前記第２の一次巻線及び前記第２スイッチング素子の第２直列回路とが並列接続された並列回路を含み、前記インダクタ、前記並列回路及び前記検出抵抗が直列接続されたものであり、
前記制御部は、前記第１及び第２スイッチング素子を同時にオンさせて前記インダクタを充電する第１期間、第２スイッチング素子をオフさせるとともに第１スイッチング素子をオンさせる第２期間、前記第１及び第２スイッチング素子を同時にオンさせて前記インダクタを充電する第１期間、第２スイッチング素子をオンさせるとともに第１スイッチング素子をオフさせる第３期間を順次繰り返し、第２及び第３期間で前記絶縁トランスをフォワード動作させることにより、前記複数の発光ダイオード列が並列接続された回路を交互に発光させることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項５】
前記発光ダイオード部の入力端は、前記インダクタ（以下、第１インダクタという）と前記スイッチング手段間の第１接続点に対して接続され、
前記発光ダイオード部の出力端は、第２インダクタを介して前記第１接続点に対して接続されるとともに、コンデンサを介して前記直列回路部と前記検出抵抗間の第２接続点に対して接続されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項６】
前記発光ダイオード部の入力端は、前記インダクタ（以下、第１インダクタという）と前記スイッチング手段間の第１接続点に対して接続されるとともに、コンデンサを介して前記直列回路部と前記検出抵抗間の第２接続点に対して接続され、
前記発光ダイオード部の出力端は、第２インダクタを介して前記第１接続点に対して接続されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項１】
交流を整流化する整流化直流電源と、前記整流化直流電源の直流出力端間に接続されたインダクタとスイッチング手段の直列回路部、及び前記スイッチング手段のオンオフを行う制御部を含み、直流出力端に平滑コンデンサを備えていない力率改善回路と、前記力率改善回路に接続されるとともに前記力率改善回路からの直流出力により駆動される単数の発光ダイオード又は発光ダイオード列（以下、発光ダイオード部という）を備えたＬＥＤ点灯装置であって、
前記直列回路部には、前記スイッチング手段がオン時に前記直列回路部に流れる直流電流と、前記スイッチング手段がオフ時に前記発光ダイオード部に流れる負荷電流に関係した負荷関連電流とをそれぞれ検出電流として、該検出電流を電圧に変換して検出する検出抵抗が接続され、
前記整流化直流電源の直流出力端間には前記整流化直流電源の出力電圧に基づいた目標値としての分圧電圧を出力する目標値出力回路が接続され、
前記制御部は、前記目標値出力回路からの目標値と、前記検出抵抗が検出した電圧との誤差を縮小して前記目標値に近づくようにフィードバック制御すべく前記スイッチング手段をオンオフすることを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
【請求項２】
前記発光ダイオード部は、前記力率改善回路の出力端に対して、降圧型の絶縁トランスを介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項３】
前記絶縁トランスの二次巻線に対して、全波整流手段を介して前記発光ダイオード部が接続され、前記スイッチング手段は、前記インダクタに接続された第１スイッチング素子と、前記インダクタに対して前記絶縁トランスの一次巻線を介して接続されるとともに前記第１スイッチング素子に対して並列接続された第２スイッチング素子とを含み、
前記制御部は、前記第１及び第２スイッチング素子を交互にオンオフさせて、第１スイッチング素子がオン、第２スイッチング素子がオフの第４期間は、前記インダクタを充電駆動させ、第１スイッチング素子がオフ、第２スイッチング素子がオンであって、第４期間よりも短くした第５期間では、前記絶縁トランスをフォワード動作させることにより、前記発光ダイオード部を発光させることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項４】
前記絶縁トランスの一次巻線は、前記インダクタに対して接続された接続点を介して互いに接続された第１の一次巻線と第２の一次巻線を含み、前記発光ダイオード部は、前記絶縁トランスの二次巻線に対して、接続向きを互いに反対にして接続された複数の発光ダイオード列が並列接続された回路を含み、前記スイッチング手段は、第１スイッチング素子と、第２スイッチング素子を含み、前記直列回路部は、前記第１の一次巻線及び前記第１スイッチング素子の第１直列回路と、前記第２の一次巻線及び前記第２スイッチング素子の第２直列回路とが並列接続された並列回路を含み、前記インダクタ、前記並列回路及び前記検出抵抗が直列接続されたものであり、
前記制御部は、前記第１及び第２スイッチング素子を同時にオンさせて前記インダクタを充電する第１期間、第２スイッチング素子をオフさせるとともに第１スイッチング素子をオンさせる第２期間、前記第１及び第２スイッチング素子を同時にオンさせて前記インダクタを充電する第１期間、第２スイッチング素子をオンさせるとともに第１スイッチング素子をオフさせる第３期間を順次繰り返し、第２及び第３期間で前記絶縁トランスをフォワード動作させることにより、前記複数の発光ダイオード列が並列接続された回路を交互に発光させることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項５】
前記発光ダイオード部の入力端は、前記インダクタ（以下、第１インダクタという）と前記スイッチング手段間の第１接続点に対して接続され、
前記発光ダイオード部の出力端は、第２インダクタを介して前記第１接続点に対して接続されるとともに、コンデンサを介して前記直列回路部と前記検出抵抗間の第２接続点に対して接続されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項６】
前記発光ダイオード部の入力端は、前記インダクタ（以下、第１インダクタという）と前記スイッチング手段間の第１接続点に対して接続されるとともに、コンデンサを介して前記直列回路部と前記検出抵抗間の第２接続点に対して接続され、
前記発光ダイオード部の出力端は、第２インダクタを介して前記第１接続点に対して接続されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置。
【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２０１２−２３２９４（Ｐ２０１２−２３２９４Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６１７９２（Ｐ２０１０−１６１７９２）
【出願日】平成２２年７月１６日（２０１０．７．１６）
【出願人】（０００１０８５５７）タイム技研株式会社 (15)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１６日（２０１０．７．１６）
【出願人】（０００１０８５５７）タイム技研株式会社 (15)
【Ｆターム（参考）】
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