ＬＥＤ駆動装置、照明装置、および照明器具
【課題】 昇圧回路と降圧回路とで構成され、ＬＥＤ光源への過電流ストレスを低コストで抑制することができるＬＥＤ駆動装置、照明装置、および照明器具を提供する。
【解決手段】 ＬＥＤ駆動装置Ａ１は、直流電源Ｅ１の直流電圧Ｖ１を昇圧した昇圧電圧Ｖ２を出力する昇圧チョッパ回路Ａ１１と、昇圧電圧Ｖ２を降圧した出力電圧Ｖ３をＬＥＤユニット３に出力する降圧チョッパ回路Ａ１２と、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作および降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作を制御する制御回路Ａ１３とを備え、制御回路Ａ１３は、入力電圧Ｖ１が投入された場合、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作の順に開始させる。
【解決手段】 ＬＥＤ駆動装置Ａ１は、直流電源Ｅ１の直流電圧Ｖ１を昇圧した昇圧電圧Ｖ２を出力する昇圧チョッパ回路Ａ１１と、昇圧電圧Ｖ２を降圧した出力電圧Ｖ３をＬＥＤユニット３に出力する降圧チョッパ回路Ａ１２と、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作および降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作を制御する制御回路Ａ１３とを備え、制御回路Ａ１３は、入力電圧Ｖ１が投入された場合、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作の順に開始させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ駆動装置、照明装置、および照明器具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
照明分野においては、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子が盛んに使用され、その用途も多様化している。車両の照明では、白色ＬＥＤ素子が車室内において活用され、さらには高輝度化によってヘッドライト、デイタイムランニングランプ等にも使用されている。
【０００３】
ＬＥＤ素子は、白熱電球と比べ長寿命で応答性が速く、構造上コンパクトに実装できる。また、各種の色が簡単に実現でき、調光による点灯制御も容易である。そして、灯具などの照明器具は、薄型化が可能になり、立体的に実装できることにより、車のデザインなど形状に制限を与えない自由な設計が可能になる等の利点がある。
【０００４】
上述した照明器具は、ＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子を点灯させるＬＥＤ駆動装置とが、器具本体に保持されて構成されている。ＬＥＤ駆動装置は、複数のＬＥＤ素子を直列接続してなる光源に一定の電流を供給することによって、複数のＬＥＤ素子を均一な明るさで点灯させる。
【０００５】
そして、ＬＥＤ駆動装置には、入力電圧が変動しても出力電圧が一定範囲に収まるように制御するために、様々な構成のＤＣ／ＤＣコンバータが用いられる。
【０００６】
例えば、入力電圧の値に応じて、出力のチョッパ方式を降圧チョッパまたは昇圧チョッパに切り替える構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。さらに、入力電圧に応じて降圧チョッパと昇圧チョッパとを切り替えて選択的に動作させる場合に、昇圧／降圧の切り替え時においても出力電圧を一定に保持する構成も提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、昇圧チョッパ回路と降圧チョッパ回路とのそれぞれを独立に備えて、昇圧チョッパ回路の後段に降圧チョッパ回路を配した構成も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
図１４は、従来のＬＥＤ駆動装置Ｂ１を示す。直流電源Ｅ１０１の直流電圧を、ＬＥＤ駆動装置Ｂ１の入力電圧Ｖ１０１とし、入力電圧Ｖ１０１を昇圧または降圧または昇降圧した直流電圧を、ＬＥＤ駆動装置Ｂ１の出力電圧Ｖ１０２とする。出力電圧Ｖ１０２は、複数のＬＥＤ素子Ｚ１０１を直列接続したＬＥＤユニット１０３（ＬＥＤ光源）の両端間に印加され、ＬＥＤユニット１０３にＬＥＤ電流Ｉ１０１が流れて点灯する。
【０００８】
ＬＥＤ駆動装置Ｂ１を車両に搭載して、車載用のＬＥＤ駆動装置として用いた場合、直流電源Ｅ１０１は、車載バッテリで構成される。そして、車載バッテリの直流電圧（通常、１２Ｖ）の変動を考慮すると、入力電圧Ｖ１０１の範囲として９〜１６Ｖが想定される。過渡的な電圧変動を考えると、入力電圧Ｖ１０１の範囲として６〜２０Ｖを想定する場合もある。
【０００９】
ＬＥＤユニット１０３に用いられるＬＥＤ素子Ｚ１０１は、ＬＥＤ素子の使用数を低減させながらも必要な光束が得られるように、発光効率の向上などによって順方向電圧の改善が図られている。ＬＥＤ素子Ｚ１０１の光束は、ＬＥＤ電流Ｉ１０１に比例して変化するので、複数のＬＥＤ素子Ｚ１０１を使用する場合は、ＬＥＤ素子を直列に接続して同一のＬＥＤ電流を流し、それぞれのＬＥＤ素子を同様に発光させる方法が一般的である。
【００１０】
車載用のすれ違い前照灯にＬＥＤ素子を用いた場合、発光効率の向上によって、使用するＬＥＤ素子Ｚ１０１の数は４個から１２個程度で構成される場合が多い。１つのＬＥＤ素子Ｚ１０１の順方向電圧は、電流容量、素子の構成や材料、使用温度、動作電流などで変動するが、順方向電流が数百ｍＡであれば、順方向電圧は３〜３．５Ｖ程度である。４個のＬＥＤ素子Ｚ１０１を直列接続したＬＥＤユニット１０３の場合、その両端電圧は１２〜１４Ｖ、５個のＬＥＤ素子Ｚ１０１を直列接続したＬＥＤユニット１０３の場合、その両端電圧は１５〜１７．５Ｖになる。
【００１１】
図１５は、入力電圧Ｖ１０１−出力電圧Ｖ１０２の関係を示すグラフである。そして、Ｖ１０１＝Ｖ１０２となる直線Ｘ１０１を境にして、直線Ｘ１０１の下方はＶ１０１＞Ｖ１０２の領域（降圧領域）であり、直線Ｘ１０１の上方はＶ１０１＜Ｖ１０２の領域（昇圧領域）である。
【００１２】
また、入力電圧Ｖ１０１の範囲Ｗ１０１［９〜１６Ｖ］は、車載バッテリの直流電圧（通常、１２Ｖ）の変動を考慮したものである。入力電圧Ｖ１０１の範囲Ｗ１０２［６〜２０Ｖ］は、車載バッテリの直流電圧の過渡的な電圧変動をも考慮したものである。
【００１３】
そして、図１５中の領域Ｇ１０１は、入力電圧Ｖ１０１の範囲Ｗ１０２と、５個のＬＥＤ素子Ｚ１０１を直列接続したＬＥＤユニット１０３がとり得る両端電圧の範囲Ｗ１０３［１５〜１７．５Ｖ］とで囲まれた領域である。図１５中の領域Ｇ１０２は、入力電圧Ｖ１０１の範囲Ｗ１０２と、４個のＬＥＤ素子Ｚ１０１を直列接続したＬＥＤユニット１０３がとり得る両端電圧の範囲Ｗ１０４［１２〜１４Ｖ］とで囲まれた領域である。ＬＥＤ駆動装置Ｂ１は、領域Ｇ１０１または領域Ｇ１０２を想定して動作することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開昭６２−１８９７０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６８５９０号公報
【特許文献３】特開２０１１−１００６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで図１６に示すように、ＬＥＤ素子Ｚ１０１は、順方向電圧Ｖｆが閾値電圧を超えて高くなると、順方向電流Ｉｆの変動に対して順方向電圧Ｖｆの変動が小さくなり、順方向電圧Ｖｆは略一定値になる。一例として、順方向電流Ｉｆの定常の使用範囲（数百ｍＡ程度）では、順方向電圧Ｖｆ＝３〜４V程度になって、ほぼ定電圧特性を示す（順方向電流Ｉｆが変化しても、順方向電圧Ｖｆはあまり変動しない）。
【００１６】
そして、車載用途などのバッテリ電源を使用するＬＥＤ駆動装置Ｂ１では、入力電圧Ｖ１０１が使用環境や他の負荷のオン・オフなどによって変動する。ＬＥＤ駆動装置Ｂ１では、この入力電圧Ｖ１０１の変動に対して出力電圧Ｖ１０２を一定にするように、定電圧制御を行う。一方、ＬＥＤユニット１０３においても、上述のようにＬＥＤ素子そのものが定電圧特性を有しているため、ＬＥＤ電流Ｉ１０１がある程度大きい領域では略一定の両端電圧を維持する。
【００１７】
しかしながら、ＬＥＤ駆動装置Ｂ１を昇圧回路と降圧回路とで構成した場合、入力電圧Ｖ１０１の投入時、遮断時に、昇圧回路と降圧回路との各動作開始タイミングによって、降圧回路が停止した状態で昇圧回路のみが動作することがある。このような場合、ＬＥＤ駆動装置Ｂ１では、昇圧回路による高い昇圧電圧が降圧されることなく出力電圧Ｖ１０２として出力され、出力電圧Ｖ１０２のエネルギー変化はＬＥＤ電流Ｉ１０１の変化としてあらわれる。すなわち、ＬＥＤ電流Ｉ１０１が瞬時的に増大して、ＬＥＤユニット１０３に過電流が流れる。例えば、図１６の順方向電圧Ｖｆがほぼ定電圧特性を示す領域において、順方向電圧Ｖｆの微小増大分ΔＶｆに対して、順方向電流Ｉｆの増大分ΔＩｆは比較的大きくなり、ＬＥＤユニット１０３に過電流が流れる。
【００１８】
したがって、ＬＥＤユニット１０３には過電流によるストレスがかかり、不具合の要因となって、装置の信頼性を損ねる虞があった。
【００１９】
また、ＬＥＤユニット１０３の過電流ストレスを抑制する方法として、ＬＥＤユニット１０３に限流要素を直列接続する方法が提案されている。さらには、ＬＥＤユニット１０３にスイッチを直列接続し、ＬＥＤ電流Ｉ１０１が所定電流を超えて流れるとスイッチをオフする等の過電流保護回路を設ける方法も提案されている。しかしながら、限流要素や過電流保護回路が追加されることによって、コストアップの要因になっていた。
【００２０】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、昇圧回路と降圧回路とで構成され、ＬＥＤ光源への過電流ストレスを低コストで抑制することができるＬＥＤ駆動装置、照明装置、および照明器具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明のＬＥＤ駆動装置は、１乃至複数のＬＥＤ素子で構成されるＬＥＤ光源に直流電力を供給するＬＥＤ駆動装置であって、直流電源の第１の直流電圧を昇圧した第２の直流電圧を出力する昇圧回路と、前記第２の直流電圧を降圧した第３の直流電圧を前記ＬＥＤ光源に出力する降圧回路と、前記昇圧回路の昇圧動作および前記降圧回路の降圧動作を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記第１の直流電圧が投入された場合、前記降圧回路の降圧動作、前記昇圧回路の昇圧動作の順に開始させることを特徴とする。
【００２２】
この発明において、前記制御回路は、前記第１の直流電圧が遮断された場合、前記昇圧回路の昇圧動作、前記降圧回路の降圧動作の順に停止させることが好ましい。
【００２３】
この発明において、前記第２の直流電圧を検出する電圧検出部と、前記ＬＥＤ光源に流れる電流を検出する電流検出部とを備え、前記制御回路は、前記第２の直流電圧の検出値に基づいて前記昇圧回路の昇圧動作を制御し、前記ＬＥＤ光源に流れる電流の検出値に基づいて前記降圧回路の降圧動作を制御して、前記第１の直流電圧が投入された場合に前記降圧回路の降圧動作を開始させてから前記昇圧回路の昇圧動作を開始させるまでの第１の時間を、前記第１の直流電圧が遮断された場合に前記昇圧回路の昇圧動作を停止させてから前記降圧回路の降圧動作を停止させるまでの第２の時間より長くすることが好ましい。
【００２４】
この発明において、前記昇圧回路は、第１のスイッチング素子を有し、この第１のスイッチング素子をオン・オフすることによって、前記第２の直流電圧を生成し、前記降圧回路は、第２のスイッチング素子を有し、この第２のスイッチング素子をオン・オフすることによって、前記第３の直流電圧を生成し、前記制御回路は、前記第１，第２のスイッチング素子のそれぞれを同一周波数でオン・オフ駆動することが好ましい。
【００２５】
この発明において、前記昇圧回路の昇圧動作の停止時において、前記第２の直流電圧は、前記第１の直流電圧に略等しくなり、前記制御回路は、前記第１の直流電圧が前記第２の直流電圧より低い場合、前記昇圧回路の昇圧動作を実行させ、前記第１の直流電圧が前記第２の直流電圧より高い場合、前記昇圧回路の昇圧動作を停止させることが好ましい。
【００２６】
本発明の照明装置は、本発明のＬＥＤ駆動装置と、前記ＬＥＤ駆動装置によって駆動される１乃至複数のＬＥＤ素子で構成されたＬＥＤ光源とを備えることを特徴とする。
【００２７】
本発明の照明器具は、本発明の照明装置と、前記照明装置を保持する器具本体とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように、本発明では、昇圧回路と降圧回路とで構成され、ＬＥＤ光源への過電流ストレスを低コストで抑制することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施形態１のＬＥＤ駆動装置の概略構成を示すブロック図である
【図２】同上の構成を示す回路図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）同上の動作を示す説明図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）同上の別の動作を示す説明図である。
【図５】同上の詳細な構成を示す回路図である。
【図６】同上の昇圧制御回路の構成を示すブロック図である。
【図７】同上の降圧制御回路の構成を示すブロック図である。
【図８】同上の主制御回路の構成を示すブロック図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）同上の主制御回路の動作を示す説明図である。
【図１０】実施形態２の制御回路の構成を示すブロック図である
【図１１】実施形態３の降圧チョッパ回路の構成を示す回路図である。
【図１２】同上のＬＥＤ電流の検出手段の構成を示す回路図である。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）同上のＬＥＤ電流の検出波形を示す波形図である。
【図１４】従来のＬＥＤ駆動装置の概略構成を示すブロック図である
【図１５】ＬＥＤ駆動装置の入力電圧−出力電圧の関係を示すグラフ図である。
【図１６】ＬＥＤ素子の特性を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３１】
（実施形態１）
図１は、本実施形態のＬＥＤ駆動装置Ａ１を示す。ＬＥＤ駆動装置Ａ１は、直流電源Ｅ１の直流電圧を入力電圧Ｖ１として入力し、複数のＬＥＤ素子Ｚ１を直列接続したＬＥＤユニット３（ＬＥＤ光源）を出力に接続している。ＬＥＤ駆動装置Ａ１の出力電圧Ｖ３は、ＬＥＤユニット３の両端に印加され、ＬＥＤユニット３はＬＥＤ電流Ｉ１が流れて点灯する。なお、ＬＥＤ駆動装置Ａ１と、ＬＥＤユニット３とで、本発明の照明装置を構成する。
【００３２】
そして、ＬＥＤ駆動装置Ａ１は、昇圧チョッパ回路Ａ１１（昇圧回路）と、降圧チョッパ回路Ａ１２（降圧回路）と、制御回路Ａ１３とで構成され、昇圧チョッパ回路Ａ１１の後段に降圧チョッパ回路Ａ１２が接続されている。
【００３３】
昇圧チョッパ回路Ａ１１は、入力電圧Ｖ１（第１の直流電圧）を昇圧電圧Ｖ２（第２の直流電圧）に昇圧する。降圧チョッパ回路Ａ１２は、昇圧電圧Ｖ２を出力電圧Ｖ３（第３の直流電圧）に降圧する。制御回路Ａ１３は、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作を制御する。
【００３４】
そして、制御回路Ａ１３は、直流電源Ｅ１から入力電圧Ｖ１が投入された場合（ＬＥＤ駆動装置Ａ１の始動時）、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作の順に開始させる。また、制御回路Ａ１３は、入力電圧Ｖ１が遮断された場合（ＬＥＤ駆動装置Ａ１の停止時）、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作の順に停止させてもよい。なお、入力電圧Ｖ１の投入・遮断操作は、ＬＥＤ駆動装置Ａ１に設けた図示しないスイッチ手段、直流電源Ｅ１−ＬＥＤ駆動装置Ａ１間の電路に設けた図示しないスイッチ手段、直流電源Ｅ１のオン・オフ操作等によって行われる。
【００３５】
図２は、ＬＥＤ駆動装置Ａ１の一例を示す。
【００３６】
昇圧チョッパ回路Ａ１１は、直流電源Ｅ１の両端間に接続したインダクタＬ１とスイッチング素子Ｓ１（第１のスイッチング素子）との直列回路と、スイッチング素子Ｓ１に並列接続したダイオードＤ１とコンデンサＣ１との直列回路とを備える。そして、制御回路Ａ１３は、スイッチング素子Ｓ１を高周波でオン・オフ駆動することによって、入力電圧Ｖ１を昇圧した昇圧電圧Ｖ２をコンデンサＣ１の両端間に発生させる。
【００３７】
具体的に、昇圧チョッパ回路Ａ１１は、スイッチング素子Ｓ１がオンすると、直流電源Ｅ１−インダクタＬ１−スイッチング素子Ｓ１−直流電源Ｅ１の経路で電流が流れ、インダクタＬ１に磁気エネルギーが蓄積される。そして、スイッチング素子Ｓ１がオフすると、インダクタＬ１に蓄積された磁気エネルギーが放出され、インダクタＬ１−ダイオードＤ１−コンデンサＣ１−直流電源Ｅ１−インダクタＬ１の経路で電流が流れる。このスイッチング素子Ｓ１のオン・オフが繰り返されることによって、コンデンサＣ１の両端には、入力電圧Ｖ１より高い昇圧電圧Ｖ２が発生する。制御回路Ａ１３は、昇圧電圧Ｖ２の検出値が予め決められている目標電圧に一致するように、スイッチング素子Ｓ１のオンデューティをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する。
【００３８】
降圧チョッパ回路Ａ１２は、コンデンサＣ１の正極に一端を接続したインダクタＬ２と、コンデンサＣ１の負極に一端を接続したスイッチング素子Ｓ２（第２のスイッチング素子）とを備え、インダクタＬ２およびスイッチング素子Ｓ２の各他端間には、ＬＥＤユニット３が接続される。さらに、インダクタＬ２とＬＥＤユニット３との直列回路には、回生用のダイオードＤ２が並列接続される。そして、制御回路Ａ１３は、スイッチング素子Ｓ２を高周波でオン・オフ駆動することによって、昇圧電圧Ｖ２を降圧した出力電圧Ｖ３をＬＥＤユニット３の両端間に印加し、ＬＥＤ電流Ｉ１を目標電流に制御する。
【００３９】
具体的に、降圧チョッパ回路Ａ１２は、スイッチング素子Ｓ２がオンすると、コンデンサＣ１−インダクタＬ２−ＬＥＤユニット３−スイッチング素子Ｓ２−コンデンサＣ１の経路で電流が流れる。そして、スイッチング素子Ｓ２がオフすると、インダクタＬ２に蓄積された磁気エネルギーが放出され、インダクタＬ２−ＬＥＤユニット３−ダイオードＤ２−インダクタＬ２の経路で電流が流れる。このスイッチング素子Ｓ２のオン・オフが繰り返されることによって、ＬＥＤユニット３にはＬＥＤ電流Ｉ１が連続して流れ、ＬＥＤ素子Ｚ１は、ＬＥＤ電流Ｉ１に応じて発光する。制御回路Ａ１３は、ＬＥＤ電流Ｉ１の検出値が予め決められている目標電流に一致するように、スイッチング素子Ｓ２のオンデューティをＰＷＭ制御する。
【００４０】
図３（ａ）〜（ｃ）は、ＬＥＤ駆動装置Ａ１のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の動作タイミングの一例を示す。
【００４１】
制御回路Ａ１３は、入力電圧Ｖ１から制御電源を内部で生成し、この制御電源によって動作する。そして、入力電圧Ｖ１が投入され、制御電源を生成して動作を開始した制御回路Ａ１３は、降圧チョッパ回路Ａ１２のスイッチング素子Ｓ２のオン・オフ駆動を開始する（タイミングｔ０）。次に、制御回路Ａ１３は、タイミングｔ０から時間Ｔ１（第１の時間）が経過するまで、昇圧チョッパ回路Ａ１１のスイッチング素子Ｓ１をオン・オフ駆動せず（オフ状態を維持）、降圧チョッパ回路Ａ１２のスイッチング素子Ｓ２のみをオン・オフ駆動する。したがって、タイミングｔ０から時間Ｔ１が経過するまでの期間において、昇圧電圧Ｖ２は、入力電圧Ｖ１に等しい電圧（または入力電圧Ｖ１に略等しい電圧）になり、ＬＥＤ電流Ｉ１は徐々に上昇する。
【００４２】
次に、制御回路Ａ１３は、タイミングｔ０から時間Ｔ１が経過した時点で、昇圧チョッパ回路Ａ１１のスイッチング素子Ｓ１のオン・オフ駆動を開始する（タイミングｔ１）。すなわち、制御回路Ａ１３は、直流電源Ｅ１から入力電圧Ｖ１が投入された場合、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作の順に開始させる。したがって、タイミングｔ１以降において、昇圧電圧Ｖ２は、入力電圧Ｖ１を昇圧した電圧になり、ＬＥＤ電流Ｉ１は急速に上昇する。
【００４３】
例えば、入力電圧Ｖ１の投入時に、図３の動作とは逆に、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作の順に開始させたとする。この場合、降圧チョッパ回路Ａ１２が動作を開始した直後は、降圧動作が不安定になりやすく、昇圧電圧Ｖ２が降圧されることなく、昇圧電圧Ｖ２に等しい出力電圧Ｖ３が瞬時的に出力される虞がある。而して、ＬＥＤユニット３に過電流が流れ、ＬＥＤユニット３は過電流ストレスがかかる。
【００４４】
一方、図３の動作を行うＬＥＤ駆動装置Ａ１は、入力電圧Ｖ１の投入時に、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作の順に開始させるので、昇圧チョッパ回路Ａ１１の動作開始時に、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作は安定している。すなわち、入力電圧Ｖ１の投入時においても、昇圧電圧Ｖ２は確実に降圧される。したがって、入力電圧Ｖ１の投入時においても、昇圧電圧Ｖ２を降圧した出力電圧Ｖ３が出力され、ＬＥＤユニット３に過電流が流れないので、ＬＥＤユニット３の過電流ストレスを抑制できる。また、限流要素や過電流保護回路を別途設ける必要がないので、低コスト化を図ることができる。
【００４５】
図３では、入力電圧Ｖ１が遮断された場合、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作と、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作とを同時に停止させている（タイミングｔ２）。しかしながら、この停止動作では、コンデンサＣ１に昇圧電圧Ｖ２が残留し、感電等の虞がある。また、入力電源Ｖ１の次の投入時には、コンデンサＣ１の残留電圧によって、ＬＥＤ電流Ｉ１の立ち上がりが急峻になる。
【００４６】
そこで、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、制御回路Ａ１３は、入力電圧Ｖ１が遮断された場合、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作の順に停止させてもよい。
【００４７】
まず、入力電圧Ｖ１が投入されて、動作を開始した制御回路Ａ１３は、降圧チョッパ回路Ａ１２のスイッチング素子Ｓ２のオン・オフ駆動を開始する（タイミングｔ１０）。次に、制御回路Ａ１３は、タイミングｔ１０から時間Ｔ１１（第１の時間）が経過するまで、昇圧チョッパ回路Ａ１１のスイッチング素子Ｓ１をオン・オフ駆動せず（オフ状態を維持）、降圧チョッパ回路Ａ１２のスイッチング素子Ｓ２のみをオン・オフ駆動する。したがって、タイミングｔ１０から時間Ｔ１１が経過するまでの期間において、昇圧電圧Ｖ２は、入力電圧Ｖ１に等しい電圧（または入力電圧Ｖ１に略等しい電圧）になり、ＬＥＤ電流Ｉ１は徐々に上昇する。
【００４８】
次に、制御回路Ａ１３は、タイミングｔ１０から時間Ｔ１１（第１の時間）が経過した時点で、昇圧チョッパ回路Ａ１１のスイッチング素子Ｓ１のオン・オフ駆動を開始する（タイミングｔ１１）。
【００４９】
そして入力電圧Ｖ１が遮断された場合、制御回路Ａ１３は、制御電源が低下して動作不能になるまでに、まず、昇圧チョッパ回路Ａ１１のスイッチング素子Ｓ１のオン・オフ駆動を停止させる（タイミングｔ１２）。次に、制御回路Ａ１３は、タイミングｔ１２から時間Ｔ１２（第２の時間）が経過した時点で、降圧チョッパ回路Ａ１２のスイッチング素子Ｓ２のオン・オフ駆動を停止させる（タイミングｔ１３）。
【００５０】
このように、ＬＥＤ駆動装置Ａ１は、入力電圧Ｖ１の遮断時に、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作の順に停止させる。したがって、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作が停止した後でも、降圧チョッパ回路Ａ１２のスイッチング素子Ｓ２は時間Ｔ１２に亘ってオン・オフ動作を継続しているので、コンデンサＣ１の残留電圧がスイッチング素子Ｓ２を介して放電される。而して、入力電圧Ｖ１の遮断時において、コンデンサＣ１に昇圧電圧Ｖ２が残留することなく、感電等を防止できる。また、入力電源Ｖ１の次の投入時には、ＬＥＤ電流Ｉ１の立ち上がりの傾きが抑制される。
【００５１】
また、入力電圧Ｖ１の遮断時に、図４の動作とは逆に、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作の順に停止させたとする。この場合、降圧チョッパ回路Ａ１２が動作を停止するときに、降圧動作が不安定になりやすいため、直流電圧Ｖ１を昇圧した昇圧電圧Ｖ２が降圧されることなく、高い出力電圧Ｖ３が瞬時的に出力される虞がある。而して、ＬＥＤユニット３に過電流が流れ、ＬＥＤユニット３は過電流ストレスがかかる。
【００５２】
一方、図４の動作を行うＬＥＤ駆動装置Ａ１は、入力電圧Ｖ１の遮断時に、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作の順に停止させる。すなわち、降圧チョッパ回路Ａ１２が動作を停止するときには、昇圧チョッパ回路Ａ１１の動作は既に停止しており、昇圧電圧Ｖ２は比較的低い電圧になる。したがって、入力電圧Ｖ１の遮断時において、高い出力電圧Ｖ３が瞬時的に出力される虞はなく、ＬＥＤユニット３に過電流が流れないので、ＬＥＤユニット３の過電流ストレスを抑制できる。
【００５３】
次に、入力電圧Ｖ１と昇圧電圧Ｖ２との大小関係に基づくＬＥＤ駆動装置Ａ１の動作について説明する。ここで、制御回路Ａ１３は、入力電圧Ｖ１の検出値と、昇圧電圧Ｖ２の検出値とを比較することによって、入力電圧Ｖ１と昇圧電圧Ｖ２との大小関係を判定している。なお、入力電圧Ｖ１、昇圧電圧Ｖ２の検出手段は、分圧抵抗等を用いた周知の構成であり、説明は省略する。
【００５４】
例えば、入力電圧Ｖ１＝１２Ｖ、昇圧電圧Ｖ２＝１８Ｖ、出力電圧Ｖ３＝１６Ｖであり、入力電圧Ｖ１＜昇圧電圧Ｖ２の関係にあるとする。この場合、制御回路Ａ１３は、スイッチング素子Ｓ１をオン・オフ駆動して、昇圧チョッパ回路Ａ１１による昇圧電圧Ｖ２を目標電圧である１８Ｖに制御する。そして、制御回路Ａ１３は、昇圧電圧Ｖ２＝１８Ｖを出力電圧Ｖ３＝１６Ｖに降圧させて、ＬＥＤ電流Ｉ１が目標電流に一致するように、スイッチング素子Ｓ２をオン・オフ駆動する。
【００５５】
次に、使用環境や他の負荷のオン・オフなどによって、入力電圧Ｖ１が２０Ｖに増加し、入力電圧Ｖ１≧昇圧電圧Ｖ２の関係になった場合、制御回路Ａ１３は、スイッチング素子Ｓ１のオン・オフ駆動を停止させる。すなわち、スイッチング素子Ｓ１をオフ状態に維持して、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作を停止させる。このとき、昇圧チョッパ回路Ａ１１が出力する昇圧電圧Ｖ２は、入力電圧Ｖ１に等しい２０Ｖ（または、入力電圧Ｖ１に略等しい２０Ｖ程度）になる。そして、降圧チョッパ回路Ａ１２は、入力電圧Ｖ１＝１２Ｖ時（昇圧電圧Ｖ２＝１８Ｖ時）に比べて、スイッチング素子Ｓ２のオンデューティを減少させて、ＬＥＤ電流Ｉ１を目標電流に制御する。
【００５６】
このように、使用環境や他の負荷のオン・オフなどによって、昇圧チョッパ回路Ａ１１に入力される入力電圧Ｖ１が、昇圧電圧Ｖ２（の目標電圧）より大きくなる場合がある。そこで、入力電圧Ｖ１が昇圧電圧Ｖ２（の目標電圧）より大きくなった場合は、前段の昇圧チョッパ回路Ａ１１の動作を停止し、後段の降圧チョッパ回路Ａ１２のみを動作させることによって、ＬＥＤ電流Ｉ１を目標電流に制御する。而して、入力電圧Ｖ１が昇圧電圧Ｖ２（の目標電圧）より大きくなった場合には、不要な昇圧動作を行うことがないので、各部品に求められる耐圧性能を抑えながら、ＬＥＤユニット３にかかる過電流ストレスを抑制することが可能になる。
【００５７】
次に、ＬＥＤ駆動装置Ａ１の具体回路を図５に示し、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の駆動制御について説明する。
【００５８】
まず、昇圧チョッパ回路Ａ１１では、コンデンサＣ１の両端間に抵抗Ｒ１，Ｒ２の直列回路を接続して電圧検出部を構成し、抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点Ｐ１の電圧を、昇圧電圧Ｖ２の検出値として出力する。
【００５９】
降圧チョッパ回路Ａ１２では、スイッチング素子Ｓ２と直流電源Ｅ１の負極との間に抵抗Ｒ３を接続して電流検出部を構成する。そして、スイッチング素子Ｓ２と抵抗Ｒ３との接続点Ｐ２の電圧を、スイッチング素子Ｓ２のオン時におけるＬＥＤ電流Ｉ１の検出値として出力する。
【００６０】
制御回路Ａ１３は、主制御回路１０、昇圧制御回路１１、降圧制御回路１２を備える。
【００６１】
そして、昇圧制御回路１１は、図６に示すように、ＰＷＭ制御部１１ａ、スイッチ駆動回路１１ｄを備え、ＰＷＭ制御部１１ａは、エラーアンプ１１ｂと、基準電圧発生回路１１ｃとで構成される。基準電圧発生回路１１ｃは、ノコギリ波の電圧を発生する。エラーアンプ１１ｂは、接続点Ｐ１の電圧（昇圧電圧Ｖ２の検出値）と、基準電圧発生回路１１ｃが発生したノコギリ波の電圧とを比較し、その比較結果に応じてＨレベルとＬレベルとを交互に繰り返すＰＷＭ信号を出力する。ＰＷＭ信号は、スイッチング素子Ｓ１のオンデューティを決定する信号であり、スイッチ駆動回路１１ｄは、ＰＷＭ信号に基づいてスイッチング素子Ｓ１をオン・オフ駆動する。例えば、昇圧電圧Ｖ２が増加した場合、昇圧制御回路１１は、スイッチング素子Ｓ１のオンデューティを低減する方向に制御する。
【００６２】
降圧制御回路１２は、図７に示すように、ＰＷＭ制御部１２ａ、スイッチ駆動回路１２ｄを備え、ＰＷＭ制御部１２ａは、エラーアンプ１２ｂと、基準電圧発生回路１２ｃとで構成される。基準電圧発生回路１２ｃは、ノコギリ波の電圧を発生する。エラーアンプ１２ｂは、接続点Ｐ２の電圧（ＬＥＤ電流Ｉ１の検出値）と、基準電圧発生回路１２ｃが発生したノコギリ波の電圧とを比較し、その比較結果に応じてＨレベルとＬレベルとを交互に繰り返すＰＷＭ信号を出力する。ＰＷＭ信号は、スイッチング素子Ｓ２のオンデューティを決定する信号であり、スイッチ駆動回路１２ｄは、ＰＷＭ信号に基づいてスイッチング素子Ｓ２をオン・オフ駆動する。例えば、ＬＥＤ電流Ｉ１が増加した場合、降圧制御回路１２は、スイッチング素子Ｓ２のオンデューティを低減する方向に制御する。
【００６３】
主制御回路１０は、図８に示すように、制御電源回路１０ａ、遅延回路１０ｂ、スイッチ素子１０ｃ，１０ｄを備える。制御電源回路１０ａは、入力電圧Ｖ１から制御電源を生成し、この制御電源を制御回路Ａ１３の各部の動作電源とする。スイッチ素子１０ｃは、制御電源回路１０ａから昇圧制御回路１１へ供給される制御電源を導通・遮断し、スイッチ素子１０ｄは、制御電源回路１０ａから降圧制御回路１２へ供給される制御電源を導通・遮断する。遅延回路１０ｂは、スイッチ素子１０ｃ，１０ｄの導通・遮断を制御することによって、昇圧制御回路１１、降圧制御回路１２の各動作の開始タイミング、停止タイミングを決定している。
【００６４】
そして、遅延回路１０ｂは、入力電圧Ｖ１が投入されて、制御電源が生成されると、スイッチ素子１０ｄ，スイッチ素子１０ｃの順に導通することによって、降圧制御回路１２、昇圧制御回路１１の順に制御電源を供給する。すなわち、入力電圧Ｖ１の投入時に、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作の順に開始する。
【００６５】
また、遅延回路１０ｂは、入力電圧Ｖ１が遮断されると、制御電源が低下して動作不能になるまでに、スイッチ素子１０ｃ，スイッチ素子１０ｄの順に遮断することによって、昇圧制御回路１１、降圧制御回路１２の順に制御電源を遮断する。すなわち、入力電圧Ｖ１の遮断時に、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作の順に停止する。
【００６６】
図９（ａ）〜（ｃ）は、遅延回路１０ｂの動作の一例を示し、遅延回路１０ｂは、入力電圧Ｖ１が投入されて、制御電源が生成されると、まずスイッチ素子１０ｄを導通させる。遅延回路１０ｂは、スイッチ素子１０ｄを導通させてから、時間Ｔ１が経過した時点でスイッチ素子１０ｃを導通させる。すなわち、入力電圧Ｖ１の投入時には、降圧チョッパ回路Ａ１２が動作を開始してから時間Ｔ１後に、昇圧チョッパ回路Ａ１１が動作を開始する。
【００６７】
（実施形態２）
本実施形態のＬＥＤ駆動装置は、実施形態１の制御回路Ａ１３の代わりに、図１０に示す制御回路Ａ１３ａを用いるものであり、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。
【００６８】
制御回路Ａ１３ａは、ＰＷＭ制御回路１３、スイッチ駆動回路１４，１５、スイッチ素子１６、主制御回路１７を備える。ＰＷＭ制御回路１３は、エラーアンプ１３ａ，１３ｂ、基準電圧発生回路１３ｃで構成される。
【００６９】
基準電圧発生回路１３ｃは、ノコギリ波の電圧を発生する。そして、エラーアンプ１３ａは、接続点Ｐ１の電圧（昇圧電圧Ｖ２の検出値）と、基準電圧発生回路１３ｃが発生したノコギリ波の電圧とを比較し、その比較結果に応じてＨレベルとＬレベルとを交互に繰り返すＰＷＭ信号を出力する。ＰＷＭ信号は、スイッチング素子Ｓ１のオンデューティを決定する信号であり、スイッチ駆動回路１４は、ＰＷＭ信号に基づいてスイッチング素子Ｓ１をオン・オフ駆動する。
【００７０】
エラーアンプ１３ｂは、接続点Ｐ２の電圧（ＬＥＤ電流Ｉ１の検出値）と、基準電圧発生回路１３ｃが発生したノコギリ波の電圧とを比較し、その比較結果に応じてＨレベルとＬレベルとを交互に繰り返すＰＷＭ信号を出力する。ＰＷＭ信号は、スイッチング素子Ｓ２のオンデューティを決定する信号であり、スイッチ駆動回路１５は、ＰＷＭ信号に基づいてスイッチング素子Ｓ２をオン・オフ駆動する。
【００７１】
そして、駆動回路１４がスイッチング素子Ｓ１の駆動信号を出力する経路には、スイッチ素子１６が介挿されており、スイッチ素子１６は、主制御回路１７によって導通・遮断が制御される。
【００７２】
主制御回路１７は、入力電圧Ｖ１が投入されると、制御電源を生成し、この制御電源を制御回路Ａ１３ａの各部の動作電源とする。入力電圧Ｖ１の投入時は、スイッチ素子１６を遮断状態に維持して、スイッチング素子Ｓ１をオン・オフ駆動せず（オフ状態を維持）、スイッチング素子Ｓ２のみをオン・オフ駆動する。そして、主制御回路１７は、制御電源の生成を開始してから所定時間が経過した時点で、スイッチ素子１６を導通させて、スイッチング素子Ｓ１のオン・オフ駆動を開始する。すなわち、入力電圧Ｖ１の投入時に、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作の順に開始する。
【００７３】
また、主制御回路１７は、入力電圧Ｖ１が遮断されると、制御電源が低下して動作不能になるまでにスイッチ素子１６を遮断することによって、スイッチング素子Ｓ１のオン・オフ駆動を停止させる。その後、制御電源がさらに低下してスイッチング素子Ｓ２のオン・オフ駆動も停止する。すなわち、入力電圧Ｖ１の遮断時に、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作の順に停止する。
【００７４】
本実施形態の制御回路Ａ１３ａは、１つの基準電圧発生回路１３ｃを用いて、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のＰＷＭ信号を生成するので、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２は同一周波数でオン・オフ駆動される。したがって、制御回路Ａ１３ａの回路構成を簡略化することができる。
【００７５】
（実施形態３）
本実施形態のＬＥＤ駆動装置は、実施形態１の降圧チョッパ回路Ａ１２の代わりに、図１１に示す降圧チョッパ回路Ａ１２ａを用いるものであり、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。
【００７６】
降圧チョッパ回路Ａ１２ａは、昇圧チョッパ回路Ａ１１のコンデンサＣ１の正極に接続したスイッチング素子Ｓ２ａ（第２のスイッチング素子）とインダクタＬ２ａとの直列回路を備え、インダクタＬ２ａ−直流電源Ｅ１の負極間には、ＬＥＤユニット３が接続される。さらに、インダクタＬ２ａとＬＥＤユニット３との直列回路には、回生用のダイオードＤ２ａが並列接続される。そして、制御回路Ａ１３は、スイッチング素子Ｓ２ａをオン・オフ駆動することによって、昇圧電圧Ｖ２を降圧した出力電圧Ｖ３をＬＥＤユニット３の両端間に印加し、ＬＥＤ電流Ｉ１を目標電流に制御する。
【００７７】
具体的に、降圧チョッパ回路Ａ１２ａは、スイッチング素子Ｓ２ａがオンすると、コンデンサＣ１−スイッチング素子Ｓ２ａ−インダクタＬ２ａ−ＬＥＤユニット３−コンデンサＣ１の経路で電流が流れる。そして、スイッチング素子Ｓ２ａがオフすると、インダクタＬ２ａに蓄積された磁気エネルギーが放出され、インダクタＬ２ａ−ＬＥＤユニット３−ダイオードＤ２ａ−インダクタＬ２ａの経路で電流が流れる。このスイッチング素子Ｓ２ａのオン・オフが繰り返されることによって、ＬＥＤユニット３にはＬＥＤ電流Ｉ１が連続して流れ、ＬＥＤ素子Ｚ１は、ＬＥＤ電流Ｉ１に応じて発光する。制御回路Ａ１３は、ＬＥＤ電流Ｉ１の検出値が予め決められている目標電流に一致するように、スイッチング素子Ｓ２ａのオンデューティをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する。
【００７８】
図１２は、ＬＥＤ電流Ｉ１を検出する電流検出部の構成を示しており、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３のいずれかを用いる。抵抗Ｒ１１は、ＬＥＤユニット３とダイオードＤ２ａとの接続点−コンデンサＣ１の負極間に介挿されており、スイッチング素子Ｓ２ａのオン時におけるＬＥＤ電流Ｉ１を検出する（図１３（ａ））。抵抗Ｒ１２は、ダイオードＤ２ａに直列接続されており、スイッチング素子Ｓ２ａのオフ時におけるＬＥＤ電流Ｉ１を検出する（図１３（ｂ））。抵抗Ｒ１３は、ＬＥＤユニット３に直列接続されており、スイッチング素子Ｓ２ａのオン時およびオフ時におけるＬＥＤ電流Ｉ１を検出する（図１３（ｃ））。なお、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３のいずれを用いるかは、負荷や制御の方式によって選択すればよい。
【００７９】
本実施形態の降圧チョッパ回路Ａ１２ａは、スイッチング素子Ｓ２ａを高電圧側に設けて、ＬＥＤユニット３の一端（カソード側）を直流電源Ｅ１の負極に接続している。したがって、直流電源Ｅ１の負極を、ＬＥＤ素子Ｚ１の放熱のために設ける図示しない放熱フィンに接地した場合、ＬＥＤ素子Ｚ１の絶縁を考慮する必要がないため、構造面でのメリットがある。
【００８０】
なお、本実施形態において、実施形態２の制御回路Ａ１３ａを用いても、同様の効果を得ることができる。
【００８１】
また、実施形態１〜３のＬＥＤ駆動装置Ａ１およびＬＥＤユニット３を備える照明装置を器具本体に保持させて、本発明の照明器具を構成することができる。
【符号の説明】
【００８２】
Ａ１ ＬＥＤ駆動装置
Ａ１１ 昇圧チョッパ回路（昇圧回路）
Ａ１２ 降圧チョッパ回路（降圧回路）
Ａ１３ 制御回路
Ｅ１ 直流電源
３ ＬＥＤユニット（ＬＥＤ光源）
Ｚ１ ＬＥＤ素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ駆動装置、照明装置、および照明器具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
照明分野においては、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子が盛んに使用され、その用途も多様化している。車両の照明では、白色ＬＥＤ素子が車室内において活用され、さらには高輝度化によってヘッドライト、デイタイムランニングランプ等にも使用されている。
【０００３】
ＬＥＤ素子は、白熱電球と比べ長寿命で応答性が速く、構造上コンパクトに実装できる。また、各種の色が簡単に実現でき、調光による点灯制御も容易である。そして、灯具などの照明器具は、薄型化が可能になり、立体的に実装できることにより、車のデザインなど形状に制限を与えない自由な設計が可能になる等の利点がある。
【０００４】
上述した照明器具は、ＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子を点灯させるＬＥＤ駆動装置とが、器具本体に保持されて構成されている。ＬＥＤ駆動装置は、複数のＬＥＤ素子を直列接続してなる光源に一定の電流を供給することによって、複数のＬＥＤ素子を均一な明るさで点灯させる。
【０００５】
そして、ＬＥＤ駆動装置には、入力電圧が変動しても出力電圧が一定範囲に収まるように制御するために、様々な構成のＤＣ／ＤＣコンバータが用いられる。
【０００６】
例えば、入力電圧の値に応じて、出力のチョッパ方式を降圧チョッパまたは昇圧チョッパに切り替える構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。さらに、入力電圧に応じて降圧チョッパと昇圧チョッパとを切り替えて選択的に動作させる場合に、昇圧／降圧の切り替え時においても出力電圧を一定に保持する構成も提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、昇圧チョッパ回路と降圧チョッパ回路とのそれぞれを独立に備えて、昇圧チョッパ回路の後段に降圧チョッパ回路を配した構成も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
図１４は、従来のＬＥＤ駆動装置Ｂ１を示す。直流電源Ｅ１０１の直流電圧を、ＬＥＤ駆動装置Ｂ１の入力電圧Ｖ１０１とし、入力電圧Ｖ１０１を昇圧または降圧または昇降圧した直流電圧を、ＬＥＤ駆動装置Ｂ１の出力電圧Ｖ１０２とする。出力電圧Ｖ１０２は、複数のＬＥＤ素子Ｚ１０１を直列接続したＬＥＤユニット１０３（ＬＥＤ光源）の両端間に印加され、ＬＥＤユニット１０３にＬＥＤ電流Ｉ１０１が流れて点灯する。
【０００８】
ＬＥＤ駆動装置Ｂ１を車両に搭載して、車載用のＬＥＤ駆動装置として用いた場合、直流電源Ｅ１０１は、車載バッテリで構成される。そして、車載バッテリの直流電圧（通常、１２Ｖ）の変動を考慮すると、入力電圧Ｖ１０１の範囲として９〜１６Ｖが想定される。過渡的な電圧変動を考えると、入力電圧Ｖ１０１の範囲として６〜２０Ｖを想定する場合もある。
【０００９】
ＬＥＤユニット１０３に用いられるＬＥＤ素子Ｚ１０１は、ＬＥＤ素子の使用数を低減させながらも必要な光束が得られるように、発光効率の向上などによって順方向電圧の改善が図られている。ＬＥＤ素子Ｚ１０１の光束は、ＬＥＤ電流Ｉ１０１に比例して変化するので、複数のＬＥＤ素子Ｚ１０１を使用する場合は、ＬＥＤ素子を直列に接続して同一のＬＥＤ電流を流し、それぞれのＬＥＤ素子を同様に発光させる方法が一般的である。
【００１０】
車載用のすれ違い前照灯にＬＥＤ素子を用いた場合、発光効率の向上によって、使用するＬＥＤ素子Ｚ１０１の数は４個から１２個程度で構成される場合が多い。１つのＬＥＤ素子Ｚ１０１の順方向電圧は、電流容量、素子の構成や材料、使用温度、動作電流などで変動するが、順方向電流が数百ｍＡであれば、順方向電圧は３〜３．５Ｖ程度である。４個のＬＥＤ素子Ｚ１０１を直列接続したＬＥＤユニット１０３の場合、その両端電圧は１２〜１４Ｖ、５個のＬＥＤ素子Ｚ１０１を直列接続したＬＥＤユニット１０３の場合、その両端電圧は１５〜１７．５Ｖになる。
【００１１】
図１５は、入力電圧Ｖ１０１−出力電圧Ｖ１０２の関係を示すグラフである。そして、Ｖ１０１＝Ｖ１０２となる直線Ｘ１０１を境にして、直線Ｘ１０１の下方はＶ１０１＞Ｖ１０２の領域（降圧領域）であり、直線Ｘ１０１の上方はＶ１０１＜Ｖ１０２の領域（昇圧領域）である。
【００１２】
また、入力電圧Ｖ１０１の範囲Ｗ１０１［９〜１６Ｖ］は、車載バッテリの直流電圧（通常、１２Ｖ）の変動を考慮したものである。入力電圧Ｖ１０１の範囲Ｗ１０２［６〜２０Ｖ］は、車載バッテリの直流電圧の過渡的な電圧変動をも考慮したものである。
【００１３】
そして、図１５中の領域Ｇ１０１は、入力電圧Ｖ１０１の範囲Ｗ１０２と、５個のＬＥＤ素子Ｚ１０１を直列接続したＬＥＤユニット１０３がとり得る両端電圧の範囲Ｗ１０３［１５〜１７．５Ｖ］とで囲まれた領域である。図１５中の領域Ｇ１０２は、入力電圧Ｖ１０１の範囲Ｗ１０２と、４個のＬＥＤ素子Ｚ１０１を直列接続したＬＥＤユニット１０３がとり得る両端電圧の範囲Ｗ１０４［１２〜１４Ｖ］とで囲まれた領域である。ＬＥＤ駆動装置Ｂ１は、領域Ｇ１０１または領域Ｇ１０２を想定して動作することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開昭６２−１８９７０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６８５９０号公報
【特許文献３】特開２０１１−１００６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで図１６に示すように、ＬＥＤ素子Ｚ１０１は、順方向電圧Ｖｆが閾値電圧を超えて高くなると、順方向電流Ｉｆの変動に対して順方向電圧Ｖｆの変動が小さくなり、順方向電圧Ｖｆは略一定値になる。一例として、順方向電流Ｉｆの定常の使用範囲（数百ｍＡ程度）では、順方向電圧Ｖｆ＝３〜４V程度になって、ほぼ定電圧特性を示す（順方向電流Ｉｆが変化しても、順方向電圧Ｖｆはあまり変動しない）。
【００１６】
そして、車載用途などのバッテリ電源を使用するＬＥＤ駆動装置Ｂ１では、入力電圧Ｖ１０１が使用環境や他の負荷のオン・オフなどによって変動する。ＬＥＤ駆動装置Ｂ１では、この入力電圧Ｖ１０１の変動に対して出力電圧Ｖ１０２を一定にするように、定電圧制御を行う。一方、ＬＥＤユニット１０３においても、上述のようにＬＥＤ素子そのものが定電圧特性を有しているため、ＬＥＤ電流Ｉ１０１がある程度大きい領域では略一定の両端電圧を維持する。
【００１７】
しかしながら、ＬＥＤ駆動装置Ｂ１を昇圧回路と降圧回路とで構成した場合、入力電圧Ｖ１０１の投入時、遮断時に、昇圧回路と降圧回路との各動作開始タイミングによって、降圧回路が停止した状態で昇圧回路のみが動作することがある。このような場合、ＬＥＤ駆動装置Ｂ１では、昇圧回路による高い昇圧電圧が降圧されることなく出力電圧Ｖ１０２として出力され、出力電圧Ｖ１０２のエネルギー変化はＬＥＤ電流Ｉ１０１の変化としてあらわれる。すなわち、ＬＥＤ電流Ｉ１０１が瞬時的に増大して、ＬＥＤユニット１０３に過電流が流れる。例えば、図１６の順方向電圧Ｖｆがほぼ定電圧特性を示す領域において、順方向電圧Ｖｆの微小増大分ΔＶｆに対して、順方向電流Ｉｆの増大分ΔＩｆは比較的大きくなり、ＬＥＤユニット１０３に過電流が流れる。
【００１８】
したがって、ＬＥＤユニット１０３には過電流によるストレスがかかり、不具合の要因となって、装置の信頼性を損ねる虞があった。
【００１９】
また、ＬＥＤユニット１０３の過電流ストレスを抑制する方法として、ＬＥＤユニット１０３に限流要素を直列接続する方法が提案されている。さらには、ＬＥＤユニット１０３にスイッチを直列接続し、ＬＥＤ電流Ｉ１０１が所定電流を超えて流れるとスイッチをオフする等の過電流保護回路を設ける方法も提案されている。しかしながら、限流要素や過電流保護回路が追加されることによって、コストアップの要因になっていた。
【００２０】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、昇圧回路と降圧回路とで構成され、ＬＥＤ光源への過電流ストレスを低コストで抑制することができるＬＥＤ駆動装置、照明装置、および照明器具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明のＬＥＤ駆動装置は、１乃至複数のＬＥＤ素子で構成されるＬＥＤ光源に直流電力を供給するＬＥＤ駆動装置であって、直流電源の第１の直流電圧を昇圧した第２の直流電圧を出力する昇圧回路と、前記第２の直流電圧を降圧した第３の直流電圧を前記ＬＥＤ光源に出力する降圧回路と、前記昇圧回路の昇圧動作および前記降圧回路の降圧動作を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記第１の直流電圧が投入された場合、前記降圧回路の降圧動作、前記昇圧回路の昇圧動作の順に開始させることを特徴とする。
【００２２】
この発明において、前記制御回路は、前記第１の直流電圧が遮断された場合、前記昇圧回路の昇圧動作、前記降圧回路の降圧動作の順に停止させることが好ましい。
【００２３】
この発明において、前記第２の直流電圧を検出する電圧検出部と、前記ＬＥＤ光源に流れる電流を検出する電流検出部とを備え、前記制御回路は、前記第２の直流電圧の検出値に基づいて前記昇圧回路の昇圧動作を制御し、前記ＬＥＤ光源に流れる電流の検出値に基づいて前記降圧回路の降圧動作を制御して、前記第１の直流電圧が投入された場合に前記降圧回路の降圧動作を開始させてから前記昇圧回路の昇圧動作を開始させるまでの第１の時間を、前記第１の直流電圧が遮断された場合に前記昇圧回路の昇圧動作を停止させてから前記降圧回路の降圧動作を停止させるまでの第２の時間より長くすることが好ましい。
【００２４】
この発明において、前記昇圧回路は、第１のスイッチング素子を有し、この第１のスイッチング素子をオン・オフすることによって、前記第２の直流電圧を生成し、前記降圧回路は、第２のスイッチング素子を有し、この第２のスイッチング素子をオン・オフすることによって、前記第３の直流電圧を生成し、前記制御回路は、前記第１，第２のスイッチング素子のそれぞれを同一周波数でオン・オフ駆動することが好ましい。
【００２５】
この発明において、前記昇圧回路の昇圧動作の停止時において、前記第２の直流電圧は、前記第１の直流電圧に略等しくなり、前記制御回路は、前記第１の直流電圧が前記第２の直流電圧より低い場合、前記昇圧回路の昇圧動作を実行させ、前記第１の直流電圧が前記第２の直流電圧より高い場合、前記昇圧回路の昇圧動作を停止させることが好ましい。
【００２６】
本発明の照明装置は、本発明のＬＥＤ駆動装置と、前記ＬＥＤ駆動装置によって駆動される１乃至複数のＬＥＤ素子で構成されたＬＥＤ光源とを備えることを特徴とする。
【００２７】
本発明の照明器具は、本発明の照明装置と、前記照明装置を保持する器具本体とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように、本発明では、昇圧回路と降圧回路とで構成され、ＬＥＤ光源への過電流ストレスを低コストで抑制することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施形態１のＬＥＤ駆動装置の概略構成を示すブロック図である
【図２】同上の構成を示す回路図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）同上の動作を示す説明図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）同上の別の動作を示す説明図である。
【図５】同上の詳細な構成を示す回路図である。
【図６】同上の昇圧制御回路の構成を示すブロック図である。
【図７】同上の降圧制御回路の構成を示すブロック図である。
【図８】同上の主制御回路の構成を示すブロック図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）同上の主制御回路の動作を示す説明図である。
【図１０】実施形態２の制御回路の構成を示すブロック図である
【図１１】実施形態３の降圧チョッパ回路の構成を示す回路図である。
【図１２】同上のＬＥＤ電流の検出手段の構成を示す回路図である。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）同上のＬＥＤ電流の検出波形を示す波形図である。
【図１４】従来のＬＥＤ駆動装置の概略構成を示すブロック図である
【図１５】ＬＥＤ駆動装置の入力電圧−出力電圧の関係を示すグラフ図である。
【図１６】ＬＥＤ素子の特性を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３１】
（実施形態１）
図１は、本実施形態のＬＥＤ駆動装置Ａ１を示す。ＬＥＤ駆動装置Ａ１は、直流電源Ｅ１の直流電圧を入力電圧Ｖ１として入力し、複数のＬＥＤ素子Ｚ１を直列接続したＬＥＤユニット３（ＬＥＤ光源）を出力に接続している。ＬＥＤ駆動装置Ａ１の出力電圧Ｖ３は、ＬＥＤユニット３の両端に印加され、ＬＥＤユニット３はＬＥＤ電流Ｉ１が流れて点灯する。なお、ＬＥＤ駆動装置Ａ１と、ＬＥＤユニット３とで、本発明の照明装置を構成する。
【００３２】
そして、ＬＥＤ駆動装置Ａ１は、昇圧チョッパ回路Ａ１１（昇圧回路）と、降圧チョッパ回路Ａ１２（降圧回路）と、制御回路Ａ１３とで構成され、昇圧チョッパ回路Ａ１１の後段に降圧チョッパ回路Ａ１２が接続されている。
【００３３】
昇圧チョッパ回路Ａ１１は、入力電圧Ｖ１（第１の直流電圧）を昇圧電圧Ｖ２（第２の直流電圧）に昇圧する。降圧チョッパ回路Ａ１２は、昇圧電圧Ｖ２を出力電圧Ｖ３（第３の直流電圧）に降圧する。制御回路Ａ１３は、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作を制御する。
【００３４】
そして、制御回路Ａ１３は、直流電源Ｅ１から入力電圧Ｖ１が投入された場合（ＬＥＤ駆動装置Ａ１の始動時）、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作の順に開始させる。また、制御回路Ａ１３は、入力電圧Ｖ１が遮断された場合（ＬＥＤ駆動装置Ａ１の停止時）、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作の順に停止させてもよい。なお、入力電圧Ｖ１の投入・遮断操作は、ＬＥＤ駆動装置Ａ１に設けた図示しないスイッチ手段、直流電源Ｅ１−ＬＥＤ駆動装置Ａ１間の電路に設けた図示しないスイッチ手段、直流電源Ｅ１のオン・オフ操作等によって行われる。
【００３５】
図２は、ＬＥＤ駆動装置Ａ１の一例を示す。
【００３６】
昇圧チョッパ回路Ａ１１は、直流電源Ｅ１の両端間に接続したインダクタＬ１とスイッチング素子Ｓ１（第１のスイッチング素子）との直列回路と、スイッチング素子Ｓ１に並列接続したダイオードＤ１とコンデンサＣ１との直列回路とを備える。そして、制御回路Ａ１３は、スイッチング素子Ｓ１を高周波でオン・オフ駆動することによって、入力電圧Ｖ１を昇圧した昇圧電圧Ｖ２をコンデンサＣ１の両端間に発生させる。
【００３７】
具体的に、昇圧チョッパ回路Ａ１１は、スイッチング素子Ｓ１がオンすると、直流電源Ｅ１−インダクタＬ１−スイッチング素子Ｓ１−直流電源Ｅ１の経路で電流が流れ、インダクタＬ１に磁気エネルギーが蓄積される。そして、スイッチング素子Ｓ１がオフすると、インダクタＬ１に蓄積された磁気エネルギーが放出され、インダクタＬ１−ダイオードＤ１−コンデンサＣ１−直流電源Ｅ１−インダクタＬ１の経路で電流が流れる。このスイッチング素子Ｓ１のオン・オフが繰り返されることによって、コンデンサＣ１の両端には、入力電圧Ｖ１より高い昇圧電圧Ｖ２が発生する。制御回路Ａ１３は、昇圧電圧Ｖ２の検出値が予め決められている目標電圧に一致するように、スイッチング素子Ｓ１のオンデューティをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する。
【００３８】
降圧チョッパ回路Ａ１２は、コンデンサＣ１の正極に一端を接続したインダクタＬ２と、コンデンサＣ１の負極に一端を接続したスイッチング素子Ｓ２（第２のスイッチング素子）とを備え、インダクタＬ２およびスイッチング素子Ｓ２の各他端間には、ＬＥＤユニット３が接続される。さらに、インダクタＬ２とＬＥＤユニット３との直列回路には、回生用のダイオードＤ２が並列接続される。そして、制御回路Ａ１３は、スイッチング素子Ｓ２を高周波でオン・オフ駆動することによって、昇圧電圧Ｖ２を降圧した出力電圧Ｖ３をＬＥＤユニット３の両端間に印加し、ＬＥＤ電流Ｉ１を目標電流に制御する。
【００３９】
具体的に、降圧チョッパ回路Ａ１２は、スイッチング素子Ｓ２がオンすると、コンデンサＣ１−インダクタＬ２−ＬＥＤユニット３−スイッチング素子Ｓ２−コンデンサＣ１の経路で電流が流れる。そして、スイッチング素子Ｓ２がオフすると、インダクタＬ２に蓄積された磁気エネルギーが放出され、インダクタＬ２−ＬＥＤユニット３−ダイオードＤ２−インダクタＬ２の経路で電流が流れる。このスイッチング素子Ｓ２のオン・オフが繰り返されることによって、ＬＥＤユニット３にはＬＥＤ電流Ｉ１が連続して流れ、ＬＥＤ素子Ｚ１は、ＬＥＤ電流Ｉ１に応じて発光する。制御回路Ａ１３は、ＬＥＤ電流Ｉ１の検出値が予め決められている目標電流に一致するように、スイッチング素子Ｓ２のオンデューティをＰＷＭ制御する。
【００４０】
図３（ａ）〜（ｃ）は、ＬＥＤ駆動装置Ａ１のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の動作タイミングの一例を示す。
【００４１】
制御回路Ａ１３は、入力電圧Ｖ１から制御電源を内部で生成し、この制御電源によって動作する。そして、入力電圧Ｖ１が投入され、制御電源を生成して動作を開始した制御回路Ａ１３は、降圧チョッパ回路Ａ１２のスイッチング素子Ｓ２のオン・オフ駆動を開始する（タイミングｔ０）。次に、制御回路Ａ１３は、タイミングｔ０から時間Ｔ１（第１の時間）が経過するまで、昇圧チョッパ回路Ａ１１のスイッチング素子Ｓ１をオン・オフ駆動せず（オフ状態を維持）、降圧チョッパ回路Ａ１２のスイッチング素子Ｓ２のみをオン・オフ駆動する。したがって、タイミングｔ０から時間Ｔ１が経過するまでの期間において、昇圧電圧Ｖ２は、入力電圧Ｖ１に等しい電圧（または入力電圧Ｖ１に略等しい電圧）になり、ＬＥＤ電流Ｉ１は徐々に上昇する。
【００４２】
次に、制御回路Ａ１３は、タイミングｔ０から時間Ｔ１が経過した時点で、昇圧チョッパ回路Ａ１１のスイッチング素子Ｓ１のオン・オフ駆動を開始する（タイミングｔ１）。すなわち、制御回路Ａ１３は、直流電源Ｅ１から入力電圧Ｖ１が投入された場合、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作の順に開始させる。したがって、タイミングｔ１以降において、昇圧電圧Ｖ２は、入力電圧Ｖ１を昇圧した電圧になり、ＬＥＤ電流Ｉ１は急速に上昇する。
【００４３】
例えば、入力電圧Ｖ１の投入時に、図３の動作とは逆に、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作の順に開始させたとする。この場合、降圧チョッパ回路Ａ１２が動作を開始した直後は、降圧動作が不安定になりやすく、昇圧電圧Ｖ２が降圧されることなく、昇圧電圧Ｖ２に等しい出力電圧Ｖ３が瞬時的に出力される虞がある。而して、ＬＥＤユニット３に過電流が流れ、ＬＥＤユニット３は過電流ストレスがかかる。
【００４４】
一方、図３の動作を行うＬＥＤ駆動装置Ａ１は、入力電圧Ｖ１の投入時に、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作の順に開始させるので、昇圧チョッパ回路Ａ１１の動作開始時に、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作は安定している。すなわち、入力電圧Ｖ１の投入時においても、昇圧電圧Ｖ２は確実に降圧される。したがって、入力電圧Ｖ１の投入時においても、昇圧電圧Ｖ２を降圧した出力電圧Ｖ３が出力され、ＬＥＤユニット３に過電流が流れないので、ＬＥＤユニット３の過電流ストレスを抑制できる。また、限流要素や過電流保護回路を別途設ける必要がないので、低コスト化を図ることができる。
【００４５】
図３では、入力電圧Ｖ１が遮断された場合、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作と、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作とを同時に停止させている（タイミングｔ２）。しかしながら、この停止動作では、コンデンサＣ１に昇圧電圧Ｖ２が残留し、感電等の虞がある。また、入力電源Ｖ１の次の投入時には、コンデンサＣ１の残留電圧によって、ＬＥＤ電流Ｉ１の立ち上がりが急峻になる。
【００４６】
そこで、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、制御回路Ａ１３は、入力電圧Ｖ１が遮断された場合、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作の順に停止させてもよい。
【００４７】
まず、入力電圧Ｖ１が投入されて、動作を開始した制御回路Ａ１３は、降圧チョッパ回路Ａ１２のスイッチング素子Ｓ２のオン・オフ駆動を開始する（タイミングｔ１０）。次に、制御回路Ａ１３は、タイミングｔ１０から時間Ｔ１１（第１の時間）が経過するまで、昇圧チョッパ回路Ａ１１のスイッチング素子Ｓ１をオン・オフ駆動せず（オフ状態を維持）、降圧チョッパ回路Ａ１２のスイッチング素子Ｓ２のみをオン・オフ駆動する。したがって、タイミングｔ１０から時間Ｔ１１が経過するまでの期間において、昇圧電圧Ｖ２は、入力電圧Ｖ１に等しい電圧（または入力電圧Ｖ１に略等しい電圧）になり、ＬＥＤ電流Ｉ１は徐々に上昇する。
【００４８】
次に、制御回路Ａ１３は、タイミングｔ１０から時間Ｔ１１（第１の時間）が経過した時点で、昇圧チョッパ回路Ａ１１のスイッチング素子Ｓ１のオン・オフ駆動を開始する（タイミングｔ１１）。
【００４９】
そして入力電圧Ｖ１が遮断された場合、制御回路Ａ１３は、制御電源が低下して動作不能になるまでに、まず、昇圧チョッパ回路Ａ１１のスイッチング素子Ｓ１のオン・オフ駆動を停止させる（タイミングｔ１２）。次に、制御回路Ａ１３は、タイミングｔ１２から時間Ｔ１２（第２の時間）が経過した時点で、降圧チョッパ回路Ａ１２のスイッチング素子Ｓ２のオン・オフ駆動を停止させる（タイミングｔ１３）。
【００５０】
このように、ＬＥＤ駆動装置Ａ１は、入力電圧Ｖ１の遮断時に、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作の順に停止させる。したがって、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作が停止した後でも、降圧チョッパ回路Ａ１２のスイッチング素子Ｓ２は時間Ｔ１２に亘ってオン・オフ動作を継続しているので、コンデンサＣ１の残留電圧がスイッチング素子Ｓ２を介して放電される。而して、入力電圧Ｖ１の遮断時において、コンデンサＣ１に昇圧電圧Ｖ２が残留することなく、感電等を防止できる。また、入力電源Ｖ１の次の投入時には、ＬＥＤ電流Ｉ１の立ち上がりの傾きが抑制される。
【００５１】
また、入力電圧Ｖ１の遮断時に、図４の動作とは逆に、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作の順に停止させたとする。この場合、降圧チョッパ回路Ａ１２が動作を停止するときに、降圧動作が不安定になりやすいため、直流電圧Ｖ１を昇圧した昇圧電圧Ｖ２が降圧されることなく、高い出力電圧Ｖ３が瞬時的に出力される虞がある。而して、ＬＥＤユニット３に過電流が流れ、ＬＥＤユニット３は過電流ストレスがかかる。
【００５２】
一方、図４の動作を行うＬＥＤ駆動装置Ａ１は、入力電圧Ｖ１の遮断時に、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作の順に停止させる。すなわち、降圧チョッパ回路Ａ１２が動作を停止するときには、昇圧チョッパ回路Ａ１１の動作は既に停止しており、昇圧電圧Ｖ２は比較的低い電圧になる。したがって、入力電圧Ｖ１の遮断時において、高い出力電圧Ｖ３が瞬時的に出力される虞はなく、ＬＥＤユニット３に過電流が流れないので、ＬＥＤユニット３の過電流ストレスを抑制できる。
【００５３】
次に、入力電圧Ｖ１と昇圧電圧Ｖ２との大小関係に基づくＬＥＤ駆動装置Ａ１の動作について説明する。ここで、制御回路Ａ１３は、入力電圧Ｖ１の検出値と、昇圧電圧Ｖ２の検出値とを比較することによって、入力電圧Ｖ１と昇圧電圧Ｖ２との大小関係を判定している。なお、入力電圧Ｖ１、昇圧電圧Ｖ２の検出手段は、分圧抵抗等を用いた周知の構成であり、説明は省略する。
【００５４】
例えば、入力電圧Ｖ１＝１２Ｖ、昇圧電圧Ｖ２＝１８Ｖ、出力電圧Ｖ３＝１６Ｖであり、入力電圧Ｖ１＜昇圧電圧Ｖ２の関係にあるとする。この場合、制御回路Ａ１３は、スイッチング素子Ｓ１をオン・オフ駆動して、昇圧チョッパ回路Ａ１１による昇圧電圧Ｖ２を目標電圧である１８Ｖに制御する。そして、制御回路Ａ１３は、昇圧電圧Ｖ２＝１８Ｖを出力電圧Ｖ３＝１６Ｖに降圧させて、ＬＥＤ電流Ｉ１が目標電流に一致するように、スイッチング素子Ｓ２をオン・オフ駆動する。
【００５５】
次に、使用環境や他の負荷のオン・オフなどによって、入力電圧Ｖ１が２０Ｖに増加し、入力電圧Ｖ１≧昇圧電圧Ｖ２の関係になった場合、制御回路Ａ１３は、スイッチング素子Ｓ１のオン・オフ駆動を停止させる。すなわち、スイッチング素子Ｓ１をオフ状態に維持して、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作を停止させる。このとき、昇圧チョッパ回路Ａ１１が出力する昇圧電圧Ｖ２は、入力電圧Ｖ１に等しい２０Ｖ（または、入力電圧Ｖ１に略等しい２０Ｖ程度）になる。そして、降圧チョッパ回路Ａ１２は、入力電圧Ｖ１＝１２Ｖ時（昇圧電圧Ｖ２＝１８Ｖ時）に比べて、スイッチング素子Ｓ２のオンデューティを減少させて、ＬＥＤ電流Ｉ１を目標電流に制御する。
【００５６】
このように、使用環境や他の負荷のオン・オフなどによって、昇圧チョッパ回路Ａ１１に入力される入力電圧Ｖ１が、昇圧電圧Ｖ２（の目標電圧）より大きくなる場合がある。そこで、入力電圧Ｖ１が昇圧電圧Ｖ２（の目標電圧）より大きくなった場合は、前段の昇圧チョッパ回路Ａ１１の動作を停止し、後段の降圧チョッパ回路Ａ１２のみを動作させることによって、ＬＥＤ電流Ｉ１を目標電流に制御する。而して、入力電圧Ｖ１が昇圧電圧Ｖ２（の目標電圧）より大きくなった場合には、不要な昇圧動作を行うことがないので、各部品に求められる耐圧性能を抑えながら、ＬＥＤユニット３にかかる過電流ストレスを抑制することが可能になる。
【００５７】
次に、ＬＥＤ駆動装置Ａ１の具体回路を図５に示し、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の駆動制御について説明する。
【００５８】
まず、昇圧チョッパ回路Ａ１１では、コンデンサＣ１の両端間に抵抗Ｒ１，Ｒ２の直列回路を接続して電圧検出部を構成し、抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点Ｐ１の電圧を、昇圧電圧Ｖ２の検出値として出力する。
【００５９】
降圧チョッパ回路Ａ１２では、スイッチング素子Ｓ２と直流電源Ｅ１の負極との間に抵抗Ｒ３を接続して電流検出部を構成する。そして、スイッチング素子Ｓ２と抵抗Ｒ３との接続点Ｐ２の電圧を、スイッチング素子Ｓ２のオン時におけるＬＥＤ電流Ｉ１の検出値として出力する。
【００６０】
制御回路Ａ１３は、主制御回路１０、昇圧制御回路１１、降圧制御回路１２を備える。
【００６１】
そして、昇圧制御回路１１は、図６に示すように、ＰＷＭ制御部１１ａ、スイッチ駆動回路１１ｄを備え、ＰＷＭ制御部１１ａは、エラーアンプ１１ｂと、基準電圧発生回路１１ｃとで構成される。基準電圧発生回路１１ｃは、ノコギリ波の電圧を発生する。エラーアンプ１１ｂは、接続点Ｐ１の電圧（昇圧電圧Ｖ２の検出値）と、基準電圧発生回路１１ｃが発生したノコギリ波の電圧とを比較し、その比較結果に応じてＨレベルとＬレベルとを交互に繰り返すＰＷＭ信号を出力する。ＰＷＭ信号は、スイッチング素子Ｓ１のオンデューティを決定する信号であり、スイッチ駆動回路１１ｄは、ＰＷＭ信号に基づいてスイッチング素子Ｓ１をオン・オフ駆動する。例えば、昇圧電圧Ｖ２が増加した場合、昇圧制御回路１１は、スイッチング素子Ｓ１のオンデューティを低減する方向に制御する。
【００６２】
降圧制御回路１２は、図７に示すように、ＰＷＭ制御部１２ａ、スイッチ駆動回路１２ｄを備え、ＰＷＭ制御部１２ａは、エラーアンプ１２ｂと、基準電圧発生回路１２ｃとで構成される。基準電圧発生回路１２ｃは、ノコギリ波の電圧を発生する。エラーアンプ１２ｂは、接続点Ｐ２の電圧（ＬＥＤ電流Ｉ１の検出値）と、基準電圧発生回路１２ｃが発生したノコギリ波の電圧とを比較し、その比較結果に応じてＨレベルとＬレベルとを交互に繰り返すＰＷＭ信号を出力する。ＰＷＭ信号は、スイッチング素子Ｓ２のオンデューティを決定する信号であり、スイッチ駆動回路１２ｄは、ＰＷＭ信号に基づいてスイッチング素子Ｓ２をオン・オフ駆動する。例えば、ＬＥＤ電流Ｉ１が増加した場合、降圧制御回路１２は、スイッチング素子Ｓ２のオンデューティを低減する方向に制御する。
【００６３】
主制御回路１０は、図８に示すように、制御電源回路１０ａ、遅延回路１０ｂ、スイッチ素子１０ｃ，１０ｄを備える。制御電源回路１０ａは、入力電圧Ｖ１から制御電源を生成し、この制御電源を制御回路Ａ１３の各部の動作電源とする。スイッチ素子１０ｃは、制御電源回路１０ａから昇圧制御回路１１へ供給される制御電源を導通・遮断し、スイッチ素子１０ｄは、制御電源回路１０ａから降圧制御回路１２へ供給される制御電源を導通・遮断する。遅延回路１０ｂは、スイッチ素子１０ｃ，１０ｄの導通・遮断を制御することによって、昇圧制御回路１１、降圧制御回路１２の各動作の開始タイミング、停止タイミングを決定している。
【００６４】
そして、遅延回路１０ｂは、入力電圧Ｖ１が投入されて、制御電源が生成されると、スイッチ素子１０ｄ，スイッチ素子１０ｃの順に導通することによって、降圧制御回路１２、昇圧制御回路１１の順に制御電源を供給する。すなわち、入力電圧Ｖ１の投入時に、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作の順に開始する。
【００６５】
また、遅延回路１０ｂは、入力電圧Ｖ１が遮断されると、制御電源が低下して動作不能になるまでに、スイッチ素子１０ｃ，スイッチ素子１０ｄの順に遮断することによって、昇圧制御回路１１、降圧制御回路１２の順に制御電源を遮断する。すなわち、入力電圧Ｖ１の遮断時に、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作の順に停止する。
【００６６】
図９（ａ）〜（ｃ）は、遅延回路１０ｂの動作の一例を示し、遅延回路１０ｂは、入力電圧Ｖ１が投入されて、制御電源が生成されると、まずスイッチ素子１０ｄを導通させる。遅延回路１０ｂは、スイッチ素子１０ｄを導通させてから、時間Ｔ１が経過した時点でスイッチ素子１０ｃを導通させる。すなわち、入力電圧Ｖ１の投入時には、降圧チョッパ回路Ａ１２が動作を開始してから時間Ｔ１後に、昇圧チョッパ回路Ａ１１が動作を開始する。
【００６７】
（実施形態２）
本実施形態のＬＥＤ駆動装置は、実施形態１の制御回路Ａ１３の代わりに、図１０に示す制御回路Ａ１３ａを用いるものであり、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。
【００６８】
制御回路Ａ１３ａは、ＰＷＭ制御回路１３、スイッチ駆動回路１４，１５、スイッチ素子１６、主制御回路１７を備える。ＰＷＭ制御回路１３は、エラーアンプ１３ａ，１３ｂ、基準電圧発生回路１３ｃで構成される。
【００６９】
基準電圧発生回路１３ｃは、ノコギリ波の電圧を発生する。そして、エラーアンプ１３ａは、接続点Ｐ１の電圧（昇圧電圧Ｖ２の検出値）と、基準電圧発生回路１３ｃが発生したノコギリ波の電圧とを比較し、その比較結果に応じてＨレベルとＬレベルとを交互に繰り返すＰＷＭ信号を出力する。ＰＷＭ信号は、スイッチング素子Ｓ１のオンデューティを決定する信号であり、スイッチ駆動回路１４は、ＰＷＭ信号に基づいてスイッチング素子Ｓ１をオン・オフ駆動する。
【００７０】
エラーアンプ１３ｂは、接続点Ｐ２の電圧（ＬＥＤ電流Ｉ１の検出値）と、基準電圧発生回路１３ｃが発生したノコギリ波の電圧とを比較し、その比較結果に応じてＨレベルとＬレベルとを交互に繰り返すＰＷＭ信号を出力する。ＰＷＭ信号は、スイッチング素子Ｓ２のオンデューティを決定する信号であり、スイッチ駆動回路１５は、ＰＷＭ信号に基づいてスイッチング素子Ｓ２をオン・オフ駆動する。
【００７１】
そして、駆動回路１４がスイッチング素子Ｓ１の駆動信号を出力する経路には、スイッチ素子１６が介挿されており、スイッチ素子１６は、主制御回路１７によって導通・遮断が制御される。
【００７２】
主制御回路１７は、入力電圧Ｖ１が投入されると、制御電源を生成し、この制御電源を制御回路Ａ１３ａの各部の動作電源とする。入力電圧Ｖ１の投入時は、スイッチ素子１６を遮断状態に維持して、スイッチング素子Ｓ１をオン・オフ駆動せず（オフ状態を維持）、スイッチング素子Ｓ２のみをオン・オフ駆動する。そして、主制御回路１７は、制御電源の生成を開始してから所定時間が経過した時点で、スイッチ素子１６を導通させて、スイッチング素子Ｓ１のオン・オフ駆動を開始する。すなわち、入力電圧Ｖ１の投入時に、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作の順に開始する。
【００７３】
また、主制御回路１７は、入力電圧Ｖ１が遮断されると、制御電源が低下して動作不能になるまでにスイッチ素子１６を遮断することによって、スイッチング素子Ｓ１のオン・オフ駆動を停止させる。その後、制御電源がさらに低下してスイッチング素子Ｓ２のオン・オフ駆動も停止する。すなわち、入力電圧Ｖ１の遮断時に、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作、降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作の順に停止する。
【００７４】
本実施形態の制御回路Ａ１３ａは、１つの基準電圧発生回路１３ｃを用いて、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のＰＷＭ信号を生成するので、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２は同一周波数でオン・オフ駆動される。したがって、制御回路Ａ１３ａの回路構成を簡略化することができる。
【００７５】
（実施形態３）
本実施形態のＬＥＤ駆動装置は、実施形態１の降圧チョッパ回路Ａ１２の代わりに、図１１に示す降圧チョッパ回路Ａ１２ａを用いるものであり、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。
【００７６】
降圧チョッパ回路Ａ１２ａは、昇圧チョッパ回路Ａ１１のコンデンサＣ１の正極に接続したスイッチング素子Ｓ２ａ（第２のスイッチング素子）とインダクタＬ２ａとの直列回路を備え、インダクタＬ２ａ−直流電源Ｅ１の負極間には、ＬＥＤユニット３が接続される。さらに、インダクタＬ２ａとＬＥＤユニット３との直列回路には、回生用のダイオードＤ２ａが並列接続される。そして、制御回路Ａ１３は、スイッチング素子Ｓ２ａをオン・オフ駆動することによって、昇圧電圧Ｖ２を降圧した出力電圧Ｖ３をＬＥＤユニット３の両端間に印加し、ＬＥＤ電流Ｉ１を目標電流に制御する。
【００７７】
具体的に、降圧チョッパ回路Ａ１２ａは、スイッチング素子Ｓ２ａがオンすると、コンデンサＣ１−スイッチング素子Ｓ２ａ−インダクタＬ２ａ−ＬＥＤユニット３−コンデンサＣ１の経路で電流が流れる。そして、スイッチング素子Ｓ２ａがオフすると、インダクタＬ２ａに蓄積された磁気エネルギーが放出され、インダクタＬ２ａ−ＬＥＤユニット３−ダイオードＤ２ａ−インダクタＬ２ａの経路で電流が流れる。このスイッチング素子Ｓ２ａのオン・オフが繰り返されることによって、ＬＥＤユニット３にはＬＥＤ電流Ｉ１が連続して流れ、ＬＥＤ素子Ｚ１は、ＬＥＤ電流Ｉ１に応じて発光する。制御回路Ａ１３は、ＬＥＤ電流Ｉ１の検出値が予め決められている目標電流に一致するように、スイッチング素子Ｓ２ａのオンデューティをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する。
【００７８】
図１２は、ＬＥＤ電流Ｉ１を検出する電流検出部の構成を示しており、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３のいずれかを用いる。抵抗Ｒ１１は、ＬＥＤユニット３とダイオードＤ２ａとの接続点−コンデンサＣ１の負極間に介挿されており、スイッチング素子Ｓ２ａのオン時におけるＬＥＤ電流Ｉ１を検出する（図１３（ａ））。抵抗Ｒ１２は、ダイオードＤ２ａに直列接続されており、スイッチング素子Ｓ２ａのオフ時におけるＬＥＤ電流Ｉ１を検出する（図１３（ｂ））。抵抗Ｒ１３は、ＬＥＤユニット３に直列接続されており、スイッチング素子Ｓ２ａのオン時およびオフ時におけるＬＥＤ電流Ｉ１を検出する（図１３（ｃ））。なお、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３のいずれを用いるかは、負荷や制御の方式によって選択すればよい。
【００７９】
本実施形態の降圧チョッパ回路Ａ１２ａは、スイッチング素子Ｓ２ａを高電圧側に設けて、ＬＥＤユニット３の一端（カソード側）を直流電源Ｅ１の負極に接続している。したがって、直流電源Ｅ１の負極を、ＬＥＤ素子Ｚ１の放熱のために設ける図示しない放熱フィンに接地した場合、ＬＥＤ素子Ｚ１の絶縁を考慮する必要がないため、構造面でのメリットがある。
【００８０】
なお、本実施形態において、実施形態２の制御回路Ａ１３ａを用いても、同様の効果を得ることができる。
【００８１】
また、実施形態１〜３のＬＥＤ駆動装置Ａ１およびＬＥＤユニット３を備える照明装置を器具本体に保持させて、本発明の照明器具を構成することができる。
【符号の説明】
【００８２】
Ａ１ ＬＥＤ駆動装置
Ａ１１ 昇圧チョッパ回路（昇圧回路）
Ａ１２ 降圧チョッパ回路（降圧回路）
Ａ１３ 制御回路
Ｅ１ 直流電源
３ ＬＥＤユニット（ＬＥＤ光源）
Ｚ１ ＬＥＤ素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１乃至複数のＬＥＤ素子で構成されるＬＥＤ光源に直流電力を供給するＬＥＤ駆動装置であって、
直流電源の第１の直流電圧を昇圧した第２の直流電圧を出力する昇圧回路と、前記第２の直流電圧を降圧した第３の直流電圧を前記ＬＥＤ光源に出力する降圧回路と、前記昇圧回路の昇圧動作および前記降圧回路の降圧動作を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記第１の直流電圧が投入された場合、前記降圧回路の降圧動作、前記昇圧回路の昇圧動作の順に開始させる
ことを特徴とするＬＥＤ駆動装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記第１の直流電圧が遮断された場合、前記昇圧回路の昇圧動作、前記降圧回路の降圧動作の順に停止させることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項３】
前記第２の直流電圧を検出する電圧検出部と、前記ＬＥＤ光源に流れる電流を検出する電流検出部とを備え、
前記制御回路は、
前記第２の直流電圧の検出値に基づいて前記昇圧回路の昇圧動作を制御し、前記ＬＥＤ光源に流れる電流の検出値に基づいて前記降圧回路の降圧動作を制御して、
前記第１の直流電圧が投入された場合に前記降圧回路の降圧動作を開始させてから前記昇圧回路の昇圧動作を開始させるまでの第１の時間を、前記第１の直流電圧が遮断された場合に前記昇圧回路の昇圧動作を停止させてから前記降圧回路の降圧動作を停止させるまでの第２の時間より長くする
ことを特徴とする請求項２記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項４】
前記昇圧回路は、第１のスイッチング素子を有し、この第１のスイッチング素子をオン・オフすることによって、前記第２の直流電圧を生成し、
前記降圧回路は、第２のスイッチング素子を有し、この第２のスイッチング素子をオン・オフすることによって、前記第３の直流電圧を生成し、
前記制御回路は、前記第１，第２のスイッチング素子のそれぞれを同一周波数でオン・オフ駆動する
ことを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項５】
前記昇圧回路の昇圧動作の停止時において、前記第２の直流電圧は、前記第１の直流電圧に略等しくなり、
前記制御回路は、前記第１の直流電圧が前記第２の直流電圧より低い場合、前記昇圧回路の昇圧動作を実行させ、前記第１の直流電圧が前記第２の直流電圧より高い場合、前記昇圧回路の昇圧動作を停止させる
ことを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のＬＥＤ駆動装置と、
前記ＬＥＤ駆動装置によって駆動される１乃至複数のＬＥＤ素子で構成されたＬＥＤ光源と
を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項７】
請求項６記載の照明装置と、前記照明装置を保持する器具本体とを備えることを特徴とする照明器具。
【請求項１】
１乃至複数のＬＥＤ素子で構成されるＬＥＤ光源に直流電力を供給するＬＥＤ駆動装置であって、
直流電源の第１の直流電圧を昇圧した第２の直流電圧を出力する昇圧回路と、前記第２の直流電圧を降圧した第３の直流電圧を前記ＬＥＤ光源に出力する降圧回路と、前記昇圧回路の昇圧動作および前記降圧回路の降圧動作を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記第１の直流電圧が投入された場合、前記降圧回路の降圧動作、前記昇圧回路の昇圧動作の順に開始させる
ことを特徴とするＬＥＤ駆動装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記第１の直流電圧が遮断された場合、前記昇圧回路の昇圧動作、前記降圧回路の降圧動作の順に停止させることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項３】
前記第２の直流電圧を検出する電圧検出部と、前記ＬＥＤ光源に流れる電流を検出する電流検出部とを備え、
前記制御回路は、
前記第２の直流電圧の検出値に基づいて前記昇圧回路の昇圧動作を制御し、前記ＬＥＤ光源に流れる電流の検出値に基づいて前記降圧回路の降圧動作を制御して、
前記第１の直流電圧が投入された場合に前記降圧回路の降圧動作を開始させてから前記昇圧回路の昇圧動作を開始させるまでの第１の時間を、前記第１の直流電圧が遮断された場合に前記昇圧回路の昇圧動作を停止させてから前記降圧回路の降圧動作を停止させるまでの第２の時間より長くする
ことを特徴とする請求項２記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項４】
前記昇圧回路は、第１のスイッチング素子を有し、この第１のスイッチング素子をオン・オフすることによって、前記第２の直流電圧を生成し、
前記降圧回路は、第２のスイッチング素子を有し、この第２のスイッチング素子をオン・オフすることによって、前記第３の直流電圧を生成し、
前記制御回路は、前記第１，第２のスイッチング素子のそれぞれを同一周波数でオン・オフ駆動する
ことを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項５】
前記昇圧回路の昇圧動作の停止時において、前記第２の直流電圧は、前記第１の直流電圧に略等しくなり、
前記制御回路は、前記第１の直流電圧が前記第２の直流電圧より低い場合、前記昇圧回路の昇圧動作を実行させ、前記第１の直流電圧が前記第２の直流電圧より高い場合、前記昇圧回路の昇圧動作を停止させる
ことを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のＬＥＤ駆動装置と、
前記ＬＥＤ駆動装置によって駆動される１乃至複数のＬＥＤ素子で構成されたＬＥＤ光源と
を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項７】
請求項６記載の照明装置と、前記照明装置を保持する器具本体とを備えることを特徴とする照明器具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−１１００５９（Ｐ２０１３−１１００５９Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５５９５４（Ｐ２０１１−２５５９５４）
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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