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、回路構成を簡略化できる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、スイッチング素子Ｓ１をオン・オフすることによって、直流電源Ｅ１からの入力電圧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、スイッチング素子Ｓ２をオン・オフすることによって、昇圧電圧Ｖ２を降圧した出力電圧Ｖ３をＬＥＤユニット３に出力する降圧チョッパ回路Ａ１２と、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２をオン・オフ駆動することによって、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、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２は、それぞれの一端が直流電源Ｅ１の負極に接続する。
【解決手段】 ＬＥＤ駆動装置Ａ１は、スイッチング素子Ｓ１をオン・オフすることによって、直流電源Ｅ１からの入力電圧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、スイッチング素子Ｓ２をオン・オフすることによって、昇圧電圧Ｖ２を降圧した出力電圧Ｖ３をＬＥＤユニット３に出力する降圧チョッパ回路Ａ１２と、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２をオン・オフ駆動することによって、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、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２は、それぞれの一端が直流電源Ｅ１の負極に接続する。
【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１０は、従来のＬＥＤ駆動装置Ｂ１の一例を示し、昇圧チョッパ回路Ｂ１１の後段に降圧チョッパ回路Ｂ１２を設けて構成されている。
【０００８】
昇圧チョッパ回路Ｂ１１は、直流電源Ｅ１０１から供給される入力電圧Ｖ１０１の低電圧側（ローサイド）にスイッチング素子Ｓ１０１の一端が接続される。そして、スイッチング素子Ｓ１０１がオン・オフ駆動されることによって、入力電圧Ｖ１０１を昇圧した昇圧電圧Ｖ１０２を生成する。降圧チョッパ回路Ｂ１２は、昇圧電圧Ｖ１０２の高電圧側（ハイサイド）にスイッチング素子Ｓ１０２が介挿されており、スイッチング素子Ｓ１０２がオン・オフ駆動されることによって、昇圧電圧Ｖ１０２を降圧した出力電圧Ｖ１０３を出力する。出力電圧Ｖ１０３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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【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２０１０−２０５７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１０に示す従来のＬＥＤ駆動装置Ｂ１は、降圧チョッパ回路Ｂ１２のスイッチング素子Ｓ１０２が、昇圧電圧Ｖ１０２の高電圧側に介挿されている。したがって、スイッチング素子Ｓ１０２に、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）等を用いた場合、オン・オフ駆動するための駆動電圧を、チャージポンプ回路等によって生成する必要があり、回路構成が複雑になって、部品点数の増大、コストアップ等の要因となっていた。
【００１１】
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、回路構成を簡略化できる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】
【００１２】
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、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、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、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、前記第１のスイッチング素子、前記第２のスイッチング素子をオン・オフ駆動することによって、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、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とは、それぞれの一端が前記直流電源の負極に接続することを特徴とする。
【００１３】
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第１のスイッチング素子をオン・オフ駆動し、前記ＬＥＤ光源に流れる電流の検出値に基づいて前記第２のスイッチング素子をオン・オフ駆動することが好ましい。
【００１４】
この発明において、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。
【００１５】
この発明において、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互いに異なる周波数でオン・オフ駆動することが好ましい。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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】
【００１９】
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、回路構成を簡略化できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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】同上の詳細な構成を示す回路図である。
【図４】同上の昇圧制御回路の構成を示すブロック図である。
【図５】同上の降圧制御回路の構成を示すブロック図である。
【図６】同上の昇圧制御回路のスイッチ駆動回路の構成を示す回路図である。
【図７】同上の降圧制御回路のスイッチ駆動回路の構成を示す回路図である。
【図８】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９】（ａ）〜（ｃ）同上の各部の波形を示す波形図である。
【図１０】従来のＬＥＤ駆動装置の概略構成を示すブロック図である
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
（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。
【００２３】
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。
【００２４】
昇圧チョッパ回路Ａ１１は、スイッチング素子Ｓ１（第１のスイッチング素子）を備えて、このスイッチング素子Ｓ１をオン・オフすることによって、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、スイッチング素子Ｓ２（第２のスイッチング素子）を備えて、このスイッチング素子Ｓ２をオン・オフすることによって、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、スイッチング素子Ｓ１をオン・オフ駆動することによって昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作を制御し、スイッチング素子Ｓ２をオン・オフ駆動することによって降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作を制御する。
【００２５】
そして、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の各一端は、直流電源Ｅ１の負極に接続しており、入力電圧Ｖ１の低電圧側（ローサイド）に接続されている。したがって、制御回路Ａ１３は、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２に、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）等を用いた場合、オン・オフ駆動するための駆動電圧を、チャージポンプ回路等を用いることなく簡易な回路構成で生成することができる。すなわち、部品点数の削減、低コスト化が可能になる。なお、入力電圧Ｖ１と昇圧電圧Ｖ２との各低電圧側を共通電位としている。
【００２６】
図２は、ＬＥＤ駆動装置Ａ１の一例を示す。
【００２７】
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。ここで、インダクタＬ１の一端は直流電源Ｅ１の正極に接続し、スイッチング素子Ｓ１の一端は直流電源Ｅ１の負極に接続している。そして、制御回路Ａ１３の昇圧制御回路１１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。
【００２８】
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。
【００２９】
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の降圧制御回路１２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。
【００３０】
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。
【００３１】
次に、ＬＥＤ駆動装置Ａ１の具体回路を図３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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
まず、主制御回路１０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して、各部の動作を制御する。
【００３６】
そして、昇圧制御回路１１は、図４に示すように、エラーアンプ１１ａ、ＰＷＭ制御部１１ｂ、スイッチ駆動回路１１ｅを備え、ＰＷＭ制御部１１ｂは、エラーアンプ１１ｃと、基準電圧発生回路１１ｄとで構成される。エラーアンプ１１ａは、接続点Ｐ１の電圧（昇圧電圧Ｖ２の検出値）と予め設定された基準電圧Ｖｒｅｆ１との誤差を増幅して出力する。基準電圧発生回路１１ｄは、ノコギリ波の電圧を発生する。エラーアンプ１１ｃは、エラーアンプ１１ａの出力と、基準電圧発生回路１１ｄ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１１ｅ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。
【００３７】
降圧制御回路１２は、図５に示すように、エラーアンプ１２ａ、ＰＷＭ制御部１２ｂ、スイッチ駆動回路１２ｅを備え、ＰＷＭ制御部１２ｂは、エラーアンプ１２ｃと、基準電圧発生回路１２ｄとで構成される。エラーアンプ１２ａは、接続点Ｐ２の電圧（ＬＥＤ電流Ｉ１の検出値）と予め設定された基準電圧Ｖｒｅｆ２との誤差を増幅して出力する。基準電圧発生回路１２ｄは、ノコギリ波の電圧を発生する。エラーアンプ１２ｃは、エラーアンプ１２ａの出力と、基準電圧発生回路１２ｄ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１２ｅ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。
【００３８】
そして、スイッチング素子Ｓ１の駆動周波数は、基準電圧発生回路１１ｄの発振周波数で決定され、スイッチング素子Ｓ２の駆動周波数は、基準電圧発生回路１２ｄの発振周波数で決定される。したがって、基準電圧発生回路１１ｄ，１２ｄの発振周波数を互いに異なる周波数に設定することによって、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２を互いに異なる周波数で駆動すること可能になり、ＬＥＤユニット３への供給電力を広い範囲で調整することができる。
【００３９】
次に、図６は、スイッチ駆動回路１１ｅの回路構成を示す。スイッチ駆動回路１１ｅは、ＰＮＰ型トランジスタＱ１１とＮＰＮ型トランジスタＱ１２との直列回路を備え、トランジスタＱ１１，Ｑ１２は互いのコレクタ同士が接続されている。そして、トランジスタＱ１１のエミッタは制御電圧Ｖｃに接続され、トランジスタＱ１２のエミッタは接地される。さらに、トランジスタＱ１１，Ｑ１２の各ベースは抵抗Ｒ１１を介して、エラーアンプ１１ｃの出力が接続される。そして、スイッチング素子Ｓ１はＮチャネルのＭＯＳＦＥＴで構成されており、トランジスタＱ１１，Ｑ１２の接続点は、抵抗Ｒ１２を介してスイッチング素子Ｓ１のゲートに接続される。
【００４０】
そして、エラーアンプ１１ｃの出力がＬレベルの場合、トランジスタＱ１１がオン、トランジスタＱ１２がオフし、スイッチング素子Ｓ１のゲートには制御電圧Ｖｃが印加され、スイッチング素子Ｓ１はオンする。一方、エラーアンプ１１ｃの出力がＨレベルの場合、トランジスタＱ１１がオフ、トランジスタＱ１２がオンし、スイッチング素子Ｓ１のゲートは接地され、スイッチング素子Ｓ１はオフする。
【００４１】
図７は、スイッチ駆動回路１２ｅの回路構成を示す。スイッチ駆動回路１２ｅは、ＰＮＰ型トランジスタＱ２１とＮＰＮ型トランジスタＱ２２との直列回路を備え、トランジスタＱ２１，Ｑ２２は互いのコレクタ同士が接続されている。そして、トランジスタＱ２１のエミッタは制御電圧Ｖｃに接続され、トランジスタＱ２２のエミッタは接地される。さらに、トランジスタＱ２１，Ｑ２２の各ベースは抵抗Ｒ２１を介して、エラーアンプ１２ｃの出力が接続される。そして、スイッチング素子Ｓ２はＮチャネルのＭＯＳＦＥＴで構成されており、トランジスタＱ２１，Ｑ２２の接続点は、抵抗Ｒ２２を介してスイッチング素子Ｓ２のゲートに接続される。
【００４２】
そして、エラーアンプ１２ｃの出力がＬレベルの場合、トランジスタＱ２１がオン、トランジスタＱ２２がオフし、スイッチング素子Ｓ２のゲートには制御電圧Ｖｃが印加され、スイッチング素子Ｓ２はオンする。一方、エラーアンプ１２ｃの出力がＨレベルの場合、トランジスタＱ２１がオフ、トランジスタＱ２２がオンし、スイッチング素子Ｓ２のゲートは接地され、スイッチング素子Ｓ２はオフする。
【００４３】
このように、スイッチ駆動回路１１ｅ，１２ｅは、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２が低電圧側に接続されることによって、チャージポンプ回路等を用いることなく簡易な回路で構成でき、部品点数の削減、低コスト化が可能になる。なお、抵抗Ｒ３は数十ｍΩ程度の低抵抗であり、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の一端（ソース）は、共通電位に接続されているものとみなすことができる。
【００４４】
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。まず、主制御回路１０は、昇圧制御回路１１を介して接続点Ｐ１の電圧を検知することによって、昇圧電圧Ｖ２を検出できる。さらに、主制御回路１０は、入力電圧Ｖ１を入力されており、入力電圧Ｖ１を検出できる。そして、主制御回路１０は、入力電圧Ｖ１と昇圧電圧Ｖ２との大小関係を判定しており、この判定結果に基づいて昇圧制御回路１１の動作を制御している。
【００４５】
通常は入力電圧Ｖ１＜出力電圧Ｖ３＜昇圧電圧Ｖ２の関係にあり、主制御回路１０は、入力電圧Ｖ１＜昇圧電圧Ｖ２であれば、昇圧制御回路１１によって、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の昇圧動作を実行する。しかし、入力電圧Ｖ１が上昇し、入力電圧Ｖ１≧昇圧電圧Ｖ２の関係になると、主制御回路１０は、昇圧制御回路１１によってスイッチング素子Ｓ１をオフ状態に維持し、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作を停止させる。昇圧動作を停止した昇圧チョッパ回路Ａ１１が出力する昇圧電圧Ｖ２は、入力電圧Ｖ１に等しい電圧（または、入力電圧Ｖ１に略等しい電圧）になる。
【００４６】
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）以上になる場合がある。そこで、入力電圧Ｖ１が昇圧電圧Ｖ２（の目標電圧）以上になった場合は、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）以上になった場合には、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。
【００４７】
（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８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。
【００４８】
制御回路Ａ１３ａは、エラーアンプ１３，１４、ＰＷＭ制御回路１５、スイッチ駆動回路１６，１７を備える。ＰＷＭ制御回路１５は、エラーアンプ１５ａ，１５ｂ、基準電圧発生回路１５ｃで構成される。
【００４９】
エラーアンプ１３は、接続点Ｐ１の電圧（昇圧電圧Ｖ２の検出値）と予め設定された基準電圧Ｖｒｅｆ３との誤差を増幅して出力する。基準電圧発生回路１５ｃは、ノコギリ波の電圧を発生する。そして、エラーアンプ１５ａは、エラーアンプ１３の出力と、基準電圧発生回路１５ｃ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１６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。
【００５０】
エラーアンプ１４は、接続点Ｐ２の電圧（ＬＥＤ電流Ｉ１の検出値）と予め設定された基準電圧Ｖｒｅｆ４との誤差を増幅して出力する。そして、エラーアンプ１５ｂは、エラーアンプ１４の出力と、基準電圧発生回路１５ｃ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１７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。
【００５１】
本実施形態の制御回路Ａ１３ａは、１つの基準電圧発生回路１５ｃ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。なお、基準電圧発生回路１５ｃの発振周波数は、インダクタＬ１，Ｌ２、コンデンサＣ１、ＬＥＤユニット３の各仕様に基づいて決定される。
【００５２】
次に、図９（ａ）〜（ｃ）は、制御回路Ａ１３ａの動作として、スイッチング素子Ｓ２を駆動するための各部の波形を示す。
【００５３】
図９（ａ）は、エラーアンプ１４の出力電圧Ｖａ、基準電圧発生回路１５ｃが発生する周期Ｔ１のノコギリ波の電圧Ｖｂを示し、図９（ｂ）は、エラーアンプ１５ｂの出力電圧Ｖｃ（ＰＷＭ信号）を示し、図９（ｃ）は、スイッチ駆動回路１７の出力電圧Ｖｄを示す。なお、スイッチ駆動回路１７は、図７に示すスイッチ駆動回路１２ｅと同様の回路構成を有するものとする。
【００５４】
エラーアンプ１５ｂは、エラーアンプ１４の出力電圧Ｖａと、基準電圧発生回路１５ｃが発生するノコギリ波の電圧Ｖｂとを比較し、Ｖａ＞Ｖｂの場合にＨレベル、Ｖａ＜Ｖｂの場合にＬレベルの出力電圧Ｖｃを出力する。出力電圧Ｖｃを入力されたスイッチ駆動回路１７は、出力電圧Ｖｃを反転させた出力電圧Ｖｄを出力し、スイッチング素子Ｓ２を駆動する。したがって、エラーアンプ１４の出力電圧Ｖａがノコギリ波の電圧Ｖｂより低い期間Ｔｏｎでは、スイッチング素子Ｓ２がオンし、エラーアンプ１４の出力電圧Ｖａがノコギリ波の電圧Ｖｂより高い期間Ｔｏｆｆでは、スイッチング素子Ｓ２がオフする。すなわち、エラーアンプ１４の出力電圧Ｖａが高い程、スイッチング素子Ｓ２のオン時間は短くなり、ＬＥＤ電流Ｉ１を低減する方向に制御することになる。
【００５５】
なお、スイッチ駆動回路１６として、図６に示すスイッチ駆動回路１１ｅと同様の回路構成を用いれば、スイッチング素子Ｓ１を駆動するための各部の波形も上記同様に示される。
【００５６】
また、実施形態１，２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】
【００５７】
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
Ｓ１ スイッチング素子（第１のスイッチング素子）
Ｓ２ スイッチング素子（第２のスイッチング素子）
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１０は、従来のＬＥＤ駆動装置Ｂ１の一例を示し、昇圧チョッパ回路Ｂ１１の後段に降圧チョッパ回路Ｂ１２を設けて構成されている。
【０００８】
昇圧チョッパ回路Ｂ１１は、直流電源Ｅ１０１から供給される入力電圧Ｖ１０１の低電圧側（ローサイド）にスイッチング素子Ｓ１０１の一端が接続される。そして、スイッチング素子Ｓ１０１がオン・オフ駆動されることによって、入力電圧Ｖ１０１を昇圧した昇圧電圧Ｖ１０２を生成する。降圧チョッパ回路Ｂ１２は、昇圧電圧Ｖ１０２の高電圧側（ハイサイド）にスイッチング素子Ｓ１０２が介挿されており、スイッチング素子Ｓ１０２がオン・オフ駆動されることによって、昇圧電圧Ｖ１０２を降圧した出力電圧Ｖ１０３を出力する。出力電圧Ｖ１０３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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【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２０１０−２０５７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１０に示す従来のＬＥＤ駆動装置Ｂ１は、降圧チョッパ回路Ｂ１２のスイッチング素子Ｓ１０２が、昇圧電圧Ｖ１０２の高電圧側に介挿されている。したがって、スイッチング素子Ｓ１０２に、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）等を用いた場合、オン・オフ駆動するための駆動電圧を、チャージポンプ回路等によって生成する必要があり、回路構成が複雑になって、部品点数の増大、コストアップ等の要因となっていた。
【００１１】
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、回路構成を簡略化できる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】
【００１２】
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、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、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、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、前記第１のスイッチング素子、前記第２のスイッチング素子をオン・オフ駆動することによって、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、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とは、それぞれの一端が前記直流電源の負極に接続することを特徴とする。
【００１３】
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第１のスイッチング素子をオン・オフ駆動し、前記ＬＥＤ光源に流れる電流の検出値に基づいて前記第２のスイッチング素子をオン・オフ駆動することが好ましい。
【００１４】
この発明において、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。
【００１５】
この発明において、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互いに異なる周波数でオン・オフ駆動することが好ましい。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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】
【００１９】
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、回路構成を簡略化できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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】同上の詳細な構成を示す回路図である。
【図４】同上の昇圧制御回路の構成を示すブロック図である。
【図５】同上の降圧制御回路の構成を示すブロック図である。
【図６】同上の昇圧制御回路のスイッチ駆動回路の構成を示す回路図である。
【図７】同上の降圧制御回路のスイッチ駆動回路の構成を示す回路図である。
【図８】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９】（ａ）〜（ｃ）同上の各部の波形を示す波形図である。
【図１０】従来のＬＥＤ駆動装置の概略構成を示すブロック図である
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
（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。
【００２３】
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。
【００２４】
昇圧チョッパ回路Ａ１１は、スイッチング素子Ｓ１（第１のスイッチング素子）を備えて、このスイッチング素子Ｓ１をオン・オフすることによって、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、スイッチング素子Ｓ２（第２のスイッチング素子）を備えて、このスイッチング素子Ｓ２をオン・オフすることによって、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、スイッチング素子Ｓ１をオン・オフ駆動することによって昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作を制御し、スイッチング素子Ｓ２をオン・オフ駆動することによって降圧チョッパ回路Ａ１２の降圧動作を制御する。
【００２５】
そして、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の各一端は、直流電源Ｅ１の負極に接続しており、入力電圧Ｖ１の低電圧側（ローサイド）に接続されている。したがって、制御回路Ａ１３は、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２に、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）等を用いた場合、オン・オフ駆動するための駆動電圧を、チャージポンプ回路等を用いることなく簡易な回路構成で生成することができる。すなわち、部品点数の削減、低コスト化が可能になる。なお、入力電圧Ｖ１と昇圧電圧Ｖ２との各低電圧側を共通電位としている。
【００２６】
図２は、ＬＥＤ駆動装置Ａ１の一例を示す。
【００２７】
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。ここで、インダクタＬ１の一端は直流電源Ｅ１の正極に接続し、スイッチング素子Ｓ１の一端は直流電源Ｅ１の負極に接続している。そして、制御回路Ａ１３の昇圧制御回路１１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。
【００２８】
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。
【００２９】
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の降圧制御回路１２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。
【００３０】
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。
【００３１】
次に、ＬＥＤ駆動装置Ａ１の具体回路を図３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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
まず、主制御回路１０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して、各部の動作を制御する。
【００３６】
そして、昇圧制御回路１１は、図４に示すように、エラーアンプ１１ａ、ＰＷＭ制御部１１ｂ、スイッチ駆動回路１１ｅを備え、ＰＷＭ制御部１１ｂは、エラーアンプ１１ｃと、基準電圧発生回路１１ｄとで構成される。エラーアンプ１１ａは、接続点Ｐ１の電圧（昇圧電圧Ｖ２の検出値）と予め設定された基準電圧Ｖｒｅｆ１との誤差を増幅して出力する。基準電圧発生回路１１ｄは、ノコギリ波の電圧を発生する。エラーアンプ１１ｃは、エラーアンプ１１ａの出力と、基準電圧発生回路１１ｄ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１１ｅ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。
【００３７】
降圧制御回路１２は、図５に示すように、エラーアンプ１２ａ、ＰＷＭ制御部１２ｂ、スイッチ駆動回路１２ｅを備え、ＰＷＭ制御部１２ｂは、エラーアンプ１２ｃと、基準電圧発生回路１２ｄとで構成される。エラーアンプ１２ａは、接続点Ｐ２の電圧（ＬＥＤ電流Ｉ１の検出値）と予め設定された基準電圧Ｖｒｅｆ２との誤差を増幅して出力する。基準電圧発生回路１２ｄは、ノコギリ波の電圧を発生する。エラーアンプ１２ｃは、エラーアンプ１２ａの出力と、基準電圧発生回路１２ｄ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１２ｅ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。
【００３８】
そして、スイッチング素子Ｓ１の駆動周波数は、基準電圧発生回路１１ｄの発振周波数で決定され、スイッチング素子Ｓ２の駆動周波数は、基準電圧発生回路１２ｄの発振周波数で決定される。したがって、基準電圧発生回路１１ｄ，１２ｄの発振周波数を互いに異なる周波数に設定することによって、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２を互いに異なる周波数で駆動すること可能になり、ＬＥＤユニット３への供給電力を広い範囲で調整することができる。
【００３９】
次に、図６は、スイッチ駆動回路１１ｅの回路構成を示す。スイッチ駆動回路１１ｅは、ＰＮＰ型トランジスタＱ１１とＮＰＮ型トランジスタＱ１２との直列回路を備え、トランジスタＱ１１，Ｑ１２は互いのコレクタ同士が接続されている。そして、トランジスタＱ１１のエミッタは制御電圧Ｖｃに接続され、トランジスタＱ１２のエミッタは接地される。さらに、トランジスタＱ１１，Ｑ１２の各ベースは抵抗Ｒ１１を介して、エラーアンプ１１ｃの出力が接続される。そして、スイッチング素子Ｓ１はＮチャネルのＭＯＳＦＥＴで構成されており、トランジスタＱ１１，Ｑ１２の接続点は、抵抗Ｒ１２を介してスイッチング素子Ｓ１のゲートに接続される。
【００４０】
そして、エラーアンプ１１ｃの出力がＬレベルの場合、トランジスタＱ１１がオン、トランジスタＱ１２がオフし、スイッチング素子Ｓ１のゲートには制御電圧Ｖｃが印加され、スイッチング素子Ｓ１はオンする。一方、エラーアンプ１１ｃの出力がＨレベルの場合、トランジスタＱ１１がオフ、トランジスタＱ１２がオンし、スイッチング素子Ｓ１のゲートは接地され、スイッチング素子Ｓ１はオフする。
【００４１】
図７は、スイッチ駆動回路１２ｅの回路構成を示す。スイッチ駆動回路１２ｅは、ＰＮＰ型トランジスタＱ２１とＮＰＮ型トランジスタＱ２２との直列回路を備え、トランジスタＱ２１，Ｑ２２は互いのコレクタ同士が接続されている。そして、トランジスタＱ２１のエミッタは制御電圧Ｖｃに接続され、トランジスタＱ２２のエミッタは接地される。さらに、トランジスタＱ２１，Ｑ２２の各ベースは抵抗Ｒ２１を介して、エラーアンプ１２ｃの出力が接続される。そして、スイッチング素子Ｓ２はＮチャネルのＭＯＳＦＥＴで構成されており、トランジスタＱ２１，Ｑ２２の接続点は、抵抗Ｒ２２を介してスイッチング素子Ｓ２のゲートに接続される。
【００４２】
そして、エラーアンプ１２ｃの出力がＬレベルの場合、トランジスタＱ２１がオン、トランジスタＱ２２がオフし、スイッチング素子Ｓ２のゲートには制御電圧Ｖｃが印加され、スイッチング素子Ｓ２はオンする。一方、エラーアンプ１２ｃの出力がＨレベルの場合、トランジスタＱ２１がオフ、トランジスタＱ２２がオンし、スイッチング素子Ｓ２のゲートは接地され、スイッチング素子Ｓ２はオフする。
【００４３】
このように、スイッチ駆動回路１１ｅ，１２ｅは、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２が低電圧側に接続されることによって、チャージポンプ回路等を用いることなく簡易な回路で構成でき、部品点数の削減、低コスト化が可能になる。なお、抵抗Ｒ３は数十ｍΩ程度の低抵抗であり、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の一端（ソース）は、共通電位に接続されているものとみなすことができる。
【００４４】
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。まず、主制御回路１０は、昇圧制御回路１１を介して接続点Ｐ１の電圧を検知することによって、昇圧電圧Ｖ２を検出できる。さらに、主制御回路１０は、入力電圧Ｖ１を入力されており、入力電圧Ｖ１を検出できる。そして、主制御回路１０は、入力電圧Ｖ１と昇圧電圧Ｖ２との大小関係を判定しており、この判定結果に基づいて昇圧制御回路１１の動作を制御している。
【００４５】
通常は入力電圧Ｖ１＜出力電圧Ｖ３＜昇圧電圧Ｖ２の関係にあり、主制御回路１０は、入力電圧Ｖ１＜昇圧電圧Ｖ２であれば、昇圧制御回路１１によって、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の昇圧動作を実行する。しかし、入力電圧Ｖ１が上昇し、入力電圧Ｖ１≧昇圧電圧Ｖ２の関係になると、主制御回路１０は、昇圧制御回路１１によってスイッチング素子Ｓ１をオフ状態に維持し、昇圧チョッパ回路Ａ１１の昇圧動作を停止させる。昇圧動作を停止した昇圧チョッパ回路Ａ１１が出力する昇圧電圧Ｖ２は、入力電圧Ｖ１に等しい電圧（または、入力電圧Ｖ１に略等しい電圧）になる。
【００４６】
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）以上になる場合がある。そこで、入力電圧Ｖ１が昇圧電圧Ｖ２（の目標電圧）以上になった場合は、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）以上になった場合には、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。
【００４７】
（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８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。
【００４８】
制御回路Ａ１３ａは、エラーアンプ１３，１４、ＰＷＭ制御回路１５、スイッチ駆動回路１６，１７を備える。ＰＷＭ制御回路１５は、エラーアンプ１５ａ，１５ｂ、基準電圧発生回路１５ｃで構成される。
【００４９】
エラーアンプ１３は、接続点Ｐ１の電圧（昇圧電圧Ｖ２の検出値）と予め設定された基準電圧Ｖｒｅｆ３との誤差を増幅して出力する。基準電圧発生回路１５ｃは、ノコギリ波の電圧を発生する。そして、エラーアンプ１５ａは、エラーアンプ１３の出力と、基準電圧発生回路１５ｃ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１６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。
【００５０】
エラーアンプ１４は、接続点Ｐ２の電圧（ＬＥＤ電流Ｉ１の検出値）と予め設定された基準電圧Ｖｒｅｆ４との誤差を増幅して出力する。そして、エラーアンプ１５ｂは、エラーアンプ１４の出力と、基準電圧発生回路１５ｃ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１７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。
【００５１】
本実施形態の制御回路Ａ１３ａは、１つの基準電圧発生回路１５ｃ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。なお、基準電圧発生回路１５ｃの発振周波数は、インダクタＬ１，Ｌ２、コンデンサＣ１、ＬＥＤユニット３の各仕様に基づいて決定される。
【００５２】
次に、図９（ａ）〜（ｃ）は、制御回路Ａ１３ａの動作として、スイッチング素子Ｓ２を駆動するための各部の波形を示す。
【００５３】
図９（ａ）は、エラーアンプ１４の出力電圧Ｖａ、基準電圧発生回路１５ｃが発生する周期Ｔ１のノコギリ波の電圧Ｖｂを示し、図９（ｂ）は、エラーアンプ１５ｂの出力電圧Ｖｃ（ＰＷＭ信号）を示し、図９（ｃ）は、スイッチ駆動回路１７の出力電圧Ｖｄを示す。なお、スイッチ駆動回路１７は、図７に示すスイッチ駆動回路１２ｅと同様の回路構成を有するものとする。
【００５４】
エラーアンプ１５ｂは、エラーアンプ１４の出力電圧Ｖａと、基準電圧発生回路１５ｃが発生するノコギリ波の電圧Ｖｂとを比較し、Ｖａ＞Ｖｂの場合にＨレベル、Ｖａ＜Ｖｂの場合にＬレベルの出力電圧Ｖｃを出力する。出力電圧Ｖｃを入力されたスイッチ駆動回路１７は、出力電圧Ｖｃを反転させた出力電圧Ｖｄを出力し、スイッチング素子Ｓ２を駆動する。したがって、エラーアンプ１４の出力電圧Ｖａがノコギリ波の電圧Ｖｂより低い期間Ｔｏｎでは、スイッチング素子Ｓ２がオンし、エラーアンプ１４の出力電圧Ｖａがノコギリ波の電圧Ｖｂより高い期間Ｔｏｆｆでは、スイッチング素子Ｓ２がオフする。すなわち、エラーアンプ１４の出力電圧Ｖａが高い程、スイッチング素子Ｓ２のオン時間は短くなり、ＬＥＤ電流Ｉ１を低減する方向に制御することになる。
【００５５】
なお、スイッチ駆動回路１６として、図６に示すスイッチ駆動回路１１ｅと同様の回路構成を用いれば、スイッチング素子Ｓ１を駆動するための各部の波形も上記同様に示される。
【００５６】
また、実施形態１，２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】
【００５７】
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
Ｓ１ スイッチング素子（第１のスイッチング素子）
Ｓ２ スイッチング素子（第２のスイッチング素子）
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、
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、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、
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、
前記第１のスイッチング素子、前記第２のスイッチング素子をオン・オフ駆動することによって、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、
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とは、それぞれの一端が前記直流電源の負極に接続する
ことを特徴とするＬＥＤ駆動装置。
【請求項２】
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第１のスイッチング素子をオン・オフ駆動し、前記ＬＥＤ光源に流れる電流の検出値に基づいて前記第２のスイッチング素子をオン・オフ駆動する
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または２記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項４】
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互いに異なる周波数でオン・オフ駆動することを特徴とする請求項１または２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、
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、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、
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、
前記第１のスイッチング素子、前記第２のスイッチング素子をオン・オフ駆動することによって、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、
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とは、それぞれの一端が前記直流電源の負極に接続する
ことを特徴とするＬＥＤ駆動装置。
【請求項２】
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第１のスイッチング素子をオン・オフ駆動し、前記ＬＥＤ光源に流れる電流の検出値に基づいて前記第２のスイッチング素子をオン・オフ駆動する
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または２記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項４】
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互いに異なる周波数でオン・オフ駆動することを特徴とする請求項１または２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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−１１００６０（Ｐ２０１３−１１００６０Ａ）
【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２０１１−２５５９５５（Ｐ２０１１−２５５９５５）
【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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