JP2012146577A - 間欠動作可否設定端子付きスイッチング電源制御用集積回路及びそれを用いた電源装置と半導体発光素子の点灯装置並びに照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】軽負荷時の間欠動作機能を備えるスイッチング電源制御用集積回路を半導体発光素子の点灯装置に用いた場合に、調光下限に達する前に間欠動作が開始してしまうことによる光出力のちらつきを防止し、なおかつ、調光操作だけで実質的な消灯操作がされた場合でも間欠動作により待機電力を大幅に削減可能とする。
【解決手段】電源制御用のスイッチング素子Ｑ１のオンパルス幅を可変制御するための制御入力端子ＦＢを備え、前記制御入力端子ＦＢの電圧が特定の電圧域ではスイッチング素子Ｑ１のオンオフ動作を停止させる間欠動作機能を備えるスイッチング電源制御用集積回路ＩＣ１において、間欠動作機能の許可／禁止を外部信号により選択する２値入力端子ＭＡＳＫを付加した。
【選択図】図１

Description

本発明は間欠動作可否設定端子付きスイッチング電源制御用集積回路及びそれを用いた電源装置と半導体発光素子の点灯装置並びに照明器具に関するものである。

特許文献１（特開２００８−２４５４１９号公報）によれば、電子機器の待機電力削減のために、軽負荷時または無負荷時には電源装置のスイッチング素子のオンオフ動作を間欠的に停止させる間欠動作機能付きのスイッチング電源制御用集積回路が開示されている。製品化されたスイッチング電源制御用集積回路においても、例えば、富士電機製のＦＡ５５４１やＦＡ５５７１では、電源制御用のスイッチング素子のオンパルス幅を可変制御するための制御入力端子を備え、前記制御入力端子の電圧が特定の電圧域ではスイッチング素子のオンオフ動作を停止させる間欠動作機能を備えている。

特開２００８−２４５４１９号公報

富士時報 Ｖｏｌ．８１ Ｎｏ．６ ２００８

上述のような間欠動作機能付きのスイッチング電源制御用集積回路を用いて、ＬＥＤ（発光ダイオード）の調光点灯装置を構成すると、調光操作により負荷電流を調光下限付近まで絞ったときに、スイッチング電源が間欠動作となることがある。ＬＥＤが実質的に消灯したとみなせる領域で間欠動作に入れば、調光操作だけで実質的な消灯操作が可能であり、間欠動作により待機電力の削減も可能となる。

ところが、ＬＥＤの特性上、かなり微弱な負荷電流であっても効率良く発光してしまうという特長がある。この特長を有するが故に、間欠動作の周波数によっては光出力の点滅がちらつきとしてユーザーに視認されてしまうという問題が起きる。

間欠動作の周波数が人間の目にちらつきとして認識できない周波数となるように回路定数を設計すれば良さそうに思われるが、原理的に、負荷電流が少なくなればなるほど、間欠動作の周波数も低くなるという特有の性質があるので、調光範囲を広く設計した場合には、調光下限付近で間欠動作の周波数が人間の目にちらつきとして認識できる周波数に入ってしまうという問題がある。

間欠動作の振幅が人間の目にちらつきとして認識できない振幅となるように回路定数を設計すれば良さそうに思われるが、後述の図３の波形図で説明するように、間欠動作時の制御入力端子の電圧振幅をわざと大きく振るように設計することにより、間欠的なオンオフ動作時に最小オンパルス幅よりも幾分長めのオンパルス幅となるように仕組むことで、スイッチング回数を大幅に減らし、それにより待機時のスイッチング損失を削減しているという原理的な制約がある。

かといって、間欠動作機能の無いスイッチング電源制御用集積回路（例えば、富士電機製のＦＡ５５３１やＦＡ５５７３）を用いると、ユーザーが調光操作だけで実質的な消灯操作をした場合に、待機電力の削減が不十分となる。

本発明は、上述のような点に鑑みてなされたものであり、待機電力削減のための間欠動作機能を備えるスイッチング電源制御用集積回路を半導体発光素子の点灯装置の調光制御に用いた場合に、調光下限に達する前に間欠動作が開始してしまうことによる光出力のちらつきを確実に防止し、なおかつ、調光操作だけで実質的な消灯操作がされた場合でも間欠動作により待機電力を大幅に削減可能とすることを課題とする。

請求項１の間欠動作可否設定端子付きスイッチング電源制御用集積回路は、上記の課題を解決するために、図１〜図３に示すように、電源制御用のスイッチング素子Ｑ１のオンパルス幅を可変制御するための制御入力端子ＦＢを備え、前記制御入力端子ＦＢの電圧が特定の電圧域ではスイッチング素子Ｑ１のオンオフ動作を停止させる間欠動作機能を備えるスイッチング電源制御用集積回路ＩＣ１において、間欠動作機能の許可／禁止を外部信号により選択する２値入力端子ＭＡＳＫを付加したことを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１記載の間欠動作可否設定端子付きスイッチング電源制御用集積回路において、前記スイッチング素子Ｑ１に流れる電流を検出する電流検出入力端子ＩＳを備え、前記制御入力端子ＦＢの電圧により前記スイッチング素子Ｑ１に流れる電流のピーク値を制御することにより前記スイッチング素子Ｑ１のオンパルス幅を制御することを特徴とする。

請求項３の電源装置は、請求項１または２記載の間欠動作可否設定端子付きスイッチング電源制御用集積回路を備える電源装置であって、負荷電流が基準電流より大きいときは前記２値入力端子に間欠動作禁止信号を入力する電流比較器２４を備えることを特徴とする（図２）。

請求項４の電源装置は、請求項１または２記載の間欠動作可否設定端子付きスイッチング電源制御用集積回路を備える電源装置であって、負荷電圧が基準電圧より大きいときは前記２値入力端子に間欠動作禁止信号を入力する電圧比較器を備えることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項３または４記載の電源装置の負荷は半導体発光素子３０であることを特徴とする半導体発光素子の点灯装置である（図２）。

請求項６の発明は、請求項５記載の半導体発光素子の点灯装置を備える照明器具である（図４）。

請求項１、２の発明によれば、スイッチング素子のオンパルス幅を可変制御するための制御入力端子の電圧が特定の電圧域ではスイッチング素子のオンオフ動作を停止させる間欠動作機能を備えるスイッチング電源制御用集積回路において、間欠動作機能の許可／禁止を外部信号により選択する２値入力端子を付加したので、間欠動作が不都合となる状況下で間欠動作が開始されることを防止できると共に、待機電力の削減が必要となる状況下では間欠動作による大幅な電力損失削減が可能となる。

請求項３、４の発明によれば、間欠動作に入ったことがユーザーに認識されない負荷電流または負荷電圧のレベルを設計者が自由に設定可能となる。

請求項５、６の発明によれば、調光下限に達する前に間欠動作による光のちらつきがユーザーに視認される恐れがなく、なおかつ、ユーザーが調光操作だけで実質的な消灯操作をした場合でも、間欠動作により待機電力を大幅に削減できる。

本発明の実施形態１の集積回路の内部構成を概略的に示すブロック回路図である。 図１の集積回路を用いた半導体発光素子の点灯装置を示す回路図である。 本発明の実施形態１の動作説明のための波形図である。 本発明の実施形態３の照明器具の概略構成を示す断面図である。

（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係る間欠動作可否設定端子付きスイッチング電源制御用集積回路ＩＣ１の概略的な内部構成を示すブロック回路図である。この集積回路ＩＣ１を用いた半導体発光素子の点灯装置の回路図を図２に示す。

図２の点灯装置は、直流電源となる平滑コンデンサＣ１の直流電圧Ｖｄｃを電圧変換して、負荷となる半導体発光素子３０に直流電流を供給するコンバータ回路２０を備えている。コンバータ回路２０は、絶縁型の高周波トランスＴ１と、その１次側巻線ｎ１に直列接続されたスイッチング素子Ｑ１と、２次側巻線ｎ２に直列接続されたダイオードＤ２と、ダイオードＤ２を介して充電される平滑コンデンサＣ２よりなるフライバック型のＤＣ−ＤＣコンバータ回路である。

スイッチング素子Ｑ１は制御回路２１により数十ｋＨｚの高周波でオンオフ制御される。スイッチング素子Ｑ１がオンすると、平滑コンデンサＣ１の正極→トランスＴ１の１次側巻線ｎ１→スイッチング素子Ｑ１→電流検出抵抗Ｒ１→平滑コンデンサＣ１の負極の経路で漸増電流が流れて、トランスＴ１に電磁エネルギーが蓄積される。スイッチング素子Ｑ１に流れる電流が所定値に達すると、スイッチング素子Ｑ１はオフされる。

スイッチング素子Ｑ１がオフすると、トランスＴ１の巻線電圧は反転し、トランスＴ１の２次側巻線ｎ２からダイオードＤ２を介して平滑コンデンサＣ２に電流が流れる。トランスＴ１から２次側への電流の供給が終わり、ダイオードＤ２の電流がゼロになると、トランスＴ１のインダクタンス成分とスイッチング素子Ｑ１のドレイン・ソース間容量の共振により、スイッチング素子Ｑ１の両端電圧は急速に低下する。同時に、トランスＴ１に設けた補助巻線ｎ３の電圧も急速に低下する。この電圧低下を制御回路２１により検出し、スイッチング素子Ｑ１の両端電圧が最も低下したタイミングでスイッチング素子Ｑ１を再びオンさせる。

コンバータ回路２０の直流電源となる平滑コンデンサＣ１は、例えば商用交流電源を全波整流器（図示せず）により全波整流した直流電圧を充電されているものとする。全波整流器の交流入力側には高周波成分を除去するためのフィルタ回路を設けることが一般的である。また、全波整流器の直流出力側と平滑コンデンサＣ１の間に、昇圧チョッパ回路等を用いた力率改善回路を介在させても良い。

平滑コンデンサＣ２は、前記スイッチング素子Ｑ１のオンオフによる脈動成分を平滑化して半導体発光素子３０に平滑化された直流電流が流れるように容量を設定されている。半導体発光素子３０は複数個のＬＥＤを直列または並列または直並列接続したＬＥＤモジュールであっても良い。

制御回路２１はスイッチング電源制御用集積回路ＩＣ１とその周辺回路よりなる。図１は本実施形態に用いるスイッチング電源制御用集積回路ＩＣ１の内部構成を簡略化して示しており、富士電機製のＦＡ５５４１を一部改変したものを用いている。改変箇所は図１の点線１０で囲まれた部分であり、その他の構成は現状のＦＡ５５４１と同じで良い。１番ピン（ＺＣＤ）はゼロ電流検出入力端子、２番ピン（ＦＢ）はフィードバック入力端子、３番ピン（ＩＳ）は電流センス入力端子、４番ピン（ＧＮＤ）はグランド端子、５番ピン（ＯＵＴ）は出力端子、６番ピン（Ｖｃｃ）は電源端子、７番ピン（ＭＡＳＫ）はマスク端子、８番ピン（ＶＨ）は高電圧端子である。なお、現状のＦＡ５５４１では、７番ピンは高電圧端子に隣接しているという理由で、使用されていない。

点線１０で囲まれた部分は、新たに追加する間欠動作可否設定回路であり、マスク端子ＭＡＳＫ（７番ピン）がＬｏｗレベルに設定されると、コンパレータＣＰ２の出力がワンショット回路１２のクリア入力端子にそのまま入力されるので、現状通りの間欠動作が許可される。一方、マスク端子ＭＡＳＫ（７番ピン）がＨｉｇｈレベルに設定されると、コンパレータＣＰ２の出力にかかわらず、ワンショット回路１２のクリア入力端子はＨｉｇｈレベルに固定されるので、間欠動作は禁止される。つまり、コンパレータＣＰ２の判定出力がマスクされることになる。

本実施形態の間欠動作可否設定回路１０に用いるオア回路ＯＲ１は、例えば２個のダイオード（図示せず）のカソードを共通接続し、一方のダイオードのアノードをマスク端子ＭＡＳＫ（７番ピン）に接続し、他方のダイオードのアノードをコンパレータＣＰ２の出力に接続し、各ダイオードのカソードをワンショット回路１２のクリア入力端子に接続したような構成であっても良く、僅かな回路パターンの変更により実施可能である。これにより、間欠動作機能の許可／禁止を外部信号により選択する２値入力端子を付加することができる。

以下、図２の周辺回路と共に、図１の集積回路ＩＣ１の動作を説明する。直流電源となる平滑コンデンサＣ１から限流抵抗Ｒ１８を介して高電圧端子ＶＨ（８番ピン）に電源電圧が供給されると、起動回路１４を介して電源端子Ｖｃｃ（６番ピン）とグランド端子ＧＮＤ（４番ピン）の間に外付け接続された平滑コンデンサＣ３に制御電源電圧が充電される。平滑コンデンサＣ３に所定電圧以上の制御電源電圧が充電されると、集積回路内部の各回路が動作可能となる。

谷検出回路１１はゼロ電流検出入力端子ＺＣＤ（１番ピン）から抵抗Ｒ１１を介してトランスＴ１の補助巻線ｎ３の電圧を監視しており、トランスＴ１の電流がゼロに戻っていると判定すると、ワンショット回路１２によりフリップフロップＦＦのセット入力端子Ｓにワンショットのトリガーパルスを与える。これにより、フリップフロップＦＦがセットされて、そのＱ出力がＨｉｇｈレベルとなり、ドライブ回路１５を介して出力端子ＯＵＴ（５番ピン）の電圧がＨｉｇｈレベルとなる。

これにより抵抗Ｒ１５、Ｒ１６を介してオン駆動電流が流れて、抵抗Ｒ１６の両端電圧がスイッチング素子Ｑ１のゲート・ソース間のスレショルド電圧よりも高くなることで、スイッチング素子Ｑ１がオン状態となる。スイッチング素子Ｑ１がオン状態となると、上述のように、トランスＴ１の１次側巻線ｎ１を介してスイッチング素子Ｑ１に漸増電流が流れるので、そのソース電極に接続された電流検出抵抗Ｒ１の両端電圧は略直線的に上昇して行く。

電流検出抵抗Ｒ１の両端電圧は、抵抗Ｒ１３とコンデンサＣ１３よりなるノイズフィルタ回路を介して、電流センス入力端子ＩＳ（３番ピン）に入力されて、ＩＣ１内部のコンパレータＣＰ１の＋入力端子に入力される。コンパレータＣＰ１の−入力端子には、基準電圧として、フィードバック入力端子ＦＢ（２番ピン）の電圧をレベルシフト回路１３により１／２倍に逓減した電圧が入力される。コンパレータＣＰ１の＋入力端子の検出電圧が−入力端子の基準電圧よりも高くなると、コンパレータＣＰ１の出力がＨｉｇｈレベルとなり、フリップフロップＦＦのリセット入力端子Ｒにリセット信号を与える。これにより、フリップフロップＦＦがリセットされて、そのＱ出力がＬｏｗレベルとなり、ドライブ回路１５を介して出力端子ＯＵＴ（５番ピン）の電圧がＬｏｗレベルとなる。

これによりダイオードＤ４、抵抗Ｒ１４を介してスイッチング素子Ｑ１のゲート・ソース間電荷が引き抜かれて、スイッチング素子Ｑ１はオフ状態となる。スイッチング素子Ｑ１は本実施形態ではＮチャンネルのＭＯＳＦＥＴであるが、他の半導体スイッチング素子であっても良い。

スイッチング素子Ｑ１がオフ状態となると、上述のように、トランスＴ１の巻線電圧が反転し、トランスＴ１の２次側巻線ｎ２からダイオードＤ２を介して平滑コンデンサＣ２に充電電流が流れる。また、ダイオードＤ３、抵抗Ｒ３を介して平滑コンデンサＣ３にも充電電流が流れる。これにより、トランスＴ１の１次側の制御電源電圧Ｖｃｃが得られるので、その後は、起動回路１４を介する起動電流は遮断される。平滑コンデンサＣ３と並列に接続されたコンデンサＣ３０は高周波バイパス用の小容量のコンデンサである。

なお、スイッチング素子Ｑ１がオフした瞬間に、トランスＴ１の１次側巻線ｎ１にも逆起電圧が発生するが、この電圧は抵抗Ｒ１９、ダイオードＤ１を介してコンデンサＣ１０に吸収される。コンデンサＣ１０の電荷は抵抗Ｒ１０により放電される。これらのコンデンサＣ１０、抵抗Ｒ１０、Ｒ１９、ダイオードＤ１はスナバ回路を構成している。

トランスＴ１からの電流放出が継続している間は、トランスＴ１の補助巻線ｎ３の誘起電圧が抵抗Ｒ１１を介してゼロ電流検出入力端子ＺＣＤ（１番ピン）に入力されているので、スイッチング素子Ｑ１のオフ状態が継続するが、トランスＴ１からの電流放出が終了すると、谷検出回路１１によりトランスＴ１の電流がゼロに戻ったことが判定され、再びワンショット回路１２によりフリップフロップＦＦがセットされる。以下、同じ動作を繰り返すことにより、スイッチング素子Ｑ１は高周波でオンオフ駆動される。

《１次側と２次側の絶縁について》
本実施形態では、平滑コンデンサＣ１の負極である１次側グランドＧＮＤと、平滑コンデンサＣ２の負極である２次側グランドＧＮＤ２は、高周波的にはコンデンサＣ１２を介して接続されているが、直流的には絶縁されている。このため、後述する電流フィードバック回路２２から１次側の制御用集積回路ＩＣ１への電流フィードバック信号はフォトカプラＰＣ１を介して伝送している。また、後述する電流比較器２４から１次側の制御用集積回路ＩＣ１への間欠動作許可／禁止信号はフォトカプラＰＣ２を介して伝送している。また、ダイオードＤ３、抵抗Ｒ３、コンデンサＣ３、Ｃ３０よりなる１次側の制御電源回路とは別に、２次側にも制御電源回路を設けている。

《２次側の制御電源回路について》
抵抗Ｒ４と平滑コンデンサＣ４及びツェナーダイオードＺＤ１は２次側の制御電源回路を構成している。トランスＴ１の２次側の平滑コンデンサＣ２には、半導体発光素子３０の負荷電圧より少し高い電圧が充電され、電流検出抵抗Ｒ２と出力コネクタＣＮ２を介して半導体発光素子３０に負荷電流が流れる。例えば、半導体発光素子３０が３２個のＬＥＤを直列接続して成るＬＥＤモジュールである場合、その負荷電圧は一例として９８Ｖ〜８０Ｖの範囲で変化し、負荷電流は一例として３００ｍＡ〜５０μＶの範囲で変化する。

平滑コンデンサＣ２の電圧はトランスＴ１の２次側に配置される集積回路ＩＣ２〜ＩＣ４の電源電圧に比べると高いので、降圧用の抵抗Ｒ４を介して平滑コンデンサＣ４に直流低電圧Ｖｃｃ２を得ている。この直流低電圧Ｖｃｃ２はツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧により規定される一定電圧となる。

《電流フィードバック回路２２について》
次に、電流フィードバック回路２２について説明する。電流フィードバック回路２２は、オペアンプＡ１、Ａ２と出力トランジスタＱ２を内蔵したフィードバック制御用の集積回路ＩＣ２（例えば、新日本無線のＮＪＭ２１４６Ｂ）とその周辺回路よりなる。オペアンプＡ１の＋入力端子（３番ピン）には、入力抵抗Ｒ２１を介して電流検出抵抗Ｒ２による検出電圧が入力されており、−入力端子（２番ピン）には、調光回路２３から出力される制御目標電圧が入力されている。出力端子（１番ピン）と＋入力端子（３番ピン）の間に接続された抵抗Ｒ２２とコンデンサＣ２２の直列回路は帰還インピーダンスである。他方のオペアンプＡ２は本実施形態では使用していないが、必要であれば、調光が深いときに負荷電圧を目標電圧に一定化する電圧フィードバック制御に用いても良い（特開２００９−２３２６２３号公報参照）。

集積回路ＩＣ２の電源端子（８番ピン）とグランド端子（４番ピン）の間には、平滑コンデンサＣ４から制御電源電圧Ｖｃｃ２が供給されている。他の集積回路ＩＣ３、ＩＣ４についても同様である。

集積回路ＩＣ２の電源端子（８番ピン）と出力端子（１番ピン）の間には、抵抗Ｒ２３を介してフォトカプラＰＣ１の発光素子が接続されている。電流検出抵抗Ｒ２により検出される負荷電流が調光回路２３により設定される目標電流よりも高くなると、トランジスタＱ２の抵抗値が下がって、フォトカプラＰＣ１の発光素子に流れる電流が増加するから、フォトカプラＰＣ１の受光素子の抵抗値が低下する。これにより、スイッチング素子Ｑ１に流れる電流のピーク値が低下する方向に制御されるから、平滑コンデンサＣ２の電圧は低下し、電流検出抵抗Ｒ２により検出される負荷電流は減少する。

電流検出抵抗Ｒ２により検出される負荷電流が調光回路２３により設定される目標電流よりも低くなると、トランジスタＱ２の抵抗値が高くなって、フォトカプラＰＣ１の発光素子に流れる電流が減少するから、フォトカプラＰＣ１の受光素子の抵抗値が増加する。これにより、スイッチング素子Ｑ１に流れる電流のピーク値が増加する方向に制御されるから、平滑コンデンサＣ２の電圧は上昇し、電流検出抵抗Ｒ２により検出される負荷電流は増加する。結果的に、電流検出抵抗Ｒ２により検出される負荷電流は調光回路２３により設定される目標電流に応じた一定値となるように制御される。

《間欠動作について》
本実施形態のスイッチング電源制御用集積回路ＩＣ１は、フィードバック入力端子ＦＢ（２番ピン）の電圧が低過ぎるときに、スイッチング素子Ｑ１のオンオフ動作を停止させるためのコンパレータＣＰ２を備えている。コンパレータＣＰ２の＋入力端子には、フィードバック入力端子ＦＢ（２番ピン）の電圧が入力されており、−入力端子にはオンオフ動作を停止させるか否かを判定するための判定電圧Ｖｒｅｆ（＝０．３４Ｖ）が入力されている。

フィードバック入力端子ＦＢ（２番ピン）とＩＣ１内部の基準電圧（＋５Ｖ）の間には、ダイオードＤｘと抵抗Ｒｘを直列接続して成るプルアップ回路が接続されており、フィードバック入力端子ＦＢ（２番ピン）とグランド端子ＧＮＤ（４番ピン）の間に外付け接続されるインピーダンス回路と共に分圧回路を構成することで、フィードバック入力端子ＦＢ（２番ピン）の電圧を規定している。図２の回路では、フォトカプラＰＣ１の受光素子と抵抗Ｒ１２の並列回路を前記インピーダンス回路として接続しており、フォトカプラＰＣ１の受光素子の抵抗値が下がると、フィードバック入力端子ＦＢ（２番ピン）の電圧は低下する。

従来の制御用集積回路（例えば、富士電機製ＦＡ５５４１）では、図１の点線１０で囲まれた間欠動作可否設定回路が無く、コンパレータＣＰ２の出力がワンショット回路１２のクリア入力端子に直接入力されていた。このため、コンパレータＣＰ２の出力がＬｏｗレベルになると、ワンショット回路１２が動作禁止状態となり、オンオフ動作が停止するように構成されていた。これにより、図３（ａ），（ｂ）に示すように、軽負荷時には間欠動作、重負荷時には連続動作となるように制御されるものである。

図３（ａ）はフィードバック入力端子ＦＢ（２番ピン）の電圧、図３（ｂ）は出力端子ＯＵＴ（５番ピン）の電圧を示している。図３（ａ）に示すように、フィードバック入力端子ＦＢ（２番ピン）の電圧が、停止判定電圧Ｖｒｅｆ（＝０．３４Ｖ）よりも低くなると、図３（ｂ）に示すように、出力信号は停止状態となり、これにより間欠動作となる。

重負荷時には、フィードバック入力端子ＦＢ（２番ピン）の電圧に応じたオンパルス幅でスイッチング素子Ｑ１がオンオフ動作を継続しているが、軽負荷時には、フィードバック入力端子ＦＢ（２番ピン）の電圧が停止判定電圧Ｖｒｅｆ（＝０．３４Ｖ）を挟んでオーバーシュートとアンダーシュートを繰り返す動作となり、オーバーシュート時には、フィードバック入力端子ＦＢ（２番ピン）の電圧に応じたオンパルス幅でスイッチング素子Ｑ１がオンオフ動作するが、アンダーシュート時にはスイッチング素子Ｑ１はオフ状態に維持される。これにより、軽負荷時には間欠動作（バーストスイッチング）の状態となるのである。

この間欠動作が半導体発光素子３０の点滅を目視では殆ど認識できない条件下で起きれば、待機電力の削減が可能となるが、半導体発光素子３０の点滅を目視で認識できる条件下で起きると、光出力のちらつきという不具合を生じる。そこで、本実施形態では、点線１０で囲まれた間欠動作可否設定回路を設けて、マスク端子ＭＡＳＫ（７番ピン）がＨｉｇｈレベルのときは間欠動作が禁止され、Ｌｏｗレベルのときは間欠動作が許可されるように改変することで、深い調光時における光出力のちらつきを防止しながら、実質的な消灯状態における間欠動作は許可することで、待機電力の削減を可能としている。

《調光回路２３について》
次に、調光回路２３の構成及び動作について説明する。調光回路２３は、低周波のＰＷＭ信号よりなる調光信号を受光するフォトカプラＰＣ３と、その受光出力を波形整形するためのシュミットインバータＩＣ３とその周辺回路よりなる。

シュミットインバータＩＣ３は、例えば、東芝製ＴＣ７ＳＨ１４Ｆよりなり、入力電圧が上側しきい値よりも高くなると、出力電圧がＬｏｗレベルとなり、入力電圧が下側しきい値よりも低くなると、出力電圧がＨｉｇｈレベルとなる。上側しきい値と下側しきい値との間には、電源電圧Ｖｃｃ２の２０〜３０％程度のヒステリシス特性を有しており、入力電圧の波形が鈍っていても出力電圧は波形整形された矩形波電圧となる。

シュミットインバータＩＣ３の入力端子は、プルアップ用の抵抗Ｒ３４を介して２次側の制御電源電圧Ｖｃｃ２のラインに接続されると共に、抵抗Ｒ３５とトランジスタＱ３の直列回路を介して２次側のグランドラインＧＮＤ２に接続されている。抵抗Ｒ３５とトランジスタＱ３の直列回路に並列接続されたコンデンサＣ３２はノイズ除去用の小容量のコンデンサであり、平滑作用は有していない。

トランジスタＱ３のベース・エミッタ間には、抵抗Ｒ３２とＲ３３の抵抗分圧回路により２次側の制御電源電圧Ｖｃｃ２を分圧したバイアス電圧が供給されている。抵抗Ｒ３３にはコンデンサＣ３１が並列接続されると共に、フォトカプラＰＣ３の受光素子が抵抗Ｒ３１を介して並列接続されている。コンデンサＣ３１はノイズ除去用の小容量のコンデンサであり、平滑作用は有していない。

フォトカプラＰＣ３の発光素子には、低周波のＰＷＭ信号（例えば、１ｋＨｚ、１０Ｖの矩形波電圧信号）よりなる調光信号が抵抗（図示せず）を介して入力されている。この種の調光信号は、蛍光灯のインバータ点灯装置の分野において広く用いられている。

調光信号がＨｉｇｈレベルのとき、フォトカプラＰＣ３の発光素子の光信号によりフォトカプラＰＣ３の受光素子がオンとなり、トランジスタＱ３のベースバイアスがバイパスされるので、トランジスタＱ３は高抵抗状態となる。これによりシュミットインバータＩＣ３の入力電圧が上側しきい値よりも高くなると、シュミットインバータＩＣ３の出力電圧はＬｏｗレベルとなる。

調光信号がＬｏｗレベルのとき、フォトカプラＰＣ３の発光素子の光信号が消失することによりフォトカプラＰＣ３の受光素子はオフとなり、トランジスタＱ３に抵抗Ｒ３２を介してベースバイアスが供給されるので、トランジスタＱ３は低抵抗状態となる。これによりシュミットインバータＩＣ３の入力電圧が下側しきい値よりも低くなると、シュミットインバータＩＣ３の出力電圧はＨｉｇｈレベルとなる。

シュミットインバータＩＣ３の出力電圧がＨｉｇｈレベルのとき、ダイオードＤ５、抵抗Ｒ５を介してコンデンサＣ５が充電され、コンデンサＣ５の電圧は上昇する。コンデンサＣ５には放電用の抵抗Ｒ６が並列接続されており、シュミットインバータＩＣ３の出力電圧がＬｏｗレベルのとき、コンデンサＣ５の電圧は低下する。その充放電の時定数は調光信号の周期に比べると比較的大きく設定されており、コンデンサＣ５は実質的な平滑作用を有している。これにより、コンデンサＣ５の電圧はシュミットインバータＩＣ３の出力電圧がＨｉｇｈレベルである期間に応じた電圧となり、調光信号がＬｏｗレベルである期間が長くなるほど高くなる。

《電流比較器２４について》
次に、電流比較器２４について説明する。電流比較器２４は、負荷電流検出抵抗Ｒ２により検出される負荷電流が基準電流（例えば、５０μＡ）よりも大きいか否かを判定し、負荷電流が基準電流よりも大きいと判定されたときには、フォトカプラＰＣ２を介して制御用集積回路ＩＣ１のマスク端子ＭＡＳＫ（７番ピン）にＨｉｇｈレベルのマスク信号を伝達するように動作する。

負荷電流検出抵抗Ｒ２の両端電圧は、抵抗Ｒ４４とコンデンサＣ４４よりなるノイズフィルタ回路を介してコンパレータＩＣ４の＋入力端子に入力されている。コンパレータＩＣ４の−入力端子には、２次側の制御電源電圧Ｖｃｃ２を抵抗Ｒ４１，Ｒ４２により分圧した基準電圧が印加されている。なお、電流フィードバック回路２２の集積回路ＩＣ２の７番ピンには２次側の制御電源電圧Ｖｃｃ２から生成した高精度の基準電圧（１．５Ｖ±１％）が出力されているので、この基準電圧を抵抗Ｒ４１，Ｒ４２により分圧してコンパレータＩＣ４の基準電圧としても良い。

コンパレータＩＣ４は汎用のオペアンプよりなり、＋入力端子の検出電圧が−入力端子の基準電圧よりも高いときは出力端子がＨｉｇｈレベル（制御電源電圧Ｖｃｃ２と略同電位）となり、＋入力端子の検出電圧が−入力端子の基準電圧以下のときは出力端子がＬｏｗレベル（２次側のグランドＧＮＤ２と略同電位）となる。

コンパレータＩＣ４の出力端子がＬｏｗレベルのとき、抵抗Ｒ４３を介してフォトカプラＰＣ２の発光素子に電流が流れるので、その発光信号を受光してフォトカプラＰＣ２の受光素子の抵抗値が下がり、制御用集積回路ＩＣ１のマスク端子ＭＡＳＫ（７番ピン）はＬｏｗレベルに設定される。これにより、制御用集積回路ＩＣ１の間欠動作は許可される。

コンパレータＩＣ４の出力端子がＨｉｇｈレベルのとき、フォトカプラＰＣ２の発光素子は消灯しているので、フォトカプラＰＣ２の受光素子の抵抗値は高く、抵抗Ｒ１７を介して制御用集積回路ＩＣ１のマスク端子ＭＡＳＫ（７番ピン）にＨｉｇｈレベルのマスク信号が与えられる。これにより、制御用集積回路ＩＣ１の間欠動作は禁止される。なお、電源端子Ｖｃｃ（６番ピン）とマスク端子ＭＡＳＫ（７番ピン）の間に接続される外付け抵抗Ｒ１７は、制御用集積回路ＩＣ１に内蔵しても良い。

《間欠動作の禁止と許可の技術的意義について》
次に、間欠動作の禁止と許可の技術的意義について説明する。コンバータ回路２０の出力に接続された平滑コンデンサＣ２は、上述のように、スイッチング素子Ｑ１のオンオフによる脈動成分を平滑化して半導体発光素子３０に平滑化された直流電流が流れるように容量を大きく設定されている。このため、例えば、調光回路２３により設定される目標電流が、定格電流付近から消灯状態に近い調光状態に急激に操作されると、電流フィードバック回路２２の制御が一時的に追随できなくなり、負荷電流が目標電流よりも高過ぎる状態が出現する。このとき、電流フィードバック用のフォトカプラＰＣ１の受光素子の抵抗値は最低値となるから、１次側の制御用集積回路ＩＣ１は間欠動作に陥る恐れがある。

このような場合であっても、本実施形態の回路構成によれば、電流比較器２４により負荷電流を監視しているので、実際に流れている負荷電流が基準電流（例えば、５０μＡ）よりも大きいときには、１次側の制御用集積回路ＩＣ１は間欠動作に入らないように制御できる。この場合、スイッチング素子Ｑ１は最低パルス幅でオンオフ動作を継続することになる。これにより、平滑コンデンサＣ２の電圧が低下して行き、やがて負荷電流が電流比較器２４の基準電流以下になると、コンパレータＩＣ４の出力がＬｏｗレベルとなり、この段階で１次側の制御用集積回路ＩＣ１の間欠動作が許可される。

ところで、間欠動作を禁止して、スイッチング素子Ｑ１を最小のオンパルス幅まで制御可能とすることにより、負荷電流を最終的に５０μＡまで安定して絞れるのであれば、最初から間欠動作機能を有していないスイッチング電源制御用集積回路（例えば、富士電機製のＦＡ５５３１やＦＡ５５７３）を用いれば良いと多くの当業者は考えるであろうが、その場合、最低出力時におけるスイッチング損失の削減が不十分となる。特に、調光操作だけで実質的な消灯操作がされた場合には、ユーザーは照明器具を消灯操作したと考えているので、スイッチング損失が多い状態に放置されているのは不都合である。

そこで、調光操作により実質的に照明器具が消灯しているとユーザーが認識するようなレベルまで負荷電流が絞られた場合には、スイッチング電源制御用集積回路の間欠動作を許可して、本来制御可能な最小のオンパルス幅よりは少し長めのオンパルス信号を用いて間欠的にオンオフ動作を行わせる。このようにすれば、同じ負荷電流を供給し続けるにしても、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング回数が大幅に減少するので、スイッチング損失は大幅に減少する。また、この段階で間欠動作を開始するのであれば、ユーザーが光の点滅を認識することは困難であるので、光出力のちらつきという問題も生じない。

《種々の変形例について》
図１の実施形態では、制御用集積回路ＩＣ１の外部にスイッチング素子Ｑ１を外付けしているが、制御用集積回路ＩＣ１の内部にスイッチング素子Ｑ１を内蔵していても良い。その場合、スイッチング素子Ｑ１のオン時の両端電圧によりスイッチング素子Ｑ１に流れる電流を検出しても良い。

図１の実施形態では、スイッチング素子Ｑ１に流れる電流のピーク値を可変制御することにより結果的にスイッチング素子Ｑ１のオンパルス幅を可変制御しているが、制御用集積回路ＩＣ１の内部にパルス幅設定回路を内蔵し、スイッチング素子Ｑ１のオンパルス幅を直接設定しても構わない。

図１の実施形態では、ゼロ電流検出入力端子ＺＣＤ（１番ピン）によりトランスＴ１からの電流放出が完了したことを検出したタイミングでスイッチング素子Ｑ１を再度オンさせているが、制御用集積回路ＩＣ１の内部に高周波発振器を内蔵し、その高周波発振出力のタイミングでスイッチング素子Ｑ１を再度オンさせるように制御しても良い。あるいは、制御用集積回路ＩＣ１の内部にオフ時間タイマーを内蔵し、所定のオフ時間が経過すると、スイッチング素子Ｑ１を再度オンさせるように制御しても良い。

図２の実施形態では、間欠動作を許可するときに、フォトカプラＰＣ２の光信号が発生しているが、間欠動作を禁止するときにフォトカプラＰＣ２の光信号が発生するように構成しても良い。例えば、図２のフォトカプラＰＣ２の受光素子と抵抗Ｒ１７の配置を入れ替えると共に、コンパレータＩＣ４の＋入力端子と−入力端子の接続を入れ替えるか、または、制御電源電圧Ｖｃｃ２側に接続されたフォトカプラＰＣ２の発光素子と抵抗Ｒ４３の直列回路をコンパレータＩＣ４の出力端子と２次側グランドＧＮＤ２の間に接続するように改変すれば、間欠動作を禁止するときにフォトカプラＰＣ２の光信号が発生する動作となる。

図２の実施形態では、スイッチング電源装置としてフライバック型のＤＣ−ＤＣコンバータ回路を例示したが、これに限定されるものではなく、フォワード型のＤＣ−ＤＣコンバータ回路、降圧チョッパ回路、昇圧チョッパ回路、昇降圧チョッパ回路などの種々の回路を用いた場合にも、本発明を適用可能であることは言うまでも無い。

（実施形態２）
上述の実施形態１では、半導体発光素子３０に流れる負荷電流が基準電流（例えば、５０μＡ）よりも大きいときは制御用集積回路ＩＣ１の間欠動作を禁止し、負荷電流が基準電流以下になると、制御用集積回路ＩＣ１の間欠動作を許可するように制御しているが、電流比較器２４に代えて、電圧比較器（図示せず）を設けて、半導体発光素子３０に印加される負荷電圧が基準電圧よりも大きいときは制御用集積回路ＩＣ１の間欠動作を禁止し、負荷電圧が基準電圧以下になると、制御用集積回路ＩＣ１の間欠動作を許可するように制御しても良い。また、電流比較器２４と電圧比較器を併用し、それらの出力の論理積もしくは論理和により制御用集積回路ＩＣ１の間欠動作の禁止／許可を制御するように構成しても構わない。

（実施形態３）
図４は本発明のＬＥＤ点灯装置を用いた電源別置型ＬＥＤ照明器具の概略構成を示している。この電源別置型ＬＥＤ照明器具では、ＬＥＤモジュール３００の筐体３２とは別のケースに電源ユニットとしての点灯装置２００を内蔵している。こうすることによってＬＥＤモジュール３００は薄型化することが可能となり、別置型の電源ユニットとしての点灯装置２００は場所によらず設置可能となる。

器具筐体３２は、下端開放された金属製の円筒体よりなり、下端開放部は光拡散板３３で覆われている。この光拡散板３３に対向するように、ＬＥＤモジュール３００が配置されている。３１はＬＥＤ実装基板であり、ＬＥＤモジュール３００のＬＥＤ３ａ，３ｂ，３ｃ，…を実装している。器具筐体３２は天井１００に埋め込まれており、天井裏に配置された電源ユニットとしての点灯装置２００からリード線３４とコネクタ３５を介して配線されている。

電源ユニットとしての点灯装置２００の内部には、実施形態１、２で説明した回路が収納されている。ＬＥＤ３ａ，３ｂ，３ｃ，…の直列回路（ＬＥＤモジュール３００）が上述の半導体発光素子３０に対応している。

本実施形態では、電源ユニットとしての点灯装置２００がＬＥＤモジュール３００とは別の筐体に収納される電源別置型ＬＥＤ照明器具を例示したが、ＬＥＤモジュール３００と同じ筐体に電源ユニットを収納した電源一体型ＬＥＤ照明器具に本発明の点灯装置を用いても構わない。

また、本発明の点灯装置は、照明器具に限らず、各種の光源、例えば、液晶ディスプレイのバックライトや、複写機、スキャナ、プロジェクタなどの光源として利用しても構わない。

上述の各実施形態の説明では、半導体発光素子３０として発光ダイオードを例示したが、これに限定されるものではなく、例えば、有機ＥＬ素子や半導体レーザー素子などであっても良い。

ＩＣ１ スイッチング電源制御用集積回路
ＦＢ フィードバック入力端子
ＭＡＳＫ マスク端子
ＯＲ１ オア回路
１０ 間欠動作可否設定回路

Claims (6)

1. 電源制御用のスイッチング素子のオンパルス幅を可変制御するための制御入力端子を備え、前記制御入力端子の電圧が特定の電圧域ではスイッチング素子のオンオフ動作を停止させる間欠動作機能を備えるスイッチング電源制御用集積回路において、間欠動作機能の許可／禁止を外部信号により選択する２値入力端子を付加したことを特徴とする間欠動作可否設定端子付きスイッチング電源制御用集積回路。
2. 前記スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出入力端子を備え、前記制御入力端子の電圧により前記スイッチング素子に流れる電流のピーク値を制御することにより前記スイッチング素子のオンパルス幅を制御することを特徴とする請求項１記載の間欠動作可否設定端子付きスイッチング電源制御用集積回路。
3. 請求項１または２記載の間欠動作可否設定端子付きスイッチング電源制御用集積回路を備える電源装置であって、負荷電流が基準電流より大きいときは前記２値入力端子に間欠動作禁止信号を入力する電流比較器を備えることを特徴とする電源装置。
4. 請求項１または２記載の間欠動作可否設定端子付きスイッチング電源制御用集積回路を備える電源装置であって、負荷電圧が基準電圧より大きいときは前記２値入力端子に間欠動作禁止信号を入力する電圧比較器を備えることを特徴とする電源装置。
5. 請求項３または４記載の電源装置の負荷は半導体発光素子であることを特徴とする半導体発光素子の点灯装置。
6. 請求項５記載の半導体発光素子の点灯装置を備える照明器具。

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