JP2017200249A - 直流電源装置及びｌｅｄ点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】交流電源電圧が直流出力端子に逆入力された場合の故障を防止する構成を備えた直流電源装置を提供する。
【解決手段】直流電源装置（１００）は、交流入力端子（Ｔ１、Ｔ２）及び直流出力端子（Ｔ３、Ｔ４）と、交流電源電圧を直流出力電圧に変換して直流出力電圧を二次側出力ノード（Ｎ１、Ｎ２）に出力するスイッチング電源回路（２００）と、二次側出力ノードと直流出力端子の間に接続され、交流入力端子から交流電源電圧が入力される場合にスイッチング電源回路の変換動作に伴って発生する作動電圧（Ｖａ）を受けて二次側出力ノードと直流出力端子の間を導通させ、作動電圧が発生しない場合には二次側出力ノードと直流出力端子の間を開放するように構成された逆入力遮断回路（３００）とを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、直流電源装置及びＬＥＤ点灯装置に関する。

一般に、ＬＥＤ点灯装置等の直流電源装置は、入力接続部及び入力配線を介して商用電源等の交流電源に接続され、出力接続部及び出力配線を介してＬＥＤに接続される。このような直流電源装置では、入力される交流電源電圧が所定の直流出力に変換され、この直流出力がＬＥＤ等の負荷に供給される（例えば、特許文献１）。

特開２０１４−３５９４３号公報

ＬＥＤ点灯装置等の直流電源装置において、通常は、交流電源から直流電源装置の交流入力端子に接続されるべき交流配線と、負荷から直流電源装置の直流出力端子に接続されるべき直流配線とは、その被覆の色分け等により識別可能な態様で構成される。しかし、それでも直流電源装置の配線工事においては、何らかの誤りにより交流配線が直流出力端子に接続され、すなわち、交流電源電圧が直流出力端子に逆入力されてしまう場合がある。この場合、詳細を後述するように、直流電源装置は故障してしまう。

そこで、本発明は、交流電源電圧が直流出力端子に逆入力された場合の故障を防止する構成を備えた直流電源装置及びＬＥＤ点灯装置を提供することを課題とする。

本開示の直流電源装置は、交流入力端子及び直流出力端子と、交流電源電圧を直流出力電圧に変換して直流出力電圧を二次側出力ノードに出力するスイッチング電源回路と、二次側出力ノードと直流出力端子の間に接続され、交流入力端子から交流電源電圧が入力される場合にスイッチング電源回路の変換動作に伴って発生する作動電圧を受けて二次側出力ノードと直流出力端子の間を導通させ、作動電圧が発生しない場合には二次側出力ノードと直流出力端子の間を開放するように構成された逆入力遮断回路とを備える。

本開示の直流電源装置によると、スイッチング電源回路の二次側出力ノードと直流電源装置の直流出力端子との間に逆入力遮断回路が接続される。そして、交流電源電圧が正しく交流入力端子からスイッチング電源回路に入力されている場合にはその変換動作に伴って発生する作動電圧によって逆入力遮断回路が導通して直流出力電圧が直流出力端子に出力される。一方、交流電源電圧が交流入力端子からスイッチング電源回路に入力されずに作動電圧が発生しない場合には逆入力遮断回路が開放される。すなわち、交流電源電圧が直流電源装置の交流入力端子ではなく直流出力端子に逆入力された場合には二次側出力ノードと直流出力端子の間が開放されるので、交流電源電圧がスイッチング電源回路の二次側回路に印加されることはない。これにより、交流電源電圧が直流出力端子に逆入力された場合の故障を防止する構成を備えた直流電源装置が実現される。

第１の形態では、作動電圧は、スイッチング電源回路に含まれるインダクタ素子の補助巻線に発生する電圧を整流平滑する定電圧回路によって生成される。これにより、スイッチング電源回路における制御電圧を生成するための回路を利用して作動電圧が生成されるので、逆入力遮断回路が簡素な構成で実現される。

第２の形態では、作動電圧は、直流出力電圧を降圧して定電圧を生成する定電圧回路の出力電圧である。これにより、スイッチング電源回路における制御電圧を生成するための回路を利用して作動電圧が生成されるので、逆入力遮断回路が簡素な構成で実現される。また、交流電源電圧が正しく交流入力端子からスイッチング電源回路に入力されている場合において、直流出力端子間が短絡された場合に直流出力電圧及び作動電圧の低下によって逆入力遮断回路が開放されて短絡電流が遮断されるので、出力短絡保護機能も実現される。

第３の形態では、作動電圧は、直流出力電圧を分圧する分圧回路によって生成される。これにより、スイッチング電源回路の直流出力電圧を検出するための分圧回路を利用して作動電圧が生成されるので、逆入力遮断回路が簡素な構成で実現される。また、交流電源電圧が正しく交流入力端子からスイッチング電源回路に入力されている場合において、直流出力端子間が短絡された場合に直流出力電圧及びその分圧値の低下によって逆入力遮断回路が開放されて短絡電流が遮断されるので、出力短絡保護機能も実現される。

第１から第３の形態において、直流出力端子が正極出力端子及び負極出力端子からなり、二次側出力ノードが正極出力ノード及び負極出力ノードからなり、逆入力遮断回路がトランジスタ及びダイオードを備え、トランジスタは、入力電極、出力電極及び制御電極を有し、入力電極を負極出力端子側にかつ出力電極を負極出力ノード側にして負極出力端子と負極出力ノードの間に接続され、作動電圧が制御電極−出力電極間に印加されるように構成され、ダイオードは、正極出力ノードから正極出力端子に向かう方向を順方向として正極出力ノードと正極出力端子の間に接続され、又は負極出力端子から負極出力ノードに向かう方向を順方向として負極出力ノードと負極出力端子の間においてトランジスタに直列接続される。これにより、逆入力遮断回路がトランジスタ及びダイオードを用いた簡素な構成で実現される。

第４の形態では、直流出力端子が正極出力端子及び負極出力端子からなり、二次側出力ノードが正極出力ノード及び負極出力ノードからなり、逆入力遮断回路は、負極出力端子から負極出力ノードに向かう方向を順方向として負極出力端子と負極出力ノードの間に接続されたサイリスタを備え、作動電圧に基づいてサイリスタのゲート−カソード間にトリガ電流が通電されるように構成されていてもよい。これにより、逆入力遮断回路が、サイリスタを用いた簡素な構成で実現される。

第５の形態では、直流出力端子が正極出力端子及び負極出力端子からなり、二次側出力ノードが正極出力ノード及び負極出力ノードからなり、逆入力遮断回路は、正極出力ノードから正極出力端子に向かう方向を順方向として正極出力ノードと正極出力端子の間に接続されたサイリスタ、又は負極出力端子から負極出力ノードに向かう方向を順方向として負極出力端子と負極出力ノードの間に接続されたサイリスタを備え、作動電圧が、スイッチング電源回路に含まれるインダクタ素子の補助巻線に発生する電圧の整流電圧であり、整流電圧に基づいてサイリスタのゲート−カソード間にトリガ電流が通電されるように構成されてもよい。これにより、スイッチング電源回路の二次側に制御電圧を生成するための定電圧回路又は直流出力電圧を検出するための分圧回路が設けられない場合でも、比較的簡素な構成の逆入力遮断回路が実現される。

本開示のＬＥＤ点灯装置は上記いずれかの直流電源装置からなり、二次側出力ノードに並列接続された出力コンデンサが電解コンデンサである。このように、出力コンデンサがＬＥＤ出力リップル軽減のための電解コンデンサである場合のように、スイッチング電源回路の二次側部品の極性が決定されている場合に、逆入力遮断回路は特に有用である。

本開示のＬＥＤ点灯装置は上記いずれかの直流電源装置からなり、スイッチング電源回路はＬＥＤを給電するための降圧コンバータを含む。このように、スイッチング電源回路の二次側部品の耐圧が交流電源電圧よりも低い場合に、逆入力遮断回路は特に有用である。

本開示の第１の実施形態によるＬＥＤ点灯装置の回路図である。 本開示の第２の実施形態によるＬＥＤ点灯装置の回路図である。 本開示の第３の実施形態によるＬＥＤ点灯装置の回路図である。 本開示の第４の実施形態によるＬＥＤ点灯装置の回路図である。 本開示の第５の実施形態によるＬＥＤ点灯装置の回路図である。

＜第１の実施形態＞
図１に、本開示の第１の実施形態による直流電源装置であるＬＥＤ点灯装置１００を示す。ＬＥＤ点灯装置１００は、交流入力端子Ｔ１及びＴ２並びに直流出力端子Ｔ３及びＴ４を有する。正しく配線された場合、交流入力端子Ｔ１及びＴ２には商用電源等の交流電源ＡＣからの交流配線Ｗ１及びＷ２が接続され、直流出力端子Ｔ３及びＴ４にはＬＥＤユニット５０の端子Ｔ５及びＴ６からの直流配線Ｗ３及びＷ４が接続される。これにより、ＬＥＤ点灯装置１００は、通常の使用においては、交流入力端子Ｔ１及びＴ２から交流電圧を供給され、直流出力端子Ｔ３及びＴ４から直流電圧又は直流電流を出力する。ＬＥＤユニット５０は、直列接続された任意数のＬＥＤ５０ａを含む。

ＬＥＤ点灯装置１００は、スイッチング電源回路２００及び逆入力遮断回路３００を含む。スイッチング電源回路２００は交流入力端子Ｔ１及びＴ２側に設けられ、逆入力遮断回路３００は、スイッチング電源回路２００の二次側出力ノードＮ１及びＮ２と直流出力端子Ｔ３及びＴ４との間に接続される。以降の説明において、直流出力端子Ｔ３及びＴ４をそれぞれ正極出力端子Ｔ３及び負極出力端子Ｔ４ともいい、二次側出力ノードＮ１及びＮ２をそれぞれ正極出力ノードＮ１及び負極出力ノードＮ２ともいう。また、本開示において、ＦＥＴ、ダイオード等のスイッチ素子に関して、「導通」及び「オン」は実質的に同義であり、「開放」及び「オフ」は実質的に同義である。

スイッチング電源回路２００は、入力回路２１０、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０、検出回路２３０、補助電源回路２４０及び制御回路２５０を備え、入力交流電圧を直流出力電圧に変換し、その直流出力電圧を二次側出力ノードＮ１及びＮ２に出力する。

入力回路２１０は、電流ヒューズ１及び２、ダイオードブリッジ３、入力コンデンサ４、並びに必要に応じてノイズフィルタを備える。入力回路２１０には交流電源ＡＣからの交流電圧が入力され、ダイオードブリッジ３による全波整流出力が入力コンデンサ４によって若干平滑されてＤＣ／ＤＣコンバータ２２０に入力される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０は、本実施形態においては絶縁型フライバックコンバータからなり、力率改善機能を持つ、いわゆるワンコンバータ方式のフライバック回路を構成する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０は、スイッチング素子５、トランス６、電流検知抵抗７、ダイオード８及び出力コンデンサ９を含む。本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０は力率改善型であるので、出力コンデンサ９の容量は入力コンデンサ４の容量よりも充分に大きく、出力コンデンサ９は電解コンデンサ等からなる。また、本実施形態では、スイッチング素子５はＭＯＳＦＥＴからなるので、以降においてスイッチング素子５のことをＦＥＴ５ともいう。また、トランス６の一次巻線６ａ側の基準点（すなわち、入力コンデンサ４の低電位電極側ノード）を一次側グランドＧ１といい、二次巻線６ｂ側の基準点（すなわち、出力コンデンサ９の低電位電極側ノード）を二次側グランドＧ２というものとする。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０のＰＷＭ制御において、ＦＥＴ５のオン期間に一次巻線６ａ側にエネルギーが蓄積され、ＦＥＴ５のオフ期間にそのエネルギーが二次巻線６ｂ側からダイオード８を介して出力コンデンサ９に充電されるとともにＬＥＤ５０ａに供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０の出力は、ＦＥＴ５のオンデューティ（オン幅）、一次巻線６ａに対する二次巻線６ｂの巻数比等によって決まる。ＦＥＴ５は、一次側制御回路２５１から出力されるゲート信号によってＰＷＭ駆動される。以降の説明において、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０の直流出力電流（ＬＥＤ電流）を「出力電流」といい、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０の直流出力電圧を「出力電圧」という。

検出回路２３０は、電流検出抵抗１０からなる電流検出回路並びに抵抗１１、１２及び１３からなる電圧検出回路２３５を含み、二次側グランドＧ２を基準電位とする。電流検出抵抗１０は二次側グランドＧ２とＬＥＤユニット５０のカソード端との間に挿入された低抵抗素子からなる。電圧検出回路２３５は、二次側出力ノードＮ１−Ｎ２に接続された分圧回路からなる。図面においては、電圧検出回路２３５が３本の直列抵抗１１〜１３によって示されているが、直列抵抗の接続数は任意である。

補助電源回路２４０は、一次側の定電圧回路２４１及び二次側の定電圧回路２４２を含む。定電圧回路２４１は、トランス６の補助巻線６ｃ、ダイオード１４、コンデンサ１５、及びツェナーダイオード１６を含む。定電圧回路２４１は、一次側グランドＧ１を基準として、補助巻線６ｃに発生する電圧をダイオード１４及びコンデンサ１５によって整流平滑して一次側の制御電圧Ｖｃｃ１を生成する。ツェナーダイオード１６によって、制御電圧Ｖｃｃ１が上限値以下となるようにクランプされる。定電圧回路２４２は、トランス６の補助巻線６ｄ、ダイオード１７、コンデンサ１８、及び電圧レギュレータ回路１９を含む。電圧レギュレータ回路１９は、シリーズレギュレータ、三端子レギュレータ等である。定電圧回路２４２は、二次側グランドＧ２を基準として、補助巻線６ｄに発生する電圧をダイオード１７及びコンデンサ１８によって整流平滑し、この整流平滑電圧を電圧レギュレータ回路１９によって定電圧化して二次側の制御電圧Ｖｃｃ２を生成する。

制御回路２５０は、一次側制御回路２５１、二次側制御回路２５２、抵抗２０及びフォトカプラ２１を含む。一次側制御回路２５１は、一次側グランドＧ１を基準として、起動抵抗２０を介してダイオードブリッジ３の整流出力の降下電圧を受けて起動し、その後制御電圧Ｖｃｃ１を受けて動作する。一次側制御回路２５１は、ＰＷＭ制御用ドライバＩＣ等を含み、フォトカプラ２１からの信号入力、電流検知抵抗７からの検知入力等に応じてＦＥＴ５をＰＷＭ駆動する。二次側制御回路２５２は、制御電圧Ｖｃｃ２を受けて二次側グランドＧ２を基準として動作する。二次側制御回路２５２は、電流検出抵抗１０からの電流検出値と電流目標値の誤差を増幅して誤差信号を出力するオペアンプ、電圧検出回路２３５からの電圧検出値と電圧目標値（上限値）の誤差を増幅して誤差信号を出力するオペアンプ等を含む。

二次側制御回路２５２からの誤差信号がフォトカプラ２１を介して一次側制御回路２５１に伝達され、一次側制御回路２５１は誤差信号に応じてＦＥＴ５のＰＷＭ駆動のオン幅を決定する。したがって、制御回路２５０において、電流検出値が電流目標値に一致するように定電流制御が実行され、又は電圧検出値が上限値に一致するように定電圧制御が実行される。概略として、通常点灯時には定電流制御が選択され、無負荷時等には定電圧制御が選択されるように二次側制御回路２５２が構成される。

次に、逆入力遮断回路３００について説明する。以降の説明において、交流配線Ｗ１及びＷ２が交流入力端子Ｔ１及びＴ２に正しく接続された状態を「通常接続」といい、この通常接続状態で交流電源電圧がＬＥＤ点灯装置１００（スイッチング電源回路２００）に入力されている状態を「通常入力」というものとする。一方、交流配線Ｗ１及びＷ２が、交流入力端子Ｔ１及びＴ２ではなく直流出力端子Ｔ３及びＴ４に誤接続された状態を「ＡＣ逆接続」といい、このＡＣ逆接続状態で交流電源電圧がＬＥＤ点灯装置１００に逆入力されている状態を「ＡＣ逆入力」というものとする。

ここで、逆入力遮断回路３００がなかったとした場合のＡＣ逆入力時の動作を説明する。まず、直流出力端子Ｔ４が直流出力端子Ｔ３よりも高電位となった場合、出力コンデンサ９（電解コンデンサ）に逆極性の電圧が印加されることにより、出力コンデンサ９が故障する。また、交流電源電圧の位相にかかわらず、交流電源電圧が出力コンデンサ９、ダイオード８又は電圧検出回路２３５の耐圧を超えると、各部品が故障する。このように、逆入力遮断回路３００がない場合にＡＣ逆入力が発生すると、スイッチング電源回路２００が故障し得る。逆入力遮断回路３００は、このようなＡＣ逆接続の場合に、スイッチング電源回路２００の二次側部品（すなわち、出力コンデンサ９、ダイオード８及び電圧検出回路２３５）への交流電源電圧の印加を遮断する。

逆入力遮断回路３００は、二次側出力ノードＮ１及びＮ２と直流出力端子Ｔ３及びＴ４の間に接続され、トランジスタ３１、ダイオード３２及び抵抗３３を備える。本実施形態では、トランジスタ３１はＭＯＳＦＥＴであるので、以降においてトランジスタ３１のことをＦＥＴ３１という。ＦＥＴ３１のドレインは負極出力端子Ｔ４に接続され、ソースは負極出力ノードＮ２に接続され、ゲート−ソース間には抵抗３３が接続される。ＦＥＴ３１のゲート−ソース間には、定電圧回路２４２における整流平滑出力が作動電圧Ｖａとして供給される。ダイオード３２のアノードは正極出力ノードＮ１に接続され、カソードは正極出力端子Ｔ３に接続される。なお、ダイオード３２は、負極出力端子Ｔ４と負極出力ノードＮ２の間において、負極出力端子Ｔ４から負極出力ノードＮ２に向かう方向を順方向として、ＦＥＴ３１に直列接続されてもよい。また、作動電圧Ｖａは制御電圧Ｖｃｃ２であってもよい。

通常入力時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０が動作して作動電圧ＶａがＦＥＴ３１のゲート−ソース間に印加され、ＦＥＴ３１はオン（導通）する。これにより、出力電流は、正極出力ノードＮ１→ダイオード３２→正極出力端子Ｔ３→直流配線Ｗ３→ＬＥＤユニット５０→直流配線Ｗ４→負極出力端子Ｔ４→ＦＥＴ２０→負極出力ノードＮ２に流れ、ＬＥＤユニット５０が点灯する。

ＡＣ逆接続時には、一次側制御回路２５１は、起動抵抗２０を介した起動電圧の供給を受けないために起動せず、ＦＥＴ５、すなわちＤＣ／ＤＣコンバータ２２０は動作しない。したがって、補助巻線６ｄに電圧が発生しないため、定電圧回路２４２は作動電圧Ｖａを生成せず、ＦＥＴ３１は開放状態に維持される。

ＡＣ逆入力時において正極出力端子Ｔ３が負極出力端子Ｔ４よりも高電位となる位相では、ダイオード３２がオフ状態となるため、スイッチング電源回路２００の二次側回路に交流電源電圧は印加されない。仮にダイオード３２がなかったとした場合、ＦＥＴ３１がオフ状態であっても、ＦＥＴ３１の回生ダイオード（不図示）を介した電流経路が発生してしまう。また、ＦＥＴ３１が回生ダイオードを有さないトランジスタであったとしてもトランジスタに逆電圧が印加されることになり、そのトランジスタの故障の原因となる。したがって、ダイオード３２が正極出力ノードＮ１から正極出力端子Ｔ３に向かう方向を順方向として、又は負極出力端子Ｔ４から負極出力ノードＮ２に向かう方向を順方向として接続されることが必要となる。

また、ＡＣ逆入力時において正極出力端子Ｔ４が負極出力端子Ｔ３よりも高電位となる位相では、ＦＥＴ３１がオフ状態であるから、スイッチング電源回路２００の二次側回路に交流電源電圧は印加されない。このように、ＡＣ逆入力時には、逆入力遮断回路３００によって交流電源電圧の逆入力が遮断される。

ここで、出力コンデンサ９がＬＥＤ出力リップル（すなわち、ＬＥＤ電流のリップルに起因する光出力のリップル）の軽減のための電解コンデンサである場合のように、スイッチング電源回路２００の二次側部品の極性が決定されている場合に、逆入力遮断回路３００は特に有用である。ただし、もちろん、出力コンデンサ９がフィルムコンデンサ、セラミックコンデンサ等の無極性部品である場合にも本開示の技術は適用可能である。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０が降圧コンバータである場合のように、二次側部品の耐圧が交流電源電圧よりも低い場合に、逆入力遮断回路３００は特に有用である。ただし、もちろん、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０が昇圧コンバータである場合にも本開示の技術は適用可能である。

以上のように、本実施形態のＬＥＤ点灯装置１００は、交流電源電圧を直流出力電圧に変換して直流出力電圧を二次側出力ノードＮ１及びＮ２に出力するスイッチング電源回路２００と、二次側出力ノードＮ１及びＮ２と直流出力端子Ｔ３及びＴ４の間に接続された逆入力遮断回路３００を備え、逆入力遮断回路３００は、通常入力時にスイッチング電源回路２００の変換動作に伴って発生する作動電圧Ｖａを受けて二次側出力ノードＮ１及びＮ２と直流出力端子Ｔ３及びＴ４の間を導通させ、作動電圧Ｖａが発生しない場合には二次側出力ノードＮ１及びＮ２と直流出力端子Ｔ３及びＴ４の間を開放するように構成される。

これにより、通常入力時には直流変換動作に伴って発生する作動電圧Ｖａによって逆入力遮断回路３００が導通して出力電圧が直流出力端子Ｔ３及びＴ４に出力される一方で、ＡＣ逆接続時には直流変換動作が停止して逆入力遮断回路３００が開放される。すなわち、ＡＣ逆入力時には二次側出力ノードと直流出力端子の間が開放されるので、交流電源電圧がスイッチング電源回路２００の二次側回路に逆入力されることはない。これにより、ＡＣ逆入力時の故障を防止する構成を備えたＬＥＤ点灯装置１００が実現される。

また、逆入力遮断回路３００が、二次側出力ノードＮ１及びＮ２と直流出力端子Ｔ３及びＴ４の間に上述の極性で接続されたＦＥＴ３１及びダイオード３２で構成されるので、逆入力遮断回路３００が簡素な構成で実現される。

そして、本実施形態では、作動電圧Ｖａは、トランス６の補助巻線６ｄに発生する電圧を整流平滑する定電圧回路２４２によって生成される。すなわち、制御電圧Ｖｃｃ２を生成するための定電圧回路２４２を利用して作動電圧Ｖａが生成されるので、逆入力遮断回路３００が簡素な構成で実現される。

＜第２の実施形態＞
上記第１の実施形態では作動電圧Ｖａ及び制御電圧Ｖｃｃ２がトランス６の補助巻線６ｄから取得される構成を示したが、本実施形態では作動電圧Ｖａ及び制御電圧Ｖｃｃ２が出力電圧から取得される構成を示す。本実施形態において、第１の実施形態と同様又は対応の構成には同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。

図２に、本実施形態のＬＥＤ点灯装置１００を示す。本実施形態では、補助電源回路２４０は、出力電圧を降圧して定電圧を生成する定電圧回路２４３を備える。例えば、定電圧回路２４３は、トランジスタ２２、抵抗２３、ツェナーダイオード２４及びコンデンサ２５を備え、シリーズレギュレータを構成する。トランジスタ２２のコレクタが正極出力ノードＮ１と同電位のノードに接続され、ベースがツェナーダイオード２４を介して二次側グランドＧ２に接続され、エミッタ電圧が制御電圧Ｖｃｃ２及び作動電圧Ｖａとなる。なお、定電圧回路２４３は、三端子レギュレータ等によって構成されてもよい。

通常入力時及びＡＣ逆入力時の動作は、第１の実施形態と実質的に同様である。すなわち、通常入力時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０が動作して定電圧回路２４３によって生成される作動電圧Ｖａ（制御電圧Ｖｃｃ２）によってＦＥＴ３１がオンし、これにより出力電流がＬＥＤ５０ａに供給される。ＡＣ逆入力時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０は動作しないため、出力電圧及び作動電圧Ｖａが生成されず、ＦＥＴ３１はオフ状態に維持される。したがって、スイッチング電源回路２００の二次側回路に交流電源電圧が印加されることはない。

また、本実施形態における定電圧回路２４３と、第１の実施形態の定電圧回路２４２とは併用されてもよい。これにより、制御電圧Ｖｃｃ２及び作動電圧Ｖａの確実な生成が可能となる。

なお、交流電源ＡＣの切操作等によりＤＣ／ＤＣコンバータ２２０が動作を停止した後の短い期間において、出力コンデンサ９の残電圧によりＦＥＴ３１がオン状態に維持され得るが、本実施形態ではこの期間は充分に短いものとして無視することができる。これは、ユーザが、交流電源ＡＣを遮断した直後の短い期間に直流配線Ｗ３及びＷ４を直流出力端子Ｔ３及びＴ４から引き抜いて、（交流入力端子Ｔ１及びＴ２から引き抜かれた）交流配線Ｗ１及びＷ２又は他の交流配線を直流出力端子Ｔ３及びＴ４に接続することは考え難いからである。

以上のように、本実施形態においても第１の実施形態と同様に、ＡＣ逆入力時の故障を防止する構成を備えたＬＥＤ点灯装置１００が、ＦＥＴ３１及びダイオード３２による簡素な構成で実現される。特に本実施形態では、作動電圧Ｖａは、出力電圧を降圧して定電圧を生成する定電圧回路２４３の出力電圧である。このように、制御電圧Ｖｃｃ２を生成するための回路を利用して作動電圧Ｖａが生成されるので、簡素な構成の逆入力遮断回路３００が実現される。また、通常入力時に直流出力端子Ｔ３−Ｔ４間が短絡された場合に、出力電圧及び作動電圧Ｖａの低下によりＦＥＴ３１が開放されて短絡電流が遮断されるので、逆入力遮断回路３００は出力短絡保護機能を兼ねることができる。

＜第３の実施形態＞
上記第１及び第２の実施形態では作動電圧Ｖａが補助電源回路２４０によって生成される構成を示したが、本実施形態では作動電圧Ｖａが検出回路２３０によって生成される構成を示す。本実施形態において、第１又は第２の実施形態と同様又は対応の構成には同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。

図３に、本実施形態のＬＥＤ点灯装置１００を示す。本実施形態では、検出回路２３０の電圧検出回路２３５による検出電圧（抵抗１３の電圧）が、作動電圧ＶａとしてＦＥＴ３１のゲート−ソース間に印加される。ただし、分圧回路である電圧検出回路２３５において、作動電圧Ｖａを生成するための分圧比を、出力電圧を検出するための分圧比（抵抗１１〜１３の抵抗値に対する抵抗１３の抵抗値の比）から相違させてもよい。この場合、検出電圧と作動電圧Ｖａとは異なる抵抗分割ノードから取得される。また、ＦＥＴ３１を動作させるための分圧回路は、電圧検出回路２３５とは別に設けられてもよい。この場合の分圧回路は、例えば、出力コンデンサ９の残電圧放電用の放電抵抗であってもよい。なお、電圧検出回路２３５からＦＥＴ３１及び二次側制御回路２５２（例えば、オペアンプ）への入力インピーダンスを調整する入力抵抗が適宜接続されてもよい。

通常入力時及びＡＣ逆入力時の動作は、第２の実施形態と実質的に同様である。すなわち、通常入力時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０が動作して電圧検出回路２３５によって生成される作動電圧ＶａによってＦＥＴ３１がオンし、これにより出力電流がＬＥＤ５０ａに供給される。ＡＣ逆入力時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０は動作しないため、出力電圧及び作動電圧Ｖａが生成されず、ＦＥＴ３１はオフ状態に維持される。したがって、スイッチング電源回路２００の二次側回路に交流電源電圧が印加されることはない。

以上のように、本実施形態においても第１の実施形態と同様に、ＡＣ逆入力時の故障を防止する構成を備えたＬＥＤ点灯装置１００が、ＦＥＴ３１及びダイオード３２による簡素な構成で実現される。特に本実施形態では、作動電圧Ｖａが、出力電圧を分圧する電圧検出回路２３５を利用して生成されるので、簡素な構成の逆入力遮断回路３００が実現される。また、第２の実施形態と同様に、通常入力時に直流出力端子Ｔ３−Ｔ４間が短絡された場合に、出力電圧及び作動電圧Ｖａの低下によりＦＥＴ３１が開放されて短絡電流が遮断されるので、逆入力遮断回路３００は出力短絡保護機能を兼ねることができる。

＜第４の実施形態＞
上記第１から第３の実施形態では、逆入力遮断回路３００がＦＥＴ３１及びダイオード３２を含む構成を示したが、本実施形態では、逆入力遮断回路３００がサイリスタを備える構成を示す。本実施形態において、第１から第３の実施形態と同様又は対応の構成には同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。

図４に、本実施形態のＬＥＤ点灯装置１００を示す。本実施形態では、逆入力遮断回路３００がサイリスタ３４及び抵抗３５を含む。サイリスタ３４のアノードが負極出力端子Ｔ４に接続され、カソードが負極出力ノードＮ２に接続され、ゲートが抵抗３５を介して定電圧回路２４２に接続される。すなわち、サイリスタ３４のゲート−カソード間には、作動電圧Ｖａに基づいてトリガ電流が通電される。なお、図４においては、第１の実施形態と同様に作動電圧Ｖａが定電圧回路２４２によって生成される構成を示すが、第２又は第３の実施形態と同様に作動電圧Ｖａが定電圧回路２４３又は分圧回路（電圧検出回路２３５、不図示の放電抵抗等）によって生成されてもよい。

通常入力時及びＡＣ逆入力時の動作は、第１の実施形態と実質的に同様である。すなわち、通常入力時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０が動作して作動電圧Ｖａによってサイリスタ３４がオンする。これにより、出力電流が、正極出力ノードＮ１→正極出力端子Ｔ３→直流配線Ｗ３→ＬＥＤユニット５０→直流配線Ｗ４→負極出力端子Ｔ４→サイリスタ３４→負極出力ノードＮ２に流れ、この電流がサイリスタ３４の保持電流ともなる。ＡＣ逆入力時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０は動作しないため、作動電圧Ｖａが生成されずにサイリスタ３４はオフ状態に維持される。したがって、スイッチング電源回路２００の二次側回路に交流電源電圧が印加されることはない。

以上のように、本実施形態においても第１の実施形態と同様に、ＡＣ逆入力時の故障を防止する構成を備えたＬＥＤ点灯装置１００が実現される。そして、逆入力遮断回路３００が、サイリスタ３４を用いた簡素な構成で実現される。

＜第５の実施形態＞
上記第１から第４の実施形態では、スイッチング電源回路２００が二次側制御回路２５２を有することを前提とする構成を示したが、本実施形態では、スイッチング電源回路２００が二次側制御回路を有しない場合の構成を示す。本実施形態において、第１から第４の実施形態と同様又は対応の構成には同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。

図５に、本実施形態のＬＥＤ点灯装置１００を示す。本実施形態では、スイッチング電源回路２００において、出力電流又は出力電圧のフィードバック制御（定電流制御又は定電圧制御）は行われず、一次側制御回路２５１によるフィードフォワード制御が行われる。

逆入力遮断回路３００はサイリスタ３４、ダイオード３６、抵抗３７、及びトランス６の補助巻線６ｅを含む。サイリスタ３４のアノードが負極出力端子Ｔ４に接続され、カソードが負極出力ノードＮ２に接続される。補助巻線６ｅの一端は、ダイオード３６及び抵抗３７を介してサイリスタ３４のゲートに接続され、他端は二次側グランドＧ２に接続される。すなわち、補助巻線６ｅに発生する電圧（作動電圧Ｖａ）に基づいてサイリスタ３４のゲート−カソードにトリガ電流が流れる。なお、サイリスタ３４のアノードが正極出力ノードＮ１に接続され、カソードが正極出力端子Ｔ３に接続されてもよい。この場合、補助巻線６ｅの他端が二次側グランドＧ２ではなく正極出力端子Ｔ３と同電位ノードに接続される。補助巻線６ｅは、サイリスタ３４のトリガ電流さえ生成できればよいので、制御電圧Ｖｃｃ２を生成するための補助巻線６ｄ（図１、図３及び図４参照）よりも巻数は少ない。なお、上記第４の実施形態に含まれる構成となるが、サイリスタ３４が負極出力端子Ｔ４と負極出力ノードＮ２の間に接続される場合には、ゲートに印加される作動電圧Ｖａは、出力電圧を降圧する分圧回路（不図示の放電抵抗等）から取得されてもよい。

通常入力時及びＡＣ逆入力時の動作は、第４の実施形態と実質的に同様である。すなわち、通常入力時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０が動作して補助巻線６ｅに発生する電圧によってサイリスタ３４がオンする。これにより、出力電流がＬＥＤ５０ａに供給され、この出力電流がサイリスタ３４の保持電流ともなる。ＡＣ逆入力時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０は動作しないため、補助巻線６ｅに電圧は発生せず、サイリスタ３４はオフ状態に維持される。したがって、スイッチング電源回路２００の二次側回路に交流電源電圧が印加されることはない。

以上ように、本実施形態においても第１の実施形態と同様に、ＡＣ逆入力時の故障を防止する構成を備えたＬＥＤ点灯装置１００が実現される。特に本実施形態では、定電圧回路２４２若しくは２４３又は電圧検出回路２３５が設けられない場合でも、比較的簡素な構成の逆入力遮断回路３００が実現される。

＜変形例＞
以上に本発明の好適な実施形態を示したが、本発明は、例えば以下に示すように種々の態様に変形可能である。

（１）直流電源装置に関する変形
上記各実施形態では、直流電源装置として、ＬＥＤユニット５０（ＬＥＤ５０ａ）を負荷とするＬＥＤ点灯装置１００を示したが、他の直流負荷（例えば、直流点灯用の放電灯等）を駆動するための直流電源装置にも本発明は適用可能である。

（２）ＦＥＴ３１に関する変形
上記第１から第３の実施形態では、逆入力遮断回路３００のトランジスタ３１としてＦＥＴが採用される構成を示したが、ＦＥＴの代わりにＩＧＢＴ等のバイポーラトランジスタが用いられてもよい。本開示において、トランジスタの入力電極、出力電極及び制御電極とは、トランジスタがＦＥＴである場合にはドレイン、ソース及びゲートをそれぞれ意味し、トランジスタがバイポーラトランジスタである場合にはコレクタ、エミッタ及びベースをそれぞれ意味する。

（３）ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０に関する変形
上記各実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０がフライバックコンバータである構成を示したが、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０は、バックコンバータ、バックブーストコンバータ等の他の形式のコンバータであってもよい。この場合、補助巻線６ｄ又は６ｅに相当する補助巻線は、各コンバータのインダクタ素子（チョークコイル）に設けられればよい。

６ トランス（インダクタ素子）
６ｄ、６ｅ 補助巻線
３１ ＦＥＴ（トランジスタ）
３２ ダイオード
３４ サイリスタ
１００ ＬＥＤ点灯装置（直流電源装置）
２００ スイッチング電源回路
２３５ 電圧検出回路（分圧回路）
２４２、２４３ 定電圧回路
３００ 逆入力遮断回路
Ｎ１ 正極出力ノード（二次側出力ノード）
Ｎ２ 負極出力ノード（二次側出力ノード）
Ｔ１、Ｔ２ 交流入力端子
Ｔ３ 正極出力端子（直流出力端子）
Ｔ４ 負極出力端子（直流出力端子）

Claims (9)

1. 交流入力端子及び直流出力端子を有する直流電源装置であって、
   交流電源電圧を直流出力電圧に変換して該直流出力電圧を二次側出力ノードに出力するスイッチング電源回路と、
   前記二次側出力ノードと前記直流出力端子の間に接続され、前記交流入力端子から前記交流電源電圧が入力される場合に前記スイッチング電源回路の変換動作に伴って発生する作動電圧を受けて前記二次側出力ノードと前記直流出力端子の間を導通させ、前記作動電圧が発生しない場合には前記二次側出力ノードと前記直流出力端子の間を開放するように構成された逆入力遮断回路と
   を備えた直流電源装置。
2. 請求項１に記載の直流電源装置において、前記作動電圧が、前記スイッチング電源回路に含まれるインダクタ素子の補助巻線に発生する電圧を整流平滑する定電圧回路によって生成される、直流電源装置。
3. 請求項１又は２に記載の直流電源装置において、前記作動電圧が、前記直流出力電圧を降圧して定電圧を生成する定電圧回路の出力電圧である、直流電源装置。
4. 請求項１又は２に記載の直流電源装置において、前記作動電圧が、前記直流出力電圧を分圧する分圧回路によって生成される、直流電源装置。
5. 請求項２から４のいずれか一項に記載の直流電源装置において、前記直流出力端子が正極出力端子及び負極出力端子からなり、前記二次側出力ノードが正極出力ノード及び負極出力ノードからなり、
   前記逆入力遮断回路がトランジスタ及びダイオードを備え、
   前記トランジスタが、入力電極、出力電極及び制御電極を有し、入力電極を前記負極出力端子側にかつ出力電極を前記負極出力ノード側にして前記負極出力端子と前記負極出力ノードの間に接続され、前記作動電圧が制御電極−出力電極間に印加されるように構成され、
   前記ダイオードが、前記正極出力ノードから前記正極出力端子に向かう方向を順方向として前記正極出力ノードと前記正極出力端子の間に接続され、又は前記負極出力端子から前記負極出力ノードに向かう方向を順方向として前記負極出力ノードと前記負極出力端子の間において前記トランジスタに直列接続された、直流電源装置。
6. 請求項２から４のいずれか一項に記載の直流電源装置において、前記直流出力端子が正極出力端子及び負極出力端子からなり、前記二次側出力ノードが正極出力ノード及び負極出力ノードからなり、
   前記逆入力遮断回路が、前記負極出力端子から前記負極出力ノードに向かう方向を順方向として前記負極出力端子と前記負極出力ノードの間に接続されたサイリスタを備え、前記作動電圧に基づいて前記サイリスタのゲート−カソード間にトリガ電流が通電されるように構成された、直流電源装置。
7. 請求項１に記載の直流電源装置において、前記直流出力端子が正極出力端子及び負極出力端子からなり、前記二次側出力ノードが正極出力ノード及び負極出力ノードからなり、
   前記逆入力遮断回路が、前記正極出力ノードから前記正極出力端子に向かう方向を順方向として前記正極出力ノードと前記正極出力端子の間に接続されたサイリスタ、又は前記負極出力端子から前記負極出力ノードに向かう方向を順方向として前記負極出力端子と前記負極出力ノードの間に接続されたサイリスタを備え、
   前記作動電圧が、前記スイッチング電源回路に含まれるインダクタ素子の補助巻線に発生する電圧の整流電圧であり、該整流電圧に基づいて前記サイリスタのゲート−カソード間にトリガ電流が通電されるように構成された、直流電源装置。
8. 請求項１から７に記載の直流電源装置からなるＬＥＤ点灯装置であって、前記二次側出力ノードに並列接続された出力コンデンサが電解コンデンサである、ＬＥＤ点灯装置。
9. 請求項１から８に記載の直流電源装置からなるＬＥＤ点灯装置であって、前記スイッチング電源回路が、ＬＥＤを給電するための降圧コンバータを含む、ＬＥＤ点灯装置。
   
   

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