JP5070263B2

JP5070263B2 - Ｌｅｄ点灯装置及び照明装置

Info

Publication number: JP5070263B2
Application number: JP2009209881A
Authority: JP
Inventors: 雄一郎伊藤; 信介船山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Electric Lighting Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Electric Lighting Corp
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2029-09-11
Also published as: JP2011060615A

Description

この発明は、ＬＥＤ点灯装置及びＬＥＤ点灯装置を有する照明装置に関するものである。

ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ；発光ダイオード）を点灯する場合、直接電圧源を接続すると、ＬＥＤの電圧―電流特性により、過大な電流が流れてＬＥＤが破壊する可能性がある。そこでＬＥＤに流れる電流を制限するためにＬＥＤと直列に電流制限素子、例えば抵抗やトランジスタを接続し、電流を制限して使用することが一般的である。しかしながらこのような方式では抵抗やトランジスタでの電力損失が大きく、効率低下や抵抗やトランジスタからの発熱が問題となり、近年主流になりつつあるハイパワーＬＥＤまたは高輝度ＬＥＤを用いたＬＥＤ照明器具への使用は不向きである。そこで、理想的には電力損失が発生しないインダクタを用いて電流を制限する方法がある。例えばインバータ回路を用いてＬＥＤを点灯させる方式である（例えば特許文献１）。これはインダクタＬが周波数ｆに比例して２πｆＬの誘導リアクタンスを有することを利用して電流を制限するものである。本方式よればインバータ周波数を調節してＬＥＤの明るさを調節する調光機能も可能である。

特開２００４−１１１１０４号公報

特許文献１記載の技術によれば、調光を行う場合、例えば明るさを絞る場合、インバータの駆動周波数を高くしてインダクタのインピーダンスを増加させてＬＥＤ電流を絞っている。この方式のように、単にインバータ周波数を変更して調光を行った場合、ＬＥＤの寿命、製造ばらつき、ＬＥＤ点灯装置の部品ばらつき等により、正確に調光制御を行うことが困難であり、器具によって明るさがばらつくといった問題が発生する。また、インダクタのみで調光を行う場合、インバータ周波数の変化範囲が広くなりすぎ、明るさを絞るためには、非常に高い周波数まで上昇させなければならない。このため、インバータ周波数増加に伴うスイッチング損失、スイッチングノイズの増加が増大する。

さらに特許文献１によればＬＥＤを逆並列に接続して双方向に電流を流す方式、あるいはインバータ出力にダイオードブリッジ回路を設けて一方向のみの電流を供給する方式を提案している。しかしながらこのような回路方式では、ＬＥＤ電流波形はインバータ周波数に同期した脈動波形となるため、電流の波高値が高くなり、ＬＥＤの最大絶対定格をオーバーする可能性があり、ＬＥＤの短寿命化を招く。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ＬＥＤ電流のフィードバック制御を行い、インバータを用いたＬＥＤ点灯方式において、ＬＥＤに適切な電流を供給し、明るさのばらつきを抑えた正確な調光制御を可能とするＬＥＤ点灯装置を提供することを目的とする。

この発明のＬＥＤ点灯装置は、
交流電圧を直流電圧に変換する直流電源回路と、
前記直流電源回路によって変換された前記直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路の出力側に接続されて直流成分をカットする直流カットコンデンサと、
前記直流カットコンデンサと直列に接続されたインダクタと、
前記インダクタと直列に接続された共振用の共振コンデンサと、
前記共振コンデンサと並列接続され、前記インバータ回路からの出力電流を直流電流に変換し、変換された前記直流電流を出力端子からＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）に供給する全波整流回路と、
前記ＬＥＤに流れるＬＥＤ電流に対応する対応信号を検出すると共に、前記対応信号と比較する比較対象信号を出力する比較対象信号出力装置から前記比較対象信号を入力し、前記対応信号と前記比較対象信号とを比較して比較結果を生成し、生成された前記比較結果に従って前記インバータ回路の駆動周波数を制御するフィードバック制御部と
を備えたことを特徴とする。

本発明のＬＥＤ点灯装置によれば、ＬＥＤ電流に対応する対応信号を検出し、インバータ回路をフィードバック制御するので、ＬＥＤ電流を目標電流値に保つことができる。また本発明のＬＥＤ点灯装置は共振コンデンサを備えたので、インバータ回路の駆動周波数をそれほど高くすることなくＬＥＤ電流を絞ることができる。

実施の形態１におけるＬＥＤ点灯装置１１０−１の回路図。実施の形態１におけるＬＥＤ点灯装置１１０−１の動作フロー。実施の形態１における周波数−ＬＥＤ電流特性を示す図。実施の形態１におけるＬＥＤ点灯装置１１０−１のフィードバック制御のフロー。実施の形態１におけるＬＥＤ点灯装置１１０−２の回路図。実施の形態２におけるＬＥＤ点灯装置１２０−１の回路図。実施の形態２におけるＬＥＤ点灯装置１２０−２の回路図。実施の形態２におけるＬＥＤ点灯装置１２０−３の回路図。実施の形態２におけるスイッチング素子を流れる電流の検出方式を示す図。実施の形態３におけるＬＥＤ点灯装置１３０の回路図。実施の形態３における無負荷共振特性を示す図。実施の形態３におけるスイッチ切り替えタイミングを示す図。実施の形態３におけるフェードイン点灯を示すフロー。実施の形態３におけるフェードアウト消灯を示すフロー。実施の形態５における照明装置５００の断面図。

実施の形態１．
図１は実施の形態１のＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ；発光ダイオード）点灯装置１１０−１の回路図である。なお、図１において、商用交流電源１、調光コントローラ１９（比較対象信号出力装置）、直列接続された複数のＬＥＤ１３からなるＬＥＤユニット１０６はＬＥＤ点灯装置１１０−１の構成要素ではない。

ＬＥＤ点灯装置１１０−１は、商用交流電源１より電力の供給を受けてＬＥＤ１３を点灯させる装置である。ＬＥＤ点灯装置１１０−１は、第１整流回路２、第１インダクタ３、スイッチング素子４、ダイオード５、第１平滑コンデンサ６、スイッチング素子７ａ、７ｂ、第２インダクタ８、共振コンデンサ９、第２整流回路１０（全波整流回路）、直流カットコンデンサ１１、第２平滑コンデンサ１２、ＬＥＤユニット１０６、ＬＥＤ電流検出抵抗１４（第１の抵抗）、ＬＥＤ電流検出回路１５（対応信号検知部）、誤差増幅器１７（比較部）、電圧制御発振器２０（ＶＣＯともいう）、スイッチング素子駆動回路２１（ドライバともいう）を備えている。また、誤差増幅器１７には調光コントローラ１９から目標信号１８（比較対象信号）が入力される。

（直流電源回路１０３）
第１整流回路２は、商用交流電源１から供給される交流電圧を全波整流する。第１インダクタ３、スイッチング素子４、ダイオード５、第１平滑コンデンサ６は昇圧チョッパ回路１０１を構成する。昇圧チョッパ回路１０１は第１整流回路２で全波整流された直流電圧を昇圧、平滑化する。なお。直流電圧を生成する回路構成であれば、昇圧チョッパ回路以外の回路構成でもよく、例えばコンデンサインプット形整流回路でも良い。図１に示すように、第１整流回路２と昇圧チョッパ回路１０１とは直流電源回路１０３を構成する。

（インバータ回路１０２）
スイッチング素子７ａ（第１のスイッチング素子）、スイッチング素子７ｂ（第２のスイッチング素子）は、ハーフブリッジ形のインバータ回路１０２を構成する。インバータ回路１０２は第１平滑コンデンサ６に並列接続され、直流電源回路１０３によって交流電圧から変換された直流電圧を高周波電圧に変換する。インバータ回路１０２の出力側には直流カットコンデンサ１１が接続されている。直流カットコンデンサ１１は直流成分をカットし、交流成分のみ出力する役割を果たす。なお、第１整流回路２及び第２整流回路１０は例えばダイオードブリッジ回路を構成する。

（フィードバック制御部１０５）
ＬＥＤ電流検出回路１５は、ＬＥＤ電流検出抵抗１４（第１の抵抗）を介してＬＥＤ１３を流れるＬＥＤ電流を電圧信号（対応信号の一例）として検出し、誤差増幅器１７（比較部）に入力する。誤差増幅器１７（比較部）は検出信号を目標信号１８（調光コントローラ１９から常時出力されている）と比較し、差分を増幅して出力し、電圧制御発振器２０（ＶＣＯ）に入力する。電圧制御発振器２０は誤差増幅器１７から出力された電圧信号に基づいてインバータ回路１０２を駆動する周波数信号（制御信号）をスイッチング素子駆動回路２１に出力する。図１に示すようにＬＥＤ電流検出回路１５、誤差増幅器１７、電圧制御発振器２０はフィードバック制御部１０５を構成する。スイッチング素子駆動回路２１（ドライバ）は、電圧制御発振器２０から出力される周波数信号に基づき、インバータ回路１０２（スイッチング素子７ａ、７ｂ）を駆動する。

以上、本実施の形態１に係るＬＥＤ点灯装置１１０−１の構成について説明した。次に、本実施の形態１に係るＬＥＤ点灯装置１１０−１の動作について説明する。

図２は、ＬＥＤ点灯装置１１０−１の全体動作のフローチャートである。ＬＥＤ点灯装置１１０−１に商用交流電源１が投入されると（Ｓ０１）、第１整流回路２は商用交流電源１から供給される交流電圧を整流し（Ｓ０２）、得られた直流電圧は第１インダクタ３、スイッチング素子４、ダイオード５、第１平滑コンデンサ６より構成される昇圧チョッパ回路１０１により昇圧、平滑化される（Ｓ０３）。第１平滑コンデンサ６によって平滑化された直流電源は、インバータ回路１０２のスイッチング素子７ａ、７ｂが交互にオン・オフすることによって高周波電圧に変換される（Ｓ０４）。

インバータ回路１０２によって高周波電圧に変換されると、この高周波電圧は第２インダクタ８・共振コンデンサ９を介して第２整流回路１０により再び直流電圧に変換され、ＬＥＤ１３に直流電流が供給される（Ｓ０５）。ここで、第２整流回路１０の出力端子に第２平滑コンデンサ１２を設けているので、インバータ回路１０２から出力される高周波によるリップル電流を小さくすることができ、ＬＥＤ１３に流れる電流の波高値を低く抑えて、ＬＥＤ電流の波高値が最大絶対定格電流をオーバーすることを抑制することができる。

（調光制御の動作）
次に調光制御について説明する。ＬＥＤ１３に流れる電流を小さくして明るさを絞る場合、インバータ回路１０２の駆動周波数、すなわちスイッチング素子７ａ、７ｂのスイッチング周波数を高くすることにより達成する。これはインバータ駆動周波数に比例して第２インダクタ８の誘導リアクタンスＸＬ（ＸＬ＝２πｆＬ［Ω］）が増加するからである。ここで、ｆはインバータ周波数、Ｌは第２インダクタ８のインダクタンスである。

（共振コンデンサ９による周波数上昇の抑制）
また、第２インダクタ８のみの場合、ＬＥＤ１３に流れる電流を小さくする場合、インバータ駆動周波数を非常に高く上昇させなければならず、インバータ周波数増加に伴うスイッチング損失、スイッチングノイズが増大する。そこで、第２整流回路の入力側と並列に、共振コンデンサ９を設けている。すなわち共振用の共振コンデンサ９が第２インダクタ８と直列接続されている。この共振コンデンサ９により、インバータ駆動周波数上昇に反比例して、コンデンサの容量リアクタンスＸＣ（ＸＣ＝１／（２πｆＣ）［Ω］）が減少するので、ＬＥＤ１３に印加される電圧が低下し、ＬＥＤ電流を減少させることが出来る。ここで、ｆはインバータ駆動周波数、Ｃは共振コンデンサ９の静電容量である。

図３は、第２インダクタ８のみの場合と、第２整流回路の入力側に並列に共振コンデンサ９を設けた場合の周波数上昇にともなうＬＥＤ電流値の比較の一例を示す。特性４１が共振コンデンサ９を設けた場合であり、特性４２が第２インダクタ８のみの場合である。図３では第２インダクタ８が１．５ｍＨ、共振コンデンサ９が０．０１ｕＦの場合である。このように第２整流回路１０の入力側に並列に共振コンデンサ９を設けることで、調光時のインバータ周波数の上昇を抑制してＬＥＤ電流を絞ることができる。

（ＬＥＤ電流のフィードバック制御）
図４はＬＥＤ電流のフィードバック制御のフローチャートである。次に図４を参照してＬＥＤ電流のフィードバック制御について述べる。ＬＥＤ１３に流れる電流はＬＥＤ電流検出抵抗１４及びＬＥＤ電流検出回路１５により電圧信号に変換され、誤差増幅器１７に入力される（Ｓ１０１）。また、調光コントローラ１９により設定される目標ＬＥＤ電流値の目標信号１８も誤差増幅器１７に入力されて（Ｓ１０２）、ＬＥＤ電流検出回路１５の検出信号と比較される。誤差増幅器１７は２つの電圧信号値の差を積分値として出力する（Ｓ１０３）。出力された信号は電圧制御発振器２０に入力される。電圧制御発振器２０は入力された電圧値に応じて周波数信号を出力するもので、誤差増幅器１７の出力電圧に応じてインバータ回路１０２の駆動周波数を決定し、検出電流値と目標ＬＥＤ電流値との差分が小さくなる方向にインバータ駆動周波数を制御して、フィードバック制御を行う（Ｓ１０４）。ここで、ＬＥＤ電流検出回路１５は第２整流回路１０の出力側に設けられているため、誤差増幅器１７と基準電位が異なる。このため、図５に示すように、ＬＥＤ点灯装置１１０−２では、ＬＥＤ電流検出回路１５の内部にフォトカプラ１６を設け、ＬＥＤ電流検出回路１５から誤差増幅器１７への信号伝達は、フォトカプラ１６を介して行っている。

以上のような方法によりＬＥＤ電流を検出し、フィードバック制御を行うことで、ＬＥＤ電流を目標電流値に保つことができ、ＬＥＤの寿命、製造ばらつきによる特性ばらつき、ＬＥＤ点灯回路の部品ばらつき等があっても、ＬＥＤに略一定の電流を供給することが可能となり、装置間による明るさのばらつきを抑制することができ、正確なＬＥＤの調光制御を達成できる。また、ＬＥＤ電流は第２平滑コンデンサ１２で平滑化されているため、インバータ点灯方式においてもＬＥＤのリップル電流を小さくでき、最大絶対定格電流をオーバーすることを抑制することができ、平滑化されたＬＥＤ電流のため、簡単なＬＥＤ電流検出回路で正確なＬＥＤ電流検出が可能となる。なお、ＬＥＤ電流は第２整流回路１０の入力側の交流電流から検出してもよく、例えばカレントトンランス、検出抵抗などを用いて電流検出してもよい（図示せず）。

さらに第２整流回路１０の入力側に共振コンデンサ９を設けることにより調光時のインバータ駆動周波数の上昇を抑えることができ、インバータ駆動周波数増加に伴うスイッチング損失、スイッチングノイズの増加を抑制することができる。

実施の形態２．
図６は実施の形態２のＬＥＤ点灯装置１２０−１の回路図である。実施の形態１のＬＥＤ点灯装置と同様の構成部分は説明を省略する。実施の形態１との違いは、ＬＥＤ点灯装置１２０−１では第２整流回路１０の出力側にＬＥＤ電流検出回路１５を設けず、インバータ電流検出抵抗２２（第２の抵抗）を設けたことにある。

次に、本実施の形態２に係るＬＥＤ点灯装置１２０−１の動作を説明するが、実施の形態１と同様の動作部分については説明を省略し、調光制御について説明する。ここではＬＥＤ電流を直接検出せず、インバータ電流検出抵抗２２により、インバータ回路１０２のスイッチング素子７ｂに流れる電流（以下、インバータ電流）に相当する電圧（対応信号の一例）を検出する。このインバータ電流の平均値とインバータ回路１０２に入力する電圧との積、ここでは第１平滑コンデンサ６の電圧との積をとれば、負荷側で消費される電力すなわちＬＥＤで消費される電力を算出できる。また、第１平滑コンデンサ６の電圧が一定であるとすると、インバータ電流の検出のみでインバータ回路１０２の負荷側で消費される電力を等価的に検出できる。さらに、ＬＥＤの電気的特性より、ＬＥＤの順方向電圧はＬＥＤ電流によらずほぼ一定と見なすことができるため、インバータ電流検出抵抗２２から間接的にＬＥＤ電流を検出することができる。

そこで、本実施の形態２では、ＬＥＤを調光する際、インバータ電流検出抵抗２２によりインバータ電流に対応する電圧を検出し、検出された信号（対応信号）は誤差増幅器１７に入力され、調光コントローラ１９から出力されるインバータ電流の目標信号１８（比較対象信号）と比較される。以降は実施の形態１と同様である。すなわち、誤差増幅器１７はインバータ電流検出値と目標値との差分を増幅し、増幅された信号は電圧制御発振器２０に入力される。電圧制御発振器２０は入力された電圧信号を対応する周波数信号に変換して出力するもので、誤差増幅器１７の出力電圧に応じた周波数信号を出力し、検出電流値と目標インバータ電流値との差分が小さくなる方向にインバータ駆動周波数を調整し、フィードバック制御を行う。

以上、図６に示すようにインバータ回路１０２は、第１のスイッチング素子７ａと第２のスイッチング素子７ｂとが直列接続されて構成されると共に第１のスイッチング素子７ａが直流電源回路１０３の正極側に接続され、第２のスイッチング素子７ｂを流れる電流が通過する第２のインバータ電流検出抵抗２２を介して第２のスイッチング素子７ｂが直流電源回路１０３の負極側に接続されている。フィードバック制御部１０５は、対応信号として、第２のスイッチング素子７ｂに流れる電流に対応する電圧を第２のインバータ電流検出抵抗２２から検出する。以上のような構成とすれば、インバータ電流検出値から間接的にＬＥＤ電流を検出でき、さらにインバータ電流検出信号の基準電位が誤差増幅器１７と同一であるため、検出信号を直接誤差増幅器１７に入力可能となり、実施の形態１で述べたフォトカプラ１６が不要となる。したがって制御回路の簡素化・小型化が可能となる。

図７は、図６に示した第２整流回路１０を使用しないＬＥＤ点灯装置１２０−２の構成を示す図である。ＬＥＤ点灯装置１２０−２は、複数のＬＥＤの直列接続からなる第１の直列ＬＥＤユニット１０７と複数のＬＥＤの直列接続からなる第２の直列ＬＥＤユニットであって第１の直列ＬＥＤユニット１０７と逆並列に接続された第２のＬＥＤユニット１０８とからなるＬＥＤモジュール１０９が共振コンデンサ９と並列に接続されている。ＬＥＤを逆並列状に接続して点灯させた場合は、インバータ回路１０２の交流出力電流の半波電流が直接ＬＥＤに供給されるが、本実施の形態２のＬＥＤ点灯装置１２０−２によれば、スイッチング素子７ｂの電流を検出するので、ＬＥＤの接続方式によらず、容易に電流検出及びフィードバック制御が可能となる。図７において２つのダイオードからなるダイオード部２３は、ＬＥＤへの逆電圧保護用ダイオードである。なお、図７に示すＬＥＤの接続方式においても、カレントトンランス、検出抵抗などを用いて直接ＬＥＤに流れる電流を検出してもフィードバック制御が可能であることはいうまでもない。

また図８は、図７に示した逆並列のＬＥＤ接続方式において、直接ＬＥＤに流れる電流を検出する方式のＬＥＤ点灯装置１２０−３の構成を示す図である。
ＬＥＤ点灯装置１２０−３は、図８に示すように、ＬＥＤ電流検出抵抗１４の代わりにカレントトランス３６が配置された構成である。すなわち、フィードバック制御部１０５は、ＬＥＤユニット１０７、１０８を流れるＬＥＤ電流がカレントトランス３６の２次巻線に発生させる電圧（対応信号の一例）を検出し、フィードバック制御に使用する。

また、図９は、インバータ回路１０２のスイッチング素子７ａあるいはスイッチング素子７ｂを流れる電流を検出する２方式を説明する図である。図９（ａ）は、図６、図７に示した方式である。図９（ａ）の方式は、スイッチング素子７ｂ（第２のスイッチング素子）を流れる電流を検出する方式である。この方式に限らず、図９（ｂ）に示す方式でもよい。図９（ｂ）に示す方式は、スイッチング素子７ａ（第１のスイッチング素子）を流れる電流を検出する方式である。このように、フィードバック制御部１０５は、図９（ａ）あるいは図９（ｂ）の方式によってスイッチング素子７ａとスイッチング素子７ｂとのいずれかに流れる電流に対応する電圧をインバータ電流検出抵抗２２から検出し、この検出結果に基づきフィードバック制御をすることができる。

本実施の形態２のＬＥＤ点灯装置によれば、ＬＥＤの寿命、製造ばらつきによる特性ばらつき、ＬＥＤ点灯回路の部品ばらつき等があっても、ＬＥＤに略一定の電流を供給することが可能となり、装置間による明るさのばらつきを抑制することができ、正確なＬＥＤの調光制御を達成する。

実施の形態３．
図１０は、実施の形態３のＬＥＤ点灯装置１３０の回路図である。実施の形態１のＬＥＤ点灯装置との違いは、抵抗２６、コンデンサ２７、抵抗２８、及び例えばトランジスタなどによって実現されるスイッチ手段２４、２５を設けたことである。ここでは、点灯始動時、消灯時の回路動作について述べる。その他、回路構成等、実施の形態１と同様の部分については説明を省略する。

ＬＥＤユニット１０６が消灯状態のとき、商用交流電源１投入または調光コントローラ１９などにより、ＬＥＤ１３のオンを指示する信号（点灯指示信号）が出力された場合、ＬＥＤ１３が瞬時に定格（全光）点灯状態または目標電流値で点灯すると、人は瞬間的に眩しさを強く感じ、不快感を得る。そのため電源投入時の点灯初期は明るさを絞った調光状態または下限ＬＥＤ電流値から点灯し、時間経過とともに明るく点灯する、いわゆるフェードイン点灯方式が求められる。

そこで本実施の形態３においては、商用交流電源１投入時または調光コントローラ１９などにより点灯を指示する信号が出力された場合、インバータ駆動周波数をＬＥＤ１３が点灯しない十分高い周波数で駆動させ、その後、時間経過とともにインバータ駆動周波数を下げて目標電流値で動作を行う。

インバータ駆動周波数が十分高い状態とは、第２インダクタ８、及び共振コンデンサ９からなる直列共振回路の共振周波数ｆｏから十分外れた領域、すなわち図１１に示す共振カーブのａ点の周波数でインバータ回路１０２を駆動することである。この状態においては共振コンデンサ９にはＬＥＤを点灯させるに十分な電圧が発生しないため、第２整流回路１０を介して共振コンデンサ９と並列に接続されたＬＥＤ１３は点灯しない。

この状態から徐々に周波数を下げていくと（図１１の矢印の方向）、共振点ｆｏに近づく方向となり、共振コンデンサの電圧が上昇し、所定の周波数において調光状態で点灯することとなる。その後ＬＥＤ電流が調光コントローラ１９により設定された目標レベルとなるまでインバータ駆動周波数を下げて、目標信号レベルになると、以後その状態で点灯を維持する。

このようにインバータ駆動周波数を第２インダクタ８と共振コンデンサ９からなる直列共振回路の共振周波数より外れた高い周波数から徐々に周波数を下げる制御を行うことにより、瞬時に目標設定レベルで点灯することによる眩しさを抑制することができる。

次に図１２〜図１４を参照してフェードイン点灯、フェードアウト消灯の動作を説明する。図１２は、スイッチの切り替えタイミングを示す図である。図１３、図１４はフェードイン点灯、フェードアウト消灯の動作フローである。商用交流電源１投入による点灯指示信号、または調光コントローラ１９により点灯指示信号が出力された場合（Ｔ＝ａ）（Ｓ２０１）、スイッチ手段２４、スイッチ手段２５はオフ状態となる（Ｓ２０２）。すなわち、スイッチ手段２４、スイッチ手段２５は点灯指示信号が出力されるとオフ状態となるように構成されている。これにより目標信号１８に基づく電圧が抵抗２８、抵抗２６を介してコンデンサ２７に充電される。ここで、抵抗２６の値を十分大きな値とすることにより、コンデンサ２７への充電時間が長くなり、コンデンサ２７の電圧は徐々に増加していく（Ｓ２０３）。

したがって誤差増幅器１７に入力される目標ＬＥＤ電流値の信号はコンデンサ２７の充電に伴って徐々に増加していくことによりフェードイン点灯し、徐々に明るくなる。電源投入直後はコンデンサ２７の電圧がゼロであるため、目標ＬＥＤ電流もゼロとなり、インバータ回路１０２はＬＥＤが点灯しない十分高い周波数で駆動することとなる。また、電源投入後コンデンサ２７の電圧が目標信号１８の電圧レベルまで到達する時間は、抵抗２８、２６の合成抵抗値Ｒとコンデンサ２７の静電容量Ｃできまり、およそ５×Ｃ×Ｒ［秒］である。コンデンサ２７の電圧が目標信号レベルに到達後（Ｔ＝ｂ）、スイッチ手段２４はオン状態となる（Ｓ２０４）（オン状態となるように構成されている）。これは目標信号１８が変化した場合の応答速度を向上させるためである。

以上のように、電源投入時または調光コントローラ１９から点灯を指示する信号が出力された場合、誤差増幅器１７に入力されるＬＥＤの目標電流値を徐々に増加させていくことにより、フェードイン点灯を行う。これにより点灯初期に瞬時に目標ＬＥＤ電流値で点灯することによる眩しさを低減することができる。

また、同様の原理によりに、ＬＥＤが目標設定レベルの明るさで点灯状態のとき、調光コントローラよりＬＥＤを消灯する信号が出力された場合、インバータ駆動周波数を時間経過とともに高くしていくことにより、徐々に明るさを絞って消灯する、いわゆるフェードアウト消灯させることが出来る。これによりＬＥＤ消灯時、瞬時にＬＥＤが暗くなることを防ぐ。

この動作について図１２のスイッチ切り替え参照して説明する。調光コントローラ１９により消灯を指示する信号がＴ＝ｃの時点で出力されたとすると（Ｓ３０１）、スイッチ手段２４はオフ、スイッチ手段２５はオンとなる（Ｓ３０２）。これにより目標信号１８の電圧は抵抗２８を介して短絡され誤差増幅器１７への入力はゼロとなり、コンデンサ２７に充電された電荷は抵抗２６を介して放電される。このとき抵抗２６の値が十分大きければ、コンデンサ２７の放電はゆっくり行われ、コンデンサ２７の電圧は徐々に下がる（Ｓ３０３）。これに追従してインバータ駆動周波数は、ＬＥＤ電流を絞るため徐々に上昇していく。時間経過とともにコンデンサ２７の電圧がゼロになると、ＬＥＤは消灯する（Ｓ３０４）。

以上のようにコンデンサ２７の電圧を徐々に低下させることにより、目標ＬＥＤ電流が徐々に低下することになり、インバータ周波数がこれに追従してフィードバックされ、フェードアウト消灯することとなる。

以上のようにインバータ駆動周波数を制御すれば、容易にフェードイン点灯、フェードアウト消灯が可能となり、点灯時・消灯時の不快感を抑制することができる。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４は、実施の形態１に示す回路構成と同一構成であり、第２インダクタ８、共振コンデンサ９の定数設定について述べる。その他、回路構成・回路動作等は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

図１で示した回路構成の第２インダクタ８、共振コンデンサ９はＬＣ直列共振回路を構成し、ＬＥＤ１３が接続されていない場合、図１１に示したような共振特性となる。図１１において、第２インダクタ８のインダクタンスをＬ、共振コンデンサ９の静電容量をＣとすると、周波数がｆｏ＝１／（２π（ＬＣ）^１／２）となるとき、共振周波数となり、共振コンデンサ９には最大電圧が発生する。

このような回路構成において、インバータ駆動周波数が共振周波数ｆｏより低い動作周波数でＬＥＤを点灯させた場合、何らかの原因によりＬＥＤが故障し、オープン状態となった場合、インバータ回路１０２は進相領域で動作するため、インバータ回路１０２が破壊する恐れがある。また、インバータ駆動周波数が共振周波数ｆｏ付近で動作し、同様にＬＥＤがオープン故障した場合、共振コンデンサ９に過大な電圧が発生し、共振コンデンサ９、第２平滑コンデンサ１２が過電圧により破壊する恐れがある。

そこで本実施の形態４では、全光時のインバータ駆動周波数ｆｍを１／１／（２π（ＬＣ）^１／２）より高くなるように第２インダクタ８、共振コンデンサ９の値を決定する。このように１／（２π（ＬＣ）^１／２）＜ｆｍと設定することで何らかの原因でＬＥＤがオープン故障してもインバータ周波数は遅相領域で動作し、共振周波数より高い周波数で動作しているので共振コンデンサ９に過大な電圧が発生せず、ＬＥＤ点灯装置の破壊を防ぐことが出来る。また、調光時は全光時より高い周波数で動作するため、問題ない。

以上のように、インバータ駆動周波数が第２インダクタ８、共振コンデンサ９の直列共振周波数以下の低い周波数で動作させることを避けることにより、ＬＥＤ故障時のＬＥＤ点灯回路の破壊を抑制することができる。

実施の形態５．
図１５は、実施の形態５のＬＥＤ照明装置５００の側断面図である。ＬＥＤ照明装置５００の照明装置本体２９の内部には、実施の形態１〜４で説明したいずれかのＬＥＤ点灯装置が収納されており、電源線３１、コネクタ３２を介して電源に接続される。ＬＥＤ３３は照明装置本体２９の発光面に装着され、配線３４によりＬＥＤ点灯装置３０に接続され、ＬＥＤ照明装置５００を形成する。

実施の形態５に係るＬＥＤ照明装置５００によれば、ＬＥＤの寿命、製造ばらつきによる特性ばらつき、ＬＥＤ点灯回路の部品ばらつき等があっても、ＬＥＤに略一定の電流を供給することが可能となり、装置間による明るさのばらつきを抑制することができ、正確なＬＥＤの調光点灯を達成するものである。

１商用交流電源、２第１整流回路、３第１インダクタ、４スイッチング素子、５ダイオード、６第１平滑コンデンサ、７スイッチング素子、８第２インダクタ、９共振コンデンサ、１０第２整流回路、１１直流カットコンデンサ、１２第２平滑コンデンサ、１３ＬＥＤ、１４ＬＥＤ電流検出抵抗、１５ＬＥＤ電流検出回路、１６フォトカプラ、１７誤差増幅器、１８目標信号、１９調光コントローラ、２０電圧制御発振器、２１スイッチング素子駆動回路、２２インバータ電流検出抵抗、２３ダイオード部、２４スイッチ手段、２５スイッチ手段、２６抵抗、２７コンデンサ、２８抵抗、２９照明装置本体、３０ＬＥＤ点灯装置、３１電源線、３２コネクタ、３３ＬＥＤ、３４配線、１０１昇圧チョッパ回路、１０２インバータ回路、１０３直流電源回路、１０５フィードバック制御部、１０６，１０７，１０８ＬＥＤユニット、１０９ＬＥＤモジュール、１１０−１，１１０−２，１２０−１，１２０−２，１２０−３，１３０ＬＥＤ点灯装置、５００照明装置。

Claims

交流電圧を直流電圧に変換する直流電源回路と、
前記直流電源回路によって変換された前記直流電圧を高周波電圧に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路の出力側に接続されて直流成分をカットする直流カットコンデンサと、
前記直流カットコンデンサと直列に接続されたインダクタと、
前記インダクタと直列に接続された共振用の共振コンデンサと、
前記共振コンデンサと並列接続され、前記インバータ回路からの出力電流を直流電流に変換し、変換された前記直流電流を出力端子からＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇ
Ｄｉｏｄｅ）に供給する全波整流回路と、
前記全波整流回路の出力側に配置され、前記ＬＥＤに流れるＬＥＤ電流に対応する対応信号を検出する対応信号検出部と、
前記対応信号検出部によって検出された前記対応信号と比較する比較対象信号を出力する比較対象信号出力装置から前記比較対象信号を入力し、前記対応信号と前記比較対象信号とを比較して比較結果を生成し、生成された前記比較結果に従って前記インバータ回路の駆動周波数を制御するフィードバック制御部と
を備えたことを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
前記対応信号検出部は、
前記ＬＥＤ電流が通過することにより電圧を発生する抵抗であり、
前記フィードバック制御部は、
前記対応信号として、前記抵抗に発生した電圧を、前記比較対象信号と比較することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯装置。
請求項１または２のいずれかに記載のＬＥＤ点灯装置を備えた照明装置。