JP6797533B2

JP6797533B2 - Ｌｅｄ電源装置

Info

Publication number: JP6797533B2
Application number: JP2016030756A
Authority: JP
Inventors: 文明橋本; 一露石田
Original assignee: パワーサプライテクノロジー株式会社
Priority date: 2016-02-22
Filing date: 2016-02-22
Publication date: 2020-12-09
Anticipated expiration: 2036-02-22
Also published as: JP2017152080A

Description

本発明は、商用施設等に設置されたＬＥＤ照明などのＬＥＤ負荷に対して用いられるＬＥＤ電源装置に関し、電源を切ることなくＬＥＤ負荷を交換する場合や短絡故障時の負荷電流を抑制することが可能なＬＥＤ電源装置に関する。

近年、ショッピングモール等の商用施設等においては、省電力化の要請やメンテナンス費用の削減のために、ＬＥＤを光源に使用したＬＥＤ照明が積極的に導入されている。このようなＬＥＤ照明は、例えば、図７（ａ）に示されるように、商用電源１００に対して並列に接続された複数のＬＥＤ電源装置１０１を用い、それぞれのＬＥＤ電源装置１０１にＬＥＤ照明１１０（ＣＯＢＬＥＤのような複数個のＬＥＤを直列または並列または直並列に接続したＬＥＤモジュール）を接続して、複数のＬＥＤ照明１１０を同時に点灯するようにしている。

それぞれのＬＥＤ電源装置１０１は、例えば、図７（ｂ）に示されるように、商用交流電源（例えば、ＡＣ１００Ｖ）１００に接続し、この商用電源からのノイズ（高調波電流）の流入や電源装置内部からのノイズ（高調波電流）の流出を防止するノイズフィルタ（ラインフィルタ）１０２と、このノイズフィルタ１０２の出力を整流して直流に変換する整流回路１０３と、整流回路１０３の出力電圧を昇圧すると共に入力電流波形が入力電圧波形と同位相となるように力率を改善するＰＦＣ回路（力率改善回路）１０４と、ＰＦＣ回路１０４からの出力電圧をＬＥＤ照明に必要な制御電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１０５と、を有し、このＤＣ／ＤＣコンバータ１０５の二次側に二次電圧が印加される出力コンデンサ３を設け、この出力コンデンサ３に対して並列にＬＥＤ照明１１０を接続し、出力コンデンサ３を介して一定電流をＬＥＤ照明１１０に供給するようにしている。

このような構成においては、各ＬＥＤ電源装置１０１の出力端間の無負荷電圧Ｖｏは、ＬＥＤ１個当たりの順電圧のバラつきや、直列に接続するＬＥＤの個数の変更を見越して、ＬＥＤの最大直列個数で必要となる電圧よりも高めに設定してある。
このため、ＬＥＤ照明１１０の内部で断線が生じると、ＬＥＤ電源装置１０１の出力端子は開放状態となり、出力端子間の電圧は、無負荷電圧Ｖｏとなり、ＬＥＤ照明が正常である場合にクランプされていた出力端子間の電圧（以下、クランプ電圧Ｖｃという）よりも高くなる。

したがって、電源を切ることなくＬＥＤ照明１１０を交換するために、そのＬＥＤ照明１１０をＬＥＤ電源装置１０１から一旦取り外し、その後、取り付けたいＬＥＤ照明１１０をＬＥＤ電源装置１０１に接続すると、ＬＥＤ照明１１０にかかる電圧Ｖｆは、図８（ｂ）に示すようになり、ＬＥＤ電源装置１０１の開放時の出力電圧ＶｏとＬＥＤ照明１１０を取り付けた際のクランプ電圧Ｖｃとの電位差により、一時的に大きな突入電流（インラッシュ電流）がＬＥＤ照明１１０に流れ、ＬＥＤ照明１１０を破損させる恐れがある。

このような突入電流によるＬＥＤ照明１１０の破損を避けるためには、電源スイッチを切って電力供給を停止し、ＬＥＤ照明１１０を交換した後に電源スイッチを投入すれば、ＬＥＤ照明に流れる電流Ｉfの変化は、図８（ａ）で示す通常の電源投入時の電流変化となり、ＬＥＤ照明１１０に大きな負荷をかけることはなくなるが、電力供給の停止は、同じ電源ラインに接続されている他の電源装置をも停止させることになるので、広範囲でＬＥＤ照明が消灯し、商用施設等においては現実的なやり方ではない。

そこで、従来においては、電源を切ることなくＬＥＤ負荷の開放状態からＬＥＤ負荷がいきなりＬＥＤ電源装置に接続された場合でも、許容される最大電流以上の負荷電流が流れないように負荷電流を制限してＬＥＤ負荷を保護するＬＥＤ電源装置が提案されている（特許文献１参照）。
これは、電源電力によって充電された出力コンデンサに対してＬＥＤ負荷を並列に接続する電源装置において、ＬＥＤ負荷に直列接続された電流制限抵抗と、この電流制限抵抗の両端を結ぶスイッチング素子と、ＬＥＤ負荷に流れる負荷電流値を検出する負荷電流検出用の抵抗と、電源装置からＬＥＤ負荷が取り外された状態でスイッチング素子をオフ状態に維持し、ＬＥＤ負荷の接続直後に負荷電流を電流制限抵抗に流し、負荷電流が基準値まで減衰した後にスイッチング素子をオン状態にして電流制限抵抗の両端を短絡させるようにしたものである。

特開２０１２−１９０５９０号公報

しかしながら、ＬＥＤ照明の接続時に生じる突入電流を効果的に抑えるために、ＬＥＤ負荷に対して直列接続される電流制限抵抗は大きな抵抗値に設定されているので、負荷電流が電流制限抵抗に流れている途中でスイッチング素子をオン状態にすると、電流制限抵抗の端子間で生じていた電位差が急激に小さくなり（スイッチング素子の抵抗を考えなければ電位差がなくなり）、この電圧変化によりＬＥＤ照明に瞬間的な突出電流が流れ、フリッカーを引き起こす不都合がある。

また、スイッチング素子がオン状態になった後は、ＬＥＤ照明を接続する電源端子間が再び開放状態になるまではスイッチング素子のオン状態が維持されるので、ＬＥＤ照明が短絡故障を起こした場合には、スイッチング素子や負荷電流を検出するために設けられた電流検出用の抵抗に過大な電流が流れ、スイッチング素子にダメージを与えたり、抵抗を発熱させて出火させたりする恐れが懸念される。

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、電源が投入されている時にＬＥＤ負荷を電源装置に接続した際の突入電流を抑えつつ、フリッカーの発生をも抑えることが可能なＬＥＤ電源装置を提供することを主たる課題としている。また、このような機能を備えた上でＬＥＤ照明の短絡故障において、電源装置の各素子の破損を防ぐと共に出火する恐れを無くすことが可能なＬＥＤ電源装置を提供することをも課題としている。

上記課題を達成するために、本発明に係るＬＥＤ電源装置は、電源電力によって充電される出力コンデンサを備え、この出力コンデンサに対して並列に接続されるLED負荷に負荷電流を供給するLED電源装置であって、
前記LED負荷に直列接続されて該LED負荷に流れる負荷電流を抑制する電流抑制回路と、
前記電流抑制回路をバイパスするバイパス経路に設けられたスイッチング素子と、
前記負荷電流の有無を検出する電流検出回路と、
前記バイパス経路上で前記スイッチング素子に対して直列に接続されて前記電流検出回路の検出動作を継続させる電流継続素子と、
前記電流検出回路の出力により前記スイッチング素子をオーバーシュート抑制回路を介してオン、オフさせるドライバと、
前記LED負荷を取り付ける端子間の電圧が所定電圧以下に低下したことを検出した場合に、前記スイッチング素子を強制的にオフ状態とする短絡検出回路と、を有し、
前記オーバーシュート抑制回路は、前記バイパス経路を流れる電流を漸増させるように前記スイッチング素子の制御信号を漸増させる機能を備え、
前記電流検出回路により前記負荷電流がないことを検出した場合に、前記スイッチング素子をオフ状態に維持し、
前記LED負荷が接続されて前記電流検出回路により前記負荷電流が流れ始めたことを検出した場合に、前記負荷電流を前記電流抑制回路に流した後に、前記機能が動作し、前記スイッチング素子をON状態として前記電流抑制回路の両端を前記スイッチング素子及び前記電流継続素子を介して短絡させることを特徴としている。

したがって、ＬＥＤ負荷が内部で断線した場合やＬＥＤ負荷を電源装置から取外した場合には、負荷電流が流れないので、電流検出回路により負荷電流がないことが検出され、スイッチング素子はオフ状態に維持される。
この状態においては、電源装置は開放状態となり、出力端子間の電圧は、正常なＬＥＤ負荷がクランプされていた時の出力端子間の電圧よりも高くなる（無負荷電圧Ｖｏとなる）。

その後、ＬＥＤ照明を電源装置に接続すると、電源装置の開放時の出力電圧ＶｏとＬＥＤ負荷を取り付けた際のクランプ電圧Ｖｆとの電位差により、一時的に大きな突入電流（インラッシュ電流）がＬＥＤ負荷に流れようとするが、ＬＥＤ負荷を取り付けた直後は、スイッチング素子がオフ状態であるので、負荷電流はＬＥＤ負荷に直列に接続された電流抑制回路を流れ、突入電流が抑制される。

そして、負荷電流が電流抑制回路を流れた後に、スイッチング素子はオン状態へ移行するので、負荷電流はスイッチング素子を介してバイパス経路を流れ、電流抑制回路を短絡させる。
この際、電流抑制回路が短絡することで電圧変動が生じ得るが、電流検出回路によりＬＥＤ負荷が接続されて負荷電流が流れ始めたことを検出した場合に、オーバーシュート抑制回路により、スイッチング素子を介してバイパス経路に流れる電流を漸増させるので、負荷電流が電流抑制回路を流れている状態からスイッチング素子を流れる状態に切り替えられた場合でも、負荷電流は、大きく突出することはなくなり、フリッカーを抑えることができる程度に小さく抑えることが可能となる。

なお、本発明は、バイパス経路に、電流検出回路の検出動作を継続させる電流継続素子、すなわち、スイッチング素子のオン状態を維持させる抵抗素子を設けたことをも特徴としている。
スイッチグ素子は、電流抑制回路を短絡させるものであるので、スイッチング素子自体の抵抗は非常に小さい。そこで、負荷電流の検出を持続させてスイッチング素子のオン状態を継続させるためには、負荷電流がスイッチング素子を流れている場合でも的確に電流が流れていることを把握する必要がある。このため、電流検出に必要な最小限度の抵抗値を備えた電流継続素子（例えば、抵抗素子）をバイパス経路にスイッチング素子と直列に設けるようにしている。

また、前記オーバーシュート抑制回路は、スイッチング素子としてＦＥＴが用いられる場合には、ＦＥＴのゲート端子に接続された時定数回路で構成するとよい。

ところで、負荷電流がないことを検出した場合に、スイッチング素子をオフ状態に維持し、ＬＥＤ負荷が接続された場合にスイッチング素子をオン状態にして電流抑制回路を短絡させ、以後、スイッチング素子のオン状態を維持する構成においては、ＬＥＤ負荷が短絡すると、過大な短絡電流がスイッチング素子を介して流れ、スイッチング素子に過大な負荷を与え、また、短絡電流が流れるライン上に電流検出用の抵抗が設けられていると、その抵抗が発熱し、最悪の場合には出火する不都合が懸念される。

そこで、本発明においては、ＬＥＤ負荷を取り付ける端子間の電圧を検出する出力電圧検出回路と、出力電圧検出回路でＬＥＤ負荷を取り付ける端子間の電圧が所定電圧以下に低下したことを検出した場合に、スイッチング素子を強制的にオフ状態にする短絡検出回路をさらに設けるようにしてもよい。

このような構成によれば、出力電圧検出回路でＬＥＤ負荷が短絡した際の出力電圧の低下が検出されると、スイッチング素子を強制的にオフ状態にするので、電流抑制回路の短絡状態が解除され、負荷電流は電流抑制回路を流れることになり、短絡電流を小さく抑えることが可能となる。
この際、電流抑制回路をポジスタで構成することが好ましく、このような構成とすることで、過大な電流がポジスタに流れて発熱するとポジスタの抵抗値は増大するので、短絡電流を一層小さく抑えることが可能となる。

以上述べたように、本発明によれば、電源が投入されている状態でＬＥＤ負荷が取り付けられる場合において、負荷電流を電流抑制回路に流すことで突入電流を小さくすることができ、また、オーバーシュート抑制回路を設けることで、負荷電流が電流抑制回路を流れた後にスイッチング素子を介してバイパス経路を流れる状態に切り替えられる場合でも、スイッチング素子を介して流れる電流は、負荷電流が流れ始めると漸増するので、スイッチング素子による電流経路の切り替え時に、負荷電流が瞬間的に大きく突出することはなくなり、フリッカーの発生を抑えることが可能となる。

また、短絡検出回路を設けているので、出力端子間で短絡が発生した場合には、電流抑制回路の短絡状態が解除されて負荷電流は電流抑制回路を強制的に流れ、短絡電流を小さく抑えることが可能となる。
この際、電流抑制回路をポジスタで構成することで、電流抑制回路に過大な電流が流れて発熱すると抵抗値が増大するので、短絡電流を一層小さく抑えることができ、電源装置の各部品の発熱を抑えると共に、電源装置の出火の恐れを無くすことが可能となる。
さらに、バイパス経路に、電流検出回路の検出動作を継続させる電流継続素子をスイッチング素子に対して直列に設けたので、負荷電流がスイッチング素子を流れている場合でも的確に電流が流れていることを把握することができ、負荷電流の検出を持続させてスイッチング素子のオン状態を継続させることが可能となる。しかも、出力端子間で短絡が発生した場合には、電流抑制回路の短絡状態が解除されて負荷電流（短絡電流）を電流抑制回路に強制的に流すので、バイパス経路に設けられる電流継続素子に短絡電流が流れて出火させる不都合やスイッチング素子に過大な負荷を与える不都合がなくなり、耐久性や安全面において優れたＬＥＤ電源装置を提供することが可能となる。

本発明に係るＬＥＤ電源装置の構成例を示すブロック図である。本発明に係るＬＥＤ電源装置の構成例を示す回路図である。図３（ａ）は、本発明に係るＬＥＤ電源装置における通常の電源投入時の動作を説明する回路図であり、図３（ｂ）は、電源投入時のＬＥＤ照明にかかる順方向電圧ＶｆとＬＥＤ照明を流れる電流Ｉｆの変化を示す線図である。図４は、本発明に係るＬＥＤ電源装置からＬＥＤ照明を取り外した場合の動作を説明する回路図である。図５（ａ）は、本発明に係るＬＥＤ電源装置に電源が投入されている状態でＬＥＤ照明を取り付けた場合の動作を説明する回路図であり、図５（ｂ）は、ＬＥＤ照明を取り付けた場合のＬＥＤ照明にかかる順方向電圧ＶｆとＬＥＤ照明を流れる電流Ｉｆの変化を示す線図である。図６は、本発明に係るＬＥＤ電源装置の出力端子間で短絡が生じた場合の動作を説明する回路図である。図７（ａ）は、ＬＥＤ電源装置とＬＥＤ照明との一般的な接続構成例を説明する図であり、図７（ｂ）は、従来のＬＥＤ電源装置の一例を示す概略構成図である。図８（ａ）は、従来のＬＥＤ電源装置における電源投入時のＬＥＤ照明にかかる順方向電圧ＶｆとＬＥＤ照明を流れる電流Ｉｆの変化を示す線図であり、図８（ｂ）は、従来のＬＥＤ電源装置に電源が投入されている状態でＬＥＤ照明を取り付けた場合のＬＥＤ照明にかかる順方向電圧ＶｆとＬＥＤ照明を流れる電流Ｉｆの変化を示す線図である。

以下、本発明に係るＬＥＤ電源装置の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施形態に係るＬＥＤ電源装置のＤＣ／ＤＣ変換回路より二次側の回路構成例を示すブロック図である。

図１において、絶縁型フライバックコンバータからなるＤＣ／ＤＣコンバータのトランス１は、ダイオード２を介して二次側の直流電圧が出力コンデンサ３に印加するように構成されている。
この出力コンデンサ３に対して、ＣＯＢＬＥＤのような複数個のＬＥＤを直列または並列または直並列に接続したＬＥＤモジュールからなるＬＥＤ照明１１０が並列に接続されており、出力コンデンサ３を介して一定電流（例えば、０．５Ａ）が流れるようになっている。

出力コンデンサ３とＬＥＤ照明１１０との間には、ＬＥＤ照明に流れる電流の変動を抑制する制御回路１０６が設けられ、この制御回路１０６は、ＬＥＤ照明１１０が接続される端子間を流れる電流の有無を検出する電流検出回路１０と、この電流検出回路１０での検出結果に応じて駆動信号（例えばDC10Vと0Vの切替）を生成するドライバ２０とを備える。したがって、電流検出回路１０により、電源が投入されたか否か、電源投入時においてＬＥＤ照明１１０が取り外され、又は、ＬＥＤ照明１１０の内部が断線して端子間が開放状態になったか否か、電源投入時において端子間の開放状態からＬＥＤ照明１１０が取り付けられたか否か等が検出される。

また、制御回路１０６には、ＬＥＤ照明１１０に流れる突入電流を抑制する突入電流抑制回路３０がＬＥＤ照明１１０に対して直列に接続され、この突入電流抑制回路３０の両端を結ぶバイパス経路５に、前記ドライバ２０からの駆動信号に応じてこのバイパス経路５を導通させて突入電流抑制回路３０を短絡させるスイッチング素子４０と、このスイッチング素子４０に対して直列に接続されて前記電流検出回路１０の検出動作を継続させる電流継続素子５０とが設けられている。

さらに、制御回路１０６には、トランス１の二次側の出力電圧（ＬＥＤ照明１１０を接続する端子間の電圧に相当）を検出する出力電圧検出回路６０と、出力電圧の有無や電源投入の有無に応じて、スイッチング素子４０へのドライバ２０からの駆動信号の導入タイミングを制御するオーバーシュート抑制回路７０と、電源投入時においてＬＥＤ照明１１０が短絡故障したことを検出してスイッチング素子４０を制御する短絡検出回路８０とを備えている。

図２において、図１の制御回路１０６の各回路ブロックの内部構成を、簡略化して示した回路構成例が示されている。

突入電流抑制回路３０は、ＬＥＤ照明と直列に接続された抵抗素子Ｒ１で構成してもよく、特にこの例では、ポジスタが用いられている。

スイッチング素子４０は、抵抗素子Ｒ１に対して並列に接続されたＭＯＳ型のＦＥＴ：Ｑ１で構成してもよく、また、電流継続素子５０は、抵抗素子Ｒ２によって構成してもよい。Ｑ１とＲ２は、Ｒ１の両端を結ぶバイパス経路５に直列に設けられ、Ｑ１のゲート端子は、後述するドライバ２０にオーバーシュート抑制回路７０を介して接続され、Ｑ１のドレインは、ＬＥＤ照明１１０とＲ１との間に接続され、Ｑ１のソースは、Ｒ２に接続されている。

Ｒ１の抵抗値は、ＬＥＤ電源装置１０１がオン状態で、無負荷の開放状態からＬＥＤ照明１１０を接続した負荷接続状態に移行した場合の突入電流を、ＬＥＤ照明１１０に流れる負荷電流の許容最大電流以下となるように設定され、この例では、突入電流のピーク値が駆動電流（０．５Ａ）に対して大幅に大きくならないように、３３Ωに設定してある。

電流検出回路１０は、基準電圧を−入力端子に印加し、ＬＥＤ照明１１０と突入電流抑制回路（抵抗素子Ｒ１）３０との間の電圧（ノード電圧Ｖn1）を＋入力端子に入力してこれらの電圧差を増幅するオペアンプ（ＡＭＰ）によって構成してもよい。
このオペアンプにより、ＬＥＤ照明が接続端子間に接続されている状態で電源がＯＮ／ＯＦＦされたことを、また、電源が投入されている状態で、ＬＥＤ照明が取り外されたことや、ＬＥＤ照明が取り付けられたことなどが検出される。

したがって、電流の有無を的確に検出するためには、Ｑ１がＯＮ状態となってＲ１を短絡させた場合においても、ノード電圧Ｖn1がオペアンプ（ＡＭＰ）を作動させる程度に高められる必要がある。Ｒ２は、突入電流抑制回路３０を短絡させる上では本来であれば無い方が好ましいが、Ｒ２を設けない場合には、Ｑ１がＯＮ状態になると、バイパス経路５上の抵抗がほとんどなくなるので電流の有無を検出することが困難となる。そこで、Ｑ１がＯＮ状態である場合でもバイパス経路５を流れる電流の有無（負荷電流の有無）を検出することができるようにＲ２を設け、このＲ２の抵抗値を、突入電流抑制回路３０の短絡状態を阻害しないように、電流検出回路１０を適切に作動させて後述するドライバ２０によるＱ１のＯＮ状態（Ｒ１をバイパスして電流が流れる状態）を継続させることができる最小限の大きさ（例えば、１Ω）に設定するようにしている。

ドライバ２０は、電流検出回路１０の出力側に接続され、バイポーラ型のＮＰＮ型（Ｐ型）のトランジスタＱ２とＰＮＰ型（Ｎ型）のトランジスタＱ３とを含む。ドライバ２０の出力端子は、オーバーシュート抑制回路７０の時定数回路を構成する抵抗Ｒ３を介してＱ１のゲート端子に接続されている。したがって、電流検出回路１０で電流が流れていることを検出した場合には（ＡＭＰからの出力電圧がトランジスタを作動させる程度に大きくなった場合には）、Ｑ２をＯＮさせてスイッチング素子４０（ＦＥＴ：Ｑ１）をＯＮ状態にし、また、電流が流れていないことを検出した場合には、Ｑ３をＯＮさせてスイッチング素子４０（ＦＥＴ：Ｑ１）をＯＦＦ状態にする。

出力電圧検出回路６０は、ＬＥＤ照明１１０の接続端子間において、電圧検出抵抗Ｒ４，Ｒ５とこれに直列接続されたツェナーダイード：ＺＤとをＬＥＤ照明１１０に対して並列に接続し、また、トランス１の出力端子間において、正側直流電源ラインからＰＮＰ型トランジスタＱ４、抵抗Ｒ６、及びコンデンサＣ１を直列に接続した直列回路を出力コンデンサ３に対して並列に接続して構成してもよい。ツェナーダイードＺＤのアノードは負側直流電源ライン(Vn1)に接続され、抵抗Ｒ４，Ｒ５は正側直流電源ラインとツェナーダイードＺＤのカソードとの間に接続されている。また、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５の間はトランジスタＱ４のベースに接続され、Ｑ４のエミッタを正側直流電源ラインに接続し、Ｑ４のコレクタを抵抗Ｒ６に接続している。したがって、Ｒ４は、Ｑ４のベース・エミッタ間の抵抗であり、Ｒ５は、ＺＤの電流制限抵抗である。ここで、ＺＤの降伏電圧は、ＬＥＤ照明の内部が短絡して出力電圧が非常に低くなったことを検出できる程度の適当な電圧（例えば、３０Ｖ）に設定してある。

よって、ＬＥＤ照明１１０が接続されていて電源が投入された場合や、電源が投入されている状態でＬＥＤ照明１１０が取り外された場合やＬＥＤ照明が再接続された場合には、ＺＤはＯＮ状態（電流が流れる状態）となり、Ｑ４はオン状態となり、Ｒ６とＣ１との間のノード電圧は徐々に高められる。また、ＬＥＤ照明１１０が故障して出力端子間が短絡した場合には、ツェナーダイードＺＤはＯＦＦ状態（電流が流れない状態）となり、Ｑ４はオフ状態となる。

オーバーシュート抑制回路７０は、コンパレータＣＭＰ１とコンデンサＣ２及び抵抗Ｒ３とから構成するようにしてもよい。
コンパレータＣＭＰ１は、出力端子がコンデンサＣ２を介してスイッチング素子４０を構成するＦＥＴ：Ｑ１のゲート端子に接続され、＋入力端子が基準電位に固定され、−入力端子が出力電圧検出回路６０の抵抗Ｒ６とコンデンサＣ１との間に接続されている。Ｒ３は、ドライバ２０の出力端子とＱ１のゲート端子との間に接続され、コンデンサＣ２は、Ｒ３とＱ１のゲート端子との間に接続されている。

したがって、Ｒ３とＣ２とによってドライバからＱ１へ入力される駆動信号の入力タイミングを調整する時定数回路が構成され、ＣＭＰ１の出力がＯＮの場合には、Ｑ１のゲート端子がＣ２を介してＧＮＤに接続されると共に、ドライバ２０の出力端子がＲ３及びＣ２を介してＧＮＤに接続され、ドライバの出力がＯＮになると、Ｑ１のゲート電圧はＲ３とＣ２とによって決まる時定数で徐々に高くなる。また、ＣＭＰ１の出力がＯＦＦの場合には、ドライバ２０の出力はＲ３を介してＱ１のゲート端子に供給され、Ｃ２が放電されない状態にあるため、ドライバ２０からの駆動信号は、オーバーシュート抑制回路７０で漸増することなく速やかにＱ１のゲート端子に供給される。

短絡検出回路８０は、コンパレータＣＭＰ２とトランジスタＱ５とにより構成してもよい。
ＣＭＰ２は、＋入力端子が基準電位に固定され、−入力端子が出力電圧検出回路６０のＲ６とＣ１との間に接続されている。また、ＣＭＰ２の出力端子はＱ５のベース端子に接続されている。トランジスタＱ５は、ＮＰＮ型であり、コレクタ端子がＱ１のゲート端子に接続され、エミッタ端子がＧＮＤに接続されている。

したがって、ＣＭＰ２の出力がＯＮの場合には、Ｑ１のゲート端子がＧＮＤに接続され、Ｑ１のドレイン−ソース間が即座に遮断されることになる。また、ＣＭＰ２の出力がＯＦＦの場合には、ドライバ２０からの出力状態、及び、オーバーシュート抑制回路７０の状態に応じてＱ１の動作状態が制御される。

以上の構成において、次に、各状態（電源の通常投入時、ＬＥＤ照明の取り外し時、ＬＥＤ照明の取り付け時、出力短絡時）での制御回路１０６の動作を説明する。

＜電源の通常投入時＞
図３において、電源装置にＬＥＤ照明が接続されている通常の状態において、電源を投入した時の動作が示されている。
電源が投入されると、投入直後にＲ１に負荷電流が流れ、電流検出回路１０のＡＭＰで電流が流れたことを検出し、ドライバ２０の出力をＯＮにしてＱ１をＯＮさせる。
この際、電源の出力電圧Ｖｆは、ＬＥＤ照明１１０が接続されているので、この接続されているＬＥＤ照明によって決定されるクランプ電圧（例えば、Ｍａｘ８０Ｖ）となる。出力電圧検出回路６０において、ＺＤは、降伏電圧が３０Ｖに設定されているので、電源のＶｏが出たことを検出してＯＮ状態となり、Ｑ４をＯＮにするが、Ｒ６とＣ１とで決まる時定数の遅れにより、電源起動時には、Ｃ２は、ＣＭＰ１を介してすぐにはＧＮＤに接続されない（オーバーシュート抑制回路７０はすぐには機能しない）。

したがって、通常の電源投入時には、オーバーシュート抑制回路７０をすぐには機能させないので、ＬＥＤ照明１１０を流れる電流Ｉfができるだけ小さい段階で（Ｒ１の両端に発生する電圧が小さい段階で）Ｑ１がＯＮし、Ｒ１を短絡させることで、図３（ｂ）に示されるように、オーバーシュートを発生させることなく速やかにＬＥＤ照明の点灯を安定させることができる。
その後、ＣＭＰ１の−入力端子の電位が高くなれば、Ｃ２は、Ｑ１のゲート端子とＧＮＤとの間に接続される。

＜電源が投入されている状態でＬＥＤ照明を取り外した時＞
図４において、電源が投入されている状態で、ＬＥＤ照明１１０を交換するために外した（又は、ＬＥＤ照明１１０が故障して接続端子間が開放状態となった）場合の動作が示されている。
電源が投入されている状態でＬＥＤ照明１１０を外すと（又は、ＬＥＤ照明１１０が故障して接続端子間が開放状態になると）、Ｒ１を流れる電流が無くなり、電流検出回路１０のＡＭＰにより電流が無くなったことが検出され（ＡＭＰの出力が小さくなり）、ドライバ２０の出力をＯＦＦにしてＱ１をＯＦＦにし、Ｒ１の短絡状態が解除される。

電源の電圧Ｖｏ＋は、ＬＥＤがないため、出力コンデンサ３によって決まるＬＥＤ照明の接続時よりも高い出力電圧（無負荷電圧：例えば１００Ｖ）で固定される。
出力電圧検出回路６０は、この出力電圧Ｖｏ＋が出ていることを検出しているので、ＺＤはＯＮ状態になっており、Ｑ４はＯＮ状態に維持されて、オーバーシュート抑制回路７０を有効にするため、Ｃ２は、Ｑ１のゲートとＧＮＤとの間に接続された状態となる。

＜電源が投入されている状態でＬＥＤ照明を取り付けた時＞
図５において、電源が投入されている状態で、正常なＬＥＤ照明１１０がＬＥＤ電源装置に取り付けられた場合の動作が示されている。
ＬＥＤ照明１１０を接続する接続端子間が開放されている状態から接続端子間にＬＥＤ照明１１０を接続すると、接続直後には、出力開放時での出力電圧（１００Ｖ）とＬＥＤ照明を接続した場合のクランプ電圧（例えば、６０Ｖ）との電位差により突入電流がＲ１に流れる。この際、Ｒ１は大きな抵抗値に設定されているので、ＬＥＤ照明１１０に流れる突入電流を小さく抑えることが可能となる。

突入電流が抑えられた後に、電源装置は、定電流制御を行うので、Ｒ１を流れる電流（例えば、０．５Ａ）によりＲ１の両端には、（Ｒ１×０．５）Ｖの電位差が生じ、電流がＲ１に流れ続けると、０．５^２×Ｒ１の電力消費となる。このため、突入電流が終息したタイミングで、ＬＥＤ照明１１０を流れる電流をＲ１をバイパスして流す方が好ましい（Ｒ１を短絡させることが好ましい）が、Ｑ１を瞬時に動作させてＲ１を短絡させると、電圧Ｖｆが急激に変化するので（Ｒ１−Ｒ２）＊Ｉｆに相当する電圧の変動があるので）、この時点でＬＥＤ照明１１０に流れる電流Ｉｆがオーバーシュートする恐れがある。

しかし、ＬＥＤ電源装置は、ＬＥＤ照明１１０が取り外されていた間に、Ｃ２がＱ１のゲート端子とＧＮＤとの間に接続され、オーバーシュート抑制回路７０が機能する状態となっているので、ＬＥＤ照明１１０を取り付けて、Ｒ１に電流が流れると、この電流が電流検出回路１０のＡＭＰで検知されてドライバ２０から駆動信号が出力され、Ｒ３とＣ２で決定される時定数の遅れをもってＱ１のゲート電圧が徐々に高められ、それに伴いＱ１を流れる電流も徐々に高められることになる。このため、突入電流が抑えられた後にＲ１を短絡させる場合でも（電流ＩｆがＲ１を流れる状態からＲ２に流れる状態へ移行する場合でも）、図５（ｂ）に示されるように、電流Ｉｆのオーバーシュートの発生を抑制された突入電流と同程度以下に低減することが可能となる。
その後、電源を切るか、ＬＥＤ照明が取り外されるまでは、Ｑ１のＯＮ状態が維持される。

＜出力短絡時＞
図６において、電源が投入されている状態で、出力端子間が短絡した場合の動作が示されている。
電源が投入されてＬＥＤ照明１１０が断線せずについている状態においては、Ｑ１のＯＮ状態が維持されているため、ＬＥＤ照明の内部が短絡して出力端子間が短絡すると、短絡電流がＱ１や抵抗値の小さいＲ２に流れ、Ｑ１にダメージを与えたりＲ２が発熱して出火したりすることが懸念される。

しかしながら、出力端子間が短絡すると、出力電圧は急激に低下するので、出力電圧検出回路６０のＺＤがＯＦＦしてＱ４がＯＦＦとなり、これに伴い短絡検出回路８０のＱ５がＯＮして、Ｑ１がＯＦＦとなる。

したがって、短絡時には、Ｑ１が強制的にＯＦＦ状態となるので、ＬＥＤ照明１１０を介して流れる短絡電流は、抵抗値の大きいＲ１のみに流れるので、抵抗値の小さいＲ２に短絡電流が流れて出火させる不都合やＱ１を発熱させる不都合がなくなる。また、Ｒ１はポジスタで構成されているので、Ｒ１に流れる電流によりＲ１が発熱すると、Ｒ１の抵抗値が増大するので、Ｒ１を流れる短絡電流を一層小さく抑えることが可能となり、電源や配線などを保護することが可能となる。

よって、上述した電源装置によれば、ＬＥＤ照明を取り替えた際の突入電流を抑えることができ、また、突入電流を抑えた後は、ＬＥＤ照明を流れる電流が突入電流抑制回路を流れないようにして（突入電流抑制回路を短絡させ）、突入電流抑制回路での無駄な電力消費を抑えると共に、突入電流抑制回路を短絡させる際に生じる電流のオーバーシュートを低減してＬＥＤ照明のフリッカーの発生を抑えることが可能となる。

また、出力短絡時には、Ｑ１を直ちにＯＦＦすることで、Ｑ１に過大な負荷を与えることやＲ２に過大な電流が流れて出火することを抑え、また、短絡電流をポジスタであるＲ１に流すことで、Ｒ１に流れる短絡電流を小さくすることが可能となり、耐久性や安全面において優れたＬＥＤ電源装置を提供することが可能となる。

なお、上述ではＬＥＤ負荷としてＬＥＤ照明１１０を用いた場合の例を示したが、他のＬＥＤ負荷を取り付ける電源装置に対して、同様の構成を採用してもよい。

３出力コンデンサ
５バイパス経路
１０電流検出回路
３０突入電流抑制回路
４０スイッチング素子
５０電流継続素子
６０出力電圧検出回路
７０オーバーシュート抑制回路
８０短絡検出回路
１０１ＬＥＤ電源装置
１１０ＬＥＤ照明

Claims

電源電力によって充電される出力コンデンサを備え、この出力コンデンサに対して並列に接続されるLED負荷に負荷電流を供給するLED電源装置であって、
前記LED負荷に直列接続されて該LED負荷に流れる負荷電流を抑制する電流抑制回路と、
前記電流抑制回路をバイパスするバイパス経路に設けられたスイッチング素子と、
前記負荷電流の有無を検出する電流検出回路と、
前記バイパス経路上で前記スイッチング素子に対して直列に接続されて前記電流検出回路の検出動作を継続させる電流継続素子と、
前記電流検出回路の出力により前記スイッチング素子をオーバーシュート抑制回路を介してオン、オフさせるドライバと、
前記LED負荷を取り付ける端子間の電圧が所定電圧以下に低下したことを検出した場合に、前記スイッチング素子を強制的にオフ状態とする短絡検出回路と、を有し、
前記オーバーシュート抑制回路は、前記バイパス経路を流れる電流を漸増させるように前記スイッチング素子の制御信号を漸増させる機能を備え、
前記電流検出回路により前記負荷電流がないことを検出した場合に、前記スイッチング素子をオフ状態に維持し、
前記LED負荷が接続されて前記電流検出回路により前記負荷電流が流れ始めたことを検出した場合に、前記負荷電流を前記電流抑制回路に流した後に、前記機能が動作し、前記スイッチング素子をON状態として前記電流抑制回路の両端を前記スイッチング素子及び前記電流継続素子を介して短絡させる
ことを特徴とするLED電源装置。