JP2012048984A

JP2012048984A - 点灯装置及びそれを用いた照明装置、照明システム、並びに照明器具

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Publication number: JP2012048984A
Application number: JP2010190032A
Authority: JP
Inventors: Yoji Konishi; 洋史小西
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2010-08-26
Filing date: 2010-08-26
Publication date: 2012-03-08
Anticipated expiration: 2030-08-26
Also published as: JP5576744B2

Abstract

【課題】装置の小型化及び薄型化を図りつつ点灯制御の効率を向上させることのできる点灯装置及びそれを用いた照明装置、照明システム、並びに照明器具を提供する。
【解決手段】直流電源１からの直流電力を所望の直流電力に変換するとともに、無機ＬＥＤ素子又は有機ＥＬ素子から成る光源部３に点灯電力を供給する電源部４と、光源部３を流れる負荷電流が一定となるように電源部４をフィードバック制御する制御部７とを備え、電源部４は、光源部３と並列に接続される第１のスイッチング素子Ｑ１と、光源部３と直列に接続される第２のスイッチング素子Ｑ２とを有し、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン／オフを制御部７からの駆動制御信号によって切り換えることで光源部４に点灯電力を供給するチョッパ回路から成り、第１のスイッチング素子Ｑ１を、ワイドギャップ半導体で形成された半導体スイッチング素子とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、無機発光ダイオード素子又有機エレクトロルミネセンス素子から成る光源部に点灯電力を供給する点灯装置及びそれを用いた照明装置、照明システム、並びに照明器具に関する。

近年、薄型の固体発光素子として有機エレクトロルミネセンス素子（以下、「有機ＥＬ素子」と呼ぶ）の研究が盛んである。有機ＥＬ素子は、有機化合物からなる薄膜の発光層を電極で挟持した構成で、電極間に電流を供給すると発光する素子である。有機ＥＬ素子を用いると、薄型かつ軽量の発光素子が構成でき、また、駆動電圧が数Ｖから十数Ｖ程度と従来主流の光源である放電灯と比べて駆動電圧が低いため、点灯装置を安価に構成でき、薄型かつ軽量の照明装置への応用が期待できる。このような有機ＥＬ素子等の固体発光素子を用いた照明装置として、例えば特許文献１に記載されているようなものがある。

特開２００７−２６５８０６号公報

ところで、上述のような、有機ＥＬ素子から成る発光素子や、無機発光ダイオード素子（以下、「無機ＬＥＤ素子」と呼ぶ）から成る発光素子は、高効率の光源とし注目されている。無機ＬＥＤ素子から成る光源は小型、有機ＥＬ素子から成る光源は薄型を特長とするため、これら光源に点灯電力を供給する点灯装置は、光源に合わせて小型又は薄型に製造される必要がある。また、光源の近傍に点灯装置を配置することで、照明装置や照明器具としての小型化、薄型化も要望されている。

しかしながら、点灯装置の小型化及び薄型化を図る場合には、点灯制御の効率を向上させる必要があるが、従来の回路において用いられるシリコン半導体では点灯制御の効率の向上に限界があるという問題があった。このため、従来のようにシリコン半導体を用いた点灯装置では、小型化及び薄型化を図りつつ点灯制御の効率を向上させることが困難であるという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、装置の小型化及び薄型化を図りつつ点灯制御の効率を向上させることのできる点灯装置及びそれを用いた照明装置、照明システム、並びに照明器具を提供することを目的とする。

本発明の点灯装置は、直流電源からの直流電力を所望の直流電力に変換するとともに、無機発光ダイオード素子又は有機エレクトロルミネセンス素子から成る光源部に点灯電力を供給する電源部と、前記光源部を流れる負荷電流が一定となるように前記電源部をフィードバック制御する制御部とを備え、前記電源部は、前記光源部と並列に接続される第１のスイッチング素子と、前記光源部と直列に接続される第２のスイッチング素子とを有し、前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子のオン／オフを前記制御部からの駆動制御信号により切り換えることで前記光源部に点灯電力を供給するチョッパ回路から成り、前記第１のスイッチング素子は、ワイドギャップ半導体で形成された半導体スイッチング素子であることを特徴とする。

この点灯装置において、前記電源部は、前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子のオン／オフを交互に切り換えることが好ましい。

この点灯装置において、前記第１のスイッチング素子は、双方向スイッチング素子から成ることが好ましい。

この点灯装置において、前記第１のスイッチング素子は、２つの電界効果トランジスタから成るとともに各々ゲート端子を有し、何れか一方の前記ゲート端子を駆動すると何れか一方向のみに電流を流すダイオードとして動作することが好ましい。

この点灯装置において、前記電源部は、前記光源部の点灯状態において前記第１のスイッチング素子をオンからオフに切り換える際に、一定時間の間前記第１のスイッチング素子の一方の前記ゲート端子を駆動させた後に両方の前記ゲート端子を駆動させ、前記第１のスイッチング素子は、前記直流電源の高圧側をカソード、接地側をアノードとしたダイオードとして動作した後にオフに切り換わることが好ましい。

この点灯装置において、前記電源部は、前記光源部を点灯状態から消灯状態に切り換える際に前記第１のスイッチング素子の前記一方とは異なる他方の前記ゲート端子を駆動させ、前記第１のスイッチング素子は、前記直流電源の高圧側をアノード、前記接地側をカソードとしたダイオードとして動作することが好ましい。

この点灯装置において、前記電源部は、一定時間において前記光源部の点灯及び消灯を交互に繰り返す調光動作を行う調光機能を有し、前記光源部を点灯状態から消灯状態に切り換える際に前記第１のスイッチング素子の前記一方の前記ゲート端子を駆動させ、前記第１のスイッチング素子は、前記直流電源の高圧側をカソード、前記接地側をアノードとしたダイオードとして動作することが好ましい。

この点灯装置において、前記光源部に印加される電圧を検出する電圧検出部を有し、前記電圧検出部で検出された電圧値が所定の範囲から外れた場合、前記電源部は、前記第１のスイッチング素子の前記他方の前記ゲート端子を駆動させ、前記第１のスイッチング素子は、前記直流電源の高圧側をアノード、前記接地側をカソードとしたダイオードとして動作することが好ましい。

本発明の照明装置は、上記何れかの点灯装置と、前記光源部と、前記点灯装置及び前記光源部を収納する器体とを備えたことを特徴とする。

本発明の照明システムは、上記の照明装置を１乃至複数備えるとともに、前記各照明装置に点灯電力を供給する電源ユニットを備えたことを特徴とする。

本発明の照明器具は、上記照明装置と、前記照明装置を保持する器具本体とを備えたことを特徴とする。

本発明は、電源部の一部を構成する２つのスイッチング素子のうち少なくとも光源部と並列に接続されるスイッチング素子をワイドギャップ半導体で形成された半導体スイッチング素子としている。このため、従来のようにスイッチング素子がシリコン半導体で形成された場合と比較して点灯制御の効率を向上させることができる。したがって、装置の小型化及び薄型化を図りつつ点灯制御の効率を向上させることができる。

本発明に係る点灯装置の実施形態を示す回路図である。同上の動作説明図で、（ａ）はマイコンの２番端子の出力波形図で、（ｂ）は比較器の反転入力端子の入力波形図で、（ｃ）は比較器の非反転入力端子の入力波形図で、（ｄ）は比較器の出力波形図で、（ｅ）は第２のスイッチング素子のゲート信号の入力波形図で、（ｆ）は第１のスイッチング素子の一方ゲート信号の入力波形図で、（ｇ）は第１のスイッチング素子の他方のゲート信号の入力波形図である。同上の光源部の消灯時の動作の説明図で、（ａ）は調光信号の波形図で、（ｂ）は第１のスイッチング素子の一方のゲート信号の入力波形図で、（ｃ）は第１のスイッチング素子の他方のゲート信号の入力波形図である。同上の他の調光動作の説明図で、（ａ）は調光信号の波形図で、（ｂ）は第１のスイッチング素子の一方のゲート信号の入力波形図で、（ｃ）は第１のスイッチング素子の他方のゲート信号の入力波形図である。同上の異常検出動作の説明図で、（ａ）は異常検出信号の波形図で、（ｂ）は第１のスイッチング素子の一方のゲート信号の入力波形図で、（ｃ）は第１のスイッチング素子の他方のゲート信号の入力波形図である。本発明に係る照明装置の実施形態を示す図で、（ａ）は全体斜視図で、（ｂ）は分解斜視図である。本発明に係る照明システムの実施形態を示すブロック図である。本発明に係る照明器具の実施形態を示す全体斜視図である。

以下、本発明に係る点灯装置の実施形態、照明装置の実施形態、照明システムの実施形態、照明器具の実施形態について順に説明する。

先ず、本発明に係る点灯装置の実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態は、図１に示すように、直流電源１と、制御用電源部２と、１乃至複数の発光素子から成る光源部３に点灯電力を供給する電源部４と、光源部３を流れる電流を検出する電流検出部５と、光源部３に印加される電圧を検出する電圧検出部６とを備える。また、本実施形態は、電流検出部５及び電圧検出部６による検出信号をフィードバックして電源部４から光源部３へ供給される電力を制御する制御部７を備える。尚、本実施形態では、光源部３を構成する発光素子として有機ＥＬ素子を用いているが、光源部３を構成する発光素子は、無機ＬＥＤ素子又は有機ＥＬ素子の何れであってもよい。

直流電源１は、例えば商用電源（図示せず）からの交流電圧をＡＣ／ＤＣコンバータ回路（図示せず）により整流・平滑して得られる直流電圧Ｖ１を発生する電源であり、この直流電圧Ｖ１は後段の制御用電源部２と電源部４とに印加される。この直流電圧Ｖ１は、本実施形態では例えば２４Ｖで一定に保たれており、有機ＥＬ素子から成る発光素子の点灯を維持するのに必要な電圧となっている。ここで、例えば５Ｖから１０Ｖ程度の駆動電圧を必要とする有機ＥＬ素子を１０個直列に接続して光源部３を構成した場合には、直流電源１の直流電圧Ｖ１としては５０Ｖから１００Ｖ程度の電圧を必要とする。

制御用電源部２は、直流電圧Ｖ１を分圧する抵抗Ｒ１，Ｒ２の直列回路と、定電圧発生用のツェナーダイオードＺＤ１とを備える。ツェナーダイオードＺＤ１はツェナー電圧がＶ２であり、抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点Ｐ１と接地との間に逆接続することで、接続点Ｐ１から定電圧の電源電圧Ｖ２が取り出されるようになっている。即ち、制御用電源部２は、直流電圧Ｖ１よりも低い電源電圧Ｖ２を制御部７に供給する安定化電源回路である。

電源部４は、直流電圧Ｖ１を平滑する平滑コンデンサＣ１と、第１のスイッチング素子Ｑ１と、第２のスイッチング素子Ｑ２とを備える。また、電源部４は、第１及び第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をそれぞれ駆動する第１及び第２の駆動回路４０，４１と、第２のスイッチング素子Ｑ２の出力波形電圧を濾過するためのインダクタＬ１及びコンデンサＣ２とを備える。第２のスイッチング素子Ｑ２には、インダクタＬ１が直列に接続され、そのインダクタＬ１の出力側は、コンデンサＣ２を介して接地される。また、インダクタＬ１の入力側と接地との間には、第１のスイッチング素子Ｑ１がコンデンサＣ２と並列に接続される。このコンデンサＣ２の両端電圧が、点灯電圧として光源部３に印加される。第１及び第２の駆動回路４０，４１は、それぞれ制御部７からの駆動制御信号に基づいて第１のスイッチング素子Ｑ１、第２のスイッチング素子Ｑ２を駆動する。電源部４は、各駆動回路４０，４１により第１及び第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を高周波でスイッチングすることで、平滑コンデンサＣ１に印加される直流電圧Ｖ１を光源部３の点灯に必要な電圧（＜Ｖ１）に変換する降圧チョッパ回路である。

第２のスイッチング素子Ｑ２は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）から成り、ゲート端子には第２の駆動回路４１から２値信号であるゲート信号Ｇ３が入力されるようになっている（図２（ｅ）参照）。第１のスイッチング素子Ｑ１は、図示しないが、ソース端子が互いに接続された第１のＦＥＴと、第２のＦＥＴとから構成される双方向スイッチング素子である。これら第１のＦＥＴ、第２のＦＥＴの各ゲート端子には、それぞれ第１の駆動回路４０から２値信号であるゲート信号Ｇ１，Ｇ２が入力されるようになっている（図２（ｆ），（ｇ）参照）。

以下、第１のスイッチング素子Ｑ１の動作について簡単に説明する。ゲート信号Ｇ１，Ｇ２が何れもハイレベルの場合、第１のスイッチング素子Ｑ１は双方向に電流を流すオン状態となる。また、ゲート信号Ｇ１，Ｇ２が何れもローレベルの場合、第１のスイッチング素子Ｑ１は何れの方向にも電流を流さないオフ状態となる。

一方、ゲート信号Ｇ１がハイレベル、ゲート信号Ｇ２がローレベルの場合、第１のスイッチング素子Ｑ１は、直流電源１の高圧側をアノード、接地側をカソードとしたダイオードとして動作をする。即ち、この場合では、直流電源１の高圧側から接地側に向かう方向のみ電流が流れる。また、ゲート信号Ｇ１がローレベル、ゲート信号Ｇ２がハイレベルの場合、第１のスイッチング素子Ｑ１は、直流電源１の高圧側をカソード、接地側をアノードとしたダイオードとして動作をする。即ち、この場合では、接地側から直流電源１の高圧側に向かう方向のみ電流が流れる。

電流検出部５は、光源部３の出力側と接地との間に直列に接続される検出抵抗Ｒ３から成る。検出抵抗Ｒ３の両端電圧は、光源部３を流れる負荷電流に比例するので、負荷電流を検出する検出電圧として制御部７の後述する駆動信号発生回路７１に印加される。電圧検出部６は、光源部３の入力側と接地との間に直列に接続される検出抵抗Ｒ４，Ｒ５から成る。これら抵抗Ｒ４，Ｒ５で分圧された点灯電圧の検出電圧（点灯電圧に比例した電圧）は、後述する負荷電流指令回路７０に印加され、この検出電圧に基づいて点灯電圧が検出されるようになっている。

制御部７は、電圧検出部６から印加される検出電圧に基づいて光源部３の負荷電流制御の指令信号を発する負荷電流指令回路７０と、負荷電流指令回路７０からの指令信号に基づいて駆動制御信号を発する駆動信号発生回路７１とから構成される。制御部７は、駆動制御信号により第１及び第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を制御することで、光源部３に供給される点灯電力を制御する。

負荷電流指令回路７０は、例えばＡ／Ｄ変換機能やフラッシュメモリを内蔵した汎用マイコンＩＣ１から構成され、光源部３のピーク電流を指令するピーク電流指令値や、光源部３の明るさを調整する負荷電流のデューティ比を決定している。負荷電流指令回路７０は、抵抗Ｒ４，Ｒ５の接続点Ｐ２における検出電圧を監視することにより、光源部３の点灯電圧を検出し、その検出電圧の値に応じて、負荷である光源部３の点灯判別を行う。尚、この点灯判別では、負荷短絡などの負荷の異常検出も行う。ここで、接続点Ｐ２に接続されるマイコンＩＣ１の７番端子は、Ａ／Ｄ変換入力に設定されており、抵抗Ｒ４，Ｒ５による分圧比から接続点Ｐ２における電圧を換算して点灯電圧を読み取る。また、マイコンＩＣ１の２，３番端子は２値出力に設定され、１番端子は電源電圧Ｖ２が印加される電源端子、８番端子は接地されるグラウンド端子である。更に、マイコンＩＣ１の４番端子は調光信号の受信端子で、５，６番端子は第１の駆動回路４０への信号端子である。

駆動信号発生回路７１は、２つの入力端子における電圧差により誤差信号を出力する誤差アンプＯＰ１と、誤差アンプＯＰ１の出力電圧と三角波状の信号とを比較して各駆動回路４０，４１への駆動制御信号を生成する比較器ＯＰ２とを備える。誤差アンプＯＰ１と比較器ＯＰ２とは、何れもオペアンプで構成され、電源電圧Ｖ２から電源が供給されている。尚、誤差アンプＯＰ１と比較器ＯＰ２とは、１つのパッケージに２つのオペアンプを内蔵したＩＣ等で安価に構成することができる。

誤差アンプＯＰ１の反転入力端子には、検出抵抗Ｒ３からの検出電圧が抵抗Ｒ６と入力抵抗Ｒ１０とを介して入力される。また、抵抗Ｒ６と入力抵抗Ｒ１０との接続点は、フィルタ用のコンデンサＣ３を介して接地される。誤差アンプＯＰ１の非反転入力端子には、電源電圧Ｖ２が抵抗Ｒ７，Ｒ１２を介して入力される。この非反転入力端子は、抵抗Ｒ１３を介して接地される。また、抵抗Ｒ７と抵抗Ｒ１２との接続点Ｐ３と接地との間には、抵抗Ｒ８，Ｒ９の直列回路と、ＦＥＴから成るスイッチング素子Ｑ３とが並列に接続される。スイッチング素子Ｑ３は、そのソース端子が接地されており、ゲート端子にはマイコンＩＣ１の３番端子から２値信号が入力されるようになっている。したがって、マイコンＩＣ１の３番端子からの信号に応じてスイッチング素子Ｑ３のオン／オフを切り換えることで、誤差アンプＯＰ１の非反転入力端子に電源電圧Ｖ２が分圧された電圧、又は零電圧の何れかが入力される。また、誤差アンプＯＰ１の出力端子と反転入力端子との間は、利得調整用の抵抗Ｒ１１が接続される。

比較器ＯＰ２の非反転入力端子には、誤差アンプＯＰ１の出力電圧が入力される。また、比較器ＯＰ２の反転入力端子には、ソース端子が接地されたＦＥＴから成るスイッチング素子Ｑ４のドレイン端子が接続される。スイッチング素子Ｑ４のゲート端子には、マイコンＩＣ１の２番端子から２値信号が入力されるようになっている。また、反転入力端子には、抵抗Ｒ１４を介して電源電圧Ｖ２が入力され、抵抗Ｒ１４とスイッチング素子Ｑ４のドレイン端子との接続点は、コンデンサＣ４を介して接地される。

ここで、マイコンＩＣ１の２番端子からスイッチング素子Ｑ４のゲート端子にローレベル信号が入力されると、スイッチング素子Ｑ４はオフとなり、抵抗Ｒ１４を介してコンデンサＣ４が充電される。そして、コンデンサＣ４の両端電圧が上昇することで、比較器ＯＰ２の反転入力端子の入力電圧が上昇する。一方、マイコンＩＣ１の２番端子からスイッチング素子Ｑ４のゲート端子にハイレベル信号が入力されると、スイッチング素子Ｑ４はオンとなり、コンデンサＣ４に蓄積された電荷が放電される。そして、コンデンサＣ４の両端電圧が下降することで、比較器ＯＰ２の反転入力端子の入力電圧が下降する。したがって、マイコンＩＣ１の２番端子からの２値信号によってスイッチング素子Ｑ４のオン／オフを切り換えることで、比較器ＯＰ２の反転入力端子には三角波状の信号が入力される（図２（ａ），（ｂ）参照）。

以下、本実施形態の動作について図面を用いて説明する。尚、以下の説明に用いる図２では、マイコンＩＣ１の４番端子に入力される調光信号が常にハイレベル、即ち、光源部３が常に点灯状態であるものとする。先ず、マイコンＩＣ１の２番端子からスイッチング素子Ｑ４に対して一定周期のパルス幅のパルス信号（例えば、数百ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数）が出力される。すると、パルス信号によってスイッチング素子Ｑ４がオン／オフを交互に切り換えることで、上述のように比較器ＯＰ２の反転入力端子に三角波状の信号が入力される（図２（ａ），（ｂ）参照）。

比較器ＯＰ２では、図２（ｃ）に示すように、非反転入力端子に入力される誤差アンプＯＰ１の出力電圧と、上述の三角波状信号の信号電圧とを比較する。すると、誤差アンプＯＰ１の出力電圧が三角波状信号の信号電圧を上回ると、比較器ＯＰ２の出力信号はハイレベルとなり、下回ると比較器ＯＰ２の出力信号はローレベルとなる（図２（ｄ）参照）。この比較器ＯＰ２の出力信号は、駆動制御信号として各駆動回路４０，４１に入力される。

各駆動回路４０，４１では、入力される駆動制御信号に応じて第１及び第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の駆動制御を行う。駆動制御信号がハイレベルの場合には、駆動回路４１は第２のスイッチング素子Ｑ２にハイレベルのゲート信号Ｇ３を入力することで、第２のスイッチング素子Ｑ２をオン状態に切り換える。また、駆動制御信号がローレベルの場合には、駆動回路４１は第２のスイッチング素子Ｑ２にローレベルのゲート信号Ｇ３を入力することで、第２のスイッチング素子Ｑ２をオフ状態に切り換える（図２（ｄ）参照）。

一方、駆動回路４０は、図２（ｆ），（ｇ）に示すように、第２のスイッチング素子Ｑ２と交互にオン／オフを切り換えるように第１のスイッチング素子Ｑ１を駆動制御する。即ち、駆動制御信号がハイレベルの場合には、駆動回路４０は第１のスイッチング素子Ｑ１にローレベルのゲート信号Ｇ１，Ｇ２を入力することで、第１のスイッチング素子Ｑ１をオフ状態に切り換える。また、駆動制御信号がローレベルの場合には、駆動回路４０は第１のスイッチング素子Ｑ１にハイレベルのゲート信号Ｇ１，Ｇ２を入力することで、第１のスイッチング素子Ｑ１をオン状態に切り換える。

このように第１及び第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン／オフを交互に切り換えることで、光源部３に供給する点灯電力を制御することができる。また、上述のように２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２によるスイッチングを同期させる同期整流方式を採用することで、従来のように回生電流を流すための回生用ダイオードを用いる場合と比較して、スイッチングによる損失を低減することができる。

更に、本実施形態では、図２（ｇ）に示すように、第１のスイッチング素子Ｑ１をオフに切り換える際に、ローレベルのゲート信号Ｇ１を入力して一定時間を経た後にローレベルのゲート信号Ｇ２を入力するように駆動制御している。このように構成することで、第１のスイッチング素子Ｑ１は、第２のスイッチング素子Ｑ２がオンに切り換わる際に、一定時間の間だけ直流電源１の高圧側をカソード、接地側をアノードとしたダイオードとして動作をする。したがって、第１のスイッチング素子Ｑ１を介した回生電流のループを確保することができ、第１のスイッチング素子Ｑ１へのストレスを低減することができる。

ここで、光源部３に供給する点灯電力を一定値に制御したとしても、光源部３を流れる負荷電流が変動する場合がある。そこで、本実施形態では、電流検出部５において負荷電流を検出し、負荷電流に応じた検出電圧を誤差アンプＯＰ１の反転入力端子に入力している。このため、検出電圧に応じて誤差アンプＯＰ１の出力電圧が変動することで、比較器ＯＰ２から出力される駆動制御信号のパルス幅が変化し、第１及び第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオンデューティ比が変化する。したがって、光源部３を流れる負荷電流が変動しても、負荷電流が一定となるように電源部４がフィードバック制御される。

ところで、マイコンＩＣ１の３番端子からは、４番端子に入力される調光信号に応じた周波数でハイレベルとローレベルとを交互に繰り返す２値信号がスイッチング素子Ｑ３に対して出力される。そして、当該２値信号によってスイッチング素子Ｑ３がオン／オフを切り換えることで、誤差アンプＯＰ１の出力電圧を可変することができる。例えば、スイッチング素子Ｑ３にハイレベルの信号が入力されると、誤差アンプＯＰ１の出力電圧は零電圧となる。また、スイッチング素子Ｑ３にローレベルの信号が入力されると、誤差アンプＯＰ１の出力電圧は零より大きい電圧となる。

したがって、スイッチング素子Ｑ３がオフの場合には、比較器ＯＰ２から出力される駆動制御信号はハイレベルとローレベルを交互に繰り返すパルス信号となる。一方、スイッチング素子Ｑ３がオンの場合には、比較器ＯＰ２から出力される駆動制御信号はローレベルを常に出力する信号となる。即ち、調光信号に応じてスイッチング素子Ｑ３のオン／オフを切り換えることで、光源部３に間欠的に点灯電力を供給することができ、光源部３を所望の光出力に調光することができる。例えば、調光信号を常にハイレベルの直流信号とした場合の光源部３の光出力を１００％とすると、調光信号のオンデューティ比を６０％に設定すれば、光源部３の光出力は６０％となる。尚、調光信号の繰り返し周波数は、人間の目で見てちらつきを感じない程度の周波数に設定される。

ここで、本実施形態では、電源部４の第１のスイッチング素子Ｑ１は、ワイドギャップ半導体で形成された半導体スイッチング素子である。ワイドギャップ半導体は、シリコン半導体のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有し、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）等を用いることができる。このように、第１のスイッチング素子Ｑ１をワイドギャップ半導体で形成された半導体スイッチング素子とすることで、従来のシリコン半導体で形成されるスイッチング素子と比較してオン抵抗を小さくすることができる。したがって、第１のスイッチング素子Ｑ１における導通時の損失を小さくすることができるので、点灯制御の効率を向上させることができる。このため、装置の小型化及び薄型化を図りつつ点灯制御の効率を向上させることができる。

尚、上記実施形態では、電源部４として降圧チョッパ回路を採用しているが、昇圧チョッパ回路や昇降圧チョッパ回路を採用しても構わない。これらの回路を採用した場合でも、上記と同様の効果を奏することができる。また、第２のスイッチング素子Ｑ２をワイドギャップ半導体で形成された半導体スイッチング素子としてもよく、この場合、第２のスイッチング素子Ｑ２における導通時の損失も小さくすることができるので、点灯制御の効率を更に向上させることができる。

ところで、上記実施形態では、光源部３が常に点灯している状態における動作について説明したが、以下、調光信号による光源部３の消灯時の動作について図３（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図３（ａ）に示すように、調光信号がハイレベルからローレベルに切り換わると、マイコンＩＣ１から駆動回路４０に消灯時における駆動制御信号が入力される。そして、駆動回路４０が第１のスイッチング素子Ｑ１に対してハイレベルのゲート信号Ｇ１、及びローレベルのゲート信号Ｇ２を入力する駆動制御を行う。すると、第１のスイッチング素子Ｑ１は、直流電源１の高圧側をアノード、接地側をカソードとしたダイオードとして動作をする。このため、光源部３の消灯時には、光源部３に溜まった電荷を素早く直流電源１側に放電させることができる。尚、放電時間は、光源部３を構成する発光素子の面積や、放電経路のインピーダンスにより決定される。

上述のように、本実施形態では、光源部３の消灯時に、駆動回路４０が第１のスイッチング素子Ｑ１に対してハイレベルのゲート信号Ｇ１、及びローレベルのゲート信号Ｇ２を入力する駆動制御を行っていた。上記の動作は、光源部３を調光せずに単に点灯・消灯を切り換える場合に有効である。一方、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、調光信号がローレベルの場合に、駆動回路４０が第１のスイッチング素子Ｑ１に対してローレベルのゲート信号Ｇ１、及びハイレベルのゲート信号Ｇ２を入力する駆動制御を行うように構成してもよい。この場合、第１のスイッチング素子Ｑ１は、直流電源１の高圧側をカソード、接地側をアノードとしたダイオードとして動作をする。このため、光源部３の消灯時に、光源部３に溜まった電荷が直流電源１側に放電され難くなる。したがって、光源部３を調光する際に、光源部３を構成する発光素子が消灯時から発光に至るまでの時間を短くすることができ、発光効率を向上させることができる。

ところで、光源部３を構成する無機ＬＥＤ素子や有機ＥＬ素子には、短絡又は開放の何れかの異常が発生する虞があり、このような異常が発生した際には、光源部３を保護する処置をする必要がある。そこで、本実施形態では、電圧検出部６において光源部３の点灯電圧を検出し、その検出電圧をマイコンＩＣ１の７番端子に入力している。そして、マイコンＩＣ１が検出電圧に基づいて光源部３の異常の有無を判定している。例えば、マイコンＩＣ１において光源部３の定格電圧の１０分の１のところに第１の閾値を設定し、検出電圧が当該閾値を下回るとマイコンＩＣ１が光源部３に異常が発生したと判定する。このように第１の閾値を設定することで、無機ＬＥＤ素子や有機ＥＬ素子が短絡した場合の異常を判定することができる。また、マイコンＩＣ１において光源部３の１００％点灯時の点灯電圧から数Ｖ低い値に第２の閾値を設定し、検出電圧が当該閾値を上回るとマイコンＩＣ１が光源部３に異常が発生したと判定する。このように第２の閾値を設定することで、無機ＬＥＤ素子や有機ＥＬ素子が開放した場合の異常を判定することができる。

そして、マイコンＩＣ１は、光源部３に異常が発生したと判定すると、ハイレベルの異常検出信号を駆動回路４０に入力する（図５（ａ）参照）。駆動回路４０では、ハイレベルの異常検出信号が入力されると、第１のスイッチング素子Ｑ１に対してハイレベルのゲート信号Ｇ１、及びローレベルのゲート信号Ｇ２を入力する駆動制御を行う（図５（ｂ），（ｃ）参照）。すると、第１のスイッチング素子Ｑ１は、直流電源１の高圧側をアノード、接地側をカソードとしたダイオードとして動作をする。このため、光源部３に異常が発生した際に、コンデンサＣ２を直流電源１側に放電させることができるので、光源部３に電流が流れないようにすることができ、光源部３を保護することができる。

次に、本発明に係る照明装置の実施形態について図６（ａ），（ｂ）を用いて説明する。尚、本実施形態の説明においては、図６（ａ）における上下を上下方向と定めるものとする。本実施形態は、図６（ａ），（ｂ）に示すように、有機ＥＬ素子から成る薄型の面光源である光源部Ａ１と、上述の点灯装置の実施形態を構成する回路部品が実装された基板Ａ２と、光源部Ａ１及び基板Ａ２を収納する器体Ａ３とから構成される。

器体Ａ３は、図６（ｂ）に示すように、下面が開口するとともに光源部Ａ１及び基板Ａ２が内底部に載せられる扁平な箱状のボディＡ３０と、上面が開口するとともにボディＡ３０の開口を覆う扁平な箱状のカバーＡ３１とから構成される。カバーＡ３１の下面には、光源部Ａ１からの光を外部に採り出すための矩形状の窓Ａ３２が設けられている。また、基板Ａ２に設けられた点灯装置の出力端子と、光源部Ａ１の電極（図示せず）とは、図示しない配線により電気的に接続されている。

而して、外部の直流電源（図示せず）から基板Ａ２に設けられた点灯装置に直流電力を供給することで、光源部Ａ１を発光させ、窓Ａ３２を介して外部に光を照射することができる。

上述のように、本実施形態では、前述の点灯装置の実施形態を備えているので、小型化及び薄型化を図りつつ点灯制御の効率を向上させることができる。

次に、本発明に係る照明システムの実施形態について図７を用いて説明する。本実施形態は、図７に示すように、複数（図示では３つ）の発光モジュール（照明装置）Ｂ１を有する複数（図示では２つ）の灯具Ｂ２と、各発光モジュールＢ１に点灯電力を供給する電源ユニットＢ３とから構成される。

発光モジュールＢ１は、有機ＥＬ素子から成る薄型の面光源である光源部Ｂ１０と、点灯装置Ｂ１１と、調光信号受信部Ｂ１２とを備える。尚、点灯装置Ｂ１１は上述の点灯装置の実施形態と同様の構成である。調光信号受信部Ｂ１２は、後述する電源ユニットＢ３から送信される調光信号を受信し、当該調光信号を点灯装置Ｂ１１に出力する構成を有する。また、調光信号受信部１２は、図示しない受光素子を備え、外部のリモコン（図示せず）から送信される赤外線信号を受信し、当該信号に基づいた調光信号を点灯装置Ｂ１１に出力する構成を有する。

灯具Ｂ２は、複数の発光モジュールＢ１を内部に収納する器体Ｂ２０を備える。また、器体Ｂ２０には、後述する電源ユニットＢ３、若しくは他の灯具Ｂ２からの後述する電線Ｌ１〜Ｌ３の各一端部を電気的に接続するための送り配線用の１対の端子部Ｂ２１が設けられている。尚、本実施形態では、２つの灯具Ｂ２を送り配線により接続しているが、更に多くの灯具Ｂ２を送り配線により接続してもよい。

電源ユニットＢ３は、商用電源等から供給される交流電力を直流電力に変換して各発光モジュールＢ１に供給するもので、例えばＡＣ／ＤＣコンバータ回路を内蔵して成る。電源ユニットＢ３からは、直流電圧を各発光モジュールＢ１に供給するための電圧線Ｌ１、及び各発光モジュールＢ１を調光するための調光信号を伝送する信号線Ｌ２、及び接地線Ｌ３の各一端部が接続されている。

而して、電源ユニットＢ３と各灯具Ｂ２とを電線Ｌ１〜Ｌ３を介して電気的に接続することにより、電源ユニットＢ３から各発光モジュールＢ１に点灯電力を供給し、各光源部Ｂ１０を点灯させることができる。また、電源ユニットＢ３から調光信号を各灯具Ｂ２に送信することで、各発光モジュールＢ１の光源部Ｂ１０を一括して調光することができる。勿論、リモコンを用いて各発光モジュールＢ１の光源部Ｂ１０を個別に調光してもよい。

最後に、本発明に係る照明器具の実施形態について図８を用いて説明する。尚、本実施形態の説明においては、図８における上下を上下方向と定めるものとする。本実施形態は、図８に示すように、下面を発光面とする発光パネルから成る光源部Ｃ１０を有する照明装置Ｃ１と、照明装置Ｃ１を天井（造営面）に対して保持する器具本体Ｃ２とから構成される。

照明装置Ｃ１は、有機ＥＬ素子から成る薄型の面光源である光源部Ｃ１０と、点灯装置（図示せず）とを備える。尚、点灯装置は上述の点灯装置の実施形態と同様の構成である。点灯装置は、後述する器具本体Ｃ２の筐体Ｃ２２に収納される。勿論、点灯装置は、その一部又は全部が光源部Ｃ１０と共に後述する器具本体Ｃ２の枠体Ｃ２０に収納される構成であってもよい。

器具本体Ｃ２は、下面に矩形状の開口Ｃ２００を有し照明装置Ｃ１を内部に収納する矩形状の枠体Ｃ２０と、枠体Ｃ２０を電源コードＣ２１によって吊り下げ支持する筐体Ｃ２２とを備える。枠体Ｃ２０には、電源コードＣ２１の一端が連結される。そして、電源コードＣ２１の他端が天井に取り付けられる筐体Ｃ２２に連結されることで、枠体Ｃ２０が天井から吊り下げ支持される。筐体Ｃ２２は、上面が天井に取り付けられる箱体から成り、その下面には外部のリモコン（図示せず）から送信される赤外線信号を受信する受光素子（図示せず）を外部に臨ませる受光窓Ｃ２３が設けられている。

而して、外部の直流電源（図示せず）から点灯装置に直流電力を供給することで、光源部Ｃ１０を発光させ、枠体Ｃ２０に設けられた開口Ｃ２００を介して外部に光を照射することができる。また、受光窓Ｃ２３を介してリモコンからの赤外線信号を受信できるので、リモコン操作により光源部Ｃ１０を調光することができる。

上述のように、本実施形態では、前述の点灯装置の実施形態を備えているので、小型化及び薄型化を図りつつ点灯制御の効率を向上させることができる。尚、本実施形態では、器具本体Ｃ２によって天井から照明装置Ｃ１を吊り下げ支持する構成であるが、壁を造営面として、器具本体Ｃ２によって照明装置Ｃ１を壁に保持する構成であってもよい。

１直流電源
３光源部
４電源部
７制御部
Ｑ１第１のスイッチング素子
Ｑ２第２のスイッチング素子

Claims

直流電源からの直流電力を所望の直流電力に変換するとともに、無機発光ダイオード素子又は有機エレクトロルミネセンス素子から成る光源部に点灯電力を供給する電源部と、前記光源部を流れる負荷電流が一定となるように前記電源部をフィードバック制御する制御部とを備え、前記電源部は、前記光源部と並列に接続される第１のスイッチング素子と、前記光源部と直列に接続される第２のスイッチング素子とを有し、前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子のオン／オフを前記制御部からの駆動制御信号により切り換えることで前記光源部に点灯電力を供給するチョッパ回路から成り、前記第１のスイッチング素子は、ワイドギャップ半導体で形成された半導体スイッチング素子であることを特徴とする点灯装置。
前記電源部は、前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子のオン／オフを交互に切り換えることを特徴とする請求項１記載の点灯装置。
前記第１のスイッチング素子は、双方向スイッチング素子から成ることを特徴とする請求項１又は２記載の点灯装置。
前記第１のスイッチング素子は、２つの電界効果トランジスタから成るとともに各々ゲート端子を有し、何れか一方の前記ゲート端子を駆動すると何れか一方向のみに電流を流すダイオードとして動作することを特徴とする請求項３記載の点灯装置。
前記電源部は、前記光源部の点灯状態において前記第１のスイッチング素子をオンからオフに切り換える際に、一定時間の間前記第１のスイッチング素子の一方の前記ゲート端子を駆動させた後に両方の前記ゲート端子を駆動させ、前記第１のスイッチング素子は、前記直流電源の高圧側をカソード、接地側をアノードとしたダイオードとして動作した後にオフに切り換わることを特徴とする請求項４記載の点灯装置。
前記電源部は、前記光源部を点灯状態から消灯状態に切り換える際に前記第１のスイッチング素子の前記一方とは異なる他方の前記ゲート端子を駆動させ、前記第１のスイッチング素子は、前記直流電源の高圧側をアノード、前記接地側をカソードとしたダイオードとして動作することを特徴とする請求項４又は５記載の点灯装置。
前記電源部は、一定時間において前記光源部の点灯及び消灯を交互に繰り返す調光動作を行う調光機能を有し、前記光源部を点灯状態から消灯状態に切り換える際に前記第１のスイッチング素子の前記一方の前記ゲート端子を駆動させ、前記第１のスイッチング素子は、前記直流電源の高圧側をカソード、前記接地側をアノードとしたダイオードとして動作することを特徴とする請求項４又は５記載の点灯装置。
前記光源部に印加される電圧を検出する電圧検出部を有し、前記電圧検出部で検出された電圧値が所定の範囲から外れた場合、前記電源部は、前記第１のスイッチング素子の前記他方の前記ゲート端子を駆動させ、前記第１のスイッチング素子は、前記直流電源の高圧側をアノード、前記接地側をカソードとしたダイオードとして動作することを特徴とする請求項４乃至７の何れか１項に記載の点灯装置。
請求項１乃至８の何れか１項に記載の点灯装置と、前記光源部と、前記点灯装置及び前記光源部を収納する器体とを備えたことを特徴とする照明装置。
請求項９記載の照明装置を１乃至複数備えるとともに、前記各照明装置に点灯電力を供給する電源ユニットを備えたことを特徴とする照明システム。
請求項９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たことを特徴とする照明器具。