点灯装置以及照明装置制造方法
【专利摘要】本发明是有关一种点灯装置以及照明装置，该点灯装置具备：输入端；斩波器，具有：开关元件，与所述输入端连接；恒电流机构，与所述开关元件连接；电感器，至少在所述开关元件的导通时电流流动；二极管，至少在所述开关元件的断开时电流流动；及驱动线圈，与所述电感器磁耦合且与所述开关元件的控制端子连接；以及输出端，与所述斩波器连接，并且与半导体发光元件连接。
【专利说明】点灯装置以及照明装置
[0001]本申请案是申请号201010540958.1，发明名称为“LED点灯装置以及照明装置”的申请案的分案申请，原始母案的申请日为2010年11月8日。
[0002]本申请案是基于2009年11月9号提出的日本专利申请案第2009-256363号、2010年2月10号提出的日本专利申请案第2010-027398号和2010年3月19号提出的日本专利申请案第2010-064436号并主张其优先权，这些申请案的全文以引用的方式并入本文。
【技术领域】
[0003]本发明的实施方式涉及一种发光二极管(Light-Emitting D1de, LED)点灯装置以及具备点灯装置的照明器具。
【背景技术】
[0004]近年来，随着发光二极管LED元件的光学性能的提高，使用LED元件来作为光源的装置已得到实用化。作为使LED元件点灯的LED点灯装置，例如广泛使用有利用开关(switching)机构的直流的LED点灯装置。
[0005]对于LED点灯装置的开关机构(开关元件)，先前使用的是利用Si(硅)半导体的晶体管(transistor)等。而且,利用SiC(碳化娃)、GaN(氮化镓)或金刚石(diamond)等的宽带隙(wide bandgap)半导体的晶体管受到瞩目。
[0006]宽带隙半导体一般具有当门极(gate)电压为零时让电流流过的常通(normallyon)特性。使用宽带隙半导体的半导体元件例如有面结型场效应晶体管(Junct1n FieldEffect Transistor, JFET)、静电感应型晶体管(Static Induct1n Transistor, SIT)、金属-半导体场效应晶体管(Metal-Semiconductor-Field-Effect_Transistor,MESFET)、异质面结型场效应晶体管(Heterojunct1n Field Effect Transistor, HFET)、高电子迁移率晶体管(High ElectronMobility Transistor, HEMT)以及蓄积型 FET 等。
[0007]为了使具有常通特性的半导体元件(以下，称作常通开关)确实地断开，LED点灯装置必须具备负门极电压用的控制电路。
[0008]而且，已知通过使用直流-直流(Directcurrent-Direct current,DC-DC)转换器(converter)来对LED元件进行点灯，以获得电路效率高的LED点灯装置。DC-DC转换器通过使用感应产生的电动势来驱动开关元件，能够进行恒电流控制。
[0009]但是，【背景技术】中的LED点灯装置需要由电阻元件等的阻抗(impedance)机构和控制电路构成的电流反馈型的反馈电路，所述电阻元件是与开关元件串联地插入，并对流至电感器(inductor)的增加的电流进行检测，所述控制电路在阻抗机构的电压降达到预先设定的阈值时，使开关元件断开。而且，为了实现发光二极管的恒电流控制，配设与电感器磁耦合的2次线圈，利用该2次线圈中感应产生的电压来获得开关元件的导通信号。因此，存在电路结构复杂化，电感器的构造复杂化，从而阻碍小型化或集成电路(IntegratedCircuit, IC)化的问题。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于提供一种点灯装置，当流至电感器的增加电流达到规定值时，利用简单的机构来使开关元件断开。
[0011]本发明是有鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种使用有电路结构简单、也能够使价格上廉价的常通型开关元件的电源装置以及照明器具。
[0012]本发明的目的在于提供一种使用常通开关来进行开关，并且也可以不对电感器设置反馈线圈的恒电流控制型点灯装置。
[0013]本发明的目的在于提供一种能够更有效率地工作的点灯装置以及具备点灯装置的照明装置。
[0014]为了解决上述问题，本发明的点灯装置包括:输入端；斩波器，具有:开关元件，与所述输入端连接；恒电流机构，与所述开关元件连接；电感器，至少在所述开关元件的导通时电流流动；二极管，至少在所述开关元件的断开时电流流动；及驱动线圈，与所述电感器磁耦合且与所述开关元件的控制端子连接；以及输出端，与所述斩波器连接，并且与半导体发光元件连接。
[0015]此外，至少所述开关元件、所述恒电流机构、以及所述二极管的任I个是使用氮化镓。
[0016]此外，所述斩波器的所述开关元件具有一对主端子；所述斩波器的所述恒电流机构具有一对主端子和控制端子；所述斩波器的所述二极管具有一对主端子；所述斩波器包含串联连接体，所述串联连接体连接于所述开关元件、所述恒电流机构及所述二极管，且所述串联连接体包括集成电路，所述集成电路包含:第I和第2外部端子，从位于所述串联连接体的两端侧的一对主端子而导出；第3外部端子，从所述开关元件、所述恒电流机构及所述二极管的至少任2个连接点而导出；第4外部端子，从所述开关元件的所述控制端子而导出；及第5外部端子，从所述恒电流机构的所述控制端子而导出。
[0017]此外，所述开关元件是常通型的场效应晶体管，所述开关元件具有源极或漏极以作为所述一对主端子，所述开关元件具有门极以作为所述控制端子。
[0018]此外，所述恒电流机构是常通型的场效应晶体管，所述恒电流机构具有源极或漏极以作为所述一对主端子，所述恒电流机构具有门极以作为所述控制端子。
[0019]此外，所述斩波器的所述开关元件在流经所述恒电流机构的电流达到规定电流值时，通过所述开关元件和所述恒电流机构的连接点的电位变成高于所述开关元件的所述控制端子的电位，来进行断开。
[0020]为了解决上述问题，本发明的照明装置包括:所述点灯装置；以及半导体发光元件，连接于所述点灯装置的输出端。
[0021]此外，所述点灯装置的所述斩波器的所述开关元件具有主端子，所述点灯装置的所述斩波器的所述恒电流机构利用所述半导体发光元件中产生的顺向电压，通过将施加于所述开关元件的所述控制端子及所述主端子间的电压设为低于控制端子电压的阀值电压，并且将所述开关元件的所述控制端子及所述主端子间的电压设为负电压，来使所述开关元件进行断开动作。
[0022]此外，所述点灯装置的所述斩波器的所述恒电流机构在所述半导体发光元件中产生的顺向电压高于规定电压时，使所述开关元件进行断开动作。
[0023]此外，所述点灯装置的所述斩波器的所述开关元件具有主端子，所述点灯装置的所述斩波器的所述恒电流机构通过将施加于所述开关元件的所述控制端子及所述主端子间的电压设为大于控制端子电压的阀值电压，使所述开关元件进行导通动作。
[0024]根据本发明，在开关元件的导通时，从直流电源经由恒电流机构流至电感器的增加的电流达到恒电流机构的恒电流值时，通过恒电流机构所产生的电压来使开关元件断开，因此不需要配设由对流至电感器的电流进行检测的电阻元件等的阻抗机构、以及当其电压降达到预先设定的阈值时使开关元件断开的控制电路构成的电流反馈型的反馈电路，当增加的电流达到规定值时，能够利用简单的结构来使开关元件断开而进行斩波器动作，因而能够提供一种电路结构变得简单，且具备容易实现集成化以及小型化的斩波器的点灯装置，
[0025]而且，能够获得一种可对所述开关元件使用常通开关的点灯装置。
[0026]进而，只要将开关元件、恒电流机构以及二极管构成为具备5个外部端子的集成电路，便可将斩波器整体进一步小型化，并且容易进行高速开关。
[0027]进而，通过利用半导体发光元件中产生的顺向电压来使常通型的开关元件断开，不再需要装入特别的电路，从而可实现装置的小型化、低价格化。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是表示一实施方式的照明器具的示例的图。
[0029]图2是表示一实施方式的LED点灯装置的结构例的图。
[0030]图3是表示一实施方式的LED点灯装置的结构例的图。
[0031]图4是表示一实施方式的恒电压电源的结构例的图。
[0032]图5是表示一实施方式的LED点灯装置的结构例的图。
[0033]图6是表示一实施方式的LED点灯装置的结构例的图。
[0034]图7是表示一实施方式的LED点灯装置的结构例的图。
[0035]图8是表示一实施方式的LED点灯装置的结构例的图。
[0036]图9(a)-图9(e)是表示一实施方式的LED点灯装置的各部分的电流以及电压的波形的示例的图。
[0037]图10是表示一实施方式的LED点灯装置的结构例的图。
[0038]图11是表示一实施方式的LED点灯装置的结构例的图。
[0039]图12是表示一实施方式的LED点灯装置的结构例的图。
[0040]图13(a)-图13(f)是表示一实施方式的LED点灯装置的各部分的电流以及电压的波形的示例的图。
[0041]图14是表示一实施方式的LED点灯装置的结构例的图。
[0042]图15是表示一实施方式的LED点灯装置的结构例的图。
[0043]图16是表示一实施方式的LED点灯装置的集成电路模块(module)的示例的图。
[0044]图17是表示一实施方式的LED点灯装置的集成电路模块的示例的图。
[0045]1:器具本体Ia:基台
[0046]2,3 =LED照明灯4:灯罩
[0047]10、AC:交流电源11:全波整流电路
[0048]12、20、34、36、38、41、44、48、60、75、76:电容器
[0049]13、32、33、43、47、51、52、53、54、61、62、71、80:场效应晶体管
[0050]14、31、55、72:LED 元件群15:电阻元件
[0051]16、35、65、74、L1、L11:电感器
[0052]17、85:电源
[0053]18:常断型场效应晶体管
[0054]19、21、24、32a、33a、37、40、43a、51a ~54a,56 ~59、61a、62a、86、87、Dll:二极管
[0055]22、77:续流二极管23、81、82:比较器
[0056]39:第I驱动源42:第2驱动源
[0057]46、DC、E 3:直流电源49、ZD1、ZD2:齐纳二极管
[0058]63:驱动源64:开关驱动部
[0059]66、73、78、83、84:电阻元件79:振荡停止部
[0060]100:电源装置161:辅助线圈
[0061]A:第I电路B:第2电路、基板结构体
[0062]C:第3电路、平面电容器构造体Cl:平滑电容器
[0063]C2、C13:输出电容器Cll:高频旁通用电容器
[0064]C12:耦合电容器CC:控制电路
[0065]CCM:恒电流机构CH:斩波器
[0066]CPh:迟滞比较器CS:控制开关
[0067]D:第4电路Dl:续流二极管
[0068]DB:整流电路DW:驱动线圈
[0069]E:基准电位El:可调整电位源
[0070]E2:逆偏压电源G:地线、GaN芯片
[0071]h:通孔1C、1C’:集成电路模块
[0072]ID:减少电流10:输出电流
[0073]IU:增加电流L:平面线圈构造体
[0074]LC:负载电路M:磁体层
[0075]MC:匹配电路Pl --第I外部端子
[0076]P2:第2外部端子P3:第3外部端子
[0077]P4:第4外部端子P5:第5外部端子
[0078]Ql:常通开关Q2、Q3:双极晶体管
[0079]Qll:开关元件Q12、Q13:晶体管
[0080]Rl:反馈电阻器R2、R3、R4、R5、R6、R11:电阻器
[0081]T:端子形成体t:端子部
[0082]tl、t2:输入端t3、t4:直流输出端
[0083]TE:外部端子Vc:恒电压
[0084]VCCM:恒电流机构的电压VD:电压分割器
[0085]Vdd:控制电源Vf:基准信号
[0086]VGS:门极.源极间电压VLl:电压
[0087]VZl:端子电压W:配线形成体
[0088]Zl:电流检测用阻抗元件
【具体实施方式】
[0089]一般而言，根据本发明的一实施方式，LED点灯装置具备:输出产生机构，具有至少I个常通型的开关元件，通过该开关元件的导通/断开动作来产生直流输出；半导体发光元件，通过从所述输出产生机构产生的直流输出来进行点灯；以及驱动控制机构，使用流经所述半导体发光元件的电流来使所述开关元件进行断开动作。
[0090]以下，根据附图来说明实施方式。
[0091](第I实施方式)
[0092]图1是表示适用第I实施方式的电源装置(LED点灯装置)的照明器具的立体图。首先，对具备电源装置的照明器具进行简单说明。
[0093]在图1中，I是器具本体。器具本体I具有呈圆板状的基台la。并且，在该基台Ia上，呈同心状配置着作为光源且直径不同的环(ring)状的LED照明灯2以及3。以覆盖LED照明灯2、3的方式,安装着乳白色的灯罩(shade)4。在器具本体I的内部,配置着电源装置100。另外，虽未图示，但也可以在器具本体I上进一步设有反射板、端子以及配线等。
[0094]图2表示被装在图1所示的照明器具的器具本体I的内部的电源装置100的概略结构。
[0095]在图2中，10为交流电源。交流电源10具备未图示的商用电源。在交流电源10上，连接着全波整流电路11的输入端子。全波整流电路11产生对来自交流电源10的交流电力进行全波整流后的输出。在全波整流电路11的正负极的输出端子间，连接着脉动(ripple)电流平滑用的电容器(condenser) 12。
[0096]在电容器12上，连接着例如由GaN构成的常通型的场效应晶体管13，来作为构成降压斩波器的开关元件。
[0097]该场效应晶体管13是通过将带隙(bandgap)不同的不同种类的半导体材料予以接合而形成。场效应晶体管13在界面上具备二维电子气体(gas)的层。场效应晶体管13能够利用二维电子气体层的效应来实现高速的开关和感度。场效应晶体管13被称作HEMT(High Electron Mobility Transistor)。
[0098]而且，该场效应晶体管13将门极(gate)源极间电压设为Vgs，将门极电压的阈值设为Vth (负电压)。场效应晶体管13在Vth > Vgs时断开，在Vth < Vgs时导通。
[0099]场效应晶体管13的漏极(drain)连接于全波整流电路11的正极侧的输出端子。场效应晶体管13的源极经由LED元件群14、电阻元件15以及电感器16的串联电路而连接于全波整流电路11的正极侧的输出端子，该LED元件群14具有串联连接有多个的LED元件作为半导体发光元件。而且，场效应晶体管13的门极经由常断型(normally off type)的场效应晶体管18而连接于电阻元件15与电感器16的连接点，所述常断型场效应晶体管18作为构成驱动控制机构的开关元件。
[0100]另外，场效应晶体管13在源极与门极之间连接着门极保护用的图示极性的二极管19。
[0101]LED元件群14相当于图1所示的LED照明灯2、3。当LED元件群14上流经有电流时，会在两端产生图示极性的顺向电压。通过将顺向电压的负电位施加至场效应晶体管13的源极门极间，而使场效应晶体管13断开。而且，在LED元件群14上，并联连接着电容器20。
[0102]电感器16具有f禹合(coupling)的辅助线圈161。辅助线圈161的一端连接于电阻元件15与电感器16的连接点。辅助线圈161的另一端经由未图示的极性的二极管21而连接于场效应晶体管18的门极。并且，通过随着场效应晶体管13的导通/断开动作而进行的电感器16中的电磁能量(energy)的蓄积以及放出，经由续流二极管(flywheel d1de) 22而在电容器20两端产生降压的直流输出。而且，构成自感电路，该自感电路通过与电感器16中的电磁能量的蓄积以及放出成同步的辅助线圈161的输出，使场效应晶体管18进行导通/断开动作。
[0103]在电阻元件15上，连接着构成恒电流控制机构的比较器23。比较器23经由图示极性的二极管24而连接于场效应晶体管18的门极。而且，在比较器23的一个输入端子上连接着产生预先设定的基准信号Vf的电源17。对于比较器23的另一端子，输入流经电阻元件15的负载电流。比较器23对所输入的负载电流与基准信号Vf进行比较。比较器23在比较结果中负载电流达到基准信号Vf时，使场效应晶体管18强制进行导通动作。
[0104]其次，对以此方式构成的实施方式的作用进行说明。
[0105]当前，当通过未图示的电源开关而使电源导通时，经由导通状态的场效应晶体管13而在LED元件群14的两端产生图示极性的顺向电压。而且，当由于场效应晶体管13的导通，而LED元件群14中流动的电流达到比较器23的基准信号Vf时，场效应晶体管18导通，将LED元件群14的顺向电压的负电位施加至场效应晶体管13的源极与门极之间。此时，成为Vth > Vgs，而场效应晶体管13断开。在此状态下，从电感器16的辅助线圈161产生使场效应晶体管18持续导通的信号。当电感器16结束放电时，场效应晶体管18断开。此时，成为Vth < Vgs,因此场效应晶体管13再次导通。
[0106]以下，反复进行同样的动作，通过场效应晶体管18的开关动作来使场效应晶体管13导通/断开。通过电感器16中的电磁能量的蓄积以及放出，经由续流二极管22而在电容器20两端产生降压的直流输出。通过该直流输出，使LED元件群14点灯。
[0107]而且，当流经电阻元件15的负载电流达到比较器23的预先设定的基准信号Vf时，场效应晶体管18导通，场效应晶体管13断开。由此，负载电流受到限制，流经LED元件群14的负载电流被控制成始终与基准信号Vf —致，从而进行恒电流控制。
[0108]因此，这样，就能够使用常通型的场效应晶体管13来作为构成降压斩波器的开关元件，并利用LED元件群14上产生的顺向电压来使场效应晶体管13断开。由此，不再需要装入为了获得用于使常通型的场效应晶体管13断开的负电压而所需的特别的电源电路，能够减少零件个数。而且，能够使电路结构简单化，并且能够使装置小型化，也能够使价格上廉价。
[0109]而且，通过半导体发光元件14中产生的顺向电压，相对于场效应晶体管13的门极电压的阈值Vth而获得Vth > Vgs (门极源极间电压)的适当的负电位，因此能够使常通型的场效应晶体管确实地断开。
[0110]而且，作为开关元件，使用了由GaN构成的常通型的场效应晶体管13。场效应晶体管13不会使效率下降而能够高频化。由此，能够减小构成电路的电感器或电容器等的阻抗元件的容量，从而能够通过装置的进一步的小型化而实现模块化。
[0111]进而，通过利用来自外部的操作等来变更电源17的基准电压Vf，还能够进行LED元件群14的调光。此时，例如优选在搭载LED元件群14的未图示的基板侧，设置由遥控器(remote controller)或光电稱合器(photocoupler)等构成的、经由绝缘类型的输入机构来接收控制信号的接收电路。
[0112]另外，为了将LED元件群14两端产生的顺向电压设定为最佳，LED元件的串联个数受到限制，因此当需要更多个数的LED元件来作为LED照明灯时，只要将适当个数以上的LED元件与电感器16串联连接即可。
[0113](第2实施方式)
[0114]其次，对第2实施方式进行说明。
[0115]图3表不第2实施方式的概略结构,对于与图2相同的部分标注了相同的符号。
[0116]此时，在连接于全波整流电路11的正负极的输出端子间的电容器12间，与具有串联连接有多个的LED元件来作为半导体发光元件的LED元件群31串联地，连接着例如由GaN构成的常通型的场效应晶体管32、33的串联电路来作为开关元件。对于这些场效应晶体管32、33而言，门极电压的阈值Vth也是负电压，且在Vth > Vgs (门极源极间电压)时断开，Vth < Vgs时导通。而且，这些场效应晶体管32、33在源极漏极间分别连接着图示极性的二极管32a、33a。
[0117]在场效应晶体管32、33的串联电路上，并联连接着电容器34，在场效应晶体管33上，并联连接着电感器35与电容器36的串联电路。在场效应晶体管32上，在门极与源极之间连接着图示极性的二极管37，在该二极管37之间，经由电容器38而连接着第I驱动源39。而且，场效应晶体管33也在门极与源极之间连接着图示极性的二极管40，在该二极管40之间，经由电容器41而连接着第2驱动源42。这些第I驱动源39以及第2驱动源42经由电容器38、41而输出正负的脉冲(pulse)状信号，将经过二极管37、40半波整流后的负电压的信号交替输入至场效应晶体管32、33的门极源极间。
[0118]在电容器12与LED元件群31的连接点上，连接着例如由GaN构成的常通型的场效应晶体管43来作为驱动控制机构即开关元件。该场效应晶体管43的漏极连接于电容器12与LED元件群31的连接点，源极经由电容器44而连接于场效应晶体管33的门极。进而，场效应晶体管43的门极连接于电容器44与场效应晶体管33的门极的连接点，接通电源，并且通过LED元件群31的顺向电压来使电容器44产生负电位并输入至场效应晶体管33的门极。场效应晶体管43在源极漏极间连接着图示极性的二极管43a。
[0119]其次，对以此方式构成的实施方式的作用进行说明。
[0120]当前，当通过未图示的电源开关而使电源导通，LED元件群31中产生顺向电压时，通过该顺向电压，充电电流经由导通状态的场效应晶体管43而流至电容器44，电容器44以图示极性得以充电。于是，场效应晶体管33的门极上施加有电容器44的负电位，场效应晶体管33断开。由此，阻止电源启动时的LED元件群31与导通状态的场效应晶体管32、33造成的电路短路，防止过电流流动而损坏LED元件群31的事故。另外，电容器44的充电电荷通过场效应晶体管43的二极管43a而放电。
[0121]随后，通过来自第I驱动源39以及第2驱动源42的输出，负电压的信号经由二极管37、40而交替输入至场效应晶体管32、33的门极源极间。首先，当场效应晶体管32导通，从第2驱动源42对场效应晶体管33的门极输入负电压的信号而使其断开时，电流从全波整流电路11的正极侧流至LED元件群31、场效应晶体管32、电感器35、电容器36、全波整流电路11的负极侧，在电感器35中蓄积电磁能量。在此状态下，当从第I驱动源39对场效应晶体管32的门极输入负电压的信号而使其断开时，电感器35的电磁能量使充电电流通过电容器36、场效应晶体管33的二极管33a而持续流至电容器36。至此为止，说明了将电容器36作为输出电容器的降压斩波器的动作。
[0122]其次，当场效应晶体管33导通，从第I驱动源39对场效应晶体管32的门极输入负电压的信号而使其断开时，无充电电流，放电电流从电容器36通过电感器35、场效应晶体管33而流动，在电感器35中蓄积电磁能量。并且，在此状态下，当从第2驱动源42对场效应晶体管33的门极输入负电压的信号而使其断开时，电感器35的电磁能量通过场效应晶体管32的二极管32a、电容器34而流动。以下，如果反复进行同样的动作，则负载电流持续流至LED元件群31，通过该电流来使LED元件群31进行点灯。
[0123]因此，这样，随着电源上升，可利用LED元件群31的顺向电压来使充电电流经由常通型的场效应晶体管43而流至电容器44以进行充电，并能够通过该电容器44的负电位来使构成开关电路的常通型的场效应晶体管33断开。此时，也能够获得与第I实施方式同样的效果。进而，能够阻止场效应晶体管32、33的导通所造成的电源启动时的电路短路，因此能够确实地消除过电流流经LED元件群31的问题,防患LED元件群31的损坏等的事故于未然。
[0124](变形例)
[0125]图4是表示适用于第2实施方式的恒电压电源的概略结构的图。第2实施方式中，可适用图4所示的恒电压电源来作为电源。此时，在直流电源46的正极侧端连接着常通型的场效应晶体管47的漏极，该场效应晶体管47的源极经由电容器48而连接于直流电源46的负极侧端。而且，在场效应晶体管47的门极与直流电源46的负极侧端之间，连接着图示极性的齐纳二极管(Zener d1de)490齐纳二极管49通过齐纳效应而产生固定的电压。
[0126]如此，通过场效应晶体管47的导通，可在电容器48之间产生齐纳二极管49的恒电压Vc，从而将该恒电压用作电源。
[0127](第3实施方式)
[0128]其次，对第3实施方式进行说明。
[0129]图5表不第3实施方式的概略结构,对于与图2相同的部分标注了相同的符号。
[0130]此时，在连接于全波整流电路11的正负极的输出端子的电容器12间，连接着全桥(full bridge)电路与LED元件群55的串联电路，该全桥电路是将例如由GaN构成的常通型的场效应晶体管51、52的串联电路与同样由GaN构成的常通型的场效应晶体管53、54的串联电路并联连接而作为开关元件，所述LED元件群55具有多个串联连接的LED元件来作为半导体发光元件。而且，在场效应晶体管51、52的连接点与场效应晶体管53、54的连接点之间，连接着电感器65。
[0131]对于场效应晶体管51?54而言，也是门极电压的阈值Vth为负电压，且当Vth >Vgs (门极源极间电压)时断开，Vth < Vgs时导通的常通型的场效应晶体管。这些场效应晶体管51?54在源极漏极间分别连接着图示极性的二极管51a?54a。而且，场效应晶体管51?54在各自的门极源极间，各别地连接着门极保护用的二极管56?59。进而，在场效应晶体管51?54的电桥电路上，并联连接着电容器60。
[0132]LED元件群55中当电流流动时，在两端产生图示极性的顺向电压，通过该顺向电压来使地线(ground) G侧为负电位。此时，地线G侧的负电位被设定成场效应晶体管51?54的门极电压的阈值Vth以下。
[0133]场效应晶体管51、54将各自的门极共同连接，并经由作为驱动控制机构的由GaN构成的常通型的场效应晶体管61而连接于地线G，同样地，场效应晶体管52、53将各自的门极共同连接，并经由作为驱动控制机构的由GaN构成的常通型的场效应晶体管62而连接于地线G。
[0134]场效应晶体管61、62在源极漏极间分别连接着图示极性的二极管61a、62a。这些场效应晶体管61、62与驱动源63构成开关驱动部64。驱动源63连接于场效应晶体管61、62的门极,将负电压的信号交替输入至场效应晶体管61、62的门极。
[0135]另外，65、66是用于加快从场效应晶体管52?54的断开状态向导通的恢复的电阻元件。
[0136]其次，对以此方式构成的实施方式的作用进行说明。
[0137]当前，当通过未图示的电源开关而使电源导通时，由于场效应晶体管51?54的导通，在LED元件群55上产生图示极性的顺向电压，使地线G侧为负电位。在此状态下，经由导通状态的场效应晶体管61、62来对场效应晶体管51?54的各门极施加地线G侧的负电位，场效应晶体管51?54断开。由此，阻止电源启动时的场效应晶体管51?54、LED元件群55造成的电路短路。
[0138]随后，通过来自开关驱动部64的驱动源63的输出，对场效应晶体管61、62的门极交替输入负电压的信号。首先，当场效应晶体管51、54导通，场效应晶体管62导通，对场效应晶体管52、53的门极施加有该地线G侧的负电位而使其断开时，电流从全波整流电路11的正极侧流至场效应晶体管51、电感器65、场效应晶体管54、LED元件群55，在电感器65中蓄积电磁能量。在此状态下，当场效应晶体管61导通，而对场效应晶体管51、54的门极施加该地线G侧的负电位而使其断开时，电感器65的电磁能量使充电电流通过场效应晶体管53的二极管53a、电容器60、场效应晶体管52的二极管52a而流动。
[0139]其次，当场效应晶体管52、53导通，场效应晶体管61导通，对场效应晶体管51、54的门极施加地线G的负电位而使其断开时，充电电流从电容器60通过场效应晶体管53、电感器65、场效应晶体管52而流动，在电感器65中蓄积电磁能量。在此状态下，当场效应晶体管62导通，而对场效应晶体管52、53的门极施加地线G的负电位而使其断开时，电感器65的电磁能量通过场效应晶体管51的二极管51a、电容器60、场效应晶体管54的二极管54a而作为充电电流来流动。以下，如果反复进行同样的动作，则负载电流将持续流至LED元件群55，通过该负载电流来使LED元件群55进行点灯。
[0140]因此，这样，随着电源上升，可利用LED元件群31的顺向电压来将地线G侧设定为负电位，并能够通过该地线G侧的负电位来使构成开关电路的常通型的场效应晶体管51?54断开。此时，也能够获得与第I实施方式同样的效果。进而，能够阻止场效应晶体管51?54的导通所造成的电源启动时的电路短路，因此能够确实地消除过电流流经LED元件群55的问题，防患LED元件群31的损坏等的事故于未然。
[0141](第4实施方式)
[0142]其次，对第4实施方式进行说明。
[0143]图6表不第4实施方式的概略结构,对于与图2相同的部分标注了相同的符号。
[0144]此时，在电容器12上，与第I实施方式中所述同样地，连接着例如由GaN构成的常通型的场效应晶体管71，以作为构成降压斩波器的开关元件。
[0145]该场效应晶体管71中，门极电压的阈值Vth为负电压。场效应晶体管71在Vth> Vgs (门极源极间电压)时断开，Vth < Vgs时导通。场效应晶体管71将漏极连接于全波整流电路11的正极侧的输出端子，将源极经由具有多个串联连接的LED元件来作为半导体发光元件的LED元件群72、电阻元件73、电感器74的串联电路而连接于全波整流电路11的正极侧的输出端子。
[0146]LED元件群72是与上述同样地相当于图1所示的LED照明灯2、3，当负载电流流动时，在两端产生图示极性的顺向电压。在LED元件群72上，并联连接着电容器75。
[0147]电感器74具有耦合的辅助线圈741，将该辅助线圈741的一端经由电容器76而连接于场效应晶体管71的门极，将另一端连接于场效应晶体管71与LED元件群72的连接点。并且，通过随着场效应晶体管71的导通/断开动作而进行的电感器74中的电磁能量的蓄积以及放出，经由续流二极管77而在电容器75两端产生降压的直流输出。
[0148]而且，构成自感电路，该自感电路通过与电感器74中的电磁能量的蓄积以及放出成同步的辅助线圈741的输出，使场效应晶体管71的源极与门极之间产生Vth > Vgs的负电位而使场效应晶体管71断开。另外，此处的续流二极管77是使用例如由GaN构成的常通型的二极管。
[0149]在场效应晶体管71的门极上，经由作为限流电阻的电阻元件78、作为开关元件的常断类型的场效应晶体管80而连接着电阻元件73与电感器74的连接点。
[0150]场效应晶体管80是与比较器81、82、电阻元件83、84以及电源85 —同构成作为驱动控制机构的振荡停止部79。此时，比较器81将一个输入端子连接于场效应晶体管71与LED元件群72的连接点，在另一个输入端子上连接着电源85，进而，输出端子经由电阻元件83,84而连接于电阻元件73与电感器74的连接点。
[0151]而且，比较器81作为运算放大器(operat1nal amplifier)而进行动作,通过电源85的设定，使电阻元件83、84的连接点上产生基准信号Vf，该基准信号Vf用于将LED元件群72的顺向电压(负载电压)低于上述Vth的状态检测为异常。比较器82的一个输入端子连接于LED元件群72与电阻元件73的连接点，另一个输入端子连接于电阻元件83、84的连接点，进而，输出端子连接于场效应晶体管80的门极。比较器82根据流经电阻元件73的电流与基准信号Vf的比较结果来使场效应晶体管80导通。
[0152]另外，86、87是构成对场效应晶体管71的门极电压进行钳位(clamp)的门极电压钳位电路的二极管。此时，场效应晶体管71的门极电压钳位是使用LED元件群72的顺向电压来进行。
[0153]其次，对以此方式构成的实施方式的作用进行说明。
[0154]当前，当通过未图示的电源开关来使电源导通时，经由导通状态的场效应晶体管71而在LED元件群72的两端产生图示极性的顺向电压。而且，由于场效应晶体管71的导通，电流经由LED元件群72而流至电感器74。由此，在电感器72上蓄积电磁能量，同时，从辅助线圈721产生输出，并经由电容器76而输入至场效应晶体管71的门极。此时，通过辅助线圈721的输出，在场效应晶体管71的源极与门极之间产生Vth > Vgs的负电位，使场效应晶体管71断开。
[0155]在此状态下，蓄积在电感器74中的电磁能量被放出，而且，场效应晶体管71在无来自辅助线圈721的输入时成为Vth < Vgs而再次导通。
[0156]以下，反复进行同样的动作，通过与电感器74中的电磁能量的蓄积以及放出成同步的辅助线圈741的输出来使场效应晶体管71进行导通断开。同时，通过电感器74对电磁能量的蓄积以及放出，经由续流二极管77而在电容器75两端产生降压的直流输出，通过该直流输出来对LED元件群72进行点灯。
[0157]另一方面，比较器81作为运算放大器而进行动作，在电阻元件83、84的连接点上产生基准信号Vf。在此状态下，对应于LED元件群72的顺向电压(负载电压)，将流经电阻元件73的负载电流输入至比较器82。比较器82中，对负载电流与基准信号Vf进行比较。并且，根据该比较结果，当判断为此时的负载电流小于基准信号Vf，S卩，对应于负载电流的LED元件群72的顺向电压(负载电压)低于Vth时，从比较器82产生输出，使场效应晶体管80导通。于是，将LED元件群72的顺向电压的负电位施加至场效应晶体管71的源极与门极之间，使场效应晶体管71断开而停止自感振荡。
[0158]因此，这样也能够获得与第I实施方式同样的效果。进而，当判断为LED元件群72的顺向电压(负载电压)低于Vth电压时，可使场效应晶体管71强制断开而停止自感振荡。由此，能够实现可防止因LED元件群72的顺向电压的异常降低而导致电路陷入无法控制等的电路保护。
[0159]另外，通过变更基准信号Vf的设定，当LED元件群72的顺向电压(负载电压)达到高于规定的顺向电压(负载电压)的电压时，也能够使自感振荡停止。
[0160]本发明并不限定于上述实施方式，在实施阶段，可在不变更其主旨的范围内进行各种变形。例如，上述实施方式中，对适用由GaN构成的常通型的场效应晶体管的示例进行了叙述，但也可以适用SiC等的其他宽带隙半导体。而且，上述实施方式中，作为半导体发光元件，对LED元件的示例进行了叙述，但也可以适用于使用激光二极管(laser d1de)等其他半导体发光元件的情况。
[0161]另外，一实施方式的电源装置(LED点灯装置)也可以具备:开关元件，由常通型的场效应晶体管构成；以及驱动控制机构，通过半导体发光元件上产生的顺向电压，相对于场效应晶体管的门极电压的阈值Vth而施加Vth > Vgs (门极源极间电压)的负电位，从而可断开。
[0162]而且，一实施方式的电源装置也可以具备驱动控制机构，该驱动控制机构在半导体发光兀件上产生的顺向电压低于所述阈值Vth时或者高于规定的电压时,可使场效应晶体管断开。
[0163]而且，一实施方式的电源装置也可以具备具有常通型的场效应晶体管的驱动控制机构。
[0164]根据上述第I至第4实施方式，通过利用半导体发光元件上产生的顺向电压来使常通型的开关元件断开，无须装入特别的电路，能够实现装置的小型化、低价格化。
[0165]而且，根据上述第I至第4实施方式，可通过半导体发光元件上产生的顺向电压而获得适当的负电位，从而可使常通型的场效应晶体管确实地断开。
[0166]进而，根据上述第I至第4实施方式，可使常通型的场效应晶体管引起的自感振荡停止而实现电路保护。
[0167](第5实施方式)
[0168]参照图7，来对LED点灯装置的第5形态进行说明。
[0169]本形态中，LED点灯装置具备直流电源DC、斩波器CH、负载电路LC以及控制电路
CCo
[0170]直流电源DC可以是任何结构，但例如可将整流电路DB作为主体而构成，而且，根据所需而具备由平滑电容器Cl等构成的平滑电路。在本形态中，整流电路DB优选由电桥型整流电路构成，对交流电源AC，例如对商用交流电源的交流电压进行全波整流而获得直流电压。
[0171]本形态中，斩波器CH是由非绝缘型降压斩波器构成。斩波器CH的功率部即对负载供给的电力所通过的电路部是包括常通开关Ql、电感器L1、续流二极管Dl以及电流检测用阻抗元件Zl而构成。并且，功率部在电路动作上可分为第I电路A以及第2电路B。
[0172]第I电路A是从直流电源DC使电磁能量蓄积至电感器LI的电路，且具备将包括常通开关Q1、负载电路LC以及电感器LI的串联电路连接于直流电源DC的结构。并且，在常通开关Ql的导通时,增加电流从直流电源DC流动而在电感器LI中蓄积电磁能量。
[0173]第2电路B是放出电感器LI中蓄积的电磁能量的电路。第2电路B具备将包含续流二极管Dl以及负载电路LC的串联电路连接于电感器LI的结构，在常通开关Ql的断开时，减少电流从电感器LI流动。
[0174]常通开关Ql允许使用【背景技术】一项中所述的各种宽带隙半导体，但在本形态中，使用的是利用GaN基板的HEMT。因此，常通开关Ql是具备漏极、源极以及门极的场效应型的宽带隙半导体。常通开关Ql具有与广泛普及的Si半导体相比极为优异的电势(potential),能够以例如GHz级的动作频率来使斩波器进行动作。因此,能够实现电感器LI的超小型化。其结果，能够使LED点灯装置的整体显著小型化。
[0175]电感器LI只要具有对从直流电源DC供给的电磁能量进行蓄积，接着将其放出的功能即可，因此不需要配设【背景技术】中那样的2次线圈。因此，能够简化电感器LI的构造而有助于其小型化。
[0176]续流二极管Dl是提供用于将电感器LI中蓄积的电磁能量放出而再生的电流路径即第2电路B的机构。续流二极管Dl可对应于斩波器CH的动作频率而使用例如肖特基势垒.二极管(Schottky barrier d1de)、PIN 二极管等的开关二极管。
[0177]电流检测用阻抗元件Zl是被插入所述增加电流以及减少电流均会流经的电路中的位置即第I电路A以及第2电路B所共有的线路部分，以检测上述各电流的机构。并且，例如使用电阻值小的电阻器来构成。
[0178]而且，斩波器CH在升压斩波器的情况下，可由将电感器LI以及常通开关Ql的串联电路连接于直流电源DC的第I电路A与将电感器L1、续流二极管Dl以及负载电路LC的串联电路连接于直流电源DC的第2电路B构成。另外，在升降压斩波器的情况下如前所述。
[0179]负载电路LC是由负载的发光二极管LED与输出电容器C2的并联电路构成，且连接于所述增加电流与减少电流均会流经的电路中的位置。另外，发光二极管LED相对于上述电流而顺向地由单个或串联连接的多个构成。
[0180]控制电路CC具备控制开关CS以及匹配机构MC，接收适当的控制电源的供给而工作，以控制常通开关Ql的导通、断开。在本形态中，从负载电路LC的两端对控制电路CC供给控制电源。
[0181]控制开关CS是对常通开关Ql的导通、断开进行切换的机构。即，如果通过控制开关CS导通，而将常通开关Ql的门极连接于阻抗元件Zl以及电感器LI的连接点，则在常通开关Ql的门极上，相对于源极而施加负电压，因此常通开关Ql将断开。而且，如果控制开关CS断开，而常通开关Ql的门极从针对阻抗元件Zl以及电感器LI的连接点的连接而开放或者与源极成为同电位，则常通开关Ql将导通。
[0182]匹配机构MC介隔在阻抗元件Zl与控制开关CS之间，当增加电流达到第I规定值时，使控制开关CS导通。而且，当减少电流达到第2规定值时，使控制开关CS断开。
[0183]因此，在增加电流流动时，当阻抗元件Zl的端子电压达到第I规定值时，匹配机构MC使控制开关CS导通，因此常通开关Ql断开。而且，在减少电流流动时，当阻抗元件Zl的端子电压达到第2规定值时，匹配机构MC使控制开关CS断开，因此常通开关Ql导通。
[0184]其次，对电路动作进行说明。
[0185]当接通直流电源DC时，斩波器CH的常通开关Ql导通，电流从直流电源DC在第I电路A内流出，电流将直线增加。这便是增加电流，从而在电感器LI内蓄积电磁能量。当增加电流在第I电路A内流出时，阻抗机构Zl的端子电压是与增加电流成正比地增大。并且，当端子电压达到第I规定值时，匹配机构MC使控制开关CS导通。
[0186]当控制开关CS导通时，常通开关Ql的门极成为负电压，因此常通开关Ql断开，增加电流被阻断。由此，电感器LI中蓄积的电磁能量被放出而电流开始在第I电路B内流动，电流将直线减少。这便是减少电流。当减少电流达到第2规定值时，匹配机构MC使控制开关CS断开。
[0187]当控制开关CS断开时，对常通开关Ql的门极的负电压的施加得以解除，因此常通开关Ql导通，增加电流再次开始流动。以后，通过反复进行以上的电路动作，而持续DC-DC转换动作。
[0188](第6实施方式)
[0189]参照图8，来对LED点灯装置的第6形态进行说明。
[0190]本形态中，控制电路CC与第5形态不同。另外，在图中，对于与图7相同的部分标注相同的符号，并省略说明。
[0191 ] 在本形态中，控制电路CC是由并联连接有控制开关CS的P型FETl以及N型FET2构成。并且，P型FETl的漏极与N型FET2的源极的连接端连接于常通开关Ql的门极。
[0192]而且，匹配电路MC由迟滞比较器CPh构成。并且，迟滞比较器CPh将反转输入端子连接于阻抗机构Zl的负载电路LC侧的一端,将非反转输入端子连接于基准电位E,将输出端子连接于P型FETl以及N型FET2的门极。而且，在非反转输入端子与输出端子之间，连接着电阻值经过预先调整的反馈电阻器R1。上述基准电位E是形成在由相对于负载电路LC以及阻抗机构Zl的串联部分而并联连接的电阻器R2以及R3构成的电压分割器VD的连接点上。
[0193]这样，在常通开关Ql导通而使增加电流IU流至阻抗机构Zl时，当阻抗机构Zl的端子电压达到第I规定值时，对迟滞比较器CPh的反转输入端子输入正的第I规定值电压，对输出端子输出负的最大输出电压。该负的最大输出电压被施加至控制开关CS的P型FETl的门极，因此P型FETl导通。另外，此时，N型FET2维持断开状态。
[0194]当P型FETl导通时，常通开关Ql的门极成为负电位，因此常通开关Ql断开，增加电流IU被阻断。伴随于此，减少电流ID从电感器LI流出。该减少电流ID流动时的阻抗机构Zl的端子电压紧接着该增加电流的端子电压而输入至迟滞比较器CPh的反转输入端子，因此当该值达到第2规定值时，此次从迟滞比较器CPh的输出端子输出正的最大电压。其结果，P型FETl断开，N型FET2导通。
[0195]P型FETl断开，N型FET2导通的结果是，常通开关Ql导通，因此该增加电流再次流至负载电路LC。以后，反复进行以上的动作而进行斩波器动作。
[0196]其次，参照图9(a)-图9(e)，来对第6形态的各部分的电流、电压波形的关系进行说明。即，图9的(a)是增加电流IU的波形，图9(b)是减少电流ID的波形，图9 (c)是阻抗机构的端子电压VZl的波形，图9(d)是电感器的电压VLl的波形，图9(e)是常通开关的门极电压VGS的波形，使时间轴一致而示出。另外，在图中，增加电流IU的峰(peak)值相当于达到第I规定值时。而且，减少电流ID的O值相当于达到第2规定值时。
[0197]图9(a)-图9(e)的电流波形图是控制无延迟时的理想波形，但当增加电流的阻断时的控制产生无法忽略的延迟时，第I规定值将存在于比峰值低相当于控制延迟的值的位置处。而且，当减少电流达到第2规定值时的控制存在无法忽略的延迟时，在减少电流与下个增加电流之间产生相当于控制延迟的电流阻断时间。
[0198](第7实施方式)
[0199]参照图10，来对LED点灯装置的第7形态进行说明。
[0200]本形态中，控制电路CC与第5以及第6形态不同。另外，在图10中，对于与图7相同的部分标注相同的符号，并省略说明。
[0201]即，控制开关CS是以双极晶体管(bipolar transistor) Q2为主体而构成。双极晶体管Q2将集电极(collector)连接于常通开关Ql的门极，并且经由一由降压器(dropper)构成的控制电源Vdd而连接于常通开关Ql的源极，且发射极(emitter)连接于电感器LI以及阻抗机构Zl的连接点。
[0202]而且，匹配机构MC是以双极晶体管Q3、电阻器R4以及R5为主体而构成。双极晶体管Q3的集电极经由电阻器R4而连接于控制开关CS的双极晶体管Q2的基极(base)，发射极连接于电感器LI以及阻抗机构Zl的连接点，基极经由电阻器R6而连接于双极晶体管Q2的集电极。而且，电阻器R5、R4以及双极晶体管Q3的集电极.发射极的串联电路并联连接于阻抗机构Zl。
[0203]这样，当常通开关Ql导通而该增加电流流动时，控制开关CS的双极晶体管Q2断开，匹配机构MC的双极晶体管Q3导通。因此，阻抗机构Zl的端子电压被电阻器R4以及电阻器R5的串联电路予以分压，电阻器R4的两端电压被施加于双极晶体管Q2的基极?发射极间。
[0204]因此，通过预先调整电阻器R4与电阻器R5的值以将电阻器R4的值设定为相对较小，可在增加电流达到第I规定值之前的电平(level)时，使双极晶体管Q2成为断开状态。但是，当增加电流达到第I规定值时，双极晶体管Q2成为导通状态，对常通开关Ql的门极施加负电压，因此常通开关Ql断开而增加电流被阻断。
[0205]当双极晶体管Q2达到导通状态时，双极晶体管Q3断开，因此当常通开关Ql断开而减少电流流动时，阻抗机构Zl的端子电压不会被分压而施加至双极晶体管Q2，继而，双极晶体管Q2维持导通状态。但是，当阻抗机构Zl的端子电压下降而达到第2规定值时，双极晶体管Q2无法维持导通状态而断开。其结果，常通开关Ql再次导通。随后，反复进行上述的电路动作，持续斩波器动作。
[0206]另外，在上述实施方式中，斩波器包括降压斩波器、升压斩波器以及升降压斩波器等的各种斩波器。另外，升降压斩波器是使升压斩波器以及降压斩波器依序地(sequentially)连接而成。上述各斩波器的共同点在于，均是通过使常通开关导通而使从直流电源流入电感器的增加电流流动，并通过断开而将电感器中蓄积的电磁能量放出而使该减少电流流动，从而进行斩波器动作。
[0207]而且，在上述实施方式中，控制电路具备控制开关以及匹配机构。
[0208]控制开关至少包括进行从常通开关的导通状态向断开状态的切换的开关。另外，允许根据所需而具备从常通开关的断开状态切换为导通状态的第2开关。此时，进行从常通开关的导通状态向断开状态的切换的开关成为第I开关。
[0209]匹配机构介隔在阻抗机构与控制开关之间，当该增加电流流至阻抗机构时，在阻抗机构的端子电压达到第I规定值时，使控制开关进行动作而使常通开关断开。而且，当该减少电流流动时，在阻抗机构的端子电压达到第2规定值时，对控制开关进行控制而使常通开关导通。另外，第2规定值是低于第I规定值的值。
[0210]匹配机构只要具备上述功能即可，其余的结构并无特别限定。但是，较佳为可使匹配机构由迟滞比较器构成。而且，也可以使匹配机构构成为，具备对阻抗机构的端子电压进行直接检测的第I检测机构及经由电压分割器来进行检测的第2检测机构，且控制开关在使常通开关断开时联动地从第2检测机构切换为第I检测机构。
[0211]这样，当常通开关导通时，该增加电流从直流电源流至电感器，但当阻抗机构的端子电压达到第I规定值时，经由匹配机构来将控制开关导通而使负电压施加至常通开关的门极，因此常通开关断开而阻断该增加电流。伴随于此，电感器中蓄积的电磁能量被放出而使减少电流从电感器流动，并且，经由匹配机构来将控制开关断开，以解除对常通开关的门极的负电压的施加，因此常通开关导通。随后，反复进行上述电路动作而进行斩波器动作。
[0212]在伴随着斩波器动作的增加电流与减少电流均会流经的电路上的位置处连接着负载电路，因此进行DC-DC电压转换，连接于输出端的负载的发光二极管在转换后的电压下受到恒电流控制而点灯。另外，并联连接于负载电路的发光二极管的输出电容器发挥作用，以使斩波器的输出中所含的高频成分从发光二极管旁通(bypass)。其结果，发光二极管通过平滑化后的直流电流而进行点灯。
[0213]在上述实施方式中，对控制电路的控制电源的供给并无特别限定，但较佳为如下所述。即，从负载电路或常通开关的高电压侧获得控制电源。在从负载电路获得控制电源的方案中，在负载电路上产生经输出电容器平滑化后的直流电压，因此从负载电路导出比常通开关的门极阈值电压更高的电压而获得控制电源，由此能够简化该控制电源的电路结构。而且，在从常通开关的高电压侧获得该控制电源的方案中，例如可构成为，从常通开关的漏极侧经由降压器而获得比常通开关的门极阈值电压更高的电压。
[0214]在上述实施方式中，照明装置是指包括所有将发光二极管作为光源的装置。因此，允许是照明器具、显示装置以及标识装置等。照明装置本体是指从照明装置去除LED点灯装置后的剩余部分。
[0215]根据上述第5至第7实施方式，使用常通开关来作为斩波器的主开关元件，并且具备控制电路，该控制电路包含开关，该开关至少在导通时，对常通开关的门极施加负电压而将常通开关控制为断开状态，且在断开时，解除对常通开关的门极的负电压的施加而将常通开关控制为导通状态，且该控制电路介隔在阻抗元件以及控制开关之间，当该增加电流流动时，在阻抗元件的端子电压达到第I规定值时使控制开关导通，且当该减少电流流动时，在达到低于第I规定值的第2规定值时，使控制开关断开，由此，能够提供一种无须在电感器中配设2次线圈而成为简单的电路结构，并具有良好的特性并且容易IC化的斩波器以及具备该斩波器的照明装置。
[0216](第8实施方式)
[0217]图11表示第8形态。LED点灯装置具备直流电源DC、斩波器CH以及负载电路LC。
[0218]直流电源DC是用于对后述的斩波器CH输入转换前的直流电压的机构。只要能输出直流电压，则可以是任何结构，但例如可将整流电路DB作为主体而构成，而且根据所需而具备由平滑电容器等构成的平滑电路。在本形态中，整流电路DB优选由电桥型整流电路构成，对交流电源AC，例如对商用交流电源的交流电压进行全波整流而获得直流电压。
[0219]在本形态中，斩波器CH具备直流输入端tl以及t2与直流输出端t3以及t4。斩波器CH在内部具备降压斩波器、升压斩波器以及升降压斩波器等已知的各种斩波器的任一种。斩波器CH在上述任一结构中，还具备开关兀件Ql1、恒电流机构(111、电感器1^11、二极管Dll以及驱动线圈DW以作为共用的结构。
[0220]开关元件Qll可为常断开关以及常通开关的任一种。恒电流机构CCM既可以是预先固定地设定好恒电流值的类型，也可以是可变型。电感器Lll的一端连接于驱动线圈DW。驱动线圈DW是与电感器Lll磁耦合，感应产生与电感器Lll的端子电压成正比的电压，并施加至开关元件Qll的控制端子，由此来驱动开关元件Q11。
[0221]所述斩波器CH具有一对输入端tl、t2及一对输出端t3、t4，且在其电路动作上，可将内部电路分为第3电路以及第4电路。第3电路是从直流电源DC使增加的电流流动而在电感器Lll中蓄积电磁能量的电路，在降压型斩波器的情况下，具备将包含开关元件Q11、恒电流机构、电感器Lll以及负载电路LC的串联电路连接于直流电源DC的结构。并且,在开关元件Qll的导通时,增加的电流从直流电源DC流动而在电感器Lll中蓄积电磁倉tfi。
[0222]第4电路是将电感器LI I中蓄积的电磁能量放出而使减少的电流流动的电路，在降压斩波器的情况下，具备将包含二极管Dll以及后述的负载电路LC的串联电路连接于电感器Lll的结构，在开关元件Qll的断开时，减少的电流从电感器Lll流动。
[0223]而且，斩波器CH在升压斩波器的情况下，具备将电感器Lll、开关元件Ql I以及恒电流机构CCM的串联电路连接于直流电源DC的第3电路以及将电感器LI 1、二极管Dll以及负载电路LC的串联电路连接于直流电源DC的第4电路。另外，升降压斩波器的情况如前所述。
[0224]负载电路LC包含成为负载的发光二极管，且并联连接地具备使高频成分旁通的输出电容器，在降压斩波器的情况下，连接于增加的电流与减少的电流均会流经的电路上的位置处。在升压型的情况下，连接于减少的电流会流经的电路上的位置处。另外，发光二极管LED相对于流至斩波器的输出端的电流而顺向地由单个或串联连接的多个构成。
[0225]以下，参照图12至图17，来对第9至第12形态进行说明。另外，在各图中，对于与图11相同的部分标注有相同的符号，并省略说明。
[0226](第9实施方式)
[0227]对(第9形态)进行说明。
[0228]图12表示第9形态。本实施方式中，对于开关元件Qll使用GaN-HEMT，且对于恒电流机构CCM使用恒电流二极管，并且，在恒电流机构CCM与负载电路LC之间连接着电感器LU。另外，图中，对于与图11相同的部分标注有相同的符号，并省略说明。符号Cll是连接在斩波器CH的输入端tl、t2间的高频旁通用电容器。符号C12是插入在驱动线圈DW与开关元件Qll的控制端子之间的耦合电容器。符号C是第3电路，符号D是第4电路。负载电路LC的符号LED是发光二极管，C13是输出电容器。
[0229]其次，参照图12以及图13(a)-图13 (f)，来对第9形态的电路动作进行说明。
[0230]当接通直流电源DC时，斩波器CH的开关元件Qll导通，因此电流从直流电源DC经由开关元件Q11、恒电流机构CCM而在第3电路C内流出，电流将直线增加。由此，在电感器Lll内蓄积电磁能量。另外，在开关元件Qll导通的期间内，开关元件Qll的门极?源极间电压VGS为O。当增加的电流达到恒电流机构CCM的恒电流值时，电流的增加趋势停止而保持为恒电流。另外，在增加的电流流至电感器Lll的期间，电感器Lll的端子电压如图13的(e)所示为正极性。
[0231]当增加的电流达到恒电流机构CCM的恒电流值时，流至电感器Lll的电流欲进一步增加，因此恒电流机构CCM的电压VCCM如图13的(a)所示呈脉冲状变大。并且，伴随于此，开关元件Qll的源极电位变得比控制端子(门极)的电位更高，其结果，控制端子相对明显地成为负电位，因此开关元件Qll断开。因此，流入电感器Lll的增加的电流IU如图13的(b)所示般因开关元件Qll的断开而被阻断。
[0232]在开关元件Qll断开的同时，电感器Lll中蓄积的电磁能量开始放出，如图13的
(c)所示，减少的电流在第4电路D中流出。另外，在减少的电流流动的期间，电感器Lll的电压极性如图13的(e)所示般反转而成为负极性，在驱动线圈DW上，感应产生开关元件Qll的控制端子成为负电位的电压。此时，如图13的(f)所示，负电压经由恒电流机构CCM而施加至开关元件Qll的门极.源极间，因此开关元件Qll维持为断开状态。
[0233]当流经第3电路C的减少的电流成为O时，在不再感应产生施加至开关元件Qll的控制端子的负电压的同时，因逆电动势而在驱动线圈DW上感应而产生了使控制端子如图13的(e)所示成为正的电压。由此，开关元件Qll再次导通，随后，反复进行与上述同样的电路动作。
[0234]由以上的电路动作可明确得知的是，斩波器CH进行降压斩波器动作，如图13的
(d)所示般形成增加的电流与减少的电流交替流入连接于该输出端t3、t4间的负载电路LC的输出电流10，利用这些直流成分来对发光二极管LED进行点灯，输出电容器C4使高频成分旁通。
[0235](第10实施方式)
[0236]对(第10形态)进行说明。
[0237]图14表示第10形态。在本形态中，恒电流机构CCM是GaN-HEMT，并且，在恒电流机构CCM之间介隔着负载电路LC的位置上，连接着电感器LU。
[0238]而且，恒电流机构CCM通过使用可调整电位源E来使门极电位可变而使恒电流值可变。另外，图中符号ZDl是用于进行钳位的二极管，以避免开关元件Qll的门极?源极间电压VGS达到0.6V以上。
[0239]进而，在本形态中，形成串联连接体的开关元件Q11、恒电流机构CCM以及二极管Dll构成为集成电路1C。该集成电路IC具备第I外部端子Pl至第5外部端子P5。第I外部端子Pl是从开关元件Qll的漏极而导出。第2外部端子P2是从二极管Dll的阴极(cathode)而导出。第3外部端子P3是从恒电流机构CCM的源极以及二极管Dll的阳极(anode)的连接点而导出。第4外部端子P4是从开关元件Qll的门极而导出。第5外部端子P5是从恒电流机构CCM的门极而导出。
[0240]即，集成电路IC从位于由斩波器的上述3个功率系半导体元件所构成的串联连接体的两端的半导体元件的主端子导出第I以及第2主端子，从串联连接体的中间的连接部的主端子导出第3外部端子，从开关元件Q11、恒电流机构CCM的控制端子导出第4以及第5外部端子。因此，上述第I至第3外部端子为功率系，第4以及第5外部端子为控制系。
[0241]这样，在第10形态中，恒电流机构CCM是与开关元件QlI同样地由GaN-HEMT构成，因此将进一步提高1MHz以上的高频中的高速开关特性。但是，如果根据所需，二极管Dll也由GaN系形成，则可使用GaN系基板来构成一体的集成电路，从而可进行极高速的开关，并且容易构成极小型化的斩波器。
[0242]而且，通过使用可调整电位源El来使恒电流值可变，因此容易设定所需的负载电流，并且，只要相对于电源电压变动来对该可调整电位源El进行反馈控制，则也能够抑制相对于电源电压变动的发光二极管的光输出的变动。进而，将对开关元件Qll的控制端子所施加的驱动线圈DW的负电压加上恒电流机构CCM以及负载电路LC的电压降。
[0243](第11实施方式)
[0244]对(第11形态)进行说明。
[0245]图15表不第11形态。另外，对于与图12相同的部分标注有相同的符号,并省略说明。在本形态中，恒电流机构CCM是由使用晶体管Q12以及Q13的电流镜(current mirror)恒电流电路构成。另外，电流镜恒电流电路中，晶体管Q12以及电阻器Rll的串联电路是与开关元件Qll串联地插入，在晶体管Q12的基极上连接着晶体管Q13的基极，在发射极上逆极性地连接着逆偏压电源E2，在集电极与偏压电源E2的串联电路上连接着直流电源E3。进而，晶体管Q13的集电极与基极利用导体而直接连接着。
[0246]而且，在开关元件Qll的控制端子与跨过恒电流机构CCM的位置之间，逆极性地并联连接着一对齐纳二极管ZD1、ZD2而形成钳位电路。齐纳二极管ZDl的齐纳电压为-12V，且齐纳二极管ZD2的齐纳电压为+0.7V，从而来进行保护，以避免对开关元件Qll施加过大的 VGS。
[0247]这样，根据第11形态，通过连接于晶体管Q13的直流电压，能够将流至晶体管Q12的恒电流值控制成所需，并且达到恒电流值时产生的电压将变高。因此，利用负载的发光二极管LED的电压成为不需要。
[0248]而且，由于使用直流电源E2来控制恒电流机构CCM的恒电流值，因此不再需要可高速控制的晶体管。进而，只要在将开关元件Qll断开时同步地使恒电流机构CCM断开，便可使开关元件Qll实质上常断。进而，可根据所需来将开关元件Q11、恒电流机构CCM以及二极管Dll的半导体零件部分集成化到GaN系芯片(chip)上。
[0249](第12实施方式)
[0250]对(第12形态)进行说明。
[0251]图16以及图17表示第12形态。图16是用于实施LED点灯装置的第5形态的集成电路模块的示意图。图17是平面线圈构造体的示意性的局部放大.局部剖面立体图。
[0252]本形态中，在第8至第11形态的一部分或多个形态中，以LED点灯装置的半导体零件、线圈零件、电容器零件以及外部端子为中心进行集成而IC化。即，将LED点灯装置的除了发光二极管LED以外剩余的电路零件分割形成在由平面线圈构造体L、平面电容器构造体C、GaN芯片G、配线形成体W、端子形成体T以及基板结构体B构成的各平面构造体上。将这些平面构造体一体地层叠，并使用通孔(through hole)等的机构来将各构造体间予以连接而构成集成电路模块IC'。图示例的集成电路模块IC是由概略以下的各平面构造体构成。
[0253]平面线圈构造体L如图17所示，是将电感器Lll以及驱动线圈DW卷绕成各自的扁平线圈裸线在平面上呈螺旋状而形成。保持电感器Lll以及驱动线圈DW成为适当的隔离状态，且利用磁体层M来被覆内部以及周围。由此，平面线圈构造体L整体上构成为平面状。
[0254]并且，电感器Lll以及驱动线圈DW的一端位于线圈的中心部而构成端子部t。并且，在该端子部t的中心形成通孔h，将后述的GaN芯片G的恒电流机构部分的一个端子导体插入该通孔h内，进而向内部注入导电体，将电感器L11、驱动线圈DW以及GaN芯片G的连接导体一起连接。另外，如同在图的右侧将图17的一部分放大而表示的剖面那样，磁体层M例如由分散有铁氧体(ferrite)微粒子的陶瓷(ceramics)或塑料(plastic)构成。
[0255]平面电容器构造体C例如是将具备分别夹着薄介电质膜的一对电极体的多个电容器集合而成的平面构造体。
[0256]GaN芯片G是在GaN系半导体基板上形成有开关元件Ql1、恒电流机构CCM以及二极管Dll的平面构造体。
[0257]配线形成体W是将平面线圈构造体L、平面电容器构造体C以及GaN芯片G与后述的端子形成体T之间根据所需予以连接的平面构造体。
[0258]端子形成体T介隔在配线形成体W与后述的基板结构体B之间而将两者予以连接。
[0259]基板结构体B具备外部端子TE以及外部安装机构(未图示)，且一体地支撑以上说明的各平面构造体而模块化。另外，外部端子TE是将LED点灯装置的输入端子以及发光二极管LED予以连接的输出端子。
[0260]这样，本形态适合于以1MHz以上的高频来进行动作的LED点灯装置，配设在基板结构体B上的外部端子TE均为直流用，只进行直流的输出入，因此动作稳定，并且能够实现显著的小型化。因此，也可以将LED点灯装置配设在照明装置的发光二极管之间，从而有助于照明装置的显著的小型化。
[0261]另外，一实施方式的LED点灯装置具备开关元件、恒电流机构以及二极管的串联连接体。该串联连接体具有集成电路，该集成电路具备:从位于其两端侧的一对主端子导出的第I以及第2外部端子；从位于串联连接体的中间连接部的主端子导出的第3外部端子；以及从开关元件以及恒电流机构的控制端子导出的第4以及第5外部端子。
[0262]另外，在上述实施方式中，所谓“斩波器”，是指包含降压斩波器、升压斩波器以及升降压斩波器等的各种斩波器的概念。另外，升降压斩波器是将升压斩波器以及降压斩波器依序地连接而成。上述各斩波器的共同点在于，均是通过使开关元件导通而使增加电流从直流电源流入电感器，并且通过使开关元件断开而利用电感器中蓄积的电磁能量来使减少电流经由二极管而流动，反复进行这样的动作而对直流电源电压进行DC-DC转换后输出至输出端。
[0263]开关元件可以是常通开关以及常断开关中的任一种。当对于开关元件使用宽带隙半导体，例如使用GaN-HEMT时，能够显著提高MHz以上的高频，例如1MHz以上的高频时的开关特性而降低开关损失，并且电感器也得以小型化，因此能够实现LED点灯装置的大幅度的小型化。
[0264]而且，在使用宽带隙半导体的开关元件的情况下，容易获得具有常通特性的开关元件，且成本低，但也可能是具有常断特性的开关元件，因此也可以使用该常断特性的开关元件。而且，当使用该开关的阈值为负的常通开关时，使用与电感器磁耦合的驱动线圈的断开控制变得容易，因此较为适合。
[0265]恒电流机构是具有恒电流特性的电路机构，例如可使用利用了恒电流二极管、面结型FET、三端子调节器(regulator)以及晶体管的各种恒电流电路等。另外，作为利用晶体管的恒电流电路，允许是利用一个或二个晶体管的已知的恒电流电路。而且，可以使用面结型FET的一种即GaN-HEMT来作为恒电流机构。该开关元件的1MHz以上的高频的开关特性优异，因此适合于进行高速开关。
[0266]恒电流机构是与开关元件串联地介隔在开关元件的导通时电流流至电感器的第I电路中。而且，恒电流机构也介隔在包含驱动开关元件的驱动线圈的开关元件的驱动电路中。通过具备这些结构，当流经恒电流机构的增加的电流达到恒电流值而欲进一步增加时，恒电流机构的电压急遽上升，因此，此时通过恒电流机构所产生的电压上升，能够使装入开关元件的驱动电路中的主端子(例如源极)的电位相对于控制端子(例如门极)的电位而相对较高。其结果，由于控制端子的电位低于开关元件的阈值，因此可使开关元件断开。该电路动作通过开关元件为常通开关且阈值为负而变得进一步容易且确实，但对于常断开关也有效。
[0267]而且，允许将开关元件与恒电流机构直接串联连接，而此时容易将开关元件与恒电流机构集成在共用的半导体芯片上，例如集成在GaN系芯片上而一体化。此时，可以通过四端子构造的IC模块来构成上述开关元件与恒电流机构，从而可设为进一步小型化的单一组件(component)，所述四端子构造的IC模块具备由开关元件的一个主端子例如漏极与由相对于恒电流机构的开关元件为另一端侧的主端子构成的功率系的2个端子、以及由开关元件以及恒电流机构各自的控制端子例如由门极构成的2个控制系的端子。
[0268]电感器在增加的电流从直流电源流至经由开关元件以及恒电流机构的第I电路时，在内部蓄积电磁能量。而且，电感器在开关元件的断开时会放出所蓄积的电磁能量，因此,此时减少的电流流至第2电路。
[0269]而且，当使斩波器以1MHz以上的高频来进行动作时，只要将电感器以及与该电感器磁耦合的驱动线圈设为平面线圈构造，并且将电容器设为平面构造，则可适合于斩波器的集成电路化，并且可获得可靠性高的动作。即，可将平面线圈构造的电感器以及驱动线圈、平面构造的电容器、及集成有开关元件、恒电流机构以及后述的二极管等的半导体零件的半导体芯片予以层叠而构成使整体一体化的集成电路模块。其结果，可实现LED点灯装置的显著的小型化。而且，伴随于此，驱动线圈与开关之间的距离最短化，能够将不需要且对于噪声产生等有害的寄生电感或寄生电容的产生抑制为最小限度，因此斩波器动作的稳定性以及可靠性提高。
[0270]二极管提供减少的电流从电感器流出时的路径即第2电路。当使用宽带隙半导体，例如使用GaN系的二极管来作为二极管时，可实现进一步的高速开关。此时，容易将二极管与开关元件以及恒电流机构一同构成为半导体元件的集成电路。该集成电路成为下述构造，即，在开关元件、恒电流机构以及二极管的串联连接体中，具备由其一端侧的主端子、另一端侧的主端子及中间的连接点的主端子构成的功率系的3个主端子与分别控制开关元件以及恒电流机构的2个控制端子这5个外部端子。
[0271]当使用上述集成电路来构成斩波器时，整体可进一步小型化，并且容易进行高速开关。
[0272]驱动线圈是与电感器磁耦合的线圈，对开关元件进行控制。即，在开关元件导通时，当流至电感器的增加的电流达到恒电流机构的恒电流值而开关元件断开时，产生大电压，因此开关元件的主端子(源极)高于控制端子，相对地，控制端子成为负电位而低于阈值，因此开关元件维持为断开状态。
[0273]根据上述第8至第12实施方式，在开关元件的导通时，当从直流电源经由恒电流机构而流至电感器的增加的电流达到恒电流机构的恒电流值时,通过恒电流机构产生的电压而使开关元件断开，因此不需要配设由对流至电感器的电流进行检测的电阻元件等的阻抗机构、以及当其电压降达到预先设定的阈值时使开关元件断开的控制电路构成的电流反馈型的反馈电路，当增加的电流达到规定值时，能够利用简单的结构来使开关元件断开而进行斩波器动作，因而能够提供一种电路结构变得简单，且具备容易实现集成化以及小型化的斩波器的LED点灯装置。
[0274]进而，通过将电感器以及驱动线圈设为平面线圈构造体，并且构成将至少开关元件以及二极管层叠在平面线圈构造的至少一面上的集成电路，从而驱动线圈与开关元件之间的距离最短化，能够将不需要且对于噪声产生等有害的寄生电感或寄生电容的产生抑制为最小限度，因此斩波器动作的稳定性以及可靠性提高。
[0275]进而，只要将开关元件、恒电流机构以及二极管构成为具备5个外部端子的集成电路，便可将斩波器整体进一步小型化，并且容易进行高速开关。
[0276]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的结构及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【权利要求】
1.一种点灯装置，其特征在于包括: 输入端； 斩波器，包含:开关元件，与所述输入端连接；恒电流机构，与所述开关元件连接；电感器，至少在所述开关元件的导通时电流流动；二极管，至少在所述开关元件的断开时电流流动；及驱动线圈，与所述电感器磁耦合且与所述开关元件的控制端子连接；以及输出端，与所述斩波器连接，并且与半导体发光元件连接。
2.根据权利要求1所述的点灯装置，其特征在于， 至少所述开关元件、所述恒电流机构、以及所述二极管的任I个是使用氮化镓。
3.根据权利要求1或2所述的点灯装置，其特征在于， 所述斩波器的所述开关元件具有一对主端子； 所述斩波器的所述恒电流机构具有一对主端子和控制端子； 所述斩波器的所述二极管具有一对主端子； 所述斩波器包含串联连接体，所述串联连接体连接于所述开关元件、所述恒电流机构及所述二极管，且所述串联连接体包括集成电路，所述集成电路包含:第I和第2外部端子，从位于所述串联连接体的两端侧的一对主端子而导出；第3外部端子，从所述开关元件、所述恒电流机构及所述二极管的至少任2个连接点而导出；第4外部端子，从所述开关元件的所述控制端子而导出；及 第5外部端子，从所述恒电流机构的所述控制端子而导出。
4.根据权利要求3所述的点灯装置，其特征在于， 所述开关元件是常通型的场效应晶体管， 所述开关元件具有源极或漏极以作为所述一对主端子， 所述开关元件具有门极以作为所述控制端子。
5.根据权利要求3所述的点灯装置，其特征在于， 所述恒电流机构是常通型的场效应晶体管， 所述恒电流机构具有源极或漏极以作为所述一对主端子， 所述恒电流机构具有门极以作为所述控制端子。
6.根据权利要求1所述的点灯装置，其特征在于， 所述斩波器的所述开关元件在流经所述恒电流机构的电流达到规定电流值时，通过所述开关元件和所述恒电流机构的连接点的电位变成高于所述开关元件的所述控制端子的电位，来进行断开。
7.一种照明装置，其特征在于包括: 权利要求1所记载的点灯装置；以及 半导体发光元件，连接于所述点灯装置的输出端。
8.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于， 所述点灯装置的所述斩波器的所述开关元件具有主端子， 所述点灯装置的所述斩波器的所述恒电流机构利用所述半导体发光元件中产生的顺向电压，通过将施加于所述开关元件的所述控制端子及所述主端子间的电压设为低于控制端子电压的阀值电压，并且将所述开关元件的所述控制端子及所述主端子间的电压设为负电压，来使所述开关元件进行断开动作。
9.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，所述点灯装置的所述斩波器的所述恒电流机构在所述半导体发光元件中产生的顺向电压高于规定电压时，使所述开关元件进行断开动作。
10.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于， 所述点灯装置的所述斩波器的所述开关元件具有主端子， 所述点灯装置的所述斩波器的所述恒电流机构通过将施加于所述开关元件的所述控制端子及所述主端子间的电压设为大于控制端子电压的阀值电压，使所述开关元件进行导通动作。
【文档编号】H05B37/02GK104080246SQ201410256414
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2010年11月8日 优先权日:2009年11月9日
【发明者】北村纪之 申请人:东芝照明技术株式会社