CN103108439B - 照明用电源及照明装置 - Google Patents

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大武宽和
高桥雄治
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Abstract

本发明提供一种照明用电源及照明装置。本发明提供一种照明用电源，其包括：整流电路、平滑电容器、波形整形电路、以及DC‑DC转换器。所述整流电路对所输入的交流电压进行整流。所述波形整形电路连接在所述整流电路与所述平滑电容器之间，当从所述整流电路输出的电压相对高时，进行使接通的状态与断开的状态重复的开关动作，当从所述整流电路输出的电压相对低时，继续接通的状态而使电流流入至所述整流电路中。所述DC‑DC转换器转换对所述平滑电容器进行了充电的电压。

Description

照明用电源及照明装置
技术领域
本发明的实施形态涉及一种照明用电源及照明装置。
背景技术
近年来，在照明装置中，照明光源正在从白炽灯泡或荧光灯更换为节能·长寿命的光源，例如发光二极管（Light-emitting diode：LED）。另外，例如电致发光（Electro-Luminescence，EL）或有机发光二极管（Organic light-emitting diode：OLED）等新的照明光源也已得到开发。这些照明光源的光输出取决于流动的电流值，因此当使照明点灯时，需要供给恒定电流的电源电路。另外，当进行调光时，控制所供给的电流。
双线式调光器是以控制双向开关三极管（triac）打开的相位的方式构成，且已作为白炽灯泡的调光器而普及。因此，理想的是也可以利用该调光器对LED等照明光源进行调光。作为高效率且适合于省电力化·小型化的电源，已知有直流-直流转换器（DC-DCConverter）等开关电源。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2011-119237号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，该调光器是以如下方式构成：与成为负载的白炽灯泡的灯丝串联连接，且于所有相位中调光器所需的保持电流以上的电流流动来进行动作。因此，当连接了开关电源时，负载阻抗发生变化而产生保持电流不流动的期间，有可能会进行误动作。
本发明的实施形态的目的在于提供一种使利用调光器的输出电流的控制稳定化、且减少了消耗电力的照明用电源及照明装置。
实施形态的照明用电源包括：整流电路、平滑电容器、波形整形电路、以及DC-DC转换器。所述整流电路对所输入的交流电压进行整流。所述波形整形电路连接在所述整流电路与所述平滑电容器之间，当从所述整流电路输出的电压相对高时，进行使接通的状态与断开的状态重复的开关动作，当从所述整流电路输出的电压相对低时，继续接通的状态而使电流流入至所述整流电路中。所述DC-DC转换器对已充电至所述平滑电容器的电压进行转换。
实施形态的种照明装置包括：照明负载；以及照明用电源，其对所述照明负载供给电力。所述照明用电源包括：整流电路，其对所输入的交流电压进行整流；平滑电容器；波形整形电路，其连接在所述整流电路与所述平滑电容器之间，当从所述整流电路输出的电压相对高时，进行使接通的状态与断开的状态重复的开关动作，当从所述整流电路输出的电压相对低时，继续接通的状态而使电流流入至所述整流电路中；以及DC-DC转换器，对已充电至所述平滑电容器的电压进行转换。
发明的效果
根据本发明的实施形态，可提供一种使利用调光器的输出电流的控制稳定化、且减少了消耗电力的照明用电源及照明装置。
附图说明
图1是对第1实施形态的包含照明用电源的照明装置进行例示的电路图。
图2是对调光器进行例示的电路图。
图3是整流电路的电压VRE及电流IRE的波形图。
图4是对第2实施形态的包含照明用电源的照明装置进行例示的电路图。
符号的说明：
1、1a：照明装置
2：照明负载
3、3a：照明用电源
4：照明光源
7：交流电源
8：调光器
9：整流电路
9a：高电位端子
9b：低电位端子
10、10a：波形整形电路
11：DC-DC转换器
12：双向开关三极管
13：相位电路
14：双向开关二极管
15：可变电阻
16、39：电容器
17、17a：开关元件
18：电阻
19、21：二极管
20：扼流圈
30：高电位输出端子
31：低电位输出端子
32：偏压电阻
38：驱动绕组
40：平滑电容器
41：齐纳二极管
43a、43b：连接部
IOUT：输出电流
IRE：电流
T：时间
T1、T2、T3：期间
VCT：交流电压
VIN：电源电压
VRE：直流电压（脉动电压）
VOUT：输出电压
具体实施方式
以下，参照图式对实施形态进行详细说明。再者，在本申请案的说明书与各图中，对与在已出现过的图中进行了叙述的要素相同的要素附上相同的符号，且适当地省略详细的说明。
首先，对第1实施形态进行说明。
图1是对第1实施形态的包含照明用电源的照明装置进行例示的电路图。
如图1所示，照明装置1包括：照明负载2、以及对照明负载2供给电力的照明用电源3。
照明负载2具有例如LED等照明光源4，且由照明用电源3供给输出电压VOUT、输出电流IOUT而点灯。另外，可使输出电压VOUT及输出电流IOUT中的至少任一个发生变化，从而对照明负载2进行调光。再者，输出电压VOUT、输出电流IOUT的值是对应于照明光源来规定。
照明用电源3包括：调光器8，其连接于交流电源7，并对交流电压进行相位控制来控制导通的时间点；整流电路9，其对经相位控制的交流电压进行整流；波形整形电路10，其使流入至整流电路9中的电流波形整形；DC-DC转换器11，其生成输出电压VOUT；以及平滑电容器40。再者，交流电源7例如为商用电源。
调光器8连接于交流电源7，并串联地插入至供给电源电压VIN的一对电源线的一者中。再者，调光器8也可以串联地插入至供给电源电压VIN的一对电源线中。
图2是对调光器进行例示的电路图。
如图2所示，调光器8为双线式相位控制调光器。
调光器8包括：串联地插入至电源线中的双向开关三极管12、与双向开关三极管12并联连接的相位电路13、以及连接在双向开关三极管12的栅极与相位电路13之间的双向开关二极管（diac）14。
双向开关三极管12通常为断开的状态，若向栅极输入脉冲信号，则接通。双向开关三极管12可使电流朝交流的电源电压VIN为正极性时与负极性时的两个方向流动。
相位电路13包含可变电阻15与电容器16，且在电容器16的两端生成相位已延迟的电压。另外，若使可变电阻15的电阻值发生变化，则时间常数会发生变化，且延迟时间会发生变化。
若对相位电路13的电容器进行充电的电压超过固定值，则双向开关二极管14生成脉冲电压，而使双向开关三极管12接通。
调光器8可通过使相位电路13的时间常数发生变化来控制双向开关二极管14生成脉冲的时间点，而调整双向开关三极管12接通的时间点。调光器8输出导通的时间点对应于调光度而发生变化的交流电压VCT。
再次返回至图1，整流电路9对由调光器8控制了导通的时间点的交流电压VCT进行整流，而输出直流电压（脉动电压）VRE。整流电路9输出直流电压VRE，该直流电压VRE的导通的时间点，即电压上升的相位对应于调光器8的调光度而发生变化。整流电路9包含二极管电桥（diode bridge），并向高电位端子9a与低电位端子9b之间输出直流电压VRE。再者，整流电路9只要可对从调光器8输入的交流电压进行整流即可，也可以是其他构成。另外，整流电路9的输入侧连接有减少DC-DC转换器中产生的杂讯的电容器。
波形整形电路10包括：开关元件17，电阻18，二极管19、二极管21，扼流圈20，与扼流圈20进行了磁耦合的驱动绕组38，电容器39。
开关元件17例如为场效应晶体管（Field Effect Transistor，FET），且例如为高电子迁移率晶体管（High Electron Mobility Transistor：HEMT），且为常通（normallyon）型的元件。开关元件17的漏极经由扼流圈20而连接于整流电路9的高电位端子9a，开关元件17的源极经由电阻18而连接于整流电路9的低电位端子9b。开关元件17的栅极经由电容器39而连接于驱动绕组38的一端。驱动绕组38的另一端连接于整流电路9的低电位端子9b。
当从高电位端子9a朝开关元件17的漏极的方向增加的电流流入至扼流圈20中时，驱动绕组38以对源极供给正极性的电压的极性连接于开关元件17的栅极。另外，在开关元件17的栅极上连接保护二极管19。
另外，二极管21的阳极经由扼流圈20而连接于整流电路9的高电位端子9a，二极管21的阴极连接于DC-DC转换器11及平滑电容器40。
DC-DC转换器11转换对平滑电容器40进行了充电的电压并生成输出电压VOUT。
其次，对照明用电源3的动作进行说明。
如上所述，调光器8输出导通的时间点，即电压上升的相位对应于调光度而发生变化的交流电压VCT。当调光度为100%时，交流电压VCT以相位0度上升，且与所输入的电源电压VIN变得大致相同。另外，若调光度从100%起减少，则交流电压VCT上升的相位延迟，当调光度为0%时延迟180度，即，交流电压VCT大致变成0V。再者，调光度是相对于输出电流IOUT的最大电流值的比率，与交流电压VCT上升的相位不成比例。
整流电路9输出对从调光器8输出的交流电压VCT进行整流而成的直流电压（脉动电压）VRE。因此，从整流电路9输出的直流电压VRE是值随时间而变化，且平均值对应于调光度而变化的电压。
图3是整流电路的电压VRE及电流IRE的波形图。
如图3所示，整流电路9输出如下的电压VRE（图3的虚线），该电压VRE由调光器8进行了相位控制，且从电源7的交流电压VIN的零交叉（zerocross）起，仅延迟例如期间T1而上升。另外，整流电路9的电流IRE（图3的实线）直接在扼流圈20中流动。
当输入至波形整形电路10中的直流电压VRE的瞬时值相对低时（图3的期间T1、期间T3），在扼流圈20中流动的电流IRE的值小，流入至电阻18中的电流也小，与扼流圈20进行了磁耦合的驱动绕组38中所感应的电压低。其结果，由驱动绕组38将感应电压供给至栅极的开关元件17继续接通的状态。开关元件17经由扼流圈20、整流电路9而从调光器8流入直流电流。再者，此时的电流值设定得比在调光器8的相位电路13中流动的电流，即保持电流大。
另外，当输入至波形整形电路10中的直流电压VRE的瞬时值相对高时（图3的期间T2），在扼流圈20中流动的电流IRE增加，流入至电阻18中的电流增加，开关元件17的源极电位上升。开关元件17的栅极·源极间产生超过阈值电压的负电压。其结果，开关元件17断开，在扼流圈20中流动的电流IRE经由二极管21而对平滑电容器40进行充电。此时，在扼流圈20中流动的电流IRE减少。而且，若在扼流圈20中流动的电流IRE变成零，则开关元件17接通。其结果，恢复成在扼流圈20中流动的电流增加的状态，以下，重复相同的动作。开关元件17进行使接通的状态与断开的状态重复的开关动作来进行振荡。
因此，开关元件17经由扼流圈20、整流电路9而从调光器8流入振荡电流，另外，经由二极管21而对平滑电容器40进行充电。再者，开关元件17为常通型的元件，若驱动绕组38中所感应的电压变低，则接通。因此，电流IRE连续地流入至扼流圈20中。其结果，可经由整流电路9而使电流连续地流入至调光器8中。
再者，相对于交流电压VIN的半周期的时间，即零交叉间的时间T，期间T1、期间T2根据调光器8的调光度而变化。
其次，对本实施形态的效果进行说明。
如此，在本实施形态中，当整流电路的电压的瞬时值相对低时，波形整形电路的开关元件继续接通的状态而流入直流电流。其结果，即便在调光器未导通的期间内，也可以使保持电流流入至调光器的相位电路中，从而可使利用调光器的输出电流的控制稳定化。
另外，在本实施形态中，当整流电路的电压的瞬时值相对高时，波形整形电路的开关元件进行使接通的状态与断开的状态重复的开关动作。其结果，可抑制由继续接通的状态所引起的电力消耗，从而减少消耗电力。
另外，在本实施形态中，当整流电路的电压的瞬时值相对低时，开关元件不进行使接通的状态与断开的状态重复的开关动作，而继续接通的状态。其结果，若电压变低，则不存在开关频率变高、开关损耗增加且电力效率下降的问题。另外，如对开关频率设置最大值而限制了开关损耗的情况般，由于不产生电流不流动的停止期间，因此可使利用调光器的输出电流的控制稳定化。
另外，在本实施形态中，当所输入的电压相对高时，波形整形电路进行使接通的状态与断开的状态重复的开关动作来进行振荡，而使振荡电流流动。其结果，从电源输入的电流波形的平均值接近交流电压波形，功率因数得到改善。
进而，在本实施形态中，波形整形电路由于是自激式，因此电路构成简单，可实现小型化。
再者，在本实施形态中，对波形整形电路具有常通型的元件的构成进行了说明，但也可以是具有常断（normally off）型的元件的构成。
图4是对第2实施形态的包含照明用电源的照明装置进行例示的电路图。
如图4所示，第2实施形态与第1实施形态相比，波形整形电路10的构成不同。即，照明用电源3a包括：调光器8、整流电路9、波形整形电路10a、DC-DC转换器11。调光器8、整流电路9及DC-DC转换器11与第1实施形态相同。另外，照明装置1a包括照明负载2与照明用电源3a。照明负载2与第1实施形态相同。
波形整形电路10a与第1实施形态中的波形整形电路10的不同点在于：开关元件17为常断型的元件、及偏压电路的构成。即，波形整形电路10a包括：开关元件17a、电阻18、扼流圈20、二极管21、偏压电阻32、与扼流圈20进行了磁耦合的驱动绕组38、电容器39、齐纳二极管41。
开关元件17a例如为FET，且为常断型的元件。开关元件17a的漏极经由扼流圈20而连接于整流电路9的高电位端子9a，开关元件17a的源极经由电阻18而连接于整流电路9的低电位端子9b。开关元件17a的栅极经由电容器39而连接于驱动绕组38的一端。驱动绕组38的另一端连接于整流电路9的低电位端子9b。
当从高电位端子9a朝开关元件17的漏极的方向增加的电流流入至扼流圈20中时，驱动绕组38以对源极供给正极性的电压的极性连接于开关元件17的栅极。
另外，二极管21的阳极经由扼流圈20而连接于整流电路9的高电位端子9a，二极管21的阴极连接于DC-DC转换器11及平滑电容器40。
另外，偏压电阻32连接在二极管21的阴极与开关元件17a的栅极之间，齐纳二极管41连接在开关元件17的栅极与整流电路9的低电位端子9b之间。开关元件17a通过偏压电阻32与齐纳二极管41，以当驱动绕组38中未感应到电压时接通的方式偏压。
因此，波形整形电路10a的动作及效果与使用常通型的元件的第1实施形态中的波形整形电路10相同。
以上，一面参照具体例一面对实施形态进行了说明，但并不限定于这些实施形态，可进行各种变形。
例如，照明用电源及照明装置也可以设为不含调光器8的构成。在图1及图4中，整流电路9经由连接部43a而连接于调光器8，经由连接部43b而连接于交流电源7。但是，也可以设为将连接部43a、连接部43b连接于交流电源7，而不含调光器8的构成。另外，也可以将调光器8单独地设置，并使连接部43a、连接部43b的构造与包含调光器8时的调光器8的交流电源的输入部的构造相同。在此情况下，可经由或不经由调光器8而将照明用电源及照明装置连接于交流电源7。
另外，波形整形电路的构成并不限定于图1及图4所示的构成。例如，也可以在整流电路9的前段设置2个波形整形电路，而变成每半波交替地动作的构成。
另外，输出元件5a、输出元件5b及恒定电流元件6a、恒定电流元件6b并不限定于GaN系HEMT。例如，也可以是如下的半导体元件，即在半导体基板上使用如碳化硅（SiC）或氮化镓（GaN）或金刚石般的具有宽带隙的半导体（宽带隙半导体）而形成的半导体元件。此处，所谓宽带隙半导体，是指带隙比带隙约为1.4eV的砷化镓（GaAs）更大的半导体。例如包括带隙为1.5eV以上的半导体、磷化镓（GaP，带隙约为2.3eV）、氮化镓（GaN，带隙约为3.4eV）、金刚石（C，带隙约为5.27eV）、氮化铝（AlN，带隙约为5.9eV）、以及碳化硅（SiC）等。此种宽带隙半导体元件在使耐压相等的情况下，可比硅半导体元件小，因此寄生电容小，可进行高速动作，所以可缩短开关周期，并可实现绕组零件或电容器等的小形化。
另外，照明光源4并不限于LED，也可以是OLED等，也可以将多个照明光源4串联或并联地连接于照明负载2。
虽已对本发明的若干实施形态及实例进行了说明，但这些实施形态或实例是作为例子而提示的实施形态或实例，并无对发明的范围进行限定的意图。所述新颖的实施形态或实例能够以其他的各种形态来实施，在不脱离发明的宗旨的范围内，可进行各种省略、替换、变更。这些实施形态、实例、其变形及其均等的变化皆包含在本发明的范围中。

Claims (8)

1.一种照明用电源，其特征在于，包括：
整流电路，其对所输入的交流电压进行整流；
平滑电容器；
波形整形电路，其连接在所述整流电路与所述平滑电容器之间，当从所述整流电路输出的电压相对高时，进行使接通的状态与断开的状态重复的开关动作，当从所述整流电路输出的电压相对低时，继续接通的状态而使电流流入至所述整流电路中；以及
DC-DC转换器，对已充电至所述平滑电容器的电压进行转换，
所述波形整形电路包括:
扼流圈；
开关元件，经由所述扼流圈而使电流流入至所述整流电路中，所述开关元件为常通型的元件，根据在所述扼流圈中流动的电流而将所述开关元件控制成接通的状态或断开的状态；以及
驱动绕组，与所述扼流圈进行了磁耦合，且所述驱动绕组中所感应到的电压是被供给至所述开关元件的控制端子，
所述波形整形电路为自激式，且所述波形整形电路继续所述开关动作或所述接通的状态。
2.根据权利要求1所述的照明用电源，其特征在于：还包括调光器，所述调光器控制使交流电压导通的时间点来进行调光。
3.根据权利要求1所述的照明用电源，其特征在于：所述波形整形电路进一步具有二极管，该二极管在所述开关元件为断开的状态时经由所述扼流圈而流入电流。
4.根据权利要求2所述的照明用电源，其特征在于：所述波形整形电路继续接通的状态后流入至所述整流电路中的电流值大于所述调光器的保持电流。
5.一种照明装置，其特征在于，包括：
照明负载；以及
照明用电源，其对所述照明负载供给电力；且
所述照明用电源包括：
整流电路，其对所输入的交流电压进行整流；
平滑电容器；
波形整形电路，其连接在所述整流电路与所述平滑电容器之间，当从所述整流电路输出的电压相对高时，进行使接通的状态与断开的状态重复的开关动作，当从所述整流电路输出的电压相对低时，继续接通的状态而使电流流入至所述整流电路中；以及
DC-DC转换器，对已充电至所述平滑电容器的电压进行转换，
所述波形整形电路包括:
扼流圈；
开关元件，经由所述扼流圈而使电流流入至所述整流电路中，所述所述开关元件为常通型的元件，根据在所述扼流圈中流动的电流而将所述开关元件控制成接通的状态或断开的状态；以及
驱动绕组，与所述扼流圈进行了磁耦合，且所述驱动绕组中所感应到的电压是被供给至所述开关元件的控制端子，
所述波形整形电路为自激式，且所述波形整形电路继续所述开关动作或所述接通的状态。
6.根据权利要求5所述的照明装置，其特征在于：还包括调光器，所述调光器控制使交流电压导通的时间点来进行调光。
7.根据权利要求5所述的照明装置，其特征在于：所述波形整形电路进一步具有二极管，该二极管在所述开关元件为断开的状态时经由所述扼流圈而流入电流。
8.根据权利要求6所述的照明装置，其特征在于：所述波形整形电路继续接通的状态后流入至所述整流电路中的电流值大于所述调光器的保持电流。
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