CN103687167B - 照明装置 - Google Patents

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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source

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Abstract

本发明提供一种照明装置，其能够通过调光器稳定地进行调光，并能够连接电子变压器。本发明的照明装置具备：直流电源电路；开关电源；照明负载。所述直流电源电路将相位受到控制后的交流电压变换为直流电压。所述开关电源与所述直流电源电路连接，并将输入电流控制为成为恒流。所述照明负载作为所述开关电源的负载电路而被连接。

Description

照明装置
技术领域
本发明涉及一种照明装置。
背景技术
近年以来，在照明装置中，照明光源正在从白炽灯或荧光灯向节能、长寿命的光源、例如发光二极管（Light-emitting diode：LED）的换代的进展。另外，例如，也开发出EL（Electro-Luminescence）或有机发光二极管（Organic light-emitting diode：OLED）等新式的照明光源。
另一方面，作为高亮度的照明光源，例如有采用了卤素灯的照明装置。在这样的照明装置中，采用以对三端双向开关接通的相位进行控制的方式来构成的调光器，对商业用电源进行相位控制，从而进行调光。另外，存在采用磁性变压器或电子变压器来对商业用电源进行降压的情况。调光器或电子变压器需要用于稳定地动作的最低负载电流。为此，所期望的是，LED等的照明光源也能够利用由电子变压器等降压了的交流电压进行点灯，另外能够通过调光器来进行调光。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-210446号公报
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够通过调光器进行稳定地调光，并能够连接电子变压器的照明装置。
实施方式的照明装置具备：直流电源电路；开关电源；照明负载。所述直流电源电路将相位受到控制后的交流电压变换为直流电压。所述开关电源与所述直流电源电路连接，并将输入电流控制为成为恒流。所述照明负载作为所述开关电源的负载电路而被连接。
发明效果
根据本发明的实施方式，可提供一种能够通过调光器进行稳定地调光，并能够连接电子变压器的照明装置。
附图说明
图1是例示出第一实施方式所涉及的照明装置的电路图。
图2是例示出电子变压器的电路图。
图3是例示出调光器的电路图。
图4（a）、图4（b）是例示出照明装置的主要的信号的波形图。
图5是例示出比较例的电路图。
图6（a）、图6（b）是例示出比较例的主要的信号的波形图。
附图符号说明
1、2…照明装置、3…变压器、3a…电子变压器、4…调光器、5…交流电源、6、7、8…端子、9、10…输入端子、11…照明负载、12…直流电源电路、13…开关电源、14…照明光源、15…照明用电源、16…整流电路、17…扼流线圈、18…平滑电容器、19…电容器、20、120…电感器、21、121…开关元件、22、122…电流检测电阻、23、123…整流元件、24、124…输出电容器、25…低通滤波器、26…误差放大电路、27、127…基准电压生成电路、28…PWM电路、29…高边开关、30…低边开关、31…变压器、32、33…谐振电容器、34…扼流线圈、35…整流电路、36…电阻、37…电容器、38、39…二极管、40、41、42、43…绕组、44…两端开关元件、45…三端双向开关、46…相位电路、47…两端开关元件、48…可变电阻、49…整时电容器、101…比较例、113…开关电源、125…置位脉冲生成电路、126…比较电路、128…RS闩锁电路
具体实施方式
以下，关于实施方式参考附图进行详细地说明。需要说明的是，在本申请说明书和各附图中，关于已出现的附图中，对于与前述的结构同样的要件标以同一符号，而适当省略详细的说明。
（第一实施方式）
图1是例示出第一实施方式所涉及的照明装置的电路图。
第一实施方式的照明装置1具备：照明负载11；直流电源电路12；开关电源13。照明装置1被供给相位受到控制后的交流电压VIN而点灯。需要说明的是，在图1中，例示出交流电压VIN经由降压用的变压器3与调光器4而由交流电源5生成的结构。另外，直流电源电路12与开关电源13构成照明用电源15。
照明负载11具有例如LED等照明光源14，与开关电源13的负载电路连接，从开关电源13供给电力来点灯。另外，照明负载11能够使向照明负载11供给的电力变化来进行调光。例如，能够使开关电源13的输出电压及输出电流中的至少任一方变化，来对照明负载11进行调光。
直流电源电路12将向一对输入端子9、10输入的相位受到控制后的交流电压VIN变换为直流电压VC。直流电源电路12具有：整流电路16；杂音防止用的扼流线圈17；平滑电容器18。在扼流线圈17中，适当并联连接有电压钳位用的二极管或阻尼用的电阻。
整流电路16为例如二极管电桥，直流电源电路12对向一对输入端子9、10输入的相位受到控制后的交流电压VIN进行整流，并输出脉动电流电压。平滑电容器18与整流电路16的输出端子连接，将从整流电路16输出的脉动电流电压平滑化（在本实施方式中，示出并不是完全的平滑，而是平滑成具有脉动电流成分的程度的情况。）并输出直流电压VC。
需要说明的是，在照明装置1中，例示出直流电源电路12具有整流电路16、扼流线圈17及平滑电容器18的结构。但是，直流电源电路12只要是能够输入交流电压VIN并输出直流电压VC即可，也可以为其他的结构。
开关电源13与直流电源电路12连接，对从直流电源电路12供给电力的电力进行变换，来使照明负载11点灯。开关电源13具有：电容器19；电感器20；开关元件21；电流检测电阻22；整流元件23；输出电容器24；低通滤波器25；误差放大电路26；PWM电路28。能够将低通滤波器25、误差放大电路26及PWM电路28的全部或者一部分IC化。
电容器19与平滑电容器18并联连接，将高频噪声除去，并且将直流电压VC平滑化（平滑化的程度与前述为同样）。需要说明的是，电容器19既可以包含于平滑电容器18中，另外也可以包含平滑电容器18。通过平滑电容器18及电容器19中的至少任一方的电力，向误差放大电路26、PWM电路28或者将这些电路IC化的IC供给动作用电力。
电感器20、开关元件21及电流检测电阻22与平滑电容器18及电容器19的两端串联连接。开关元件21为例如FET，当开关元件21接通时，流有输入电流IIN，当开关元件21断开时，输入电流IIN被隔断。在电流检测电阻22中检测与输入电流IIN成比例的电压。
整流元件23例如为二极管。输出电容器24及照明负载11经由整流元件23而与电感器20的两端连接，当开关元件21断开时，输出电容器24经由整流元件23而由电感器20的蓄积能量充电。当输出电容器24的两端的电压成为规定值以上时，照明负载11点灯。在此，所谓“规定值”，为照明负载11开始点灯的电压，例如在照明光源14为LED的情况下为正向电压。
即，开关电源13形成为，与照明负载11的负载电流无关地输入输入电流IIN并蓄积能量，并将所蓄积的能量向照明负载11供给的间接形式的转换器。
低通滤波器25例如由电阻和电容器构成，将由电流检测电阻22检测的检测值平滑化，并作为输入电流IIN的平均值而输出。
误差放大电路26具有基准电压生成电路27，将输入电流IIN的平均值与基准电压进行比较，对差电压进行放大，并作为误差信号输出。
PWM电路28根据从误差放大电路26输出的误差信号，通过例如PWM生成控制信号，对开关元件21的栅极（控制端子）进行控制。例如，在输入电流IIN的平均值比基准电压高的情况下，PWM电路28以开关元件21接通的期间的比率即占空比变小的方式生成控制信号。在输入电流IIN的平均值比基准电压低的情况下，PWM电路28以占空比变大的方式生成控制信号。
因而，开关电源13根据基于电流检测电阻22的检测值，对开关元件21进行负反馈控制，从而将输入电流IIN的平均值控制为规定的恒流。
变压器3连接在端子7、8与照明装置1的输入端子9、10之间，对端子7、8的交流电压进行变换，并向直流电源电路12输出。变压器3为，变换为与端子7、8的交流电压的频率不同的例如比端子7、8的交流电压的频率高的频率并向直流电源电路12输出的电子变压器。另外，变压器3对例如端子7、8的交流电压进行降压并向直流电源电路12输出。
图2是例示出电子变压器的电路图。
如图2所示，电子变压器3a具有：高边开关29；低边开关30；变压器31；谐振电容器32、33；扼流线圈34；整流电路35；电阻36；电容器37；二极管38、39；两端开关元件44等。
整流电路35经由扼流线圈34而与端子7、8连接，并对向端子7、8输入的交流电压进行整流。
高边开关29与低边开关30为例如NPN晶体管，经由二极管38而与整流电路35的输出串联连接。另外，谐振电容器32、33经由二极管38而与整流电路35的输出串联连接。
变压器31具有绕组40、41、42、43，绕组40连接在高边开关29与低边开关30的连接点和谐振电容器32、33的连接点之间。绕组41为输出绕组，与照明装置1的输入端子9、10连接。绕组42为反馈绕组，经由保护电阻而与高边开关29的基极（控制端子）连接。绕组43为反馈绕组，经由保护电阻而与低边开关30的基极（控制端子）连接。绕组42、43以感应的电压彼此反相地向高边开关29与低边开关30的各自的基极供给的极性进行连接。
电阻36和电容器37与整流电路35的输出串联连接。二极管39连接在电阻36与电容器37的连接点和高边开关29与低边开关30的连接点之间。
两端开关元件44连接在电阻36与电容器37的连接点和低边开关30的基极（控制端子）之间。两端开关元件44在电源接通时向低边开关30的基极供给脉冲而使低边开关30接通，从而使电子变压器3a起动。
电子变压器3a为自激式的电流谐振型逆变器，由高边开关29与低边开关30构成半桥电路。例如，在照明装置1中的直流电源电路12具有全波整流电路的情况下，通过向绕组41流动的负载电流而使绕组42与绕组43中感应出彼此相反极性的电压。其结果是，高边开关29与低边开关30交替接通，从而向绕组40与谐振电容器32、33流动谐振电流。
另一方面，当向绕组41流动的负载电流变小时，绕组42、43中感应的电压变小，导致无法将高边开关29与低边开关30切换为接通及断开。
电子变压器3a具有用于稳定地动作的最低负载电流。
再次返回图1时，调光器4连接在交流电源5与变压器3之间，与端子6、7间的一个电源线连接。交流电源5例如为商业用电源。需要说明的是，在图1中，例示出调光器4串联插入在一对电源线中的一根电源线的结构，但也可以为其他的结构。
图3是例示出调光器的电路图。
调光器4具有：串联插入在端子6、7间的电源线中的三端双向开关45；与三端双向开关45并联连接的相位电路46；连接在三端双向开关45的栅极与相位电路46之间的两端开关元件47。
三端双向开关45通常为断开的状态，当向栅极输入脉冲信号时接通。三端双向开关45能够向交流的电源电压VAC为正极性时和负极性时的双方向流动电流。
相位电路46由可变电阻48和整时电容器49构成，在整时电容器49的两端生成相位延迟的电压。另外，当使可变电阻48的电阻值变化时，时间常数发生变化，从而延迟时间发生变化。
两端开关元件47当对相位电路46的整时电容器49充电的电压超过恒定值时生成脉冲电压，使三端双向开关45接通。
通过使相位电路46的时间常数变化，来控制两端开关元件47生成脉冲的时序，由此能够对三端双向开关45接通的时序进行调整。因而，调光器4能够对交流电压中的半循环量的导通相位进行控制。
另一方面，为了将三端双向开关45维持为接通的状态，需要流过保持电流以上的电流，从而调光器4具有用于可稳定地调光的最低负载电流。
图4（a）、图4（b）是例示出照明装置的主要的信号的波形图，其中图4（a）是没有调光器的情况，图4（b）是具有调光器的情况。
需要说明的是，图4（a）、（b）是没有变压器3的情况的波形图，示出了交流电源5的电源电压VAC、直流电源电路12的直流电压VC、直流电源电路12的平滑电容器18的充电电流ICH、开关电源13的输入电流IIN。另外，将变压器3的最低负载电流、例如电子变压器3a开始自激振荡动作的电子变压器负载电流值设为IET_MIN。
首先，关于电源接通时的照明装置1的动作进行说明。
当电源接通时，平滑电容器18的两端的电压即直流电源电路12的直流电压VC从零开始上升。此时，当将开关电源13可动作的最低电压（动作下限电压）设为VC_MIN时，在直流电压VC成为动作下限电压VC_MIN以上之前，开关电源13不会动作。
与电源电压VAC的上升相对应，当直流电压VC成为动作下限电压VC_MIN以上时，开关电源13开始动作。
在直流电压VC比动作下限电压VC_MIN小时，开关电源13不会动作，故未流动有输入电流IIN。直流电压VC与电源电压VAC的瞬时值的变化对应地变化，但在开关电源13中残存有输出电容器24的电荷，故不会变得比动作下限电压VC_MIN附近小。
接着，关于照明装置1的稳定状态的动作进行说明。
如上所述，电源电压VAC在时间0（s）下零交而上升时，在直流电压VC成为动作下限电压VC_MIN以上之前，开关电源13不会动作，而未流动有输入电流IIN、充电电流ICH（图4（a））。
伴随着电源电压VAC的上升，直流电压VC成为动作下限电压VC_MIN以上时，流动有开关电源13的输入电流IIN，另外，比输入电流IIN稍稍提前地向平滑电容器18流动有充电电流ICH（图4（a））。直流电源电路12的输入电流IRCT成为开关电源13的输入电流IIN与平滑电容器18的充电电流ICH的合成电流（IRCT＝IIN＋ICH）。
如上所述，开关电源13以使输入电流IIN的平均值成为规定的恒流的方式进行控制，因此，相对于直流电压VC的变化，输入电流IIN为恒定（图4（a））。其结果是，成为当电源电压VAC上升时，输入电流IRCT中的平滑电容器18的充电电流ICH的比例（ICH／IRCT）减少的特性。
另外，如图4（b）所表示，在调光器4的点弧相位设定为θ1的情况下，电源电压VAC的相位θ成为点弧相位θ1时，直流电压VC急剧上升到动作下限电压VC_MIN以上。点弧相位θ1越接近90°，平滑电容器18的充电电流ICH的峰值越变大，直流电源电路12的输入电流IRCT的峰值也变大（图4（b））。但是，开关电源13的输入电流IIN不依赖于直流电压VC的值而被控制为恒流值。其结果是，在电源电压VAC成为最大值或者最小值的峰值附近，成为输入电流IRCT中的平滑电容器18的充电电流ICH的比例（ICH／IRCT）随着点弧相位θ1越接近90°而越减少的特性。
（比较例）
接着，关于比较例进行说明。
图5是例示出比较例的电路图。
比较例101与第一实施方式的照明装置1相比较，开关电源13的结构不同，为代替开关电源13而具备开关电源113的照明装置。关于比较例的除此以外的结构，与照明装置1的结构同样。
开关电源113以使向照明负载11供给的电力成为恒定的方式进行控制。由此，开关电源113包括：电容器19；电感器120；开关元件121；电流检测电阻122；整流元件123；输出电容器124；置位脉冲生成电路125；比较电路126；基准电压生成电路127；RS闩锁电路128。
电容器19与直流电源电路12的平滑电容器18并联连接。
整流元件123、开关元件121及电流检测电阻122与电容器19的两端串联连接。整流元件123例如为二极管，开关元件121例如为FET。在整流元件123的两端串联连接有输出电容器124与电感器120，在输出电容器124的两端连接有照明负载11。
当开关元件121接通时，流动有输入电流IIN及照明负载11的驱动电流IDRV。当开关元件121断开时，输入电流IIN被隔断，驱动电流IDRV经由电感器120与整流元件123而流动。在电流检测电阻122中检测与输入电流IIN成比例的电压。即，对经过了电感器120而上升为三角波状的电流的峰值进行检测。
比较电路126在由电流检测电阻122检测出的输入电流IIN的峰值比基准电压生成电路127的基准电压大时，将RS闩锁电路128复位。置位脉冲生成电路125在恒定周期下对RS闩锁电路128进行置位。RS闩锁电路128控制开关元件121的栅极，而使开关元件121接通或者断开。因而，根据比较电路126的输出，来控制开关元件121的接通期间（on duty）。
这样，在开关电源113中，以使输入电流IIN及驱动电流IDRV的峰值成为恒定的方式进行控制，由此以使向照明负载11供给的电流成为恒定的方式进行控制。在应用于例如LED那样的稳压特性较强的负载中时，结果是以恒定功率的方式进行动作。其结果是，成为当直流电压VC增加时，输入电流IIN及驱动电流IDRV的平均值减少，当直流电压VC减少时，输入电流IIN及驱动电流IDRV的平均值增加的特性。开关电源113的输入特性成为负性电阻特性。
图6（a）、（b）是例示出比较例的主要的信号的波形图，图6（a）为没有调光器的情况，图6（b）为具有调光器的情况。
需要说明的是，图6（a）、（b）是没有变压器3的情况的波形图，示出了交流电源5的电源电压VAC、直流电源电路12的直流电压VC、直流电源电路12的平滑电容器18的充电电流ICH、开关电源113的输入电流IIN。另外，将变压器3的最低负载电流、例如电子变压器3a开始自激振荡动作的电子变压器负载电流值设为IET_MIN。
关于电源接通时的比较例101的动作，与照明装置1同样，另外，电源电压VAC及比较例的稳定状态中的直流电压VC也与照明装置1同样。
电源电压VAC在时间0（s）下零交而上升时，在直流电压VC成为动作下限电压VC_MIN以上之前，开关电源113不会动作，而未流动有输入电流IIN、充电电流ICH（图6（a））。
伴随着电源电压VAC的上升，直流电压VC成为动作下限电压VC_MIN以上时，流动有开关电源113的输入电流IIN，另外，比输入电流IIN稍稍提前地向平滑电容器18流动充电电流ICH（图6（a））。直流电源电路12的输入电流IRCT成为开关电源113的输入电流IIN与平滑电容器18的充电电流ICH的合成电流（IRCT＝IIN＋ICH）。
如上所述，开关电源113以使向照明负载11供给的电流成为恒定值的方式进行控制，因此，当应用于LED那样的稳压特性较强的负载中时，结果是以恒定功率的方式进行动作。因而，输入电流（平均值）IIN相对于直流电压VC的变化成反比，开关电源113的输入特性成为负性电阻特性。成为当直流电压VC增加时，输入电流IIN及驱动电流IDRV的平均值减少，当直流电压VC减少时，输入电流IIN及驱动电流IDRV的平均值增加的特性（图6（a））。
因而，成为当电源电压VAC上升时，输入电流IIN减少，输入电流IRCT中的平滑电容器18的充电电流ICH的比例（ICH／IRCT）增加的特性。
另外，如图6（b）所表示，在调光器4的点弧相位设定为θ1的情况下，电压VAC的相位θ成为点弧相位θ1时，直流电压VC急剧上升到动作下限电压VC_MIN以上。点弧相位θ1越接近90°，平滑电容器18的充电电流ICH的峰值越变大（图6（b））。另外，充电电流I CH在成为峰值后急剧地减少。
进而，当直流电压VC增加时，开关电源113的输入电流IIN减少，因此，在电源电压VAC成为最大值或者最小值的峰值附近，成为输入电流IRCT中的平滑电容器18的充电电流ICH的比例（ICH／IRCT）随着点弧相位θ1越接近90°而越增加的特性。
因而，在比较例101中，用于调光器4与变压器3的稳定动作而需要最低负载电流时的最低负载电流随着点弧相位θ1越接近90°而依赖于向平滑电容器18的充电电流（冲击电流）的比例越增加。平滑电容器18的充电电流ICH受线路阻抗、电源变动等的影响而变动，因此，存在调光器4及变压器3（电子变压器3a）的动作不稳定的可能性。
在变压器3例如为自激式的电子变压器3a的情况下，当输入电流IRCT不比最低负载电流IET_MIN大时，即IRCT＞IET_MIN不成立时，电子变压器3a在点弧相位θ1处，即便调光器4点弧，也会立即停止动作。
因而，在比较例中，例如存在调光器4因保持电流不足而消弧的可能性，从而存在电子变压器3a也停止输出的可能性。另外，调光器4因保持电流不足而消弧并使电子变压器3a也停止输出的动作和因电子变压器3a的负载电流不足而使电子变压器3a停止输出的动作能够产生错综复杂的动作。
与其相对，在第一实施方式中，以使开关电源的输入电流成为恒流的方式进行控制，因此，成为直流电源电路的输入电流中的平滑电容器的充电电流的比例在调光器的点弧相位越接近90°而越减少的特性。其结果是，即便电源电压发生变动，也可抑制调光器及变压器的负载电流的减少，从而调光器及变压器维持稳定动作。
另外，即便在例如组合12V的低压卤素灯的点灯用的电子变压器及调光器的情况下，也不会产生闪烁，从而能够稳定地点灯、调光。
在上述中，作为第一实施方式所涉及的照明装置，例示出向一对输入端子7、8输入相位受到控制后的交流电压VIN的照明装置1的结构。另外，例示出直流电源电路12经由变压器3及调光器4而与交流电源5连接的结构。但是，照明装置也可以为还具备变压器3及调光器4中的至少任一方的结构。
（第二实施方式）
再次返回图1时，第二实施方式所涉及的照明装置2具备：照明装置1；与照明装置1的输入端子9、10连接的变压器3；与变压器3的端子7连接的调光器4。
关于照明装置1、变压器3及调光器4，与第一实施方式中的结构同样，能够获得与照明装置1同样的效果。
以上，边参考具体例边对于实施方式进行了说明，但不局限于这些实施方式，能够进行各种各样的变形。
例如，照明光源14也可以为LED或者OLED等，另外，照明光源14也可以将多个LED串联或者并联连接。
另外，作为开关电源13，例示出由开关元件21与电流检测电阻22等构成的DC-DC转换器，但只要能够将输入电流IIN控制为恒流，也可以为其他的结构。
对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式为作为例子而提示的，没有有意对发明的范围加以限定。这些新颖的实施方式在其他的各种各样的方式中也能够实施，在不超出发明的主旨的范围内，能够进行各种各样的省略、置换、变更。这些实施方式或其变形均包含在发明的范围或主旨之内，并且包含在权利要求书记载的发明和其均等的范围之内。

Claims (1)

1.一种照明装置，其中，具备：
直流电源电路，其将相位受到控制后的交流电压变换为直流电压；
开关电源，其与所述直流电源电路连接；
照明负载，其作为所述开关电源的负载电路而被连接；
电子变压器，该电子变压器为自激式的电子变压器，该自激式的电子变压器将所述交流电压的频率变换为与之不同的频率后向所述直流电源电路输出；
所述开关电源为转换器，该转换器包括电感器及开关元件，该电感器对由输入所述开关电源的输入电流产生的电力进行蓄积，该开关元件连接成接通时流有所述输入电流并且使所述输入电流不向所述照明负载流通，所述转换器将流过所述开关元件的所述输入电流的平均值控制为恒流，在所述开关元件断开时，所述转换器将所述电感器的蓄积电力向所述照明负载供给，并且通过所述输入电流，为所述电子变压器供给使所述电子变压器工作所需的负载电流。
CN201310039262.4A 2012-09-14 2013-01-31 照明装置 Active CN103687167B (zh)

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