CN103687172A - 照明用电源装置以及照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种照明用电源装置以及照明装置。本发明既改善功率因数、又降低纹波电压。在电源装置(1)中，功率因数改善电路(15、16)连接于外部电源，对驱动电路(19)供给电力，改善对驱动电路(19)的输入电流的功率因数，且进行交错动作。驱动电路(19)对LED(111)进行点灯控制。

Description

照明用电源装置以及照明装置

技术领域

本发明的实施方式涉及一种照明用电源装置以及照明装置。

背景技术

以往，作为各种电子设备的电源装置，已知有一种电源装置，其具有二极管电桥(diode bridge)电路等整流电路及电容器(condenser)等平滑电路，将交流电压转换为直流电压。

而且，在以往的电源装置中，有的电源装置具有功率因数改善电路，以改善功率因数。功率因数改善电路例如包括线圈(coil)、相对于该线圈而并联连接的二极管以及开关(switching)元件。并且，使该开关元件以适当的时序(timing)开关，使流经电源电路的电流成为与交流电压的正弦波相似的形状，从而实现功率因数的改善。

但是，以往的电源装置中，功率因数改善电路的输出电压会产生大的商用频率残留、即纹波(ripple)电压。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2011-167019号公报

发明内容

本发明所要解决的问题在于提供一种既改善功率因数、又降低纹波电压的照明用电源装置以及照明装置。

实施方式的电源装置具备点灯装置及多个功率因数改善电路。点灯装置对发光元件进行点灯控制。多个功率因数改善电路连接于外部电源，对点灯装置供给电力，并且彼此进行交错(interleave)动作。

实施方式的照明装置，包括：发光元件；以及照明用电源装置，具备点灯装置及多个功率因数改善电路，所述点灯装置对所述发光元件进行点灯控制，所述多个功率因数改善电路连接于外部电源，对所述点灯装置供给电力，并且彼此进行交错动作。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种既改善功率因数、又降低纹波电压的照明用电源装置以及照明装置。

附图说明

图1是表示第一实施方式的电源装置的一例的方块图。

图2是表示冲击电流(rush current)限制电路的一例的图。

图3是表示功率因数改善电路的一例的图。

图4是表示第二实施方式的电源装置的一例的方块图。

图5是用于说明多相动作模式与单相动作模式的图。

附图标记：

1、50：电源装置

11、12：整流电路

13、14：冲击电流限制电路

15、16：功率因数改善电路

17、18：电容器

19：驱动电路

20、51：控制部

31：晶闸管

32：电阻

41：线圈

42：开关元件

43：二极管

101：交流电源

111：LED

具体实施方式

以下要说明的第一实施方式中，在电源装置1中，功率因数改善电路15、16改善对驱动电路19的输入电流的功率因数，且进行交错动作。所谓交错动作，是指功率因数改善电路15与功率因数改善电路16使动作相位错开地进行动作。通过进行该交错动作，能够使功率因数改善电路的输出电压中产生的大的商用频率残留、即纹波电压降低。

而且，在电源装置1中，电容器17的一端连接于整流电路11与功率因数改善电路15的连接线以及整流电路12与功率因数改善电路16的连接线。即，通过第一系统以及第二系统这两者共用电容器17，能够使功率因数改善电路15、16的输入段(input stage)的电位稳定化。

第二实施方式中，在电源装置50中，控制部51基于调光信号所示的调光度，来切换为第一模式(即，多相动作模式)与第二模式(即，单相动作模式)中的任一种，所述第一模式是功率因数改善电路15以及功率因数改善电路16这两者进行动作的模式，所述第二模式是功率因数改善电路15进行动作且功率因数改善电路16停止的模式。即，控制部51基于调光信号所示的调光度，对功率因数改善电路15及功率因数改善电路16中处于动作状态的个数进行切换，由此，在调光度深时，即在低输出时，采用单相动作模式，使功率因数改善电路16停止，由此能够降低线圈铁损(iron loss)等的固定损失成分。而且，在调光度浅时，即在高输出时，采用多相动作模式，从而能够进行电力分担而降低电力损失。

以下，参照附图，对实施方式的电源装置以及照明装置进行说明。在实施方式中，对于具有相同功能的结构标注相同的符号，并省略重复的说明。

[第一实施方式]

图1是表示第一实施方式的电源装置的一例的方块图。在图1中，电源装置1具有整流电路11、12、冲击电流限制电路13、14、功率因数改善电路15、16、电容器17、18、驱动电路19及控制部20。图1中示出了具有电源装置1及作为发光元件的LED(Light Emitting Diode，发光二极管)111的照明装置。LED111连接于电源装置1的输出端子(未图示)。

整流电路11、12分别为用于对交流电压进行全波整流的二极管电桥电路。整流电路11、12是并联连接于交流电源101。而且，整流电路11、12将交流电压作为输入，将脉动电流(pulsating current)分别输出至冲击电流限制电路13、14。

冲击电流限制电路13连接于整流电路11的输出侧及功率因数改善电路15的输入侧，且串联连接于整流电路11以及功率因数改善电路15。同样地，冲击电流限制电路14连接于整流电路12的输出侧及功率因数改善电路16的输入侧，且串联连接于整流电路12以及功率因数改善电路16。而且，冲击电流限制电路13与功率因数改善电路15的连接点、以及冲击电流限制电路14与功率因数改善电路16的连接点均连接于电容器17的一端。

而且，冲击电流限制电路13、14限制在电源接通时产生的电流冲击电容器17、18。

具体而言，冲击电流限制电路13、14分别如图2所示，例如具有并联连接的晶闸管(thyristor)31及电阻32。图2是表示冲击电流限制电路的一例的图。在电源接通开始期间，来自控制部20的控制信号未被输入至晶闸管31的栅极(gate)，因此晶闸管31未短路，能够通过电阻32来限制流向电容器17、18的电流。另一方面，在电源接通开始期间经过后，通过接收来自控制部20的控制信号，功率因数改善电路15、16启动，冲击电流限制电路13、14的晶闸管31短路。电流能够不受冲击电流限制电路13、14限制地流入电容器17、18。

如上所述，电容器17的一端连接于冲击电流限制电路13与功率因数改善电路15的连接点、以及连接于冲击电流限制电路14与功率因数改善电路16的连接点这两者，另一端连接于地线(ground)。

而且，电容器17是对由功率因数改善电路15、16形成的高频电流进行分流(bypass)的分流电容器(bypass capacitor)。而且，电容器17具有将电流中所含的噪声(noise)予以去除的功能。

功率因数改善电路15、16分别在输出侧连接于电容器18的一端。

而且，功率因数改善电路15、16通过使输出的电流成为与交流电压的正弦波相似的形状，从而实现功率因数的改善。

具体而言，功率因数改善电路15、16分别如图3所示，例如具有线圈41、开关元件42及二极管43。图3是表示功率因数改善电路的一例的图。开关元件42例如为功率(power)金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)。线圈41的一端与冲击电流限制电路13、14侧连接，另一端与二极管43的正极(anode)串联连接。并且，在线圈41与二极管43的连接点处，连接有开关元件42的漏极(drain)。而且，开关元件42的源极(source)与地线连接，栅极与控制部20连接。并且，当开关元件42断开(OFF)时，输入至功率因数改善电路15、16的电流经由线圈41及二极管43而输出至后段的电容器18。另一方面，当开关元件42通过来自控制部20的控制信号而导通(ON)时，输入至功率因数改善电路15、16的电流经由线圈41及开关元件42而流向地线。蓄积在电容器18中的电荷因二极管43而未流向地线。

如上所述，本发明包括第一系统(即第一单元(unit))及第二系统(即第二单元)，所述第一系统包含整流电路11、冲击电流限制电路13及功率因数改善电路15，所述第二系统包含整流电路12、冲击电流限制电路14及功率因数改善电路16。

并且，第一系统以及第二系统共用一个电容器17，因此能够使功率因数改善电路15、16的输入段的电位稳定化。然而，在第一系统与第二系统连接于各不相同的分流电容器的情况下，一个分流电容器会使另一个分流电容器的电位不稳定化。而且，在第一系统与第二系统连接于各不相同的分流电容器且独立动作的情况下，难以使第一系统与第二系统同步地动作，因此通过使第一系统与第二系统共用分流电容器，可使功率因数改善电路15、16的输入段的电位稳定化，并且使第一系统与第二系统的同步动作成为可能。

此处，输入至功率因数改善电路15的控制信号与输入至功率因数改善电路16的控制信号的相位错开。即，逻辑高准位(HIGH)与逻辑低准位(LOW)的时序错开。功率因数改善电路15与功率因数改善电路16错开开关元件42导通的时序。即，功率因数改善电路15与功率因数改善电路16进行交错动作。能够使功率因数改善电路的输出电压中产生的大的商用频率残留、即纹波电压降低。另外，输入至功率因数改善电路15的控制信号与输入至功率因数改善电路16的控制信号的相位错开180度。

如上所述，电容器18的一端连接于功率因数改善电路15、16的输出侧，另一端连接于地线。

而且，电容器18蓄积或释放从功率因数改善电路15、16输出的电荷，而作为平滑电路发挥功能。经电容器18平滑化的电压被输出至驱动电路19。

驱动电路19并联连接于电容器18的两端。

而且，驱动电路19从电容器18被输入经平滑化的电压。而且，驱动电路19从控制部20接收电流控制信号，并利用所输入的电压，来将与该电流控制信号相应的直流电流输出至电力供给对象。此处，电力供给对象为LED111。

控制部20在电源接通开始期间经过后，向功率因数改善电路15、16与冲击电流限制电路13、14输出控制信号。由此，功率因数改善电路15、16启动，冲击电流限制电路13、14的晶闸管31短路。而且，控制部20例如输入与用户(user)对操作部的操作相应的调光信号，并将与该调光信号所示的调光度相应的电流控制信号输出至驱动电路19。此处，调光度是表示作为电力供给对象的LED111的调光电平(level)，使LED111全光点灯时的调光度为0％，使LED111熄灯时的调光度为100％。即，使LED111越亮地点灯，调光度越浅，使LED111越暗地点灯，调光度越深。

如上所述，根据第一实施方式，在电源装置1中，功率因数改善电路15、16改善对驱动电路19的输入电流的功率因数，且进行交错动作，因此能够使功率因数改善电路的输出电压中产生的大的商用频率残留、即纹波电压降低。

而且，在电源装置1中，电容器17的一端对于整流电路11与功率因数改善电路15的连接线以及整流电路12与功率因数改善电路16的连接线而连接。即，由于第一系统以及第二系统这两者共用电容器17，因此能够使功率因数改善电路15、16的输入段的电位稳定化。

[第二实施方式]

第二实施方式中，对应于调光信号的调光度，来切换多相动作模式与单相动作模式，所述多相动作模式是第一系统以及第二系统这两者进行动作的模式，所述单相动作模式是第一系统或者第二系统进行动作而另一个系统停止的模式。

图4是表示第二实施方式的电源装置的一例的方块图。在图4中，电源装置50具有控制部51。

控制部51对应于调光信号所示的调光度，来切换为多相动作模式与单相动作模式。

具体而言，控制部51在调光信号所示的调光度大于或等于阈值的情况下，采用多相动作模式，在调光信号所示的调光度小于阈值的情况下，采用单相动作模式。阈值的值为大于50％的值，优选为60％至70％的规定值。

具体而言，控制部51在调光信号所示的调光度大于或等于阈值的情况下，向功率因数改善电路15、16这两者输出控制信号。另一方面，控制部51在调光信号所示的调光度小于阈值的情况下，仅向功率因数改善电路15或者功率因数改善电路16输出控制信号，而不向另一个功率因数改善电路输出控制信号。由此，仅一个功率因数改善电路启动，而另一个功率因数改善电路停止。例如，仅功率因数改善电路15启动，而功率因数改善电路16停止。

图5是用于说明多相动作模式与单相动作模式的图。在图5中，横轴表示调光信号的信号电平，纵轴表示流经LED111的电流值。如图5所示，将全光点灯时的调光信号的信号电平设为100％的情况下，在调光信号的信号电平为30％至40％时，切换多相动作模式与单相动作模式。也就是说，当调光信号的信号电平小时，即，当调光度深时，切换为单相动作模式；另一方面，当调光信号的信号电平大时，即，当调光度浅时，切换为多相动作模式。

如上所述，根据第二实施方式，在电源装置50中，控制部51基于调光信号所示的调光度，来切换为第一模式(即多相动作模式)与第二模式(即单相动作模式)中的任一种，所述第一模式是功率因数改善电路15以及功率因数改善电路16这两者进行动作的模式，所述第二模式是一个功率因数改善电路(例如功率因数改善电路15)进行动作且另一个功率因数改善电路(例如功率因数改善电路16)停止的模式。即，控制部51基于调光信号所示的调光度，对功率因数改善电路15及功率因数改善电路16中处于动作状态的个数进行切换，因此当调光度深时，即在低输出时，采用单相动作模式，使至少1个功率因数改善电路停止，由此能够降低线圈铁损等的固定损失成分。而且，在调光度浅时，即在高输出时，采用多相动作模式，从而能够进行电力分担而降低电力损失。

另外，以上的说明中，针对控制部20切换多相动作模式与单相动作模式的情况进行了说明。但是，并不限定于此。例如，功率因数改善电路15、16也可根据作为电力供给对象的LED111的负载电力，来自主地切换为多相动作模式与单相动作模式中的任一种。

如以上所说明的，根据第一实施方式以及第二实施方式，既能改善功率因数、又能降低纹波电压。

[其他实施方式]

[1]第一实施方式以及第二实施方式中，对第一系统以及第二系统这两个系统的情况进行了说明，但并不限定于此，也可设置三个以上的系统。此时，所有系统的动作相位不同。具体而言，各系统间的动作相位差并非180度，例如设为360度/系统数。

[2]第一实施方式以及第二实施方式中，将电流供给对象设为LED而进行了说明，但并不限定于此，也可为需要固定电流的电气设备、例如有机电致发光(Electroluminescence，EL)元件。

以上，对本发明的若干实施方式进行了说明，但这些实施方式仅为例示，并不意图限定发明的范围。这些实施方式能以其他的各种方式来实施，在不脱离发明的主旨的范围内，可进行各种省略、替换、变更。这些实施方式或其变形包含在发明的范围或主旨内，同样包含在权利要求书中记载的发明及其均等的范围内。

Claims (10)

1.一种照明用电源装置，其特征在于包括：

点灯装置，对发光元件进行点灯控制；以及

多个功率因数改善电路，连接于外部电源，对所述点灯装置供给电力，并且彼此进行交错动作。

2.根据权利要求1所述的照明用电源装置，其特征在于包括：

多个整流电路，相对于所述多个功率因数改善电路而分别设置，对从所述外部电源输入的交流电流进行整流；以及

分流电容器，一端连接于所述功率因数改善电路其中一个与所述整流电路其中一个的连接线，或者连接于所述功率因数改善电路其中另一个与所述整流电路其中另一个的连接线。

3.根据权利要求1所述的照明用电源装置，其特征在于包括：

另一电容器，一端连接于所述功率因数改善电路其中一个与所述点灯装置的连接线以及所述功率因数改善电路其中另一个与所述点灯装置的连接线。

4.根据权利要求1所述的照明用电源装置，其特征在于，

所述多个功率因数改善电路基于控制信号来进行所述交错动作，被输入至所述多个功率因数改善电路的控制信号的相位互不相同。

5.根据权利要求1所述的照明用电源装置，其特征在于包括：

控制部，基于调光信号或者所述发光元件的负载电力，来改变进行动作的所述功率因数改善电路的数量。

6.根据权利要求1所述的照明用电源装置，其特征在于包括：

控制部，具有第一模式与第二模式，所述第一模式是基于调光信号或者所述发光元件的负载电力，来使所有功率因数改善电路进行动作的模式，所述第二模式是至少一个功率因数改善电路停止的模式。

7.根据权利要求6所述的照明用电源装置，其特征在于，

所述控制部在所述第一模式的情况下，对所述所有功率因数改善电路输出启动信号，在所述第二模式的情况下，对所述至少一个功率因数改善电路以外的功率因数改善电路输出启动信号。

8.根据权利要求6所述的照明用电源装置，其特征在于，

所述控制部在所述调光信号的电平大于或等于所述切换阈值时，切换为所述第一模式，在所述调光信号的电平小于所述切换阈值时，切换为所述第二模式。

9.一种照明装置，其特征在于包括：

发光元件；以及

照明用电源装置，具备点灯装置及多个功率因数改善电路，所述点灯装置对所述发光元件进行点灯控制，所述多个功率因数改善电路连接于外部电源，对所述点灯装置供给电力，并且彼此进行交错动作。

10.根据权利要求9所述的照明装置，其特征在于包括：

多个整流电路，相对于所述多个功率因数改善电路而分别设置，对从所述外部电源输入的交流电流进行整流；以及

分流电容器，一端连接于所述功率因数改善电路其中一个与所述整流电路其中一个的连接线，或者连接于所述功率因数改善电路其中另一个与所述整流电路其中另一个的连接线。

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