CN204206550U - 电源电路以及照明装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种能够以简单的结构控制流过负载的电流的电源电路以及照明装置。根据本实用新型的实施方式，提供一种电源电路，其具备：电桥电路、谐振电路、第二电感器、整流滤波电路、电流检测部、控制部。电桥电路通过开关元件的导通、截止，将直流电压转换为第一交流电压。谐振电路包括连接于电桥电路的第一电感器、连接于第一电感器的电容器。第二电感器与第一电感器磁耦合，并且将第一交流电压变压为第二交流电压。整流滤波电路包括将第二交流电压整流的整流元件，并且将第二交流电压转换为直流的输出电压。电流检测部检测流过开关元件以及第一电感器的至少一个的电流。控制部基于检测出的电流控制开关元件。

Description

电源电路以及照明装置

技术领域

本实用新型的实施方式涉及一种电源电路以及照明装置。

背景技术

有一种电源电路，其将输入电压转换成预定的输出电压并且供给至负载。电源电路例如被使用于包含发光二极管(Light-emitting diode：LED)等发光元件的照明装置。电源电路例如向发光元件供给电力，从而使发光元件点亮。另外，在电源电路中，通过使用变压器从而能够将一次侧和二次侧电绝缘。在此种电源电路中，期望能够以简单的结构控制流过二次侧负载的电流。

专利文献1：日本特许第4797637号

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种能够以简单的结构控制流过负载的电流的电源电路以及照明装置。

根据本实用新型的实施方式，提供一种电源电路，其具备：电桥电路、谐振电路、第二电感器、整流滤波电路、电流检测部、控制部。所述电桥电路至少包括少1个开关元件，并且通过所述开关元件的导通、截止，将直流电压转换为第一交流电压。所述谐振电路包括：连接于所述电桥电路的第一电感器、连接于所述第一电感器的电容器。所述第二电感器与所述第一电感器磁耦合，并且将所述第一交流电压变压为第二交流电压。所述整流滤波电路包括将所述第二交流电压整流的整流元件，并且将所述第二交流电压转换为直流的输出电压。所述电流检测部检测流过所述开关元件以及所述第一电感器的至少一个的电流。所述控制部基于所述电流检测部所检测的所述电流，控制所述开关元件的导通、截止。

根据本实用新型的实施方式，能够提供一种能够以简单的结构控制流 过负载的电流的电源电路以及照明装置。

附图说明

图1是示意地表示实施方式所涉及的照明装置的框图。

图2是示意地表示流过电源电路的电流的一例的图表。

图3是示意地表示实施方式所涉及的其他照明装置的框图。

图中：2-交流电源；10、100-照明装置；12-照明负载；14、114-电源电路；16-照明光源；21-滤波电路；22-整流电路；23-功率因数改善电路；24-半桥电路；25-谐振电路；26-整流滤波电路；30-PFC驱动器；31-HB驱动器；32-电流检测部；33-电流检测电阻；34-电源部；41-开关元件；42-电感器；43-二极管；44-电容器；51、52-开关元件；53-电容器；55-第一电感器；56、57-第二电感器；60-整流电路；61、62-整流元件；64-滤波电容器。

具体实施方式

以下，参照附图说明各实施方式。

另外，附图为示意性的或者概念性的，各部分的厚度和宽度的关系、各部分之间的大小比例等并未限定成与实际相同。并且，即使表示相同部分，根据附图有时也以相互不同的尺寸或比例来表现。

另外，在本申请说明书和各附图中，对与已通过附图叙述的元素相同的元素标注相同的符号并适当省略详细说明。

图1是示意地表示实施方式所涉及的照明装置的框图。

如图1所示，照明装置10具备：照明负载12(直流负载)、电源电路14。照明负载12例如具有发光二极管(Light-emitting diode：LED)等照明光源16。照明光源16例如也可以是有机发光二极管(Organic light-emitting diode：OLED)等。在照明光源16中，例如使用具有正向压降的发光元件。照明负载12通过来自电源电路14的输出电压的施加以及输出电流的供给，使照明光源16点亮。输出电压以及输出电流的值根据照明光源16而被规定。

电源电路14具有一对电源输入端子14a、14b和一对电源输出端子 14c、14d。在各电源输入端子14a、14b连接有交流电源2。照明负载12连接于各电源输出端子14c、14d。另外，在本申请说明书中，“连接”是指电连接，包括未物理连接的情况或经由其他元素而连接的情况。并且，“连接”还包括经由变压器等而磁耦合的情况。

交流电源2例如为商用电源。电源电路14通过将从交流电源2供给的交流输入电压VIN转换为直流的输出电压VOUT并且输出至照明负载12，从而使照明光源16点亮。

电源输出端子14c的电位高于电源输出端子14d的电位。例如，在照明光源16为LED的情况下，正极连接于电源输出端子14c，负极连接于电源输出端子14d。由此，在照明光源16流过正向电流，使照明光源16点亮。以下，在区分各电源输出端子14c、14d时，将电源输出端子14c称为高电位输出端子14c，将电源输出端子14d称为低电位输出端子14d。

电源电路14包括：滤波电路21、整流电路22、功率因数改善电路23、半桥电路24(电桥电路)、谐振电路25、整流滤波电路26。

滤波电路21连接于各电源输入端子14a、14b。滤波电路21例如包括电感器、电容器。滤波电路21抑制从交流电源2供给的输入电压VIN中包含的噪声。

整流电路22具有：输入端子22a、22b、高电位端子22c、以及低电位端子22d。各输入端子22a、22b连接于滤波电路21。在整流电路22输入有由滤波电路21抑制了噪声的输入电压VIN。滤波电路21可以根据需要而设置，可以省略。例如，也可省略滤波电路21，将整流电路22连接于各电源输入端子14a、14b。

整流电路22例如为二极管电桥。整流电路22例如将交流的输入电压VIN全波整流，使全波整流后的整流电压(例如脉动电流电压)产生于高电位端子22c和低电位端子22d之间。高电位端子22c的电位高于低电位端子22d的电位。低电位端子22d的电位例如为接地电位或者电源电路14的基准电位。低电位端子22d的电位可以是低于高电位端子22c的电位的任意电位。基于整流电路22的输入电压VIN的整流也可以是半波整流。

功率因数改善电路23连接于整流电路22。功率因数改善电路23抑制在整流电压中产生电源频率的整数倍的高次谐波。由此，功率因数改善电 路23改善整流电压的功率因数。

功率因数改善电路23例如包括：开关元件41、电感器42、二极管43、电容器44。开关元件41具有电极41a～电极41c。电感器42的一端连接于高电位端子22c。电感器42的另一端连接于电极41a。电极41b连接于低电位端子22d。二极管43的正极连接于电极41a。二极管43的负极连接于电容器44的一端。电容器44的另一端连接于低电位端子22d。即，在该例中，功率因数改善电路23为升压斩波电路。功率因数改善电路23并不限于此，可以是能够改善整流电压的功率因数的任意电路。

功率因数改善电路23例如通过使开关元件41进行开关操作，使输入电流接近于正弦波，从而改善整流电压的功率因数。并且，功率因数改善电路23利用电容器44使功率因数改善后的整流电压平滑化，从而将整流电压转换为直流电压VDC。功率因数改善电路23例如将交流100V(有效值)的输入电压VIN转换为大约410V的直流电压VDC。直流电压VDC的值并不限于此，可以是任意的值。另外，可以根据需要而设置电容器44，也可以省略。功率因数改善电路23例如也可输出功率因数改善后的整流电压。

半桥电路24包括开关元件51、52。开关元件51具有电极51a～电极51c。电极51a连接于电容器44的高电位侧的端子。电极51b连接于开关元件52的电极52a。电极52b连接于低电位端子22d。在该例中，由整流电路22和功率因数改善电路23构成直流电压源。开关元件51、52相对于直流电压源串联连接。直流电压源并不限于此，可以是能够对半桥电路24供给直流电压的任意电压源。

谐振电路25包括：电容器54、第一电感器55。第一电感器55连接于半桥电路24。第一电感器55的一端连接于电极51b以及电极52a。即，第一电感器55的一端连接于2个开关元件51、52之间。

电容器54的一端连接于第一电感器55的另一端。电容器54的另一端连接于低电位端子22d。在该例中，电容器54连接于第一电感器55和低电位端子22d之间。换言之，电容器54连接于第一电感器55和基准电位之间。电容器54例如也可以连接于电极51b和第一电感器55之间。

半桥电路24通过将开关元件51变为导通，将开关元件52变为截止， 从而使电容器54经由第一电感器55充电。并且，半桥电路24通过将开关元件51变为截止，将开关元件52变为导通，从而使电容器54经由第一电感器55放电。由此，半桥电路24通过使各开关元件51、52交替导通、截止，从而在第一电感器55的两端产生交流电压。即，半桥电路24将从功率因数改善电路23供给的直流电压VDC转换为交流电压。

并且，谐振电路25包括漏电感55a。在图1中，为了方便而将漏电感55a与第一电感器55分开图示，但是实际上漏电感55a为谐振电路25的一部分。如图示，漏电感55a表示为串联连接于第一电感器55的电感器。

在该例中，谐振电路25通过第一电感器55、漏电感55a、电容器54构成所谓的LLC谐振电路。由第一电感器55、漏电感55a、电容器54决定谐振频率。由此，通过控制各开关元件51、52的工作频率(开关频率)，从而能够控制供给到照明负载12的电力。

各开关元件41、51、52例如为n沟道型FET。例如，电极41a、51a、52a为漏极。电极41b、51b、52b为源极。电极41c、51c、52c为栅极。各开关元件41、51、52例如也可以是p沟道型FET、双极晶体管或HEMT等。

电源电路14还包括第二电感器56、57。第二电感器56、57与第一电感器55磁耦合。因此，若交流电流流过第一电感器55，则与其相对应的交流电流流过第二电感器56、57。由此，第二电感器56、57将从半桥电路24供给过来的第一交流电压变压为第二交流电压。第一电感器55例如为变压器的一次绕组，第二电感器56、57例如为变压器的二次绕组。第二电感器56、57例如对从半桥电路24供给过来的交流电压进行降压。第二交流电压与第一交流电压不同。第二交流电压的有效值例如小于第一交流电压的有效值。

如此，通过第一电感器55和第二电感器56、57，将一次侧和二次侧电绝缘。由此，例如能够提高照明装置10的安全性。

第二电感器57串联连接于第二电感器56。第二电感器56、57的连接点通过省略图示的配线连接于低电位端子22d。第二电感器56、57的连接点设定为与低电位端子22d实质相同的电位。即，第二电感器56、57的连接点被设定为基准电位。

整流滤波电路26包括：整流电路60、滤波电容器64。整流电路60包括整流元件61、62。整流电路60例如是在1个组件内设置有2个整流元件61、62的1个元件。整流元件61、62为肖特基势垒二极管。整流元件61、62也可以是其他的二极管。

整流元件61的正极连接于第二电感器56的与第二电感器57相反一侧的端部。整流元件61的负极连接于滤波电容器64的一端。整流元件62的正极连接于第二电感器57的与第二电感器56相反一侧的端部。整流元件62的负极连接于滤波电容器64的一端。滤波电容器64的另一端连接于第二电感器56、57的连接点。

由此，整流滤波电路26通过整流元件61、62将由第二电感器56、57降压的交流电压进行整流，从而转换为整流电压。并且，整流滤波电路26利用滤波电容器64使整流电压平滑化，从而将整流电压转换为直流电压。即，整流滤波电路26生成输出电压VOUT。在该例中，整流滤波电路26通过各整流元件61、62将交流电压全波整流。整流滤波电路26例如可以是包含各整流元件61、62中的任一个而将交流电压半波整流的电路。即，整流滤波电路26可以是至少包括各整流元件61、62中的一个的电路。

高电位输出端子14c连接于滤波电容器64的高电位侧的端子。低电位输出端子14d连接于第二电感器56、57的连接点。由此，在各电源输出端子14c、14d之间输出有输出电压VOUT。

电源电路14还包括：PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)驱动器30、HB(Half Bridge，半桥)驱动器31(控制部)、电流检测部32、电流检测电阻33、电源部34。

PFC驱动器30连接于功率因数改善电路23的开关元件41的电极41c。PFC驱动器30例如通过将预定的脉冲信号输入到电极41c，从而控制开关元件41的导通、截止。即，PFC驱动器30控制基于功率因数改善电路23的直流电压VDC的生成。

HB驱动器31连接于半桥电路24的开关元件51的电极51c以及开关元件52的电极52c。HB驱动器31例如通过将预定的控制信号输入到电极51c、52c，从而控制开关元件51、52的导通、截止。即，HB驱动器31控制基于半桥电路24的由直流电压VDC向交流电压的转换。换言之，控 制信号为栅极信号。

输入到电极51c、52c的控制信号例如为占空比为50％的脉冲信号。输入到电极52c的控制信号的导通的时刻与输入到电极51c的控制信号的导通的时刻相反。由此，各开关元件51、52相互交替导通、截止。并且，HB驱动器31控制输入到电极51c、52c的控制信号的频率。由此，能够控制在第二电感器56、57产生的交流电压的电压值。

输入到开关元件51的控制信号的占空比可以不同于输入到开关元件52的控制信号的占空比。不过，将分别输入到电极51c、52c的各控制信号的占空比设为相同。由此，例如能够使半桥电路24的工作稳定。

电流检测电阻33连接于电容器54和低电位端子22d之间。因此，在该例中，电容器54经由电流检测电阻33连接于低电位端子22d。

电流检测部32连接于电流检测电阻33。由此，电流检测部32检测流过第一电感器55的电流IL。电流检测部32例如通过电流检测电阻33的电压来检测电流IL。

电流检测部32连接于HB驱动器31。电流检测部32将电流IL的检测结果输入到HB驱动器31。电流检测部32将检测到的电流IL的电流值输入到HB驱动器31。HB驱动器31基于电流检测部32所检测的电流IL控制开关元件51、52的导通、截止。

HB驱动器31例如基于检测出的电流IL控制开关元件51、52的工作频率。HB驱动器31例如在电流IL高于设定值的情况下，使开关元件51、52的工作频率变慢。HB驱动器31例如在电流IL低于设定值的情况下，使开关元件51、52的工作频率变快。由此，HB驱动器31基于电流IL控制开关元件51、52的导通、截止，以使流过照明负载12的输出电流IOUT实质恒定。

电源部34连接于功率因数改善电路23的输出。由此，在电源部34输入有直流电压VDC。电源部34例如通过将直流电压VDC降压，从而根据直流电压VDC生成与PFC驱动器30以及HB驱动器31对应的驱动电压。电源部34例如根据410V的直流电压VDC生成15V的驱动电压。电源部34将生成的驱动电压供给到PFC驱动器30以及HB驱动器31。PFC驱动器30以及HB驱动器31根据来自电源部34的驱动电压的供给 开始工作。电源部34例如可以分别单独向PFC驱动器30以及HB驱动器31供给电力。

PFC驱动器30以及HB驱动器31的基准电位与整流电路22的低电位端子22d的电位实质相同。由此，例如能够使PFC驱动器30以及HB驱动器31的工作变得稳定。

PFC驱动器30以及HB驱动器31的至少一个包含能够软件控制的半导体元件。PFC驱动器30以及HB驱动器31例如使用有微处理器。PFC驱动器30以及HB驱动器31例如也可以设置于1个处理器内。PFC驱动器30以及HB驱动器31例如可以是设置于1个处理器内的逻辑块。例如，电流检测部32可以设置于HB驱动器31内。换言之，可以使HB驱动器31具有电流检测部32的功能。

图2是示意地表示流过电源电路的电流的一例的图表。

图2中(a)示意地表示流过开关元件51的电流Is1的一例。

图2中(b)示意地表示流过开关元件52的电流Is2的一例。

图2中(c)示意地表示流过第一电感器55的电流IL的一例。

图2中(d)示意地表示流过整流元件61的电流Id1的一例。

图2中(e)示意地表示流过整流元件62的电流Id2的一例。

如图2中(a)所示，在开关元件51的导通时刻，开关元件51中流有正弦半波状的电流Is1。如图2中(b)所示，在开关元件52的导通时刻，开关元件52中流有正弦半波状的电流Is2。如前述，开关元件51、52相互交替地导通、截止。因此，流过开关元件52的电流Is2成为与流过开关元件51的电流Is1的相位相差大约180°的电流。

在开关元件52处于导通状态时流过第一电感器55的电流IL的方向与在开关元件51处于导通状态时流过第一电感器55的电流IL的方向相反。因此，如图2中(c)所示，通过开关元件51、52的导通、截止，在第一电感器55流有正弦波状的电流IL。

如图2中(d)所示，在开关元件51处于导通状态时，整流元件61中流有正弦半波状的电流Id1。如图2中(e)所示，在开关元件52处于导通状态时，整流元件62中流有正弦半波状的电流Id2。

如图2所示，在谐振电路25的工作频率中，流过第一电感器55的电 流IL的峰值相位与流过开关元件51的电流Is1的峰值相位以及流过开关元件52的电流Is2的峰值相位大体一致。并且，流过第一电感器55的电流IL的峰值相位与流过整流元件61的电流Id1的峰值相位以及流过整流元件62的电流Id2的峰值相位大体一致。如此，电流IL的峰值相位的电流值与二次侧的电流Id1、Id2的峰值相位的电流值相关。

电流检测部32例如检测流过第一电感器55的电流IL的峰值相位的电流值。换言之，电流检测部32检测电流IL的最大值。电流检测部32例如检测正弦波状的电流IL的绝对值的最大值。并且，电流检测部32将检测到的电流值输入到HB驱动器31。电流检测部32例如将检测到的电流值的绝对值输入到HB驱动器31。

HB驱动器31例如控制开关元件51、52的工作频率，以使电流IL的峰值相位的电流值变得实质恒定。换言之，HB驱动器31控制开关元件51、52的工作频率，以使电流IL的绝对值的最大值变得实质恒定。由此，能够使输出电流IOUT实质恒定。

并且，HB驱动器31例如在电流检测部32所检测的电流值不在预定的范围内的情况下，使开关元件51、52停止动作。即，停止向照明负载12供给输出电流IOUT。由此，例如能够保护照明负载12免受过电流或过小电流等输出异常状态的影响。

电流检测部32例如可以从开关元件51、52的工作频率计算出峰值相位，并检测计算出的峰值相位的电流IL的电流值。在该情况下，例如在对应于开关元件51、52的动作而电流IL的相位发生变化时，电流值降低。由此，例如能够将电流IL的相位变化作为异常而进行检测。另外，电流检测部32所检测的电流IL的相位并不限于峰值相位，也可以是在谐振电路25的工作频率中，与二次侧的电流Id1、Id2相关的任意相位。

在绝缘型电源电路中，例如有：在二次侧检测输出电压VOUT或输出电流IOUT，并且将检测结果经由光耦合器输入到一次侧的控制部的结构。该种情况下，控制部基于被输入的检测结果，进行输出电流IOUT的恒流控制。然而，光耦合器的因温度而产生的特性的变化、或每个元件的特性的偏差等较大。因此，光耦合器妨碍电源电路稳定地工作。并且，在使用光耦合器的情况下，为了切实地将一次侧和二次侧绝缘，必须在发光部和 受光部之间设置预定的距离，阻碍电源电路的小型化。

如此，在检测二次侧的电压或电流的结构中，需要光耦合器等，因此电路结构变得复杂。并且，作为检测二次侧的电压或电流的方法例如有：使用与变压器耦合的其他绕组检测二次侧的电压或电流的方法。例如还有：使用基于二次侧的高频电流或电压进行电压转换的绕组的检测方法。然而，在这些方法中，例如也会造成变压器或绕组的大型化，使得电路大规模化。

对此，在本实施方式所涉及的电源电路14中，基于流过设置于一次侧的第一电感器55的电流IL，控制输出电流IOUT。由此，与使用光耦合器的情况等相比，在电源电路14中能够以简单的结构控制流过照明负载12的输出电流IOUT。例如，使用电流检测电阻33检测电流IL。由此，例如能够进一步简化电源电路14的电路结构。在电源电路14中，例如能够削减部件件数。例如，能够使电源电路14更加小型化。例如能够抑制电源电路14的制造成本的增加。

图3是示意地表示实施方式所涉及的其他照明装置的框图。

如图3所示，在照明装置100的电源电路114中，电流检测电阻33设置于开关元件52和低电位端子22d之间。电源电路114的电流检测部32检测流过开关元件52的电流Is2，并将检测结果输入到HB驱动器31。电流检测部32例如检测流过开关元件52的电流Is2的峰值相位的电流值，并将检测到的电流值输入到HB驱动器31。HB驱动器31例如控制开关元件51、52的工作频率，以使电流Is2的峰值相位的电流值实质恒定。

如图2中(b)以及图2中(e)所示，流过开关元件52的电流Is2的峰值相位与流过整流元件62的电流Id2的峰值相位大体一致。电流Is2的峰值相位与电流Id2的峰值相位相关。因此，基于电流Is2控制开关元件51、52的导通、截止。在该情况下，如上所述，能够以简单的结构控制流过照明负载12的输出电流IOUT。

如此，检测的电流也可以是流过开关元件52的电流Is2。例如，也可以检测流过第一电感器55的电流IL和流过开关元件52的电流Is2这两者，并基于各检测结果控制开关元件51、52的导通、截止。即，检测的电流可以是电流IL和电流Is2的至少一个。

例如，可以在开关元件51和开关元件52之间设置电流检测电阻33，检测流过开关元件51的电流Is1。但是，如上述，将电流检测电阻33的一端连接于低电位端子22d。即，将电流检测电阻33的一端设定为基准电位。由此，例如能够容易地检测电流。例如，能够简化检测电流的电路。例如，也可以检测流过开关元件51的电流Is1和流过开关元件52的电流Is2这两者。

以上，参照具体例说明了实施方式，但是并不只限定于此，可进行各种变形。

另外，照明光源16并未限定于LED，例如可以是有机EL(Electro-Luminescence)或OLED(Organic light-emitting diode，有机发光二极管)等。在照明负载12中可以串联或者并联连接多个照明光源16。

在上述各实施方式中，将包含2个开关元件51、52的半桥电路24作为电桥电路显示。电桥电路并不限于此，例如可以是包含4个开关元件的全桥电路等。

在上述实施方式中，表示LLC型的谐振电路25。谐振电路25并不限于此，也可以是至少包括电容器54和第一电感器55的其他的谐振电路。

在上述实施方式中，作为直流负载显示了照明负载12，但并不限于此，例如可以是加热器等其他直流负载。在上述实施方式中，作为电源电路显示了用于照明装置10的电源电路14，但并不限于此，可以是与直流负载相对应的任意电源电路。

以上，对本实用新型的若干实施方式进行了说明，但这些实施方式或实施例只是举例说明，并没有限定本实用新型范围的意图。这些新实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离本实用新型的宗旨的范围内，可进行各种省略、置换、变更。这些实施方式或实施例及其变形均包含在实用新型的范围及宗旨内，并且也包含在技术方案中记载的发明及其等同的范围内。

Claims (5)

1.一种电源电路，其特征在于，具备：

至少包括1个开关元件，并且通过所述开关元件的导通、截止，将直流电压转换为第一交流电压的电桥电路；

包括连接于所述电桥电路的第一电感器、和连接于所述第一电感器的电容器的谐振电路；

与所述第一电感器磁耦合，并且将所述第一交流电压变压为第二交流电压的第二电感器；

包括将所述第二交流电压整流的整流元件，并且将所述第二交流电压转换为直流的输出电压的整流滤波电路；

检测流过所述开关元件以及所述第一电感器的至少一个的电流的电流检测部；

基于所述电流检测部所检测的所述电流，控制所述开关元件的导通、截止的控制部。

2.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，

所述电流检测部检测所述谐振电路的工作频率的预定相位的所述电流。

3.根据权利要求2所述的电源电路，其特征在于，

所述电流检测部检测峰值相位的所述电流。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电源电路，其特征在于，

所述控制部基于所述电流控制所述开关元件的导通、截止，以使流过负载的输出电流恒定。

5.一种照明装置，其特征在于，具备：

照明负载；

向所述照明负载供给电力的权利要求1至4中的任一项所述的电源电 路。