JP2009072031A - 電源装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】突入電流を確実に防止できる電源装置を提供する。
【解決手段】抵抗ＲとサイリスタQ1とを並列に接続したインピーダンス切替回路の出力側に平滑コンデンサC2を接続する。トランスTr2のタップTr2cを、ゲート信号回路17を介してサイリスタQ1のゲート端子Ｇに接続する。トランスTr2の一次側にスイッチング制御素子Q2を接続する。平滑コンデンサC2の充電量に対応してコンデンサC4によりスイッチング制御素子Q2の起動タイミングを設定する。スイッチング制御素子Q2が起動してトランスTr2を介してサイリスタQ1のゲート端子Ｇに電圧を印加しサイリスタQ1がオンして抵抗Ｒをバイパスするまでの時間を、突入電流が充分に低下するまでの時間に設定でき、突入電流を確実に防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、整流手段の出力側に接続されたインピーダンス切替回路を有する電源装置およびこれを備えた照明装置に関する。

従来、例えば負荷としてのＬＥＤなどの光源を点灯させるための電源装置として、商用交流電源を整流する整流手段であるダイオードブリッジの出力側に、所定のインピーダンスを有する限流要素と、この限流要素と並列に接続されたスイッチング素子とを有するインピーダンス切替回路が接続され、このインピーダンス切替回路が、所定の昇圧チョッパ回路に接続した構成が知られている。

この昇圧チョッパ回路は、例えばインダクタとスイッチとダイオードとコンデンサとを接続したものであり、インダクタの二次側の一端が整流平滑回路を介してスイッチング素子の制御端子に接続されている。

この電源装置は、回路上の遅延要素が存在するので、電源投入後、発振が開始されるまでに遅れ時間が生じ、この遅れ時間が経過するまでに過渡的な突入電流が流れるおそれがある。しかしながら、この遅れ時間の間は、インピーダンス切替回路のスイッチング素子がオフ状態であるため、限流要素によって突入電流が抑制される。

そして、所定の遅れ時間が経過すると、インダクタの二次側に電圧が誘起され、この電圧が整流平滑回路の作用によって整流平滑された後、スイッチング素子の制御端子に印加されるので、スイッチング素子がオンされて限流要素の両端が短絡されて、限流要素による電力損失を防止するように構成されている（例えば、特許文献１参照。）。
特許第３５５１４５１号公報(第３−４頁、図１)

しかしながら、上述の電源装置では、スイッチング素子をオンさせるタイミングが、昇圧チョッパ回路の遅れ時間のみに依存しており、突入電流が確実になくなったかどうかを検知することはできないという問題点を有している。このため、上述の電源装置では、スイッチング素子がオンされたときに突入電流が残留していると、この突入電流によって素子が破損したり、短寿命化したりするおそれがある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、突入電流を確実に防止できる電源装置およびこれを備えた照明装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の電源装置は、直流化手段と；この直流化手段の出力側に接続され、限流素子とスイッチング素子とが並列に接続されたインピーダンス切替回路と；このインピーダンス切替回路の出力側に接続された平滑コンデンサと；この平滑コンデンサに一次側の一端が接続され、この一次側の一端と他端との間の位置が整流平滑回路を介してスイッチング素子に接続されているとともに、二次側が負荷側に接続されるトランスと；このトランスの一次側の他端に接続され、スイッチング制御用の第１制御端子とバイアス設定用の第２制御端子とを備え、スイッチング素子のオンオフを制御するスイッチング制御素子と；このスイッチング制御素子の第２制御端子に接続され、平滑コンデンサの充電量に対応してスイッチング制御素子の起動タイミングを設定する起動タイミング設定手段と；を具備しているものである。

直流化手段は、例えばダイオードブリッジなどが用いられる。

インピーダンス切替回路は、例えば抵抗などの限流素子とサイリスタなどのスイッチング素子とを並列に接続して構成され、このスイッチング素子のオン、オフによりインピーダンスが切り換わるものである。

トランスは、例えば一次側と二次側とが磁気的に接続された絶縁トランスなどであり、
スイッチング制御素子は、例えばソース、ドレイン、ゲートおよびバックゲートを有する電界効果トランジスタ(ＦＥＴ)などが用いられる。

起動タイミング設定手段は、平滑コンデンサの充電量を介して整流手段側の電圧を監視し、この電圧が所定の状態となった際に、スイッチング素子の第２制御端子に印加するバイアス電圧によってスイッチング素子を起動させるものである。

そして、平滑コンデンサの充電量に対応して起動タイミング設定手段によりスイッチング制御素子の起動タイミングを設定することで、スイッチング制御素子が起動してトランスを介してスイッチング素子に電圧が印加されてこのスイッチング素子がオンされ限流素子をバイパスするまでの時間を、突入電流が充分に低下するまでの時間に設定可能となり、突入電流が確実に防止される。

請求項２記載の電源装置は、請求項１記載の電源装置において、起動タイミング設定手段は、平滑コンデンサが規定充電量に達するとスイッチング制御素子を起動させる起動充電量となるコンデンサであり、スイッチング制御素子は、コンデンサが起動充電量に達すると起動してスイッチング素子をオンするものである。

そして、起動タイミング設定手段を、平滑コンデンサが規定充電量に達するとスイッチング制御素子を起動させる起動充電量となるコンデンサとし、このコンデンサが起動充電量に達して起動したスイッチング制御素子がスイッチング素子をオンすることで、コンデンサの容量によってスイッチング制御素子の起動タイミングおよびスイッチング素子をオンさせるタイミングが容易に設定される。

請求項３記載の照明装置は、請求項１記載の電源装置と；この電源装置のトランスの二次側に接続されて給電される負荷としての光源部と；を具備しているものである。

光源部は、例えばＬＥＤなどを用いるが、ＬＥＤに限定されるものではない。

そして、請求項１または２記載の電源装置により光源部に給電することで、突入電流およびこの突入電流による短寿命化が防止される。

請求項１記載の電源装置によれば、平滑コンデンサの充電量に対応して起動タイミング設定手段によりスイッチング制御素子の起動タイミングを設定することで、スイッチング制御素子が起動してトランスを介してスイッチング素子に電圧が印加されてこのスイッチング素子がオンされ限流素子をバイパスするまでの時間を、突入電流が充分に低下するまでの時間に設定でき、突入電流を確実に防止できる。

請求項２記載の電源装置によれば、請求項１記載の電源装置の効果に加えて、起動タイミング設定手段を、平滑コンデンサが規定充電量に達するとスイッチング制御素子を起動させる起動充電量となるコンデンサとし、このコンデンサが起動充電量に達して起動したスイッチング制御素子がスイッチング素子をオンすることで、コンデンサの容量によってスイッチング制御素子の起動タイミングおよびスイッチング素子をオンさせるタイミングを容易に設定できる。

請求項３記載の照明装置によれば、請求項１または２記載の電源装置により光源部に給電することで、突入電流および突入電流による短寿命化を防止できる。

以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は電源装置を備えた照明装置の回路図、図２は電源装置の平滑コンデンサの充電動作を示すグラフ、図３は電源装置の起動タイミング設定手段の充電動作を示すグラフである。

図１において、11は照明装置を示し、この照明装置11は、電源装置12と、この電源装置12に接続された負荷としての光源部Ｌを有している。

電源装置12は、光源部Ｌを駆動するための電力をこの光源部Ｌ側に供給するものである。そして、この電源装置12は、交流電源である商用交流電源ｅに対して、保護素子であるヒューズFUが接続されているとともに、このヒューズFUに対してノイズカット用のフィルタ回路15と直流化手段としての全波整流器であるダイオードブリッジDBとが順次接続されている。

フィルタ回路15は、電源ライン間にコンデンサC1と高電圧保護用のバリスタZ1とがそれぞれ接続されているとともに、コモンモードチョークTr1が接続され、ダイオードブリッジDBへと接続されている。

ダイオードブリッジDBの出力側には、限流素子としての抵抗Ｒとスイッチング素子としてのサイリスタQ1とが並列に接続されたインピーダンス切替回路16が接続され、このインピーダンス切替回路16の出力側に、平滑コンデンサC2が並列に接続されている。さらに、この平滑コンデンサC2の出力側には、トランスTr2が接続されている。

このトランスTr2の一次側は、一端である巻き終わり側Tr2aが平滑コンデンサC2に接続されているとともに、他端である巻き始め側Tr2bがスイッチング制御素子Q2に接続され、かつ、これら巻き終わり側Tr2aと巻き始め側Tr2bとの間に位置する中間端子としてのタップTr2cが、整流平滑回路としてのゲート信号回路17を介してサイリスタQ1のゲート端子Ｇと接続されている。また、このトランスTr2の二次側は、整流用のダイオードD1および平滑用の電解コンデンサなどのコンデンサC3を備えた平滑回路18を介してＬＥＤなどの光源を備えた発光部19が接続されている。

サイリスタQ1は、アノード側がダイオードブリッジDB側に接続され、カソード側が平滑コンデンサC2側に接続されている。

平滑コンデンサC2は、例えば電解コンデンサなどであり、平滑用に充分な容量を有している。

スイッチング制御素子Q2は、例えば入力端子であるソース21と、出力端子であるドレイン22と、第１制御端子であるゲート23と、第２制御端子であるバックゲート24とを備えた電界効果トランジスタ(ＦＥＴ)などであり、サイリスタQ1のオンオフを制御するものである。

ソース21には、トランスTr2の一次側の低圧側が接続されている。また、ドレイン22は、接地されている。

また、ゲート23には、スイッチング素子としてのＮＰＮ型のトランジスタQ3のソース側が接続され、このトランジスタQ3は、ドレイン側が接地されているとともに、ゲート側が図示しない制御回路に接続されており、ゲート23に所定の電圧を印加することでスイッチング制御素子Q2のスイッチングを制御するものである。

さらに、バックゲート24には、起動タイミング設定手段としてのコンデンサC4が接続されている。このコンデンサC4は、充電によって所定の閾値電圧を越えるバイアス電圧をスイッチング制御素子Q2のバックゲート24に供給することでスイッチング制御素子Q2の起動タイミングを設定するもので、例えば電解コンデンサなどであり、平滑コンデンサC2の充電量、換言すれば容量に対応してその容量が設定されている。具体的には、コンデンサC4は、平滑コンデンサC2が規定充電量V1に達するとスイッチング制御素子Q2を起動させる起動充電量V2となるように、その容量が設定されている。すなわち、コンデンサC4は、スイッチング制御素子Q2の起動とその遅延とを兼ねている。換言すれば、コンデンサC4は、サイリスタQ1のオンとその遅延とを兼ねている。したがって、スイッチング制御素子Q2は、コンデンサC4を介して平滑コンデンサC2の充電量を間接的に監視することで、電源側の突入電流を間接的に監視している。

ゲート信号回路17は、図示しない抵抗、ダイオードおよびコンデンサなどがそれぞれ接続されて構成されており、トランスTr2側からの電圧を整流および平滑してサイリスタQ1のゲート端子Ｇに供給するものである。

発光部19は、例えば図示しないＬＥＤが複数直列に接続されているとともに、これらＬＥＤに流れる電流を設定する抵抗などの限流素子と、この電流を制御するスイッチング素子などがそれぞれ接続されている。なお、この発光部19は、例えば複数を並列に順次着脱可能に取り付けるように構成してもよい。

次に、上記一実施の形態の動作を説明する。

電源を投入すると、商用交流電源ｅからの電源は、フィルタ回路15によりフィルタリングされて高周波成分などのノイズが除去された後、ダイオードブリッジDBにより全波整流される。この状態で、ダイオードブリッジDBから出力される電圧には、脈流が残留している。

次いで、ダイオードブリッジDBの出力側の平滑コンデンサC2がダイオードブリッジDBからの出力電圧により図２に示すように充電されることによって、電源が平滑される。

この平滑コンデンサC2は、図１に示す経路RO1により充電される。すなわち、平滑コンデンサC2は、商用交流電源ｅからヒューズFU、コモンモードチョークTr1、ダイオードブリッジDBおよび抵抗Ｒを経由して供給される電流により充電される。

このとき、スイッチング制御素子Q2では、コンデンサC4が図３の実線に示すように充電される。この充電は、図１に示す経路R02によって行われる。すなわち、コンデンサC4は、商用交流電源ｅからヒューズFU、コモンモードチョークTr1、ダイオードブリッジDB、抵抗Ｒ、トランスTr2およびスイッチング制御素子Q2を経由して供給される電流により充電される。

このコンデンサC4は、少なくとも平滑コンデンサC2が規定充電量V1に達する時間T1までスイッチング制御素子Q2を起動させる起動充電量V2(例えば５Ｖなど)とならず、このように起動充電量V2となる時間T2(≧T1)までは、サイリスタQ1のゲート端子Ｇに電圧が印加されないので、サイリスタQ1はオフ状態であり、電流が抵抗Ｒ側を流れることで、突入電流が抑制される。

そして、所定の時間Ｔが経過してコンデンサC4が起動充電量V2を越えると、スイッチング制御素子Q2が起動されることにより、トランスTr2側からの電圧がゲート信号回路17により整流および平滑されてサイリスタQ1のゲート端子Ｇに印加されて、サイリスタQ1がオンされる。

この結果、抵抗Ｒの両端がサイリスタQ1により短絡され、すなわちインピーダンス切替回路16のインピーダンスが切り替わり、ダイオードブリッジDBからの出力電流がサイリスタQ1側を流れ、抵抗Ｒによる損失が抑制される。

そして、トランスTr2の二次側では、このトランスTr2の一次側との巻数比によって電圧が生じ、平滑回路18により整流および平滑されて発光部19に給電され、この発光部19のＬＥＤが点灯する。

以上のように、平滑コンデンサC2の充電量に対応してコンデンサC4によりスイッチング制御素子Q2の起動タイミングを設定することで、スイッチング制御素子Q2が起動してトランスTr2を介してサイリスタQ1のゲート端子Ｇに電圧が印加されてこのサイリスタQ1がオンされ抵抗Ｒをバイパスするまでの時間を、突入電流が充分に低下するまでの時間に設定でき、電源投入時などの突入電流を確実に防止できる。

すなわち、コンデンサC4の容量を、平滑コンデンサC2が規定充電量V1に達するとスイッチング制御素子Q2を起動させる起動充電量V2となるように設定し、このコンデンサC4が起動充電量V2となることで起動したスイッチング制御素子Q2がサイリスタQ1をオンすることで、スイッチング制御素子Q2の起動タイミングおよびサイリスタQ1をオンさせるタイミングを平滑コンデンサC2の充電量に対応させてそれぞれ容易に設定できる。例えば、コンデンサC4の容量を、平滑コンデンサC2の容量に対応させて図３の一点鎖線や二点鎖線に示すように可変させることで、起動充電量V2までコンデンサC4が充電される時間T2を可変させることが可能になる。この結果、平滑コンデンサC2が充分に充電されていない間にスイッチング制御素子Q2が起動されてサイリスタQ1がオンされ抵抗Ｒをバイパスすることを防止でき、突入電流を確実に防止できる。

換言すれば、コンデンサC4が、スイッチング制御素子Q2の起動と、この起動タイミングの遅延とを兼ねる構成とすることで、コンデンサC4の容量のみでスイッチング制御素子Q2の起動タイミングとその遅延とを同時に容易に設定できる。

また、トランスTr2のタップTr2cを介してサイリスタQ1のゲート電源を生成することで、例えば電源ラインからサイリスタのゲート電源を生成するなど、高電位から低電圧電源を生成する場合と比較して、電源効率の低下を防止できる。

さらに、スイッチング制御素子Q2のオンのタイミングを平滑コンデンサC2の充電量に対応させたコンデンサC4の容量によって設定しているため、商用交流電源ｅの電圧に拘らず突入電流を防止でき、いわゆる電源フリーに対応できる。

そして、電源投入時などの突入電流を防止できることにより、電源装置12および照明装置11の短寿命化を防止できる。

また、平滑コンデンサC2が充分に充電された状態では、サイリスタQ1がオンされて抵抗Ｒをバイパスするので、この抵抗Ｒに電流が流れず、この抵抗Ｒでの損失を防止できる。

なお、上記一実施の形態において、起動タイミング設定手段は、コンデンサC2の充電量(容量)に対応してスイッチング制御素子Q2の起動タイミングを設定できるものであれば、コンデンサC4でなくてもよい。

また、電源装置12に接続される負荷としては、光源部Ｌ以外のものでも可能である。

さらに、スイッチング制御素子Q2としては、電界効果トランジスタ以外のものを用いてもよい。

本発明の一実施の形態を示す電源装置を備えた照明装置の回路図である。 同上電源装置の平滑コンデンサの充電動作を示すグラフである。 同上電源装置の起動タイミング設定手段の充電動作を示すグラフである。

符号の説明

11 照明装置
12 電源装置
16 インピーダンス切替回路
17 整流平滑回路としてのゲート信号回路
23 第１制御端子としてのゲート
24 第２制御端子としてのバックゲート
C2 平滑コンデンサ
C4 起動タイミング設定手段としてのコンデンサ
DB 直流化手段としてのダイオードブリッジ
Ｌ 負荷としての光源部
Q1 スイッチング素子としてのサイリスタ
Q2 スイッチング制御素子
Ｒ 限流素子としての抵抗
Tr2 トランス

Claims (3)

1. 直流化手段と；
   この直流化手段の出力側に接続され、限流素子とスイッチング素子とが並列に接続されたインピーダンス切替回路と；
   このインピーダンス切替回路の出力側に接続された平滑コンデンサと；
   この平滑コンデンサに一次側の一端が接続され、この一次側の一端と他端との間の位置が整流平滑回路を介してスイッチング素子に接続されているとともに、二次側が負荷側に接続されるトランスと；
   このトランスの一次側の他端に接続され、スイッチング制御用の第１制御端子とバイアス設定用の第２制御端子とを備え、スイッチング素子のオンオフを制御するスイッチング制御素子と；
   このスイッチング制御素子の第２制御端子に接続され、平滑コンデンサの充電量に対応してスイッチング制御素子の起動タイミングを設定する起動タイミング設定手段と；
   を具備していることを特徴とする電源装置。
2. 起動タイミング設定手段は、平滑コンデンサが規定充電量に達するとスイッチング制御素子を起動させる起動充電量となるコンデンサであり、
   スイッチング制御素子は、コンデンサが起動充電量に達すると起動してスイッチング素子をオンする
   ことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
3. 請求項１記載の電源装置と；
   この電源装置のトランスの二次側に接続されて給電される負荷としての光源部と；
   を具備していることを特徴とする照明装置。

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