JP2012015017A - 電源装置及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過渡的に過大な出力電流が流れるのを抑制して定電流を供給することができる電源装置及び該電源装置を備える照明装置を提供する。
【解決手段】オペアンプ１９の＋入力端には、調整部５０のトランジスタ５１のコレクタを接続してある。パルス幅変調入力端９０、９１に、パルス幅変調信号が入力された場合、パルス幅変調信号がハイレベルのときは、トランジスタ５１がオンとなる。オペアンプ１９の入力端の電圧は、Ｖ１＞Ｖｒｅｆとなり、オペアンプ１９の出力はローレベルとなる。そして、フォトダイオード７１に電流が流れ、フォトトランジスタ７２がオンとなり、ＩＣ６が出力する駆動信号はローレベルとなる。これにより、トランジスタ９、ＦＥＴ１２はオフとなり、スイッチング動作が停止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、出力電流を調整することができる電源装置及び該電源装置を備える照明装置に関する。

近年、ＬＥＤ（発光ダイオード）を光源とする照明装置が様々な用途向けに開発されており、白熱電球や蛍光灯等の従来の光源を用いた照明装置に対する置換えが行われつつある。また、光源を所望の明るさに調整することができる調光機能を備えた照明装置が既に商品化されている。

このような照明装置には、ＬＥＤの明るさが一定に保たれるようにＬＥＤに所要の一定電流を流すべく定電流回路を備えた電源装置が用いられている。また、ＬＥＤの明るさを調整するため、調光信号に基づいてＬＥＤに流れる電流を調整することができる調光機能を備える電源装置もある。

例えば、交流電圧を整流器で整流し、整流した直流電圧を、スイッチング素子を備えたスイッチング回路でスイッチングして所要の定電流を出力するとともに、スイッチング回路の出力側にさらにＦＥＴを備え、調光信号に基づいてＦＥＴをオン／オフ駆動することでＬＥＤを所望の明るさに調光することができるＬＥＤ点灯装置が開示されている（特許文献１参照）。

図４は従来の電源装置２００を備える照明装置の構成の一例を示すブロック図である。照明装置は、電源装置２００、光源としてＬＥＤ１０１〜１２４、ＬＥＤに流れる電流を制限する抵抗１３１〜１３４などを備える。図４の例では、６個のＬＥＤを直列接続した直列群ＬＥＤを４個並列に接続してある。

電源装置２００は、スイッチング回路２０１、ダイオード２０２、平滑コンデンサ２０３、ＦＥＴ２０４、トランジスタ２０７、抵抗２０５、２０６、２０８などを備える。スイッチング回路２０１は、整流器、スイッチング素子としてのＦＥＴ又はトランジスタ、トランスなどを備え、交流電源を整流して得られた直流電圧をスイッチングして高周波のパルス状の電圧に変換する。スイッチング回路２０１で変換された高周波のパルス状の電圧は、ダイオード２０２で整流され、平滑コンデンサ２０３で平滑されて定電流定電圧がＦＥＴ２０４へ出力される。

ＦＥＴ２０４のゲートには、トランジスタ２０７を介してパルス幅変調信号に応じた信号が入力される。ＦＥＴ２０４は、パルス幅変調信号に応じてオン／オフされる。これにより、電源装置２００は、パルス幅変調信号に応じた定電流定電圧を出力する。

特許第４３７０９０１号公報

しかし、特許文献１のＬＥＤ点灯装置又は図４に例示した従来の電源装置にあっては、調光機能を使用しない場合には、出力電流が定電流になるものの、調光機能を使用する場合には、以下に説明するように出力電流が定電流にならないという問題がある。

図５は図４に示す従来の電源装置２００の各部の電圧波形又は電流波形の例を示すタイミングチャートである。図５の最上段の波形はスイッチング回路２０１の出力電圧波形を示し、二段目の波形はＦＥＴ２０４のオン／オフ状態を示し、三段目の波形はＦＥＴ２０４のドレイン電圧波形、すなわち平滑コンデンサ２０３の出力側の電圧波形を示し、最下段の波形は電源装置２００の出力電流波形を示す。

スイッチング回路２０１は、電源装置２００が動作中は常にスイッチング動作を繰り返し、例えば、数十ｋＨｚ程度の高周波のパルス状の電圧を出力する（図５の最上段の波形）。そして、スイッチング回路２０１のパルス状の出力電圧は、ダイオード２０２で整流されるとともに平滑コンデンサ２０３で平滑され、ほぼリップルのない一定電圧となる。

ＦＥＴ２０４は、図５の二段目の波形が示すように、パルス幅変調信号に応じてオン／オフ状態を繰り返す。ＦＥＴ２０４がオン状態の場合、ＦＥＴ２０４を介して出力電流がＬＥＤへ供給される。しかし、一旦ＦＥＴ２０４がオフ状態となると、ＦＥＴ２０４には電流が流れないため、スイッチング回路２０１の負荷が無負荷状態となる。このため、スイッチング回路２０１の出力電圧が大きくなり、平滑コンデンサ２０３の電圧、すなわちＦＥＴ２０４のドレイン電圧も大きくなる。したがって、ＦＥＴ２０４のオン／オフ状態に合わせてＦＥＴ２０４のドレイン電圧の大小が繰り返される。

ＦＥＴ２０４がオフ状態でＦＥＴ２０４のドレイン電圧が大きいため、ＦＥＴ２０４がオフ状態からオン状態に移る時点で過大な出力電流が過渡的に流れる。このため、出力電流は、定電流にならない。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、過渡的に過大な出力電流が流れるのを抑制して定電流を供給することができる電源装置及び該電源装置を備える照明装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電源装置は、スイッチング素子と、該スイッチング素子をオン／オフ状態に駆動する駆動部とを備え、該駆動部で前記スイッチング素子を駆動して出力電流を供給する電源装置において、出力電流の休止期間を調整するための調整用信号を外部から取得する取得部と、該取得部で取得した調整用信号に基づいて、出力電流の休止期間を設けて出力電流を調整するための調整部とを備え、前記駆動部は、前記調整部が設けた出力電流の休止期間に前記スイッチング素子をオフ状態に駆動するように構成してあることを特徴とする。

本発明にあっては、出力電流の休止期間を調整するための調整用信号を外部から取得する取得部と、取得部で取得した調整用信号に基づいて、出力電流の休止期間を設けて出力電流を調整するための調整部とを備える。出力電流の休止期間を短くした場合、出力電流を大きくでき、休止期間を長くした場合、出力電流を小さくすることができる。スイッチング素子をオン／オフ状態に駆動する駆動部は、調整部が設けた出力電流の休止期間にスイッチング素子をオフ状態に駆動する。すなわち、駆動部は、出力電流を調整するための休止期間の間は、スイッチング素子をオフ状態にする。これにより、出力電流の休止期間の間は、スイッチング素子がオン／オフ状態に駆動されることはなく、常にオフ状態となるので、無負荷状態でスイッチング素子が動作することがない。したがって、出力電流の休止期間において出力電圧が大きくなることを防止でき、過渡的に過大な出力電流が流れるのを抑制して定電流を供給することができる。

本発明に係る電源装置は、前記調整部は、前記調整用信号に基づいて二値化信号を前記駆動部へ出力するようにしてあり、前記駆動部は、前記二値化信号の一方のレベルに合わせて前記スイッチング素子をオフ状態に駆動し、他方のレベルに合わせて前記スイッチング素子をオン／オフ状態に駆動するように構成してあることを特徴とする。

本発明にあっては、調整部は、調整用信号に基づいて二値化信号を駆動部へ出力し、駆動部は、二値化信号の一方のレベルに合わせてスイッチング素子をオフ状態に駆動し、他方のレベルに合わせてスイッチング素子をオン／オフ状態に駆動する。すなわち、駆動部は、出力電流の休止期間ではスイッチング素子をオフ状態のままにするとともに、出力電流の休止期間以外の期間ではスイッチング素子をオン／オフ状態に駆動する。これにより、出力電流の休止期間の間は、スイッチング素子がオン／オフ状態に駆動されることはなく、常にオフ状態となるので、無負荷状態でスイッチング素子が動作することがない。したがって、出力電圧が休止期間において大きくなることを防止でき、過渡的に過大な出力電流が流れるのを抑制して定電流を供給することができる。

本発明に係る電源装置は、前記取得部は、パルス幅変調された調整用信号を取得するように構成してあることを特徴とする。

本発明にあっては、取得部は、パルス幅変調された調整用信号を取得する。これにより、パルス幅の長短に応じて出力電流を調整することができる。

本発明に係る電源装置は、前記取得部は、調整用信号として光源を調光するための調光信号を取得するように構成してあることを特徴とする。

本発明にあっては、取得部は、調整用信号として光源を調光するための調光信号を取得する。これにより、調光信号に応じて出力電流を調整して光源の明るさを調光することができる。

本発明に係る照明装置は、前述の発明のいずれか１つに係る電源装置と、該電源装置の出力電流が供給される光源とを備えることを特徴とする。

本発明にあっては、電源装置は、過渡的に過大な出力電流が流れるのを抑制して定電流を供給することができるので、所望の明るさにおいて光源の明るさを一定にすることができる。

本発明によれば、出力電流の休止期間の間は、スイッチング素子がオン／オフ状態に駆動されることはなく、常にオフ状態となるので、無負荷状態でスイッチング素子が動作することがない。したがって、出力電流の休止期間において出力電圧が大きくなることを防止でき、過渡的に過大な出力電流が流れるのを抑制して定電流を供給することができる。

本実施の形態の電源装置を備える照明装置の構成例を示すブロック図である。 本実施の形態の電源装置の構成例を示すブロック図である。 本実施の形態の電源装置の動作例を示すタイムチャートである。 従来の電源装置を備える照明装置の構成の一例を示すブロック図である。 図４に示す従来の電源装置の各部の電圧波形又は電流波形の例を示すタイミングチャートである。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本実施の形態の電源装置１００を備える照明装置の構成例を示すブロック図であり、図２は本実施の形態の電源装置１００の構成例を示すブロック図である。本実施の形態の照明装置は、電源装置１００、光源としてＬＥＤ１０１〜１２４、各ＬＥＤに流れる電流を制限する抵抗１３１〜１３４などを備える。なお、図１の例では、６個のＬＥＤを直列接続した直列群ＬＥＤを４個並列に接続してあるが、ＬＥＤの接続構成及び個数は図１の例に限定されない。

電源装置１００は、ＡＣ／ＤＣ回路６０、出力電流を調整するための調整部５０、出力電流の休止期間を調整するための調整用信号を外部から取得する取得部としてのパルス幅変調入力端９０、９１、正側の出力端８０、負側の出力端８１などを備える。正側の出力端８０には、ＬＥＤ１０１、１０７、１１３、１１９のアノードが接続され、負側の出力端８１には、抵抗１３１、１３２、１３３、１３４を介してＬＥＤ１０６、１１２、１１８、１２４のカソードが接続されている。

調整部５０は、パルス幅変調入力端９０、９１で取得した調整用信号としてのパルス幅変調信号に基づいて、出力電流の休止期間を長短して（パルス幅変調して）出力電流を調整する。

調整部５０は、トランジスタ５１、抵抗５２などを備える。抵抗５２の一端は、パルス幅変調入力端９０に接続され、他端はトランジスタ５１のベースに接続されている。また、トランジスタ５１のコレクタはＡＣ／ＤＣ回路６０に接続され、エミッタは接地レベルとしてパルス幅変調入力端９１に接続さている。

図２に示すように、入力電圧（例えば、ＡＣ１００Ｖ、ＡＣ２００Ｖなど）は、全波整流器１で整流され、コンデンサ２により平滑される。コンデンサ２で平滑された直流電圧は、トランス１３の１次側に供給される。トランス１３の１次側には、スイッチング素子としてのＦＥＴ１２及び抵抗２１の直列回路が接続され、ＦＥＴ１２をスイッチングする（オン／オフ状態を繰り返す）ことにより、トランス１３の２次側に高周波（例えば、数十ｌＨｚ程度）のパルス状の電圧を発生させることができる。トランス１３の２次側に発生したパルス状の電圧は、ダイオード１４で整流された後、平滑コンデンサ１５で平滑される。これにより、所定の定電流定電圧を出力端８０、８１から出力する。

また、平滑コンデンサ１５と並列に、コンデンサ１７とツェナーダイオード１８の並列回路に抵抗１６を直列に接続した回路を接続してある。これにより、平滑コンデンサ１５の電圧を降圧して内部電圧ＶＣＣを生成する。

ＦＥＴ１２のゲートには、抵抗１０、１１及びトランジスタ９構成されるバイアス回路が接続される。トランジスタ９のベースには駆動部としてＩＣ６の出力端を接続してある。ＩＣ６が出力する駆動信号（例えば、ハイレベル及びローレベルからなる二値化信号）によりトランジスタ９がオン又はオフすることにより、ＦＥＴ１２がオン又はオフして、ＦＥＴ１２のスイッチング動作が行われる。

ＩＣ６は、発振器６１、ＡＮＤ回路６２などを備える。ＩＣ６には、抵抗３、４で分圧された電圧が供給される。ＡＮＤ回路６２の一方の入力端には、発振器６１の出力が接続され、他方の入力端には、フォトカップラ７のフォトトランジスタ７２のコレクタを接続するとともに、抵抗５の一端を接続してある。これにより、ＩＣ６は、フォトトランジスタ７２がオフ状態のときに、発振器６１の出力（ハイレベルとローレベルとの繰返し信号）に合わせて駆動信号を出力し、ＦＥＴ１２をオン／オフ状態に駆動する。一方、ＩＣ６は、フォトトランジスタ７２がオン状態のときに、発振器６１の出力にかかわらず、常にローレベルの駆動信号を出力し、ＦＥＴ１２をオフ状態に駆動する。

フォトカプラ７のフォトダイオード７１のアノードは内部電圧ＶＣＣに接続され、カソードは抵抗８を介してオペアンプ１９の出力端に接続してある。オペアンプ１９は、コンパレータとして作動し、出力端８０、８１から所定の定電流を出力すべく制御する定電流制御を行うものである。オペアンプ１９の＋入力端には、基準電圧生成用ＩＣ２６が出力する電圧を抵抗２５、２０で分圧した電圧（基準電圧Ｖｒｅf）が入力される。オペアンプ１９の−入力端には、出力端８０、８１を介してＬＥＤに流れる出力電流を抵抗２２で電圧に変換し、変換した電圧を、抵抗２３、２４で調整した後の電圧が入力される。すなわち、オペアンプ１９の＋入力端には基準電圧Ｖｒｅｆが印加され、−入力端にはＬＥＤに流れる出力電流に応じた電圧Ｖ１が印加される。

ＬＥＤに流れる出力電流が増加した場合、オペアンプ１９の入力端の電圧は、Ｖ１＞Ｖｒｅｆとなり、オペアンプ１９の出力はローレベルとなる。そして、フォトダイオード７１に電流が流れ、フォトトランジスタ７２がオンとなり、ＩＣ６が出力する駆動信号はローレベルとなる。これにより、トランジスタ９、ＦＥＴ１２はオフとなり、スイッチング動作が一時停止するので、出力電圧が低下し、出力電流が減少する。

一方、ＬＥＤに流れる出力電流が減少した場合、オペアンプ１９の入力端の電圧は、Ｖ１＜Ｖｒｅｆとなり、オペアンプ１９の出力はハイレベルとなる。そして、フォトダイオード７１に電流が流れなくなり、フォトトランジスタ７２がオフとなり、ＩＣ６が出力する駆動信号は、発振器６１の出力に合わせて、ハイレベルとローレベルとを繰り返す信号となる。これにより、トランジスタ９、ＦＥＴ１２はオン／オフ状態を繰り返し、スイッチング動作を行い、出力電圧が増加し、出力電流が増加する。このようにして、ＬＥＤに流れる出力電流が定電流になるように制御される。

また、オペアンプ１９の＋入力端には、調整部５０のトランジスタ５１のコレクタを接続してある。パルス幅変調入力端９０、９１に、パルス幅変調信号が入力された場合、パルス幅変調信号がハイレベルのときは、トランジスタ５１がオンとなる。オペアンプ１９の入力端の電圧は、Ｖ１＞Ｖｒｅｆとなり、オペアンプ１９の出力はローレベルとなる。そして、フォトダイオード７１に電流が流れ、フォトトランジスタ７２がオンとなり、ＩＣ６が出力する駆動信号はローレベルとなる。これにより、トランジスタ９、ＦＥＴ１２はオフとなり、スイッチング動作が停止する。

一方、パルス幅変調入力端９０、９１に、パルス幅変調信号が入力された場合、パルス幅変調信号がローレベルのときは、トランジスタ５１がオフとなる。オペアンプ１９の入力端の電圧は、Ｖ１＜Ｖｒｅｆとなり、オペアンプ１９の出力はハイレベルとなる。そして、フォトダイオード７１に電流が流れなくなり、フォトトランジスタ７２がオフとなり、ＩＣ６が出力する駆動信号はハイレベルとなる。これにより、トランジスタ９、ＦＥＴ１２はオン／オフ状態を繰り返し、スイッチング動作が行われる。

図３は本実施の形態の電源装置１００の動作例を示すタイムチャートである。図３の最上段の波形は出力電流の調整用信号としてのパルス幅変調信号の波形を示し、二段目の波形はトランス１３の２次側の出力電圧波形を示し、三段目の波形は平滑コンデンサ１５の電圧波形を示し、最下段の波形は電源装置２００の出力電流波形を示す。なお、波形は模式的に示してある。

図３に示すように、パルス幅変調信号は、ハイレベルとローレベルとを繰り返す信号で、例えば、周波数は、スイッチング周波数（例えば、数十ｋＨｚ程度）よりも小さく、数ｋＨｚ程度である。

パルス幅変調信号がローレベルの期間では、トランジスタ５１がオフとなる。これにより、オペアンプ１９の入力端の電圧は、Ｖ１＜Ｖｒｅｆとなり、オペアンプ１９の出力はハイレベルとなる。そして、フォトダイオード７１に電流が流れなくなり、フォトトランジスタ７２がオフとなり、ＩＣ６が出力する駆動信号は発振器６１の出力を受けてオン／オフを繰り返す状態となる。これにより、トランジスタ９、ＦＥＴ１２はオン／オフ状態を繰り返し、スイッチング動作が行われる。図３に示すように、パルス幅変調信号がローレベルの期間では、トランス１３の２次側にパルス状の電圧が発生し、平滑コンデンサ１５で当該電圧が平滑され、電源装置２００は出力電流を出力する。

一方、パルス幅変調信号がハイレベルの期間では、トランジスタ５１がオンとなる。これにより、オペアンプ１９の入力端の電圧は、Ｖ１＞Ｖｒｅｆとなり、オペアンプ１９の出力はローレベルとなる。そして、フォトダイオード７１に電流が流れ、フォトトランジスタ７２がオンとなり、ＩＣ６が出力する駆動信号はローレベルとなる。これにより、トランジスタ９、ＦＥＴ１２はオフとなり、スイッチング動作が停止する。

本実施の形態では、駆動部としてのＩＣ６は、調整部５０が設けた出力電流の休止期間にＦＥＴ１２をオフ状態に駆動する。すなわち、ＩＣ６は、出力電流を調整するための休止期間の間は、ＦＥＴ１２をオフ状態にする。これにより、出力電流の休止期間の間は、ＦＥＴ１２がオン／オフ状態に駆動されることはなく、常にオフ状態となるので、無負荷状態でＦＥＴ１２が動作することがない。したがって、出力電流の休止期間において出力電圧が大きくなることを防止でき、過渡的に過大な出力電流が流れるのを抑制して定電流を供給することができる。

より具体的には、調整部５０は、パルス幅変調信号（調整用信号）に基づいて、オペアンプ１９等を介して二値化信号（オペアンプ１９の出力信号）をＩＣ６へ出力し、ＩＣ６は、二値化信号の一方のレベル（例えば、ハイレベル）に合わせてＦＥＴ１２をオフ状態に駆動し、他方のレベル（例えば、ローレベル）に合わせてＦＥＴ１２をオン／オフ状態に駆動する。すなわち、ＩＣ６は、出力電流の休止期間ではＦＥＴ１２をオフ状態のままにするとともに、出力電流の休止期間以外の期間ではＦＥＴ１２をオン／オフ状態に駆動する。これにより、出力電流の休止期間の間は、ＦＥＴ１２がオン／オフ状態に駆動されることはなく、常にオフ状態となるので、無負荷状態でＦＥＴ１２が動作することがない。したがって、出力電圧が休止期間において大きくなることを防止でき、過渡的に過大な出力電流が流れるのを抑制して定電流を供給することができる。

また、本実施の形態では、パルス幅変調された調整用信号を取得して用いることにより、パルス幅の長短に応じて出力電流を調整することができる。また、調整用信号としてＬＥＤ等の光源を調光するための調光信号を用いることにより、調光信号に応じて出力電流を調整して光源の明るさを調光することができる。また、電源装置１００は、過渡的に過大な出力電流が流れるのを抑制して定電流を供給することができるので、照明装置は、所望の明るさにおいて光源の明るさを一定にすることができる。

また、本実施の形態では、出力電流の調整用、例えば、調光用のＦＥＴをスイッチング回路とは別に設ける必要がなく、電源回路又は調光回路の構成を簡素化されるとともに部品点数を削減することができる。また、オン／オフ動作を行うスイッチング素子の数を減らすことができるので、電源装置から発生する電磁ノイズを抑制することができる。

上述の実施の形態では、ＬＥＤを光源として用いる例を説明したが、ＬＥＤに限定されず、ＥＬ（Electro-Luminescence）等の他の光源を用いてもよい。

上述の実施の形態では、電源装置の出力電流をＬＥＤに供給する照明装置の例について説明したが、電源装置の負荷はＬＥＤ等の光源に限定されるものではなく、出力電流を調整する機能を有するものであれば、照明装置だけでなく他の電気機器にも本実施の形態を適用することができる。

６ ＩＣ（駆動部）
６１ 発振器
６２ ＡＮＤ回路
７ フォトカップラ
７１ フォトダイオード
７２ フォトトランジスタ
９ トランジスタ
１２ ＦＥＴ（スイッチング素子）
１３ トランス
１９ オペアンプ
２２ 抵抗
２６ 基準電圧生成用ＩＣ
５０ 調整部
５１ トランジスタ
５２ 抵抗
９０、９１ パルス幅変調入力端（取得部）

Claims (5)

1. スイッチング素子と、該スイッチング素子をオン／オフ状態に駆動する駆動部とを備え、該駆動部で前記スイッチング素子を駆動して出力電流を供給する電源装置において、
   出力電流の休止期間を調整するための調整用信号を外部から取得する取得部と、
   該取得部で取得した調整用信号に基づいて、出力電流の休止期間を設けて出力電流を調整するための調整部と
   を備え、
   前記駆動部は、
   前記調整部が設けた出力電流の休止期間に前記スイッチング素子をオフ状態に駆動するように構成してあることを特徴とする電源装置。
2. 前記調整部は、
   前記調整用信号に基づいて二値化信号を前記駆動部へ出力するようにしてあり、
   前記駆動部は、
   前記二値化信号の一方のレベルに合わせて前記スイッチング素子をオフ状態に駆動し、他方のレベルに合わせて前記スイッチング素子をオン／オフ状態に駆動するように構成してあることを特徴とする請求項１に電源装置。
3. 前記取得部は、
   パルス幅変調された調整用信号を取得するように構成してあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電源装置。
4. 前記取得部は、
   調整用信号として光源を調光するための調光信号を取得するように構成してあることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の電源装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の電源装置と、該電源装置の出力電流が供給される光源とを備えることを特徴とする照明装置。

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