JP2013169112A - 電源装置、点灯装置、灯具、及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】コストを抑えつつ安全性を高めた電源装置、点灯装置、灯具、及び車両を提供する。
【解決手段】電源装置２は、第１のコンデンサＣ１、第１のコンデンサＣ１の一端に接続された第１のインダクタＬ１、及び第１のコンデンサＣ１の他端にアノードが接続されたダイオードＤ１からなる直列回路と、第１のインダクタＬ１と第１のコンデンサＣ１の接続点に一端が接続されたスイッチング素子Ｓ１と、第１のコンデンサＣ１とダイオードＤ１の接続点に一端が接続された第２のインダクタＬ２と、スイッチング素子Ｓ１の他端と第２のインダクタＬ２の他端との間に接続された第２のコンデンサＣ２とを備える。第１のインダクタＬ１の他端とスイッチング素子Ｓ１の他端との間には、第１のインダクタＬ１の他端側が正極側となるように直流電源１が接続され、ダイオードＤ１のカソードと第２のインダクタＬ２の他端との間には負荷３が接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置、点灯装置、灯具、及び車両に関するものである。

従来より、車両に用いられる電源装置が提供されている（例えば特許文献１参照）。この電源装置は、トランスによって１次側の電流経路と２次側の電流経路とが分離されたＤＣ−ＤＣ変換回路と、ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力電圧の異常の有無を判定する出力異常状態判定手段とを備える。

このような車両用の電源装置において、例えば配線の噛み込みや劣化による短絡、誤配線などによって、電源装置の出力線が直流電源（バッテリー）のグランド（負極側）に接触（地絡）したり、正極側に接触（天絡）したりする可能性がある。特許文献１に示した電源装置によれば、これらのアクシデントが発生した場合には、出力異常状態判定手段により出力電圧の異常が検出されるため、異常検出時にはスイッチング素子のスイッチング動作を停止させることで回路保護を行うことができる。

特開２００９−２８４７２１号公報

上述の特許文献１に示した電源装置では、出力に地絡や天絡が生じた場合にはスイッチング素子のスイッチング動作を停止させることで回路保護が行えるものの、変換回路部分にトランスを用いていることから高価な電源装置になっていた。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、コストを抑えつつ安全性を高めた電源装置、点灯装置、灯具、及び車両を提供することにある。

本発明の電源装置は、第１のコンデンサ、第１のコンデンサの一端に接続された第１のインダクタ、及び第１のコンデンサの他端にアノードが接続された整流素子からなる直列回路と、第１のインダクタと第１のコンデンサの接続点に一端が接続されたスイッチング素子と、第１のコンデンサと整流素子の接続点に一端が接続された第２のインダクタと、スイッチング素子の他端と第２のインダクタの他端との間に接続された第２のコンデンサと、整流素子のカソードと第２のインダクタの他端との間に接続された第３のコンデンサとを備える。第１のインダクタの他端とスイッチング素子の他端との間には、第１のインダクタの他端側が正極側となるように直流電源が接続され、整流素子のカソードと第２のインダクタの他端との間には負荷が接続される。

この電源装置において、第２のコンデンサと並列に第１の抵抗が接続されているのが好ましい。

また、この電源装置において、第２のコンデンサの静電容量が第１のコンデンサの静電容量よりも大きいのも好ましい。

また、この電源装置において、スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路を備え、制御回路は、第２のコンデンサと第３のコンデンサの接続点の電位が所定の閾値を下回ると、スイッチング素子のスイッチング動作を停止させるのも好ましい。

また、この電源装置において、第２のコンデンサ及び第２のインダクタの接続点と負荷との間に接続された第２の抵抗に印加される電圧に基づいて出力電流を検出する出力電流検出回路を備え、制御回路は、出力電流検出回路の出力が所定値となるようにスイッチング素子を制御し、第２のコンデンサと第３のコンデンサの接続点の電位が所定の閾値を下回る期間が所定時間継続すると、スイッチング素子のスイッチング動作の停止状態を維持するのも好ましい。

本発明の点灯装置は、上記の電源装置を備え、半導体発光素子を用いた光源負荷が負荷として電源装置の出力端間に接続され、光源負荷に電力供給することにより光源負荷を点灯させる。

本発明の灯具は、上記の点灯装置が搭載されている。

本発明の車両は、上記の灯具が搭載されている。

第１及び第２のインダクタと第１及び第２のコンデンサとで入力側と出力側とを直流的に遮断する回路を構成しており、変換回路部分にトランスを用いなくてもいいので、コストを抑えつつ安全性を高めた電源装置、点灯装置、灯具、及び車両を提供することができるという効果がある。

（ａ）は実施形態１の電源装置の基本構成を示す概略回路図、（ｂ）は同上の構成を示す概略回路図である。 （ａ）（ｂ）は同上の動作を説明する説明図である。 （ａ）〜（ｇ）は同上の動作を説明する波形図である。 同上において地絡、天絡が発生した状態を示す説明図である。 （ａ）〜（ｄ）は同上の地絡発生時の動作を説明する波形図である。 （ａ）〜（ｄ）は同上の地絡発生時の動作を説明する別の波形図である。 実施形態２の電源装置の構成を示す概略回路図である。 （ａ）〜（ｄ）は同上の動作を説明する波形図である。 同上を用いた点灯装置の構成を示す概略回路図である。 同上を用いた灯具の断面図である。 同上を用いた車両の外観斜視図である。

以下に、電源装置、点灯装置、灯具、及び車両の実施形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
図１（ａ）は実施形態１の電源装置２の基本構成を示す概略回路図であり、図１（ｂ）はこの基本構成を適用した電源装置２の概略回路図である。

この電源装置２は、第１のコンデンサＣ１、第１のコンデンサＣ１の一端（図１（ａ）中の左端）に接続された第１のインダクタＬ１、及び第１のコンデンサＣ１の他端（図１（ａ）中の右端）にアノードが接続されたダイオード（整流素子）Ｄ１からなる直列回路を備える。また、電源装置２は、第１のインダクタＬ１と第１のコンデンサＣ１の接続点に一端が接続されたスイッチング素子Ｓ１と、第１のコンデンサＣ１とダイオードＤ１の接続点に一端が接続された第２のインダクタＬ２とを備える。さらに、電源装置２は、スイッチング素子Ｓ１の他端と第２のインダクタＬ２の他端との間に接続された第２のコンデンサＣ２と、ダイオードＤ１のカソードと第２のインダクタＬ２の他端との間に接続された第３のコンデンサＣ３とを備える。また、電源装置２は、スイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作（オン／オフ動作）を制御する制御回路２０を備える。なお本実施形態では、スイッチング素子として、例えば電圧駆動型のＭＯＳ−ＦＥＴを用いているが、スイッチング素子Ｓ１はＭＯＳ−ＦＥＴに限らず、他の素子でもよい。また、整流素子についてもダイオードＤ１に限らず、他の素子でもよい。

第１のインダクタＬ１の他端（第１のコンデンサＣ１との接続側と反対側）には入力端子Ｔ１が接続され、この入力端子Ｔ１には直流電源（例えば１２Ｖの車載バッテリー）１の正極側（プラス側）が接続されている。また、スイッチング素子Ｓ１の他端（第２のコンデンサＣ２との接続側）には入力端子Ｔ２が接続され、この入力端子Ｔ２には直流電源１の負極側（マイナス側）が接続されている。

ダイオードＤ１のカソードには出力端子Ｔ３が接続され、この出力端子Ｔ３には負荷３の一端が接続されている。また、第２のインダクタＬ２の他端（第２のコンデンサＣ２との接続側）には出力端子Ｔ４が接続され、この出力端子Ｔ４には負荷３の他端が接続されている。なお、電源装置２の出力端間に接続された第３のコンデンサＣ３は、出力平滑用のコンデンサである。

制御回路２０は、回路部品小型化の観点から周波数が数百ｋＨｚの駆動信号をスイッチング素子Ｓ１に対して出力し、スイッチング素子Ｓ１を高周波でオン／オフさせる。ここでは、制御回路２０は、周波数固定でスイッチング素子Ｓ１のオンデューティを変化させるＰＷＭ制御によりスイッチング素子Ｓ１のオン／オフ動作を制御する。具体的には、制御回路２０は、電源装置２への入力電流や入力電圧を監視し、これらの値が所定値となるようにスイッチング素子Ｓ１のオン／オフ動作を制御することで所望の出力が得られる。或いは、制御回路２０は、例えばフォトカプラを使用し、電源装置２からの出力電流や出力電圧を監視し、これらの値が所定値となるように直接的に制御する構成であってもよい。

図２（ａ）（ｂ）は電源装置２の動作を説明する説明図であり、図２（ａ）はスイッチング素子Ｓ１がオンのときを示し、図２（ｂ）はスイッチング素子Ｓ１がオフのときを示している。なお、図２（ａ）（ｂ）中の＋記号は第１〜第３のコンデンサＣ１〜Ｃ３に発生する電圧の極性（「＋」が正極側）を示している。また、図２（ａ）（ｂ）中のＶ１０は電源装置２への入力電圧、Ｖ１１は電源装置２からの出力電圧をそれぞれ示し、Ｉ１は第１のインダクタＬ１に流れる電流、Ｉ２は第２のインダクタＬ２に流れる電流をそれぞれ示している。また、図３（ａ）〜（ｇ）は電源装置２の動作を説明する波形図であり、以下、電源装置２の動作について、図２（ａ）（ｂ）及び図３（ａ）〜（ｇ）を参照しながら説明する。

時刻ｔ０のときに、制御回路２０がスイッチング素子Ｓ１をオンにすると、スイッチング素子Ｓ１のオン期間（ｔ０〜ｔ１）に、第１のインダクタＬ１に流れる電流Ｉ１は時間経過に伴って増加し、直流電源１から第１のインダクタＬ１にエネルギーが蓄えられる。またこのとき、時刻ｔ０より前のスイッチング素子Ｓ１のオフ期間において第１及び第２のコンデンサＣ１，Ｃ２に蓄えられていたエネルギーが、スイッチング素子Ｓ１を介して負荷３に出力される。さらにこのとき、第１及び第２のコンデンサＣ１，Ｃ２に蓄えられたエネルギーを受けて、第２のインダクタＬ２に流れる電流Ｉ２は時間経過に伴って増加し、第２のインダクタＬ２にエネルギーが蓄えられる。これにより、第１のコンデンサＣ１の両端電圧（Ｖ１−Ｖ２）及び第２のコンデンサＣ２の両端電圧Ｖ３は低下する。

次に、時刻ｔ１のときに、制御回路２０がスイッチング素子Ｓ１をオフにすると、第１のインダクタＬ１に蓄えられていたエネルギーが、スイッチング素子Ｓ１のオフ期間（ｔ１〜ｔ２）に、ダイオードＤ１を介して第１及び第２のコンデンサＣ１，Ｃ２に出力される。これにより、第１のコンデンサＣ１の両端電圧（Ｖ１−Ｖ２）及び第２のコンデンサＣ２の両端電圧Ｖ３は上昇し、第１のインダクタＬ１に流れる電流Ｉ１は時間経過に伴って減少する。またこのとき、第２のインダクタＬ２に蓄えられていたエネルギーはダイオードＤ１を介して負荷３に出力され、第２のインダクタＬ２に流れる電流Ｉ２は時間経過に伴って減少する。

電源装置２は、上述したようなスイッチング素子Ｓ１のオン期間の動作とオフ期間の動作を時刻ｔ２以降においても繰り返すことにより、各部に図３に示すような電圧、電流が発生し、負荷３に電力を供給する。なお本実施形態では、出力端子Ｔ３，Ｔ４間に接続された第３のコンデンサＣ３によって、電源装置２の出力電圧Ｖ１１は平滑される。

ここで、第１及び第２のコンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量が同じ場合、エネルギーの観点から第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２に発生する電圧は同じであり、図３（ａ）〜（ｇ）はそのときの波形を示している。つまり、第１のコンデンサＣ１の両端電圧（Ｖ１−Ｖ２）と、第２のコンデンサＣ２の両端電圧Ｖ３は同様の波形となる（図３（ｅ）及び図３（ｆ）参照）。また、本実施形態の回路構成では、第１及び第２のコンデンサＣ１，Ｃ２に発生する電圧（Ｖ１−Ｖ２、及びＶ３）を加えた値は、出力電圧Ｖ１１と略同じ値になる。

なお、上記の説明では、電源装置２の基本動作を分かり易く説明するために、第１及び第２のインダクタＬ１，Ｌ２に流れる電流Ｉ１，Ｉ２がゼロになることなく連続して流れるモード（電流連続モード）を例に説明した。また、出力電圧Ｖ１１についても、第３のコンデンサＣ３により完全に平滑された値として示した（図３（ｇ）参照）。しかしながら、実際には第１及び第２のコンデンサＣ１，Ｃ２や第１及び第２のインダクタＬ１，Ｌ２の定数やスイッチング素子Ｓ１の駆動周波数、或いは負荷３のインピーダンスなどによって、例えば電流Ｉ１，Ｉ２の脈動が増えたり、よりフラットになったりするが、基本的な動作は上述の通りである。

次に、電源装置２の出力に地絡或いは天絡が生じた場合の電源装置２の動作について、図４〜６を参照しながら順に説明する。

図４中の（１）に示すように、低電位側となる出力端子Ｔ４が直流電源１のグランド（負極）に接触して地絡が発生している場合、電源装置２の動作は図５に示すようになる。この場合、地絡によって出力端子Ｔ４の電位は直流電源１のグランドに固定されるため、第２のコンデンサＣ２の両端電圧Ｖ３はゼロとなる一方（図５（ｃ）参照）、第１のコンデンサＣ１の両端電圧（Ｖ１−Ｖ２）がその分上昇する（図５（ｂ）参照）。本実施形態の電源装置２においては、このような異常（地絡）発生時であっても、必要があればスイッチング素子Ｓ１のオン／オフ動作を制御することにより、負荷３への電力供給を継続することが可能である。

また、図４中の（２）に示すように、高電位側となる出力端子Ｔ３が直流電源１のグランドに接触して地絡が発生している場合、電源装置２の動作は図６に示すようになる。この場合、地絡によって出力端子Ｔ３の電位は直流電源１のグランドに固定されるため、第２のコンデンサＣ２の電圧Ｖ３は出力電圧Ｖ１１により決まる電位となり、その際、第１のコンデンサＣ１の電圧（Ｖ１−Ｖ２）はその影響により入力電圧Ｖ１０と略同じ値となる。本実施形態の電源装置２においては、このような異常（地絡）発生時であっても、図４中の（１）のケースと同様に、必要があればスイッチング素子Ｓ１のオン／オフ動作を制御することにより、負荷３への電力供給を継続することが可能である。

また、図４中の（３）に示すように、出力端子Ｔ４が直流電源１の活線（正極）に接触して天絡が発生している場合、動作波形の図示は省略するが、地絡の場合と同じように出力端子Ｔ４の電位は直流電源１の正電位に固定される。本実施形態の電源装置２においては、このような異常（天絡）発生時であっても、図４中の（１）のケースと同様に、必要があればスイッチング素子Ｓ１のオン／オフ動作を制御することにより、負荷３への電力供給を継続することが可能である。

同様に、図４中の（４）に示すように、出力端子Ｔ３が直流電源１の活線に接触して天絡が発生している場合も、動作波形は省略するが、地絡の場合と同じように出力端子Ｔ３の電位は直流電源１の正電位に固定される。本実施形態の電源装置２においては、このような異常（天絡）発生時であっても、図４中の（１）のケースと同様に、必要があればスイッチング素子Ｓ１のオン／オフ動作を制御することにより、負荷３への電力供給を継続することが可能である。

而して本実施形態によれば、第１及び第２のインダクタＬ１，Ｌ２と第１及び第２のコンデンサＣ１，Ｃ２とで入力側と出力側とを直流的に遮断する回路を構成しており、従来例のようにトランスを用いなくてもいいので、その分コストを抑えることができる。また本実施形態では、第１及び第２のコンデンサＣ１，Ｃ２により入力側と出力側を直流的に遮断しているので、例えば出力側で地絡や天絡が生じても入力側に影響を与えることがなく、安全性の高い電源装置２を提供することができる。さらに本実施形態によれば、入力側に第１のインダクタＬ１が接続されているため、入力側の電流、電圧リップルを低く抑えることができる。また本実施形態によれば、直流電源１の電圧を負荷３に適した電圧に昇圧又は降圧することができる。

なお本実施形態では、第１及び第２のコンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量が同じ場合を例に説明したが、第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２とで静電容量が異なっていてもよい。すなわち、第１及び第２のコンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量を意図的に異なる値としておくことにより、エネルギーの観点から第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２とで発生する電圧の分担を変化させることが可能である。例えば、第２のコンデンサＣ２の静電容量を第１のコンデンサＣ１の静電容量よりも大きくすることによって、出力端子Ｔ４の電圧Ｖ３を直流電源１のグランドレベルに近づけることができる。また、第１及び第２のコンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量を異ならせることは、出力電圧の範囲を所定の範囲に設定したい場合などに有効である。さらに、制御回路２０によるスイッチング素子Ｓ１の制御方法についてはＰＷＭ制御に限らず、他の方法（例えば周波数制御など）であってもよい。

（実施形態２）
電源装置２の実施形態２を図７及び図８に基づいて説明する。

図７は本実施形態の電源装置２の構成を示す概略回路図である。この電源装置２は、第１のインダクタＬ１、第１のコンデンサＣ１、及びダイオードＤ１で構成された直列回路と、スイッチング素子Ｓ１と、第２のインダクタＬ２と、第２及び第３のコンデンサＣ２，Ｃ３と、第２のコンデンサＣ２と並列に接続された第１の抵抗Ｒ１とを備える。この電源装置２は、第２のコンデンサＣ２と並列に第１の抵抗Ｒ１を接続したことにより、第２のコンデンサＣ２の電圧Ｖ３を、第１の抵抗Ｒ１の抵抗値に応じた値に設定可能である。要するに、第１の抵抗Ｒ１の値を調節することによって、第２のコンデンサＣ２の電圧を意図的に任意の値に設定することができる。

図８は、第１の抵抗Ｒ１の抵抗値を比較的小さく設定（例えば１００Ω以下）した場合の電源装置２の動作波形図である。この場合、第２のコンデンサＣ２の電圧Ｖ３は略ゼロとなり（図８（ｃ）参照）、第１のコンデンサＣ１の電圧（Ｖ１−Ｖ２）は、実施形態１で述べたようにその分上昇する（図８（ｂ）参照）。このように、第１の抵抗Ｒ１の抵抗値を比較的小さく設定することによって、例えば出力検出回路の構成を簡略化する目的で、出力端子Ｔ４の電位を意図的に直流電源１のグランドレベルに近づけることができる。

逆に、第１の抵抗Ｒ１の抵抗値を比較的大きく設定（例えば１ｋΩ）した場合には、第２のコンデンサＣ２の電圧Ｖ３は数Ｖ程度を中心として脈動する電圧となる。

また、この電源装置２は、目的とする出力の異常状態（地絡或いは天絡）に対応できる第１の抵抗Ｒ１の定数が選定されていると、異常発生のモードによっては異常発生時に第１の抵抗Ｒ１を介して入出力間に直流電流が流れることがあるが、異常時にも回路が壊れない。そのため、電源装置２は、入出力間がトランスを用いて絶縁される構成に比べて、簡単な回路を採用でき、トランスが不要になった分コストを低く抑えることができる。

なお本実施形態において、第２のコンデンサＣ２の静電容量を第１のコンデンサＣ１の静電容量よりも大きくすることで、第２のコンデンサＣ２の電圧Ｖ３のリップルを低減することができ、上記リップルも含めてゼロに近い電圧を得たい場合に有効である。

次に、本実施形態の電源装置２を点灯装置に適用した場合を例として、電源装置２のより具体的な構成について説明する。

電源装置２を備えた点灯装置は、図９に示すように、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子を用いた光源負荷３０が負荷として１対の出力端子Ｔ３，Ｔ４間に接続され、光源負荷３０に電力（定電流）を供給することにより光源負荷３０を点灯させる。光源負荷３０は、例えば直列接続された複数（図９では２つ）のＬＥＤモジュール３０１，３０２で構成され、各ＬＥＤモジュール３０１，３０２は、例えば直列接続された４個のＬＥＤチップ（半導体発光素子）で構成されている。

この電源装置２は、第１のインダクタＬ１、第１のコンデンサＣ１、及びダイオードＤ１で構成された直列回路と、スイッチング素子Ｓ１と、第２のインダクタＬ２と、第２のコンデンサＣ２と、平滑用の第３及び第４のコンデンサＣ３，Ｃ４とを備える。また、電源装置２は、第２のコンデンサＣ２と並列に接続された第１の抵抗Ｒ１と、第２のコンデンサＣ２と出力端子Ｔ４との間に接続された第２の抵抗Ｒ２と、制御回路２０とを備える。ここに、第２の抵抗Ｒ２は、光源負荷３０に流れる電流を計測するための検出用抵抗であり、第２の抵抗Ｒ２と制御回路２０との組み合わせによって、出力電流を一定とする定電流制御が可能な点灯装置を構成する。

以下、制御回路２０の具体的な構成について、図９を参照しながら説明する。制御回路２０は、オペアンプ２０１、コンデンサＣ１３、及び抵抗Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１５，Ｒ１９で構成された差動増幅回路４１と、オペアンプ２０２、コンデンサＣ１２、及び抵抗Ｒ１２で構成された誤差演算回路４２とを備える。

差動増幅回路４１は、オペアンプ２０１の反転入力−出力間にコンデンサＣ１３と抵抗Ｒ１３の並列回路が接続され、オペアンプ２０１の非反転入力が抵抗Ｒ１５を介してグランドに接続されている。さらに、オペアンプ２０１の反転入力には、第２の抵抗Ｒ２の一端（第３のコンデンサＣ３との接続点）が抵抗Ｒ１４を介して接続され、オペアンプ２０１の非反転入力には、第２の抵抗Ｒ２の他端（Ｐ４点）が抵抗Ｒ１９を介して接続されている。これにより、差動増幅回路４１は、第２の抵抗Ｒ２の両端間に発生する電位差（Ｐ４点の電位とＰ３点の電位の差分）を増幅し、出力電流を計測する出力電流検出回路を構成する。

誤差演算回路（比例積分制御で構成）４２は、オペアンプ２０２の反転入力−出力間にコンデンサＣ１２と抵抗Ｒ１２の直列回路が接続されている。さらに、オペアンプ２０２の反転入力には、差動増幅回路４１の出力（オペアンプ２０１の出力）が接続され、オペアンプ２０２の非反転入力には、第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１が印加されている。これにより、誤差演算回路４２は、出力電流の計測結果を基準電圧Ｖｒｅｆ１と比較して、誤差演算結果を次段の比較回路に出力する。

さらに、制御回路２０は、誤差演算回路４２の出力（オペアンプ２０２の出力）と、高周波の三角波を発振信号として出力するオスシレータ（高周波発振回路）２０３の出力とを比較するコンパレータ２０４からなる比較回路を備えている。コンパレータ２０４は、誤差演算回路４２の出力をオスシレータ２０３からの発振信号と比較することにより、スイッチング素子Ｓ１の駆動信号（ＰＷＭ信号）を生成する。

上記の構成により、制御回路２０は、差動増幅回路４１の出力が基準電圧Ｖｒｅｆ１と等しくなるように、スイッチング素子Ｓ１の駆動信号のオンデューティを決定する。コンパレータ２０４は、生成した駆動信号をアンド（論理積）回路２００を介してスイッチング素子Ｓ１に出力しており、これにより、制御回路２０は電源装置２の出力電流が定電流となるようなフィードバック制御を実現する。ここにおいて、電源装置２は、出力電流の検出に差動増幅回路４１を用い、出力に異常が発生した場合でも電流検出用の第２の抵抗Ｒ２に流れる電流を検出し、この検出値が基準電圧Ｖｒｅｆ１となるようにフィードバック制御によるスイッチング動作を行っている。そのため、出力異常発生時において、光源負荷３０などに過大な電流が発生するのを抑制することができる。

次に、制御回路２０において、電源装置２の出力に発生する地絡や天絡などの異常を検出するための構成について説明する。

制御回路２０は、オペアンプ２０５、コンデンサＣ２０、及び抵抗Ｒ２０，Ｒ２１，Ｒ２２で構成された反転増幅回路４３と、コンパレータ２０６と、アンド回路２０７とを備える。

反転増幅回路４３は、オペアンプ２０５の反転入力−出力間にコンデンサＣ２０と抵抗Ｒ２０の並列回路が接続され、オペアンプ２０５の非反転入力が抵抗Ｒ２２を介してグランドに接続されている。さらに、オペアンプ２０５の反転入力には、Ｐ３点（第２のコンデンサＣ２と第３のコンデンサＣ３の接続点）が抵抗Ｒ２１を介して接続され、オペアンプ２０５の出力はコンパレータ２０６の反転入力に接続されている。これにより、反転増幅回路４３は、Ｐ３点の電位Ｖ３を反転増幅してコンパレータ２０６に出力する。

コンパレータ２０６は、非反転入力に基準電圧Ｖｒｅｆ２が印加されており、この基準電圧Ｖｒｅｆ２を反転増幅回路４３の出力が上回ると、直ちに出力をＬレベルにする。コンパレータ２０６の出力はアンド回路２０７に入力されており、アンド回路２０７の出力はアンド回路２００に入力されている。

したがって、制御回路２０は、コンパレータ２０６の出力がＬレベルになると、アンド回路２０７の出力がＬレベルになって、アンド回路２００の出力もＬレベルになる。要するに、制御回路２０は、第２のコンデンサＣ２と第３のコンデンサＣ３の接続点の電位Ｖ３を監視しており、この電圧Ｖ３が所定の閾値を下回ると、アンド回路２００，２０７の出力がＬレベルになる。なお、ここでいう閾値は、電圧Ｖ３が通常取り得る値の最小値であって、基準電圧Ｖｒｅｆ２によって決定される。そして、制御回路２０は、スイッチング素子Ｓ１をオフにしてスイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作（オン／オフ動作）を停止させる。

また、コンパレータ２０６の出力には状態検出回路２０８が接続されており、この状態検出回路２０８の出力もアンド回路２０７の入力に接続されている。状態検出回路２０８は、コンパレータ２０６からの入力がＬレベルとなる状態が所定時間（例えば５ｍｓ）継続した場合に、出力をＨレベルからＬレベルに変化させて状態を維持する。そして、状態検出回路２０８の出力がＬレベルとなることにより、アンド回路２００，２０７の出力もＬレベルとなり、制御回路２０は、スイッチング素子Ｓ１をオフにしてスイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作（オン／オフ動作）を停止させる。

具体的には、状態検出回路２０８は、入力が所定時間連続してＬレベルであった場合（Ｌレベルを維持）や、入力がＨレベルからＬレベルになる状態が所定時間繰り返し発生した場合（Ｈ／Ｌ繰り返し）、出力をＨレベルからＬレベルに変化させ、その状態を維持（ラッチ）する。

ここで、電源装置２の出力に地絡又は天絡が生じた場合の制御回路２０の動作について説明する。

出力端子Ｔ３に地絡が生じた場合には、出力端子Ｔ３の電位が直流電源１のグランドに固定され、電位Ｖ３が第３のコンデンサＣ３の両端電圧分だけ低下するため、電位Ｖ３が所定の閾値を下回る。そのため、制御回路２０では、この異常（地絡）を検出してコンパレータ２０６の出力がＬレベルに変化する。これにより、アンド回路２００，２０７の出力もＬレベルとなり、制御回路２０は、スイッチング素子Ｓ１をオフにしてスイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作を停止させる。

また、出力端子Ｔ４に地絡が生じた場合には、出力端子Ｔ４の電位が直流電源１のグランドに固定される。そのため、電源装置２は、実質的に第１の抵抗Ｒ１と第２の抵抗Ｒ２とが並列に接続された構成となり、第３のコンデンサＣ３に発生した電圧によって、第１及び第２の抵抗Ｒ１，Ｒ２の並列回路を介して光源負荷３０に地絡電流が流れる。これにより、第２のコンデンサＣ２と第３のコンデンサＣ３の接続点（Ｐ３点）には、第１及び第２の抵抗Ｒ１，Ｒ２の合成抵抗と、これらを流れる電流とに応じた電圧が発生する。この場合にも、第１及び第２の抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値と、基準電圧Ｖｒｅｆ２の値とが適切に設定されていれば、制御回路２０では、この異常（地絡）を検出してコンパレータ２０６の出力がＬレベルに変化する。そして、アンド回路２００，２０７の出力もＬレベルとなって、制御回路２０は、スイッチング素子Ｓ１をオフにしてスイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作を停止させる。

また、この電源装置２が昇圧回路として使用されている場合には、制御回路２０は、天絡の発生時にも異常（天絡）を検出して、スイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作を停止することができる。

而して本実施形態によれば、出力に地絡や天絡の異常が発生した場合には、上記の構成によって速やかに異常を検出し、スイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作を停止することができ、回路保護を図ることができる。

また、制御回路２０は、第２のコンデンサＣ２と第３のコンデンサＣ３の接続点（Ｐ３点）の電位Ｖ３が上記の閾値を下回る期間が所定時間継続すると、状態検出回路２０８により、スイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作の停止状態を維持する。したがって、電源装置２は、出力に地絡や天絡の異常が発生した状態が所定時間継続すると、スイッチング素子Ｓ１が動作を停止した状態に維持されることになり、より確実に回路保護を図ることができる。

次に、制御回路２０において、電源装置２の出力電圧を監視し、出力開放時の電圧制御、並びに出力開放状態や出力短絡状態が継続して発生した場合における回路保護を行うための構成について説明する。

制御回路２０は、オペアンプ２０９、コンデンサＣ１４、及び抵抗Ｒ１６，Ｒ１７，Ｒ１８で構成された非反転増幅回路４４と、非反転増幅回路４４の出力に接続される３つのコンパレータ２１０，２１１，２１２とを備える。さらに、制御回路２０は、コンパレータ２１１，２１２の出力に接続されたタイマラッチ回路２１３，２１４と、タイマラッチ回路２１３，２１４の出力とアンド回路２００との間に接続されたノア（否定論理和）回路２１５とを備える。

非反転増幅回路４４は、オペアンプ２０９の反転入力−出力間にコンデンサＣ１４と抵抗Ｒ１６の並列回路が接続され、オペアンプ２０９の反転入力が抵抗Ｒ１８を介して直流電源１のグランドに接続されている。さらに、オペアンプ２０９の非反転入力には、出力端子Ｔ３が抵抗Ｒ１７を介して接続され、オペアンプ２０９の出力はコンパレータ２１０，２１２の反転入力及びコンパレータ２１１の非反転入力に接続されている。これにより、非反転増幅回路４４は、電源装置２の高電位側である出力端子Ｔ３の電位を増幅し、コンパレータ２１０，２１１，２１２に出力する。

コンパレータ２１０は、非反転入力に基準電圧Ｖｒｅｆ３が印加され、出力がアンド回路２００に入力されており、基準電圧Ｖｒｅｆ３を非反転増幅回路４４の出力（出力電圧の検出値）が上回ると、アンド回路２００への出力をＬレベルにする。このコンパレータ２１０は、例えば電源装置２の出力に光源負荷３０が接続されていない無負荷、つまり開放状態で動作した際には出力電圧が異常に高くなるため、この異常電圧から回路を保護する目的で設けられている。すなわち、電源装置２は、出力電圧が所定の閾値（基準電圧Ｖｒｅｆ３で決まる値）よりも大きくなった場合には、コンパレータ２１０がアンド回路２００にＬレベルの信号を出力してスイッチング素子Ｓ１をオフにし、スイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作を停止させる。このように、電源装置２は、出力電圧が所定の閾値を超えようとした場合にはスイッチング素子Ｓ１の動作を一旦停止させるので、開放電圧の制御を行うことができる。なお、この回路は光源負荷３０自体がオープン故障した場合にも有効である。

また、コンパレータ２１１は、反転入力に基準電圧Ｖｒｅｆ４が印加されており、この基準電圧Ｖｒｅｆ４を非反転増幅回路４４の出力（出力電圧の検出値）が下回ると、タイマラッチ回路２１３への出力をＬレベルにする。タイマラッチ回路２１３は、コンパレータ２１１からの信号が所定時間継続してＨレベルであった場合には、出力をＬレベルからＨレベルに変化させてノア回路２１５に出力する。このとき、ノア回路２１５からはアンド回路２００にＬレベルの信号が出力されるため、スイッチング素子Ｓ１はオフになる。つまり、この電源装置２は、出力開放などにより出力電圧が高い状態が継続して発生した場合には、コンパレータ２１１及びタイマラッチ回路２１３によってスイッチング素子Ｓ１を完全に停止させて回路を保護する。

また、コンパレータ２１２は、非反転入力に基準電圧Ｖｒｅｆ５が印加されており、この基準電圧Ｖｒｅｆ５を非反転増幅回路４４の出力（出力電圧の検出値）が上回ると、タイマラッチ回路２１４への出力をＬレベルにする。タイマラッチ回路２１４は、コンパレータ２１４からの信号が所定時間継続してＨレベルであった場合には、出力をＬレベルからＨレベルに変化させてノア回路２１５に出力する。つまり、この電源装置２は、出力端子Ｔ３，Ｔ４間又は光源負荷３０の短絡により出力電圧が低い状態が継続して発生した場合、コンパレータ２１２及びタイマラッチ回路２１４によってスイッチング素子Ｓ１を完全に停止させて回路を保護する。なお、タイマラッチ回路２１３，２１４のラッチ状態は、例えば電源装置２への電源入力を一旦オフにすることでキャンセルされる（電源リセット）。

而して本実施形態によれば、制御回路２０により、出力開放時の電圧制御、並びに出力開放状態や出力短絡状態が継続して発生した場合における回路保護が可能になる。また本実施形態によれば、これらの回路保護の機能を、地絡や天絡などの異常を検出する機能と組み合わせることにより、より確実に各種の異常の検出が可能になるという利点がある。

ところで、本実施形態の電源装置２を用いた点灯装置は、例えば車両用のヘッドランプ（前照灯）などの灯具に用いられる。ヘッドランプ１００は、例えば図１０に示すように、光源負荷３０と、光源負荷３０の前方（図１０中の左側）に配置される光学ユニット１０１と、光源負荷３０に点灯電力を供給する点灯装置２１とを主要な構成として灯体１０２に備えている。

点灯装置２１と光源負荷３０との間は、出力線１０３により電気的に接続されており、この出力線１０３を介して光源負荷３０に点灯電力が供給される。また、光源負荷３０には放熱板１０４が取り付けられており、光源負荷３０で発生した熱がこの放熱板１０４により外部に放熱される。さらに、光学ユニット１０１は光源負荷３０から出射された光の配光を制御する。点灯装置２１は、灯体１０２の下面に取り付けられており、車両に設けられた直流電源１としての車載バッテリー（図示せず）から、電源線１０５を介して電源供給される。なお、光源負荷３０、光学ユニット１０１、放熱板１０４等からなる光源ユニットは、固定具１０６によって灯体１０２に取り付けられる。

ここにおいて、放熱板１０４は、固定やノイズ対策のために車両の車載バッテリーのグランド、或いは点灯装置２１の筐体と接続されることがある。この構成では、何らかのアクシデントによって点灯装置２１の出力に異常（地絡）が発生する可能性がある。このような異常が発生した場合においても、本実施形態の電源装置２を用いることによって、電源装置２のスイッチング素子Ｓ１をオフにしてスイッチング動作を停止させることができる。

図１１は、上述したヘッドランプ１００を左右で１対搭載した車両１０７の外観斜視図である。この車両１０７においては、例えば配線の不備などにより配線切れや配線被覆の剥離などが生じ、電源装置２の出力（出力端子Ｔ３，Ｔ４）に地絡や天絡が生じても、電源装置２のスイッチング素子Ｓ１をオフにしてスイッチング動作を停止させることができる。なお、灯具はヘッドランプ１００に限らず、車両１０７の方向指示器や尾灯などであってもいいし、それ以外の灯具でもよい。

ところで、本実施形態では光源負荷３０を２つのＬＥＤモジュール３０１，３０２で構成しているが、ＬＥＤモジュールの個数は本実施形態に限らず、１つ又は３つ以上であってもよい。また、制御回路２０は、出力の定電流制御の手法として、誤差演算回路４２による比例積分制御を用いているが、他の定電流制御の手法を用いてもよい。さらに、制御回路２０に関しては、マイコン（マイクロコンピュータ）などを用いてもよく、フィードバック制御部をデジタル的に構成することもできる。また本実施形態では、出力電流を一定値に制御（定電流制御）する電源装置２を例に説明したが、電源装置２は、出力電圧を一定値に制御（定電圧制御）する構成であってもよい。

また、点灯装置２１に適用される電源装置２は、第１の抵抗Ｒ１を備えた図７の構成に限らず、実施形態１で説明したように第１の抵抗Ｒ１のない構成の電源装置２であってもよい。

１ 直流電源
２ 電源装置
３ 負荷
Ｃ１ 第１のコンデンサ
Ｃ２ 第２のコンデンサ
Ｄ１ ダイオード（整流素子）
Ｌ１ 第１のインダクタ
Ｌ２ 第２のインダクタ
Ｓ１ スイッチング素子

Claims (8)

1. 第１のコンデンサ、前記第１のコンデンサの一端に接続された第１のインダクタ、及び前記第１のコンデンサの他端にアノードが接続された整流素子からなる直列回路と、
   前記第１のインダクタと前記第１のコンデンサの接続点に一端が接続されたスイッチング素子と、
   前記第１のコンデンサと前記整流素子の接続点に一端が接続された第２のインダクタと、
   前記スイッチング素子の他端と前記第２のインダクタの他端との間に接続された第２のコンデンサと、
   前記整流素子のカソードと前記第２のインダクタの他端との間に接続された第３のコンデンサとを備え、
   前記第１のインダクタの他端と前記スイッチング素子の他端との間には、前記第１のインダクタの他端側が正極側となるように直流電源が接続され、
   前記整流素子のカソードと前記第２のインダクタの他端との間には負荷が接続されることを特徴とする電源装置。
2. 前記第２のコンデンサと並列に第１の抵抗が接続されていることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
3. 前記第２のコンデンサの静電容量が前記第１のコンデンサの静電容量よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２記載の電源装置。
4. 前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路を備え、
   前記制御回路は、前記第２のコンデンサと前記第３のコンデンサの接続点の電位が所定の閾値を下回ると、前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止させることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電源装置。
5. 前記第２のコンデンサ及び前記第２のインダクタの接続点と前記負荷との間に接続された第２の抵抗に印加される電圧に基づいて出力電流を検出する出力電流検出回路を備え、
   前記制御回路は、前記出力電流検出回路の出力が所定値となるように前記スイッチング素子を制御し、前記第２のコンデンサと前記第３のコンデンサの接続点の電位が前記所定の閾値を下回る期間が所定時間継続すると、前記スイッチング素子のスイッチング動作の停止状態を維持することを特徴とする請求項４記載の電源装置。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の電源装置を備え、
   半導体発光素子を用いた光源負荷が前記負荷として前記電源装置の出力端間に接続され、前記光源負荷に電力供給することにより前記光源負荷を点灯させることを特徴とする点灯装置。
7. 請求項６記載の点灯装置が搭載されていることを特徴とする灯具。
8. 請求項７記載の灯具が搭載されていることを特徴とする車両。

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