JP2013214441A - 点灯装置及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】−４０℃といった低温下で点灯装置が使用されても、点灯回路のスイッチング素子に逆方向の電流が流れないようにする。
【解決手段】点灯装置１１において、力率改善回路１２は、コンデンサ１９から出力される直流電圧を昇圧し、電解コンデンサ２７により平滑して出力する。バックコンバータ回路１３は、電解コンデンサ２７から出力される直流電圧をＭＯＳＦＥＴ２８のスイッチング動作により降圧して所定の直流電流を生成し、当該直流電流を出力してＬＥＤモジュール３７のＬＥＤ３６を点灯させる。力率改善回路１２の電解コンデンサ２７とバックコンバータ回路１３のＭＯＳＦＥＴ２８との間には、ＭＯＳＦＥＴ２８を流れる電流の方向を、電解コンデンサ２７側からＬＥＤ３６側への一方向に制御するダイオード３５が接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、点灯装置及び照明装置に関するものである。本発明は、特に、ＬＥＤ点灯装置に関するものである。

従来、電解コンデンサと、この電解コンデンサにより得られる直流電流を入力し、所定の目標電流量の出力電流を光源に出力する点灯回路部とを備えた点灯装置がある（例えば、特許文献１参照）。電解コンデンサは、例えば昇圧チョッパ回路の出力側に設けられる。点灯回路部は、例えばバックコンバータ回路であり、その入力側にはＭＯＳＦＥＴが設けられる。

特開２０１２−１５０５２号公報

電解コンデンサは低温下で内部の電解液が凍結して容量低下を起こすことが知られている。前述した昇圧チョッパ回路とバックコンバータ回路とを備えた点灯装置が、−４０℃といった低温下で使用された場合、昇圧チョッパ回路の電解コンデンサの静電容量が低下することにより、バックコンバータ回路のＭＯＳＦＥＴに逆電圧が印加され、ＭＯＳＦＥＴが故障するおそれがあるという課題があった。

本発明は、例えば、−４０℃といった低温下で点灯装置が使用されても、点灯回路のスイッチング素子に逆方向の電流が流れないようにすることを目的とする。

本発明の一の態様に係る点灯装置は、
入力電圧を平滑して直流電圧を出力する電解コンデンサと、
前記電解コンデンサから出力される直流電圧によりスイッチング動作を行うスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のスイッチング動作により所定の直流電流を出力して光源を点灯させる点灯回路と、
前記点灯回路の前記スイッチング素子を流れる電流の方向を、前記電解コンデンサ側から前記光源側への一方向に制御する整流部とを備える。

本発明の一の態様では、点灯装置の整流部が、点灯回路のスイッチング素子を流れる電流の方向を、電解コンデンサ側から光源側への一方向に制御するため、−４０℃といった低温下で点灯装置が使用されても、点灯回路のスイッチング素子に逆方向の電流が流れない。

実施の形態１に係る照明装置の構成を示す回路ブロック図。 実施の形態１に係る力率改善回路の電解コンデンサの両端電圧を示すグラフ。 実施の形態１に係るバックコンバータ回路のコンデンサの両端電圧を示すグラフ。 実施の形態２に係る照明装置の構成を示す回路ブロック図。

以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る照明装置１０の構成を示す回路ブロック図である。

図１において、照明装置１０は、点灯装置１１（具体的には、ＬＥＤ点灯装置）と、ＬＥＤモジュール３７とを備える。

点灯装置１１は、調光信号インタフェース回路１４、制御装置１５、出力指令値生成部１６、全波整流回路１８、コンデンサ１９、力率改善回路１２、バックコンバータ回路１３、ダイオード３５を備える。

ＬＥＤモジュール３７は、直列に接続された複数のＬＥＤ３６を備える。ＬＥＤ３６は、光源の例であり、点灯装置１１のバックコンバータ回路１３から出力される直流電流（所定の直流電流）により点灯する。なお、ＬＥＤ３６は、有機ＥＬ等、他の種類の光源であってもよい。即ち、ＬＥＤモジュール３７は、他の種類の光源を備えるモジュールであってもよい。また、ＬＥＤモジュール３７が備えるＬＥＤ３６の数や接続形態（直列、並列、あるいは、直列及び並列の組み合わせ）は任意である。

調光信号インタフェース回路１４は、点灯装置１１の外部の調光器３８（例えば、コントローラ）から送信される調光制御信号を受信する。

制御装置１５（例えば、マイコン）は、調光信号インタフェース回路１４で受信された調光制御信号に基づいて、ＬＥＤモジュール３７のＬＥＤ３６の調光率を設定する。

出力指令値生成部１６は、制御装置１５により設定された調光率を指令する出力指令信号（出力指令値を示す信号）を生成して出力する。

全波整流回路１８は、点灯装置１１の外部の商用電源１７から印加される交流電圧を全波整流して脈流電圧を出力する。

コンデンサ１９は、全波整流回路１８から出力される脈流電圧を平滑して直流電圧を出力する。

力率改善回路１２は、昇圧チョッパ回路の例であり、入力電圧をスイッチング動作により昇圧して電解コンデンサ２７に印加する。力率改善回路１２は、電解コンデンサ２７のほか、コイル２０、ＭＯＳＦＥＴ２１、制御回路２２、フィードバック部２３、ダイオード２４、分圧抵抗２５，２６を有する。

コイル２０は、電磁誘導素子の例であり、ＭＯＳＦＥＴ２１がオンのときにコンデンサ１９から流れ込む電流により発生するエネルギーを蓄積し、ＭＯＳＦＥＴ２１がオフのときに当該エネルギーを放出する。ＭＯＳＦＥＴ２１は、スイッチング素子の例であり、制御回路２２により制御されてスイッチング動作を行う。ダイオード２４は、整流素子の例であり、コイル２０から放出されるエネルギーにより発生する直流電流の方向を、電解コンデンサ２７に流れる方向に制御する。分圧抵抗２５，２６は、電解コンデンサ２７の両端電圧を分圧する。フィードバック部２３は、分圧抵抗２６の両端電圧が所定の電圧より高いかどうかを示す帰還信号を生成して出力する。制御回路２２は、フィードバック部２３から出力される帰還信号に基づいて、ＭＯＳＦＥＴ２１のオン／オフを制御する。具体的には、制御回路２２は、電解コンデンサ２７の両端電圧が所望の電圧（例えば、４００Ｖ）になるように、ＭＯＳＦＥＴ２１のオン／オフの周波数やデューティ比を調整する。これにより、コンデンサ１９から出力される直流電圧（入力電圧）が昇圧される。電解コンデンサ２７は、この昇圧された直流電圧を平滑して出力する。

バックコンバータ回路１３は、点灯回路の例であり、電解コンデンサ２７から出力される直流電圧をスイッチング動作により降圧して所定の直流電流を生成し、当該直流電流を出力してＬＥＤモジュール３７のＬＥＤ３６を点灯させる。バックコンバータ回路１３は、ＭＯＳＦＥＴ２８、制御回路２９、フィードバック部３０、ダイオード３１、コイル３２、コンデンサ３３、電流検出抵抗３４を有する。

ＭＯＳＦＥＴ２８は、スイッチング素子の例であり、制御回路２９により制御されて、力率改善回路１２の電解コンデンサ２７から出力される直流電圧によりスイッチング動作を行う。コイル３２は、電磁誘導素子の例であり、ＭＯＳＦＥＴ２８がオンのときにＭＯＳＦＥＴ２８を流れる電流により発生するエネルギーを蓄積し、ＭＯＳＦＥＴ２８がオフのときに当該エネルギーを放出する。ダイオード３１は、整流素子の例であり、コイル３２から放出されるエネルギーにより発生する直流電流（所定の直流電流）の方向を、ＬＥＤモジュール３７のＬＥＤ３６に流れる方向に制御する。コンデンサ３３は、ダイオード３１を介して流れる電流を充電して直流電流（所定の直流電流）を出力する。コンデンサ３３から出力される直流電流は、ＬＥＤモジュール３７のＬＥＤ３６に入力される。電流検出抵抗３４は、ＬＥＤモジュール３７のＬＥＤ３６の低電位側に接続される。フィードバック部３０は、電流検出抵抗３４の両端電圧が所定の電圧より高いかどうかを示す帰還信号を生成して出力する。制御回路２９は、フィードバック部３０から出力される帰還信号や、出力指令値生成部１６から出力される出力指令信号に基づいて、ＭＯＳＦＥＴ２８のオン／オフを制御する。具体的には、制御回路２９は、コンデンサ３３の両端電圧が所望の電圧になるように、即ち、ＬＥＤモジュール３７のＬＥＤ３６を流れる電流が所望の電流になるように、ＭＯＳＦＥＴ２８のオン／オフの周波数やデューティ比を調整する。

ダイオード３５は、整流部の例であり、バックコンバータ回路１３のＭＯＳＦＥＴ２８を流れる電流の方向を、力率改善回路１２の電解コンデンサ２７側（ＭＯＳＦＥＴ２８のドレイン端子側）からＬＥＤモジュール３７のＬＥＤ３６側（ＭＯＳＦＥＴ２８のソース端子側）への一方向に制御（制限）する。本実施の形態では、ダイオード３５は、力率改善回路１２の電解コンデンサ２７とバックコンバータ回路１３のＭＯＳＦＥＴ２８との間に接続されている。

図２は、力率改善回路１２の電解コンデンサ２７の両端電圧を示すグラフである。図３は、バックコンバータ回路１３のコンデンサ３３の両端電圧を示すグラフである。

通常時において、力率改善回路１２の電解コンデンサ２７の両端電圧は、図２に示すように、ＭＯＳＦＥＴ２１のスイッチング動作により略一定（例えば４００Ｖ）になっている。同様に、バックコンバータ回路１３のコンデンサ３３の両端電圧は、図３に示すように、ＭＯＳＦＥＴ２８のスイッチング動作により略一定（例えば１００〜２００Ｖ）になっている。

しかし、低温（例えば−４０℃）下では、電解コンデンサ２７の内部の電解液が凍結して電解コンデンサ２７の静電容量が低下するため、図２に示すように、電解コンデンサ２７のリップル電圧が増大する。したがって、電解コンデンサ２７とＭＯＳＦＥＴ２８との間にダイオード３５が接続されていなければ、ＭＯＳＦＥＴ２８に逆方向の電圧がかかる（ＭＯＳＦＥＴ２８のソース端子側の電位がドレイン端子側の電位より高くなる）ことにより、ＭＯＳＦＥＴ２８を逆方向の電流が流れ、ＭＯＳＦＥＴ２８が故障してしまう。本実施の形態では、電解コンデンサ２７とＭＯＳＦＥＴ２８との間に接続されたダイオード３５により、ＭＯＳＦＥＴ２８を逆方向の電流が流れるのを阻止できる。

このように、本実施の形態によれば、−４０℃といった低温下で点灯装置１１が使用されても、バックコンバータ回路１３のＭＯＳＦＥＴ２８に逆方向の電流が流れないため、ＭＯＳＦＥＴ２８の故障を防止することができる。

実施の形態２．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。

図４は、本実施の形態に係る照明装置１０の構成を示す回路ブロック図である。

図４では、ダイオード３５が図１とは別の位置に接続されている。

本実施の形態では、ダイオード３５は、バックコンバータ回路１３のＭＯＳＦＥＴ２８とバックコンバータ回路１３のコイル３２及びダイオード３１の接続点との間に接続されている。これにより、実施の形態１と同様に、バックコンバータ回路１３のＭＯＳＦＥＴ２８を流れる電流の方向が、力率改善回路１２の電解コンデンサ２７側（ＭＯＳＦＥＴ２８のドレイン端子側）からＬＥＤモジュール３７のＬＥＤ３６側（ＭＯＳＦＥＴ２８のソース端子側）への一方向に制御される。したがって、本実施の形態では、実施の形態１と同様の効果が得られる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、これらの実施の形態のうち、２つ以上を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、１つを部分的に実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、２つ以上を部分的に組み合わせて実施しても構わない。なお、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

１０ 照明装置、１１ 点灯装置、１２ 力率改善回路、１３ バックコンバータ回路、１４ 調光信号インタフェース回路、１５ 制御装置、１６ 出力指令値生成部、１７ 商用電源、１８ 全波整流回路、１９ コンデンサ、２０ コイル、２１ ＭＯＳＦＥＴ、２２ 制御回路、２３ フィードバック部、２４ ダイオード、２５ 分圧抵抗、２６ 分圧抵抗、２７ 電解コンデンサ、２８ ＭＯＳＦＥＴ、２９ 制御回路、３０ フィードバック部、３１ ダイオード、３２ コイル、３３ コンデンサ、３４ 電流検出抵抗、３５ ダイオード、３６ ＬＥＤ、３７ ＬＥＤモジュール、３８ 調光器。

Claims (5)

1. 入力電圧を平滑して直流電圧を出力する電解コンデンサと、
   前記電解コンデンサから出力される直流電圧によりスイッチング動作を行うスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のスイッチング動作により所定の直流電流を出力して光源を点灯させる点灯回路と、
   前記点灯回路の前記スイッチング素子を流れる電流の方向を、前記電解コンデンサ側から前記光源側への一方向に制御する整流部と
   を備えることを特徴とする点灯装置。
2. 前記点灯装置は、前記整流部として、
   前記電解コンデンサと前記点灯回路の前記スイッチング素子との間に接続されるダイオード
   を備えることを特徴とする請求項１の点灯装置。
3. 前記点灯回路は、さらに、前記スイッチング素子がオンのときに前記スイッチング素子を流れる電流により発生するエネルギーを蓄積し、前記スイッチング素子がオフのときに当該エネルギーを放出する電磁誘導素子と、前記電磁誘導素子から放出されるエネルギーにより発生する前記所定の直流電流の方向を、前記光源に流れる方向に制御する整流素子とを有し、
   前記点灯装置は、前記整流部として、
   前記点灯回路の前記スイッチング素子と前記点灯回路の前記電磁誘導素子及び前記整流素子の接続点との間に接続されるダイオード
   を備えることを特徴とする請求項１の点灯装置。
4. 前記点灯装置は、
   前記電解コンデンサを有し、前記入力電圧をスイッチング動作により昇圧して電解コンデンサに印加する昇圧チョッパ回路
   を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかの点灯装置。
5. 請求項１から４のいずれかの点灯装置と、
   前記点灯装置の前記点灯回路から出力される前記所定の直流電流により点灯する光源と
   を備えることを特徴とする照明装置。

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