JP2014060904A - 電源装置及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】突入電流を低減することができる電源装置及び照明装置を提供する。
【解決手段】電源装置１００は、商用電源１から印加される交流電圧を整流する整流回路１０、整流回路１０の出力側に設けられた力率改善回路２０、力率改善回路２０の出力側に設けられ、光源２００に電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータ３０及びファン３００に電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータ４０、電圧検出部５０、遅延部６０などを備える。電圧検出部５０は、力率改善回路２０の出力側の電圧Ｖを検出する。遅延部６０は、電圧検出部５０で検出した電圧Ｖが閾値電圧Ｖｔｈより高くなるまで、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ３０、４０のうち、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０の動作開始を遅延させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のＤＣ／ＤＣコンバータを備え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、発光ダイオード（ＬＥＤ）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、発光ダイオード及び発光ダイオードを点灯させる電源回路を冷却するため、あるいは室内の空調機能を兼ねるべくファンを内蔵した照明装置も製品化されている。

例えば、ファン、ファンの回転によって移動する空気の流路に設けられた照明具、照明具とファンを連結する連結部などを備えた空調照明器具が開示されている（特許文献１）。

特開２０１２−６９３４０号公報

しかしながら、特許文献１の装置のように、従来のファン付き照明装置では、光源（発光ダイオード）用のＤＣ電源、及びファン用のＤＣ電源が必要となる。また、このようなＤＣ電源には、トランジスタをスイッチング動作させて所要の電圧を出力するスイッチング電源（ＤＣ／ＤＣコンバータ）が使用されるため、ＤＣ電源の入力側には、コイル及びキャパシタ等で構成される力率改善回路（ＰＦＣ：Power Factor Correction）を設けている。そして、電源投入時には、これらの複数のＤＣ電源を同時に動作（起動）させるため、力率改善回路の入力側には大きな突入電流が流れる。このため、大きな突入電流が流れても部品が故障しないように、定格電流の大きな部品が必要となり、装置の大型化及びコスト高の要因となっていた。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、突入電流を低減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、整流回路と、該整流回路の出力側に設けられた力率改善回路と、該力率改善回路の出力側に並列に接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータとを備える電源装置において、各ＤＣ／ＤＣコンバータの動作開始時点を異ならせる動作制御部を備えることを特徴とする。

本発明にあっては、整流回路と、整流回路の出力側に設けられた力率改善回路と、力率改善回路の出力側に並列に接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータとを備える。そして、動作制御部は、各ＤＣ／ＤＣコンバータの動作開始時点を異ならせる。動作開始時点とは、それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータを起動する時点である。各ＤＣ／ＤＣコンバータの動作開始時点が異なるので、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作開始時の発生する力率改善回路の入力側に流れる突入電流のタイミングをずらすことができ、各ＤＣ／ＤＣコンバータを同時に起動する場合に比べて突入電流を低減することができる。

本発明に係る電源装置は、前記動作制御部は、前記力率改善回路の出力側の電圧を検出する電圧検出部と、該電圧検出部で検出した電圧が閾値電圧より高くなるまで、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち、少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータの動作開始を遅延させる動作遅延部とを有することを特徴とする。

本発明にあっては、電圧検出部は、力率改善回路の出力側の電圧を検出する。動作遅延部は、電圧検出部で検出した電圧が閾値電圧より高くなるまで、複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち、少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータの動作開始を遅延させる。電源が投入されることにより、力率改善回路の出力側に電圧が出力されると、当該電圧が閾値電圧より低い電圧であっても、動作遅延部で動作開始を遅延させるＤＣ／ＤＣコンバータ以外のＤＣ／ＤＣコンバータは動作を開始する。他方、動作遅延部で動作開始を遅延させるＤＣ／ＤＣコンバータは、力率改善回路の出力側の電圧が閾値電圧より高くなるまで動作開始が遅延されるので、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの動作開始時点を異ならせることができ、突入電流を低減することができる。また、力率改善回路の出力側の電圧が閾値電圧より高くなるまでの間だけ動作開始時点をずらすので、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの動作開始時点を比較的近いタイミングにすることができ、例えば、光源（ＬＥＤ）とファンとをできるだけ同時的に動作させつつ突入電流を低減することが可能となる。

本発明に係る電源装置は、前記電圧検出部で検出した電圧と前記閾値電圧とを比較する比較部を備え、前記動作遅延部は、前記電圧検出部で検出した電圧が前記閾値電圧より高くなった場合、前記少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータの動作を開始させる信号を該ＤＣ／ＤＣコンバータへ出力するようにしてあることを特徴とする。

本発明にあっては、比較部は、電圧検出部で検出した電圧と閾値電圧とを比較する。動作遅延部は、電圧検出部で検出した電圧が閾値電圧より高くなった場合、少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータの動作を開始させる信号を当該ＤＣ／ＤＣコンバータへ出力する。少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータは、動作遅延部が信号を出力するまで動作開始時点が遅れるので、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの動作開始時点を異ならせることができ、突入電流を低減することができる。

本発明に係る電源装置は、所定の時点からの経過を計時する計時部と、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの動作を開始させる信号を各ＤＣ／ＤＣコンバータへ個別に出力する信号出力部とを備え、該信号出力部は、前記計時部で計時した異なる経過時点において前記信号を出力するようにしてあることを特徴とする。

本発明にあっては、計時部は、所定の時点からの経過を計時する。所定の時点は、例えば、電源の投入時である。信号出力部は、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの動作を開始させる信号を各ＤＣ／ＤＣコンバータへ個別に出力する。そして、信号出力部は、計時部で計時した異なる経過時点において信号を出力する。すなわち、信号出力部は、電源投入時からの経過時間が異なるタイミングそれぞれにおいて個別にＤＣ／ＤＣコンバータの動作を開始させるので、一のＤＣ／ＤＣコンバータの起動による突入電流が十分減衰したタイミングで別のＤＣ／ＤＣコンバータを起動させることができ、一層突入電流を低減することができる。

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、該電源装置の一のＤＣ／ＤＣコンバータから電力が供給されるＬＥＤと、他のＤＣ／ＤＣコンバータから電力が供給されるファンとを備えることを特徴とする。

本発明にあっては、ＬＥＤ及びファンを備える照明装置の突入電流を低減することができる。

本発明によれば、突入電流を低減することができる。

実施の形態１の照明装置の構成の一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の一例を示す説明図である。 比較例としての従来の電源装置の動作の一例を示す説明図である。 実施の形態２の照明装置の構成の一例を示すブロック図である。

（実施の形態１）
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は実施の形態１の照明装置の構成の一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２００及びファン３００などを備える。電源装置１００は、光源２００及びファン３００に所要の電力を供給することができる。

光源２００は、例えば、ＬＥＤを複数直列に接続した構成をなす。また、光源２００は、ＬＥＤを複数直列に接続した直列ＬＥＤ群を複数並列に接続した構成でもよい。

ファン３００は、直流電圧により駆動されるＤＣファンである。ファン３００は、例えば、電源装置１００内の発熱部品を冷却するため、光源２００を冷却するため、あるいは照明装置が設置される室内の空調機能として働くものであるが、特に用途は限定されるものではない。なお、本実施の形態では、照明装置は、ファン３００を備える構成であるが、ファン３００に代えて、光源２００とは異なる別の光源でもよく、空気清浄用のユニット（例えば、イオン発生装置）など他の機器であってもよい。

電源装置１００は、商用電源１（交流電源）から印加される交流電圧を整流する整流回路１０、整流回路１０の出力側に設けられた力率改善回路（ＰＦＣ：Power Factor Correction）２０、力率改善回路２０の出力側に設けられ、光源２００に電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータ３０及びファン３００に電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータ４０、電圧検出部５０、遅延部６０などを備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０、４０は、力率改善回路２０の出力側に並列接続してある。

力率改善回路２０は、例えば、昇圧型の力率改善回路であり、キャパシタ２１、インダクタ２２、ＦＥＴ２４、ダイオード２５、抵抗２６、２７、ＦＥＴ２４のオン／オフを制御する制御回路２３、平滑用のキャパシタ２８などを備える。力率改善回路２０は、ＦＥＴ２４を高い周波数でスイッチング動作することにより、入力電流波形を入力電圧波形（交流電圧波形）と同様の正弦波状に制御することにより、商用電源１に対する力率を改善する。

力率改善回路２０は、整流回路１０の正側出力端に直列にインダクタ２２を接続してある。インダクタ２２と直列にダイオード２５を接続してあり、インダクタ２２とダイオード２５との接続ノードと整流回路１０の負側出力端（基準レベル、接地レベルとも称する）との間にドレイン及びソースを接続したＦＥＴ２４を設けてある。

ダイオード２５の出力側には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０、４０の入力端を接続してある。また、ダイオード２５及びＤＣ／ＤＣコンバータ３０、４０の接続ノードと基準レベルとの間に、直列接続した抵抗２６、２７、及び平滑用のキャパシタ２８を接続してある。

制御回路２３の入力端Ｄ１は、抵抗２６と抵抗２７との接続ノードに接続してあり、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０、４０の入力端の電圧を抵抗２６、２７で分圧した電圧が制御回路２３の入力端Ｄ１へ出力される。

制御回路２３は、内部に所定の周波数（商用電源の周波数より高い周波数）の信号を出力することができる発振器を備え、入力端Ｄ１に印加される電圧が所定の電圧値になるように、出力端Ｄ２からＦＥＴ２４のゲートへ出力するパルス信号のデュティー比を調整することができる。これにより、ＦＥＴ２４は、高い周波数でオン／オフ（スイッチング）動作を行うことができる。

ＦＥＴ２４がオン状態である場合、インダクタ２２に流れる電流は増加し、ＦＥＴ２４がオン状態からオフ状態になるとインダクタ２２に流れる電流は減少する。電源装置１００の入力電流（整流回路１０の入力側の電流）は、インダクタ２２に流れる電流と同様に増減を繰り返すので、入力電流のピーク値の包絡線は正弦波状になり、入力電流の平均値も正弦波状になる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、ＦＥＴなどのスイッチング素子、変圧器、ダイオード、インダクタ、キャパシタなどの素子で構成され、力率改善回路２０の出力側の電圧を、光源２００に対して出力する電圧に変換（降圧）する。

同様に、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、ＦＥＴなどのスイッチング素子、変圧器、ダイオード、インダクタ、キャパシタなどの素子で構成され、力率改善回路２０の出力側の電圧を、ファン３００に対して出力する電圧に変換（降圧）する。

電圧検出部５０及び遅延部６０は、動作制御部としての機能を有し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０及び４０の動作開始時点を異ならせる。動作開始時点とは、それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータ３０、４０を起動する時点である。

電圧検出部５０は、力率改善回路２０の出力側の電圧Ｖを検出する。また、電圧検出部５０は、比較部としての機能を有し、検出した電圧Ｖと閾値電圧Ｖｔｈとを比較する。

遅延部６０は、動作遅延部として機能し、電圧検出部５０で検出した電圧Ｖが閾値電圧Ｖｔｈより高くなるまで、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ３０、４０のうち、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０の動作開始を遅延させる。なお、遅延部６０が比較部としての機能を有し、検出した電圧Ｖと閾値電圧Ｖｔｈとを比較するように構成してもよい。

より具体的には、遅延部６０は、電圧検出部５０で検出した電圧Ｖが閾値電圧Ｖｔｈより高くなった場合、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ３０、４０のうち、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０の動作を開始させる信号を当該ＤＣ／ＤＣコンバータ４０へ出力する。

図２は本実施の形態の電源装置１００の動作の一例を示す説明図である。図２に示すように、時刻ｔ０で電源が投入されることにより、力率改善回路２０の出力側に電圧が出力されると、動作遅延をさせないＤＣ／ＤＣコンバータ３０は動作を開始し、出力電圧Ｖ１は時刻ｔ０から上昇し始める。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、力率改善回路２０の出力側に電圧Ｖが閾値電圧Ｖｔｈより低い電圧であっても、動作を開始する。

他方、遅延部６０で動作開始を遅延させるＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、力率改善回路２０の出力側の電圧Ｖが閾値電圧Ｖｔｈより高くなるまで動作開始が遅延され、時刻ｔ０からΔｔだけ経過時点で動作を開始し、出力電圧Ｖ２は時刻（ｔ０＋Δｔ）から上昇し始める。

そして、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ３０、４０の動作開始時点を異ならせることができるので、それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータ３０、４０が動作を開始する時点で力率改善回路２０の入力側に生じる突入電流の発生時点を異ならせることができるので突入電流のピークを小さくすることができ突入電流を低減することができる。

また、力率改善回路２０の出力側の電圧Ｖが閾値電圧Ｖｔｈより高くなるまでの間だけ複数のＤＣ／ＤＣコンバータ３０、４０の動作開始時点をずらすので、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ３０、４０の動作開始時点を比較的近いタイミング（例えば、Δｔ）にすることができ、例えば、光源２００とファン３００とをできるだけ同時的に動作させつつ突入電流を低減することが可能となる。

図３は比較例としての従来の電源装置の動作の一例を示す説明図である。図３に示すように、従来の電源装置では、例えば、第１及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータを備える場合に、各ＤＣ／ＤＣコンバータを同時に動作開始させるので、力率改善回路の入力側に生じる突入電流は同時に発生し、突入電流のピークが重なり突入電流が大きくなる。

本実施の形態によれば、各ＤＣ／ＤＣコンバータの動作開始時点が異なるので、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作開始時の発生する力率改善回路の入力側に流れる突入電流のタイミングをずらすことができ、各ＤＣ／ＤＣコンバータを同時に起動する場合に比べて突入電流を低減することができ、図３に例示するような状態を避けることができる。

（実施の形態２）
図４は実施の形態２の照明装置の構成の一例を示すブロック図である。実施の形態１との違いは、電圧検出部５０及び遅延部６０に代えてタイマ回路７０を備える点である。すなわち、タイマ回路７０は、動作制御部として機能するとともに、計時部及び信号出力部として機能する。

タイマ回路７０は、所定の時点からの経過を計時する。所定の時点は、例えば、電源の投入時である。また、タイマ回路７０は、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ３０、４０の動作を開始させる信号を各ＤＣ／ＤＣコンバータ３０、４０へ個別に出力する。

タイマ回路７０は、計時した異なる経過時点において信号を出力する。すなわち、タイマ回路７０は、電源投入時からの経過時間が異なるタイミングそれぞれにおいて個別にＤＣ／ＤＣコンバータ３０、４０の動作を開始させるので、一のＤＣ／ＤＣコンバータ３０の起動による突入電流が十分減衰したタイミングで別のＤＣ／ＤＣコンバータ４０を起動させることができ、一層突入電流を低減することができる。また、タイマ回路７０を用いることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０、４０の動作開始時点を所望の時間だけずらすことも可能となる。

上述の実施の形態１、２では、２個のＤＣ／ＤＣコンバータを備えるものであったが、ＤＣ／ＤＣコンバータの数は２個に限定されるものではなく、３個以上備える構成であってもよい。

上述の実施の形態１、２では、まずＤＣ／ＤＣコンバータ３０を起動して光源２００を点灯させ、その後、動作開始時点をずらしてＤＣ／ＤＣコンバータ４０を起動してファン３００を動作させるものであったが、これに限定されるものではなく、先にファン３００を動作させ、その後に光源２００を点灯させる構成であってもよい。

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。

１０ 整流回路
２０ 力率改善回路
３０、４０ ＤＣ／ＤＣコンバータ
５０ 電圧検出部（比較部、動作制御部）
６０ 遅延部（動作遅延部、動作制御部）
７０ タイマ回路（計時部、信号出力部、動作制御部）
２００ 光源
３００ ファン

Claims (5)

1. 整流回路と、該整流回路の出力側に設けられた力率改善回路と、該力率改善回路の出力側に並列に接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータとを備える電源装置において、
   各ＤＣ／ＤＣコンバータの動作開始時点を異ならせる動作制御部を備えることを特徴とする電源装置。
2. 前記動作制御部は、
   前記力率改善回路の出力側の電圧を検出する電圧検出部と、
   該電圧検出部で検出した電圧が閾値電圧より高くなるまで、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち、少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータの動作開始を遅延させる動作遅延部と
   を有することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記電圧検出部で検出した電圧と前記閾値電圧とを比較する比較部を備え、
   前記動作遅延部は、
   前記電圧検出部で検出した電圧が前記閾値電圧より高くなった場合、前記少なくとも１つのＤＣ／ＤＣコンバータの動作を開始させる信号を該ＤＣ／ＤＣコンバータへ出力するようにしてあることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
4. 所定の時点からの経過を計時する計時部と、
   前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの動作を開始させる信号を各ＤＣ／ＤＣコンバータへ個別に出力する信号出力部と
   を備え、
   該信号出力部は、
   前記計時部で計時した異なる経過時点において前記信号を出力するようにしてあることを特徴とする請求項１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、該電源装置の一のＤＣ／ＤＣコンバータから電力が供給されるＬＥＤと、他のＤＣ／ＤＣコンバータから電力が供給されるファンとを備えることを特徴とする照明装置。

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