JP2014063605A

JP2014063605A - 照明用電源装置及び照明装置

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Publication number: JP2014063605A
Application number: JP2012207306A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Otake; 寛和大武; Katsuya Oto; 克也大戸
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2014-04-10
Also published as: US20140077716A1; CN103687172A; EP2712270A1

Abstract

【課題】力率を改善しつつ、リプル電圧を低減させる。
【解決手段】電源装置１において、力率改善回路１５，１６が、外部電源に接続され、駆動回路１９に電力を供給し、駆動回路１９への入力電流の力率を改善し、且つ、インターリーブ動作を行う。駆動回路１９は、ＬＥＤ１１１を点灯制御する。電源装置１において、力率改善回路１５，１６が、駆動回路１９への入力電流の力率を改善し、且つ、インターリーブ動作を行う。インターリーブ動作とは、力率改善回路１５と力率改善回路１６とが動作位相がずれて動作することを意味する。このインターリーブ動作を行うことにより、力率改善回路の出力電圧に生じる大きな商用周波数残留、つまりリプル電圧を低減させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、照明用電源装置及び照明装置に関する。

従来、種々の電子機器の電源装置として、ダイオードブリッジ回路等の整流回路と、コンデンサ等の平滑回路とを有し、交流電圧を直流電圧に変換する電源装置が知られている。

また、従来の電源装置には、力率を改善するために力率改善回路を有するものがある。力率改善回路は、例えば、コイルと、当該コイルに対して並列に接続されたダイオード及びスイッチング素子とを含む。そして、そのスイッチング素子を適当なタイミングでスイッチングさせて、電源回路に流れる電流を交流電圧の正弦波と相似形にすることにより、力率の改善を図っている。

しかしながら、従来の電源装置では、力率改善回路の出力電圧に大きな商用周波数残留、つまりリプル電圧が生じてしまう。

特開２０１１−１６７０１９号公報

本発明が解決しようとする課題は、力率を改善しつつ、リプル電圧を低減させる照明用電源装置及び照明装置を提供することである。

実施形態に係る電源装置は、点灯装置と、複数の力率改善回路とを具備する。点灯装置は、発光素子を点灯制御する。複数の力率改善回路は、外部電源に接続され、点灯装置に電力を供給するとともに、互いにインターリーブ動作を行う。

本発明によれば、力率を改善しつつ、リプル電圧を低減させる照明用電源装置及び照明装置を提供することができる。

図１は、第１の実施形態に係る電源装置の一例を示すブロック図である。図２は、突入電流制限回路の一例を示す図である。図３は、力率改善回路の一例を示す図である。図４は、第２の実施形態に係る電源装置の一例を示すブロック図である。図５は、多相動作モードと単相動作モードとの説明に供する図である。

以下で説明する第１の実施形態では、電源装置１において、力率改善回路１５，１６が、駆動回路１９への入力電流の力率を改善し、且つ、インターリーブ動作を行う。インターリーブ動作とは、力率改善回路１５と力率改善回路１６とが動作位相がずれて動作することを意味する。このインターリーブ動作を行うことにより、力率改善回路の出力電圧に生じる大きな商用周波数残留、つまりリプル電圧を低減させることができる。

また、電源装置１において、コンデンサ１７の一端が、整流回路１１と力率改善回路１５との接続線及び整流回路１２と力率改善回路１６との接続線に対して接続される。すなわち、第１系統及び第２系統の両方でコンデンサ１７が共用されることで、力率改善回路１５，１６の入力段における電位を安定化させることができる。

第２の実施形態では、電源装置５０において、制御部５１は、調光信号の示す調光度に基づいて、力率改善回路１５及び力率改善回路１６の両方が動作する第１のモード（つまり、多相動作モード）と、力率改善回路１５が動作し且つ力率改善回路１６が停止する第２のモード（つまり、単相動作モード）とのいずれかに切り替える。すなわち、制御部５１は、調光信号の示す調光度に基づいて、力率改善回路１５及び力率改善回路１６の内で動作状態にある個数を切り替えることで、調光度が深い場合、つまり低出力時には、単相動作モードにして、力率改善回路１６を停止させることにより、巻線鉄損等の固定損失分を低減することができる。また、調光度が浅い場合、つまり高出力時には、多相動作モードにして、電力分担を行って電力損失を低減することができる。

以下、図面を参照して、実施形態に係る電源装置及び照明装置を説明する。実施形態において同一の機能を有する構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る電源装置の一例を示すブロック図である。図１において、電源装置１は、整流回路１１，１２と、突入電流制限回路１３，１４と、力率改善回路１５，１６と、コンデンサ１７，１８と、駆動回路１９と、制御部２０とを有する。図１には、電源装置１と、発光素子であるＬＥＤ１１１とを有する照明装置が示されている。ＬＥＤ１１１は、電源装置１の出力端子（図示せず）に接続される。

整流回路１１，１２のそれぞれは、交流電圧を全波整流するためのダイオードブリッジ回路である。整流回路１１，１２は、交流電源１０１に対して並列に接続される。また、整流回路１１，１２は、交流電圧を入力とし、脈流を突入電流制限回路１３，１４へそれぞれ出力する。

突入電流制限回路１３は、整流回路１１の出力側で且つ力率改善回路１５の入力側に接続され、整流回路１１及び力率改善回路１５に直列に接続されている。同様に、突入電流制限回路１４は、整流回路１２の出力側で且つ力率改善回路１６の入力側に接続され、整流回路１２及び力率改善回路１６に直列に接続されている。また、突入電流制限回路１３と力率改善回路１５との接続点、及び、突入電流制限回路１４と力率改善回路１６との接続点がともに、コンデンサ１７の一端に接続されている。

また、突入電流制限回路１３，１４は、電源投入時に発生した電流がコンデンサ１７，１８へ突入することを制限する。

具体的には、突入電流制限回路１３，１４のそれぞれは、図２に示すように、例えば、並列に接続されたサイリスタ３１と、抵抗３２とを有する。図２は、突入電流制限回路の一例を示す図である。電源投入開始期間において、制御部２０からの制御信号がサイリスタ３１のゲートに入力されていないため、サイリスタ３１は短絡しておらず、コンデンサ１７，１８へ流れる電流を抵抗３２によって制限することができる。一方、電源投入開始期間の経過後において、制御部２０からの制御信号を受け取ることにより、力率改善回路１５，１６が起動し、突入電流制限回路１３，１４のサイリスタ３１が短絡する。電流は、突入電流制限回路１３，１４で制限されることなく、コンデンサ１７，１８へ流れ込むことができる。

コンデンサ１７は、上記の通り、一端が突入電流制限回路１３と力率改善回路１５との接続点及び突入電流制限回路１４と力率改善回路１６との接続点の両方に接続され、他端がグランドに接続される。

また、コンデンサ１７は、力率改善回路１５，１６によって形成される高周波電流をバイパスするバイパスコンデンサである。また、コンデンサ１７は、電流に含まれるノイズを除去する機能を有する。

力率改善回路１５，１６のそれぞれは、出力側において、コンデンサ１８の一端と接続される。

また、力率改善回路１５，１６は、出力する電流を交流電圧の正弦波と相似形にすることにより力率の改善を図る。

具体的には、力率改善回路１５，１６のそれぞれは、図３に示すように、例えば、コイル４１と、スイッチング素子４２と、ダイオード４３とを有する。図３は、力率改善回路の一例を示す図である。スイッチング素子４２は、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴである。コイル４１は、一端が突入電流制限回路１３，１４側と接続され、他端がダイオード４３のアノードと直列に接続される。そして、コイル４１とダイオード４３との接続点には、スイッチング素子４２のドレインが接続される。また、スイッチング素子４２のソースはグランドと接続され、ゲートは制御部２０と接続される。そして、スイッチング素子４２がオフしている時には、力率改善回路１５，１６に入力された電流は、コイル４１及びダイオード４３を介して後段のコンデンサ１８へ出力される。一方、制御部２０からの制御信号によりスイッチング素子４２がＯＮしている時には、力率改善回路１５，１６に入力された電流は、コイル４１及びスイッチング素子４２を介してグランドへ流れる。コンデンサ１８に蓄積されている電荷は、ダイオード４３によりグランドへ流れない。

以上のように、整流回路１１と突入電流制限回路１３と力率改善回路１５とを含む第１系統（つまり、第１のユニット）と、整流回路１２と突入電流制限回路１４と力率改善回路１６とを含む第２系統（つまり、第２のユニット）とが構成される。

そして、第１系統及び第２系統は、１つのコンデンサ１７を共用しているので、力率改善回路１５，１６の入力段における電位を安定化させることができる。ところで、第１系統と第２系統とがそれぞれ異なるバイパスコンデンサに接続される場合には、一方のバイパスコンデンサが他方のバイパスコンデンサの電位を不安定化させてしまう。また、第１系統と第２系統とがそれぞれ異なるバイパスコンデンサに接続され且つ独立に動作する場合には、第１系統と第２系統とを同期して動作させることが難しいため、第１系統と第２系統とでバイパスコンデンサを共用することにより、力率改善回路１５，１６の入力段における電位を安定化させると共に、第１系統と第２系統との同期動作を可能としている。

ここで、力率改善回路１５に入力される制御信号と、力率改善回路１６に入力される制御信号とは、位相がずれている。すなわち、ＨＩＧＨとＬＯＷのタイミングがずれている。力率改善回路１５と力率改善回路１６とでは、スイッチング素子４２がＯＮするタイミングがずれる。すなわち、力率改善回路１５と力率改善回路１６とは、インターリーブ動作を行う。力率改善回路の出力電圧に生じる大きな商用周波数残留、つまりリプル電圧を低減させることができる。なお、力率改善回路１５に入力される制御信号と、力率改善回路１６に入力される制御信号とは、１８０度位相がずれている。

コンデンサ１８は、上述の通り、一端が力率改善回路１５，１６の出力側に接続され、他端がグランドに接続される。

また、コンデンサ１８は、力率改善回路１５，１６から出力された電荷を蓄積又は放出し、平滑回路として機能する。コンデンサ１８によって平滑化された電圧は、駆動回路１９へ出力される。

駆動回路１９は、コンデンサ１８の両端に並列に接続される。

また、駆動回路１９は、コンデンサ１８から平滑化された電圧が入力される。また、駆動回路１９は、制御部２０から電流制御信号を受け取り、入力された電圧を利用して当該電流制御信号に応じた直流電流を電力供給対象へ出力する。ここでは、電力供給対象は、ＬＥＤ１１１である。

制御部２０は、電源投入開始期間の経過後に、力率改善回路１５，１６と突入電流制限回路１３，１４とへ制御信号を出力する。これにより、力率改善回路１５，１６が起動され、突入電流制限回路１３，１４のサイリスタ３１が短絡される。また、制御部２０は、例えば操作部に対するユーザの操作に応じた調光信号を入力し、当該調光信号の示す調光度に応じた電流制御信号を駆動回路１９へ出力する。ここで、調光度とは、電力供給対象であるＬＥＤ１１１の調光レベルを示し、ＬＥＤ１１１を全光点灯させる場合の調光度は０％であり、ＬＥＤ１１１を消灯させる場合の調光度は１００％となる。すなわち、ＬＥＤ１１１を明るく点灯させる程、調光度は浅くなり、暗く点灯させる程、調光度は深くなる。

上述したように第１の実施形態によれば、電源装置１において、力率改善回路１５，１６が、駆動回路１９への入力電流の力率を改善し、且つ、インターリーブ動作を行うので、力率改善回路の出力電圧に生じる大きな商用周波数残留、つまりリプル電圧を低減させることができる。

また、電源装置１において、コンデンサ１７の一端が、整流回路１１と力率改善回路１５との接続線及び整流回路１２と力率改善回路１６との接続線に対して接続される。すなわち、第１系統及び第２系統の両方でコンデンサ１７が共用されるので、力率改善回路１５，１６の入力段における電位を安定化させることができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態では、調光信号の調光度に応じて、第１系統及び第２系統の両方が動作する多相動作モードと、第１系統または第２系統が動作し、他方の系統が停止する単相動作モードとが切り替えられる。

図４は、第２の実施形態に係る電源装置の一例を示すブロック図である。図４において、電源装置５０は、制御部５１を有する。

制御部５１は、調光信号の示す調光度に応じて、多相動作モードと、単相動作モードとに切り替える。

具体的には、制御部５１は、調光信号の示す調光度が閾値以上である場合、多相動作モードとし、調光信号の示す調光度が閾値未満である場合、単相動作モードとする。閾値の値は、５０％より大きい値であり、好ましくは、６０％から７０％の所定の値である。

具体的には、制御部５１は、調光信号の示す調光度が閾値以上である場合、力率改善回路１５，１６の両方に制御信号を出力する。一方、制御部５１は、調光信号の示す調光度が閾値未満である場合、力率改善回路１５または力率改善回路１６にのみ制御信号を出力し、他方の力率改善回路には制御信号を出力しない。これにより、一方の力率改善回路のみが起動し、他方の力率改善回路は停止している。例えば、力率改善回路１５のみが起動し、力率改善回路１６が停止している。

図５は、多相動作モードと単相動作モードとの説明に供する図である。図５において、横軸は、調光信号の信号レベルを示し、縦軸は、ＬＥＤ１１１に流れる電流値を示す。図５に示すように、全光点灯の時を調光信号の信号レベルを１００％とした場合に、調光信号の信号レベルが３０％から４０％のところで、多相動作モードと単相動作モードとが切り替えられる。すなわち、調光信号の信号レベルが小さいとき、つまり、調光度が深いときには、単相動作モードに切り替えられる一方、調光信号の信号レベルが大きいとき、つまり、調光度が浅いときには、多相動作モードに切り替えられる。

上述したように第２の実施形態によれば、電源装置５０において、制御部５１は、調光信号の示す調光度に基づいて、力率改善回路１５及び力率改善回路１６の両方が動作する第１のモード（つまり、多相動作モード）と、一方の力率改善回路（例えば、力率改善回路１５）が動作し且つ他方の力率改善回路（例えば、力率改善回路１６）が停止する第２のモード（つまり、単相動作モード）とのいずれかに切り替える。すなわち、制御部５１は、調光信号の示す調光度に基づいて、力率改善回路１５及び力率改善回路１６の内で動作状態にある個数を切り替えるので、調光度が深い場合、つまり低出力時には、単相動作モードにして、少なくとも１つの力率改善回路を停止させることにより、巻線鉄損等の固定損失分を低減することができる。また、調光度が浅い場合、つまり高出力時には、多相動作モードにして、電力分担を行って電力損失を低減することができる。

なお、以上の説明では、制御部２０が多相動作モードと単相動作モードとを切り替えるものとして説明を行った。しかしながら、これに限定されるものではない。例えば、力率改善回路１５，１６が、電力供給対象であるＬＥＤ１１１の負荷電力に応じて、自律的に多相動作モードと単相動作モードとのいずれかに切り替わってもよい。

以上説明したとおり、第１及び第２の実施形態によれば、力率を改善しつつ、リプル電圧を低減することができる。

［他の実施形態］
［１］第１及び第２の実施形態では、第１系統及び第２系統の２つの系統の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、３以上の系統が設けられてもよい。この場合には、全ての系統で動作位相が異なる。具体的には、各系統間の動作位相差は、１８０度ではなく、例えば、３６０度／系統数とされる。

［２］第１及び第２の実施形態では、電流供給対象をＬＥＤとして説明したが、これに限定されるものではなく、一定の電流を必要とする電気機器、例えば、有機ＥＬであってもよい。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１，５０電源装置
１１，１２整流回路
１５，１６力率改善回路
１７コンデンサ
１９駆動回路
２０，５１制御部

Claims

発光素子を点灯制御する点灯装置と；
外部電源に接続され、前記点灯装置に電力を供給するとともに、互いにインターリーブ動作を行う複数の力率改善回路と；
を備える照明用電源装置。
前記複数の力率改善回路に対してそれぞれ設けられ、前記外部電源から入力される交流電流を整流する複数の整流回路と；
一端が一方の力率改善回路と一方の整流回路との接続線または他方の力率改善回路と他方の整流回路との接続線に接続されたバイパスコンデンサと；
を備える請求項１記載の照明用電源装置。
調光信号または前記発光素子の負荷電力に基づいて、動作させる力率改善回路の数を可変する制御部と；
を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の照明用電源装置。
調光信号または前記発光素子の負荷電力に基づいて、全ての力率改善回路を動作させる第１のモードと、少なくとも１つの力率改善回路が停止する第２のモードとを有する制御部と；
を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の照明用電源装置。
前記発光素子と；
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の照明用電源装置と；
を備えることを特徴とする照明装置。