JP2015104160A - 点灯装置および照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】制御電源回路への供給電圧不足を抑制することができる点灯装置および照明器具を提供する。【解決手段】点灯装置１００は、商用交流電源１から電力を受けて全波整流する整流回路２と、整流回路２の出力した脈流電圧を受けるＨブリッジ昇降圧回路５０と、Ｈブリッジ昇降圧回路５０の出力側に設けられた第１平滑コンデンサ９と、制御電源回路５１と、マイコン１３と、ＨＶＩＣ１４と、第１ダイオード１５と、第２ダイオード１６とを備えている。第１ダイオード１５は、アノードが整流回路２の一方の出力端子とＨブリッジ昇降圧回路５０における第１スイッチング素子３のドレインとの間に接続し、カソードが制御電源ＩＣ１１の電源端子に接続している。第２ダイオード１６は、アノードが第１平滑コンデンサ９と接続し、カソードが制御電源ＩＣ１１の電源端子に接続している。【選択図】図１

Description

本発明は、点灯装置および照明器具に関する。

従来、例えば、特開２００８−１６１０３１号公報に開示されているように、ＬＥＤを点灯させる点灯装置が知られている。点灯装置は、点灯すべき負荷（すなわち光源としてのＬＥＤ）に所望の電流を流す装置である。点灯装置は、一般に、昇圧回路および降圧回路を備え定電流制御によりＬＥＤに電流を供給する点灯回路と、点灯装置のスイッチング素子を制御する制御回路（典型的にはマイコン）および保護回路から構成されている。フライバックＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）コンバータにおける効率化技術に関するものである。

特開２００８−１６１０３１号公報

制御回路に与えるべき電源電圧を発生させるための制御電源回路が設けられている。典型的には、専用の制御電源ＩＣが用いられる。制御電源回路は、点灯回路内における昇圧回路から電圧を受けて、制御回路用の電源電圧を生成する。

昇圧回路から制御電源回路に供給される電圧が、交流電圧を全波整流した脈流電圧になる場合がある。交流電源電圧が整流回路を介して全波整流された後に平滑コンデンサ等の平滑回路を介さない回路方式、典型的にはＨブリッジ昇降圧回路方式がある。この回路方式においては、交流電源電圧のゼロクロス付近で制御電源回路に供給する電圧が低下してしまう。

制御電源回路は、動作可能な最低動作電圧を有している。制御電源回路に供給する電圧がこの最低動作電圧を下回ると、次に交流電源電圧が上昇するまでの期間、制御電源回路が停止する。制御電源回路が停止すると制御電源電圧を生成できなくなるので、制御回路の動作停止期間が生じてしまうという問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、制御電源回路への供給電圧不足を抑制することができる点灯装置および照明器具を提供することを目的とする。

本発明にかかる点灯装置は、
交流電源から電力を受ける整流回路と、
前記整流回路の出力した脈流電圧を受けるとともに、昇圧のために駆動するスイッチング素子および出力側に設けられた平滑コンデンサを含む昇圧回路と、
前記スイッチング素子を制御する制御回路と、
前記制御回路に電源を供給するための制御電源回路と、
前記整流回路の出力電圧を前記制御電源回路の電源端子に与える第１電源供給手段と、
前記平滑コンデンサの充電電圧を前記制御電源回路の電源端子に与える第２電源供給手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明にかかる照明器具は、
光源と、
前記光源に電力を供給する点灯装置と、
を備え、
前記点灯装置は、
交流電源から電力を受ける整流回路と、
前記整流回路の出力した脈流電圧を受けるとともに、昇圧のために駆動するスイッチング素子および出力側に設けられた平滑コンデンサを含む昇圧回路と、
前記スイッチング素子を制御する制御回路と、
前記制御回路に電源を供給するための制御電源回路と、
前記整流回路の出力電圧を前記制御電源回路の電源端子に与える第１電源供給手段と、
前記平滑コンデンサの充電電圧を前記制御電源回路の電源端子に与える第２電源供給手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、第２電源供給手段により平滑コンデンサの電圧も制御電源回路に与えるようにしたことで、制御電源回路への供給電圧不足を抑制することができる。

本発明の実施の形態にかかる点灯装置および照明器具を示す回路図である。 本発明の実施の形態にかかる点灯装置および照明器具の動作を示す電圧波形図である。 本発明の実施の形態にかかる点灯装置および照明器具の動作を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態に対する比較例の動作を示す電圧波形図である。 本発明の実施の形態に対する比較例の動作を示すタイムチャートである。

図１は、本発明の実施の形態にかかる点灯装置１００およびこれを備えた照明器具１０２を示す回路図である。照明器具１０２は、ＬＥＤ光源１０と、ＬＥＤ光源１０に電力を供給する点灯装置１００とを備える。点灯装置１００は、商用交流電源１より電力の供給を受けてＬＥＤ光源１０を点灯させる装置である。商用交流電源１と整流回路２との間には、スイッチＳＷが介在している。

図１において商用交流電源１およびＬＥＤ光源１０以外は、点灯装置１００の構成要素である。点灯装置１００は、商用交流電源１から電力を受けて全波整流する整流回路２と、整流回路２の出力した脈流電圧を受けるＨブリッジ昇降圧回路５０と、制御電源回路５１と、マイコン１３と、ＨＶＩＣ１４と、第１ダイオード１５と、第２ダイオード１６とを備えている。

Ｈブリッジ昇降圧回路５０は、第１スイッチング素子３と、第１ダイオード４と、第１インダクタ５と、第２ダイオード６と、第２インダクタ７と、第２スイッチング素子８を備えている。本実施の形態では、第１スイッチング素子３および第２スイッチング素子８は、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴである。第１スイッチング素子３のドレインは、整流回路２の一方の出力端子に接続している。第１スイッチング素子３のソースは、第１ダイオード４のカソードと接続している。第１ダイオード４のアノードは、整流回路２の他方の出力端子に接続している。Ｈブリッジ昇降圧回路５０の出力側には、第１平滑コンデンサ９が設けられている。

第１インダクタ５の一端は、第１スイッチング素子３のソースと第１ダイオード４のカソードとの間に接続している。第１インダクタ５の他端は、第２インダクタ７の一端と第２ダイオード６のアノードとの間に接続している。第２インダクタ７の他端は第２スイッチング素子８のドレインに接続している。第２スイッチング素子８のソースは接地されている。

第２ダイオード６のカソードは、第１平滑コンデンサ９の一端に接続している。第１平滑コンデンサ９の他端は接地されている。第１平滑コンデンサ９に対して並列に、ＬＥＤ光源１０が接続されている。ＬＥＤ光源１０は、複数のＬＥＤ素子が直列に接続されたものである。なお、本発明においてはＬＥＤは有機ＥＬも含み、複数のＬＥＤ素子の接続は直列に限らず、並列、あるいは直列と並列を組み合わせたものであってもよい。

マイコン１３は、第１スイッチング素子３および第２スイッチング素子８を制御する制御信号をＨＶＩＣ１４に入力する。ＨＶＩＣ１４は、マイコン１３からの指令に基づいて、第１スイッチング素子３および第２スイッチング素子８それぞれのゲート端子に制御信号を供給する。

これによりマイコン１３からの指令に基づいてＨブリッジ昇降圧回路５０が駆動され、交流電源電圧から直流電流を生成してＬＥＤ光源１０に供給している。なお、図示しないが、ＬＥＤ光源１０の電流をモニタリングして定電流フィードバックするための手段、例えば電流検知抵抗およびフィードバック回路を設けてもよい。

制御電源回路５１は、制御電源ＩＣ１１と、この制御電源ＩＣ１１の生成した電荷を蓄える第２平滑コンデンサ１２を備えている。制御電源ＩＣ１１は、マイコン１３に電源を供給するために設けられており、第１ダイオード１５および第２ダイオード１６を経由して取得した電圧から電圧を生成している。

Ｈブリッジ昇降圧回路５０では、制御電源ＩＣ１１へ電源電圧を供給するために第１ダイオード１５および第２ダイオード１６を設けている。第１ダイオード１５は、アノードが整流回路２の一方の出力端子とＨブリッジ昇降圧回路５０における第１スイッチング素子３のドレインとの間に接続し、カソードが制御電源ＩＣ１１の電源端子に接続している。第１ダイオード１５は、整流回路２とＨブリッジ昇降圧回路５０の間の電圧を制御電源ＩＣ１１の電源端子に与える。第２ダイオード１６は、アノードが第１平滑コンデンサ９と接続し、カソードが制御電源ＩＣ１１の電源端子に接続している。第２ダイオード１６は、第１平滑コンデンサ９の充電電圧を制御電源ＩＣ１１の電源端子に与える。

図２は、本発明の実施の形態にかかる点灯装置および照明器具の動作を示す電圧波形図である。図２は、制御電源ＩＣ１１へ印加される電圧の波形図である。商用交流電源１から供給される交流電源を全波整流した脈流電圧波形（図４のＶ１）に、第１平滑コンデンサ９によって平滑された直流電圧（図４のＶ３）が重畳された電圧Ｖ４が、制御電源ＩＣ１１へ供給される。

図４は、本発明の実施の形態に対する比較例の動作を示す電圧波形図である。この比較例では、第１ダイオード１５および第２ダイオード１６が無く整流回路２を介して制御電源ＩＣ１１に電圧供給される。この場合、制御電源ＩＣ１１の電源端子には、商用交流電源１から供給される交流電源を全波整流した脈流電圧波形Ｖ１が印加される。

脈流電圧波形Ｖ１のうち、制御電源ＩＣ最低動作電圧Ｖ２を下回る期間は、電圧が不足しているので制御電源ＩＣ１１の動作が停止してしまう。その結果、スイッチＳＷがオンとなっておりＨブリッジ昇降圧回路５０が商用交流電源１に接続していても、制御電源ＩＣ１１が継続して動作することができず間欠動作を引き起こしてしまう問題がある。

この点、実施の形態にかかる点灯装置１００によれば、電圧Ｖ４が制御電源ＩＣ１１へ供給される。電圧Ｖ４には、第１平滑コンデンサ９によって平滑された直流電圧（図４のＶ３）が重畳している。この直流電圧Ｖ３が制御電源ＩＣ１１の最低動作電圧Ｖ２を上回るようにすることで、Ｈブリッジ昇降圧回路５０へ商用交流電源１を入力している間は、制御電源ＩＣ１１は動作を継続することが可能となる。

以上説明したように、実施の形態にかかる点灯装置１００によれば、制御電源ＩＣ１１への供給電圧不足を抑制することができる。すなわち、第１平滑コンデンサ９を介さずに整流回路２とＨブリッジ昇降圧回路５０とを接続する回路方式においては、交流電源電圧のゼロクロス付近で、整流回路２の出力から取り出した電圧が制御電源ＩＣ１１にとって低くなりすぎてしまう。そこで、第２電源供給手段により第１平滑コンデンサ９の電圧も制御電源ＩＣ１１に与えるようにしたので、制御電源ＩＣ１１への供給電圧不足を抑制することができる。

図３は、本発明の実施の形態にかかる点灯装置１００およびこれを備えた照明器具１０２の動作を示すタイムチャートである。図３を用いて説明する本実施の形態にかかる制御によれば、１秒程度のプルレスのような短時間の電源のオン・オフ切替えにおいてもマイコン１３が動作を継続でき、マイコン１３でプルレス時における電源のオフ検出を行うことができる。

図３のタイムチャートでは、先ず、時刻ｔ_０において、スイッチＳＷがオンとなることで、商用交流電源１から点灯装置１００の整流回路２へと交流電源電圧が供給される。これに応じて制御電源ＩＣ１１が動作を開始する。

制御電源ＩＣ１１の動作開始とともに、制御電源電圧が徐々に立ち上がっていく。制御電源電圧がマイコン１３の最低動作電圧Ｖ_ＩＣに達すると、マイコン１３が動作を開始する。

マイコン１３は、制御電源電圧が最低動作電圧Ｖ_ＩＣに達したタイミングｔ_１で第１スイッチング素子３および第２スイッチング素子８の駆動を開始する。その結果、タイミングｔ_１でＨブリッジ昇降圧回路５０が作動開始し、第１平滑コンデンサ９が充電されていく。

１秒程度のプルレス動作のような短時間の電源のオン・オフ切替えがあると、第１平滑コンデンサ９の両端の電圧が充分に上がりきる前に商用交流電源１を切るような事態が生じうる。プルレス動作とは、短時間内における手動スイッチのオフ−オン操作のことである。このような場合、商用交流電源１を切ってすぐに制御電源電圧がマイコン１３の最低動作電圧Ｖ_ＩＣを下回るまで低下してしまう。よってマイコン１３の動作が早期に停止してしまい、マイコン１３でプルレス時の電源オフ検出ができない。

この点、本実施の形態によれば、マイコン１３が、制御電源電圧が最低動作電圧Ｖ_ＩＣに達したタイミングｔ_１で、直ちに、第１スイッチング素子３および第２スイッチング素子８の駆動を開始することができる。よって、第１平滑コンデンサ９の両端の電圧を充分に上げることができる。

ここで、従来、マイコンの動作開始後に直ちに昇降圧回路を作動させず、動作開始までにタイムラグが設定される技術がある。このタイムラグ経過後に昇降圧回路を動作開始することが行われている。このタイムラグは、急峻に電圧を上げた際にＬＥＤにチラつきが発生するために設けられている。

本実施の形態では、このようなタイムラグに代えて、最低動作電圧Ｖ２以上かつＬＥＤ光源１０が点灯する電圧Ｖ_ＬＥＤ未満の範囲内で、第１平滑コンデンサ９を充電するように第１スイッチング素子３および第２スイッチング素子８を駆動させる期間を設ける。こうすることで、速やかに制御電源ＩＣ１１の最低動作電圧Ｖ２以上の電圧を第１平滑コンデンサ９に充電するとともに、ＬＥＤ光源１０のチラつきを避けることができる。

次に、スイッチＳＷをオフとして商用交流電源１を切ると、整流回路２への電源供給は無くなる。その後の制御電源電圧の挙動を説明すると、第１平滑コンデンサ９に溜められた電荷が放電する間、第２ダイオード１６を介して制御電源ＩＣ１１に電圧が印加され、第１平滑コンデンサ９両端の電圧は時定数をもって低下していく。

ここで、Ｈブリッジ昇降圧回路５０では、比較的容量の大きい（例えば２７０ｕＦ）コンデンサを使用するので、１秒程度のプルレス動作の間では、制御電源ＩＣ１１の最低動作電圧Ｖ２を下回らないようにすることが可能となる。

さらに、タイミングｔ_２で制御電源ＩＣ１１がオフとなった後も、第２平滑コンデンサ１２に蓄えられた電荷により制御電源電圧がマイコン１３の最低動作電圧Ｖ_ＩＣを下回るまではマイコン１３が動作を継続することができる。よって、商用交流電源１のオフの後、期間Ｔ１の間、マイコン１３の最低動作電圧Ｖ_ＩＣ以上の制御電源電圧を供給し続けることができる。

これにより、プルレスのような１秒程度の短時間で電源のオン・オフ切替えを行う操作があっても、マイコン１３の動作を確保できる程度の電源供給を行うことが出来るようになる。従って、１秒程度のプルレスのような短時間の電源のオン・オフ切替えにおいてもマイコン１３が動作を継続することができ、マイコン１３でプルレス時における電源のオフ検出を行うことができる。

図５は、本発明の実施の形態に対する比較例の動作を示すタイムチャートである。ここでは、実施の形態にかかる点灯装置１００の回路構成から、アノードが第１平滑コンデンサ９と接続しカソードが制御電源ＩＣ１１の電源端子に接続した第２ダイオード１６を取り除いたものである。よって、図５の比較例では、第１平滑コンデンサ９の充電電圧は制御電源ＩＣ１１の電源端子に与えられない。

図５のタイムチャートでは、先ず、時刻ｔ_０において、スイッチＳＷがオンとなることで、商用交流電源１から点灯装置１００の整流回路２に交流電源電圧が入力される。整流回路２に発生する電圧によって制御電源ＩＣ１１が動作を開始し、制御電源電圧が生成される。

制御電源電圧によりマイコン１３が動作を開始する。ここで、比較例では、マイコン１３に設定されたタイムラグＴｄの経過後にＨブリッジ昇降圧回路５０が動作を開始する。このタイムラグＴｄは、急峻に電圧を上げた際にＬＥＤにチラつきが発生するために設けられている。タイムラグＴｄの経過後にＨブリッジ昇降圧回路５０が動作を開始することによって、第１平滑コンデンサ９両端の電圧が上昇し、ＬＥＤ光源１０が点灯する。

次に、スイッチＳＷをオフすると整流回路２の電源供給は無くなる。その後、制御電源電圧は、第２平滑コンデンサ１２に溜められた電荷が放電する間、時定数をもって低下する。制御電源ＩＣ１１の動作停止から時間Ｔ２の経過後、第２平滑コンデンサ１２の充電電圧がマイコン１３の最低動作電圧Ｖ_ＩＣを下回ると、マイコン１３は動作を停止する。この時間Ｔ２を図３の時間Ｔ１と比較すると、Ｔ１＞Ｔ２であることがわかる。

第２平滑コンデンサ１２の容量は例として２２ｕＦ程度である。１秒程度のプルレス動作を検出する間の動作を続けられるだけの電荷を第２平滑コンデンサ１２から得るためには、第２平滑コンデンサ１２の容量をこれよりも非常に大きくしなければならないという問題がある。

この点、本実施の形態にかかる点灯装置１００は図３に示す制御シーケンスを実行するので、第２平滑コンデンサ１２の容量を抑制しつつ、マイコン１３でプルレス時における電源のオフ検出を行うことができる。

１ 商用交流電源、２ 整流回路、３ 第１スイッチング素子、４ 第１ダイオード、５ 第１インダクタ、６ 第２ダイオード、７ 第２インダクタ、８ 第２スイッチング素子、９ 第１平滑コンデンサ、１０ ＬＥＤ光源、１１ 制御電源ＩＣ、１２ 第２平滑コンデンサ、１３ マイコン、１４ ＨＶＩＣ、１５ 第１ダイオード、１６ 第２ダイオード、５０ Ｈブリッジ昇降圧回路、５１ 制御電源回路、１００ 点灯装置、１０２ 照明器具、ＳＷ スイッチ

Claims (5)

1. 交流電源から電力を受ける整流回路と、
   前記整流回路の出力した脈流電圧を受けるとともに、昇圧のために駆動するスイッチング素子および出力側に設けられた平滑コンデンサを含む昇圧回路と、
   前記スイッチング素子を制御する制御回路と、
   前記制御回路に電源を供給するための制御電源回路と、
   前記整流回路の出力電圧を前記制御電源回路の電源端子に与える第１電源供給手段と、
   前記平滑コンデンサの充電電圧を前記制御電源回路の電源端子に与える第２電源供給手段と、
   を備えることを特徴とする点灯装置。
2. 前記交流電源と前記整流回路との間に介在するスイッチを備え、
   前記制御回路は、前記スイッチがオフからオンとされた後の前記制御電源回路からの供給電圧が前記制御回路の動作する最低の電圧である第１最低動作電圧に達したタイミングで前記スイッチング素子の駆動を開始し、前記制御電源回路の動作する最低の電圧である第２最低動作電圧以上かつ前記点灯装置と接続した光源が点灯する電圧未満の範囲内で前記平滑コンデンサを充電するように前記スイッチング素子を駆動させる期間を有することを特徴とする請求項１に記載の点灯装置。
3. 前記第１電源供給手段は、アノードが前記整流回路と前記昇圧回路の間に接続しカソードが前記制御電源回路の電源端子に接続した第１ダイオードであり、
   前記第２電源供給手段は、アノードが前記平滑コンデンサと接続しカソードが前記制御電源回路の電源端子に接続した第２ダイオードであることを特徴とする請求項１または２に記載の点灯装置。
4. 前記昇圧回路は、Ｈブリッジ昇降圧回路であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の点灯装置。
5. 光源と、
   前記光源に電力を供給する点灯装置と、
   を備え、
   前記点灯装置は、
   交流電源から電力を受ける整流回路と、
   前記整流回路の出力した脈流電圧を受けるとともに、昇圧のために駆動するスイッチング素子および出力側に設けられた平滑コンデンサを含む昇圧回路と、
   前記スイッチング素子を制御する制御回路と、
   前記制御回路に電源を供給するための制御電源回路と、
   前記整流回路の出力電圧を前記制御電源回路の電源端子に与える第１電源供給手段と、
   前記平滑コンデンサの充電電圧を前記制御電源回路の電源端子に与える第２電源供給手段と、
   を備えることを特徴とする照明器具。

Images