JP2015185435A - 電源装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング素子の短絡破壊に対して負荷が過入力状態となることを防止する。【解決手段】実施形態の電源装置は、電源からの電流をスイッチング素子のオンオフにより定電流として発光素子へ供給する定電流部と、定電流部においてスイッチング素子のオンオフにより電流が脈動することを検出するとともに、所定の周波数よりも高周波な電圧又は電流が検出されない場合に、スイッチング素子の短絡破壊を検出する検出部と、短絡破壊が検出された場合に、発光素子に流れる電流を遮断するスイッチとを具備する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電源装置および照明装置に関する。

従来、例えば照明装置の光源等の負荷に電源を供給する電源装置では、定電流回路において、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）などのスイッチング素子のスイッチング動作により電流を一定とするように制御している。

特開２０１２−１５５８９３号公報

しかしながら、上述した従来技術では、スイッチング素子が常にオンとなるような短絡破壊に対応できず、光源等の負荷に対して直接電流が流れて過入力状態となることがあった。

本発明が解決しようとする課題は、スイッチング素子の短絡破壊に対して負荷が過入力状態となることを防止できる電源装置および照明装置を提供することを目的とする。

一実施形態の電源装置は、電源からの電流をスイッチング素子のオンオフにより定電流として発光素子へ供給する定電流部と、前記定電流部において前記スイッチング素子のオンオフにより電流が脈動することを検出するとともに、所定の周波数よりも高周波な電圧又は電流が検出されない場合に、前記スイッチング素子の短絡破壊を検出する検出部と、前記短絡破壊が検出された場合に、前記発光素子に流れる電流を遮断するスイッチとを具備する。

図１は、実施形態にかかる電源装置の回路構成を例示する回路図である。 図２は、変形例１にかかる電源装置の回路構成を例示する回路図である。 図３は、変形例２にかかる電源装置の回路構成を例示する回路図である。

以下、図面を参照して、実施形態にかかる電源装置およ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する。なお、以下の実施形態で説明する電源装置および照明装置は、一例を示すに過ぎず、実施形態を限定するものではない。また、以下の各実施形態は、矛盾しない範囲内で適宜組みあわせてもよい。

以下で説明する実施形態にかかる電源装置（１０、１０ａ、１０ｂ）は、電源からの電流をスイッチング素子（１０４）のオンオフにより定電流として負荷へ供給する定電流回路（１１、１１ａ）と、スイッチング素子（１０４）の短絡破壊を検出するスイッチ制御部（１０９、１０９ａ）と、スイッチング素子（１０４）の短絡破壊が検出された場合に、電源から光源（２１）までのループを開路とするスイッチ（１１０、１２１）とを具備する。

また、実施形態にかかる電源装置（１０、１０ａ、１０ｂ）において、スイッチ制御部（１０９、１０９ａ）は、定電流回路（１１、１１ａ）においてスイッチング素子（１０４）のオンオフにより電流が脈動するループに設けられた高周波電流検出回路（１０８）、高周波電圧検出回路（１０８ａ）の出力による、所定の周波数よりも高周波な電圧又は電流の有無をもとに、スイッチング素子（１０４）の短絡破壊を検出する。

また、実施形態にかかる電源装置（１０ｂ）において、スイッチング素子（１０４）の短絡破壊が検出された場合に、電源から光源（２１）までのループを開路とするスイッチは、突入電流を低減するためのリレー（１２１）である。

また、以下で説明する実施形態にかかる照明装置（１）は、電源装置（１０、１０ａ、１０ｂ）と、電源装置の負荷としての光源（２１）とを具備する。

図１は、実施形態にかかる電源装置１０の回路構成を例示する回路図である。光源２１（発光素子）は、一例としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子などであってよい。電源装置１０は、負荷としての光源２１に電力を供給し、例えば光源２１を点灯させる。

図１に示すように、電源装置１０は、全波整流回路１０２と、制御回路１０３と、定電流回路１１と、高周波電流検出回路１０８と、スイッチ制御部１０９と、スイッチ１１０とを有し、定電流回路１１からの電力を光源２１に供給する回路構成である。

全波整流回路１０２は、交流電源１０１を直流に変換する回路である。交流電源１０１は、不図示の商用電源などである。この交流電源１０１には、全波整流回路１０２の入力端子が接続されている。全波整流回路１０２は、交流電源１０１からの交流電力を全波整流した出力を発生する。

全波整流回路１０２の出力には定電流回路１１が接続されている。定電流回路１１は、全波整流回路１０２から出力された電流を定電流として光源２１へ供給する回路である。具体的には、定電流回路１１は、スイッチング素子１０４、ダイオード１０５、インダクタ１０６および平滑コンデンサ１０７を有する。全波整流回路１０２の出力端には、並列に接続されたＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子１０４と、ダイオード１０５との直列回路が接続されている。さらに、スイッチング素子１０４とダイオード１０５との間からは、インダクタ１０６を介して光源２１が接続されており、この光源２１とは並列に平滑コンデンサ１０７が接続されている。

制御回路１０３は、定電流回路１１のスイッチング素子１０４におけるオンオフを制御する回路である。具体的には、制御回路１０３は、スイッチング素子１０４のゲートに接続され、スイッチング素子１０４のスイッチング動作をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）で制御する。

定電流回路１１では、制御回路１０３によりスイッチング素子１０４が予め設定されたスイッチング周波数でオンオフする。これにより、定電流回路１１は、全波整流回路１０２から出力された電流を定電流とする。この定電流が光源２１に供給されて、光源２１が点灯する。

定電流回路１１において、ダイオード１０５と平滑コンデンサ１０７との間、すなわちスイッチング素子１０４のオンオフにより電流が脈動するループには、高周波電流検出回路１０８が設けられている。高周波電流検出回路１０８は、スイッチング素子１０４のオンオフにより生じる、所定の周波数よりも高周波な電流（高周波電流）の有無を検出する。具体的には、高周波電流検出回路１０８は、スイッチング周波数として用いる周波数と略同じ周波数の電流の有無を検出する。高周波電流検出回路１０８は、検出した高周波電流の有無をスイッチ制御部１０９へ通知する。

スイッチ制御部１０９は、高周波電流検出回路１０８より検出された高周波電流の有無をもとに、スイッチング素子１０４の短絡破壊を検出する。具体的には、スイッチ制御部１０９は、高周波電流の検出がある場合には、スイッチング素子１０４が正常にスイッチング動作していることから、短絡破壊が生じていないものとする。また、スイッチ制御部１０９は、高周波電流がない場合には、スイッチング素子１０４が正常にスイッチング動作していないことから、短絡破壊が生じているものとする。スイッチ制御部１０９は、スイッチング素子１０４の短絡破壊を検出した場合、スイッチ１１０を開路とするためのオフ信号をスイッチ１１０へ出力する。

スイッチ１１０は、定電流回路１１と光源２１との間に設けられ、スイッチ制御部１０９の制御のもとで電源から光源２１までのループをオン（閉路）、オフ（開路）とする。

以上のように、高周波電流の有無をもとに、スイッチ制御部１０９によりスイッチング素子１０４の短絡破壊が検出された場合、スイッチ１１０は開路とされる。これにより、電源装置１０は、スイッチング素子１０４の短絡破壊によって、負荷としての光源２１が過入力状態となることを防止できるとともに、スイッチング素子１０４のオンオフによって発生する電流の脈動を検出することで、スイッチング素子１０４の短絡破壊の有無を検出するため、より確実にスイッチング素子１０４の短絡破壊を検出することができる。

（変形例１）
上述した実施形態の変形例１として、高周波電流のかわりに高周波電圧を検出することで、スイッチング素子１０４の短絡破壊を検出する構成を説明する。

図２は、変形例１にかかる電源装置１０ａの回路構成を例示する回路図である。図２に示すように、電源装置１０ａは、定電流回路１１ａにおいて、ダイオード１０５と平滑コンデンサ１０７との間、すなわちスイッチング素子１０４のオンオフにより電流が脈動するループで高周波電圧を検出する。具体的には、ダイオード１０５と平滑コンデンサ１０７との間にトランス１１１を備え、トランス１１１の二次側出力にはダイオード１１２とコンデンサ１１３とが接続される。

高周波電圧検出回路１０８ａは、ダイオード１１２とコンデンサ１１３との接続点からの出力をもとに、スイッチング素子１０４のオンオフにより生じる、所定の周波数よりも高周波な高周波電圧の有無を検出する。具体的には、高周波電圧検出回路１０８ａは、スイッチング周波数として用いる周波数と略同じ周波数の電圧の有無を検出する。高周波電圧検出回路１０８ａは、検出した高周波電圧の有無をスイッチ制御部１０９ａへ通知する。

スイッチ制御部１０９ａは、高周波電圧検出回路１０８ａより検出された高周波電圧の有無をもとに、スイッチング素子１０４の短絡破壊を検出する。具体的には、スイッチ制御部１０９は、高周波電圧の検出がある場合には、スイッチング素子１０４が正常にスイッチング動作していることから、短絡破壊が生じていないものとする。また、スイッチ制御部１０９は、高周波電圧がない場合には、スイッチング素子１０４が正常にスイッチング動作していないことから、短絡破壊が生じているものとする。スイッチ制御部１０９は、スイッチング素子１０４の短絡破壊を検出した場合、スイッチ１１０を開路とするためのオフ信号をスイッチ１１０へ出力する。

スイッチ１１０は、定電流回路１１と光源２１との間に設けられ、スイッチ制御部１０９の制御のもとで電源から光源２１までのループをオン（閉路）、オフ（開路）とする。

以上のように、高周波電圧の有無をもとに、スイッチ制御部１０９ａによりスイッチング素子１０４の短絡破壊が検出された場合、スイッチ１１０は開路とされる。これにより、電源装置１０ａは、スイッチング素子１０４の短絡破壊によって、負荷としての光源２１が過入力状態となることを防止できるとともに、スイッチング素子１０４のオンオフによって発生する電圧の脈動を検出することで、スイッチング素子１０４の短絡破壊の有無を検出するため、より確実にスイッチング素子１０４の短絡破壊を検出することができる。

なお、スイッチング素子１０４のオンオフにより電流が脈動するループにおいて、上述した高周波電流検出回路１０８、高周波電圧検出回路１０８ａのかわりに、直流電流又は直流電圧の値を検出する検出回路を設けてもよい。具体的には、ダイオード１０５と平滑コンデンサ１０７との間に抵抗などを設け、その抵抗の接続点からの出力をもとに、スイッチ制御部１０９、１０９ａは、直流電流又は直流電圧の値を検出してもよい。

そして、スイッチ制御部１０９、１０９ａは、検出した直流電流又は直流電圧の値をもとに、スイッチング素子１０４の短絡破壊を検出してもよい。具体的には、スイッチ制御部１０９、１０９ａは、検出した直流電流又は直流電圧の値が所定値未満である場合には、スイッチング素子１０４が正常にスイッチング動作していることから、短絡破壊が生じていないものとする。また、スイッチ制御部１０９、１０９ａは、検出した直流電流又は直流電圧の値が所定値以上である場合には、スイッチング素子１０４が正常にスイッチング動作しておらず、直流電流又は直流電圧が生じていることから、短絡破壊が生じているものとする。

（変形例２）
上述した実施形態の変形例２として、スイッチ１１０のかわりに、突入電流防止用のリレーを用いる構成を説明する。

図３は、変形例２にかかる電源装置１０ｂの回路構成を例示する回路図である。図３に示すように、電源装置１０ｂは、全波整流回路１０２から定電流回路１１までの間において、入力を平滑化するためのコンデンサ１２０と、全波整流回路１０２からの突入電流を低減するためのリレー１２１及び突入電流防止抵抗１２２とを有する。具体的には、全波整流回路１０２と定電流回路１１との間には、リレー１２１及び突入電流防止抵抗１２２が並列に接続されている。リレー１２１は、制御回路１０３、スイッチ制御部１０９によりオン（閉路）、オフ（開路）とされる。

制御回路１０３は、動作開始時にリレー１２１をオフし、全波整流回路１０２からの入力経路を突入電流防止抵抗１２２に切り替える。これにより、動作開始時における全波整流回路１０２からの突入電流を低減できる。

また、スイッチ制御部１０９は、スイッチング素子１０４の短絡破壊を検出した場合、リレー１２１を開路とするためのオフ信号をリレー１２１へ出力する。これにより、電源から光源２１までのループは、突入電流防止抵抗１２２を経由するものに切り替えられる。したがって、電源装置１０ｂは、スイッチング素子１０４の短絡破壊によって、負荷としての光源２１が過入力状態となることを防止できる。

以上のように、実施形態にかかる電源装置１０、１０ａ、１０ｂは、電源からの電流をスイッチング素子１０４のオンオフにより定電流として負荷へ供給する定電流回路１１、１１ａと、スイッチング素子１０４の短絡破壊を検出するスイッチ制御部１０９、１０９ａと、スイッチング素子１０４の短絡破壊が検出された場合に、電源から光源２１までのループを開路とするスイッチ１１０とを具備する。このため、実施形態にかかる電源装置１０、１０ａ、１０ｂによれば、スイッチング素子１０４の短絡破壊に対して負荷である光源２１が過入力状態となることを防止できる。

また、実施形態にかかる電源装置１０、１０ａ、１０ｂにおいて、スイッチ制御部１０９、１０９ａは、定電流回路１１、１１ａにおいてスイッチング素子１０４のオンオフにより電流が脈動するループに設けられた高周波電流検出回路１０８、高周波電圧検出回路１０８ａの出力による、所定の周波数よりも高周波な電圧又は電流の有無をもとに、スイッチング素子１０４の短絡破壊を検出する。これにより、実施形態にかかる電源装置１０、１０ａ、１０ｂでは、スイッチング素子の短絡破壊を容易に検出して、負荷が過入力状態となることを防止できる。

また、実施形態にかかる電源装置１０ｂにおいて、スイッチング素子１０４の短絡破壊が検出された場合に、電源から光源２１までのループを開路とするスイッチは、突入電流を低減するためのリレー１２１である。これにより、実施形態にかかる電源装置１０ｂでは、突入電流防止用のリレー１２１を用いることで、スイッチング素子１０４の短絡破壊に対して負荷である光源２１が過入力状態となることを防止できるとともに、スイッチング素子１０４のオンオフによって発生する電流の脈動を検出することで、スイッチング素子１０４の短絡破壊の有無を検出するため、より確実にスイッチング素子１０４の短絡破壊を検出することができる。

また、実施形態にかかる照明装置１は、電源装置１０、１０ａ、１０ｂと、電源装置１０、１０ａ、１０ｂの負荷としての光源２１とを具備する。このため、実施形態にかかる照明装置１では、スイッチング素子１０４のオンオフによって発生する電流の脈動を検出することで、スイッチング素子１０４の短絡破壊の有無を検出するため、より確実にスイッチング素子１０４の短絡破壊を検出することができ、光源２１が過入力状態となることを防止できる。

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…照明装置、１０、１０ａ、１０ｂ…電源装置、１１、１１ａ…定電流回路、２０…光源筐体、２１…光源（発光素子）、１０１…交流電源、１０２…全波整流回路、１０３…制御回路、１０４…スイッチング素子、１０５、１１２…ダイオード、１０６…インダクタ、１０７…平滑コンデンサ、１０８…高周波電流検出回路、１０８ａ…高周波電圧検出回路、１０９、１０９ａ…スイッチ制御部、１１０…スイッチ、１１１…トランス、１１３、１２０…コンデンサ、１２１…リレー、１２２…突入電流防止抵抗

Claims (3)

1. 電源からの電流をスイッチング素子のオンオフにより定電流として発光素子へ供給する定電流部と；
   前記定電流部において前記スイッチング素子のオンオフにより電流が脈動することを検出するとともに、所定の周波数よりも高周波な電圧又は電流が検出されない場合に、前記スイッチング素子の短絡破壊を検出する検出部と；
   前記短絡破壊が検出された場合に、前記発光素子に流れる電流を遮断するスイッチと；
   を具備する電源装置。
2. 前記スイッチは、突入電流を低減するためのリレーであることを特徴とする
   請求項１に記載の電源装置。
3. 請求項１または２に記載された電源装置と；
   発光素子と；
   を具備する照明装置。

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