JP2015195093A - 電源装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源装置の寿命末期時において、負荷への過電流検出を可能とする電源装置および照明装置を提供することである。【解決手段】実施形態の電源装置は、外部電源から供給される電流をスイッチング素子のオンオフにより定電流とする定電流部と；時間経過により等価直列抵抗値が変化する特性を有するとともに、前記定電流部から出力される電流を平滑する平滑コンデンサと；前記平滑コンデンサの両端に接続される一対の出力端と；前記平滑コンデンサと前記出力端との間に設けられる電流検出部と；時間経過により変化する前記平滑コンデンサの等価直列抵抗値に基づき変化する前記電流検出部の検出結果が入力されるとともに、前記電流検出部の検出結果と所定値との比較結果に基づき、前記定電流部のスイッチング素子のオンオフを停止させる制御部と；を持つ。【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、電流検出回路により過電流を検出することで、発光ダイオード（負荷）に過電流が流れることを抑制するとともに、過電流による発光ダイオードの破壊や短寿命などを防止していた。

特開２０１１−２１６３１６号公報

しかしながら、上述した従来技術では、電源装置の寿命の末期時には、負荷への過電流検出を行っていなかったため、電源装置の寿命末期時において、負荷に過電流が印加されることにより、負荷の破壊、負荷および電源装置の温度上昇が発生し、電源装置の電子部品から発火することにより、電源装置の安全性が担保されない虞があった。

本発明が解決しようとする課題は、電源装置の寿命末期時において、負荷への過電流検出を可能とする電源装置および照明装置を提供することである。

実施形態の電源装置は、外部電源から供給される電流をスイッチング素子のオンオフにより定電流とする定電流部と；時間経過により等価直列抵抗値が変化する特性を有するとともに、前記定電流部から出力される電流を平滑する平滑コンデンサと；前記平滑コンデンサの両端に接続される一対の出力端と；前記平滑コンデンサと前記出力端との間に設けられる電流検出部と；時間経過により変化する前記平滑コンデンサの等価直列抵抗値に基づき変化する前記電流検出部の検出結果が入力されるとともに、前記電流検出部の検出結果と所定値との比較結果に基づき、前記定電流部のスイッチング素子のオンオフを停止させる制御部と；を持つ。

図１は、実施例１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。 図２は、時間経過に対する平滑コンデンサ１１３の等価直列抵抗値の変化を説明する説明図である。 図３は、電流検出部１１２の時間経過に対する検出結果の変化を説明する説明図である。

（第１の実施形態）第１の実施形態の電源装置は、外部電源から供給される電流をスイッチング素子のオンオフにより定電流とする定電流部と；時間経過により等価直列抵抗値が変化する特性を有するとともに、前記定電流部から出力される電流を平滑する平滑コンデンサと；前記平滑コンデンサの両端に接続される一対の出力端と；前記平滑コンデンサと前記出力端との間に設けられる電流検出部と；時間経過により変化する前記平滑コンデンサの等価直列抵抗値に基づき変化する前記電流検出部の検出結果が入力されるとともに、前記電流検出部の検出結果と所定値との比較結果に基づき、前記定電流部のスイッチング素子のオンオフを停止させる制御部と；を持つ。

（第２の実施形態）第２の実施形態の照明装置は、第１の実施形態の電源装置と；発光素子と；を持つ。

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合わせてもよい。

図１は、実施例１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。図１に示すように、照明装置１は電源装置１０と、光源２１（発光素子）とを有する。なお、照明装置１は、シーリングライトの他、ベースライト、ダウンライト、防犯灯および道路灯などであってもよい。

光源２１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。なお、光源２１としての発光素子は、ＬＥＤ等の半導体発光素子であってもよいし、有機ＥＬであってもよい。

図１に示すように、電源装置１０は、電圧変換回路１１と、定電流回路１２と、制御回路１２０とを有し、定電流回路１２からの電力を光源２１に供給する回路構成である。

電圧変換回路１１の入力側には、交流電源１０１と、全波整流回路１０２と、コンデンサ１０３とを有する。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の正負極の出力端子間には、コンデンサ１０３が接続され、全波整流回路１０２とともに直流電源を構成している。

電圧変換回路１１は、上述した直流電源の電圧を所定の電圧に変換するための昇圧チョッパ回路で構成されている。具体的には、電圧変換回路１１は、チョッパチョーク１０４、スイッチング素子１０５、ダイオード１０６および平滑コンデンサ１０７を有する。電圧変換回路１１において、直流電源の出力端にはチョッパチョーク１０４と、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）などのスイッチング素子１０５との直列回路が接続されている。また、スイッチング素子１０５と並列にダイオード１０６及び電解コンデンサなどの平滑コンデンサ１０７の直列回路が接続されている。

定電流回路１２は、電圧変換回路１１から出力された電流を定電流とする回路である。具体的には、定電流回路１２は、スイッチング素子１０９、ダイオード１１０、インダクタ１１１、電流検出部としての抵抗１１２および平滑コンデンサ１１３を有する。電圧変換回路１１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１０９と、ダイオード１１０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１０９とダイオード１１０との間からは、インダクタ１１１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１１３が接続されている。電流検出部１１２（抵抗１１２）は、光源２１を流れる電流検出を行うためのものである。この抵抗１１２と、平滑コンデンサ１１３との接続点が制御回路１２０に接続されており、制御回路１２０は、この接続点からの出力をもとに、光源２１の電流（光源２１の電流に比例した電流）を検出する。

制御回路１２０は、電圧変換回路１１及び定電流回路１２のスイッチング素子１０５、１０９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１２０は、スイッチング素子１０５、１０９のゲートに接続され、スイッチング素子１０５、１０９のスイッチング動作をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）で制御する。

ここで、電源装置１０の動作を説明する。まず、交流電源１０１が投入されると、全波整流回路１０２で整流されるとともに、コンデンサ１０３で平滑された電圧が電圧変換回路１１に入力される。

電圧変換回路１１では、制御回路１２０によりスイッチング素子１０５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、平滑された電圧が所定の電圧に昇圧される。さらに、昇圧された電圧は、平滑コンデンサ１０７で平滑され、定電流回路１２に供給される。

定電流回路１２では、制御回路１２０によりスイッチング素子１０９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１２は、電圧変換回路１１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。

光源２１の点灯中、制御回路１２０は、電流検出部１１２により検出される光源２１に流れる電流値をもとに、光源２１へ供給する電流が目標値の定電流となるように、スイッチング素子１０９のスイッチング動作をフィードバック制御（定電流制御）する。具体的には、制御回路１２０は、光源２１の電流値が目標値で一定となるように、スイッチング素子１０９のＰＷＭ制御におけるパルス幅を、上限とするパルス幅（デューティ比）の範囲で調整する。よって、光源２１の点灯中において、スイッチング素子１０９をオンとするオン期間は、ＰＷＭ制御において上限とするデューティ比の範囲となる。このため、デューティ比を絞り込むことで、スイッチング素子１０９のオン期間の上限を短くでき、定電流回路１２にから光源２１に供給される電流の上限を抑制できる。

図２は、時間経過に対する平滑コンデンサ１１３の等価直列抵抗値の変化を説明する説明図である。一般的に、コンデンサの直列等価回路は、キャパシタンス成分Ｃと、等価直列インダクタンスＬ（リード線や電極などのインダクタンス成分）と、等価直列抵抗（Equivalent Series Resistance：ＥＳＲ、例えば、電極、電解液、誘電体などの抵抗の合計）との直列回路で表される。

図２に示すように、平滑コンデンサ１１３の等価直列抵抗値（ＥＳＲ）を縦軸に取り、横軸に電源装置１０の使用時間を取ると、等価直列抵抗値（ＥＳＲ）は時間経過に伴って上昇する。電源装置１０の平滑コンデンサ１１３は、電源装置１０の使用時間の増加に伴って、等価直列抵抗値（ＥＳＲ）が増加する特性を有している。

図３は、電流検出部１１２の時間経過に対する検出結果の変化を説明する説明図である。図３の縦軸は、電流検出部１１２が検出する電流値（検出結果または検出信号）であり、横軸は、電源装置１０の使用時間である。図２に示したように、時間経過に伴い、平滑コンデンサ１１３の等価直列抵抗値（ＥＳＲ）が増加することで、電源装置１０の使用時間の増加に伴って、電流検出部１１２が検出する電流値は増加する。

制御回路１２０は、この電流検出部１１２が検出する電流値の増加に対する閾値を有している（図３参照）。制御回路１２０は、電源装置１０の使用時間の増加に伴って、平滑コンデンサ１１３の等価直列抵抗値（ＥＳＲ）が増加することで、増加する電流検出部１１２の検出電流値（検出結果）を閾値と比較し、電流検出部１１２の検出結果と閾値との比較結果に基づき、定電流回路１２のスイッチング素子１０９のオンオフを停止させる。なお、制御回路１２０は、電圧変換回路１１のスイッチング素子１０５のオンオフを停止させてもよい。

制御回路１２０は、電流検出部１１２の検出結果と閾値との比較結果に基づき、光源２１を調光下限（調光制御可能な場合に光源２１が点灯する最小の光量、光出力）で点灯させてもよいし、予め定められた点滅制御をさせてもよい。すなわち、特定の点灯制御をさせることにより、電源装置１０が寿命末期であることを照明装置１の使用者に報知する。

実施例１の電源装置１０の制御回路１２０は、電源装置１０の使用時間の増加に伴って、平滑コンデンサ１１３の等価直列抵抗値（ＥＳＲ）が増加することで、増加する電流検出部１１２の検出電流値（検出結果）を閾値と比較し、電流検出部１１２の検出結果と閾値との比較結果に基づき、定電流回路１２のスイッチング素子１０９のオンオフを停止させるので、電源装置１０の寿命末期時または電源装置１０の平滑コンデンサ１１３の寿命末期時において、光源２１に流れる電流値が増加し、光源２１（発光素子）が破壊されたり、光源２１または電源装置１０が高温になり電源装置１０の電子部品の破壊または発火したりすることを防ぐことができる。

実施例１の電源装置１０の制御回路１２０は、電源装置１０の使用時間の増加に伴って、平滑コンデンサ１１３の等価直列抵抗値（ＥＳＲ）が増加することで、増加する電流検出部１１２の検出電流値（検出結果）を閾値と比較し、電流検出部１１２の検出結果と閾値との比較結果に基づき、特定の点灯制御をさせるので、電源装置１０が寿命末期であることを照明装置１の使用者に報知するとともに、電源装置１０の寿命末期時または電源装置１０の平滑コンデンサ１１３の寿命末期時において、光源２１に流れる電流値が増加し、光源２１（発光素子）が破壊されたり、光源２１または電源装置１０が高温になり電源装置１０の電子部品の破壊または発火したりすることを防ぐことができる。

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・・・電源装置
１２・・・定電流部としての定電流回路
１１２・・・電流検出部
１１３・・・平滑コンデンサ
１２０・・・制御部としての制御回路
Ｔ１・・・出力端

Claims (2)

1. 外部電源から供給される電流をスイッチング素子のオンオフにより定電流とする定電流部と；
   時間経過により等価直列抵抗値が変化する特性を有するとともに、前記定電流部から出力される電流を平滑する平滑コンデンサと；
   前記平滑コンデンサの両端に接続される一対の出力端と；
   前記平滑コンデンサと前記出力端との間に設けられる電流検出部と；
   時間経過により変化する前記平滑コンデンサの等価直列抵抗値に基づき変化する前記電流検出部の検出結果が入力されるとともに、前記電流検出部の検出結果と所定値との比較結果に基づき、前記定電流部のスイッチング素子のオンオフを停止させる制御部と；
   を具備することを特徴とする電源装置。
2. 請求項１記載の電源装置と；
   発光素子と；
   を具備する照明装置。

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