以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る照明装置を模式的に表すブロック図である。
図1に表したように、照明装置10は、照明負荷12(直流負荷)と、電源装置14と、を備える。照明負荷12は、例えば、発光ダイオード(Light-emitting diode:LED)などの照明光源16を有する。照明光源16は、例えば、有機発光ダイオード(Organic light-emitting diode:OLED)などでもよい。照明光源16には、例えば、順方向降下電圧を有する発光素子が用いられる。照明負荷12は、電源装置14からの出力電圧の印加及び出力電流の供給により、照明光源16を点灯させる。出力電圧及び出力電流の値は、照明光源16に応じて規定される。
電源装置14は、一対の電源入力端子14a、14bと、一対の電源出力端子14c、14dと、を有する。各電源入力端子14a、14bには、交流電源2が接続される。照明負荷12は、各電源出力端子14c、14dに接続される。なお、本願明細書において、「接続」とは、電気的な接続を意味し、物理的に接続されていない場合や他の要素を介して接続されている場合も含むものとする。例えば、トランスなどを介して磁気的に結合している場合も、「接続」に含むものとする。
交流電源2は、例えば、商用電源である。電源装置14は、交流電源2から供給される交流の入力電圧VINを直流の出力電圧VOUTに変換して照明負荷12に出力することにより、照明光源16を点灯させる。
電源出力端子14cの電位は、電源出力端子14dの電位よりも高い。例えば、照明光源16がLEDである場合には、アノードが、電源出力端子14cに接続され、カソードが、電源出力端子14dに接続される。これにより、照明光源16に順方向の電流が流れ、照明光源16が点灯する。以下では、各電源出力端子14c、14dを区別する場合に、電源出力端子14cを高電位出力端子14cと称し、電源出力端子14dを低電位出力端子14dと称す。
電源装置14は、フィルタ回路21と、整流回路22と、力率改善回路23と、ハーフブリッジ回路24(ブリッジ回路)と、トランス25と、整流平滑回路26と、を含む。
フィルタ回路21は、各電源入力端子14a、14bに接続されている。フィルタ回路21は、例えば、インダクタと、コンデンサと、を含む。フィルタ回路21は、交流電源2から供給される入力電圧VINに含まれるノイズを抑制する。
整流回路22は、入力端子22a、22b、高電位端子22c、及び、低電位端子22dを有する。各入力端子22a、22bは、フィルタ回路21に接続される。整流回路22には、フィルタ回路21によってノイズの抑制された入力電圧VINが入力される。フィルタ回路21は、必要に応じて設けられ、省略可能である。例えば、フィルタ回路21を省略し、整流回路22を各電源入力端子14a、14bに接続してもよい。
整流回路22は、例えば、ダイオードブリッジである。整流回路22は、例えば、交流の入力電圧VINを全波整流し、全波整流後の整流電圧(例えば、脈流電圧)を高電位端子22cと低電位端子22dとの間に生じさせる。高電位端子22cの電位は、低電位端子22dの電位よりも高い。低電位端子22dの電位は、例えば、接地電位または電源装置14の基準電位である。低電位端子22dの電位は、高電位端子22cの電位よりも低い任意の電位でよい。整流回路22による入力電圧VINの整流は、半波整流でもよい。
力率改善回路23は、整流回路22に接続される。力率改善回路23は、整流電圧において、電源周波数の整数倍の高調波の発生を抑制する。これにより、力率改善回路23は、整流電圧の力率を改善する。
力率改善回路23は、例えば、スイッチング素子41と、インダクタ42と、ダイオード43と、コンデンサ44と、を含む。スイッチング素子41は、電極41a〜電極41cを有する。インダクタ42の一端は、高電位端子22cに接続されている。インダクタ42の他端は、電極41aに接続されている。電極41bは、低電位端子22dに接続されている。ダイオード43のアノードは、電極41aに接続されている。ダイオード43のカソードは、コンデンサ44の一端に接続されている。コンデンサ44の他端は、低電位端子22dに接続されている。すなわち、この例において、力率改善回路23は、昇圧チョッパ回路である。力率改善回路23は、これに限ることなく、整流電圧の力率を改善することができる任意の回路でよい。
力率改善回路23は、例えば、スイッチング素子41をスイッチングさせ、入力電流を正弦波に近づけることにより、整流電圧の力率を改善する。また、力率改善回路23は、力率改善後の整流電圧をコンデンサ44で平滑化することにより、整流電圧を直流電圧VDCに変換する。力率改善回路23は、例えば、交流100V(実効値)の入力電圧VINを、約410Vの直流電圧VDCに変換する。直流電圧VDCの値は、これに限ることなく、任意の値でよい。なお、コンデンサ44は、必要に応じて設けられ、省略可能である。力率改善回路23は、例えば、力率改善後の整流電圧を出力してもよい。
ハーフブリッジ回路24は、スイッチング素子51、52と、コンデンサ53と、を含む。スイッチング素子51は、電極51a〜電極51cを有する。電極51aは、コンデンサ44の高電位側の端子に接続されている。電極51bは、スイッチング素子52の電極52aに接続されている。電極52bは、低電位端子22dに接続されている。この例では、整流回路22と力率改善回路23とによって直流電圧源が構成される。スイッチング素子51、52は、直流電圧源に対して直列に接続される。直流電圧源は、これに限ることなく、ハーフブリッジ回路24に対して直流電圧を供給可能な任意の電圧源でよい。
トランス25は、一次巻線55と、二次巻線56、57と、を有する。一次巻線55は、ハーフブリッジ回路24に接続されている。一次巻線55の一端は、電極51b及び電極52aに接続される。すなわち、一次巻線55の一端は、2つのスイッチング素子51、52の間に接続される。一次巻線55の他端は、コンデンサ53を介して低電位端子22dに接続されている。この例では、コンデンサ53が、一次巻線55と低電位端子22dとの間に接続されている。換言すれば、コンデンサ53は、一次巻線55と基準電位との間に接続される。コンデンサ53は、例えば、電極51bと一次巻線55との間に接続してもよい。
ハーフブリッジ回路24は、スイッチング素子51をオンにし、スイッチング素子52をオフにすることにより、一次巻線55を介してコンデンサ53を充電する。そして、ハーフブリッジ回路24は、スイッチング素子51をオフにし、スイッチング素子52をオンにすることにより、一次巻線55を介してコンデンサ53を放電する。このように、ハーフブリッジ回路24は、各スイッチング素子51、52を交互にオン・オフすることにより、一次巻線55の両端に交流電圧を生じさせる。すなわち、ハーフブリッジ回路24は、力率改善回路23から供給される直流電圧VDCを交流電圧に変換する。
各スイッチング素子41、51、52は、例えば、nチャネル形のFETである。例えば、電極41a、51a、52aは、ドレインである。電極41b、51b、52bは、ソースである。電極41c、51c、52cは、ゲートである。各スイッチング素子41、51、52は、例えば、pチャネル形のFETでもよいし、バイポーラトランジスタやHEMTなどでもよい。
トランス25は、漏れインダクタンス55aを含む。図1では、便宜的に漏れインダクタンス55aを一次巻線55と離して図示しているが、実際には、漏れインダクタンス55aは、トランス25の一部である。漏れインダクタンス55aは、図示のように、一次巻線55に直列に接続されたインダクタとして表される。
電源装置14は、トランス25とコンデンサ53とによって共振回路を構成する。具体的には、一次巻線55と漏れインダクタンス55aとコンデンサ53とによって、いわゆるLLC共振回路を構成する。一次巻線55と漏れインダクタンス55aとコンデンサ53とによって、共振周波数が決定される。従って、電源装置14では、各スイッチング素子51、52のスイッチング周波数を制御することにより、照明負荷12に供給する電力を制御することができる。
二次巻線56、57は、一次巻線55と磁気結合している。従って、一次巻線55に交流電流が流れると、それに応じた交流電流が、二次巻線56、57に流れる。これにより、トランス25は、ハーフブリッジ回路24から供給される交流電圧を変圧する。トランス25は、ハーフブリッジ回路24から供給される交流電圧を降圧する。
このように、トランス25を設け、一次側と二次側とを電気的に絶縁することで、例えば、照明装置10の安全性を高めることができる。
二次巻線57は、二次巻線56に直列に接続されている。二次巻線56、57の接続点は、図示を省略した配線により、低電位端子22dに接続される。二次巻線56、57の接続点は、低電位端子22dと実質的に同じ電位に設定される。すなわち、二次巻線56、57の接続点は、基準電位に設定される。
整流平滑回路26は、整流回路60と、平滑コンデンサ64と、を含む。整流回路60は、整流素子61、62を含む。整流回路60は、例えば、1つのパッケージ60p内に2つの整流素子61、62が設けられた1つの素子である。整流素子61、62は、ショットキーバリアダイオードである。整流素子61、62は、他のダイオードでもよい。
整流素子61のアノードは、二次巻線56の二次巻線57と反対側の端部に接続されている。整流素子61のカソードは、平滑コンデンサ64の一端に接続されている。整流素子62のアノードは、二次巻線57の二次巻線56と反対側の端部に接続されている。整流素子62のカソードは、平滑コンデンサ64の一端に接続されている。平滑コンデンサ64の他端は、二次巻線56、57の接続点に接続されている。
これにより、整流平滑回路26は、トランス25によって降圧された交流電圧を整流素子61、62で整流し、整流電圧に変換する。そして、整流平滑回路26は、整流電圧を平滑コンデンサ64で平滑化することにより、整流電圧を直流電圧に変換する。すなわち、整流平滑回路26は、出力電圧VOUTを生成する。
高電位出力端子14cは、平滑コンデンサ64の高電位側の端子に接続されている。低電位出力端子14dは、二次巻線56、57の接続点に接続されている。これにより、各電源出力端子14c、14dの間に出力電圧VOUTが出力される。
電源装置14は、PFC(Power Factor Correction)ドライバ30と、HB(Half Bridge)ドライバ31と、フィードバック回路32と、制御部33と、I/F(Interface)回路34と、フォトカプラ35〜37と、サーミスタ38(感温素子)と、をさらに含む。
PFCドライバ30は、力率改善回路23のスイッチング素子41の電極41cに接続されている。PFCドライバ30は、例えば、所定のPWM信号を電極41cに入力することにより、スイッチング素子41のオン・オフを制御する。すなわち、PFCドライバ30は、力率改善回路23による直流電圧VDCの生成を制御する。
HBドライバ31は、ハーフブリッジ回路24のスイッチング素子51の電極51c及びスイッチング素子52の電極52cに接続されている。HBドライバ31は、例えば、所定のPWM信号を電極51c、52cに入力することにより、スイッチング素子51、52のオン・オフを制御する。すなわち、HBドライバ31は、ハーフブリッジ回路24による直流電圧VDCの交流電圧への変換を制御する。
電極51c、52cに入力するPWM信号のデューティ比は、例えば、50%である。電極52cに入力するPWM信号のオンのタイミングは、電極51cに入力するPWM信号のオンのタイミングと反対である。これにより、各スイッチング素子51、52が、交互にオン・オフする。また、HBドライバ31は、電極51c、52cに入力するPWM信号の周波数を制御する。これにより、トランス25に発生する交流電圧の電圧値を制御することができる。
HBドライバ31は、各スイッチング素子51、52のスイッチング周波数を設定するための周波数設定端子31aを有する。HBドライバ31は、周波数設定端子31aに流れる電流を検出し、周波数設定端子31aに流れる電流に応じて各スイッチング素子51、52のスイッチング周波数を決定する。これにより、HBドライバ31は、スイッチング周波数に応じた値に出力電圧VOUTを調整する。
フィードバック回路32は、低電位出力端子14dに接続される。フィードバック回路32は、出力電圧VOUTと、照明負荷12に流れる出力電流IOUTと、の少なくとも一方を検出する。フィードバック回路32は、出力電圧VOUTと出力電流IOUTとの少なくとも一方の検出値を基に、HBドライバ31をフィードバック制御する。フィードバック回路32は、高電位出力端子14cに接続してもよい。
照明光源16にLEDなどの発光素子が用いられている場合、照明光源16の電圧は、順方向降下電圧に応じて実質的に一定である。従って、照明光源16にLEDなどの発光素子が用いられている場合には、フィードバック回路32を低電位出力端子14dに接続することで、照明光源16に流れる電流を適切に検出することができる。
フィードバック回路32は、例えば、差動増幅回路を有する。差動増幅回路の一方の入力には、基準電圧が入力される。差動増幅回路の他方の入力には、出力電圧VOUTまたは出力電流IOUTの検出電圧が入力される。差動増幅回路は、基準電圧と検出電圧との差分に対応した電圧を出力する。
フィードバック回路32は、差動増幅回路の出力電圧を基にフィードバック信号を生成し、生成したフィードバック信号をHBドライバ31の周波数設定端子31aに入力する。フィードバック回路32は、フィードバック信号により、周波数設定端子31aに流れる電流を変化させる。
フィードバック回路32は、例えば、基準電圧に応じた出力を、検出電圧と基準電圧との差分に応じて増減させる。フィードバック回路32は、例えば、検出電圧が基準電圧よりも高い場合、その差分に応じてフィードバック信号の出力を高くする。そして、検出電圧が基準電圧よりも低い場合、その差分に応じてフィードバック信号の出力を低くする。すなわち、フィードバック回路32は、照明負荷12に流れる出力電流IOUTを低くする場合に、フィードバック信号の電圧を差分の分だけ高くし、出力電流IOUTを高くする場合に、フィードバック信号の電圧を差分の分だけ低くする。
HBドライバ31は、フィードバック回路32からのフィードバック信号に応じて、各スイッチング素子51、52のオン・オフの周波数を変化させる。これにより、HBドライバ31及びフィードバック回路32は、例えば、出力電流IOUTを実質的に一定にする。例えば、照明負荷12への過電圧の印加や照明負荷12への過電流の供給が抑制される。
HBドライバ31の周波数設定端子31aとフィードバック回路32との間には、フォトカプラ35が設けられている。フィードバック回路32は、フォトカプラ35を介して周波数設定端子31aに接続される。フォトカプラ35は、発光部と、受光部と、を有する。フォトカプラ35は、フィードバック回路32から入力された電気信号を一度光に変換し、再び電気信号に戻して周波数設定端子31aに入力する。フォトカプラ35の発光部には、第2電源部82から電力が供給される。これにより、HBドライバ31とフィードバック回路32とを電気的に絶縁することができる。例えば、一次側と二次側とをより適切に絶縁することができる。
上記のように、フィードバック回路32は、出力を低くする場合に、フィードバック信号の電圧を高くし、出力を高くする場合に、フィードバック信号の電圧を低くする。従って、出力を低くする場合には、フォトカプラ35の発光部の輝度が高くなり、出力を高くする場合には、フォトカプラ35の発光部の輝度が低くなる。
電源装置14は、信号入力端子14eを有する。信号入力端子14eには、調光器3が接続されている。調光器3は、例えば、操作部を有し、操作部の操作に応じたPWM信号を調光信号として電源装置14に入力する。調光器3は、例えば、室内の壁などに取り付けて用いられる。
I/F回路34は、信号入力端子14eに接続されている。I/F回路34は、調光器3から入力された調光信号を制御部33に出力する。制御部33とI/F回路34との間には、フォトカプラ36が設けられている。これにより、制御部33とI/F回路34とが、電気的に絶縁される。例えば、一次側と二次側とをより適切に絶縁することができる。
制御部33は、例えば、I/F回路34から入力された調光信号を、フィードバック回路32に対応した形式の調光信号に変換し、変換した調光信号をフィードバック回路32に入力する。なお、調光器3から入力された信号を、そのままフィードバック回路32に入力してもよい。PFCドライバ30、HBドライバ31、フィードバック回路32及び制御部33の少なくともいずれかは、ソフトウェア制御が可能な半導体素子を含む。PFCドライバ30、HBドライバ31、フィードバック回路32及び制御部33には、例えば、マイクロプロセッサが用いられる。
フィードバック回路32と制御部33との間には、フォトカプラ37が設けられている。これにより、フィードバック回路32と制御部33とが、電気的に絶縁される。例えば、一次側と二次側とをより適切に絶縁することができる。
フィードバック回路32は、制御部33から入力された調光信号に応じて、差動増幅回路に入力する基準電圧を変化させる。フィードバック回路32は、例えば、PWM信号である調光信号をコンデンサで平滑化した直流の電圧を、基準電圧として差動増幅回路に入力する。基準電圧の電圧レベルは、検出電圧の電圧レベルに対応して設定される。より詳しくは、例えば、所望の調光度に対応する調光信号の電圧レベルが、その調光度に対応する輝度で照明光源16が発光した場合の検出電圧の電圧レベルと実質的に同じとなるように設定される。
フィードバック回路32は、調光信号に応じてHBドライバ31に入力するフィードバック信号を変化させる。調光信号は、換言すれば、出力電圧VOUTの目標値である。フィードバック回路32は、出力電圧VOUTと出力電流IOUTとの少なくとも一方の検出値と、調光信号(目標値)とに基づいたフィードバック信号を、HBドライバ31の周波数設定端子31aに入力する。HBドライバ31は、フィードバック回路32からのフィードバック信号に応じて、各スイッチング素子51、52のオン・オフの周波数を変化させる。このように、HBドライバ31は、スイッチング素子51、52のスイッチング周波数を制御することにより、所定光束を得るための定格出力状態から略調光下限状態まで、出力電圧VOUTを調整する。
これにより、電源装置14は、調光器3で設定された調光度に応じた明るさで、照明負荷12を点灯させる。このように、電源装置14は、交流電源2から供給される交流の入力電圧VINを直流の出力電圧VOUTに変換して照明負荷12に供給するとともに、調光器3で設定された調光度に応じた明るさに照明負荷12を調光する。照明装置10では、任意の明るさで照明負荷12を点灯させることができる。
図2は、第1の実施形態に係る電源装置の特性の一例を模式的に表すグラフ図である。 図2の横軸は、ハーフブリッジ回路24の各スイッチング素子51、52のスイッチング周波数(Hz)である。図2の縦軸は、出力電圧VOUT(V)である。
図2に表したように、出力電圧VOUTは、共振周波数f0において最大となる。共振周波数f0は、一次巻線55のインダクタンスをLp、コンデンサ53のキャパシタンスをCとする時、1/2π√(Lp・C)で求めることができる。
HBドライバ31及びフィードバック回路32は、各スイッチング素子51、52のスイッチング周波数に対して、第1周波数f1と、第2周波数f2と、を設定し、第1周波数f1及び第2周波数f2の間でスイッチング周波数を決定する。第1周波数f1は、共振周波数f0よりも高い。第2周波数f2は、第1周波数f1よりも高い。第1周波数f1と第2周波数f2との間において、出力電圧VOUTは、第1周波数f1から第2周波数f2に向かって単調に減少する。すなわち、HBドライバ31及びフィードバック回路32は、共振周波数f0よりも高い遅相領域にスイッチング周波数の制御範囲を設定する。
共振回路の発振周波数が、共振周波数以下の進相領域に至る場合、各スイッチング素子51、52の負担が大きく、貫通電流による発熱などにともなって、電源装置14が破損してしまう場合がある。このため、共振周波数よりも高い周波数領域(遅相領域)を制御範囲として設定することが一般的である。この場合、周波数が低い時に出力が高くなり、周波数が高い時に出力が低くなる。
この例では、共振周波数f0の遅相領域をスイッチング周波数の制御範囲としている。スイッチング周波数の制御範囲は、これに限定されない。例えば、共振周波数f0の奇数倍分の1においても、高次高調波成分による共振作用が得られる。従って、制御範囲は、例えば、f0/(2n+1)以上f0/2n以下の範囲に設定してもよい。但し、「n」は、1以上の整数である。制御範囲は、第2周波数f2が第1周波数f1よりも高く、第1周波数f1から第2周波数f2に向かって出力電圧VOUTが単調に減少する任意の範囲でよい。
フィードバック回路32は、調光信号を基に、所定の範囲でフィードバック信号を変化させる。HBドライバ31は、フィードバック信号が適切な動作範囲における最低値の時に、スイッチング周波数を第1周波数f1に決定する。これにより、出力電圧VOUTが、最大電圧Vmaxになる。そして、HBドライバ31は、フィードバック信号が適切な動作範囲における最高値の時に、スイッチング周波数を第2周波数f2に決定する。これにより、出力電圧VOUTが、最低電圧Vminになる。
このように、電源装置14では、フィードバック信号を低くすると、スイッチング周波数が低下して、出力電圧VOUTが上昇し、フィードバック信号を高くすると、スイッチング周波数が上昇して、出力電圧VOUTが低下する。
サーミスタ38は、HBドライバ31の周波数設定端子31aに接続されている。この例において、サーミスタ38は、フォトカプラ35と並列に接続されている。サーミスタ38は、例えば、周波数設定端子31aとフォトカプラ35との間に直列に接続してもよい。サーミスタ38の抵抗値は、温度の上昇に応じて低下する。すなわち、この例において、サーミスタ38は、いわゆるNTC(Negative Temperature Coefficient)サーミスタである。
サーミスタ38は、照明装置10の発熱部と熱的に結合する。換言すれば、サーミスタ38は、発熱部に近接して配置される。発熱部は、例えば、整流平滑回路26の各整流素子61、62(整流回路60)である。発熱部は、例えば、照明負荷12や各スイッチング素子51、52などでもよい。発熱部は、過出力状態などの異常が発生した場合に高温となる任意の箇所でよい。
図3は、第1の実施形態に係る電源装置の特性の一例を模式的に表すグラフ図である。 図3の横軸は、HBドライバ31の周波数設定端子31aに接続される抵抗値(kΩ)である。図3の縦軸は、各スイッチング素子51、52のスイッチング周波数(kHz)である。すなわち、図3は、周波数設定端子31aの抵抗値と、この抵抗値に応じて決定されるスイッチング周波数と、の関係の一例を表す。
図3に表したように、HBドライバ31は、周波数設定端子31aの抵抗値が低くなるほど、スイッチング周波数を高くする。換言すれば、HBドライバ31は、周波数設定端子31aに流れる電流が高くなるほど、スイッチング周波数を高くする。スイッチング周波数は、周波数設定端子31aの抵抗値の減少に応じて、単調に増加する。
電源装置14は、抵抗27、28と、第1電源部81と、第2電源部82と、ドロッパ83と、スイッチング素子84と、をさらに含む。
第1電源部81は、力率改善回路23の出力に接続されている。これにより、第1電源部81には、直流電圧VDCが入力される。第1電源部81は、例えば、直流電圧VDCを降圧することにより、直流電圧VDCからPFCドライバ30及びHBドライバ31に対応した駆動電圧を生成する。第1電源部81は、例えば、410Vの直流電圧VDCから15Vの駆動電圧に生成する。
ドロッパ83は、制御部33と第1電源部81とに接続されている。ドロッパ83は、第1電源部81から入力された駆動電圧を降圧し、制御部33に対応した駆動電圧に変換する。そして、ドロッパ83は、変換後の駆動電圧を制御部33に供給する。ドロッパ83は、例えば、15Vの駆動電圧を5Vの駆動電圧に変換して制御部33に供給する。制御部33は、ドロッパ83からの駆動電圧の供給に応じて動作を開始する。
第2電源部82は、平滑コンデンサ64の高電位側の端子に接続されている。これにより、第2電源部82には、出力電圧VOUTが入力される。第2電源部82は、例えば、出力電圧VOUTを降圧することにより、出力電圧VOUTからフィードバック回路32に対応した駆動電圧を生成する。第2電源部82は、例えば、約30Vの出力電圧VOUTから15Vの駆動電圧に生成する。第2電源部82は、生成した駆動電圧をフィードバック回路32に供給する。フィードバック回路32は、第2電源部82からの駆動電圧の供給に応じて動作を開始する。
このように、電源装置14では、第1電源部81と第2電源部82とを設ける。一次側の制御回路であるPFCドライバ30、HBドライバ31及び制御部33には、第1電源部81から電力を供給する。そして、二次側の制御回路であるフィードバック回路32には、第2電源部82から電力を供給する。このように、一次側の回路と二次側の回路とで電源を分けることにより、一次側と二次側とをより適切に絶縁することができる。
スイッチング素子84は、電極84a〜84cを有する。電極84aは、第1電源部81に接続されている。電極84bは、PFCドライバ30及びHBドライバ31に接続されている。電極84cは、制御部33に接続されている。電極84cは、制御電極であり、電極84aと電極84bとの間に流れる電流を制御する。制御部33は、スイッチング素子84をオン・オフを制御する。
スイッチング素子84をオン状態にする。これにより、第1電源部81で生成された駆動電圧が、PFCドライバ30及びHBドライバ31に供給される。制御部33は、スイッチング素子84のオン・オフにより、PFCドライバ30及びHBドライバ31に対する電力供給と電力供給の停止とを制御する。
電源装置14では、交流電源2から入力電圧VINが供給されると、第1電源部81が駆動し、第1電源部81からの電力供給によって制御部33が動作を開始する。この時、PFCドライバ30は、まだ動作を開始していない。このため、第1電源部81には、例えば、整流回路22による整流電圧をコンデンサ44で平滑化した電圧が供給される。
制御部33は、第1電源部81からの電力供給に応じて動作を開始すると、スイッチング素子84をオフ状態からオン状態に遷移させる。これにより、PFCドライバ30及びHBドライバ31に電力が供給され、PFCドライバ30及びHBドライバ31が動作を開始する。
PFCドライバ30及びHBドライバ31に電力が供給されるタイミングは、実質的に同時である。但し、HBドライバ31では出力側のコンデンサなどによる遅延が生じるため、PFCドライバ30がHBドライバ31よりも先に動作を開始する。このように、PFCドライバ30の動作を開始するタイミングは、HBドライバ31の動作を開始するタイミングよりも早い。
PFCドライバ30の動作を開始するタイミングと、HBドライバ31の動作を開始するタイミングとは、実質的に同時でもよい。HBドライバ31の動作を開始するタイミングをPFCドライバ30の動作を開始するタイミングよりも早くしてもよい。但し、PFCドライバ30の動作を開始するタイミングを、HBドライバ31の動作を開始するタイミングよりも早くする。すなわち、力率改善回路23が所定の動作状態となり、直流電圧VDCが確定された後に、ハーフブリッジ回路24の動作を開始させる。これにより、例えば、異常な出力電流IOUTの発生などを抑制することができる。電源装置14の動作をより安定させることができる。
例えば、PFCドライバ30への電力供給を制御するスイッチング素子と、HBドライバ31への電力供給を制御するスイッチング素子と、を設け、PFCドライバ30への電力供給とHBドライバ31への電力供給とを制御部33で個別に制御できるようにしてもよい。これにより、PFCドライバ30及びHBドライバ31の動作タイミングをより適切に制御することができる。
抵抗27、28は、整流回路22の高電位端子22cと低電位端子22dとの間に直列に接続されている。制御部33は、抵抗27、28の接続点に接続されている。これにより、制御部33には、整流回路22から出力される整流電圧を抵抗27、28で分圧した電圧が、入力電圧VINの検出電圧として入力される。
制御部33は、検出電圧を基に入力電圧VINの電圧値を検出し、入力電圧VINが所定値以下の時に、スイッチング素子84をオフ状態にし、PFCドライバ30及びHBドライバ31への電力供給を停止する。そして、制御部33は、入力電圧VINが所定値よりも大きい時に、スイッチング素子84をオンにし、PFCドライバ30及びHBドライバ31に電力供給を供給する。
制御部33は、電源オフによって入力電圧VINの供給が停止された際に、PFCドライバ30及びHBドライバ31への電力供給を停止する。これにより、例えば、コンデンサに蓄積された電荷などによって、電源オフ時に異常な閃光が生じてしまうことを抑制することができる。
制御部33は、調光器3から入力された調光信号が所定値以下の時に、スイッチング素子84をオフにし、PFCドライバ30及びHBドライバ31への電力供給を停止する。制御部33は、例えば、5%以下の調光度に設定された時に、PFCドライバ30及びHBドライバ31への電力供給を停止する。このように、制御部33は、制御信号の入力に応じてPFCドライバ30及びHBドライバ31への電力供給を制御する。制御信号は、調光信号に限ることなく、出力電圧VOUTの大きさを表す任意の信号でよい。
本実施形態に係る照明装置10及び電源装置14では、過出力状態などの異常によって照明装置10内に異常な発熱が発生すると、サーミスタ38の温度が上昇する。サーミスタ38の温度が上昇すると、サーミスタ38の抵抗値が低下する。サーミスタ38の抵抗値が低下すると、HBドライバ31によって決定される各スイッチング素子51、52のスイッチング周波数が上昇する(図3参照)。スイッチング周波数が上昇すると、出力電圧VOUTが低下する(図2参照)。
このように、本実施形態に係る照明装置10及び電源装置14では、異常な温度上昇が発生した際に、出力電圧VOUTを低下させることができる。サーミスタ38は、温度の上昇に応じて周波数設定端子31aに流れる電流を変化させることにより、出力電圧VOUTを低下させる。これにより、本実施形態に係る照明装置10及び電源装置14では、異常な温度上昇を抑制することができる。例えば、照明装置10や電源装置14の破損を抑制することができる。
また、本実施形態に係る照明装置10及び電源装置14では、過剰な電力供給を検出する異常検出部などを設ける必要がない。従って、異常な温度上昇に対する保護を、簡易な構成で実現することができる。
さらに、本実施形態に係る照明装置10及び電源装置14では、サーミスタ38の抵抗−温度特性と、HBドライバ31の抵抗−周波数特性と、を調整することにより、保護する温度を決めることができる。
上記実施形態では、周波数設定端子31aの抵抗値の低下に応じてスイッチング周波数が高くなるようにし、温度の上昇に応じてサーミスタ38の抵抗値が低くなるようにしている。これとは反対に、周波数設定端子31aの抵抗値の低下に応じてスイッチング周波数が低くなるようにし、温度の上昇に応じてサーミスタ38の抵抗値が高くなるようにしてもよい。すなわち、サーミスタ38は、PTC(Positive Temperature Coefficient)サーミスタでもよい。
図4は、第2の実施形態に係る照明装置を模式的に表すブロック図である。
図4に表したように、照明装置110の電源装置114では、サーミスタ38が省略されている。電源装置114では、フォトカプラ35を発熱部と熱的に結合させる。フォトカプラ35は、発光部35aと、受光部35bと、を有する。発光部35aは、フィードバック回路32に接続され、フィードバック回路32から出力されるフィードバック信号に応じて発光する。受光部35bは、HBドライバ31の周波数設定端子31aに接続されている。受光部35bは、発光部35aの発光光を受光し、発光光の輝度に応じた電流を周波数設定端子31aに流す。なお、上記実施形態と機能・構成上実質的に同じものについては、同符号を付し、詳細な説明は省略する。
図5は、第2の実施形態に係る電源装置の特性の一例を模式的に表すグラフ図である。図5の横軸は、フォトカプラの温度(℃)である。図5の縦軸は、フォトカプラの受光部に流れるコレクタ遮断電流(μA)である。コレクタ遮断電流は、換言すれば、暗電流である。図5は、フォトカプラの受光部(フォトトランジスタのエミッタ−コレクタ間)に電圧を印加し、発光部に電流を流さない状態で、フォトカプラの周囲温度を変化させた場合の電流特性の一例である。すなわち、発光部を発光させていない状態において受光部に流れる電流の温度変化の一例を表す。
図5に表したように、フォトカプラのコレクタ遮断電流は、温度の上昇に応じて増加する。従って、この例では、フォトカプラ35の温度が上昇すると、HBドライバ31の周波数設定端子31aに流れる電流が増加し、HBドライバ31によって決定される各スイッチング素子51、52のスイッチング周波数が上昇する。これにより、上記第1の実施形態と同様に、照明装置110及び電源装置114の温度上昇に応じて出力電圧VOUTが低下し、温度上昇を抑制することができる。すなわち、この例では、フォトカプラ35が、感温素子として機能する。
このように、HBドライバ31とフィードバック回路32との間にフォトカプラ35を設ける場合に、フォトカプラ35を発熱部と熱的に結合させて感温素子として機能させる。これにより、サーミスタ38を設ける場合に比べて、より簡易な構成で異常な温度上昇の抑制を実現することができる。
(第3の実施形態)
図6は、第3の実施形態に係る照明装置を模式的に表すブロック図である。
図6に表したように、照明装置120には、操作部18が設けられている。操作部18は、照明装置120の外面に露出して設けられる。操作部18は、例えば、スライドレバーである。操作部18は、ロータリスイッチなどでもよい。なお、上記実施形態と機能・構成上実質的に同じものについては、同符号を付し、詳細な説明は省略する。
照明装置120の電源装置124には、フィードバック回路32に可変抵抗90が設けられている。可変抵抗90は、例えば、差動増幅回路の入力端子に接続される。また、可変抵抗90は、操作部18に物理的に接続されており、操作部18の操作に連動して抵抗値を変化させる。
電源装置124では、操作部18の操作によって差動増幅回路に入力される基準電圧の電圧値が変化する。例えば、可変抵抗90の抵抗値が最小の時に、基準電圧が最小になり、可変抵抗90の抵抗値が最大の時に、基準電圧が最大になるようにする。電源装置124では、I/F回路34などが省略されている。電源装置124は、調光器3に接続されない。すなわち、照明装置120は、操作部18の操作によって調光制御を行えるようにしたものである。換言すれば、照明装置120では、操作部18からフィードバック回路32に制御信号(出力電圧VOUTの目標値)が入力される。
照明装置120及び電源装置124においても、力率改善回路23、ハーフブリッジ回路24、トランス25と、整流平滑回路26、PFCドライバ30、HBドライバ31及び制御部33などの構成は、上記実施形態と同様とすることができる。従って、照明装置110及び電源装置114においても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
図7(a)〜図7(c)は、第3の実施形態に係る照明装置の特性の一例を模式的に表すグラフ図である。
図7(a)の横軸は、操作部18の操作量である。図7(a)の縦軸は、出力電圧VOUTである。図7(a)に表したようによう、電源装置124では、操作部18の操作量に対して、出力電圧VOUTが非線形である。電源装置124では、操作部18の操作量に対する出力電圧VOUTの変化量が、出力下限側において出力上限側よりも小さくなるようにする。例えば、図7(a)に表したように、出力電圧VOUTが、操作部18の操作量に対して二次関数状に変化するようにする。
上記のように、操作部18の操作量に対して出力電圧VOUTを非線形にすることにより、例えば、出力電圧VOUTの下限側の調節をし易くすることができる。すなわち、下限側の調光度を調節し易くすることができる。人間の目は、暗い側の方が感度が高い傾向にある。従って、上記のように出力電圧VOUTを非線形にすることにより、人間の目の感度の高い領域において、明るさを調節し易くすることができる。
図7(b)の横軸は、操作部18の操作量である。図7(b)の縦軸は、可変抵抗90の抵抗値である。図7(b)に表したように、操作部18の操作量に対して、可変抵抗90の抵抗値が非線形に変化するようにする。これにより、図7(a)のような出力特性を得ることができる。
図7(c)の横軸は、操作部18の操作量である。図7(c)の縦軸は、各スイッチング素子51、52のスイッチング周波数である。例えば、HBドライバ31がフィードバック信号からスイッチング周波数を決定する際に、図7(c)に表したように、操作部18の操作量に対して、スイッチング周波数が非線形に変化するようにする。このように、可変抵抗90の抵抗値と出力電圧VOUTとの関係を非線形にした場合にも、図7(a)のような出力特性を得ることができる。この場合、可変抵抗90の抵抗値は、操作部18の操作量に対して線形に変化してもよいし、可変抵抗90の抵抗値を操作部18の操作量に対してさらに非線形に変化させてもよい。
以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明したが、それらに限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
なお、照明光源16はLEDに限らず、例えば、有機EL(Electro-Luminescence)やOLED(Organic light-emitting diode)などでもよい。照明負荷12には、複数の照明光源16が直列又は並列に接続されていてもよい。
上記各実施形態では、ブリッジ回路として、2つのスイッチング素子51、52を含むハーフブリッジ回路24を示している。ブリッジ回路は、これに限ることなく、例えば、4つのスイッチング素子を含むフルブリッジ回路などでもよい。
上記実施形態では、直流負荷として、照明負荷12を示しているが、これに限ることなく、例えば、ヒータなどの他の直流負荷でもよい。上記実施形態では、電源装置として、照明装置10に用いられる電源装置14を示しているが、これに限ることなく、直流負荷に対応する任意の電源装置でよい。
本発明のいくつかの実施形態および実施例を説明したが、これらの実施形態または実施例は、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。これら新規な実施形態または実施例は、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。これら実施形態または実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。