JP2017175884A - 電源装置及びこの電源装置を備えた照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷の種類に限定されることなく力率の低下を防ぐことができ、汎用性に富んだ電源装置を提供する。【解決手段】電源装置１０は、整流回路１１と、力率改善回路１２と、降圧回路１３と、制御回路１４とを備える。整流回路１１は、交流電源３０の交流電圧を整流する。力率改善回路１２は、整流回路１１で整流された電圧をスイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作により電流臨界制御を行い直流電圧を得る。降圧回路１３は、力率改善回路１２から出力される直流電圧を降圧し、その直流電流を負荷２０に供給する。制御回路１４は、力率改善回路１２又は降圧回路１３を流れ、負荷２０の変動により値が変化する電流の値が所定の閾値未満になると、スイッチング素子Ｑ１を電流臨界制御以外でスイッチング動作させる。【選択図】 図１

Description

本発明は、電源装置及びこの電源装置を備えた照明装置に関する。

近年、光源としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子を使用した照明器具、いわゆるＬＥＤ照明が普及している。このＬＥＤ照明に用いられる電源装置は、電源電圧を変換する電源変換部から出力される定電流をＬＥＤ素子に供給することでＬＥＤ素子を点灯させる。

電源変換部は、昇圧チョッパ型の力率改善回路を用いて構成するのが一般的である。昇圧チョッパ型の力率改善回路は、スイッチング素子のオン、オフにより入力電圧をチョッピングして、一定の直流電圧を出力する。具体的には、昇圧チョッパ型の力率改善回路はインダクタを含み、このインダクタを流れる電流がゼロになったときにスイッチング素子をオンする電流臨界制御を行う。そしてスイッチング素子のオン時間幅は、電源装置に接続される負荷に依存する。すなわち負荷が重い場合には、スイッチング素子のオン時間幅を広くして出力電圧を高めることで、負荷への供給電流を増加させる。逆に負荷が軽い場合には、スイッチング素子のオン時間幅を狭め出力電圧を低くすることで、負荷への供給電流を減少させる。ただし、オン時間幅にも制約があり、これ以上狭くできない状況になると、スイッチング素子のスイッチング動作が停止して力率が低下することがある。

従来、照明用電源装置において、調光器によって設定されるＬＥＤ照明の調光度が所定の閾値よりも低い場合、すなわち負荷が軽い場合には、電流臨界制御ではない方法でスイッチング素子のスイッチング動作を強制的に行わせ、力率の低下を防ぐ技術が知られている。

特開２０１５‐１８５４５０号公報 特開２０１４‐２３５９９３号公報

しかしながら、従来の技術では、負荷の重さを調光器の調光レベルでしか判定できない。しかも、電源装置としてはＬＥＤ照明用に限定される。このため、汎用性が乏しく、汎用性に富んだ電源装置が求められている。

本発明は、このような事情にかんがみてなされたもので、その目的とするところは、負荷の種類に限定されることなく、当該負荷が軽い場合にスイッチング素子のスイッチング動作を予め設定した状態で制御することで力率の低下を防ぐことができる電源装置及びこの電源装置を使用した照明装置を提供しようとするものである。

一実施形態において、電源装置は、整流回路と、力率改善回路と、降圧回路と、制御回路とを備える。整流回路は、交流電源の交流電圧を整流する。力率改善回路は、整流回路で整流された電圧をスイッチング素子のスイッチング動作により電流臨界制御を行い直流電圧を得る。降圧回路は、力率改善回路から出力される直流電圧を降圧し、その直流電流を負荷に供給する。制御回路は、力率改善回路又は降圧回路を流れ、負荷の変動により値が変化する電流の値が所定の閾値未満になると、スイッチング素子を電流臨界制御以外でスイッチング動作させる。

一実施形態によれば、負荷の種類に限定されることなく、当該負荷が軽い場合にスイッチング素子のスイッチング動作を予め設定した状態で制御することで力率の低下を防ぐことができ、汎用性に富んだ電源装置を提供できる。

一実施形態に係る照明装置及びその電源装置の回路図。 一実施形態に係る制御回路の主要な動作シーケンスを示す流れ図。 図２に示す動作シーケンスに従った制御モードの変移例を概念的に表す模式図。 他の実施形態に係る制御回路の主要な動作シーケンスを示す流れ図。

以下、負荷の種類に限定されることなく、当該負荷が軽い場合にスイッチング素子のスイッチング動作を予め設定した状態で制御することで力率の低下を防ぐ電源装置及びこの電源装置を備えた照明装置の実施形態を、図面を用いて説明する。

［第１の実施形態］
はじめに、負荷の変動により値が変化する電流を、力率改善回路のスイッチング素子を流れるスイッチング電流とした第１の実施形態について、図１乃至図３を用いて説明する。なお、負荷の変動としては、照明装置の調光レベルの変動が考えられる。あるいは負荷の変動は、光源のワット数の変動であってもよい。負荷の変動は、上記のものに限るものではない。

図１は、第１の実施形態に係る照明装置１及びその電源装置１０の回路図である。なお、図１では、実施形態の説明に必要な回路部品だけを示しており、説明に拘わらない回路部品については図示を省略している。

照明装置１は、電源装置１０と光源ユニット２０とを含む。光源ユニット２０は、複数の発光ダイオードを直列に接続してなり、電源装置１０の出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２間に着脱自在に接続される。なお、光源ユニット２０において、発光素子である発光ダイオードの数は任意である。発光ダイオードは、１つのみ設けられていてもよい。また、図１に示すような発光ダイオードの直列回路が、複数並列に接続されていてもよい。また発光ダイオードに代えて、例えば有機ＥＬ（electroluminescence）等の別の種類の発光デバイスを設けていてもよい。
照明装置１は、図示しない調光器によってその調光レベルを任意に変動できるものである。

電源装置１０は、整流回路１１と、昇圧チョッパ型の力率改善回路１２と、降圧チョッパ型の降圧回路１３と、制御回路１４とを含む。電源装置１０は、負荷として接続される光源ユニット２０に直流電力を供給する直流電源装置である。すなわち電源装置１０は、入力端子ＩＮ１，ＩＮ２の間に接続された商用交流電源３０の交流電圧、例えばＡＣ１００Ｖを整流回路１１で全波整流する。そして電源装置１０は、この全波整流された電圧を力率改善回路１２で昇圧して所定の直流電圧を得、この直流電圧を降圧回路１３で目標電圧まで降圧して、その直流電流を光源ユニット２０に供給する。

整流回路１１は、ダイオードブリッジ回路ＤＢとコンデンサＣ１とを含む。ダイオードブリッジ回路ＤＢは、一対の入力端子及び出力端子を有する。ダイオードブリッジ回路ＤＢは、各入力端子をそれぞれ電源装置１０の入力端子ＩＮ１，ＩＮ２に接続する。ダイオードブリッジ回路ＤＢは、一方の出力端子を力率改善回路１２のトランスＴに接続し、他方の出力端子をアースＥに接続する。さらにダイオードブリッジ回路ＤＢは、一対の出力端子間にコンデンサＣ１を接続する。かかる接続により、整流回路１１は、商用交流電源３０の交流電圧をダイオードブリッジ回路ＤＢで全波整流し、コンデンサＣ１で平滑する。そして整流回路１１は、平滑された全波整流電圧を力率改善回路１２に出力する。

力率改善回路１２は、トランスＴと、スイッチング素子Ｑ１と、電解コンデンサＣ３と、逆流防止用のダイオードＤ１と、抵抗Ｒ６とを含む。トランスＴは、一次巻線ｅ１と、第１の二次巻線ｅ２１と、第２の二次巻線ｅ２２とからなる。トランスＴは、一次巻線ｅ１の一端をコンデンサＣ１の正極側端子に接続し、他端をダイオードＤ１のアノードに接続する。トランスＴは、第１の二次巻線ｅ２１の一端を制御回路１４のＧＮＤ（グランド）端子に接続し、他端を抵抗Ｒ３を介して制御回路１４のＺＣＤ端子に接続する。トランスＴは、第２の二次巻線ｅ２２の一端を制御回路１４のＶＳ端子に接続し、他端をコンデンサＣ２とダイオードＤ４との直列回路を介して制御回路１４のＶＢ端子に接続する。トランスＴの一次巻線ｅ１は、昇圧チョッパ型の力率改善回路１２において、インダクタとして作用する。

スイッチング素子Ｑ１は、例えばＮチャンネルの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：field-effect transistor）である。スイッチング素子Ｑ１は、ドレイン端子をトランスＴとダイオードＤ１との接続点に接続し、ソース端子を抵抗Ｒ６を介してアースＥに接続し、ゲート端子を制御回路１４のＧＤ端子に接続する。かかる接続により、スイッチング素子Ｑ１は、ゲート端子に印加されるゲート信号がオンすると導通し、コンデンサＣ１、トランスＴの一次巻線ｅ１、スイッチング素子Ｑ１及び抵抗Ｒ６の閉回路を形成する。スイッチング素子Ｑ１は、ゲート端子に印加されるゲート信号がオフすると開放し、上記閉回路を遮断する。スイッチング素子Ｑ１は、昇圧チョッパ型の力率改善回路１２において、入力電圧をチョッピングするためのスイッチング素子として作用する。

ダイオードＤ１は、アノードをトランスＴとスイッチング素子Ｑ１との接続点に接続し、カソードを電解コンデンサＣ３の正極側端子に接続する。電解コンデンサＣ３の負極側端子は、アースＥに接続されている。電解コンデンサＣ３の両端子は、力率改善回路１２の出力端子となる。かかる接続により、スイッチング素子Ｑ１のドレイン端子とソース端子との間に、ダイオードＤ１と電解コンデンサＣ３との直列回路が形成される。その結果、電解コンデンサＣ３は、スイッチング素子Ｑ１が遮断状態にあるとき整流回路１１の出力電圧によって充電され、導通状態にあるとき放電する。かくして力率改善回路１２は、整流回路１１で整流された電圧をスイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作により昇圧し、所定の直流電圧を得て、降圧回路１３に出力する。ここに、トランスＴの一次巻線ｅ１とスイッチング素子Ｑ１と電解コンデンサＣ３とは、昇圧チョッパ回路を形成する。

降圧回路１３は、スイッチング素子Ｑ２と、インダクタＬ１、Ｌ２と、コンデンサＣ４と、回生用のダイオードＤ２と、抵抗Ｒ７とを含む。スイッチング素子Ｑ２は、例えばＮチャンネルの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である。スイッチング素子Ｑ２は、ドレイン端子を力率改善回路１２の一方の出力端子である電解コンデンサＣ３の正極側端子に接続し、ソース端子をインダクタＬ１の一端に接続し、ゲート端子を制御回路１４のＨＯ端子に接続する。インダクタＬ１の他端は、電源装置１０の一方の出力端子ＯＵＴ１に接続されている。このように降圧回路１３は、スイッチング素子Ｑ２がインダクタＬ１よりも高電位側（ハイサイド）に接続された、いわゆるハイサイド型として構成されている。

かかる接続により、スイッチング素子Ｑ２は、ゲート端子に印加されるゲート信号がオンすると導通し、力率改善回路１２の出力電流をインダクタＬ１に導く。スイッチング素子Ｑ２は、ゲート端子に印加されるゲート信号がオフすると開放し、力率改善回路１２の出力電流を遮断する。

インダクタＬ１は、スイッチング素子Ｑ２がオンして直流電圧が印加されているときそのエネルギーを蓄え、スイッチング素子Ｑ２がオフして直流電圧が印加されなくなったならば、蓄えたエネルギーを放出する。

コンデンサＣ４は、正極側端子をインダクタＬ１と電源装置１０の一方の出力端子ＯＵＴ１との接続点に接続し、負極側端子を電源装置１０の他方の出力端子ＯＵＴ２に接続する。またコンデンサＣ４は、抵抗Ｒ７を介して負極側端子Ｃ４をアースＥに接続する。かくして降圧回路１３は、力率改善回路１２から出力される直流電圧を降圧し、その直流電流を出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２間に接続された負荷、本実施形態では光源ユニット２０に供給する。ここに、スイッチング素子Ｑ２とインダクタＬ１とコンデンサＣ４とは、降圧チョッパ回路を形成する。スイッチング素子Ｑ２は、降圧チョッパ回路において、入力電圧をチョッピングするためのスイッチング素子として作用する。
降圧回路１３において、ダイオードＤ２は、アノードを、抵抗Ｒ７を介してコンデンサＣ４の負極側端子に接続し、カソードをインダクタＬ２の一方の端子に接続する。インダクタＬ２は、他方の端子をスイッチング素子Ｑ２のソース端子とインダクタＬ１との接続点に接続する。かかる接続により、スイッチング素子Ｑ２がオフしたときにインダクタＬ１から放出されるエネルギーにより、インダクタＬ１、コンデンサＣ４、抵抗Ｒ７、ダイオードＤ２及びインダクタＬ２による閉ループ内を回生電流が流れる。回生電流が流れると、スイッチング素子Ｑ２のソース電位がグランド電位となる。

制御回路１４は、アナログＩＣである。制御回路１４は、ＧＮＤ端子、ＶＤＣ端子、ＶＣＣ端子、ＧＤ端子、ＨＯ端子、ＭＵＬＴ端子、ＺＣＤ端子、ＶＦＢ端子、ＶＳ端子、ＶＢ端子、ＣＳ端子、ＯＣＰ端子及びＡＢＮ端子を有する。なお、制御回路１４が他の端子を有してもよいことは言うまでもないことである。
ＧＮＤ端子は、アースＥに接続される。

ＶＤＣ端子は、ダイオードＤ１のカソードに接続される。この接続により、ＶＤＣ端子には、力率改善回路１２に入力される高電圧の全波整流電圧が印加される。制御回路１４は、ＶＤＣ端子に印加される高電圧から回路動作電圧、例えば＋１８Ｖを生成するための回路を有する。回路動作電圧は、ＶＣＣ端子から各回路に出力される。

ＧＤ端子は、スイッチング素子Ｑ１のゲート端子に接続される。制御回路１４は、スイッチング素子Ｑ１のゲート信号を生成する回路を有する。そして制御回路１４は、ＧＤ端子からスイッチング素子Ｑ１のゲート端子にゲートオンまたはゲートオフのゲート信号を出力する。

ＨＯ端子は、スイッチング素子Ｑ２のゲート端子に接続される。制御回路１４は、スイッチング素子Ｑ２のゲート信号を生成する回路を有する。そして制御回路１４は、ＨＯ端子からスイッチング素子Ｑ２のゲート端子にゲートオンまたはゲートオフのゲート信号を出力する。

ＭＵＬＴ端子は、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の中点に接続される。分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２は、コンデンサＣ１の両端子間に接続される。制御回路１４は、ＭＵＬＴ端子に入力される信号から力率改善回路１２に入力される電流信号のエンベロープ波形を生成する回路を有する。

ＺＣＤ端子は、抵抗Ｒ３を介して第１の二次巻線ｅ２１の出力側に接続される。制御回路１４は、ＺＣＤ端子に入力される信号から一次巻線ｅ１を流れる電流、いわゆるインダクタ電流を検出する回路を有する。

ＶＦＢ端子は、分圧抵抗Ｒ４，Ｒ５の中点に接続される。分圧抵抗Ｒ４，Ｒ５は、電解コンデンサＣ３の両端子間に接続される。制御回路１４は、ＶＦＢ端子に印加される電圧から力率改善回路１２の出力電圧を検出する回路を有する。

ＶＳ端子はノードｎ１に接続され、ＶＢ端子はノードｎ２に接続される。ノードｎ１には、第２の二次巻線ｅ２２の入力側が接続される。またノードｎ１には、スイッチング素子Ｑ２のソース端子が接続される。ノードｎ２には、逆極性のダイオードＤ４及びコンデンサＣ２の直列回路を介して第２の二次巻線ｅ２２の出力側が接続される。またノードｎ２には、逆極性のダイオードＤ３を介してＶＣＣ端子が接続される。さらに、ノードｎ１とノードｎ２との間にコンデンサＣ６が接続される。制御回路１４は、ＶＳ端子に印加される電圧から、ノードｎ１の電位を検出する回路を有する。また制御回路１４は、ＶＢ端子に印加される電圧から、ノードｎ２の電位を検出する回路を有する。

ノードｎ１の電位は、スイッチング素子Ｑ２のソース端子側のノードｎ３の電位と等しい。そしてこの電位は、コンデンサＣ６の負極側電位となる。スイッチング素子Ｑ２のソース端子は、インダクタＬ２とダイオードＤ２とを直列に介してアースに接続されている。したがって、スイッチング素子Ｑ２がオフしておりかつ回生電流が生じていない状態では、ノードｎ３の電位はグランド電位でない状態、いわゆる浮遊状態（不定）にある。

ノードｎ２の電位は、コンデンサＣ６の正極側端子の電位と等しい。コンデンサＣ６は、ノードｎ１の電位を基準に、ＶＣＣ端子から印加される回路動作電圧及び第２の二次巻線ｅ２２に励起される二次電圧によって充電される。ノードｎ２の電位は、コンデンサＣ６の充電度合いによって可変する。

ＣＳ端子は、抵抗Ｒ８を介してスイッチング素子Ｑ１のソース端子に接続される。制御回路１４は、ＣＳ端子に入力される信号からスイッチング素子Ｑ１を流れる電流、いわゆるスイッチング電流を検出する回路を有する。ここに制御回路１４は、負荷の変動により値が変化する電流として、力率改善回路１２のスイッチング素子Ｑ１を流れるスイッチング電流を検出する検出手段を備える。

ＯＣＰ端子は、抵抗Ｒ９を介して、降圧回路１３におけるコンデンサＣ４の負極側端子に接続される。制御回路１４は、ＯＣＰ端子に入力される信号から光源ユニット２０に流れ込む電流、いわゆる負荷電流を検出する回路を有する。

ＡＢＮ端子は、分圧抵抗Ｒ１０，Ｒ１１の中点に接続される。分圧抵抗Ｒ１０，Ｒ１１は、降圧回路１３におけるコンデンサＣ４の正極側端子と制御回路１４のＧＮＤ端子との間に接続される。さらに、正極側端子に接続される一方の抵抗Ｒ１０に対して並列に、コンデンサＣ７と抵抗Ｒ１２との直列回路（微分回路）が接続される。制御回路１４は、ＡＢＮ端子に入力される信号から降圧回路１３に生じた電圧の変化量を検出する回路を有する。

しかして制御回路１４は、定常時、力率改善回路１２に対しては、電流臨界制御によりスイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を制御する。すなわち制御回路１４は、スイッチング素子Ｑ１がオフしている状態では、ＺＣＤ端子を介して検出されるインダクタ電流がゼロになる毎に、ＧＤ端子からゲートオン信号を出力する。このゲートオン信号により、スイッチング素子Ｑ１はオン（導通状態）になる。スイッチング素子Ｑ１がオンしている状態では、制御回路１４は、インダクタ電流のピーク波形が、ＭＵＬＴ端子を介して検出されるエンベロープ波形を追従するタイミングで、ＧＤ端子からゲートオフ信号を出力する。このゲートオフ信号により、スイッチング素子Ｑ１はオフ（開放状態）になる。

このように、スイッチング素子Ｑ１のオン時間幅は、ゲートオン信号を出力されてからゲートオフ信号を出力されるまでとなる。このオン時間幅は、電源装置１０に接続される負荷に依存する。すなわち負荷が重い場合、制御回路１４は、オン時間幅を広くする。オン時間幅が広くなると、力率改善回路１２で変換される直流電圧が高くなる。その結果、降圧回路１３で降圧されて負荷に供給される負荷電流が増加する。これに対し、負荷が軽い場合には、制御回路１４は、オン時間幅を狭くする。オン時間幅が狭くなると、力率改善回路１２で変換される直流電圧が低くなる。その結果、降圧回路１３で降圧されて負荷に供給される負荷電流が減少する。また、電流臨界制御の場合、トランスＴのインダクタンス値と負荷電力とに応じてスイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数が決定される。すなわち、負荷電力が低下すると巻線電流のピークも低下するため、電流が流れなくなるまでの時間が短くなる。このため、インダクタンス値が同じ場合には軽負荷ほどスイッチング周波数が高くなる。

しかし、スイッチング素子Ｑ１のオン時間幅が限界まで狭くなり、それ以上狭くできない状況になると、制御回路１４は、力率改善回路１２に対して軽負荷制御を行う。すなわち制御回路１４は、スイッチング素子Ｑ１のオン時間幅が最も狭いときのスイッチング周期よりも長い一定の周期でスイッチング素子Ｑ１がスイッチング動作するように、ＧＤ端子から出力されるゲート信号を制御する。つまり、一定以下の軽負荷の場合には電流臨界制御を停止し、スイッチング素子Ｑ１を固定周波数モード、オンデューティー固定モード、オフデューティ固定モードのいずれかで動作させる。固定周波数モードはスイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数が一定のモードであり、オンデューティー固定モードはスイッチング素子Ｑ１のオン時間が同じモードであり、オフデューティ固定モードはスイッチング素子Ｑ１のオフ時間が同じモードである。

制御回路１４は、定常時、降圧回路１３に対しては、ＯＣＰ端子を介して検出される負荷電流が、所定の目標値となるようにフィードバックをかけてスイッチング素子Ｑ２のスイッチング動作を制御する。すなわち制御回路１４は、ＨＯ端子から所定のタイミングでゲートオン信号またはゲートオフ信号を交互に出力する。このとき制御回路１４は、ＶＳ端子を介して検出されるノードｎ１の電位を基準に、ゲートオン信号とゲートオフ信号の信号レベルを決定する。かくして降圧回路１３においては、ブートストラップ動作によってスイッチング素子Ｑ２がスイッチングを行う。

この他、制御回路１４は、ＡＢＮ端子を介して検出される電圧の変化量が所定レベルを超えた場合、スイッチング素子Ｑ２のスイッチング動作を停止させる保護回路を有する。例えば、点灯中の光源ユニット２０が取り外された場合、瞬間的に電圧が変化する。この急峻な電圧変化に対して、制御回路１４は、スイッチング素子Ｑ２のスイッチング動作を停止させるので、急峻な電圧変化により回路部品が破壊されるのを防止することができる。

図２は、制御回路１４の主要な動作シーケンスを示す流れ図であり、図３は、この動作シーケンスに従った制御モードの変移を概念的に表す模式図である。以下、図１乃至図３を用いて、電源装置１０及びこの電源装置１０を備えた照明装置１の作用について説明する。

商用交流電源３０が投入されると、電源装置１０では、商用交流電源３０の交流電圧例えばＡＣ１００ボルトが整流回路１１で全波整流され、全波整流電圧に変換される。この全波整流電圧は、コンデンサＣ１の両端間に印加され、力率改善回路１２への入力電圧となる。この入力電圧は、制御回路１４のＶＤＣ端子に印加される。ＶＤＣ端子に入力電圧が印加されると、制御回路１４の内部で回路動作電圧が生成され、ＶＣＣ端子から各回路に回路動作電圧が出力される。回路動作電圧が出力されると、制御回路１４は、図２に示す手順の動作を開始する。

先ず制御回路１４は、ＧＤ端子から力率改善回路１２のスイッチング素子Ｑ１に対してゲートオン信号を出力する。この信号出力により、スイッチング素子Ｑ１がオンし、力率改善回路１２が起動する。力率改善回路１２が起動したならば、制御回路１４は、前述した電流臨界制御によりスイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を制御する（ステップＳ１）。

スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作により、トランスの第２の二次巻線ｅ２２が励起され、コンデンサＣ６が充電される。コンデンサＣ６が十分に充電されないと、スイッチング素子Ｑ２をオンできない。そこで制御回路１４は、コンデンサＣ６が十分に充電されるのに必要な時間が経過するのを待って、ＨＯ端子から降圧回路１３のスイッチング素子Ｑ２に対してゲートオン信号を出力する（ステップＳ２）。この信号出力により、スイッチング素子Ｑ２がオンし、降圧回路１３が起動する。

その後、制御回路１４は、定電流制御を行う。すなわち制御回路１４は、ＯＣＰ端子に入力される負荷電流が目標の定電流となるように、スイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ２のオン時間幅をそれぞれ調整する（ステップＳ３）。

また制御回路１４は、定電流制御を行っている間、ＣＳ端子に入力される信号によりスイッチング素子Ｑ１を流れるスイッチング電流Ｉ１を検出する（ステップＳ４）。そして制御回路１４は、スイッチング電流Ｉ１と第１の閾値ＳＨＬ１とを比較する（ステップＳ５）。スイッチング電流Ｉ１が第１の閾値ＳＨＬ１以上である場合（Ｓ５にてＮＯ）、制御回路１４は、定電流制御を継続する。

スイッチング電流Ｉ１は、負荷の大きさに比例する。すなわち、負荷が重いときには、スイッチング電流Ｉ１は多くなる。逆に、負荷が軽くなるとスイッチング電流Ｉ１は少なくなる。したがってスイッチング電流は、負荷の変動により値が変化する電流の一態様である。

第１の閾値ＳＨＬ１は、スイッチング素子Ｑ１のオン時間幅が限界まで狭くなりそれ以上狭くできない幅でスイッチング素子Ｑ１をスイッチング動作させたときに流れるスイッチング電流に相当する値とする。あるいは、第１の閾値ＳＨＬ１は、スイッチング素子Ｑ１のオン時間幅が限界まで狭くなりそれ以上狭くできない幅よりも若干広い幅でスイッチング素子Ｑ１をスイッチング動作させたときに流れるスイッチング電流に相当する値とする。

スイッチング電流Ｉ１が第１の閾値ＳＨＬ１未満となった場合（Ｓ５にてＹＥＳ）、制御回路１４は、軽負荷制御を行う（ステップＳ６）。すなわち制御回路１４は、スイッチング電流Ｉ１が第１の閾値ＳＨＬ１であるときのスイッチング周期よりも若干長い一定の周期で強制的にスイッチング素子Ｑ１をスイッチング動作させる。この制御により、スイッチング素子Ｑ１のオン時間幅は、これより狭くできない幅よりも若干広い一定の幅で繰り返される。

このように、スイッチング素子Ｑ１をスイッチング電流Ｉ１が第１の閾値ＳＨＬ１であるときのスイッチング周期よりも長い一定の周期で強制的にスイッチング動作させることにより、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作が停止することはない。したがって、力率改善回路１２の力率が低下するのを防ぐことができる。

さて制御回路１４は、軽負荷制御を行っている間も、ＣＳ端子に入力される信号によりスイッチング素子Ｑ１を流れるスイッチング電流Ｉ１を検出する（ステップＳ７）。そして制御回路１４は、スイッチング電流Ｉ１と第２の閾値ＳＨＬとを比較する（ステップＳ８）。図３に示すように、第２の閾値ＳＨＬ２は、第１の閾値ＳＨＬ１よりも大きい任意の値である。スイッチング電流Ｉ１が第２の閾値ＳＨＬ２未満である場合（Ｓ８にてＮＯ）、制御回路１４は、軽負荷制御を継続する。
スイッチング電流Ｉ１が第２の閾値ＳＨＬ２以上になると（Ｓ８にてＹＥＳ）、制御回路１４は、定電流制御に戻る（ステップＳ３）。

図３において、時点ｔ１にて光源ユニット２０の調光度を落とし始めると、負荷が軽くなるため、スイッチング電流Ｉ１は徐々に低下する。そして、時点ｔ２にてスイッチング電流Ｉ１が第１の閾値ＳＨ１１未満になると、電源装置１０の動作モードは定電流制御から軽負荷制御に移行する。その後、光源ユニット２０の調光度を上げると、負荷が重くなるため、スイッチング電流Ｉ１は徐々に上昇する。そして、時点ｔ３にてスイッチング電流Ｉ１が第２の閾値ＳＨ１２以上になると、電源装置１０の動作モードは定電流制御に戻る。

このように第１の実施形態の電源装置１０は、整流回路１１と、力率改善回路１２と、降圧回路１３と、制御回路１４とを備える。そして制御回路１４は、力率改善回路１２のスイッチング素子Ｑ１を流れるスイッチング電流Ｉ１の値が、第１の閾値ＳＨＬ１未満になると、電流の値が閾値ＳＨＬ１であるときのスイッチング周期よりも遅い一定の周期で強制的にスイッチング素子Ｑ１をスイッチング動作させる。

したがって、例えば光源ユニット２０が暗くなる方向に調光されたことにより電源装置１０の負荷が軽くなり、スイッチング素子Ｑ１のオン時間幅がこれより狭くできない幅となった場合には、スイッチング素子Ｑ１は、その幅より若干広い一定のオン時間幅でスイッチング動作を繰り返す。したがって、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作が停止して力率が低下するのを未然に防ぐことができる。

そしてこのような作用効果は、光源ユニット２０の調光だけに限られるものではない。例えば、光源ユニット２０をワット数の高い機種から低い機種に交換することで、電源装置１０の負荷が軽くなり、スイッチング素子Ｑ１のオン時間幅がこれより狭くできない幅となることがある。このような場合でも、本実施形態の電源装置１０であれば、オン時間幅が最小幅よりも若干広い幅で強制的にスイッチング素子Ｑ１がスイッチング動作するので、力率低下の懸念は全くない。また、光源ユニット２０以外の負荷が電源装置１０に接続された場合も、その負荷の変動により力率改善回路１２のスイッチング素子Ｑ１を流れるスイッチング電流は変動する。したがって、スイッチング素子Ｑ１のオン時間幅が限界まで狭くなり、スイッチング動作が停止して力率が低下してしまうことはない。

かくして本実施形態によれば、負荷の種類に限定されることなく、当該負荷が軽い場合にスイッチング素子のスイッチング動作を強制的に制御することで力率の低下を防ぐことができ、汎用性に富んだ電源装置１０を提供することができる。また、この電源装置１０を光源ユニット２０の電源として使用することによって、調光等によって動作が停止してしまうことが無く、信頼性の高い照明装置１を提供できるものである。

［第２の実施形態］
次に、負荷の変動により値が変化する電流を、光源ユニット２０に流れる負荷電流とした第２の実施形態について、図４を用いて説明する。なお、この第２の実施形態においても、照明装置１及びその電源装置１０の回路構成は第１の実施形態と同様なので、図１の回路図をそのまま用い、説明は省略する。

図４は、第２の実施形態における制御回路１４の主要な動作シーケンスを示す流れ図である。同図において、ステップＳ１１〜Ｓ１３は、第１の実施形態のステップＳ１〜Ｓ３と同様である。すなわち制御回路１４は、先ず、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作開始を制御する（ステップＳ１１）。続いて制御回路１４は、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作開始を制御する（ステップＳ１２）。しかして制御回路１４は、電源装置１０に対して定電流制御を行う（ステップＳ１３）。

ここで、制御回路１４は、定電流制御を行っている間、ＯＣＰ端子に入力される信号により光源ユニット２０を流れる負荷電流Ｉ２を検出する（ステップＳ１４）。そして制御回路１４は、負荷電流Ｉ２と第３の閾値ＳＨＬ３とを比較する（ステップＳ１５）。負荷電流Ｉ２が第３の閾値ＳＨＬ３以上である場合（Ｓ１５にてＮＯ）、制御回路１４は、定電流制御を継続する。

負荷電流Ｉ２は、負荷の重さに依存する。すなわち、負荷が重い場合には、大きな直流電流が必要となるため、負荷電流Ｉ２は増加する。逆に、負荷が軽い場合には、少しの直流電流で良いため、負荷電流は減少する。一方、負荷の重さは、スイッチング素子Ｑ１のオン時間幅と関係する。すなわち負荷が重い場合にはオン時間幅が広くなり、負荷が軽いとオン時間幅が狭くなる。したがって負荷電流は、負荷の変動により値が変化する電流の一態様である。

第３の閾値ＳＨＬ３は、スイッチング素子Ｑ１のオン時間幅をこれ以上狭くできない幅でスイッチング素子Ｑ１をスイッチング動作させたときの負荷電流に相当する値とする。あるいは、第３の閾値ＳＨＬ３は、スイッチング素子Ｑ１のオン時間幅をこれ以上狭くできない幅よりも若干広い幅でスイッチング素子Ｑ１をスイッチング動作させたときの負荷電流に相当する値とする。

負荷電流Ｉ２が第３の閾値ＳＨＬ３未満となった場合（Ｓ１５にてＹＥＳ）、制御回路１４は、軽負荷制御を行う（ステップＳ１６）。すなわち制御回路１４は、負荷電流Ｉ２が第３の閾値ＳＨＬ３であるときのスイッチング周期よりも若干長い一定の周期で強制的にスイッチング素子Ｑ１をスイッチング動作させる。この制御により、スイッチング素子Ｑ１のオン時間幅は、これより狭くできない幅よりも若干広い一定の幅で繰り返される。

このように、スイッチング素子Ｑ１を負荷電流Ｉ２が第３の閾値ＳＨＬ３であるときのスイッチング周期よりも長い一定の周期で強制的にスイッチング動作させることにより、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作が停止することはない。したがって、力率改善回路１２の力率が低下するのを防ぐことができる。

さて制御回路１４は、軽負荷制御を行っている間も、ＯＣＰ端子に入力される信号により光源ユニット２０を流れる負荷電流Ｉ２を検出する（ステップＳ１７）。そして制御回路１４は、負荷電流Ｉ２と第４の閾値ＳＨＬ４とを比較する（ステップＳ１８）。第４の閾値ＳＨＬ４は、第３の閾値ＳＨＬ３よりも大きい任意の値である。負荷電流Ｉ２が第４の閾値ＳＨＬ４未満である場合（Ｓ１８にてＮＯ）、制御回路１４は、軽負荷制御を継続する。
負荷電流Ｉ２が第４の閾値ＳＨＬ４以上になると（Ｓ１８にてＹＥＳ）、制御回路１４は、定電流制御に戻る（ステップＳ１３）。

このように第２の実施形態においても、制御回路１４は、負荷の変動により値が変化する電流として、降圧回路１３から光源ユニット２０に流れ込む負荷電流を検出する検出手段を備える。そして制御回路１４は、負荷電流の値が第３の閾値ＳＨＬ３未満になると、負荷電流の値が第３の閾値ＳＨＬ３であるときのスイッチング周期よりも長い一定の周期で強制的にスイッチング素子Ｑ１をスイッチング動作させる。したがって、第１の実施形態と同様に作用するので、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作が停止して力率が低下するのを未然に防ぐことができる。

なお、この発明は前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

例えば前記実施形態では、制御回路１４が、その内部回路により、スイッチング素子Ｑ１を流れるスイッチング電流Ｉ１と光源ユニット２０を流れる負荷電流Ｉ２とを検出するものとして説明した。他の実施形態としては、スイッチング電流Ｉ１及び負荷電流Ｉ２の各検出回路、あるいはいずれか一方の検出回路を、制御回路１４の外部に設けてもよい。

整流回路１１、力率改善回路１２及び降圧回路１３の回路構成は、図１に示すものに限定されない。同様の機能を有する回路構成であればよい。

また前記実施形態では、保護回路は、出力電圧の変化量を用いて保護するものとしたが、変化量と併用して電圧値から保護するようにしてもよい。また保護回路は、出力電圧を用いた保護回路でなく、出力電流を用いた保護回路であってもよい。図１において、制御回路１４は、ＯＣＰ端子を介して負荷電流を検出している。この負荷電流は、例えば抵抗Ｒ９が故障すると検知できなくなるため、制御回路１４はより多くの負荷電流が流れるように、降圧回路１３のスイッチング素子Ｑ２をスイッチング動作させる。その結果、負荷電流が増加し過出力となって光源ユニット２０が故障する場合がある。そこで、ＯＣＰ端子を介して検出される負荷電流の値を、コンパレータにより所定の閾値と比較し、このしきい値を上回る時間が、所定の時定数で定められた時間よりも長くなった場合に、スイッチング素子Ｑ２のスイッチング動作させる保護回路を設ける。この保護回路は、制御回路１４の内部にあってもよいし、外部にあってもよい。

この他、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を組合わせてもよい。

１…照明装置、１０…電源装置、１１…整流回路、１２…力率改善回路、１３…降圧回路、１４…制御回路、２０…光源ユニット、３０…商用交流電源、Ｑ１，Ｑ２…スイッチング素子、Ｔ…トランス、Ｌ１，Ｌ２…インダクタ。

Claims (6)

1. 交流電源の交流電圧を整流する整流回路と；
   前記整流回路で整流された電圧をスイッチング素子のスイッチング動作により電流臨界制御を行い直流電圧を得る力率改善回路と；
   前記力率改善回路から出力される前記直流電圧を降圧し、その直流電流を負荷に供給する降圧回路と；
   前記力率改善回路又は前記降圧回路を流れ、前記負荷の変動により値が変化する電流の値が所定の閾値未満になると、前記スイッチング素子を前記電流臨界制御以外でスイッチング動作させる制御回路と；
   を具備する電源装置。
2. 前記電流臨界制御以外のスイッチング動作は、固定周波数モード、オンデューティー固定モード、オフデューティ固定モードのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記負荷の変動により値が変化する電流を検出する検出手段；
   をさらに具備し、
   前記制御回路は、前記検出手段で検出された電流が所定の閾値未満になると、前記電流の値が前記閾値であるときのスイッチング周期よりも長い一定の周期で前記スイッチング素子をスイッチング動作させる、請求項１または２記載の電源装置。
4. 前記負荷の変動により値が変化する電流は、前記力率改善回路の前記スイッチング素子を流れるスイッチング電流である、請求項１または２記載の電源装置。
5. 前記負荷の変動により値が変化する電流は、前記降圧回路から前記負荷に流れ込む負荷電流である、請求項１または２記載の電源装置。
6. 請求項１乃至請求項５のうちいずれか１項に記載の電源装置と；
   この電源装置の出力間に接続され、点灯制御される光源と；
   を具備する照明装置。