JP2017175893A - 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】降圧チョッパ動作を確実に始動することを可能とする。
【解決手段】実施形態の電源装置は、力率改善回路、降圧チョッパ、信号生成回路、電力生成回路及び制御回路を備える。信号生成回路は、チョッピングのために制御端に与えるスイッチング信号を生成する。電力生成回路は、力率改善回路に流れる電流を利用して信号生成回路の動作電力を生成する。制御回路は、第１の出力電圧を目標電圧に近付けるように第１のスイッチング素子をフィードバック制御するものであり、フィードバック制御の応答速度を、昇圧チョッパが始動されてからの始動期間が終了した後は、第１の応答速度とし、始動期間では第１の応答速度よりも早い第２の応答速度とする。
【選択図】 図２

Description

本発明の実施形態は、電源装置及びこの電源装置を備えた照明装置に関する。

高調波改善と定電流特性を備えた電源装置を実現するため、ＰＦＣ部と定電流制御部とを備えた電源装置、例えば外部から供給された電圧を力率改善機能を備えた昇圧チョッパで昇圧したのちに降圧チョッパで降圧して所望の電力を得る電源装置が知られている。

降圧チョッパにおいては、チョッピングのためのスイッチング素子として、典型的には電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：field-effect transistor）が用いられる。ＦＥＴは、ゲートとソースとの間の電位差によりドレインとソースとの導通をオン／オフできるスイッチング素子である。
例えばスイッチング素子としてＦＥＴを用いた降圧チョッパにおいては、ＦＥＴのソース電位がグランドに無いハイサイド構成が用いられることがある。この場合ＦＥＴのソースの電位は不定となるため、ゲートに供給する電位に工夫が必要となる。

電源装置の始動時には、まず昇圧チョッパの動作を開始し、その後に降圧チョッパの動作を開始する。そして降圧チョッパは、昇圧チョッパの動作に伴い得られる電圧を用いてスイッチング素子の制御端に供給するための電圧を生成する。このため、昇圧チョッパの動作状態によっては、スイッチング素子の制御端に供給するための電圧を生成するのに十分な電圧が得られない場合があり、このような場合には降圧チョッパの動作を正常に始動することができない恐れがあった。

特開２０１５−１８５４５０号公報

本発明が解決しようとする課題は、降圧チョッパ動作を確実に始動することが可能な電源装置及びそのような電源装置を備えた照明装置を提供することを目的とする。

実施形態の電源装置は、力率改善回路、降圧チョッパ、信号生成回路、電力生成回路及び制御回路を備える。力率改善回路は、外部電源から供給される電圧をスイッチング素子のスイッチング動作により第１の出力電圧を得る。降圧チョッパは、制御端へのスイッチング信号によりオン／オフする第２のスイッチング素子として備え、第１の出力電圧を降圧する。信号生成回路は、降圧チョッパでのチョッピングのために制御端に与えるスイッチング信号を生成する。電力生成回路は、前記力率改善回路に流れる電流を利用して信号生成回路の動作電力を生成する。制御回路は、第１の出力電圧を予め定められた目標電圧に近付けるように第１のスイッチング素子をフィードバック制御するものであり、フィードバック制御の応答速度を、昇圧チョッパが始動されてから予め定めた始動期間が終了した後は、第１の応答速度とし、始動期間では、第１の応答速度よりも早い第２の応答速度とする。

本発明によれば、降圧チョッパ動作を確実に始動することが可能な電源装置及びそのような電源装置を備えた照明装置を提供できる。

第１の実施形態に係る照明装置の電気回路構成を示す図。 図１中の制御回路の要部構成を示すブロック図。 図１に示す照明装置の始動時における電圧ＶＤＣ及び図２中の選択回路の動作の時間変化を表す図。 一実施形態に係る異常監視動作の説明図。 第２の実施形態に係る照明装置の電気回路構成を示す図。 図５中の制御回路の要部構成を示すブロック図。 図１に示す照明装置の始動時における電圧ＶＤＣの時間変化を表す図。 第２の実施形態に係る照明装置における制御回路の要部構成を示すブロック図。

以下、いくつかの実施の形態について図面を用いて説明する。

（第１の実施形態）
（構成）
図１は第１の実施形態に係る照明装置１００の電気回路構成を示す図である。なお図１は、概略の回路構成を示していて、実際の回路構成で備える各種の要素の一部の図示を省略している。

照明装置１００は、光源ユニット１及び電源装置２を備える。光源ユニット１は、照明装置１００の本体に対して着脱自在である。電源装置２は、上記本体に固定的に備えられている。

光源ユニット１は、光源としての複数の発光ダイオード（ＬＥＤ：light emitting diode）Ｄ１１と抵抗器Ｒ１１とを備える。複数の発光ダイオードＤ１１は直列に接続されている。抵抗器Ｒ１１は、発光ダイオードＤ１１の直列回路における電流出力端に接続されている。なお、発光ダイオードＤ１１の数は任意である。発光ダイオードＤ１１は、１つのみ設けられていてもよい。また、図１に示す様な発光ダイオードＤ１１の直列回路が、複数並列に接続されていてもよい。発光ダイオードＤ１１の直列回路における電流入力端及び電流出力端と、抵抗器Ｒ１１の発光ダイオードＤ１１に接続されていない端部とにはそれぞれ、電源装置２と接続するための端子Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１３が接続されている。なお光源ユニット１は光源として、発光ダイオードＤ１１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。光源ユニット１を本体に対して着脱自在としているのは、光源ユニット１の交換を可能とするためである。光源ユニット１は、電源装置２に固定的に接続されていて、交換不可能となっていてもよい。

電源装置２は、商用電源等の外部電源２００からの電力供給を受けて、発光ダイオードＤ１１を発光させるために光源ユニット１に供給する電力を生成する。電源装置２は、整流回路１０、力率改善回路２０、降圧チョッパ回路３０、制御回路４０、コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ａ，Ｃ４ｂ，Ｃ５ａ，Ｃ５ｂ，Ｃ６、抵抗器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７ａ，Ｒ７ｂ，Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０及びダイオードＤ１，Ｄ２を含む。

整流回路１０の一対の入力端は、２つの端子Ｔ２１，Ｔ２２にそれぞれ接続されている。この２つの端子Ｔ２１，Ｔ２２には、商用電源等の外部電源２００に接続された２本の電源線がそれぞれ結線される。これにより整流回路１０の一対の入力端には、外部電源２００から供給される交流電力が入力されている。整流回路１０は、交流電力を整流し、これにより得られる直流電力を出力する。整流回路１０の一対の出力端の間に整流回路１０が出力する直流電力は、コンデンサＣ１により平滑化された上で力率改善回路２０へと供給される。

力率改善回路２０は、供給された直流電力を力率改善のために昇圧する。力率改善回路２０は、ＰＦＣ（power factor correction）回路とも称される。力率改善回路２０は、トランスＴｒ２１、第１のスイッチング素子Ｑ２１、電解コンデンサＣ２１及び抵抗器Ｒ２１を含む。

トランスＴｒ２１は、一次側の１つのコイルＬ２１及び二次側の２つのコイルＬ２２，Ｌ２３を備える。コイルＬ２１の第１端は、整流回路１０の出力端の１つとコンデンサＣ１の一端とに接続されている。コンデンサＣ１の他端は、主回路のグランド電位に接続されている。コイルＬ２１の第２端には、第１のスイッチング素子Ｑ２１のドレインとダイオードＤ２０のアノードが接続されており、ダイオードＤ２０のカソードと電解コンデンサＣ２１の第１端とが接続されている。第１のスイッチング素子Ｑ２１のソースは、制御回路４０のＣＳ端子に接続されるとともに、抵抗器Ｒ２１を介してグランド電位に接続されている。電解コンデンサＣ２１の第２端は、グランド電位に接続されている。第１のスイッチング素子Ｑ２１のゲートは、制御回路４０のＧＤ端子に接続されている。第１のスイッチング素子Ｑ２１としては、本実施形態ではＦＥＴを用いている。かくしてコイルＬ２１、第１のスイッチング素子Ｑ２１、ダイオードＤ２０及び電解コンデンサＣ２１は、昇圧チョッパ回路を形成している。そしてコイルＬ２１の第２端と電解コンデンサＣ２１の第１端との接続点における電位と、グランド電位との電位差が、力率改善回路２０の出力の電圧ＶＤＣとなる。当該電圧ＶＤＣは、降圧チョッパ回路３０に供給されるとともに、制御回路４０のＶＤＣ端子とＬＧＮＤ端子との間に供給される。

コイルＬ２２の一端は、抵抗器Ｒ１、コンデンサＣ２及びダイオードＤ１を直列接続して形成された整流回路を介して制御回路４０のＶＢ端子に接続されている。コイルＬ２２の他端は、制御回路４０のＶＳ端子に接続されている。かくしてコイルＬ２２は、コイルＬ２１に生じる電流によりＶＳ端子の電位を基準とした電圧を誘起し、当該電圧を制御回路４０のＶＢ端子とＶＳ端子との間に供給する。

コイルＬ２３は、一端が抵抗Ｒ２３を介して制御回路４０のＺＣＤ端子に接続され、他端がグランド電位に接続されている。かくしてコイルＬ２３は、コイルＬ２１に生じる電流によりグランド電位を基準とした電圧を誘起し、当該電圧を制御回路４０のＺＣＤ端子に供給する。

抵抗器Ｒ２，Ｒ３は、整流回路１０の出力端の１つとグランドとの間に直列接続されている。これにより抵抗器Ｒ２，Ｒ３は、整流回路１０の出力端の電位とグランド電位との電位差、すなわち力率改善回路２０へと供給される電圧を分圧する分圧回路を形成している。そして抵抗器Ｒ２と抵抗器Ｒ３との接続点は、制御回路４０のＭＵＬＴ端子に接続されている。

抵抗器Ｒ４，Ｒ５は、電解コンデンサＣ２１の第１端と第２端との間に並列接続されている。これにより抵抗器Ｒ４，Ｒ５は、コイルＬ２１の第２端の電位とグランド電位との電位差、すなわち力率改善回路２０から降圧チョッパ回路３０へと供給される電圧を分圧する分圧回路を形成している。そして抵抗器Ｒ４と抵抗器Ｒ５との接続点は、制御回路４０のＶＦＢ端子に接続されている。

ダイオードＤ２は、そのアノード及びカソードが、制御回路４０のＶｃｃ端子及びＶＢ端子にそれぞれ接続されている。かくしてダイオードＤ２は、制御回路４０のＶｃｃ端子から出力される電流をＶＢ端子に入力させるべく通過させる。また、ダイオードＤ２は、ＶＳ端子に対して逆流を阻止する。

コンデンサＣ３は、制御回路４０のＶＳ端子とＶＢ端子とにそれぞれ接続されている。コンデンサＣ３は、ＶＢ端子の電位がＶＳ端子の電位よりも高いときに、抵抗器Ｒ１、コンデンサＣ２及びダイオードＤ１により形成された整流回路から出力される電圧及びＶｃｃ端子から出力される後述する電圧Ｖｃｃにより充電される。

降圧チョッパ回路３０は、少なくとも第２のスイッチング素子Ｑ３１、コイルＬ３１、ダイオードＤ３１、コンデンサＣ３１を含む。なお、Ｌ３２はフィルタとして用いられるが無くてもよい。

第２のスイッチング素子Ｑ３１としては、本実施形態ではＦＥＴを用いる。第２のスイッチング素子Ｑ３１のドレインは、力率改善回路２０のコンデンサ２１にの第１端に接続されている。つまり第２のスイッチング素子Ｑ３１のドレインが、降圧チョッパ回路３０の入力端に相当する。第２のスイッチング素子Ｑ３１の制御端であるゲートは、制御回路のＨＯ端子に接続されている。第２のスイッチング素子Ｑ３１の出力端としてのソースは、コイルＬ３１の一端に接続されている。コイルＬ３１の他端は、降圧チョッパ回路の出力となる。また第２のスイッチング素子Ｑ３１のソースは、コイルＬ３２とダイオードＤ３１との直列回路を介してグランド電位に接続されている。ダイオードＤ３１のアノードがグランド電位に接続される。かくして、第２のスイッチング素子Ｑ３１、コイルＬ３１，Ｌ３２、ダイオードＤ３１及びコンデンサＣ３１は、降圧チョッパを形成している。なお、抵抗器Ｒ３１は、発光ダイオードＤ１１を流れる電流の検出用であり、コンデンサＣ３１と抵抗器Ｒ３１との接続点に当該電流に応じた大きさの電位を生じさせる。コンデンサＣ３１と抵抗器Ｒ３１との接続点は、抵抗器Ｒ６を介して制御回路４０のＯＣＰ端子に接続されている。

コイルＬ３１とコンデンサＣ３１との接続点は、降圧チョッパの出力端に相当する。この接続点は、光源ユニットの端子Ｔ１１に接触する端子Ｔ３１に接続されている。

抵抗器Ｒ３２は、光源ユニットの端子Ｔ１２，Ｔ１３にそれぞれ接触する端子Ｔ３２，Ｔ３３に両端がそれぞれ接続されている。抵抗器Ｒ３２と端子Ｔ３２との接続点は、制御回路４０のＯＰ−端子に接続されている。端子Ｔ３３は、抵抗器Ｒ３１を介してグランド電位に接続されている。

コンデンサＣ４ａは、制御回路４０のＣＯＭＰ１端子とＬＧＮＤ端子との間に接続される。抵抗器Ｒ７ａ及びコンデンサＣ５ａは、制御回路４０のＣＯＭＰ１端子とＬＧＮＤ端子との間に直列に接続される。
コンデンサＣ４ｂは、制御回路４０のＣＯＭＰ２端子とＬＧＮＤ端子との間に接続される。抵抗器Ｒ７ｂ及びコンデンサＣ５ｂは、制御回路４０のＣＯＭＰ２端子とＬＧＮＤ端子との間に直列に接続される。

抵抗器Ｒ８，Ｒ９は、コイルＬ３１とＬＧＮＤ端子との間に直列に接続されている。コンデンサＣ６及び抵抗器Ｒ１０は、コイルＬ３１と、抵抗器Ｒ８と抵抗器Ｒ９との接続点との間に直列に接続されている。そして抵抗器Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０の接続点は、制御回路４０のＡＢＮ端子に接続されている。抵抗器Ｒ８，Ｒ９は降圧チョッパ回路出力の電圧検出回路を構成し、コンデンサＣ６及び抵抗器Ｒ１０は降圧チョッパ回路出力の電圧変化検出回路を構成する。

図２は制御回路４０の要部構成を示すブロック図である。

制御回路４０は、例えばＩＣ（integrated circuit）回路として実現してもよいし、その構成の一部をＩＣの外に設けてもよいし、すべての構成をアナログ回路で構成してもよい。制御回路４０は、選択回路４１、ＰＦＣ制御回路４２、点灯制御回路４３、保護回路４４、電源回路４５、エラーアンプ４６及び監視回路４７を含む。ただし、制御回路４０に含まれる各回路の一部又は全てを個別に構成してもよい。また、制御回路４０に含まれる各回路で行われる処理の一部を、コンピュータを用いたソフトウェア処理により実現することもできる。

制御回路４０に含まれる各回路の機能を説明するのに先立ち、制御回路４０が備える各端子のうちの入力機能を持つ端子について説明する。該当する端子は、ＭＵＬＴ端子、ＺＣＤ端子、ＣＳ端子、ＶＳ端子、ＶＢ端子、ＶＦＢ端子、ＶＤＣ端子、ＯＣＰ端子、ＣＯＭＰ１端子、ＣＯＭＰ２端子、ＯＰ−端子及びＡＢＮ端子である。

ＭＵＬＴ端子は、力率改善回路２０への入力電圧を監視するための端子である。

ＺＣＤ端子の電位は、コイルＬ２３に誘起される電圧に応じて変化する。そして、コイルＬ２１に流れる電流によって誘起されるＬ２３の電圧をＺＣＤ端子で検出することでコイルＬ２１の電流がゼロになったことを検出する。

ＣＳ端子の電位は、第１のスイッチング素子Ｑ２１のドレイン−ソース間に流れる電流に応じて変化する。つまりＣＳ端子は、上記電流の大きさを監視するための端子である。

ＶＳ端子の電位は、ＨＯ端子、ＶＢ端子の基準電位を定めるための端子である。

ＶＢ端子は、ＨＯ端子に電圧を発生させるための電源用の端子であり、その電源はＶｃｃ端子からダイオードＤ２を介して供給される。また、ＶＢ端子にはコイルＬ２２で発生した電圧を抵抗器Ｒ１、コンデンサＣ２及びダイオードＤ１を介して供給される。なお、Ｖｃｃ端子から供給される電圧は、例えば降圧チョッパ回路３０のコイルＬ３１と磁気結合された図示しないコイル等で発生した電圧を元に供給される。

ＶＦＢ端子は、力率改善回路２０の出力の電圧ＶＤＣに応じた電位となる。つまりＶＦ端子は、電圧ＶＤＣの大きさを監視するための端子である。

ＶＤＣ端子は、電圧ＶＤＣを制御回路４０の動作電圧として取り込むための端子である。

ＯＣＰ端子の電位は、抵抗器Ｒ３１に流れる電流に応じた電位となる。抵抗器Ｒ３１に流れる電流は、発光ダイオードＤ１１を流れた電流である。つまりＯＣＰ端子は、発光ダイオードＤ１１に供給された電流の大きさを監視するための端子であり、本実施形態では過電流保護のために使用する。

ＣＯＭＰ１端子は、後述するようにコンデンサＣ４ａ，Ｃ５ａを充電する端子である。またＣＯＭＰ１端子は、コンデンサＣ４ａ，Ｃ５ａからの放電により生じる電圧を取り込む端子である。

ＣＯＭＰ２端子は、後述するようにコンデンサＣ４ａ，Ｃ５ａを充電する端子である。またＣＯＭＰ２端子は、コンデンサＣ４ａ，Ｃ５ａからの放電により生じる電圧を取り込む端子である。

ＯＰ−端子の電位は、端子Ｔ１２と端子Ｔ１３との間に発生する電位差に応じた電位となる。発光ダイオードＤ１１の負荷に応じて抵抗器Ｒ１１の大きさが設定されており、ＯＰ−の値が目標値に一致するように電源装置２の出力電流が制御される。なお、光源ユニット１の端子Ｔ１２が端子Ｔ３２と接触していない場合には、ＯＰ−端子には検出電圧が入力されなくなる。また、ＯＰ−端子の電位が一定時間目標値に一致しない場合は、電源装置２の異常が推定される。そこで本実施形態では、ＯＰ−端子は、光源ユニット１が正常に装着されているか否か、ならびに電源装置２の異常を監視するための端子として利用する。

ＡＢＮ端子は、降圧チョッパ回路３０から光源ユニット１へと供給される電圧の変化量又は電位に応じた出力が入力される。上記変化量は、抵抗器Ｒ８，Ｒ９が形成する電圧検出回路としての分圧回路と、コンデンサＣ６及び抵抗器Ｒ１０が形成する電圧変化検出回路としての微分回路とにより検出される。つまりＡＢＮ端子は、降圧チョッパ回路３０から光源ユニット１へと供給される電圧の一定時間当たりの変化量を監視するための端子である。

さて、選択回路４１は、電源回路４５からの給電状態とＯＣＰ端子の電位とを監視し、これらに応じてＣＯＭＰ１端子又はＣＯＭＰ２端子を選択的にＰＦＣ制御回路４２に接続する。

ＰＦＣ制御回路４２は、ＭＵＬＴ端子、ＺＣＤ端子、ＣＯＭＰ１端子、ＣＯＭＰ２端子、ＣＳ端子及びＶＦＢ端子のそれぞれの電位に基づき、第１のスイッチング素子Ｑ２１をオン／オフすることで自励発振制御を行う。この制御のための処理については、既存の処理を用いることができるので、その詳細な説明は省略する。第１のスイッチング信号は、例えば40〜50ｋＨｚ程度の高周波信号となる。

ＰＦＣ制御回路４２は、エラーアンプ４２ａ、マルチプレクサ４２ｂ、コンパレータ４２ｃ及び信号生成回路４２ｄを含む。エラーアンプ４２ａは、反転入力端がＶＦＢ端子に、また非反転入力端が電源回路４５にそれぞれ接続されている。

エラーアンプ４２ａは、電源回路４５からの閾値電圧Ｖｔｈの供給により非反転入力端に生じる電位に対するＶＦＢ端子の電位の差を算出し、出力端の電位をこの電位差に応じた電位とする。ただし、エラーアンプ４２ａの出力端には、選択回路４１を介してＣＯＭＰ１端子又はＣＯＭＰ２端子が接続される。つまりエラーアンプ４２ａの出力端には、コンデンサＣ４ａ，Ｃ５ａ及び抵抗器Ｒ７ａからなるＲＣ回路又はコンデンサＣ４ｂ，Ｃ５ｂ及び抵抗器Ｒ７ｂからなるＲＣ回路が接続される。このためエラーアンプ４２ａの出力端の電位は、接続されたＲＣ回路の常数に応じて後述のように変化する。

エラーアンプ４２ａの出力端は、マルチプレクサ４２ｂの２つの入力端の一方にも接続されている。マルチプレクサ４２ｂの他方の入力端には、ＭＵＬＴ端子が接続されている。マルチプレクサ４２ｂは、エラーアンプ４２ａの出力端の電位とＭＵＬＴ端子の電位とを乗算し、その乗算結果を出力端の電位とする。

マルチプレクサ４２ｂの出力端は、コンパレータ４２ｃの非反転入力端に接続されている。コンパレータ４２ｃの反転入力端は、ＣＳ端子に接続されている。コンパレータ４２ｃは、マルチプレクサ４２ｂの出力端の電位を基準値とし、この基準値に対してＣＳ端子の電位が大きいか否かを表した信号を信号生成回路４２ｄへと出力する。

信号生成回路４２ｄには、ＺＣＤ端子も接続されている。信号生成回路４２ｄは、信号生成回路４２ｄから与えられる信号に応じて定まるオンタイミングからＺＣＤ端子の電位により定まるオフタイミングまでの間に、ＧＤ端子を第１のスイッチング素子Ｑ２１をオンするための電位とする。信号生成回路４２ｄは、上記のオフタイミングから上記のオンタイミングまでの間は、ＧＤ端子を第１のスイッチング素子Ｑ２１をオフするための電位とする。これにより、ＧＤ端子より第１のスイッチング信号が出力される。

点灯制御回路４３は、ＶＢ端子とＶＳ端子との間の電圧を用いて、第２のスイッチング素子Ｑ３１をオン／オフするためのスイッチング信号（以下、第２のスイッチング信号と称する）を生成する。なお点灯制御回路４３は、降圧チョッパ回路３０におけるチョッピングに関して、ＯＰ−端子の電位がＯＰ＋の基準電位に一致するように、すなわち発光ダイオードＤ１１に流れる電流を一定とするようなフィードバック制御を行うように第２のスイッチング信号を生成する。かくして点灯制御回路４３は、信号生成回路に相当する。

保護回路４４は、通常はＶＤＣ端子を電源回路４５に接続している。保護回路４４は、監視回路４７の制御のもとに、ＶＤＣ端子と電源回路４５との接続を遮断する。

電源回路４５は、制御回路４０の立上げ時にＶＤＣ端子から取り込まれた電圧ＶＤＣを用いてドロッパ電源を生成する。電圧ＶＤＣを用いて生成されたドロッパ電源は立ち上げから一定時間、制御回路４０内の各回路を動作させるための動作電圧、電圧Ｖｃｃ及び閾値電圧Ｖｔを供給する。また、電源回路４５は図示しない任意の電源を電源装置２から確保するように構成されており、前記ドロッパ電源供給がタイムアウトした後は任意の電源から各回路を動作させるための動作電圧、電圧Ｖｃｃ及び閾値電圧Ｖｔを生成する。閾値電圧Ｖｔｈは、エラーアンプ４２ａの非反転入力端に供給される。

エラーアンプ４６は、差動アンプであり、非反転入力端に基準値ＯＰ＋が入力され、反転入力端子にはＯＰ−端子が接続されている。エラーアンプ４６は、基準値ＯＰ＋に対するＯＰ−端子の電位の差分に応じた大きさの電圧を出力する。エラーアンプ４６の出力する電圧は、点灯制御回路４３と監視回路４７とに入力される。

監視回路４７は、エラーアンプ４６から出力された電圧と、ＡＢＮ端子の電位とに基づいて照明装置１００の異常を監視する。監視回路４７は、異常検出時には、ＧＤ端子からの出力を停止するように保護回路４４を制御する。

次に以上のように構成された照明装置１００の動作について説明する。

（定常的な動作状態における動作）
まず、定常的な動作状態における動作について説明する。

定常的な動作状態において力率改善回路２０は、位相補償を行いつつ、電圧ＶＤＣを予め定められた目標電圧とするように昇圧チョッピングする。これは、ＰＦＣ制御回路４２が生成する第１のスイッチング信号を、第１のスイッチング素子Ｑ２１のゲートに供給することにより実現される。ＰＦＣ制御回路４２は、ＭＵＬＴ端子、ＺＣＤ端子、ＣＳ端子及びＶＦＢ端子の電位などに応じて第１のスイッチング信号を調整することにより、周知の自励発振方式による昇圧チョッピングの制御を行う。すなわちＰＦＣ制御回路４２は、力率改善回路２０へと入力される電圧の変化、コイルＬ２１における電流の有無、第１のスイッチング素子Ｑ２１のドレイン−ソース間に流れる電流、さらには電圧ＶＤＣに応じた第１のスイッチング信号をＧＤ端子から出力する。なお目標電圧は、例えば400Ｖに定められる。

ＰＦＣ制御回路４２が生成した第１のスイッチング信号による第１のスイッチング素子Ｑ２１の制御は、電圧ＶＤＣの変化を加味したフィードバック制御を含む。これは、閾値電圧Ｖｔｈに対する電圧ＶＤＣの差をエラーアンプ４２ａにより算出し、これを信号生成回路４２ｄでのオンタイミングの決定に加味していることにより実現されている。

定常時においては、選択回路４１はＣＯＭＰ１端子を選択している。つまり定常時においては、コンデンサＣ４ａ，Ｃ５ａ及び抵抗器Ｒ７ａにより形成されたＲＣ回路（以下、第１のＲＣ回路と称する）がエラーアンプ４２ａの出力端に接続されている。このため、エラーアンプ４２ａから出力される電荷の一部は、第１のＲＣ回路に出し入れされることになる。この結果、エラーアンプ４２ａの出力端の電位の変化は、ＶＤＣ電圧の変化に比べて緩やかとなる。エラーアンプ４２ａから出力される電荷が第１のＲＣ回路に出し入れされる比率により、上記のフィードバック制御の応答速度が変化する。また当該比率は、第１のＲＣ回路の常数に応じて定まる。そして第１のＲＣ回路の常数は、フィードバック制御による発振が生じないように、例えば照明装置１００、電源装置２又は制御回路４０の設計者などによって定められる。

監視回路４７は、後述する異常が生じていない状況においては、保護回路４４を動作させていない。

また定常的な動作状態において降圧チョッパ回路３０は、力率改善回路２０から供給される電圧を降圧しつつ、発光ダイオードＤ１１に流れる電流が、発光ダイオードＤ１１を適正な強度で発光させるための大きさで一定となるように降圧チョッピングする。これは、点灯制御回路４３が生成する第２のスイッチング信号を、第２のスイッチング素子Ｑ３１のゲートに供給することにより実現される。点灯制御回路４３は、発光ダイオードＤ１１に流れる電流の大きさを、発光強度の設定値に応じた強度で発光ダイオードＤ１１を発光させるための適切な大きさに近付けるように、第２のスイッチング信号の周波数及びデューティ比を調整する。

このとき、点灯制御回路４３を動作させるための電力は、ブートストラップ方式によって得られる。つまり、第２のスイッチング素子Ｑ３１がオン／オフを繰り返す中で第２のスイッチング素子Ｑ３１がオフとなると、コイルＬ３１の回生電流が、コンデンサＣ３１、抵抗器Ｒ３１、ダイオードＤ３１及びコイルＬ３２を介して流れる。これにより、ＶＳ端子の電位がグランド電位付近まで低下する。このとき、Ｖｃｃ端子はグランド電位を基準にＶｃｃ電圧を発生させており、Ｖｃｃ端子から出力される電圧ＶｃｃをＶＢ端子に供給可能に構成されている。また、コイルＬ２２から抵抗器Ｒ１、コンデンサＣ２及びダイオードＤ１を介して供給される電圧がＶＢ端子に供給されており、Ｖｃｃ端子から出力される電圧ＶｃｃがＶＢ端子に供給されないときには、当該電圧がＶＦ端子に供給される。このように、常にＶＢ端子に電源を供給できる。

（始動時の動作）
次に照明装置１００の始動時の動作について説明する。

図３は照明装置１００の始動時における電圧ＶＤＣと、電源回路４５及び選択回路４１の動作の時間変化を表す図である。

照明装置１００が動作していないとき、第１のスイッチング素子Ｑ２１及び第２のスイッチング素子Ｑ３１はいずれもオフ状態である。整流回路１０及びコンデンサＣ１により得られた直流電力が力率改善回路２０へと与えられるようになると、電圧ＶＤＣとしては、まずはその直流電力の電圧が表れる。この電圧ＶＤＣが電源回路４５に供給されると、電源回路４５一定時間ドロッパ電源を生成し、これにより制御回路４０の他の各回路が始動する。

選択回路４１は、電源回路４５から給電されていないときには、第１のＲＣ回路を選択している。そして選択回路４１は、図３のＴ１時点において電源回路４５からの給電が開始されたことに応じて、コンデンサＣ４ｂ，Ｃ５ｂ及び抵抗器Ｒ７ｂにより形成されたＲＣ回路（以下、第２のＲＣ回路と称する）を選択する。第２のＲＣ回路の常数は、フィードバック制御の応答速度が、選択回路４５が第１のＲＣ回路を選択しているときよりも早くなるように、例えば照明装置１００、電源装置２又は制御回路４０の設計者などによって定められる。

このとき、降圧チョッパ回路３０はまだ始動されていない。つまり、ブートストラップ動作は行われていない。しかしながら、第１のスイッチング素子Ｑ２１がオンである場合にコイルＬ２１に電流が生じることで、コイルＬ２１に電圧が誘起される。そしてこの電圧が、抵抗器Ｒ１、コンデンサＣ２及びダイオードＤ１により形成された整流回路で整流された上でＶＢ端子に印加されることで、コンデンサＣ３が充電される。かくして、トランスＴｒ２１、抵抗器Ｒ１、コンデンサＣ２及びダイオードＤ１は、第１のスイッチング素子Ｑ２１への電流の流れを利用してコンデンサＣ３を充電する充電手段として機能している。

力率改善回路２０は、昇圧チョッピングを開始すると、電圧ＶＤＣを図３に示すように上昇させる。このとき、電圧ＶＤＣの変化方向は増加の一方向であるため、力率改善回路２０のフィードバック制御に関する応答速度が上記のように早めてあるので、第１のＲＣ回路に切り替わるＴ３までほとんど発振せずに目標電圧一定となる。

力率改善回路２０は、電圧ＶＤＣが目標電圧に一旦到達した後、Ｔ３以降は電圧ＶＤＣの低下と上昇とを繰り返す状態に移行する。このため、Ｔ１からＴ３までは電圧ＶＤＣの変化に高速で追従して昇圧チョッピングの周波数及びデューティ比が変更されることとなり、オーバーシュートは抑制される。例えば、目標電圧値に対して所定割合以上の電圧値に到達させることなくＶＤＣの電圧を目標電圧に近づけることができる。

さて点灯制御回路４３は、電圧ＶＤＣにオーバーシュートが生じた少し後もしくは目標電圧に到達した後から動作を開始する。点灯制御回路４３は、図２の例ではＴ２時点から動作を開始している。

このときには降圧チョッパ回路３０は動作を停止しているから、第２のスイッチング素子Ｑ３１はオフ状態であり、回生電流も生じていない。このため、第２のスイッチング素子Ｑ３１のソースの電位、すなわちＶＳ端子の電位は、不定となっている。つまり第２のスイッチング素子Ｑ３１は、当該不定の電位に対して規定の電位差を持つ電位をゲートに生じさせなければ、オンすることができない。

しかしながらこのとき、ＶＢ端子には、電圧ＶｃｃにコイルＬ２２から供給される電圧を足し合わせた電圧、又は電圧ＶｃｃにコンデンサＣ３の端子間電圧を足し合わせた電圧が常に入力されている。つまり、電圧Ｖｃｃよりも大きな電圧がＶＢ端子に常に入力されている。したがって点灯制御回路４３は、ＶＢ端子とＶＳ端子との間の電圧を用いることで、ＨＯ端子の電位を、不定の電位に対して規定の電位差を持つ電位とすることができ、第２のスイッチング素子Ｑ３１をオンすることができる。かくして、電源回路４５と、トランスＴｒ２１、抵抗器Ｒ１、コンデンサＣ２、ダイオードＤ１及びコンデンサＣ３により形成された回路とにより、力率改善回路２０の出力電圧及びコンデンサＣ３が蓄えた電荷から点灯制御回路４３の動作電力を生成する電力生成回路が形成されていることになる。

降圧チョッパ回路３０は、このようにしてチョッピング動作を開始したならば、以降はブートストラップ動作によってチョッピング動作を継続する。これにより、降圧チョッパ回路３０から発光ダイオードＤ１１へと電圧が印加されるようになり、発光ダイオードＤ１１に電流、いわゆる負荷電流が生じる。負荷電流は、図３に示すように増加し、降圧チョッパ回路３０による定電流制御が安定すると、一定となる。

選択回路４１は、ＯＣＰ端子の電位に基づいて負荷電流の大きさを監視し、予め定められた閾値電流以上となったならば、第１のＲＣ回路を選択するように切り換わる。つまり選択回路４１は、図３の例ではＴ３時点において、選択する回路を第２のＲＣ回路から第１のＲＣ回路に切り換わる。これにより、電源装置２は、前述した定常時の動作に移行する。

電圧ＶＤＣが目標電圧に到達してから選択回路４１が上記のように切り換わるまでの間は、力率改善回路２０のフィードバック制御に関する応答速度が早められたままで、電圧ＶＤＣが上昇又は低下させられる。しかしながら当該期間は、フィードバック制御による発振が生じるほどに長くはない。従って、フィードバック制御による発振は生じない。

さて、始動時においても、力率改善回路２０のフィードバック制御に関する応答速度を定常時と同じとした場合は、電圧ＶＤＣの急激な変化に追従できずに、電圧ＶＤＣには図３に破線で示すように大きなオーバーシュートが生じる。そしてこれに対して従来は、第１のスイッチング素子Ｑ２１をオフとすることで、オーバーシュートを抑制することが行われていた。

しかしながら、第１のスイッチング素子Ｑ２１がオフであると、コンデンサＣ３を充電することができず、降圧チョッパ回路３０を始動するタイミングに、そのために必要な電力を点灯制御回路４３へと供給できない恐れがあった。

これに対して電源装置２によれば、力率改善回路２０でのチョッピングを継続したままでオーバーシュートを抑圧することが可能であるから、降圧チョッパ回路３０を始動するタイミングにおいては、そのために必要な電力を点灯制御回路４３へと確実に供給することができる。つまり、降圧チョッパ回路３０を確実に始動させることが可能となる。

（異常監視動作）
監視回路４７は、ＡＢＮ端子の電位を監視する。ＡＢＮ端子の電圧は前述したように、降圧チョッパ回路３０から光源ユニット１へと供給される電圧の一定時間当たりの変化量又は電圧値を表す。そして監視回路４７は、当該変化量が予め定められた規定量以上となった場合に、異常と判定する。例えば、監視回路４７は、負荷が脱落した場合等、降圧チョッパ回路３０から光源ユニット１へと供給される電圧が急峻に変動した場合に異常と判定する。また、ＡＢＮ端子の電圧が所定の電圧値以上になったときも異常と判定する。つまり、図４に示すように、縦軸に時間、縦軸に降圧チョッパ回路３０の出力電圧値をとったときに、電圧が閾値Ｖｔｈ１以上又は傾きＶｔｈ２以上の領域（図中斜線で示す領域）を異常と判定する。

監視回路４７は、エラーアンプ４６が出力する電圧を監視する。エラーアンプ４６は前述したように、基準値ＯＰ＋に対するＯＰ−端子の電位の差分に応じた大きさの電圧を出力する。そしてＯＰ−端子の電位は、光源ユニット１が正しく装着されている場合には発光ダイオードＤ１１による負荷の大きさに応じた電位であり、光源ユニット１が正しく装着されていない場合には検出電圧が入力されない。つまり、エラーアンプ４６が出力する電圧は、ＯＰ−端子の電位がＯＰ＋端子よりも大きい場合はLowとなり、光源ユニット１が正しく装着されていない場合に最大（High）となる。そこで監視回路４７は、エラーアンプ４６が出力する電圧が予め定められた規定電圧以上となった場合、HighまたはLow状態が一定時間継続した場合に、異常と判定する。例えば、highが継続する場合は、光源ユニット１が正しく装着されていない場合や、ＯＰ−端子への入力が欠損していることが想定される。また、Lowが継続する場合は、降圧チョッパ回路３０の第２のスイッチング素子Ｑ３１の故障が推定される。従って監視回路４８は、これらを異常と判定する。

監視回路４７は、異常と判定した場合には、保護回路４４を動作させて電源回路４５への電圧ＶＤＣの供給を遮断する。これにより、電源回路４５から制御回路４０内の各部への動作電圧の供給が停止され、力率改善回路２０及び降圧チョッパ回路３０の動作も停止される。

（第２の実施形態）
図５は第２の実施形態に係る照明装置３００の電気回路構成を示す図である。なお図５は、概略の回路構成を示していて、実際の回路構成で備える各種の要素の一部の図示を省略している。また図５においては、図１に示される要素と同一の要素に対しては同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

照明装置３００は、光源ユニット１及び電源装置３を備える。つまり照明装置３００は、照明装置１００における電源装置２に代えて電源装置３を備えたものである。
電源装置３は、整流回路１０、力率改善回路２０、降圧チョッパ回路３０、制御回路５０、コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ａ，Ｃ５ａ，Ｃ６、抵抗器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７ａ，Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０及びダイオードＤ１，Ｄ２を含む。つまり電源装置３は、電源装置２における制御回路４０に変えて制御回路５０を備える。また電源装置３は、コンデンサＣ４ｂ，Ｃ５ｂ及び抵抗器Ｒ７ｂにより形成されたＲＣ回路を設けず、コンデンサＣ４ａ，Ｃ５ａ及び抵抗器Ｒ７ａにより形成された１つのＲＣ回路を備える。

図６は制御回路５０の要部構成を示すブロック図である。図６においては、図２に示される要素と同一の要素に対しては同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

制御回路５０は、ＰＦＣ制御回路４２、点灯制御回路４３、保護回路４４、電源回路４５、エラーアンプ４６、監視回路４７及び微分回路５１を含む。つまり、制御回路５０は、制御回路４０における選択回路４１を取り除き、コンデンサＣ４ａ，Ｃ５ａ及び抵抗器Ｒ７ａから形成されたＲＣ回路を、エラーアンプ４２ａの出力端に直結している。また、追加して微分回路５１を設けている。

微分回路５１は、電源回路４５が出力するＶｃｃ端子とエラーアンプ４２ａの反転入力端との間に設けられている。微分回路５１は、Ｖｃｃ端子の電位の微分値をエラーアンプ４２ａの反転入力端の電位に加算する。

次に以上のように構成された電源装置３の動作について説明する。
電源装置３の動作が電源装置２の動作と異なるのは、始動時についてである。そこでここでは、始動時の動作の相違点のみを説明する。

電源装置３の始動時には、電源回路４５が電圧Ｖｃｃの出力を開始することにより、Ｖｃｃ端子の電位が急激に上昇する。その後、Ｖｃｃ端子の電位は安定する。このため、微分回路５１で得られる微分値は、始動直後に大きな値となり、ある程度の時間が経過した後にほぼゼロとなる。

電圧ＶＤＣを抵抗器Ｒ４，Ｒ５により分圧して得られる電位に、上記の微分値が加算された電位がエラーアンプ４２ａの反転入力端の電位となるから、当該電位は電源装置３の始動時には、電圧ＶＤＣに応じた本来の電位よりも大きな値となる。この結果、始動時においてエラーアンプ４２ａでは、電圧ＶＤＣと目標電圧との差が実際よりも小さいと認識されることになる。そしてこれがＰＦＣ制御回路４２による力率改善回路２０のフィードバック制御に加味されることにより、電圧ＶＤＣの立ち上がりは例えば図７に示すように緩やかとなり、オーバーシュートが抑制される。これにより電源装置３によっても、第１の実施形態と同様に、降圧チョッパ回路３０を確実に始動させることが可能となる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る照明装置は、第２の実施形態の照明装置３００における制御回路５０に代えて制御回路６０を備えた点で第２の実施形態と異なり、その他は第２の実施形態と同様である。このため、制御回路６０についてのみ説明する。
図８は制御回路６０の要部構成を示すブロック図である。図８においては、図２及び図６に示される要素と同一の要素に対しては同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

制御回路６０は、ＰＦＣ制御回路４２、点灯制御回路４３、保護回路４４、電源回路４５、エラーアンプ４６、監視回路４７及び積分回路６１を含む。つまり、制御回路６０は、制御回路５０における微分回路５１を取り除き、追加して積分回路６１を設けている。

積分回路６１は、エラーアンプ４２ａの非反転入力端の電位を、電源回路４５が出力する閾値電圧Ｖｔｈの積分値に応じた電位とする。
これにより積分回路６１は、電源回路４５が始動して閾値電圧Ｖｔｈを出力するようになると、エラーアンプ４２ａの非反転入力端の電位を徐々に上昇させ、やがて閾値電圧Ｖｔｈに応じた電位に安定させる。この結果、始動時においてエラーアンプ４２ａでは、電圧ＶＤＣと目標電圧との差が実際よりも小さいと認識されることになる。そしてこれがＰＦＣ制御回路４２による力率改善回路２０のフィードバック制御に加味されることにより、電圧ＶＤＣの立ち上がりは第２の実施形態と同様に緩やかとなり、オーバーシュートが抑制される。これにより第３の実施形態の電源装置によっても、第１の実施形態と同様に、降圧チョッパ回路３０を確実に始動させることが可能となる。このように、第１の目標電圧に対して、第１の目標電圧よりも小さい第２の電圧を設定することでーバーシュートを抑制することができる。なお、第２の目標電圧としては時間ごとに滑らかに第１の目標電圧に変化するものであってもよいし、所定値から第１の目標電圧に向かって段階的に変化するものであってもよい。

この実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。

コンデンサＣ３は、ブートストラップ動作のためと、降圧チョッパ回路３０の始動のためとで共用としているが、それぞれの用途に別々のコンデンサを備えてもよい。また、降圧チョッパ回路３０のスイッチングにブートストラップ方式を用いなくてもよい。

電源装置２は、光源ユニット１とは別の種類の負荷に対して電力供給するために用いられてもよい。つまり電源装置２は、照明装置１００とは別の種類の装置に組み込まれてもよいし、独立した装置として実現されてもよい。

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。これら新規な実施形態は、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。

１…光源ユニット、２…電源装置、１０…整流回路、２０…力率改善回路、３０…降圧チョッパ回路、４０，５０，６０…制御回路、４１…選択回路、４２…ＰＦＣ制御回路、４２ａ…エラーアンプ、４２ｂ…マルチプレクサ、４２ｃ…コンパレータ、４２ｄ…信号生成回路、４３…点灯制御回路、４４…保護回路、４５…電源回路、４６…エラーアンプ、４７…監視回路、５１…微分回路、６１…積分回路、１００，３００…照明装置、２００…外部電源、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ａ，Ｃ４ｂ，Ｃ５ａ，Ｃ５ｂ，Ｃ６，Ｃ３１…コンデンサ、Ｃ２１…電解コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３１…ダイオード、Ｄ１１…発光ダイオード、Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ３１…コイル、Ｑ２１…第１のスイッチング素子、Ｑ３１…第２のスイッチング素子、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７ａ，Ｒ７ｂ，Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒ３１，Ｒ３２…抵抗器、Ｔｒ２１…トランス。

Claims (6)

1. 外部電源から供給される電圧をスイッチング素子のスイッチング動作により第１の出力電圧を得る力率改善回路と；
   制御端とへのスイッチング信号によりオン／オフする第２のスイッチング素子として備え、前記第１の出力電圧を降圧する降圧チョッパと；
   前記降圧チョッパでのチョッピングのために前記制御端に与えるスイッチング信号を生成する信号生成回路と；
   前記力率改善回路に流れる電流を利用して前記信号生成回路の動作電力を生成する電力生成回路と；
   前記第１の出力電圧を予め定められた目標電圧に近付けるように前記第１のスイッチング素子をフィードバック制御するものであり、前記フィードバック制御の応答速度を、前記昇圧チョッパが始動されてから予め定めた始動期間が終了した後は、第１の応答速度とし、前記始動期間では、前記第１の応答速度よりも早い第２の応答速度とする制御回路と；
   を具備した電源装置。
2. 前記制御回路は、前記昇圧チョッパが始動されてから、前記降圧チョッパの出力電流が予め定められた基準電流以上となるまでを前記始動期間とする請求項１に記載の電源装置。
3. 外部電源から供給される電圧をスイッチング素子のスイッチング動作により第１の出力電圧を得る力率改善回路と；
   制御端へのスイッチング信号によりオン／オフする第２のスイッチング素子として備え、前記第１の出力電圧を降圧する降圧チョッパと；
   前記降圧チョッパでのチョッピングのために前記制御端に与えるスイッチング信号を生成する信号生成回路と；
   前記力率改善回路に流れる電流を利用して前記信号生成回路の動作電力を生成する電力生成回路と；
   前記第１の出力電圧の大きさを検出する検出手段と、
   前記検出手段による検出値を予め定められた目標値に近付けるように前記第１のスイッチング素子をフィードバック制御する制御回路と；
   前記昇圧チョッパの始動時における予め定められた始動期間において、前記検出値が前記目標値に対して実際よりも大きく認識するように前記制御回路を調整する調整手段と；
   を具備した電源装置。
4. 前記調整手段は、前記始動期間には、前記検出手段により検出された検出値よりも大きな値を前記検出値として前記制御回路に与えることで前記制御回路を調整する請求項３に記載の電源装置。
5. 前記調整手段は、前記始動期間の終了後には、前記目標値を前記第１の出力電圧の目標電圧に応じて予め定められた第１の目標値とし、前記始動期間には、前記第１の目標値よりも小さな値として予め設定された第２の目標値とする請求項３に記載の電源装置。
6. 請求項１−請求項５のいずれか１項に記載の電源装置と；
   前記降圧チョッパで前記第１の出力電圧を降圧して得られた電圧により発光する発光素子と；
   を具備した照明装置。