JP2018088789A - Ｌｅｄ電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ電源装置の大電力化に伴う起動時間の短縮する。
【解決手段】ＬＥＤ電源装置１０は、出力コンデンサＣ３の電圧を監視する監視手段Ｒ１、Ｒ２と、駆動回路１６からのプリチャージ指令により出力コンデンサＣ３へプリチャージ電力を供給するプリチャージ回路２０を備える。プリチャージ回路２０は、出力コンデンサＣ３へのプリチャージ電力を抑制するプリチャージ抵抗器Ｒ３と、プリチャージ抵抗器Ｒ３と直列接続された、駆動回路１８からのプリチャージ指令を受けて動作する開閉スイッチ手段Ｑ１を含む。駆動回路１８は、監視手段Ｒ１で監視されたＣ３の充電電圧が基準電圧未満の場合は、開閉スイッチ手段Ｑ１をオンさせ、監視手段Ｒ１で監視されたＣ３の充電電圧が基準電圧以上の場合は、開閉スイッチ手段Ｑ１の動作をオフさせる。基準電圧は出力コンデンサＣ３の充電可能電の９０％である。
【選択図】図１

Description

本発明はＬＥＤ電源装置、特にＬＥＤ電源装置の大電力化に伴う起動時間の短縮に関する。

近年、スイッチング素子などの半導体技術の発達に伴い、スイッチング電源装置はさまざまな分野で利用されている。特に一昔前までは安定した電源供給が困難であったＬＥＤ素子への電源供給も、このようなスイッチング電源装置を利用することで実現出来るようになった。そして、従来は１個当たりの光出力が小さいというのがＬＥＤ素子の特徴であったが、多数のＬＥＤ素子を直並列により組み合わせて光出力を増大させることで、従来のＨＩＤランプからＬＥＤランプへの置き換えが行われるようになった。

ところで、ＬＥＤランプの需要が増えるにつれて、その用途も一般家庭で使用する場合やビル等の屋内照明として使用する場合だけでなく屋外照明への使用も増えており、このような用途に対応するためＬＥＤランプの大電力化が進みつつある。ＬＥＤランプを大電力化して利用する場合、ＬＥＤランプの点灯開始時は閃光等を防止するために徐々に光量を増加させるソフトスタートで起動させる必要がある。しかしながら実際に大電力化したＬＥＤランプを点灯させる場合、スイッチング電源装置の起動時や停電後の復帰時において、電源装置が備える出力コンデンサの大容量化に伴いＬＥＤランプの点灯開始までに時間を要してしまい、ソフトスタートによる指令が機能せずに閃光等が生じてしまう問題があった。そこで特許文献１には、第１および第２のコンデンサと第１および第２のコンデンサにそれぞれ直列に接続された第１および第２の切り離し用スイッチを備えることで、停電等が発生した際に第１のコンデンサが放電しても停電の復帰時には充電されている第２のコンデンサを利用することにより、電源装置をすぐに起動させることができ、起動時間を短縮することができる技術が開示されている。また、特許文献２には、負荷駆動装置に電圧差検出部と切替判定部とプリチャージ回路を備えており、電圧差検出部で検出した電源電圧と平滑コンデンサの充電電圧との電圧差と閾値とに基づいて切替判定部が切替判定を行い、制御部によりプリチャージ回路を動作させて平滑コンデンサをプリチャージすることで、リレーの接点部の保護と負荷の起動時間の短縮との両立が可能な技術が開示されている。

特開２０１４−１６５９９４ 特開２０１３−１９８１７２

しかしながら、特許文献１のように電源装置に第１および第２のコンデンサと第１および第２の切り離し用スイッチを備えることで停電の復帰時に起動時間を短縮することは出来るが、電源装置の起動時においては第２のコンデンサが充電されていないため、電源装置の起動時間を短縮することは出来ない。また特許文献２では、入力電力を投入するためのリレーがオンする前に平滑コンデンサに電力をプリチャージすることでリレー接点部の保護および起動時間の短縮が可能であることが開示されているが、平滑コンデンサへの過剰な突入電流を十分に抑制しながらプリチャージを行っているため、実際には起動時間を大きく短縮することが出来ず、まだまだ改良の余地がある。

本発明は上記従来技術の課題に鑑みて行われたものであって、その目的は、ＬＥＤ電源装置の大電力化に伴う出力キャパシタの大容量化により該ＬＥＤ電源装置の起動時間が長くなるのを防止し、ＬＥＤランプへの良好な電力供給が出来るスイッチング電源装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明にかかるＬＥＤ電源装置は、
外部電源からの交流電力を直流電力に変換する整流回路と、該整流回路からの直流電力をオンオフ動作によって調整する降圧回路と、該降圧回路にスイッチング動作指令を送る駆動回路と、を備え、前記降圧回路が有する出力コンデンサを介してＬＥＤ素子へ直流電力を供給するＬＥＤ電源装置であって、
さらに、前記出力コンデンサの電圧を監視する監視手段と、低電位側が前記整流回路の低電位側に接続されるとともに高電位側が前記出力コンデンサの低電位側に接続され、前記駆動回路からのプリチャージ動作指令により前記出力コンデンサへプリチャージ電力を供給するプリチャージ回路と、を備え、
前記プリチャージ回路は、前記整流回路から前記出力コンデンサへのプリチャージ電力を抑制するプリチャージ抵抗器と、該プリチャージ抵抗器と直列に接続された前記駆動回路からのプリチャージ動作指令を受けて動作する開閉スイッチ手段と、を含み、
前記駆動回路は、前記監視手段によって監視された前記出力コンデンサの充電電圧が基準電圧未満である場合には前記開閉スイッチ手段を動作させ、前記監視手段によって監視された前記出力コンデンサの充電電圧が基準電圧以上である場合には前記開閉スイッチ手段の動作を停止させ、
前記基準電圧は、前記出力コンデンサの充電可能電力に対して８０％から９５％であることを特徴とする。

また、本発明に係るＬＥＤ電源装置は、
前記駆動回路は、前記監視手段によって監視された前記出力コンデンサの充電電圧が基準電圧未満である場合には前記降圧回路を動作させて該降圧回路が有する出力コンデンサを充電させるとともに前記開閉スイッチ手段を動作させて前記プリチャージ電力を該出力コンデンサへ供給し、前記監視手段によって監視された前記出力コンデンサの充電電圧が基準電圧以上である場合には前記開閉スイッチ手段の動作を停止させて前記プリチャージ電力の供給を停止させることを特徴とする。

また、本発明に係るＬＥＤ電源装置は、
前記駆動回路は、前記監視手段によって監視された前記出力コンデンサの充電電圧が基準電圧未満である場合には前記降圧回路を動作させずに前記開閉スイッチ手段を動作させて前記プリチャージ電力を該出力コンデンサへ供給し、前記監視手段によって監視された前記出力コンデンサの充電電圧が基準電圧以上である場合には前記開閉スイッチ手段の動作を停止させて前記プリチャージ電力の供給を停止させるとともに前記降圧回路を動作させて該降圧回路が有する出力コンデンサを充電させることを特徴とする。

また、本発明に係るＬＥＤ電源装置は、
前記開閉スイッチ手段は、前記駆動回路からの動作指令に応じて開閉可能なＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする。

また、本発明に係るＬＥＤ電源装置は、
前記出力コンデンサのキャパシタンスは１０μＦから１００μＦであることを特徴とする。

また、本発明に係るＬＥＤ電源装置は、
前記駆動回路は、前記降圧回路を動作させるドライバーＩＣと、該ドライバーＩＣおよび前記プリチャージ回路へ駆動指令を送る制御回路と、を備え、
前記ドライバーＩＣは、臨界制御動作により前記降圧回路のオンオフ動作を行うことを特徴とする。

また、本発明に係るＬＥＤ電源装置は、
前記駆動回路は、当該ＬＥＤ電源装置の起動時に過電流が検出されると前記降圧回路への動作指令を停止させる保護回路を備えることを特徴とする。

また、本発明に係るＬＥＤ電源装置は、
前記駆動回路は、当該ＬＥＤ電源装置の起動時にＬＥＤ素子の光量をゆるやかに増加させるソフトスタート指令によって該ＬＥＤ素子を点灯させることを特徴とする。

本発明によれば、ＬＥＤ電源装置に出力コンデンサの電力を監視する監視手段と降圧回路が備える出力コンデンサへプリチャージ電力を供給するためのプリチャージ回路を備えることで、監視手段で監視された電力が出力コンデンサの充電可能電圧に対して基準値未満であった場合にはプリチャージ回路によって出力コンデンサへ急速なプリチャージ電力を供給することで、ＬＥＤ電源装置の起動時間を大幅に短縮することが出来る。その結果、ＬＥＤランプの起動時にはＬＥＤ電源装置のソフトスタートによる閃光の少ない良好なＬＥＤランプ点灯が実現出来る効果を奏する。

本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ電源装置の概略図を示す。 一般的なＬＥＤ電源装置を大電力化した場合の起動時におけるソフトスタート指令と実際のＬＥＤランプの電圧の概略イメージを示す。 本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ電源装置の起動時におけるソフトスタート指令と実際のＬＥＤランプの電圧の概略イメージを示す。 本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ電源装置の概略図を示す。 本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ電源装置の各ポイントにおける電圧変化の概略図を示す。

以下、本発明のＬＥＤ電源装置について図面を用いて説明するが、本発明の趣旨を超えない限り何ら以下の例に限定されるものではない。
＜第１実施形態＞

図１に本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ電源装置の概略図を示す。ここで、本明細書におけるＬＥＤ電源装置とは、ＬＥＤランプへ安定した電力供給を行うためのスイッチング電源装置のことである。同図に示すＬＥＤ電源装置１０は、商用の交流電圧を供給する商用電源１２と、該商用電源１２からの交流電圧を整流するための整流回路１４と、該整流回路からの直流電力をオンオフ動作によって調整してＬＥＤランプ２２へ電力を供給する降圧回路１６と、該降圧回路１６にオンオフ動作指令を送る駆動回路１８と、前記降圧回路１６が備える出力コンデンサＣ３の電圧を検出する検出抵抗器Ｒ１、Ｒ２と、前記出力コンデンサＣ３にプリチャージ電力を供給するプリチャージ回路２０と、前記降圧回路１６で調整された電力によって点灯するＬＥＤランプ２２と、を備えている。

はじめに整流回路１４について説明する。
整流回路１４は、外部からのノイズの侵入等を防ぐためのフィルター回路２４と、ダイオード・ブリッジ２６と、第１平滑コンデンサＣ１と、力率改善回路２８と、第２平滑コンデンサＣ２と、を備えている。商用電源１２より交流の商用電圧（ＡＣ１００Ｖ、ＡＣ２００Ｖ、ＡＣ４００Ｖなど）を印加すると、商用電圧はフィルタ回路２４を介してダイオード・ブリッジ２６に到達する。ダイオード・ブリッジ２６は、ダイオード素子などで構成されているが、同じ機能を果たせれば他の半導体素子でも良い。ダイオード・ブリッジ２６によって全波整流（交流電流の正・負両波とも整流し、流れの向きを同じにすること）された電圧は、第１平滑コンデンサＣ１によって大まかな直流電圧Ｖ１（脈流電圧とも呼ぶ）に平滑される。

そして、平滑された電圧Ｖ１は力率改善回路２８へと到達する。力率改善回路２８は、例えばインダクタやスイッチング素子などを含んで構成されている。力率改善回路２８は、スイッチング素子をオンオフ動作させることによりインダクタに電流を流した後、第２平滑コンデンサＣ２を充電することで昇圧された電圧Ｖ２を生成する。このように力率改善回路２８によって昇圧されるとともに力率が改善された電圧Ｖ２は、降圧回路１６へ到達する。

降圧回路１６は、ダイオードＤ１と、インダクタＬ１と、ＬＥＤランプ２２へ電力を供給する出力コンデンサＣ３と、駆動回路１８からの動作指令によりオンオフ動作する第２スイッチング素子Ｑ２と、抵抗器Ｒ６と、を備えている。本実施形態におけるスイッチング素子Ｑ２は、ＭＯＳＦＥＴであるが、オンオフ動作出来れば他の半導体素子でも構わない。整流回路１４が有する第２平滑コンデンサＣ２からの電力は、降圧回路１６が備える第２スイッチング素子Ｑ２のオンオフ動作により、ダイオードＤ１およびインダクタＬ１を利用して出力コンデンサＣ３へと充電される。第２スイッチング素子Ｑ２がオンの時には、第２平滑コンデンサＣ２からの電力によってインダクタＬ１に電力エネルギーが蓄積されるとともに該第２平滑コンデンサＣ２からの電力によって出力コンデンサＣ３が充電される。また、第２スイッチング素子Ｑ２がオフの時にはインダクタＬ１に蓄えられた電力エネルギーによって出力コンデンサＣ３が充電される。

このように第２スイッチング素子Ｑ２がオンオフ動作を繰り返すことにより出力コンデンサＣ３は充電され、この充電電力がＬＥＤランプ２２へと供給される。そして、ＬＥＤランプ２２へ供給された電力（または電圧）がＬＥＤランプ２２の点灯電力（または点灯電圧）に達すると、ＬＥＤランプ２２は点灯を開始し、その後は出力コンデンサＣ３からの安定した電力供給によりＬＥＤランプ２２の安定した点灯が維持される。
駆動回路の動作について

ここで、本実施形態にかかるＬＥＤ電源装置１０の駆動回路１８について説明する。
駆動回路１８は、調光信号部３４からの調光信号を調光指令として受信するＭＣＵ（マイクロコントロールユニット）３０と、該ＭＣＵ３０からの調光指令信号ＬＤにより降圧回路１６が有する第２スイッチング素子Ｑ２をオンオフ動作させる制御回路３２を備えている。そしてＭＣＵ３０は、制御回路３２へ調光指令信号ＬＤを出力するとともに、後述するプリチャージ回路２０へ回路条件に応じて動作指令を出力する。

外部から調光信号が調光信号部３４へ入力されると、該調光信号部３４から調光指令がＭＣＵ３０に出力される。ＭＣＵ３０は調光信号部３４からの調光指令を調光指令信号ＬＤとして制御回路３２へ出力する。そして、調光指令信号ＬＤが入力された制御回路３２は、調光指令信号ＬＤに応じた動作信号を抵抗器Ｒ５を介して第２スイッチング素子Ｑ２へ送る。この動作信号が入力された第２スイッチング素子Ｑ２はオンオフ動作を開始して、
前述したとおりインダクタＬ１およびダイオードＤ１を介して出力コンデンサＣ３が充電され、この充電電力がＬＥＤランプ２２へ供給される。ＬＥＤランプ２２へ供給される電圧がＬＥＤランプ２２の点灯開始電圧に達すると、該ＬＥＤランプ２２は点灯を開始する。

ＬＥＤ電源装置の起動時間の短縮について
ここで、本実施形態にかかるＬＥＤ電源装置１０の起動時におけるＬＥＤランプ２２の点灯について説明する。一般的なＬＥＤ電源装置であれば本実施形態における第２スイッチング素子Ｑ２のオンオフ動作により出力コンデンサＣ３が充電電圧（またはＬＥＤランプ２２の点灯電圧）に到達した後すぐにＬＥＤランプ２２の点灯が開始する。しかしながら、大電力化されたＬＥＤランプを点灯させるためにＬＥＤ電源装置を大電力化する場合、図１における出力コンデンサＣ３の容量を大きくする必要がある。例えば、１００Ｗ程度のＬＥＤランプを点灯させるためには１０μＦ程度のコンデンサ容量（キャパシタンス）が必要となり、１ｋＷ程度のＬＥＤランプを点灯させるためには１００μＦ程度のコンデンサ容量（キャパシタンス）が必要となる。このような場合、実際にＬＥＤ電源装置１０を起動させると出力コンデンサＣ３の大容量化により該出力コンデンサＣ３がＬＥＤランプ２２の点灯電圧（または点灯電力）まで充電されるのに時間がかかってしまい、ＬＥＤランプ２２の点灯開始までに長い時間を要してしまう。だからと言って、降圧回路１６にが備える第２スイッチング素子Ｑ２のオン時間を長くしたり、あるいは抵抗器Ｒ６を接続しないで出力コンデンサＣ３を充電すれば、急激な突入電流が当該ＬＥＤ電源装置１０の主回路に流れてしまい、主回路の構成部品を破壊してしまう恐れがある。

また、出力コンデンサＣ３の容量を大きくするとＬＥＤ電源装置１０の起動直後においては抵抗器Ｒ６（０．１Ωから１０Ω程度の抵抗値）に流れる電流が大きくなる。そこで本実施形態に係るＬＥＤ電源装置１０が備える制御回路３２は、抵抗器Ｒ６の電圧（電流）をＣＳ端子で検出しており、該ＣＳ端子の電圧が上昇し過ぎて閾値を超えるとＧＡＴＥ出力（第２スイッチング素子Ｑ２への信号）がオフとなる保護回路が設けられている。これは、大電力を伴う回路構成において制御回路３２を適正に保護（短絡等を判断）する役割を果たしている。つまり、出力コンデンサＣ３の容量を大きくするとＬＥＤ電源装置１０の起動時においては保護回路が動作してしまう。このような問題を解決するために第２スイッチング素子Ｑ２のパルス幅（オン幅）を狭くすることで、起動時において保護回路が動作しないようにしているが、安全のために保護回路を動作させることで結果的に保護回路を備えていない電源装置よりもさらにＬＥＤランプ２２の点灯開始までに長い時間を要してしまう。

また、一般的には大電力のＬＥＤランプを利用する場合、急激にＬＥＤランプの光量を１００％にまで上げて点灯させてしまうと閃光等が発生してしまう恐れがあるので、ある程度時間をかけてゆっくりと光量を上げていくソフトスタートで点灯させる必要がある。しかしながら、ＬＥＤランプの点灯開始までに時間がかかり過ぎてしまうとその間にも制御回路等からソフトスタートの信号は有効に出力されており、出力コンデンサの充電電圧がＬＥＤランプの点灯電圧に達する頃にはソフトスタートの指令がすでに１００％まで達している。つまり、ＬＥＤランプの点灯に長い時間を要することで、ソフトスタート指令を有効に利用することが出来ず、結果的にＬＥＤ電源装置の起動時においてＬＥＤランプの閃光が生じてしまうのである。

具体的には図２を用いて説明する。図２には、一般的なＬＥＤ電源装置を大電力化した場合の起動時におけるソフトスタート指令と実際のＬＥＤランプの電圧の概略イメージを示す。図２は起動開始直後からＬＥＤランプが点灯するまでの様子を概略的に示したイメージ図である。図２に示すように、ＬＥＤ電源装置の起動開始から０．３秒経過後に駆動回路からのソフトスタート指令を開始し、０．８秒後にはソフトスタート指令がＬＥＤランプの点灯電圧（または点灯電力）の１００％まで到達する。しかしながら大電力のＬＥＤランプ（例えば１００Ｗから２ｋＷ以上）を起動させる場合には上述のとおりＬＥＤ電源装置が備える出力コンデンサを大容量化させているため、充電電圧（またはＬＥＤランプの起動電圧）に達するまでには図２に示すように３．０秒程度の時間がかかってしまう可能性がある。この時、すでに駆動回路からのソフトスタート指令は１００％に達しており、この１００％の指令に基づく光量でＬＥＤランプは点灯を開始することとなる。したがって、ＬＥＤランプはソフトスタート指令を有効に利用出来ずに、その結果、点灯直後にはＬＥＤランプの閃光が生じてしまうのである。

そこで、図１に示す本実施形態にかかるＬＥＤ電源装置１０では、出力コンデンサＣ３の電圧を検出するための検出抵抗器Ｒ１、Ｒ２と、出力コンデンサＣ３にプリチャージ電力を供給するためのプリチャージ回路２０を備えている。また、プリチャージ回路２０は、整流回路１４からのプリチャージ電力を抑制するプリチャージ抵抗器Ｒ３と駆動回路１６からの指令を受けて動作する第１スイッチング素子Ｑ１で構成されている。

従来であれば、ＬＥＤ電源装置１０の起動時において、制御回路３２からの動作信号が抵抗器Ｒ５を介して第２スイッチング素子Ｑ２へ入力され、該第２スイッチング素子Ｑ２のオンオフ動作により出力コンデンサＣ３に電力を充電しようとしても、起動直後においては出力コンデンサＣ３のコンデンサ容量が大きいためにＬＥＤランプ２２の点灯電圧（または点灯電力）には到達しない。そこで本実施形態では、ＬＥＤ電源装置１０の起動時から出力コンデンサＣ３の充電電圧を検出抵抗器Ｒ１、Ｒ２によって監視して、検出電圧として検出している。そして、検出抵抗器Ｒ１、Ｒ２によって分圧して検出された検出電圧は、出力コンデンサＣ３の監視信号としてＭＣＵ３０へ入力される。この入力された検出電圧をＭＣＵ３０内部で分圧比を考慮して第２平滑コンデンサＣ２の電圧Ｖ２から差し引くことで出力コンデンサＣ３の充電電圧を算出する。そして、出力コンデンサＣ３の充電可能電圧（またはＬＥＤランプ１０の点灯開始電圧）に対して例えば９０％未満（基準電圧）であった場合には、ＭＣＵ３０からの動作指令が抵抗器Ｒ４を介してプリチャージ回路２０が備える第１スイッチング素子Ｑ１へ送られる。そして、ＭＣＵ３０からの動作指令によって第１スイッチング素子Ｑ１はオン動作（またはオンオフ動作）を開始し、プリチャージ電力を抑制する（調整する）プリチャージ抵抗器Ｒ３を介して出力コンデンサＣ３へプリチャージ電力として供給されるのである。このプリチャージ抵抗器Ｒ３の抵抗器は、出力コンデンサＣ３を急速に充電できる抵抗値として設計している。このようにすることで、検出電圧が基準電圧未満（出力コンデンサＣ３の充電可能電圧の９０％未満）であった時にプリチャージ回路２０を動作させて出力コンデンサＣ３にプリチャージ電力を供給することで、急速に出力コンデンサＣ３を充電することが可能となる。

ここで、一般的なスイッチング電源装置は、第２スイッチング素子Ｑ２のデューティー比（オン幅）を調整することで出力コンデンサＣ３へ電力を供給している。この第２スイッチング素子Ｑ２のオンオフ動作は、急激に出力コンデンサＣ３や主回路に突入電流が流れないようなオン幅となるように調整している。例えば出力コンデンサＣ３を急速に充電するためにオン幅を必要以上に長くしてしまうと、突入電流等の影響で、リレー等の他の電気部品が破損してしまう恐れがあるからである。しかしながら、本実施形態ではプリチャージ回路２０を備えることで、より急速に出力コンデンサＣ３を充電できるようにしているのである。上記のとおり、第２スイッチング素子Ｑ２のオン幅を必要以上に長くすると、他の電気部品が破損する恐れがあるが、本実施形態ではプリチャージ回路２０でプリチャージ電力を供給する際は、出力コンデンサＣ３以外の構成部品は実際の回路上に存在せず、他の電気部品の破損を考慮する必要がないのである。例えば降圧回路１６の第２スイッチング素子Ｑ２による出力コンデンサＣ３の充電では、ダイオードＤ１やインダクタＬ１等の他の部品破損の恐れを考慮する必要があるため、第２スイッチング素子Ｑ２のオン幅を必要以上に長くすることは出来ない。しかしながらプリチャージ回路２０の有するプリチャージ抵抗器Ｒ３の抵抗値を出力コンデンサＣ３の充電に適正な値（出力コンデンサＣ３を破損することのない程度に突入電流を制限できる抵抗値）として回路設計することで、より急速に出力コンデンサＣ３を充電できるようにしているのである。具体的にはプリチャージ抵抗器Ｒ３の抵抗値は例えば１００Ω以上であることが好ましく、特に好ましくは１ｋΩ以上の抵抗値を有することが好適であり、さらに好ましくは５００Ωから５０ｋΩ以上の抵抗値を有することが好適である。

また、上記のとおり本実施形態においては基準電圧を出力コンデンサＣ３の充電可能電圧に対して９０％としているが、ＬＥＤランプ２２の点灯開始時間の短縮が実現出来れば良く、基準電圧は６０％から９９％までの範囲内の値であることが好ましく、より好ましくは、８０％から９５％までの範囲内の値であることが好適である。また、基準電圧は、８５％から９０％までの範囲内の値であることがさらに好適である。例えば、ＬＥＤ電源装置の回路設計においてはＬＥＤランプの点灯開始電圧は出力コンデンサの充電可能電圧に対して９０％程度であることから、基準電圧を９０％と設定することでＬＥＤランプの点灯電圧直前までプリチャージすることが可能となる。

つまり、調光信号部３４からの調光信号に対応した電力調整用としての役割を果たす第２スイッチング素子Ｑ２のオンオフ動作により電力を抑制しながら出力コンデンサＣ３へ電力を供給するよりも、回路に合わせた適正な抵抗値を有するプリチャージ抵抗器Ｒ３を利用して、より大きなプリチャージ電力を出力コンデンサＣ３へ供給することで、より急速に出力コンデンサＣ３の充電を完了させて（または充電完了に近い状態にすることで）、ＬＥＤ電源装置１０の起動時間を短縮することが可能となる。また、さらに急速に出力コンデンサＣ３を充電するために、第１スイッチング素子Ｑ１のオン動作と同時に第２スイッチング素子Ｑ２のオンオフ動作も開始させることで、第２スイッチング素子Ｑ２のオンオフ動作によって出力コンデンサＣ３へ電力を供給するとともに、同時に第１スイッチング素子Ｑ１のオン動作によっても出力コンデンサＣ３へプリチャージ電力を供給するように構成してもよい。

そして検出抵抗器Ｒ１、Ｒ２が出力コンデンサＣ３の充電可能電圧に対して９０％以上であることを検出した時は、ＭＣＵ３０からプリチャージ回路２０への動作指令を停止することで第１スイッチング素子Ｑ１はオフとなる。このように、ＬＥＤランプ２２の大電力化に伴いＬＥＤ電源装置１０の出力コンデンサＣ３が大容量化されても、起動直後から第１スイッチング素子Ｑ１のオン動作によってプリチャージ抵抗器Ｒ３を介してプリチャージ電力を供給することで、急速に出力コンデンサＣ３を充電することが可能となり、結果的にＬＥＤランプ２２の点灯開始時間の短縮が実現出来る。その結果、図３に示すようにＬＥＤランプ２２の起動時にはＭＣＵ３０からのソフトスタートによる閃光の少ない良好なＬＥＤランプ点灯が実現出来る。
＜第２実施形態＞

次に、本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ電源装置について図面を用いて説明する。図１に示したＬＥＤ電源装置１０（第１実施形態）と共通する構成については、符号に１００を足して示している。

図４に本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ電源装置の概略図を示す。図４におけるＬＥＤ電源装置１１０の基本的な構成は前述した図１に示すＬＥＤ電源装置１０と同じであるが、本実施形態では、制御回路１３２がインダクタＬ１の両端の電圧を臨界制御用検出抵抗器Ｒ７およびＲ８で検出してゼロ電流検出をしており、これにより制御回路１３２は出力電流の臨界制御（ゼロ電流検出制御）を行っている。

本実施形態における制御回路１３２は例えばＬＥＤランプ駆動用の専用ドライバーＩＣなどである。このような大電力に使用できる専用ドライバーＩＣは、図１に示す第１実施形態における制御回路３２と同様にＣＳ端子の電圧が上昇し過ぎて閾値を超えるとＧＡＴＥ出力がオフとなる保護回路を有していることが多い。つまり、ＬＥＤ電源装置１１０の起動時においても第１実施形態の場合と同様に何度も保護回路による保護動作（出力を停止する保護動作）が繰り返されることとなり、従来のＬＥＤ電源装置と比べてさらに起動時間が長くなる可能性がある。そこで、このような保護回路を備えた臨界制御が可能な専用ドライバーＩＣを利用したＬＥＤ電源装置１１０においても本発明の検出抵抗器Ｒ１、Ｒ２およびプリチャージ回路１２０（プリチャージ抵抗器Ｒ３および第１スイッチング素子Ｑ１）を備えることで、ＬＥＤランプ１２２の点灯開始時間の大幅な短縮が可能となる。

そして図５には、本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ電源装置の各ポイントにおける電圧変化の概略図を示す。図５は、図４に示されたＬＥＤ電源装置１１０において平滑コンデンサＣ２の電圧Ｖ２、制御回路１３２から第１スイッチング素子Ｑ１ゲートへの出力信号、ＬＥＤランプ１２２の電圧Ｖｆ、ＭＣＵ１３０から制御回路１３２への出力信号ＲＥＦ、および臨界制御用検出抵抗器Ｒ７、Ｒ８で検出されるＳｖｉｎ電圧、Ｓｖｏｕｔ電圧の時間変化の概略を示している。そして、ＬＥＤランプ１２２の電圧Ｖｆは、第２平滑コンデンサＣ２の電圧Ｖ２から出力コンデンサＣ３の低電位側の電圧Ｖ３を差し引くことで算出することができる。電圧Ｖ２が充電電圧に達するとＱ１ゲートへの出力信号が出力されることでプリチャージ回路１２０（第１スイッチング素子Ｑ１）がオン動作し、これと同時にＬＥＤランプ１２２の電圧Ｖｆが上昇する。電圧ＶｆがＬＥＤランプ１２２の点灯開始電圧のおよそ９０％まで達すると、ＲＥＦが出力されるとともにＱ１ゲートからの出力信号が停止してプリチャージ回路１１８も停止する（第１スイッチング素子Ｑ１がオフする）。そして、電圧Ｖｆが点灯開始電圧に達することでＬＥＤランプ１２２は点灯を開始する。この時、制御回路１３２は、インダクタＬ１の両端の電圧を臨界制御用検出抵抗器Ｒ７、Ｒ８で検出しており、図５に示すようにＳｖｏｕｔ電圧がＳｖｉｎ電圧を下回ったことを検出することで、ゼロ電流検出を行い、臨界制御（ゼロ電流検出制御）を行っている。

以上のように本発明のＬＥＤ電源装置によれば、出力コンデンサＣ３の電力を監視する監視手段Ｒ１、Ｒ２と出力コンデンサＣ３へプリチャージ電力を供給するためのプリチャージ回路を備え、該プリチャージ回路には回路に合わせた適正な抵抗値を有するプリチャージ抵抗器Ｒ３を備えることで、監視手段Ｒ１、Ｒ２で監視された電力が出力コンデンサＣ３の充電可能電力に対して基準値未満（例えば９０％未満）であった場合にはプリチャージ回路によって出力コンデンサＣ３へ急速にプリチャージ電力を供給することで、ＬＥＤ電源装置の起動時間を大幅に短縮することが出来る。その結果、ＬＥＤランプの起動時にはＬＥＤ電源装置のソフトスタートによる閃光の少ない良好なＬＥＤランプ点灯が実現出来る。
また、保護回路を備えた専用ドライバーＩＣなどをＬＥＤ電源装置に利用している場合には、従来の電源装置よりもさらに長い起動時間を要する可能性があるが、本発明のように出力コンデンサＣ３への電力を監視する検出手段Ｒ１、Ｒ２、およびプリチャージ抵抗器Ｒ３と第１スイッチング素子Ｑ１を有するプリチャージ回路を備えることで、起動時間を大幅に短縮し、起動時において保護回路の動作をさせずにスムーズな起動を行うことが出来る。

また、本発明が適用出来る電源装置は上記説明した第１実施形態および第２実施形態に限定されることはなく、例えば絶縁型の電源装置等でも同様の効果を発揮することが出来る。

１０ １１０ ＬＥＤ電源装置
１２ １１２ 電源
１４ １１４ 整流回路
１６ １１６ 降圧回路
１８ １１８ 駆動回路
２０ １２０ プリチャージ回路
２２ １２２ ＬＥＤランプ
２４ １２４ フィルター回路
２６ １２６ ダイオード・ブリッジ
２８ １２８ 力率改善回路
３０ １３０ ＭＣＵ
３２ １３２ 制御回路
３４ １３４ 調光信号部
Ｃ１ 第１平滑コンデンサ
Ｃ２ 第２平滑コンデンサ
Ｃ３ 出力コンデンサ
Ｒ１、Ｒ２ 検出抵抗器
Ｒ３ プリチャージ抵抗器
Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６ 抵抗器
Ｒ７、Ｒ８ 臨界制御用検出抵抗器
Ｄ１ ダイオード
Ｑ１ 第１スイッチング素子
Ｑ２ 第２スイッチング素子
ＣＳ ＣＳ端子

Claims (8)

1. 外部電源からの交流電力を直流電力に変換する整流回路と、該整流回路からの直流電力をオンオフ動作によって調整する降圧回路と、該降圧回路にスイッチング動作指令を送る駆動回路と、を備え、前記降圧回路が有する出力コンデンサを介してＬＥＤ素子へ直流電力を供給するＬＥＤ電源装置であって、
   さらに、前記出力コンデンサの電圧を監視する監視手段と、低電位側が前記整流回路の低電位側に接続されるとともに高電位側が前記出力コンデンサの低電位側に接続され、前記駆動回路からのプリチャージ動作指令により前記出力コンデンサへプリチャージ電力を供給するプリチャージ回路と、を備え、
   前記プリチャージ回路は、前記整流回路から前記出力コンデンサへのプリチャージ電力を抑制するプリチャージ抵抗器と、該プリチャージ抵抗器と直列に接続された前記駆動回路からのプリチャージ動作指令を受けて動作する開閉スイッチ手段と、を含み、
   前記駆動回路は、前記監視手段によって監視された前記出力コンデンサの充電電圧が基準電圧未満である場合には前記開閉スイッチ手段を動作させ、前記監視手段によって監視された前記出力コンデンサの充電電圧が基準電圧以上である場合には前記開閉スイッチ手段の動作を停止させ、
   前記基準電圧は、前記出力コンデンサの充電可能電力に対して８０％から９５％であることを特徴とするＬＥＤ電源装置。
2. 請求項１に記載のＬＥＤ電源装置であって、
   前記駆動回路は、前記監視手段によって監視された前記出力コンデンサの充電電圧が基準電圧未満である場合には前記降圧回路を動作させて該降圧回路が有する出力コンデンサを充電させるとともに前記開閉スイッチ手段を動作させて前記プリチャージ電力を該出力コンデンサへ供給し、前記監視手段によって監視された前記出力コンデンサの充電電圧が基準電圧以上である場合には前記開閉スイッチ手段の動作を停止させて前記プリチャージ電力の供給を停止させることを特徴とするＬＥＤ電源装置。
3. 請求項１に記載のＬＥＤ電源装置であって、
   前記駆動回路は、前記監視手段によって監視された前記出力コンデンサの充電電圧が基準電圧未満である場合には前記降圧回路を動作させずに前記開閉スイッチ手段を動作させて前記プリチャージ電力を該出力コンデンサへ供給し、前記監視手段によって監視された前記出力コンデンサの充電電圧が基準電圧以上である場合には前記開閉スイッチ手段の動作を停止させて前記プリチャージ電力の供給を停止させるとともに前記降圧回路を動作させて該降圧回路が有する出力コンデンサを充電させることを特徴とするＬＥＤ電源装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のＬＥＤ電源装置であって、
   前記開閉スイッチ手段は、前記駆動回路からの動作指令に応じて開閉可能なＭＯＳＦＥＴであることを特徴とするＬＥＤ電源装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のＬＥＤ電源装置であって、
   前記出力コンデンサのキャパシタンスは１０μＦから１００μＦであることを特徴とするＬＥＤ電源装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載のＬＥＤ電源装置であって、
   前記駆動回路は、前記降圧回路を動作させるドライバーＩＣと、該ドライバーＩＣおよび前記プリチャージ手段へ駆動指令を送る制御回路と、を備え、
   前記ドライバーＩＣは、臨界制御動作により前記降圧回路のオンオフ動作を行うことを特徴とするＬＥＤ電源装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載のＬＥＤ電源装置であって、
   前記駆動回路は、当該ＬＥＤ電源装置の起動時に過電流が検出されると前記降圧回路への動作指令を停止させる保護回路を備えることを特徴とするＬＥＤ電源装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載のＬＥＤ電源装置であって、
   前記駆動回路は、当該ＬＥＤ電源装置の起動時にＬＥＤ素子の光量をゆるやかに増加させるソフトスタート指令によって該ＬＥＤ素子を点灯させることを特徴とするＬＥＤ電源装置。