JP2019204681A - 点灯装置及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】力率の改善を図りつつ電力の有効利用を図る。【解決手段】点灯装置１０は、交流電源９から供給される交流電圧を整流し、整流後の脈流電圧Ｖｉを出力する整流器２と、下限値Ｖｘ以上の脈流電圧Ｖｉを降圧し、第１光源４に供給する降圧コンバータ回路３とを備える。点灯装置１０は、脈流電圧Ｖｉが下限値Ｖｘ未満であるときに交流電源９から入力電流Ｉｉを引き込む電流引込み回路５を備える。電流引込み回路５は、交流電源９から引き込む入力電流Ｉｉによって第２光源６を点灯させる。【選択図】 図１

Description

本発明は、点灯装置及び照明装置に関し、より詳細には、電源から供給される交流電圧を降圧する降圧コンバータ回路を備える点灯装置、及び当該点灯装置を備える照明装置に関する。

特許文献１には、発光素子に電力を供給して当該発光素子を点灯させる電源装置が開示されている。当該電源装置は、交流電源の交流電圧を整流する整流回路、整流後に平滑された入力電圧を降圧する降圧コンバータ回路などを備える。電源装置は、降圧コンバータ回路で降圧した電圧を発光素子に印加することで発光素子を点灯させる。

また、電源装置は、入力電圧が出力電圧を下回る期間に交流電源から入力電流を流す電流導通回路を備える。電流導通回路は、降圧コンバータ回路の入力側に設けられ、入力電圧が出力電圧を下回る期間にスイッチング素子をオンすることにより、抵抗からなる電気導通回路部とスイッチング素子を介して入力電流を流すように構成されている。

特開２０１６−６７１２１号公報

しかしながら、特許文献１記載の電源装置では、入力電圧が出力電圧を下回る期間に流れる入力電流が電気導通回路部（抵抗）で熱として無駄に消費されてしまう。

本発明の目的は、力率の改善を図りつつ電力の有効利用を図ることがてきる点灯装置及び照明装置を提供することである。

本発明の一態様に係る点灯装置は、電源から供給される交流電圧を整流し、整流後の脈流電圧を出力する整流器と、下限値以上の前記脈流電圧を降圧し、第１光源に供給する降圧コンバータ回路とを備える。前記点灯装置は、前記脈流電圧が前記下限値未満であるときに前記電源から入力電流を引き込む電流引込み回路を備える。前記電流引込み回路は、前記電源から引き込む前記入力電流によって第２光源を点灯させる。

本発明の一態様に係る照明装置は、前記点灯装置と、前記点灯装置によって点灯させられる第１光源とを備える。

本発明の点灯装置及び照明装置は、力率の改善を図りつつ電力の有効利用を図ることがてきるという効果がある。

図１は、本発明の実施形態に係る点灯装置及び照明装置の回路構成図である。 図２は、同上の点灯装置及び照明装置の動作説明用の波形図である。 図３は、同上の点灯装置及び照明装置の変形例を示す回路構成図である。

実施形態に係る点灯装置１０及び照明装置１について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、下記の実施形態において説明する各図は模式的な図であり、各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。なお、以下の実施形態で説明する構成は本発明の一例にすぎない。本発明は、以下の実施形態に限定されず、本発明の効果を奏することができれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

本実施形態の照明装置１は、図１に示すように、点灯装置１０と、点灯装置１０によって点灯させられる第１光源４とを備える。

第１光源４は、例えば、複数個のＬＥＤ（第１ＬＥＤ４０）が電気的に直列接続されて構成されている。これら複数個の第１ＬＥＤ４０は、例えば、照明用白色ＬＥＤである。第１光源４は、点灯装置１０から供給される負荷電流Ｉo1によって点灯する。

点灯装置１０は、整流器２と、降圧コンバータ回路３と、第１光源４と、電流引込み回路５とを備える。整流器２は、ダイオードブリッジで構成される。整流器２は、交流電源９から供給される交流電圧を全波整流し、整流後の脈流電圧Ｖｉを出力する（図２参照）。なお、整流器２の出力端間には、入力コンデンサＣ１が電気的に接続される。入力コンデンサＣ１は、小容量（例えば、数十〜数百ｐＦ）のフィルムコンデンサで構成されている。

降圧コンバータ回路３は、インダクタＬ１と、第１スイッチング素子Ｑ１と、ダイオードＤ１と、電解コンデンサからなる出力コンデンサＣ０と、第１スイッチング素子Ｑ１をスイッチングさせる制御回路３０とを有する。ダイオードＤ１のカソードは、整流器２の高電位側の出力端及び出力コンデンサＣ０のプラス端子と電気的に接続される。ダイオードＤ１のアノードは、インダクタＬ１の第１端と電気的に接続される。インダクタＬ１の第２端は、出力コンデンサＣ０のマイナス端子と電気的に接続される。第１スイッチング素子Ｑ１は、エンハンスメント形のｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）で構成されている。第１スイッチング素子Ｑ１のドレインは、ダイオードＤ１のアノードと電気的に接続される。第１スイッチング素子Ｑ１のソースは、整流器２の低電位側の出力端と電気的に接続される。

制御回路３０は、降圧コンバータ用の制御ＩＣ（例えば、オーツーマイクロ社製の型番ＯＺ８０２２等のコントローラＩＣ）で構成されることが好ましい。制御回路３０は、制御電源電圧Ｖddによって動作する。制御回路３０は、インダクタＬ１に流れる電流（インダクタ電流）を検出する。制御回路３０は、第１スイッチング素子Ｑ１をオンした後にインダクタ電流が所定のピーク値に達すると第１スイッチング素子Ｑ１をオフする。制御回路３０は、インダクタ電流（負荷電流Ｉo1）の平均値を所望の一定値に近付けるように第１スイッチング素子Ｑ１をスイッチングさせる。

ところで、入力コンデンサＣ１の静電容量が一般の平滑用コンデンサの静電容量に比べて非常に小さいため、脈流電圧Ｖｉの谷部の電圧値が、脈流電圧Ｖｉの谷部以外の期間の電圧値に比べて非常に低くなる（図２参照）。一方、出力コンデンサＣ０の静電容量は、入力コンデンサＣ１の静電容量よりも十分に大きいので、降圧コンバータ回路３の出力電圧Ｖｏにおける山部と谷部との電圧値の差は、脈流電圧Ｖｉの山部と谷部との電圧差よりも相当に小さくなる（図２参照）。

ここで、脈流電圧Ｖｉが下限値Ｖｘ以上の期間を第１期間Ｔ１と呼び、脈流電圧Ｖｉが下限値Ｖｘ未満の期間を第２期間Ｔ２と呼ぶ。下限値Ｖｘは、脈流電圧Ｖｉの電圧値と出力電圧Ｖｏの電圧値とが等しくなるときの電圧値である。第２期間Ｔ２においては、降圧コンバータ回路３の入力電圧（脈流電圧Ｖｉ）が出力電圧Ｖｏよりも低くなるため、降圧コンバータ回路３の動作が停止する。ただし、第２期間Ｔ２においては、第１期間Ｔ１に出力コンデンサＣ０に充電された電荷が放電されることによって、負荷電流Ｉo1が第１光源４に供給される（図２参照）。

第２期間Ｔ２は、入力コンデンサＣ１の静電容量を大きくするに連れて長くなる。しかしながら、第２期間Ｔ２が長くなるほど、交流電源９から点灯装置１０に入力電流Ｉｉが入力されない期間（休止期間）も長くなるので、降圧コンバータ回路３の力率が低下してしまう。そのため、点灯装置１０では、降圧コンバータ回路３の力率の低下を抑えるために、入力コンデンサＣ１の静電容量を小さくしている。

また、第２期間Ｔ２においては、整流器２から降圧コンバータ回路３に入力される電圧（脈流電圧Ｖｉ）が降圧コンバータ回路３の出力電圧Ｖｏ未満となり、上述のように降圧コンバータ回路３の動作が停止してしまう。降圧コンバータ回路３の動作が停止すると、交流電源９から入力電流Ｉｉが入力されず、力率の低下を招く。そこで、点灯装置１０では、電流引込み回路５によって第２期間Ｔ２に交流電源９から入力電流Ｉｉを引き込んでいる（図２参照）。

電流引込み回路５は、図１に示すように、切替え部５０、限流用の第１抵抗器Ｒ１及び第２光源６を有する。第１抵抗器Ｒ１の第１端が整流器２の高電位側の出力端と電気的に接続される。

第２光源６は、複数個（図示例では３個）のＬＥＤ６０の並列回路で構成されている。これら複数のＬＥＤ６０は、照明用白色ＬＥＤである。各ＬＥＤ６０のアノードが第１抵抗器Ｒ１の第２端と電気的に接続される。

切替え部５０は、第２光源６を整流器２の出力端間に電気的に接続する第１状態と、第２光源６を整流器２の出力端から電気的に切り離す第２状態とを択一的に切り替えるように構成される。本実施形態における切替え部５０は、第２光源６と電気的に直列接続される第２スイッチング素子Ｑ２と、第２スイッチング素子Ｑ２をオン・オフする制御部５１とを有する。

第２スイッチング素子Ｑ２は、エンハンスメント形のｎチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されている。第２スイッチング素子Ｑ２のドレインが第２光源６の各第２ＬＥＤ６０のカソードと電気的に接続される。第２スイッチング素子Ｑ２のソースが整流器２の低電位側の出力端と電気的に接続される。

制御部５１は、脈流電圧Ｖｉが下限値Ｖｘ以上のときに第２スイッチング素子Ｑ２をオフし、脈流電圧Ｖｉが下限値Ｖｘ未満のときに第２スイッチング素子Ｑ２をオンするように構成される。制御部５１は、第３スイッチング素子Ｑ３と、第２抵抗器Ｒ２と、ツェナーダイオードＺＤ１とを有する。第３スイッチング素子Ｑ３は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタで構成されている。第３スイッチング素子Ｑ３のコレクタが第２スイッチング素子Ｑ２のゲートと電気的に接続される。第３スイッチング素子Ｑ３のエミッタが第２スイッチング素子Ｑ２のソースと電気的に接続される。第３スイッチング素子Ｑ３のベースがツェナーダイオードＺＤ１のアノードと電気的に接続される。なお、第３スイッチング素子Ｑ３のコレクタに制御電源電圧Ｖccが印加される。ツェナーダイオードＺＤ１のカソードが第２抵抗器Ｒ２の第１端と電気的に接続される。第２抵抗器Ｒ２の第２端が第１抵抗器Ｒ１の第１端と電気的に接続される。

制御部５１は、脈流電圧Ｖｉが上昇してツェナーダイオードＺＤ１が導通すると、第３スイッチング素子Ｑ３をオンして第２スイッチング素子Ｑ２のゲート・ソース間を短絡し、第２スイッチング素子Ｑ２をオフ状態とする。また、制御部５１は、脈流電圧Ｖｉが下降してツェナーダイオードＺＤ１が不導通になると、第３スイッチング素子Ｑ３をオフして第２スイッチング素子Ｑ２のゲート・ソース間に制御電源電圧Ｖccを印加し、第２スイッチング素子Ｑ２をオン状態とする。切替え部５０は、第２スイッチング素子Ｑ２をオン状態とすることで第２光源６を整流器２の出力端間に電気的に接続し、第２スイッチング素子Ｑ２をオフ状態とすることで第２光源６を整流器２の出力端から電気的に切り離す。つまり、第２スイッチング素子Ｑ２のオン状態が第１状態であり、第２スイッチング素子Ｑ２のオフ状態が第２状態である。

電流引込み回路５は、第１状態において、脈流電圧Ｖｉの電圧値が第２光源６の各第２ＬＥＤ６０の点灯開始電圧（例えば、３．０Ｖ〜３．５Ｖ）を超える期間に交流電源９から入力電流Ｉｉを引き込む。また、電流引込み回路５は、第２状態においては、交流電源９から入力電流Ｉｉを引き込まない。電流引込み回路５は、入力電流Ｉｉを引き込んでいるときに第１抵抗器Ｒ１を介して第２光源６に負荷電流Ｉo2を流し、入力電流Ｉｉを引き込んでいないときは負荷電流Ｉo2を流さない（図２参照）。ゆえに、第２光源６は、負荷電流Ｉo2が流れている期間（第２期間Ｔ２）にのみ点灯し、負荷電流Ｉo2が流れない期間（第１期間Ｔ１）に消灯する。その結果、点灯装置１０は、第２期間Ｔ２における照明光の光量（光束）Ｗ１の減少を抑制することができる。ただし、第２光源６は、第１光源４が照明光を放射する範囲と重ならない範囲に照明光を照射してもかまわない。例えば、照明装置１が天井に直付けされて第１光源４の照明光が床面に照射される場合、第２光源６の照明光は、床面に照射されてもよいし、天井や壁に照射されてもよい。

上述のように点灯装置１０（照明装置１）は、脈流電圧Ｖｉの谷部において入力電流Ｉｉを引き込む電流引込み回路５を備えるので、力率の改善を図ることができる。しかも、点灯装置１０（照明装置１）は、電流引込み回路５が引き込む入力電流Ｉｉを負荷電流Ｉo2として第２光源６に流して第２光源６を点灯させる。そのため、点灯装置１０（照明装置１）は、電流引込み回路５で引き込む入力電流Ｉｉを照明光（第２光源６が放射する光）に変換することによって、力率の改善を図りつつ電力の有効利用を図ることがてきる。

次に、本実施形態の点灯装置１０及び照明装置１の変形例を説明する。ただし、変形例の点灯装置１０及び照明装置１は、図３に示すように、実施形態の点灯装置１０及び照明装置１と基本的な構成が共通している。したがって、変形例の点灯装置１０及び照明装置１において、実施形態の点灯装置１０及び照明装置１と共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

変形例の点灯装置１０（照明装置１）は、切替え部５０の制御部５２の構成に特徴がある。変形例における制御部５２は、図３に示すように、第３スイッチング素子Ｑ３、第２抵抗器Ｒ２、ダイオードＤ２及び検出巻線Ｌ２を有する。検出巻線Ｌ２は、降圧コンバータ回路３のインダクタＬ１と磁気結合されている。つまり、降圧コンバータ回路３が動作してインダクタＬ１にインダクタ電流が流れているとき、検出巻線Ｌ２の両端に起電力が誘導される。なお、検出巻線Ｌ２の第１端がダイオードＤ２のアノードと電気的に接続される。ダイオードＤ２のカソードは、第２抵抗器Ｒ２の第１端と電気的に接続される。ダイオードＤ２のカソードは、第２抵抗器Ｒ２の第１端と電気的に接続される。第２抵抗器Ｒ２の第２端は、第３スイッチング素子Ｑ３のベースと電気的に接続される。

制御部５２は、検出巻線Ｌ２に誘起される起電力によって第３スイッチング素子Ｑ３をオンして第２スイッチング素子Ｑ２のゲート・ソース間を短絡し、第２スイッチング素子Ｑ２をオフ状態とする。また、制御部５２は、検出巻線Ｌ２に起電力が誘起されないときに第３スイッチング素子Ｑ３をオフして第２スイッチング素子Ｑ２のゲート・ソース間に制御電源電圧Ｖccを印加し、第２スイッチング素子Ｑ２をオン状態とする。つまり、変形例における電流引込み回路５は、降圧コンバータ回路３が動作している期間（第１期間Ｔ１）には入力電流Ｉｉを引き込まず、降圧コンバータ回路３が動作を停止している期間（第２期間Ｔ２）に入力電流Ｉｉを引き込んでいる。

上述のように変形例の点灯装置１０及び照明装置１もまた、力率の改善を図りつつ電力の有効利用を図ることがてきる。しかも、変形例の点灯装置１０及び照明装置１は、降圧コンバータ回路３の動作の切替えに応じて切替え部５０を第１状態と第２状態に択一的に切り替える。そのため、変形例の点灯装置１０及び照明装置１は、脈流電圧Ｖｉの電圧値に応じて切替え部５０を第１状態と第２状態に択一的に切り替える場合に比べて、交流電源９の交流電圧の変動などがあっても力率の改善を確実に図ることができる。

上述のように第１の態様に係る点灯装置（１０）は、電源（交流電源９）から供給される交流電圧を整流し、整流後の脈流電圧（Ｖｉ）を出力する整流器（２）と、下限値（Ｖｘ）以上の脈流電圧（Ｖｉ）を降圧し、第１光源（４）に供給する降圧コンバータ回路（３）とを備える。第１の態様に係る照明装置（１）は、脈流電圧（Ｖｉ）が下限値（Ｖｘ）未満であるときに電源から入力電流（Ｉｉ）を引き込む電流引込み回路（５）を備える。電流引込み回路（５）は、電源から引き込む入力電流（Ｉｉ）によって第２光源（６）を点灯させる。

第１の態様に係る点灯装置（１０）は、電流引込み回路（５）が引き込む入力電流（Ｉｉ）によって第２光源（６）を点灯させるので、力率の改善を図りつつ電力の有効利用を図ることがてきる。

第２の態様に係る点灯装置（１０）は、第１の態様との組合せにより実現され得る。第２の態様に係る点灯装置（１０））において、電流引込み回路（５）は、切替え部（５０）を有することが好ましい。切替え部（５０）は、第２光源（６）を整流器（２）の出力端間に電気的に接続する第１状態と第２光源（６）を整流器（２）の出力端から電気的に切り離す第２状態とを択一的に切り替えることが好ましい。

第２の態様に係る点灯装置（１０）は、切替え部（５０）によって第２光源（６）を整流器（２）の出力端間から電気的に切り離すことにより、電流引込み回路（５）において無駄の電力が消費されることを防ぐことができる。

第３の態様に係る点灯装置（１０）は、第２の態様との組合せにより実現され得る。第３の態様に係る点灯装置（１０）において、切替え部（５０）は、第２光源（６）と電気的に直列接続されるスイッチング素子（第２スイッチング素子Ｑ２）と、スイッチング素子をオン・オフする制御部（５１）とを有することが好ましい。制御部（５１）は、脈流電圧（Ｖｉ）が下限値（Ｖｘ）以上のときにスイッチング素子をオフし、脈流電圧（Ｖｉ）が下限値（Ｖｘ）未満のときにスイッチング素子をオンすることが好ましい。

第３の態様に係る点灯装置（１０）は、電流引込み回路（５）が入力電流（Ｉｉ）を引き込むときにだけスイッチング素子（第２スイッチング素子Ｑ２）をオンさせるので、スイッチング素子による無駄な電力消費を抑えることができる。

第４の態様に係る点灯装置（１０）は、第２の態様との組合せにより実現され得る。第４の態様に係る点灯装置（１０）において、降圧コンバータ回路（３）は、インダクタ（Ｌ１）と、脈流電圧（Ｖｉ）をインダクタ（Ｌ１）に印加する状態と印加しない状態を交互に切り替えるスイッチ（第１スイッチング素子Ｑ１）とを有することが好ましい。切替え部（５０）は、第２光源（６）と電気的に直列接続されるスイッチング素子（第２スイッチング素子Ｑ２）と、スイッチング素子をオン・オフする制御部（５２）とを有することが好ましい。制御部（５２）は、インダクタ（Ｌ１）に流れる電流の大きさに応じてスイッチング素子をオン・オフすることが好ましい。

第４の態様に係る点灯装置（１０）は、脈流電圧（Ｖｉ）の電圧値に応じて切替え部（５０）を第１状態と第２状態に択一的に切り替える場合に比べて、電源の電圧変動などがあっても力率の改善を確実に図ることができる。

第５の態様に係る照明装置（１）は、第１〜第４の態様のいずれか一つの点灯装置（１０）と、点灯装置（１０）によって点灯させられる第１光源（４）とを備える。

第５の態様に係る照明装置（１）は、力率の改善を図りつつ電力の有効利用を図ることがてきる。

１ 照明装置
２ 整流器
３ 降圧コンバータ回路
４ 第１光源
５ 電流引込み回路
６ 第２光源
９ 交流電源（電源）
１０ 点灯装置
５０ 切替え部
５１ 制御部
５２ 制御部
Ｖｉ 脈流電圧
Ｖｘ 脈流電圧の下限値
Ｉｉ 入力電流
Ｑ２ 第２スイッチング素子（スイッチング素子）
Ｌ１ インダクタ

Claims (5)

1. 電源から供給される交流電圧を整流し、整流後の脈流電圧を出力する整流器と、
   下限値以上の前記脈流電圧を降圧し、第１光源に供給する降圧コンバータ回路と、
   前記脈流電圧が前記下限値未満であるときに前記電源から入力電流を引き込む電流引込み回路と
   を備え、
   前記電流引込み回路は、前記電源から引き込む前記入力電流によって第２光源を点灯させる、
   点灯装置。
2. 前記電流引込み回路は、前記第２光源を前記整流器の出力端間に電気的に接続する第１状態と前記第２光源を前記整流器の出力端から電気的に切り離す第２状態とを択一的に切り替える切替え部を有する、
   請求項１記載の点灯装置。
3. 前記切替え部は、
   前記第２光源と電気的に直列接続されるスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子をオン・オフする制御部と
   を有し、
   前記制御部は、前記脈流電圧が前記下限値以上のときに前記スイッチング素子をオフし、前記脈流電圧が前記下限値未満のときに前記スイッチング素子をオンする、
   請求項２記載の点灯装置。
4. 前記降圧コンバータ回路は、
   インダクタと、
   前記脈流電圧を前記インダクタに印加する状態と印加しない状態を交互に切り替えるスイッチと
   を有し、
   前記切替え部は、
   前記第２光源と電気的に直列接続されるスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子をオン・オフする制御部と
   を有し、
   前記制御部は、前記インダクタに流れる電流の大きさに応じて前記スイッチング素子をオン・オフする、
   請求項２記載の点灯装置。
5. 請求項１〜４のいずれかの点灯装置と、
   前記点灯装置によって点灯させられる第１光源と
   を備える
   照明装置。

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