JP2022084193A - 電源回路 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷の取り外し時の故障を防止することができる電源回路を提供する。【解決手段】電源回路１は、ＦＥＴ７ａ、７ｂを制御するマイコン５と、ＬＥＤ２０に流れる電流を検出する抵抗１０と、を備えている。そして、マイコン５は、抵抗１０で検出された電流値に基づいてＬＥＤ２０が取り外されたかを判定し、ＬＥＤ２０が取り外されたと判定した場合は、ＦＥＴ７ｂを所定時間ＯＮにしてコンデンサ９を放電させるように制御している。【選択図】図１

Description

本発明は、例えばＬＥＤ照明等へ電力供給をする電源回路に関する。

照明器具として、近年は低消費電力である発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として用いることが行われている。ＬＥＤは、一般的に定電流駆動であることから、ＬＥＤに電力を供給する電源回路は定電流電源となっている。

この種の電源回路において、特許文献１には、光源のＬＥＤが開放故障した場合、光源電流が０になり、平滑コンデンサが充電されるばかりで放電しなくなるので、ＬＥＤの両端電圧が高くなるため、このような状態を異常として判定することが記載されている。

特開２０１０－１６５５４６号公報

特許文献１では、異常が発生したと異常判定部が判定した場合、信号生成部が、制御信号を生成しないことによりドライブ回路がドライブ信号を生成しないので、二つのスイッチング素子が、オフの状態を継続することで交流電圧の生成を停止する。したがって、点灯装置は安全に停止すると記載されている。

しかしながら、二つのスイッチング素子が、オフの状態を継続することで交流電圧の生成を停止しても、出力端にある平滑コンデンサには電荷が蓄積されており、平滑コンデンサは自然放電により放電されることとなる。また、特許文献１の回路構成に限らず、スイッチング電源回路において、回路の出力端に平滑化のためにコンデンサが設けられることは一般的であり、上記した自然放電は、平滑コンデンサの容量にもよるが数秒から十秒程度かかる場合がある。

また、例えば蛍光灯型のＬＥＤの場合、電源をＯＦＦにせず点灯状態のまま交換が行われることがある。この交換に際して、平滑コンデンサの自然放電中にＬＥＤの端子とソケットとのチャタリング等の接触が発生すると、平滑コンデンサに蓄積された電荷によりＬＥＤに大電流が流れ負荷であるＬＥＤが故障する可能性がある。特許文献１では、このような事象による故障については何ら考慮されていない。

そこで、本発明は、負荷の取り外し時の故障を防止することができる電源装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載された発明は、負荷に対して定電流を供給するためのスイッチング素子と、前記スイッチング素子を制御する制御部と、を備え、前記スイッチング素子の出力端にコンデンサが設けられている電源回路において、前記制御部は、前記負荷が取り外されたと判定した場合は、前記スイッチング素子を所定時間ＯＮにして前記コンデンサを放電させるように制御する、ことを特徴とする電源回路である。

本発明によれば、制御部が、負荷が取り外されたと判定した場合は、スイッチング素子を所定時間ＯＮにしてコンデンサを放電させるように制御するので、コンデンサの電荷を強制的に放電することができ、負荷の取り外し時の故障を防止することができる。

本発明の一実施形態にかかる電源回路の回路図である。 従来の電源回路における出力電圧、出力電流の変化を示した波形図である。 図１に示された電源回路における出力電圧、出力電流の変化を示した波形図である。 図３の詳細な波形図である。 図１に示されたマイコンの動作のフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を、図１～図５を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる電源回路の回路図である。

電源回路１は、ダイオードブリッジ２と、ＰＦＣ３と、マイコン用電源４と、マイコン５と、ＦＥＴドライバ６と、ＦＥＴ７ａ、７ｂと、インダクタ８と、コンデンサ９と、抵抗１０と、オペアンプ１１と、を備えている。そして、電源回路１は、負荷としてＬＥＤ２０が接続されている。

ダイオードブリッジ２は、例えば商用電源等の入力である交流電力を直流電力に整流して出力するための周知のダイオードからなるブリッジ回路である。

ＰＦＣ３は、ダイオードブリッジ２で整流された直流電力の力率を改善し後段に供給する一般的な昇圧型の力率改善回路である。

マイコン用電源４は、マイコン５へ供給する電源電圧へ変換する電源変換回路である。マイコン５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えたマイクロコンピュータであり、ＲＯＭに記憶された制御部プログラムに沿って動作する。マイコン５は、電源回路１の全体制御を司る。また、マイコン５は、オペアンプ１１から入力された電流値に基づいて、ＦＥＴ７ａ、７ｂのスイッチングを制御する。即ち、マイコン５は、スイッチング素子を制御する制御部として機能する。

ＦＥＴドライバ６は、マイコン５からの制御によりＦＥＴ７ａ、７ｂのＯＮまたはＯＦＦのスイッチング制御を行う。

ＦＥＴ７ａ、７ｂは、電界効果トランジスタである。ＦＥＴ７ａは、ゲートがＦＥＴドライバ６に接続され、ドレインがＰＦＣ３の出力に接続され、ソースがＦＥＴ７ｂのドレイン及びインダクタ８の一端に接続されている。

ＦＥＴ７ｂは、ゲートがＦＥＴドライバ６に接続され、ドレインがＦＥＴ７ａのソース及びインダクタ８の一端に接続され、ソースがＰＦＣ３の出力とコンデンサ９の他端と抵抗１０の一端とオペアンプ１１の－端子に接続されている。なお、ＦＥＴ７ｂのソースは接地されている。つまり、図１のＰＦＣ３の下側の出力は接地側であり、ＦＥＴ７ｂはローサイドとなる（ＦＥＴ７ａはハイサイドとなる）。

ＦＥＴ７ａ、７ｂは、ゲートがＦＥＴドライバ６に制御されることでスイッチング動作をする。即ち、ＦＥＴ７ａ、７ｂはスイッチング素子として機能する。また、上述した説明から明らかなようにＦＥＴ７ａとＦＥＴ７ｂとは直列接続されている。

インダクタ８は、一端がＦＥＴ７ａのソースとＦＥＴ７ｂのドレインに接続され、他端がコンデンサ９の一端とＬＥＤ２０の一端に接続されている。コンデンサ９は、一端がインダクタ８の他端とＬＥＤ２０の一端に接続され、他端がＰＦＣ３の出力とＦＥＴ７ｂのソースと抵抗１０の一端とオペアンプ１１の－端子に接続されている。コンデンサ９の他端はＦＥＴ７ｂのソースと同様に接地されている。インダクタ８とコンデンサ９とはＦＥＴ７ａ、７ｂにより生成された出力電圧を平滑化する。また、コンデンサ９は、図１からも明らかなようなスイッチング素子であるＦＥＴ７ｂの出力端に設けられている。

抵抗１０は、一端がＰＦＣ３の出力とＦＥＴ７ｂのソースとコンデンサ９の他端とオペアンプ１１の－端子に接続され、他端がＬＥＤ２０の他端とオペアンプ１１の＋端子に接続されている。オペアンプ１１は、抵抗１０の両端に流れる電流を検出する。即ち、抵抗１０とオペアンプ１１とで負荷に流れる電流を検出する検出部として機能する。

ＬＥＤ２０は、電源回路１の負荷として接続されている。このＬＥＤ２０は、例えば蛍光灯型（直管型）のＬＥＤ照明灯として構成されている。したがって、ＬＥＤ２０と電源回路１とはソケット等により着脱自在となっている。

次に、上述した電源回路の動作例を説明する。まず、従来の電源回路について図２を参照して説明する。図２は、従来の電源回路における出力電圧、出力電流の変化を示した波形である。

まず、ＬＥＤ２０が電源回路に接続されている場合は、出力電圧Ｖ、出力電流Ｉともに一定のまま推移する。次に、ＬＥＤ２０が電源回路から取り外されると（時刻ｔ１）、出力電流Ｉが“０”になるとともに、出力電圧Ｖが上昇する。ＬＥＤ２０は通常定電流駆動されるため、ＬＥＤ２０が取り外されると、電源回路側では定電流を維持しようとして電圧を上昇させてしまう。但し、出力電圧Ｖが一定電圧まで上昇すると保護回路等によりスイッチング動作が停止する。そして、出力電圧Ｖは、電源回路の出力端に設けられた平滑コンデンサの自然放電により、徐々に低下する。

ここで、出力電圧ＶがＬＥＤ２０の順方向電圧ＶＦ以下になる前にＬＥＤ２０が電源回路の出力端子等に接触すると（時刻ｔ２）、ＬＥＤ２０には大電流が流れる。このような大電流が流れるとＬＥＤ２０が故障してしまうことがある。

次に、本実施形態にかかる電源回路１における出力電圧、出力電流の変化を示した波形を図３に示す。

図３の場合は、時刻ｔ１までは図２と同様である。そして、出力電圧Ｖが一定電圧までが上昇したことによりＦＥＴ７ａ、７ｂのスイッチング動作が停止すると、ローサイド側のＦＥＴ７ｂが所定時間ＯＮとなる（時刻ｔ１－１）。これにより、コンデンサ９が強制放電されるため、出力電圧Ｖが急激に低下する。

そのため、ＬＥＤ２０が電源回路の出力端子等に接触しても（時刻ｔ２）、出力電圧Ｖが順方向電圧ＶＦ以下となっているため、ＬＥＤ２０には大電流が流れない。よって、大電流によるＬＥＤ２０の故障を防止することができる。

図４に図３の詳細な波形図を示す。図４は、図３にローサイドＦＥＴ７ｂとハイサイドＦＥＴ７ａの波形を追加している。ローサイドＦＥＴ７ｂとハイサイドＦＥＴ７ａは、ＯＮとＯＦＦを所定の周期Ｔで交互に繰り返すことで出力電流Ｉを一定にしている。つまり、スッイッチングされている。ここで、ローサイドＦＥＴ７ｂの周期とハイサイドＦＥＴ７ａの周期とは位相が半周期ずれている。つまり、ローサイドＦＥＴ７ｂがＯＮのときハイサイドＦＥＴ７ａはＯＦＦであり、ローサイドＦＥＴ７ｂがＯＦＦのときハイサイドＦＥＴ７ａはＯＮである。

図４においては、時刻ｔ１１、ｔ１３、ｔ１４において、マイコン５がオペアンプ１１が検出した電流値をサンプリングする時刻とする。時刻ｔ１１は、出力電流ＩがＬＥＤ２０を駆動する値が得られたとする。そして、時刻ｔ１１とｔ１３の間の時刻であるｔ１２にＬＥＤ２０が取り外されたと判定すると（負荷開放）、時刻ｔ１３、ｔ１４における出力電流Ｉは“０”となるとともに出力電圧Ｖが上昇し始める。

本実施形態では、負荷開放の検出条件として、出力電流Ｉが変化したこととしている。具体的には、（１）出力電流のマイナスの傾きを検出し、かつ、（２）所定以下の電流値を２回連続で検出した場合としている。条件（１）の例としては、前回サンプリングされた出力電流値Ｉ（ｔ－１）と現在サンプリングされた出力電流値Ｉｔとの差が５０ｍＡ以上低下していることが挙げられる。条件（２）の例としてはサンプリングされた出力電流Ｉが５０ｍＡ以下を２回連続で検出したことが挙げられる。

上記した（１）と（２）の条件が成立すると、マイコン５は負荷開放と判定し、ハイサイドＦＥＴ７ａはＯＦＦ状態のまま、ローサイドＦＥＴ７ｂを所定時間（例えば数十μ秒）ＯＮ状態にする。ローサイドＦＥＴ７ｂは所定時間経過後ＯＦＦにする。すると、コンデンサ９が強制放電されるため、出力電圧Ｖが急激に低下する。

そのため、例えば時刻ｔ１５でＬＥＤ２０が電源回路の出力端子等に接触しても、出力電圧Ｖが順方向電圧ＶＦ以下となっているため、ＬＥＤ２０には大電流が流れない。本実施形態でも、出力電圧Ｖが順方向電圧ＶＦ以下になるまで時間があるが、強制放電により非常に短時間にすることができため（図４の例では数十μ秒程度）、大電流による負荷の故障の可能性を大幅に低減できる。

図５にマイコン５の動作のフローチャートを示す。まず、負荷（ＬＥＤ２０）の取り外しを検出したか判定する（ステップＳ１）。判定方法は上述した（１）と（２）の条件を満たしたか否かである。即ち、マイコン５（制御部）は、抵抗１０とオペアンプ１１（検出部）が検出した電流値に基づいてＬＥＤ２０（負荷）が取り外されたかを判定する。

そして、負荷の取り外し検出した場合は（ステップＳ１；ＹＥＳ）、ハイサイドＦＥＴ７ａはＯＦＦに固定したままでかつ、ローサイドＦＥＴ７ｂを所定時間だけＯＮにする（ステップＳ２）。即ち、マイコン５（制御部）は、ＬＥＤ２０（負荷）が取り外されたと判定した場合は、ＦＥＴ７ｂ（スイッチング素子）を所定時間ＯＮにしてコンデンサ９を放電させるように制御する。

本実施形態によれば、電源回路１は、ＦＥＴ７ａ、７ｂを制御するマイコン５と、ＬＥＤ２０に流れる電流を検出する抵抗１０と、を備えている。そして、マイコン５は、抵抗１０とオペアンプ１１で検出された電流値に基づいてＬＥＤ２０が取り外されたかを判定し、ＬＥＤ２０が取り外されたと判定した場合は、ＦＥＴ７ｂを所定時間ＯＮにしてコンデンサ９を放電させるように制御している。このようにすることにより、コンデンサ９の電荷を強制放電することができ、取り外し時のチャタリング等によるＬＥＤ２０の故障を防止することができる。

また、抵抗１０とオペアンプ１１で検出された電流値に基づいてＬＥＤ２０が取り外されたか判定しているので、例えば定電流制御のために設けられている抵抗等を利用してＬＥＤ２０の取り外しを判定することができる。したがって、追加の回路が不要でＬＥＤ２０が取り外しを判定できる。

また、ＦＥＴ７ａと７ｂは直列接続されており、マイコン５は、ローサイド側のＦＥＴ７ｂを所定時間ＯＮにしてコンデンサ９を放電させるように制御している。このようにすることにより、接地されているＦＥＴ７ｂをＯＮに制御することで、コンデンサ９を放電するための閉回路が形成されるため、強制放電をすることができる。

また、負荷として、ＬＥＤ２０であるので、例えば直管型ＬＥＤの交換時に発生するチャタリングによる故障を低減させることができる。

なお、上述した実施形態では、スイッチング素子としてＦＥＴで説明したがそれに限らない。例えば、トランジスタ等の他のスイッチング素子であってもよい。また、負荷としてはＬＥＤ照明に限らず、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）照明など定電流駆動されるデバイスであればよい。

また、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の電源回路の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

１ 電源回路
５ マイコン（制御部）
７ａ、７ｂ ＦＥＴ（スイッチング素子）
９ コンデンサ
１０ 抵抗（検出部）
１１ オペアンプ（検出部）
２０ ＬＥＤ（負荷）

Claims (4)

1. 負荷に対して定電流を供給するためのスイッチング素子と、前記スイッチング素子を制御する制御部と、を備え、前記スイッチング素子の出力端にコンデンサが設けられている電源回路において、
   前記制御部は、前記負荷が取り外されたと判定した場合は、前記スイッチング素子を所定時間ＯＮにして前記コンデンサを放電させるように制御する、
   ことを特徴とする電源回路。
2. 前記負荷に流れる電流を検出する検出部を備え、
   前記制御部は、前記検出部が検出した電流値に基づいて前記負荷が取り外されたかを判定することを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
3. 前記スイッチング素子は複数直列接続されており、
   前記制御部は、複数の前記スイッチング素子のうちローサイドの前記スイッチング素子を前記所定時間ＯＮにして前記コンデンサを放電させるように制御する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電源回路。
4. 前記負荷は、ＬＥＤ照明であることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載の電源回路。

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