JP5289084B2 - 電源回路及び照明装置 - Google Patents
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Description
複数の負荷の駆動電流が異なる場合には、複数の負荷を駆動電流ごとに分けて、駆動電流が同じ負荷だけを直列接続して複数の負荷回路を構成し、それぞれ異なる電源回路に接続する。
電源回路の構成としては、共通の電源回路から直列に抵抗を接続して各々の負荷に供給する駆動電流を制限する構成や、駆動電流をフィードバックして、各々にバックコンバータなどを用いて定電流駆動制御する構成が知られている。
共通の電源回路に直列に抵抗を接続した構成は、構成が簡易であり、回路の小型化・製造コストの削減が図れる反面、電力効率が悪い。
また、各々にフライバックコンバータなどを用いる構成は、電力効率が高い反面、構成が複雑であり、回路が大型化し、製造コストが高くなる。
この発明は、例えば、上記のような課題を解決するためになされたものであり、駆動電流が異なる複数の負荷回路に電力を供給する電源回路において、製造コストを低く、電力効率を高く、信頼性を高くすることを目的とする。
上記電源回路は、定電流回路と、電流加算回路とを有し、
上記定電流回路は、電圧生成回路と、電流検出回路と、電圧検出回路と、制御回路とを有し、上記第一の負荷回路と上記第二の負荷回路とを直列に電気接続した直列負荷回路に対して、上記第一の駆動電流を供給し、
上記電流加算回路は、上記第一の駆動電流と上記第二の駆動電流との差にあたる電流値の電流を上記第二の負荷回路に対して供給し、
上記電圧生成回路は、上記直列負荷回路に対して印加する電圧を生成し、
上記電流検出回路は、上記第一の負荷回路、及び、上記第二の負荷回路のうちのいずれかを電流検出対象回路とし、上記電流検出対象回路を流れる電流を検出し、
上記電圧検出回路は、上記第一の負荷回路、及び、上記第二の負荷回路、及び、上記直列負荷回路のうちのいずれかを電圧検出対象回路とし、上記電圧検出対象回路の両端に発生する電圧を検出し、
上記制御回路は、上記電圧検出回路が検出した電圧が所定の電圧値以下となる範囲内で、上記電流検出回路が検出した電流が所定の電流値となるよう、上記電圧生成回路を制御することを特徴とする。
また、制御回路は、電圧検出回路が検出した電圧が所定の電圧値以下となるように、かつ、電流検出回路が検出した駆動電流が所定の電流値となるように、電圧生成回路を制御する。これにより、電源回路の過電圧出力を防ぎ、過電圧による負荷回路の破壊を防ぐことができ、高い信頼性を確保することができる。
実施の形態1について、図1〜図9を用いて説明する。
照明装置800は、例えば、白色LEDと赤色LEDなど、複数種類の発光素子を有する。照明装置800は、複数種類の発光素子が発した光を混合することにより、演色性が高く、電球色など所望の色温度の光を発する。
発光素子は、種類ごとに電気的特性が異なり、例えば、駆動電流値が異なっている。
それぞれの発光素子ユニット851,852(負荷回路、発光素子直列回路)は、単一種類の発光素子を有する。発光素子ユニット851,852が有する発光素子が複数の場合、発光素子は、互いに直列に電気接続されている。
定電流回路110は、複数の発光素子ユニット851,852を直列に電気接続した回路(以下「直列負荷回路」と呼ぶ。)に対して、電流を供給する。
電流加算回路は、複数の発光素子ユニット851,852のうち一部の発光素子ユニット852に対して、電流を供給する。
この例では、発光素子ユニット851(第一の負荷回路)には、定電流回路110から供給された電流が流れ、発光素子ユニット852(第二の負荷回路)には、定電流回路110から供給された電流と電流加算回路150から供給された電流とを合わせた電流が流れる。
定電流回路110は、発光素子ユニット851の発光素子を所望の明るさで点灯させる駆動電流値(以下「第一の駆動電流」と呼ぶ。)の電流を生成する。電流加算回路150は、発光素子ユニット852の発光素子を所望の明るさで点灯させる駆動電流値(以下「第二の駆動電流」と呼ぶ。)と、第一の駆動電流との差にあたる電流値の電流を生成する。
これにより、発光素子ユニット851には、第一の駆動電流が流れ、発光素子ユニット852には、第二の駆動電流が流れ、それぞれの発光素子が所望の明るさで点灯する。
電圧生成回路111は、直列負荷回路に印加する電圧を生成する。
電流検出回路112は、発光素子ユニット851を流れる電流を検出する。なお、電流検出回路112は、発光素子ユニット851ではなく、発光素子ユニット852を流れる電流を検出する構成としてもよい。以下、電流検出回路112が電流検出の対象とする回路を、電流検出対象回路と呼ぶ。
電圧検出回路113は、直列負荷回路の両端に発生する電圧を検出する。なお、電圧検出回路113は、直列負荷回路ではなく、発光素子ユニット851あるいは発光素子ユニット852の両端に発生する電圧を検出する構成としてもよい。以下、電圧検出回路113が電圧検出の対象とする回路を、電圧検出対象回路と呼ぶ。
制御回路114は、電流検出回路112が検出した電流と、電圧検出回路113が検出した電圧とに基づいて、電圧生成回路111を制御する。具体的に言えば、制御回路114は、電圧検出回路113が検出した電圧が所定の電圧値(以下「最大電圧値」と呼ぶ。)以下となる範囲内で、電流検出回路112が検出した電流が所定の電流値(以下「目標電流値」と呼ぶ。)となるよう、電圧生成回路111が生成する電圧を調整する。すなわち、電圧検出回路113が検出した電圧が最大電圧値より低く、かつ、電流検出回路112が検出した電流が目標電流値より少ない場合、制御回路114は、電圧生成回路111が生成する電圧を高くする。逆に、電圧検出回路113が検出した電圧が最大電圧値より高い場合や、電流検出回路112が検出した電流が目標電流値より多い場合には、制御回路114は、電圧生成回路111が生成する電圧を低くする。
最大電圧値は、発光素子における順方向電圧のバラツキを考慮した上で、正常動作の範囲内といえる最大値をもとに設定する。例えば、電流検出対象回路を流れる電流が目標電流値よりも少ない場合、制御回路114は、電圧生成回路111が生成する電圧を上昇させて、電流検出対象回路を流れる電流を目標電流値にしようとする。しかし、周辺温度の低下に伴って発光素子における順方向電圧が上昇した場合や、発光素子が断線故障した場合などの異常時には、電圧生成回路111が生成する電圧を上昇させても、電流検出対象回路を流れる電流があまり増えないので、更に、電圧生成回路111が生成する電圧を上昇させると、発光素子ユニット851,852やその他の回路を破壊する可能性がある。そこで、電圧生成回路111が生成する電圧を上昇させて、電圧検出対象回路の両端電圧が最大電圧値に達した場合には、制御回路114は、電圧生成回路111が生成する電圧をそれ以上高くしないことにより、回路を保護する。
電源回路100は、直流あるいは脈流電圧を入力して、発光素子ユニット851,852に電力を供給する。
入力コンデンサC11は、電源回路100の入力端子間に電気接続されている。入力コンデンサC11は、電源を入力する。入力コンデンサC11は、電源回路100が入力した電圧のリプルを除去して平滑するとともに、電源回路100内で発生したスイッチングノイズが外部に漏れるのを防ぐ。
スイッチング素子Q12は、例えばMOSFETであり、制御回路114からの指示を表わす信号にしたがって、開閉する。
トランスT60は、一次巻線L63と、二つの二次巻線L61(第一の巻線),L62(第二の巻線)を有する。このうち、電圧生成回路111を構成するのは、一次巻線L63と二次巻線L61である。トランスT60は、一次側の電力を絶縁して二次側へ伝達する。
一次巻線L63(第三の巻線)は、スイッチング素子Q12を介して、電源回路100の入力端子間に電気接続されている。スイッチング素子Q12は、入力された電圧のスイッチングを行い、必要なエネルギーをトランスT60に蓄積させる。
整流素子D13のアノード端子は、二次巻線L61(第一の巻線)の一端に電気接続している。整流素子D13のカソード端子は、平滑コンデンサC14(第一のコンデンサ)の陽極端子と電気接続している。平滑コンデンサC14の陰極端子は、二次巻線L61の他端に電気接続している。すなわち、二次巻線L61・整流素子D13・平滑コンデンサC14は、閉ループを構成する。整流素子D13は、二次巻線L61の出力を整流する。平滑コンデンサC14は、整流素子D13が整流した二次巻線L61の出力を平滑する。すなわち、二次巻線L61を流れる電流が、整流素子D13により整流され、平滑コンデンサC14を充電する。
整流素子D51のアノード端子は、二次巻線L62の一端に電気接続している。整流素子D51のカソード端子は、平滑コンデンサC52の陽極端子に電気接続している。平滑コンデンサC52の陰極端子は、二次巻線L62の他端に電気接続している。二次巻線L62の巻数は、二次巻線L61の巻数よりも少ない。すなわち、二次巻線L62・整流素子D51・平滑コンデンサC52は、閉ループを構成する。整流素子D51は、二次巻線L62の出力を整流する。平滑コンデンサC52は、整流素子D51が整流した二次巻線L62の出力を平滑する。すなわち、二次巻線L62を流れる電流が、整流素子D51により整流され、平滑コンデンサC52を充電する。
電流制限抵抗R53の一端は、平滑コンデンサC52の陽極端子に電気接続されている。電流制限抵抗R53は、発光素子ユニット852へ流入する電流を制限する。
なお、電流制限抵抗R53に代えて、例えば、定電流ダイオードなどを用いて、平滑コンデンサC52を放電する電流を制限する構成としてもよい。
基準電圧源V41は、所定の電圧値を有する直流電圧を生成する。差動増幅器A42は、例えば、オペアンプである。差動増幅器A42(誤差増幅器)は、抵抗R21(電流検出抵抗)に発生する電圧(電流値情報)と、基準電圧源V41の基準電圧とに基づいて演算を行い、フォトカプラPCへ出力信号を出力する。差動増幅器A42は、電流検出回路112の両端電圧と、基準電圧源V41の電圧とを比較する。差動増幅器A42の電源は、例えば、電圧生成回路111の出力電圧から取る。
フォトカプラPCは、トランスT60の一次側回路と二次側回路とを電気的に絶縁しつつ、信号を伝達する。フォトカプラPCは、差動増幅器A42(誤差増幅器)からの出力信号を絶縁して制御IC145に送る。
制御IC145は、フォトカプラPCを介して伝達された差動増幅器A42による比較結果を表わす信号に基づいて、スイッチング素子Q12を開閉する信号を生成する。
なお、制御回路114は、例えば、アナログデジタル変換回路や、マイクロコンピュータなどを用いて構成してもよい。
トランスT60の一次巻線L63に供給されるエネルギーは、スイッチング素子Q12をオンにしている時間の割合が多い方が大きくなり、平滑コンデンサC14,C52に充電される電圧が高くなる。制御IC145は、このように、スイッチング素子Q12をオンする期間の割合を制御することによって、平滑コンデンサC14,C52に充電される電圧を調整する。
電流検出回路112が出力した電圧が、基準電圧源V41の電圧値より高い場合、制御IC145は、スイッチング素子Q12のオン期間の割合を減らし、平滑コンデンサC14,C52に充電される電圧を低くする。これにより、発光素子ユニット851,852を流れる電流が減少する。
このようにして、制御回路114は、電流検出回路112に流れる電流が、所定の電流(目標電流値)となるように、電圧生成回路111が生成する電圧を調整する。
電圧生成回路111の出力電圧が直列負荷回路(発光素子ユニット851,852)に駆動電流を流す。電流検出回路112の検出した駆動電流と目標電流値とが一致するように、制御回路114が電圧生成回路111のスイッチング素子Q12のオンオフの開閉割合を制御する。これにより、定電流回路110は、直列負荷回路(発光素子直列回路、発光素子ユニット851,852)に所定の電流(目標電流値。この例では第一の駆動電流)を流す定電流駆動回路として動作する。
電流加算回路150が生成する電流は、二次巻線L62から、整流素子D51を通って、平滑コンデンサC52を充電し、平滑コンデンサC52から、発光素子ユニット852を通るループを流れて、発光素子ユニット851や電流検出回路112は通らない。
このため、発光素子ユニット851には、定電流回路110が生成した電流(第一の駆動電流)が流れ、発光素子ユニット852には、定電流回路110が生成した電流(第一の駆動電流)と、電流加算回路150が生成した電流(第二の駆動電流と第一の駆動電流との差。発光素子ユニット852に第一の駆動電流を流した場合に不足する電流)とを合計した電流(第二の駆動電流)が流れる。また、電流検出回路112には、定電流回路110が生成した電流(第一の駆動電流)が流れる。
例えば、定電流回路110が350mAの電流を供給し、電流加算回路150が50mAの電流を供給すれば、発光素子ユニット851を流れる電流(第一の駆動電流)は350mAになり、発光素子ユニット852を流れる電流(第二の駆動電流)は400mAになる。
なお、ここでは、電圧検出回路113を流れる電流や、定電流回路110の出力から電源を取る差動増幅器A42などの電源電流は、発光素子ユニット851を流れる電流よりも十分小さいものとし無視している。
横軸は、直列負荷回路及び電流検出回路112の両端電圧を示す。縦軸は、直列負荷回路及び電圧検出回路113及び電圧検出回路113を流れる電流を示す。曲線511は、直列負荷回路の電圧電流特性を示す。直線512は、電流検出回路112の電圧電流特性を示す。直線513は、電圧検出回路113の電圧電流特性(Ig1を基準にして、下方向を正とする)を示す。
制御回路114は、電流検出回路112の両端電圧が、基準電圧値VREFに一致するよう、電圧生成回路111が生成する電圧を調整する。すなわち、制御回路114は、電流検出回路112が検出する電流が、電流値Ig1に一致するよう、電圧生成回路111が生成する電圧を調整する。
電流検出回路112が検出する電流は、発光素子ユニット851を流れる電流I1と、電圧検出回路113を流れる電流IVdとの合計である。電圧生成回路111が生成する電圧が曲線511と直線513との交点の電圧値VSより低いと、電流検出回路112が検出する電流が電流値Ig1より少ないので、制御回路114は、電圧生成回路111が生成する電圧を高くする。また、電圧生成回路111が生成する電圧が電圧値VSより高いと、電流検出回路112が検出する電流が電流値Ig1より多いので、制御回路114は、電圧生成回路111が生成する電圧を低くする。このような制御の結果、電圧生成回路111は、電圧値VSの電圧を生成する。
横軸は、発光素子ユニット852及び電流制限抵抗R53の両端電圧を示す。縦軸は、発光素子ユニット852及び電流制限抵抗R53を流れる電流を示す。曲線521は、発光素子ユニット852の電圧電流特性を示す。直線522は、電流制限抵抗R53の電圧電流特性(VC2及びI1を基準にして、左方向を正とする)を示す。
発光素子ユニット852を流れる電流は、発光素子ユニット851を流れる電流I1と、平滑コンデンサC52を放電する電流I2とを合計した電流である。平滑コンデンサC52の両端電圧は、発光素子ユニット852の両端電圧V2と、電流制限抵抗R53の両端電圧Vrとに分圧される。このため、電流制限抵抗R53には、電流値ΔIの電流が流れ、発光素子ユニット852には、電流値I1と電流値ΔIとを合計した電流値I2の電流が流れる。
例えば、発光素子ユニット851が、1個あたりの順方向電圧が3.7Vの白色発光ダイオード3個を直列に接続したものであり、発光素子ユニット852が、順方向電圧が3.1Vの赤色発光ダイオード1個である場合、電圧値VSは、14.2Vになる。二次巻線L62の巻数が、二次巻線L61の巻数の半分であれば、平滑コンデンサC52の両端電圧は、平滑コンデンサC14の両端電圧の約半分の7.0Vになり、電流制限抵抗R53の抵抗値が約118Ωであれば、電流値ΔIは、約50mAとなる。
曲線514は、電圧検出回路113a〜113cの電圧電流特性を示す。
電圧検出回路113として、電圧検出回路113a〜113cのいずれを用いた場合も、曲線514は、ほぼ同じ形状となり、両端電圧が閾値VTHより低い場合は、ほとんど電流が流れず、両端電圧が閾値VTHより高い場合は、両端電圧の電圧値と閾値VTHとの差にほぼ比例する電流が流れる。
電圧検出回路113aを用いた場合、閾値VTHは、定電圧ダイオードZ32の降伏電圧値とほぼ等しい。オン電流は、抵抗R33の抵抗値により制限される。
電圧検出回路113bを用いた場合、閾値VTHは、スイッチング素子Q36のベース−エミッタ間順方向電圧値を(R4+R5)/R5倍した電圧値(ただし、R4は、抵抗R34の抵抗値。R5は、抵抗R35の抵抗値である。)とほぼ等しい。オン電流は、抵抗R34の抵抗値と、スイッチング素子Q36の増幅率により制限される。
電圧検出回路113cを用いた場合、閾値VTHは、抵抗R34、R35により分圧された電圧が、参照電圧Vrefと等しくなる電圧値である。オン電流は、抵抗R38により制限される。
なお、電圧電流変換回路は、上記説明した抵抗R31や、電圧検出回路113a〜113cに限らず、他の構成であってもよい。
スイッチング素子Q12がオンになると、入力コンデンサC11の両端電圧が一次巻線L63に印加され、二次巻線L61,L62の両端に電圧が発生する。整流素子D13はオンになり、二次巻線L61を電流が流れ、コイルL16を介して平滑コンデンサC14を充電する。二次巻線L61を流れる電流は、コイルL16の働きにより、ほとんど変化しない。また、整流素子D51はオフになり、二次巻線L62は電流が流れない。一次巻線L63に供給されたエネルギーにより、一次巻線L63を流れる電流が増えていく。
スイッチング素子Q12がオフになると、一次巻線L63を流れる電流が0になる。コイルL16の働きにより、二次巻線L61を流れる電流は、急には増えず、トランスT60内の磁束を維持するため、二次巻線L62を電流が流れ、整流素子D51がオンになり、平滑コンデンサC52を充電する。二次巻線L62の両端には、平滑コンデンサC52の両端電圧とほぼ等しい電圧が印加され、二次巻線L61の両端に、逆電圧が発生する。整流素子D13がオフになり、コイルL16を流れる電流を維持するため、整流素子D15がオンになり、平滑コンデンサC14の充電を続ける。
これを繰り返すことにより、トランスT60の一次側から二次側へエネルギーが伝達される。
このような構成とした場合、制御回路114は、電流検出回路112が検出した電流に基づいて、発光素子ユニット852を流れる電流が所定の電流値になるよう、電圧生成回路111が生成する電圧を調整する。電流加算回路150が生成する電流の電流値ΔIは、ほぼ一定なので、発光素子ユニット851には、発光素子ユニット852を流れる電流の電流値から、電流加算回路150が生成した電流の電流値ΔIを差し引いた電流値の電流が流れる。
したがって、このような構成としても、発光素子ユニット851及び発光素子ユニット852をそれぞれ流れる電流を、所望の値とすることができる。
この例において、電圧検出回路113は、直列負荷回路ではなく、発光素子ユニット852に並列に電気接続されている。すなわち、電圧検出回路113は、発光素子ユニット852を電圧検出対象回路とし、発光素子ユニット852の両端電圧を検出する。
これにより、発光素子ユニット852に異常が発生した場合に、発光素子ユニット852に過電圧が発生するのを防ぐことができる。
この例においては、発光素子ユニット851と発光素子ユニット852との接続順序が逆になっている。また、電圧検出回路113は、発光素子ユニット851に並列に電気接続されている。すなわち、電圧検出回路113は、発光素子ユニット851を電圧検出対象回路とし、発光素子ユニット851の両端電圧を検出する。
これにより、発光素子ユニット851に異常が発生した場合に、発光素子ユニット851に過電圧が発生するのを防ぐことができる。
上記電源回路100は、定電流回路110と、電流加算回路150とを有する。
上記定電流回路110は、電圧生成回路111と、電流検出回路112と、電圧検出回路113と、制御回路114とを有し、上記第一の負荷回路と上記第二の負荷回路とを直列に電気接続した直列負荷回路に対して、上記第一の駆動電流を供給する。
上記電流加算回路150は、上記第一の駆動電流と上記第二の駆動電流との差にあたる電流値の電流を上記第二の負荷回路に対して供給する。
上記電圧生成回路111は、上記直列負荷回路に対して印加する電圧を生成する。
上記電流検出回路112は、上記第一の負荷回路、及び、上記第二の負荷回路のうちのいずれかを電流検出対象回路とし、上記電流検出対象回路を流れる電流を検出する。
上記電圧検出回路113は、上記第一の負荷回路、及び、上記第二の負荷回路、及び、上記直列負荷回路のうちのいずれかを電圧検出対象回路とし、上記電圧検出対象回路の両端に発生する電圧を検出する。
上記制御回路114は、上記電圧検出回路113が検出した電圧が所定の電圧値(最大電圧値)以下となる範囲内で、上記電流検出回路112が検出した電流が所定の電流値となるよう、上記電圧生成回路111を制御する。
電源回路100は、駆動電流の異なる複数の負荷回路(発光素子ユニット)へ同時に電力を供給することができるので、従来のような、複数の定電流駆動回路を用いたり、一つの電源回路から複数の負荷回路に抵抗で電流制限を行ったりする構成と異なり、部品点数を減らすことができ、製造コストを削減し、信頼性を高めて、電力効率を向上させることができる。
第一の負荷回路あるいは第二の負荷回路に異常が生じた場合、電圧検出回路113が電圧検出対象回路の両端電圧を検出し、検出した電圧が所定の電圧値以下となるよう、制御回路114が電圧生成回路111を制御するので、過電圧の発生を防ぎ、電源回路100や負荷回路の信頼性を高くすることができる。
上記電流検出回路112は、上記電圧電流変換回路を流れる電流と、上記電流検出対象回路を流れる電流とを合わせた電流を検出する。
上記トランスT60は、第一の巻線(二次巻線L61)と、第二の巻線(二次巻線L62)とを有する。
上記電圧生成回路111は、上記第一の巻線を流れる電流からエネルギーを得て、上記直列負荷回路に対して印加する電圧を生成する。
上記電流加算回路150は、上記第二の巻線を流れる電流からエネルギーを得て、上記第二の負荷回路(発光素子ユニット852)に対して供給する電流を生成する。
上記第一のコンデンサは、上記第一の巻線(二次巻線L61)を流れる電流により充電される。
上記第二のコンデンサは、上記第二の巻線(二次巻線L62)を流れる電流により充電される。
上記電流制限回路は、上記第二のコンデンサを放電する電流を制限する。
電源回路100は、一つの定電流回路と、不足する電流を供給する簡易な回路とで構成でき、電力効率を落とさずに、駆動電流の異なる複数の負荷回路を駆動することができるとともに、部品点数を削減し、回路を小型化し、信頼性を高めることができる。
上記制御回路114は、上記第三の巻線に供給される電力(エネルギー)を調整することにより、上記電圧生成回路111が生成する電圧を調整する。
上記第一の発光素子ユニット851は、一または直列に電気接続された複数の第一の発光素子を有し、上記第一の負荷回路として上記電源回路100に電気接続されている。
上記第一の発光素子は、上記第一の駆動電流により発光する。
上記第二の発光素子ユニット852は、一または直列に電気接続された複数の第二の発光素子を有し、上記第二の負荷回路として上記電源回路100に電気接続されている。
上記第二の発光素子は、上記第二の駆動電流により発光する。
上記発光素子直列回路は、直列に接続された第一及び第二の発光素子ユニット851,852を有する。上記第一の発光素子ユニット851は、1個または直列接続された複数の第一の発光素子を有する。上記第二の発光素子ユニット852は、上記第一の発光素子よりも駆動電流が大きい1個または直列接続された複数の第二の発光素子を有する。
上記電源回路100は、トランスT60と、電流検出回路112と、電圧検出回路113と、電流制限回路(電流制限抵抗R53)と、制御回路114とを有する。
上記トランスT60は、一次巻線L63と第一の駆動電流を供給するための第一の出力巻線(二次巻線L61)と第二の駆動電流に対して不足する電流(第一の駆動電流との差分)を供給する第二の出力巻線(二次巻線L62)とを有する。
上記発光素子直列回路は、上記トランスT60の上記第一の出力巻線に接続されて上記第一の発光素子ユニット851が上記第一の出力巻線から供給される第一の駆動電流で駆動される。
上記第二の発光素子ユニット852は、上記トランスT60の上記第二の出力巻線に接続されて上記第二の出力巻線から付加用電流が供給され、上記第一の駆動電流にこの付加用電流が加算された第二の駆動電流により駆動される。
上記電流検出回路112は、上記第一または第二の駆動電流を検出する。
上記電圧検出回路113は、上記発光素子ユニット851,852に印加される電圧の全て、又は一部の電圧値情報を検出し、上記制御回路114に伝達する。
上記電流制限回路は、上記トランスT60の第二の出力巻線に接続され、上記第二の発光素子ユニットへの上記付加用電流を制限する。
上記制御回路114は、上記電流検出回路112により伝達された電流値情報により、上記発光素子ユニット851,852へ流れる駆動電流の上昇を抑える制御を行い、上記電圧検出回路113によって伝達された電圧値情報により、上記発光素子ユニット851,852へ印加される電圧の上昇を抑える制御を行い、上記第一または第二の駆動電流に基づき、上記第一または第二の駆動電流を制御する。
これにより、照明装置800は、一つの定電流駆動回路(定電流回路110)と、不足する電流を供給する簡易な回路(電流加算回路150)とで構成される電源回路を用いることにより、従来のような、複数の定電流駆動回路を用いたり、一つの電源回路から複数の発光素子ユニットに抵抗で電流制限を行ったりする構成と異なり、電力効率を落とさずに、駆動電流の異なる複数の発光素子ユニットを同時に駆動することができるとともに、部品点数を削減し、回路を小型化し、信頼性を高めることができる。
また、発光ダイオードの周囲温度が低下し順方向電圧が上昇した場合でも、定電流駆動回路が出力電圧の上昇を抑制する機能を有しているので、発光ダイオードの輝度の変化や異常な消費電力の増加を防止できる。
複数の発光素子を駆動電流ごとに分け、駆動電流が同じ同種の発光素子ごとに直列に接続して複数の負荷回路を構成する。
一般に、発光ダイオードは、周囲温度が低下すると順方向電圧が上昇する特性を有する。また、発光ダイオードは、順方向電流が増加すると順方向電圧が上昇する特性を有する。したがって、順方向電流の増加は、発光素子ユニット851,852全体の順方向電圧の上昇につながる。
例えば、発光素子ユニット851,852の周囲温度が低下し、発光素子の順方向電圧が上昇した場合、発光素子ユニット851,852を流れる電流(第一の駆動電流)が減少する。電流検出回路112が検出した電流が所定の電流値より少なくなるので、制御回路114は、電圧生成回路111が生成する電圧を上昇させる。電圧生成回路111が生成する電圧の上昇により、発光素子直列回路(直列負荷回路)を流れる電流(第一の駆動電流)が増えるとともに、抵抗R31(電圧検出回路113)を流れる電流も増える。
電流検出回路112が検出した電流が所定の電流値になったとき、発光素子直列回路を流れる電流(第一の駆動電流)は、抵抗R31を流れる電流の増加分だけ少なくなり、発光素子直列回路を流れる電流(第一の駆動電流)の増加が抑制される。
また、発光素子直列回路を流れる電流(第一の駆動電流)の増加が抑制される分、電圧生成回路111が生成する電圧が低い電圧値で安定するので、電圧生成回路111の出力電圧の上昇も抑制される。
つまり、抵抗R31は、周囲温度低下による発光素子ユニット851,852の順方向電圧上昇に対して、発光素子ユニット851,852への印加電圧の上昇(出力電圧の上昇)を抑える働きを持つ。
これにより、定電流回路110は、出力電圧の上昇を抑制する制御と、電流フィードバック制御とを行う一つの定電流駆動回路として機能する。
なお、二次巻線L61の巻数に対する二次巻線L62の巻数の比率は、直列負荷回路全体の両端電圧に対する発光素子ユニット852の両端電圧の比率以上とする。
電圧検出回路113は、上記説明した例に限らず、他の構成であってもよい。電圧検出回路113は、両端電圧が上昇すると、流れる電流が増える特性であればよい。ただし、電圧検出回路113は、両端電圧が所定の電圧値より低い場合には、流れる電流が少なく、両端電圧が所定の電圧値を超えると、流れる電流が急に増える特性を有しているほうが好ましい。
上述したように、電圧検出回路113は、電圧検出対象回路と並列に接続する。電圧検出対象回路は、直列負荷回路に限らず、いずれか一つの発光素子ユニットであってもよいし、3以上の発光素子ユニットのうちの全部または一部であってもよい。
また、整流素子D13,D51に代えて、MOSFETなどのスイッチング素子を設ける構成とし、スイッチング素子Q12の開閉と同期して、スイッチング素子を能動的に開閉制御する同期整流式の整流回路を用いてもよい。
特に、発光素子ユニット851を構成する発光素子(主たる発光出力を得るための発光ダイオード)の数が多く、発光素子ユニット852を構成する発光素子(従たる発光出力を得るための発光ダイオード)の数が少ない場合に、電気効率がより一層向上する。
また、スイッチング動作を行う定電流駆動用DC/DCコンバータの数が減ることにより、電気ノイズが減少する。
更に、電圧検出回路113として抵抗R31を接続することにより、発光素子ユニットの周囲温度が低下し、発光素子ユニットの順方向電圧が上昇した場合に、発光素子ユニットへの印加電圧の上昇(出力電圧の上昇)を抑えることができる。これにより、印加電圧の上昇によって発光素子ユニットの順方向電流が増加し、発光素子ユニットの順方向電圧が更に上昇することを未然に防ぐことができる。また、発光素子の電流値の変化を抑えることにより、発光素子の輝度変化を抑え、明るさを一定に保つことができる。また、予期せぬ出力電力の増加を防止できる。例えば、発光素子の経年変化や、発光素子の故障によるインピーダンスの上昇などの原因により、発光素子の順方向電圧が上昇した場合も、同様の上昇抑制効果を奏する。
また、発光素子ユニットへの印加電圧の上昇を抑制することにより、直列負荷回路(発光素子直列回路)の電流・電圧が必要以上になることを防止し、照明装置としての信頼性を向上できる。また、発光素子に加わる電圧が必要以上になることを防止できるので、発光素子の破損を防ぐことができる。
抵抗R31の抵抗値が比較的小さい場合、発光素子がオープンモードで故障した場合は、抵抗R31と電流検出抵抗R21とによる定電圧制御のような動作となり、過電圧になるのを防ぐことができる。
また、出力電圧の上昇を抑制する機能を有する定電流制御を行うことにより、発光素子の点灯直後や温度が低く順方向電圧が大きい場合は、駆動回路の出力電圧の上昇を抑え、その後、順方向電圧が下がってくると、所望の電流値で定電流駆動される制御ができる。
また、このような定電流制御を行うことにより、発光素子の順方向電圧が大きいときに、過大な電力になって駆動回路が過負荷になることを防ぎ、駆動回路や発光素子ユニットの信頼性を向上させる。
電圧検出回路113は、例えば、一定の電圧以上が加わった場合に電流が流れる降伏効果を有する。電圧検出回路113は、例えば、ツェナーダイオード(定電圧ダイオードZ32)と、抵抗R33との直列回路である。ツェナーダイオードは、発光素子ユニット851の発光素子の順方向電圧の合計値より高い降伏電圧を有するものを用いる。
これにより、電圧検出対象回路の両端電圧が所定の電圧値(降伏電圧)より低い場合は、抵抗R33に電流が流れず、抵抗R33における電力損失が発生しない。
電圧検出対象回路の両端電圧が所定の電圧値(降伏電圧)を超えると、抵抗R33に電流が流れ、電圧の上昇を抑制する。
なお、電圧検出回路113は、同様の電圧電流特性を有するものであれば、他の半導体素子を用いたものであってもよいし、他の構成であってもよい。
定電流回路110の出力電圧が、一定の電圧に達しない場合は、抵抗R33に電流が流れないので、通常時における電力損失を軽減できる。
実施の形態2について、図10〜図11を用いて説明する。
なお、実施の形態1と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
スイッチング素子Q12は、例えば、MOSFETであり、制御回路114からの指示を表わす信号にしたがって開閉する。スイッチング素子Q12の一端は、入力コンデンサC11の陽極側端子に電気接続している。スイッチング素子Q12の他端は、一次巻線L64の一端と、整流素子D13のカソード端子とに電気接続している。一次巻線L64の他端は、平滑コンデンサC14の陽極端子に電気接続している。整流素子D13のアノード端子は、入力コンデンサC11の陰極端子と平滑コンデンサC14の陰極端子とに電気接続している。
スイッチング素子Q12がオフになると、磁束を維持するため、整流素子D13がオンになって、一次巻線L64を電流が流れ続け、平滑コンデンサC14の充電を続ける。一次巻線L64の両端には、平滑コンデンサC14の両端電圧にほぼ等しい電圧が印加される。二次巻線L62の両端電圧の極性が逆になり、整流素子D51がオンになって、二次巻線L62に電流が流れ、平滑コンデンサC52を充電する。
これを繰り返すことにより、トランスT60の一次巻線L64に供給されたエネルギーの一部を、二次巻線L62に伝達する。
電流検出回路112は、電流検出対象回路(この図では、発光素子ユニット851であるが、発光素子ユニット852であってもよい。)を流れる電流と、電圧検出回路113を流れる電流とを合わせた電流を検出して、電流検出回路112の両端電圧に変換する。
制御回路114は、電流検出回路112の両端電圧を所定の基準電圧値V41と比較して、電流検出回路112の両端電圧が基準電圧値V41と一致するよう、電圧生成回路111を制御する。具体的には、スイッチング素子Q12をオンする期間の長さや、スイッチング素子Q12を開閉する周期を調整することにより、平滑コンデンサC14に充電される電圧を調整する。
スイッチング素子Q12は、例えば、MOSFETであり、制御回路114からの指示を表わす信号にしたがって開閉する。スイッチング素子Q12の一端は、一次巻線L64の一端に電気接続している。スイッチング素子Q12の他端は、入力コンデンサC11の陰極端子と平滑コンデンサC14の陰極端子とに電気接続している。一次巻線L64の他端は、入力コンデンサC11の陽極端子に電気接続している。整流素子D13のアノード端子は、一次巻線L64とスイッチング素子Q12との接続点に電気接続している。整流素子D13のカソード端子は、平滑コンデンサC14の陽極端子に電気接続している。
スイッチング素子Q12がオフになると、磁束を維持するため、整流素子D13がオンになって、一次巻線L64を電流が流れ続け、平滑コンデンサC14を充電する。一次巻線L64の両端には、平滑コンデンサC14の両端電圧と、入力コンデンサC11の両端電圧との差にあたる電圧が印加される。平滑コンデンサC14の両端電圧のほうが大きければ、一次巻線L64を流れる電流は減っていく。二次巻線L62の両端電圧の極性が逆になり、整流素子D51がオンになって、二次巻線L62に電流が流れ、平滑コンデンサC52を充電する。
これを繰り返すことにより、トランスT60の一次巻線L64に供給されたエネルギーの一部を、二次巻線L62に伝達する。
電流加算回路150は、トランスT60の二次巻線L62からエネルギーを得て、平滑コンデンサC52を充電し、発光素子ユニット852に供給する電流を生成する。
実施の形態3について、図12を用いて説明する。
図12は、この実施の形態における電源回路100の回路構成の一例を示す電気回路図である。
なお、実施の形態1と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
差動増幅器A42は、電流検出回路112が出力した電流検出電圧を、基準電圧源V41の電圧値と比較する。差動増幅器A47は、電圧検出回路113が出力した電圧検出電圧を、基準電圧源V46の電圧値と比較する。なお、基準電圧源V41の電圧値と、基準電圧源V46の電圧値とが等しい場合は、基準電圧源V46がない構成とし、差動増幅器A47は、電圧検出回路113が出力した電圧検出電圧を、基準電圧源V41の電圧値と比較する構成としてもよい。
二つの整流素子D43,D48は、二つの差動増幅器A42,A47の出力をワイヤードオア接続する。
これにより、電流検出回路112が出力した電流検出電圧が基準電圧源V41の電圧値より高いか、あるいは、電圧検出回路113が出力した電圧検出電圧が基準電圧源V46の電圧値より高いかのいずれかの場合に、フォトカプラPCがオンになり、電流検出電圧が基準電圧源V41の電圧値より低く、かつ、電流検出電圧が基準電圧源V46の電圧値より低い場合に、フォトカプラPCがオフになる。
制御IC145は、フォトカプラPCを介して伝達された信号に基づいて、スイッチング素子Q12を開閉し、電圧生成回路111が生成する電圧を調整する。制御IC145は、フォトカプラPCがオンのとき、スイッチング素子Q12をオンにする期間を短くするなどして、電圧生成回路111が生成する電圧を低くし、フォトカプラPCがオフのとき、スイッチング素子Q12をオンにする期間を長くするなどして、電圧生成回路111が生成する電圧を高くする。
すなわち、制御回路114は、電流検出回路112が検出した電流が所定の電流値より少なく、かつ、電圧検出回路113が検出した電圧が所定の電圧値より低い場合に、電圧生成回路111が生成する電圧を高くし、電流検出回路112が検出した電流が所定の電流値より多い場合、および、電圧検出回路113が検出した電圧が所定の電圧値より高い場合に、電圧生成回路111が生成する電圧を低くする。
上記電流検出回路112は、上記電流検出対象回路(発光素子ユニット851)を流れる電流を検出し、検出した電流に比例する電圧を電流検出電圧として出力する。
上記制御回路114は、上記電圧検出回路113が出力した電圧検出電圧と、上記電流検出回路112が出力した電流検出電圧とに基づいて、上記電圧生成回路111が生成する電圧を調整する。
例えば、制御回路114は、差動増幅器A42(誤差増幅器)とは別の差動増幅器A47(誤差増幅器)を設け、電圧値情報となる発光素子ユニットの印加電圧と、基準電圧源V41とは別の基準電圧源V46によるあらかじめ定めた一定の電圧とを入力して演算する。これにより、あからじめ定めた電圧値情報以上に達した場合に、出力電圧の上昇を抑制する制御を行うことができる。
なお、基準電圧源V46を設ける代わりに、制御回路の内部や周辺に、あらかじめ定める一定の電圧に相当する電圧値情報を用意する構成としてもよい。
また、電圧検出回路113の回路構成が簡易であり、出力電圧が高電圧である場合であっても、降伏電圧の高いツェナーダイオードのような高価な部品が不要なので、発光装置の製造コストが安くなる。
また、差動増幅器A42に異常が発生した場合でも、差動増幅器A47などにより、出力電圧の上昇を抑えるので、安全性が高い。
Claims (12)
- 第一の駆動電流で動作する第一の負荷回路と、上記第一の駆動電流よりも大きい第二の駆動電流で動作する第二の負荷回路とに対して電力を供給する電源回路において、
上記電源回路は、定電流回路と、電流加算回路とを有し、
上記定電流回路は、電圧生成回路と、電流検出回路と、電圧検出回路と、制御回路とを有し、上記第一の負荷回路と上記第二の負荷回路とを直列に電気接続した直列負荷回路に対して、上記第一の駆動電流を供給し、
上記電流加算回路は、上記第一の駆動電流と上記第二の駆動電流との差にあたる電流値の電流を上記第二の負荷回路に対して供給し、
上記電圧生成回路は、上記直列負荷回路に対して印加する電圧を生成し、
上記電流検出回路は、上記第一の負荷回路、及び、上記第二の負荷回路のうちのいずれかを電流検出対象回路とし、上記電流検出対象回路を流れる電流を検出し、
上記電圧検出回路は、上記第一の負荷回路、及び、上記第二の負荷回路、及び、上記直列負荷回路のうちのいずれかを電圧検出対象回路とし、上記電圧検出対象回路の両端に発生する電圧を検出し、
上記制御回路は、上記電圧検出回路が検出した電圧が所定の電圧値以下となる範囲内で、上記電流検出回路が検出した電流が所定の電流値となるよう、上記電圧生成回路を制御することを特徴とする電源回路。 - 上記電圧検出回路は、上記電圧検出対象回路と並列に電気接続した電圧電流変換回路を有し、
上記電流検出回路は、上記電圧電流変換回路を流れる電流と、上記電流検出対象回路を流れる電流とを合わせた電流を検出することを特徴とする請求項1に記載の電源回路。 - 上記電圧電流変換回路は、
抵抗と、
抵抗と定電圧ダイオードとの直列回路と、
トランジスタと、上記トランジスタのコレクタ端子とベース端子との間に電気接続された第一の抵抗と、上記トランジスタのベース端子とエミッタ端子との間に電気接続された第二の抵抗とからなる回路と
のうちのいずれかであることを特徴とする請求項2に記載の電源回路。 - 上記制御回路は、上記電流検出回路が検出した電流が所定の電流値より小さい場合に、上記電圧生成回路が生成する電圧を高くし、上記電流検出回路が検出した電流が所定の電流値より大きい場合に、上記電圧生成回路が生成する電圧を低くすることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の電源回路。
- 上記電圧検出回路は、上記電圧検出対象回路の両端に発生する電圧に比例する電圧を生成し、生成した電圧を電圧検出電圧として出力し、
上記電流検出回路は、上記電流検出対象回路を流れる電流を検出し、検出した電流に比例する電圧を電流検出電圧として出力し、
上記制御回路は、上記電圧検出回路が出力した電圧検出電圧と、上記電流検出回路が出力した電流検出電圧とに基づいて、上記電圧生成回路が生成する電圧を調整することを特徴とする請求項1に記載の電源回路。 - 上記制御回路は、上記電圧検出回路が出力した電圧検出電圧が所定の第一の基準電圧値より小さく、かつ、上記電流検出回路が出力した電流検出電圧が所定の第二の基準電圧値より小さい場合に、上記電圧生成回路が生成する電圧を高くし、上記電圧検出回路が出力した電圧検出電圧が所定の第一の基準電圧値より大きい場合、および、上記電流検出回路が出力した電流検出電圧が所定の第二の基準電圧値より大きい場合に、上記電圧生成回路が生成する電圧を低くすることを特徴とする請求項5に記載の電源回路。
- 上記電源回路は、更に、トランスを有し、
上記トランスは、第一の巻線と、第二の巻線とを有し、
上記電圧生成回路は、上記第一の巻線を流れる電流からエネルギーを得て、上記直列負荷回路に対して印加する電圧を生成し、
上記電流加算回路は、上記第二の巻線を流れる電流からエネルギーを得て、上記第二の負荷回路に対して供給する電流を生成することを特徴とする請求項2乃至請求項4のいずれか、または請求項6に記載の電源回路。 - 上記電源回路は、更に、トランスを有し、
上記トランスは、第一の巻線と、第二の巻線とを有し、
上記電圧生成回路は、上記第一の巻線を流れる電流からエネルギーを得て、上記直列負荷回路に対して印加する電圧を生成し、
上記電流加算回路は、上記第二の巻線を流れる電流からエネルギーを得て、上記第二の負荷回路に対して供給する電流を生成し、
上記電圧生成回路は、第一のコンデンサを有し、上記第一のコンデンサの両端に発生する電圧を上記直列負荷回路に対して印加し、
上記第一のコンデンサは、上記第一の巻線を流れる電流により充電されることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の電源回路。 - 上記電源回路は、更に、トランスを有し、
上記トランスは、第一の巻線と、第二の巻線とを有し、
上記電圧生成回路は、上記第一の巻線を流れる電流からエネルギーを得て、上記直列負荷回路に対して印加する電圧を生成し、
上記電流加算回路は、上記第二の巻線を流れる電流からエネルギーを得て、上記第二の負荷回路に対して供給する電流を生成し、
上記電流加算回路は、第二のコンデンサと、電流制限回路とを有し、上記第二のコンデンサを放電する電流を上記第二の負荷回路に対して供給し、
上記第二のコンデンサは、上記第二の巻線を流れる電流により充電され、
上記電流制限回路は、上記第二のコンデンサを放電する電流を制限することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の電源回路。 - 上記電源回路は、更に、トランスを有し、
上記トランスは、第一の巻線と、第二の巻線と、第三の巻線とを有し、
上記電圧生成回路は、上記第一の巻線を流れる電流からエネルギーを得て、上記直列負荷回路に対して印加する電圧を生成し、
上記電流加算回路は、上記第二の巻線を流れる電流からエネルギーを得て、上記第二の負荷回路に対して供給する電流を生成し、
上記制御回路は、上記第三の巻線に供給される電力を調整することにより、上記電圧生成回路が生成する電圧を調整することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の電源回路。 - 上記電流加算回路は、第二のコンデンサと、電流制限回路とを有し、上記第二のコンデンサを放電する電流を上記第二の負荷回路に対して供給し、
上記第二のコンデンサは、上記第二の巻線を流れる電流により充電され、
上記電流制限回路は、上記第二のコンデンサを放電する電流を制限することを特徴とする請求項8または請求項10に記載の電源回路。 - 請求項1乃至請求項11のいずれかに記載の電源回路と、第一の発光素子ユニットと、第二の発光素子ユニットとを有し、
上記第一の発光素子ユニットは、一または直列に電気接続された複数の第一の発光素子を有し、上記第一の負荷回路として上記電源回路に電気接続され、
上記第一の発光素子は、上記第一の駆動電流により発光し、
上記第二の発光素子ユニットは、一または直列に電気接続された複数の第二の発光素子を有し、上記第二の負荷回路として上記電源回路に電気接続され、
上記第二の発光素子は、上記第二の駆動電流により発光することを特徴とする照明装置。
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JP2010183729A (ja) | 2010-08-19 |
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