JP5554108B2 - 過電流防止式電源装置及びそれを用いた照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、過電流防止式電源装置とそれを用いた照明器具に関する。

従来の、この種の電源装置を用いた照明器具の例を図１２（例えば、特許文献１参照）に示す。この照明器具は、光源部である照明負荷１１と点灯装置１２から成り、点灯装置１２は、整流回路部１３と、ＰＦＣ（力率改善）回路部（定電圧ユニットに相当）１４と、電流出力部（定電流ユニットに相当）１５と、調光回路部１６とを備える。

ＰＦＣ回路部１４は、チョークコイルＬ１、ＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１、ソース抵抗Ｒ１、ダイオードＤ１、及びコンデンサＣ１から成る昇圧チョッパ回路と、ＰＦＣ制御部１７とからなり、定電圧を電流出力部１５に出力する定電圧源となっている。

電流出力部１５は、スイッチング素子Ｑ２、チョークコイルＬ３、ダイオードＤ２、及びコンデンサＣ２から成る降圧チョッパ回路と、電流検出用の抵抗Ｒ６と、電流制御部１８とからなり、照明負荷１１に定電流を出力する定電流源となっている。調光回路部１６は調光制御部１９によってスイッチング素子Ｑ３を駆動し照明負荷１１を調光する。

上記照明器具においては、交流電源（ＡＣ）から給電されたＰＦＣ回路部１４からの出力電圧を基に電流出力部１５が定電流動作して一定電流を照明負荷に供給する。このとき、ＰＦＣ回路部１４と電流出力部１５との動作状態が合わないと、起動時に流れる過電流によって、起動不良を起したり、ときにはＰＦＣ回路部１４及び電流出力部１５の各回路素子にそれらの定格以上の電流、電圧のストレスが掛かり、回路素子が損傷する場合がある。

以下にその動作を説明する。交流電源の投入直後は、ＰＦＣ回路部１４のコンデンサＣ１が充電されていないし、電流出力部１５のコイルＬ３にも電流が流れていない。従って、交流電源の投入直後は、図１３（ａ）に示すように、コンデンサＣ１の電圧は、整流回路部１３からの電圧Ｖ１により充電された後、ＰＣＦ制御部１７が立ち上がる時間ｔ１から昇圧が始まり、時間ｔ３までＰＦＣ制御部１７で定める所望の電圧Ｖｏになるように、徐々に増加する。

電流制御部１８は、抵抗Ｒ６による電流検出電圧を基に、電流出力部１５の出力が所望の定格電流になるように制御する。コンデンサＣ１の電圧が低い電圧Ｖ２の状態の時間ｔ２で、電流出力部１５が定電流制御を開始すると、図１３（ｂ）に示すように、電流ピーク値Ipeak２の大きい過電流をコンデンサＣ１から引き出すことになる。このため、例えば、過電流によりコイルＬ１やダイオードＤ１、または、スイッチング素子Ｑ１、抵抗Ｒ１といった回路素子にストレスが掛かり、それらの損傷を招く。

また、この電流ピーク値Ｉpeak２がＰＦＣ回路部１４から供給できる電流の許容量を越えると、ＰＦＣ制御部１７のフィードバック検出量が急激に大きくなって、制御の許容範囲を超えるようになる。このため、コンデンサＣ１の電圧値を用いてフィードバックするＰＦＣ制御部１７の動作自体が機能せず異常状態となり、ＩＣ回路による異常検出機能等によってチョッパ動作が停止してしまう場合が生じる。

特に、ＰＦＣ制御の場合は、突入電流を防止するために、コンデンサＣ１への充電を徐々に行うソフトスタート機能などが採用される場合が多いため、充電途中の低電圧において電流出力部１５が動作し、過電流が発生し易い。

また、電流出力部１５を含む回路が定格点灯に達した後、電源となるコンデンサＣ１の電圧が変動しても、一定電流を流し続けることができるように、コンデンサＣ１が低い出力電圧でも回路が動作継続するように設計される。このため、コンデンサＣ１の電圧の変動幅に対する許容度が大きいほど、起動時のピーク電流が大きくなってしまうという問題がある。

特に、点灯装置が交流電源、整流回路部１３、及びＰＦＣ回路部１４からなる定電圧ユニットと、電流出力部１５及び調光回路部１６からなる定電流ユニットとに分かれて配線接続されるような場合には、定電流ユニット内の各制御回路用電源は、定電圧ユニットの出力電圧を利用して形成される。このとき、起動のシーケンスがＰＦＣ制御部１７、電流制御部１８の順となり、過電流が発生し易い。

また、定電圧ユニットと定電流ユニットが別々の場合に、１つの定電圧ユニットに複数の定電流ユニットが接続される場合は、コンデンサＣ１から流れる過電流が更に増大することになる。

特開２００９−８０９９５号公報

本発明は、上記問題を解消するもので、定電圧ユニットからの電圧を受けて駆動される定電流ユニットからの電流供給により照明負荷を点灯する過電流防止式電源装置において、定電圧ユニットによる電圧供給開始後の電圧値の上昇により両ユニットに過電流が流れてストレスが生じることを防止する過電流防止式電源装置及び照明器具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために発明の過電流防止式電源装置は、一定電圧を出力する定電圧ユニットと、前記定電圧ユニットからの電圧を受けて駆動される定電流ユニットと、前記定電圧ユニットによる定電流ユニットへの電圧供給開始後の電圧値を検出する電圧検出部と、前記定電流ユニットが動作を開始する動作開始電圧を設定する設定部と、を備え、前記設定部は、前記定電圧ユニットからの電圧の増減の状態に応じて前記定電流ユニットの動作開始電圧を切替え、前記定電圧ユニットからの電圧が増加するときの前記定電流ユニットの動作開始電圧よりも、前記定電圧ユニットからの電圧が減少するときの動作停止電圧を低くすることを特徴とする。

この過電流防止式電源装置において、定電圧ユニットの出力を受けて動作する調光ユニットを、さらに備えることが好ましい。

本発明の照明器具は、上記のような過電流防止式電源装置と、照明負荷と、電源装置と照明負荷とを接続する接続部と、を備えたことを特徴とする。

本発明の過電流防止式電源装置によれば、定電圧ユニットから電圧が供給され定電流ユニットが動作を開始する時の電流ピーク値を任意に設定することができるので、起動時の電流ピーク値を制御することができ、両ユニットの回路素子へのストレスを低減できる。また、電圧検出部が定電圧ユニットの出力電圧を検出するだけの簡単な回路で構成できる。

本発明の第１の実施形態に係る過電流防止式電源装置を用いた照明器具の構成図。 同実施形態の装置における定電圧ユニットの回路図。 同実施形態の装置における定電流ユニットの回路図。 （ａ）は同定電流ユニットのＶｒｅｆ生成の回路構成を示す図、（ｂ）は同Ｖｒｅｆ生成の他の回路構成を示す図。 （ａ）は同定電圧ユニットの出力電圧波形を示す図、（ｂ）は同定電流ユニットの出力電流波形を示す図。 同実施形態の変形例における定電圧ユニットの構成図、（ｂ）は同定電圧ユニットの回路図。 （ａ）は同定電圧ユニットの出力波形を示す図、（ｂ）は同定電流ユニットの出力波形を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る装置における定電圧ユニットの回路図。 同実施形態の装置における定電流ユニットの回路図。 本発明の第３の実施形態に係る装置を用いた照明器具の構成図。 同照明器具の他の形態を示す斜視図。 従来の照明器具の構成図。 （ａ）は同照明器具におけるＰＦＣ回路部の出力電圧波形を示す図、（ｂ）は同照明器具における電流出力部の出力電流波形を示す図。

（第１の実施形態）
本発明の実施形態に係る過電流防止式電源装置について図１乃至図５を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態の過電流防止式電源装置１（以下、電源装置という）１は、交流電源（ＡＣ）から給電されて一定電圧を出力する定電圧ユニット２と、定電圧ユニット２からの電圧を受けて照明負荷４を点灯駆動する定電流ユニット３とを備える。ここでは、電源装置１と照明負荷４とは、照明器具を構成する。定電流ユニット３と照明負荷４とを一体としたものを灯具５とし、定電圧ユニット２と灯具５とを分離して配線する照明器具の形態も可能である。

定電流ユニット３は、電圧検出部３２と設定部３３とを有する。電圧検出部３２は、定電圧ユニット２による電圧供給開始後に、定電圧ユニット２より供給される入力電圧Ｖを検出する。設定部３３は、定電流ユニット３が動作を開始する動作開始電圧（Ｖｔｈ）を設定し、この動作開始電圧は電圧検出部３２による検出結果を受けて変化する。

照明負荷４は、有機ＥＬ発光素子を用いているが、ＬＥＤ発光素子などの他の固体発光素子を含め、直流で点灯する光源であればよい。

図２に示すように、定電圧ユニット２は、入力部（接続部）２０と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２１と、整流回路部２２と、制御電源回路２３と、昇圧チョッパ部２４と、出力部（接続部）２５とを有する。入力部２０は交流電源（ＡＣ）に接続され、ＬＰＦ２１は、入力部２０からの交流電圧を正弦波状にするため、その高周波成分を除去する。整流回路部２２は、ダイオードブリッジ（ＤＢ）を用いてＬＰＦ２１からの交流電圧を全波整流する。制御電源回路２３は、整流回路部２２の出力両端子に抵抗Ｒ４、Ｒ５の直列回路を接続し、抵抗Ｒ５に並行にツエナーダイオードＺＤ１を接続し、制御回路に供給する定電圧源Ｖｃｃを生成するための回路であり、昇圧チョッパ部２４等に電源供給する。

昇圧チョッパ部２４は、チョーク用のコイルＬ１と、ｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１と、ダイオードＤ１と、スイッチング素子Ｑ１を駆動する駆動回路２６と、駆動回路２６を制御する定電圧制御部２７とを有する。スイッチング素子Ｑ１と抵抗Ｒ１の直列回路に並列に、ダイオードＤ１と電解コンデンサＣ１の直列回路が接続される。また、コンデンサＣ１の両端は、抵抗Ｒ２とＲ３との直列回路が並列に接続されると共に、出力用コネクタを有する出力部２５に接続される。コイルＬ１に結合される二次側コイルＬ２は、その一端が定電圧制御部２７に接続され、他端が接地され、定電圧制御部２７に制御電源電圧供給を行う。スイッチング素子Ｑ１は、定電圧制御部２７からの制御信号を基に生成される駆動回路２６からの出力信号により駆動される。

抵抗Ｒ２、Ｒ３は、出力電圧Ｖを検出するための検出抵抗であり、コンデンサＣ１の両端の分圧し、抵抗Ｒ３の電圧を検出電圧とする。それら抵抗Ｒ２とＲ３との接続点は、出力電圧Ｖをフィードバック制御するために定電圧制御部２７に接続されている。

定電圧制御部２７は、抵抗Ｒ３からの検出電圧がフィードバック制御信号として入力され、この検出電圧を基にコンデンサＣ１の出力電圧Ｖを所望の電圧値Ｖｏにするための電圧制御信号を発生して、駆動回路２６及びスイッチング素子Ｑ１を制御する。この電圧制御信号は、ＰＷＭ制御信号により形成され、駆動回路２６を制御し、駆動回路２６はＰＷＭ信号でスイッチング素子Ｑ１をパルス駆動する。スイッチング素子Ｑ１の出力はコンデンサＣ１に充電され、一定電圧Ｖｏとなる直流の出力電圧Ｖが得られる。なお、ＰＷＭのスイッチンング周波数は、数１０ＫＨｚから数ＭＨｚである。

また、定電圧制御部２７は抵抗Ｒ１に発生する電圧を利用して、スイッチング素子Ｑ１に流れる電流が予め定めるピーク値に達した場合に、強制的にオフさせるようにできる。また、コイルＬ２による巻線電圧を利用して電流がゼロになるタイミングを検出して、強制的にスイッチング素子Ｑ１をオンすることができる。

この定電圧ユニット２は、出力電圧Ｖを定電圧制御部２７へフィードバックすることにより、抵抗Ｒ３に発生する電圧が所望の値になるようにスイッチング素子Ｑ１のオン、オフを繰り返すことにより、入力電流の歪を改善しつつ、出力電圧Ｖを一定電圧Ｖｏにすることができる。

図３に示すように、定電流ユニット３は、入力部（接続部）３０と、制御電源回路３１と、電圧検出部３２と、設定部３３と、ＤＣ−ＤＣ変換部３４と、定電流制御部３５と、電流検出部３６と、出力部（接続部）３７とを有する。

入力部３０は、定電圧ユニット２の出力部２５からの出力電圧Ｖが定電流ユニット３への入力電圧Ｖとなって供給される。制御電源回路３１は、定電圧ユニット２の制御電源回路２３と同様の構成を成し、設定部３３、ＤＣ−ＤＣ変換部３４、定電流制御部３５、及び電流検出部３６など、定電流ユニット３内の各回路に定電圧源Ｖｃｃを供給する。

電圧検出部３２は、入力部３０の両端子に並列に接続される抵抗Ｒａ、Ｒｂの直列回路から成り、その接続点で検出され入力電圧Ｖに比例する電圧を設定部３３に入力する。電圧検出部３２は、定電圧ユニット２による電圧供給開始後に、定電圧ユニット２より供給される入力電圧Ｖを検出する。電圧検出部３２により、定電圧ユニット２の出力電圧を定電流ユニット３内で検出できるので、電圧検出用に特別な配線が要らない。

設定部３３は、電圧比較するコンパレータＣＯＭＰ１と、ＣＯＭＰ１の出力が入力される論理インバータ回路ＮＯＴ１と、ＮＯＴ１の出力が入力される論理積回路ＡＮＤ１とを有する。設定部３３は、電圧検出部３２からの検出電圧と、定電流制御部３５からの電流制御信号とが入力され、定電流ユニット３が動作を開始する動作開始電圧Ｖｔｈが設定されると共に、電圧検出部３２による検出結果を受けて定電流ユニット３の動作開始電圧Ｖｔｈを変化させる。設定部３３の出力は、入力電圧Ｖと動作開始電圧Ｖｔｈとの比較を基に切り換えられ、ＤＣ−ＤＣ変換部３４の制御信号として供給される。

具体的には、ＣＯＭＰ１は、マイナス側入力端子に電圧検出部３２の抵抗ＲａとＲｂの接続点からの検出電圧Ｖｂが入力され、プラス側入力端子と接地との間に基準電圧Ｖｒｅｆを成す電池Ｅと抵抗Ｒｄとの直列回路が接続される。また、ＣＯＭＰ１の出力端子は、抵抗Ｒｃを介して電池Ｅと抵抗Ｒｄとの接続点に接続されている。ＡＮＤ１は、ＣＯＭＰ１の出力がＮＯＴ１で反転された信号と、定電流制御部３５からの電流制御信号とが入力され、その出力はＤＣ−ＤＣ変換部３４の駆動回路３８に接続される。

設定部３３は、ＣＯＭＰ１と、電池Ｅと、抵抗Ｒｃと、抵抗Ｒｄとにより、以下に示すように、ヒステリシス回路を成す。例えば、最初に、ＣＯＭＰ１の出力として、ハイ（Ｈ）レベル（Ｖｃｃ）が発生しているとすると、ＣＯＭＰ１のプラス側入力端子に印加される比較電圧Ｖａは、式１のようになる。
Ｖａ＝Ｖｒｅｆ＋Ｒｄ・Ｖｃｃ／（Ｒｃ＋Ｒｄ）・・・・（式１）
Ｖｒｅｆはヒステリシス形成のための基準電圧であり、電池Ｅで形成したが、これに限らない。

ここで、設定部３３の動作について説明する。先ず、マイナス側端子に入力される抵抗Ｒｂ端に発生する検出電圧Ｖｂが増加して、比較電圧Ｖａを越えると、ＣＯＭＰ１の出力はロー（Ｌ）レベル（ＧＮＤ）に切替わる。このとき、ＣＯＭＰ１の出力がＨレベルからＬレベルに切替わるので、ＣＯＭＰ１の比較電圧Ｖａのうち、抵抗Ｒｄ端に発生していた電圧分がなくなり、Ｖａ＝Ｖｒｅｆとなる。従って、ＣＯＭＰ１のマイナス側の検出電圧Ｖｂ、すなわち、抵抗Ｒｂ端の電圧が減少してきた場合には、この検出電圧ＶｂがＶｒｅｆより小さくならないと、再びＣＯＭＰ１の出力はＨレベルには切替わらない。

このことから、定電圧ユニット２からの電圧Ｖが減少するときの動作開始電圧、すなわち、定電流ユニット３の動作停止電圧は、定電圧ユニット２からの入力電圧Ｖが増加するときの定電流ユニット３の動作開始電圧より低くなる。従って、定電流ユニット３の動作開始電圧と動作停止電圧とが異なり、定電圧ユニット２の動作はヒステリシス特性を持つことになる。

ＤＣ−ＤＣ変換部３４は、駆動回路３８と、この駆動回路３８で駆動されるスイッチング素子Ｑ２と、回生用のダイオードＤ２と、チョークコイルＬ３と、コンデンサＣ２とを有する。ダイオードＤ２はスイッチング素子Ｑ２出力側と接地間に逆方向接続され、その両端に並列にチョークコイルＬ３とコンデンサＣ２の直列回路が接続される。コンデンサＣ２は、照明負荷４と電流検知用の抵抗Ｒ６との直列回路と並列に接続され、照明負荷４と抵抗Ｒ６の接続点は電流検出部３６に接続され、抵抗Ｒ６の他端は接地されている。

このＤＣ−ＤＣ変換部３４は、降圧チョッパ回路を成し、駆動回路３８によりスイッチング素子Ｑ２を高周波でスイッチングすることにより、入力部３０からの入力電圧Ｖを照明負荷４に必要な電圧に変換し出力部３７から出力し、照明負荷４を点灯する。

ここで、設定部３３により制御されるＤＣ−ＤＣ変換部３４の動作について説明する。先ず、ＣＯＭＰ１の出力がＨレベルのときには、ＮＯＴ１出力がＬレベル出力となり、ＡＮＤ１は定電流制御部３５からのオン・オフ制御信号に関わらず、その出力はＬレベルとなる。このとき、駆動回路３８へはＬレベル（０ボルト）の信号が入力されるので、スイッチング素子Ｑ２は動作しない。ＣＯＭＰ１の出力がＬレベルのときは、ＮＯＴ１の出力がＨレベルになるため、ＡＮＤ１の出力は定電流制御部３５のオン・オフ制御信号がそのまま出力され、そのオン・オフ制御信号により駆動回路３８がスイッチング素子Ｑ２を駆動する。

電流検出部３６は、照明負荷４の電流により抵抗Ｒ６に発生する電圧が入力されて、出力部３７から照明負荷４に流れる出力電流を検出し、その検出値を定電流制御部３５へ入力する。定電流制御部３５は、この検出値を基にＤＣ−ＤＣ変換部３４から出力される電流が所望の一定値Ｉｏに保たれるように、スイッチング素子Ｑ２をオン、オフ制御する。なお、電流検出部３６は、増幅回路を含んでもよい。また、定電流制御部３５からのオン・オフ制御信号のスイッチング周波数は数１０ＫＨｚから数ＭＨｚである。

図４（ａ）は、ＣＯＭＰ１のプラス側入力端子に印加される比較電圧Ｖａを構成する基準電圧Ｖｒｅｆを抵抗回路により形成した例を示す。ここでは、定電圧源Ｖｃｃから抵抗Ｒｅ、Ｒｆ、Ｒｄの順の直列回路が接地され、抵抗Ｒｅ、Ｒｆの接続点がプラス側入力端子に接続され、抵抗Ｒｆ、Ｒｄの接続点にフィードバック用の抵抗Ｒｃが接続され、抵抗Ｒｆの両端電圧をＶｒｅｆとしている。図４（ｂ）は、基準電圧Ｖｒｅｆを抵抗回路で構成した他の例を示す。ここでは、抵抗Ｒｆを抵抗Ｒｆ１と抵抗Ｒｆ２に分け、それらをスイッチＳＷで切り換えられるようにしている。スイッチＳＷは、半導体スイッチング素子等を用いて入力電圧Ｖに応じて切り換えるようにできる。なお、電圧Ｖｒｅｆの構成は、電池や図４（ａ）、（ｂ）の構成に限らない。

ここで、設定部３３の動作時の電圧、電流波形について図５（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図５（ａ）は定電圧ユニット２の動作時におけるコンデンサＣ１の出力電圧Ｖの波形を、図５（ｂ）は定電流ユニット３の動作時におけるコイルＬ３の出力電流Ｉの波形を示す。定電流ユニット３が動作を開始する動作開始電圧Ｖｔｈは、入力部３０への入力電圧Ｖがある一定以上にならないとスイッチング素子Ｑ２が駆動を開始しない電圧であり、比較電圧Ｖａを基に設定する。なお、入力電圧ＶがＶｔｈのときに、比較電圧Ｖａと比較する電圧Ｖｂは、電圧Ｖｔｈが電圧検出部３２の分圧抵抗Ｒａ、Ｒｂで分圧して検出された電圧である。図５（ａ）、（ｂ）の時間軸は一致して表示してある。

図５（ａ）に示すように、定電圧ユニット２の出力電圧Ｖは、交流電源が投入された時間をｔ＝０とすると、整流回路部２２の出力が増加して交流電圧のピークの電圧Ｖ１まで上昇し、昇圧チョッパ部２４が動作を開始する時間ｔ１まで電圧Ｖ１が出力される。電圧Ｖ１はＡＣ電源のピーク値電圧であり、ＡＣ１００（Ｖ）の場合は、約１４１（Ｖ）程度である。

時間ｔ１〜ｔ３の電圧Ｖは、時間ｔ１から定電圧制御部２７でチョッパ動作が開始することにより、出力電圧Ｖは、昇圧チョッパ部２４で昇圧されて電圧Ｖ１から、時間ｔ３で予め定める一定電圧Ｖｏまで上昇する。時間ｔ３以降は、定電圧制御部２７のフィードバック制御により、定電圧ユニット２のコンデンサＣ１の出力電圧Ｖは一定電圧Ｖｏに維持される。

図５（ｂ）に示すように、定電流ユニット３のコイルＬ３に流れる電流Ｉは、時間ｔ０〜ｔ２においては、入力電圧Ｖ（定電圧ユニット２の出力電圧Ｖと同じ）が設定部３３で設定される電圧値の電圧Ｖｔｈ１に達する時間ｔ２までは、定電流ユニット３のスイッチング素子Ｑ２は駆動しないため、コイルＬ３に電流は流れない。

制御電源回路３１は、入力電圧Ｖが電圧Ｖｔｈ１に達するまでに定電圧源Ｖｃｃを発生し、定電流制御部３５および電流検出部３６へ給電できるように設定されている。これにより、定電流ユニット３は電圧Ｖｔｈ１を越えた時点から、速やかに動作を開始できる。電圧Ｖｔｈ１を例えば、一定電圧Ｖｏに近く過電流の発生し難い比較的高い電圧に設定することにより、動作開始初期に流れ込む電流ピーク値Ｉpeak１の値を抑制でき、従来の電流ピーク値Ｉpeak２（図１３参照）に比べ極めて小さくできる。この電流ピーク値Ｉpeak１は、定電流ユニット３の動作時に、定電圧ユニット２側から供給され、定電圧ユニット２と定電流ユニット３の両方に流れるので、電流ピーク値Ｉpeak１を低下することにより、両ユニットに流れる過電流が抑制される。

時間ｔ２以降は、入力Ｖの上昇に伴い、電流ＩはＩpeak１から徐々に減少していき、その後、所望の電流Ｉｏに維持され、定電流制御部３５のフィードバック制御が継続されることになる。なお、回路の設計定数によっては、若干の振動波形が出る場合もある。時間ｔ３以降は、例えば交流電源電圧の急激な変動を受け、入力ＶがＶｏからＶｔｈ１以下になる場合には、定電流ユニット３はヒステリシス特性により、検出電圧Ｖｂが基準電圧Ｖｒｅｆ以下にならないと、スイッチング素子Ｑ２の駆動を停止しない。

この設定部３３の動作によれば、入力Ｖに基きＣＯＭＰ１がオン、オフすることによりＣＯＭＰ１の比較電圧Ｖａの値が切り換わり、入力Ｖが上昇し、検出電圧Ｖｂがある一定以上の比較電圧Ｖａにならないと、スイッチング素子Ｑ２の駆動を開始しない。このため、定電圧ユニット２側からの過電流を引き込まなくて済み、一旦、動作を開始すると、比較電圧Ｖａが下がり検出電圧Ｖｂが基準電圧Ｖｒｅｆになるまでは、スイッチング素子Ｑ２の駆動制御が継続される。

本実施形態によれば、定電流ユニット３の動作開始電圧Ｖｔｈの設定により、定電圧ユニット２から電圧が供給開始され定電流ユニット３が動作を開始する時の電流ピーク値Ｉpeak１を任意に設定することができるので、起動時の電流ピーク値Ｉpeak１を制御することができ、定電圧ユニット２及び定電流ユニット３の各回路素子へのストレスを低減できる。また、起動時の過電流により定電圧制御のフィードバック検出量が急激に大きくなって、定電圧制御部２７による制御の許容量を超えることにより、電圧制御不能になることを防ぐことができる。また、電圧検出部３２が定電圧ユニット２の出力電圧を検出するだけなので、簡単な回路で構成できる。

また、設定部３３にヒステリシス回路を設けたことにより、定電圧ユニット２からの出力電圧Ｖの増減の状態に応じて定電流ユニット３の動作開始電圧Ｖｔｈを切替え、定電圧ユニット２からの出力電圧Ｖが増加するときの定電流ユニット３の動作開始電圧よりも、定電圧ユニット２からの電圧が減少するときの動作開始電圧、すなわち、出力電圧降下時の動作停止電圧を低くするようにできる。従って、定電流ユニット３は入力Ｖが変動しても直ぐに停止しないので、広い電圧変動範囲で定電流動作が可能となり、動作中における電源変動に対して強くなる。

また、設定部３３を設けて動作開始電圧Ｖｔｈを設定することにより、定電圧ユニット２からの出力電圧Ｖが一定電圧Ｖｏに達する前に、定電流ユニット３を立ち上げるようにできるので、起動時の過電流を抑えつつ、電源装置１全体の立ち上がりを早め、照明負荷４を素早く点灯できる。

なお、定電流ユニット３は、入力される直流電源が定電圧源ではなく、例えば、ＡＣ電源を整流しただけの簡易な電源回路の場合には、入力交流電圧の変動が直接、コンデンサＣ１の出力電圧Ｖに現れることになるが、このような電源変動に対しても対応可能となる。このときも、入力電圧Ｖが所定の電圧Ｖｏを越えるような場合には、定電流制御部３５のフィードバック制御により、出力電流を抑制するように動作する。

（第１の実施形態の変形例）
次に、上記実施形態の変形例について、図６（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。この変形例においては、定電圧ユニット２は、図６（ａ）に示すように、昇圧チョッパ部２４の後段に、その出力を受けて降圧するフライバック式の降圧チョッパ部２８を有し、降圧チョッパ部２８からの直流電圧が出力部２５から出力される。

図６（ｂ）に示すように、降圧チョッパ部２８は、トランスを成す一次コイルＬ４及び二次コイルＬ５と、スイッチング素子Ｑ３と、スイッチング素子Ｑ３を駆動する駆動回路２６ａと、ダイオードＤ３と、電圧検出用の抵抗Ｒ７、Ｒ８の直列回路と、コンデンサＣ３とを備える。また、降圧チョッパ部２８は、光結合用のフォトカプラ２９を有し、このフォトカプラ２９を介して抵抗Ｒ７，Ｒ８の接続点の電圧を昇圧チョッパ部２４の定電圧制御部２７に非接触でフィードバックしている。一次コイルＬ４とスイッチング素子Ｑ３は直列回路を成し、定電圧ユニット２のコンデンサＣ１の出力側に並列に接続され、２次コイルＬ５は、順方向のダイオードＤ３とコンデンサＣ３との直列回路と並列接続される。なお、一次コイルＬ４と二次コイルＬ５の黒印は、コイル巻始めの位置を示す。

降圧チョッパ部２８は、定電圧制御部２７からの電流制御信号が駆動回路２６ａに入力され、スイッチング素子Ｑ３がオフの期間中には、二次コイルＬ５にその巻始め側から巻終わり側に向けて電圧が発生し、ダイオードＤ３を介して流れる電流によりコンデンサＣ３を充電する。コンデンサＣ３の電圧は定電圧制御部２７により定電圧制御され、出力電圧Ｖとして出力部２５から出力される。

この変形例では、フライバック式の降圧チョッパ部２８とフォトカプラ２９を導入したことにより、昇圧チョッパ部２４と降圧チョッパ部２８とを絶縁できると共に、コンデンサＣ１端の電圧を任意の低い電圧に低減させることができる。例えば、交流電源ＡＣの入力電圧が１００〜２４２（Ｖ）の場合、昇圧チョッパ部２４の出力を４００（Ｖ）程度にしておき、降圧チョッパ部２８で２４（Ｖ）や４８（Ｖ）のような直流電圧にして、後段の定電流ユニット３で照明負荷４を点灯させることができる。

また、図７（ａ）に示すように、コンデンサＣ３端の出力電圧Ｖは、電源を投入しても、降圧チョッパ部２８が動作を開始するまで発生しない。このため、定電圧ユニット２の出力電圧Ｖは、上述の図５（ａ）に示したように一旦、電圧Ｖ１の一定となった後に、一定電圧Ｖｏとなる形の２段階で上昇せず、降圧チョッパ部２８が動作開始する時間ｔ１から、徐々に上昇しながら一定電圧Ｖｏになる。また、出力電圧Ｖは時間ｔ２でＶｔｈ１となり、このＶｔｈ１を定電流ユニット３の動作開始電圧とする。

図７（ｂ）に示すように、コイルＬ３に流れる電流Iは、定電流ユニット３の動作開始電圧をＶｔｈ１と設定した時間ｔ２で立ち上がり、定電流動作により、前記と同様に、Ｉpeakの値が抑制され、一定電流Ｉｏに保たれる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る過電流防止式電源装置について、図８及び図９を参照して説明する。本実施形態は、定電圧ユニット２内に調光部６と調光信号送信部７とを有し、定電流ユニット３内に、そのＤＣ−ＤＣ変換部３４の出力を受けて動作する調光出力部（調光ユニット）８を備える。調光出力部８は、定電圧ユニット２側からの調光信号Ｓによって制御され、照明負荷４を調光制御する。

図８に示すように、定電圧ユニット２において、調光部６及び調光信号送信部７は、汎用ＩＣの組合せやマイコンなどで構成され、定電圧源Ｖｃｃから給電されて動作し、調光信号送信部７から調光信号Ｓを出力部２５から送出する。

調光部６は、外部からの調光要求を受けて調光指令値に変換し、この調光指令値に基く指令信号を調光信号送信部７に送る。調光指令値は、例えば、ユーザが抵抗ボリュームを回すことによって抵抗値を可変し、その抵抗値に対応する電圧値をマイコンで発生して形成することができ、また、リモコンからの制御信号を受けて形成することもできる。

調光信号送信部７は、調光部６からの指令信号を受けて、それに基いてＰＷＭ信号などの調光信号Ｓを生成し、定電流ユニット３へ送出する。ＰＷＭ信号は、１２Ｖの振幅を成す１ｋＨｚのパルス信号とし、そのオン時間が少ないほど調光率を高くするようにしている。なお、定格出力を調光率１００％とする場合の調光信号Ｓは、振幅可変信号としてもよい。また、有線や無線の通信手段で定電流ユニット３側に伝達する場合は、それぞれ対応する通信変換機能を設ければよい。

図９に示すように、調光出力部８はスイッチング素子Ｑ４と、スイッチング素子Ｑ４を駆動する駆動回路８１とを有し、スイッチング素子Ｑ４はＤＣ−ＤＣ変換部３４の出力側と出力部３７との間に直列に接続される。駆動回路８１は調光信号送信部７からの調光信号Ｓが入力され、この調光信号Ｓに基いてスイッチング素子Ｑ４をオン、オフし、その出力は出力部３７から照明負荷４に供給される。

本実施形態によれば、調光信号送信部７からの調光信号Ｓに応じて、有機ＥＬ等の照明負荷４の電流を調整して所望のレベルに調光することができると共に、起動時の調光出力部８へのピーク電流が抑制され、調光出力部８の過電流による破損等を防止できる。

図１０は、上記定電圧ユニット２（過電流防止式電源装置）と、定電圧ユニット２により給電される複数の灯具（照明負荷）５（５a、５ｂ）と、定電圧ユニット２と灯具５を接続する接続部５１と、を備えた照明器具の構成例を示す。灯具５は、接続部５１と共に、発光素子（照明負荷）４ａと、定電流ユニット３と、調光信号受信部９とを有し、コネクタ等よりなる接続部５１を介して定電圧ユニット２の出力部と配線接続されている。定電圧ユニット２は、その出力部からの出力電圧Ｖと調光信号Ｓとが接地ラインを共通として灯具５に接続され、それぞれ灯具５内の定電流ユニット３と調光信号受信部９とに供給される。

発光素子４ａは、入力電流と光出力がほぼ比例の関係にある有機ＥＬやＬＥＤなどの一つまたは複数の固体発光素子から成る。調光信号受信部９は、定電圧ユニット２の調光信号送信部７からの調光信号Ｓを受けて元の調光指令値を復元し、それを定電流ユニット３に伝える。定電流ユニット３は、調光機能を有し、調光信号受信部９からの指令値を受けて発光素子４ａのＰＷＭ調光や振幅調光を行う。なお、調光信号受信部９は、定電流ユニット３内に設けてもよい。

この照明器具は、複数の灯具５が定電圧ユニット２に接続されるような場合においても、動作開始時に配線に流れる定電圧ユニット２からのピーク電流を抑制することができる。これにより、過電流による灯具５の回路素子等へのストレスを低減することができると共に、点灯動作後は、電源変動に強い、安定した照明が得られる。また、定電圧ユニット２と各接続部５１間の配線により、灯具５と定電圧ユニット２間を任意の長さに調整できる。また、ＬＥＤや有機ＥＬ素子の発光素子４ａを用いたので、面状薄型の照明器具が得られる。

図１１は、照明器具を複数のモジュールで構成した場合の例を示す。この照明器具は、定電圧ユニット２及び定電流ユニット３をモジュール化した電源ユニット１aと、複数の発光素子４ａを一体にしてモジュール化した負荷モジュール４ｂとにより構成される。これらのモジュール化により、照明器具をコンパクトに形成でき、また、交換修理が容易になる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、上記各実施形態において、スイッチング素子はＦＥＴに限らず、バイポーラトランジスタ等、他の半導体素子を用いてもよい。また、１つの電源装置１に照明負荷４を複数接続するときは、それらの照明負荷４の直列、並列、あるいはそれらの組合せであってもよい。また、電流検出に抵抗を用いたが、トランスなどを用いてもよい。

１ 電源装置（過電流防止式電源装置、照明器具）
２ 定電圧ユニット
３ 定電流ユニット
３２ 電圧検出部
３３ 設定部
４ 照明負荷
４ａ 発光素子（照明負荷、照明器具）
５、５a、５ｂ 灯具（照明器具）
５１ 接続部（照明器具）
８ 調光出力部（調光ユニット）
Ｖｔｈ 動作開始電圧

Claims (3)

1. 一定電圧を出力する定電圧ユニットと、
   前記定電圧ユニットからの電圧を受けて駆動される定電流ユニットと、
   前記定電圧ユニットによる定電流ユニットへの電圧供給開始後の電圧値を検出する電圧検出部と、
   前記定電流ユニットが動作を開始する動作開始電圧を設定する設定部と、を備え、
   前記設定部は、前記定電圧ユニットからの電圧の増減の状態に応じて前記定電流ユニットの動作開始電圧を切替え、前記定電圧ユニットからの電圧が増加するときの前記定電流ユニットの動作開始電圧よりも、前記定電圧ユニットからの電圧が減少するときの動作停止電圧を低くすることを特徴とする過電流防止式電源装置。
2. 前記定電流ユニットの出力を受けて動作する調光ユニットを、さらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の過電流防止式電源装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の過電流防止式電源装置と、照明負荷と、前記電源装置と照明負荷とを接続する接続部と、を備えたことを特徴とする照明器具。

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