JP5995529B2

JP5995529B2 - 照明用電源装置

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Publication number: JP5995529B2
Application number: JP2012122954A
Authority: JP
Inventors: 祥正熊野
Original assignee: Nichicon Capacitor Ltd
Current assignee: Nichicon Capacitor Ltd
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2032-05-30
Also published as: JP2013251057A

Description

本発明は、位相制御式の調光器により調光を行う照明用電源装置に関し、より詳しくは、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた照明装置における調光を制御することが可能な照明用電源装置に関するものである。

ＬＥＤを用いた照明装置（ＬＥＤランプ）は消費電力が白熱灯に比較して少ないために普及しつつあり、また、そうしたＬＥＤランプ点灯用の電源装置においては、位相制御式の調光器により調光を行うことができる照明用電源装置が提案されている。

そして、本発明者は、かかる照明用電源装置を鋭意研究している。図２は、従来の照明用電源装置の回路図である。以下、図２を参照して、この照明用電源装置を説明すると、１０は交流電源、２０は照明用電源装置、３０はＬＥＤモジュールである。

照明用電源装置２０は、交流電源１０が接続される入力端子ＩＮ１，ＩＮ２と、ＬＥＤモジュール３０が接続される出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２と、を備える。照明用電源装置２０は、入力端子ＩＮ１，ＩＮ２と出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２との間に、調光器２１と、整流回路２２と、保持電流回路２３と、平滑回路２４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５と、を備える。

調光器２１は、交流電源１０の交流電圧を位相制御するものであり、位相制御素子であるトライアック（双方向サイリスタ）２１ａと、トライアック２１ａのゲート端子にトリガ信号を出力する位相制御回路２１ｂと、可変抵抗からなる調光調節手段２１ｃとを備える。位相制御回路２１ｂは、例えば交流電圧のゼロクロスを基準にして所定のタイミングで一定の周期毎にトリガ信号を出力する。整流回路２２は、ダイオードブリッジからなるもので、調光器２１で位相制御された交流電圧を全波整流する。

保持電流回路２３は、トライアック２１ａのオン状態を維持するための保持電流を流すためのものであり、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１と、このスイッチング素子Ｑ１をオンさせるための抵抗Ｒ１と、スイッチング素子Ｑ１のゲート電圧を保持するためのツェナーダイオードＤ２と、保持電流を流すための抵抗Ｒ２とからなる。ツェナーダイオードＤ２においては、そのカソードがスイッチング素子Ｑ１のゲート側に接続され、そのアノードが接地されている。

平滑回路２４は、平滑コンデンサＣ３により、整流回路２２で全波整流された電圧を平滑化する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２５は、スイッチング電源の一例として、平滑回路２４で直流化された電圧を昇降圧して所望の直流電圧に変換するものであり、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ２と、インダクタＬ１と、ダイオードＤ４と、平滑コンデンサＣ４と、抵抗Ｒ３〜Ｒ７と、制御回路２５ａとを備える。

制御回路２５ａは、スイッチング制御用ＩＣからなり、ダイオードＤ３を介して端子Ｖ_CCに作動電源を供給されると共に、端子ＩＮの電圧を監視し、この監視電圧に基づいて、端子ＯＵＴから制御信号をスイッチング素子Ｑ２のゲートに印加して当該スイッチング素子Ｑ２を周期的にオンオフさせる。この制御回路２５ａの制御により、スイッチング素子Ｑ２がオフからオンになると、平滑回路２４内の平滑コンデンサＣ３により平滑化された直流電圧はインダクタＬ１に印加され、インダクタＬ１を介してスイッチング素子Ｑ２に電流が流れる。スイッチング素子Ｑ２のオンの期間に、インダクタＬ１に流れる電流が一定の割合で増加し、インダクタＬ１に磁気エネルギが蓄積される。

次に、制御回路２５ａの制御によりスイッチング素子Ｑ２がオンからオフになると、スイッチング素子Ｑ２を流れていた電流が遮断されることで、インダクタＬ１に蓄積された磁気エネルギにより逆起電力が発生し、インダクタＬ１、ダイオードＤ４の経路を介して電流が、平滑コンデンサＣ４を充電すると共に、照明用電源装置２０の出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２に並列に接続されたＬＥＤモジュール３０に流れて、当該ＬＥＤモジュール３０が点灯する。ＬＥＤモジュール３０は複数の発光ダイオードＬＥＤを直列に接続して構成されている。

以上の構成において、従来の照明用電源装置２０においては、調光器２１の位相制御回路２１ｂから出力するトリガ信号をトライアック２１ａのゲート端子に印加し、これにより交流電源１０の交流電圧を位相制御すると共に、この位相制御された交流電圧を整流回路２２および平滑回路２４により整流・平滑し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５において所望する直流電圧に変換し、この直流電圧をＬＥＤモジュール３０に印加することで、ＬＥＤモジュール３０の発光ダイオードＬＥＤを点灯しかつその点灯の明るさを調整することができるようになっている。

そして、従来のかかる照明用電源装置２０では、調光器２１のトライアック２１ａがトリガ信号の印加によりオン状態となった後に、トライアック２１ａにそのオン状態を維持する電流が完全に遮断されてしまうと、該トライアック２１ａが誤動作してしまう。そこでトライアック２１ａが誤動作をしないように、保持電流回路２３によりトライアック２１ａのオン状態を保持するための保持電流を整流回路２２から引き込むことでトライアック２１ａに保持電流を常時流すことができるようにしている。

すなわち、保持電流回路２３においては、スイッチング素子Ｑ１と抵抗Ｒ２とを直列に接続し、スイッチング素子Ｑ１のゲートに抵抗Ｒ１を介してゲート電圧を印加することでオンし、これにより、整流回路２２からスイッチング素子Ｑ１を介して抵抗Ｒ２に至る電流通路Ｐに保持電流を常時引き込むようにしている。

ところで、従来の照明用電源装置２０では、前記した理由により、保持電流回路２３内の抵抗Ｒ２には、常時、保持電流が流れるので、スイッチング素子Ｑ１の電力損失が大きくなり、また、その温度上昇が規格に入らない場合があるという問題が発生する。

そこで、調光器２１のトライアック２１ａの誤動作を防止できる一方で、スイッチング素子Ｑ１の電力損失の増大と、温度上昇という問題を解消するために、保持電流を常時流すのではなく、必要時にのみ流すことが考えられる。この場合、調光器２１のトライアック２１ａの誤動作を防止するために保持電流を必要時にのみ流すようにした照明用電源装置としては例えば特許文献１に既に提案されている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１に記載の照明用電源装置では、整流回路の出力部である入力端子から流れ込む入力電流が保持電流以下である否かを検出するためにコンパレータからなる入力電流検出回路により入力電流と保持電流とを比較し、調光器側からの入力電流が保持電流以下に低下したときにのみ、調光器側から保持電流を引き込むようにしている。

特開２０１２−１４９６５号公報

しかしながら、特許文献１の照明用電源装置は、前記調光器側からの入力電流と保持電流との比較のための前記コンパレータに比較的高価なＩＣが必要となると共にそのコンパレータ用ＩＣを組み込むうえで、周辺回路の構成も複雑化する結果、照明用電源装置全体の製造コストが嵩むものとなっている。

本発明においては、高価なＩＣを用いないことで製造コストを低減しかつ必要時にのみトライアックに保持電流を流すことでトライアックの誤動作の防止と共に保持電流回路内のスイッチング素子の電力損失の増大および規格外への温度上昇を抑制した照明用電源装置を提供することを解決すべき課題としている。

本発明による照明用電源装置は、トライアックを有する位相制御式の調光器と、前記調光器により位相制御された交流電圧を整流する整流回路と、前記整流回路により整流された電圧を平滑化して直流電圧に変換する平滑コンデンサと、前記変換された直流電圧をさらに別の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、少なくとも互いに直列に接続された第１のスイッチング素子および第１の抵抗を含んで前記整流回路の出力側に接続され、前記第１のスイッチング素子をオンにして前記トライアックのオン状態を維持させるための保持電流を前記第１の抵抗を経由する電流通路に流すように構成された保持電流回路とを備え、前記第１のスイッチング素子が前記トライアックの導通に伴って導通して前記電流通路を形成し、前記トライアックの遮断に伴って遮断して前記電流通路を遮断するように構成された電源装置であって、前記保持電流回路において前記第１の抵抗を経由する電流通路に対して直列に第３のスイッチング素子が介装され、前記整流回路の出力側の入力電圧を検出し、前記検出した入力電圧が一定電圧を超えると前記第３のスイッチング素子をオフして前記電流通路を遮断状態とし、また、前記検出した入力電圧が前記一定電圧以下に低下すると前記第３のスイッチング素子をオンして前記電流通路を導通状態とする電圧検出・電流遮断手段を付加したことを特徴とする。

前記調光器は、トライアックのゲート端子にトリガ信号を印加し、交流電圧の位相制御することができるものであればよく、その位相制御の形態には特に限定されない。

前記整流回路は、位相制御された交流電圧を全波整流することができればよく、ダイオードブリッジからなるものに特に限定されない。

本発明では、前記のように保持電流回路における第１のスイッチング素子および第１の抵抗を含む電流通路に対して直列に介装した第３のスイッチング素子を有する電圧検出・電流遮断手段を具備している。整流回路の出力側の入力電圧が一定電圧を超えると、第３のスイッチング素子をオフして前記電流通路を遮断状態として保持電流が流れないようにし、前記入力電圧が一定電圧以下に低下すると、第３のスイッチング素子をオンして前記電流通路を導通状態として保持電流が流れるようにしている。すなわち、電流通路の遮断状態と導通状態の切り換えにかかわらず、第１のスイッチング素子を導通状態に保持させることが可能となり、高価なＩＣを用いずとも必要時にのみトライアックに保持電流を流すことができる。

前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、スイッチング電源等のいかなる形態のコンバータを含んでもよい。

好ましくは、前記電圧検出・電流遮断手段は、前記入力電圧を検出する電圧検出回路と、前記検出した入力電圧が前記一定電圧を超えるときは前記電流通路を遮断状態とし、前記検出した入力電圧が前記一定電圧以下に低下するときは前記電流通路を導通状態とする電流遮断回路と、を含む。

好ましくは、前記電圧検出回路は、前記整流回路の出力側に少なくとも直列に接続された２つの第２の抵抗からなる直列抵抗回路を含み、前記２つの第２の抵抗の接続ノードの電圧を前記検出した電圧とする。

好ましくは、前記電圧検出回路は、前記整流回路の出力側と前記直列抵抗回路との間に介装されたツェナーダイオードを含み、前記ツェナーダイオードはそのカソードが前記整流回路の出力側に、また、そのアノードが前記直列抵抗回路に接続されている。

好ましくは、前記電流遮断回路は、前記電圧検出回路の前記２つの第２の抵抗同士の接続ノードに接続された第２のスイッチング素子と、前記電流通路上に介装された第３のスイッチング素子とを含み、前記第２のスイッチング素子は、前記接続ノードの電圧が、前記検出した入力電圧が一定電圧を超えて高くなることに応じて高くなるとオンし、前記入力電圧が前記一定電圧以下に低くなることに応じて低くなるとオフし、前記第３のスイッチング素子は、前記第２のスイッチング素子がオンするとオフして前記電流通路を遮断状態とし、前記第２のスイッチング素子がオフするとオンして前記電流通路を導通状態とする。

本発明によれば、従来の電源装置よりも製造コストを低減しかつ必要時にのみトライアックに保持電流を流すことでトライアックの誤動作の防止と共に保持電流回路内のスイッチング素子の電力損失の増大および規格外への温度上昇を防止した照明用電源装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る照明用電源装置の回路図である。図２は、従来の照明用電源装置の回路図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る照明用電源装置を説明する。図１は本発明の実施形態に係る照明用電源装置の回路図であり、図２と対応する回路部分には同一の符号を付し、その同一の符号に係る回路部分の詳細な説明は説明の重複を避けるために略する。

２０Ａは実施形態の照明用電源装置であり、この照明用電源装置２０Ａは、従来の照明用電源装置２０と同様に、調光器２１と、整流回路２２と、保持電流回路２３と、平滑回路２４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５と、を備える。これら各部２１〜２５の詳細な説明は上記したので、ここではその説明は略する。

実施形態の照明用電源装置２０Ａは、従来の照明用電源装置２０に対して、以下に説明する電圧検出・電流遮断回路２６を付加した、ことを特徴とする。

電圧検出・電流遮断回路２６は、整流回路２２の出力側Ａからの入力電圧を検出する電圧検出回路２６ａと、電圧検出回路２６ａの検出が、前記入力電圧が一定電圧を超える検出であるときは、保持電流回路２３内の電流通路Ｐを遮断してスイッチング素子Ｑ１および抵抗Ｒ２に電流が流れないようにし、前記入力電圧が一定電圧以下に低くなる検出であるときは、前記電流通路Ｐを導通してスイッチング素子Ｑ１および抵抗Ｒ２に電流が流れるようにする電流遮断回路２６ｂとを含む。

電圧検出回路２６ａは、整流回路２２の出力側Ａと接地ラインとの間にツェナーダイオードＤ５および抵抗Ｒ８，Ｒ９がこの順で直列に接続された回路を含む。ツェナーダイオードＤ５においては、そのカソードは前記出力側Ａに、そのアノードは前記抵抗Ｒ８に接続されている。

尚、電圧検出回路２６ａにおいて、ツェナーダイオードＤ５は必須ではなく、省略してもよい。また、実施形態では直列に接続された複数の抵抗として抵抗Ｒ８，Ｒ９を示したが、これに限定されず、一部に抵抗を並列接続したものを含んでもよい。

電流遮断回路２６ｂは、電圧検出回路２６ａの前記抵抗Ｒ８，Ｒ９同士の接続ノードＢにベースが接続されたスイッチング素子としてのトランジスタＱ３と、トランジスタＱ３のコレクタ・エミッタ間に並列で互いに直列接続された抵抗Ｒ１０，Ｒ１１と、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１同士の接続ノードＣにベースが接続されたスイッチング素子としてのトランジスタＱ４と、制御回路２５ａに電源を供給するためのダイオードＤ３のカソードとトランジスタＱ３のコレクタとの間に接続された抵抗Ｒ１２と、を備える。なお、トランジスタＱ３，Ｑ４はバイポーラトランジスタであるが、これらトランジスタＱ３，Ｑ４はＭＯＳＦＥＴに置き換えてもよいし、それ以外のトランジスタに置き換えてもよい。

電圧検出・電流遮断回路２６の動作を説明すると、電圧検出回路２６ａにおいて、整流回路２２の出力側Ａの電圧が一定電圧を超えると、ツェナーダイオードＤ５が導通すると共に、抵抗Ｒ８，Ｒ９同士の接続ノードＢには、電流遮断回路２６ｂのトランジスタＱ３をオンにする高い電圧が発生する。また、電流遮断回路２６ｂにおいては、前記接続ノードＢに前記高い電圧が発生すると、トランジスタＱ３がオンする。トランジスタＱ３がオンすると、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１同士の接続ノードＣには、トランジスタＱ４をオンにする電圧が発生しないので、当該トランジスタＱ４はオフする。これにより、保持電流回路２３の抵抗Ｒ２を経由して接地ラインに至る電流通路Ｐが遮断されて、抵抗Ｒ２には保持電流が流れない。

一方、交流電源１０の交流電圧がゼロクロス付近へと低下していき、これに対応して、整流回路２２の出力側Ａの電圧が一定電圧以下に低下すると、電圧検出回路２６ａにおいては、ツェナーダイオードＤ５が非導通となり、抵抗Ｒ８，Ｒ９同士の接続ノードＢの電圧が低下する。そして、電流遮断回路２６ｂにおいては、前記接続ノードＢの電圧が低下すると、トランジスタＱ３がオフする。トランジスタＱ３がオフすると、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１には抵抗Ｒ１２を介して電流が流れ、この電流により、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１同士の接続ノードＣには、トランジスタＱ４をオンにする電圧が発生し、当該トランジスタＱ４はオンする。これにより、保持電流回路２３の抵抗Ｒ２を経由して接地ラインに至る電流通路Ｐが導通状態とされて、抵抗Ｒ２に保持電流が流れるようになる。

実施形態と従来それぞれの照明用電源装置２０，２０Ａによる保持電流回路２３内のスイッチング素子Ｑ１の電力損失と温度上昇とを表１に対比する。

この表１によると、従来の照明用電源装置２０ではスイッチング素子Ｑ１の電力損失は１．３Ｗ、温度上昇は４９℃であるのに対して、実施形態の照明用電源装置２０Ａの電力損失は０．５Ｗ、温度上昇は２９℃であり、実施形態の照明用電源装置２０Ａは従来の照明用電源装置２０よりも電力損失の増大および温度上昇が大きく抑制される結果となった。

このようにして実施形態の照明用電源装置２０Ａでは、整流回路２２の出力側Ａからの入力電圧を検出し、前記検出した入力電圧が一定電圧を超えると電流通路Ｐを遮断状態とし、一定電圧以下に低下すると電流通路Ｐを導通状態とする電圧検出・電流遮断回路２６を具備したので、保持電流回路２３には保持電流が必要時にのみ流れるようになり、当該保持電流回路２３内のスイッチング素子Ｑ１の電力の損失増大とその温度上昇とを共に従来よりも大きく抑制できるようになると共に、また、そのための電圧検出・電流遮断回路２６には高価なＩＣを用いていないから照明用電源装置２０Ａの製造コストの低減を図ることができるようになる。

１０交流電源
２０Ａ照明用電源装置
２１調光器
２１ａトライアック
２２整流回路
２３保持電流回路
２４平滑回路
２５ＤＣ／ＤＣコンバータ
２６電圧検出・電流遮断回路
２６ａ電圧検出回路
２６ｂ電流遮断回路
３０ＬＥＤモジュール
Ｃ３平滑コンデンサ
Ｐ電流通路
Ｒ２第１の抵抗
Ｑ１第１のスイッチング素子
Ｑ４第３のスイッチング素子

Claims

トライアックを有する位相制御式の調光器と、
前記調光器により位相制御された交流電圧を整流する整流回路と、
前記整流回路により整流された電圧を平滑化して直流電圧に変換する平滑コンデンサと、前記変換された直流電圧をさらに別の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、
少なくとも互いに直列に接続された第１のスイッチング素子および第１の抵抗を含んで前記整流回路の出力側に接続され、前記第１のスイッチング素子をオンにして前記トライアックのオン状態を維持させるための保持電流を前記第１の抵抗を経由する電流通路に流すように構成された保持電流回路とを備え、前記第１のスイッチング素子が前記トライアックの導通に伴って導通して前記電流通路を形成し、前記トライアックの遮断に伴って遮断して前記電流通路を遮断するように構成された電源装置であって、
前記保持電流回路において前記第１の抵抗を経由する電流通路に対して直列に第３のスイッチング素子が介装され、
前記整流回路の出力側の入力電圧を検出し、前記検出した入力電圧が一定電圧を超えると前記第３のスイッチング素子をオフして前記電流通路を遮断状態とし、また、前記検出した入力電圧が前記一定電圧以下に低下すると前記第３のスイッチング素子をオンして前記電流通路を導通状態とする電圧検出・電流遮断手段を付加したことを特徴とする照明用電源装置。
前記電圧検出・電流遮断手段は、
前記入力電圧を検出する電圧検出回路と、
前記検出した入力電圧が前記一定電圧を超えるときは前記第３のスイッチング素子を遮断状態とし、前記検出した入力電圧が前記一定電圧以下に低下するときは前記第３のスイッチング素子を導通状態とする電流遮断回路と、
を含む請求項１に記載の電源装置。
前記電圧検出回路は、前記整流回路の出力側に少なくとも直列に接続された２つの第２の抵抗からなる直列抵抗回路を含み、前記２つの第２の抵抗の接続ノードの電圧を前記電流遮断回路に出力する電圧とする、請求項２に記載の電源装置。
前記電圧検出回路は、前記整流回路の出力側と前記直列抵抗回路との間に介装されたツェナーダイオードを含み、前記ツェナーダイオードはそのカソードが前記整流回路の出力側に、また、そのアノードが前記直列抵抗回路に接続されている、請求項３に記載の電源
装置。
前記電流遮断回路は、
前記電圧検出回路の前記２つの第２の抵抗同士の接続ノードに接続された第２のスイッチング素子と、
前記電流通路上に介装された前記第３のスイッチング素子と
を含み、
前記第２のスイッチング素子は、前記接続ノードの電圧が、前記検出した入力電圧が一定電圧を超えて高くなることに応じて高くなるとオンし、前記入力電圧が前記一定電圧以下に低くなることに応じて低くなるとオフし、
前記第３のスイッチング素子は、前記第２のスイッチング素子がオンするとオフして前記電流通路を遮断状態とし、前記第２のスイッチング素子がオフするとオンして前記電流通路を導通状態とする、
請求項３または４に記載の電源装置。