JP6363025B2

JP6363025B2 - 放電回路及びこれを備えたｌｅｄ照明装置

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Publication number: JP6363025B2
Application number: JP2015003486A
Authority: JP
Inventors: 木村　俊介; 俊介木村
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-01-09
Filing date: 2015-01-09
Publication date: 2018-07-25
Anticipated expiration: 2035-01-09
Also published as: JP2016129464A

Description

本発明は、電源回路のコンデンサを放電させる放電回路、及び、この放電回路を備えたＬＥＤ照明装置に関する。

従来、図５に示すように、電源端子Ｖｉｎと抵抗端子ＲＳとの間を導通させるか否か切り替えるＮ型ＭＯＳトランジスタＱ１Ｘと、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ１Ｘのゲート・ドレイン間に接続された起動抵抗Ｒ１Ｘと、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ１Ｘのゲートと接地端子ＧＮＤとの間に接続されたＮ型ＭＯＳトランジスタＱ２Ｘと、を備える回路３０Ｘが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような回路３０Ｘは、電源電圧ＶＤＤのノイズを除去するための入力コンデンサＣｉｎを有する電源回路に接続することにより、放電回路として用いることができる。電源端子Ｖｉｎには、電源回路から電源電圧ＶＤＤが供給される。抵抗端子ＲＳには、放電抵抗Ｒｘが接続される。Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ２Ｘのゲートには、制御回路から制御信号Ｓ１が供給される。

電源電圧ＶＤＤが供給されている時、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ１Ｘは制御信号Ｓ１に応じてオン／オフする。そして、電源電圧ＶＤＤの供給が停止された時、オン状態のＮ型ＭＯＳトランジスタＱ１Ｘ及び放電抵抗Ｒｘを介して電源回路の入力コンデンサＣｉｎを放電させ、電源電圧ＶＤＤの低下を早めることが期待できる。

特開２０１４−１７９６２号公報

ところで、電源電圧ＶＤＤが例えば１００Ｖを超える場合、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ１Ｘとして、例えばリサーフ構造の高耐圧素子が用いられる。このようなＮ型ＭＯＳトランジスタＱ１Ｘは、大電流を流すことができるように大きなサイズを有するため、ゲート・ドレイン間容量が比較的大きい。また、起動抵抗Ｒ１Ｘは、高耐圧且つ高抵抗である。

従って、このような大きなゲート・ドレイン間容量及び高抵抗な起動抵抗Ｒ１Ｘのために、電源電圧ＶＤＤの供給が停止された後、電源電圧ＶＤＤの低下に伴ってＮ型ＭＯＳトランジスタＱ１Ｘのゲート電圧も低下してしまう。そのため、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ１Ｘの電流駆動能力、即ち放電能力が低下してしまう。従って、入力コンデンサＣｉｎの放電が遅くなり、電源電圧ＶＤＤの低下が遅くなる。

そこで、本発明は、より短時間で電源電圧を低下させることができる放電回路及びこれを備えたＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る放電回路は、
電源電圧が供給される電源端子と、放電抵抗を介して接地される抵抗端子との間を導通させるか否か切り替える第１のスイッチ素子と、
前記電源端子と前記第１のスイッチ素子の制御端子との間を導通させるか否か切り替える第２のスイッチ素子と、
前記電源端子と前記第２のスイッチ素子の制御端子との間に接続された第１の抵抗と、を備え、
前記第２のスイッチ素子の制御端子と前記電源端子との間の寄生容量は、前記第１のスイッチ素子の制御端子と前記電源端子との間の寄生容量より小さい、ことを特徴とする。

また、前記放電回路において、
前記電源端子と前記第１のスイッチ素子の制御端子との間に接続された第２の抵抗を備えてもよい。

また、前記放電回路において、
供給された制御信号に応じて、前記第１のスイッチ素子の制御端子と接地との間を導通させるか否か切り替える第３のスイッチ素子と、
前記制御信号に応じて、前記第２のスイッチ素子の制御端子と接地との間を導通させるか否か切り替える第４のスイッチ素子と、を備えてもよい。

また、前記放電回路において、
前記第１のスイッチ素子及び前記第２のスイッチ素子は、リサーフ構造を有するＮ型ＭＯＳトランジスタであってもよい。

また、前記放電回路において、
前記電源電圧は、入力コンデンサを有する電源回路から供給されてもよい。

本発明の一態様に係るＬＥＤ照明装置は、
交流電源から供給された交流電圧の導通角を制御する調光器と、
前記調光器の出力電圧が供給される入力コンデンサと、
前記調光器の出力電圧を整流して直流の電源電圧を出力する整流回路と、
前記電源電圧が供給される放電回路と、
前記電源電圧を駆動電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記駆動電圧が供給されて点灯するＬＥＤランプと、を備え、
前記放電回路は、
前記電源電圧が供給される電源端子と、放電抵抗を介して接地される抵抗端子との間を導通させるか否か切り替える第１のスイッチ素子と、
前記電源端子と前記第１のスイッチ素子の制御端子との間を導通させるか否か切り替える第２のスイッチ素子と、
前記電源端子と前記第２のスイッチ素子の制御端子との間に接続された第１の抵抗と、を有し、
前記第２のスイッチ素子の制御端子と前記電源端子との間の寄生容量は、前記第１のスイッチ素子の制御端子と前記電源端子との間の寄生容量より小さい、ことを特徴とする。

また、前記ＬＥＤ照明装置において、
前記電源電圧の大きさに応じて制御信号を出力する制御回路を備え、
前記放電回路は、
前記制御信号に応じて、前記第１のスイッチ素子の制御端子と接地との間を導通させるか否か切り替える第３のスイッチ素子と、
前記制御信号に応じて、前記第２のスイッチ素子の制御端子と接地との間を導通させるか否か切り替える第４のスイッチ素子と、を有してもよい。

本発明の放電回路によれば、電源端子と第１のスイッチ素子の制御端子との間を導通させるか否か切り替える第２のスイッチ素子を備え、第２のスイッチ素子の制御端子と電源端子との間の寄生容量は、第１のスイッチ素子の制御端子と電源端子との間の寄生容量より小さい。そのため、電源電圧の供給が停止された後、電源電圧が低下しても第２のスイッチ素子の制御端子の電圧の低下を遅くできる。よって、第２のスイッチ素子が導通している間、第１のスイッチ素子の制御端子と電源端子との間のインピーダンスが低くなっているため、電源電圧が低下しても第１のスイッチ素子の制御端子の電圧の低下を遅くできる。

従って、電源電圧を供給する電源回路が入力コンデンサを有している場合に、この入力コンデンサを第１のスイッチ素子を介して放電させて、より短時間で電源電圧を低下させることができる。

また、本発明のＬＥＤ照明装置によれば、調光器が非導通状態になった後、より短時間で電源電圧を低下させることができるため、より短時間でＤＣ／ＤＣコンバータ及びＬＥＤランプに電流が流れないようにできる。従って、所望のタイミングでＬＥＤランプが消灯するので、精度良く調光することができる。

一実施形態に係るＬＥＤ照明装置の概略的な構成を示す回路図である。比較例のＬＥＤ照明装置の概略的な構成を示すブロック図である。図１及び図２のＬＥＤ照明装置の各部の信号を示す波形図である。図３の波形図の時刻ｔ１付近を拡大した波形図である。従来の放電回路の回路図である。

以下に、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。この実施形態は、本発明を限定するものではない。

図１は、一実施形態に係るＬＥＤ照明装置１００の概略的な構成を示す回路図である。図１に示すように、ＬＥＤ照明装置１００は、調光器１０と、入力コンデンサＣｉｎと、整流回路２０と、放電回路３０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０と、ＬＥＤランプ５０と、制御回路６０と、放電抵抗Ｒｘと、を備える。

調光器１０は、トライアックＴＲを有し、使用者等による操作に応じて、交流電源ＡＣから供給された交流電圧ＶＡＣの導通角を制御する。

入力コンデンサＣｉｎは、調光器１０の出力電圧が供給され、調光器１０の出力電圧のノイズを除去する。

整流回路２０は、例えば、４つのダイオードで構成されたブリッジダイオードであり、調光器１０の出力電圧を全波整流して直流の電源電圧ＶＤＤを出力する。電源電圧ＶＤＤの最大値は、例えば１００Ｖを超える。

このように、調光器１０と整流回路２０は、交流電源ＡＣに直列接続されている。入力コンデンサＣｉｎと整流回路２０は、並列接続されている。これらの調光器１０と、入力コンデンサＣｉｎと、整流回路２０は、電源回路として機能する。

放電回路３０は、整流回路２０から電源電圧ＶＤＤが供給され、入力コンデンサＣｉｎを放電する。
ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、電源電圧ＶＤＤを駆動電圧ＶＤＲに変換する。
ＬＥＤランプ５０は、駆動電圧ＶＤＲが供給されて点灯する。

制御回路６０は、例えばマイコンであり、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０による電源電圧ＶＤＤの検出結果に従い、電源電圧ＶＤＤの大きさに応じて制御信号Ｓ１を出力する。制御回路６０は、電源電圧ＶＤＤの大きさによらずローレベルの制御信号Ｓ１を出力してもよい。

放電回路３０は、第１のスイッチ素子Ｑ１と、第２のスイッチ素子Ｑ２と、第３のスイッチ素子Ｑ３と、第４のスイッチ素子Ｑ４と、第１の抵抗Ｒ１と、第２の抵抗Ｒ２と、を有する。

第１のスイッチ素子Ｑ１は、例えばリサーフ構造を有するＮ型ＭＯＳトランジスタであり、電源電圧ＶＤＤが供給される電源端子Ｖｉｎと、放電抵抗Ｒｘを介して接地される抵抗端子ＲＳとの間を導通させるか否か切り替える。つまり、第１のスイッチ素子Ｑ１は、ドレイン（一端）が電源端子Ｖｉｎに接続され、ソース（他端）が抵抗端子ＲＳに接続されている。

第２のスイッチ素子Ｑ２は、例えばリサーフ構造を有するＮ型ＭＯＳトランジスタであり、電源端子Ｖｉｎと第１のスイッチ素子Ｑ１のゲート（制御端子）との間を導通させるか否か切り替える。つまり、第２のスイッチ素子Ｑ２は、ドレイン（一端）が電源端子Ｖｉｎに接続され、ソース（他端）が第１のスイッチ素子Ｑ１のゲートに接続されている。

第２のスイッチ素子Ｑ２のゲート（制御端子）と電源端子Ｖｉｎとの間の寄生容量は、第１のスイッチ素子Ｑ１のゲートと電源端子Ｖｉｎとの間の寄生容量より小さい。具体的には、第２のスイッチ素子Ｑ２のゲート・ドレイン間の寄生容量は、第１のスイッチ素子Ｑ１のゲート・ドレイン間の寄生容量より小さい。即ち、第２のスイッチ素子Ｑ２は、第１のスイッチ素子Ｑ１よりサイズが小さく、導通し易い。

第１の抵抗Ｒ１は、電源端子Ｖｉｎと第２のスイッチ素子Ｑ２のゲートとの間に接続されている。

第２の抵抗Ｒ２は、電源端子Ｖｉｎと第１のスイッチ素子Ｑ１のゲートとの間に接続されている。電源電圧ＶＤＤが立ち上がる時に、第２の抵抗Ｒ２に電流が流れることにより、第１のスイッチ素子Ｑ１のゲート・ドレイン間容量を高速に充電することができる。よって、第２の抵抗Ｒ２により、電源電圧ＶＤＤが立ち上がる時に、第１のスイッチ素子Ｑ１をより高速に導通させることができる。

第３のスイッチ素子Ｑ３は、例えばＮ型ＭＯＳトランジスタであり、端子ＩＮを介して制御回路６０から供給された制御信号Ｓ１に応じて、第１のスイッチ素子Ｑ１のゲートと接地（接地端子ＧＮＤ）との間を導通させるか否か切り替える。つまり、第３のスイッチ素子Ｑ３は、ドレイン（一端）が第１のスイッチ素子Ｑ１のゲートに接続され、ソース（他端）が接地端子ＧＮＤに接続されている。

第４のスイッチ素子Ｑ４は、例えばＮ型ＭＯＳトランジスタであり、制御信号Ｓ１に応じて、第２のスイッチ素子Ｑ２のゲートと接地（接地端子ＧＮＤ）との間を導通させるか否か切り替える。つまり、第４のスイッチ素子Ｑ４は、ドレイン（一端）が第２のスイッチ素子Ｑ２のゲートに接続され、ソース（他端）が接地端子ＧＮＤに接続されている。

次に、図１のＬＥＤ照明装置１００の動作を、図２に示す比較例のＬＥＤ照明装置１００Ｘの動作と比較して説明する。

図２は、比較例のＬＥＤ照明装置１００Ｘの概略的な構成を示すブロック図である。図２では、放電回路３０に代えて図５に示す放電回路３０Ｘを備える点以外は、図１と共通する。

図３は、図１及び図２のＬＥＤ照明装置１００，１００Ｘの各部の信号を示す波形図である。図４は、図３の波形図の時刻ｔ１付近を拡大した波形図である。本実施形態の図１の第１のスイッチ素子Ｑ１と、比較例の図２のＮ型ＭＯＳトランジスタＱ１Ｘは、同じサイズである。

図３（ａ），４（ａ）は、放電抵抗Ｒｘを流れる放電電流Ｉｘを示し、図３（ｂ），４（ｂ）は、第１のスイッチ素子Ｑ１及びＮ型ＭＯＳトランジスタＱ１Ｘのゲート・ソース間電圧ＶＧＳ１を示す。図３（ｃ），４（ｃ）は、第１のスイッチ素子Ｑ１及びＮ型ＭＯＳトランジスタＱ１Ｘのゲート電圧ＶＧ１を示し、図３（ｄ），４（ｄ）は、電源電圧ＶＤＤを示す。図３，４では、本実施形態の波形を実線で示し、比較例の波形を破線で示す。図３では、交流電圧ＶＡＣの半周期分の波形を示している。

図３，４では、制御信号Ｓ１は常にローレベルであり、第３及び第４のスイッチ素子Ｑ３，Ｑ４及びＮ型ＭＯＳトランジスタＱ２Ｘはオフになっている一例を示している。

図示するように、時刻ｔ１において調光器１０が非導通状態になり、この後、電源電圧ＶＤＤが０Ｖに向けて低下している。

図４から分かるように、比較例では、時刻ｔ１の後、電源電圧ＶＤＤの低下に伴い、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ１Ｘのゲート・ドレイン間の寄生容量に起因してゲート電圧ＶＧ１が急速に低下するため、ゲート・ソース間電圧ＶＧＳ１も急速に低下している。そのため、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ１Ｘが放電電流Ｉｘを流すことができなくなり、放電電流Ｉｘも急速に減少している。従って、入力コンデンサＣｉｎの放電が遅くなり、電源電圧ＶＤＤの低下が遅くなっている。

これに対して本実施形態では、時刻ｔ１の後、ゲート・ドレイン間の寄生容量が小さい第２のスイッチ素子Ｑ２のゲート電圧の低下は、ゲート・ドレイン間の寄生容量が大きい比較例のＮ型ＭＯＳトランジスタＱ１Ｘのゲート電圧ＶＧ１の低下よりも遅くなる（図示せず）。そのため、比較例よりもゲート電圧ＶＧ１の低下が遅れ、ゲート・ソース間電圧ＶＧＳ１の低下も遅れている。よって、第１のスイッチ素子Ｑ１を流れる放電電流Ｉｘの低下も比較例より遅れている。従って、入力コンデンサＣｉｎの放電が早くなり、電源電圧ＶＤＤは、比較例よりも早く低下している。

以上で説明したように、本実施形態によれば、第２のスイッチ素子Ｑ２のゲートと電源端子Ｖｉｎとの間の寄生容量は、第１のスイッチ素子Ｑ１のゲートと電源端子Ｖｉｎとの間の寄生容量より小さい。そのため、電源電圧ＶＤＤの供給が停止された後、電源電圧ＶＤＤが低下しても第２のスイッチ素子Ｑ２のゲート電圧の低下を遅くできる。よって、第２のスイッチ素子Ｑ２が導通している間、第１のスイッチ素子Ｑ１のゲートと電源端子Ｖｉｎとの間のインピーダンスが低くなっているため、電源電圧ＶＤＤが低下しても第１のスイッチ素子Ｑ１のゲート電圧ＶＧ１の低下を遅くできる。

従って、入力コンデンサＣｉｎを、第１のスイッチ素子Ｑ１を介して放電させて、より短時間で電源電圧ＶＤＤを低下させることができる。

これにより、調光器１０が非導通状態になった時刻ｔ１の後、より短時間でＤＣ／ＤＣコンバータ４０及びＬＥＤランプ５０に電流が流れなくなる。従って、所望のタイミングでＬＥＤランプ５０が消灯するので、精度良く調光することができる。

これに対して、比較例のＬＥＤ照明装置１００Ｘでは、本実施形態と比較して、時刻ｔ１の後の電源電圧ＶＤＤの低下が遅くなるため、より長い時間ＤＣ／ＤＣコンバータ４０及びＬＥＤランプ５０に電流が流れる。このような時刻ｔ１以降の本来不要な期間の電流は、損失となる。また、ＬＥＤランプ５０が消灯するタイミングも本実施形態より遅れるので、調光の精度が低下する。

なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、電源電圧ＶＤＤが予め定められた判定電圧より高くなった時に、制御回路６０にハイレベルの制御信号Ｓ１を出力させ、その後電源電圧ＶＤＤが判定電圧以下になった時に、制御回路６０にローレベルの制御信号Ｓ１を出力させてもよい。これにより、電源電圧ＶＤＤが判定電圧より高くなってから、例えば時刻ｔ１の直後まで、第３及び第４のスイッチ素子Ｑ３，Ｑ４が導通する。従って、この期間において、第１及び第２のスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２が非導通になるので、放電電流Ｉｘを流さないようにできる。第１及び第２の抵抗Ｒ１，Ｒ２を流れる電流は、放電電流Ｉｘより小さいため、消費電流を低減できる。時刻ｔ１の後で第３及び第４のスイッチ素子Ｑ３，Ｑ４が非導通になると、以上の説明と同様に動作する。

また、電源電圧ＶＤＤが立ち上がる時に、第１のスイッチ素子Ｑ１を所望の速さで導通させることができれば、第２の抵抗Ｒ２は設けなくてもよい。

また、入力コンデンサＣｉｎを有する電源回路から電源電圧ＶＤＤが供給される装置であれば、放電回路３０をＬＥＤ照明装置１００以外の装置に適用しても、同様の効果が得られる。

本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

１０調光器
Ｃｉｎ入力コンデンサ
２０整流回路
３０放電回路
４０ＤＣ／ＤＣコンバータ
５０ＬＥＤランプ
６０制御回路
Ｒｘ放電抵抗
Ｑ１第１のスイッチ素子
Ｑ２第２のスイッチ素子
Ｑ３第３のスイッチ素子
Ｑ４第４のスイッチ素子
Ｒ１第１の抵抗
Ｒ２第２の抵抗
１００ＬＥＤ照明装置

Claims

電源電圧が供給される電源端子と、放電抵抗を介して接地される抵抗端子との間を導通させるか否か切り替える第１のスイッチ素子と、
前記電源端子と前記第１のスイッチ素子の制御端子との間を導通させるか否か切り替える第２のスイッチ素子と、
前記電源端子と前記第２のスイッチ素子の制御端子との間に接続された第１の抵抗と、を備え、
前記第２のスイッチ素子の制御端子と前記電源端子との間の寄生容量は、前記第１のスイッチ素子の制御端子と前記電源端子との間の寄生容量より小さく、それにより、前記電源電圧の供給が停止された後、前記電源電圧が低下しても、前記第１のスイッチ素子の制御端子の電圧の低下を遅くする、ことを特徴とする放電回路。
前記電源端子と前記第１のスイッチ素子の制御端子との間に接続された第２の抵抗を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の放電回路。
供給された制御信号に応じて、前記第１のスイッチ素子の制御端子と接地との間を導通させるか否か切り替える第３のスイッチ素子と、
前記制御信号に応じて、前記第２のスイッチ素子の制御端子と接地との間を導通させるか否か切り替える第４のスイッチ素子と、を備える、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の放電回路。
前記第１のスイッチ素子及び前記第２のスイッチ素子は、リサーフ構造を有するＮ型ＭＯＳトランジスタである、ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の放電回路。
前記電源電圧は、入力コンデンサを有する電源回路から供給される、ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の放電回路。
交流電源から供給された交流電圧の導通角を制御する調光器と、
前記調光器の出力電圧が供給される入力コンデンサと、
前記調光器の出力電圧を整流して直流の電源電圧を出力する整流回路と、
前記電源電圧が供給される放電回路と、
前記電源電圧を駆動電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記駆動電圧が供給されて点灯するＬＥＤランプと、を備え、
前記放電回路は、
前記電源電圧が供給される電源端子と、放電抵抗を介して接地される抵抗端子との間を導通させるか否か切り替える第１のスイッチ素子と、
前記電源端子と前記第１のスイッチ素子の制御端子との間を導通させるか否か切り替える第２のスイッチ素子と、
前記電源端子と前記第２のスイッチ素子の制御端子との間に接続された第１の抵抗と、を有し、
前記第２のスイッチ素子の制御端子と前記電源端子との間の寄生容量は、前記第１のスイッチ素子の制御端子と前記電源端子との間の寄生容量より小さく、それにより、前記電源電圧の供給が停止された後、前記電源電圧が低下しても、前記第１のスイッチ素子の制御端子の電圧の低下を遅くする、ことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
前記電源電圧の大きさに応じて制御信号を出力する制御回路を備え、
前記放電回路は、
前記制御信号に応じて、前記第１のスイッチ素子の制御端子と接地との間を導通させるか否か切り替える第３のスイッチ素子と、
前記制御信号に応じて、前記第２のスイッチ素子の制御端子と接地との間を導通させるか否か切り替える第４のスイッチ素子と、を有する、
ことを特徴とする請求項６に記載のＬＥＤ照明装置。