JP6373925B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源から変換した直流電源を主の負荷に供給する他に、出力電流の制御用にも供給する電源装置に関する。

この種の電源装置に関して、主の負荷となるＬＥＤに直流電流を供給するＤＣ／ＤＣコンバータの他に、スイッチング素子の駆動を制御する出力制御部に制御電圧を供給する補助電源部を備えたＬＥＤ電源装置の先行技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この先行技術は、スイッチング素子のスイッチング動作によって第１のコンデンサの電圧を変圧して第２のコンデンサに充電し、第２のコンデンサからＬＥＤに直流出力を供給する。スイッチング素子の駆動状態は出力制御部によって制御されており、ＤＣ／ＤＣコンバータは、出力制御部からの制御信号に応じてスイッチング素子を駆動してＬＥＤに供給する直流出力を制御しつつ、出力制御部にも二次側で補助的に制御電圧を供給している。出力制御部は直流出力の電流を検出し、電流検出値が基準値を超える場合は一次側の駆動制御ＩＣに対してＰＷＭ制御のデューティを減少させる出力制御信号を送り、逆に電流検出値が基準値に満たない場合はデューティを増加させる出力制御信号を送ることで直流出力を定電流に制御する。

上記のように、出力制御部の電源は二次側で補助的に供給されているため、ＬＥＤ消灯時のように入力電源がオフになると、二次側補助電圧の急激な低下に伴って出力制御信号のレベルも低下する。このとき、一次側の駆動制御ＩＣは瞬間的にＰＷＭ制御のデューティを急激に増加させるため、これが消灯時にＬＥＤの閃光となって現れることとなる。そこで先行技術は、補助電源部による制御電圧の供給能力が低下した場合に第２のコンデンサから補助電源部に電流を供給することで、出力制御信号のレベルが急激に低下するのを押さえ、消灯時の閃光が現れるのを防止している。

特開２０１５−１７６７７７号公報

上記の先行技術によれば、入力電源の遮断時における二次側電源の供給能力の低下を補償することで、一時的な出力制御の動作不具合を解消することができると考えられる。
しかしながら、その一方で二次側の補助電源は入力電源の遮断時だけでなく、その投入時（電源装置の起動時）においても供給能力が不安定化することがあり、特に起動時に補助電源の供給が不安定化すると、出力制御の動作がなかなか安定せずに出力電流がオーバシュートする可能性がある。出力制御の動作を安定化させるためには、補助電源の供給能力をいち早く安定化させる必要があるが、起動時には補助電源自体の動作もままならない状態であるため、先行技術のようにコンデンサ等が充電完了していることを前提にした手法は採用できない。

そこで本発明は、電源装置の起動時における動作不具合を防止する技術を提供するものである。

上記の課題を解決するため、本発明は以下の解決手段を採用する。

本発明の電源装置は、主電源回路及び補助電源回路を備えた構成である。主電源回路は、交流電源を直流電源に変換して主の負荷に供給するものであり、補助電源回路は、主電源回路とは別に電源を別の直流電源に変換する。また電源装置は、出力制御の構成として出力電流検出部、主電源制御部及び出力電流制御部を備える。出力電流検出部は、主電源回路からの出力電流を検出し、主電源制御部は、補助電源回路から電力の供給を受けて動作し、出力電流検出部の検出結果に基づいて主電源回路による変換の動作を制御（例えば一次側のスイッチング素子等をＰＷＭ制御）する。出力電流制御部は、出力電流検出部の検出結果に基づいて行われる主電源制御部の制御に関する出力電流の基準を設定する。したがって、出力電流の検出結果が基準を超えていれば、主電源制御部は電力の出力を抑制し（例えばＰＷＭ制御のデューティを減少させ）、逆に基準を下回っていれば出力電流を補う（例えばＰＷＭ制御のデューティを増加させる）制御を行う。

本発明の電源装置は、外部電源供給部の構成をも備える。外部電源供給部は、補助電源回路からの電力を主電源制御部とは並列に分配することで、主の負荷とは別の外部負荷に供給するものである。外部負荷は、例えば電源装置に外付けされる付属的な負荷（外部コントローラ等）であり、こうした外部負荷への電力の供給は、二次側の補助電源を分配することで行われる。

ここで、電源装置の起動時において実際に外部負荷が接続されている場合、補助電源回路からの電力は主電源制御部の動作用だけでなく、外部負荷への供給用にも分配されることになる。この場合、補助電源回路の動作が安定化する前に供給能力が外部負荷に侵食され、本来の安定した動作状態に移行することが困難になるか、もしくは動作の安定化までに余計な時間を要する。一方で、補助電源回路の動作が安定しない間は、主電源制御部の動作もまた不安定となるため、主電源回路の出力電流もまた不安定となる可能性がある。その結果、主の負荷に供給する出力電流がオーバシュートしたり、外部負荷に供給する出力電圧にジッタが生じたりする可能性がある。

このような不具合の解消のため、本発明の電源装置は、初期動作指定部の構成を備える。初期動作指定部は、電源の供給開始に伴い主電源回路及び補助電源回路による定常の動作が開始されるまでの初動期間において、主電源制御部に対して出力電流制御部が設定する出力電流の基準を出力電流検出部の検出結果に基づく定常時の制御とは別の初期基準に設定するとともに、外部電源供給部による電力の供給開始を待機させるものである。

これにより、電源の供給が開始された直後は、出力電流の検出結果に基づいてリアルタイムに基準を設定する制御は行わず、予め動作が安定化するまでの時間を見越した初期基準を設定して出力電流が制御されるので、オーバシュートの発生等を確実に押さえることができる。また、電源の供給を開始してすぐのタイミングでは外部負荷への出力電流の供給が行われないので、補助電源回路の供給能力がいきなり侵食されることがなく、その動作が安定化するまでの猶予を充分に確保することができる。

本発明の電源装置は、外部信号出力部、入力部及び基準設定部の構成をさらに備えてもよい。外部信号出力部は、外部環境の変化に応じて外部信号を出力するものであり、入力部は、外部信号出力部から出力される外部信号を出力電流制御部にて入力するものである。また、基準設定部は、入力部にて入力された外部信号に基づいて出力電流制御部が設定する出力電流の基準を変化させるものである。このとき初期動作指定部は、補助電源回路が安定した状態になるまでは外部電源供給部による出力電流の可変動作の待機を継続させることとしている。

外部信号は外部環境の変化に応じて出力され、電源装置の定常的な動作中は外部信号に基づいて出力電流の基準を変化させることで、外部環境の変化に適合した負荷の動作（例えば、周囲の明るさに応じたＬＥＤの調光等）を実現することができる。通常、外部環境の変化はある程度緩やかであると想定されるため、入力される外部信号が極短時間内で大きく変化したり、入力が途切れ途切れとなったりするようなことは通常は起こりにくい。ところが、電源装置の起動時である初動期間内には、補助電源回路の動作が安定しないだけでなく、外部信号の入力状態もまた安定していないことが多く、その場合、上記のように入力される外部信号が極短時間内で大きく変化したり、入力が途切れ途切れとなったりすることもあり得る。

そこで、起動時は、制御する出力電流の閾値を補助電源回路が安定して起動する閾値で起動し、不安定な状態にある間は、基準設定部により出力電流の基準を変化させることはせず、引き続き外部電源供給部による電力の供給開始を待機させることで、補助電源回路の動作が安定化するのに必要な準備期間を確保することができる。

また、初期動作指定部は、初動期間内に入力部にて入力される外部信号が不安定な状態にあるか否かを定期的に確認し、不安定な状態であることを所定回数以上にわたり確認するか、外部信号が安定な状態であることを所定回数確認すると外部電源供給部による電力の供給を開始させることとしてもよい。

このような態様であれば、補助電源回路の動作が安定化するのに充分な準備時間が確保されたと判断することができる。これにより、不用意に外部負荷への出力電流の供給開始が遅れるのを防止し、電源装置の起動後から適度に早期のタイミングで外部負荷を動作させることができる。

好ましくは、初期動作指定部は、外部電源供給部による電力の供給を開始させた後も、初動期間内に補助電源回路から主電源制御部に対する電力の供給状態を維持することが可能となる出力電流の基準を初期基準として設定していることとする。

このような態様であれば、例えば実際に電源装置に外部負荷が接続されていることを予め想定し、その上で初動期間内に外部電源供給部による電力の供給が開始されたとしても、補助電源回路の供給能力が不用意に浸食されることなく、安定して主電源制御部を動作させることができる。これにより、初動期間内から主電源回路の出力電流の制御を安定して実現しつつ、オーバシュートの発生や補助電源回路の出力電圧にジッタが生じるのを確実に防止することができる。

本発明によれば、電源装置の起動時における動作不具合を防止することができる。

電源装置の構成を概略的に示す回路図である。 電源装置における制御上の構成を概略的に示すブロック図である。 電源装置の起動時に発生し得る動作不具合を各種電圧の時間的な変化で示した図である。 メイン制御処理の手順例を示したフローチャートである。 タイマ割込処理の手順例を示すフローチャートである。 電源装置の初動期間内で動作が安定化される様子を各種電圧の時間的な変化で示した図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下では、電源装置を定電流型ＬＥＤ用電源として構成した実施形態を例に挙げて説明するが、本発明はこのような形態に限るものではない。

図１は、電源装置１００の構成を概略的に示す回路図である。なお、図１の回路図においては、いくつかの電気的構成はブロック要素として簡略化して示されている。

電源装置１００は、外部入力端子１０２及び負荷出力端子１０４を有しており、外部入力端子１０２には、図示しない外部電源（例えばＡＣ＋２００Ｖ等）が接続されるものとなっている。また、負荷出力端子１０４には、例えば主な負荷となるＬＥＤ照明装置１０６を接続することができる。

〔主電源回路〕
電源装置１００は主電源回路１１０を有しており、主電源回路１１０は、図示しない外部電源から供給される電源を主電源回路１１０により変換し、定電流制御された出力電流をＬＥＤ照明装置１０６に供給する。主電源回路１１０は、例えば一次側及び二次側の巻線１１２，１１４を備えたトランス１１６を有するほか、一次側のスイッチング素子１１８（ＭＯＳＦＥＴ）、ダイオード１２１、コンデンサ１２２等から構成されている。この他にも主電源回路１１０には適宜、図示しない各種の電子部品が必要に応じて用いられている。

〔主電源制御部〕
電源装置１００は２次側制御部１２０及び１次側制御部１４０を備えており、これらの構成により、電源装置１００は主電源回路１１０の出力電流を定電流制御することができる。また、２次側制御部１２０と１次側制御部１４０とはフォトカプラ１２３，１４２の対を介して接続されており、２次側制御部１２０からの制御信号がフォトカプラ１２３，１４２を通じて１次側制御部１４０に伝達されるものとなっている。なお、２次側制御部１２０の周辺には適宜、フォトカプラ１２３の駆動用に抵抗１２６が接続されている。

〔出力電流検出部〕
また、主電源回路１１０の出力電流は出力電流検出部１２４で検出され、その検出信号（検出結果）は２次側制御部１２０に入力されている。

〔出力電流制御部〕
電源装置１００は出力電流制御部１３０を備えており、出力電流制御部１３０は、例えば制御ＩＣ（マイコン）を実装した電子機器として搭載されている。出力電流制御部１３０は、出力電流の検出結果に基づいて２次側制御部１２０が制御信号を出力する際の基準（閾値）を２次側制御部１２０に対して設定する。すなわち、出力電流検出部１２４で検出された出力電流が基準（閾値）を超えていれば、２次側制御部１２０は１次側制御部１４０に対して通電デューティを減少させる制御信号を送り、逆に出力電流が基準（閾値）を下回っていれば、２次側制御部１２０は通電デューティを増加させる制御信号を送る。

１次側制御部１４０は、２次側制御部１２０から受け取った制御信号に基づいてスイッチング素子１１８を駆動制御し、巻線１１２における入力電流を制御する。すなわち、１次側制御部１４０は通常、目標の通電デューティを実現するべくＭＯＳＦＥＴ１１８をＰＷＭ制御しているが、２次側制御部１２０からの制御信号が通電デューティを減少させるものであれば、現在よりＰＷＭ信号のパルス幅を減少させ、逆に制御信号が通電デューティを増加させるものであれば、ＰＷＭ信号のパルス幅を増加させる。これにより、主電源回路１１０で変換すべき出力電流の目標値に応じて制御される結果、主電源回路１１０の出力電流は、出力電流制御部１３０が設定する基準に応じて定電流制御されることになる。

〔外部信号出力部〕
また、電源装置１００は調光外部信号出力部１３２を備えている。この調光外部信号出力部１３２は、例えば図示しないフォトトランジスタを内蔵しており、電源装置１００がＬＥＤ照明機器１０６とともに設置される場所の周辺環境（明るさ等）に応じて調光外部信号を生成する。調光外部信号出力部１３２は、生成した調光外部信号（例えば２値信号）を出力電流制御部１３０に対して出力する。出力電流制御部１３０は、入力された調光外部信号に応じて２次側制御部１２０に対する基準（閾値）の設定を変化させることができる。

〔補助電源回路〕
その他に電源装置１００は、内部動作用に補助電源回路１５０を備えている。補助電源回路１５０は、例えば一次側及び二次側の巻線１５２，１５４、ダイオード１５８、コンデンサ１６０等から構成されている。この他にも補助電源回路１５０には適宜、図示しない各種の電子部品が必要に応じて用いられている。なお、一次側及び二次側の巻線１５２，１５４は主電源回路１１０のトランス１１６とコアを共有しており、これにより一次側の巻線１５２は、例えば１次側制御部１４０の駆動に必要な電力を供給し、二次側の巻線１５４は、２次側制御部１２０をはじめ出力電流制御部１３０、調光外部信号出力部１３２等の駆動に必要な電力を供給することができる。また、二次側の巻線１５４に発生する電力は三端子レギュレータ１６２で調整された後に２次側制御部１２０や出力電流制御部１３０、調光外部信号出力部１３２等に供給される。

〔外部電源供給部〕
さらに電源装置１００は、外部コントロール用電源部１７０を備えており、この外部コントロール用電源部１７０は、補助電源回路１５０からの電力を２次側制御部１２０とは並列に分配して外部負荷に供給することができる。すなわち、電源装置１００には予め外部コントロール用端子１７２が設けられており、この外部コントロール用端子１７２に様々な外付けの電子機器（外部負荷）を接続して利用することができる。例えば、電源装置１００に外部コントロール制御部１７４を接続することで、電源装置１００あるいはＬＥＤ照明装置１０６に付加的な外部コントロール機能（例えば無線ＬＡＮ接続機能、人感センサ連動ＯＮ／ＯＦＦ機能等）を持たせることができる。このように電源装置１００は、主の負荷であるＬＥＤ照明装置１０６だけでなく、他の外部負荷に対する電力の供給をも行うことができる。

図２は、電源装置１００における制御上の構成を概略的に示すブロック図である。図２中、図１に示した構成と同じ構成には同じ符号を付している。

〔出力電流制御系〕
上記のように、電源装置１００の主な出力電流の制御については、２次側制御部１２０を中心とした制御系の構成が機能している。すなわち、出力電流検出部１２４からのフィードバック信号（検出電流）を２次側制御部１２０で受信し、参照する基準（閾値）と比較した結果に基づいて１次側制御部１４０に制御信号を送っている。これを受けて１次側制御部１４０が入力電力をＰＷＭ制御し、結果的に電源装置１００からの出力電流が定電流制御されることになる。このため２次側制御部１２０には、予め基準値（閾値）を設定しておくための記憶部１２０ａが設けられている。

〔アプリケーション制御系〕
上述した出力電流の制御系に対し、内部変数である基準（閾値）の可変制御については、出力電流制御部１３０を中心とした制御ＩＣを用いたアプリケーションの構成が機能している。すなわち、出力電流制御部１３０は、制御ＩＣとして図示しないＣＰＵを有する他、基準（閾値）設定部１３０ａ及び初期動作指定部１３０ｂ（初期基準（閾値）記憶部）を有している。このうち基準（閾値）設定部１３０ａは、電源装置１００の定常動作時において基準（閾値）をリアルタイムに（予め設定されたスケジュールでもよい）設定し、その設定信号を２次側制御部１２０に送信して記憶部１２０ａに反映させている。これにより、２次側制御部１２０において基準（閾値）の設定が動的に可変制御されることになる。一方、初期動作指定部１３０ｂは、電源装置１００の起動時において初期基準（閾値）を一時的に２次側制御部１２０に対して送信し、起動時に参照する初期基準（閾値）を記憶部１２０ａに反映させている。なお、具体的な制御手法についてはさらに後述する。

また、出力電流制御部１３０は、外部コントロール用電源部１７０（外部電源供給部）に対する動作制御をも行っている。具体的には、電源装置１００の起動時において出力電流制御部１３０は、初期動作指定部１３０ｂにより外部コントロール用電源部１７０に対する動作の可否信号（Ｄｉｓａｂｌｅ／Ｅｎａｂｌｅ）を送信し、外部負荷に対する電力の供給開始タイミングを制御している。なお、具体的な制御手法については後述する。

その他に、出力電流制御部１３０はインタフェースとしての入力部１３０ｃ及び出力部１３０ｄを有している。上記の調光外部信号出力部１３２からの調光外部信号は、入力部１３０ｃを通じて出力電流制御部１３０に入力されており、２次側制御部１２０や外部コントロール用電源部１７０に対しては、出力部１３０ｄを通じて基準（閾値）設定部１３０ａや初期動作指定部１３０ｂからそれぞれ信号が出力されている。

ここで、外部コントロール制御部１７４のような外部負荷を電源装置１００に接続して利用するか否かは任意であり、外部負荷の有無は電源装置１００の使用場所や用途、運用形態等によって異なるし、どのような外部負荷を接続するかも任意である。ただし、実際に外部負荷が接続されているのと接続されていないのとでは、電源装置１００の起動時（入力電流の供給開始時）における動作の安定に大きな違いが生じることになる。すなわち、外部負荷が接続されている場合、電源装置１００の起動時から外部負荷にも出力電流を供給している分、補助電源回路１５０の動作が不安定なまま供給能力が大きく侵食され、２次側制御部１２０や出力電流制御部１３０等の動作に不具合が生じる。この結果、メインの負荷に供給する出力電流にオーバシュートが発生したり、あるいは、補助電源回路１５０の出力電圧にジッタが発生したりすることがある。以下、この点について説明する。

〔起動時の動作不具合〕
図３は、電源装置１００の起動時に発生し得ると考えられる動作不具合を各種電圧の時間的な変化で示した図である。なお、図３の電圧変化はシミュレーションにより得られるものであり、実際の電源装置１００において観測された結果ではない。

〔時刻ｔ１〜ｔ２〕
先ず、時刻ｔ１で電源装置１００に電源の供給を開始した場合を考える。なお、図中の時刻ｔ１以前の変化はあくまで参考とする。
図３中（Ａ）：主電源回路１１０のハード構成（巻線１１２，１１４の比等）により、時刻ｔ１からある程度の電圧レベルで出力電流が発生する。
図３中（Ｂ）：２次側の補助電源回路１５０についても、そのハード構成によって出力電圧が時刻ｔ１〜時刻ｔ２にかけて発生するが、本来所望する程度の電圧レベルには達していない。
図３中（Ｃ）：１次側制御部１４０によるＰＷＭ信号は、出力電流制御部１３０の制御ＩＣが初期化処理（ＲＯＭ設定の読み込み）を行っている関係上、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の期間内は本来の出力信号とは言えない（参考値）。
図３中（Ｄ）：外部コントロール用電源部１７０から外部負荷への出力電圧は、補助電源回路１５０からの出力電圧が本来の電圧レベルに達していないため、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の期間内ではほとんど電圧レベルが立ち上がっていない。

〔時刻ｔ２〜ｔ３〕
図３中（Ｂ）：例えば時刻ｔ２において、２次側制御部１２０の出力電流が所望の電圧レベル（例えば＋５Ｖ以上）に達したとする。この場合の電圧レベルは、主電源回路１１０の出力電流（図３中（Ａ））を上回ることがある。
図３中（Ｄ）：時刻ｔ２で２次側制御部１２０の出力電流が所望の電圧レベルに達したことに伴い、外部コントロール用電源部１７０から外部負荷に供給される出力電圧レベルも時刻ｔ２から所望に立ち上がっていく。

図３中（Ｃ）：時刻ｔ２〜時刻ｔ３の期間において、１次側制御部１４０によるＰＷＭ信号は、２次側制御部１２０の基準（閾値）が初期状態で最小（例えば０ｍＡ）に設定されているものとして出力される。すなわち、出力電流の基準（閾値）が最小であるため、２次側制御部１２０からの制御信号は当初デューティを全く増加させなくする方向に振れており、ＰＷＭ信号は本来想定されるような矩形波とならない。

〔補助電源回路１５０の動作不安定化〕
次に、起動時において補助電源回路１５０の出力電圧が不安定となる現象について説明する。
（１）図３中（Ｂ）：時刻ｔ２で補助電源回路１５０の出力電圧は電圧レベルが一度大きく立ち上がるが（１つ目のピーク参照）、上記のように外部コントロール用電源部１７０から外部負荷に供給される出力電圧の電圧レベルも立ち上がるため、これによって補助電源回路１５０の供給能力が大きく浸食される（１つ目のピーク以降、それまでの電圧レベルが急激に下方へ引っ張られている）。
（２）図３中（Ｄ）：一方、外部コントロール用電源部１７０から外部負荷への出力電圧は補助電源回路１５０の供給能力に依存しているため、補助電源回路１５０の供給能力が侵食されて電圧レベルが低下すると、これに連動して外部負荷への出力電圧も電圧レベルが低下する。
（３）図３中（Ｂ）：すると、それまで侵食されていた補助電源回路１５０の供給能力が一時的に回復するため、再び補助電源回路１５０の出力電圧は電圧レベルが上昇に転じていく（１つ目のピーク以降の立ち上がりエッジ参照）。
（４）図３中（Ｄ）：これにより、外部コントロール用電源部１７０から外部負荷への出力電圧もまた電圧レベルが回復に転じるため（２つ目のピーク参照）、せっかく回復した補助電源回路１５０の供給能力を再び浸食することになる。

以後、時刻ｔ３まで上記（１）〜（４）に近似する事象が周期的に繰り返される結果、補助電源回路１５０による出力電圧の電圧レベルが極めて不安定となる現象（ジッタ）が発生する。

〔オーバシュートの例〕
なお、ここでは時刻ｔ２〜時刻ｔ３の期間において、２次側制御部１２０の基準（閾値）が初期状態で最小（例えば０ｍＡ）に設定されているものとしてＰＷＭ信号を出力する例を挙げているが、これとは別に基準（閾値）を最大（例えば定格の最大許容値）に設定することも考えられる。この場合、出力電流の基準（閾値）が最大であるため、２次側制御部１２０からの制御信号は当初デューティを最大に増加させる方向に振れる結果、ＰＷＭ信号は本来想定される矩形波に比較してパルス幅が拡大される。その結果、主電源回路１１０の出力電圧は電圧レベルが急激に上昇することとなるが、そうすると今度は最大基準（閾値ＭＡＸ）をも超えてしまうため、一時的にオーバシュートとなる。この後、２次側制御部１２０の制御信号はデューティを減少させる方向に逆振れし、ＰＷＭ信号のパルス幅が縮小されてオーバシュートは収束する。

図３中（Ｃ）：時刻ｔ２〜時刻ｔ３の期間において、時間の経過に伴い、出力電流制御部１３０は調光外部信号に応じて２次側制御部１２０の基準（閾値）を設定するはずであるが、２次側制御部１２０を駆動する補助電源回路１５０の出力電圧が安定していないため、基準（閾値）の設定が不完全なままとなる（基準が最小値から更新されない）。このため、依然として１次側制御部１４０のＰＷＭ信号が正規の矩形波を示すことができない。
図３中（Ａ）：したがって、入力電流のＰＷＭ制御が安定しない間は、主電源回路１１０の出力電圧も本来の電圧レベルに到達することができていない。

〔時刻ｔ３以降〕
図３中（Ｃ）：時刻ｔ３で２次側制御部１２０の基準（閾値）が正しく設定されると、ここから１次側制御部１４０によるＰＷＭ信号が本来の波形で出力を開始する。
図３中（Ａ）：これにより、入力電流のＰＷＭ制御が安定して行われる結果、主電源回路１１０の出力電圧も本来の電圧レベルに到達することができる。
図３中（Ｂ）：補助電源回路１５０の出力電圧は負荷レベルの変動に応じて電圧レベルが変化するが、時刻ｔ３以降では不安定な現象（ジッタ）は見られない。
図３中（Ｄ）：補助電源回路１５０の供給能力が安定化したことに伴い、時刻ｔ３以降は外部コントロール用電源部１７０から外部負荷への出力電圧の電圧レベルもようやく安定する。

以上のように、電源装置１００は起動からある程度の時間（時刻ｔ１〜時刻ｔ３）を置けば、最終的に安定した動作状態に遷移することは可能であるものの、特に時刻ｔ２〜時刻ｔ３の初動期間において極端に不安定な挙動を示すことがわかる。これが２次側制御部１２０の出力電流が不安定となるだけならまだしも、本実施形態のように外部負荷を接続して運用する態様の場合、初動期間において外部コントロール用電源部１７０から外部負荷への出力電圧が乱高下（図３中（Ｄ））してしまうと、外部負荷が周期的にＯＮ−ＯＦＦを繰り返すこととなるため、極端な場合は外部負荷にダメージを与えることにもなりかねない。

そこで本実施形態では、電源装置１００の起動時において出力電流制御部１３０が初期動作に適した処理（プログラム）を実行し、初動期間内での動作が不安定化するのを防止している。以下、初期動作時の処理について説明する。

図４は、出力電流制御部１３０の制御ＩＣが実行するメイン制御処理の手順例を示したフローチャートである。このメイン制御処理は、電源装置１００に対する電源の供給が開始（いわゆる電源投入）され、補助電源回路１５０から電力が供給されたことで出力電流制御部１３０の制御ＩＣが起動すると開始されるものである。以下、手順例に沿って説明する。

ステップＳ１００：出力電流制御部１３０の制御ＩＣは、内部的にタイマ割込を許可（開始）する。タイマ割込を許可している間、制御ＩＣは周期的（例えば１ｍｓ毎）にタイマ割込を発生させ、メイン制御処理とは別途のタイマ割込処理を実行する。なお、タイマ割込処理の詳細についてはさらに後述する。

ステップＳ１０２：出力電流制御部１３０の制御ＩＣは、初期動作安定用のＰＷＭ信号出力を２次側制御部１２０に指定する。具体的には、２次側制御部１２０が行う制御上の基準（閾値）を初動期間に適した初期基準に設定することで、１次側制御部１４０が出力するＰＷＭ信号を初期動作の安定に適した波形にする。なお、初期基準や初期動作安定用のＰＷＭ信号についてはさらに後述する。

ステップＳ１０３：また、出力電流制御部１３０の制御ＩＣは、外部コントロール用電源部１７０から外部負荷への電力の供給を初期状態では無効にしている（初期動作指定部）。なお、ハード構成上、外部コントロール用電源部１７０に出力有効（エネーブル）信号が入力されるまでの間は外部負荷に電力が供給されない場合、このようなステップをプログラム上に置かなくてもよい。

ステップＳ１０４：制御ＩＣは、現在がタイマ割込の許可中であるか否かを確認する。ここでは先のステップＳ１００で既にタイマ割込を許可した後であるため（Ｙｅｓ）、制御ＩＣはこのステップＳ１０４を引き続きループする。そして以降、制御ＩＣはタイマ割込を禁止（終了）するまでステップＳ１０４（Ｙｅｓ）をループし続ける。そして、別途のタイマ割込処理の中でタイマ割込を禁止（終了）すると（Ｎｏ）、制御ＩＣはステップＳ１０６以降を実行する。

ステップＳ１０６：出力電流制御部１３０の制御ＩＣは、定常動作開始用設定値確認処理を実行する。この処理では、制御ＩＣは電源装置１００が定常動作を開始するにあたって必要な設定値を確認する。具体的には、予め内蔵ＲＯＭ等に記憶されている出力電流の基準（閾値）を読み出し、その基準を２次側制御部１２０に設定する。

〔メインループに移行〕
ステップＳ１０８：出力電流制御部１３０の制御ＩＣは、ここからメインループに移行し、設定値確認処理を実行する。この処理では、制御ＩＣは調光外部信号出力部１３２からの調光外部信号を参照しつつ、２次側制御部１２０に設定するべき基準（閾値）を定常的に確認する。例えば、外部環境の変化に伴い、調光外部信号が変化（例えば、暗い→明るいに変化）すると、出力電流制御部１３０の制御ＩＣはＬＥＤ照明装置の調光レベルを「高」にするための基準（「高」の閾値）を内蔵ＲＯＭから読み出す。

ステップＳ１１０：そして制御ＩＣは、読み出した基準（「高」の閾値）を２次側制御部１２０に設定することで、新たに設定した基準に応じた制御信号に基づいて２次側制御部１２０による制御を行う。これにより、１次側制御部１４０によるＰＷＭ信号をＬＥＤ照明装置１０６の調光レベルを「高」に合わせたデューティに制御することができる。

なお、ここでは調光レベルを「高」にする例について説明したが、逆に調光外部信号の変化（例えば明るい→暗いの変化）に応じて調光レベルを「低」にする場合、先のステップＳ１０８で出力電流制御部１３０の制御ＩＣは調光レベル「低」の基準（「低」の閾値）を読み出し、ステップＳ１１０で新たな基準を２次側制御部１２０に設定する。そして、２次側制御部１２０は新たに設定された基準に応じた制御信号を１次側制御部１４０に送ることで、１次側制御部１４０は、ＬＥＤ照明装置１０６の調光レベルを「低」に合わせたデューティでＰＷＭ信号を出力する。

以後は出力電流制御部１３０が上記のステップＳ１０８，Ｓ１１０を繰り返すことで、調光外部信号に応じた設定値を確認しつつ、ＰＷＭ信号を出力させて主電源回路１１０の出力電流を定常的に制御することができる。なお、この間は出力電流検出部１２４からの電流検出信号が２次側制御部１２０で参照されることになる。

〔タイマ割込処理〕
図５は、出力電流制御部１３０の制御ＩＣが実行するタイマ割込処理の手順例を示すフローチャートである。上記のようにタイマ割込は、制御ＩＣがメイン制御処理内のステップＳ１０４をループ実行している期間内に発生するイベントである。すなわち、タイマ割込が許可されている間（ステップＳ１０４＝Ｙｅｓ）は、制御ＩＣはステップＳ１０４のループを抜けることがなく、タイマ割込が発生する毎にタイマ割込処理を実行することになる。以下、手順例に沿って説明する。

ステップＳ２００：出力電流制御部１３０の制御ＩＣは、ポート信号入力処理を実行する。この処理では、制御ＩＣは複数（例えば３つ）ある入力ポート（入力部）の各信号状態（例えば、各ポート入力信号バッファの値の有無）を取得する。なお、各入力ポートには調光外部信号出力部１３２からの調光外部信号（ハイレベル又はローレベルの２値）が入力されるものとなっている。また、この処理において、制御ＩＣは以下を実行する。
（１）全ての入力ポート信号状態が一致するか否かを確認する。
（２）信号状態が全ての入力ポートで一致することを確認した場合、前回のタイマ割込から連続して一致したか否かを確認する。
（３）上記（２）で連続した回数をカウントし、最新の値を内蔵ＲＡＭに記憶する。
（４）上記（１）で全ての入力ポート信号が一致しなかった場合、上記（３）の回数をリセットする。

ステップＳ２０２：そして制御ＩＣは、先のステップＳ２００でカウントした回数に基づき、全てのポート信号状態がＮ回連続で一致したか否かを確認する。なお、ここでいう変数「Ｎ回」は、電源装置１００のハード構成や用途等に応じて予め設定しておくことができる。いずれにしても、電源装置１００の起動時においては通常、ノイズの影響等により調光外部信号出力部１３２からの調光外部信号の入力が安定していないため、「全てのポート信号状態がＮ回連続で一致」と判断することはなく（Ｎｏ）、その場合、制御ＩＣはステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２０４：出力電流制御部１３０の制御ＩＣは、内部的に処理回数をインクリメントする。ここでいう「処理回数」は、先のステップＳ２０２を実行した回数をカウントした値であり、その値は内蔵ＲＡＭ等に保存しておくことができる。ここでは、制御ＩＣは処理回数のカウンタ値を１加算し、次のステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０６：制御ＩＣは、現在の処理回数がＭ回以上であるか否かを確認する。ここでいう変数「Ｍ回」もまた、電源装置１００のハード構成や用途等に応じて予め設定しておくことができる。処理回数が未だＭ回に達していなければ（Ｎｏ）、制御ＩＣはここでタイマ割込処理を終了し、タイマ割込発生の直前において実行していたメイン制御処理（ステップＳ１０４のループ）に復帰する。

上記のように、出力電流制御部１３０の制御ＩＣがメイン制御処理内のステップＳ１０４をループしながらタイマ割込処理を何回か実行し、やがてステップＳ２０４で処理回数がＭ回以上にインクリメントされると（ステップＳ２０６＝Ｙｅｓ）、制御ＩＣはステップＳ２０８を実行する。

ステップＳ２０８：出力電流制御部１３０の制御ＩＣは、ここで外部コントロール用電源部１７０から外部負荷への電力の供給を有効にする。具体的には、外部コントロール用電源部１７０に対して出力有効（エネーブル）信号を出力する。これにより、以後は外部コントロール用電源部１７０から外部負荷への電力の供給が開始されることになる（初期動作指定部）。

ここで、１回のタイマ割込では、いずれの変数についてもカウント値は１ずつしか加算されないが、本実施形態においては、変数「Ｍ回」と「Ｎ回」との関係はＮ＞Ｍに設定されているため、変数「Ｍ回」と「Ｎ回」とでは変数「Ｍ回」の方が先にカウントされることになる。したがって、ステップＳ２０２で「全ての入力ポート信号状態がＮ回連続で一致した」と確認するより前に、制御ＩＣは必ずステップＳ２０６で「処理回数がＭ回以上」と判断することになる。言い換えれば、制御ＩＣはステップＳ２０６で「処理回数がＭ回以上」と判断するまでの間、メイン制御処理内のステップＳ１０４をループし続けることで外部コントロール用電源部１７０から外部負荷への出力電流の供給開始を待機させていることになる（初期動作指定部）。

また、出力電流制御部１３０の制御ＩＣが外部コントロール用電源部１７０から外部負荷への出力電流の供給を開始させた後も、ステップＳ２０２で「全ての入力ポート信号状態がＮ回連続で一致した」と確認しなければ、制御ＩＣはタイマ割込を許可したままであるため、引き続きメイン制御処理内のステップＳ１０４をループする。

〔メインループへの移行条件〕
この後、電源装置１００の各部において動作が安定化すると、調光外部信号出力部１３２からの調光外部信号の入力ポート信号状態が安定的に一致することとなる。この場合、タイマ割込処理を最大Ｎ回まで繰り返すうちに制御ＩＣはステップＳ２０２で「全ての入力ポート信号状態がＮ回連続で一致した」と確認し（Ｙｅｓ）、ここで初めてステップＳ２１０を実行する。

ステップＳ２１０：そして、出力電流制御部１３０の制御ＩＣはタイマ割込を禁止（終了）し、メイン制御処理内のステップＳ１０４に復帰する。
復帰した先のメイン制御処理内のステップＳ１０４では、制御ＩＣはタイマ割込を既に禁止しているため（Ｎｏ）、これをもってステップＳ１０６に進み、上記のメインループに移行することになる。

〔初動期間内での動作安定化〕
図６は、電源装置１００の初動期間内で動作が安定化される様子を各種電圧の時間的な変化で示した図である。

〔時刻ｔ０１〜ｔ０２〕
ここでも同様に、時刻ｔ０１で電源装置１００に電源の供給を開始した場合を考える。なお、図中の時刻ｔ０１以前の変化はあくまで参考とする。
図６中（Ａ）：主電源回路１１０のハード構成（巻線１１２，１１４の比等）により、時刻ｔ０１からある程度の電圧レベルで出力電流が発生する。
図６中（Ｂ）：２次側の補助電源回路１５０についても、そのハード構成によって出力電圧が時刻ｔ０１〜時刻ｔ０２にかけて発生するが、本来所望する程度の電圧レベルには達していない点は図３に示した例と同じである。
図６中（Ｃ）：ここでも同様に、１次側制御部１４０によるＰＷＭ信号は、出力電流制御部１３０の制御ＩＣが初期化処理（ＲＯＭ設定の読み込み）を行っている関係上、時刻ｔ０１〜時刻ｔ０２の期間内は本来の出力信号とは言えない（同じく参考値）。
図６中（Ｄ）：外部コントロール用電源部１７０から外部負荷への出力電流についても、補助電源回路１５０からの出力電流が本来の電圧レベルに達していないため、時刻ｔ０１〜時刻ｔ０２の期間内ではほとんど電圧レベルが立ち上がっていない。

ここまでは、先の図３に示した電圧レベルの変化と大きく違わない。しかし、出力電流制御部１３０の制御ＩＣが上記のプログラム（メイン制御処理及びタイマ割込処理）を実行することにより、次の時刻ｔ０２から時刻ｔ０４の初動期間において電圧レベルの変化は安定した態様となる。すなわち、時刻ｔ０１から時刻ｔ０２までの間は、出力電流制御部１３０の制御ＩＣが起動後に内蔵ＲＯＭの読み込みを行っている。そして、時刻ｔ０２から制御ＩＣはメイン制御処理を開始する。

〔時刻ｔ０２〜ｔ０４〕
図６中（Ｃ）：メイン制御処理（ステップＳ１０２）の実行に伴い、制御ＩＣは２次側制御部１２０が行う制御上の基準（閾値）を初動期間に適した初期基準に設定するため、ＰＷＭ信号が時刻ｔ０２から初期動作の安定に適した波形で出力される。ここで設定されている初期基準は、例えば補助電源回路１５０の出力電圧が安定して所望の電圧レベル（例えば＋５Ｖ）となるのに必要な閾値に予め設定されており、初期基準の閾値に合わせてＰＷＭ信号のパルス幅が制御されることになる。
図６中（Ｂ）：このため時刻ｔ０２において、２次側制御部１２０の出力電圧は所望の電圧レベル（例えば＋５Ｖ以上）に達することができる。この場合の電圧レベルは、ＰＷＭ信号によって正しく制御された結果であり、図３中（Ｂ）のように不安定な立ち上がりによる結果とは異なる。
図６中（Ｄ）：時刻ｔ０２で２次側制御部１２０の出力電圧は所望の電圧レベルに達するが、この時点では未だ外部コントロール用電源部１７０から外部負荷への電力の供給は開始されない。すなわち、出力電流制御部１３０の制御ＩＣは未だタイマ割込処理の中で外部コントロール用電源部１７０に出力有効（エネーブル）信号を出力していないからである。

〔時刻ｔ０３前〕
図６中（Ｂ）：時刻ｔ０２から時刻ｔ０３までの初動期間において、いよいよ補助電源回路１５０の出力電圧の電圧レベルが安定状態となる。
この間、出力電流制御部１３０の制御ＩＣによるタイマ割込処理が繰り返される結果、ステップＳ２０６で「処理回数がＭ回以上」と判断されることになる。その結果、ステップＳ２０８で外部コントロール用電源部１７０が出力有効（エネーブル）となり、外部負荷への電力の供給が開始されることになる。
図６中（Ｄ）：したがって、時刻ｔ０３の少し前から外部コントロール用電源部１７０から外部負荷への出力電流の電圧レベルが所望（例えば＋５Ｖ）に立ち上がる（最初の立ち上がりを参照）。

〔時刻ｔ０３〕
図６中（Ｂ）：外部コントロール用電源部１７０からの出力電圧が安定した電圧レベルに達したことで、瞬間的に補助電源回路１５０の出力電圧は立ち下がるが、既に動作は安定した状態にあるため、直ちに電圧レベルは回復する。
図６中（Ｃ）：また、時刻ｔ０３以降、出力電流制御部１３０の制御ＩＣは定常動作開始用の設定値を確認し、本来の基準を２次側制御部１２０に設定する（メイン制御処理のステップＳ１０６）。これに伴い、１次側制御部１４０によるＰＷＭ信号が本格的な波形で出力されることになる。

〔時刻ｔ０４以降〕
図６中（Ｃ）：時刻ｔ０４において、例えば外部調光信号に基づいて２次側制御部１２０の設定が変更された結果、ＰＷＭ信号の出力波形が変化する。これ以降、制御ＩＣはメイン制御処理のメインループを実行しつつ、常時、調光外部信号出力部１３２からの調光外部信号に応じて２次側制御部１２０に設定する基準を設定する。また定常的に、２次側制御部１２０は出力電流検出部１２４の検出結果に基づいて定電流制御を実現するべく制御される（メイン制御処理のステップＳ１０８，Ｓ１１０）。
図６中（Ａ）：その結果、主電源回路１１０の出力電流が調光レベルに応じた電流レベルに制御される。
図６中（Ｂ）：補助電源回路１５０の出力電圧は既に電圧レベルが安定しているので、負荷レベルに応じて変動するとしても、その変動は不安定な現象（ジッタ）として生じているものではない。
図６中（Ｄ）：また、補助電源回路１５０の供給能力は初動期間から安定化されているため、時刻ｔ０４以降も外部コントロール用電源部１７０から外部負荷に供給される電力の電圧レベルは極めて安定したものとなる。

以上説明したように、本実施形態の電源装置１００によれば、以下の有用性を得ることができる。
（１）起動時（初動期間内）において、最初からいきなり定常時の出力電流の設定（閾値）を読み込んで定電流制御を実行しようとするのではなく、仮の（制御上はダミーとなる）初期基準を設定してＰＷＭ信号を出力することにより、補助電源回路１５０の供給能力を安定化させるのに必要な２次側制御部１２０の基準を確保することができる。
（２）また、補助電源回路１５０の供給能力（出力電流の電圧レベル）が安定化するまでの間は外部コントロール用電源部１７０から外部負荷への電力の供給を待機させているため、外部負荷によって補助電源回路１５０の供給能力が侵食されることがない。
（３）その結果、初動期間内において補助電源回路１５０の電圧レベルが不安定に陥ることがなく、外部負荷への電力の供給も安定した状態で開始することができる。
（４）また、出力電流制御部１３０の制御ＩＣに上記のメイン制御処理及びタイマ割込処理のプログラムを実装するだけでよく、電源装置１００のハード構成を大幅に変更する必要がない。

本発明は上述した一実施形態に制約されることなく、種々に変更して実施することが可能である。例えば、電源装置１００の詳細なハード構成は図１に示される例に限らず、適宜に変更することができる。

一実施形態では、調光外部信号出力部１３２からの調光外部信号に応じて基準の設定を変化させる構成としているが、出力電流制御部１３０の制御ＩＣは、例えば時間の経過に応じて基準の設定を変化させることもできるし、物理操作スイッチ等の入力信号状態に応じて基準の設定を変化させることもできる。

一実施形態では、出力電流制御部１３０の制御ＩＣがタイマ割込処理において「Ｍ回」の処理回数をカウントして外部負荷への電力の供給開始タイミングを制御しているが、例えば、補助電源回路１５０の出力電圧をモニタし、電圧レベルの変化が安定化したことを確認して外部負荷への電力の供給開始タイミングを制御してもよいし、その他の確認をトリガとして外部負荷への電力の供給開始タイミングを制御してもよい。

１００ 電源装置
１１０ 主電源回路
１２４ 出力電流検出部
１２０ ２次側制御部（主電源制御部）
１４０ １次側制御部（主電源制御部）
１３０ 出力電流制御部（初期動作指定部、基準設定部）
１３２ 調光外部信号出力部（外部信号出力部）
１５０ 補助電源回路
１７０ 外部コントロール用電源部（外部電源供給部）

Claims (4)

1. 交流電源を直流電源に変換して主の負荷に供給する主電源回路と、
   前記主電源回路とは別に電源を別の直流電源に変換する補助電源回路と、
   前記主電源回路からの出力電流を検出する出力電流検出部と、
   前記補助電源回路から電力の供給を受けて動作し、前記出力電流検出部の検出結果に基づいて前記主電源回路による変換の動作を制御する主電源制御部と、
   前記出力電流検出部の検出結果に基づいて行われる前記主電源制御部の制御に関する出力電流の基準を設定する出力電流制御部と、
   前記補助電源回路からの電力を前記主電源制御部とは並列に分配し、前記主の負荷とは別の外部負荷に供給する外部電源供給部と、
   電源の供給開始に伴い前記主電源回路及び前記補助電源回路による定常の動作が開始されるまでの初動期間において、前記主電源制御部に対して前記出力電流制御部が設定する出力電流の基準を前記出力電流検出部の検出結果に基づく定常時の制御とは別の初期基準に設定するとともに、前記外部電源供給部による電力の供給開始を待機させる初期動作指定部と
   を備えた電源装置。
2. 請求項１に記載の電源装置において、
   外部環境の変化に応じて外部信号を出力する外部信号出力部と、
   前記外部信号出力部から出力される外部信号を前記出力電流制御部にて入力する入力部と、
   前記入力部にて入力された外部信号に基づいて前記出力電流制御部が設定する出力電流の基準を変化させる基準設定部とをさらに備え、
   前記初期動作指定部は、
   前記初動期間内に前記補助電源回路が不安定な状態にある間は前記外部電源供給部による電力の供給開始の待機を継続させることを特徴とする電源装置。
3. 請求項２に記載の電源装置において、
   前記初期動作指定部は、
   前記初動期間内に前記入力部にて入力される外部信号が不安定な状態であることを所定回数確認すると前記外部電源供給部による電力の供給を開始させることを特徴とする電源装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の電源装置において、
   前記初期動作指定部は、
   前記外部電源供給部による電力の供給を開始させた後も、前記初動期間内に前記補助電源回路から前記主電源制御部に対する電力の供給状態を維持することが可能となる出力電流の基準を前記初期基準として設定していることを特徴とする電源装置。