JP6682947B2 - 電源装置及びこの電源装置を備えた照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置及びこの電源装置を備えた照明装置に関する。

外部から供給された電圧を昇圧した後に降圧して所望の電力を得る電源装置は知られている。昇圧は、力率改善のためであり、電源装置では、昇圧チョッパ型の力率改善回路が用いられる。降圧は、定電流制御のために電圧を調整するものであり、電源装置では、降圧チョッパ型の降圧回路が用いられる。

降圧チョッパ型の降圧回路は、チョッピングのためのスイッチング素子として、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：field-effect transistor）を使用するのが一般的である。電界効果トランジスタは、制御端子であるベースと出力端子であるソースとの間の電位差により、入力端子であるドレインとソースとの間の導通をオンまたはオフする。

この電界効果トランジスタをスイッチング素子として用いた降圧回路では、スイッチング素子の駆動方式としてブートストラップ方式が広く適用されている。ブートストラップ方式を適用する場合、スイッチング素子がオフであるときに回生電流を生じさせるために、スイッチング素子の出力端子とグランドとの間にダイオードが接続される。ダイオードは、出力端子からグランドに流れる電流を阻止する向きに接続される。このため、降圧回路が動作していない状態においては、スイッチング素子の出力端子は、電位が不定となっている。このため、スイッチング素子を起動させるためには、出力端子の電位を基準とした一定値以上の電圧を制御端子に供給する必要がある。一方、起動後は、スイッチング素子がオフしたときに回生電流によって出力端子のレベルがグランド電位のレベルまで低下する。このため、グランド電位を基準とした一定値以上の電圧を制御端子に供給すればよい。

通常、電源装置の始動時には、まず力率改善回路において昇圧チョッパの動作が開始され、その後に、降圧回路において降圧チョッパの動作が開始される。このとき、昇圧チョッパの動作に伴い得られる電圧から、降圧回路にあるスイッチング素子の制御端子に供給するための電圧が生成される。このため、昇圧チョッパの動作状態によっては、スイッチング素子の制御端子に供給するための電圧を生成するのに十分な電圧が得られない場合がある。その場合、降圧チョッパの動作が正常に始動しない懸念がある。

特開２０１５‐１８５４５０号公報

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、降圧チョッパの動作を確実に始動できる電源装置及びこの電源装置を備えた照明装置を提供しようとするものである。

一実施形態において、電源装置は、降圧チョッパ回路と、電界効果トランジスタと、ダイオードと、制御回路とを備える。降圧チョッパ回路は、制御端子と出力端子との間の電位差により入力端子と出力端子との導通をオンまたはオフするスイッチング素子と、一端がスイッチング素子の出力端子に接続され、他端が電源装置の出力に接続されるインダクタと、該スイッチング素子の出力端子からグランドへと電流が流れるのを阻止するように、スイッチング素子の出力端子に接続される回生用のダイオードとを備え、スイッチング素子のチョッピング動作により入力電圧を降圧する。電界効果トランジスタは、上記ダイオードと並列に接続される。ダイオードは、電界効果トランジスタを通ってスイッチング素子の出力端子に流れる回生電流を阻止するようにスイッチング素子の出力端子に接続される。制御回路は、スイッチング素子のスイッチング制御を開始する前に電界効果トランジスタを導通状態にし、スイッチング素子のスイッチング制御を開始したならば電界効果トランジスタを開放状態にする。

一実施形態によれば、降圧チョッパの動作を確実に始動でき、信頼性の高い電源装置を提供できる。

一実施形態に係る照明装置及びその電源装置の回路構成を概略的に示す図。 一実施形態に係る制御回路の主要な動作シーケンスを示す流れ図。 他の実施形態に係る降圧回路の回路構成を概略的に示す図。 他の実施形態に係る降圧回路の回路構成を概略的に示す図。 他の実施形態に係る降圧回路の回路構成を概略的に示す図。

以下、降圧回路を確実に始動できる電源装置及びこの電源装置を備えた照明装置の実施形態を、図面を用いて説明する。
［第１の実施形態］
はじめに、第１の実施形態について、図１及び図２を用いて説明する。
図１は、第１の実施形態に係る照明装置１及びその電源装置１０の回路図である。なお、図１では、実施形態の説明に必要な回路部品だけを示しており、説明に拘わらない回路部品については図示を省略している。

照明装置１は、電源装置１０と光源ユニット２０とを含む。光源ユニット２０は、複数の発光ダイオードを直列に接続してなり、電源装置１０の出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２間に着脱自在に接続される。なお、光源ユニット２０において、発光素子である発光ダイオードの数は任意である。発光ダイオードは、１つのみ設けられていてもよい。また、図１に示すような発光ダイオードの直列回路が、複数並列に接続されていてもよい。また発光ダイオードに代えて、例えば有機ＥＬ（electroluminescence）等の別の種類の発光デバイスを設けていてもよい。

電源装置１０は、整流回路１１と、昇圧チョッパ型の力率改善回路１２と、降圧チョッパ型の降圧回路１３と、始動回路１５と、制御回路１４とを含む。電源装置１０は、負荷として接続される光源ユニット２０に直流電力を供給する直流電源装置である。すなわち電源装置１０は、入力端子ＩＮ１，ＩＮ２の間に接続された商用交流電源３０の交流電圧、例えばＡＣ１００Ｖを整流回路１１で全波整流する。そして電源装置１０は、この全波整流された電圧を力率改善回路１２で昇圧して所定の直流電圧を得、この直流電圧を降圧回路１３で目標電圧まで降圧して、その直流電流を光源ユニット２０に供給する。

整流回路１１は、ダイオードブリッジ回路ＤＢとコンデンサＣ１とを含む。ダイオードブリッジ回路ＤＢは、一対の入力端子及び出力端子を有する。ダイオードブリッジ回路ＤＢは、各入力端子をそれぞれ電源装置１０の入力端子ＩＮ１，ＩＮ２に接続する。ダイオードブリッジ回路ＤＢは、一方の出力端子を力率改善回路１２のトランスＴに接続し、他方の出力端子をアースＥに接続する。さらにダイオードブリッジ回路ＤＢは、一対の出力端子間にコンデンサＣ１を接続する。かかる接続により、整流回路１１は、商用交流電源３０の交流電圧をダイオードブリッジ回路ＤＢで全波整流し、コンデンサＣ１で平滑する。そして整流回路１１は、平滑された全波整流電圧を力率改善回路１２に出力する。

力率改善回路１２は、トランスＴと、スイッチング素子Ｑ１と、電解コンデンサＣ３と、逆流防止用のダイオードＤ１と、抵抗Ｒ６とを含む。トランスＴは、一次巻線ｅ１と、第１の二次巻線ｅ２１と、第２の二次巻線ｅ２２とからなる。トランスＴは、一次巻線ｅ１の一端をコンデンサＣ１の正極側端子に接続し、他端をダイオードＤ１のアノードに接続する。トランスＴは、第１の二次巻線ｅ２１の一端を制御回路１４のＧＮＤ（グランド）端子に接続し、他端を抵抗Ｒ３を介して制御回路１４のＺＣＤ端子に接続する。トランスＴは、第２の二次巻線ｅ２２の一端を制御回路１４のＶＳ端子に接続し、他端をコンデンサＣ２とダイオードＤ４との直列回路を介して制御回路１４のＶＢ端子に接続する。トランスＴの一次巻線ｅ１は、昇圧チョッパ型の力率改善回路１２において、インダクタとして作用する。

スイッチング素子Ｑ１は、例えばＮチャンネルの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である。スイッチング素子Ｑ１は、ドレイン端子をトランスＴとダイオードＤ１との接続点に接続し、ソース端子を抵抗Ｒ６を介してアースＥに接続し、ゲート端子を制御回路１４のＧＤ端子に接続する。かかる接続により、スイッチング素子Ｑ１は、ゲート端子に印加されるゲート信号がオンすると導通し、コンデンサＣ１、トランスＴの一次巻線ｅ１、スイッチング素子Ｑ１及び抵抗Ｒ６の閉回路を形成する。スイッチング素子Ｑ１は、ゲート端子に印加されるゲート信号がオフすると開放し、上記閉回路を遮断する。スイッチング素子Ｑ１は、昇圧チョッパ型の力率改善回路１２において、入力電圧をチョッピングするためのスイッチング素子として作用する。

ダイオードＤ１は、アノードをトランスＴとスイッチング素子Ｑ１との接続点に接続し、カソードを電解コンデンサＣ３の正極側端子に接続する。電解コンデンサＣ３の負極側端子は、アースＥに接続されている。電解コンデンサＣ３の両端子は、力率改善回路１２の出力端子となる。かかる接続により、スイッチング素子Ｑ１のドレイン端子とソース端子との間に、ダイオードＤ１と電解コンデンサＣ３との直列回路が形成される。その結果、電解コンデンサＣ３は、スイッチング素子Ｑ１が遮断状態にあるとき整流回路１１の出力電圧によって充電され、導通状態にあるとき放電する。かくして力率改善回路１２は、整流回路１１で整流された電圧をスイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作により昇圧し、所定の直流電圧を得て、降圧回路１３に出力する。ここに、トランスＴの一次巻線ｅ１とスイッチング素子Ｑ１と電解コンデンサＣ３とは、昇圧チョッパ回路を形成する。

降圧回路１３は、スイッチング素子Ｑ２と、インダクタＬ１、Ｌ２と、コンデンサＣ４と、回生用のダイオードＤ２と、抵抗Ｒ７とを含む。スイッチング素子Ｑ２は、例えばＮチャンネルの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である。スイッチング素子Ｑ２は、ドレイン端子を力率改善回路１２の一方の出力端子である電解コンデンサＣ３の正極側端子に接続し、ソース端子をインダクタＬ１の一端に接続し、ゲート端子を制御回路１４のＨＯ端子に接続する。インダクタＬ１の他端は、電源装置１０の一方の出力端子ＯＵＴ１に接続されている。このように降圧回路１３は、スイッチング素子Ｑ２がインダクタＬ１よりも高電位側（ハイサイド）に接続された、いわゆるハイサイド型として構成されている。

かかる接続により、スイッチング素子Ｑ２は、ゲート端子に印加されるゲート信号がオンすると導通し、力率改善回路１２の出力電流をインダクタＬ１に導く。スイッチング素子Ｑ２１は、ゲート端子に印加されるゲート信号がオフすると開放し、力率改善回路１２の出力電流を遮断する。

インダクタＬ１は、スイッチング素子Ｑ２がオンして直流電圧が印加されているときそのエネルギーを蓄え、スイッチング素子Ｑ２がオフして直流電圧が印加されなくなったならば、蓄えたエネルギーを放出する。

コンデンサＣ４は、正極側端子をインダクタＬ１と電源装置１０の一方の出力端子ＯＵＴ１との接続点に接続し、負極側端子を電源装置１０の他方の出力端子ＯＵＴ２に接続する。またコンデンサＣ４は、抵抗Ｒ７を介して負極側端子Ｃ４をアースＥに接続する。かくして降圧回路１３は、力率改善回路１２から出力される直流電圧を降圧し、その直流電流を出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２間に接続された負荷、本実施形態では光源ユニット２０に供給する。ここに、スイッチング素子Ｑ２とインダクタＬ１とコンデンサＣ４とは、降圧チョッパ回路を形成する。スイッチング素子Ｑ２は、降圧チョッパ回路において、入力電圧をチョッピングするためのスイッチング素子として作用する。
降圧回路１３において、ダイオードＤ２は、アノードを、抵抗Ｒ７とアースＥとの接続点に接続し、カソードをインダクタＬ２の一方の端子に接続する。インダクタＬ２は、他方の端子をスイッチング素子Ｑ２のソース端子とインダクタＬ１との接続点に接続する。かかる接続により、スイッチング素子Ｑ２がオフしたときにインダクタＬ１から放出されるエネルギーにより、インダクタＬ１、コンデンサＣ４、抵抗Ｒ７、ダイオードＤ２及びインダクタＬ２による閉ループ内を回生電流が流れる。回生電流が流れると、スイッチング素子Ｑ２のソース電位がグランド電位となる。

始動回路１５は、ダイオードＤ５とスイッチング素子Ｑ３とを含む。ダイオードＤ５は、アノードをスイッチング素子Ｑ２のソース端子に接続し、カソードを制御回路１４のＶＳ端子に接続する。

スイッチング素子Ｑ３は、例えばＮチャンネルの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である。スイッチング素子Ｑ３は、ドレイン端子をダイオードＤ５のカソードに接続し、ソース端子をアースＥに接続し、ゲート端子を制御回路１４のＳＣ端子に接続する。かかる接続により、スイッチング素子Ｑ３は、ゲート端子に印加されるゲート信号がオンすると導通し、スイッチング素子Ｑ２のソース電位をグランド電位まで落とす。また、ダイオードＤ５は、スイッチング素子Ｑ３を通ってスイッチング素子Ｑ２の出力端子に流れる電流を制限する。ここにスイッチング素子Ｑ３は、スイッチング素子Ｑ２の出力端子とグランド電位の端子との間にダイオードＤ２と並列に接続されるスイッチ手段を構成する。

制御回路１４は、アナログＩＣである。制御回路１４は、ＧＮＤ端子、ＶＤＣ端子、ＶＣＣ端子、ＧＤ端子、ＨＯ端子、ＳＣ端子、ＭＵＬＴ端子、ＺＣＤ端子、ＶＦＢ端子、ＶＳ端子、ＶＢ端子、ＣＳ端子、ＯＣＰ端子及びＡＢＮ端子を有する。なお、制御回路１４が他の端子を有してもよいことは言うまでもないことである。
ＧＮＤ端子は、アースＥに接続される。

ＶＤＣ端子は、ダイオードＤ１のカソードに接続される。この接続により、ＶＤＣ端子には、力率改善回路１２に入力される高電圧の全波整流電圧が印加される。制御回路１４は、ＶＤＣ端子に印加される高電圧から回路動作電圧、例えば＋１８Ｖを生成するための回路を有する。回路動作電圧は、ＶＣＣ端子から各回路に出力される。

ＧＤ端子は、スイッチング素子Ｑ１のゲート端子に接続される。制御回路１４は、スイッチング素子Ｑ１のゲート信号を生成する回路を有する。そして制御回路１４は、ＧＤ端子からスイッチング素子Ｑ１のゲート端子にゲートオンまたはゲートオフのゲート信号を出力する。

ＨＯ端子は、スイッチング素子Ｑ２のゲート端子に接続される。制御回路１４は、スイッチング素子Ｑ２のゲート信号を生成する回路を有する。そして制御回路１４は、ＨＯ端子からスイッチング素子Ｑ２のゲート端子にゲートオンまたはゲートオフのゲート信号を出力する。

ＳＣ端子は、スイッチング素子Ｑ３のゲート端子に接続される。制御回路１４は、スイッチング素子Ｑ３のゲート信号を生成する回路を有する。そして制御回路１４は、ＳＣ端子からスイッチング素子Ｑ３のゲート端子にゲートオンまたはゲートオフのゲート信号を出力する。

ＭＵＬＴ端子は、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の中点に接続される。分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２は、コンデンサＣ１の両端子間に接続される。制御回路１４は、ＭＵＬＴ端子に入力される信号から力率改善回路１２に入力される電流信号のエンベロープ波形を生成する回路を有する。

ＺＣＤ端子は、抵抗Ｒ３を介して第１の二次巻線ｅ２１の出力側に接続される。制御回路１４は、ＺＣＤ端子に入力される信号から一次巻線ｅ１を流れる電流、いわゆるインダクタ電流を検出する回路を有する。

ＶＦＢ端子は、分圧抵抗Ｒ４，Ｒ５の中点に接続される。分圧抵抗Ｒ４，Ｒ５は、電解コンデンサＣ３の両端子間に接続される。制御回路１４は、ＶＦＢ端子に印加される電圧から力率改善回路１２の出力電圧を検出する回路を有する。

ＶＳ端子はノードｎ１に接続され、ＶＢ端子はノードｎ２に接続される。ノードｎ１には、第２の二次巻線ｅ２２の入力側が接続される。またノードｎ１には、逆極性のダイオードＤ５を介してスイッチング素子Ｑ２のソース端子が接続される。ノードｎ２には、逆極性のダイオードＤ４及びコンデンサＣ２の直列回路を介して第２の二次巻線ｅ２２の出力側が接続される。またノードｎ２には、逆極性のダイオードＤ３を介してＶＣＣ端子が接続される。さらに、ノードｎ１とノードｎ２との間にコンデンサＣ６が接続される。制御回路１４は、ＶＳ端子に印加される電圧から、ノードｎ１の電位を検出する回路を有する。また制御回路１４は、ＶＢ端子に印加される電圧から、ノードｎ２の電位を検出する回路を有する。

ノードｎ１の電位は、スイッチング素子Ｑ２のソース端子側のノードｎ３の電位と等しい。そしてこの電位は、コンデンサＣ６の負極側電位となる。スイッチング素子Ｑ２のソース端子は、インダクタＬ２とダイオードＤ２とを直列に介してアースに接続されている。したがって、スイッチング素子Ｑ２がオフしておりかつ回生電流が生じていない状態では、ノードｎ３の電位はグランド電位でない状態、いわゆる浮遊状態（不定）にある。

ノードｎ２の電位は、コンデンサＣ６の正極側端子の電位と等しい。コンデンサＣ６は、ノードｎ１の電位を基準に、ＶＣＣ端子から印加される回路動作電圧及び第２の二次巻線ｅ２２に励起される二次電圧によって充電される。ノードｎ２の電位は、コンデンサＣ６の充電度合いによって可変する。

ＣＳ端子は、抵抗Ｒ８を介してスイッチング素子Ｑ１のソース端子に接続される。制御回路１４は、ＣＳ端子に入力される信号からスイッチング素子Ｑ１を流れる電流、いわゆるスイッチング電流を検出する回路を有する。

ＯＣＰ端子は、抵抗Ｒ９を介して、降圧回路１３におけるコンデンサＣ４の負極側端子に接続される。制御回路１４は、ＯＣＰ端子に入力される信号から光源ユニット２０に流れ込む電流、いわゆる負荷電流を検出する回路を有する。

ＡＢＮ端子は、分圧抵抗Ｒ１０，Ｒ１１の中点に接続される。分圧抵抗Ｒ１０，Ｒ１１は、降圧回路１３におけるコンデンサＣ４の正極側端子と制御回路１４のＧＮＤ端子との間に接続される。さらに、正極側端子に接続される一方の抵抗Ｒ１０に対して並列に、コンデンサＣ７と抵抗Ｒ１２との直列回路（微分回路）が接続される。制御回路１４は、ＡＢＮ端子に入力される信号から降圧回路１３に生じた電圧の変化量を検出する回路を有する。

しかして制御回路１４は、定常時、力率改善回路１２に対しては、電流臨界制御によりスイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を制御する。すなわち制御回路１４は、スイッチング素子Ｑ１がオフしている状態では、ＺＣＤ端子を介して検出されるインダクタ電流がゼロになる毎に、ＧＤ端子からゲートオン信号を出力する。このゲートオン信号により、スイッチング素子Ｑ１はオン（導通状態）になる。スイッチング素子Ｑ１がオンしている状態では、制御回路１４は、インダクタ電流のピーク波形が、ＭＵＬＴ端子を介して検出されるエンベロープ波形を追従するタイミングで、ＧＤ端子からゲートオフ信号を出力する。このゲートオフ信号により、スイッチング素子Ｑ１はオフ（開放状態）になる。

制御回路１４は、定常時、降圧回路１３に対しては、ＯＣＰ端子を介して検出される負荷電流が、所定の目標値となるようにフィードバックをかけてスイッチング素子Ｑ２のスイッチング動作を制御する。すなわち制御回路１４は、ＨＯ端子から所定のタイミングでゲートオン信号またはゲートオフ信号を交互に出力する。このとき制御回路１４は、ＶＳ端子を介して検出されるノードｎ１の電位を基準に、ゲートオン信号とゲートオフ信号の信号レベルを決定する。かくして降圧回路１３においては、ブートストラップ動作によってスイッチング素子Ｑ２がスイッチングを行う。

この他、制御回路１４は、ＡＢＮ端子を介して検出される電圧の変化量が所定レベルを超えた場合、スイッチング素子Ｑ２のスイッチング動作を停止させる保護回路を有する。例えば、点灯中の光源ユニット２０が取り外された場合、瞬間的に電圧が変化する。この急峻な電圧変化に対して、制御回路１４は、スイッチング素子Ｑ２のスイッチング動作を停止させるので、急峻な電圧変化により回路部品が破壊されるのを防止することができる。

図２は、制御回路１４の主要な動作シーケンスを示す流れ図である。以下、図１及び図２を用いて、電源装置１０及びこの電源装置１０を備えた照明装置１の作用について説明する。

商用交流電源３０が投入される前、電源装置１０では、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３はいずれもオフ状態である。商用交流電源３０が投入されると、電源装置１０では、商用交流電源３０の交流電圧例えばＡＣ１００ボルトが整流回路１１で全波整流され、全波整流電圧に変換される。この全波整流電圧は、コンデンサＣ１の両端子間に印加され、力率改善回路１２への入力電圧となる。この入力電圧は、制御回路１４のＶＤＣ端子に印加される。ＶＤＣ端子に入力電圧が印加されると、制御回路１４の内部で回路動作電圧が生成され、ＶＣＣ端子から各回路に回路動作電圧が出力される。回路動作電圧が出力されると、制御回路１４は、図２に示す手順の動作を開始する。

先ず制御回路１４は、ＳＣ端子から始動回路１５のスイッチング素子Ｑ３に対してゲートオン信号を出力する（ステップＳ１）。この信号出力により、スイッチング素子Ｑ３がオンする。

スイッチング素子Ｑ３がオンすると、ノードｎ１の電位がグランド電位となる。このため、コンデンサＣ６は、ＶＣＣ端子から出力される回路動作電圧によって充電される。

次に制御回路１４は、力率改善回路１２におけるスイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を開始させる（ステップＳ２）。すなわち制御回路１４は、ＧＤ端子から力率改善回路１２のスイッチング素子Ｑ１に対してゲートオン信号を出力する。この信号出力により、スイッチング素子Ｑ１がオンし、力率改善回路１２が起動する。力率改善回路１２が起動したならば、制御回路１４は、前述した電流臨界制御によりスイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を制御する。

スイッチング素子Ｑ１がスイッチング動作を開始すると、力率改善回路１２からの出力電圧は徐々に上昇する。また、スイッチング素子Ｑ１がオンである場合にトランスＴの一次巻線ｅ１に電流が生じることで、第１及び第２の二次巻線ｅ２１，ｅ２２に電圧が誘起される。そして第２の二次巻線ｅ２２に誘起された電圧が、コンデンサＣ２及びダイオードＤ４で整流された上でコンデンサＣ６へと印加されることで、コンデンサＣ６がさらに充電される。

ここで、図２では省略するが、制御回路１４は、ＶＦＢ端子に印加される電圧、つまりは力率改善回路１２からの出力電圧を監視している。そしてこの出力電圧が、目標電圧よりも大きく設定された保護閾値電圧未満の場合、制御回路１４は、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を継続させる。これに対し、出力電圧が保護閾値電圧を超えた場合には、制御回路１４は、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作を停止させる。

スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作が停止すると、トランスＴの一次巻線ｅ１に電流が流れないため、第２の二次巻線ｅ２２に誘起された電圧でのコンデンサＣ６の充電は行われなくなる。しかしながらコンデンサＣ６は、前述したようにＶＣＣ端子から出力される回路動作電圧では充電されている。

なお、力率改善回路１２からの出力電圧が保護閾値電圧を超えた場合、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作が停止するため、力率改善回路１２からの出力電圧は低下する。そして、出力電圧が保護閾値電圧よりも低い再開閾値電圧以下になると、制御回路１４は、電流臨界制御によるスイッチング素子Ｑ１のスイッチング制御を再開する。
因みに、保護閾値と再開閾値との電圧値は、再開閾値が保護閾値以下であれば任意である。電源装置１０または照明装置１を設計する段階で各閾値の電圧値が制御回路１４に設定される。

次に制御回路１４は、降圧回路１３におけるスイッチング素子Ｑ２のスイッチング動作を開始させる（ステップＳ３）。すなわち制御回路１４は、ＨＯ端子から降圧回路１３のスイッチング素子Ｑ２に対してゲートオン信号を出力する。スイッチング素子Ｑ２に対してゲートオン信号を出力する前、降圧回路１３は動作を停止しているから、スイッチング素子Ｑ２はオフ状態であり、回生電流も生じていない。このため、スイッチング素子Ｑ３がオフ状態にあるならば、スイッチング素子Ｑ２のソース電位、すなわちＶＳ端子の電位は不定となっている。しかしながら、ステップＳ１の処理でスイッチング素子Ｑ３がオンしているため、スイッチング素子Ｑ２のソース電位はグランド電位まで降下している。したがって、グランド電位に対して既定の電位差を持つ電位をゲートに生じさせれば、スイッチング素子Ｑ２をオンできる。

この既定の電位差を持つ電位は、ＶＣＣ端子から出力される回路動作電圧であれば十分である。そして、この時点では、力率改善回路１２が動作しているか否かに拘わらず、コンデンサＣ６は、少なくとも回路動作電圧で充電されている。そこで制御回路１４は、ＢＳ端子の電位とＶＢ端子との電位を基準にするゲートオン、オフ信号を生成し、スイッチング素子Ｑ２のゲート端子に印加する。これにより、スイッチング素子Ｑ２は起動する。

スイッチング素子Ｑ２が起動すると、制御回路１４は、ＳＣ端子から始動回路１５のスイッチング素子Ｑ３に対してゲートオフ信号を出力する（ステップＳ４）。この信号出力により、スイッチング素子Ｑ３がオフする。

その後、制御回路１４は、定電流制御を行う（ステップＳ５）。すなわち制御回路１４は、ＯＣＰ端子に入力される負荷電流が目標の定電流となるように、スイッチング素子Ｑ２に対するゲート信号の周波数及びデューティ比を調整する。

このとき、降圧回路１３を動作させるための電力は、ブートストラップ方式によって得られる。つまり、スイッチング素子Ｑ２がオン、オフを繰り返す中でスイッチング素子Ｑ２がオフとなると、コイルＬ１の回生電流が、コンデンサＣ４、抵抗器Ｒ７、ダイオードＤ２及びコイルＬ２を介して流れる。これにより、スイッチング素子Ｑ２のソース電位、、つまりはＶＳ端子の電位がグランド電位付近まで低下する。一方でＶＢ端子とＶＳ端子との間の電圧は、スイッチング素子Ｑ１がオフであるならば、Ｖｃｃ端子から出力される回路動作電圧となる。またスイッチング素子Ｑ１がオンであるならば、ＶＢ端子とＶＳ端子との間の電圧は、回路動作電圧に、第２の二次巻線ｅ２からコンデンサＣ２及びダイオードＤ４を介して供給される電圧を足し合わせた電圧となる。このため、ＶＢ端子の電位がＶＳ端子の電位よりも大きくなり、コンデンサＣ６は充電される。そしてこの充電により、ＶＢ端子とＶＳ端子との間の電圧は、スイッチング素子Ｑ２をスイッチング動作させるのに十分な電圧となる。制御回路１４は、ＶＢ端子とＶＳ端子との間の電圧を用いてゲートオン、オフ信号を生成することにより、スイッチング素子Ｑ２のスイッチング動作を制御する。

以上説明したように、本実施形態の電源装置１０は、降圧回路１３におけるスイッチング素子Ｑ２の出力端子からグランドへと電流が流れるのを阻止するように、スイッチング素子Ｑ２の出力端子に接続されたダイオードに対して並列に、スイッチ手段としてのスイッチング素子Ｑ３を接続してなる。そして制御回路１４が、スイッチング素子Ｑ２のスイッチング制御を開始する前にスイッチング素子Ｑ３を導通状態にし、スイッチング素子Ｑ２のスイッチング制御を開始したならばスイッチング素子Ｑ３を開放状態にするようにした。したがって、スイッチング素子Ｑ２のスイッチング制御を開始する前にスイッチング素子Ｑ２のソース電位がグランド電位のレベルまで下降するので、たとえ力率改善回路１２からの出力電圧が保護閾値電圧を超えてスイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作が停止しても、スイッチング素子Ｑ２を安定に始動することができる。

スイッチング素子Ｑ２を始動できれば、以後、降圧回路１３では、ブートストラップ動作により降圧チョッパの動作が継続される。一方、力率改善回路１２においても、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作が停止したことにより、出力電圧が低下する。そして出力電圧が再開閾値電圧以下になると、力率改善回路１２に対しては電流臨界制御によるスイッチング素子Ｑ１のスイッチング制御が再開される。したがって電源装置１０は、降圧チョッパの動作を確実に始動することができる。したがってこの電源装置１０を照明装置１の動作電源として適用することで、照明装置１の信頼性を高めることができる。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態について、図３を用いて説明する。
第２の実施形態は、第１の実施形態の電源装置１０において、降圧回路１３の構成の一部を変更する。図３は、第２の実施形態における降圧回路１３の概略を示す回路図である。なお、図１に示す部位と共通する部分には同一符号を付しており、その詳しい説明は省略する。

図１と図３とを比較すれば明らかなように、第２の実施形態では、ダイオードＤ２を、寄生ダイオードを有したスイッチ手段であるスイッチング素子Ｑ４に置換する。具体的には、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）をスイッチング素子Ｑ４として用いる。スイッチング素子Ｑ４はＮチャンネルのものであり、ドレイン端子をインダクタＬ２を介してスイッチング素子Ｑ２のソース端子に接続し、ソース端子をグランド端子と抵抗Ｒ７との接続点に接続し、ゲート端子を制御回路１４のＨＯ端子に接続する。第１の実施形態において、スイッチング素子Ｑ３とダイオードＤ５とで構成した始動回路１５は省略する。

そして制御回路１４は、第１の実施形態においてスイッチング素子Ｑ３をオンしたステップＳ１のタイミングで、スイッチング素子Ｑ４をオンする。また制御回路１４は、第１の実施形態においてスイッチング素子Ｑ３をオフしたステップＳ４のタイミングで、スイッチング素子Ｑ４をオフする。

スイッチング素子Ｑ４がオンすると、スイッチング素子Ｑ４のドレイン・ソース間が導通するため、スイッチング素子Ｑ２のソース電位がグランド電位となる。したがって、ステップＳ３のタイミングにて、スイッチング素子Ｑ２を確実に起動することができる。一方、スイッチング素子Ｑ４がオフしても、スイッチング素子Ｑ４はソース端子からドレイン端子の方向に電流を通り寄生ダイオードを有しているので、スイッチング素子Ｑ２がオフしたことで発生する回生電流は、インダクタＬ１、コンデンサＣ４、抵抗Ｒ７、スイッチング素子Ｑ４の寄生ダイオード、インダクタＬ２を通じて流れる。したがって降圧回路１３では、ブートストラップ動作により定電流制御が行われる。かくして、第１の実施形態よりも少ない素子で、第１の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

［第３実施形態］
次に、第３の実施形態について、図４を用いて説明する。
第３の実施形態は、第１の実施形態の電源装置１０において、降圧回路１３の構成の一部を変更する。図４は、第３の実施形態における降圧回路１３の概略を示す回路図である。なお、図１に示す部位と共通する部分には同一符号を付しており、その詳しい説明は省略する。

図１と図４とを比較すれば明らかなように、第３の実施形態では、スイッチング素子Ｑ２のゲート端子とソース端子との間に抵抗Ｒ１３を接続する。また、この抵抗Ｒ１３と並列に、抵抗Ｒ１４とフォトボルカプラ１３１の受光側素子との直列回路を接続する。さらに、抵抗Ｒ１４に対しては、ダイオードＤ６と抵抗Ｒ１５との直列回路を並列に接続する。一方、フォトボルカプラ１３１の発光側素子は、制御回路１４のＨＯ端子とＧＮＤ端子との間に接続する。フォトボルカプラ１３１は、発光側素子に発光ＬＥＤを、受光側素子にフォトダイオードアレイをそれぞれ用いたフォトカプラの一種である。

そして制御回路１４は、第１の実施形態においてスイッチング素子Ｑ２をオンするステップＳ３のタイミングで、ＨＯ端子からゲートオン信号を出力し、フォトボルカプラ１３１の発光側素子を発光させる。発光側素子が発光すると、フォトボルカプラ１３１の受光側素子がその光を受光する。受光側素子が光を受光すると、起電力が発生し、この起電力でスイッチング素子Ｑ２がオンする。かくして、スイッチング素子Ｑ２はスイッチング動作を開始する。その後、ＨＯ端子からゲートオン，オフ信号を出力する毎にスイッチング素子Ｑ２がスイッチング動作を繰り返す。かくして、降圧回路１３では、ブートストラップ動作によって定電流制御が行われる。

第３の実施形態では、第１の実施形態において制御回路１４が実行するステップＳ１及びＳ４の処理を省略できるので、制御を簡略化できるメリットがある。

［第４実施形態］
次に、第４の実施形態について、図５を用いて説明する。
第４の実施形態は、第１の実施形態の電源装置１０において、降圧回路１３の構成の一部を変更する。図５は、第４の実施形態における降圧回路１３の概略を示す回路図である。なお、図１に示す部位と共通する部分には同一符号を付しており、その詳しい説明は省略する。

図１と図５とを比較すれば明らかなように、第４の実施形態では、スイッチング素子Ｑ２のゲート端子とドレイン端子との間にドロッバ１３２を接続する。ドロッバ１３２は、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタＴｒと抵抗Ｒ１６とによって構成される。ドロッバ１３２は、トランジスタＴｒのコレクタをスイッチング素子Ｑ２のドレイン端子に接続し、エミッタをスイッチング素子Ｑ２のゲート端子に接続し、ベースを抵抗Ｒ１６を介してコンデンサＣ４の正極側端子に接続している。かかる接続により、ドロッバ１３２は、トランジスタＴｒのコレクタ・エミッタ間のドロップ電圧を、スイッチング素子Ｑ２のゲートオンに必要な電圧まで降下させる。

そして制御回路１４は、第１の実施形態ではスイッチング素子Ｑ２をオンするステップＳ３のタイミングで、図示しない制御信号をドロッバ１３２に与えて、ドロッバ１３２を動作させる。ドロッバが動作すると、スイッチング素子Ｑ２のゲート端子にゲートオンに必要な電圧が印加されてスイッチング素子Ｑ２がオンする。かくして、スイッチング素子Ｑ２はスイッチング動作を開始する。スイッチング素子Ｑ２がスイッチング動作を開始した後は、制御回路１４は、ドロッバ１３２を動作させない。ドロッバ１３２を動作させなくても、降圧回路１３では、ブートストラップ動作によって定電流制御が行われる。

第４の実施形態でも、第３の実施形態と同様に、制御回路１４が実行するステップＳ１及びＳ４の処理を省略できるので、制御を簡略化できるメリットがある。

なお、この発明は前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

例えば第１の実施形態では、始動回路１５を制御回路１４の外部に形成した。他の実施形態としては、始動回路１５を制御回路１４の内部に形成してもよい。

スイッチ手段は、電界効果トランジスタに限定されるものではない。制御回路１４からの信号により導通、非導通が切り換えられるものであればよい。

整流回路１１、力率改善回路１２及び降圧回路１３の回路構成は、図１に示すものに限定されない。同様の機能を有する回路構成であればよい。また、降圧回路１３に入力電圧を供給する回路は力率改善回路１２に限定されるものではない。他の回路を介して入力電圧が印加される降圧回路１３を備えた電源装置においても、第１乃至第４の実施形態の構成を適用することで、降圧チョッパの動作を確実に始動できる効果を奏する。

また前記実施形態では、保護回路は、出力電圧の変化量を用いて保護するものとしたが、変化量と併用して電圧値からも保護するようにしてもよい。また保護回路は、出力電圧を用いた保護回路でなく、出力電流を用いた保護回路であってもよい。図１において、制御回路１４は、ＯＣＰ端子を介して負荷電流を検出している。この負荷電流は、例えば抵抗Ｒ９が故障すると検知できなくなるため、制御回路１４はより多くの負荷電流が流れるように、降圧回路１３のスイッチング素子Ｑ２をスイッチング動作させる。その結果、負荷電流が増加し過出力となって光源ユニット２０が故障する場合がある。そこで、ＯＣＰ端子を介して検出される負荷電流の値を、コンパレータにより所定の閾値と比較し、このしきい値を上回る時間が、所定の時定数で定められた時間よりも長くなった場合に、スイッチング素子Ｑ２のスイッチング動作させる保護回路を設ける。この保護回路は、制御回路１４の内部にあってもよいし、外部にあってもよい。

この他、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を組合わせてもよい。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］制御端子と出力端子との間の電位差により入力端子と出力端子との導通をオンまたはオフするスイッチング素子と、前記スイッチング素子の出力端子からグランドへと電流が流れるのを阻止するように、前記スイッチング素子の出力端子に接続されたダイオードとを備え、前記スイッチング素子のチョッピング動作により入力電圧を降圧する降圧チョッパ回路と；
前記ダイオードと並列に接続されるスイッチ手段と；
前記スイッチング素子のスイッチング制御を開始する前に前記スイッチ手段を導通状態にし、前記スイッチング素子のスイッチング制御を開始したならば前記スイッチ手段を開放状態にする制御回路と；
を具備する電源装置。
［Ｃ２］前記スイッチ手段を通って前記スイッチング素子の出力端子に流れる電流を阻止するように前記スイッチング素子の出力端子に接続されたダイオード；
をさらに具備するＣ１記載の電源装置。
［Ｃ３］制御端子と出力端子との間の電位差により入力端子と出力端子との導通をオンまたはオフするスイッチング素子を備え、前記スイッチング素子のチョッピング動作により入力電圧を降圧する降圧チョッパ回路と；
前記スイッチング素子の出力端子からグランドへと電流が流れるのを阻止するように寄生ダイオードを有して前記スイッチング素子の出力端子に接続されたスイッチ手段と；
前記スイッチング素子のスイッチング制御を開始する前に前記スイッチ手段を導通状態にし、前記スイッチング素子のスイッチング制御を開始したならば前記スイッチ手段を開放状態にする制御回路と；
を具備する電源装置。
［Ｃ４］Ｃ１乃至Ｃ３のうちいずれか１項に記載の電源装置と；
この電源装置の出力間に接続され、点灯制御される光源と、
を具備する照明装置。

１…照明装置、１０…電源装置、１１…整流回路、１２…力率改善回路、１３…降圧回路、１４…制御回路、１５…始動回路、２０…光源ユニット（負荷）、３０…商用交流電源、Ｑ１，Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４…スイッチング素子、Ｔ…トランス、Ｌ１，Ｌ２…インダクタ、１３１…フォトボルカプラ、１３２…ドロッバ。

Claims (2)

1. 制御端子と出力端子との間の電位差により入力端子と出力端子との導通をオンまたはオフするスイッチング素子と、一端が前記スイッチング素子の出力端子に接続され、他端が電源装置の出力に接続されるインダクタと、前記スイッチング素子の出力端子からグランドへと電流が流れるのを阻止するように、前記スイッチング素子の出力端子に接続された回生用のダイオードとを備え、前記スイッチング素子のチョッピング動作により入力電圧を降圧する降圧チョッパ回路と；
   前記回生用のダイオードと並列に接続される電界効果トランジスタと；
   前記電界効果トランジスタを通って前記スイッチング素子の出力端子に流れる回生電流を阻止するように前記スイッチング素子の出力端子に接続されたダイオードと；
   前記スイッチング素子のスイッチング制御を開始する前に前記電界効果トランジスタを導通状態にし、前記スイッチング素子のスイッチング制御を開始したならば前記電界効果トランジスタを開放状態にする制御回路と；
   を具備する電源装置。
2. 請求項１に記載の電源装置と；
   この電源装置の出力間に接続され、点灯制御される光源と、
   を具備する照明装置。