JP7008587B2 - 電源装置および照明システム - Google Patents

Description

本願は、電源装置および照明システムに関するものである。

従来、負荷に電力を供給する電源装置であって、交流電力を入力して直流電力を出力するＡＣ－ＤＣ変換部と、ＡＣ－ＤＣ変換部が出力した直流電力を入力して負荷を駆動する直流駆動電力を出力する負荷駆動部と、ＡＣ－ＤＣ変換部と負荷駆動部とを接続する接続ケーブルとを備え、ＡＣ－ＤＣ変換部はＡＣ－ＤＣ変換部が出力する直流電力の電圧を調整する電圧調整部を含み、ＡＣ－ＤＣ変換部が出力する直流電力の電圧が負荷を動作させる動作電圧に対応させて調整される電源装置が知られている。
そして、前記電源装置においては、ＡＣ－ＤＣ変換部が出力する直流電力の電圧が、複数の負荷駆動部に接続される負荷のうちの最も動作電圧が高い負荷に対応させて調整される（例えば特許文献１参照）。

特開２０１６－１４３４４５号公報（請求項１、請求項３）

従来の電源装置（例えば特許文献１）は、前記のように、ＡＣ－ＤＣ変換部の出力電圧を最大負荷電圧を基準に設定している。例えば、最大負荷電圧が２００Ｖであった場合、２００Ｖの負荷が動作しているか、停止しているかに関わらず、２００Ｖから決まる値にＡＣ－ＤＣ変換部の出力電圧を設定する。すなわち、２００Ｖの負荷が停止し、動作している負荷の最大電圧が１５０Ｖであったとしても２００Ｖを基準としてＡＣ－ＤＣ変換部の出力電圧は設定される。このように、従来ではＡＣ－ＤＣ変換部の出力電圧が、実際に動作している負荷の最大電圧を基準として設定されるとは限らないので、ＡＣ－ＤＣ変換部に接続される負荷駆動部の電力変換時の損失が増大する可能性がある。例えば、負荷駆動部が降圧チョッパである場合、降圧チョッパの入力電圧と出力電圧の比である降圧比（入力電圧／出力電圧）が必要以上に大きくなり、降圧チョッパでの損失が増大することとなる。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、損失の低減を可能とした電源装置および照明システムを提供することを目的としている。

本願に開示される電源装置は、
入力電力を直流電力に変換する第１変換回路と、
前記第１変換回路の出力側に接続され、前記第１変換回路の出力電力を負荷を駆動する直流電力に変換する第２変換回路と、
前記第１変換回路と前記第２変換回路とを接続する配線ケーブルと、
前記第１変換回路および前記第２変換回路を制御する制御回路と、を備え、
前記第２変換回路は、入力電圧を検出する第２入力電圧検出部および出力電圧を検出する第２出力電圧検出部を有し、
前記制御回路は、前記第２変換回路の前記第２入力電圧検出部が検出した入力電圧および前記第２出力電圧検出部が検出した出力電圧、および前記入力電圧と前記出力電圧との変換に関する予め定められた目標値に基づいて前記第１変換回路の出力する直流電圧の大きさを調整するものである。
また、本願に開示される電源装置は、
入力電力を直流電力に変換する第１変換回路と、
前記第１変換回路の出力側に接続され、前記第１変換回路の出力電力を負荷を駆動する直流電力に変換する第２変換回路と、
前記第１変換回路および前記第２変換回路を制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記第２変換回路の入力電圧、出力電圧、および前記入力電圧と前記出力電圧との変換に関する予め定められた目標値に基づいて前記第１変換回路の出力する直流電圧の大きさを調整し、
前記制御回路は、前記第１変換回路を制御する第１制御回路と、前記第２変換回路を制御する第２制御回路を備え、
前記第２制御回路は前記入力電圧と前記出力電圧に基づく情報を前記第１制御回路に送り、
前記第１制御回路は前記情報に基づいて前記第１変換回路の出力する直流電圧の大きさを調整するものである。

また、本願に開示される照明システムは、前記電源装置と、前記電源装置の前記第２変換回路の出力側に接続され、被照明対象の照明を行う発光ユニットとを備えたものである。

本願に開示される電源装置および照明システムによれば、第２変換回路の入力電圧、出力電圧、および入力電圧と出力電圧との変換に関する予め定められた目標値に基づいて第１変換回路の出力する直流電圧の大きさを調整するようにしたので、損失を低減することができる。

実施の形態１の第１例に係る照明システムを記載した構成図である。 実施の形態１の第１例の負荷を概略的に記載した回路図である。 実施の形態１の第１例の第１変換部を概略的に記載した回路図である。 実施の形態１の第１例の第１変換部の他例を概略的に記載した回路図である。 実施の形態１の第１例の第２変換部を概略的に記載した回路図である。 実施の形態１の第１例の第１変換部出力電圧調整制御の動作を説明するための図である。 実施の形態１の第１例の第１変換部出力電圧調整制御の動作を説明するための図である。 実施の形態１の第１例の第１変換部出力電圧調整制御の動作を説明するための図である。 実施の形態１の第１例の第１変換部出力電圧調整制御の動作を説明するための図である。 実施の形態１の第２例に係る照明システムおよび電源装置を記載した構成図である。 実施の形態１の第３例に係る照明システムおよび電源装置を記載した構成図である。 実施の形態１の第４例に係る照明システムおよび電源装置を記載した構成図である。 実施の形態１の第４例の第１変換部出力電圧調整制御の動作を説明するための図である。 実施の形態１の第４例の第１変換部出力電圧調整制御の動作を説明するための図である。 実施の形態１の第４例の第１変換部出力電圧調整制御の動作を説明するための図である。 実施の形態１の第４例の第１変換部出力電圧調整制御の動作を説明するための図である。

実施の形態１．
以下、図面を参照して、本願の実施の形態１の複数の例について説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付して、その説明を適宜省略または簡略化する。また、各図に記載の構成について、その形状、大きさおよび配置等は、この出願の範囲内で適宜変更することができる。

［第１例の説明］
図１は、実施の形態１の第１例に係る照明システムおよび電源装置を記載した構成図である。第１例における照明システム１０１は、第１変換部１と複数の第２変換部２とを有する電源装置１００、および負荷５を備える。入力電源３は第１変換部１の入力側に接続され、負荷５は第２変換部２の出力側に接続される。また、第１変換部１と第２変換部２とは配線ケーブル４により接続される。なお、入力電源３の出力電圧は、後述するように交流電圧であっても、直流電圧であってもよい。

図１の例では、１個の第１変換部１に対して複数個の第２変換部２（２ａ～２ｎ）が並列に接続されており、それぞれの第２変換部２（２ａ～２ｎ）に対して負荷５（５ａ～５ｎ）が接続されている。ただし、後述するように第１変換部１の出力側に１個の第２変換部２を接続してもよい。

図２は、実施の形態１の第１例の負荷５を概略的に記載した回路図である。図に示すように、負荷５は、例えば複数の発光素子５０から構成された発光ユニットであり、第２変換部２から電力の供給を受けて、被照明対象である室内の照明を行うものである。例えば、照明システム１０１は、複数の部屋を有する建物等に適用されるものであり、複数の発光ユニットが部屋毎に設置される。

図２では、直列に接続された複数の発光素子５０を含む発光ユニットを示しているが、発光ユニットは、並列に接続された複数の発光素子５０を含むものであってもよく、直列に接続された発光素子５０が並列に接続されたものを含むものであっても、並列に接続された発光素子５０が直列に接続されたものを含むものであってもよい。また、１個の発光素子５０を含むものであってもよい。以下の説明では、負荷５は、発光素子５０としてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を用いた発光ユニットであるとして説明を行うが、発光素子として有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）等を用いた発光ユニットであってもよい。また、負荷５は発光ユニットでなく、モータまたはヒータ等であってもよい。

図３および図４は実施の形態１の第１例の第１変換部１を記載した構成図であり、図３は入力電源３の出力が交流の場合、図４は入力電源３の出力が直流の場合の構成を示している。図１、図３または図４に記載の通り、第１変換部１は第１変換回路１１と第１制御回路１２から構成される。

図３は、入力電源３が交流出力の場合の第１変換部１の構成例を示している。入力電源３が交流出力の場合、第１変換部１はＡＣ／ＤＣコンバータとして動作する。
図３に示すように、第１変換回路１１は、第１接続部Ｐ１１および第２接続部Ｐ１２、第３接続部Ｐ１３および第４接続部Ｐ１４、整流部１１１、電圧調整部１１２、入力電圧検出部１１３、並びに出力電圧検出部１１４を含んでいる。第１接続部Ｐ１１および第２接続部Ｐ１２は、第１変換回路１１の入力部であり、入力電源３からの交流出力が入力される。第３接続部Ｐ１３および第４接続部Ｐ１４は、第１変換回路１１の出力部であり、第２変換部２に接続される。入力電圧検出部１１３は、電圧調整部１１２に入力される電圧を検出するものであり、例えば直列に接続された抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２を含んで構成されている。出力電圧検出部１１４は、電圧調整部１１２が出力する電圧を検出するものであり、例えば直列に接続された抵抗Ｒ３および抵抗Ｒ４を含んで構成されている。整流部１１１は、例えばダイオードブリッジで構成された全波整流回路を含むものであり、入力された交流電力を整流する役割を果たす。

電圧調整部１１２は、第１変換回路１１が出力する直流電力の電圧を調整するものであり、例えば図３に示すようなＨ型昇降圧回路により構成されている。電圧調整部１１２は、降圧型アームを構成する第１スイッチング素子Ｑ１および第１ダイオードＤ１、並びに昇圧型アームを構成する第２スイッチング素子Ｑ２および第２ダイオードＤ２を備えている。第１スイッチング素子Ｑ１と第１ダイオードＤ１との接続部と、第２スイッチング素子Ｑ２と第２ダイオードＤ２との接続部との間には、第１リアクトルＬ１１が接続されている。第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２は、第１制御回路１２から出力されるオンオフ制御用のスイッチ信号ＰＷＭ１およびＰＷＭ２によって駆動されるものであり、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子またはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子等で構成されている。電圧調整部１１２は、昇圧コンバータとしての機能と、降圧コンバータとしての機能とを有する。第１制御回路１２は、第１スイッチング素子Ｑ１を常時オンさせると共に第２スイッチング素子Ｑ２をスイッチング動作させることで、電圧調整部１１２を昇圧コンバータとして機能させることができる。また、第１制御回路１２は、第２スイッチング素子Ｑ２を常時オフさせると共に第１スイッチング素子Ｑ１をスイッチング動作させることで、電圧調整部１１２を降圧コンバータとして機能させることができる。

第１スイッチング素子Ｑ１および第１ダイオードＤ１で構成された降圧型アームは、整流部１１１に接続され、第２スイッチング素子Ｑ２および第２ダイオードＤ２で構成された昇圧型アームは、第１変換回路１１の出力部である第３接続部Ｐ１３および第４接続部Ｐ１４側に接続されている。また、電圧調整部１１２は、第１リアクトルＬ１１に流れる電流ＩＬを検出する第１電流検出部Ｃｓ１、および電圧調整部１１２の出力を平滑させる第１平滑コンデンサＣ２を含んでいる。

電圧調整部１１２は、Ｈ型昇降圧回路の代わりに、例えばフライバック回路、ＳＥＰＩＣ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｅｎｄｅｄ Ｐｒｉｍａｒｙ Ｉｎｄｕｃｔｏｒ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）回路、ＣＵＫ回路、ＺＥＴＡ回路等により構成されてもよい。入力電源３の出力電圧と負荷５の電圧の情報が事前に判明しており、昇圧コンバータとしての機能しか必要ないことが判明している場合、電圧調整部１１２に昇圧回路を用いてもよい。同様に、降圧コンバータとしての機能しか必要ないことがあらかじめ分かっている場合、電圧調整部１１２に降圧回路を用いてもよい。

図１に示すように、第１制御回路１２は、最小値選定部１３、偏差演算部１４、制御ＰＷＭ部１５を含んで構成される。
第１制御回路１２は、制御ＰＷＭ部１５において、入力電圧検出部１１３が検出した電圧調整部１１２の入力電圧Ｖｉと、出力電圧検出部１１４が検出した電圧調整部１１２の出力電圧Ｖｏと、第１電流検出部Ｃｓ１が検出した第１リアクトルＬ１１に流れる電流ＩＬとを用いて、第１スイッチング素子Ｑ１および第２スイッチング素子Ｑ２をオンオフ制御するためのスイッチ信号ＰＷＭ１およびＰＷＭ２を生成することによって、入力電源３から入力される交流入力電流と交流入力電圧とを、同位相且つ同波形とするＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）制御を行っている。

また、第１制御回路１２は、第２変換部２から送られてくる第２変換部２の入力電圧および出力電圧の情報に応じて第１変換部１の出力電圧を調整する第１変換部出力電圧調整制御を行う。第１変換部出力電圧調整制御の詳細は後述する。

図４は、入力電源３が直流出力の場合の第１変換部１の構成例を示している。入力電源３が直流出力の場合、第１変換部１はＤＣ／ＤＣコンバータとして動作する。
図４に示すように、第１変換回路１１は、第１接続部Ｐ１１および第２接続部Ｐ１２、第３接続部Ｐ１３および第４接続部Ｐ１４、電圧調整部１１２、入力電圧検出部１１３、並びに出力電圧検出部１１４を含んでいる。入力電源３が直流出力の場合では、図３の整流部１１１を省略できるので、電圧調整部１１２が第１接続部Ｐ１１および第２接続部Ｐ１２に接続される。また、入力電源３が直流出力の場合は、第１制御回路１２においてＰＦＣ制御が省略される。上記以外は入力電源３が交流出力の場合と同じであるため、説明を省略する。

図５は、実施の形態１の第１例の第２変換部２を概略的に記載した回路図である。図１および図５に記載の通り、第２変換部２は第２変換回路２１と第２制御回路２２から構成される。

第２変換部２は、第１変換部１の出力電圧（直流電圧）を入力して、負荷５を駆動させるための直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータとして動作する。第２変換部２の入力電圧は、第１変換部１の出力電圧から配線ケーブル４の電圧降下分を引いた値となる。第２変換部２の出力電圧と負荷５の入力電圧は同じとみなせる。

図５に示すように、第２変換回路２１は、第１接続部Ｐ２１および第２接続部Ｐ２２、第３接続部Ｐ２３および第４接続部Ｐ２４、第２電圧調整部２１１、第２入力電圧検出部２１２および第２出力電圧検出部２１３を含んでいる。第１接続部Ｐ２１および第２接続部Ｐ２２は、第２変換回路２１の入力部であり、第１変換部１に接続される。第３接続部Ｐ２３および第４接続部Ｐ２４は、第２変換回路２１の出力部であり、負荷５に接続される。第２入力電圧検出部２１２は、第２電圧調整部２１１に入力される電圧を検出するものであり、例えば直列に接続された抵抗Ｒ２１および抵抗Ｒ２２を含んで構成されている。第２出力電圧検出部２１３は、第２電圧調整部２１１が出力する電圧を検出するものであり、例えば直列に接続された抵抗Ｒ２３および抵抗Ｒ２４を含んで構成されている。

第２電圧調整部２１１は、第２変換回路２１が出力する直流電力の電流を調整するものであり、第３スイッチング素子Ｑ２１、第３ダイオードＤ２１、第２リアクトルＬ２１、第２コンデンサＣ２１、および第２電流検出部Ｃｓ２１とを含んでいる。第３スイッチング素子Ｑ２１は、ＦＥＴ素子またはＩＧＢＴ素子等で構成されている。第２電流検出部Ｃｓ２１は、第２変換回路２１が出力する直流駆動電力の電流を検出するものである。なお、第２電圧調整部２１１は降圧機能を有する回路であればよく、例えば、フライバック回路等であってもよい。

第２制御回路２２は、図１に示すように出力電流制御部２３、差分演算部２４、演算値生成部２５を含んで構成される。なお、図１では、第１変換部１に対して複数個の第２変換部２ａ～２ｎが接続され、第２変換部２ａ～２ｎはそれぞれ第２制御回路２２ａ～２２ｎを備え、第２制御回路２２ａ～２２ｎのそれぞれが出力電流制御部２３ａ～２３ｎ、差分演算部２４ａ～２４ｎ、演算値生成部２５ａ～２５ｎを有しているが、以下では、適宜、第２変換部２、第２制御回路２２、出力電流制御部２３、差分演算部２４、演算値生成部２５の総称した名称で説明する。
出力電流制御部２３は、第２電流検出部Ｃｓ２１が検出する電流Ｉｏを用いて負荷５に所望の電流が流れるように第３スイッチング素子Ｑ２１の制御を行う。差分演算部２４、演算値生成部２５では、後述する第１変換部出力電圧調整制御に用いる演算値Ｃｖの生成を行う。
なお、本実施の形態の例では、負荷５が電流制御されているが、第２変換部２により負荷５が電圧制御されるものであってもよい。第２変換部２が負荷５を電圧制御する場合には、第２電流検出部Ｃｓ２１が検出する電流Ｉｏの代わりに、第２出力電圧検出部２１３の検出する第２変換部の出力電圧Ｖｏｕｔを用いて制御を行えばよい。

次に、本実施の形態の特徴である第１変換部出力電圧調整制御を説明する。本実施の形態では、第１制御回路１２と第２制御回路２２との間で所定のタイミングごとに情報通信を行い、第１変換部１の出力電圧を決定する。

第２変換部２では、入出力電圧情報をもとに演算値Ｃｖを生成し、所定のタイミング毎に第１変換部１に送る。すなわち、第２制御回路２２は、第２入力電圧検出部２１２により検出した第２変換回路２１の入力電圧Ｖｉｎと、第２出力電圧検出部２１３により検出した第２変換回路２１の出力電圧Ｖｏｕｔを入力し、差分演算部２４において、検出した第２変換回路２１の入力電圧Ｖｉｎと第２変換回路２１の出力電圧Ｖｏｕｔの差（Ｖｉｎ－Ｖｏｕｔ）を演算する。更に、演算値生成部２５において、差分演算部２４で算出した値（Ｖｉｎ－Ｖｏｕｔ）と目標値Ｖａｉｍの差分演算により、演算値Ｃｖ＝（Ｖｉｎ－Ｖｏｕｔ―Ｖａｉｍ）を生成する。目標値Ｖａｉｍは第２変換部２の入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔの差の目標値であり、入力電圧Ｖｉｎが出力電圧Ｖｏｕｔに近づき、または入力電圧Ｖｉｎが出力電圧Ｖｏｕｔを下回ることにより、第２変換部２の動作が不安定になることを防止する役割を果たす。目標値Ｖａｉｍの設定値は、例えば出力電圧Ｖｏｕｔの１０％というように出力電圧Ｖｏｕｔを基に定めてもよいし、例えば１０Ｖ等の固定値に定めてもよいし、第２変換回路２１のスイッチング素子が零電圧スイッチング動作または零電流スイッチング動作となるように定めてもよいが、目標値Ｖａｉｍの値は第２変換部２の正常動作が確認できる範囲で、できるだけ小さな値に設定されることが望ましい。

第１変換部１の第１制御回路１２は、第２変換部２から所定のタイミング毎に送られてくる演算値Ｃｖをもとに第１変換回路１１の出力電圧の制御を行う。第１制御回路１２は、最小値選定部１３により、複数の第２変換部２（２ａ～２ｎ）から送られてくる演算値Ｃｖを受け取り、その中から最小値Ｃｖ＿ｍｉｎを選択する。偏差演算部１４では、初期値１６から入力電圧検出部１１３にて検出される第１変換回路１１の出力電圧Ｖｏおよび最小値選定部１３で選択される演算値の最小値Ｃｖ＿ｍｉｎを引くことによって偏差を算出する。制御ＰＷＭ部１５では偏差演算部１４で算出した偏差を零とするように第１変換回路１１のスイッチング素子Ｑ１およびＱ２を動作させるＰＷＭ信号を生成し、第１変換回路１１のスイッチング素子Ｑ１およびＱ２を動作させる。

なお、第１変換部１と第２変換部２との間で行う通信は、例えば所定の周期毎に行うように定めてもよいし、例えば第２変換回路２１の指令信号受信時など外部から信号を受け取ったタイミングと定めてもよいし、例えば負荷５の電圧低下検知時などの状態変化を検出したタイミングと定めてもよい。また、上記２つ以上を組み合わせて更新タイミングを定めてもよい。また、外部の信号受信または状態変化検出をトリガに、通信を行う周期の変更を行ってもよい。

上述の第１変換部出力電圧調整制御を適用することで、第１変換部１の出力電圧は第２変換部２の動作状態に応じて随時最適な値に調整されるので、第２変換部２の動作が停止した場合または負荷５である例えば発光ユニットの調光動作により第２変換部２の負荷電圧が変動した場合においても、高効率な動作を実現できる。また、本実施の形態の制御では、第２変換部２の入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔを検出するため、配線ケーブル４の電圧降下が大きく、第１変換部１の出力電圧と第２変換部２の入力電圧の間に電圧差が発生している場合でも、第２変換部２の入力電圧が第２変換部２の出力電圧に近づき、または下回ることによる第２変換部２の動作が不安定になることを防止することができる。

上記の第１変換部出力電圧調整制御の動作を、第１変換部１に対して３組の第２変換部２ａ、２ｂ、２ｃが並列に接続されている場合を例に説明する。
図６から図９は、第１変換部出力電圧調整制御の動作を説明するための第２変換部２（２ａ、２ｂ、２ｃ）の入力電圧Ｖｉｎ（Ｖｉｎ＿ａ、Ｖｉｎ＿ｂ、Ｖｉｎ＿ｃ）、出力電圧Ｖｏｕｔ（Ｖｏｕｔ＿ａ、Ｖｏｕｔ＿ｂ、Ｖｏｕｔ＿ｃ）、目標値Ｖａｉｍ（Ｖａｉｍ＿ａ、Ｖａｉｍ＿ｂ、Ｖａｉｍ＿ｃ）、演算値Ｃｖ（Ｃｖ＿ａ、Ｃｖ＿ｂ、Ｃｖ＿ｃ）の例である。

初期状態は図６に示す通り、第２変換部２ａの入力電圧Ｖｉｎ＿ａが２００Ｖ、出力電圧Ｖｏｕｔ＿ａが１００Ｖ、目標値Ｖａｉｍ＿ａが１０Ｖであり、第２変換部２ｂの入力電圧Ｖｉｎ＿ｂが１９０Ｖ、出力電圧Ｖｏｕｔ＿ｂが８０Ｖ、目標値Ｖａｉｍ＿ｂが１０Ｖであり、第２変換部２ｃの入力電圧Ｖｉｎ＿ｃが２００Ｖ、出力電圧Ｖｏｕｔ＿ｃが６０Ｖ、目標値Ｖａｉｍ＿ｃが１０Ｖであるとする。なお、第２変換部２ｂの入力電圧Ｖｉｎ＿ｂが第２変換部２ａの入力電圧Ｖｉｎ＿ａおよび第２変換部２ｃの入力電圧Ｖｉｎ＿ｃより１０Ｖ小さい値となっているが、第２変換部２ｂは第２変換部２ａおよび２ｃよりも第１変換部１との間の配線ケーブル４が長く、電圧降下が大きいという状態を想定している。

図６に示す条件においては、第２変換部２ａの演算値Ｃｖ＿ａは９０Ｖ、第２変換部２ｂの演算値Ｃｖ＿ｂは１００Ｖ、第２変換部２ｃの演算値Ｃｖ＿ｃは１３０Ｖと算出され、第２変換部２ａ、２ｂ、２ｃから第１変換部１にそれぞれの演算値Ｃｖが送られる。第１変換部１の第１制御回路１２では、送られてきた３つの演算値Ｃｖのうち最小値Ｃｖ＿ｍｉｎである第２変換部２ａの９０Ｖ（Ｃｖ＿ａ）を選定し、選定された最小値Ｃｖ＿ｍｉｎ（９０Ｖ）が零となるように第１変換回路１１の出力電圧を調整する。

図７は図６の状態から第１変換部１の出力電圧を調整した後の状態を示している。第１変換部１の出力電圧が小さくなるように調整された結果、第２変換部２ａの入力電圧Ｖｉｎ＿ａ（１１０Ｖ）と出力電圧Ｖｏｕｔ＿ａ（１００Ｖ）との差が目標値Ｖａｉｍ＿ａ（１０Ｖ）となっている。図７では図６の場合より、それぞれ第２変換部２ａ、２ｂ、２ｃの入力電圧Ｖｉｎが小さくなっているので、第２変換部２ａ、２ｂ、２ｃの降圧比（出力電圧／入力電圧）が抑えられ、第２変換部２ａ、２ｂ、２ｃで発生する損失が低減される。

図８は、図７の状態から第２変換部２ａが動作を停止した場合であり、第２変換部２ａの出力電圧が０となっている。図８の状態においては、第２変換部２ａの演算値Ｃｖ＿ａは１００Ｖ、第２変換部２ｂの演算値Ｃｖ＿ｂは１０Ｖ、第２変換部２ｃの演算値Ｃｖ＿ｃは４０Ｖと算出される。第１変換部１の最小値選定部１３で第２変換部２ｂの１０Ｖが最小値Ｃｖ＿ｍｉｎとして選定され、第２変換部２ｂの演算値（１０Ｖ）が零となるように第１変換部１の出力電圧が調整される。なお、ここでは第２変換部２の動作が停止しても、演算値Ｃｖの算出および最小値Ｃｖ＿ｍｉｎの選択が実行される例を示したが、第２変換部２が停止した場合、演算値算出を行わず、最小値選定からも除外するというような処理としてもよい。

図９は図８の状態から第１変換部１の出力電圧を調整した後を示している。配線ケーブル４による電圧降下によらず、第２変換部２ｂの入力電圧Ｖｉｎ＿ｂ（９０Ｖ）と出力電圧Ｖｉｎ＿ｂ（８０Ｖ）との差が目標値Ｖａｉｍ＿ｂ（１０Ｖ）となるように制御される。また図９では図７の状態よりも、それぞれ第２変換部２ａ、２ｂ、２ｃの入力電圧Ｖｉｎが小さくなっているので、第２変換部２ａ、２ｂ、２ｃの降圧比（出力電圧／入力電圧）が抑えられ、第２変換部２ａ、２ｂ、２ｃで発生する損失が低減される。

［その他の例の説明］
第１変換部出力電圧調整制御は、第２変換部２の入力電圧Ｖｉｎおよび出力電圧Ｖｏｕｔの情報をもとに第１変換部１の出力電圧Ｖｏを制御するのであれば構成は以下の例に説明するように任意である。なお、以下の説明においては、上述の第１例との相違点を中心に説明し、その他の点については第１例と同様であるので、その説明を適宜省略または簡略化している。

［第２例の説明］
図１０は、実施の形態１の第２例に係る照明システムおよび電源装置を記載した構成図である。図１０に示す第２例の照明システム１０１および電源装置１００では、第２変換部２において検出した入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔの差（Ｖｉｎ－Ｖｏｕｔ）を差分演算部２４で演算して当該差（Ｖｉｎ－Ｖｏｕｔ）を第１変換部１に送り、第１変換部１の最小値選定部１３で第２変換部２から送られてくる入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔの差（Ｖｉｎ－Ｖｏｕｔ）の最小値を選定した後に、目標値Ｖａｉｍとの差を演算する構成としている。また、例えば、第２変換部２においては、検出した入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔに対して演算を行わず、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔの情報をそのまま第１変換部１に送り、第１変換部１において入力電圧と出力電圧の差（Ｖｉｎ－Ｖｏｕｔ）の演算、当該差と目標値Ｖａｉｍとの演算、最小値の選定など、すべての演算、制御を行うような構成にしてもよい。

［第３例の説明］
図１１は、実施の形態１の第３例に係る照明システムおよび電源装置を記載した構成図である。図１１に示す第３例の照明システムおよび電源装置では、図１に示す第１制御回路１２の構成から偏差演算部１４を削除した構成である。第１制御回路１２は、複数の第２変換部２（２ａ～２ｎ）から送られてくる演算値Ｃｖを受け取り、最小値選定部１３により複数の演算値Ｃｖの中から最小値Ｃｖ＿ｍｉｎを選択すると、その最小値Ｃｖ＿ｍｉｎを制御ＰＷＭ部１５に入力し、制御ＰＷＭ部１５は第１変換回路１１のスイッチング素子Ｑ１およびＱ２を動作させるＰＷＭ信号を生成する。

［第４例の説明］
図１２は、実施の形態１の第４例に係る照明システムおよび電源装置を記載した構成図である。図１２に示す第４例の照明システムおよび電源装置では、第１変換部１に対して１個の第２変換部２ａを接続した例を示している。図１２に示すように、第２変換部２ａを１個接続する場合は、上記１個の第２変換部２ａで算出された演算値Ｃｖが最小値選定部１３において最小値Ｃｖ＿ｍｉｎとして選定され、第１変換部出力電圧調整制御が実施される。

図１３から図１６は、第４例の第１変換部出力電圧調整制御の動作を説明するための図であり、第２変換部２ａの入力電圧Ｖｉｎ＿ａ、出力電圧Ｖｏｕｔ＿ａ、目標値Ｖａｉｍ＿ａ、演算値Ｃｖ＿ａの例を現している。なお、図１３～図１６および以下の説明では、入力電圧Ｖｉｎ＿ａ、出力電圧Ｖｏｕｔ＿ａ、目標値Ｖａｉｍ＿ａ、演算値Ｃｖ＿ａを、入力電圧Ｖｉｎ、出力電圧Ｖｏｕｔ、目標値Ｖａｉｍ、演算値Ｃｖと表している。

初期状態は図１３に示す通り、第２変換部２ａの入力電圧Ｖｉｎが２００Ｖ、出力電圧Ｖｏｕｔが１００Ｖ、目標値Ｖａｉｍが１０Ｖである。このとき、第２変換部２ａの演算値Ｃｖは９０Ｖと算出され、第２変換部２ａから第１変換部１に演算値Ｃｖ（９０Ｖ）が送られる。第１変換部１の第１制御回路１２では、最小値選定部１３により第２変換部２ａから送られてきた演算値Ｃｖ（９０Ｖ）を最小値Ｃｖ＿ｍｉｎとして選定し、選定された最小値Ｃｖ＿ｍｉｎ（９０Ｖ）が零となるように第１変換回路１１の出力電圧を調整する。

図１４は図１３の状態から第１変換部１の出力電圧を調整した後の状態を示している。第１変換部１の出力電圧が小さくなるように調整された結果、第２変換部２ａの入力電圧Ｖｉｎ（１１０Ｖ）と出力電圧Ｖｏｕｔ（１００Ｖ）との差が目標値Ｖａｉｍ（１０Ｖ）となっている。その結果、図１４では図１３の場合より、第２変換部２ａの降圧比（出力電圧／入力電圧）が抑えられ、第２変換部２ａで発生する損失が低減される。

図１５は、図１４の状態から第２変換部２ａが動作を停止した場合であり、第２変換部２ａの出力電圧Ｖｏｕｔが０となっている。図１５の状態においては、第２変換部２ａの演算値Ｃｖは１００Ｖと算出される。第１変換部１の最小値選定部１３で第２変換部２ａの演算値Ｃｖ（１００Ｖ）が最小値Ｃｖ＿ｍｉｎとして選定され、第２変換部２ａの最小値Ｃｖ＿ｍｉｎ（１００Ｖ）が零となるように第１変換部１の出力電圧が調整される。なお、ここでは第２変換部２ａの動作が停止しても、演算値Ｃｖの算出および最小値Ｃｖ＿ｍｉｎの選択が実行される例を示したが、第２変換部２ａが停止した場合、第２変換部２ａから第１変換部１へ第２変換部２ａの動作停止信号を送信し、第１変換部１の動作を停止する処理としてもよい。なお、図１６は図１５の状態から第１変換部１の出力電圧を調整した後を示している。

以上のように、第１変換部１の出力側に１個の第２変換部２を接続する場合においても、図１と同様の構成のままで第１変換部出力電圧調整制御を実施することができる。なお、第１変換部１の出力側に１個の第２変換部２を接続する構成を、図１０、図１１に適用することにより、第１変換部出力電圧調整制御を実施することができる。

なお、前記第１例から第４例では、第１変換回路を制御する第１制御回路と、第２変換回路を制御する第２制御回路を別々に構成した例を示したが、第１制御回路と第２制御回路とを１個の制御回路に統合してもよい。また、入力電源３に対して第１変換部１を複数個並列に配置し、それぞれの第１変換部１の出力側に第２変換部２を接続するようにしてもよい。この場合、第２変換部２からの情報は複数の第１変換部１に対してそれぞれ送信され、第１変換部出力電圧調整制御が実施される。

［実施の形態の効果］
以上のように本実施の形態では、入力電力を直流電力に変換する第１変換回路と、第１変換回路の出力側に接続され、第１変換回路の出力電力を負荷を駆動する直流電力に変換する第２変換回路と、第１変換回路および第２変換回路を制御する制御回路と、を備え、制御回路は、第２変換回路の入力電圧、出力電圧、および入力電圧と出力電圧との変換に関する予め定められた目標値に基づいて第１変換回路の出力する直流電圧の大きさを調整するようにしたので、第２変換回路の損失を低減することができ、ひいては、第２変換回路、電源装置および照明システムの小型化および低コスト化を実現することができる。

また、第２変換回路は、第１変換回路の出力側に並列に複数個接続された降圧型の変換回路であり、制御回路は、複数個の第２変換回路のそれぞれについて入力電圧と出力電圧の差分から目標値を引いた演算値を算出し、複数個の演算値のうち最小値を選定し、選定した最小値に基づいて第１変換回路の出力する直流電圧の大きさを調整するようにしたので、第２変換部の動作状態に応じて第１変換部の出力電圧を常に最適な値に調整でき、第２変換部の降圧比が大きくなることを防止でき、第２変換部で発生する損失を低減することができる。

また、第２変換回路は、第１変換回路の出力側に１個接続された降圧型の変換回路であり、制御回路は、第２変換回路の入力電圧と出力電圧の差分から目標値を引いた演算値を算出し、演算値を最小値として選定し、選定した最小値に基づいて第１変換回路の出力する直流電圧の大きさを調整するようにしたので、第２変換部の動作状態に応じて第１変換部の出力電圧を常に最適な値に調整でき、第２変換部の降圧比が大きくなることを防止でき、第２変換部で発生する損失を低減することができる。

また、制御回路は、第１変換回路を制御する第１制御回路と、第２変換回路をそれぞれ制御する複数個の第２制御回路を備え、第１変換回路と第２変換回路との間の情報通信を予め定めたタイミングにより実施するようにしたので、第１変換回路および第１制御回路と、第２変換回路および第２制御回路とが離れた場所に設置されていた場合でも、適切に本実施の形態の制御が達成できる。

更に、第１変換回路と第２変換回路が配線ケーブルにより接続されている場合においても、第１変換回路の出力電圧は第２変換回路の入出力電圧情報を用いて調整されるので、配線ケーブルでの電圧降下が大きい場合でも、第２変換回路の入力電圧が第２変換回路の出力電圧に近づくことまたは下回ることを防止することができ、第２変換回路の安定動作を実現することができる。

また、入力電源から入力される電圧の大きさに関係なく、第１変換回路の出力電圧が決定されるため、第１変換回路と第２変換回路とを接続する接続ケーブルの耐圧特性を、負荷の動作電圧に対応させたものとすることができる。その結果、接続ケーブルを小型化および低コスト化することができるため、電源装置および照明システムの小型化および低コスト化を実現することができる。

本願は、様々な例示的な実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施例に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施例の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施例に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施例の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ 第１変換部、２ 第２変換部、３ 入力電源、４ 配線ケーブル、５ 負荷、
１１ 第１変換回路、１２ 第１制御回路、１３ 最小値選定部、１４ 偏差演算部、
１５ 制御ＰＷＭ部、２１ 第２変換回路、２２ 第２制御回路、
２３ 出力電流制御部、２４ 差分演算部、２５ 演算値生成部、５０ 発光素子、
１００ 電源装置、１０１ 照明システム、１１１ 整流部、１１２ 電圧調整部、
１１３ 入力電圧検出部、１１４ 出力電圧検出部、２１１ 第２電圧調整部、
２１２ 第２入力電圧検出部、２１３ 第２出力電圧検出部、
Ｑ１ 第１スイッチング素子、Ｑ２ 第２スイッチング素子、Ｄ１ 第１ダイオード、
Ｄ２ 第２ダイオード、Ｌ１１ 第１リアクトル、Ｃｓ１ 第１電流検出部、
Ｑ２１ 第３スイッチング素子、Ｄ２１ 第３ダイオード、Ｌ２１ 第２リアクトル、
Ｃｓ２１ 第２電流検出部。

Claims (13)

1. 入力電力を直流電力に変換する第１変換回路と、
   前記第１変換回路の出力側に接続され、前記第１変換回路の出力電力を負荷を駆動する直流電力に変換する第２変換回路と、
   前記第１変換回路と前記第２変換回路とを接続する配線ケーブルと、
   前記第１変換回路および前記第２変換回路を制御する制御回路と、を備え、
   前記第２変換回路は、入力電圧を検出する第２入力電圧検出部および出力電圧を検出する第２出力電圧検出部を有し、
   前記制御回路は、前記第２変換回路の前記第２入力電圧検出部が検出した入力電圧および前記第２出力電圧検出部が検出した出力電圧、および前記入力電圧と前記出力電圧との変換に関する予め定められた目標値に基づいて前記第１変換回路の出力する直流電圧の大きさを調整する電源装置。
2. 前記制御回路は、前記第１変換回路を制御する第１制御回路と、前記第２変換回路を制御する第２制御回路を備え、
   前記第２制御回路は、前記入力電圧と前記出力電圧に基づく情報を前記第１制御回路に送り、
   前記第１制御回路は、前記情報に基づいて前記第１変換回路の出力する直流電圧の大きさを調整する請求項１に記載の電源装置。
3. 前記第２変換回路は、前記第１変換回路の出力側に並列に複数個接続された降圧型の変換回路であり、
   前記制御回路は、複数個の前記第２変換回路のそれぞれについて入力電圧と出力電圧の差分から前記目標値を引いた演算値を算出し、複数個の前記演算値のうち最小値を選定し、選定した前記最小値に基づいて前記第１変換回路の出力する直流電圧の大きさを調整する請求項１または請求項２に記載の電源装置。
4. 前記第２変換回路は、前記第１変換回路の出力側に１個接続された降圧型の変換回路であり、
   前記制御回路は、前記第２変換回路の入力電圧と出力電圧の差分から前記目標値を引いた演算値を算出し、前記演算値を最小値として選定し、選定した前記最小値に基づいて前記第１変換回路の出力する直流電圧の大きさを調整する請求項１または請求項２に記載の電源装置。
5. 前記第１変換回路と前記第２変換回路の間の通信は、予め定めたタイミングにより実施される請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電源装置。
6. 前記タイミングは、特定の周期、前記負荷の電圧変動、前記第２変換回路の指令信号受信のうち少なくとも１つに基づいて決定される請求項５に記載の電源装置。
7. 前記第１変換回路の入力電圧は交流電圧であり、前記第１変換回路はＰＦＣ機能を備えるＡＣ／ＤＣ変換回路である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電源装置。
8. 前記第１変換回路の入力電圧は直流電圧であり、前記第１変換回路はＤＣ／ＤＣ変換回路である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電源装置。
9. 入力電力を直流電力に変換する第１変換回路と、
   前記第１変換回路の出力側に接続され、前記第１変換回路の出力電力を負荷を駆動する直流電力に変換する第２変換回路と、
   前記第１変換回路および前記第２変換回路を制御する制御回路と、を備え、
   前記制御回路は、前記第２変換回路の入力電圧、出力電圧、および前記入力電圧と前記出力電圧との変換に関する予め定められた目標値に基づいて前記第１変換回路の出力する直流電圧の大きさを調整し、
   前記制御回路は、前記第１変換回路を制御する第１制御回路と、前記第２変換回路を制御する第２制御回路を備え、
   前記第２制御回路は前記入力電圧と前記出力電圧に基づく情報を前記第１制御回路に送り、
   前記第１制御回路は前記情報に基づいて前記第１変換回路の出力する直流電圧の大きさを調整する電源装置。
10. 前記第２変換回路は、前記第１変換回路の出力側に並列に複数個接続された降圧型の変換回路であり、
    前記第２制御回路は、前記第２変換回路をそれぞれ制御する複数個の第２制御回路を備え、
    前記第２制御回路は、前記第２変換回路の入力電圧と出力電圧の差分から前記目標値を引いた演算値をそれぞれ算出して前記情報として前記第１制御回路に送信し、
    前記第１制御回路は、前記第２制御回路から送信されてくる複数個の前記演算値のうち最小値を選定し、選定した前記最小値に基づいて前記第１変換回路の出力する直流電圧の大きさを調整する請求項９に記載の電源装置。
11. 前記第２変換回路は、前記第１変換回路の出力側に並列に複数個接続された降圧型の変換回路であり、
    前記第２制御回路は、前記複数の第２変換回路をそれぞれ制御する複数個の第２制御回路を備え、
    前記第２制御回路は、前記第２変換回路の入力電圧と出力電圧の差分をそれぞれ算出して前記情報として前記第１制御回路に送信し、
    前記第１制御回路は、前記第２制御回路から送信されてくる複数個の前記差分のうち最小値を選定し、選定した前記最小値から前記目標値を引いた値に基づいて前記第１変換回路の出力する直流電圧の大きさを調整する請求項９に記載の電源装置。
12. 前記第２変換回路は、前記第１変換回路の出力側に１個接続された降圧型の変換回路であり、
    前記第２制御回路は、前記第２変換回路の入力電圧と出力電圧の差分から前記目標値を引いた演算値を算出して前記情報として前記第１制御回路に送信し、
    前記第１制御回路は、前記第２制御回路から送信されてくる前記演算値を最小値として選定し、選定した前記最小値に基づいて前記第１変換回路の出力する直流電圧の大きさを調整する請求項１０に記載の電源装置。
13. 請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の電源装置と、前記電源装置の前記第２変換回路の出力側に接続され、被照明対象の照明を行う発光ユニットとを備えた照明システム。

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