KR20130049711A - 조명용 전원 및 조명장치 - Google Patents

Abstract

실시형태의 조명용 전원은 출력소자를 구비한다. 상기 출력소자는 전원과 조명부하 사이에 접속되고, 온 상태와 오프 상태를 반복하는 스위칭 동작과 온 상태를 계속하는 온 계속 동작으로 전환 가능하게 구성된다.

Description

조명용 전원 및 조명장치{POWER SUPPLY FOR LIGHTING AND LIGHTING DEVICE}

본 발명은 조명용 전원 및 조명장치에 관한 것이다.

최근 조명장치에서 조명광원은 백열전구나 형광등으로부터 에너지 절감·장수명의 광원, 예를 들어 발광 다이오드(Light-emitting diode: LED)로 치환이 진행되고 있다. 또한, 예를 들어 EL(Electro-Luminescence)이나 유기 발광 다이오드(Organic light-emitting diode: OLED) 등 새로운 조명광원도 개발되고 있다. 이들 조명 광원의 광출력은 흐르는 전류값에 의존하므로, 조명을 점등시키는 경우에는 정전류를 공급하는 전원회로가 필요해진다. 또한, 조광(調光)시키는 경우에는 공급하는 전류를 제어한다.

2선식 조광기는 트라이액이 턴온하는 위상을 제어하도록 구성되고, 백열전구의 조광기로서 보급하고 있다. 그 때문에, LED 등의 조명광원도 상기 조광기로 조광할 수 있는 것이 바람직하다. 고효율로 전력 절감화·소형화에 적합한 전원으로서 DC-DC 컨버터 등의 스위칭 전원이 알려져 있다.

그러나, 상기 조광기는 부하가 되는 백열전구의 필라멘트와 직렬 접속하여 동작하도록 구성되어 있고, 스위칭 전원을 접속한 경우에 부하 임피던스가 변화되어 오동작할 가능성이 있다.

또한, 고효율로 전력 절감화·소형화에 적합한 전원으로서 DC-DC 컨버터 등의 스위칭 전원이 알려져 있다. 그러나, 스위칭 동작에서 광출력을 감소시켜 가는 경우, 조명광원이 미소 점등하는 상태에서는 스위칭 레귤레이터는 동작이나 정지 중 어떤 상태가 되므로 어른거림이 발생하기 쉽고, 또한 전류피드백을 시켰다고 해도 미소 점등시의 미소한 전류를 검출하는 것은 어려워져 불안정한 점등에 놓이기 쉽다.

일본 공개특허공보 제2011-119237호

본 발명의 실시형태는 출력전류의 가변범위를 넓힌 조명용 전원 및 조명장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

실시형태의 조명용 전원은, 전원과 조명부하 사이에 접속되고 온의 상태와 오프의 상태를 반복하는 스위칭 동작과 온 상태를 계속하는 온 계속 동작으로 전환 가능하도록 구성된 출력소자를 구비한 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 실시형태에 따르면 출력전류의 가변 범위를 넓힌 조명용 전원 및 조명장치를 제공할 수 있다.

도 1은 제 1 실시형태에 관한 조명용 전원을 포함하는 조명장치를 예시하는 블럭도이다.
도 2는 조명 부하에 공급되는 출력전압(VOUT)과 출력전류(IOUT)의 관계를 예시하는 특성도이다.
도 3a 내지 도 3d는 출력소자의 전류파형을 예시하는 파형도이다.
도 4는 조광기를 포함하는 직류전원을 예시하는 회로도이다.
도 5는 제 2 실시형태에서의 출력소자의 전류파형을 예시하는 파형도이다.
도 6은 제 3 실시형태에 관한 조명용 전원을 포함하는 조명장치를 예시하는 블럭도이다.
도 7은 제 4 실시형태에 관한 조명용 전원을 포함하는 조명장치를 예시하는 회로도이다.
도 8a 내지 도 8h는 조명용 전원의 주요 신호를 나타내는 파형도이다.
도 9는 제 5 실시형태에 관한 조명용 전원을 포함하는 조명장치를 예시하는 회로도이다.
도 10은 제 5 실시형태에 관한 조명용 전원의 주요한 신호를 나타내는 파형도이다.
도 11은 조광 위상각과 출력전류(IOUT)의 관계를 예시하는 특성도이다.
도 12는 제 6 실시형태에 관한 조명용 전원을 포함하는 조명장치를 예시하는 회로도이다.
도 13은 제 7 실시형태에 관한 조명용 전원을 포함하는 조명장치를 예시하는 블럭도이다.
도 14는 제 8 실시형태에 관한 조명용 전원을 포함하는 조명장치를 예시하는 회로도이다.

실시형태의 조명용 전원은 출력소자를 구비한다. 상기 출력소자는 전원과 조명부하 사이에 접속되고 온 상태와 오프 상태를 반복하는 스위칭 동작과 온 상태를 계속하는 온 계속 동작으로 전환 가능하게 구성되어 있다.

또한, 다른 실시형태의 조명용 전원은, 전원과 조명부하 사이에 접속되고 상기 전원과 상기 조명부하 사이의 전위차가 상대적으로 클 때 온의 상태와 오프의 상태를 반복하는 스위칭 동작을 하고 상기 전원과 상기 조명부하 사이의 전위차가 상대적으로 작을 때의 온의 상태를 계속하는 출력소자와, 상기 출력소자와 직렬로 접속되고 상기 출력소자에 흐르는 전류를 제한하는 정전류 소자를 갖는다.

또한, 다른 실시형태의 조명용 전원은 출력 소자와, 정전류 소자와, 소등 회로를 구비한다. 상기 출력 소자는 전원과 조명 부하 사이에 접속되고, 상기 전원과 상기 조명 부하 사이의 전력차, 전위차 및 전류차 중 적어도 어느 하나인 소정량이 상대적으로 클 때 온의 상태와 오프의 상태를 반복하는 스위칭 동작을 하고, 상기 전원과 상기 조명 부하 사이의 소정량이 상대적으로 작을 때 온의 상태를 계속한다. 상기 정전류 소자는 상기 출력 소자와 직렬로 접속되고, 상기 출력 소자에 흐르는 전류를 제한한다. 상기 소등 회로는 상기 전원과 상기 조명 부하 사이에 접속되고, 상기 소정량이 규정값 이하일 때 상기 정전류 소자를 오프시킨다.

이하, 실시예에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 본원 명세서와 각 도면에서 기출 도면에 관하여 전술한 것과 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙여 상세한 설명은 적당히 생략한다. 또한, 본원 명세서에서는 「조광도」라는 것은 조광 시의 광 출력의 완전 점등 시의 광 출력에 대한 비를 말하고 조광도 100%는 완전 점등 시의, 조광도 0%는 소등 시의 광 출력에 대응한다.

(제 1 실시형태)

도 1은 제 1 실시형태에 관한 조명용 전원을 포함하는 조명장치를 예시하는 블럭도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이 조명장치(1f)는 조명부하(2)와, 조명부하(2)에 전력을 공급하는 조명용 전원(3f)을 구비하고 있다.

조명부하(2)는 예를 들어 LED 등의 조명광원(4)을 갖고, 조명용 전원(3f)으로부터 출력전력(POUT)[출력전압(VOUT), 출력전류(IOUT)]을 공급하여 점등한다. 또한, 조명부하(2)는 출력전력(POUT)을 변화시켜 조광할 수 있다. 예를 들어, 출력전압(VOUT) 및 출력전류(IOUT) 중 적어도 한쪽을 변화시켜 조광할 수 있다. 또한, 출력전력(POUT), 출력전압(VOUT) 및 출력전류(IOUT)의 각각의 값은 조명광원(4)에 따라서 규정된다.

도 2는 조명부하에 공급되는 출력전압(VOUT)과 출력전류(IOUT)의 관계를 예시하는 특성도이다.

도 2에서는 예를 들어 LED 등의 점등시의 동작저항이 작은 조명광원을 갖는 조명부하의 특성을 예시하고 있다.

조명부하(2)는 출력전압(VOUT)이 소정 전압보다 낮을 때에는 전류가 흐르지 않고 소등하고 있다. 출력전압(VOUT)이 소정 전압 이상일 때 전류가 흘러 점등된다.

예를 들어, 조명광원(4)이 LED인 경우, 상기 소정 전압은 LED의 순방향 전압이고 조명광원(4)에 따라서 정해진다. 또한, 조명광원(4)은 점등시의 동작저항이 낮고, 예를 들어 정격동작점(P)의 근방에서 출력전류(IOUT)가 증가해도 출력전압(VOUT)은 변화가 적다. 따라서, 도 2에 나타낸 바와 같은 특성의 조명부하(2)는 출력전류(IOUT)를 변화시킴으로써 조명광원(4)의 광출력을 제어하여 조광할 수 있다. 또한, 출력전압(VOUT)이 소정 전압보다 저하되면, 조명광원(4)이 소등하여 출력전류(IOUT)가 흐르지 않게 되므로, 예를 들어 컨덴서에서 평활화하여 출력한 경우, 출력전압(VOUT)의 값은 소정 전압 이상으로 유지된다.

또한, 조명광원(4)에 공급하는, 예를 들어 출력전압(VOUT)을 변화시킴으로써 조명광원(4)의 광출력을 제어하여 조광할 수 있다.

이와 같이, 조명부하(2)에 공급하는 출력전력(POUT)을 변화시킴으로써 조명광원(4)의 광출력을 제어하여 조광할 수 있다. 또한, 이하의 설명에서는 출력을 변화시키는 것은 출력전압(VOUT), 출력전류(IOUT) 및 출력전력(POUT) 중 적어도 어느 하나를 변화시키는 것으로 한다. 또한, 이하의 설명에서는 조광하기 위해 제어하는 제어량은 출력전압(VOUT), 출력전류(IOUT) 및 출력전력(POUT) 중 적어도 어느 하나이다.

조명용 전원(3f)은 출력소자(5)와, 정전류 소자(6)와, 출력소자(5)를 구동하는 제 1 구동회로(70)와, 정전류 소자(6)를 구동하는 제 2 구동회로(71)와, 제 1 및 제 2 구동회로(70, 71)를 통하여 출력소자(5)와 정전류 소자(6)를 제어하는 제어회로(72)와, 인터페이스 회로(73)를 구비한다. 조명용 전원(3f)은 입력단자(74, 75)에 입력된 입력전력(PIN)을 변환하고, 고전위 출력단자(30)와 저전위 출력단자(31) 사이에 출력전력(POUT)으로서 출력한다.

출력소자(5)는 조명부하(2)와 전원(7) 사이에 접속되어 있다. 출력소자(5)는 온 상태와 오프 상태를 반복하는 스위칭 동작과, 온 상태를 계속하는 온 계속 동작으로 전환 가능하게 구성되어 있다.

도 3a 내지 도 3d는 출력소자의 전류파형을 예시하는 파형도이고, 도 3a는 온 계속 동작, 도 3b 및 도 3c는 온 상태를 계속하여 진동하는 동작, 도 3d는 스위칭 동작의 경우이다. 또한, 도 3a 내지 도 3d에서는 횡축을 시간(t)으로 하여 출력소자(5)의 전류(I5)의 파형을 나타내고 있다.

도 3a에 나타낸 바와 같이 출력소자(5)의 온 계속 동작에서는 정전류 소자(6)로 제한된 거의 일정한 직류 전류가 출력소자(5)에 흐른다. 출력소자(5)가 일정한 직류 전류를 출력하는 상태에서는 조명용 전원(3f)은 시리즈 레귤레이터와 같은 동작을 한다.

도 3b, 도 3c에 나타낸 바와 같이 온 상태를 계속한 채로 전류가 진동하는 동작에서는, 출력소자(5)는 예를 들어 불완전하게 발진하고 있는 상태가 된다. 그러나, 상기 동작에서는 출력소자(5)는 오프 상태가 되지 않고 온 상태를 계속한다. 또한, 출력소자(5)의 진동하는 전류의 피크값은 정전류 소자(6)의 정전류값으로 제한된 값이 된다. 또한, 출력소자(5)의 진동주기(T)는 전류의 변동폭에 따라서 변화된다. 또한, 도 3c는 도 3b의 경우보다도 출력소자(5)의 전류(I5)의 변동폭이 큰 경우를 나타내고 있다.

도 3d에 나타낸 바와 같이 출력소자(5)의 스위칭 동작에서는 출력소자(5)는 발진한다. 이 때, 조명용 전원(3f)은 스위칭 전원으로서 동작한다.

정전류 소자(6)는 출력소자(5)에 직렬로 접속되고, 출력소자(5)의 전류(I5)의 피크값을 제한한다. 또한, 출력소자(5) 및 정전류 소자(6)는 예를 들어 전계 효과 트랜지스터(FET)이고, 예를 들어 고 전자이동도 트랜지스터(High Electron Mobility Transistor: HEMT)이다.

제 1 구동회로(70)는 출력소자(5)를 구동한다. 제 1 구동회로(70)는 예를 들어 출력소자(5)의 제어단자의 전위를 제어하고 출력소자(5)의 동작을 전환한다. 제 2 구동회로(71)는 정전류 소자(6)를 구동한다. 제 2 구동회로(71)는 예를 들어 정전류 소자(6)의 제어단자의 전위를 제어하여 정전류값을 제어한다.

제어회로(72)는 제 1 구동회로(70)를 통하여 출력소자(5)를 제어하고, 제 2 구동회로(71)를 통하여 정전류 소자(6)를 제어한다. 제어회로(72)는 출력소자(5)와 정전류 소자(6)의 구동조건을 제어하고, 출력소자(5)를 스위칭 동작 또는 온 계속 동작으로 전환하며, 또한 출력소자(5)의 전류값을 제어한다.

또한, 제어회로(72)는 조명 부하(2)로의 출력을 상대적으로 크게 하는 제어 신호를 입력한 경우 정전류 소자(6)를 제어하고 정전류 소자(6)의 정전류값을 크게 하고 또한 출력소자(5)를 제어하고 출력소자(5)를 스위칭 동작시킨다. 또한, 제어회로(72)는 조명부하(2)로의 출력을 상대적으로 작게 하는 제어신호를 입력한 경우, 정전류 소자(6)를 제어하고 정전류 소자(6)의 정전류값을 작게 하고 또한 출력소자(5)를 제어하여 출력소자(5)를 온 계속 동작시킨다.

인터페이스 회로(73)는 조명부하(2)의 광출력을 제어하는 조광신호를 입력하고, 제어회로(72)에 출력전력(POUT)을 제어하는 제어신호로서 출력한다. 조광신호는 예를 들어 위상제어신호, PWM 조광신호, DALI(Digital Addressable Lighting Interface) 신호, LAN 등의 무선 또는 유선의 통신신호, 센서의 출력신호 등이다.

조광신호가 예를 들어 위상제어신호의 경우, 인터페이스 회로(73)는 예를 들어 조광기(8)에 의해 위상 제어된 교류전압을 소정값과 비교하여 조광기(8)의 도통기간 및 차단기간을 검출하고 제어신호를 생성할 수 있다.

조광신호가 예를 들어 PWM 신호인 경우, 인터페이스 회로(73)는 예를 들어 듀티비에 기초하여 제어신호를 생성할 수 있다.

조광신호가 예를 들어 DALI 신호인 경우, 인터페이스 회로(73)는 예를 들어 마이크로컴퓨터, 예를 들어 논리회로를 갖고 DALI 신호를 디코드하여 제어신호로서 출력한다.

조광신호가 예를 들어 무선 또는 유선의 통신신호인 경우 인터페이스 회로(73)는 예를 들어 통신신호를 복조하는 수신회로와, 복조한 신호를 디코드하여 제어신호로서 출력하는 마이크로컴퓨터나 논리회로를 가질 수 있다.

조광신호가 예를 들어 센서의 출력신호인 경우, 인터페이스 회로(73)는 예를 들어 센서의 출력신호를 수신하는 수신소자와, 수신소자에 의해 수신한 신호를 해석하는 해석회로를 가질 수 있다. 또한, 센서는 조명용 전원(3f)의 외부에 설치된다. 또한, 센서로서는 예를 들어 원적외 센서, 근적외 센서, 초음파 센서, 근접 센서, 가속도 센서, 중력 센서, 소리 센서(음압 센서), 색 센서(파장 센서) 등을 포함할 수 있다.

또한, 인터페이스 회로(73)는 외부로부터 입력되는 조광신호를 사용하지 않고 입력전력(PIN), 또는 입력전력(PIN)과 출력전력(POUT)에 기초하여 제어신호를 생성해도 좋다. 예를 들어, 전원(7)으로부터 조명용 전원(3f)에 공급되는 입력전력(PIN)의 변화에 따라서 출력전력(POUT)을 제어할 수도 있다. 예를 들어, 조광기(8)에 의해 위상 제어한 교류 전원을 정류한 전원에 있어서는 조광기(8)에 의해 입력전력(PIN)을 변화시킬 수 있다. 또한, 전원(7)의 전원 전압(VIN)의 변화에 따라서 출력을 제어할 수도 있다.

이 경우, 인터페이스 회로(73)는 입력전력(PIN), 또는 입력전력(PIN)과 출력전력(POUT)의 전력차가 상대적으로 큰 경우, 제어신호로서 조명부하(2)로의 출력을 상대적으로 크게 하는 제어신호를 생성한다. 또한, 인터페이스 회로(73)는 입력전력(PIN), 또는 입력전력(PIN)과 출력전력(POUT)의 전력차가 상대적으로 작은 경우, 조명부하(2)로의 출력을 상대적으로 작게 하는 제어신호를 생성한다.

전원(7)은 직류를 급전할 수 있으면 좋고, 예를 들어 전지, 태양광 발전과 이차전지로 구성된 전원, USB 전원, LAN 전원 등이고, 예를 들어 상용 전원 등의 교류 전원을 정류한 전원이다. 또한, 교류 전원을 정류한 전원은 예를 들어 전파정류한 전원이며, 예를 들어 평활 컨덴서에 의해 평활화한 전원이다.

도 4는 조광기를 포함하는 직류 전원을 예시하는 회로도이다.

도 4에 나타낸 바와 같이 전원(7)은 조광기(8)와 정류회로(9)와 평활 컨덴서(40)를 갖는다.

조광기(8)는 2선식 위상 제어 조광기이다. 조광기(8)는 교류전원(76)에 접속되고, 한쌍의 전원 라인의 한쪽에 직렬로 삽입된다. 이와 같이 조광기(8)는 한쌍의 전원 라인에 직렬로 삽입되어도 좋다.

조광기(8)는 전원 라인에 직렬로 삽입된 트라이액(12), 트라이액(12)과 병렬로 접속된 위상회로(13)와, 트라이액(12)의 게이트와 위상회로(13) 사이에 접속된 다이액(14)을 갖는다.

트라이액(12)은 통상 오프의 상태이고, 게이트에 펄스 신호가 입력되면 온한다. 트래이액(12)은 교류의 전원전압(VIN)이 양극성(正極性)일 때와 음극성(負極性)일 때의 쌍방향으로 전류를 흘릴 수 있다.

위상회로(13)는 가변저항(15)과 컨덴서(16)로 구성되고, 컨덴서(16)의 양단에 위상이 지연된 전압을 생성한다. 또한, 가변 저항(15)의 저항값을 변화시키면, 시정수(時定數)가 변화되고 지연시간이 변화된다.

다이액(14)은 위상회로(13)의 컨덴서에 충전되는 전압이 일정값을 초과하면 펄스 전압을 생성하고 트라이액(12)을 온시킨다.

조광기(8)는 위상회로(13)의 시정수를 변화시켜 다이액(14)이 펄스를 생성하는 타이밍을 제어함으로써, 트라이액(12)이 온하는 타이밍을 조정할 수 있다.

정류회로(9)는 조광기(8)를 통하여 교류전원전압을 입력하고, 직류전압을 출력한다. 정류회로(9)는 다이오드 브리지로 구성되어 있다. 정류회로(9)는 조광기(8)에 의한 조광도에 따라서 전압이 변화되는 직류전압을 출력한다. 또한, 정류회로(9)는 조광기(8)로부터 입력되는 교류전압을 정류할 수 있으면 좋고, 다른 구성이어도 좋다. 또한, 정류회로(9)의 입력측에는 조명용 전원(3f)에서 발생하는 노이즈를 감소시키는 컨덴서가 접속되어 있다.

평활 컨덴서(40)는 정류회로(9)의 고전위 단자(9a)와 저전위 단자(9b) 사이에 접속된다. 평활 컨덴서(40)는 정류회로(9)에 의해 정류된 직류 전압을 평활화한다.

또한, 조명용 전원(3f)에서는 전원(7)으로서 직류전원이 접속되는 구성을 예시하고 있지만, 정류회로(9)와 평활컨덴서(40)를 조명용 전원(3f)에 포함하여 조명용 전원(3f)이 교류 전원(76)으로부터 전력이 공급되는 구성으로 해도 좋다.

스위칭 전원은 출력소자(5)가 저항이 낮은 온의 상태와 전류가 흐르지 않는 오프의 상태를 반복하는 스위칭 동작을 하므로 저소비 전력·고효율의 전원이다.

본 실시형태에서는 출력전력(POUT)이 소정값(소정 전력) 이상일 때 스위칭 동작하고, 출력전력(POUT)이 소정 전력보다 작으면 시리즈 레귤레이터와 같은 동작을 한다. 출력전력(POUT)이 큰 경우에는 입력과 출력의 전위차(ΔV)와 전류의 곱이 크고, 시리즈 레귤레이터의 동작을 실시하면 손실이 커진다. 따라서, 출력전력(POUT)이 큰 경우에 스위칭 동작을 하는 것은 저소비전력화에 적합하다. 또한, 출력전력(POUT)이 작은 경우에는 손실이 작으므로, 시리즈 레귤레이터로서 동작을 하는 것은 문제없다.

또한, 본 실시형태에서는 출력전력(POUT)이 소정값(소정 전력)보다 작을 때에는 출력소자(5)는 오프의 상태가 되지 않고 온의 상태를 계속한 채로 전류가 진동하고, 전류의 평균값으로 조명부하(2)를 점등시킨다(도 3b, 도 3c). 또한, 출력전력(POUT)이 더욱 작을 때에는 출력소자(5)는 온의 상태를 계속한 채로, 직류전류를 조명부하(2)에 출력하여 점등시킨다(도 3a). 그 결과, 본 실시형태에서는 출력전류를 제로까지 연속적으로 변화시킬 수 있다. 또한, 조명장치(1f)에서의 조명부하(2)를 원활하게 소등할 수 있다.

따라서, 본 실시형태에서는 출력전력(POUT)에 따라서 출력소자(5)의 스위칭 동작시에서의 최대값으로부터 출력소자(5)의 온의 상태를 계속한 채로 직류전류를 출력할 때의 최소값까지 출력전력(POUT)을 연속적으로 변화시킬 수 있다. 또한, 조명장치(1f)에서의 조명부하(2)를 연속적으로 0~100%의 범위에서 조광할 수 있다.

또한, 도 3b, 도 3c에서는 출력소자(5)는 오프의 상태가 되지 않고 온의 상태를 계속한 채로 전류가 진동하고, 출력전력(POUT)이 커지면 전류의 변동폭이 커지는 동작을 예시하고 있다. 그러나, 출력소자(5)는 출력전력(POUT)이 소정값 이상일 때 온의 상태와 오프의 상태를 반복하는 스위칭 동작을 하여 발진하고(도 3d), 출력전력(POUT)이 소정값 보다도 작을 때 온의 상태를 계속하여 직류전류를 출력하는 동작을 해도 좋다(도 3a). 즉, 출력소자(5)는 오프의 상태가 되지 않고 온의 상태를 계속한 채로 전류가 진동하는 동작(도 3b, 도 3c)을 하지 않아도 좋다.

(제 2 실시형태)

도 5a 내지 도 5d는 제 2 실시형태에서의 출력소자의 전류파형을 예시하는 파형도로, 도 5a는 온 계속 동작, 도 5b 및 도 5c는 온 계속 동작과 스위칭 동작으로 전환되는 동작, 도 5d는 스위칭 동작의 경우이다. 또한, 도 5에서는 횡축을 시간(t)으로 하여 출력소자(5)의 전류(I5)의 파형을 나타내고 있다.

제 2 실시형태는 제 1 실시형태와 비교하여 출력소자(5)의 동작이 다르다.

도 5a에 나타낸 바와 같이 출력전력(POUT)이 상대적으로 작은 제 1 출력 이하일 때에는 시간(t)의 전 기간이, 출력소자(5)의 온 계속 동작을 하는 제 1 기간(T1)이 되어 있다. 정전류 소자(6)로 제한된 거의 일정한 직류전류가 출력소자(5)에 흐른다. 출력소자(5)가 일정한 직류전류를 출력하는 상태에서는 조명용 전원(3f)은 시리즈 레귤레이터와 같은 동작을 한다.

도 5b, 도 5c에 나타낸 바와 같이 출력전력(POUT)이 제 1 출력보다 높아지면, 출력소자(5)는 온 계속 동작을 하는 제 1 기간(T1)과, 스위칭 동작을 하는 제 2 기간(T2)을 반복하는 동작을 한다. 또한, 출력소자(5)의 진동하는 전류의 피크값은 정전류 소자(6)의 정전류값으로 제한된 값이 된다. 또한, 출력소자(5)의 온 계속 동작을 하는 제 1 기간(T1)과, 스위칭 동작을 하는 제 2 기간(T2)은 출력전력(POUT)에 따라서 변화된다. 예를 들어, 도 5c는 도 5b의 경우보다도 출력전력(POUT)이 큰 경우를 나타내고, 제 2 기간(T2)이 제 1 기간(T1)에 대하여 길어지고 있다.

도 5d에 나타낸 바와 같이 출력전력(POUT)이 상대적으로 큰 제 2 출력 이상일 때는, 시간(t)의 전 기간이 출력소자(5)의 스위칭 동작을 하는 제 2 기간(T2)이 된다. 이 때, 조명용 전원(3f)은 스위칭 전원으로서 동작한다. 또한, 제 2 출력은 제 1 출력보다 큰 출력값이다.

이와 같이 제어회로(72)는, 출력소자(5)를 제 1 기간(T1)은 온 계속 동작, 제 2 기간은 스위칭 동작으로 전환하여 평균 전력을 연속적으로 변화시킨다. 그 결과, 출력전력(POUT)을 최대값과 최소값 사이에서 연속적으로 변화시킬 수 있다. 또한, 조명장치(1f)에서의 조명부하(2)를 연속적으로 0~100% 범위에서 조광할 수 있다.

본 실시형태에서도 제 1 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

(제 3 실시형태)

다음에 제 3 실시형태에 대해서 설명한다.

도 6a 내지 도 6h는 제 3 실시형태에 관한 조명용 전원을 포함하는 조명장치를 예시하는 블럭도이다.

도 6a 내지 도 6h에 나타낸 바와 같이 조명장치(1)는 조명부하(2)와 조명부하(2)에 전력을 공급하는 조명용 전원(3)을 구비하고 있다. 제 3 실시형태의 조명용 전원(3)을 포함하는 조명장치(1)는 제 1 실시형태의 조명장치(1f)와 비교하여 조명용 전원(3f)의 구성이 다르다. 조명부하(2)에 대해서는 제 1 실시형태에서의 조명부하(2)와 동일하다.

조명용 전원(3)은 출력소자(5)와, 출력소자(5)와 직렬로 접속된 출력소자(5)를 흐르는 전류를 제어하는 정전류 소자(6)와, 출력소자(5)를 구동하는 제 1 구동회로(70)를 갖고 있다.

출력소자(5)는 조명부하(2)와 전원(7) 사이에 접속되어 있다. 출력소자(5)는 출력소자(5)를 정전류로 동작시킨 조건으로, 전원(7)과 조명부하(2) 사이의 전력차, 전위차 및 전류차 중 적어도 어느 하나인 소정량이 상대적으로 클 때, 즉 제 1 값 이상일 때 온의 상태와 오프의 상태를 반복하는 스위칭 동작을 하고, 소정량이 상대적으로 작을 때, 즉 제 1 값보다 작을 때 온의 상태를 유지한다.

여기에서, 소정량이라는 것은 전원(7)으로부터 공급되는 입력전압(전원전압 (VIN)), 입력전류 및 입력전력(PIN) 중 적어도 어느 하나의 입력량과, 조명부하(2)에 출력되는 출력전압(VOUT), 출력전류(IOUT) 및 출력전력(POUT) 중 적어도 하나의 제어량과의 차량(差量)이다.

예를 들어 제어량이 출력전압(VOUT)인 경우에는 소정량은 전원전압(VIN)과 출력전압(VOUT)의 전위차(ΔV)이다. 이 경우, 출력소자(5)는 전원전압(VIN)과 조명부하(2)에 출력하는 출력전압(VOUT)과의 전위차(ΔV)(=VIN-VOUT)이 상대적으로 클 때(제 1 값 이상일 때) 온의 상태와 오프의 상태를 반복하는 스위칭 동작을 하고, 전원(7)과 조명부하(2) 사이의 전위차(ΔV)가 상대적으로 작을 때(제 1 값보다도 작을 때) 온의 상태를 유지하는 온 계속 동작을 한다.

또한, 예를 들어 제어량이 출력전류(IOUT)인 경우, 소정량은 출력전류(IOUT)와 입력전류의 전류차(ΔI)이다. 이 경우, 출력소자(5)는 전원(7)으로부터 공급되는 입력전류와 조명부하(2)에 출력하는 출력전류(IOUT)의 전류차(ΔI)가 상대적으로 클 때(제 1 값 이상일 때) 온의 상태와 오프의 상태를 반복하는 스위칭 동작을 하고, 전원(7)과 조명부하(2) 사이의 전류차(ΔV)가 상대적으로 작을 때(제 1 값보다도 작을 때) 온의 상태를 유지하는 온 계속 동작을 한다.

또한, 예를 들어 제어량이 출력전력(POUT)인 경우, 소정량은 입력전력(PIN)과 출력전력(POUT)으로서 출력과의 전력차(ΔP)이다. 상기 전력차(ΔP)는 조명용 전원(1)의 손실을 의미한다. 이 경우, 출력소자(5)는 출력소자(5)를 정전류로 동작시킨 조건에서, 전원(7)으로부터 공급되는 입력전력(PIN)과 조명부하(2)에 출력하는 출력전력(POUT)과의 전력차(ΔP)(=PIN-POUT)이 상대적으로 클 때(제 1 값 이상일 때) 온의 상태와 오프의 상태를 반복하는 스위칭 동작을 하고, 전원(7)과 조명부하(2) 사이의 전력차(ΔP)가 상대적으로 작을 때(제 1 값보다 작을 때) 온의 상태를 유지하는 온 계속 동작을 한다.

또한, 소정량은 전원(7)으로부터 공급되는 입력전압[전원전압(VIN)], 입력전류, 입력전력(PIN), 조명부하(2)에 출력되는 출력전압(VOUT), 출력전류(IOUT) 및 출력전력(POUT) 중 적어도 어느 것으로 해도 좋다. 또한, 소정량은 출력소자(5)의 소비전력으로 해도 좋다.

본 실시형태에서의 출력소자(5)는 예를 들어 전원(7)의 전원전압(VIN)과 조명부하(2)에 출력하는 출력전압(VOUT)과의 전위차[ΔV(=VIN-VOUT)이 상대적으로 클 때(제 1 값 이상일 때) 온의 상태와 오프의 상태를 반복하는 스위칭 동작을 하고, 전원(7)과 조명부하(2) 사이의 전위차(ΔV)가 상대적으로 작을 때(제 1 값 보다도 작을 때) 온의 상태를 유지한다.

제 1 구동회로(70)는 출력소자(5)의 제어단자에 전위를 공급하고, 출력소자(5)를 온의 상태 또는 오프의 상태로 제어한다.

다시 도 3a 내지 도 3d를 참조하여 본 실시형태에서의 출력소자의 동작에 대해서 소정량이 전원(7)과 조명부하(2) 사이의 전위차(ΔV)인 경우를 예로 들어 설명한다.

도 3a 내지 도 3d의 순서로 전원(7)과 조명부하(2) 사이의 전위차(ΔV)(소정량)이 커지는 경우의 출력소자(5)의 전류(I5)의 파형을 모식적으로 나타내고 있다.

도 3a에 나타낸 바와 같이 전위차(ΔV)가 상대적으로 작을 때 출력소자(5)는 온의 상태를 계속하고(온 계속 동작), 정전류 소자(6)로 제한된 거의 일정한 직류전류가 흐른다. 출력소자(5)가 일정한 직류전류를 출력하는 상태에서는 조명용 전원(3)이 시리즈 레귤레이터와 같은 동작을 하고 있다.

도 3b에 나타낸 바와 같이 전위차(ΔV)가 커지면, 출력소자(5)는 온의 상태를 계속한 채로(온 계속 동작) 전류가 진동한다. 또한, 도 3c에 나타낸 바와 같이 전위차(ΔV)가 더욱 커지면, 전위차(ΔV)에 따라서 출력소자(5)의 전류의 변동폭은 커진다.

이와 같이 전위차(ΔV)가 커지면, 출력소자(5)는 예를 들어 불완전하게 발진하고 있는 상태가 되고 출력소자(5)의 전류는 진동하게 된다. 그러나, 전위차(ΔV)가 소정값보다 작을 때 출력소자(5)는 오프의 상태가 되지 않고 온의 상태를 계속한다. 또한, 출력소자(5)의 진동하는 전류의 피크값은 정전류 소자(6)의 정전류값으로 제한된 값이 된다. 또한, 출력소자(5)의 진동주기(T)는 전류의 변동폭에 따라서 변화된다.

그리고, 도 3d에 나타낸 바와 같이 전위차(ΔV)가 소정값(제 1 값) 이상일 때, 출력소자(5)는 온의 상태와 오프의 상태를 반복하는 스위칭 동작을 하여 발진한다. 이 때 조명용 전원(3)은 스위칭 전원으로서 동작하고 있다.

스위칭 전원은 출력소자(5)가 저항이 낮은 온의 상태와 전류가 흐르지 않는 오프의 상태를 반복하는 스위칭 동작을 하므로 저소비전력·고효율의 전원이다. 본 실시형태에서는 전위차(ΔV)가 소정값보다 크면 스위칭 동작하고, 전위차(ΔV)가 작으면 시리즈 레귤레이터와 같은 동작을 한다. 전위차(ΔV)가 큰 경우에는 전위차(ΔV)와 전류의 곱이 크고 시리즈 레귤레이터의 동작을 실시하면 손실이 커진다. 따라서, 전위차(ΔV)가 큰 경우에 스위칭 동작을 하는 것은 저소비 전력화에 적합하다. 또한, 전위차(ΔV)가 작은 경우에는 손실은 작으므로 시리즈 레귤레이터로서 동작을 하는 것은 문제없다.

또한, 본 실시형태에서는 전위차(ΔV)가 소정값(제 1 값)보다 작을 때에는 출력소자(5)는 오프의 상태가 되지 않고 온의 상태를 계속한 채로 전류가 진동하고, 전류의 평균값으로 조명부하(2)를 점등시킨다(도 3b, 도 3c). 또한, 전위차(ΔV)가 더욱 작을 때, 즉 제 1 값보다 작은 제 2 값 이하일 때에는 출력소자(5)는 온의 상태를 계속한 채, 직류전류를 조명부하(2)에 출력하여 점등시킨다(도 3a). 그 결과, 본 실시형태에서는 출력전류를 제로까지 연속적으로 변화시킬 수 있다. 또한, 조명장치(1)에서의 조명부하(2)를 원활하게 소등할 수 있다.

따라서, 본 실시형태에서는 전위차(ΔV)에 따라서 출력소자(5)의 스위칭 동작시에서의 최대값으로부터 출력소자(5)의 온의 상태를 계속한 채로 직류전류를 출력할 때의 최소값까지 출력전류(IOUT)를 연속적으로 변화시킬 수 있다. 또한, 조명장치(1)에서의 조명부하(2)를 연속적으로 0~100 % 범위에서 조광할 수 있다.

또한, 도 3a 내지 도 3c에서 출력소자(5)는 오프의 상태가 되지 않고 온 상태를 계속한 채로 전류가 진동하고, 전위차(ΔV)가 커져 제 2 값 이상이 되면 전류의 변동폭이 커지는 동작을 예시하고 있다(도 3b, 도 3c). 그러나, 출력소자(5)는 전위차(ΔV)가 소정값(제 1 값) 이상일 때 온의 상태와 오프의 상태를 반복하는 스위칭 동작을 하여 발진하고(도 3d), 전위차(ΔV)가 소정값(제 1 값) 보다도 작은 제 2 값 이하일 때 온의 상태를 계속하여 직류전류를 출력하는 동작을 해도 좋다(도 3a). 즉, 출력소자(5)는 오프의 상태가 되지 않고 온 상태를 계속한 채로 전류가 진동하는 동작(도 3b, 도 3c)을 하지 않아도 좋다.

또한, 출력소자(5)가 오프 상태일 때에는 예를 들어 조정소자 등으로 출력전류(IOUT)를 흐르게 하는 구성으로 해도 좋다.

이와 같이 본 실시형태에서는 출력소자가 전원과 조명부하 사이의 전위차가 상대적으로 크면 발진하여 발진전류를 출력하고, 전위차가 상대적으로 작으면 발진을 정지하여 직류전류를 출력한다. 그 결과, 출력전류의 가변범위를 넓힐 수 있다. 또한, 조명장치의 조광범위를 넓힐 수 있다.

(제 4 실시형태)

도 7은 제 4 실시형태에 관한 조명용 전원을 포함하는 조명장치를 예시하는 회로도이다.

도 7에 나타낸 바와 같이 제 4 실시형태는 제 3 실시형태와 비교하여 조명용 전원(3)에 조광기(8), 정류회로(9) 및 정전류 회로(10)가 추가되고, 출력소자 및 정전류 소자를 갖는 DC-DC컨버터(11)의 구성이 예시되어 있는 점이 다르다. 또한, 조명장치(1a)는 조명부하(2)와 조명용 전원(3a)을 구비하고 있다. 조명부하(2)에 대해서는 제 1 실시형태에서의 조명부하(2)와 동일하다.

조명용 전원(3a)은 교류전원(76)을 위상제어하는 조광기(8), 위상 제어된 교류전압을 직류로 변환하는 정류회로(9), 조광기(8)가 위상제어하는 데에 필요한 정전류를 흘리는 정전류 회로(10), 출력전압(VOUT)을 생성하는 DC-DC컨버터(11)를 갖는다. 또한, 교류전원(76)은 예를 들어 상용전원이다.

조광기(8)는 교류전원(76)에 접속되고, 전원전압(VIN)을 공급하는 한쌍의 전원라인의 일방에 직렬로 삽입된다. 이와 같이 조광기(8)는 전원전압(VIN)을 공급하는 한쌍의 전원라인에 직렬로 삽입되어도 좋다. 또한, 조광기(8)는 제 1 실시형태의 전원(7)에서의 조광기(8)와 동일하다.

정류회로(9)는 조광기(8)를 통하여 교류의 전원전압(VIN)을 입력하고 직류전압(VRE)을 출력한다. 정류회로(9)는 다이오드브리지로 구성되어 있다. 정류회로(9)는 조광기(8)에 의한 조광도에 따라서 전압이 변화되는 직류전압(VRE)을 출력한다. 또한, 정류회로(9)는 조광기(8)로부터 입력되는 교류전압을 정류할 수 있으면 좋고 다른 구성이어도 좋다. 또한, 정류회로(9)의 입력측에는 DC-DC컨버터에서 발생하는 노이즈를 감소시키는 컨덴서가 접속되어 있다.

정전류 회로(10)는 트랜지스터(17), 트랜지스터(17)를 바이어스하는 저항(18)과 제너-다이오드(19), 초크 코일(20), 다이오드(21)를 갖는다.

트랜지스터(17)는 예를 들어 FET이고 노멀리온(normally-on)형의 소자이다. 트랜지스터(17)의 드레인은 초크 코일을 통하여, 정류회로(9)의 고전위 단자(9a)에 접속되고, 트랜지스터(17)의 소스는 병렬로 접속된 저항(18)과 제너 다이오드(19)를 통하여 정류회로(9)의 저전위 단자(9b)에 접속된다. 트랜지스터(17)의 게이트는 정류회로(9)의 저전위 단자(9b)에 접속된다. 또한, 정류회로(9)의 고전위 단자(9a)는 다이오드(21)를 통하여 DC-DC컨버터(11)에 접속된다.

정전류 회로(10)는 조광기(8)의 위상 회로(13)를 동작시키는 정전류를 흘리는 회로이다. 위상 회로(13)와 비교하여 임피던스가 작은 소자를 정류회로(9)의 부하로서 접속함으로써, 후단의 DC-DC컨버터(11)의 입력 임피던스의 영향을 억제하고, 조광기(8)를 안정적으로 동작시킬 수 있다.

평활 컨덴서(40)는 정전류 회로(10)의 다이오드(21)의 캐소드와 정류회로(9)의 저전위 단자(9b) 사이에 접속된다.

DC-DC컨버터(11)는 출력소자(5a), 정전류 소자(6a), 정류소자(22), 인덕터(23), 출력소자(5a)를 구동하는 귀환권선(제 1 구동회로)(24), 결합 컨덴서(25), 분할저항(26, 27), 출력 컨덴서(28), 바이어스 저항(29)을 갖고 있다.

출력소자(5a) 및 정전류 소자(6a)는 예를 들어 전계효과 트랜지스터(FET)이고 예를 들어 고 전자이동도 트랜지스터(High Electron Mobility Transistor: HEMT)이고 노멀리온형의 소자이다.

출력소자(5a)의 드레인은 정전류 회로(10)를 통하여 정류회로(9)의 고전위 단자(9a)에 접속된다. 출력소자(5a)의 소스는 정전류 소자(6a)의 드레인에 접속되고, 출력소자(5a)의 게이트는 결합 컨덴서(25)를 통하여 귀환권선(24)의 일단에 접속된다.

정전류 소자(6a)의 소스는 인덕터(23)의 일단과 귀환권선(24)의 타단에 접속되고, 정전류 소자(6a)의 게이트에는 정전류 소자(6a)의 소스 전위를 분할 저항(26, 27)으로 분할한 전압이 입력된다.

또한, 바이어스 저항(29)은 출력소자(5a)의 드레인과 정전류 소자(6a)의 소스 사이에 접속되고, 분할저항(26, 27)에 직류 전압을 공급한다. 그 결과, 정전류 소자(6a)의 게이트에는 소스보다도 낮은 전위가 공급된다.

또한, 인덕터(23)와 귀환권선(24)은 인덕터(23)의 일단으로부터 타단에 증가하는 전류가 흐를 때, 출력소자(5a)의 게이트에 양극성의 전압이 공급되는 극성으로 자기 결합하고 있다.

또한, 출력소자(5a)의 게이트와 정전류 소자(6a)의 게이트에는 각각 보호 다이오드가 접속된다.

정류소자(22)는 정전류 소자(6a)의 소스와 정류회로(9)의 저전위 단자(9b) 사이에 저전위 단자(9b)로부터 정전류 소자(6a)의 방향을 순방향으로 하여 접속되어 있다.

인덕터(23)의 타단은 고전위 출력단자(30)에 접속되고, 정류회로(9)의 저전위 단자(9b)는 저전위 출력단자(31)에 접속된다. 또한, 출력 컨덴서(28)는 고전위 출력단자(30)와 저전위 출력단자(31) 사이에 접속된다.

조명부하(2)는 고전위 출력단자(30)와 저전위 출력단자(31) 사이에 출력 컨덴서(28)와 병렬로 접속된다.

다음에, 조명용 전원(3a)의 동작에 대해서 설명한다. 또한, 조광기(8), 정류회로(9), 및 정전류 회로(10)에 대해서는 이미 설명했으므로, 주로 DC-DC컨버터(11)의 동작에 대해서 설명한다.

우선, 조광기(8)의 조광도가 거의 100%로 설정되고, 입력되는 교류전압이 거의 그대로 전달되는 경우, 즉 DC-DC컨버터(11)에 가장 높은 직류전압이 입력되는 경우에 대해서 설명한다.

전원전압(VIN)이 조명용 전원(3a)에 공급될 때, 출력소자(5a) 및 정전류 소자(6a)는 노멀리온형의 소자이므로 모두 온하고 있다. 그리고, 출력소자(5a), 정전류 소자(6a), 인덕터(23), 출력 컨덴서(28)의 경로로 전류가 흐르고, 출력 컨덴서(28)가 충전된다. 출력 컨덴서(28)의 양단의 전압, 즉 고전위 출력단자(30)와 저전위 출력단자(31) 사이의 전압은 조명용 전원(3a)의 출력전압(VOUT)으로서 조명 부하(2)의 조명광원(4)에 공급된다. 또한, 출력소자(5a) 및 정전류 소자(6a)가 온하고 있으므로, 정류소자(22)에는 역전압이 인가된다. 정류소자(22)에는 전류는 흐르지 않는다.

출력전압(VOUT)이 소정 전압에 도달하면, 조명광원(4)에 출력전류(IOUT)가 흐르고 조명광원(4)이 점등한다. 이 때, 출력소자(5a), 정전류 소자(6a), 인덕터(23), 출력 컨덴서(28) 및 조명광원(4)의 경로로 전류가 흐른다. 예를 들어, 조명광원(4)이 LED인 경우, 이 소정 전압은 LED의 순방향 전압이고, 조명광원(4)에 따라서 정해진다. 또한, 조명광원(4)이 소등한 경우 출력전류(IOUT)가 흐르지 않으므로, 출력 컨덴서(28)는 출력전압(VOUT)의 값을 유지한다.

DC-DC컨버터(11)에 입력되는 직류전압이 출력전압(VOUT)과 비교하여 충분히 높은, 즉 입출력간의 전위차(ΔV)가 충분히 크므로, 인덕터(23)를 흐르는 전류는 증가해간다. 귀환권선(24)은 인덕터(23)와 자기 결합하고 있으므로 귀환권선(24)에는 결합 컨덴서(25)측을 고전위로 하는 극성의 기전력이 유기(誘起)된다. 그 때문에, 출력소자(5a)의 게이트에는 결합 컨덴서(25)를 통하여 소스에 대하여 양의 전위가 공급되고, 출력소자(5a)는 온의 상태를 유지한다.

FET로 구성된 정전류 소자(6a)를 흐르는 전류가 상한값을 초과하면, 정전류 소자(6a)의 드레인·소스간 전압은 급격하게 상승한다. 그 때문에, 출력소자(5a)의 게이트·소스간 전압이 임계값 전압보다 낮아지고 출력소자(5a)는 오프된다. 또한, 상한값은 정전류 소자(6a)의 포화전류값이고, 분할저항(26, 27)으로부터 정전류 소자(6a)의 게이트에 입력되는 전위에 의해 규정된다. 또한, 상기와 같이 정전류 소자(6a)의 게이트 전위는 소스에 대하여 음(負)전위이므로 포화전류값을 적정값으로 제한할 수 있다.

인덕터(23)는 정류소자(22), 출력 컨덴서(28) 및 조명부하(2), 인덕터(23)의 경로로 전류를 계속 흐르게 할 수 있다. 이 때, 인덕터(23)는 에너지를 방출하므로, 인덕터(23)의 전류는 감소되어 간다. 그 때문에, 귀환권선(24)에는 결합 컨덴서(25)측을 저전위로 하는 극성의 기전력이 유기된다. 출력소자(5a)의 게이트에는 결합 컨덴서(25)를 통하여 소스에 대하여 음(負)의 전위가 공급되고, 출력소자(5a)는 오프의 상태를 유지한다.

인덕터(23)에 축적되어 있던 에너지가 제로가 되면, 인덕터(23)를 흐르는 전류는 제로가 된다. 귀환권선(24)에 유기되는 기전력의 방향이 다시 반전되고, 결합 컨덴서(25)측을 고전위로 하는 기전력이 유기된다. 이에 의해, 출력소자(5a)의 게이트에 소스보다 높은 전위가 공급되고 출력소자(5a)가 온된다. 이에 의해 상기 출력전압(VOUT)이 소정 전압에 도달한 상태로 되돌아간다.

이후, 상기 동작을 반복한다. 이에 의해, 출력소자(5a)의 온 및 오프로의 전환이 자동적으로 반복되고 조명광원(4)에는 전원전압(VIN)을 강하한 출력전압(VOUT)이 공급된다. 또한, 조명광원(4)에 공급되는 전류는 정전류 소자(6a)에 의해 상한값이 제한된 정전류가 된다. 그 때문에, 조명광원(4)을 안정적으로 점등시킬 수 있다.

조광기(8)의 조광도가 100% 보다도 작은 값으로 설정되고, 입력되는 교류전압이 위상제어되어 전달되는 경우, 즉 DC-DC컨버터(11)에 높은 직류전압이 입력되는 경우에 대해서도, 출력소자(5a)가 발진을 계속할 수 있는 경우에는 상기와 동일하다. 조광기(8)의 조광도에 따라서 DC-DC컨버터(11)에 입력되는 직류전압의 값이 변화되고, 출력전류(IOUT)의 평균값을 제어할 수 있다. 따라서, 조광도에 따라서 조명부하(2)의 조명광원(4)을 조광할 수 있다.

또한, 조광기(8)의 조광도가 더욱 작은 값으로 설정되는 경우, 즉 DC-DC컨버터(11)에 입력되는 직류 전압이 더욱 낮은 경우, 출력소자(5a)가 온해도 인덕터(23)의 양단의 전위차가 작으므로, 인덕터(23)를 흐르는 전류가 증가할 수 없다. 따라서, 출력소자(5a)는 오프 상태가 되지 않고 일정한 직류전류를 출력한다.

도 8a 내지 도 8h는 조명용 전원의 주요한 신호를 나타내는 파형도이다.

도 8a 내지 도 8h에서는 도 8a 내지 도 8h의 순서로 조광기(8)의 조광도가 작아지는 경우의, 정류회로(9)의 직류전압(VRE), 조명용 전원(3a)의 출력전류(IOUT), 정류소자(22)의 전압(VD)의 측정값을 나타내고 있다.

도 8a 내지 도 8c에 나타낸 바와 같이 조광도가 클 때, 출력소자(5a)는 온 상태와 오프 상태를 반복하는 스위칭 동작을 하여 발진하고, 정류소자(22)의 전압(VD)는 발진파형이 된다. 또한, 조광기(8)의 조광도에 따른 제어를 하고 있지 않으므로 출력전류(IOUT)는 거의 일정해져 있다.

도 8d 내지 도 8f에 나타낸 바와 같이 조광도가 저하되면 DC-DC컨버터(11)에 입력되는 전압의 리플 때문에, 출력소자(5a)가 온 상태를 계속하고, 온 상태와 오프 상태를 반복하는 스위칭 동작을 정지하는 기간이 발생한다. 출력소자(5)의 전류(I5)의 평균값은 조광도에 따라서 변화되므로, 출력전류(IOUT)의 평균값은 조광도에 따라서 변화된다.

도 8g, 도 8h에 나타낸 바와 같이 조광도가 더욱 저하되면 출력소자(5a)는 온의 상태를 계속하고 직류전류(I5)가 흐르므로, 정류소자(22)의 전압(VD)은 직류전압이 된다. 직류전류(I5)의 값은 조광도에 따라서 변화되므로, 출력전류(IOUT)는 조광도에 따라서 변화된다.

이와 같이 본 실시형태에서는 조광기의 조광도에 따라서 노멀리온형의 출력소자가 온 상태와 오프 상태를 반복하는 스위칭 동작을 하여 발진하고, 또는 온 상태를 계속하여 직류 전류를 출력한다. 그 결과, 출력전류를 최대값부터 제로까지 연속적으로 변화시킬 수 있다. 또한, 조명장치에서의 조명부하를 원활하게 소등시킬 수 있다.

도 9는 제 5 실시형태에 관한 조명용 전원을 포함하는 조명장치를 예시하는 회로도이다.

도 9에 나타낸 바와 같이 제 5 실시형태는 제 4 실시형태와 비교하여 DC-DC 컨버터(11)에서의 정전류 소자(6a)의 게이트 전위를 생성하는 구성이 다르다. 즉, 조명용 전원(3b)은 저항(52, 53, 56), 컨버터(54), 다이오드(58)가 추가되어 있다. 조광기(8), 정류회로(9), 정전류 회로(10a), DC-DC 컨버터(11)의 구성에 대해서는 제 2 실시형태와 동일하다.

저항(52, 53)은 정전류 회로(10)의 다이오드(21)의 애노드와 정류회로(9)의 저전위 단자(9b) 사이에 직렬로 접속되어 있다. 또한, 컨덴서(54)는 저항(53)과 병렬로 접속된다. 저항(53)의 전압은 다이오드(58), 저항(56)을 통하여 분할저항(26, 27)의 접속점에 공급된다. 저항(52)과 컨덴서(54)는 로우패스필터 또는 적분회로를 구성하고 저항(53)에는 정류회로(9)의 직류전압(VRE)을 평활화한 전압이 생성된다.

저항(53)의 전압은 조광기(8)의 조광도에 따라서 변화되므로 정전류 소자(6a)의 게이트 전위를, 조광도에 따라서 변화시킬 수 있다.

도 10은 제 5 실시형태에 관한 조명용 전원의 주요한 신호를 나타내는 파형도이다.

도 10a 내지 도 10h에서는 도 10a 내지 도 10h의 순서로, 조광기(8)의 조광도가 커지는 경우의, 정류회로(9)의 직류전압(VRE), 조명용 전원(3b)의 출력전류(IOUT), 정류소자(22)의 전압(VD)의 측정값을 나타내고 있다.

도 10a에 나타낸 바와 같이 조광도가 0%, 즉 조광 위상각이 180도일 때, 정류회로(9)의 직류전압(VRE)이 제로이므로 출력전류(IOUT)는 흐르지 않는다.

도 10b, 도 10c에 나타낸 바와 같이 조광도가 커지면, 즉 조광 위상각이 작아지면 정류회로(9)의 직류전압(VRE)이 높아지고, 출력소자(5a)는 온 상태를 계속한 채 전류(I5)가 진동하는 동작이 되고, 정류소자(22)의 전압(VD)은 진동한다. 조광도에 따라서 전류(I5)의 변동폭이 커지고, 정류소자(22)의 전압(VD)의 변동폭이 커진다. 그 때문에, 출력전류(IOUT)는 조광도가 커지면 커진다. 또한, 출력소자(5a)가 오프의 상태가 되지 않으므로, 정류소자(22)의 전압(VD)은 제로가 되지 않는다.

도 10d 내지 도 10h에 나타낸 바와 같이 조광도가 더욱 커지면, 출력소자(5a)는 온의 상태와 오프 상태를 반복하는 스위칭 동작을 하여 발진한다. 정류소자(22)의 전압의 변동폭이 커져 거의 제로까지 저하된다. 출력전류(IOUT)는 조광도가 커지면 커진다.

이와 같이 본 구체예에서는 출력소자(5a)는 조광도에 따라서 온의 상태를 계속하여 오프의 상태가 되지 않고 진동하는 상태와, 온 상태와 오프 상태를 반복하는 스위칭 동작을 하여 발진하는 상태 사이를 연속적으로 천이한다. 그 결과, 발진전류(I5)의 진폭은 조광도에 따라서 연속적으로 변화되고, 출력전류(IOUT)는 조광도에 따라서 연속적으로 변화된다.

도 11은 조광 위상각과 출력전류(IOUT)의 관계를 예시하는 특성도이다.

도 11에 나타낸 바와 같이 본 구체예에서는 출력전류(IOUT)는 조광 위상각(조광도)에 따라서 제로까지 연속적으로 제어할 수 있다.

이와 같이 본 실시형태에서는 조광기의 조광도에 따라서 출력소자의 상태가 연속적으로 천이한다. 그 결과, 출력전류를 연속적으로 변화시킬 수 있고, 또한 조광기의 조광도의 가변 범위를 넓힐 수 있다. 또한, 조명장치를 연속적으로 조광할 수 있고 또한 조광범위를 넓힐 수 있다.

도 12는 제 6 실시형태에 관한 조명용 전원을 포함하는 조명장치를 예시하는 회로도이다.

도 12에 나타낸 바와 같이 제 6 실시형태는 제 5 실시형태와 비교하여 정전류 회로(10)와 DC-DC컨버터(11)의 구성이 다르다. 즉, 조명용 전원(3c)은 조광기(8), 정류회로(9), 정전류 회로(10a), DC-DC컨버터(11a)를 갖고 있다. 조광기(8) 및 정류회로(9)에 대해서는 제 5 실시형태와 동일하다. 또한, 조명장치(1c)는 조명부하(2)와 조명용 전원(3c)을 구비하고 있다. 조명부하(2)에 대해서는 제 1 실시형태에서의 조명부하(2)와 동일하다.

정전류 회로(10a)는 제 2 실시형태에서의 정전류 회로(10)와 비교하여 트랜지스터(17)가 노멀리오프(normally-off)형의 소자인 점과, 정전류를 흐르게 하기 위한 바이어스 회로의 구성이 다르다. 즉, 정전류 회로(10a)는 트랜지스터(17a), 트랜지스터(17a)를 바이어스하는 저항(18, 32)과 제너-다이오드(19), 초크 코일(20), 다이오드(21)를 갖는다.

트랜지스터(17a)는 예를 들어 FET이고 노멀리오프형의 소자이다. 트랜지스터(17a)의 드레인은 초크 코일(20)을 통하여, 정류회로(9)의 고전위 단자(9a)에 접속되고 트랜지스터(17a)의 소스는 저항(18)을 통하여 정류회로(9)의 저전위 단자(9b)에 접속된다. 트랜지스터(17a)의 게이트는 바이어스 저항(32)을 통하여 다이오드(21)의 캐소드에 접속되고, 또한 제너-다이오드(19)를 통하여 정류회로(9)의 저전위 단자(9b)에 접속된다. 또한, 정류회로(9)의 고전위 단자(9a)는 다이오드(21)의 애노드에 접속되고 다이오드(21)의 캐소드는 DC-DC컨버터(11a)에 접속된다. 또한, 다이오드(21)의 캐소드와 정류회로(9)의 저전위 단자(9b) 사이에는 평활 컨덴서(40)가 접속된다.

트랜지스터(17a)는 바이어스 저항(32)과 제너-다이오드(19)로 바이어스되고, 조광기(8)의 위상 회로(13)를 동작시키는 정전류를 흐르게 한다. 따라서, 정전류 회로(10)와 동일하게 정전류 회로(10a)는 위상회로(13)와 비교하여 임피던스가 작은 소자를 정류회로(9)의 부하로서 접속함으로써, 후단의 DC-DC컨버터(11)의 입력 임피던스의 영향을 억제하고 조광기(8)를 안정적으로 동작시킬 수 있다.

DC-DC컨버터(11a)는 제 2 실시형태에서의 DC-DC컨버터(11)와 비교하여 출력소자(5a) 및 정전류 소자(6a)가 모두 노멀리오프형의 소자인 점이 다르고, 또한 그 결과 인덕터(23) 등의 위치 등의 구성이 다르다.

DC-DC컨버터(11a)는 출력소자(5b), 정전류 소자(6b), 정류소자(22), 인덕터(23), 출력소자(5b)를 구동하는 귀환권선(제 1 구동회로)(24), 결합 컨덴서(25), 출력 컨덴서(28), 바이어스 저항(29), 저항(33~37)을 갖고 있다.

출력소자(5b) 및 정전류 소자(6b)는 예를 들어 전계효과 트랜지스터(FET)이고, 예를 들어 고 전자이동도 트랜지스터(High Electron Mobility Transistor: HEMT)이다.

출력소자(5b)의 드레인은 역방향의 정류소자(22)를 통하여 정전류 회로(10a)의 다이오드(21)의 캐소드에 접속된다. 출력소자(5b)의 소스는 정전류 소자(6b)에 접속되고, 출력소자(5b)의 게이트는 귀환권선(24)의 일단에 접속된다. 귀환권선(24)의 타단은 결합 컨덴서(25)를 통하여 정류회로(9)의 저전위 단자(9b)에 접속된다.

또한, 바이어스 저항(29)은 다이오드(21)의 캐소드와 출력소자(5b)의 게이트 사이에 접속되고, 저항(33)은 출력소자(5b)의 게이트와 정류회로(9)의 저전위 단자(9b) 사이에 접속된다. 또한, 출력소자(5b)의 게이트에는 보호 다이오드가 접속된다.

정전류 소자(6b)는 커런트 미러(current mirror)로 구성되고 출력측 트랜지스터의 드레인은 출력소자(5b)의 소스에 접속되며, 소스는 저항(34)을 통하여 정류회로(9)의 저전위 단자(9b)에 접속되고, 게이트는 기준측 트랜지스터의 게이트 및 드레인에 접속된다. 기준측 트랜지스터의 소스는 저항(35)을 통하여 정류회로(9)의 저전위 단자(9b)에 접속되고, 드레인 및 게이트는 저항(36, 37)을 통하여 다이오드(21)의 애노드에 접속된다. 또한, 저항(37)은 컨덴서(54)를 통하여 정류회로(9)의 저전위 단자(9b)에 접속된다. 저항(37)과 컨덴서(54)는 로우패스필터 또는 적분회로를 구성한다. 또한, 컨덴서(54)와 병렬로, 저항(56)을 통하여 제너-다이오드(58)가 접속된다.

저항(36)을 통하여 정전류 소자(6b)의 기준측 트랜지스터에는 조광도에 따라서 변화되는 전류가 흐른다. 따라서, 정전류 소자(6b)의 출력측 트랜지스터에는 조광도에 따라서 변화되는 전류가 흐른다.

인덕터(23)는 출력소자(5b)의 드레인과 저전위 출력단자(31) 사이에 접속된다. 또한, 인덕터(23)와 귀환권선(24)은 인덕터(23)의 일단으로부터 타단에 증가하는 전류가 흐를 때, 출력소자(5b)의 게이트에 양극성의 전압이 공급되는 극성으로 자기 결합되어 있다.

출력 컨덴서(28)는 고전위 출력단자(30)와 저전위 출력단자(31) 사이에 접속된다. 또한, 고전위 출력단자(30)는 정전류 회로(10a)의 다이오드(21)의 캐소드에 접속된다.

조명부하(2)는 고전위 출력단자(30)와 저전위 출력단자(31) 사이에, 출력 컨덴서(28)와 병렬로 접속된다.

DC-DC컨버터(11a)의 동작은 DC-DC컨버터(11)와 비교하여 출력소자(5a)와 정전류 소자(6a)가 저전위측으로, 정류소자(22)와 출력 컨덴서(28)와 조명 부하(2)가 고전위측으로 각각 이동한 점과, 출력소자(5a) 및 정전류 소자(6a)를 노멀리오프형의 소자로 바꾼 점 이외에는 동일하다.

따라서, 본 실시형태에서는 조광기의 조광도에 따라서 노멀리오프형의 출력소자가 온의 상태오 오프의 상태를 반복하는 스위칭 동작을 발진하고, 또는 온 상태를 계속한 채 출력전류를 출력한다. 즉, 제 3 실시형태에서의 출력소자와 동일하게 조광기의 조광도에 따라서 동작상태가 연속적으로 천이한다. 그 결과, 제 3 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

(제 7 실시형태)

도 13은 제 7 실시형태에 관한 조명용 전원을 포함하는 조명장치를 예시하는 블럭도이다.

도 13에 나타낸 바와 같이 조명장치(1d)는 조명부하(2)와, 조명부하(2)에 전력을 공급하는 조명용 전원(3d)을 구비하고 있다. 제 7 실시형태의 조명용 전원(3d)을 포함하는 조명장치(1d)는 제 3 실시형태의 조명장치(1)와 비교하여 조명용 전원(3)의 구성이 다르다. 조명부하(2)에 대해서는 제 3 실시형태에서의 조명부하(2)와 동일하다.

조명용 전원(3d)은 제 3 실시형태의 조명용 전원(3)에, 소등회로(50)가 추가되어 구성되어 있다. 즉, 조명용 전원(3d)은 출력소자(5)와, 출력소자(5)와 직렬로 접속되어 출력소자(5)를 흐르는 전류를 제한하는 정전류 소자(6)와, 정전류 소자(6)를 제어하여 소등시키는 소등회로(50)와, 출력소자(5)를 구동하는 제 1 구동회로(70)를 갖고 있다. 출력소자(5), 정전류 소자(6) 및 제 1 구동회로(70)에 대해서는 제 3 실시형태에서의 것과 동일하다.

소등회로(50)는 전원(7)과 조명부하(2) 사이에 접속되고 소정량이 규정값 이하일 때 정전류 소자(6)를 오프시킨다. 그 결과, 출력소자(5)를 흐르는 전류가 차단되고, 조명용 전원(3)의 동작이 정지되어 조명부하(2)가 소등된다. 여기에서, 규정값은 조명부하(2)가 소등할 때의 소정량의 값이다.

예를 들어, 소정량이 전력차(ΔP)인 경우에서의 규정값은 조명부하(2)를 소등시킬 때의 조명용 전원(3)의 소비전력이다. 또한, 소정량이 입력전력(PIN)의 경우에서의 규정값은 소등시킬 때의 입력전력(PIN)이고, 소정량이 출력전력(POUT)인 경우의 규정값은 소등시킬 때의 출력전력(POUT)이며 제로 또는 양극성의 값이다.

또한, 예를 들어 소정량이 전위차(ΔV)인 경우에는, 규정값은 조명부하(2)를 소등시킬 때의 전위차이고, 예를 들어 제로 또는 양극성의 값으로 할 수 있다. 또한, 소정량이 전원전압(VIN) 또는 출력전압(VOUT)인 경우의 규정값은 각각 조명부하(2)를 소등시킬 때의 전원전압(VIN), 출력전압(VOUT)의 값이다.

또한, 소정량이 전류차(ΔI)인 경우의 규정값은, 소등시에서의 조명용 전원(3)의 소비전류이다. 또한, 소정량이 출력전류(IOUT)인 경우의 규정값은, 소등시킬 때의 출력전류(IOUT)의 값이고 제로 또는 양극성의 값이다.

출력소자(5)의 동작에 대해서는 도 3a 내지 도 3d를 참조하여 설명한 바와 같이 제 3 실시형태와 동일하고, 소정량이 커지면 출력소자(5)는 예를 들어 불완전하게 발진하고 있는 상태가 되며, 출력소자(5)의 전류는 진동하게 된다. 그러나, 소정량이 소정값보다 작을 때, 출력소자(5)는 오프의 상태가 되지 않고 온의 상태를 계속한다. 또한, 출력소자(5)의 진동하는 전류의 피크값은 정전류 소자(6)의 정전류값으로 제한된 값이 된다. 또한, 출력소자(5)의 진동주기(T)는 전류의 변동폭에 따라서 변화된다.

그리고, 소정량이 소정값 이상일 때, 출력소자(5)는 온의 상태와 오프의 상태를 반복하는 스위칭 동작을 하여 발진한다. 이 때, 조명용 전원(3)은 스위칭 전원으로서 동작하고 있다.

상기와 같이 스위칭 전원은 출력소자(5)가 저항이 낮은 온의 상태와 전류가 흐르지 않는 오프의 상태를 반복하는 스위칭 동작을 하므로 저소비 전력·고효율의 전원이다. 본 실시형태에서는 소정량이 소정값보다 크면 스위칭 동작하고, 소정량이 작으면 시리즈 레귤레이터와 같은 동작을 한다. 소정량이 큰 경우에는 출력소자(5)의 양단의 전위차와 전류의 곱이 크고, 시리즈 레귤레이터의 동작을 수행하면 손실이 커진다. 따라서, 소정량이 작은 경우에 스위칭 동작을 하는 것은 저소비 전력화에 적합하다. 또한, 소정량이 큰 경우에는 손실은 작으므로 시리즈 레귤레이터로서 동작을 하는 것은 문제없다.

또한, 본 실시형태에서도 소정량이 소정값 보다 작을 때에는 출력소자(5)는 오프의 상태가 되지 않고 온 상태를 계속한 채로 전류가 진동하고, 전류의 평균값으로 조명부하(2)를 점등시킨다(도 3b, 도 3c). 또한, 소정량이 더욱 작을 때에는 출력소자(5)는 온의 상태를 계속한 채, 직류전류를 조명부하(2)에 출력하여 점등시킨다(도 3a). 그 결과, 본 실시형태에서도 출력전류를 제로까지 연속적으로 변화시킬 수 있다. 또한, 조명장치(1d)에서의 조명부하(2)를 원활하게 소등할 수 있다.

따라서, 본 실시형태에서도 소정량에 따라서 출력소자(5)의 스위칭 동작시에서의 최대값부터, 출력소자(5)의 온 상태를 계속한 채로 직류전류를 출력할 때의 최소값까지 출력전류(IOUT)를 연속적으로 변화시킬 수 있다. 또한, 조명장치(1a)에서의 조명부하(2)를 연속적으로 0~100%의 범위에서 조광할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는 소정량이 규정값 이하일 때 정전류 소자(6)를 오프시키므로 전원전압(VIN)의 변동의 영향을 받지 않고, 안정적으로 출력전류를 제로로 할 수 있다. 또한, 전원전압(VIN)의 변동의 영향을 받지 않고, 조명장치(1d)에서의 조명부하(2)를 안정적으로 소등할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서도 출력소자(5)는 소정량이 소정값 이상일 때 온의 상태와 오프의 상태를 반복하는 스위칭 동작을 하여 발진하고(도 3d), 소정량이 소정값보다 작을 때 온의 상태를 계속하여 직류전류를 출력하는 동작을 해도 좋다(도 3a). 즉, 출력소자(5)는 오프의 상태가 되지 않고 온의 상태를 계속한 채로 전류가 진동하는 동작(도 3b, 도 3c)을 하지 않아도 좋다.

이와 같이 본 실시형태에서는 출력소자는 소정량이 상대적으로 크면 발진하여 발진전류를 출력하고, 소정량이 상대적으로 작으면 발진을 정지하여 직류전류를 출력한다. 그 결과, 출력전류의 가변 범위를 넓힐 수 있다. 또한, 조명장치의 조광범위를 넓힐 수 있다. 또한, 소정량이 규정값 이하일 때 정전류 소자가 오프하므로, 전원전압의 변동 등의 영향을 받지 않고 안정적으로 출력전류를 제로로 할 수 있다. 또한, 조명부하(2)를 안정적으로 소등할 수 있다.

(제 8 실시형태)

도 14는 제 8 실시형태에 관한 조명용 전원을 조명장치를 예시하는 회로도이다.

도 14에 나타낸 바와 같이 제 8 실시형태는 제 7 실시형태와 비교하여 조명용 전원(3)에 정류회로(9), 초크 코일(20), 및 평활 컨덴서(40)가 추가되고, 출력소자(5a), 정전류 소자(6a) 및 소등회로(50a)를 갖는 DC-DC컨버터(11b)의 구성이 예시되어 있는 점이 다르다.

또한, 조명장치(1e)는 조명부하(2)와 조명용 전원(3e)과 조광기(8)를 구비하고 있다. 조명부하(2)에 대해서는 제 1 실시형태와 동일하다.

조광기(8)는 교류전원(76)에 접속되고, 전원전압(VIN)을 공급하는 한쌍의 전원 라인의 일방에 직렬로 삽입된다. 이와 같이 조광기(8)는 전원전압(VIN)을 공급하는 한쌍의 전원라인에 직렬로 삽입되어도 좋다. 즉, 조광기(8)는 교류전원(76)의 일단(79)과 조명용 전원(3a)의 일방의 입력단자(77) 사이에 삽입되고, 교류전원(76)의 타단(80)은 조명용 전원(3a)의 타방의 입력단자(78)와 접속되어 있다. 또한, 조광기(8)는 제 1 실시형태의 전원(7)에서의 조광기(8)와 동일하다.

정류회로(9)는 조광기(8)를 통하여 교류의 전원전압(VIN)을 입력하고 직류전압(VRE)을 출력한다. 정류회로(9)는 다이오드브리지로 구성되어 있다. 정류회로(9)는 조광기(8)에 의한 조광도에 따라 전압이 변화되는 직류전압(VRE)을 출력한다. 또한, 정류회로(9)는 조광기(8)로부터 입력되는 교류전압을 정류할 수 있으면 좋고, 다른 구성이어도 좋다.

평활컨덴서(40)는 초크 코일(18)을 통하여 정류회로(9)의 고전위 단자(9a)와 정류회로(9)의 저전위 단자(9b) 사이에 접속된다.

DC-DC컨버터(11b)는 출력소자(5a), 정전류 소자(6a), 정류소자(22), 인덕터(23), 출력소자(5a)를 구동하는 귀환권선(24)(제 1 구동회로(70)), 결합 컨덴서(25), 분할저항(26a, 27), 출력 컨덴서(28) 및 소등회로(50a)를 갖고 있다.

출력소자(5a) 및 정전류 소자(6a)는 예를 들어 전계 효과 트랜지스터(FET)이고, 예를 들어 고 전자이동도 트랜지스터(High Electron Mobility Transistor: HEMT)이고 노멀리온형의 소자이다.

출력소자(5a)의 드레인은 평활 컨덴서(40)의 고전위 단자에 접속되고, 또한 초크 코일(18)을 통하여 정류회로(9)의 고전위 단자(9a)에 접속된다. 출력소자(5a)의 소스는 정전류 소자(6a)의 드레인에 접속되고, 출력소자(5a)의 게이트(출력소자의 제어단자)는 결합 컨덴서(25)를 통하여 귀환권선(24)의 일단에 접속된다.

정전류 소자(6a)의 소스는 인덕터(23)의 일단과 귀환권선(24)의 타단에 접속되고, 정전류 소자(6a)의 게이트(정전류 소자의 제어단자)에는 정전류 소자(6a)의 소스 전위를 분할저항(26a, 27)으로 분할한 전압이 입력된다. 또한, 분할저항(27)은 직렬로 접속된 저항(27a)과 가변저항(27b)으로 구성된다.

인덕터(23)와 귀환권선(24)은 인덕터(23)의 일단으로부터 타단에 증가하는 전류가 흐를 때, 출력소자(5a)의 게이트에 양극성의 전압이 공급되는 극성으로 자기 결합하고 있다.

또한, 출력소자(5a)의 게이트와 정전류 소자(6a)의 게이트에는 각각 보호 다이오드가 접속된다. 또한, 출력소자(5a)의 드레인과 정전류 소자(6a)의 소스 사이에 기동용 바이어스 저항을 접속해도 좋다.

정류 소자(22)는 정전류 소자(6a)의 소스와 정류회로(9)의 저전위 단자(9b) 사이에 저전위 단자(9b)로부터 정전류 소자(6a)의 방향을 순방향으로 하여 접속되어 있다.

인덕터(23)의 타단은 고전위 출력단자(30)에 접속되고, 정류회로(9)의 저전위 단자(9b)는 저전위 출력단자(31)에 접속된다. 또한, 출력 컨덴서(28)는 고전위 출력단자(30)와 저전위 출력단자(31) 사이에 접속된다.

소등회로(50a)는 트랜지스터(51, 52), 저항(53, 54) 및 컨덴서(55)를 갖는다.

트랜지스터(51, 52)는 PNP 트랜지스터이고 특성이 갖추어져 있다. 트랜지스터(51)의 에미터는 저항(53)을 통하여 출력소자(5a)의 드레인에 접속된다. 트랜지스터(51)의 컬렉터는 분할저항(27)을 구성하는 저항(27a)과 가변 저항(27b)의 접속점에 접속된다. 트랜지스터(51)의 베이스는 트랜지스터(52)의 베이스에 접속된다.

트랜지스터(52)의 에미터는 고전위 출력단자(30)에 접속되고 트랜지스터(52)의 컬렉터는 트랜지스터(52)의 베이스 및 트랜지스터(51)의 베이스에 접속되며, 또한 저항(54) 및 컨덴서(55)를 통하여 저전위 출력단자(31)에 접속된다.

트랜지스터(51, 52)는 소정량으로서 DC-DC컨버터(11)에 입력되는 직류전압과 출력전압(VOUT)의 전위차(ΔV)를 검출하고, 저항(53)을 통하여 저항(27b)을 흐르는 전류경로를 도통 또는 차단하는 전류 스위치를 구성하고 있다. 트랜지스터(51)의 에미터 전압이 트랜지스터(52)의 에미터 전압보다 높을 때, 트랜지스터(51)는 온하고 저항(53)을 통하여 저항(27b)에 전류가 흐른다. 또한, 트랜지스터(51)의 에미터 전압이 트랜지스터(52)의 에미터 전압 이하일 때, 트랜지스터(51)는 오프하고 저항(53)을 통하여 저항(27b)을 흐르는 전류는 차단된다. 또한, 트랜지스터(51)가 온하여 저항(27b)에 전류가 흐르고 있는 상태에서, 소정량인 전위차(ΔV)가 규정값 이하일 때 정전류 소자(6a)가 오프하고, 규정값보다 클 때 정전류 소자(6a)가 온하도록 분할저항(26a, 27(27a, 27b))의 저항값이 각각 설정되어 있다. 또한, 규정값은 가변저항(27b)의 저항값을 변화시킴으로써 조정할 수 있다.

조명부하(2)는 고전위 출력단자(30)와 저전위 출력단자(31) 사이에 출력 컨덴서(28)와 병렬로 접속된다.

다음에, 조명용 전원(3e)의 동작에 대해서 설명한다. 또한, 조광기(8), 정류회로(9)에 대해서는 이미 설명했으므로 주로 DC-DC컨버터(11b)의 동작에 대해서 설명한다.

우선, 조광기(8)의 조광도가 거의 100%로 설정되고, 입력되는 교류전압이 거의 그대로 전달되는 경우, 즉 DC-DC컨버터(11b)에 가장 높은 직류 전압이 입력되는 경우에 대해서 설명한다.

전원전압(VIN)이 조명용 전원(3a)에 공급될 때, 출력소자(5a)는 노멀리온형 소자이므로 온하고 있다. 또한, 출력 컨덴서(28)는 방전되어 있으므로 출력전압(VOUT)은 제로이다. 트랜지스터(51)의 베이스 전압이 제로이므로, 트랜지스터(51)는 온하고 저항(53), 트랜지스터(51), 가변저항(27b)의 경로로 전류가 흐른다. 그 결과, 가변저항(27b)의 양단의 전압이 상승하므로 정전류 소자(6a)의 게이트 전위는 상대적으로 높고, 정전류 소자(6a)는 온하고 있다.

출력소자(5a), 정전류 소자(6a), 인덕터(23), 출력 컨덴서(28)의 경로로 전류가 흐르고 출력 컨덴서(28)가 충전된다. 출력 컨덴서(28)의 양단의 전압, 즉 고전위 출력단자(30)와 저전위 출력단자(31) 사이의 전압은 조명용 전원(3a)의 출력전압(VOUT)으로서, 조명부하(2)의 조명광원(4)에 공급된다. 또한, 출력소자(5a) 및 정전류 소자(6a)가 온하고 있으므로 정류소자(22)에는 역전압이 인가된다. 정류소자(22)에는 전류는 흐르지 않는다.

출력전압(VOUT)이 소정 전압에 도달하면, 조명광원(4)에 출력전류(IOUT)가 흐르고 조명광원(4)이 점등한다. 이 때, 출력소자(5a), 정전류 소자(6a), 인덕터(23), 출력 컨덴서(28) 및 조명광원(4)의 경로로 전류가 흐른다. 예를 들어, 조명광원(4)이 LED인 경우, 이 소정 전압은 LED의 순방향 전압이고, 조명광원(4)에 따라서 결정된다. 또한, 조명광원(4)이 소등한 경우, 출력전류(IOUT)가 흐르지 않으므로 출력 컨덴서(28)는 출력전압(VOUT)의 값을 유지한다.

트랜지스터(52)는 출력전압(VOUT)의 상승에 의해 온한다. 또한, DC-DC 컨버터(11b)에 입력되는 직류전압이 출력전압(VOUT)과 비교하여 충분히 높은, 즉 입출력간의 전위차(소정량)(ΔV)가 충분히 크므로, 저항(53), 트랜지스터(51), 가변 저항(27b)의 경로로 전류가 흐른다. 트랜지스터(51)의 에미터 전압은 트랜지스터(52)의 에미터 전압과 거의 동등해지도록 전류가 저항(53)을 흐른다. 그 결과, 정전류 소자(6a)는 온을 유지한다. 따라서, DC-DC컨버터(11b)의 입출력간의 전위차(ΔV)가 클 때에는 소등회로(50a)는 정전류 소자(6a)를 온의 상태로 제어한다.

또한, DC-DC컨버터(11b)의 입출력간의 전위차(ΔV)가 충분히 크므로, 인덕터(23)를 흐르는 전류는 증가해 간다. 귀환권선(24)은 인덕터(23)와 자기결합하고 있으므로, 귀환권선(24)에는 결합 컨덴서(25)측을 고전위로 하는 극성의 기전력이 유기된다. 그 때문에, 출력소자(5a)의 게이트에는 결합 컨덴서(25)를 통하여 소스에 대하여 양(正)의 전위가 공급되고, 출력소자(5a)는 온의 상태를 유지한다.

FET로 구성된 정전류 소자(6a)를 흐르는 전류가 상한값을 초과하면, 정전류 소자(6a)의 드레인·소스간 전압은 급격하게 상승한다. 그 때문에, 출력소자(5a)의 게이트·소스간 전압이 임계값 전압보다 낮아지고, 출력소자(5a)는 오프한다. 또한, 상한값은 정전류 소자(6a)의 포화전류값이고 분할저항(26, 27)으로부터 정전류 소자(6a)의 게이트에 입력되는 전위에 의해 규정된다. 또한, 상기와 같이 정전류 소자(6a)의 게이트 전위는 소스에 대하여 음(負)전위이므로, 포화전류값을 적정치로 제한할 수 있다.

인덕터(23)는 정류소자(22), 출력 컨덴서(28) 및 조명 부하(2), 인덕터(23)의 경로에서 전류를 계속 흘린다. 이 때, 인덕터(23)는 에너지를 방출하므로, 인덕터(23)의 전류는 감소해 간다. 그 때문에, 귀환권선(24)에는 결합 컨덴서(25)측을 저전위로 하는 극성의 기전력이 유기된다. 출력소자(5a)의 게이트에는 결합 컨덴서(25)를 통하여 소스에 대하여 음(負)의 전위가 공급되고, 출력소자(5a)는 오프의 상태를 유지한다.

인덕터(23)에 축적되어 있던 에너지가 제로가 되면, 인덕터(23)를 흐르는 전류는 제로가 된다. 귀환권선(24)에 야기되는 기전력의 방향이 다시 반전되고, 결합 컨덴서(25)측을 고전위로 하는 기전력이 유기된다. 이에 의해, 출력소자(5a)의 게이트에 소스보다 높은 전위가 공급되어 출력소자(5a)가 온한다. 이에 의해, 상기 출력전압(VOUT)이 소정 전압에 도달한 상태로 되돌아간다.

이후, 상기의 동작을 반복한다. 이에 의해, 출력소자(5a)의 온 및 오프로의 전환이 자동적으로 반복되고 조명광원(4)에는 전원전압(VIN)을 강하한 출력전압(VOUT)이 공급된다. 이 때 출력소자(5a)가 온의 상태와 오프의 상태를 반복하는 스위칭 동작을 하고 있다(도 3d). 또한, 조명광원(4)에 공급되는 전류는 정전류 소자(6a)에 의해 상한값이 제한된 정전류가 된다. 그 때문에, 조명광원(4)을 안정적으로 점등시킬 수 있다.

조광기(8)의 조광도가 100%보다도 작은 값으로 설정되고, 입력되는 교류전압이 위상 제어되어 전달되는 경우, 즉 DC-DC컨버터(11b)에 높은 직류전압이 입력되는 경우에 대해서도 출력소자(5a)가 발진을 계속할 수 있고, 소등회로(50a)에서의 트랜지스터(51)가 온하고 있는 경우에는 상기와 동일하다. 조광기(8)의 조광도에 따라서 DC-DC컨버터(11b)에 입력되는 직류 전압의 값이 변화되고, 출력전류(IOUT)의 평균값을 제어할 수 있다. 따라서, 조광도에 따라서 조명부하(2)의 조명광원(4)을 조광할 수 있다.

또한, 소등회로(50a)에서의 트랜지스터(51)는 온하고 있으므로, 저항(27b)의 양단의 전압은 DC-DC컨버터(11b)에 입력되는 직류전압의 값에 따라서 변화된다. 따라서, 정전류 소자(6a)의 정전류값은 DC-DC 컨버터(11b)에 입력되는 직류전압에 따라서 제어할 수 있다.

또한, 소등회로(50a)에서의 트랜지스터(51)가 온을 유지한 채, 조광기(8)의 조광도가 더욱 작은 값으로 설정되는 경우, 즉 DC-DC컨버터(11b)에 입력되는 직류전압이 더욱 낮은 경우, 출력소자(5a)가 온해도 인덕터(23)의 양단의 전위차가 작으므로, 인덕터(23)를 흐르는 전류가 증가할 수 없다. 따라서, 출력소자(5a)는 오프의 상태가 되지 않고 일정한 직류전류를 출력한다. 이 경우, 출력소자(5a)는 온 상태를 계속하는 온 계속 동작을 하고 있다(도 3a).

또한, 조광기(8)의 조광도가 더욱 작은 값으로 설정되고, DC-DC 컨버터(11b)에 입력되는 직류전압(VRE)과 출력전압(VOUT)의 전위차(ΔV)가 규정값보다 낮아지면 정전류 소자(6a)는 오프한다. 그 결과, DC-DC 컨버터(11b)는 동작을 정지한다. 조명부하(2)는 소등한다.

이와 같이 본 실시형태에서는 조광기의 조광도에 따라서 노멀리온형의 출력소자가 온의 상태와 오프의 상태를 반복하는 스위칭 동작을 하여 발진하고, 또는 온의 상태를 계속하여 직류전류를 출력한다. 그 결과, 출력전류를 최대값부터 제로까지 연속적으로 변화시킬 수 있다. 또한, 조명장치에서의 조명부하를 원활하게 소등시킬 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는 소등회로(50a)는 DC-DC컨버터(11b)에 입력되는 직류전압과 출력전압(VOUT)의 전위차(ΔV)를 소정량으로 하여 동작한다. 소정량이 규정값 이하가 되면, 소등회로(50a)는 정전류 소자(6a)를 오프시키므로 DC-DC컨버터(11b)를 포함하는 조명용 전원(3a)은 동작을 정지하고 조명부하(2)를 소등시킨다. DC-DC컨버터(11b)에 입력되는 직류전압이 조명부하(2)를 점등시키기에 충분히 큰 상태부터 소등시키는 설정이 가능해지고, 그 결과 조광기(8)나 전원 전압(VIN)의 변동 등에 의해 위상 제어된 교류 전압(VCT)의 파고값이 변화되고, 조명 부하(2)의 소등 상태가 불안정해지는 것을 방지할 수 있다.

예를 들어, 조광기(8)의 조광도를 낮추어 조명부하(2)를 점등시킨 경우, 전원전압(VIN)과 출력전압(VOUT)의 관계만으로 점등상태가 되는지 소등상태가 되는지 정해져 있었던 경우, 조광기(8)나 전원전압(VIN)의 변동에 의해 조명부하(2)의 소등상태가 불안정해져 다시 점등하거나 점등상태와 소등상태를 불규칙적으로 반복하는 경우가 있다.

예를 들어 DC-DC컨버터(11b)에 입력되는 직류전압이 조명부하(2)를 안정적으로 점등시키는 것이 가능한 상태로부터 제어에 의해 소등상태로 함으로써, 조광기(8)나 전원전압(VIN)의 변동에 의한 점등상태와 소등상태의 반복이나 어른거림 등을 억제하는 것도 가능하다.

그러나, 그를 위해서는 회로구성이 복잡화되고 회로규모가 커진다.

이에 대해서, 본 실시형태에서는 소등회로(50a)가 소정량이 규정값 이하일 때 정전류 소자를 오프시키므로 간편한 구성으로 안정적으로 소등시킬 수 있다.

이상, 구체예를 참조하면서 실시형태에 대해서 설명했지만, 그것에 한정되는 것은 아니고 여러 가지의 변형이 가능하다.

예를 들어 출력소자(5, 5a) 및 정전류 소자(6, 6a)는 GaN계 HEMT에는 한정되지 않는다. 예를 들어, 반도체 기판에 탄화규소(SiC)나 질화갈륨(GaN)이나 다이아몬드와 같은 와이드 밴드 갭(wide band gap)을 갖는 반도체(와이드 밴드 갭 반도체)를 사용하여 형성한 반도체 소자이어도 좋다. 여기에서 와이드 밴드 갭 반도체라는 것은 밴드 갭이 약 1.4eV의 비화갈륨(GaAs)보다 밴드 갭이 넓은 반도체를 말한다. 예를 들어 밴드 갭이 1.5eV 이상의 반도체, 인화갈륨(GaP, 밴드갭 약 2.3eV), 질화갈륨(GaN, 밴드갭 약 3.4eV), 다이아몬드(C, 밴드갭 약 5.27eV), 질화알루미늄(AlN, 밴드갭 약 5.9 eV), 탄화규소(SiC) 등이 포함된다. 이와 같은 와이드밴드갭 반도체 소자는 내압(耐壓)을 동등하게 하는 경우, 실리콘 반도체 소자보다 작게 할 수 있으므로 기생용량이 작고 고속동작이 가능하므로, 스위칭 주기를 짧게 할 수 있고 권선부품이나 컨덴서 등의 소형화가 가능해진다.

또한, 조명광원(4)은 LED에 한정되지 않고 EL이나 OLED 등이어도 좋고, 조명부하(2)에는 복수개의 조명광원(4)이 직렬 또는 병렬로 접속되어 있어도 좋다.

본 발명의 몇가지 실시형태를 설명했지만, 이들 실시형태는 예로서 제시한 것으로 발명의 범위를 한정할 의도는 없다. 이들 신규의 실시형태는 그 밖의 여러 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 여러가지 생략, 치환, 변경을 실시할 수 있다. 이들 실시형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함되고 또한 특허청구범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.

1f: 조명장치 2: 조명부하
3f: 조명용 전원 4: 조명광원
5: 출력소자 6: 정전류 소자
7: 전원 8: 조광기
9: 정류회로 12: 트라이액
13: 위상회로 14: 다이액
22: 정류소자 23: 인덕터
24: 귀환권선 25: 결합 컨덴서
26, 27: 분할저항 28: 출력 컨덴서
29: 바이어스 저항 70: 제 1 구동회로
71: 제 2 구동회로 72: 제어회로
73: 인터페이스 회로

Claims (20)

1. 전원과 조명부하 사이에 접속되고 온 상태와 오프 상태를 반복하는 스위칭 동작과 온의 상태를 계속하는 온 계속 동작으로 전환 가능하게 구성된 출력소자를 구비한 조명용 전원.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 출력소자와 직렬로 접속되고 상기 출력소자에 흐르는 전류를 제한하는 정전류 소자를 추가로 구비하고,
   상기 출력소자는 상기 전원과 상기 조명부하 사이의 전력차, 전위차 및 전류차 중 적어도 어느 하나인 소정량이 상대적으로 클 때 상기 스위칭 동작을 하고, 상기 소정량이 상대적으로 작을 때 상기 온 계속 동작을 하는 조명용 전원.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 전원과 상기 조명부하 사이의 전위차가 커지면, 상기 출력소자에 흐르는 전류는 변동폭이 커지도록 진동하는 조명용 전원.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 전원과 상기 조명부하 사이의 전위차가 상대적으로 작을 때 상기 출력소자는 온 상태를 계속하여 직류 전류를 출력하는 조명용 전원.
5. 제 2 항에 있어서,
   교류전압을 도통시키는 타이밍을 제어하는 위상제어회로를 추가로 구비한 조명용 전원.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 출력소자는 노멀리온형의 소자인 조명용 전원.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 출력소자는 출력전압을 공급받아 온 상태로 바이어스된 노멀리오프형 소자인 조명용 전원.
8. 제 2 항에 있어서,
   상기 전원과 상기 조명부하 사이에 접속되고 상기 소정량이 규정값 이하일 때 상기 정전류 소자를 오프시키는 소등회로를 추가로 구비한 조명용 전원.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 소정값은 상기 조명 부하를 정전류 제어할 때의 상기 전원과 상기 조명부하 사이의 전력차, 전위차 및 전류차 중 적어도 어느 하나인 조명용 전원.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 소정량이 커지면 상기 출력소자에 흐르는 전류는 변동폭이 커지도록 진동하는 조명용 전원.
11. 제 8 항에 있어서,
    상기 소정량이 상대적으로 작을 때 상기 출력소자는 온 상태를 계속하여 직류 전류를 출력하는 조명용 전원.
12. 제 8 항에 있어서,
    상기 소정량은 상기 전원과 상기 조명부하 사이의 전력차인 조명용 전원.
13. 제 8 항에 있어서,
    상기 소정량은 상기 전원과 상기 조명 부하 사이의 전위차인 조명용 전원.
14. 제 8 항에 있어서,
    교류 전압을 도통시키는 타이밍을 제어하는 위상제어회로를 추가로 구비한 조명용 전원.
15. 제 1 항에 있어서,
    상기 조명부하로의 출력을 제어하는 제어신호에 기초하여 상기 출력소자를 스위칭 동작 또는 온 계속 동작으로 전환하는 제어회로를 추가로 구비한 조명용 전원.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 조명부하로의 출력이 상대적으로 클 때에 상기 출력소자를 상기 스위칭 동작으로 전환하고 상기 조명 부하로의 출력이 상대적으로 작을 때 상기 출력소자를 상기 온 계속 동작으로 전환하는 조명용 전원.
17. 제 15 항에 있어서,
    상기 조명 부하로의 출력이 제 1 출력 이하일 때 상기 출력 소자를 상기 온 계속 동작으로 전환하고,
    상기 조명 부하로의 출력이 상기 제 1 출력보다도 큰 제 2 출력 이상일 때 상기 출력 소자를 상기 스위칭 동작으로 전환하고,
    상기 조명 부하로의 출력이 상기 제 1 출력보다 크고 상기 제 2 출력보다 작을 때 상기 출력소자를 제 1 기간은 상기 온 계속 동작으로 전환하고, 제 2 기간은 상기 스위칭 동작으로 전환하는 조명용 전원.
18. 제 15 항에 있어서,
    상기 출력소자는 노멀리온형의 소자인 조명용 전원.
19. 제 15 항에 있어서,
    상기 출력소자에 직렬로 접속된 정전류 소자를 추가로 구비한 조명용 전원.
20. 조명 부하와,
    상기 조명 부하에 전력을 공급하는 조명용 전원을 구비하고,
    상기 조명용 전원은
    전원과 조명 부하 사이에 접속되고 온의 상태와 오프 상태를 반복하는 스위칭 동작과 온 상태를 계속하는 온 계속 동작으로 전환 가능하게 구성된 출력소자를 갖는 조명 장치.

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