KR20130135993A - 전기기기 - Google Patents

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유지 다카하시
노리유키 기타무라
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도시바 라이텍쿠 가부시키가이샤
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Abstract

스위칭 전원과, 정류회로와, 한쌍의 용량소자와, 부하를 구비한 전기기기. 상기 스위칭 전원은 직류 또는 교류의 전원전압을 입력하고 교류전압을 출력한다. 상기 한쌍의 용량소자는 상기 스위칭 전원과 상기 정류회로 사이에 접속되고, 상기 스위칭 전원과 상기 정류회로를 절연한다. 상기 부하는 상기 정류회로의 출력에 부하회로로서 접속되고 또한 정전류로 구동된다.

Description

전기기기{ELECTRIC APPARATUS}
본 발명은 전기기기에 관한 것이다.
스위칭 소자를 이용한 스위칭 전원은 직류 또는 교류의 전원으로서 각종 광범위한 용도에 이용되고 있다. 그 일례로서 조명의 전원으로서도 이용된다. 즉, 최근, 조명장치(전기기기)에서는 조명광원은 백열전구나 형광등으로부터 에너지 절감·장수명의 광원, 예를 들어 발광다이오드(Light-emitting diode: LED)로의 치환이 진행되고 있다. 또한, 예를 들어, EL(Electro-luminescence)나 유기 발광 다이오드(Organic Light-emitting diode: OLED)등 새로운 조명광원도 개발되고 있다.
이들 조명광원의 휘도는 흐르는 전류값에 의존하므로, 조명을 점등시키는 경우에는 정전류를 공급하는 전원회로가 필요해진다. 또한, 입력되는 전원전압을 LED 등의 조명광원의 정격전압에 맞추기 위해 전압을 변환할 필요도 있다. 고효율로 전력절감화·소형화에 적합한 전원으로서, DC-DC 컨버터 등의 스위칭 전원이 알려져 있다. 또한, 전원회로 내에서 상용전원측과 부하측 사이를 절연하여 감전 등에 대하여 안전성을 확보하는 경우도 있지만, 경년(經年) 열화 등에 의해 절연성이 저하되는 경우도 있다.
일본 특허 제4499040호 공보
본 발명의 실시형태는 전원측과 부하측의 절연성의 저하에 대해서 안전성을 확보한 전기기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 관한 조명장치는 스위칭 전원과, 정류회로와, 한쌍의 용량소자와, 부하를 구비한다. 상기 스위칭 전원은 직류 또는 교류의 전원전압을 입력하여 교류전압을 출력한다. 상기 한쌍의 용량소자는 상기 스위칭 전원과 상기 정류회로 사이에 접속되고, 상기 스위칭 전원과 상기 정류회로를 절연한다. 상기 부하는 상기 정류회로의 출력에 부하회로로서 접속되고 정전류로 구동된다.
도 1은 제1 실시예에 관한 조명장치를 예시하는 블럭도이다.
도 2는 조명부하에 공급되는 출력전압 VOUT과 출력전류 IOUT의 관계를 예시하는 특성도이다.
도 3은 제2 실시예에 관한 조명장치를 예시하는 회로도이다.
도 4는 제3 실시예에 관한 조명장치를 예시하는 회로도이다.
(제1 실시형태)
제1 실시형태의 전기기기는 직류 또는 교류의 전원전압을 입력하여 교류전압을 출력하는 스위칭 전원과, 정류회로와, 상기 스위칭 전원과 상기 정류회로 사이에 접속되고 상기 스위칭 전원과 상기 정류회로를 절연하는 한 쌍의 용량소자와, 상기 정류회로의 출력에 부하회로로서 접속되고 정전류로 구동되는 부하를 갖는다.
(제2 실시형태)
제2 실시형태의 전기기기는 제1 실시형태의 전기기기에 있어서, 상기 한쌍의 용량소자 중 적어도 어느 하나의 소자의 절연성능이 저하된 것을 검출하고, 상기 스위칭 전원의 동작을 정지하는 보호회로를 갖는 것을 특징으로 한다.
(제3 실시형태)
제3 실시형태의 전기기기는 제2 실시형태의 전기기기에 있어서, 상기 보호회로는 상기 스위칭 전원의 출력전류 및 출력전압 중 적어도 어느 하나를 검출하는 검출회로를 갖는 것을 특징으로 한다.
(제4 실시형태)
제4 실시형태의 전기기기는 제2 실시형태의 전기기기에 있어서, 상기 보호회로는 상기 스위칭 전원의 출력과 상기 한쌍의 용량소자 중 어느 것과의 사이에 접속된 제1 검출코일과, 상기 제1 검출코일과 자기결합한 제2 검출코일과, 상기 제2 검출코일에 유기된 전압을 정류하여 기준전압과 비교하는 비교회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.
(제5 실시형태)
제5 실시형태의 전기기기는 제1 실시형태의 전기기기에 있어서, 상기 스위칭 전원은 입력된 직류의 전원전압을 교류전압으로 변환하는 DC-AC컨버터인 것을 특징으로 한다.
(제6 실시형태)
제6 실시형태의 전기기기는 제1 실시형태의 전기기기에 있어서, 상기 스위칭 전원은 입력된 교류의 전원전압을 전압이 다른 교류전압으로 변환하는 AC-AC 컨버터인 것을 특징으로 한다.
(제7 실시형태)
제7 실시형태의 전기기기는 제1 실시형태의 전기기기에 있어서, 상기 한쌍의 용량소자의 각각은 직렬 접속된 복수의 컨덴서를 갖는 것을 특징으로 한다.
(제8 실시형태)
제8 실시형태의 전기기기는 제1 실시형태의 전기기기에 있어서, 상기 스위칭 전원은 공진 코일과, 상기 공진 코일과 병렬로 접속되고 공진 회로를 구성하는 공진 컨덴서와, 상기 공진 코일과 상기 공진 컨덴서에 접속된 스위칭 소자와, 상기 스위칭 소자에 직렬로 접속되고 상기 스위칭 소자의 전류가 소정의 상한값을 초과했을 때 상기 스위칭 소자를 오프시키는 정전류 소자를 구비하고, 상기 보호회로는 상기 정전류 소자를 오프시켜 상기 스위칭 전원의 동작을 정지하는 것을 특징으로 한다.
이하, 실시예에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 본원 명세서와 각 도면에 있어서, 이미 나온 도면에 관하여 상술한 것과 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 적절하게 생략한다.
우선, 제1 실시예에 대해서 설명한다.
도 1은 제1 실시예에 관한 조명장치를 예시하는 블럭도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 조명장치(1)는 전원전압(VIN)을 입력하여 출력전압(VOUT)을 출력하는 전원장치(2)와, 전원장치(2)의 부하회로가 되는 조명부하(부하)(3)를 구비하고 있다. 조명부하(3)는 조명광원(17)을 구비하고 있다. 조명광원(17)은 예를 들어 LED로 구성되고, 전원장치(2)로부터 출력전압(VOUT)을 공급받아 점등한다. 조명장치(1)는 예를 들어 상용전원 등의 교류전원(9)에 접속되어 사용된다.
전원장치(2)는 교류전압을 출력하는 스위칭 전원(4), 교류전압을 직류전압으로 변환하는 정류회로(5)와, 스위칭 전원(4)과 정류회로(5) 사이를 절연하는 한쌍의 용량소자(6, 7)와, 보호회로(8)를 구비하고 있다. 전원장치(2)는 전원측과 부하측이 절연된 절연형 전원장치이다.
스위칭 전원(4)은 한쌍의 전원단자(10, 11)를 통하여 교류전원(9)에 접속된다. 스위칭 전원(4)은 예를 들어 전원전압(VIN)이 공급되는 스위칭 소자(도시하지 않음)가 온과 오프를 반복하는 스위칭 동작에 의해 교류전압을 생성하여 출력한다. 스위칭 전원(4)은 예를 들어 LED에 흐르는 평균전류가 거의 일정값이 되도록 제어된다. 그 결과, 조명부하(3)의 조명광원(17)을 안정적으로 점등시킬 수 있다. 또한, 교류전원(9)은 예를 들어 전원전압(VIN)이 100~240V의 상용전원이다.
정류회로(5)는 한쌍의 용량소자(6, 7)를 통하여 스위칭 전원(4)으로부터 출력되는 교류전압을 직류전압으로 변환하고, 한쌍의 출력단자(12, 13) 사이에 출력전압(VOUT)으로서 출력한다. 또한, 정류회로(5)는 예를 들어 다이오드로 구성되고, 또한 로우패스 필터를 구비할 수 있다.
한쌍의 용량소자(6, 7)는 스위칭 전원(4)과 정류회로(5) 사이에 접속되고, 스위칭 전원(4)과 정류회로(5) 사이, 즉 전원측과 부하측을 절연한다. 각 용량소자(6, 7)는 예를 들어 컨덴서이다. 또한, 각 용량소자(6, 7)의 정전용량은 예를 들어 동등하게 할 수 있다.
보호회로(8)는 스위칭 전원(4)으로부터 출력되는 전압을 검출하는 전압검출회로(검출회로)(14)와, 스위칭 전원(4)으로부터 출력되는 전류를 검출하는 전류검출회로(검출회로)(15)와, 제어회로(16)를 갖고 있다. 전압검출회로(14)는 스위칭 전원(4)의 출력에 병렬로 접속된다. 전류검출회로(15)는 스위칭 전원(4)의 출력에 직렬로 접속된다. 제어회로(16)는 전압검출회로(14)에 의해 검출된 전압을 규정전압과 비교하고, 또한 전류검출회로(15)에 의해 검출된 전류를 규정전류와 비교하여 한쌍의 용량소자(6, 7) 중 적어도 어느 하나의 소자의 절연성의 저하를 검출한다.
예를 들어, 한쌍의 용량소자(6, 7) 중 적어도 어느 하나의 소자의 절연성이 저하되어 있는 경우의 스위칭 전원(4)의 부하 임피던스, 즉 용량소자(6), 정류회로(5), 조명부하(3), 정류회로(5), 용량소자(7)의 경로에서의 임피던스는 각 용량소자(6, 7)의 절연성이 저하되어 있지 않은 경우보다 저하된다. 그 결과, 조명부하(3)를 흐르는 출력전류(IOUT)는 각 용량소자(6, 7)의 절연성이 저하되어 있지 않은 경우보다 증가한다.
또한, 조명광원(17)이 예를 들어 LED 등과 같이 동작저항이 낮은 조명광원인 경우, 예를 들어 도 2에 도시한 바와 같이, 정격동작점(P)의 근방에서 출력전류(IOUT)가 증가해도 출력전압(VOUT)은 거의 일정하다. 그 결과, 한쌍의 용량소자(6, 7) 중 적어도 어느 하나의 소자의 절연성이 저하되고 있는 경우에 스위칭 전원(4)으로부터 출력되는 전압은, 각 용량소자(6, 7)의 절연성이 저하되어 있지 않은 경우보다도 저하된다.
따라서, 한쌍의 용량소자(6, 7)의 절연성이 저하되어 있지 않은 경우, 즉 정상 상태에서의 스위칭 전원(4)으로부터 출력되는 전류보다 크고, 또한 허용되는 최대전류 이하의 값을 규정전류로 할 수 있다. 또한, 정상 상태에서의 스위칭 전원(4)으로부터 출력되는 전압보다 낮고, 정류회로(5)에 공급되는 전압 이상의 값을 규정전압으로 할 수 있다. 제어회로(16)는 전압검출회로(14)에 의해 검출된 전압, 및 전류검출회로(15)에 의해 검출된 전류를, 각각 규정전압, 규정전류와 비교함으로서 한쌍의 용량소자(6, 7) 중 적어도 어느 하나의 소자의 절연성의 저하를 검출할 수 있다.
예를 들어, 검출된 전류가 규정전류 이상일 때에는 한쌍의 용량소자(6, 7) 중 적어도 어느 하나의 소자의 절연성이 저하된 것이 검출된다. 또한, 예를 들어 검출된 전압이 규정전압 이하일 때에는 한쌍의 용량소자(6, 7) 중 적어도 어느 하나의 소자의 절연성이 저하된 것이 검출된다.
이와 같이, 본 실시예에서는 전압검출회로(14)에 의해 검출된 전압을 규정전압과 비교하고, 또한 전류검출회로(15)에 의해 검출된 전류를 규정전류와 비교함으로써 한쌍의 용량소자(6, 7) 중 적어도 어느 하나의 소자의 절연성의 저하를 검출하고, 스위칭 전원(4)의 스위칭 동작을 정지한다. 그 결과, 조명부하(3)가 소등하고, 전원측과 부하측 사이의 절연성의 저하에 의한 감전 등의 위험성을 피할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 조명부하(17)가 예를 들어 LED 등인 경우에는 전원측의 스위칭 전원(4)을 주파수 제어함으로써, 조명광원(17)을 흐르는 전류를 제어할 수 있다. 그 결과, 부하측에 예를 들어 전류검출회로를 설치하지 않아도, 조명광원(17)의 휘도를 조정할 수 있다.
또한, 도 1에서는 보호회로(8)가 전압검출회로(14)와 전류검출회로(15)를 갖는 구성을 예시하고 있다. 그러나, 보호회로(8)는 전압검출회로(14) 및 전류검출회로(15) 중 어느 하나의 검출회로를 갖는 구성으로 해도 좋다.
다음에, 제2 실시예에 대해서 설명한다.
도 3은 제2 실시예에 관한 조명장치를 예시하는 회로도이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 조명장치(1a)는 상기 제1 실시예에 관한 조명장치(1)와 비교하여 전원장치(2)의 구성이 다르다. 즉, 본 실시예에 있어서는 상기 제1 실시예에서의 전원장치(2) 대신 전원장치(2a)가 설치되어 있다. 본 실시예에 관한 조명장치의 전원장치 이외의 구성은 도 1에 도시한 구성과 동일하다.
전원장치(2a)는 상기 제1 실시예에서의 전원장치(2)와 비교하여 보호회로(8)의 구성이 다르고, 또한 스위칭 전원(4), 정류회로(5)의 구성이 예시되어 있는 점이 다르다. 즉, 본 실시예에서는 전원장치(2a)는 스위칭 전원(4a), 정류회로(5a), 한쌍의 용량소자(6, 7), 보호회로(8a)를 갖고 있다.
스위칭 전원(4a)은 전원전압(VIN)의 교류를 직류전압으로 변환하는 정류부와, 직류전압을 교류전압으로 변환하는 DC-AC 변환부로 구분된다. 정류부는 다이오드 브리지(18), 평활 컨덴서(19)를 갖는다. 또한, DC-AC변환부는 병렬 공진형 DC-AC컨버터와 로우패스 필터를 갖고 있다. DC-AC 변환부는 공진 코일(20), 공진 컨덴서(21), 스위칭 소자(22), 정전류 소자(23), 제1 코일(24), 컨덴서(25), 제2 코일(26), 결합 컨덴서(27), 보호 다이오드(28), 전압원 회로(29), 정지 스위치(30)를 구비하고 있다.
다이오드 브리지(18)는 한쌍의 전원단자(10, 11)를 통하여 교류전원(9)의 전원전압(VIN)을 입력한다. 평활 컨덴서(19)는 다이오드 브리지(18)의 출력에 접속되고, 다이오드 브리지(18)로 정류된 전압을 평활화하여 직류 전압을 출력한다.
공진 코일(20)의 일단과 공진 컨덴서(21)의 일단은 평활 컨덴서(19)의 일단에 접속된다. 공진 코일(20)의 타단과 공진 컨덴서(21)의 타단은 서로 접속되고, 또한 스위칭 소자(22), 정전류 소자(23)를 통하여 평활 컨덴서(19)의 타단에 접속된다. 공진 코일(20)과 공진 컨덴서(21)는 병렬 공진 회로를 구성한다.
스위칭 소자(22)와 정전류 소자(23)는 각각 제1 주단자, 제2 주단자, 제어단자를 갖는다. 스위칭 소자(22)의 제1 주단자는 공진 코일(20)의 타단과 공진 컨덴서(21)의 타단에 접속된다. 스위칭 소자(22)의 제2 주단자는 정전류 소자(23)의 제1 주단자에 접속된다. 정전류 소자(23)의 제2 주단자는 평활 컨덴서(19)의 타단에 접속된다. 즉, 스위칭 소자(22)와 정전류 소자(23)는 직렬로 접속되어 있다.
또한, 스위칭 소자(22)는 노멀리온형의 소자이고, 정전류 소자(23)는 노멀리 오프형의 소자이다. 스위칭 소자(22) 및 정전류 소자(23)는 예를 들어 전계효과 트랜지스터(FET)이고, 예를 들어 고전자 이동도 트랜지스터(High Electron Mobility Transistor: HEMT)이다. 또한, 제1 주단자, 제2 주단자, 제어단자는 예를 들어 각각 드레인, 소스, 게이트이다.
제1 코일(24)의 일단은 공진 코일(20)의 타단과 공진 컨덴서(21)의 타단과 스위칭 소자(22)의 제1 주단자에 접속되고, 제1 코일(24)의 타단은 컨덴서(25)를 통하여 공진 코일(20)의 일단과 공진 컨덴서(21)의 일단에 접속된다. 또한, 제1 코일(24)의 인덕턴스와 컨덴서(25)의 정전용량으로 규정되는 컷오프 주파수는 공진 코일(20)과 공진 컨덴서(21)로 구성되는 공진회로의 공진주파수보다 충분히 낮게 설정되어 있다. 그 결과, 제1 코일(24)과 컨덴서(25)는 공진 코일(20)과 공진 컨덴서(21)로 구성되는 공진회로의 공진주파수에서 충분한 감쇠량을 갖는 로우패스 필터를 구성하고 있다.
제2 코일(26)은 제1 코일(24)과 자기 결합하여 설치된다. 제2 코일(26)의 일단은 결합 컨덴서(27)를 통하여 스위칭 소자(22)의 제어단자에 접속되고, 제2 코일(26)의 타단은 평활 컨덴서(19)의 타단에 접속된다. 또한, 제2 코일(26)은 제1 코일(24)의 일단으로부터 타단의 방향으로 증가하는 전류가 흐르는 위상일 때, 스위칭 소자(22)의 제어단자측에 정극성의 전압이 공급되도록 접속되어 있다. 또한, 보호 다이오드(28)는 스위칭 소자(22)의 제어단자와 평활 컨덴서(19)의 타단 사이에 접속된다.
전압원 회로(29)는 정전류 소자(23)의 제어단자와 평활 컨덴서(19)의 타단 사이에 접속되고 정전압(Vc)을 출력한다. 또한, 전압원 회로(29)와 병렬로 정지 스위치(30)가, 정전류 소자(23)의 제어단자와 평활 컨덴서(19)의 타단 사이에 접속된다. 정지 스위치(30)는 보호회로(8a)의 출력으로 온 또는 오프로 전환된다.
정류회로(5a)는 한쌍의 용량소자(6, 7)를 통하여 스위칭 전원(4a)으로부터 교류전압이 입력되는 다이오드 브리지(31)와, 다이오드 브리지(31)로부터 출력되는 전압을 평활화하여 출력 전압(VOUT)으로서 출력하는 로우패스 필터(32)를 구비한다. 로우패스 필터(32)는 코일(33)과 컨덴서(34)로 구성되고, 코일(33)의 인덕턴스와 컨덴서(34)의 정전용량으로 규정되는 컷오프 주파수는 공진 코일(20)과 공진 컨덴서(21)로 구성되는 공진회로의 공진주파수보다 충분히 낮게 설정되어 있다.
컨덴서(34)의 양단은 한쌍의 출력단자(12, 13)에 접속되어 있다. 정류회로(5a)의 로우패스 필터(32)로부터 출력되는 전압은 전원장치(2a)의 출력전압(VOUT)으로서 조명부하(3)에 출력된다.
보호회로(8a)는 스위칭 전원(4a)으로부터 출력되는 전류를 검출하는 전류검출회로(검출회로)(15a)와, 스위칭 전원(4a)의 동작을 허가 또는 정지하는 제어회로(16a)를 갖는다.
전류검출회로(15a)는 제1 검출코일(35)과, 제2 검출코일(36) 등을 갖고 있다. 제1 검출코일(35)은 스위칭 전원(4a)의 출력과 용량소자(7) 사이에 접속되어 있다. 제2 검출코일(36)은 제1 검출코일(35)에 자기 결합되어 설치된다. 제2 검출코일(36)은 다이오드 등을 갖는 정류회로에 접속되어 있다. 전류검출회로(15a)는 제1 검출코일(35)에 흐르는 전류, 즉 스위칭 전원(4a)으로부터 출력되는 전류에 비례한 검출전압(Cdet)을 출력한다.
제어회로(16a)는 전류검출회로(15a)로부터 출력되는 검출전압(Cdet)을 기준전압(Vref)과 비교하는 비교회로(37)와, 래치회로(38) 등으로 구성된다. 여기에서, 기준전압(Vref)은 예를 들어 스위칭 전원(4a)으로부터 출력되는 전류가 규정전류일 때 전류검출회로(15a)로부터 출력되는 검출전압(Cdet)과 동등하게 설정된다. 상기와 같이 규정전류는 예를 들어 한쌍의 용량소자(6, 7)의 절연성이 저하되어 있지 않은 경우, 즉 정상 상태에서의 스위칭 전원(4)으로부터 출력되는 전류보다 크고, 또한 허용되는 최대전류 이하의 값이다.
다음에, 조명장치(1a)의 동작에 대해서 설명한다.
전원이 투입되면, 즉 한쌍의 전원단자(10, 11)에 교류전원(9)이 접속되며, 스위칭 전원(4a)에서의 평활 컨덴서(19)가 다이오드 브리지(18)를 통하여 충전되고, 평활 컨덴서(19)의 양단의 전압이 상승해간다.
스위칭 소자(22)는 노멀리온형의 소자이고, 전원이 투입될 때, 스위칭 소자(22)는 온하고 있다. 정전류 소자(23)는 노멀리오프형의 소자이고, 전원이 투입되고 전압원 회로(29)로부터 정전압(Vc)이 공급되면 온한다. 따라서, 전원이 투입되고 정전류 소자(23)가 온하면, 스위칭 소자(22)와 정전류 소자(23)를 통하여, 공진 코일(20)에 전류가 흐른다. 또한, 보호회로(8a)의 래치회로(38)는 전원이 투입되어 회로동작이 개시되었을 때 설정되고 온 신호를 출력한다. 그 결과, 정지 스위치(30)는 오프하고 있다.
공진 코일(20)에는 평활컨덴서(19)의 양단의 전압이 공급되므로, 공진 코일(20)을 흐르는 전류는 증가해간다. 공진코일(20)을 흐르는 전류가 정전류 소자(23)의 정전류값(상한값)에 도달하면, 정전류 소자(23)의 양단의 전압이 급상승하고, 스위칭 소자(22)의 제어단자의 전압을, 스위칭 소자(22)의 제2 주단자에 대해서 음(負)으로 한다. 그 결과, 스위칭 소자(22)는 오프한다.
스위칭 소자(22)가 오프하면, 공진코일(20)과 공진 컨덴서(21)로 구성된 공진회로에는 정현파상의 공진전류가 흐르므로, 공진코일(20)을 흐르는 전류는 감소되어 간다. 상기와 같이, 제1 코일(24)의 일단으로부터 타단의 방향, 즉 공진코일(20)측으로부터 컨덴서(25)측의 방향으로 증가하는 전류가 흐르고 있을 때, 제2 코일(26)은 스위칭 소자(22)의 제어단자측이 양극성(正極性)의 전압을 공급하도록 접속되어 있다.
또한, 제1 코일(24)과 컨덴서(25)로 구성되는 로우패스 필터의 컷오프 주파수는 공진주파수보다 충분히 낮게 설정되어 있다. 그 결과, 컨덴서(25)의 임피던스는 공진주파수에 대해서 충분히 작고, 제1 코일(24)에는 공진코일(20)과 거의 동일한 상의 전류가 컨덴서(25)를 통하여 흐른다.
따라서, 공진코일(20)을 흐르는 공진전류가 감소되어 가는 위상일 때, 제2 코일(26)에 유기되는 전압의 극성이 반전되고 스위칭 소자(22)의 제어단자측에 음극성 전압이 공급된다. 그 결과, 스위칭 소자(22)는 오프의 상태로 유지된다.
공진코일(20)을 흐르는 전류가 증가되는 위상이 되면, 제2 코일(26)에 유기되는 전압의 극성이 다시 반전되어, 스위칭 소자(22)의 제어단자측에 양극성의 전압이 공급된다. 그 결과, 스위칭 소자(22)는 온된다. 이에 의해, 공진 코일(20)의 양단에, 평활컨덴서(19)의 양단의 전압이 공급되는 상태로 되돌아간다.
이후, 상기의 동작을 반복한다. 스위칭 소자(22)의 온 및 오프로의 전환이 공진회로의 공진주파수에 동기하여 자동적으로 반복되고, 로우패스 필터의 출력, 즉 컨덴서(25)의 양단의 전압이 교류 전압으로서 스위칭 전원(4a)으로부터 출력된다. 또한, 평활컨덴서(19)의 양단의 전압이 상승하고 정상 상태의 전압에 도달할 때까지, 스위칭 전원(4a)으로부터 출력되는 교류전압은 상승한다.
또한, 정류회로(5a)에서는 스위칭 전원(4a)으로부터 출력된 교류전압은 한쌍의 용량소자(6, 7)와 보호회로(8a)의 제1 검출코일(35)을 통하여 다이오드 브리지(31)에 입력된다. 다이오드 브리지(31)에서 정류된 전압은 코일(33)을 통하여 컨덴서(34)를 충전한다. 컨덴서(34)의 양단의 전압, 즉 한쌍의 출력단자(12, 13)간의 전압은 정류회로(5a) 및 전원장치(2a)의 출력전압(VOUT)으로서, 조명부하(3)의 조명광원(17)에 공급된다.
출력전압(VOUT)이 소정 전압에 도달하면 조명광원(17)에 전류가 흐르고, 조명광원(17)이 점등한다. 예를 들어, 조명광원(17)이 LED인 경우, 상기 소정 전압은 LED의 순방향 전압이고, 조명광원(17)에 따라서 정해진다.
보호회로(8a)에서는 스위칭 전원(4a)으로부터 출력되는 전류가 규정전류 이하일 때, 전류검출회로(15a)로부터 출력되는 검출전압(Cdet)은 기준전압(Vref) 이하가 된다. 그 결과, 비교회로(37)는 래치회로(38)를 재설정하지 않고, 래치회로(38)는 설정상태를 유지한다. 따라서, 제어회로(16a)는 스위칭 전원(4a)의 정지 스위치(30)에 온 신호를 계속 출력하고, 스위칭 전원(4a)의 동작을 허가한다.
또한, 스위칭 전원(4a)으로부터 출력되는 전류가 규정전류보다 클 때, 전류검출회로(15a)로부터 출력되는 검출전압(Cdet)은 기준전압(Vref)보다 높아진다. 그 결과, 비교회로(37)는 래치회로(38)를 재설정한다. 따라서, 제어회로(16a)는 스위칭 전원(4a)의 정지 스위치(30)에 오프신호를 출력하고, 스위칭 전원(4a)의 동작을 정지한다. 또한, 래치회로(38)가 재설정된 후에는 스위칭 전원(4a)으로부터 출력되는 전류가 규정전류 이하로 감소되어도, 래치회로(38)는 재설정 상태를 유지한다. 그 결과, 예를 들어 전원이 재투입될 때까지 래치회로(38)는 정지 스위치(30)에 온 신호를 출력하고, 스위칭 전원(4a)의 동작은 정지되어 있다.
다음에, 본 실시예의 효과에 대해서 설명한다.
본 실시예에서는 전류검출회로(15a)에 의해 스위칭 전원(4a)으로부터 출력되는 전류를 검출하고 있다. 그리고, 검출된 전류가 규정전류보다 클 때, 한쌍의 용량소자(6, 7) 중 적어도 어느 하나의 소자의 절연성이 저하된 것을 검출하고, 스위칭 전원(4a)의 스위칭 동작을 정지한다. 그 결과, 조명부하(3)가 소등하고, 전원측과 부하측 사이의 절연성 저하에 의한 감전 등이 위험성을 피할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 스위칭 소자(22)와 직렬로 접속된 정전류 소자(23)의 제어단자의 전위를 제어하고 정전류 소자(23)를 오프시킴으로써, 스위칭 전원(4a)의 동작을 정지시키고 있다. 그 결과, 한쌍의 용량소자(6, 7) 중 적어도 어느 하나의 소자의 절연성이 저하된 것이 검출되었을 때, 고속으로 스위칭 전원(4a)의 동작을 정지시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 한쌍의 용량소자(6, 7)에 의해 전원측과 부하측이 절연되어 있다. 그 결과, 변압기를 사용하여 절연한 경우와 비교하여 소형화, 경량화할 수 있다.
또한, 스위칭 소자(22), 정전류 소자(23) 등의 각 소자로서 HEMT를 사용한 경우, 고주파 동작이 가능해진다. 예를 들어, 메가헤르츠 오더의 동작이 가능해진다. 특히, GaN계 HEMT를 사용한 경우, 한층 더한 고주파 동작이 가능해진다. 그 결과, 또한 제1 내지 제2 검출코일의 소형화, 경량화할 수 있다.
도 4는 제3 실시예에서의 전원장치를 예시하는 회로도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 조명장치(1b)는 상기의 제2 실시예에 관한 조명장치(1a)와 비교하여, 전원장치(2a)의 구성이 다르다. 즉, 본 실시예에서는 상기의 제2 실시예에서의 전원장치(2a) 대신 전원장치(2b)가 설치되어 있다. 본 실시예에 관한 조명장치의 전원장치 이외의 구성은 도 3에 도시한 구성과 동일하다.
전원장치(2b)는 상기 제2 실시예에서의 전원장치(2a)와 비교하여, 스위칭 전원(4a) 및 한쌍의 용량소자(6, 7)의 구성이 다르다. 즉, 본 실시예에서는 전원장치(2b)는 스위칭 전원(4b), 정류회로(5a), 한쌍의 용량소자(6a. 7a), 보호회로(8a)를 갖고 있다. 본 실시예에서의 스위칭 전원(4b) 및 한쌍의 용량소자(6a, 7a) 이외의 구성은 도 3에 도시한 구성과 동일하다. 또한, 도 4에서는 정류회로(5a)의 구성의 도시를 생략하고, 보호회로(8a)의 구성을 간략화하여 도시하고 있다.
스위칭 전원(4b)은 상기의 제2 실시예에서의 스위칭 전원(4a)과 비교하여, 다이오드 브리지(18)와 평활 컨덴서(19)로 구성된 정류부가 없는 점이 스위칭 전원(4a)과 다르다. 즉, 스위칭 전원(4b)은 한쌍의 전원단자(10, 11)에 직류전원(9a)이 접속되고 전원전압(VIN)이 입력된다.
스위칭 전원(4b)은 직류의 전원전압(VIN)을 입력하고 교류전압을 출력한다.
한쌍의 용량소자(6a, 7a)는 상기 제2 실시예에서의 용량소자(6, 7)와 비교하여 직렬 접속된 용량소자(39, 40)와 직렬 접속된 용량소자(41, 42)로 각각 구성되어 있는 점이 다르다.
용량소자(39~42)는 예를 들어 컨덴서이다. 또한, 각 용량소자(39~42)의 정전용량은 동등하게 할 수 있다.
본 실시예에서의 전원장치(2b)의 상기 이외의 구성에 대해서는 도 3에 도시한 구성과 동일하다.
본 실시예에서는 한쌍의 용량소자(6a, 7a)가 복수의 용량소자로 구성되어 있으므로, 어떤 용량소자(39~42)의 절연성이 저하된 경우에도 한쌍의 용량소자(6a, 7a)의 절연성을 확보할 수 있다. 그러나, 조명부하(3)의 점등을 계속하면, 한쌍의 용량소자(6a, 7a)의 절연성의 저하에 의한 감전 등의 위험성이 있다.
그래서, 본 실시예에서는 보호회로(8a)에서의 제어회로(16a)의 기준전압의 설정에 의해, 용량소자(39~42) 중 어느 하나의 소자의 절연성의 저하를 검출하고, 스위칭 전원(4b)의 동작을 정지할 수 있다. 그 결과, 조명부하(3)가 점등하고, 전원측과 부하측 사이의 절연성 저하에 의한 감전 등의 위험성을 피할 수 있다.
제3 실시예의 상기 이외의 효과는 상기의 제2 실시예와 동일하다.
이상, 구체예를 참조하면서 본 발명의 실시예에 대해서 설명했다. 그러나, 본 발명은 그에 한정되는 것은 아니고, 여러가지 변형이 가능하다.
예를 들어, 상술한 제2 및 제3 실시예에서는 스위칭 소자(22)가 노멀리온형의 소자인 예를 도시했지만, 노멀리오프형 소자이어도 좋다. 이 경우에는 전원전압(VIN)의 공급을 개시했을 때, 스위칭 전원(4a, 4b)을 기동시키기 위한 기동회로가 필요해진다.
또한, 스위칭 전원의 구성은 도 3 및 도 4에 도시한 것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 스위칭 소자로 구성된 브리지 회로로 해도 좋다. 이 경우에는 예를 들어 스위칭 소자의 제어단자에 공급하는 전압을 제어하여 스위칭 전원의 동작을 정지시킬 수 있다.
또한, 스위칭 소자(22), 정전류 소자(23)는 GaN계 HEMT에는 한정되지 않는다. 예를 들어, 반도체 기판에 탄화규소(SiC)나 질화갈륨(GaN)이나 다이아몬드와 같은 와이드밴드갭을 갖는 반도체(와이드밴드갭 반도체)를 사용하여 형성한 반도체 소자이어도 좋다. 여기에서, 와이드밴드갭 반도체라는 것은 밴드갭이 약 1.4eV의 비화갈륨(GaAs)보다도 밴드갭이 넓은 반도체를 말한다. 예를 들어, 밴드갭이 1.5eV 이상의 반도체, 인화 갈륨(GaP, 밴드갭 약 2.3eV), 질화갈륨(GaN, 밴드갭 약 3.4eV), 다이아몬드(C, 밴드갭 약 5.27eV), 질화알루미늄(AlN, 밴드갭 약 5.9eV), 탄화규소(SiC) 등이 포함된다. 이와 같은 와이드밴드갭 반도체 소자는 실리콘(Si)계 반도체 소자와 비교하여, 소자 내압(耐壓)을 동등하게 한 경우, 기생용량이 작고 고속 동작이 가능하므로, 더욱 스위칭 전원의 소형화, 스위칭 손실의 감소가 가능하다.
또한, 정전류 소자(23)는 예를 들어 정전류 다이오드이어도 좋다. 이 경우에는 스위칭 소자(22)의 제어단자에 공급하는 전압을 제어하고 스위칭 전원을 정지할 수 있다.
또한, 조명광원(17)은 LED에 한정되지 않고 EL이나 OLED 등이어도 좋고, 조명부하(3)에는 복수개의 조명광원(17)이 직렬 또는 병렬로 접속되어 있어도 좋다.
또한, 상술한 제1~제3 실시예에서는 스위칭 전원의 부하로서 조명광원을 사용하는 경우를 예시했지만, 예시한 스위칭 전원은 조명광원뿐만 아니라, 직류로 구동되는 부하이면 사용할 수 있다.
본 발명의 몇 가지 실시형태 및 실시예를 설명했지만, 이들 실시형태 또는 실시예는 예로서 제시한 것이고, 발명의 범위를 한정할 의도는 없다. 이들 신규의 실시형태 또는 실시예는 그 밖의 여러가지 형태로 실시되는 것이 가능하고 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서, 여러가지 생략, 치환, 변경을 실시할 수 있다. 이들 실시형태 또는 실시예나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함되고 또한 특허청구범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.

Claims (8)

  1. 직류 또는 교류의 전원전압을 입력하고 교류전압을 출력하는 스위칭 전원,
    정류회로,
    상기 스위칭 전원과 상기 정류회로 사이에 접속되고, 상기 스위칭 전원과 상기 정류회로를 절연하는 한쌍의 용량소자, 및
    상기 정류회로의 출력에 부하회로로서 접속되고 또한 정전류로 구동되는 부하를 구비한 전기기기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 한쌍의 용량소자 중 적어도 어느 하나의 소자의 절연성능이 저하된 것을 검출하고, 상기 스위칭 전원의 동작을 정지하는 보호회로를 추가로 구비한 전기기기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 보호회로는 상기 스위칭 전원의 출력전류 및 출력전압 중 적어도 어느 하나를 검출하는 검출회로를 갖는 전기기기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 보호회로는
    상기 스위칭 전원의 출력과 상기 한쌍의 용량소자 중 적어도 어느 것 사이에 접속된 제1 검출코일,
    상기 제1 검출코일과 자기 결합된 제2 검출코일, 및
    상기 제2 검출코일에 유기된 전압을 정류하여 기준전압과 비교하는 비교회로를 구비하는 전기기기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 전원은 입력된 직류의 전원전압을 교류전압으로 변환하는 DC-AC컨버터인 전기기기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 전원은 입력된 교류의 전원전압을 전압이 다른 교류전압으로 변환하는 AC-AC 컨버터인 전기기기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 쌍의 용량소자의 각각은 직렬 접속된 복수의 컨덴서를 갖는 전기기기.
  8. 상기 스위칭 전원은
    공진코일,
    상기 공진코일과 병렬로 접속되고, 공진회로를 구성하는 공진컨덴서,
    상기 공진코일과 상기 공진컨덴서에 접속된 스위칭 소자, 및
    상기 스위칭 소자에 직렬로 접속되고, 상기 스위칭 소자의 전류가 소정의 상한값을 초과했을 때 상기 스위칭 소자를 오프시키는 정전류 소자를 구비하고,
    상기 보호회로는 상기 정전류 소자를 오프시키고 상기 스위칭 전원의 동작을 정지시키는 전기기기.
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