JP2015061472A - 電源回路及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した動作の電源回路及び照明装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、出力部と電力変換部とフィードバック回路と電荷調整回路と制御部とを備えた電源回路が提供される。出力部は、高電位出力端子と低電位出力端子とを含み、直流負荷と接続される。電力変換部は、高電位出力端子と低電位出力端子との間に接続されたコンデンサを有し、入力電圧を直流負荷に対応した直流の出力電圧に変換し、出力電圧を直流負荷に供給する。フィードバック回路は、出力電圧と出力電流との少なくとも一方を基に、電力変換部をフィードバック制御する。電荷調整回路は、コンデンサに蓄積された電荷を低電位出力端子に流す。制御部は、入力電圧を検出し、入力電圧が閾値電圧以下になった時に、電荷調整回路を制御してコンデンサの電荷を低電位出力端子に流す。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電源回路及び照明装置に関する。

照明装置において、照明光源は白熱電球や蛍光灯から省エネルギー・長寿命の光源、例えば発光ダイオード（Light-emitting diode：ＬＥＤ）などの発光素子への置き換えが進んでいる。こうした光源に電力を供給する電源回路では、安定した動作が望まれる。

特開２０１３−９８００８号公報

安定した動作の電源回路及び照明装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態によれば、出力部と、電力変換部と、フィードバック回路と、電荷調整回路と、制御部と、を備えた電源回路が提供される。前記出力部は、高電位出力端子と低電位出力端子とを含み、直流負荷と電気的に接続される。前記電力変換部は、前記高電位出力端子と前記低電位出力端子との間に電気的に接続されたコンデンサを有し、入力電圧を前記直流負荷に対応した直流の出力電圧に変換し、前記出力電圧を前記出力部を介して前記直流負荷に供給する。前記フィードバック回路は、前記出力電圧と前記直流負荷に流れる出力電流との少なくとも一方を基に、前記電力変換部をフィードバック制御する。前記電荷調整回路は、前記高電位出力端子と電気的に接続された第１電極と、前記低電位出力端子と電気的に接続された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流を制御する制御電極と、を有するとともに、前記第１電極と前記第２電極との間に電流が流れる第１状態と、前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流が前記第１状態よりも小さい第２状態と、を有するスイッチング素子を含み、前記スイッチング素子を前記第１状態にした時に、前記コンデンサに蓄積された電荷を前記低電位出力端子に流す。前記制御部は、前記電力変換部及び前記制御電極と電気的に接続され、前記入力電圧を検出し、前記入力電圧が閾値電圧以下になった時に、前記スイッチング素子を前記第２状態から前記第１状態に遷移させる。

本発明の実施形態によれば、安定した動作の電源回路及び照明装置を提供することができる。

実施形態に係る照明装置を模式的に表すブロック図である。 図２（ａ）及び図２（ｂ）は、実施形態に係る照明装置を表す模式図である。

以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

図１は、実施形態に係る照明装置を模式的に表すブロック図である。
図１に表したように、照明装置１０は、照明負荷１２（直流負荷）と、電源回路１４と、を備える。照明負荷１２は、例えば、発光ダイオード（Light-emitting diode：ＬＥＤ）などの照明光源１６を有する。照明光源１６は、例えば、有機発光ダイオード（Organic light-emitting diode：ＯＬＥＤ）などでもよい。照明光源１６には、例えば、順方向降下電圧を有する発光素子が用いられる。照明負荷１２は、電源回路１４からの出力電圧の印加及び出力電流の供給により、照明光源１６を点灯させる。出力電圧及び出力電流の値は、照明光源１６に応じて規定される。

電源回路１４は、一対の入力端子４、５を有し、各入力端子４、５を介して交流電源２と接続されている。なお、本願明細書において、「接続」とは、電気的な接続を意味し、物理的に接続されていない場合や他の要素を介して接続されている場合も含むものとする。

交流電源２は、例えば、商用電源である。電源回路１４は、交流電源２から供給される交流の入力電圧ＶＩＮを直流の出力電圧ＶＯＵＴに変換して照明負荷１２に出力することにより、照明光源１６を点灯させる。

電源回路１４は、出力部２１と、電力変換部２２と、フィードバック回路２３と、電荷調整回路２４と、制御部２５と、を含む。

出力部２１は、高電位出力端子２１ａと、低電位出力端子２１ｂと、を含み、照明負荷１２と接続される。

電力変換部２２は、高電位出力端子２１ａと低電位出力端子２１ｂとの間に接続されたコンデンサ３０を有する。電力変換部２２は、入力電圧ＶＩＮを照明負荷１２に対応した直流の出力電圧ＶＯＵＴに変換し、出力電圧ＶＯＵＴを出力部２１を介して照明負荷１２に供給する。なお、入力電圧ＶＩＮは、交流に限ることなく、例えば、直流でもよいし、脈流でもよい。入力電圧ＶＩＮは、例えば、調光器などによって導通角制御された交流電圧でもよい。

電力変換部２２は、例えば、ＡＣ−ＤＣコンバータ３１と、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２と、をさらに含む。ＡＣ−ＤＣコンバータ３１は、例えば、整流回路３３と、平滑コンデンサ３４と、を含む。

整流回路３３は、例えば、ダイオードブリッジである。整流回路３３の入力端子３３ａ、３３ｂは、一対の入力端子４、５に接続されている。整流回路３３の入力端子３３ａ、３３ｂには、入力電圧ＶＩＮが入力される。整流回路３３は、例えば、交流の入力電圧ＶＩＮを全波整流し、全波整流後の脈流電圧を高電位端子３３ｃと低電位端子３３ｄとの間に生じさせる。

平滑コンデンサ３４は、整流回路３３の高電位端子３３ｃと低電位端子３３ｄとの間に接続されている。平滑コンデンサ３４は、整流回路３３によって整流された脈流電圧を平滑化する。これにより、平滑コンデンサ３４の両端には、第１直流電圧ＶＤＣ１が現れる。なお、下記説明では平滑コンデンサ３４を有する場合について説明するが、平滑コンデンサ３４の代わりに、脈流電圧を平滑する目的ではなく単にノイズフィルタとして機能させるために設けたコンデンサを接続してもよく、あるいは平滑コンデンサ３４を省略してもよい。

電源回路１４は、例えば、フィルタ回路２６をさらに含む。フィルタ回路２６は、例えば、インダクタ４０、４１と、コンデンサ４２、４３と、を含む。インダクタ４０は、入力端子４と入力端子３３ａとの間に接続される。インダクタ４１は、入力端子５と入力端子３３ｂとの間に接続される。コンデンサ４２は、入力端子４と入力端子５との間に接続される。コンデンサ４３は、入力端子３３ａと入力端子３３ｂとの間に接続される。フィルタ回路２６は、例えば、入力電圧ＶＩＮに含まれるノイズを除去する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ３２は、平滑コンデンサ３４の両端に接続される。これにより、第１直流電圧ＶＤＣ１が、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２に入力される。ＤＣ−ＤＣコンバータ３２は、スイッチング素子を含む。ＤＣ−ＤＣコンバータ３２は、スイッチング素子のオン・オフにより、第１直流電圧ＶＤＣ１を絶対値の異なる第２直流電圧ＶＤＣ２に変換し、第２直流電圧ＶＤＣ２を出力する。

コンデンサ３０は、例えば、第２直流電圧ＶＤＣ２を平滑化する。これにより、出力部２１の高電位出力端子２１ａと低電位出力端子２１ｂとの間に、直流の出力電圧ＶＯＵＴが現れる。照明負荷１２は、電源回路１４から供給された出力電圧ＶＯＵＴにより、照明光源１６を点灯させる。なお、コンデンサ３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の一部としてもよい。この場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２から出力される第２直流電圧ＶＤＣ２が、出力電圧ＶＯＵＴとして照明負荷１２に供給される。

フィードバック回路２３は、例えば、出力部２１に接続される。フィードバック回路２３は、出力電圧ＶＯＵＴと、照明負荷１２に流れる出力電流ＩＯＵＴと、の少なくとも一方を検出する。フィードバック回路２３は、出力電圧ＶＯＵＴと出力電流ＩＯＵＴとの少なくとも一方を基に、電力変換部２２をフィードバック制御する。これにより、フィードバック回路２３は、例えば、照明負荷１２への過電圧の印加や照明負荷１２への過電流の供給を抑制する。

電荷調整回路２４は、スイッチング素子５０を含む。スイッチング素子５０は、第１電極５０ａと、第２電極５０ｂと、制御電極５０ｃと、を含む。第１電極５０ａは、高電位出力端子２１ａと接続される。第２電極５０ｂは、低電位出力端子２１ｂと接続される。第２電極５０ｂは、例えば、抵抗５２を介して低電位出力端子２１ｂと接続される。制御電極５０ｃは、第１電極５０ａと第２電極５０ｂとの間に流れる電流を制御する。

スイッチング素子５０は、第１状態と、第２状態と、を有する。第１状態では、第１電極５０ａと第２電極５０ｂとの間に電流が流れる。第２状態では、第１電極５０ａと第２電極５０ｂとの間に電流が、第１状態よりも小さい。第２状態では、例えば、第１電極５０ａと第２電極５０ｂとの間に実質的に電流が流れない。第１状態は、いわゆるオン状態であり、第２状態は、いわゆるオフ状態である。

電荷調整回路２４は、スイッチング素子５０を第１状態にした時に、コンデンサ３０に蓄積された電荷を低電位出力端子２１ｂに流す。低電位出力端子２１ｂの電位は、例えば、グランド電位である。電荷調整回路２４は、スイッチング素子５０をオンにすることにより、コンデンサ３０に蓄積された電荷を引き抜く。換言すれば、電荷調整回路２４は、スイッチング素子５０をオンにすることにより、コンデンサ３０に蓄積された電荷をグランドに落とす。

スイッチング素子５０は、照明負荷１２の点灯時に、第２状態に設定される。スイッチング素子５０の第１電極５０ａと第２電極５０ｂとの間の耐電圧は、出力電圧ＶＯＵＴよりも高い。これにより、例えば、照明負荷１２を点灯させる際に、第１電極５０ａと第２電極５０ｂとの間に電流が流れてしまうことが抑制される。スイッチング素子５０には、例えば、バイポーラトランジスタ、ＦＥＴまたはＨＥＭＴなどが用いられる。スイッチング素子５０は、例えば、必要な耐電圧を有する任意のスイッチング素子でよい。また、スイッチング素子５０には、例えば、ノーマリオフ型のスイッチング素子が用いられる。

制御部２５は、電力変換部２２及び制御電極５０ｃと接続される。制御部２５は、入力電圧ＶＩＮを検出する。この例では、電力変換部２２が、高電位端子３３ｃと低電位端子３３ｄとの間に直列に接続された一対の抵抗３５、３６を含む。制御部２５は、抵抗３５、３６の接続点に接続される。これにより、抵抗３５、３６の分圧比に応じた電圧が、検出電圧Ｖｄｅｔとして制御部２５に入力される。制御部２５は、検出電圧Ｖｄｅｔを基に、入力電圧ＶＩＮの検出を行う。

制御部２５は、例えば、検出電圧Ｖｄｅｔが閾値電圧以下か否かの判定を行う。制御部２５は、検出電圧Ｖｄｅｔが閾値電圧以下の時に、入力電圧ＶＩＮが閾値電圧以下であると判定する。すなわち、制御部２５は、検出電圧Ｖｄｅｔが閾値電圧以下の時に、入力電圧ＶＩＮの供給が停止されたと判定する。なお、入力電圧ＶＩＮの検出方法は、上記に限ることなく、入力電圧ＶＩＮの検出が可能な任意の方法でよい。

制御部２５は、上記のように入力電圧ＶＩＮを検出し、入力電圧ＶＩＮが閾値電圧以下になった時に、電荷調整回路２４のスイッチング素子５０を第２状態から第１状態に遷移させる。すなわち、制御部２５は、入力電圧ＶＩＮの供給が停止された時に、コンデンサ３０に蓄積された電荷を低電位出力端子２１ｂに流す。

電源回路１４は、制御用電源回路２７をさらに含む。制御用電源回路２７は、入力端子４、５に接続されている。制御用電源回路２７には、入力電圧ＶＩＮが入力される。制御用電源回路２７は、入力された入力電圧ＶＩＮを制御部２５に応じた直流の駆動電圧ＶＤＤに変換し、駆動電圧ＶＤＤを制御部２５に供給する。制御部２５は、駆動電圧ＶＤＤの供給によって動作する。

制御用電源回路２７は、例えば、コンデンサ２７ａを含む。制御用電源回路２７は、例えば、コンデンサ２７ａに電荷を蓄積し、入力電圧ＶＩＮの供給が停止された時に、コンデンサ２７ａに蓄積された電荷を基に、駆動電圧ＶＤＤの供給を行う。これにより、入力電圧ＶＩＮの供給が停止された後も、コンデンサ２７ａに蓄積された電荷に基づいて、制御部２５がしばらく動作を続ける。これにより、入力電圧ＶＩＮの供給が停止された時に、制御部２５がスイッチング素子５０を第２状態から第１状態に遷移させ、コンデンサ３０に蓄積された電荷を適切に低電位出力端子２１ｂに流すことができる。

なお、制御用電源回路２７に供給される電圧は、入力電圧ＶＩＮに限ることなく、例えば、第１直流電圧ＶＤＣ１でもよいし、第２直流電圧ＶＤＣ２でもよいし、出力電圧ＶＯＵＴでもよい。

制御部２５は、調光器３と接続されている。制御部２５には、照明負荷１２の明るさに対応する調光信号ＤＭＳ１が入力される。調光信号ＤＭＳ１は、例えば、調光度に応じたデューティ比のＰＷＭ信号などである。制御部２５は、例えば、入力された調光信号ＤＭＳ１に基づいて、調光信号ＤＭＳ２を生成し、調光信号ＤＭＳ２をフィードバック回路２３に入力する。調光信号ＤＭＳ２は、例えば、調光信号ＤＭＳ１をフィードバック回路２３に対応した形式に変換した信号である。調光信号ＤＭＳ２は、例えば、調光信号ＤＭＳ１と実質的に同じでもよい。

フィードバック回路２３は、出力電圧ＶＯＵＴと出力電流ＩＯＵＴとの少なくとも一方と、調光信号ＤＭＳ２と、に基づいて、電力変換部２２をフィードバック制御する。これにより、照明負荷１２が、調光器３で設定された調光度に応じた明るさで点灯する。すなわち、照明負荷１２が、調光される。このように、制御部２５は、電荷調整回路２４の制御を行うとともに、調光制御を行う。

この例では、制御部２５が、外部から入力される調光信号ＤＭＳ１に基づいて、照明負荷１２の調光制御を行う。これに限ることなく、例えば、導通角制御された交流電圧が入力電圧ＶＩＮとして入力される場合には、入力電圧ＶＩＮの導通角を制御部２５に検出させ、検出された導通角に基づいて調光信号を制御部２５に生成させてもよい。

出力電圧または出力電流のフィードバック制御を行う照明装置において、入力電圧の供給の停止（電源オフ）から短時間のうちに再び入力電圧の供給を開始（電源オン）した時に、瞬間的に意図しない高い輝度で光源が発光したり、光源の輝度が変化するチラツキが発生したりする場合がある。

こうした異常点灯の原因は、電力変換部の出力側に接続されたコンデンサ（本実施形態におけるコンデンサ３０）に蓄積された電荷であると考えられる。短時間で電源オフから電源オンに切り替えた場合、コンデンサに電荷が蓄積された状態でフィードバック回路が動作を開始する。一方、フィードバック回路は、例えば、コンデンサに電荷が蓄積されていない状態で動作を開始するように設計される。このため、フィードバック回路に設定される電荷の値と、実際にコンデンサに蓄積されている電荷と、の間に、電位差が生じる。例えば、フィードバック回路の制御時間、動作、及び、応答などが変化してしまう。これにより、一時的に大きな出力電流ＩＯＵＴが照明負荷に流れてしまう。例えば、出力電流ＩＯＵＴがオーバーシュートしてしまう。これにより、チラツキなどの異常点灯が発生すると考えられる。

これに対して、本実施形態に係る照明装置１０の電源回路１４では、入力電圧ＶＩＮが閾値電圧以下になった時に、制御部２５が、コンデンサ３０に蓄積された電荷を低電位出力端子２１ｂに流す。これにより、電源回路１４では、例えば、入力電圧ＶＩＮの供給が停止された時に、電荷調整回路２４を含まない電源回路に比べて、コンデンサ３０に蓄積された電荷を短時間で低下させることができる。例えば、出力電流ＩＯＵＴのオーバーシュートを抑制することができる。例えば、意図しない高い輝度での照明光源１６の点灯や照明光源１６のチラツキなどの異常点灯を抑制することができる。このように、本実施形態に係る照明装置１０及び電源回路１４では、安定した動作を得ることができる。

図２（ａ）及び図２（ｂ）は、実施形態に係る照明装置を表す模式図である。
図２（ａ）は、照明装置１０の模式的斜視図である。図２（ｂ）は、照明装置１０の模式的側面図である。
図２（ａ）及び図２（ｂ）に表したように、照明装置１０は、例えば、照明負荷１２と、照明負荷１２に電力を供給する電源回路１４と、照明負荷１２及び電源回路１４を収容する筒状の筐体８０と、筐体８０の一端を塞ぐ光透過性のカバー８２と、筐体８０の他端に設けられた口金部８４と、を含む。

筐体８０は、例えば、内部の空間に照明負荷１２及び電源回路１４を保持する。照明負荷１２は、例えば、基板上に設けられ、基板を介して筐体８０に取り付けられる。基板上には、例えば、複数の照明光源１６が並べて設けられる。筐体８０には、例えば、鉄、アルミニウム、または、ステンレスなどの金属材料が用いられる。これにより、照明負荷１２の点灯にともなって発生する熱の放熱性を高めることができる。

カバー８２には、例えば、光拡散性を有するポリカーボネートなどの樹脂材料が用いられる。これにより、例えば、照射光の輝度ムラや色ムラを抑えることができる。カバー８２は、必ずしも光拡散性を有していなくてもよい。カバー８２は、例えば、透明でもよい。カバー８２は、少なくとも光透過性を有していればよい。

口金部８４は、例えば、ＧＨ７６ｐ形やＧＸ５３形の口金構造を有している。口金部８４は、例えば、照明器具などのソケットに嵌る。これにより、口金部８４を介して、照明装置１０が、器具に保持される。口金部８４の形状は、これに限ることなく、器具のソケットの形状に対応した任意の形状でよい。

口金部８４には、例えば、複数の電極ピンが設けられている。各電極ピンは、例えば、ソケットに保持された状態において、ソケットの電極部分と電気的に接続される。また、各電極ピンは、電源回路１４と電気的に接続されている。これにより、ソケット及び各電極ピンを介して、電源回路１４に電源が供給される。例えば、電源回路１４に入力電圧ＶＩＮが供給される。

照明装置１０は、例えば、白熱電球などに置き換えて使用されるランプ（ＬＥＤランプ）である。この例では、円筒状の照明装置１０を示しているが、照明装置１０の形状は、これに限ることなく、例えば、電球状でもよい。照明装置１０の形状は、任意でよい。

以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明したが、それらに限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

なお、照明光源１６はＬＥＤに限らず、例えば、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）やＯＬＥＤ（Organic light-emitting diode）などでもよい。照明負荷１２には、複数の照明光源１６が直列又は並列に接続されていてもよい。

上記実施形態では、直流負荷として、照明負荷１２を示しているが、これに限ることなく、例えば、ヒータなどの他の直流負荷でもよい。上記実施形態では、電源回路として、照明装置１０に用いられる電源回路１４を示しているが、これに限ることなく、直流負荷に対応する任意の電源回路でよい。

本発明のいくつかの実施形態および実施例を説明したが、これらの実施形態または実施例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態または実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態または実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

２…交流電源、 ３…調光器、 ４、５…入力端子、 １０…照明装置、 １２…照明負荷、 １４…電源回路、 １６…照明光源、 ２１…出力部、 ２１ａ…高電位出力端子、 ２１ｂ…低電位出力端子、 ２２…電力変換部、 ２３…フィードバック回路、 ２４…電荷調整回路、 ２５…制御部、 ２６…フィルタ回路、 ２７…制御用電源回路、 ２７ａ…コンデンサ、 ３０…コンデンサ、 ３１…ＡＣ−ＤＣコンバータ、 ３２…ＤＣ−ＤＣコンバータ、 ３３…整流回路、 ３４…平滑コンデンサ、 ３５、３６…抵抗、 ４０、４１…インダクタ、 ４２、４３…コンデンサ、 ５０…スイッチング素子、 ５０ａ…第１電極、 ５０ｂ…第２電極、 ５０ｃ…制御電極、 ５２…抵抗、 ８０…筐体、 ８２…カバー、 ８４…口金部

Claims (4)

1. 高電位出力端子と低電位出力端子とを含み、直流負荷と電気的に接続される出力部と、
   前記高電位出力端子と前記低電位出力端子との間に電気的に接続されたコンデンサを有し、入力電圧を前記直流負荷に対応した直流の出力電圧に変換し、前記出力電圧を前記出力部を介して前記直流負荷に供給する電力変換部と、
   前記出力電圧と前記直流負荷に流れる出力電流との少なくとも一方を基に、前記電力変換部をフィードバック制御するフィードバック回路と、
   前記高電位出力端子と電気的に接続された第１電極と、前記低電位出力端子と電気的に接続された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流を制御する制御電極と、を有するとともに、前記第１電極と前記第２電極との間に電流が流れる第１状態と、前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流が前記第１状態よりも小さい第２状態と、を有するスイッチング素子を含み、前記スイッチング素子を前記第１状態にした時に、前記コンデンサに蓄積された電荷を前記低電位出力端子に流す電荷調整回路と、
   前記電力変換部及び前記制御電極と電気的に接続され、前記入力電圧を検出し、前記入力電圧が閾値電圧以下になった時に、前記スイッチング素子を前記第２状態から前記第１状態に遷移させる制御部と、
   を備えた電源回路。
2. 前記スイッチング素子の前記第１電極と前記第２電極との間の耐電圧は、前記出力電圧よりも高い請求項１記載の電源回路。
3. 前記直流負荷は、光源を含む照明負荷であり、
   前記制御部は、前記照明負荷の明るさに対応する調光信号を前記フィードバック回路に入力し、
   前記フィードバック回路は、前記出力電圧と前記出力電流との少なくとも一方と、前記調光信号と、に基づいて、前記電力変換部をフィードバック制御する請求項１又は２に記載の電源回路。
4. 照明負荷と、
   前記照明負荷に電力を供給する請求項１〜３のいずれか１つに記載の電源回路と、
   を備えた照明装置。

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