JP2014110696A - 電源装置及び照明装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電源回路15は、負荷供給電力と駆動電源電力とを出力する。電源回路21は、電源回路15よりも電圧が低い電力を出力し、出力電圧が所定の最大電圧閾値より高い場合に動作を停止する。駆動回路14は、電源回路15及び電源回路21が出力した電力を電源として動作し、電源回路15を駆動する。最大電圧閾値は、電源回路15の出力電圧よりも低い。
【選択図】図1
Description
制御電源回路における電力損失を抑えるため、電源回路の動作中は、電源回路から制御回路に電力を供給し、制御電源回路を停止させる技術がある。
この発明は、例えば、電源電圧が異なる複数種類の制御回路がある場合でも、回路構成を複雑化することなく、電力損失を抑えることを目的とする。
実施の形態1について、図1〜図3を用いて説明する。
入力回路11は、外部電源91から供給される電力を入力する。
電源回路15(第一電源回路の例。)は、入力回路11が入力した電力を、負荷供給電力に変換する。負荷供給電力(第二の電力の例。)は、光源回路92に対して供給される。また、電源回路15は、入力回路11が入力した電力の一部を、駆動電源電力に変換する。駆動電源電力は、駆動回路14など(第2の負荷)を動作させる電源となる。電源回路15は、変換した負荷供給電力や駆動電源電力を出力する。
駆動回路14は、電源回路15を駆動する。駆動回路14は、原則として、駆動電源電力を電源として動作する。駆動回路14が動作していない場合、電源回路15は動作しない。電源回路15が動作しなければ、負荷供給電力や駆動電源電力は出力されない。
集積回路12(制御IC)は、電力の変換を行う。集積回路12は、2つの電源回路21,22を有する。
電源回路21(第二電源回路の例。)は、入力回路11が入力した電力の一部を、中間電力に変換する。中間電力は、電源回路22や駆動回路14に対して供給される。電源回路15が動作していない場合、駆動回路14は、中間電力を電源として動作する。これにより、電源回路15が動作を開始すると、駆動回路14は、駆動電源電力を電源として動作するようになるので、電源回路21は、動作を停止する。
電源回路22(第三電源回路の例。)は、駆動電源電力や中間電力の一部を、制御電源電力に変換する。制御電源電力は、制御回路13を動作させる電源(制御電源)となる。
制御回路13は、駆動回路14を制御する。制御回路13は、制御電源電力を電源として動作する。制御回路13が動作していない場合でも、駆動回路14は動作することができる。例えば、制御回路13が動作している場合、駆動回路14は、制御回路からパルス幅変調(PWM)信号を入力し、入力したパルス幅変調信号にしたがって、電源回路15を駆動する。制御回路13が動作していない場合、駆動回路14は、所定の周波数で電源回路15を駆動する。
整流回路111は、例えば、ダイオードブリッジである。整流回路111は、外部電源91から供給される電力を整流して脈流にする。整流回路111の入力は、一対の入力端子101,102に電気接続している。なお、外部電源91が直流電源である場合、整流回路111は、なくてもよい。
ノイズ除去コンデンサ112は、照明装置10の内部で発生する高周波ノイズを除去するためのコンデンサである。ノイズ除去コンデンサ112は、整流回路111の出力の間に電気接続している。
トランス51は、互いに磁気結合した3つの巻線511〜513を有する。
スイッチング素子151は、巻線511(一次巻線)と直列に電気接続している。巻線511とスイッチング素子151との直列回路は、入力回路11の出力に電気接続している。スイッチング素子151は、駆動回路14(ドライブ回路)からの指示にしたがってオンオフする。スイッチング素子151は、例えばエンハンスメント型nMOSFETである。
整流素子152(出力用ダイオード)は、巻線512(第二の二次巻線)と直列に電気接続している。
整流素子153(第一のダイオード)は、巻線513(第一の二次巻線)と直列に電気接続している。
電流検出抵抗108は、一対の出力端子103,104に電気接続された光源回路92と直列に電気接続される。電流検出抵抗108と光源回路92との直列回路は、平滑コンデンサ105と並列に電気接続される。
集積回路12の内部において、基準端子121(GND端子)は、集積回路12の基準電位となる配線に電気接続している。
電源回路21は、入力電圧と出力電圧との差が大きい場合でも電力損失が少なく、効率の高い回路である。電源回路21は、例えばバックコンバータ回路などのスイッチング電源回路(第2のコンバータ回路)である。電源回路21は、例えば、スイッチング素子211と、整流素子212と、チョークコイル213と、制御部214とを有する。
制御部214(制御電源制御部)は、スイッチング素子211を制御する。電源回路21の出力電圧が所定の最大電圧閾値(例えば15V)以下である場合、制御部214は、スイッチング素子211を高周波でオンオフする。電源回路21の出力電圧が最大電圧閾値を超えると、制御部214は、スイッチング素子211を継続してオフとし、電源回路21の動作を一時的に停止する。
電源回路22は、電源回路21と比べて、入力電圧と出力電圧との差があまり大きくなく、出力電流が小さいので、電源回路21ほど高い効率は必要ない。電源回路22は、例えば、リニア方式の電源回路(定電圧回路)である。電源回路22は、例えば、抵抗221と、2つのスイッチング素子222,224と、定電圧素子223と、低電圧誤動作防止回路225とを有する。
定電圧素子223は、例えばツェナーダイオードであり、両端電圧が所定の閾値電圧に達するとオンになる。
抵抗221は、定電圧素子223の両端に電圧を印加するための素子である。
スイッチング素子222,224は、例えばバイポーラトランジスタである。
スイッチング素子222の接続端子(コレクタ端子)は、入出力端子123に電気接続している。スイッチング素子222の基準端子(エミッタ端子)は、出力端子124に電気接続している。スイッチング素子222の制御端子(ベース端子)は、定電圧素子223に電気接続している。スイッチング素子222(第二のトランジスタ)は、定電圧素子223の両端電圧を基準とした電圧を生成する。
スイッチング素子224(第一のトランジスタ)は、低電圧誤動作防止回路225からの指示にしたがってオンオフする。スイッチング素子224がオンになると、定電圧素子223の両端が短絡される。定電圧素子223の両端電圧がほぼ0になるので、電源回路22の出力電圧もほぼ0になる。
低電圧誤動作防止回路225(UVLO回路)は、電源回路22の入力電圧が所定の最低電圧閾値より小さい場合に、スイッチング素子224をオンにする。電源回路22の出力電圧が、制御回路13が動作可能な電源電圧の下限値付近だと、制御回路13が誤動作する可能性がある。電源回路22の出力電圧は、電源回路22の入力電圧より低い。そこで、電源回路22の入力電圧が、制御回路13の動作可能電源電圧の下限値よりも十分大きくなるまでは、電源回路22の出力電圧を0にする。これにより、制御回路13の誤動作を防止する。
例えば、制御回路13は、電流検出抵抗108の両端電圧(電流検出信号)が目標電圧に一致するよう、駆動回路14を制御する。目標電圧は、光源回路92の光源を点灯する明るさに基づいて定まる。制御回路13は、例えば、調光信号入力回路(不図示)から調光信号を入力し、調光信号によって表わされる調光度に基づいて、目標電圧を算出する。あるいは、制御回路13は、光源回路92の累計点灯時間を測定し、測定した累計点灯時間に基づいて、光源の劣化による輝度の減少を補償するよう、目標電圧を算出する。
また、制御回路13は、消灯信号入力回路(不図示)から消灯信号を入力し、消灯信号によって消灯が指示された場合、駆動回路14の動作を停止させる。
あるいは、制御回路13は、電源同期信号生成回路(不図示)から電源同期信号を入力し、外部電源91の位相に合わせて、スイッチング素子151のオンデューティを調整することにより、照明装置10が入力する電力の力率を改善する。
あるいは、制御回路13は、過電圧検出回路(不図示)から過電圧検出信号を入力し、照明装置10の出力電圧が、所定の過電圧判定閾値を超えた場合に、駆動回路14の動作を停止させる。
実線301は、外部電源91の状態を表わす。実線301が横軸より上にある場合、外部電源91から照明装置10に対して電力が供給されていることを表わす。実線301が横軸より下にある場合、外部電源91から照明装置10に対して電力が供給されていないことを表わす。
実線302は、電源回路21の動作状態を表わす。実線302が横軸より上にある場合、電源回路21が動作していることを表わす。実線302が横軸より下にある場合、電源回路21が動作していないことを表わす。
実線303は、平滑コンデンサ106の両端電圧を表わす。
破線311は、駆動回路14が動作できる電源電圧の下限値を表わす。
破線312は、電源回路22(低電圧誤動作防止回路225)の最低電圧閾値を表わす。
破線313は、電源回路21(制御部214)の最大電圧閾値を表わす。最大電圧閾値は、例えば15Vである。
破線314は、駆動電源電力の電圧値を表わす。駆動電源電力の電圧値は、例えば20Vである。
実線304は、駆動回路14及び電源回路15の動作状態を表わす。実線302が横軸より上にある場合、駆動回路14及び電源回路15が動作していることを表わす。実線302が横軸より下にある場合、駆動回路14及び電源回路15が動作していないことを表わす。
実線305は、電源回路22の動作状態を表わす。実線305が横軸より上にある場合、電源回路22が動作していることを表わす。実線305が横軸より下にある場合、電源回路22が動作していないことを表わす。
実線306は、平滑コンデンサ107の両端電圧を表わす。
破線315は、制御回路13が動作できる電源電圧の下限値(起動電圧)を表わす。
破線316は、制御電源電力の電圧値を表わす。
実線307は、制御回路13の動作状態を表わす。実線306が横軸より上にある場合、制御回路13が動作していることを表わす。実線306が横軸より下にある場合、制御回路13が動作していないことを表わす。
電源回路21から供給された電力により、平滑コンデンサ106が充電される。平滑コンデンサ106の両端電圧が、駆動回路14の動作可能電源電圧の下限値(破線311)に達すると、駆動回路14及び電源回路15が動作を開始する。
電源回路21及び電源回路15から供給された電力により、平滑コンデンサ106が更に充電される。平滑コンデンサ106の両端電圧が、電源回路21の最大電圧閾値(破線313)に達すると、電源回路21が動作を停止する。
電源回路15から供給された電力により、平滑コンデンサ106が更に充電され、平滑コンデンサ106の両端電圧は、駆動電源電力の電圧値(破線314)まで上昇する。
電源回路22から供給された電力により、平滑コンデンサ107が充電される。平滑コンデンサ107の両端電圧が、制御回路13の動作可能電源電圧の下限値(破線315)に達すると、制御回路13が動作を開始し、駆動回路14を制御する。
電源回路22から供給された電力により、平滑コンデンサ107が更に充電され、平滑コンデンサ107の両端電圧は、制御電源電力の電圧値(破線316)まで上昇する。
しかし、異常を検出した場合など、制御回路13からの指示で、駆動回路14及び電源回路15が動作を停止した場合、制御回路13や駆動回路14が待機中に消費する電力により、平滑コンデンサ106が徐々に放電する。平滑コンデンサ106の両端電圧が電源回路21の最大電圧閾値より小さくなると、電源回路21が動作を再開する。このとき、制御回路13が動作を継続するためには、電源回路22が動作している必要があるので、電源回路22の最低電圧閾値は、電源回路21の最大電圧閾値より小さいことが望ましい。
これにより、電源回路21における電力損失を抑えることができるので、照明装置10の電力効率が高くなる。
これにより、照明装置10の部品数を削減し、照明装置10の小型化、製造コストの削減、信頼性の向上をすることができる。
これにより、照明装置10の部品数を削減し、照明装置10の小型化、製造コストの削減、信頼性の向上をすることができる。
実施の形態2について、図4を用いて説明する。
なお、実施の形態1と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
電源回路21から供給された電力により、平滑コンデンサ106が充電される。平滑コンデンサ106の両端電圧が、駆動回路14の動作可能電源電圧の下限値(破線311)に達すると、駆動回路14が動作可能となるが、制御回路13が動作していないので、駆動回路14及び電源回路15は、まだ動作を開始しない。
電源回路21から供給された電力により、平滑コンデンサ106が更に充電される。平滑コンデンサ106の両端電圧が、電源回路22の最低電圧閾値(破線312)に達すると、電源回路22が動作を開始する。
電源回路22から供給された電力により、平滑コンデンサ107が充電される。平滑コンデンサ107の両端電圧が、制御回路13の動作可能電源電圧の下限値(破線315)に達すると、制御回路13が動作を開始し、駆動回路14を制御する。これにより、駆動回路14及び電源回路15が動作を開始する。
電源回路21及び電源回路15から供給された電力により、平滑コンデンサ106が更に充電される。平滑コンデンサ106の両端電圧が、電源回路21の最大電圧閾値(破線313)に達すると、電源回路21が動作を停止する。
実施の形態3について、図5〜図6を用いて説明する。
なお、実施の形態1または実施の形態2と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
外囲体120は、ほぼ直方体形状である。外囲体120は、電源回路21及び電源回路22を内蔵している。
8つの端子121〜128のうちの4つの端子122,125,123,124は、外囲体120の一方の側面(第一側面の例。)に、一列に並んで配置されている。残りの4つの端子121,126,127,128は、それに対向する反対側の側面(第二側面の例。)に、一例に並んで配置されている。
入力端子122(第一端子の例。)は、電源回路21の入力に電気接続している。
入出力端子123は、電源回路21の出力及び電源回路22の入力に電気接続している。
出力端子124は、電源回路22の出力に電気接続している。
基板41は、例えば、ガラスエポキシなどによって形成されている。基板41は、ほぼ長方形板状である。
プリント配線421〜423は、基板41の表面にエッチングなどにより形成された銅箔のパターンであり、プリント配線板40に実装される電子部品などの間を電気接続する。
実装位置431は、入力用コネクタを実装する位置である。実装位置431は、基板41の長手方向の端付近に位置する。入力用コネクタ(AC電源接続部)には、外部電源91からの配線が接続される。入力用コネクタは、一対の入力端子101,102を内蔵している。入力端子101,102は、入力用コネクタに接続された配線を介して、外部電源91と電気接続する。
実装位置432は、集積回路12を実装する位置である。実装位置432は、基板41の比較的中央に位置する。集積回路12の基準端子121は、プリント配線421に電気接続する。集積回路12の入力端子122は、プリント配線422に電気接続する。
実装位置433は、出力用コネクタを実装する位置である。実装位置433は、基板41の長手方向の実装位置431とは反対側の端付近に位置する。出力用コネクタ(光源接続部)には、光源回路92からの配線が接続される。出力用コネクタは、一対の出力端子103,104を内蔵している。出力端子103は、プリント配線423に電気接続する。出力端子103,104は、出力コネクタに接続された配線を介して、光源回路92と電気接続する。
プリント配線422は、入力回路11の出力と、電源回路15の入力と、集積回路12の入力端子122とを電気接続する配線である。プリント配線421とプリント配線422との間には、整流回路111が整流した脈流の電圧が加わるので、プリント配線421に対するプリント配線422の電位は、最大で例えば142V〜342Vとなる。
プリント配線423は、電源回路15の出力と、出力端子103とを電気接続する配線である。プリント配線421とプリント配線423との間には、光源回路92の両端電圧と、電流検出抵抗108の両端電圧とを合計した電圧が加わる。電流検出抵抗108の両端電圧は、光源回路92の両端電圧に比べて非常に小さいので、プリント配線421に対するプリント配線423の電位は、光源回路92の両端電圧とほぼ等しい。
プリント配線421が電気接続される基準端子121が外囲体120の一方の側面に配置され、プリント配線422が電気接続される入力端子122が、外囲体120の、基準端子121が配置された側面に対向する側面に配置されているので、プリント配線421とプリント配線422との間を、絶縁に十分な間隔離すことができ、配線パターンの設計が容易にできる。
これにより、駆動回路14の動作可能電圧範囲に合わせて、電源回路15が出力する駆動電源電力の電圧値を設定し、駆動電源電力の電圧値よりも低い電圧に、電源回路21の最大電圧閾値を設定することができる。同じ集積回路12を、駆動回路14や電源回路15の特性が異なる複数種類の照明装置10で使うことができるので、多くの種類の集積回路12を製造する必要はない。集積回路12の設計コスト、製造コスト、在庫コストなどを削減することができるので、照明装置10の製造コストを抑えることができる。
Claims (7)
- 電力を出力する第一電源回路と、
上記第一電源回路よりも電圧が低い電力を出力し、出力電圧が所定の最大電圧閾値より高い場合に動作を停止する第二電源回路と、
上記第一電源回路及び上記第二電源回路が出力した電力を電源として動作し、上記第一電源回路を駆動する駆動回路と、
上記第一電源回路及び上記第二電源回路が出力した電力の一部を、所定の電圧を有する電力に変換する第三電源回路と、
上記第三電源回路が変換した電力を電源として動作し、上記駆動回路を制御する制御回路と
を有し、
上記最大電圧閾値は、上記第一電源回路の出力電圧よりも低い
ことを特徴とする電源装置。 - 上記第二電源回路及び上記第三電源回路は、一つの集積回路に実装され、
上記集積回路は、上記第二電源回路の出力及び上記第三電源回路の入力に電気接続した入出力端子を有し、
上記入出力端子は、上記第一電源回路の出力及び上記駆動回路の電源入力に電気接続され、上記第二電源回路が出力した電力を出力するとともに、上記第一電源回路が出力した電力を入力する
ことを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 - 上記集積回路は、
略直方体形状の外囲体と、
上記外囲体の第一側面に配置され、上記第二電源回路の高電位側入力に電気接続した第一端子と、
上記第一側面に対向する上記外囲体の第二側面に配置され、上記第二電源回路及び上記第三電源回路の基準電位端子に電気接続した第二端子と
を有することを特徴とする請求項2に記載の電源装置。 - 上記駆動回路は、上記第二電源回路の出力電圧が所定の駆動開始閾値に達すると動作を開始して、上記第一電源回路を駆動し、
上記制御回路は、上記第三電源回路の出力電圧が所定の制御開始閾値に達すると動作を開始して、上記駆動回路を制御する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の電源装置。 - 上記制御回路は、上記第三電源回路の出力電圧が所定の制御開始閾値に達すると動作を開始して、上記駆動回路を制御し、
上記駆動回路は、上記第二電源回路の出力電圧が所定の駆動開始閾値に達し、かつ、上記制御回路が動作を開始すると動作を開始して、上記第一電源回路を駆動する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の電源装置。 - 上記第一電源回路は、負荷回路に供給する第二の電力を出力することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の電源装置。
- 請求項6に記載の電源装置を有し、
光源を有する光源回路を上記負荷回路として、上記第一電源回路が出力した第二の電力を上記光源回路に対して供給する
ことを特徴とする照明装置。
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