JP2017200326A

JP2017200326A - 電源装置及び照明装置

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Publication number: JP2017200326A
Application number: JP2016089700A
Authority: JP
Inventors: 義泰上畑; Yoshiyasu Uehata; 勝信濱本; Katsunobu Hamamoto; 鳴尾　誠浩; Masahiro Naruo; 誠浩鳴尾; 暁長田; Akira Osada; 佐々木　将人; Masahito Sasaki; 将人佐々木
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-04-27
Filing date: 2016-04-27
Publication date: 2017-11-02
Anticipated expiration: 2036-04-27
Also published as: JP6692069B2; CN107371293A; DE102017107993A1

Abstract

【課題】検出電圧に対するノイズの重畳を抑制する。【解決手段】駆動電圧供給部２１４は、ブートストラップダイオードＤ２とブートストラップコンデンサＣ２と限流素子（抵抗Ｒ４）とを含む直列回路で構成されている。駆動電圧供給部２１４の第１端が制御電源部２２の高電位側の出力端と電気的に接続されている。駆動電圧供給部２１４の第２端が半導体スイッチング素子Ｑ１と還流ダイオードＤ１のカソードの接続点と電気的に接続されている。ブートストラップダイオードＤ２は、（駆動電圧供給部２１４の）第１端から第２端に向けて電流を流す向きに設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、電源装置及び照明装置に関し、より詳細には、電力変換を行う電源装置、及び当該電源装置と光源を備える照明装置に関する。

電力変換を行う電源装置として、例えば、特許文献１記載のＬＥＤ点灯装置などがある。特許文献１記載のＬＥＤ点灯装置（以下、従来例という）は、降圧チョッパ部と、制御ブロックと、直流電源部とで構成される。直流電源部は、フィルタ部、整流回路、ＰＦＣ(Power Factor Correction：力率改善)部、平滑コンデンサで構成される。なお、降圧チョッパ部は、半導体スイッチング素子がインダクタよりも高電位側に接続された、いわゆるハイサイド形として構成されている。制御ブロックは、高耐圧集積回路からなる制御用ＩＣと、外付けの回路素子と、制御電源生成部とで構成される。制御用ＩＣは、降圧制御部、ハイサイドドライバ部、ＰＦＣ制御部、調光部などを備えている。ＰＦＣ制御部は、ＰＦＣ部の半導体スイッチング素子のデューティ比をフィードバック制御することにより、直流電源部の出力電圧を所定の一定電圧とする。

ハイサイドドライバ部は、制御用ＩＣに外付けされるブートストラップ回路から供給される電圧によって降圧チョッパ部の半導体スイッチング素子を駆動する。ブートストラップ回路は、ブートストラップダイオードとブートストラップコンデンサで構成されている。ブートストラップダイオードのアノードが制御電源生成部の高電位側の出力端と電気的に接続されている。ブートストラップコンデンサの第１端がブートストラップダイオードのカソードと電気的に接続され、ブートストラップコンデンサの第２端がハイサイドドライバ部に電気的に接続されている。つまり、ブートストラップ回路は、制御電源生成部から供給される制御電源電圧でブートストラップコンデンサを充電し、ブートストラップコンデンサの充電電圧を制御電源電圧に加算することによって、制御電源電圧よりも高い直流電圧を生成している。調光部は、外部から入力される調光信号(一定周期の矩形波からなるＰＷＭ信号)を直流電圧に変換している。

降圧制御部は、一定の周期をカウントするタイマやコンパレータなどを備え、タイマがカウントする周期でハイサイドドライバ部に出力する制御信号をハイレベルに立ち上げる。ハイサイドドライバ部は、制御信号がハイレベルに立ち上がると降圧チョッパ部の半導体スイッチング素子をオンする。また、降圧制御部は、ＬＥＤ負荷に流れる電流に比例した検出電圧が調光信号に対応したしきい値電圧を上回ると制御信号をローレベルに立ち下げる。制御信号がローレベルに立ち下がると、ハイサイドドライバ部が降圧チョッパ部の半導体スイッチング素子をオフする。

この従来例は、外部から与えられる調光信号に応じてＬＥＤ光源を調光することができる。

特開２０１５−１１８７３４号公報

ところで、上記従来例では、ハイサイドドライバ部が降圧チョッパ部の半導体スイッチング素子をオンした時点から、ブートストラップダイオードの逆回復時間が経過するまでの短時間にブートストラップ回路を通して大きな電流が流れる場合がある。そして、上記従来例では、上述のようにブートストラップ回路に逆向きに流れる電流の影響によって検出電圧にノイズが重畳する可能性があった。

本発明の目的は、検出電圧に対するノイズの重畳を抑制することができる電源装置及び照明装置を提供することである。

本発明の一態様に係る電源装置は、電力変換部と、前記電力変換部を制御する制御部と、前記制御部に制御電源を供給する制御電源部とを備えている。前記電力変換部は、半導体スイッチング素子と還流ダイオードの直列回路と、前記半導体スイッチング素子と前記還流ダイオードのカソードの接続点に第１端が電気的に接続されているインダクタとを有している。また、前記電力変換部は、前記インダクタの第２端に第１端が電気的に接続されている出力コンデンサと、前記出力コンデンサの第２端から前記還流ダイオードのアノードに向かって流れる電流に比例した検出電圧を出力する電流検出部とを有している。前記制御電源部は、前記電力変換部に入力する入力電圧から制御電源電圧を生成し、生成した前記制御電源電圧を前記制御部に供給している。前記制御部は、駆動部と、比較器と、調整部と、スイッチング制御部と、駆動電圧供給部とを有している。前記駆動部は、前記半導体スイッチング素子の制御端子に駆動電圧を印加して当該半導体スイッチング素子をターンオンする。前記比較器は、前記検出電圧としきい値電圧を比較し、前記検出電圧が前記しきい値電圧に達するかあるいは前記しきい値電圧を超えたときにトリガ信号を出力する。前記調整部は、外部からの指示に応じて前記しきい値電圧を調整する。前記スイッチング制御部は、前記駆動部に前記半導体スイッチング素子をターンオンさせた後、前記比較器から前記トリガ信号を受け取ると前記駆動部に前記半導体スイッチング素子をターンオフさせる。前記駆動電圧供給部は、前記半導体スイッチング素子をターンオンするために必要な駆動電圧を前記駆動部に供給する。前記駆動電圧供給部は、ブートストラップダイオードとブートストラップコンデンサと限流素子とを含む直列回路で構成されている。前記駆動電圧供給部の第１端が前記制御電源部の高電位側の出力端と電気的に接続されている。前記駆動電圧供給部の第２端が前記半導体スイッチング素子と前記還流ダイオードのカソードの接続点と電気的に接続されている。前記ブートストラップダイオードは、前記第１端から第２端に向けて電流を流す向きに設けられている。

本発明の一態様に係る照明装置は、電源装置と、前記電源装置から供給される直流電力で点灯する光源とを備える。

本発明の電源装置及び照明装置は、検出電圧に対するノイズの重畳を抑制することができるという効果がある。

図１は、本発明の一実施形態に係る電源装置の回路図である。図２は、同上の電源装置の動作説明用のタイムチャートである。図３は、同上の電源装置の動作説明用の特性図である。図４は、本発明の一実施形態に係る照明装置（光源ユニット）を含む照明器具の分解斜視図である。図５は、同上の照明器具の斜視図である。

以下、本発明の一実施形態に係る電源装置及び照明装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施形態で説明する構成は本発明の一例にすぎない。本発明は、以下の実施形態に限定されず、本発明の効果を奏することができれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

本実施形態の電源装置２は、図１に示すように、電力変換部２０と、電力変換部２０を制御する制御部２１と、制御部２１に制御電源を供給する制御電源部２２とを備えている。また、電源装置２は、フィルタ回路１０、整流器１１、力率改善回路１２、平滑コンデンサ１３、一対の入力端子２３、一対の出力端子２４を備えることが好ましい。

一対の入力端子２３のそれぞれは、商用の交流電源である外部電源６と電気的に接続されている。フィルタ回路１０は、例えば、一対の入力端子２３から外部電源６に漏れる高調波ノイズを低減する。整流器１１は、ダイオードブリッジであり、一対の入力端子２３からフィルタ回路１０を介して入力する交流電圧を全波整流する。力率改善回路１２は、非絶縁型の昇圧チョッパ回路である。力率改善回路１２は、整流器１１から出力される脈流電圧を、脈流電圧のピーク値よりも電圧値の高い直流電圧に昇圧することで力率を改善する。平滑コンデンサ１３は、電解コンデンサで構成されている。平滑コンデンサ１３は、力率改善回路１２の出力電圧に含まれるリプルを抑制している。

制御電源部２２は、平滑コンデンサ１３の両端電圧を降圧することで制御電源（制御電源電圧Ｖcc）を生成している。ただし、制御電源部２２は、外部電源６が投入されてから力率改善回路１２の出力電圧が安定するまでの間は、整流器１１から出力される脈流電圧が平滑コンデンサ１３で平滑された直流電圧を降圧することで制御電源を生成している。

電力変換部２０は、降圧チョッパ回路である。電力変換部２０は、平滑コンデンサ１３で平滑された直流電圧（例えば、４００［Ｖ］の直流電圧）を、一対の出力端子２４に電気的に接続される負荷（後述するＬＥＤモジュール３０）の定格電圧（例えば、２９０［Ｖ］）まで降圧する。電力変換部２０は、半導体スイッチング素子（以下、スイッチング素子Ｑ１という）と、還流ダイオードＤ１と、インダクタＬ１と、出力コンデンサＣ１と、電流検出部とを有している。スイッチング素子Ｑ１は、ｎチャネルエンハンスメント型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である。スイッチング素子Ｑ１のドレイン端子が平滑コンデンサ１３の高電位側端子と電気的に接続されている。スイッチング素子Ｑ１のソース端子は、還流ダイオードＤ１のカソードと電気的に接続されている。還流ダイオードＤ１のアノードは平滑コンデンサ１３の低電位側端子と電気的に接続されている。インダクタＬ１の第１端が還流ダイオードＤ１のカソードに電気的に接続されている。インダクタＬ１の第２端が出力コンデンサＣ１の第１端及び正極側の出力端子２４と電気的に接続されている。出力コンデンサＣ１の第２端が負極側の出力端子２４に電気的に接続されている。電流検出部は抵抗Ｒ２である。抵抗Ｒ２の第１端が出力コンデンサＣ１の第２端及び負極側の出力端子２４と電気的に接続されている。抵抗Ｒ２の第２端が還流ダイオードＤ１のアノードと電気的に接続されている。抵抗Ｒ２からなる電流検出部は、スイッチング素子Ｑ１がターンオンしている（導通している）ときにインダクタＬ１及び出力コンデンサＣ１を介して流れる電流に比例した検出電圧Ｖｓを出力する。なお、インダクタＬ１の第２端と還流ダイオードＤ１のアノードの間に、出力コンデンサＣ１の充電電荷を放電するための抵抗Ｒ３が電気的に接続されることが好ましい。

制御部２１は、集積回路５、集積回路５に外付けされる抵抗やコンデンサ、駆動電圧供給部２１４、低域通過フィルタ２１５などを備えている。集積回路５は、駆動部２１０、比較器２１１、調整部２１２、スイッチング制御部２１３、主制御回路２１６、ＰＦＣドライバ２１７、判定部２１８などを有している。さらに、集積回路５は、電力変換部２０のスイッチング素子Ｑ１を有することが好ましい。

駆動部２１０は、スイッチング素子Ｑ１の制御端子（ゲート端子）に、抵抗Ｒ６を介して駆動電圧を印加することでスイッチング素子Ｑ１をターンオンする。ただし、抵抗Ｒ６には、ダイオードＤ３と抵抗Ｒ７の直列回路が電気的に並列接続されている。この直列回路は、駆動部２１０から駆動電圧が印加されなくなったときにスイッチング素子Ｑ１のゲート端子から電荷を引き抜くことでスイッチング素子Ｑ１を素早くターンオフさせることができる。

比較器２１１は、反転入力端子（マイナス端子）に入力される検出電圧Ｖｓと、非反転入力端子（プラス端子）に入力されるしきい値電圧Ｖthとを比較する。比較器２１１は、検出電圧Ｖｓがしきい値電圧Ｖth未満のときに出力をハイレベルとする。比較器２１１は、検出電圧Ｖｓがしきい値電圧Ｖth以上のときに出力をローレベルとすることでスイッチング制御部２１３にトリガ信号（ローレベルの電圧信号）を出力する。

調整部２１２は、例えば、調光器７からの指示に応じてしきい値電圧Ｖthを調整する。調光器７は、調光レベルをデューティ比に対応させた調光信号（パルス幅変調信号）を出力する。なお、調光レベルは、電力変換部２０からＬＥＤモジュール３０に定格電力が供給されているときの光量を１００［％］とした百分率で表される。調整部２１２は、信号変換部２１２０と、オペアンプ２１２１と、２つの分圧抵抗Ｒ１０、Ｒ１１とを有している。

信号変換部２１２０は、調光器７から入力される調光信号を直流電圧に変換し、変換した直流電圧(以下、調光出力電圧と呼ぶ)をオペアンプ２１２１の非反転入力端子に出力する。オペアンプ２１２１の反転入力端子と非反転入力端子に、帰還抵抗Ｒ１２とコンデンサＣ１２の直列回路と、コンデンサＣ１３とが電気的に並列接続されている。オペアンプ２１２１は、信号変換部２１２０から非反転入力端子に入力される調光出力電圧と、反転入力端子に入力される検出電圧Ｖｓとの差分を増幅して分圧抵抗Ｒ１０、Ｒ１１の直列回路に出力する。分圧抵抗Ｒ１０、Ｒ１１の直列回路は、一端がオペアンプ２１２１の出力端子に接続され、他端が回路のグランド（平滑コンデンサ１３のアノード）に電気的に接続されている。そして、分圧抵抗Ｒ１０、Ｒ１１で分圧された電圧がしきい値電圧Ｖthとして比較器２１１の非反転入力端子に入力される。つまり、調整部２１２は、調光器７から指示される調光レベルが高い程（光量が多い程）、しきい値電圧Ｖthを高くしている。スイッチング制御部２１３は、一定の周期で制御信号をハイレベルに立ち上げて駆動部２１０にスイッチング素子Ｑ１をターンオンさせる。また、スイッチング制御部２１３は、比較器２１１からトリガ信号を受け取ると、制御信号をローレベルに立ち下げて駆動部２１０にスイッチング素子Ｑ１をターンオフさせる。

判定部２１８は、整流器１１から出力される脈流電圧のピーク値を下限値と比較することで外部電源６からの交流電圧の供給の有無を判定している。判定部２１８は、脈流電圧のピーク値が下限値を上回っている間は供給ありと判定してハイレベルの判定信号を主制御回路２１６に出力する。一方、脈流電圧のピーク値が下限値未満である間は供給なしと判定してローレベルの判定信号を主制御回路２１６に出力する。なお、下限値は、脈流電圧の定常時のピーク値の８０［％］の値に設定されることが好ましい。例えば、外部電源６から実効値１００［Ｖ］の交流電圧が供給される場合、交流電圧のピーク値（約１４１［Ｖ］）の８０［％］であるから、下限値は約１１３［Ｖ］となる。

主制御回路２１６は、判定部２１８の判定信号がローレベルからハイレベルに立ち上がった時点（以下、電源投入時点という）を起点とする経過時間を計時する。主制御回路２１６は、経過時間が動作開始時間に達したら、ＰＦＣドライバ２１７及びスイッチング制御部２１３に動作開始信号を出力する。スイッチング制御部２１３は、主制御回路２１６から動作開始信号を受け取ると、一定の周期で制御信号をハイレベルに立ち上げる。ＰＦＣドライバ２１７は、主制御回路２１６から動作開始信号を受け取ると、力率改善回路１２を動作させる。なお、ＰＦＣドライバ２１７は、平滑コンデンサ１３の両端電圧を一定電圧とするように力率改善回路１２をフィードバック制御する。

また、主制御回路２１６は、判定部２１８の判定信号がハイレベルからローレベルに立ち下がると、ＰＦＣドライバ２１７及びスイッチング制御部２１３に動作停止信号を出力する。スイッチング制御部２１３は、主制御回路２１６から動作停止信号を受け取ると、制御信号をローレベルに維持する。ＰＦＣドライバ２１７は、主制御回路２１６から動作停止信号を受け取ると、力率改善回路１２を停止させる。なお、外部電源６からの給電が停止した後、制御電源部２２が制御電源電圧Ｖccを供給できなくなれば、電源装置２が完全に停止する。

低域通過フィルタ２１５は、コンデンサＣ３と抵抗Ｒ５で構成された積分回路である。抵抗Ｒ５の第１端が低電位側の出力端子２４と電気的に接続され、抵抗Ｒ５の第２端が比較器２１１の反転入力端子と電気的に接続されている。コンデンサＣ３の第１端が抵抗Ｒ２の第２端及び還流ダイオードＤ１のアノードと電気的に接続され、コンデンサＣ３の第２端が抵抗Ｒ５の第２端及び比較器２１１の反転入力端子と電気的に接続されている。つまり、検出電圧Ｖｓに重畳する高調波ノイズが、低域通過フィルタ２１５によって低減されている。

駆動電圧供給部２１４は、スイッチング素子Ｑ１をターンオンするために必要な駆動電圧を駆動部２１０に供給している。駆動電圧供給部２１４は、ブートストラップダイオードＤ２とブートストラップコンデンサＣ２と限流素子（抵抗Ｒ４）とを含む直列回路で構成されている。ブートストラップダイオードＤ２のカソードとブートストラップコンデンサＣ２の第１端が電気的に接続されている。ブートストラップコンデンサＣ２の第２端と抵抗Ｒ４の第１端が電気的に接続されている。スイッチング素子Ｑ１のソース端子と還流ダイオードＤ１のカソードの接続点に抵抗Ｒ４の第２端（駆動電圧供給部２１４の第２端）が電気的に接続されている。ブートストラップダイオードＤ２のアノード（駆動電圧供給部２１４の第１端）が制御電源部２２の高電位側の出力端と電気的に接続されている。駆動電圧供給部２１４は、制御電源部２２から出力される制御電源電圧Ｖccにより、ブートストラップダイオードＤ２を介してブートストラップコンデンサＣ２を充電する。そして、駆動電圧供給部２１４は、ブートストラップコンデンサＣ２の充電電圧を制御電源電圧Ｖccに加算して駆動部２１０に供給している。ただし、限流素子である抵抗Ｒ４は、制御電源部２２の高電位側の出力端とブートストラップダイオードＤ２のアノードとの間、又はブートストラップダイオードＤ２のカソードとブートストラップコンデンサＣ２の第１端との間に配置されてもよい。また、駆動電圧供給部２１４は、ブートストラップダイオードＤ２、ブートストラップコンデンサＣ２及び抵抗Ｒ４以外の回路素子を含んで構成されてもよい。

次に、電源装置２の動作を説明する。外部電源６が投入されて一対の入力端子２３に交流電圧が印加されると、制御電源部２２が制御電源を生成して制御部２１に給電する。主制御回路２１６は、電源投入時点を起点とする経過時間が動作開始時間に達したら、ＰＦＣドライバ２１７に動作開始信号を出力した後、スイッチング制御部２１３にも動作開始信号を出力する。動作開始信号を受け取ったＰＦＣドライバ２１７が力率改善回路１２を動作させる。力率改善回路１２の出力電圧が安定した後、動作開始信号を受け取ったスイッチング制御部２１３が駆動部２１０に制御信号を出力して電力変換部２０を動作させる。そして、電力変換部２０が動作することにより、一対の出力端子２４から負荷であるＬＥＤモジュール３０に直流電力が供給されてＬＥＤモジュール３０が点灯する。

ここで、駆動部２１０がスイッチング素子Ｑ１をターンオンする際の動作を詳細に説明する。駆動部２１０は、スイッチング制御部２１３の制御信号がハイレベルに立ち上がると、駆動電圧供給部２１４から供給される駆動電圧をスイッチング素子Ｑ１のゲート端子に印加してスイッチング素子Ｑ１をターンオンする。スイッチング素子Ｑ１がターンオンすると、平滑コンデンサ１３からスイッチング素子Ｑ１を経由してインダクタＬ１に電流が流れる。このとき、ブートストラップダイオードＤ２の逆回復時間が経過するまでの間、スイッチング素子Ｑ１を経由した電流がインダクタＬ１ではなく、駆動電圧供給部２１４に流れる可能性がある。そして、電源装置２は、スイッチング素子Ｑ１を経由した電流が駆動電圧供給部２１４に流れると、比較器２１１の反転入力端子に入力する検出電圧Ｖｓにノイズが重畳される可能性がある。特に、調光器７から指示される調光レベルが低い（調光が深い）場合、しきい値電圧Ｖthが低い値に調整されているため、調光レベルが高い（調光が浅い）場合よりもノイズの影響が大きくなる。

しかしながら、電源装置２は、駆動電圧供給部２１４に限流素子である抵抗Ｒ４が設けられている。ゆえに、電源装置２は、ブートストラップダイオードＤ２の逆回復時間中に駆動電圧供給部２１４に流れる電流を抵抗Ｒ４で限流することができる。その結果、電源装置２は、検出電圧Ｖｓに対するノイズの重畳を抑制することができる。

ところで、電源装置２は、光源を負荷とする場合、外部電源６の投入時や瞬時電圧降下の発生時に、負荷電流を目標値まで徐々に増加する、いわゆるソフトスタートを行うことで快適性の向上を図ることが好ましい。なお、瞬時電圧降下とは、外部電源６から供給される交流電圧が概ね１秒未満の間だけ瞬間的に降下する現象である。

次に、図２のタイムチャートを参照して、電源装置２のソフトスタートの動作を説明する。図２における横軸は時間ｔである。また、図２における６つの波形はそれぞれ、上から順番に、制御電源電圧Ｖcc、判定部２１８の判定信号、力率改善回路１２の動作状態、しきい値電圧Ｖth、駆動部２１０の駆動電圧、ＬＥＤモジュール３０に流れる負荷電流を示している。なお、図２に示すタイムチャートは、外部電源６の交流電圧に瞬時電圧降下が生じた場合を表している。

外部電源６の交流電圧が低下して判定部２１８の判定信号がローレベルに立ち下がると（時間ｔ＝ｔ１）、主制御回路２１６は、ＰＦＣドライバ２１７及びスイッチング制御部２１３に動作停止信号を出力する。スイッチング制御部２１３は、主制御回路２１６から動作停止信号を受け取ると、制御信号をローレベルとする（時間ｔ＝ｔ２）。ＰＦＣドライバ２１７は、主制御回路２１６から動作停止信号を受け取ると、力率改善回路１２を停止させる（時間ｔ＝ｔ２）。

そして、制御電源部２２が制御電源電圧Ｖccの供給を継続している間に外部電源６の交流電圧が復帰すると、判定部２１８の判定信号がローレベルからハイレベルに立ち上がる（時間ｔ＝ｔ３）。主制御回路２１６は、判定信号がハイレベルに立ち上がった時点（電源投入時点）を起点とする経過時間が動作開始時間に達したら（時間ｔ＝ｔ４）、ＰＦＣドライバ２１７及びスイッチング制御部２１３のそれぞれに動作開始信号を出力する。そして、動作開始信号を受け取ったＰＦＣドライバ２１７が力率改善回路１２を動作させる。主制御回路２１６は、ＰＦＣドライバ２１７に動作開始信号を出力した後、所定の待機時間が経過した時点（時間ｔ＝ｔ５）で、調整部２１２（の信号変換部２１２０）にソフトスタート開始信号を出力する。信号変換部２１２０は、ソフトスタート開始信号を受け取った時点（時間ｔ＝ｔ４）から所定時間が経過するまでの間はしきい値電圧Ｖthをゼロに維持し、所定時間の経過時点（時間ｔ＝ｔ５）でしきい値電圧Ｖthを第１の値Ｖth１とする。しきい値電圧Ｖthがゼロの場合、比較器２１１の出力がハイレベルとなり、スイッチング制御部２１３にトリガ信号（ローレベルの出力信号）が出力されない。さらに、信号変換部２１２０は、所定の継続時間だけしきい値電圧Ｖthを第１の値Ｖth１に維持した後（時間ｔ＝ｔ６）、しきい値電圧Ｖthを第１の値Ｖth１から第２の値Ｖth２まで徐々に上昇させる。ただし、第２の値Ｖth２は、その時点（時間ｔ＝ｔ６）で調光器７から入力されている調光信号に対応した値である。

スイッチング制御部２１３は、主制御回路２１６から動作開始信号を受け取っても、時間ｔ＝ｔ４〜ｔ５の期間は比較器２１１からトリガ信号が出力されないので、駆動部２１０に制御信号を出力しない。スイッチング制御部２１３が駆動部２１０に制御信号を出力しないため、電力変換部２０が動作せず、負荷電流も流れない。また、時間ｔ＝ｔ５〜ｔ６の期間は、比較器２１１からスイッチング制御部２１３にトリガ信号が出力されるので、スイッチング制御部２１３から駆動部２１０に制御信号を出力される。そのため、電力変換部２０が動作して負荷電流が流れる。ただし、時間ｔ＝ｔ５〜ｔ６の期間に流れる負荷電流は、微少な値である。さらに、スイッチング制御部２１３は、時間ｔ＝ｔ６以降、しきい値電圧Ｖthの上昇に合わせて、スイッチング素子Ｑ１をオンする期間（オン幅）を徐々に拡げるように駆動部２１０を制御する。したがって、電力変換部２０からＬＥＤモジュール３０に供給される負荷電流が徐々に増加する。その結果、電源装置２は、ソフトスタートを行うことでＬＥＤモジュール３０の光量を徐々に増加させ、照明環境の快適性の向上を図ることができる。

ところで、経年劣化によってＬＥＤ３００のカソード又はアノードを接合しているはんだにクラックが生じ、ＬＥＤモジュール３０の見かけ上のインピーダンスが増加する場合がある。この場合、電源装置２からＬＥＤモジュール３０に正常時と同じ電流値の電流を流そうとすれば、電源装置２の出力電圧が上昇し、かつ、電源装置２の入力電力も増加する。その結果、電源装置２を構成する回路素子（電力変換部２０のスイッチング素子Ｑ１や力率改善回路１２のスイッチング素子など）の発熱量が増加して電源装置２の短寿命化などの不具合が生じる可能性がある。

そこで、電源装置２の制御部２１は、上述のような不具合の発生を抑制するため、電力変換部２０のスイッチング素子Ｑ１をＰＷＭ制御する際のデューティ比に上限値を設定している。図３の実線αは、電源装置２の入力電力と出力電圧の関係を示し、図３の破線βは、デューティ比と出力電圧の関係を示している。電源装置２の定格の出力電圧を２９０［Ｖ］とすると、ＬＥＤモジュール３０が正常な場合、制御部２１は、調光器７から指示される調光レベルに応じて、スイッチング素子Ｑ１のデューティ比を２８［％］〜４３［％］の範囲で変化させている（破線β参照）。このとき、電源装置２の出力電圧は、約２２０［Ｖ］〜２９０［Ｖ］の間で変化し、入力電力は２２．５［Ｗ］〜２８．９［Ｗ］の範囲で変化している（実線α参照）。

経年劣化に起因してＬＥＤモジュール３０のインピーダンスが増加するにつれ、電源装置２からＬＥＤモジュール３０に供給する電力も増加する。そして、制御部２１がスイッチング素子Ｑ１に流す電流を目標値に一致させようとすれば、デューティ比が増加して電源装置２の出力電圧が上昇する。制御部２１は、ＬＥＤモジュール３０の経年劣化が進行しても、デューティ比が上限値に達するまではスイッチング素子Ｑ１のＰＷＭ制御を継続する。しかしながら、制御部２１は、デューティ比を上限値（例えば、４５［％］）以上まで上げないので、さらにインピーダンスを増加させると、いずれは負荷電流が流れなくなってＬＥＤモジュール３０が消灯し、入力電力がゼロ付近まで減少する（実線α参照）。

上述のように制御部２１が電力変換部２０のスイッチング素子Ｑ１をＰＷＭ制御する際のデューティ比に上限値を設定すれば、電源装置２の短寿命化などの不具合の発生を抑制することができる。ただし、デューティ比の上限値は４５［％］に限定されないが、４０［％］〜５０［％］の範囲の値に設定されることが好ましい。

上述のように電源装置２は、電力変換部２０と、電力変換部２０を制御する制御部２１と、制御部２１に制御電源を供給する制御電源部２２とを備えている。電力変換部２０は、半導体スイッチング素子Ｑ１と還流ダイオードＤ１の直列回路と、半導体スイッチング素子Ｑ１と還流ダイオードＤ１のカソードの接続点に第１端が電気的に接続されているインダクタＬ１とを有している。また、電力変換部２０は、インダクタＬ１の第２端に第１端が電気的に接続されている出力コンデンサＣ１と、出力コンデンサＣ１の第２端から還流ダイオードＤ１のアノードに向かって流れる電流に比例した検出電圧Ｖｓを出力する電流検出部（抵抗Ｒ２）とを有している。制御電源部２２は、電力変換部２０に入力する入力電圧から制御電源電圧Ｖccを生成し、生成した制御電源電圧Ｖccを制御部２１に供給している。制御部２１は、駆動部２１０と、比較器２１１と、スイッチング制御部２１３と、駆動電圧供給部２１４とを有している。駆動部２１０は、半導体スイッチング素子Ｑ１の制御端子（ゲート端子）に駆動電圧を印加して半導体スイッチング素子Ｑ１をターンオンする。比較器２１１は、検出電圧Ｖｓとしきい値電圧Ｖthを比較し、検出電圧Ｖｓがしきい値電圧Ｖthに達するかあるいはしきい値電圧Ｖthを超えたときにトリガ信号を出力する。調整部２１２は、外部（調光器７）からの指示に応じてしきい値電圧Ｖthを調整する。スイッチング制御部２１３は、駆動部２１０に半導体スイッチング素子Ｑ１をターンオンさせた後、比較器２１１からトリガ信号を受け取ると駆動部２１０に半導体スイッチング素子Ｑ１をターンオフさせる。駆動電圧供給部２１４は、半導体スイッチング素子Ｑ１をターンオンするために必要な駆動電圧を駆動部２１０に供給する。駆動電圧供給部２１４は、ブートストラップダイオードＤ２とブートストラップコンデンサＣ２と限流素子（抵抗Ｒ４）とを含む直列回路で構成されている。駆動電圧供給部２１４の第１端が制御電源部２２の高電位側の出力端と電気的に接続されている。駆動電圧供給部２１４の第２端が半導体スイッチング素子Ｑ１と還流ダイオードＤ１のカソードの接続点と電気的に接続されている。ブートストラップダイオードＤ２は、（駆動電圧供給部２１４の）第１端から第２端に向けて電流を流す向きに設けられている。

電源装置２が上述のように構成されれば、ブートストラップダイオードＤ２の逆回復時間中に駆動電圧供給部２１４に流れる電流を抵抗Ｒ４で限流するので、検出電圧Ｖｓに対するノイズの重畳を抑制することができる。

また、電源装置２において、低域通過フィルタ２１５を備えることが好ましい。低域通過フィルタ２１５は、抵抗Ｒ２から出力される検出電圧Ｖｓをフィルタリングして比較器２１１に出力していることが好ましい。

電源装置２が上述のように構成されれば、検出電圧Ｖｓに重畳する高調波ノイズを低域通過フィルタ２１５によって低減し、検出電圧Ｖｓに重畳する高調波ノイズを抑制することができる。

さらに、電源装置２において、制御部２１とスイッチング素子Ｑ１は、１つのパッケージに収容されている集積回路５で構成されていることが好ましい。

電源装置２が上述のように構成されれば、部品点数を削減して小型化を図ることができる。

続いて、本実施形態の照明装置を説明する。本実施形態の照明装置は、器具本体４とともに照明器具１を構成する光源ユニット３である。

光源ユニット３は、図４に示すように、電源装置２と、電源装置２の負荷となる２つのＬＥＤモジュール３０とを備えている。また、光源ユニット３は、取付部材３１と、カバー部材３２とを備えることが好ましい。ＬＥＤモジュール３０は、多数のＬＥＤ３００と、基板３０１と、中継コネクタ３０２と、入力コネクタ３０３とを備えている。基板３０１は、長尺の矩形板状に形成されている。多数のＬＥＤ３００は、基板３０１の表面（下面）における短手方向の中央に、基板３０１の長手方向に沿って等間隔かつ１列に並べて実装されている。中継コネクタ３０２は、それぞれのＬＥＤモジュール３０の基板３０１において、２つのＬＥＤモジュール３０同士が長手方向に沿って隣り合う側の端部にそれぞれ実装されている。入力コネクタ３０３は、それぞれのＬＥＤモジュール３０の基板３０１において、中継コネクタ３０２が実装されている側と反対側の端部にそれぞれ実装されている。

取付部材３１は、金属板によって長尺の角樋状に形成されている。取付部材３１は、長尺の矩形板状の底板３１０と、底板３１０の長手方向に沿った両端から上向きに立ち上がる一対の側板３１１とを有している。２つのＬＥＤモジュール３０は、互いの中継コネクタ３０２同士が電気的に接続された状態で、底板３１０から切り起こされている複数の爪によって底板３１０の下面に取り付けられている。なお、２つのＬＥＤモジュール３０の入力コネクタ３０３は、電線によって電源装置２の出力用のコネクタと電気的に接続されている。

カバー部材３２は、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂などの透光性を有する合成樹脂によって半円筒形状に形成されている。また、カバー部材３２は、長手方向に沿って上向きに突出する一対の突壁３２０を有している。カバー部材３２は、一対の突壁３２０の間に取付部材３１を収容し、取付部材３１の一対の側板３１１の先端（上端）に、一対の突壁３２０の先端（上端）に形成されている引掛部が引っ掛けられることで取付部材３１に取り付けられている。

電源装置２は、集積回路５を含む種々の電子部品が実装されているプリント配線板２６を収容するケース２５を有している。ケース２５は、金属板により、一面が開口した長尺の矩形箱状に形成されている。ケース２５は、電子部品が実装されているプリント配線板２６を収容し、開口面を底板３１０の上面に向けるようにして取付部材３１に固定（例えば、ねじ止め）されている。

器具本体４は、下面が開放された矩形箱状の収容部４０と、収容部４０の長手方向に沿った両側の開口端縁より斜め上向きに突出する一対の反射板４１と、収容部４０及び一対の反射板４１の長手方向の両端に設けられている一対のエンド板４２とを備えている。器具本体４は、収容部４０の底面に設けられている複数の取付孔４００のうちの少なくともいずれか２つの取付孔４００に吊りボルトがそれぞれ挿通され、それらの吊りボルトにナットが締め付けられることで天井に設置される。また、器具本体４は、収容部４０の底面に設けられている複数の電源孔４０１のうちのいずれか１つの電源孔４０１に電源線が挿通されている。そして、電源孔４０１に挿通された電源線は、端子台を介して、電源装置２の一対の入力端子２３と電気的に接続されている。

光源ユニット３は、取付部材３１の一対の側板３１１及びカバー部材３２の一対の突壁３２０が収容部４０内に収容されるようにして、器具本体４（の収容部４０）に取り付けられている（図５参照）。

上述のように照明装置（光源ユニット３）は、電源装置２と、電源装置２から供給される直流電力で点灯する光源（ＬＥＤモジュール３０）とを備えている。

照明装置（光源ユニット３）が上述のように構成されれば、検出電圧Ｖｓ対するノイズの重畳を抑制することができる。

なお、照明装置は、矩形板状の取付部材の表面に、複数のＬＥＤモジュール３０及びカバー部材のそれぞれを短幅方向に沿って並べて配置されるように構成されていてもよい。

２電源装置
３光源ユニット（照明装置）
５集積回路
２０電力変換部
２１制御部
２２制御電源部
２１０駆動部
２１１比較器
２１２調整部
２１３スイッチング制御部
２１４駆動電圧供給部
２１５低域通過フィルタ
Ｑ１半導体スイッチング素子
Ｄ１還流ダイオード
Ｌ１インダクタ
Ｃ１出力コンデンサ
Ｒ２抵抗（電流検出部）
Ｄ２ブートストラップダイオード
Ｃ２ブートストラップコンデンサ
Ｒ４抵抗（限流素子）
Ｖcc 制御電源電圧
Ｖｓ検出電圧
Ｖth しきい値電圧

Claims

電力変換部と、前記電力変換部を制御する制御部と、前記制御部に制御電源を供給する制御電源部とを備え、
前記電力変換部は、半導体スイッチング素子と還流ダイオードの直列回路と、前記半導体スイッチング素子と前記還流ダイオードのカソードの接続点に第１端が電気的に接続されているインダクタと、前記インダクタの第２端に第１端が電気的に接続されている出力コンデンサと、前記出力コンデンサの第２端から前記還流ダイオードのアノードに向かって流れる電流に比例した検出電圧を出力する電流検出部とを有し、
前記制御電源部は、前記電力変換部に入力する入力電圧から制御電源電圧を生成し、生成した前記制御電源電圧を前記制御部に供給し、
前記制御部は、前記半導体スイッチング素子の制御端子に駆動電圧を印加して当該半導体スイッチング素子をターンオンする駆動部と、前記検出電圧としきい値電圧を比較し、前記検出電圧が前記しきい値電圧に達するかあるいは前記しきい値電圧を超えたときにトリガ信号を出力する比較器と、外部からの指示に応じて前記しきい値電圧を調整する調整部と、前記駆動部に前記半導体スイッチング素子をターンオンさせた後、前記比較器から前記トリガ信号を受け取ると前記駆動部に前記半導体スイッチング素子をターンオフさせるスイッチング制御部と、前記半導体スイッチング素子をターンオンするために必要な駆動電圧を前記駆動部に供給する駆動電圧供給部とを有し、
前記駆動電圧供給部は、ブートストラップダイオードとブートストラップコンデンサと限流素子とを含む直列回路で構成されており、前記駆動電圧供給部の第１端が前記制御電源部の高電位側の出力端と電気的に接続され、前記駆動電圧供給部の第２端が前記半導体スイッチング素子と前記還流ダイオードのカソードの接続点と電気的に接続されており、前記ブートストラップダイオードは、前記第１端から第２端に向けて電流を流す向きに設けられていることを特徴とする電源装置。
低域通過フィルタを備え、前記低域通過フィルタは、前記電流検出部から出力される前記検出電圧をフィルタリングして前記比較器に出力していることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
前記制御部と前記半導体スイッチング素子は、１つのパッケージに収容されている集積回路で構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の電源装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源装置と、前記電源装置から供給される直流電力で点灯する光源とを備えることを特徴とする照明装置。