JP5590905B2 - 光源用電源装置及び照明装置 - Google Patents
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Description
図1は、実施の形態1のLED照明装置1001の概観を示す。LED照明装置1001は、電源部110と、電源部110に接続されたLEDモジュール2とを備えている。
(1)電源部110は、LEDモジュール2に直流電圧を供給する。
(2)LEDモジュール2は、LED3〜6を収納する。
(3)出力ケーブル7は、電源部110の出力を外部に取り出す。出力ケーブル7の先端には出力コネクタ8が接続される。
(4)LEDモジュール2にはLEDケーブル9が接続され、LEDケーブル9の先端にはLEDコネクタ10が接続されている。
(5)出力コネクタ8とLEDコネクタ10とは勘合自在な構造であり、出力ケーブル7とLEDケーブル9とによって、電源部110とLEDモジュール2とが電気的に接続される。
電源部110(光源用電源装置)は、商用交流電源11と接続し、交流を整流する整流回路12、平滑コンデンサ13、放電部101−1、ラッチ回路102(放電記憶部)、DC−DCコンバータ103(光源用直流電圧生成部)を備えている。
(1)平滑コンデンサ13は、整流回路12の整流出力を平滑する。
(2)DC−DCコンバータ103は、平滑コンデンサ13の出力を、低い電圧に変換する。DC−DCコンバータ103は、トランス15、スイッチングトランジスタ16(スイッチング素子という場合もある)、電流検出抵抗17、制御回路18(制御部)、2次側整流ダイオード19、フライホイールダイオード20、チョークコイル21、2次側平滑コンデンサ22(供給コンデンサ)から構成される。
(3)2次側平滑コンデンサ22の出力は、出力ケーブル7、出力コネクタ8、LEDコネクタ10、LEDケーブル9を介して、LEDモジュール2に接続される。
放電部101−1は、2次側平滑コンデンサ22の出力に、LEDモジュール2と並列に接続される。図2に示すように、放電部101−1と、LEDモジュール2とは、2次側平滑コンデンサ22に対して、2次側平滑コンデンサ22から放電部101−1、LEDモジュール2の順で並列接続されている。放電部101−1では、2次側平滑コンデンサ22の出力に、「短絡抵抗23(以下、放電抵抗とも呼ぶ)、短絡トランジスタ24(以下、放電トランジスタとも呼ぶ)、フォトカプラ25内の1次側LED25a」の直列回路が接続される。フォトカプラ25の2次側トランジスタ25bの出力には、ラッチ回路102が接続される。
(1)2次側平滑コンデンサ22の正極側からLEDモジュール2に流入する電流が流れる経路(流入経路という)の途中に放電抵抗23の一端が接続されており、LEDモジュール2から流れ出た電流が2次側平滑コンデンサ22の負極側に向かう経路(以下、流出経路という)の途中にフォトカプラ25内の1次側LED25aのカソード側が接続されている。
(2)ツェナーダイオード27のカソード側が、流入経路において放電抵抗23の一端よりも2次側平滑コンデンサ22の正極側に接続されている。ツェナーダイオード27のアノード側がベース抵抗C31の一端に接続し、ベース抵抗C31の他端が放電トランジスタ24のベースに接続している。
(3)駆動用トランジスタ28のコレクタが、ツェナーダイオード27とベース抵抗C31との中点に接続されている。駆動用トランジスタ28のベースが、ベース抵抗B30を介して放電抵抗23と放電トランジスタ24のコレクタとの中点に接続されている。駆動用トランジスタ28のエミッタが、流入経路においてツェナーダイオード27のカソードの接続箇所と放電抵抗23の接続箇所との間に接続されている。
(4)ベース抵抗A29の一端が、流入経路において駆動用トランジスタ28のエミッタ接続箇所と放電抵抗23の接続箇所との間に接続され、ベース抵抗A29の他端が、駆動用トランジスタ28のベースとベース抵抗B30の端部との間に接続している。
まずDC−DCコンバータ103の動作を説明する。
(1)商用交流電源11の交流電圧は、電源部110内の整流回路12で直流に変換され、平滑コンデンサ13で平滑される。この平滑コンデンサ13の出力電圧は、DC−DCコンバータ103に入力されて、入力時よりも低い直流電圧に変換される。DC−DCコンバータ103はフォワード・コンバータと称される回路である。
(2)DC−DCコンバータ103内では、平滑コンデンサ13の出力電圧が、「トランス15の1次側、スイッチング素子16、電流検出抵抗17」からなる直列回路に印加される。
(3)スイッチングトランジスタ16は、制御回路18からの出力で制御されることにより、その出力に応じて高周波数でスイッチングする。このとき、制御回路18によって、電流検出抵抗17に流れる電流が一定になるようスイッチングトランジスタ16のON/OFF時間が調整される。すなわち、制御回路18は、トランス15の1次側に流れる電流を一定に制御することで2次側に流れる電流を一定にする。
次に図3、図4を参照して、放電部101の放電動作を説明する。
図3は、放電部101による放電動作を説明するためのタイミングチャートである。
図4は、放電部101の放電動作のフローチャートである。
(a)は、商用交流電源11の通電状態、
(b)は、電源部110とLEDモジュール2との接続状態、
(c)は、DC−DCコンバータ103(スイッチング素子16)の動作状態、
(d)は、2次側平滑コンデンサ22の電圧V22、
(e)は、放電トランジスタ24のON/OFF状態、
(f)は、ラッチ回路102の出力、
を示す。図3の横軸は時間である。
T1のタイミングで出力コネクタ8とLEDコネクタ10との接続が外れた場合(ステップS1)、DC−DCコンバータ103の負荷がなくなるため、図3(d)に示すように、2次側平滑コンデンサ22の電圧V22が上昇する。
T2のタイミングにおいて、2次側平滑コンデンサ22の電圧V22が上昇して電圧V22がツェナーダイオード27のツェナー電圧VZEに到達したとする(ステップS2)。その場合、2次側平滑コンデンサ22からツェナーダイオード27、ベース抵抗C31を介して放電トランジスタ24のベースにベース電流が流れ、放電トランジスタ24がONになる(ステップS3)。図3(d)に示すように、ツェナー電圧VZEの値は、LED電圧(LEDモジュール2の全部のLEDが点灯する点灯電圧)よりも所定の値以上高い値であり、例えば、ツェナー電圧VZEの値は、LED電圧よりも3V以上高くする。LEDの順方向電圧Vfのバラツキを考慮すると3V以上が好ましく、Vfの限界値よりも小さく設定する。
従って、2次側平滑コンデンサ22に充電されていた電荷は、放電抵抗23、放電トランジスタ24、フォトカプラ25の1次LED25aを介して放電される。
この放電時間については、図3のT3のタイミングのように、2次側平滑コンデンサ22の電圧V22がLEDモジュール2の点灯電圧(図3(d)のLED電圧)に達するまで短時間(例えば1秒以内)に設定し、2次側平滑コンデンサ22の電圧を急激に低くする(ステップS6)。放電部101−1は、2次側平滑コンデンサ22に充電された電荷の放電により、電荷の放電開始から所定の時間以内で、2次側平滑コンデンサ22の充電電圧V22をLED電圧(点灯電圧)以下にする。図3(d)では「所定の時間以内」として「1秒以内」を示したが一例である。「所定の時間以内」は、実装に応じて決定される。LEDモジュール2の非接続状態において2次側平滑コンデンサ22の電圧V22を低減させることができる。
2次側平滑コンデンサ22の電圧V22がLEDモジュール2の点灯電圧より低くなれば、2次側平滑コンデンサ22からLEDモジュール2に電流は流れない。なお、ベース抵抗A29は駆動用トランジスタ28のベース抵抗である。
その後、図3のT4に示すタイミングで、再度、出力コネクタ8とLEDコネクタ10とを接続しても、DC−DCコンバータ103が停止状態である。また電圧V22もLED電圧よりも小さいくLEDモジュール2に電流は流れない(ステップS9)。T4におけるLEDモジュール2の再接続のとき、2次側平滑コンデンサ22の電圧V22はLED電圧以下であるため、LEDモジュール2に電流が流れることが無く、LEDモジュール2を過大な印加電圧から保護できる。
また、図3のT5のタイミングに示すように、放電トランジスタ24は、2次側平滑コンデンサ22の電圧V22が0VになるまでONを継続し、放電が続く(ステップS10)。
なお、ラッチ回路102は商用交流電源11が電源部110に入力されている場合は継続的にその状態を保ち、図3のT6のタイミングに示すように、商用交流電源11が電源部1から外されたときにリセットされる(ステップS11)。このようにラッチ回路102によってラッチされ、格納された放電フラグは、商用交流電源11のOFFによって揮発する。ラッチ回路102は揮発性メモリである。
図5を参照して実施の形態2のLED照明装置1002を説明する。
図5は、実施の形態2のLED照明装置1002の回路構成図である。
図5は、図2に対して、放電部101−2が、高分子系のPTC(Positive Temperature Coefficient、以下単にPTCと称す。)サーミスタ32を備えた構成である。これ以外は、図2と同じである。本実施の形態2において、実施の形態1と同様の部分は同符号を付し、説明を省略する。
図6は、実施の形態3のLED照明装置1003の回路構成図である。図6は実施の形態1のLED照明装置1001を示す図2に対して、
図2における放電部101−1の放電抵抗23が、放電部101−3においてPTCサーミスタ23−1となった点のみが異なる。それ以外は、図2の構成と同じである。
Claims (9)
- 制御を受けることでスイッチングし、スイッチングによって直流電圧を生成するスイッチング素子と、前記スイッチング素子によって生成された直流電圧に基づく電荷を充電し、充電された電荷に基づく直流の充電電圧を光源に供給する供給コンデンサと、前記スイッチング素子のスイッチングを制御する制御部とを備えた光源用直流電圧生成部と、
前記供給コンデンサの前記充電電圧が所定の電圧以上になると、前記供給コンデンサに充電された電荷の放電を開始する放電部と、
前記放電部によって前記供給コンデンサの電荷の放電が開始されると、前記供給コンデンサの電荷が放電された状態を維持するように、前記制御部に前記スイッチング素子のスイッチングを停止させる放電記憶部と
を備え、
前記光源は、
点灯するための所定の点灯電圧を有し、
前記放電部が電荷の放電を開始する前記所定の電圧は、
前記点灯電圧よりも所定の値以上高いと共に、
前記放電部は、
前記充電電圧が前記所定の電圧になるとベース電流が流れてオンとなり、前記供給コンデンサの電荷を放電させる放電トランジスタと、
前記放電トランジスタがオンとなった場合に前記放電トランジスタのオンに伴ってオンとなり、前記放電トランジスタの前記ベース電流を継続して流すことにより、前記供給コンデンサの前記充電電圧が前記所定の電圧から下降して前記点灯電圧を下まわる場合にも、前記所定の電圧でオンとなった前記放電トランジスタのオン状態を継続させる駆動用トランジスタと
を備えることを特徴とする光源用電源装置。 - 前記光源用直流電圧生成部は、
一次側と二次側とを絶縁するトランスを有し、
前記放電記憶部は、
前記放電部とは絶縁された状態で前記充電電圧に基づく検出信号を受信し、受信した前記検出信号に基づき前記制御部を制御することを特徴とする請求項1に記載の光源用電源装置。 - 前記放電部が電荷の放電を開始する前記所定の電圧は、
前記点灯電圧よりも3V以上高いことを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の光源用電源装置。 - 前記放電部は、
前記供給コンデンサに充電された電荷の放電により、電荷の放電の開始から所定の時間以内で、前記供給コンデンサの前記充電電圧を前記点灯電圧以下にすることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光源用電源装置。 - 前記放電記憶部は、
電力供給を受けることで前記供給コンデンサの電荷が放電された状態を維持し、電力供給が無くなると前記供給コンデンサの電荷が放電された状態を解除する揮発性メモリであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の光源用電源装置。 - 前記放電部と、前記光源とは、
前記供給コンデンサに対して、前記供給コンデンサから前記放電部、前記光源の順で並列接続され、
前記光源用電源装置は、さらに、
前記供給コンデンサの前記充電電圧に基づいて前記光源に流れ込む流入電流の経路の途中と、前記供給コンデンサの前記充電電圧に基づいて前記光源から流れ出す流出電流の経路の途中との少なくともいずれかに配置され、規定範囲を超える過電流が流れると断線状態を作り出すと共に、過電流が規定範囲に戻ると断線状態を復帰する自己復帰型ヒューズを備えたことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の光源用電源装置。 - 前記放電部と、前記光源とは、
前記供給コンデンサに対して、前記供給コンデンサから前記放電部、前記光源の順で並列接続され、
前記放電部は、
放電された前記電荷の流れを示す放電電流が通過し、前記放電電流が規定範囲を超える過電流になると断線状態を作り出すと共に、前記放電電流が規定範囲に戻ると断線状態を復帰する自己復帰型ヒューズを備えたことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の光源用電源装置。 - 前記自己復帰型ヒューズとして、
PTC(Positive Temperature Coefficient)サーミスタを用いたことを特徴とする請求項6または7のいずれか一に記載の光源用電源装置。 - 請求項1〜8のいずれかに記載の光源用電源装置を備えた照明装置。
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