JP2009261158A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１つのコンバータ回路を用いて、損失を抑制しながら、電圧制御のランプと電流制御のランプを駆動する。
【解決手段】コンバータ回路は、制御回路１２によって定電圧制御される。また、制御回路１２は負荷の過電流を防止するために、検出した負荷電流に基づいて過電流制御を行う。ハロゲンランプ１３使用時には、過電流制御の閾値として、ハロゲンランプ１３に流れるべきでない電流値を設定する。一方、負荷にＬＥＤ１４が接続された場合には、過電流制御の閾値としてＬＥＤ１４に通常流すべき電流値を設定する。これにより、ＬＥＤ１４使用時には、常に電流制御されることになる。こうして、電圧制御のハロゲンランプと電流制御のＬＥＤとを１つのコンバータ回路によって駆動することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電圧制御のランプと電流制御のランプとを使用する照明装置等の電源装置に関する。

従来、屋内外の商業施設等の照明として、ハロゲンランプが採用されることがある。ハロゲンランプは、高い演色性を有し、寿命末期まで初期の光束・色温度を維持するという特性から、種々の照明装置に利用されている。また、近年、照射光に熱成分をほとんど含まず、熱に弱い対象物にも適応するという利点等から、照明用として、ＬＥＤ（発光ダイオード）も採用されるようになってきた。

ハロゲンランプの電源装置としては、スイッチング電源を採用して定電圧制御を行うものが考えられる。これに対し、ＬＥＤの電源装置としては、特許文献１に記載のもの等がある。ＬＥＤの輝度はＬＥＤに流れる電流値に応じて決まる。ＬＥＤに流れる電流と順方向電圧との関係は周囲温度の影響を受け、定電圧駆動してもＬＥＤに流れる電流を一定にすることはできない。このため、ＬＥＤは定電流駆動する必要がある。特許文献１においては、このようなＬＥＤを定電流駆動する電源装置が開示されている。
特開２００７−１５７４２３号公報

上記特許文献１において、当業者であれば、これらのハロゲンランプ及びＬＥＤの両方を利用可能にすることも考えられる。しかしながら、ハロゲンランプとＬＥＤとでは、制御方法が異なることから、これらのランプ用の共通化された電源回路は開発されていない。

本発明は、１つのコンバータ回路を用いて効率を向上させると共に、定電圧駆動する第１のランプと定電流駆動する第２のランプとを点灯させることができる電源装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る電源装置は、直流電源からの直流電圧を所定の電圧に変換して出力端に供給する電圧出力回路と、前記出力端に接続される負荷に流れる負荷電流を検出する電流検出手段と、前記電圧出力回路の出力端の電圧に基づいて前記電圧出力回路をフィードバック制御して前記電圧出力回路に前記所定の電圧を発生させると共に、前記負荷電流が基準電流よりも大きくなると前記負荷電流が前記基準電流以下となるように、前記電圧出力回路を制御する制御手段と、前記出力端に前記負荷として電圧制御の第１の負荷が接続された場合には、前記制御手段に前記基準電流として前記第１の負荷に流れるべきでない過電流を設定して過電流を防止し、前記出力端に前記負荷として電流制御の第２の負荷が接続された場合には、前記制御手段に前記基準電流として前記第２の負荷に通常流れるべき電流を設定して定電流制御させる設定手段とを具備したものである。

本発明によれば、１つのコンバータ回路を用いて効率を向上させると共に、定電圧駆動する第１のランプと定電流駆動する第２のランプとを点灯させることができるという効果を有する。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る電源装置を示す回路図である。

電圧制御が必要な第１の負荷と電流制御が必要な第２の負荷とを駆動する電源装置としては、例えば、電圧制御を行うコンバータ回路と、電流制御を行うコンバータ回路との２つのコンバータ回路を用いる回路が考えられる。しかしながら、２つのコンバータ回路を用いた場合には、損失が大きくなるという欠点が生じる。そこで、本実施の形態においては、所定の電圧を出力する電圧出力回路として１つのコンバータ回路のみを採用し、負荷に応じて、コンバータ回路の制御を電圧制御と電流制御とで切換え可能にすることで、損失を抑制しながら、定電圧駆動による第１の負荷と定電流駆動による第２の負荷との駆動を可能にする。本実施の形態においては、電圧・電流制御を行うコンバータ回路として降圧チョッパ回路を採用した例について説明する。

図１において、直流電源１１は、基準電位点と正極性出力端との間に直流電圧を供給する。直流電源１１の正極性出力端はトランジスタＱ１のソースに接続され、トランジスタＱ１のドレインはコイルＬ１の一端に接続される。コイルＬ１の一端はダイオードＤ１を介して基準電位点にも接続され、他端は平滑用のコンデンサＣ１を介して基準電位点に接続される。これらのトランジスタＱ１、ダイオードＤ１、コイルＬ１及びコンデンサＣ１によって、降圧チョッパ回路が構成される。

トランジスタＱ１のゲートには、制御回路１２から駆動信号が供給される。トランジスタＱ１は駆動信号に応じてオン，オフし、コンデンサＣ１の両端には、駆動信号のオンデューティに応じた電圧が発生する。コンデンサＣ１の両端に発生する電圧が出力端子Ｏ１乃至Ｏ３に供給される。

出力端子Ｏ１，Ｏ２相互間には、電圧制御が必要な第１の負荷として、例えば、ハロゲンランプ１３がスイッチＳＷ１を介して接続可能である。また、出力端子Ｏ１，Ｏ３相互間には、電流制御が必要な第２の負荷として、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）１４がスイッチＳＷ２を介して接続可能である。スイッチＳＷ１，ＳＷ２は連動してオン，オフし、一方がオンの場合には他方はオフである。

出力端子Ｏ２は負荷電流検出用の抵抗Ｒ１を介して基準電位点に接続され、出力端子Ｏ３は負荷電流検出用の抵抗Ｒ２を介して基準電位点に接続される。抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値は夫々Ｒａ，Ｒｂである。

制御回路１２はＧＮＤ端が基準電位点に接続され、出力端Ｖ0 から駆動信号をトランジスタＱ１のゲートに出力する。制御回路１２はコンデンサＣ１の端子電圧がＦ／Ｂ端にフィードバックされる。制御回路１２は、Ｆ／Ｂ端にフィードバックされるコンデンサＣ１の端子電圧が所定の値となるように、駆動信号を発生する。これにより、コンデンサＣ１の両端に所定の定電圧を発生させることができる。

更に、制御回路１２は、過電流防止のための制御端ＣＬＭ１，ＣＬＭ２を備えている。制御回路１２は負荷電流が過電流になると、負荷電流を所定の電流値に制限するように、駆動信号を制御する。即ち、制御回路１２は、Ｆ／Ｂ端の入力に基づくフィードバック制御よりも制御端ＣＬＭ１，ＣＬＭ２の入力に基づく過電流制御を優先して実行する。制御端ＣＬＭ１には、抵抗Ｒ１の両端電圧が印加される。また、制御端ＣＬＭ２には、抵抗Ｒ２の両端電圧が印加される。

いま、抵抗Ｒ１に流れる第１の負荷電流がＩａであるものとする。制御端ＣＬＭ１には第１の負荷電流に応じた電圧Ｒａ・Ｉａが印加される。この電圧Ｒａ・Ｉａが所定の閾値Ｖｒｅｆを超えようとすると、制御回路１２は、この電圧Ｒａ・Ｉａが閾値Ｖｒｅｆとなるように、即ち、負荷電流Ｉａが基準電流Ｉｒｅｆ１以下となるように過電流制御を行う。これにより、第１の負荷であるハロゲンランプ１３に過電流が流れることを防止する。

一方、第２の負荷であるＬＥＤ１４を接続した場合において、抵抗Ｒ２に流れる第２の負荷電流がＩｂであるものとする。制御端ＣＬＭ２には第２の負荷電流に応じた電圧Ｒｂ・Ｉｂが印加される。この電圧Ｒｂ・Ｉｂが所定の閾値Ｖｒｅｆを超えようとすると、制御回路１２は、この電圧Ｒｂ・Ｉｂが閾値Ｖｒｅｆとなるように、電流制御を行う。この過電流制御を利用して、本実施の形態においては、ＬＥＤ１４の通常使用時において流すべき電流に基づいて、過電流であるか否かの基準電流Ｉｒｅｆ２を設定する。過電流と判定されると、負荷電流を基準電流Ｉｒｅｆ２以内に抑制する過電流制御が働き、負荷を定電流制御することができる。

即ち、ＬＥＤ１４の通常使用時にＬＥＤ１４に流す電流値Ｉｂと抵抗値Ｒｂとの積Ｒｂ・ＩｂがＶｒｅｆとなるように抵抗Ｒ２の抵抗値Ｒｂを設定することで、ＬＥＤ１４の通常使用時において、電圧Ｒｂ・Ｉｂ≦Ｖｒｅｆとする定電流制御が行われる。

なお、Ｆ／Ｂ端の入力に基づく制御回路１２の定電圧制御によって、ＬＥＤ１４の駆動時においては常に過電流制御が働く出力電圧が設定されており、ＬＥＤ１４の駆動時には、電圧Ｒｂ・Ｉｂ＝Ｖｒｅｆとする定電流制御が行われることになる。

次に、このように構成された実施の形態の作用について図２及び図３を参照して説明する。図２は降圧チョッパ回路の出力電圧Ｖｏ及び出力電流（負荷電流）Ｉｏを示す波形図である。図３は制御回路１２の制御を説明するためのフローチャートである。

いま、スイッチＳＷ１がオンでスイッチＳＷ２がオフであって、ハロゲンランプ１３を点灯させるものとする。制御回路１２はトランジスタＱ１に駆動信号を供給して、トランジスタＱ１をオンオフする。直流電源１１からの直流電圧は、トランジスタＱ１を介してコイルＬ１及びコンデンサＣ１に供給され、トランジスタＱ１のオンデューティに応じた直流電圧が、コンデンサＣ１の両端に発生する。

この直流電圧が出力端子Ｏ１，Ｏ２との間又は出力端子Ｏ１，Ｏ３との間に供給される。コンデンサＣ１の端子電圧は制御回路１２のＦ／Ｂ端にフィードバックされており、制御回路１２はＦ／Ｂ端にフィードバックされる電圧が所定の定電圧となるように駆動信号を発生する。このフィードバック制御によって、降圧チョッパ回路は定電圧制御される（ステップＳ１）。図２の定電圧制御期間に示すように、スイッチＳＷ１をオンにしてハロゲンランプ１３を点灯させる場合には、降圧チョッパ回路の出力は定電圧となって、ハロゲンランプ１３は安定的に点灯する。

制御回路１２はステップＳ２，Ｓ３において、第１及び第２の負荷電流Ｉａ，Ｉｂを検出する。スイッチＳＷ２はオフであり、第２の負荷電流Ｉｂは０である。負荷電流Ｉａは抵抗Ｒ１の両端電圧によって検出することができ、抵抗Ｒ１の両端電圧は制御端ＣＬＭ１に供給される。抵抗Ｒ１の両端電圧が所定の閾値Ｖｒｅｆよりも大きい場合、即ち、負荷電流Ｉａが基準電流Ｉｒｅｆ１よりも大きい場合には、制御回路１２はステップＳ６に移行して、Ｉａ・Ｒａ≦Ｖｒｅｆとする過電流制御を行う。Ｉａ＜Ｉｒｅｆ１の場合には、制御回路１２は、ステップＳ１に処理を戻して定電圧制御を繰返す。

次に、ＬＥＤ１４を点灯させるものとする。この場合には、コンデンサＣ１の充電電荷によってＬＥＤ１４に突入電流が流入することを防止するために、一端降圧チョッパ回路の動作を停止させて、出力を０Ｖにする。

次に、スイッチＳＷ１をオフ、スイッチＳＷ２をオンにして、ＬＥＤ１４を駆動する。制御回路１２はステップＳ３において、第２の負荷電流Ｉｂを検出する。負荷電流Ｉｂは抵抗Ｒ２の両端電圧によって検出することができ、抵抗Ｒ２の両端電圧は制御端ＣＬＭ２に供給される。抵抗Ｒ２の両端電圧が所定の閾値Ｖｒｅｆよりも大きい場合、即ち、負荷電流Ｉｂが基準電流Ｉｒｅｆ２よりも大きい場合には、制御回路１２はステップＳ７に移行して、Ｉｂ・Ｒｂ≦Ｖｒｅｆとする過電流制御を行う。

ＬＥＤ１４の通常使用時における負荷電流をＩｒｅｆ２に設定しておくことで、ＬＥＤ１４の使用時においては、常に負荷電流をＩｒｅｆ２とする定電流制御が行われることになる。

このように本実施の形態においては、電圧制御が必要な第１の負荷接続時には定電圧制御を行うと共に、過電流制御の基準値を第２の負荷を駆動時の電流値に設定することで、電流制御が必要な第２の負荷接続時において定電流制御を可能にする。１つのコンバータ回路を、接続された負荷に応じて定電圧制御と定電流制御とで切り換え可能にすることにより、損失を抑制しながら、定電圧駆動する第１の負荷と定電流駆動する第２の負荷とを駆動することができる。

図４は本発明の第２の実施の形態を示す回路図である。図４において図１と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。また、図５は第２の実施の形態を説明するための波形図である。

本実施の形態はコンデンサＣ１を省略すると共に、コイルＬ１と共にトランスＴを構成するコイルＬ２、コンデンサＣ２、ダイオードＤ２及び抵抗Ｒ３，Ｒ４による電圧検出回路を付加した点が第１の実施の形態と異なる。

一般的には、ＬＥＤ１４に対する定電流制御時におけるコンバータ回路の出力電圧は、ハロゲンランプ１３を点灯させるための出力定電圧よりも低い。このため、ハロゲンランプ１３の点灯時にＬＥＤ１４の点灯に切換えると、コンデンサＣ１の充電電荷によってＬＥＤ１４に突入電流が流れてしまう。

図５の出力電圧Ｖｏ１及び出力電流Ｉｏ１はこの状態を示しており、スイッチＳＷ１のオン状態からスイッチＳＷ２のオン状態に切換えると、定電圧制御から定電流制御に切換わる。この切換え時に、出力電圧は次第に低下して、定電流制御時の出力電圧ＶＦに変化する。一方、出力電流は、切り換え時の突入電流によって上昇し、次いで次第に低下して定電流制御時の定電流となる。この突入電流によってＬＥＤ１４が破壊されてしまうことがある。

そこで、本実施の形態においては、突入電流を発生させるコンデンサＣ１を省略する。コンデンサＣ１を省略すると、コンバータ回路の出力電圧は高周波リップルが重畳されたものとなる。この場合でも、ハロゲンランプ１３及びＬＥＤ１４の点灯は可能である。しかしながら、コンバータ回路の定電圧制御のための直流電圧を得ることができない。そこで、本実施の形態においては、トランス結合によって１次側のコイルＬ１に流れる電流を２次側のコイルＬ２において取り出す。

コイルＬ２の負極性端は基準電位点に接続され、コイルＬ２の正極性端と負極性端との間にはダイオードＤ２及びコンデンサＣ２が直列接続される。コンデンサＣ２には抵抗Ｒ３，Ｒ４の直列回路が並列に接続される。ダイオードＤ２及びコンデンサＣ２によってコイルＬ２に発生する電圧が直流電圧に変換され、抵抗Ｒ３には、コイルＬ１の出力に基づく直流電圧が発生する。この抵抗Ｒ３に発生する直流電圧がフィードバック電圧として、制御回路１２のＦ／Ｂ端に供給される。制御回路１２はＦ／Ｂ端にフィードバックされる電圧が所定の定電圧となるように駆動信号を発生する。

このように構成された実施の形態においては、コイルＬ１の出力端の電圧は、コイルＬ２、ダイオードＤ２、コンデンサＣ２及び抵抗Ｒ３，Ｒ４による電圧検出回路によって検出されて、制御回路１２のＦ／Ｂ端に供給される。これにより、制御回路１２はコンバータ回路の定電圧制御が可能である。図５の出力電圧Ｖｏ２に示すように、スイッチＳＷ１がオンでハロゲンランプ１３を点灯させる場合には、抵抗Ｒ３の両端電圧に基づくフィードバック制御によって、ハロゲンランプ１３は定電圧駆動される。

スイッチＳＷ１がオフとなって、スイッチＳＷ２がオンになると、電流Ｉｂが基準電流Ｉｒｅｆ２よりも大きくなろうとして、制御回路１２はＩｂ・Ｒｂ＝Ｖｒｅｆとする定電流制御を行う。この場合には、コンバータ回路の出力端にコンデンサが設けられていないので、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の切換え時において、ＬＥＤ１４に突入電流が流入することはなく、図５に示すように、定電圧制御から定電流制御には瞬時に切換る。

このように、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態においては、使用するランプをハロゲンランプからＬＥＤに瞬時に切換えた場合でも、ＬＥＤに突入電流が流れることはない。

なお、上記実施の形態において、コンバータ回路の出力をトランス結合によって取り出してフィードバック電圧とする例について説明したが、コンバータ回路の出力を取得する方法は種々考えられる。例えば、コンデンサを省略することによりパルス出力回路として機能するコンバータ回路からのパルス出力の実効値を求め、この実効値をフィードバック制御に用いるようにしてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る電源装置を示す回路図。 降圧チョッパ回路の出力電圧Ｖｏ及び出力電流（負荷電流）Ｉｏを示す波形図。 制御回路１２の制御を説明するためのフローチャート。 本発明の第２の実施の形態を示す回路図。 第２の実施の形態を説明するための波形図。

符号の説明

１０…電源装置、１１…直流電源、１２…制御回路、１３…ハロゲンランプ、１４…ＬＥＤ、Ｑ１…トランジスタ、Ｄ１…ダイオード、Ｌ１…コイル、Ｃ１…コンデンサ、Ｒ１，Ｒ２…抵抗。

Claims (2)

1. 直流電源からの直流電圧を所定の電圧に変換して出力端に供給する電圧出力回路と、
   前記出力端に接続される負荷に流れる負荷電流を検出する電流検出手段と、
   前記電圧出力回路の出力端の電圧に基づいて前記電圧出力回路をフィードバック制御して前記電圧出力回路に前記所定の電圧を発生させると共に、前記負荷電流が基準電流よりも大きくなると前記負荷電流が前記基準電流以下となるように、前記電圧出力回路を制御する制御手段と、
   前記出力端に前記負荷として電圧制御の第１の負荷が接続された場合には、前記制御手段に前記基準電流として前記第１の負荷に流れるべきでない過電流を設定して過電流を防止し、前記出力端に前記負荷として電流制御の第２の負荷が接続された場合には、前記制御手段に前記基準電流として前記第２の負荷に通常流れるべき電流を設定して定電流制御させる設定手段と
   を具備したことを特徴とする電源装置。
2. 前記電圧出力回路は、所定の電圧としてパルス電圧を発生し、
   前記制御手段は、前記電圧出力回路の出力電圧に基づく直流電圧を検出して、前記電圧出力回路をフィードバック制御することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。

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