(57)【要約】【課題】安定的に負荷状態を検出し、駆動回路の保護動作を高精度に動作させることができる電源装置を提供すること。【解決手段】実施形態に係る電源装置は、容量性の負荷に用いる電源装置である。電源装置は、駆動回路と、トランスと、判定回路とを具備する。駆動回路は、電圧源の電圧をスイッチングにより変圧して負荷を駆動する。トランスは、１次巻線に駆動回路および電圧源が接続され、２次巻線に負荷が接続される。判定回路は、電圧源から１次巻線へ供給される駆動電流に基づいて負荷の状態を判定する。駆動回路は、判定回路によって負荷が無負荷状態であると判定された場合、負荷の駆動を抑制する。【選択図】図１
2020108270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量性の負荷に用いる電源装置であって、
電圧源の電圧をスイッチングにより変圧して前記負荷を駆動する駆動回路と；
１次巻線に前記駆動回路および前記電圧源が接続され、２次巻線に前記負荷が接続されるトランスと；
前記電圧源から前記１次巻線へ供給される駆動電流に基づいて前記負荷の状態を判定する判定回路と；を具備し、
前記駆動回路は、
前記判定回路によって前記負荷が無負荷状態であると判定された場合、前記負荷の駆動を抑制する、
電源装置。
【請求項２】
前記判定回路は、
前記電圧源および前記１次巻線の間に設けられるカレントトランスを有し、前記カレントトランスにより変換された駆動電流に基づいて前記負荷の状態を判定する、
請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記カレントトランスによって変換される前記駆動電流は、半波電流であり、
前記判定回路は、
前記半波電流に基づいて前記負荷の状態を判定する、
請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記カレントトランスによって変換される前記駆動電流は、全波電流であり、
前記判定回路は、
前記全波電流に基づいて前記負荷の状態を判定する、
請求項２に記載の電源装置。
【請求項５】
前記判定回路は、
前記駆動電流と基準電流とを比較した比較結果を前記駆動回路へ出力する比較器を有し、
前記駆動回路は、
前記駆動電流が前記基準電流よりも小さいことを示す比較結果であった場合、前記負荷の駆動を抑制する
請求項１〜４のいずれか１つに記載の電源装置。
【請求項６】
前記トランスは、
複数の前記２次巻線が直列で接続される
請求項１〜５のいずれか１つに記載の電源装置。
【請求項７】
前記負荷は、
複数であり、それぞれが前記トランスに対して独立して接続される
請求項１〜６のいずれか１つに記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、誘電バリア放電ランプ等の容量性の負荷に対してパルス電流を流すことで、負荷を駆動する電源装置が知られている。また、この種の電源装置は、トランスを備え、トランスの１次巻線に駆動回路や電圧源が接続され、２次巻線に負荷が接続される。
【０００３】
また、電源装置は、２次巻線側に電圧源から負荷に流れる電流を検出する回路が設けられ、検出される電流に基づいて負荷の異常等といった負荷状態を検出する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２３１４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術では、例えば、負荷の出力が比較的高出力である場合、特にパルス電流を流す場合には、電流を検出する回路の耐圧を超える電流が流れることで、回路の素子が破壊されるおそれがあった。そして、回路の素子が破壊されて負荷状態が検出できなくなった場合、負荷の駆動回路の保護動作が正常に動作できなくなるおそれがあった。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、安定的に負荷状態を検出し、駆動回路の保護動作を高精度に動作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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係る電源装置は、容量性の負荷に用いる電源装置である。電源装置は、駆動回路と、トランスと、判定回路とを具備する。前記駆動回路は、電圧源の電圧をスイッチングにより変圧して前記負荷を駆動する。前記トランスは、１次巻線に前記駆動回路および前記電圧源が接続され、２次巻線に前記負荷が接続される。前記判定回路は、前記電圧源から前記１次巻線へ供給される駆動電流に基づいて前記負荷の状態を判定する。前記駆動回路は、前記判定回路によって前記負荷が無負荷状態であると判定された場合、前記負荷の駆動を抑制する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、安定的に負荷状態を検出し、駆動回路の保護動作を高精度に動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る電源装置の構成を示す回路図である。
【図２】変形例に係る電源装置の構成を示す回路図である。
【図３】変形例に係る電源装置の構成を示す回路図である。
【図４】変形例に係る電源装置の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下で説明する実施形態に係る電源装置１は、容量性の負荷（ランプ１０）に用いる電源装置１である。電源装置１は、駆動回路１１と、トランス１３と、判定回路１４とを具備する。駆動回路１１は、電圧源ＶＤＤの電圧をスイッチングにより変圧して負荷を駆動する。トランス１３は、１次巻線１３１に駆動回路１１および電圧源ＶＤＤが接続され、２次巻線１３２に負荷が接続される。判定回路１４は、電圧源ＶＤＤから１次巻線１３１へ供給される駆動電流に基づいて負荷の状態を判定する。駆動回路１１は、判定回路１４によって負荷が無負荷状態であると判定された場合、負荷の駆動を抑制する。
【００１１】
また、以下で説明する実施形態に係る電源装置１において、判定回路１４は、電圧源ＶＤＤおよび１次巻線１３１の間に設けられるカレントトランス１４０を有し、カレントトランス１４０により変換された駆動電流に基づいて負荷の状態を判定する。
【００１２】
また、以下で説明する実施形態に係る電源装置１において、カレントトランス１４０によって変換される駆動電流は、半波電流である。判定回路１４は、半波電流に基づいて負荷の状態を判定する。
【００１３】
また、以下で説明する実施形態に係る電源装置１において、カレントトランス１４０によって変換される駆動電流は、全波電流である。判定回路１４は、全波電流に基づいて負荷の状態を判定する。
【００１４】
また、以下で説明する実施形態に係る電源装置１において、判定回路１４は、駆動電流と基準電流とを比較した比較結果を駆動回路１１へ出力する比較器１４６を有する。駆動回路１１は、駆動電流が基準電流よりも小さいことを示す比較結果であった場合、負荷の駆動を抑制する。
【００１５】
また、以下で説明する実施形態に係る電源装置１において、トランス１３は、複数の２次巻線１３２が直列に接続される。
【００１６】
また、以下で説明する実施形態に係る電源装置１において、負荷は、複数であり、それぞれがトランス１３に対して独立して接続される。
【００１７】
以下、図面を参照して、実施形態に係る電源装置について説明する。実施形態において同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。
【００１８】
（実施形態）
まず、図１を用いて、実施形態に係る電源装置１の構成例について説明する。図１は、実施形態に係る電源装置１の構成を示す回路図である。電源装置１は、容量性の負荷であるランプ１０に用いる電源装置である。また、図１に示すように、電源装置１は、駆動回路１１と、コンバータ１２と、トランス１３と、判定回路１４とを具備する。また、電源装置１は、ランプ１０に電流を供給する電圧源ＶＤＤに接続される。
【００１９】
ランプ１０は、容量性の負荷であり、例えば、誘電バリア放電ランプである。なお、ランプ１０は、容量性の負荷の一例であって、パルス電流により高周波駆動する負荷であれば任意の負荷を採用可能である。
【００２０】
駆動回路１１は、電圧源ＶＤＤの電圧をスイッチングにより変圧してランプ１０を駆動する。具体的には、駆動回路１１は、ランプ１０に流れる電流を一定にするように駆動信号を後述のコンバータ１２へ出力し、コンバータ１２により電圧源ＶＤＤの電圧を昇圧または降圧する。
【００２１】
また、駆動回路１１は、後述の判定回路１４によってランプ１０が無負荷状態であると判定された場合、ランプ１０の駆動を抑制する。具体的には、駆動回路１１は、駆動を停止して、電圧源ＶＤＤからランプ１０への電流の供給を停止したり、あるいは、コンバータ１２による変圧の程度を変更して、ランプ１０へ供給される電流を抑制する、つまり、駆動を抑制したりする。
【００２２】
なお、無負荷状態とは、ランプ１０が故障している等の異常状態や、ランプ１０が取り付けられていない状態等であり、電圧源ＶＤＤからの電流の供給が停止している状態である。
【００２３】
コンバータ１２は、第１スイッチ１２１および第２スイッチ１２２を備える、いわゆるプッシュプル方式の変圧回路である。第１スイッチ１２１および第２スイッチ１２２は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field  Effect  Transistor）等の半導体スイッチ素子である。第１スイッチ１２１および第２スイッチ１２２のドレインは、１次巻線１３１に接続され、ソースは、グランドに接続される。
【００２４】
コンバータ１２は、駆動回路１１から出力されるＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）信号等の駆動信号を、第１スイッチ１２１および第２スイッチ１２２のそれぞれのゲートに対して逆位相で入力される。これにより、トランス１３の１次巻線１３１に昇圧または降圧される電圧源ＶＤＤの電圧が印加される。
【００２５】
トランス１３は、絶縁型のトランスであり、１次巻線１３１と２次巻線１３２とを具備する。トランス１３は、１次巻線１３１に駆動回路１１および電圧源ＶＤＤが接続され、２次巻線１３２にランプ１０が接続される。トランス１３は、コンバータ１２によって変圧された電圧源ＶＤＤの電圧が１次巻線１３１に印加されることで、２次巻線１３２からランプ１０に対して駆動源となる電流が供給される。
【００２６】
ここで、従来は、トランスの２次巻線側に電流検出回路が設けられ、２次巻線側に流れる電流を検出することで、ランプの異常等といった負荷状態を検出していた。しかしながら、例えば、ランプの出力が比較的高出力、特にパルス電流を流す場合には、電流検出回路の耐圧を超える電流が流れることで、電流検出回路の素子が破壊されるおそれがあった。そして、電流検出回路の素子が破壊されてランプの負荷状態が検出できなくなった場合、ランプの駆動回路の保護動作が正常に動作できなくなるおそれがあった。
【００２７】
そこで、実施形態に係る電源装置１では、トランス１３の１次巻線１３１側の電流を検出し、ランプ１０の状態を判定することとした。具体的には、判定回路１４は、電圧源ＶＤＤから１次巻線１３１へ供給される駆動電流に基づいてランプ１０の状態を判定する。なお、ランプ１０の状態を判定するとは、無負荷状態であるか否かを判定することである。つまり、負荷状態判定のための電流を検出する素子（判定回路１４の素子）を２次巻線１３２側に配置しないため、判定回路１４の素子が大電流、特にパルス電流により破壊されることを抑制できる。
【００２８】
そして、駆動回路１１は、判定回路１４によってランプ１０が無負荷状態であると判定された場合、ランプ１０の駆動を抑制する。すなわち、実施形態に係る電源装置１によれば、安定的にランプ１０の負荷状態を検出し、駆動回路１１の保護動作を高精度に動作させることができる。さらに、駆動回路１１による駆動を抑制することで、駆動回路１１の不要な駆動制御による電力消費を抑えることもできる。
【００２９】
以下、判定回路１４について具体的に説明する。図１に示すように、判定回路１４は、カレントトランス１４０と、抵抗１４３と、ダイオード１４４と、コンデンサ１４５と、比較器１４６とを具備する。
【００３０】
カレントトランス１４０は、絶縁型のトランスであり、電圧源ＶＤＤおよびトランス１３の１次巻線１３１の間に設けられる。具体的には、カレントトランス１４０は、電圧源ＶＤＤおよび１次巻線１３１に接続される１次巻線１４１と、抵抗１４３およびコンデンサ１４５に接続される２次巻線１４２とを具備する。
【００３１】
カレントトランス１４０は、電圧源ＶＤＤから出力される駆動電流が１次巻線１４１を流れることで、２次巻線１４２において駆動電流に応じた電流（以下では、便宜上、駆動電流と記載する）が生じる。このとき、２次巻線１４２側に生じる電流は、１次巻線１４１および２次巻線１４２の巻き数の比率に応じた電流値に変換される。すなわち、判定回路１４は、カレントトランス１４０により変換された駆動電流に基づいてランプ１０の負荷状態を検出する。
【００３２】
これにより、２次巻線１４２側に流れる駆動電流の電流値が所定値未満に小電流化されるため、判定回路１４の各素子が破壊されることを防止でき、かつ、耐圧の低い素子を用いることができるため、部品コストを削減できる。
【００３３】
そして、カレントトランス１４０により変換された駆動電流について、抵抗１４３、ダイオード１４４およびコンデンサ１４５によって、整流および平滑することで、駆動電流が交流から直流に変換されて、比較器１４６に入力される。
【００３４】
なお、図１に示すカレントトランス１４０により変換された駆動電流は、半波電流として２次巻線１４２側に生じる。つまり、判定回路１４は、半波電流に基づいてランプ１０の状態を判定する。これにより、後述の全波電流を検出する回路に比べて、回路構成を簡素化できるため、部品コストを削減できる。
【００３５】
そして、比較器１４６は、直流に変換された駆動電流と所定の基準電流とを比較し、比較結果を駆動回路１１へ出力する。具体的には、比較器１４６は、駆動電流と基準電流との電流値の大小関係を示す比較結果を駆動回路１１へ出力する。このように、比較器１４６を用いることで、ランプ１０の無負荷状態を容易に判定することができる。そして、駆動回路１１は、駆動電流が基準電流よりも小さいことを示す比較結果であった場合、ランプ１０の駆動を抑制する。つまり、駆動回路１１は、電圧源ＶＤＤからランプ１０に供給される駆動電流が所定未満あるいは、供給されていない場合に、駆動を抑制する。
【００３６】
上述したように、実施形態に係る電源装置１は、容量性の負荷であるランプ１０に用いる。電源装置１は、駆動回路１１と、トランス１３と、判定回路１４とを具備する。駆動回路１１は、電圧源ＶＤＤの電圧をスイッチングにより変圧してランプ１０を駆動する。トランス１３は、１次巻線１３１に駆動回路１１および電圧源ＶＤＤが接続され、２次巻線１３２にランプ１０が接続される。判定回路１４は、電圧源ＶＤＤから１次巻線１３１へ供給される駆動電流に基づいてランプ１０の状態を判定する。駆動回路１１は、判定回路１４によってランプ１０が無負荷状態であると判定された場合、ランプ１０の駆動を抑制する。これにより、安定的に負荷状態を検出し、駆動回路１１の保護動作を高精度に動作させることができる。
【００３７】
なお、図１に示す判定回路１４の回路構成では、カレントトランス１４０の２次巻線１４２側に生じる駆動電流を半波電流として検出したが、例えば、図２に示す判定回路１４の回路構成にすることで、かかる駆動電流を全波電流として検出することができる。
【００３８】
図２は、変形例に係る電源装置１の構成を示す回路図である。なお、図２では、上述した実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３９】
図２に示す変形例では、判定回路１４の回路構成が、上述した実施形態にかかる判定回路１４の回路構成と異なる。具体的には、変形例に係る判定回路１４は、カレントトランス１４０と、２つの抵抗１４３ａ，１４３ｂと、２つのダイオード１４４ａ，１４４ｂと、コンデンサ１４５とを具備する。
【００４０】
カレントトランス１４０は、１次巻線１４１と、直列に接続された２つの２次巻線１４２ａ，１４２ｂとを具備する。また、２つの抵抗１４３ａ，１４３ｂは、並列に接続されるとともに、一方の抵抗１４３ａが一方の２次巻線１４２ａに接続され、他方の抵抗１４３ｂが他方の２次巻線１４２ｂに接続される。
【００４１】
また、２つのダイオード１４４ａ，１４４ｂは、並列に接続されるとともに、一方のダイオード１４４ａが一方の抵抗１４３ａに接続され、他方のダイオード１４４ｂが他方の抵抗１４３ｂに接続される。また、コンデンサ１４５は、一端がカレントトランス１４０の２次巻線１４２ａ,１４２ｂおよびグランドと接続され、他端がダイオード１４４ａ，１４４ｂおよび比較器１４６に接続される。
【００４２】
これにより、カレントトランス１４０によって変換される駆動電流は、全波電流となる。そして、変形例に係る判定回路１４は、全波電流に基づいてランプ１０の状態を判定する。具体的には、判定回路１４は、２つの抵抗１４３ａ，１４３ｂと、２つのダイオード１４４ａ，１４４ｂと、コンデンサ１４５とにより直流に変換された駆動電流を比較器１４６により基準電流と比較することで、ランプ１０の状態を判定する。
【００４３】
このように、カレントトランス１４０により全波電流を検出することで、直流に変換した場合の駆動電流の電流値をより詳細に検出することができるため、比較器１４６における基準電流の設定を容易化できる。すなわち、変形例に係る判定回路１４によれば、ランプ１０の状態を高精度に判定することができる。
【００４４】
なお、上述した実施形態では、トランス１３の２次巻線１３２が単一である場合を示したが、２次巻線１３２を複数配置することもできる。かかる点について、図３を用いて説明する。
【００４５】
図３は、変形例に係る電源装置１の構成を示す回路図である。なお、図３では、上述した実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４６】
図３に示す変形例では、トランス１３の２次側において、複数の２次巻線１３２ａ，１３２ｂが直列で接続される点が、上述した実施形態とは異なる。
【００４７】
具体的には、トランス１３は、単一のランプに対して、複数の２次巻線１３２ａ，１３２ｂが直列で接続される。つまり、判定回路１４を１次巻線１３１側に配置したことで、２次巻線１３２ａ，１３２ｂ側において、電流検出のための素子が破壊の心配がなくなるため、ランプ１０の出力を向上させることができる。
【００４８】
なお、直列に接続される複数の２次巻線１３２ａ，１３２ｂの数は、２つに限定されず、３つ以上であってもよい。また、図３では、単一のランプ１０である場合を示したが、複数のランプ１０が直列で接続されてもよい。
【００４９】
また、複数のランプ１０を配置する場合、図４に示すようにそれぞれを独立して接続してもよい。図４は、変形例に係る電源装置１の構成を示す回路図である。なお、図４では、上述した実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５０】
図４に示すように、ランプ１０ａ，１０ｂは、複数であり、それぞれがトランス１３に対して独立して接続される。具体的には、トランス１３は、ランプ１０ａ，１０ｂの数に応じた２次巻線１３２ａ，１３２ｂを具備する。
【００５１】
図４に示す例では、一方の２次巻線１３２ａは、一方のランプ１０ａに接続され、他方の２次巻線１３２ｂは、他方のランプ１０ｂに接続される。かかる場合には、判定回路１４は、複数のランプ１０ａ，１０ｂのうち、少なくとも一のランプ１０ａ，１０ｂが無負荷状態であることを判定する。
【００５２】
具体的には、判定回路１４の比較器１４６は、例えば、電流値が異なる２種類の基準電流を用いて比較する。例えば、判定回路１４は、比較器１４６に入力される駆動電流が、２種類の基準電流のうち、一方の基準電流の電流値のみ下回った場合、複数のランプ１０ａ，１０ｂのうち、いずれかの一のランプ１０ａ，１０ｂが無負荷状態であると判定する。また、判定回路１４は、比較器１４６に入力される駆動電流が、２種類の基準電流の電流値を下回った場合、複数のランプ１０ａ，１０ｂすべてが無負荷状態であると判定する。
【００５３】
このように、判定回路１４をトランス１３の１次巻線１３１側に配置することで、一の判定回路１４で複数のランプ１０ａ，１０ｂの状態を判定可能となるため、判定回路１４の部品点数を削減できる。
【００５４】
また、複数のランプ１０ａ，１０ｂを独立して接続可能となるため、接続されるランプ１０の種類や数を任意に変更できる、言い換えれば、任意のランプ１０を接続した場合であっても、トランス１３の１次巻線１３１側を共通化できる。これにより、製品種類の増大を抑えることができる。
【００５５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００５６】
１    電源装置
１０    ランプ
１１    駆動回路
１２    コンバータ
１３    トランス
１４    判定回路
１２１    第１スイッチ
１２２    第２スイッチ
１３１，１４１    １次巻線
１３２，１４２    ２次巻線
１４０    カレントトランス
１４３    抵抗
１４４    ダイオード
１４５    コンデンサ
１４６    比較器
ＶＤＤ    電圧源
【図１】
2020108270.tif 000003
【図２】
2020108270.tif 000004
【図３】
2020108270.tif 000005
【図４】
2020108270.tif 000006