(57)【要約】【課題】効率が高く、かつ受電電圧の変動に対し出力電圧が調整可能な直流電源回路、及びこの直流電源を用いた高効率でＬＥＤ発光品質が高いＬＥＤ照明装置を提供する。【解決手段】交流電源５に接続される整流器６と、整流器６の出力に接続された平滑コンデンサＣ１備え、出力端子に接続される負荷４に電力を供給するコンデンサインプット方式の直流電源回路において、整流器６の整流電圧が第１所定値を越える期間は、半導体スイッチＭＯＳ２により負荷４との接続を切り離し、前記期間は平滑コンデンサＣ１の電荷を前記負荷に放電する方向に平滑コンデンサＣ１と出力端子間に接続された第１半導体スイッチＳＣＲ１と、第１半導体スイッチＳＣＲ１のゲートにゲート信号を供給する第１半導体スイッチＳＣＲ１の点弧回路を備えた直流電源回路。【選択図】図１
2010220447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源に接続される整流器と、前記整流器の出力に接続された平滑コンデンサを備え、出力端子に接続される負荷に電力を供給するコンデンサインプット方式の直流電源回路において、
前記整流器の整流電圧を監視し、前記整流電圧が所定電圧を越える期間は、前記整流器と前記負荷及び前記平滑コンデンサとの接続を切り離す第１の半導体スイッチ素子による入力電圧制限回路を備え、前記整流器の整流電圧が所定電圧を越える期間は負荷へ前記平滑コンデンサを放電開始させる第２の半導体スイッチ素子を備えたことを特徴とする直流電源回路。
【請求項２】
交流電源に接続される整流器と、前記整流器の出力に接続された2以上の複数の平滑コンデンサを備え、出力端子に接続される負荷に電力を供給するコンデンサインプット方式の直流電源回路において、
前記整流器の整流電圧を監視し、前記整流電圧が所定電圧を越える期間は、前記整流器と前記負荷及び前記平滑コンデンサとの接続を切り離す第１の半導体スイッチ素子による入力電圧制限回路を備え、前記整流器の整流電圧が所定電圧を越える期間に負荷へ前記第１の平滑コンデンサを放電開始させるとともに、前記第１の平滑コンデンサの放電電圧が所定の第２の電圧まで低下した時に、第２の平滑コンデンサを放電開始させる第２の半導体スイッチ素子を備えたことを特徴とする直流電源回路。
【請求項３】
前記平滑コンデンサを放電開始させる第２のスイッチ素子は、前記整流器の整流電圧の最大値が所定電圧に達しない場合は、前記整流器の整流電圧が最大値を経過する毎に前記整流電圧が第２の所定電圧に低下した時点で前記平滑コンデンサを放電開始させることを特徴とする請求項１に記載の直流電源回路。
【請求項４】
前記第１の所定電圧は負荷が許容できる最大電圧以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載の直流電源回路。
【請求項５】
前記第２の所定電圧は負荷を駆動するために必要な最低限の電圧を下回らない電圧であることを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載の直流電源回路。
【請求項６】
前記入力電圧制限回路は、
前記整流器の正極端子に第１のツェナーダイオードのカソード端子と第３抵抗の一方の端子が接続され、前記第１のツェナーダイオードのアノード端子と第１抵抗の一方の端子が接続され、前記１抵抗の他端と第２抵抗の一方の端子と第３半導体スイッチ素子のゲート端子が接続され、前記第３半導体スイッチ素子のドレイン端子には第３抵抗の他端の端子と第２のツェナーダイオードのカソード端子と第１の半導体スイッチ素子のゲート端子が接続され、前記第２抵抗の他端の端子と前記第１の半導体スイッチ素子のソース端子と前記第２の半導体スイッチ素子のソース端子が前記整流器の負端子に接続されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の直流電源回路。
【請求項７】
請求項１から請求項６に記載の直流電源回路の出力端子にＬＥＤ照明ユニットが接続されたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源回路、及びＬＥＤ照明装置に係り、特に効率が高く、かつ受電電圧の変動に対し出力電圧が調整可能な直流電源回路、及びこれを用いたＬＥＤ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、照明装置として、蛍光灯や白熱電灯が一般に使用されてきたが、近年、ＬＥＤを多数直列にしたＬＥＤユニットをスイッチング電源で駆動するようにしたＬＥＤ照明装置も使用されるようになって来た。例えば、特開平１１−１３５２７４号公報（特許文献１）などにその例をみることができる。
【特許文献１】特開平１１−１３５２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の上記ＬＥＤ照明装置は、出力電圧調整をスイッチング電源の電圧調整機能で行って、ＬＥＤユニットに供給される負荷電力を一定にするようになされている。しかし、ＬＥＤユニットを駆動しているスイッチング電源が数１０ｋＨｚの高周波で動作する回路を含むため、この回路の損失により効率が約９０％程度止まりになっているのが現状である。
これに対し、高周波で動作する回路を含まない整流回路と直流平滑コンデンサとで構成されたコンデンサインプット形の直流電源回路であれば、効率を９７％〜９８％程度に向上させることができる。しかしながらコンデンサインプット形の直流電源回路は出力電圧が調整できず、受電電圧が変動した場合出力電圧が変動し、ＬＥＤの明るさが不安定になるという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、効率が高く、かつ受電電圧の変動に対し出力電圧が調整可能な直流電源回路、及びこの直流電源を用いた高効率でＬＥＤ発光品質が高いＬＥＤ照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の直流電源回路は、交流電源に接続される整流器と、前記整流器の出力に接続された平滑コンデンサを備え、出力端子に接続される負荷に電力を供給するコンデンサインプット方式の直流電源回路において、
前記整流器の整流電圧を監視し、前記整流電圧が所定電圧を越える期間は、前記整流器と前記負荷及び前記平滑コンデンサとの接続を切り離す第１の半導体スイッチ素子による入力電圧制限回路を備え、前記整流器の整流電圧が所定電圧を越える期間に負荷へ前記平滑コンデンサを放電開始させる第２の半導体スイッチ素子を備えたことを特徴とする。
また、本発明の直流電源回路は、交流電源に接続される整流器と、前記整流器の出力に接続された2以上の複数の平滑コンデンサを備え、出力端子に接続される負荷に電力を供給するコンデンサインプット方式の直流電源回路において、
前記整流器の整流電圧を監視し、前記整流電圧が所定電圧を越える期間は、前記整流器と前記負荷及び前記平滑コンデンサとの接続を切り離す第１の半導体スイッチ素子による入力電圧制限回路を備え、前記整流器の整流電圧が所定電圧を越える期間に負荷へ前記第１の平滑コンデンサを放電開始させるとともに、前記第１の平滑コンデンサの放電電圧が所定の第２の電圧まで低下した時に、第２の平滑コンデンサを放電開始させる第２の半導体スイッチ素子を備えたことを特徴とする。
また、本発明の直流電源回路は、前記平滑コンデンサを放電開始させる第２のスイッチ素子は、前記整流器の整流電圧の最大値が所定電圧に達しない場合は、前記整流器の整流電圧が最大値を経過する毎に前記整流電圧が第２の所定電圧に低下した時点で前記平滑コンデンサを放電開始させることを特徴とする。
また、本発明の直流電源回路は、前記第１の所定電圧は負荷が許容できる最大電圧以下であることを特徴とする。
また、本発明の直流電源回路は、前記第２の所定電圧は負荷を駆動するために必要な最低限の電圧を下回らない電圧であることを特徴とする。
また、本発明の直流電源回路の前記入力電圧制限回路は、
前記整流器の正極端子に第１のツェナーダイオードのカソード端子と第３抵抗の一方の端子が接続され、前記第１のツェナーダイオードのアノード端子と第１抵抗の一方の端子が接続され、前記１抵抗の他端と第２抵抗の一方の端子と第３半導体スイッチ素子のゲート端子とコンデンサの一方の端子が接続され、前記第３半導体スイッチ素子のドレイン端子には第３抵抗の他端の端子と第２のツェナーダイオードのカソード端子と第１の半導体スイッチ素子のゲート端子が接続され、前記第２抵抗の他端の端子と前記コンデンサの他端の端子と前記第１の半導体スイッチ素子のソース端子と前記第２の半導体スイッチ素子のソース端子が前記整流器の負端子に接続されていることを特徴とする。
また、本発明のＬＥＤ照明装置は、上記直流電源回路の出力端子にＬＥＤ照明ユニットが接続されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、効率が高く、かつ受電電圧の変動に対し出力電圧が調整可能な直流電源回路、及びこの直流電源を用いた高効率でＬＥＤ発光品質が高いＬＥＤ照明装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施例１のＬＥＤ照明装置を示す回路構成図である。
【図２】実施例１のＬＥＤ照明装置内に設けられた入力電圧制限回路の動作特性を示す図である。
【図３】実施例１のＬＥＤ照明装置の、各部の電圧波形（電源ピーク電圧＝１３０Ｖ未満の場合）を示す図である。
【図４】実施例１のＬＥＤ照明装置の、各部の電圧波形（電源ピーク電圧＝１５０Ｖの場合）を示す図である。
【図５】実施例１のＬＥＤ照明装置の、各部の電圧波形（電源ピーク電圧＝２２０Ｖの場合）を示す図である。
【図６】本発明の実施例２のＬＥＤ照明装置の、回路構成を示す図である。
【図７】実施例２のＬＥＤ照明装置の、各部の電圧波形（電源ピーク電圧＝１３０Ｖ未満の場合）を示す図である。
【図８】実施例２のＬＥＤ照明装置の、各部の電圧波形（電源ピーク電圧＝１５０Ｖ以下の場合）を示す図である。
【図９】実施例２のＬＥＤ照明装置の、各部の電圧波形（電源ピーク電圧＝３１１Ｖの場合）を示す図である。
【図１０】実施例２のＬＥＤ照明装置の、回路構成の応用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
次に、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は、本発明の実施例１であるＬＥＤ照明装置１の回路構成図である。図１に示した本実施形態のＬＥＤ照明装置１は整流回路２、直流平滑回路３、ＬＥＤ照明ユニット４などから構成され、整流回路２は商用電源などの交流電源５に接続される。
【００１０】
整流回路２はダイオードをブリッジ構成した全波整流器６で構成され、図示はしていないが、保護用に電源ヒューズ、ノイズ抑制用コンデンサ、突入電流防止抵抗などが接続されてもよい。
【００１１】
また、直流平滑回路３は、入力電圧制限回路２７と平滑回路２３で構成され、ツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、半導体スイッチＭＯＳ１、ＭＯＳ２、ダイオードＤ１、サイリスタＳＣＲ１、平滑コンデンサＣ１、ダイアックＤＡ１などから構成されている。
【００１２】
半導体スイッチＭＯＳ１にはＮチャンネルＭＯＳトランジスタ（N-Channel Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を使用することができるが、これに限るものではなく例えばバイポーラトランジスタを使用することもできる。また、半導体スイッチＭＯＳ１にＮチャンネルＭＯＳトランジスタを使用する場合には、図示しないがゲート〜ソース間にツェナーダイオードを接続してゲート電圧を制限することが好ましい。
また、平滑コンデンサＣ１はアルミ電解コンデンサを使用することができるがこれに限るものではない。
また、ツェナーダイオードＺＤ１はツェナー電圧が１３０Ｖのツェナーダイオード、ツェナーダイオードＺＤ２はツェナー電圧が１２Ｖのツェナーダイオードである。ツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２のツェナー電圧も１３０Ｖ、１２Ｖに限定する主旨ではなく、一例を示したもので、本発明の主旨の範囲で適宜変更することができる。
また、サイリスタＳＣＲ１は平滑コンデンサＣ１の放電用スイッチ素子として用いられるもので、これもサイリスタに限定されず、ＧＴＯ（Gate Turn-Off thyristor）、トライアックなどを代わりに使用することができる。
【００１３】
ＬＥＤ照明ユニット４は、複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）と電流制限用の抵抗Ｒ０が直列接続された直列体が、複数個並列接続されて構成されているが、この直列体を単体で使用してもよい。
【００１４】
直流平滑回路３におけるツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、半導体スイッチＭＯＳ１、ＭＯＳ２は入力電圧制限回路２７を構成し、この入力電圧制限回路２７における、ツェナーダイオードＺＤ１、抵抗Ｒ１、Ｒ２、半導体スイッチＭＯＳ１は後述のように整流回路からの入力電圧を受けて、入力電圧が所定の電圧以上になった場合に、後段の平滑回路２３への接続を切断させる回路を構成している。
【００１５】
次に、実施例１のＬＥＤ照明装置１の各構成要素の接続関係を説明する。
全波整流器６はその入力端子が交流電源５に接続され、正極出力端子と負極出力端子を直流平滑回路３とＬＥＤ照明ユニット４に接続されている。
【００１６】
全波整流器６の正極出力端子にはダイオードＤ１のアノード端子とサイリスタＳＣＲ１のカソード端子が接続され、ダイオードＤ１のカソード端子とサイリスタＳＣＲ１のアノード端子は共通に平滑コンデンサＣ１の正極端子に接続されている。そして平滑コンデンサＣ１の負極端子は半導体スイッチＭＯＳ２のドレイン端子に接続され、半導体スイッチＭＯＳ２のソース端子は整流ブリッジ６の負極出力端子に接続されている。
この構成から分かるように、ダイオードＤ１は平滑コンデンサＣ１の充電用として用いられ、サイリスタＳＣＲ１は平滑コンデンサＣ１の放電用として用いられ、半導体スイッチＭＯＳ２は全波整流器６の負極端子と平滑回路負極端子の接続をオンオフするものである。
【００１７】
入力電圧制限回路２７の構成を説明する。全波整流器６の正極出力端子には、ツェナーダイオードＺＤ１のカソードと抵抗Ｒ３が接続され、ツェナーダイオードＺＤ１のアノードには抵抗Ｒ１の一方の端子が接続されている。  抵抗Ｒ１の他方の端子には抵抗Ｒ２と半導体スイッチＭＯＳ１のゲート端子が接続されている。抵抗Ｒ２の他方の端子と半導体スイッチＭＯＳ１のソース端子と、ツェナーダイオードＺＤ２のアノード端子と半導体スイッチＭＯＳ２のソース端子は、全波整流器６の負極出力端子に接続されている。また、抵抗Ｒ３の他方の端子と半導体スイッチＭＯＳ１のドレイン端子と半導体スイッチＭＯＳ２のゲート端子とツェナーダイオードＺＤ２のカソード端子が接続されている。ここで、全波整流器６の正極出力端子は平滑回路２３の正極入力端子Ａに、半導体スイッチＭＯＳ２のドレイン端子は平滑回路２３の負極入力端子Ｂに接続されている。
【００１８】
次に、平滑回路２３の構成は、正極入力端子ＡにダイオードＤ１のアノードと、サイリスタＳＣＲ１のカソードが接続され、ダイオードＤ１のカソードとサイリスタＳＣＲ１のアノードとダイアックＤＡ１の一方の端子と平滑コンデンサＣ１の正極端子が接続され、ダイアックＤＡ１の他方の端子とサイリスタＳＣＲ１のゲート端子が接続される。
【００１９】
ここで、交流電源５の定格電圧が１００Ｖ、定格周波数が５０ＨｚであるＬＥＤ照明装置１における、上記構成の各部品の具体的値を挙げると（例示であって、適宜変更可能で、本発明を限定するものではない）、抵抗Ｒ１の抵抗値＝１２０ｋΩ、抵抗Ｒ２の抵抗値＝１２０ｋΩ、抵抗Ｒ３の抵抗値＝１２０ｋΩ、ツェナーダイオードＺＤ１＝ツェナー電圧１３０Ｖ、ツェナーダイオードＺＤ２＝ツェナー電圧１２Ｖ、平滑コンデンサＣ１の容量値＝１０μＦ、ダイアックＤＡ１のトリガ電圧値＝３０Ｖとすることができる。  ただし、交流電源５の受電電圧は後述するように変動すると考える。以下の説明ではこれらの値を例として説明する。
【００２０】
実施例１は、交流電源５を整流した電圧のピーク値が、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧１３０Ｖより高くなったとき、スイッチ素子ＭＯＳ２がオフして平滑コンデンサＣ１への充電を停止する。
スイッチ素子ＭＯＳ２のオフ後は、ＬＥＤ照明ユニット４に整流電圧が供給されなくなるが、ここで平滑回路２３のサイリスタＳＣＲ１のゲート電圧も低下するので、平滑コンデンサＣ１とサイリスタＳＣＲ１のゲート電圧の電位差によりサイリスタＳＣＲ１がオンし、これにより平滑コンデンサＣ１が放電し、平滑コンデンサＣ１から負荷に電力を供給するようになっている。
また、交流電源５を整流した電圧のピーク値が、平滑コンデンサＣ１への充電電圧よりも低下した時には、平滑コンデンサＣ１とサイリスタＳＣＲ１のゲート電圧の電位差がダイアックＤＡ１のトリガ電圧を越えた時にサイリスタＳＣＲ１がオンし、これにより平滑コンデンサＣ１が放電し、平滑コンデンサＣ１から負荷に電力を供給するようになっている。
【００２１】
図２は、交流電源５から全波整流器６を通して整流される電圧の電源ピーク値に対し、スイッチ素子ＭＯＳ２のＶｄｓ電圧特性を示す図である。
入力電圧制限回路２７の動作について、図２を参照して説明する。
図２のスイッチ素子ＭＯＳ２のＶｄｓ電圧特性は、全波整流器６の整流電圧である電源ピーク電圧が所定の電圧１３０Ｖ以上でスイッチ素子ＭＯＳ２がオン動作からオフ動作へ切替ることを示している。
ここで、このスイッチ素子ＭＯＳ２のオンオフ動作を以下に説明する。
入力電圧制限回路２７のツェナーダイオードＺＤ１、抵抗Ｒ１、Ｒ２の直列回路において、抵抗Ｒ１とＲ２の接続点に半導体スイッチＭＯＳ１のゲートが接続されている。  電源ピーク電圧がツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧１３０Ｖに達するとツェナーダイオードＺＤ１がオンし、ツェナーダイオードＺＤ１、抵抗Ｒ１、Ｒ２を通して電流が流れるようになる。半導体スイッチＭＯＳ１のゲート端子が抵抗Ｒ１の他方の端子と抵抗Ｒ２の一方の端子との接続点に接続されているので、ツェナーダイオードＺＤ１がオンした１３０Ｖの点から半導体スイッチＭＯＳ１はオンとなる。従って、半導体スイッチＭＯＳ１のドレイン端子は半導体スイッチＭＯＳ２のゲート端子及び抵抗３の他端に接続されているので、半導体スイッチＭＯＳ２はオフする。
電源ピーク電圧がツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧１３０Ｖ未満の場合には、導体スイッチＭＯＳ１はオフし、半導体スイッチＭＯＳ２はゲートに接続されているＲ３の一方の端子が全波整流器６の正極性端子に接続されているのでオン状態になる。ここで、半導体スイッチＭＯＳ２のゲート〜ソース間に接続されているツェナーダイオードは、ゲート端子に印加される電圧をゲート定格電圧以下に抑えるための保護ダイオードである。
ここで、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧は負荷４の最大許容電圧以下に設定する。
【００２２】
図３は交流電源５の電源電圧が変動したときのＣ１電圧Ｖｃ１、出力電圧Ｖ０の波形を示し、整流器６の整流電圧である電源ピーク電圧が１３０Ｖ未満の場合の波形を示す図である。
図４は交流電源５の電源電圧が変動したときのＣ１電圧Ｖｃ１、出力電圧Ｖ０の波形を示し、整流器６の整流電圧である電源ピーク電圧が１５０Ｖの場合の波形を示す図である。
直流平滑回路３の動作について、図３と図４を参照して説明する。
【００２３】
図３を参照して、整流器６の整流電圧である電源ピーク電圧が１３０Ｖ未満の場合における、ＬＥＤ照明装置１の動作を説明する。
電源ピーク電圧が１３０Ｖ未満の場合、ツェナー電圧が１３０ＶのツェナーダイオードＺＤ１はオフ状態なので、ツェナーダイオードＺＤ１、抵抗Ｒ１、Ｒ２が直列接続された直列体には電流が流れず、したがって半導体スイッチＭＯＳ１のゲート電圧は０Ｖの状態である。したがってこのとき半導体スイッチＭＯＳ１はオフとなっており、半導体スイッチＭＯＳ１のドレイン端子は半導体スイッチＭＯＳ２のゲート端子に接続されているので、半導体スイッチＭＯＳ２のゲート端子には全波整流器６の正極性に接続されている抵抗Ｒ３を介して電圧が印加され、半導体スイッチＭＯＳ２はオン状態となり、平滑回路２３の負極（グランド）端子Ｂを全波整流器６の負極性に接続する。
なお半導体スイッチＭＯＳ２のゲート電圧はゲート〜ソース間端子に接続されているツェナーダイオードＺＤ２のツェナー電圧＝１２Ｖで制限される。
【００２４】
時間ｔ１時点において、平滑コンデンサＣ１は半導体スイッチ素子ＭＯＳ２を介して全波整流器６からの整流電圧により電源ピーク電圧（１３０Ｖ未満）でピーク充電され、サイリスタＳＣＲ１が時間ｔ２でオンされるまではこの電圧が維持される。  電源電圧の瞬時値がＣ１電圧Ｖｃ１より３０Ｖ低下した時間ｔ２においてダイアックＤＡ１に印加されている電圧が３０Ｖとなり、ダイアックＤＡ１のトリガ電圧に達すると、この時点からダイアックＤＡ１がオン状態になる。
ダイアックＤＡ１のオンによりサイリスタＳＣＲ１のゲート端子に入力されている電圧がサイリスタＳＣＲ１のオン閾値を超えサイリスタＳＣＲ１はオンする。したがって平滑コンデンサＣ１はサイリスタＳＣＲ１を通して負荷であるＬＥＤ照明ユニット４に電力を供給するようになる。
このとき出力電圧Ｖ０はほぼＣ１電圧Ｖｃ１（サイリスタＳＣＲ１のオン電圧だけ小さい電圧）までステップ的に増加する。以後平滑コンデンサＣ１は負荷に電流を供給するので徐々に電圧が低下し、この状態は全波整流器６の整流電圧瞬時値がＣ１電圧Ｖｃ１まで増加する時間ｔ３まで続く。時間ｔ３を経過すると全波整流器６の整流電圧瞬時値がＣ１電圧Ｖｃ１を上回るようになるのでサイリスタＳＣＲ１に逆電圧が印加されオフ状態となる。以後平滑コンデンサＣ１は全波整流器６の整流電圧により電源ピーク電圧までピーク充電される。以後この繰り返しとなる。
なお、ダイアックＤＡ１のオン状態の保持電圧はサイリスタＳＣＲ１のオン電圧よりも高いのでサイリスタＳＣＲ１のオン時にダイアックＤＡ１はオフ状態になっている。
また、ダイアックＤＡ１のトリガ電圧に達する時間ｔ２の電源電圧の瞬時値は、負荷であるＬＥＤ照明ユニット４を駆動可能するのに必要な最低限の電圧を下回らない電圧に設定する。
【００２５】
図４を参照して、整流器６の整流電圧である電源ピーク電圧が１５０Ｖの場合における、ＬＥＤ照明装置１の動作を説明する。
電源ピーク電圧が１３０Ｖを越えた、時間ｔ４から、ツェナー電圧が１３０ＶのツェナーダイオードＺＤ１はオン状態となるので、ツェナーダイオードＺＤ１、抵抗Ｒ１、Ｒ２が直列接続された直列体に電流が流れ、したがって半導体スイッチＭＯＳ１のゲート電圧には抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の抵抗比で分圧された電圧が印加される。すると半導体スイッチＭＯＳ１はオンし、半導体スイッチＭＯＳ２のゲート電圧を０Ｖにして半導体スイッチＭＯＳ２をオフさせる。半導体スイッチＭＯＳ２のオフにより出力電圧Ｖ０は低下し、ダイアックＤＡ１に電圧が印加され、サイリスタＳＣＲ１をオン状態にする。これにより、時間ｔ４までに充電されていた平滑コンデンサＣ１はサイリスタＳＣＲ１を通して負荷であるＬＥＤ照明ユニット４にほぼＣ１電圧Ｖｃ１（サイリスタＳＣＲ１のオン電圧だけ小さい電圧）を供給する。
電源ピーク電圧が低下して１３０Ｖ以下まで下がる時間ｔ５においてツェナーダイオードＺＤ１はオフし、半導体スイッチＭＯＳ１はツェナーダイオードＺＤ１を介したゲート電圧がなくなるのでオフし、これにより半導体スイッチＭＯＳ２はオンする。従って時間ｔ５から全波整流器６の整流電圧から負荷４への供給が始まると共に平滑コンデンサＣ１にも充電が開始され、サイリスタＳＣＲ１はオフする。
さらに電源ピーク電圧が低下して電源電圧の瞬時値がＣ１電圧Ｖｃ１より３０Ｖ低下した時間ｔ６においてダイアックＤＡ１に印加されている電圧が３０ＶになりダイアックＤＡ１のトリガ電圧に達すると、この時点からダイアックＤＡ１がオン状態になる。ダイアックＤＡ１のオンによりサイリスタＳＣＲ１のゲート端子に入力されている電圧がサイリスタＳＣＲ１のオン閾値を超えサイリスタＳＣＲ１はオンする。したがって平滑コンデンサＣ１はサイリスタＳＣＲ１を通して負荷であるＬＥＤ照明ユニット４に電力を供給するようになる。このとき出力電圧Ｖ０はほぼＣ１電圧Ｖｃ１（サイリスタＳＣＲ１のオン電圧だけ小さい電圧）までステップ的に増加する。
以後、平滑コンデンサＣ１は負荷に電流を供給するので徐々に電圧が低下し、この状態は全波整流器６の整流電圧瞬時値がＣ１電圧Ｖｃ１まで増加する時間ｔ７まで続く。時間ｔ７を経過すると全波整流器６の整流電圧瞬時値がＣ１電圧Ｖｃ１を上回るようになるのでサイリスタＳＣＲ１に逆電圧が印加されオフ状態となる。
以後平滑コンデンサＣ１は全波整流器６の整流電圧により電源ピーク電圧が１３０Ｖに達する時間ｔ８まで充電される。時間ｔ８は時間ｔ４の位相角に相当し、以後この繰り返しとなる。
【００２６】
図５は、実施例１において、電源５の電源電圧範囲をＡＣ１００Ｖ〜２００Ｖの広範囲とし、電源５にＡＣ２２０Ｖの電源電圧が入力された場合の各部の動作説明図である。
図５と図４の違いは、半導体スイッチ素子ＭＯＳ２のオン状態の期間が時間ｔ１０〜ｔ１２の期間に狭まり、平滑回路２３の放電時間が時間ｔ９〜ｔ１０の期間に広がる。従って、電源電圧範囲を広範囲入力に対応する場合には、平滑コンデンサＣ１の容量を増量して対応するのが望ましい。
【００２７】
以上の説明から分かるように、実施例１によれば、電源電圧が所定の電圧１３０Ｖよりも大きくなると半導体スイッチ素子ＭＯＳ２が平滑回路２３と負荷であるＬＥＤ照明ユニット４を全波整流器６の整流電圧から切り離し、負荷に所定の電圧以上が印加されることを抑制し、かつ、半導体スイッチ素子ＭＯＳ２による切り離し後、又は電源電圧（整流電圧）が低下する時間帯には平滑回路２３にて負荷に供給する電力を供給することで、負荷に供給する電力を安定化させる作用効果がある。
【実施例２】
【００２８】
図６は本発明の実施例２であるＬＥＤ照明装置１ａの直流平滑回路部分の構成を示す図である。
本実施例２は、実施例１のＬＥＤ照明装置１の平滑回路２３において、入力電圧制限回路２７の出力端子であるＡ端子にダイオードＤ２を追加し、Ａ端子とＢ端子間に平滑コンデンサＣ０を追加接続したものである。
この平滑コンデンサＣ０は、平滑コンデンサＣ１と同じ全波整流電圧を充電し、負荷であるＬＥＤ照明ユニット４へ電力を直接供給する。
本実施例２における直流平滑回路を直流平滑回路３ａとし、直流平滑回路３ａ内の平滑回路を２３ａとする。その他の構成は実施例１と同じであり、実施例１と実質的に同一の部分には同一の参照符号を付す。
【００２９】
図７は、実施例２における、電源５にＡＣ９２Ｖ（電源ピーク電圧＝１３０Ｖ未満の場合）が入力された場合の、全波整流器６の整流電圧と平滑回路２３ａの各部電圧波形を示す図である。
図７を参照して、電源ピーク電圧が１３０Ｖ未満の場合についてＬＥＤ照明装置１aの動作を説明する。
電源ピーク電圧が１３０Ｖ未満の場合、ツェナー電圧が１３０ＶのツェナーダイオードＺＤ１はオフ状態なので、ツェナーダイオードＺＤ１、抵抗Ｒ１、Ｒ２が直列接続された直列体には電流が流れず、したがって半導体スイッチＭＯＳ１のゲート電圧は０Ｖの状態である。したがってこのとき半導体スイッチＭＯＳ１はオフとなっている。  半導体スイッチＭＯＳ１のドレイン端子は半導体スイッチＭＯＳ２のゲート端子に接続されているので、半導体スイッチＭＯＳ２のゲート端子には全波整流器６の正極性に接続されている抵抗Ｒ３を介して電圧が印加され、半導体スイッチＭＯＳ２はオン状態となり、平滑回路２３の負極（グランド）端子Ｂを全波整流器６の負極性に接続する。
時間ｔ２０時点において、平滑コンデンサＣ０、Ｃ１は半導体スイッチ素子ＭＯＳ２を介して全波整流器６からの整流電圧により電源ピーク電圧（１３０Ｖ未満）でピーク充電され、整流電圧がｔ２０以降低下していくと平滑コンデンサＣ０が負荷であるＬＥＤ照明ユニット４へＤ２を介して放電を開始する。平滑コンデンサＣ１はサイリスタＳＣＲ１がオンされるまでは整流電圧により充電された電源ピーク電圧を維持する。以後平滑コンデンサＣ０はＬＥＤ照明ユニット４に電流を供給するので徐々に電圧が低下し、平滑コンデンサＣ０の電圧が平滑コンデンサＣ１電圧Ｖｃ１より３０Ｖ低下した時間ｔ２１においてダイアックＤＡ１に印加されている電圧が３０Ｖとなって、ダイアックＤＡ１のトリガ電圧に達すると、ダイアックＤＡ１がオン状態になる。
ダイアックＤＡ１のオンによりサイリスタＳＣＲ１のゲート端子に入力されている電圧がサイリスタＳＣＲ１のオン閾値を超えサイリスタＳＣＲ１はオンする。したがって平滑コンデンサＣ１はサイリスタＳＣＲ１を通して負荷であるＬＥＤ照明ユニット４に電力を供給するようになる。
このとき出力電圧Ｖ０はほぼＣ１電圧Ｖｃ１（サイリスタＳＣＲ１のオン電圧だけ小さい電圧）までステップ的に増加する。以後平滑コンデンサＣ１は負荷に電流を供給するので徐々に電圧が低下し、この状態は全波整流器６の整流電圧瞬時値がＣ１電圧Ｖｃ１まで増加する時間ｔ２３まで続く。時間ｔ２３を経過すると全波整流器６の整流電圧瞬時値がＣ１電圧Ｖｃ１を上回るようになるのでサイリスタＳＣＲ１に逆電圧が印加されオフ状態となる。
以後平滑コンデンサＣ１は全波整流器６の整流電圧により電源ピーク電圧までピーク充電される。また、平滑コンデンサＣ０も時間ｔ２２を経過すると全波整流器６の整流電圧瞬時値がＣ０電圧Ｖｃ０を上回るようになるので、全波整流器６の整流電圧により電源ピーク電圧までピーク充電される。
以後この繰り返しとなる。
なお、ダイアックＤＡ１のオン状態の保持電圧はサイリスタＳＣＲ１のオン電圧よりも高いのでサイリスタＳＣＲ１のオン時にダイアックＤＡ１はオフ状態に戻る。
【００３０】
図８は、実施例２における、電源５にＡＣ１０６Ｖ（電源ピーク電圧＝１５０Ｖ以下の場合）が入力された場合の、全波整流器６の整流電圧と平滑回路２３ａの各部電圧波形を示す図である。
図８を参照して、電源ピーク電圧が１５０Ｖの場合について、ＬＥＤ照明装置１ａの動作を説明する。
全波整流器６の整流電圧が１３０Ｖを越えた時間ｔ２４から、ツェナー電圧が１３０ＶのツェナーダイオードＺＤ１はオン状態となるので、ツェナーダイオードＺＤ１、抵抗Ｒ１、Ｒ２が直列接続された直列体に電流が流れ、したがって半導体スイッチＭＯＳ１のゲート電圧には抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の抵抗比で分圧された電圧が印加される。すると半導体スイッチＭＯＳ１はオンし、半導体スイッチＭＯＳ２のゲート電圧を０Ｖにして半導体スイッチＭＯＳ２をオフさせる。半導体スイッチＭＯＳ２のオフにより出力電圧Ｖ０は平滑コンデンサＣ０の電圧ＶＣ０に切替り、ＬＥＤ照明ユニット４に電流を供給する。ここで平滑コンデンサＣ１電圧ＶＣ１は、時間ｔ２３での充電された電源電圧を維持している。
平滑コンデンサＣ０電圧ＶＣ０はＬＥＤ照明ユニット４に電流を供給するので徐々に電圧が低下していく。
平滑コンデンサＣ０の電圧が平滑コンデンサＣ１電圧Ｖｃ１より３０Ｖ低下した時間ｔ２５においてダイアックＤＡ１に印加されている電圧が３０Ｖとなって、ダイアックＤＡ１のトリガ電圧に達すると、ダイアックＤＡ１がオン状態になる。これにより、時間ｔ２４までに充電されていた平滑コンデンサＣ1はＬＥＤ照明ユニット４に半導体スイッチＭＯＳ２がオフする直前までに充電された電圧Ｖｃ1を供給する。
このとき出力電圧Ｖ０はほぼＣ１電圧Ｖｃ１（サイリスタＳＣＲ１のオン電圧だけ小さい電圧）までステップ的に増加する。以後、平滑コンデンサＣ１は負荷に電流を供給するので徐々に電圧が低下する。
全波整流器６の整流電圧瞬時値が下がり時間ｔ２６において１３０Ｖ未満となるとツェナーダイオードＺＤ１はオフ状態となるので、半導体スイッチＭＯＳ１のゲート電圧には電圧が印加されなくなる。すると半導体スイッチＭＯＳ１はオフし、これにより半導体スイッチＭＯＳ２のゲート電圧に抵抗３を介して電圧が印加され半導体スイッチＭＯＳ２をオンする。ここで平滑コンデンサ電圧Ｖｃ１よりも全波整流器６の整流電圧瞬時値上回るようになるので、サイリスタＳＣＲ１に逆電圧が印加され平滑回路２３はオフ状態になり、出力電圧Ｖ０は全波整流器６の整流電圧に切替る。と同時に全波整流器６から半導体スイッチＭＯＳ２を介して平滑コンデンサＣ０，Ｃ１は時間ｔ２６での整流電圧（１３０Ｖ未満）が充電される。
時間ｔ２６以降は全波整流器６の整流電圧が低下していくので、出力電圧Ｖ０は整流電圧よりも相対的に高くなる平滑コンデンサＣ０の電圧Ｖｃ０となって、負荷であるＬＥＤ照明ユニット４へ放電を開始する。
平滑コンデンサＣ１はサイリスタＳＣＲ１がオンされるまでは整流電圧により充電された電源電圧を維持している。
以後、平滑コンデンサＣ０はＬＥＤ照明ユニット４に電流を供給するので徐々に電圧が低下し、平滑コンデンサＣ０の電圧が平滑コンデンサＣ１電圧Ｖｃ１より３０Ｖ低下した時間ｔ２７においてダイアックＤＡ１に印加されている電圧が３０Ｖとなって、ダイアックＤＡ１のトリガ電圧に達すると、ダイアックＤＡ１がオン状態になる。ダイアックＤＡ１のオンによりサイリスタＳＣＲ１のゲート端子に入力されている電圧がサイリスタＳＣＲ１のオン閾値を超えサイリスタＳＣＲ１はオンする。したがって平滑コンデンサＣ１はサイリスタＳＣＲ１を通して負荷であるＬＥＤ照明ユニット４に電力を供給するようになる。
このとき出力電圧Ｖ０はほぼＣ１電圧Ｖｃ１（サイリスタＳＣＲ１のオン電圧だけ小さい電圧）までステップ的に増加する。以後、平滑コンデンサＣ１は負荷に電流を供給するので徐々に電圧が低下し、時間ｔ２８にて平滑コンデンサＣ０の電圧Ｖｃ０と同じ電位になると、平滑コンデンサＣ０とＣ１から負荷であるＬＥＤ照明ユニット４に電力を供給するようになる。
さらに時間ｔ２８以後も平滑コンデンサＣ０及びＣ１は負荷に電流を供給するので徐々に電圧が低下し、この状態は全波整流器６の整流電圧瞬時値が平滑コンデンサＣ０電圧Ｖｃ０及び平滑コンデンサＣ１電圧Ｖｃ１まで増加する時間ｔ２９まで続く。  時間ｔ２９を経過すると全波整流器６の整流電圧瞬時値がＣ１電圧Ｖｃ１を上回るようになるのでサイリスタＳＣＲ１に逆電圧が印加されオフ状態となる。  以後、平滑コンデンサＣ０及びＣ１は全波整流器６の整流電圧が１３０Ｖに達する時間ｔ３０まで充電される。時間ｔ３０は時間ｔ２４の位相角に相当し、以後この繰り返しとなる。
【００３１】
図９は、実施例２における、電源５の電圧がＡＣ２２０Ｖ（電源ピーク電圧＝３１１Ｖ）の場合、全波整流器６の整流電圧と平滑回路２３ａの各部電圧波形を示す図である。
図９を参照して、電源５の電圧がＡＣ２２０Ｖの場合について、ＬＥＤ照明装置１ａの動作を説明する。
全波整流器６の整流電圧が１３０Ｖを越えた時間ｔ３１から、ツェナー電圧が１３０ＶのツェナーダイオードＺＤ１はオン状態となるので、ツェナーダイオードＺＤ１、抵抗Ｒ１、Ｒ２が直列接続された直列体に電流が流れ、したがって半導体スイッチＭＯＳ１のゲート電圧には抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の抵抗比で分圧された電圧が印加される。すると半導体スイッチＭＯＳ１はオンし、半導体スイッチＭＯＳ２のゲート電圧を０Ｖにして半導体スイッチＭＯＳ２をオフさせる。半導体スイッチＭＯＳ２のオフにより出力電圧Ｖ０は平滑コンデンサＣ０の電圧ＶＣ０に切替り、ＬＥＤ照明ユニット４に電流を供給する。ここで平滑コンデンサＣ１電圧ＶＣ１は、時間ｔ３１で充電された電源電圧を維持している。
平滑コンデンサＣ０電圧Ｖｃ０はＬＥＤ照明ユニット４に電力を供給するので徐々に電圧が低下していく。
平滑コンデンサＣ０の電圧が平滑コンデンサＣ１電圧Ｖｃ１より３０Ｖ低下した時間ｔ３２においてダイアックＤＡ１に印加されている電圧が３０Ｖとなって、ダイアックＤＡ１のトリガ電圧に達すると、ダイアックＤＡ１がオン状態になる。これにより、平滑コンデンサＣ1はＬＥＤ照明ユニット４に半導体スイッチＭＯＳ２がオフする直前までに充電された電圧Ｖｃ1を印加する。
このとき出力電圧Ｖ０はほぼＣ１電圧Ｖｃ１（サイリスタＳＣＲ１のオン電圧だけ小さい電圧）までステップ的に増加する。以後、平滑コンデンサＣ１は負荷に電力を供給するので徐々に電圧が低下し、時間ｔ３３にて平滑コンデンサＣ０の電圧Ｖｃ０と同じ電位になると、平滑コンデンサＣ０とＣ１から負荷であるＬＥＤ照明ユニット４に電力を供給するようになる。さらに時間ｔ３３以後も平滑コンデンサＣ０及びＣ１は負荷に電流を供給するので徐々に電圧が低下するが、この状態は全波整流器６の整流電圧瞬時値が下降してきて、半導体スイッチ素子ＭＯＳ２が再びオン状態となるまで続く。
全波整流器６の整流電圧瞬時値が下がり、時間ｔ３４において１３０Ｖ未満となるとツェナーダイオードＺＤ１はオフ状態となるので、半導体スイッチＭＯＳ１のゲート端子に電圧が印加されなくなる。すると半導体スイッチＭＯＳ１はオフし、これにより半導体スイッチＭＯＳ２のゲート端子に抵抗３を介して電圧が印加され、半導体スイッチＭＯＳ２をオン状態にする。ここで、全波整流器６と平滑回路２３ａが接続され、平滑コンデンサ電圧Ｖｃ１よりも全波整流器６の整流電圧瞬時値のほうが上回るようになり、サイリスタＳＣＲ１に逆電圧が印加されることでサイリスタＳＣＲ１はオフし、平滑回路２３ａからの電力供給は停止する。  ここで、出力電圧Ｖ０は全波整流器６の整流電圧に切替る。と同時に、全波整流器６から半導体スイッチＭＯＳ２を介して平滑コンデンサＣ０，Ｃ１には時間ｔ３４で全波整流器６の整流電圧（１３０Ｖ未満）が充電される。
時間ｔ３４以降は全波整流器６の整流電圧が低下していくので、出力電圧Ｖ０は整流電圧よりも相対的に高くなる平滑コンデンサＣ０の電圧Ｖｃ０となって、負荷であるＬＥＤ照明ユニット４へ放電を開始する。平滑コンデンサＣ１はサイリスタＳＣＲ１がオン状態になるまで充電された電源電圧を維持している。
以後、平滑コンデンサＣ０はＬＥＤ照明ユニット４に電力を供給するので徐々に電圧が低下し、平滑コンデンサＣ０の電圧が平滑コンデンサＣ１電圧Ｖｃ１より３０Ｖ低下した時間ｔ３５においてダイアックＤＡ１に印加されている電圧が３０Ｖとなって、ダイアックＤＡ１のトリガ電圧に達すると、ダイアックＤＡ１がオン状態になる。ダイアックＤＡ１のオンによりサイリスタＳＣＲ１のゲート端子に入力されている電圧がサイリスタＳＣＲ１のオン閾値を超えサイリスタＳＣＲ１はオンする。したがって平滑コンデンサＣ１はサイリスタＳＣＲ１を通して負荷であるＬＥＤ照明ユニット４に電力を供給するようになる。
このとき出力電圧Ｖ０はほぼＣ１電圧Ｖｃ１（サイリスタＳＣＲ１のオン電圧だけ小さい電圧）までステップ的に増加する。以後、平滑コンデンサＣ１は負荷に電流を供給するので徐々に電圧が低下し、この状態は全波整流器６の整流電圧瞬時値が平滑コンデンサＣ０電圧Ｖｃ０及び平滑コンデンサＣ１電圧Ｖｃ１まで増加する時間ｔ３６まで続く。  時間ｔ３６を経過すると全波整流器６の整流電圧瞬時値がＣ１電圧Ｖｃ１を上回るようになるのでサイリスタＳＣＲ１に逆電圧が印加されオフ状態となる。  以後、平滑コンデンサＣ０及びＣ１は全波整流器６の整流電圧が１３０Ｖに達する時間ｔ３７まで充電される。時間ｔ３７は時間ｔ３１の位相角に相当し、以後この繰り返しとなる。
【００３２】
このように、本実施形態では、電源電圧の瞬時値が１３０Ｖ以上にある時間ｔ３１〜ｔ３４で平滑回路２３aの平滑コンデンサＣ０及びＣ１による時間差を持った放電を負荷であるＬＥＤ照明ユニット４に電力供給される。
したがって、第１の実施例の図５で示したように、平滑コンデンサＣ１によるなだらかな放電特性と異なり、放電特性の途中でステップ的に出力電圧Ｖ０を上昇させることにより、ステップ的な電圧変化の周期を均等に行うことで、ＬＥＤ照明のちらつきを緩和させる作用がある。
【００３３】
以上、説明したように、本発明によれば、コンデンサインプット形の直流電源において、簡単な回路で出力電圧を調節でき、負荷に供給する電力を安定化させることができる。
【００３４】
以上、実施の形態によって具体的に説明したが、これらは例示であって、これらの実施の形態には限定されないことは勿論である。
【００３５】
図１０は、実施例２のＬＥＤ照明装置の回路構成の応用例を示す図である。
例えば、図６からダイオードＤ２を削除し、平滑コンデンサＣ１の放電と同時に平滑コンデンサＣ０への充電も行い、平滑コンデンサＣ１の放電電圧を滑らかにしても良い。また、入力電圧制限回路の切替動作をより確実にするため、全波整流器の正極出力端子Ａの位置、すなわち入力電圧制限回路２７と平滑回路２３ａの間にダイオード３を接続してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の直流電源装置は、ＬＥＤ照明ユニットに電力を供給するＬＥＤ照明装置として好適であるが、負荷としてはＬＥＤ照明ユニットに限らず適用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１、１ａ、１ｂ・・・ＬＥＤ照明装置
２・・・整流回路
３、３ａ、３ｂ・・・直流平滑回路
４・・・ＬＥＤ照明ユニット
５・・・交流電源
６・・・全波整流器
２３、２３ａ、２３ｂ・・・平滑回路
２７・・・入力電圧制限回路
Ｄ１、Ｄ２・・・ダイオード
ＤＡ１・・・ダイアック
Ｃ０，Ｃ１・・・平滑コンデンサ
Ｒ０〜Ｒ３・・・抵抗
ＳＣＲ１・・・サイリスタ
ＺＤ１〜ＺＤ２・・・ツェナーダイオード
ＭＯＳ１、ＭＯＳ２・・・半導体スイッチ
ＬＥＤ・・・発光ダイオード
【図１】
2010220447.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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