(57)【要約】【課題】簡素な構成で安全性の高い電源装置および照明装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る電源装置は、交流電圧を入力して非絶縁で直流電圧を出力する電力変換部と、前記電力変換部の入力を監視する制御部と、前記制御部を動作させる電力を供給する第１出力および前記電力変換部の動作を制御する制御回路を動作させる電力を供給する第２出力を同一のトランスによって生成して出力する補助電源部と、を備える。前記補助電源部は、前記トランスの一次側に設けられ、スイッチング素子を制御する駆動回路と、前記駆動回路と前記一次側から絶縁された、前記トランスの二次側に設けられた前記第１出力の電圧を検出する検出部と、の間に設けられ、前記検出部からの信号を電気的に絶縁して前記一次側に伝送する信号伝送部を含む。【選択図】図２
2017158292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧を入力して非絶縁で直流電圧を出力する電力変換部と、
前記電力変換部の入力を監視する制御部と、
前記制御部を動作させる電力を供給する第１出力および前記電力変換部の動作を制御する制御回路を動作させる電力を供給する第２出力を同一のトランスによって生成して出力する補助電源部と、
を備え、
前記補助電源部は、
前記トランスの一次側に設けられ、スイッチング素子を制御する駆動回路と、前記駆動回路と前記一次側から絶縁された、前記トランスの二次側に設けられた前記第１出力の電圧を検出する検出部と、の間に設けられ、前記検出部からの信号を電気的に絶縁して前記一次側に伝送する信号伝送部を含む電源装置。
【請求項２】
前記信号伝送部は、フォトカプラを含む請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載された電源装置と、
前記電源装置から直流電力を供給されて点灯する照明負荷と、
を備えた照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電源装置および照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明ユニットを点灯させる電源装置の場合には、照明ユニットに供給するための電力変換のほか、照明ユニットの光量を調光信号を入力することによって設定するための制御回路が搭載される場合がある。
【０００３】
電源装置の出力容量が大きい場合には、ＰＦＣ回路等、複数の電源回路が混載され、各部の動作のための電源供給は複雑化する。そのため、電源装置の安全対策を充実させる必要性も高くなる一方で、回路構成が複雑化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５７１５５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
実施形態は、簡素な構成で安全性の高い電源装置および照明装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係る電源装置は、交流電圧を入力して非絶縁で直流電圧を出力する電力変換部と、前記電力変換部の入力を監視する制御部と、前記制御部を動作させる電力を供給する第１出力および前記電力変換部の動作を制御する制御回路を動作させる電力を供給する第２出力を同一のトランスによって生成して出力する補助電源部と、を備える。前記補助電源部は、前記トランスの一次側に設けられ、スイッチング素子を制御する駆動回路と、前記駆動回路と前記一次側から絶縁された、前記トランスの二次側に設けられた前記第１出力の電圧を検出する検出部と、の間に設けられ、前記検出部からの信号を電気的に絶縁して前記一次側に伝送する信号伝送部を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本実施形態では、電力変換部の入力を監視する制御部のための電源を、電力変換部の動作を制御する制御回路を動作させる電力を供給する電源とは、別々に供給する一方で、これらを同一のトランスによって生成するので、簡素な構成で安全性の高い電源装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る電源装置を例示するブロック図である。
【図２】実施形態の電源装置の一部である補助電源部を例示するブロック図である。
【図３】実施形態の電源装置の各部のレイアウトを例示する実体的なブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る電源装置を例示するブロック図である。
図２は、本実施形態の電源装置の一部である補助電源部を例示するブロック図である。
図１に示すように、本実施形態の電源装置１０は、ＡＣ−ＤＣ変換部２０と、ＤＣ−ＤＣ変換部３０と、制御部４０と、補助電源部６０と、を備える。
【００１１】
電源装置１０は、交流入力端子１１ａ，１１ｂと、直流出力端子１１ｃ，１１ｄと、調光信号入力端子１１ｅと、含む。電源装置１０は、交流入力端子１１ａ，１１ｂを介して交流電源１に接続される。交流電源１は、たとえば商用電源である。交流電源１は、実効値が１００Ｖまたは２００Ｖの交流電圧を５０Ｈｚまたは６０Ｈｚで電源装置１０に供給する。
【００１２】
電源装置１０は、直流出力端子１１ｃ，１１ｄを介して照明ユニット８０に接続される。照明ユニット８０は、たとえば発光素子８２を含む。発光素子８２は、たとえば半導体発光素子（Light Emitting Diode）や、有機発光素子（Organic Light Emitting Diode）等である。
【００１３】
電源装置１０は、調光信号入力端子１１ｅを介して、調光装置２に接続される。電源装置１０は、調光信号入力端子１１ｅを介して、調光装置２から出力される調光信号Ｓｄを受信する。
【００１４】
調光信号Ｓｄは、調光度Ｄを設定する信号である。調光度Ｄは、電源装置１０によって点灯される照明ユニット８０の光量を示す。たとえば、調光信号Ｓｄが最小の調光度Ｄｍｉｎを示す場合には、照明ユニット８０の光量は最小となる。調光信号Ｓｄが最大の調光度Ｄｍａｘを示す場合には、照明ユニット８０の光量は最大となる。
【００１５】
調光装置２は、入力された調光度Ｄの設定値等にしたがって、調光信号Ｓｄを生成し、出力する。生成される調光信号Ｓｄは、アナログ値であってもよく、ディジタル値であってもよい。調光信号Ｓｄは、たとえば照明ユニット８０の光量に応じて増大する電圧値を有するアナログ信号であり、あるいはＤＡＬＩ（Digital Addressable Lighting Interface）等にもとづくデータを含む信号等である。
【００１６】
電源装置１０は、交流電源１から交流電力の供給を受けて、交流電力を直流電力に変換して出力する。出力される直流電力は、照明ユニット８０に供給される。照明ユニット８０の光量は、調光装置２からの調光信号Ｓｄにもとづいて設定される。
【００１７】
他の実施形態では、照明装置１００は、電源装置１０と、照明ユニット８０と、を備え、電源装置１０および照明ユニット８０は、一体に接続され、または電源装置１０および照明ユニット８０は、別体で設けられ、電気的に接続されている。
【００１８】
電源装置１０の各部の構成について説明する。
ＡＣ−ＤＣ変換部２０は、交流入力端子１１ａ，１１ｂを介して交流電源１に接続される。ＡＣ−ＤＣ変換部２０は、整流回路２１と、力率改善回路（Power Factor Correction circuit、以下、ＰＦＣ回路ともいう。）２２と、を含む。整流回路２１およびＰＦＣ回路２２は、この順で縦続に接続されている。
【００１９】
整流回路２１は、交流電圧を整流して脈流を出力する。ＰＦＣ回路２２は、脈流を入力して、昇圧された直流電圧に変換して出力する。ＰＦＣ回路２２は、スイッチング素子２３と、ダイオード２４と、コイル２５と、平滑コンデンサ２６と、制御回路２７と、を含む。スイッチング素子２３は、制御端子（たとえばＭＯＳＦＥＴのゲート端子）を介して制御回路２７によって駆動される。スイッチング素子２３は、制御回路２７によって設定されるオン時間またはオフ時間でスイッチングする。
【００２０】
ＰＦＣ回路２２は、入力される脈流の電圧が低いときには、スイッチング素子２３がオンする期間が長く、脈流の電圧が高いときにはスイッチング素子２３がオンする期間が短くなるように動作する。そのため、平滑コンデンサ２６に入力される電流波形の歪が低減され、高調波が抑制される。
【００２１】
制御回路２７は、スイッチング素子２３を駆動するための駆動回路を含んでいる。駆動回路のために、制御回路２７は、たとえば５Ｖより高い電源電圧を供給されて動作する。制御回路２７の電源電圧Ｖｃｃ２は、たとえば平滑コンデンサ２６の低電位側またはスイッチング素子２３の接地端子（たとえばＭＯＳＦＥＴのソース端子）を基準電位として１５Ｖである。
【００２２】
ＰＦＣ回路２２は、昇圧電源回路に限らず、昇降圧電源回路や降圧電源回路であってもよい。また、ＰＦＣ回路２２は、ＡＣ−ＤＣ変換部２０の出力電力容量が大きい場合、たとえば２５Ｗを超える場合に用いられる。ＡＣ−ＤＣ変換部２０の出力電力容量が、たとえば２５Ｗ以下の場合には、ＰＦＣ回路２２を用いずに、整流回路２１の出力をそのまま平滑コンデンサ２６に接続するようにしてもよい。
【００２３】
ＤＣ−ＤＣ変換部３０は、ＡＣ−ＤＣ変換部２０の出力に接続されている。ＡＣ−ＤＣ変換部２０およびＤＣ−ＤＣ変換部３０は、縦続に接続されている。ＡＣ−ＤＣ変換部２０およびＤＣ−ＤＣ変換部３０は、いずれも交流電源１に対する絶縁を行っておらず、電源装置１０は、非絶縁の電源回路である。
【００２４】
この例では、ＤＣ−ＤＣ変換部３０は、降圧電源回路である。ＤＣ−ＤＣ変換部３０は、スイッチング素子３１と、ダイオード３２と、コイル３３と、出力コンデンサ３４と、制御回路３５と、を含む。直列に接続されたスイッチング素子３１およびダイオード３２がＡＣ−ＤＣ変換部２０の出力に並列に接続されている。スイッチング素子３１およびダイオード３２の接続ノードは、コイル３３の一方の端子に接続されている。コイル３３の他方の端子は、出力コンデンサ３４の高電位側の端子を介して、高電位側の直流出力端子１１ｃに接続されている。出力コンデンサ３４の低電位側の端子は、低電位側の直流出力端子１１ｄに接続されている。
【００２５】
スイッチング素子３１は、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴである。制御回路３５は、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴのゲートソース間に駆動のための電圧を印加できるように接続される。そのため、制御回路３５が動作するための電源は、スイッチング素子３１およびダイオード３２の接続ノード、つまりｎチャネルＭＯＳＦＥＴのソース端子の電位を基準に供給される。この電源は、上述のＰＦＣ回路２２の制御回路２７の動作のために供給される電源から絶縁されたフローティング電源Ｖｃｃ３である。
【００２６】
制御回路３５は、スイッチング素子３１およびダイオード３２の接続ノードを基準電位にして動作するので、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子３１）のゲートソース間にＶｃｃ３までの駆動電圧を印加することができる。
【００２７】
なお、図示しないが、ＤＣ−ＤＣ変換部３０の出力電流や出力電圧の検出回路は、平滑コンデンサ２６の低電位側の端子または低電位側の直流出力端子１１ｄを基準電位として動作する。そのため、制御回路３５に供給される制御信号Ｖｄ等の伝達については、フォトカプラやトランス等の信号伝達デバイスを用いて行われる。
【００２８】
制御部４０は、たとえば外部から供給される調光信号Ｓｄを受信して、調光信号Ｓｄに含まれる調光度Ｄに応じた電圧値Ｖｄに変換する。変換された電圧値Ｖｄは、ＤＣ−ＤＣ変換部３０に供給されて、ＤＣ−ＤＣ変換部３０は、調光度Ｄに応じた出力電流を設定する。
【００２９】
制御部４０は、入力電圧Ｖｉｎの値を検出できるように接続されている。入力電圧Ｖｉｎは、この例では、整流回路２１の脈流電圧である。また、制御部４０は、突入電流防止回路５０に接続されている。制御部４０は、入力電圧Ｖｉｎを監視している。制御部４０は、入力電圧Ｖｉｎが所定の電圧以下の場合には、突入電流防止回路５０を動作させて、平滑コンデンサ２６への充電電流を制限する。制御部４０は、入力電圧Ｖｉｎが所定の電圧値に到達したときに、突入電流防止回路５０の動作を停止する。
【００３０】
制御部４０は、入力電圧Ｖｉｎを監視して、入力電圧Ｖｉｎに異常があるときには、電源装置１０の動作を停止する。具体的には、ＰＦＣ回路２２の制御回路２７の電源は、保護スイッチ４１を介して供給され、保護スイッチ４１は、入力電圧Ｖｉｎに異常があるときには、電源Ｖｃｃ２を遮断する。ＰＦＣ回路２２の制御回路２７には、電源Ｖｃｃ２が供給されないので、動作を停止し、電源装置１０は動作を停止する。
【００３１】
制御部４０は、他の保護機能等を含むようにしてもよい。たとえば、電源装置１０の出力電圧の異常を監視し、異常時には、ＡＣ−ＤＣ変換部２０やＤＣ−ＤＣ変換部３０の動作を停止させるようにしてもよい。
【００３２】
制御部４０は、上述したＰＦＣ用電源Ｖｃｃ２やフローティング電源Ｖｃｃ３よりも低い電圧の制御用電源Ｖｃｃ１で動作する。制御用電源Ｖｃｃ１は、たとえば５Ｖや、３．３Ｖである。
【００３３】
制御部４０は、たとえばマイクロコンピュータと、メモリと、を含む（図示せず）。制御部４０は、メモリに格納されたプログラムにしたがって、電源装置１０の入力電圧を監視し、保護動作を実行する。制御部４０は、プログラムにしたがって、調光信号を調光度を表す電圧を有する制御信号Ｖｄに変換する。
【００３４】
突入電流防止回路５０は、交流入力端子１１ａと整流回路２１との間に直列に接続されている。突入電流防止回路５０は、交流入力端子１１ｂと整流回路２１との間に直列に接続されていてもよい。突入電流防止回路５０は、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタ５１と、リレー５２と、を含む。ＰＴＣサーミスタ５１およびリレー５２は、並列に接続されている。
【００３５】
リレー５２は、保護スイッチ４１によって動作をし、動作を停止する。たとえば、保護スイッチ４１は、制御部４０から出力される駆動信号Ｄ０によってオンまたはオフする。駆動信号Ｄ０がアクティブな場合に、保護スイッチ４１はオンし、リレー５２に電源Ｖｃｃ２を供給する。そのためリレー５２は、接点を閉じるように動作する。駆動信号Ｄ０が非アクティブな場合には、保護スイッチ４１はオフし、リレー５２の接点は開放される。
【００３６】
補助電源部６０は、ＡＣ−ＤＣ変換部２０の出力を入力する。補助電源部６０は、ＡＣ−ＤＣ変換部２０から出力される直流電圧から電源Ｖｃｃ１，Ｖｃｃ２，Ｖｃｃ３を生成して、各部に供給する。
【００３７】
図２に示すように、補助電源部６０は、たとえばフライバック形式の電源回路と、電圧レギュレータ６７と、を含む。補助電源部６０は、スイッチング素子６１と、制御回路６２と、トランス６３と、を含む。補助電源部６０は、スイッチング素子６１によってトランス６３の一次巻線を駆動し、２つの二次巻線から複数の電源を生成する。制御用電源Ｖｃｃ１およびＰＦＣ用電源Ｖｃｃ２は、１つの二次巻線から生成される。ＰＦＣ用電源Ｖｃｃ２は、トランス６３の二次巻線に接続されたダイオード６４、出力コンデンサ６５によって生成される。
【００３８】
制御用電源Ｖｃｃ１は、ＰＦＣ用電源Ｖｃｃ２を入力とする電圧レギュレータ６７によって生成される。
【００３９】
制御回路用電源Ｖｃｃ１およびＰＦＣ用電源Ｖｃｃ２は、一次側と二次側とが電気的に絶縁されたフィードバック回路７０によって安定化される。フィードバック回路７０は、フォトカプラ７１と、抵抗器７２と、定電圧ダイオード７３と、を含む。フォトカプラ７１の受光トランジスタ７１ａは、制御回路６２の制御用端子に接続されている。フォトカプラ７１の発光ダイオード７１ｂのアノード端子は、抵抗器７２を介してＰＦＣ用電源Ｖｃｃ２の正側に接続されている。フォトカプラ７１の発光ダイオード７１ｂのカソード端子は、定電圧ダイオード７３を介してＰＦＣ用電源Ｖｃｃ２の負側（ＧＮＤ）に接続されている。ＰＦＣ用電源Ｖｃｃ２および制御用電源Ｖｃｃ１は、フォトカプラ７１によって電気的に絶縁されて、一次側の制御回路６２に制御信号をフィードバックする。
【００４０】
後に詳述するが、たとえば補助電源部６０の一次側の基準電位は、入力コンデンサ６６の低電位側の端子に設定される。入力コンデンサ６６の低電位側の端子は、平滑コンデンサ２６の低電位側の端子に接続されている。たとえば補助電源部の二次側の基準電位は、出力コンデンサ６５の低電位側の端子に設定される。つまり、補助電源部６０のトランス６３およびフィードバック回路７０において、それぞれ基準電位が設定されている。
【００４１】
トランス６３の一次側では、高電圧、大電流のスイッチング動作が行われている。本実施形態の電源装置１０では、このような一次側の基準電位から、電圧安定化のための信号検出を行うＰＦＣ用電源Ｖｃｃ２および制御用電源Ｖｃｃ１の側の基準電位を実質的に分離している。一次側および二次側の基準電位を実質的に分離することによって、ＰＦＣ用電源Ｖｃｃ２および制御用電源Ｖｃｃ１を安定して生成し、それぞれの対象に供給するすることができる。そのため、これらの電源によって動作する各種保護機能は、確実な動作が保証される。
【００４２】
フローティング電源Ｖｃｃ３は、トランス６３の他方の二次巻線によって生成される。他方の二次巻線には、ダイオード６８および出力コンデンサ６９が接続されている。フローティング電源Ｖｃｃ３は、フィードバックによる安定化は行われないが、フライバック形式の電源のクロスレギュレーションにより、ある程度の安定化が図られる。
【００４３】
これらの電源は、１つの補助電源部６０のトランスに巻回された複数の二次巻線によって生成されるので、ほぼ同一の立上り速度で起動する。上述したとおり、ＰＦＣ用電源Ｖｃｃ２およびフローティング電源Ｖｃｃ３は、制御用電源Ｖｃｃ１よりも高い電圧値を有する。そのため、制御用電源Ｖｃｃ１は、他の電源よりも先に起動するので、制御部４０の動作が確定する。そのため、制御部４０は、他の部分の監視等を行うことができる。
【００４４】
本実施形態の電源装置１０の動作について説明する。
図３は、実施形態の電源装置の各部のレイアウトを例示する実体的なブロック図である。
図３に示すように、本実施形態の電源装置１０では、補助電源部６０のトランス６３およびフォトカプラ７１によってトランス６３の一次側の基準電位と二次側の基準電位とが実質的に分離されている。
【００４５】
トランス６３の一次側では、たとえばＡＣ−ＤＣ変換部２０の平滑コンデンサ２６の低電位側端子の電位が基準電位となるように、配線のレイアウトが設定される。具体的には、たとえば、平滑コンデンサ２６の低電位側端子を接続するパターンをより幅広く設定する。ＤＣ−ＤＣ変換部３０のダイオード３２のアノードおよび出力コンデンサ３４の低電位端子等が接続されるパターンを平滑コンデンサ２６のパターンとより短い距離で接続するように配置する。補助電源部６０のスイッチング素子６１、制御回路６２、およびフォトカプラ７１の受光トランジスタ７１ａの基準電位は、入力コンデンサ６６の低電位側端子とともに、一次側の基準電位パターンに接続される。
【００４６】
トランス６３の二次側のＰＦＣ用電源Ｖｃｃ２および制御用電源Ｖｃｃ１では、たとえば出力コンデンサ６５の低電位側端子の電位が基準電位となるように、配線のレイアウトが設定される。たとえば、フィードバック回路７０の発光ダイオード７１ｂ、出力コンデンサの低電位側端子、および電圧レギュレータ６７の接地端子等は、二次側の基準電位に短い距離で接続されるようにレイアウトされる。
【００４７】
トランス６３の一次側では、ＰＦＣ回路２２やＤＣ−ＤＣ変換部３０において、高電圧、大電流のスイッチング動作が行われているので、スイッチング動作によるノイズの影響が大きい。
【００４８】
トランス６３の二次側は、トランス６３によって、電力伝達上、電気的に分離されており、フォトカプラ７１によって信号伝達上も電気的に分離されている。したがって、ＰＦＣ用電源Ｖｃｃ２および制御用電源Ｖｃｃ１の安定化制御については、ノイズの影響を受けにくくなり、安定した制御動作を行うことができる。
【００４９】
本実施形態の電源装置１０の作用および効果について説明する。
本実施形態の電源装置１０では、制御用電源Ｖｃｃ１、ＰＦＣ用電源Ｖｃｃ２およびフローティング用電源Ｖｃｃ３は、単一の補助電源部６０によって、それぞれ生成されるので、簡素な構成でありながら、安定した電源を生成し、各部に供給することができる。
【００５０】
ＰＦＣ用電源Ｖｃｃ２および制御用電源Ｖｃｃ１については、トランス６３およびフォトカプラ７１によって、信号伝達において基準電位が分離されている。そのため、これらの電源については、高電圧、大電流のスイッチングの影響を受けにくく、補助電源部６０は、安定して電源を生成し、各部に供給することができる。
【００５１】
このように、本実施形態の電源装置１０では、安定して制御部４０やＡＣ−ＤＣ変換部２０に制御用の電源を供給することができるので、制御部４０の動作を確実に行うことができる。そのため、電源装置１０の異常に対して、確実に保護することが可能になる。
【００５２】
以上説明した実施形態によれば、複簡素な構成で安全性の高い電源装置および照明装置を実現することができる。
【００５３】
以上、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。これら新規な実施形態は、その他のさまざま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ともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１  交流電源、２  調光装置、１０  電源装置、２０  ＡＣ−ＤＣ変換部、２１  整流回路、２２  ＰＦＣ回路、２３  スイッチング素子、２４  ダイオード、２５  コイル、２６  平滑コンデンサ、２７  制御回路、３０  ＤＣ−ＤＣ変換部、３１  スイッチング素子、３２  ダイオード、３３  コイル、３４  出力コンデンサ、３５  制御回路、４０  制御部、４１  保護スイッチ、５０  突入電流防止回路、５１  ＰＴＣサーミスタ、５２  リレー、６０  補助電源部、６１  スイッチング素子、６２  制御回路、６３  トランス、６４  ダイオード、６５  出力コンデンサ、６６  入力コンデンサ、６７  電圧レギュレータ、６８  ダイオード、６９  出力コンデンサ、７０  フィードバック回路、７１  フォトカプラ、７２  抵抗器、７３  定電圧ダイオード、８０  照明ユニット、８２  発光素子、１００  照明装置
【図１】
2017158292.tif 000003
【図２】
2017158292.tif 000004
【図３】
2017158292.tif 000005