JP7097677B2

JP7097677B2 - 電源装置および照明装置

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Publication number: JP7097677B2
Application number: JP2017120495A
Authority: JP
Inventors: 剛加藤; 朋和宇佐美; 達也小西
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2017-06-20
Filing date: 2017-06-20
Publication date: 2022-07-08
Anticipated expiration: 2037-06-20
Also published as: JP2019009834A

Description

本発明の実施形態は、電源装置およびこの電源装置を用いた照明装置に関する。

負荷の定電流制御のために降圧チョッパ回路を用いた電源装置がある。降圧チョッパ回路は、チョッピングのためのスイッチング素子として、電界効果トランジスタを使用するのが一般的である。電界効果トランジスタは、制御端子であるゲート端子と出力端子であるソース端子との間の電位差により、入力端子であるドレイン端子とソース端子との間の導通をオンまたはオフする。

この電界効果トランジスタをスイッチング素子として用いた降圧チョッパ回路では、スイッチング素子の駆動電源を供給する方法としてブートストラップ方式が広く適用されている。降圧チョッパ回路の場合、スイッチング素子がオフであるときに回生電流を生じさせるために、スイッチング素子のソース端子とグランドとの間にダイオードが接続される。ダイオードは、ソース端子からグランドに流れる電流を阻止する向きに接続される。このため、降圧チョッパ回路が動作していない状態では、スイッチング素子のソース端子は電位が不定となっている。スイッチング素子を起動させるためには、ソース端子の電位を基準とした一定値以上の電圧をゲート端子に供給する必要がある。しかし、ソース端子の電位が不定であるとブートストラップ回路よりスイッチング素子の駆動電源が十分確保できず、起動が不安定となり、降圧チョッパ回路が安定に始動しない懸念がある。

そこで、起動時にスイッチング素子のソース端子をグランドと短絡してソース端子の電位をグランド電位とすることで、スイッチング素子を安定に起動させる起動回路を備えた電源装置がある。

起動回路は、スイッチング素子のソース端子をグランドと短絡させるための第２スイッチング素子を備え、起動時に第２スイッチング素子をオンし、降圧チョッパ回路のスイッチング素子のソース端子をグランド電位とした状態で、降圧チョッパ回路を起動させ、起動後に第２スイッチング素子をオフするように構成している。

しかし、第２スイッチング素子の短絡故障が発生するおそれがあり、この第２スイッチング素子の短絡故障が発生すると、降圧チョッパ回路の起動後も、降圧チョッパ回路のスイッチング素子のソース端子とグランドとが導通し、電源装置の誤動作が生じるおそれがある。

特許第３７７５２４０号公報

本発明が解決しようとする課題は、降圧チョッパ回路を起動する起動回路の第２スイッチング素子の短絡故障に対応できる電源装置および照明装置を提供することである。

実施形態の電源装置は、降圧チョッパ回路、起動回路、監視回路、保護回路および検出回路を備える。降圧チョッパ回路は、第１スイッチング素子、および第１スイッチング素子に直列に接続されるインダクタを有する。起動回路は、インダクタとグラウンドとの間に接続され、起動信号の入力時にオンする第２スイッチング素子を有する。監視回路は、起動回路への起動信号の非入力時に、第２スイッチング素子の短絡を監視する。保護回路は、監視回路による第２スイッチング素子の短絡の検出により第１スイッチング素子の動作を停止させる。検出回路は、降圧チョッパ回路の出力電圧を検出する。さらに、第２スイッチング素子を有する起動回路が集積回路に集積され、監視回路は、起動回路への起動信号の非入力時で、かつ検出回路で検出される出力電圧が所定の閾値よりも低い場合、第２スイッチング素子の短絡を検出する。

本発明によれば、降圧チョッパ回路を起動する起動回路の第２スイッチング素子の短絡故障に対応することが期待できる。

第１の実施形態を示す電源装置を備えた照明装置の回路図である。同上電源装置の制御回路の一部を示す構成図である。第２の実施形態を示す電源装置を備えた照明装置の回路図である。第３の実施形態を示す電源装置を備えた照明装置の回路図である。第４の実施形態を示す電源装置を備えた照明装置の回路図である。

以下、第１の実施形態を、図１および図２を参照して説明する。

図１において、照明装置100は、負荷としての光源（光源ユニット）１、および電源装置２を備えている。

光源１は、電源装置２によって点灯制御される発光負荷であり、電源装置２に対して着脱自在である。光源１は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ：light emitting diode）D11と抵抗器R11とを備える。複数の発光ダイオードD11は直列に接続されている。また、図示しないが、光源１は、発光ダイオードD11と並列に抵抗素子も接続されている。抵抗器R11は、発光ダイオードD11の直列回路における電流出力端に接続されている。光源１は、発光ダイオードD11の直列回路における電流入力端及び電流出力端と、抵抗器R11の発光ダイオードD11に接続されていない端部とにそれぞれ、電源装置２へと着脱自在に装着するための端子T11，T12，T13を設けている。

なお、発光ダイオードD11の数は任意である。光源１は、発光ダイオードD11を１つだけ設けたものであってもよい。また、図１に示すような発光ダイオードD11の直列回路を、複数並列に接続したものであってもよい。なお、光源１は、発光ダイオードD11に代えて例えば有機ＥＬ（electroluminescence）等の別の種類の発光デバイスを光源として設けていてもよい。

また、電源装置２は、商用電源等の外部電源200からの電力供給を受けて、負荷として接続される光源１の発光ダイオードD11を発光させるための直流電力を生成する。そして電源装置２は、生成した直流電力を給電端子T31，T32，T33に装着された光源１に供給して点灯を制御する。

電源装置２は、整流回路10、力率改善回路20、降圧チョッパ回路30、制御回路40および装着検出回路50等を含む。また、電源装置２は、コンデンサC1，C2，C3，C4，C5、抵抗器R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，R8，R9，R101，R102およびダイオードD1等の各種回路素子を備える。

そして、整流回路10の一対の入力端は、２つの被給電端子T21，T22にそれぞれ接続されている。これら２つの被給電端子T21，T22には、商用電源等の外部電源200に接続された２本の電源線がそれぞれ結線される。この結線により、整流回路10の一対の入力端に外部電源200から交流電力が供給される。整流回路10は、交流電力を整流して直流電力を出力する。整流回路10が一対の出力端の間に出力する直流電力は、コンデンサC1により平滑化されたうえで力率改善回路20へと供給される。コンデンサC1は、一端を整流回路10の出力端の１つに接続し、他端を主回路の基準電位であるグランドに接続している。なお、コンデンサC1の容量は数μF程度であるため、この両端電圧は、正弦波を全波整流した脈流電圧となっている。

また、力率改善回路20は、コンデンサC1により平滑化された直流電力を力率改善のために昇圧する昇圧チョッパ回路である。力率改善回路20は、ＰＦＣ（power factor correction）回路とも称される。力率改善回路20は、トランスTr21、スイッチング素子Q21、電解コンデンサC21、ダイオードD21および抵抗器R21，R22を含む。

トランスTr21は、一次側のコイルL21および二次側のコイルL22を備える。トランスTr21は、一次側のコイルL21の入力端をコンデンサC1の一端に接続し、出力端をダイオードD21のアノードに接続している。トランスTr21は、二次側のコイルL22の入力端をグランドに接続し、出力端を抵抗器R22の一端に接続している。抵抗器R22は、一端をコイルL22の出力端に接続し、他端を制御回路40のＺＣＤ端子に接続している。

スイッチング素子Q21は、Ｎチャンネルの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である。スイッチング素子Q21は、ドレイン端子をコイルL21の出力端とダイオードD21のアノードとの接続点に接続し、ソース端子を、抵抗器R21の一端と制御回路40のＣＳ端子とに接続し、ゲート端子を制御回路40のＧＤ端子に接続している。抵抗器R21は、一端をスイッチング素子Q21のソース端子に接続し、他端をグランドに接続している。ダイオードD21は、アノードをコイルL21の他端とスイッチング素子Q21のドレイン端子との接続点に接続し、カソードを電解コンデンサC21の一端に接続している。電解コンデンサC21は、一端をダイオードD21のカソードに接続し、他端をグランドに接続している。電解コンデンサC21の両端子は、力率改善回路20の出力端子となる。

スイッチング素子Q21のドレイン端子とソース端子との間に、ダイオードD21と電解コンデンサC21との直列回路が形成される。一方、スイッチング素子Q21は、ゲート端子に印加されるゲート信号がオンすると導通し、コンデンサC1、コイルL21および抵抗器R21を含む閉回路を形成する。また、スイッチング素子Q21は、ゲート端子に印加されるゲート信号がオフすると開放し、上述した閉回路を遮断する。その結果、電解コンデンサC21は、スイッチング素子Q21が遮断状態にあるときコンデンサC1にチャージされた電圧によって充電され、導通状態にあるとき放電する。そのため、力率改善回路20は、整流回路10で整流された直流電圧をスイッチング素子Q21のスイッチング動作により昇圧し、所定の直流電圧を得て、降圧チョッパ回路30に出力する。

また、降圧チョッパ回路30は、第１スイッチング素子Q31と、電力蓄積用のインダクタL31と、出力用のコンデンサC31と、回生用のダイオードD31と、抵抗器R31，R32とを含む。第１スイッチング素子Q31は、Ｎチャンネルの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である。第１スイッチング素子Q31は、ドレイン端子を力率改善回路20の一方の出力端子である電解コンデンサC21の一端に接続し、ソース端子をインダクタL31の入力端とダイオードD31のカソードとの接続点に接続し、ゲート端子を制御回路40のＨＯ端子に接続している。インダクタL31は、入力端を第１スイッチング素子Q31のソース端子に接続し、出力端をコンデンサC31の一端に接続している。コンデンサC31は、一端をインダクタL31の出力端に接続し、他端を抵抗器R31の一端に接続している。抵抗器R31は、一端をコンデンサC31の他端に接続し、他端をダイオードD31のアノードに接続している。ダイオードD31は、カソードを第１スイッチング素子Q31のソース端子とインダクタL31との接続点に接続し、アノードをグランドに接続している。

降圧チョッパ回路30は、コンデンサC31の両端を電源装置２の給電端子T31，T32，T33に接続している。具体的には、降圧チョッパ回路30は、コンデンサC31のインダクタL31の出力端と接続されている側を給電端子T31に接続し、コンデンサC31の抵抗器R31と接続されている側を給電端子T33に接続している。また、コンデンサC31の抵抗器R31と接続されている側を、抵抗器R32を介して給電端子T32に接続している。

なお、光源１が電源装置２に接続される場合、給電端子T31には光源１の端子T11が接続され、給電端子T32には光源１の端子T12が接続され、給電端子T33には光源１の端子T13が接続される。端子T11は、光源１の電流入力端子である。端子T12は、光源１の電流出力端子である。

第１スイッチング素子Q31は、ゲート端子に印加されるゲート信号がオンすると導通し、力率改善回路20の出力電流をインダクタL31へと導く。第１スイッチング素子Q31は、ゲート端子に印加されるゲート信号がオフすると開放し、力率改善回路20の出力電流を遮断する。インダクタL31は、第１スイッチング素子Q31がオンして直流電圧が印加されているときその直流電力を蓄え、第１スイッチング素子Q31がオフして直流電圧が印加されなくなったならば、蓄えた直流電力を放出する。インダクタL31から放出された直流電力は、コンデンサC31で平滑され、給電端子T31，T32，T33に接続された光源１へと供給される。

また、装着検出回路50は、ダイオードD51と、抵抗器R51，R52，R53，R54とを含む。装着検出回路50は、抵抗器R54の一端を制御回路40のＶＣ２端子に接続し、他端をダイオードD51のアノードに接続し、ダイオードD51のカソードを電源装置２の給電端子T31に接続している。また、装着検出回路50は、抵抗器R51と抵抗器R52とで直列抵抗回路（R51－R52）を形成し、この直列抵抗回路（R51－R52）の一端をダイオードD51のアノードに接続し、他端をグランドに接続している。したがって、直列抵抗回路（R51－R52）は、降圧チョッパ回路30のコンデンサC31と並列に接続されている。

装着検出回路50は、直列抵抗回路（R51－R52）の中点に抵抗器R53の一端を接続し、この抵抗器R53の他端を制御回路40のＬａｍｐ端子に接続している。ここに装着検出回路50は、直列抵抗回路（R51－R52）の抵抗比で分圧された電圧の変化により、電源装置２の給電端子T31，T32，T33に光源１が接続されたか否かを制御回路40で判定することを可能とするための回路である。

また、制御回路40は、アナログのＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）で構成される。制御回路40は、外部と接続するための外部端子としてＭＵＬＴ端子、ＧＤ端子、ＺＣＤ端子、ＣＳ端子、Ｖｃｃ端子、ＶＳ端子、ＨＯ端子、ＶＢ端子、ＶＦＢ端子、ＶＤＣ端子、ＯＣＰ端子、ＶＣ２端子、ＬＧＮＤ端子、Ｖｒｅｆ端子、ＯＰ＋端子、ＯＰ－端子、ＡＢＮ端子、Ｌａｍｐ端子、ＤＩＳｉｎ端子およびＤＩＳ端子等を有する。

ＭＵＬＴ端子は、抵抗器R1と抵抗器R2とで形成される直列抵抗回路（R1－R2）の中点に接続される。直列抵抗回路（R1－R2）は、コンデンサC1の両端子間に接続される。ＭＵＬＴ端子の電位は、コンデンサC1の出力電圧を直列抵抗回路（R1－R2）の抵抗比で分圧した電圧に依存する。制御回路40は、ＭＵＬＴ端子の電位から力率改善回路20への入力電圧を検出する。

ＧＤ端子は、スイッチング素子Q21のゲート端子に接続される。制御回路40は、スイッチング素子Q21のゲート信号を生成する。そして制御回路40は、ＧＤ端子からスイッチング素子Q21のゲート端子にオンまたはオフのゲート信号を出力する。

ＺＣＤ端子は、抵抗器R22を介してコイルL22の出力端に接続される。コイルL22は、ＺＣＤ端子にコイルL21に流れる電流変化量に対応した電位を供給する。制御回路40は、ＺＣＤ端子の電位からトランスTr21の一次側のコイルL21を流れる電流がゼロとなるタイミングを検出し、スイッチング素子Q21をオンするためのトリガ信号を生成する。

ＣＳ端子は、スイッチング素子Q21のソース端子に接続される。ＣＳ端子の電位は、スイッチング素子Q21のドレイン－ソース間を流れる電流に依存する。制御回路40は、ＣＳ端子の電位からスイッチング素子Q21を流れる電流、いわゆるスイッチング電流を検出する。

Ｖｃｃ端子は、ダイオードD1のアノードに接続される。ダイオードD1のカソードは、ＶＢ端子に接続されるとともに、ブートストラップ用のコンデンサC2の一端に接続される。コンデンサC2の他端は、ＶＳ端子に接続されるとともに、第１スイッチング素子Q31のソース端子に接続される。制御回路40は、Ｖｃｃ端子に所定の回路動作電圧Vccを印加する。この回路動作電圧Vccの電位が第１スイッチング素子Q31のソース端子の電位よりも高いとき、コンデンサC2が充電される。制御回路40は、ＶＢ端子からコンデンサC2の一端側（ダイオードD1のカソードに接続されている側）の電位を検出し、ＶＳ端子からコンデンサC2の他端側（第１スイッチング素子Q31のソース端子に接続されている側）の電位を検出する。

ＨＯ端子は、第１スイッチング素子Q31のゲート端子に接続される。制御回路40は、コンデンサC2の両端の電位差に基づいて第１スイッチング素子Q31のゲート信号を生成する。そして、制御回路40は、ＨＯ端子から第１スイッチング素子Q31のゲート端子にオンまたはオフのゲート信号を出力する。

ＶＦＢ端子は、抵抗器R3と抵抗器R4とで形成される直列抵抗回路（R3－R4）の中点に接続される。直列抵抗回路（R3－R4）は、コンデンサC21の両端子間に接続される。この接続により、ＶＦＢ端子の電位は、コンデンサC21の出力電圧を直列抵抗回路（R3－R4）の抵抗比で分圧した電圧に依存する。制御回路40は、ＶＦＢ端子から、力率改善回路20から降圧チョッパ回路30へと出力される直流電圧の一定時間当たりの変化量を検出する。

ＶＤＣ端子は、力率改善回路20におけるダイオードD21のカソードと降圧チョッパ回路30における第１スイッチング素子Q31のドレイン端子との接続点に接続される。この接続により、ＶＤＣ端子には、力率改善回路20から出力される高電圧が印加される。制御回路40は、ＶＤＣ端子に印加される高電圧から回路動作電圧Vcc等をドロッバ方式で生成する。

ＯＣＰ端子は、抵抗器R5を介して、降圧チョッパ回路30のコンデンサC31と抵抗器R31との接続点に接続される。ＯＣＰ端子の電位は、抵抗器R31を流れる電流に依存する。抵抗器R31を流れる電流は、降圧チョッパ回路30を流れる電流である。制御回路40は、ＯＣＰ端子の電位から降圧チョッパ回路30を流れる電流を検出する。

ＶＣ２端子は、コンデンサC3を介してグランドに接続される。また、ＶＣ２端子は、抵抗器R54およびダイオードD51を介して電源装置２の給電端子T31に接続される。この接続により、電源装置２の給電端子T31と給電端子T33との間にＶＣ２端子の電位、すなわちコンデンサC3の充電電圧相当の電位が分圧された電圧が印加される。

ＬＧＮＤ端子は、電源装置２のグランドに接続される。

Ｖｒｅｆ端子は、抵抗器R101と抵抗器R102とで形成される直列抵抗回路（R101－R102）とコンデンサC4との並列回路を介してグランドに接続される。

ＯＰ＋端子は、直列抵抗回路（R101－R102）の中点に接続される。また、ＯＰ＋端子は、コンデンサC5を介してグランドにも接続される。これらの接続により、ＯＰ＋端子の電位は、抵抗器R101と抵抗器R102の抵抗分圧によって定まる基準電圧の電位となる。

ＯＰ－端子は、抵抗器R9を介して電源装置２の給電端子T32に接続される。ＯＰ－端子の電位は、抵抗器R11，R31，R32の合成抵抗を流れる電流に依存する。抵抗器R11，R31，R32の合成抵抗を流れる電流は、給電端子T31を流れる電流、すなわち光源１が電源装置２に装着された際に光源１のダイオードD11を流れる電流である。制御回路40は、ＯＰ－端子の電位から光源１のダイオードD11を流れる電流、いわゆる負荷電流を検出する。

ＡＢＮ端子は、抵抗器R7と抵抗器R8とで形成される直列抵抗回路（R7－R8）の中点に接続される。直列抵抗回路（R7－R8）は、降圧チョッパ回路30のインダクタL31とコンデンサC31との接続点とグランドとの間に接続される。すなわち、直列抵抗回路（R7－R8）は、コンデンサC31に対して並列に接続される。この接続により、ＡＢＮ端子の電位は、降圧チョッパ回路30から光源１へと供給される直流電圧を直列抵抗回路（R7－R8）の抵抗比で分圧した電位に依存する。制御回路40は、ＡＢＮ端子の電位により、降圧チョッパ回路30から光源１へと供給される電圧を検出する。したがって、抵抗器R7と抵抗器R8とで形成される直列抵抗回路（R7－R8）が、降圧チョッパ回路30の出力電圧を検出する検出回路11として構成される。

Ｌａｍｐ端子は、抵抗器R53を介して直列抵抗回路（R51－R52）の中点に接続される。直列抵抗回路（R51－R52）は、電源装置２の給電端子T31と給電端子T33との間に、逆流防止用のダイオードD51を介して接続されている。この接続により、Ｌａｍｐ端子の電位は、電源装置２の給電端子T31と給電端子T33との間の電位差相当の電圧を直列抵抗回路（R51－R52）の抵抗比で分圧した電圧に依存する。抵抗素子を含む光源１が給電端子T31と給電端子T33との間に接続されると、光源１に電流が流れて給電端子T31と給電端子T33との間の電圧が降下する。光源１が接続されていないと電圧の降下はない。制御回路40は、Ｌａｍｐ端子の電位から、給電端子T31と給電端子T33との間の電圧降下を検出する。

ＤＩＳｉｎ端子は、第１スイッチング素子Q31のゲート信号が出力される。

ＤＩＳ端子は、抵抗器R6を介して降圧チョッパ回路30のインダクタL31とコンデンサC31との接続点に接続される。制御回路40のＤＩＳ端子－ＧＮＤ間にはスイッチが内蔵されており、制御回路40は、スイッチをオン・オフ制御する。ＤＩＳ端子－ＧＮＤ間のスイッチがオンすると、抵抗器R6を介してコンデンサC31の電圧が放電され、インダクタL31とコンデンサC31との接続点電位は略ＧＮＤ電位まで低下する。

抵抗器R6は省略可能であるが、コンデンサC31の放電電流を抑制し、ＤＩＳ端子－ＧＮＤ間に内蔵されるスイッチへのストレスを緩和するために接続している。なお、ＧＮＤは制御回路40の基準電位であり、ＬＧＮＤ端子を介して主回路の基準電位であるグランドに接続される。すなわち、ＬＧＮＤ端子は制御回路40のグランド電位を規定する。

次に、図２は、制御回路40の一部を示す構成図である。

制御回路40は、判定回路41、起動回路42、監視回路43および保護回路44等を備える。

判定回路41は、Ｌａｍｐ端子の電位、すなわち直列抵抗回路（R51－R52）の中点電位を監視する。電源装置２に光源１が装着されていないときは、ＶＣ２端子から印加される電圧と、抵抗器R7，R8，R51，R52，R54およびダイオードD51のＶＦで決まる電圧とがＬａｍｐ端子に印加される。電源装置２に光源１が装着されているときは、直列抵抗回路（R7－R8）と並列に、光源１の発光ダイオードD11に並列に接続された抵抗素子が接続されるため、Ｌａｍｐ端子には、光源１が装着されていないときよりも低い電圧が印加される。この電圧差を検出し、判定回路41は、電源装置２に光源１が装着されたと判定する。そして、電源装置２に光源１が装着されたと判定すると、判定回路41は、起動回路42に起動信号を出力する。なお、判定回路41からの起動信号の出力は、降圧チョッパ回路30が始動する直前に停止される。

起動回路42は、第２スイッチング素子Q42を備える。第２スイッチング素子Q42は、Ｎチャンネルの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である。第２スイッチング素子Q42は、ドレイン端子をＤＩＳ端子に接続し、ソース端子をグラウンドＧＮＤに接続し、ゲート端子を判定回路41から出力される起動信号の出力端にそれぞれ接続している。第２スイッチング素子Q42は、ゲート端子に起動信号が入力されるとオンし、ＤＩＳ端子の電位をグランド電位に引き落とす。すなわち、第２スイッチング素子Q42は、インダクタL31とコンデンサC31との接続点の電位をグランド電位に引き落とす。また、起動回路42は、第２スイッチング素子Q42のゲート端子と制御回路40のＤＩＳｉｎ端子とを短絡している。この短絡により、ＤＩＳｉｎ端子からは第２スイッチング素子Q42のゲート端子に供給される信号、すなわち起動信号が出力される。

監視回路43は、ＡＢＮ端子の電位から、降圧チョッパ回路30の出力電圧が正常であるか否かを監視する。そして、出力電圧の異常を検知すると、監視回路43は、異常信号を保護回路44に出力する。

また、監視回路43は、起動回路42への起動信号の非入力時に、第２スイッチング素子Q42の短絡を監視する。第１の実施形態の監視回路43では、起動回路42への起動信号の非入力時つまりＤＩＳｉｎ端子のゲート信号がＬｏｗの状態で、かつ検出回路11で検出される降圧チョッパ回路30の出力電圧つまりＡＢＮ端子の電位が所定の閾値よりも低いか否かを監視し、検出回路11で検出される降圧チョッパ回路30の出力電圧が所定の閾値よりも低い場合に、第２スイッチング素子Q42の短絡を検出する。所定の閾値は、降圧チョッパ回路30の正常な出力電圧の範囲よりも低い電圧である。

保護回路44は、監視回路43による第２スイッチング素子Q42の短絡の検出により、力率改善回路20および降圧チョッパ回路30の動作を停止させ、すなわち降圧チョッパ回路30の第１スイッチング素子Q31の動作を停止（オフ）させる。

なお、判定回路41および起動回路42は、電源ラインをＶＣ２端子に接続しており、このＶＣ２端子に生じる電圧を回路動作電圧としている。したがって、判定回路41および起動回路42は、ＶＤＣ端子を介して取り込んだ高電圧の全波整流電圧から回路動作電圧Vcc等を生成する前でも動作可能である。

次に、制御回路40の動作シーケンスについて説明する。

図示しない電源スイッチの投入により外部電源200が投入されると、まず、制御回路40は、電源装置２に光源１が装着されているか否かを確認する。すなわち外部電源200の投入により制御回路40のＶＣ２端子に生じた電圧が抵抗器R54を介して電源装置２の給電端子T31と給電端子T33との間に印加されるので、制御回路40では、判定回路41がＬａｍｐ端子の電位を監視する。電源装置２の給電端子T31，T32，T33に光源１の端子T11，T12．T13が装着されると、発光ダイオードD11と並列に接続された図示しない抵抗素子に電流が流れ、給電端子T31と給電端子T33との間の電圧が降下する。この電圧降下により、給電端子T31と給電端子T33との間に接続されている直列抵抗回路（R51－R52）の中点の電位が変動する。Ｌａｍｐ端子の電位は、直列抵抗回路（R51－R52）の中点電位に依存する。したがって、判定回路41がＬａｍｐ端子の電位を監視することで、制御回路40は、電源装置２に光源１が装着されているか否かを確認できる。

なお、給電端子T31と給電端子T33との間に抵抗器を介して印加される電圧、すなわち制御回路40のＶＣ２端子に生じる電圧は、発光ダイオードD11の順方向電圧以下とする。そうすることにより、電源装置２に光源１を装着しただけで発光ダイオードD11が点灯してしまう不具合を防止できる。

電源装置２に光源１が装着されていない場合、制御回路40は監視動作を継続する。

電源装置２に光源１が装着されている場合、あるいは装着されたことが確認された場合、制御回路40は、起動回路42をオンする。すなわち、制御回路40では、判定回路41が光源１の装着有りを確認すると、この判定回路41が起動回路42に起動信号を出力する。この起動信号により、起動回路42では第２スイッチング素子Q42がオンする。したがって、判定回路41が起動回路42に起動信号を出力することで、制御回路40は起動回路42をオンできる。

起動回路42の第２スイッチング素子Q42がオンすると、制御回路40のＤＩＳ端子の電位がグランド電位となる。ＤＩＳ端子の電位がグランド電位になると、降圧チョッパ回路30のインダクタL31とコンデンサC31との接続点の電位がグランド電位まで引き込まれる。その結果、第１スイッチング素子Q31のソース端子がグランドに短絡されたことと同等となる。

そこで、制御回路40は、力率改善回路20のスイッチング素子Q21のスイッチング動作を開始させ、続いて降圧チョッパ回路30の第１スイッチング素子Q31のスイッチングを開始させる。

ここで、制御回路40が起動回路42をオンする前は、第１スイッチング素子Q31のソース電位が不定である。しかし、起動回路42がオンして第１スイッチング素子Q31のソース電位がグランド電位まで引き落とされることにより、ブートストラップ回路で駆動電源を十分確保できる。よって、第１スイッチング素子Q31を安定に起動させることができる。すなわち、降圧チョッパ回路30を安定に起動することができる。

そして、降圧チョッパ回路30が始動する直前に、判定回路41からの起動信号の出力を停止し、起動回路42の第２スイッチング素子Q42がオフする。降圧チョッパ回路30の動作後は、通常、起動回路42の第２スイッチング素子Q42がオフ状態にある。

その後、制御回路40は、定電流制御を行う。すなわち、制御回路40では、ＯＰ－端子に入力される負荷電流がＯＰ＋端子に入力される目標の定電流となるように、第１スイッチング素子Q31のスイッチング周波数とデューティ比とを調整する。この調整を繰り返すことにより、負荷電流が目標の定電流に近づく。このように、フィードバック制御を行うことにより、制御回路40は定電流制御を行うことができる。

次に、起動回路42の第２スイッチング素子Q42が短絡故障したときの制御回路40の動作シーケンスを説明する。

降圧チョッパ回路30の起動後、監視回路43では、起動回路42への起動信号の非入力の状態つまりＤＩＳｉｎ端子のゲート信号がＬｏｗの状態で、かつ検出回路11で検出される降圧チョッパ回路30の出力電圧つまりＡＢＮ端子の電位が所定の閾値よりも低いか否かを監視している。

そして、起動回路42の第２スイッチング素子Q42が短絡故障した場合、降圧チョッパ回路30の起動後も、第１スイッチング素子Q31のソース端子とグランドとが導通しているため、検出回路11で検出される降圧チョッパ回路30の出力電圧つまりＡＢＮ端子の電位が所定の閾値よりも低下する。

そのため、監視回路43では、ＤＩＳｉｎ端子のゲート信号がＬｏｗの状態で、かつＡＢＮ端子の電位が所定の閾値よりも低い場合に、第２スイッチング素子Q42の短絡を検出し、異常信号を保護回路44に出力する。

保護回路44は、監視回路43からの異常信号を入力すると、力率改善回路20および降圧チョッパ回路30の動作を停止させ、すなわち降圧チョッパ回路30の第１スイッチング素子Q31の動作を停止（オフ）させる。

このように、電源装置２によれば、起動回路42への起動信号の非入力時に、第２スイッチング素子Q42の短絡を監視回路43で監視し、監視回路43による第２スイッチング素子Q42の短絡の検出により、保護回路44が降圧チョッパ回路30の第１スイッチング素子Q31の動作を停止（オフ）するため、第２スイッチング素子Q42の短絡故障への対応が可能となり、電源装置２の誤動作を防止できる。

しかも、監視回路43では、降圧チョッパ回路30の起動後に、起動回路42への起動信号の非入力時で、かつ検出回路11で検出される降圧チョッパ回路30の出力電圧が所定の閾値よりも低い場合に、第２スイッチング素子Q42の短絡を検出するため、第２スイッチング素子Q42の短絡の検出を確実にできる。

次に、図３に第２の実施形態を示す。なお、第１の実施形態と同じ構成については同じ符号を用いてその説明を省略する。

第１の実施形態の電源装置２の回路構成に対して、抵抗器R7と抵抗器R8とで形成される検出回路11は、インダクタL31の出力側に接続される抵抗器R6と制御回路40のＤＩＳ端子との接続点とグラウンドとの間に接続される点が異なる。

また、監視回路43は、降圧チョッパ回路30の起動後、起動回路42への起動信号の入力の有無にかかわらず、検出回路11で検出される降圧チョッパ回路30の出力電圧つまりＡＢＮ端子の電位が第１閾値よりも高いか否かを監視するとともに、この第１閾値よりも低い第２閾値よりも低いか否かを監視する点が異なる。

監視回路43は、検出回路11で検出される降圧チョッパ回路30の出力電圧が第１閾値よりも高い場合、例えば光源１が取り外されて電源装置２の出力端子がオープンとなる等の異常を検出し、異常信号を保護回路44に出力する。また、起動回路42の検出回路11で検出される降圧チョッパ回路30の出力電圧が第２閾値よりも低い場合、第２スイッチング素子Q42の短絡を検出し、異常信号を保護回路44に出力する。したがって、第１閾値は、降圧チョッパ回路30の正常な出力電圧の範囲よりも高い電圧であり、また、第２閾値は、降圧チョッパ回路30の正常な出力電圧の範囲よりも低い電圧である。

そして、起動回路42の第２スイッチング素子Q42が短絡故障したときの制御回路40の動作シーケンスを説明する。

降圧チョッパ回路30の起動後、検出回路11で検出される降圧チョッパ回路30の出力電圧つまりＡＢＮ端子の電位が第１閾値よりも高いかあるいは第２閾値よりも低いか否かを監視している。

起動回路42の第２スイッチング素子Q42が短絡故障した場合、降圧チョッパ回路30の起動後も、第１スイッチング素子Q31のソース端子とグランドとが導通するため、検出回路11で検出される降圧チョッパ回路30の出力電圧つまりＡＢＮ端子の電位が第２閾値よりも低下する。

そのため、監視回路43では、降圧チョッパ回路30の起動後にＡＢＮ端子の電位が第２閾値よりも低い場合、起動回路42への起動信号の非入力時に第２スイッチング素子Q42が短絡したものとして異常信号を保護回路44に出力する。

このように、電源装置２によれば、インダクタL31の出力側に接続される抵抗器R6と制御回路40のＤＩＳ端子との接続点とグラウンドとの間に降圧チョッパ回路30の出力電圧を監視する検出回路11を接続したので、降圧チョッパ回路30の起動後にＡＢＮ端子の電位を監視回路43で監視し、ＡＢＮ端子の電位が第２閾値よりも低いときに第２スイッチング素子Q42が短絡したものとし、またはＡＢＮ端子の電位が第１閾値よりも高いときに光源１側に不具合が発生したものとして、保護回路44が降圧チョッパ回路30の第１スイッチング素子Q31の動作を停止（オフ）する。そのため、１つの監視回路43を、光源１側の異常検出と第２スイッチング素子Q42の短絡検出とに兼用することができる。なお、監視回路43において、起動回路42への起動信号が非入力であって、かつＡＢＮ端子の電位が第１閾値よりも高いかまたは第２閾値よりも低いかを監視し、異常と判定したときに保護回路44が降圧チョッパ回路30の第１スイッチング素子Q31の動作を停止（オフ）するように構成してもよい。

次に、図４に第３の実施形態を示す。なお、上述した各実施形態と同じ構成については同じ符号を用いてその説明を省略する。

第２の実施形態の電源装置２の回路構成に対して、インダクタL31の出力側に接続される抵抗器R6と検出回路11との接続点と制御回路40のＤＩＳ端子との間に、感温素子PTC1を接続した点が異なる。感温素子PTC1は、温度上昇により抵抗値が増加する正の温度特性を有するＰＴＣ素子を用いる。

そして、電源装置２への電源投入時においては、起動信号が起動回路42に入力すると、第２スイッチング素子Q42がオンし、制御回路40のＤＩＳ端子の電位がグランド電位となり、抵抗器R6および感温素子PTC1を通じて降圧チョッパ回路30のインダクタL31とコンデンサC31との接続点の電位がグランド電位まで引き込まれる。そのため、降圧チョッパ回路30の第１スイッチング素子Q31を安定に起動させることができる。

また、起動回路42の第２スイッチング素子Q42が短絡故障したときの制御回路40の動作シーケンスは、第２の実施形態で説明したとおり監視回路43および保護回路44で対応する。

また、起動回路42の第２スイッチング素子Q42が短絡まで至らないまでも、低い電圧で導通する状態を保持してしまう故障の場合、監視回路43および保護回路44では対応できないことがある。つまり、起動回路42への起動信号が非入力であっても抵抗器R6に電流が流れるが、ＡＢＮ端子の電位が第２閾値以下にならないような第２スイッチング素子Q42の故障モードの場合である。このような場合、抵抗器R6を通じて感温素子PTC1に負荷電圧が印加され、感温素子PTC1が自己発熱で温度上昇するとともにこの温度上昇によって抵抗値が増加することで、ＡＢＮ端子の電位が第1閾値以上まで上昇し、降圧チョッパ回路30の動作を停止させることができる。なお、本実施形態では、監視回路43はＡＢＮ端子の電位が第１閾値以上か否かを判定するだけでもよく、この場合、ＡＢＮ端子の電位が第１閾値以上の場合は異常と判定し、第１閾値未満の場合は正常と判定することができる。

次に、図５に第４の実施形態を示す。なお、上述した各実施形態と同じ構成については同じ符号を用いてその説明を省略する。

第１の実施形態の電源装置２の回路構成に対して、インダクタL31の出力側に接続される抵抗器R6と制御回路40のＤＩＳ端子との間に、感温素子PTC1を接続した点が異なる。感温素子PTC1は、温度上昇により抵抗値が増加する正の温度特性を有するＰＴＣ素子を用いる。

また、起動回路42の第２スイッチング素子Q42が短絡故障した場合、抵抗器R6を通じて感温素子PTC1に負荷電圧が印加され、感温素子PTC1が自己発熱で温度上昇するとともにこの温度上昇によって抵抗値が増加することで、ＡＢＮ端子の電位が第１閾値以上まで上昇し、降圧チョッパ回路30の動作を停止させることができる。なお、本実施形態においても、監視回路43はＡＢＮ端子の電位が第１閾値以上か否かを判定するだけでよく、この場合、ＡＢＮ端子の電位が第１閾値以上の場合は異常と判定し、第１閾値未満の場合は正常と判定することができる。

このように、電源装置２によれば、インダクタL31と起動回路42の第２スイッチング素子Q42との間に感温素子PTC1を接続するだけの簡単な構成により、第２スイッチング素子Q42の短絡故障への対応が可能となる。

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ともに、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。

１光源
２電源装置
11 検出回路
30 降圧チョッパ回路
42 起動回路
43 監視回路
44 保護回路
100 照明装置
L31 インダクタ
PTC1 感温素子
Q31 第１スイッチング素子
Q42 第２スイッチング素子

Claims

第１スイッチング素子、およびこの第１スイッチング素子に直列に接続されるインダクタを有する降圧チョッパ回路と；
前記インダクタとグラウンドとの間に接続され、起動信号の入力時にオンする第２スイッチング素子を有する起動回路と；
前記起動回路への前記起動信号の非入力時に、前記第２スイッチング素子の短絡を監視する監視回路と；
前記監視回路による前記第２スイッチング素子の短絡の検出により前記第１スイッチング素子の動作を停止させる保護回路と；
前記降圧チョッパ回路の出力電圧を検出する検出回路と；
を具備し、
前記第２スイッチング素子を有する起動回路が集積回路に集積され、前記監視回路は、前記起動回路への前記起動信号の非入力時で、かつ前記検出回路で検出される出力電圧が所定の閾値よりも低い場合、前記第２スイッチング素子の短絡を検出する
ことを特徴とする電源装置。
第１スイッチング素子、およびこの第１スイッチング素子に直列に接続されるインダクタを有する降圧チョッパ回路と；
前記インダクタとグラウンドとの間に接続され、起動信号の入力時にオンする第２スイッチング素子を有する起動回路と；
前記起動回路への前記起動信号の非入力時に、前記第２スイッチング素子の短絡を監視する監視回路と；
前記監視回路による前記第２スイッチング素子の短絡の検出により前記第１スイッチング素子の動作を停止させる保護回路と；
前記インダクタと前記第２スイッチング素子との接続点に接続され、前記降圧チョッパ回路の出力電圧を検出する検出回路と；
を具備し、
前記第２スイッチング素子を有する起動回路が集積回路に集積され、前記監視回路は、前記起動回路への前記起動信号の非入力時に、前記検出回路で検出される出力電圧が第１閾値よりも高いか監視するとともにこの第１閾値よりも低い第２閾値よりも低いかを監視し、前記検出回路で検出される出力電圧が前記第２閾値よりも低い場合に前記第２スイッチング素子の短絡を検出する
ことを特徴とする電源装置。
前記保護回路は、前記インダクタと前記検出回路との接続点と前記第２スイッチング素子との間に接続され、温度上昇により抵抗値が増加する感温素子を有する
ことを特徴とする請求項２記載の電源装置。
第１スイッチング素子、およびこの第１スイッチング素子に直列に接続されるインダクタを有する降圧チョッパ回路と；
前記インダクタとグラウンドとの間に接続され、起動信号の入力時にオンする第２スイッチング素子を有する起動回路と；
前記インダクタと前記第２スイッチング素子との間に接続され、温度上昇により抵抗値が増加する感温素子を有する保護回路と；
を具備することを特徴とする電源装置。
光源と；
請求項１ないし４いずれか一記載の電源装置と；
を具備することを特徴とする照明装置。