(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記制御部は、予め決められた所定の調光レベルより高い調光レベルでは前記オペアンプから出力された出力電圧がそのまま前記駆動部に入力されるように前記出力可変手段を制御し、予め決められた所定の調光レベルより低い調光レベルでは前記出力電圧の平均値が低下するように前記出力電圧可変手段を制御する
ことを特徴とする請求項1または2記載の電源装置。
【背景技術】
【0002】
従来、負荷として光源を点灯させる電源装置では、定電流回路から光源に定電流を供給し、光源を点灯させている。そして、光源に直列に接続される検出抵抗によって光源に流れる電流を検出するとともに、その電流を電圧に変換した検出電圧と基準電圧とをオペアンプに入力し、それら検出電圧と基準電圧との差に応じたオペアンプの出力電圧に基づいて定電流回路をフィードバック制御することにより、光源の定電流制御を行っている。また、調光レベルに応じてオペアンプに入力される基準電圧を可変することにより、光源の調光を行っている。
【0003】
オペアンプは、検出電圧と基準電圧とがそれぞれ入力される2つの入力端子間にオフセット電圧が存在し、基準電圧に対して検出電圧を一致させることができずにオフセット電圧の分だけばらつく特性を有することが知られている。
【0004】
この場合、調光レベルが高く、光源が明るい場合にはオフセット電圧の影響は少ないが、調光レベルが低く、光源の明るさが暗くなる場合にはオフセット電圧の影響が大きくなる。例えば、調光レベルを下限とし、最も暗い状態で点灯させたい場合に光源が消灯してしまうおそれがある。
【0005】
このようなオペアンプのオフセット電圧の影響を低減するため、調光レベルの下限でのオペアンプに入力する検出電圧および基準電圧の値を大きく設定することが行われている。これにより、調光レベルを下限とした場合でも、オフセット電圧の影響が少なく、光源が消灯してしまうのを防止している。
【0006】
しかしながら、検出電圧の値を大きくするには、検出抵抗の抵抗値を大きくしなければならなくなるため、検出抵抗での回路損失が増大し、回路効率が悪化してしまう。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、一実施形態を、
図1および
図2を参照して説明する。
【0014】
図1において、照明装置10は、負荷としての光源11、およびこの光源11を点灯させる電源装置12を備えている。
【0015】
そして、光源11は、発光素子である。発光素子としては、LED15である。LED15は、1つでも複数でもよい。なお、発光素子としては、LED15に限らず、有機EL等の他の発光素子でもよい。
【0016】
そして、電源装置12は、商用交流電源Eに接続される整流平滑回路18、この整流平滑回路18の出力側に接続される力率改善回路としての昇圧チョッパ回路19、この昇圧チョッパ回路19の出力側とLED15との間に接続される降圧チョッパ回路20、LED15に流れる電流に比例した電圧を検出する検出回路21、およびこの検出回路21の検出電圧に応じて降圧チョッパ回路20を制御する駆動回路22を備えている。そして、降圧チョッパ回路20がLED15に定電流を供給する定電流回路23として構成されている。
【0017】
整流平滑回路18は、商用交流電源Eに接続された全波整流器REC1、および全波整流器REC1の出力端に接続された平滑コンデンサC1を備えている。
【0018】
昇圧チョッパ回路19は、整流平滑回路18の出力端に接続されるチョッパチョークL1とMOSFET等の昇圧用のスイッチング素子Q1との直列回路を備えている。スイッチング素子Q1のベースには昇圧用の制御IC24が接続されている。さらに、スイッチング素子Q1と並列にダイオードD1および電解コンデンサである平滑コンデンサC2の直列回路が接続されている。そして、昇圧チョッパ回路19では、制御IC24によってスイッチング素子Q1のスイッチング動作を制御し、整流平滑回路18で整流平滑された電源電圧を所定の電源電圧に昇圧し、降圧チョッパ回路20に出力する。
【0019】
降圧チョッパ回路20は、平滑コンデンサC2の両端に並列に接続されたMOSFET等の降圧用(出力用)のスイッチング素子Q2とダイオードD2との直列回路を備えている。さらに、降圧チョッパ回路20は、スイッチング素子Q2とダイオードD2のカソードとの間に入力端が接続されたインダクタL2、およびインダクタL2の出力端に接続されるとともにLED15と並列に接続される平滑コンデンサC3を備えている。そして、降圧チョッパ回路20では、駆動回路22によってスイッチング素子Q2のスイッチング動作を制御し、昇圧チョッパ回路19で昇圧された電源電圧を所定の電源電圧に降圧してLED15に供給する。
【0020】
検出回路21は、ダイオードD2のアノードと平滑コンデンサC3との間に接続された検出抵抗R1を有している。検出抵抗R1および平滑コンデンサC3の接続点とグランドラインとの間に抵抗R2,R3が接続され、これら抵抗R2,R3の接続点が駆動回路22に接続されている。そして、検出回路21では、LED15に流れる電流に比例した検出電圧VAを検出し、この検出電圧VAを駆動回路22に出力する。
【0021】
駆動回路22は、オペアンプOP、および駆動部としてのドライバIC25を有している。
【0022】
駆動回路22のオペアンプOPの一方の入力端子である反転入力端子には、抵抗R2,R3の接続点が接続され、検出電圧VAが入力される。オペアンプOPの他方の入力端子である非反転入力端子には、基準電圧発生部26とグランドラインとの間に接続された抵抗R4,R5の接続点が接続され、基準電圧VBが入力される。基準電圧発生部26は予め設定された一定値の基準電圧を発生する。オペアンプOPの出力端子とグランドラインとの間にコンデンサC4が接続され、このオペアンプOPの出力端子がドライバIC25に接続されている。
【0023】
駆動回路22のドライバIC25は、オペアンプOPから出力された出力電圧VCを入力し、出力電圧VCに応じてスイッチング素子Q2のスイッチング動作を制御する。すなわち、ドライバIC25は、スイッチング素子Q2を駆動する周波数またはオンデューティを可変し、LED15に流れる電流が一定になるようにフィードバック制御による定電流制御を行う。
【0024】
また、電源装置12は、基準電圧可変手段28、出力電圧可変手段29、調光信号入力手段30、および制御部31を備えている。
【0025】
基準電圧可変手段28は、基準電圧可変用のスイッチング素子としてのトランジスタQ3で構成されている。トランジスタQ3のコレクタが抵抗R6を介して抵抗R4,R5の接続点とオペアンプOPの非反転入力端子との間に接続され、トランジスタQ3のエミッタがグランドラインに接地され、トランジスタQ3のベースが抵抗R7を介して制御部31に接続されている。
【0026】
出力電圧可変手段29は、出力電圧可変用のスイッチング素子としてのトランジスタQ4で構成されている。トランジスタQ4のコレクタが抵抗R8を介してオペアンプOPの出力端子とドライバIC25との間に接続され、トランジスタQ4のエミッタが接地され、トランジスタQ4のベースが抵抗R9を介して制御部31に接続されている。
【0027】
調光信号入力手段30は、調光器32からの調光信号を整流する全波整流器REC2、およびこの全波整流器REC2の出力端に接続されたフォトカプラ33を備えている。フォトカプラ33は、フォトダイオード34およびフォトトランジスタ35を有し、フォトダイオード34が全波整流器REC2の出力端に接続され、フォトトランジスタ35のカソードが制御部31に接続されているとともにエミッタがグランドラインに接地されている。
【0028】
制御部31は、マイコンによって構成されている。制御部31は、調光信号入力手段30から入力される調光信号に含まれる調光レベルに応じてトランジスタQ3,Q4のオンオフを制御する。
【0029】
そして、制御部31は、調光レベルが低下するほどドライバIC25に入力される出力電圧の平均値が低下するようにトランジスタQ4を制御する機能を有している。この場合、制御部31は、予め決められた所定の調光レベルより高い調光レベルではオペアンプOPから出力された出力電圧VCがそのままドライバIC25に入力されるようにトランジスタQ4を制御し、予め決められた所定の調光レベルより低い調光レベルではドライバIC25に入力される出力電圧VCの平均値が低下するようにトランジスタQ4を制御する機能を有している。さらに、制御部31は、予め決められた所定の調光レベルより高い調光レベルでは調光レベルに応じた基準電圧VBになるようにトランジスタQ3を制御し、予め決められた所定の調光レベルより低い調光レベルでは予め決められた所定の調光レベルに応じた基準電圧VBを維持するようにトランジスタQ3を制御する機能を有している。
【0031】
商用交流電源Eから供給される交流電力を整流平滑回路18で整流平滑し、昇圧チョッパ回路19に供給する。昇圧チョッパ回路19では、制御IC24により昇圧用のスイッチング素子Q1がスイッチング動作し、整流平滑回路18で整流平滑された電源電圧を所定の電源電圧に昇圧し、降圧チョッパ回路20に供給する。
【0032】
降圧チョッパ回路20では、駆動回路22のドライバIC25により降圧用のスイッチング素子Q2がスイッチング動作し、昇圧チョッパ回路19から供給される電源電圧を所定の電源電圧に降圧し、LED15に供給する。これにより、LED15が点灯する。
【0033】
そして、LED15の点灯状態においては、検出回路21によってLED15に流れる電流を検出し、その電流を電圧に変換した検出電圧VAをオペアンプOPの反転入力端子に入力する。オペアンプOPの非反転入力端子には基準電圧VBを入力する。これら検出電圧VAと基準電圧VBとの差に応じた出力電圧VCをオペアンプOPの出力端子から出力する。そして、ドライバIC25により、オペアンプOPから出力される出力電圧VCに応じてスイッチング素子Q2のスイッチング動作を制御し、LED15に流れる電流が一定になるようにフィードバック制御による定電流制御を行う。
【0034】
また、調光器32からの調光信号を、調光信号入力手段30に入力し、制御部31が取得する。制御部31は、調光信号の調光レベルに応じて駆動回路22を制御し、LED15を調光する。例えば、検出回路21によってLED15に流れる電流を検出し、その電流を電圧に変換した検出電圧VAをオペアンプOPの反転入力端子に入力する。調光レベルに応じた基準電圧VBをオペアンプOPの非反転入力端子に入力する。これら検出電圧VAと基準電圧VBとの差に応じた出力電圧VCをオペアンプOPの出力端子から出力する。そして、ドライバIC25が、出力電圧VCに応じてスイッチング素子Q2の周波数またはオンデューティを制御し、調光レベルに応じた電流をLED15に流し、LED15を調光点灯させる。
【0035】
ところで、オペアンプOPは、検出電圧VAと基準電圧VBとがそれぞれ入力される2つの入力端子間にオフセット電圧が存在している。オフセット電圧は、例えば±0.01V(10mV)程度の場合もある。
【0036】
検出抵抗R1の抵抗値が1Ωである場合、全光点灯時である100%調光において、LED15に流れる電流が1Aであるとすると、検出電圧VAは1Vとなる。この全光点灯の100%調光時には、オペアンプOPのオフセット電圧が±0.01Vであったとしても、オフセット電圧の影響は1%程度であるため、99〜100%調光の範囲でばらつきが生じるだけで、LED15の明るさへの影響はほとんどない。
【0037】
一方、調光下限の例えば1%調光とする場合には、LED15に流れる電流は0.01A、検出電圧VAは0.01Vとなる。この調光下限の1%調光時には、オペアンプOPのオフセット電圧が±0.01Vであると、基準電圧VBを0.01Vとしても、検出電圧VAは0〜0.02Vの範囲でばらつくことになる。そのため、0〜2%調光の範囲でばらつきが生じることになり、調光下限の1%調光にしようとしているにもかかわらず、0%調光となってLED15が消えてしまう虞がある。
【0038】
そこで、従来は、オペアンプOPのオフセット電圧が±0.01Vであれば、調光下限の1%調光におけるオペアンプOPに入力する検出電圧VAおよび基準電圧VBの値を高く設定し、例えば0.1V(100mV)に設定している。これにより、調光下限の1%調光時に、オペアンプOPのオフセット電圧が±0.01Vであると、基準電圧VBを0.1Vとすれば、検出電圧VAは0.9〜1.1Vの範囲でばらつくことになる。そのため、0.9〜1.1%調光の範囲でばらつくだけで、オフセット電圧の影響が少なくなり、LED15が消えてしまうのを防止できる。
【0039】
しかしながら、調光下限の1%調光での検出電圧VAの値を0.1Vにすると、全光点灯の100%調光では検出電圧VAが10Vとなり、この検出電圧VAを得るためには検出抵抗R1に10Ωの抵抗値が必要になる。そのため、全光点灯の100%調光では、LED15には1Aの電流を流すことから、10Ωの検出抵抗R1で10Wの損失が発生し、回路効率が悪化してしまう。
【0040】
本実施形態では、検出抵抗R1の抵抗値が小さくても、オフセット電圧の影響を少なくすることを可能としている。例えば、検出抵抗R1の抵抗値が1Ω、全光点灯時の100%調光においてLED15に流れる電流が1Aおよび検出電圧VAが1Vであっても、オフセット電圧の影響を少なくすることを可能としている。
【0041】
ここで、
図2の波形図を参照して説明する。波形図の横軸に調光レベルを示し、左側が全光点灯である100%調光、右側が調光下限である1%調光である。波形図の縦軸にLED15に流れる電流(LED電流)、検出電圧VA、基準電圧VB、および出力電圧VCをそれぞれ示す。
【0042】
制御部31は、予め決められた所定の調光レベルx(以下、x%調光ともいう)より高い調光レベルと、低い調光レベルとで、駆動回路22の制御を異ならせている。所定の調光レベルxは、全光点灯の100%と調光下限の1%との間の中間の調光レベルであり、任意に設定することが可能であるが、オペアンプOPのオフセット電圧の影響が出る調光レベルよりが高いことが好ましい。
【0043】
そして、制御部31は、入力される調光信号の調光レベルが所定の調光レベルxより高い調光レベルの範囲では、基準電圧可変手段28を制御し、調光レベルに応じて基準電圧VBを可変する。
【0044】
すわなち、制御部31は、調光レベルが100%調光のとき、基準電圧可変手段28のトランジスタQ3をオフ(0%オン)し、基準電圧発生部26から供給される基準電圧VBの値を維持させ、また、調光レベルが所定の調光レベルxのとき、基準電圧可変手段28のトランジスタQ3を100%オンし、所定の調光レベルxに対応した基準電圧VBに低下させる。そして、調光レベルが100%調光〜x%調光の範囲において、調光レベルに応じて基準電圧可変手段28のトランジスタQ3のオンオフの周波数またはオンデューティを変化させる。これにより、調光レベルに応じて基準電圧VBが変化し、オペアンプOPの出力電圧VCが変化し、出力電圧VCの変化に応じてドライバIC25がスイッチング素子Q2のオンオフの周波数またはオンデューティを制御し、調光レベルに応じた電流をLED15に流し、LED15を調光する。
【0045】
なお、制御部31は、入力される調光信号の調光レベルが所定の調光レベルxより高い調光レベルの範囲では、出力電圧可変手段29のトランジスタQ4はオフ(0%オン)し、オペアンプOPの出力電圧VCがそのままドライバIC25に入力されるようにする。
【0046】
また、制御部31は、入力される調光信号の調光レベルが所定の調光レベルxより低い調光レベルの範囲では、出力電圧可変手段29を制御し、調光レベルに応じてドライバIC25に入力される出力電圧VCを可変する。
【0047】
なお、制御部31は、調光レベルが所定の調光レベルxより低い調光レベルの範囲では、調光レベルにかかわらず、基準電圧可変手段28のトランジスタQ3を100%オン状態に保持し、所定の調光レベルxに応じた基準電圧VBを維持する。
【0048】
制御部31は、調光レベルが所定の調光レベルxより低い場合、オペアンプOPから出力された出力電圧VCをオンオフさせ、ドライバIC25に入力される出力電圧VCの平均値を可変する。すなわち、制御部31は、調光レベルに応じて出力電圧可変手段29のトランジスタQ4のオンオフの周波数またはオンデューティを変化させることにより、オペアンプOPから出力された出力電圧VCをオンオフし、ドライバIC25に入力される出力電圧VCの平均値を変化させる。そして、制御部31は、所定の調光レベルxより高かった調光レベルが低下していく場合に、調光レベルが所定の調光レベルxより低くなることで、出力電圧可変手段29のトランジスタQ4のオンオフを開始し、ドライバIC25に入力される出力電圧VCの平均値を徐々に低下させていき、調光レベルが調光下限の1%調光まで低下することにより、ドライバIC25に入力される出力電圧VCの平均値を最も低下させる。これにより、ドライバIC25に入力される出力電圧VCの平均値が低下し、出力電圧VCの平均値の低下に応じてドライバIC25がスイッチング素子Q2のオンオフの周波数またはオンデューティを制御し、LED15に流れる電流を低下させ、LED15を暗くなるように調光する。このように、調光レベルに応じて、ドライバIC25に入力される出力電圧VCの平均値が変化し、出力電圧VCの平均値の変化に応じてドライバIC25がスイッチング素子Q2のオンオフの周波数またはオンデューティを制御し、調光レベルに応じた電流をLED15に流し、LED15を調光する。
【0049】
このように、本実施形態の電源装置12は、調光レベルに応じて、ドライバIC25に入力されるオペアンプOPからの出力電圧VCの平均値を可変するため、調光下限時のオペアンプOPの入力電圧を高く設定することなく、オペアンプOPのオフセット電圧の影響を低減できるとともに、回路効率を向上できる。
【0050】
すなわち、予め決められた所定の調光レベルxより高い調光レベルではオペアンプOPから出力された出力電圧VCがそのままドライバIC25に入力されるように出力電圧可変手段29を制御し、予め決められた所定の調光レベルxより低い調光レベルではドライバIC25に入力される出力電圧VCの平均値が低下するように出力電圧可変手段29を制御するため、調光下限時のオペアンプOPの入力電圧を高く設定することなく、オペアンプOPのオフセット電圧の影響を低減できるとともに、回路効率を向上できる。
【0051】
さらに、予め決められた所定の調光レベルxより高い調光レベルでは調光レベルに応じた基準電圧VBになるように制御し、予め決められた所定の調光レベルxより低い調光レベルでは予め決められた所定の調光レベルxに応じた基準電圧VBを維持するように制御するため、調光下限時のオペアンプOPの入力電圧を高く設定することなく、オペアンプOPのオフセット電圧の影響を低減できる。
【0052】
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。