定電流電源装置
【課題】高周波規制を満たしつつ、入力電圧の変動に対する定電流出力の安定性を確保でき、かつ、出力電流リップルを抑えることのできる定電流電源装置について、小型化するとともに、起動時に過電流が流れてしまうのを防止すること。
【解決手段】定電流電源装置１は、定電流を出力する定電流回路２０と、定電流回路２０を制御する制御部１０と、起動遅延回路４０と、を備えるとともに、定電流回路２０より定電流電源装置１の入力側に設けられた力率改善回路３０を備える。力率改善回路３０は、制御部１０から定電流回路２０に送信されるゲート信号に基づいて動作する。起動遅延回路４０は、定電流電源装置１への電力供給が開始されてから予め定められた時間が経過するまでの時間、定電流回路２０および力率改善回路３０の動作を停止させる。
【解決手段】定電流電源装置１は、定電流を出力する定電流回路２０と、定電流回路２０を制御する制御部１０と、起動遅延回路４０と、を備えるとともに、定電流回路２０より定電流電源装置１の入力側に設けられた力率改善回路３０を備える。力率改善回路３０は、制御部１０から定電流回路２０に送信されるゲート信号に基づいて動作する。起動遅延回路４０は、定電流電源装置１への電力供給が開始されてから予め定められた時間が経過するまでの時間、定電流回路２０および力率改善回路３０の動作を停止させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定電流電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、定電流を出力する電源として、定電流電源装置がある。この定電流電源装置は、例えば、発光ダイオードを点灯させるために用いられる（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
［定電流電源装置１００の構成］
図１４は、従来例に係る定電流電源装置１００の回路図である。定電流電源装置１００は、交流電源Ｖｉｎから入力される交流電力を用いて、直列接続された複数の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎ（ｎは、ｎ≧３を満たす整数）に定電流を出力する。この定電流電源装置１００は、整流部ＲＦと、キャパシタＣ７と、制御部１０と、定電流回路２０と、を備える。
【０００４】
定電流回路２０は、抵抗Ｒ１と、キャパシタＣ３と、ダイオードＤ３と、インダクタＬ２と、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチ素子Ｑ１と、を備える。
【０００５】
整流部ＲＦの２つの入力端子には、交流電源Ｖｉｎの両端が接続される。整流部ＲＦの第１の出力端子には、キャパシタＣ７の一方の電極と、ダイオードＤ３のカソードと、キャパシタＣ３の一方の電極と、発光ダイオードＬＥＤ１のアノードと、が接続される。発光ダイオードＬＥＤｎのカソードには、キャパシタＣ３の他方の電極と、インダクタＬ２の一端と、が接続される。インダクタＬ２の他端には、ダイオードＤ３のアノードと、スイッチ素子Ｑ１のドレインと、が接続される。
【０００６】
スイッチ素子Ｑ１のソースには、抵抗Ｒ１を介して定電流電源装置１００の基準電位点に相当する整流部ＲＦの第２の出力端子が接続されるとともに、制御部１０が接続される。この制御部１０は、スイッチ素子Ｑ１のゲートと、整流部ＲＦの第２の出力端子と、にも接続される。整流部ＲＦの第２の出力端子には、キャパシタＣ７の他方の電極も接続される。
【０００７】
［定電流電源装置１００の動作］
以上の構成を備える定電流電源装置１００は、制御部１０により定電流回路２０を制御して、定電流制御を行う。具体的には、制御部１０により、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流に応じてスイッチ素子Ｑ１を制御することで、定電流電源装置１００の出力電流に応じてスイッチ素子Ｑ１を制御して、定電流制御を行って、定電流を出力する。
【０００８】
例えば、制御部１０により、スイッチ素子Ｑ１のゲートにＨレベルのゲート信号を印加して、スイッチ素子Ｑ１をオン状態にしたとする。すると、交流電源Ｖｉｎから入力された交流電力が整流部ＲＦにより整流されて、第２の出力端子を基準とした直流電力が第１の出力端子から出力される。整流部ＲＦの第１の出力端子から出力される直流電流は、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎと、インダクタＬ２の一端から他端と、スイッチ素子Ｑ１と、抵抗Ｒ１と、を介して、整流部ＲＦの第２の出力端子に流れる。これによれば、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに電流が流れるので、これら発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが点灯する。また、インダクタＬ２の一端から他端に電流が流れることで、インダクタＬ２にエネルギーが蓄えられることとなる。
【０００９】
上述のスイッチ素子Ｑ１に流れる電流、すなわちスイッチ素子Ｑ１のドレイン電流は、抵抗Ｒ１に流れることで電圧変換され、制御部１０に入力される。ここで、スイッチ素子Ｑ１がオン状態にしておくと、インダクタＬ２の一端から他端に流れる電流は、時間が経過するに従って増加する。また、スイッチ素子Ｑ１がオン状態である期間では、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流は、インダクタＬ２の一端から他端に流れる電流、すなわち定電流電源装置１００の出力電流に等しい。そして、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流を抵抗Ｒ１で電圧変換したものは、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流が増加するに従って高くなる。以上より、スイッチ素子Ｑ１がオン状態である期間では、制御部１０に入力される上述の電圧は、時間が経過するに従って上昇する。
【００１０】
制御部１０は、制御部１０に入力される上述の電圧、すなわちスイッチ素子Ｑ１のドレイン電流を抵抗Ｒ１で電圧変換したものを監視しており、この電圧のピーク値や平均値が予め定められた閾値電圧Ｖｒｅｆまで上昇すると、スイッチ素子Ｑ１のゲートにＬレベルのゲート信号を印加する。これによれば、スイッチ素子Ｑ１がオフ状態になる。
【００１１】
スイッチ素子Ｑ１がオフ状態になると、スイッチ素子Ｑ１がオン状態であった期間にインダクタＬ２に蓄えられたエネルギーにより、インダクタＬ２の一端から他端、ダイオードＤ３、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの順に電流が流れ、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが点灯する。スイッチ素子Ｑ１がオン状態であった期間にインダクタＬ２に蓄えられたエネルギーは、上述の順に電流が流れるに従って減少し、上述の順に流れる電流は、インダクタＬ２に蓄えられているエネルギーが減少するに従って減少する。このため、スイッチ素子Ｑ１がオフ状態になると、時間が経過するに従って、インダクタＬ２の一端から他端に流れる電流が減少する。
【００１２】
また、スイッチ素子Ｑ１がオフ状態になると、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流が「０」になるので、制御部１０に入力される上述の電圧は、「０」になる。
【００１３】
制御部１０は、制御部１０に入力される上述の電圧、すなわちスイッチ素子Ｑ１のドレイン電流を抵抗Ｒ１で電圧変換したものが「０」になってから、予め定められた時間が経過すると、スイッチ素子Ｑ１のゲートにＨレベルのゲート信号を印加する。これによれば、スイッチ素子Ｑ１がオン状態になる。
【００１４】
なお、定電流電源装置１００の出力電流、すなわち発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに流れる電流は、キャパシタＣ３により平滑化される。
【００１５】
また、第１の出力端子から出力される電流により、キャパシタＣ７は充電される。このため、交流電源Ｖｉｎから入力される交流電圧が変動しても、キャパシタＣ７に蓄えられたエネルギーがなくなるまでは、定電流電源装置１００は、定電流を出力できる。すなわち、キャパシタＣ７は、入力電圧の変動に対する定電流電源装置１００の定電流出力の安定性を確保する。そして、キャパシタＣ７の容量を大きくするに従って、入力電圧の変動に対する定電流電源装置１００の定電流出力の安定性を向上させることができる。
【００１６】
しかしながら、キャパシタＣ７の容量については、高周波規制により、単純に大きくすることはできない。そこで、定電流回路２０より定電流電源装置１００の入力側に、力率改善回路を設けることが考えられる。これによれば、力率改善回路により力率を改善することができるので、高周波規制を満たすことができる。また、力率改善回路の出力電圧は、直流であり、この直流電圧が定電流回路２０に入力されることになるので、定電流電源装置１００の出力電流リップルを抑えることができる。
【００１７】
ところが、力率改善回路を上述のように設けると、構成部品が増加してしまうため、定電流電源装置が大型化してしまう。そこで、定電流回路２０を制御する制御手段と、力率改善回路を制御する制御手段と、を兼用することが考えられる。これによれば、高周波規制を満たしつつ、入力電圧の変動に対する定電流出力の安定性を確保でき、かつ、出力電流リップルを抑えることのできる定電流電源装置について、小型化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００４−３５５８７２号公報
【特許文献２】特開２０１０−４０８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ところで、定電流電源装置１００では、上述のように、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流を抵抗Ｒ１で電圧変換したもののピーク値や平均値が予め定められた閾値電圧Ｖｒｅｆまで上昇すると、定電流回路２０に設けられたスイッチ素子Ｑ１をオフ状態にする。このため、定電流電源装置１００の起動時においては、定電流電源装置１００に交流電源Ｖｉｎから交流電力の入力が開始されてから、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流を抵抗Ｒ１で電圧変換したもののピーク値や平均値が閾値電圧Ｖｒｅｆに上昇するまでに時間がかかり、スイッチ素子Ｑ１がオン状態のままとなる期間が発生してしまう。
【００２０】
ここで、上述のように制御手段を定電流回路２０と力率改善回路とで兼用すると、スイッチ素子Ｑ１がオン状態のままである期間では、力率改善回路が動作してしたままの状態となってしまう。このため、上述のように制御手段を定電流回路２０と力率改善回路とで兼用すると、定電流電源装置１００の起動時において、定電流電源装置１００に過電流が流れてしまうおそれがあった。
【００２１】
上述の課題を鑑み、本発明は、高周波規制を満たしつつ、入力電圧の変動に対する定電流出力の安定性を確保でき、かつ、出力電流リップルを抑えることのできる定電流電源装置について、小型化するとともに、起動時に過電流が流れてしまうのを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
（１） 本発明は、負荷（例えば、図１の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに相当）に定電流を供給する定電流電源装置（例えば、図１の定電流電源装置１に相当）であって、定電流を出力する定電流回路（例えば、図１の定電流回路２０に相当）と、前記定電流回路より前記定電流電源装置の入力側に設けられた力率改善回路（例えば、図１の力率改善回路３０に相当）と、前記定電流回路を制御する制御手段（例えば、図１の制御部１０に相当）と、前記定電流電源装置への電力供給が開始されてから予め定められた時間が経過するまでの期間（例えば、図５の時刻ｔ２１〜ｔ２３の期間に相当）、前記定電流回路および前記力率改善回路の動作を停止させる起動遅延回路（例えば、図１の起動遅延回路４０に相当）と、を備え、前記力率改善回路は、前記制御手段から前記定電流回路に送信される制御信号に基づいて動作することを特徴とする定電流電源装置を提案している。
【００２３】
この発明によれば、負荷に定電流を供給する定電流電源装置に、定電流を出力する定電流回路と、定電流回路を制御する制御手段と、定電流電源装置への電力供給が開始されてから予め定められた時間が経過するまでの期間に定電流回路および力率改善回路の動作を停止させる起動遅延回路と、を設けるとともに、定電流回路より定電流電源装置の入力側に力率改善回路を設けた。そして、力率改善回路を、制御手段から定電流回路に送信される制御信号に基づいて動作させることとした。
【００２４】
このため、制御手段を、定電流回路と力率改善回路とで兼用することになるので、定電流電源装置を小型化することができる。
【００２５】
また、力率改善回路により力率を改善することができるので、高周波規制を満たすことができる。
【００２６】
また、入力電圧の変動に対する定電流出力の安定性に関わるキャパシタの容量について、上述の定電流電源装置１００では、高周波規制により単純に大きくすることができなかったが、本発明の定電流電源装置では、上述のように高周波規制を満たすことができるため、大きくすることができる。このため、入力電圧の変動に対する定電流出力の安定性を確保できる。
【００２７】
また、力率改善回路の出力電圧は、直流であり、この直流電圧が定電流回路に入力される。このため、定電流電源装置の出力電流リップルを抑えることができる。
【００２８】
また、上述のように制御手段を兼用するため、定電流回路における定電流制御のタイミングで力率改善回路を制御することになる。このため、力率改善回路における力率改善制御は、力率の改善に最適なタイミングで行われるわけではないので、力率改善回路の出力電圧は、入力電圧に対して依存性を有することになる。しかしながら、力率改善回路の後ろに定電流回路が設けられているため、定電流電源装置の出力電流は、定電流回路における定電流制御が行われた後のものである。したがって、定電流電源装置は、定電流を出力することができる。
【００２９】
また、定電流電源装置への電力供給が開始されてから予め定められた時間が経過するまでの期間では、定電流回路および力率改善回路の動作が停止する。このため、定電流電源装置の起動時において、力率改善回路が動作したままの状態となってしまうのを防止できるので、定電流電源装置に過電流が流れてしまうのを防止できる。
【００３０】
（２） 本発明は、（１）の定電流電源装置について、前記起動遅延回路は、前記定電流電源装置への電力供給が開始されてから予め定められた時間が経過するまでの期間（例えば、図５の時刻ｔ２１〜ｔ２３の期間に相当）、前記制御手段に、前記制御信号の出力を停止させることを特徴とする定電流電源装置を提案している。
【００３１】
この発明によれば、（１）の定電流電源装置において、起動遅延回路により、定電流電源装置への電力供給が開始されてから予め定められた時間が経過するまでの期間、制御手段に、制御信号の出力を停止させることとした。
【００３２】
このため、定電流電源装置への電力供給が開始されてから予め定められた時間が経過するまでの期間では、力率改善回路の動作が停止するので、上述した効果と同様の効果を奏することができる。
【００３３】
（３） 本発明は、（１）の定電流電源装置について、前記起動遅延回路（例えば、図６の起動遅延回路４０Ａに相当）は、前記定電流電源装置への電力供給が開始されてから予め定められた時間が経過するまでの期間（例えば、図５の時刻ｔ２１〜ｔ２３の期間に相当）、前記制御手段から出力された前記制御信号をマスクすることを特徴とする定電流電源装置を提案している。
【００３４】
この発明によれば、（１）の定電流電源装置において、起動遅延回路により、定電流電源装置への電力供給が開始されてから予め定められた時間が経過するまでの期間、制御手段から出力された制御信号をマスクすることとした。
【００３５】
このため、定電流電源装置への電力供給が開始されてから予め定められた時間が経過するまでの期間では、力率改善回路の動作が停止するので、上述した効果と同様の効果を奏することができる。
【００３６】
（４） 本発明は、（１）〜（３）のいずれかの定電流電源装置について、前記定電流回路は、前記負荷に流れる電流が入力端子（例えば、後述のドレインに相当）に入力される第１のスイッチ素子（例えば、図１のスイッチ素子Ｑ１に相当）と、前記第１のスイッチ素子に流れた電流を電圧変換する電流電圧変換手段（例えば、図１の抵抗Ｒ１に相当）と、を備え、前記制御手段は、前記電流電圧変換手段により変換された電圧に基づいて、前記第１のスイッチ素子に制御信号（例えば、後述のゲート信号に相当）を送信し、前記力率改善回路は、前記制御信号に基づいてチョッパ制御される第２のスイッチ素子（例えば、図１のスイッチ素子Ｑ２に相当）を備えることを特徴とする定電流電源装置を提案している。
【００３７】
この発明によれば、（１）〜（３）のいずれかの定電流電源装置において、定電流回路に、負荷に流れる電流が入力端子に入力される第１のスイッチ素子と、第１のスイッチ素子に流れた電流を電圧変換する電流電圧変換手段と、を設けた。また、制御手段により、電流電圧変換手段により変換された電圧に基づいて、第１のスイッチ素子に制御信号を送信することとした。また、力率改善回路に、制御信号に基づいてチョッパ制御される第２のスイッチ素子を設けた。
【００３８】
このため、定電流回路の入力電圧は、力率改善回路の出力電圧であるため、直流である。したがって、制御手段が第１のスイッチ素子に送信する制御信号のデューティ比は、略一定となり、第２のスイッチ素子は、第１のスイッチ素子に送信される制御信号に基づいて動作するため、第２のスイッチ素子のデューティ比も、略一定となる。よって、定電流電源装置の入力電流は、定電流電源装置の入力電圧に比例することになるので、定電流電源装置の力率を向上することができる。
【００３９】
なお、第２のスイッチ素子を第１のスイッチ素子で兼用すれば、定電流電源装置をさらに小型化することができる。ところが、兼用すると、第１のスイッチ素子には、負荷に流れる電流だけでなく、第２のスイッチ素子に流れていた電流も流れることとなる。このため、電流電圧変換手段により変換された電圧には、負荷に流れた電流を電圧変換したもの以外も含まれてしまう。これによれば、制御手段は、負荷に流れた電流を正確に検出することができなくなるため、定電流電源装置は、定電流制御を正確に行うことができず、定電流を出力できなくなってしまう。しかしながら、この発明によれば、第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子とを別々に設けているため、制御手段は、負荷に流れた電流を正確に検出することができる。したがって、定電流電源装置は、定電流制御を正確に行うことができ、定電流を出力することができる。
【００４０】
（５） 本発明は、（４）の定電流電源装置について、前記起動遅延回路による前記定電流回路および前記力率改善回路の動作の停止が解除された後に、前記第１のスイッチ素子および前記第２のスイッチ素子に対してソフトスタート制御を行うソフトスタート回路（例えば、図７のソフトスタート回路５０に相当）を備えることを特徴とする定電流電源装置を提案している。
【００４１】
この発明によれば、（４）の定電流電源装置において、起動遅延回路による定電流回路および力率改善回路の動作の停止が解除された後に、第１のスイッチ素子および第２のスイッチ素子に対してソフトスタート制御を行うソフトスタート回路を設けた。
【００４２】
このため、起動遅延回路による定電流回路および力率改善回路の動作の停止が解除された後では、第１のスイッチ素子および第２のスイッチ素子のオン幅は、急激に広くなるのではなく、時間が経過するに従って広くなる。したがって、定電流電源装置の起動時において、定電流電源装置に過電流が流れてしまうのをより確実に防止できる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、高周波規制を満たしつつ、入力電圧の変動に対する定電流出力の安定性を確保でき、かつ、出力電流リップルを抑えることのできる定電流電源装置について、小型化するとともに、起動時に過電流が流れてしまうのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る定電流電源装置の回路図である。
【図２】定常動作状態における前記定電流電源装置のタイミングチャートである。
【図３】定常動作状態において入力電圧が急変した場合における前記定電流電源装置のタイミングチャートである。
【図４】起動時における前記定電流電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】起動時における前記定電流電源装置のタイミングチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態に係る定電流電源装置の回路図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る定電流電源装置の回路図である。
【図８】前記定電流電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図９】前記定電流電源装置のタイミングチャートである。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る定電流電源装置の回路図である。
【図１１】本発明の第５実施形態に係る定電流電源装置の回路図である。
【図１２】本発明の第６実施形態に係る定電流電源装置の回路図である。
【図１３】本発明の第７実施形態に係る定電流電源装置の回路図である。
【図１４】従来例に係る定電流電源装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素などとの置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【００４６】
＜第１実施形態＞
［定電流電源装置１の構成］
図１は、本発明の第１実施形態に係る定電流電源装置１の回路図である。定電流電源装置１は、図１４に示した従来例に係る定電流電源装置１００とは、力率改善回路３０および起動遅延回路４０を備える点と、キャパシタＣ７の代わりにキャパシタＣ２を備える点と、が異なる。なお、定電流電源装置１において、定電流電源装置１００と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４７】
起動遅延回路４０は、制御部１０に接続される。
【００４８】
力率改善回路３０は、定電流回路２０より定電流電源装置１の入力側、より具体的には、定電流回路２０と交流電源Ｖｉｎとの間に設けられる。この力率改善回路３０は、キャパシタＣ１と、ダイオードＤ１、Ｄ２と、インダクタＬ１と、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチ素子Ｑ２と、を備える。
【００４９】
インダクタＬ１とダイオードＤ１とは、直列接続され、これらインダクタＬ１とダイオードＤ１とを直列接続したものには、ダイオードＤ２が並列接続される。そして、整流部ＲＦの第１の出力端子には、インダクタＬ１とダイオードＤ１とを直列接続したものと、ダイオードＤ２と、を介して、キャパシタＣ２および定電流回路２０が接続される。具体的には、整流部ＲＦの第１の出力端子には、インダクタＬ１の一端と、ダイオードＤ２のアノードと、が接続される。インダクタＬ１の他端には、ダイオードＤ１のアノードが接続される。ダイオードＤ１のカソードと、ダイオードＤ２のカソードとには、キャパシタＣ２の一方の電極と、ダイオードＤ３のカソードと、キャパシタＣ３の一方の電極と、発光ダイオードＬＥＤ１のアノードと、が接続される。
【００５０】
整流部ＲＦの第１の出力端子には、キャパシタＣ１の一方の電極も接続される。キャパシタＣ１の他方の電極には、整流部ＲＦの第２の出力端子が接続される。インダクタＬ１の他端には、スイッチ素子Ｑ２のドレインが接続され、スイッチ素子Ｑ２のソースには、整流部ＲＦの第２の出力端子が接続される。スイッチ素子Ｑ２のゲートには、スイッチ素子Ｑ１のゲートが接続される。
【００５１】
［定電流電源装置１の動作］
以上の構成を備える定電流電源装置１の動作は、起動時と起動完了後とで異なる。ここで、本実施形態では、制御部１０は、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流を抵抗Ｒ１で電圧変換したもののピーク値が閾値電圧Ｖｒｅｆまで上昇すると、スイッチ素子Ｑ１のゲートにＬレベルのゲート信号を印可するものとする。また、起動時とは、詳細については後述するが、定電流電源装置１に交流電源Ｖｉｎから交流電力の入力が開始されてから、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流を抵抗Ｒ１で電圧変換したもののピーク値が閾値電圧Ｖｒｅｆに上昇するまでの期間のことである。起動完了後とは、上述の期間が終了した後の期間のことである。
【００５２】
［起動完了後における定電流電源装置１の動作］
まず、起動完了後における定電流電源装置１の動作について、以下に説明する。起動完了後においては、定電流電源装置１は、定常動作状態となり、定電流回路２０を制御する制御部１０により、力率改善回路３０も制御して、定電流制御だけでなく力率改善制御も行う。具体的には、定電流電源装置１００と同様に、制御部１０により、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流に応じてスイッチ素子Ｑ１を制御することで、定電流電源装置１の出力電流に応じてスイッチ素子Ｑ１を制御して、定電流制御を行って、定電流を出力する。さらに、制御部１０により、スイッチ素子Ｑ１と同期してスイッチ素子Ｑ２を制御して、力率改善制御を行って、力率を改善する。
【００５３】
スイッチ素子Ｑ２のゲートには、上述のようにスイッチ素子Ｑ１のゲートが接続されている。このため、スイッチ素子Ｑ１のゲートに印加されるゲート信号は、スイッチ素子Ｑ２のゲートにも印加されるので、スイッチ素子Ｑ２は、スイッチ素子Ｑ１と同期してスイッチングすることとなる。
【００５４】
スイッチ素子Ｑ２を備える力率改善回路３０は、いわゆる昇圧型チョッパ回路で構成される。このため、整流部ＲＦの第１の出力端子から出力された直流電圧は、力率改善回路３０で昇圧され、定電流回路２０に供給されるとともに、キャパシタＣ２を充電する。なお、このキャパシタＣ２は、定電流電源装置１の起動時においては、ダイオードＤ２を介して電流が供給され、充電される。
【００５５】
定常動作状態では、入力電圧ＶＶｉｎが急変してしまうことが有り得る。そこで、定常動作状態における定電流電源装置１の動作と、入力電圧ＶＶｉｎが急変した場合における定電流電源装置１の動作と、について、図２、３を用いて以下に説明する。
【００５６】
図２は、定常動作状態における定電流電源装置１のタイミングチャートである。
【００５７】
ＶＶｉｎは、交流電源Ｖｉｎから入力される交流電圧、すなわち入力電圧を示し、ＩＶｉｎは、交流電源Ｖｉｎから入力される交流電流、すなわち入力電流を示す。
【００５８】
ＶＣ１は、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧を示す。このキャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１は、入力電圧ＶＶｉｎを整流部ＲＦで整流した後の電圧である。このため、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１の波形は、入力電圧ＶＶｉｎを整流した波形となる。
【００５９】
ＶＧＳＱ１およびＶＧＳＱ２は、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のそれぞれのゲート−ソース間電圧を示す。スイッチ素子Ｑ１のゲートに印加されるゲート信号は、スイッチ素子Ｑ２のゲートにも印加されるため、スイッチ素子Ｑ１のゲート−ソース間電圧ＶＧＳＱ１の波形と、スイッチ素子Ｑ２のゲート−ソース間電圧ＶＧＳＱ２の波形とは、等しく、同期してＨレベルの電圧ＶＨになったりＬレベルの電圧ＶＬになったりする。
【００６０】
ＩＬ１は、インダクタＬ１の一端から他端に流れる電流を示す。このインダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１は、スイッチ素子Ｑ２のスイッチングに応じて変化する。
【００６１】
ＶＣ２は、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧を示す。このキャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２は、入力電圧ＶＶｉｎに応じて変化する。ただし、電圧ＶＣ２の振幅は、入力電圧ＶＶｉｎの振幅と比べて大幅に狭くなる。
【００６２】
ＩＬ２は、インダクタＬ２の一端から他端に流れる電流を示す。このインダクタＬ２の一端から他端に流れる電流ＩＬ２は、スイッチ素子Ｑ１のスイッチングに応じて変動する。
【００６３】
ＩＬＥＤは、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのそれぞれに流れる平均電流を示す。この平均電流ＩＬＥＤは、インダクタＬ２の一端から他端に流れる電流ＩＬ２を平均化したものに等しい。
【００６４】
図３は、定常動作状態において入力電圧ＶＶｉｎが急変した場合における定電流電源装置１のタイミングチャートである。
【００６５】
図３では、時刻ｔ１〜ｔ２の期間に、入力電圧ＶＶｉｎが急変し、他の期間と比べて入力電圧ＶＶｉｎの振幅が小さくなっている。このため、時刻ｔ１〜ｔ２の期間では、他の期間と比べて、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１が低くなる。しかしながら、時刻ｔ１〜ｔ２の期間では、定常動作時に充電されたキャパシタＣ２から、蓄えられていたエネルギーが定電流回路２０に供給される。このため、時刻ｔ１〜ｔ２の期間では、キャパシタＣ２が放電されてしまうため、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２が低下するものの、インダクタＬ２の一端から他端に流れる電流ＩＬ２と、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのそれぞれに流れる平均電流ＩＬＥＤとは、図２に示した入力電圧ＶＶｉｎが急変していない場合と変わらない。
【００６６】
［起動時における定電流電源装置１の動作］
次に、起動時における定電流電源装置１の動作について、以下に説明する。起動時においては、定電流電源装置１は、制御部１０の起動を起動遅延回路４０により遅延させて、定電流回路２０における定電流制御と、力率改善回路３０における力率改善制御と、を停止させる。
【００６７】
ここで、定電流電源装置１に起動遅延回路４０が設けられていない場合について、図４を用いて説明する。
【００６８】
図４は、起動時における定電流電源装置２００のタイミングチャートである。定電流電源装置２００とは、起動遅延回路４０が設けられていない定電流電源装置１のことを示すものとする。ＳＴ１０は、制御部１０の状態を示し、ＶＣ３は、キャパシタＣ３の一方の電極の電圧を示す。
【００６９】
時刻ｔ１１において、交流電源Ｖｉｎから定電流電源装置２００に対して交流電力の入力を開始して、定電流電源装置２００の起動を開始したものとする。すると、以降では、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１は、入力電圧ＶＶｉｎに応じて変化する。
【００７０】
時刻ｔ１１から所定の時間が経過した時刻ｔ１２において、制御部１０がオン状態になったものとする。すると、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流を抵抗Ｒ１で電圧変換したもののピーク値は、閾値電圧Ｖｒｅｆ未満であるため、制御部１０から出力されるゲート信号は、Ｈレベルの電圧ＶＨとなる。このため、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２がともにオン状態となり、インダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１は、時間が経過するに従って増加する。また、キャパシタＣ２には、上述のようにダイオードＤ２を介して電流が供給されるため、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２は、時間が経過するに従って上昇する。
【００７１】
ここで、インダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１の増加は、以下の２つの要因により起こる。
【００７２】
１つ目の要因は、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１と、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２と、の電位差が比較的小さいということである。これら電圧ＶＣ１とＶＣ２との電位差が小さくなるに従って、スイッチ素子Ｑ２のオフ状態における電流ＩＬ１の減少する度合いが低くなる。そして、スイッチ素子Ｑ２のオフ状態において電流ＩＬ１がゼロレベルまで減少しなくなると、電流ＩＬ１はリセットされることなく蓄積され、その結果、インダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１が増加してしまう。
【００７３】
２つ目の要因は、スイッチ素子Ｑ２がオン状態のままであるということである。スイッチ素子Ｑ２がオン状態のままである時間が長くなるに従って、すなわちスイッチ素子Ｑ２のオン幅が広くなるに従って、インダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１は、増加する。
【００７４】
なお、時刻ｔ１２から後述の時刻ｔ１３までの期間では、スイッチ素子Ｑ２のオン幅が定常動作状態の場合と比べて広いため、１つ目の要因と比べて２つ目の要因の方が、インダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１の増加に大きく影響している。
【００７５】
時刻ｔ１２から所定の時間が経過した時刻ｔ１３において、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流を抵抗Ｒ１で電圧変換したもののピーク値が閾値電圧Ｖｒｅｆまで上昇したものとする。すると、制御部１０から出力されるゲート信号は、Ｌレベルとなり、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２がオフ状態となり、以降では、定電流電源装置１と同様に、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流に応じて定電流制御および力率改善制御が行われることとなる。
【００７６】
ここで、スイッチ素子Ｑ２のオン幅は、定常動作状態の場合と略等しくなるので、上述の２つ目の要因は、小さくなる。一方、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１と、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２と、の電位差は、時刻ｔ１２〜ｔ１３の期間から大きな変化がないため、上述の１つ目の要因は、小さくならない。以上より、上述の１つ目の要因により、インダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１の上昇は、継続される。
【００７７】
しかしながら、力率改善制御が行われる力率改善回路３０は、上述のように昇圧型チョッパ回路で構成されているため、力率改善回路３０の出力により充電されるキャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２は、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１と比べて上昇する。このため、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１と、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２と、の電位差は、時間が経過するに従って大きくなる。
【００７８】
時刻ｔ１３から所定の時間が経過した時刻ｔ１４において、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１と、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２と、の電位差が十分に大きくなったものとする。すると、インダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１は、時間が経過するに従って減少し、時刻ｔ１５では、ゼロレベルにまで減少する。
【００７９】
以上のように、定電流電源装置２００、すなわち定電流電源装置１に起動遅延回路４０が設けられていない場合には、起動時において、時刻ｔ１２〜ｔ１３の期間のようにスイッチ素子Ｑ２のオン幅が広くなり、力率改善回路３０が動作したままの状態となってしまい、インダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１が増加してしまう。このインダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１は、スイッチ素子Ｑ２のドレイン電圧と、インダクタＬ１のインダクタンス値と、によって定まるが、この電流ＩＬ１が大きくなるに従って、インダクタＬ１が飽和しやすくなる。インダクタＬ１が飽和してしまうと、整流部ＲＦやスイッチ素子Ｑ２といった、入力ラインに接続されている素子に過電流が流れてしまうおそれがある。
【００８０】
しかしながら、定電流電源装置１には、上述のように起動遅延回路４０が設けられている。このため、定電流電源装置１は、図５を用いて後述するように、起動時においてスイッチ素子Ｑ２のオン幅が広くなってしまうのを防止して、力率改善回路３０が動作したままの状態となってしまうのを防止できる。
【００８１】
図５は、起動時における定電流電源装置１のタイミングチャートである。ＳＴ４０は、起動遅延回路４０の状態を示す。
【００８２】
時刻ｔ２１において、交流電源Ｖｉｎから定電流電源装置１に対して交流電力の入力を開始して、定電流電源装置１の起動を開始したものとする。定電流電源装置１への交流電力の入力が開始されると、起動遅延回路４０がオン状態になる。起動遅延回路４０は、オン状態において、制御部１０から出力されるゲート信号をＬレベルの電圧ＶＬにする。
【００８３】
時刻ｔ２１から所定の時間が経過した時刻ｔ２２において、制御部１０がオン状態になったものとする。しかしながら、上述のように、制御部１０から出力されるゲート信号を起動遅延回路４０がＬレベルの電圧ＶＬにしているため、スイッチ素子Ｑ１のゲート―ソース間電圧ＶＧＳＱ１およびスイッチ素子Ｑ２のゲート−ソース間電圧ＶＧＳＱ２がＶＬのままとなり、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２はともにオフ状態のままとなる。このため、インダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１は、ゼロのままである。ただし、キャパシタＣ２は、上述のようにダイオードＤ２を介して電流が供給されるため、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２は、時間が経過するに従って上昇する。また、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２がオフ状態のままであるため、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１は、整流部ＲＦの第１の出力端子から出力される電圧ＶＲＦＯＵＴのピーク値で維持される。
【００８４】
時刻ｔ２１から予め定められた時間Ｔ１が経過した時刻ｔ２３において、起動遅延回路４０がオフ状態になる。すると、図４の時刻ｔ１３以降と同様に、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流に応じて定電流制御および力率改善制御が行われることとなる。
【００８５】
上述の予め定められた時間Ｔ１については、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２が、整流部ＲＦの第１の出力端子から出力される電圧ＶＲＦＯＵＴのピーク値まで上昇するまでの時間以上に設定される。この予め定められた時間Ｔ１は、例えば交流電源Ｖｉｎから入力される交流電力の周波数が５０Ｈｚの場合には、１０ｍｓ以上に設定される。
【００８６】
以上の定電流電源装置１によれば、以下の効果を奏することができる。
【００８７】
定電流電源装置１は、定電流回路２０を制御する制御部１０により、力率改善回路３０も制御する。このため、制御部１０を、定電流回路２０と力率改善回路３０とで兼用することになるので、定電流電源装置１を小型化することができる。
【００８８】
また、定電流電源装置１は、力率改善回路３０により力率改善制御を行って、力率を改善する。このため、高周波規制を満たすことができる。
【００８９】
また、上述の定電流電源装置１００では、入力電圧ＶＶｉｎの変動に対する定電流出力の安定性に関わるキャパシタＣ７の容量について、高周波規制により単純に大きくすることができなかった。これに対して、定電流電源装置１では、上述のように高周波規制を満たすことができるため、入力電圧ＶＶｉｎの変動に対する定電流出力の安定性に関わるキャパシタＣ２の容量について、大きくすることができる。このため、入力電圧の変動に対する定電流出力の安定性を確保できる。
【００９０】
また、定電流電源装置１では、力率改善回路３０の出力電圧は、直流であり、この直流電圧が定電流回路２０に入力される。このため、定電流電源装置１の出力電流リップルを抑えることができる。
【００９１】
また、定電流電源装置１は、上述のように制御部１０を兼用するため、定電流回路２０における定電流制御のタイミングで力率改善回路３０を制御することになる。このため、力率改善回路３０における力率改善制御は、力率の改善に最適なタイミングで行われるわけではないので、力率改善回路３０の出力電圧は、入力電圧に対して依存性を有することになる。しかしながら、力率改善回路３０の後ろに定電流回路２０が設けられているため、定電流電源装置１の出力電流は、定電流回路２０における定電流制御が行われた後のものである。したがって、定電流電源装置１は、定電流を出力することができる。
【００９２】
また、定電流電源装置１では、定電流回路２０の入力電圧は、上述のように直流である。このため、制御部１０がスイッチ素子Ｑ１に送信するゲート信号のデューティ比は、略一定となり、スイッチ素子Ｑ２は、スイッチ素子Ｑ１に送信されるゲート信号に基づいて動作するため、スイッチ素子Ｑ２のデューティ比も、略一定となる。したがって、定電流電源装置１の入力電流は、定電流電源装置１の入力電圧に比例することになるので、定電流電源装置１の力率を向上することができる。
【００９３】
また、スイッチ素子Ｑ２をスイッチ素子Ｑ１で兼用すれば、定電流電源装置１をさらに小型化することができる。ところが、兼用すると、スイッチ素子Ｑ１には、定電流電源装置１の出力電流だけでなく、スイッチ素子Ｑ２に流れていた電流も流れることとなる。このため、制御部１０は、定電流電源装置１の出力電流を正確に検出することができなくなるため、定電流制御を正確に行うことができず、定電流を出力できなくなってしまう。しかしながら、定電流電源装置１は、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とを別々に備えているため、制御部１０は、定電流電源装置１の出力電流を正確に検出することができる。したがって、定電流電源装置１は、定電流制御を正確に行うことができ、定電流を出力することができる。
【００９４】
また、定電流電源装置１では、力率改善回路３０は、いわゆる昇圧型チョッパ回路で構成される。このため、力率改善回路３０の出力電圧は、入力電圧ＶＶｉｎと比べて高くなる。したがって、昇圧型チョッパ回路で構成される力率改善回路３０を備えていない場合と比べて、多くのエネルギーをキャパシタＣ２に蓄積させることができ、長時間に亘ってキャパシタＣ２から定電流回路２０に電力を供給することができるので、定電流電源装置１は、長時間に亘って定電流を出力することができる。
【００９５】
また、定電流電源装置１では、交流電源Ｖｉｎから交流電力の入力が開始されてから予め定められた時間Ｔ１が経過するまでの期間において、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２がともにオフ状態のままとなり、定電流回路２０および力率改善回路３０の動作が停止する。このため、定電流電源装置１の起動時において、スイッチ素子Ｑ２がオン状態のままとなってしまうのを防止して、力率改善回路３０が動作したままの状態となってしまうのを防止できるので、定電流電源装置１に過電流が流れてしまうのを防止できる。
【００９６】
＜第２実施形態＞
［定電流電源装置１Ａの構成］
図６は、本発明の第２実施形態に係る定電流電源装置１Ａの回路図である。定電流電源装置１Ａは、図１に示した本発明の第１実施形態に係る定電流電源装置１とは、起動遅延回路４０の代わりに起動遅延回路４０Ａを備える点が異なる。なお、定電流電源装置１Ａにおいて、定電流電源装置１と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００９７】
起動遅延回路４０Ａは、制御部１０と、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のそれぞれのゲートと、の間に設けられる。
【００９８】
［定電流電源装置１Ａの動作］
以上の構成を備える定電流電源装置１Ａは、定電流電源装置１と同様に、起動時において、起動遅延回路４０Ａにより、定電流回路２０における定電流制御と、力率改善回路３０における力率改善制御と、を停止させる。起動遅延回路４０Ａは、起動遅延回路４０と同様に、交流電源Ｖｉｎから定電流電源装置１Ａへの交流電力の入力が開始されるとオン状態になり、予め定められた時間Ｔ１が経過するとオフ状態になる。ただし、オン状態において、起動遅延回路４０は、制御部１０から出力されるゲート信号をＬレベルの電圧ＶＬにするのに対して、起動遅延回路４０Ａは、制御部１０から出力されるゲート信号をマスクして、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のゲートにはＬレベルの電圧が印可されるようにする。
【００９９】
以上の定電流電源装置１Ａによれば、定電流電源装置１が奏することのできる上述の効果と同様の効果を奏することができる。
【０１００】
＜第３実施形態＞
［定電流電源装置１Ｂの構成］
図７は、本発明の第３実施形態に係る定電流電源装置１Ｂの回路図である。定電流電源装置１Ｂは、図１に示した本発明の第１実施形態に係る定電流電源装置１とは、ソフトスタート回路５０を備える点が異なる。なお、定電流電源装置１Ｂにおいて、定電流電源装置１と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１０１】
ソフトスタート回路５０は、起動遅延回路４０と制御部１０との間に設けられる。
【０１０２】
［定電流電源装置１Ｂの動作］
以上の構成を備える定電流電源装置１Ｂは、定電流電源装置１と同様に、起動時において、制御部１０の起動を起動遅延回路４０により遅延させて、定電流回路２０における定電流制御と、力率改善回路３０における力率改善制御と、を停止させる。さらに、起動遅延回路４０による制御部１０の起動の遅延が終了した後に、ソフトスタート回路５０により、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２に対してソフトスタート制御を行う。
【０１０３】
ここで、ソフトスタート回路５０が設けられていない定電流電源装置１では、図５の時刻ｔ２３〜ｔ２４の期間のように、スイッチ素子Ｑ２のオフ状態においてインダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１がゼロレベルまで減少しない期間が発生してしまう。
【０１０４】
図８は、図５の時刻ｔ２３〜ｔ２４の期間を拡大した図である。時刻ｔ２３〜ｔ２４の期間では、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１と、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２と、の電位差が比較的小さい。このため、上述の１つ目の要因により、インダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１が増加してしまっている。
【０１０５】
しかしながら、定電流電源装置１Ｂには、上述のようにソフトスタート回路５０が設けられている。このため、定電流電源装置１Ｂは、図９を用いて後述するように、起動遅延回路４０による制御部１０の起動の遅延が終了した後に、スイッチ素子Ｑ２のオフ状態においてインダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１をゼロレベルまで減少させることができる。
【０１０６】
図９は、図８と対になる図であり、起動遅延回路４０による制御部１０の起動の遅延が終了した後における定電流電源装置１Ｂのタイミングチャートである。
【０１０７】
時刻ｔ３３において、起動遅延回路４０がオフ状態になり、起動遅延回路４０による制御部１０の起動の遅延が終了したものとする。すると、ソフトスタート回路５０は、制御部１０に制御信号を送信して、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２に対してソフトスタート制御を行わせる。このため、スイッチ素子Ｑ１のゲート−ソース間電圧ＶＧＳＱ１のオン幅と、スイッチ素子Ｑ２のゲート−ソース間電圧ＶＧＳＱ２のオン幅とは、時間が経過するに従って広くなっている。これによれば、起動遅延回路４０による制御部１０の起動の遅延が終了した際に、定電流電源装置１と比べて、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のそれぞれのオン幅が狭くなるため、スイッチ素子Ｑ２のオン状態におけるインダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１の上昇が抑制される。したがって、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１と、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２と、の電位差が比較的小さいために、スイッチ素子Ｑ２のオフ状態における電流ＩＬ１の減少する度合いが低くなっていても、スイッチ素子Ｑ２のオフ状態においてインダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１がゼロレベルまたはゼロレベル近傍まで減少することになる。よって、電流ＩＬ１の蓄積が抑制され、その結果、インダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１の増加が抑制されている。
【０１０８】
以上の定電流電源装置１Ｂによれば、定電流電源装置１が奏することのできる上述の効果に加えて、以下の効果を奏することができる。
【０１０９】
定電流電源装置１Ｂは、起動遅延回路４０による制御部１０の起動の遅延が終了した後に、ソフトスタート回路５０により、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２に対してソフトスタート制御を行う。このため、起動遅延回路４０による制御部１０の起動の遅延が終了した後では、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のオン幅は、急激に広くなるのではなく、時間が経過するに従って広くなり、インダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１の増加が抑制される。したがって、定電流電源装置１に過電流が流れてしまうのをより確実に防止できる。
【０１１０】
＜第４実施形態＞
［起動遅延回路４０Ｂおよびソフトスタート回路５０Ａの構成］
図１０は、本発明の第４実施形態に係る定電流電源装置１Ｃに設けられる起動遅延回路４０Ｂおよびソフトスタート回路５０Ａの回路図である。起動遅延回路４０Ｂおよびソフトスタート回路５０Ａは、図７に示した本発明の第３実施形態に係る定電流電源装置１Ｂに設けられる起動遅延回路４０およびソフトスタート回路５０の具体的な回路の一例である。なお、定電流電源装置１Ｃにおいて、定電流電源装置１Ｂと同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１１１】
起動遅延回路４０Ｂは、抵抗Ｒ４〜Ｒ７と、キャパシタＣ５と、ＮＰＮ型トランジスタで構成されるスイッチ素子Ｑ３、Ｑ４と、を備える。抵抗Ｒ６の一端には、キャパシタＣ２の一方の電極が接続され、抵抗Ｒ６の他端には、抵抗Ｒ７を介して、キャパシタＣ２の他方の電極が接続される。抵抗Ｒ７には、キャパシタＣ５が並列接続される。抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７との接続点には、スイッチ素子Ｑ４のベースが接続される。
【０１１２】
抵抗Ｒ４の一端には、制御部１０に設けられたレギュレータを介して、キャパシタＣ２の一方の電極が接続される。抵抗Ｒ４の他端には、抵抗Ｒ５を介して、キャパシタＣ２の他方の電極が接続される。抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５との接続点には、スイッチ素子Ｑ４のコレクタと、スイッチ素子Ｑ３のベースと、が接続される。スイッチ素子Ｑ３のエミッタには、キャパシタＣ２の他方の電極が接続される。
【０１１３】
ソフトスタート回路５０Ａは、抵抗Ｒ２、Ｒ３と、キャパシタＣ４と、を備える。抵抗Ｒ２の一端には、制御部１０に設けられたレギュレータを介して、キャパシタＣ２の一方の電極が接続される。抵抗Ｒ２の他端には、抵抗Ｒ３を介して、キャパシタＣ２の他方の電極が接続される。抵抗Ｒ３には、キャパシタＣ４が並列接続される。また、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との接続点には、制御部１０と、スイッチ素子Ｑ３のコレクタと、が接続される。
【０１１４】
［起動遅延回路４０Ｂおよびソフトスタート回路５０Ａの動作］
以上の構成を備える起動遅延回路４０Ｂおよびソフトスタート回路５０Ａは、それぞれ、上述の起動遅延回路４０およびソフトスタート回路５０と同様に動作する。具体的には、交流電源Ｖｉｎから交流電力の入力が開始されると、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２は、図４を用いて上述したように、時間が経過するに従って上昇し、抵抗Ｒ６およびキャパシタＣ５で構成される時定数回路に印加される。このため、交流電源Ｖｉｎから交流電力の入力が開始されてから、抵抗Ｒ６およびキャパシタＣ５で構成される時定数回路の時定数により定まる時間が経過するまでは、スイッチ素子Ｑ４がオフ状態であり、上述の時間が経過すると、スイッチ素子Ｑ４がオン状態になる。
【０１１５】
なお、抵抗Ｒ６およびキャパシタＣ５で構成される時定数回路の時定数により定まる時間とは、上述の予め定められた時間Ｔ１のことである。このため、抵抗Ｒ６の抵抗値やキャパシタＣ５の容量を設定することで、予め定められた時間Ｔ１を任意に設定することができる。
【０１１６】
スイッチ素子Ｑ４がオフ状態である期間、すなわち定電流電源装置１Ｃの起動を開始してから予め定められた時間Ｔ１が経過するまでの期間では、スイッチ素子Ｑ３のベースに、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２を上述のレギュレータで定電圧化したものが印加され、スイッチ素子Ｑ３がオン状態になる。このため、制御部１０には、上述の閾値電圧Ｖｒｅｆとして、キャパシタＣ２の他方の電極の電圧、すなわちＬレベルの電圧ＶＬが印加されることとなる。したがって、制御部１０は、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２をオフ状態にする。
【０１１７】
一方、スイッチ素子Ｑ４がオン状態になった後、すなわち定電流電源装置１Ｃの起動を開始してから予め定められた時間Ｔ１が経過した後では、スイッチ素子Ｑ３がオフ状態になる。このため、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２を上述のレギュレータで定電圧化したものが、抵抗Ｒ２およびキャパシタＣ４で構成される時定数回路に印加される。このため、抵抗Ｒ２およびキャパシタＣ４で構成される時定数回路により定まる時間が経過するまでは、上述の閾値電圧Ｖｒｅｆは、時間が経過するに従って上昇する。したがって、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のオン幅は、時間が経過するに従って広くなり、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２に対してソフトスタート制御が行われることとなる。
【０１１８】
以上の定電流電源装置１Ｃによれば、定電流電源装置１Ｂが奏することのできる上述の効果と同様の効果を奏することができる。
【０１１９】
＜第５実施形態＞
［起動遅延回路４０Ｃおよびソフトスタート回路５０Ａの構成］
図１１は、本発明の第５実施形態に係る定電流電源装置１Ｄに設けられる起動遅延回路４０Ｃおよびソフトスタート回路５０Ａの回路図である。起動遅延回路４０Ｃおよびソフトスタート回路５０Ａは、図７に示した本発明の第３実施形態に係る定電流電源装置１Ｂに設けられる起動遅延回路４０およびソフトスタート回路５０の具体的な回路の一例である。なお、定電流電源装置１Ｄにおいて、定電流電源装置１Ｂ、１Ｃと同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１２０】
起動遅延回路４０Ｃは、抵抗Ｒ６〜Ｒ９と、キャパシタＣ５と、ＮＰＮ型トランジスタで構成されるスイッチ素子Ｑ４と、ＰＮＰ型トランジスタで構成されるスイッチ素子Ｑ５と、を備える。スイッチ素子Ｑ４のエミッタには、キャパシタＣ２の他方の電極が接続され、スイッチ素子Ｑ４のコレクタには、抵抗Ｒ８および抵抗Ｒ９を介して、キャパシタＣ２の他方の電極が接続される。抵抗Ｒ８と抵抗Ｒ９との接続点には、スイッチ素子Ｑ５のベースが接続される。スイッチ素子Ｑ５のエミッタには、キャパシタＣ２の一方の電極が接続され、スイッチ素子Ｑ５のコレクタには、制御部１０に設けられたレギュレータが接続される。
【０１２１】
［起動遅延回路４０Ｃおよびソフトスタート回路５０Ａの動作］
以上の構成を備える起動遅延回路４０Ｃおよびソフトスタート回路５０Ａは、それぞれ、上述の起動遅延回路４０およびソフトスタート回路５０と同様に動作する。具体的には、交流電源Ｖｉｎから交流電力の入力が開始されてから、抵抗Ｒ６およびキャパシタＣ５で構成される時定数回路の時定数により定まる時間が経過するまでは、スイッチ素子Ｑ４がオフ状態であり、上述の時間が経過すると、スイッチ素子Ｑ４がオン状態になる。
【０１２２】
スイッチ素子Ｑ４がオフ状態である期間、すなわち定電流電源装置１Ｃの起動を開始してから予め定められた時間Ｔ１が経過するまでの期間では、スイッチ素子Ｑ５のベースに、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２が印加され、スイッチ素子Ｑ５がオフ状態になる。このため、制御部１０に設けられたレギュレータに、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２が印加されないため、制御部１０には、上述の閾値電圧Ｖｒｅｆとして、キャパシタＣ２の他方の電極の電圧、すなわちＬレベルの電圧ＶＬが印加されることとなる。したがって、制御部１０は、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２をオフ状態にする。
【０１２３】
一方、スイッチ素子Ｑ４がオン状態になった後、すなわち定電流電源装置１Ｃの起動を開始してから予め定められた時間Ｔ１が経過した後では、スイッチ素子Ｑ５がオン状態になる。このため、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２を上述のレギュレータで定電圧化したものが、抵抗Ｒ２およびキャパシタＣ４で構成される時定数回路に印加される。このため、抵抗Ｒ２およびキャパシタＣ４で構成される時定数回路により定まる時間が経過するまでは、上述の閾値電圧Ｖｒｅｆは、時間が経過するに従って上昇する。したがって、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のオン幅は、時間が経過するに従って広くなり、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２に対してソフトスタート制御が行われることとなる。
【０１２４】
以上の定電流電源装置１Ｃによれば、定電流電源装置１Ｂが奏することのできる上述の効果と同様の効果を奏することができる。
【０１２５】
＜第６実施形態＞
［起動遅延回路４０Ｄおよびソフトスタート回路５０Ａの構成］
図１２は、本発明の第６実施形態に係る定電流電源装置１Ｅに設けられる起動遅延回路４０Ｄおよびソフトスタート回路５０Ａの回路図である。起動遅延回路４０Ｄおよびソフトスタート回路５０Ａは、図７に示した本発明の第３実施形態に係る定電流電源装置１Ｂに設けられる起動遅延回路４０およびソフトスタート回路５０の具体的な回路の一例である。なお、定電流電源装置１Ｅにおいて、定電流電源装置１Ｂ、１Ｃ、１Ｄと同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１２６】
起動遅延回路４０Ｄは、抵抗Ｒ５〜Ｒ７、Ｒ１０〜Ｒ１３と、キャパシタＣ６と、ダイオードＤ４、Ｄ５と、ツェナーダイオードＤＺと、ＮＰＮ型トランジスタで構成されるスイッチ素子Ｑ３と、ＰＮＰ型トランジスタで構成されるスイッチ素子Ｑ６、Ｑ７と、を備える。
【０１２７】
キャパシタＣ６は、抵抗Ｒ６に並列接続される。抵抗Ｒ１３の一端には、キャパシタＣ２の一方の電極が接続され、抵抗Ｒ１３の他端には、ツェナーダイオードＤＺのカソードと、スイッチ素子Ｑ７のベースと、が接続される。ツェナーダイオードＤＺのアノードには、抵抗Ｒ７を介してキャパシタＣ２の他方の電極が接続される。スイッチ素子Ｑ７のエミッタには、キャパシタＣ２の一方の電極が接続される。スイッチ素子Ｑ７のコレクタには、スイッチ素子Ｑ６のベースが接続されるとともに、抵抗Ｒ１１を介してキャパシタＣ２の他方の電極が接続される。
【０１２８】
スイッチ素子Ｑ６のエミッタには、キャパシタＣ２の一方の電極が接続され、スイッチ素子Ｑ６のコレクタには、ダイオードＤ４のアノードと、ダイオードＤ５のアノードと、が接続される。スイッチ素子Ｑ５のカソードには、抵抗Ｒ１２および抵抗Ｒ７を介して、キャパシタＣ２の他方の電極が接続される。ダイオードＤ４のカソードには、抵抗Ｒ１０および抵抗Ｒ５を介してキャパシタＣ２の他方の電極が接続されるとともに、スイッチ素子Ｑ３のベースが接続される。スイッチ素子Ｑ３のエミッタには、キャパシタＣ２の他方の電極が接続され、スイッチ素子Ｑ３のコレクタには、制御部１０が接続される。
【０１２９】
［起動遅延回路４０Ｄおよびソフトスタート回路５０Ａの動作］
以上の構成を備える起動遅延回路４０Ｄおよびソフトスタート回路５０Ａは、それぞれ、上述の起動遅延回路４０およびソフトスタート回路５０と同様に動作する。具体的には、交流電源Ｖｉｎから交流電力の入力が開始されてから、抵抗Ｒ７およびキャパシタＣ６で構成される時定数回路の時定数により定まる時間が経過するまでは、スイッチ素子Ｑ７がオフ状態であり、上述の時間が経過すると、スイッチ素子Ｑ７がオン状態になる。
【０１３０】
スイッチ素子Ｑ７がオフ状態である期間、すなわち定電流電源装置１Ｄの起動を開始してから予め定められた時間Ｔ１が経過するまでの期間では、スイッチ素子Ｑ６がオン状態になり、スイッチ素子Ｑ３がオン状態になる。このため、制御部１０には、上述の閾値電圧Ｖｒｅｆとして、キャパシタＣ２の他方の電極の電圧、すなわちＬレベルの電圧ＶＬが印加されることとなる。したがって、制御部１０は、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２をオフ状態にする。
【０１３１】
一方、スイッチ素子Ｑ７がオン状態になった後、すなわち定電流電源装置１Ｄの起動を開始してから予め定められた時間Ｔ１が経過した後では、スイッチ素子Ｑ６がオフ状態になり、スイッチ素子Ｑ３がオフ状態になる。このため、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２を上述のレギュレータで定電圧化したものが、抵抗Ｒ２およびキャパシタＣ４で構成される時定数回路に印加される。このため、抵抗Ｒ２およびキャパシタＣ４で構成される時定数回路により定まる時間が経過するまでは、上述の閾値電圧Ｖｒｅｆは、時間が経過するに従って上昇する。したがって、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のオン幅は、時間が経過するに従って広くなり、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２に対してソフトスタート制御が行われることとなる。
【０１３２】
以上の定電流電源装置１Ｄによれば、定電流電源装置１Ｂが奏することのできる上述の効果と同様の効果を奏することができる。
【０１３３】
＜第７実施形態＞
［起動遅延回路４０Ｅおよびソフトスタート回路５０Ａの構成］
図１３は、本発明の第７実施形態に係る定電流電源装置１Ｆに設けられる起動遅延回路４０Ｅおよびソフトスタート回路５０Ａの回路図である。起動遅延回路４０Ｅおよびソフトスタート回路５０Ａは、図７に示した本発明の第３実施形態に係る定電流電源装置１Ｂに設けられる起動遅延回路４０およびソフトスタート回路５０の具体的な回路の一例である。なお、定電流電源装置１Ｆにおいて、定電流電源装置１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅと同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１３４】
起動遅延回路４０Ｅは、抵抗Ｒ６、Ｒ７と、リセット回路４１と、を備える。抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７との接続点には、リセット回路４１が接続される。このリセット回路４１には、制御部１０が接続されるとともに、制御部１０に設けられたレギュレータを介して、キャパシタＣ２の一方の電極が接続される。
【０１３５】
［起動遅延回路４０Ｅおよびソフトスタート回路５０Ａの動作］
以上の構成を備える起動遅延回路４０Ｅおよびソフトスタート回路５０Ａは、それぞれ、上述の起動遅延回路４０およびソフトスタート回路５０と同様に動作する。具体的には、リセット回路４１によりキャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２を監視する。
【０１３６】
交流電源Ｖｉｎから交流電力の入力が開始されると、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２は、図４を用いて上述したように、時間が経過するに従って上昇する。キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２がゼロから上昇し始めてから予め定められた時間Ｔ１が経過するまでの時間、すなわち定電流電源装置１Ｆの起動を開始してから予め定められた時間Ｔ１が経過するまでの期間では、リセット回路４１により、制御部１０に、上述の閾値電圧Ｖｒｅｆとして、キャパシタＣ２の他方の電極の電圧、すなわちＬレベルの電圧ＶＬが印加させる。これによれば、制御部１０は、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２をオフ状態にする。
【０１３７】
一方、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２がゼロから上昇し始めてから予め定められた時間Ｔ１が経過した後、すなわち定電流電源装置１Ｆの起動を開始してから予め定められた時間Ｔ１が経過した後では、リセット回路４１により、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２を上述のレギュレータで定電圧化したものを、抵抗Ｒ２およびキャパシタＣ４で構成される時定数回路に印加させる。このため、抵抗Ｒ２およびキャパシタＣ４で構成される時定数回路により定まる時間が経過するまでは、上述の閾値電圧Ｖｒｅｆは、時間が経過するに従って上昇する。したがって、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のオン幅は、時間が経過するに従って広くなり、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２に対してソフトスタート制御が行われることとなる。
【０１３８】
以上の定電流電源装置１Ｅによれば、定電流電源装置１Ｂが奏することのできる上述の効果と同様の効果を奏することができる。
【０１３９】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【０１４０】
例えば、上述の各実施形態では、制御部１０は、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流を抵抗Ｒ１で電圧変換したもののピーク値が閾値電圧Ｖｒｅｆまで上昇すると、スイッチ素子Ｑ１のゲートにＬレベルのゲート信号を印可するものとした。しかしながら、これに限らず、例えば、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流を抵抗Ｒ１で電圧変換したものの平均値が閾値電圧Ｖｒｅｆまで上昇すると、スイッチ素子Ｑ１のゲートにＬレベルのゲート信号を印可するものとしてもよい。
【０１４１】
また、上述の各実施形態では、定電流回路２０は、いわゆる降圧回路で構成されているが、これに限らず、昇圧回路で構成されるものとしてもよい。
【０１４２】
また、上述の各実施形態では、定電流電源装置１は、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに定電流を供給するものとしたが、これに限らず、モータといった定電流を必要とするものに定電流を供給できる。
【０１４３】
また、上述の第４〜第７実施形態では、制御部１０に設けられたレギュレータは、キャパシタＣ２の一方の電極に接続されるものとしたが、これに限らず、例えば、キャパシタＣ１の一方の電極や、発光ダイオードＬＥＤｎのカソードに接続してもよい。これによれば、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧の代わりに、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧を用いたり、発光ダイオードＬＥＤｎのカソードの電圧を用いたりして、起動遅延回路４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ、４０Ｅやソフトスタート回路５０Ａが動作することとなる。
【符号の説明】
【０１４４】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１００、２００；定電流電源装置
１０；制御部
２０；定電流回路
３０；力率改善回路
４０、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ、４０Ｅ；起動遅延回路
４１；リセット回路
５０、５０Ａ；ソフトスタート回路
Ｃ１〜Ｃ７；キャパシタ
Ｄ１〜Ｄ５；ダイオード
ＤＺ；ツェナーダイオード
Ｌ１、Ｌ２；インダクタ
Ｑ１〜Ｑ７；スイッチ素子
Ｒ１〜Ｒ１３；抵抗
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定電流電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、定電流を出力する電源として、定電流電源装置がある。この定電流電源装置は、例えば、発光ダイオードを点灯させるために用いられる（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
［定電流電源装置１００の構成］
図１４は、従来例に係る定電流電源装置１００の回路図である。定電流電源装置１００は、交流電源Ｖｉｎから入力される交流電力を用いて、直列接続された複数の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎ（ｎは、ｎ≧３を満たす整数）に定電流を出力する。この定電流電源装置１００は、整流部ＲＦと、キャパシタＣ７と、制御部１０と、定電流回路２０と、を備える。
【０００４】
定電流回路２０は、抵抗Ｒ１と、キャパシタＣ３と、ダイオードＤ３と、インダクタＬ２と、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチ素子Ｑ１と、を備える。
【０００５】
整流部ＲＦの２つの入力端子には、交流電源Ｖｉｎの両端が接続される。整流部ＲＦの第１の出力端子には、キャパシタＣ７の一方の電極と、ダイオードＤ３のカソードと、キャパシタＣ３の一方の電極と、発光ダイオードＬＥＤ１のアノードと、が接続される。発光ダイオードＬＥＤｎのカソードには、キャパシタＣ３の他方の電極と、インダクタＬ２の一端と、が接続される。インダクタＬ２の他端には、ダイオードＤ３のアノードと、スイッチ素子Ｑ１のドレインと、が接続される。
【０００６】
スイッチ素子Ｑ１のソースには、抵抗Ｒ１を介して定電流電源装置１００の基準電位点に相当する整流部ＲＦの第２の出力端子が接続されるとともに、制御部１０が接続される。この制御部１０は、スイッチ素子Ｑ１のゲートと、整流部ＲＦの第２の出力端子と、にも接続される。整流部ＲＦの第２の出力端子には、キャパシタＣ７の他方の電極も接続される。
【０００７】
［定電流電源装置１００の動作］
以上の構成を備える定電流電源装置１００は、制御部１０により定電流回路２０を制御して、定電流制御を行う。具体的には、制御部１０により、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流に応じてスイッチ素子Ｑ１を制御することで、定電流電源装置１００の出力電流に応じてスイッチ素子Ｑ１を制御して、定電流制御を行って、定電流を出力する。
【０００８】
例えば、制御部１０により、スイッチ素子Ｑ１のゲートにＨレベルのゲート信号を印加して、スイッチ素子Ｑ１をオン状態にしたとする。すると、交流電源Ｖｉｎから入力された交流電力が整流部ＲＦにより整流されて、第２の出力端子を基準とした直流電力が第１の出力端子から出力される。整流部ＲＦの第１の出力端子から出力される直流電流は、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎと、インダクタＬ２の一端から他端と、スイッチ素子Ｑ１と、抵抗Ｒ１と、を介して、整流部ＲＦの第２の出力端子に流れる。これによれば、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに電流が流れるので、これら発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが点灯する。また、インダクタＬ２の一端から他端に電流が流れることで、インダクタＬ２にエネルギーが蓄えられることとなる。
【０００９】
上述のスイッチ素子Ｑ１に流れる電流、すなわちスイッチ素子Ｑ１のドレイン電流は、抵抗Ｒ１に流れることで電圧変換され、制御部１０に入力される。ここで、スイッチ素子Ｑ１がオン状態にしておくと、インダクタＬ２の一端から他端に流れる電流は、時間が経過するに従って増加する。また、スイッチ素子Ｑ１がオン状態である期間では、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流は、インダクタＬ２の一端から他端に流れる電流、すなわち定電流電源装置１００の出力電流に等しい。そして、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流を抵抗Ｒ１で電圧変換したものは、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流が増加するに従って高くなる。以上より、スイッチ素子Ｑ１がオン状態である期間では、制御部１０に入力される上述の電圧は、時間が経過するに従って上昇する。
【００１０】
制御部１０は、制御部１０に入力される上述の電圧、すなわちスイッチ素子Ｑ１のドレイン電流を抵抗Ｒ１で電圧変換したものを監視しており、この電圧のピーク値や平均値が予め定められた閾値電圧Ｖｒｅｆまで上昇すると、スイッチ素子Ｑ１のゲートにＬレベルのゲート信号を印加する。これによれば、スイッチ素子Ｑ１がオフ状態になる。
【００１１】
スイッチ素子Ｑ１がオフ状態になると、スイッチ素子Ｑ１がオン状態であった期間にインダクタＬ２に蓄えられたエネルギーにより、インダクタＬ２の一端から他端、ダイオードＤ３、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの順に電流が流れ、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが点灯する。スイッチ素子Ｑ１がオン状態であった期間にインダクタＬ２に蓄えられたエネルギーは、上述の順に電流が流れるに従って減少し、上述の順に流れる電流は、インダクタＬ２に蓄えられているエネルギーが減少するに従って減少する。このため、スイッチ素子Ｑ１がオフ状態になると、時間が経過するに従って、インダクタＬ２の一端から他端に流れる電流が減少する。
【００１２】
また、スイッチ素子Ｑ１がオフ状態になると、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流が「０」になるので、制御部１０に入力される上述の電圧は、「０」になる。
【００１３】
制御部１０は、制御部１０に入力される上述の電圧、すなわちスイッチ素子Ｑ１のドレイン電流を抵抗Ｒ１で電圧変換したものが「０」になってから、予め定められた時間が経過すると、スイッチ素子Ｑ１のゲートにＨレベルのゲート信号を印加する。これによれば、スイッチ素子Ｑ１がオン状態になる。
【００１４】
なお、定電流電源装置１００の出力電流、すなわち発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに流れる電流は、キャパシタＣ３により平滑化される。
【００１５】
また、第１の出力端子から出力される電流により、キャパシタＣ７は充電される。このため、交流電源Ｖｉｎから入力される交流電圧が変動しても、キャパシタＣ７に蓄えられたエネルギーがなくなるまでは、定電流電源装置１００は、定電流を出力できる。すなわち、キャパシタＣ７は、入力電圧の変動に対する定電流電源装置１００の定電流出力の安定性を確保する。そして、キャパシタＣ７の容量を大きくするに従って、入力電圧の変動に対する定電流電源装置１００の定電流出力の安定性を向上させることができる。
【００１６】
しかしながら、キャパシタＣ７の容量については、高周波規制により、単純に大きくすることはできない。そこで、定電流回路２０より定電流電源装置１００の入力側に、力率改善回路を設けることが考えられる。これによれば、力率改善回路により力率を改善することができるので、高周波規制を満たすことができる。また、力率改善回路の出力電圧は、直流であり、この直流電圧が定電流回路２０に入力されることになるので、定電流電源装置１００の出力電流リップルを抑えることができる。
【００１７】
ところが、力率改善回路を上述のように設けると、構成部品が増加してしまうため、定電流電源装置が大型化してしまう。そこで、定電流回路２０を制御する制御手段と、力率改善回路を制御する制御手段と、を兼用することが考えられる。これによれば、高周波規制を満たしつつ、入力電圧の変動に対する定電流出力の安定性を確保でき、かつ、出力電流リップルを抑えることのできる定電流電源装置について、小型化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００４−３５５８７２号公報
【特許文献２】特開２０１０−４０８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ところで、定電流電源装置１００では、上述のように、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流を抵抗Ｒ１で電圧変換したもののピーク値や平均値が予め定められた閾値電圧Ｖｒｅｆまで上昇すると、定電流回路２０に設けられたスイッチ素子Ｑ１をオフ状態にする。このため、定電流電源装置１００の起動時においては、定電流電源装置１００に交流電源Ｖｉｎから交流電力の入力が開始されてから、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流を抵抗Ｒ１で電圧変換したもののピーク値や平均値が閾値電圧Ｖｒｅｆに上昇するまでに時間がかかり、スイッチ素子Ｑ１がオン状態のままとなる期間が発生してしまう。
【００２０】
ここで、上述のように制御手段を定電流回路２０と力率改善回路とで兼用すると、スイッチ素子Ｑ１がオン状態のままである期間では、力率改善回路が動作してしたままの状態となってしまう。このため、上述のように制御手段を定電流回路２０と力率改善回路とで兼用すると、定電流電源装置１００の起動時において、定電流電源装置１００に過電流が流れてしまうおそれがあった。
【００２１】
上述の課題を鑑み、本発明は、高周波規制を満たしつつ、入力電圧の変動に対する定電流出力の安定性を確保でき、かつ、出力電流リップルを抑えることのできる定電流電源装置について、小型化するとともに、起動時に過電流が流れてしまうのを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
（１） 本発明は、負荷（例えば、図１の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに相当）に定電流を供給する定電流電源装置（例えば、図１の定電流電源装置１に相当）であって、定電流を出力する定電流回路（例えば、図１の定電流回路２０に相当）と、前記定電流回路より前記定電流電源装置の入力側に設けられた力率改善回路（例えば、図１の力率改善回路３０に相当）と、前記定電流回路を制御する制御手段（例えば、図１の制御部１０に相当）と、前記定電流電源装置への電力供給が開始されてから予め定められた時間が経過するまでの期間（例えば、図５の時刻ｔ２１〜ｔ２３の期間に相当）、前記定電流回路および前記力率改善回路の動作を停止させる起動遅延回路（例えば、図１の起動遅延回路４０に相当）と、を備え、前記力率改善回路は、前記制御手段から前記定電流回路に送信される制御信号に基づいて動作することを特徴とする定電流電源装置を提案している。
【００２３】
この発明によれば、負荷に定電流を供給する定電流電源装置に、定電流を出力する定電流回路と、定電流回路を制御する制御手段と、定電流電源装置への電力供給が開始されてから予め定められた時間が経過するまでの期間に定電流回路および力率改善回路の動作を停止させる起動遅延回路と、を設けるとともに、定電流回路より定電流電源装置の入力側に力率改善回路を設けた。そして、力率改善回路を、制御手段から定電流回路に送信される制御信号に基づいて動作させることとした。
【００２４】
このため、制御手段を、定電流回路と力率改善回路とで兼用することになるので、定電流電源装置を小型化することができる。
【００２５】
また、力率改善回路により力率を改善することができるので、高周波規制を満たすことができる。
【００２６】
また、入力電圧の変動に対する定電流出力の安定性に関わるキャパシタの容量について、上述の定電流電源装置１００では、高周波規制により単純に大きくすることができなかったが、本発明の定電流電源装置では、上述のように高周波規制を満たすことができるため、大きくすることができる。このため、入力電圧の変動に対する定電流出力の安定性を確保できる。
【００２７】
また、力率改善回路の出力電圧は、直流であり、この直流電圧が定電流回路に入力される。このため、定電流電源装置の出力電流リップルを抑えることができる。
【００２８】
また、上述のように制御手段を兼用するため、定電流回路における定電流制御のタイミングで力率改善回路を制御することになる。このため、力率改善回路における力率改善制御は、力率の改善に最適なタイミングで行われるわけではないので、力率改善回路の出力電圧は、入力電圧に対して依存性を有することになる。しかしながら、力率改善回路の後ろに定電流回路が設けられているため、定電流電源装置の出力電流は、定電流回路における定電流制御が行われた後のものである。したがって、定電流電源装置は、定電流を出力することができる。
【００２９】
また、定電流電源装置への電力供給が開始されてから予め定められた時間が経過するまでの期間では、定電流回路および力率改善回路の動作が停止する。このため、定電流電源装置の起動時において、力率改善回路が動作したままの状態となってしまうのを防止できるので、定電流電源装置に過電流が流れてしまうのを防止できる。
【００３０】
（２） 本発明は、（１）の定電流電源装置について、前記起動遅延回路は、前記定電流電源装置への電力供給が開始されてから予め定められた時間が経過するまでの期間（例えば、図５の時刻ｔ２１〜ｔ２３の期間に相当）、前記制御手段に、前記制御信号の出力を停止させることを特徴とする定電流電源装置を提案している。
【００３１】
この発明によれば、（１）の定電流電源装置において、起動遅延回路により、定電流電源装置への電力供給が開始されてから予め定められた時間が経過するまでの期間、制御手段に、制御信号の出力を停止させることとした。
【００３２】
このため、定電流電源装置への電力供給が開始されてから予め定められた時間が経過するまでの期間では、力率改善回路の動作が停止するので、上述した効果と同様の効果を奏することができる。
【００３３】
（３） 本発明は、（１）の定電流電源装置について、前記起動遅延回路（例えば、図６の起動遅延回路４０Ａに相当）は、前記定電流電源装置への電力供給が開始されてから予め定められた時間が経過するまでの期間（例えば、図５の時刻ｔ２１〜ｔ２３の期間に相当）、前記制御手段から出力された前記制御信号をマスクすることを特徴とする定電流電源装置を提案している。
【００３４】
この発明によれば、（１）の定電流電源装置において、起動遅延回路により、定電流電源装置への電力供給が開始されてから予め定められた時間が経過するまでの期間、制御手段から出力された制御信号をマスクすることとした。
【００３５】
このため、定電流電源装置への電力供給が開始されてから予め定められた時間が経過するまでの期間では、力率改善回路の動作が停止するので、上述した効果と同様の効果を奏することができる。
【００３６】
（４） 本発明は、（１）〜（３）のいずれかの定電流電源装置について、前記定電流回路は、前記負荷に流れる電流が入力端子（例えば、後述のドレインに相当）に入力される第１のスイッチ素子（例えば、図１のスイッチ素子Ｑ１に相当）と、前記第１のスイッチ素子に流れた電流を電圧変換する電流電圧変換手段（例えば、図１の抵抗Ｒ１に相当）と、を備え、前記制御手段は、前記電流電圧変換手段により変換された電圧に基づいて、前記第１のスイッチ素子に制御信号（例えば、後述のゲート信号に相当）を送信し、前記力率改善回路は、前記制御信号に基づいてチョッパ制御される第２のスイッチ素子（例えば、図１のスイッチ素子Ｑ２に相当）を備えることを特徴とする定電流電源装置を提案している。
【００３７】
この発明によれば、（１）〜（３）のいずれかの定電流電源装置において、定電流回路に、負荷に流れる電流が入力端子に入力される第１のスイッチ素子と、第１のスイッチ素子に流れた電流を電圧変換する電流電圧変換手段と、を設けた。また、制御手段により、電流電圧変換手段により変換された電圧に基づいて、第１のスイッチ素子に制御信号を送信することとした。また、力率改善回路に、制御信号に基づいてチョッパ制御される第２のスイッチ素子を設けた。
【００３８】
このため、定電流回路の入力電圧は、力率改善回路の出力電圧であるため、直流である。したがって、制御手段が第１のスイッチ素子に送信する制御信号のデューティ比は、略一定となり、第２のスイッチ素子は、第１のスイッチ素子に送信される制御信号に基づいて動作するため、第２のスイッチ素子のデューティ比も、略一定となる。よって、定電流電源装置の入力電流は、定電流電源装置の入力電圧に比例することになるので、定電流電源装置の力率を向上することができる。
【００３９】
なお、第２のスイッチ素子を第１のスイッチ素子で兼用すれば、定電流電源装置をさらに小型化することができる。ところが、兼用すると、第１のスイッチ素子には、負荷に流れる電流だけでなく、第２のスイッチ素子に流れていた電流も流れることとなる。このため、電流電圧変換手段により変換された電圧には、負荷に流れた電流を電圧変換したもの以外も含まれてしまう。これによれば、制御手段は、負荷に流れた電流を正確に検出することができなくなるため、定電流電源装置は、定電流制御を正確に行うことができず、定電流を出力できなくなってしまう。しかしながら、この発明によれば、第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子とを別々に設けているため、制御手段は、負荷に流れた電流を正確に検出することができる。したがって、定電流電源装置は、定電流制御を正確に行うことができ、定電流を出力することができる。
【００４０】
（５） 本発明は、（４）の定電流電源装置について、前記起動遅延回路による前記定電流回路および前記力率改善回路の動作の停止が解除された後に、前記第１のスイッチ素子および前記第２のスイッチ素子に対してソフトスタート制御を行うソフトスタート回路（例えば、図７のソフトスタート回路５０に相当）を備えることを特徴とする定電流電源装置を提案している。
【００４１】
この発明によれば、（４）の定電流電源装置において、起動遅延回路による定電流回路および力率改善回路の動作の停止が解除された後に、第１のスイッチ素子および第２のスイッチ素子に対してソフトスタート制御を行うソフトスタート回路を設けた。
【００４２】
このため、起動遅延回路による定電流回路および力率改善回路の動作の停止が解除された後では、第１のスイッチ素子および第２のスイッチ素子のオン幅は、急激に広くなるのではなく、時間が経過するに従って広くなる。したがって、定電流電源装置の起動時において、定電流電源装置に過電流が流れてしまうのをより確実に防止できる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、高周波規制を満たしつつ、入力電圧の変動に対する定電流出力の安定性を確保でき、かつ、出力電流リップルを抑えることのできる定電流電源装置について、小型化するとともに、起動時に過電流が流れてしまうのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る定電流電源装置の回路図である。
【図２】定常動作状態における前記定電流電源装置のタイミングチャートである。
【図３】定常動作状態において入力電圧が急変した場合における前記定電流電源装置のタイミングチャートである。
【図４】起動時における前記定電流電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】起動時における前記定電流電源装置のタイミングチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態に係る定電流電源装置の回路図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る定電流電源装置の回路図である。
【図８】前記定電流電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図９】前記定電流電源装置のタイミングチャートである。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る定電流電源装置の回路図である。
【図１１】本発明の第５実施形態に係る定電流電源装置の回路図である。
【図１２】本発明の第６実施形態に係る定電流電源装置の回路図である。
【図１３】本発明の第７実施形態に係る定電流電源装置の回路図である。
【図１４】従来例に係る定電流電源装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素などとの置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【００４６】
＜第１実施形態＞
［定電流電源装置１の構成］
図１は、本発明の第１実施形態に係る定電流電源装置１の回路図である。定電流電源装置１は、図１４に示した従来例に係る定電流電源装置１００とは、力率改善回路３０および起動遅延回路４０を備える点と、キャパシタＣ７の代わりにキャパシタＣ２を備える点と、が異なる。なお、定電流電源装置１において、定電流電源装置１００と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４７】
起動遅延回路４０は、制御部１０に接続される。
【００４８】
力率改善回路３０は、定電流回路２０より定電流電源装置１の入力側、より具体的には、定電流回路２０と交流電源Ｖｉｎとの間に設けられる。この力率改善回路３０は、キャパシタＣ１と、ダイオードＤ１、Ｄ２と、インダクタＬ１と、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチ素子Ｑ２と、を備える。
【００４９】
インダクタＬ１とダイオードＤ１とは、直列接続され、これらインダクタＬ１とダイオードＤ１とを直列接続したものには、ダイオードＤ２が並列接続される。そして、整流部ＲＦの第１の出力端子には、インダクタＬ１とダイオードＤ１とを直列接続したものと、ダイオードＤ２と、を介して、キャパシタＣ２および定電流回路２０が接続される。具体的には、整流部ＲＦの第１の出力端子には、インダクタＬ１の一端と、ダイオードＤ２のアノードと、が接続される。インダクタＬ１の他端には、ダイオードＤ１のアノードが接続される。ダイオードＤ１のカソードと、ダイオードＤ２のカソードとには、キャパシタＣ２の一方の電極と、ダイオードＤ３のカソードと、キャパシタＣ３の一方の電極と、発光ダイオードＬＥＤ１のアノードと、が接続される。
【００５０】
整流部ＲＦの第１の出力端子には、キャパシタＣ１の一方の電極も接続される。キャパシタＣ１の他方の電極には、整流部ＲＦの第２の出力端子が接続される。インダクタＬ１の他端には、スイッチ素子Ｑ２のドレインが接続され、スイッチ素子Ｑ２のソースには、整流部ＲＦの第２の出力端子が接続される。スイッチ素子Ｑ２のゲートには、スイッチ素子Ｑ１のゲートが接続される。
【００５１】
［定電流電源装置１の動作］
以上の構成を備える定電流電源装置１の動作は、起動時と起動完了後とで異なる。ここで、本実施形態では、制御部１０は、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流を抵抗Ｒ１で電圧変換したもののピーク値が閾値電圧Ｖｒｅｆまで上昇すると、スイッチ素子Ｑ１のゲートにＬレベルのゲート信号を印可するものとする。また、起動時とは、詳細については後述するが、定電流電源装置１に交流電源Ｖｉｎから交流電力の入力が開始されてから、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流を抵抗Ｒ１で電圧変換したもののピーク値が閾値電圧Ｖｒｅｆに上昇するまでの期間のことである。起動完了後とは、上述の期間が終了した後の期間のことである。
【００５２】
［起動完了後における定電流電源装置１の動作］
まず、起動完了後における定電流電源装置１の動作について、以下に説明する。起動完了後においては、定電流電源装置１は、定常動作状態となり、定電流回路２０を制御する制御部１０により、力率改善回路３０も制御して、定電流制御だけでなく力率改善制御も行う。具体的には、定電流電源装置１００と同様に、制御部１０により、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流に応じてスイッチ素子Ｑ１を制御することで、定電流電源装置１の出力電流に応じてスイッチ素子Ｑ１を制御して、定電流制御を行って、定電流を出力する。さらに、制御部１０により、スイッチ素子Ｑ１と同期してスイッチ素子Ｑ２を制御して、力率改善制御を行って、力率を改善する。
【００５３】
スイッチ素子Ｑ２のゲートには、上述のようにスイッチ素子Ｑ１のゲートが接続されている。このため、スイッチ素子Ｑ１のゲートに印加されるゲート信号は、スイッチ素子Ｑ２のゲートにも印加されるので、スイッチ素子Ｑ２は、スイッチ素子Ｑ１と同期してスイッチングすることとなる。
【００５４】
スイッチ素子Ｑ２を備える力率改善回路３０は、いわゆる昇圧型チョッパ回路で構成される。このため、整流部ＲＦの第１の出力端子から出力された直流電圧は、力率改善回路３０で昇圧され、定電流回路２０に供給されるとともに、キャパシタＣ２を充電する。なお、このキャパシタＣ２は、定電流電源装置１の起動時においては、ダイオードＤ２を介して電流が供給され、充電される。
【００５５】
定常動作状態では、入力電圧ＶＶｉｎが急変してしまうことが有り得る。そこで、定常動作状態における定電流電源装置１の動作と、入力電圧ＶＶｉｎが急変した場合における定電流電源装置１の動作と、について、図２、３を用いて以下に説明する。
【００５６】
図２は、定常動作状態における定電流電源装置１のタイミングチャートである。
【００５７】
ＶＶｉｎは、交流電源Ｖｉｎから入力される交流電圧、すなわち入力電圧を示し、ＩＶｉｎは、交流電源Ｖｉｎから入力される交流電流、すなわち入力電流を示す。
【００５８】
ＶＣ１は、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧を示す。このキャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１は、入力電圧ＶＶｉｎを整流部ＲＦで整流した後の電圧である。このため、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１の波形は、入力電圧ＶＶｉｎを整流した波形となる。
【００５９】
ＶＧＳＱ１およびＶＧＳＱ２は、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のそれぞれのゲート−ソース間電圧を示す。スイッチ素子Ｑ１のゲートに印加されるゲート信号は、スイッチ素子Ｑ２のゲートにも印加されるため、スイッチ素子Ｑ１のゲート−ソース間電圧ＶＧＳＱ１の波形と、スイッチ素子Ｑ２のゲート−ソース間電圧ＶＧＳＱ２の波形とは、等しく、同期してＨレベルの電圧ＶＨになったりＬレベルの電圧ＶＬになったりする。
【００６０】
ＩＬ１は、インダクタＬ１の一端から他端に流れる電流を示す。このインダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１は、スイッチ素子Ｑ２のスイッチングに応じて変化する。
【００６１】
ＶＣ２は、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧を示す。このキャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２は、入力電圧ＶＶｉｎに応じて変化する。ただし、電圧ＶＣ２の振幅は、入力電圧ＶＶｉｎの振幅と比べて大幅に狭くなる。
【００６２】
ＩＬ２は、インダクタＬ２の一端から他端に流れる電流を示す。このインダクタＬ２の一端から他端に流れる電流ＩＬ２は、スイッチ素子Ｑ１のスイッチングに応じて変動する。
【００６３】
ＩＬＥＤは、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのそれぞれに流れる平均電流を示す。この平均電流ＩＬＥＤは、インダクタＬ２の一端から他端に流れる電流ＩＬ２を平均化したものに等しい。
【００６４】
図３は、定常動作状態において入力電圧ＶＶｉｎが急変した場合における定電流電源装置１のタイミングチャートである。
【００６５】
図３では、時刻ｔ１〜ｔ２の期間に、入力電圧ＶＶｉｎが急変し、他の期間と比べて入力電圧ＶＶｉｎの振幅が小さくなっている。このため、時刻ｔ１〜ｔ２の期間では、他の期間と比べて、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１が低くなる。しかしながら、時刻ｔ１〜ｔ２の期間では、定常動作時に充電されたキャパシタＣ２から、蓄えられていたエネルギーが定電流回路２０に供給される。このため、時刻ｔ１〜ｔ２の期間では、キャパシタＣ２が放電されてしまうため、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２が低下するものの、インダクタＬ２の一端から他端に流れる電流ＩＬ２と、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのそれぞれに流れる平均電流ＩＬＥＤとは、図２に示した入力電圧ＶＶｉｎが急変していない場合と変わらない。
【００６６】
［起動時における定電流電源装置１の動作］
次に、起動時における定電流電源装置１の動作について、以下に説明する。起動時においては、定電流電源装置１は、制御部１０の起動を起動遅延回路４０により遅延させて、定電流回路２０における定電流制御と、力率改善回路３０における力率改善制御と、を停止させる。
【００６７】
ここで、定電流電源装置１に起動遅延回路４０が設けられていない場合について、図４を用いて説明する。
【００６８】
図４は、起動時における定電流電源装置２００のタイミングチャートである。定電流電源装置２００とは、起動遅延回路４０が設けられていない定電流電源装置１のことを示すものとする。ＳＴ１０は、制御部１０の状態を示し、ＶＣ３は、キャパシタＣ３の一方の電極の電圧を示す。
【００６９】
時刻ｔ１１において、交流電源Ｖｉｎから定電流電源装置２００に対して交流電力の入力を開始して、定電流電源装置２００の起動を開始したものとする。すると、以降では、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１は、入力電圧ＶＶｉｎに応じて変化する。
【００７０】
時刻ｔ１１から所定の時間が経過した時刻ｔ１２において、制御部１０がオン状態になったものとする。すると、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流を抵抗Ｒ１で電圧変換したもののピーク値は、閾値電圧Ｖｒｅｆ未満であるため、制御部１０から出力されるゲート信号は、Ｈレベルの電圧ＶＨとなる。このため、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２がともにオン状態となり、インダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１は、時間が経過するに従って増加する。また、キャパシタＣ２には、上述のようにダイオードＤ２を介して電流が供給されるため、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２は、時間が経過するに従って上昇する。
【００７１】
ここで、インダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１の増加は、以下の２つの要因により起こる。
【００７２】
１つ目の要因は、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１と、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２と、の電位差が比較的小さいということである。これら電圧ＶＣ１とＶＣ２との電位差が小さくなるに従って、スイッチ素子Ｑ２のオフ状態における電流ＩＬ１の減少する度合いが低くなる。そして、スイッチ素子Ｑ２のオフ状態において電流ＩＬ１がゼロレベルまで減少しなくなると、電流ＩＬ１はリセットされることなく蓄積され、その結果、インダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１が増加してしまう。
【００７３】
２つ目の要因は、スイッチ素子Ｑ２がオン状態のままであるということである。スイッチ素子Ｑ２がオン状態のままである時間が長くなるに従って、すなわちスイッチ素子Ｑ２のオン幅が広くなるに従って、インダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１は、増加する。
【００７４】
なお、時刻ｔ１２から後述の時刻ｔ１３までの期間では、スイッチ素子Ｑ２のオン幅が定常動作状態の場合と比べて広いため、１つ目の要因と比べて２つ目の要因の方が、インダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１の増加に大きく影響している。
【００７５】
時刻ｔ１２から所定の時間が経過した時刻ｔ１３において、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流を抵抗Ｒ１で電圧変換したもののピーク値が閾値電圧Ｖｒｅｆまで上昇したものとする。すると、制御部１０から出力されるゲート信号は、Ｌレベルとなり、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２がオフ状態となり、以降では、定電流電源装置１と同様に、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流に応じて定電流制御および力率改善制御が行われることとなる。
【００７６】
ここで、スイッチ素子Ｑ２のオン幅は、定常動作状態の場合と略等しくなるので、上述の２つ目の要因は、小さくなる。一方、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１と、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２と、の電位差は、時刻ｔ１２〜ｔ１３の期間から大きな変化がないため、上述の１つ目の要因は、小さくならない。以上より、上述の１つ目の要因により、インダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１の上昇は、継続される。
【００７７】
しかしながら、力率改善制御が行われる力率改善回路３０は、上述のように昇圧型チョッパ回路で構成されているため、力率改善回路３０の出力により充電されるキャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２は、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１と比べて上昇する。このため、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１と、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２と、の電位差は、時間が経過するに従って大きくなる。
【００７８】
時刻ｔ１３から所定の時間が経過した時刻ｔ１４において、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１と、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２と、の電位差が十分に大きくなったものとする。すると、インダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１は、時間が経過するに従って減少し、時刻ｔ１５では、ゼロレベルにまで減少する。
【００７９】
以上のように、定電流電源装置２００、すなわち定電流電源装置１に起動遅延回路４０が設けられていない場合には、起動時において、時刻ｔ１２〜ｔ１３の期間のようにスイッチ素子Ｑ２のオン幅が広くなり、力率改善回路３０が動作したままの状態となってしまい、インダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１が増加してしまう。このインダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１は、スイッチ素子Ｑ２のドレイン電圧と、インダクタＬ１のインダクタンス値と、によって定まるが、この電流ＩＬ１が大きくなるに従って、インダクタＬ１が飽和しやすくなる。インダクタＬ１が飽和してしまうと、整流部ＲＦやスイッチ素子Ｑ２といった、入力ラインに接続されている素子に過電流が流れてしまうおそれがある。
【００８０】
しかしながら、定電流電源装置１には、上述のように起動遅延回路４０が設けられている。このため、定電流電源装置１は、図５を用いて後述するように、起動時においてスイッチ素子Ｑ２のオン幅が広くなってしまうのを防止して、力率改善回路３０が動作したままの状態となってしまうのを防止できる。
【００８１】
図５は、起動時における定電流電源装置１のタイミングチャートである。ＳＴ４０は、起動遅延回路４０の状態を示す。
【００８２】
時刻ｔ２１において、交流電源Ｖｉｎから定電流電源装置１に対して交流電力の入力を開始して、定電流電源装置１の起動を開始したものとする。定電流電源装置１への交流電力の入力が開始されると、起動遅延回路４０がオン状態になる。起動遅延回路４０は、オン状態において、制御部１０から出力されるゲート信号をＬレベルの電圧ＶＬにする。
【００８３】
時刻ｔ２１から所定の時間が経過した時刻ｔ２２において、制御部１０がオン状態になったものとする。しかしながら、上述のように、制御部１０から出力されるゲート信号を起動遅延回路４０がＬレベルの電圧ＶＬにしているため、スイッチ素子Ｑ１のゲート―ソース間電圧ＶＧＳＱ１およびスイッチ素子Ｑ２のゲート−ソース間電圧ＶＧＳＱ２がＶＬのままとなり、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２はともにオフ状態のままとなる。このため、インダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１は、ゼロのままである。ただし、キャパシタＣ２は、上述のようにダイオードＤ２を介して電流が供給されるため、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２は、時間が経過するに従って上昇する。また、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２がオフ状態のままであるため、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１は、整流部ＲＦの第１の出力端子から出力される電圧ＶＲＦＯＵＴのピーク値で維持される。
【００８４】
時刻ｔ２１から予め定められた時間Ｔ１が経過した時刻ｔ２３において、起動遅延回路４０がオフ状態になる。すると、図４の時刻ｔ１３以降と同様に、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流に応じて定電流制御および力率改善制御が行われることとなる。
【００８５】
上述の予め定められた時間Ｔ１については、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２が、整流部ＲＦの第１の出力端子から出力される電圧ＶＲＦＯＵＴのピーク値まで上昇するまでの時間以上に設定される。この予め定められた時間Ｔ１は、例えば交流電源Ｖｉｎから入力される交流電力の周波数が５０Ｈｚの場合には、１０ｍｓ以上に設定される。
【００８６】
以上の定電流電源装置１によれば、以下の効果を奏することができる。
【００８７】
定電流電源装置１は、定電流回路２０を制御する制御部１０により、力率改善回路３０も制御する。このため、制御部１０を、定電流回路２０と力率改善回路３０とで兼用することになるので、定電流電源装置１を小型化することができる。
【００８８】
また、定電流電源装置１は、力率改善回路３０により力率改善制御を行って、力率を改善する。このため、高周波規制を満たすことができる。
【００８９】
また、上述の定電流電源装置１００では、入力電圧ＶＶｉｎの変動に対する定電流出力の安定性に関わるキャパシタＣ７の容量について、高周波規制により単純に大きくすることができなかった。これに対して、定電流電源装置１では、上述のように高周波規制を満たすことができるため、入力電圧ＶＶｉｎの変動に対する定電流出力の安定性に関わるキャパシタＣ２の容量について、大きくすることができる。このため、入力電圧の変動に対する定電流出力の安定性を確保できる。
【００９０】
また、定電流電源装置１では、力率改善回路３０の出力電圧は、直流であり、この直流電圧が定電流回路２０に入力される。このため、定電流電源装置１の出力電流リップルを抑えることができる。
【００９１】
また、定電流電源装置１は、上述のように制御部１０を兼用するため、定電流回路２０における定電流制御のタイミングで力率改善回路３０を制御することになる。このため、力率改善回路３０における力率改善制御は、力率の改善に最適なタイミングで行われるわけではないので、力率改善回路３０の出力電圧は、入力電圧に対して依存性を有することになる。しかしながら、力率改善回路３０の後ろに定電流回路２０が設けられているため、定電流電源装置１の出力電流は、定電流回路２０における定電流制御が行われた後のものである。したがって、定電流電源装置１は、定電流を出力することができる。
【００９２】
また、定電流電源装置１では、定電流回路２０の入力電圧は、上述のように直流である。このため、制御部１０がスイッチ素子Ｑ１に送信するゲート信号のデューティ比は、略一定となり、スイッチ素子Ｑ２は、スイッチ素子Ｑ１に送信されるゲート信号に基づいて動作するため、スイッチ素子Ｑ２のデューティ比も、略一定となる。したがって、定電流電源装置１の入力電流は、定電流電源装置１の入力電圧に比例することになるので、定電流電源装置１の力率を向上することができる。
【００９３】
また、スイッチ素子Ｑ２をスイッチ素子Ｑ１で兼用すれば、定電流電源装置１をさらに小型化することができる。ところが、兼用すると、スイッチ素子Ｑ１には、定電流電源装置１の出力電流だけでなく、スイッチ素子Ｑ２に流れていた電流も流れることとなる。このため、制御部１０は、定電流電源装置１の出力電流を正確に検出することができなくなるため、定電流制御を正確に行うことができず、定電流を出力できなくなってしまう。しかしながら、定電流電源装置１は、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とを別々に備えているため、制御部１０は、定電流電源装置１の出力電流を正確に検出することができる。したがって、定電流電源装置１は、定電流制御を正確に行うことができ、定電流を出力することができる。
【００９４】
また、定電流電源装置１では、力率改善回路３０は、いわゆる昇圧型チョッパ回路で構成される。このため、力率改善回路３０の出力電圧は、入力電圧ＶＶｉｎと比べて高くなる。したがって、昇圧型チョッパ回路で構成される力率改善回路３０を備えていない場合と比べて、多くのエネルギーをキャパシタＣ２に蓄積させることができ、長時間に亘ってキャパシタＣ２から定電流回路２０に電力を供給することができるので、定電流電源装置１は、長時間に亘って定電流を出力することができる。
【００９５】
また、定電流電源装置１では、交流電源Ｖｉｎから交流電力の入力が開始されてから予め定められた時間Ｔ１が経過するまでの期間において、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２がともにオフ状態のままとなり、定電流回路２０および力率改善回路３０の動作が停止する。このため、定電流電源装置１の起動時において、スイッチ素子Ｑ２がオン状態のままとなってしまうのを防止して、力率改善回路３０が動作したままの状態となってしまうのを防止できるので、定電流電源装置１に過電流が流れてしまうのを防止できる。
【００９６】
＜第２実施形態＞
［定電流電源装置１Ａの構成］
図６は、本発明の第２実施形態に係る定電流電源装置１Ａの回路図である。定電流電源装置１Ａは、図１に示した本発明の第１実施形態に係る定電流電源装置１とは、起動遅延回路４０の代わりに起動遅延回路４０Ａを備える点が異なる。なお、定電流電源装置１Ａにおいて、定電流電源装置１と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００９７】
起動遅延回路４０Ａは、制御部１０と、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のそれぞれのゲートと、の間に設けられる。
【００９８】
［定電流電源装置１Ａの動作］
以上の構成を備える定電流電源装置１Ａは、定電流電源装置１と同様に、起動時において、起動遅延回路４０Ａにより、定電流回路２０における定電流制御と、力率改善回路３０における力率改善制御と、を停止させる。起動遅延回路４０Ａは、起動遅延回路４０と同様に、交流電源Ｖｉｎから定電流電源装置１Ａへの交流電力の入力が開始されるとオン状態になり、予め定められた時間Ｔ１が経過するとオフ状態になる。ただし、オン状態において、起動遅延回路４０は、制御部１０から出力されるゲート信号をＬレベルの電圧ＶＬにするのに対して、起動遅延回路４０Ａは、制御部１０から出力されるゲート信号をマスクして、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のゲートにはＬレベルの電圧が印可されるようにする。
【００９９】
以上の定電流電源装置１Ａによれば、定電流電源装置１が奏することのできる上述の効果と同様の効果を奏することができる。
【０１００】
＜第３実施形態＞
［定電流電源装置１Ｂの構成］
図７は、本発明の第３実施形態に係る定電流電源装置１Ｂの回路図である。定電流電源装置１Ｂは、図１に示した本発明の第１実施形態に係る定電流電源装置１とは、ソフトスタート回路５０を備える点が異なる。なお、定電流電源装置１Ｂにおいて、定電流電源装置１と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１０１】
ソフトスタート回路５０は、起動遅延回路４０と制御部１０との間に設けられる。
【０１０２】
［定電流電源装置１Ｂの動作］
以上の構成を備える定電流電源装置１Ｂは、定電流電源装置１と同様に、起動時において、制御部１０の起動を起動遅延回路４０により遅延させて、定電流回路２０における定電流制御と、力率改善回路３０における力率改善制御と、を停止させる。さらに、起動遅延回路４０による制御部１０の起動の遅延が終了した後に、ソフトスタート回路５０により、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２に対してソフトスタート制御を行う。
【０１０３】
ここで、ソフトスタート回路５０が設けられていない定電流電源装置１では、図５の時刻ｔ２３〜ｔ２４の期間のように、スイッチ素子Ｑ２のオフ状態においてインダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１がゼロレベルまで減少しない期間が発生してしまう。
【０１０４】
図８は、図５の時刻ｔ２３〜ｔ２４の期間を拡大した図である。時刻ｔ２３〜ｔ２４の期間では、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１と、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２と、の電位差が比較的小さい。このため、上述の１つ目の要因により、インダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１が増加してしまっている。
【０１０５】
しかしながら、定電流電源装置１Ｂには、上述のようにソフトスタート回路５０が設けられている。このため、定電流電源装置１Ｂは、図９を用いて後述するように、起動遅延回路４０による制御部１０の起動の遅延が終了した後に、スイッチ素子Ｑ２のオフ状態においてインダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１をゼロレベルまで減少させることができる。
【０１０６】
図９は、図８と対になる図であり、起動遅延回路４０による制御部１０の起動の遅延が終了した後における定電流電源装置１Ｂのタイミングチャートである。
【０１０７】
時刻ｔ３３において、起動遅延回路４０がオフ状態になり、起動遅延回路４０による制御部１０の起動の遅延が終了したものとする。すると、ソフトスタート回路５０は、制御部１０に制御信号を送信して、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２に対してソフトスタート制御を行わせる。このため、スイッチ素子Ｑ１のゲート−ソース間電圧ＶＧＳＱ１のオン幅と、スイッチ素子Ｑ２のゲート−ソース間電圧ＶＧＳＱ２のオン幅とは、時間が経過するに従って広くなっている。これによれば、起動遅延回路４０による制御部１０の起動の遅延が終了した際に、定電流電源装置１と比べて、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のそれぞれのオン幅が狭くなるため、スイッチ素子Ｑ２のオン状態におけるインダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１の上昇が抑制される。したがって、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１と、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２と、の電位差が比較的小さいために、スイッチ素子Ｑ２のオフ状態における電流ＩＬ１の減少する度合いが低くなっていても、スイッチ素子Ｑ２のオフ状態においてインダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１がゼロレベルまたはゼロレベル近傍まで減少することになる。よって、電流ＩＬ１の蓄積が抑制され、その結果、インダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１の増加が抑制されている。
【０１０８】
以上の定電流電源装置１Ｂによれば、定電流電源装置１が奏することのできる上述の効果に加えて、以下の効果を奏することができる。
【０１０９】
定電流電源装置１Ｂは、起動遅延回路４０による制御部１０の起動の遅延が終了した後に、ソフトスタート回路５０により、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２に対してソフトスタート制御を行う。このため、起動遅延回路４０による制御部１０の起動の遅延が終了した後では、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のオン幅は、急激に広くなるのではなく、時間が経過するに従って広くなり、インダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１の増加が抑制される。したがって、定電流電源装置１に過電流が流れてしまうのをより確実に防止できる。
【０１１０】
＜第４実施形態＞
［起動遅延回路４０Ｂおよびソフトスタート回路５０Ａの構成］
図１０は、本発明の第４実施形態に係る定電流電源装置１Ｃに設けられる起動遅延回路４０Ｂおよびソフトスタート回路５０Ａの回路図である。起動遅延回路４０Ｂおよびソフトスタート回路５０Ａは、図７に示した本発明の第３実施形態に係る定電流電源装置１Ｂに設けられる起動遅延回路４０およびソフトスタート回路５０の具体的な回路の一例である。なお、定電流電源装置１Ｃにおいて、定電流電源装置１Ｂと同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１１１】
起動遅延回路４０Ｂは、抵抗Ｒ４〜Ｒ７と、キャパシタＣ５と、ＮＰＮ型トランジスタで構成されるスイッチ素子Ｑ３、Ｑ４と、を備える。抵抗Ｒ６の一端には、キャパシタＣ２の一方の電極が接続され、抵抗Ｒ６の他端には、抵抗Ｒ７を介して、キャパシタＣ２の他方の電極が接続される。抵抗Ｒ７には、キャパシタＣ５が並列接続される。抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７との接続点には、スイッチ素子Ｑ４のベースが接続される。
【０１１２】
抵抗Ｒ４の一端には、制御部１０に設けられたレギュレータを介して、キャパシタＣ２の一方の電極が接続される。抵抗Ｒ４の他端には、抵抗Ｒ５を介して、キャパシタＣ２の他方の電極が接続される。抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５との接続点には、スイッチ素子Ｑ４のコレクタと、スイッチ素子Ｑ３のベースと、が接続される。スイッチ素子Ｑ３のエミッタには、キャパシタＣ２の他方の電極が接続される。
【０１１３】
ソフトスタート回路５０Ａは、抵抗Ｒ２、Ｒ３と、キャパシタＣ４と、を備える。抵抗Ｒ２の一端には、制御部１０に設けられたレギュレータを介して、キャパシタＣ２の一方の電極が接続される。抵抗Ｒ２の他端には、抵抗Ｒ３を介して、キャパシタＣ２の他方の電極が接続される。抵抗Ｒ３には、キャパシタＣ４が並列接続される。また、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との接続点には、制御部１０と、スイッチ素子Ｑ３のコレクタと、が接続される。
【０１１４】
［起動遅延回路４０Ｂおよびソフトスタート回路５０Ａの動作］
以上の構成を備える起動遅延回路４０Ｂおよびソフトスタート回路５０Ａは、それぞれ、上述の起動遅延回路４０およびソフトスタート回路５０と同様に動作する。具体的には、交流電源Ｖｉｎから交流電力の入力が開始されると、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２は、図４を用いて上述したように、時間が経過するに従って上昇し、抵抗Ｒ６およびキャパシタＣ５で構成される時定数回路に印加される。このため、交流電源Ｖｉｎから交流電力の入力が開始されてから、抵抗Ｒ６およびキャパシタＣ５で構成される時定数回路の時定数により定まる時間が経過するまでは、スイッチ素子Ｑ４がオフ状態であり、上述の時間が経過すると、スイッチ素子Ｑ４がオン状態になる。
【０１１５】
なお、抵抗Ｒ６およびキャパシタＣ５で構成される時定数回路の時定数により定まる時間とは、上述の予め定められた時間Ｔ１のことである。このため、抵抗Ｒ６の抵抗値やキャパシタＣ５の容量を設定することで、予め定められた時間Ｔ１を任意に設定することができる。
【０１１６】
スイッチ素子Ｑ４がオフ状態である期間、すなわち定電流電源装置１Ｃの起動を開始してから予め定められた時間Ｔ１が経過するまでの期間では、スイッチ素子Ｑ３のベースに、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２を上述のレギュレータで定電圧化したものが印加され、スイッチ素子Ｑ３がオン状態になる。このため、制御部１０には、上述の閾値電圧Ｖｒｅｆとして、キャパシタＣ２の他方の電極の電圧、すなわちＬレベルの電圧ＶＬが印加されることとなる。したがって、制御部１０は、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２をオフ状態にする。
【０１１７】
一方、スイッチ素子Ｑ４がオン状態になった後、すなわち定電流電源装置１Ｃの起動を開始してから予め定められた時間Ｔ１が経過した後では、スイッチ素子Ｑ３がオフ状態になる。このため、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２を上述のレギュレータで定電圧化したものが、抵抗Ｒ２およびキャパシタＣ４で構成される時定数回路に印加される。このため、抵抗Ｒ２およびキャパシタＣ４で構成される時定数回路により定まる時間が経過するまでは、上述の閾値電圧Ｖｒｅｆは、時間が経過するに従って上昇する。したがって、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のオン幅は、時間が経過するに従って広くなり、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２に対してソフトスタート制御が行われることとなる。
【０１１８】
以上の定電流電源装置１Ｃによれば、定電流電源装置１Ｂが奏することのできる上述の効果と同様の効果を奏することができる。
【０１１９】
＜第５実施形態＞
［起動遅延回路４０Ｃおよびソフトスタート回路５０Ａの構成］
図１１は、本発明の第５実施形態に係る定電流電源装置１Ｄに設けられる起動遅延回路４０Ｃおよびソフトスタート回路５０Ａの回路図である。起動遅延回路４０Ｃおよびソフトスタート回路５０Ａは、図７に示した本発明の第３実施形態に係る定電流電源装置１Ｂに設けられる起動遅延回路４０およびソフトスタート回路５０の具体的な回路の一例である。なお、定電流電源装置１Ｄにおいて、定電流電源装置１Ｂ、１Ｃと同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１２０】
起動遅延回路４０Ｃは、抵抗Ｒ６〜Ｒ９と、キャパシタＣ５と、ＮＰＮ型トランジスタで構成されるスイッチ素子Ｑ４と、ＰＮＰ型トランジスタで構成されるスイッチ素子Ｑ５と、を備える。スイッチ素子Ｑ４のエミッタには、キャパシタＣ２の他方の電極が接続され、スイッチ素子Ｑ４のコレクタには、抵抗Ｒ８および抵抗Ｒ９を介して、キャパシタＣ２の他方の電極が接続される。抵抗Ｒ８と抵抗Ｒ９との接続点には、スイッチ素子Ｑ５のベースが接続される。スイッチ素子Ｑ５のエミッタには、キャパシタＣ２の一方の電極が接続され、スイッチ素子Ｑ５のコレクタには、制御部１０に設けられたレギュレータが接続される。
【０１２１】
［起動遅延回路４０Ｃおよびソフトスタート回路５０Ａの動作］
以上の構成を備える起動遅延回路４０Ｃおよびソフトスタート回路５０Ａは、それぞれ、上述の起動遅延回路４０およびソフトスタート回路５０と同様に動作する。具体的には、交流電源Ｖｉｎから交流電力の入力が開始されてから、抵抗Ｒ６およびキャパシタＣ５で構成される時定数回路の時定数により定まる時間が経過するまでは、スイッチ素子Ｑ４がオフ状態であり、上述の時間が経過すると、スイッチ素子Ｑ４がオン状態になる。
【０１２２】
スイッチ素子Ｑ４がオフ状態である期間、すなわち定電流電源装置１Ｃの起動を開始してから予め定められた時間Ｔ１が経過するまでの期間では、スイッチ素子Ｑ５のベースに、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２が印加され、スイッチ素子Ｑ５がオフ状態になる。このため、制御部１０に設けられたレギュレータに、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２が印加されないため、制御部１０には、上述の閾値電圧Ｖｒｅｆとして、キャパシタＣ２の他方の電極の電圧、すなわちＬレベルの電圧ＶＬが印加されることとなる。したがって、制御部１０は、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２をオフ状態にする。
【０１２３】
一方、スイッチ素子Ｑ４がオン状態になった後、すなわち定電流電源装置１Ｃの起動を開始してから予め定められた時間Ｔ１が経過した後では、スイッチ素子Ｑ５がオン状態になる。このため、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２を上述のレギュレータで定電圧化したものが、抵抗Ｒ２およびキャパシタＣ４で構成される時定数回路に印加される。このため、抵抗Ｒ２およびキャパシタＣ４で構成される時定数回路により定まる時間が経過するまでは、上述の閾値電圧Ｖｒｅｆは、時間が経過するに従って上昇する。したがって、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のオン幅は、時間が経過するに従って広くなり、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２に対してソフトスタート制御が行われることとなる。
【０１２４】
以上の定電流電源装置１Ｃによれば、定電流電源装置１Ｂが奏することのできる上述の効果と同様の効果を奏することができる。
【０１２５】
＜第６実施形態＞
［起動遅延回路４０Ｄおよびソフトスタート回路５０Ａの構成］
図１２は、本発明の第６実施形態に係る定電流電源装置１Ｅに設けられる起動遅延回路４０Ｄおよびソフトスタート回路５０Ａの回路図である。起動遅延回路４０Ｄおよびソフトスタート回路５０Ａは、図７に示した本発明の第３実施形態に係る定電流電源装置１Ｂに設けられる起動遅延回路４０およびソフトスタート回路５０の具体的な回路の一例である。なお、定電流電源装置１Ｅにおいて、定電流電源装置１Ｂ、１Ｃ、１Ｄと同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１２６】
起動遅延回路４０Ｄは、抵抗Ｒ５〜Ｒ７、Ｒ１０〜Ｒ１３と、キャパシタＣ６と、ダイオードＤ４、Ｄ５と、ツェナーダイオードＤＺと、ＮＰＮ型トランジスタで構成されるスイッチ素子Ｑ３と、ＰＮＰ型トランジスタで構成されるスイッチ素子Ｑ６、Ｑ７と、を備える。
【０１２７】
キャパシタＣ６は、抵抗Ｒ６に並列接続される。抵抗Ｒ１３の一端には、キャパシタＣ２の一方の電極が接続され、抵抗Ｒ１３の他端には、ツェナーダイオードＤＺのカソードと、スイッチ素子Ｑ７のベースと、が接続される。ツェナーダイオードＤＺのアノードには、抵抗Ｒ７を介してキャパシタＣ２の他方の電極が接続される。スイッチ素子Ｑ７のエミッタには、キャパシタＣ２の一方の電極が接続される。スイッチ素子Ｑ７のコレクタには、スイッチ素子Ｑ６のベースが接続されるとともに、抵抗Ｒ１１を介してキャパシタＣ２の他方の電極が接続される。
【０１２８】
スイッチ素子Ｑ６のエミッタには、キャパシタＣ２の一方の電極が接続され、スイッチ素子Ｑ６のコレクタには、ダイオードＤ４のアノードと、ダイオードＤ５のアノードと、が接続される。スイッチ素子Ｑ５のカソードには、抵抗Ｒ１２および抵抗Ｒ７を介して、キャパシタＣ２の他方の電極が接続される。ダイオードＤ４のカソードには、抵抗Ｒ１０および抵抗Ｒ５を介してキャパシタＣ２の他方の電極が接続されるとともに、スイッチ素子Ｑ３のベースが接続される。スイッチ素子Ｑ３のエミッタには、キャパシタＣ２の他方の電極が接続され、スイッチ素子Ｑ３のコレクタには、制御部１０が接続される。
【０１２９】
［起動遅延回路４０Ｄおよびソフトスタート回路５０Ａの動作］
以上の構成を備える起動遅延回路４０Ｄおよびソフトスタート回路５０Ａは、それぞれ、上述の起動遅延回路４０およびソフトスタート回路５０と同様に動作する。具体的には、交流電源Ｖｉｎから交流電力の入力が開始されてから、抵抗Ｒ７およびキャパシタＣ６で構成される時定数回路の時定数により定まる時間が経過するまでは、スイッチ素子Ｑ７がオフ状態であり、上述の時間が経過すると、スイッチ素子Ｑ７がオン状態になる。
【０１３０】
スイッチ素子Ｑ７がオフ状態である期間、すなわち定電流電源装置１Ｄの起動を開始してから予め定められた時間Ｔ１が経過するまでの期間では、スイッチ素子Ｑ６がオン状態になり、スイッチ素子Ｑ３がオン状態になる。このため、制御部１０には、上述の閾値電圧Ｖｒｅｆとして、キャパシタＣ２の他方の電極の電圧、すなわちＬレベルの電圧ＶＬが印加されることとなる。したがって、制御部１０は、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２をオフ状態にする。
【０１３１】
一方、スイッチ素子Ｑ７がオン状態になった後、すなわち定電流電源装置１Ｄの起動を開始してから予め定められた時間Ｔ１が経過した後では、スイッチ素子Ｑ６がオフ状態になり、スイッチ素子Ｑ３がオフ状態になる。このため、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２を上述のレギュレータで定電圧化したものが、抵抗Ｒ２およびキャパシタＣ４で構成される時定数回路に印加される。このため、抵抗Ｒ２およびキャパシタＣ４で構成される時定数回路により定まる時間が経過するまでは、上述の閾値電圧Ｖｒｅｆは、時間が経過するに従って上昇する。したがって、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のオン幅は、時間が経過するに従って広くなり、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２に対してソフトスタート制御が行われることとなる。
【０１３２】
以上の定電流電源装置１Ｄによれば、定電流電源装置１Ｂが奏することのできる上述の効果と同様の効果を奏することができる。
【０１３３】
＜第７実施形態＞
［起動遅延回路４０Ｅおよびソフトスタート回路５０Ａの構成］
図１３は、本発明の第７実施形態に係る定電流電源装置１Ｆに設けられる起動遅延回路４０Ｅおよびソフトスタート回路５０Ａの回路図である。起動遅延回路４０Ｅおよびソフトスタート回路５０Ａは、図７に示した本発明の第３実施形態に係る定電流電源装置１Ｂに設けられる起動遅延回路４０およびソフトスタート回路５０の具体的な回路の一例である。なお、定電流電源装置１Ｆにおいて、定電流電源装置１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅと同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１３４】
起動遅延回路４０Ｅは、抵抗Ｒ６、Ｒ７と、リセット回路４１と、を備える。抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７との接続点には、リセット回路４１が接続される。このリセット回路４１には、制御部１０が接続されるとともに、制御部１０に設けられたレギュレータを介して、キャパシタＣ２の一方の電極が接続される。
【０１３５】
［起動遅延回路４０Ｅおよびソフトスタート回路５０Ａの動作］
以上の構成を備える起動遅延回路４０Ｅおよびソフトスタート回路５０Ａは、それぞれ、上述の起動遅延回路４０およびソフトスタート回路５０と同様に動作する。具体的には、リセット回路４１によりキャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２を監視する。
【０１３６】
交流電源Ｖｉｎから交流電力の入力が開始されると、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２は、図４を用いて上述したように、時間が経過するに従って上昇する。キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２がゼロから上昇し始めてから予め定められた時間Ｔ１が経過するまでの時間、すなわち定電流電源装置１Ｆの起動を開始してから予め定められた時間Ｔ１が経過するまでの期間では、リセット回路４１により、制御部１０に、上述の閾値電圧Ｖｒｅｆとして、キャパシタＣ２の他方の電極の電圧、すなわちＬレベルの電圧ＶＬが印加させる。これによれば、制御部１０は、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２をオフ状態にする。
【０１３７】
一方、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２がゼロから上昇し始めてから予め定められた時間Ｔ１が経過した後、すなわち定電流電源装置１Ｆの起動を開始してから予め定められた時間Ｔ１が経過した後では、リセット回路４１により、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２を上述のレギュレータで定電圧化したものを、抵抗Ｒ２およびキャパシタＣ４で構成される時定数回路に印加させる。このため、抵抗Ｒ２およびキャパシタＣ４で構成される時定数回路により定まる時間が経過するまでは、上述の閾値電圧Ｖｒｅｆは、時間が経過するに従って上昇する。したがって、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のオン幅は、時間が経過するに従って広くなり、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２に対してソフトスタート制御が行われることとなる。
【０１３８】
以上の定電流電源装置１Ｅによれば、定電流電源装置１Ｂが奏することのできる上述の効果と同様の効果を奏することができる。
【０１３９】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【０１４０】
例えば、上述の各実施形態では、制御部１０は、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流を抵抗Ｒ１で電圧変換したもののピーク値が閾値電圧Ｖｒｅｆまで上昇すると、スイッチ素子Ｑ１のゲートにＬレベルのゲート信号を印可するものとした。しかしながら、これに限らず、例えば、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流を抵抗Ｒ１で電圧変換したものの平均値が閾値電圧Ｖｒｅｆまで上昇すると、スイッチ素子Ｑ１のゲートにＬレベルのゲート信号を印可するものとしてもよい。
【０１４１】
また、上述の各実施形態では、定電流回路２０は、いわゆる降圧回路で構成されているが、これに限らず、昇圧回路で構成されるものとしてもよい。
【０１４２】
また、上述の各実施形態では、定電流電源装置１は、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに定電流を供給するものとしたが、これに限らず、モータといった定電流を必要とするものに定電流を供給できる。
【０１４３】
また、上述の第４〜第７実施形態では、制御部１０に設けられたレギュレータは、キャパシタＣ２の一方の電極に接続されるものとしたが、これに限らず、例えば、キャパシタＣ１の一方の電極や、発光ダイオードＬＥＤｎのカソードに接続してもよい。これによれば、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧の代わりに、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧を用いたり、発光ダイオードＬＥＤｎのカソードの電圧を用いたりして、起動遅延回路４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ、４０Ｅやソフトスタート回路５０Ａが動作することとなる。
【符号の説明】
【０１４４】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１００、２００；定電流電源装置
１０；制御部
２０；定電流回路
３０；力率改善回路
４０、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ、４０Ｅ；起動遅延回路
４１；リセット回路
５０、５０Ａ；ソフトスタート回路
Ｃ１〜Ｃ７；キャパシタ
Ｄ１〜Ｄ５；ダイオード
ＤＺ；ツェナーダイオード
Ｌ１、Ｌ２；インダクタ
Ｑ１〜Ｑ７；スイッチ素子
Ｒ１〜Ｒ１３；抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に定電流を供給する定電流電源装置であって、
定電流を出力する定電流回路と、
前記定電流回路より前記定電流電源装置の入力側に設けられた力率改善回路と、
前記定電流回路を制御する制御手段と、
前記定電流電源装置への電力供給が開始されてから予め定められた時間が経過するまでの期間、前記定電流回路および前記力率改善回路の動作を停止させる起動遅延回路と、を備え、
前記力率改善回路は、前記制御手段から前記定電流回路に送信される制御信号に基づいて動作することを特徴とする定電流電源装置。
【請求項２】
前記起動遅延回路は、前記定電流電源装置への電力供給が開始されてから予め定められた時間が経過するまでの期間、前記制御手段に、前記制御信号の出力を停止させることを特徴とする請求項１に記載の定電流電源装置。
【請求項３】
前記起動遅延回路は、前記定電流電源装置への電力供給が開始されてから予め定められた時間が経過するまでの期間、前記制御手段から出力された前記制御信号をマスクすることを特徴とする請求項１に記載の定電流電源装置。
【請求項４】
前記定電流回路は、
前記負荷に流れる電流が入力端子に入力される第１のスイッチ素子と、
前記第１のスイッチ素子に流れた電流を電圧変換する電流電圧変換手段と、を備え、
前記制御手段は、前記電流電圧変換手段により変換された電圧に基づいて、前記第１のスイッチ素子に制御信号を送信し、
前記力率改善回路は、前記制御信号に基づいてチョッパ制御される第２のスイッチ素子を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の定電流電源装置。
【請求項５】
前記起動遅延回路による前記定電流回路および前記力率改善回路の動作の停止が解除された後に、前記第１のスイッチ素子および前記第２のスイッチ素子に対してソフトスタート制御を行うソフトスタート回路を備えることを特徴とする請求項４に記載の定電流電源装置。
【請求項１】
負荷に定電流を供給する定電流電源装置であって、
定電流を出力する定電流回路と、
前記定電流回路より前記定電流電源装置の入力側に設けられた力率改善回路と、
前記定電流回路を制御する制御手段と、
前記定電流電源装置への電力供給が開始されてから予め定められた時間が経過するまでの期間、前記定電流回路および前記力率改善回路の動作を停止させる起動遅延回路と、を備え、
前記力率改善回路は、前記制御手段から前記定電流回路に送信される制御信号に基づいて動作することを特徴とする定電流電源装置。
【請求項２】
前記起動遅延回路は、前記定電流電源装置への電力供給が開始されてから予め定められた時間が経過するまでの期間、前記制御手段に、前記制御信号の出力を停止させることを特徴とする請求項１に記載の定電流電源装置。
【請求項３】
前記起動遅延回路は、前記定電流電源装置への電力供給が開始されてから予め定められた時間が経過するまでの期間、前記制御手段から出力された前記制御信号をマスクすることを特徴とする請求項１に記載の定電流電源装置。
【請求項４】
前記定電流回路は、
前記負荷に流れる電流が入力端子に入力される第１のスイッチ素子と、
前記第１のスイッチ素子に流れた電流を電圧変換する電流電圧変換手段と、を備え、
前記制御手段は、前記電流電圧変換手段により変換された電圧に基づいて、前記第１のスイッチ素子に制御信号を送信し、
前記力率改善回路は、前記制御信号に基づいてチョッパ制御される第２のスイッチ素子を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の定電流電源装置。
【請求項５】
前記起動遅延回路による前記定電流回路および前記力率改善回路の動作の停止が解除された後に、前記第１のスイッチ素子および前記第２のスイッチ素子に対してソフトスタート制御を行うソフトスタート回路を備えることを特徴とする請求項４に記載の定電流電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−１３２８８（Ｐ２０１３−１３２８８Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４５６１４（Ｐ２０１１−１４５６１４）
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（０００００２０３７）新電元工業株式会社 (776)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（０００００２０３７）新電元工業株式会社 (776)
【Ｆターム（参考）】
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