説明

電源回路

【課題】簡易な構成で出力側の平滑コンデンサを放電させる。
【解決手段】スイッチSWが開いて交流電源PSと整流回路11とが遮断されると、絶縁トランスT1の2次側電圧は発生せず、放電制御部22のトランジスタQ21のベースに供給されるベース電流は0になる。トランジスタQ21は、ベース電流が供給されなくなってオフし、トランジスタQ22は、平滑コンデンサC21の+端子から抵抗R26を介してベース電流が供給されてオンする。トランジスタQ22がオンすると、電流が平滑コンデンサC21の+端子から抵抗R24、トランジスタQ22のコレクタ−エミッタを介して平滑コンデンサC21の−端子に電流が流れ、平滑コンデンサC21が放電する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電源回路に関するものである。
【背景技術】
【0002】
照明装置には、LED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)、有機EL(OLED;Organic light-emitting diodes)パネルを用いたものがある。このようなLED、有機ELは、直流電圧が印加されて発光するため、照明装置には、交流電圧を直流電圧に変換する電源回路が必要であり、この電源回路として、力率改善コンバータを用いたものがある。
【0003】
このような力率改善コンバータでは、出力側に、直流電圧を平滑化するための平滑コンデンサが備えられ、LED、有機ELのような負荷に直流電圧が印加される。この平滑コンデンサには、容量が大きな電解コンデンサが用いられる。
【0004】
しかし、出力側に、容量の大きな平滑コンデンサが備えられていると、交流電圧を有する交流電源が遮断された時、出力側の平滑コンデンサに蓄積された電荷により、LED、有機ELに電流が流れる。
【0005】
従来の照明装置に用いられる電源回路では、負荷と並列に電源遮断時の放電回路として抵抗器が使用されていた。しかし、抵抗器の値を、負荷抵抗と比べて十分に大きくする必要があったため、電源遮断時、出力端子間に残留した電荷の放電に時間がかかってしまう。
【0006】
このため、消費電流が少ないLED、有機ELが負荷として接続された照明装置では、電源遮断から数秒間、発光を継続してしまうことになる。
【0007】
このような問題を解決するため、出力側の平滑コンデンサと並列に放電回路を備え、交流電源が遮断されたときに出力側の平滑コンデンサを放電させるようにしたものがある(例えば、特許文献1,2参照)。
【0008】
特許文献1のものでは、サイリスタとトランスとを備え、また、特許文献2のものでは、リレーを備えて、電源オフ時に電解コンデンサを放電するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開2000−245152号公報(第3頁、図1)
【特許文献2】特開平9−238466号公報(第6頁、図1)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかし、特許文献1,2に記載のものでは、トランス、リレーを備えなければならず、構造が複雑となり、小型化することができない。
【0011】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、簡易な構成で出力側の平滑コンデンサを放電させることが可能な電源回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
この目的を達成するため、本発明の第1の観点に係る電源回路は、
1次巻線と2次巻線とを有し、前記1次巻線に印加された1次側電圧に従って前記2次巻線に2次側電圧を発生させるトランスと、
前記トランスの前記1次巻線の端子に接続されてオン、オフするスイッチング素子と、
アノードが前記トランスの前記2次巻線の一端に接続され、前記トランスの前記2次巻線に発生した前記2次側電圧を整流する第1の整流ダイオードと、
一端が前記第1の整流ダイオードのカソードに接続され、前記第1の整流ダイオードが整流した電圧を平滑化する第1の平滑コンデンサと、
前記2次巻線に前記2次側電圧が発生しなくなったときに前記第1の平滑コンデンサを放電する放電制御部と、を備え、
前記放電制御部は、
前記トランスの前記2次巻線の一端にアノードが接続された第2の整流ダイオードと、
前記第1の平滑コンデンサよりも小さな容量を有し、一端が前記第2の整流ダイオードのカソードに接続された第2の平滑コンデンサと、
前記第1の平滑コンデンサの前記一端に一端が接続された放電抵抗と、
前記第2の平滑コンデンサから電流が供給されて前記放電抵抗の他端と前記第1の平滑コンデンサの他端とを遮断し、前記第2の平滑コンデンサからの電流の供給が停止したときに前記放電抵抗の他端と前記第1の平滑コンデンサの他端とを接続する半導体スイッチと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、簡易な構成で出力側の平滑コンデンサを放電させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の実施形態に係る電源回路としての力率改善コンバータの構成を示すブロック図である。
【図2】図1に示す力率改善コンバータの動作を示す波形図(その1)である。
【図3】図1に示す力率改善コンバータの動作を示す波形図(その2)である。
【図4】図1に示す力率改善コンバータの動作を示す波形図(その3)である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施形態に係る電源回路を図面を参照して説明する。尚、本実施形態では、電源回路を、力率改善コンバータとして説明する。
【0016】
本実施形態に係る力率改善コンバータは、図1に示すように、整流回路11と、絶縁トランスT1と、トランジスタQ11と、フォトトランジスタTrと、起動抵抗Rと、制御部12と、整流ダイオードD21と、平滑コンデンサC21と、出力検出部21と、放電制御部22と、を備える。
【0017】
この力率改善コンバータは、例えば、照明装置に用いられ、出力側には、直流電圧Voutが印加されて発光するLED、有機EL等の発光素子が負荷30として接続される。
【0018】
交流電源PSは、交流電圧Vacを有する電圧・電流源であり、スイッチSWを介して整流回路11に接続される。この力率改善コンバータは、力率を改善しつつ、交流電源PSによって印加された交流電圧Vacを直流電圧Voutに変換するものである。尚、力率改善のため、整流回路11の後段に平滑コンデンサは備えられていない。
【0019】
整流回路11は、交流電源PSから印加された図2(a)に示すような交流電圧Vacを整流して、図2(b)に示すような1次整流電圧としての整流電圧Vrecを生成するものである。整流回路11は、例えば、ダイオードブリッジ回路によって構成され、出力端として+(正極)端子と−(負極)端子とを有する。
【0020】
整流回路11が整流した整流電圧Vrecは図2(b)に示すような脈流となる。この整流電圧Vrecの周期Trecは、交流電圧Vacの周期Tacの1/2になり、整流電圧Vrecの周波数frecは、交流電圧Vacの周波数facの2倍になる。
【0021】
絶縁トランスT1は、1次巻線と2次巻線とを有し、整流回路11が生成した整流電圧Vrecを1次側電圧として1次巻線に印加され、印加された1次側電圧に従って、2次巻線に2次側電圧を発生させるものである。絶縁トランスT1の1次巻線の一端は、整流回路11の+端子に接続される。
【0022】
トランジスタQ11は、例えば、nチャンネルMOSFETによって構成され、ドレイン(端子)が絶縁トランスT1の他端に接続され、ソース(端子)が整流回路11の−端子に接続されてオン、オフするスイッチング素子である。
【0023】
トランジスタQ11のゲートは制御部12の出力端に接続され、トランジスタQ11は、制御部12からゲートにパルス信号Pqが供給されてオン、オフする。トランジスタQ11は、交流電源PSの交流電圧Vacの周期Tacと比較して非常に短い周期でオン、オフする。
【0024】
起動抵抗R11は、制御部12を起動するための抵抗である。フォトトランジスタTrは、出力検出部21の発光ダイオードD22とともにフォトカプラを構成するものである。
【0025】
フォトカプラは、絶縁トランスT1の1次側と2次側とを絶縁しつつ、出力電圧Voutの検出電圧をフィードバックするためのものであり、フォトトランジスタTrは、発光素子である発光ダイオードD22からの光を受光する受光素子である。
【0026】
フォトトランジスタTrのコレクタは制御部12に接続され、エミッタは、整流回路11の−端子に接続される。そして、フォトトランジスタTrは、発光ダイオードD22からの光を受光して、受光した光の光強度に対応する信号レベルの電圧信号をコレクタ−エミッタ間に発生させる。
【0027】
制御部12は、トランジスタQ11のゲートにパルス信号Pqを供給することにより、トランジスタQ11をオン、オフ駆動するものである。
【0028】
制御部12は、パルス信号Pqの信号レベルを一定周期でH(High)レベルに立ち上げてトランジスタQ11をオンし、トランジスタQ11のドレイン−ソース間に流れるドレイン電流Idを取得する。
【0029】
また、制御部12は、整流回路11が整流した整流電圧VrecとフォトトランジスタTrの電圧信号の信号レベルとに基づいて、ドレイン電流Idの目標レベルI[target]を設定する。制御部12は、取得したドレイン電流Idがこの目標レベルI[target]に達したときに、パルス信号Pqの信号レベルをL(Low)レベルに立ち下げてトランジスタQ11をオフする。
【0030】
整流ダイオードD21は、絶縁トランスT1の2次巻線に発生した2次側電圧を整流するものである。尚、力率改善コンバータは、基本的には、フライバックコンバータの構成を有し、整流ダイオードD21のアノードは、絶縁トランスT1の1次巻線と2次巻線との極性が逆になるように2次巻線の一端に接続される。
【0031】
平滑コンデンサC21は、整流ダイオードD21が整流した電圧を平滑化して、負荷30に印加する直流電圧Voutを生成するためのものである。
【0032】
尚、出力電圧Voutには、図2(b)に示すよう整流電圧Vrecの周波数facと同じ周波数のリプルが重畳するため、平滑コンデンサC21には、このリプルをできるだけ低減するため、例えば、数1000μF程度の大容量の電解コンデンサが用いられる。
【0033】
平滑コンデンサC21の+(正極)端子は整流ダイオードD21のカソードに接続され、−(負極)端子は、絶縁トランスT1の2次巻線の他端に接続される。
【0034】
出力検出部21は、出力電圧Voutを検出するためのものであり、抵抗R21,R22,R23と、シャントレギュレータZD21と、フォトカプラの発光ダイオードD22と、によって構成され、定電圧で動作する。
【0035】
抵抗R21,R22は、出力電圧Voutを分圧するための抵抗であり、抵抗R21の一端は、平滑コンデンサC21の+端子に接続される。抵抗R22の一端は、抵抗R21の他端に接続され、他端は接地される。
【0036】
シャントレギュレータZD21は、Ref端子、アノード(端子)、カソード(端子)を有するものであり、出力電圧Voutが上昇してRef端子に印加された電圧が予め設定された電圧以上になるとカソード−アノード間を導通状態とする。シャントレギュレータZD21のRef端子は、抵抗R21,R22の接続点に接続され、アノードは、絶縁トランスT1の2次巻線の他端に接続される。
【0037】
フォトカプラを構成する発光ダイオードD22は、シャントレギュレータZD21が導通状態になったとき、流れる電流の量に対応する光強度の光を発するものであり、アノードは、抵抗R23を介して平滑コンデンサC21の+端子に接続され、カソードは、シャントレギュレータZD21のカソード端子に接続される。
【0038】
放電制御部22は、スイッチSWがオフして交流電源PSが遮断されたときに、平滑コンデンサC21を放電するものである。放電制御部22は、ダイオードD23と、コンデンサC22と、トランジスタQ21,Q22と、抵抗R24,R25,R26と、を備え、2次巻線の2次側電圧(電流)を検出して平滑コンデンサC21を放電するように構成されている。
【0039】
抵抗R24は、平滑コンデンサC21を放電し、放電速度を調整するための放電抵抗であり、平滑コンデンサC21の+端子に一端が接続される。この抵抗R24の抵抗値を小さくすることにより、スイッチSWが開いて交流電源PSと整流回路11とが遮断されるとほぼ同時に、負荷30に流れる電流を0にすることができ、照明装置の出力(照度)を速やかに低減することができる。
【0040】
トランジスタQ21,Q22とは、半導体スイッチを構成するものであり、npn型のバイポーラトランジスタによって構成される。
【0041】
トランジスタQ21のベースは、抵抗R25を介して、ダイオードD23のカソードとコンデンサC22の一端との接続点に接続され、コレクタは、抵抗R26を介して平滑コンデンサC21の+端子に接続され、エミッタは、平滑コンデンサC21の−端子に接続される。
【0042】
トランジスタQ22は、トランジスタQ21がオフしたときにオンするトランジスタであり、コレクタは、抵抗R24の他端に接続され、エミッタは平滑コンデンサC21の−端子に接続される。
【0043】
尚、抵抗R25,R26の抵抗値は、それぞれ、トランジスタQ21,Q22を駆動するためのベース電流が供給できる程度の値、具体的には数10k〜数100kΩで良い。
【0044】
ダイオードD23は、絶縁トランスT1の2次側電圧を整流するためのものであり、アノードが2次巻線の一端に接続される。
【0045】
コンデンサC22は、ダイオードD23が整流した2次側電圧を平滑化するものであり、その一端はダイオードD23のカソードに接続され、他端は絶縁トランスT1の2次巻線の他端に接続される。このコンデンサC22には、平滑コンデンサC21よりも小さい容量のものが用いられる。
【0046】
次に本実施形態に係る力率改善コンバータの動作を説明する。
スイッチSWが閉じて交流電源PSがスイッチSWを介して整流回路11に接続されると、交流電源PSにより整流回路11に交流電圧Vacが印加され、整流回路11は、この交流電圧Vacを整流して、図2(b)に示すような整流電圧Vrecを生成する。
【0047】
制御部12は、整流回路11から、抵抗R11を介して電流が供給されて動作する。この整流電圧Vrecが、図3(a)に示すように上昇するものとして、制御部12は、時刻t11において、パルス信号PqをHレベルに立ち上げてトランジスタQ11をオンするものとする。トランジスタQ11がオンするとドレイン電流Idは、図3(c)に示すように上昇する。
【0048】
制御部12は、フォトトランジスタTrのコレクタ−エミッタ間に発生した電圧信号と整流電圧Vrecとに基づいて目標レベルI[target」を設定する。
【0049】
時刻t12において、トランジスタQ11のドレイン電流Idが、この目標レベルI[target]に達したとき、制御部12は、パルス信号Pqの信号レベルをLレベルに立ち下げてトランジスタQ11をオフする。
【0050】
トランジスタQ11がオフすると、整流電圧VrecがトランジスタQ11のドレイン−ソース間に印加され、トランジスタQ11のドレイン−ソース間電圧Vdsは、図3(d)に示すように上昇する。
【0051】
そして、時刻t11から一定周期Tpが経過して時刻t13になったとき、制御部12は、再び、パルス信号Pqの信号レベルをHレベルに立ち上げてトランジスタQ11をオンする。
【0052】
このようにして、1次側に流れる電流が整流電圧Vrecに追従するようになり、力率が改善される。
【0053】
時刻t11〜t12において、絶縁トランスT1の1次巻線には整流電圧Vrecが印加される。しかし、絶縁トランスT1の1次巻線と2次巻線とは極性が逆であるため、整流ダイオードD21のアノードの電位よりもカソードの電位が高くなり、整流ダイオードD21により2次側には電流が流れず、エネルギーは、絶縁トランスT1に蓄積される。
【0054】
また、放電制御部22のトランジスタQ21のベースには、抵抗R25を介してベース電流が供給され、トランジスタQ21は、図3(f)に示すようにオンする。
【0055】
トランジスタQ21は、オンすると抵抗R26を介して電流を引き込むため、トランジスタQ22は、図3(g)に示すようにオフする。このため、2次側の電流は、平滑コンデンサC21から負荷30へと流れ、出力電圧Voutは、図3(e)に示すようにわずかに低下する程度である。
【0056】
時刻t12〜t13においては、整流ダイオードD21のアノードの電位はカソードの電位よりも高くなって整流ダイオードD21が導通し、絶縁トランスT1に蓄積されたエネルギーにより、2次巻線から整流ダイオードD21を介して平滑コンデンサC21へと電流が流れる。このため、平滑コンデンサC21は充電され、出力電圧Voutは、図3(e)に示すようにわずかに上昇する。
【0057】
出力電圧Voutは、このように、周期Tpで上下する。出力検出部21は、この出力電圧Voutを検出し、検出した出力電圧Voutの電圧レベルを、フォトカプラの発光ダイオードD22を介してフォトトランジスタTrに伝達し、フォトトランジスタTrは、出力電圧Voutに対応する信号レベルの電圧信号をコレクタ−エミッタ間に発生させる。
【0058】
図4(a)に示すように、時刻t14において、スイッチSWが開いて交流電源PSと整流回路11とが遮断されると、制御部12は電流が供給されなくなり、パルス信号Pqは、図4(b)に示すように、立ち上がらなくなる。
【0059】
このため、トランジスタQ11は、オフしたままとなる。このため、図4(c),(d)に示すように、ドレイン電流Idは流れず、ドレイン−ソース間電圧Vdsも0になったままとなる。
【0060】
このため、絶縁トランスT1の2次巻線に電圧が発生せず、出力電圧Voutは図4(e)に示すように、低下する。また、時刻t15において、抵抗R25を介してトランジスタQ21のベースに流れる電流が0になると、図4(f)に示すように、トランジスタQ21はオフする。
【0061】
このため、平滑コンデンサC21の端子電圧(出力電圧Vout)により、平滑コンデンサC21の+端子から、抵抗R26を介してトランジスタQ22のベースへと電流が流れて、図4(g)に示すように、トランジスタQ22はオンする。
【0062】
トランジスタQ22がオンすると、トランジスタQ22は、抵抗R24の他端と平滑コンデンサC21の−端子とを接続する。このため、電流が、平滑コンデンサC21の+端子から、抵抗R26、トランジスタQ22のコレクタ−エミッタを介して平滑コンデンサC21の−端子へと流れ、平滑コンデンサC21が放電する。
【0063】
従来のように、放電制御部22が備えられていなければ、図4(e)の破線で示すように、平滑コンデンサC21の端子電圧Vc21は、時刻t17になって0Vになる。
【0064】
しかし、本実施形態では、放電制御部22が備えられているため、時刻t17よりも前の時刻t16において、平滑コンデンサC21の端子電圧Vc21は、0Vになる。このため、負荷30としてのLED、有機ELは、時刻t15から短い期間で発光しなくなる。
【0065】
以上説明したように、本実施形態によれば、発光ダイオードD22とコンデンサC22とトランジスタQ21,Q22によって構成された放電制御部22を備え、スイッチSWが開いて絶縁トランスT1の2次側電圧(電流)が低下したときに、平滑コンデンサC21を放電するようにした。
【0066】
従って、リレースイッチ等を備えることなく構成を簡易にすることができ、小型化することができる。
【0067】
そして、出力側の平滑コンデンサC21を速やかに放電させることができるため、この力率改善コンバータを照明装置に使用した場合でも、ユーザが必要としない交流電源PSの遮断後の残光を低減することができる。
【0068】
尚、本発明を実施するにあたっては、種々の形態が考えられ、上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、抵抗R26を抵抗値が一定の固定抵抗とした。しかし、この抵抗R26を可変抵抗とすることもできる。抵抗R26を可変抵抗とすることにより、残光が必要な場合に、ユーザは、この残光時間を調整することができる。
【0069】
上記実施形態では、電源回路を力率改善コンバータとして説明した。しかし、電源回路は、力率改善コンバータに限られるものではなく、力率改善コンバータの基本回路であるフライバックコンバータ、あるいは、フォワードコンバータ等であってもよい。
【0070】
また、出力検出部21は、定電圧で動作するものに限られるものではなく、定電流で動作する回路であってもよい。
【符号の説明】
【0071】
11 整流回路
12 制御部
21 出力検出部
22 放電制御部
T1 絶縁トランス
D21 整流ダイオード
C21 平滑コンデンサ
Q21,Q22 トランジスタ
R24 抵抗

【特許請求の範囲】
【請求項1】
1次巻線と2次巻線とを有し、前記1次巻線に印加された1次側電圧に従って前記2次巻線に2次側電圧を発生させるトランスと、
前記トランスの前記1次巻線の端子に接続されてオン、オフするスイッチング素子と、
アノードが前記トランスの前記2次巻線の一端に接続され、前記トランスの前記2次巻線に発生した前記2次側電圧を整流する第1の整流ダイオードと、
一端が前記第1の整流ダイオードのカソードに接続され、前記第1の整流ダイオードが整流した電圧を平滑化する第1の平滑コンデンサと、
前記2次巻線に前記2次側電圧が発生しなくなったときに前記第1の平滑コンデンサを放電する放電制御部と、を備え、
前記放電制御部は、
前記トランスの前記2次巻線の一端にアノードが接続された第2の整流ダイオードと、
前記第1の平滑コンデンサよりも小さな容量を有し、一端が前記第2の整流ダイオードのカソードに接続された第2の平滑コンデンサと、
前記第1の平滑コンデンサの前記一端に一端が接続された放電抵抗と、
前記第2の平滑コンデンサから電流が供給されて前記放電抵抗の他端と前記第1の平滑コンデンサの他端とを遮断し、前記第2の平滑コンデンサからの電流の供給が停止したときに前記放電抵抗の他端と前記第1の平滑コンデンサの他端とを接続する半導体スイッチと、を備えた、
ことを特徴とする電源回路。
【請求項2】
力率改善コンバータによって構成された、
ことを特徴とする請求項1に記載の電源回路。
【請求項3】
前記放電抵抗は、可変抵抗によって構成されたものである、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電源回路。
【請求項4】
前記半導体スイッチは、
前記第2の平滑コンデンサの一端からベースに電流が供給されてオンし、前記電流の供給が停止してオフするnpn型の第1のトランジスタと、
前記放電抵抗の他端にコレクタが接続され、エミッタが前記第1の平滑コンデンサの他端に接続され、ベースが前記第1のトランジスタのコレクタに接続されたnpn型の第2のトランジスタと、によって構されたものである、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電源回路。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate


【公開番号】特開2011−120341(P2011−120341A)
【公開日】平成23年6月16日(2011.6.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−273758(P2009−273758)
【出願日】平成21年12月1日(2009.12.1)
【出願人】(300022353)NECライティング株式会社 (483)
【Fターム(参考)】