電源装置、点灯装置、灯具、車両
【課題】トランスを用いることなく、出力に地絡や天絡の異常が発生した場合にも回路が壊れることのない電源装置、点灯装置、灯具、車両を提供する。
【解決手段】電源装置１は、一対の入力端２１，２２間にスイッチング素子Ｓ１と第１のインダクタＬ１との直列回路を備え、一対の出力端３１，３２間に第２のインダクタＬ２とダイオードＤ１との直列回路を備えている。スイッチング素子Ｓ１と第１のインダクタＬ１とは一端同士が互いに接続され、スイッチング素子Ｓ１の他端が正極側の入力端２１に接続される。第２のインダクタＬ２はその一端がダイオードＤ１のカソードと接続され、他端が第１の出力端３１に接続される。第１のコンデンサＣ１は、第１のインダクタＬ１の一端とダイオードＤ１のカソードとの間に接続され、第２のコンデンサＣ２は、第１のインダクタＬ１の他端とダイオードＤ１のアノードとの間に接続されている。
【解決手段】電源装置１は、一対の入力端２１，２２間にスイッチング素子Ｓ１と第１のインダクタＬ１との直列回路を備え、一対の出力端３１，３２間に第２のインダクタＬ２とダイオードＤ１との直列回路を備えている。スイッチング素子Ｓ１と第１のインダクタＬ１とは一端同士が互いに接続され、スイッチング素子Ｓ１の他端が正極側の入力端２１に接続される。第２のインダクタＬ２はその一端がダイオードＤ１のカソードと接続され、他端が第１の出力端３１に接続される。第１のコンデンサＣ１は、第１のインダクタＬ１の一端とダイオードＤ１のカソードとの間に接続され、第２のコンデンサＣ２は、第１のインダクタＬ１の他端とダイオードＤ１のアノードとの間に接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源からの電力を変換して負荷へ供給する電源装置、点灯装置、灯具、車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電源装置は、たとえば車両における前照灯などの灯具に用いられ、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光源からなる負荷に電力供給する（たとえば特許文献１参照）。特許文献１記載の電源装置は、トランスによって１次側の電流経路と二次側の電流経路とが分離されたＤＣ−ＤＣ変換回路（フライバックコンバータ）を有し、ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力電圧の異常の有無を判定する出力異常状態判定手段を備えている。
【０００３】
この種の電源装置においては、たとえば配線の噛み込みや劣化による短絡、誤配線などによって、電源装置の出力線が直流電源（バッテリー）のグランド（負極側）に接触（地絡）したり、活線（正極側）に接触（天絡）したりする可能性がある。特許文献１記載の電源装置は、このような地絡や天絡が発生した場合でも、出力異常状態判定手段にて出力異常と判定されるとＤＣ−ＤＣ変換回路の出力動作を停止させるので、回路の保護が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２８４７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１記載の電源装置では、出力に地絡や天絡が発生した時に回路を保護できるものの、ＤＣ−ＤＣ変換回路にトランスを用いているので、低コスト化が困難であるという問題がある。
【０００６】
本発明は上記事由に鑑みて為されており、トランスを用いることなく、出力に地絡や天絡の異常が発生した場合にも回路が壊れることのない電源装置、点灯装置、灯具、車両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】
【０００７】
本発明の電源装置は、オンとオフとを交互に繰り返すスイッチング素子および第１のインダクタの直列回路からなり、直流電源が接続される一対の入力端間に前記スイッチング素子を前記直流電源の正極側とするように接続された第１の直列回路と、第２のインダクタおよび整流素子の直列回路からなり、負荷が接続される一対の出力端間に前記第２のインダクタを前記整流素子のカソード側とするように接続された第２の直列回路と、前記第１のインダクタにおける前記スイッチング素子との接続点である一端と前記整流素子のカソードとの間に接続された第１のコンデンサと、前記第１のインダクタの他端と前記整流素子のアノードとの間に接続された前記第２のコンデンサとを備えることを特徴とする。
【０００８】
この電源装置において、前記第２のコンデンサと並列に接続された抵抗をさらに備えることが望ましい。
【０００９】
この電源装置において、前記第２のコンデンサは、前記第１のコンデンサに比べて容量が大きいことがより望ましい。
【００１０】
この電源装置において、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路をさらに備え、前記制御回路は、前記第２のコンデンサと前記整流素子との接続点の電位を監視し、当該電位が所定の閾値を下回ると前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止することがより望ましい。
【００１１】
この電源装置において、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路と、前記第２のコンデンサにおける前記整流素子の接続点と前記出力端との間に挿入された検出用抵抗の両端電圧を監視することにより、前記出力端から前記負荷に流れる出力電流の大きさを計測する電流計測部とをさらに備え、前記制御回路は、前記電流計測部の計測値が所定の基準値となるように前記スイッチング素子を制御しており、前記第２のコンデンサと前記整流素子との接続点の電位が所定の閾値を下回る期間が所定時間継続すると、前記スイッチング素子のスイッチング動作の停止状態を維持することがより望ましい。
【００１２】
本発明の点灯装置は、上記電源装置を備え、半導体発光素子を用いた光源負荷が前記負荷として前記出力端に接続され、前記光源負荷に電力供給することにより前記光源負荷を点灯させることを特徴とする。
【００１３】
本発明の灯具は、上記点灯装置を灯体に備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明の車両は、上記灯具を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、トランスを用いることなく、出力に地絡や天絡の異常が発生した場合にも回路が壊れることのない構成を実現できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態１に係る電源装置の構成を示す概略回路図である。
【図２】実施形態１に係る電源装置の基本構成を示す概略回路図である。
【図３】実施形態１に係る電源装置の動作を説明する図である。
【図４】実施形態１に係る電源装置の動作を説明する波形図である。
【図５】実施形態１に係る電源装置で地絡、天絡が発生した状態を示す説明図である。
【図６】実施形態１に係る電源装置の地絡発生時の動作を説明する波形図である。
【図７】実施形態１に係る電源装置の地絡発生時の動作を説明する波形図である。
【図８】実施形態２の電源装置の構成を示す概略回路図である。
【図９】実施形態２に係る電源装置の動作を説明する波形図である。
【図１０】実施形態２に係る電源装置を用いた点灯装置の構成を示す概略回路図である。
【図１１】実施形態２に係る電源装置を用いた灯具の断面図である。
【図１２】実施形態２に係る電源装置を用いた車両の外観斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（実施形態１）
本実施形態においては、車両に用いられ、直流電源（たとえば１２Ｖの車載バッテリー）からの電力を変換して負荷（たとえば発光ダイオード）へ供給する電源装置を例に説明する。
【００１８】
本実施形態の電源装置１は、図２に示すように、直流電源２（図１参照）が接続される一対の入力端（電源接続端子）２１，２２と、負荷３（図１参照）が接続される一対の出力端（負荷接続端子）３１，３２とを備えている。なお、図２は電源装置１の基本構成を示す概略回路図であり、図１はこの基本構成を具現した電源装置１の概略回路図である。
【００１９】
この電源装置１は、入力端２１，２２間に、スイッチング素子Ｓ１と第１のインダクタＬ１との直列回路からなる第１の直列回路１１を備え、出力端３１，３２間に、第２のインダクタＬ２とダイオードＤ１との直列回路からなる第２の直列回路１２を備えている。
【００２０】
ここで、第１の直列回路１１は、スイッチング素子Ｓ１を直流電源２の正極（プラス）側である第１の入力端（正極入力端）２１に接続し、第１のインダクタＬ１を直流電源２の負極（マイナス）側である第２の入力端（負極入力端）２２に接続している。つまり、スイッチング素子Ｓ１と第１のインダクタＬ１とは一端同士が互いに接続され、スイッチング素子Ｓ１の他端が第１の入力端２１に接続され、第１のインダクタＬ１の他端が第２の入力端２２に接続されている。
【００２１】
第２の直列回路１２は、第２のインダクタＬ２を第１の出力端３１に接続し、ダイオードＤ１のアノードを第２の出力端３２に接続している。つまり、第２のインダクタＬ２はその一端がダイオードＤ１のカソードと接続され、第２のインダクタＬ２の他端が第１の出力端３１に接続され、ダイオードＤ１のアノードが第２の出力端３２に接続されている。第１の出力端３１は高電位側となる負荷３の一端に接続され、第２の出力端３２は低電位側となる負荷３の他端に接続される。
【００２２】
また、電源装置１は、第１の直列回路１１と第２の直列回路１２との間に接続された第１のコンデンサＣ１および第２のコンデンサＣ２を備えている。第１のコンデンサＣ１は、第１のインダクタＬ１の一端（スイッチング素子Ｓ１との接続点）と、ダイオードＤ１のカソード（第２のインダクタＬ２との接続点）との間に接続されている。第２のコンデンサＣ２は、第１のインダクタＬ１の他端（第２の入力端２２）と、ダイオードＤ１のアノード（第２の出力端３２）との間に接続されている。
【００２３】
さらに、本実施形態の電源装置１は、図１に示すようにスイッチング素子Ｓ１のオン／オフ動作を制御する制御回路１３と、一対の出力端３１，３２間に接続された第３のコンデンサＣ３とを備えている。第３のコンデンサＣ３は、平滑用に設けられており、一対の出力端３１，３２間において第２の直列回路１２と並列に接続されている。ここでは、スイッチング素子Ｓ１としては電圧駆動型のＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor）が用いられ、制御回路１３はスイッチング素子Ｓ１のゲート端子に接続されている。なお、スイッチング素子Ｓ１はＭＯＳ−ＦＥＴに限らず他の素子であってもよく、整流素子についてもダイオードＤ１に限らず他の素子でもよい。
【００２４】
制御回路１３は、回路部品小型化の観点から周波数が数百ｋＨｚの駆動信号をスイッチング素子Ｓ１に対して出力し、スイッチング素子Ｓ１を高周波でオン／オフさせる。ここでは、制御回路１３は、周波数固定でスイッチング素子Ｓ１のオンデューティを変化させるＰＷＭ（Pulse WidthModulation）制御によりスイッチング素子Ｓ１のオン／オフ動作を制御する。具体的には、制御回路１３は、電源装置１への入力電流や入力電圧を監視し、これらの値が所定値となるようにスイッチング素子Ｓ１のオン／オフ動作を制御することで所望の出力を得る。あるいは、制御回路１３は、たとえばフォトカプラを使用し、電源装置１からの出力電流や出力電圧を監視し、これらの値が所定値となるように直接的に制御する構成であってもよい。
【００２５】
次に、上述した構成の電源装置１において、制御回路１３によりスイッチング素子Ｓ１がオンとオフとを交互に繰り返した場合の基本的な動作について、図３および図４を参照しながら説明する。図３では、スイッチング素子Ｓ１がオンのときの動作を（ａ）、オフのときの動作を（ｂ）に示している。図３中「＋」印は第１〜３のコンデンサＣ１〜Ｃ３に発生する電圧の極性（「＋」が正極側）を表している（図５以降も同様）。図４は、横軸を時間軸として、（ａ）がスイッチング素子Ｓ１のオン／オフ、（ｂ）が電流Ｉ１、（ｃ）が電流Ｉ２、（ｄ）が入力電圧Ｖ１０、（ｅ）が電圧（Ｖ２−Ｖ１）、（ｆ）が電圧（−Ｖ３）、（ｇ）が出力電圧Ｖ１１を表している。
【００２６】
ここで、図３および図４中の「Ｖ１０」は電源装置１への入力電圧、「Ｖ１１」は電源装置１からの出力電圧を示し、「Ｉ１」は第１のインダクタＬ１に流れる電流、「Ｉ２」は第２のインダクタＬ２に流れる電流を示している（図５以降も同様）。図３中の「Ｐ１」はコンデンサＣ１のスイッチング素子Ｓ１およびインダクタＬ１との接続点、「Ｐ２」はコンデンサＣ１のインダクタＬ２およびダイオードＤ１との接続点、「Ｐ３」はコンデンサＣ２のダイオードＤ１との接続点を示す（図５以降も同様）。図４における「Ｖ１」はＰ１点の電位（グランド基準）、「Ｖ２」はＰ２点の電位（グランド基準）、「Ｖ３」はＰ３点の電圧（グランド基準）を示している（図５以降も同様）。
【００２７】
まず、時刻ｔ０（図４参照）にスイッチング素子Ｓ１がオンすると、スイッチング素子Ｓ１のオン期間（ｔ０〜ｔ１）に、第１のインダクタＬ１に流れる電流Ｉ１は時間経過に伴って増加し、直流電源２から第１のインダクタＬ１にエネルギーが蓄えられる。
【００２８】
また、このとき（ｔ０〜ｔ１）、時刻ｔ０より前のスイッチング素子Ｓ１のオフ期間において第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２に蓄えられていたエネルギーが、第２のインダクタＬ２および負荷（第３のコンデンサＣ３）３へ伝達される。さらにこのとき、第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２に蓄えられたエネルギーを受けて第２のインダクタＬ２に流れる電流Ｉ２は時間経過に伴って増加し、第２のインダクタＬ２にはエネルギーが蓄えられる。これにより、第１のコンデンサＣ１の両端電圧（Ｖ２−Ｖ１）および第２のコンデンサＣ２の両端電圧（−Ｖ３）は低下する。
【００２９】
次に、時刻ｔ１にスイッチング素子Ｓ１がオフすると、第１のインダクタＬ１に蓄えられていたエネルギーは、スイッチング素子Ｓ１のオフ期間（ｔ１〜ｔ２）に、第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２へダイオードＤ１を介して伝達される。これにより、第１のコンデンサＣ１の両端電圧（Ｖ２−Ｖ１）および第２のコンデンサＣ２の両端電圧（−Ｖ３）は上昇し、第１のインダクタＬ１に流れる電流Ｉ１は時間経過に伴って減少する。また、このとき（ｔ１〜ｔ２）、第２のインダクタＬ２に蓄えられていたエネルギーは負荷（第３のコンデンサＣ３）３へ伝達され、第２のインダクタＬ２に流れる電流Ｉ２は時間経過に伴って減少する。
【００３０】
電源装置１は、上述したようなスイッチング素子Ｓ１のオン期間の動作とオフ期間の動作とを時刻ｔ２以降においても繰り返すことにより、各部に図４に示すような電圧、電流が発生し、負荷３に電力を供給する。なお、本実施形態では、出力端３１，３２間に接続された第３のコンデンサＣ３によって、電源装置１の出力電圧Ｖ１１は平滑される。
【００３１】
ここで、第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２とで静電容量が同じ場合、エネルギーの観点から第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２とでは発生する電圧は同じであり、図４（ａ）〜（ｇ）はそのときの波形を示している。つまり、第１のコンデンサＣ１の電圧（Ｖ２−Ｖ１）と、第２のコンデンサＣ２の電圧（−Ｖ３）は同様の波形となる（図４（ｅ）および（ｆ）参照）。また、本実施形態の回路構成では、第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２に発生する電圧（Ｖ２−Ｖ１、および−Ｖ３）を加えた値は、出力電圧Ｖ１１と略同じ値になる。
【００３２】
なお、上記の説明では、電源装置１の基本動作を分かり易く説明するために、第１および第２のインダクタＬ１，Ｌ２に流れる電流Ｉ１，Ｉ２がゼロになることなく連続して流れるモード（電流連続モード）を例に説明した。また、出力電圧Ｖ１１についても、第３のコンデンサＣ３により完全に平滑された値として示した（図４（ｇ）参照）。実際には、コンデンサＣ１，Ｃ２やインダクタＬ１，Ｌ２の定数やスイッチング素子Ｓ１の駆動周波数、あるいは負荷３のインピーダンスなどによって、たとえば電流Ｉ１，Ｉ２の脈動が増えたり、よりフラットになったりするが、基本的な動作は上述の通りである。
【００３３】
次に、電源装置１の出力に地絡あるいは天絡が生じた場合の電源装置１の動作について、図５〜７を参照しながら順に説明する。
【００３４】
まず、図５に（１）で示すように低電位側となる第２の出力端３２が直流電源２のグランド（負極）に接触して地絡が発生している場合、電源装置１の動作波形は図６に示すようになる。図６は、図４と異なる部分のみを抽出して示しており、横軸を時間軸として、（ａ）がスイッチング素子Ｓ１のオン／オフ、（ｂ）が第１のコンデンサＣ１の電圧（Ｖ２−Ｖ１）、（ｃ）が第２のコンデンサＣ２の電圧（−Ｖ３）、（ｄ）が出力電圧Ｖ１１を表している。
【００３５】
この場合、地絡によって第２の出力端３２の電位は直流電源２のグランドに固定される。そのため、第２のコンデンサＣ２の電圧（−Ｖ３）はゼロとなる一方（図６（ｃ）参照）、第１のコンデンサＣ１の電圧（Ｖ２−Ｖ１）がその分上昇する（図６（ｂ）参照）。本実施形態の電源装置１においては、このような異常（地絡）発生時であっても、必要があればスイッチング素子Ｓ１のオン／オフ動作を制御することにより、負荷３への電力供給を継続することが可能である。
【００３６】
また、図５に（２）で示すように高電位側となる第１の出力端３１が直流電源２のグランドに接触して地絡が発生している場合、電源装置１の動作波形は図７に示すようになる。図７は、図４と異なる部分のみを抽出して示しており、横軸を時間軸として、（ａ）がスイッチング素子Ｓ１のオン／オフ、（ｂ）が第１のコンデンサＣ１の電圧（Ｖ２−Ｖ１）、（ｃ）が第２のコンデンサＣ２の電圧（−Ｖ３）、（ｄ）が出力電圧Ｖ１１を表している。
【００３７】
この場合、地絡によって第１の出力端３１の電位は直流電源２のグランドに固定される。そのため、第２のコンデンサＣ２の電圧（−Ｖ３）は出力電圧Ｖ１１により決まる電位となり、その際、第１のコンデンサＣ１の電圧（Ｖ２−Ｖ１）はその影響により略ゼロになる。本実施形態の電源装置１においては、このような異常（地絡）発生時であっても、図５（１）のケースと同様に、必要があればスイッチング素子Ｓ１のオン／オフ動作を制御することにより、負荷３への電力供給を継続することが可能である。
【００３８】
また、図５に（３）で示すように第２の出力端３２が直流電源２の活線（正極）に接触して天絡が発生している場合、動作波形の図示は省略するが、地絡の場合と同じように第２の出力端３２の電位は直流電源２の正電位に固定される。本実施形態の電源装置１においては、このような異常（天絡）発生時であっても、図５（１）のケースと同様に、必要があればスイッチング素子Ｓ１のオン／オフ動作を制御することにより、負荷３への電力供給を継続することが可能である。
【００３９】
同様に、図５に（４）で示すように第１の出力端３１が直流電源２の活線に接触して天絡が発生している場合も、動作波形の図示は省略するが、地絡の場合と同じように第１の出力端３１の電位は直流電源２の正電位に固定される。本実施形態の電源装置１においては、このような異常（天絡）発生時であっても、図５（１）のケースと同様に、必要があればスイッチング素子Ｓ１のオン／オフ動作を制御することにより、負荷３への電力供給を継続することが可能である。
【００４０】
以上説明した構成の電源装置１によれば、トランスを用いていないにもかかわらず、出力に地絡や天絡の異常が発生した場合に回路が壊れることなく負荷３への電力供給を継続できるという利点がある。すなわち、本実施形態の電源装置１は、直流電源２に接続される入力端２１，２２と、負荷３に接続される出力端３１，３２とが、第１の直列回路１１−第２の直列回路１２間に設けられた第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２によって直流的に遮断されている。つまり、電源装置１は、第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２によって入力側と出力側とを直流的に遮断しているので、たとえば出力に地絡や天絡の異常が生じても、この異常が入力に影響することはなく、回路が壊れることなく負荷３への電力供給を継続できる。
【００４１】
しかも、この電源装置１は、入力端２１，２２と出力端３１，３２との間をコンデンサＣ１，Ｃ２によって遮断しているので、トランスを用いて絶縁する構成に比べて、簡単な回路構成を採用でき、トランスが不要になった分コストを低く抑えることができる。
【００４２】
さらに、本実施形態の電源装置１は、出力側（第１の出力端３１）に第２のインダクタＬ２が設けられているので、出力側の電流、電圧のリップルを低く抑えることができる。また、本実施形態によれば、入力端２１，２２に接続された直流電源２の電圧を、負荷３に適した電圧に昇圧または降圧（つまり昇降圧）して、供給することができる。
【００４３】
なお、本実施形態では、第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量が同じ場合を例に説明したが、第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２とで静電容量が異なっていてもよい。すなわち、第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量を意図的に異なる値としておくことにより、エネルギーの観点から第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２とで発生する電圧の分担を変化させることが可能である。たとえば、第２のコンデンサＣ２の静電容量を第１のコンデンサＣ１の静電容量よりも大きくすることによって、第２の出力端３２の電位（Ｖ３）を直流電源２のグランドレベルに近づけることができる。このような第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量の設定（選択）は、たとえば出力制御のために出力の電位を所定の範囲にする場合などに有効である。
【００４４】
また、制御回路１３によるスイッチング素子Ｓ１の制御方法に関しては、周波数固定のＰＷＭ制御は一例に過ぎず、ＰＷＭ制御に限らず他の方法（例えば周波数制御など）であってもよい。
【００４５】
（実施形態２）
本実施形態の電源装置１は、図８に示すように、第２のコンデンサＣ２と並列に接続された第１の抵抗Ｒ１を備える点が、実施形態１の電源装置１と相違する。以下、実施形態１と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。
【００４６】
すなわち、本実施形態では、電源装置１は、第２の入力端２２に接続された第１のインダクタＬ１の他端と、第２の出力端３２に接続されたダイオードＤ１のアノードとの間に、第２のコンデンサＣ２および第１の抵抗Ｒ１の並列回路を備えている。この電源装置１は、第２のコンデンサＣ２と並列に第１の抵抗Ｒ１を接続したことにより、第２のコンデンサＣ２の電圧（−Ｖ３）を、第１の抵抗Ｒ１の抵抗値に応じた値に設定可能である。要するに、第１の抵抗Ｒ１の値を調節することによって、第２のコンデンサＣ２の電圧を意図的に任意の値に設定することができる。
【００４７】
図９は、第１の抵抗Ｒ１の抵抗値を比較的小さく設定（たとえば１００Ω以下）した場合の電源装置１の動作波形を示している。図９は、図４と異なる部分のみを抽出して示しており、横軸を時間軸として、（ａ）がスイッチング素子Ｓ１のオン／オフ、（ｂ）が第１のコンデンサＣ１の電圧（Ｖ２−Ｖ１）、（ｃ）が第２のコンデンサＣ２の電圧（−Ｖ３）、（ｄ）が出力電圧Ｖ１１を表している。
【００４８】
この場合、第２のコンデンサＣ２の電圧（−Ｖ３）は略ゼロとなり（図９（ｃ）参照）、第１のコンデンサＣ１の電圧（Ｖ２−Ｖ１）は、実施形態１で述べたようにその分上昇する（図９（ｂ）参照）。このように、第１の抵抗Ｒ１の抵抗値を比較的小さく設定することによって、たとえば出力検出回路の構成を簡略化する目的で、第２の出力端３２の電位（Ｖ３）を意図的に直流電源２のグランドレベルに近づけることができる。
【００４９】
逆に、第１の抵抗Ｒ１の抵抗値を比較的大きく設定（たとえば１ｋΩ）した場合には、第２のコンデンサＣ２の電圧（−Ｖ３）は数Ｖ程度を中心として脈動する電圧となる。
【００５０】
また、この電源装置１は、目的とする出力の異常状態（地絡あるいは天絡）に対応できる抵抗Ｒ１の定数が選定されていると、異常発生のモードによっては異常発生時に抵抗Ｒ１を介して入出力間に直流電流が流れることがあるが、異常時にも回路が壊れない。そのため、電源装置１は、入出力間がトランスを用いて絶縁される構成に比べて、簡単な回路構成を採用でき、トランスが不要になった分コストを低く抑えることができる。
【００５１】
なお、本実施形態において、第２のコンデンサＣ２の静電容量を第１のコンデンサＣ１の静電容量よりも大きくすることで、第２のコンデンサＣ２の電圧（−Ｖ３）のリップルを低減することができ、上記リップルも含めてゼロに近い電圧を得たい場合に有効である。
【００５２】
次に、本実施形態の電源装置１を点灯装置に適用した場合を例として、電源装置１のより具体的な構成について説明する。
【００５３】
電源装置１を備えた点灯装置は、図１０に示すように、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子を用いた光源負荷３０が負荷として一対の出力端３１，３２間に接続され、光源負荷３０に電力（定電流）を供給することにより光源負荷３０を点灯させる。光源負荷３０は、たとえば直列接続された複数個（図１０では２個）のＬＥＤ（発光ダイオード）モジュール３０１，３０２で構成され、各ＬＥＤモジュール３０１，３０２は、たとえば直列接続された４個のＬＥＤチップ（半導体発光素子）で構成されている。
【００５４】
図１０に示す電源装置１は、図８の構成に加え、一対の入力端２１，２２間に接続された第４のコンデンサＣ４と、第３のコンデンサＣ３におけるダイオードＤ１のアノードの接続点と第２の出力端３２との間に接続された第２の抵抗Ｒ２とをさらに備えている。第４のコンデンサＣ４は平滑用であって、第２の抵抗Ｒ２は出力端３１，３２から光源負荷３９に流れる出力電流の大きさを計測するための検出用抵抗である。この電源装置１は、検出用抵抗たる第２の抵抗Ｒ２と制御回路１３との組み合わせにより、出力電流を一定とする定電流制御が可能な点灯装置を構成する。
【００５５】
以下、制御回路１３の具体的な構成について、図１０を参照しながら説明する。なお、図１０では、「Ｐ４」は第２の抵抗Ｒ２における第２の出力端３２との接続点を示している。
【００５６】
制御回路１３は、オペアンプ１３１、コンデンサＣ１３および抵抗Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１５，Ｒ１９で構成された差動増幅回路４１と、オペアンプ１３２、コンデンサＣ１２および抵抗Ｒ１２で構成された誤差演算回路４２とを備えている。
【００５７】
差動増幅回路４１は、オペアンプ１３１の反転入力−出力間にコンデンサＣ１３と抵抗Ｒ１３との並列回路が接続され、オペアンプ１３１の非反転入力が抵抗Ｒ１５を介してグランドに接続されている。さらに、オペアンプ１３１の反転入力には第２の抵抗Ｒ２の一端（第３のコンデンサＣ３との接続点）が抵抗Ｒ１４を介して接続され、オペアンプ１３１の非反転入力には第２の抵抗Ｒ２の他端（Ｐ４）が抵抗Ｒ１９を介して接続されている。これにより、差動増幅回路４１は、第２の抵抗Ｒ２の両端間に発生する電位差（Ｐ４点の電位Ｖ４とＰ３点の電位Ｖ３との差分）を増幅し、出力電流を計測する電流計測部を構成する。
【００５８】
誤差演算回路（比例積分制御で構成）４２は、オペアンプ１３２の反転入力−出力間にコンデンサＣ１２と抵抗Ｒ１２との直列回路が接続されている。さらに、オペアンプ１３２の反転入力には差動増幅回路４１の出力（オペアンプ１３１の出力）が接続され、オペアンプ１３２の非反転入力には第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１が印加されている。これにより、誤差演算回路４２は、出力電流の計測結果を基準電圧Ｖｒｅｆ１と比較して、誤差演算結果を次段の比較回路へ与える。
【００５９】
さらに、制御回路１３は、誤差演算回路４２の出力（オペアンプ１３２の出力）と、高周波の三角波を発振信号として出力するオシレータ（高周波発振回路）１３３の出力とを比較するコンパレータ１３４からなる比較回路を備えている。コンパレータ１３４は、誤差演算回路４２の出力をオシレータ１３３からの発振信号と比較することにより、スイッチング素子Ｓ１の駆動信号（ＰＷＭ信号）を生成する。
【００６０】
上記構成により、制御回路１３は、差動増幅回路４１の出力（出力電流の計測結果）が基準電圧Ｖｒｅｆ１と等しくなるように、スイッチング素子Ｓ１の駆動信号のオンデューティを決定する。コンパレータ１３４は生成した駆動信号を第１のアンド（論理積）回路１３０を介してスイッチング素子Ｓ１に出力しており、これにより、制御回路１３は電源装置１の出力電流が定電流となるようなフィードバック制御を実現する。ここにおいて、電源装置１は、出力電流の検出に差動増幅回路４１を用い、出力に異常が発生した場合でも電流検出用の抵抗Ｒ２に流れる電流値を検出し、この検出値が基準電圧Ｖｒｅｆ１となるようにフィードバック制御によるスイッチング動作を行っている。そのため、出力異常発生時において、光源負荷３０などへの過大な電流が発生するのを抑制することができる。
【００６１】
次に、制御回路１３において、電源装置１の出力に発生する地絡や天絡などの異常を検出するための構成について説明する。
【００６２】
制御回路１３は、オペアンプ１３５、コンデンサＣ２０および抵抗Ｒ２０，Ｒ２１，Ｒ２２で構成された反転増幅回路４３と、コンパレータ１３６と、第２のアンド回路１３７とを備えている。
【００６３】
反転増幅回路４３は、オペアンプ１３５の反転入力−出力間にコンデンサＣ２０と抵抗Ｒ２０との並列回路が接続され、オペアンプ１３５の非反転入力が抵抗Ｒ２２を介してグランドに接続されている。さらに、オペアンプ１３５の反転入力にはＰ３点（第２のコンデンサＣ２におけるダイオードＤ１との接続点）が抵抗Ｒ２１を介して接続され、オペアンプ１３５の出力はコンパレータ１３６の反転入力に接続されている。これにより、反転増幅回路４３は、Ｐ３点の電位Ｖ３を反転増幅してコンパレータ１３６に出力する。
【００６４】
コンパレータ１３６は、非反転入力に基準電圧Ｖｒｅｆ２が印加されており、この基準電圧Ｖｒｅｆ２を反転増幅回路４３の出力（電位Ｖ３の反転増幅）が上回ると、直ちに出力をＬレベルとする。コンパレータ１３６の出力は第２のアンド回路１３７に入力されており、第２のアンド回路１３７の出力は第１のアンド回路１３０に入力されている。
【００６５】
したがって、制御回路１３は、コンパレータ１３６の出力がＬレベルになると、第２のアンド回路１３７の出力がＬレベルになって、第１のアンド回路１３０もＬレベルになる。要するに、制御回路１３は、第２のコンデンサＣ２とダイオードＤ１との接続点（Ｐ３）の電位Ｖ３を監視しており、電位Ｖ３が所定の閾値を下回ると、第２および第１のアンド回路１３７，１３０の出力がＬレベルになる。ここでいう閾値は、電位Ｖ３が通常取り得る値の最小値であって、基準電圧Ｖｒｅｆ２によって決定される。このとき、制御回路１３は、スイッチング素子Ｓ１をオフにしてスイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作（オン／オフ動作）を停止する。
【００６６】
また、コンパレータ１３６の出力には状態検出回路１３８が設けられており、この状態検出回路１３８の出力も第２のアンド回路１３７の入力に接続されている。状態検出回路１３８は、コンパレータ１３６からの入力がＬレベルとなる状態が所定時間（たとえば５ｍｓ）継続した場合に、出力をＨレベルからＬレベルに変化させて状態を維持する。状態検出回路１３８の出力がＬレベルとなることにより、第２および第１のアンド回路１３７，１３０の出力もＬレベルとなり、制御回路１３は、スイッチング素子Ｓ１をオフにしてスイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作（オン／オフ動作）を停止する。
【００６７】
具体的には、状態検出回路１３８は、入力が所定時間連続してＬレベルであった場合（Ｌレベルを維持）や、入力がＨレベルからＬレベルになる状態が所定時間繰り返し発生した場合（Ｈ／Ｌ繰り返し）、出力をＬレベルに変化させ、その状態を維持（ラッチ）する。
【００６８】
ここで、電源装置１の出力に地絡または天絡が生じた場合の制御回路１３の動作について説明する。
【００６９】
まず、第１の出力端３１に地絡が生じた場合には、出力端３１の電位が直流電源２のグランドに固定され、電位Ｖ３が第３のコンデンサＣ３の両端電圧分だけ低下するため、電位Ｖ３が所定の閾値を下回る。そのため、制御回路１３では、この異常（地絡）を検出してコンパレータ１３６の出力がＬレベルに変化する。これにより、第２および第１のアンド回路１３７，１３０の出力もＬレベルとなり、制御回路１３は、スイッチング素子Ｓ１をオフにしてスイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作を停止する。
【００７０】
また、第２の出力端３２に地絡が生じた場合には、出力端３２の電位が直流電源２のグランドに固定される。そのため、電源装置１は、実質的に第１の抵抗Ｒ１と第２の抵抗Ｒ２とが並列に接続された構成となり、第３のコンデンサＣ３に発生した電圧によって、第１および第２の抵抗Ｒ１，Ｒ２の並列回路を介して光源負荷３０に地絡電流が流れる。これにより、第２のコンデンサＣ２と抵抗Ｒ２との接続点（Ｐ３）には、第１および第２の抵抗Ｒ１，Ｒ２の合成抵抗と、これらを流れる電流とに応じた電圧が発生する。この場合にも、第１および第２の抵抗Ｒ１，Ｒ２の各抵抗値と、基準電圧Ｖｒｅｆ２の値とが適切に設定されていれば、制御回路１３では、この異常（地絡）を検出してコンパレータ１３６の出力がＬレベルに変化する。これにより、第２および第１のアンド回路１３７，１３０の出力もＬレベルとなり、制御回路１３は、スイッチング素子Ｓ１をオフにしてスイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作を停止する。
【００７１】
また、電源装置１が昇圧回路として使用されている場合には、制御回路１３は、天絡の発生時にも異常（天絡）を検出して、スイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作を停止することができる。
【００７２】
要するに、制御回路１３は、電源装置１の出力に地絡や天絡などの異常が発生した場合には、この異常を検出してコンパレータ１３６の出力がＬレベルに変化し、第２のアンド回路１３７の出力がＬレベルになって、第１のアンド回路１３０もＬレベルになる。このとき、制御回路１３は、スイッチング素子Ｓ１をオフにしてスイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作を停止する。
【００７３】
以上説明した本実施形態の電源装置１によれば、出力に地絡や天絡の異常が発生した場合には、上記構成によってより速やかに異常を検出し、スイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作を停止することができ、回路保護を図ることができる。
【００７４】
また、制御回路１３は、第２のコンデンサＣ２とダイオードＤ１との接続点（Ｐ３）の電位Ｖ３が閾値を下回る期間が所定時間継続すると、状態検出回路１３８により、スイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作の停止状態を維持する。したがって、電源装置１は、出力に地絡や天絡の異常が発生した状態が所定時間継続すると、スイッチング素子Ｓ１が動作を停止した状態に維持されることになり、より確実に回路保護を図ることができる。
【００７５】
次に、制御回路１３において、電源装置１の出力電圧を監視し、出力開放時の電圧制御、並びに出力開放状態や出力短絡状態が継続して発生した場合における回路保護を行うための構成について説明する。
【００７６】
制御回路１３は、オペアンプ１３９、コンデンサＣ１４および抵抗Ｒ１６，Ｒ１７，Ｒ１８で構成された非反転増幅回路４４と、非反転増幅回路４４の出力に接続される３つのコンパレータ１４０，１４１，１４３とを備えている。さらに、制御回路１３は、コンパレータ１４１，１４２の出力に接続されたタイマラッチ回路１４３，１４４と、タイマラッチ回路１４３，１４４の出力と第１のアンド回路１３０との間に接続されたノア（否定論理和）回路１４５とを備えている。
【００７７】
非反転増幅回路４４は、オペアンプ１３９の反転入力−出力間にコンデンサＣ１４と抵抗Ｒ１６との並列回路が接続され、オペアンプ１３９の反転入力が抵抗Ｒ１８を介してグランドに接続されている。さらに、オペアンプ１３９の非反転入力には第１の出力端３１が抵抗Ｒ１７を介して接続され、オペアンプ１３９の出力はコンパレータ１４０，１４２の反転入力およびコンパレータ１４１の非反転入力に接続されている。これにより、非反転増幅回路４４は、電源装置１の高電位側である第１の出力端３１の電位（出力電圧）を増幅し、コンパレータ１４０，１４１，１４２に出力する。
【００７８】
コンパレータ１４０は、非反転入力に基準電圧Ｖｒｅｆ３が印加され、出力が第１のアンド回路１３０に入力されており、基準電圧Ｖｒｅｆ３を非反転増幅回路４４の出力（出力電圧の検出値）が上回ると、第１のアンド回路１３０への出力をＬレベルとする。このコンパレータ１４０は、たとえば電源装置１が出力に光源負荷３０が接続されていない無負荷、開放状態で動作した際に出力電圧が異常に高くなることから、この異常電圧から回路を保護する目的で設けられている。つまり、電源装置１は、出力電圧が所定の閾値（基準電圧Ｖｒｅｆ３で決まる）よりも大きくなった場合には、コンパレータ１４０がアンド回路１３０にＬレベルの信号を出力してスイッチング素子Ｓ１をオフにし、スイッチング動作を停止させる。このように、電源装置１は、出力電圧が所定の閾値を超えようとした場合にはスイッチング素子Ｓ１の動作を一旦停止するので、開放電圧の制御を行うことができる。なお、この回路は光源負荷３０自体がオープン故障した場合にも有効である。
【００７９】
また、コンパレータ１４１は、反転入力に基準電圧Ｖｒｅｆ４が印加されており、この基準電圧Ｖｒｅｆ４を非反転増幅回路４４の出力（出力電圧の検出値）が下回ると、タイマラッチ回路１４３への出力をＬレベルとする。タイマラッチ回路１４３は、コンパレータ１４１からの信号が所定時間継続してＨレベルであった場合には、出力をＬレベルからＨレベルに変化させてノア回路１４５に出力する。このとき、ノア回路１４５からは第１のアンド回路１３０にＬレベルの信号が出力されるため、スイッチング素子Ｓ１はオフになる。つまり、電源装置１は、出力開放などにより出力電圧が高い状態が継続して発生した場合には、コンパレータ１４１およびタイマラッチ回路１４３によってスイッチング素子Ｓ１を完全に停止させて回路を保護する。
【００８０】
また、コンパレータ１４２は、非反転入力に基準電圧Ｖｒｅｆ５が印加されており、この基準電圧Ｖｒｅｆ５を非反転増幅回路４４の出力（出力電圧の検出値）が上回ると、タイマラッチ回路１４４への出力をＬレベルとする。タイマラッチ回路１４４は、コンパレータ１４２からの信号が所定時間継続してＨレベルであった場合には、出力をＬレベルからＨレベルに変化させてノア回路１４５に出力する。つまり、電源装置１は、出力端３１，３２間または光源負荷３０の短絡により出力電圧が低い状態が継続して発生した場合、コンパレータ１４２およびタイマラッチ回路１４４によってスイッチング素子Ｓ１を完全に停止させて回路を保護する。なお、タイマラッチ回路１４３．１４４のラッチ状態は、たとえば電源装置１への電源入力を一旦オフにすることでキャンセルされる（電源リセット）。
【００８１】
以上説明した本実施形態の電源装置１によれば、制御回路１３により、出力開放時の電圧制御、並びに出力開放状態や出力短絡状態が継続して発生した場合における回路保護が可能になる。本実施形態の電源装置１は、これらの回路保護の機能を、地絡や天絡などの異常を検出する機能と組み合わせることにより、より確実に各種の異常の検出が可能になるという利点がある。
【００８２】
ところで、本実施形態の電源装置１を用いた点灯装置は、たとえば車両用のヘッドランプ（前照灯）などの灯具に用いられる。ヘッドランプ１００は、たとえば図１１に示すように、光源負荷３０と、光源負荷３０の前方（図１１中の左側）に配置された光学ユニット１０１と、光源負荷３０に点灯電力を供給する点灯装置（電源装置）１０とを主構成として灯体１０２に備えている。
【００８３】
点灯装置１０と光源負荷３０との間は、出力線１０３により電気的に接続されており、この出力線１０３を介して光源負荷３０に点灯電力が供給される。また、光源負荷３０には放熱板１０４が取り付けられており、光源負荷３０で発生した熱がこの放熱板１０４により外部に放熱される。さらに、光学ユニット１０１は光源負荷３０から出射された光の配光を制御する。点灯装置１０は、灯体１０２の下面に取り付けられており、車両に設けられた直流電源２としての車載バッテリー（図示せず）から、電源線１０５を介して電源供給される。なお、光源負荷３０、光学ユニット１０１、放熱板１０４等からなる光源ユニットは、固定具１０６によって灯体１０２に取り付けられている。
【００８４】
ここにおいて、放熱板１０４は、固定やノイズ対策のために車両の車載バッテリーのグランド、あるいは点灯装置１０の筐体と接続されることがある。この構成では、何らかのアクシデントによって電源装置（点灯装置１０）１の出力に異常（地絡）が発生する可能がある。このような異常が発生した場合においても、本実施形態に係る電源装置１を用いることによって、電源装置１のスイッチング素子Ｓ１をオフにしてスイッチング動作を停止させることができる。
【００８５】
図１２は、上述したヘッドランプ１００を左右で一対搭載した車両１０７の外観斜視図である。この車両１０７においては、たとえば配線の不備などにより配線切れや配線被覆の剥離などが生じ、電源装置１の出力（出力端３１，３２）に地絡や天絡が生じても、電源装置１のスイッチング素子Ｓ１をオフにしてスイッチング動作を停止させることができる。なお、灯具はヘッドランプ１００に限らず、車両１０７の方向指示器や尾灯などであってもいいし、それ以外の灯具でもよい。
【００８６】
ところで、本実施形態では光源負荷３０は、２個のＬＥＤモジュール３０１，３０２で構成される例を示したが、光源負荷３０を構成するＬＥＤモジュールの個数は２個に限らず、１個または３個以上であってもよい。また、制御回路１３は、出力の定電流制御の手法として、誤差演算回路４２による比例積分制御を用いているが、他の定電流制御の手法を用いてもよい。さらに、制御回路１３に関しては、マイコン（マイクロコンピュータ）などを用いて構成してもよく、フィードバック制御部をデジタル的に構成することもできる。また、本実施形態では、出力電流を一定値に制御（定電流制御）する電源装置１を例に説明したが、電源装置１は、出力電圧を一定値に制御（定電圧制御）する構成であってもよい。
【００８７】
また、点灯装置１０に適用される電源装置１は、第１の抵抗Ｒ１を備えた図８の構成に限らず、実施形態１で説明したように第１の抵抗Ｒ１のない構成の電源装置１であってもよい。
【００８８】
その他の構成および機能は実施形態１と同様である。
【符号の説明】
【００８９】
１ 電源装置
２ 直流電源
３ 負荷
１０ 点灯装置
１３ 制御回路
２１，２２ 入力端
３０ 光源負荷
３１，３２ 出力端
４１ 差動増幅回路（電流計測部）
１００ ヘッドライト（灯具）
１０２ 灯体
１０７ 車両
Ｃ１ 第１のコンデンサ
Ｃ２ 第２のコンデンサ
Ｄ１ ダイオード（整流素子）
Ｌ１ 第１のインダクタ
Ｌ２ 第２のインダクタ
Ｒ１ 第１の抵抗
Ｒ２ 第２の抵抗（検出用抵抗）
Ｓ１ スイッチング素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源からの電力を変換して負荷へ供給する電源装置、点灯装置、灯具、車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電源装置は、たとえば車両における前照灯などの灯具に用いられ、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光源からなる負荷に電力供給する（たとえば特許文献１参照）。特許文献１記載の電源装置は、トランスによって１次側の電流経路と二次側の電流経路とが分離されたＤＣ−ＤＣ変換回路（フライバックコンバータ）を有し、ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力電圧の異常の有無を判定する出力異常状態判定手段を備えている。
【０００３】
この種の電源装置においては、たとえば配線の噛み込みや劣化による短絡、誤配線などによって、電源装置の出力線が直流電源（バッテリー）のグランド（負極側）に接触（地絡）したり、活線（正極側）に接触（天絡）したりする可能性がある。特許文献１記載の電源装置は、このような地絡や天絡が発生した場合でも、出力異常状態判定手段にて出力異常と判定されるとＤＣ−ＤＣ変換回路の出力動作を停止させるので、回路の保護が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２８４７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１記載の電源装置では、出力に地絡や天絡が発生した時に回路を保護できるものの、ＤＣ−ＤＣ変換回路にトランスを用いているので、低コスト化が困難であるという問題がある。
【０００６】
本発明は上記事由に鑑みて為されており、トランスを用いることなく、出力に地絡や天絡の異常が発生した場合にも回路が壊れることのない電源装置、点灯装置、灯具、車両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】
【０００７】
本発明の電源装置は、オンとオフとを交互に繰り返すスイッチング素子および第１のインダクタの直列回路からなり、直流電源が接続される一対の入力端間に前記スイッチング素子を前記直流電源の正極側とするように接続された第１の直列回路と、第２のインダクタおよび整流素子の直列回路からなり、負荷が接続される一対の出力端間に前記第２のインダクタを前記整流素子のカソード側とするように接続された第２の直列回路と、前記第１のインダクタにおける前記スイッチング素子との接続点である一端と前記整流素子のカソードとの間に接続された第１のコンデンサと、前記第１のインダクタの他端と前記整流素子のアノードとの間に接続された前記第２のコンデンサとを備えることを特徴とする。
【０００８】
この電源装置において、前記第２のコンデンサと並列に接続された抵抗をさらに備えることが望ましい。
【０００９】
この電源装置において、前記第２のコンデンサは、前記第１のコンデンサに比べて容量が大きいことがより望ましい。
【００１０】
この電源装置において、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路をさらに備え、前記制御回路は、前記第２のコンデンサと前記整流素子との接続点の電位を監視し、当該電位が所定の閾値を下回ると前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止することがより望ましい。
【００１１】
この電源装置において、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路と、前記第２のコンデンサにおける前記整流素子の接続点と前記出力端との間に挿入された検出用抵抗の両端電圧を監視することにより、前記出力端から前記負荷に流れる出力電流の大きさを計測する電流計測部とをさらに備え、前記制御回路は、前記電流計測部の計測値が所定の基準値となるように前記スイッチング素子を制御しており、前記第２のコンデンサと前記整流素子との接続点の電位が所定の閾値を下回る期間が所定時間継続すると、前記スイッチング素子のスイッチング動作の停止状態を維持することがより望ましい。
【００１２】
本発明の点灯装置は、上記電源装置を備え、半導体発光素子を用いた光源負荷が前記負荷として前記出力端に接続され、前記光源負荷に電力供給することにより前記光源負荷を点灯させることを特徴とする。
【００１３】
本発明の灯具は、上記点灯装置を灯体に備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明の車両は、上記灯具を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、トランスを用いることなく、出力に地絡や天絡の異常が発生した場合にも回路が壊れることのない構成を実現できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態１に係る電源装置の構成を示す概略回路図である。
【図２】実施形態１に係る電源装置の基本構成を示す概略回路図である。
【図３】実施形態１に係る電源装置の動作を説明する図である。
【図４】実施形態１に係る電源装置の動作を説明する波形図である。
【図５】実施形態１に係る電源装置で地絡、天絡が発生した状態を示す説明図である。
【図６】実施形態１に係る電源装置の地絡発生時の動作を説明する波形図である。
【図７】実施形態１に係る電源装置の地絡発生時の動作を説明する波形図である。
【図８】実施形態２の電源装置の構成を示す概略回路図である。
【図９】実施形態２に係る電源装置の動作を説明する波形図である。
【図１０】実施形態２に係る電源装置を用いた点灯装置の構成を示す概略回路図である。
【図１１】実施形態２に係る電源装置を用いた灯具の断面図である。
【図１２】実施形態２に係る電源装置を用いた車両の外観斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（実施形態１）
本実施形態においては、車両に用いられ、直流電源（たとえば１２Ｖの車載バッテリー）からの電力を変換して負荷（たとえば発光ダイオード）へ供給する電源装置を例に説明する。
【００１８】
本実施形態の電源装置１は、図２に示すように、直流電源２（図１参照）が接続される一対の入力端（電源接続端子）２１，２２と、負荷３（図１参照）が接続される一対の出力端（負荷接続端子）３１，３２とを備えている。なお、図２は電源装置１の基本構成を示す概略回路図であり、図１はこの基本構成を具現した電源装置１の概略回路図である。
【００１９】
この電源装置１は、入力端２１，２２間に、スイッチング素子Ｓ１と第１のインダクタＬ１との直列回路からなる第１の直列回路１１を備え、出力端３１，３２間に、第２のインダクタＬ２とダイオードＤ１との直列回路からなる第２の直列回路１２を備えている。
【００２０】
ここで、第１の直列回路１１は、スイッチング素子Ｓ１を直流電源２の正極（プラス）側である第１の入力端（正極入力端）２１に接続し、第１のインダクタＬ１を直流電源２の負極（マイナス）側である第２の入力端（負極入力端）２２に接続している。つまり、スイッチング素子Ｓ１と第１のインダクタＬ１とは一端同士が互いに接続され、スイッチング素子Ｓ１の他端が第１の入力端２１に接続され、第１のインダクタＬ１の他端が第２の入力端２２に接続されている。
【００２１】
第２の直列回路１２は、第２のインダクタＬ２を第１の出力端３１に接続し、ダイオードＤ１のアノードを第２の出力端３２に接続している。つまり、第２のインダクタＬ２はその一端がダイオードＤ１のカソードと接続され、第２のインダクタＬ２の他端が第１の出力端３１に接続され、ダイオードＤ１のアノードが第２の出力端３２に接続されている。第１の出力端３１は高電位側となる負荷３の一端に接続され、第２の出力端３２は低電位側となる負荷３の他端に接続される。
【００２２】
また、電源装置１は、第１の直列回路１１と第２の直列回路１２との間に接続された第１のコンデンサＣ１および第２のコンデンサＣ２を備えている。第１のコンデンサＣ１は、第１のインダクタＬ１の一端（スイッチング素子Ｓ１との接続点）と、ダイオードＤ１のカソード（第２のインダクタＬ２との接続点）との間に接続されている。第２のコンデンサＣ２は、第１のインダクタＬ１の他端（第２の入力端２２）と、ダイオードＤ１のアノード（第２の出力端３２）との間に接続されている。
【００２３】
さらに、本実施形態の電源装置１は、図１に示すようにスイッチング素子Ｓ１のオン／オフ動作を制御する制御回路１３と、一対の出力端３１，３２間に接続された第３のコンデンサＣ３とを備えている。第３のコンデンサＣ３は、平滑用に設けられており、一対の出力端３１，３２間において第２の直列回路１２と並列に接続されている。ここでは、スイッチング素子Ｓ１としては電圧駆動型のＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor）が用いられ、制御回路１３はスイッチング素子Ｓ１のゲート端子に接続されている。なお、スイッチング素子Ｓ１はＭＯＳ−ＦＥＴに限らず他の素子であってもよく、整流素子についてもダイオードＤ１に限らず他の素子でもよい。
【００２４】
制御回路１３は、回路部品小型化の観点から周波数が数百ｋＨｚの駆動信号をスイッチング素子Ｓ１に対して出力し、スイッチング素子Ｓ１を高周波でオン／オフさせる。ここでは、制御回路１３は、周波数固定でスイッチング素子Ｓ１のオンデューティを変化させるＰＷＭ（Pulse WidthModulation）制御によりスイッチング素子Ｓ１のオン／オフ動作を制御する。具体的には、制御回路１３は、電源装置１への入力電流や入力電圧を監視し、これらの値が所定値となるようにスイッチング素子Ｓ１のオン／オフ動作を制御することで所望の出力を得る。あるいは、制御回路１３は、たとえばフォトカプラを使用し、電源装置１からの出力電流や出力電圧を監視し、これらの値が所定値となるように直接的に制御する構成であってもよい。
【００２５】
次に、上述した構成の電源装置１において、制御回路１３によりスイッチング素子Ｓ１がオンとオフとを交互に繰り返した場合の基本的な動作について、図３および図４を参照しながら説明する。図３では、スイッチング素子Ｓ１がオンのときの動作を（ａ）、オフのときの動作を（ｂ）に示している。図３中「＋」印は第１〜３のコンデンサＣ１〜Ｃ３に発生する電圧の極性（「＋」が正極側）を表している（図５以降も同様）。図４は、横軸を時間軸として、（ａ）がスイッチング素子Ｓ１のオン／オフ、（ｂ）が電流Ｉ１、（ｃ）が電流Ｉ２、（ｄ）が入力電圧Ｖ１０、（ｅ）が電圧（Ｖ２−Ｖ１）、（ｆ）が電圧（−Ｖ３）、（ｇ）が出力電圧Ｖ１１を表している。
【００２６】
ここで、図３および図４中の「Ｖ１０」は電源装置１への入力電圧、「Ｖ１１」は電源装置１からの出力電圧を示し、「Ｉ１」は第１のインダクタＬ１に流れる電流、「Ｉ２」は第２のインダクタＬ２に流れる電流を示している（図５以降も同様）。図３中の「Ｐ１」はコンデンサＣ１のスイッチング素子Ｓ１およびインダクタＬ１との接続点、「Ｐ２」はコンデンサＣ１のインダクタＬ２およびダイオードＤ１との接続点、「Ｐ３」はコンデンサＣ２のダイオードＤ１との接続点を示す（図５以降も同様）。図４における「Ｖ１」はＰ１点の電位（グランド基準）、「Ｖ２」はＰ２点の電位（グランド基準）、「Ｖ３」はＰ３点の電圧（グランド基準）を示している（図５以降も同様）。
【００２７】
まず、時刻ｔ０（図４参照）にスイッチング素子Ｓ１がオンすると、スイッチング素子Ｓ１のオン期間（ｔ０〜ｔ１）に、第１のインダクタＬ１に流れる電流Ｉ１は時間経過に伴って増加し、直流電源２から第１のインダクタＬ１にエネルギーが蓄えられる。
【００２８】
また、このとき（ｔ０〜ｔ１）、時刻ｔ０より前のスイッチング素子Ｓ１のオフ期間において第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２に蓄えられていたエネルギーが、第２のインダクタＬ２および負荷（第３のコンデンサＣ３）３へ伝達される。さらにこのとき、第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２に蓄えられたエネルギーを受けて第２のインダクタＬ２に流れる電流Ｉ２は時間経過に伴って増加し、第２のインダクタＬ２にはエネルギーが蓄えられる。これにより、第１のコンデンサＣ１の両端電圧（Ｖ２−Ｖ１）および第２のコンデンサＣ２の両端電圧（−Ｖ３）は低下する。
【００２９】
次に、時刻ｔ１にスイッチング素子Ｓ１がオフすると、第１のインダクタＬ１に蓄えられていたエネルギーは、スイッチング素子Ｓ１のオフ期間（ｔ１〜ｔ２）に、第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２へダイオードＤ１を介して伝達される。これにより、第１のコンデンサＣ１の両端電圧（Ｖ２−Ｖ１）および第２のコンデンサＣ２の両端電圧（−Ｖ３）は上昇し、第１のインダクタＬ１に流れる電流Ｉ１は時間経過に伴って減少する。また、このとき（ｔ１〜ｔ２）、第２のインダクタＬ２に蓄えられていたエネルギーは負荷（第３のコンデンサＣ３）３へ伝達され、第２のインダクタＬ２に流れる電流Ｉ２は時間経過に伴って減少する。
【００３０】
電源装置１は、上述したようなスイッチング素子Ｓ１のオン期間の動作とオフ期間の動作とを時刻ｔ２以降においても繰り返すことにより、各部に図４に示すような電圧、電流が発生し、負荷３に電力を供給する。なお、本実施形態では、出力端３１，３２間に接続された第３のコンデンサＣ３によって、電源装置１の出力電圧Ｖ１１は平滑される。
【００３１】
ここで、第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２とで静電容量が同じ場合、エネルギーの観点から第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２とでは発生する電圧は同じであり、図４（ａ）〜（ｇ）はそのときの波形を示している。つまり、第１のコンデンサＣ１の電圧（Ｖ２−Ｖ１）と、第２のコンデンサＣ２の電圧（−Ｖ３）は同様の波形となる（図４（ｅ）および（ｆ）参照）。また、本実施形態の回路構成では、第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２に発生する電圧（Ｖ２−Ｖ１、および−Ｖ３）を加えた値は、出力電圧Ｖ１１と略同じ値になる。
【００３２】
なお、上記の説明では、電源装置１の基本動作を分かり易く説明するために、第１および第２のインダクタＬ１，Ｌ２に流れる電流Ｉ１，Ｉ２がゼロになることなく連続して流れるモード（電流連続モード）を例に説明した。また、出力電圧Ｖ１１についても、第３のコンデンサＣ３により完全に平滑された値として示した（図４（ｇ）参照）。実際には、コンデンサＣ１，Ｃ２やインダクタＬ１，Ｌ２の定数やスイッチング素子Ｓ１の駆動周波数、あるいは負荷３のインピーダンスなどによって、たとえば電流Ｉ１，Ｉ２の脈動が増えたり、よりフラットになったりするが、基本的な動作は上述の通りである。
【００３３】
次に、電源装置１の出力に地絡あるいは天絡が生じた場合の電源装置１の動作について、図５〜７を参照しながら順に説明する。
【００３４】
まず、図５に（１）で示すように低電位側となる第２の出力端３２が直流電源２のグランド（負極）に接触して地絡が発生している場合、電源装置１の動作波形は図６に示すようになる。図６は、図４と異なる部分のみを抽出して示しており、横軸を時間軸として、（ａ）がスイッチング素子Ｓ１のオン／オフ、（ｂ）が第１のコンデンサＣ１の電圧（Ｖ２−Ｖ１）、（ｃ）が第２のコンデンサＣ２の電圧（−Ｖ３）、（ｄ）が出力電圧Ｖ１１を表している。
【００３５】
この場合、地絡によって第２の出力端３２の電位は直流電源２のグランドに固定される。そのため、第２のコンデンサＣ２の電圧（−Ｖ３）はゼロとなる一方（図６（ｃ）参照）、第１のコンデンサＣ１の電圧（Ｖ２−Ｖ１）がその分上昇する（図６（ｂ）参照）。本実施形態の電源装置１においては、このような異常（地絡）発生時であっても、必要があればスイッチング素子Ｓ１のオン／オフ動作を制御することにより、負荷３への電力供給を継続することが可能である。
【００３６】
また、図５に（２）で示すように高電位側となる第１の出力端３１が直流電源２のグランドに接触して地絡が発生している場合、電源装置１の動作波形は図７に示すようになる。図７は、図４と異なる部分のみを抽出して示しており、横軸を時間軸として、（ａ）がスイッチング素子Ｓ１のオン／オフ、（ｂ）が第１のコンデンサＣ１の電圧（Ｖ２−Ｖ１）、（ｃ）が第２のコンデンサＣ２の電圧（−Ｖ３）、（ｄ）が出力電圧Ｖ１１を表している。
【００３７】
この場合、地絡によって第１の出力端３１の電位は直流電源２のグランドに固定される。そのため、第２のコンデンサＣ２の電圧（−Ｖ３）は出力電圧Ｖ１１により決まる電位となり、その際、第１のコンデンサＣ１の電圧（Ｖ２−Ｖ１）はその影響により略ゼロになる。本実施形態の電源装置１においては、このような異常（地絡）発生時であっても、図５（１）のケースと同様に、必要があればスイッチング素子Ｓ１のオン／オフ動作を制御することにより、負荷３への電力供給を継続することが可能である。
【００３８】
また、図５に（３）で示すように第２の出力端３２が直流電源２の活線（正極）に接触して天絡が発生している場合、動作波形の図示は省略するが、地絡の場合と同じように第２の出力端３２の電位は直流電源２の正電位に固定される。本実施形態の電源装置１においては、このような異常（天絡）発生時であっても、図５（１）のケースと同様に、必要があればスイッチング素子Ｓ１のオン／オフ動作を制御することにより、負荷３への電力供給を継続することが可能である。
【００３９】
同様に、図５に（４）で示すように第１の出力端３１が直流電源２の活線に接触して天絡が発生している場合も、動作波形の図示は省略するが、地絡の場合と同じように第１の出力端３１の電位は直流電源２の正電位に固定される。本実施形態の電源装置１においては、このような異常（天絡）発生時であっても、図５（１）のケースと同様に、必要があればスイッチング素子Ｓ１のオン／オフ動作を制御することにより、負荷３への電力供給を継続することが可能である。
【００４０】
以上説明した構成の電源装置１によれば、トランスを用いていないにもかかわらず、出力に地絡や天絡の異常が発生した場合に回路が壊れることなく負荷３への電力供給を継続できるという利点がある。すなわち、本実施形態の電源装置１は、直流電源２に接続される入力端２１，２２と、負荷３に接続される出力端３１，３２とが、第１の直列回路１１−第２の直列回路１２間に設けられた第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２によって直流的に遮断されている。つまり、電源装置１は、第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２によって入力側と出力側とを直流的に遮断しているので、たとえば出力に地絡や天絡の異常が生じても、この異常が入力に影響することはなく、回路が壊れることなく負荷３への電力供給を継続できる。
【００４１】
しかも、この電源装置１は、入力端２１，２２と出力端３１，３２との間をコンデンサＣ１，Ｃ２によって遮断しているので、トランスを用いて絶縁する構成に比べて、簡単な回路構成を採用でき、トランスが不要になった分コストを低く抑えることができる。
【００４２】
さらに、本実施形態の電源装置１は、出力側（第１の出力端３１）に第２のインダクタＬ２が設けられているので、出力側の電流、電圧のリップルを低く抑えることができる。また、本実施形態によれば、入力端２１，２２に接続された直流電源２の電圧を、負荷３に適した電圧に昇圧または降圧（つまり昇降圧）して、供給することができる。
【００４３】
なお、本実施形態では、第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量が同じ場合を例に説明したが、第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２とで静電容量が異なっていてもよい。すなわち、第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量を意図的に異なる値としておくことにより、エネルギーの観点から第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２とで発生する電圧の分担を変化させることが可能である。たとえば、第２のコンデンサＣ２の静電容量を第１のコンデンサＣ１の静電容量よりも大きくすることによって、第２の出力端３２の電位（Ｖ３）を直流電源２のグランドレベルに近づけることができる。このような第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量の設定（選択）は、たとえば出力制御のために出力の電位を所定の範囲にする場合などに有効である。
【００４４】
また、制御回路１３によるスイッチング素子Ｓ１の制御方法に関しては、周波数固定のＰＷＭ制御は一例に過ぎず、ＰＷＭ制御に限らず他の方法（例えば周波数制御など）であってもよい。
【００４５】
（実施形態２）
本実施形態の電源装置１は、図８に示すように、第２のコンデンサＣ２と並列に接続された第１の抵抗Ｒ１を備える点が、実施形態１の電源装置１と相違する。以下、実施形態１と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。
【００４６】
すなわち、本実施形態では、電源装置１は、第２の入力端２２に接続された第１のインダクタＬ１の他端と、第２の出力端３２に接続されたダイオードＤ１のアノードとの間に、第２のコンデンサＣ２および第１の抵抗Ｒ１の並列回路を備えている。この電源装置１は、第２のコンデンサＣ２と並列に第１の抵抗Ｒ１を接続したことにより、第２のコンデンサＣ２の電圧（−Ｖ３）を、第１の抵抗Ｒ１の抵抗値に応じた値に設定可能である。要するに、第１の抵抗Ｒ１の値を調節することによって、第２のコンデンサＣ２の電圧を意図的に任意の値に設定することができる。
【００４７】
図９は、第１の抵抗Ｒ１の抵抗値を比較的小さく設定（たとえば１００Ω以下）した場合の電源装置１の動作波形を示している。図９は、図４と異なる部分のみを抽出して示しており、横軸を時間軸として、（ａ）がスイッチング素子Ｓ１のオン／オフ、（ｂ）が第１のコンデンサＣ１の電圧（Ｖ２−Ｖ１）、（ｃ）が第２のコンデンサＣ２の電圧（−Ｖ３）、（ｄ）が出力電圧Ｖ１１を表している。
【００４８】
この場合、第２のコンデンサＣ２の電圧（−Ｖ３）は略ゼロとなり（図９（ｃ）参照）、第１のコンデンサＣ１の電圧（Ｖ２−Ｖ１）は、実施形態１で述べたようにその分上昇する（図９（ｂ）参照）。このように、第１の抵抗Ｒ１の抵抗値を比較的小さく設定することによって、たとえば出力検出回路の構成を簡略化する目的で、第２の出力端３２の電位（Ｖ３）を意図的に直流電源２のグランドレベルに近づけることができる。
【００４９】
逆に、第１の抵抗Ｒ１の抵抗値を比較的大きく設定（たとえば１ｋΩ）した場合には、第２のコンデンサＣ２の電圧（−Ｖ３）は数Ｖ程度を中心として脈動する電圧となる。
【００５０】
また、この電源装置１は、目的とする出力の異常状態（地絡あるいは天絡）に対応できる抵抗Ｒ１の定数が選定されていると、異常発生のモードによっては異常発生時に抵抗Ｒ１を介して入出力間に直流電流が流れることがあるが、異常時にも回路が壊れない。そのため、電源装置１は、入出力間がトランスを用いて絶縁される構成に比べて、簡単な回路構成を採用でき、トランスが不要になった分コストを低く抑えることができる。
【００５１】
なお、本実施形態において、第２のコンデンサＣ２の静電容量を第１のコンデンサＣ１の静電容量よりも大きくすることで、第２のコンデンサＣ２の電圧（−Ｖ３）のリップルを低減することができ、上記リップルも含めてゼロに近い電圧を得たい場合に有効である。
【００５２】
次に、本実施形態の電源装置１を点灯装置に適用した場合を例として、電源装置１のより具体的な構成について説明する。
【００５３】
電源装置１を備えた点灯装置は、図１０に示すように、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子を用いた光源負荷３０が負荷として一対の出力端３１，３２間に接続され、光源負荷３０に電力（定電流）を供給することにより光源負荷３０を点灯させる。光源負荷３０は、たとえば直列接続された複数個（図１０では２個）のＬＥＤ（発光ダイオード）モジュール３０１，３０２で構成され、各ＬＥＤモジュール３０１，３０２は、たとえば直列接続された４個のＬＥＤチップ（半導体発光素子）で構成されている。
【００５４】
図１０に示す電源装置１は、図８の構成に加え、一対の入力端２１，２２間に接続された第４のコンデンサＣ４と、第３のコンデンサＣ３におけるダイオードＤ１のアノードの接続点と第２の出力端３２との間に接続された第２の抵抗Ｒ２とをさらに備えている。第４のコンデンサＣ４は平滑用であって、第２の抵抗Ｒ２は出力端３１，３２から光源負荷３９に流れる出力電流の大きさを計測するための検出用抵抗である。この電源装置１は、検出用抵抗たる第２の抵抗Ｒ２と制御回路１３との組み合わせにより、出力電流を一定とする定電流制御が可能な点灯装置を構成する。
【００５５】
以下、制御回路１３の具体的な構成について、図１０を参照しながら説明する。なお、図１０では、「Ｐ４」は第２の抵抗Ｒ２における第２の出力端３２との接続点を示している。
【００５６】
制御回路１３は、オペアンプ１３１、コンデンサＣ１３および抵抗Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１５，Ｒ１９で構成された差動増幅回路４１と、オペアンプ１３２、コンデンサＣ１２および抵抗Ｒ１２で構成された誤差演算回路４２とを備えている。
【００５７】
差動増幅回路４１は、オペアンプ１３１の反転入力−出力間にコンデンサＣ１３と抵抗Ｒ１３との並列回路が接続され、オペアンプ１３１の非反転入力が抵抗Ｒ１５を介してグランドに接続されている。さらに、オペアンプ１３１の反転入力には第２の抵抗Ｒ２の一端（第３のコンデンサＣ３との接続点）が抵抗Ｒ１４を介して接続され、オペアンプ１３１の非反転入力には第２の抵抗Ｒ２の他端（Ｐ４）が抵抗Ｒ１９を介して接続されている。これにより、差動増幅回路４１は、第２の抵抗Ｒ２の両端間に発生する電位差（Ｐ４点の電位Ｖ４とＰ３点の電位Ｖ３との差分）を増幅し、出力電流を計測する電流計測部を構成する。
【００５８】
誤差演算回路（比例積分制御で構成）４２は、オペアンプ１３２の反転入力−出力間にコンデンサＣ１２と抵抗Ｒ１２との直列回路が接続されている。さらに、オペアンプ１３２の反転入力には差動増幅回路４１の出力（オペアンプ１３１の出力）が接続され、オペアンプ１３２の非反転入力には第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１が印加されている。これにより、誤差演算回路４２は、出力電流の計測結果を基準電圧Ｖｒｅｆ１と比較して、誤差演算結果を次段の比較回路へ与える。
【００５９】
さらに、制御回路１３は、誤差演算回路４２の出力（オペアンプ１３２の出力）と、高周波の三角波を発振信号として出力するオシレータ（高周波発振回路）１３３の出力とを比較するコンパレータ１３４からなる比較回路を備えている。コンパレータ１３４は、誤差演算回路４２の出力をオシレータ１３３からの発振信号と比較することにより、スイッチング素子Ｓ１の駆動信号（ＰＷＭ信号）を生成する。
【００６０】
上記構成により、制御回路１３は、差動増幅回路４１の出力（出力電流の計測結果）が基準電圧Ｖｒｅｆ１と等しくなるように、スイッチング素子Ｓ１の駆動信号のオンデューティを決定する。コンパレータ１３４は生成した駆動信号を第１のアンド（論理積）回路１３０を介してスイッチング素子Ｓ１に出力しており、これにより、制御回路１３は電源装置１の出力電流が定電流となるようなフィードバック制御を実現する。ここにおいて、電源装置１は、出力電流の検出に差動増幅回路４１を用い、出力に異常が発生した場合でも電流検出用の抵抗Ｒ２に流れる電流値を検出し、この検出値が基準電圧Ｖｒｅｆ１となるようにフィードバック制御によるスイッチング動作を行っている。そのため、出力異常発生時において、光源負荷３０などへの過大な電流が発生するのを抑制することができる。
【００６１】
次に、制御回路１３において、電源装置１の出力に発生する地絡や天絡などの異常を検出するための構成について説明する。
【００６２】
制御回路１３は、オペアンプ１３５、コンデンサＣ２０および抵抗Ｒ２０，Ｒ２１，Ｒ２２で構成された反転増幅回路４３と、コンパレータ１３６と、第２のアンド回路１３７とを備えている。
【００６３】
反転増幅回路４３は、オペアンプ１３５の反転入力−出力間にコンデンサＣ２０と抵抗Ｒ２０との並列回路が接続され、オペアンプ１３５の非反転入力が抵抗Ｒ２２を介してグランドに接続されている。さらに、オペアンプ１３５の反転入力にはＰ３点（第２のコンデンサＣ２におけるダイオードＤ１との接続点）が抵抗Ｒ２１を介して接続され、オペアンプ１３５の出力はコンパレータ１３６の反転入力に接続されている。これにより、反転増幅回路４３は、Ｐ３点の電位Ｖ３を反転増幅してコンパレータ１３６に出力する。
【００６４】
コンパレータ１３６は、非反転入力に基準電圧Ｖｒｅｆ２が印加されており、この基準電圧Ｖｒｅｆ２を反転増幅回路４３の出力（電位Ｖ３の反転増幅）が上回ると、直ちに出力をＬレベルとする。コンパレータ１３６の出力は第２のアンド回路１３７に入力されており、第２のアンド回路１３７の出力は第１のアンド回路１３０に入力されている。
【００６５】
したがって、制御回路１３は、コンパレータ１３６の出力がＬレベルになると、第２のアンド回路１３７の出力がＬレベルになって、第１のアンド回路１３０もＬレベルになる。要するに、制御回路１３は、第２のコンデンサＣ２とダイオードＤ１との接続点（Ｐ３）の電位Ｖ３を監視しており、電位Ｖ３が所定の閾値を下回ると、第２および第１のアンド回路１３７，１３０の出力がＬレベルになる。ここでいう閾値は、電位Ｖ３が通常取り得る値の最小値であって、基準電圧Ｖｒｅｆ２によって決定される。このとき、制御回路１３は、スイッチング素子Ｓ１をオフにしてスイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作（オン／オフ動作）を停止する。
【００６６】
また、コンパレータ１３６の出力には状態検出回路１３８が設けられており、この状態検出回路１３８の出力も第２のアンド回路１３７の入力に接続されている。状態検出回路１３８は、コンパレータ１３６からの入力がＬレベルとなる状態が所定時間（たとえば５ｍｓ）継続した場合に、出力をＨレベルからＬレベルに変化させて状態を維持する。状態検出回路１３８の出力がＬレベルとなることにより、第２および第１のアンド回路１３７，１３０の出力もＬレベルとなり、制御回路１３は、スイッチング素子Ｓ１をオフにしてスイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作（オン／オフ動作）を停止する。
【００６７】
具体的には、状態検出回路１３８は、入力が所定時間連続してＬレベルであった場合（Ｌレベルを維持）や、入力がＨレベルからＬレベルになる状態が所定時間繰り返し発生した場合（Ｈ／Ｌ繰り返し）、出力をＬレベルに変化させ、その状態を維持（ラッチ）する。
【００６８】
ここで、電源装置１の出力に地絡または天絡が生じた場合の制御回路１３の動作について説明する。
【００６９】
まず、第１の出力端３１に地絡が生じた場合には、出力端３１の電位が直流電源２のグランドに固定され、電位Ｖ３が第３のコンデンサＣ３の両端電圧分だけ低下するため、電位Ｖ３が所定の閾値を下回る。そのため、制御回路１３では、この異常（地絡）を検出してコンパレータ１３６の出力がＬレベルに変化する。これにより、第２および第１のアンド回路１３７，１３０の出力もＬレベルとなり、制御回路１３は、スイッチング素子Ｓ１をオフにしてスイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作を停止する。
【００７０】
また、第２の出力端３２に地絡が生じた場合には、出力端３２の電位が直流電源２のグランドに固定される。そのため、電源装置１は、実質的に第１の抵抗Ｒ１と第２の抵抗Ｒ２とが並列に接続された構成となり、第３のコンデンサＣ３に発生した電圧によって、第１および第２の抵抗Ｒ１，Ｒ２の並列回路を介して光源負荷３０に地絡電流が流れる。これにより、第２のコンデンサＣ２と抵抗Ｒ２との接続点（Ｐ３）には、第１および第２の抵抗Ｒ１，Ｒ２の合成抵抗と、これらを流れる電流とに応じた電圧が発生する。この場合にも、第１および第２の抵抗Ｒ１，Ｒ２の各抵抗値と、基準電圧Ｖｒｅｆ２の値とが適切に設定されていれば、制御回路１３では、この異常（地絡）を検出してコンパレータ１３６の出力がＬレベルに変化する。これにより、第２および第１のアンド回路１３７，１３０の出力もＬレベルとなり、制御回路１３は、スイッチング素子Ｓ１をオフにしてスイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作を停止する。
【００７１】
また、電源装置１が昇圧回路として使用されている場合には、制御回路１３は、天絡の発生時にも異常（天絡）を検出して、スイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作を停止することができる。
【００７２】
要するに、制御回路１３は、電源装置１の出力に地絡や天絡などの異常が発生した場合には、この異常を検出してコンパレータ１３６の出力がＬレベルに変化し、第２のアンド回路１３７の出力がＬレベルになって、第１のアンド回路１３０もＬレベルになる。このとき、制御回路１３は、スイッチング素子Ｓ１をオフにしてスイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作を停止する。
【００７３】
以上説明した本実施形態の電源装置１によれば、出力に地絡や天絡の異常が発生した場合には、上記構成によってより速やかに異常を検出し、スイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作を停止することができ、回路保護を図ることができる。
【００７４】
また、制御回路１３は、第２のコンデンサＣ２とダイオードＤ１との接続点（Ｐ３）の電位Ｖ３が閾値を下回る期間が所定時間継続すると、状態検出回路１３８により、スイッチング素子Ｓ１のスイッチング動作の停止状態を維持する。したがって、電源装置１は、出力に地絡や天絡の異常が発生した状態が所定時間継続すると、スイッチング素子Ｓ１が動作を停止した状態に維持されることになり、より確実に回路保護を図ることができる。
【００７５】
次に、制御回路１３において、電源装置１の出力電圧を監視し、出力開放時の電圧制御、並びに出力開放状態や出力短絡状態が継続して発生した場合における回路保護を行うための構成について説明する。
【００７６】
制御回路１３は、オペアンプ１３９、コンデンサＣ１４および抵抗Ｒ１６，Ｒ１７，Ｒ１８で構成された非反転増幅回路４４と、非反転増幅回路４４の出力に接続される３つのコンパレータ１４０，１４１，１４３とを備えている。さらに、制御回路１３は、コンパレータ１４１，１４２の出力に接続されたタイマラッチ回路１４３，１４４と、タイマラッチ回路１４３，１４４の出力と第１のアンド回路１３０との間に接続されたノア（否定論理和）回路１４５とを備えている。
【００７７】
非反転増幅回路４４は、オペアンプ１３９の反転入力−出力間にコンデンサＣ１４と抵抗Ｒ１６との並列回路が接続され、オペアンプ１３９の反転入力が抵抗Ｒ１８を介してグランドに接続されている。さらに、オペアンプ１３９の非反転入力には第１の出力端３１が抵抗Ｒ１７を介して接続され、オペアンプ１３９の出力はコンパレータ１４０，１４２の反転入力およびコンパレータ１４１の非反転入力に接続されている。これにより、非反転増幅回路４４は、電源装置１の高電位側である第１の出力端３１の電位（出力電圧）を増幅し、コンパレータ１４０，１４１，１４２に出力する。
【００７８】
コンパレータ１４０は、非反転入力に基準電圧Ｖｒｅｆ３が印加され、出力が第１のアンド回路１３０に入力されており、基準電圧Ｖｒｅｆ３を非反転増幅回路４４の出力（出力電圧の検出値）が上回ると、第１のアンド回路１３０への出力をＬレベルとする。このコンパレータ１４０は、たとえば電源装置１が出力に光源負荷３０が接続されていない無負荷、開放状態で動作した際に出力電圧が異常に高くなることから、この異常電圧から回路を保護する目的で設けられている。つまり、電源装置１は、出力電圧が所定の閾値（基準電圧Ｖｒｅｆ３で決まる）よりも大きくなった場合には、コンパレータ１４０がアンド回路１３０にＬレベルの信号を出力してスイッチング素子Ｓ１をオフにし、スイッチング動作を停止させる。このように、電源装置１は、出力電圧が所定の閾値を超えようとした場合にはスイッチング素子Ｓ１の動作を一旦停止するので、開放電圧の制御を行うことができる。なお、この回路は光源負荷３０自体がオープン故障した場合にも有効である。
【００７９】
また、コンパレータ１４１は、反転入力に基準電圧Ｖｒｅｆ４が印加されており、この基準電圧Ｖｒｅｆ４を非反転増幅回路４４の出力（出力電圧の検出値）が下回ると、タイマラッチ回路１４３への出力をＬレベルとする。タイマラッチ回路１４３は、コンパレータ１４１からの信号が所定時間継続してＨレベルであった場合には、出力をＬレベルからＨレベルに変化させてノア回路１４５に出力する。このとき、ノア回路１４５からは第１のアンド回路１３０にＬレベルの信号が出力されるため、スイッチング素子Ｓ１はオフになる。つまり、電源装置１は、出力開放などにより出力電圧が高い状態が継続して発生した場合には、コンパレータ１４１およびタイマラッチ回路１４３によってスイッチング素子Ｓ１を完全に停止させて回路を保護する。
【００８０】
また、コンパレータ１４２は、非反転入力に基準電圧Ｖｒｅｆ５が印加されており、この基準電圧Ｖｒｅｆ５を非反転増幅回路４４の出力（出力電圧の検出値）が上回ると、タイマラッチ回路１４４への出力をＬレベルとする。タイマラッチ回路１４４は、コンパレータ１４２からの信号が所定時間継続してＨレベルであった場合には、出力をＬレベルからＨレベルに変化させてノア回路１４５に出力する。つまり、電源装置１は、出力端３１，３２間または光源負荷３０の短絡により出力電圧が低い状態が継続して発生した場合、コンパレータ１４２およびタイマラッチ回路１４４によってスイッチング素子Ｓ１を完全に停止させて回路を保護する。なお、タイマラッチ回路１４３．１４４のラッチ状態は、たとえば電源装置１への電源入力を一旦オフにすることでキャンセルされる（電源リセット）。
【００８１】
以上説明した本実施形態の電源装置１によれば、制御回路１３により、出力開放時の電圧制御、並びに出力開放状態や出力短絡状態が継続して発生した場合における回路保護が可能になる。本実施形態の電源装置１は、これらの回路保護の機能を、地絡や天絡などの異常を検出する機能と組み合わせることにより、より確実に各種の異常の検出が可能になるという利点がある。
【００８２】
ところで、本実施形態の電源装置１を用いた点灯装置は、たとえば車両用のヘッドランプ（前照灯）などの灯具に用いられる。ヘッドランプ１００は、たとえば図１１に示すように、光源負荷３０と、光源負荷３０の前方（図１１中の左側）に配置された光学ユニット１０１と、光源負荷３０に点灯電力を供給する点灯装置（電源装置）１０とを主構成として灯体１０２に備えている。
【００８３】
点灯装置１０と光源負荷３０との間は、出力線１０３により電気的に接続されており、この出力線１０３を介して光源負荷３０に点灯電力が供給される。また、光源負荷３０には放熱板１０４が取り付けられており、光源負荷３０で発生した熱がこの放熱板１０４により外部に放熱される。さらに、光学ユニット１０１は光源負荷３０から出射された光の配光を制御する。点灯装置１０は、灯体１０２の下面に取り付けられており、車両に設けられた直流電源２としての車載バッテリー（図示せず）から、電源線１０５を介して電源供給される。なお、光源負荷３０、光学ユニット１０１、放熱板１０４等からなる光源ユニットは、固定具１０６によって灯体１０２に取り付けられている。
【００８４】
ここにおいて、放熱板１０４は、固定やノイズ対策のために車両の車載バッテリーのグランド、あるいは点灯装置１０の筐体と接続されることがある。この構成では、何らかのアクシデントによって電源装置（点灯装置１０）１の出力に異常（地絡）が発生する可能がある。このような異常が発生した場合においても、本実施形態に係る電源装置１を用いることによって、電源装置１のスイッチング素子Ｓ１をオフにしてスイッチング動作を停止させることができる。
【００８５】
図１２は、上述したヘッドランプ１００を左右で一対搭載した車両１０７の外観斜視図である。この車両１０７においては、たとえば配線の不備などにより配線切れや配線被覆の剥離などが生じ、電源装置１の出力（出力端３１，３２）に地絡や天絡が生じても、電源装置１のスイッチング素子Ｓ１をオフにしてスイッチング動作を停止させることができる。なお、灯具はヘッドランプ１００に限らず、車両１０７の方向指示器や尾灯などであってもいいし、それ以外の灯具でもよい。
【００８６】
ところで、本実施形態では光源負荷３０は、２個のＬＥＤモジュール３０１，３０２で構成される例を示したが、光源負荷３０を構成するＬＥＤモジュールの個数は２個に限らず、１個または３個以上であってもよい。また、制御回路１３は、出力の定電流制御の手法として、誤差演算回路４２による比例積分制御を用いているが、他の定電流制御の手法を用いてもよい。さらに、制御回路１３に関しては、マイコン（マイクロコンピュータ）などを用いて構成してもよく、フィードバック制御部をデジタル的に構成することもできる。また、本実施形態では、出力電流を一定値に制御（定電流制御）する電源装置１を例に説明したが、電源装置１は、出力電圧を一定値に制御（定電圧制御）する構成であってもよい。
【００８７】
また、点灯装置１０に適用される電源装置１は、第１の抵抗Ｒ１を備えた図８の構成に限らず、実施形態１で説明したように第１の抵抗Ｒ１のない構成の電源装置１であってもよい。
【００８８】
その他の構成および機能は実施形態１と同様である。
【符号の説明】
【００８９】
１ 電源装置
２ 直流電源
３ 負荷
１０ 点灯装置
１３ 制御回路
２１，２２ 入力端
３０ 光源負荷
３１，３２ 出力端
４１ 差動増幅回路（電流計測部）
１００ ヘッドライト（灯具）
１０２ 灯体
１０７ 車両
Ｃ１ 第１のコンデンサ
Ｃ２ 第２のコンデンサ
Ｄ１ ダイオード（整流素子）
Ｌ１ 第１のインダクタ
Ｌ２ 第２のインダクタ
Ｒ１ 第１の抵抗
Ｒ２ 第２の抵抗（検出用抵抗）
Ｓ１ スイッチング素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オンとオフとを交互に繰り返すスイッチング素子および第１のインダクタの直列回路からなり、直流電源が接続される一対の入力端間に前記スイッチング素子を前記直流電源の正極側とするように接続された第１の直列回路と、
第２のインダクタおよび整流素子の直列回路からなり、負荷が接続される一対の出力端間に前記第２のインダクタを前記整流素子のカソード側とするように接続された第２の直列回路と、
前記第１のインダクタにおける前記スイッチング素子との接続点である一端と前記整流素子のカソードとの間に接続された第１のコンデンサと、
前記第１のインダクタの他端と前記整流素子のアノードとの間に接続された前記第２のコンデンサとを備えることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記第２のコンデンサと並列に接続された抵抗をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記第２のコンデンサは、前記第１のコンデンサに比べて容量が大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路をさらに備え、
前記制御回路は、前記第２のコンデンサと前記整流素子との接続点の電位を監視し、当該電位が所定の閾値を下回ると前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項５】
前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路と、
前記第２のコンデンサにおける前記整流素子の接続点と前記出力端との間に挿入された検出用抵抗の両端電圧を監視することにより、前記出力端から前記負荷に流れる出力電流の大きさを計測する電流計測部とをさらに備え、
前記制御回路は、前記電流計測部の計測値が所定の基準値となるように前記スイッチング素子を制御しており、前記第２のコンデンサと前記整流素子との接続点の電位が所定の閾値を下回る期間が所定時間継続すると、前記スイッチング素子のスイッチング動作の停止状態を維持することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電源装置を備え、半導体発光素子を用いた光源負荷が前記負荷として前記出力端に接続され、前記光源負荷に電力供給することにより前記光源負荷を点灯させることを特徴とする点灯装置。
【請求項７】
請求項６に記載の点灯装置を灯体に備えることを特徴とする灯具。
【請求項８】
請求項７に記載の灯具を備えることを特徴とする車両。
【請求項１】
オンとオフとを交互に繰り返すスイッチング素子および第１のインダクタの直列回路からなり、直流電源が接続される一対の入力端間に前記スイッチング素子を前記直流電源の正極側とするように接続された第１の直列回路と、
第２のインダクタおよび整流素子の直列回路からなり、負荷が接続される一対の出力端間に前記第２のインダクタを前記整流素子のカソード側とするように接続された第２の直列回路と、
前記第１のインダクタにおける前記スイッチング素子との接続点である一端と前記整流素子のカソードとの間に接続された第１のコンデンサと、
前記第１のインダクタの他端と前記整流素子のアノードとの間に接続された前記第２のコンデンサとを備えることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記第２のコンデンサと並列に接続された抵抗をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記第２のコンデンサは、前記第１のコンデンサに比べて容量が大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路をさらに備え、
前記制御回路は、前記第２のコンデンサと前記整流素子との接続点の電位を監視し、当該電位が所定の閾値を下回ると前記スイッチング素子のスイッチング動作を停止することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項５】
前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御回路と、
前記第２のコンデンサにおける前記整流素子の接続点と前記出力端との間に挿入された検出用抵抗の両端電圧を監視することにより、前記出力端から前記負荷に流れる出力電流の大きさを計測する電流計測部とをさらに備え、
前記制御回路は、前記電流計測部の計測値が所定の基準値となるように前記スイッチング素子を制御しており、前記第２のコンデンサと前記整流素子との接続点の電位が所定の閾値を下回る期間が所定時間継続すると、前記スイッチング素子のスイッチング動作の停止状態を維持することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電源装置を備え、半導体発光素子を用いた光源負荷が前記負荷として前記出力端に接続され、前記光源負荷に電力供給することにより前記光源負荷を点灯させることを特徴とする点灯装置。
【請求項７】
請求項６に記載の点灯装置を灯体に備えることを特徴とする灯具。
【請求項８】
請求項７に記載の灯具を備えることを特徴とする車両。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−１１０８４０（Ｐ２０１３−１１０８４０Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５３５６２（Ｐ２０１１−２５３５６２）
【出願日】平成２３年１１月２１日（２０１１．１１．２１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２１日（２０１１．１１．２１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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