電源装置及び照明器具
【課題】電解コンデンサを搭載した電源装置において、簡易な構成によって電解コンデンサの異常を検知し、かつ、異常検知後も電源装置の使用継続を可能とする技術を提供する。
【解決手段】電源装置１００は、商用交流電源２１から供給される交流電圧を整流する整流回路１と、整流回路１によって整流された整流電圧を平滑する電解コンデンサＣ１とを有する直流電源部（整流回１、昇圧チョッパ回路２）と、直流電源部によって平滑された平滑電圧に基づく電力を、負荷５に供給するインバータ回路３と、電解コンデンサＣ１の電圧を検出対象として検出し、検出された電圧値の属する範囲に応じて、インバータ回路３が負荷５に供給する電力の大きさを制御する検出回路６とを備えた。
【解決手段】電源装置１００は、商用交流電源２１から供給される交流電圧を整流する整流回路１と、整流回路１によって整流された整流電圧を平滑する電解コンデンサＣ１とを有する直流電源部（整流回１、昇圧チョッパ回路２）と、直流電源部によって平滑された平滑電圧に基づく電力を、負荷５に供給するインバータ回路３と、電解コンデンサＣ１の電圧を検出対象として検出し、検出された電圧値の属する範囲に応じて、インバータ回路３が負荷５に供給する電力の大きさを制御する検出回路６とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解コンデンサを搭載した直流電源負荷装置において、電解コンデンサの異常を検知する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電解コンデンサは、陰極と陽極のアルミ電極と電解紙が重ねられてロール状に巻かれ、アルミケースの中に収納される。陰極と陽極のアルミ電極からは外部端子が溶接されケース外部に出される。内部は電解液が充填され、封口ゴムにより密閉されている。アルミケースの頭部には、一般的には安全弁とよばれるスリットがある。これは電解コンデンサ内部の損失角（ｔａｎδ）増大などが原因でコンデンサ内部が発熱し、電解液が急激に蒸発し内圧が急激に上昇した時に、このスリット部分が裂け、内圧を外気に逃がす。
【０００３】
電解コンデンサ内部には電解液がある。コンデンサ内部が発熱すると、この電解液が蒸発し、コンデンサ内圧が上昇する。初期状態でも内部の発熱はあり、電解液は蒸発するが、封口ゴムから透過し内圧と外気のバランスを保つ。しかし、長時間使用すると電解液は減少し、コンデンサの損失角（ｔａｎδ）が増大する。この損失角の増大に伴い、コンデンサ内部が発熱し、電解液の蒸発が助長される。この為、封口ゴムからの透過では足りなくなり、コンデンサの内圧が上昇する。この為、頭部にある安全弁が裂け、内部の電解液が外部に水蒸気状に噴き出す場合がある。
【０００４】
この現象は長時間使用された場合に発生するだけでなく、コンデンサに印加される電圧が定格電圧を越えた場合や、逆電圧が印加された場合にも発生する。電解液が十分に残存した状態で発生すると、より多くの電解液が水蒸気状に噴出する。なお、電解液の主成分はエチレングリコールで沸点は約２００℃である。
【０００５】
例えば、スイッチング電源やインバータ回路などの高周波変換回路においても、電解コンデンサが使用されている。電解コンデンサの静電容量は概ね数μＦ〜数百μＦであり、定格電圧は数Ｖ〜数百Ｖである。電解コンデンサは、回路の異常や、寿命末期にコンデンサ内部が発熱し、電解液が蒸発して安全弁が開き、電解液が水蒸気状に噴出する。
【０００６】
この現象は電子機器を使うエンドユーザーからすれば、燃焼による発煙と捉えられることが多く、電子機器の安全性がクローズアップされる昨今では問題視されている。
【０００７】
この現象を回避する為に、電解コンデンサに流れる電流や印加される電圧の変化を電気的に検出する技術（例えば、特許文献１）や、電解コンデンサの発熱を電解コンデンサに組み込まれた感温素子等で検出する技術（例えば、特許文献２）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特公平４−５９５９２号公報
【特許文献２】特開平４−２３３２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１や特許文献２においては、電解コンデンサに流れる電流や印加される電圧若しくは発熱を検出し、所定のレベルを超えると機器の動作は停止してしまう。例えば照明器具などは寿命末期検知後に即消灯してしまうと、照明器具交換までの間、明かりが無く、不自由になる場合が多い。
【００１０】
また、電解コンデンサの寿命末期直前にＬＥＤを点灯させたり、音声で機器の交換時期を知らせる機能もある。しかし、機器のライフサイクル中のほんのわずかな時間にだけ使用する機能の為に、回路構成を複雑にする事はできるだけ避けることが好ましい。
【００１１】
この発明は、電解コンデンサを搭載した電源装置において、簡易な構成によって電解コンデンサの異常を検知し、かつ、異常検知後も電源装置の使用継続を可能とする技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明の電源装置は、商用交流電源から供給される交流電圧を整流する整流回路と、前記整流回路によって整流された整流電圧を平滑する電解コンデンサとを有する直流電源部と、前記直流電源部によって平滑された平滑電圧に基づく電力を、所定の負荷に供給する供給部と、前記電解コンデンサの電圧と、前記電解コンデンサを流れる電流と、前記電解コンデンサの温度とのうちのいずれか一つを、検出対象として検出し、検出された前記検出対象の検出値の属する範囲に応じて、前記供給部が前記負荷に供給する前記電力の大きさを制御する制御部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、電源装置に搭載された電解コンデンサの容量が経年的に減少した場合、段階的に負荷の出力を低減させることで、電解コンデンサの安全弁が動作することを防止し、機器のライフサイクルを延長することができる。また、供給電力を大きさを制御することにより、例えば負荷が光源である場合には徐々に暗くなっていくので、ユーザは負荷能力の低下を知ることができる。このため、ユーザは、機器の交換をスムーズに行なうことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１における電源装置１００を示す回路図。
【図２】実施の形態１における電解コンデンサＣ１の電圧特性を示す図。
【図３】実施の形態１における各部の波形を示す図。
【図４】実施の形態２における電源装置１００を示す回路図。
【図５】実施の形態３における電源装置１００を示す回路図。
【図６】実施の形態３における温度検出ブロック１６の配置を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１の蛍光灯用の電源装置１００の回路図である。
【００１６】
次に、図１の電源装置１００の回路構成について説明する。電源装置１００は、商用ＡＣ電源２１から入力される交流電圧を整流する整流回路１と、整流回路１が出力する電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路２と、昇圧チョッパ回路２が出力する電圧を高周波電流に変換して負荷回路４を介して接続される負荷５に電力を供給するインバータ回路３（供給部）と、電解コンデンサＣ１の両端に発生する直流電圧を検出する検出回路６（制御部）とを備えている。なお、整流回路１と昇圧チョッパ回路２とは、「直流電源部」を構成する。
【００１７】
（昇圧チョッパ回路２）
昇圧チョッパ回路２は、整流回路１によって整流されて、さらにスイッチング素子Ｑ１のスイッチングによって昇圧された電圧を平滑化する電解コンデンサＣ１を有する。電源装置１００は、電解コンデンサＣ１の電圧を検出し、この電圧の検出結果に基いてインバータ回路３の駆動周波を制御することで、負荷の出力を低減させる制御を実行することが特徴である。
昇圧チョッパ回路２は、整流回路１の出力端に並列に接続され、脈流電圧を検出する脈流電圧検出抵抗Ｒ４、Ｒ５の直列接続と、トランスＴ１を介して接続されるスイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ１に流れる電流を検出する電流検出抵抗Ｒ６と、トランスＴ１とアノード側が接続されるダイオードＤ１と、ダイオードＤ１のカソード側と整流回路１の低電位側とに接続される電解コンデンサＣ１と、電解コンデンサＣ１に並列に接続され、電解コンデンサＣ１に充電される電圧を検出する出力電圧検出抵抗Ｒ１、Ｒ２の直列接続と、脈流電圧検出抵抗Ｒ４、Ｒ５及び出力電圧検出抵抗Ｒ１、Ｒ２及びスイッチング素子Ｑ１の電流検出抵抗Ｒ６が検出する検出信号とトランスＴ１の２次側に発生する検出信号を入力して、これらの検出信号に基づいて、スイッチング素子Ｑ１を制御する昇圧チョッパ制御回路７とを備えている。
【００１８】
（インバータ回路３）
インバータ回路３は、昇圧チョッパ回路２によって昇圧、平滑化された電圧（平滑化電圧）に基づく電力を負荷５に供給する。すなわち、インバータ回路３は、直列に接続されたスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３と、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３を高周波で交互にオン−オフさせる信号を発生するスイッチング制御回路８とを備えている。スイッチング制御回路８は、スイッチング制御回路８の端子Ａから流れ出る電流値によって端子Ｂから出力される高周波スイッチング信号の周波数を変えている。
【００１９】
（負荷回路４）
負荷回路４は、スイッチング素子Ｑ２とスイッチング素子Ｑ３との接続点からバラストチョークＬ２０を介して負荷５に接続し、負荷５とグランド間に直流成分除去のコンデンサＣ２０を備えた直列共振回路を構成する。負荷５とは、以下では蛍光灯を例にして説明する。
【００２０】
（検出回路６）
検出回路６は、電圧検出ブロック１０、第一閾値回路ブロック１１、第二閾値回路ブロック１２、第一信号処理ブロック１３、第二信号処理ブロック１４とを備えている。
（１）電圧検出ブロック１０は、電解コンデンサＣ１の両端電圧（検出対象の一例）を検出する。
（２）第一閾値回路ブロック１１は、電圧検出ブロック１０で検出された電圧を自身の有する第一閾値と比較する。
（３）第二閾値回路ブロック１２も、電圧検出ブロック１０で検出された電圧を自身の有する第二閾値と比較する。
（４）第一信号処理ブロック１３は、検出電圧が第一閾値回路ブロック１１の第一閾値を越えた場合にスイッチング制御回路８に周波数を高める信号を出力する。
（５）第二信号処理ブロック１４は、検出電圧が第二閾値回路ブロック１２の第二閾値を越えた場合にスイッチング制御回路８に周波数を高める信号を出力する。なお、（４）、（５）では検出電圧が第一閾値、第二閾値を越えた場合に周波数を高める信号を出力するが、これは、周波数を高めると負荷５である蛍光灯（光源）の光出力が低減することを前提としているからである。つまり第一信号処理ブロック１３、第二信号処理ブロック１４は、検出電圧が第一閾値、第二閾値を越えた場合には、負荷の消費電力が低減する信号を出力する。
【００２１】
次に電源装置１００の動作について説明する。電源装置１００に商用ＡＣ電源２１からの電力が供給されると、昇圧チョッパ回路２が動作してインバータ回路３に昇圧した直流電圧が印加される。
【００２２】
インバータ回路３のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３が交互にオン−オフするようにスイッチング制御回路８から信号が発生し、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３の接続点と電解コンデンサＣ１の低電位側間に高周波の矩形波電圧が発生する。
【００２３】
この矩形波高周波電圧が負荷回路４を経て負荷５に印加される。バラストチョークＬ２０、負荷５、コンデンサＣ２０は直列共振回路であり、負荷回路４及び負荷５には高周波の電流が流れる。
【００２４】
検出回路６の電圧検出ブロック１０は電解コンデンサＣ１の両端に接続されている。電圧検出ブロック１０は、電解コンデンサＣ１両端のピーク電圧を例えば抵抗等で分圧する。この分圧された電圧は第一閾値回路ブロック１１と第二閾値回路ブロック１２とに入力され、それぞれの内部閾値の電圧と比較される。第一閾値回路ブロック１１の内部閾値（第一閾値）は第二閾値回路ブロック１２の内部閾値（第二閾値）よりも低い電圧である。
【００２５】
電圧検出ブロック１０で検出された電圧が第一閾値回路ブロック１１の内部閾値を超えると第一閾値回路ブロック１１から第一信号処理ブロック１３へ信号が出力され、第一信号処理ブロック１３はインバータ回路３へスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３のスイッチング周波数を高める信号を出力する。
【００２６】
電圧検出ブロック１０で検出された電圧が第二閾値回路ブロック１２の内部閾値を超えると第二閾値回路ブロック１２から第二信号処理ブロック１４へ信号が出力され、第二信号処理ブロック１４はインバータ回路３へスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３のスイッチング周波数を高める信号を出力する。第二信号処理ブロック１４の出力する信号は、第一信号処理ブロック１３の出力した信号よりも、さらに発振周波数を高める（負荷５である蛍光灯をさらに暗くする）ことを指示する信号である。
【００２７】
以上の検出回路６の処理内容を、図２、図３を参照して説明する。
図２は、電解コンデンサＣ１の両端電圧を示す図である。
（ａ）は点灯初期状態での電解コンデンサＣ１の両端電圧であり、リプル電圧Ｖｐ−ｐを有している。これは負荷回路４が電流を消費している為である。
（ｂ）は負荷５である蛍光灯が点灯を継続した時の電解コンデンサＣ１の両端電圧であり、電解コンデンサＣ１の容量が次第に低下し、負荷回路で消費する電流は一定であるから前記リプル電圧Ｖｐ−ｐは大きくなる。
（ｃ）は（ｂ）から更に点灯時間が増えた場合である。電解コンデンサＣ１の容量は更に低下し、リプル電圧Ｖｐ−ｐも更に大きくなる。
【００２８】
図３は、電解コンデンサＣ１が点灯開始から寿命末期になるまでの各部波形を示す。波形横軸は時間経過である。縦軸は各電圧、各信号の値である。
（ａ）は、点灯継続時の電解コンデンサＣ１両端電圧波形である。
（ｂ）は、第二閾値回路ブロック１２の内部閾値電圧である。
（ｃ）は、第一閾値回路ブロック１１の内部閾値電圧である。
（ｄ）は、電圧検出ブロック１０の出力電圧である。
（ｅ）は、第二閾値回路ブロック１２の出力信号である。
（ｆ）は、第一閾値回路ブロック１１の出力信号である。
（ｇ）は、インバータ回路３の発振周波数である。
（ｈ）は、ランプ５の照度である。
【００２９】
次に、電解コンデンサＣ１が点灯開始から寿命末期になる過程での動作を図３を用いて説明する。
（１）（ａ）のように電解コンデンサＣ１の両端電圧は点灯時間経過と共にリプル電圧Ｖｐ−ｐが上昇してゆく。それに伴い、電圧検出ブロック１０で電解コンデンサＣ１両端ピーク電圧を分圧した電圧（ｄ）も上昇する。
（２）点灯開始から電解コンデンサＣ１の容量低下が規定された容量以下になる時間をＴ１とし、このＴ１を電解コンデンサＣ１の寿命時間とする。
（３）（ｄ）に示すように、第一閾値回路ブロック１１の内部閾値を、Ｔ１経過後の電解コンデンサが寿命と定義される容量になった時間の電圧としている。
（４）電圧検出ブロック１０の出力電圧（ｄ）が第一閾値回路ブロック１１の内部閾値（ｃ）を超えると第一閾値回路ブロック１１から第一信号処理ブロック１３に向けて出力信号（ｆ）が出力される。この出力信号（ｆ）を受けて第一信号処理ブロック１３はスイッチング制御回路８から出力されるインバータ回路３の発振周波数を高めるような信号をスイッチング制御回路８に出力する。
（５）結果、負荷５に流れる電流は減少し、負荷５で消費する電力は減少する。ここで負荷５は蛍光ランプであるから調光状態になり、ランプの照度は低下する。
（６）負荷５の消費電力が減少すると、電解コンデンサＣ１から放電される電流は減少するから、Ｔ１経過後の電解コンデンサＣ１のピーク電圧の上昇はストップ若しくは減少する。
（７）Ｔ１で負荷５の消費電力が減少した状態でさらに時間が経過すると、電解コンデンサＣ１の容量はさらに減少し、再び電解コンデンサＣ１のピーク電圧は上昇し始める。
（８）すると、電圧検出ブロック１０の出力電圧（ｄ）はさらに上昇し、第二閾値回路ブロック１２の内部閾値電圧に到達する（時間Ｔ２）。この時点で電解コンデンサＣ１の容量は設計時に設定した寿命時の容量を下回っているが、負荷５の消費電力は減少しているから電解コンデンサＣ１の負荷も減少している為、電解コンデンサの安全弁が動作することは無い。
（９）電圧検出ブロック１０の出力電圧（ｄ）が上昇し、第二閾値回路ブロック１２の内部閾値電圧に到達すると上記（４）から上記（７）で述べたのと同様に第二信号処理ブロック１４はスイッチング制御回路８から出力されるインバータ回路３の発振周波数を更に高めるような信号をスイッチング制御回路８に出力する。
（１０）結果、負荷５に流れる電流は上記（５）から更に減少し、負荷５で消費する電力も更に減少し、ランプの照度は更に低下する。
【００３０】
以上の（１）〜（１０）のように、検出回路６（検出部、制御部）は、電解コンデンサＣ１の電圧を検出対象として検出し、検出された電圧値の属する範囲に応じて、インバータ回路３が負荷５に供給する電力の大きさを制御する。
【００３１】
本実施の形態１では閾値回路ブロックは２つであるが、２つ以上設けても構わない。
【００３２】
検出回路６は、図３に示すように、検出された電解コンデンサＣ１の電圧が、予め他の範囲と重複なく設定された複数の範囲のうちのどの範囲に属するかを判定し（例えば、第一閾値未満の範囲か、第一閾値以上で第二閾値未満の範囲か、第二閾値以上の範囲かなど）、判定された範囲の値が大きいほど、小さい電力をインバータ回路３に負荷５に対して供給させる。このように、電解コンデンサの容量が設計時の寿命容量を下回った場合、段階的に負荷供給電力を減少させ、負荷が停止することなく、負荷の能力が低下したことをユーザに報知するとともに、電解コンデンサへのストレスも低減させ、安全弁動作を防ぐことができる。
【００３３】
なお実施の形態１では、電解コンデンサＣ１によって平滑された平滑電圧に基づく電力として、高周波電力をインバータ回路３が負荷５に供給する場合を説明したが、一例である。平滑電圧に基づく電力として直流電力を所定の負荷に供給する場合に、直流電力の大きさを制御する構成でも構わない。
【００３４】
実施の形態２．
図４は、実施の形態２の電源装置１００の回路図である。図４は、実施の形態１における検出回路６の電圧検出ブロック１０が、電流検出ブロック１５に置き換わった構成である。
【００３５】
図４の検出回路６は、電解コンデンサＣ１と直列に電解コンデンサＣ１に流れる電流（検出対象の一例）を検出する電流検出ブロック１５を有している。
【００３６】
電解コンデンサＣ１は経年変化により、容量が減少し、リプル電圧・リプル電流が上昇することが知られている。図４の電流検出ブロック１５は電解コンデンサＣ１と直列に接続されている。
【００３７】
電流検出ブロック１５の電流検出手段としては、例えば電流トランスや電流検出用の低い抵抗値の抵抗を使用する。
【００３８】
電流検出ブロック１５で検出された信号は、実施の形態１で述べたのと同様に、後段の複数の閾値回路ブロックと信号処理ブロックを経て、スイッチング制御回路８に接続される。
【００３９】
電解コンデンサが経年変化により容量が減少すると、リプル電流が増加し、検出電流も増加する。この変化を実施の形態１と同様に複数の閾値回路ブロックで判定し、電解コンデンサＣ１の容量低下に伴い、段階的に負荷電力を減少させる。
【００４０】
実施の形態３．
図５は、実施の形態３の電源装置１００の回路図である。図５は、実施の形態１における検出回路６の電圧検出ブロック１０が、温度検出ブロック１６に置き換わった構成である。温度検出ブロック１６は電解コンデンサＣ１の温度（検出対象の一例）を検出する。
【００４１】
図６は、温度検出ブロック１６が、基板１７に配置されたアルミ電解コンデンサＣ１のアルミケースに取り付けられた状態を示す斜視図である。図６のように、電解コンデンサＣ１の側面に温度検出ブロック１６が付着している。電解コンデンサＣ１は経年変化により、容量が減少すると内部抵抗値が上昇し、リプル電流により電解コンデンサＣ１の温度が上昇することが知られている。
【００４２】
電解コンデンサＣ１が経年変化により容量が減少すると、リプル電流が増加し、内部抵抗値が上昇し、電解コンデンサＣ１は発熱する。この変化を実施の形態１と同様に複数の閾値回路ブロックで判定し、電解コンデンサＣ１の容量低下に伴い、段階的に負荷電力を減少させる。
【００４３】
なお、実施の形態１〜３では電源装置を説明したが、実施の形態１〜３のいずれかの電源装置を備えた照明器具の実施形態とすることも、もちろん可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 整流回路、２ 昇圧チョッパ回路、３ インバータ回路、４ 負荷回路、５ 負荷、６ 検出回路、７ 昇圧チョッパ制御回路、８ スイッチング制御回路、１０ 電圧検出ブロック、１１ 第一閾値回路ブロック、１２ 第二閾値回路ブロック、１３ 第一信号処理ブロック、１４ 第二信号処理ブロック、１５ 電流検出ブロック、１６ 温度検出ブロック、２１ 商用ＡＣ電源、１００ 電源装置、Ｒ４〜Ｒ５ 脈流電圧検出抵、Ｔ１ トランス、Ｑ１ スイッチング素子、Ｒ６ 電流検出抵抗、Ｒ１〜Ｒ２ 出力電圧検出抵抗、Ｄ１ ダイオード、Ｃ１ 電解コンデンサ、Ｑ２〜Ｑ３ スイッチング素子、Ｌ２０ バラストチョーク、Ｃ２０ 直流電圧成分除去用のコンデンサ、Ｆ 電流ヒューズ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解コンデンサを搭載した直流電源負荷装置において、電解コンデンサの異常を検知する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電解コンデンサは、陰極と陽極のアルミ電極と電解紙が重ねられてロール状に巻かれ、アルミケースの中に収納される。陰極と陽極のアルミ電極からは外部端子が溶接されケース外部に出される。内部は電解液が充填され、封口ゴムにより密閉されている。アルミケースの頭部には、一般的には安全弁とよばれるスリットがある。これは電解コンデンサ内部の損失角（ｔａｎδ）増大などが原因でコンデンサ内部が発熱し、電解液が急激に蒸発し内圧が急激に上昇した時に、このスリット部分が裂け、内圧を外気に逃がす。
【０００３】
電解コンデンサ内部には電解液がある。コンデンサ内部が発熱すると、この電解液が蒸発し、コンデンサ内圧が上昇する。初期状態でも内部の発熱はあり、電解液は蒸発するが、封口ゴムから透過し内圧と外気のバランスを保つ。しかし、長時間使用すると電解液は減少し、コンデンサの損失角（ｔａｎδ）が増大する。この損失角の増大に伴い、コンデンサ内部が発熱し、電解液の蒸発が助長される。この為、封口ゴムからの透過では足りなくなり、コンデンサの内圧が上昇する。この為、頭部にある安全弁が裂け、内部の電解液が外部に水蒸気状に噴き出す場合がある。
【０００４】
この現象は長時間使用された場合に発生するだけでなく、コンデンサに印加される電圧が定格電圧を越えた場合や、逆電圧が印加された場合にも発生する。電解液が十分に残存した状態で発生すると、より多くの電解液が水蒸気状に噴出する。なお、電解液の主成分はエチレングリコールで沸点は約２００℃である。
【０００５】
例えば、スイッチング電源やインバータ回路などの高周波変換回路においても、電解コンデンサが使用されている。電解コンデンサの静電容量は概ね数μＦ〜数百μＦであり、定格電圧は数Ｖ〜数百Ｖである。電解コンデンサは、回路の異常や、寿命末期にコンデンサ内部が発熱し、電解液が蒸発して安全弁が開き、電解液が水蒸気状に噴出する。
【０００６】
この現象は電子機器を使うエンドユーザーからすれば、燃焼による発煙と捉えられることが多く、電子機器の安全性がクローズアップされる昨今では問題視されている。
【０００７】
この現象を回避する為に、電解コンデンサに流れる電流や印加される電圧の変化を電気的に検出する技術（例えば、特許文献１）や、電解コンデンサの発熱を電解コンデンサに組み込まれた感温素子等で検出する技術（例えば、特許文献２）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特公平４−５９５９２号公報
【特許文献２】特開平４−２３３２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１や特許文献２においては、電解コンデンサに流れる電流や印加される電圧若しくは発熱を検出し、所定のレベルを超えると機器の動作は停止してしまう。例えば照明器具などは寿命末期検知後に即消灯してしまうと、照明器具交換までの間、明かりが無く、不自由になる場合が多い。
【００１０】
また、電解コンデンサの寿命末期直前にＬＥＤを点灯させたり、音声で機器の交換時期を知らせる機能もある。しかし、機器のライフサイクル中のほんのわずかな時間にだけ使用する機能の為に、回路構成を複雑にする事はできるだけ避けることが好ましい。
【００１１】
この発明は、電解コンデンサを搭載した電源装置において、簡易な構成によって電解コンデンサの異常を検知し、かつ、異常検知後も電源装置の使用継続を可能とする技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明の電源装置は、商用交流電源から供給される交流電圧を整流する整流回路と、前記整流回路によって整流された整流電圧を平滑する電解コンデンサとを有する直流電源部と、前記直流電源部によって平滑された平滑電圧に基づく電力を、所定の負荷に供給する供給部と、前記電解コンデンサの電圧と、前記電解コンデンサを流れる電流と、前記電解コンデンサの温度とのうちのいずれか一つを、検出対象として検出し、検出された前記検出対象の検出値の属する範囲に応じて、前記供給部が前記負荷に供給する前記電力の大きさを制御する制御部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、電源装置に搭載された電解コンデンサの容量が経年的に減少した場合、段階的に負荷の出力を低減させることで、電解コンデンサの安全弁が動作することを防止し、機器のライフサイクルを延長することができる。また、供給電力を大きさを制御することにより、例えば負荷が光源である場合には徐々に暗くなっていくので、ユーザは負荷能力の低下を知ることができる。このため、ユーザは、機器の交換をスムーズに行なうことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１における電源装置１００を示す回路図。
【図２】実施の形態１における電解コンデンサＣ１の電圧特性を示す図。
【図３】実施の形態１における各部の波形を示す図。
【図４】実施の形態２における電源装置１００を示す回路図。
【図５】実施の形態３における電源装置１００を示す回路図。
【図６】実施の形態３における温度検出ブロック１６の配置を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１の蛍光灯用の電源装置１００の回路図である。
【００１６】
次に、図１の電源装置１００の回路構成について説明する。電源装置１００は、商用ＡＣ電源２１から入力される交流電圧を整流する整流回路１と、整流回路１が出力する電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路２と、昇圧チョッパ回路２が出力する電圧を高周波電流に変換して負荷回路４を介して接続される負荷５に電力を供給するインバータ回路３（供給部）と、電解コンデンサＣ１の両端に発生する直流電圧を検出する検出回路６（制御部）とを備えている。なお、整流回路１と昇圧チョッパ回路２とは、「直流電源部」を構成する。
【００１７】
（昇圧チョッパ回路２）
昇圧チョッパ回路２は、整流回路１によって整流されて、さらにスイッチング素子Ｑ１のスイッチングによって昇圧された電圧を平滑化する電解コンデンサＣ１を有する。電源装置１００は、電解コンデンサＣ１の電圧を検出し、この電圧の検出結果に基いてインバータ回路３の駆動周波を制御することで、負荷の出力を低減させる制御を実行することが特徴である。
昇圧チョッパ回路２は、整流回路１の出力端に並列に接続され、脈流電圧を検出する脈流電圧検出抵抗Ｒ４、Ｒ５の直列接続と、トランスＴ１を介して接続されるスイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ１に流れる電流を検出する電流検出抵抗Ｒ６と、トランスＴ１とアノード側が接続されるダイオードＤ１と、ダイオードＤ１のカソード側と整流回路１の低電位側とに接続される電解コンデンサＣ１と、電解コンデンサＣ１に並列に接続され、電解コンデンサＣ１に充電される電圧を検出する出力電圧検出抵抗Ｒ１、Ｒ２の直列接続と、脈流電圧検出抵抗Ｒ４、Ｒ５及び出力電圧検出抵抗Ｒ１、Ｒ２及びスイッチング素子Ｑ１の電流検出抵抗Ｒ６が検出する検出信号とトランスＴ１の２次側に発生する検出信号を入力して、これらの検出信号に基づいて、スイッチング素子Ｑ１を制御する昇圧チョッパ制御回路７とを備えている。
【００１８】
（インバータ回路３）
インバータ回路３は、昇圧チョッパ回路２によって昇圧、平滑化された電圧（平滑化電圧）に基づく電力を負荷５に供給する。すなわち、インバータ回路３は、直列に接続されたスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３と、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３を高周波で交互にオン−オフさせる信号を発生するスイッチング制御回路８とを備えている。スイッチング制御回路８は、スイッチング制御回路８の端子Ａから流れ出る電流値によって端子Ｂから出力される高周波スイッチング信号の周波数を変えている。
【００１９】
（負荷回路４）
負荷回路４は、スイッチング素子Ｑ２とスイッチング素子Ｑ３との接続点からバラストチョークＬ２０を介して負荷５に接続し、負荷５とグランド間に直流成分除去のコンデンサＣ２０を備えた直列共振回路を構成する。負荷５とは、以下では蛍光灯を例にして説明する。
【００２０】
（検出回路６）
検出回路６は、電圧検出ブロック１０、第一閾値回路ブロック１１、第二閾値回路ブロック１２、第一信号処理ブロック１３、第二信号処理ブロック１４とを備えている。
（１）電圧検出ブロック１０は、電解コンデンサＣ１の両端電圧（検出対象の一例）を検出する。
（２）第一閾値回路ブロック１１は、電圧検出ブロック１０で検出された電圧を自身の有する第一閾値と比較する。
（３）第二閾値回路ブロック１２も、電圧検出ブロック１０で検出された電圧を自身の有する第二閾値と比較する。
（４）第一信号処理ブロック１３は、検出電圧が第一閾値回路ブロック１１の第一閾値を越えた場合にスイッチング制御回路８に周波数を高める信号を出力する。
（５）第二信号処理ブロック１４は、検出電圧が第二閾値回路ブロック１２の第二閾値を越えた場合にスイッチング制御回路８に周波数を高める信号を出力する。なお、（４）、（５）では検出電圧が第一閾値、第二閾値を越えた場合に周波数を高める信号を出力するが、これは、周波数を高めると負荷５である蛍光灯（光源）の光出力が低減することを前提としているからである。つまり第一信号処理ブロック１３、第二信号処理ブロック１４は、検出電圧が第一閾値、第二閾値を越えた場合には、負荷の消費電力が低減する信号を出力する。
【００２１】
次に電源装置１００の動作について説明する。電源装置１００に商用ＡＣ電源２１からの電力が供給されると、昇圧チョッパ回路２が動作してインバータ回路３に昇圧した直流電圧が印加される。
【００２２】
インバータ回路３のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３が交互にオン−オフするようにスイッチング制御回路８から信号が発生し、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３の接続点と電解コンデンサＣ１の低電位側間に高周波の矩形波電圧が発生する。
【００２３】
この矩形波高周波電圧が負荷回路４を経て負荷５に印加される。バラストチョークＬ２０、負荷５、コンデンサＣ２０は直列共振回路であり、負荷回路４及び負荷５には高周波の電流が流れる。
【００２４】
検出回路６の電圧検出ブロック１０は電解コンデンサＣ１の両端に接続されている。電圧検出ブロック１０は、電解コンデンサＣ１両端のピーク電圧を例えば抵抗等で分圧する。この分圧された電圧は第一閾値回路ブロック１１と第二閾値回路ブロック１２とに入力され、それぞれの内部閾値の電圧と比較される。第一閾値回路ブロック１１の内部閾値（第一閾値）は第二閾値回路ブロック１２の内部閾値（第二閾値）よりも低い電圧である。
【００２５】
電圧検出ブロック１０で検出された電圧が第一閾値回路ブロック１１の内部閾値を超えると第一閾値回路ブロック１１から第一信号処理ブロック１３へ信号が出力され、第一信号処理ブロック１３はインバータ回路３へスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３のスイッチング周波数を高める信号を出力する。
【００２６】
電圧検出ブロック１０で検出された電圧が第二閾値回路ブロック１２の内部閾値を超えると第二閾値回路ブロック１２から第二信号処理ブロック１４へ信号が出力され、第二信号処理ブロック１４はインバータ回路３へスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３のスイッチング周波数を高める信号を出力する。第二信号処理ブロック１４の出力する信号は、第一信号処理ブロック１３の出力した信号よりも、さらに発振周波数を高める（負荷５である蛍光灯をさらに暗くする）ことを指示する信号である。
【００２７】
以上の検出回路６の処理内容を、図２、図３を参照して説明する。
図２は、電解コンデンサＣ１の両端電圧を示す図である。
（ａ）は点灯初期状態での電解コンデンサＣ１の両端電圧であり、リプル電圧Ｖｐ−ｐを有している。これは負荷回路４が電流を消費している為である。
（ｂ）は負荷５である蛍光灯が点灯を継続した時の電解コンデンサＣ１の両端電圧であり、電解コンデンサＣ１の容量が次第に低下し、負荷回路で消費する電流は一定であるから前記リプル電圧Ｖｐ−ｐは大きくなる。
（ｃ）は（ｂ）から更に点灯時間が増えた場合である。電解コンデンサＣ１の容量は更に低下し、リプル電圧Ｖｐ−ｐも更に大きくなる。
【００２８】
図３は、電解コンデンサＣ１が点灯開始から寿命末期になるまでの各部波形を示す。波形横軸は時間経過である。縦軸は各電圧、各信号の値である。
（ａ）は、点灯継続時の電解コンデンサＣ１両端電圧波形である。
（ｂ）は、第二閾値回路ブロック１２の内部閾値電圧である。
（ｃ）は、第一閾値回路ブロック１１の内部閾値電圧である。
（ｄ）は、電圧検出ブロック１０の出力電圧である。
（ｅ）は、第二閾値回路ブロック１２の出力信号である。
（ｆ）は、第一閾値回路ブロック１１の出力信号である。
（ｇ）は、インバータ回路３の発振周波数である。
（ｈ）は、ランプ５の照度である。
【００２９】
次に、電解コンデンサＣ１が点灯開始から寿命末期になる過程での動作を図３を用いて説明する。
（１）（ａ）のように電解コンデンサＣ１の両端電圧は点灯時間経過と共にリプル電圧Ｖｐ−ｐが上昇してゆく。それに伴い、電圧検出ブロック１０で電解コンデンサＣ１両端ピーク電圧を分圧した電圧（ｄ）も上昇する。
（２）点灯開始から電解コンデンサＣ１の容量低下が規定された容量以下になる時間をＴ１とし、このＴ１を電解コンデンサＣ１の寿命時間とする。
（３）（ｄ）に示すように、第一閾値回路ブロック１１の内部閾値を、Ｔ１経過後の電解コンデンサが寿命と定義される容量になった時間の電圧としている。
（４）電圧検出ブロック１０の出力電圧（ｄ）が第一閾値回路ブロック１１の内部閾値（ｃ）を超えると第一閾値回路ブロック１１から第一信号処理ブロック１３に向けて出力信号（ｆ）が出力される。この出力信号（ｆ）を受けて第一信号処理ブロック１３はスイッチング制御回路８から出力されるインバータ回路３の発振周波数を高めるような信号をスイッチング制御回路８に出力する。
（５）結果、負荷５に流れる電流は減少し、負荷５で消費する電力は減少する。ここで負荷５は蛍光ランプであるから調光状態になり、ランプの照度は低下する。
（６）負荷５の消費電力が減少すると、電解コンデンサＣ１から放電される電流は減少するから、Ｔ１経過後の電解コンデンサＣ１のピーク電圧の上昇はストップ若しくは減少する。
（７）Ｔ１で負荷５の消費電力が減少した状態でさらに時間が経過すると、電解コンデンサＣ１の容量はさらに減少し、再び電解コンデンサＣ１のピーク電圧は上昇し始める。
（８）すると、電圧検出ブロック１０の出力電圧（ｄ）はさらに上昇し、第二閾値回路ブロック１２の内部閾値電圧に到達する（時間Ｔ２）。この時点で電解コンデンサＣ１の容量は設計時に設定した寿命時の容量を下回っているが、負荷５の消費電力は減少しているから電解コンデンサＣ１の負荷も減少している為、電解コンデンサの安全弁が動作することは無い。
（９）電圧検出ブロック１０の出力電圧（ｄ）が上昇し、第二閾値回路ブロック１２の内部閾値電圧に到達すると上記（４）から上記（７）で述べたのと同様に第二信号処理ブロック１４はスイッチング制御回路８から出力されるインバータ回路３の発振周波数を更に高めるような信号をスイッチング制御回路８に出力する。
（１０）結果、負荷５に流れる電流は上記（５）から更に減少し、負荷５で消費する電力も更に減少し、ランプの照度は更に低下する。
【００３０】
以上の（１）〜（１０）のように、検出回路６（検出部、制御部）は、電解コンデンサＣ１の電圧を検出対象として検出し、検出された電圧値の属する範囲に応じて、インバータ回路３が負荷５に供給する電力の大きさを制御する。
【００３１】
本実施の形態１では閾値回路ブロックは２つであるが、２つ以上設けても構わない。
【００３２】
検出回路６は、図３に示すように、検出された電解コンデンサＣ１の電圧が、予め他の範囲と重複なく設定された複数の範囲のうちのどの範囲に属するかを判定し（例えば、第一閾値未満の範囲か、第一閾値以上で第二閾値未満の範囲か、第二閾値以上の範囲かなど）、判定された範囲の値が大きいほど、小さい電力をインバータ回路３に負荷５に対して供給させる。このように、電解コンデンサの容量が設計時の寿命容量を下回った場合、段階的に負荷供給電力を減少させ、負荷が停止することなく、負荷の能力が低下したことをユーザに報知するとともに、電解コンデンサへのストレスも低減させ、安全弁動作を防ぐことができる。
【００３３】
なお実施の形態１では、電解コンデンサＣ１によって平滑された平滑電圧に基づく電力として、高周波電力をインバータ回路３が負荷５に供給する場合を説明したが、一例である。平滑電圧に基づく電力として直流電力を所定の負荷に供給する場合に、直流電力の大きさを制御する構成でも構わない。
【００３４】
実施の形態２．
図４は、実施の形態２の電源装置１００の回路図である。図４は、実施の形態１における検出回路６の電圧検出ブロック１０が、電流検出ブロック１５に置き換わった構成である。
【００３５】
図４の検出回路６は、電解コンデンサＣ１と直列に電解コンデンサＣ１に流れる電流（検出対象の一例）を検出する電流検出ブロック１５を有している。
【００３６】
電解コンデンサＣ１は経年変化により、容量が減少し、リプル電圧・リプル電流が上昇することが知られている。図４の電流検出ブロック１５は電解コンデンサＣ１と直列に接続されている。
【００３７】
電流検出ブロック１５の電流検出手段としては、例えば電流トランスや電流検出用の低い抵抗値の抵抗を使用する。
【００３８】
電流検出ブロック１５で検出された信号は、実施の形態１で述べたのと同様に、後段の複数の閾値回路ブロックと信号処理ブロックを経て、スイッチング制御回路８に接続される。
【００３９】
電解コンデンサが経年変化により容量が減少すると、リプル電流が増加し、検出電流も増加する。この変化を実施の形態１と同様に複数の閾値回路ブロックで判定し、電解コンデンサＣ１の容量低下に伴い、段階的に負荷電力を減少させる。
【００４０】
実施の形態３．
図５は、実施の形態３の電源装置１００の回路図である。図５は、実施の形態１における検出回路６の電圧検出ブロック１０が、温度検出ブロック１６に置き換わった構成である。温度検出ブロック１６は電解コンデンサＣ１の温度（検出対象の一例）を検出する。
【００４１】
図６は、温度検出ブロック１６が、基板１７に配置されたアルミ電解コンデンサＣ１のアルミケースに取り付けられた状態を示す斜視図である。図６のように、電解コンデンサＣ１の側面に温度検出ブロック１６が付着している。電解コンデンサＣ１は経年変化により、容量が減少すると内部抵抗値が上昇し、リプル電流により電解コンデンサＣ１の温度が上昇することが知られている。
【００４２】
電解コンデンサＣ１が経年変化により容量が減少すると、リプル電流が増加し、内部抵抗値が上昇し、電解コンデンサＣ１は発熱する。この変化を実施の形態１と同様に複数の閾値回路ブロックで判定し、電解コンデンサＣ１の容量低下に伴い、段階的に負荷電力を減少させる。
【００４３】
なお、実施の形態１〜３では電源装置を説明したが、実施の形態１〜３のいずれかの電源装置を備えた照明器具の実施形態とすることも、もちろん可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 整流回路、２ 昇圧チョッパ回路、３ インバータ回路、４ 負荷回路、５ 負荷、６ 検出回路、７ 昇圧チョッパ制御回路、８ スイッチング制御回路、１０ 電圧検出ブロック、１１ 第一閾値回路ブロック、１２ 第二閾値回路ブロック、１３ 第一信号処理ブロック、１４ 第二信号処理ブロック、１５ 電流検出ブロック、１６ 温度検出ブロック、２１ 商用ＡＣ電源、１００ 電源装置、Ｒ４〜Ｒ５ 脈流電圧検出抵、Ｔ１ トランス、Ｑ１ スイッチング素子、Ｒ６ 電流検出抵抗、Ｒ１〜Ｒ２ 出力電圧検出抵抗、Ｄ１ ダイオード、Ｃ１ 電解コンデンサ、Ｑ２〜Ｑ３ スイッチング素子、Ｌ２０ バラストチョーク、Ｃ２０ 直流電圧成分除去用のコンデンサ、Ｆ 電流ヒューズ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電源から供給される交流電圧を整流する整流回路と、前記整流回路によって整流された整流電圧を平滑する電解コンデンサとを有する直流電源部と、
前記直流電源部によって平滑された平滑電圧に基づく電力を、所定の負荷に供給する供給部と、
前記電解コンデンサの電圧と、前記電解コンデンサを流れる電流と、前記電解コンデンサの温度とのうちのいずれか一つを、検出対象として検出し、検出された前記検出対象の検出値の属する範囲に応じて、前記供給部が前記負荷に供給する前記電力の大きさを制御する制御部と
を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記制御部は、
検出された前記検出値が、予め他の範囲と重複なく設定された複数の範囲のうちのどの範囲に属するかを判定し、判定された前記範囲の値が大きいほど、小さい電力を前記供給部に前記負荷へ供給させることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記負荷は、
電力を供給されて発光する光源であり、
前記制御部は、
前記判定された範囲の値が大きい範囲ほど、前記光源の照度が低下するように前記供給部を制御することを特徴とする請求項２記載の電源装置。
【請求項４】
前記供給部は、
前記平滑電圧に基づく前記電力として、高周波電力と直流電力とのいずれかを前記負荷に供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電源装置。
【請求項５】
前記電解コンデンサは、
アルミ電解コンデンサであることを特徴とする請求項４記載の電源装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の電源装置を備えたことを特徴とする照明器具。
【請求項１】
商用交流電源から供給される交流電圧を整流する整流回路と、前記整流回路によって整流された整流電圧を平滑する電解コンデンサとを有する直流電源部と、
前記直流電源部によって平滑された平滑電圧に基づく電力を、所定の負荷に供給する供給部と、
前記電解コンデンサの電圧と、前記電解コンデンサを流れる電流と、前記電解コンデンサの温度とのうちのいずれか一つを、検出対象として検出し、検出された前記検出対象の検出値の属する範囲に応じて、前記供給部が前記負荷に供給する前記電力の大きさを制御する制御部と
を備えたことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記制御部は、
検出された前記検出値が、予め他の範囲と重複なく設定された複数の範囲のうちのどの範囲に属するかを判定し、判定された前記範囲の値が大きいほど、小さい電力を前記供給部に前記負荷へ供給させることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記負荷は、
電力を供給されて発光する光源であり、
前記制御部は、
前記判定された範囲の値が大きい範囲ほど、前記光源の照度が低下するように前記供給部を制御することを特徴とする請求項２記載の電源装置。
【請求項４】
前記供給部は、
前記平滑電圧に基づく前記電力として、高周波電力と直流電力とのいずれかを前記負荷に供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電源装置。
【請求項５】
前記電解コンデンサは、
アルミ電解コンデンサであることを特徴とする請求項４記載の電源装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の電源装置を備えたことを特徴とする照明器具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２３８９１（Ｐ２０１２−２３８９１Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６０６５８（Ｐ２０１０−１６０６５８）
【出願日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【出願人】（３９００１４５４６）三菱電機照明株式会社 (585)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【出願人】（３９００１４５４６）三菱電機照明株式会社 (585)
【Ｆターム（参考）】
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