電源電路及照明裝置製造方法

2023-06-25 17:46:26 2

電源電路及照明裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供一種電源電路及照明裝置，其能夠進行更可靠的電流控制及過電流保護。根據本發明，提供具備DC-DC轉換器和過電流保護部的電源電路。DC-DC轉換器將第一直流電壓轉換成第二直流電壓向直流負載供給。過電流保護部基於在直流負載流通的電流來對DC-DC轉換器進行反饋控制。DC-DC轉換器具有常通型的開關元件。開關元件包含第一電極、第二電極、用於控制在第一電極和第二電極之間流動的電流的第三電極，且具有第一狀態和在第一電極與第二電極之間流動的電流比第一狀態小的第二狀態。過電流保護部在流向直流負載的電流比基準值大時，將開關元件設為第二狀態。
【專利說明】電源電路及照明裝置

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種電源電路及照明裝置。

【背景技術】
[0002] 在照明裝置中，照明光源從白熾燈或螢光燈向節能、長壽命的光源例如發光二極 管（Light-emitting diode :LED)等發光元件的置換正在進展。在向這樣的光源供給電力 的電源電路中，通過開關來轉換電力的開關元件使用常通型（normally on)的元件。在含 有常通型的開關元件的電源電路中，期望進行更可靠的電流控制及過電流保護。
[0003] 專利文獻
[0004] 專利文獻1 :日本特開2009-232625號公報
[0005] 專利文獻2 :日本特開2012-034569號公報


【發明內容】

[0006] 本發明的目的在於提供能夠進行更可靠的電流控制及過電流保護的電源電路及 照明裝置。
[0007] 根據本發明，提供具備DC-DC轉換器和過電流保護部的電源電路。所述DC-DC轉 換器將從電源供給路徑供給的第一直流電壓轉換成絕對值不同的第二直流電壓並向直流 負載供給。所述過電流保護部與所述直流負載的低電位側的端部電連接，基於流向所述直 流負載的電流來對所述DC-DC轉換器進行反饋控制。所述DC-DC轉換器具有常通型的開關 元件。所述開關元件包含與所述電源供給路徑電連接的第一電極、與所述直流負載電連接 的第二電極、用於控制在所述第一電極和所述第二電極之間流通的電流的第三電極，且具 有電流在所述第一電極和所述第二電極之間流通的第一狀態、流經所述第一電極和所述第 二電極之間的電流比所述第一狀態小的第二狀態，通過使所述第三電極的電位比所述第二 電極的電位低，從所述第一狀態向所述第二狀態變化。所述過電流保護部與所述第三電極 電連接，在流經所述直流負載的電流比基準值大時，使所述第三電極的電位降低，由此使所 述開關元件從所述第一狀態變化為所述第二狀態。
[0008] 此外，本發明還提供一種照明裝置，其具備照明負載和上述電源電路。
[0009] 發明效果
[0010] 根據本發明的實施方式，可以提供能夠進行更可靠的電流控制及過電流保護的電 源電路及照明裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1是示意性表示實施方式的照明裝置的框圖；
[0012] 圖2是示意性表示實施方式的電源電路的電路圖；
[0013] 圖3是示意性表示實施方式的其它電源電路的電路圖。
[0014] 符號說明
[0015] 2...電源、3. . ·調光器、10...照明裝置、12...照明負載、HUH...電源電路、 16.. .照明光源、20. . . AC-DC轉換器、21. . . DC-DC轉換器、22...控制部、23...控制用電源 部、24...電流調節部、25...過電流保護部、26a...第一電源供給路徑、26b...第二電源 供給路徑、27...配線部、28...分支路徑、30...整流電路、32...平滑電容器、34...電感 器、36...濾波電容器、40...輸出元件、41...恆流元件、42...整流元件、43...電感器、 44.. .反饋繞組、45. . . f禹合電容器、46、47. . ·分壓電阻器、48...輸出電容器、49...偏壓電 阻器、50. · ·半導體兀件、61?63. · ·整流兀件、64. · ·電阻器、65、66· · ·電容器、67. · ·調 整器、68...齊納二極體、70...半導體元件、71、72...電阻器、80...差動放大器電路、 81···運算放大器、82、84?86、88、90、91...電阻器、83、87、92...電容器、100...半導體 元件、101、102、103、104、106...電阻器、103...電容器、105...電壓輸入路徑

【具體實施方式】
[0016] 下面，參照附圖對各實施方式進行說明。
[0017] 此外，附圖是示意性或概念性的圖，各部分的厚度和寬度的關係、局部間的大小的 比率等未必限於與現實上相同。另外，即使在表示相同部分的情況下，也有時因附圖而彼此 的尺寸及比率不同地表示。
[0018] 此外，在本申請說明書和各圖中，有關已有的附圖與上述相同的要素標註同一符 號，適宜省略詳細的說明。
[0019] 圖1是示意性表示實施方式的照明裝置的框圖。
[0020] 如圖1所示，照明裝置10具備照明負載12 (直流負載)和電源電路14。照明負載 12例如具有發光二極體（Light-emitting diode :LED)等照明光源16。照明光源16例如 也可以是有機發光二極體（Organic light- emitting diode :0LED)等。照明光源16例 如使用具有正向壓降(正向下降電壓)的發光元件。照明負載12通過來自電源電路14的輸 出電壓的施加及輸出電流的供給而使照明光源16點亮。輸出電壓及輸出電流的值根據照 明光源16規定。
[0021] 電源電路14與交流電源2及調光器3連接。此外，在本申請說明書中"連接"是 指電連接，也包含不物理連接的情況或經由其它要素連接的情況。
[0022] 交流電源2例如為商用電源。調光器3從交流電源2的交流電源電壓VIN生成進 行導通角控制後的交流電壓VCT。電源電路14通過將從調光器3供給的交流電壓VCT轉換 成直流電壓向照明負載12輸出，使照明光源16點亮。另外，電源電路14與進行了導通角 控制的交流電壓VCT同步進行照明光源16的調光。此外，調光器3根據需要設置，可以省 略。在未設置調光器3的情況下，將交流電源2的電源電壓VIN向電源電路14供給。
[0023] 調光器3的導通角控制例如有，在從交流電壓的過零到交流電壓的絕對值成為最 大值的期間控制導通的相位的相位控制（leading edge :前沿）的方式、和在交流電壓的絕 對值成為最大值後到交流電壓過零的期間控制遮斷的相位的逆相位控制（trailing edge : 後沿）的方式。
[0024] 進行相位控制的調光器3的電路結構簡單，可以處理較大的電力負載。但是，在使 用三端雙向可控矽開關元件的情況下，難以進行輕負載動作，在電源電壓暫時降低產生所 謂的電源暫降時，容易陷入不穩定動作。另外，在連接了電容性負載的情況下，由於產生衝 擊電流，所以具有與電容性負載的配合差等特徵。
[0025] 另一方面，進行逆相位控制的調光器3即使為輕負載也可以動作，即使連接電容 性負載也不會產生衝擊電流，另外，即使產生電源暫降也能夠使動作穩定。但是，由於電路 結構複雜且溫度容易上升，所以不適合重負載。另外，在連接電感性負載的情況下，具有產 生電湧的等特徵。
[0026] 在本實施方式中，作為調光器3，示例了串聯插入供給電源電壓VIN的一對電源線 的一側端子4、6間的結構，但也可以為其它結構。
[0027] 電源電路14具有AC-DC轉換器20、DC_DC轉換器21、控制部22、控制用電源部23、 電流調節部24和過電流保護部25。AC-DC轉換器20將經由第一電源供給路徑26a供給的 交流電壓VCT轉換為第一直流電壓VDC1。
[0028] DC-DC轉換器21經由第二電源供給路徑26b與AC-DC轉換器20連接。DC-DC轉 換器21將從第二電源供給路徑26b供給的第一直流電壓VDC1轉換為與照明負載12相對 應的規定電壓值的第二直流電壓VDC2並向照明負載12供給。第二直流電壓VDC2的絕對 值與第一直流電壓VDC1的絕對值不同。第二直流電壓VDC2的絕對值例如比第一直流電壓 VDC1的絕對值低。在該例中，DC-DC轉換器21為壓降型的轉換器。通過供給第二直流電壓 VDC2,照明負載12的照明光源16點亮。
[0029] 控制用電源部23具有與第一電源供給路徑26a連接的配線部27。配線部27包含 與輸入端子4連接的配線27a和與輸入端子5連接的配線27b。控制用電源部23將經由配 線部27輸入的交流電壓VCT轉換為與控制部22相對應的直流驅動電壓VDD，並將該驅動電 壓VDD向控制部22供給。配線部27例如也可以與第二電源供給路徑26b連接。
[0030] 電流調節部24具有與第一電源供給路徑26a電連接的分支路徑28,可在使流經 第一電源供給路徑26a的一部分電流向分支路徑28流動的導通狀態和不向分支路徑28流 動的非導通狀態之間切換。由此，電流調節部24例如調節在第一電源供給路徑26a流通的 電流。在該例中，電流調節部24的分支路徑28經由控制用電源部23與第一電源供給路徑 26a連接。分支路徑28也可以不經由控制用電源部23而直接與第一電源供給路徑26a連 接。此外，非導通狀態也包含對工作沒有影響的微小的電流在分支路徑28流通的情況。非 導通狀態例如為在分支路徑28流通的電流比導通狀態小的狀態。分支路徑28例如也可以 與第二電源供給路徑26b連接。
[0031] 控制部22檢測交流電壓VCT的導通角。控制部22生成與檢測到的導通角相對應 的調光信號DMS，且將該調光信號DMS輸入到過電流保護部25。另外，控制部22根據檢測 到的導通角生成控制信號CGS，且將該控制信號CGS輸入到電流調節部24,由此控制電流調 節部24的導通狀態和非導通狀態之間的切換。這樣，控制部22通過根據檢測到的導通角 控制電流調節部24和過電流保護部25,與調光器3的導通角控制同步地對照明光源16進 行調光。控制部22例如使用微處理機。
[0032] 過電流保護部25與電源電路14的低電位側的輸出端子8連接。S卩，過電流保護 部25與照明負載12的低電位側的端部連接。過電流保護部25檢測流向照明負載12 (照 明光源16)的電流。過電流保護部25基於從控制部22輸入的調光信號DMS和檢測到的電 流來對DC-DC轉換器21進行反饋控制。例如，向照明光源16流有過電流的情況下，以減小 電流的方式來反饋控制DC-DC轉換器21。由此，過電流保護部25抑制過電流流向照明光源 16。
[0033] 圖2是示意性表示實施方式的電源電路的電路圖。
[0034] 如圖2所示，AC-DC轉換器20具有整流電路30、平滑電容器32、電感器34、濾波電 容器36。
[0035] 整流電路30例如為二極體電橋。整流電路30的輸入端子30a、30b與一對輸入端 子4、5連接。經由調光器3向整流電路30的輸入端子30a、30b輸入進行了相位控制或逆 相位控制後的交流電壓VCT。整流電路30例如對交流電壓VCT進行全波整流，使高電位端 子30c和低電位端子30d之間產生全波整流後的脈動電流電壓。
[0036] 平滑電容器32連接於整流電路30的高電位端子30c和低電位端子30d之間。平 滑電容器32將利用整流電路30整流後的脈動電流電壓平滑化。由此，在平滑電容器32的 兩端出現第一直流電壓VDC1。
[0037] 電感器34與輸入端子4串聯連接。電感器34例如與第一電源供給路徑26a串聯 連接。濾波電容器36連接於輸入端子4、5之間。濾波電容器36例如與第一電源供給路徑 26a並聯連接。電感器34及濾波電容器36例如除去包含於交流電壓VCT中的噪聲。
[0038] DC-DC轉換器21連接於平滑電容器32的兩端。由此，將第一直流電壓VDC1輸入 DC-DC轉換器21。DC-DC轉換器21將第一直流電壓VDC1轉換為絕對值不同的第二直流電 壓VDC2,且將該第二直流電壓VDC2輸出向電源電路14的輸出端子7、8。照明負載12與輸 出端子7、8連接。照明負載12利用從電源電路14供給的第二直流電壓VDC2使照明光源 16點殼。
[0039] DC-DC轉換器21例如具有輸出元件40、恆流元件41 (開關元件)、整流元件42、電 感器43、驅動輸出元件40的反饋繞組(驅動元件)44、耦合電容器45、分壓電阻器46、47、輸 出電容器48、偏壓電阻器49。
[0040] 輸出元件40及恆流元件41例如是場效應電晶體（FET)，例如是高電子遷移率晶體 管（High Electron Mobility Transistor :HEMT)，是常通型的兀件。
[0041] 恆流元件41的漏極經由輸出元件40與第二電源供給路徑26b電連接。恆流元件 41的源極與照明負載12電連接。恆流元件41的柵極是用於控制恆流元件41的漏-源極 間流通的電流的電極。即，在該例中，恆流元件41的漏極為第一電極，恆流元件41的源極 為第二電極，恆流元件41的柵極為第三電極。
[0042] 恆流元件41具有電流在漏極和源極之間流動的第一狀態、漏極和源極之間流動 的電流比第一狀態小的第二狀態。第一狀態例如是接通狀態，第二狀態例如是截止狀態。第 一狀態不限於接通狀態。第二狀態不限於截止狀態。第一狀態可以為流動的電流與第二狀 態相比相對較大的任意的狀態。第二狀態可以為流動的電流與第一狀態相比相對較小的任 意的狀態。
[0043] 常通型的元件即恆流元件41中，通過使柵極的電位比源極的電位低，從第一狀態 變化為第二狀態。例如，恆流元件41通過使柵極的電位相對於源極的電位相對成為負電 位，從接通狀態變化為截止狀態。
[0044] 輸出元件40的漏極與整流電路30的高電位端子30c連接。輸出元件40的源極 與恆流元件41的漏極連接。輸出元件40的柵極經由耦合電容器45與反饋繞組44的一端 連接。
[0045] 恆流元件41的源極連接於電感器43的一端和反饋繞組44的另一端。向恆流元 件41的柵極輸入將恆流元件41的源極電位通過分壓電阻器46、47進行分壓而得到的電 壓。在輸出元件40的柵極和恆流元件41的柵極分別連接保護二極體。
[0046] 偏壓電阻器49連接於輸出元件40的漏極和恆流元件41的源極之間，向分壓電阻 器46、47供給直流電壓。其結果，向恆流元件41的柵極供給比源極低的電位。
[0047] 電感器43和反饋繞組44在從電感器43的一端向另一端流過增加的電流時，以供 給正極性的電壓的極性與輸出元件40的柵極磁耦合。
[0048] 整流元件42以從低電位端子30d向恆流元件41的方向為正向地連接於恆流元件 41的源極和整流電路30的低電位端子30d之間。
[0049] 在該例中，在整流元件42和恆流元件41的源極之間設有半導體元件50。半導體 元件50使用例如FET或GaN-HEMT等。半導體元件50例如為常通型。半導體元件50的柵 極與整流電路30的低電位端子30d連接。由此，半導體元件50被以接通狀態保持。
[0050] 電感器43的另一端與輸出端子7連接。整流電路30的低電位端子30d與輸出端 子8連接。輸出電容器48連接於輸出端子7和輸出端子8之間。照明負載12與輸出電容 器48並聯地連接於輸出端子7和輸出端子8之間。
[0051] 控制用電源部23具有整流元件61?63、電阻器64、電容器65、66、調整器67、齊 納二極體68和半導體元件70。
[0052] 整流元件61、62例如為二極體。整流元件61的陽極經由配線27a與整流電路30 的高電位端子30c連接。整流元件42的陽極經由配線27b與整流電路30的低電位端子 30d連接。
[0053] 半導體元件70使用例如FET或GaN-HEMT等。下面，將半導體元件70作為FET進 行說明。在該例中，半導體元件70為增強型的η溝道FET。半導體元件70具有源極、漏極 和柵極。漏極的電位被設定為比源極的電位高。柵極用於切換電流在源極和漏極之間流動 的第一狀態、在源極和漏極之間流動的電流比第一狀態小的第二狀態。在第二狀態下，源極 和漏極之間基本上未流動電流。半導體元件70可以是ρ溝道型，也可以是低壓型。例如， 在將半導體元件70設為ρ溝道型的情況下，將源極的電位設定為比漏極的電位高。
[0054] 半導體元件70的漏極與整流元件61的陰極及整流元件62的陰極連接。即，半導 體元件70的漏極經由整流元件61、62與第一電源供給路徑26a連接。半導體元件70的源 極與整流元件63的陽極連接。半導體元件70的柵極與齊納二極體68的陰極連接。另外， 半導體元件70的柵極經由電阻器64與整流電路30的高電位端子30c連接。
[0055] 整流元件63的陰極與電容器65的一端及調整器67的輸入端子連接。調整器67 的輸出端子與控制部22及電容器66的一端連接。
[0056] 伴隨交流電壓VCT的施加的各極性的電流經由整流元件61流向半導體元件70的 漏極。由此，對半導體元件70的漏極施加對交流電壓VCT進行了全波整流後的脈動電流的 電壓。
[0057] 經由電阻器64及整流元件61對齊納二極體68的陰極施加脈動電流的電壓。由 此，對半導體元件70的柵極施加與齊納二極體68的擊穿電壓相對應的基本上恆定的電壓。 隨之，在半導體元件70的漏極-源極間流通基本上恆定的電流。這樣，半導體元件70作為 恆流元件起作用。半導體元件70調節流向配線部27的電流。
[0058] 電容器65將從半導體元件70的源極經由整流元件63供給的脈動電流的電壓平 滑化，將脈動電流的電壓轉換為直流電壓。調整器67由所輸入的直流電壓生成基本上恆定 的直流的驅動電壓VDD，且將其輸出到控制部22。電容器66例如用於驅動電壓VDD的噪聲 的除去等。由此，將驅動電壓VDD向控制部22供給。
[0059] 另外，在控制用電源部23還設有電阻器71、72。電阻器71的一端與整流元件61、 62的陰極連接。電阻器71的另一端與電阻器72的一端連接。電阻器72的另一端與整流 電路30的低電位端子30d連接。電阻器71、72的連接點與控制部22連接。由此，與電阻 器71、72的分壓比相對應的電壓作為用於檢測交流電壓VCT的絕對值的檢測電壓被輸入控 制部22。
[0060] 控制部22例如基於檢測電壓進行交流電壓VCT的導通角控制的有無、導通角控制 的種類(是相位控制還是逆相位控制）的檢測。而且，控制部22在進行導通角控制的情況 下，進行該導通角的檢測。控制部22基於該檢測結果生成調光信號DMS，並將該調光信號 DMS輸入過電流保護部25。控制部22例如將與檢測到的導通角相對應的PWM信號作為調 光信號DMS輸入過電流保護部25。
[0061] 電流調節部24具有電阻器75、76和開關元件78。開關元件78例如使用FET或 GaN-HEMT等。下面，將開關元件78設為FET進行說明。
[0062] 電阻器75的一端與半導體元件70的源極連接。電阻器75的另一端與開關元件 78的漏極連接。開關元件78的柵極經由電阻器76與控制部22連接。控制部22向開關元 件78的柵極輸入控制信號CGS。開關元件78例如使用常斷型（normally off)。例如將從 控制部22輸入的控制信號CGS從Lo切換為Hi，由此，開關元件78從截止狀態變化為接通 狀態。
[0063] 在將開關元件78設為接通狀態時，例如，在第一電源供給路徑26a流通的電流的 一部分經由整流元件61、62及半導體元件70流向分支路徑28。即，通過將開關元件78設 為接通狀態，電流調節部24成為導通狀態，通過將開關元件78設為截止狀態，電流調節部 24成為非導通狀態。
[0064] 控制部22例如按照交流電壓VCT的導通角控制的有無及其種類的檢測結果生成 控制信號CGS。例如，在進行相位控制方式的導通角控制的情況下，在規定值以下的交流電 壓VCT中，使三端雙向開關元件接通所需的保持電流流向電流調節部24(分支路徑28 )。由 此，例如可以使調光器3的動作穩定。另一方面，在進行逆相位控制方式的導通角控制的情 況下，在從導通狀態切換為遮斷狀態的時刻，將蓄積於濾波電容器36等中的電荷引出到電 流調節部24。由此，例如可以進一步提高導通角的檢測精度。
[0065] 過電流保護部25具有差動放大器電路80和半導體元件100。在該例中，半導體元 件100是npn電晶體。半導體元件100是常斷型的元件。半導體元件100也可以是pnp晶 體管或FET等。半導體元件100也可以是常通型。
[0066] 差動放大器電路80例如具有運算放大器81、電阻器82和電容器83。電阻器82 連接於運算放大器81的輸出端子和運算放大器81的反轉輸入端子之間。電容器83與電 阻器82並聯連接。即，差動放大器電路80具有負反饋。
[0067] 運算放大器81的非反轉輸入端子與電阻器84的一端連接。電阻器84的另一端 與電阻器85的一端、電阻器86的一端及電容器87的一端連接。電容器87的另一端與整 流電路30的低電位端子30d連接。電阻器85的另一端與輸出端子7連接。電阻器86的 另一端與輸出端子8及電阻器88的一端連接。電阻器88的另一端與整流電路30的低電 位端子30d連接。
[0068] 由此，向運算放大器81的非反轉輸入端子輸入以電阻器85、86將施加於輸出端子 7、8之間的第二直流電壓VDC2分壓後的直流的電壓作為檢測電壓。即，運算放大器81的非 反轉輸入端子與照明負載12的低電位側的端部連接。由此，可以檢測流向照明光源16的 電流。在照明光源16使用LED等發光元件的情況下，照明光源16的電壓根據正向壓降，基 本上恆定。因此，在照明光源16使用LED等發光元件的情況下，與照明負載12的低電位側 的端部連接，由此，可以適宜檢測流向照明光源16的電流。
[0069] 運算放大器81的反轉輸入端子與電阻器90的一端連接。電阻器90的另一端與 電阻器91的一端及電容器92的一端連接。電容器92的另一端與整流電路30的低電位端 子30d連接。電阻器91的另一端與控制部22連接。這樣，運算放大器81的反轉輸入端子 經由電阻器90、91與控制部22連接。向運算放大器81的反轉輸入端子輸入來自控制部22 的調光信號DMS。
[0070] 例如，通過電容器92將PWM信號平滑化後的直流的電壓作為調光信號DMS輸入到 運算放大器81的反轉輸入端子。向運算放大器81的反轉輸入端子輸入例如與調光器3的 調光度相對應的直流的電壓作為調光信號DMS。與輸入到非反轉輸入端子的檢測電壓的電 壓電平相對應地對調光信號DMS設定電壓電平。更詳細而言，例如與所希望的調光度相對 應的調光信號DMS的電壓電平被設定為與照明光源16以與其調光度相對應的輝度發光的 情況下的檢測電壓的電壓電平基本上相同。
[0071] 這樣，向運算放大器81的非反轉輸入端子輸入與流向照明光源16的電流相對應 的檢測電壓，向運算放大器81的反轉輸入端子輸入調光信號DMS。由此，從運算放大器81 的輸出端子輸出與檢測電壓和調光信號DMS的差值相對應的信號。隨著檢測電壓比調光信 號DMS增大，運算放大器81的輸出也增大，S卩，在過電流流向照明光源16的情況下，運算放 大器81的輸出增大。這樣，在該例中，將調光信號DMS作為基準值使用。此外，在未進行調 光的情況下，也可以將成為基準值的基本上恆定的直流電壓輸入運算放大器81的反轉輸 入端子。
[0072] 半導體元件100的集電極與分壓電阻器47的一端連接。半導體元件100的集電極 經由分壓電阻器47與恆流元件41的柵極電連接。半導體元件100的發射極與電阻器101 的一端連接。電阻器101的另一端與整流電路30的低電位端子30d連接。由此，半導體元 件100的發射極被設定為比恆流元件41的源極的電位低的電位。半導體元件100的基極 與運算放大器81的輸出端子連接。由此，在半導體元件100的發射極-集電極間流動的電 流通過來自運算放大器81的輸出而被控制。即，在該例中，半導體元件100的集電極為第 四電極，半導體元件100的發射極為第五電極，半導體元件100的基極為第六電極。
[0073] 半導體元件100具有電流在集電極和發射極之間流動的第三狀態和在集電極和 發射極之間流動的電流比第三狀態小的第四狀態。第三狀態例如是接通狀態，第四狀態例 如是截止狀態。第三狀態不限於接通狀態。第四狀態不限於截止狀態。第三狀態可以為流 動的電流與第四狀態相比相對較大的任意的狀態。第四狀態可以是流動的電流與第三狀態 相比相對較小的任意的狀態。
[0074] 在該例中，半導體元件100為常斷型，通過使基極的電位比發射極的電位高，從第 四狀態變化為第三狀態。例如，通過使基極的電位比發射極的電位高，半導體元件100從截 止狀態變化為接通狀態。
[0075] 如上述，在檢測電壓比調光信號DMS大的情況下，運算放大器81的輸出增大。因 此，半導體元件100例如在檢測電壓比調光信號DMS大的情況下成為接通狀態，在檢測電壓 為調光信號DMS以下的情況下成為截止狀態。例如，隨著檢測電壓比調光信號DMS增大，半 導體元件100的發射極-集電極間的電流增大。
[0076] 另外，半導體元件100的集電極與電阻器102的一端、及電容器103的一端進一步 連接。電阻器102的另一端與半導體元件100的基極連接。電容器103的另一端與整流電 路30的低電位端子30d連接。半導體元件100的基極與電阻器104的一端進一步連接。電 阻器104的另一端與整流電路30的低電位端子30d連接。這樣，過電流保護部25的基準 電位被設定為整流電路30的低電位端子30d的電位。即，過電流保護部25的基準電位與 DC-DC轉換器21的基準電位共通。過電流保護部25的基準電位與DC-DC轉換器21的基準 電位基本上相同。
[0077] 其次，對電源電路14的動作進行說明。
[0078] 首先，對將調光器3的調光度設定為大致100%，將輸入的電源電壓VIN大致原狀 態傳遞的情況，即向DC-DC轉換器21輸入最高的第一直流電壓VDC1的情況進行說明。
[0079] 在將電源電壓VIN向電源電路14供給時，輸出元件40及恆流元件41由於為常通 型的元件，所以都接通。而且，在輸出元件40、恆流元件41、電感器43、輸出電容器48的路 徑中流通電流，對輸出電容器48進行充電。輸出電容器48的兩端的電壓、即輸出端子7、8 間的電壓作為第二直流電壓VDC2被向照明負載12的照明光源16供給。此外，由於輸出元 件40及恆流元件41接通，所以對整流元件42施加逆電壓。整流元件42中不流通電流。
[0080] 在第二直流電壓VDC2達到規定電壓時，電流向照明光源16流動，照明光源16點 亮。此時，電流在輸出元件40、恆流元件41、電感器43、輸出電容器48及照明光源16的路 徑中流通。例如，在照明光源16為LED的情況下，該規定電壓為LED的正向壓降，根據照明 光源16確定。另外，在照明光源16熄滅的情況下，不流通電流，因此，輸出電容器48保持 輸出電壓的值。
[0081] 向DC-DC轉換器21輸入的第一直流電壓VDC1相比第二直流電壓VDC2非常高。 艮P，輸入輸出間的電位差非常大。因此，在電感器43中流通的電流增加。由於反饋繞 組44與電感器43磁耦合，所以在反饋繞組44中感應出將耦合電容器45側設為高電位的 極性的電動勢。因此，經由耦合電容器45向輸出元件40的柵極供給相對於源極為正的電 位，輸出元件40維持接通的狀態。
[0082] 在恆流元件41中流通的電流超過上限值時，恆流元件41的漏極-源極間電壓急 劇上升。因此，輸出元件40的柵極-源極間電壓比閾值電壓低，輸出元件40截止。上限值 為恆流元件41的飽和電流值，通過向恆流元件41的柵極輸入的電位而被規定。恆流元件 41的柵極電位通過經由偏壓電阻器49向分壓電阻器46、47供給的直流電壓、照明光源16 的電壓、分壓電阻器46、47的分壓比及半導體元件100的發射極-集電極間的電流來設定。 此外，如上述，恆流元件41的柵極電位相對於源極未負電位，因此，可以將飽和電流值限制 在適當值。
[0083] 電感器43在整流元件42、輸出電容器48及照明負載12的路徑持續流通電流。此 時，由於電感器43放出能量，所以電感器43的電流減少。因此，在反饋繞組44中感應有使 耦合電容器45側成為低電位的極性的電動勢。經由耦合電容器45向輸出元件40的柵極 輸入相對於源極為負的電位，輸出元件40維持截止的狀態。
[0084] 當蓄積於電感器43的能量成為零時，在電感器43中流通的電流成為零。反饋繞 組44中感應的電動勢的方向再次反轉，感應有使耦合電容器45側成為高電位的電動勢。由 此，向輸出元件40的柵極供給比源極高的電位，輸出元件40再次接通。由此，返回達到上 述的規定電壓的狀態。
[0085] 以後重複上述的動作。由此，自動地重複切換輸出元件40的接通及截止，向照明 光源16供給降低了電源電壓VIN的第二直流電壓VDC2。即，在電源電路14中，輸出元件 40的開關頻率通過分壓電阻器46、47及過電流保護部25而被設定。另外，向照明光源16 供給的電流因恆流元件41而成為被限制了上限值的恆流。因此，可以穩定地點亮照明光源 16。
[0086] 過電流保護部25的差動放大器電路80根據流向照明光源16的電流所對應的檢 測電壓和調光信號DMS之差使半導體元件100的基極電位變化。差動放大器電路80例如 在照明光源16中流通過電流且檢測電壓的電壓電平相對於調光信號DMS的電壓電平高規 定值以上的情況下，對半導體元件100的基極設定高的電位，使半導體元件100基本上成為 接通狀態。
[0087] 如果半導體元件100成為接通狀態，則恆流元件41的柵極電位例如設定為整流電 路30的低電位端子30d。即，對恆流元件41的柵極電位設定負電位，恆流元件41成為截止 狀態。由此，流向照明光源16的電流減小，抑制過電流流向照明光源16。這樣，在該例中， 過電流保護部25基於檢測電壓和調光信號DMS來對DC-DC轉換器21進行反饋控制。
[0088] 在將調光器3的調光度設定為比100%小的值，且對輸入的交流電壓VCT進行導 通角控制並傳遞的情況下，即在向DC-DC轉換器21輸入高壓的第一直流電壓VDC1的情況 下，在輸出元件40可以繼續振蕩時與上述相同。根據調光器3的調光度，向DC-DC轉換器 21輸入的第一直流電壓VDC1的值發生變化，可以控制輸出電流的平均值。因此，可以根據 調光度對照明負載12的照明光源16進行調光。
[0089] 另外，在將調光器3的調光度設定為更小的值的情況下，即向DC-DC轉換器21輸 入的第一直流電壓VDC1更低的情況下，即使輸出元件40接通，由於電感器43的兩端的電 位差小，所以也不能增加在電感器43流通的電流。因此，輸出元件40不為截止狀態，而輸 出恆定的直流電流。即，電源電路14在調光器3的調光度小的情況下，即輸入輸出間的電 位差Λ V小的情況下，進行如串聯調整器那樣的動作。
[0090] 這樣，電源電路14在電位差AV比規定值大時進行開關動作，在電位差AV小時 進行如串聯調整器那樣的動作。在電位差大的情況下，電位差AV和電流的積大，若進 行串聯調整器的動作則損失增大。因此，在電位差AV大的情況下，進行開關動作適於低耗 電力化。另外，在電位差AV小的情況下，損失小，因此，作為串聯調整器進行動作沒有問 題。
[0091] 另外，在電源電路14中，在電位差AV比規定值小時，輸出元件40不為截止狀態 而在繼續保持接通的狀態下，電流振動，通過電流的平均值使照明負載12的照明光源16點 亮。另外，在電位差更小時，輸出元件40在繼續接通的狀態下，將直流電流向照明負載 12輸出，使照明光源16點亮。其結果，在電源電路14中，可以使輸出電流連續變化至零。 例如，在照明裝置10中，可以使照明負載12的照明光源16順暢地熄滅。
[0092] 在電源電路14中，根據電位差Λ V，可以使輸出電流從輸出元件40的開關動作 時的最大值至繼續保持輸出元件40的接通的狀態下輸出直流電流時的最小值為止連續變 化。例如，在照明裝置10中，可以連續地在0?100%的範圍內對照明光源16進行調光。
[0093] 在電源電路14中，將過電流保護部25與照明負載12的低電位側的端部連接，檢 測流向照明光源16的電流，且根據該檢測結果對DC-DC轉換器21的動作進行反饋控制。 即使電源電壓VIN或交流電壓VCT等輸入電壓不穩定，照明光源16的電壓也某種程度上穩 定。因此，如上述，通過將過電流保護部25與照明負載12的低電位側的端部連接來檢測流 向照明光源16的電流，例如可以提高電流的檢測精度。例如，在產生了過電流的情況下，可 以馬上停止流向照明光源16的電流。另外，對於常通型的恆流元件41的柵極也可以容易 地設定負電位。由此，在電源電路14中，可以進行更可靠的電流控制及過電流保護。
[0094] 另外，在電源電路14中，過電流保護部25的基準電位與DC-DC轉換器21的基準 電位共通。由此，例如可以抑制作為輸出電壓的第二直流電壓VDC2的變動。
[0095] 圖3是示意性表示實施方式的其它電源電路的電路圖。
[0096] 如圖3所示，在該例的電源電路114中，在過電流保護部25設有電壓輸入路徑 105。電壓輸入路徑105的一端與第二電源供給路徑26b連接。電壓輸入路徑105的一端 例如與平滑電容器32的高電位側的端部連接。電壓輸入路徑105的另一端與半導體元件 100的基極連接。這樣，電壓輸入路徑105被電連接於第二電源供給路徑26b和半導體元件 100的基極之間。
[0097] 在該例中，電壓輸入路徑105具有電阻器106。例如，電阻器106的一端與第二電 源供給路徑26b連接，電阻器106的另一端與半導體元件100的基極連接。由此，電壓輸入 路徑105將與第一直流電壓VDC1相對應的直流電壓輸入到半導體元件100的基極。與第 一直流電壓VDC1相對應的直流電壓例如可以是第一直流電壓VDC1自身，也可以是對第一 直流電壓VDC1分壓後的直流電壓。
[0098] 在電源電路114中，例如在開始電源電壓VIN的供給時(接通電源時)，在差動放大 器電路80動作之前且照明光源16點亮之前，對半導體元件100的基極施加電壓。即，在電 源電路114中，在差動放大器電路80動作之前且照明光源16點亮之前，可以將半導體元件 1〇〇設為接通狀態。因此，在電源電路114中，在開始電源電壓VIN的供給時，在照明光源 16點亮之前，可以使恆流元件41成為截止狀態。照明光源16點亮之前例如是指對照明光 源16施加正向壓降之前。例如是在輸出電容器48蓄積規定的電壓之前。
[0099] S卩，在電源電路114中，在開始向DC-DC轉換器21供給第一直流電壓VDC1時，在 向照明負載12供給的電壓達到比第二直流電壓VDC2低的規定值(例如正向壓降）之前，將 半導體元件100設定為第三狀態。
[0100] 電阻器105的電阻值例如比正向壓降以下的狀態下的照明光源16的內部電阻器 的電阻值低。由此，在照明光源16點亮之前可以將半導體元件100設為接通狀態。
[0101] 例如，在上述的電源電路14中，由於輸出元件40及恆流元件41為常通型，所以在 開始電源電壓VIN的供給時，有時在過電流保護部25啟動之前會對照明光源16施加電壓。 該情況下，高的電壓會施加給照明光源16,照明光源16會暫時以不經意的高的輝度點亮。
[0102] 與之相對，在電源電路114中，在照明光源16點亮之前，將半導體元件100設為接 通狀態，將恆流元件41設為截止狀態。由此，在過電流保護部25起動之前，能夠抑制對照明 光源16施加電壓。例如，能夠抑制在開始電源電壓VIN的供給時(開始第一直流電壓VDC1 的供給時)，暫時不經意地使照明光源16以高的輝度點亮。
[0103] 此外，在該例中，表示了使用電阻器106的電壓輸入路徑105，但電壓輸入路徑105 不限於此。電壓輸入路徑105可以是在開始電源電壓VIN的供給時將半導體元件100設為 接通狀態的任意的電路。
[0104] 例如，也可以將半導體元件100設為pnp電晶體等常通型的元件。該情況下，可以 不設置電阻器105等，而在開始電源電壓VIN的供給時使半導體元件100成為接通狀態。
[0105] 以上，參照具體例對實施方式進行了說明，但不限定於此，可以進行各種變形。
[0106] 例如，輸出元件40及恆流元件41不限定於GaN系HEMT。例如也可以是使用碳化 矽（SiC)、氮化鎵（GaN)、金剛石這種具有寬禁帶的半導體(寬禁帶半導體）形成於半導體基 板上的半導體元件。在此，寬禁帶半導體是指帶隙比帶隙為約1.4eV的砷化鎵（GaAs)寬的 半導體。例如包含帶隙為1. 5eV以上的半導體、磷化鎵（GaP、帶隙約2. 3eV)、氮化鎵（GaN、帶 隙約3. 4eV)、金剛石（C、帶隙約5. 27eV)、氮化鋁（A1N、帶隙約5. 9eV)、碳化矽（SiC)等。這 種寬禁帶半導體元件在使耐壓相等的情況下，可以比矽半導體元件小，因此，寄生電容小， 可以進行高速動作，因此，可以縮短開關周期，可以實現繞組部件或電容器等的小型化。
[0107] 在上述實施方式中，將輸出元件40和恆流元件41柵陰（cascode)連接，通過輸出 元件40進行開關，通過恆流元件41進行電流的控制。不限於此，例如也可以僅僅通過恆流 元件41進行開關和電流的控制。
[0108] 此外，照明光源16不限於LED,例如也可以是有機EL (Electro-Luminescence)或 OLED (Organic light -emitting diode)等。也可以在照明負載12上串聯或並聯連接多 個照明光源16。
[0109] 在上述實施方式中，作為直流負載表示了照明負載12,但不限於此，例如也可以是 加熱器等其它直流負載。在上述實施方式中，作為電源電路表示了用於照明裝置10的電源 電路14,但不限於此，可以是與直流負載相對應的任意的電源電路。
[〇11〇] 對本發明的幾個實施方式進行了說明，但這些實施方式作為例子進行了提示，未 有意限定發明範圍。這些新的實施方式或實施例可以以其它各種方式實施，在不脫離發明 宗旨的範圍內可以進行各種省略、置換、更換。這些實施方式或實施例及其變形包含於發明 的範圍及宗旨，並且包含於權利要求書中記載的發明和其均等的範圍。
【權利要求】
1. 一種電源電路，其中，具備： DC-DC轉換器，其將從電源供給路徑供給的第一直流電壓轉換為絕對值不同的第二直 流電壓並向直流負載供給； 過電流保護部，其與所述直流負載的低電位側的端部電連接，基於流向所述直流負載 的電流來對所述DC-DC轉換器進行反饋控制， 所述DC-DC轉換器具有常通型的開關元件， 所述開關元件包含： 與所述電源供給路徑電連接的第一電極、 與所述直流負載電連接的第二電極、 用於控制在所述第一電極和所述第二電極之間流動的電流的第三電極，並且 所述開關元件具有： 電流在所述第一電極和所述第二電極之間流動的第一狀態、 在所述第一電極和所述第二電極之間流動的電流比所述第一狀態小的第二狀態， 通過使所述第三電極的電位比所述第二電極的電位低，從所述第一狀態變化為所述第 二狀態， 所述過電流保護部與所述第三電極電連接，在流向所述直流負載的電流大於基準值 時，使所述第三電極的電位降低，由此使所述開關元件從所述第一狀態變化為所述第二狀 態。
2. 如權利要求1所述的電源電路，其中， 所述過電流保護部包含半導體元件， 所述半導體元件具有： 與所述第三電極電連接的第四電極、 設定為比所述第二電極的電位低的電位的第五電極、 用於控制在所述第四電極和所述第五電極之間流動的電流的第六電極，且 所述半導體元件具有： 電流在所述第四電極和所述第五電極之間流動的第三狀態、 在所述第四電極和所述第五電極之間流動的電流比所述第三狀態小的第四狀態， 所述過電流保護部通過將所述半導體元件設為所述第四狀態，使所述開關元件成為所 述第一狀態，通過將所述半導體元件設為所述第三狀態，使所述開關元件成為所述第二狀 態， 在開始向所述DC-DC轉換器供給所述第一直流電壓時，在向所述直流負載供給的電壓 達到比所述第二直流電壓低的規定值之前，所述半導體元件設定為所述第三狀態。
3. 如權利要求2所述的電源電路，其中， 所述半導體元件為通過使所述第六電極的電位高於所述第五電極的電位而從所述第 四狀態變化為所述第三狀態的常斷型， 所述過電流保護部具有電壓輸入路徑，該電壓輸入路徑電連接於所述電源供給路徑和 所述第六電極之間，向所述第六電極輸入與所述第一直流電壓相對應的直流電壓。
4. 如權利要求3所述的電源電路，其中， 所述電壓輸入路徑具有電阻器元件， 所述電阻器元件的一端與所述電源供給路徑連接，所述電阻器元件的另一端與所述第 六電極連接。
5. 如權利要求1所述的電源電路，其中，還具備： AC-DC轉換器，其將交流電壓轉換為所述第一直流電壓，並將所述第一直流電壓向所述 DC-DC轉換器供給； 控制部，其檢測所述交流電壓的導通角，生成與檢測到的所述導通角相對應的信號，並 將所述信號輸入所述過電流保護部， 所述過電流保護部基於所述信號和流向所述直流負載的所述電流來對所述DC-DC轉 換器進行反饋控制。
6. 如權利要求5所述的電源電路，其中， 所述信號是與所述導通角相對應的直流的電壓， 在與流向所述直流負載的所述電流相對應的檢測電壓的電壓值高於所述信號的電壓 值時，所述過電流保護部將所述半導體元件設為所述第三狀態，在所述檢測電壓的電壓值 為所述信號的電壓值以下時，將所述半導體元件設為所述第四狀態。
7. 如權利要求5所述的電源電路，其中， 還具備控制用電源部，該控制用電源部將所述交流電壓轉換成與所述控制部相對應的 直流的驅動電壓，並將所述驅動電壓向所述控制部供給。
8. 如權利要求5所述的電源電路，其中， 還具備電流調節部，且該電流調節部具有與所述電源供給路徑連接的分支路徑，並能 夠在第一路徑狀態和第二路徑狀態之間切換，其中所述第一路徑狀態使在所述電源供給路 徑中流動的電流的一部分流向所述分支路徑，所述第二路徑狀態是流向所述分支路徑的電 流比所述第一路徑狀態小的狀態， 所述控制部根據檢測到的所述導通角來控制所述電流調節部的切換。
9. 如權利要求1所述的電源電路，其中， 所述直流負載是包含具有正向壓降的發光元件的照明負載。
10. -種照明裝置，其具備： 照明負載、 向所述照明負載供給電力的權利要求1?9中任一項所述的電源電路。
【文檔編號】H05B37/02GK104065264SQ201310422930
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年9月16日 優先權日:2013年3月22日
【發明者】赤星博, 北村紀之, 大武寬和, 高橋雄治 申請人:東芝照明技術株式會社