照明用電源及照明裝置的製作方法
2023-07-09 23:05:31
專利名稱：照明用電源及照明裝置的製作方法
技術領域：
本發明的實施形態涉及一種照明用電源及照明裝置。
背景技術：
近年來，在照明裝置中，照明光源正在從白熾燈泡或螢光燈更換為節能.長壽命的光源，例如發光二極體(Light-emitting diode:LED)。另外，例如電致發光(Electro-Luminescence, EL)或有機發光二極體(Organic light-emitting diode:0LED)等新的照明光源也已得到開發。這些照明光源的光輸出取決於流動的電流值，因此當使照明點燈時，需要供給恆定電流的電源電路。另外，當進行調光時，控制所供給的電流。雙線式調光器是以控制雙向開關三極體(triac)打開的相位的方式構成，且已作為白熾燈泡的調光器而普及。因此，理想的是也可以利用該調光器對LED等照明光源進行調光。作為高效率且適合於省電力化.小型化的電源，已知有直流-直流轉換器(DC-DCConverter)等開關電源。現有技術文獻專利文獻專利文獻1:日本專利特開2011-119237號公報
發明內容
發明要解決的課題但是，該調光器是以如下方式構成:與成為負載的白熾燈泡的燈絲串聯連接，且於所有相位中調光器所需的保持電流以上的電流流動來進行動作。因此，當連接了開關電源時，負載阻抗發生變化而產生保持電流不流動的期間，有可能會進行誤動作。本發明的實施形態的目的在於提供一種使利用調光器的輸出電流的控制穩定化、且減少了消耗電力的照明用電源及照明裝置。實施形態的照明用電源包括:整流電路、平滑電容器、波形整形電路、以及DC-DC轉換器。所述整流電路對所輸入的交流電壓進行整流。所述波形整形電路連接在所述整流電路與所述平滑電容器之間，當從所述整流電路輸出的電壓相對高時，進行使接通的狀態與斷開的狀態重複的開關動作，當從所述整流電路輸出的電壓相對低時，繼續接通的狀態而使電流流入至所述整流電路中。所述DC-DC轉換器對已充電至所述平滑電容器的電壓進行轉換。
實施形態的種照明裝置包括:照明負載；以及照明用電源，其對所述照明負載供給電力。所述照明用電源包括:整流電路，其對所輸入的交流電壓進行整流；平滑電容器；波形整形電路，其連接在所述整流電路與所述平滑電容器之間，當從所述整流電路輸出的電壓相對高時，進行使接通的狀態與斷開的狀態重複的開關動作，當從所述整流電路輸出的電壓相對低時，繼續接通的狀態而使電流流入至所述整流電路中；以及DC-DC轉換器，對已充電至所述平滑電容器的電壓進行轉換。
發明的效果根據本發明的實施形態，可提供一種使利用調光器的輸出電流的控制穩定化、且減少了消耗電力的照明用電源及照明裝置。
圖1是對第I實施形態的包含照明用電源的照明裝置進行例示的電路圖。圖2是對調光器進行例示的電路圖。圖3是整流電路的電壓VRE及電流IRE的波形圖。圖4是對第2實施形態的包含照明用電源的照明裝置進行例示的電路圖。符號的說明:1、Ia:照明裝置2:照明負載3、3a:照明用電源4:照明光源7:交流電源8:調光器9:整流電路9a:高電位端子9b:低電位端子10、10a:波形整形電路11:DC_DC 轉換器12:雙向開關三極體13:相位電路14:雙向開關二極體15:可變電阻16、39:電容器17、17a:開關元件18:電阻19、21: 二極體20:扼流圈30:高電位輸出端子31:低電位輸出端子32:偏壓電阻38:驅動繞組40:平滑電容器41:齊納二極體43a,43b:連接部IOUT:輸出電流IRE:電流
T:時間Τ1、Τ2、Τ3:期間VCT:交流電壓VIN:電源電壓VRE:直流電壓(脈動電壓)VOUT:輸出電壓
具體實施例方式以下，參照圖式對實施形態進行詳細說明。再者，在本申請案的說明書與各圖中，對與在已出現過的圖中進行了敘述的要素相同的要素附上相同的符號，且適當地省略詳細的說明。首先，對第I實施形態進行說明。圖1是對第I實施形態的包含照明用電源的照明裝置進行例示的電路圖。如圖1所示，照明裝置I包括:照明負載2、以及對照明負載2供給電力的照明用電源3。照明負載2具有例如LED等照明光源4，且由照明用電源3供給輸出電壓V0UT、輸出電流IOUT而點燈。另外，可使輸出電壓VOUT及輸出電流IOUT中的至少任一個發生變化，從而對照明負載2進行調光。再者，輸出電壓V0UT、輸出電流IOUT的值是對應於照明光源來規定。照明用電源3包括:調光器8，其連接於交流電源7，並對交流電壓進行相位控制來控制導通的時間點；整流電路9，其對經相位控制的交流電壓進行整流；波形整形電路10，其使流入至整流電路9中的電流波形整形；DC-DC轉換器11，其生成輸出電壓VOUT ;以及平滑電容器40。再者，交流電源7例如為商用電源。調光器8連接於交流電源7，並串聯地插入至供給電源電壓VIN的一對電源線的一者中。再者，調光器8也可以串聯地插入至供給電源電壓VIN的一對電源線中。圖2是對調光器進行例示的電路圖。如圖2所示，調光器8為雙線式相位控制調光器。調光器8包括:串聯地插入至電源線中的雙向開關三極體12、與雙向開關三極體12並聯連接的相位電路13、以及連接在雙向開關三極體12的柵極與相位電路13之間的雙向開關二極體(diac) 14。雙向開關三極體12通常為斷開的狀態，若向柵極輸入脈衝信號，則接通。雙向開關三極體12可使電流朝交流的電源電壓VIN為正極性時與負極性時的兩個方向流動。相位電路13包含可變電阻15與電容器16，且在電容器16的兩端生成相位已延遲的電壓。另外，若使可變電阻15的電阻值發生變化，則時間常數會發生變化，且延遲時間會發生變化。若對相位電路13的電容器進行充電的電壓超過固定值，則雙向開關二極體14生成脈衝電壓，而使雙向開關三極體12接通。調光器8可通過使相位電路13的時間常數發生變化來控制雙向開關二極體14生成脈衝的時間點，而調整雙向開關三極體12接通的時間點。調光器8輸出導通的時間點對應於調光度而發生變化的交流電壓VCT。再次返回至圖1，整流電路9對由調光器8控制了導通的時間點的交流電壓VCT進行整流，而輸出直流電壓(脈動電壓)VRE。整流電路9輸出直流電壓VRE，該直流電壓VRE的導通的時間點，即電壓上升的相位對應於調光器8的調光度而發生變化。整流電路9包含二極體電橋(diode bridge),並向高電位端子9a與低電位端子9b之間輸出直流電壓VRE。再者，整流電路9隻要可對從調光器8輸入的交流電壓進行整流即可，也可以是其他構成。另外，整流電路9的輸入側連接有減少DC-DC轉換器中產生的雜訊的電容器。波形整形電路10包括:開關元件17，電阻18，二極體19、二極體21，扼流圈20，與扼流圈20進行了磁耦合的驅動繞組38，電容器39。開關元件17例如為場效應電晶體(Field Effect Transistor，FET)，且例如為高電子遷移率電晶體(High Electron Mobility Transistor:HEMT),且為常通(normallyon)型的元件。開關元件17的漏極經由扼流圈20而連接於整流電路9的高電位端子9a，開關元件17的源極經由電阻18而連接於整流電路9的低電位端子％。開關元件17的柵極經由電容器39而連接於驅動繞組38的一端。驅動繞組38的另一端連接於整流電路9的低電位端子9b。當從高電位端子9a朝開關元件17的漏極的方向增加的電流流入至扼流圈20中時，驅動繞組38以對源極供給正極性的電壓的極性連接於開關元件17的柵極。另外，在開關元件17的柵極上連接保護二極體19。另外，二極體21的陽極經由扼流圈20而連接於整流電路9的高電位端子9a，二極體21的陰極連接於DC-DC轉換器11及平滑電容器40。DC-DC轉換器11轉換對平滑電容器40進行了充電的電壓並生成輸出電壓V0UT。其次，對照明用電源3的動作進行說明。如上所述，調光器8輸出導通的時間點，即電壓上升的相位對應於調光度而發生變化的交流電壓VCT。當調光度為100%時，交流電壓VCT以相位O度上升，且與所輸入的電源電壓VIN變得大致相同。另外，若調光度從100%起減少，則交流電壓VCT上升的相位延遲，當調光度為0%時延遲180度，即，交流電壓VCT大致變成0V。再者，調光度是相對於輸出電流IOUT的最大電流值的比率，與交流電壓VCT上升的相位不成比例。整流電路9輸出對從調光器8輸出的交流電壓VCT進行整流而成的直流電壓(脈動電壓)VRE。因此，從整流電路9輸出的直流電壓VRE是值隨時間而變化，且平均值對應於調光度而變化的電壓。圖3是整流電路的電壓VRE及電流IRE的波形圖。如圖3所示，整流電路9輸出如下的電壓VRE (圖3的虛線)，該電壓VRE由調光器8進行了相位控制，且從電源7的交流電壓VIN的零交叉(zerocross)起,僅延遲例如期間Tl而上升。另外，整流電路9的電流IRE (圖3的實線)直接在扼流圈20中流動。當輸入至波形整形電路10中的直流電壓VRE的瞬時值相對低時(圖3的期間Tl、期間T3)，在扼流圈20中流動的電流IRE的值小，流入至電阻18中的電流也小，與扼流圈20進行了磁耦合的驅動繞組38中所感應的電壓低。其結果，由驅動繞組38將感應電壓供給至柵極的開關元件17繼續接通的狀態。開關元件17經由扼流圈20、整流電路9而從調光器8流入直流電流。再者，此時的電流值設定得比在調光器8的相位電路13中流動的電流，即保持電流大。另外，當輸入至波形整形電路10中的直流電壓VRE的瞬時值相對高時(圖3的期間T2)，在扼流圈20中流動的電流IRE增加，流入至電阻18中的電流增加，開關元件17的源極電位上升。開關元件17的柵極 源極間產生超過閾值電壓的負電壓。其結果，開關元件17斷開，在扼流圈20中流動的電流IRE經由二極體21而對平滑電容器40進行充電。此時，在扼流圈20中流動的電流IRE減少。而且，若在扼流圈20中流動的電流IRE變成零，則開關元件17接通。其結果，恢復成在扼流圈20中流動的電流增加的狀態，以下，重複相同的動作。開關元件17進行使接通的狀態與斷開的狀態重複的開關動作來進行振蕩。因此，開關元件17經由扼流圈20、整流電路9而從調光器8流入振蕩電流，另外，經由二極體21而對平滑電容器40進行充電。再者，開關元件17為常通型的元件，若驅動繞組38中所感應的電壓變低，則接通。因此，電流IRE連續地流入至扼流圈20中。其結果，可經由整流電路9而使電流連續地流入至調光器8中。再者，相對於交流電壓VIN的半周期的時間，即零交叉間的時間T，期間Tl、期間T2根據調光器8的調光度而變化。其次，對本實施形態的效果進行說明。如此，在本實施形態中，當整流電路的電壓的瞬時值相對低時，波形整形電路的開關元件繼續接通的狀態而流入直流電流。其結果，即便在調光器未導通的期間內，也可以使保持電流流入至調光器的相位電路中，從而可使利用調光器的輸出電流的控制穩定化。另外，在本實施形態中，當整流電路的電壓的瞬時值相對高時，波形整形電路的開關元件進行使接通的狀態與斷開的狀態重複的開關動作。其結果，可抑制由繼續接通的狀態所引起的電力消耗，從而減少消耗電力。另外，在本實施形態中，當整流電路的電壓的瞬時值相對低時，開關元件不進行使接通的狀態與斷開的狀態重複的開關動作，而繼續接通的狀態。其結果，若電壓變低，則不存在開關頻率變高、開關損耗增加且電力效率下降的問題。另外，如對開關頻率設置最大值而限制了開關損耗的情況般，由於不產生電流不流動的停止期間，因此可使利用調光器的輸出電流的控制穩定化。另外，在本實施形態中，當所輸入的電壓相對高時，波形整形電路進行使接通的狀態與斷開的狀態重複的開關動作來進行振蕩，而使振蕩電流流動。其結果，從電源輸入的電流波形的平均值接近交流電壓波形，功率因數得到改善。進而，在本實施形態中，波形整形電路由於是自激式，因此電路構成簡單，可實現小型化。再者，在本實施形態中，對波形整形電路具有常通型的元件的構成進行了說明，但也可以是具有常斷(normally off)型的元件的構成。圖4是對第2實施形態的包含照明用電源的照明裝置進行例示的電路圖。如圖4所示，第2實施形態與第I實施形態相比，波形整形電路10的構成不同。即，照明用電源3a包括:調光器8、整流電路9、波形整形電路10a、DC-DC轉換器11。調光器8、整流電路9及DC-DC轉換器11與第I實施形態相同。另外，照明裝置Ia包括照明負載2與照明用電源3a。照明負載2與第I實施形態相同。波形整形電路1Oa與第I實施形態中的波形整形電路10的不同點在於:開關元件17為常斷型的元件、及偏壓電路的構成。即，波形整形電路IOa包括:開關元件17a、電阻18、扼流圈20、二極體21、偏壓電阻32、與扼流圈20進行了磁耦合的驅動繞組38、電容器39、齊納二極體41。開關元件17a例如為FET，且為常斷型的元件。開關元件17a的漏極經由扼流圈20而連接於整流電路9的高電位端子9a，開關元件17a的源極經由電阻18而連接於整流電路9的低電位端子％。開關元件17a的柵極經由電容器39而連接於驅動繞組38的一端。驅動繞組38的另一端連接於整流電路9的低電位端子％。當從高電位端子9a朝開關元件17的漏極的方向增加的電流流入至扼流圈20中時，驅動繞組38以對源極供給正極性的電壓的極性連接於開關元件17的柵極。另外，二極體21的陽極經由扼流圈20而連接於整流電路9的高電位端子9a，二極體21的陰極連接於DC-DC轉換器11及平滑電容器40。另外，偏壓電阻32連接在二極體21的陰極與開關元件17a的柵極之間，齊納二極體41連接在開關元件17的柵極與整流電路9的低電位端子9b之間。開關元件17a通過偏壓電阻32與齊納二極體41，以當驅動繞組38中未感應到電壓時接通的方式偏壓。因此，波形整形電路IOa的動作及效果與使用常通型的元件的第I實施形態中的波形整形電路10相同。以上，一面參照具體例一面對實施形態進行了說明，但並不限定於這些實施形態，可進行各種變形。例如，照明用電源及照明裝置也可以設為不含調光器8的構成。在圖1及圖4中，整流電路9經由連接部43a而連接於調光器8，經由連接部43b而連接於交流電源7。但是，也可以設為將連接部43a、連接部43b連接於交流電源7，而不含調光器8的構成。另外，也可以將調光器8單獨地設置，並使連接部43a、連接部43b的構造與包含調光器8時的調光器8的交流電源的輸入部的構造相同。在此情況下，可經由或不經由調光器8而將照明用電源及照明裝置連接於交流電源7。另外，波形整形電路的構成並不限定於圖1及圖4所示的構成。例如，也可以在整流電路9的前段設置2個波形整形電路，而變成每半波交替地動作的構成。另外，輸出元件5a、輸出元件5b及恆定電流元件6a、恆定電流元件6b並不限定於GaN系HEMT。例如，也可以是如下的半導體元件，即在半導體基板上使用如碳化矽(SiC)或氮化鎵(GaN)或金剛石般的具有寬帶隙的半導體(寬帶隙半導體)而形成的半導體元件。此處，所謂寬帶隙半導體，是指帶隙比帶隙約為1.4eV的砷化鎵(GaAs)更大的半導體。例如包括帶隙為1.5eV以上的半導體、磷化鎵(GaP，帶隙約為2.3eV)、氮化鎵(GaN，帶隙約為
3.4eV)、金剛石(C，帶隙約為5.27eV)、氮化鋁(A1N，帶隙約為5.9eV)、以及碳化矽(SiC)等。此種寬帶隙半導體元件在使耐壓相等的情況下，可比矽半導體元件小，因此寄生電容小，可進行高速動作，所以可縮短開關周期，並可實現繞組零件或電容器等的小形化。另外，照明光源4並不限於LED，也可以是OLED等，也可以將多個照明光源4串聯或並聯地連接於照明負載2。雖已對本發明的若干實施形態及實例進行了說明，但這些實施形態或實例是作為例子而提示的實施形態或實例，並無對發明的範圍進行限定的意圖。所述新穎的實施形態或實例能夠以其他的各種形態來實施，在不脫離發明的宗旨的範圍內，可進行各種省略、替換、變更。這些實施形態、實例、其變形及其均等的變化皆包含在本發明的範圍中。
權利要求
1.一種照明用電源，其特徵在於，包括: 整流電路，其對所輸入的交流電壓進行整流； 平滑電容器； 波形整形電路，其連接在所述整流電路與所述平滑電容器之間，當從所述整流電路輸出的電壓相對高時，進行使接通的狀態與斷開的狀態重複的開關動作，當從所述整流電路輸出的電壓相對低時，繼續接通的狀態而使電流流入至所述整流電路中；以及DC-DC轉換器，對已充電至所述平滑電容器的電壓進行轉換。
2.根據權利要求1所述的照明用電源，其特徵在於:還包括控制使交流電壓導通的時間點來進行調光的調光器。
3.根據權利要求1所述的照明用電源，其特徵在於:所述波形整形電路具有常通型的元件。
4.根據權利要求1所述的照明用電源，其特徵在於:所述波形整形電路具有常斷型的元件，該常斷型的元件被供給已充電至所述平滑電容器的電壓而偏壓成接通的狀態。
5.根據權利要求1所述的照明用電源，其特徵在於，所述波形整形電路包括:扼流圈；以及 經由所述扼流圈而使電流流入至所述整流電路中的開關元件。
6.根據權利要求5所述的照明用電源，其特徵在於:根據在所述扼流圈中流動的電流而將所述開關元件控制成接通的狀態或斷開的狀態。
7.根據權利要求5所述的照明用電源，其特徵在於:所述波形整形電路進一步具有與所述扼流圈進行了磁耦合的驅動`繞組，且對所述開關元件的控制端子被供給所述驅動繞組中所感應到的電壓。
8.根據權利要求5所述的照明用電源，其特徵在於:所述波形整形電路進一步具有二極體，該二極體在所述開關元件為斷開的狀態時經由所述扼流圈而流入電流。
9.根據權利要求1所述的照明用電源，其特徵在於:所述波形整形電路為自激式且繼續所述開關動作或所述接通的狀態。
10.根據權利要求2所述的照明用電源，其特徵在於:所述波形整形電路繼續接通的狀態後流入至所述整流電路中的電流值大於所述調光器的保持電流。
11.一種照明裝置，其特徵在於，包括: 照明負載；以及 照明用電源，其對所述照明負載供給電力；且 所述照明用電源包括: 整流電路，其對所輸入的交流電壓進行整流； 平滑電容器； 波形整形電路，其連接在所述整流電路與所述平滑電容器之間，當從所述整流電路輸出的電壓相對高時，進行使接通的狀態與斷開的狀態重複的開關動作，當從所述整流電路輸出的電壓相對低時，繼續接通的狀態而使電流流入至所述整流電路中；以及DC-DC轉換器，對已充電至所述平滑電容器的電壓進行轉換。
12.根據權利要求11所述的照明裝置，其特徵在於:還包括控制使交流電壓導通的時間點來進行調光的調光器。
13.根據權利要求11所述的照明裝置，其特徵在於:所述波形整形電路具有常通型的元件。
14.根據權利要求11所述的照明裝置，其特徵在於:所述波形整形電路具有常斷型的元件，該常斷型的元件被供給已充電至所述平滑電容器的電壓而偏壓成接通的狀態。
15.根據權利要求11所述的照明裝置，其特徵在於，所述波形整形電路包括:扼流圈；以及 經由所述扼流圈而使電流流入至所述整流電路中的開關元件。
16.根據權利要求15所述的照明裝置，其特徵在於:根據在所述扼流圈中流動的電流而將所述開關元件控制成接通的狀態或斷開的狀態。
17.根據權利要求15所述的照明裝置，其特徵在於:所述波形整形電路進一步具有與所述扼流圈進行了磁耦合的驅動繞組，且對所述開關元件的控制端子被供給所述驅動繞組中所感應到的電壓。
18.根據權利要求15所述的照明裝置，其特徵在於:所述波形整形電路進一步具有二極體，該二極體在所述開關元件為斷開的狀態時經由所述扼流圈而流入電流。
19.根據權利要求11所述的照明裝置，其特徵在於:所述波形整形電路為自激式且繼續所述開關動作或所述接通的狀態。
20.根據權利要求12所述的照明裝置，其特徵在於:所述波形整形電路繼續接通的狀態後流入至所述整流電路中的電流值大於所述調光器的保持電流。
全文摘要
本發明提供一種照明用電源及照明裝置。本發明提供一種照明用電源，其包括整流電路、平滑電容器、波形整形電路、以及DC-DC轉換器。所述整流電路對所輸入的交流電壓進行整流。所述波形整形電路連接在所述整流電路與所述平滑電容器之間，當從所述整流電路輸出的電壓相對高時，進行使接通的狀態與斷開的狀態重複的開關動作，當從所述整流電路輸出的電壓相對低時，繼續接通的狀態而使電流流入至所述整流電路中。所述DC-DC轉換器轉換對所述平滑電容器進行了充電的電壓。
文檔編號H05B37/02GK103108439SQ20121032865
公開日2013年5月15日 申請日期2012年9月6日 優先權日2011年11月10日
發明者北村紀之, 大武寬和, 高橋雄治 申請人:東芝照明技術株式會社