定電流電源装置
【課題】高周波規制を満たしつつ、入力電圧の変動に対する定電流出力の安定性を確保できる定電流電源装置について、小型化すること。
【解決手段】定電流電源装置１は、定電流を出力する定電流回路２０と、定電流回路２０を制御する制御部１０と、を備えるとともに、定電流回路２０より定電流電源装置１の入力側に設けられた力率改善回路３０を備える。力率改善回路３０は、制御部１０から定電流回路２０に送信されるゲート信号に基づいて動作する。
【解決手段】定電流電源装置１は、定電流を出力する定電流回路２０と、定電流回路２０を制御する制御部１０と、を備えるとともに、定電流回路２０より定電流電源装置１の入力側に設けられた力率改善回路３０を備える。力率改善回路３０は、制御部１０から定電流回路２０に送信されるゲート信号に基づいて動作する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定電流電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、定電流を出力する電源として、定電流電源装置がある。この定電流電源装置は、例えば、発光ダイオードを点灯させるために用いられる（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
［定電流電源装置１００の構成］
図４は、従来例に係る定電流電源装置１００の回路図である。定電流電源装置１００は、交流電源Ｖｉｎから入力される交流電力を用いて、直列接続された複数の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎ（ｎは、ｎ≧３を満たす整数）に定電流を出力する。この定電流電源装置１００は、整流部ＲＦと、キャパシタＣ４と、制御部１０と、定電流回路２０と、を備える。
【０００４】
定電流回路２０は、抵抗Ｒと、キャパシタＣ３と、ダイオードＤ３と、インダクタＬ２と、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチ素子Ｑ１と、を備える。
【０００５】
整流部ＲＦの２つの入力端子には、交流電源Ｖｉｎの両端が接続される。整流部ＲＦの第１の出力端子には、キャパシタＣ４の一方の電極と、ダイオードＤ３のカソードと、キャパシタＣ３の一方の電極と、発光ダイオードＬＥＤ１のアノードと、が接続される。発光ダイオードＬＥＤｎのカソードには、キャパシタＣ３の他方の電極と、インダクタＬ２の一端と、が接続される。インダクタＬ２の他端には、ダイオードＤ３のアノードと、スイッチ素子Ｑ１のドレインと、が接続される。
【０００６】
スイッチ素子Ｑ１のソースには、抵抗Ｒを介して定電流電源装置１００の基準電位点に相当する整流部ＲＦの第２の出力端子が接続されるとともに、制御部１０が接続される。この制御部１０は、スイッチ素子Ｑ１のゲートと、整流部ＲＦの第２の出力端子と、にも接続される。整流部ＲＦの第２の出力端子には、キャパシタＣ４の他方の電極も接続される。
【０００７】
［定電流電源装置１００の動作］
以上の構成を備える定電流電源装置１００は、制御部１０により定電流回路２０を制御して、定電流制御を行う。具体的には、制御部１０により、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流に応じてスイッチ素子Ｑ１を制御することで、定電流電源装置１００の出力電流に応じてスイッチ素子Ｑ１を制御して、定電流制御を行って、定電流を出力する。
【０００８】
例えば、制御部１０により、スイッチ素子Ｑ１のゲートにＨレベルのゲート信号を印加して、スイッチ素子Ｑ１をオン状態にしたとする。すると、交流電源Ｖｉｎから入力された交流電力が整流部ＲＦにより整流されて、第２の出力端子を基準とした直流電力が第１の出力端子から出力される。整流部ＲＦの第１の出力端子から出力される直流電流は、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎと、インダクタＬ２の一端から他端と、スイッチ素子Ｑ１と、抵抗Ｒと、を介して、整流部ＲＦの第２の出力端子に流れる。これによれば、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに電流が流れるので、これら発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが点灯する。また、インダクタＬ２の一端から他端に電流が流れることで、インダクタＬ２にエネルギーが蓄えられることとなる。
【０００９】
上述のスイッチ素子Ｑ１に流れる電流、すなわちスイッチ素子Ｑ１のドレイン電流は、抵抗Ｒに流れることで電圧変換され、制御部１０に入力される。ここで、スイッチ素子Ｑ１がオン状態にしておくと、インダクタＬ２の一端から他端に流れる電流は、時間が経過するに従って増加する。また、スイッチ素子Ｑ１がオン状態である期間では、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流は、インダクタＬ２の一端から他端に流れる電流、すなわち定電流電源装置１００の出力電流に等しい。そして、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流を抵抗Ｒで電圧変換したものは、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流が増加するに従って高くなる。以上より、スイッチ素子Ｑ１がオン状態である期間では、制御部１０に入力される上述の電圧は、時間が経過するに従って上昇する。
【００１０】
制御部１０は、制御部１０に入力される上述の電圧、すなわちスイッチ素子Ｑ１のドレイン電流を抵抗Ｒで電圧変換したものを監視しており、この電圧のピーク値や平均値が予め定められた閾値電圧まで上昇すると、スイッチ素子Ｑ１のゲートにＬレベルのゲート信号を印加する。これによれば、スイッチ素子Ｑ１がオフ状態になる。
【００１１】
スイッチ素子Ｑ１がオフ状態になると、スイッチ素子Ｑ１がオン状態であった期間にインダクタＬ２に蓄えられたエネルギーにより、インダクタＬ２の一端から他端、ダイオードＤ３、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの順に電流が流れ、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが点灯する。スイッチ素子Ｑ１がオン状態であった期間にインダクタＬ２に蓄えられたエネルギーは、上述の順に電流が流れるに従って減少し、上述の順に流れる電流は、インダクタＬ２に蓄えられているエネルギーが減少するに従って減少する。このため、スイッチ素子Ｑ１がオフ状態になると、時間が経過するに従って、インダクタＬ２の一端から他端に流れる電流が減少する。
【００１２】
また、スイッチ素子Ｑ１がオフ状態になると、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流が「０」になるので、制御部１０に入力される上述の電圧は、「０」になる。
【００１３】
制御部１０は、制御部１０に入力される上述の電圧、すなわちスイッチ素子Ｑ１のドレイン電流を抵抗Ｒで電圧変換したものが「０」になってから、予め定められた時間が経過すると、スイッチ素子Ｑ１のゲートにＨレベルのゲート信号を印加する。これによれば、スイッチ素子Ｑ１がオン状態になる。
【００１４】
なお、定電流電源装置１００の出力電流、すなわち発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに流れる電流は、キャパシタＣ３により平滑化される。
【００１５】
また、第１の出力端子から出力される電流により、キャパシタＣ４は充電される。このため、交流電源Ｖｉｎから入力される交流電圧が変動しても、キャパシタＣ４に蓄えられたエネルギーがなくなるまでは、定電流電源装置１００は、定電流を出力できる。すなわち、キャパシタＣ４は、入力電圧の変動に対する定電流電源装置１００の定電流出力の安定性を確保する。
【００１６】
図５は、定常動作時におけるキャパシタＣ４の容量に応じた定電流電源装置１００のタイミングチャートである。なお、図５の（ｂ）における定電流電源装置１００は、図５の（ａ）における定電流電源装置１００と比べて、キャパシタＣ４の容量が大きいものとする。ＶＶｉｎは、交流電源Ｖｉｎから入力される交流電圧、すなわち入力電圧を示し、ＶＣ４は、キャパシタＣ４の一方の電極の電圧を示し、ＩＶｉｎは、交流電源Ｖｉｎから入力される交流電流、すなわち入力電流を示す。
【００１７】
図６は、入力電圧ＶＶｉｎが急変した場合におけるキャパシタＣ４の容量に応じた定電流電源装置１００のタイミングチャートである。なお、図６の（ｂ）における定電流電源装置１００は、図６の（ａ）における定電流電源装置１００と比べて、キャパシタＣ４の容量が大きいものとする。また、入力電圧ＶＶｉｎの急変は、図６の（ａ）では時刻ｔ１１〜ｔ１２の期間に発生し、図６の（ｂ）では時刻ｔ２１〜ｔ２２の期間に発生しているものとする。
【００１８】
図５、６に示すように、キャパシタＣ４の容量が大きくなるに従って、入力電圧ＶＶｉｎの変動に対する定電流電源装置１００の定電流出力の安定性が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００４−３５５８７２号公報
【特許文献２】特開２０１０−４０８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
キャパシタＣ４の容量については、高周波規制により、単純に大きくすることはできない。そこで、定電流回路２０より定電流電源装置１００の入力側に、力率改善回路を設けることが考えられる。
【００２１】
ところが、力率改善回路を上述のように設けると、構成部品が増加してしまうため、定電流電源装置が大型化してしまう。
【００２２】
上述の課題を鑑み、本発明は、高周波規制を満たしつつ、入力電圧の変動に対する定電流出力の安定性を確保できる定電流電源装置について、小型化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
（１） 本発明は、負荷（例えば、図１の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに相当）に定電流を供給する定電流電源装置（例えば、図１の定電流電源装置１に相当）であって、定電流を出力する定電流回路（例えば、図１の定電流回路２０に相当）と、前記定電流回路より前記定電流電源装置の入力側に設けられた力率改善回路（例えば、図１の力率改善回路３０に相当）と、前記定電流回路を制御する制御手段（例えば、図１の制御部１０に相当）と、を備え、前記力率改善回路は、前記制御手段から前記定電流回路に送信される制御信号に基づいて動作することを特徴とする定電流電源装置を提案している。
【００２４】
この発明によれば、負荷に定電流を供給する定電流電源装置に、定電流を出力する定電流回路と、定電流回路を制御する制御部と、を設けるとともに、定電流回路より定電流電源装置の入力側に力率改善回路を設けた。そして、力率改善回路を、制御手段から定電流回路に送信される制御信号に基づいて動作させることとした。
【００２５】
このため、制御手段を、定電流回路と力率改善回路とで兼用することになるので、定電流電源装置を小型化することができる。
【００２６】
また、力率改善回路により力率を改善することができるので、高周波規制を満たすことができる。
【００２７】
また、入力電圧の変動に対する定電流出力の安定性に関わるキャパシタの容量について、上述の定電流電源装置１００では、高周波規制により単純に大きくすることができなかったが、（１）の定電流電源装置では、上述のように高周波規制を満たすことができるため、大きくすることができる。このため、入力電圧の変動に対する定電流出力の安定性を確保できる。
【００２８】
また、力率改善回路の出力電圧は、直流であり、この直流電圧が定電流回路に入力される。このため、定電流電源装置の出力電流リップルを抑えることができる。
【００２９】
また、上述のように制御手段を兼用するため、定電流回路における定電流制御のタイミングで力率改善回路を制御することになる。このため、力率改善回路における力率改善制御は、力率の改善に最適なタイミングで行われるわけではないので、力率改善回路の出力電圧は、入力電圧に対して依存性を有することになる。しかしながら、力率改善回路の後ろに定電流回路が設けられているため、定電流電源装置の出力電流は、定電流回路における定電流制御が行われた後のものである。したがって、定電流電源装置は、定電流を出力することができる。
（２） 本発明は、（１）の定電流電源装置について、前記定電流回路は、前記負荷に流れる電流が入力端子（例えば、後述のドレインに相当）に入力される第１のスイッチ素子（例えば、図１のスイッチ素子Ｑ１に相当）と、前記第１のスイッチ素子に流れた電流を電圧変換する電流電圧変換手段（例えば、図１の抵抗Ｒに相当）と、を備え、前記制御手段は、前記電流電圧変換手段により変換された電圧に基づいて、前記第１のスイッチ素子に制御信号（例えば、後述のゲート信号に相当）を送信し、前記力率改善回路は、前記制御信号に基づいてチョッパ制御される第２のスイッチ素子（例えば、図１のスイッチ素子Ｑ２に相当）を備えることを特徴とする定電流電源装置を提案している。
【００３０】
この発明によれば、（１）の定電流電源装置において、定電流回路に、負荷に流れる電流が入力端子に入力される第１のスイッチ素子と、第１のスイッチ素子に流れた電流を電圧変換する電流電圧変換手段と、を設けた。また、制御手段により、電流電圧変換手段により変換された電圧に基づいて、第１のスイッチ素子に制御信号を送信することとした。また、力率改善回路に、制御信号に基づいてチョッパ制御される第２のスイッチ素子を設けた。
【００３１】
ここで、定電流回路の入力電圧は、上述のように直流である。このため、制御手段が第１のスイッチ素子に送信する制御信号のデューティ比は、略一定となり、第２のスイッチ素子は、第１のスイッチ素子に送信される制御信号に基づいて動作するため、第２のスイッチ素子のデューティ比も、略一定となる。よって、定電流電源装置の入力電流は、定電流電源装置の入力電圧に比例することになるので、定電流電源装置の力率を向上することができる。
【００３２】
なお、第２のスイッチ素子を第１のスイッチ素子で兼用すれば、定電流電源装置をさらに小型化することができる。ところが、兼用すると、第１のスイッチ素子には、負荷に流れる電流だけでなく、第２のスイッチ素子に流れていた電流も流れることとなる。このため、電流電圧変換手段により変換された電圧には、負荷に流れた電流を電圧変換したもの以外も含まれてしまう。これによれば、制御手段は、負荷に流れた電流を正確に検出することができなくなるため、定電流電源装置は、定電流制御を正確に行うことができず、定電流を出力できなくなってしまう。しかしながら、この発明によれば、第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子とを別々に設けているため、制御手段は、負荷に流れた電流を正確に検出することができる。したがって、定電流電源装置は、定電流制御を正確に行うことができ、定電流を出力することができる。
【００３３】
（３） 本発明は、（１）または（２）の定電流電源装置について、前記力率改善回路の出力により充電され、充電されたエネルギーを前記定電流回路に出力するキャパシタ（例えば、図１のキャパシタＣ２に相当）を備え、前記力率改善回路は、昇圧回路（例えば、後述の昇圧型チョッパ回路に相当）で構成されることを特徴とする定電流電源装置を提案している。
【００３４】
この発明によれば、（１）または（２）の定電流電源装置において、力率改善回路の出力により充電され、充電されたエネルギーを定電流回路に出力するキャパシタを設けた。また、力率改善回路は、昇圧回路で構成されることとした。
【００３５】
このため、力率改善回路の出力電圧は、定電流電源装置に入力される入力電圧と比べて高くなる。したがって、昇圧回路で構成される力率改善回路が設けられていない場合と比べて、多くのエネルギーをキャパシタに蓄積させることができ、長時間に亘ってキャパシタから定電流回路に電力を供給することができるので、定電流電源装置は、長時間に亘って定電流を出力することができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、高周波規制を満たしつつ、入力電圧の変動に対する定電流出力の安定性を確保できるとともに、定電流電源装置を小型化することができる。また、定電流電源装置の出力電流リップルを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に係る定電流電源装置の回路図である。
【図２】定常動作時における前記定電流電源装置のタイミングチャートである。
【図３】入力電圧が急変した場合における前記定電流電源装置のタイミングチャートである。
【図４】従来例に係る定電流電源装置の回路図である。
【図５】定常動作時における前記定電流電源装置のタイミングチャートである。
【図６】入力電圧が急変した場合における前記定電流電源装置のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素などとの置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【００３９】
［定電流電源装置１の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る定電流電源装置１の回路図である。定電流電源装置１は、図４に示した従来例に係る定電流電源装置１００とは、力率改善回路３０を備える点と、キャパシタＣ４の代わりにキャパシタＣ２を備える点と、が異なる。なお、定電流電源装置１において、定電流電源装置１００と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４０】
力率改善回路３０は、定電流回路２０より定電流電源装置１の入力側、より具体的には、定電流回路２０と交流電源Ｖｉｎとの間に設けられる。この力率改善回路３０は、キャパシタＣ１と、ダイオードＤ１、Ｄ２と、インダクタＬ１と、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチ素子Ｑ２と、を備える。
【００４１】
インダクタＬ１とダイオードＤ１とは、直列接続され、これらインダクタＬ１とダイオードＤ１とを直列接続したものには、ダイオードＤ２が並列接続される。そして、整流部ＲＦの第１の出力端子には、インダクタＬ１とダイオードＤ１とを直列接続したものと、ダイオードＤ２と、を介して、キャパシタＣ２および定電流回路２０が接続される。具体的には、整流部ＲＦの第１の出力端子には、インダクタＬ１の一端と、ダイオードＤ２のアノードと、が接続される。インダクタＬ１の他端には、ダイオードＤ１のアノードが接続される。ダイオードＤ１のカソードと、ダイオードＤ２のカソードとには、キャパシタＣ２の一方の電極と、ダイオードＤ３のカソードと、キャパシタＣ３の一方の電極と、発光ダイオードＬＥＤ１のアノードと、が接続される。
【００４２】
整流部ＲＦの第１の出力端子には、キャパシタＣ１の一方の電極も接続される。キャパシタＣ１の他方の電極には、整流部ＲＦの第２の出力端子が接続される。インダクタＬ１の他端には、スイッチ素子Ｑ２のドレインが接続され、スイッチ素子Ｑ２のソースには、整流部ＲＦの第２の出力端子が接続される。スイッチ素子Ｑ２のゲートには、スイッチ素子Ｑ１のゲートが接続される。
【００４３】
［定電流電源装置１の動作］
以上の構成を備える定電流電源装置１は、定電流回路２０を制御する制御部１０により、力率改善回路３０も制御して、定電流制御だけでなく力率改善制御も行う。具体的には、定電流電源装置１００と同様に、制御部１０により、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流に応じてスイッチ素子Ｑ１を制御することで、定電流電源装置１の出力電流に応じてスイッチ素子Ｑ１を制御して、定電流制御を行って、定電流を出力する。さらに、制御部１０により、スイッチ素子Ｑ１と同期してスイッチ素子Ｑ２を制御して、力率改善制御を行って、力率を改善する。
【００４４】
スイッチ素子Ｑ２のゲートには、上述のようにスイッチ素子Ｑ１のゲートが接続されている。このため、スイッチ素子Ｑ１のゲートに印加されるゲート信号は、スイッチ素子Ｑ２のゲートにも印加されるので、スイッチ素子Ｑ２は、スイッチ素子Ｑ１と同期してスイッチングすることとなる。
【００４５】
スイッチ素子Ｑ２を備える力率改善回路３０は、いわゆる昇圧型チョッパ回路で構成される。このため、整流部ＲＦの第１の出力端子から出力された直流電圧は、力率改善回路３０で昇圧され、定電流回路２０に供給されるとともに、キャパシタＣ２を充電する。なお、このキャパシタＣ２は、定電流電源装置１の起動時においては、ダイオードＤ２を介して電流が供給され、充電される。
【００４６】
図２は、定常動作時における定電流電源装置１のタイミングチャートである。
【００４７】
ＶＶｉｎは、交流電源Ｖｉｎから入力される交流電圧、すなわち入力電圧を示し、ＩＶｉｎは、交流電源Ｖｉｎから入力される交流電流、すなわち入力電流を示す。
【００４８】
ＶＣ１は、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧を示す。このキャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１は、入力電圧ＶＶｉｎを整流部ＲＦで整流した後の電圧である。このため、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１の波形は、入力電圧ＶＶｉｎを整流した波形となる。
【００４９】
ＶＧＳＱ１およびＶＧＳＱ２は、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のそれぞれのゲート−ソース間電圧を示す。スイッチ素子Ｑ１のゲートに印加されるゲート信号は、スイッチ素子Ｑ２のゲートにも印加されるため、スイッチ素子Ｑ１のゲート−ソース間電圧ＶＧＳＱ１の波形と、スイッチ素子Ｑ２のゲート−ソース間電圧ＶＧＳＱ２の波形とは、等しく、同期してＨレベルの電圧ＶＨになったりＬレベルの電圧ＶＬになったりする。
【００５０】
ＩＬ１は、インダクタＬ１の一端から他端に流れる電流を示す。このインダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１は、スイッチ素子Ｑ２のスイッチングに応じて変化する。
【００５１】
ＶＣ２は、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧を示す。このキャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２は、入力電圧ＶＶｉｎに応じて変動する。ただし、電圧ＶＣ２の振幅は、入力電圧ＶＶｉｎの振幅と比べて大幅に狭くなる。
【００５２】
ＩＬ２は、インダクタＬ２の一端から他端に流れる電流を示す。このインダクタＬ２の一端から他端に流れる電流ＩＬ２は、スイッチ素子Ｑ１のスイッチングに応じて変動する。
【００５３】
ＩＬＥＤは、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのそれぞれに流れる平均電流を示す。この平均電流ＩＬＥＤは、インダクタＬ２の一端から他端に流れる電流ＩＬ２を平均化したものに等しい。
【００５４】
図３は、入力電圧ＶＶｉｎが急変した場合における定電流電源装置１のタイミングチャートである。
【００５５】
図３では、時刻ｔ１〜ｔ２の期間に、入力電圧ＶＶｉｎが急変し、他の期間と比べて入力電圧ＶＶｉｎの振幅が小さくなっている。このため、時刻ｔ１〜ｔ２の期間では、他の期間と比べて、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１が低くなる。しかしながら、時刻ｔ１〜ｔ２の期間では、定常動作時に充電されたキャパシタＣ２から、蓄えられていたエネルギーが定電流回路２０に供給される。このため、時刻ｔ１〜ｔ２の期間では、キャパシタＣ２が放電されてしまうため、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２が低下するものの、インダクタＬ２の一端から他端に流れる電流ＩＬ２と、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのそれぞれに流れる平均電流ＩＬＥＤとは、定常動作時と変わらない。
【００５６】
以上の定電流電源装置１によれば、以下の効果を奏することができる。
【００５７】
定電流電源装置１は、定電流回路２０を制御する制御部１０により、力率改善回路３０も制御する。このため、制御部１０を、定電流回路２０と力率改善回路３０とで兼用することになるので、定電流電源装置１を小型化することができる。
【００５８】
また、定電流電源装置１は、力率改善回路３０により力率改善制御を行って、力率を改善する。このため、高周波規制を満たすことができる。
【００５９】
また、上述の定電流電源装置１００では、入力電圧ＶＶｉｎの変動に対する定電流出力の安定性に関わるキャパシタＣ４の容量について、高周波規制により単純に大きくすることができなかった。これに対して、定電流電源装置１では、上述のように高周波規制を満たすことができるため、入力電圧ＶＶｉｎの変動に対する定電流出力の安定性に関わるキャパシタＣ２の容量について、大きくすることができる。このため、入力電圧の変動に対する定電流出力の安定性を確保できる。
【００６０】
また、定電流電源装置１は、上述のように制御部１０を兼用するため、定電流回路２０における定電流制御のタイミングで力率改善回路３０を制御することになる。このため、力率改善回路３０における力率改善制御は、力率の改善に最適なタイミングで行われるわけではないので、力率改善回路３０の出力電圧は、入力電圧に対して依存性を有することになる。しかしながら、力率改善回路３０の後ろに定電流回路２０が設けられているため、定電流電源装置１の出力電流は、定電流回路２０における定電流制御が行われた後のものである。したがって、定電流電源装置１は、定電流を出力することができる。
【００６１】
また、定電流電源装置１では、力率改善回路３０の出力電圧は、直流であり、この直流電圧が定電流回路２０に入力される。このため、定電流電源装置１の出力電流リップルを抑えることができる。
【００６２】
また、定電流電源装置１では、定電流回路２０の入力電圧は、上述のように直流である。このため、制御部１０がスイッチ素子Ｑ１に送信するゲート信号のデューティ比は、略一定となり、スイッチ素子Ｑ２は、スイッチ素子Ｑ１に送信されるゲート信号に基づいて動作するため、スイッチ素子Ｑ２のデューティ比も、略一定となる。したがって、定電流電源装置１の入力電流は、定電流電源装置１の入力電圧に比例することになるので、定電流電源装置１の力率を向上することができる。
【００６３】
また、スイッチ素子Ｑ２をスイッチ素子Ｑ１で兼用すれば、定電流電源装置１をさらに小型化することができる。ところが、兼用すると、スイッチ素子Ｑ１には、定電流電源装置１の出力電流だけでなく、スイッチ素子Ｑ２に流れていた電流も流れることとなる。このため、制御部１０は、定電流電源装置１の出力電流を正確に検出することができなくなるため、定電流制御を正確に行うことができず、定電流を出力できなくなってしまう。しかしながら、定電流電源装置１は、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とを別々に備えているため、制御部１０は、定電流電源装置１の出力電流を正確に検出することができる。したがって、定電流電源装置１は、定電流制御を正確に行うことができ、定電流を出力することができる。
【００６４】
また、定電流電源装置１では、力率改善回路３０は、いわゆる昇圧型チョッパ回路で構成される。このため、力率改善回路３０の出力電圧は、入力電圧ＶＶｉｎと比べて高くなる。したがって、昇圧型チョッパ回路で構成される力率改善回路３０を備えていない場合と比べて、多くのエネルギーをキャパシタＣ２に蓄積させることができ、長時間に亘ってキャパシタＣ２から定電流回路２０に電力を供給することができるので、定電流電源装置１は、長時間に亘って定電流を出力することができる。
【００６５】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【００６６】
例えば、上述の実施形態では、定電流回路２０は、いわゆる降圧回路で構成されているが、これに限らず、昇圧回路で構成されるものとしてもよい。
【００６７】
また、上述の実施形態では、定電流電源装置１は、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに定電流を供給するものとしたが、これに限らず、モータといった定電流を必要とするものに定電流を供給できる。
【符号の説明】
【００６８】
１、１００；定電流電源装置
１０；制御部
２０；定電流回路
３０；力率改善回路
Ｃ１〜Ｃ４；キャパシタ
Ｄ１〜Ｄ３；ダイオード
Ｌ１、Ｌ２；インダクタ
Ｑ１、Ｑ２；スイッチ素子
Ｒ；抵抗
ＲＦ；整流部
ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎ；発光ダイオード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定電流電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、定電流を出力する電源として、定電流電源装置がある。この定電流電源装置は、例えば、発光ダイオードを点灯させるために用いられる（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
［定電流電源装置１００の構成］
図４は、従来例に係る定電流電源装置１００の回路図である。定電流電源装置１００は、交流電源Ｖｉｎから入力される交流電力を用いて、直列接続された複数の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎ（ｎは、ｎ≧３を満たす整数）に定電流を出力する。この定電流電源装置１００は、整流部ＲＦと、キャパシタＣ４と、制御部１０と、定電流回路２０と、を備える。
【０００４】
定電流回路２０は、抵抗Ｒと、キャパシタＣ３と、ダイオードＤ３と、インダクタＬ２と、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチ素子Ｑ１と、を備える。
【０００５】
整流部ＲＦの２つの入力端子には、交流電源Ｖｉｎの両端が接続される。整流部ＲＦの第１の出力端子には、キャパシタＣ４の一方の電極と、ダイオードＤ３のカソードと、キャパシタＣ３の一方の電極と、発光ダイオードＬＥＤ１のアノードと、が接続される。発光ダイオードＬＥＤｎのカソードには、キャパシタＣ３の他方の電極と、インダクタＬ２の一端と、が接続される。インダクタＬ２の他端には、ダイオードＤ３のアノードと、スイッチ素子Ｑ１のドレインと、が接続される。
【０００６】
スイッチ素子Ｑ１のソースには、抵抗Ｒを介して定電流電源装置１００の基準電位点に相当する整流部ＲＦの第２の出力端子が接続されるとともに、制御部１０が接続される。この制御部１０は、スイッチ素子Ｑ１のゲートと、整流部ＲＦの第２の出力端子と、にも接続される。整流部ＲＦの第２の出力端子には、キャパシタＣ４の他方の電極も接続される。
【０００７】
［定電流電源装置１００の動作］
以上の構成を備える定電流電源装置１００は、制御部１０により定電流回路２０を制御して、定電流制御を行う。具体的には、制御部１０により、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流に応じてスイッチ素子Ｑ１を制御することで、定電流電源装置１００の出力電流に応じてスイッチ素子Ｑ１を制御して、定電流制御を行って、定電流を出力する。
【０００８】
例えば、制御部１０により、スイッチ素子Ｑ１のゲートにＨレベルのゲート信号を印加して、スイッチ素子Ｑ１をオン状態にしたとする。すると、交流電源Ｖｉｎから入力された交流電力が整流部ＲＦにより整流されて、第２の出力端子を基準とした直流電力が第１の出力端子から出力される。整流部ＲＦの第１の出力端子から出力される直流電流は、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎと、インダクタＬ２の一端から他端と、スイッチ素子Ｑ１と、抵抗Ｒと、を介して、整流部ＲＦの第２の出力端子に流れる。これによれば、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに電流が流れるので、これら発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが点灯する。また、インダクタＬ２の一端から他端に電流が流れることで、インダクタＬ２にエネルギーが蓄えられることとなる。
【０００９】
上述のスイッチ素子Ｑ１に流れる電流、すなわちスイッチ素子Ｑ１のドレイン電流は、抵抗Ｒに流れることで電圧変換され、制御部１０に入力される。ここで、スイッチ素子Ｑ１がオン状態にしておくと、インダクタＬ２の一端から他端に流れる電流は、時間が経過するに従って増加する。また、スイッチ素子Ｑ１がオン状態である期間では、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流は、インダクタＬ２の一端から他端に流れる電流、すなわち定電流電源装置１００の出力電流に等しい。そして、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流を抵抗Ｒで電圧変換したものは、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流が増加するに従って高くなる。以上より、スイッチ素子Ｑ１がオン状態である期間では、制御部１０に入力される上述の電圧は、時間が経過するに従って上昇する。
【００１０】
制御部１０は、制御部１０に入力される上述の電圧、すなわちスイッチ素子Ｑ１のドレイン電流を抵抗Ｒで電圧変換したものを監視しており、この電圧のピーク値や平均値が予め定められた閾値電圧まで上昇すると、スイッチ素子Ｑ１のゲートにＬレベルのゲート信号を印加する。これによれば、スイッチ素子Ｑ１がオフ状態になる。
【００１１】
スイッチ素子Ｑ１がオフ状態になると、スイッチ素子Ｑ１がオン状態であった期間にインダクタＬ２に蓄えられたエネルギーにより、インダクタＬ２の一端から他端、ダイオードＤ３、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの順に電流が流れ、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが点灯する。スイッチ素子Ｑ１がオン状態であった期間にインダクタＬ２に蓄えられたエネルギーは、上述の順に電流が流れるに従って減少し、上述の順に流れる電流は、インダクタＬ２に蓄えられているエネルギーが減少するに従って減少する。このため、スイッチ素子Ｑ１がオフ状態になると、時間が経過するに従って、インダクタＬ２の一端から他端に流れる電流が減少する。
【００１２】
また、スイッチ素子Ｑ１がオフ状態になると、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流が「０」になるので、制御部１０に入力される上述の電圧は、「０」になる。
【００１３】
制御部１０は、制御部１０に入力される上述の電圧、すなわちスイッチ素子Ｑ１のドレイン電流を抵抗Ｒで電圧変換したものが「０」になってから、予め定められた時間が経過すると、スイッチ素子Ｑ１のゲートにＨレベルのゲート信号を印加する。これによれば、スイッチ素子Ｑ１がオン状態になる。
【００１４】
なお、定電流電源装置１００の出力電流、すなわち発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに流れる電流は、キャパシタＣ３により平滑化される。
【００１５】
また、第１の出力端子から出力される電流により、キャパシタＣ４は充電される。このため、交流電源Ｖｉｎから入力される交流電圧が変動しても、キャパシタＣ４に蓄えられたエネルギーがなくなるまでは、定電流電源装置１００は、定電流を出力できる。すなわち、キャパシタＣ４は、入力電圧の変動に対する定電流電源装置１００の定電流出力の安定性を確保する。
【００１６】
図５は、定常動作時におけるキャパシタＣ４の容量に応じた定電流電源装置１００のタイミングチャートである。なお、図５の（ｂ）における定電流電源装置１００は、図５の（ａ）における定電流電源装置１００と比べて、キャパシタＣ４の容量が大きいものとする。ＶＶｉｎは、交流電源Ｖｉｎから入力される交流電圧、すなわち入力電圧を示し、ＶＣ４は、キャパシタＣ４の一方の電極の電圧を示し、ＩＶｉｎは、交流電源Ｖｉｎから入力される交流電流、すなわち入力電流を示す。
【００１７】
図６は、入力電圧ＶＶｉｎが急変した場合におけるキャパシタＣ４の容量に応じた定電流電源装置１００のタイミングチャートである。なお、図６の（ｂ）における定電流電源装置１００は、図６の（ａ）における定電流電源装置１００と比べて、キャパシタＣ４の容量が大きいものとする。また、入力電圧ＶＶｉｎの急変は、図６の（ａ）では時刻ｔ１１〜ｔ１２の期間に発生し、図６の（ｂ）では時刻ｔ２１〜ｔ２２の期間に発生しているものとする。
【００１８】
図５、６に示すように、キャパシタＣ４の容量が大きくなるに従って、入力電圧ＶＶｉｎの変動に対する定電流電源装置１００の定電流出力の安定性が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００４−３５５８７２号公報
【特許文献２】特開２０１０−４０８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
キャパシタＣ４の容量については、高周波規制により、単純に大きくすることはできない。そこで、定電流回路２０より定電流電源装置１００の入力側に、力率改善回路を設けることが考えられる。
【００２１】
ところが、力率改善回路を上述のように設けると、構成部品が増加してしまうため、定電流電源装置が大型化してしまう。
【００２２】
上述の課題を鑑み、本発明は、高周波規制を満たしつつ、入力電圧の変動に対する定電流出力の安定性を確保できる定電流電源装置について、小型化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
（１） 本発明は、負荷（例えば、図１の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに相当）に定電流を供給する定電流電源装置（例えば、図１の定電流電源装置１に相当）であって、定電流を出力する定電流回路（例えば、図１の定電流回路２０に相当）と、前記定電流回路より前記定電流電源装置の入力側に設けられた力率改善回路（例えば、図１の力率改善回路３０に相当）と、前記定電流回路を制御する制御手段（例えば、図１の制御部１０に相当）と、を備え、前記力率改善回路は、前記制御手段から前記定電流回路に送信される制御信号に基づいて動作することを特徴とする定電流電源装置を提案している。
【００２４】
この発明によれば、負荷に定電流を供給する定電流電源装置に、定電流を出力する定電流回路と、定電流回路を制御する制御部と、を設けるとともに、定電流回路より定電流電源装置の入力側に力率改善回路を設けた。そして、力率改善回路を、制御手段から定電流回路に送信される制御信号に基づいて動作させることとした。
【００２５】
このため、制御手段を、定電流回路と力率改善回路とで兼用することになるので、定電流電源装置を小型化することができる。
【００２６】
また、力率改善回路により力率を改善することができるので、高周波規制を満たすことができる。
【００２７】
また、入力電圧の変動に対する定電流出力の安定性に関わるキャパシタの容量について、上述の定電流電源装置１００では、高周波規制により単純に大きくすることができなかったが、（１）の定電流電源装置では、上述のように高周波規制を満たすことができるため、大きくすることができる。このため、入力電圧の変動に対する定電流出力の安定性を確保できる。
【００２８】
また、力率改善回路の出力電圧は、直流であり、この直流電圧が定電流回路に入力される。このため、定電流電源装置の出力電流リップルを抑えることができる。
【００２９】
また、上述のように制御手段を兼用するため、定電流回路における定電流制御のタイミングで力率改善回路を制御することになる。このため、力率改善回路における力率改善制御は、力率の改善に最適なタイミングで行われるわけではないので、力率改善回路の出力電圧は、入力電圧に対して依存性を有することになる。しかしながら、力率改善回路の後ろに定電流回路が設けられているため、定電流電源装置の出力電流は、定電流回路における定電流制御が行われた後のものである。したがって、定電流電源装置は、定電流を出力することができる。
（２） 本発明は、（１）の定電流電源装置について、前記定電流回路は、前記負荷に流れる電流が入力端子（例えば、後述のドレインに相当）に入力される第１のスイッチ素子（例えば、図１のスイッチ素子Ｑ１に相当）と、前記第１のスイッチ素子に流れた電流を電圧変換する電流電圧変換手段（例えば、図１の抵抗Ｒに相当）と、を備え、前記制御手段は、前記電流電圧変換手段により変換された電圧に基づいて、前記第１のスイッチ素子に制御信号（例えば、後述のゲート信号に相当）を送信し、前記力率改善回路は、前記制御信号に基づいてチョッパ制御される第２のスイッチ素子（例えば、図１のスイッチ素子Ｑ２に相当）を備えることを特徴とする定電流電源装置を提案している。
【００３０】
この発明によれば、（１）の定電流電源装置において、定電流回路に、負荷に流れる電流が入力端子に入力される第１のスイッチ素子と、第１のスイッチ素子に流れた電流を電圧変換する電流電圧変換手段と、を設けた。また、制御手段により、電流電圧変換手段により変換された電圧に基づいて、第１のスイッチ素子に制御信号を送信することとした。また、力率改善回路に、制御信号に基づいてチョッパ制御される第２のスイッチ素子を設けた。
【００３１】
ここで、定電流回路の入力電圧は、上述のように直流である。このため、制御手段が第１のスイッチ素子に送信する制御信号のデューティ比は、略一定となり、第２のスイッチ素子は、第１のスイッチ素子に送信される制御信号に基づいて動作するため、第２のスイッチ素子のデューティ比も、略一定となる。よって、定電流電源装置の入力電流は、定電流電源装置の入力電圧に比例することになるので、定電流電源装置の力率を向上することができる。
【００３２】
なお、第２のスイッチ素子を第１のスイッチ素子で兼用すれば、定電流電源装置をさらに小型化することができる。ところが、兼用すると、第１のスイッチ素子には、負荷に流れる電流だけでなく、第２のスイッチ素子に流れていた電流も流れることとなる。このため、電流電圧変換手段により変換された電圧には、負荷に流れた電流を電圧変換したもの以外も含まれてしまう。これによれば、制御手段は、負荷に流れた電流を正確に検出することができなくなるため、定電流電源装置は、定電流制御を正確に行うことができず、定電流を出力できなくなってしまう。しかしながら、この発明によれば、第１のスイッチ素子と第２のスイッチ素子とを別々に設けているため、制御手段は、負荷に流れた電流を正確に検出することができる。したがって、定電流電源装置は、定電流制御を正確に行うことができ、定電流を出力することができる。
【００３３】
（３） 本発明は、（１）または（２）の定電流電源装置について、前記力率改善回路の出力により充電され、充電されたエネルギーを前記定電流回路に出力するキャパシタ（例えば、図１のキャパシタＣ２に相当）を備え、前記力率改善回路は、昇圧回路（例えば、後述の昇圧型チョッパ回路に相当）で構成されることを特徴とする定電流電源装置を提案している。
【００３４】
この発明によれば、（１）または（２）の定電流電源装置において、力率改善回路の出力により充電され、充電されたエネルギーを定電流回路に出力するキャパシタを設けた。また、力率改善回路は、昇圧回路で構成されることとした。
【００３５】
このため、力率改善回路の出力電圧は、定電流電源装置に入力される入力電圧と比べて高くなる。したがって、昇圧回路で構成される力率改善回路が設けられていない場合と比べて、多くのエネルギーをキャパシタに蓄積させることができ、長時間に亘ってキャパシタから定電流回路に電力を供給することができるので、定電流電源装置は、長時間に亘って定電流を出力することができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、高周波規制を満たしつつ、入力電圧の変動に対する定電流出力の安定性を確保できるとともに、定電流電源装置を小型化することができる。また、定電流電源装置の出力電流リップルを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に係る定電流電源装置の回路図である。
【図２】定常動作時における前記定電流電源装置のタイミングチャートである。
【図３】入力電圧が急変した場合における前記定電流電源装置のタイミングチャートである。
【図４】従来例に係る定電流電源装置の回路図である。
【図５】定常動作時における前記定電流電源装置のタイミングチャートである。
【図６】入力電圧が急変した場合における前記定電流電源装置のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素などとの置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【００３９】
［定電流電源装置１の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る定電流電源装置１の回路図である。定電流電源装置１は、図４に示した従来例に係る定電流電源装置１００とは、力率改善回路３０を備える点と、キャパシタＣ４の代わりにキャパシタＣ２を備える点と、が異なる。なお、定電流電源装置１において、定電流電源装置１００と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４０】
力率改善回路３０は、定電流回路２０より定電流電源装置１の入力側、より具体的には、定電流回路２０と交流電源Ｖｉｎとの間に設けられる。この力率改善回路３０は、キャパシタＣ１と、ダイオードＤ１、Ｄ２と、インダクタＬ１と、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチ素子Ｑ２と、を備える。
【００４１】
インダクタＬ１とダイオードＤ１とは、直列接続され、これらインダクタＬ１とダイオードＤ１とを直列接続したものには、ダイオードＤ２が並列接続される。そして、整流部ＲＦの第１の出力端子には、インダクタＬ１とダイオードＤ１とを直列接続したものと、ダイオードＤ２と、を介して、キャパシタＣ２および定電流回路２０が接続される。具体的には、整流部ＲＦの第１の出力端子には、インダクタＬ１の一端と、ダイオードＤ２のアノードと、が接続される。インダクタＬ１の他端には、ダイオードＤ１のアノードが接続される。ダイオードＤ１のカソードと、ダイオードＤ２のカソードとには、キャパシタＣ２の一方の電極と、ダイオードＤ３のカソードと、キャパシタＣ３の一方の電極と、発光ダイオードＬＥＤ１のアノードと、が接続される。
【００４２】
整流部ＲＦの第１の出力端子には、キャパシタＣ１の一方の電極も接続される。キャパシタＣ１の他方の電極には、整流部ＲＦの第２の出力端子が接続される。インダクタＬ１の他端には、スイッチ素子Ｑ２のドレインが接続され、スイッチ素子Ｑ２のソースには、整流部ＲＦの第２の出力端子が接続される。スイッチ素子Ｑ２のゲートには、スイッチ素子Ｑ１のゲートが接続される。
【００４３】
［定電流電源装置１の動作］
以上の構成を備える定電流電源装置１は、定電流回路２０を制御する制御部１０により、力率改善回路３０も制御して、定電流制御だけでなく力率改善制御も行う。具体的には、定電流電源装置１００と同様に、制御部１０により、スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流に応じてスイッチ素子Ｑ１を制御することで、定電流電源装置１の出力電流に応じてスイッチ素子Ｑ１を制御して、定電流制御を行って、定電流を出力する。さらに、制御部１０により、スイッチ素子Ｑ１と同期してスイッチ素子Ｑ２を制御して、力率改善制御を行って、力率を改善する。
【００４４】
スイッチ素子Ｑ２のゲートには、上述のようにスイッチ素子Ｑ１のゲートが接続されている。このため、スイッチ素子Ｑ１のゲートに印加されるゲート信号は、スイッチ素子Ｑ２のゲートにも印加されるので、スイッチ素子Ｑ２は、スイッチ素子Ｑ１と同期してスイッチングすることとなる。
【００４５】
スイッチ素子Ｑ２を備える力率改善回路３０は、いわゆる昇圧型チョッパ回路で構成される。このため、整流部ＲＦの第１の出力端子から出力された直流電圧は、力率改善回路３０で昇圧され、定電流回路２０に供給されるとともに、キャパシタＣ２を充電する。なお、このキャパシタＣ２は、定電流電源装置１の起動時においては、ダイオードＤ２を介して電流が供給され、充電される。
【００４６】
図２は、定常動作時における定電流電源装置１のタイミングチャートである。
【００４７】
ＶＶｉｎは、交流電源Ｖｉｎから入力される交流電圧、すなわち入力電圧を示し、ＩＶｉｎは、交流電源Ｖｉｎから入力される交流電流、すなわち入力電流を示す。
【００４８】
ＶＣ１は、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧を示す。このキャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１は、入力電圧ＶＶｉｎを整流部ＲＦで整流した後の電圧である。このため、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１の波形は、入力電圧ＶＶｉｎを整流した波形となる。
【００４９】
ＶＧＳＱ１およびＶＧＳＱ２は、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２のそれぞれのゲート−ソース間電圧を示す。スイッチ素子Ｑ１のゲートに印加されるゲート信号は、スイッチ素子Ｑ２のゲートにも印加されるため、スイッチ素子Ｑ１のゲート−ソース間電圧ＶＧＳＱ１の波形と、スイッチ素子Ｑ２のゲート−ソース間電圧ＶＧＳＱ２の波形とは、等しく、同期してＨレベルの電圧ＶＨになったりＬレベルの電圧ＶＬになったりする。
【００５０】
ＩＬ１は、インダクタＬ１の一端から他端に流れる電流を示す。このインダクタＬ１の一端から他端に流れる電流ＩＬ１は、スイッチ素子Ｑ２のスイッチングに応じて変化する。
【００５１】
ＶＣ２は、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧を示す。このキャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２は、入力電圧ＶＶｉｎに応じて変動する。ただし、電圧ＶＣ２の振幅は、入力電圧ＶＶｉｎの振幅と比べて大幅に狭くなる。
【００５２】
ＩＬ２は、インダクタＬ２の一端から他端に流れる電流を示す。このインダクタＬ２の一端から他端に流れる電流ＩＬ２は、スイッチ素子Ｑ１のスイッチングに応じて変動する。
【００５３】
ＩＬＥＤは、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのそれぞれに流れる平均電流を示す。この平均電流ＩＬＥＤは、インダクタＬ２の一端から他端に流れる電流ＩＬ２を平均化したものに等しい。
【００５４】
図３は、入力電圧ＶＶｉｎが急変した場合における定電流電源装置１のタイミングチャートである。
【００５５】
図３では、時刻ｔ１〜ｔ２の期間に、入力電圧ＶＶｉｎが急変し、他の期間と比べて入力電圧ＶＶｉｎの振幅が小さくなっている。このため、時刻ｔ１〜ｔ２の期間では、他の期間と比べて、キャパシタＣ１の一方の電極の電圧ＶＣ１が低くなる。しかしながら、時刻ｔ１〜ｔ２の期間では、定常動作時に充電されたキャパシタＣ２から、蓄えられていたエネルギーが定電流回路２０に供給される。このため、時刻ｔ１〜ｔ２の期間では、キャパシタＣ２が放電されてしまうため、キャパシタＣ２の一方の電極の電圧ＶＣ２が低下するものの、インダクタＬ２の一端から他端に流れる電流ＩＬ２と、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎのそれぞれに流れる平均電流ＩＬＥＤとは、定常動作時と変わらない。
【００５６】
以上の定電流電源装置１によれば、以下の効果を奏することができる。
【００５７】
定電流電源装置１は、定電流回路２０を制御する制御部１０により、力率改善回路３０も制御する。このため、制御部１０を、定電流回路２０と力率改善回路３０とで兼用することになるので、定電流電源装置１を小型化することができる。
【００５８】
また、定電流電源装置１は、力率改善回路３０により力率改善制御を行って、力率を改善する。このため、高周波規制を満たすことができる。
【００５９】
また、上述の定電流電源装置１００では、入力電圧ＶＶｉｎの変動に対する定電流出力の安定性に関わるキャパシタＣ４の容量について、高周波規制により単純に大きくすることができなかった。これに対して、定電流電源装置１では、上述のように高周波規制を満たすことができるため、入力電圧ＶＶｉｎの変動に対する定電流出力の安定性に関わるキャパシタＣ２の容量について、大きくすることができる。このため、入力電圧の変動に対する定電流出力の安定性を確保できる。
【００６０】
また、定電流電源装置１は、上述のように制御部１０を兼用するため、定電流回路２０における定電流制御のタイミングで力率改善回路３０を制御することになる。このため、力率改善回路３０における力率改善制御は、力率の改善に最適なタイミングで行われるわけではないので、力率改善回路３０の出力電圧は、入力電圧に対して依存性を有することになる。しかしながら、力率改善回路３０の後ろに定電流回路２０が設けられているため、定電流電源装置１の出力電流は、定電流回路２０における定電流制御が行われた後のものである。したがって、定電流電源装置１は、定電流を出力することができる。
【００６１】
また、定電流電源装置１では、力率改善回路３０の出力電圧は、直流であり、この直流電圧が定電流回路２０に入力される。このため、定電流電源装置１の出力電流リップルを抑えることができる。
【００６２】
また、定電流電源装置１では、定電流回路２０の入力電圧は、上述のように直流である。このため、制御部１０がスイッチ素子Ｑ１に送信するゲート信号のデューティ比は、略一定となり、スイッチ素子Ｑ２は、スイッチ素子Ｑ１に送信されるゲート信号に基づいて動作するため、スイッチ素子Ｑ２のデューティ比も、略一定となる。したがって、定電流電源装置１の入力電流は、定電流電源装置１の入力電圧に比例することになるので、定電流電源装置１の力率を向上することができる。
【００６３】
また、スイッチ素子Ｑ２をスイッチ素子Ｑ１で兼用すれば、定電流電源装置１をさらに小型化することができる。ところが、兼用すると、スイッチ素子Ｑ１には、定電流電源装置１の出力電流だけでなく、スイッチ素子Ｑ２に流れていた電流も流れることとなる。このため、制御部１０は、定電流電源装置１の出力電流を正確に検出することができなくなるため、定電流制御を正確に行うことができず、定電流を出力できなくなってしまう。しかしながら、定電流電源装置１は、スイッチ素子Ｑ１とスイッチ素子Ｑ２とを別々に備えているため、制御部１０は、定電流電源装置１の出力電流を正確に検出することができる。したがって、定電流電源装置１は、定電流制御を正確に行うことができ、定電流を出力することができる。
【００６４】
また、定電流電源装置１では、力率改善回路３０は、いわゆる昇圧型チョッパ回路で構成される。このため、力率改善回路３０の出力電圧は、入力電圧ＶＶｉｎと比べて高くなる。したがって、昇圧型チョッパ回路で構成される力率改善回路３０を備えていない場合と比べて、多くのエネルギーをキャパシタＣ２に蓄積させることができ、長時間に亘ってキャパシタＣ２から定電流回路２０に電力を供給することができるので、定電流電源装置１は、長時間に亘って定電流を出力することができる。
【００６５】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【００６６】
例えば、上述の実施形態では、定電流回路２０は、いわゆる降圧回路で構成されているが、これに限らず、昇圧回路で構成されるものとしてもよい。
【００６７】
また、上述の実施形態では、定電流電源装置１は、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに定電流を供給するものとしたが、これに限らず、モータといった定電流を必要とするものに定電流を供給できる。
【符号の説明】
【００６８】
１、１００；定電流電源装置
１０；制御部
２０；定電流回路
３０；力率改善回路
Ｃ１〜Ｃ４；キャパシタ
Ｄ１〜Ｄ３；ダイオード
Ｌ１、Ｌ２；インダクタ
Ｑ１、Ｑ２；スイッチ素子
Ｒ；抵抗
ＲＦ；整流部
ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎ；発光ダイオード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に定電流を供給する定電流電源装置であって、
定電流を出力する定電流回路と、
前記定電流回路より前記定電流電源装置の入力側に設けられた力率改善回路と、
前記定電流回路を制御する制御手段と、を備え、
前記力率改善回路は、前記制御手段から前記定電流回路に送信される制御信号に基づいて動作することを特徴とする定電流電源装置。
【請求項２】
前記定電流回路は、
前記負荷に流れる電流が入力端子に入力される第１のスイッチ素子と、
前記第１のスイッチ素子に流れた電流を電圧変換する電流電圧変換手段と、を備え、
前記制御手段は、前記電流電圧変換手段により変換された電圧に基づいて、前記第１のスイッチ素子に制御信号を送信し、
前記力率改善回路は、前記制御信号に基づいてチョッパ制御される第２のスイッチ素子を備えることを特徴とする請求項１に記載の定電流電源装置。
【請求項３】
前記力率改善回路の出力により充電され、充電されたエネルギーを前記定電流回路に出力するキャパシタを備え、
前記力率改善回路は、昇圧回路で構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の定電流電源装置。
【請求項１】
負荷に定電流を供給する定電流電源装置であって、
定電流を出力する定電流回路と、
前記定電流回路より前記定電流電源装置の入力側に設けられた力率改善回路と、
前記定電流回路を制御する制御手段と、を備え、
前記力率改善回路は、前記制御手段から前記定電流回路に送信される制御信号に基づいて動作することを特徴とする定電流電源装置。
【請求項２】
前記定電流回路は、
前記負荷に流れる電流が入力端子に入力される第１のスイッチ素子と、
前記第１のスイッチ素子に流れた電流を電圧変換する電流電圧変換手段と、を備え、
前記制御手段は、前記電流電圧変換手段により変換された電圧に基づいて、前記第１のスイッチ素子に制御信号を送信し、
前記力率改善回路は、前記制御信号に基づいてチョッパ制御される第２のスイッチ素子を備えることを特徴とする請求項１に記載の定電流電源装置。
【請求項３】
前記力率改善回路の出力により充電され、充電されたエネルギーを前記定電流回路に出力するキャパシタを備え、
前記力率改善回路は、昇圧回路で構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の定電流電源装置。
【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２０１３−１３２１４（Ｐ２０１３−１３２１４Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４３７６４（Ｐ２０１１−１４３７６４）
【出願日】平成２３年６月２９日（２０１１．６．２９）
【出願人】（０００００２０３７）新電元工業株式会社 (776)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２９日（２０１１．６．２９）
【出願人】（０００００２０３７）新電元工業株式会社 (776)
【Ｆターム（参考）】
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