電源装置、およびＬＥＤ駆動装置
【課題】 負荷回路の両端のうちいずれが地絡した場合でも、構成を複雑にすることなく負荷回路への電力供給を低減できる非絶縁型の電源装置、およびＬＥＤ駆動装置を提供する。
【解決手段】 負極をグランドラインＧ１に接地した直流電源Ｅ１からの入力電力を所望の直流電力に変換して負荷回路Ｙ１へ供給する非絶縁型の電源装置Ａ１であって、負荷回路Ｙ１の一端と直流電源Ｅ１の負極との間に電気的に接続したコンデンサＣ１と、負荷回路Ｙ１の他端と直流電源Ｅ１の正極との間に電気的に接続したコンデンサＣ２とを備える。
【解決手段】 負極をグランドラインＧ１に接地した直流電源Ｅ１からの入力電力を所望の直流電力に変換して負荷回路Ｙ１へ供給する非絶縁型の電源装置Ａ１であって、負荷回路Ｙ１の一端と直流電源Ｅ１の負極との間に電気的に接続したコンデンサＣ１と、負荷回路Ｙ１の他端と直流電源Ｅ１の正極との間に電気的に接続したコンデンサＣ２とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置、およびＬＥＤ駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、直流負荷に直流電力を供給する電源装置があり、様々な分野で用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
例えば、照明分野においては、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子が盛んに使用され、その用途も多様化している。車両の照明では、白色ＬＥＤ素子が車室内において活用され、さらには高輝度化によってヘッドライト、デイタイムランニングランプ等にも使用されている。
【０００４】
ＬＥＤ素子は、白熱電球と比べ長寿命で応答性が速く、構造上コンパクトに実装できる。また、各種の色が簡単に実現でき、調光による点灯制御も容易である。そして、灯具などの照明器具は、薄型化が可能になり、立体的に実装できることにより、車のデザインなど形状に制限を与えない自由な設計が可能になる等の利点がある。
【０００５】
上述した照明器具は、ＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子を点灯させる電源装置とを備えるものであり、複数のＬＥＤ素子を直列接続してなる光源に一定の電流を供給することによって、複数のＬＥＤ素子を均一な明るさで点灯させるものが提供されている。
【０００６】
そして、電源装置には、出力電圧（例えば、直列接続されたＬＥＤ素子の両端電圧）が入力電圧より高い場合は昇圧チョッパ回路が使用され、出力電圧が入力電圧より低い場合は降圧チョッパ回路が使用される。電源環境や負荷状態によって、昇圧と降圧との両モードで動作する場合は、昇降圧チョッパ回路が使用される。
【０００７】
従来用いられている昇降圧チョッパ回路の一例として、ＣＵＫ（チューク）回路の構成を図１３に示す。
【０００８】
このＣＵＫ回路は、非絶縁型の電源装置であり、直流電源Ｅ１０１を入力電源として、複数のＬＥＤ素子を直列接続したＬＥＤユニットＸ１０１に直流電力を供給する。直流電源Ｅ１０１は、その負極をグランドラインＧ１０１に接地している。
【０００９】
そして、直流電源Ｅ１０１の正極−負極間には、インダクタＬ１０１とスイッチング素子Ｓ１０１との直列回路が接続されている。スイッチング素子Ｓ１０１の両端間には、コンデンサＣ１０１とダイオードＤ１０１との直列回路が接続され、ダイオードＤ１０１の両端間には、インダクタＬ１０２とコンデンサＣ１０２との直列回路が接続されている。そして、コンデンサＣ１０２の両端間には、ＬＥＤユニットＸ１０１が接続され、ＬＥＤユニットＸ１０１に直流電流が供給される。
【００１０】
このような構成において、直流電源Ｅ１０１の正極から負極に至る経路において、インダクタＬ１０１、コンデンサＣ１０１、インダクタＬ１０２、ＬＥＤユニットＸ１０１が順に接続された直列回路が設けられている。そして、直流電源Ｅ１０１の負極とＬＥＤユニットＸ１０１の一端（ＬＥＤ素子のアノード側）との間の経路は共通線Ｗ１０１で構成されており、ＬＥＤユニットＸ１０１の一端は、グランドラインＧ１０１と同電位（または略同電位）になる。さらに、ダイオードＤ１０１は、コンデンサＣ１０１とインダクタＬ１０２との接続点にアノードを接続し、共通線Ｗ１０１にカソードを接続している。
【００１１】
そして、図示しない制御回路によって、スイッチング素子Ｓ１０１がオン・オフ駆動されることによって、ＬＥＤユニットＸ１０１に直流電力が供給されて、ＬＥＤユニットＸ１０１の各ＬＥＤ素子が点灯する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−２２４０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図１３において、ＬＥＤユニットＸ１０１が地絡した場合（ＬＥＤユニットＸ１０１がグランドラインＧ１０１に接触した場合）、以下のようになる。
【００１４】
まず、他端側電路Ｗａ１０１が地絡した場合、直流電源Ｅ１０１の正極−インダクタＬ１０１−コンデンサＣ１０１−インダクタＬ１０２−電路Ｗａ１０１−グランドラインＧ１０１−直流電源Ｅ１０１の負極を通る閉回路で、地絡電流が流れる。しかしながら、コンデンサＣ１０１によって、電源側（直流電源Ｅ１０１）と負荷側（ＬＥＤユニットＸ１０１）とが直流的に分離されており、地絡電流は、コンデンサＣ１０１によって制限される。そして、ＬＥＤユニットＸ１０１の両端を実質的にグランドラインＧ１０１で短絡したことになるので、ＬＥＤユニットＸ１０１は点灯しなくなる。使用者は、ＬＥＤユニットＸ１０１の消灯によって、異常が発生したことを認識できる。
【００１５】
一方、一端側電路Ｗｂ１０１が地絡した場合、電路Ｗｂ１０１は共通線Ｗ１０１の一部であることから、ＬＥＤユニットＸ１０１は点灯し続ける。車載用の照明器具の場合、異常が発生しても点灯し続けることは、車輌の運行上は安全な動作と考えることはできる。しかしながら、使用者は異常と認識することはできないので、異常状態が発生している状態で、電源装置が継続的に使用されると、問題が生じる虞がある。
【００１６】
例えば、電源装置の出力とＬＥＤユニットＸ１０１とを接続する配線のハーネスがなんらかの構造物に挟まれ、それが原因で電路Ｗｂ１０１がグランドラインＧ１０１と接触し、地絡した場合でも、異常を検出できないことになる。この正常な状態ではないモードで継続使用されると、ハーネスが過熱するなどの問題が生じることになる。また、近傍の電装品のグランドラインとの干渉が発生する虞もある。
【００１７】
そこで、共通線Ｗ１０１に検出抵抗などを接続して、地絡を検出する方法が提案されているが、検出精度、制御の複雑化などの課題があり、地絡検出手段の構成の複雑化による部品点数の増大、コストアップなどの要因となっていた。
【００１８】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、負荷回路の両端のうちいずれが地絡した場合でも、構成を複雑にすることなく負荷回路への電力供給を低減できる非絶縁型の電源装置、およびＬＥＤ駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の電源装置は、一方の極を接地した直流電源からの入力電力を所望の直流電力に変換して負荷回路へ供給する非絶縁型の電源装置であって、前記負荷回路の一端と前記直流電源の前記一方の極との間に電気的に接続した第１のコンデンサと、前記負荷回路の他端と前記直流電源の他方の極との間に電気的に接続した第２のコンデンサとを備えることを特徴とする。
【００２０】
この発明において、前記第１，第２のコンデンサに電気的に接続して、前記第１，第２のコンデンサの充放電を切り替えるスイッチング素子を備え、前記スイッチング素子がオン・オフすることによって前記直流電源の電圧を昇圧する昇圧部と、前記スイッチング素子がオン・オフすることによって前記昇圧部による昇圧電圧を降圧し、この降圧電圧を前記負荷回路へ印加する降圧部とを具備することが好ましい。
【００２１】
この発明において、前記直流電源の前記他方の極から前記一方の極に至る経路には、第１のインダクタ、前記第２のコンデンサ、第２のインダクタ、前記負荷回路、前記第１のコンデンサが順に接続された直列回路が設けられ、前記第１のインダクタと前記第２のコンデンサとの接続点と、前記直流電源の前記一方の極との間には、前記スイッチング素子が接続され、前記第２のコンデンサと前記第２のインダクタとの接続点と、前記負荷回路と前記第１のコンデンサとの接続点との間には、ダイオードが接続されることが好ましい。
【００２２】
この発明において、前記直流電源の前記他方の極から前記一方の極に至る経路には、スイッチング素子、前記第２のコンデンサ、第１のインダクタ、前記負荷回路、前記第１のコンデンサが順に接続された直列回路が設けられ、前記スイッチング素子と前記第２のコンデンサとの接続点と、前記直流電源の前記一方の極との間には、第２のインダクタが接続され、前記第２のコンデンサと前記第１のインダクタとの接続点と、前記負荷回路と前記第１のコンデンサとの接続点との間にはダイオードが接続されることが好ましい。
【００２３】
この発明において、前記直流電源の前記他方の極から前記一方の極に至る経路には、第１のインダクタ、前記第２のコンデンサ、ダイオード、前記負荷回路、前記第１のコンデンサが順に接続された直列回路が設けられ、前記第１のインダクタと前記第２のコンデンサとの接続点と、前記直流電源の前記一方の極との間には、スイッチング素子が接続され、前記第２のコンデンサと前記ダイオードとの接続点と、前記負荷回路と前記第１のコンデンサとの接続点との間には第２のインダクタが接続されることが好ましい。
【００２４】
この発明において、前記負荷回路は、ＬＥＤ素子、または白熱灯、または抵抗素子からなる負荷を備えることが好ましい。
【００２５】
この発明において、前記負荷回路は、前記負荷に並列接続した第３のコンデンサを備えることが好ましい。
【００２６】
この発明において、前記負荷回路は、前記負荷の一端に接続した第３のインダクタと、前記負荷の他端に接続した第４のインダクタと、前記負荷と前記第３，第４のインダクタとの直列回路に並列接続した第３のコンデンサとを備えることが好ましい。
【００２７】
この発明において、前記第１のコンデンサに抵抗を並列接続したことが好ましい。
【００２８】
この発明において、前記負荷回路を複数備えることが好ましい。
【００２９】
本発明のＬＥＤ駆動装置は、一方の極を接地した直流電源からの入力電力を所望の直流電力に変換して、１乃至複数のＬＥＤ素子からなる負荷回路へ供給する非絶縁型のＬＥＤ駆動装置であって、前記負荷回路の一端と前記直流電源の前記一方の極との間に電気的に接続した第１のコンデンサと、前記負荷回路の他端と前記直流電源の他方の極との間に電気的に接続した第２のコンデンサとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明したように、本発明では、非絶縁型の電源装置、およびＬＥＤ駆動装置において、負荷回路の両端のうちいずれが地絡した場合でも、構成を複雑にすることなく負荷回路への電力供給を低減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施形態１のシステムの概略を示すブロック図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）同上の負荷回路の構成例を示す回路図である。
【図３】実施形態２のシステム構成を示す回路図である。
【図４】同上の負荷回路の別の構成を示す回路図である。
【図５】同上の第１のコンデンサ周囲の別の構成を示す回路図である。
【図６】同上の別のシステム構成を示す回路図である。
【図７】実施形態３のシステム構成を示す回路図である。
【図８】同上の負荷回路の別の構成を示す回路図である。
【図９】同上の別のシステム構成を示す回路図である。
【図１０】実施形態４のシステム構成を示す回路図である。
【図１１】同上の負荷回路の別の構成を示す回路図である。
【図１２】同上の別のシステム構成を示す回路図である。
【図１３】従来のシステム構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３３】
（実施形態１）
図１は、本実施形態の電源装置Ａ１の概略構成を示しており、電源装置Ａ１は、コンデンサＣ１，Ｃ２を含むコンバータ部Ａ１１を備えて非絶縁型の電源装置を構成し、直流電源Ｅ１を入力電源として、負荷回路Ｙ１に直流電力を供給する。
【００３４】
直流電源Ｅ１は、その負極をグランドラインＧ１に接地しており、直流電源Ｅ１の負極と負荷回路Ｙ１の一端との間にはコンデンサＣ１（第１のコンデンサ）が直列接続し、直流電源Ｅ１の正極と負荷回路Ｙ１の他端との間にはコンデンサＣ２（第２のコンデンサ）が直列接続している。
【００３５】
そして、負荷回路Ｙ１の一端は、電路Ｗ１１を介してコンデンサＣ１に接続し、負荷回路Ｙ１の他端は、電路Ｗ１２を介してコンデンサＣ２に接続している。すなわち、負荷回路Ｙ１の両端の電路Ｗ１１，Ｗ１２は、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２をそれぞれ介して、直流電源Ｅ１の両極に電気的に接続されており、電路Ｗ１１は、コンデンサＣ１を介してグランドラインＧ１に接続している。
【００３６】
而して、電路Ｗ１２は、グランドラインＧ１との間に負荷回路Ｙ１、コンデンサＣ１を含み、電路Ｗ１１は、グランドラインＧ１との間にコンデンサＣ１を含む。したがって、負荷回路Ｙ１の両端電路である電路Ｗ１１，Ｗ１２の双方が、グランドラインＧ１とは異なる電位になる。
【００３７】
そして、コンバータ部Ａ１１は、直流電源Ｅ１を入力電源として、コンデンサＣ１，Ｃ２、電路Ｗ１１，Ｗ１２を介して負荷回路Ｙ１に直流電力を供給する。
【００３８】
このような構成を有する電源装置Ａ１は、電路Ｗ１２が地絡（グランドラインＧ１に接触）した場合、直流電源Ｅ１の正極−コンデンサＣ２−電路Ｗ１２−グランドラインＧ１−直流電源Ｅ１の負極を通る閉回路で地絡電流が流れる。したがって、正常な回路動作時の電流経路とは異なるため、負荷回路Ｙ１への電力供給が抑制され、使用者は、負荷回路Ｙ１の動作停止によって、電源装置Ａ１に異常が発生したことを認識できる。
【００３９】
また、電源装置Ａ１は、電路Ｗ１１が地絡（グランドラインＧ１に接触）した場合、直流電源Ｅ１の正極−コンデンサＣ２−電路Ｗ１２−負荷回路Ｙ１−電路Ｗ１１−グランドラインＧ１−直流電源Ｅ１の負極を通る閉回路で地絡電流が流れる。したがって、したがって、正常な回路動作時の電流経路とは異なるため、負荷回路Ｙ１への電力供給が抑制され、使用者は、負荷回路Ｙ１の動作停止によって、電源装置Ａ１に異常が発生したことを認識できる。
【００４０】
さらに、電路Ｗ１１，Ｗ１２のうちいずれが地絡したとしても、コンデンサＣ２によって、電源側（直流電源Ｅ１）と負荷側（負荷回路Ｙ１）とが直流的に分離されており、回路が保護される。
【００４１】
また、電路Ｗ１２が地絡した場合は、グランドラインＧ１−電路Ｗ１２−負荷回路Ｙ１−電路Ｗ１１−コンデンサＣ１−グランドラインＧ１を通る閉回路が形成される。また、電路Ｗ１１が地絡した場合は、グランドラインＧ１−電路Ｗ１１−コンデンサＣ１−グランドラインＧ１１を通る閉回路が形成される。すなわち、電路Ｗ１１，Ｗ１２のうちいずれが地絡したとしても、コンデンサＣ１の一端側と他端側とが実質的に分離して回路が保護される。
【００４２】
このように、電路Ｗ１１，Ｗ１２が地絡した場合は、電源装置Ａ１の主回路が上述の状態になるので、地絡を検出し判別する制御手段を設ける必要がなく、回路構成を簡素化、低コスト化することができる。すなわち、電路Ｗ１１，Ｗ１２のうちいずれが地絡したとしても、コンバータ部Ａ１１のコンデンサＣ１，Ｃ２を地絡対策用のコンデンサとすることによって、構成を複雑にすることなく負荷回路Ｙ１への電力供給を低減できる。
【００４３】
なお、コンデンサＣ２は、コンバータ部Ａ１１の通常の電力供給動作を行うために用いられているコンデンサであり、このコンデンサＣ２を、地絡時に電源側と負荷側とを分離する目的でも使用している。したがって、地絡対策用の回路部品としてコンデンサＣ１のみを追加すればよい。
【００４４】
図２（ａ）〜（ｃ）は、負荷回路Ｙ１の構成例であり、１乃至複数のＬＥＤ素子（図２（ａ））、フィラメント電球（図２（ｂ））、抵抗負荷（図２（ｃ））等で構成される。負荷回路Ｙ１にフィラメント電球を用いた場合、印加電圧を一定にするコンバータを使用する。そして、ＬＥＤ素子およびフィラメント電球は光源負荷なので、電路Ｗ１１，Ｗ１２の地絡が生じると消灯（または減灯）し、使用者は、電源装置Ａ１に異常が発生したことを認識できる。負荷回路Ｙ１に抵抗負荷等の駆動負荷を用いた場合でも、電路Ｗ１１，Ｗ１２の地絡発生時には、負荷回路Ｙ１の動作停止によって、電源装置Ａ１に異常が発生したことを認識できる。
【００４５】
（実施形態２）
図３は、電源装置Ａ１の具体的な回路構成を示しており、ＣＵＫ（チューク）回路を基本構成とする昇降圧チョッパ回路である。以降、図３の電源装置にＡ１ａの符号を付す。また、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付す。
【００４６】
このＣＵＫ回路を基本構成とする電源装置Ａ１ａは、非絶縁型の電源装置であり、直流電源Ｅ１を入力電源として、複数のＬＥＤ素子を直列接続したＬＥＤユニットＸ１に直流電力を供給するＬＥＤ駆動装置を構成する。直流電源Ｅ１は、その負極をグランドラインＧ１に接地している。
【００４７】
そして、直流電源Ｅ１の正極から負極に至る経路には、インダクタＬ１（第１のインダクタ）、コンデンサＣ２（第２のコンデンサ）、インダクタＬ２（第２のインダクタ）、負荷回路Ｙ１、コンデンサＣ１（第１のコンデンサ）を順に接続した直列回路が配置されている。インダクタＬ１とコンデンサＣ２との接続点と、直流電源Ｅ１の負極との間には、スイッチング素子Ｓ１が接続される。さらに、ダイオードＤ１のアノードが、コンデンサＣ２とインダクタＬ２との接続点に接続され、ダイオードＤ１のカソードが、負荷回路Ｙ１とコンデンサＣ１との接続点に接続されている。
【００４８】
負荷回路Ｙ１は、複数のＬＥＤ素子を直列接続したＬＥＤユニットＸ１と、コンデンサＣ３（第３のコンデンサ）との並列回路で構成されており、ＬＥＤユニットＸ１とコンデンサＣ３との並列回路に、電源装置Ａ１ａから直流電流が供給される。ＬＥＤユニットＸ１のＬＥＤ素子は、そのアノードが電路Ｗ１１に接続し、カソードが電路Ｗ１２に接続する。
【００４９】
このような電源装置Ａ１ａは、直流電源Ｅ１を電源とした昇圧機能を有するコンバータ部Ａ１１（昇圧部）と、コンデンサＣ１，Ｃ２を電源とした降圧機能を有するコンバータ部Ａ１２（降圧部）とからなる。コンバータ部Ａ１１は、インダクタＬ１、スイッチング素子Ｓ１、コンデンサＣ１，Ｃ２、ダイオードＤ１で構成される。コンバータ部Ａ１２は、スイッチング素子Ｓ１、コンデンサＣ１，Ｃ２、ダイオードＤ１、インダクタＬ２で構成される。
【００５０】
そして、図示しない制御回路によって、スイッチング素子Ｓ１がオン・オフ駆動されることによって、負荷回路Ｙ１に直流電力が供給されて、ＬＥＤユニットＸ１の各ＬＥＤ素子が点灯する。
【００５１】
以下、この回路の動作について説明する。
【００５２】
まず、昇圧機能を有するコンバータ部Ａ１１の動作として、スイッチング素子Ｓ１がオンすると、直流電源Ｅ１−インダクタＬ１−スイッチング素子Ｓ１−直流電源Ｅ１の閉回路に電流が流れ、インダクタＬ１は、磁気エネルギーを蓄積する。そして、スイッチング素子Ｓ１がオフすると、インダクタＬ１−コンデンサＣ２−ダイオードＤ１−コンデンサＣ１−直流電源Ｅ１−インダクタＬ１の閉回路で、インダクタＬ１の磁気エネルギーが放出され、コンデンサＣ１，Ｃ２に電荷が蓄積される。このスイッチング素子Ｓ１のオン・オフ動作によって、コンデンサＣ１，Ｃ２の両端電圧は、直流電源Ｅ１より高い電圧に昇圧される。
【００５３】
次に、降圧機能を有するコンバータ部Ａ１２の動作として、スイッチング素子Ｓ１がオンすると、上記の動作で蓄積されたコンデンサＣ１，Ｃ２の両端電圧が電源となり、コンデンサＣ１，Ｃ２の蓄積電荷が放出される。具体的には、コンデンサＣ２−スイッチング素子Ｓ１−コンデンサＣ１−負荷回路Ｙ１（ＬＥＤユニットＸ１、コンデンサＣ３）−インダクタＬ２−コンデンサＣ２の閉回路で、コンデンサＣ１，Ｃ２の蓄積電荷が放出される。このとき、インダクタＬ２に磁気エネルギーが蓄えられる。
【００５４】
そして、スイッチング素子Ｓ１がオフすると、インダクタＬ２に逆起電力が発生し、スイッチング素子Ｓ１のオン時の電流方向を維持するように、インダクタＬ２−ダイオードＤ１−負荷回路Ｙ１（ＬＥＤユニットＸ１、コンデンサＣ３）−インダクタＬ２の閉回路で電流が流れる。このスイッチング素子Ｓ１のオン・オフ動作によって、コンデンサＣ１，Ｃ２の各両端電圧より低い電圧が負荷回路Ｙ１に印加される。負荷回路Ｙ１への印加電圧が、直流電源Ｅ１の電圧より高いか低いかは、スイッチング素子Ｓ１の動作（オンデューティ、周波数）や回路定数によって設定できる。
【００５５】
このように、スイッチング素子Ｓ１のオン・オフ動作によって、直流電源Ｅ１に対しては昇圧モードで動作し、コンデンサＣ１，Ｃ２の各両端電圧に対しては降圧モードで動作することになる。インダクタＬ１，Ｌ２の電流は、三角波のような電流波形になるが、ＬＥＤユニットＸ１の電流は、コンデンサＣ３によって平滑された直流電流となる。
【００５６】
このＣＵＫ回路を基本構成とする電源装置Ａ１ａにおいて、コンデンサＣ１の一端は、グランドラインＧ１と同電位（または略同電位）になる。さらに、コンデンサＣ１−負荷回路Ｙ１間は、電路Ｗ１１で接続され、負荷回路Ｙ１−インダクタＬ２間は、電路Ｗ１２で接続される。なお、図３において、電路Ｗ１１は、コンデンサＣ１−ＬＥＤユニットＸ１間、コンデンサＣ１−コンデンサＣ３間の各電路で構成される。また、電路Ｗ１２は、ＬＥＤユニットＸ１−インダクタＬ２間、コンデンサＣ３−インダクタＬ２間の各電路で構成される。
【００５７】
而して、電路Ｗ１１は、グランドラインＧ１との間に、コンデンサＣ１を含み、電路Ｗ１２は、グランドラインＧ１との間に、負荷回路Ｙ１、コンデンサＣ１を含む。したがって、負荷回路Ｙ１の両端電路である電路Ｗ１１，Ｗ１２の双方が、グランドラインＧ１とは異なる電位になる。
【００５８】
このようなＣＵＫ回路を基本構成とする電源装置Ａ１ａは、電路Ｗ１１，Ｗ１２のうちいずれが地絡（グランドラインＧ１に接触）したとしても、直流電源Ｅ１の正極からインダクタＬ１、コンデンサＣ２、インダクタＬ２を通る閉回路で地絡電流が流れる。このとき、上記閉回路内のコンデンサＣ２が充電されるだけでなく、電路Ｗ１１から供給される電流によってコンデンサＣ１も充電される。したがって、電路Ｗ１１，Ｗ１２のうちいずれが地絡したとしても、コンデンサＣ１，Ｃ２によって、電源側（直流電源Ｅ１）と負荷側（負荷回路Ｙ１）とが直流的に分離されており、回路が保護される。
【００５９】
なお、コンデンサＣ２は、ＣＵＫ回路の通常の電力供給動作を行うために用いられているコンデンサであり、このコンデンサＣ２を、地絡時に電源側と負荷側とを分離する目的でも使用している。したがって、地絡対策用のコンデンサとして、コンデンサＣ１のみを追加すればよい。
【００６０】
例えば、ＬＥＤユニットＸ１が、電源装置Ａ１ａから離れた場所に配置され、電源装置Ａ１ａの出力とＬＥＤユニットＸ１とを接続する配線のハーネスがなんらかの構造物に挟まれることがある。この場合、電路Ｗ１１，Ｗ１２がグランドラインＧ１と接触し、地絡が発生する虞がある。
【００６１】
そして、電路Ｗ１２が地絡した場合、直流電源Ｅ１の正極−インダクタＬ１−コンデンサＣ２−インダクタＬ２−電路Ｗ１２−グランドラインＧ１−直流電源Ｅ１の負極を通る閉回路で地絡電流が流れる。これは、正常な回路動作時の電流経路とは異なるため、負荷回路Ｙ１への電力供給が抑制される。使用者は、ＬＥＤユニットＸ１の消灯（または減光）によって、電源装置Ａ１ａに異常が発生したことを認識できる。
【００６２】
また、電路Ｗ１１が地絡した場合、直流電源Ｅ１の正極−インダクタＬ１−コンデンサＣ２−インダクタＬ２−電路Ｗ１２−負荷回路Ｙ１（ＬＥＤユニットＸ１、コンデンサＣ３）−電路Ｗ１１−グランドラインＧ１−直流電源Ｅ１の負極を通る閉回路で地絡電流が流れる。これは、正常な回路動作時の電流経路とは異なるため、負荷回路Ｙ１への電力供給が抑制される。使用者は、ＬＥＤユニットＸ１の消灯（または減光）によって、電源装置Ａ１ａに異常が発生したことを認識できる。
【００６３】
そして、電路Ｗ１１，Ｗ１２のいずれが地絡したとしても、地絡電流はインダクタＬ１，Ｌ２を通るので、急峻な地絡電流が流れず、地絡電流は緩やかな波形となって、回路部品へのストレスは低減される。そして、ＬＥＤユニットＸ１の消灯（または減光）を検出することによって、スイッチング素子Ｓ１のオン・オフ駆動を停止させればよい。
【００６４】
また、図４は、負荷回路Ｙ１の別の形態である。コンバータ部Ａ１２は、インダクタＬ２の値によって、負荷回路Ｙ１に供給する電流が、連続、不連続、臨界モードに分かれるが、その電流波形によって、ＬＥＤユニットＸ１を流れる電流のリプル値が大きく変わる。そこで、図４では、ＬＥＤユニットＸ１の両端にインダクタＬ３１，Ｌ３２（第３，４のインダクタ）をそれぞれ直列接続し、さらにこの直列回路にコンデンサＣ３（第３のコンデンサ）を並列接続しており、リプル電流を低減させるフィルタ機能を有している。リプル電流は、コンデンサＣ３、インダクタＬ３１，Ｌ３２の値、電流モードによって決定される。
【００６５】
また、図５に示すように、コンデンサＣ１に抵抗Ｒ１を直列接続してもよい。この場合も、上記同様に、電路Ｗ１１，Ｗ１２が地絡した場合に、上記同様の作用、効果を奏し得る。
【００６６】
また、図６は、複数の負荷回路Ｙ１を設けた電源装置Ａ１ｂであり、負荷回路Ｙ１のそれぞれには、インダクタＬ２が直列接続される。この場合、いずれかの負荷回路Ｙ１の接続電路の地絡によって、上記同様に、１つ以上の負荷回路Ｙ１のＬＥＤユニットＸ１が消灯（または減光）し、電源装置Ａ１ｂに異常が発生したことを認識できる。
【００６７】
（実施形態３）
図７は、電源装置Ａ１の具体的な回路構成を示しており、ＺＥＴＡ ＳＥＰＩＣ（ゼータ・セピック）回路を基本構成とする昇降圧チョッパ回路である。以降、図７の電源装置にＡ１ｃの符号を付す。また、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付す。
【００６８】
このＺＥＴＡ ＳＥＰＩＣ回路を基本構成とする電源装置Ａ１ｃは、非絶縁型の電源装置であり、直流電源Ｅ１を入力電源として、複数のＬＥＤ素子を直列接続したＬＥＤユニットＸ１１に直流電力を供給するＬＥＤ駆動装置を構成する。直流電源Ｅ１は、その負極をグランドラインＧ１に接地している。
【００６９】
そして、直流電源Ｅ１の正極から負極に至る経路には、スイッチング素子Ｓ１１、コンデンサＣ２（第２のコンデンサ）、インダクタＬ１１（第１のインダクタ）、負荷回路Ｙ１、コンデンサＣ１（第１のコンデンサ）を順に接続した直列回路が配置されている。スイッチング素子Ｓ１１とコンデンサＣ２との接続点と、直流電源Ｅ１の負極との間には、インダクタＬ１２（第２のインダクタ）が接続される。さらに、ダイオードＤ１１のアノードが、負荷回路Ｙ１とコンデンサＣ１との接続点に接続され、ダイオードＤ１１のカソードが、コンデンサＣ２とインダクタＬ１１との接続点に接続されている。
【００７０】
負荷回路Ｙ１は、複数のＬＥＤ素子を直列接続したＬＥＤユニットＸ１１と、コンデンサＣ１３（第３のコンデンサ）との並列回路で構成されており、ＬＥＤユニットＸ１１とコンデンサＣ１３との並列回路に、電源装置Ａ１ｃから直流電流が供給される。ＬＥＤユニットＸ１１のＬＥＤ素子は、そのアノードが電路Ｗ１２に接続し、カソードが電路Ｗ１１に接続する。
【００７１】
そして、図示しない制御回路によって、スイッチング素子Ｓ１１がオン・オフ駆動されることによって、負荷回路Ｙ１に直流電力が供給されて、ＬＥＤユニットＸ１１の各ＬＥＤ素子が点灯する。なお、ＺＥＴＡ ＳＥＰＩＣ回路の動作については周知であり、説明は省略する。
【００７２】
このＺＥＴＡ ＳＥＰＩＣ回路を基本構成とする電源装置Ａ１ｃにおいて、コンデンサＣ１の一端は、グランドラインＧ１と同電位（または略同電位）になる。さらに、コンデンサＣ１−負荷回路Ｙ１間は、電路Ｗ１１で接続され、負荷回路Ｙ１−インダクタＬ１１間は、電路Ｗ１２で接続される。なお、図７において、電路Ｗ１１は、コンデンサＣ１−ＬＥＤユニットＸ１１間、コンデンサＣ１−コンデンサＣ１３間の各電路で構成される。また、電路Ｗ１２は、ＬＥＤユニットＸ１１−インダクタＬ１１間、コンデンサＣ１３−インダクタＬ１１間の各電路で構成される。
【００７３】
而して、電路Ｗ１１は、グランドラインＧ１との間に、コンデンサＣ１を含み、電路Ｗ１２は、グランドラインＧ１との間に、負荷回路Ｙ１、コンデンサＣ１を含む。したがって、負荷回路Ｙ１の両端電路である電路Ｗ１１，Ｗ１２の双方が、グランドラインＧ１とは異なる電位になる。
【００７４】
このようなＺＥＴＡ ＳＥＰＩＣ回路を基本構成とする電源装置Ａ１ｃは、電路Ｗ１１，Ｗ１２のうちいずれが地絡（グランドラインＧ１に接触）したとしても、直流電源Ｅ１の正極からスイッチング素子Ｓ１１、コンデンサＣ２、インダクタＬ１１を通る閉回路で地絡電流が流れる。このとき、上記閉回路内のコンデンサＣ２だけでなく、電路Ｗ１１から供給される電流によってコンデンサＣ１も充電される。したがって、電路Ｗ１１，Ｗ１２のうちいずれが地絡したとしても、コンデンサＣ１，Ｃ２によって、電源側（直流電源Ｅ１）と負荷側（負荷回路Ｙ１）とが直流的に分離されており、回路が保護される。
【００７５】
なお、コンデンサＣ２は、ＺＥＴＡ ＳＥＰＩＣ回路の通常の電力供給動作を行うために用いられているコンデンサであり、このコンデンサＣ２を、地絡時に電源側と負荷側とを分離する目的でも使用している。したがって、地絡対策用のコンデンサとして、コンデンサＣ１のみを追加すればよい。
【００７６】
例えば、ＬＥＤユニットＸ１１が、電源装置Ａ１ｃから離れた場所に配置され、電源装置Ａ１ｃの出力とＬＥＤユニットＸ１１とを接続する配線のハーネスがなんらかの構造物に挟まれることがある。この場合、電路Ｗ１１，Ｗ１２がグランドラインＧ１と接触し、地絡が発生する虞がある。
【００７７】
そして、電路Ｗ１２が地絡した場合、直流電源Ｅ１の正極−スイッチング素子Ｓ１１−コンデンサＣ２−インダクタＬ１１−電路Ｗ１２−グランドラインＧ１−直流電源Ｅ１の負極を通る閉回路で地絡電流が流れる。これは、正常な回路動作時の電流経路とは異なるため、負荷回路Ｙ１への電力供給が抑制される。使用者は、ＬＥＤユニットＸ１１の消灯（または減光）によって、電源装置Ａ１ｃに異常が発生したことを認識できる。
【００７８】
また、電路Ｗ１１が地絡した場合、直流電源Ｅ１の正極−スイッチング素子Ｓ１１−コンデンサＣ２−インダクタＬ１１−電路Ｗ１２−負荷回路Ｙ１（ＬＥＤユニットＸ１１、コンデンサＣ１３）−電路Ｗ１１−グランドラインＧ１−直流電源Ｅ１の負極を通る閉回路で地絡電流が流れる。これは、正常な回路動作時の電流経路とは異なるため、負荷回路Ｙ１への電力供給が抑制される。使用者は、ＬＥＤユニットＸ１１の消灯（または減光）によって、電源装置Ａ１ｃに異常が発生したことを認識できる。
【００７９】
そして、電路Ｗ１１，Ｗ１２のいずれが地絡したとしても、地絡電流はインダクタＬ１１を通るので、急峻な地絡電流が流れず、地絡電流は緩やかな波形となって、回路部品へのストレスは低減される。そして、ＬＥＤユニットＸ１１の消灯（または減光）を検出することによって、スイッチング素子Ｓ１１のオン・オフ駆動を停止させればよい。
【００８０】
また、図８は、負荷回路Ｙ１の別の形態である。電源回路Ａ１ｃは、インダクタＬ１１の値によって、負荷回路Ｙ１に供給する電流が、連続、不連続、臨界モードに分かれるが、その電流波形によって、ＬＥＤユニットＸ１１を流れる電流のリプル値が大きく変わる。そこで、図８では、ＬＥＤユニットＸ１１の両端にインダクタＬ４１，Ｌ４２（第３，４のインダクタ）をそれぞれ直列接続し、さらにこの直列回路にコンデンサＣ１３（第３のコンデンサ）を並列接続しており、リプル電流を低減させるフィルタ機能を有している。リプル電流は、コンデンサＣ１３、インダクタＬ４１，Ｌ４２の値、電流モードによって決定される。
【００８１】
また、図５に示すように、コンデンサＣ１に抵抗Ｒ１を直列接続してもよい。この場合も、上記同様に、電路Ｗ１１，Ｗ１２が地絡した場合に、上記同様の作用、効果を奏し得る。
【００８２】
また、図９は、複数の負荷回路Ｙ１を設けた電源装置Ａ１ｄであり、負荷回路Ｙ１のそれぞれには、インダクタＬ１１が直列接続される。この場合、いずれかの負荷回路Ｙ１の接続電路の地絡によって、上記同様に、１つ以上の負荷回路Ｙ１のＬＥＤユニットＸ１１が消灯（または減光）し、電源装置Ａ１ｄに異常が発生したことを認識できる。
【００８３】
（実施形態４）
図１０は、電源装置Ａ１の具体的な回路構成を示しており、ＳＥＰＩＣ（セピック）回路を基本構成とする昇降圧チョッパ回路である。以降、図１０の電源装置にＡ１ｅの符号を付す。また、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付す。
【００８４】
このＳＥＰＩＣ回路を基本構成とする電源装置Ａ１ｅは、非絶縁型の電源装置であり、直流電源Ｅ１を入力電源として、複数のＬＥＤ素子を直列接続したＬＥＤユニットＸ２１に直流電力を供給するＬＥＤ駆動装置を構成する。直流電源Ｅ１は、その負極をグランドラインＧ１に接地している。
【００８５】
そして、直流電源Ｅ１の正極から負極に至る経路には、インダクタＬ２１（第１のインダクタ）、コンデンサＣ２（第２のコンデンサ）、ダイオードＤ２１、負荷回路Ｙ１、コンデンサＣ１（第１のコンデンサ）を順に接続した直列回路が配置されている。インダクタＬ２１とコンデンサＣ２との接続点と、直流電源Ｅ１の負極との間には、スイッチング素子Ｓ２１が接続される。さらに、コンデンサＣ２とダイオードＤ２１との接続点と、負荷回路Ｙ１とコンデンサＣ１との接続点との間には、インダクタＬ２２（第２のインダクタ）が接続される。なお、ダイオードＤ２１は、そのアノードがコンデンサＣ２に接続され、カソードが負荷回路Ｙ１に接続されている。
【００８６】
負荷回路Ｙ１は、複数のＬＥＤ素子を直列接続したＬＥＤユニットＸ２１と、コンデンサＣ２３（第３のコンデンサ）との並列回路で構成されており、ＬＥＤユニットＸ２１とコンデンサＣ２３との並列回路に、電源装置Ａ１ｅから直流電流が供給される。
【００８７】
そして、図示しない制御回路によって、スイッチング素子Ｓ２１がオン・オフ駆動されることによって、負荷回路Ｙ１に直流電力が供給されて、ＬＥＤユニットＸ２１の各ＬＥＤ素子が点灯する。なお、ＳＥＰＩＣ回路の動作については周知であり、説明は省略する。
【００８８】
このＳＥＰＩＣ回路を基本構成とする電源装置Ａ１ｅにおいて、コンデンサＣ１の一端は、グランドラインＧ１と同電位（または略同電位）になる。さらに、コンデンサＣ１−負荷回路Ｙ１間は、電路Ｗ１１で接続され、負荷回路Ｙ１−ダイオードＤ２１間は、電路Ｗ１２で接続される。なお、図１０において、電路Ｗ１１は、コンデンサＣ１−ＬＥＤユニットＸ２１間、コンデンサＣ１−コンデンサＣ２３間の各電路で構成される。また、電路Ｗ１２は、ＬＥＤユニットＸ２１−ダイオードＤ２１間、コンデンサＣ２３−ダイオードＤ２１間の各電路で構成される。
【００８９】
而して、電路Ｗ１１は、グランドラインＧ１との間に、コンデンサＣ１を含み、電路Ｗ１２は、グランドラインＧ１との間に、負荷回路Ｙ１、コンデンサＣ１を含む。したがって、負荷回路Ｙ１の両端電路である電路Ｗ１１，Ｗ１２の双方が、グランドラインＧ１とは異なる電位になる。
【００９０】
このようなＳＥＰＩＣ回路を基本構成とする電源装置Ａ１ｅは、電路Ｗ１１，Ｗ１２のうちいずれが地絡（グランドラインＧ１に接触）したとしても、直流電源Ｅ１の正極からインダクタＬ２１、コンデンサＣ２、ダイオードＤ２１を通る閉回路で地絡電流が流れる。このとき、上記閉回路内のコンデンサＣ２だけでなく、電路Ｗ１１から供給される電流によってコンデンサＣ１も充電される。したがって、電路Ｗ１１，Ｗ１２のうちいずれが地絡したとしても、コンデンサＣ１，Ｃ２によって、電源側（直流電源Ｅ１）と負荷側（負荷回路Ｙ１）とが直流的に分離されており、回路が保護される。
【００９１】
なお、コンデンサＣ２は、ＳＥＰＩＣ回路の通常の電力供給動作を行うために用いられているコンデンサであり、このコンデンサＣ２を、地絡時に電源側と負荷側とを分離する目的でも使用している。したがって、地絡対策用のコンデンサとして、コンデンサＣ１のみを追加すればよい。
【００９２】
例えば、ＬＥＤユニットＸ２１が、電源装置Ａ１ｅから離れた場所に配置され、電源装置Ａ１ｅの出力とＬＥＤユニットＸ２１とを接続する配線のハーネスがなんらかの構造物に挟まれることがある。この場合、電路Ｗ１１，Ｗ１２がグランドラインＧ１と接触し、地絡が発生する虞がある。
【００９３】
そして、電路Ｗ１２が地絡した場合、直流電源Ｅ１の正極−インダクタＬ２１−コンデンサＣ２−ダイオードＤ２１−電路Ｗ１２−グランドラインＧ１−直流電源Ｅ１の負極を通る閉回路で地絡電流が流れる。これは、正常な回路動作時の電流経路とは異なるため、負荷回路Ｙ１への電力供給が抑制される。使用者は、ＬＥＤユニットＸ２１の消灯（または減光）によって、電源装置Ａ１ｅに異常が発生したことを認識できる。
【００９４】
また、電路Ｗ１１が地絡した場合、直流電源Ｅ１の正極−インダクタＬ２１−コンデンサＣ２−ダイオードＤ２１−電路Ｗ１２−負荷回路Ｙ１（ＬＥＤユニットＸ２１、コンデンサＣ２３）−電路Ｗ１１−グランドラインＧ１−直流電源Ｅ１の負極を通る閉回路で地絡電流が流れる。これは、正常な回路動作時の電流経路とは異なるため、負荷回路Ｙ１への電力供給が抑制される。使用者は、ＬＥＤユニットＸ２１の消灯（または減光）によって、電源装置Ａ１ｅに異常が発生したことを認識できる。
【００９５】
そして、電路Ｗ１１，Ｗ１２のいずれが地絡したとしても、地絡電流はインダクタＬ２１を通るので、急峻な地絡電流が流れず、地絡電流は緩やかな波形となって、回路部品へのストレスは低減される。そして、ＬＥＤユニットＸ２１の消灯（または減光）を検出することによって、スイッチング素子Ｓ２１のオン・オフ駆動を停止させればよい。
【００９６】
また、図１１は、負荷回路Ｙ１の別の形態である。電源回路Ａ１ｅは、インダクタＬ２２の値によって、負荷回路Ｙ１に供給する電流が、連続、不連続、臨界モードに分かれるが、その電流波形によって、ＬＥＤユニットＸ２１を流れる電流のリプル値が大きく変わる。そこで、図１１では、ＬＥＤユニットＸ２１の両端にインダクタＬ５１，Ｌ５２（第３，４のインダクタ）をそれぞれ直列接続し、さらにこの直列回路にコンデンサＣ２３（第３のコンデンサ）を並列接続しており、リプル電流を低減させるフィルタ機能を有している。リプル電流は、コンデンサＣ２３、インダクタＬ５１，Ｌ５２の値、電流モードによって決定される。
【００９７】
また、図５に示すように、コンデンサＣ１に抵抗Ｒ１を直列接続してもよい。この場合も、上記同様に、電路Ｗ１１，Ｗ１２が地絡した場合に、上記同様の作用、効果を奏し得る。
【００９８】
また、図１２は、複数の負荷回路Ｙ１を設けた電源装置Ａ１ｆであり、負荷回路Ｙ１のそれぞれには、ダイオードＤ２１が直列接続される。この場合、いずれかの負荷回路Ｙ１の接続電路の地絡によって、上記同様に、１つ以上の負荷回路Ｙ１のＬＥＤユニットＸ２１が消灯（または減光）し、電源装置Ａ１ｄに異常が発生したことを認識できる。
【符号の説明】
【００９９】
Ａ１ 電源装置
Ａ１１ コンバータ部
Ｅ１ 直流電源
Ｃ１ コンデンサ（第１のコンデンサ）
Ｃ２ コンデンサ（第２のコンデンサ）
Ｙ１ 負荷回路
Ｇ１ グランドライン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置、およびＬＥＤ駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、直流負荷に直流電力を供給する電源装置があり、様々な分野で用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
例えば、照明分野においては、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子が盛んに使用され、その用途も多様化している。車両の照明では、白色ＬＥＤ素子が車室内において活用され、さらには高輝度化によってヘッドライト、デイタイムランニングランプ等にも使用されている。
【０００４】
ＬＥＤ素子は、白熱電球と比べ長寿命で応答性が速く、構造上コンパクトに実装できる。また、各種の色が簡単に実現でき、調光による点灯制御も容易である。そして、灯具などの照明器具は、薄型化が可能になり、立体的に実装できることにより、車のデザインなど形状に制限を与えない自由な設計が可能になる等の利点がある。
【０００５】
上述した照明器具は、ＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子を点灯させる電源装置とを備えるものであり、複数のＬＥＤ素子を直列接続してなる光源に一定の電流を供給することによって、複数のＬＥＤ素子を均一な明るさで点灯させるものが提供されている。
【０００６】
そして、電源装置には、出力電圧（例えば、直列接続されたＬＥＤ素子の両端電圧）が入力電圧より高い場合は昇圧チョッパ回路が使用され、出力電圧が入力電圧より低い場合は降圧チョッパ回路が使用される。電源環境や負荷状態によって、昇圧と降圧との両モードで動作する場合は、昇降圧チョッパ回路が使用される。
【０００７】
従来用いられている昇降圧チョッパ回路の一例として、ＣＵＫ（チューク）回路の構成を図１３に示す。
【０００８】
このＣＵＫ回路は、非絶縁型の電源装置であり、直流電源Ｅ１０１を入力電源として、複数のＬＥＤ素子を直列接続したＬＥＤユニットＸ１０１に直流電力を供給する。直流電源Ｅ１０１は、その負極をグランドラインＧ１０１に接地している。
【０００９】
そして、直流電源Ｅ１０１の正極−負極間には、インダクタＬ１０１とスイッチング素子Ｓ１０１との直列回路が接続されている。スイッチング素子Ｓ１０１の両端間には、コンデンサＣ１０１とダイオードＤ１０１との直列回路が接続され、ダイオードＤ１０１の両端間には、インダクタＬ１０２とコンデンサＣ１０２との直列回路が接続されている。そして、コンデンサＣ１０２の両端間には、ＬＥＤユニットＸ１０１が接続され、ＬＥＤユニットＸ１０１に直流電流が供給される。
【００１０】
このような構成において、直流電源Ｅ１０１の正極から負極に至る経路において、インダクタＬ１０１、コンデンサＣ１０１、インダクタＬ１０２、ＬＥＤユニットＸ１０１が順に接続された直列回路が設けられている。そして、直流電源Ｅ１０１の負極とＬＥＤユニットＸ１０１の一端（ＬＥＤ素子のアノード側）との間の経路は共通線Ｗ１０１で構成されており、ＬＥＤユニットＸ１０１の一端は、グランドラインＧ１０１と同電位（または略同電位）になる。さらに、ダイオードＤ１０１は、コンデンサＣ１０１とインダクタＬ１０２との接続点にアノードを接続し、共通線Ｗ１０１にカソードを接続している。
【００１１】
そして、図示しない制御回路によって、スイッチング素子Ｓ１０１がオン・オフ駆動されることによって、ＬＥＤユニットＸ１０１に直流電力が供給されて、ＬＥＤユニットＸ１０１の各ＬＥＤ素子が点灯する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−２２４０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図１３において、ＬＥＤユニットＸ１０１が地絡した場合（ＬＥＤユニットＸ１０１がグランドラインＧ１０１に接触した場合）、以下のようになる。
【００１４】
まず、他端側電路Ｗａ１０１が地絡した場合、直流電源Ｅ１０１の正極−インダクタＬ１０１−コンデンサＣ１０１−インダクタＬ１０２−電路Ｗａ１０１−グランドラインＧ１０１−直流電源Ｅ１０１の負極を通る閉回路で、地絡電流が流れる。しかしながら、コンデンサＣ１０１によって、電源側（直流電源Ｅ１０１）と負荷側（ＬＥＤユニットＸ１０１）とが直流的に分離されており、地絡電流は、コンデンサＣ１０１によって制限される。そして、ＬＥＤユニットＸ１０１の両端を実質的にグランドラインＧ１０１で短絡したことになるので、ＬＥＤユニットＸ１０１は点灯しなくなる。使用者は、ＬＥＤユニットＸ１０１の消灯によって、異常が発生したことを認識できる。
【００１５】
一方、一端側電路Ｗｂ１０１が地絡した場合、電路Ｗｂ１０１は共通線Ｗ１０１の一部であることから、ＬＥＤユニットＸ１０１は点灯し続ける。車載用の照明器具の場合、異常が発生しても点灯し続けることは、車輌の運行上は安全な動作と考えることはできる。しかしながら、使用者は異常と認識することはできないので、異常状態が発生している状態で、電源装置が継続的に使用されると、問題が生じる虞がある。
【００１６】
例えば、電源装置の出力とＬＥＤユニットＸ１０１とを接続する配線のハーネスがなんらかの構造物に挟まれ、それが原因で電路Ｗｂ１０１がグランドラインＧ１０１と接触し、地絡した場合でも、異常を検出できないことになる。この正常な状態ではないモードで継続使用されると、ハーネスが過熱するなどの問題が生じることになる。また、近傍の電装品のグランドラインとの干渉が発生する虞もある。
【００１７】
そこで、共通線Ｗ１０１に検出抵抗などを接続して、地絡を検出する方法が提案されているが、検出精度、制御の複雑化などの課題があり、地絡検出手段の構成の複雑化による部品点数の増大、コストアップなどの要因となっていた。
【００１８】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、負荷回路の両端のうちいずれが地絡した場合でも、構成を複雑にすることなく負荷回路への電力供給を低減できる非絶縁型の電源装置、およびＬＥＤ駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の電源装置は、一方の極を接地した直流電源からの入力電力を所望の直流電力に変換して負荷回路へ供給する非絶縁型の電源装置であって、前記負荷回路の一端と前記直流電源の前記一方の極との間に電気的に接続した第１のコンデンサと、前記負荷回路の他端と前記直流電源の他方の極との間に電気的に接続した第２のコンデンサとを備えることを特徴とする。
【００２０】
この発明において、前記第１，第２のコンデンサに電気的に接続して、前記第１，第２のコンデンサの充放電を切り替えるスイッチング素子を備え、前記スイッチング素子がオン・オフすることによって前記直流電源の電圧を昇圧する昇圧部と、前記スイッチング素子がオン・オフすることによって前記昇圧部による昇圧電圧を降圧し、この降圧電圧を前記負荷回路へ印加する降圧部とを具備することが好ましい。
【００２１】
この発明において、前記直流電源の前記他方の極から前記一方の極に至る経路には、第１のインダクタ、前記第２のコンデンサ、第２のインダクタ、前記負荷回路、前記第１のコンデンサが順に接続された直列回路が設けられ、前記第１のインダクタと前記第２のコンデンサとの接続点と、前記直流電源の前記一方の極との間には、前記スイッチング素子が接続され、前記第２のコンデンサと前記第２のインダクタとの接続点と、前記負荷回路と前記第１のコンデンサとの接続点との間には、ダイオードが接続されることが好ましい。
【００２２】
この発明において、前記直流電源の前記他方の極から前記一方の極に至る経路には、スイッチング素子、前記第２のコンデンサ、第１のインダクタ、前記負荷回路、前記第１のコンデンサが順に接続された直列回路が設けられ、前記スイッチング素子と前記第２のコンデンサとの接続点と、前記直流電源の前記一方の極との間には、第２のインダクタが接続され、前記第２のコンデンサと前記第１のインダクタとの接続点と、前記負荷回路と前記第１のコンデンサとの接続点との間にはダイオードが接続されることが好ましい。
【００２３】
この発明において、前記直流電源の前記他方の極から前記一方の極に至る経路には、第１のインダクタ、前記第２のコンデンサ、ダイオード、前記負荷回路、前記第１のコンデンサが順に接続された直列回路が設けられ、前記第１のインダクタと前記第２のコンデンサとの接続点と、前記直流電源の前記一方の極との間には、スイッチング素子が接続され、前記第２のコンデンサと前記ダイオードとの接続点と、前記負荷回路と前記第１のコンデンサとの接続点との間には第２のインダクタが接続されることが好ましい。
【００２４】
この発明において、前記負荷回路は、ＬＥＤ素子、または白熱灯、または抵抗素子からなる負荷を備えることが好ましい。
【００２５】
この発明において、前記負荷回路は、前記負荷に並列接続した第３のコンデンサを備えることが好ましい。
【００２６】
この発明において、前記負荷回路は、前記負荷の一端に接続した第３のインダクタと、前記負荷の他端に接続した第４のインダクタと、前記負荷と前記第３，第４のインダクタとの直列回路に並列接続した第３のコンデンサとを備えることが好ましい。
【００２７】
この発明において、前記第１のコンデンサに抵抗を並列接続したことが好ましい。
【００２８】
この発明において、前記負荷回路を複数備えることが好ましい。
【００２９】
本発明のＬＥＤ駆動装置は、一方の極を接地した直流電源からの入力電力を所望の直流電力に変換して、１乃至複数のＬＥＤ素子からなる負荷回路へ供給する非絶縁型のＬＥＤ駆動装置であって、前記負荷回路の一端と前記直流電源の前記一方の極との間に電気的に接続した第１のコンデンサと、前記負荷回路の他端と前記直流電源の他方の極との間に電気的に接続した第２のコンデンサとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明したように、本発明では、非絶縁型の電源装置、およびＬＥＤ駆動装置において、負荷回路の両端のうちいずれが地絡した場合でも、構成を複雑にすることなく負荷回路への電力供給を低減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施形態１のシステムの概略を示すブロック図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）同上の負荷回路の構成例を示す回路図である。
【図３】実施形態２のシステム構成を示す回路図である。
【図４】同上の負荷回路の別の構成を示す回路図である。
【図５】同上の第１のコンデンサ周囲の別の構成を示す回路図である。
【図６】同上の別のシステム構成を示す回路図である。
【図７】実施形態３のシステム構成を示す回路図である。
【図８】同上の負荷回路の別の構成を示す回路図である。
【図９】同上の別のシステム構成を示す回路図である。
【図１０】実施形態４のシステム構成を示す回路図である。
【図１１】同上の負荷回路の別の構成を示す回路図である。
【図１２】同上の別のシステム構成を示す回路図である。
【図１３】従来のシステム構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３３】
（実施形態１）
図１は、本実施形態の電源装置Ａ１の概略構成を示しており、電源装置Ａ１は、コンデンサＣ１，Ｃ２を含むコンバータ部Ａ１１を備えて非絶縁型の電源装置を構成し、直流電源Ｅ１を入力電源として、負荷回路Ｙ１に直流電力を供給する。
【００３４】
直流電源Ｅ１は、その負極をグランドラインＧ１に接地しており、直流電源Ｅ１の負極と負荷回路Ｙ１の一端との間にはコンデンサＣ１（第１のコンデンサ）が直列接続し、直流電源Ｅ１の正極と負荷回路Ｙ１の他端との間にはコンデンサＣ２（第２のコンデンサ）が直列接続している。
【００３５】
そして、負荷回路Ｙ１の一端は、電路Ｗ１１を介してコンデンサＣ１に接続し、負荷回路Ｙ１の他端は、電路Ｗ１２を介してコンデンサＣ２に接続している。すなわち、負荷回路Ｙ１の両端の電路Ｗ１１，Ｗ１２は、コンデンサＣ１、コンデンサＣ２をそれぞれ介して、直流電源Ｅ１の両極に電気的に接続されており、電路Ｗ１１は、コンデンサＣ１を介してグランドラインＧ１に接続している。
【００３６】
而して、電路Ｗ１２は、グランドラインＧ１との間に負荷回路Ｙ１、コンデンサＣ１を含み、電路Ｗ１１は、グランドラインＧ１との間にコンデンサＣ１を含む。したがって、負荷回路Ｙ１の両端電路である電路Ｗ１１，Ｗ１２の双方が、グランドラインＧ１とは異なる電位になる。
【００３７】
そして、コンバータ部Ａ１１は、直流電源Ｅ１を入力電源として、コンデンサＣ１，Ｃ２、電路Ｗ１１，Ｗ１２を介して負荷回路Ｙ１に直流電力を供給する。
【００３８】
このような構成を有する電源装置Ａ１は、電路Ｗ１２が地絡（グランドラインＧ１に接触）した場合、直流電源Ｅ１の正極−コンデンサＣ２−電路Ｗ１２−グランドラインＧ１−直流電源Ｅ１の負極を通る閉回路で地絡電流が流れる。したがって、正常な回路動作時の電流経路とは異なるため、負荷回路Ｙ１への電力供給が抑制され、使用者は、負荷回路Ｙ１の動作停止によって、電源装置Ａ１に異常が発生したことを認識できる。
【００３９】
また、電源装置Ａ１は、電路Ｗ１１が地絡（グランドラインＧ１に接触）した場合、直流電源Ｅ１の正極−コンデンサＣ２−電路Ｗ１２−負荷回路Ｙ１−電路Ｗ１１−グランドラインＧ１−直流電源Ｅ１の負極を通る閉回路で地絡電流が流れる。したがって、したがって、正常な回路動作時の電流経路とは異なるため、負荷回路Ｙ１への電力供給が抑制され、使用者は、負荷回路Ｙ１の動作停止によって、電源装置Ａ１に異常が発生したことを認識できる。
【００４０】
さらに、電路Ｗ１１，Ｗ１２のうちいずれが地絡したとしても、コンデンサＣ２によって、電源側（直流電源Ｅ１）と負荷側（負荷回路Ｙ１）とが直流的に分離されており、回路が保護される。
【００４１】
また、電路Ｗ１２が地絡した場合は、グランドラインＧ１−電路Ｗ１２−負荷回路Ｙ１−電路Ｗ１１−コンデンサＣ１−グランドラインＧ１を通る閉回路が形成される。また、電路Ｗ１１が地絡した場合は、グランドラインＧ１−電路Ｗ１１−コンデンサＣ１−グランドラインＧ１１を通る閉回路が形成される。すなわち、電路Ｗ１１，Ｗ１２のうちいずれが地絡したとしても、コンデンサＣ１の一端側と他端側とが実質的に分離して回路が保護される。
【００４２】
このように、電路Ｗ１１，Ｗ１２が地絡した場合は、電源装置Ａ１の主回路が上述の状態になるので、地絡を検出し判別する制御手段を設ける必要がなく、回路構成を簡素化、低コスト化することができる。すなわち、電路Ｗ１１，Ｗ１２のうちいずれが地絡したとしても、コンバータ部Ａ１１のコンデンサＣ１，Ｃ２を地絡対策用のコンデンサとすることによって、構成を複雑にすることなく負荷回路Ｙ１への電力供給を低減できる。
【００４３】
なお、コンデンサＣ２は、コンバータ部Ａ１１の通常の電力供給動作を行うために用いられているコンデンサであり、このコンデンサＣ２を、地絡時に電源側と負荷側とを分離する目的でも使用している。したがって、地絡対策用の回路部品としてコンデンサＣ１のみを追加すればよい。
【００４４】
図２（ａ）〜（ｃ）は、負荷回路Ｙ１の構成例であり、１乃至複数のＬＥＤ素子（図２（ａ））、フィラメント電球（図２（ｂ））、抵抗負荷（図２（ｃ））等で構成される。負荷回路Ｙ１にフィラメント電球を用いた場合、印加電圧を一定にするコンバータを使用する。そして、ＬＥＤ素子およびフィラメント電球は光源負荷なので、電路Ｗ１１，Ｗ１２の地絡が生じると消灯（または減灯）し、使用者は、電源装置Ａ１に異常が発生したことを認識できる。負荷回路Ｙ１に抵抗負荷等の駆動負荷を用いた場合でも、電路Ｗ１１，Ｗ１２の地絡発生時には、負荷回路Ｙ１の動作停止によって、電源装置Ａ１に異常が発生したことを認識できる。
【００４５】
（実施形態２）
図３は、電源装置Ａ１の具体的な回路構成を示しており、ＣＵＫ（チューク）回路を基本構成とする昇降圧チョッパ回路である。以降、図３の電源装置にＡ１ａの符号を付す。また、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付す。
【００４６】
このＣＵＫ回路を基本構成とする電源装置Ａ１ａは、非絶縁型の電源装置であり、直流電源Ｅ１を入力電源として、複数のＬＥＤ素子を直列接続したＬＥＤユニットＸ１に直流電力を供給するＬＥＤ駆動装置を構成する。直流電源Ｅ１は、その負極をグランドラインＧ１に接地している。
【００４７】
そして、直流電源Ｅ１の正極から負極に至る経路には、インダクタＬ１（第１のインダクタ）、コンデンサＣ２（第２のコンデンサ）、インダクタＬ２（第２のインダクタ）、負荷回路Ｙ１、コンデンサＣ１（第１のコンデンサ）を順に接続した直列回路が配置されている。インダクタＬ１とコンデンサＣ２との接続点と、直流電源Ｅ１の負極との間には、スイッチング素子Ｓ１が接続される。さらに、ダイオードＤ１のアノードが、コンデンサＣ２とインダクタＬ２との接続点に接続され、ダイオードＤ１のカソードが、負荷回路Ｙ１とコンデンサＣ１との接続点に接続されている。
【００４８】
負荷回路Ｙ１は、複数のＬＥＤ素子を直列接続したＬＥＤユニットＸ１と、コンデンサＣ３（第３のコンデンサ）との並列回路で構成されており、ＬＥＤユニットＸ１とコンデンサＣ３との並列回路に、電源装置Ａ１ａから直流電流が供給される。ＬＥＤユニットＸ１のＬＥＤ素子は、そのアノードが電路Ｗ１１に接続し、カソードが電路Ｗ１２に接続する。
【００４９】
このような電源装置Ａ１ａは、直流電源Ｅ１を電源とした昇圧機能を有するコンバータ部Ａ１１（昇圧部）と、コンデンサＣ１，Ｃ２を電源とした降圧機能を有するコンバータ部Ａ１２（降圧部）とからなる。コンバータ部Ａ１１は、インダクタＬ１、スイッチング素子Ｓ１、コンデンサＣ１，Ｃ２、ダイオードＤ１で構成される。コンバータ部Ａ１２は、スイッチング素子Ｓ１、コンデンサＣ１，Ｃ２、ダイオードＤ１、インダクタＬ２で構成される。
【００５０】
そして、図示しない制御回路によって、スイッチング素子Ｓ１がオン・オフ駆動されることによって、負荷回路Ｙ１に直流電力が供給されて、ＬＥＤユニットＸ１の各ＬＥＤ素子が点灯する。
【００５１】
以下、この回路の動作について説明する。
【００５２】
まず、昇圧機能を有するコンバータ部Ａ１１の動作として、スイッチング素子Ｓ１がオンすると、直流電源Ｅ１−インダクタＬ１−スイッチング素子Ｓ１−直流電源Ｅ１の閉回路に電流が流れ、インダクタＬ１は、磁気エネルギーを蓄積する。そして、スイッチング素子Ｓ１がオフすると、インダクタＬ１−コンデンサＣ２−ダイオードＤ１−コンデンサＣ１−直流電源Ｅ１−インダクタＬ１の閉回路で、インダクタＬ１の磁気エネルギーが放出され、コンデンサＣ１，Ｃ２に電荷が蓄積される。このスイッチング素子Ｓ１のオン・オフ動作によって、コンデンサＣ１，Ｃ２の両端電圧は、直流電源Ｅ１より高い電圧に昇圧される。
【００５３】
次に、降圧機能を有するコンバータ部Ａ１２の動作として、スイッチング素子Ｓ１がオンすると、上記の動作で蓄積されたコンデンサＣ１，Ｃ２の両端電圧が電源となり、コンデンサＣ１，Ｃ２の蓄積電荷が放出される。具体的には、コンデンサＣ２−スイッチング素子Ｓ１−コンデンサＣ１−負荷回路Ｙ１（ＬＥＤユニットＸ１、コンデンサＣ３）−インダクタＬ２−コンデンサＣ２の閉回路で、コンデンサＣ１，Ｃ２の蓄積電荷が放出される。このとき、インダクタＬ２に磁気エネルギーが蓄えられる。
【００５４】
そして、スイッチング素子Ｓ１がオフすると、インダクタＬ２に逆起電力が発生し、スイッチング素子Ｓ１のオン時の電流方向を維持するように、インダクタＬ２−ダイオードＤ１−負荷回路Ｙ１（ＬＥＤユニットＸ１、コンデンサＣ３）−インダクタＬ２の閉回路で電流が流れる。このスイッチング素子Ｓ１のオン・オフ動作によって、コンデンサＣ１，Ｃ２の各両端電圧より低い電圧が負荷回路Ｙ１に印加される。負荷回路Ｙ１への印加電圧が、直流電源Ｅ１の電圧より高いか低いかは、スイッチング素子Ｓ１の動作（オンデューティ、周波数）や回路定数によって設定できる。
【００５５】
このように、スイッチング素子Ｓ１のオン・オフ動作によって、直流電源Ｅ１に対しては昇圧モードで動作し、コンデンサＣ１，Ｃ２の各両端電圧に対しては降圧モードで動作することになる。インダクタＬ１，Ｌ２の電流は、三角波のような電流波形になるが、ＬＥＤユニットＸ１の電流は、コンデンサＣ３によって平滑された直流電流となる。
【００５６】
このＣＵＫ回路を基本構成とする電源装置Ａ１ａにおいて、コンデンサＣ１の一端は、グランドラインＧ１と同電位（または略同電位）になる。さらに、コンデンサＣ１−負荷回路Ｙ１間は、電路Ｗ１１で接続され、負荷回路Ｙ１−インダクタＬ２間は、電路Ｗ１２で接続される。なお、図３において、電路Ｗ１１は、コンデンサＣ１−ＬＥＤユニットＸ１間、コンデンサＣ１−コンデンサＣ３間の各電路で構成される。また、電路Ｗ１２は、ＬＥＤユニットＸ１−インダクタＬ２間、コンデンサＣ３−インダクタＬ２間の各電路で構成される。
【００５７】
而して、電路Ｗ１１は、グランドラインＧ１との間に、コンデンサＣ１を含み、電路Ｗ１２は、グランドラインＧ１との間に、負荷回路Ｙ１、コンデンサＣ１を含む。したがって、負荷回路Ｙ１の両端電路である電路Ｗ１１，Ｗ１２の双方が、グランドラインＧ１とは異なる電位になる。
【００５８】
このようなＣＵＫ回路を基本構成とする電源装置Ａ１ａは、電路Ｗ１１，Ｗ１２のうちいずれが地絡（グランドラインＧ１に接触）したとしても、直流電源Ｅ１の正極からインダクタＬ１、コンデンサＣ２、インダクタＬ２を通る閉回路で地絡電流が流れる。このとき、上記閉回路内のコンデンサＣ２が充電されるだけでなく、電路Ｗ１１から供給される電流によってコンデンサＣ１も充電される。したがって、電路Ｗ１１，Ｗ１２のうちいずれが地絡したとしても、コンデンサＣ１，Ｃ２によって、電源側（直流電源Ｅ１）と負荷側（負荷回路Ｙ１）とが直流的に分離されており、回路が保護される。
【００５９】
なお、コンデンサＣ２は、ＣＵＫ回路の通常の電力供給動作を行うために用いられているコンデンサであり、このコンデンサＣ２を、地絡時に電源側と負荷側とを分離する目的でも使用している。したがって、地絡対策用のコンデンサとして、コンデンサＣ１のみを追加すればよい。
【００６０】
例えば、ＬＥＤユニットＸ１が、電源装置Ａ１ａから離れた場所に配置され、電源装置Ａ１ａの出力とＬＥＤユニットＸ１とを接続する配線のハーネスがなんらかの構造物に挟まれることがある。この場合、電路Ｗ１１，Ｗ１２がグランドラインＧ１と接触し、地絡が発生する虞がある。
【００６１】
そして、電路Ｗ１２が地絡した場合、直流電源Ｅ１の正極−インダクタＬ１−コンデンサＣ２−インダクタＬ２−電路Ｗ１２−グランドラインＧ１−直流電源Ｅ１の負極を通る閉回路で地絡電流が流れる。これは、正常な回路動作時の電流経路とは異なるため、負荷回路Ｙ１への電力供給が抑制される。使用者は、ＬＥＤユニットＸ１の消灯（または減光）によって、電源装置Ａ１ａに異常が発生したことを認識できる。
【００６２】
また、電路Ｗ１１が地絡した場合、直流電源Ｅ１の正極−インダクタＬ１−コンデンサＣ２−インダクタＬ２−電路Ｗ１２−負荷回路Ｙ１（ＬＥＤユニットＸ１、コンデンサＣ３）−電路Ｗ１１−グランドラインＧ１−直流電源Ｅ１の負極を通る閉回路で地絡電流が流れる。これは、正常な回路動作時の電流経路とは異なるため、負荷回路Ｙ１への電力供給が抑制される。使用者は、ＬＥＤユニットＸ１の消灯（または減光）によって、電源装置Ａ１ａに異常が発生したことを認識できる。
【００６３】
そして、電路Ｗ１１，Ｗ１２のいずれが地絡したとしても、地絡電流はインダクタＬ１，Ｌ２を通るので、急峻な地絡電流が流れず、地絡電流は緩やかな波形となって、回路部品へのストレスは低減される。そして、ＬＥＤユニットＸ１の消灯（または減光）を検出することによって、スイッチング素子Ｓ１のオン・オフ駆動を停止させればよい。
【００６４】
また、図４は、負荷回路Ｙ１の別の形態である。コンバータ部Ａ１２は、インダクタＬ２の値によって、負荷回路Ｙ１に供給する電流が、連続、不連続、臨界モードに分かれるが、その電流波形によって、ＬＥＤユニットＸ１を流れる電流のリプル値が大きく変わる。そこで、図４では、ＬＥＤユニットＸ１の両端にインダクタＬ３１，Ｌ３２（第３，４のインダクタ）をそれぞれ直列接続し、さらにこの直列回路にコンデンサＣ３（第３のコンデンサ）を並列接続しており、リプル電流を低減させるフィルタ機能を有している。リプル電流は、コンデンサＣ３、インダクタＬ３１，Ｌ３２の値、電流モードによって決定される。
【００６５】
また、図５に示すように、コンデンサＣ１に抵抗Ｒ１を直列接続してもよい。この場合も、上記同様に、電路Ｗ１１，Ｗ１２が地絡した場合に、上記同様の作用、効果を奏し得る。
【００６６】
また、図６は、複数の負荷回路Ｙ１を設けた電源装置Ａ１ｂであり、負荷回路Ｙ１のそれぞれには、インダクタＬ２が直列接続される。この場合、いずれかの負荷回路Ｙ１の接続電路の地絡によって、上記同様に、１つ以上の負荷回路Ｙ１のＬＥＤユニットＸ１が消灯（または減光）し、電源装置Ａ１ｂに異常が発生したことを認識できる。
【００６７】
（実施形態３）
図７は、電源装置Ａ１の具体的な回路構成を示しており、ＺＥＴＡ ＳＥＰＩＣ（ゼータ・セピック）回路を基本構成とする昇降圧チョッパ回路である。以降、図７の電源装置にＡ１ｃの符号を付す。また、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付す。
【００６８】
このＺＥＴＡ ＳＥＰＩＣ回路を基本構成とする電源装置Ａ１ｃは、非絶縁型の電源装置であり、直流電源Ｅ１を入力電源として、複数のＬＥＤ素子を直列接続したＬＥＤユニットＸ１１に直流電力を供給するＬＥＤ駆動装置を構成する。直流電源Ｅ１は、その負極をグランドラインＧ１に接地している。
【００６９】
そして、直流電源Ｅ１の正極から負極に至る経路には、スイッチング素子Ｓ１１、コンデンサＣ２（第２のコンデンサ）、インダクタＬ１１（第１のインダクタ）、負荷回路Ｙ１、コンデンサＣ１（第１のコンデンサ）を順に接続した直列回路が配置されている。スイッチング素子Ｓ１１とコンデンサＣ２との接続点と、直流電源Ｅ１の負極との間には、インダクタＬ１２（第２のインダクタ）が接続される。さらに、ダイオードＤ１１のアノードが、負荷回路Ｙ１とコンデンサＣ１との接続点に接続され、ダイオードＤ１１のカソードが、コンデンサＣ２とインダクタＬ１１との接続点に接続されている。
【００７０】
負荷回路Ｙ１は、複数のＬＥＤ素子を直列接続したＬＥＤユニットＸ１１と、コンデンサＣ１３（第３のコンデンサ）との並列回路で構成されており、ＬＥＤユニットＸ１１とコンデンサＣ１３との並列回路に、電源装置Ａ１ｃから直流電流が供給される。ＬＥＤユニットＸ１１のＬＥＤ素子は、そのアノードが電路Ｗ１２に接続し、カソードが電路Ｗ１１に接続する。
【００７１】
そして、図示しない制御回路によって、スイッチング素子Ｓ１１がオン・オフ駆動されることによって、負荷回路Ｙ１に直流電力が供給されて、ＬＥＤユニットＸ１１の各ＬＥＤ素子が点灯する。なお、ＺＥＴＡ ＳＥＰＩＣ回路の動作については周知であり、説明は省略する。
【００７２】
このＺＥＴＡ ＳＥＰＩＣ回路を基本構成とする電源装置Ａ１ｃにおいて、コンデンサＣ１の一端は、グランドラインＧ１と同電位（または略同電位）になる。さらに、コンデンサＣ１−負荷回路Ｙ１間は、電路Ｗ１１で接続され、負荷回路Ｙ１−インダクタＬ１１間は、電路Ｗ１２で接続される。なお、図７において、電路Ｗ１１は、コンデンサＣ１−ＬＥＤユニットＸ１１間、コンデンサＣ１−コンデンサＣ１３間の各電路で構成される。また、電路Ｗ１２は、ＬＥＤユニットＸ１１−インダクタＬ１１間、コンデンサＣ１３−インダクタＬ１１間の各電路で構成される。
【００７３】
而して、電路Ｗ１１は、グランドラインＧ１との間に、コンデンサＣ１を含み、電路Ｗ１２は、グランドラインＧ１との間に、負荷回路Ｙ１、コンデンサＣ１を含む。したがって、負荷回路Ｙ１の両端電路である電路Ｗ１１，Ｗ１２の双方が、グランドラインＧ１とは異なる電位になる。
【００７４】
このようなＺＥＴＡ ＳＥＰＩＣ回路を基本構成とする電源装置Ａ１ｃは、電路Ｗ１１，Ｗ１２のうちいずれが地絡（グランドラインＧ１に接触）したとしても、直流電源Ｅ１の正極からスイッチング素子Ｓ１１、コンデンサＣ２、インダクタＬ１１を通る閉回路で地絡電流が流れる。このとき、上記閉回路内のコンデンサＣ２だけでなく、電路Ｗ１１から供給される電流によってコンデンサＣ１も充電される。したがって、電路Ｗ１１，Ｗ１２のうちいずれが地絡したとしても、コンデンサＣ１，Ｃ２によって、電源側（直流電源Ｅ１）と負荷側（負荷回路Ｙ１）とが直流的に分離されており、回路が保護される。
【００７５】
なお、コンデンサＣ２は、ＺＥＴＡ ＳＥＰＩＣ回路の通常の電力供給動作を行うために用いられているコンデンサであり、このコンデンサＣ２を、地絡時に電源側と負荷側とを分離する目的でも使用している。したがって、地絡対策用のコンデンサとして、コンデンサＣ１のみを追加すればよい。
【００７６】
例えば、ＬＥＤユニットＸ１１が、電源装置Ａ１ｃから離れた場所に配置され、電源装置Ａ１ｃの出力とＬＥＤユニットＸ１１とを接続する配線のハーネスがなんらかの構造物に挟まれることがある。この場合、電路Ｗ１１，Ｗ１２がグランドラインＧ１と接触し、地絡が発生する虞がある。
【００７７】
そして、電路Ｗ１２が地絡した場合、直流電源Ｅ１の正極−スイッチング素子Ｓ１１−コンデンサＣ２−インダクタＬ１１−電路Ｗ１２−グランドラインＧ１−直流電源Ｅ１の負極を通る閉回路で地絡電流が流れる。これは、正常な回路動作時の電流経路とは異なるため、負荷回路Ｙ１への電力供給が抑制される。使用者は、ＬＥＤユニットＸ１１の消灯（または減光）によって、電源装置Ａ１ｃに異常が発生したことを認識できる。
【００７８】
また、電路Ｗ１１が地絡した場合、直流電源Ｅ１の正極−スイッチング素子Ｓ１１−コンデンサＣ２−インダクタＬ１１−電路Ｗ１２−負荷回路Ｙ１（ＬＥＤユニットＸ１１、コンデンサＣ１３）−電路Ｗ１１−グランドラインＧ１−直流電源Ｅ１の負極を通る閉回路で地絡電流が流れる。これは、正常な回路動作時の電流経路とは異なるため、負荷回路Ｙ１への電力供給が抑制される。使用者は、ＬＥＤユニットＸ１１の消灯（または減光）によって、電源装置Ａ１ｃに異常が発生したことを認識できる。
【００７９】
そして、電路Ｗ１１，Ｗ１２のいずれが地絡したとしても、地絡電流はインダクタＬ１１を通るので、急峻な地絡電流が流れず、地絡電流は緩やかな波形となって、回路部品へのストレスは低減される。そして、ＬＥＤユニットＸ１１の消灯（または減光）を検出することによって、スイッチング素子Ｓ１１のオン・オフ駆動を停止させればよい。
【００８０】
また、図８は、負荷回路Ｙ１の別の形態である。電源回路Ａ１ｃは、インダクタＬ１１の値によって、負荷回路Ｙ１に供給する電流が、連続、不連続、臨界モードに分かれるが、その電流波形によって、ＬＥＤユニットＸ１１を流れる電流のリプル値が大きく変わる。そこで、図８では、ＬＥＤユニットＸ１１の両端にインダクタＬ４１，Ｌ４２（第３，４のインダクタ）をそれぞれ直列接続し、さらにこの直列回路にコンデンサＣ１３（第３のコンデンサ）を並列接続しており、リプル電流を低減させるフィルタ機能を有している。リプル電流は、コンデンサＣ１３、インダクタＬ４１，Ｌ４２の値、電流モードによって決定される。
【００８１】
また、図５に示すように、コンデンサＣ１に抵抗Ｒ１を直列接続してもよい。この場合も、上記同様に、電路Ｗ１１，Ｗ１２が地絡した場合に、上記同様の作用、効果を奏し得る。
【００８２】
また、図９は、複数の負荷回路Ｙ１を設けた電源装置Ａ１ｄであり、負荷回路Ｙ１のそれぞれには、インダクタＬ１１が直列接続される。この場合、いずれかの負荷回路Ｙ１の接続電路の地絡によって、上記同様に、１つ以上の負荷回路Ｙ１のＬＥＤユニットＸ１１が消灯（または減光）し、電源装置Ａ１ｄに異常が発生したことを認識できる。
【００８３】
（実施形態４）
図１０は、電源装置Ａ１の具体的な回路構成を示しており、ＳＥＰＩＣ（セピック）回路を基本構成とする昇降圧チョッパ回路である。以降、図１０の電源装置にＡ１ｅの符号を付す。また、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付す。
【００８４】
このＳＥＰＩＣ回路を基本構成とする電源装置Ａ１ｅは、非絶縁型の電源装置であり、直流電源Ｅ１を入力電源として、複数のＬＥＤ素子を直列接続したＬＥＤユニットＸ２１に直流電力を供給するＬＥＤ駆動装置を構成する。直流電源Ｅ１は、その負極をグランドラインＧ１に接地している。
【００８５】
そして、直流電源Ｅ１の正極から負極に至る経路には、インダクタＬ２１（第１のインダクタ）、コンデンサＣ２（第２のコンデンサ）、ダイオードＤ２１、負荷回路Ｙ１、コンデンサＣ１（第１のコンデンサ）を順に接続した直列回路が配置されている。インダクタＬ２１とコンデンサＣ２との接続点と、直流電源Ｅ１の負極との間には、スイッチング素子Ｓ２１が接続される。さらに、コンデンサＣ２とダイオードＤ２１との接続点と、負荷回路Ｙ１とコンデンサＣ１との接続点との間には、インダクタＬ２２（第２のインダクタ）が接続される。なお、ダイオードＤ２１は、そのアノードがコンデンサＣ２に接続され、カソードが負荷回路Ｙ１に接続されている。
【００８６】
負荷回路Ｙ１は、複数のＬＥＤ素子を直列接続したＬＥＤユニットＸ２１と、コンデンサＣ２３（第３のコンデンサ）との並列回路で構成されており、ＬＥＤユニットＸ２１とコンデンサＣ２３との並列回路に、電源装置Ａ１ｅから直流電流が供給される。
【００８７】
そして、図示しない制御回路によって、スイッチング素子Ｓ２１がオン・オフ駆動されることによって、負荷回路Ｙ１に直流電力が供給されて、ＬＥＤユニットＸ２１の各ＬＥＤ素子が点灯する。なお、ＳＥＰＩＣ回路の動作については周知であり、説明は省略する。
【００８８】
このＳＥＰＩＣ回路を基本構成とする電源装置Ａ１ｅにおいて、コンデンサＣ１の一端は、グランドラインＧ１と同電位（または略同電位）になる。さらに、コンデンサＣ１−負荷回路Ｙ１間は、電路Ｗ１１で接続され、負荷回路Ｙ１−ダイオードＤ２１間は、電路Ｗ１２で接続される。なお、図１０において、電路Ｗ１１は、コンデンサＣ１−ＬＥＤユニットＸ２１間、コンデンサＣ１−コンデンサＣ２３間の各電路で構成される。また、電路Ｗ１２は、ＬＥＤユニットＸ２１−ダイオードＤ２１間、コンデンサＣ２３−ダイオードＤ２１間の各電路で構成される。
【００８９】
而して、電路Ｗ１１は、グランドラインＧ１との間に、コンデンサＣ１を含み、電路Ｗ１２は、グランドラインＧ１との間に、負荷回路Ｙ１、コンデンサＣ１を含む。したがって、負荷回路Ｙ１の両端電路である電路Ｗ１１，Ｗ１２の双方が、グランドラインＧ１とは異なる電位になる。
【００９０】
このようなＳＥＰＩＣ回路を基本構成とする電源装置Ａ１ｅは、電路Ｗ１１，Ｗ１２のうちいずれが地絡（グランドラインＧ１に接触）したとしても、直流電源Ｅ１の正極からインダクタＬ２１、コンデンサＣ２、ダイオードＤ２１を通る閉回路で地絡電流が流れる。このとき、上記閉回路内のコンデンサＣ２だけでなく、電路Ｗ１１から供給される電流によってコンデンサＣ１も充電される。したがって、電路Ｗ１１，Ｗ１２のうちいずれが地絡したとしても、コンデンサＣ１，Ｃ２によって、電源側（直流電源Ｅ１）と負荷側（負荷回路Ｙ１）とが直流的に分離されており、回路が保護される。
【００９１】
なお、コンデンサＣ２は、ＳＥＰＩＣ回路の通常の電力供給動作を行うために用いられているコンデンサであり、このコンデンサＣ２を、地絡時に電源側と負荷側とを分離する目的でも使用している。したがって、地絡対策用のコンデンサとして、コンデンサＣ１のみを追加すればよい。
【００９２】
例えば、ＬＥＤユニットＸ２１が、電源装置Ａ１ｅから離れた場所に配置され、電源装置Ａ１ｅの出力とＬＥＤユニットＸ２１とを接続する配線のハーネスがなんらかの構造物に挟まれることがある。この場合、電路Ｗ１１，Ｗ１２がグランドラインＧ１と接触し、地絡が発生する虞がある。
【００９３】
そして、電路Ｗ１２が地絡した場合、直流電源Ｅ１の正極−インダクタＬ２１−コンデンサＣ２−ダイオードＤ２１−電路Ｗ１２−グランドラインＧ１−直流電源Ｅ１の負極を通る閉回路で地絡電流が流れる。これは、正常な回路動作時の電流経路とは異なるため、負荷回路Ｙ１への電力供給が抑制される。使用者は、ＬＥＤユニットＸ２１の消灯（または減光）によって、電源装置Ａ１ｅに異常が発生したことを認識できる。
【００９４】
また、電路Ｗ１１が地絡した場合、直流電源Ｅ１の正極−インダクタＬ２１−コンデンサＣ２−ダイオードＤ２１−電路Ｗ１２−負荷回路Ｙ１（ＬＥＤユニットＸ２１、コンデンサＣ２３）−電路Ｗ１１−グランドラインＧ１−直流電源Ｅ１の負極を通る閉回路で地絡電流が流れる。これは、正常な回路動作時の電流経路とは異なるため、負荷回路Ｙ１への電力供給が抑制される。使用者は、ＬＥＤユニットＸ２１の消灯（または減光）によって、電源装置Ａ１ｅに異常が発生したことを認識できる。
【００９５】
そして、電路Ｗ１１，Ｗ１２のいずれが地絡したとしても、地絡電流はインダクタＬ２１を通るので、急峻な地絡電流が流れず、地絡電流は緩やかな波形となって、回路部品へのストレスは低減される。そして、ＬＥＤユニットＸ２１の消灯（または減光）を検出することによって、スイッチング素子Ｓ２１のオン・オフ駆動を停止させればよい。
【００９６】
また、図１１は、負荷回路Ｙ１の別の形態である。電源回路Ａ１ｅは、インダクタＬ２２の値によって、負荷回路Ｙ１に供給する電流が、連続、不連続、臨界モードに分かれるが、その電流波形によって、ＬＥＤユニットＸ２１を流れる電流のリプル値が大きく変わる。そこで、図１１では、ＬＥＤユニットＸ２１の両端にインダクタＬ５１，Ｌ５２（第３，４のインダクタ）をそれぞれ直列接続し、さらにこの直列回路にコンデンサＣ２３（第３のコンデンサ）を並列接続しており、リプル電流を低減させるフィルタ機能を有している。リプル電流は、コンデンサＣ２３、インダクタＬ５１，Ｌ５２の値、電流モードによって決定される。
【００９７】
また、図５に示すように、コンデンサＣ１に抵抗Ｒ１を直列接続してもよい。この場合も、上記同様に、電路Ｗ１１，Ｗ１２が地絡した場合に、上記同様の作用、効果を奏し得る。
【００９８】
また、図１２は、複数の負荷回路Ｙ１を設けた電源装置Ａ１ｆであり、負荷回路Ｙ１のそれぞれには、ダイオードＤ２１が直列接続される。この場合、いずれかの負荷回路Ｙ１の接続電路の地絡によって、上記同様に、１つ以上の負荷回路Ｙ１のＬＥＤユニットＸ２１が消灯（または減光）し、電源装置Ａ１ｄに異常が発生したことを認識できる。
【符号の説明】
【００９９】
Ａ１ 電源装置
Ａ１１ コンバータ部
Ｅ１ 直流電源
Ｃ１ コンデンサ（第１のコンデンサ）
Ｃ２ コンデンサ（第２のコンデンサ）
Ｙ１ 負荷回路
Ｇ１ グランドライン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の極を接地した直流電源からの入力電力を所望の直流電力に変換して負荷回路へ供給する非絶縁型の電源装置であって、
前記負荷回路の一端と前記直流電源の前記一方の極との間に電気的に接続した第１のコンデンサと、前記負荷回路の他端と前記直流電源の他方の極との間に電気的に接続した第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１，第２のコンデンサに電気的に接続して、前記第１，第２のコンデンサの充放電を切り替えるスイッチング素子を備え、
前記スイッチング素子がオン・オフすることによって前記直流電源の電圧を昇圧する昇圧部と、
前記スイッチング素子がオン・オフすることによって前記昇圧部による昇圧電圧を降圧し、この降圧電圧を前記負荷回路へ印加する降圧部とを具備する
ことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記直流電源の前記他方の極から前記一方の極に至る経路には、第１のインダクタ、前記第２のコンデンサ、第２のインダクタ、前記負荷回路、前記第１のコンデンサが順に接続された直列回路が設けられ、
前記第１のインダクタと前記第２のコンデンサとの接続点と、前記直流電源の前記一方の極との間には、前記スイッチング素子が接続され、
前記第２のコンデンサと前記第２のインダクタとの接続点と、前記負荷回路と前記第１のコンデンサとの接続点との間には、ダイオードが接続される
ことを特徴とする請求項２記載の電源装置。
【請求項４】
前記直流電源の前記他方の極から前記一方の極に至る経路には、スイッチング素子、前記第２のコンデンサ、第１のインダクタ、前記負荷回路、前記第１のコンデンサが順に接続された直列回路が設けられ、
前記スイッチング素子と前記第２のコンデンサとの接続点と、前記直流電源の前記一方の極との間には、第２のインダクタが接続され、
前記第２のコンデンサと前記第１のインダクタとの接続点と、前記負荷回路と前記第１のコンデンサとの接続点との間にはダイオードが接続される
ことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項５】
前記直流電源の前記他方の極から前記一方の極に至る経路には、第１のインダクタ、前記第２のコンデンサ、ダイオード、前記負荷回路、前記第１のコンデンサが順に接続された直列回路が設けられ、
前記第１のインダクタと前記第２のコンデンサとの接続点と、前記直流電源の前記一方の極との間には、スイッチング素子が接続され、
前記第２のコンデンサと前記ダイオードとの接続点と、前記負荷回路と前記第１のコンデンサとの接続点との間には第２のインダクタが接続される
ことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項６】
前記負荷回路は、ＬＥＤ素子、または白熱灯、または抵抗素子からなる負荷を備えることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の電源装置。
【請求項７】
前記負荷回路は、前記負荷に並列接続した第３のコンデンサを備えることを特徴とする請求項６記載の電源装置。
【請求項８】
前記負荷回路は、前記負荷の一端に接続した第３のインダクタと、前記負荷の他端に接続した第４のインダクタと、前記負荷と前記第３，第４のインダクタとの直列回路に並列接続した第３のコンデンサとを備えることを特徴とする請求項６記載の電源装置。
【請求項９】
前記第１のコンデンサに抵抗を並列接続したことを特徴とする請求項１乃至８いずれか記載の電源装置。
【請求項１０】
前記負荷回路を複数備えることを特徴とする請求項１乃至９いずれか記載の電源装置。
【請求項１１】
一方の極を接地した直流電源からの入力電力を所望の直流電力に変換して、１乃至複数のＬＥＤ素子からなる負荷回路へ供給する非絶縁型のＬＥＤ駆動装置であって、
前記負荷回路の一端と前記直流電源の前記一方の極との間に電気的に接続した第１のコンデンサと、前記負荷回路の他端と前記直流電源の他方の極との間に電気的に接続した第２のコンデンサとを備える
ことを特徴とするＬＥＤ駆動装置。
【請求項１】
一方の極を接地した直流電源からの入力電力を所望の直流電力に変換して負荷回路へ供給する非絶縁型の電源装置であって、
前記負荷回路の一端と前記直流電源の前記一方の極との間に電気的に接続した第１のコンデンサと、前記負荷回路の他端と前記直流電源の他方の極との間に電気的に接続した第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１，第２のコンデンサに電気的に接続して、前記第１，第２のコンデンサの充放電を切り替えるスイッチング素子を備え、
前記スイッチング素子がオン・オフすることによって前記直流電源の電圧を昇圧する昇圧部と、
前記スイッチング素子がオン・オフすることによって前記昇圧部による昇圧電圧を降圧し、この降圧電圧を前記負荷回路へ印加する降圧部とを具備する
ことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記直流電源の前記他方の極から前記一方の極に至る経路には、第１のインダクタ、前記第２のコンデンサ、第２のインダクタ、前記負荷回路、前記第１のコンデンサが順に接続された直列回路が設けられ、
前記第１のインダクタと前記第２のコンデンサとの接続点と、前記直流電源の前記一方の極との間には、前記スイッチング素子が接続され、
前記第２のコンデンサと前記第２のインダクタとの接続点と、前記負荷回路と前記第１のコンデンサとの接続点との間には、ダイオードが接続される
ことを特徴とする請求項２記載の電源装置。
【請求項４】
前記直流電源の前記他方の極から前記一方の極に至る経路には、スイッチング素子、前記第２のコンデンサ、第１のインダクタ、前記負荷回路、前記第１のコンデンサが順に接続された直列回路が設けられ、
前記スイッチング素子と前記第２のコンデンサとの接続点と、前記直流電源の前記一方の極との間には、第２のインダクタが接続され、
前記第２のコンデンサと前記第１のインダクタとの接続点と、前記負荷回路と前記第１のコンデンサとの接続点との間にはダイオードが接続される
ことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項５】
前記直流電源の前記他方の極から前記一方の極に至る経路には、第１のインダクタ、前記第２のコンデンサ、ダイオード、前記負荷回路、前記第１のコンデンサが順に接続された直列回路が設けられ、
前記第１のインダクタと前記第２のコンデンサとの接続点と、前記直流電源の前記一方の極との間には、スイッチング素子が接続され、
前記第２のコンデンサと前記ダイオードとの接続点と、前記負荷回路と前記第１のコンデンサとの接続点との間には第２のインダクタが接続される
ことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項６】
前記負荷回路は、ＬＥＤ素子、または白熱灯、または抵抗素子からなる負荷を備えることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の電源装置。
【請求項７】
前記負荷回路は、前記負荷に並列接続した第３のコンデンサを備えることを特徴とする請求項６記載の電源装置。
【請求項８】
前記負荷回路は、前記負荷の一端に接続した第３のインダクタと、前記負荷の他端に接続した第４のインダクタと、前記負荷と前記第３，第４のインダクタとの直列回路に並列接続した第３のコンデンサとを備えることを特徴とする請求項６記載の電源装置。
【請求項９】
前記第１のコンデンサに抵抗を並列接続したことを特徴とする請求項１乃至８いずれか記載の電源装置。
【請求項１０】
前記負荷回路を複数備えることを特徴とする請求項１乃至９いずれか記載の電源装置。
【請求項１１】
一方の極を接地した直流電源からの入力電力を所望の直流電力に変換して、１乃至複数のＬＥＤ素子からなる負荷回路へ供給する非絶縁型のＬＥＤ駆動装置であって、
前記負荷回路の一端と前記直流電源の前記一方の極との間に電気的に接続した第１のコンデンサと、前記負荷回路の他端と前記直流電源の他方の極との間に電気的に接続した第２のコンデンサとを備える
ことを特徴とするＬＥＤ駆動装置。
【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１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−９９０７２（Ｐ２０１３−９９０７２Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３８７４２（Ｐ２０１１−２３８７４２）
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【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５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]