照明用电源及照明装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种对输入电压的畸变所导致的亮度的变化进行抑制的照明用电源及照明装置。根据实施方式，提供具备恒流元件、分压电阻的照明用电源。恒流元件具有：第一主电极、与照明光源串联连接的第二主电极、用于控制在第一主电极和第二主电极之间流动的电流的控制电极，且对向照明光源供给的电流进行控制。分压电阻与照明光源并联连接，并且与控制电极连接，将对照明光源的电压分压后的电压输入控制电极。
【专利说明】照明用电源及照明装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种照明用电源及照明装置。
【背景技术】
[0002] 在照明装置中，照明光源正逐渐从白炽灯、荧光灯向节能?寿命长的光源、例如发 光二极管（Light-emitting diode :LED)等发光元件置换。在向这种光源供给电力的照明 用电源中，期望抑制输入电压的畸变引起的亮度的变化(闪动)。
[0003] 【专利文献】
[0004]【专利文献1】日本特开2011-119237号公报
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于，提供一种对输入电压的畸变引起的亮度的变化加以抑制的照 明用电源及照明装置。
[0006] 根据本发明的实施方式，提供具备恒流元件、分压电阻的照明用电源。所述恒流元 件具有第一主电极、与照明光源串联连接的第二主电极、用于控制在所述第一主电极和所 述第二主电极之间流动的电流的控制电极，并对向所述照明光源供给的电流进行控制。所 述分压电阻与所述照明光源并联连接，并且与所述控制电极连接，将对所述照明光源的电 压分压后的电压输入所述控制电极。
[0007] 发明效果
[0008] 根据本发明，能够提供抑制了输入电压的畸变引起的亮度的变化的照明用电源及 照明装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1是示意地表示实施方式涉及的照明装置的电路图。
[0010] 【符号说明】
[0011] 2…电源、3…调光器、10···照明装置、12···照明用电源、12a…高电位输出端子、 12b…低电位输出端子、14···照明负载、16···照明光源、20···整流电路、20a…高电位端子、 20b…低电位端子、22…恒流电路、24…DC-DC转换器、26···电流控制电路、30···平滑电容 器、32···滤波电容器、34···晶体管、35···电阻、36···齐纳二极管、37···扼流线圈、38···二极管、 40…输出元件、41···恒流元件、42···整流元件、43···电感器、44…反馈绕组、45···耦合电容 器、46、47…分压电阻、48···输出电容器、49···偏置电阻、50···电容器、52···齐纳二极管、60··· 晶体管、61?63…电阻、64、65…二极管、66···电容器、67···齐纳二极管
【具体实施方式】
[0012] 以下，参照附图对各实施方式进行说明。
[0013] 需要说明的是，附图是示意地或概念性示出的图，各部分的厚度与宽度的关系、部 分间的大小的比率等未必与现实相同。另外，即使表示相同部分的情况下，也有在附图上以 彼此不同的尺寸、比率表示的情况。
[0014] 此外，在本申请说明书和各图中，对与以前出现过的图中叙述的部件相同的要素 标注同一符合，并适当省略详细的说明。
[0015] 图1是示意地表示实施方式涉及的照明装置的电路图。
[0016] 如图1示出的那样，照明装置10具备照明用电源12和照明负载14。
[0017] 照明负载14具有照明光源16。照明光源16使用例如LED。照明光源16使用例 如具有正向电压降的发光元件。照明负载14通过来自照明用电源12的输出电压V0UT的 施加以及输出电流I0UT的供给而点亮照明光源16。另外，照明负载14能够通过使输出电 压V0UT及输出电流I0UT的至少任一个变化而调光。需要说明的是，输出电压V0UT、输出电 流I0UT的值根据照明光源16而规定。
[0018] 照明用电源12与交流电源2及调光器3连接。需要说明的是，在本申请说明书中， "连接"是指电连接，也包含没有物理地连接的情况、经由其他要素连接的情况。
[0019] 交流电源2为例如商用电源。调光器3由交流电源2的交流的电源电压VIN生成 被导通角控制后的交流电压VCT。照明用电源12将从调光器3供给的交流电压VCT转换为 输出电压V0UT而向照明负载14输出，从而点亮照明光源16。另外，照明用电源12与被导 通角控制后的交流电压VCT同步，进行照明光源16的调光。需要说明的是，调光器3根据 需要设置，可以省略。在没有设置调光器3的情况下，交流电源2的电源电压VIN被供给于 照明用电源12。以下，以连接有调光器3的情况为例进行说明。
[0020] 调光器3的导通角控制有：例如，对在从交流电压的过零到交流电压的绝对值成 为最大值的期间导通的相位进行控制的相位控制（leading edge)方式；对交流电压的绝 对值成为最大值之后到交流电压过零期间切断的相位进行控制的反相位控制（trailing edge)方式。
[0021] 进行相位控制的调光器3的电路结构简单，可以处置比较大的电力负载。然而，使 用三端双向开关的情况下，轻负载动作困难，产生电源电压暂时降低的所谓的电源暂降时， 容易陷入不稳定动作。另外，在连结电容性负载的情况下，存在因产生冲击电流而与电容性 负载的适配性变差等特征。
[0022] 另一方面，反相位控制的调光器3能够在轻负载下工作，即使连接电容性负载也 不会产生冲击电流，另外，即使产生电源暂降也稳定动作。然而，由于电路结构复杂，温度容 易上升，因此，不适合重负载。另外，存在连接感应性负载的情况下产生电涌等特征。
[0023] 在本实施方式中，作为调光器3例示了被串联地插入供给电源电压VIN的一对电 源线的一方的结构，但其他结构也可以。
[0024] 照明用电源12具有：将交流电压转换为直流的整流电路20 ;流有调光器3进行相 位控制所需的恒流的恒流电路22、生成输出电压V0UT的DC-DC转换器24、控制输出电流 I OUT的电流控制电路26。
[0025] 在整流电路20被输入有通过调光器3被导通角控制后的交流电压VCT。整流电路 20对交流电压VCT进行全波整流，从交流电压VCT生成脉动电流的电压。整流电路20例如 为二极管电桥。整流电路20没有被限定为二极管电桥。整流电路20能够对从调光器3输 入的交流电压整流即可。
[0026] 在整流电路20的高电位端子20a和低电位端子20b之间连接有平滑电容器30。 平滑电容器30使被整流电路20整流后的脉动电流电压平滑化，并将脉动电流电压转换为 直流电压VRE。另外，在整流电路20的一对输入端连接有使包含于交流电压VCT中的干扰 降低的滤波电容器32。
[0027] 恒流电路22具有例如晶体管34、电阻35、齐纳二极管36、扼流线圈37及二极管 38。电阻35和齐纳二极管36对晶体管34偏压。晶体管34为例如FET，是常开型的元件。 晶体管34的漏极经由扼流线圈37与整流电路20的高电位端子20a连接。
[0028] 晶体管34的源极经由并联连接的电阻35和齐纳二极管36与整流电路20的低电 位端子20b连接。晶体管34的栅极与整流电路20的低电位端子20b连接。另外，整流电 路20的高电位端子20a经由二极管38与DC-DC转换器24连接。
[0029] 恒流电路22是使例如调光器3的相位电路动作的恒流流动的电路。与相位电路 比较，通过将阻抗小的元件作为整流电路20的负载连接，能够抑制后级的DC-DC转换器24 的输入阻抗的影响，使调光器3稳定动作。
[0030] DC-DC转换器24具有例如输出元件40、恒流元件41、整流元件42、电感器43、驱动 输出元件40的反馈绕组(驱动元件)44、耦合电容器45、分压电阻46、47、输出电容器48、偏 置电阻49。
[0031] 输出元件40及恒流元件41为例如场效应晶体管（FET)，为例如高电子迁移率晶体 管（High Electron Mobility Transistor :HEMT)，是常开型（normally on)的兀件。S卩，在 本例中，恒流元件41的漏极为第一主电极，源极为第二主电极，栅极为控制电极。
[0032] 恒流元件41的源极与照明光源16串联连接。恒流元件41的栅极为用于控制在 恒流元件41的漏极-源极间流动的电流的电极。恒流元件41的漏极例如经由输出元件40 与平滑电容器30连接。平滑电容器30将平滑化的直流电压VRE向恒流元件41的漏极供 给。
[0033] 输出元件40的漏极经由恒流电路22与整流电路20的高电位端子20a连接。输 出元件40的源极与恒流元件41的漏极连接。输出元件40的栅极经由耦合电容器45与反 馈绕组44的一端连接。
[0034] 恒流元件41的源极与电感器43的一端和反馈绕组44的另一端连接。向恒流元 件41的栅极输入将恒流元件41的源极电位用分压电阻46、47分压后的电压。恒流元件41 的源极经由电感器43与照明光源16连接。分压电阻46与照明光源16并联连接。即，向 恒流元件41的栅极输入将照明光源16的电压（正向电压）用分压电阻46、47分压后的电 压。输出元件40的栅极与恒流元件41的栅极分别连接有保护二极管。
[0035] 偏置电阻49连接在输出元件40的漏极和恒流元件41的源极之间，向分压电阻 46、47供给直流电压。其结果是，向恒流元件41的栅极供给比源极更低的电位。
[0036] 在分压电阻46分别并联连接有电容器50和齐纳二极管52。分压电阻46、电容器 50及齐纳二极管52作为低通滤波器发挥作用。
[0037] 分压电阻46和电容器50的时间常数为例如电源电压VIN(交流电压)的半周期以 下。即，分压电阻46和电容器50的时间常数为例如120Hz以下。另外，分压电阻46与电 容器50的时间常数为例如输出元件40的开关频率的周期以上。例如，在输出元件40的开 关频率为1MHz，电源电压VIN的频率为60Hz的情况下，分压电阻46和电容器50的时间常 数为1 μ sec以上8. 3msec以下。例如，以满足上述时间常数的方式设定电容器50的电容。
[0038] 电感器43和反馈绕组44在从电感器43的一端向另一端流动增加的电流时，以向 输出元件40的栅极供给正极性的电压的极性磁耦合。
[0039] 整流元件42在恒流元件41的源极和整流电路20的低电位端子20b之间，以从低 电位端子20b向恒流元件41的方向为正向的方式连接。
[0040] 电感器43的另一端与高电位输出端子12a连接，整流电路20的低电位端子20b 与低电位输出端子12b连接。另外，输出电容器48连接在高电位输出端子12a与低电位输 出端子12b之间。
[0041] 照明负载14在高电位输出端子12a与低电位输出端子12b之间与输出电容器48 并联连接。DC-DC转换器24将通过平滑电容器30生成的直流电压VRE向直流的输出电压 V0UT转换，并向照明负载14输出。
[0042] 电流控制电路26具有例如晶体管60、电阻61?63、二极管64、65、电容器66、齐 纳二极管67。在该例中，晶体管60为pnp晶体管。晶体管60为常开型的元件。晶体管60 也可以是npn晶体管、FET等。晶体管60可以为常断型。
[0043] 电阻61的一端与分压电阻46、47的连接点连接。电阻61的另一端与二极管64 的正极连接。二极管64的负极与晶体管60的发射极连接。二极管65的正极与晶体管60 的基极连接。二极管65的负极与晶体管60的发射极连接。
[0044] 电容器66连接在晶体管60的发射极与整流电路20的低电位端子20b之间。电 阻62连接在晶体管60的基极与整流电路20的低电位端子20b之间。齐纳二极管67连接 在晶体管60的基极与整流电路20的低电位端子20b之间。即，齐纳二极管67与电阻62 并联连接。晶体管60的集电极与整流电路20的低电位端子20b连接。
[0045] 电阻63的一端与晶体管60的基极连接。电阻63的另一端被施加规定的直流电 压。由此，在晶体管60的基极被施加有与齐纳二极管67的击穿电压相应的基本恒定的电 压。与此相伴，晶体管60的发射极-集电极间流过基本上恒定的电流。如此，晶体管60作 为恒流元件发挥作用。电流控制电路26对例如向分压电阻46中流动的电流进行调整。电 流控制电路26使例如向分压电阻46流动的电流基本上稳定。即，电流控制电路26为恒流 电路。
[0046] 其次，对照明用电源12的动作进行说明。
[0047] 首先，对将调光器3的调光度设定为大致100%，在输入的电源电压VIN被大致直接 传递的情况，即，DC-DC转换器24被输入最高的直流电压VRE的情况进行说明。
[0048] 电源电压VIN供给于照明用电源12时，输出元件40及恒流元件41为常开型的元 件，因此均接通。并且，在输出元件40、恒流元件41、电感器43、输出电容器48的路径中流 动电流，使输出电容器48充电。输出电容器48两端的电压、即高电位输出端子12a与低电 位输出端子12b之间的电压作为照明用电源12的输出电压V0UT供给于照明负载14的照 明光源16。需要说明的是，为了接通输出元件40及恒流元件41，向整流元件42施加反向 电压。在整流元件42中没有流动电流。
[0049] 当输出电压V0UT达到规定电压时，向照明光源16流动输出电流I0UT，照明光源 16被点亮。此时，在输出元件40、恒流元件41、电感器43、输出电容器48及照明光源16的 路径中流动有电流。例如，在照明光源16为LED的情况下，该规定电压为LED的正向电压， 根据照明光源16确定。另外，照明光源16灭灯的情况下，没有流过输出电流IOUT，因此，输 出电容器48保持输出电压V0UT的值。
[0050] 输入到DC-DC转换器24的直流电压VRE与输出电压V0UT相比十分高。即，输入 输出间的电位差AV足够大。因此，在电感器43中流动的电流增加。反馈绕组44与电感 器43磁耦合，因此，反馈绕组44中感应有将耦合电容器45侧作为高电位的极性的电动势。 因此，在输出元件40的栅极经由耦合电容器45相对于源极供给正的电位，使输出元件40 维持接通状态。
[0051] 当在恒流元件41中流动的电流超过上限值时，恒流元件41的漏极?源极间电压 急剧上升。因此，输出元件40的栅极?源极间电压变得比阈值电压低，输出元件40断开。 上限值为恒流元件41的饱和电流值，该上限值通过输入到恒流元件41的栅极的电位来规 定。恒流元件41的栅极电位通过经由偏置电阻49供给于分压电阻46、47的直流电压、照 明光源16的电压、分压电阻46、47的分压比以及电流控制电路26进行的电流调整来设定。 需要说明的是，如上所述，由于恒流元件41的栅极电位相对于源极为负电位，因此，能够将 饱和电流值限制为适当值。
[0052] 电感器43使整流元件42、输出电容器48及照明负载14的路径中持续流过电流。 此时，电感器43释放能量，因此，电感器43的电流减少。从而，在反馈绕组44感应出以耦 合电容器45侧为低电位的极性的电动势。向输出元件40的栅极经由耦合电容器45相对 于源极供给负的电位，输出元件40维持断开的状态。
[0053] 当被蓄积于电感器43的能量成为零时，在电感器43中流动的电流成为零。被反馈 绕组44感应的电动势的方向再度反转，被感应成耦合电容器45侧为高电位的电动势。由 此，向输出元件40的栅极供给比源极高的高电位，输出元件40再度接通。由此，返回到上 述输出电压V0UT达到规定电压的状态。
[0054] 以后，重复上述动作。由此，自动地重复输出元件40的接通及断开的切换，向照明 光源16供给使电源电压VIN降低的输出电压V0UT。即，在照明用电源12中，输出元件40 的开关频率通过分压电阻46、47及电流控制电路26设定。另外，供给于照明光源16的电 流成为被恒流元件41限制了上限值的恒流。因此，能够使照明光源16稳定地点亮。
[0055] 即使在调光器3的调光度设定为小于100%的值，输入的交流电压VCT被导通角控 制而传递的情况下，即向DC-DC转换器24输入高的直流电压VRE的情况下，输出元件40能 够继续振荡的情况与上述同样。根据调光器3的调光度，输入到DC-DC转换器24的直流电 压VRE的值变化，从而能够控制输出电流I0UT的平均值。由此，能够根据调光度对照明负 载14的照明光源16进行调光。
[0056] 另外，在调光器3的调光度进一步设定为小的值的情况下，即输入到DC-DC转换器 24的直流电压VRE进一步降低的情况下，即使输出元件40接通，也由于电感器43两端的电 位差小，因此，在电感器43流动的电流不会增加。从而，输出元件40不会成为断开状态地 输出恒定的直流电流。即，照明用电源12在调光器3的调光度小的情况下，S卩，输入输出间 的电位差△ V小的情况下，进行串联调节器那样的动作。
[0057] 如此，照明用电源12在电位差AV比规定值大时进行开关动作，在电位差AV小 时，进行串联调节器那样的动作。在电位差大时，电位差AV和电流的积大，进行串联 调节器的动作时损失大。因此，在电位差大时进行开关动作适合于低消耗电力化。另 夕卜，在电位差AV小时，损失小，因此，作为串联调节器动作没有问题。
[0058] 另外，在照明用电源12中，电位差Λ V比规定值小时，输出元件40不成为断开状 态地持续保持接通状态而使电流震荡，以电流的平均值点亮照明负载14的照明光源16。另 夕卜，在电位差AV进一步小时，输出元件40持续保持接通状态，向照明负载14输出直流电 流而点亮照明光源16。其结果是，在照明用电源12中，能够使输出电流连续地变化至零。 例如，在照明装置10中，能够使照明负载14的照明光源16顺畅地灭灯。
[0059] 在照明用电源12中，能够根据电位差AV，使输出电流I0UT从输出元件40的开关 动作时的最大值持续变化至保持输出元件40的接通状态而输出直流电流时的最小值。例 如，在照明装置10中，能够对照明光源16在0?100%的范围内连续地调光。
[0060] 在照明用电源12中，通过将来自偏置电阻49的直流电压及照明光源16的电压 利用分压电阻46、47分压而向恒流元件41的栅极输入，设定输出元件40的开关频率。照 明光源16的电压在电源电压VIN、交流电压VCT等输入电压畸变的情况下也某种程度地稳 定。从而，如上所述，通过将来自偏置电阻49的直流电压及照明光源16的电压利用分压电 阻46、47分压而输入恒流元件41的栅极，能够不需准备特别的控制基准等，能够抑制输入 电压的畸变引起的照明光源16的亮度变化。例如，能够抑制照明光源16的闪动。例如，能 够抑制伴随输入电压的变动的照明光源16的电压的变动。
[0061] 在照明用电源12中，使电容器50相对于分压电阻46并联连接，形成低通滤波器。 并且，在照明用电源12中，将分压电阻46和电容器50的时间常数设为例如电源电压VIN 的半周期以下。由此，例如，能够抑制伴随输出元件40的开关而恒流元件41的栅极电位变 动的情况。例如，即使设有电感器43,也如分压电阻46、47所表现的那样，能够使恒流元件 41的栅极电位更稳定。即，能够更适当抑制照明光源16的亮度变化。例如，提高开关频率， 减小电容器50的电容。由此，例如能够使响应性变高，抑制比较宽的范围的电流脉动。
[0062] 另外，在照明用电源12中，电流控制电路26与分压电阻46连接，向分压电阻46 流动的电流基本上稳定。由此，例如，能够使恒流元件41的栅极电位更稳定。
[0063] 另外，电流控制电路26的晶体管60为常开型。由此，例如，在电流控制电路26不 动作的状态下，无法向恒流元件41的栅极输入负电位，而能够将恒流元件41设为断开状 态。例如，在照明用电源12的动作停止时，能够向使输出元件40及恒流元件41快速停止 的方向动作。例如，能够抑制在开始点灯时（电源电压VIN的供给开始时)高输出电压V0UT 被施加于照明光源16,而暂时以无意义的高亮度点亮照明光源16。
[0064] 以上，参照具体例对实施方式进行了说明，但不是限定于上述方式，可以进行各种 变形。
[0065] 例如，输出元件40及恒流元件41没有被限定为GaN系ΗΕΜΤ。例如，半导体基板可 以使用碳化硅（SiC)、氮化镓（GaN)、金刚石那样的具有宽带隙的半导体（宽带隙半导体）形 成的半导体元件。在此，宽带隙半导体是指比带隙为约1.4eV的砷化镓（GaAs)带隙宽的半 导体。例如，包含带隙为1. 5eV以上的半导体、磷化镓（GaP、带隙约2. 3eV)、氮化镓（GaN、带 隙约3. 4eV)、金刚石（C、带隙约5. 27eV)、氮化铝（A1N、带隙约5. 9eV)、碳化硅（SiC)等。这 种宽带隙半导体元件在耐压相等的情况下，能够比硅半导体元件小，因此，寄生电容小，能 够高速动作，因此，能够缩短开关周期，能够使绕组部件、电容器等小形化。
[0066] 在上述实施方式中，使输出元件40和恒流元件41栅阴（cascode)连接，利用输出 元件40进行开关，利用恒流元件41进行电流的控制。但不限于此，也可以例如仅由恒流元 件41进行开关和电流的控制。另外，照明用电源12例如可以不进行开关地，仅将输入的直 流电压VRE的电流控制由恒流元件41进行，向照明光源16供给。例如，如上所述，在输入 输出间的电位差Λ V小的情况下，可以不进行开关。
[0067] 需要说明的是，照明光源16不限于LED，可以为例如有机EL (Electro_Luminescence)、OLED (Organic light-emitting diode)等。在照明负载 14 可 以并联或串联连接多个照明光源16。
[〇〇68] 以上，对本发明的几个实施方式进行了说明，但是，这些实施方式或实施例仅作为 示例提示，并没有限定本发明的范围。这些新的实施方式或实施例可以以其他的各种方式 实施，只要不脱离发明的主旨的范围，可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式或实施 例及其变形均包含于本发明的范围、主旨中，并且包含于权利要求书记载的发明和与其等 同的范围内。
【权利要求】
1. 一种照明用电源，其中，具备： 恒流元件，其具有第一主电极、与照明光源串联连接的第二主电极、用于控制在所述第 一主电极与所述第二主电极之间流动的电流的第一控制电极，并且该恒流元件对向所述照 明光源供给的电流进行控制； 分压电阻，其与所述照明光源并联连接，且与所述第一控制电极连接，将对所述照明光 源的电压分压后的电压向所述第一控制电极输入。
2. 根据权利要求1所述的照明用电源，其中，还具备： 整流电路，其对交流电压进行整流； 平滑电容器，其使通过所述整流电路整流后的电压平滑化，并转换为直流电压而向所 述第一主电极供给； 电容器，其与所述分压电阻并联连接， 所述分压电阻与所述电容器的时间常数为所述交流电压的半周期以下。
3. 根据权利要求2所述的照明用电源，其中， 所述交流电压被导通角控制。
4. 根据权利要求3所述的照明用电源，其中， 还具备与所述整流电路连接的恒流电路， 所述交流电压被从调光器供给， 所述恒流电路中流动有使所述调光器动作的电流。
5. 根据权利要求2所述的照明用电源，其中， 还具备：连接在所述整流电路与所述恒流元件之间的开关元件、电感器和反馈绕组， 所述开关元件具有： 与所述整流电路连接的第三主电极； 与所述第一主电极连接的第四主电极； 对在所述第三主电极与所述第四主电极之间流动的电流进行控制的第二控制电极， 所述电感器的一端与所述第二主电极连接， 所述反馈绕组连接在所述第二主电极与所述第二控制电极之间，并与所述电感器磁耦 合。
6. 根据权利要求5所述的照明用单元，其中， 在从所述电感器的所述一端向另一端流动有增加的电流时，所述电感器和所述反馈绕 组向所述第二控制电极供给正电极的电压。
7. 根据权利要求2所述的照明用电源，其中， 所述恒流元件为常开型。
8. 根据权利要求7所述的照明用电源，其中， 还具备向所述分压电阻供给所述直流电压的偏置电阻， 所述第一控制电极的电位比所述第二主电极的电位低。
9. 根据权利要求7所述的照明用电源，其中， 还具备恒流电路，该恒流电路连接于所述分压电阻的与所述第一控制电极相反一侧的 端部，对流向所述分压电阻的电流进行调整。
10. -种照明装置，其具备： 照明负载； 向所述照明负载供给电力的权利要求1所述的照明用电源。
【文档编号】H05B37/02GK104066228SQ201310422036
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年9月16日 优先权日:2013年3月22日
【发明者】北村纪之, 赤星博, 大武宽和, 高桥雄治 申请人:东芝照明技术株式会社