非绝缘型电源装置的制作方法

本发明涉及一种非绝缘型的电源装置，特别涉及用于将电源提供给使用了led(发光二极管)的照明装置的照明用电源装置中的开关控制电路且有效的技术。

背景技术：

目前，作为使用了led的照明器具(以下称为led灯)的电源装置，有使用了变压器的绝缘型电源装置、没有使用变压器的非绝缘型电源装置。其中，在专利文献1中公开了作为与绝缘型照明用电源装置相关的发明，但是在专利文献2中公开了作为与非绝缘型的照明用电源装置相关的发明，两个都是开关控制方式的电源装置。

另外，在专利文献2公开的照明用电源装置中，根据由串联电阻将输入电压进行了分压的电压和通过与开关晶体管串联连接的传感器(sense)电阻进行了电流-电压转换后的电压，进行流过预定输出电流的控制。另外，通过相位控制式的调光器进行调光控制。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-115074号公报

专利文献2：日本特开2012-212548号公报

专利文献3：日本特开2008-193818号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

专利文献2中公开的照明用电源装置的输出电流的控制存在依赖于容易变动的输入电压的问题。

因此，本发明为了实现不依赖于输入电压的输出电流控制，如图8所示，除了检测通过传感器电阻rs将流过开关晶体管q1的电流进行了电流-电压转换后的电压之外，还讨论了检测流过与led串联连接的电感器l0的电流成为零的定时，并在该定时将开关晶体管q1从断开切换为接通的控制方式。

其中，图8(a)所示的检测方式是使用变压器tr代替电感器将二次侧绕组的电流进行电流-电压转换并检测电流成为零的定时的方式，图8(b)所示的方式是比较电感器l0的两端子的电压来检测电流成为零的定时的方式。

但是，图8(a)所示的方式需要变压器tr，因此有导致部件件数变多，安装面积增大并且成本增加的问题。另一方面，图8(b)所示的方式在将控制电路(用虚线c包围的部分)进行半导体集成电路化时，为了输入电感器的两端子的电压而需要2个外部端子(管脚)p1、p2，因此需要多个管脚的封装，存在导致成本增加的问题。另外，图8(b)中，p2是零电流检测端子(vzcd)，p1是零电流检测的基准端子。

另外，关于使用变压器检测电流变为零的定时的方式，例如有专利文献3中公开的发明，但是该发明是关于例如设置在用于照明用电源装置等的非绝缘型电源装置(开关电源)等的前级并适于抑制由电源产生的谐波电流的改善功率因数电路的发明，不是关于非绝缘型电源装置自身的发明。

该发明着眼于上述的问题，所以其目的为提供一种非绝缘型电源装置，不会导致部件件数的增加或外部端子数的增加，而检测电感器的电流成为零的定时，在最佳的定时接通开关元件，能够提高功率效率。

用于解决问题的手段

为了达到上述目的，本发明为一种非绝缘型电源装置，构成为具备：开关元件，其与上述负荷以形成串联方式连接；电感器，其与上述负荷以形成串联或并联方式连接；整流元件，其以能够使上述电感器的放电电流在上述开关元件为断开状态期间流过上述负荷的方式被连接；电流-电压转换元件，其与上述开关元件串联连接；以及控制电路，其对上述开关元件进行接通、断开控制，在使上述开关元件接通而使电流流过上述电感器后，断开上述开关元件而使上述电感器的放电电流流过上述整流元件以及上述负荷，

上述控制电路具备：

第一外部端子，其被输入通过上述电流-电压转换元件进行了转换的电压；

第二外部端子，其被输入上述电感器元件的一个端子的电压或与该电压成比例的电压；

平滑化电路，其使上述第二外部端子的输入电压平滑化；以及

电压比较电路，其将通过上述平滑化电路进行平滑化后的电压与上述第二外部端子的输入电压进行比较，

上述控制电路进行如下控制：根据上述电压比较电路的输出在上述电感器的电流减少而变为零的附近将上述开关元件从断开切换为接通，并且根据上述第一外部端子的输入电压达到了预定电压而将上述开关元件从接通切换为断开的控制。

根据上述方法，平滑化电路的输出成为与没有输入到电感器的控制电路的一侧端子的电压成比例的电压，因此在控制电路上设置一个输入电感器的一个端子的电压或输入与其成比例的电压的外部端子，就能够检测出电感器的放电电流成为零的定时，从而能够不导致部件件数的增加或外部端子数的增加而在最佳的定时使开关元件接通，提高功率效率。另外，即使输入电压发生变动也能够正确地检测出电感器的电流成为零的定时，因此能够进行遵循了输入电压的变动的开关控制。

这里，优选上述控制电路具备缓冲器，其设置在上述第二外部端子与上述平滑化电路之间，将上述第二外部端子的电压作为输入，上述平滑化电路构成为，使上述缓冲器的输出电压平滑化。

通过设置将作为第二外部端子的零电流检测端子的电压作为输入的缓冲器，与该缓冲器的输出侧连接的平滑化电路能够不对电感器与整流元件之间的连接节点的电位产生影响，这样能够避免由于新结构的追加而使电源电路本来的特性下降。

另外，优选在上述电感器元件的一个端子与上述第二外部端子之间设置将上述一个端子的电压进行分压的分压单元。

这样，能够避免对控制电路施加耐压以上的电压而内部元件受到损害的情况。

进一步，优选构成为容量元件与上述第二外部端子连接。

根据上述结构，能够使输入到作为第二外部端子的零电流检测端子的电压下降变慢，从而能够检测在达到零电流以后所产生的共振的底部而接通开关元件。其结果为能够使接通开关元件的定时延迟，从而能够降低开关噪音并且能够进一步提高功率效率。

发明的效果

如以上说明那样，根据本发明能够有实现以下非绝缘型电源装置的效果，即不会导致部件件数的增加和外部端子数的增加，而能够检测电感器的电流成为零的定时，在最佳的定时接通开关元件而提供功率效率。

附图说明

图1是表示适用本发明的有效的照明用电源装置以及使用了该装置的led照明系统的概略结构的框图。

图2是表示构成实施方式的照明系统的电源装置的控制用ic的各部的信号和电压变化的情况的时序图。

图3是表示实施方式的led电源装置的第一变形例的电路结构图。

图4是表示变形例的电源装置的控制用ic的各部的信号和电压变化的情况的时序图。

图5是表示实施方式的led电源装置的第二变形例的电路结构图。

图6是表示实施方式的led电源装置的第三变形例的电路结构图。

图7是表示实施方式的led电源装置的第四变形例的电路结构图。

图8a是在本发明之前讨论的照明用电源装置的结构例的电路结构图。

图8b是在本发明之前讨论的照明用电源装置的结构例的电路结构图。

具体实施方式

以下，根据附图说明本发明的优选实施方式。

图1表示适用本发明的有效的照明用电源装置以及使用了该装置的led照明系统的概略结构。

如图1所示，本实施方式的led照明系统由噪音断开用的滤波器11、整流电路12以及led电源电路14等构成，其中噪音切断用的滤波器11将来自工业用交流电源的交流电源电压ac设为输入，由共模线圈等组成，整流电路12由将所输入的交流全波整流后转换为直流的二极管桥等组成，led电源电路14由根据通过整流电路12转换后的电压/电流将希望的电力提供给作为负荷的led灯13的dc-dc转换器(直流电压转换电路)组成。另外，led灯13由串联连接了多个led的led列构成。

本实施方式的led电源电路14具备：在连接有led灯13的输出端子out和接地点之间与led灯13串联地连接的电感器l0、开关晶体管q1以及电流检测用的传感器电阻rs；整流用二极管d0，其在电感器l0和开关晶体管q1的连接节点n1与输出端子out之间连接；电容器c0，其与led13并联连接；开关控制用半导体集成电路(以下称为控制用ic)20，其对开关晶体管q1进行接通/断开控制；以及稳压器15，其生成该控制用ic20工作所需要的电源电压，该led电源电路14构成为所谓的开关稳压器。

如果开关晶体管q1为接通状态，则电流从整流电路12通过led灯13-电感器l0流到晶体管q1，点亮led灯13，并且在电感器l0中积累能量。接着，如果开关晶体管q1为断开状态，则释放积累在电感器10中的能量，电流从电感器l0通过整流用二极管d0流向输出端子out，led灯13通过该电流被点亮。

在本实施方式的led电源电路14中，通过上述传感器电阻rs被进行了电流-电压转换后的连接节点n2的电位被输入到控制用ic20的电流检测端子vs。另外，在电感器l0和整流用二极管d0的连接节点n1与接地点之间，电阻r1与r2串联连接，并且该电阻r1与r2的连接节点n3的电位被输入到控制用ic20的零电流检测端子vzcd。电阻r1、r2是用于不对控制用ic20施加耐压以上电压的分压用电阻，根据控制用ic20的耐压或系统不同而能够省略。

另外，本实施方式的控制用ic20具备：比较器21，其将电流检测端子vs的输入电压和基准电压vref1进行比较并输出与大小对应的电压；电压跟随器22，其将零电流检测端子vzcd的电压设为输入并作为缓冲器发挥功能；平滑化滤波器23，其与该电压跟随器22的输出端子连接；以及比较器24，其将上述零电流检测端子vzcd的电压和通过平滑化滤波器23进行了平滑化后的电压进行比较并输出与大小对应的电压。设置电压跟随器22是为了不让平滑化滤波器23影响连接节点n3的电位。

进一步，控制用ic20具备：rs触发器25，其将上述比较器21的输出电压输入到重置端子并且将上述比较器24的输出电压输入到置位端子；以及驱动电路26，其根据该rs触发器25的输出生成对开关晶体管q1进行接通/断开控制的驱动信号drv并将其输出。另外，如果流过电感器l0的电流成为零则比较器24的输出电压变化为高电平，rs触发器25被置位，其输出信号进一步使从驱动电路26输出的驱动信号drv变化为高电平而接通开关晶体管q1。

另外，如果流过开关晶体管q1的电流id成为预定的电流值(与vref1对应的电流)，则进行以下的控制(峰值电流控制)，即比较器21的输出电压变化为高电平，触发器25被置位，驱动信号drv变化为低电平，断开开关晶体管q1。

另外，在rs触发器25与驱动电路26之间可以设置逻辑电路27，该逻辑电路27取rs触发器25的输出与对控制用ic20的动作或保护功能进行控制的信号的逻辑来控制驱动电路26的动作。

另外，图1的控制用ic20中没有示出调光控制系统，但是例如通过以下构成能够实现调光控制，即设置可变电压源作为与比较器21的反相输入端子侧连接的基准电压源(vref1)，通过从外部提供的调光控制信号使该可变电压源所产生的电压发生变化。可以使用可变电阻(volume(容量))作为传感器电阻rs，通过使该电阻值发生变化来进行调光控制。另外，本发明的零电流检测方式能够不依靠dc调光、pwm调光、相位调光等调光方式而适用。

接着，参照图2的时序图说明上述控制用ic20进行的开关晶体管q1的接通/断开控制动作。另外，图2中，(a)是从驱动电路26输出的对开关晶体管q1进行接通/断开控制的驱动信号drv的波形，(b)是开关晶体管q1的漏极-源极间电压vds的波形，(c)是开关晶体管q1的漏极电流id的波形，(d)是整流用二极管d0的电流if的波形，(e)是流过led灯13的电路iled(＝id+if)的波形，(f)是零电流检测端子vzcd电压的波形。

本实施方式的控制用ic20如图2所示，开关晶体管q1的接通/断开驱动信号drv被设为低电平后，在q1被断开的期间t1中，如图2(c)所示q1的漏极电流id是零，驱动信号drv变化为高电平，从q1接通后的定时t1慢慢增加(期间t2)。然后，如果漏极电流id达到预定值ip，则q1被断开(定时t2)。于是，整流用二极管d0的电流if如图2(d)所示急剧上升，之后慢慢减少(期间t1)。然后，在电流if成为零的定时t3，如果q1没有被接通则会产生共振，但是本实施方式的控制用ic20能够通过比较器24检测电流if成为零的定时t3，在该检测定时使触发器25置位而接通q1。

因此，在开关晶体管q1被接通的期间t2中，如图2(d)所示维持整流用二极管d0的电流if为零，如图2(c)所示q1的漏极电流id慢慢增加。该电流通过传感器电阻rs进行电流-电压转换后被输入电流检测端子vs，由比较器21与基准电压vref1进行比较，如果该端子vs的电压达到基准电压vref1，则比较器21的输出发生变化并重置rs触发器25，由此断开q1。通过重复上述动作，电流继续流入作为负荷的led灯13并维持发光。

而且，在本实施方式的控制用ic20中，在零电流检测端子vzcd设置将该端子的输入电压平滑化的平滑化滤波器23，通过比较器24来比较被平滑化后的电压vzcdref与零电流检测端子vzcd的输入电压，并决定接通开关晶体管q1的定时。

这里，如果将电感器l0的连接节点n1与相反侧的端子n0的电压(以下称为单侧电压)设为vind，将输入电压设为vin，将施加给led灯13的电压设为vled，则通过以下公式表示电感器l0的单侧电压vind。

[公式1]

vind＝vin-vled……(1)

另外，如果将开关晶体管q1的接通时间设为ton，将q1的断开时间设为toff，则通过以下公式表示led灯13的施加电压vled。

[公式2]

通过将上述公式(2)代入公式(1)，得到以下公式。

[公式3]

根据上述公式(3)得知电感器l0的单侧电压vind为输入电压vin乘以off-duty的值。另一方面，根据图2(f)的波形得知零电流检测端子vzcd的平均电压vzcdref是将断开期间t1中的零电流检测端子vzcd的电压平均化后的电压。即，本实施方式的控制用ic20的平滑化滤波器23与以下情况等价，即疑似产生与没有输入到电感器l0的控制用ic20中的一侧端子的电压成比例的电压。

据此，通过本实施方式那样的结构可知在控制用ic20只设置一个零电流检测端子vzcd就能够检测出电感器l0的电流成为零的定时(t1、t3、……)。另外，即使输入电压vin发生变动也能够准确地检测出电感器l0的电流成为零的定时，因此有能够进行随着输入电压的变动的开关控制的优点。进一步即使构成led灯13的led的数量发生了变化，也能够不变更任何电路的结构而进行对应。

图3表示图1的led电源电路14的第一变形例。

该变形例的led电源电路14将外部电容器c3与图1所示的控制用ic20的零电流检测端子vzcd连接，使输入到该端子vzcd的电压下降沿变慢，由此不检测电感器l0的电流成为零的定时，而如图4所示那样检测出在电流达到零以后所产生的共振的底部b1、b2、……(定时t1、t3、……)并接通开关晶体管q1。

根据该变形例，能够使开关晶体管q1接通的定时延迟，因此与图1的电源电路相比，有能够降低开关噪音并且能够改善功率效率的优点。

图5～图7表示图1的led电源电路14的第二～第四变形例。

其中，图5的第二变形例的led电源电路14将整流用二极管d0与led灯13串联地设置，并且与其并联地设置电感器l0，构成为升降压型的电源装置。另外，在图5所示的电源电路中，将外部电容器c3与控制用ic20的零电流检测端子vzcd连接并检测共振的底部，但是也能够与图1的led电源电路同样为不设置电容器c3的结构。

图6的第三变形例的led电源电路14构成为，在电感器l0和开关晶体管q1的连接节点n1与控制用ic20的零电流检测端子vzcd之间与电阻r1形成串联地连接耦合电容器c4，通过ac耦合将连接节点n1的电位变化传输给零电流检测端子vzcd，而检测电流成为零的定时。

图7的第四变形例的led电源电路14的结构为与开关晶体管q1以及传感器电阻rs串联逆向连接整流用二极管d0，并且在传感器电阻rs和整流用二极管d0的连接节点n1与接地点之间串联地连接电感器l0和led灯13，与led灯13并联地设置电容器c0，作为高端驱动方式的电源装置(不是电流引入型而是电流吐出型的电源装置)。

根据实施方式具体说明了本发明者进行的发明，但是本发明不限于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，作为dc-dc转换器示出了具有开关晶体管q1和整流用二极管d0以及电感器l0，但是也可以使用晶体管代替整流用二极管d0，通过控制用ic20监视该晶体管的漏极-源极间电压，构成为与开关晶体管q1相辅进行接通/断开控制的所谓同步整流型开关稳压器。

工业上的可利用性

本发明不限于led照明用电源装置，除了使用了led灯以外的照明器具的照明用电源装置以外，一般还能够使用非绝缘型电源装置。

附图标记说明

11：滤波器、12：整流电路、13：led灯(照明器具)、14：led电源电路(照明用电源装置)、15：稳压器、20：控制用ic(控制电路)、21、24：比较器、22：电压跟随器、23：平滑化滤波器(平滑化电路)、25：rs触发器、26：驱动电路。