专利名称：开关电源以及照明装置的制作方法
技术领域：
本发明的实施方式涉及ー种开关(switching)电源装置以及照明装置。
背景技术：
近年来，关于照明装置，照明光源正在推进从白炽灯泡或荧光灯朝向节能 长寿命的光源、例如发光二极管(Light Emitting Diode, LED)的替换。而且,例如,还开发出了电致发光(Electro-Luminescence,EL)或有机发光二极管(Organic light-emittingdiode, 0LED)等的新的照明光源。这些照明光源的亮度取决于流经的电流值，因此在点灯时，需要供给定电流的电源电路。而且，为了使直流的电源电压符合照明光源的额定电压，通常采用降压机构。并且，作为电流的利用效率高的降压机构，提出有自激式的直流-直流(Direct Current-Direct Current, DC-DC)转换器(例如，參照专利文献 I)。在专利文献I所公开的LED点灯装置中，场效应晶体管(Field-Effect Transistor,FET)、电流检测用电阻、第I电感器(inductor)以及LED电路串联连接于直流电源，形成环(loop)状的主要的电流路径。在FET的源极(source)栅极(gate)间,施加对直流电源的输出进行电阻分压所得的电压，并且施加电流检测用电阻的两端部间的电压。而且，在上述第I电感器以及LED电路的两端部间连接有ニ极管，以形成环状的反馈电路。进而，设有与第I电感器磁耦合的第2电感器，第2电感器的电动势被施加至FET的栅扱。在此种LED点灯装置中，当接通电源吋，向FET的栅极施加对电源电压进行电阻分压所得的电位、而FET成为导通状态，电流开始在主要的电流路径上流动。当该电流増加时，在第2电感器中产生电动势，FET仍维持导通状态。由此，LED电路点灯，并且在第I电感器中蓄积磁能。随后，当在主要的电流路径中流动的电流达到规定量吋，电流检测用电阻的两端部间的电压下降量达到规定量，且相对于FET的源极电位而言的栅极电位变得低于阈值，从而FET成为断开状态。由此，主要的电流路径被阻断，通过蓄积在第I电感器中的磁能，使电流流经反馈电路，从而使LED电路点灯。此时，该电流随时间減少，因此在第2电感器中产生反电动势，将FET仍维持断开状态。随后，当电流变为零时，第2电感器的电动势的方向再次反转，FET成为导通状态。通过反复此种动作，进行自激式的DC-DC转换，从而对LED电路供给下降的直流电压。现有技术文献专利文献专利文献I :日本专利特开2004-119078号公报但是，在先前的LED点灯装置中，需要电流检测用电阻，当FET为导通状态时，电流始終流经电流检测用电阻，因此存在电カ的损失大的间题。而且，不使用电流检测用电阻的情况下，在启动时也可能有大电流流动
发明内容
本发明的目的在于提供一种电力的损失小且启动时的过电流得到抑制的开关电源以及照明装置。实施方式的开关电源装置具备开关元件、定电流元件、整流元件、第I电感器、第2电感器以及定电压电路。所述开关元件在导通时对所述第I电感器供给直流电源的电源电压，而使电流流动。所述定电流元件串联连接于所述开关元件，当所述开关元件的电流超过规定的电流值时，使所述开关元件断开。所述整流元件串联连接于所述开关元件以及所述定电流元件中的任一者，当所述开关元件断开时，使所述第I电感器的电流流动。所述第2电感器与所述第I电感器磁耦合，当所述第I电感器的电流增加时、感应产生使所述开关元件导通的电位，当所述开关元件的电流减少时、感应产生使所述开关元件断开的电位，并将感应产生的电位供给至所述开关元件的控制端子。所述定电压电路对所述定电流元件的控制端子施加控制电位。而且，另一实施方式的开关电源装置具备开关元件、定电流元件、整流元件、第I电感器、第2电感器以及定电压电路。所述开关元件的第I端子连接于直流电源的一个端 子。所述定电流元件的第I端子连接于所述开关元件的第2端子。所述第I电感器的第I端子连接于所述定电流元件的第2端子。所述第2电感器与所述第I电感器磁耦合，当流经所述第I电感器的电流增加时、对所述第I开关元件的控制端子供给使所述第I开关元件导通的控制电位，当流经所述第I电感器的电流减少时、对所述第I开关元件的控制端子供给使所述第I开关元件断开的控制电位。所述整流元件连接于所述直流电源的另一个端子与所述第I电感器的第I端子之间，且使电流沿下述方向流动，所述方向是与经由所述第I开关元件及第2开关元件对所述第I电感器供给的电流为相同的方向的电流、被供给至所述第I电感器的方向。所述定电压电路对所述定电流元件的第2端子与控制端子之间施加控制电压。而且，另一实施方式的照明装置包括上述任一个开关电源装置；以及照明负载，连接于所述开关电源装置的输出端子间。发明的效果根据本发明，能够实现电力的损失小且启动时的过电流得到抑制的开关电源以及照明装置。
图I是例示第I实施方式的照明装置的电路图。图2是例示第I实施方式中的定电压电路的电路图。图3是例示第2实施方式中的定电压电路的电路图。图4是例示第3实施方式的照明装置的电路图。图5是例示第4实施方式的照明装置的电路图。图6是例示第5实施方式的照明装置的电路图。附图标记1、2、3、4:照明装置11,21 :直流电源12、22、32、42 :DC_DC 转换器
13:照明负载AC:交流电源B :全波整流电路Cl 电容器C2:平滑电容器C3 :1禹合电容器Dl :整流元件D2、D3: ニ极管
DA:差动放大电路E :照明光源(LED元件)LI :第I电感器L2 :第2电感器M21 p沟道型MOS晶体管M22 n沟道型MOS晶体管(常通型)M23 p沟道型MOS晶体管M24 n沟道型MOS晶体管(常断型)NI N3:端子N5、Nil、NI2 :连接点Ql :开关元件Q2:定电流元件Q11、Q12 :双极性晶体管R1、R2:偏压电阻Rll R13:电阻Tl T4 :输出端子Vl V5:定电压电路
具体实施例方式以下，參照附图来说明实施方式。首先，对第I实施方式进行说明。图I是例示本实施方式的照明装置的电路图，图2是例示本实施方式中的定电压电路的电路图。如图I所示，本实施方式的照明装置I是连接于商用的交流电源AC而使用。在照明装置I中设有直流电源11，连接于交流电源AC，将从交流电源AC供给的交流电流转换成直流电流；DC-DC转换器12，使从直流电源11供给的直流电压下降；以及照明负载13，连接于DC-DC转换器12的输出端子间。在照明负载13中，设有从DC-DC转换器12供给直流电流而发光的照明光源E、例如LED元件。通过直流电源11以及DC-DC转换器12，而构成本实施方式的开关电源装置。在直流电源11中，设有包含ニ极管电桥(diode bridge)的全波整流电路B,全波整流电路B的输入端子连接于交流电源AC，全波整流电路B的输出端子成为直流电源11的输出端子Tl以及T2。输出端子Tl为高电位侧的端子，输出端子T2为低电位侧的端子。直流电源11的输出端子Tl以及T2也是DC-DC转换器12的输入端子。另外，所谓“端子”，是表示电路图上的位置的概念，在实际的器件(device)中，未必限于设置仅相当于“端子”的构件。在DC-DC转换器12中，在直流电源11的输出端子Tl与输出端子T2之间，连接着电容器Cl。而且，设有开关元件Ql、定电流元件Q2及整流元件Dl，在输出端子Tl与输出端子T2之间依此顺序串联连接。开关元件Ql以及定电流元件Q2例如为场效应晶体管，例如为高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor, HEMT),例如是所谓的 GaN 系 HEMT,所述 GaN 系HEMT形成在包含碳化硅(SiC)的基板上，且沟道(channel)由氮化镓(GaN)或氮化铟镓(InGaN)形成。而且,开关元件Ql以及定电流元件Q2为常通型(normally ON)的元件。而且，整流元件Dl例如为肖特基势鱼二极管(Schotky barrier diode),是与开关元件Ql以及定电流元件Q2同样地形成。
并且，开关元件Ql的漏极(drain)(第I端子)连接于输出端子Tl，开关元件Ql的源极(第2端子)连接于定电流元件Q2的漏极(第I端子)，定电流元件Q2的源极(第2端子)经由连接点N5而连接于整流元件Dl的阴极(cathode),整流元件Dl的阳极(anode)连接于输出端子T2。而且，在DC-DC转换器12中，设有第I电感器LI以及平滑电容器C2。第I电感器LI的一个端子(第I端子)连接于连接点N5，第I电感器LI的另一个端子连接于DC-DC转换器12的高电位侧的输出端子T3。平滑电容器C2连接在输出端子T3与DC-DC转换器12的低电位侧的输出端子T4之间。输出端子T4连接于直流电源11的低电位侧的输出端子T2。输出端子T2以及T4的电位例如为接地电位。进而，在DC-DC转换器12中，设有 第2电感器L2、耦合电容器C3及二极管D2。第2电感器L2连接在连接点N5与耦合电容器C3的一个端子之间，且与第I电感器LI磁耦合。第2电感器L2在从连接点N5朝向输出端子T3流经第I电感器LI的电流增加时，产生使耦合电容器C3成为比连接点N5高的电位的电动势，当上述电流减少时，产生使耦合电容器C3成为比连接点N5低的电位的电动势。耦合电容器C3的另一个端子连接于开关元件Ql的控制端子、即栅极。而且，二极管D2的阳极连接于耦合电容器C3的另一个端子以及开关元件Ql的栅极，二极管D2的阴极连接于连接点N5。二极管D2将开关元件Ql的栅极电位与定电流元件Q2的源极间的电压钳位(clamp)于顺向电压以下。开关元件Ql的栅极电位(开关元件的控制电位)向负电位侧电平位移(level shift)，从而能够使开关元件Ql确实地导通及断开。进而，在DC-DC转换器12中，设有定电压电路Vl以及偏压电阻Rl、R2。定电压电路Vl的端子NI连接于输出端子Tl，端子N2连接于连接点N5，端子N3连接于定电流元件Q2的栅极(定电流元件的控制端子)。偏压电阻Rl连接在端子N3与输出端子T2之间。偏压电阻R2连接在输出端子Tl与端子N2之间。定电压电路Vl是如下的电路，即从端子NI被供给高电位，从端子N3被供给低电位，从端子N2输出高电位与低电位之间的中间电位。此时，端子N2与端子N3之间的电压为固定，定电流元件Q2的栅极 源极间电压(定电流元件的控制电压)成为负的固定值。
并且，在DC-DC转换器12的输出端子T3与输出端子T4之间，连接着作为照明光源E的LED元件。LED元件E的阳极连接于输出端子T3，阴极连接于输出端子T4。由此，构成了(全波整流电路B —输出端子Tl —开关元件Ql —定电流元件Q2 —连接点N5 —第I电感器LI —输出端子T3 — LED元件E —输出端子T4 —输出端子T2 —全波整流电路B)的环状的电流路径。而且，也构成了(第I电感器LI—输出端子T3 —LED元件E—输出端子T4—整流元件D1—连接点N5—第I电感器LI)的环状的再生电流路径。这样，定电流元件Q2介隔在DC-DC转换器12的输入端子(直流电源11的输出端子Tl)与输出端子T3之间。而且，整流元件Dl是连接成与经由开关元件Ql以及定电流元件Q2对第I电感器LI供给的电流为相同的方向的电流、流经第I电感器LI。如图2所示，在定电压电路Vl中，设有双极性晶体管Qll以及Q12。双极性晶体管Qll以及Q12的特性实质上相同。而且，在定电压电路Vl中，设有电阻Rll、R12以及R13与差动放大器DA。双极性晶体管Qll以及Q12的集电极(collector)连接于端子NI。 双极性晶体管Qll的发射极(emitter)经由电阻R12以及电阻R13而连接于端子N3。双极性晶体管Q12的发射极经由电阻Rll而连接于端子N3。电阻R12与电阻13的连接点Nll连接于差动放大器DA的正极侧的输入端子，双极性晶体管Q12的发射极与电阻Rll的连接点N12连接于差动放大器DA的负极侧的输入端子。差动放大器DA的输出端子连接于双极性晶体管Qll以及Q12的基极(base)，并且连接于端子N2。定电压电路Vl可输出以双极性晶体管Qll以及Q12的基极 发射极电压VBE作为基准的电压，以作为端子N2与端子N3之间的电压Vref。具体而言，当设温度为T，波尔兹曼(Boltzmann)常数为k，电荷为q，电阻R11、R12、R13的电阻值分别为R11、R12、R13时，电压Vref如下述数式I所示。双极性晶体管Qll以及Q12的基极 发射极电压VBE的温度系数具备负的值，但只要使用具备正的温度系数的扩散层电阻或多晶硅(poly silicon)等来作为电阻Rll R13，并适当地调整电阻比，便能够使电压Vref的温度系数大致为零。[数式I]
「 I,/fkT) . f 見3、^ref = + -TT-.义 IIn O—
/ \ H ノ接下来，对本实施方式的照明装置的动作进行说明。由于开关元件Ql以及Q2为常通型的元件，因此在初始状态下，均处于导通状态。(I)当将交流电源AC连接于直流电源11时，从交流电源AC输出的交流电流输入至直流电源11。在直流电源11中，通过全波整流电路B将交流电流转换为直流电流。然后，该直流电流从输出端子Tl以及T2输出，并输入至DC-DC转换器12。此时，从输出端子Tl输出高电位，从输出端子T2输出低电位。(2)在DC-DC转换器12中，通过电容器Cl去除高频成分，并且将输出端子Tl的电位输入至定电压电路Vl的端子NI，将输出端子Tl的电位经由偏压电阻R2而输入至定电压电路Vl的端子N2，将输出端子T2的电位经由偏压电阻Rl而输入至端子N3。由此，定电压电路Vl工作，使端子N2与端子N3之间的电压Vref成为由上述数式I所规定的固定电压。其结果是，定电流元件Q2的栅极被施加比源极低的电位。通过定电流元件Q2的源极* 栅极间电压，流经漏极 源极间的电流受到限制。(3)然后，电流以(输入端子Tl —开关元件Ql —定电流元件Q2 —第I电感器LI)的路径来流动。此时，在施加至LED元件E的电压达到LED元件E的顺向电压之前，不会有电流流至LED元件E，因此平滑电容器C2得到充电。即，以定电流元件Q2的源极 栅极间的负电压的绝对值比LED元件E的顺向电压小的方式，对定电流元件Q2的源极 栅极间施加电压，因此电流不流至LED元件E而对电容器C2进行充电。(4)电容器C2得到充电，当施加至LED元件E的电压超过LED元件E的顺向电压时，电流以(输入端子Tl —开关元件Ql —定电流元件Q2 —第I电感器LI — LED元件E —输入端子T2)的路径来流动。由此，LED元件E点灯，并且在第I电感器LI中蓄积磁能。而且，该电流会增加，因此在第2电感器L2中产生使耦合电容器C3侧成为高电位的电动势。其结果是，开关元件Ql的栅极电位变得高于源极电位，从而维持开关元件Ql的导通状态。(5)当流经包含HEMT的定电流元件Q2的电流值达到饱和电流时，随着电流的增力口，定电流元件Q2的源极-漏极间的电压急遽上升。另外，定电流元件Q2的饱和电流是通过由定电压电路Vl所给予的源极 栅极间电压来规定。通过定电流元件Q2的源极-漏极间的电压急遽上升，开关元件Ql的源极电位上升而变得高于栅极电位，开关元件Ql成为断开状态。其结果是，上述电流路径被阻断。(6)由此，蓄积在第I电感器LI中的磁能被释放，电流在(第I电感器LI — LED元件E —整流元件Dl —第I电感器LI)的再生电流路径上流动。由此，LED元件E的点灯得以维持。而且，该电流随时间减少，因此在第2电感器L2中产生使耦合电容器C3侧成为低电位的电动势。其结果是，开关元件Ql的栅极被施加低于源极的电位，开关元件Ql的断开状态得以维持。(7)当蓄积在第I电感器LI中的磁能变为零时，第2电感器L2的电动势的方向再次反转，产生使耦合电容器C3侧成为高电位的电动势。由此，开关元件Ql的栅极被施加高于源极的电位，开关元件Ql成为导通。由此，返回上述(4)的状态。以后，反复上述⑷ (7)。由此，开关元件Ql的导通与断开自动反复，以对LED元件E供给电压下降后的直流电流。接下来，对本实施方式的效果进行说明。在本实施方式中，当流经定电流元件Q2的电流达到饱和电流时，定电流元件Q2的源极 漏极间的电压急遽上升，使开关元件Ql成为断开状态。即，使用由定电压电路Vl所控制的定电流元件Q2的饱和电流，来进行电流的大小达到规定值的检测。因此，与使用电阻来进行检测的情况相比较，电力的损失少。而且，不需要电流检测用电阻，因此能够实现LED点灯电路的小型化。进而，通过使定电压电路Vl的输出任意变化，能够对LED元件E进行调光或停止LED元件E。即，当通过电流检测用电阻来进行电流的大小达到规定值的检测时，规定值为固定值，但通过取代电流检测用电阻而使用定电流元件Q2，能够使要检测的规定的电流值任意变化。进而，定电压电路Vl能以对开关元件Ql或定电流元件Q2的温度特性进行修正的方式来进行动作。例如，定电压电路Vl可附加负特性来作为温度特性。进而，在本实施方式中，使用了 HEMT来作为开关元件Ql以及定电流元件Q2，因此高频动作成为可能。例如，兆赫级(megahertz order)的动作成为可能。尤其使用了 GaN系HEMT，因此更进一步的高频动作成为可能，并且耐压高，因此能够实现芯片尺寸(chipsize)的小型化。、
进而，当使用常通型的元件来作为定电流元件Q2时，如果未对定电流元件Q2的饱和电流进行控制，则在电源刚接通后的电流不稳定的期间内、或LED元件E开始点灯时，可能有过剩的电流流动。与此相对，在本实施方式中，通过定电压电路Vl来控制定电流元件Q2的饱和电流，因此即使在接通电源后直到电源电压稳定为止的期间内以及LED元件E开始点灯吋，也能确实地限制电流，从而防止过剩的电流流动。接下来，对第2实施方式进行说明。图3是例示本实施方式中的定电压电路的电路图。如图3所示，本实施方式与前述的第I实施方式相比，定电压电路的结构不同。即，在本实施方式中，取代前述的第I实施方式中的定电压电路VI，而设有定电压电路V2。本实施方式的照明装置的除了定电压电路以外的结构，与图I所示的结构相同。如图3所示，在定电压电路V2中，设有p沟道型MOS晶体管(以下称作PM0S)M21 以及M23、与n沟道型MOS晶体管(以下称作NM0S)M22以及M24。NMOS M22为常通型晶体管，NMOS M24为常断型(normally OFF)晶体管。PMOS M21以及M23的源极连接于端子NI，栅极连接于PMOS M21的漏极。PMOS M21的漏极连接于NMOS M22的漏极，PMOS M23的漏极连接于NMOS M24的漏极。NMOS M22以及M24的源极连接于端子N3。NMOS M22的栅极连接于端子N3，NM0SM24的栅极连接于端子N2。而且，PMOS M23的漏极以及NMOS M24的漏极也连接于端子N2。定电压电路V2可输出以常通型的n型NMOS M22的阈值电压Vth22与常断型的NMOS M24的阈值电压Vth24之差作为基准的电压，来作为端子N2与端子N3之间的电压Vref。具体而言，当设定PMOS M21以及M23、NMOS M22以及M24的相对于过驱动(overdrive)电压的电流的比例常数(增益系数)分别为3 21、3 23、3 22、P 24时，端子N2与端子N3之间的电压Vref可由下述数式2而给出。此时，阈值电压Vth22以及Vth24的温度系数在一次近似中彼此抵消，因此电压Vref的温度依存性小，可取大致固定的值。[数2]Kef - H/,24 - x Vm! x
-,Pii JI ft4在本实施方式中，定电压电路V2对定电流元件Q2的源极 栅极间施加由上述数式2所规定的固定的电压Vref，从而能够将定电流元件Q2的饱和电流控制为规定的电流值。本实施方式中的上述以外的结构、动作以及效果，与前述的第I实施方式相同。接下来，对第3实施方式进行说明。图4是例示本实施方式的照明装置的电路图。如图4所示，本实施方式与前述的第I实施方式相比，直流电源、DC-DC转换器中的第I电感器LI以及定电压电路V3的结构不同。即，在本实施方式中，取代前述的实施方式中的直流电源11而设有直流电源21。而且，前述的第I实施方式中，连接于DC-DC转换器12的连接点N5与高电位侧的输出端子T3之间的第I电感器LI是连接在低电位侧的输出端子T2与低电位侧的输出端子T4之间。进而，取代前述的第I实施方式中的DC-DC转换器12的定电压电路Vl而设有定电压电路V3。本实施方式的照明装置2的直流电源21、DC-DC转换器22的第I电感器LI的位置以及定电压电路V3以外的结构，与图I所示的结构相同。直流电源21例如为电池，在输出端子TI与输出端子T2之间生成直流电压VDCin，并供给至DC-DC转换器12。在DC-DC转换器22中，第2电感器L2连接于低电位侧的输出端子T4与耦合电容器C3的一个端子之间，并与第I电感器LI磁稱合。第2电感器L2在从连接点N5朝向输出端子T3流经第I电感器LI的电流增加时，产生使耦合电容器C3成为比连接点N5高的电位的电动势，当上述的电流减少时，产生使耦合电容器C3成为比连接点N5低的电位的电动势。耦合电容器C3的另一个端子连接于开关元件Ql的控制端子即栅极。另外，并没有第I实施方式中的二极管D2，只要能够通过开关元件Ql的栅极电位来使开关元件Ql导通或断开，则也可没有二极管D2。在定电压电路V3中，设有定电压二极管ZD和阻抗元件Z。定电压二极管ZD连 接在连接点N5与定电流元件Q2的栅极(定电流元件的控制端子)之间，阻抗元件Z连接在定电流元件Q2的栅极与直流电源21的低电位侧的输出端子T2之间。对串联连接的定电压二极管ZD与阻抗元件Z的两端，经由第I电感器L I来施加平滑电容器C2两端的电压，因此定电压二极管ZD的两端成为固定电压。另外，阻抗元件Z只要使逆向电流流经定电压二极管ZD以产生固定电压即可，例如只要使数PA左右的电流流经即可。在本实施方式中，定电压电路V3也对定电流元件Q2的源极 栅极间施加上述定电压二极管ZD两端的固定电压，从而能够将定电流元件Q2的饱和电流控制为规定的电流值。在本实施方式中，第I电感器LI连接在直流电源21的低电位侧的输出端子T2与DC-DC转换器22的低电位侧的输出端子T4之间，但作为DC-DC转换器的动作与第I实施方式中的DC-DC转换器12相同。而且，本实施方式中的上述以外的结构、动作以及效果，与前述的第I实施方式相同。接下来，对第4实施方式进行说明。图5是例示本实施方式的照明装置的电路图。如图5所示，本实施方式与前述的第I实施方式相比，没有直流电源，且DC-DC转换器23中的定电压电路V4的结构不同。即，在本实施方式中，没有前述的第I实施方式以及第2实施方式中的直流电源11以及直流电源21，而是从外部供给直流的电源电压VDCin0而且，取代前述的第I实施方式中的DC-DC转换器12的定电压电路VI，而设有定电压电路V4。本实施方式的照明装置3的DC-DC转换器32的定电压电路V4以外的结构，与图I所示的结构相同。定电压电路V4的端子NI连接于连接点N5，端子N2连接于定电流元件Q2的栅极(定电流元件的控制端子)，端子N3连接于输出端子T2。定电压电路V4是如下的电路，SP 从端子NI被供给高电位VCC+，从端子N3被供给低电位VCC-，且从端子N2输出可在高电位VCC+与低电位VCC-之间调整的中间电位。端子NI与端子N2之间的电压可调整，定电流元件Q2的栅极 源极间电压(定电流元件的控制电压)成为可调整的负的固定值。另外，对定电压电路V4供给的高电位VCC+以及低电位VCC-是经由第I电感器LI而供给的平滑电容器C2两端的电压。平滑电容器C2的两端的电压在LED元件E点灯时成为LED元件E的顺向电压，因此能够使定电压电路V4动作。而且，二极管D3为了保护定电流元件Q2的栅极而连接在栅极 源极间。本实施方式中，在LED元件E的点灯时，定电压电路V4对定电流元件Q2的栅极 源极间施加可调整的负的固定电压，从而能够将定电流元件Q2的饱和电流控制为规定的电流值。因此，能够对流经LED元件E的电流的平均值进行调整，以调整LED元件E的亮度。本实施方式中的上述以外的结构、动作以及效果，与前述的第I实施方式相同。接下来，对第5实施方式进行说明。图6是例示本实施方式的照明装置的电路图。如图6所示，本实施方式与前述的第4实施方式相比，DC-DC转换器中的定电压电 路V5的结构不同。即，在本实施方式中，取代前述的第4实施方式中的DC-DC转换器32的定电压电路V4，而设有定电压电路V5。本实施方式的照明装置4的DC-DC转换器42的定电压电路V5以外的结构，与图5所示的结构相同。定电压电路V5的端子NI连接于高电位侧的输出端子T3，端子N2连接于定电流元件Q2的栅极，端子N3连接于低电位侧的输出端子T4。定电压电路V5是如下的电路，SP 从端子NI被供给高电位VCC+，从端子N3被供给低电位VCC-，且从端子N2输出可在高电位VCC+与低电位VCC-之间调整的中间电位。端子N2与端子N3之间的电压可调整，定电流元件Q2的栅极 源极间电压成为可调整的负的固定值。另外，对定电压电路V5供给的高电位VCC+以及低电位VCC-是平滑电容器C2两端的电压。平滑电容器C2两端的电压在LED元件E点灯时成为LED元件E的顺向电压，因此能够使定电压电路V5动作。本实施方式中，在LED元件E的点灯时，定电压电路V5对定电流元件Q2的栅极 源极间施加可调整的负的固定电压，从而能够将定电流元件Q2的饱和电流控制为规定的电流值。因此，能够对流经LED元件E的电流的平均值进行调整，以调整LED元件E的亮度。本实施方式中的上述以外的结构、动作以及效果，与前述的第I实施方式相同。以上，使用实施方式对本发明进行了说明，但本发明的范围并不限定于前述的实施方式，本领域技术人员适当进行构成要素的追加、变更以及省略后的实施方式只要不脱离本发明的主g，则也包含在本发明中。例如，在前述的第I实施方式 第5实施方式中，示出了开关元件Ql为常通型的元件的例子，但本发明并不限定于此，也可为常断型的元件。此时，ニ极管D2的朝向反转。即，ニ极管D2的阳极连接于连接点N5，阴极连接于耦合电容器C3以及开关元件Ql的栅极。ニ极管D2将开关元件Ql的栅极与定电流元件Q2的源极间的电压钳位于顺向电压以上。开关元件Ql的栅极电位向正电位侧电平位移，从而能够使常断型的开关元件Ql确实地导通以及断开。而且，在前述的第I实施方式以及第2实施方式中，示出了定电流元件Q2为常通型的元件的例子，但本发明并不限定于此，也可为常断型的元件。此时，定电压电路Vl或V2中的端子N2以及端子N3的连接相反。即，相对较高电位的端子N2连接于开关元件Q2的栅极，相对较低电位的端子N3连接于开关元件Q2的源极、即连接点N5。定电流元件Q2的栅极 源极间电压成为正的固定值。而且，DC-DC转换器的结构并不限定于图I以及图2所示者。而且，并不限定于降压型，例如也可为升压型、升降压型等。而且，开关电源装置也可仅为DC-DC转换器。而且，开关元件Ql以及定电流元件Q2并不限定于GaN系HEMT。例如也可为下述半导体元件，所述半导体元件是使用碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)或金刚石(diamond)之类的具有宽带隙(wide bandgap)的半导体(宽带隙半导体)，而形成在半导体基板上的半导体元件。此处，所谓宽带隙半导体是指带隙相较于约I. 4eV的砷化镓(GaAs)还宽的半导体。例如，包括带隙为I. 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。此种宽带隙半导体元件能够减小寄生电容，其结果是，能够实现高速动作，因此能够实现开关电源装置的进一步的小型化。进而，定电压电路的结构并不限定于图2以及图3所示者，只要是能够供给固定电压的电路即可。进而，照明光源E并不限于LED，也可为EL或OLED等，还可将多个照明光源E串联或并联连接于照明负载13。
对本发明的若干实施方式进行了说明，但这些实施方式仅为例示，并不意图限定发明的范围。这些新颖的实施方式可以其他各种形态来实施，在不脱离发明的主旨的范围内可进行各种省略、替换、变更。这些实施方式或其变形包含在发明的范围或主旨内，并且包含在权利要求书中记载的发明及其均等的范围内。
权利要求
1.ー种开关电源装置，其特征在于包括 第I电感器； 开关元件，在导通时对所述第I电感器供给直流电源的电源电压，而使电流流动；定电流元件，串联连接于所述开关元件，当所述开关元件的电流超过规定的电流值吋，使所述开关元件断开； 整流元件，串联连接于所述开关元件以及所述定电流元件中的任一者，当所述开关元件断开时，使所述第I电感器的电流流动； 第2电感器，与所述第I电感器磁耦合，当所述第I电感器的电流增加吋、感应产生使所述开关元件导通的电位，当所述开关元件的电流减少时、感应产生使所述开关元件断开的电位，并将感应产生的电位供给至所述开关元件的控制端子；以及定电压电路，对所述定电流元件的控制端子施加控制电位。
2.ー种开关电源装置，其特征在于包括 开关元件，第I端子连接于直流电源的ー个端子； 定电流元件，第I端子连接于所述开关元件的第2端子； 第I电感器，第I端子连接于所述定电流元件的第2端子； 第2电感器，与所述第I电感器磁耦合，当流经所述第I电感器的电流增加吋、对所述开关元件的控制端子供给使所述开关元件导通的控制电位，当流经所述第I电感器的电流减少时、对所述开关元件的控制端子供给使所述开关元件断开的控制电位； 第I整流元件，连接于所述直流电源的另ー个端子与所述第I电感器的第I端子之间，使电流沿下述方向流动，所述方向是与经由所述开关元件以及所述定电流元件对所述第I电感器供给的电流为相同的方向的电流、被供给至所述第I电感器的方向；以及定电压电路，对所述定电流元件的第2端子与控制端子之间施加控制电压。
3.根据权利要求I或2所述的开关电源装置，其特征在干， 所述定电流元件为常通型晶体管， 所述定电压电路对所述定电流元件的栅极施加比所述定电流元件的源极低的电位。
4.根据权利要求I或2所述的开关电源装置，其特征在干， 所述定电压电路以双极性晶体管的基极* 以射极电压作为基准，而输出固定电压。
5.根据权利要求I或2所述的开关电源装置，其特征在干， 所述定电压电路以常通型晶体管的阈值电压与常断型晶体管的阈值电压之差为基准，来输出所述固定电压。
6.根据权利要求I或2所述的开关电源装置，其特征在干， 所述定电压电路是以所述直流电源的电源电压来进行动作。
7.根据权利要求I或2所述的开关电源装置，其特征在于更包括 平滑电容器，设在输出侧， 所述定电压电路被供给所述平滑电容器两端的电压，而进行动作。
8.根据权利要求I或2所述的开关电源装置，其特征在干， 所述定电流元件至少具有第I端子和第2端子，所述定电流元件的第I端子连接于所述开关元件，且 所述定电压电路包括齐纳ニ极管，连接于所述定电流元件的第2端子与所述定电流元件的控制端子之间；以及 阻抗元件，连接于所述定电流元件的控制端子与电位比所述定电流元件的控制端子的电位低的部位之间， 对所述定电流元件的控制端子供给负电 位。
9.ー种照明装置，其特征在于包括 权利要求I至8中任一项所述的开关电源装置；以及 照明负载，连接于所述开关电源装置的输出端子间。
全文摘要
本发明提供一种电力的损失小且启动时的过电流得到抑制的开关电源以及照明装置。根据实施方式，提供开关电源装置，具备开关元件、定电流元件、整流元件、第1电感器及第2电感器、及定电压电路。开关元件在导通时对所述第1电感器供给直流电源的电源电压，而使电流流动。所述定电流元件串联连接于所述开关元件，当所述开关元件的电流超过规定的电流值时，使所述开关元件断开。所述整流元件串联连接于所述开关元件以及所述定电流元件中的任一者，当所述开关元件断开时，使所述第1电感器的电流流动。所述第2电感器与所述第1电感器磁耦合，将感应产生的电位供给至所述开关元件的控制端子。所述定电压电路对所述定电流元件的控制端子施加控制电位。
文档编号H05B37/02GK102739078SQ20121007324
公开日2012年10月17日 申请日期2012年3月19日 优先权日2011年3月30日
发明者北村纪之, 高桥雄治 申请人:东芝照明技术株式会社