电源装置和使用该电源装置的照明设备的制造方法_3

文档序号:8907378阅读:来源:国知局
的大小的调节信号。
[0061]第一控制单元12被配置为接收包括第一检测信号和调节信号的第四检测信号。第三控制单元14经由电阻器R9连接至电阻器R6。此外,第三控制单元14经由电阻器R9连接至第一控制单元12。在电源装置10中,第四检测信号由调节信号叠加在第一检测信号上的信号构成。
[0062]第一控制单元12被配置为基于第四检测信号的大小来控制主开关元件Ql的接通和断开。换句话说,第一控制单元12还包括用于基于第四检测信号的大小来控制主开关元件Ql的接通和断开的功能。因此,在电源装置10中,可以任意改变转换单元2的输出电流
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[0063]顺便提及,分别对谐振电容器Cl的电容和谐振电感器L5的电感进行设置,以使得在主开关元件Ql处于断开状态并且子开关元件Q2处于接通状态时,主开关元件Ql的漏极端子和源极端子之间所产生的电压(第二电压)V2的波形Al呈凸曲线形状(参考图2),其中该电压V2是由于至少谐振电容器Cl、一次绕组LI和谐振电感器L5的谐振现象而产生的。对谐振电容器Cl的电容进行设置,以使得由于谐振电容器Cl的谐振现象以及一次绕组LI和谐振电感器L5的等效电感而在变压器Tl的一次绕组LI中产生谐振电压。因此,在电源装置10中,在主开关元件Ql处于断开状态并且子开关元件Q2处于接通状态时可以在变压器Tl的一次绕组LI中产生谐振电压,并且可以使转换单元2的输出电压Vl升压。因而,在电源装置10中,可以减少变压器Tl的二次绕组L2的绕组数,并且可以使变压器Tl小型化。因此,可以使电源装置10小型化。注意,对谐振电容器Cl的电容进行设置,以使得由于谐振电容器Cl的谐振现象以及一次绕组LI和谐振电感器L5的等效电感而在变压器Tl的一次绕组LI中产生谐振电压,但可以以不同方式设置谐振电容器Cl的电容。例如,可以对谐振电容器Cl的电容进行设置,以使得由于谐振电容器Cl的谐振现象以及一次绕组L1、谐振电感器L5、二次绕组L2和变压器Tl的漏电感的等效电感而在变压器Tl的一次绕组LI中产生谐振电压。在主开关元件Ql处于断开状态并且子开关元件Q2处于接通状态时,主开关元件Ql的电压V2的波形Al呈凸曲线形状。换句话说,在时间段S2 (参考图2)中,主开关元件Ql的电压V2的波形Al呈如下波形:电压V2的电压值根据时间经过而逐渐增大,然后在达到电压V2的峰值之后根据时间经过而逐渐减小。也就是说,电压V2的电压值在时间段S2的中间点(例如,图2中的时刻t5)处相比时间段S2的起始点(例如,图2中的时刻t3)或结束点(例如,图2中的时刻t4)处变大。
[0064]在电源装置10中,在主开关元件Ql处于断开状态并且子开关元件Q2处于接通状态时,子开关元件Q2中流动的电流13的波形A2呈S形状(参考图2)。也就是说,分别对谐振电容器Cl的电容和谐振电感器L5的电感进行设置,以使得在主开关元件Ql处于断开状态并且子开关元件Q2处于接通状态时,子开关元件Q2中流动的电流13的波形A2呈S形状。在主开关元件Ql处于断开状态并且子开关元件Q2处于接通状态时,子开关元件Q2中流动的电流13的波形A2呈S形状。换句话说,在时间段S2中,子开关元件Q2中流动的电流13的波形A2呈如下波形:子开关元件Q2中流动的电流13的电流值根据时间经过而从负的最大值逐渐改变为正的最大值。也就是说,电流13的电流值在时间段S2的起始点(例如,图2中的时刻t2)处为负的最大值。电流13的电流值从负的最大值起逐渐增大并且在中间点(例如,图2的时刻t5)处变为零。然后,电流13的电流值从零起逐渐增大并且在结束点(例如,图2的时刻t4)处变为正的最大值。
[0065]此外,分别对谐振电容器Cl的电容和谐振电感器L5的电感进行设置,以使得在主开关元件Ql处于断开状态并且子开关元件Q2处于接通状态时,主开关元件Ql的电压V2的峰值大于或等于电源单元I的输出电平V3、并且小于主开关元件Ql的击穿电压。因此,在电源装置10中,可以选择击穿电压相对较低的开关元件作为主开关元件Q1,并且可以使转换单元2的输出电压Vl升压。因而,可以实现电源装置10的小型化和低成本化。
[0066]以下将参考图1和2来说明根据本实施例的电源装置10的操作。注意,以下将假定从商用电源25向电源装置I供给电力来进行说明。图2示出谐振电容器Cl两端的电压V4、子开关元件Q2的栅极和源极之间的电压V5以及子开关元件Q2的漏极和源极之间的电压V6。
[0067]在电源装置10中主开关元件Ql从断开状态转变为接通状态时(图2中的时刻tl),电流12经由变压器Tl的一次绕组LI在主开关元件Ql中流动。因此,在电源装置10中,磁能累积在一次绕组LI中。
[0068]此外,在电源装置10中主开关元件Ql从接通状态转变为断开状态时(图2中的时刻t2),在一次绕组LI中产生反电动势。因此,在电源装置10中,对电容器8进行充电,并且主开关元件Ql的电压V2上升(图2中的时刻t2?时刻t3的时间段)。此外,在电源装置10中对电容器8进行充电的情况下(图2中的时刻t3?时刻t4的时间段),电流在二极管9中流动并且谐振电容器Cl被反向充电。
[0069]此外,在电源装置10中对谐振电容器Cl进行反向充电的情况下,如果变压器Tl的四次绕组L4中所产生的感应电压(子开关元件Q2的栅极和源极之间的电压V5)变为子开关元件Q2的栅极阈值电压Vth以上(图2中的时刻t3),则子开关元件Q2从断开状态转变为接通状态。因此,在电源装置10中,电流13从一次绕组LI经由谐振电容器Cl在子开关元件Q2中流动,并且主开关元件Ql的电压V2的波形Al呈凸曲线形状。因而,在电源装置10中,可以抑制主开关元件Ql的电压V2快速上升,并且可以抑制主开关元件Ql的介电击穿。此外,在电源装置10中,在主开关元件Ql处于断开状态并且子开关元件Q2处于接通状态时,子开关元件Q2中流动的电流13的波形A2呈S形状。
[0070]此外,在电源装置10中主开关元件Ql处于断开状态并且子开关元件Q2处于接通状态时(图2中的时刻t3?时刻t4的时间段),由于至少谐振电容器Cl、一次绕组LI和谐振电感器L5的谐振现象而在变压器Tl的一次绕组LI中产生谐振电压。此外,在电源装置10中主开关元件Ql处于断开状态并且子开关元件Q2处于接通状态时,将一次绕组LI中所产生的谐振电压传递至二次绕组L2。因此,在电源装置10中,电流14在谐振电感器L5中流动,并且对电容器C2进行充电。因而,在电源装置10中,在电容器C2两端的电压变为各个固态发光元件22的正向电压的总和以上的情况下,可以使光源单元23进行工作。
[0071]此外,在电源装置10中变压器Tl的四次绕组L4中所产生的感应电压变得小于子开关元件Q2的栅极阈值电压Vth的情况下(图2中的时刻t4),子开关元件Q2从接通状态转变为断开状态。因此,在电源装置10中,谐振电容器Cl中所累积的电荷经由电源单元I被放电至接地端。此外,在电源装置10中,电容器8中所累积的电荷经由一次绕组LI和电源单元I的路径被放电至接地端。
[0072]顺便提及,如图3所示,本发明人构思了作为根据本实施例的电源装置10的模拟模型的电源装置16。电源单元I是输出固定的DC电压的DC电源。注意,在电源装置16中,向与电源装置10的构成元件相同的构成元件设置相同的附图标记,并且将适当省略针对这些构成元件的说明。图3中的电容器17表示子开关元件Q2中的寄生电容器。此外,图3中的开关元件Ql和Q2的图形符号以简化形式表示MOSFET。
[0073]在电源装置16中,将电源单元I的输出电压设置为140V,将主开关元件Ql的开关频率设置为200kHz,并且将子开关元件Q2的开关频率设置为200kHz,但没有具体限制这些参数的值。作为示例,将开关元件Ql和Q2的占空比分别设置为38%。
[0074]此外,本发明人通过在电源装置16中在除谐振电容器Cl以外的电路组件的常数固定的状态下改变谐振电容器Cl的电容,进行了模拟。注意,例如在对电源装置16进行模拟的情况下,本发明人使用了电路模拟器等。
[0075]在电源装置16中将谐振电容器Cl的电容设置为10nF的情况下,在主开关元件Ql处于断开状态并且子开关元件Q2处于接通状态时,如图4所示,主开关元件Ql的漏极和源极之间的电压V7的波形A3平坦。电压V7的峰值为246.6V。转换单元2的输出电流15的平均值为151.1mA。图4还示出主开关元件Ql中流动的电流16、子开关元件Q2的漏极和源极之间的电压V8以及子开关元件Q2中流动的电流17。
[0076]此外,在电源装置16中将谐振电容器Cl的电容设置为1nF的情况下,在开关元件Ql处于断开状态并且子开关元件Q2处于接通状态时,如图5所示,主开关元件Ql的漏极和源极之间的电压V7的波形A4呈凸曲线形状(以下称为第一凸曲线)。电压V7的峰值为257.1V。转换单元2的输出电流15的平均值为149.8mA。图5还示出主开关元件Ql中流动的电流16、子开关元件Q2的漏极和源极之间的电压V8以及子开关元件Q2中流动的电流17。
[0077]此外,在电源装置16中将谐振电容器Cl的电容设置为1.5nF的情况下,在主开关元件Ql处于断开状态并且子开关元件Q2处于接通状态时,如图6所示,主开关元件Ql的漏极和源极之间的电压V7的波形A5呈凸曲线形状(以下称为第二凸曲线)。第二凸曲线的曲率大于第一凸曲线的曲率。电压V7的峰值为426.1V。转换单元2的输出电流15的平均值为151.6mA。图6还示出主开关元件Ql中流动的电流16、子开关元件Q2的漏极和源极之间的电压V8以及子开关元件Q2中流动的电流17。
[0078]因此,在电源装置16中将谐振电容器Cl的电容设置为1nF和1.5nF的情况下,电压V7的波形A4和波形A5呈凸曲线形状,并且电压V7的峰值相比谐振电容器Cl的电容被设置为10nF的情况变大。因此,在电源装置16中,在谐振电容器Cl的电容充分小于电压V7的波形A3平坦的情况下的谐振电容器Cl的电容的情况下,电压V7的波形A4和A5可以呈凸曲线形状,并且电压V7的峰值可以变大。也就是说,在电源装置10中,在谐振电容器Cl的电容充分小于电压V2的波形平坦的情况下的谐振电容器Cl的电容的情况下,电压V2的波形呈凸曲线形状,并且电压V2的峰值可以变大。例如,相比在电压V2的波形平坦的情况下的谐振电容器Cl的电容充分小的电容优选是在电压V2的波形平坦的情况下的谐振电容器Cl的电容的1/100?1/10的范围内的电容。注意,在以下说明中,为了便于说明,将谐振电容器Cl的电容充分小于在电压V7的波形A3平坦的情况下的谐振电容器Cl的电容简称为“谐振电容器Cl的电容充分小”。
[0079]图7是针对电源装置16所进行的模拟结果的示例,并且示出在转换单元2的输出电流15的平均值设置为150mA和75mA的情况下变压器Tl的绕组比和谐振电容器Cl的电容之间的相关图。变压器Tl的绕组比是二次绕组L2的绕组数相对于一次绕组LI的绕组数的比。图7中的BI所指定的曲线是在转换单元2的输出电流15的平均值
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