专利名称：电源装置以及照明器具的制作方法
技术领域：
本发明的实施方式涉及一种通过输出电流而使负载动作的电源装置以及具备此电源装置的照明器具。
背景技术：
先前，例如有一种搭载有串联连接着多个发光二极管(Light Emitting Diode, LED)来作为负载的发光模块(module)的照明器具。此种照明器具是采用从电源电路向发光模块供给直流的恒定电流而使LED大致均勻地点灯的结构。但是，在电路中的各连接部的装卸、接触不良或断线等时，如果在电路中产生电弧 (arc)，则由于供给的是直流的恒定电流，因而不容易使电弧消除。因此，有一种对于电源电路的输出而设置用于使电弧消弧的输出降低期间以防止电弧继续的结构。现有技术文献专利文献专利文献1日本专利特开2009-10100号公报但是，如果对输出设置了输出降低期间，则有可能发生负载的动作不均，尤其在 LED的情况下可能发生闪烁(flicker)。
发明内容
本发明是有鉴于此点而完成，其目的在于提供一种既防止电弧的继续又抑制了负载的动作不均的电源装置以及具备此电源装置的照明器具。实施方式的电源装置包括电源电路，该电源电路通过将最大值的期间为1周期的以上的梯形波状电流予以输出而使负载动作。发明的效果根据本发明，电源电路通过将最大值的期间为1周期的以上的梯形波状电流予以输出而使负载动作，由此对每1个周期设置输出电流值相对较小的期间，从而既能防止电弧的继续，又能降低输出电流的纹波(ripple)率而抑制负载的动作不均。
图1是表示第1实施方式的电源装置的电路图。图2是具备第1实施方式的电源装置的照明器具的立体图。图3(a)至图3(c)是表示与第1实施方式的电源装置的负载控制对应的输出电流的波形的说明图。图4是表示第1实施方式的电源装置的输出电流波形的纹波率的计算过程的说明图。图5是表示第1实施方式的照明器具的光输出与电源装置的输出电流控制的关系的图表。图6是表示第1实施方式的电源装置的输出电流的最大值的期间相对于1周期的比例与感觉到半导体发光元件闪烁的被测者的比例的对应的表。图7(a)至图7(c)是表示与第2实施方式的电源装置的负载控制对应的输出电流的波形的说明图。符号的说明
11照明器具
12反射体
13器具本体
14 灯座
16作为灯的直管型LED灯
17作为电源装置(电源电路)的
21管体
22发光模块
23连接部
25作为负载的半导体发光元件
26灯脚
31电源线
35连接线
37全波整流元件
38第1平滑元件
39升压电路
40降压电路
41开关元件
42二极管
43电感器
44第2平滑元件
45控制机构
A 电流的变动幅度
dl波峰部分的期间
d2相对于1周期的矩形波的宽度
e 商用交流电源
LL、L2 折线
Pl规定的光输出
具体实施例方式以下，参照图1至图6来说明本发明的第1实施方式。在图2中，11表示照明器具，该照明器具11为天花板直接安装型照明器具，包括 器具本体13，具有设置于天花板的未图示的本体部以及安装于该本体部的逆富士形的反射体12 ；—对作为光源安装机构的灯座(socket) 14，彼此相向地配设于该器具本体13的两端；直管型LED灯16，是作为连接于所述一对灯座14间的直管型的光源即灯(lamp)的LED 灯；以及作为电源装置(电源电路)的专用电源17，对该直管型LED灯16供给电力而使直管型LED灯16点灯。该照明器具11为双灯用，使用2组用的一对灯座14，且使用2根直管型LED灯16。本实施方式的照明器具11直接利用既设的使用直管型荧光灯的照明器具结构的器具本体13以及灯座14，来改造(renewal)为使用直管型LED灯16以及专用电源17的照明器具11。或者，即使在新设置使用直管型LED灯16以及专用电源17的照明器具11的情况下，也能沿用现有的使用直管型荧光灯的照明器具结构的器具本体13以及灯座14，而设置为使用直管型LED灯16以及专用电源17的照明器具11。直管型LED灯16例如具备具有透光性且为圆筒状的直管型的管体21 ；收容于该管体21内的发光模块22 ；以及设于管体21的两端的连接部23。管体21是由具有透光性以及扩散性的玻璃(glass)或树脂材料而形成为与直管型荧光灯大致相同的管长以及管径且与直管型荧光灯大致相同的外观的长条的圆筒状，且在两端设有作为安装部的连接部23。发光模块22具备沿着管体21的管轴向而成细长的基板(未图示)；以及沿着该基板的长度方向而安装的例如LED元件等的作为负载的多个半导体发光元件25。该发光模块22既可将基板设为平板状，在该基板的一面安装半导体发光元件25，以主要从管体 21的规定方向放射出光，或者也可将基板设为多边形的筒状，在该基板的周面安装半导体发光元件25，以从管体21的整周放射出光。在半导体发光元件25例如为LED元件的情况下，发出蓝色光的LED芯片由含有受到蓝色光激发而放出黄色光的荧光体的透明树脂所密封，以从该透明树脂的表面放射出白色系的光。连接部23相对于灯座14而连接着，且例如由具有绝缘性的合成树脂材料而形成为与直管型荧光灯的灯头同样的形状，且粘附固定于管体21的端部。而且，在该连接部23 的端面，突出设置有与直管型荧光灯的灯脚(pin)同样的作为受电部的一对灯脚26。另外， 连接部23并不限于一对灯脚沈，也可为1根灯脚，或者还可为其他结构，只要能够相对于灯座14而达成电性连接或支撑，则可采用任何结构。而且，该连接部23例如也可经由转接器 (adapter)等而电性地以及物理性地连接于灯座14。并且，直管型LED灯16的外径以及全光束例如与现有的直管型荧光灯40W型 (FL40型、FHF32型)大致同等，管轴向的全长为小于1300mm且IOOOmm以上的范围，全光束具有20001m以上的额定特性。而且，如图1所示，用来供给商用交流电源e(例如100VAC，50/60HZ)的一对电源线31穿过器具本体13内而连接于专用电源17的输入侧，该专用电源17的输出侧与各灯座14利用连接线35而连接。另外，图1中仅示出了一个直管型LED灯16，另一个直管型 LED灯16也同样。此时，专用电源17例如具备对来自商用交流电源e的交流电力进行整流的桥式二极管(bridge diode)等的全波整流元件37、使来自该全波整流元件37的输出电力平滑化的平滑电容器等的(第1)平滑元件38、作为升压机构的升压电路39、以及作为降压机构的降压电路40等，且该专用电源17对交流正弦波或交流矩形波的交流电力进行直流转换并通过灯座14而供给至直管型LED灯16的灯脚沈。另外，专用电源17例如既可连接于将来自商用交流电源e的交流电力作为交流电力而输出的荧光灯用点灯装置等的交流电源的输出侧，也可在与全波整流元件37之间设置线路滤波器(line filter)等。升压电路39例如为升压斩波器(chopper)电路等的已知电路，且电性连接于平滑元件38的输出侧。另外，该升压电路39可采用任意结构，因此省略详细结构。而且，降压电路40例如为降压斩波器电路且具有电性连接于升压电路39的输出侧的金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)等的开关(switching)元件 41 与成为续流二极管(flywheel diode) 的二极管42的串联电路、并联地电性连接于该二极管42的电感器(inductor) 43与电容器等的(第2)平滑元件44的串联电路，且通过由控制机构45来对开关元件41进行开关控制而进行降压动作。并且，专用电源17例如输出图3 (a)至图3(c)所示的梯形波状输出电流，可通过开关元件41的开关控制(开关频率以及占空比(duty ratio))来控制输出电流(电流波形)。并且，该专用电源17中，梯形波状的最大值，S卩，波峰(peak)部分的期间dl被设定为 1周期的以上。另外，图3(a)、图3(b)、图3(c)所示的输出电流的波形始终表示了理想的(计算上的)形状，实际的输出电流的波形包含少许的形状误差。此处，上述波峰部分的期间dl是由输出电流的纹波率RF所规定。纹波率RF是将电流的变动幅度A除以平均值(实效电流值)Ia所得的值(RF = A/Ia)，纹波率RF越小，则表示输出电流中所含的脉动流越小。例如当输出电流为图4的虚线所示的矩形波时，电流的变动幅度A将达到矩形波的最大值，因此如果将相对于1周期的矩形波的宽度(导通占空(ON duty))设为d2，则纹波率RF为A/(A · · d2) = l/d2。该专用电源17将纹波率RF 设定为1. 3以下，因此根据l/d2 ^ 1. 3而得d2彡0. 769...。并且，如本实施方式般，当输出电流为梯形波状时，如果近似于图4的虚线所示的矩形波，则dl = d2-(l-d2) = 2..d2-l, 因此，通过代入上述d2彡0. 769...，得到dl彡0. 538...。因此，本实施方式的专用电源17 为了使输出电流的纹波率RF为1. 3以下，而将输出电流的梯形波的波峰部分的期间dl，换言之，将导通占空设为1周期的以上。进而，专用电源17利用控制机构45的对开关元件41的控制来控制向半导体发光元件25输出的输出电流，从而能够进行半导体发光元件25的控制即调光。此处，专用电源 17如上所述将输出电流的波峰部分的期间dl设为1周期的以上，因此在减小输出电流以获得深调光时，降低最大值。即，如图5的图表所示，专用电源17在全光点灯状态下， 即，从与光输出100% (调光率0%)对应的最大输出电流值(图3(a))至与规定的光输出 Pl(小于100%)对应的规定输出电流值(图3(b))为止的期间，将最大值固定为规定值并使波峰部分的期间dl增减，由此来控制光输出(图表中的折线Li)，当将输出电流控制至与比规定的光输出Pl小的光输出对应的电流值即规定输出电流值以下的电流值为止时， 换言之，当使调光率进一步增加时，将波峰部分的期间dl固定为1周期的而使最大值 (变动幅度A)增减(图3(c))(图表中的折线L2)。换言之，规定的光输出Pl成为专用电源17的梯形波状输出电流的波峰部分的期间dl为1周期的且最大值达到上述规定值时的半导体发光元件25的输出。另外，输出电流的波峰部分的期间dl与最大值的增减亦可未必为线性(linear)控制。而且，在本实施方式中，专用电源17通过全波整流元件37来对50/60HZ的商用交流电源e进行全波整流，因此，输出电流中所含的脉动流的频率为100/120HZ，例如只要输出电流中所含的脉动流为IOOHz以上的频率，便可同样地对应而使用。并且，在专用电源17中，对于经升压电路39升压的升压电压，通过在降压电路40 中控制机构45使开关元件41导通，而使增加电流流经电感器43以蓄积磁能，通过使开关元件41断开，而使蓄积在电感器43中的磁能经由二极管42而放出，从而使减少电流流动而平滑元件44受到充电。以下，通过重复同样的电路动作，本实施方式中，从专用电源17输出具有图4所示的梯形波状电流波形的恒定电流，该输出电流经由连接线35、灯座14以及连接部23的灯脚沈而供给至发光模块22的半导体发光元件25，从而半导体发光元件25 点大丁 ο此时，由于将专用电源17的输出电流设为梯形波状，因此即使在因各连接部分的装卸、接触不良、断线等而在电路中暂时产生电弧的情况下，通过使供给至直管型LED灯16 的输出电压(输出电流)在每1周期中为0，从而能够防止电弧的继续。而且，专用电源17 将梯形波状输出电流的波峰部分的期间dl设定为1周期的以上，由此，专用电源17 的输出电流的纹波率RF为1. 3以下。因此，能够抑制半导体发光元件25的动作不均即闪烁，换言之，能够抑制使用者可目测的等级(level)的发光量的变化，尤其能够减少高照度的环境下的闪烁。此处，图6表示使多个被测者观察梯形波状输出电流的波峰部分的期间不同的灯，以实验是否感觉到闪烁的结果。与上述第1实施方式对应的实例1以及实例2中，将梯形波状输出电流的波峰部分的期间dl分别设为M%、82%，在与先前例对应的比较例中设为33%。换言之，实例1以及实例2将输出电流的纹波率RF分别设为1.3、1.1，比较例将输出电流的纹波率RF设为1.5。如图6所示，在比较例的情况下，50%以上的被测者感觉到闪烁，与此相对，在实例1以及实例2的情况下，感觉到闪烁的被测者分别为10%、5%。即， 可知的是，在本实施方式中，通过将梯形波状输出电流的波峰部分的期间dl设为1周期的
以上，能够降低输出电流的纹波率RF而有效地抑制半导体发光元件25的闪烁。尤其，在输出电流中所含的脉动流的频率相对较小的范围内，例如在IOOHz左右的频率中，人类的眼睛可检测到半导体发光元件25的闪烁，因此使用者易感觉到闪烁。因此，在输出包含IOOHz以上的脉动流的输出电流的专用电源17中，通过将梯形波状输出电流的波峰部分的期间dl设定为1周期的以上，从而即使是通过包含使用者易感觉到闪烁的频段的脉动流的输出电流来点灯的半导体发光元件25，使用者也难以感觉到闪烁，从而能够减少因闪烁引起的不适感。而且，在适合于该直管型LED灯16的照明器具11中，通过将专用电源17配置于器具本体I3侧，能够廉价地构成直管型LED灯16，并且能够与现有的直管型荧光灯同样地进行更换，因此容易进行直管型LED灯16的更换。进而，能够降低该直管型LED灯16的更换时的费用负担，而且，能够降低专用电源17从半导体发光元件25受到的热影响，从而可提高专用电源17的可靠性及寿命。进而，通过在1周期的以上的范围内使梯形波状电流的波峰部分的期间增减，从而在最大输出电流值至比该最大输出电流值小的规定输出电流值之间控制对半导体发光元件25的输出电流，并且在将该输出电流控制为规定输出电流值以下时，将最大值的期间固定为1周期的而使最大值增减，由此能够防止电弧的继续，降低输出电流的纹波率而抑制半导体发光元件25的动作不均(闪烁)，并且能够实现更有效的半导体发光元件25的控制，即，能够加宽半导体发光元件25的调光幅度，从而可实现半导体发光元件25 的深调光。其次，参照图7(a)、图7(b)、图7(c)来说明第2实施方式。另外，对于与上述第1 实施方式同样的结构以及作用效果，标注相同的符号并省略其说明。该第2实施方式具有与上述第1实施方式同样的结构，但专用电源17的输出电流的控制不同。具体而言，专用电源17在将输出电流的波峰部分的期间dl固定为1周期的
以上的规定期间(将开关元件41的导通占空固定为规定的导通占空)并增大输出电流时， 使最小值增加。即，专用电源17在最大光输出，S卩，在与光输出100% (调光率0%)对应的最大输出电流值(图7(a))至与规定的光输出P2(小于100% )对应的规定输出电流值 (图7(b))为止的期间，通过使最小值即梯形波状输出电流的周期间的波谷的部分增减而控制光输出，且在将输出电流控制至与比规定的光输出P2小的光输出对应的电流值即规定输出电流值以下的电流值为止时，换言之，在使调光率进一步增加时，仍然保持将输出电流的波峰部分的期间dl固定为1周期的以上的规定期间的状态，而使最大值(变动幅度A)增减(图7(c))。另外，最小值是在能够使因各连接部分的装卸、接触不良、断线等而在电路中产生的电弧得到消弧的范围内受到控制。该范围是根据照明器具11(专用电源 17)中的各连接部分的距离等而预先设定为规定的范围。并且，通过将梯形波状电流的波峰部分的期间dl固定为1周期的以上的规定值而使最小值增减，从而在最大输出电流至比该最大输出电流小的规定输出电流值之间控制对负载的输出电流，并且在将该输出电流控制为规定输出电流值以下时，将最大值的期间固定为上述规定值而使最大值增减，从而防止电弧的继续，降低输出电流的纹波率而抑制负载的动作不均，并且能够实现更有效的半导体发光元件25的控制，即，能够加宽半导体发光元件25的调光幅度，从而可实现半导体发光元件25的深调光。另外，在上述各实施方式中，专用电源17只要将梯形波状输出电流的最大值的期间dl设定为以上，则例如也可采用在每1周期使输出电压(输出电流)为OV(OA)的结构。此时，例如即使在因直管型LED灯16内的电路中的各连接部分的装卸、接触不良、断线等而在电路中产生电弧的情况下，通过使供给至直管型LED灯16的输出电压(输出电流)在每1周期中为0，从而也能防止电弧的继续。而且，作为照明器具11，例如既可为使用1组一对灯座14的单灯型的照明器具，也可为使用3组以上的一对灯座14的多灯型的照明器具。而且，并不限于天花板直接安装型照明器具，也可为嵌入型照明器具等。进而，作为灯，并不限于直管型LED灯16，例如也可为灯泡型的LED灯等。因此，灯的结构可采用具备通过专用电源17来点灯而发光的半导体发光元件25的任意结构。并且，半导体发光元件25例如也可为有机电致发光(Electroluminescence，EL) 元件等。而且，从灯座14向直管型LED灯16的电力供给例如既可从一对灯座14的两者来进行，也可仅从一者进行。当仅从一个灯座14进行电力供给时，既可仅在另一个灯座14侧支撑直管型LED灯16的端部，或者，也可从另一个灯座14将例如调光信号传送至直管型 LED灯16，通过内置在直管型LED灯16中的调光电路来对半导体发光元件25的点灯状态进行调光。而且，也可不利用灯座14，而通过介电耦合等的方法，以非接触的方式来从配置在器具本体13侧的非接触供电部而对配置在直管型LED灯16侧的非接触受电部进行电力供给。进而，灯座14也可仅用于直管型LED灯16的支撑，而对直管型LED灯16使用其他供电方法。进而，作为负载，可使用直流驱动的半导体发光元件25以外的任意负载。并且，也可将上述各实施方式的控制彼此组合。即，即使采用如下的控制等，也能起到与上述各实施方式同样的作用效果，该控制是指专用电源17在从最大输出电流至比该最大输出电流小的规定输出电流值之间控制对负载的输出电流时，使梯形波状电流的波峰部分的期间dl在1周期的以上的范围内增减，或固定为以上的规定值而使最小值增减，当将该输出电流控制为规定输出电流值以下时，将最大值的期间固定为1周期的M%或上述规定值而使最大值增减。
权利要求
1.一种电源装置，其特征在于包括电源电路，通过将最大值的期间为1周期的以上的梯形波状电流予以输出而使负载动作。
2.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，电源电路通过使梯形波状电流的最大值的期间在1周期的以上的范围内增减，从而在最大输出电流值至比该最大输出电流值小的规定输出电流值之间控制对负载的输出电流，当将该输出电流控制为规定输出电流值以下时，将该最大值的期间固定为1周期的而使该最大值增减。
3.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，电源电路通过使梯形波状电流的最大值的期间固定为1周期的以上的规定值而使该最小值增减，从而在最大输出电流至比该最大输出电流小的规定输出电流值之间控制对负载的输出电流，当将该输出电流控制为规定输出电流值以下时，将该最大值的期间固定为规定值而使该最大值增减。
4.一种照明器具，其特征在于包括器具本体；灯，具有作为负载的半导体发光元件；以及根据权利要求1至3中任一项所述的电源装置，使该半导体发光元件点灯。
全文摘要
一种既防止电弧的继续又抑制了半导体发光元件的动作不均的LED灯的专用电源。照明器具包括器具本体、具有半导体发光元件(25)的直管型LED灯(16)、以及使半导体发光元件(25)点灯的专用电源(17)。专用电源(17)通过将波峰部分的期间为1周期的54％以上的梯形波状电流予以输出而使半导体发光元件(25)点灯。
文档编号H05B37/02GK102300363SQ20111016559
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月20日 优先权日2010年6月28日
发明者大崎肇, 寺坂博志, 岩井直子, 镰田征彦 申请人:东芝照明技术株式会社