電源裝置和使用該電源裝置的照明設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明通常涉及電源裝置和使用該電源裝置的照明設(shè)備，并且更具體地涉及被配置為向負(fù)載供給電力的電源裝置和使用該電源裝置的照明設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]迄今為止，已提出了作為電源而包括在各種電子設(shè)備中的開(kāi)關(guān)電源電路(例如，參考日本特開(kāi)2001-339948，以下稱(chēng)為“文獻(xiàn)I”)。
[0003]文獻(xiàn)I所述的開(kāi)關(guān)電源電路包括:全波整流電路，其包括橋式整流電路和平滑電容器；以及主開(kāi)關(guān)元件。此外，開(kāi)關(guān)電源電路還包括:開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)單元，其被配置為驅(qū)動(dòng)主開(kāi)關(guān)元件；以及絕緣換流變壓器，其包括一次繞組和二次繞組。
[0004]使用MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)作為主開(kāi)關(guān)元件。在主開(kāi)關(guān)元件的漏極和源極之間連接有并聯(lián)諧振電容器。此外，在主開(kāi)關(guān)元件的漏極和源極之間還連接有鉗位二極管。
[0005]有源鉗位電路并聯(lián)連接至一次繞組。該有源鉗位電路包括:輔助開(kāi)關(guān)元件；自激驅(qū)動(dòng)電路，其被配置為驅(qū)動(dòng)該輔助開(kāi)關(guān)元件；鉗位電容器；以及鉗位二極管。該自激驅(qū)動(dòng)電路包括電容器、兩個(gè)電阻器以及設(shè)置在絕緣換流變壓器中的驅(qū)動(dòng)繞組。
[0006]在絕緣換流變壓器的二次側(cè)上形成有倍壓半波整流電路。該倍壓半波整流電路包括二次繞組、串聯(lián)諧振電路、第一整流二極管、第二整流二極管和平滑電容器。該串聯(lián)諧振電容器串聯(lián)連接至二次繞組。第一整流二極管與二次繞組和串聯(lián)諧振電容器的串聯(lián)電路并聯(lián)連接。第二整流二極管和平滑電容器的串聯(lián)電路與二次繞組和串聯(lián)諧振電容器的串聯(lián)電路并聯(lián)連接。
[0007]如上所述，由于在文獻(xiàn)I所述的傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源電路中在絕緣換流變壓器的二次側(cè)上形成倍壓半波整流電路，因此難以使該開(kāi)關(guān)電源電路進(jìn)一步小型化。此外，最近期望使作為電源而包括在各種電子設(shè)備中的電源裝置進(jìn)一步小型化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明是考慮到上述問(wèn)題而作出的，并且本發(fā)明的目的是提供能夠進(jìn)一步小型化的電源裝置和使用該電源裝置的照明設(shè)備。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的方面的一種電源裝置，包括:電源單元，其被配置為根據(jù)輸入電壓來(lái)生成第一直流電壓；轉(zhuǎn)換單元，其被配置為將從所述電源單元輸出的所述第一直流電壓轉(zhuǎn)換成與所述第一直流電壓不同的第二直流電壓；以及控制單元，其被配置為控制所述轉(zhuǎn)換單元，其中，所述轉(zhuǎn)換單元是有源鉗位型反激轉(zhuǎn)換器，并且包括:主開(kāi)關(guān)元件；子開(kāi)關(guān)元件；反激型的變壓器，其包括一次繞組和二次繞組；以及整流元件，其被配置為對(duì)所述二次繞組中產(chǎn)生的第一電壓進(jìn)行半波整流，其中，所述主開(kāi)關(guān)元件和所述子開(kāi)關(guān)元件各自包括第一主端子、第二主端子和控制端子，所述一次繞組與所述主開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)連接，并且所述一次繞組與諧振電容器和所述子開(kāi)關(guān)元件的串聯(lián)電路并聯(lián)連接，所述二次繞組與所述整流元件和諧振電感器的串聯(lián)電路串聯(lián)連接，所述控制單元被配置為控制所述主開(kāi)關(guān)元件和所述子開(kāi)關(guān)元件，并且包括以下控制模式作為控制模式:所述主開(kāi)關(guān)元件被置于接通狀態(tài)并且所述子開(kāi)關(guān)元件被置于斷開(kāi)狀態(tài)的第一控制模式；所述主開(kāi)關(guān)元件被置于斷開(kāi)狀態(tài)并且所述子開(kāi)關(guān)元件被置于接通狀態(tài)的第二控制模式；以及所述主開(kāi)關(guān)元件和所述子開(kāi)關(guān)元件這兩者都被置于斷開(kāi)狀態(tài)的第三控制模式，所述控制單元被配置為使所述第一控制模式和所述第二控制模式隔著所述第三控制模式交替進(jìn)行，以及分別對(duì)所述諧振電容器的電容和所述諧振電感器的電感進(jìn)行設(shè)置，以使得在所述主開(kāi)關(guān)元件處于斷開(kāi)狀態(tài)并且所述子開(kāi)關(guān)元件處于接通狀態(tài)的時(shí)間段中，所述主開(kāi)關(guān)元件的所述第一主端子和所述第二主端子之間所產(chǎn)生的第二電壓在所述時(shí)間段中隨時(shí)間經(jīng)過(guò)的波形呈凸曲線形狀，其中所述第二電壓是由于至少所述諧振電容器、所述一次繞組和所述諧振電感器的諧振現(xiàn)象而產(chǎn)生的。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一方面的一種照明設(shè)備，包括:上述電源裝置；光源單元，其能夠利用所述電源裝置進(jìn)行工作；以及設(shè)備本體，用于安裝所述電源裝置和所述光源單元。
【附圖說(shuō)明】
[0011]附圖通過(guò)僅示例而非限制性的方式示出根據(jù)本教導(dǎo)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)現(xiàn)方式。在這些附圖中，相同的附圖標(biāo)記指代相同或相似的元件。
[0012]圖1是根據(jù)實(shí)施例1的電源裝置的電路圖；
[0013]圖2是示出根據(jù)實(shí)施例1的電源裝置的操作的時(shí)序圖；
[0014]圖3是根據(jù)實(shí)施例1的電源裝置的模擬模型的電路圖；
[0015]圖4是作為使用模擬模型所進(jìn)行的模擬的結(jié)果的示出電源裝置的操作的時(shí)序圖；
[0016]圖5是作為使用模擬模型所進(jìn)行的模擬的結(jié)果的示出電源裝置的操作的另一時(shí)序圖；
[0017]圖6是作為使用模擬模型所進(jìn)行的模擬的結(jié)果的示出電源裝置的操作的又一時(shí)序圖；
[0018]圖7是關(guān)于使用電源裝置的模擬模型所進(jìn)行的模擬的結(jié)果、變壓器的繞組比和諧振電容器的電容之間的相關(guān)圖；
[0019]圖8是根據(jù)實(shí)施例1的照明設(shè)備的安裝狀態(tài)下的示意側(cè)視圖；
[0020]圖9是根據(jù)實(shí)施例1的照明設(shè)備的示意立體圖；
[0021]圖10是根據(jù)實(shí)施例2的電源裝置的電路圖；
[0022]圖11是示出根據(jù)實(shí)施例2的電源裝置中的整流電路、功率因數(shù)改善電路和電源單兀的電路圖；以及
[0023]圖12是用作比較例的電源裝置的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]實(shí)施例1
[0025]以下將參考圖1和2來(lái)說(shuō)明根據(jù)本實(shí)施例的電源裝置10。
[0026]電源裝置10被配置為向負(fù)載21供給電力。例如，可以使用包括兩個(gè)以上的固態(tài)發(fā)光元件22的光源單元23作為負(fù)載21。例如，可以使用發(fā)光二極管等作為固態(tài)發(fā)光元件22。注意，電源裝置10沒(méi)有包括負(fù)載21作為構(gòu)成元件。
[0027]光源單元23包括兩個(gè)以上的固態(tài)發(fā)光元件22。盡管固態(tài)發(fā)光元件22的電氣連接是串聯(lián)連接，但該電氣連接不限于串聯(lián)連接。固態(tài)發(fā)光元件22的電氣連接可以是并聯(lián)連接，或者可以是組合串聯(lián)連接和并聯(lián)連接的連接。假定固態(tài)發(fā)光元件22的發(fā)光顏色為白色，但該發(fā)光顏色不限于白色。
[0028]盡管在光源單元23中固態(tài)發(fā)光元件22的數(shù)量為兩個(gè)以上，但該數(shù)量也可以為一個(gè)。在光源單元23中使用發(fā)光二極管作為固態(tài)發(fā)光元件22，但該發(fā)光元件不限于發(fā)光二極管。例如，在光源單元23中，可以使用半導(dǎo)體激光元件或有機(jī)電致發(fā)光元件等作為固態(tài)發(fā)光元件22。注意，盡管在電源裝置10中使用光源單元23作為負(fù)載21，但負(fù)載不限于發(fā)光單元23。例如，在電源裝置10中，可以使用二次電池等作為負(fù)載21。
[0029]電源裝置10包括:電源單元I，其被配置為根據(jù)輸入電壓來(lái)生成DC (直流)電壓(第一 DC電壓);轉(zhuǎn)換單元2，其被配置為將從電源單元I輸出的第一 DC電壓轉(zhuǎn)換成與該第一 DC電壓不同的DC電壓(第二 DC電壓)；以及控制單元3，其被配置為控制轉(zhuǎn)換單元2。
[0030]用于對(duì)正弦波狀的AC (交流)電壓進(jìn)行相位控制的相位控制電路11以電氣方式連接至電源單元I的輸入側(cè)。例如，商用電源25等以電氣方式連接至相位控制電路11的輸入側(cè)。相位控制電路11被配置為對(duì)以電氣方式連接至轉(zhuǎn)換單元2的輸出側(cè)的光源單元23中的各個(gè)固態(tài)發(fā)光元件22進(jìn)行調(diào)光。例如，可以使用調(diào)光器等作為相位控制電路11。
[0031]電源單元I被配置為獲取相位控制電路11進(jìn)行了相位控制的電壓作為輸入電壓，并且根據(jù)該輸入電壓生成第一 DC電壓。例如，可以使用包括二極管橋和電容器的整流平滑電路等作為電源單元I。
[0032]轉(zhuǎn)換單元2是有源鉗位型反激轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換單元2包括主開(kāi)關(guān)元件Ql、子開(kāi)關(guān)元件Q2、反激變壓器Tl和整流元件4。主開(kāi)關(guān)元件Ql和子開(kāi)關(guān)元件Q2各自具有晶體管結(jié)構(gòu)。例如，可以使用常閉型η溝道MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)等作為主開(kāi)關(guān)元件Ql和子開(kāi)關(guān)元件Q2。反激變壓器Tl包括一次繞組LI和二次繞組L2。整流元件4被配置為對(duì)繞組L2中所產(chǎn)生的電壓進(jìn)行半波整流。例如，可以使用二極管(第一二極管)等作為整流元件4。在變壓器Tl的一次側(cè)設(shè)置有三次繞組L3和四次繞組L4。三次繞組L3和四次繞組L4磁耦合至一次繞組LI。具體地，四次繞組L4磁耦合至一次繞組LI，以使得可以獲得極性與一次繞組LI中所產(chǎn)生的電壓的極性相反的電壓。
[0033]一次繞組LI的第一端連接至電源單元I的高電位側(cè)，并且經(jīng)由諧振電容器Cl連接至子開(kāi)關(guān)元件Q2的第一主端子(在本實(shí)施例中為漏極端子)。子開(kāi)關(guān)元件Q2的第二主端子(在本實(shí)施例中為源極端子)連接至一次繞組LI的第二端，并且連接至主開(kāi)關(guān)元件Ql的第一主端子(在本實(shí)施例中為漏極端子)。簡(jiǎn)言之，一次繞組LI與主開(kāi)關(guān)元件Ql串聯(lián)連接，并且與諧振電容器Cl和子開(kāi)關(guān)元件Q2的串聯(lián)電路并聯(lián)連接。
[0034]主開(kāi)關(guān)元件Ql的第二主端子(在本實(shí)施例中為源極端子)經(jīng)由電阻器Rl連接至電源單元I的低電位側(cè)。電源單元I的低電位側(cè)接地。
[0035]主開(kāi)關(guān)元件Ql和子開(kāi)關(guān)元件Q2的控制端子(在本實(shí)施例中為柵極端子)連接至控制單元3。圖1中的二極管7表示用作主開(kāi)關(guān)元件Ql的η溝道MOSFET的寄生二極管。此外，圖1中的電容器8表示用作主開(kāi)關(guān)元件Ql的η溝道MOSFET的寄生電容器。圖1中的二極管9表示用作子開(kāi)關(guān)元件Q2的η溝道MOSFET的寄生二極管。
[0036]二次繞組L2的第一端連接至整流元件4的第一端(在本實(shí)施例中為二極管的陽(yáng)極)。整流元件4的第二端(在本實(shí)施例中為二極管的陰極)連接至諧振電感器L5的第一端。諧振電感器L5的第二端連接至平滑用的電容器C2的高電位側(cè)。電容器C2的低電位側(cè)連接至二次繞組L2的第二端。二次繞組L2的第二端連接至電源單元I的低電位側(cè)。簡(jiǎn)言之，二次繞組L2與整流元件4和諧振電感器L5的串聯(lián)電路串聯(lián)連接。
[0037]控制單元3被配置為控制主開(kāi)關(guān)元件Ql和子開(kāi)關(guān)元件Q2。此外，作為控制模式，控制單元3包括第一控制模式、第二控制模式和第三控制模式。第一控制模式是主開(kāi)關(guān)元件Ql被置于接通狀態(tài)并且子開(kāi)關(guān)元件Q2被置于斷開(kāi)狀態(tài)的控制模式。第二控制模式是主開(kāi)關(guān)元件Ql被置于斷開(kāi)狀態(tài)并且子開(kāi)關(guān)元件Q2被置于接通狀態(tài)的控制模式。第三控制模式是主開(kāi)關(guān)元件Ql和子開(kāi)關(guān)元件Q2這兩者都被置于斷開(kāi)狀態(tài)的控制模式。控制單元3被配置為如圖2所示，使第一控制模式和第二控制模式隔著第三控制模式交替進(jìn)行。注意，圖2中的SI表示控制單元3的控制模式是第一控制模式的時(shí)間段。此外，圖2中的S2表示控制單元3的控制模式是第二控制模式的時(shí)間段。此外，圖2中的S3表示控制單元3的控制模式是第三控制模式的時(shí)間段。
[0038]控制單元3包括第一控制電路5和第二控制電路6。第一控制電路5被配置為控制主開(kāi)關(guān)元件Q1。第二控制電路6被配置為控制子開(kāi)關(guān)元件Q2。
[0039]第一控制電路5被配置為基于轉(zhuǎn)換單元2的輸出電流Il的大小來(lái)控制主開(kāi)關(guān)元件Q1。第一控制電路5的操作電源是變壓器Tl的三次繞組L3中所產(chǎn)生的電壓。三次繞組L3的第一端連接至二極管Dl的陽(yáng)極。