JP4655988B2 - 電力変換装置および点灯装置、灯具、車両 - Google Patents

Description

本発明はスイッチング回路を備える電力変換装置およびこれを用いた点灯装置、灯具、車両に関するものである。

従来より、スイッチング回路を利用した電力変換回路によって、電源電圧から負荷が必要とする電圧に電力変換を行う電力変換装置がある。一例として、従来のフライバックコンバータ方式の電力変換回路を図１２に示す。この回路では、スイッチング素子ＳＷのオンによってトランスＴにエネルギーを蓄積し、スイッチング素子ＳＷのオフでトランスＴの２次側からエネルギーをダイオードＤを介して平滑コンデンサＣに充電する。負荷Ｒには主に平滑コンデンサＣから電力供給する。

負荷Ｒに流れる電流を電流検出抵抗Ｒ１で検出し、出力電流Ｉｏｕｔによって抵抗Ｒ１に生じた電圧降下を出力電流信号として検出し、出力指令信号Ｖｒｅｆとの差分を誤差増幅器Ｇにて誤差増幅した信号をＰＷＭ指令信号としてＰＷＭ信号発生回路Ｐに入力する。ＰＷＭ信号発生回路Ｐで所定のＰＷＭ信号を発生させ、スイッチング素子ＳＷにオン・オフ制御信号として供給し、出力調整を行うようにフィードバック制御系を構成している。図１２の例では、ＰＷＭ信号発生回路Ｐは、発振器ＯＳＣ１が発生する三角波と指令値をコンパレータＣｏｍｐ１で比較した結果をＰＷＭ信号とする方式を用いている。

ところで、出力端が正常であるときには問題なく出力制御が可能であるが、出力端から負荷までの線路の途中で断線などの事故のため、接地線に接触してしまう地絡事故が発生することが考えられる。このとき、たとえば図１２の出力端（ｃ）側が接地し、地絡事故が発生した場合、電力変換装置の出力電流は出力端（ｃ）から接地線（ｇ）を通り、平滑コンデンサＣに戻る経路となり、電流検出抵抗Ｒ１を通らない。このため、制御回路は出力電流がゼロであると誤認し、出力電流を増加させるように動作する。これにより、過大な地絡電流が流れ、最悪の場合、電力変換装置が破壊にいたる。

そこで、特許文献１（特開平７−２９８６１３号公報）や特許文献２（特開平９−５０８９３号公報）では、電流検出抵抗の接続位置を地絡時にも地絡電流が電流検出抵抗を通る位置に限定することで、地絡電流を制限可能とし、過大な地絡電流が流れないようにしている。しかしながら、これらの従来例では、地絡電流として電流指令と同じ電流が流れることになり、また、出力端が短絡しているのか、地絡しているのか区別が困難である。

一方、特許文献３（特開平８−９８５５２号公報）では、トランスで１次−２次間の電流経路を分離した構成の電力変換装置において、１次−２次間に地絡検出抵抗を接続した構成が提案されている。正常状態では、１次−２次間は分離されているので、地絡検出抵抗には電流が流れないが、地絡した場合、地絡電流が１次側接地点から地絡検出抵抗を介して２次側に戻る経路をたどるため、地絡検出抵抗の両端に電圧降下が生じる。これを検出することで、地絡状態か否かを判別することが可能となる。
特開平７−２９８６１３号公報 特開平９−５０８９３号公報 特開平８−９８５５２号公報

上述の特許文献３の構成によれば、地絡を確実に検知できるが、地絡判定用の回路が特別に必要となるうえ、たとえば図１２の出力端（ａ）のように接地側の出力端が地絡したような場合、出力端（ａ）の電位が接地電位と同等であるため、地絡電流が流れず、検出できない。

また、入力端にフィルタなどのインピーダンス素子が接続されている場合、出力端（ａ）の地絡はノイズ源となる可能性があるため、検知して、保護停止するなどの対応策が必要となる場合があるが、特許文献３の構成では検知することができない。

また、入出力線を束ねて配線をしている場合、断線事故などにより出力端が活線側に接触するような天絡事故の可能性もあるが、特許文献１，２の構成では保護ができず、特許文献３では天絡事故に対する保護手段に関して示されてはいない。

本発明はトランスの１次−２次間の電流経路を分離した構成の電力変換装置において、比較的簡単な手段で、出力２端子の地絡保護が可能で、さらに天絡保護も可能にすることを課題とする。

本発明は、上記の課題を解決するために、図１に示すように、トランスＴによって１次側の電流経路と２次側の電流経路が分離されており、トランスＴの２次側に整流平滑回路を備え、トランスＴの１次側に直列接続されたスイッチング素子ＳＷをオンオフさせるＤＣ−ＤＣ変換回路を有する電力変換装置において、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力２端子のうち一方の端子（ｂ）はＤＣ−ＤＣ変換回路の出力電流を検出するための第１の抵抗Ｒ１を介して出力端子（ａ）に接続し、第１の抵抗Ｒ１の一端は、ＤＣ−ＤＣ変換回路の１次側の接地線あるいはそれと同等の基準電位線（ｇ）に第２の抵抗Ｒ２を介して接続し、第１の抵抗Ｒ１を接続した出力端子（ａ）に第３の抵抗Ｒ３を介して（又は電流信号として）出力指令信号を印加し、第１の抵抗Ｒ１の他端（ｂ）から得られた検出信号により前記スイッチング素子ＳＷのオン時間を変化させることにより出力制御を行うことを特徴とするものである。

本発明によれば、トランスの１次−２次間の電流経路を分離した構成で、出力電流検出による出力制御を行う電力変換装置において、出力電流検出抵抗の接続位置と指令信号の供給点を規定するだけの簡単な手段で、出力２端子それぞれの地絡あるいは天絡事故のうち一部が発生した場合、自動的に出力を低下させ、保護が可能であるほか、出力電流検出信号あるいは出力電圧検出信号が正常範囲を逸脱したことを判定することにより、地絡、天絡判定が可能で保護が容易となる。また、出力電位条件によっては、他の負荷異常保護機能との兼用化が可能で、保護回路の構成を簡略化できる利点もある。

（実施の形態１）
図１に本発明の第１の実施の形態の回路図を示す。この回路は、フライバックコンバータ構成の電力変換装置において、トランスＴの２次側の整流・平滑回路の一方の出力端（ｂ）が電流検出抵抗Ｒ１を介して出力端（ａ）に接続されており、他方は出力端（ｃ）に接続されている。図１では、出力端（ｂ）の出力電位より出力端（ｃ）の出力電位の方が高い回路構成になっている。１次側において、接地線と同等の基準電位線（ｇ）と出力端（ａ）は抵抗Ｒ２を介して接続されている。さらに、出力端（ａ）には抵抗Ｒ３を介して出力指令信号源Ｖｒｅｆが接続されている。

出力端が正常状態である場合、出力端（ａ）には出力指令信号源Ｖｒｅｆの信号電圧を抵抗Ｒ３とＲ２で分圧した電圧が印加されている。また、負荷Ｒが接続され、出力電流Ｉｏｕｔが流れた場合、電流検出抵抗Ｒ１にはＲ１・Ｉｏｕｔなる電圧降下が生じるので、出力端（ｂ）には出力端（ａ）に対してＲ１・Ｉｏｕｔだけ低い電位が生じる。したがって、出力端（ｂ）には、Ｖｒｅｆ・Ｒ２／（Ｒ２＋Ｒ３）−Ｒ１・Ｉｏｕｔなる電圧が生じ、電流指令信号に対する出力電流信号との誤差演算された誤差信号とすることが可能となる。この出力端（ｂ）の電圧を検出し、誤差増幅器Ｇにて誤差増幅した信号をＰＷＭ指令とし、ＰＷＭ信号発生回路Ｐに入力することで、スイッチング素子ＳＷのオン・オフ制御信号を得て、フィードバックによる出力調整を行う構成となっている。

いま、図２のように出力端（ｃ）の（イ）点で地絡事故が発生した場合を想定する。地絡電流は、（イ）点→１次側接地線（ｇ）→抵抗Ｒ２→抵抗Ｒ１の経路でトランスＴの２次側の整流・平滑回路に戻る。このとき、抵抗Ｒ２に地絡電流Ｉｅｆが流れるので、抵抗Ｒ２にはＲ２・Ｉｅｆなる電圧降下が生じる。抵抗Ｒ２の１次側接地線（ｇ）側は基準電位点であるため、出力端（ａ）側が−Ｒ２・Ｉｅｆだけ電位が低下する。このとき、出力端（ｂ）の電位も同様に−Ｒ２・Ｉｅｆだけ電位が低下するので、制御回路から見ると出力電流Ｉｏｕｔが増加したのと同等の信号状態となるため、フィードバック制御系は、出力を低減させるように動作し、保護が可能となる。

ここで、抵抗Ｒ２は電流検出抵抗Ｒ１の少なくとも１００倍以上の抵抗値を有することが望ましい。これは、負荷端が短絡している場合に比べ、地絡は電力変換装置の外部へ電流が流れるため、他の機器への影響を軽減するよう、短絡電流に比べ地絡電流を小さくしたいからである。また、流れる電流が違えば、回路損失によりトランスＴの１次側から送られる電力が短絡時と地絡時とでは違ってくるため、たとえば平均入力電流やＰＷＭ指令信号レベルの差、スイッチング素子ＳＷのデューティの平均値検出などから、地絡と短絡を区別することが可能となる。これにより、地絡と短絡条件で、それぞれの事故に応じた対応策をとることが可能となる。

また、地絡条件において、配線の炭化や絶縁劣化などによるインピーダンス低下による地絡保護を想定する場合は、保護を行うと想定する地絡インピーダンスに相当する抵抗値（たとえば数ｋΩ）の抵抗をＲ２に用いる。

次に、図３のように出力端（ａ）側が（ロ）点で地絡した場合を想定する。出力端（ａ）側が地絡すると、出力電流指令信号源Ｖｒｅｆから抵抗Ｒ３を介し出力端（ａ）に生じていた指令信号Ｖｒｅｆ・Ｒ２／（Ｒ２＋Ｒ３）が（ロ）点の地絡で接地電位まで低下する。すなわち、指令信号が略ゼロになったのと同様の状態になり、結果的に出力が低減され、地絡保護が可能となる。

この場合も、出力電力が自動的に低下するので、１次側から送られる電力が負荷の短絡時と配線の地絡時とでは違ってくるため、前記と同様、短絡と地絡を区別することが可能となる。

次に、図４のように、出力端（ｃ）側が（ハ）点のように電源の活線すなわち正側に接触した天絡の場合を想定する。出力端（ｃ）は電源正側に接触しているので、出力端（ｃ）の電位は電源電圧Ｖｉに固定される。電力変換回路の動作によって、２次側電圧Ｖｏが上昇すると、出力端（ｂ）の電位はＶｉ−Ｖｏとなる。ＶｏがＶｉより大きくなると、出力端（ｂ）の電位は負になり、出力電流Ｉｏｕｔが大きくなった場合と同様な状態になるため、フィードバック制御系は出力を抑制する方向に動作し、保護が可能となる。この場合も出力電力が自動的に低下するので、１次側から送られる電力が非常に小さくなり、地絡の検知と同様に出力端（ｃ）の天絡を検知できる。

（実施の形態２）
図５に本発明の第２の実施の形態の回路図を示す。本実施の形態は、上述の実施の形態１において、電流検出点（ｂ）で得られた検出信号が正常出力条件範囲外であるときには、出力端（ａ）が天絡していると判断する手段（ＥＦＰ１）を設けたことを特徴とするものである。

図５の回路では、出力指令信号源として電流Ｉｒｅｆ１を出力する電流源を接続した構成となっており、抵抗Ｒ２に電流Ｉｒｅｆ１が流れることで生じる電圧値Ｒ２・Ｉｒｅｆ１を出力電流指令信号としているが、図１のように電圧源Ｖｒｅｆと抵抗Ｒ３の直列回路を接続した構成であってもよい。

上述の図１の実施の形態において、出力端（ａ）側が（ニ）点で電源の活線側に天絡した場合、出力端（ａ）の電位が電源電圧Ｖｉによって上昇するため、出力電流指令を増加したのと同様になり、出力を増加させるため、保護ができない。

そこで、図５の実施の形態では、出力端（ａ）側の天絡を保護する手段（ＥＦＰ１）を設けたものである。通常、電流検出抵抗Ｒ１は該抵抗での電圧降下による出力低下や損失を防ぐため、抵抗値はごく小さい値とし、その信号出力は、出力電圧や入力電圧に比べて非常に小さい値とする。このため、出力端（ａ）側で天絡すると、電流検出点（ｂ）には正常出力状態での検出レべルを大幅に超える電源電圧Ｖｉに近い信号電圧が検出される。これをコンパレータＣｏｍｐ２で比較判定し、基準値Ｖｒｅｆ２を越えると、保護動作に入る。図５では、ＰＷＭ信号発生回路Ｐとスイッチング素子ＳＷの間に挿入されたＡＮＤゲートの一つの入力をコンパレータＣｏｍｐ２の出力によりＬｏｗレベルに落とすことで、ＰＷＭ信号の出力を停止させ、電力変換装置の動作を停止させている。

また、通常、入力電圧Ｖｉが過度に低下すると、電力変換装置の変換能力の限界からスイッチング素子ＳＷに流れる１次電流が増大し、損失増大などが発生し、最悪の場合、電力変換装置の破壊に至る危険がある。このため、図示はしていないが、入力電圧Ｖｉが最低動作可能電源電圧値ＶＬｏｐを下回ると停止させる機能を通常は設けている。

そこで、電流検出点（ｂ）の出力電流検出信号は、正常出力条件では最低動作可能電源電圧値ＶＬｏｐを超えないような所定の抵抗Ｒ１に設定しておいて、出力電流検出信号が最低動作可能電源電圧値ＶＬｏｐを超えると出力端（ａ）が天絡したものと判定することで、確実な判定が可能となる。具体的には、コンパレータＣｏｍｐ２の基準電圧Ｖｒｅｆ２を最低動作可能電源電圧値ＶＬｏｐ付近に設定しておけば良い。

つまり、少なくとも出力端（ａ），（ｃ）の状態がいずれも正常で、かつ出力電流Ｉｏｕｔの上限を超えない正常出力範囲にある場合、電流検出点（ｂ）における出力電流検出信号の電圧値は、最低動作可能電源電圧値ＶＬｏｐよりも低くなるように、電流検出抵抗Ｒ１の抵抗値を設定しておけば、正常な状態において、電流検出点（ｂ）における出力電流検出信号の電圧値が最低動作可能電源電圧値ＶＬｏｐよりも大きくなることは無い。したがって、電流検出点（ｂ）における出力電流検出信号の電圧値が最低動作可能電源電圧値ＶＬｏｐ以上に達したことを判定する電圧比較手段を設けておけば、少なくとも正常な状態でないことを確実に判定できる。

なお、図５の例では、電流検出点（ｂ）における出力電流検出信号の検出電圧がコンパレータＣｏｍｐ２の基準電圧Ｖｒｅｆ２以上に達した場合、検出信号がコンパレータＣｏｍｐ２の基準電圧Ｖｒｅｆ２を超えない所定値以下になるまでＤＣ−ＤＣ変換回路の電力変換動作を一時的に停止させるように構成されているが、これに代えて、一時的に回路損失以下の微小出力動作に切替えるように構成しても構わない。例えば、図５のＡＮＤゲートを省略し、コンパレータＣｏｍｐ２の出力がＬｏｗレベルのときは、コンパレータＣｏｍｐ１の基準電圧（誤差増幅器Ｇの出力）を微小出力動作時の電圧に切り替えるように構成しても良い。

（実施の形態３）
図６に本発明の第３の実施の形態の回路図を示す。本実施の形態は、上述の実施の形態１において、出力端子（ａ），（ｃ）の両端に出力電圧を検出するための直列抵抗Ｒ４，Ｒ５を接続し、前記直列抵抗Ｒ４，Ｒ５により出力電圧を所定の比率で分圧した出力電圧検出信号が正常出力条件範囲外であるときには出力端子が天絡していると判断する手段（ＯＶＰ）を設けたことを特徴とする。

図６の回路では、負荷としてＬＥＤをｎ個直列に接続した負荷を用いている。ＬＥＤ負荷は、所定の順方向電圧を有し、低インピーダンスの負荷であるため、出力電流制御に適した負荷のひとつである。

正常なＬＥＤが正常に接続されている場合、適正な出力電流が流れるように出力指令信号源Ｖｒｅｆ１を抵抗Ｒ２、Ｒ３で分圧して得られる出力電流指令信号と、抵抗Ｒ１で検出した電流検出信号の誤差演算結果を出力端（ｂ）にて検出し、出力電流フィードバック制御をかける。

しかし、ＬＥＤの開放故障、負荷未接続などが発生すると出力電流Ｉｏｕｔが流れないため、フライバックコンバータや昇圧機能を有するチョッパ回路などでは出力電圧が上昇し続け、破壊にいたる。

そこで、出力電圧Ｖｏを検出し、出力電圧Ｖｏが過度に上昇した場合、過電圧検出回路ＯＶＰにより電力変換装置の動作を停止し、回路を保護する機能を有する。

図６では、出力電圧Ｖｏを抵抗Ｒ４、Ｒ５からなる分圧抵抗によって分圧して得られた出力電圧検出信号が所定の基準電圧Ｖｒｅｆ３に達したら、過度の出力電圧に達したとコンパレータＣｏｍｐ３で判定する。図６では、ＰＷＭ信号発生回路Ｐとスイッチング素子ＳＷの間に挿入されたＡＮＤゲートの一つの入力をコンパレータＣｏｍｐ３の出力によりＬｏｗレベルに落とすことで、ＰＷＭ信号の出力を停止させ、電力変換装置の動作を停止させている。

あるいは図示していないが、過電圧に達した場合、前記コンパレータＣｏｍｐ３の出力によってＰＷＭ信号出力のデューティを１次側から２次側に送られる電力が少なくとも回路損失以下となるような、ごく小さいデューティに強制的に切替えることで電力変換装置を保護する構成であってもよい。

上述の図５の実施の形態２では、出力端（ａ）側の天絡によって、出力端（ｂ）の検出信号電圧が過度に上昇したことを検出し、出力端（ａ）の天絡を検知する構成を示したが、図６の実施の形態３では、出力端（ａ）の天絡による電圧上昇を、出力過電圧保護機能（ＯＶＰ）により検出し、兼用化を図ったものである。

出力端（ａ）が天絡すると、出力端（ａ）の電圧が上昇し、分圧抵抗Ｒ４、Ｒ５による出力電圧検出値は天絡電圧Ｖｉに、出力電圧Ｖｏの分圧値を加えた電圧：Ｖｉ＋Ｖｏ・Ｒ５／（Ｒ４＋Ｒ５）が検出され、少なくとも天絡点の電圧Ｖｉが検出される。

地絡、天絡していない条件での保護すべき出力過電圧Ｖｏｖにおける検出値：Ｖｏｖ・Ｒ５／（Ｒ４＋Ｒ５）、すなわちコンパレータＣｏｍｐ３による過電圧比較基準電圧Ｖｒｅｆ３を前記動作可能入力電圧範囲の下限電圧ＶＬｏｐ以下とすることで、過電圧検出回路ＯＶＰにより出力端（ａ）の天絡を確実に検出し保護できる。

また、過電圧検出回路ＯＶＰによりＰＷＭ信号が停止した場合、無負荷開放状態では回路ロスなどにより、ＰＷＭ動作が停止すると出力電圧が低下し、所定時間経過すると、過電圧保護機能が解除されるが、天絡の場合は所定時間を経過しても過電圧検出が解除されないため、過電圧停止と天絡停止を区別する機能を付加することも可能となる。

（実施の形態４）
図７に本発明の第４の実施の形態の回路図を示す。この回路は、負荷として高輝度放電灯Ｌａを接続し、放電灯の始動のために、高電圧を放電灯Ｌａに印加するイグナイタ回路ＩＧＮを接続した構成となっている。また、出力電圧はＤＣ−ＤＣ変換出力の＋側を基準電位線（ｇ）側に接続し、出力電圧を負電位出力とした構成となっている。

図７の構成では、出力指令信号の印加点は出力電流検出抵抗Ｒ１の２端子のうち、前記実施の形態と同様、出力端（ａ）側の一端とし、信号検出点は出力指令信号の印加点と同じ出力端（ａ）とする。検出信号は誤差増幅器Ｇに入力され、フィードバック制御される。また、抵抗Ｒ１の他端は抵抗Ｒ２を介して、接地電位と同等の１次側基準電位線（ｇ）と接続した構成となっている。

地絡、天絡していない条件では、抵抗Ｒ２に電流は流れないので、出力端（ｂ）の電位は基準電位と略同等となり、出力電流Ｉｏｕｔは、ＤＣ−ＤＣ変換回路の２次側の出力端（ｂ）から出力端（ａ）に向かって流れるため、出力電流Ｉｏｕｔにより出力端（ａ）の電位は出力端（ｂ）より−Ｉｏｕｔ・Ｒ１だけ低くなる。また、出力端（ａ）には出力電流指令信号：Ｖｒｅｆ１・（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）が印加されているので、最終的にそれらが重畳された信号として、出力電流指令信号から電流検出信号が差引かれた誤差信号が出力端（ａ）から検出できる。

出力端（ａ）が地絡した場合、指令信号自体が基準電位線（ｇ）と同等レべルに低下し、出力を低減することができる。

出力端（ａ）が天絡した場合、天絡した電源電圧Ｖｉが出力端（ａ）に印加される。この場合、上述の図５の実施の形態と同様、出力指令値としては出力を増やす方向に動作するが、正常な出力条件における指令信号レベルが、前記動作可能入力電圧範囲の下限電圧ＶＬｏｐより低くなるように抵抗Ｒ１の抵抗値を設定しておくことで、出力端（ａ）の検出信号が基準電圧Ｖｒｅｆ２（たとえばＶＬｏｐ）を超えたことを、地絡／天絡検出回路ＥＦＰ１にて検知し、電力変換装置の動作を停止させ、保護することが可能となる。

一方、出力端（ｃ）が地絡した場合、出力端（ｃ）が基準電位となるため、出力端（ｂ）の電位が出力電圧Ｖｏとなる。電流検出抵抗Ｒ１は損失を減らすため、負荷インピーダンスに比べ非常に小さい値とする。このため、出力端（ａ）の電位は出力端（ｂ）の電位に近い値となり、出力端（ａ）の天絡と同様、出力端（ａ）の検出電圧の異常上昇を地絡／天絡検出回路ＥＦＰ１にて検出することで保護停止させることができる。

また、出力端（ｃ）が天絡した場合も同様に、出力端（ｂ）の電位、出力端（ａ）の電位が電源電圧Ｖｉに近い値に上昇するので、出力端（ａ）の天絡と同様、出力端（ａ）の検出電圧の異常上昇を地絡／天絡検出回路ＥＦＰ１にて検出することで保護停止させることができる。

このように、出力フィードバック制御のための電流検出点の検出信号を利用して地絡／天絡保護が可能となる。

（実施の形態５）
図８に本発明の第５の実施の形態の回路図を示す。この回路は、負荷として高輝度放電灯Ｌａを接続し、また、放電灯Ｌａに交流を印加するため、ＤＣ−ＤＣ変換回路の後段にフルフリッジインバータＩＮＶが接続された例を示している。インバータ駆動回路２は入力直流電圧を矩形波交流電圧に変換するようにフルブリッジインバータＩＮＶの各スイッチング素子を駆動する。その矩形波出力端は放電灯Ｌａの始動のため高電圧を放電灯Ｌａに印加する機能を有するイグナイタ回路ＩＧＮを介して放電灯Ｌａに接続した構成となっている。また、出力電圧はＤＣ−ＤＣ変換出力の＋側を基準電位線（ｇ）側に接続し、出力電圧を負電位出力とした構成となっている。

放電灯負荷の場合、負性抵抗特性を有するため、出力電流制御が適しているが、ランプが放電開始するまでは無負荷状態と同等の状態になる。そのため、出力電流が流れていない状熊にあると、フライバックコンバータや昇圧機能を有するチョッパ回路などでは出力電圧が上昇し続け、破壊にいたる。

そこで、過電圧保護のため、出力電圧を検出し、所定電圧に達すると過電圧検出回路ＯＶＰによりＤＣ−ＤＣ変換回路の動作を停止し、過度の電圧上昇を抑制する。

無負荷電圧を含め、地絡、天絡などが生じていない場合、出力電圧は基準電圧線（ｇ）、すなわち接地線レベルに対し負電位となるため、出力電圧検出信号も負電圧となる。

しかし、天絡時やインバータＩＮＶを介した出力端（ｃ）の等価的地絡の場合、出力端（ａ）に正電圧が印加され、出力電圧検出信号も正電圧となる。

そこで、図８では出力電圧検出信号が正電圧になったことを地絡／天絡検出回路ＥＦＰ２にて検出し、ＰＷＭ信号出力を停止させている。地絡、天絡事故が生じていない出力端が正常状態である場合の検出範囲である負電圧信号を逸脱し、正電圧信号が検出されると、地絡、天絡が発生したものとし、電力変換動作を停止させ、保護を行う。このように、過電圧保護のための検出信号を地絡／天絡保護検出信号として利用可能となる。

（実施の形態６）
図９に本発明の第６の実施の形態の回路図を示す。この回路は、図６の実施の形態に加え、出力電圧が所定電圧より低い場合、負荷が正常出力範囲を逸脱し、過小出力電圧状態にあることを検出する過小電圧検出回路ＬＶＰを設けたものである。

また、過電圧検出および出力端（ａ１）の天絡検出のための出力電圧検出は、分圧抵抗Ｒ４、Ｒ５を介して出力端（ｂ）と出力端（ｃ）の間の電圧を検出した構成を例示している。さらに、電流検出抵抗Ｒ１を抵抗Ｒ１１、Ｒ１２のように複数に分割し、出力電流が流れる電流検出抵抗を出力端（ａ１），（ａ２）の接続点の切替えによって、出力電流設定値を負荷によって切替えることが可能な構成としたものである。

負荷が無負荷などによる過電圧出力状態では、過電圧検出によって電力変換動作を止めて、過電圧以下に低下すると再び動作させるが、負荷異常状態で過電圧近傍出力を維持するのは安全上好ましくない。また、短絡負荷、負荷の素子異常、故障などにより正常動作電圧範囲以下で動作させ続けるのも好ましくない。

一方、地絡／天絡状態においても、間欠的にスイッチング動作を継続したり、天絡／地絡点の接触状況により、天絡／地絡したり、しなかったりを繰り返すことも考えられる。

このため、これら負荷異常、負荷端異常があった場合、それが所定時間以上継続した場合には、少なくとも電源を再投入するまでラッチなどにより停止状態を継続させるように構成する。

図９の実施の形態では、負荷の正常出力電圧範囲の下限が電源電圧範囲の上限よりも高い負荷を想定し、地絡や出力端（ｃ）の天絡では過小電圧出力検出機能（ＬＶＰ）が働き、出力端（ａ）の天絡では過電圧出力機能（ＯＶＰ）が働く。これらの保護出力が働いていることをタイマ回路３で計測し、所定時間が経過すると保護出力信号をラッチ回路４で保持し、ＰＷＭ信号の出力停止状態を維持するように動作する。すなわち、コンパレータＣｏｍｐ３またはＣｏｍｐ５のいずれかの出力がＬｏｗレベル（異常時）になると、タイマ回路３の入力側のＡＮＤゲートの出力がＬｏｗレベルとなり、タイマ回路３が計時を開始し、負荷の正常動作電圧範囲を逸脱している状態が所定時間にわたり継続すると、ラッチ回路４の出力がＬｏｗレベルに切り替わり、電源再投入時にリセットされるまで保持される。

また、上述の実施の形態で述べたように、ＰＷＭ指令信号レベルや、ＰＷＭ信号の平均デューティ、スイッチング周波数の検出など、保護停止後の検出電圧変化の相違を検出することによって、地絡／天絡事故の場合と無負荷／負荷短絡などの負荷異常の場合とで、停止時間や停止後の処理動作に違いを持たせてもよい。

さらに、少なくとも信号検出および異常判定をマイコンによってＡ／Ｄ変換器で読込みソフトウェアで判定処理する構成であってもよい。

（実施の形態７）
図１０にＬＥＤ１００を複数個直列接続して灯具に収めた例を示す。図１０の灯具では、光学特性改善のため、レンズ機能を有するカバー１０１を有し、ＬＥＤの放熱器１０２が取付けてある。点灯装置１は灯具から分離した構成となっているが、灯具に直付けした構成でもよい。

（実施の形態８）

図１０の灯具を図１１のような自動車の前照灯２０１や方向指示器２０２、尾灯２０３等に用いてもよく、灯具への配線不備によって地絡が生じても保護が可能である。点灯装置１を車室内などに設置して、出力線を電源入力線とともに束ねて配線した状態で何らかの事故により配線切れや配線被覆の剥離などが生じ、天絡、地絡が発生しても保護が可能となる。

なお、電力変換回路や制御回路の構成は上述の各実施の形態に例示した構成に限るものではない。

本発明の実施の形態１の回路図である。 図１の回路の正出力端の地絡時の動作説明のための回路図である。 図１の回路の負出力端の地絡時の動作説明のための回路図である。 図１の回路の正出力端の天絡時の動作説明のための回路図である。 本発明の実施の形態２の回路図である。 本発明の実施の形態３の回路図である。 本発明の実施の形態４の回路図である。 本発明の実施の形態５の回路図である。 本発明の実施の形態６の回路図である。 本発明の実施の形態７の灯具の断面図である。 本発明の実施の形態８の車両の斜視図である。 従来例の回路図である。

符号の説明

Ｔ トランス
ＳＷ スイッチング素子
Ｒ１ 第１の抵抗（電流検出抵抗）
Ｒ２ 第２の抵抗

Claims (14)

1. トランスによって１次側の電流経路と２次側の電流経路が分離されており、トランスの２次側に整流平滑回路を備え、トランスの１次側に直列接続されたスイッチング素子をオンオフさせるＤＣ−ＤＣ変換回路を有する電力変換装置において、前記ＤＣ−ＤＣ変換回路の出力２端子のうち一方の端子はＤＣ−ＤＣ変換回路の出力電流を検出するための第１の抵抗を介して出力端子に接続し、第１の抵抗の一端は、ＤＣ−ＤＣ変換回路の１次側の接地線あるいはそれと同等の基準電位線に第２の抵抗を介して接続し、第１の抵抗を接続した出力端子に第３の抵抗を介して又は電流信号として出力指令信号を印加し、第１の抵抗の他端から得られた検出信号により前記スイッチング素子のオン時間を変化させることにより出力制御を行うことを特徴とする電力変換装置。
2. 第２の抵抗は第１の抵抗の少なくとも１００倍以上大きい抵抗値としたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
3. 前記出力指令信号の極性は、第１の抵抗に出力電流が流れることで生じる検出信号の極性に対し減極性とすることで、第１の抵抗の他端から得られた検出信号を誤差信号とし、該検出信号をもとに出力制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。
4. 前記検出信号が正常出力条件範囲外であるときには、出力端子が地絡あるいは天絡していると判断する手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電力変換装置。
5. 少なくとも出力端子の状態が正常で、かつ出力電流上限を超えない正常出力範囲にある場合、前記検出信号の電圧値が電源電圧の最低動作可能電圧より低くなるように第１の抵抗の抵抗値を設定し、前記検出信号の電圧値が前記最低動作可能電源電圧値以上に達した場合、出力端子が地絡あるいは天絡していると判断する手段を設けたことを特徴とする請求項４記載の電力変換装置。
6. 前記検出信号の電圧値が前記最低動作可能電源電圧値以上に達した場合、検出信号が最低動作可能電源電圧値を超えない所定値以下になるまでＤＣ−ＤＣ変換回路の電力変換動作を一時的に停止、あるいは、一時的に回路損失以下の微小出力動作に切替える保護制御手段を備えることを特徴とする請求項５記載の電力変換装置。
7. 出力端子の両端に出力電圧を検出するための直列抵抗を接続し、前記直列抵抗により出力電圧を所定の比率で分圧した出力電圧検出信号が正常出力条件範囲外であるときには出力端子が地絡あるいは天絡していると判断する手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電力変換装置。
8. 出力端子が開放状態あるいは高インピーダンス負荷が接続された場合、前記出力電圧検出信号によって出力電圧が所定電圧を超えないよう制御される過電圧制限機能を有し、少なくとも出力電圧が過電圧制限値以下の電圧範囲にある場合、出力電圧検出信号の電圧値は、電源電圧の最低動作可能電圧より低くなるように、前記所定の分圧比率が設定され、出力電圧検出信号の検出電圧が前記最低動作可能電源電圧値以上に達した場合、出力端子が地絡あるいは天絡していると判断する手段を設けたことを特徴とする請求項７記載の電力変換装置。
9. 前記出力電圧検出信号の電圧値が前記最低動作可能電源電圧値以上に達した場合、前記出力電圧検出信号の電圧値が最低動作可能電源電圧値を超えない所定値以下になるまでＤＣ−ＤＣ変換回路の電力変換動作を一時的に停止、あるいは、一時的に回路損失以下の微小出力動作に切替える保護制御手段を備えることを特徴とする請求項８記載の電力変換装置。
10. 前記出力電圧検出信号の電圧値が前記最低動作可能電源電圧値以上に達した場合、前記出力電圧検出信号の電圧値が最低動作可能電源電圧値を超えない所定値以下になるまでＤＣ−ＤＣ変換回路の電力変換動作を一時的に停止、あるいは、一時的に回路損失以下の微小出力動作に切替える保護制御手段を過電圧制限機能と兼用させたことを特徴とする請求項９記載の電力変換装置。
11. 負荷の正常動作電圧範囲を逸脱している期間が所定時間以上継続した場合、負荷端異常として、動作を停止させる計時保護手段を備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の電力変換装置。
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載の電力変換装置を含み、高輝度放電灯などの負性抵抗負荷またはＬＥＤなどの低インピーダンス負荷を点灯するための点灯装置。
13. 請求項１２記載の点灯装置を搭載したことを特徴とする灯具。
14. 請求項１３記載の灯具を搭載したことを特徴とする車両。

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