[发明专利]开关电源装置以及照明装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种开关(switching)电源装置以及使用该开关电源装置的照明装置。

背景技术

开关电源是在由输入电力获得期望的输出电力的电力转换装置中，使用开关元件来转换、调整电力的电源装置。开关电源包括下述电源装置，该电源装置具备：直流-直流(Direct Current-Direct Current，DC-DC)转换器(converter)，将直流电力转换成其他直流电力；以及直流电源，包含将交流电力转换为直流电力的整流装置，对DC-DC转换器供给直流输入电力。

而且，作为开关电源的一个用途，已知有：通过对发光二极管(Light Emitting Diode，LED)进行点灯而获得电路效率高的LED点灯装置。例如，DC-DC转换器包含降压斩波器(chopper)，通过对电压进行反馈以使开关元件的导通动作继续，所述电压是通过使增加的电流经由导通(ON)状态的开关元件流经电感器(inductor)，从而在与该电感器磁耦合的二次线圈中感应产生的。而且，与开关元件串联地插入电阻元件以用于检测增加电流，并且附加控制电路，所述控制电路在该电阻元件的下降电压超过预先设定的阈值时，使开关元件断开(OFF)。

在上述结构中，一旦在增加的电流超过阈值时开关元件断开，蓄积在电感器中的电磁能量将被放出，从而减少的电流经由二极管以及输出端的输出电容器(condenser)而流动。并且，当减少的电流变为0时，利用电感器的二次线圈上产生的反电动势来使开关元件导通。通过反复以上的电路动作，进行自激式恒电流控制下的DC-DC转换而对发光二极管进行点灯。

另一方面，就宽带隙(wide bandgap)半导体而言，具有大带隙的半导体即III-V族半导体以及IV半导体等的化合物半导体、例如使用碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)或金刚石(diamond)的半导体元件，作为具有大幅突破Si功率器件(power device)的性能极限的电位(potential)的半导体而受到瞩目。即，在高速开关、高温动作以及大功率动作等方面，宽带隙半导体能够在Si系、GaAs系无法实现的区域内动作。因此，在高频功率器件的领域中，对于半导体的期待也大。此处，所谓宽带隙半导体，是指带隙比约1.4eV的砷化镓(GaAs)宽的半导体。例如包括带隙为1.5eV以上的半导体，例如磷化镓(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(AlN，带隙约5.9eV)、碳化硅(SiC)等。

宽带隙半导体晶体管(transistor)是可用作开关元件的元件，更具体而言，是使用宽带隙半导体而制作的晶体管。并且，所述宽带隙半导体晶体管例如是具备一对主端子(漏极(drain)、源极(source))以及控制端子(栅极(gate))的场效应型的高频晶体管。代表性的是，高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor，HEMT)与此相符。如上所述，半导体晶体管具有优异的特征，因此，通过使用宽带隙半导体晶体管来作为开关电源的开关元件，能够实现10MHz以上的高频动作，其结果，能够实现开关电源、尤其是电感器的大幅的小型化。

另外，作为宽带隙半导体晶体管，有接面型场效应晶体管(Junction Field Effect Transistor，JFET)、静电感应型晶体管(Static Induction Transistor，SIT)、金属-半导体场效应晶体管(Metal-Semiconductor-Field-Effect-Transistor，MESFET)、异质接面型场效应晶体管(Heterojunction Field Effect Transistor，HFET)、高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor，HEMT)以及蓄积型FET等。

而且，宽带隙半导体晶体管多具有在栅极电压为零时有漏极电流流动的常通(normally on)特性。因此，要使具有常通特性的半导体元件(以下称作常通开关)确实地断开，需要负栅极电压用的驱动电路。另外，也可获得具有常断特性的宽带隙半导体晶体管。此时，需要正电压用的驱动电路。

此外，现有技术的开关电源在进行恒电流控制时需要电流反馈型的反馈电路，该电流反馈型的反馈电路包括：电阻元件等的阻抗(impedance)机构，与开关元件串联地插入，以检测流经电感器的增加的电流；以及控制电路，当阻抗机构的压降达到预先设定的阈值时，使开关元件断开。因此，不仅电路结构复杂化，而且对于小型化而言也成为难点。