JP2009261158A - Power supply unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電圧制御のランプと電流制御のランプとを使用する照明装置等の電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device such as a lighting device that uses a voltage-controlled lamp and a current-controlled lamp.
従来、屋内外の商業施設等の照明として、ハロゲンランプが採用されることがある。ハロゲンランプは、高い演色性を有し、寿命末期まで初期の光束・色温度を維持するという特性から、種々の照明装置に利用されている。また、近年、照射光に熱成分をほとんど含まず、熱に弱い対象物にも適応するという利点等から、照明用として、LED(発光ダイオード)も採用されるようになってきた。 Conventionally, halogen lamps are sometimes used as lighting for indoor and outdoor commercial facilities. Halogen lamps have high color rendering properties and are used in various lighting devices because they maintain the initial luminous flux and color temperature until the end of their lifetime. In recent years, LEDs (light-emitting diodes) have also been adopted for illumination because of the advantage that the irradiation light contains almost no heat component and is adaptable to heat-sensitive objects.
ハロゲンランプの電源装置としては、スイッチング電源を採用して定電圧制御を行うものが考えられる。これに対し、LEDの電源装置としては、特許文献1に記載のもの等がある。LEDの輝度はLEDに流れる電流値に応じて決まる。LEDに流れる電流と順方向電圧との関係は周囲温度の影響を受け、定電圧駆動してもLEDに流れる電流を一定にすることはできない。このため、LEDは定電流駆動する必要がある。特許文献1においては、このようなLEDを定電流駆動する電源装置が開示されている。
上記特許文献1において、当業者であれば、これらのハロゲンランプ及びLEDの両方を利用可能にすることも考えられる。しかしながら、ハロゲンランプとLEDとでは、制御方法が異なることから、これらのランプ用の共通化された電源回路は開発されていない。
In the above-mentioned
本発明は、1つのコンバータ回路を用いて効率を向上させると共に、定電圧駆動する第1のランプと定電流駆動する第2のランプとを点灯させることができる電源装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a power supply device capable of improving efficiency using a single converter circuit and lighting a first lamp driven by a constant voltage and a second lamp driven by a constant current. To do.
本発明の請求項1に係る電源装置は、直流電源からの直流電圧を所定の電圧に変換して出力端に供給する電圧出力回路と、前記出力端に接続される負荷に流れる負荷電流を検出する電流検出手段と、前記電圧出力回路の出力端の電圧に基づいて前記電圧出力回路をフィードバック制御して前記電圧出力回路に前記所定の電圧を発生させると共に、前記負荷電流が基準電流よりも大きくなると前記負荷電流が前記基準電流以下となるように、前記電圧出力回路を制御する制御手段と、前記出力端に前記負荷として電圧制御の第1の負荷が接続された場合には、前記制御手段に前記基準電流として前記第1の負荷に流れるべきでない過電流を設定して過電流を防止し、前記出力端に前記負荷として電流制御の第2の負荷が接続された場合には、前記制御手段に前記基準電流として前記第2の負荷に通常流れるべき電流を設定して定電流制御させる設定手段とを具備したものである。
A power supply apparatus according to
本発明によれば、1つのコンバータ回路を用いて効率を向上させると共に、定電圧駆動する第1のランプと定電流駆動する第2のランプとを点灯させることができるという効果を有する。 According to the present invention, the efficiency can be improved by using one converter circuit, and the first lamp driven by constant voltage and the second lamp driven by constant current can be turned on.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係る電源装置を示す回路図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing a power supply device according to a first embodiment of the present invention.
電圧制御が必要な第1の負荷と電流制御が必要な第2の負荷とを駆動する電源装置としては、例えば、電圧制御を行うコンバータ回路と、電流制御を行うコンバータ回路との2つのコンバータ回路を用いる回路が考えられる。しかしながら、2つのコンバータ回路を用いた場合には、損失が大きくなるという欠点が生じる。そこで、本実施の形態においては、所定の電圧を出力する電圧出力回路として1つのコンバータ回路のみを採用し、負荷に応じて、コンバータ回路の制御を電圧制御と電流制御とで切換え可能にすることで、損失を抑制しながら、定電圧駆動による第1の負荷と定電流駆動による第2の負荷との駆動を可能にする。本実施の形態においては、電圧・電流制御を行うコンバータ回路として降圧チョッパ回路を採用した例について説明する。 As a power supply device that drives a first load that requires voltage control and a second load that requires current control, for example, there are two converter circuits: a converter circuit that performs voltage control and a converter circuit that performs current control. A circuit using can be considered. However, when two converter circuits are used, there is a disadvantage that loss increases. Therefore, in this embodiment, only one converter circuit is employed as a voltage output circuit that outputs a predetermined voltage, and the control of the converter circuit can be switched between voltage control and current control according to the load. Thus, it is possible to drive the first load by constant voltage driving and the second load by constant current driving while suppressing loss. In the present embodiment, an example in which a step-down chopper circuit is employed as a converter circuit that performs voltage / current control will be described.
図1において、直流電源11は、基準電位点と正極性出力端との間に直流電圧を供給する。直流電源11の正極性出力端はトランジスタQ1のソースに接続され、トランジスタQ1のドレインはコイルL1の一端に接続される。コイルL1の一端はダイオードD1を介して基準電位点にも接続され、他端は平滑用のコンデンサC1を介して基準電位点に接続される。これらのトランジスタQ1、ダイオードD1、コイルL1及びコンデンサC1によって、降圧チョッパ回路が構成される。 In FIG. 1, a DC power supply 11 supplies a DC voltage between a reference potential point and a positive output terminal. The positive output terminal of the DC power supply 11 is connected to the source of the transistor Q1, and the drain of the transistor Q1 is connected to one end of the coil L1. One end of the coil L1 is also connected to the reference potential point via the diode D1, and the other end is connected to the reference potential point via the smoothing capacitor C1. These transistor Q1, diode D1, coil L1, and capacitor C1 constitute a step-down chopper circuit.
トランジスタQ1のゲートには、制御回路12から駆動信号が供給される。トランジスタQ1は駆動信号に応じてオン,オフし、コンデンサC1の両端には、駆動信号のオンデューティに応じた電圧が発生する。コンデンサC1の両端に発生する電圧が出力端子O1乃至O3に供給される。
A drive signal is supplied from the
出力端子O1,O2相互間には、電圧制御が必要な第1の負荷として、例えば、ハロゲンランプ13がスイッチSW1を介して接続可能である。また、出力端子O1,O3相互間には、電流制御が必要な第2の負荷として、例えば、LED(発光ダイオード)14がスイッチSW2を介して接続可能である。スイッチSW1,SW2は連動してオン,オフし、一方がオンの場合には他方はオフである。
For example, a
出力端子O2は負荷電流検出用の抵抗R1を介して基準電位点に接続され、出力端子O3は負荷電流検出用の抵抗R2を介して基準電位点に接続される。抵抗R1,R2の抵抗値は夫々Ra,Rbである。 The output terminal O2 is connected to a reference potential point via a load current detection resistor R1, and the output terminal O3 is connected to a reference potential point via a load current detection resistor R2. The resistance values of the resistors R1 and R2 are Ra and Rb, respectively.
制御回路12はGND端が基準電位点に接続され、出力端V0 から駆動信号をトランジスタQ1のゲートに出力する。制御回路12はコンデンサC1の端子電圧がF/B端にフィードバックされる。制御回路12は、F/B端にフィードバックされるコンデンサC1の端子電圧が所定の値となるように、駆動信号を発生する。これにより、コンデンサC1の両端に所定の定電圧を発生させることができる。
The
更に、制御回路12は、過電流防止のための制御端CLM1,CLM2を備えている。制御回路12は負荷電流が過電流になると、負荷電流を所定の電流値に制限するように、駆動信号を制御する。即ち、制御回路12は、F/B端の入力に基づくフィードバック制御よりも制御端CLM1,CLM2の入力に基づく過電流制御を優先して実行する。制御端CLM1には、抵抗R1の両端電圧が印加される。また、制御端CLM2には、抵抗R2の両端電圧が印加される。
The
いま、抵抗R1に流れる第1の負荷電流がIaであるものとする。制御端CLM1には第1の負荷電流に応じた電圧Ra・Iaが印加される。この電圧Ra・Iaが所定の閾値Vrefを超えようとすると、制御回路12は、この電圧Ra・Iaが閾値Vrefとなるように、即ち、負荷電流Iaが基準電流Iref1以下となるように過電流制御を行う。これにより、第1の負荷であるハロゲンランプ13に過電流が流れることを防止する。
Now, it is assumed that the first load current flowing through the resistor R1 is Ia. A voltage Ra · Ia corresponding to the first load current is applied to the control terminal CLM1. If the voltage Ra · Ia exceeds the predetermined threshold value Vref, the
一方、第2の負荷であるLED14を接続した場合において、抵抗R2に流れる第2の負荷電流がIbであるものとする。制御端CLM2には第2の負荷電流に応じた電圧Rb・Ibが印加される。この電圧Rb・Ibが所定の閾値Vrefを超えようとすると、制御回路12は、この電圧Rb・Ibが閾値Vrefとなるように、電流制御を行う。この過電流制御を利用して、本実施の形態においては、LED14の通常使用時において流すべき電流に基づいて、過電流であるか否かの基準電流Iref2を設定する。過電流と判定されると、負荷電流を基準電流Iref2以内に抑制する過電流制御が働き、負荷を定電流制御することができる。
On the other hand, when the
即ち、LED14の通常使用時にLED14に流す電流値Ibと抵抗値Rbとの積Rb・IbがVrefとなるように抵抗R2の抵抗値Rbを設定することで、LED14の通常使用時において、電圧Rb・Ib≦Vrefとする定電流制御が行われる。
That is, by setting the resistance value Rb of the resistor R2 such that the product Rb · Ib of the current value Ib flowing through the
なお、F/B端の入力に基づく制御回路12の定電圧制御によって、LED14の駆動時においては常に過電流制御が働く出力電圧が設定されており、LED14の駆動時には、電圧Rb・Ib=Vrefとする定電流制御が行われることになる。
Note that, by the constant voltage control of the
次に、このように構成された実施の形態の作用について図2及び図3を参照して説明する。図2は降圧チョッパ回路の出力電圧Vo及び出力電流(負荷電流)Ioを示す波形図である。図3は制御回路12の制御を説明するためのフローチャートである。
Next, the operation of the embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a waveform diagram showing the output voltage Vo and output current (load current) Io of the step-down chopper circuit. FIG. 3 is a flowchart for explaining the control of the
いま、スイッチSW1がオンでスイッチSW2がオフであって、ハロゲンランプ13を点灯させるものとする。制御回路12はトランジスタQ1に駆動信号を供給して、トランジスタQ1をオンオフする。直流電源11からの直流電圧は、トランジスタQ1を介してコイルL1及びコンデンサC1に供給され、トランジスタQ1のオンデューティに応じた直流電圧が、コンデンサC1の両端に発生する。
Now, it is assumed that the switch SW1 is on and the switch SW2 is off, and the
この直流電圧が出力端子O1,O2との間又は出力端子O1,O3との間に供給される。コンデンサC1の端子電圧は制御回路12のF/B端にフィードバックされており、制御回路12はF/B端にフィードバックされる電圧が所定の定電圧となるように駆動信号を発生する。このフィードバック制御によって、降圧チョッパ回路は定電圧制御される(ステップS1)。図2の定電圧制御期間に示すように、スイッチSW1をオンにしてハロゲンランプ13を点灯させる場合には、降圧チョッパ回路の出力は定電圧となって、ハロゲンランプ13は安定的に点灯する。
This DC voltage is supplied between the output terminals O1 and O2 or between the output terminals O1 and O3. The terminal voltage of the capacitor C1 is fed back to the F / B terminal of the
制御回路12はステップS2,S3において、第1及び第2の負荷電流Ia,Ibを検出する。スイッチSW2はオフであり、第2の負荷電流Ibは0である。負荷電流Iaは抵抗R1の両端電圧によって検出することができ、抵抗R1の両端電圧は制御端CLM1に供給される。抵抗R1の両端電圧が所定の閾値Vrefよりも大きい場合、即ち、負荷電流Iaが基準電流Iref1よりも大きい場合には、制御回路12はステップS6に移行して、Ia・Ra≦Vrefとする過電流制御を行う。Ia<Iref1の場合には、制御回路12は、ステップS1に処理を戻して定電圧制御を繰返す。
In steps S2 and S3, the
次に、LED14を点灯させるものとする。この場合には、コンデンサC1の充電電荷によってLED14に突入電流が流入することを防止するために、一端降圧チョッパ回路の動作を停止させて、出力を0Vにする。
Next, the
次に、スイッチSW1をオフ、スイッチSW2をオンにして、LED14を駆動する。制御回路12はステップS3において、第2の負荷電流Ibを検出する。負荷電流Ibは抵抗R2の両端電圧によって検出することができ、抵抗R2の両端電圧は制御端CLM2に供給される。抵抗R2の両端電圧が所定の閾値Vrefよりも大きい場合、即ち、負荷電流Ibが基準電流Iref2よりも大きい場合には、制御回路12はステップS7に移行して、Ib・Rb≦Vrefとする過電流制御を行う。
Next, the switch SW1 is turned off, the switch SW2 is turned on, and the
LED14の通常使用時における負荷電流をIref2に設定しておくことで、LED14の使用時においては、常に負荷電流をIref2とする定電流制御が行われることになる。
By setting the load current during normal use of the
このように本実施の形態においては、電圧制御が必要な第1の負荷接続時には定電圧制御を行うと共に、過電流制御の基準値を第2の負荷を駆動時の電流値に設定することで、電流制御が必要な第2の負荷接続時において定電流制御を可能にする。1つのコンバータ回路を、接続された負荷に応じて定電圧制御と定電流制御とで切り換え可能にすることにより、損失を抑制しながら、定電圧駆動する第1の負荷と定電流駆動する第2の負荷とを駆動することができる。 Thus, in the present embodiment, constant voltage control is performed when the first load requiring voltage control is connected, and the reference value for overcurrent control is set to the current value when driving the second load. The constant current control is enabled when the second load requiring current control is connected. By making one converter circuit switchable between constant voltage control and constant current control in accordance with the connected load, the first load driven at constant voltage and the second driven at constant current while suppressing loss. Can be driven.
図4は本発明の第2の実施の形態を示す回路図である。図4において図1と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。また、図5は第2の実施の形態を説明するための波形図である。 FIG. 4 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention. In FIG. 4, the same components as those of FIG. FIG. 5 is a waveform diagram for explaining the second embodiment.
本実施の形態はコンデンサC1を省略すると共に、コイルL1と共にトランスTを構成するコイルL2、コンデンサC2、ダイオードD2及び抵抗R3,R4による電圧検出回路を付加した点が第1の実施の形態と異なる。 The present embodiment is different from the first embodiment in that the capacitor C1 is omitted and a voltage detection circuit including a coil L2, a capacitor C2, a diode D2, and resistors R3 and R4 that form a transformer T together with the coil L1 is added. .
一般的には、LED14に対する定電流制御時におけるコンバータ回路の出力電圧は、ハロゲンランプ13を点灯させるための出力定電圧よりも低い。このため、ハロゲンランプ13の点灯時にLED14の点灯に切換えると、コンデンサC1の充電電荷によってLED14に突入電流が流れてしまう。
In general, the output voltage of the converter circuit during constant current control for the
図5の出力電圧Vo1及び出力電流Io1はこの状態を示しており、スイッチSW1のオン状態からスイッチSW2のオン状態に切換えると、定電圧制御から定電流制御に切換わる。この切換え時に、出力電圧は次第に低下して、定電流制御時の出力電圧VFに変化する。一方、出力電流は、切り換え時の突入電流によって上昇し、次いで次第に低下して定電流制御時の定電流となる。この突入電流によってLED14が破壊されてしまうことがある。
The output voltage Vo1 and the output current Io1 in FIG. 5 indicate this state. When the switch SW1 is switched from the on state to the switch SW2, the constant voltage control is switched to the constant current control. At the time of this switching, the output voltage gradually decreases and changes to the output voltage VF during constant current control. On the other hand, the output current increases due to the inrush current at the time of switching, and then gradually decreases to become a constant current at the time of constant current control. The
そこで、本実施の形態においては、突入電流を発生させるコンデンサC1を省略する。コンデンサC1を省略すると、コンバータ回路の出力電圧は高周波リップルが重畳されたものとなる。この場合でも、ハロゲンランプ13及びLED14の点灯は可能である。しかしながら、コンバータ回路の定電圧制御のための直流電圧を得ることができない。そこで、本実施の形態においては、トランス結合によって1次側のコイルL1に流れる電流を2次側のコイルL2において取り出す。
Therefore, in the present embodiment, the capacitor C1 that generates the inrush current is omitted. If the capacitor C1 is omitted, the output voltage of the converter circuit is superimposed with high frequency ripple. Even in this case, the
コイルL2の負極性端は基準電位点に接続され、コイルL2の正極性端と負極性端との間にはダイオードD2及びコンデンサC2が直列接続される。コンデンサC2には抵抗R3,R4の直列回路が並列に接続される。ダイオードD2及びコンデンサC2によってコイルL2に発生する電圧が直流電圧に変換され、抵抗R3には、コイルL1の出力に基づく直流電圧が発生する。この抵抗R3に発生する直流電圧がフィードバック電圧として、制御回路12のF/B端に供給される。制御回路12はF/B端にフィードバックされる電圧が所定の定電圧となるように駆動信号を発生する。
The negative end of the coil L2 is connected to the reference potential point, and a diode D2 and a capacitor C2 are connected in series between the positive end and the negative end of the coil L2. A series circuit of resistors R3 and R4 is connected in parallel to the capacitor C2. A voltage generated in the coil L2 is converted into a DC voltage by the diode D2 and the capacitor C2, and a DC voltage based on the output of the coil L1 is generated in the resistor R3. The DC voltage generated in the resistor R3 is supplied to the F / B terminal of the
このように構成された実施の形態においては、コイルL1の出力端の電圧は、コイルL2、ダイオードD2、コンデンサC2及び抵抗R3,R4による電圧検出回路によって検出されて、制御回路12のF/B端に供給される。これにより、制御回路12はコンバータ回路の定電圧制御が可能である。図5の出力電圧Vo2に示すように、スイッチSW1がオンでハロゲンランプ13を点灯させる場合には、抵抗R3の両端電圧に基づくフィードバック制御によって、ハロゲンランプ13は定電圧駆動される。
In the embodiment configured as described above, the voltage at the output terminal of the coil L1 is detected by the voltage detection circuit including the coil L2, the diode D2, the capacitor C2, and the resistors R3 and R4, and the F / B of the
スイッチSW1がオフとなって、スイッチSW2がオンになると、電流Ibが基準電流Iref2よりも大きくなろうとして、制御回路12はIb・Rb=Vrefとする定電流制御を行う。この場合には、コンバータ回路の出力端にコンデンサが設けられていないので、スイッチSW1,SW2の切換え時において、LED14に突入電流が流入することはなく、図5に示すように、定電圧制御から定電流制御には瞬時に切換る。
When the switch SW1 is turned off and the switch SW2 is turned on, the current Ib tends to be larger than the reference current Iref2, and the
このように、本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態においては、使用するランプをハロゲンランプからLEDに瞬時に切換えた場合でも、LEDに突入電流が流れることはない。 Thus, also in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In the present embodiment, even when the lamp to be used is instantaneously switched from the halogen lamp to the LED, no inrush current flows through the LED.
なお、上記実施の形態において、コンバータ回路の出力をトランス結合によって取り出してフィードバック電圧とする例について説明したが、コンバータ回路の出力を取得する方法は種々考えられる。例えば、コンデンサを省略することによりパルス出力回路として機能するコンバータ回路からのパルス出力の実効値を求め、この実効値をフィードバック制御に用いるようにしてもよい。 In the above-described embodiment, the example in which the output of the converter circuit is extracted by transformer coupling and used as the feedback voltage has been described. However, various methods for acquiring the output of the converter circuit are conceivable. For example, the effective value of the pulse output from the converter circuit functioning as the pulse output circuit may be obtained by omitting the capacitor, and this effective value may be used for feedback control.
10…電源装置、11…直流電源、12…制御回路、13…ハロゲンランプ、14…LED、Q1…トランジスタ、D1…ダイオード、L1…コイル、C1…コンデンサ、R1,R2…抵抗。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記出力端に接続される負荷に流れる負荷電流を検出する電流検出手段と、
前記電圧出力回路の出力端の電圧に基づいて前記電圧出力回路をフィードバック制御して前記電圧出力回路に前記所定の電圧を発生させると共に、前記負荷電流が基準電流よりも大きくなると前記負荷電流が前記基準電流以下となるように、前記電圧出力回路を制御する制御手段と、
前記出力端に前記負荷として電圧制御の第1の負荷が接続された場合には、前記制御手段に前記基準電流として前記第1の負荷に流れるべきでない過電流を設定して過電流を防止し、前記出力端に前記負荷として電流制御の第2の負荷が接続された場合には、前記制御手段に前記基準電流として前記第2の負荷に通常流れるべき電流を設定して定電流制御させる設定手段と
を具備したことを特徴とする電源装置。 A voltage output circuit that converts a DC voltage from a DC power source into a predetermined voltage and supplies the voltage to the output terminal;
Current detection means for detecting a load current flowing in a load connected to the output terminal;
The voltage output circuit is feedback-controlled based on the voltage at the output terminal of the voltage output circuit to generate the predetermined voltage in the voltage output circuit, and when the load current becomes larger than a reference current, the load current is Control means for controlling the voltage output circuit so as to be equal to or lower than a reference current;
When a first load of voltage control is connected to the output terminal as the load, an overcurrent that should not flow to the first load as the reference current is set in the control means to prevent overcurrent. When a second load of current control is connected to the output terminal as the load, the control means is configured to set a current that should normally flow through the second load as the reference current and perform constant current control. And a power supply apparatus.
前記制御手段は、前記電圧出力回路の出力電圧に基づく直流電圧を検出して、前記電圧出力回路をフィードバック制御することを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 The voltage output circuit generates a pulse voltage as a predetermined voltage,
The power supply apparatus according to claim 1, wherein the control unit detects a DC voltage based on an output voltage of the voltage output circuit and feedback-controls the voltage output circuit.
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