CN103178707A - 电力转换装置 - Google Patents

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Abstract

一种电力转换装置，不论输出至负载中的输出电压值为何，均可维持高电力转换效率。电力转换装置包括：直流转换电路、输出转换电路及控制电路。直流转换电路将外部电源电压转换成直流电压。输出转换电路具有开关元件，该开关元件将由直流转换电路所转换的直流电压转换成对应于负载的输出电压后供给至负载中。控制电路不论对应于负载的从输出转换电路输出的输出电压的值，开关元件的接通时间均变成固定的方式进行控制。

Description

电力转换装置
技术领域
本发明的实施形态涉及一种对负载供给电力的电力转换装置。
背景技术
先前，在对作为负载的例如发光二极管（Light Emitting Diode，LED）元件供给电力的电力转换装置中，将交流电源电压转换成直流电压，通过具有以固定的频率进行接通/断开动作的开关元件的输出转换电路，将该直流电压转换成规定的输出电压，供给至LED元件中，使LED元件点灯。
此种电力转换装置以如下方式进行控制：检测输出至LED元件中的输出电流，对应于所检测的输出电流来使输出转换电路的开关元件的接通时间可变，对LED元件中供给固定的输出电流。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2003-59676号公报
例如当针对LED元件的数量不同的多种负载共用电力转换装置时，若将使用某一数量的LED元件的负载作为基准，则LED元件的数量变得越少，输出转换电路所输出的输出电压越小而较佳，因此以缩短开关元件的接通时间的方式进行控制。但是，开关元件具有接通时间变得越短，开关元件中的电力损耗越增加的特性，因此存在电力转换效率下降的问题。
发明内容
本发明欲解决的课题在于提供一种不论输出至负载中的输出电压的值，均可维持高电力转换效率的电力转换装置。
实施形态的电力转换装置包括：直流转换电路、输出转换电路及控制电路。直流转换电路将外部电源电压转换成直流电压。输出转换电路具有开关元件，该开关元件将由直流转换电路所转换的直流电压转换成对应于负载的输出电压后供给至负载中。控制电路不论对应于负载的从输出转换电路输出的输出电压的值为何，开关元件的接通时间均变成固定的方式进行控制。
实施形态的照明装置，包括：光源；以及电力转换装置，包括直流转换电路、输出转换电路及控制电路，所述直流转换电路将外部电源电压转换成直流电压，所述输出转换电路具有开关元件，所述开关元件将由所述直流转换电路所转换的直流电压转换成对应于所述光源的输出电压后供给至所述光源中，所述控制电路不论对应于所述光源的从所述输出转换电路输出的输出电压的值为何，所述开关元件的接通时间均变成固定的方式进行控制。
发明的效果
根据本发明，由于不论对应于负载的从输出转换电路输出的输出电压的值为何，均以开关元件的接通时间变成固定的方式来进行控制，因此可使开关元件始终在电力损耗少的状态下进行开关动作，可期待维持高电力转换效率。
附图说明
图1是表示第1实施形态的电力转换装置的电路图。
图2是所述电力转换装置的直流转换电路及输出转换电路的电路图。
图3(a)表示所述电力转换装置的直流转换电路所输出的直流电压VDC与输出转换电路所输出的输出电压V0的关系的表，图3（b）为对应图3(a)图表。
图4(a)表示所述输出转换电路的开关组件的动作，并说明开关组件在1个周期中的接通时间的波形图，图4（b）是说明开关组件在1个周期中的接通时间的变化的波形图。
图5（a）表示所述输出转换电路的开关组件的电力损耗，且负载为高负载且开关组件的接通时间长时的电力损耗的特性图，图5（b）是表示负载为低负载且开关组件的接通时间短时的电力损耗的特性图。
图6（a）表示第2实施形态的电力转换装置的直流转换电路所输出的直流电压VDC与输出转换电路所输出的输出电压V0的关系的表，图6（b）为对应图6(a)图表。
附图标记：
10：电力转换装置
11：负载
11a：LED元件
12：直流转换电路
13：输出转换电路
14：检测部
15：控制电路
18：整流电路
19：升压斩波器
21：降压斩波器
C1：电解电容器
D1：二极管
D2：二极管
E：交流电源
L1：电感器
L2：电感器
Q1：开关元件
Q2：开关元件
REC：全波整流器
V0：输出电压
VDC：直流电压
具体实施方式
以下，参照图1至图5(a)-5(b)对第1实施形态进行说明。
如图1所示，电力转换装置10输入作为外部电源电压的交流电源E，将其转换成对应于负载11的规定的输出电压，供给至负载11。另外，电力转换装置10构成为如下的自由电压型，其对应于根据设置环境等而不同的100V～242V的范围的交流电源E的输入。
其次，电力转换装置10是例如在广告灯等照明装置，用于对作为负载11的多个LED元件供给规定的点灯电力，使多个LED元件点灯。在该广告灯等照明装置中，每种广告灯中所使用的LED元件的数量不同，所需的点灯电力也不同的情况多，但共用电力转换装置10。
而且，电力转换装置10包括：直流转换电路12，将交流电源E转换并输出成直流电压；输出转换电路13，将从该直流转换电路12输出的直流电压转换成对应于负载11的输出电压，并供给至负载11；检测部14，对从该输出转换电路13输出的输出电压进行检测；以及控制电路15，根据利用检测部14的输出电压的检测，控制直流转换电路12及输出转换电路13。
如图2所示，直流转换电路12包括：整流电路18，对交流电源E进行整流；以及升压斩波器19，使经整流的电源电压升压，并且将其转换成直流电压。
整流电路18使用全波整流器REC，该全波整流器REC的输入端连接于交流电源E，输出端连接于升压斩波器19。
升压斩波器19具有连接于全波整流器REC的输出端间的电感器L1与例如场效应晶体管等开关元件Q1的串联电路，以及与开关元件Q1并联连接的防逆流用的二极管D1与平滑用的电解电容器C1的直流电路。而且，开关元件Q1通过控制电路15的控制而以规定的频率及接通时间（接通占空）进行接通/断开动作，由此在电解电容器C1的两端间产生经升压的规定的直流电压。如此，升压斩波器19将100V～242V的范围的交流电源E升压成例如420V等规定的直流电压后输出至输出转换电路13中。
输出转换电路13包含降压斩波器21，且具有连接于电解电容器C1的两端间的例如场效应晶体管等开关元件Q2与二极管D2的串联电路。在二极管D2的阴极与负载11之间连接有电感器L2。而且，开关元件Q2通过控制电路15的控制而以规定的频率及接通时间（接通占空）进行接通/断开动作，由此产生为了供给至负载11中而经降压的规定的输出电压。
负载11为串联连接于输出转换电路13的输出端间的多个LED元件11a。
另外，如图1所示，不论对应于负载11的从输出转换电路13输出的输出电压的值为何，控制电路15是以开关元件Q2的接通时间变成固定的方式进行控制。
在本实施形态中，以对应于由检测部14所检测的从输出转换电路13输出的输出电压，开关元件Q2的接通时间变成固定的方式，对从直流转换电路12输出的直流电压进行可变控制。
具体而言，如图3(a)、图3(b)所示，以从直流转换电路12输出的直流电压VDC与从输出转换电路13输出的输出电压V0的差始终变成固定的方式，控制直流转换电路12的开关元件Q1，而使从直流转换电路12输出的直流电压VDC可变。
如此，以“直流电压VDC－输出电压V0＝固定”的方式，对从直流转换电路12输出的直流电压VDC进行可变控制，由此即便因LED元件11a的数量的差异，从输出转换电路13输出的输出电压V0的值有所不同，也可以使输出转换电路13的开关元件Q2的接通时间变成固定。
其次，对电力转换装置10的动作进行说明。
若投入交流电源E，则在直流转换电路12中，利用全波整流器REC对交流电源E进行整流，通过控制电路15的控制来使升压斩波器19的开关元件Q1以规定的频率及接通时间进行接通/断开动作，对由全波整流器REC进行了整流的电源电压进行斩波，而升压至规定的直流电压，将该直流电压输出至输出转换电路13。
在输出转换电路13，通过控制电路15的控制使降压斩波器21的开关元件Q2以规定的频率及接通时间进行接通/断开动作，对从直流转换电路12输出的直流电压进行斩波，使其降压成用于使负载11动作的规定的输出电压（直流电压），将该输出电压输出至负载11。由此，作为负载11的LED元件11a进行点灯。
控制电路15根据由检测部14所检测的从输出转换电路13输出的输出电压，控制直流转换电路12的开关元件Q1及输出转换电路13的开关元件Q2的接通/断开动作。
另外，如上所述，电力转换装置10可用于使用多个LED元件11a作为负载11的广告灯等照明装置，而且，在LED元件11a的数量不同的照明装置中共用。
此处，图4（a）表示使输出转换电路13的开关元件Q2进行接通/断开动作的1个周期T中的接通时间（ton）。而且，如图4（b）所示，当从直流转换电路12输出的直流电压VDC、及流入至LED元件11a中的电流（2·I0）分别固定时，LED元件11a的数量越变少而成为轻负载，越使开关元件Q2在1个周期T中的接通时间（ton）如从图4（b）的ton3至ton2、ton1般缩短。
图5（a）表示负载11为高负载且开关元件Q2的接通时间长时的开关元件Q2的电力损耗，图5（b）表示负载11为低负载且开关元件Q2的接通时间短时的电力损耗，在各图中图示的斜线部成为电力损耗。如从图5（a）-图5（b）可明白一般，开关元件Q2的接通时间变得越短，斜线部的面积越增加，转换损耗越增加，电力转换效率越下降。
从此种开关元件Q2的特性，优选的是不论对应于负载11而从输出转换电路13输出的输出电压的值为何，开关元件Q2的接通时间均固定地保持为电力损耗少的状态，且维持高电力效率。
在本实施形态中，通过控制电路15，以对应于由检测部14所检测的从输出转换电路13输出的输出电压，开关元件Q2的接通时间变成固定的方式，对直流转换电路12所输出的直流电压进行可变控制。
具体而言，如图3(a)-3(b)所示，以“直流电压VDC－输出电压V0＝固定”的方式，对从直流转换电路12输出的直流电压VDC进行可变控制，由此即便因LED元件11a的数量的差异，从输出转换电路13输出的输出电压V0的值有所不同，也能够以使开关元件Q2始终在电力损耗少的状态下进行开关动作的方式，使开关元件Q2的接通时间变成固定。
在此情况下，将成为基准的负载状态下的输出电压V0的值及直流电压VDC的值作为基准值，并先将该基准值存储在控制电路15所具有的存储部。例如，将输出电压V0＝100V、直流电压VDC＝400V作为基准值。然后，控制电路15将由检测部14所检测的输出电压V0与基准值进行比较，当两者不同时，以“直流电压VDC－输出电压V0＝固定”的方式，求出直流电压VDC，并对直流转换电路12的开关元件Q 1进行控制，使从直流转换电路12输出的直流电压VDC可变。
而且，当将比成为基准的负载状态更加低负载的负载11与电力转换装置10组合时（将LED元件11a的数量少的照明装置与电力转换装置10组合时），负载11成为低负载，例如设为输出转换电路13的输出电压V0＝60V。在此情况下，由检测部14所检测的从输出转换电路13输出的输出电压V0＝60V，因此控制电路15将直流转换电路12所输出的直流电压VDC控制成360V。
再者，如图3（a）所示，也可以将输出电压V0的值以及相对于该输出电压V0的值使开关元件Q2的接通时间变成固定的直流电压VDC的值进行对应关联，并事先存储在控制电路15所具有的存储部的参照表，由此控制电路15参照存储部的参照表，对应于由检测部14所检测的输出电压V0来控制直流电压VDC。
如此，通过控制电路15，以对应于由检测部14所检测的输出电压V0，开关元件Q2的接通时间变成固定的方式，对从直流转换电路12输出的直流电压进行可变控制，因此不论对应于负载11的从输出转换电路13输出的输出电压V0的值为何，均可使开关元件Q2始终在电力损耗少的状态下进行开关动作，而可维持高电力转换效率。
进而，通过控制电路15，以从直流转换电路12输出的直流电压VDC与从输出转换电路13输出的输出电压V0的差变成固定的方式，对从直流转换电路12输出的直流电压VDC进行可变控制，因此可实现不论对应于负载11的从输出转换电路13输出的输出电压V0的值，均使开关元件Q2的接通时间变成固定。
其次，图6(a)-6(b)表示第2实施形态。再者，对与第1实施形态相同的构成使用相同的符号并省略其说明。
在第1实施形态中，通过控制电路15，以对应于由检测部14所检测的输出电压，开关元件Q2的接通时间变成固定的方式，对从直流转换电路12输出的直流电压进行可变控制，但在第2实施形态中，以对应于由检测部14所检测的输出电压，开关元件Q2的接通时间变成固定的方式，控制开关元件Q2的频率来进行替代。
具体而言，通过控制电路15，对成为基准的负载状态下的输出电压与由检测部14所检测的输出电压进行比较，并对开关元件Q2的频率进行可变控制。
在此情况下，将成为基准的负载状态下的输出电压V0的值及频率f的值作为基准值，并将该基准值先存储在控制电路15所具有的存储部。例如，设为成为基准的负载状态下的基准值为输出电压V0＝100V、频率f＝55kHz、输出电压V0/直流电压VDC＝0.25。而且，当将成为基准的负载状态下的输出电压与由检测部14所检测的输出电压的差的比例设为ΔV0，将成为基准的负载状态下的开关元件Q2的频率设为f时，控制电路15利用fsw＝ΔV0·f的式子求出进行可变控制的开关元件Q2的频率，并控制开关元件Q2的频率fsw。
而且，当将比成为基准的负载状态更加低负载的负载11与电力转换装置10组合时（将LED元件11a的数量少的照明装置与电力转换装置10组合时），负载11成为低负载，例如设为输出转换电路13的输出电压V0＝60V。在此情况下，由检测部14所检测的输出电压V0＝60V，且ΔV0＝0.6，因此频率fsw＝0.6·55＝33，控制电路15将开关元件Q2的频率fsw控制为33kHz。由此，与成为基准的负载状态的情况相比，开关元件Q2的频率fsw变小，因此开关元件Q2的接通时间变成与成为基准的负载状态的情况相同的时间，开关元件Q2的接通时间被保持成固定。
再者，如图6（a）所示，也可以使输出电压V0的值、与可相对于该输出电压V0的值使开关元件Q2的接通时间变成固定的频率fsw的值产生对应，并事先存储在控制电路15所具有的存储部的参照表中，由此控制电路15参照存储部的参照表，对应于由检测部14所检测的输出电压V0来决定频率fsw的值。
如此，通过控制电路15，以对应于由检测部14所检测的输出电压V0，开关元件Q2的接通时间变成固定的方式，对开关元件Q2的频率进行可变控制，因此不论对应于负载11的从输出转换电路13输出的输出电压V0的值，均可使开关元件Q2始终在电力损耗少的状态下进行开关动作，而可维持高电力转换效率。
进而，通过控制电路15，对成为基准的输出电压V0与由检测部14所检测的输出电压V0进行比较来对开关元件Q2的频率进行可变控制，因此可实现不论对应于负载11的从输出转换电路13输出的输出电压V0的值，均使开关元件Q2的接通时间变成固定。
根据以上的各实施形态的电力转换装置10，以不论对应于负载11的从输出转换电路13输出的输出电压V0的值为何，开关元件Q2的接通时间均变成固定的方式进行控制，因此可使开关元件Q2始终在电力损耗少的状态下进行开关动作，而可维持高电力转换效率。因此，可针对所需的电力不同的负载11共用电力转换装置10。
再者，外部电源电压并不限于交流电源，也可以是直流电源。当外部电源电压为直流电源时，直流转换电路12将输入电压转换成电压不同的直流电压。
另外，由电力转换装置10供给电力的负载11并不限于LED元件11a，也可以是电致发光（Electro-Luminescence，EL）元件等其他光源、或者也可以是其他电气设备。
虽已对本发明的若干实施形态进行了说明，但这些实施形态是作为例子而提示的实施形态，并无对发明的范围进行限定的意图。所述的实施形态能够以其他的各种形态来实施，在不脱离发明的宗旨的范围内，可进行各种省略、替换、变更。这些实施形态或其变形包含在发明的范围或宗旨中，并且包含在权利要求的范围中所记载的发明及其均等的范围中。

Claims (15)

1.一种电力转换装置，其特征在于包括：
直流转换电路，将外部电源电压转换成直流电压；
输出转换电路，具有开关元件，所述开关元件将由所述直流转换电路所转换的直流电压转换成对应于负载的输出电压，供给至所述负载中；
控制电路，不论对应于所述负载的从所述输出转换电路输出的输出电压的值为何，以所述开关元件的接通时间变成固定的方式进行控制。
2.根据权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于还包括：
检测部，对从所述输出转换电路输出至所述负载中的输出电压进行检测，
所述控制电路以对应于由所述检测部所检测的输出电压，且所述开关元件的接通时间变成固定的方式，对从所述直流转换电路输出的直流电压进行可变控制。
3.根据权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于：
所述控制电路以从所述直流转换电路输出的直流电压与从所述输出转换电路输出的输出电压的差变成固定的方式，对从所述直流转换电路输出的所述直流电压进行可变控制。
4.根据权利要求3所述的电力转换装置，其特征在于还包括：
存储部，存储成为基准的负载中的直流电压的基准值及输出电压的基准值，
所述控制电路以由所述检测部所检测的输出电压和从所述直流转换电路输出的直流电压的差、与存储在所述存储部中的直流电压的基准值和输出电压的基准值的差变成相同的方式，根据由所述检测部所检测的输出电压求出直流电压，并将从所述直流转换电路输出的直流电压可变控制成所求出的直流电压。
5.根据权利要求3所述的电力转换装置，其特征在于还包括：
存储部，直流电压的值、与可相对于直流电压的值使所述开关元件的接通时间变成固定的输出电压的值产生对应并进行存储，
所述控制电路参照所述存储部，对应于由所述检测部所检测的输出电压对从所述直流转换电路输出的直流电压进行可变控制。
6.根据权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于还包括：
检测部，对从所述输出转换电路输出至所述负载中的输出电压进行检测，且
所述控制电路以对应于由所述检测部所检测的输出电压，且所述开关元件的接通时间变成固定的方式，对所述开关元件的频率进行可变控制。
7.根据权利要求6所述的电力转换装置，其特征在于：
所述控制电路对成为基准的输出电压与由所述检测部所检测的输出电压进行比较来对所述开关元件的频率进行可变控制。
8.根据权利要求7所述的电力转换装置，其特征在于还包括：
存储部，存储成为基准的负载中的输出电压的基准值及频率的基准值，
所述控制电路求出由所述检测部所检测的输出电压与所述输出电压的基准值的差的比例，并且根据该比例而从所述频率的基准值求出作为目标的频率，并将所述开关元件的频率可变控制成作为目标的频率。
9.根据权利要求7所述的电力转换装置，其特征在于还包括：
存储部，使所述输出电压的值、与相对于所述输出电压的值使所述开关元件的接通时间变成固定的可能的所述直流电压的值产生对应并进行存储，且
所述控制电路参照所述存储部，对应于由所述检测部所检测的输出电压对从所述开关元件的频率进行可变控制。
10.根据权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：
所述负载为发光二极管元件。
11.一种照明装置，其特征在于包括：
光源；以及
电力转换装置，包括直流转换电路、输出转换电路及控制电路，所述直流转换电路将外部电源电压转换成直流电压，所述输出转换电路具有开关元件，所述开关元件将由所述直流转换电路所转换的直流电压转换成对应于所述光源的输出电压后供给至所述光源中，所述控制电路不论对应于所述光源的从所述输出转换电路输出的输出电压的值为何，所述开关元件的接通时间均变成固定的方式进行控制。
12.根据权利要求11所述的照明装置，其特征在于还包括：
检测部，其对从所述输出转换电路输出至所述负载中的输出电压进行检测，
所述控制电路以对应于由所述检测部所检测的输出电压，且所述开关元件的接通时间变成固定的方式，对从所述直流转换电路输出的直流电压进行可变控制。
13.根据权利要求12所述的照明装置，其特征在于：
所述控制电路以从所述直流转换电路输出的直流电压与从所述输出转换电路输出的输出电压的差变成固定的方式，对从所述直流转换电路输出的直流电压进行可变控制。
14.根据权利要求11所述的照明装置，其特征在于还包括：
检测部，对从所述输出转换电路输出至所述负载中的输出电压进行检测，
所述控制电路以对应于由所述检测部所检测的输出电压，且所述开关元件的接通时间变成固定的方式，对所述开关元件的频率进行可变控制。
15.根据权利要求14所述的照明装置，其特征在于：
所述控制电路对成为基准的输出电压与由所述检测部所检测的输出电压进行比较来对所述开关元件的频率进行可变控制。
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