DE112009001290T5

DE112009001290T5 - Stromversorgungsvorrichtung, Leuchte und Fahrzeug

Info

Publication number: DE112009001290T5
Application number: DE112009001290T
Authority: DE
Inventors: Takashi Kadoma-shi Kanbara
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2008-05-26
Filing date: 2009-05-25
Publication date: 2011-04-21
Anticipated expiration: 2029-05-26
Also published as: US8963425B2; CN102047760A; US20110062870A1; DE112009001290B4; JP2009283401A; CN102047760B; WO2009145128A1

Abstract

Stromversorgungsvorrichtung, die eine Halbleiter-Lichtquellen-Last mit Strom versorgt und zum Leuchten bringt, mit:
einem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler mit einem induktiven Element und einem Schaltelement, der eine Spannungswandlung dadurch durchführt, dass er Energie von einer Eingangsstromquelle in dem induktiven Element speichert, wenn das Schaltelement eingeschaltet ist, und die in dem induktiven Element gespeicherte Energie an eine Lastseite abgibt, wenn das Schaltelement ausgeschaltet ist; und
einem Steuergerät, das EIN-/AUS-Operationen des Schaltelements so steuert, dass ein Ausgangsstrom des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers gleich einem Sollwert werden kann,
wobei Mittel zum Regeln des Zeitpunkts des Einschaltens des Schaltelements zumindest in dem Steuergerät so vorgesehen sind, dass ein Strom, der durch das induktive Element fließt, in einem kontinuierlichen Modus fließen kann.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromversorgungsvorrichtung, die einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler verwendet, und sie betrifft insbesondere eine Stromversorgungsvorrichtung, die eine Halbleiter-Lichtquelle als eine Last mit Strom versorgt, die aus einem lichtemittierenden Halbleiterelement, wie etwa einer Leuchtdiode (LED), besteht. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Leuchte für einen Scheinwerfer und dergleichen, die die Stromversorgungsvorrichtung verwendet, und ein Fahrzeug mit der Leuchte.
Hintergrund der Erfindung
In den letzten Jahren ist die Entwicklung von Stromversorgungsvorrichtungen und Leuchten forciert worden, die als eine Lichtquelle ein lichtemittierendes Halbleiterelement, wie etwa einer Leuchtdiode (LED), statt einer Halogenlampe oder einer Entladungslampe verwenden. Da die Leistung, wie etwa die Lichtemissionseffizienz, der LED verbessert worden ist, haben diese Arten von Stromversorgungsvorrichtungen und Leuchten nicht nur für Zimmerlampen und Kombinationsrücklichter für Fahrzeuge, sondern auch als Scheinwerfer für Fahrzeuge breite Verwendung gefunden. Lichtquellen, wie etwa die Halogenlampen und die Entladungslampen (HID-Lampen), die bisher als Lichtquellen für Scheinwerfer zum Einsatz gekommen sind, sind standardisiert, und ihre Form, Eigenschaften und dergleichen sind festgelegt. Im Gegensatz dazu sind Lichtquellen, die LEDs verwenden, unter den gegenwärtigen Umständen nicht standardisiert, und zumindest zurzeit werden verschiedene LEDs und Kombinationen davon in Reaktion auf Spezifikationen für Scheinwerfer festgelegt (Patentliteraturquelle 1, Patentliteraturquelle 2).
Darüber hinaus ist für einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler als einem Schaltkreis, der eine solche LED-Last zum Leuchten bringt, ein Steuerverfahren zum Ein- und Ausschalten eines Schaltelements in einer Weise vorgeschlagen worden, dass ein Strom, der durch ein induktives Element fließt, das den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler bildet, in einem kritischen Modus (auch als „Stromgrenzmodus” und dergleichen bezeichnet) fließen kann (Patentliteraturquelle 3). Dieses Steuerverfahren, das in vielerlei Hinsicht für herkömmliche HID-Lampen geprüft und implementiert worden ist, dient zum Betreiben des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers in dem Stromgrenzmodus. Es ist anzunehmen, dass durch Verwenden dieses Steuerverfahrens auch für LEDs Verluste reduziert werden können.
Übrigens ist eine Halbleiter-Lichtquelle, wie etwa die LED, eine Niedrigimpedanzlast mit einer vorgegebenen Vorwärtsspannung. Daher hat eine Last, wie etwa die Halbleiter-Lichtquelle, die Eigenschaft, dass in dem Strom, der durch die Last fließt, auch dann leicht große Oberwellen entstehen, wenn eine daran angelegte Spannung nur eine kleine Welligkeitskomponente hat. Dieser Umstand führt auch dazu, dass ein Strom mit einer großen Welligkeitskomponente durch eine mit der Last verbundene Leitung fließt, was wiederum zum Auftreten von unnötigem Strahlungsrauschen führt. Daher sind Maßnahmen gegen das Rauschen erforderlich.
Zitatliste
Patentliteraturquellen

Patentliteraturquelle 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2004-095479 .
Patentliteraturquelle 2: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2004-095480 .
Patentliteraturquelle 3: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2003-504828 .

Kurze Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist unter Berücksichtigung des vorstehenden Umstands entwickelt worden. Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Stromversorgungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die den Lasten der Halbleiter-Lichtquelle gewachsen ist, die in verschiedener Hinsicht eingestellt werden sollen, und eine hohe Leistung hat, wobei ein Strom, der in jede der Lasten eingespeist werden soll, eine geringe Welligkeit hat.
Lösung des Problems
Um das vorgenannte Ziel zu erreichen, weist bei einer Erfindung nach Anspruch 1, die in den 1 und 2 gezeigt ist, eine Stromversorgungsvorrichtung, die eine Halbleiter-Lichtquellen-Last 2 mit Strom versorgt, einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 1 und ein Steuergerät auf. Hierbei weist der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 1 ein induktives Element T1 und ein Schaltelement Q1 auf. Der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler Q1 führt eine Spannungswandlung dadurch durch, dass er Energie von einer Eingangsstromquelle E in dem induktiven Element T1 speichert, wenn das Schaltelement Q1 eingeschaltet ist, und die in dem induktiven Element T1 gespeicherte Energie an die Seite der Last 2 abgibt, wenn das Schaltelement Q1 ausgeschaltet ist. Darüber hinaus steuert das Steuergerät EIN-/AUS-Operationen des Schaltelements Q1 so, dass ein Ausgangsstrom Io des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 1 gleich dem Sollwert sein kann. Außerdem weist die Stromversorgungsvorrichtung Mittel 8 zum Regeln des Zeitpunkts des Einschaltens des Schaltelements Q1 auf, die zumindest in dem Steuergerät vorgesehen sind, sodass ein Strom, der durch das induktive Element fließt, in einem kontinuierlichen Modus fließen kann.
Bei einer Erfindung nach Anspruch 2 gemäß der Erfindung nach Anspruch 1, die in 2 gezeigt ist, detektieren die Mittel 8 zum Regeln des Zeitpunkts des Einschaltens des Schaltelements Q1 einen Strom i2, der fließt, wenn die Energie von dem induktiven Element T1 an die Lastseite abgegeben wird, wenn das Schaltelement Q1 ausgeschaltet ist. Außerdem sind die Mittel 8 so konfiguriert, dass sie das Schaltelement Q1 einschalten, wenn der Wert des detektierten Stroms gleich einem Sollwert oder kleiner als dieser wird.
Bei einer Erfindung nach Anspruch 3 gemäß der Erfindung nach Anspruch 2 wird die Zeit, während der das Schaltelement Q1 ausgeschaltet ist, so gesteuert, dass sie mindestens eine erste festgelegte Zeit andauert, aber keine zweite festgelegte Zeit überschreitet.
Bei einer Erfindung nach Anspruch 4 gemäß der Erfindung nach Anspruch 1 besteht der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 1 aus einem Rücklaufwandler.
Bei einer Erfindung nach Anspruch 5 gemäß der Erfindung nach Anspruch 1 bestehen die Mittel zum Regeln des Zeitpunkts des Einschaltens des Schaltelements Q1 aus einem Ansteuerfrequenzeinsteller 81, der die Frequenz zum Ansteuern des Schaltelements Q1 festlegt (5).
Bei einer Erfindung nach Anspruch 6 gemäß der Erfindung nach Anspruch 5 wird die Frequenz zum Ansteuern des Schaltelements Q1 auf Grund zumindest des Werts des Ausgangsstroms des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers festgelegt (5).
Bei einer Erfindung nach Anspruch 7 gemäß der Erfindung nach Anspruch 5, die in 7 gezeigt ist, besteht der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler aus einem Rücklaufwandler. Wenn die Eingangsspannung Vi ist, die Ausgangsspannung Vo ist, der Sollwert des Ausgangsstroms Io ist, das Übersetzungsverhältnis zwischen der Primärseite und der Sekundärseite eines Transformators T1, der den Rücklaufwandler bildet, N ist, der Induktivitätswert der Primärseite L1 ist und die Frequenz zum Ansteuern des Schaltelements Q1 f ist, legt das Steuergerät die Frequenz zum Ansteuern des Schaltelements Q1 so fest, dass sie die folgende Bedingung erfüllt (Schritt #9): f > 1/(2·L1·Io·Vo)·[Vi·Vo/(N·Vi + Vo)]².
Bei einer Erfindung nach Anspruch 8 gemäß der Erfindung nach Anspruch 7, die in den 8(a) bis 8(c) gezeigt ist, legt das Steuergerät die Frequenz zum Ansteuern des Schaltelements Q1 so fest, dass es die folgende Bedingung erfüllt (Schritt #9): f ≥ k/(2·L1·Io·Vo)·[Vi·Vo/(N·Vi + Vo)]², worin k eine Konstante ist. Der Wert der Konstante k beträgt mindestens 1,05.
Bei einer Erfindung nach Anspruch 9 gemäß der Erfindung nach Anspruch 5 wird die Frequenz zum Ansteuern des Schaltelements Q1 dadurch festgelegt, dass der Fall angenommen wird, dass der Spannungswert Vi der höchste in einem Spannungsbereich ist, in dem die Eingangsstromquelle E des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers normalerweise verwendet wird (siehe Schritte #2 und #9 in 12).
Bei einer Erfindung nach Anspruch 10 gemäß der Erfindung nach Anspruch 5 wird der Wert der Frequenz zum Ansteuern des Schaltelements Q1 so geregelt, dass er mindestens eine erste vorgegebene Frequenz und höchstens eine zweite vorgegebene Frequenz erreicht (siehe Schritte #13 und #14 in 12).
Bei einer Erfindung nach Anspruch 11 gemäß der Erfindung nach Anspruch 5 wird für die Frequenz zum Ansteuern des Schaltelements Q1 ein Wert, der festgelegt wird, wenn eine Schaltungsoperation gestartet wird, so lange verwendet, bis die Schaltungsoperation beendet wird (Steuern mit einem Flag FS in 14).
Bei einer Erfindung nach Anspruch 12 gemäß der Erfindung nach Anspruch 5 wird ein Wert, der in der Stromversorgungsvorrichtung voreingestellt ist, als die Frequenz zum Ansteuern des Schaltelements Q1 verwendet (Schritt #4 in den 8, 12, und 14 und dergleichen).
Bei einer Erfindung nach Anspruch 13 gemäß der Erfindung nach Anspruch 1 wird eine Konfiguration verwendet, bei der der Sollwert Io* des Ausgangsstroms Io von außerhalb der Stromversorgungsvorrichtung festgelegt werden kann (siehe Ausgangsstrom-Sollwert-Speicher-/Einstelleinheiten 51 in den 7 und 11 und Schritte S1 bis S3 in 8).
Bei einer Erfindung nach Anspruch 14 gemäß der Erfindung nach Anspruch 1 wird ein Wert, der in der Stromversorgungsvorrichtung voreingestellt ist, als der Sollwert Io* des Ausgangsstroms Io verwendet (siehe Ausgangsstrom-Sollwert-Einsteller 5 in den 1 und 5).
Eine Erfindung nach Anspruch 15 ist eine Leuchte, an der die Stromversorgungsvorrichtung 95 nach einem der Ansprüche 1 bis 14 angebracht ist (15).
Eine Erfindung nach Anspruch 16 ist ein Fahrzeug 100, an dem die Leuchte nach Anspruch 15 angebracht ist (16).
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Erfindungsgemäß wird es möglich, eine Stromversorgungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die den Lasten der Halbleiter-Lichtquelle gewachsen ist, die in verschiedener Hinsicht eingestellt werden sollen, und eine hohe Leistung hat, wobei der Strom, der in jede der Lasten eingespeist werden soll, nur eine geringe Welligkeit hat. Darüber hinaus wird es möglich, ein System, das eine höhere Funktionsfähigkeit hat und kostengünstiger ist, so zur Verfügung zu stellen, dass die Stromversorgungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung für die Leuchte für das Fahrzeug verwendet werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Basiskonfigurationsdiagramm für Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Schaltplan für eine Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Betriebswellenformdiagramm der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Hauptteil-Schaltplan einer Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Schaltplan einer Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung.
6: Die 6(a) bis 6(d) sind Betriebswellenformdiagramme der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Schaltplan einer Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
die 8(a) bis 8(c) sind beispielhafte Betriebsdiagramme eines Mikrocomputers der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
9 ist ein Schaltplan einer variablen Referenzspannungsschaltung zur Verwendung in der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
Die 10(a) bis 10(d) sind Betriebswellenformdiagramme der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
11 ist ein Schaltplan einer Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
12 ist ein beispielhaftes Betriebsdiagramm eines Mikrocomputers einer Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung.
Die 13(a) und 13(b) sind Betriebswellenformdiagramme der Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung.
14 ist ein beispielhaftes Betriebsdiagramm eines Mikrocomputers einer Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung.
15 ist eine Schnittansicht einer Leuchte einer Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung.
16 ist eine perspektivische Darstellung eines Fahrzeugs einer Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Basiskonfiguration
Ein Basiskonfigurationsdiagramm der vorliegenden Erfindung ist in 1 gezeigt. Nachstehend wird eine Basiskonfiguration der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 1 empfangt ein Eingangssignal von einer Gleichstromquelle E und sendet ein Ausgangssignal, das durch Durchführen einer Spannungswandlung an dem Eingangssignal erzeugt wird, an eine Last 2. Insbesondere weist der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 1 ein induktives Element und ein Schaltelement auf. Der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 1 speichert Energie von der Stromquelle in dem induktiven Element, wenn das Schaltelement eingeschaltet ist, und gibt die in dem induktiven Element gespeicherte Energie an die Lastseite ab, wenn das Schaltelement ausgeschaltet ist. Auf diese Weise stellt der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 1 ein Ausgangssignal, das einer Spannungswandlung unterzogen worden ist, für die Lastseite bereit. Der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 1 ist insbesondere ein Rücklaufwandler, ein Tiefsetz-/Hochsetzsteller, ein Hochsetzsteller oder dergleichen und besteht vorzugsweise aus einem Rücklaufwandler, der eine solche Umwandlungsspannung für die Last entsprechend einstellen kann.
Darüber hinaus wird der Ausgangsstrom des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 1 mit der folgenden Konfiguration gesteuert. Ein Strom, der von dem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 1 ausgegeben werden soll, wird als ein Ausgangsstrom-Detektionssignal von einem Stromdetektor 3 detektiert, und das Ausgangsstrom-Detektionssignal wird von einem Signalverstärker 4 verstärkt. Anschließend wird für das verstärkte Ausgangsstrom-Detektionssignal dessen Abweichung von dem Sollwert des Ausgangsstroms, der von einem Ausgangsstrom-Sollwert-Einsteller 5 festgelegt wird, von einem Abweichungskalkulator 6 ermittelt. Nach dem Empfang eines Ausgangssignals von dem Abweichungskalkulator 6 gibt ein PWM-Signalgenerator 7 (PWM: pulse-width modulation; Impulsbreitenmodulation) ein Wandler-Ansteuersignal zum Ansteuern des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 1 aus. Das Schaltelement des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 1 ist so betreibbar, dass es mittels des Wandler-Ansteuersignals ein- und ausgeschaltet werden kann. Auf diese Weise wird eine Rückkopplungssteuerung durchgeführt, sodass der Ausgangsstrom des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 1 den Sollwert erreicht.
Ein Merkmal der Stromversorgungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Konfiguration für die Ausgangsstromsteuerung ein Einschaltzeitregler 8 vorgesehen ist. Damit ein Strom, der durch das induktive Element des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 1 fließt, in einem kontinuierlichen Modus fließen kann, regelt der Einschaltzeitregler 8 den Zeitpunkt für das Einschalten des Schaltelements und sendet ein Signal an den PWM-Signalgenerator 7. Nach dem Empfang dieses Signals erzeugt der PWM-Signalgenerator 7 ein PWM-Signal zum Ansteuern des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 1 und gibt das erzeugte PWM-Signal als das Wandler-Ansteuersignal aus.
Auf diese Weise wird eine Ausgangsstromsteuerung durchgeführt und dabei wird der Strom, der durch das induktive Element des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers 1 fließt, in dem kontinuierlichen Modus gehalten. Daher wird es möglich, eine Stromversorgungsvorrichtung bereitzustellen, die den Lasten der Halbleiter-Lichtquelle gewachsen ist, die in verschiedener Hinsicht eingestellt werden sollen, und eine hohe Leistung hat, wobei der Strom, der in die Last 2 eingespeist werden soll, nur eine geringe Welligkeit hat.
Ausführungsform 1
Ein Schaltplan für eine Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung ist in 2 gezeigt, und ein Betriebswellenformdiagramm hierfür ist in 3 gezeigt. Nachstehend wird der Inhalt dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 2 und 3 näher beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform ist der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler ein Rücklaufwandler, der einen Transformator T1, ein Schaltelement Q1, eine Gleichrichterdiode D1 und einen Glättungskondensator C1 aufweist. Eine Last 2, die mit dem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler verbunden werden soll, ist eine LED-Last, bei der mehrere LED-Elemente in Reihe geschaltet sind.
Nachstehend werden die Grundoperationen des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers beschrieben. Wenn das Schaltelement Q1 eingeschaltet ist, fließt ein Strom i1 von der Stromquelle E durch die Primärseite des Transformators T1 und in dem Transformator T1 wird Energie gespeichert. Wenn dann das Schaltelement Q1 ausgeschaltet wird, wird die in dem Transformator T1 gespeicherte Energie als ein Strom i2 von der Sekundärseite des Transformators T1 über die Diode D1 an den Kondensator C1 abgegeben. Auf diese Weise wird eine Spannungswandlung durchgeführt und in die Lastseite wird Strom eingespeist.
3 ist ein Beispiel für Wellenformen für den Fall, dass der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler so betrieben wird, dass der Strom, der durch dessen Transformator T1 fließt, kontinuierlich sein kann. Die Induktivität der Primärseite des Transformators T1 sei L1, die Induktivität der Sekundärseite des Transformators T1 sei L2, das Übersetzungsverhältnis zwischen der Primärseite und der Sekundärseite sei N, die Eingangsspannung sei Vi, und die Ausgangsspannung sei Vo. Das Gefälle des Stroms i1, der fließt, wenn das Schaltelement Q1 eingeschaltet ist, wird Vi/L1, und das Gefälle des Stroms i2, der fließt, wenn das Schaltelement Q1 ausgeschaltet ist, wird -Vo/L2.
Hierbei haben die Induktivitätswerte L1 und L2 der Primär- und der Sekundärseite des Transformators T1 die Beziehung L2 = N2·L1. Was einen Spitzenwert i1p des Stroms i1 und einen Spitzenwert i2p des Stroms i2 betrifft, die in 3 gezeigt sind, so erreicht der Spitzenwert i2p das 1/N-fache des Spitzenwerts i1p in der Beziehung zwischen ihnen, und was i1b und i2b als Grundkomponenten der Ströme bei einem kontinuierlichem Betrieb betrifft, so erreicht i1b das N-fache von i2b in der Beziehung zwischen ihnen.
In dem Fall, dass sowohl die Eingangsspannung als auch die Ausgangsspannung vollständig geglättet sind, wird der Mittelwert des Stroms i1 der Eingangsstrom, und der Mittelwert des Stroms i2 wird der Ausgangsstrom. Wenn man darüber hinaus einen Idealzustand annimmt, bei dem es keinen Schaltungsverlust gibt, wird der Wert des Eingangsstroms gleich dem Wert des Ausgangsstroms. Daher erreicht der Eingangsstrom das (Eingangsspannung Vi/Ausgangsspannung Vo)-fache des Ausgangsstroms in der Beziehung zwischen ihnen, wobei der Eingangsstrom insbesondere der Mittelwert des Stroms i1 ist und der Ausgangsstrom insbesondere der Mittelwert des Stroms i2 ist.
Bei einem Betrieb im Stromgrenzmodus wird der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler so betrieben, dass die Werte i1b und i2b der Grundkomponenten der Ströme null werden können, und bei dem vorgenannten herkömmlichen Beispiel wird vorgeschlagen, den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler in dieser Weise zu betreiben. Insbesondere wird in dem Stromgrenzmodus zu dem Zeitpunkt, zu dem der Strom i2 null wird, das Schaltelement Q1 ein weiteres Mal eingeschaltet, wodurch diese Betriebsweise in einem Zustand realisiert wird, in dem es keine Grundkomponenten gibt.
Wenn jedoch in dem Fall, dass der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler in dem Stromgrenzmodus betrieben wird, und in dem Fall, dass eine spezifische Last als ein Objekt gewählt wird, Konstanten des Transformators T1 und dergleichen in Reaktion auf die Werte der Spannung und des Stroms der betreffenden Last auf Grund der entsprechenden vorgenannten Beziehungen festgelegt werden, kann das Schaltelement Q1 mit einer angenommenen Frequenz betrieben werden. Wenn jedoch versucht wird, den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler mit diesen unterschiedlich eingestellten Lasten zurechtkommen zu lassen, bei denen Spannungen und Ströme voneinander verschieden sind, kommt es in Abhängigkeit von den daran anzuschließenden Lasten zu solchen Problemen, dass auf Grund des Umstands, dass auf den Zeitpunkt gewartet wird, zu dem der Strom i2 null wird, die Spitzenwerte der einzelnen Ströme zu groß werden und die Frequenz stark abnimmt.
Im Gegensatz dazu wird in der vorliegenden Erfindung das Schaltelement Q1 so gesteuert, dass es sich ein weiteres Mal einschaltet, bevor der Strom i2 null wird, das heißt, zu dem Zeitpunkt, zu dem der Strom i2 eine vorgegebene Grundkomponente i2b hat. Auf diese Weise werden die vorstehend beschriebenen Probleme gelöst, wodurch es möglich wird, den unterschiedlich eingestellten Lasten gerecht zu werden.
Bei dieser Ausführungsform wird das durch die folgende Konfiguration (2) realisiert. Mit einem Detektor, der aus einem Widerstand und dergleichen besteht, werden ein Primärstrom-Detektionssignal, ein Sekundärstrom-Detektionssignal und ein Ausgangsstrom-Detektionssignal erhalten. Der PWM-Signalgenerator 7 weist Folgendes auf: einen Oszillator OSC mit einem Flip-Flop mit RS-Tastung; einen Komparator Comp1, der ein Signal an einen Einstelleingang Set des Oszillators OSC sendet; einen Komparator Comp2, der ein Signal an dessen Rücksetzeingang Reset sendet; und dergleichen.
Eine Referenzspannungsquelle Vref2 des PWM-Signalgenerators 7 ist eine Spannungsquelle, die eine Spannung für den Vergleich in den Komparator Comp1 eingibt, und der Komparator Comp1 vergleicht den Wert der Referenzspannung Vref2 mit dem Wert des Sekundärstrom-Detektionssignals. Wenn der Wert des Sekundärstrom-Detektionssignals gleich der Referenzspannung Vref2 oder kleiner als diese ist, wird ein Ausgang des Komparators Comp1 auf den H-Pegel gesetzt, und ein Ausgang Q des Oszillators OSC wird ebenfalls auf den H-Pegel gesetzt. Auf diese Weise schaltet sich das Schaltelement Q1 ein, der Strom i2 wird null, und der Strom il fließt.
Das Ausgangsstrom-Detektionssignal wird mit einem Verstärker Amp1 verstärkt, und das verstärkte Signal wird in den Abweichungskalkulator 6 eingegeben. In dem Abweichungskalkulator 6 wird die Abweichung zwischen dem so eingegebenen Signal und der Referenzspannung Vref1 als der Sollwert des Ausgangsstroms berechnet und verstärkt (dies wird in 2 als Proportional-Integral-Regelung-PI-definiert). Dann wird das so erhaltene Ergebnis als ein Primärstrom-Spitzenwert-Befehlssignal an den Komparator Comp2 gesendet. Der Komparator Comp2 vergleicht den Wert dieses Primärstrom-Spitzenwert-Befehlssignals mit dem Wert des Primärstrom-Detektionssignals. Wenn der Wert des Primärstrom-Detektionssignals gleich oder größer als der Wert des Primärstrom-Spitzenwert-Befehlssignals wird, sendet der Komparator Comp2 ein H-Pegel-Signal an den Rücksetzeingang Reset des Oszillators OSC, und der Ausgang Q des Oszillators OSC wird auf den L-Pegel gesetzt. Auf diese Weise schaltet sich das Schaltelement Q1 aus, der Strom i1 wird null, und der Strom i2 fließt.
Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird das Schaltelement Q1 mit dem Wandler-Ansteuersignal so angesteuert, dass der Ausgangsstrom Io der Stromversorgungsvorrichtung gleich dem Sollwert wird, der von der Referenzspannungsquelle Vref1 festgelegt wird, wodurch die Steuerung des Ausgangsstroms realisiert wird.
Bei dieser Ausführungsform sind der Komparator Comp1 und die Referenzspannungsquelle Vref2, die den PWM-Signalgenerator 7 bilden, so konfiguriert, dass sie auch als der Einschaltzeitregler 8 dienen und der Wert der Referenzspannung Vref2 den Zeitpunkt des Einschaltens des Schaltelements Q1 steuern kann. Insbesondere kann mit der Referenzspannung Vref2 beliebig festgelegt werden, zu welchem Zeitpunkt nach dem Verringern des Stroms i2 das Schaltelement Q1 ein weiteres Mal eingeschaltet werden soll. Hier wird das Schaltelement Q1 eingeschaltet, wenn der Strom i2 einen bestimmten Wert (der i2b in 3 entspricht) erreicht.
Bei dieser Ausführungsform können unter Berücksichtigung des Ziels, den unterschiedlich eingestellten Lasten gewachsen zu sein, nicht nur die Konstanten des Transformators T1 und dergleichen entsprechend festgelegt werden, sondern auch die Grundkomponenten der Ströme, wenn der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler in dem kontinuierlichen Strommodus betrieben wird. Dadurch wird es möglich, eine Stromversorgungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die diesen Lasten gewachsen ist. Darüber hinaus werden im Vergleich zu den herkömmlichen Beispielen die Spitzenwerte der einzelnen Ströme nicht zu groß und die Frequenz nimmt nicht zu stark ab. Daher wird es möglich, einen stabilen Ausgangsstrom einzuspeisen, der nur eine geringe Welligkeit hat und für die unterschiedlich eingestellten Lasten stets effizient ist.
Ausführungsform 2
Ein Hauptteil-Schaltplan einer Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung ist in 4 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform werden ein Komparator Comp3 und eine periphere Schaltung dieses Komparators für den Oszillator OSC in dem Schaltplan (2) bereitgestellt, der bei der vorstehenden Ausführungsform gezeigt ist. Auf diese Weise wird es möglich, einen oberen Grenzwert und einen unteren Grenzwert für einen Zeitraum festzulegen, in dem der Ausgang Q des Oszillators auf den L-Pegel gesetzt wird, das heißt, einen Zeitraum, in dem das Schaltelement Q1 im AUS-Zustand ist.
Eine Parallelschaltung aus einer Stromquelle Is, einem Kondensator Cs und einem Schaltelement Qs ist mit einem nichtinvertierenden Eingang des Komparators Comp3 verbunden. Hierbei bilden der Stromquelle Is und der Kondensator Cs einen Zeitgeber, und das Schaltelement Qs gibt die elektrische Ladung des Kondensators Cs ab, um die elektrische Ladung auf null zurückzusetzen. Das Schaltelement Qs wird von dem Ausgang Q des Flip-Flops mit RS-Tastung SR-FF angesteuert. Referenzspannungen Vs1 und Vs2 werden für einen invertierenden Eingang des Komparators Comp3 bereitgestellt, und für diesen Eingang ist ein Umschalter zum Auswählen der Referenzspannungen Vs1 und Vs2 auf Grund des Zustands des Signals des Einstelleingangs Set des Oszillators OSC vorgesehen (hier gilt die Beziehung Vs1 < Vs2).
Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird der Ausgang des Komparators Comp3 für einen Zeitraum, bis der Wert einer in dem Kondensator Cs erzeugten Spannung den Wert der Referenzspannung Vs1 erreicht oder größer als dieser wird, auch dann nicht auf den H-Pegel gesetzt, wenn ein H-Pegel-Signal in den Einstelleingang Set des Oszillators OSC eingegeben wird. Daher bleibt der Ausgang Q des Oszillators OSC auf dem L-Pegel, und das Schaltelement Q1 bleibt ebenfalls im AUS-Zustand.
Im Gegensatz dazu wird der Ausgang des Komparators Comp3 auch in dem Fall, dass das L-Pegel-Signal in den Einstelleingang Set des Oszillators OSC eingegeben wird (wie in dem dargestellten Zustand), zu dem Zeitpunkt auf den H-Pegel gesetzt, zu dem der Wert der in dem Kondensator Cs erzeugten Spannung den Wert der Referenzspannung Vs2 erreicht oder größer als dieser wird. Daher wird der Ausgang Q des Oszillators OSC auf den H-Pegel gesetzt, und auch das Schaltelement Q1 schaltet sich ein.
Bei dieser Ausführungsform werden der obere Grenzwert und der untere Grenzwert in dem Zeitraum, in dem das Schaltelement Q1 ausgeschaltet ist, in der vorstehend beschriebenen Weise festgelegt. Auf diese Weise wird es möglich, die Steuerung so durchzuführen, dass der AUS-Zustand des Schaltelements Q1 mindestens eine vorgegebene Zeit, die von der Referenzspannungsquelle Vs1 festgelegt wird, andauern kann und nicht über einen vorgegebenen Zeitpunkt, der von der Referenzspannungsquelle Vs2 festgelegt wird, hinaus andauern kann. Insbesondere können der Höchstwert und der Mindestwert einer AUS-Zeit des Schaltelements Q1 eingestellt werden. Daher wird es im Vergleich zu der vorstehenden Ausführungsform möglich, eine Stromversorgungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die Lasten mit größeren Kenngrößenbereichen sicher gewachsen ist.
Ausführungsform 3
Ein Schaltplan einer Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung ist in 5 gezeigt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen dadurch, dass hier als Mittel zum Regeln des Zeitpunkts des Einschaltens des Schaltelements Q1 statt des Einschaltzeitreglers 8 bei der Ausführungsform 1 ein Ansteuerfrequenzeinsteller 81 vorgesehen ist, der die Frequenz zum Ansteuern des Schaltelements Q1 einstellt.
In den Ansteuerfrequenzeinsteller 81 werden ein Eingangsspannungs-Detektionssignal, ein Ausgangsspannungs-Detektionssignal und der Strom-Sollwert eingegeben, der von dem Ausgangsstrom-Sollwert-Einsteller 5 ausgegeben wird. Auf Grund dieser Signale und des Werts stellt der Ansteuerfrequenzeinsteller 81 die Ansteuerfrequenz des Wandler-Ansteuersignals ein. Die eingestellte Ansteuerfrequenz wird als ein Referenz-Schwingungssignal in den PWM-Signalgenerator 7 eingegeben. Auf Grund des in dieser Weise eingegebenen Referenz-Schwingungssignals erzeugt der PWM-Signalgenerator 7 das Wandler-Ansteuersignal, das den Zeitpunkt des Einschaltens des Schaltelements Q1 regelt, und steuert das Schaltelement Q1 unter Verwendung des betreffenden Wandler-Ansteuersignals an.
Diese Ausführungsform ist so konfiguriert, dass der Ausgangsstrom Io mittels eines Widerstands R1 detektiert werden kann und die Ausgangsspannung Vo mittels Widerständen R2 und R3 detektiert werden kann.
In dem Ansteuerfrequenzeinsteller 81 wird das Referenz-Schwingungssignal so festgelegt, dass der Strom, der durch das induktive Element (bei dieser Ausführungsform der Transformator T1) des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers fließt, in dem kontinuierlichen Modus fließen kann. Auf diese Weise wird es möglich, eine Stromversorgungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die jeder der unterschiedlich eingestellten Halbleiter-Lichtquellen-Lasten 2 gewachsen ist und eine hohe Leistung hat, wobei der in die Last 2 einzuspeisende Strom nur eine geringe Welligkeit hat.
Die 6(a) bis 6(d) sind erläuternde Darstellungen von Betriebswellenformen der Ausführungsform 3. Die Wellenformen der 6(a) und 6(b) sind dargestellt, um sie mit den Wellenformen der 6(c) und 6(d) der vorliegenden Erfindung zu vergleichen und die Wirkungen der vorliegenden Erfindung zu beschreiben. Wie bei der Beschreibung des herkömmlichen Beispiels erwähnt worden ist, sind die Wellenformen der 6(a) und 6(b) Wellenformen, die durch Annehmen des Falls entstehen, dass der Rücklaufwandler zum Verringern des Schaltungsverlusts in dem Stromgrenzmodus betrieben wird.
Als die Last 2 ist eine LED-Last zum Beispiel so konfiguriert, das zwei LED-Lichtquellen in Reihe geschaltet sind. Hier ist jede der LED-Lichtquellen so gestaltet, dass vier LED-Elemente in Reihe geschaltet sind und in einem einzigen Gehäuse untergebracht sind. Es wird unterstellt, dass der Strom, der durch den Transformator T1 fließt, die Form annimmt, die in 6(a) gezeigt ist, wenn der Ausgangsstrom Io, der als ein Sollstrom verwendet wird, in die LED-Last eingespeist wird.
Der Wert, der dadurch erhalten wird, dass der Mittelwert für eine Fläche S2a der Wellenform des Stroms i2 infolge des Schaltzyklus zu diesem Zeitpunkt ermittelt wird, wird gleich dem Ausgangsstrom Io (in dem Fall, dass angenommen wird, dass die Ausgangsspannung Vo ausreichend geglättet ist und der Ausgangsstrom Io konstant ist).
Wenn unterstellt wird, dass der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler ideal ist und bei einer Wandlung kein Verlust auftritt, wird der Wert, der durch Multiplizieren der Ausgangsspannung Vo mit dem Wert erhalten wird, der dadurch erhalten worden ist, dass der Mittelwert für die Fläche S2a der Wellenform entsprechend dem Schaltzyklus ermittelt wird, gleich dem Wert, der durch Multiplizieren der Eingangsspannung Vi mit dem Wert erhalten wird, der dadurch erhalten worden ist, dass der Mittelwert für eine Fläche S1a der Wellenform des Stroms i1 entsprechend dem Schaltzyklus ermittelt wird (die Werte entsprechen dem Ausgangsstrom bzw. dem Eingangsstrom).
Wenn das Übersetzungsverhältnis zwischen der Primärseite und der Sekundärseite bei dem Transformator T1 als N definiert wird, erreicht der Spitzenwert des Stroms i2 das 1/N-fache des Spitzenwerts des Stroms i1 in der Beziehung zwischen ihnen.
6(b) zeigt eine Wellenform für den Fall, dass die LED-Last dadurch entsteht, dass drei LED-Lichtquellen, die vorstehend beschrieben worden sind, in Reihe geschaltet werden und die Steuerung so durchgeführt wird, dass der Ausgangsstrom für diese LED-Last gleich dem Ausgangsstrom für die vorgenannte LED-Last ist. Die Konfiguration der Last wird von der Reihenschaltung aus zwei LED-Lichtquellen in eine Reihenschaltung aus drei LED-Lichtquellen geändert, wodurch die Ausgangsspannung Vo das 3/2-fache beträgt. Da der Ausgangsstrom Io gleich bleibt, beträgt nach dieser Erhöhung der Ausgangsspannung auch die Ausgangsleistung das 3/2-fache der Eingangsleistung.
Zu diesem Zeitpunkt beträgt eine Fläche S1b der Wellenform des Stroms i1 3/2 × (Verhältnis der Zyklen) mal der Fläche S1a, und eine Fläche S2b der Wellenform des Stroms i2 beträgt (Verhältnis der Zyklen) mal der Fläche S2a (die Werte, die durch Ermitteln des Mittelwerts der Flächen S1b und S2b entsprechend dem Schaltzyklus erhalten werden, sind der Eingangsstrom bzw. der Ausgangsstrom).
Das Gefälle des Stroms i2 wird 3/2-mal so steil, sodass die Ausgangsspannung Vo das 3/2-fache beträgt.
Wenn die Last, die an die Stromversorgungsvorrichtung angeschlossen werden soll, in der vorstehend beschriebenen Weise geändert wird, steigen die Spitzenwerte des Stroms i1 und des Stroms i2 stark an. Bei einer realen Schaltung führt dieser Umstand zu einem Anstieg des Schaltverlusts und verursacht eine Zunahme der Welligkeitsspannung und eine Zunahme des Welligkeitsstroms.
Die 6(c) und 6(d) zeigen die Betriebswellenformen für den Fall, dass die vorliegende Erfindung verwendet wird. Um diese Betriebswellenformen mit den Wellenformen in den 6(a) und 6(b) für den vorgenannten Fall, dass der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler in dem herkömmlichen Grenzmodus betrieben wird, zu vergleichen, sind hier Wellenformen für den Fall dargestellt, dass das Referenz-Schwingungssignal von dem Ansteuerfrequenzeinsteller 81 so festgelegt wird, dass die Schaltfrequenzen der einzelnen Wellenformen einander gleichen [die Induktivitätswerte L1 und L2 bei den Wellenformen der 6(c) und 6(d) werden größer als die bei den Wellenformen der 6(a) und 6(b) eingestellt, und andere, die das Übersetzungsverhältnis des Transformators T1 einbeziehen, werden gleichgroß eingestellt].
Hier wird der Zeitraum, in dem das Schaltelement Q1 in einem Zyklus eingeschaltet ist (EIN-Zustand), von der Eingangsspannung Vi, der Ausgangsspannung Vo und dem Übersetzungsverhältnis N des Transformators bestimmt. Dadurch werden die EIN-Zustände der Wellenformen in den 6(c) und 6(d) die Gleichen wie die der Wellenformen in den 6(a) bzw. 6(b). Darüber hinaus werden Flächen S1c und S2c gleich den Flächen S1a bzw. S2a, und Flächen S1d und S2d werden gleich den Flächen S1b bzw. S2b.
Die Wellenformen der 6(c) und 6(d) werden zu Wellenformen, bei denen die Ströme i1 und i2 Grundkomponenten haben, da der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler so betrieben wird, dass der Strom, der durch den Transformator T1 fließt, durch Verwenden der vorliegenden Erfindung in dem kontinuierlichen Modus fließen kann.
Wenn die Wellenformen in den 6(c) und 6(d) für den Fall, dass als die Konfigurationen für die LED-Lasten die Reihenschaltung aus zwei LED-Lichtquellen und die Reihenschaltung aus drei LED-Lichtquellen angenommen werden, mit den herkömmlichen Wellenformen in den 6(a) und 6(b) verglichen werden, kann nachgewiesen werden, dass die folgenden Merkmale und Wirkungen bei den Wellenformen in den 6(c) und 6(d) erzielt werden.
Die Spitzenwerte der Ströme i1 und i2 sind gegenüber denen bei den herkömmlichen Wellenformen niedriger. Die Spitzenwerte sind niedriger, obwohl die Flächen gleich denen bei den herkömmlichen Wellenformen sind, und daher sinken die Effektivwerte der einzelnen Wellenformen. Dadurch wird die Wirkung erzielt, dass der Welligkeitsstrom und die Welligkeitsspannung abnehmen (die Wirkung, dass die Welligkeit abnimmt, wird nicht nur für den Ausgang, sondern auch für den Eingang erzielt).
Wie bei dem herkömmlichen Beispiel erwähnt worden ist, ist es hinsichtlich der Leistung des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers offensichtlich, dass der Verlust bei dem Betrieb im Grenzmodus niedriger wird als bei dem Betrieb im kontinuierlichen Modus. Wenn jedoch der Betrieb im Grenzmodus mit dem Betrieb im kontinuierlichen Modus verglichen wird, kann nicht unbedingt behauptet werden, dass die Leistung bei Betrieb im Grenzmodus höher wird als die bei Betrieb im kontinuierlichen Modus.
Bei der realen Schaltung wird der Verlust in dem gesamten Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler durch die folgenden Einzelverluste ermittelt: Schaltverluste, die auftreten, wenn sich das Schaltelement Q1 ein- und ausschaltet; ein Verlust, der dadurch aufritt, dass Strom fließt, wenn das Schaltelement Q1 im EIN-Zustand ist; Verluste, die dadurch auftreten, dass Strom durch den Transformator T1 fließt (Kupfer- und Eisenverluste); ein Verlust, der in der Diode D1 auftritt; und dergleichen. Beim Vergleichen der Wellenformen in den 6(a) und 6(b) mit den Wellenformen in den 6(c) bzw. 6(d) ist anzunehmen, dass der Schaltverlust beim Einschalten des Schaltelements Q1 stärker zunimmt als bei dem Betrieb im kontinuierlichen Modus. Im Gegensatz dazu ist anzunehmen, dass der Schaltverlust beim Ausschalten des Schaltelements Q1, der Verlust im EIN-Zustand des Schaltelements Q1 und dergieichen bei dem Betrieb im kontinuierlichen Modus etwas stärker verringert werden. Durch Bestätigung dieser Annahmen mit einer realen Vorrichtung kann nachgewiesen werden, dass der Verlust in dem gesamten Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler stärker verringert wird und seine Umwandlungsleistung verbessert wird, wenn der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler den Betrieb im kontinuierlichen Modus durchführen kann.
Wie vorstehend dargelegt worden ist, wird erfindungsgemäß das Referenz-Schwingungssignal von dem Ansteuerfrequenzeinsteller 81 so festgelegt, dass der Strom, der durch den Transformator T1 des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers fließt, in dem kontinuierlichen Modus fließen kann. Auf diese Weise wird es möglich, eine Stromversorgungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die den unterschiedlich eingestellten Halbleiter-Lichtquellen-Lasten gewachsen ist und eine hohe Leistung hat, wobei der Strom, der in jede der Lasten eingespeist werden soll, nur eine geringe Welligkeit hat und schließlich das Rauschen, das durch die Welligkeitskomponente entsteht, ebenfalls nur gering ist. Darüber hinaus entfällt bei der Ausführungsform 2 im Gegensatz zu der Ausführungsform 1 die Notwendigkeit, den Strom i2 zu detektieren, und die Ausführungsform 2 hat daher den Vorteil, dass die Schaltung einfach konfiguriert sein kann.
Aus den einzelnen vorgenannten Beziehungen und dergleichen ist abzuleiten, dass, damit der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler den Betrieb im kontinuierlichen Modus durchführen kann, lediglich die Frequenz f in dem Ansteuerfrequenzeinsteller 81 so festgelegt werden muss, dass die folgende Beziehung erfüllt wird: f > 1/(2·L1·Io·Vo)·[Vi·Vo/(N·Vi + Vo)]², worin L1 der Induktivitätswert der Primärseite des Transformators T1 ist, N das Übersetzungsverhältnis zwischen der Primärseite und der Sekundärseite ist, Vi die Eingangsspannung ist, Vo die Ausgangsspannung ist und Io der Ausgangsstrom ist.
Wie bei dieser Ausführungsform erwähnt worden ist, braucht, damit die gleiche Frequenz wie bei dem Betrieb im Grenzmodus eingestellt werden kann, die Frequenz f lediglich mit dem folgenden Beziehungsausdruck eingestellt zu werden und der Koeffizient k braucht lediglich so festgelegt zu werden, dass die gewünschte Frequenz erhalten wird: f = k/(2·L1·Io·Vo)·[Vi·Vo/(N·Vi + Vo)]², worin k > 1 ist.
Um die Grundkomponente des Stroms beim kontinuierlichen Betrieb entsprechend bereitzustellen, sollte der Wert des Koeffizienten k auf einen Wert von mindestens 1,05 und optimalerweise auf einen Wert von mindestens 1,1 eingestellt werden. Auf diese Weise wird es möglich, die Wirkungen der vorliegenden Erfindung noch effizienter zu erzielen.
Ausführungsform 4
Ein Schaltplan einer Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung ist in 7 gezeigt. Darüber hinaus sind erläuternde Betriebsdiagramme eines Mikrocomputers 9 dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in den 8(a) bis 8(c) gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist ein Teil des Steuergeräts unter Verwendung des Mikrocomputers 9 konfiguriert.
Eine Stromversorgungsvorrichtung bei dieser Ausführungsform hat die folgenden grundlegende Funktionsweise. Ein Strom, der durch eine Last 2 fließt, wird als ein Ausgangsstrom-Detektionssignal von einem Stromdetektionswiderstand R1 detektiert, und das betreffende Signal wird mit einem Signalverstärker 4 verstärkt. Anschließend wird das verstärkte Signal mittels eines Abweichungskalkulators 6 mit einer Referenzspannung Vref1 verglichen, und das Ergebnis wird als ein PWM-Befehlssignal in einen PWM-Signalgenerator 7 eingegeben. Der PWM-Signalgenerator 7 erzeugt ein vorgegebenes PWM-Signal und speist es als ein EIN/AUS-Steuersignal (Wandler-Ansteuersignal) in ein Schaltelement Q1 ein. Auf diese Weise wird ein Rückkopplungssteuersystem so konfiguriert, dass es den Ausgangsstrom einstellt.
Bei dieser Ausführungsform ist der Signalverstärker 4 als ein Umkehrverstärker gestaltet, der einen Operationsverstärker Amp3 und Widerstände R12, R13 und R14 aufweist, die an dessen Peripherie angeordnet sind. Der Abweichungskalkulator 6 ist als ein PI-Regler gestaltet, der einen Operationsverstärker Amp2 sowie Widerstände R10 und R11 und einen Kondensator C10 aufweist, die an dessen Peripherie angeordnet sind.
Von einem Anschluss HF eines Zeitgebers (TIMER) des Mikrocomputers 9 wird das Referenz-Schwingungssignal zum Ansteuern des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers (ein Signal mit der gleichen Frequenz wie der des Wandler-Ansteuersignals, das als eine Grundlage zum Erzeugen des Wandler-Ansteuersignals dient) ausgegeben und wird in einen Sägezahnwellengenerator OSC1 eingegeben. Nach dem Empfang dieses Referenz-Schwingungssignals erzeugt der Sägezahnwellengenerator OSC1 eine Sägezahnwelle, die mit der gleichen Frequenz wie der des Referenz-Schwingungssignals schwingt. Der Sägezahnwellengenerator OSC1 ist so konfiguriert, dass er sein Ausgangssignal beim Ansteigen des Referenz-Schwingungssignals auf null setzt.
Ein Komparator Comp4 vergleicht das Signal, das von dem Sägezahnwellengenerator OSC1 kommt und in einen invertierenden Eingang des Sägezahnwellengenerators OSC1 eingegeben wird, mit den Wert des PWM-Befehlssignals, das von dem Abweichungskalkulator 6 kommt und in einen nichtinvertierenden Eingang des Komparators Comp4 eingegeben wird. Dann gibt der Komparator Comp4 ein Impulssignal, in dem auf Grund des Ergebnisses des Vergleichs der Signale ein EIN-Zustand ermittelt wird, mit einer Frequenz aus, die von dem Sägezahnwellengenerator OSC1 (das heißt, von dem Referenz-Schwingungssignal) geregelt wird. Dieses Ausgangssignal des Komparators Comp4 wird als das Wandler-Ansteuersignal an den Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler gesendet, und das Schaltelement Q1 wird so angesteuert, dass es sich ein- und ausschaltet.
Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann der Zeitpunkt des Einschaltens des Schaltelements Q1 mit dem Ansteuerfrequenzeinsteller 81 geregelt werden, und der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler wird mit der Frequenz betrieben, die von dem Ansteuerfrequenzeinsteller 81 festgelegt worden ist.
Der Mikrocomputer 9 gibt eine Spannung, die durch Teilen der Ausgangsspannung Vo des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers mit dem Widerstand R2 und dem Widerstand R3 erhalten wird, als ein Ausgangsspannungs-Detektionssignal Vout von einem Analog-Digital-Wandlungsteil des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers ein. Ebenso gibt der Mikrocomputer 9 die Eingangsspannung Vi als ein Eingangsspannungs-Detektionssignal Vin von dem Analog-Digital-Wandlungsteil ein. Darüber hinaus wird der Sollwert des Ausgangsstroms, der mit Übertragungsmitteln von einem seriellen Übertragungsanschluss Write eingegeben wird, mit einer Ausgangsstrom-Sollwert-Speicher-/Einstelleinheit 51 gespeichert. Die Ausgangsstrom-Sollwert-Speicher-/Einstelleinheit 51 gibt ein Referenzspannungs-Einstellsignal Vref_Control von einem zweiten Zeitgeber-Anschluss aus, sodass die Referenzspannung Vref1 des Abweichungskalkulators 6 einen Wert annehmen kann, der dem Strom-Sollwert entspricht, und gibt den Sollwert des Ausgangsstroms in den Ansteuerfrequenzeinsteller 81 ein, der aus Software besteht. Der Ansteuerfrequenzeinsteller 81 gibt das Referenz-Schwingungssignal HF von einem ersten Zeitgeber-Anschluss des PWM-Signalgenerators 7 auf Grund des Eingangsspannungs-Detektionssignals, des Ausgangsspannungs-Detektionssignals und des Sollwerts des Ausgangsstroms aus.
Nachstehend werden die Operationen des Mikrocomputers 9 anhand der 8(a) bis 8(c) beschrieben. Zunächst wird in einer Anfangsphase der Sollwert des Ausgangsstroms, wie vorstehend beschrieben, unter Verwendung der Übertragungsmittel eingestellt, bevor der Betrieb der Schaltung gestartet wird. Wenn die Verarbeitung zum Speichern des Sollwerts des Ausgangsstroms im Schritt S1 (8(b)) durchgeführt worden ist, wird im Schritt S2 der Sollwert des Ausgangsstroms als Io* von außerhalb der Stromversorgungsvorrichtung eingegeben. Dann wird im Schritt S3 der eingegebene Wert als der Strom-Sollwert Io* in einem internen Speicher des Mikrocomputers 9 oder einem externen Speicher gespeichert, der außerhalb des Mikrocomputers 9 installiert ist.
Nun wird im Schritt S4 (8(c)) eine Verarbeitung zum Einstellen des Sollwerts des Ausgangsstroms durchgeführt. Im Schritt S5 wird ein Signal zum Ändern der Referenzspannung Vref1 des Abweichungskalkulators 6 auf einen Wert, der dem Sollwert Io* des Ausgangsstroms entspricht, der beim In-Betrieb-Setzen der Schaltung gespeichert worden ist, als das Referenzspannungs-Einstellsignal Vref_Control von dem zweiten Zeitgeber-Anschluss des Mikrocomputers 9 ausgegeben. Auf diese Weise nimmt die Referenzspannung Vref1 des Abweichungskalkulators 6 den Wert an, der dem Sollwert Io* des Ausgangsstroms entspricht.
Ein Beispiel für eine spezielle Schaltungskonfiguration zum Ändern der Referenzspannung Vref1 ist in 9 gezeigt. Das Referenzspannungs-Einstellsignal Vref_Control wird als ein Signal, das das Ein- und Ausschalten mit einer hohen Frequenz ausführt, von dem zweiten Zeitgeber-Anschluss des Mikrocomputers ausgegeben. Die Referenzspannung Vref in 9 ist eine stabile Spannung für die Steuerung, die von einer separaten Schaltung erzeugt wird. Wenn man den Fall betrachtet, dass ein Schaltelement Q20 stets ausgeschaltet ist, nimmt die Spannung, die als die Referenzspannung Vref1 in diesem Fall ausgegeben werden soll, einen Wert an, der dadurch erhalten wird, dass die Referenzspannung Vref mit einem Widerstand R20 und einem Widerstand R21 geteilt wird (dieser Wert ist als Vref1_max definiert). Wenn man hingegen den Fall betrachtet, dass das Schaltelement Q20 stets eingeschaltet ist, nimmt die Spannung, die als die Referenzspannung Vref1 ausgegeben werden soll, einen Wert an, der dadurch erhalten wird, dass die Referenzspannung Vref mit dem Widerstand R20 und einem kombinierten Widerstand aus dem Widerstand R21 und einem Widerstand R22, die parallel geschaltet sind, geteilt wird (dieser Wert ist als Vref1_min definiert). Wenn das Schaltelement Q20 so betrieben wird, dass es sich mit einer konstanten Frequenz ein- und ausschaltet, kann der Wert, der als die Referenzspannung Vref1 ausgegeben werden soll, auf einen Wert zwischen den vorgenannten Werten Vref1_max und Vref1_min entsprechend dem EIN-Zustand eingestellt werden.
Weitere Bestandteile dieser Schaltung, und zwar ein Widerstand R23, ein Kondensator C21 und dergleichen, sind als ein Filter vorgesehen, wodurch die Referenzspannung Vref1 stabilisiert wird. Um die Referenzspannung Vref1 des Abweichungskalkulators 6 zu ändern, kann auch eine Konfiguration verwendet werden, bei der die Referenzspannung Vref1 unter Verwendung eines analogen Eingangs eines Digital-Analog-Wandlungsteils direkt eingegeben wird, wenn der Mikrocomputer eine Digital-Analog-Wandlungsfunktion hat. Bei diesem Verfahren kann wie in diesem Beispiel ein Digital-Analog-Wandler im Wesentlichen ein EIN/AUS-Signal (Referenzspannungs-Einstellsignal) von dem Mikrocomputer 9, das unter Verwendung des Zeitgeber-Anschlusses ausgegeben wird, und eine externe integrierte Filterschaltung (9) haben. Alternativ kann jede spezifische Konfiguration, die andere Verfahren nutzt, verwendet werden, solange das Ziel der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann.
Nachstehend werden die Operationen des Mikrocomputers zum Einstellen der Ansteuerfrequenz beschrieben, die ab dem Schritt #1 in 8(a) aufgeführt sind. Die Ansteuerfrequenz f wird im Schritt #9 berechnet, der später beschrieben wird. Vor dem Schritt #9 werden die Konstanten k, L1 und N im Schritt #2 festgelegt, um die Ansteuerfrequenz f zu berechnen.
Im Schritt #3 wird der Sollwert Io* erfasst, der in den Schritten zum Speichern des Sollwerts des Ausgangsstroms (Schritte S1 bis S3) gespeichert worden ist.
Im Schritt #4 wird der Anfangswert der Frequenz, der dann verwendet werden soll, wenn das Ansteuern des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers gestartet wird, auf die Ansteuerfrequenz f eingestellt. Die bisherigen Operationen werden für eine Verarbeitung implementiert, die durchgeführt wird, bevor die Schaltungsausgabe gestartet wird.
Im Schritt #5 wird ermittelt, ob der aktuelle Zustand ein Zustand ist oder nicht, in dem eine Schaltungsoperation möglich ist. Das Ermitteln, ob die Schaltungsoperation möglich ist oder nicht, erfolgt in einem Vorgang, der hier nicht dargestellt ist und von dem Vorgang des Einstellens der Ansteuerfrequenz verschieden ist. Insbesondere erfolgt das Ermitteln auf Grund solcher Informationen, ob der Wert des Eingangsspannungs-Detektionssignals in einem Bereich bleibt, in dem die Operation möglich ist.
Wenn als ein Ergebnis der Ermittlung im Schritt #5 der aktuelle Zustand kein Zustand ist, in dem eine Schaltungsoperation möglich ist, geht das Verfahren zum Schritt #6 weiter, in dem die Ausgabe des Referenz-Schwingungssignals unterbrochen wird (wenn das Referenz-Schwingungssignal noch nicht ausgegeben wird, wird der Zustand beibehalten). Dann geht das Verfahren zum Schritt #5 zurück, und die Ermittlung des aktuellen Zustands wird mehrfach durchgeführt.
Wenn als das Ergebnis der Ermittlung im Schritt #5 der aktuelle Zustand der Zustand ist, in dem eine Schaltungsoperation möglich ist, geht das Verfahren zum Schritt #7 weiter, in dem die Ausgabe des Referenz-Schwingungssignals zugelassen wird (wenn das Referenz-Schwingungssignal bereits ausgegeben wird, wird dieser Zustand beibehalten). Dann geht das Verfahren zum Schritt #8 weiter.
Im Schritt #8 werden das Ausgangsspannungs-Detektionssignal Vout und das Eingangsspannungs-Detektionssignal Vin als die Werte erfasst, die einer A/D-Wandlung unterzogen worden sind.
Im Schritt #9 wird die Ansteuerfrequenz f mit dem folgenden Ausdruck unter Verwendung der einzelnen Werte berechnet, die vorstehend beschrieben worden sind: f = k/(2·L1·Io*·Vout)·[Vin·Vout/(N·Vin + Vout)]².
Im Schritt #10 wird die Größenbeziehung zwischen dem Wert der Frequenz f, der im Schritt #9 berechnet worden ist, und dem aktuellen Wert der Frequenz f ermittelt. Wenn als ein Ergebnis dieser Ermittlung der berechnete Wert größer als der aktuelle Wert ist, geht das Verfahren zum Schritt #12 weiter, in dem der Wert der Frequenz f um einen vorgegebenen Wert erhöht wird. Wenn hingegen der berechnete Wert gleich dem aktuellen Wert oder kleiner als dieser ist, geht das Verfahren zum Schritt #11 weiter, in dem der Wert der Frequenz f um einen vorgegebenen Wert verringert wird.
Anschließend geht das Verfahren zum Schritt #5 zurück und die vorstehend beschriebenen Operationen werden wiederholt.
Auf diese Weise berechnet der Ansteuerfrequenzeinsteller 81 in Reaktion auf den von der Ausgangsstrom-Sollwert-Speicher-/Einstelleinheit 51 gespeicherten Strom-Sollwert Io*, auf den aktuellen Wert des Ausgangsspannungs-Detektionssignals Vout und auf den aktuellen Wert des Eingangsspannungs-Detektionssignals Vin nacheinander den Wert der Ansteuerfrequenz f und legt ihn so fest, dass der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler in dem kontinuierlichen Strommodus arbeiten kann.
Der Wert, der als die Ansteuerfrequenz f festgelegt worden ist, wird als das Referenz-Schwingungssignal von dem ersten Zeitgeber-Anschluss HF des Mikrocomputers 9 an den PWM-Signalgenerator 7 ausgegeben, und dadurch wird das Schaltelement Q1 des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers mit der berechneten Frequenz f betrieben. Bei dieser Ausführungsform wird der Zeitpunkt des Einschaltens des Schaltelements Q1 in der vorstehend beschriebenen Weise geregelt, wodurch es möglich wird, den Betrieb im kontinuierlichen Strommodus zu realisieren.
Ähnlich wie in den 6(a) bis 6(d) ist in den 10(a) bis 10(d) ein Vergleich zwischen den Betriebswellenformen für den Fall, dass der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler unter Änderung des Sollwerts des Ausgangsstroms unter Verwendung dieser Ausführungsform betrieben wird, und den Betriebswellenformen für den Fall gezeigt, dass Operationen in dem herkömmlichen Grenzmodus unterstellt werden. Die Wellenformen der 10(a) und 10(b) sind dargestellt, um sie mit den Betriebswellenformen der 10(c) und 10(d) der vorliegenden Erfindung zu vergleichen und um die Wirkungen der vorliegenden Erfindung zu beschreiben. Die Wellenformen der 10(a) und 10(b) sind Wellenformen, die durch Annehmen des Falls entstehen, dass der Rücklaufwandler in dem Stromgrenzmodus betrieben wird. Es wird zum Beispiel unterstellt, dass der Strom, der durch den Transformator T1 fließt, die Form annimmt, die in 10(a) gezeigt ist, wenn der Sollstrom in eine bestimmte LED-Last eingespeist wird. Wenn nun der Fall unterstellt wird, dass der Wert des Sollstroms um das 1,25-fache erhöht wird, nimmt die Betriebswellenform in diesem Fall die Wellenform an, die in 10(b) gezeigt ist. Der Ausgangsstrom steigt bei der gleichen LED-Last auf das 1,25-fache, und die Ausgangsleistung und die Eingangsleistung steigen ebenfalls auf das 1,25-fache (man beachte, dass die Beschreibung hier der Einfachheit halber unter der Voraussetzung erfolgt, dass keine Änderung des Spannungswerts der LED-Last auf Grund des Anstiegs des Stroms auftritt).
Zu diesem Zeitpunkt beträgt eine Fläche S1b der Wellenform des Stroms i1 1,25 × (Verhältnis der Zyklen) mal eine Fläche S1a, und eine Fläche S2b der Wellenform des Stroms i2 beträgt 1,25 × (Verhältnis der Zyklen) mal eine Fläche S2a. Die Werte, die durch Ermitteln des Mittelwerts der Flächen S2a und S2b entsprechend dem Schaltzyklus erhalten werden, sind der Wert des Eingangsstroms bzw. der Wert des Ausgangsstroms der betreffenden Wellenform. Wenn der Ausgangsstrom, wie vorstehend dargelegt worden ist, um das 1,25-fache erhöht wird, steigen Spitzenwerte des Stroms i1 und des Stroms i2 stark an. Bei einer realen Schaltung führt dieser Umstand zu einem Anstieg des Schaltverlusts und verursacht eine Zunahme der Welligkeitsspannung und eine Zunahme des Welligkeitsstroms.
Die 10(c) und 10(d) zeigen die Betriebswellenformen für den Fall, dass die vorliegende Erfindung verwendet wird. Um diese Betriebswellenformen mit den Wellenformen in den 10(a) und 10(b) für den vorgenannten Fall, dass der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler in dem herkömmlichen Grenzmodus betrieben wird, zu vergleichen, sind hier Wellenformen für den Fall dargestellt, dass die Frequenz von dem Ansteuerfrequenzeinsteller 81 so festgelegt wird, dass die Schaltfrequenzen der einzelnen Wellenformen einander gleichen [die Induktivitäten L1 und L2 bei den Wellenformen der 10(c) und 10(d) werden größer als die bei den Wellenformen der 10(a) und 10(b) eingestellt, und andere, die das Übersetzungsverhältnis des Transformators T1 einbeziehen, werden gleichgroß eingestellt].
Hier wird der Zeitraum, in dem sich das Schaltelement Q1 in einem Zyklus einschaltet (EIN-Zustand), von der Eingangsspannung Vi, der Ausgangsspannung Vo und dem Übersetzungsverhältnis N des Transformators bestimmt. Dadurch werden die EIN-Zustände der Wellenformen in den 10(c) und 10(d) die Gleichen wie die der Wellenformen in den 10(a) bzw. 10(b). Darüber hinaus werden Flächen S1c und S2c gleich den Flächen S1a bzw. S2a, und Flächen S1d und S2d werden gleich den Flächen S1b bzw. S2b. Die Wellenformen in den 10(c) und 10(d) werden zu Wellenformen, bei denen die Ströme i1 und i2 Grundkomponenten haben, da der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler so betrieben wird, dass der Strom, der durch den Transformator T1 fließt, durch Verwenden der vorliegenden Erfindung in dem kontinuierlichen Modus fließen kann.
Wenn die Wellenformen in den 10(c) und 10(d) für den Fall, dass der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler gemäß der vorliegenden Erfindung arbeiten kann, mit den Wellenformen in den 10(a) und 10(b) für den Fall verglichen werden, dass der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler in dem herkömmlichen Grenzmodus betrieben wird, kann nachgewiesen werden, dass die folgenden Merkmale und Wirkungen bei den Wellenformen in den 10(c) und 10(d) erzielt werden.
Die Spitzenwerte der Ströme i1 und i2 sind gegenüber denen bei den herkömmlichen Wellenformen jeweils niedriger. Die Spitzenwerte sind niedriger, obwohl die Flächen gleich denen bei den herkömmlichen Wellenformen sind, und daher sinken die Effektivwerte der einzelnen Wellenformen. Dadurch wird die Wirkung erzielt, dass der Welligkeitsstrom und die Welligkeitsspannung abnehmen (die Wirkung, dass die Welligkeit abnimmt, wird nicht nur für den Ausgang, sondern auch für den Eingang erzielt). Wie bei der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung erwähnt worden ist, ist beim Vergleichen der Wellenform in 10(a) mit der in 10(c) und der Wellenform in 10(b) mit der in 10(d) auch in Bezug auf die Leistung des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers anzunehmen, dass der Schaltverlust beim Einschalten des Schaltelements Q1 stärker bei dem Betrieb im kontinuierlichen Modus zunimmt. Es ist jedoch auch anzunehmen, dass der Schaltverlust beim Ausschalten des Schaltelements Q1, der Verlust im EIN-Zustand des Schaltelements Q1 und dergleichen bei dem Betrieb im kontinuierlichen Modus etwas stärker verringert werden. Durch Bestätigung dieser Annahmen mit einer realen Vorrichtung kann nachgewiesen werden, dass der Verlust in dem gesamten Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler stärker verringert wird und seine Umwandlungsleistung verbessert wird, wenn der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler den Betrieb im kontinuierlichen Modus durchführen kann.
Wie vorstehend dargelegt worden ist, wird erfindungsgemäß das Referenz-Schwingungssignal von dem Ansteuerfrequenzeinsteller 81 so festgelegt, dass der Strom, der durch den Transformator T1 des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers fließt, in dem kontinuierlichen Modus fließen kann. Auf diese Weise wird es möglich, eine Stromversorgungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine hohe Leistung hat, wobei der Strom, der in die Last 2 eingespeist werden soll, nur eine geringe Welligkeit hat und schließlich das Rauschen, das durch die Welligkeitskomponente entsteht, ebenfalls gering ist, auch in dem Fall, dass der Wert des Ausgangsstroms Io, der in die Halbleiter-Lichtquellen-Last 2 eingespeist werden soll, geändert wird.
Darüber hinaus wird bei dieser Ausführungsform eine Konfiguration verwendet, bei der es möglich ist, den Sollwert Io* des Ausgangsstroms Io von außen einzustellen (zu ändern). Dadurch wird es möglich, eine Stromversorgungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die mehreren verschiedenen LED-Lasten gewachsen ist. Außerdem werden entsprechend den vorstehend beschriebenen Operationen des Mikrocomputers die einzustellenden Werte der Ansteuerfrequenz nacheinander geändert. Daher besteht hier der Vorteil, dass das Rauschen viel effektiver verringert werden kann, da das Frequenzspektrum des Rauschens zerlegt wird, das durch die Schaltoperation auftritt.
Ausführungsform 5
Ein Schaltplan einer Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung ist in 11 gezeigt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den vorstehenden Ausführungsformen durch die folgenden Merkmale: ein Filter, das aus einer Induktionsspule L3 und einem Kondensator C2 besteht, ist auf der Sekundärseite des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers vorgesehen; es wird eine Konfiguration verwendet, mit der eine PWM-Steuerung mit einem Strommodus dadurch durchgeführt werden kann, dass ein Widerstand R4 zum Detektieren des Stroms i1 auf der Primärseite des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers vorgesehen ist; und dergleichen. Bei diesem Steuerverfahren wird die Wirkung erzielt, dass die Ausgangswelligkeit verringert wird, und außerdem kann die Welligkeit des Ausgangsstroms Io dadurch weiter verringert werden, dass das Filter auf der Sekundärseite vorgesehen wird.
Was die Steuerung in dem Strommodus anbelangt, so wird die EIN/AUS-Steuerung für das Schaltelement Q1 mit den folgenden Operationen erreicht. Ein Strom, der durch eine Last 2 fließt, wird als ein Ausgangsstrom-Detektionssignal von einem Stromdetektionswiderstand R1 detektiert, und dieses Signal wird mit einem Signalverstärker 4 verstärkt. Anschließend wird das verstärkte Signal mittels eines Abweichungskalkulators 6 mit einer Referenzspannung Vref1 verglichen, und das Ergebnis wird als ein PWM-Befehlssignal in einen PWM-Signalgenerator 7 eingegeben. Der PWM-Signalgenerator 7 erzeugt ein vorgegebenes PWM-Signal und speist es als ein EIN/AUS-Steuersignal (Wandler-Ansteuersignal) in ein Schaltelement Q1 ein. Auf diese Weise wird ein Rückkopplungssteuersystem so konfiguriert, dass es den Ausgangsstrom einstellt.
Bei dieser Ausführungsform ist der Signalverstärker 4 als ein Umkehrverstärker gestaltet, der einen Operationsverstärker Amp3 und Widerstände R12, R13 und R14 aufweist, die an dessen Peripherie angeordnet sind. Der Abweichungskalkulator 6 ist als ein PI-Regler gestaltet, der einen Operationsverstärker Amp2 sowie Widerstände R10 und R11 und einen Kondensator C10 aufweist, die an dessen Peripherie angeordnet sind.
Von einem Zeitgeber-Anschluss HF eines Mikrocomputers 9 wird das Referenz-Schwingungssignal zum Ansteuern des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers ausgegeben, und in Reaktion auf einen Anstieg des Referenz-Schwingungssignals gibt eine Einmalige-Auslösungs-Schaltung Oneshot2 ein Impulssignal zum Einstellen in einen Einstellanschluss S eines Flip-Flops mit RS-Tastung SR-FF ein. Durch dieses Impulssignal wird ein Ausgang Q des Flip-Flops mit RS-Tastung SR-FF auf den H-Pegel gesetzt, und das Schaltelement Q1 wird so angesteuert, dass es sich einschaltet. Auf diese Weise kann der Zeitpunkt des Einschaltens des Schaltelements Q1 mit dem Ansteuerfrequenzeinsteller 81 geregelt werden.
Ein Komparator Comp4 vergleicht das Ausgangssignal, das von dem Abweichungskalkulator 6 kommt, mit einem Wert (Primärstrom-Detektionssignal), der der Momentanwert des Stroms i1 ist, der durch die Primärseite des Transformators T1 fließt, wobei der Momentanwert mit der Spannung detektiert wird, die in dem Widerstand R4 erzeugt wird. Dann gibt der Komparator Comp4 das Ergebnis des Vergleichs an eine Einmalige-Auslösungs-Schaltung Oneshot1 aus. In Reaktion auf ein Absinken des Ergebnisses des Vergleichs gibt die Einmalige-Auslösungs-Schaltung Oneshot1 ein Impulssignal zum Rücksetzen an einen Rücksetzanschluss R des Flip-Flops mit RS8-Tastung SR-FF aus. Mit diesem Impulssignal wird der Ausgang Q des Flip-Flops mit RS-Tastung SR-FF auf den L-Pegel gesetzt und das Schaltelement Q1 wird so angesteuert, dass es sich ausschaltet.
Man beachte, dass eine Signaleingabe von dem Zeitgeber-Anschluss HF des Mikrocomputers 9 in ein logisches UND-Gatter zum Regeln der maximalen Einschaltzeit (minimalen Ausschaltzeit) durchgeführt wird. Wenn das Referenz-Schwingungssignal auf den L-Pegel geht, schaltet sich das Schaltelement Q1 unabhängig von dem Ausgang Q des Flip-Flops mit RS-Tastung SR-FF aus. In der vorstehend beschriebenen Weise wird die Strommodus-Steuerung bei dieser Ausführungsform realisiert.
Der Mikrocomputer 9 gibt eine Spannung, die durch Teilen der Ausgangsspannung Vo des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers mit dem Widerstand R2 und dem Widerstand R3 erhalten wird, als ein Ausgangsspannungs-Detektionssignal Vout von einem Analog-Digital-Wandlungsteil des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers ein. Ebenso gibt der Mikrocomputer 9 die Eingangsspannung Vi als ein Eingangsspannungs-Detektionssignal Vin von dem Analog-Digital-Wandlungsteil ein. Darüber hinaus wird der Sollwert Io* des Ausgangsstroms Io, der mit den Übertragungsmitteln von einem seriellen Übertragungsanschluss Write eingegeben wird, mit einer Ausgangsstrom-Sollwert-Speicher-/Einstelleinheit 51 gespeichert. Die Ausgangsstrom-Sollwert-Speicher-/Einstelleinheit 51 gibt ein Referenzspannungs-Einstellsignal Vref_Control von einem zweiten Zeitgeber-Anschluss aus, sodass die Referenzspannung Vref1 des Abweichungskalkulators 6 einen Wert annehmen kann, der dem Strom-Sollwert entspricht, und gibt den Sollwert des Ausgangsstroms in den Ansteuerfrequenzeinsteller 81 ein, der aus Software besteht.
Der Ansteuerfrequenzeinsteller 81 gibt das Referenz-Schwingungssignal HF von einem ersten Zeitgeber-Anschluss des PWM-Signalgenerators 7 auf Grund des Eingangsspannungs-Detektionssignals, des Ausgangsspannungs-Detektionssignals und des Sollwerts des Ausgangsstroms aus.
Die Operationen des Mikrocomputers 9 sind im Grunde die Gleichen wie die der Ausführungsform 4 (die in 8 gezeigt ist).
Auch bei dieser Ausführungsform wird das Referenz-Schwingungssignal von dem Ansteuerfrequenzeinsteller 81 so festgelegt, dass der Strom, der durch den Transformator T1 des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers fließt, in dem kontinuierlichen Modus fließen kann. Auf diese Weise wird es wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen möglich, eine Stromversorgungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die den unterschiedlich eingestellten Halbleiter-Lichtquellen-Lasten 2 gewachsen ist und eine hohe Leistung hat, wobei der Strom, der in jede der Lasten 2 eingespeist werden soll, nur eine geringe Welligkeit hat und schließlich das Rauschen, das durch die Welligkeitskomponente auftritt, ebenfalls gering ist.
Bei dieser Ausführungsform wird eine Konfiguration verwendet, mit der eine PWM-Steuerung durch Steuern entsprechend dem Strommodus (Steuerverfahren zum gegenseitigen Angleichen des Spitzenwerts des Stroms i1, der auf der Primärseite fließt, und des Befehlswerts von dem Abweichungskalkulator 6) durchgeführt werden kann. Daher wird der Strom i1 auch dann entsprechend begrenzt, wenn die Stromquelle E unerwartet und plötzlich schwankt. Daher wird eine Situation unterdrückt, bei der der Strom i1 momentan zu groß wird und anschließend auch der Strom i2 zu groß wird.
Dadurch wird es möglich, eine Stromversorgungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die das Ausgangssignal stabil steuern kann, mit anderen Worten, bei der die Welligkeit gering ist.
In dem Fall, dass der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler mit dem Strommodus gesteuert wird, laufen die Stabilitätspunkte der Operationen gelegentlich nicht in einem Punkt zusammen und es kommt zu einem instabilen Zustand, in dem die Schaltfrequenz eine Auslassung (das heißt, ein so genanntes Frequenzhalbierungsphänomen) verursacht. Für diesen Fall wird in dem Schaltkreis von 11 das Primärstrom-Detektionssignal mit einem Signal überlagert, das ein vorgegebenes Gefalle hat und mit der Schaltfrequenz synchronisiert ist, und das durch die Überlagerung erhaltene Signal wird in den Komparator Comp4 eingegeben, und dergleichen. Auf diese Weise kann der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler stabil betrieben werden.
Ausführungsform 6
Ein erläuterndes Betriebsdiagramm für einen Mikrocomputer 9 einer Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung ist in 12 gezeigt. Die Betriebswellenformendiagramme zum Erläutern der Operationen dieser Ausführungsform sind in den 13(a) und 13(b) gezeigt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den vorstehenden Ausführungsformen 4 und 5 in den folgenden Punkten.
Es gibt folgende Unterschiede. Zunächst wird bei diesem Ablaufdiagramm für den Mikrocomputer in 12 der Wert der Eingangsspannung Vin im Schritt #2 als eine Konstante festgelegt, und nur die Ausgangsspannung Vout wird im Schritt #8 des Erfassen des A/D-Wandlungswerts erfasst. Darüber hinaus kommen die Schritte #13 und #14 hinzu, und es wird ermittelt, ob die aktuelle Ansteuerfrequenz f den festgelegten unteren Grenzwert und den festgelegten oberen Grenzwert der Ansteuerfrequenz erreicht oder nicht. Wenn die aktuelle Ansteuerfrequenz f jeweils den unteren Grenzwert und den oberen Grenzwert erreicht, wird der Wert der Frequenz nicht unter den unteren Grenzwert hinaus abgesenkt oder über den oberen Grenzwert hinaus erhöht.
Wie vorstehend dargelegt worden ist, wird bei dieser Ausführungsform eine Konfiguration verwendet, bei der die Ansteuerfrequenz nicht durch Eingeben des aktuellen Werts als Wert der Eingangsspannung Vin berechnet wird, sondern durch Verwenden des Werts der Eingangsspannung Vin, der als Konstante festgelegt ist. Hier wird der Wert der Eingangsspannung Vin, der als Konstante festgelegt ist, auf den höchsten Wert eingestellt, der in einem Spannungsbereich angenommen wird, in dem die Stromversorgungsvorrichtung normalerweise zum Einsatz kommt.
Wenn unterstellt wird, dass die Ausgangsspannung und der Ausgangsstrom konstant sind, steigt die Ansteuerfrequenz, die zum Erreichen des Betriebs im kontinuierlichen Strommodus erforderlich ist, da die Eingangsspannung höher ist. Daher wird der höchste Wert der Eingangsspannung von den Eingangsspannungen, die vorher angenommen worden sind, für die Verwendung als der Wert der Eingangsspannung Vin vorbereitet. Auf diese Weise arbeitet der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler zuverlässig in dem kontinuierlichen Modus, wenn er mit der Frequenz f betrieben wird, die auf Grund des betreffenden Werts ermittelt worden ist.
Auf diese Weise wird bei dieser Ausführungsform der Wert, der als der A/D-Wandlungswert eingegeben werden soll, immer dann, wenn die Ansteuerfrequenz f berechnet wird, als ein Wert gespeichert, der die Ausgangsspannung Vout ist. Daher werden die einzelnen Teile der Verarbeitung in dem Mikrocomputer, und zwar das Eingeben und das Berechnen (arithmetische Operation), einfach, sodass hier der Vorteil besteht, dass ein kostengünstigerer Mikrocomputer zum Einsatz kommen kann.
Darüber hinaus ist es nur die Ausgangsspannung Vout, die ein Parameter ist, der immer dann geändert werden muss, wenn die Ansteuerfrequenz berechnet wird. Daher wird es außerdem möglich, die Verarbeitungslast durch Vereinfachen der arithmetischen Operation zu verringern, die im Schritt #9 ausgeführt wird. Zum Beispiel werden Beziehungen zwischen der Ausgangsspannung Vout und f/Io* vorher in dem Mikrocomputer als Tabellendaten approximativ gespeichert. Bei der Verarbeitung, die zu jedem Zeitpunkt durchgeführt werden soll, wird der Wert von f/Io*, der dem Wert der Ausgangsspannung Vout entspricht, aus den betreffenden Tabellendaten ausgelesen. Hierbei wird der Wert der Ausgangsspannung Vout durch Erfassen des A/D-Wandlungswerts ermittelt. Dann wird der so ausgelesene Wert mit dem Wert von Io* multipliziert, wodurch der Wert der Ansteuerfrequenz f erhalten wird. Auf diese Weise wird die Berechnung vereinfacht, und daher wird es möglich, die Last an dem Mikrocomputer weiter zu reduzieren.
Nun kommen die Schritte #13 und #14 hinzu, und es wird ermittelt, ob die aktuelle Ansteuerfrequenz f den vorgegebenen unteren Grenzwert und den vorgegebenen oberen Grenzwert der Ansteuerfrequenz erreicht oder nicht. Wenn die aktuelle Ansteuerfrequenz f jeweils den unteren Grenzwert und den oberen Grenzwert erreicht, wird der Wert der Frequenz nicht unter den unteren Grenzwert hinaus abgesenkt oder über den oberen Grenzwert hinaus erhöht. Dies wird nachstehend beschrieben.
Im Schritt #13 wird ermittelt, ob die aktuelle Ansteuerfrequenz gleich dem festgelegten unteren Grenzwert der Ansteuerfrequenz oder kleiner als dieser ist oder nicht. Wenn die aktuelle Ansteuerfrequenz nicht gleich dem unteren Grenzwert oder kleiner als dieser ist, geht das Verfahren zum Schritt #11 weiter, in dem der Wert der Ansteuerfrequenz f um einen vorgegebenen Wert verringert wird. Wenn die aktuelle Ansteuerfrequenz gleich dem unteren Grenzwert oder kleiner als dieser ist, wird Schritt #11 übersprungen, wodurch die Verarbeitung so durchgeführt wird, dass der Wert der Ansteuerfrequenz f nicht weiter gesenkt wird.
Im Schritt #14 wird ermittelt, ob die aktuelle Ansteuerfrequenz gleich dem festgelegten oberen Grenzwert der Ansteuerfrequenz oder größer als dieser ist oder nicht. Wenn die aktuelle Ansteuerfrequenz nicht gleich dem oberen Grenzwert oder größer als dieser ist, geht das Verfahren zum Schritt #12 weiter, in dem der Wert der Ansteuerfrequenz f um einen vorgegebenen Wert erhöht wird. Wenn die aktuelle Ansteuerfrequenz gleich dem oberen Grenzwert oder größer als dieser ist, wird Schritt #12 übersprungen, wodurch die Verarbeitung so durchgeführt wird, dass der Wert der Ansteuerfrequenz f nicht weiter erhöht wird.
Es wird zum Beispiel unterstellt, dass der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler mit einer Wellenform arbeitet, die in 13(a) gezeigt ist, wenn eine bestimmte Last mit ihm verbunden wird. Außerdem wird unterstellt, dass die Ansteuerfrequenz im Wesentlichen den festgelegten unteren Grenzwert der Frequenz erreicht. Hier wird der Fall betrachtet, dass der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler unter Erhöhung des Sollwerts des Ausgangsstroms betrieben wird. Der untere Grenzwert der Frequenz wird bereitgestellt, wodurch die Frequenz nicht weiter gesenkt wird und die Wellenform die in 13(b) gezeigte Form annimmt, um den Ausgangsstrom als den Sollstrom auszugeben. Insbesondere wird gegenüber der Wellenform von 13(a) die Grundkomponente des Stroms erhöht, während die Frequenz im Wesentlichen unverändert gehalten wird, sodass die Stromversorgungsvorrichtung der Last gewachsen ist.
Die Wellenform, die in 13(b) mit Strichlinien dargestellt ist, ist die Wellenform für den Fall, dass keine Grenzwerte für die Frequenz festgelegt sind. Wie vorstehend dargelegt worden ist, kann das Ausgeben auch dann entsprechend der Last durchgeführt werden, wenn Grenzwerte für die Frequenz festgelegt worden sind.
Bei dieser Ausführungsform kann der Wert der Frequenz zum Ansteuern des Schaltelements Q1 in einem Bereich bleiben, der von dem festgelegten unteren Grenzwert und dem festgelegten oberen Grenzwert der Frequenz bestimmt wird. Insbesondere können die Grenzwerte für die Ansteuerfrequenz festgelegt werden. Daher wird es möglich, eine Stromversorgungsvorrichtung zur Verfügung zustellen, die Lasten mit größeren Kenngrößenbereichen gewachsen ist. Das gilt für alle Ausführungsformen.
Wenn es solche Probleme wie zum Beispiel die gibt, dass es schwierig wird, das Rauschfilter für den Fall zu entwerfen, dass die Frequenz zu stark geändert wird, und dass die Größe des Filters größer wird, wenn die Frequenz gesenkt wird, wird es möglich, diese Probleme unter Verwendung dieser Ausführungsform zu lösen.
Ausführungsform 7
Ein erläuterndes Betriebsdiagramm eines Mikrocomputers einer Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung ist in 4 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform wird die Schaltung mit der Konfiguration, die in 11 gezeigt ist, unter Verwendung des in 14 gezeigten Ablaufdiagramms anstatt des Ablaufdiagramms zum Festlegen der Ansteuerfrequenz bei der vorgenannten Ausführungsform betrieben. Wenn die Schaltung nach diesem Ablaufdiagramm betrieben wird, wird das Festlegen der Ansteuerfrequenz nur einmal dann durchgeführt, wenn eine vorgegebene Zeit nach dem Start der Schaltungsoperationen vergangen ist. Anschließend wird die Schaltung mit der festgelegten Frequenz bis zum Ende der Schaltungsoperationen betrieben.
Nachstehend werden die vorgenannten Operationen unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm von 14 näher beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird ein Flag FS neu bereitgestellt. In Abhängigkeit von dem Status des Flags wird ermittelt, ob der aktuelle Zustand ein Zustand ist oder nicht, in dem die Ansteuerfrequenz festgelegt werden soll. In Reaktion auf das Ergebnis der Ermittlung wird die Frequenz nur einmal nach dem Start der Schaltungsoperationen festgelegt.
Insbesondere ist der Ablauf für die Operationen wie folgt. Beim Einstellen des Anfangswerts im Schritt #4 wird das Flag FS gelöscht. Anschließend wird im Schritt #15 der Status des Flags ermittelt. Wenn das Flag FS gelöscht ist, geht das Verfahren zum Schritt #16 weiter. Im Schritt #16 wird ermittelt, ob eine vorgegebene Zeit, die vorher festgelegt worden ist, nach der Freigabe der Ausgabe des Referenz-Schwingungssignals im Schritt #7 vergangen ist oder nicht. Wenn die vorgegebene Zeit nicht vergangen ist, geht das Verfahren zum Schritt #5 zurück, in dem die vergangene Zeit ständig ermittelt wird. Nachdem dann die vorgegebene Zeit vergangen ist, geht das Verfahren zum Schritt #8 weiter.
Im Schritt #8 wird der A/D-Wandlungswert des Ausgangsspannungs-Detektionssignals Vout erfasst, und im Schritt #9 wird die Frequenz f festgelegt. Anschließend wird die Frequenz f, die im Schritt #17 festgelegt worden ist, als die Ansteuerfrequenz festgelegt. Dann wird im Schritt #18 das Flag FS gesetzt und das Verfahren geht zum Schritt #5 zurück. Anschließend ist das Flag FS in einem Status, in dem es gesetzt worden ist, während die Schaltungsoperationen ausgeführt werden, und daher ist das Ergebnis der Ermittlung im Schritt #15 stets NEIN. Auf diese Weise kann das Verfahren nicht zum Schritt #16 und darüber hinaus weitergehen.
Wenn im Schritt #5 ermittelt wird, dass die Schaltung nicht in diesem Betriebsfreigabezustand ist, geht das Verfahren zum Schritt #6 weiter, in dem die Ausgabe des Referenz-Schwingungssignals unterbrochen wird. Nach dem Schritt #6 wird im Schritt #19 das Flag FS gelöscht. Auf diese Weise wird im Schritt #5 ein weiteres Mal ermittelt, ob die Schaltungsoperationen freigegeben sind, und wenn die Operationen gestartet werden, wird die Frequenz nur einmal nach dem Verstreichen der vorgegebenen Zeit in der vorstehend beschriebenen Weise festgelegt.
Auf diese Weise wird bei dieser Ausführungsform die Festlegung der Ansteuerfrequenz f nur einmal nach dem Start der Schaltungsoperationen durchgeführt. Daher entfällt das regelmäßige Festlegen der Ansteuerfrequenz f mit dem Mikrocomputer. Das führt zu einer Reduzierung der Last des Mikrocomputers, und daher besteht der Vorteil, dass ein kostengünstigerer Mikrocomputer zum Einsatz kommen kann. Darüber hinaus wird der Zeitpunkt für das Festlegen der Ansteuerfrequenz auf einen Zeitpunkt nach dem Verstreichen der vorgegebenen Zeit nach dem Start der Operationen gelegt, wodurch es möglich wird, die Frequenz zuverlässig festzulegen, nachdem die Ausgabe stabilisiert worden ist.
Darüber hinaus wird bei den vorstehenden Ausführungsformen, und zwar den Ausführungsformen 3 bis 7, jeweils zumindest der A/D-Wandlungswert des Ausgangsspannungs-Detektionssignals erfasst, sodass die Ansteuerfrequenz f festgelegt werden kann. Wenn jedoch der Bereich der angenommenen Last in gewissem Umfang begrenzt ist, wird der Wert der Frequenz, der zu dem betreffenden Zeitpunkt benötigt wird, unter Verwendung des Werts des Ausgangsspannungs-Detektionssignals Vout für den Fall erhalten, dass die Frequenz in dem Lastbereich am höchsten wird. Der Wert der Frequenz ist voreingestellt, sodass es auch möglich wird, eine Konfiguration zu verwenden, bei der die erwarteten Wirkungen erzielt werden können. In der vorstehend dargelegten Weise wird es möglich, die Wirkungen der vorliegenden Erfindung mit einem einfacheren Steuergerät zu erzielen.
Betrachten wir zum Beispiel den Fall, dass der Induktivitätswert L1 auf der Primärseite des Transformators T1 3,0 μH beträgt, das Übersetzungsverhältnis N zwischen der Primärseite und der Sekundärseite 5 ist und sich die Eingangsspannung Vin in einem Bereich von 10 bis 16 V ändert. Nehmen wir an, dass die Spannung jeder der verschiedenen angeschlossenen Lasten (das heißt, das Ausgangsspannungs-Detektionssignal) in dem Bereich von 23 bis 46 V bleibt und dass der Strom der Last (das heißt, der Sollwert Io* des Ausgangsstroms) auf einen Wert in dem Bereich von 0,75 bis 1,0 A eingestellt ist. In diesem Fall geht aus dem vorgenannten Berechnungsausdruck hervor, dass ein Wert als die Frequenz f voreingestellt werden muss, der mindestens 174 kHz beträgt.
Wenn die Werte der Ausgangsströme der einzelnen angenommenen Lasten gleichgroß sind, kann der Sollwert Io* des Ausgangsstroms dadurch gespeichert werden, dass er vorher in den Mikrocomputer eingeschrieben wird, und dergleichen. Das gilt für alle Ausführungsformen, und auf die vorstehend beschriebene Weise wird es möglich, die erwarteten Wirkungen der vorliegenden Erfindung mit einem einfacheren Steuergerät zu erzielen.
Man beachte, dass die einzelnen Ausführungsformen als Beispiele dargestellt sind und zum Beispiel die Ausführungsformen, die mit den Mikrocomputern realisiert werden, auch so konfiguriert werden können, dass ähnliche Operationen mit einzelnen elektronischen Schaltkreisen erhalten werden können. Darüber hinaus sind die Konfigurationen des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers und des Steuergeräts nicht auf die Konfigurationen beschränkt, die in den einzelnen Ausführungsformen dargestellt sind. Zum Beispiel ist der PI-Regler als der Abweichungskalkulator 6 dargestellt, aber der Abweichungskalkulator 6 kann auch aus anderen Proportionalschaltungen bestehen. Darüber hinaus ist das Betriebsdiagramm des Mikrocomputers nicht auf die dargestellten Diagramme beschränkt, sondern es braucht nur so gestaltet zu werden, dass ähnliche Operationen erhalten werden können.
Ausführungsform 8
Eine Schnittansicht einer Leuchte einer Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung ist in 15 gezeigt. Die gezeigte Leuchte ist eine schematische Darstellung einer Konfiguration eines Scheinwerfers 90 für ein Fahrzeug. Eine Stromversorgungsvorrichtung 95, die die vorstehend beschriebene Konfiguration hat und von einem Metallgehäuse bedeckt ist, ist an einem Teil der Unterseite eines Scheinwerfergehäuses angebracht und befestigt. Ein LED-Modul 20, das aus einer Vielzahl von LED-Elementen besteht, ist auf einer Wärmestrahlungsplatte 92 angebracht, und das LED-Modul 20 und die Wärmestrahlungsplatte 92 bilden zusammen mit einer optischen Einheit 91, die aus einer Linse und einer Reflexionsplatte besteht, eine Lichtquellen-Einheit. Die Lichtquellen-Einheit ist mittels einer Lichtquellen-Einheit-Befestigungsvorrichtung 93 an dem Gehäuse des Scheinwerfers 90 befestigt. Eine Stromversorgungsleitung 96 eines Eingangs der Stromversorgungsvorrichtung 95 ist mit einer Batterie (nicht dargestellt) verbunden, und seine Übertragungsleitung 97 ist mit einer fahrzeugseitigen Einheit (nicht dargestellt) verbunden. Die Übertragungsleitung 97 dient zum Senden einer Störungsmeldung an die Fahrzeugseite, wenn die Störung an der Last auftritt, und es kann zum Beispiel eine Konfiguration verwendet werden, bei der der Sollwert des Ausgangsstroms unter Verwendung dieser Übertragungsleitung 97 von außen an die Stromversorgungsvorrichtung 95 gesendet werden kann [zum Beispiel durch Durchführen der Übertragung unter Verwendung eines Local Interconnect Network (LIN)]. Eine Ausgangsleitung 94 der Stromversorgungsvorrichtung 95 ist mit dem LED-Modul 20 verbunden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird es möglich, eine Leuchte mit einer Stromversorgungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die den unterschiedlich eingestellten Halbleiter-Lichtquellen-Lasten gewachsen ist und eine hohe Leistung hat, wobei der Strom, der in jede der Lasten eingespeist werden soll, nur eine geringe Welligkeit hat. Auf diese Weise entfällt die Notwendigkeit, die Stromversorgungsvorrichtungen einzeln für die unterschiedlich eingestellten Lasten einzurichten, und daher wird es möglich, verschiedene Lasten entsprechend der Gestaltung der Leuchte einzustellen, und die Funktion als Leuchte kann verbessert werden, ihre Gestaltung kann verbessert werden und dergleichen. Darüber hinaus wird es möglich, dass die Stromversorgungsvorrichtung den verschiedenen Lasten gewachsen ist, und daher kann eine kostengünstige Leuchte zur Verfügung gestellt werden. Außerdem kann eine Leuchte bereitgestellt werden, die eine hohe Leistung hat und weniger Energie verbraucht, und der Welligkeitsstrom kann niedrig gehalten werden. Daher wird es möglich, eine Leuchte mit einem guten Rauschverhalten zur Verfügung zu stellen.
Ausführungsform 9
Eine perspektivische Darstellung eines Fahrzeugs einer Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung ist in 16 gezeigt. Diese Ausführungsform zeigt ein Beispiel für die Verwendung der vorgenannten Leuchte jeweils als ein Scheinwerfer 101 eines Fahrzeugs 100. Durch Anbringen der vorgenannten Leuchte werden einem Fahrzeug eine höhere Sicherheit, ein besseres Design, ein besseres Umweltverhalten und ein höherer Komfort verliehen.
Hier ist zwar der Fall gezeigt, dass die Stromversorgungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung für die Scheinwerfer 101 des Fahrzeugs 100 verwendet wird, aber ähnliche Wirkungen können auch dann erzielt werden, wenn die Stromversorgungsvorrichtung für andere Lampen verwendet wird, wie etwa Blinkleuchten 102, Schlussleuchten 103 und dergleichen.
Anwendungsmöglichkeiten in der Industrie
Die erfindungsgemäße Stromversorgungsvorrichtung und die Leuchte, die die betreffende Stromversorgungsvorrichtung verwendet, sind nicht nur für Fahrzeuge, sondern auch für verschiedene Leuchten verwendbar.
Bezugszeichenliste

T1: Transformator
Q1: Schaltelement
1: Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler
2: Last
3: Ausgangsstromdetektor
4: Signalverstärker
5: Ausgangsstrom-Sollwert-Einsteller
6: Abweichungskalkulator
7: PWM-Signalgenerator
8: Einschaltzeitregler

Zusammenfassung
Es wird eine Stromversorgungsvorrichtung zur Verfügung gestellt, die Halbleiter-Lichtquellen-Lasten gewachsen ist, die in verschiedener Hinsicht eingestellt werden sollen, und eine hohe Leistung hat, wobei ein Strom, der in jede der Lasten eingespeist werden soll, nur eine geringe Welligkeit hat. Die Stromversorgungsvorrichtung versorgt eine Halbleiter-Lichtquellen-Last (2) mit Strom und bringt sie zum Leuchten. Die Stromversorgungsvorrichtung weist einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler (1) und ein Steuergerät auf. Der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler (1) weist ein induktives Element und ein Schaltelement auf und führt eine Spannungswandlung dadurch durch, dass er Energie von einer Eingangsstromquelle (E) in dem induktiven Element speichert, wenn das Schaltelement eingeschaltet ist, und die in dem induktiven Element gespeicherte Energie an eine Lastseite abgibt, wenn das Schaltelement ausgeschaltet ist. Das Steuergerät steuert EIN-/AUS-Operationen des Schaltelements so, dass ein Ausgangsstrom (Io) des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers (1) gleich einem Sollwert werden kann. Bei der Stromversorgungsvorrichtung sind zumindest in dem Steuergerät Mittel (8) zum Regeln des Zeitpunkts des Einschaltens des Schaltelements so vorgesehen, dass ein Strom, der durch das induktive Element fließt, in einem kontinuierlichen Modus fließen kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2004-095479 [0005]
JP 2004-095480 [0005]
JP 2003-504828 [0005]

Claims

Stromversorgungsvorrichtung, die eine Halbleiter-Lichtquellen-Last mit Strom versorgt und zum Leuchten bringt, mit: einem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler mit einem induktiven Element und einem Schaltelement, der eine Spannungswandlung dadurch durchführt, dass er Energie von einer Eingangsstromquelle in dem induktiven Element speichert, wenn das Schaltelement eingeschaltet ist, und die in dem induktiven Element gespeicherte Energie an eine Lastseite abgibt, wenn das Schaltelement ausgeschaltet ist; und einem Steuergerät, das EIN-/AUS-Operationen des Schaltelements so steuert, dass ein Ausgangsstrom des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers gleich einem Sollwert werden kann, wobei Mittel zum Regeln des Zeitpunkts des Einschaltens des Schaltelements zumindest in dem Steuergerät so vorgesehen sind, dass ein Strom, der durch das induktive Element fließt, in einem kontinuierlichen Modus fließen kann.
Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Regeln des Zeitpunkts des Einschaltens des Schaltelements so konfiguriert sind, dass sie einen Strom detektieren, der fließt, wenn die Energie von dem induktiven Element an die Lastseite abgegeben wird, wenn das Schaltelement ausgeschaltet ist, und das Schaltelement einschalten, wenn der Wert des detektierten Stroms gleich einem Sollwert oder kleiner als dieser wird.
Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit, während der das Schaltelement ausgeschaltet ist, so gesteuert wird, dass sie mindestens eine erste festgelegte Zeit andauert, aber keine zweite festgelegte Zeit überschreitet.
Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler aus einem Rücklaufwandler besteht.
Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Regeln des Zeitpunkts des Einschaltens des Schaltelements so konfiguriert sind, dass sie eine Frequenz zum Ansteuern des Schaltelements festlegen.
Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz zum Ansteuern des Schaltelements auf Grund zumindest eines Werts des Ausgangsstroms des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers festgelegt wird.
Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler aus einem Rücklaufwandler besteht und das Steuergerät die Frequenz zum Ansteuern des Schaltelements so festlegt, dass die folgende Bedingung erfüllt wird: f > 1/(2·L1·Io·Vo)·[Vi·Vo/(N·Vi + Vo)]² worin Vi die Eingangsspannung ist, Vo die Ausgangsspannung ist, Io der Sollwert des Ausgangsstroms ist, N das Übersetzungsverhältnis zwischen der Primärseite und der Sekundärseite eines Transformators ist, der den Rücklaufwandler bildet, L1 der Induktivitätswert auf der Primärseite ist und f die Frequenz zum Ansteuern des Schaltelements ist.
Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät die Frequenz zum Ansteuern des Schaltelements so festlegt, dass die folgende Bedingung erfüllt wird: f ≥ k/(2·L1·Io·Vo)·[Vi·Vo/(N·Vi + Vo)]², wobei k eine Konstante ist, deren Wert mindestens 1,05 beträgt.
Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz zum Ansteuern des Schaltelements dadurch festgelegt wird, dass der Fall angenommen wird, dass der Spannungswert der höchste in einem Spannungsbereich ist, in dem die Eingangsstromquelle des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers normalerweise verwendet wird.
Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der Frequenz zum Ansteuern des Schaltelements so gesteuert wird, dass er mindestens eine erste vorgegebene Frequenz und höchstens eine zweite vorgegebene Frequenz erreicht.
Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die Frequenz zum Ansteuern des Schaltelements der Wert, der festgelegt wird, wenn eine Schaltungsoperation gestartet wird, so lange verwendet wird, bis die Schaltungsoperation beendet wird.
Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wert, der in der Stromversorgungsvorrichtung voreingestellt ist, als die Frequenz zum Ansteuern des Schaltelements verwendet wird.
Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Konfiguration verwendet wird, bei der der Sollwert des Ausgangsstroms von außerhalb der Stromversorgungsvorrichtung festgelegt werden kann.
Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wert, der in der Stromversorgungsvorrichtung voreingestellt ist, als der Sollwert des Ausgangsstroms verwendet wird.
Leuchte mit der Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Stromversorgungsvorrichtung an der Leuchte angebracht ist.
Fahrzeug mit der Leuchte nach Anspruch 15, wobei die Leuchte an dem Fahrzeug angebracht ist.