JP2010165546A - Lighting device and illumination apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、直流電流により点灯する光源を点灯する点灯装置に関する。 The present invention relates to a lighting device for lighting a light source that is lit by a direct current.
照明器具における消費電力を抑えるため、蛍光灯などを光源とする照明器具は、インバータ式のものが増えている。また、光源として低消費電力であるLEDを用いることも行われている。
LEDは、配光性能に制限があることから、広範囲を照らすことができる蛍光灯と組み合わせて用いることにより、双方の長所を活用することができる。
In order to reduce power consumption in lighting fixtures, inverter-type lighting fixtures using fluorescent lamps or the like as a light source are increasing. Moreover, using LED which is low power consumption as a light source is also performed.
Since the LED has a limited light distribution performance, the advantages of both can be utilized by using it in combination with a fluorescent lamp that can illuminate a wide area.
インバータ式の照明器具において、商用電源などから入力した交流電圧(例えば50Hz〜60Hz、100V〜254V)から直流電圧(例えば400V)を生成し、生成した直流電圧から高周波の交流電圧(例えば50kHz〜90kHz)を生成して、蛍光灯などを含む負荷回路に印加する。
生成した直流電圧を直接LEDに印加してLEDを点灯しようとする場合、LED1つ当たりの電圧降下との関係により、直列に電気接続するLEDの数が決まってしまい、照明器具設計の自由度が損なわれる。
また、生成した直流電圧を降圧してLEDに印加する場合、抵抗などを用いた降圧回路を使用すると、降圧回路における電力損失が発生し、回路の効率が低下する。
In an inverter-type lighting fixture, a DC voltage (for example, 400 V) is generated from an AC voltage (for example, 50 Hz to 60 Hz, 100 V to 254 V) input from a commercial power source, and a high frequency AC voltage (for example, 50 kHz to 90 kHz) is generated from the generated DC voltage. ) And applied to a load circuit including a fluorescent lamp.
When the generated DC voltage is directly applied to an LED to light it, the number of LEDs to be electrically connected in series is determined by the relationship with the voltage drop per LED, and the degree of freedom in lighting fixture design is increased. Damaged.
In addition, when the generated DC voltage is stepped down and applied to the LED, if a step-down circuit using a resistor or the like is used, power loss occurs in the step-down circuit and the efficiency of the circuit decreases.
この発明は、例えば上記のような課題を解決するためになされたものであり、LEDなど直流電流により点灯する光源を点灯する点灯装置において、比較的高電圧の直流電源を利用した場合であっても、電力損失が少なく、光源を流れる電流を比較的自由に設定できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, for example, in a case where a relatively high voltage DC power source is used in a lighting device for lighting a light source that is lit by a DC current such as an LED. Another object of the present invention is to make it possible to set the current flowing through the light source relatively freely with little power loss.
この発明にかかる点灯装置は、交流電流を、光源を点灯する直流電流に変換する変換回路と、
上記変換回路と直列に電気接続した周波数特性を持つインピーダンス素子を有する直列回路と、
上記直列回路に印加する交流電圧を生成する交流電圧生成回路とを有することを特徴とする。
A lighting device according to the present invention includes a conversion circuit that converts an alternating current into a direct current for lighting a light source;
A series circuit having an impedance element having a frequency characteristic electrically connected in series with the conversion circuit;
And an AC voltage generation circuit that generates an AC voltage to be applied to the series circuit.
この発明にかかる点灯装置によれば、光源を流れる電流をインピーダンス素子が制限するので、交流電圧生成回路が生成する交流電圧の電圧値が比較的高い場合であっても、交流電圧生成回路が生成する交流電圧の周波数を調整することにより、光源を流れる電流を比較的自由に設定でき、電力損失が少ないという効果を奏する。 According to the lighting device of the present invention, since the impedance element limits the current flowing through the light source, the AC voltage generation circuit generates even if the voltage value of the AC voltage generated by the AC voltage generation circuit is relatively high. By adjusting the frequency of the alternating voltage, the current flowing through the light source can be set relatively freely, and there is an effect that the power loss is small.
実施の形態1.
実施の形態1について、図1〜図6を用いて説明する。
Embodiment 1 FIG.
The first embodiment will be described with reference to FIGS.
図1は、この実施の形態における照明器具800の構成を示す全体構成図である。
照明器具800は、点灯装置100、光源LAを有する。光源LAは、直流電流により点灯するLEDなどの光源である。点灯装置100は、商用電源などの交流電源ACから電力を入力し、光源LAを点灯する直流電流を生成して、光源LAを点灯する。
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a configuration of a
The
点灯装置100は、交流電圧生成回路110、直列回路140、制御回路160、電流検出回路170、電圧検出回路180を有する。
交流電圧生成回路110は、交流電源ACから交流電力(例えば50Hz〜60Hz、100V〜254V)を入力し、周波数及び電圧を変換して、交流電圧(例えば50kHz〜100kHz、400V)を生成する。交流電圧生成回路110は、制御回路160からの指示にしたがって動作する。
直列回路140は、チョークコイルL41、結合コンデンサC42、変換回路150が、直列に電気接続されたものであり、交流電圧生成回路110に対する負荷回路である。
結合コンデンサC42は、交流電圧生成回路110が生成する交流電圧の直流成分を除去するためのコンデンサであり、十分大きな静電容量を有する。なお、交流電圧生成回路110が生成する交流電圧に直流成分がない場合には、結合コンデンサC42がない構成としてもよい。
チョークコイルL41(インピーダンス素子)は、変換回路150を流れる電流を制限するコイルである。
変換回路150は、交流電圧生成回路110からチョークコイルL41を介して入力した交流電流(以下「直列回路電流iS」と呼ぶ。)を、直流電流に変換する。変換回路150が変換した直流電流は、光源LAを点灯する電流(以下「光源電流ILA」と呼ぶ。)となる。
電流検出回路170は、直列回路電流iSを検出する。
電圧検出回路180は、変換回路150に発生する電圧を検出する。
制御回路160は、点灯装置100全体を制御する。制御回路160(周波数制御回路)は、電流検出回路170が検出した直列回路電流iSに基づいて、交流電圧生成回路110に指示をして、光源電流ILAが所定の電流値(以下「目標電流I0」と呼ぶ。)となるよう、交流電圧生成回路110が生成する交流電圧の周波数(以下「生成周波数f」と呼ぶ。)を調整する。また、制御回路160は、電圧検出回路180が検出した電圧に基づいて、光源LAの故障などの異常が発生したか否かを判定する。異常発生と判定した場合、制御回路160は、交流電圧生成回路110に指示をして、交流電圧の生成を停止させる。
The
The AC
The
The coupling capacitor C42 is a capacitor for removing the DC component of the AC voltage generated by the AC
The choke coil L41 (impedance element) is a coil that limits the current flowing through the
The
The
The
The
図2は、この実施の形態における点灯装置100の回路構成を示す電気回路図である。
交流電圧生成回路110は、ダイオードブリッジDB1、アクティブフィルタ回路120、ハーフブリッジ回路130を有する。
ダイオードブリッジDB1(整流回路)は、交流電源ACから入力した交流電力を全波整流して脈流電圧を生成する。
アクティブフィルタ回路120(直流電圧生成回路)は、ダイオードブリッジDB1が生成した脈流電圧を昇圧して直流電圧を生成する。アクティブフィルタ回路120は、PFC、コイルL21、スイッチング素子Q22、整流素子D23、平滑コンデンサC24を有する。PFCは、スイッチング素子Q22を制御して、スイッチング素子Q22のオンオフを繰り返す。スイッチング素子Q22がオンの間、ダイオードブリッジDB1が生成した脈流電圧がコイルL21に印加され、コイルL21に電流が流れる。スイッチング素子Q22がオフになると、コイルL21を流れる電流が、整流素子D23を介して、平滑コンデンサC24を充電する。これにより、平滑コンデンサC24には、昇圧された電圧が充電される。PFCが、スイッチング素子Q22をオンオフするタイミングを調整することにより、点灯装置100の力率が改善される。なお、平滑コンデンサC24の陰極端子は、点灯装置100内の基準電位を有するグランド配線に電気接続している。
ハーフブリッジ回路130(インバータ回路)は、二つのスイッチング素子Q31,Q32を直列に電気接続した回路であり、平滑コンデンサの両端に電気接続されている。二つのスイッチング素子Q31,Q32は、それぞれ、制御回路からのドライブ信号にしたがって、オンあるいはオフになる。二つのスイッチング素子Q31,Q32が生成周波数fで交互にオンオフを繰り返すことにより、二つのスイッチング素子Q31,Q32の接続点bに、生成周波数fの矩形波電圧が発生する。交流電圧生成回路110は、接続点bに発生した矩形波電圧を交流電圧として出力する。また、二つのスイッチング素子Q31,Q32がともにオフの状態を継続することにより、接続点bには矩形波電圧が発生せず、交流電圧生成回路110は、交流電圧の生成を停止する。
FIG. 2 is an electric circuit diagram showing a circuit configuration of the
The AC
The diode bridge DB1 (rectifier circuit) generates a pulsating voltage by full-wave rectifying AC power input from the AC power supply AC.
The active filter circuit 120 (DC voltage generation circuit) boosts the pulsating voltage generated by the diode bridge DB1 to generate a DC voltage. The
The half bridge circuit 130 (inverter circuit) is a circuit in which two switching elements Q31 and Q32 are electrically connected in series, and are electrically connected to both ends of the smoothing capacitor. The two switching elements Q31 and Q32 are turned on or off in accordance with a drive signal from the control circuit. When the two switching elements Q31 and Q32 are alternately turned on and off at the generation frequency f, a rectangular wave voltage having the generation frequency f is generated at the connection point b of the two switching elements Q31 and Q32. The AC
変換回路150は、ダイオードブリッジDB2、平滑コンデンサC51を有する。
ダイオードブリッジDB2(整流回路)は、直列回路電流iSを全波整流して、平滑コンデンサC51を充電し、光源LAを点灯する電流を生成する。
平滑コンデンサC51は、ダイオードブリッジDB2が生成した電流の交流成分(リプル)を平滑して、光源電流がほぼ一定となるようにする。
なお、ダイオードブリッジDB2は、生成周波数fに対して逆回復時間が十分短い高速型ダイオードなどを用いて構成する。あるいは、高速型ダイオードと一般型ダイオードとを組み合わせて、高速型ダイオードによりスイッチングを高速にするとともに、一般型ダイオードにより耐圧を上げる構成としてもよい。
The
The diode bridge DB2 (rectifier circuit) performs full-wave rectification on the series circuit current i S to charge the smoothing capacitor C51 and generate a current for lighting the light source LA.
The smoothing capacitor C51 smoothes the alternating current component (ripple) of the current generated by the diode bridge DB2 so that the light source current becomes substantially constant.
The diode bridge DB2 is configured using a high-speed diode or the like having a sufficiently short reverse recovery time with respect to the generation frequency f. Alternatively, a high-speed diode and a general-type diode may be combined to increase the switching speed with a high-speed diode and increase the breakdown voltage with the general-type diode.
電流検出回路170は、二つの整流素子D71,D72、電流検出抵抗R73を有する。電流検出回路170は、二つの整流素子D71,D72が、直列回路電流iSから一方向(図2において、右から左へ向かう方向)の成分のみを取り出し、電流検出抵抗R73を流れることにより、電流検出抵抗R73の両端に発生する電圧(以下「電流検出電圧vid」と呼ぶ。)を出力する。
電圧検出回路180は、二つの分圧抵抗R81,R82を有する。電圧検出回路180は、チョークコイルL41とダイオードブリッジDB2との接続点cに発生した電圧を、二つの分圧抵抗R81,R82が分圧し、分圧抵抗R82の両端に発生する電圧(以下「電圧検出電圧vvd」と呼ぶ。)を出力する。
The
The
制御回路160は、電圧比較部161、周波数調整部162、信号生成部163、ドライブ回路164、異常判定部165を有する。
電圧比較部161は、電流検出回路170が出力した電流検出電圧vidを、所定の電圧値(以下「基準電圧Vref」と呼ぶ。)と比較して、どちらが大きいかを判定する。
周波数調整部162は、電圧比較部161の判定結果に基づいて、交流電圧生成回路110が生成する交流電圧の生成周波数fを決定する。周波数調整部162は、電流検出電圧vidが基準電圧Vrefより大きいと電圧比較部161が判定した期間の長さと、電流検出電圧vidが基準電圧Vrefより小さいと電圧比較部161が判定した期間の長さとの比を算出して、算出した比が所定の値(以下「目標比」と呼ぶ。)に等しければ、光源電流ILAが目標電流I0と等しいと判定して、生成周波数fをそのまま維持する。算出した比が目標比より大きい場合、周波数調整部162は、光源電流ILAが目標電流I0より大きいと判定し、生成周波数fを高くする。算出した比が目標比より小さい場合、周波数調整部162は、光源電流ILAが目標電流I0より小さいと判定し、生成周波数fを低くする。
信号生成部163は、周波数調整部162が決定した生成周波数fの制御信号を生成する。
ドライブ回路164は、信号生成部163が生成した制御信号に基づいて、生成周波数fで二つのスイッチング素子Q31,Q32を交互にオンオフするドライブ信号を生成する。
これにより、光源電流ILAが、目標電流I0にほぼ等しくなる。
The
The
The
The
Based on the control signal generated by the
As a result, the light source current I LA becomes substantially equal to the target current I 0 .
異常判定部165は、電圧検出回路180が出力した電圧検出電圧vvdに基づいて、異常が発生したか否かを判定する。
例えば、光源LAにおいて直列に接続したLEDのいずれかが開放故障した場合、光源電流ILAが0になり、平滑コンデンサC51が充電されるばかりで放電しなくなるので、光源LAの両端電圧が高くなる。接続点cに発生する電圧は、結合コンデンサC42に充電された電圧を中心として、光源LAの両端電圧を加えた電圧から光源LAの両端電圧を差し引いた電圧までの間の値を取るので、接続点cに発生する電圧の最大値は高くなり、最小値は低くなる。異常判定部165(開放故保護回路)は、電圧検出電圧vvdが所定の電圧以上である場合、あるいは、電圧検出電圧vvdが所定の電圧以下である場合、LEDが開放故障して、光源LAの両端電圧が異常に高くなったと判定する。
また、光源LAにおいて直列に接続したLEDのいずれかが短絡故障した場合は、光源電流ILAが目標電流I0にほぼ等しく保たれるので、そのまま光源LAを点灯していても問題ないが、短絡故障したLEDの分、光源LAの両端電圧が低くなる。したがって、接続点cに発生する電圧の最大値は低くなり、最小値は高くなる。異常判定部165は、電圧検出電圧vvdの最大値が所定の電圧以下である場合、あるいは、電圧検出電圧vvdの最小値が所定の電圧以上である場合、多くのLEDが短絡故障して、光源LAの両端電圧が異常に低くなったと判定する。
The
For example, if any of the LEDs connected in series in the light source LA has an open failure, the light source current I LA becomes 0, and the smoothing capacitor C51 is only charged and is not discharged, so the voltage across the light source LA increases. . The voltage generated at the connection point c takes a value between a voltage obtained by adding the voltage across the light source LA and a voltage obtained by subtracting the voltage across the light source LA from the voltage charged in the coupling capacitor C42. The maximum value of the voltage generated at the point c becomes high and the minimum value becomes low. When the voltage detection voltage v vd is equal to or higher than the predetermined voltage, or when the voltage detection voltage v vd is equal to or lower than the predetermined voltage, the abnormality determination unit 165 (open circuit protection circuit) It is determined that the voltage across LA has become abnormally high.
In addition, if any of the LEDs connected in series in the light source LA has a short circuit failure, the light source current I LA is kept substantially equal to the target current I 0 , so there is no problem even if the light source LA is lit as it is. The voltage at both ends of the light source LA is lowered by the amount of the short-circuited LED. Therefore, the maximum value of the voltage generated at the connection point c is low and the minimum value is high. When the maximum value of the voltage detection voltage v vd is equal to or lower than the predetermined voltage, or when the minimum value of the voltage detection voltage v vd is equal to or higher than the predetermined voltage, the
異常が発生したと異常判定部165が判定した場合、信号生成部163は、制御信号を生成しない。これにより、ドライブ回路164がドライブ信号を生成しないので、二つのスイッチング素子Q31,Q32は、オフの状態を継続し、交流電圧生成回路110は、交流電圧の生成を停止する。
これにより、光源LAに異常が発生した場合、点灯装置100は、安全に停止する。
When the
Thereby, when abnormality occurs in the light source LA, the
図3は、この実施の形態における点灯装置100の各部の電圧・電流の一例を示す図である。
なお、平滑コンデンサC24、結合コンデンサC42、平滑コンデンサC51の静電容量は十分に大きく、平衡状態まで充電されているものとし、図3に示した期間中において、これらのコンデンサに充電された電圧は一定であるものとする。以下、平滑コンデンサC51の両端電圧を、直流電圧V0と呼び、結合コンデンサC42の両端電圧を、結合電圧V1と呼び、平滑コンデンサC51の両端電圧を、光源電圧VLAと呼ぶ。結合電圧V1は、直流電圧V0のほぼ半分である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the voltage / current of each part of the
The capacitances of the smoothing capacitor C24, the coupling capacitor C42, and the smoothing capacitor C51 are sufficiently large and are charged to an equilibrium state. During the period shown in FIG. 3, the voltage charged in these capacitors is It shall be constant. Hereinafter, the voltage across the smoothing capacitor C51, is referred to as a DC voltage V 0, the voltage across the coupling capacitor C42, is referred to as a coupling voltage V 1, the voltage across the smoothing capacitor C51, is referred to as a source voltage V LA. The coupling voltage V 1 is approximately half of the DC voltage V 0 .
異常判定部165が異常が発生していないと判定し、ドライブ回路164が生成周波数fのドライブ信号を生成して、二つのスイッチング素子Q31,Q32が交互にオンオフしているものとする。例えば、時刻t1において、スイッチング素子Q31がオンになり、時刻t2において、スイッチング素子Q31がオフになる。この間、スイッチング素子Q32は、オフのままである。時刻t2と時刻t3との間は、短絡を防止するためのデッドオフ時間である。時刻t3において、今度は、スイッチング素子Q32がオンになり、時刻t4において、スイッチング素子Q32がオフになる。時刻t4と時刻t5との間は、やはり、デッドオフ時間である。時刻t5において、再びスイッチング素子Q31がオンになり、以後、これを繰り返す。二つのスイッチング素子Q31,Q32がオンオフを繰り返す周期は、生成周波数fの逆数である。
It is assumed that the
スイッチング素子Q31がオンの期間(以下「高電位期間」と呼ぶ。)において、接続点bに発生する電圧(以下「電圧vb」と呼ぶ。)は、直流電圧V0とほぼ等しい。チョークコイルL41には、図2において左から右へ向かう電流が流れるので、接続点cに発生する電圧(以下「電圧vc」と呼ぶ。)は、結合電圧V1に光源電圧VLAを加えた電圧となる。チョークコイルL41の両端電圧(以下「コイル電圧vL」と呼ぶ。)は、電圧vbと電圧vcとの差であるから、チョークコイルL41にほぼ一定の電圧が印加され、直列回路電流iSは、ほぼ一定の傾きで増加する。以下、直列回路電流iSの最大値を最大電流I1と呼ぶ。 During a period in which the switching element Q31 is on (hereinafter referred to as “high potential period”), a voltage generated at the connection point b (hereinafter referred to as “voltage v b ”) is substantially equal to the DC voltage V 0 . Since a current flowing from left to right in FIG. 2 flows through the choke coil L41, the voltage generated at the connection point c (hereinafter referred to as “voltage v c ”) is obtained by adding the light source voltage V LA to the coupling voltage V 1 . Voltage. Voltage across the choke coil L41 (hereinafter referred to as "coil voltage v L".), The voltage v since the difference between the b and the voltage v c, a substantially constant voltage is applied to the choke coil L41, the series circuit current i S increases with a substantially constant slope. Hereinafter, the maximum value of the series circuit current i S is referred to as the maximum current I 1 .
高電位期間終了後のデッドオフ時間において、直列回路電流iSが速やかに0になる。その過程でコイル電圧vLが一時的に大きくなるが、直列回路電流iSが0になったのちは、コイル電圧vLも0になるので、電圧vbは、直流電圧V0のほぼ半分になる。 In the dead-off time after the end of the high potential period, the series circuit current i S quickly becomes zero. In the process, the coil voltage v L temporarily increases, but after the series circuit current i S becomes 0, the coil voltage v L also becomes 0, so the voltage v b is almost half of the DC voltage V 0 . become.
スイッチング素子Q32がオンの期間(以下「低電位期間」と呼ぶ。)において、電圧vbは、ほぼ0となる。チョークコイルL41には、図2において右から左へ向かう電流が流れるので、電圧vcは、結合電圧V1から光源電圧VLAを差し引いた電圧となる。コイル電圧vLは、高電位期間と符号が逆のほぼ同じ電圧となる。直列回路電流iSは、高電位期間と逆方向に流れ、高電位期間とほぼ同じほぼ一定の傾きで増加する。高電位期間の長さと低電位期間の長さが等しければ、直列回路電流iSの逆方向の最大値は、高電位期間における最大電流I1とほぼ等しい。 In the period the switching element Q32 is turned on (hereinafter referred to as "low potential period".), Voltage v b is substantially zero. The choke coil L41, since current flows toward the left from the right in FIG. 2, the voltage v c, a voltage obtained by subtracting the source voltage V LA from coupling voltage V 1. Coil voltage v L, the high potential period and the sign is substantially the same voltage of the opposite. The series circuit current i S flows in the opposite direction to the high potential period, and increases with a substantially constant slope substantially the same as that of the high potential period. If the length of the high potential period is equal to the length of the low potential period, the maximum value in the reverse direction of the series circuit current i S is approximately equal to the maximum current I 1 in the high potential period.
低電位期間終了後のデッドオフ時間において、直列回路電流iSが速やかに0になる。その過程でコイル電圧vLが一時的に大きくなるが、直列回路電流iSが0になったのちは、コイル電圧vLも0になるので、電圧vbは、直流電圧V0のほぼ半分になる。 In the dead-off time after the end of the low potential period, the series circuit current i S quickly becomes zero. In the process, the coil voltage v L temporarily increases, but after the series circuit current i S becomes 0, the coil voltage v L also becomes 0, so the voltage v b is almost half of the DC voltage V 0 . become.
直列回路電流iSは、ダイオードブリッジDB2で全波整流され、全波整流された電流(以下「整流電流ir」と呼ぶ。)は、平滑コンデンサC51を充電する電流(以下「コンデンサ電流iC」と呼ぶ。)と、光源LAを点灯する光源電流ILAとに分かれる。光源電圧VLAがほぼ一定であるから、光源LAの電圧電流特性にしたがって、光源電流ILAもほぼ一定となる。平滑コンデンサC51が平衡状態であるから、整流電流irが光源電流ILAより大きいときに平滑コンデンサC51を充電する電流の総量と、整流電流irが光源電流ILAより小さいときに光源電流ILAを補うため平滑コンデンサC51を放電する電流の総量とは、等しい。すなわち、図3において、右肩上がり斜線で示した範囲の面積と、左肩上がり斜線で示した範囲の面積とが等しい。したがって、光源電流ILAは、最大電流I1に比例し、デッドオフ時間を無視できる場合は、最大電流I1のほぼ半分である。 The series circuit current i S is full-wave rectified by the diode bridge DB2, and the full-wave rectified current (hereinafter referred to as “rectified current i r ”) is a current that charges the smoothing capacitor C51 (hereinafter “capacitor current i C ”). And a light source current I LA for turning on the light source LA. Since the light source voltage V LA is substantially constant, the light source current I LA is also substantially constant according to the voltage-current characteristics of the light source LA . Since the smoothing capacitor C51 is in equilibrium, the rectified current i r is the light source current I and total current LA charging the smoothing capacitor C51 when larger, the light source current I when the rectified current i r is smaller than the source current I LA The total amount of current that discharges the smoothing capacitor C51 to make up for LA is equal. That is, in FIG. 3, the area of the range indicated by the diagonal line rising to the right is equal to the area of the range indicated by the diagonal line rising to the left. Therefore, the light source current I LA is proportional to the maximum current I 1, if a negligible dead-off time, which is approximately half of the maximum current I 1.
電流検出電圧vidは、直列回路電流iSのうち、0以上の部分に比例する電圧である。 The current detection voltage v id is a voltage proportional to a portion of the series circuit current i S that is greater than or equal to zero.
最大電流I1が大きければ、電流検出電圧vidが基準電圧Vrefより大きい期間が長くなり、周波数調整部162が生成周波数fを高くする。これにより、高電位期間及び低電位期間の長さが短くなる。直列回路電流iSの増加の傾きはほぼ一定であるから、高電位期間及び低電位期間の長さが短くなることにより、最大電流I1が小さくなる。
逆に、最大電流I1が小さければ、電流検出電圧vidが基準電圧Vrefより大きい期間が短くなり、周波数調整部162が生成周波数fを低くする。これにより、高電位期間及び低電位期間の長さが長くなり、最大電流I1が大きくなる。
したがって、光源電流ILAが目標電流I0と等しくなるように、生成周波数fを調整することができる。
If the maximum current I 1 is large, the period in which the current detection voltage v id is greater than the reference voltage V ref becomes long, and the
Conversely, if the maximum current I 1 is small, the period during which the current detection voltage v id is greater than the reference voltage V ref is shortened, and the
Therefore, the generation frequency f can be adjusted so that the light source current I LA is equal to the target current I 0 .
なお、以上の説明において、周波数調整部162は、電流検出電圧vidが基準電圧Vrefより大きい期間の長さと、電流検出電圧vidが基準電圧Vrefより小さい期間の長さとの比に基づいて、光源電流ILAが目標電流I0と等しいかを判定して、生成周波数fを決定しているが、他の構成により、光源電流ILAが目標電流I0と等しいかを判定する構成であってもよい。
例えば、電圧比較部161に代えて、最大電圧検出部を設け、最大電圧検出部が、電流検出電圧vidの最大値を検出し、周波数調整部162は、最大電圧検出部が検出した電流検出電圧vidの最大値に基づいて、光源電流ILAが目標電流I0と等しいかを判定して、生成周波数fを決定する構成であってもよい。
In the above description, the
For example, a maximum voltage detection unit is provided instead of the
また、電流検出回路170の構成も、以上説明したものに限らず、他の構成であってもよい。
図4は、この実施の形態における電流検出回路170の変形例を示す図である。
電流検出回路170は、変流器CT4、二つの整流素子D75,D76、電流検出抵抗R77を有する。変流器CT4は、直列回路140と電磁結合し、直列回路電流iSに比例する電流を生成する。二つの整流素子D75,D76は、変流器CT4が生成した電流を全波整流する。電流検出抵抗R77は、二つの整流素子D75,D76が整流した電流を電圧に変換する。電流検出回路170は、電流検出抵抗R77の両端電圧を、電流検出電圧vidとして出力する。
この構成の電流検出回路170は、交流電圧生成回路110や直列回路140と電気的に絶縁しているので、結合コンデンサC42と交流電圧生成回路110との間に設置する必要がなく、チョークコイルL41と交流電圧生成回路110との間など、他の位置に設置してもよい。また、変流器CT4に代えて、チョークコイルL41に二次巻線を設けることにより、直列回路電流iSを検出することとしてもよい。
In addition, the configuration of the
FIG. 4 is a diagram showing a modification of the
The
Since the
なお、以上の説明において、電流検出回路170は、直列回路電流iSを検出することにより、光源電流ILAを間接的に検出しているが、光源電流ILAを直接検出する構成であってもよい。
In the above description, the
更に、変換回路150の構成も、以上説明したものに限らず、他の構成であってもよい。
図5は、この実施の形態における変換回路150の変形例を示す図である。
変換回路150は、ダイオードブリッジDB2、平滑コンデンサC51に加えて、トランスT53(絶縁トランス)を有する。トランスT53の一次側巻線は、チョークコイルL41や結合コンデンサC42と直列に電気接続し、ダイオードブリッジDB2は、トランスT53二次側巻線に励起された電流を入力して、全波整流する。
トランスT53の巻き数比を変えることにより、目標電流I0の設定できる範囲を広げることができる。また、トランスT53により、一次側と二次側とを絶縁することができる。
Furthermore, the configuration of the
FIG. 5 is a diagram showing a modification of the
The
By varying the turns ratio of the transformer T53, it is possible to widen the range that can be set for the target current I 0. Further, the primary side and the secondary side can be insulated by the transformer T53.
図6は、この実施の形態における変換回路150及び光源LAの別の変形例を示す図である。
変換回路150は、二つの整流素子D54,D55を有する。整流素子D54の陰極端子(カソード)と、整流素子D55の陽極端子(アノード)とは、結合コンデンサC42に電気接続している。
光源LAは、複数のLEDを直列接続した二つのLED回路を有する。LED回路の一つは、陰極側端子を、整流素子D54の陽極端子に電気接続し、陽極側端子を、変換回路150を介して、チョークコイルL41に電気接続している。もう一つのLED回路は、陽極側端子を、整流素子D55の陰極端子に電気接続し、陰極側端子を、変換回路150を介して、チョークコイルL41に電気接続している。
直列回路電流iSは、2つの整流素子D54,D55により半波整流されて二つに分けられ、分けられたそれぞれの電流が、光源LAのLED回路を流れて、LEDを点灯する。
これにより、光源LAの二つのLED回路は、生成周波数fで交互に点灯する。LED1つ当たりの点灯時間が短くなるので、光源LAの寿命が長くなる。
また、変換回路150の構成が単純になるので、点灯装置100の部品数が削減され、小型軽量化、製造コストの削減を図ることができる。
FIG. 6 is a diagram showing another modification of the
The
The light source LA has two LED circuits in which a plurality of LEDs are connected in series. In one of the LED circuits, the cathode side terminal is electrically connected to the anode terminal of the rectifying element D54, and the anode side terminal is electrically connected to the choke coil L41 via the
The series circuit current i S is half-wave rectified by the two rectifying elements D54 and D55 and divided into two, and each of the divided currents flows through the LED circuit of the light source LA to light the LED.
Thereby, the two LED circuits of the light source LA are alternately lit at the generation frequency f. Since the lighting time per LED is shortened, the life of the light source LA is lengthened.
Further, since the configuration of the
更に別の変形例として、図2や図5に示した変換回路150の構成から、平滑コンデンサC51を削除した構成であってもよい。その場合、整流電流irの高周波成分(リプル)が除去されずに光源LAを流れるので、光源LAは、生成周波数fの二倍の周波数で点滅する。
As yet another modification, a configuration in which the smoothing capacitor C51 is deleted from the configuration of the
この実施の形態における点灯装置100は、直列回路電流iSを、光源LAを点灯する光源電流ILAに変換する変換回路150と直列に電気接続したチョークコイルL41を有するので、チョークコイルL41が直列回路電流iSを制限し、直列回路電流iSの周波数を変えることにより、光源電流ILAを制御することができる。
Since the
点灯装置100は、制御回路160が、光源LAを点灯する光源電流ILAが目標電流I0となるよう、交流電圧生成回路110が生成する交流電圧の生成周波数fを制御するので、抵抗などによって降圧をする必要がなく、その分、消費電力を抑えることができる。
In the
点灯装置100は、異常判定部165が、光源電圧VLAが所定の電圧値以上であることを判定して、ドライブ回路164がドライブ信号の生成を止め、交流電圧生成回路110に、交流電圧の生成を停止させるので、光源LAが開放故障した場合に、点灯装置100を安全に停止させることができる。
In the
点灯装置100は、異常判定部165が、光源電圧VLAが所定の電圧値以下であることを判定して、ドライブ回路164がドライブ信号の生成を止め、交流電圧生成回路110に、交流電圧の生成を停止させるので、光源LAが短絡故障した場合に、点灯装置100を安全に停止させることができる。
In the
照明器具800は、以上のような点灯装置100と、点灯装置100が生成した直流電流により点灯する光源LAとを有するので、光源LAを所定の明るさで点灯することができる。
Since the
また、照明器具800は、直流電流により点灯するLEDなどの光源LAのほかに、蛍光灯などの光源を有する構成でもよい。これにより、蛍光灯の長所と、LEDの長所との双方を活用することができる。
その場合、蛍光灯などを点灯する点灯装置は、点灯装置100の交流電圧生成回路110を共用することができる。蛍光灯などを点灯する点灯装置における交流電圧生成回路は、生成する交流電圧の周波数の制御が、交流電圧生成回路110と異なるため、ハーフブリッジ回路のみ、専用のものを設ける。専用のハーフブリッジ回路は、アクティブフィルタ回路120が生成した直流電圧を入力し、高周波の交流電圧を生成する。
これにより、照明器具800の部品数を削減し、小型軽量化、製造コストの削減、省エネ化を図ることができる。
The
In that case, a lighting device that lights a fluorescent lamp or the like can share the AC
Thereby, the number of parts of the
なお、交流電圧生成回路110は、アクティブフィルタ回路120に代えて、降圧型チョッパ回路を有する構成であってよいし、単に平滑する平滑コンデンサのみを有する構成であってもよい。
Note that the AC
実施の形態2.
実施の形態2について、図7を用いて説明する。
なお、実施の形態1と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
The second embodiment will be described with reference to FIG.
In addition, about the part which is common in Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
図7は、この実施の形態における照明器具800の構成を示す全体構成図である。
点灯装置100は、実施の形態1におけるチョークコイルL41に代えて、コンデンサC43を有する。
また、変換回路150は、平滑コンデンサC51を有さず、ダイオードブリッジDB2だけから構成されている。
FIG. 7 is an overall configuration diagram showing the configuration of the
The
Further, the
コンデンサC43(インピーダンス素子)は、変換回路150を流れる電流を制限する。実施の形態1では、チョークコイルL41が変換回路150を流れる電流を制限していたので、交流電圧生成回路110が生成する交流電圧の生成周波数fが高いほど、変換回路150を流れる電流が小さく、生成周波数fが低いほど、変換回路150を流れる電流が大きくなる。これに対し、この実施の形態では、コンデンサC43が変換回路150を流れる電流を制限するので、生成周波数fが低いほど、変換回路150を流れる電流が小さく、生成周波数fが高いほど、変換回路150を流れる電流が大きくなる。
Capacitor C43 (impedance element) limits the current flowing through
周波数調整部162は、光源電流ILAが目標電流I0より大きいと判定した場合、生成周波数fを低くする。周波数調整部162は、光源電流ILAが目標電流I0より小さいと判定した場合、生成周波数fを高くする。
When the
このように、変換回路150と直列に接続する素子は、チョークコイルL41など誘導性のリアクタンス素子に限らず、コンデンサC43など容量性のリアクタンス素子であってもよい。いずれの場合も、リアクタンス素子が直列回路電流iSを制限するので、直列回路電流iSの周波数を変えることにより、光源電流ILAを制御することができる。
Thus, the element connected in series with the
更に言えば、変換回路150と直列に接続する素子は、周波数によってインピーダンスが変化する素子であれば、コイルやコンデンサなどのリアクタンス素子に限らず、レジスタンス成分を有するインピーダンス素子であってもよい。ただし、インピーダンス素子がレジスタンス成分を有する場合は、インピーダンス素子における電力損失が発生するので、インピーダンス素子のレジスタンス成分は小さいほうが好ましく、コイルやコンデンサなどの純リアクタンス素子であることが望ましい。
Furthermore, the element connected in series with the
実施の形態3.
実施の形態3について、図8〜図9を用いて説明する。
なお、実施の形態1と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
A third embodiment will be described with reference to FIGS.
In addition, about the part which is common in Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
図8は、この実施の形態における照明器具800の構成を示す全体構成図である。
照明器具800は、複数の光源LA1,LA2を有する。光源LA1,LA2は、ともに、直流電流により点灯するLEDなどの光源である。光源LA1の目標電流I0(以下「I01」と記す。)と、光源LA2の目標電流I0(以下「I02」と記す。)とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
FIG. 8 is an overall configuration diagram showing the configuration of the
The
点灯装置100は、複数の光源LA1,LA2に対応して、複数のチョークコイルL41a,L41b、複数の変換回路150a,150bを有する。
チョークコイルL41aと変換回路150aとが直列に電気接続した回路と、チョークコイルL41bと変換回路150bとが直列に電気接続した回路とが、並列に電気接続し、結合コンデンサC42と直列に電気接続している。
変換回路150aは、光源LA1を点灯する直流電流を生成する。変換回路150bは、光源LA2を点灯する直流電流を生成する。
The
A circuit in which the choke coil L41a and the
The
チョークコイルL41aのインダクタンス(以下「L1」と記す。)と、チョークコイルL41bのインダクタンス(以下「L2」と記す。)とは、以下の式を満たす値に設定する。
高電位期間及び低電位期間における直列回路電流iSの傾きは、チョークコイルL41a,L41bのインダクタンスに反比例する。したがって、例えば、チョークコイルL41bのインダクタンスL2がチョークコイルL41aのL1の倍なら、チョークコイルL41bを流れる直列回路電流iS(以下「iS2」と記す。)は、チョークコイルL41aを流れる直列回路電流iS(以下「iS1」と記す。)の半分になる。これにより、光源LA2を流れる光源電流ILA(以下「ILA2」と記す。)は、光源LA1を流れる光源電流ILA(以下「ILA1」と記す。)の半分になる。 The slope of the series circuit current i S during the high potential period and the low potential period is inversely proportional to the inductance of the choke coils L41a and L41b. Thus, for example, if multiple inductance L 2 is L 1 of the choke coil L41a of the choke coil L41b, the series circuit current flowing through the choke coil L41b i S (hereinafter referred to as "i S2".) Is, in series through the choke coil L41a It becomes half of the circuit current i S (hereinafter referred to as “i S1 ”). As a result, the light source current I LA (hereinafter referred to as “I LA2 ”) flowing through the light source LA2 becomes half of the light source current I LA (hereinafter referred to as “I LA1 ”) flowing through the light source LA1.
電流検出回路170は、直列回路電流iS1と直列回路電流iS2とを合計した電流を検出する。制御回路160は、電流検出回路170が検出した電流に基づいて、生成周波数fを制御する。チョークコイルL41aのインダクタンスL1と、チョークコイルL42bのインダクタンスL2との比により、直列回路電流iS1と直列回路電流iS2との比が定まっているので、両者を合計した電流に基づく制御により、光源電流ILA1,ILA2を、それぞれ目標電流I01,I02に等しくなるよう制御することができる。
The
電圧検出回路180は、分圧抵抗R81,R82に加えて、二つの整流素子D83,D84を有する。整流素子D83は、陽極端子がチョークコイルL41aと変換回路150aとの接続点に電気接続し、陰極端子が分圧抵抗R81に電気接続している。整流素子D84は、陽極端子がチョークコイルL41bと変換回路150bとの接続点に電気接続し、陰極端子が分圧抵抗R81に電気接続している。二つの整流素子D83,D84がオア接続していることにより、二つの分圧抵抗R81,R82には、チョークコイルL41aと変換回路150aとの接続点と、チョークコイルL41bと変換回路150bとの接続点とのうち、いずれか高いほうの電圧が印加される。これにより、光源LA1と光源LA2とのうちいずれかの両端電圧が異常に高くなった場合に、制御回路160が異常を検出することができる。
The
直列回路電流iS1と直列回路電流iS2との比が一定になるようにする構成は、以上説明した構成に限らず、他の構成であってもよい。
図9は、この実施の形態における照明器具800の変形例を示す全体構成図である。
点灯装置100は、チョークコイルL41a,L41bとして、バランサーB43を用いる。この構成では、バランサーB43の巻き数比により、直列回路電流iS1と直列回路電流iS2との比を設定することができる。
The configuration for making the ratio of the series circuit current i S1 and the series circuit current i S2 constant is not limited to the configuration described above, and may be another configuration.
FIG. 9 is an overall configuration diagram showing a modified example of the
The
このように、電圧電流特性が異なる複数の光源LA1,LA2を点灯する場合、直列回路電流iS1と直列回路電流iS2との比が一定になるようにすることにより、交流電圧生成回路110を共用することができ、点灯装置100の部品数の削減、小型軽量化、省エネ化を図ることができる。
As described above, when a plurality of light sources LA1 and LA2 having different voltage-current characteristics are lit, the AC
実施の形態4.
実施の形態4について、図10を用いて説明する。
なお、実施の形態1と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
Embodiment 4 FIG.
The fourth embodiment will be described with reference to FIG.
In addition, about the part which is common in Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
図10は、この実施の形態における照明器具800の構成を示す全体構成図である。
照明器具800は、調光信号生成装置200が生成した調光信号に基づいて、光源LAの明るさを調整できる調光機能を有する。
調光信号生成装置200は、例えばリモコンなどであり、利用者が所望する光源LAの調光度を表わす調光信号を生成する。調光信号は、例えば、PWM信号のデューティ比により、光源LAの調光度を表わす。
FIG. 10 is an overall configuration diagram showing the configuration of the
The
The dimming
点灯装置100は、実施の形態1で説明した構成に加えて、調光信号入力回路190を有する。
調光信号入力回路190は、調光信号生成装置200が生成した調光信号を入力する。
制御回路160は、調光信号入力回路190が入力した調光信号が表わす調光度に基づいて、目標電流I0を設定し、設定した目標電流I0に光源電流ILAが等しくなるよう、生成周波数fを調整する。
例えば、実施の形態1で説明した方式、すなわち、周波数調整部162が、電流検出電圧vidが基準電圧Vrefより大きい期間の長さと、電流検出電圧vidが基準電圧Vrefより小さい期間の長さとの比を、目標比と比較することにより、生成周波数fを決定する方式の場合、周波数調整部162は、光源LAを明るく点灯する調光度のとき、目標比を大きく設定することにより、目標電流I0を大きくし、光源LAを暗く点灯する調光度のとき、目標比を小さく設定することにより、目標電流I0を小さくする。調光度から目標比との関係をあらかじめ算出してROMなどの記憶装置に書き込んでおき、周波数調整部162は、それを参照して、調光度から目標比を算出する構成であってもよいし、調光度から目標比を算出する計算式を用いて、周波数調整部162が、調光度から目標比を算出する構成であってもよい。
あるいは、調光信号入力回路190が入力した調光信号が表わす調光度に基づいて、電圧比較部161が電流検出電圧vidを比較する基準電圧Vrefを変化させる構成であってもよい。電圧比較部161は、光源LAを明るく点灯する調光度のとき、基準電圧Vrefを高く設定し、光源LAを暗く点灯する調光度のとき、基準電圧Vrefを低く設定する。調光信号入力回路190が入力する調光信号がPWM信号である場合は、調光信号を積分して基準電圧Vrefを生成する積分回路を有する構成としてもよい。
The
The dimming
The
For example, a method described in the first embodiment, i.e., the
Alternatively, the dimming
これにより、光源LAを一定の明るさで点灯するのではなく、所定の範囲内で光源LAの明るさを変化させることができる。 As a result, the brightness of the light source LA can be changed within a predetermined range instead of turning on the light source LA with a constant brightness.
100 点灯装置、110 交流電圧生成回路、120 アクティブフィルタ回路、130 ハーフブリッジ回路、150 変換回路、160 制御回路、161 電圧比較部、162 周波数調整部、163 信号生成部、164 ドライブ回路、165 異常判定部、170 電流検出回路、180 電圧検出回路、190 調光信号入力回路、200 調光信号生成装置、800 照明器具、AC 交流電源、B43 バランサー、C24,C51 平滑コンデンサ、C42 結合コンデンサ、C43 コンデンサ、CT4 変流器、D23,D54,D55,D71,D72,D75,D76,D83,D84 整流素子、DB1,DB2 ダイオードブリッジ、f 生成周波数、I0 目標電流、I1 最大電流、iC コンデンサ電流、ILA 光源電流、ir 整流電流、iS 直列回路電流、L21 コイル、L41 チョークコイル、LA 光源、Q22,Q31,Q32 スイッチング素子、R73,R77 電流検出抵抗、R81,R82 分圧抵抗、T53 トランス、V0 直流電圧、V1 結合電圧、vb,vc 電圧、vL コイル電圧、VLA 光源電圧、vid 電流検出電圧、Vref 基準電圧、vvd 電圧検出電圧。 100 lighting device, 110 AC voltage generation circuit, 120 active filter circuit, 130 half bridge circuit, 150 conversion circuit, 160 control circuit, 161 voltage comparison unit, 162 frequency adjustment unit, 163 signal generation unit, 164 drive circuit, 165 abnormality determination Unit, 170 current detection circuit, 180 voltage detection circuit, 190 dimming signal input circuit, 200 dimming signal generation device, 800 lighting fixture, AC AC power supply, B43 balancer, C24, C51 smoothing capacitor, C42 coupling capacitor, C43 capacitor, CT4 current transformer, D23, D54, D55, D71, D72, D75, D76, D83, D84 rectifier, DB1, DB2 diode bridge, f generation frequency, I 0 target current, I 1 maximum current, i C capacitor current, I LA source current, i r rectified current i S series circuit current, L21 coils, L41 choke coil, LA source, Q22, Q31, Q32 switching element, R73, R77 a current detection resistor, R81, R82 voltage divider resistor, T53 transformer, V 0 the DC voltage, V 1 binding voltage , v b, v c voltage, v L coil voltage, V LA source voltage, v id current detection voltage, V ref reference voltage, v vd voltage detection voltage.
Claims (6)
上記変換回路と直列に電気接続した周波数特性を持つインピーダンス素子を有する直列回路と、
上記直列回路に印加する交流電圧を生成する交流電圧生成回路とを有することを特徴とする点灯装置。 A conversion circuit that converts alternating current into direct current that turns on the light source;
A series circuit having an impedance element having a frequency characteristic electrically connected in series with the conversion circuit;
A lighting device comprising: an AC voltage generation circuit that generates an AC voltage applied to the series circuit.
上記光源を点灯する直流電流が所定の電流値となるよう、上記交流電圧生成回路が生成する交流電圧の周波数を制御する周波数制御回路を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の点灯装置。 The lighting device further includes:
The frequency control circuit for controlling the frequency of the AC voltage generated by the AC voltage generation circuit so that the DC current for lighting the light source has a predetermined current value. Lighting device.
上記光源の両端電圧が所定の電圧値以上である場合に、上記交流電圧生成回路による交流電圧の生成を停止させる開放故障保護回路を有することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の点灯装置。 The lighting device further includes:
The open fault protection circuit which stops the production | generation of the alternating voltage by the said alternating voltage generation circuit when the both-ends voltage of the said light source is more than predetermined voltage value, The any one of Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. The lighting device described in 1.
上記光源の両端電圧が所定の電圧値以下である場合に、上記交流電圧生成回路による交流電圧の生成を停止させる短絡故障保護回路を有することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の点灯装置。 The lighting device further includes:
5. The circuit according to claim 1, further comprising a short-circuit fault protection circuit that stops generation of an AC voltage by the AC voltage generation circuit when a voltage across the light source is equal to or lower than a predetermined voltage value. The lighting device described in 1.
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