JP2011070883A - Power supply circuit for led lighting device and led lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はLED照明装置用の電源回路及びLED照明装置に関する。 The present invention relates to a power supply circuit for an LED lighting device and an LED lighting device.
電球等を光源とする一般的な照明装置において光量を調節するため、その電源回路にトライアックを組み込んだものが広く知られている。かかる電源回路は交流電源と光源との間に、トライアック、整流回路及び電圧調整回路が順に連結された構成である。
昨今では、省エネルギー等の要請からLEDを光源とする照明装置(この明細書で「LED照明装置」という)の開発が進んでいる。
トライアックを利用した調光機能を有する電源回路は小型かつ安価に作製できるので、この電源回路をLED照明装置にそのまま適用することが望まれている。
本件発明に関連する先行文献として、特許文献1、特許文献2を参照されたい。
In a general lighting device using a light bulb or the like as a light source, in order to adjust the amount of light, a power supply circuit incorporating a triac is widely known. Such a power supply circuit has a configuration in which a triac, a rectifier circuit, and a voltage adjustment circuit are sequentially connected between an AC power supply and a light source.
In recent years, development of an illumination device using an LED as a light source (referred to as an “LED illumination device” in this specification) is progressing due to a demand for energy saving and the like.
Since a power supply circuit having a dimming function using a triac can be manufactured in a small size and at low cost, it is desired to apply this power supply circuit to an LED lighting device as it is.
Reference should be made to
本発明者らの検討によれば、上記電源回路をLED照明装置にそのまま適用した場合、
LEDの発光が安定せず、チラツキが観察された。LEDを発光するのに必要な電流は電球等に比べて極めて小さいので、トライアックのオン・オフ切換え時において電流が安定しないときや、電源回路にサージ電流等のノイズが入ったときに、電源回路に流れる電流が瞬間的に低下することがある。他方、トライアックのオンを維持するには所定の保持電流以上の電流がトライアックに流れている必要がある。したがって、電源回路に流れる電流が何らかの原因でトライアックの保持電流未満となると、トライアックがリセットされ(オフとなり)、LEDへの電流供給が停止する。これがチラツキの原因と考えられる。
According to the study by the present inventors, when the power supply circuit is directly applied to an LED lighting device,
The light emission of the LED was not stable and flicker was observed. The current required to emit an LED is very small compared to a light bulb, etc., so when the current is not stable when switching the triac on or off, or when noise such as surge current enters the power circuit, the power circuit The current flowing through the current may decrease instantaneously. On the other hand, in order to keep the triac on, it is necessary that a current exceeding a predetermined holding current flows in the triac. Therefore, when the current flowing through the power supply circuit becomes less than the triac holding current for some reason, the triac is reset (turned off), and the current supply to the LED is stopped. This is thought to cause flickering.
そこで本発明者らは、トライアックへ常に保持電流以上の電流が流れる状態(換言すれば、漏電状態)とすればかかるチラツキを防止できるのではないかと考えた。そのため、トライアックにつながる整流回路と電圧調整回路に対し、トライアックに対して並列に補助回路を設け、この補助回路へ微弱な、しかし保持電流以上の電流(この明細書で「補償電流」いうことがある)を常に流せばよい。
しかしながら、微弱といえども補償電流を常に流すことは、電力消費につながり、ひいてはLED照明装置の効率低下の原因ともなりかねない。
Therefore, the present inventors have thought that such flickering can be prevented if a current exceeding the holding current always flows to the triac (in other words, a leakage state). For this reason, an auxiliary circuit is provided in parallel with the rectifier and voltage regulator circuit connected to the triac, and the auxiliary circuit has a weak current exceeding the holding current (referred to as “compensation current” in this specification). Always).
However, even if it is weak, always flowing the compensation current leads to power consumption, which may cause a reduction in the efficiency of the LED lighting device.
そこで本発明者らは、必要なときのみ補償電流を補助回路へ流して、トライアックがオフとなることを防止することを考え、本発明に想到した。
この発明の第1の局面は次のように規定される。即ち、
トライアック、整流回路及び電圧調整回路を備えたLED照明装置用の電源回路であって、
前記トライアックに対して前記整流回路と補助回路とが並列に接続され、
前記補助回路は、前記トライアックからその保持電流を超える電流を流す第1の電流パスと、整流回路に流れる電源電流を検出する検出部と、該電源電流が前記トライアックの保持電流より大きな第1の閾値以下となったとき、前記第1の電流パスを開き、前記電源電流が前記第1の閾値を超えたとき前記第1の電流パスを閉じる制御部と、を備えることを特徴とするLED照明装置用の電源回路。
Therefore, the present inventors have conceived the present invention by considering that the compensation current is supplied to the auxiliary circuit only when necessary to prevent the triac from being turned off.
The first aspect of the present invention is defined as follows. That is,
A power supply circuit for an LED lighting device including a triac, a rectifier circuit, and a voltage adjustment circuit,
The rectifier circuit and the auxiliary circuit are connected in parallel to the triac,
The auxiliary circuit includes a first current path through which a current exceeding the holding current flows from the triac, a detection unit that detects a power supply current flowing through the rectifier circuit, and a first current that is larger than the holding current of the triac. And a controller that opens the first current path when the threshold current is below a threshold value and closes the first current path when the power supply current exceeds the first threshold value. Power supply circuit for equipment.
このように規定される第1の局面のLED照明装置用の電源回路によれば、トライアックから整流回路へ流れる電源電流の値に基づき、補助回路の第1の電流パスのオン、オフが制御される。したがって、電源電流がトライアックの保持電流以下となる前に、即ち、電源電流が保持電流より大きい第1の閾値以下になったとき、補助回路の第1の電流パスへ保持電流より大きな電流(補償電流)を流すことにより、本来オンを維持すべき状態のトライアックが不測にオフになることを防止できる。そして、電源電流が第1の閾値を超えると、トライアックがオフになるおそれが極めて小さくなるので、補助回路の第1の電流パスへ補償電流を流すことを停止する。これにより、無駄な電力消費を抑制できる。 According to the power supply circuit for the LED lighting device of the first aspect defined as described above, on / off of the first current path of the auxiliary circuit is controlled based on the value of the power supply current flowing from the triac to the rectifier circuit. The Therefore, before the power supply current becomes lower than the triac holding current, that is, when the power supply current becomes lower than the first threshold value larger than the holding current, a current larger than the holding current (compensation) is supplied to the first current path of the auxiliary circuit. Current) can be prevented from inadvertently turning off a triac that should be kept on. When the power supply current exceeds the first threshold value, the possibility that the triac is turned off is extremely reduced, and therefore the flow of the compensation current to the first current path of the auxiliary circuit is stopped. Thereby, useless power consumption can be suppressed.
この発明の第2の局面は次のように規定される。即ち、
トライアック、整流回路及び電圧調整回路を備えたLED照明装置用の電源回路であって、
前記トライアックに対して前記整流回路と補助回路とが並列に接続され、
前記補助回路は、前記トライアックがオンに切り換わった直後から所定の時間、該トライアックからその保持電流を超える電流を流す第2の電流パスを備える、ことを特徴とするLED照明装置用の電源回路。
The second aspect of the present invention is defined as follows. That is,
A power supply circuit for an LED lighting device including a triac, a rectifier circuit, and a voltage adjustment circuit,
The rectifier circuit and the auxiliary circuit are connected in parallel to the triac,
The auxiliary circuit includes a second current path for causing a current exceeding the holding current to flow from the triac for a predetermined time immediately after the triac is turned on. .
このように規定される第2の局面のLED照明装置用の電源回路によれば、トライアックがオンに切り換えられた直後から所定の時間、トライアックからその保持電流を超える補償電流が第2の電流パスを介して流される。
ここに、トライアックがオンに切換えられた直後には電源電流が不安定となり(振動し)、その値がトライアックの保持電流以下となるおそれがある。電源電流が不安定になる原因は整流回路に付設される平滑コンデンサの充放電のタイミングや、このコンデンサと電源回路中のインダクタンスとの共振などが考えられる。
第2の局面に規定の電源回路によれば、電源電流が不安定な間、補助回路の第2の電流パスへ補償電流を流すことにより、本来オンを維持すべき状態のトライアックが不測にオフになることを防止できる。そして、補償電流の通電時間を適当に設定することにより、無駄な電流消費を防止できる。
According to the power supply circuit for the LED lighting device of the second aspect defined as described above, the compensation current exceeding the holding current from the triac for a predetermined time immediately after the triac is switched on is the second current path. Shed through.
Here, immediately after the TRIAC is switched on, the power supply current becomes unstable (vibrates), and the value may be equal to or less than the TRIAC holding current. Possible causes of unstable power supply current include charging / discharging timing of a smoothing capacitor attached to the rectifier circuit and resonance between the capacitor and inductance in the power supply circuit.
According to the power supply circuit defined in the second aspect, while the power supply current is unstable, the triac in the state that should be kept on is unexpectedly turned off by supplying a compensation current to the second current path of the auxiliary circuit. Can be prevented. Then, wasteful current consumption can be prevented by appropriately setting the energization time of the compensation current.
図1は本発明の実施の形態に係るLED照明装置用の電源回路を示している。図1において、101はLED照明装置、103はトライアックを示している。LED照明装置101は、整流回路を構成するダイオードブリッジ105と、電圧調整回路を構成するDC−DCコンバータ107と、補助回路109とを備え、ダイオードブリッジ105及び補助回路109はトライアック103に対して並列に設けられている。図中、D1、D2は整流用ダイオード、R1はトライアック103がオンになった直後に電流を流すための抵抗、R2はLED照明装置101に流れる電流を検出するための抵抗、R3、R4はスイッチング素子Q1のゲート抵抗、R5、R6、R7は、基準電圧Vrefを作るための抵抗、Q1は抵抗R1に流れる電流を制御するためのスイッチング素子、Q2は出力がオープンコレクタのコンパレータ、ZD1は基準電圧安定化のためのツェナーダイオードを示している。
FIG. 1 shows a power supply circuit for an LED lighting device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 101 indicates an LED illumination device, and 103 indicates a triac. The
補助回路109は、トライアック103からその保持電流を超える補償電流を流す電流パスを有し、ダイオードブリッジ105に流れる電源電流Iacを検出する検出部を構成する抵抗R2と、電源電流Iacがトライアック103の保持電流より大きな閾値以下となったときに電流パスを開き、電源電流Iacが閾値を越えたときに電流パスを閉じるための制御部を構成するコンパレータQ2とを備える。
The
コンパレータQ2は出力がオープンコレクタであり、コンパレータQ2の反転入力端子(−端子)に検出電圧Vrを入力し、非反転入力端子(+端子)に基準電圧Vrefを入力する。基準電圧VrefはDC−DCコンバータ107で作られる制御回路電源を互いに直列に接続された抵抗R5、R6、R7で分圧して生成する。
The output of the comparator Q2 is an open collector, and the detection voltage Vr is input to the inverting input terminal (− terminal) of the comparator Q2, and the reference voltage Vref is input to the non-inverting input terminal (+ terminal). The reference voltage Vref is generated by dividing the control circuit power source generated by the DC-
以下、図1を参照して電流パスの動作について説明する。コンパレータQ2は、基準電圧Vrefより検出電圧Vrが大きいとき、すなわちLED照明装置101に流れる電源電流Iacが大きいときは、コンパレータQ2出力部のトランジスタTrがオンになりコンパレータQ2の出力がローレベルになる。基準電圧Vrefより検出電圧Vrが低いとき、すなわちLED照明装置101に流れる電源電流Iacが小さいときは、コンパレータQ2出力部のトランジスタTrがオフになり、コンパレータQ2の出力がハイレベルになる。トランジスタTrがオン(Vref<Vr)のときは、スイッチング素子Q1のゲート電圧がグランドレベル(即ち、0)になる。その結果、スイッチング素子Q1がオフとなって電流パスが閉じ補償電流Irは流れない。他方、トランジスタTrがオフ(Vref≧Vr)のときはスイッチング素子Q1のゲートに電圧が印加されてスイッチング素子Q1がオンとる。その結果、補償電流Irを流すため電流パスが開く。
The operation of the current path will be described below with reference to FIG. In the comparator Q2, when the detection voltage Vr is larger than the reference voltage Vref, that is, when the power supply current Iac flowing through the
コンパレータQ2の非反転入力端子に入力される基準電圧Vrefを、トライアック103の保持電流(電源電流Iac=保持電流)に対応する電圧VR2(min)よりも大きな電圧に設定するより、電源電流Iacに対応する電圧VR2が基準電圧Vrefよりも小さくなった段階で補償電流Irを補助回路109へ流通させることにより、トライアックに流れる電流が保持電流より小さくなることを未然に防止できる。
By setting the reference voltage Vref input to the non-inverting input terminal of the comparator Q2 to a voltage larger than the voltage VR2 (min) corresponding to the holding current (power supply current Iac = holding current) of the
なお、LED照明装置101に供給される電源電流Iacが大きい場合は、電流パスが閉じるため、補償電流Irが流れることがなくなり、無駄な電力消費を抑制することができる。
When the power supply current Iac supplied to the
補償電流Irは保持電流より大きければトライアック103の動作を安定させることができるが、補償電流Irを余り大きな値にすると、電力消費が大きくなってしまう。また、保持電流とほぼ同じ値に近づけると、補償電流Irが変動した場合に、保持電流を下回り、トライアック103の動作が不安定になることがある。そこで、図1に示した電源回路において、電力消費と電流変動を考慮して補償電流Irの大きさを保持電流に対して2倍に設定したところ、トライアック103を安定動作することができ、かつ電力消費も抑制することができた。
同様に、トライアック103の安定動作と電力消費抑制の見地から、基準電圧Vrefはトライアック103の保持電流に対応する電圧VR2(min)よりも2倍程度大きいものとする。
勿論、VrefとVR2(min)とのマージンはLED照明装置の用途や目的に応じて適宜設定可能である。
If the compensation current Ir is larger than the holding current, the operation of the
Similarly, from the viewpoint of stable operation of the
Of course, the margin between Vref and VR2 (min) can be appropriately set according to the application and purpose of the LED lighting device.
図2は図1に示した素子の動作を示すタイミングチャートである。トライアック103がオンになると、コンデンサCを充電するために電源電流Iacが増加し、コンデンサCへの充電が完了すると電源電流Iacは一旦減少する。しかし、コンデンサCからDC−DCコンバータ107への電流供給が始まるため、電源電流Iacは増加に転じる。電源電流Iacの値を示す検出電圧Vrも同様に、トライアック103がオンになると増加し、一旦減少した後、増加に転じる。このように、トライアック103をオフからオンへ切り換えた直後に電源電流、即ちトライアック103へ流れる電流が振動し、不安定になる。
FIG. 2 is a timing chart showing the operation of the element shown in FIG. When the
検出電圧Vrが基準電圧Vrefを下回るとコンパレータQ2出力部のトランジスタTrはオフになり、スイッチング素子Q1がオンになる。スイッチング素子Q1がオンになると、電流パスが開いてトライアック103に補償電流Irが供給され、トライアック103はオンを維持する。一方、検出電圧Vrが基準電圧Vrefを上回るとコンパレータQ2出力部のトランジスタTrはオンになり、スイッチング素子Q1がオフになる。スイッチング素子Q1がオフになり、補償電流Irの通電が停止する。
When the detection voltage Vr falls below the reference voltage Vref, the transistor Tr at the output of the comparator Q2 is turned off, and the switching element Q1 is turned on. When the switching element Q1 is turned on, the current path is opened, the compensation current Ir is supplied to the
上記実施の形態によれば、トライアック103からダイオードブリッジ105へ流れる電源電流Iacの値に基づき、補助回路109内の電流パスのオン・オフが制御される。したがって、電源電流Iacがトライアック103の保持電流以下となる前に、即ち、電源電流Iacが保持電流より大きい閾値以下になったとき、電流パスへ保持電流より大きな補償電流Irを流すことにより、本来オンを維持すべき状態のトライアック103が不測にオフになることを防止できる。そして、電源電流Iacが閾値を超えると、トライアック103が不測にオフになるおそれが極めて小さくなるので、電流パスへ補償電流Irを流すことを停止する。これにより、無駄な電力消費を抑制できる。
According to the above embodiment, on / off of the current path in the
図3は本発明の他の実施の形態に係るLED照明装置を示す図であり、図4は図3に示した素子の動作を示すタイミングチャートである。なお、図3において、図1に示した実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。図1と異なる点は、補助回路209が、トライアック103がオンに切り換わった直後から所定の時間、トライアック103からその保持電流を越える補償電流Irを流す電流パスを備えた点にある。図中、R1は補償電流Irの大きさを決める抵抗、Q1は電流パスに流れる電流を制御するためのスイッチング素子、Q2はQ1のオン・オフを制御するスイッチング素子、R2、C1はスイッチング素子Q2のオフ・オンを制御する遅延回路を構成する。R4はスイッチング素子Q2のベース抵抗、R3、R6はスイッチング素子Q1のゲート抵抗、R5はスイッチング素子Q2のゲートプルダウン抵抗、ZD1はスイッチング素子Q2へのノイズを遮断するツェナーダイオードを示している。
FIG. 3 is a diagram showing an LED lighting device according to another embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the element shown in FIG. In FIG. 3, the same parts as those of the embodiment shown in FIG. The difference from FIG. 1 is that the
トライアック103がオンになった直後は、スイッチング素子Q2のベース電流が抵抗R2とコンデンサC1により遅れるため、スイッチング素子Q2はオフのままである。
その結果、スイッチング素子Q1のゲートには制御回路107からの電圧が印加されるので、スイッチング素子Q1はオンの状態を維持し、ダイオードD1又はD2を通って補償電流Irが流れる。補償電流Irの大きさは抵抗R1のインピーダンスにより規定される。
またトライアック103がオンになった直後は、コンデンサCにも充電電流が流れるため、トライアック103には電源電流Iacと補償電流Irの合計が通電している。
コンデンサCへの充電が終了すると電源電流Iacは一旦減少するが、補償電流Irは依然としてトライアック103に供給される。
Immediately after the
As a result, since the voltage from the
Immediately after the
When charging of the capacitor C is completed, the power supply current Iac once decreases, but the compensation current Ir is still supplied to the
コンデンサCの充電が完了すると、DC−DCコンバータ107への電流供給が開始するので、トライアック103にはその保持電流を超える電流が安定して流れるようになる。この状態になれば補償電流Irは不要になる。トライアック103をオンした後、コンデンサCの充電が完了しDC−DCコンバータ107へ安定した電流が流れ始めるまでの時間T1を予め予想し、その時間経過後にスイッチング素子Q1をオフにして補償電流Irの電流パスを遮断する。スイッチング素子Q1のオフするためには、スイッチング素子Q2をオンにしてスイッチング素子Q1のゲート電圧をグランドレベル、即ち0とする。
トライアック103がオンに切り換わり、ツェナーダイオードZD1の閾値電圧を超える電圧になると、交流が抵抗R2とコンデンサC1とで構成される遅延回路に印加され、その時定数に応じた時間後に、スイッチング素子Q2のゲート電圧がハイレベルになる。これにより、スイッチング素子Q2はオンとなり、もって、スイッチング素子Q1のゲート電圧がローレベル、即ちスイッチング素子Q1はオフになる。上記遅延回路の時定数を上記安定した電流が流れ始めるまでの時間T1に一致させることにより、補償電流Irの通電時間を必要最小限とすることができる。
When the charging of the capacitor C is completed, the current supply to the DC-
When the
補償電流Irは保持電流より大きければトライアック103の動作を安定させることができるが、補償電流Irを余り大きな値にすると、電力消費が大きくなってしまう。また、保持電流とほぼ同じ値に近づけると、補償電流Irが変動した場合に、保持電流を下回り、トライアック103の動作が不安定になることがある。そこで、図3に示した電源回路において、電力消費と電流変動を考慮して補償電流Irの大きさを保持電流に対して2倍に設定したところ、トライアック103を安定動作することができ、かつ電力消費も抑制することができた。
If the compensation current Ir is larger than the holding current, the operation of the
なお、本実施の形態では、抵抗R1の電流源をダイオードブリッジ105の交流側から取得している。ダイオードブリッジ105の直流側から取得すると、コンデンサCの充電が完了した後、直流側電圧が交流側電圧よりも高くなり、ダイオードブリッジ105がオフとなり、抵抗R1に電流が供給されなくなるからである。
In the present embodiment, the current source of the resistor R1 is obtained from the AC side of the
上記実施の形態によれば、トライアック103がオンに切り換えられた直後から所定の時間、トライアック103からその保持電流を越える補償電流Irが電流パスを介して流される。トライアック103がオンに切り換えられた直後には、電源電流Iacが不安定となり(振動し)、その値がトライアック103の保持電流以下となるおそれがある。しかし、電源電流Iacが不安定な間、補助回路209の電流パスへ補償電流Irを流すことにより、本来オンを維持すべき状態のトライアック103が不測にオフになることを防止できる。一定期間が経過して電源電流Iacが安定した後は、電流パスへ補償電流Irを流すことを停止する。これにより、無駄な電力消費を抑制できる。
According to the above embodiment, the compensation current Ir exceeding the holding current flows from the
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。 The present invention is not limited to the description of the embodiments and examples of the invention described above. Various modifications may be included in the present invention as long as those skilled in the art can easily conceive without departing from the description of the scope of claims.
101 LED照明装置
103 トライアック
105 ダイオードブリッジ
107 DC−DCコンバータ
109、209 補助回路
101
Claims (3)
前記トライアックに対して前記整流回路と補助回路とが並列に接続され、
前記補助回路は、前記トライアックからその保持電流を超える電流を流す電流パスと、整流回路に流れる電源電流を検出する検出部と、該電源電流が前記トライアックの保持電流より大きな閾値以下となったとき、前記電流パスを開き、前記電源電流が前記閾値を超えたとき前記電流パスを閉じる制御部と、を備えることを特徴とするLED照明装置用の電源回路。 A power supply circuit for an LED lighting device including a triac, a rectifier circuit, and a voltage adjustment circuit,
The rectifier circuit and the auxiliary circuit are connected in parallel to the triac,
The auxiliary circuit includes a current path for passing a current exceeding the holding current from the TRIAC, a detection unit for detecting a power supply current flowing through the rectifier circuit, and the power supply current when the power supply current falls below a threshold value greater than the holding current of the TRIAC. And a control unit that opens the current path and closes the current path when the power supply current exceeds the threshold value.
前記トライアックに対して前記整流回路と補助回路とが並列に接続され、
前記補助回路は、前記トライアックがオンに切り換わった直後から所定の時間、該トライアックからその保持電流を超える電流を流す電流パスを備える、ことを特徴とするLED照明装置用の電源回路。 A power supply circuit for an LED lighting device including a triac, a rectifier circuit, and a voltage adjustment circuit,
The rectifier circuit and the auxiliary circuit are connected in parallel to the triac,
The power supply circuit for an LED lighting device, wherein the auxiliary circuit includes a current path through which a current exceeding the holding current flows from the triac for a predetermined time immediately after the triac is turned on.
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JP2013073781A (en) * | 2011-09-28 | 2013-04-22 | Shihen Tech Corp | Led turn-on device |
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2009
- 2009-09-25 JP JP2009220241A patent/JP2011070883A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110927 |
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A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20120918 |