JP2012029526A - Switching power supply device and led lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチング電源装置に関し、特に、スイッチング電源における制御回路への電源供給手段を備えたスイッチング電源装置に関する。更に、本発明は、当該スイッチング電源装置をLEDを点灯させるために用いるLED照明装置に関する。 The present invention relates to a switching power supply device, and more particularly to a switching power supply device including a power supply means for a control circuit in a switching power supply. Furthermore, the present invention relates to an LED lighting device that uses the switching power supply device to light an LED.
従来、LED照明用のスイッチング電源の構成として、特許文献1に示される構成が挙げられる。特許文献1に開示されている電源およびLED照明装置の回路図を図19に示す。
Conventionally, as a configuration of a switching power supply for LED lighting, a configuration shown in
図19において、調光器14は、商用電源1からの正弦波の交流電圧波形を位相制御して、図20(A)に示す電圧波形を出力する。
In FIG. 19, the
全波整流回路2は、調光器14により位相制御された電圧波形を全波整流する。その電圧はインピーダンス素子39を介して平滑容量31の両端に印加され、平坦化される。平坦化された電圧は、LEDの電流を制限する抵抗32を介して白色のLEDユニット33に印加され、LEDユニット33内の各白色LED33aを点灯させる。更に、平坦化された電圧はMOSFET34aと34bからなるインバータ回路34を介して制御回路35によりスイッチング制御され、直流カットコンデンサ36、インダクタ37を介して電球色のLEDユニット38に印加され、LEDユニット38内の各電球色LED38aを点灯させる。
The full
尚、上記図19には記載されていないが、制御回路35の電源としては、全波整流回路2の出力から制御回路を動作させるに必要な電源を供給するためのレギュレータが別途必要となる。
Although not shown in FIG. 19, a regulator for supplying power necessary for operating the control circuit from the output of the full-
ところで、調光器で発するノイズを抑えるため、調光器14内にコイルとコンデンサによるローパスフィルタが構成されている場合がある。この場合、調光器の出力電圧が立ち上がった瞬間に当該ローパスフィルタが共振をおこし、図20(B)に示す電圧波形となってしまう。図19に示される回路では、全波整流回路2と平滑容量31との間にインピーダンス素子39を挿入することによって、平滑容量31とインピーダンス素子39の直列回路によるスナバ回路(Snubber circuit)を形成し、ローパスフィルタの共振を抑えている。
By the way, in order to suppress noise generated by the dimmer, a low-pass filter including a coil and a capacitor may be provided in the
ローパスフィルタのコイルのインダクタンスをL、コンデンサのキャパシタンスをCとすると、ローパスフィルタの共振周波数fは概ね下記の数1で表される。また、時定数T(ローパスフィルタの共振周期)は、下記の数2で表される。
When the inductance of the coil of the low-pass filter is L and the capacitance of the capacitor is C, the resonance frequency f of the low-pass filter is approximately expressed by the following equation (1). The time constant T (the resonance period of the low-pass filter) is expressed by the following
[数1]
f= 1/{2π(LC)1/2 }
[数2]
T= 2π(LC)1/2
[Equation 1]
f = 1 / {2π (LC) 1/2 }
[Equation 2]
T = 2π (LC) 1/2
一方、平滑容量31のキャパシタンスをCs、インピーダンス素子39の抵抗値をRsとすると、スナバ回路による時定数Tsは、下記の数3で表される。
On the other hand, when the capacitance of the
[数3]
Ts = Rs・Cs
[Equation 3]
Ts = Rs · Cs
従って、ローパスフィルタの共振を抑えるためには、Ts>>Tなる条件を満たすようにスナバ回路を設計する。具体的には、スナバ回路による時定数Tsが、ローパスフィルタの共振周期Tの少なくとも10倍よりも長くなるように、スナバ回路を構成する平滑容量のキャパシタンス、及びインピーダンス素子のインピーダンス値を設定する。 Therefore, in order to suppress the resonance of the low-pass filter, the snubber circuit is designed so as to satisfy the condition of Ts >> T. Specifically, the capacitance of the smoothing capacitor constituting the snubber circuit and the impedance value of the impedance element are set so that the time constant Ts by the snubber circuit is longer than at least 10 times the resonance period T of the low-pass filter.
上述の通り、従来のスイッチング電源装置ならびにLED照明装置では、スイッチング制御を行うための制御回路を動作させるために別途電源の供給手段が必要となる。例えば、図19の構成において、全波整流回路2の出力にシリーズレギュレータか、或いは、電圧を落とすための高抵抗を用いる必要がある。
As described above, the conventional switching power supply device and the LED lighting device require a separate power supply means in order to operate the control circuit for performing the switching control. For example, in the configuration of FIG. 19, it is necessary to use a series regulator or a high resistance for dropping the voltage for the output of the full-
AC100Vの商用電源を用いる装置では、ACラインの電圧変動まで含めると全波整流回路の出力電圧は150V以上になる。また、海外ではAC240Vの商用電源もあり、その場合、全波整流器の出力は400V程度まで上昇する。これに対し、一般的な制御ICは12V程度の電源電圧で動作するため、高耐圧のレギュレータや部品が必要となる。 In an apparatus using a commercial power supply of AC 100 V, the output voltage of the full-wave rectifier circuit is 150 V or more when the voltage fluctuation of the AC line is included. In addition, there is a commercial power supply of AC 240V overseas, in which case the output of the full-wave rectifier rises to about 400V. On the other hand, since a general control IC operates with a power supply voltage of about 12 V, a high voltage regulator and components are required.
現在、LED照明装置として、E17型電球やGU−10等といった小型の口金のLED電球が市場で拡大しつつあるところ、これら電球の筐体内部に上記のレギュレータ等を搭載することは非常に困難となる。更に、150V或いは400Vという高い電圧を降圧して12V程度を出力するレギュレータは、レギュレータで消費する電力も大きく発熱が多く、狭い空間で効率良く放熱するための工夫が必要となる。また、電源の変換効率も劣化する。 Currently, as LED lighting devices, small cap LED bulbs such as E17 type bulbs and GU-10 are expanding in the market, and it is very difficult to mount the above regulators inside the bulb housings. It becomes. Furthermore, a regulator that steps down a high voltage of 150 V or 400 V and outputs about 12 V consumes a large amount of power that is consumed by the regulator and generates a lot of heat, so that a device for efficiently radiating heat in a narrow space is required. In addition, the conversion efficiency of the power supply also deteriorates.
本発明は、上記の状況に鑑み、大きな部品を追加することなく、且つまた、効率を犠牲にすることなく小型で電力損失の小さいスイッチング電源装置、並びに、当該スイッチング電源装置を用いて小型で高効率のLED照明装置を実現することを第1の目的とする。 In view of the above situation, the present invention provides a switching power supply that is small and has low power loss without adding large parts and without sacrificing efficiency, and a small and high power supply using the switching power supply. It is a first object to realize an efficient LED lighting device.
更に、調光器内部には位相制御を行うために双方向サイリスタ(TRIAC)が用いられている場合が多く、調光器の出力に出力電圧が立ち上がるまでの間であっても、TRIACへのトリガ信号を生成するために数mA程度の電流を流す必要がある。本発明は、調光器から電源回路に流れ込む電流を監視し、当該電流が規定値以下にならないような制御を電源回路が行うことで、調光器の制御に必要な電流が常に確保され、調光器をより安定に動作させることが可能なLED照明装置を実現することを第2の目的とする。 Furthermore, a bidirectional thyristor (TRIAC) is often used in the dimmer to perform phase control, and even if the output voltage rises at the output of the dimmer, In order to generate a trigger signal, it is necessary to pass a current of about several mA. The present invention monitors the current flowing from the dimmer into the power supply circuit, and the power supply circuit performs control such that the current does not become a specified value or less, so that the current necessary for controlling the dimmer is always secured, A second object is to realize an LED lighting device capable of operating the dimmer more stably.
上記第1の目的を達成するための本発明に係るスイッチング電源装置は、全波整流回路と、トランスと、前記トランスの一次側コイルに直列に接続して、前記全波整流回路の一対の出力端の一方端から他方端へ前記一次側コイルを経由して流れる直流電流をスイッチングする第1のスイッチング素子と、前記第1のスイッチング素子のオンオフを制御する制御回路と、前記制御回路に供給する電源電圧を生成する内部電源回路と、一対の入力端が前記トランスの二次側コイルと接続し、一対の出力端が負荷と接続する負荷用整流平滑回路と、を備え、前記内部電源回路は、第1の平滑容量と、第2の平滑容量と、制御回路用整流平滑回路と、を備え、前記第1の平滑容量と前記第2の平滑容量の直列回路の両端が、前記一次側コイルと前記第1のスイッチング素子の直列回路の両端と各別に接続し、且つ、前記全波整流回路の前記一対の出力端と直接またはインピーダンス素子を介して各別に接続し、前記内部電源用整流平滑回路は、第3の平滑容量とダイオードの直列回路を備え、前記第1の平滑容量と前記第2の平滑容量の接続点の電圧を整流平滑した電圧を前記制御回路に前記電源電圧として供給することを第1の特徴とする。 In order to achieve the first object, a switching power supply according to the present invention includes a full-wave rectifier circuit, a transformer, and a pair of outputs of the full-wave rectifier circuit connected in series to a primary coil of the transformer. A first switching element for switching a direct current flowing from one end of the end to the other end via the primary coil, a control circuit for controlling on / off of the first switching element, and a supply to the control circuit An internal power supply circuit for generating a power supply voltage; and a load rectifying and smoothing circuit in which a pair of input ends are connected to a secondary coil of the transformer and a pair of output ends are connected to a load. A first smoothing capacitor, a second smoothing capacitor, and a rectifying and smoothing circuit for a control circuit, and both ends of a series circuit of the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor are connected to the primary coil. And said The switching circuit is connected to both ends of the series circuit of the switching elements separately, and is connected to the pair of output terminals of the full-wave rectifier circuit either directly or via an impedance element. And supplying a voltage obtained by rectifying and smoothing a voltage at a connection point between the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor as the power supply voltage. It is characterized by.
上記第1の特徴のスイッチング電源装置に依れば、第1の平滑容量と第2の平滑容量の直列回路を用いて全波整流回路からの高い出力電圧を分圧し、降圧された電圧を第1の平滑用量と第2の平滑用量の接続点を介して制御回路に供給する。これにより、大きな部品を追加する必要がなく、また、基本的には損失のないコンデンサで分圧することにより効率が犠牲になることがないため、小型で効率の良いスイッチング電源を実現できる。 According to the switching power supply device of the first feature, the high output voltage from the full-wave rectifier circuit is divided using the series circuit of the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor, and the stepped down voltage is reduced to the first voltage. It is supplied to the control circuit via a connection point between one smooth dose and a second smooth dose. Thus, it is not necessary to add a large component, and basically, efficiency is not sacrificed by dividing the voltage with a lossless capacitor, so that a small and efficient switching power supply can be realized.
尚、上記第1の特徴のスイッチング電源装置はトランスを備える絶縁型の構成であるが、トランスが不要の非絶縁型の構成も可能である。以下に非絶縁型の構成の例を挙げる。 Although the switching power supply device having the first feature has an insulating configuration including a transformer, a non-insulating configuration that does not require a transformer is also possible. An example of a non-insulated configuration is given below.
上記第1の目的を達成するための本発明に係るスイッチング電源装置は、全波整流回路と、コイルと、前記コイルに直列に接続して、前記全波整流回路の一対の出力端の一方端から他方端へ前記コイルを経由して流れる直流電流をスイッチングする第1のスイッチング素子と、前記第1のスイッチング素子のオンオフを制御する制御回路と、前記制御回路に供給する電源電圧を生成する内部電源回路と、を備え、前記内部電源回路は、第1の平滑容量と、第2の平滑容量と、制御回路用整流平滑回路と、を備え、前記第1の平滑容量と前記第2の平滑容量の直列回路の一方端が前記コイルと直接または負荷を介して接続し、他方端が前記第1のスイッチング素子と直接接続し、且つ、両端が前記全波整流回路の前記一対の出力端と直接またはインピーダンス素子を介して各別に接続し、前記内部電源用整流平滑回路は、第3の平滑容量とダイオードの直列回路を備え、前記第1の平滑容量と前記第2の平滑容量の接続点の電圧を整流平滑した電圧を前記制御回路に前記電源電圧として供給し、一方端が前記コイルの一方端と直接、他方端が前記コイルの他方端と負荷を介して接続する還流ダイオードを備えることを第2の特徴とする。 In order to achieve the first object, a switching power supply according to the present invention includes a full-wave rectifier circuit, a coil, and one end of a pair of output ends of the full-wave rectifier circuit connected in series to the coil. A first switching element that switches a direct current flowing from the first to the other end via the coil, a control circuit that controls on / off of the first switching element, and an internal that generates a power supply voltage to be supplied to the control circuit A power supply circuit, and the internal power supply circuit includes a first smoothing capacitor, a second smoothing capacitor, and a rectifying and smoothing circuit for a control circuit, and the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor. One end of a series circuit of capacitors is connected to the coil directly or via a load, the other end is directly connected to the first switching element, and both ends are connected to the pair of output terminals of the full-wave rectifier circuit. Directly or The internal power supply rectifying / smoothing circuit includes a series circuit of a third smoothing capacitor and a diode, and a voltage at a connection point between the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor. A voltage that is rectified and smoothed is supplied to the control circuit as the power supply voltage, and has one end directly connected to one end of the coil and the other end connected to the other end of the coil via a load. Two features.
上記第1の目的を達成するための本発明に係るスイッチング電源装置は、全波整流回路と、コイルと、前記コイルに直列に接続して、前記全波整流回路の一対の出力端の一方端から他方端へ前記コイルを経由して流れる直流電流をスイッチングする第1のスイッチング素子と、前記第1のスイッチング素子のオンオフを制御する制御回路と、前記制御回路に供給する電源電圧を生成する内部電源回路と、を備え、前記内部電源回路は、第1の平滑容量と、第2の平滑容量と、制御回路用整流平滑回路と、を備え、前記第1の平滑容量と前記第2の平滑容量の直列回路の一方端が前記コイルと直接接続し、他方端が前記第1のスイッチング素子と直接接続し、且つ、両端が前記全波整流回路の前記一対の出力端と直接またはインピーダンス素子を介して各別に接続し、前記内部電源用整流平滑回路は、第3の平滑容量とダイオードの直列回路を備え、前記第1の平滑容量と前記第2の平滑容量の接続点の電圧を整流平滑した電圧を前記制御回路に前記電源電圧として供給し、一方端が前記第1のスイッチの一方端と直接、他方端が前記第1のスイッチング素子の他方端と負荷を介して接続する第2のダイオードを備えることを第3の特徴とする。 In order to achieve the first object, a switching power supply according to the present invention includes a full-wave rectifier circuit, a coil, and one end of a pair of output ends of the full-wave rectifier circuit connected in series to the coil. A first switching element that switches a direct current flowing from the first to the other end via the coil, a control circuit that controls on / off of the first switching element, and an internal that generates a power supply voltage to be supplied to the control circuit A power supply circuit, and the internal power supply circuit includes a first smoothing capacitor, a second smoothing capacitor, and a rectifying and smoothing circuit for a control circuit, and the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor. One end of a series circuit of capacitors is directly connected to the coil, the other end is directly connected to the first switching element, and both ends are directly connected to the pair of output terminals of the full-wave rectifier circuit or impedance elements The internal power supply rectifying and smoothing circuit includes a series circuit of a third smoothing capacitor and a diode, and rectifies and smoothes a voltage at a connection point between the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor. A second terminal having one end connected directly to one end of the first switch and the other end connected to the other end of the first switching element via a load. A third feature is that a diode is provided.
上記第2または第3の何れかの特徴のスイッチング電源装置は、非絶縁型のスイッチング電源であるため、トランスが不要でより小型化に適し、装置の筐体で絶縁が確保できる場合に有用である。また、降圧型、昇圧型の構成の何れも可能であり、特に昇圧型のスイッチング電源を用いることで、商用電源の交流電圧が低い場合であっても負荷に必要な電圧を供給することが可能になる。 Since the switching power supply device having the above second or third feature is a non-insulated switching power supply, it is useful when a transformer is not required, it is suitable for further miniaturization, and insulation can be secured by the housing of the device. is there. Both step-down and step-up configurations are possible. In particular, by using a step-up switching power supply, the necessary voltage can be supplied to the load even when the AC voltage of the commercial power supply is low. become.
更に、本発明に係るスイッチング電源装置は、上記第1乃至第3の何れかの特徴に加えて、前記内部電源回路は、一対の入力端が前記第2の平滑容量の両端と各別に接続し、一対の出力端が前記内部電源用整流平滑回路の一対の入力端と各別に接続する倍電圧整流回路を備えることを第4の特徴とする。 Furthermore, in addition to any one of the first to third features, the internal power supply circuit has a pair of input terminals separately connected to both ends of the second smoothing capacitor. A fourth feature is that the pair of output terminals includes a voltage doubler rectifier circuit that is separately connected to the pair of input terminals of the internal power supply rectifying and smoothing circuit.
上記第4の特徴のスイッチング電源装置に依れば、倍電圧整流回路を備えることで、商用電源の電圧が低下した場合であっても高い電圧を制御回路に供給できるため、制御回路を安定に動作させることが可能になる。 According to the switching power supply device of the fourth feature described above, since the voltage doubler rectifier circuit is provided, a high voltage can be supplied to the control circuit even when the voltage of the commercial power supply is lowered. It becomes possible to operate.
上記第1の目的を達成するための本発明に係るLED照明装置は、上記第1乃至第4の何れかの特徴のスイッチング電源装置と、前記負荷としてのLEDと、前記LEDの明るさを制御するための調光器と、第1のインピーダンス素子と、を備え、前記調光器の一端が、前記全波整流回路の一対の入力端の何れかと直接または前記第1のインピーダンス素子を介して直接接続し、前記全波整流回路の前記一対の入力端の何れか一方が前記第1のインピーダンス素子と直接接続するか、又は、前記第1の平滑容量と前記第2の平滑容量との直列回路の一方端が前記全波整流回路の前記一対の出力端の何れか一方と前記第1のインピーダンス素子を介して接続することを第1の特徴とする。 In order to achieve the first object, an LED lighting device according to the present invention controls a switching power supply device having any one of the first to fourth features, the LED as the load, and the brightness of the LED. A dimmer and a first impedance element, wherein one end of the dimmer is directly with one of the pair of input ends of the full-wave rectifier circuit or via the first impedance element. Directly connected, and either one of the pair of input terminals of the full-wave rectifier circuit is directly connected to the first impedance element, or a series of the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor A first feature is that one end of the circuit is connected to one of the pair of output ends of the full-wave rectifier circuit via the first impedance element.
上記第1の特徴のLED照明装置に依れば、第1及び第2の平滑容量を利用して、調光器を安定に動作させるためのスナバ回路を、第1及び第2の平滑容量の直列回路に第1のインピーダンスを接続することで構成することができ、上記本発明のスイッチング電源装置を用いて小型で高効率のLED照明装置を実現することができる。 According to the LED lighting device of the first feature, the snubber circuit for stably operating the dimmer using the first and second smoothing capacitors is provided with the first and second smoothing capacitors. It can be configured by connecting a first impedance to a series circuit, and a small and highly efficient LED lighting device can be realized using the switching power supply device of the present invention.
更に、本発明に係るLED照明装置は、上記第1の特徴に加えて、前記第1の平滑容量と前記第2の平滑容量と前記第1のインピーダンス素子との合成インピーダンスの時定数が10マイクロ秒以上であることを第2の特徴とする。 Furthermore, in addition to the first feature, the LED lighting device according to the present invention has a time constant of a combined impedance of the first smoothing capacitor, the second smoothing capacitor, and the first impedance element of 10 μm. The second characteristic is that it is at least 2 seconds.
調光器によってローパスフィルタの時定数は様々であるが、合成インピーダンスの時定数を10マイクロ秒以上程度に設定することにより、市場で流通されている調光器の大半に対して、ローパスフィルタの共振を抑えるためのスナバ回路を構成することが可能となる。 The time constant of the low-pass filter varies depending on the dimmer. By setting the time constant of the combined impedance to about 10 microseconds or more, the low-pass filter can be used for most dimmers on the market. A snubber circuit for suppressing resonance can be configured.
更に、上記第2の目的を達成するための本発明に係るLED照明装置は、上記第1または第2の何れかの特徴に加えて、前記スイッチング電源装置が、第2のスイッチング素子と、第2のインピーダンス素子と、一方端が前記第2の平滑容量の前記第1の平滑容量と接続しない一方端と接続し、他方端が前記全波整流回路の前記一対の出力端のうち前記第1の平滑容量と接続しない出力端と接続する第3のインピーダンス素子と、前記第3のインピーダンス素子の両端の電圧を比較する電圧比較器と、を備え、前記第2のスイッチング素子と前記第2のインピーダンス素子の直列回路の両端が、前記全波整流回路の前記一対の出力端の夫々と、各別に接続し、前記第2の平滑容量の前記一方端の電位が前記第2の平滑容量と前記第1の平滑容量との接続点の電位よりも低い場合、前記第3のインピーダンス素子の前記一方端の電位を基準とする前記第3のインピーダンス素子の前記他方端の電位が所定の基準電圧よりも高いと前記第2のスイッチング素子がオンし、低いと前記第2のスイッチング素子がオフし、前記第2の平滑容量の前記一方端の電位が前記第2の平滑容量と前記第1の平滑容量との接続点の電位よりも高い場合、前記第3のインピーダンス素子の前記一方端の電位を基準とする前記第3のインピーダンス素子の前記他方端の電位が所定の基準電圧よりも低いと前記第2のスイッチング素子がオンし、高いと前記第2のスイッチング素子がオフすることを第3の特徴とする。
Furthermore, in order to achieve the second object, the LED lighting device according to the present invention is characterized in that, in addition to the first or second feature, the switching power supply device includes a second switching element, Two impedance elements, one end connected to one end of the second smoothing capacitor not connected to the first smoothing capacitor, and the other end connected to the first of the pair of output terminals of the full-wave rectifier circuit. A third impedance element connected to an output terminal not connected to the smoothing capacitor, and a voltage comparator for comparing voltages at both ends of the third impedance element, and the second switching element and the second impedance element Both ends of the series circuit of the impedance element are respectively connected to the pair of output terminals of the full-wave rectifier circuit, and the potential of the one end of the second smoothing capacitor is the second smoothing capacitor and the second smoothing capacitor. First smooth volume And the potential at the other end of the third impedance element with reference to the potential at the one end of the third impedance element is higher than a predetermined reference voltage. When the switching
上記第3の特徴のLED照明装置に依れば、調光器からスイッチング電源回路に流れ込む電流が規定値以下となった場合であっても、電源回路内部で電流を流すことで調光器内部のTRIACへのトリガ信号を生成するための電流を確保し、調光器14をより安定に動作させることができる。 According to the LED lighting device of the third feature, even if the current flowing from the dimmer into the switching power supply circuit is equal to or less than a specified value, the current is passed inside the dimmer by passing the current inside the power supply circuit. Thus, a current for generating a trigger signal to the TRIAC can be secured, and the dimmer 14 can be operated more stably.
更に、本発明に係るLED照明装置は、上記第3の特徴に加えて、前記第3のインピーダンス素子は前記第1のインピーダンス素子と共用されることを第4の特徴とする。 Furthermore, in addition to the third feature, the LED lighting device according to the present invention has a fourth feature in that the third impedance element is shared with the first impedance element.
上記調光器からスイッチング電源回路に流れ込む電流を検出するためのインピーダンス素子は、スナバ回路を構成するためのインピーダンス素子と共用することが可能である。 The impedance element for detecting the current flowing from the dimmer into the switching power supply circuit can be shared with the impedance element for configuring the snubber circuit.
従って、本発明に依れば、損失が少なく高効率であり、小型のスイッチング電源装置並びにLED照明装置を実現することができ、且つ、調光器が安定に動作するLED照明装置を実現することができる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a small switching power supply device and an LED lighting device that have low loss and high efficiency, and realize an LED lighting device in which a dimmer operates stably. Can do.
〈第1実施形態〉
本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置101(以降、適宜「本発明装置101」と称す)及びLED照明装置の構成例を図1に示す。尚、以降の実施形態の説明に用いる図面では、同一の構成要素には同一の符号を付すこととし、また、名称及び機能も同一であるので、同様の説明を繰り返すことはしない。
<First Embodiment>
FIG. 1 shows a configuration example of a switching power supply device 101 (hereinafter, appropriately referred to as “
図1の回路ブロック図に示されるように、本発明装置101は、全波整流回路2、第1の平滑容量4、第2の平滑容量5、制御回路8、第1のスイッチング素子9、一次側コイルと当該一次側コイルと誘導結合する二次側コイルからなるトランス10、整流平滑回路11,12で構成されている。更に、本発明装置101において、負荷13としてLEDを接続し、インピーダンス素子3を全波整流回路2の入力或いは出力側に、調光器14を全波整流回路2の入力側に挿入することで、LED照明装置が構成されている。
As shown in the circuit block diagram of FIG. 1, the
全波整流回路2は、商用電源1からの交流電圧を入力として、当該交流電圧を全波整流した直流電圧を出力する。商用電源1は、交流電源であり、例えば日本の場合交流100V、欧州等では交流240V程度の商用電源である。全波整流回路2は、例えば、4つのダイオードを組み合わせて構成されるダイオードブリッジである。
The full-
第1の平滑容量4と第2の平滑容量5は、直列に接続されている。そして、当該第1及び第2の平滑容量の直列回路の両端は、夫々、全波整流回路2の一対の出力端に各別に電気的に接続されている。これにより、商用電源1からの交流電圧は、全波整流回路2によって整流され脈流となり、平滑容量4,5の直列容量により平滑される。第1の平滑容量4と第2の平滑容量5を介して、平滑された脈流電圧がトランス10の1次側コイル及び第1のスイッチング素子9に印加され、電流が流れる。
The
ここで、第1の平滑容量4は容量が例えば数μFから数十μFで、耐圧は400V程度の電解コンデンサ或いはフィルムコンデンサが好ましい。一方、第2の平滑容量5は、容量が例えば第1の平滑容量の10倍程度以上で、耐圧が25V程度のチップコンデンサ或いは電解コンデンサを利用できる。25V程度の低耐圧でよいため、部品サイズは小さいものを利用できる。このため、従来技術と比較して第2の平滑容量5の追加による実装面積および容積の増加は無視できる。また、第1及び第2の平滑容量4,5の直列容量は数μF程度となる。
Here, the
第2の平滑容量5の両端には、ダイオード6と第3の平滑容量7の直列回路が、第2の平滑容量5に対して並列に接続されている。ダイオード6は、第2の平滑容量5の両端に発生する電圧を整流するためのダイオードであり、第3の平滑容量7は、容量が数μFから数十μFで、耐圧は25V程度のチップコンデンサ或いは電界コンデンサが好ましい。25V程度の低耐圧でよいため、部品サイズは小さいものを利用できる。
A series circuit of a
ダイオード6と第3の平滑容量7の直列回路が、整流平滑回路11を構成する。当該整流平滑回路11は、第1の平滑容量4と第2の平滑容量5の接続点の電圧を整流し、平滑し、第1の平滑容量4と第2の平滑容量5の接続点を介して制御回路8に第1のスイッチング素子9のスイッチング制御のための動作電圧を供給する役割を有している。即ち、第1及び第2の平滑容量と併せて、第1〜第3の平滑容量4,5,7及びダイオード6が、制御回路8に電源電圧を供給する内部電源回路としての役割を有している。
A series circuit of the
制御回路8は、第1のスイッチング素子9のオン及びオフを制御するための制御回路であり、オン/オフの周波数は例えば数十kHzから百数十kHzである。制御回路8は第1のスイッチング素子9をスイッチングするための信号を出力し、第1のスイッチング素子9は当該信号を受けオン/オフを繰り返す。第1のスイッチング素子9のオン期間およびオフ期間を制御することにより、負荷13に流れる電流および電圧が制御される。
The
第1のスイッチング素子9は、例えばパワーMOSFETで構成され、制御回路8からの制御信号に基づきオン及びオフが制御されることによって、負荷13に流れる電流および電圧を制御する。
The
トランス10は、一次側コイルと、当該コイルと誘導結合する二次側コイルとからなる。トランス10の1次側コイルには第1のスイッチング素子9によりスイッチング制御された脈流が印加されると、トランス10の2次側コイルに、トランスの巻き線の巻き数比に比例した交流電圧が発生する。当該交流電圧は整流平滑回路12で整流され平滑化されて負荷13に印加される。
The
整流平滑回路(負荷用の整流平滑回路)12は、トランス10の交流出力電圧を整流し平滑し、負荷13に直流電圧を供給するための回路であり、例えば、ダイオードとコンデンサとチョークコイルで構成される。
A rectifying / smoothing circuit (a rectifying / smoothing circuit for a load) 12 is a circuit for rectifying and smoothing the AC output voltage of the
負荷13は、本実施形態では、照明用のLEDユニットであり、一または複数のLED発光素子が、夫々、直列または並列に、或いは、直並列に接続されている。
In the present embodiment, the
調光器14は、商用電源1からの交流電圧を位相制御し、図20(A)に示される電圧波形に変換して、全波整流回路2に出力する。交流電圧がカットされる位相角に応じて、全波整流回路の出力電圧が調整され、結果、負荷13であるLEDに供給される直流電圧が調整され、LEDの明るさが調整される。
The dimmer 14 performs phase control on the AC voltage from the
インピーダンス素子3は、第1及び第2の平滑容量4,5と直列に接続し、調光器14を安定に動作させるためのスナバ回路を構成する。インピーダンス素子3は、10Ωから200Ω程度の抵抗やインダクタ等で構成されることが好ましい。上述の通り、第1及び第2の平滑容量の直列容量値が数μF程度となっていることから、スナバ回路の時定数は数十μsec以上となる。一方、調光器内部のローパスフィルタの時定数は数nsec程度であり、背景技術で述べた如く、ローパスフィルタの共振を抑える条件を満たしているため、調光器の動作が安定する。
The
本発明装置101では、全波整流回路2の脈流出力電圧がスイッチングされ、トランス10、整流平滑回路12を介して負荷13に供給される一方で、当該全波整流回路2からの脈流出力電圧は第1の平滑容量4と第2の平滑容量5によって分圧される。分圧された電圧は一部交流成分を含み、整流平滑回路11のダイオード6で整流され第3の平滑容量7で平滑されて、制御回路8の電源端子に印加される。
In the
ここで、第1の平滑容量4と第2の平滑容量5の容量値は夫々、数μFと数十μF程度とすることで、第2の平滑容量5の両端の電圧は入力電圧の1/10程度とすることができ、制御回路の電源電圧として印加することが可能となる。従って、高耐圧のレギュレータ等を用いることなく、第1〜第3の平滑容量4,5,7とダイオード6を用いて制御回路8用の内部電源回路を構成することができる。
Here, the capacitance values of the
更に、第1及び第2の平滑容量4,5は、調光器14の共振を抑えるスナバ回路に共用することができるため、本発明装置101を用いて小型で高効率のLED照明装置を実現できる。
Furthermore, since the first and
尚、本実施形態では、図1に示されるように、インピーダンス素子3を、第1の平滑容量4と第2の平滑容量5との直列回路と全波整流回路2の出力端との間に接続しているが、図2に示されるように、全波整流回路2の入力端側に接続しても構わない。図2にインピーダンス素子3を全波整流回路2の入力端側に接続したスイッチング電源装置102(本発明装置102)及びLED照明装置の回路ブロック図の一例を示す。スナバ回路としての効果は、本発明装置101と本発明装置102の間で何ら変わるところはない。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the
〈第2実施形態〉
本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置103(以降、適宜「本発明装置103」と称す)及びLED照明装置の構成例を図3に示す。本発明装置103は、第1実施形態のスイッチング電源装置において、入力端が第2の平滑容量5の両端と各別に接続し、出力端が整流平滑回路11と各別に接続する倍電圧整流回路15を、更に備えてなる。
Second Embodiment
FIG. 3 shows a configuration example of a switching power supply device 103 (hereinafter, appropriately referred to as “
倍電圧整流回路15は、第2の平滑容量5に分圧される電圧を昇圧して整流平滑回路11に出力する。これにより、商用電源1の電圧が低下した場合、或いは、調光器14の出力電圧が低い場合であっても高い電圧を制御回路8に供給できることから、商用電源1の電圧が更に低い電圧領域まで制御回路8を安定に動作させ、LED照明を点灯させることが可能になる。
The voltage
尚、本実施形態では、インピーダンス素子3を、第1の平滑容量4と第2の平滑容量5との直列回路と全波整流回路2の出力端との間に接続しているが、第1実施形態における図2と同様、全波整流回路2の入力端側に接続しても構わない。図4にインピーダンス素子3を全波整流回路2の入力端側に接続したスイッチング電源装置104(本発明装置104)及びLED照明装置の回路ブロック図の例を示す。
In the present embodiment, the
倍電圧整流回路15の回路構成例を図5に示す。図5に示されるように、倍電圧整流回路15は、1乃至複数段の2つのコンデンサと2つのダイオードからなる組で構成され、ダイオードとコンデンサの段数を増加することにより、高い出力電圧が得られる。
A circuit configuration example of the voltage
以下に、図5を参照して、倍電圧整流回路15の動作について詳細に説明する。
The operation of the voltage
第2の平滑容量5の両端のノードa,bの間に脈流電圧が印加され、第1の平滑容量4と第2の平滑容量5の接続ノードaの電位が低い状態VLから高い状態VHに変化すると、ダイオードD1とコンデンサC1を経由する電流が流れ、コンデンサC1が充電され、コンデンサC1にはダイオードD1のカソードと接続する側(ノードc)をプラスとする電圧が印加される。また、ノードcの電位は、ノードaの電位VHとほぼ等しくなる。このとき、コンデンサC2には電荷が貯えられていない状態であるとする。
Node a at both ends of
その後、接続ノードaの電位が高い状態VHから低い状態VL(ここでは、0Vとする)に変化すると、コンデンサC1のノードcの電位がコンデンサC2のダイオードD2のカソードと接続する側(ノードd)の電位よりも高くなるため、コンデンサC1に貯えられていた電荷の一部がダイオードD2を介してコンデンサC2に移動する。即ち、コンデンサC1は放電され、コンデンサC2は充電される。そして、コンデンサC1から出た電流はダイオードD2、コンデンサC2、第2の平滑容量5に流れる。この結果、コンデンサC1とC2の容量が等しいとした場合、コンデンサC1に貯えられていた電荷の半分がコンデンサC2に移動し、コンデンサC2の両端の電圧(=VC2)はC1の両端の電圧の1/2、即ちVH/2となる。
Thereafter, when the potential of the connection node a changes from the high state V H to the low state V L (here, 0 V), the potential at the node c of the capacitor C1 is connected to the cathode of the diode D2 of the capacitor C2 (node Since it becomes higher than the potential of d), a part of the electric charge stored in the capacitor C1 moves to the capacitor C2 through the diode D2. That is, the capacitor C1 is discharged and the capacitor C2 is charged. The current output from the capacitor C1 flows to the diode D2, the capacitor C2, and the
その後、接続ノードaの電位が再度、低い状態VLから高い状態VHに変化すると、コンデンサC2のノードdの電位は、ノードaの電位にコンデンサC2の両端の電位を加算した電位になる。即ち、VH+VC2(=3VH/2)に昇圧された電圧が得られる。このとき、コンデンサC1は再び充電され、コンデンサC1の両端の電圧は再びVHに上昇している。 Thereafter, when the potential of the connection node a again changes from the low state VL to the high state VH , the potential of the node d of the capacitor C2 becomes a potential obtained by adding the potentials of both ends of the capacitor C2 to the potential of the node a. That is, a voltage boosted to V H + V C2 (= 3V H / 2) is obtained. At this time, the capacitor C1 is charged again, the voltage across the capacitor C1 has risen again to V H.
その後、接続ノードaの電位が再度、高い状態VHから低い状態VLに変化すると、コンデンサC1のノードcの電位(=VH)がコンデンサC2のノードdの電位(=VL+VC2)よりも高い場合、コンデンサC1に貯えられていた電荷の一部がダイオードD2を介してコンデンサC2に移動する。これにより、コンデンサC2は更に充電される。そして、コンデンサC1から出た電流はダイオードD2、コンデンサC2、第2の平滑容量5に流れる。
Thereafter, when the potential of the connection node a again changes from the high state V H to the low state V L , the potential of the node c of the capacitor C1 (= V H ) becomes the potential of the node d of the capacitor C2 (= V L + V C2 ). Is higher, a part of the electric charge stored in the capacitor C1 moves to the capacitor C2 via the diode D2. As a result, the capacitor C2 is further charged. The current output from the capacitor C1 flows to the diode D2, the capacitor C2, and the
上記のように、コンデンサC1の充放電とコンデンサC2の充電が繰り返されることにより、コンデンサC2の両端の電圧は、コンデンサC2のノードdの電位(=VL+VC2)がコンデンサC1のノードcの電位(=VH)を超えない限り、上昇する。この結果、コンデンサC2には、両端電圧VC2=VH−VLに相当する電荷が貯えられ、VH−VLだけ昇圧された電圧を出力することができる。 As described above, the charging and discharging of the capacitor C1 and the charging of the capacitor C2 are repeated, so that the voltage at both ends of the capacitor C2 is equal to the potential of the node d of the capacitor C2 (= V L + V C2 ). As long as the potential (= V H ) is not exceeded, it rises. As a result, the charge corresponding to the voltage V C2 = V H −V L is stored in the capacitor C2, and a voltage boosted by V H −V L can be output.
尚、コンデンサC2の両端には、逆流防止用のダイオードD1,D2が挿入されているため、コンデンサC2の両端の電圧がダイオードD1とD2の閾値電圧の和を超えない限り、コンデンサC2に貯えられた電荷が自発放電することはない。 Since the backflow prevention diodes D1 and D2 are inserted at both ends of the capacitor C2, the voltage at both ends of the capacitor C2 is stored in the capacitor C2 as long as it does not exceed the sum of the threshold voltages of the diodes D1 and D2. The electric charge does not spontaneously discharge.
更に、上記のコンデンサC1とC2、及びダイオードD1とD2からなる回路を複数段カスケード接続することにより、より高い出力電圧を得ることができる。 Furthermore, a higher output voltage can be obtained by cascading a plurality of stages of the capacitors C1 and C2 and the diodes D1 and D2.
〈第3実施形態〉
本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置105(以降、適宜「本発明装置105」と称す)及びLED照明装置の構成例を図6に示す。本発明装置105は、第1実施形態のスイッチング電源装置101において、調光器14から電源回路に流れ込む電流を監視するための電圧比較器16、及び、当該電流が規定値以下となった場合に電流値を確保するために電源内部で電流を流すための第2のインピーダンス素子17と第2のスイッチング素子18を更に備えることで、調光器14をより安定に動作させるようにしたものである。
<Third Embodiment>
FIG. 6 shows a configuration example of a switching power supply device 105 (hereinafter, appropriately referred to as “
電圧比較器16は、好ましくはコンパレータであり、入力電圧を参照電圧と比較し、参照電圧を基準とした入力電圧が所定の基準電圧より高くなる場合に“High”レベルを出力する。ここでは、電圧比較器16は、インピーダンス素子3と第2の平滑容量5の接続点の電位を参照電圧として、全波整流回路2の出力端とインピーダンス素子3の接続点の電位を入力電圧として、参照電圧を基準とした入力電圧を求め、増幅する。図6では、インピーダンス素子3の第2の平滑容量5と接続する一方端側から、全波整流回路2のマイナス側出力端と接続する他方端へと電流が流れるため、上記参照電圧を基準とした入力電圧は、負の値をとる。
The
第2のインピーダンス素子17は、例えば、1kΩから100kΩ程度の抵抗で構成される。第2のスイッチング素子18は、例えばパワーMOSFETで構成される。尚、第2のインピーダンス素子17、第2のスイッチング素子18、及び、制御回路8は、同一の集積回路IC23内に搭載されていることが好ましい。
The
調光器14の出力電圧が低くなると、本発明装置105のインピーダンス素子3に流れ込む電流が少なくなるため、上述の電圧比較器16の参照電圧に対して入力電圧が上昇する。これにより、電圧比較器16の出力が“High”レベルとなり、第2のスイッチング素子18がオンとなって、全波整流回路2の一方端から、第2のインピーダンス素子17、第2のスイッチング素子18、そして、インピーダンス素子3を通って全波整流回路2の他方端へと電流が流れるため、調光器14に電流を流すことができる。このため、上述の如く、調光器内部のTRIACへのトリガ信号を生成するための電流を確保することが可能になる。
When the output voltage of the dimmer 14 decreases, the current flowing into the
更に、本発明装置105において、インピーダンス素子3は、電源回路に流れる電流量を検出する役割を有しているとともに、第1及び第2の平滑容量4,5と直列に接続して、調光器14の共振を抑えるスナバ回路を構成するためのインピーダンス素子と共用されている。
Further, in the
更に、本発明装置105において、上述の図3に示す本発明装置103と同様、倍電圧整流回路15を、第1の平滑容量4と第2の平滑容量5との直列回路と整流平滑回路11との間に接続したスイッチング電源装置106(本発明装置106)の一例を図7に示す。
Further, in the
〈第4実施形態〉
上記第1乃至第3実施形態では、本発明のスイッチング電源装置について、トランス10を備えた絶縁型の構成を例として説明したが、非絶縁型の構成も可能である。本発明の一実施形態に係るスイッチング電源装置107(以降、適宜「本発明装置107」と称す)及びLED照明装置の構成例を図8に示す。本発明装置107は、本発明装置101のトランス10と整流平滑回路12に代えて、コイル19と、還流ダイオード20を備えてなる。
<Fourth embodiment>
In the first to third embodiments, the switching power supply device according to the present invention has been described by taking the insulating configuration including the
コイル19は、第1の平滑容量4および第2の平滑容量5により平滑された高電圧を降圧するためものであり、チョークコイルを用いることができる。
The
還流ダイオード20は、第1のスイッチング素子9がオフのときに、コイル19の一方端から他方端に流れる電流を負荷13を介してコイル19の一方端に還流させるためのものであり、コイル19に溜まったエネルギーを電流として取り出す役割を有している。
The freewheeling
他の全波整流回路2、インピーダンス素子3、内部電源回路を構成する第1の平滑容量4、第2の平滑容量5、ダイオード6、及び、第3の平滑容量7、並びに、制御回路8、第1のスイッチング素子9、整流平滑回路11、負荷13、及び、調光器14の構成および内部電源回路の動作については、上述の図1に示す本発明装置101と同様であるので説明を割愛する。
Other full-
商用電源1からの交流電圧は、全波整流回路2によって整流され脈流となり、平滑容量4,5の直列容量により平滑される。そして、第1のスイッチング素子9がオンになると、第1の平滑容量4と第2の平滑容量5を介して、平滑された脈流電圧がコイル19及び第1のスイッチング素子9に印加され、コイル19の自己インダクタンスの影響により、徐々に増加する電流が負荷13に供給される。
The AC voltage from the
一方、第1のスイッチング素子9がオフになると、商用電源1からの電力供給は絶たれるものの、コイル19の自己インダクタンスの影響によりコイル19の電流は流れ続け、コイル19の一方端から、還流ダイオード20を介してコイル19の他方端へ流れ込む還流電流が流れる。このため、負荷13に供給される電流は徐々に減少してゆく。
On the other hand, when the
再び第1のスイッチング素子9がオンになると、徐々に増加する電流が負荷13に供給され、結果、負荷13に供給される電流量は三角波状の時間変化を示す。
When the
上記本発明装置107も、高耐圧のレギュレータ等を用いることなく、第1〜第3の平滑容量4,5,7とダイオード6を用いて制御回路8用の内部電源回路を構成することができ、小型で高効率のスイッチング電源が実現されている。また、第1及び第2の平滑容量は、調光器14の共振を抑えるスナバ回路に共用することができるため、上記本発明装置106を用いて小型で高効率のLED照明装置を実現できる。
The
更に、本実施形態では、トランスが不要であり、トランスよりも小さなチョークコイルを用いてスイッチング電源装置を構成できるため、更に小型化が可能となる。 Furthermore, in this embodiment, a transformer is not required, and the switching power supply device can be configured using a choke coil smaller than the transformer. Therefore, the size can be further reduced.
図9に示すスイッチング電源装置108(本発明装置108)は、本発明装置107において、上述の図2に示す本発明装置102と同様、インピーダンス素子3を全波整流回路2の入力端側に接続した一例である。
The switching power supply device 108 (the
また、図10に示すスイッチング電源装置109(本発明装置109)は、本発明装置107において、上述の図3に示す本発明装置103と同様、倍電圧整流回路15を、第1の平滑容量4との第2の平滑容量5の直列回路と整流平滑回路11との間に接続した一例である。
Further, the switching power supply device 109 (present invention device 109) shown in FIG. 10 is similar to the
また、図11に示すスイッチング電源装置110(本発明装置110)は、倍電圧整流回路15を接続した本発明装置109において、上述の図4に示す本発明装置104と同様、インピーダンス素子3を全波整流回路2の入力端側に接続した一例である。
Further, the switching power supply device 110 (present device 110) shown in FIG. 11 is the same as the
更に、図12に示すスイッチング電源装置111(本発明装置111)は、倍電圧整流回路15を備える本発明装置109において、更に、図7に示される、電圧比較器16、及び、調光器13内部のTRIACへのトリガ信号を生成するための電流を確保するための第2のインピーダンス素子17と第2のスイッチング素子18の直列回路を、全波整流回路2の両端に電気的に接続した一例である。
Further, the switching power supply device 111 (the
更に、上記本発明装置107〜111は、降圧型の非絶縁型スイッチング電源装置の構成例であるが、昇圧型の構成も可能である。
Further, the
図13に示すスイッチング電源装置112(以降、「本発明装置112」と称す)は、還流ダイオード20の一方端がコイル19と直接接続し、他方端が負荷13を介してコイル19と接続して、コイル19、還流ダイオード20、そして負荷13からなる電流の還流路が形成されている点で図8の本発明装置107と共通であるが、負荷13との接続の仕方が異なっている。即ち、本発明装置107では、負荷13の一方端は必ずコイル19を介して全波整流回路2の出力端の何れか一方と電気的に接続するのに対し、本発明装置112では、負荷13の両端はコイルを介さず全波整流回路2の出力端の両方と電気的に各別に接続する。一方で、本発明装置112では、負荷13の一方端は必ず還流ダイオード20を介して全波整流回路2の出力端の何れか一方と電気的に接続している。
In the switching
本発明装置112では、商用電源1からの交流電圧は、全波整流回路2によって整流され脈流となり、平滑容量4と5との直列容量により平滑される。そして、第1のスイッチング素子9がオンからオフにスイッチングされると、コイル19の自己インダクタンスの影響により、コイル19の一方端から、還流ダイオード20を介してコイル19の他方端へ流れ込む還流電流が流れる。このとき、コイル19と還流ダイオード20のアノードとの接続点の電位は、コイル19に生じる誘導起電力により、平滑容量4と5との直列容量により平滑された脈流電圧よりも昇圧される。
In the
これにより、昇圧された電圧を負荷13に供給することが可能になるため、商用電源1の電圧が低い場合であってもLEDを点灯させることが可能になる。
As a result, the boosted voltage can be supplied to the
図14に示すスイッチング電源装置113(本発明装置113)は、本発明装置112において、上述の図2に示す本発明装置102並びに図9に示す本発明装置108と同様、インピーダンス素子3を全波整流回路2の入力端側に接続した一例である。
The switching power supply device 113 (present invention device 113) shown in FIG. 14 is the same as the
また、図15に示すスイッチング電源装置114(本発明装置114)は、本発明装置112において、上述の図3に示す本発明装置103並びに図10に示す本発明装置109と同様、倍電圧整流回路15を、第1の平滑容量4との第2の平滑容量5の直列回路と整流平滑回路11との間に接続した一例である。
Further, the switching power supply device 114 (present device 114) shown in FIG. 15 is the same as the
更に、図16に示すスイッチング電源装置115(本発明装置115)は、倍電圧整流回路15を備える本発明装置114において、更に、図7或いは図12に示される、電圧比較器16、及び、調光器13内部のTRIACへのトリガ信号を生成するための電流を確保するための第2のインピーダンス素子17と第2のスイッチング素子18の直列回路を、全波整流回路2の両端に電気的に接続した一例である。
Further, the switching power supply device 115 (the
更に別の非絶縁型で昇圧型のスイッチング電源装置の構成例を図17に示す。図17に示すスイッチング電源装置116(本発明装置116)では、第1のスイッチング素子9がオンからオフにスイッチングされると、コイル19に流れる電流は、第2のダイオード21(及び負荷13)を経由して全波整流回路2の出力端へ流れ込む。このとき、コイル19とダイオード21のアノードとの接続点の電圧は、コイル19に生じる誘導起電力により昇圧される。
Further, FIG. 17 shows a configuration example of another non-insulated step-up switching power supply device. In the switching power supply device 116 (present invention device 116) shown in FIG. 17, when the
以上、本発明装置101〜116を例として本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは本発明の好適な実施形態の一例である。本発明の実施形態はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形実施が可能である。
As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail by taking the
〈別実施形態〉
以下に、別実施形態について説明する。
<Another embodiment>
Another embodiment will be described below.
〈1〉上記実施形態では、全波整流回路2の出力端の接続先に関して、全波整流回路2のプラス側の出力端が第1の平滑容量4と電気的に接続し、全波整流回路2のマイナス側の出力端が第2の平滑容量5と電気的に接続している。言い換えると、第2の平滑容量5の第1の平滑容量4と接続しない一方端の電位が、第2の平滑容量5と第1の平滑容量4との接続点の電位よりも低くなっている。そして、全波整流回路2のマイナス側出力電圧を基準とする電圧を制御回路8の電源電圧として供給する構成である。しかしながら逆に、全波整流回路2のプラス側出力電圧を基準とする電圧を制御回路8の電源電圧として供給する構成としても構わない。図18に示すスイッチング電源装置117は、図6に示すスイッチング電源装置105において、全波整流回路2のプラス側出力電圧を基準とする電圧を制御回路8の電源電圧として供給する構成である。
<1> In the above embodiment, with respect to the connection destination of the output end of the full-
この構成では、第2の平滑容量5の第1の平滑容量4と接続しない一方端の電位は、第2の平滑容量5と第1の平滑容量4との接続点の電位よりも高くなる。そして、インピーダンス素子3に流れる電流は、全波整流回路2のプラス出力端と接続する一方端から、インピーダンス素子3の第2の平滑容量5と接続する他方端側へ流れる。このため、インピーダンス素子3に流れる電流量が減少すると、全波整流回路2の出力端とインピーダンス素子3の接続点の電位(電圧比較器16の入力電圧)は、インピーダンス素子3の第2の平滑容量5の接続点の電位(電圧比較器16の参照電圧)を基準として低下することになる。従って、電圧比較器16は、入力電圧を参照電圧と比較するが、当該参照電圧を基準とした入力電圧が所定の基準電圧より低くなると第2のスイッチング素子18がオンとなるように、第2のスイッチング素子18への制御信号を出力する。これにより、調光器13内部のTRIACへのトリガ信号を生成するための電流を確保することが可能になり、調光器13を安定に動作させることができる。
In this configuration, the potential at one end of the
〈2〉上記第3実施形態では、インピーダンス素子3は、電源回路に流れる電流量を検出する役割を有しているとともに、第1及び第2の平滑容量と直列に接続して、調光器14の共振を抑えるスナバ回路を構成するためのインピーダンス素子としても機能している。しかしながら、電流検出用のインピーダンス素子と、スナバ回路形成用のインピーダンス素子とを、別個に備えていても構わない。上述の通り、スナバ回路形成用のインピーダンス素子は、第1の平滑容量4と第2の平滑容量5との直列回路と全波整流回路2の出力端との間、或いは、全波整流回路2の入力端の何れか一方のどちらに接続されていてもよい。一方、電流検出用のインピーダンス素子は、第2の平滑容量5と全波整流回路2の出力端の間に接続されている必要がある。また、調光器13は、全波整流回路2の入力端のうち、どちらに接続されていてもよい。
<2> In the third embodiment, the
〈3〉上記実施形態では、本発明のスイッチング電源装置の構成例として、負荷としてLEDを接続した場合を詳細に説明しているが、本発明のスイッチング電源装置に接続可能な負荷はLEDに限られるものではない。 <3> In the above embodiment, a case where an LED is connected as a load is described in detail as a configuration example of the switching power supply device of the present invention, but the load that can be connected to the switching power supply device of the present invention is limited to the LED. It is not something that can be done.
本発明は、小型で高効率が要求される商用電源を用いた製品に利用可能であり、特に、電球型LED照明やアダプタに本発明の電源を用いることによって、製品の小型化、高効率化が可能となる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a product using a commercial power supply that is small and requires high efficiency. In particular, by using the power supply of the present invention for a bulb-type LED lighting or an adapter, the product can be reduced in size and efficiency. Is possible.
1: 商用電源(交流電源)
2: 全波整流回路
3,17,39: インピーダンス素子
4,5,7,31: 平滑容量
6,21: ダイオード
8,35: 制御回路
9,18: スイッチング素子
10: トランス
11: 内部電源用の整流平滑回路
12: 負荷用の整流平滑回路
13: 負荷
14: 調光器
15: 倍電圧整流回路
16: 電圧比較器
19: コイル
20: 還流ダイオード
23: 集積回路
32: 抵抗
33,38: LEDユニット
33a,38a: LED
34: インバータ回路
34a: MOSFET
36: 直流カットコンデンサ
37: インダクタ
101〜117: 本発明に係るスイッチング電源装置
1: Commercial power supply (AC power supply)
2: full
34:
36: DC cut capacitor 37: Inductors 101-117: Switching power supply according to the present invention
Claims (8)
トランスと、
前記トランスの一次側コイルに直列に接続して、前記全波整流回路の一対の出力端の一方端から他方端へ前記一次側コイルを経由して流れる直流電流をスイッチングする第1のスイッチング素子と、
前記第1のスイッチング素子のオンオフを制御する制御回路と、
前記制御回路に供給する電源電圧を生成する内部電源回路と、
一対の入力端が前記トランスの二次側コイルと接続し、一対の出力端が負荷と接続する負荷用整流平滑回路と、を備え、
前記内部電源回路は、
第1の平滑容量と、
第2の平滑容量と、
制御回路用整流平滑回路と、を備え、
前記第1の平滑容量と前記第2の平滑容量の直列回路の両端が、前記一次側コイルと前記第1のスイッチング素子の直列回路の両端と各別に接続し、且つ、前記全波整流回路の前記一対の出力端と直接またはインピーダンス素子を介して各別に接続し、
前記内部電源用整流平滑回路は、第3の平滑容量とダイオードの直列回路を備え、前記第1の平滑容量と前記第2の平滑容量の接続点の電圧を整流平滑した電圧を前記制御回路に前記電源電圧として供給することを特徴とするスイッチング電源装置。 A full-wave rectifier circuit;
A transformer,
A first switching element connected in series to a primary coil of the transformer and configured to switch a direct current flowing through the primary coil from one end of the pair of output ends of the full-wave rectifier circuit to the other end; ,
A control circuit for controlling on / off of the first switching element;
An internal power supply circuit for generating a power supply voltage to be supplied to the control circuit;
A pair of input ends connected to the secondary coil of the transformer, and a pair of output ends connected to a load, a load rectifying and smoothing circuit,
The internal power circuit is
A first smoothing capacity;
A second smoothing capacity;
A rectifying / smoothing circuit for the control circuit,
Both ends of the series circuit of the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor are separately connected to both ends of the series circuit of the primary coil and the first switching element, and the full-wave rectifier circuit Connect to each of the pair of output terminals directly or via an impedance element,
The internal power supply rectifying and smoothing circuit includes a series circuit of a third smoothing capacitor and a diode, and a voltage obtained by rectifying and smoothing a voltage at a connection point between the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor is supplied to the control circuit. A switching power supply device characterized by being supplied as the power supply voltage.
コイルと、
前記コイルに直列に接続して、前記全波整流回路の一対の出力端の一方端から他方端へ前記コイルを経由して流れる直流電流をスイッチングする第1のスイッチング素子と、
前記第1のスイッチング素子のオンオフを制御する制御回路と、
前記制御回路に供給する電源電圧を生成する内部電源回路と、を備え、
前記内部電源回路は、
第1の平滑容量と、
第2の平滑容量と、
制御回路用整流平滑回路と、を備え、
前記第1の平滑容量と前記第2の平滑容量の直列回路の一方端が前記コイルと直接または負荷を介して接続し、他方端が前記第1のスイッチング素子と直接接続し、且つ、両端が前記全波整流回路の前記一対の出力端と直接またはインピーダンス素子を介して各別に接続し、
前記内部電源用整流平滑回路は、第3の平滑容量とダイオードの直列回路を備え、前記第1の平滑容量と前記第2の平滑容量の接続点の電圧を整流平滑した電圧を前記制御回路に前記電源電圧として供給し、
一方端が前記コイルの一方端と直接、他方端が前記コイルの他方端と負荷を介して接続する還流ダイオードを備えることを特徴とするスイッチング電源装置。 A full-wave rectifier circuit;
Coils,
A first switching element connected in series to the coil to switch a direct current flowing through the coil from one end of the pair of output ends of the full-wave rectifier circuit to the other end;
A control circuit for controlling on / off of the first switching element;
An internal power supply circuit for generating a power supply voltage to be supplied to the control circuit,
The internal power circuit is
A first smoothing capacity;
A second smoothing capacity;
A rectifying / smoothing circuit for the control circuit,
One end of a series circuit of the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor is connected to the coil directly or via a load, the other end is directly connected to the first switching element, and both ends are Connect to the pair of output terminals of the full-wave rectifier circuit either directly or via an impedance element,
The internal power supply rectifying and smoothing circuit includes a series circuit of a third smoothing capacitor and a diode, and a voltage obtained by rectifying and smoothing a voltage at a connection point between the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor is supplied to the control circuit. Supply as the power supply voltage,
A switching power supply comprising a free-wheeling diode having one end connected directly to one end of the coil and the other end connected to the other end of the coil via a load.
コイルと、
前記コイルに直列に接続して、前記全波整流回路の一対の出力端の一方端から他方端へ前記コイルを経由して流れる直流電流をスイッチングする第1のスイッチング素子と、
前記第1のスイッチング素子のオンオフを制御する制御回路と、
前記制御回路に供給する電源電圧を生成する内部電源回路と、を備え、
前記内部電源回路は、
第1の平滑容量と、
第2の平滑容量と、
制御回路用整流平滑回路と、を備え、
前記第1の平滑容量と前記第2の平滑容量の直列回路の一方端が前記コイルと直接接続し、他方端が前記第1のスイッチング素子と直接接続し、且つ、両端が前記全波整流回路の前記一対の出力端と直接またはインピーダンス素子を介して各別に接続し、
前記内部電源用整流平滑回路は、第3の平滑容量とダイオードの直列回路を備え、前記第1の平滑容量と前記第2の平滑容量の接続点の電圧を整流平滑した電圧を前記制御回路に前記電源電圧として供給し、
一方端が前記第1のスイッチの一方端と直接、他方端が前記第1のスイッチング素子の他方端と負荷を介して接続する第2のダイオードを備えることを特徴とするスイッチング電源装置。 A full-wave rectifier circuit;
Coils,
A first switching element connected in series to the coil to switch a direct current flowing through the coil from one end of the pair of output ends of the full-wave rectifier circuit to the other end;
A control circuit for controlling on / off of the first switching element;
An internal power supply circuit for generating a power supply voltage to be supplied to the control circuit,
The internal power circuit is
A first smoothing capacity;
A second smoothing capacity;
A rectifying / smoothing circuit for the control circuit,
One end of a series circuit of the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor is directly connected to the coil, the other end is directly connected to the first switching element, and both ends are the full-wave rectifier circuit. Connected to each of the pair of output terminals directly or via an impedance element,
The rectifying / smoothing circuit for internal power supply includes a series circuit of a third smoothing capacitor and a diode, and a voltage obtained by rectifying and smoothing a voltage at a connection point between the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor is supplied to the control circuit. Supply as the power supply voltage,
A switching power supply comprising a second diode having one end connected directly to one end of the first switch and the other end connected to the other end of the first switching element via a load.
一対の入力端が前記第2の平滑容量の両端と各別に接続し、
一対の出力端が前記内部電源用整流平滑回路の一対の入力端と各別に接続する倍電圧整流回路を備えることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載のスイッチング電源装置。 The internal power circuit is
A pair of input ends connected separately to both ends of the second smoothing capacitor;
4. The switching power supply device according to claim 1, further comprising a voltage doubler rectifier circuit in which a pair of output terminals are separately connected to a pair of input terminals of the internal power supply rectifying and smoothing circuit. 5.
前記負荷としてのLEDと、
前記LEDの明るさを制御するための調光器と、
第1のインピーダンス素子と、を備え、
前記調光器の一端が、前記全波整流回路の一対の入力端の何れかと直接または前記第1のインピーダンス素子を介して接続し、
前記全波整流回路の前記一対の入力端の何れか一方が前記第1のインピーダンス素子と直接接続するか、又は、前記第1の平滑容量と前記第2の平滑容量との直列回路の一方端が前記全波整流回路の前記一対の出力端の何れか一方と前記第1のインピーダンス素子を介して接続することを特徴とするLED照明装置。 The switching power supply device according to any one of claims 1 to 4,
An LED as the load;
A dimmer for controlling the brightness of the LED;
A first impedance element;
One end of the dimmer is connected to one of a pair of input ends of the full-wave rectifier circuit directly or via the first impedance element,
Either one of the pair of input terminals of the full-wave rectifier circuit is directly connected to the first impedance element, or one terminal of a series circuit of the first smoothing capacitor and the second smoothing capacitor Is connected to either one of the pair of output ends of the full-wave rectifier circuit via the first impedance element.
第2のスイッチング素子と、
第2のインピーダンス素子と、
一方端が前記第2の平滑容量の前記第1の平滑容量と接続しない一方端と接続し、他方端が前記全波整流回路の前記一対の出力端のうち前記第1の平滑容量と接続しない出力端と接続する第3のインピーダンス素子と、
前記第3のインピーダンス素子の両端の電圧を比較する電圧比較器と、を備え、
前記第2のスイッチング素子と前記第2のインピーダンス素子の直列回路の両端が、前記全波整流回路の前記一対の出力端の夫々と、各別に接続し、
前記第2の平滑容量の前記一方端の電位が前記第2の平滑容量と前記第1の平滑容量との接続点の電位よりも低い場合、前記第3のインピーダンス素子の前記一方端の電位を基準とする前記第3のインピーダンス素子の前記他方端の電位が所定の基準電圧よりも高いと前記第2のスイッチング素子がオンし、低いと前記第2のスイッチング素子がオフし、
前記第2の平滑容量の前記一方端の電位が前記第2の平滑容量と前記第1の平滑容量との接続点の電位よりも高い場合、前記第3のインピーダンス素子の前記一方端の電位を基準とする前記第3のインピーダンス素子の前記他方端の電位が所定の基準電圧よりも低いと前記第2のスイッチング素子がオンし、高いと前記第2のスイッチング素子がオフすることを特徴とする請求項5または6に記載のLED照明装置。 The switching power supply device
A second switching element;
A second impedance element;
One end is connected to one end of the second smoothing capacitor not connected to the first smoothing capacitor, and the other end is not connected to the first smoothing capacitor of the pair of output ends of the full-wave rectifier circuit. A third impedance element connected to the output end;
A voltage comparator for comparing voltages across the third impedance element,
Both ends of the series circuit of the second switching element and the second impedance element are connected to each of the pair of output ends of the full-wave rectifier circuit,
When the potential at the one end of the second smoothing capacitor is lower than the potential at the connection point between the second smoothing capacitor and the first smoothing capacitor, the potential at the one end of the third impedance element is When the potential at the other end of the third impedance element as a reference is higher than a predetermined reference voltage, the second switching element is turned on, and when the potential is lower, the second switching element is turned off.
When the potential at the one end of the second smoothing capacitor is higher than the potential at the connection point between the second smoothing capacitor and the first smoothing capacitor, the potential at the one end of the third impedance element is The second switching element is turned on when the potential at the other end of the third impedance element as a reference is lower than a predetermined reference voltage, and the second switching element is turned off when the potential is higher. The LED lighting device according to claim 5 or 6.
The LED lighting device according to claim 7, wherein the third impedance element is shared with the first impedance element.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010168221A JP2012029526A (en) | 2010-07-27 | 2010-07-27 | Switching power supply device and led lighting device |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2010168221A JP2012029526A (en) | 2010-07-27 | 2010-07-27 | Switching power supply device and led lighting device |
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JP2016021824A (en) * | 2014-07-15 | 2016-02-04 | ダイキン工業株式会社 | Power supply |
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- 2010-07-27 JP JP2010168221A patent/JP2012029526A/en not_active Withdrawn
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