JP2013030417A - Light emitting element lighting device and illumination apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光ダイオード等の発光素子を点灯させる発光素子点灯装置及びそれを用いた照明器具に関する。 The present invention relates to a light emitting element lighting device for lighting a light emitting element such as a light emitting diode, and a lighting fixture using the same.
近年、発光ダイオードを光源としたLED照明器具が提供されており、例えば特許文献1に開示されているようなものがある。この特許文献1に記載のLED照明器具は、発光ダイオードを含むLED発光部と、LED発光部に発光ダイオードを点灯させる電流を供給する点灯回路部とを器具本体に内蔵するもので、点灯回路部は、スイッチング電源回路部とフィルタ回路部とから成る。スイッチング電源回路部は、非絶縁型の降圧チョッパ回路であり、パワースイッチング素子を兼ねた制御回路(例えば、松下電器産業株式会社製造のMIP552)によりスイッチング制御される。このLED照明器具では、周囲温度が変化した場合、低温から高温になれば発光ダイオードに流れる電流を増加させ、光出力を上げるように制御を行うことで、光出力を略一定にしている。
In recent years, LED lighting fixtures using light emitting diodes as light sources have been provided, for example, as disclosed in
ところで、上記従来例のスイッチング電源回路部の入力端には、全波整流器にて全波整流された電圧を平滑化する入力コンデンサが接続されている。この入力コンデンサの容量値が小さい場合、LED発光部に流れる負荷電流のリプル成分が大きくなり、例えばビデオカメラ等で撮像する際に、シャッタースピードが商用電源の電源周波数に同期する場合を除いて、画面上にチラツキが生じる虞がある。このリプル成分は、スイッチング電源回路部の出力端に接続される出力コンデンサの容量値を大きくすることで低減できるが、電源電圧のゼロクロス時に生じる負荷電流の谷部を埋めるためには、非常に大きな電解コンデンサを必要とする。 By the way, an input capacitor for smoothing the voltage that has been full-wave rectified by the full-wave rectifier is connected to the input terminal of the switching power supply circuit portion of the conventional example. When the capacitance value of this input capacitor is small, the ripple component of the load current flowing through the LED light emitting unit is large.For example, when imaging with a video camera or the like, except when the shutter speed is synchronized with the power frequency of the commercial power supply, There is a risk of flickering on the screen. This ripple component can be reduced by increasing the capacitance value of the output capacitor connected to the output terminal of the switching power supply circuit, but it is very large to fill the valley of the load current that occurs at the time of zero crossing of the power supply voltage. Requires an electrolytic capacitor.
上記の問題点の改善策として、入力コンデンサに電解コンデンサを採用することで入力コンデンサの容量値を大きくする方法がある。入力コンデンサによる平滑電圧が、電源電圧のゼロクロス時においても一定以上の大きさを保持できれば、スイッチング電源回路部の後段に接続される定電流回路により、常に一定の負荷電流を流すことができる。すなわち、入力コンデンサの容量値を大きくすることで、出力コンデンサの容量値をそれほど大きくしなくとも負荷電流のリプル成分を取り除くことができる。しかしながら、この場合には、所謂コンデンサインプット型平滑回路となるため、入力電流(入力コンデンサへの充電電流)の導通角が狭くなり、力率が0.6以下と悪く、高調波歪みも大きくなるという問題がある。 As a remedy for the above problems, there is a method of increasing the capacitance value of the input capacitor by employing an electrolytic capacitor as the input capacitor. If the smoothing voltage by the input capacitor can maintain a certain level or more even at the time of zero crossing of the power supply voltage, a constant load current can always flow through the constant current circuit connected to the subsequent stage of the switching power supply circuit unit. That is, by increasing the capacitance value of the input capacitor, the ripple component of the load current can be removed without increasing the capacitance value of the output capacitor so much. However, in this case, since it becomes a so-called capacitor input type smoothing circuit, the conduction angle of the input current (charging current to the input capacitor) is narrowed, the power factor is as bad as 0.6 or less, and the harmonic distortion also increases. There is a problem.
ここで、スイッチング電源回路部の出力電流(負荷電流)のリプル成分の低減、及び力率の改善を同時に実現するためには、定電流回路の前段に力率改善回路(PFC)回路を設ける、所謂2コンバータ方式を採用することが一般的である。しかしながら、この場合には、高周波スイッチング回路である力率改善回路を追加することで、ノイズが増大するだけでなく、回路が複雑となるという問題があった。 Here, in order to simultaneously reduce the ripple component of the output current (load current) of the switching power supply circuit unit and improve the power factor, a power factor correction circuit (PFC) circuit is provided in the previous stage of the constant current circuit. It is common to employ a so-called two-converter system. However, in this case, there is a problem that adding a power factor correction circuit, which is a high-frequency switching circuit, not only increases noise but also complicates the circuit.
そこで、入力コンデンサの代わりに、全波整流器の出力する脈流電圧の低電圧期間を部分平滑する部分平滑回路を平滑部として設けることで、負荷電流のリプル成分の低減、及び力率の改善を図る構成が例えば特許文献2,3に開示されている。この構成であれば、部分平滑回路の出力電圧が低電圧期間においても一定以上の大きさとなるので、後段に接続される定電流回路により常に一定の負荷電流を流すことができ、負荷電流のリプル成分を取り除くことができる。また、コンデンサインプット型平滑回路を採用する場合と比較して、力率を改善することができる。
Therefore, instead of the input capacitor, a partial smoothing circuit that partially smoothes the low voltage period of the pulsating voltage output from the full-wave rectifier is provided as a smoothing unit, thereby reducing the ripple component of the load current and improving the power factor. A configuration to be achieved is disclosed in, for example,
しかしながら、上記のように部分平滑回路を採用した場合には、部分平滑回路を構成するコンデンサに急峻な充電電流が流れることで、部分平滑回路の入力電流のピーク値が高くなるという問題があった。この場合、耐電流性能の大きい部品を用いる必要があるため、電線を太くしたり、スイッチやブレーカの容量を大きくしたりする必要があり、コストの増大や装置の大型化を招くという問題が生じてしまう。 However, when the partial smoothing circuit is employed as described above, there is a problem that the peak value of the input current of the partial smoothing circuit increases due to a steep charging current flowing through the capacitor constituting the partial smoothing circuit. . In this case, since it is necessary to use parts with high current resistance performance, it is necessary to increase the thickness of the wires and the capacity of the switch and breaker, resulting in a problem of increasing costs and increasing the size of the device. End up.
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、部分平滑回路から成る平滑部の入力電流のピーク値を低減することのできる発光素子点灯装置及びそれを用いた照明器具を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and provides a light-emitting element lighting device capable of reducing a peak value of an input current of a smoothing portion including a partial smoothing circuit and a lighting fixture using the same. With the goal.
本発明の発光素子点灯装置は、外部電源の出力する交流電圧を整流する整流部と、前記整流部の出力する脈流電圧を平滑する平滑部と、スイッチング素子を有し且つ前記スイッチング素子のオン/オフを切り替えることで前記平滑部の出力電圧を所定の直流電圧に変換して出力する電源部と、前記スイッチング素子のオン/オフを制御する制御部とを備え、前記平滑部は、前記整流部の出力する脈流電圧の低電圧期間を部分平滑する部分平滑回路から成り、前記電源部は、1乃至複数の発光素子から成る光源部に点灯電力を供給し、前記平滑部の入力端にインダクタ素子が接続されることを特徴とする。 The light-emitting element lighting device of the present invention includes a rectifying unit that rectifies an AC voltage output from an external power source, a smoothing unit that smoothes a pulsating voltage output from the rectifying unit, a switching element, and the switching element is turned on. A power supply unit that converts the output voltage of the smoothing unit into a predetermined DC voltage and outputs the voltage by switching on / off, and a control unit that controls on / off of the switching element, and the smoothing unit includes the rectifier Comprising a partial smoothing circuit that partially smoothes the low voltage period of the pulsating voltage output by the unit, wherein the power supply unit supplies lighting power to a light source unit comprising one or more light emitting elements, and is connected to an input terminal of the smoothing unit. An inductor element is connected.
この発光素子点灯装置において、前記インダクタンス素子は、前記整流部と前記平滑部との間における高圧側のライン又は低圧側のラインの何れかに挿入されることが好ましい。 In this light-emitting element lighting device, it is preferable that the inductance element is inserted into either a high-voltage side line or a low-voltage side line between the rectifying unit and the smoothing unit.
この発光素子点灯装置において、前記制御部は、前記平滑部の出力電圧の低下に伴って前記スイッチング素子のスイッチング周波数を低くするように制御することが好ましい。 In this light-emitting element lighting device, it is preferable that the control unit performs control so that the switching frequency of the switching element is lowered as the output voltage of the smoothing unit decreases.
この発光素子点灯装置において、前記電源部は、昇降圧チョッパ回路から成ることが好ましい。 In this light emitting element lighting device, it is preferable that the power supply unit is composed of a step-up / down chopper circuit.
この発光素子点灯装置において、前記電源部は、降圧チョッパ回路から成ることが好ましい。 In this light emitting element lighting device, it is preferable that the power supply unit is composed of a step-down chopper circuit.
この発光素子点灯装置において、前記発光素子は、有機エレクトロルミネセンス素子又は発光ダイオードの何れかであることが好ましい。 In the light emitting element lighting device, the light emitting element is preferably either an organic electroluminescent element or a light emitting diode.
本発明の照明器具は、上記何れかの発光素子点灯装置と、前記発光素子点灯装置を保持する器具本体とを備えることを特徴とする。 The lighting fixture of this invention is equipped with one of the said light emitting element lighting devices, and the fixture main body holding the said light emitting element lighting device, It is characterized by the above-mentioned.
本発明は、部分平滑回路から成る平滑部の入力電流のピーク値を低減することができるという効果を奏する。 The present invention has the effect of reducing the peak value of the input current of the smoothing section formed of the partial smoothing circuit.
(実施形態1)
以下、本発明に係る発光素子点灯装置の実施形態1について図面を用いて説明する。本実施形態は、図1に示すように、商用電源(外部電源)AC1の交流電圧を整流する整流部1と、整流部1の出力電圧を平滑する平滑部2と、複数の発光素子を直列に接続して成る光源部4に点灯電力を供給する電源部3とを備える。本実施形態では、発光素子として有機エレクトロルミネセンス素子(有機EL素子)40を用いているが、発光ダイオード41(図6参照)等の他の発光素子であってもよい。なお、本実施形態では、商用電源AC1の電源電圧は100Vである。
(Embodiment 1)
Hereinafter,
整流部1は、ダイオードブリッジから成る全波整流回路であって、商用電源AC1からの交流電圧を整流して脈流電圧を出力する。なお、商用電源AC1と整流部1との間には、ヒューズF1と、サージ保護素子Z1、及び高調波を除去するためのコンデンサC1が接続されている。また、整流部1の出力端には、後述するノーマルモードチョークコイルL1(インダクタンス素子)とでLCフィルタを形成するコンデンサC2が接続されている。
The
平滑部2は、整流部1から出力される脈流電圧の低電圧期間を部分平滑する部分平滑回路であって、略等しい容量を有するコンデンサC3,C4と、抵抗R1と、ダイオードD1〜D3とで構成される。コンデンサC3の負極とコンデンサC4の正極との間には、充電電流が流れる方向にダイオードD2及び抵抗R1が接続されている。コンデンサC3の負極とコンデンサC4の負極との間には、コンデンサC3の放電電流が流れる方向にダイオードD1が接続されている。また、コンデンサC3の正極とコンデンサC4の正極との間には、コンデンサC4の放電電流が流れる方向にダイオードD3が接続されている。この平滑部2により、整流部1から出力される脈流電圧は、その低電圧期間のみが部分的に平滑される(図2(a)参照)。この低電圧期間を、以下では「谷部」と呼び、それ以外の期間を「山部」と呼ぶものとする。
The
電源部3は、平滑部2の出力電圧を所定の直流電圧に降圧して出力する降圧チョッパ回路から成り、インダクタL2、ダイオードD4、コンデンサC5、電界効果トランジスタ(FET)から成るスイッチング素子Q1、及び制御回路30(制御部)を備える。本実施形態では、スイッチング素子Q1を接地のライン側に設置しているため、安定したスイッチング制御を行うことができる。
The
制御回路30は、スイッチング素子Q1のオン/オフを制御する駆動用ICであって、本実施形態ではHV9910(Supertex社製)を用いている。このHV9910は、スイッチング素子Q1のオフ期間を一定期間に制御するconstant off-timeモードを有している。スイッチング素子Q1には、スイッチング素子Q1のドレイン電流を検出する検出抵抗R2が直列に接続されている。なお、本実施形態では、スイッチング素子Q1と制御回路30とを別体に設けているが、制御回路30をスイッチング素子Q1を内蔵した駆動用ICで構成してもよい。
The
以下、本実施形態の電源部3の動作について説明する。なお、本実施形態では、光源部4の消費電力が5〜25W、スイッチング素子Q1のスイッチング周波数は数十〜数百kHzである。先ず、制御回路30によりスイッチング素子Q1がオンに切り替えられると、光源部4→インダクタL2→スイッチング素子Q1→検出抵抗R2→グラウンドの経路で電流が流れる。このとき、インダクタL2を流れる電流(スイッチング素子Q1のドレイン電流)は、電源部3の入力電圧(平滑部2の出力電圧)の高低に基づいて上昇速度が変化する。すなわち、平滑部2の出力電圧が低い場合(例えば、谷部)では、インダクタL2を流れる電流の上昇速度は遅くなり、平滑部2の出力電圧が高い場合(例えば、山部)では、インダクタL2を流れる電流の上昇速度は速くなる。
Hereinafter, the operation of the
インダクタL2を流れる電流が上昇すると、検出抵抗R2の両端電圧も上昇し、この両端電圧が制御回路30で予め設定された閾値電圧を上回ると、制御回路30はスイッチング素子Q1をオフに切り替える。スイッチング素子Q1がオフに切り替えられると、インダクタL2→ダイオードD4→光源部4の閉ループで電流が流れ、インダクタL2を流れる電流は徐々に減少する。制御回路30は、スイッチング素子Q1をオフに切り替えてから予め設定された一定時間が経過すると、再びスイッチング素子Q1をオンに切り替える。
When the current flowing through the inductor L2 rises, the voltage across the detection resistor R2 also rises. When the voltage across the resistor exceeds a threshold voltage preset by the
このように、制御回路30は、スイッチング素子Q1をオンからオフに切り替えるタイミングをPeak-Currentモードで制御し、スイッチング素子Q1をオフからオンに切り替えるタイミングをconstant off-timeモードで制御する。以下、上記の動作を繰り返すことで、制御回路30はスイッチング素子Q1を電流連続モードで制御する。これにより、電源部3の出力電圧が一定となるように制御され、光源部4を流れる負荷電流も一定となるように制御される(図2(b)参照)。
As described above, the
上述のように、本実施形態では、平滑部2の出力電圧の谷部においても一定以上の電圧を確保できるため、電源部3において一定電流を常に出力することが可能となる。このため、電源部3の出力電流、すなわち負荷電流に重畳するリプル成分を低減することができる。また、本実施形態では、平滑部2を部分平滑回路で構成しているので、コンデンサインプット型平滑回路と比較して、入力電流の導通角が狭くなるのを抑えることができ、力率を0.85以上に改善することが可能である。更に、部分平滑回路を用いることで力率の低下を抑えることができるため、従来のように力率改善回路を用いる必要もなく、回路構成が複雑化することもない。
As described above, in the present embodiment, a voltage higher than a certain level can be secured even in the valley of the output voltage of the smoothing
ここで、図3(a)に示すように、平滑部2の入力電流には、整流部1の出力する脈流電圧の低電圧期間において入力電流が増大することに起因するピーク(同図の矢印(1),(3)参照)が生じる。また、平滑部2の入力電流には、部分平滑回路の各コンデンサC3,C4に急峻な充電電流が流れることによるピーク(同図の矢印(2)参照)が生じる。この入力電流波形の端部のピーク(同図の矢印(1)参照)は、位相角0〜70度付近で出現し、入力電流波形の中央部付近のピーク(同図の矢印(2)参照)は、位相角60〜90度付近で出現する。本実施形態では、整流部1の出力端と平滑部2の入力端との間における高圧側のラインに、ノーマルモードチョークコイルL1を挿入している。このノーマルモードチョークコイルL1とコンデンサC2とで形成されるLCフィルタにより、部分平滑回路を構成するコンデンサC3,C4が充電する際に生じる平滑部2の入力電流のピーク値を低減させることができる。すなわち、ノーマルモードチョークコイルL1を挿入することで、図3(b)に示すように、部分平滑回路の各コンデンサC3,C4に急峻な充電電流が流れるのを抑えることができ、入力電流のピーク値(同図の矢印(2)参照)を低減することができる。
Here, as shown in FIG. 3A, the input current of the smoothing
したがって、例えば本実施形態を複数使用する場合に、耐電流性能の大きい部品を用いる必要がないので、電線の太さを細くしたり、スイッチやブレーカの容量を小さくしたりすることが可能である。また、平滑部2の入力電流の中央部付近のピーク値を下げることで、入力電流波形が全体として傾斜が緩やかになり、ノイズの低減や回路を構成する部品へのストレスを低減する効果も得ることができる。更に、本実施形態ではノーマルモードチョークコイルL1を用いていることから、コモンモードチョークコイルを用いる場合と比較して、小さいサイズであってもノーマルモードのインダクタ成分を大きくすることができる。したがって、本実施形態では、効果的に平滑部2の入力電流のピーク値の低減、及びノイズの低減を図ることができる。
Therefore, for example, when a plurality of the present embodiments are used, it is not necessary to use a component having a large current resistance performance. Therefore, it is possible to reduce the thickness of the electric wire or reduce the capacity of the switch or the breaker. . Further, by lowering the peak value in the vicinity of the center of the input current of the smoothing
ところで、スイッチング素子Q1のオン期間は、スイッチング素子Q1をオンに切り替えてからインダクタL2を流れる電流が制御回路30で設定されたピーク値に達するまでの期間に相当する。そして、上述のように、インダクタL2を流れる電流は、平滑部2の出力電圧の高低に基づいて上昇速度が変化するため、スイッチング素子Q1のオン期間は、平滑部2の出力電圧の高低に基づいて変化する(図4(a)〜(c)参照)。本実施形態では、制御回路30のconstant off-timeモードでの制御によりスイッチング素子Q1のオフ期間が一定である。したがって、スイッチング素子Q1のオン期間が変動することで、スイッチング素子Q1のスイッチング周波数は一定とならずに拡散する。そして、スイッチング周波数は、平滑部2の出力電圧の谷部において最も周波数が低くなる。
By the way, the ON period of the switching element Q1 corresponds to a period from when the switching element Q1 is switched on until the current flowing through the inductor L2 reaches the peak value set by the
上述のように、本実施形態では、平滑部2の出力電圧の高低に基づいてスイッチング周波数を変化させることでスイッチング周波数を拡散させているので、スイッチング素子Q1のスイッチング制御に伴うノイズを低減することができる。なお、平滑部2をコンデンサインプット型平滑回路で構成する場合には、平滑部2の出力電圧が一定電圧に平滑されてしまうため、スイッチング周波数を拡散させることができない。したがって、本実施形態のように、出力電圧が変動する部分平滑回路で平滑部2を構成するのが望ましい。
As described above, in this embodiment, since the switching frequency is diffused by changing the switching frequency based on the level of the output voltage of the smoothing
特に、本実施形態では、制御回路30は、平滑部2の出力電圧の低下に伴って、スイッチング素子Q1のスイッチング周波数を低くするように制御している。これにより、1周期に亘ってスイッチング素子Q1を一定の高周波で動作させる場合と比較して、低周波で動作させる期間が存在する場合では、全体としてノイズを低減することができ、スイッチング損失も低減することができる。このように、本実施形態では、負荷電流のリプル成分の低減、力率の改善、ノイズの低減を簡単な回路構成で実現することができる。
In particular, in the present embodiment, the
ここで、光源部4を構成する発光素子である有機EL素子40や発光ダイオード41の光出力は、素子に流れる負荷電流に比例する。このため、負荷電流に重畳するリプル成分が大きくなれば、それがそのまま光出力にチラツキが生じる要因となる。したがって、負荷電流のリプル成分を低減する本実施形態は、発光素子が有機EL素子40や発光ダイオード41の場合により効果を発揮する。特に、有機EL素子40は面光源であることから高い容量成分を有しており、リプル成分が大きいと充放電電流が大きくなって損失が増大する虞がある。このため、本実施形態は、発光素子が有機EL素子40であればより効果を発揮することができる。
Here, the light output of the
なお、制御回路30として、例えばHV9961(Supertex社製)を採用し、上記のPeak-Currentモードの代わりに、Average-Currentモードによりスイッチング素子Q1のオンからオフへ切り替えるタイミングを制御してもよい。すなわち、このHV9961では、検出抵抗R2を流れるスイッチング素子Q1のドレイン電流の平均値が予め設定された閾値電流を上回るとスイッチング素子Q1をオフに切り替えるように制御する。このAverage-Currentモードで制御する場合、電源部3の出力電流のばらつきをより抑えることができる。
For example, HV9961 (manufactured by Supertex) may be adopted as the
また、制御回路30としては、L6562A(STMicroelectronics社製)を採用してもよい。但し、この駆動用ICは、スイッチング素子Q1のオフ期間を一定に制御する機能(constant off-timeモード)を有していないため、スイッチング素子Q1のオフ期間を一定に制御するための回路を別途設ける必要がある。詳しくは、STMicroelectronics社のApplication NoteのAN2928(http://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITERATURE/APPLICATION_NOTE/CD00222928.pdf)を参照されたい。
Further, as the
勿論、平滑部2の入力電流のピーク値の低減する効果を発揮させるだけであるならば、制御回路30において上記のようにスイッチング素子Q1のスイッチング周波数を変動させる制御を行わずに、スイッチング周波数が一定となるように制御してもよい。
Of course, if only the effect of reducing the peak value of the input current of the smoothing
(実施形態2)
以下、本発明に係る発光素子点灯装置の実施形態2について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態1と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図5(a)に示すように、インダクタL2を流れる電流、すなわち負荷電流の検出用のインダクタL2の2次巻線L20を設け、図5(b)〜(d)に示すように、制御回路30がスイッチング素子Q1を電流臨界モードで制御することに特徴がある。なお、本実施形態では、商用電源AC1と整流部1との間には、サージ保護素子Z1の代わりにラインフィルタLF1を設けている。
(Embodiment 2)
Hereinafter,
以下、本実施形態の電源部3の動作について説明する。先ず、制御回路30によりスイッチング素子Q1がオンに切り替えられると、光源部4→インダクタL2→スイッチング素子Q1→検出抵抗R2→グラウンドの経路で電流が流れる。このとき、インダクタL2を流れる電流は、平滑部2の出力電圧の高低に基づいて上昇速度が変化する。すなわち、平滑部2の出力電圧が低い場合(例えば、谷部)では、インダクタL2を流れる電流の上昇速度は遅くなり、平滑部2の出力電圧が高い場合(例えば、山部)では、インダクタL2を流れる電流の上昇速度は速くなる。
Hereinafter, the operation of the
インダクタL2を流れる電流が上昇すると、検出抵抗R2の両端電圧も上昇し、この両端電圧が制御回路30で予め設定された閾値電圧を上回ると、制御回路30はスイッチング素子Q1をオフに切り替える。スイッチング素子Q1がオフに切り替えられると、インダクタL2→ダイオードD4→光源部4の閉ループで電流が流れ、インダクタL2を流れる電流は徐々に減少する。制御回路30は、インダクタL2の2次巻線L20に誘起される電圧によりインダクタL2を流れる電流を検出し、当該電流がゼロになるのを検出すると、再びスイッチング素子Q1をオンに切り替える。
When the current flowing through the inductor L2 rises, the voltage across the detection resistor R2 also rises. When the voltage across the resistor exceeds a threshold voltage preset by the
このように、制御回路30は、スイッチング素子Q1をオンからオフに切り替えるタイミングをPeak-Currentモードで制御し、スイッチング素子Q1をオフからオンに切り替えるタイミングをインダクタL2を流れる電流のゼロクロスを検出することで制御する。以下、上記の動作を繰り返すことで、制御回路30はスイッチング素子Q1を電流臨界モードで制御する。これにより、電源部3の出力電圧が一定となるように制御され、光源部4を流れる負荷電流も一定となるように制御される。
In this way, the
ここで、スイッチング素子Q1のオン期間は、スイッチング素子Q1をオンに切り替えてからインダクタL2を流れる電流が制御回路30で設定されたピーク値に達するまでの期間に相当する。そして、上述のように、インダクタL2を流れる電流は、平滑部2の出力電圧の高低に基づいて上昇速度が変化するため、スイッチング素子Q1のオン期間は、平滑部2の出力電圧の高低に基づいて変化する(図5(b)〜(d)参照)。したがって、スイッチング素子Q1のオン期間が変動することで、スイッチング素子Q1のスイッチング周波数は一定とならずに拡散する。そして、スイッチング周波数は、平滑部2の出力電圧の谷部において最も周波数が低くなる。
Here, the ON period of the switching element Q1 corresponds to a period from when the switching element Q1 is switched on until the current flowing through the inductor L2 reaches the peak value set by the
上述のように、本実施形態では、実施形態1と同様に、平滑部2の出力電圧の高低に基づいてスイッチング周波数を変化させることでスイッチング周波数を拡散させているので、スイッチング素子Q1のスイッチング制御に伴うノイズを低減することができる。また、本実施形態では、制御回路30がスイッチング素子Q1を電流臨界モードで制御しているので、より効果的にノイズの低減を図ることができ、また高効率化を図ることができる。
As described above, in the present embodiment, as in the first embodiment, the switching frequency is diffused by changing the switching frequency based on the level of the output voltage of the smoothing
なお、制御回路30としては、例えばL6562A(STMicroelectronics社製)を採用してもよいし、SSL2108x(NXP Semiconductors社製)を採用してもよい。また、上記のPeak-Currentモードの代わりに、実施形態1と同様に、スイッチング素子Q1がオンからオフに切り替わるタイミングをAverage-Currentモードにより制御してもよい。このAverage-Currentモードで制御する場合、電源部3の出力電流のばらつきをより抑えることができる。
As the
ところで、本実施形態において、インダクタL2の2次巻線L20によりインダクタL2を流れる電流を検出し、当該電流が予め設定された閾値電流を下回ると制御回路30がスイッチング素子Q1をオンに切り替えるように制御してもよい。この場合、制御回路30はスイッチング素子Q1を電流臨界モードではなく電流連続モードで制御することになる。また、本実施形態ではインダクタL2の2次巻線L20によりインダクタL2を流れる電流を検出しているが、他の手段によりインダクタL2を流れる電流を検出してもよい。
By the way, in this embodiment, the current flowing through the inductor L2 is detected by the secondary winding L20 of the inductor L2, and when the current falls below a preset threshold current, the
(実施形態3)
以下、本発明に係る発光素子点灯装置の実施形態3について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態1と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図6に示すように、電源部3を昇降圧チョッパ回路で構成したことに特徴がある。なお、本実施形態では、光源部4の発光素子として発光ダイオード41を採用している。また、本実施形態では、電源部3の出力電圧は60〜80V程度である。
(Embodiment 3)
Hereinafter,
ここで、一般的に、光源部4の消費電力が同じであれば、光源部4に印加される負荷電圧が高いほど回路効率が向上することが知られている。したがって、電源部3の出力電圧を高めて光源部4の負荷電圧を高くすれば回路効率を向上させることができる。しかしながら、実施形態1,2のように電源部3を降圧チョッパ回路で構成した場合には、電源部3の出力電圧が平滑部2の出力電圧の最小値よりも低くなるように制御する必要がある。仮に電源部3の出力電圧が平滑部2の出力電圧よりも高くなる期間が存在すれば、当該期間では平滑部2の出力電圧が昇圧されないため、電源部3の出力電圧に谷部が生じ、負荷電流にも谷部が生じてしまう。
Here, it is generally known that if the power consumption of the
一方、本実施形態では、電源部3を昇降圧チョッパ回路で構成しているので、仮に電源部3の出力電圧が平滑部2の出力電圧よりも高くなる期間が存在したとしても、当該期間において平滑部2の出力電圧が昇圧される。このため、電源部3を降圧チョッパ回路で構成した場合のように負荷電流に谷部が生じる虞がなく、安定した定電流制御を行うことができる。このように、本実施形態では、平滑部2の出力電圧の低電圧期間に依らず電源部3の出力電圧を高めることができるので、より回路効率を向上させることができる。特に、本実施形態は、光源部4の消費電力がある程度高い場合(例えば、5W以上)において効果を発揮する。
On the other hand, in the present embodiment, since the
なお、本実施形態では、ノーマルモードチョークコイルL1を、整流部1の出力端と平滑部2の入力端との間における接地側のラインに挿入している。このように、ノーマルモードチョークコイルL1をスイッチング素子Q1と同じ側のラインに挿入することで、より効果的にノイズの低減を図ることができる。
In the present embodiment, the normal mode choke coil L1 is inserted into the ground-side line between the output end of the rectifying
(実施形態4)
以下、本発明に係る発光素子点灯装置の実施形態4について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態2と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図7に示すように、その基本的な構成は実施形態2と同一であるが、平滑部2の出力電圧の谷部において、平滑部2の出力電圧が時間の経過に伴って低下するように平滑部2の各コンデンサC3,C4の容量を小さくしたことに特徴がある。なお、同図においては、検出抵抗R2及び制御回路30を省略し、且つスイッチング素子Q1を簡略して記載している。
(Embodiment 4)
Hereinafter,
本実施形態の制御回路30は、実施形態1と同様に、スイッチング素子Q1をオンからオフに切り替えるタイミングをPeak-Currentモードで制御し、スイッチング素子Q1をオフからオンに切り替えるタイミングをconstant off-timeモードで制御する。但し、本実施形態では、スイッチング素子Q1のオフ期間を実施形態1よりも長く設定することで、制御回路30は、スイッチング素子Q1を電流不連続モードで制御している(図8(b),(c)参照)。
As in the first embodiment, the
平滑部2の各コンデンサC3,C4は、整流部1の出力する脈流電圧の低電圧期間以外の期間において充電し、低電圧期間では放電する。本実施形態では、平滑部2の各コンデンサC3,C4の容量を小さくすることで、平滑部2の出力電圧の谷部において各コンデンサC3,C4が放電することにより、平滑部2の出力電圧が所定の傾きをもって徐々に低下するようにしている(図8(a)参照)。したがって、本実施形態では、平滑部2の出力電圧の谷部においても出力電圧が変動することでスイッチング素子Q1のオン期間が変動し、実施形態1〜3と比較してスイッチング周波数をより拡散することができる。このため、本実施形態では、より効果的にノイズを低減することができる。
The capacitors C3 and C4 of the smoothing
なお、本実施形態では、図7に示すように、スイッチング素子Q1を高圧側のラインに設置している。これにより、接地側のラインが安定するため、ノイズの低減を図ることができる。また、本実施形態では、ノーマルモードチョークコイルL1を、整流部1の出力端と平滑部2の入力端との間における高圧側のラインに挿入している。このように、ノーマルモードチョークコイルL1をスイッチング素子Q1と同じ側のラインに挿入することで、より効果的にノイズの低減を図ることができる。なお、本実施形態では、整流部2の出力端にコンデンサC2を接続していないが、平滑部2の各コンデンサC3,C4とノーマルモードチョークコイルL1との間でLCフィルタが形成される。
In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the switching element Q1 is installed in the line on the high voltage side. As a result, the ground-side line is stabilized, and noise can be reduced. Further, in the present embodiment, the normal mode choke coil L1 is inserted into the high voltage side line between the output end of the rectifying
ところで、本実施形態では、電源部3を降圧チョッパ回路で構成しているが、実施形態3と同様に昇降圧チョッパ回路で構成してもよい。この場合、図8(a)に示すように、電源部3の出力電圧が平滑部2の出力電圧の最小値(同図の矢印c参照)よりも高くなるように制御すれば、安定した定電流制御を行うことができる。また、電源部3の出力電圧が平滑部2の出力電圧の谷部の電圧値(同図の矢印b参照)よりも高くなるように制御すれば、出力電流のリプル成分を大きく低減することができる。更に、電源部3の出力電圧が平滑部2の出力電圧の谷部よりも大きい電圧値(同図の矢印a参照)となるように制御すれば、回路効率を向上させることができる。
By the way, in this embodiment, although the
以下、本発明に係る照明器具の実施形態について図面を用いて説明する。先ず、光源部4の発光素子として有機EL素子40を用いた照明器具の実施形態について説明する。なお、本実施形態における発光素子点灯装置A1は、上記何れかの実施形態の点灯装置を用いるものとする。
Hereinafter, embodiments of a lighting apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. First, an embodiment of a lighting fixture using an
本実施形態は、図9(a)に示すように、有機EL素子40を発光素子としたパネル型の照明モジュールである複数(図示では4つ)の光源部4と、各光源部4が搭載されるパネル型の器具本体5とで構成される。そして、器具本体5とは別に設置された発光素子点灯装置A1と各光源部4とをケーブル等(図示せず)で電気的に接続することで、発光素子点灯装置A1から各光源部4に点灯電力を供給する。
In this embodiment, as shown in FIG. 9A, a plurality of (four in the figure)
上述のように、本実施形態では、上記何れかの実施形態の発光素子点灯装置A1を用いることで、上記何れかの実施形態と同様の効果を奏することができる。また、本実施形態では、面光源である有機EL素子40を発光素子として用いているので、薄型の照明器具を実現することができ、例えば屋内照明に好適に利用することができる。
As described above, in the present embodiment, by using the light emitting element lighting device A1 of any one of the above embodiments, the same effects as any of the above embodiments can be achieved. Moreover, in this embodiment, since the
次に、光源部4の発光素子として発光ダイオード41を用いた照明器具の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、図9(b)における上下を上下方向と定めるものとする。また、本実施形態における点灯装置A1は、上記何れかの実施形態の点灯装置を用いるものとする。
Next, an embodiment of a lighting fixture using a
本実施形態は、図9(b)に示すように、発光ダイオード41を発光素子とした光源部4と、光源部4を収納する器具本体6とで構成され、器具本体6を天井に埋込配設している。器具本体6は、例えばアルミダイカスト等の金属製であって、下端部が開口した有底円筒状に形成される。器具本体6の内側には、複数(図示では4つ)の発光ダイオード41と、各発光ダイオード41の直列回路が実装された基板42とを備えた光源部4が配設されている。なお、各発光ダイオード41は、器具本体6の下端部から外部空間に光を照射するために、光の照射向きが下向きとなるように配設されている。また、器具本体6の下端部の開口には、各発光ダイオード41からの光を拡散するための光拡散板7が設けられている。
As shown in FIG. 9 (b), the present embodiment is composed of a
基板42の上面には放熱板8が配設されており、各発光ダイオード41が発する熱を放熱板8を介して器具本体6に逃がすようになっている。また、器具本体6内側における光源部4の上側には、発光素子点灯装置A1が配設されており、発光素子点灯装置A1と光源部4との間はリード線9で接続されている。
A
上述のように、本実施形態では、上記何れかの実施形態の発光素子点灯装置A1を用いることで、上記何れかの実施形態と同様の効果を奏することができる。 As described above, in the present embodiment, by using the light emitting element lighting device A1 of any one of the above embodiments, the same effects as any of the above embodiments can be achieved.
1 整流部
2 平滑部
3 電源部
30 制御回路(制御部)
4 光源部
40 有機EL素子(発光素子)
AC1 商用電源(外部電源)
L1 ノーマルモードチョークコイル(インダクタ素子)
Q1 スイッチング素子
DESCRIPTION OF
4
AC1 Commercial power supply (external power supply)
L1 Normal mode choke coil (inductor element)
Q1 switching element
Claims (7)
An illumination fixture comprising: the light-emitting element lighting device according to any one of claims 1 to 6; and a fixture main body that holds the light-emitting element lighting device.
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- 2011-07-29 JP JP2011166946A patent/JP5842130B2/en active Active
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