JP2013125730A - Led power supply device, and illuminating device - Google Patents

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Hiroyuki Kudo
啓之 工藤
Hirokazu Otake
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an LED power supply device capable of suppressing variation in power consumption of an LED load, and to provide an illuminating device having this LED power supply device.SOLUTION: An LED power supply device 1 has: a DC output generation circuit 2 outputting a DC voltage depending on an on-off operation of a switching element Q1; an LED load 3 connected between outputs of the DC output generation circuit 2; and control means 5 performing control so that an output of the DC output generation circuit 2 satisfies a control formula by on-off controlling the switching element Q1 depending on a total value of a detection voltage value of a load voltage of the LED load 3 and a detection current value of a load current of the LED load 3. The control formula is represented as output voltage=-a*output current+constant. Here, a is set to a value larger than a value obtained by dividing the load voltage of the LED load 3 in full lighting by a double of the load current.

Description

本発明の実施形態は、LED負荷を調光信号に応じて点灯するLED電源装置およびこのLED電源装置を具備する照明装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to an LED power supply device that lights an LED load in response to a dimming signal, and an illumination device that includes the LED power supply device.

LED負荷の電源として、スイッチング手段を用いた直流の電源装置が多く用いられている。その電源装置には、外部からの調光信号に応じてLED負荷の光量を調整する調光機能を有するものもある。   As a power source for an LED load, a direct current power source device using a switching means is often used. Some of the power supply devices have a dimming function for adjusting the light amount of the LED load in accordance with an external dimming signal.

本出願人は、LED負荷の調光深度の浅い領域から深い領域までの広い調光範囲において、安定した調光制御を実現できる電源装置を提案した(特許文献1参照。)。この特許文献1の電源装置は、LED負荷の電圧−電流特性と交差する特性を有し、その交差点がLED負荷の動作点となるように設けられる出力インピーダンスを有する。そして、電源装置は、LED負荷の個体差や温度特性によるばらつきに対して、LED負荷に流れる電流のばらつきを抑制することができて、LED負荷の光出力のばらつきを抑制できるという利点を有している。   The present applicant has proposed a power supply device capable of realizing stable dimming control in a wide dimming range from a shallow region to a deep region of the LED load (see Patent Document 1). The power supply device of Patent Document 1 has a characteristic that intersects the voltage-current characteristic of the LED load, and has an output impedance provided so that the intersection is an operating point of the LED load. And a power supply device has the advantage that it can suppress the dispersion | variation in the electric current which flows into LED load with respect to the dispersion | variation by the individual difference and temperature characteristic of LED load, and can suppress the dispersion | variation in the light output of LED load. ing.

特開2009−231147号公報(第5−6頁、第4図)Japanese Patent Laying-Open No. 2009-231147 (page 5-6, FIG. 4)

LED負荷のばらつきが大きい場合を考慮すると、出力インピーダンスの負荷特性の設定によっては、LED負荷の電圧−電流特性との交差角度が小さくなることがあり、特に調光深度の浅い領域で当該交差角度が小さくなり、この場合、LED負荷の個体差などによるばらつきに対するLED負荷の消費電力のばらつきが大きくなることがある。   Considering the case where the variation of the LED load is large, depending on the setting of the load characteristic of the output impedance, the crossing angle with the voltage-current characteristic of the LED load may be small, especially in the region where the dimming depth is shallow. In this case, the variation in the power consumption of the LED load with respect to the variation due to individual differences in the LED load may increase.

本実施形態は、LED負荷の消費電力のばらつきを抑制できるLED電源装置およびこのLED電源装置を具備する照明装置を提供することを目的とする。   An object of the present embodiment is to provide an LED power supply device that can suppress variation in power consumption of an LED load and an illumination device including the LED power supply device.

本実施形態のLED電源装置は、直流出力生成回路、LED負荷および制御手段を有して構成される。   The LED power supply device according to the present embodiment includes a DC output generation circuit, an LED load, and control means.

直流出力生成回路は、制御手段によりオンオフ制御されるスイッチング素子を備えている。そして、スイッチング素子のオンオフ動作に応じた直流電圧を出力するように形成されている。LED負荷は、直流出力生成回路の出力間に接続される。   The direct current output generation circuit includes a switching element that is on / off controlled by a control unit. And it forms so that the DC voltage according to the ON / OFF operation | movement of a switching element may be output. The LED load is connected between the outputs of the DC output generation circuit.

制御手段は、LED負荷に印加される負荷電圧の検出電圧値およびLED負荷に流れる負荷電流の検出電流値の合計値に応じて直流出力生成回路のスイッチング素子をオンオフ制御することにより、直流出力生成回路の出力が下記の式1を満足するように制御する。   The control means controls on / off of the switching element of the DC output generation circuit according to the total value of the detected voltage value of the load voltage applied to the LED load and the detected current value of the load current flowing through the LED load, thereby generating the DC output. The output of the circuit is controlled so as to satisfy the following expression 1.

式1; 出力電圧=−a*出力電流+定数   Formula 1; Output voltage = −a * Output current + Constant

ただし、負荷電圧の検出電圧値が零のときを除くものであり、a>a1*0.5であり、a1は、全光時におけるLED負荷に印加される負荷電圧をLED負荷に流れる負荷電流で除した値である。   However, except when the detection voltage value of the load voltage is zero, a> a1 * 0.5, where a1 is a load current that flows to the LED load as a load voltage applied to the LED load at the time of all light The value divided by.

本発明の実施形態によれば、制御手段は、LED負荷の負荷電圧の検出電圧値および負荷電流の検出電流値の合計値に応じて直流出力生成回路のスイッチング素子をオンオフ制御することにより、直流出力生成回路の出力電圧が−a*出力電流+定数を満足するように制御するので、LED電源装置の電流−電力特性と、LED負荷の電流−電力特性との交差角度が大きくなり、これにより、LED負荷のばらつきに対してLED負荷の負荷電力のばらつきの範囲を抑制できることが期待できる。   According to the embodiment of the present invention, the control unit performs on / off control of the switching element of the DC output generation circuit according to the total value of the detected voltage value of the load voltage of the LED load and the detected current value of the load current, thereby Since the output voltage of the output generation circuit is controlled so as to satisfy −a * output current + constant, the crossing angle between the current-power characteristic of the LED power supply device and the current-power characteristic of the LED load becomes large. It can be expected that the variation range of the load power of the LED load can be suppressed with respect to the variation of the LED load.

本発明の第1の実施形態を示すLED電源装置の回路図である。It is a circuit diagram of the LED power supply device which shows the 1st Embodiment of this invention. 同じく、LED電源装置の電流に対する電圧の変化を示す特性図である。Similarly, it is a characteristic diagram which shows the change of the voltage with respect to the electric current of a LED power supply device. 同じく、LED電源装置の電流に対する電力の変化を示す特性図である。Similarly, it is a characteristic diagram which shows the change of the electric power with respect to the electric current of a LED power supply device. 本発明の第2の実施形態を示す照明装置の概略側断面図である。It is a schematic sectional side view of the illuminating device which shows the 2nd Embodiment of this invention.

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、第1の実施形態について説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the first embodiment will be described.

本実施形態のLED電源装置1は、直流出力生成回路2、LED負荷3、基準値出力回路4および制御手段5を有して構成されている。   The LED power supply device 1 according to this embodiment includes a DC output generation circuit 2, an LED load 3, a reference value output circuit 4, and a control means 5.

直流出力生成回路2は、交流電圧を直流電圧に変換するAC−DC変換回路6および直流電圧を所定の出力電圧に調整するDC−DC変換回路7からなっている。AC−DC変換回路6は、整流器8および平滑用コンデンサC1を有してなり、商用交流電源Vsに整流器8の入力端子が接続され、整流器8の出力端子間に平滑用コンデンサC1が接続されている。平滑用コンデンサC1の両端間に商用交流電源Vsの交流電圧を整流平滑した直流電圧が発生する。   The DC output generation circuit 2 includes an AC-DC conversion circuit 6 that converts an AC voltage into a DC voltage, and a DC-DC conversion circuit 7 that adjusts the DC voltage to a predetermined output voltage. The AC-DC conversion circuit 6 includes a rectifier 8 and a smoothing capacitor C1. The input terminal of the rectifier 8 is connected to the commercial AC power supply Vs, and the smoothing capacitor C1 is connected between the output terminals of the rectifier 8. Yes. A DC voltage obtained by rectifying and smoothing the AC voltage of the commercial AC power supply Vs is generated between both ends of the smoothing capacitor C1.

DC−DC変換回路7は、平滑用コンデンサC1の両端間に接続されたスイッチング素子としての電界効果トランジスタQ1およびダイオードD1の直列回路と、このダイオードD1に並列接続されたインダクタL1およびコンデンサC2の直列回路とを有して形成されている。電界効果トランジスタQ1は、後述の制御回路12によってオンオフ制御されるとともに、そのオン期間が変化される。コンデンサC2の負極側は、アースEに接続されている。   The DC-DC conversion circuit 7 includes a series circuit of a field effect transistor Q1 and a diode D1 as a switching element connected between both ends of a smoothing capacitor C1, and a series of an inductor L1 and a capacitor C2 connected in parallel to the diode D1. And a circuit. The field effect transistor Q1 is on / off controlled by a control circuit 12 to be described later, and its on period is changed. The negative electrode side of the capacitor C2 is connected to the ground E.

コンデンサC2は、電界効果トランジスタQ1がオンしているときに、平滑用コンデンサC1の両端間電圧によって充電され、電界効果トランジスタQ1がオフしているときに、インダクタL1の電磁エネルギーによる電流がインダクタL1、コンデンサC2およびダイオードD1の閉回路内に流れて充電される。そして、コンデンサC2の両端間には、電界効果トランジスタQ1のオンオフ動作に応じた直流電圧が発生する。コンデンサC2の両端間電圧は、直流出力生成回路2の出力電圧となっている。   The capacitor C2 is charged by the voltage across the smoothing capacitor C1 when the field effect transistor Q1 is on, and when the field effect transistor Q1 is off, the current due to the electromagnetic energy of the inductor L1 is the inductor L1. , Flows into the closed circuit of the capacitor C2 and the diode D1, and is charged. A DC voltage corresponding to the on / off operation of the field effect transistor Q1 is generated between both ends of the capacitor C2. The voltage across the capacitor C <b> 2 is the output voltage of the DC output generation circuit 2.

LED負荷3は、直列接続された複数個のLED素子9を有して形成されている。LED素子9は、可視光例えば白色光を放射する既存品からなっている。そして、LED負荷3は、直流出力生成回路2の出力間であるコンデンサC2の両端間に接続されている。LED負荷3には、直流出力生成回路2から出力される直流電圧が印加され、当該直流電圧に応じた電流が流れる。これにより、LED素子9が点灯して可視光が放射される。そして、LED素子9は、直流出力生成回路2から出力される直流電圧に応じて調光点灯される。   The LED load 3 has a plurality of LED elements 9 connected in series. The LED element 9 is an existing product that emits visible light such as white light. The LED load 3 is connected between both ends of the capacitor C2, which is between the outputs of the DC output generation circuit 2. A DC voltage output from the DC output generation circuit 2 is applied to the LED load 3, and a current corresponding to the DC voltage flows. Thereby, the LED element 9 is turned on and visible light is emitted. Then, the LED element 9 is dimmed according to the DC voltage output from the DC output generation circuit 2.

そして、LED負荷3の両端間には、LED負荷3の両端間電圧(負荷電圧)を検出する抵抗R1および抵抗R2の直列回路が接続されている。また、当該直列回路と、コンデンサC2の負極側との間には、LED負荷3に流れる電流(負荷電流)を検出する抵抗R3が接続されている。負荷電流は、抵抗R3により電圧に変換される。   And between the both ends of LED load 3, the series circuit of resistance R1 and resistance R2 which detects the voltage (load voltage) between the both ends of LED load 3 is connected. A resistor R3 for detecting a current (load current) flowing through the LED load 3 is connected between the series circuit and the negative electrode side of the capacitor C2. The load current is converted into a voltage by the resistor R3.

基準値出力回路4は、外部の調光装置10に接続されており、この調光装置10からLED負荷3の調光深度を変化させる調光信号を入力する。調光信号は、例えばPWM制御信号である。すなわち、調光装置10は、PWM制御信号のデューテイ比を変えることで異なる調光深度の調光信号を出力し、ここでは、調光深度k1、k2、…、k7の調光信号を出力するように形成されている。そして、基準値出力回路4は、調光深度k1、k2、…、k7に応じた基準値Vref/kを出力するように形成されている。なお、調光信号は、調光深度を連続的に変化させるものであってもよい。   The reference value output circuit 4 is connected to an external light control device 10 and receives a light control signal for changing the light control depth of the LED load 3 from the light control device 10. The dimming signal is, for example, a PWM control signal. That is, the dimming device 10 outputs dimming signals having different dimming depths by changing the duty ratio of the PWM control signal, and here, dimming signals having dimming depths k1, k2,. It is formed as follows. The reference value output circuit 4 is configured to output a reference value Vref / k corresponding to the light control depths k1, k2,..., K7. The dimming signal may be a signal that continuously changes the dimming depth.

制御手段5は、比較器11および制御回路12を有して構成されている。比較器11は、一方の入力端子が基準値出力回路4に接続され、他方の入力端子が抵抗R1および抵抗R2の中点s1に接続されている。すなわち、比較器11は、一方の入力端子に基準値出力回路4から出力された基準値Vref/kが入力され、他方の入力端子にLED負荷3に印加される負荷電圧の検出電圧値およびLED負荷3に流れる負荷電流の検出電流値の合計値が入力される。そして、比較器11は、前記基準値Vref/kおよび前記合計値の差分を制御回路12に出力する。   The control means 5 includes a comparator 11 and a control circuit 12. The comparator 11 has one input terminal connected to the reference value output circuit 4 and the other input terminal connected to the middle point s1 of the resistor R1 and the resistor R2. That is, in the comparator 11, the reference value Vref / k output from the reference value output circuit 4 is input to one input terminal, and the detected voltage value of the load voltage applied to the LED load 3 and the LED are input to the other input terminal. The total value of the detected current values of the load current flowing through the load 3 is input. Then, the comparator 11 outputs the difference between the reference value Vref / k and the total value to the control circuit 12.

制御回路12は、比較器11から出力される前記差分が零となるように、すなわち前記合計値が前記基準値Vref/kとなるように、直流出力生成回路2の電界効果トランジスタQ1をオンオフ制御するように形成されている。したがって、LED負荷3は、調光装置10から出力された調光信号の調光深度k1、k2、…、k7となるように調光点灯される。   The control circuit 12 controls the field effect transistor Q1 of the DC output generation circuit 2 so that the difference output from the comparator 11 becomes zero, that is, the total value becomes the reference value Vref / k. It is formed to do. Therefore, the LED load 3 is dimmed and lit so that the dimming depths k1, k2,..., K7 of the dimming signal output from the dimming device 10 are obtained.

LED負荷3の検出回路(R1〜R3)および制御回路12は、直流出力生成回路2の出力電圧および出力電流が以下の制御式1を満足するように、電界効果トランジスタQ1をオンオフ制御するように形成されている。当該出力電圧は、LED負荷3に印加される負荷電圧(Vf)となり、当該出力電流は、LED負荷3に流れる負荷電流(If)となるものである。   The detection circuit (R1 to R3) of the LED load 3 and the control circuit 12 perform on / off control of the field effect transistor Q1 so that the output voltage and output current of the DC output generation circuit 2 satisfy the following control expression 1. Is formed. The output voltage is a load voltage (Vf) applied to the LED load 3, and the output current is a load current (If) flowing through the LED load 3.

式1; 出力電圧=−a*出力電流+定数(b)   Equation 1; output voltage = −a * output current + constant (b)

ここで、定数aおよび定数(b)は、以下に設定される。   Here, the constant a and the constant (b) are set as follows.

制御回路12は、LED負荷3に印加される負荷電圧(Vf)の検出電圧値およびLED負荷3に流れる負荷電流(If)の検出電流値の合計値が基準値出力回路4から出力された基準値Vref/kとなるように制御するので、下記の式2〜式4が得られる。なお、電流は、アンペア(A)、電圧は、ボルト(V)、抵抗は、オーム(Ω)で現される。   The control circuit 12 is a reference in which the total value of the detected voltage value of the load voltage (Vf) applied to the LED load 3 and the detected current value of the load current (If) flowing through the LED load 3 is output from the reference value output circuit 4. Since control is performed so as to have the value Vref / k, the following formulas 2 to 4 are obtained. The current is expressed in amperes (A), the voltage is expressed in volts (V), and the resistance is expressed in ohms (Ω).

式2; If*R3+Vf*R2/(R1+R2)=Vref/k   Formula 2; If * R3 + Vf * R2 / (R1 + R2) = Vref / k

式3; If*R3*(R1+R2)/R2+Vf=Vref/k*(R1+R2)/R2   Formula 3; If * R3 * (R1 + R2) / R2 + Vf = Vref / k * (R1 + R2) / R2

式4; Vf=−If*R3*(R1+R2)/R2+Vref/k*(R1+R2)/R2   Formula 4; Vf = −If * R3 * (R1 + R2) / R2 + Vref / k * (R1 + R2) / R2

これにより、定数aは、R3*(R1+R2)/R2に設定され、定数(b)は、Vref/k*(R1+R2)/R2に設定される。   As a result, the constant a is set to R3 * (R1 + R2) / R2, and the constant (b) is set to Vref / k * (R1 + R2) / R2.

そして、本実施形態では、定数aは、LED負荷3の全光時におけるLED負荷3に印加される負荷電圧Vfを、LED負荷3の全光時におけるLED負荷3に流れる負荷電流Ifの2倍で除した値(Vf/(If*2))よりも大きい値となるように、前記抵抗R1〜R3の抵抗値が設定されている。   In the present embodiment, the constant a is twice the load voltage If applied to the LED load 3 when the LED load 3 is in full light, and twice the load current If flowing through the LED load 3 when the LED load 3 is in full light. The resistance values of the resistors R1 to R3 are set so as to be larger than the value divided by (Vf / (If * 2)).

LED電源装置1は、上記式4により、図2に示すように、調光信号の調光深度k1、k2、…、k7に応じて、異なる電流(If)に対する電圧(Vf)特性(If−Vf特性)が得られる。そして、調光深度k1、k2、…、k7に対応するそれぞれのIf−Vf特性は、傾きが前記定数aであり、電圧軸上の接点b1、b2、…、b7が調光深度k1、k2、…、k7に応じて変化される前記定数(b)となっている。   As shown in FIG. 2, the LED power supply device 1 has a voltage (Vf) characteristic (If−) with respect to a different current (If) according to the dimming depths k1, k2,. Vf characteristic) is obtained. Each of the If-Vf characteristics corresponding to the dimming depths k1, k2,..., K7 has a slope of the constant a, and the contacts b1, b2,. The constant (b) is changed according to k7.

そして、調光深度k1、k2、…、k7に対応するそれぞれのIf−Vf特性と、LED負荷3のIf−Vf特性との交点Z1aがLED負荷3の動作点となるものである。また、LED負荷3は、その個体差や温度特性によるばらつきによってIf−Vf特性が変化し、例えば図2中、Lb,Lcに示すように変化し、LED電源装置1のIf−Vf特性との交点が、図2中、Z1b,Z1cで示すように変化する。すなわち、LED負荷3の動作点は、LED負荷3の個体差や温度特性によって、調光深度k1、k2、…、k7に対応するそれぞれのIf−Vf特性上で変化する。   The intersection Z1a between the respective If-Vf characteristics corresponding to the dimming depths k1, k2,..., K7 and the If-Vf characteristics of the LED load 3 is an operating point of the LED load 3. Further, the LED load 3 changes its If-Vf characteristic due to individual differences and variations due to temperature characteristics, for example, changes as indicated by Lb and Lc in FIG. 2, and the If-Vf characteristic of the LED power supply device 1. The intersection changes as indicated by Z1b and Z1c in FIG. That is, the operating point of the LED load 3 changes on the respective If-Vf characteristics corresponding to the dimming depths k1, k2,..., K7 due to individual differences of the LED loads 3 and temperature characteristics.

そして、LED負荷3は、電流が流れて点灯することにより、電力(P)を消費する。電力(P)は、
式5; P=Vf*If
であるので、式1より、
And the LED load 3 consumes electric power (P) when an electric current flows and it lights. Power (P) is
Formula 5; P = Vf * If
Therefore, from Equation 1,

式6; P=−a*If^2+b*If   Formula 6; P = −a * If ^ 2 + b * If

となり、凸形の二次曲線(放物線)で現わせる。これは、LED負荷3を二次曲線の頂点から離れた動作点で動作させるほど、LED負荷3の個体差や温度特性によるばらつきに対する電力変動が大きくなり、二次曲線の頂点近傍で動作させると、LED負荷3のばらつきに対する電力変動が抑えられることを示す。二次曲線の頂点の電流値は、式6を電流で微分して得られる式7の関係となる。
式7; −2a*If+b=0
And appears as a convex quadratic curve (parabola). This is because as the LED load 3 is operated at an operating point farther from the vertex of the quadratic curve, power fluctuations due to individual differences in the LED load 3 and variations due to temperature characteristics increase, and when the LED load 3 is operated near the vertex of the quadratic curve. It shows that the power fluctuation with respect to the variation of the LED load 3 can be suppressed. The current value at the apex of the quadratic curve has the relationship of Equation 7 obtained by differentiating Equation 6 with current.
Formula 7; -2a * If + b = 0

そして、LED負荷3の全光時における負荷電流If1、負荷電圧Vf1で式6の頂点となる条件を式7および式1を用いて求めると、以下のとおりとなる。
式8; −2a*If1+b=0
式9; Vf1=−a*If1+b
And when the conditions which become the vertex of Formula 6 with the load current If1 and load voltage Vf1 at the time of all the lights of LED load 3 are calculated | required using Formula 7 and Formula 1, it will become as follows.
Formula 8; -2a * If1 + b = 0
Formula 9; Vf1 = −a * If1 + b

式10; 2a*If1=a*If1+Vf1
式11; a=Vf1/If1
Formula 10; 2a * If1 = a * If1 + Vf1
Formula 11; a = Vf1 / If1

すなわち、式1において、定数aは、全光時におけるLED負荷3の負荷電圧Vf1を負荷電流If1で除した値に設定される。図3に、Vf1/If1であるときの定数aを定数a1として、LED電源装置1の電流に対する電力の変化の特性を示す。当該電流に対する電力特性は、凸形の二次曲線(放物線)となっている。   That is, in Equation 1, the constant a is set to a value obtained by dividing the load voltage Vf1 of the LED load 3 at the time of all light by the load current If1. FIG. 3 shows the characteristics of the change in power with respect to the current of the LED power supply device 1, with the constant a being Vf1 / If1 as the constant a1. The power characteristic with respect to the current is a convex quadratic curve (parabola).

図3において、LED負荷3は、その電圧(Vf)がばらついて、電流に対する電力の変化が図示のように最大値および最小値の範囲にあるものとする。ここで、定数a1におけるLED電源装置1の電流に対する電力の特性は、その二次曲線の頂点側でLED負荷3の電流に対する電力の特性と交差する。したがって、LED負荷3は、Vf最大値およびVf最小値の範囲でばらついていても、その消費電力が最大値15.4W、最小値15.1Wとなり、ほぼ一定となるものである。すなわち、LED負荷3がばらついていても、LED負荷3の消費電力のばらつきが抑制される。   In FIG. 3, it is assumed that the LED load 3 varies in voltage (Vf), and the change in power with respect to the current is in the range of the maximum value and the minimum value as shown in the figure. Here, the power characteristic with respect to the current of the LED power supply device 1 at the constant a1 intersects the power characteristic with respect to the current of the LED load 3 on the apex side of the quadratic curve. Therefore, even if the LED load 3 varies in the range of the Vf maximum value and the Vf minimum value, the power consumption becomes the maximum value 15.4 W and the minimum value 15.1 W, and is almost constant. That is, even if the LED load 3 varies, the variation in power consumption of the LED load 3 is suppressed.

また、定数aが定数a1の10倍である定数a2であるときのLED電源装置1は、その電流に対する電力の特性が負特性の略直線となっている。LED電源装置1は、LED負荷3のVf最大値およびVf最小値のばらつきに対して、LED負荷3を消費電力17.8Wおよび15.0Wで点灯させる。このLED負荷3の消費電力のばらつきは、センター値(15.4W)に対して、それぞれ+15.6%および−2.6%となっている。定数a2であっても、LED負荷3の消費電力のばらつきがセンター値の16%以内に抑制される。   Further, in the LED power supply device 1 when the constant a is a constant a2 that is 10 times the constant a1, the power characteristic with respect to the current is a substantially straight line having a negative characteristic. The LED power supply device 1 turns on the LED load 3 with power consumption of 17.8 W and 15.0 W with respect to variations in the Vf maximum value and the Vf minimum value of the LED load 3. The variations in power consumption of the LED load 3 are + 15.6% and -2.6%, respectively, with respect to the center value (15.4 W). Even with the constant a2, the variation in the power consumption of the LED load 3 is suppressed within 16% of the center value.

また、定数aが定数a1の2倍である定数a3であるときのLED電源装置1は、その電流に対する電力の特性が定数a1のときよりも低電流側にずれて、LED負荷3のVf最大値およびVf最小値のばらつきに対して、LED負荷3を消費電力16.4Wおよび15.2Wで点灯させる。このLED負荷3の消費電力のばらつきは、センター値(15.4W)に対して、それぞれ+6.5%および−1.3%となっている。定数a3であっても、LED負荷3の消費電力のばらつきが抑制される。   Further, the LED power supply device 1 when the constant a is a constant a3 that is twice the constant a1 shifts the power characteristic with respect to the current to a lower current side than when the constant a1 and the maximum Vf of the LED load 3 is reached. The LED load 3 is turned on at power consumptions of 16.4 W and 15.2 W with respect to variations in the value and the minimum value of Vf. The variations in power consumption of the LED load 3 are + 6.5% and −1.3%, respectively, with respect to the center value (15.4 W). Even with the constant a3, variation in power consumption of the LED load 3 is suppressed.

また、定数aが定数a1の0.5倍である定数a4であるときのLED電源装置1は、その電流に対する電力の特性が正特性の曲線となっている。LED電源装置1は、LED負荷3のVf最大値およびVf最小値のばらつきに対して、LED負荷3を消費電力15.8Wおよび13.2Wで点灯させる。このLED負荷3の消費電力のばらつきは、センター値(15.4W)に対して、それぞれ+2.6%および−14.3%となっている。定数a4であっても、LED負荷3の消費電力のばらつきがセンター値の15%以内に抑制される。   Further, in the LED power supply device 1 when the constant a is a constant a4 which is 0.5 times the constant a1, the power characteristic with respect to the current is a curve with a positive characteristic. The LED power supply device 1 lights the LED load 3 with the power consumption of 15.8 W and 13.2 W with respect to the variation of the Vf maximum value and the Vf minimum value of the LED load 3. The variation in power consumption of the LED load 3 is + 2.6% and −14.3%, respectively, with respect to the center value (15.4 W). Even with the constant a4, the variation in the power consumption of the LED load 3 is suppressed within 15% of the center value.

そして、定数aが設定可能な限りなく大きい設定値である定数a5であるときのLED電源装置1は、その電流に対する電力の特性が定電流特性となり、LED負荷3のVf最大値およびVf最小値のばらつきに対して、LED負荷3を消費電力18.1Wおよび14.9Wで点灯させる。このLED負荷3の消費電力のばらつきは、センター値(15.4W)に対して、それぞれ+17.5%および−3.2%となっている。LED負荷3は、その消費電力のばらつきがセンター値の18%以内に抑制される。   In the LED power supply device 1 when the constant a is a constant a5 which is a set value that is as large as possible, the power characteristic with respect to the current becomes a constant current characteristic, and the Vf maximum value and the Vf minimum value of the LED load 3 The LED load 3 is turned on with power consumption of 18.1 W and 14.9 W in response to the variation of. The variations in power consumption of the LED load 3 are + 17.5% and -3.2%, respectively, with respect to the center value (15.4 W). In the LED load 3, the variation in power consumption is suppressed within 18% of the center value.

したがって、本実施形態では、定数aが定数a4の値よりも大きくなるように設定するものである。すなわち、定数aは、LED負荷3の全光時における負荷電圧Vf1を負荷電流If1の2倍で除した値(Vf1/(If1*2)すなわちVf1/If1*0.5)よりも大きい値に設定される。ここで、LED負荷3の負荷電圧Vfの検出電圧値(Vf*R2/(R1+R2))が零のときを除くものである。これにより、LED負荷3に対する定電流制御が除かれる。そして、全光時における負荷電圧Vf1および負荷電流If1は、LED負荷3の設計に応じて、図2に示すように、決定される。   Therefore, in this embodiment, the constant a is set to be larger than the value of the constant a4. That is, the constant a is larger than the value (Vf1 / (If1 * 2), that is, Vf1 / If1 * 0.5) obtained by dividing the load voltage Vf1 in the total light of the LED load 3 by twice the load current If1. Is set. Here, the case where the detection voltage value (Vf * R2 / (R1 + R2)) of the load voltage Vf of the LED load 3 is zero is excluded. Thereby, the constant current control with respect to the LED load 3 is removed. Then, the load voltage Vf1 and the load current If1 during all light are determined as shown in FIG. 2 according to the design of the LED load 3.

また、LED負荷3は、その電力の変動範囲が±15%以内であるのが好適である。したがって、本実施形態では、LED負荷3の電力の変動範囲を±15%以内にする点および制御の観点から、定数aをa1≦a<a2の範囲とするものである。すなわち、定数aは、全光時における負荷電圧Vf1を負荷電流If1で除した値(Vf1/If1)以上であり、当該値(Vf1/If1)の10倍以内の値に設定される。   The LED load 3 preferably has a power fluctuation range within ± 15%. Therefore, in the present embodiment, the constant a is set in a range of a1 ≦ a <a2 from the viewpoint of controlling the fluctuation range of the power of the LED load 3 within ± 15% and from the viewpoint of control. That is, the constant a is not less than a value (Vf1 / If1) obtained by dividing the load voltage Vf1 at the time of all light by the load current If1, and is set to a value within 10 times the value (Vf1 / If1).

次に、第1の本実施形態の作用について述べる。   Next, the operation of the first embodiment will be described.

商用交流電源Vsが投入されると、直流出力生成回路2のAC−DC変換回路6の平滑用コンデンサC1の両端間に直流電圧が発生する。制御手段5の制御回路12は、DC−DC変換回路7の電界効果トランジスタQ1をオンオフ制御し、平滑用コンデンサC1の両端間に発生した直流電圧を調整して、DC−DC変換回路7のコンデンサC2の両端間に所定の直流電圧を発生させる。この直流電圧がLED負荷3の両端間に印加されて、LED負荷3に電流が流れる。これにより、LED負荷3が点灯して、LED負荷3から可視光が放射される。   When the commercial AC power supply Vs is turned on, a DC voltage is generated across the smoothing capacitor C1 of the AC-DC conversion circuit 6 of the DC output generation circuit 2. The control circuit 12 of the control means 5 controls on / off of the field effect transistor Q1 of the DC-DC conversion circuit 7, adjusts the DC voltage generated between both ends of the smoothing capacitor C1, and thereby adjusts the capacitor of the DC-DC conversion circuit 7. A predetermined DC voltage is generated between both ends of C2. This DC voltage is applied across the LED load 3, and a current flows through the LED load 3. As a result, the LED load 3 is turned on, and visible light is emitted from the LED load 3.

そして、制御回路12は、LED電源装置1の電流−電圧特性と、LED負荷3の電流−電圧特性の交点における電流がLED負荷3に供給されるように、電界効果トランジスタQ1をオンオフ制御するとともに、LED負荷3の負荷電圧(Vf)の検出電圧値および負荷電流(If)の合計値が基準値出力回路4から出力された基準値(Vref/k)となるように、電界効果トランジスタQ1をオンオフ制御する。これにより、LED負荷3には、外部の調光装置10から出力された調光信号の調光深度k1、k2、…、k7に応じた電流が流れる。LED負荷3は、調光信号の調光深度k1、k2、…、k7で点灯する。   The control circuit 12 controls on / off of the field effect transistor Q1 so that the current at the intersection of the current-voltage characteristic of the LED power supply device 1 and the current-voltage characteristic of the LED load 3 is supplied to the LED load 3. The field effect transistor Q1 is set so that the total value of the detection voltage value of the load voltage (Vf) and the load current (If) of the LED load 3 becomes the reference value (Vref / k) output from the reference value output circuit 4. ON / OFF control. Thereby, the electric current according to the light control depth k1, k2, ..., k7 of the light control signal output from the external light control apparatus 10 flows into LED load 3. FIG. The LED load 3 lights up at the dimming depths k1, k2,..., K7 of the dimming signal.

そして、制御回路10が制御する制御式1の傾斜である定数aは、LED負荷3の全光時における負荷電圧(Vf1)を負荷電流(If1)の2倍で除した値(Vf1/(If1*2))よりも大きい値に設定されているので、LED電源装置1の電流−電力特性と、LED負荷3の電流−電力特性とが交差する交差角度が大きくなる。これにより、図3において説明したように、LED負荷3のばらつきに対して、LED電源装置1の電流−電力特性での電力のばらつきの範囲が小さくなり、LED負荷3の消費電力のばらつきが抑制される。特に、LED負荷3の全光時におけるばらつきの範囲は大きいので、全光時におけるLED負荷3の消費電力のばらつきが抑制される。   The constant a which is the slope of the control expression 1 controlled by the control circuit 10 is a value (Vf1 / (If1) obtained by dividing the load voltage (Vf1) of the LED load 3 at the time of all light by twice the load current (If1). * 2) Since it is set to a value larger than (2)), the crossing angle at which the current-power characteristic of the LED power supply device 1 and the current-power characteristic of the LED load 3 cross each other becomes large. As a result, as described with reference to FIG. 3, the variation range of the power in the current-power characteristics of the LED power supply device 1 is reduced with respect to the variation in the LED load 3, and the variation in the power consumption of the LED load 3 is suppressed. Is done. In particular, since the range of variation of the LED load 3 during all light is large, variation in power consumption of the LED load 3 during all light is suppressed.

そして、制御式1の定数aをa1≦a<a2の範囲とすることにより、LED負荷3のばらつきに対してLED負荷3の電力の変動範囲が±15%以内に制御される。これにより、LED負荷3の負荷電流の増加を抑制できてLED負荷3の寿命が確保され、光出力のばらつきも抑制される。   Then, by setting the constant a of the control expression 1 to a range of a1 ≦ a <a2, the fluctuation range of the power of the LED load 3 is controlled within ± 15% with respect to the variation of the LED load 3. Thereby, the increase in the load current of the LED load 3 can be suppressed, the life of the LED load 3 is ensured, and the variation in light output is also suppressed.

本実施形態のLED電源装置1によれば、制御手段5は、LED負荷3の負荷電圧Vfの検出電圧値および負荷電流Ifの検出電流値の合計値に応じて直流出力生成回路2の電界効果トランジスタQ1をオンオフ制御することにより、直流出力生成回路2の出力が出力電圧−a*出力電流+定数(b)を満足するように制御するので、LED電源装置1の電流−電力特性とLED負荷3の電流−電力特性との交差角度が大きくなり、これにより、LED負荷3のばらつきに対して、LED負荷3の負荷電力のばらつきの範囲を抑制できるという効果を有する。   According to the LED power supply device 1 of the present embodiment, the control means 5 uses the field effect of the DC output generation circuit 2 according to the total value of the detected voltage value of the load voltage Vf of the LED load 3 and the detected current value of the load current If. Since the output of the DC output generation circuit 2 is controlled so as to satisfy the output voltage−a * output current + constant (b) by controlling the on / off of the transistor Q1, the current-power characteristic and the LED load of the LED power supply device 1 are controlled. 3 has an effect that the range of variation in the load power of the LED load 3 can be suppressed with respect to the variation in the LED load 3.

また、LED負荷3の全光時および調光時において、LED負荷3の個体差によるばらつきや温度特性のばらつきに対して、LED負荷3に流れる負荷電流の変動範囲も抑制することができて、LED負荷3の寿命を確保できるとともに、光出力のばらつきも抑制することができるという効果を有する。   In addition, the fluctuation range of the load current flowing through the LED load 3 can be suppressed with respect to variations due to individual differences of the LED loads 3 and variations in temperature characteristics during all light and dimming of the LED load 3, It has the effect that the lifetime of the LED load 3 can be secured and the variation in the light output can be suppressed.

なお、本実施形態において、調光手段5の比較器11の一方の入力端子に、基準値出力回路4から調光信号の調光深度k1、k2、…、k7に応じた基準値(Vref/k)を入力するように構成しているが、これに限らず、比較器11の一方の入力端子に一定の基準電圧を入力し、比較器11の他方の入力端子に入力されるLED負荷3の負荷電圧(Vf)の検出電圧値および負荷電流(If)の合計値を調光信号の調光深度k1、k2、…、k7に応じて変化させるように構成してもよい。   In the present embodiment, a reference value (Vref / Vref /) corresponding to the dimming depths k1, k2,..., K7 of the dimming signal from the reference value output circuit 4 is connected to one input terminal of the comparator 11 of the dimming means 5. However, the present invention is not limited to this, and an LED load 3 that is input to one input terminal of the comparator 11 and is input to the other input terminal of the comparator 11 is not limited thereto. The total value of the detected voltage value of the load voltage (Vf) and the load current (If) may be changed according to the dimming depths k1, k2,..., K7 of the dimming signal.

また、直流出力生成回路2のDC−DC変換回路7は、一石の電界効果トランジスタQ1を有する降圧チョッパ回路に構成したが、これに限らず、AC−DC変換回路6に対して昇圧チョッパ回路や昇降圧チョッパ回路などに構成されたものであってもよく、絶縁形トランスやフライバック回路などを用いて構成してもよい。   Further, the DC-DC conversion circuit 7 of the DC output generation circuit 2 is configured as a step-down chopper circuit having a single field effect transistor Q1. However, the present invention is not limited to this. A step-up / step-down chopper circuit or the like may be used, or an insulating transformer or a flyback circuit may be used.

また、本実施形態では、アナログ回路の例で説明したが、マイコンやデジタル処理を用いた制御方式を採用することもできる。   In the present embodiment, an example of an analog circuit has been described. However, a control method using a microcomputer or digital processing may be employed.

次に、本発明の第2の実施形態について説明する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described.

本実施形態の照明装置21は、図4に示すように構成される。なお、図4において、図1と同一部分には、同一符号を付して説明は省略する。   The illumination device 21 of this embodiment is configured as shown in FIG. In FIG. 4, the same parts as those in FIG.

照明装置21は、天井面等に埋設されるダウンライトであり、略円筒状の装置本体22の下端側22aに円形の化粧枠23がリベット24により取り付けられ、この化粧枠23に透光性カバー25が配設されている。化粧枠23は、その外面23aに補強片26が設けられている。   The lighting device 21 is a downlight embedded in a ceiling surface or the like, and a circular decorative frame 23 is attached to a lower end side 22a of a substantially cylindrical device body 22 by a rivet 24, and a translucent cover is attached to the decorative frame 23. 25 is arranged. The decorative frame 23 is provided with a reinforcing piece 26 on its outer surface 23a.

そして、装置本体22は、左右両側に装置本体22を天井面等に固定するための一対の取付けばね27,27をリベット28により取り付けている。また、装置本体22は、下端側22aの内部にLED負荷3を回転対称に4個配設している。LED負荷3は、基板29に複数個のLEDベアチップ9aが実装され、このLEDベアチップ9aを透光性樹脂30で封止した既存の発光体に形成されている。   The apparatus main body 22 has a pair of attachment springs 27 and 27 for fixing the apparatus main body 22 to the ceiling surface or the like on both the left and right sides by means of rivets 28. Further, the device main body 22 has four LED loads 3 arranged in a rotationally symmetrical manner inside the lower end side 22a. The LED load 3 is formed on an existing light-emitting body in which a plurality of LED bare chips 9 a are mounted on a substrate 29 and the LED bare chips 9 a are sealed with a translucent resin 30.

また、装置本体22は、その中間側22bの内部に、LED負荷3を除いた図1に示すLED電源装置1が配設されている。LED電源装置1は、各LED負荷3のLEDベアチップ9aに電力を供給する。そして、装置本体22の上面側22cには、交流電源からの図示しない電源線を接続する端子台31が配設されている。   Further, the apparatus main body 22 is provided with the LED power source apparatus 1 shown in FIG. 1 excluding the LED load 3 inside the intermediate side 22b. The LED power supply device 1 supplies power to the LED bare chip 9 a of each LED load 3. A terminal block 31 for connecting a power line (not shown) from the AC power supply is disposed on the upper surface side 22c of the apparatus main body 22.

本実施形態の照明装置21は、図1に示すLED電源装置1を具備しているので、各LED負荷3の消費電力のばらつきを抑制できて、光出力のばらつきが抑制された照明光を安定して出射することができるという効果を有する。   Since the illumination device 21 of the present embodiment includes the LED power supply device 1 shown in FIG. 1, it is possible to suppress variations in power consumption of the LED loads 3 and to stabilize illumination light in which variations in light output are suppressed. And has an effect that the light can be emitted.

なお、照明装置21は、埋込型のダウンライトに形成したが、これに限らず、LED電源装置1を具備する長形の埋込型、直付け型や吊り下げ型などの照明装置やLED電球などのランプ装置に形成されたものであってもよい。   The lighting device 21 is formed as an embedded downlight. However, the lighting device 21 is not limited thereto, and is a long embedded type, a direct mounting type or a hanging type LED device including the LED power supply device 1 or an LED. It may be formed in a lamp device such as a light bulb.

1…LED電源装置、 2…直流出力生成回路、 3…LED負荷、 4…基準値出力回路、 5…制御手段、 21…照明装置、 22…装置本体、 Q1…スイッチング素子としての電界効果トランジスタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... LED power supply device, 2 ... DC output production | generation circuit, 3 ... LED load, 4 ... Reference value output circuit, 5 ... Control means, 21 ... Illumination device, 22 ... Apparatus main body, Q1 ... Field effect transistor as a switching element

Claims (3)

スイッチング素子を備え、このスイッチング素子のオンオフ動作に応じた直流電圧を出力する直流出力生成回路と;
この直流出力生成回路の出力間に接続されるLED負荷と;
このLED負荷に印加される負荷電圧の検出電圧値および前記LED負荷に流れる負荷電流の検出電流値の合計値に応じて前記スイッチング素子をオンオフ制御することにより前記直流出力生成回路の出力が下記の式1を満足するように制御する制御手段と;
を具備していることを特徴とするLED電源装置。
式1; 出力電圧=−a*出力電流+定数(b)
ただし、負荷電圧の検出電圧値が零のときを除くものであり、a>a1*0.5であり、a1は、全光時における前記LED負荷に印加される負荷電圧を負荷電流で除した値である。
A DC output generation circuit including a switching element and outputting a DC voltage corresponding to an on / off operation of the switching element;
An LED load connected between the outputs of the DC output generation circuit;
By controlling on / off of the switching element according to the total value of the detected voltage value of the load voltage applied to the LED load and the detected current value of the load current flowing through the LED load, the output of the DC output generation circuit is as follows: Control means for controlling to satisfy Equation 1;
An LED power supply device comprising:
Equation 1; output voltage = −a * output current + constant (b)
However, except when the detection voltage value of the load voltage is zero, a> a1 * 0.5, where a1 is obtained by dividing the load voltage applied to the LED load at the time of all light by the load current. Value.
前記aは、a1≦a<a2の範囲であることを特徴とする請求項1記載のLED電源装置。ここで、a2は、a1*10である。   2. The LED power supply device according to claim 1, wherein a is in a range of a1 ≦ a <a2. Here, a2 is a1 * 10. 請求項1または2記載のLED電源装置と;
このLED電源装置を配設している装置本体と;
を具備していることを特徴とする照明装置。
An LED power supply device according to claim 1 or 2;
A device body in which the LED power supply device is disposed;
An illumination device comprising:
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