JP2014057501A - Solid light-emitting drive device, luminaire, and lighting fixture - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光ダイオードや有機エレクトロルミネセンス(EL)素子などの固体発光素子を駆動して発光させる固体発光素子駆動装置、及びその駆動装置を用いる照明装置、照明器具に関する。 The present invention relates to a solid-state light-emitting element driving device that drives a solid-state light-emitting element such as a light-emitting diode or an organic electroluminescence (EL) element to emit light, and an illumination device and a lighting fixture using the driving device.
この種の固体発光素子駆動装置として、例えば、特許文献1に記載されている電源装置がある。この従来例は、出力段に平滑コンデンサを有するスイッチング電源回路(スイッチングレギュレータ)と、平滑コンデンサの両端に負荷であるLEDモジュールを着脱可能に接続するコネクタとを有している。そして、コネクタによりLEDモジュールが取り外されると、平滑コンデンサもスイッチング電源回路から切り離されるため、過大な電圧(無負荷電圧)が平滑コンデンサの両端に印加されることが回避できる。
As this type of solid-state light emitting element driving device, for example, there is a power supply device described in
しかしながら、特許文献1記載の従来例において、コネクタによる接続が不完全な状態(いわゆるルーズコンタクトの状態)であると、平滑コンデンサがスイッチング電源回路から完全には切り離されないために過大な電圧が印加されてしまう虞がある。そして、ルーズコンタクトの状態から完全な接続状態に移行した場合、定常時よりも上昇している平滑コンデンサの両端電圧がLEDモジュールの点灯電圧まで一気にクランプされるため、LEDモジュールに過電流が流れてしまう。
However, in the conventional example described in
そこで、このような不具合を解決するため、固体発光素子駆動装置から出力される電圧又は電流を監視することで無負荷やルーズコンタクトなどの接続異常を検出する異常検出回路を備えたものが提案されている。そして、異常検出回路が接続異常を検出した場合、出力電圧及び出力電流を抑制することで固体発光素子の破損などの不具合の発生を回避することができる。 Therefore, in order to solve such a problem, a device having an abnormality detection circuit for detecting a connection abnormality such as no load or loose contact by monitoring the voltage or current output from the solid state light emitting element driving device has been proposed. ing. Then, when the abnormality detection circuit detects a connection abnormality, it is possible to avoid the occurrence of problems such as damage to the solid state light emitting device by suppressing the output voltage and the output current.
しかしながら、上記後者の従来例では、スイッチング素子をスイッチング制御する回路(制御回路)とは別に異常検出回路が必要となるため、回路構成が複雑になり、コストも上昇するという問題があった。 However, in the latter conventional example, an abnormality detection circuit is required in addition to a circuit (control circuit) for switching control of the switching element, so that there is a problem that the circuit configuration becomes complicated and the cost increases.
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、固体発光素子の接続異常による不具合の発生を抑制しつつ回路構成の簡略化及びコストダウンを図ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to simplify the circuit configuration and reduce the cost while suppressing the occurrence of problems due to abnormal connection of solid-state light emitting elements.
本発明の固体発光素子駆動装置は、出力端子間に固体発光素子が接続されるスイッチング電源回路と、前記スイッチング電源回路を構成するスイッチング素子をスイッチング制御する制御回路とを備え、前記スイッチング電源回路は、前記スイッチング素子とインダクタの直列回路と、前記スイッチング素子がオフしたときに前記インダクタから回生電流を流す回生素子とを有し、前記制御回路は、前記スイッチング素子又は前記インダクタに流れる電流が所定のピーク値に達したら前記スイッチング素子をオフし、且つ前記回生電流が所定のしきい値以下となったら前記スイッチング素子をオンするものであって、前記制御回路は、前記スイッチング素子のオン期間又はオフ期間若しくは前記オン期間と前記オフ期間を合わせたスイッチング周期が所定の上限値を超えた場合に前記スイッチング電源回路の出力を抑制することを特徴とする。 The solid-state light-emitting element driving device of the present invention includes a switching power supply circuit in which a solid-state light-emitting element is connected between output terminals, and a control circuit that controls switching of the switching elements that constitute the switching power supply circuit. A series circuit of the switching element and the inductor, and a regenerative element that flows a regenerative current from the inductor when the switching element is turned off, and the control circuit has a predetermined current flowing through the switching element or the inductor. The switching element is turned off when a peak value is reached, and the switching element is turned on when the regenerative current falls below a predetermined threshold. The control circuit is configured to turn on or off the switching element. A period or a combination of the ON period and the OFF period Cycle which comprises suppressing the output of the switching power supply circuit when it exceeds a predetermined upper limit.
この固体発光素子駆動装置において、前記制御回路は、前記オン期間が前記上限値を超えるまでに前記スイッチング素子又は前記インダクタに流れる電流が前記ピーク値に達していない場合に前記スイッチング電源回路の出力を抑制することが好ましい。 In this solid state light emitting device driving apparatus, the control circuit outputs the output of the switching power supply circuit when the current flowing through the switching element or the inductor does not reach the peak value before the ON period exceeds the upper limit value. It is preferable to suppress.
この固体発光素子駆動装置において、前記制御回路は、前記オフ期間又は前記周期の少なくとも何れか一方が所定の範囲から外れている場合においては、前記オン期間が前記上限値を超えるまでに前記スイッチング素子又は前記インダクタに流れる電流が前記ピーク値に達していなくても前記スイッチング電源回路の出力を抑制しないことが好ましい。 In the solid-state light emitting element driving apparatus, the control circuit includes the switching element until the on-period exceeds the upper limit value when at least one of the off-period and the cycle is out of a predetermined range. Alternatively, it is preferable that the output of the switching power supply circuit is not suppressed even if the current flowing through the inductor does not reach the peak value.
この固体発光素子駆動装置において、前記制御回路は、前記オフ期間又は前記周期が前記上限値を超えるまでに前記回生電流が前記しきい値に達していない場合に前記スイッチング電源回路の出力を抑制することが好ましい。 In the solid-state light emitting element driving device, the control circuit suppresses the output of the switching power supply circuit when the regenerative current does not reach the threshold before the off period or the cycle exceeds the upper limit value. It is preferable.
この固体発光素子駆動装置において、PWM(パルス幅変調)信号を生成するタイマを備え、前記タイマで生成される前記PWM信号と前記スイッチング素子の駆動信号とが同期していることが好ましい。 The solid-state light emitting element driving device preferably includes a timer that generates a PWM (pulse width modulation) signal, and the PWM signal generated by the timer is synchronized with the driving signal of the switching element.
この固体発光素子駆動装置において、前記制御回路は、タイマを内蔵したマイクロコンピュータからなり、前記タイマで前記PWM信号を生成することが好ましい。 In this solid state light emitting device driving apparatus, it is preferable that the control circuit is composed of a microcomputer having a built-in timer, and the PWM signal is generated by the timer.
この固体発光素子駆動装置において、前記制御回路は、前記タイマの出力をカウントすることによって前記オン期間又は前記オフ期間若しくは前記周期の経時的な変動を監視し、前記変動が所定値を超えた場合に前記スイッチング電源回路の出力を抑制することが好ましい。 In the solid-state light emitting device driving apparatus, the control circuit monitors a change over time of the ON period, the OFF period, or the cycle by counting the output of the timer, and the change exceeds a predetermined value. It is preferable to suppress the output of the switching power supply circuit.
本発明の照明装置は、前記何れかの固体発光素子駆動装置と、前記固体発光素子駆動装置によって駆動される固体発光素子とを備えることを特徴とする。 The illumination device of the present invention includes any one of the solid light emitting element driving devices and a solid light emitting element driven by the solid light emitting element driving device.
本発明の照明器具は、前記何れかの固体発光素子駆動装置と、前記固体発光素子駆動装置によって駆動される固体発光素子と、前記固体発光素子駆動装置及び前記固体発光素子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 the present invention includes any one of the solid light emitting element driving devices, a solid light emitting element driven by the solid light emitting element driving device, the solid light emitting element driving device, and a fixture main body that holds the solid light emitting elements. It is characterized by providing.
本発明の固体発光素子駆動装置及び照明装置、照明器具は、固体発光素子の接続異常による不具合の発生を抑制しつつ回路構成の簡略化及びコストダウンを図ることができるという効果がある。 The solid-state light-emitting element driving device, the illuminating device, and the luminaire of the present invention have an effect that the circuit configuration can be simplified and the cost can be reduced while suppressing the occurrence of problems due to abnormal connection of solid-state light-emitting elements.
以下、固体発光素子としてLED(発光ダイオード)を用いた固体発光素子駆動装置及び照明装置、照明器具に本発明の技術思想を適用した実施形態について説明する。ただし、固体発光素子はLEDに限定されるものではなく、有機エレクトロルミネセンス(EL)素子などのLED以外の固体発光素子であってもよい。 Hereinafter, an embodiment in which the technical idea of the present invention is applied to a solid-state light-emitting element driving device, a lighting device, and a lighting fixture using LEDs (light-emitting diodes) as solid-state light-emitting elements will be described. However, the solid light-emitting element is not limited to the LED, and may be a solid light-emitting element other than the LED, such as an organic electroluminescence (EL) element.
(実施形態1)
本実施形態の照明装置は、図1に示すように複数個のLED60の直列回路からなる光源6と、直流電源Eから供給される直流電圧・電流を光源6に応じた直流電圧・電流に変換して光源6を駆動(点灯)する固体発光素子駆動装置(LED駆動装置)とで構成される。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the illuminating device of this embodiment converts a direct current voltage / current supplied from a
本実施形態のLED駆動装置は、スイッチング電源回路1と制御回路2を備え、スイッチング電源回路1の出力端子3に光源6が接続される。
The LED drive device of this embodiment includes a switching
直流電源Eからスイッチング電源回路1の入力端間に直流電圧Vdcが印加される。スイッチング電源回路1は、スイッチング素子Q1、ダイオードD1、インダクタL1、平滑コンデンサC1、駆動回路10などで構成される降圧チョッパ回路である。電界効果トランジスタからなるスイッチング素子Q1のドレインがダイオードD1のアノードに接続され、スイッチング素子Q1のソースが検出抵抗R1を介して直流電源Eの負極に接続されている。また、ダイオードD1のアノードとスイッチング素子Q1のドレインとの接続点にインダクタL1の一端が接続され、インダクタL1の他端とダイオードD1のカソードとの間に平滑コンデンサC1が接続されている。そして、平滑コンデンサC1の両端が出力端子3に接続されている。なお、インダクタL1には2次巻線L2が設けられており、2次巻線L2の一端が回路グランドに接続され、2次巻線L2の他端が制御回路2の入力ポートに接続されている。
A DC voltage Vdc is applied between the DC power supply E and the input terminal of the switching
駆動回路10は、制御回路2から与えられる駆動信号がハイレベルのときにスイッチング素子Q1のゲートにバイアス電圧を印加してオンし、駆動信号がローレベルのときにバイアス電圧を印加しないことでスイッチング素子Q1をオフする。
The
制御回路2は、PWM(パルス幅変調)信号を生成するタイマ(PWMタイマ20)を備え、PWMタイマ20の出力信号(PWM信号)を駆動信号として駆動回路10に与える。また、制御回路2は、入力ポートを通して入力される2次巻線L2の電圧(誘導電圧)が反転したときにPWMタイマ20をスタートさせるPWMタイマ制御部21を備えている。さらに、制御回路2は、検出抵抗R1の両端電圧(検出電圧VR1)を基準電圧Vrefと比較する比較器23と、PWMタイマ20の出力信号がハイレベルとなる期間(オン期間)又はローレベルとなる期間(オフ期間)を計測して接続異常の有無を判定する判定部22とを備えている。そして、制御回路2は、比較器23の出力と判定部22の出力(接続異常の有無の判定結果)とを論理和演算するオアゲート24を備え、オアゲート24の出力でPWMタイマ20をリセットさせている。すなわち、制御回路2は、スイッチング素子Q1に流れる電流(インダクタL1に流れる電流)が所定のピーク値ILpに達したらスイッチング素子Q1をオフし、スイッチング素子Q1のオン期間にインダクタL1に蓄えられるエネルギーが全て放出された時点でスイッチング素子Q1を再びオンする制御、いわゆる臨界電流制御を行っている(図3参照)。
The
判定部22は、スイッチング素子Q1のオン期間(駆動信号のハイレベル期間)を計測し、当該オン期間Tonが所定の上限値Ton(max)を超えたら、オアゲート24に出力する出力信号をローレベルからハイレベルに切り替える。つまり、スイッチング素子Q1のオン期間Tonが上限値Ton(max)を超えると、比較器23の出力に関わりなく、オアゲート24の出力がハイレベルに固定されるため、PWMタイマ20の出力信号もローレベルに固定される。その結果、駆動回路10に入力される駆動信号がローレベルに固定されてスイッチング素子Q1がオフ状態に維持されるため、スイッチング電源回路1が停止するのである。
The
図2は判定部22の具体例を示した回路図である。判定部22は、上限値タイマ220と、アンドゲート221と、RSフリップフロップからなるラッチ回路222とで構成される。上限値タイマ220は、例えば、遅延時間がオン期間Tonの上限値Ton(max)に等しい遅延回路で構成される。アンドゲート221は、PWMタイマ20の出力信号と上限値タイマ220の出力信号の論理積演算を行い、その演算結果をラッチ回路222のセット端子に出力する。なお、図2においてはPWMタイマ20をRSフリップフロップで構成している。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a specific example of the
次に、図3のタイムチャートを参照しながら、制御回路2によるスイッチング電源回路1の制御動作について説明する。上限値タイマ220は、駆動信号の立ち上がりから上限値Ton(max)に等しい遅延時間が経過するまで出力をローレベルに維持し、上限値Ton(max)が経過した後に出力をローレベルからハイレベルに立ち上げる。ただし、上限値Ton(max)が経過する前に駆動信号が立ち下がった場合、上限値タイマ220はリセットされる。したがって、出力端子3に光源6が正常に接続されている場合、オン期間Tonが上限値Ton(max)に達する前に、スイッチング素子Q1に流れる電流が所定のピーク値ILpに達するので、上限値タイマ220の出力がハイレベルに立ち上がることはない。
Next, the control operation of the switching
故に、アンドゲート221の出力がローレベルに維持されるため、オアゲート24の片方の入力がラッチ回路222によってローレベルにラッチされる。その結果、オアゲート24のもう片方の入力、すなわち、比較器23の出力に応じて駆動信号がハイレベルとローレベルに切り替わるので、駆動回路10によってスイッチング素子Q1がスイッチングされてスイッチング電源回路1から光源6に所定の電圧・電流が供給される。
Therefore, since the output of the AND
ここで、インダクタL1のインダクタンスをLとし、スイッチング電源回路1の出力電圧をVoとすると、インダクタ電流のピーク値ILpは、下記の式(1)で表すことができる。
Here, assuming that the inductance of the inductor L1 is L and the output voltage of the switching
ILp=Ton×(Vdc-Vo)/L…(1)
上記式(1)を変形すると、オン期間Tonは下記の式(2)で表される。
ILp = Ton × (Vdc-Vo) / L ... (1)
When the above equation (1) is modified, the on period Ton is expressed by the following equation (2).
Ton=L×ILp/(Vdc-Vo)…(2)
スイッチング電源回路1の出力電圧Voは、通常、光源6の定格電圧(=LED60の順方向電圧×直列接続されるLED60の個数)に等しく、且つ光源6が定電流駆動されている場合はほぼ一定の値となる。故に、PWMタイマ20の出力信号(駆動信号)のハイレベル期間を式(2)から算出されるオン期間Tonに一致させることで、スイッチング電源回路1の出力電圧Vo,出力電流Ioを所望の値にすることができる。言い換えると、スイッチング電源回路1の出力端子3間に光源6が正常に接続されており、且つ光源6に短絡などの異常が生じていなければ、オン期間Tonはほぼ一定となる。
Ton = L × ILp / (Vdc-Vo) (2)
The output voltage Vo of the switching
ここで、光源6が出力端子3から外れた状態(無負荷状態)や光源6と出力端子3とが不完全な接続状態(ルーズコンタクト状態)となった場合、スイッチング電源回路1の出力電圧Voが上昇する。制御回路2は、比較器23に入力される検出電圧VR1が基準電圧Vrefを超えるまでスイッチング素子Q1のオン状態を維持するので、上述のような接続異常の状態ではオン期間Tonが正常時よりも長くなる。
Here, when the
そこで、制御回路2は、PWMタイマ20の出力信号を上限値タイマ220で上限値Ton(max)まで遅延させ、出力信号のオン期間Tonが上限値Ton(max)を超えた場合に接続異常が有ると判定してスイッチング素子Q1のスイッチングを停止する。つまり、オン期間Tonが長くなって上限値タイマ220の出力がハイレベルに立ち上がると、アンドゲート221の出力がハイレベルとなり、ラッチ回路222の出力もハイレベルに立ち上がる。その結果、オアゲート24の出力が比較器23の出力に関わりなくハイレベルに維持されるため、PWMタイマ20の出力信号がローレベルに固定されてスイッチング電源回路1が停止し、出力電圧Voの上昇が抑制できる。
Therefore, the
上述のように本実施形態では、スイッチング素子Q1のオン期間Tonが所定の上限値Ton(max)を超えた場合に、制御回路2がスイッチング電源回路1の出力を抑制している。そのため、従来例とは異なり、制御回路2の他に、出力端子3と光源6の接続状態の異常を検出する回路が不要となるので、固体発光素子の接続異常による不具合の発生を抑制しつつ回路構成の簡略化及びコストダウンを図ることができる。ただし、制御回路2は、タイマを搭載したマイクロコンピュータで構成されてもよい。
As described above, in the present embodiment, the
なお、接続異常が有る場合にスイッチング電源回路1の出力を抑制する方法として、スイッチング素子Q1のスイッチングを停止する代わりに、比較器23の基準電圧Vrefを低下させることでピーク電流を減少させても構わない。
In addition, as a method of suppressing the output of the switching
ところで、本実施形態では制御回路2がスイッチング素子Q1を臨界電流制御する場合を例示したが、スイッチング素子Q1の制御モードが連続電流制御又は不連続電流制御であっても構わない。
By the way, although the case where the
例えば、連続電流制御モードの場合、2次巻線L2の誘起電圧が所定のしきい値以下となったときにPWMタイマ制御部21が出力をハイレベルに立ち上げ、インダクタ電流がゼロになる前にスイッチング素子Q1をオンさせる。この場合、インダクタ電流の下限値をILb(>0)とすると、スイッチング素子Q1のオン期間Tonは下記の式(3)で表される。
For example, in the continuous current control mode, before the inductor current becomes zero when the PWM
Ton=L×(ILp-ILb)/(Vdc-Vo)…(3)
上記式(3)から明らかなように、スイッチング電源回路1の出力端子3間に光源6が正常に接続されており、且つ光源6に短絡などの異常が生じていなければ、オン期間Tonはほぼ一定となる。故に、オン期間の上限値Ton(max)を適当な値に設定することにより、臨界電流制御モードの場合と同様に接続異常の有無が判定可能となる。
Ton = L × (ILp-ILb) / (Vdc-Vo) (3)
As apparent from the above equation (3), if the
また、PWMタイマ20がリセットされてから一定時間後に出力を立ち上げる場合、スイッチング素子Q1のオフ期間Toffが下記の式(4)の関係を満たしている必要がある。
Further, when the output is started up after a certain period of time after the
Toff<Vo/(L×ILp)…(4)
このときのインダクタ電流の下限値ILbは、下記の式(5)で表される。
Toff <Vo / (L × ILp) ... (4)
The lower limit value ILb of the inductor current at this time is expressed by the following formula (5).
ILb=ILp-Vo/L×Toff…(5)
式(3)に式(5)を代入して整理すると下記の式(6)が得られる。
ILb = ILp-Vo / L × Toff… (5)
Substituting equation (5) into equation (3) and rearranging results in the following equation (6).
Ton=Vo/(Vdc-Vo)×Toff…(6)
上記式(6)から明らかなように、オフ期間Toffが一定であれば出力電圧Voの上昇に伴ってオン期間Tonが長くなるので、オン期間Tonを上限値Ton(max)と比較することで接続異常の有無が判定できる。
Ton = Vo / (Vdc-Vo) × Toff… (6)
As apparent from the above equation (6), if the off-period Toff is constant, the on-period Ton becomes longer as the output voltage Vo increases. Therefore, by comparing the on-period Ton with the upper limit value Ton (max) Whether there is a connection error can be determined.
なお、不連続電流制御モードの場合、スイッチング素子Q1のオフ期間Toffが下記の式(7)の関係を満たしている必要があるが、オン期間Tonは式(2)で表される。 In the discontinuous current control mode, the off period Toff of the switching element Q1 needs to satisfy the relationship of the following formula (7), but the on period Ton is represented by formula (2).
Toff>Vo/(L×ILp)…(7)
(実施形態2)
本実施形態のLED駆動装置及び照明装置の回路構成は実施形態1と共通であるので、共通の構成要素には同一の符号を付して図示並びに説明を省略する。
Toff> Vo / (L × ILp) (7)
(Embodiment 2)
Since the circuit configuration of the LED driving device and the lighting device of this embodiment is the same as that of the first embodiment, common components are denoted by the same reference numerals, and illustration and description thereof are omitted.
制御回路2が臨界電流制御を行っている場合、スイッチング素子Q1のオフ期間Toffとインダクタ電流のピーク値ILpとの間に下記の式(8)の関係が成立する。
When the
0=ILp-Vo/L×Toff…(8)
故に、式(8)からオフ期間Toffは下記の式(9)で表される。
0 = ILp-Vo / L × Toff ... (8)
Therefore, the off period Toff is expressed by the following formula (9) from the formula (8).
Toff=L×ILp/Vo…(9)
上記式(9)から明らかなように、接続異常が無ければインダクタ電流のピーク値ILp及び出力電圧Voが何れも一定であるから、オフ期間Toffも一定となる。
Toff = L × ILp / Vo… (9)
As is clear from the above equation (9), if there is no connection abnormality, the peak value ILp of the inductor current and the output voltage Vo are both constant, so the off period Toff is also constant.
一方、出力端子3間が短絡したり、光源6の故障によって出力端子3間のインピーダンスが正常時よりも減少した場合、制御回路2によって臨界電流制御されているスイッチング電源回路1の出力電圧Voが低下する(図4参照)。そして、式(9)から明らかなように、出力電圧Voが低下するとオフ期間Toffが長くなる。
On the other hand, when the
そこで、制御回路2は、PWMタイマ20の出力信号の立ち下がりを上限値タイマ220で上限値Toff(max)まで遅延させ、出力信号のオフ期間Toffが上限値Toff(max)を超えた場合に接続異常が有ると判定してスイッチング素子Q1のスイッチングを停止する。つまり、オフ期間Toffが長くなって上限値タイマ220の出力がハイレベルに立ち上がると、アンドゲート221の出力がハイレベルとなり、ラッチ回路222の出力もハイレベルに立ち上がる。その結果、オアゲート24の出力が比較器23の出力に関わりなくハイレベルに維持されるため、PWMタイマ20の出力信号がローレベルに固定されてスイッチング電源回路1が停止する(図4参照)。
Therefore, the
上述のように本実施形態では、スイッチング素子Q1のオフ期間Toffが所定の上限値Toff(max)を超えた場合に、制御回路2がスイッチング電源回路1の出力を抑制している。そのため、従来例とは異なり、制御回路2の他に、出力端子3と光源6の接続状態の異常(光源6の故障(異常)を含む。)を検出する回路が不要となるので、固体発光素子の接続異常による不具合の発生を抑制しつつ回路構成の簡略化及びコストダウンを図ることができる。
As described above, in the present embodiment, the
ところで、制御回路2が臨界電流制御を行っている場合、スイッチング素子Q1のスイッチング周期T(=オン期間Ton+オフ期間Toff)は、上記式(2)及び式(9)から下記式(10)で表される。
By the way, when the
T=Ton+Toff=L×LIp×{1/(Vdc-Vo)+1/Vo}=L×ILp/(Vdc-Vo)×Vdc/Vo…(10)
ここで、Vo=k×Vdcとし、係数k=1/2のときのスイッチング周期Txを1に正規化すると、
Tx=T/4×L×ILp=1/{4×k×(1-k)}…(11)
で表される。上記式(11)をグラフで表すと、図5に実線で示すような曲線を描く。図5から明らかなように、光源6のインピーダンスが低下するにつれて係数kがゼロに近付くと、スイッチング周期Txが急激に増加する。故に、判定部22でスイッチング周期Tを監視することで接続異常の有無が判定できる(図6参照)。
T = Ton + Toff = L × LIp × {1 / (Vdc-Vo) + 1 / Vo} = L × ILp / (Vdc-Vo) × Vdc / Vo… (10)
Here, when Vo = k × Vdc and the switching period Tx when the coefficient k = 1/2 is normalized to 1,
Tx = T / 4 × L × ILp = 1 / {4 × k × (1-k)}… (11)
It is represented by When the above equation (11) is represented by a graph, a curve as shown by a solid line in FIG. 5 is drawn. As is apparent from FIG. 5, when the coefficient k approaches zero as the impedance of the
また、本実施形態においても、スイッチング素子Q1の制御モードが連続電流制御又は不連続電流制御であっても構わない。 Also in the present embodiment, the control mode of the switching element Q1 may be continuous current control or discontinuous current control.
例えば、連続電流制御モードの場合、インダクタ電流の下限値ILbは、下記の式(12)で表される。 For example, in the continuous current control mode, the lower limit value ILb of the inductor current is expressed by the following formula (12).
ILb=ILp-Vo/L×Toff…(12)
故に、オフ期間Toffは、式(12)を変形することで下記の式(13)で表される。
ILb = ILp-Vo / L × Toff… (12)
Therefore, the off period Toff is expressed by the following formula (13) by modifying the formula (12).
Toff=L×(ILp-ILb)/Vo…(13)
上記式(13)から明らかなように、スイッチング電源回路1の出力端子3間に光源6が正常に接続されており、且つ光源6に短絡などの異常が生じていなければ、オフ期間Toffはほぼ一定となる。故に、オフ期間Toffの上限値Toff(max)を適当な値に設定することにより、臨界電流制御モードの場合と同様に接続異常の有無が判定可能となる。
Toff = L × (ILp-ILb) / Vo… (13)
As apparent from the above equation (13), when the
なお、不連続電流制御モードの場合、インダクタ電流がピーク値ILpからゼロまで減少するのに要した時間を計測し、当該時間を上限値と比較することで接続異常の有無が判定可能となる。 In the discontinuous current control mode, the time required for the inductor current to decrease from the peak value ILp to zero is measured, and by comparing the time with the upper limit value, it is possible to determine whether there is a connection abnormality.
(実施形態3)
本実施形態のLED駆動装置及び照明装置では、商用の交流電源100から供給される交流電圧Vinを直流電源部によって直流電圧Vdcに変換してスイッチング電源回路1に供給している。なお、直流電源部は、昇圧チョッパ回路のような従来周知のAC−DCコンバータ4とAC−DCコンバータ4の出力端間に接続される平滑コンデンサC0とで構成される。
(Embodiment 3)
In the LED driving device and the lighting device of the present embodiment, the AC voltage Vin supplied from the commercial
実施形態1,2においては、直流電源Eからスイッチング電源回路1に供給される直流電圧Vdcが安定していることが前提条件となっている。しかしながら、商用の交流電源100から供給される交流電圧VinをAC−DCコンバータ4と平滑コンデンサC0で直流電圧Vdcに変換する場合、直流電圧Vdcが常に安定しているとは限らない。例えば、平滑コンデンサC0で平滑される直流電圧Vdcには、交流電源100の電源周波数の2倍の周波数のリプル電圧が重畳されることが多く、僅かながらも変動する虞がある。また、交流電圧が非常に短い期間内で変動した場合、AC−DCコンバータ4の応答性によっては、直流電圧Vdcも非常に短い期間内で変動する虞がある。そして、直流電圧Vdcが変動した場合、式(3)からも明らかなように、スイッチング素子Q1のオン期間Tonも変動してしまうため、制御回路2が接続異常有りと誤判断してしまう可能性が高い。
In the first and second embodiments, it is a precondition that the DC voltage Vdc supplied from the DC power supply E to the switching
一方、接続異常が無い場合、スイッチング電源回路1の出力電圧Voが一定であれば、式(9)から明らかなようにオフ期間Toffも一定となる。したがって、オン期間Tonが上限値Ton(max)に達したとしても、インダクタ電流がピーク値ILpのときにオフ期間Toffに殆ど変化がなければ、直流電源部の出力電圧Vdcの変動(低下)と判定することができる。
On the other hand, when there is no connection abnormality, if the output voltage Vo of the switching
そこで本実施形態では、図7に示すようにPWMタイマ20の出力信号からオフ期間Toffを計測するオフ期間計測部25を制御回路2に備えている。判定部22は、オン期間Tonが上限値Ton(max)に達したとき、オフ期間計測部25がその数周期前までに計測したオフ期間Toffの変化が所定範囲内に収まっているか否かを判断する。そして、オフ期間Toffの変化が所定範囲内に収まっていない場合、判定部22は、接続異常有りと判定してオアゲート24にハイレベルの信号を出力することでスイッチング電源回路1を停止させる。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 7, the
一方、オフ期間Toffの変化が所定範囲内に収まっていない場合、判定部22は、直流電源部の出力電圧Vdcの低下と判定し、オアゲート24への出力信号をハイレベルとした時点から所定時間Trstが経過した時点でオアゲート24への出力信号をローレベルに立ち下げる(図8参照)。さらに判定部22は、所定時間Trstの経過時点で再スタート部26にハイレベルの信号を与える。この再スタート部26は、判定部22から与えられる信号がハイレベルに立ち上がったときにワンショットのパルス信号(再スタート信号)を出力する(図8参照)。再スタート信号は、オアゲート27においてPWMタイマ制御部21の出力信号と論理和演算される。すなわち、再スタート信号がオアゲート27に入力された場合、PWMタイマ制御部21の出力信号に関わらず、PWMタイマ20のセット端子にハイレベルの信号が入力されてPWMタイマ20の出力信号がハイレベルに立ち上がる。その結果、駆動回路10がスイッチング素子Q1をオンさせてスイッチング電源回路1が再スタートすることになる(図8参照)。
On the other hand, when the change in the off period Toff is not within the predetermined range, the
上述のように本実施形態では、オフ期間Toffが所定範囲から外れている場合、オン期間Tonが上限値Ton(max)を超えるまでにインダクタ電流がピーク値ILpに達していなくても、制御回路2がスイッチング電源回路1の出力を抑制しない。そのため、スイッチング電源回路1の入力電圧Vdcの変動に起因して、制御回路2で接続異常有りと誤判断されてスイッチング電源回路1が長期間停止してしまうことが防止できる。なお、オフ期間Toffの代わりにオン期間Ton又はスイッチング周期Tを計測してオフ期間Toffを演算してもよい。
As described above, in the present embodiment, when the off-period Toff is out of the predetermined range, even if the inductor current does not reach the peak value ILp before the on-period Ton exceeds the upper limit value Ton (max), the
(実施形態4)
本実施形態のLED駆動装置及び照明装置の回路構成は実施形態3とほぼ共通であるので、共通の構成要素には同一の符号を付して図示並びに説明を省略する。
(Embodiment 4)
Since the circuit configuration of the LED driving device and the illumination device of the present embodiment is substantially the same as that of the third embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals, and illustration and description thereof are omitted.
本実施形態における制御回路2は、図9に示すようにオフ期間計測部25の代わりに、遅延時間がオン期間Tonの上限値Ton(max)に等しい遅延回路からなる上限値タイマ(図示せず)と、上限値タイマの出力とPWMタイマ20の出力との論理積を演算するアンドゲート(図示せず)とを判定部22に備える。さらに判定部22は、遅延期間がスイッチング周期Tの上限値T(max)に等しい遅延回路からなる周期タイマ(図示せず)と、周期タイマの出力とPWMタイマ制御部21の出力との論理積を演算するアンドゲート(図示せず)とを備える。
As shown in FIG. 9, the
次に、図10を参照して本実施形態の動作を説明する。接続異常が発生していない場合、判定部22の上限値タイマが出力をハイレベルに立ち上げる前に、比較器23の出力がハイレベルに立ち上がることでスイッチング素子Q1をオフさせる。一方、接続異常が発生している場合、比較器23の出力がハイレベルに立ち上がる前に上限値タイマの出力がハイレベルとなるので、判定部22からオアゲート24への出力がハイレベルに切り替えられてスイッチング素子Q1がオフ状態に維持される。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. When the connection abnormality has not occurred, the switching element Q1 is turned off by the output of the
ここで、比較器23の出力がハイレベルに立ち上がる前に上限値タイマの出力がハイレベルとなった原因が直流電圧Vdcの低下にあった場合、周期タイマの出力がハイレベルとなった後にPWMタイマ制御部21の出力がハイレベルに立ち上がることになる。その結果、周期タイマの出力とPWMタイマ制御部21の出力との論理積を演算するアンドゲートの出力がハイレベルとなる。そして、アンドゲートの出力がハイレベルに立ち上がると、判定部22は、所定時間Trstが経過した時点でオアゲート24への出力信号をローレベルに立ち下げる(図10参照)。さらに判定部22は、所定時間Trstの経過時点で再スタート部26にハイレベルの信号を与え、再スタート部26から再スタート信号を出力させる。故に、再スタート信号がオアゲート27に入力されることにより、駆動回路10がスイッチング素子Q1をオンさせてスイッチング電源回路1が再スタートする(図10参照)。
Here, if the cause of the output of the upper limit timer becoming high before the output of the
一方、比較器23の出力がハイレベルに立ち上がる前に上限値タイマの出力がハイレベルとなった原因が接続異常にあった場合、周期タイマの出力がハイレベルに立ち上がる前にPWMタイマ制御部21の出力がハイレベルに立ち上がる。故に、アンドゲートの出力がローレベルに維持されるので、判定部22は、所定時間Trstの経過後も再スタート部26への出力信号をローレベルに維持する。その結果、スイッチング素子Q1がオフ状態に維持されてスイッチング電源回路1は停止したままとなる。
On the other hand, if the cause of the output of the upper limit timer becoming high before the output of the
上述のように本実施形態においても、スイッチング電源回路1の入力電圧Vdcの変動に起因して、制御回路2で接続異常有りと誤判断されてスイッチング電源回路1が長期間停止してしまうことが防止できる。
As described above, also in this embodiment, due to the fluctuation of the input voltage Vdc of the switching
ところで、上記例では駆動信号が停止する最後のパルスでオン期間Tonを判定した後にスイッチング周期の判定を行っているが、以下のようにして、スイッチング周期を判定した後にオン期間Tonの判定を行ってもよい。 By the way, in the above example, the switching period is determined after determining the on period Ton at the last pulse at which the drive signal stops. However, the ON period Ton is determined after determining the switching period as follows. May be.
すなわち、上限値Ton(max)よりも短いしきい値Ton(*)を設けておき、オン期間Tonがしきい値Ton(*)に達したときにスイッチング周期の判定を行う。そして、駆動信号が停止する最後のパルスでは、オン期間Tonが上限値Ton(max)に達したときに駆動信号を停止させ、スイッチング周期の判定結果に応じて駆動信号を停止し続けるか、駆動信号を再開するかを決定すればよい。ただし、スイッチング周期Tの判定値は、上限値T(max)よりも短い値に設定される。 That is, a threshold value Ton (*) shorter than the upper limit value Ton (max) is provided, and the switching period is determined when the on period Ton reaches the threshold value Ton (*). Then, in the last pulse when the drive signal stops, the drive signal is stopped when the ON period Ton reaches the upper limit value Ton (max), and the drive signal is stopped or the drive signal is stopped according to the determination result of the switching cycle. What is necessary is just to determine whether a signal is restarted. However, the determination value of the switching period T is set to a value shorter than the upper limit value T (max).
なお、上述した実施形態3,4において、例えば、制御回路2が数回再起動を行い、そのうちの任意の回数に接続異常有りと判定した場合に発振停止するようにしても構わない。
In the third and fourth embodiments described above, for example, the
ここで、図示は省略するが、実施形態1〜4の何れかのLED駆動装置と光源6を器具本体に保持することで照明器具を実現することができる。このような照明器具としては、例えば、ダウンライトやシーリングライト、あるいは車両の前照灯などが実現可能である。
Here, although illustration is abbreviate | omitted, a lighting fixture is realizable by hold | maintaining the LED drive device of any one of Embodiment 1-4 and the
1 スイッチング電源回路
2 制御回路
6 光源(固体発光素子)
Q1 スイッチング素子
L1 インダクタ
D1 ダイオード(回生素子)
1 Switching
Q1 Switching element
L1 inductor
D1 diode (regenerative element)
この固体発光素子駆動装置において、前記制御回路は、前記オフ期間が所定の範囲から外れている場合においては、前記オン期間が前記上限値を超えるまでに前記スイッチング素子又は前記インダクタに流れる電流が前記ピーク値に達していなくても前記スイッチング電源回路の出力を抑制しないことが好ましい。 In this solid-state light-emitting element drive device, the control circuit, when between the off period is out of the predetermined range, the current which the ON period flows in the switching element or the inductor to more than the upper limit value It is preferable not to suppress the output of the switching power supply circuit even if the peak value is not reached.
一方、オフ期間Toffの変化が所定範囲内に収まっている場合、判定部22は、直流電源部の出力電圧Vdcの低下と判定し、オアゲート24への出力信号をハイレベルとした時点から所定時間Trstが経過した時点でオアゲート24への出力信号をローレベルに立ち下げる(図8参照)。さらに判定部22は、所定時間Trstの経過時点で再スタート部26にハイレベルの信号を与える。この再スタート部26は、判定部22から与えられる信号がハイレベルに立ち上がったときにワンショットのパルス信号(再スタート信号)を出力する(図8参照)。再スタート信号は、オアゲート27においてPWMタイマ制御部21の出力信号と論理和演算される。すなわち、再スタート信号がオアゲート27に入力された場合、PWMタイマ制御部21の出力信号に関わらず、PWMタイマ20のセット端子にハイレベルの信号が入力されてPWMタイマ20の出力信号がハイレベルに立ち上がる。その結果、駆動回路10がスイッチング素子Q1をオンさせてスイッチング電源回路1が再スタートすることになる(図8参照)。
On the other hand, when the change in the off-period Toff is that not fall within the predetermined range, the
上述のように本実施形態では、オフ期間Toffが所定範囲内に収まっている場合、オン期間Tonが上限値Ton(max)を超えるまでにインダクタ電流がピーク値ILpに達していなくても、制御回路2がスイッチング電源回路1の出力を抑制しない。そのため、スイッチング電源回路1の入力電圧Vdcの変動に起因して、制御回路2で接続異常有りと誤判断されてスイッチング電源回路1が長期間停止してしまうことが防止できる。なお、オフ期間Toffの代わりにオン期間Ton又はスイッチング周期Tを計測してオフ期間Toffを演算してもよい。
As described above, in the present embodiment, when the off period Toff is within the predetermined range , the control is performed even if the inductor current does not reach the peak value ILp before the on period Ton exceeds the upper limit value Ton (max). The
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