JP2014072146A - Lighting device and luminaire - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、点灯装置及び照明装置に関するものである。本発明は、特に、LED点灯装置に関するものである。 The present invention relates to a lighting device and a lighting device. The present invention particularly relates to an LED lighting device.
力率改善型コンバータを用いたLED点灯装置がある(例えば、特許文献1参照)。 There is an LED lighting device using a power factor improving converter (for example, see Patent Document 1).
力率改善型コンバータを用いたLED点灯装置では、力率を改善する(即ち、高周波電流を抑制する)ために負荷変動に対する応答性を下げなければならないが、応答性を下げると電源起動時のラッシュ電流により力率改善型コンバータの出力電圧が一瞬落ち込むため、LEDのチラつきが発生するという課題があった。 In an LED lighting device using a power factor improving type converter, in order to improve the power factor (that is, to suppress high-frequency current), the response to load fluctuations must be lowered. Since the output voltage of the power factor correction type converter drops momentarily due to the rush current, there is a problem that the LED flickers.
ここで、応答性とは力率改善型コンバータにフィードバックをかける頻度(即ち、周波数)のことである。フィードバックをかける周期が短いと、負荷が変動しても出力を略一定に保つことができる。一方、フィードバックをかける周期が長いと、前述したように、電源起動時の急激な電流増加により出力が低下してLEDのチラつきが発生する可能性がある。 Here, the responsiveness is the frequency (that is, the frequency) at which feedback is applied to the power factor improving converter. If the period for applying feedback is short, the output can be kept substantially constant even if the load fluctuates. On the other hand, if the period for applying feedback is long, as described above, there is a possibility that the output decreases due to a sudden increase in current at the time of starting the power supply and the LED flickers.
本発明は、例えば、光源の点灯時の力率を悪化させることなく、電源起動時の光源のチラつきを抑止することを目的とする。 An object of the present invention is to suppress flickering of a light source at the time of power activation without deteriorating the power factor when the light source is turned on, for example.
本発明の一の態様に係る点灯装置は、
直流電力を供給する直流電源部と、
前記直流電源部から供給される直流電力の力率の改善と電圧の調整とをスイッチング動作により行って当該直流電力を出力する直流直流変換部と、
外部の光源と接続され、前記直流直流変換部から出力される直流電力を前記光源に供給して前記光源を点灯させる点灯部と、
前記光源が点灯する前は第1周期ごとに、前記光源が点灯した後は前記第1周期よりも長い第2周期ごとに、前記直流直流変換部から出力される直流電力の電圧を所定の電圧と比較し、比較結果に基づいて前記直流直流変換部のスイッチング動作を制御する制御部とを備える。
A lighting device according to one aspect of the present invention includes:
A DC power supply for supplying DC power;
A direct current direct current converter that outputs the direct current power by performing a switching operation to improve the power factor of the direct current power supplied from the direct current power supply unit and adjust the voltage; and
A lighting unit that is connected to an external light source and supplies the DC power output from the DC / DC conversion unit to the light source to light the light source;
The DC power voltage output from the DC / DC converter is set to a predetermined voltage every first cycle before the light source is turned on and every second cycle longer than the first cycle after the light source is turned on. And a control unit that controls the switching operation of the DC / DC conversion unit based on the comparison result.
本発明の一の態様において、点灯装置の直流直流変換部は、直流電力の力率の改善と電圧の調整とをスイッチング動作により行って当該直流電力を出力する。点灯装置の制御部は、光源が直流電力の供給を受けて点灯する前は第1周期ごとに、光源が点灯した後は第1周期よりも長い第2周期ごとに、直流直流変換部から出力される直流電力の電圧を所定の電圧と比較し、比較結果に基づいて直流直流変換部のスイッチング動作を制御する。このため、本発明の一の態様によれば、光源の点灯時の力率を悪化させることなく、電源起動時の光源のチラつきを抑止することが可能となる。 In one aspect of the present invention, the DC / DC conversion unit of the lighting device outputs the DC power by performing the switching operation to improve the power factor of the DC power and adjust the voltage. The controller of the lighting device outputs the DC light source from the DC / DC converter every first cycle before the light source is lit by receiving the supply of DC power and every second cycle longer than the first cycle after the light source is turned on. The voltage of the direct current power is compared with a predetermined voltage, and the switching operation of the direct current direct current converter is controlled based on the comparison result. For this reason, according to one aspect of the present invention, it is possible to suppress flickering of the light source at the time of power activation without deteriorating the power factor when the light source is turned on.
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、各実施の形態の説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」、「表」、「裏」といった方向は、説明の便宜上、そのように記しているだけであって、装置、器具、部品等の配置や向き等を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of each embodiment, the directions such as “up”, “down”, “left”, “right”, “front”, “back”, “front”, “back” are However, it is not intended to limit the arrangement or orientation of devices, instruments, parts, or the like.
実施の形態1.
図1は、本実施の形態に係る照明装置10の構成を示す回路図である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of lighting apparatus 10 according to the present embodiment.
図1において、照明装置10は、LED11、LED点灯装置12を備える。
In FIG. 1, the illumination device 10 includes an
LED11は、例えば、1つの白色LED、あるいは、互いに直列に接続された複数の白色LEDからなる。LED11は、光源の例であり、有機EL等、他の種類の光源に置き換えられても構わない。
The
LED点灯装置12は、点灯装置の例であり、直流電源部21、直流直流変換部22、点灯部23、制御部24を備える。
The LED lighting device 12 is an example of a lighting device, and includes a DC
直流電源部21は、直流電力を直流直流変換部22に供給する。本実施の形態において、直流電源部21は、ブリッジ整流器31(ダイオードブリッジ)からなる整流回路として構成されている。直流電源部21は、商用電源13から供給される交流電力をブリッジ整流器31により全波整流し、脈流電力(即ち、直流電力)に変換して出力する。
The DC
直流直流変換部22は、直流電源部21から供給される直流電力の力率の改善と電圧の調整とをスイッチング動作により行って当該直流電力を点灯部23に出力する。本実施の形態において、直流直流変換部22は、インダクタ41、ダイオード42、平滑コンデンサ43(電解コンデンサ)、スイッチング素子44(MOSFET)からなる昇圧コンバータとして構成されている。直流直流変換部22は、直流電源部21から供給される脈流電力の電流波形が当該脈流電力の電圧波形に近似したものとなるように(即ち、当該脈流電力の力率が1に近づくように)、スイッチング素子44を交互にオンオフする。このように、直流直流変換部22は、直流電源部21から供給される脈流電力の力率を改善する。また、直流直流変換部22は、スイッチング素子44がオンのときに、直流電源部21から流れ込む電流によりインダクタ41にエネルギーを蓄積する。直流直流変換部22は、スイッチング素子44がオフのときに、インダクタ41からエネルギーを放出し、このエネルギーにより発生する電流を、ダイオード42を介して平滑コンデンサ43に流し、平滑コンデンサ43を充電する。そして、直流直流変換部22は、直流電源部21から供給される脈流電力のピーク電圧よりも電圧が高い直流電力を平滑コンデンサ43から出力する。このように、直流直流変換部22は、直流電源部21から供給される直流電力を昇圧して出力する。
The DC /
点灯部23は、LED11と接続され、直流直流変換部22から出力される直流電力をLED11に供給してLED11を点灯させる。本実施の形態において、点灯部23は、インダクタ51、ダイオード52、平滑コンデンサ53(電解コンデンサ)、スイッチング素子54(MOSFET)からなる降圧コンバータ(バックコンバータ)として構成されている。点灯部23は、スイッチング素子54がオンのときに、直流直流変換部22から流れ込む電流を平滑コンデンサ53に流し、平滑コンデンサ53を充電するとともに、直流直流変換部22から流れ込む電流によりインダクタ51にエネルギーを蓄積する。点灯部23は、スイッチング素子54がオフのときに、インダクタ51からエネルギーを放出し、このエネルギーにより発生する電流を、ダイオード52を介して平滑コンデンサ53に流し、平滑コンデンサ53を充電する。そして、点灯部23は、直流直流変換部22から供給される直流電力の電圧よりも電圧が低い直流電力を平滑コンデンサ53から出力する。このように、点灯部23は、直流直流変換部22から供給される直流電力を降圧して出力する。
The
制御部24は、LED11が点灯する前は第1周期ごとに、LED11が点灯した後は第1周期よりも長い第2周期ごとに、直流直流変換部22から出力される直流電力の電圧を所定の電圧と比較し、比較結果に基づいて直流直流変換部22のスイッチング動作を制御する。本実施の形態において、制御部24は、フィードバック回路25、昇圧コンバータ制御回路26、位相補正回路27、位相補正切替回路28、降圧コンバータ制御用の制御IC29を備える。
The
フィードバック回路25は、直流直流変換部22から出力される直流電圧を抵抗61,62により分圧し、分圧した電圧と基準電位64とをコンパレータ63により比較し、直流直流変換部22の出力電圧が要求電圧(所定の電圧)よりも高いか低いかを示す電圧を出力する。
The
昇圧コンバータ制御回路26は、直流直流変換部22のスイッチング素子44のソース端子に流れる電流を抵抗71により電圧V1に変換して制御IC74に入力する。また、昇圧コンバータ制御回路26は、直流電源部21のブリッジ整流器31から出力される脈流電圧を抵抗72,73で分圧し、分圧した電圧V2を制御IC74に入力する。また、昇圧コンバータ制御回路26は、フィードバック回路25のコンパレータ63から出力される電圧V3を制御IC74に入力する。
The step-up
制御IC74は、電圧V1の波形(即ち、スイッチング素子44のソース端子に流れる電流)が電圧V2の波形(即ち、全波整流波形)に近似するように、スイッチング素子44のオンオフ(即ち、スイッチング素子44のゲート端子への出力電圧)を制御する。これにより、直流直流変換部22において直流電源部21からの脈流電力の力率が改善される。
The
制御IC74は、電圧V3に応じてスイッチング素子44のオンオフ(即ち、スイッチング素子44のゲート端子への出力電圧)を制御する。具体的には、制御IC74は、電圧V3が閾値より高ければ(即ち、直流直流変換部22の出力電圧が要求電圧よりも高ければ)、スイッチング素子44をオンにしている期間の割合(オンデューティ)を大きくする。これにより、直流直流変換部22から出力される直流電圧が下降する。一方、制御IC74は、電圧V3が閾値より低ければ(即ち、直流直流変換部22の出力電圧が要求電圧よりも低ければ)、スイッチング素子44のオンデューティを小さくする。これにより、直流直流変換部22から出力される直流電圧が上昇する。この動作が繰り返されることにより、直流直流変換部22において直流電源部21からの脈流電力が昇圧される。
The
位相補正回路27は、フィードバック回路25から出力される電圧V3の周波数特性をコンデンサ81と抵抗82とにより補正することで、負荷変動に対する直流直流変換部22の応答性を設定する。つまり、コンデンサ81の容量と抵抗82の抵抗値とから定まる位相補正回路27の時定数によって、フィードバック回路25から昇圧コンバータ制御回路26にフィードバックがかかる周期(第1周期)が決められる。本実施の形態では、後述するように、位相補正回路27の時定数を変えることで、フィードバックがかかる周期を切り替えることができる。
The
位相補正切替回路28は、点灯部23からLED11に出力される電圧Voを抵抗91,92で分圧して電圧Voを検出する。位相補正切替回路28は、電圧VoがLED11のVF(順方向電圧)未満であれば、トランジスタ93をオフにし、電圧VoがLED11のVF以上であれば、トランジスタ93をオンにする。トランジスタ93がオンの場合、位相補正回路27の抵抗82とトランジスタ93に直列に接続する抵抗94とが位相補正回路27のコンデンサ81に並列に接続されるため、位相補正回路27の時定数(コンデンサ81の容量と抵抗82,94の合成抵抗値とから定まる)が大きくなる。これにより、フィードバック回路25から昇圧コンバータ制御回路26にフィードバックがかかる周期(第1周期)が、より長い周期(第2周期)へ切り替わる。
The phase
上記のように、本実施の形態では、制御部24が、点灯部23から供給される直流電力の電圧を検出し、検出電圧がLED11のVFに達したときに、第1周期から第2周期への切り替えを行う。
As described above, in the present embodiment, when the
本実施の形態において、第1周期(トランジスタ93がオフの場合における位相補正回路27の時定数)は、5ミリ秒以下とする。つまり、LED11が点灯する前は、位相補正回路27が、フィードバック回路25から出力される電圧V3の周波数特性を200Hz以上に補正するものとする。周波数が200Hzよりも低くなると、図2に示すように、電源起動時の急激な電流増加により直流直流変換部22の出力電圧(PFC出力)が低下した場合に(例えば、LED11のVFが210Vであるとして、PFC出力が200Vまで低下すると、LED11の立ち消えが起こる)、次のフィードバックがかかって直流直流変換部22の出力電圧が回復するまでに時間がかかるため、人間が認識できるほどのLED11のチラつきが発生するおそれがある。一方、周波数が200Hz以上であれば、直流直流変換部22の出力電圧が低下しても、次のフィードバックが即座にかかるため、人間が認識できるほどのLED11のチラつきの発生を防止することができる。周波数が高いほど効果が増すと考えられるが、周波数が1kHz(1000Hz)を超えると、回路が発振してしまうおそれがあるため、LED11が点灯する前の周波数は約1kHz(即ち、第1周期を約1ミリ秒)とすることが望ましい。
In the present embodiment, the first period (the time constant of the
本実施の形態において、第2周期(トランジスタ93がオンの場合における位相補正回路27の時定数)は、10ミリ秒以上とする。つまり、LED11が点灯した後は、位相補正回路27が、フィードバック回路25から出力される電圧V3の周波数特性を100Hz以下に補正するものとする。周波数が100Hzよりも高くなると、高周波電流が増加するため、LED11の点灯時の力率が悪化する。一方、周波数が100Hz以下であれば、高周波電流を抑制して力率の悪化を防止することができる。LED11が点灯した後の周波数は商用電源13の周波数と同程度、即ち、約50Hz又は約60Hz(即ち、第2周期を約17ミリ秒又は約20ミリ秒)とすることが望ましい。
In the present embodiment, the second period (the time constant of the
制御IC29は、点灯部23からLED11に出力される電流を抵抗55にかかる電圧V4によって検出し、電圧V4に応じて点灯部23のスイッチング素子54のオンオフ(即ち、スイッチング素子54のゲート端子への出力電圧)を制御する。具体的には、制御IC29は、電圧V4が要求電圧より高ければ、スイッチング素子54のオンデューティを大きくする。これにより、点灯部23から出力される直流電圧が下降する。一方、制御IC29は、電圧V4が要求電圧より低ければ、スイッチング素子54のオンデューティを小さくする。これにより、点灯部23から出力される直流電圧が上昇する。この動作が繰り返されることにより、点灯部23において直流直流変換部22からの直流電力が降圧される。
The control IC 29 detects the current output from the
なお、本実施の形態では、点灯部23がバックコンバータとして構成されているが、点灯部23は、フライバックコンバータ等、他の種類の降圧コンバータとして構成されてもよいし、昇圧コンバータとして構成されてもよい。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態では、点灯部23が直流直流変換部22から出力される直流電力の電圧の調整をスイッチング動作により行って当該直流電力をLED11に供給しているが、点灯部23は、直流直流変換部22から出力される直流電力をそのままLED11に供給してもよい。つまり、点灯部23は、直流直流変換部22とLED11とを直結してもよい。
In the present embodiment, the
以上説明したように、本実施の形態に係るLED点灯装置12は、力率改善型コンバータ(直流直流変換部22)と、力率改善型コンバータの出力をフィードバックするフィードバック回路25と、フィードバック回路25に接続された位相補正回路27とを備え、LED11の点灯前後で位相補正を切り替えることによって力率改善型コンバータの負荷変動に対する応答性を変化させる。
As described above, the LED lighting device 12 according to the present embodiment includes the power factor improving converter (DC-DC converter 22), the
このように、LED11の点灯前後で力率改善型コンバータの負荷変動に対する応答性を切り替え、LED11の点灯までは応答性優先に、LED11の点灯後は力率優先に位相補正を調整することで、LED11の点灯時の力率を悪化させることなく、電源起動時のLED11のチラつきを抑止することができる。
In this way, by switching the responsiveness to the load fluctuation of the power factor improving converter before and after the
実施の形態2.
本実施の形態について、主に実施の形態1との差異を説明する。
Embodiment 2. FIG.
In the present embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described.
図3は、本実施の形態に係る照明装置10の構成を示す回路図である。 FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of lighting apparatus 10 according to the present embodiment.
図3において、位相補正切替回路28以外の構成は、図1に示した実施の形態1のものと同様である。
3, the configuration other than the phase
位相補正切替回路28は、電圧VoがLED11のVF以上になったとき、すぐにトランジスタ93をオンにするのではなく、コンデンサ95の容量によって定まる遅延時間が経過した後にトランジスタ93をオンにする。
When the voltage Vo becomes equal to or higher than the VF of the
上記のように、本実施の形態では、制御部24が、点灯部23から供給される直流電力の電圧を検出し、検出電圧がLED11のVFに達してから所定の時間が経過したときに、第1周期から第2周期への切り替えを行う。これにより、応答性優先から力率優先への切り替えのタイミングを、確実にLED11の点灯後とすることができる。
As described above, in the present embodiment, the
なお、点灯部23がバックコンバータとして構成される代わりに、直流直流変換部22とLED11とを直結する場合には、特に、本実施の形態を適用することが望ましい。
In addition, it is desirable to apply this Embodiment especially when connecting the direct current direct current | flow
実施の形態3.
本実施の形態について、主に実施の形態1との差異を説明する。
Embodiment 3 FIG.
In the present embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described.
図4は、本実施の形態に係る照明装置10の構成を示す回路図である。 FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of lighting apparatus 10 according to the present embodiment.
図4において、位相補正切替回路28以外の構成は、図1に示した実施の形態1のものと同様である。
In FIG. 4, the configuration other than the phase
通常、トランジスタ93のオン電圧(例えば、0.6V)は、LED11のVF(例えば、200V)と比べると、かなり低い。そのため、電圧Voのリップルによりトランジスタ93がオンになってしまうおそれがある。
Usually, the ON voltage (for example, 0.6 V) of the
本実施の形態では、位相補正切替回路28の抵抗91,92の接続点とトランジスタ93のベース端子との間にツェナーダイオード96が接続されている。これにより、実質的にトランジスタ93のオン電圧を上げることができ、ノイズによりトランジスタ93がオンになる事態を回避することが可能となる。
In the present embodiment, a
以上、本発明の実施の形態について説明したが、これらの実施の形態のうち、2つ以上を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、1つを部分的に実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、2つ以上を部分的に組み合わせて実施しても構わない。なお、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, you may implement in combination of 2 or more among these embodiment. Alternatively, one of these embodiments may be partially implemented. Alternatively, two or more of these embodiments may be partially combined. In addition, this invention is not limited to these embodiment, A various change is possible as needed.
10 照明装置、11 LED、12 LED点灯装置、13 商用電源、21 直流電源部、22 直流直流変換部、23 点灯部、24 制御部、25 フィードバック回路、26 昇圧コンバータ制御回路、27 位相補正回路、28 位相補正切替回路、29,74 制御IC、31 ブリッジ整流器、41,51 インダクタ、42,52 ダイオード、43,53 平滑コンデンサ、44,54 スイッチング素子、55,61,62,71,72,73,82,91,92,94 抵抗、63 コンパレータ、64 基準電位、81,95 コンデンサ、93 トランジスタ、96 ツェナーダイオード。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Illuminating device, 11 LED, 12 LED lighting device, 13 Commercial power supply, 21 DC power supply part, 22 DC-DC conversion part, 23 Lighting part, 24 Control part, 25 Feedback circuit, 26 Boost converter control circuit, 27 Phase correction circuit, 28 phase correction switching circuit, 29, 74 control IC, 31 bridge rectifier, 41, 51 inductor, 42, 52 diode, 43, 53 smoothing capacitor, 44, 54 switching element, 55, 61, 62, 71, 72, 73, 82, 91, 92, 94 Resistor, 63 Comparator, 64 Reference potential, 81, 95 Capacitor, 93 Transistor, 96 Zener diode.
Claims (7)
前記直流電源部から供給される直流電力の力率の改善と電圧の調整とをスイッチング動作により行って当該直流電力を出力する直流直流変換部と、
外部の光源と接続され、前記直流直流変換部から出力される直流電力を前記光源に供給して前記光源を点灯させる点灯部と、
前記光源が点灯する前は第1周期ごとに、前記光源が点灯した後は前記第1周期よりも長い第2周期ごとに、前記直流直流変換部から出力される直流電力の電圧を所定の電圧と比較し、比較結果に基づいて前記直流直流変換部のスイッチング動作を制御する制御部とを備えることを特徴とする点灯装置。 A DC power supply for supplying DC power;
A direct current direct current converter that outputs the direct current power by performing a switching operation to improve the power factor of the direct current power supplied from the direct current power supply unit and adjust the voltage; and
A lighting unit that is connected to an external light source and supplies the DC power output from the DC / DC conversion unit to the light source to light the light source;
The DC power voltage output from the DC / DC converter is set to a predetermined voltage every first cycle before the light source is turned on and every second cycle longer than the first cycle after the light source is turned on. And a controller that controls the switching operation of the DC / DC converter based on the comparison result.
前記制御部は、前記点灯部から供給される直流電力の電圧を検出し、検出電圧が前記光源の順方向電圧に達したときに、前記第1周期から前記第2周期への切り替えを行うことを特徴とする請求項1の点灯装置。 The lighting unit performs adjustment of the voltage of the DC power output from the DC / DC conversion unit by a switching operation to supply the DC power to the light source,
The control unit detects a voltage of DC power supplied from the lighting unit, and performs switching from the first cycle to the second cycle when the detected voltage reaches a forward voltage of the light source. The lighting device according to claim 1.
前記点灯装置の点灯部と接続された光源と
を備えることを特徴とする照明装置。 A lighting device according to any one of claims 1 to 6;
An illumination device comprising: a light source connected to a lighting unit of the lighting device.
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