JP2016149192A - Switching power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、擬似共振方式のスイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a quasi-resonant switching power supply device.
LEDを点灯させるLED点灯装置としてスイッチング電源装置を用いる場合、電流値の増減により容易に調光が可能であるが、その際にちらつきが発生すると不快に感じる。PWM方式のスイッチング電源装置は、軽負荷状態でも安定制御出来るため、調光時でもちらつきの抑制は容易であるが、低コスト化が可能となる1コンバータ型でPWM方式を行うと、EMI(Electro Magnetic Interference)対策が難しくなってしまう。そこで、近年では、EMI対策のため、擬似共振方式のスイッチング電源装置がLED点灯装置として用いられている(例えば、特許文献1参照)。 When a switching power supply device is used as an LED lighting device for lighting an LED, dimming can be easily performed by increasing / decreasing the current value, but when flickering occurs at that time, it is uncomfortable. Since a PWM switching power supply device can stably control even in a light load state, it is easy to suppress flickering even during dimming, but when the PWM method is performed with a single converter type that enables cost reduction, EMI (Electro Magnetic Interference) measures become difficult. Therefore, in recent years, a quasi-resonant switching power supply device has been used as an LED lighting device for EMI countermeasures (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、擬似共振方式のスイッチング電源装置では、軽負荷となる調光時や高入力電圧時に、スイッチング素子のオン時間が短くなり、発振周波数が上昇する。そして、スイッチング素子のオン時間が最小オン幅以下の制御にかかると、発振周波数が不規則に変化してしまうため、LEDの点灯がちらつくといった現象が発生してしまう。なお、調光時にボトムスキップ動作をさせれば周波数増加は抑制できる(例えば、特許文献2参照)。しかし、ボトムスキップ動作の切換り点前後での1周期におけるスイッチ電流平均値が異なってくるため、やはりちらつきが発生してしまう。 However, in the quasi-resonant switching power supply device, the on-time of the switching element is shortened and the oscillation frequency is increased at the time of dimming or a high input voltage as a light load. When the on-time of the switching element is controlled to be equal to or less than the minimum on-width, the oscillation frequency changes irregularly, resulting in a phenomenon that the LED is flickering. In addition, if a bottom skip operation is performed during dimming, an increase in frequency can be suppressed (for example, see Patent Document 2). However, since the average value of the switch current in one cycle before and after the switching point of the bottom skip operation differs, flickering still occurs.
本発明の目的は、従来技術の上記問題を解決し、LEDがちらつくことなく安定して発光させることができるスイッチング電源装置を提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art and to provide a switching power supply device that can emit light stably without flickering of an LED.
本発明のスイッチング電源装置は、スイッチング素子のターンオフに伴う共振現象を用いて、共振電圧がボトム(最下点電圧)となるボトムタイミングで前記スイッチング素子をターンオンさせるスイッチング電源装置であって、前記共振電圧を検出する共振電圧検出回路と、外部からの調光信号に基づいて前記ボトムタイミングをスキップするスキップ数を決定するスキップ数決定部と、前記共振電圧検出回路による検出結果に基づいて、前記スキップ数の前記ボトムタイミングで前記スイッチング素子のターンオンを指示するターンオン指示信号を生成する信号生成部と、前記ターンオン指示信号に基づいて前記スイッチング素子のターンオンさせる制御回路とを具備し、前記スキップ数決定部によってスキップ数がNからMに変更されると(但し、Nは、0以上の整数であり、Mは、Nとは異なる0以上の整数である)、前記信号生成部は、遷移期間を設け、当該遷移期間では、前記スキップ数がNの前記ボトムタイミングと前記スキップ数がMの前記ボトムタイミングとの間のタイミングで前記スイッチング素子のターンオンを指示する前記ターンオン指示信号を生成することを特徴とする。
さらに、本発明のスイッチング電源装置において、前記信号生成部は、前記遷移期間に生成する前記ターンオン指示信号において、前記スイッチング素子のターンオンを指示するタイミングを前記スキップ数がNの前記ボトムタイミングから前記スキップ数がMの前記ボトムタイミングに徐々に近づけても良い。
さらに、本発明のスイッチング電源装置において、前記スキップ数決定部は、前記調光信号と入力電圧とに基づいて前記スキップ数を決定しても良い。
さらに、本発明のスイッチング電源装置において、前記遷移期間は、商用交流電源の周期の2〜3倍に設定されていても良い。
The switching power supply device according to the present invention is a switching power supply device that turns on the switching element at a bottom timing at which the resonance voltage becomes a bottom (lowest point voltage) by using a resonance phenomenon associated with turn-off of the switching element. A resonance voltage detection circuit that detects a voltage; a skip number determination unit that determines a skip number for skipping the bottom timing based on a dimming signal from the outside; and the skip based on a detection result by the resonance voltage detection circuit The skip number determination unit comprises: a signal generation unit that generates a turn-on instruction signal that instructs turn-on of the switching element at a number of bottom timings; and a control circuit that turns on the switching element based on the turn-on instruction signal. Will change the number of skips from N to M (Where N is an integer greater than or equal to 0 and M is an integer greater than or equal to 0 different from N), the signal generation unit provides a transition period, and the number of skips is N in the transition period. The turn-on instruction signal for instructing the turn-on of the switching element is generated at a timing between the bottom timing and the bottom timing when the number of skips is M.
Furthermore, in the switching power supply device according to the present invention, the signal generation unit skips the timing for instructing the turn-on of the switching element from the bottom timing with the skip number N in the turn-on instruction signal generated in the transition period. The number may gradually approach the bottom timing of M.
Furthermore, in the switching power supply device of the present invention, the skip number determination unit may determine the skip number based on the dimming signal and the input voltage.
Furthermore, in the switching power supply device of the present invention, the transition period may be set to 2 to 3 times the period of the commercial AC power supply.
本発明によれば、ボトムスキップ動作の切換りで、スイッチ電流平均値の急激な変化を防止することができ、LEDをちらつくことなく安定して発光させることができるという効果を奏する。 According to the present invention, by switching the bottom skip operation, it is possible to prevent an abrupt change in the switch current average value, and it is possible to emit light stably without causing the LED to flicker.
本実施の形態は、調光対応の擬似共振方式のスイッチング電源装置であり、非絶縁のバックブースト方式で構成されている。本実施の形態のスイッチング電源装置は、図1を参照すると、MOSFET等のスイッチング素子Q1と、スイッチング素子Q1を駆動する制御回路11とが内蔵されたコントローラIC1と、スイッチング素子Q1のオンタイミングを制御するマイコン2とを備えている。
The present embodiment is a quasi-resonant switching power supply device that supports dimming, and is configured by a non-insulated buck-boost method. Referring to FIG. 1, the switching power supply according to the present embodiment controls a controller IC1 including a switching element Q1 such as a MOSFET and a
整流回路DBの交流入力端子にEMIフィルタF1を介して商用交流電源ACが接続され、整流回路DBの整流出力正極端子と整流出力負極端子との間には、入力コンデンサCinが接続されている。また、整流回路DBの整流出力正極端子は、フィルタF2を介してコントローラIC1のD/ST端子が接続されている。D/ST端子は、スイッチング素子Q1のドレインに接続された端子である。そして、整流回路DBの整流出力負極端子は、リアクトルL1と、抵抗Rocpとを介してコントローラIC1のS/GND端子に接続されている。S/GND端子は、スイッチング素子Q1のソースに接続された端子である。これにより、入力コンデンサCinの両端子間、すなわち商用交流電源ACの交流電圧を整流した直流電圧の両端子聞に、スイッチング素子Q1とリアクトルL1とが直列に接続された閉回路が形成され、スイッチング素子Q1がオンされると、リアクトルL1が励磁される。なお、コントローラIC1のD/ST端子とS/GND端子との間には、電圧共振コンデンサCvが接続されている。電圧共振コンデンサCvは、スイッチング素子Q1がターンオフしたとき、リアクトルL1との間で共振回路を形成する。 A commercial AC power supply AC is connected to the AC input terminal of the rectification circuit DB via the EMI filter F1, and an input capacitor Cin is connected between the rectification output positive terminal and the rectification output negative terminal of the rectification circuit DB. The rectification output positive terminal of the rectifier circuit DB is connected to the D / ST terminal of the controller IC1 through the filter F2. The D / ST terminal is a terminal connected to the drain of the switching element Q1. The rectified output negative terminal of the rectifier circuit DB is connected to the S / GND terminal of the controller IC1 via the reactor L1 and the resistor Rocp. The S / GND terminal is a terminal connected to the source of the switching element Q1. As a result, a closed circuit in which the switching element Q1 and the reactor L1 are connected in series is formed between both terminals of the input capacitor Cin, that is, both terminals of a DC voltage obtained by rectifying the AC voltage of the commercial AC power supply AC. When element Q1 is turned on, reactor L1 is excited. A voltage resonant capacitor Cv is connected between the D / ST terminal and the S / GND terminal of the controller IC1. Voltage resonant capacitor Cv forms a resonant circuit with reactor L1 when switching element Q1 is turned off.
コントローラIC1のS/GND端子には、電流検出用の抵抗Rsを介して、ダイオードD1のカソードが接続され、ダイオードD1のアノードは、複数のLED素子からなるLED負荷RLが接続される負側出力端子である出力コンデンサCoの負極端子に接続されている。そして、LED負荷RLが接続される正側出力端子である出力コンデンサCoの正極端子は、リアクトルL1と整流回路DBの整流出力負極端子との接続点に接続されている。リアクトルLIに接続されたダイオードD1と出力コンデンサCoとは、整流平滑回路として機能する。これにより、出力コンデンサCoとLED負荷RLとが並列接続された並列回路が形成され、スイッチング素子Q1がオフされると、ダイオードD1がオンされ、リアクトルL1に励磁された電力が出力される。 The cathode of a diode D1 is connected to the S / GND terminal of the controller IC1 via a current detection resistor Rs, and the anode of the diode D1 is a negative output to which an LED load RL composed of a plurality of LED elements is connected. It is connected to the negative terminal of the output capacitor Co, which is a terminal. The positive terminal of the output capacitor Co, which is the positive output terminal to which the LED load RL is connected, is connected to the connection point between the reactor L1 and the rectified output negative terminal of the rectifier circuit DB. The diode D1 connected to the reactor LI and the output capacitor Co function as a rectifying / smoothing circuit. As a result, a parallel circuit is formed in which the output capacitor Co and the LED load RL are connected in parallel. When the switching element Q1 is turned off, the diode D1 is turned on, and the power excited in the reactor L1 is output.
また、コントローラIC1には、電源入力端子であるVCC端子と、過電流保護信号とマイコン2からのマスク信号とが入力されるOCP/BD端子と、フィードバック位相補償用のCOMP端子と、調光信号が入力されるVREF端子と、フィードバック電流検出信号が入力されるISENSE端子とが備えられている。
The
コントローラIC1のOCP/BD端子は、抵抗R1を介してコントローラIC1のS/GND端子に接続されたCOMMONラインに接続されている。 The OCP / BD terminal of the controller IC1 is connected to the COMMON line connected to the S / GND terminal of the controller IC1 via the resistor R1.
また、コントローラIC1のVCC端子と、コントローラIC1のS/GND端子に接続されたCOMMONラインとの間には、制御回路用コンデンサCaが接続されている。そして、リアクトルL1の補助出力端子が抵抗R2を介してダイオードD2のアノードに接続され、ダイオードD2のカソードがコントローラIC1のVCC端子に接続されている。これにより、リアクトルL1に充電された電力の出力に伴って、制御回路用コンデンサCaが充電される。 A control circuit capacitor Ca is connected between the VCC terminal of the controller IC1 and the COMMON line connected to the S / GND terminal of the controller IC1. The auxiliary output terminal of the reactor L1 is connected to the anode of the diode D2 via the resistor R2, and the cathode of the diode D2 is connected to the VCC terminal of the controller IC1. Thereby, the capacitor Ca for control circuits is charged with the output of the electric power charged by the reactor L1.
コントローラIC1のCOMP端子、VREF端子及びISENSE端子と、COMMONラインとの間には、コンデンサC1、C2、C3がそれぞれ接続されている。また、電流検出用の抵抗RsとダイオードD1のカソードとの接続点は、抵抗R3を介してコントローラIC1のISENSE端子に接続されている。抵抗R3とコンデンサC3とは、フィルタとして機能し、LED負荷RLに流れる電流値がフィードバック電流検出信号としてISENSE端子に入力される。 Capacitors C1, C2, and C3 are respectively connected between the COMP terminal, the VREF terminal, the ISENSE terminal, and the COMMON line of the controller IC1. The connection point between the current detection resistor Rs and the cathode of the diode D1 is connected to the ISENSE terminal of the controller IC1 through the resistor R3. The resistor R3 and the capacitor C3 function as a filter, and a current value flowing through the LED load RL is input to the ISENSE terminal as a feedback current detection signal.
マイコン2は、AC値入力端子と、補助巻線信号入力端子と、BD(ボトムディテクト)信号入力端子と、調光信号入力端子と、マスク信号出力端子とを備えている。
The
リアクトルL1の補助出力端子は、抵抗R2と、抵抗R4と、抵抗R5とを介して接地端子に接続されている。そして、抵抗R4と抵抗R5との接続点がマイコン2の補助巻線信号入力端子に接続されていると共に、抵抗R5と並列にダイオードD3が接続されて負電位がマイコンに入力されるのを防止している。また、リアクトルL1の補助出力端子は、抵抗R2と、コンデンサC4と、抵抗R6と、抵抗R7とを介してマイコン2の電源電圧VDDに接続されている。抵抗R7の両端子間にはダイオードD5とトランジスタQ2のエミッタ・ベースが接続され、トランジスタQ2のコレクタは、抵抗R8を介して接地端子に接続されている。トランジスタQ2のコレクタと抵抗R8との接続点はマイコン2のBD信号入力端子に接続されている。これにより、マイコン2の補助巻線信号入力端子には、図2(a)に示す補助巻線電圧が、図2(b)に示す補助巻線信号に整形されて入力される。また、マイコン2のBD信号入力端子には、図2(a)に示す補助巻線電圧から、図2(c)に示すBD信号が生成されて入力される。BD信号は、共振電圧を検出するための信号であり、コンデンサC4、トランジスタQ2、抵抗R6〜抵抗R8等は、共振電圧を検出する共振電圧検出回路として機能する。なお、BD信号において、立下りがスイッチング素子Q1をターンオフした際に生じる共振電圧のボトム(最下点電圧)となるように、共振電圧検出回路を構成するコンデンサC4、抵抗R6〜抵抗R8の値が設定されている。
The auxiliary output terminal of the reactor L1 is connected to the ground terminal via a resistor R2, a resistor R4, and a resistor R5. The connection point between the resistor R4 and the resistor R5 is connected to the auxiliary winding signal input terminal of the
また、リアクトルL1の補助出力端子は、抵抗R2と、カソードが抵抗R2に接続されたダイオードD4と、ダイオードD4のアノードに接続された抵抗R9と、アノードが抵抗R9に接続されたツェナーダイオードZD1と、ツェナーダイオードZD1のカソードに接続された抵抗R10と、抵抗R11とを介してマイコン2の電源電圧VDDに接続されている。そして、ツェナーダイオードZD1のアノードと抵抗R9との接続点は、コンデンサC5を介して接地端子に接続され、抵抗R10と抵抗R11との接続点がマイコン2のAC値入力端子に接続されている。これにより、マイコン2のAC値入力端子には、入力電圧、すなわち商用交流電源ACの交流電圧に応じたAC値が入力される。
The auxiliary output terminal of the reactor L1 includes a resistor R2, a diode D4 whose cathode is connected to the resistor R2, a resistor R9 connected to the anode of the diode D4, and a Zener diode ZD1 whose anode is connected to the resistor R9. The resistor R10 connected to the cathode of the Zener diode ZD1 and the resistor R11 are connected to the power supply voltage VDD of the
PWM信号として外部から入力される調光信号は、調光信号処理部に入力される。調光信号処理部は、PWM信号を平滑する調光信号生成回路を備え、調光信号生成回路によって平滑化され、平滑化された調光信号は、コントローラIC1のVREF端子と、マイコン2の調光信号入力端子とに入力される。
A dimming signal input from the outside as a PWM signal is input to the dimming signal processing unit. The dimming signal processing unit includes a dimming signal generation circuit that smoothes the PWM signal. The dimming signal smoothed by the dimming signal generation circuit is transmitted to the VREF terminal of the controller IC1 and the dimming signal of the
マイコン2のマスク信号出力端子は、アノードがマスク信号出力端子に接続されたダイオードD6と、ダイオードD6のカソードに接続された抵抗R12とを介してコントローラIC1のOCP/BD端子に接続されている。これにより、マイコン2のマスク信号出力端子から出力されたマスク信号がコントローラIC1のOCP/BD端子に入力される。マスク信号は、その立下りでスイッチング素子Q1をターンオンするタイミングを通知するターンオン指示信号であり、コントローラIC1の制御回路11は、マスク信号の立下りを検出することで、スイッチング素子Q1をターンオンさせる。スイッチング素子Q1をターンオフするタイミングは、VREF端子に入力される調光信号と、ISENSE端子に入力されるフィードバック電流検出信号とに基づいて決定される。コントローラIC1の制御回路11は、フィードバック電流検出信号と調光信号との比較結果に基づいて、スイッチング素子Q1をターンオフさせる。
The mask signal output terminal of the
マイコン2は、ROM(Read Only Memory)等の不揮発性記憶領域、RAM(Random Access Memory)等の揮発性記憶領域等を備えたマイクロコンピューター等の情報処理部である。不揮発性記憶領域には動作制御を行うための制御プログラムが記憶されている。マイコン2は、不揮発性記憶領域に記憶されている制御プログラムを読み出し、制御プログラムを揮発性記憶領域に展開させることで、図3に示すように、スキップ数決定部21と、マスク信号生成部22として機能する。また、マイコン2の不揮発性記憶領域には、スキップテーブル23が記憶されている。
The
スキップテーブル23は、入力電圧と調光率とに対応したスキップ数が設定されている。スキップ数は、共振電圧がボトム(最下点電圧)となるボトムタイミングをスキップ、すなわち無視する回数を示している。本実施の形態では、図4に示すように、入力電圧が132V未満である場合に参照され、調光率に応じたスキップ数が設定されている第1テーブル23aと、入力電圧が132V以上176V未満である場合に参照され、調光率に応じたスキップ数が設定されている第2テーブル23bと、入力電圧が176V以上である場合に参照され、調光率に応じたスキップ数が設定されている第3テーブル23cとがスキップテーブル23として不揮発性記憶領域に記憶されている。第1テーブル23aでは、調光率が66%以上でスキップ数は0に、調光率が33%以上66%未満でスキップ数は1に、調光率が33%未満でスキップ数は2にそれぞれ設定されている。第2テーブル23bでは、調光率が70%以上でスキップ数は0に、調光率が40%以上70%未満でスキップ数は1に、調光率が40%未満でスキップ数数は2にそれぞれ設定されている。第3テーブル23cでは、調光率が80%以上でスキップ数は0に、調光率が50%以上80%未満でスキップ数は1に、調光率が50%未満でスキップ数は2にそれぞれ設定されている。なお、調光率は、パーセンテージが大きいほど明るいことを示す。第1テーブル23a、第2テーブル23b及び第3テーブル23cによると、調光率のパーセンテージが小さい、すなわち調光が絞られるほど、スキップ数が大きくなる傾向にある。また、調光率が同じパーセンテージでも、AC値が大きいほど、スキップ数が大きくなる傾向にある。例えば、調光率が68%である場合には、入力電圧が132V未満でスキップ数は0に、入力電圧が132V以上176V未満でスキップ数は1に、入力電圧が176V以上でスキップ数は1にそれぞれ設定されている。 In the skip table 23, the number of skips corresponding to the input voltage and the dimming rate is set. The number of skips indicates the number of times that the bottom timing at which the resonance voltage becomes the bottom (the lowest point voltage) is skipped, that is, ignored. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the first table 23a is referred to when the input voltage is less than 132V and the number of skips is set according to the dimming rate, and the input voltage is 132V or more and 176V. The second table 23b that is referred to when the input voltage is 176 V or more is referred to when the input voltage is 176 V or more, and is referred to when the number of skips is set according to the dimming rate. The third table 23c is stored as a skip table 23 in the nonvolatile storage area. In the first table 23a, the dimming rate is 66% or more and the skip number is 0, the dimming rate is 33% or more and less than 66%, the skip number is 1, and the dimming rate is less than 33% and the skip number is 2. Each is set. In the second table 23b, the number of skips is 0 when the dimming rate is 70% or more, the number of skips is 1 when the dimming rate is 40% or more and less than 70%, and the number of skips is 2 when the dimming rate is less than 40%. Respectively. In the third table 23c, the number of skips is 0 when the dimming rate is 80% or more, the number of skips is 1 when the dimming rate is 50% or more and less than 80%, and the number of skips is 2 when the dimming rate is less than 50%. Each is set. The dimming rate indicates that the higher the percentage, the brighter. According to the first table 23a, the second table 23b, and the third table 23c, the percentage of the dimming rate is small, that is, as the dimming is reduced, the number of skips tends to increase. Even if the dimming rate is the same percentage, the number of skips tends to increase as the AC value increases. For example, when the dimming rate is 68%, the number of skips is 0 when the input voltage is less than 132V, the number of skips is 1 when the input voltage is 132V or more and less than 176V, and the number of skips is 1 when the input voltage is 176V or more. Respectively.
スキップ数決定部21は、AC値入力端子に入力されるAC値に基づいて商用交流電源ACの入力電圧を認識すると共に、調光信号入力端子に入力される調光信号に基づいて調光率を認識する。そして、スキップ数決定部21は、スキップテーブル23を参照することで入力電圧と調光率とに対応するスキップ数を特定してマスク信号生成部22に通知する。
The skip
スキップ数決定部21から通知されたスキップ数がNの場合、マスク信号生成部22は、補助巻線信号入力端子に入力される補助巻線信号の立ち上がりのタイミングでHiレベルとなり、BD信号入力端子に入力されるBD信号の立下りのタイミングをN回スキップした後、(N+1)回目の立下りのタイミングでLowレベルとなるマスク信号を生成し、生成したマスク信号をマスク信号出力端子から出力する。但し、Nは、0以上の整数である。
When the skip number notified from the skip
図5(A)には、スキップ数としてN=0が通知されている場合のマスク信号例が示されている。マスク信号生成部22は、補助巻線信号が立ち上がる時刻t1のタイミングでマスク信号をHiレベルとする。そして、マスク信号生成部22は、マスク信号をHiレベルにした後、BD信号入力端子に入力されるBD信号の立下りをスキップすることなく、BD信号が(0+1=1)回目に立下る時刻t2のタイミングでマスク信号をLowレベルとする。これにより、マスク信号は、スキップ数が0のボトムタイミングでスイッチング素子Q1のターンオンを指示するターンオン指示信号となり、共振電圧がボトム(最下点電圧)となるボトムタイミングでスイッチング素子Q1をターンオンさせるボトムスイッチング動作が行われ、スイッチング損失を低減させることができる。
FIG. 5A shows an example of a mask signal when N = 0 is notified as the skip number. The
また、図5(B)には、スキップ数としてN=1が通知されている場合のマスク信号例が示されている。マスク信号生成部22は、補助巻線信号が立ち上がる時刻t1のタイミングでマスク信号をHiレベルとする。そして、マスク信号生成部22は、マスク信号をHiレベルにした後、BD信号が1回目に立下る時刻t2のタイミングはスキップし、BD信号が(1+1=2)回目に立下る時刻t3のタイミングでマスク信号をLowレベルとする。これにより、マスク信号は、スキップ数が1のボトムタイミングでスイッチング素子Q1のターンオンを指示するターンオン指示信号となり、共振電圧がボトム(最下点電圧)となる最初のボトムタイミングをスキップして、次のボトムタイミングでスイッチング素子Q1をターンオンさせるボトムスキップ動作が行われる。ボトムスキップ動作により、スイッチング素子Q1がターンオンされるまでの時間を延ばすことができ、周波数上昇の抑制とスイッチング損失の低減とを両立させることができる。
FIG. 5B shows an example of a mask signal when N = 1 is notified as the skip number. The
また、マスク信号生成部22は、スキップ数決定部21によって決定されるスキップ数がNからMに変更されると、遷移期間を設け、当該遷移期間では、変更前のスキップ数がNのボトムタイミングと変更後のスキップ数がMのボトムタイミングとの間のタイミングでスイッチング素子のターンオンを指示するターンオン指示信号を生成する。但し、Mは、Nとは異なる0以上の整数である。
Further, when the skip number determined by the skip
例えば、スキップ数決定部21から通知されるスキップ数がNからMに増加されると、マスク信号生成部22は、遷移期間を設ける。この遷移期間において、マスク信号生成部22は、補助巻線信号入力端子に入力される補助巻線信号の立ち上がりのタイミングでHiレベルとなり、BD信号入力端子に入力されるBD信号の(N+1)回目の立下りから遅延時間Tdeley分遅らせたタイミングでLowレベルとなるマスク信号を生成し、生成したマスク信号をマスク信号出力端子から出力する。遷移期間は、商用交流電源ACの周期の2〜3倍に設定され、数十ms(COMP端子定数の2〜3倍の時定数)に設定されている。そして、遅延時間Tdeleyは、0〜共振周期TresのA倍(但し、Aは、NからMの増加数である)の範囲で設定され、遷移期間で徐々に延長される。これにより、マスク信号において、スイッチング素子Q1のターンオンを指示するタイミングは、変更前のスキップ数がNのボトムタイミング、すなわち(N+1)回目のボトムタイミングから、変更後のスキップ数がMのボトムタイミング、すなわち(M+1)回目のボトムタイミングに徐々に近づくことになり、ボトムスキップ動作の切換りで、スイッチ電流平均値の急激な変化を防止することができ、LEDをちらつくことなく安定して発光させることができる。なお、遅延時間Tdeleyは、リニアに延長するようにしても良く、デジタル制御であれば分解能を大きくとって段階的に延長するようにしても良い。
For example, when the number of skips notified from the skip
また、スキップ数決定部21から通知されるスキップ数がNからMに減少されると、マスク信号生成部22は、スキップ数が増加された場合と同様に遷移期間を設ける。この遷移期間において、マスク信号生成部22は、補助巻線信号入力端子に入力される補助巻線信号の立ち上がりのタイミングでHiレベルとなり、BD信号入力端子に入力されるBD信号の(M+1)回目の立下りから遅延時間Tdeley分遅らせたタイミングでLowレベルとなるマスク信号を生成し、生成したマスク信号をマスク信号出力端子から出力する。そして、遅延時間Tdeleyは、0〜共振周期TresのB倍の範囲で設定され、遷移期間で徐々に短縮される(但し、Bは、NからMの減少数である)。これにより、マスク信号において、スイッチング素子Q1のターンオンを指示するタイミングは、変更前のスキップ数がNのボトムタイミング、すなわち(N+1)回目のボトムタイミングから、変更後のスキップ数がMのボトムタイミング、すなわち(M+1)回目のボトムタイミングに徐々に近づくことになり、ボトムスキップ動作の切換りで、スイッチ電流平均値の急激な変化を防止することができ、LEDをちらつくことなく安定して発光させることができる。なお、遅延時間Tdeleyは、リニアに短縮するようにしても良く、デジタル制御であれば分解能を大きくとって段階的に短縮するようにしても良い。
When the number of skips notified from the skip
図5(C)には、スキップ数がN=0からM=1に増加、もしくはスキップ数がN=1からM=0に減少された際の遷移期間でのマスク信号例が示されている。マスク信号生成部22は、補助巻線信号が立ち上がる時刻t1のタイミングでマスク信号をHiレベルとする。そして、マスク信号生成部22は、マスク信号をHiレベルにした後、BD信号の1回目の立下り(時刻t2)から遅延時間Tdeley分遅れた時刻t4のタイミングでマスク信号をLowレベルとする。図5(C)に示すように、遷移期間のスイッチング動作は、共振電圧のボトム(最小電圧)でスイッチング素子Q1がターンオンさせるボトムスイッチング動作ではなく、共振電圧に関わりなくスイッチング素子Q1がターンオンさせるハードボトムスイッチング動作になるため、スイッチング損失が一時的に増加するが、数十msの時間でありスイッチング素子Q1の永続的な過熱は発生しない。
FIG. 5C shows an example of a mask signal in a transition period when the number of skips is increased from N = 0 to M = 1 or the number of skips is decreased from N = 1 to M = 0. . The
なお、本実施形態では、バックブースト方式を例にとって説明したが、本発明は、バックブースト方式以外の各種チョッパー方式やフライバック方式に適用することができる。また、マイコン2は、アナログ回路で構成するようにしても良いが、各種LED灯具に合わせてより柔軟に対応するには、スイッチング素子Q1がターンオンするタイミングをマイコン2によってプログラム制御することが好ましい。
In the present embodiment, the buck-boost method has been described as an example, but the present invention can be applied to various chopper methods and flyback methods other than the buck-boost method. The
以上のように、本実施の形態では、スイッチング素子Q1のターンオフに伴う共振現象を用いて、共振電圧がボトムとなるボトムタイミングでスイッチング素子Q1をターンオンさせるスイッチング電源装置であって、共振電圧を検出する共振電圧検出回路(コンデンサC4、トランジスタQ2、抵抗R6〜抵抗R8等)と、外部からの調光信号に基づいて前記ボトムタイミングをスキップするスキップ数を決定するスキップ数決定部21と、共振電圧検出回路による検出結果に基づいて、スキップ数のボトムタイミングでスイッチング素子のターンオンを指示するターンオン指示信号としてマスク信号を生成するマスク信号生成部22と、マスク信号に基づいてスイッチング素子Q1のターンオンさせるコントローラIC1とを備え、スキップ数決定部21によって決定されるスキップ数がNからMに変更されると、マスク信号生成部22は、遷移期間を設け、当該遷移期間では、変更前のスキップ数がNのボトムタイミングと変更後のスキップ数がMのボトムタイミングとの間のタイミングでスイッチング素子Q1のターンオンを指示するマスク信号を生成する。
この構成により、ボトムスキップ動作によって、周波数の安定制御とスイッチング損失の低減とを両立させた制御方式において、ボトムスキップ動作の切換りで、スイッチ電流平均値の急激な変化を防止することができ、LEDをちらつくことなく安定して発光させることができる。
As described above, the present embodiment is a switching power supply device that turns on the switching element Q1 at the bottom timing when the resonance voltage becomes the bottom using the resonance phenomenon accompanying the turn-off of the switching element Q1, and detects the resonance voltage. A resonance voltage detection circuit (capacitor C4, transistor Q2, resistors R6 to R8, etc.), a skip
With this configuration, in the control method that achieves both stable frequency control and switching loss reduction by bottom skip operation, it is possible to prevent a sudden change in the switch current average value by switching the bottom skip operation. The LED can emit light stably without flickering.
さらに、本実施の形態では、マスク信号生成部22は、遷移期間に生成するマスク信号において、スイッチング素子Q1のターンオンを指示するタイミングを変更前のスキップ数がNのボトムタイミングからスキップ数がMのボトムタイミングに徐々に近づける。
この構成により、ボトムスキップ動作の切換りで、スイッチ電流平均値を徐々に変化させることができるので、LEDのちらつきを確実に防止することができる。
Further, in the present embodiment, the mask
With this configuration, the switching current average value can be gradually changed by switching the bottom skip operation, and therefore, flickering of the LED can be reliably prevented.
さらに、本実施の形態では、スキップ数決定部21は、調光信号と入力電圧とに基づいてスキップ数を決定する。
この構成により、入力電圧に応じた適切なスキップ数を設定することができる。
Further, in the present embodiment, the skip
With this configuration, it is possible to set an appropriate number of skips according to the input voltage.
さらに、本実施の形態では、遷移期間は、商用交流電源ACの周期の2〜3倍に設定されている。
この構成により、制御スピードが比較的の遅い力率改善機能付き1コンバータ方式でも、LEDのちらつきを確実に防止することができる。
Furthermore, in this embodiment, the transition period is set to 2 to 3 times the cycle of the commercial AC power supply AC.
With this configuration, it is possible to reliably prevent LED flickering even in a single converter system with a power factor correction function having a relatively slow control speed.
以上、本発明を具体的な実施形態で説明したが、上記実施形態は一例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更して実施できることは言うまでも無い。 As mentioned above, although this invention was demonstrated by specific embodiment, the said embodiment is an example and it cannot be overemphasized that it can change and implement in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
1 コントローラIC
2 マイコン
11 制御回路
21 スキップ数決定部
22 マスク信号生成部
23 スキップテーブル
23a 第1テーブル
23b 第2テーブル
23c 第3テーブル
C1〜C5 コンデンサ
Ca 制御回路用コンデンサ
Cin 入力コンデンサ
Co 出力コンデンサ
Cv 電圧共振コンデンサ
D1〜D6 ダイオード
L1 リアクトル
Rs、Rocp、R1〜R12 抵抗
Q1 スイッチング素子
Q2 トランジスタ
ZD1 ツェナーダイオード
1 Controller IC
2
Claims (4)
前記共振電圧を検出する共振電圧検出回路と、
外部からの調光信号に基づいて前記ボトムタイミングをスキップするスキップ数を決定するスキップ数決定部と、
前記共振電圧検出回路による検出結果に基づいて、前記スキップ数の前記ボトムタイミングで前記スイッチング素子のターンオンを指示するターンオン指示信号を生成する信号生成部と、
前記ターンオン指示信号に基づいて前記スイッチング素子のターンオンさせる制御回路とを具備し、
前記スキップ数決定部によってスキップ数がNからMに変更されると(但し、Nは、0以上の整数であり、Mは、Nとは異なる0以上の整数である)、前記信号生成部は、遷移期間を設け、当該遷移期間では、前記スキップ数がNの前記ボトムタイミングと前記スキップ数がMの前記ボトムタイミングとの間のタイミングで前記スイッチング素子のターンオンを指示する前記ターンオン指示信号を生成することを特徴とするスイッチング電源装置。 A switching power supply device that turns on the switching element at a bottom timing when the resonance voltage becomes a bottom, using a resonance phenomenon associated with turn-off of the switching element,
A resonance voltage detection circuit for detecting the resonance voltage;
A skip number determination unit that determines the skip number for skipping the bottom timing based on a dimming signal from the outside;
Based on a detection result by the resonance voltage detection circuit, a signal generation unit that generates a turn-on instruction signal that instructs to turn on the switching element at the bottom timing of the skip number;
A control circuit for turning on the switching element based on the turn-on instruction signal,
When the skip number is changed from N to M by the skip number determination unit (where N is an integer greater than or equal to 0 and M is an integer greater than or equal to 0 different from N), the signal generation unit is In the transition period, the turn-on instruction signal for instructing the turn-on of the switching element is generated at a timing between the bottom timing with the skip number N and the bottom timing with the skip number M. A switching power supply device characterized in that:
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