JP2016152686A - 点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、幅広い入力電圧に対応し、しかも低損失である点灯装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 整流器を有し入力電圧を整流する整流回路と、該整流回路の出力電圧を平滑し、予め定められた昇圧電圧まで昇圧し、入力力率を改善する力率改善回路と、該力率改善回路への入力電圧又は入力電流に比例した第１検出値を検出する第１検出回路と、該第１検出値が予め定められた値よりも小さいときは、該力率改善回路に該昇圧電圧を小さくさせる制御回路と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばＬＥＤモジュールなどに電流を供給する点灯装置に関する。

特許文献１には、入力電圧を平滑及び昇圧し、所定の直流電流が得られるように直流電圧を降圧する点灯装置が開示されている。そのような点灯装置は、ノイズフィルタ回路、整流回路、力率改善回路、及び降圧回路を含む。

点灯装置には、例えばＡＣ１００Ｖ〜ＡＣ２４２Ｖというように、様々な入力電圧が供給される。他方、ＬＥＤモジュールなどの点灯負荷は一定の電力で制御しなければならない。そこで、整流回路によって全波整流された入力電圧を力率改善回路によって一定の値まで昇圧してから、降圧回路によって所望の電力に変換し、点灯負荷へ供給する。

特開２０１４−８２１５６号公報

例えば、ＡＣ１００Ｖ程度の低い入力電圧をＤＣ４００Ｖ程度まで昇圧する場合のように電圧を大きく上昇させると、電力ロスが大きくなる。つまり、電源効率が悪化する。

特許文献１には力率改善回路による昇圧電圧を切り替えることが開示されている。しかしながら、特許文献１の技術は、力率改善回路に使用されるスイッチング素子のスイッチング周波数を切り替えるものであるため、電流連続モード動作時にしか適用できない。

電流連続モードの場合、力率改善回路のピーク電流が小さくスイッチングのＯＮ損失が少ないというメリットがあるが、回路が複雑になり部品点数が増えるので電源が大型化するというデメリットがある。今日、点灯装置及び照明器具は急速なＬＥＤ化に伴い、更なる小型化と低コスト化が要求されている。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、幅広い入力電圧に対応し、しかも低損失である点灯装置を提供することを目的とする。

本願の発明に係る点灯装置は、整流器を有し入力電圧を整流する整流回路と、該整流回路の出力電圧を平滑し、予め定められた昇圧電圧まで昇圧し、入力力率を改善する力率改善回路と、該力率改善回路への入力電圧又は入力電流に比例した第１検出値を検出する第１検出回路と、該第１検出値が予め定められた値よりも小さいときは、該力率改善回路に該昇圧電圧を小さくさせる制御回路と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、電源の電圧が低いときには昇圧電圧を低くするので、幅広い入力電圧に対応し、しかも低損失である点灯装置を提供できる。

実施の形態１に係る点灯装置の回路図である。 直流と交流を判別する手段を示すグラフである。 実施の形態２に係る点灯装置の回路図である。 実施の形態３に係る点灯装置の回路図である。 制御回路で検出する第１検出値の波形である。 実施の形態４に係る点灯装置の回路図である。 実施の形態４に係る点灯装置の動作を示すフローチャートである。

本発明の実施の形態に係る点灯装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る点灯装置の回路図である。点灯装置は、電源１の電力を調整してＬＥＤモジュール８に供給するものである。電源１にはノイズフィルタ回路２が接続されている。ノイズフィルタ回路２は、電源１の電圧のノイズを除去する回路である。ノイズフィルタ回路２には整流回路３が接続されている。整流回路３は、ダイオードブリッジで構成された整流器１０と、平滑コンデンサ１３を備え、入力電圧を整流する回路である。

整流器１０の出力側に第１検出回路４が設けられている。第１検出回路４は、直列に接続された抵抗１１、１２を備え、力率改善回路５への入力電圧を検出する部分である。なお、第１検出回路４は力率改善回路５への入力電圧又は入力電流に比例した第１検出値を検出するものであれば別の構成でもよい。

整流回路３には力率改善回路５が接続されている。力率改善回路５は、昇圧インダクタ１４、スイッチング素子１５、抵抗１６、ダイオード１７、及び平滑コンデンサ１８を備えている。力率改善回路５は、整流回路３の出力電圧を平滑し、予め定められた昇圧電圧まで昇圧し、入力力率を改善する。スイッチング素子１５のゲートに印加される制御電圧の波形に沿ってスイッチング素子１５がスイッチングすることにより、入力電圧を所定の直流電圧に昇圧すると共に入力電圧を整流して力率及び高調波を改善する。

力率改善回路５には第２検出回路６が接続されている。第２検出回路６は、直列接続された抵抗１９、２０と、抵抗２０に並列に接続された抵抗２４と、抵抗２４を回路から接続又は分離するスイッチング素子２５を備えている。第２検出回路６は、これらの抵抗を用いて力率改善回路５によって昇圧された昇圧電圧を検出する。なお、第２検出回路６は、力率改善回路５の出力電圧又は出力電流に比例した第２検出値を検出するものであれば別の構成でもよい。

第２検出回路６には負荷回路７が接続されている、負荷回路７にはＬＥＤ２１を有するＬＥＤモジュール８が接続されている。負荷回路７は、力率改善回路５で昇圧された直流電圧を適正な電圧に降圧してＬＥＤモジュール８に供給する。

スイッチング素子１５のオンオフは制御回路９によって制御される。制御回路９は、マイコン２２と制御ＩＣ２３を備えている。制御ＩＣ２３は、第２検出回路６で検出された第２検出値を検知する。通常、スイッチング素子２５はオフになっており、力率改善回路５で昇圧された電圧（平滑コンデンサ１８の電圧）が抵抗１９、２０で分圧される。そして、抵抗１９と抵抗２０の接続点Ｐ１における電圧が制御ＩＣ２３によって検知される。

言い換えれば、制御ＩＣ２３は抵抗２０の電圧を監視することにより、昇圧電圧を監視している。そして、制御回路９（制御ＩＣ２３）は、第２検出回路６で検出された第２検出値を一定に保つように力率改善回路５のスイッチング素子１５を制御する。

マイコン２２は第１検出回路４で検出された第１検出値を検知する。具体的には、整流器１０の出力が抵抗１１及び抵抗１２で分圧され、抵抗１１と抵抗１２の接続点Ｐ２における電圧が、マイコン２２によって検知される。マイコン２２はＡＣ電圧の全波整流の実効値を読み込む。マイコン２２は抵抗１２の電圧を監視することにより、電源１の電圧を監視している。

マイコン２２は、スイッチング素子２５に接続され、そのオンオフを制御する。より具体的には、マイコン２２は、第１検出値が予め定められた値よりも小さいときには、スイッチング素子２５をオン状態にする。例えば、マイコン２２のメモリには、「予め定められた値」としてＡＣ１００Ｖが記憶されており、マイコン２２のＣＰＵは第１検出値がＡＣ１００Ｖより小さいことを検知したときに、スイッチング素子２５をオン状態とする。

スイッチング素子２５がオンになることで、抵抗２０の抵抗値よりも抵抗値が低い「抵抗２０、２４の合成抵抗」が形成される。つまり、平滑コンデンサ１８の昇圧電圧を検出する抵抗の抵抗値が低くなる。そうすると、制御ＩＣ２３が検知する第２検出値が小さくなる。制御ＩＣ２３は小さくなった第２検出値を維持するように力率改善回路５を制御するので、結果として力率改善回路５によって昇圧された電圧は低くなる。言い換えれば、制御回路９は、力率改善回路５に昇圧電圧を小さくさせる。

このように、本発明の実施の形態１に係る点灯装置によれば、昇圧前の入力電圧が小さい値であったときに、昇圧電圧を低下させることができる。従って、入力電圧が小さいにもかかわらず、昇圧電圧が大きいことにより損失が増大する問題を解消できる。つまり、幅広い入力電圧に対応し、しかも低損失である点灯装置を提供できる。

ところで、電源１の電圧は通常はＡＣ電圧である。しかし、入力電圧としてＤＣ電圧が供給された場合にも十分損失を低減できるように点灯装置を構成することが望ましい。ＡＣとＤＣのいずれかが任意に供給される電気系統としては、例えば鉄道電気系統（入力電圧ＤＣ７０Ｖ〜ＤＣ１００Ｖ又はＡＣ２３９Ｖ〜ＡＣ２６９Ｖ）がある。

そこで、本発明の実施の形態１では、電源１の電圧がＡＣであるかＤＣであるか区別する機能をマイコン２２に設ける。具体的には、制御回路９の記憶部（メモリ）に、第１検出値が交流か直流か判定するために予め定められた判定値と、入力電圧が交流電圧の場合に設定する交流用出力の値と、入力電圧が直流電圧の場合に設定する直流用出力の値とを記憶させる。

制御回路９は、第１検出値が判定値と一致することを繰り返し検出したときは、力率改善回路５の出力が交流用出力となるよう力率改善回路５を制御する。他方、第１検出値が判定値と一致することを繰り返し検出しないときは、力率改善回路５の出力が直流用出力となるよう力率改善回路５を制御する。

図２は、入力電圧が交流か直流かを判別する手段を示すグラフである。判定値は２０Ｖとする。そして、ＡＣ電圧２９が入力されたときには、第１検出値が判定電圧と一致することを繰り返し検出する。よって、制御回路９は昇圧電圧（力率改善回路５の出力）が交流用出力となるように力率改善回路５を制御する。他方、ＤＣ電圧３０（例えば１００Ｖとする）が入力されたときには、第１検出値が判定値と一致することを繰り返し検出しない。例えば、数秒間に渡って第１検出値が判定値に一致することを検出しないときは、ＤＣ電圧が入力されたと判定する。この場合、制御回路９は昇圧電圧が直流用出力となるように力率改善回路５を制御する。

マイコン２２は、電源１の電圧の実効値、平均値、又はピーク値を監視する機能を有することが多いが、本発明の実施の形態１ではその機能に加えてＡＣ／ＤＣを判定する機能を設けた。よって、電源電圧の種類に応じて最適な昇圧電圧を実現できる。

本発明の重要な特徴は、第１検出値が予め定められた値よりも小さいときに、制御回路９によって、第２検出値が低くなるように第２検出回路６を変更することである。この特徴を失わない範囲で様々な変形が可能である。

電源１からの入力電圧がＡＣであるかＤＣであるか峻別する機能は不要であれば省略しても良い。ＬＥＤモジュール８は他の照明器具に置き換えても良い。制御回路９は、第１検出値が予め定められた範囲外のときに、力率改善回路５の電流を小さくするか、力率改善回路５を遮断することとしてもよい。これにより、予め定められた範囲外の入力電圧が点灯装置に印加されることによる不具合を回避できる。

これらの変形は以下の実施の形態に係る点灯装置に適宜応用できる。なお、以下の実施の形態に係る点灯装置は実施の形態１との共通点が多いので実施の形態１との相違点を中心に説明する。

実施の形態２．
図３は、実施の形態２に係る点灯装置の回路図である。第２検出回路６は直列につながれた抵抗１９、２０で構成されている。制御回路９はマイコン２２で構成されている。実施の形態１とは異なり、マイコン２２が直接に力率改善回路５のスイッチング素子１５を制御する。マイコン２２は、第２検出回路６の抵抗２０によって検出された第２検出値を取得する。そして、原則としてその第２検出値を維持するようにスイッチング素子１５を制御する。

マイコン２２（制御回路９）は、第１検出値が予め定められた値よりも小さいときには、第２検出値が低下するように力率改善回路５を制御する。ここで用いる「予め定められた値」はマイコン２２の記憶装置（メモリ）に記憶しておく。予め定められた値は例えばＡＣ１００Ｖである。マイコン２２のＣＰＵが記憶装置に記憶された「予め定められた値」と第１検出値を比較する。

本発明の実施の形態２に係る点灯装置は、制御回路９をマイコン２２だけで構成することで制御回路９を簡素化できる。さらに、実施の形態１（図１）の抵抗２４とスイッチング素子２５を省略できる。

実施の形態３．
図４は、実施の形態３に係る点灯装置の回路図である。ダイオードブリッジで構成された整流器１０の入力側に第１検出回路４が設けられている。

図５は、制御回路９で検出する第１検出値の波形である。電源１の電圧がＡＣである場合、制御回路９は半波整流電圧を検知することができる。したがって、全波整流電圧を検知する実施の形態１より正確にＡＣ、ＤＣを判定することができる。

実施の形態４．
図６は、実施の形態４に係る点灯装置の回路図である。負荷回路７は、力率改善回路５の出力電圧を降圧させる降圧コンバータ回路で構成されている。そして、負荷回路７には、降圧コンバータ回路（負荷回路７）の出力電圧又は出力電流に比例した第３検出値を検出するフィードバック回路２６が接続されている。フィードバック回路２６は抵抗２７、２８を備えている。負荷回路７の出力電圧が抵抗２７及び抵抗２８で分圧され、抵抗２７と抵抗２８の接続点Ｐ３における電圧が、制御回路９によって検知される。言い換えれば、制御回路９は抵抗２８の電圧を監視することにより、負荷回路７の出力電圧を監視している。

制御回路９は通常は、第２検出回路６によって検出された第２検出値を取得し、これを維持するように力率改善回路５のスイッチング素子を制御する。しかし、第１検出値が予め定められた値より小さい場合には、実施の形態２で説明したように、第２検出値が低下するように力率改善回路５を制御する。

しかしながら、負荷回路７に降圧コンバータ回路を採用した場合、降圧コンバータ回路は力率改善回路５の昇圧電圧の半分の電圧値までしか出力することができない。そのため、ＬＥＤモジュール８に高い電圧を供給する必要がある場合、第１検出値が低い（例えばＡＣ１００Ｖ）からといって、第２検出値を大きく低下させてしまうと、ＬＥＤモジュール８を点灯させることができなくなる。

そこで、本発明の実施の形態４では、制御回路９は、第１検出値が予め定められた値よりも小さく、かつ第３検出値が予め定められた値よりも小さいときに、力率改善回路に昇圧電圧を小さくさせる。

この制御について、図７のフローチャートを参照しながら説明する。まず、制御回路９は、第１検出回路４から第１検出値を読み込む（Ｓ１）。次いでステップ２（Ｓ２）に進み、第１検出値から、電源１の電圧が１５０Ｖ以下か判定する。１５０Ｖ以下でなければ、制御回路９は昇圧電圧を４００Ｖに設定し、スイッチング素子１５を制御する（Ｓ３）。この場合、電源１の電圧が十分高いので、損失が大きくなることはない。

一方、電源１の電圧が１５０Ｖ以下と判定された場合、制御回路９はフィードバック回路２６で検知された第３検出値を読み込む（Ｓ４）。そして、第３検出値から、ＬＥＤモジュール８に印加される電圧が２００Ｖ以下か判定する（Ｓ５）。２００Ｖ以下でなければ、高い昇圧電圧を要する状況なので、昇圧電圧を４００Ｖに設定し、スイッチング素子１５を制御する（Ｓ３）。

他方、ＬＥＤモジュール８に印加される電圧が２００Ｖ以下と判定された場合、制御回路９は昇圧電圧を２００Ｖに設定し、スイッチング素子１５を制御する（Ｓ６）。この場合、ＬＥＤモジュール８に高い電圧を供給する状況ではないので、昇圧電圧を２００Ｖまで低下させて損失を低減しても、ＬＥＤモジュール８を点灯させることができる。なお、図７で示した数値は例示であって、適宜変更可能である。

このように、電源の電圧（入力電圧）が低いからといって即座に昇圧電圧を低下させるのではなく、ＬＥＤモジュール８を点灯させることが出来る範囲内で昇圧電圧を低下させることで、損失低減と確実な点灯を両立できる。

すべての実施の形態において、制御回路９は、メモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ又はシステムＬＳＩ等の処理回路により実現される。メモリは制御回路９の内部にあってもよいし外部にあってもよい。また、複数の処理回路が連携して上記各機能を実行しても良い。なお、ここまでで説明した各実施の形態は適宜に組み合わせて用いてもよい。

１、 電源、 ２ ノイズフィルタ回路、 ３ 整流回路、 ４ 第１検出回路、 ５ 力率改善回路、 ６ 第２検出回路、 ７ 負荷回路、 ８ ＬＥＤモジュール、 ９ 制御回路、 １０ 整流器、 １５ スイッチング素子、 ２２ マイコン

Claims (9)

1. 整流器を有し入力電圧を整流する整流回路と、
   前記整流回路の出力電圧を平滑し、予め定められた昇圧電圧まで昇圧し、入力力率を改善する力率改善回路と、
   前記力率改善回路への入力電圧又は入力電流に比例した第１検出値を検出する第１検出回路と、
   前記第１検出値が予め定められた値よりも小さいときは、前記力率改善回路に前記昇圧電圧を小さくさせる制御回路と、を備えたことを特徴とする点灯装置。
2. 前記力率改善回路の出力電圧又は出力電流に比例した第２検出値を検出する第２検出回路を備え、
   前記制御回路は、
   前記第２検出値を一定に保つように前記力率改善回路を制御し、
   前記第１検出値が予め定められた値よりも小さいときには、前記第２検出値が低くなるように前記第２検出回路を変更することを特徴とする請求項１に記載の点灯装置。
3. 前記第２検出回路は、前記力率改善回路の出力電圧を抵抗で分圧した電圧を前記第２検出値として前記制御回路に供給し、
   前記制御回路は、前記第１検出値が予め定められた値より小さいときは、前記抵抗の抵抗値を小さくすることを特徴とする請求項２に記載の点灯装置。
4. 前記力率改善回路の出力電圧又は出力電流に比例した第２検出値を検出する第２検出回路を備え、
   前記制御回路は、前記第１検出値が予め定められた値よりも小さいときは、前記第２検出値が低下するように前記力率改善回路を制御することを特徴とする請求項１に記載の点灯装置。
5. 前記第１検出回路は前記整流器の出力側に設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の点灯装置。
6. 前記第１検出回路は前記整流器の入力側に設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の点灯装置。
7. 前記制御回路は、
   前記第１検出値が、前記第１検出値が交流か直流か判定するために予め定められた判定値と一致することを繰り返し検出したときは、前記力率改善回路の出力が予め定められた交流用出力となるよう前記力率改善回路を制御し、
   前記第１検出値が、前記判定値と一致することを繰り返し検出しないときは、前記力率改善回路の出力が予め定められた直流用出力となるよう前記力率改善回路を制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の点灯装置。
8. 前記力率改善回路の出力電圧を降圧させる降圧コンバータ回路と、
   前記降圧コンバータ回路の出力電圧又は出力電流に比例した第３検出値を検出するフィードバック回路と、備え、
   前記制御回路は、前記第１検出値が予め定められた値よりも小さく、かつ前記第３検出値が予め定められた値よりも小さいときに、前記力率改善回路に前記昇圧電圧を小さくさせることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の点灯装置。
9. 前記制御回路は、前記第１検出値が予め定められた範囲外のときに、前記力率改善回路の電流を小さくするか、前記力率改善回路を遮断することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の点灯装置。

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