JP2017045592A - LED dimming device and LED dimming method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、調光レベルが低いときの調光制御について改良を施したLED調光装置及びLED調光方法に関する。 The present invention relates to an LED dimming device and an LED dimming method that are improved with respect to dimming control when the dimming level is low.
近年、LED照明用として効率の良いスイッチング電源装置が用いられている。このうち、マイクロプロセッサやDSPを用いて構成されたディジタル制御回路を使用したディジタル制御型のスイッチング電源装置が注目されている。このディジタル制御型のスイッチング電源装置は、LEDに出力する電流や電圧をPWM制御することができ、外部設定される調光レベルに応じたデューティのPWM信号を生成することが可能である。 In recent years, efficient switching power supplies for LED lighting have been used. Among these, a digital control type switching power supply using a digital control circuit configured by using a microprocessor or a DSP is attracting attention. This digital control type switching power supply device can perform PWM control on the current and voltage output to the LED, and can generate a PWM signal having a duty corresponding to a dimming level set externally.
ディジタル制御型のスイッチング電源装置では、LED照明装置へ供給する電流/電圧は、スイッチング回路のスイッチング素子がオン/オフしたときにインダクタに生成される電圧を整流平滑して、印加している。スイッチング素子はPWM信号で制御される。このとき、図5に示すように、周期がT1のPWM信号のオン時間を調光レベルに応じて制御することで、LED照明装置の光量を増減調整することができる(例えば、特許文献1参照)。 In the digital control type switching power supply device, the current / voltage supplied to the LED lighting device is applied by rectifying and smoothing the voltage generated in the inductor when the switching element of the switching circuit is turned on / off. The switching element is controlled by a PWM signal. At this time, as shown in FIG. 5, the light amount of the LED lighting device can be increased or decreased by controlling the ON time of the PWM signal whose cycle is T1 according to the dimming level (for example, see Patent Document 1). ).
ところが、調光レベルによって設定された光量が低くなると、オン時間が短くなる。そして、そのオン時間が、スイッチング回路のスイッチング動作の限界応答速度に対応する時間を下回ると、スイッチング回路がそのオン時間に対応して動作することができなくなって、目的の光量を実現できなくなる。 However, when the light amount set according to the dimming level is lowered, the on-time is shortened. If the on-time falls below the time corresponding to the limit response speed of the switching operation of the switching circuit, the switching circuit cannot operate corresponding to the on-time, and the target light quantity cannot be realized.
これに対する解決方法としては、短いオン時間に対応可能な高速なスイッチング回路を用いる方法と、PWM信号の周期を長くして同一デューティでのオン時間を長くする方法がある。 As a solution to this, there are a method using a high-speed switching circuit capable of dealing with a short on-time, and a method of increasing the on-time with the same duty by increasing the period of the PWM signal.
しかし、高速なスイッチング回路を用いる方法はコストの増大を招く。また、PWM信号の周期を長くしてオン時間を長くする方法は、調光レベルを高く設定したときにインダクタへ流れる最大電流が大きくなるため、インダクタに容量増大が要求され実装面積が大きくなり、コストの増加と機器サイズの肥大化といった問題が起こる。 However, a method using a high-speed switching circuit causes an increase in cost. Also, the method of extending the PWM signal cycle to increase the on-time increases the maximum current that flows to the inductor when the dimming level is set high. Problems such as increased costs and increased equipment size occur.
本発明の目的は、高速なスイッチング回路が不要で且つインダクタの容量増大を招くことなく低光量の調光を可能にしたLED調光装置及びLED調光方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an LED dimming device and an LED dimming method that do not require a high-speed switching circuit and enable dimming with a low amount of light without increasing the capacity of an inductor.
上記目的を達成するために、請求項1にかかる発明のLED調光装置は、調光レベルに応じてディジタル制御回路で所定の周期で所定のデューティのPWM信号を生成し、該PWM信号で動作するスイッチング回路で入力電圧をスイッチングし、該スイッチングで得られた電圧を整流平滑して出力するスイッチング電源装置と、該スイッチング電源装置の出力側に接続されたLED照明装置と、前記ディジタル制御回路に前記調光レベルを入力する調光設定装置とを備えたLED調光装置において、前記ディジタル制御回路は、前記調光設定装置から入力する前記調光レベルに応じて前記PWM信号の前記周期を切り替えることを特徴とする。 To achieve the above object, an LED dimming device according to a first aspect of the present invention generates a PWM signal having a predetermined duty at a predetermined cycle by a digital control circuit in accordance with a dimming level, and operates with the PWM signal. A switching power supply that switches an input voltage by a switching circuit that performs rectification and smoothing and outputs the voltage obtained by the switching, an LED lighting device connected to an output side of the switching power supply, and the digital control circuit In the LED dimming device including the dimming setting device for inputting the dimming level, the digital control circuit switches the cycle of the PWM signal according to the dimming level input from the dimming setting device. It is characterized by that.
請求項2にかかる発明は、請求項1に記載のLED調光装置において、前記ディジタル制御回路は、前記PWM信号のオン時間が前記スイッチング回路の限界応答速度に対応した時間を下回るとき、前記PWM信号の前記周期を延長することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the LED dimming device according to the first aspect, when the on-time of the PWM signal falls below a time corresponding to a limit response speed of the switching circuit, the digital control circuit The period of the signal is extended.
請求項3にかかる発明は、請求項1又は2に記載のLED調光装置において、前記スイッチング電源装置は、前記LED照明装置に流れる出力電流を検出する電流検出手段を備え、前記ディジタル制御回路は、前記電流検出手段で検出された電流値が前記調光レベルに対応した値となるような前記PWM信号を生成することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the LED dimming device according to the first or second aspect, the switching power supply device includes a current detection unit that detects an output current flowing through the LED lighting device, and the digital control circuit includes: The PWM signal is generated such that the current value detected by the current detection means becomes a value corresponding to the dimming level.
請求項4にかかる発明のLED調光方法は、調光レベルに応じて所定の周期で所定のデューティのPWM信号を生成し、該PWM信号で動作するスイッチング回路で入力電圧をスイッチングし、該スイッチングで得られた電圧を整流平滑してLED照明装置に出力するLED調光方法において、前記調光レベルに応じて前記PWM信号の前記周期を切り替えることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an LED dimming method that generates a PWM signal having a predetermined duty at a predetermined cycle according to a dimming level, switches an input voltage by a switching circuit that operates based on the PWM signal, and performs the switching. In the LED dimming method of rectifying and smoothing the voltage obtained in
請求項5にかかる発明は、請求項4に記載のLED調光方法において、前記PWM信号の前記オン時間が、前記スイッチング回路の限界応答速度に対応した時間を下回るとき、前記PWM信号の前記周期を延長することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the LED dimming method according to the fourth aspect, when the on-time of the PWM signal falls below a time corresponding to a limit response speed of the switching circuit, the period of the PWM signal It is characterized by extending.
請求項6にかかる発明は、請求項4又は5に記載のLED調光方法において、前記LED照明装置に流れる電流の値が前記調光レベルに対応した値となるような前記PWM信号を生成することを特徴とする。
The invention according to claim 6 is the LED dimming method according to
本発明によれば、所定のデューティのPWM信号のオン時間に応じてそのPWM信号の周期を切り替えるようにしているので、その調光レベルに応じて設定されるオン時間がスイッチング回路の限界応答速度に対応した時間を下回るとPWM信号の周期を長くすることで、インダクタの容量増大やスイッチング回路の高速化を伴うことなく必要な調光を実現することができ、シンプルかつ低コストで広範囲にわたるLED調光を実現できる。 According to the present invention, since the cycle of the PWM signal is switched according to the ON time of the PWM signal having a predetermined duty, the ON time set according to the dimming level is the limit response speed of the switching circuit. If the time corresponding to the above is exceeded, the required dimming can be achieved without increasing the capacity of the inductor and increasing the speed of the switching circuit by extending the PWM signal cycle. Dimming can be realized.
<第1の実施例>
図1に本発明の第1の実施例のディジタル制御型のLED調光装置の構成を示す。10はDC/DCコンバータで構成されるスイッチング電源装置、20はスイッチング電源装置10から出力する電圧/電流によって駆動される複数のLEDが直列接続されたLED照明装置、30はスイッチング電源装置10に電圧を入力する入力電源、40はLED照明装置20の光量を設定する調光設定装置である。スイッチング電源装置10の入力端子P11,P12は入力電源30に接続され、出力端子P21,P22はLED照明装置20に接続される。
<First embodiment>
FIG. 1 shows the configuration of a digitally controlled LED dimmer according to a first embodiment of the present invention.
スイッチング電源装置10は、入力電圧をスイッチングするトランジスタQ1及びそのトランジスタQ1をPWM駆動する駆動回路111からなるスイッチング回路11と、そのスイッチング回路11をPWM制御するディジタル制御回路12と、LED照明装置20に流れる出力電流を検出してその検出信号をディジタル制御回路12にフィードバックする電流検出回路13と、昇圧用のインダクタL1と、整流用のダイオードD1と、平滑用のコンデンサC1とで構成されている。
The switching
ディジタル制御回路12は、電流検出回路13で検出された出力電流信号を入力し、その電流が調光設定装置40で設定された調光レベルに応じた既定値となるように、特定の周期のPWM信号のデューティに基づいて、スイッチング回路11のトランジスタQ1のオン時間とオフ時間を算出し、駆動回路111に出力する。
The
図2にディジタル制御回路12に内蔵のマイクロプロセッサあるいはDSPのCPUによって実行される調光制御の1つのプログラムのフローチャートを示した。本実施例では、PWM信号のオン時間に応じてPWM信号の周期を更新する。
FIG. 2 shows a flowchart of one program of dimming control executed by the microprocessor or DSP CPU incorporated in the
更新処理に使用する信号として、電流検出回路13により検出された出力電流信号をディジタル制御回路12に内蔵のA/Dコンバータでディジタル信号に変換して取得し(ステップS1)、また、調光設定装置40から入力する調光レベルを取得する(ステップS2)。
The output current signal detected by the
そして、出力電流が調光レベルに合致するように、LED照明装置20に供給される電流値である既定値を算出する(ステップS3)。次に、その既定値からスイッチング回路11へ出力するPWM信号の周期を決定する(ステップS4)。このときの周期は一定値である。
Then, a predetermined value that is a current value supplied to the
次に、決定したPWM信号の周期から、スイッチング素子Qlのオン時間とオフ時間をそれぞれ算出する(ステップS5)。 Next, the ON time and the OFF time of the switching element Ql are calculated from the determined period of the PWM signal (step S5).
そして、ここで算出されたオン時間が、スイッチング回路11の限界応答速度に対応する時間よりも長い場合(ステップS6-YES)は、前記算出したオン/オフ時間のディジタル値が、ディジタル制御回路12に内蔵のPWMモジュールを介し、PWM信号としてスイッチング回路11の駆動回路111へ送信される(ステップS7)。これにより、出力電流が既定値に設定され、LED照明装置20の光量が設定した調光レベルとなるよう調整される。
If the calculated on time is longer than the time corresponding to the limit response speed of the switching circuit 11 (step S6-YES), the digital value of the calculated on / off time is the
一方、ステップS5で算出されたオン時間がスイッチング回路11の限界応答速度に対応する時間を下回る場合(ステップS6-NO)は、PWM信号の周期を現在よりも所定時間だけ増加延長してから、その新たな周期でのオン/オフ時間を算出し(S5)、再度ステップS6で判断を行う。 On the other hand, when the ON time calculated in step S5 is less than the time corresponding to the limit response speed of the switching circuit 11 (step S6-NO), the period of the PWM signal is increased and extended by a predetermined time from the current time, The on / off time in the new cycle is calculated (S5), and the determination is again made in step S6.
これによって、ステップS6がYESになれば、前記所定時間だけ増加した周期において算出されたオン/オフ時間のPWM信号を駆動回路111に送信する(ステップS7)。ただし、ステップS6がNOになった場合は、PWM周期がさらに一定時間だけ増加され、ステップS6がYESとなるまで、同様の処理が繰り返される。 As a result, if step S6 becomes YES, the PWM signal of the on / off time calculated in the cycle increased by the predetermined time is transmitted to the drive circuit 111 (step S7). However, when step S6 becomes NO, the PWM cycle is further increased by a fixed time, and the same processing is repeated until step S6 becomes YES.
以上により、図2に示す処理では、ステップS8におけるPWM周期の所定時間を小さな時間に設定することで、PWM周期を必要最低限だけ延長させることができる。 As described above, in the process shown in FIG. 2, the PWM period can be extended as much as necessary by setting the predetermined period of the PWM period in step S8 to a small time.
なお、上記のようにPWM周期を長くする際は、ちらつき防止の観点から、オン時間が高光量設定時(例えば調光レベル50%程度以上)のオン時間を超えないように、その周期の長さを決定することが好ましい。 When the PWM cycle is lengthened as described above, from the viewpoint of flicker prevention, the cycle length is set so that the on-time does not exceed the on-time at the time of setting a high amount of light (for example, a dimming level of about 50% or more). It is preferable to determine the thickness.
図3に調光レベルに応じたPWM信号の波形と周期を変更する波形を示す。この図3では、周期T1のPWM信号で調光していた状態において、調光レベルが0.1%になったときに周期をT2(>T1)に、0.01%になったときにT3(>T2)に切り替えている。 FIG. 3 shows a waveform for changing the waveform and cycle of the PWM signal in accordance with the dimming level. In FIG. 3, in the state where the light is adjusted with the PWM signal having the period T1, the period is T2 (> T1) when the light control level is 0.1%, and 0.01%. Switching to T3 (> T2).
ここでは、オン時間がスイッチング回路11の限界応答速度に対応した時間になる調光レベルを0.1%として、これ以下の既定値ではPWM信号の周期をT1からT2に、さらにはT3に変更して長くすることで、オン時間を長くしている。 Here, the dimming level at which the ON time corresponds to the limit response speed of the switching circuit 11 is set to 0.1%, and the PWM signal cycle is changed from T1 to T2 and further to T3 at a predetermined value below this level. By extending the time, the on-time is extended.
これにより、スイッチング回路11の限界応答速度に対応した時間の範囲内に収まるように、トランジスタQ1のオン時間を設定することができるので、調光レベルが0.1%であっても、0.01%であっても、LED照明装置20が正常点灯可能となる。
As a result, the on-time of the transistor Q1 can be set so that it falls within the time range corresponding to the limit response speed of the switching circuit 11. Therefore, even if the dimming level is 0.1%, 0. Even if it is 01%, the
このように、PWM信号のオン時間がスイッチング回路11の限界応答速度に対応した時間を下回らないように、PWM信号の周期を調整してオン時間を長くすることで、スイッチング回路11の高速化やインダクタL1の容量増大を要求されることなく、0.01%といった低光量でも正常な調光が可能となる。 In this way, by adjusting the period of the PWM signal and lengthening the ON time so that the ON time of the PWM signal does not fall below the time corresponding to the limit response speed of the switching circuit 11, Normal light control is possible even with a low light amount of 0.01% without requiring an increase in the capacity of the inductor L1.
<第2の実施例>
図4にディジタル制御回路12によって実行される調光制御の第2の実施例のプログラムのフローチャートを示した。これは、通常のPWM周期ではオン時間がスイッチング回路11の限界応答速度に対応する時間を下回る場合のPWM周期を、LUT(ルックアップテーブル)を用いて延長する例である。図2で説明したものと同じものには同じ符号をつけた。
<Second embodiment>
FIG. 4 shows a flowchart of the program of the second embodiment of the dimming control executed by the
本実施例では、ステップS6における判断でオン時間がスイッチング回路11の限界応答速度に対応する時間を下回る場合(ステップS6−NO)に、そのオン時間と限界応答速度に対応する時間との差分を算出し(ステップS9)、この差分に応じて、予め設定したPWM周期をLUTから読み出し(ステップS10)、この読み出した周期に応じてオン/オフ時間を算出し(ステップS11)、得られたPWM信号を駆動回路111に送信する(ステップS7)。 In the present embodiment, when the ON time is less than the time corresponding to the limit response speed of the switching circuit 11 in the determination in step S6 (step S6-NO), the difference between the ON time and the time corresponding to the limit response speed is calculated. Calculate (step S9), read a preset PWM cycle from the LUT according to the difference (step S10), calculate an on / off time according to the read cycle (step S11), and obtain the obtained PWM A signal is transmitted to the drive circuit 111 (step S7).
第1の実施例での処理手法では、オン時間がスイッチング回路11の限界応答速度に対応する時間を下回る場合に、最適なPWM周期が決定されるまでは、S6→S8→S5のステップを2回以上経由させる場合が生じるが、第2の実施例の処理手法によれば最適なPWM周期を1回で決定することができる。 In the processing method in the first embodiment, when the ON time is less than the time corresponding to the limit response speed of the switching circuit 11, the steps of S6 → S8 → S5 are repeated until the optimum PWM cycle is determined. In some cases, the optimum PWM cycle can be determined at one time according to the processing method of the second embodiment.
10:スイッチング電源装置、11:スイッチング回路、111:駆動回路、12:ディジタル制御回路、13:電流検出回路、P11,P12:入力端子、P21,P22:出力端子
20:LED照明装置
30:入力電源
40:調光設定装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Switching power supply device, 11: Switching circuit, 111: Drive circuit, 12: Digital control circuit, 13: Current detection circuit, P11, P12: Input terminal, P21, P22: Output terminal 20: LED lighting device 30: Input power supply 40: Dimming setting device
Claims (6)
前記ディジタル制御回路は、前記調光設定装置から入力する前記調光レベルに応じて前記PWM信号の前記周期を切り替えることを特徴とするLED調光装置。 A digital control circuit generates a PWM signal with a predetermined duty in a predetermined cycle according to the dimming level, switches an input voltage with a switching circuit that operates with the PWM signal, and rectifies and smoothes the voltage obtained by the switching An LED dimming device comprising: a switching power supply device that outputs power; an LED lighting device connected to the output side of the switching power supply device; and a dimming setting device that inputs the dimming level to the digital control circuit;
The LED control device, wherein the digital control circuit switches the period of the PWM signal in accordance with the light control level input from the light control setting device.
前記ディジタル制御回路は、前記PWM信号のオン時間が前記スイッチング回路の限界応答速度に対応した時間を下回るとき、前記PWM信号の前記周期を延長することを特徴とするLED調光装置。 The LED light control device according to claim 1,
The LED dimming device, wherein the digital control circuit extends the period of the PWM signal when an ON time of the PWM signal falls below a time corresponding to a limit response speed of the switching circuit.
前記スイッチング電源装置は、前記LED照明装置に流れる出力電流を検出する電流検出手段を備え、前記ディジタル制御回路は、前記電流検出手段で検出された電流値が前記調光レベルに対応した値となるような前記PWM信号を生成することを特徴とするLED調光装置。 The LED light control device according to claim 1 or 2,
The switching power supply device includes current detection means for detecting an output current flowing through the LED lighting device, and the digital control circuit has a current value detected by the current detection means corresponding to the dimming level. An LED dimmer that generates the PWM signal.
前記調光レベルに応じて前記PWM信号の前記周期を切り替えることを特徴とするLED調光方法。 An LED lighting device that generates a PWM signal having a predetermined duty in a predetermined cycle according to a dimming level, switches an input voltage by a switching circuit that operates based on the PWM signal, and rectifies and smoothes the voltage obtained by the switching. In LED dimming method to output to
An LED dimming method, wherein the period of the PWM signal is switched according to the dimming level.
前記PWM信号の前記オン時間が、前記スイッチング回路の限界応答速度に対応した時間を下回るとき、前記PWM信号の前記周期を延長することを特徴とするLED調光方法。 The LED dimming method according to claim 4,
The LED dimming method, wherein the period of the PWM signal is extended when the ON time of the PWM signal falls below a time corresponding to a limit response speed of the switching circuit.
前記LED照明装置に流れる電流の値が前記調光レベルに対応した値となるような前記PWM信号を生成することを特徴とするLED調光方法。
In the LED light control method according to claim 4 or 5,
The LED dimming method, wherein the PWM signal is generated such that a value of a current flowing through the LED lighting device becomes a value corresponding to the dimming level.
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