JP2019106327A - スイッチ素子制御回路、スイッチング電源装置及びled照明装置 - Google Patents
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Abstract
Description
従来のLED照明装置8は、複数のLEDを有するLED光源300と、スイッチ素子SWと、当該スイッチ素子SWのオン/オフ動作を制御するスイッチ素子制御回路900とを備える(図5参照。)。従来のLED照明装置8においては、外部の調光器によってスイッチ素子SWのターンオフタイミングを制御する。
図7は、背景技術における第1スイッチ素子SW1の第1オン/オフタイミング信号、ゲート・ソース間電圧Vgs−1、ドレイン電流Id−1及びドレイン・ソース間電圧Vds−1、第2スイッチ素子SW2の第2オン/オフタイミング信号、並びに、ゲート・ソース間電圧Vgs−2及びドレイン電流Id−2を示す模式的なグラフである。図7(a)は第1スイッチ素子SW1の第1オン/オフタイミング信号を示し、図7(b)は第1スイッチ素子SW1のゲート・ソース間電圧Vgs−1を示し、図7(c)は第1スイッチ素子SW1のドレイン電流Id−1を示し、図7(d)は第1スイッチ素子SW1のドレイン・ソース間電圧Vds−1を示し、図7(e)は第2スイッチ素子SW2の第2オン/オフタイミング信号を示し、図7(f)は第2スイッチ素子SW2のゲート・ソース間電圧Vgs−2を示し、図7(g)は第2スイッチ素子SW2のドレイン電流Id−2を示す。
(2)第1スイッチ素子SW1を流れる電流が第1電流値決定信号S3によって定まる電流値に達したことを検出したとき(図7の時刻t4)に、第1ターンオフタイミング検出部920は、第1ターンオフ検出情報信号(第1ターンオフタイミング信号S5)を生成し(図6及び図7(a)参照。)、第1スイッチ素子制御部910へ送信する。
(3)第1スイッチ素子制御部910は、第1ターンオフタイミング信号S5に基づいて第1スイッチ素子SW1をターンオフする(図7の時刻t4参照。)。
(4)これを繰り返す(図7の時刻t6〜t9、時刻t11〜t14それ以降)。
ことを特徴とする。
1.実施形態1に係るLED照明装置1、スイッチング電源装置400及びスイッチ素子制御回路100の構成
図1は、実施形態1に係るLED照明装置1、スイッチング電源装置400及びスイッチ素子制御回路100の回路図である。
実施形態1に係るLED照明装置1は、照射対象が植物である植物プラント用のLED照明装置である。実施形態1に係るLED照明装置1は、図1に示すように、複数(2つ)のLED光源300,302と、LED光源300に対応して設けられた第1スイッチ素子SW1と、LED光源302に対応して設けられた第2スイッチ素子SW2と、各スイッチ素子SW1,SW2のオン/オフ動作を制御することによって、各スイッチ素子SW1,SW2に対応するLED光源300,302を流れるLED電流を制御するスイッチ素子制御回路100とを備える。なお、スイッチ素子制御回路100と、各スイッチ素子SW1等とは同一のチップに配置されていてもよいし、別々のチップに構成されていてもよい。
なお、複数の負荷のそれぞれに対応して設けられたスイッチ素子SW1,SW2と、スイッチ素子SW1,SW2のオン/オフ動作を制御することによって、スイッチ素子SW1,SW2に対応する負荷を流れる電流を制御するスイッチ素子制御回路100とは、負荷がLED光源300,302であるスイッチング電源装置400を構成している。
同様に、第2ターンオフタイミング検出部22は、第2スイッチ素子SW2のターンオフタイミングを検出する。具体的には、第2ターンオフタイミング検出部22は、第2スイッチ素子SW2を流れる電流が外部(調光部200)からの第2電流値決定信号S4によって定まる電流値に達したタイミングを、スイッチ素子SW2のターンオフタイミングとして検出する。このとき、第2ターンオフタイミング検出部22は、スイッチ素子SW2のターンオフタイミングを伝える第2ターンオフ検出情報信号(以下、第2ターンオフタイミング信号S6という)を生成し、スイッチ素子制御部10及びターンオフ禁止信号生成部30へ送信する。
ターンオフ禁止信号生成部30は、第1ターンオフタイミング検出部20,第2ターンオフタイミング検出部22及びスイッチ素子制御部10と接続されている。なお、ターンオフすることを禁止する期間は、LED照明の特性や照射条件、スイッチ素子の特性等によって適宜調整することができる。
ターンオフ禁止信号生成部30は、ターンオフタイミング信号S5,S6を受信してから(すなわち、ターンオフを検出してから)すぐにターンオフ禁止信号を生成する。応答性が良い場合には(応答が早い場合には)、複数のスイッチ素子が同時にターンオフする確率が小さく、また、すべてのターンオフのタイミングでターンオフ禁止期間を設定するため、サージによるノイズによる誤動作の発生を抑えることができる。
次に、実施形態1に係るLED照明装置1及びスイッチ素子制御回路100の動作について説明する。第1スイッチ素子SW1及び第2スイッチ素子SW2はそれぞれ適宜のタイミングでスイッチングするが、本発明においては、ターンオフタイミングが重ならないようにすることを目的としているため、第1スイッチ素子SW1及び第2スイッチ素子SW2がそれぞれ近いタイミングでターンオフしている場合を例にとって説明する。
なお、図2中、破線で囲まれた領域Aはサージによるノイズを示し、図2(e)の「重畳したノイズ」は、第1スイッチ素子SW1がターンオフしたときのサージによるノイズが、第2スイッチ素子SW2のオフ信号に重畳したノイズを示し、濃いグレーで示された「SW2ターンオフ禁止期間」(図2の時刻t4〜t5、時刻t11〜t12及び時刻t18〜t19の期間)はターンオフ禁止信号S7によって第2スイッチ素子SW2がターンオフすることを禁止している期間を示し、薄いグレーで示された「SW1ターンオフ禁止期間」(図2の時刻t6〜t7、時刻t13〜t14及び時刻t20〜t21の期間)はターンオフ禁止信号S8によって第1スイッチ素子SW1がターンオフすることを禁止している期間を示す。
第1ダイオードD1のダイオード電流が0になったことを第1ターンオンタイミング検出部50で検出したとき(図2の時刻t1)、第1ターンオンタイミング検出部50は、第1ターンオンタイミング信号S1を生成し(図2(a)の1点鎖線参照。)、第1ターンオンタイミング信号S1に基づいてスイッチ素子制御部10は第1スイッチ素子SW1をターンオンする(図2の時刻t2参照。)。
第1ターンオフタイミング検出部20によって第1スイッチ素子SW1を流れる電流を検出し、第1スイッチ素子SW1を流れる電流が第1電流値決定信号S3によって定まる電流値に達したとき(第1スイッチ素子SW1がターンオフすることを検出したとき)に、第1ターンオフタイミング信号S5を生成し(図1及び図2(a)の実線参照。)、スイッチ素子制御部10及びターンオフ禁止信号生成部30へ送信する。
スイッチ素子制御部10は、第1ターンオフタイミング信号S5に基づいて第1スイッチ素子SW1をターンオフする(図2の時刻t4参照。)。
また、ターンオフ禁止信号生成部30は、第1ターンオフタイミング検出部20からの第1ターンオフタイミング信号S5に基づいて、第1スイッチ素子SW1以外のスイッチ素子である第2スイッチ素子SW2がターンオフすることを所定期間禁じるターンオフ禁止信号S7を生成する(図1及び図2(h)参照。)。スイッチ素子制御部10は、ターンオフ禁止信号S7に基づいて、所定期間、第2スイッチ素子SW2をターンオフしない(図2の時刻t4〜t5参照。)。
次に、第2ターンオフタイミング検出部22によって第2スイッチ素子SW2を流れる電流を検出し、第2スイッチ素子SW2を流れる電流が第2電流値決定信号S4によって定まる電流値に達したとき(第2スイッチ素子SW2がターンオフすることを検出したとき)に、第2スイッチ素子SW2をターンオフする第2ターンオフタイミング信号S6を生成し(図1及び図2(e)の実線参照。)、スイッチ素子制御部10及びターンオフ禁止信号生成部30へ送信する。
スイッチ素子制御部10は、ターンオフ禁止信号S7によって第2スイッチ素子SW2のターンオフが禁止されていない場合には、第2ターンオフタイミング信号S6に基づいて第2スイッチ素子SW2をターンオフする(図2の時刻t6参照。)。そして、ターンオフ禁止信号生成部30は、第2ターンオフタイミング検出部22からの第2ターンオフタイミング信号S6に基づいて、第2スイッチ素子SW2以外のスイッチ素子である第1スイッチ素子SW1がターンオフすることを所定期間(図2の時刻t6〜t7)禁じるターンオフ禁止信号S8を生成する(図2(h)、時刻t6参照。)。
スイッチ素子制御部10は、ターンオフ禁止信号S7によって第2スイッチ素子SW2のターンオフが禁止されている場合には、所定期間経過後に(ターンオフ禁止信号がオフになったときに)、第2スイッチ素子SW2をターンオフする。
また、第1スイッチ素子SW1と第2スイッチ素子SW2のdi/dtが同じ場合(図3(c)参照。)には、ターンオフ順決定部60は、電流量が小さいスイッチ(図3(c)下図の場合の第2スイッチ素子SW2)をターンオフする。電流量が小さい(すなわち、LED電流が小さい)場合には微小光量を組み合わせて淡い光を調光している場合が多く、微小光量に対して禁止期間による過電流の影響が大きくなるからである。
実施形態1に係るスイッチ素子制御回路100、スイッチング電源装置400及びLED照明装置1によれば、複数(2つ)のスイッチ素子SW1,SW2のうちの一のスイッチ素子がターンオフしたときに、少なくともターンオフ後の所定期間内においては、複数のスイッチ素子SW1,SW2のうちの他のスイッチ素子がターンオフしないように複数のスイッチ素子SW1,SW2のオン/オフ動作を制御するスイッチ素子制御部10を備えるため、複数のスイッチ素子SW1,SW2のうちの一のスイッチ素子をターンオフしたときに発生するサージによるノイズ(図2(d)の破線で囲まれた領域A)が、複数のスイッチ素子SW1,SW2のうちの他のスイッチ素子を制御するターンオフ検出情報信号に重畳した場合であっても(図2(e)参照。)、当該他のスイッチ素子のターンオフタイミングがずれることを防ぐことができる。その結果、スイッチ素子制御回路100によって、複数のスイッチ素子SW1,SW2それぞれのオン/オフ動作を制御する場合であっても、ターンオフされたスイッチ素子のノイズによって動作が不安定になることを防ぐことができる。
図4は、実施形態2における第1スイッチ素子SW1の第1オン/オフタイミング信号、ゲート・ソース間電圧Vgs−1、ドレイン電流Id−1及びドレイン・ソース間電圧Vds−1、第2スイッチ素子SW2の第2オン/オフタイミング信号、ゲート・ソース間電圧Vgs−2及びドレイン電流Id−2、並びに、ターンオフ禁止信号を示す模式的なグラフである。図4(a)は第1スイッチ素子SW1の第1オン/オフタイミング信号を示し、図4(b)は第1スイッチ素子SW1のゲート・ソース間電圧Vgs−1を示し、図4(c)は第1スイッチ素子SW1のドレイン電流Id−1を示し、図4(d)は第1スイッチ素子SW1のドレイン・ソース間電圧Vds−1を示し、図4(e)は第2スイッチ素子SW2の第2オン/オフタイミング信号を示し、図4(f)は第2スイッチ素子SW2のゲート・ソース間電圧Vgs−2を示し、図4(g)は第2スイッチ素子SW2のドレイン電流Id−2を示し、図4(h)はターンオフ禁止信号を示す。
なお、図4中、破線で囲まれた領域Aはサージによるノイズを示し、図4(e)の「重畳したノイズ」は、第1スイッチ素子SW1がターンオフしたときのサージによるノイズが、第2スイッチ素子SW2のオフ信号に重畳したノイズを示し、濃いグレーで示された「SW2ターンオフ禁止期間」(図4の時刻t9〜t11及び時刻t18〜t20の期間)はターンオフ禁止信号S7によって第2スイッチ素子SW2がターンオフすることを禁止している期間を示し、薄いグレーで示された「SW1ターンオフ禁止期間」(図4の時刻t12〜t14、時刻t21〜t23の期間)はターンオフ禁止信号S8によって第1スイッチ素子SW1がターンオフすることを禁止している期間を示す。
第1ターンオフタイミング検出部20によって第1スイッチ素子SW1を流れる電流を検出し、第1ターンオフタイミング検出部20によって、第1スイッチ素子SW1を流れる電流が第1電流値決定信号S3によって定まる電流値に達したとき(第1スイッチ素子SW1がターンオフすることを検出したとき)に、第1スイッチ素子SW1をターンオフする第1ターンオフタイミング信号S5を生成し(図4の時刻t4)、第1ターンオフタイミング信号S5をスイッチ素子制御部10及びターンオフ禁止信号生成部30へ送信する。
スイッチ素子制御部10は、第1ターンオフタイミング信号S5に基づいて第1スイッチ素子SW1をターンオフする(図4の時刻t4)。
なお、このように、調光部200から送信された第2電流値決定信号S4の意図した(第2電流値決定信号S4から求められる)第2スイッチ素子SW2の本来のターンオフタイミング(図4の時刻t5)からずれたタイミング(図4の時刻t4)で第2スイッチ素子SW2がターンオフしたときは、第2スイッチ素子SW2は本来のターンオフタイミング(図4の時刻t5)でターンオフしなかったとしても、次回以降の第2スイッチ素子SW2のターンオフタイミング(図4の時刻t13)を含む所定期間(図4の時刻t12〜t14)、第1スイッチ素子SW1のターンオフを禁止するターンオフ禁止信号S8を生成する。
ターンオフ禁止信号生成部30は、第1スイッチ素子SW1の1サイクル目(図4の時刻t2〜t7)の第1スイッチ素子SW1の第1ターンオフタイミング信号S5に基づいて、第1スイッチ素子SW1が2サイクル目(図4の時刻t7〜t16)にターンオフする時点(図4の時刻t10)を含む所定の期間(図4の時刻t9〜t11)、第2スイッチ素子SW2がターンオフすることを禁じるターンオフ禁止信号S7を生成する(図4(h)参照。)。スイッチ素子制御部10は、ターンオフ禁止信号S7に基づいて、所定期間(図4の時刻t9〜t11)、第2スイッチ素子SW2をターンオフしない。
スイッチ素子制御部10は、第1ターンオフタイミング信号S5に基づいて第1スイッチ素子SW1をターンオフする(図4の時刻t10)。
このとき、第1スイッチ素子SW1を2回目にターンオフしたとき(図4の時刻t10)に、第1スイッチ素子SW1に発生するサージによるノイズが、第2スイッチ素子SW2を制御する第2ターンオフタイミング信号S6に重畳してしまう場合があるが、ターンオフ禁止信号生成部30によって、所定期間(図4の時刻t9〜t11)、第2スイッチ素子SW2がターンオフすることを禁止するターンオフ禁止信号S7が生成されており、当該サージによるノイズによって第2スイッチ素子SW2がターンオフされることはない。
また、上記各実施形態において、スイッチング電源装置を、負荷がLED光源であるスイッチング電源装置としたが、本発明はこれに限定するものではない。スイッチング電源装置を、負荷がLED光源以外の負荷であるスイッチング電源装置としてもよい。
Claims (11)
- 複数のスイッチ素子を制御するスイッチ素子制御回路であって、
前記複数のスイッチ素子のうちの一のスイッチ素子がターンオフをしたときに、少なくとも前記ターンオフ以後の所定期間内においては、前記複数のスイッチ素子のうちの他のスイッチ素子がターンオフしないように前記複数のスイッチ素子のオン/オフ動作を制御するスイッチ素子制御部を備えることを特徴とするスイッチ素子制御回路。 - 前記スイッチ素子それぞれのターンオフタイミングを検出するターンオフタイミング検出部をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のスイッチ素子制御回路。
- 前記ターンオフタイミング検出部は、前記複数のスイッチ素子のうちの一のスイッチ素子がターンオフすることを検出した場合に、ターンオフ検出情報信号を生成し、
前記ターンオフ検出情報信号に基づいて、前記複数のスイッチ素子のうちの他のスイッチ素子がターンオフすることを所定期間禁じるターンオフ禁止信号を生成するターンオフ禁止信号生成部をさらに備えることを特徴とする請求項2に記載のスイッチ素子制御回路。 - 前記スイッチ素子制御部は、前記一のスイッチ素子のターンオフ以前の所定期間内においても、前記複数のスイッチ素子のうちの他のスイッチ素子がターンオフしないように前記複数のスイッチ素子のオン/オフ動作を制御することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のスイッチ素子制御回路。
- 前記ターンオフタイミング検出部は、前記複数のスイッチ素子のうちの一のスイッチ素子がターンオフすることを検出した場合に、ターンオフ検出情報信号を生成し、
前記ターンオフ検出情報信号に基づいて、当該一のスイッチ素子が次回以降にターンオフする時点を含む所定の期間、前記複数のスイッチ素子のうちの他のスイッチ素子がターンオフすることを禁じるターンオフ禁止信号を生成するターンオフ禁止信号生成部をさらに備えることを特徴とする請求項4に記載のスイッチ素子制御回路。 - 前記複数のスイッチ素子が同時にターンオフしようとした場合に、ターンオフする前記スイッチ素子の順番を決定するターンオフ順決定部をさらに備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のスイッチ素子制御回路。
- 前記スイッチ素子をターンオンするタイミングを検出するターンオンタイミング検出部をさらに備え、
前記ターンオフタイミング検出部は、前記スイッチ素子をターンオフするタイミングに関する外部からの信号に基づいて前記スイッチ素子をターンオフするタイミングを検出することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のスイッチ素子制御回路。 - 複数の負荷のそれぞれに対応して設けられたスイッチ素子と、
前記スイッチ素子のオン/オフ動作を制御することによって、前記スイッチ素子に対応する前記負荷を流れる電流を制御する請求項1〜7のいずれかに記載のスイッチ素子制御回路とを備えることを特徴とするスイッチング電源装置。 - 複数のLED光源と、
前記複数のLED光源のそれぞれに対応して設けられたスイッチ素子と、
前記スイッチ素子のオン/オフ動作を制御することによって、前記スイッチ素子に対応する前記LED光源を流れるLED電流を制御する請求項1〜7のいずれかに記載のスイッチ素子制御回路とを備えることを特徴とするLED照明装置。 - 前記LED照明装置は、照射対象が植物である植物プラント用のLED照明装置であり、
前記スイッチ素子制御回路は、前記植物の種類及び育成条件に対応した条件となるように前記複数のLED光源のそれぞれに流れる前記LED電流を制御する請求項9に記載のLED照明装置。 - 前記LED照明装置は、照射対象が植物である植物プラント用のLED照明装置であり、
前記スイッチ素子制御回路は、前記LED電流の時間推移に関する情報を記憶する記憶部をさらに備え、前記植物の種類及び育成条件に対応した条件となるように、前記LED電流の時間推移に関する情報に基づいて前記複数のLED光源のそれぞれに流れる前記LED電流を制御する請求項9に記載のLED照明装置。
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