JP2019121445A - Short determination device and light irradiation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ＬＥＤのショートの有無を判定するショート判定装置に関する。 The present invention relates to a short determination device that determines the presence or absence of a short circuit of an LED.
例えば外観検査等に用いられる光照射装置は、複数のＬＥＤが直列に接続されたストリングスを具備する照明器と、照明器に対して電圧を供給し、その明るさ等を制御する制御電源と、を備えている。 For example, a light irradiation apparatus used for appearance inspection and the like includes an illuminator including strings in which a plurality of LEDs are connected in series, a control power supply which supplies voltage to the illuminator and controls its brightness and the like. Is equipped.
制御電源は、照明器が接続された状態で、ストリングに対して直列に接続されるＦＥＴ等のスイッチング素子を具備し、このスイッチング素子に対してＰＷＭ信号を入力してその明るさや電流を制御するように構成されている（特許文献１参照）。 The control power supply includes a switching element such as a FET connected in series with the string in a state where the illuminator is connected, and inputs a PWM signal to the switching element to control its brightness and current. It is comprised as (refer patent document 1).
また、このような制御電源は、スイッチング素子のサージ保護を目的としてストリングスに対して極性が逆向きとなるように並列接続されるダイオードを備えている。加えて、制御電源は、ストリングスを構成するＬＥＤに過剰な電流が流れるのを防止するため、オン期間においてスイッチング素子のソース側電圧を監視し、閾値を超えた場合にスイッチング素子をオフにする過電流検出部を備えているものもある。 In addition, such a control power supply includes diodes connected in parallel such that the polarity is reverse to the strings for the purpose of surge protection of the switching elements. In addition, the control power supply monitors the source side voltage of the switching element during the on period and prevents the switching element from being turned off when the threshold is exceeded, in order to prevent excessive current flow to the LEDs that make up the strings. Some are provided with a current detection unit.
ところで、ＰＷＭの周波数が高い場合やデューティ比が小さい（オン期間が短い）ときには、制御電源の出力端が短絡したり、ストリングス全体が短絡しても、過電流検出部の応答が遅れることから、保護が掛からない場合がある。これは、制御電源の出力端が短絡したり、ストリングス全体が短絡すると、電流が制限なく流れようとするが、回路中に存在するＥＭＣ対策部品やケーブルのインダクタンス成分によって電流値が瞬間的に上昇せずインダクタンス成分に応じた傾きで上昇するからである。そして、電流が流れている間は、電流のエネルギーがインダクタンス成分に蓄えられ続け、スイッチング素子がオンからオフになった際に、インダクタンス成分に蓄えられたエネルギーが無くなるまでサージクランプ用のダイオードに電流が流れ続けることとなる。 By the way, when the PWM frequency is high or when the duty ratio is small (the on period is short), even if the output end of the control power supply is shorted or the entire strings are shorted, the response of the overcurrent detection unit is delayed. It may not be protected. This means that when the output end of the control power supply is shorted or the entire string is shorted, the current tries to flow without restriction, but the inductance value of the anti-EMC parts and cables present in the circuit momentarily increases the current value This is because the temperature rises with an inclination according to the inductance component. Then, while the current is flowing, the energy of the current continues to be stored in the inductance component, and when the switching element is turned off from the on-state, the current in the diode for surge clamp is exhausted until the energy stored in the inductance component disappears. Will continue to flow.
このように保護が掛からない状態でスイッチング素子のオンオフが繰り返されると、スイッチング素子がオフの期間にサージクランプ用のダイオードに電流が流れ続けて過剰に発熱する可能性がある。 When the switching element is repeatedly turned on and off without such protection, current may continue to flow through the diode for surge clamp while the switching element is off, which may cause excessive heat generation.
このため、ＰＷＭの周波数に上限を設けたり、発煙発火しないように予め想定される電流量を許容可能な大容量のダイオードを設けたり、ダイオードの温度を検出し、閾値温度を超えた場合にはスイッチング素子を停止させる温度保護回路を別に設けたりすることで故障や事故を防止する必要がある。したがって、照明器の制御に制限が発生したり、複数の保護回路が必要となることで電源装置の製造コスト上昇を招いている。 Therefore, if an upper limit is set for the PWM frequency, a large-capacity diode capable of accepting a current amount assumed beforehand so as not to emit smoke or a diode temperature is detected, and the threshold temperature is exceeded. It is necessary to prevent a failure or an accident by separately providing a temperature protection circuit for stopping the switching element. Therefore, the control of the illuminator is limited, and the need for a plurality of protection circuits causes an increase in the manufacturing cost of the power supply device.
本発明は上述したような問題を解決するためになされたものであり、例えばオンオフの切り替え周波数が高い場合やデューティ比が小さい（オン期間が短い）場合でもＬＥＤ全体がショートしたことを検出でき、例えばショートにより過電流が流れ続けることを防止できるショート判定装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and can detect that the entire LED is shorted even if, for example, the on / off switching frequency is high or the duty ratio is small (the on period is short), For example, it is an object of the present invention to provide a short determination device capable of preventing an overcurrent from continuing to flow due to a short.
すなわち、本発明に係るショート判定装置は、ＬＥＤと、前記ＬＥＤのカソード側に対して直列に接続されたスイッチング素子と、前記ＬＥＤと前記スイッチング素子の間にアノードが接続され、カソードが前記ＬＥＤのアノード側に接続されるダイオードと、を具備するＬＥＤ点灯回路における前記ＬＥＤのショートの有無を判定するショート判定装置であって、前記スイッチング素子のドレイン側の電圧を監視電圧として検出する監視電圧検出回路と、前記スイッチング素子がオンからオフに切り替わってから所定時間内の監視電圧に基づいて、ＬＥＤのショートの有無を判定するショート判定機構と、を備えたことを特徴とする。 That is, in the short determination apparatus according to the present invention, an LED, a switching element connected in series to the cathode side of the LED, an anode between the LED and the switching element, and a cathode of the LED It is a short judging device which judges the existence of a short of the LED in the LED lighting circuit which comprises the diode connected to the anode side, and is the surveillance voltage detection circuit which detects the voltage by the side of the drain of the switching element as a supervisory voltage. And a short determination mechanism that determines the presence or absence of a short circuit of the LED based on a monitoring voltage within a predetermined time after the switching element is switched from on to off.
このようなものであれば、前記スイッチング素子のオンオフの切り替え周波数が高い場合やデューティ比が小さい場合でも、前記ＬＥＤのショートの有無によって表れる監視電圧の違いを検出できる。 With such a device, even when the switching frequency of the switching element is high or the duty ratio is small, it is possible to detect the difference in the monitoring voltage that appears depending on the presence or absence of the short circuit of the LED.
具体的には前記ＬＥＤにショートが生じていない場合、前記スイッチング素子がオンの間に回路中のインダクタンス成分に蓄えられるエネルギーが小さい。このため、正常時であれば前記スイッチング素子がオンからオフに切り替わっても、監視電圧が所定電圧以上に維持されるのはごく短時間でしかない。 Specifically, when no short circuit occurs in the LED, the energy stored in the inductance component in the circuit is small while the switching element is on. For this reason, even if the switching element is switched from on to off under normal conditions, the monitoring voltage is maintained at a predetermined voltage or higher for only a very short time.
一方、前記ＬＥＤにショートが生じている場合、前記スイッチング素子がオンの間は、電流が制限なく流れ、インダクタンス成分に正常時よりも大きなエネルギーが蓄えられる。したがって、前記スイッチング素子がオンからオフに切り替わった際、そのインダクタンス成分に蓄えられた大きなエネルギーが前記ダイオードに放出されるため、監視電圧が所定電圧以上に維持される時間が正常時に比べて長くなる。 On the other hand, when a short circuit occurs in the LED, current flows without limitation while the switching element is on, and energy larger than that in the normal state is stored in the inductance component. Therefore, when the switching element is switched from on to off, the large energy stored in the inductance component is released to the diode, and therefore, the time for which the monitoring voltage is maintained at a predetermined voltage or more becomes longer than normal. .
したがって、前記ショート判定機構は、前記スイッチング素子がオンからオフに切り替わってから所定時間の間、監視電圧が所定電圧以上に保たれているかどうかに基づいて前記ＬＥＤのショートの有無を判定する。 Therefore, the short determination mechanism determines whether or not the LED is short based on whether or not the monitoring voltage is maintained at or above a predetermined voltage for a predetermined time after the switching element is switched from on to off.
これらのことから、本発明であれば、従来と比較してスイッチング素子の駆動周波数やデューティ比の制限を緩和することが可能となり、ＬＥＤの制御態様の幅を広げることができる。 From these things, according to the present invention, it is possible to ease the limitation of the drive frequency and the duty ratio of the switching element as compared with the related art, and the width of the control mode of the LED can be expanded.
前記ＬＥＤがショートしていない状態で発生するサージ電流と、前記ＬＥＤがショートしている場合に発生する監視電圧の電圧上昇とを正確に区別されるようにして、誤判定が起こりにくくするには、前記ショート判定機構が、前記スイッチング素子がオンからオフに切り替わってから所定時間の間、監視電圧が所定電圧以上の状態が継続している場合に、ＬＥＤのショートが発生していると判定するように構成されていればよい。 To make it possible to accurately distinguish between the surge current that occurs when the LED is not shorted and the voltage increase of the monitoring voltage that occurs when the LED is shorted, so that erroneous determination is less likely to occur The short circuit determination mechanism determines that the LED short circuit occurs when the monitoring voltage continues to be equal to or higher than a predetermined voltage for a predetermined time after the switching element is switched from on to off. It should just be comprised.
前記ＬＥＤのショートによって、回路中のインダクタンス成分に蓄えられたエネルギーが増加していることを検出するには、前記所定電圧を、前記ＬＥＤにおける電圧降下量Ｖｆと前記ＬＥＤへ供給される電源電圧Ｖｉｎとの和であるＶｆ＋Ｖｉｎ以下の電圧に設定すればよい。 In order to detect that the energy stored in the inductance component in the circuit is increased due to the short circuit of the LED, the predetermined voltage is determined by the voltage drop amount V f at the LED and the power supply voltage supplied to the LED may be set to the sum V f + V in the following voltage is between V in.
前記スイッチング素子がオンからオフに切り替わってから、監視電圧が所定電圧以上に維持されている時間を正確に検出して、前記ＬＥＤのショートの判定精度を高めるには、前記ショート判定機構が、前記監視電圧検出回路で検出される監視電圧とリファレンス電圧とを比較し、監視電圧がリファレンス電圧よりも大きい場合にハイレベルの電圧を出力するように構成されたコンパレータと、前記スイッチング素子がオンからオフに切り替わってからコンパレータの出力が継続されている継続時間を測定し、当該継続時間が所定時間以上となった場合に前記ＬＥＤにショートが発生していると判定するショート判定部と、を備えたものであればよい。 In order to accurately detect the time during which the monitoring voltage is maintained at or above a predetermined voltage after the switching element has been switched from on to off, and to increase the accuracy in determining the short of the LED, the short determination mechanism may A comparator configured to compare a monitor voltage detected by the monitor voltage detection circuit with a reference voltage and to output a high level voltage when the monitor voltage is larger than the reference voltage, and the switching element is turned off from on And a short determination unit that determines that a short has occurred in the LED when the duration of the output of the comparator is measured and the duration is longer than a predetermined time. What is necessary.
本発明に係るショート判定装置と、前記ＬＥＤと、前記スイッチング素子と、前記ダイオードと、インダクタンス成分と、を備えた光照射装置であれば、前記ＬＥＤがショートすると、前記スイッチング素子がオンからオフになってからの監視電圧の異常検出時間が長くなって、前記ＬＥＤのショートの有無をより判定しやすくできる。 In the case of a light irradiation device provided with the short determination device according to the present invention, the LED, the switching element, the diode, and an inductance component, when the LED is shorted, the switching element is turned off. Since the abnormality detection time of the monitor voltage after that has become long, the presence or absence of the short circuit of the LED can be more easily determined.
前記ショート判定装置において前記ＬＥＤにショートが発生したと判定されると、前記ＬＥＤに電流を流さず、重大な故障等が発生するのを防止するには、前記光照射装置が、前記スイッチング素子のゲートに対してＰＷＭ信号を入力するＰＷＭ制御器と、前記ショート判定装置が前記ＬＥＤにショートが発生したと判定すると、前記ＰＷＭ制御器により前記スイッチング素子をオフにする保護部と、を備えたものであればよい。 When it is determined in the short determination device that a short has occurred in the LED, no current is supplied to the LED to prevent a serious failure or the like from occurring. A PWM controller for inputting a PWM signal to a gate, and a protection unit for turning off the switching element by the PWM controller when the short-circuit judging device judges that a short has occurred in the LED If it is
このように本発明に係るショート判定装置によれば、前記スイッチング素子のドレイン側の電圧を監視電圧として検出し、この監視電圧に基づいてＬＥＤのショートを検出できる。 As described above, according to the short determination apparatus according to the present invention, the voltage on the drain side of the switching element can be detected as a monitoring voltage, and a short circuit of the LED can be detected based on the monitoring voltage.
また、前記スイッチング素子がオフに切り替わってからの監視電圧に基づいて前記ＬＥＤのショートの有無を判定しているので、前記スイッチング素子のオンオフ切り替え周波数が高い場合や、オン期間が短くオフ期間が長い場合でも前記ＬＥＤのショートを監視電圧により検出できる。 In addition, since the presence or absence of a short circuit of the LED is determined based on the monitoring voltage after the switching element is switched off, the on / off switching frequency of the switching element is high, the on period is short, and the off period is long. Even in this case, the short circuit of the LED can be detected by the monitoring voltage.
これらのことから、本発明であれば従来と比較して前記スイッチング素子の駆動周波数やデューティ比の制限を緩和することが可能となる。また、温度による過電流保護回路を別途設けないようにすることもでき、ショートの判定精度を高く保ちながら製造コストを抑えることが可能となる。 From these things, according to the present invention, it is possible to ease the restriction of the drive frequency and the duty ratio of the switching element as compared with the prior art. In addition, it is possible not to separately provide an overcurrent protection circuit due to temperature, and it becomes possible to suppress the manufacturing cost while maintaining high accuracy of short determination.
本発明の一実施形態に係るショート判定装置１００、及び、光照射装置３００について各図を参照しながら説明する。 The short determination apparatus 100 and the light irradiation apparatus 300 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態の光照射装置３００は、複数のＬＥＤ１が直列に接続されたストリングスを具備する照明器１０と、照明器１０が接続され、当該照明器１０に電力を供給し、所定の照明態様で点灯するように制御するＬＥＤ制御電源２００と、を備えている。 In the light irradiation device 300 of the present embodiment, the illuminator 10 having strings in which a plurality of LEDs 1 are connected in series, and the illuminator 10 are connected to supply power to the illuminator 10, and in a predetermined illumination mode And an LED control power supply 200 for controlling to light up.
ＬＥＤ制御電源２００は、照明器１０に所定の電源電圧Ｖｉｎを供給する電源２と、照明器１０のカソード側に対して直列に接続されるスイッチング素子３と、ＬＥＤ１とスイッチング素子３の間にアノードが接続され、カソードがＬＥＤ１のアノード側に接続されるダイオード４と、照明器１０とダイオード４との間に設けられたコイル５と、ＬＥＤ１のショートの有無を判定するショート判定装置１００と、各機器の制御を司る制御装置ＣＮと、を備えている。このＬＥＤ制御電源２００に対して照明器１０が接続されることで、電源２、スイッチング素子３、ダイオード４、及び、照明器１０がＬＥＤ点灯回路Ｃを構成する。 The LED control power supply 200 includes a power supply 2 that supplies a predetermined power supply voltage V in to the illuminator 10, a switching element 3 connected in series to the cathode side of the illuminator 10, and a space between the LED 1 and the switching element 3 A diode 4 with an anode connected and a cathode connected to the anode side of the LED 1, a coil 5 provided between the illuminator 10 and the diode 4, and a short determination device 100 for determining the presence or absence of a short of the LED 1; And a controller CN that controls each device. By connecting the illuminator 10 to the LED control power supply 200, the power supply 2, the switching element 3, the diode 4 and the illuminator 10 constitute an LED lighting circuit C.
各部について詳述する。 Each part will be described in detail.
スイッチング素子３は、例えばＭＯＳＦＥＴであって、制御装置ＣＮからゲートに対して入力される制御信号に基づき、照明器１０に流れる電流のオンオフを切り替える。 The switching element 3 is, for example, a MOSFET, and switches on / off of the current flowing to the illuminator 10 based on a control signal input from the control device CN to the gate.
コイル５は、ＥＭＣ対策用のものであり、ＬＥＤ点灯回路Ｃ中の寄生インダクタンスとともにインダクタンス成分として作用する。 The coil 5 is for EMC measures and acts as an inductance component together with the parasitic inductance in the LED lighting circuit C.
ダイオード４は、スイッチング素子３がオフとなった際にＬＥＤ点灯回路Ｃ中のインダクタンス成分により発生するサージ電圧をクランプし、スイッチング素子３を保護するためのものである。すなわち、スイッチング素子３がオンからオフに切り替えられた際に、このダイオード４を介して入力側へ電流が流れることになる。 The diode 4 is for clamping the surge voltage generated by the inductance component in the LED lighting circuit C when the switching element 3 is turned off, and protecting the switching element 3. That is, when the switching element 3 is switched from on to off, current flows to the input side via the diode 4.
ショート判定装置１００は、本実施形態ではＬＥＤ制御電源２００に対する照明器１０の接続不良等によってＬＥＤ制御電源２００の出力端がショートしている状態となっているかどうか、又は、照明器１０を構成する複数のＬＥＤ１が全てショートしている状態かどうかを判定するものである。 In the present embodiment, the short determination device 100 configures the illuminator 10 whether or not the output end of the LED control power supply 200 is shorted due to a connection failure of the illuminator 10 to the LED control power supply 200 or the like. It is determined whether the plurality of LEDs 1 are all shorted.
このショート判定装置１００は、図１の回路図、及び、図２の機能ブロック図に示すように、スイッチング素子３のドレイン側の電圧（スイッチング素子３に印加されるドレイン電圧）を監視電圧として検出する監視電圧検出回路６と、前記スイッチング素子３がオンからオフに切り替わってから所定時間内の監視電圧に基づいて、ＬＥＤ１のショートの有無を判定するショート判定機構７と、を備えている。また、このショート判定装置１００は、ＬＥＤ１に過電流が流れているかどうかを判定する過電流判定機構８も備えている。 As shown in the circuit diagram of FIG. 1 and the functional block diagram of FIG. 2, the short determination device 100 detects the voltage on the drain side of the switching element 3 (the drain voltage applied to the switching element 3) as a monitoring voltage. The monitoring voltage detection circuit 6 and the short determination mechanism 7 which determines the presence or absence of the short of the LED 1 based on the monitoring voltage within a predetermined time after the switching element 3 is switched from on to off. The short determination device 100 also includes an overcurrent determination mechanism 8 that determines whether an overcurrent flows in the LED 1.
ショート判定機構７は、コンパレータ７１と、コンパレータ７１からの出力に基づいてＬＥＤ１のショートの有無を判定する、制御装置ＣＮの演算機能によって実現されるショート判定部７２を備えている。 The short determination mechanism 7 includes a comparator 71 and a short determination unit 72 realized by the arithmetic function of the control device CN that determines the presence or absence of the short of the LED 1 based on the output from the comparator 71.
コンパレータ７１は、監視電圧検出回路６で検出される監視電圧Ｖｄｓと、リファレンス電圧Ｖｒｅｆと、を比較し、監視電圧Ｖｄｓがリファレンス電圧Ｖｒｅｆよりも大きい場合にハイレベルの電圧を出力するように構成されている。ここで、リファレンス電圧Ｖｒｅｆは、例えば照明器１０を構成する複数の直列接続されたＬＥＤ１での電圧降下量Ｖｆと電源電圧Ｖｉnとの和であるＶｆ＋Ｖｉｎ以下の電圧に設定してある。 The comparator 71 compares the monitoring voltage V ds detected by the monitoring voltage detection circuit 6 with the reference voltage V ref, and outputs a high level voltage when the monitoring voltage V ds is larger than the reference voltage V ref Is configured as. Here, the reference voltage V ref is set to, for example, a voltage equal to or less than V f + V in which is the sum of the voltage drop amount V f and the power supply voltage V in at a plurality of serially connected LEDs 1 constituting the illuminator 10. It is
制御装置ＣＮは、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄ・Ｄ／Ａコンバータ等の入出力機器を備えたいわゆるコンピュータである。本実施形態において制御装置ＣＮは、ＰＬＤによりその機能が実現される。この制御装置ＣＮは、メモリに格納されているプログラムが実行され、所定の演算回路が動作することによって、前述したショート判定部７２の他、過電流判定部８２、ＰＷＭ制御器９２、保護部９１としての機能を少なくとも発揮する。 The control device CN is a so-called computer provided with input / output devices such as a CPU, a memory, and an A / D · D / A converter. In the present embodiment, the control device CN realizes its function by PLD. The control device CN executes a program stored in a memory and operates a predetermined arithmetic circuit to allow the overcurrent determination unit 82, the PWM controller 92, and the protection unit 91 in addition to the short determination unit 72 described above. Demonstrate at least the functions of
ショート判定部７２は、スイッチング素子３がオンからオフに切り替わってからコンパレータ７１の出力が継続されている継続時間を測定し、当該継続時間が所定時間以上となった場合に前記ＬＥＤ１にショートが発生していると判定する。 The short determination unit 72 measures a duration during which the output of the comparator 71 is continued after the switching element 3 is switched from on to off, and the short occurs in the LED 1 when the duration becomes a predetermined time or more. It is determined that
過電流判定部８２は、スイッチング素子３のソース側電圧を検出する過電流検出回路８１とともに過電流判定機構８を構成する。過電流判定部８２は、過電流検出回路８１からハイレベルの信号が所定時間継続して出力されている場合にＬＥＤ１に過電流が流れていると判定する。 The overcurrent determination unit 82 constitutes an overcurrent determination mechanism 8 together with an overcurrent detection circuit 81 that detects the source side voltage of the switching element 3. The overcurrent determination unit 82 determines that the overcurrent flows in the LED 1 when the high-level signal is continuously output from the overcurrent detection circuit 81 for a predetermined time.
過電流検出回路８１は、スイッチング素子３のソース側の電圧と予め定められた閾値電圧とを比較するコンパレータを有し、このコンパレータは、スイッチング素子３のソース側電圧が閾値電圧よりも大きい場合にハイレベルの電圧を出力する。ここで、過電流検出回路８１は、スイッチング素子３のソース側電圧を取得しているので、スイッチング素子がオンになっている状態でしか出力は発生しない。言い換えると、過電流判定機構８は、スイッチング素子３がオンの間に出力される電圧に基づいて異常を検出するのに対して、ショート判定機構７はスイッチング素子３がオフの間に出力される電圧に基づいて異常を検出している。 The overcurrent detection circuit 81 has a comparator that compares the voltage on the source side of the switching element 3 with a predetermined threshold voltage, and the comparator compares the source side voltage of the switching element 3 with the threshold voltage. Output high level voltage. Here, since the overcurrent detection circuit 81 acquires the source side voltage of the switching element 3, the output is generated only when the switching element is turned on. In other words, the overcurrent determination mechanism 8 detects an abnormality based on the voltage output while the switching element 3 is on, whereas the short determination mechanism 7 outputs an error while the switching element 3 is off An abnormality is detected based on the voltage.
ＰＷＭ制御器９２は、スイッチング素子３のゲートに対して所定の周波数とデューティ比を有するＰＷＭ信号を入力する。 The PWM controller 92 inputs a PWM signal having a predetermined frequency and a duty ratio to the gate of the switching element 3.
保護部９１は、ショート判定部７２がＬＥＤ１にショートが発生していると判定した場合、又は、過電流判定部８２がＬＥＤ１に過電流が流れている判定した場合にＰＷＭ制御器９２により前記スイッチング素子３をオフにする。すなわち、ショート判定機構７及び過電流判定機構８による異常の判定は並列に行われており、一方でも異常があると判定している場合には保護部９１はスイッチング素子３をオフにする。 If the protection unit 91 determines that the short circuit determination unit 72 has a short circuit in the LED 1 or if the overcurrent determination unit 82 determines that an overcurrent is flowing in the LED 1, the PWM controller 92 performs the switching. Turn off element 3 That is, the determination of abnormality by the short determination mechanism 7 and the overcurrent determination mechanism 8 is performed in parallel, and when it is determined that there is an abnormality on one side, the protection unit 91 turns the switching element 3 off.
このように構成されたショート判定装置１００、及び、光照射装置３００の動作について説明する。 The operation of the short determination device 100 configured as described above and the light irradiation device 300 will be described.
図３（ａ）に照明器１０にショートが発生していない正常状態における、ＰＷＭ信号、監視電圧Ｖｄｓ、コンパレータ７１からの出力Ｖｃｏｍｐのグラフを示す。ＰＷＭ制御器９２によりスイッチング素子３がオンからオフに切り替えられた場合に、監視電圧検出回路６で検出される監視電圧は、オンからオフに切り替えられた瞬間はリファレンス電圧を超えるがすぐに電源電圧Ｖｉnから照明器１０における電圧降下量Ｖｆ分だけ低い電圧で安定する。 FIG. 3A shows a graph of the PWM signal, the monitoring voltage V ds , and the output V comp from the comparator 71 in a normal state in which no short circuit occurs in the illuminator 10. When the switching element 3 is switched from on to off by the PWM controller 92, the monitoring voltage detected by the monitoring voltage detection circuit 6 exceeds the reference voltage at the moment it is switched from on to the supply voltage immediately. It is stabilized at a voltage lower by V f from the voltage V in of the illuminator 10 from V in .
したがって、コンパレータ７１からの出力はスイッチング素子３がオンからオフに切り替わった瞬間にパルス状にハイレベルを示したあとはローレベルが維持されることになる。 Therefore, the output from the comparator 71 is maintained at the low level after the switching element 3 exhibits the pulse-like high level at the moment when the switching element 3 switches from on to off.
ここで、スイッチング素子３がオフとなった際にごく短時間、監視電圧がリファレンス電圧を超えるのは、ＬＥＤ点灯回路Ｃに含まれるインダクタンス成分にスイッチング素子３がオンの間に蓄えられたエネルギーによって流れる電流によるものである。 Here, the reason that the monitoring voltage exceeds the reference voltage for a very short time when the switching element 3 is turned off is due to the energy stored in the inductance component included in the LED lighting circuit C while the switching element 3 is on. It is due to the flowing current.
ショート判定部７２は、図３（ａ）の場合には、コンパレータ７１の出力が所定時間以上継続されていないので、照明器１０にショートが発生していないと判定する。 In the case of FIG. 3A, since the output of the comparator 71 is not continued for a predetermined time or more in the case of FIG. 3A, the short determination unit 72 determines that a short does not occur in the illuminator 10.
図３（ｂ）に照明器１０にショートが発生している状態における、ＰＷＭ信号、監視電圧Ｖｄｓ、コンパレータ７１からの出力Ｖｃｏｍｐのグラフを示す。ショートが発生している場合、あるいは、ＬＥＤ制御電源２００の出力端が接続不良によって短絡している状態となっている場合には、照明器１０での電圧降下がなくなり、回路に対して制限なく電流が流れる。このため、スイッチング素子３がオンの間に、コイル５や回路中の寄生容量等のインダクタンス成分に蓄えられる電流エネルギーは正常時よりも大きく、スイッチング素子３がオンからオフに切り替えられた瞬間以降においても、インダクタンス成分に蓄えられたエネルギーが無くなるまでダイオード４へ電流が流れ続けることになる。したがって、監視電圧は正常時よりも高い電圧で所定時間維持され続ける。図３（ｂ）の例では、スイッチング素子３がオフの間、リファレンス電圧であるＶｉｎ＋Ｖｆよりも大きな値が監視電圧として検出され、コンパレータ７１はスイッチング素子３がオフの間は常にハイレベルを出力する。 FIG. 3B shows a graph of the PWM signal, the monitoring voltage V ds , and the output V comp from the comparator 71 in the state where a short circuit occurs in the illuminator 10. When a short circuit occurs or when the output end of the LED control power supply 200 is in a short circuit state due to a connection failure, the voltage drop in the illuminator 10 is eliminated, and the circuit is not limited. A current flows. For this reason, while the switching element 3 is on, the current energy stored in the inductance component such as the parasitic capacitance in the coil 5 or the circuit is larger than that in the normal state, and after the moment the switching element 3 is switched off. Also, the current continues to flow to the diode 4 until the energy stored in the inductance component disappears. Therefore, the monitoring voltage continues to be maintained for a predetermined time at a higher voltage than normal. In the example of FIG. 3B, while the switching element 3 is off, a value larger than the reference voltage V in + V f is detected as the monitoring voltage, and the comparator 71 is always high level while the switching element 3 is off. Output
また、ショート判定部７２は図３（ｂ）の場合にはコンパレータ７１の出力がハイレベルで所定時間以上継続されているため照明器１０にショートが生じていると判定する。 Further, in the case of FIG. 3B, since the output of the comparator 71 is high level and continues for a predetermined time or more in the case of FIG.
ショート判定部７２において照明器１０にショートが発生していると判定されると、保護部９１はＰＷＭ制御器９２を制御してスイッチング素子３をオフにする。このようにして、照明器１０にショートが発生した場合、ＬＥＤ点灯回路Ｃの電流が止められ、保護が掛かる。 When it is determined in the short determination unit 72 that a short has occurred in the illuminator 10, the protection unit 91 controls the PWM controller 92 to turn off the switching element 3. Thus, when a short occurs in the illuminator 10, the current of the LED lighting circuit C is stopped and protection is applied.
このように本実施形態のショート判定装置１００、及び、光照射装置３００によれば、スイッチング素子３がオンからオフに切り替えられてからのオフ期間において検出される監視電圧に基づいて、照明器１０のショートを検出することができる。 As described above, according to the short determination apparatus 100 and the light irradiation apparatus 300 of the present embodiment, the illuminator 10 is based on the monitoring voltage detected in the off period after the switching element 3 is switched from on to off. Shorts can be detected.
また、スイッチング素子３がオフの間にダイオード４を流れる電流の電圧を監視電圧として検出しているので、ＰＷＭ信号の周波数が高い場合や、デューティ比が小さい場合でも検出が可能である。 Further, since the voltage of the current flowing through the diode 4 is detected as the monitoring voltage while the switching element 3 is off, detection is possible even when the frequency of the PWM signal is high or when the duty ratio is small.
このように本実施形態のショート判定装置１００は、高速のＰＷＭ制御が行われている場合でも従来の保護回路と比較して複数のＬＥＤ１からなる照明器１０のショートを正確に判定でき、ショートが発生しているにも拘らず、保護部９１による保護が掛からないといった事態を防ぐことができる。 As described above, even when high-speed PWM control is performed, the short determination apparatus 100 according to the present embodiment can accurately determine a short of the illuminator 10 including the plurality of LEDs 1 as compared to the conventional protection circuit. It is possible to prevent the situation where the protection by the protection unit 91 is not applied despite the occurrence.
加えて、監視電圧によりショートの有無を判定できるので、従来のように発煙発火しないように電流量を許容できる大容量のダイオードを選定したり、ダイオード４の温度を測定して温度保護が掛かるように別途保護回路を設けたりする必要がない。このため、製造コストを抑えることが可能となる。 In addition, since the presence or absence of a short circuit can be determined by the monitoring voltage, a diode with a large capacity capable of accepting an amount of current can be selected to prevent smoke and ignition as in the conventional case, or temperature protection of diode 4 can be measured. There is no need to separately provide a protection circuit. Therefore, the manufacturing cost can be reduced.
その他の実施形態について説明する。 Other embodiments will be described.
前記実施形態のショート判定装置では、ＰＷＭ信号がスイッチング素子に入力されている場合においてＬＥＤのショートの有無を判定していたが、例えば定電流制御等のその他の制御でＬＥＤが駆動されている場合において、ショート判定装置が、スイッチング素子がオンからオフに切り替えられてからのオフ期間の監視電圧でショートの有無を判定するものであってもよい。 In the short determination device of the above embodiment, the presence or absence of the short circuit of the LED is determined when the PWM signal is input to the switching element, but the LED is driven by other control such as constant current control. In the above, the short determination device may be configured to determine the presence or absence of a short at a monitoring voltage of an off period after the switching element is switched from on to off.
ＬＥＤ点灯回路には、例えばコイルが設けられておらず、寄生インダクタンスだけが存在するものであっても、本発明に係るショート判定装置であれば、ＬＥＤのショートの有無を判定できる。 For example, even if a coil is not provided in the LED lighting circuit and only a parasitic inductance is present, the short determination device according to the present invention can determine the presence or absence of a short circuit of the LED.
ショート判定機構については、スイッチング素子がオフの間に監視電圧が所定電圧以上で所定時間維持されている場合にショートが発生していると判定するものに限られない。例えば、スイッチング素子がオフになってから、所定時間経過後の監視電圧が所定電圧以上であった場合にショートが発生していると判定するように構成してもよい。この場合、ショートの有無が判定される時点はオフ期間内に含まれるように所定時間を設定すればよい。 The short determination mechanism is not limited to one that determines that a short occurs when the monitoring voltage is maintained at a predetermined voltage or more for a predetermined time while the switching element is off. For example, it may be configured to determine that a short has occurred when the monitoring voltage after a predetermined time has elapsed is equal to or higher than a predetermined voltage after the switching element is turned off. In this case, a predetermined time may be set to be included in the off period when the presence or absence of a short is determined.
また、ショート判定機構については、前記実施形態に示したものに限られない。例えば監視電圧をそのままＡ／Ｄ変換して取り込んでショート判定部においてショートの有無を判定するようにしてもよい。 The short determination mechanism is not limited to that described in the above embodiment. For example, the monitoring voltage may be A / D converted and taken as it is, and the short determination unit may determine the presence or absence of a short.
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて、様々な実施形態の一部同士を組み合わせたり、変形させたりしても構わない。 In addition, unless it is contrary to the meaning of the present invention, parts of various embodiments may be combined or deformed.
３００・・・光照射装置
２００・・・ＬＥＤ制御電源
１００・・・ショート判定装置
Ｃ ・・・ＬＥＤ点灯回路
１ ・・・ＬＥＤ
２ ・・・電源
３ ・・・スイッチング素子
４ ・・・ダイオード
５ ・・・コイル
６ ・・・監視電圧検出回路
７ ・・・ショート判定機構
７１ ・・・コンパレータ
７２ ・・・ショート判定部
８ ・・・制御装置
８１ ・・・ＰＷＭ制御器
８２ ・・・保護部
300 ··· Light irradiation device 200 ··· LED control power supply 100 · · · Short judgment device C ··· LED lighting circuit 1 ··· LED
2 ... power supply 3 ... switching element 4 ... diode 5 ... coil 6 ... monitoring voltage detection circuit 7 ... short determination mechanism 71 ... comparator 72 ... short determination unit 8 · · Control device 81 · · · PWM controller 82 · · · protection unit
Claims (6)
前記スイッチング素子のドレイン側の電圧を監視電圧として検出する監視電圧検出回路と、
前記スイッチング素子がオンからオフに切り替わってから所定時間内の監視電圧に基づいて、ＬＥＤのショートの有無を判定するショート判定機構と、を備えたことを特徴とするショート判定装置。 An LED, a switching element connected in series to the cathode side of the LED, and a diode whose anode is connected between the LED and the switching element and whose cathode is connected to the anode side of the LED A short determination device that determines the presence or absence of a short circuit in the LED lighting circuit,
A monitoring voltage detection circuit that detects a voltage on the drain side of the switching element as a monitoring voltage;
A short determination device comprising: a short determination mechanism that determines the presence or absence of a short of an LED based on a monitoring voltage within a predetermined time after the switching element is switched from on to off.
前記監視電圧検出回路で検出される監視電圧と、リファレンス電圧と、を比較し、監視電圧がリファレンス電圧よりも大きい場合にハイレベルの電圧を出力するように構成されたコンパレータと、
前記スイッチング素子がオンからオフに切り替わってからコンパレータの出力が継続されている継続時間を測定し、当該継続時間が所定時間以上となった場合に前記ＬＥＤにショートが発生していると判定するショート判定部と、を備えた請求項１乃至３いずれかに記載のショート判定装置。 The short determination mechanism
A comparator configured to compare the monitor voltage detected by the monitor voltage detection circuit with a reference voltage and to output a high level voltage when the monitor voltage is larger than the reference voltage;
A short time is measured by measuring the duration during which the output of the comparator is continued after switching of the switching element from on to off, and determining that the LED is shorted when the duration is a predetermined time or more. The short determination apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising: a determination unit.
前記ＬＥＤと、
前記スイッチング素子と
前記ダイオードと、
インダクタンス成分と、を備えた光照射装置。 The short determination apparatus according to any one of claims 1 to 4.
Said LED,
The switching element and the diode;
A light irradiation device comprising an inductance component.
前記ショート判定装置が前記ＬＥＤにショートが発生したと判定すると、前記ＰＷＭ制御器により前記スイッチング素子をオフにする保護部と、を備えた光照射装置。 A PWM controller that inputs a PWM signal to the gate of the switching element;
And a protection unit configured to turn off the switching element by the PWM controller when the short determination device determines that a short has occurred in the LED.
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