JP2020107432A - Electric power unit, load drive system, and illumination system - Google Patents
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Description
本開示は、電源装置、負荷駆動システム、及び照明システムに関する。より詳細には、本開示は、負荷に対して電気的に並列接続された複数の電源回路を備える電源装置、前記電源装置と前記負荷を有する負荷駆動システム、前記電源装置と前記負荷である照明負荷を有する照明システムに関する。 The present disclosure relates to a power supply device, a load driving system, and a lighting system. More specifically, the present disclosure relates to a power supply device including a plurality of power supply circuits electrically connected in parallel to a load, a load drive system including the power supply device and the load, and lighting that is the power supply device and the load. Lighting system with load.
従来例として、特許文献1記載の直流電源装置を例示する。特許文献1記載の従来例は、複数の直流電源部と、これら複数の直流電源部の出力端子に対して逆流阻止用のダイオードを介して接続され、かつ隣接する直流電源部の負極と正極をそれぞれ接続する複数のスイッチ回路とを備える。さらに、特許文献1記載の従来例は、これら複数のスイッチ回路を選択的に制御し、複数の直流電源部を直列、並列又は直並列に接続する制御回路を備える。逆流阻止用のダイオードは、電界効果トランジスタの寄生ダイオードである。電界効果トランジスタは、制御回路から出力されるゲート制御信号によってオン状態とオフ状態が切り替えられる。特許文献1記載の従来例では、逆流阻止用のダイオードとして電界効果トランジスタの寄生ダイオードが用いられることにより、単独の回路部品であるダイオードが用いられる場合に比べて順方向の電圧降下を下げて損失の低減を図っている。
As a conventional example, a DC power supply device described in
ところで、特許文献1記載の従来例では、いずれかの直流電源部の出力端子が短絡したとき、電界効果トランジスタの寄生ダイオードによって電流の逆流を防いでいる。特許文献1記載の従来例では、マイクロプロセッサ又は論理回路からなる制御回路によって電界効果トランジスタをオン・オフ制御している。しかしながら、このような電源装置(直流電源装置)では回路構成の簡素化が望まれており、特許文献1記載の従来例では回路構成の簡素化が図りにくかった。
By the way, in the conventional example described in
本開示の目的は、回路構成の簡素化を図ることができる電源装置、負荷駆動システム、及び照明システムを提供することである。 An object of the present disclosure is to provide a power supply device, a load driving system, and a lighting system that can simplify the circuit configuration.
本開示の一態様に係る電源装置は、それぞれの出力端子同士が負荷に対して電気的に並列接続された複数の直流電源回路を備える。前記電源装置は、前記複数の直流電源回路と一対一に対応し、対応する前記複数の直流電源回路のそれぞれの前記出力端子と順方向に電気的に接続された複数の半導体スイッチング素子を備える。前記電源装置は、前記複数の半導体スイッチング素子と一対一に対応し、対応する前記複数の半導体スイッチング素子のそれぞれをオン・オフする複数の駆動回路を備える。前記複数の直流電源回路の各々は、入力端子と前記出力端子を電気的に絶縁するためのトランスを有するスイッチング電源回路を有する。前記駆動回路は、前記トランスの補助巻線に誘起される電圧で動作し、前記電圧がしきい値以上のときに前記半導体スイッチング素子をオンする。前記駆動回路は、前記電圧が前記しきい値未満のときに前記半導体スイッチング素子をオフする。 A power supply device according to an aspect of the present disclosure includes a plurality of DC power supply circuits in which respective output terminals are electrically connected in parallel to a load. The power supply device includes a plurality of semiconductor switching elements that correspond one-to-one with the plurality of DC power supply circuits and are electrically connected to the output terminals of the corresponding plurality of DC power supply circuits in the forward direction. The power supply device includes a plurality of drive circuits that correspond to the plurality of semiconductor switching elements in a one-to-one manner and that turn on/off each of the corresponding plurality of semiconductor switching elements. Each of the plurality of DC power supply circuits has a switching power supply circuit having a transformer for electrically insulating the input terminal and the output terminal. The drive circuit operates with a voltage induced in the auxiliary winding of the transformer, and turns on the semiconductor switching element when the voltage is equal to or higher than a threshold value. The drive circuit turns off the semiconductor switching element when the voltage is less than the threshold value.
本開示の一態様に係る負荷駆動システムは、前記電源装置と、前記電源装置によって駆動される一つ以上の負荷とを有する。 A load drive system according to an aspect of the present disclosure includes the power supply device and one or more loads driven by the power supply device.
本開示の一態様に係る照明システムは、前記電源装置と、前記電源装置によって駆動される一つ以上の照明負荷とを有する。 An illumination system according to an aspect of the present disclosure includes the power supply device and one or more lighting loads driven by the power supply device.
本開示の電源装置、負荷駆動システム、及び照明システムは、回路構成の簡素化を図ることができるという効果がある。 The power supply device, the load driving system, and the lighting system according to the present disclosure have an effect that the circuit configuration can be simplified.
本開示の実施形態に係る電源装置、負荷駆動システム及び照明システムについて、図面を参照して詳細に説明する。ただし、下記の実施形態において説明する各図は模式的な図であり、各構成要素の大きさ及び厚さのそれぞれの比が必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。なお、以下の実施形態で説明する構成は本開示の一例にすぎない。本開示は、以下の実施形態に限定されず、本開示の効果を奏することができれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。 A power supply device, a load driving system, and a lighting system according to embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. However, the drawings described in the embodiments below are schematic views, and the respective ratios of the sizes and thicknesses of the respective constituent elements do not necessarily reflect the actual dimensional ratios. The configurations described in the embodiments below are merely examples of the present disclosure. The present disclosure is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made according to the design and the like as long as the effects of the present disclosure can be exhibited.
実施形態に係る負荷駆動システム2は、図1に示すように、実施形態に係る電源装置1と、電源装置1によって駆動される一つ以上の負荷20とを有する。負荷20は、例えば、照明負荷(照明器具30)である。負荷20が照明負荷30である場合の負荷駆動システム2が照明システム3の実施形態に相当する。以下の説明では、負荷20が照明負荷(照明器具30)であり、負荷駆動システム2が照明システム3に相当する場合について説明する。ただし、負荷20は照明負荷に限定されないが、おおむね定電圧特性(負荷電流の変化に対して負荷電圧の変化が十分に小さくなるような電圧−電流特性)を有する負荷であることが好ましい。
As shown in FIG. 1, the
照明器具30は、複数(図示例では3個)のLED(Light Emitting Diode)300を有する。これら複数のLED300は、電気的に直列接続されている。なお、照明器具30は、LED300に代えて有機エレクトロルミネッセンス素子又は半導体レーザなどの固体光源を有していても構わない。
The
電源装置1は、例えば、商用の電力系統4から供給される交流電力を直流電力に電力変換して照明負荷(照明器具30)に供給する。電源装置1は、図1に示すように、複数(図示例では3つ)の直流電源回路10と、複数(直流電源回路10と同数)の半導体スイッチング素子(MOSFET11)と、複数(MOSFET11と同数)の駆動回路12とを備える。以下の説明においては、3つの直流電源回路10を区別するために、第1の直流電源回路10A、第2の直流電源回路10B、及び第3の直流電源回路10Cと呼ぶ場合がある。ただし、3つの直流電源回路10は共通の回路構成を有しているので、図1においては1つの直流電源回路10(第1の直流電源回路10A)についてのみ、詳細な回路構成を図示する。
The
直流電源回路10は、一対の入力端子100、一対の出力端子101、第1整流回路DB1、第2整流回路DB2、スイッチング電源回路102、PFC回路103、異常検出回路13、第1制御回路15及び第2制御回路16を有する。一対の入力端子100は、電力系統4の正極及び負極と一対一に電気的に接続される。一対の出力端子101は、照明器具30の正極及び負極と一対一に電気的に接続される。つまり、3つの直流電源回路10は、電力系統4及び照明器具30に対して、電気的に並列接続されている。
The DC
第1整流回路DB1はダイオードブリッジである。第1整流回路DB1の一対の交流入力端子のそれぞれに電力系統4の正極及び負極が一つずつ電気的に接続される。第1整流回路DB1の脈流出力端子間に平滑用のコンデンサC0が電気的に接続される。電力系統4から入力される交流電圧は、第1整流回路DB1で全波整流された後にコンデンサC0により平滑される。 The first rectifier circuit DB1 is a diode bridge. One positive electrode and one negative electrode of the power system 4 are electrically connected to each of the pair of AC input terminals of the first rectifier circuit DB1. A smoothing capacitor C0 is electrically connected between the pulsating current output terminals of the first rectifier circuit DB1. The AC voltage input from the power system 4 is full-wave rectified by the first rectifier circuit DB1 and then smoothed by the capacitor C0.
コンデンサC0の両端にPFC(Power Factor Correction:力率改善)回路103が電気的に接続される。PFC回路103は、チョークコイルL1、ダイオードD1、スイッチング素子Q1及び平滑コンデンサC1を有する。PFC回路103は、コンデンサC0の両端電圧を昇圧することで力率(Power Factor)を改善する。スイッチング素子Q1は、第1制御回路15によってスイッチングされる。第1制御回路15は、平滑コンデンサC1の両端電圧を定電圧化するようにスイッチング素子Q1をPWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)制御する。
A PFC (Power Factor Correction)
スイッチング電源回路102は、PFC回路103の出力電圧(平滑コンデンサC1の両端電圧)を、照明負荷(照明器具30)が必要とする直流電圧に降圧する。実施形態におけるスイッチング電源回路102は、いわゆるLLC電流共振コンバータである。スイッチング電源回路102は、2つのスイッチング素子Q2、Q3を電気的に直列接続したハーフブリッジ回路と、共振用のコンデンサC2及びインダクタL2と、トランスT1と、第2整流回路DB2と、平滑用のコンデンサC3とを有する。下アームのスイッチング素子Q3に、共振用のコンデンサC2、インダクタL2及びトランスT1の1次巻線N1が電気的に直列接続される。トランスT1の2次巻線N2の両端が第2整流回路DB2の一対の交流入力端子と電気的に接続される。第2整流回路DB2の一対の脈流出力端子に平滑用のコンデンサC3が電気的に直列接続される。コンデンサC3の両端が一対の出力端子101と一つずつ電気的に直列接続される。
The switching
2つのスイッチング素子Q2、Q3は、第2制御回路16によってスイッチングされる。第2制御回路16は、2つのスイッチング素子Q2、Q3をPFM(Pulse Frequency Modulation:パルス周波数変調)制御することにより、PFC回路103から入力される直流電圧を矩形波のパルス状の電圧に変換する。そして、共振用のコンデンサC2、インダクタL2及びトランスT1の1次巻線N1の直列共振回路により、前記パルス状の電圧が、PFM制御のスイッチング周波数に応じた周波数の正弦波電圧に変換される。この正弦波電圧は、トランスT1によって降圧され、第2整流回路DB2で全波整流された後、コンデンサC3で平滑化されて直流電圧に変換される。
The two switching elements Q2 and Q3 are switched by the
直流電源回路10の一対の出力端子101のうち、高電位側(正極)の出力端子101にMOSFET11のソースが電気的に接続されている。そして、MOSFET11のドレインが照明負荷(照明器具30)の正極と電気的に接続されている。なお、MOSFET11は、エンハンスメント形のNチャネルMOSFETであり、ソースとドレインの間に寄生ダイオードが存在する。
The source of the
駆動回路12は、MOSFET11のゲート・ソース間電圧を調整することによってMOSFET11のオン・オフを制御する。駆動回路12は、直流電源回路10のトランスT1の補助巻線N3に誘起される電圧Vn3で動作し、電圧Vn3がしきい値以上のときにMOSFET11をオンする。また、駆動回路12は、電圧Vn3がしきい値未満のときにMOSFET11をオフする。駆動回路12に入力される電圧Vn3は、ダイオードD2で半波整流され、かつ、コンデンサC4で平滑されている。そして、補助巻線N3に電圧が誘起されなければ、コンデンサC4の充電電荷が抵抗器R2を介して放電され、電圧Vn3がしきい値未満に低下する。
The
また、直流電源回路10は、異常検出回路13を有する。異常検出回路13は、スイッチング電源回路102と低電位側(負極)の出力端子101の間に挿入されている抵抗器R1の両端電圧を検出する。異常検出回路13は、抵抗器R1の両端電圧をしきい値と比較し、両端電圧がしきい値未満であるときに異常の発生を検出する。直流電源回路10及び電源装置1に異常の発生がなければ、スイッチング電源回路102の出力電流(負荷電流)が抵抗器R1に流れることで抵抗器R1の両端電圧がしきい値を上回る。そのため、異常検出回路13が異常の発生を検出することはない。一方、直流電源回路10又は電源装置1に何らかの故障が発生、例えば、スイッチング電源回路102のコンデンサC3が短絡故障した場合、抵抗器R1に電流が流れないために抵抗器R1の両端電圧がしきい値を下回る。異常検出回路13は、抵抗器R1の両端電圧がしきい値を下回ったことで異常の発生を検出し、かつ、異常の発生を検出したことを第2制御回路16に伝える。具体的には、異常検出回路13と第2制御回路16がフォトカプラPCによって接続されており、異常検出回路13は、フォトカプラPCを通して異常発生の検出を第2制御回路16に伝える。第2制御回路16は、異常検出回路13から異常発生の検出が伝えられると、スイッチング電源回路102を停止させるか、あるいは出力電圧を低下させることが好ましい。
The DC
ここで、上述のようにスイッチング電源回路102のコンデンサC3が短絡故障した場合、トランスT1の2次巻線N2の誘起電圧及び補助巻線N3の誘起電圧(電圧Vn3)が低下する。そして、電圧Vn3がしきい値未満まで低下すれば、駆動回路12がMOSFET11をオフする。MOSFET11がオフすることにより、コンデンサC3が短絡故障したスイッチング電源回路102(直流電源回路10)が他の直流電源回路10と電気的に切り離される。その結果、正常な直流電源回路10の出力電流が、異常の発生した直流電源回路10に逆流することが防止される。
Here, when the capacitor C3 of the switching
電源装置1においては、各直流電源回路10に対する電流の逆流を阻止する回路素子として半導体スイッチング素子(MOSFET11)を用いているので、ダイオードを用いる場合に比べて、回路素子における電力消費の低減を図ることができる。しかも、電源装置1に何らかの異常が発生した場合には、駆動回路12に供給される電圧が低下することによって直ちに常開型(ノーマリオフ型)のMOSFET11がオフされる。そのため、特許文献1記載の従来例のようにマイクロプロセッサ又は論理回路からなる制御回路によって電界効果トランジスタをオン・オフ制御する場合に比べて、回路構成の簡素化を図ることができる。
In the
ところで、異常検出回路13の動作電圧をスイッチング電源回路102の出力電圧から確保した場合、上述のようにスイッチング電源回路102のコンデンサC3が短絡故障したときに異常検出回路13への電源供給が絶たれてしまう可能性がある。
By the way, when the operating voltage of the
そこで、電源装置1は、PFC回路103の出力電圧(平滑コンデンサC1の両端電圧)から制御電源電圧を生成する制御電源回路14を備えることが好ましい(図2参照)。そして、複数の異常検出回路13は、制御電源回路14が生成する制御電源電圧によって動作することが好ましい。
Therefore, the
制御電源回路14は、フライバックコンバータである。制御電源回路14は、図2に示すように、スイッチング素子Q4と、トランスT2と、ダイオードD3と、平滑用のコンデンサC5とを有する。スイッチング素子Q4は、エンハンスメント形のNチャネルMOSFETである。スイッチング素子Q4のドレインがコンデンサC5の高電位側の一端とダイオードD4のカソードに電気的に接続されている。ダイオードD4のアノードがPFC回路103の高電位側の出力端子(平滑コンデンサC1の高電位側の端子)と電気的に接続されている。制御電源回路14は、スイッチング素子Q4がスイッチングされることにより、コンデンサC5の両端電圧を降圧した直流電圧(制御電源電圧Vcc)をコンデンサC4の両端から異常検出回路13に供給する。
The control
電源装置1では、異常検出回路13が絶縁型の制御電源回路14で生成される制御電源電圧Vccによって動作するので、スイッチング電源回路102の1次側と2次側の電気的絶縁性を維持したままで異常検出回路13を安定動作させることができる。
In the
なお、第1制御回路15及び第2制御回路16を動作させるための制御電源電圧VccもPFC回路103の出力電圧から生成されることが好ましい。例えば、図2に示すように、トランスT2の1次巻線に流れる電流をコンデンサC6で平滑して直流電圧を生成し、当該直流電圧を3端子レギュレータ104によって定電圧化することによって制御電源電圧Vccを生成すればよい。
The control power supply voltage Vcc for operating the
ここで、実施形態に係る照明システム3のシステム構成の一例について、図3を参照して説明する。図3に示す照明システム3は、3台の照明器具30と、1台の電源装置1と、1台の電源装置1と3台の照明器具30を電気的に接続する1本の電源ケーブル181とを有する。ただし、照明システム3が有する照明器具30の台数及び電源装置1の台数は、それぞれ3台及び1台に限定されない。
Here, an example of a system configuration of the
電源装置1は、3つの直流電源回路10、MOSFET11及び駆動回路12を収容するケース180を備えることが好ましい。ケース180は、電気的な導体(例えば、金属)によって箱形に形成されている。なお、ケース180は、安定電位を有する場所(例えば、大地)に接地されることが好ましい。
The
電源ケーブル181は、2本の電源線182A、182Bと、これら2本の電源線182A、182Bを被覆するシース183とを有する。一方の電源線182Aの一端は、電源装置1のケース180内において、3つのMOSFET11を介して直流電源回路10の高電位側の出力端子101に分岐接続される。他方の電源線182Bの一端は、電源装置1のケース180内において、3つの直流電源回路10の各々の低電位側の出力端子101に分岐接続される。また、一方の電源線182Aの他端は、3台の照明器具30の各々の正極に分岐接続される。他方の電源線182Bの他端は、3台の照明器具30の各々の負極に分岐接続される。
The
例えば、3台の照明器具30は、競技場を照明する用途に用いられる投光器であり、照明柱などの先端(高所)に設置される。一方、電源装置1は、例えば、競技場に設けられた建物の中に設置される。つまり、投光器を点灯させる点灯装置(電源装置)が投光器とともに高所に設置された場合、点灯装置のメンテナンス作業が高所での作業となってしまい、メンテナンス作業を行う作業員に大きな負担がかかってしまう。これに対して、実施形態に係る照明システム3では、電源装置1を照明器具30から離れた場所に設置することができるため、電源装置1を照明器具30と同じく高所に設置する場合に比べて、メンテナンス作業の作業性の向上を図ることができる。しかも、1台の電源装置1と複数台(図示例では3台)の照明器具30を1本の電源ケーブル181で接続しているので、省配線化を図ることができる。
For example, the three
ここで、3つの直流電源回路10と2本の電源線182A、182Bが電気的な導体からなるケース180内に収容されているため、スイッチング電源回路102から発生する高周波ノイズが輻射ノイズとしてケース180の外に漏れることを抑制できる。
Here, since the three DC
さらに、照明システム3は、コントローラ5を有することが好ましい。コントローラ5は、電源装置1と信号線50を介して電気的に接続される(図3参照)。コントローラ5は、信号線50を介して調光信号を送信する。コントローラ5は、例えば、調光信号としてPWM信号を電源装置1に送信する。すなわち、コントローラ5は、調光信号(PWM信号)のデューティ比によって電源装置1に調光レベルを指示する。
Furthermore, the
一方、電源装置1は、コントローラ5から送信される調光信号を受信する調光信号受信回路17を各直流電源回路10に備える(図2参照)。調光信号受信回路17は、コントローラ5から受信する調光信号を積分回路で積分することにより、PWM信号のデューティ比に対応した電圧を有する調光信号に変換する。調光信号受信回路17は、変換した調光信号を第2制御回路16に出力する。第2制御回路16は、調光信号受信回路17から受け取る調光信号の電圧に応じてPFM制御のスイッチング周波数を調整し、照明器具30に供給する電流の大きさを変化させて照明器具30を調光する。
On the other hand, the
また、調光信号受信回路17は、変換した調光信号を異常検出回路13にも出力することが好ましい。異常検出回路13は、調光信号で指示されている調光レベル、すなわち、調光レベルに対応した出力電流(直流電源回路10の出力電流)の大きさに応じて、異常の有無を検出するための条件(しきい値)を変更することが好ましい。具体的には、異常検出回路13は、調光レベルが低くなる(出力電流が小さくなる)ほど、抵抗器R1の両端電圧と比較するしきい値を小さくすることが好ましい。つまり、異常検出回路13が調光レベルに応じてしきい値を変更すれば、調光レベルに応じて出力電流が小さくなった場合に、異常検出回路13が異常発生を誤検出する可能性を低くすることができる。
Further, it is preferable that the dimming
ところで、電源装置1において、いずれかの異常検出回路13が異常発生を検出した場合、異常が発生している直流電源回路10が放置されることは好ましくない。したがって、電源装置1は、異常検出回路13の異常検出の報知を行う報知部を備えることが好ましい。電源装置1では、例えば、複数の直流電源回路10のうち、異常検出回路13によって異常発生が検出されていない直流電源回路10の第2制御回路16が出力電流を調整することによって照明器具30を点滅させることが好ましい。あるいは、第2制御回路16は、出力電流を調整することにより、照明器具30から光信号を送信させてもよい。この場合、第2制御回路16が報知部に相当する。あるいは、異常検出回路13からコントローラ5に異常検出を通知し、コントローラ5が電源装置1に調光信号を送信して報知(照明器具30の点滅など)を行わせても構わない。
In the
電源装置1の報知部が異常検出を報知することにより、照明器具30を管理する管理者に電源装置1の異常発生を知らしめて、電源装置1(直流電源回路10)の修理などの適切な対処が行われるように促すことができる。
When the notification unit of the
しかしながら、上述のように電源装置1の報知部が異常検出を報知したとしても、異常が発生した直流電源回路10を修理又は交換して復活させるまでにはある程度の時間が必要になる。そこで、電源装置1では、異常が発生した直流電源回路10が復活するまでの間、正常な直流電源回路10の出力電流を一時的に増やすことで照明器具30の光量の低下を抑えることが望ましい。
However, even if the notification unit of the
図4A〜図4Cは、横軸を時間、縦軸を3つの直流電源回路10のそれぞれの出力電流の大きさとしたタイムチャートを示している。また、図4Dは、横軸を時間、縦軸を3つの直流電源回路10のトータルの出力電流(電源装置1の出力電流)としたタイムチャートを示している。図4A〜図4Cに示すように、時間t=0から時間t=t1までの期間においては、3つの直流電源回路10がすべて正常で定格の出力電流を出力している。そのため、時間t=0から時間t=t1までの期間においては、電源装置1から3台の照明器具30に対して1つの直流電源回路10の出力電流の3倍の出力電流が流れている。
4A to 4C are time charts in which the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the magnitude of the output current of each of the three DC
そして、時間t=t1に第1の直流電源回路10Aが故障して出力電流が停止すると、第1の直流電源回路10Aの出力電流がゼロになるので、電源装置1から出力されるトータルの出力電流が3分の2に減少する。その結果、3台の照明器具30のトータルの光量も時間t=0から時間t=t1までの光量の3分の2に低下する。
When the first DC
そこで、電源装置1において、第1の直流電源回路10Aの異常検出回路13が異常の発生を検出したことを第2及び第3の直流電源回路10B、10Cの各々の第2制御回路16にも伝える。そして、第2及び第3の直流電源回路10B、10Cの各々の第2制御回路16が第2及び第3の直流電源回路10B、10Cのそれぞれのスイッチング電源回路102を制御して出力電流を30%増やす(時間t=t2)。その結果、電源装置1から出力されるトータルの出力電流が3分の2から30分の26まで増加するので、3台の照明器具30のトータルの光量も時間t=0から時間t=t1までの光量の3分の2から30分の26まで増やすことができる(図4D参照)。したがって、電源装置1は、故障した直流電源回路10(第1の直流電源回路10A)が復活するまでの間における照度の低下を抑えることができる。
Therefore, in the
ここで、照明システム3の変形例のシステム構成の一例について、図5を参照して説明する。図5に示す変形例の照明システム3は、3台の照明器具30が1台の電源装置1に対して、1本の電源ケーブル181を介して電気的に直列接続されている。変形例の照明システム3においては、3台の照明器具30の電圧−電流特性が等しくない場合においても、3台の照明器具30に等しい電流を流すことができる。ただし、変形例の照明システム3では、実施形態に係る照明システム3(図3参照)に比べて、電源装置1の出力電圧を高く(例えば、約3倍)する必要がある。
Here, an example of a system configuration of a modified example of the
変形例の照明システム3においても、電源装置1を照明器具30から離れた場所に設置することができるため、電源装置1を照明器具30と同じく高所に設置する場合に比べて、メンテナンス作業の作業性の向上を図ることができる。しかも、1台の電源装置1と複数台(図示例では3台)の照明器具30を1本の電源ケーブル181で接続しているので、省配線化を図ることができる。
Also in the
上述のように第1の態様に係る電源装置(1)は、それぞれの出力端子(101)同士が負荷(20)に対して電気的に並列接続された複数の直流電源回路(10)を備える。第1の態様に係る電源装置(1)は、複数の直流電源回路(10)と一対一に対応し、対応する複数の直流電源回路(10)のそれぞれの出力端子(101)と順方向に電気的に接続された複数の半導体スイッチング素子(MOSFET11)を備える。第1の態様に係る電源装置(1)は、複数の半導体スイッチング素子と一対一に対応し、対応する複数の半導体スイッチング素子のそれぞれをオン・オフする複数の駆動回路(12)を備える。複数の直流電源回路(10)の各々は、入力端子(100)と出力端子(101)を電気的に絶縁するためのトランス(T1)を有するスイッチング電源回路(102)を有する。駆動回路(12)は、トランス(T1)の補助巻線(N3)に誘起される電圧(Vn3)で動作し、電圧(Vn3)がしきい値以上のときに半導体スイッチング素子をオンする。駆動回路(12)は、電圧(Vn3)がしきい値未満のときに半導体スイッチング素子をオフする。 As described above, the power supply device (1) according to the first aspect includes the plurality of DC power supply circuits (10) in which the output terminals (101) are electrically connected in parallel to the load (20). .. The power supply device (1) according to the first aspect has a one-to-one correspondence with a plurality of DC power supply circuits (10), and is forwardly connected to the respective output terminals (101) of the corresponding plurality of DC power supply circuits (10). A plurality of semiconductor switching elements (MOSFET 11) electrically connected are provided. The power supply device (1) according to the first aspect includes a plurality of drive circuits (12) that correspond to the plurality of semiconductor switching elements in a one-to-one manner and that turn on/off each of the corresponding plurality of semiconductor switching elements. Each of the plurality of DC power supply circuits (10) has a switching power supply circuit (102) having a transformer (T1) for electrically insulating the input terminal (100) and the output terminal (101). The drive circuit (12) operates with the voltage (Vn3) induced in the auxiliary winding (N3) of the transformer (T1), and turns on the semiconductor switching element when the voltage (Vn3) is equal to or higher than the threshold value. The drive circuit (12) turns off the semiconductor switching element when the voltage (Vn3) is less than the threshold value.
第1の態様に係る電源装置(1)は、各直流電源回路(10)に対する電流の逆流を阻止する回路素子として半導体スイッチング素子を用いているので、ダイオードを用いる場合に比べて、回路素子における電力消費の低減を図ることができる。しかも、第1の態様に係る電源装置(1)は、何らかの異常が発生した場合に駆動回路(12)に供給される電圧(Vn3)が低下することによって直ちに半導体スイッチング素子がオフされる。その結果、第1の態様に係る電源装置(1)は、特許文献1記載の従来例のようにマイクロプロセッサ又は論理回路からなる制御回路によって電界効果トランジスタをオン・オフ制御する場合に比べて、回路構成の簡素化を図ることができる。
Since the power supply device (1) according to the first aspect uses the semiconductor switching element as the circuit element that blocks the reverse flow of the current to each DC power supply circuit (10 ), the circuit element in the circuit element is different from that in the case of using the diode. It is possible to reduce power consumption. Moreover, in the power supply device (1) according to the first aspect, the semiconductor switching element is immediately turned off when the voltage (Vn3) supplied to the drive circuit (12) is reduced when some abnormality occurs. As a result, in the power supply device (1) according to the first aspect, compared to the case of controlling the field effect transistor on/off by the control circuit including the microprocessor or the logic circuit as in the conventional example described in
第2の態様に係る電源装置(1)は、第1の態様との組合せにより実現され得る。第2の態様に係る電源装置(1)において、半導体スイッチング素子は、電界効果トランジスタであることが好ましい。 The power supply device (1) according to the second aspect can be realized by a combination with the first aspect. In the power supply device (1) according to the second aspect, the semiconductor switching element is preferably a field effect transistor.
第2の態様に係る電源装置(1)は、半導体スイッチング素子として電界効果トランジスタを用いることにより、電力消費の更なる低減を図ることができる。 The power supply device (1) according to the second aspect can further reduce the power consumption by using the field effect transistor as the semiconductor switching element.
第3の態様に係る電源装置(1)は、第1又は第2の態様との組合せにより実現され得る。第3の態様に係る電源装置(1)は、複数の直流電源回路(10)と一対一に対応し、対応する複数の直流電源回路(10)のそれぞれの異常の有無を検出する複数の異常検出回路(13)を備えることが好ましい。複数の直流電源回路(10)の各々は、複数の異常検出回路(13)のうちで対応する異常検出回路(13)が異常を検出したときに負荷(20)への出力を低下させることが好ましい。 The power supply device (1) according to the third aspect can be realized by a combination with the first or second aspect. The power supply device (1) according to the third aspect corresponds to the plurality of DC power supply circuits (10) on a one-to-one basis, and detects a plurality of abnormalities in each of the corresponding plurality of DC power supply circuits (10). It is preferable to include a detection circuit (13). Each of the plurality of DC power supply circuits (10) may reduce the output to the load (20) when the corresponding abnormality detection circuit (13) among the plurality of abnormality detection circuits (13) detects an abnormality. preferable.
第3の態様に係る電源装置(1)は、異常検出回路(13)が異常を検出したとき、当該異常検出回路(13)に対応する直流電源回路(10)が負荷(20)への出力を低下させることにより、無駄な電力消費を抑えることができる。 In the power supply device (1) according to the third aspect, when the abnormality detection circuit (13) detects an abnormality, the DC power supply circuit (10) corresponding to the abnormality detection circuit (13) outputs to the load (20). By reducing the power consumption, it is possible to suppress unnecessary power consumption.
第4の態様に係る電源装置(1)は、第3の態様との組合せにより実現され得る。第4の態様に係る電源装置(1)において、複数の直流電源回路(10)の各々は、交流電圧を直流電圧に変換する交直変換回路(PFC回路103)を有することが好ましい。スイッチング電源回路(102)は、交直変換回路が出力する直流電圧を電圧変換することが好ましい。第4の態様に係る電源装置(1)は、交直変換回路が出力する直流電圧から制御電源電圧(Vcc)を生成する制御電源回路(14)を備えることが好ましい。複数の異常検出回路(13)は、制御電源回路(14)が生成する制御電源電圧(Vcc)によって動作することが好ましい。 The power supply device (1) according to the fourth aspect can be realized by a combination with the third aspect. In the power supply device (1) according to the fourth aspect, each of the plurality of DC power supply circuits (10) preferably has an AC/DC conversion circuit (PFC circuit 103) that converts an AC voltage into a DC voltage. It is preferable that the switching power supply circuit (102) voltage-converts the DC voltage output from the AC/DC conversion circuit. It is preferable that the power supply device (1) according to the fourth aspect includes a control power supply circuit (14) that generates a control power supply voltage (Vcc) from the DC voltage output from the AC-DC converter circuit. It is preferable that the plurality of abnormality detection circuits (13) operate by the control power supply voltage (Vcc) generated by the control power supply circuit (14).
第4の態様に係る電源装置(1)は、異常検出回路(13)が制御電源回路(14)で生成される制御電源電圧(Vcc)によって動作するので、異常検出回路(13)を安定動作させることができる。 The power supply device (1) according to the fourth aspect operates the abnormality detection circuit (13) stably because the abnormality detection circuit (13) operates by the control power supply voltage (Vcc) generated by the control power supply circuit (14). Can be made.
第5の態様に係る電源装置(1)は、第3又は第4の態様との組合せにより実現され得る。第5の態様に係る電源装置(1)において、複数の直流電源回路(10)の各々は、負荷(20)に供給する出力電流を調整可能であることが好ましい。複数の異常検出回路(13)の各々は、複数の直流電源回路(10)のうちの対応する直流電源回路(10)の出力電流の大きさに応じて、異常の有無を検出するための条件を変更することが好ましい。 The power supply device (1) according to the fifth aspect can be realized by a combination with the third or fourth aspect. In the power supply device (1) according to the fifth aspect, it is preferable that each of the plurality of DC power supply circuits (10) can adjust the output current supplied to the load (20). Each of the plurality of abnormality detection circuits (13) is a condition for detecting the presence or absence of abnormality according to the magnitude of the output current of the corresponding DC power supply circuit (10) of the plurality of DC power supply circuits (10). Is preferably changed.
第5の態様に係る電源装置(1)は、出力電流が小さくなった場合に、異常検出回路(13)が異常発生を誤検出する可能性を低くすることができる。 The power supply device (1) according to the fifth aspect can reduce the possibility that the abnormality detection circuit (13) will erroneously detect the occurrence of an abnormality when the output current becomes small.
第6の態様に係る電源装置(1)は、第3〜第5の態様のいずれか一つとの組合せにより実現され得る。第6の態様に係る電源装置(1)において、複数の直流電源回路(10)のうちの少なくとも一つの直流電源回路(10)に対応する異常検出回路(13)が負荷(20)への出力を低下させた場合、異常検出回路(13)が出力を低下させた直流電源回路(10)を除く一つ以上の直流電源回路(10)が負荷への出力を増加させることが好ましい。 The power supply device (1) according to the sixth aspect can be realized by a combination with any one of the third to fifth aspects. In the power supply device (1) according to the sixth aspect, the abnormality detection circuit (13) corresponding to at least one DC power supply circuit (10) of the plurality of DC power supply circuits (10) outputs to the load (20). It is preferable that one or more DC power supply circuits (10) except the DC power supply circuit (10) whose output is decreased by the abnormality detection circuit (13) increase the output to the load.
第6の態様に係る電源装置(1)は、いずれかの直流電源回路(10)で異常が発生した場合においても負荷(20)に供給するトータルの出力の低下を抑制することができる。 The power supply device (1) according to the sixth aspect can suppress a decrease in the total output supplied to the load (20) even when an abnormality occurs in any of the DC power supply circuits (10).
第7の態様に係る電源装置(1)は、第3〜第6の態様のいずれか一つとの組合せにより実現され得る。第7の態様に係る電源装置(1)において、複数の異常検出回路(13)のうちの少なくとも一つの異常検出回路(13)が異常を検出した場合に異常検出の報知を行う報知部(第2制御回路16)を備えることが好ましい。 The power supply device (1) according to the seventh aspect can be realized by a combination with any one of the third to sixth aspects. In the power supply device (1) according to the seventh aspect, an announcing unit (notifying an anomaly is detected when at least one anomaly detecting circuit (13) of the plurality of anomaly detecting circuits (13) detects an anomaly. 2 control circuit 16) is preferably provided.
第7の態様に係る電源装置(1)は、報知部が異常発生を報知することにより、異常の発生した直流電源回路(10)の修理などの適切な対処が行われるように促すことができる。 In the power supply device (1) according to the seventh aspect, the notification unit notifies that an abnormality has occurred, so that the DC power supply circuit (10) in which the abnormality has occurred can be appropriately repaired. ..
第8の態様に係る電源装置(1)は、第1〜第7の態様のいずれか一つとの組合せにより実現され得る。第8の態様に係る電源装置(1)は、複数の直流電源回路(10)を収容するケース(180)を備えることが好ましい。第8の態様に係る電源装置(1)は、それぞれが複数の直流電源回路(10)の出力端子(101)と電気的に接続される複数の電源線(182A、182B)を有する電源ケーブル(181)を備えることが好ましい。複数の直流電源回路(10)の各々の出力端子(101)は、電源ケーブル(181)を介して負荷(20)と電気的に接続されていることが好ましい。 The power supply device (1) according to the eighth aspect can be realized by a combination with any one of the first to seventh aspects. The power supply device (1) according to the eighth aspect preferably includes a case (180) that houses a plurality of DC power supply circuits (10). A power supply device (1) according to an eighth aspect is a power supply cable (a) having a plurality of power supply lines (182A, 182B) each electrically connected to an output terminal (101) of a plurality of DC power supply circuits (10). 181) is preferably provided. The output terminal (101) of each of the plurality of DC power supply circuits (10) is preferably electrically connected to the load (20) via a power supply cable (181).
第8の態様に係る電源装置(1)は、直流電源回路(10)で発生する高周波ノイズが輻射ノイズとしてケース(180)の外に漏れることを防ぐことができる。 The power supply device (1) according to the eighth aspect can prevent high frequency noise generated in the DC power supply circuit (10) from leaking out of the case (180) as radiation noise.
第9の態様に係る負荷駆動システム(2)は、第1〜第8のいずれかの態様に係る電源装置(1)と、電源装置(1)によって駆動される一つ以上の負荷(20)とを有する。 A load drive system (2) according to a ninth aspect is a power supply device (1) according to any one of the first to eighth aspects, and one or more loads (20) driven by the power supply device (1). Have and.
第9の態様に係る負荷駆動システム(2)は、回路構成の簡素化を図ることができる。 The load drive system (2) according to the ninth aspect can simplify the circuit configuration.
第10の態様に係る負荷駆動システム(2)は、第9の態様との組合せにより実現され得る。第10の態様に係る負荷駆動システム(2)は、負荷(20)を複数有することが好ましい。複数の負荷(20)が電源装置(1)に対して電気的に並列接続されていることが好ましい。 The load drive system (2) according to the tenth aspect can be realized by a combination with the ninth aspect. The load drive system (2) according to the tenth aspect preferably has a plurality of loads (20). It is preferable that a plurality of loads (20) are electrically connected in parallel to the power supply device (1).
第10の態様に係る負荷駆動システム(2)は、複数の負荷(20)を一つの電源装置(1)で駆動することができる。 The load driving system (2) according to the tenth aspect can drive a plurality of loads (20) with one power supply device (1).
第11の態様に係る負荷駆動システム(2)は、第9の態様との組合せにより実現され得る。第11の態様に係る負荷駆動システム(2)は、負荷(20)を複数有することが好ましい。複数の負荷(20)が電源装置(1)に対して電気的に直列接続されていることが好ましい。 The load drive system (2) according to the eleventh aspect can be realized by a combination with the ninth aspect. The load drive system (2) according to the eleventh aspect preferably has a plurality of loads (20). It is preferable that a plurality of loads (20) are electrically connected in series to the power supply device (1).
第11の態様に係る負荷駆動システム(2)は、複数の負荷(20)を一つの電源装置(1)で駆動することができる。 The load drive system (2) according to the eleventh aspect can drive a plurality of loads (20) with one power supply device (1).
第12の態様に係る照明システム(3)は、第1〜第8のいずれかの態様に係る電源装置(1)と、電源装置(1)によって駆動される一つ以上の照明負荷(照明器具30)とを有する。 A lighting system (3) according to a twelfth aspect includes a power supply device (1) according to any one of the first to eighth aspects, and one or more lighting loads (lighting fixtures) driven by the power supply device (1). 30) and.
第12の態様に係る照明システム(3)は、回路構成の簡素化を図ることができる。 The illumination system (3) according to the twelfth aspect can simplify the circuit configuration.
第13の態様に係る照明システム(3)は、第12の態様との組合せにより実現され得る。第13の態様に係る照明システム(3)は、照明負荷を複数有することが好ましい。複数の照明負荷が電源装置(1)に対して電気的に並列接続されていることが好ましい。 The illumination system (3) according to the thirteenth aspect can be realized in combination with the twelfth aspect. The lighting system (3) according to the thirteenth aspect preferably has a plurality of lighting loads. It is preferable that a plurality of lighting loads be electrically connected in parallel to the power supply device (1).
第13の態様に係る照明システム(3)は、複数の照明負荷(照明器具30)を一つの電源装置(1)で駆動する(点灯させる)ことができる。 The lighting system (3) according to the thirteenth aspect can drive (light up) a plurality of lighting loads (lighting fixtures 30) with one power supply device (1).
第14の態様に係る照明システム(3)は、第12の態様との組合せにより実現され得る。第14の態様に係る照明システム(3)は、照明負荷を複数有することが好ましい。複数の照明負荷が電源装置(1)に対して電気的に直列接続されていることが好ましい。 The illumination system (3) according to the fourteenth aspect can be realized in combination with the twelfth aspect. The illumination system (3) according to the fourteenth aspect preferably has a plurality of illumination loads. It is preferable that a plurality of lighting loads be electrically connected in series to the power supply device (1).
第14の態様に係る照明システム(3)は、複数の照明負荷(照明器具30)を一つの電源装置(1)で駆動する(点灯させる)ことができる。 The lighting system (3) according to the fourteenth aspect can drive (light up) a plurality of lighting loads (lighting fixtures 30) with one power supply device (1).
1 電源装置
2 負荷駆動システム
3 照明システム
10 直流電源回路
11 MOSFET(半導体スイッチング素子)
12 駆動回路
13 異常検出回路
14 制御電源回路
20 負荷
30 照明器具(照明負荷)
100 入力端子
101 出力端子
102 スイッチング電源回路
103 PFC回路(交直変換回路)
180 ケース
181 電源ケーブル
182 電源線
T1 トランス
N3 補助巻線
Vn3 補助巻線に誘起される電圧
Vcc 制御電源電圧
1
12
100
180
Claims (14)
前記複数の直流電源回路と一対一に対応し、対応する前記複数の直流電源回路のそれぞれの前記出力端子と順方向に電気的に接続された複数の半導体スイッチング素子と、
前記複数の半導体スイッチング素子と一対一に対応し、対応する前記複数の半導体スイッチング素子のそれぞれをオン・オフする複数の駆動回路と、
を備え、
前記複数の直流電源回路の各々は、入力端子と前記出力端子を電気的に絶縁するためのトランスを有するスイッチング電源回路を有し、
前記駆動回路は、前記トランスの補助巻線に誘起される電圧で動作し、前記電圧がしきい値以上のときに前記半導体スイッチング素子をオンし、前記電圧が前記しきい値未満のときに前記半導体スイッチング素子をオフする、
電源装置。 A plurality of DC power supply circuits in which each output terminal is electrically connected in parallel to the load,
One-to-one correspondence with the plurality of DC power supply circuits, a plurality of semiconductor switching elements electrically connected in the forward direction with each of the output terminals of the corresponding plurality of DC power supply circuits,
A plurality of drive circuits that correspond to the plurality of semiconductor switching elements in a one-to-one correspondence and that turn on/off each of the corresponding plurality of semiconductor switching elements;
Equipped with
Each of the plurality of DC power supply circuits has a switching power supply circuit having a transformer for electrically insulating the input terminal and the output terminal,
The drive circuit operates with a voltage induced in the auxiliary winding of the transformer, turns on the semiconductor switching device when the voltage is equal to or higher than a threshold value, and turns on when the voltage is lower than the threshold value. Turn off the semiconductor switching element,
Power supply.
請求項1記載の電源装置。 The semiconductor switching element is a field effect transistor,
The power supply device according to claim 1.
前記複数の直流電源回路の各々は、前記複数の異常検出回路のうちで対応する異常検出回路が前記異常を検出したときに前記負荷への出力を低下させる、
請求項1又は2記載の電源装置。 Corresponding one-to-one with the plurality of DC power supply circuits, a plurality of abnormality detection circuit for detecting the presence or absence of each abnormality of the corresponding plurality of DC power supply circuit,
Each of the plurality of DC power supply circuits reduces the output to the load when the corresponding abnormality detection circuit of the plurality of abnormality detection circuits detects the abnormality,
The power supply device according to claim 1 or 2.
交流電圧を直流電圧に変換する交直変換回路を有し、
前記スイッチング電源回路は、前記交直変換回路が出力する前記直流電圧を電圧変換し、
前記交直変換回路が出力する前記直流電圧から制御電源電圧を生成する制御電源回路を備え、
前記複数の異常検出回路は、前記制御電源回路が生成する前記制御電源電圧によって動作する、
請求項3記載の電源装置。 Each of the plurality of DC power supply circuits,
It has an AC/DC conversion circuit that converts AC voltage to DC voltage,
The switching power supply circuit voltage-converts the DC voltage output by the AC/DC conversion circuit,
A control power supply circuit for generating a control power supply voltage from the DC voltage output from the AC-DC converter circuit;
The plurality of abnormality detection circuits operate by the control power supply voltage generated by the control power supply circuit,
The power supply device according to claim 3.
前記複数の異常検出回路の各々は、前記複数の直流電源回路のうちの対応する直流電源回路の前記出力電流の大きさに応じて、前記異常の有無を検出するための条件を変更する、
請求項3又は4記載の電源装置。 Each of the plurality of DC power supply circuits is capable of adjusting the output current supplied to the load,
Each of the plurality of abnormality detection circuits changes the condition for detecting the presence or absence of the abnormality according to the magnitude of the output current of the corresponding DC power supply circuit of the plurality of DC power supply circuits,
The power supply device according to claim 3 or 4.
請求項3〜5のいずれか1項に記載の電源装置。 When the abnormality detection circuit corresponding to at least one DC power supply circuit among the plurality of DC power supply circuits reduces the output to the load, the abnormality detection circuit reduces the output of the DC power supply circuit. Excluding one or more of the DC power supply circuit increases the output to the load,
The power supply device according to any one of claims 3 to 5.
請求項3〜6のいずれか1項に記載の電源装置。 At least one of the plurality of abnormality detection circuits is provided with a notification unit that performs notification of the abnormality detection when the abnormality detection circuit detects the abnormality,
The power supply device according to any one of claims 3 to 6.
それぞれが前記複数の直流電源回路の前記出力端子と電気的に接続される複数の電源線を有する電源ケーブルと、
を備え、
前記複数の直流電源回路の各々の前記出力端子は、前記電源ケーブルを介して前記負荷と電気的に接続されている、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の電源装置。 A case accommodating the plurality of DC power supply circuits,
A power cable having a plurality of power supply lines, each of which is electrically connected to the output terminals of the plurality of DC power supply circuits,
Equipped with
The output terminal of each of the plurality of DC power supply circuit is electrically connected to the load via the power cable,
The power supply device according to claim 1.
前記電源装置によって駆動される一つ以上の負荷と
を有する、
負荷駆動システム。 A power supply device according to claim 1;
And one or more loads driven by the power supply,
Load drive system.
複数の前記負荷が前記電源装置に対して電気的に並列接続されている、
請求項9記載の負荷駆動システム。 Having a plurality of the loads,
A plurality of the loads are electrically connected in parallel to the power supply device,
The load drive system according to claim 9.
複数の前記負荷が前記電源装置に対して電気的に直列接続されている、
請求項9記載の負荷駆動システム。 Having a plurality of the loads,
A plurality of the loads are electrically connected in series to the power supply device,
The load drive system according to claim 9.
前記電源装置によって駆動される一つ以上の照明負荷と
を有する、
照明システム。 A power supply device according to claim 1;
And one or more lighting loads driven by the power supply,
Lighting system.
複数の前記照明負荷が前記電源装置に対して電気的に並列接続されている、
請求項12記載の照明システム。 Having a plurality of the lighting loads,
A plurality of the lighting loads are electrically connected in parallel to the power supply device,
The lighting system according to claim 12.
複数の前記照明負荷が前記電源装置に対して電気的に直列接続されている、
請求項12記載の照明システム。 Having a plurality of the lighting loads,
A plurality of the lighting loads are electrically connected in series to the power supply device,
The lighting system according to claim 12.
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