JP2020107434A - Power supply and lighting system - Google Patents
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Description
本開示は、電源装置及び照明システムに関し、より詳細には、出力電圧が可変である電源装置及び当該電源装置を備える照明システムに関する。 The present disclosure relates to a power supply device and a lighting system, and more particularly, to a power supply device having a variable output voltage and a lighting system including the power supply device.
従来例として特許文献1記載のLED点灯装置(電源装置)を例示する。特許文献1記載のLED点灯装置は、力率改善用のPFC回路と、PFC回路から出力される一定の直流電圧を入力とする電流共振コンバータ回路とを備える。電流共振コンバータ回路は、直流電圧を第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子で交互にスイッチングさせ、第1のインダクタと第2のインダクタのインダクタ成分と第1のコンデンサのキャパシタ成分により共振させる。電流共振コンバータ回路は、第2のインダクタに発生する磁束に応じた誘導電力を、第三のインダクタに伝送して、ダイオードブリッジにより整流する回路からなる。従来例のLED点灯装置は、電流共振コンバータ回路の発振周波数(第1及び第2のスイッチング素子のスイッチング周波数)を変化させることによってLEDを調光することができる。
As a conventional example, an LED lighting device (power supply device) described in
上記従来例の電流共振コンバータ回路の出力電圧は、その発振周波数が高くなるにつれて(共振周波数から離れるにつれて)低下する。しかしながら、電流共振コンバータ回路の発振周波数は、第1及び第2のスイッチング素子を駆動する駆動回路の能力に応じた上限の周波数までしか変化させることができない。そのため、上記従来例では、LEDの調光範囲(出力電圧の調整範囲)を広げることが困難であった。 The output voltage of the current resonance converter circuit of the above-mentioned conventional example decreases as the oscillation frequency thereof becomes higher (as it goes away from the resonance frequency). However, the oscillation frequency of the current resonance converter circuit can be changed only up to the upper limit frequency according to the ability of the drive circuit that drives the first and second switching elements. Therefore, in the above-mentioned conventional example, it was difficult to widen the dimming range (adjustment range of the output voltage) of the LED.
本開示の目的は、出力電圧の調整範囲の拡大を図ることができる電源装置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 and a lighting system capable of expanding the adjustment range of the output voltage.
本開示の一態様に係る電源装置は、第1の直流電圧を第2の直流電圧に変換する直流変換部と、前記直流変換部を制御して前記第2の直流電圧を調整する制御部とを備える。前記直流変換部は、出力用の変圧器を有する共振形コンバータと、前記変圧器の巻数比を調整する巻数比調整部とを有する。前記制御部は、前記共振形コンバータの動作周波数を変化させることによって前記第2の直流電圧を調整する。前記制御部は、前記巻数比調整部に前記変圧器の巻数比を調整させる。 A power supply device according to an aspect of the present disclosure includes a DC converter that converts a first DC voltage into a second DC voltage, and a controller that controls the DC converter to adjust the second DC voltage. Equipped with. The DC converter includes a resonance converter having a transformer for output, and a turns ratio adjuster that adjusts the turns ratio of the transformer. The controller adjusts the second DC voltage by changing the operating frequency of the resonant converter. The controller causes the turns ratio adjuster to adjust the turns ratio of the transformer.
本開示の一態様に係る照明システムは、前記電源装置を複数備えるとともに、複数の照明負荷と、前記複数の電源装置の出力する直流電力を前記複数の照明負荷に供給するための給電路とを備える。前記複数の電源装置は、前記給電路の第1端に電気的に並列接続される。前記複数の照明負荷は、前記給電路の第2端に電気的に並列接続又は直列接続される。 A lighting system according to an aspect of the present disclosure includes a plurality of the power supply devices, a plurality of lighting loads, and a power feeding path for supplying DC power output from the plurality of power supply devices to the plurality of lighting loads. Prepare The plurality of power supply devices are electrically connected in parallel to the first end of the power feeding path. The plurality of lighting loads are electrically connected in parallel or in series to the second end of the power feeding path.
本開示の電源装置及び照明システムは、出力電圧の調整範囲の拡大を図ることができるという効果がある。 The power supply device and the lighting system according to the present disclosure have an effect that the adjustment range of the output voltage can be expanded.
本発明に係る電源装置の実施形態及び照明システムの実施形態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。 Embodiments of a power supply device and an illumination system according to the present invention 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.
実施形態に係る電源装置1(以下、電源装置1と略す。)は、図1に示すように、直流変換部2と、制御部3とを備える。直流変換部2は、定電圧源12から入力する第1の直流電圧V1を第2の直流電圧V2に変換(昇圧又は降圧)する。制御部3は、直流変換部2を制御して第2の直流電圧V2を変化させる。制御部3は、例えば、マイクロコントローラを有する。制御部3は、制御用のプログラムをマイクロコントローラで実行することにより、後述する種々の制御を行う。
The power supply device 1 (hereinafter, abbreviated as the power supply device 1) according to the embodiment includes a
電源装置1は、直流変換部2から出力する第2の直流電圧V2を複数の照明負荷(図示例では2台の照明器具4)に印加する。2台の照明器具4は、第2の直流電圧V2が印加されることによって点灯する。なお、2台の照明器具4は、電源装置1に対して電気的に直列接続されている。したがって、第2の直流電圧V2は、2台の照明器具4のそれぞれの点灯開始電圧を合計した電圧よりも高くなければならない。また、電源装置1において、信号線80を介してコントローラ8から受け取る指令に基づいて制御部3が直流変換部2を制御し、第2の直流電圧V2を調整して各照明器具4を調光する。なお、以下の説明において、2台の照明器具4を第1の照明器具4A、第2の照明器具4Bと呼ぶ場合がある。
The
直流変換部2は、共振形コンバータ20と、巻数比調整部21とを有する。共振形コンバータ20は、いわゆるLLC電流共振形コンバータである。共振形コンバータ20は、二つのスイッチング素子Q1、Q2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C1、C2及びインダクタL1と、変圧器T1と、整流回路DBと、平滑用のコンデンサC3とを有する。二つのスイッチング素子Q1、Q2は、Nチャネル・エンハンスメント形のMOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)である。ただし、スイッチング素子Q1、Q2は、バイポーラトランジスタなどのMOSFET以外のパワートランジスタであっても構わない。また、共振形コンバータ20は、ハーフブリッジ回路の代わりに、四つのスイッチング素子をブリッジ接続したフルブリッジ回路を有していても構わない。
The
下アームのスイッチング素子Q2に、共振用のコンデンサC1、C2、インダクタL1及び変圧器T1の入力巻線N1が電気的に接続される。変圧器T1は、三つの出力巻線(第1出力巻線N21、第2出力巻線N22及び第3出力巻線N23)と、三つのタップ(第1タップX1、第2タップX2及び第3タップX3)とを有する。第1出力巻線N21の第1端に第1タップX1が設けられ、第1出力巻線N21の第2端と第2出力巻線N22の第1端の接続部分に第2タップX2が設けられている。第3タップX3は、第2出力巻線N22の第2端と第3出力巻線N23の第1端の接続点に設けられている。なお、第3出力巻線N23の第2端は整流回路DBの第2の交流入力端子K12と電気的に接続されている。整流回路DBの脈流出力端子K21、K22間には平滑用のコンデンサC3が電気的に接続されている。 Resonance capacitors C1 and C2, an inductor L1, and an input winding N1 of a transformer T1 are electrically connected to the switching element Q2 of the lower arm. The transformer T1 has three output windings (first output winding N21, second output winding N22 and third output winding N23) and three taps (first tap X1, second tap X2 and third tap). With taps X3). The first tap X1 is provided at the first end of the first output winding N21, and the second tap X2 is provided at the connection portion between the second end of the first output winding N21 and the first end of the second output winding N22. Has been. The third tap X3 is provided at a connection point between the second end of the second output winding N22 and the first end of the third output winding N23. The second end of the third output winding N23 is electrically connected to the second AC input terminal K12 of the rectifier circuit DB. A smoothing capacitor C3 is electrically connected between the pulsating current output terminals K21 and K22 of the rectifier circuit DB.
巻数比調整部21は、三つのスイッチ(第1スイッチS1、第2スイッチS2及び第3スイッチS3)と、これら三つのスイッチを駆動するスイッチ駆動回路210とを有する。
The turn
第1スイッチS1、第2スイッチS2及び第3スイッチS3はそれぞれ、電磁リレー又はソリッドステート・リレー(SSR:Solid State Relay)で構成される。第1スイッチS1は、第1タップX1と整流回路DBの第1の交流入力端子K11の間に挿入されている。第2スイッチS2は、第2タップX2と整流回路DBの第1の交流入力端子K11の間に挿入されている。第3スイッチS3は、第3タップX3と整流回路DBの第1の交流入力端子K11の間に挿入されている。 The first switch S1, the second switch S2, and the third switch S3 are each configured by an electromagnetic relay or a solid state relay (SSR: Solid State Relay). The first switch S1 is inserted between the first tap X1 and the first AC input terminal K11 of the rectifier circuit DB. The second switch S2 is inserted between the second tap X2 and the first AC input terminal K11 of the rectifier circuit DB. The third switch S3 is inserted between the third tap X3 and the first AC input terminal K11 of the rectifier circuit DB.
スイッチ駆動回路210は、制御部3の指示に応じて、第1スイッチS1、第2スイッチS2及び第3スイッチS3を択一的にオンする。スイッチ駆動回路210が第1スイッチS1をオンしている場合、変圧器T1の巻数比が最も高い巻数比(第1巻数比)に調整される。また、スイッチ駆動回路210が第3スイッチS3をオンしている場合、変圧器T1の巻数比が最も低い巻数比(第3巻数比)に調整される。さらに、スイッチ駆動回路210が第2スイッチS2をオンしている場合、変圧器T1の巻数比が第1巻数比と第3巻数比の中間の巻数比(第2巻数比)に調整される。すなわち、巻数比調整部21は、スイッチ駆動回路210に第1スイッチS1、第2スイッチS2及び第3スイッチS3を択一的にオンさせることにより、変圧器T1の巻数比を第1巻数比、第2巻数比及び第3巻数比の3種類の巻数比に調整することができる。
The
共振形コンバータ20において、二つのスイッチング素子Q1、Q2は、駆動回路22によって相補的にスイッチングされる。制御部3は、駆動回路22を介して二つのスイッチング素子Q1、Q2をPFM(Pulse Frequency Modulation:パルス周波数変調)制御することにより、第1の直流電圧V1を方形パルス状の電圧に変換する。そして、共振用のコンデンサC1、C2、インダクタL1及び変圧器T1の入力巻線N1の直列共振回路により、前記方形パルス状の電圧が、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、変圧器T1によって変圧され、整流回路DBで全波整流された後、コンデンサC3で平滑化されて第2の直流電圧V2に変換される。なお、変圧器T1で変圧された後の電圧(変圧器T1の2次電圧)は、変圧器T1の巻数比(出力巻線の巻回数/入力巻線の巻回数)が高くなるにつれて大きくなる。
In the resonant converter 20, the two switching elements Q1 and Q2 are complementarily switched by the
ここで、共振形コンバータ20は、図2に実線で示す出力特性を有している。図2の横軸は共振形コンバータ20の動作周波数f(駆動回路22がスイッチング素子Q1、Q2をスイッチングする周波数)である。図2の縦軸は共振形コンバータ20の出力比(V2/V1)である。共振形コンバータ20の出力比は、動作周波数fが前記直列共振回路の共振周波数f0に一致するときに最大となり、動作周波数fが共振周波数f0から離れるにつれて低下する。そこで、電源装置1においては、共振周波数f0よりも高い周波数範囲FA(第1周波数f1から第2周波数f2までの範囲)で共振形コンバータ20の動作周波数fを変化させることにより、第2の直流電圧V2を調整する。また、制御部3は、駆動回路22を介して二つのスイッチング素子Q1、Q2をPFM制御することにより、照明器具4(第1の照明器具4A及び第2の照明器具4B)に流れる電流を定電流制御することが好ましい。なお、共振周波数f0よりも低い動作周波数fで共振形コンバータ20を動作させた場合、二つのスイッチング素子Q1、Q2に貫通電流が流れてスイッチング素子Q1、Q2が損傷するおそれがある。
Here, the resonant converter 20 has the output characteristic shown by the solid line in FIG. The horizontal axis of FIG. 2 represents the operating frequency f of the resonant converter 20 (the frequency at which the
制御部3は、コントローラ8から受け取る指令(調光レベル)に基づき、駆動回路22を介して動作周波数fを調整して第2の直流電圧V2を調整する。調光レベルは、電源装置1から出力される第2の直流電圧V2と照明器具4の定格電圧との電圧比に対応する。つまり、第2の直流電圧V2が照明器具4の定格電圧に等しいときの調光レベルが100%となり、第2の直流電圧V2が低下するにつれて調光レベルが低下して照明器具4の光量が減少する。
The
ところで、周波数範囲FAに対応した出力比の調整可能な範囲(出力可変範囲VA:図2参照)は、照明器具4の調光可能な範囲よりも狭い。そこで、制御部3は、共振形コンバータ20の動作周波数fを巻数比における上限の周波数(第2周波数f2)としても第2の直流電圧V2が調光レベルに対応した電圧に達しない場合に、巻数比調整部21に巻数比を調整させることが好ましい。制御部3が巻数比調整部21によって変圧器T1の巻数比を調整することにより、周波数範囲FAを拡大せずに調光レベルの調整可能な範囲を拡大することができる。
By the way, the adjustable range of the output ratio corresponding to the frequency range FA (output variable range VA: see FIG. 2) is narrower than the dimmable range of the
例えば、制御部3は、図3に示すように、調光レベルを100%〜66%の範囲で調整する場合、巻数比調整部21に変圧器T1の巻数比を最も高い第1巻数比に調整させる。言い換えると、変圧器T1の巻数比が第1巻数比に調整されている場合、動作周波数fの周波数範囲FA内で調整可能な調光レベルの範囲が100%〜66%に限定される。しかしながら、変圧器T1の巻数比が第2巻数比に調整されると、動作周波数fの周波数範囲FA内で出力される第2の直流電圧V2が低下するので、調整可能な調光レベルの範囲も66%〜33%に低下する。さらに、変圧器T1の巻数比が第3巻数比に調整されると、動作周波数fの周波数範囲FA内で出力される第2の直流電圧V2が更に低下するので、調整可能な調光レベルの範囲も33%〜22%に低下する(図3参照)。
For example, as shown in FIG. 3, when the dimming level is adjusted in the range of 100% to 66%, the
ここで、制御部3は、100%〜22%の範囲の調光レベルに対応する変圧器T1の巻数比及び動作周波数fの組合せを表したデータテーブルをメモリ(不揮発性の半導体メモリ)に記憶することが好ましい。制御部3は、コントローラ8から指令(調光レベル)を受け取ると、当該調光レベルに対応する変圧器T1の巻数比及び動作周波数fの組合せをデータテーブルから読み取る。制御部3は、巻数比調整部21を制御してデータテーブルから読み取った変圧器T1の巻数比に調整し、かつ、共振形コンバータ20の動作周波数fをデータテーブルから読み取った動作周波数fに一致させる。その結果、電源装置1は、巻数比調整部21に変圧器T1の巻数比を調整させることにより、共振形コンバータ20の動作周波数fの周波数範囲FAを拡大せずに第2の直流電圧V2の調整範囲(調光レベルの調整範囲)の拡大を図ることができる。
Here, the
次に、実施形態に係る照明システム5について図面を参照して詳細に説明する。照明システム5は、図4に示すように、複数(図示例では3台)の照明器具4と、点灯ユニット10とを備える。
Next, the
3台の照明器具4は、例えば、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。なお、以下の説明において、3台の照明器具4を第1の照明器具4A、第2の照明器具4B、及び第3の照明器具4Cと呼ぶ場合がある。
The three
3台の照明器具4はそれぞれ、図5に示すように、複数(図示例では3個)のLED(Light Emitting Diode)41を順方向に直列接続したLEDモジュール40を複数(図示例では2個)有する。これら3台の照明器具4は、電気的に直列接続されている。このように各照明器具4においては、定格電圧を下げるために、LEDモジュール40を複数(例えば、2個ずつ)有し、これら複数のLEDモジュール40が電気的に並列接続されることが好ましい(図5参照)。各照明器具4が上述のように構成されれば、定格電圧を変えずに光束を増加させることができる。ただし、LEDモジュール40に含まれる複数個のLED41のVFランクをそろえることが好ましい。つまり、同じメーカ製の同じVFランクに属する複数個のLED41によって複数のLEDモジュール40が構成されれば、順方向電圧のばらつき(定格電圧のばらつき)を抑制することができる。なお、照明器具4は、LED41に代えて有機エレクトロルミネッセンス素子(OLED:Organic Light Emitting Diodeとも呼ばれる。)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。ただし、照明負荷とする固体光源は、LED及び有機エレクトロルミネッセンス素子のように、電圧−電流特性が定電圧特性に近い特性(電圧変化に対する電流変化の割合が数十倍以上になるような特性)を有することが好ましい。
As shown in FIG. 5, each of the three
点灯ユニット10は、例えば、競技場に設けられた建物の中に設置される。ただし、照明システム5が有する照明器具4の台数及び点灯ユニット10の台数は、それぞれ3台及び1台に限定されない。
The
点灯ユニット10は、図4に示すように、複数(図示例では3台)の電源装置1と、1本の電源ケーブル6とを備える。3台の電源装置1は、ケース11に収容されている。ケース11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11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。
As shown in FIG. 4, the
電源ケーブル6は、第1電源線61及び第2電源線62と、これら2本の電源線61、62を被覆するシース63とを有する。第1電源線61の第1端は、ケース11内において、逆流阻止用のダイオードD11、D12、D13を介して各電源装置1の高電位側の出力端子に分岐接続される。第2電源線62の第1端は、ケース11内において各電源装置1の低電位側の出力端子に分岐接続される。また、第1電源線61の第2端は、第1の照明器具4Aの正極と電気的に接続される。第2電源線62の第2端は、第3の照明器具4Cの負極と電気的に接続される。さらに、第1の照明器具4Aの負極に第2の照明器具4Bの正極が電気的に接続され、第2の照明器具4Bの負極が第3の照明器具4Cの正極と電気的に接続される。つまり、3台の照明器具4A〜4Cは、第1電源線61の第2端と第2電源線62の第2端の間に電気的に直列接続されている(図4参照)。
The
ここで、投光器を点灯させる点灯ユニット10が投光器とともに高所に設置された場合、点灯ユニット10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、照明システム5では、点灯ユニット10を照明器具4から離れた場所に設置することができるため、点灯ユニット10を照明器具4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台の点灯ユニット10と複数台(図示例では3台)の照明器具4を1本の電源ケーブル6で接続しているので、省配線化を図ることができる。
Here, when the
また、点灯ユニット10においては、3台の電源装置1と第1電源線61及び第2電源線62がケース11内に収容されている。例えば、ケース11を防水構造とすることにより、複数の電源装置1のそれぞれに防水構造を設ける必要がなくなる。その結果、照明システム5は、防水性能を確保するための製造コストの低減を図ることができる。また、照明システム5では、ケース11が電気的な導体(金属)で形成されているので、点灯ユニット10から発生する高周波ノイズが輻射ノイズとしてケース11の外に漏れることを抑制できる。
Further, in the
コントローラ8は、点灯ユニット10と信号線80を介して電気的に接続される。コントローラ8は、信号線80を介して調光信号を送信する。コントローラ8は、例えば、調光信号としてPWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)信号を点灯ユニット10に送信する。すなわち、コントローラ8は、調光信号(PWM信号)のデューティ比によって点灯ユニット10に調光レベルを指示する。
The
一方、点灯ユニット10は、コントローラ8から送信される調光信号を各電源装置1の制御部3で受信する。電源装置1の制御部3は、受信した調光信号から調光レベルを読み取る。電源装置1の制御部3は、読み取った調光レベルに応じて、第2の直流電圧V2を調整して照明器具4を調光する。
On the other hand, in the
次に、図6を参照して照明システム5の具体的なシステム構成を説明する。
Next, a specific system configuration of the
照明システム5は、例えば、商用の電力系統7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4)に供給する。なお、以下の説明においては、3台の電源装置1を区別するために、第1の電源装置1A、第2の電源装置1B、及び第3の電源装置1Cと呼ぶ場合がある。ただし、3台の電源装置1の回路構成のうち、直流変換部2については既に説明しているので、直流変換部2の回路構成についての図示及び説明を省略する。
The
電源装置1(第1の電源装置1A、第2の電源装置1B、及び第3の電源装置1C)は、定電圧源12として、交直変換部13とフィルタ14を備えている。
The power supply device 1 (the first
交直変換部13は、例えば、整流回路、平滑コンデンサ、及び昇圧チョッパ回路(力率改善回路)を有する。交直変換部13は、昇圧チョッパ回路のスイッチング素子が制御部3によってPWM制御されることにより、定電圧化された第1の直流電圧V1を直流変換部2に出力する。ただし、交直変換部13から出力される第1の直流電圧V1は、制御部3によって調整可能である。
The AC/
フィルタ14は、電力系統7から電源装置1に入力するノイズ(ノーマルモードノイズ及びコモンモードノイズ)及び交直変換部13から電力系統7に出力されるノイズをフィルタリングする。
The
なお、3台の電源装置1のそれぞれが交直変換部13及びフィルタ14を一つずつ備える代わりに、3台の電源装置1が一つの交直変換部13及びフィルタ14を共用しても構わない。
It should be noted that instead of each of the three
また、第1の電源装置1A、第2の電源装置1B、及び第3の電源装置1Cは、一つの制御部3を共用しても構わない(図6参照)。
The first
ところで、制御部3は、動作周波数fを第2周波数f2に調整しても第2の直流電圧V2が目標とする電圧に達しない場合に、巻数比調整部21に巻数比を調整させ、かつ、交直変換部13を制御して第1の直流電圧V1を調整することが好ましい。例えば、変圧器T1の巻数比が第3巻数比に調整されているとき、動作周波数fが周波数範囲FAの上限(第2周波数f2)に設定されても、調光レベル(第2の直流電圧V2)を22%未満に下げることができない。そこで、制御部3は、交直変換部13を制御して第1の直流電圧V1を低下させる。第1の直流電圧V1が低下すれば、制御部3は、変圧器T1の巻数比を第3巻数比とした状態で動作周波数fを周波数範囲FA内で調整することにより、調光レベルを22%から5%の範囲で調整することができる(図7参照)。
By the way, the
上述のように電源装置1は、交直変換部13によって第1の直流電圧V1を調整することにより、変圧器T1の巻数比及び共振形コンバータ20の動作周波数fによって調整可能な第2の直流電圧V2の範囲を拡大することができる。
As described above, the
ここで、照明システム5の変形例のシステム構成について、図8を参照して説明する。図8に示す変形例の照明システム5は、3台の照明器具4が点灯ユニット10に対して、1本の電源ケーブル6を介して電気的に並列接続されている。3台の照明器具4が電気的に並列接続される場合、3台の照明器具4が電気的に直列接続される場合に比べて、3台の照明器具4に出力すべき第2の直流電圧V2を下げることができる。
Here, a system configuration of a modified example of the
上述のように第1の態様に係る電源装置(1)は、第1の直流電圧(V1)を第2の直流電圧(V2)に変換する直流変換部(2)と、直流変換部(2)を制御して第2の直流電圧(V2)を調整する制御部(3)とを備える。直流変換部(2)は、出力用の変圧器(T1)を有する共振形コンバータ(20)と、変圧器(T1)の巻数比を調整する巻数比調整部(21)とを有する。制御部(3)は、共振形コンバータ(20)の動作周波数(f)を変化させることによって第2の直流電圧(V2)を調整する。制御部(3)は、巻数比調整部(21)に変圧器(T1)の巻数比を調整させる。 As described above, the power supply device (1) according to the first aspect includes a DC converter (2) that converts the first DC voltage (V1) into a second DC voltage (V2), and a DC converter (2). ) To control the second DC voltage (V2). The DC converter (2) has a resonant converter (20) having a transformer (T1) for output, and a turns ratio adjuster (21) for adjusting the turns ratio of the transformer (T1). The control unit (3) adjusts the second DC voltage (V2) by changing the operating frequency (f) of the resonant converter (20). The control unit (3) causes the turn ratio adjusting unit (21) to adjust the turn ratio of the transformer (T1).
第1の態様に係る電源装置(1)は、変圧器(T1)の巻数比が変化することにより、共振形コンバータ(20)の動作周波数(f)の調整によって調整可能な出力電圧(第2の直流電圧(V2))の調整範囲の拡大を図ることができる。 In the power supply device (1) according to the first aspect, an output voltage (second voltage) that can be adjusted by adjusting the operating frequency (f) of the resonant converter (20) by changing the turns ratio of the transformer (T1). It is possible to expand the adjustment range of the DC voltage (V2).
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、制御部(3)は、共振形コンバータ(20)の動作周波数(f)を巻数比における上限の周波数(第2周波数f2)としても第2の直流電圧(V2)が目標とする電圧に達しない場合に、巻数比調整部(21)に巻数比を調整させることが好ましい。 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 control unit (3) sets the operating frequency (f) of the resonant converter (20) as the upper limit frequency (second frequency f2) in the winding ratio. When the DC voltage (V2) does not reach the target voltage, it is preferable that the turns ratio adjuster (21) adjust the turns ratio.
第2の態様に係る電源装置(1)は、動作周波数(f)の調整範囲に対する第2の直流電圧(V2)の調整範囲を最大限に拡大することができる。 The power supply device (1) according to the second aspect can maximize the adjustment range of the second DC voltage (V2) with respect to the adjustment range of the operating frequency (f).
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)において、共振形コンバータ(20)は、変圧器(T1)が出力する交流電圧を整流する整流回路(DB)を有することが好ましい。変圧器(T1)は、一つ以上のタップ(X1;X2;X3)が設けられた出力巻線(N21;N22;N23)を有することが好ましい。巻数比調整部(21)は、一つ以上のタップと整流回路(DB)の入力端子を電気的に接続する接続状態と電気的に接続しない非接続状態に択一的に切り替えることが好ましい。 The power supply device (1) according to the third aspect can be realized by a combination with the first or second aspect. In the power supply device (1) according to the third aspect, the resonant converter (20) preferably has a rectifier circuit (DB) that rectifies the AC voltage output by the transformer (T1). The transformer (T1) preferably has an output winding (N21; N22; N23) provided with one or more taps (X1; X2; X3). It is preferable that the turn ratio adjusting unit (21) selectively switches between a connected state where one or more taps and an input terminal of the rectifier circuit (DB) are electrically connected and a non-connected state where they are not electrically connected.
第3の態様に係る電源装置(1)は、巻数比調整部(21)による巻数比を簡単に調整することができる。 The power supply device (1) according to the third aspect can easily adjust the winding ratio by the winding ratio adjusting unit (21).
第4の態様に係る電源装置(1)は、第1〜第3の態様のいずれか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、電力系統(7)から入力される交流電圧を第1の直流電圧(V1)に変換する交直変換部(13)を備えることが好ましい。制御部(3)は、交直変換部(13)を制御して第1の直流電圧(V1)を調整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 any one of the first to third aspects. The power supply device (1) according to the fourth aspect preferably includes an AC/DC converter (13) that converts an AC voltage input from the power system (7) into a first DC voltage (V1). The control unit (3) preferably controls the AC-DC conversion unit (13) to adjust the first DC voltage (V1).
第4の態様に係る電源装置(1)は、第1の直流電圧(V1)を調整することにより、共振形コンバータ(20)の動作周波数(f)の調整によって調整可能な出力電圧(第2の直流電圧(V2))の調整範囲の更なる拡大を図ることができる。 The power supply device (1) according to the fourth aspect adjusts the first DC voltage (V1) to adjust the output frequency (second voltage) that is adjustable by adjusting the operating frequency (f) of the resonant converter (20). It is possible to further expand the adjustment range of the DC voltage (V2).
第5の態様に係る電源装置(1)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、制御部(3)は、共振形コンバータ(20)の動作周波数(f)を巻数比における上限の周波数としても第2の直流電圧(V2)が目標とする電圧に達しない場合に、巻数比調整部(21)に巻数比を調整させることが好ましい。共振形コンバータ(20)の動作周波数(f)を巻数比における上限の周波数としても第2の直流電圧(V2)が目標とする電圧に達しない場合に、制御部(3)は、交直変換部(13)を制御して第1の直流電圧(V1)を調整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 fourth aspect. In the power supply device (1) according to the fifth aspect, the control unit (3) sets the second DC voltage (V2) to the operating frequency (f) of the resonant converter (20) even when the upper limit frequency in the turns ratio is set. When the target voltage is not reached, it is preferable that the turns ratio adjuster (21) adjust the turns ratio. Even when the operating frequency (f) of the resonance converter (20) is set to the upper limit frequency in the turns ratio, if the second DC voltage (V2) does not reach the target voltage, the control unit (3) causes the AC/DC converter. It is preferable to control (13) to adjust the first DC voltage (V1).
第5の態様に係る電源装置(1)は、動作周波数(f)の調整範囲に対する第2の直流電圧(V2)の調整範囲を最大限に拡大することができる。 The power supply device (1) according to the fifth aspect can maximize the adjustment range of the second DC voltage (V2) with respect to the adjustment range of the operating frequency (f).
第6の態様に係る電源装置(1)は、第4の態様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、制御部(3)は、共振形コンバータ(20)の動作周波数(f)を巻数比における上限の周波数としても第2の直流電圧(V2)が目標とする電圧に達しない場合に、交直変換部(13)を制御して第1の直流電圧(V1)を調整することが好ましい。 The power supply device (1) according to the sixth aspect can be realized by a combination with the fourth aspect. In the power supply device (1) according to the sixth aspect, the control unit (3) determines that the second DC voltage (V2) is equal to the operating frequency (f) of the resonant converter (20) even if the second DC voltage (V2) is the upper limit frequency in the turns ratio. When the target voltage is not reached, it is preferable to control the AC/DC converter (13) to adjust the first DC voltage (V1).
第6の態様に係る電源装置(1)は、動作周波数(f)の調整範囲に対する第2の直流電圧(V2)の調整範囲を最大限に拡大することができる。 The power supply device (1) according to the sixth aspect can maximize the adjustment range of the second DC voltage (V2) with respect to the adjustment range of the operating frequency (f).
第7の態様に係る照明システム(5)は、第1〜第6の態様のいずれかの電源装置(1)を複数備える。第7の態様に係る照明システム(5)は、複数の照明負荷(照明器具4)と、複数の電源装置(1)の出力する直流電力を複数の照明負荷に供給するための給電路(電源ケーブル6)とを備える。複数の電源装置(1)は、給電路の第1端に電気的に並列接続される。複数の照明負荷は、給電路の第2端に電気的に並列接続又は直列接続される。 A lighting system (5) according to a seventh aspect includes a plurality of power supply devices (1) according to any one of the first to sixth aspects. A lighting system (5) according to a seventh aspect includes a plurality of lighting loads (lighting equipment 4) and a power feeding path (power supply for supplying DC power output from the plurality of power supply devices (1) to the plurality of lighting loads. Cable 6). The plurality of power supply devices (1) are electrically connected in parallel to the first end of the power feeding path. The plurality of lighting loads are electrically connected in parallel or in series to the second end of the power feeding path.
第7の態様に係る照明システム(5)は、共振形コンバータ(20)の動作周波数(f)の調整によって調整可能な出力電圧(第2の直流電圧(V2))の調整範囲の拡大を図ることができる。 In the lighting system (5) according to the seventh aspect, the adjustment range of the output voltage (second DC voltage (V2)) that can be adjusted by adjusting the operating frequency (f) of the resonant converter (20) is expanded. be able to.
第8の態様に係る照明システム(5)は、第7の態様との組合せにより実現され得る。第8の態様に係る照明システム(5)において、複数の照明負荷は、給電路の第2端に電気的に直列接続されることが好ましい。複数の照明負荷の各々は、複数の固体光源(LED41)を有することが好ましい。複数の照明負荷のうちの一部の照明負荷は、複数の固体光源のうちの一部の固体光源が電気的に直列接続された固体光源モジュール(LEDモジュール40)を複数有することが好ましい。複数の固体光源モジュールが電気的に並列接続されていることが好ましい。 The illumination system (5) according to the eighth aspect can be realized in combination with the seventh aspect. In the lighting system (5) according to the eighth aspect, it is preferable that the plurality of lighting loads be electrically connected in series to the second end of the power feeding path. It is preferable that each of the plurality of lighting loads has a plurality of solid-state light sources (LEDs 41). It is preferable that some of the plurality of lighting loads have a plurality of solid-state light source modules (LED modules 40) in which some of the plurality of solid-state light sources are electrically connected in series. It is preferable that a plurality of solid-state light source modules are electrically connected in parallel.
第8の態様に係る照明システム(5)は、複数の照明負荷のそれぞれの定格電圧を変えずに各照明負荷から放射される光束を増加させることができる。 The lighting system (5) according to the eighth aspect can increase the luminous flux emitted from each lighting load without changing the rated voltage of each lighting load.
1 電源装置
2 直流変換部
3 制御部
4 照明器具(照明負荷)
5 照明システム
6 電源ケーブル(給電路)
7 電力系統
13 交直変換部
20 共振形コンバータ
21 巻数比調整部
40 LEDモジュール(固体光源モジュール)
41 LED(固体光源)
T1 変圧器
N21 第1出力巻線(出力巻線)
N22 第2出力巻線(出力巻線)
N23 第3出力巻線(出力巻線)
X1 第1タップ(タップ)
X2 第2タップ(タップ)
X3 第3タップ(タップ)
DB 整流回路
f 動作周波数
f2 第2周波数(上限の周波数)
V1 第1の直流電圧
V2 第2の直流電圧
1
5
7
41 LED (solid-state light source)
T1 transformer N21 first output winding (output winding)
N22 Second output winding (output winding)
N23 Third output winding (output winding)
X1 1st tap (tap)
X2 2nd tap (tap)
X3 3rd tap (tap)
DB rectifier circuit f operating frequency f2 second frequency (upper limit frequency)
V1 first DC voltage V2 second DC voltage
Claims (8)
前記直流変換部を制御して前記第2の直流電圧を調整する制御部と、
を備え、
前記直流変換部は、
出力用の変圧器を有する共振形コンバータと、
前記変圧器の巻数比を調整する巻数比調整部と、
を有し、
前記制御部は、前記共振形コンバータの動作周波数を変化させることによって前記第2の直流電圧を調整し、かつ、前記巻数比調整部に前記変圧器の巻数比を調整させる、
電源装置。 A DC converter that converts the first DC voltage into the second DC voltage;
A controller for controlling the DC converter to adjust the second DC voltage;
Equipped with
The DC converter is
A resonant converter having a transformer for output;
A turns ratio adjusting unit for adjusting the turns ratio of the transformer,
Have
The control unit adjusts the second DC voltage by changing the operating frequency of the resonant converter, and causes the turns ratio adjusting unit to adjust the turns ratio of the transformer.
Power supply.
請求項1記載の電源装置。 The controller adjusts the winding ratio to the winding ratio adjusting unit when the second DC voltage does not reach the target voltage even when the operating frequency of the resonant converter is set to the upper limit frequency in the winding ratio. Let
The power supply device according to claim 1.
前記変圧器は、一つ以上のタップが設けられた出力巻線を有し、
前記巻数比調整部は、前記一つ以上のタップと前記整流回路の入力端子を電気的に接続する接続状態と電気的に接続しない非接続状態に択一的に切り替える、
請求項1又は2記載の電源装置。 The resonant converter has a rectifier circuit that rectifies the AC voltage output by the transformer,
The transformer has an output winding provided with one or more taps,
The turns ratio adjusting unit selectively switches between a connection state in which the one or more taps and an input terminal of the rectifier circuit are electrically connected and a non-connection state in which they are not electrically connected,
The power supply device according to claim 1 or 2.
前記制御部は、前記交直変換部を制御して前記第1の直流電圧を調整する、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の電源装置。 An AC-DC converter for converting an AC voltage input from a power system into the first DC voltage,
The control unit controls the AC-DC conversion unit to adjust the first DC voltage,
The power supply device according to claim 1.
請求項4記載の電源装置。 The controller adjusts the winding ratio to the winding ratio adjusting unit when the second DC voltage does not reach the target voltage even when the operating frequency of the resonant converter is set to the upper limit frequency in the winding ratio. And controlling the AC-DC converter to adjust the first DC voltage,
The power supply device according to claim 4.
請求項4記載の電源装置。 The control unit controls the AC-DC converter to control the AC-DC converter when the second DC voltage does not reach a target voltage even when the operating frequency of the resonant converter is set to an upper limit frequency in the winding ratio. Adjust the DC voltage of
The power supply device according to claim 4.
複数の照明負荷と、
前記複数の電源装置の出力する直流電力を前記複数の照明負荷に供給するための給電路と、
を備え、
前記複数の電源装置は、前記給電路の第1端に電気的に並列接続され、
前記複数の照明負荷は、前記給電路の第2端に電気的に並列接続又は直列接続される、
照明システム。 A plurality of power supply devices according to any one of claims 1 to 6 are provided, and
Multiple lighting loads,
A power supply path for supplying DC power output from the plurality of power supply devices to the plurality of lighting loads,
Equipped with
The plurality of power supply devices are electrically connected in parallel to the first end of the power supply path,
The plurality of lighting loads are electrically connected in parallel or in series to the second end of the power feeding path,
Lighting system.
前記複数の照明負荷の各々は、複数の固体光源を有しており、
前記複数の照明負荷のうちの一部の照明負荷は、前記複数の固体光源のうちの一部の固体光源が電気的に直列接続された固体光源モジュールを複数有し、
前記複数の固体光源モジュールが電気的に並列接続されている、
請求項7記載の照明システム。 The plurality of lighting loads are electrically connected in series to a second end of the power feeding path,
Each of the plurality of lighting loads has a plurality of solid state light sources,
A part of the plurality of lighting loads has a plurality of solid-state light source modules in which some of the solid-state light sources are electrically connected in series,
The plurality of solid-state light source modules are electrically connected in parallel,
The lighting system according to claim 7.
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