JP2022030035A - Switching power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、交流入力電力を所望の直流出力電力に変換してLED負荷に供給するスイッチング電源装置に関する。 The present invention relates to a switching power supply that converts AC input power into desired DC output power and supplies it to an LED load.
本出願人は、以下に示す特許文献1によって、簡素な電源構成でLED負荷に流れる電流の電流リプルを小さくするスイッチング電源装置を提供した。特許文献1では、LED負荷に直列に接続されリプル電流低減回路として、MOSFET等で構成された可変インピーダンス素子を備えたフィードバック型定電流制御回路を用いている。この構成により、LED負荷の両端電圧を一定にし、LED負荷に流れる電流の電流リプルを低減するように制御している。
According to
従来技術では、LED負荷とリプル電流低減回路との接続点におけるフィードバック電圧VFBの平均電圧が予め設定された目標平均電圧Vrefになるようにスイッチング素子をオンオフ制御することにより直流出力電力を所定値に制御している。このフィードバック電圧VFBは、図8に示すように、出力電圧VOUTと同様の電圧リプル(電圧変動)を含む。そして、フィードバック電圧VFBの電圧リプルは、図8(a)、(b)に示すように、負荷の大きくなるほど大きくなり、図8(c)、(d)に示すように、出力コンデンサの劣化に伴って大きくなる。 In the prior art, the DC output power is determined by controlling the switching element on and off so that the average voltage of the feedback voltage VFB at the connection point between the LED load and the ripple current reduction circuit becomes a preset target average voltage Vref . It is controlled by the value. As shown in FIG. 8, this feedback voltage V FB includes a voltage ripple (voltage fluctuation) similar to the output voltage V OUT . Then, the voltage ripple of the feedback voltage VFB becomes larger as the load becomes larger as shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b), and the deterioration of the output capacitor is increased as shown in FIGS. 8 (c) and 8 (d). It gets bigger with.
そして、図8(d)に示すようにフィードバック電圧VFBが電圧リプルによって可変インピーダンス素子が定電流動作できない電圧以下に下がると、LED負荷の両端電圧が必要な電圧を維持できなくなり、結果としてLED負荷に流れる電流値が周期的に下がってちらつきとして目に見えてしまう。従って、可変インピーダンス素子が定電流制御を行う事ができる最低限の電圧や各種バラつき(目標平均電圧Vref等)、そして、過渡動作時におけるフィードバック電圧VFBのアンダーシュートを考慮して設定した動作マージン電圧VMを設定し、この動作マージン電圧VMをフィードバック電圧VFBが下回らないように、目標平均電圧Vrefが設定される。 Then, as shown in FIG. 8D, when the feedback voltage VFB drops below a voltage at which the variable impedance element cannot operate at a constant current due to voltage ripple, the voltage across the LED load cannot maintain the required voltage, and as a result, the LED The value of the current flowing through the load decreases periodically and becomes visible as flickering. Therefore, the operation set in consideration of the minimum voltage at which the variable impedance element can perform constant current control, various variations (target average voltage V ref , etc.), and the undershoot of the feedback voltage V FB during transient operation. The margin voltage VM is set, and the target average voltage V ref is set so that the feedback voltage V FB does not fall below this operating margin voltage VM .
しかしながら、このように設定された目標平均電圧Vrefは、出力コンデンサのある程度の劣化や最大負荷時の電圧リプルが大きい状態を見越して設定することになる。従って、出力コンデンサが劣化していない場合や、軽負荷時や中負荷時の電圧リプルが小さい状態では、図8(a)、(b)に示すように、フィードバック電圧VFBが動作マージンよりもかなり余裕を持った高い電圧で推移することになり、その余裕分が電源損失となってしまうという問題点があった。 However, the target average voltage V ref set in this way is set in anticipation of a certain degree of deterioration of the output capacitor and a state in which the voltage ripple at the maximum load is large. Therefore, when the output capacitor is not deteriorated, or when the voltage ripple at light load or medium load is small, the feedback voltage VFB is larger than the operating margin as shown in FIGS. 8A and 8B. There was a problem that the voltage would change at a high voltage with a considerable margin, and that margin would result in power loss.
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、その課題を解決し、電源効率をさらに改善することができるスイッチング電源装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a switching power supply device capable of solving the problems and further improving the power supply efficiency.
本発明のスイッチング電源装置は、交流入力電力を所望の直流出力電力に変換してLED負荷に供給するスイッチング電源装置であって、オンオフ制御されるスイッチング素子と、前記LED負荷に直列に接続され、インピーダンスを可変制御することで前記LED負荷に流れる電流リプルを低減するリプル電流低減回路と、前記LED負荷と前記リプル電流低減回路との接続点におけるフィードバック電圧に基づき前記スイッチング素子をオンオフ制御する制御回路と、を具備し、前記制御回路は、前記フィードバック電圧の電圧リプルの大きさに応じて設定した目標平均電圧で、前記フィードバック電圧を平均値制御することを特徴とする。 The switching power supply device of the present invention is a switching power supply device that converts AC input power into a desired DC output power and supplies it to an LED load, and is connected to a switching element controlled on / off in series with the LED load. A ripple current reduction circuit that reduces the current ripple flowing through the LED load by variably controlling the impedance, and a control circuit that controls the switching element on and off based on the feedback voltage at the connection point between the LED load and the ripple current reduction circuit. The control circuit is characterized in that the feedback voltage is controlled by an average value with a target average voltage set according to the magnitude of the voltage ripple of the feedback voltage.
本発明によれば、フィードバック電圧VFBの電圧リプルが小さい動作環境では、目標平均電圧Vrefを低い値に設定することができ、電源効率を改善できるという効果を奏する。 According to the present invention, in an operating environment where the voltage ripple of the feedback voltage V FB is small, the target average voltage V ref can be set to a low value, and the power supply efficiency can be improved.
以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態において、同様の機能を示す構成には、同一の符号を付して適宜説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, the same reference numerals are given to the configurations showing the same functions, and the description thereof will be omitted as appropriate.
本実施の形態のスイッチング電源装置は、交流入力電力を直流出力電力に変換してLED負荷に供給するスイッチング電源装置であって、LED負荷に直列に接続されリプル電流低減回路として、MOSFET等で構成された可変インピーダンス素子を備えたフィードバック型定電流制御回路を用い、LED負荷とリプル電流低減回路との接続点におけるフィードバック電圧VFBの平均電圧を、フィードバック電圧VFBの電圧リップルの大きさに応じて変化させる。 The switching power supply device of the present embodiment is a switching power supply device that converts AC input power into DC output power and supplies it to the LED load, and is connected in series with the LED load and is configured as a ripple current reduction circuit, such as a MOSFET. Using a feedback type constant current control circuit equipped with a variable impedance element, the average voltage of the feedback voltage V FB at the connection point between the LED load and the ripple current reduction circuit is adjusted according to the magnitude of the voltage ripple of the feedback voltage V FB . To change.
(第1の実施の形態)
第1の実施の形態のスイッチング電源装置1は、直列接続されたn個のLED素子(LED21~LED2n)からなるLED負荷2を駆動するフライバック型コンバータであり、図1を参照すると、整流回路DBと、トランスTRと、スイッチング素子Q1と、整流平滑回路3と、制御回路4と、リプル電流低減回路5と、補助電源6とを備えている。
(First Embodiment)
The switching
整流回路DBは、周知のダイオードブリッジ回路であり、交流入力電源ACに接続され、交流入力電力を一方向の脈流に整流し、トランスTRに出力する。 The rectifier circuit DB is a well-known diode bridge circuit, which is connected to an AC input power supply AC, rectifies AC input power into a unidirectional pulsating current, and outputs it to a transformer TR.
トランスTRは、一次巻線W1と二次巻線W2と三次巻線W3とを備えている。一次巻線W1の一端は、整流回路DBに接続され、他端は、スイッチング素子Q1のドレイン端子に接続されている。二次巻線W2の両端間には、整流平滑回路3が接続され、三次巻線W3の両端間には、補助電源6が接続されている。
The transformer TR includes a primary winding W1, a secondary winding W2, and a tertiary winding W3. One end of the primary winding W1 is connected to the rectifier circuit DB, and the other end is connected to the drain terminal of the switching element Q1. A rectifying
スイッチング素子Q1は、制御回路4で生成された駆動信号(PWM信号)により駆動されるFET(Field Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の素子で構成される。本実施の形態では、スイッチング素子Q1をMOSFETとして説明する。スイッチング素子Q1のソース端子は接地され、ゲート端子は制御回路4のVG端子に接続されている。
The switching element Q1 is composed of elements such as a FET (Field Effect Transistor) and an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) driven by a drive signal (PWM signal) generated by the
整流平滑回路3は、ダイオードD1及びコンデンサC1から構成され、ダイオードD1のカソードとコンデンサC1の一端との接続点AがLED負荷2を構成するLED21のアノードに接続され、コンデンサC1の他端が接地されている。なお、コンデンサC1は、出力コンデンサであり、本実施の形態では、電解コンデンサで構成したが、他のコンデンサでも良い。そして、電解コンデンサの寿命と容量については、一般に電解液が封口部を介して外部に蒸散する現象が支配的であり、静電容量の減少、損失角の正接の増大となって現れる。
The rectifying
リプル電流低減回路5は、インピーダンスを可変制御するフィードバック型定電流制御回路として機能し、可変インピーダンス素子Q2と、検出抵抗Rsと、誤差増幅器AMP1と、を備えている。可変インピーダンス素子Q2は、FET、IGBT、BiTr等の素子で構成される。本実施の形態では、可変インピーダンス素子Q2をMOSFETとして説明する。
The ripple
可変インピーダンス素子Q2のドレイン端子は、LED負荷2を構成するLED2nのカソードに接続され、ソース端子は検出抵抗Rsを介して接地され、ゲート端子は誤差増幅器AMP1の出力端子に接続されている。
The drain terminal of the variable impedance element Q2 is connected to the cathode of the LED 2n constituting the
検出抵抗Rsと可変インピーダンス素子Q2のソース端子との接続点は、誤差増幅器AMP1の反転入力端子に接続されている。検出抵抗Rsは、LED負荷2に流れるLED電流ILEDを電圧信号に変換して誤差増幅器AMP1に出力する。
The connection point between the detection resistor Rs and the source terminal of the variable impedance element Q2 is connected to the inverting input terminal of the error amplifier AMP1. The detection resistance Rs converts the LED current I LED flowing through the
ツェナーダイオードZD1のカソードは、抵抗R1を介して整流平滑回路3(接続点A)に接続され、アノードは、接地されている。 The cathode of the Zener diode ZD1 is connected to the rectifying smoothing circuit 3 (connection point A) via the resistor R1, and the anode is grounded.
誤差増幅器AMP1の非反転入力端子は、抵抗R1とツェナーダイオードZD1のカソードとの接続点、すなわちツェナーダイオードZD1によって生成される基準電圧に接続されている。 The non-inverting input terminal of the error amplifier AMP1 is connected to the connection point between the resistor R1 and the cathode of the Zener diode ZD1, that is, the reference voltage generated by the Zener diode ZD1.
誤差増幅器AMP1の出力端子は、可変インピーダンス素子Q2のゲート端子に接続される。誤差増幅器AMP1は、LED負荷2に流れるLED電流ILEDと基準値(基準電圧)とに基づく誤差信号を可変インピーダンス素子Q2に出力する。詳細には、誤差増幅器AMP1は、LED電流ILEDが基準値よりも小さくなるほど誤差信号の電圧レベルを大きくし、可変インピーダンス素子Q2のドレイン・ソース間の抵抗値を低くする。また、誤差増幅器AMP1は、LED電流ILEDが基準値よりも大きくなるほど誤差信号の電圧レベルを小さくし、可変インピーダンス素子Q2のドレイン・ソース間の抵抗値を高くするように動作する。
The output terminal of the error amplifier AMP1 is connected to the gate terminal of the variable impedance element Q2. The error amplifier AMP1 outputs an error signal based on the LED current I LED flowing through the
すなわち、リプル電流低減回路5の可変インピーダンス素子Q2は、誤差増幅器AMP1の出力に応じて、LED電流ILEDが基準値(基準電圧)になるように、ドレイン・ソース間の抵抗値を連続的に変化させる可変インピーダンス素子として機能する。これにより、LED電流ILEDに含まれる電流リプルを低減することができる。なお、リプル電流低減回路5の応答速度は、制御回路4の応答速度よりも高く設定され、好ましくは交流入力電源ACの周波数よりも高く設定される。
That is, the variable impedance element Q2 of the ripple
制御回路4は、スタート部41と、内部電源部42と、ADC(アナログデジタルコンバータ)43と、演算器44と、PWM生成部45と、ドライバ46とを備えている。なお、制御回路4は、全部がデジタル制御回路(ソフトウェアによって動作する回路も含む)でも良く、またその構成要素の一部がデジタル制御回路であっても良く、さらに、全部がアナログ制御回路であっても良い。
The
スタート部41は、ST端子と抵抗R2とを介して整流回路DBとトランスTRの一次巻線W1との接続点に接続されていると共に、Vcc端子を介してダイオードD2及びコンデンサC2から構成される補助電源6に接続されている。スタート部41は、起動時に補助電源6のコンデンサC2を充電し、起動後に補助電源6からの電力を、制御回路4内の内部電源を生成する内部電源部42に供給する。
The
ADC43は、CV端子を介して、LED負荷2とリプル低減回路5(可変インピーダンス素子Q2のドレイン端子)の接続点Bに接続され、接続点Bの電圧がフィードバック電圧VFBとし入力される。そして、ADC43は、フィードバック電圧VFBが含む電圧リプルの周期よりも十分に短い間隔(例えば、20μs)でフィードバック電圧VFBをサンプリングし、デジタル化された電圧に変換して演算器44に出力する。
The
演算器44は、図2を参照すると、平均電圧算出部441と、平均値制御部442と、操作量算出部443と、ボトム電圧検出部444と、ボトム電圧比較部445と、目標値補正部446として機能する。
With reference to FIG. 2, the
平均電圧算出部441は、ADC43から入力されるフィードバック電圧VFBに基づき、例えば、交流入力電源ACの1周期毎にフィードバック電圧VFBの平均電圧VAveを算出し、算出した平均電圧VAveを平均値制御部442に出力する。
The average
平均値制御部442は、目標平均電圧Vrefと、平均電圧算出部441で算出された平均電圧VAveとを比較することで、目標平均電圧Vrefと平均電圧VAveとの誤差を算出し、算出した誤差を誤差信号として操作量算出部443に出力する。
The average
操作量算出部443は、平均値制御部442から入力される誤差信号に基づいて、スイッチング素子Q1をオンオフ制御するPWM(パルス幅変調)信号のオン時間を増減させる操作量Δを算出し、算出した操作量ΔをPWM生成部45に出力する。
The operation
ボトム電圧検出部444は、ADC43から入力されるフィードバック電圧VFBのボトム電圧VBを検出する。ボトム電圧検出部444は、例えば、ADC43から入力されるフィードバック電圧VFB電圧値が、1サンプリング前の電圧値と1サンプリング後の電圧値とのいずれにも下回った場合、その電圧値をボトム電圧VBとして検出する。
The bottom
ボトム電圧比較部445は、予め設定された基準ボトム電圧VBrefと、ボトム電圧検出部444によって検出されたボトム電圧VBとを比較し、比較結果を目標値補正部446に出力する。なお、基準ボトム電圧VBrefは、各種素子のバラつきや過渡動作時におけるフィードバック電圧VFBのアンダーシュートを考慮しても、可変インピーダンス素子である可変インピーダンス素子Q2が定電流制御を行う事ができる最低限の電圧を上回る値に設定されている。
The bottom
目標値補正部446は、ボトム電圧VBが基準ボトム電圧VBrefを下回っている場合、平均値制御部442が平均電圧VAveと比較する目標平均電圧Vrefを上げる方向に補正し、ボトム電圧VBが基準ボトム電圧VBrefを上回っている場合、平均値制御部442が平均電圧VAveと比較する目標平均電圧Vrefを下げる方向に補正する。なお、目標平均電圧Vrefの補正幅は、予め設定された補正値としても良く、ボトム電圧VBと基準ボトム電圧VBrefとの差分に基づいて算出された補正値としても良い。
When the bottom voltage V B is lower than the reference bottom voltage V Bref , the target
PWM生成部45は、操作量算出部443からの操作量Δに基づいてオン時間を増減させたPWM信号を生成し、生成したPWM信号によりドライバ46を介してスイッチング素子Q1をオンオフ制御する。なお、本実施の形態のように、交流入力電源ACの1周期毎に算出された平均電圧VAveと目標平均電圧Vrefとの誤差に基づいてオン時間の操作量Δを算出している場合、PWM信号のオン時間は、交流入力電源ACの1周期において一定となる。
The
図1に示すスイッチング電源装置1では、フライバック型コンバータの例を説明したが、本発明は、バックコンバータ、ブーストコンバータ、バックブーストコンバータに適用しても良く、図3及び図4にバックブーストコンバータで構成したスイッチング電源装置1aを示す。なお、スイッチング電源装置1aにおいて、スイッチング電源装置1と同様の機能を示す構成には、同一の符号を付して適宜説明を省略する。
In the switching
スイッチング電源装置1aは、ダイオードD1として機能する同期整流素子Q3を備え、制御回路4aは、同期整流素子Q3を駆動するPWM信号を生成するPWM生成部45aとドライバ46aとを備える。
The switching
また、制御回路4aには、リプル電流低減回路5を構成する誤差増幅器AMP1が内蔵され、調光演算器47と、DAC(デジタルアナログコンバータ)48とを備えている。調光演算器47は、DIM端子から入力される調光信号に応じたデジタル化された基準電圧値を生成し、DAC48は、調光演算器47によって生成されたデジタル化された基準電圧値をアナログ信号に変換して誤差増幅器AMP1の非反転入力端子に入力する。これにより、LED負荷2に供給するLED電流ILEDを調光信号に応じて制御することが可能になる。
Further, the
図5には、図1に示す接続点Aの出力電圧Vout及び接続点Bのフィードバック電圧VFBの波形が示されている。図5において、(a)はコンデンサC1の劣化が小さい状態での中負荷時、(b)はコンデンサC1の劣化が小さい状態での定格負荷時、(c)はコンデンサC1の劣化が大きい状態での定格負荷時、(d)はコンデンサC1の劣化がさらに大きい状態での定格負荷時におけるそれぞれの出力電圧Vout及びフィードバック電圧VFBの波形である。 FIG. 5 shows waveforms of the output voltage Vout of the connection point A and the feedback voltage VFB of the connection point B shown in FIG. In FIG. 5, (a) is a medium load with a small deterioration of the capacitor C1, (b) is a rated load with a small deterioration of the capacitor C1, and (c) is a state with a large deterioration of the capacitor C1. (D) is the waveform of each output voltage Vout and feedback voltage VFB at the rated load in the state where the deterioration of the capacitor C1 is further large.
本実施の形態では、図5(a)~(d)に示すように、電圧リプルの大小に拘わらず、ボトム電圧VBが基準ボトム電圧VBrefになるように、フィードバック電圧VFBの平均値制御が行われる。従って、フィードバック電圧VFBの平均電圧VAveは、動作環境によって変化する電圧リプルの大小に応じて、電圧リプルが大きくなるほど高く、電圧リプルが小さくなる低くなるように制御される。 In the present embodiment, as shown in FIGS. 5A to 5D, the average value of the feedback voltage V FB is set so that the bottom voltage V B becomes the reference bottom voltage V Blef regardless of the magnitude of the voltage ripple. Control is done. Therefore, the average voltage V Ave of the feedback voltage V FB is controlled so as to be higher as the voltage ripple is larger and lower as the voltage ripple is smaller, according to the magnitude of the voltage ripple that changes depending on the operating environment.
これにより、コンデンサC1の劣化が小さく、電圧リプルが小さい場合には、負荷の大小に拘わりなく全ての領域で電源効率を改善することができる。例えば、図8(a)、(b)に示す従来の平均値制御におけるフィードバック電圧VFBの平均電圧VAveは、中負荷時及び定格負荷時のいずれでも1.5Vであるのに対し、本実施の形態の平均値制御におけるフィードバック電圧VFBの平均電圧VAveは、図5(a)に示す中負荷時において1.0Vになり、図5(b)に示す定格負荷時において1.2Vになる。つまり、中負荷時では、Δ0.5V×LED電流ILEDだけ電源損失を低減ができ、定格負荷時では、Δ0.3V×LED電流ILEDだけ電源損失を低減ができる。 As a result, when the deterioration of the capacitor C1 is small and the voltage ripple is small, the power supply efficiency can be improved in all regions regardless of the magnitude of the load. For example, the average voltage V Ave of the feedback voltage VFB in the conventional average value control shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b) is 1.5 V at both the medium load and the rated load, whereas this is the present. The average voltage V Ave of the feedback voltage VFB in the average value control of the embodiment is 1.0 V at the medium load shown in FIG. 5 (a) and 1.2 V at the rated load shown in FIG. 5 (b). become. That is, at the time of medium load, the power loss can be reduced only by Δ0.5V × LED current I LED , and at the rated load, the power loss can be reduced by only Δ0.3V × LED current I LED .
また、従来のようにフィードバック電圧VFBの平均電圧VAveを固定する方式では、図8(c)、(d)に示すような寿命末期や出力コンデンサの容量のバラつき等が生じても、適切な動作マージンが最終的に確保するように見越して設計する必要があった。これに対し、本実施の形態では、コンデンサC1のバラつきや、コンデンサC1の寿命末期でも、図5(c)、(d)に示すようにフィードバック電圧VFBのボトム電圧VBが基準ボトム電圧VBrefに下限値制御されているために安定しており、フィードバック電圧VFBの量産によるバラつきが少ない。つまり、本実施の形態では、電源設計の簡素化が見込める。 Further, in the conventional method of fixing the average voltage V Ave of the feedback voltage V FB , it is appropriate even if the end of life or the capacity variation of the output capacitor occurs as shown in FIGS. 8 (c) and 8 (d). It was necessary to design in anticipation of ensuring a sufficient operating margin in the end. On the other hand, in the present embodiment, the bottom voltage V B of the feedback voltage V FB is the reference bottom voltage V as shown in FIGS. 5 (c) and 5 (d) even if the capacitor C1 varies or the life of the capacitor C1 ends. It is stable because the lower limit is controlled by Blef , and there is little variation due to mass production of the feedback voltage VFB . That is, in this embodiment, simplification of the power supply design can be expected.
さらに、従来のようにフィードバック電圧VFBの平均電圧VAveを固定する方式では、出力コンデンサの劣化が大きくなり、図8(c)、(d)に示すように、フィードバック電圧VFBが動作マージン電圧VMを下回ると、定格電流が取れなかったりちらつきが発生したりする恐れがある。これに対し、本実施の形態では、出力コンデンサの劣化が大きくなっても、図5(c)、(d)に示すようにフィードバック電圧VFBのボトム電圧VBが基準ボトム電圧VBrefに下限値制御しているため、フィードバック電圧VFBのボトム電圧VBが基準ボトム電圧VBrefを大きく超えて下回ることなく、LED負荷2を問題なく駆動させることができ、緊急避難的に電源寿命を延長させることができる。
Further, in the conventional method of fixing the average voltage V Ave of the feedback voltage V FB , the deterioration of the output voltage becomes large, and as shown in FIGS. 8 (c) and 8 (d), the feedback voltage V FB has an operating margin. If the voltage is lower than VM , the rated current may not be obtained or flicker may occur. On the other hand, in the present embodiment, even if the deterioration of the output capacitor becomes large, the bottom voltage V B of the feedback voltage V FB is the lower limit of the reference bottom voltage V Blef as shown in FIGS. 5 (c) and 5 (d). Since the value is controlled, the
なお、図5(d)に示すようにフィードバック電圧VFBの平均電圧VAveが高くなりすぎた場合には、他の電源部分の設計によっては動作不能になったり、他の電源素子に悪影響を及ぼしたりする恐れがある。そこで、演算器44において、フィードバック電圧VFBの平均電圧VAveと予め設定された動作停止閾値とを比較し、平均電圧VAveと予め設定された動作停止閾値を超えた場合には、LED負荷2の駆動を停止させるように構成すると好適である。
As shown in FIG. 5D, if the average voltage V Ave of the feedback voltage V FB becomes too high, it may become inoperable depending on the design of other power supply parts, or it may adversely affect other power supply elements. There is a risk of exerting it. Therefore, in the
また、軽負荷時はフィードバック電圧VFBの電圧リプルが小さくなり、電圧リプルの検出が困難になることがある。そこで、デミング信号の入力等のフィードバック電圧VFBの電圧リプルが小さくなる環境条件において、目標平均電圧Vrefを固定した従来の平均値制御等の他の制御に切り替えることで安定性を高めても良い。 Further, when the load is light, the voltage ripple of the feedback voltage VFB becomes small, and it may be difficult to detect the voltage ripple. Therefore, even if the stability is improved by switching to other control such as the conventional mean value control in which the target mean voltage V ref is fixed in the environmental condition where the voltage ripple of the feedback voltage V FB such as the input of the deming signal becomes small. good.
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態のスイッチング電源装置1bは、図6及び図7を参照すると、調光演算器47と、DAC(デジタルアナログコンバータ)48とをスイッチング電源装置1の制御回路4に追加して構成されている。
(Second embodiment)
In the switching
そして、演算器44aは、ボトム電圧検出部444、ボトム電圧比較部445及び目標値補正部446の代わりに目標値設定部447を備えている。目標値設定部447は、調光演算器47によって生成された基準電圧値を目標平均電圧Vrefに変換する変換テーブルや変換式を有し、調光演算器47によって生成された基準電圧値に応じて変換した目標平均電圧Vrefを平均値制御部442に設定する。目標値設定部447は、調光演算器47によって生成された基準電圧値が低くLED電流ILEDが低くなるほど、低い目標平均電圧Vrefに変換して設定する。すなわち、第2の実施の形態のスイッチング電源装置1bにおいて、でフィードバック電圧VFBの平均電圧VAveは、調光信号によって変化する電圧リプルの大小に応じて、電圧リプルが大きくなるほど高く、電圧リプルが小さくなるほど低くなるように制御される。
The
なお、入力電圧を検出し、入力電圧に応じて変換した目標平均電圧Vrefを平均値制御部442に設定しても良い。この場合、入力電圧が小さい(低い)ほど電圧リプルが大きくなる。従って、入力電圧が大きい(高い)ほど、低い目標平均電圧Vrefに変換して設定する。これにより、フィードバック電圧VFBの平均電圧VAveは、入力電圧によって変化する電圧リプルの大小に応じて、電圧リプルが大きくなるほど高く、電圧リプルが小さくなるほど低くなるように制御される。
The target average voltage V ref that detects the input voltage and is converted according to the input voltage may be set in the average
また、制御回路4bに通算の動作時間を記録し、通算の動作時間に応じて変換した目標平均電圧Vrefを平均値制御部442に設定しても良い。この場合、通算の動作時間が長いほどコンデンサC1が劣化して電圧リプルが大きくなる。従って、通算の動作時間が長くなるほど、高い目標平均電圧Vrefに変換して設定する。これにより、フィードバック電圧VFBの平均電圧VAveは、通算の動作時間によって変化する電圧リプルの大小に応じて、電圧リプルが小さい期間は低く、電圧リプルが大きくなる経過時間ほど高くなるように制御される。
Further, the total operating time may be recorded in the
さらに、温度センサーを用いることで、制御回路4bに環境温度を加味した通算の動作時間を記録し、環境温度を加味した通算の動作時間に応じて変換した目標平均電圧Vrefを平均値制御部442に設定しても良い。この場合、環境温度が高い状態で動作させるほどコンデンサC1の劣化が早くなり電圧リプルが大きくなる。従って、高い環境温度での通算の動作時間が長くなるほど、高い目標平均電圧Vrefに変換して設定する。これにより、フィードバック電圧VFBの平均電圧VAveは、環境温度を加味した通算の動作時間によって変化する電圧リプルの大小に応じて、電圧リプルが小さい期間は低く、電圧リプルが大きくなるほど高くなるように制御される。
Furthermore, by using a temperature sensor, the total operating time including the environmental temperature is recorded in the
以上説明したように、本実施の形態は、交流入力電力ACを所望の直流出力電力に変換してLED負荷2に供給するスイッチング電源装置1であって、オンオフ制御されるスイッチング素子であるスイッチング素子Q1と、LED負荷2に直列に接続され、インピーダンスを可変制御することでLED負荷2に流れる電流リプルを低減するリプル電流低減回路5と、LED負荷2とリプル電流低減回路5との接続点Bにおけるフィードバック電圧VFBに基づきスイッチング素子Q1をオンオフ制御する制御回路4と、を具備し、制御回路4は、フィードバック電圧VFBの電圧リプルの大きさに応じて設定した目標平均電圧Vrefで、フィードバック電圧VFBを平均値制御する。
この構成により、フィードバック電圧VFBの電圧リプルが小さい動作環境では、目標平均電圧Vrefを低い値に設定することができ、電源効率を改善することができる。
As described above, the present embodiment is a switching
With this configuration, in an operating environment where the voltage ripple of the feedback voltage V FB is small, the target average voltage V ref can be set to a low value, and the power supply efficiency can be improved.
さらに、本実施形態において、制御回路4は、フィードバック電圧VFBのボトム電圧VBを検出し、検出したボトム電圧VBが予め設定された基準ボトム電圧VBrefになるように前記目標平均電圧を補正する。
この構成により、コンデンサC1の劣化が小さく、電圧リプルが小さい場合には、目標平均電圧Vrefを低い値に補正することができるため、負荷の大小に拘わりなく全ての領域で電源効率を改善することができる。また、コンデンサC1のバラつきや、コンデンサC1の寿命末期でも、フィードバック電圧VFBのボトム電圧VBが基準ボトム電圧VBrefに下限値制御されているために安定しており、電源設計の簡素化が見込める。さらに、出力コンデンサの劣化が大きくなっても、フィードバック電圧VFBのボトム電圧VBが基準ボトム電圧VBrefを大きく超えて下回ることなく、LED負荷2を問題なく駆動させることができ、緊急避難的に電源寿命を延長させることができる。
Further, in the present embodiment, the
With this configuration, when the deterioration of the capacitor C1 is small and the voltage ripple is small, the target average voltage V ref can be corrected to a low value, so that the power supply efficiency is improved in all regions regardless of the load size. be able to. In addition, even if the capacitor C1 varies or the end of the life of the capacitor C1 is reached, the bottom voltage V B of the feedback voltage V FB is stable because the lower limit is controlled to the reference bottom voltage V Blef , which simplifies the power supply design. You can expect it. Further, even if the deterioration of the output capacitor becomes large, the
さらに、本実施形態において、制御回路4bは、調光信号によってLED負荷2を流れるLED電流ILEDが小さくなるほど、低い目標平均電圧Vrefに設定する。
この構成により、電圧リプルが小さい負荷の小さい領域では、目標平均電圧Vrefを低い値に設定することができ、電源効率を改善することができる。
Further, in the present embodiment, the
With this configuration, the target average voltage V ref can be set to a low value in a region where the load with a small voltage ripple is small, and the power supply efficiency can be improved.
さらに、本実施形態において、制御回路4bは、入力電圧が大きいほど、低い目標平均電圧Vrefに設定する。
この構成により、電圧リプルが小さいなる大きい入力電圧では、目標平均電圧Vrefを低い値に設定することができ、電源効率を改善することができる。
Further, in the present embodiment, the
With this configuration, the target average voltage V ref can be set to a low value at a large input voltage with a small voltage ripple, and the power supply efficiency can be improved.
さらに、本実施形態において、制御回路4bは、通算の動作時間が長いほど、高い目標平均電圧Vrefに設定する。
この構成により、通算の動作時間が短く電圧リプルが小さい動作環境では、目標平均電圧Vrefを低い値に設定することができ、電源効率を改善することができる。
Further, in the present embodiment, the
With this configuration, in an operating environment where the total operating time is short and the voltage ripple is small, the target average voltage V ref can be set to a low value, and the power supply efficiency can be improved.
さらに、本実施形態において、制御回路4は、環境温度が高い状態での通算の動作時間が長いほど、高い目標平均電圧Vrefに設定する。
この構成により、環境温度での動作時間を加味して基準ボトム電圧VBrefに設定することができる。
Further, in the present embodiment, the
With this configuration, the reference bottom voltage VBref can be set in consideration of the operating time at the environmental temperature.
以上、実施形態をもとに本発明を説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせ等にいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The present invention has been described above based on the embodiments. This embodiment is an example, and it is understood by those skilled in the art that various modifications are possible in the combination of each of these components, and that such modifications are also within the scope of the present invention.
1、1a、1b スイッチング電源装置
2 LED負荷
3 整流平滑回路
4、4a、4b 制御回路
5 リプル電流低減回路
6 補助電源
21~2n LED
41 スタート部
42 内部電源部
43 ADC
44、44a 演算器
45、45a PWM生成部
46、46a ドライバ
47 調光演算器
48 DAC
441 平均電圧算出部
442 平均値制御部
443 操作量算出部
444 ボトム電圧検出部
445 ボトム電圧比較部
446 目標値補正部
447 目標値設定部
AC 交流入力電源
AMP1 誤差増幅器
C1、C2 コンデンサ
D1 ダイオード
DB 整流回路
Q1 スイッチング素子
Q2 可変インピーダンス素子
Q3 同期整流素子
R1 抵抗
Rs 検出抵抗
TR トランス
W1 一次巻線
W2 二次巻線
W3 三次巻線
ZD1 ツェナーダイオード
1, 1a, 1b
41
44, 44a
441 Average
Claims (6)
オンオフ制御されるスイッチング素子と、
前記LED負荷に直列に接続され、インピーダンスを可変制御することで前記LED負荷に流れる電流リプルを低減するリプル電流低減回路と、
前記LED負荷と前記リプル電流低減回路との接続点におけるフィードバック電圧に基づき前記スイッチング素子をオンオフ制御する制御回路と、を具備し、
前記制御回路は、前記フィードバック電圧の電圧リプルの大きさに応じて設定した目標平均電圧で、前記フィードバック電圧を平均値制御することを特徴とするスイッチング電源装置。 A switching power supply that converts AC input power into desired DC output power and supplies it to the LED load.
Switching elements that are controlled on and off, and
A ripple current reduction circuit that is connected in series with the LED load and reduces the current ripple that flows through the LED load by variably controlling the impedance.
A control circuit that controls on / off of the switching element based on a feedback voltage at a connection point between the LED load and the ripple current reduction circuit is provided.
The control circuit is a switching power supply device characterized in that the feedback voltage is controlled by an average value with a target average voltage set according to the magnitude of the voltage ripple of the feedback voltage.
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