JP2024055427A - 降圧型定電流回路及び点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は降圧型定電流回路及び点灯装置に関し、分圧抵抗回路を用いずに過電圧保護を行うことで、省スペース化を実現できる降圧型定電流回路及び点灯装置を提供することを目的とする。【解決手段】本開示の半導体製造装置は、スイッチング素子と、スイッチング素子に接続されたコイルと、制御部を備える降圧型定電流回路であって、制御部が、定電流フィードバック制御によりスイッチング素子のオン時間を算出する処理と、スイッチング素子のオフ時間を測定する測定処理と、入力電圧を検出する処理と、スイッチング素子のオン時間、スイッチング素子のオフ時間及び入力電圧に基づき、コイルに起因して生じる出力電圧を算出する処理と、出力電圧を過電圧保護閾値と比較し、比較結果に基づいてスイッチング素子の動作を制御する制御処理と、を実施するよう構成されている。【選択図】図４

Description

本開示は、降圧型定電流回路及び点灯装置に関する。

特許文献１には、過電圧保護機能を有する従来の点灯装置が開示されている。この点灯装置では、降圧型定電流回路の出力電圧を検知するため、分圧抵抗回路を用いていた。

特許第６２９１９２０号公報

しかし、分圧抵抗回路を搭載するためには、基板に十分なスペースが必要となる。そのため、点灯装置全体の省スペース化が難しいという課題があった。

本開示は上述の問題を解決するため、分圧抵抗回路を用いずに過電圧保護を行うことで、省スペース化を実現できる降圧型定電流回路を提供することを目的とする。

また、本開示は、分圧抵抗回路を用いずに過電圧保護を行うことで、省スペース化を実現できる点灯装置を提供することを目的とする。

本開示の第一の態様は、スイッチング素子と、スイッチング素子に接続されたコイルと、制御部を備える降圧型定電流回路であって、制御部が、定電流フィードバック制御によりスイッチング素子のオン時間を算出する処理と、スイッチング素子のオフ時間を測定する測定処理と、入力電圧を検出する処理と、スイッチング素子のオン時間、スイッチング素子のオフ時間及び入力電圧に基づき、コイルに起因して生じる出力電圧を算出する処理と、出力電圧を過電圧保護閾値と比較し、比較結果に基づいてスイッチング素子の動作を制御する制御処理と、を実施するよう構成されている降圧型定電流回路であることが好ましい。

本開示の第二の態様は、光源と、整流平滑回路と、昇圧型力率改善回路と、入力電圧検出回路と、第一の態様に記載の降圧型定電流回路を備える点灯装置であることが好ましい。

本開示の第一及び第二の態様によれば、分圧抵抗回路を用いずに過電圧保護を行うことで、省スペース化を実現できる。

従来の過電圧保護機能を有する点灯装置を示す図である。 本開示の実施の形態１に係る、過電圧保護機能を有する点灯装置を示す図である。 本開示の実施の形態１に係る、過電圧保護機能を有する降圧型定電流回路を示す図である。 本開示の実施の形態１に係る、ソフトウェア制御による過電圧保護の処理を示すフローチャートである。 本開示の実施の形態１に係る、コイルの不連続モードにおける動作を示す図である。 本開示の実施の形態１に係る、コイルの連続モードにおける動作を示す図である。

実施の形態１
図１は、従来の過電圧保護機能を有する点灯装置を示す図である。ここでは、コンバータ方式の電源ブロック図を示す。点灯装置５００は、ＡＣ電源２を備える。ＡＣ電源２は、整流平滑回路４に接続されている。整流平滑回路４は、入力された電流を直流電流に変換する。整流平滑回路４は、昇圧型力率改善回路６に接続されている。昇圧型力率改善回路６は、力率改善(PFC: Power Factor Correction)を行う。

また、昇圧型力率改善回路６は、入力電圧検出回路８に接続されている。入力電圧検出回路８は、昇圧型力率改善回路６の出力電圧値を、後述する制御部１４により検出する回路である。この出力電圧値は、後述する降圧型定電流回路１０の入力電圧値となる。また、この出力電圧値は、昇圧型力率改善回路６の低電圧フィードバック制御及び過電圧保護に用いられる。

入力電圧検出回路８は、降圧型定電流回路１０に接続されている。降圧型定電流回路１０は、ゼロ電流検知（ＺＣＤ）信号検出部を有する。本開示では、後述するコイル２２の二次巻線からＺＣＤ信号を検出するものとするが、他の方式で検出しても良い。

降圧型定電流回路１０は、出力電圧検出回路１２と接続されている。出力電圧検出回路１２は、降圧型定電流回路１０の出力電圧値を、後述する制御部１４により検出する回路である。この出力電圧値は、過電圧保護に用いられる。

出力電圧検出回路１２は、制御部１４と接続されている。制御部１４は、上述した回路を統括して制御する。なお、制御部１４は、マイコンに搭載されている。

また、出力電圧検出回路１２は、光源１６と接続されている。光源１６は、制御部１４と上述の回路に制御された電流により、発光する。なお、ここでは光源としてＬＥＤを用いているが、その以外を用いても良い。

図２は、本開示の実施の形態１に係る、過電圧保護機能を有する点灯装置を示す図である。点灯装置１００は、出力電圧検出回路１２を有さない点が、点灯装置５００と異なる。すなわち、点灯装置１００では、出力電圧検出回路１２を用いることなく、降圧型定電流回路１０の出力電圧値を算出する。そして、その値を用いたソフトウェア制御を行うことで、過電圧保護を行う。

図３は、本開示の実施の形態１に係る、過電圧保護機能を有する降圧型定電流回路を示す図である。降圧型定電流回路１０は、入力１８を備える。入力１８は、入力電圧検出回路８で検出された出力電圧である。

入力１８は、スイッチング素子２０と接続されている。スイッチング素子２０は、オンオフを切り替えることで、回路全体のオンオフを切り替える。

スイッチング素子２０の一端は、コイル２２に接続されている。コイル２２は、電気エネルギーを磁気エネルギーへ変換して蓄積したり、蓄積したエネルギーを放出したりすることで、降圧型定電流回路１０の出力電流が一定となるようにする。

コイル２２は、コンデンサ２３と接続されている。コンデンサ２３は、一部の電流を充電することで、出力を平滑化する。

コンデンサ２３は、出力２４と接続されている。出力２４は、降圧型定電流回路１０の出力電圧値であり、過電圧保護に用いられる。

上述した複数の素子は、制御部２６と接続されている。制御部２６は、マイコンなどで構成される。制御部２６は、降圧型定電流回路１０の出力を調整するため、４つの機能部を有する。４つの機能部とは、入力電圧検出部２８、スイッチング制御部３０、ゼロ電流検知部３２及び出力電流検出部３４である。

入力電圧検出部２８は、降圧型定電流回路１０の分圧抵抗から、入力電圧を検出する。スイッチング制御部３０は、定電流フィードバックにより、スイッチング素子２０のオン時間を制御する。ゼロ電流検知部３２は、降圧型定電流回路１０のＺＣＤ信号を検出する。出力電流検出部３４は、降圧型定電流回路１０のセンス抵抗から、出力電流を検出する。

本実施形態では、制御部２６が、降圧型定電流回路１０のパラメータを用いたソフトウェア制御を行う。これにより、出力電圧検出回路１２を用いることなく、降圧型定電流回路１０の出力電圧値を算出し、過電圧保護を行うことができる。

図４は、本開示の実施の形態１に係る、制御部による過電圧保護の処理を示すフローチャートである。まず、ステップ１で、定電流フィードバック制御により、ｔｏｎを算出する。ｔｏｎは、スイッチング素子２０のオン時間である。算出したｔｏｎは、制御部１４で保持する。

次に、ステップ２で、ＺＣＤ信号が検出されたかを確認する。検出された場合は、ステップ３に進む。検出されていない場合は、ステップ４に進む。

ステップ３では、ｔｏｆｆを測定する。ｔｏｆｆは、スイッチング素子２０のオフ時間であるが、ここでは、ｔｏｎ終了時からＺＣＤ信号の検出時までの時間とする。また、ｔｏｆｆは、タイマーにより測定する。測定したｔｏｆｆは、制御部１４で保持する。ｔｏｆｆの測定が終わると、ステップ５に進む。

ステップ４では、ｔｏｆｆを測定する。ｔｏｆｆは、スイッチング素子２０のオフ時間であるが、ここでは、ｔｏｎ終了時から次のｔｏｎ開始時までの時間とする。また、ｔｏｆｆは、タイマーにより測定する。測定したｔｏｆｆは、制御部１４で保持する。ｔｏｆｆの測定が終わると、ステップ５に進む。

ステップ５では、Ｖｉｎ検出値を取得する。Ｖｉｎは、降圧型定電流回路１０の入力電圧であり、入力電圧検出部２８で検出できる。検出したＶｉｎは、制御部１４で保持する。

次に、ステップ６で、取得パラメータよりＶｏを算出する。Ｖｏは、降圧型定電流回路１０の出力電圧である。Ｖｏの算出には、以下の式を用いる。

次に、ステップ７で、Ｖｏを設定値Ｖｏｍａｘと比較する。Ｖｏｍａｘは、ソフトウェアで設定されている、出力電圧における過電圧保護閾値である。まず、ステップ６で算出したＶｏをＶｏｍａｘと比較する。ＶｏがＶｏｍａｘ以上である場合は、ステップ８に進む。ＶｏがＶｏｍａｘより小さい場合は、ステップ１に戻り、スイッチング素子の動作を継続させる。

ステップ８では、設定したスイッチング素子の動作停止期間で、スイッチング素子の動作を停止させる。ＳＷ動作停止期間は、回路のスペックに応じて既定の値を設定済でも良いし、ユーザにより任意の値に設定できても良い。

次に、ステップ９では、スイッチング素子の動作の停止回数が設定回数と一致するかを確認する。すなわち、スイッチング素子の停止回数が、設定された一定の回数に達したかどうかを確認する。一致した場合、スイッチング素子の動作を終了する。具体的には、ラッチ保護により、スイッチング素子の動作を停止させる。なお、停止させたスイッチング素子の動作は、制御部１４の電源がオフになるまでは復帰しない。一致しない場合、ステップ１０に進む。

例えば、Ｖｏｍａｘが２００Ｖである電源に、２５０Ｖの負荷を誤って接続した場合を考える。この場合、ステップ９の機能がなければ、スイッチング素子の動作の停止処理と開始処理を無制限に繰り返すため、スイッチング素子２０等へのダメージが蓄積される。しかし、ステップ９の機能があれば、スイッチング素子の動作の停止処理が一定回数に達した時点で、スイッチング素子の動作が終了する。すなわち、ステップ９により、回路への過度のダメージを防ぐことができる。

ステップ１０では、設定したスイッチング素子の動作停止期間の経過後、スイッチング素子の動作が再開される。そして、ステップ１に戻り、スイッチング素子の動作を継続させる。

図５は、本開示の実施の形態１に係る、コイルの不連続モードにおける動作を示す図である。ここでは、コイル２２の不連続モードにおける、コイル電流、スイッチング素子の動作及びＺＣＤ信号の挙動を並べて示している。

コイル２２の不連続モードでは、ＺＣＤ信号が検出される。すなわち、コイル２２に流れる電流が０となる期間ｔｄが存在する。そのため、ステップ３で述べた通り、ｔｏｎ終了時ＢからＺＣＤ信号の検出時Ｃまでの時間を、ｔｏｆｆとする。なお、ｔｄが０のときの動作は、臨界モードと呼ぶ。

図６は、本開示の実施の形態１に係る、コイルの連続モードにおける動作を示す図である。ここでは、コイル２２の連続モードにおける、コイル電流及びスイッチング素子の動作の挙動を並べて示している。

コイル２２の連続モードでは、ＺＣＤ信号が検出されない。すなわち、コイル２２に流れる電流が０となることはない。そのため、ステップ４で述べた通り、ｔｏｎ終了時Ｂから次のｔｏｎ開始時Ｃまでの時間を、ｔｏｆｆとする。

上述の通り、ソフトウェア制御を行うことで、分圧抵抗回路を用いずに出力電圧を検知することができる。すなわち、ソフトウェア制御による過電圧保護により、過電圧保護機能を有する回路全体の省スペース化を実現できる。

以下、本開示の所態様を付記としてまとめて記載する。

（付記１）
スイッチング素子と、前記スイッチング素子に接続されたコイルと、制御部を備える降圧型定電流回路であって、
前記制御部が、
定電流フィードバック制御により前記スイッチング素子のオン時間を算出する処理と、
前記スイッチング素子のオフ時間を測定する測定処理と、
入力電圧を検出する処理と、
前記スイッチング素子のオン時間、前記スイッチング素子のオフ時間及び前記入力電圧に基づき、前記コイルに起因して生じる出力電圧を算出する処理と、
前記出力電圧を過電圧保護閾値と比較し、比較結果に基づいて前記スイッチング素子の動作を制御する制御処理と、
を実施するよう構成されている降圧型定電流回路。
（付記２）
前記制御処理が、
前記出力電圧が前記過電圧保護閾値以上である場合、スイッチング素子の動作を停止させる処理を含む
付記１に記載の降圧型定電流回路。
（付記３）
前記制御処理が、
前記出力電圧が前記過電圧保護閾値よりも小さい場合、スイッチング素子の動作を継続させる処理を含む
付記１または２に記載の降圧型定電流回路。
（付記４）
前記制御部が、
前記コイルを流れる電流がゼロとなったときにゼロ電流検知信号を発する処理を実施するよう構成されており、
前記測定処理が、
前記ゼロ電流検知信号を検出した場合、前記スイッチング素子のオン時間終了時からゼロ電流検知信号検出時までの時間を、前記スイッチング素子のオフ時間として測定する処理であり、
前記ゼロ電流検知信号を検出しなかった場合、前記スイッチング素子のオン時間終了時から次の前記スイッチング素子のオン時間の開始時までの時間を、前記スイッチング素子のオフ時間として測定する処理である
付記１から３の何れか一項に記載の降圧型定電流回路。
（付記５）
前記制御処理が、
スイッチング素子の動作の停止回数が設定回数に達した場合、ラッチ保護によりスイッチング素子の動作を終了する処理と、
スイッチング素子の動作の停止回数が設定回数に達しない場合、スイッチング素子の動作を再開する処理と
を含む付記２に記載の降圧型定電流回路。
（付記６）
光源と、整流平滑回路と、昇圧型力率改善回路と、入力電圧検出回路と、付記１から５の何れか一項に記載の降圧型定電流回路を備える点灯装置。

４ 整流平滑回路
６ 昇圧型力率改善回路
８ 入力電圧検出回路
１０ 降圧型定電流回路
１４ 制御部
１６ 光源
１８ 入力
２０ スイッチング素子
２２ コイル
２４ 出力
２６ 制御部
１００ 点灯装置
５００ 点灯装置

Claims (6)

1. スイッチング素子と、前記スイッチング素子に接続されたコイルと、制御部を備える降圧型定電流回路であって、
   前記制御部が、
   定電流フィードバック制御により前記スイッチング素子のオン時間を算出する処理と、
   前記スイッチング素子のオフ時間を測定する測定処理と、
   入力電圧を検出する処理と、
   前記スイッチング素子のオン時間、前記スイッチング素子のオフ時間及び前記入力電圧に基づき、前記コイルに起因して生じる出力電圧を算出する処理と、
   前記出力電圧を過電圧保護閾値と比較し、比較結果に基づいて前記スイッチング素子の動作を制御する制御処理と、
   を実施するよう構成されている降圧型定電流回路。
2. 前記制御処理が、
   前記出力電圧が前記過電圧保護閾値以上である場合、スイッチング素子の動作を停止させる処理を含む
   請求項１に記載の降圧型定電流回路。
3. 前記制御処理が、
   前記出力電圧が前記過電圧保護閾値よりも小さい場合、スイッチング素子の動作を継続させる処理を含む
   請求項１に記載の降圧型定電流回路。
4. 前記制御部が、
   前記コイルを流れる電流がゼロとなったときにゼロ電流検知信号を発する処理を実施するよう構成されており、
   前記測定処理が、
   前記ゼロ電流検知信号を検出した場合、前記スイッチング素子のオン時間終了時からゼロ電流検知信号検出時までの時間を、前記スイッチング素子のオフ時間として測定する処理であり、
   前記ゼロ電流検知信号を検出しなかった場合、前記スイッチング素子のオン時間終了時から次の前記スイッチング素子のオン時間の開始時までの時間を、前記スイッチング素子のオフ時間として測定する処理である
   請求項１に記載の降圧型定電流回路。
5. 前記制御処理が、
   スイッチング素子の動作の停止回数が設定回数に達した場合、ラッチ保護によりスイッチング素子の動作を終了する処理と、
   スイッチング素子の動作の停止回数が設定回数に達しない場合、スイッチング素子の動作を再開する処理と
   を含む請求項２に記載の降圧型定電流回路。
6. 光源と、整流平滑回路と、昇圧型力率改善回路と、入力電圧検出回路と、請求項１に記載の降圧型定電流回路を備える点灯装置。

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