JP5800661B2 - LED power circuit - Google Patents

LED power circuit Download PDF

Info

Publication number
JP5800661B2
JP5800661B2 JP2011222008A JP2011222008A JP5800661B2 JP 5800661 B2 JP5800661 B2 JP 5800661B2 JP 2011222008 A JP2011222008 A JP 2011222008A JP 2011222008 A JP2011222008 A JP 2011222008A JP 5800661 B2 JP5800661 B2 JP 5800661B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reference value
switching element
led
dimming
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2011222008A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2013084380A (en
Inventor
稔 松本
稔 松本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eye Lighting Systems Corp
Original Assignee
Eye Lighting Systems Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eye Lighting Systems Corp filed Critical Eye Lighting Systems Corp
Priority to JP2011222008A priority Critical patent/JP5800661B2/en
Publication of JP2013084380A publication Critical patent/JP2013084380A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5800661B2 publication Critical patent/JP5800661B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、フルカラーLEDなどの発光ダイオード(LED)を点灯するための直流電流を供給するLED電源回路に関し、特にその調光制御の改良に関する。   The present invention relates to an LED power supply circuit that supplies a direct current for lighting a light emitting diode (LED) such as a full-color LED, and more particularly to an improvement in dimming control thereof.

近年LEDの性能が高くなってきており、LEDを用いた照明器具は寿命が長いなどの理由によって、従来の光源から置き換えられる状態にある。今後LEDの性能がますます向上してゆけば、さらに汎用の照明器具分野で採用されると考えられる。さらに、フルカラーLEDは、自由な色温度設定、自由な色表現が可能であり、今後、ますます演出用の照明器具分野で採用されると考えられる。   In recent years, the performance of LEDs has increased, and lighting fixtures using LEDs are in a state where they can be replaced with conventional light sources due to their long life. If the performance of LEDs is further improved in the future, it will be adopted in the field of general-purpose lighting equipment. Furthermore, full-color LEDs can be freely set in color temperature and freely expressed in color, and are expected to be increasingly used in the field of lighting equipment for production.

LED電源回路が、LEDの素子列への直流電流を断続的に供給することで、LEDは点灯と不点灯を繰り返す。この断続動作が所定以上の速度で繰り返されれば、人の目にはLEDが連続点灯を行っているように見える。このようなLED素子列への駆動電流の断続によって時間平均的な調光制御を行なう電源回路が特許文献1に開示されている。   The LED power supply circuit intermittently supplies a direct current to the LED element array, whereby the LED repeats lighting and non-lighting. If this intermittent operation is repeated at a speed equal to or higher than a predetermined speed, it appears to the human eye that the LED is continuously lit. Patent Document 1 discloses a power supply circuit that performs time-averaged dimming control by intermittently driving the LED element array.

特開2011−70957号公報JP 2011-70957 A

しかし、特許文献1記載の電源回路技術においては、駆動電流の断続的供給によって発生するノイズが周辺電磁環境に与える影響、および、点滅する光が人の目の視神経細胞などに与える影響に関しては、詳細な検討がなされていなかった。   However, in the power supply circuit technology described in Patent Document 1, regarding the effect of noise generated by intermittent supply of drive current on the surrounding electromagnetic environment, and the effect of blinking light on the optic nerve cells of the human eye, Detailed examination was not made.

本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、周辺環境に与えるノイズレベルが小さく、人の目に優しく疲労感を生じさせにくいLED電源回路を提供することを目的とし、具体的には、LEDの駆動電流を断続させることなくゼロ・パーセントからの調光制御を可能とするLED電源回路を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described points, and has as its object to provide an LED power supply circuit that has a low noise level to the surrounding environment and that is gentle on the human eye and is less likely to cause fatigue. An object of the present invention is to provide an LED power supply circuit capable of dimming control from zero percent without interrupting the LED drive current.

上記の課題を解決するため、発明者は、フライバック・コンバータ回路や降圧チョッパー回路などの高周波スイッチング回路を利用して、外部電源などからの入力電流を所定の大きさの直流電流に変換してLED素子列に供給する技術に着目し、これに基づくLED照明器具の調光機能の完成に向けて鋭意努めてきた。   In order to solve the above problems, the inventor uses a high-frequency switching circuit such as a flyback converter circuit or a step-down chopper circuit to convert an input current from an external power source into a direct current of a predetermined magnitude. Focusing on the technology to be supplied to the LED element array, we have been diligently working toward the completion of the dimming function of LED lighting fixtures based on this technology.

一般的な高周波スイッチング回路は、少なくともインダクタとスイッチング素子の直列回路を含んでいる。スイッチング素子がターン・オンすると、全波整流後の直流電流がインダクタを流れ、インダクタに磁場エネルギーが蓄積される。スイッチング素子がターン・オフすると、インダクタから磁場エネルギーが放出される。放出された磁場エネルギーは出力コンデンサにて蓄積または平滑されて、LED素子列の駆動電流として使用される。   A general high-frequency switching circuit includes at least a series circuit of an inductor and a switching element. When the switching element is turned on, a direct current after full-wave rectification flows through the inductor, and magnetic field energy is accumulated in the inductor. When the switching element is turned off, magnetic field energy is released from the inductor. The released magnetic field energy is accumulated or smoothed by the output capacitor and used as a drive current for the LED element array.

スイッチング素子のオンオフ駆動によって、インダクタを流れる電流(IL)は増加と減少を繰り返す。スイッチング素子のオン幅(オン状態の期間)を変化させれば、インダクタから放出される磁場エネルギーを増減できて、駆動電流を所定の大きさに制御することができる。   The current (IL) flowing through the inductor repeatedly increases and decreases by the on / off driving of the switching element. If the ON width (ON state period) of the switching element is changed, the magnetic field energy emitted from the inductor can be increased or decreased, and the drive current can be controlled to a predetermined magnitude.

従来の高周波スイッチング回路では、インダクタの電流(IL)の休止期間を無くし、インダクタの電流が減少して零になるのとほぼ同時にターン・オンして再び電流が流れるように制御して、スイッチング素子を流れる電流に伴うスイッチングロスを小さくする、いわゆるソフトスイッチング制御が行なわれてきた。   In the conventional high-frequency switching circuit, the inductor current (IL) is eliminated, and the switching current is controlled so that the current flows again when the inductor current decreases and becomes almost zero. So-called soft switching control has been performed to reduce the switching loss associated with the current flowing through the.

しかし、調光機能を付与するために駆動電流を増減させる場合、小さい調光度に対応して駆動電流を絞り過ぎると、ソフトスイッチング制御を維持するためにスイッチングの駆動周波数が上昇し過ぎて(駆動周期が短くなり過ぎて)、返って回路効率が低下してしまうという問題が生じた。   However, when the drive current is increased or decreased to provide a dimming function, if the drive current is reduced too much in response to a small dimming degree, the switching drive frequency increases too much to maintain soft switching control (drive As the cycle becomes too short, there is a problem that the circuit efficiency is lowered.

そこで、発明者は、調光度が小さい場合には、駆動周期を固定して、オン幅の増減だけで駆動電流の大きさを制御すれば、回路効率を低下させることなく調光制御を実行することができることを見出し、本発明の完成に至った。   Therefore, when the dimming degree is small, the inventor performs the dimming control without reducing the circuit efficiency by fixing the driving cycle and controlling the magnitude of the driving current only by increasing or decreasing the ON width. As a result, the present invention has been completed.

すなわち、本発明に係るLED電源回路は、LED負荷へ連続する直流電流を供給し、かつ、該直流電流の大きさを制御することで前記LED負荷の調光を行なうLED電源回路であって、
少なくともインダクタとスイッチング素子との直列接続を含み、該スイッチング素子のオンオフ駆動に連動する前記インダクタの磁場エネルギーの蓄積・放出によって、直流電源を所望の大きさの直流電流に変換し出力する変換手段と、
指定された調光度に基づいて前記スイッチング素子の駆動を制御する制御手段と、
を備える。
前記制御手段は、
前記調光度が基準値以上の範囲で変化する場合、前記スイッチング素子のオン幅を前記調光度に応じて定めてターン・オフし、ターン・オフ後に前記インダクタを流れる電流がほぼ零になるタイミングで前記スイッチング素子をターン・オンし、
また、前記調光度が前記基準値以下の範囲で変化する場合、前記スイッチング素子の前記オン幅を前記調光度に応じて定めてターン・オフし、ターン・オフ後に前記オン幅とオフ幅の合計である駆動周期を一定にして前記スイッチング素子をターン・オンする。
That is, the LED power supply circuit according to the present invention is an LED power supply circuit that supplies a continuous direct current to the LED load, and performs dimming of the LED load by controlling the magnitude of the direct current,
Conversion means including at least an inductor and a switching element connected in series, and converting and outputting a DC power source into a DC current of a desired magnitude by storing and releasing magnetic field energy of the inductor linked to on / off driving of the switching element; ,
Control means for controlling the driving of the switching element based on the specified dimming degree;
Is provided.
The control means includes
When the dimming level changes in a range equal to or greater than a reference value, the on-width of the switching element is determined according to the dimming level and turned off, and at the timing when the current flowing through the inductor becomes almost zero after the turn-off. Turning on the switching element;
Further, when the dimming degree changes within a range equal to or less than the reference value, the on-width of the switching element is determined according to the dimming degree and turned off, and after the turn-off, the sum of the on-width and the off-width The switching element is turned on with a constant driving period.

ここで、オン幅を定めるにあたって、制御手段が調光度に応じたオン幅(一定値)を使用しても構わない。また、制御手段が調光度に応じた基準駆動電流値を用いて、この基準駆動電流値とLED素子列に流れる駆動電流の検出値とを比較して、差分が零に近づくようにオン幅を調整してもよい。
本発明によれば、インダクタとスイッチング素子の直列接続を含む高周波スイッチング回路を用いて、そのスイッチング素子のオン幅および駆動周期を調整するように構成したので、LED素子列への駆動電流の大きさを制御することができる。その結果、LEDの駆動電流を断続させることなく、所望の調光度に応じたLEDの調光制御を実行することができる。従って、周辺環境に与えるノイズレベルが小さく、人の目に優しく疲労感を生じさせにくいLED電源回路を提供することができる。
さらに、本発明によれば、調光度が小さくなった場合に駆動周期を固定して、オン幅の増減だけで駆動電流の大きさを制御するように構成した。駆動周期を固定するため、スイッチングの駆動周波数が上昇し過ぎることがなく回路効率の低下を避けることができる。つまり、調光度が低い状態において回路効率を低下させることなく調光制御を実行することができる。幸いなことに調光度が低い状態では、スイッチングロスは小さくて済み、かつ、駆動周期の調整(ソフトスイッチング制御)をしなくても、力率にはほとんど影響が出ない。このため、ゼロ・パーセントからの調光制御であっても効率良く調光できる。
Here, in determining the ON width, the control means may use an ON width (a constant value) corresponding to the dimming degree. In addition, the control means uses the reference drive current value corresponding to the dimming degree, compares this reference drive current value with the detected value of the drive current flowing through the LED element array, and sets the ON width so that the difference approaches zero. You may adjust.
According to the present invention, the high frequency switching circuit including the inductor and the switching element connected in series is used to adjust the ON width and the driving cycle of the switching element. Can be controlled. As a result, LED dimming control according to a desired dimming degree can be executed without intermittently driving the LED drive current. Therefore, it is possible to provide an LED power supply circuit that has a low noise level to the surrounding environment and is gentle to human eyes and hardly causes fatigue.
Furthermore, according to the present invention, when the dimming degree becomes small, the drive cycle is fixed, and the magnitude of the drive current is controlled only by increasing / decreasing the ON width. Since the driving cycle is fixed, the switching driving frequency does not increase excessively, and a decrease in circuit efficiency can be avoided. That is, dimming control can be executed without reducing circuit efficiency in a state where the dimming degree is low. Fortunately, when the dimming level is low, the switching loss is small, and the power factor is hardly affected even if the drive cycle is not adjusted (soft switching control). For this reason, even if it is dimming control from zero percent, it can dimm efficiently.

また、本発明において前記制御手段は、前記調光度が基準値以上の範囲から基準値以下の範囲へ移行する場合、移行直前の前記駆動周期の2倍以上、10倍以下の範囲で前記駆動周期を固定する。   In the present invention, when the dimming degree shifts from a range greater than or equal to a reference value to a range less than or equal to the reference value, the control means may drive the drive cycle within a range of 2 to 10 times the drive cycle immediately before the transition. To fix.

本発明によれば、駆動周期を固定する場合に、固定する直前の駆動周期の長さをそのまま使って駆動周期を固定しても構わない。しかし、固定する時点での駆動周期が比較的短い場合に、さらに調光度を小さくするにはオン幅をもっと短縮しなければならない。駆動周期が固定されているので、オン幅が短縮されるとオフ幅が長くなり、オフ期間で、インダクタからのエネルギー放出が終わってもすぐにはターン・オンしない。そのため、エネルギー放出が完了すると、スイッチング素子の出力容量に蓄えられた電荷がスイッチング素子とインダクタと間で自由振動を始める。スイッチング素子とインダクタとの接続点の電位差を検出することで、この自由振動を捕らえることができる(図4(B)のドレイン波形、および、図6(B)のソース波形を参照)。調光度が低い状態では、この電荷の自由振動の生じている間に、ターン・オンすると、回路動作が不安定になったり、変動が発生したり、リニアリティが得られなかったりという問題が生じる場合がある。そのため、本発明では、固定する直前の駆動周期の2倍〜10倍の値で駆動周期を固定するように構成した。この場合、LEDに流れる直流電流の大きさが不連続になることを避けるため、駆動周期を固定するのと同時にオン幅もほぼ同程度の倍率(2倍〜10倍)に拡大させることになる。このように、さらに調光度を小さくした場合でも、オフ幅の実長が比較的長い状態で維持されるので、上記の電荷の自由振動がある程度減衰してからターン・オンする(図4(B)および図6(B)のゲート信号を参照)。このため、調光度が低い状態における回路動作の不安定化、変動の発生、リニアリティの喪失といった問題を回避できる。   According to the present invention, when the driving cycle is fixed, the driving cycle may be fixed using the length of the driving cycle immediately before fixing as it is. However, when the driving cycle at the time of fixing is relatively short, the ON width must be further shortened in order to further reduce the dimming degree. Since the driving cycle is fixed, when the ON width is shortened, the OFF width becomes long, and even when the energy emission from the inductor ends in the OFF period, the turn-on does not occur immediately. For this reason, when the energy release is completed, the electric charge stored in the output capacitance of the switching element starts free vibration between the switching element and the inductor. This free vibration can be captured by detecting the potential difference at the connection point between the switching element and the inductor (see the drain waveform in FIG. 4B and the source waveform in FIG. 6B). When the dimming level is low, turning on while the free oscillation of this charge is occurring may cause problems such as unstable circuit operation, fluctuation, or inability to obtain linearity. There is. Therefore, in the present invention, the drive cycle is fixed at a value twice to 10 times the drive cycle immediately before fixing. In this case, in order to avoid the discontinuity of the magnitude of the direct current flowing through the LED, at the same time as the driving period is fixed, the ON width is enlarged to approximately the same magnification (2 to 10 times). . In this way, even when the dimming degree is further reduced, the actual length of the off width is maintained in a relatively long state, so that the free oscillation of the charge is attenuated to some extent and the turn-on is performed (FIG. 4B ) And the gate signal in FIG. 6B). For this reason, problems such as unstable circuit operation, occurrence of fluctuations, and loss of linearity in a state where the dimming degree is low can be avoided.

さらに、本発明において前記制御手段は、前記調光度が基準値以上の範囲から基準値以下の範囲へ移行する場合に、前記基準値として減少用基準値を使用し、
前記調光度が基準値以下の範囲から基準値以上の範囲へ移行する場合に、前記基準値として増加用基準値を使用し、
前記増加用基準値は、前記減少用基準値よりも大きい値に設定されている。
Further, in the present invention, when the dimming degree shifts from a range above the reference value to a range below the reference value, the control means uses a reduction reference value as the reference value,
When the dimming degree shifts from a range below the reference value to a range above the reference value, an increase reference value is used as the reference value,
The increase reference value is set to a value larger than the decrease reference value.

本発明では、調光度が基準値以上である範囲を、ソフトスイッチング制御の範囲として、調光度が基準値以下である範囲を、周波数固定制御の範囲としている。本発明によれば、ソフトスイッチング制御から周波数固定制御へ移行する場合の減少用基準値と、周波数固定制御からソフトスイッチング制御へ移行する場合の増加用基準値とに差を設けて、増加用基準値を減少用基準値よりも大きい値にした。このため、調光度を増加させた場合の制御方式の移行と、調光度を減少させた場合の制御方式の移行との間に、ヒステリシス特性が付与される。すなわち、調光度が基準値に一致する値に指定されたとしても、制御方式の移行が頻繁に生じることがなく、移行回数が減少して、安定した制御を実行することができる。   In the present invention, the range in which the dimming degree is equal to or greater than the reference value is set as the soft switching control range, and the range in which the dimming degree is equal to or less than the reference value is set as the frequency fixed control range. According to the present invention, a difference is provided between the decrease reference value when shifting from the soft switching control to the frequency fixed control and the increase reference value when shifting from the frequency fixed control to the soft switching control, and the increase reference value is set. The value was set larger than the reference value for reduction. For this reason, a hysteresis characteristic is provided between the shift of the control method when the dimming degree is increased and the shift of the control method when the dimming degree is decreased. In other words, even if the dimming degree is designated as a value that matches the reference value, the control method does not frequently change, and the number of times of transfer can be reduced and stable control can be executed.

本発明の第1実施形態に係るLED照明器具の全体構成図である。It is a whole block diagram of the LED lighting fixture which concerns on 1st Embodiment of this invention. 前記LED照明器具における調光度とスイッチング制御方式との関係を説明するグラフである。It is a graph explaining the relationship between the light control degree in the said LED lighting fixture, and a switching control system. 前記調光度のレベル毎のFET駆動波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows FET drive waveform for every level of the said light control degree. 本実施形態における前記FET駆動波形をスイッチング素子に与えた場合のドレイン波形、駆動電圧、駆動電流を示す図であり、(A)はソフトスイッチング制御時、(B)は周波数固定制御時を示す。It is a figure which shows the drain waveform at the time of giving the said FET drive waveform in this embodiment to a switching element, a drive voltage, and a drive current, (A) shows the time of soft switching control, (B) shows the time of frequency fixed control. 本発明の第2実施形態に係るLED照明器具の全体構成図である。It is a whole block diagram of the LED lighting fixture which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本実施形態におけるFET駆動波形をスイッチング素子に与えた場合のドレイン波形、駆動電圧、駆動電流を示す図であり、(A)はソフトスイッチング制御時、(B)は周波数固定制御時を示す。It is a figure which shows the drain waveform at the time of giving the FET drive waveform in this embodiment to a switching element, a drive voltage, and a drive current, (A) shows the time of soft switching control, (B) shows the time of frequency fixed control.

第1実施形態
以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態について説明する。
図1は第1実施形態に係るLED照明器具の全体構成図である。LED照明器具は、LED素子列2と、このLED素子列に直流電源を供給するLED電源回路4とを有して構成されている。なお、LED電源回路には交流電源ACが供給される。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS First Embodiment Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an LED lighting apparatus according to the first embodiment. The LED lighting apparatus includes an LED element array 2 and an LED power supply circuit 4 that supplies a DC power to the LED element array. The LED power supply circuit is supplied with AC power AC.

<LED電源回路の全体構成>
LED電源回路4は、入力部6、変換部8、電圧検出部(R2、R3)、電流検出部(R5,OA)、および、スイッチング周期終了検出部16を備える。入力部は、ノイズ除去回路(C1,T1,C2)と全波整流回路DBとバイパスコンデンサC3とを有する。
<Overall configuration of LED power supply circuit>
The LED power supply circuit 4 includes an input unit 6, a conversion unit 8, a voltage detection unit (R2, R3), a current detection unit (R5, OA), and a switching cycle end detection unit 16. The input unit includes a noise removal circuit (C1, T1, C2), a full-wave rectification circuit DB, and a bypass capacitor C3.

ノイズ除去回路は、1組のノイズ防止用コンデンサC1,C2と、チョークコイルを有する。チョークコイルは1組のコイルT1からなる。2つのコイルT1は、交流電源ACの入力端子10、11に接続される各ラインに1つずつ挿入されている。また、第1のノイズ防止用コンデンサC1はコイルT1の交流電源側の端子間に接続され、第2のノイズ防止用コンデンサC2はコイルT1のLED素子列側の端子間に接続されている。これにより、交流電力に含まれるノーマルモードのノイズがノイズ防止用コンデンサC1,C2で除去され、コモンモードのノイズの変換部への進入がチョークコイルT1により阻止される。   The noise removing circuit has a set of noise preventing capacitors C1 and C2 and a choke coil. The choke coil is composed of a set of coils T1. Two coils T1 are inserted in each line connected to the input terminals 10 and 11 of the AC power supply AC. The first noise prevention capacitor C1 is connected between terminals on the AC power supply side of the coil T1, and the second noise prevention capacitor C2 is connected between terminals on the LED element array side of the coil T1. As a result, the noise in the normal mode included in the AC power is removed by the noise preventing capacitors C1 and C2, and the common mode noise is prevented from entering the conversion unit by the choke coil T1.

全波整流回路DBは、ダイオードブリッジなどで構成され、第2のノイズ除去用コンデンサC2の両端子間電圧を入力電圧として印加される。バイパスコンデンサC3は、全波整流回路DBの出力端同士を結ぶもので、全波整流回路DBからの整流電流を部分平滑するため、および、後述のスイッチング素子Q1のオンオフ駆動により断続された電流の影響がAC側に及ぶことを防止するバイパスとして設けられている。   The full-wave rectifier circuit DB is configured by a diode bridge or the like, and is applied with the voltage between both terminals of the second noise removing capacitor C2 as an input voltage. The bypass capacitor C3 connects the output ends of the full-wave rectifier circuit DB. The bypass capacitor C3 is used to partially smooth the rectified current from the full-wave rectifier circuit DB and to interrupt current that is interrupted by on / off driving of the switching element Q1 described later. It is provided as a bypass that prevents the influence from reaching the AC side.

変換部8は、全波整流回路DBの出力端子間に接続されたフライバック・コンバータである。この変換部8の機能は、全波整流回路DBからの整流電流を電力変換して、変換部8の出力端子12,13間に接続された出力コンデンサC5(電解コンデンサ)を充電することである。また、変換部8の出力端子12,13に接続されたLED素子列2へ、出力コンデンサC5に蓄えられたエネルギーを用いて、所定の大きさの連続する直流電流を供給することである。さらに、変換部8は、力率改善回路としても機能し、全波整流回路DBに入力される交流電流を歪みのない正弦波に整形できる。   The converter 8 is a flyback converter connected between the output terminals of the full-wave rectifier circuit DB. The function of the converter 8 is to convert the rectified current from the full-wave rectifier circuit DB into power and charge the output capacitor C5 (electrolytic capacitor) connected between the output terminals 12 and 13 of the converter 8. . In addition, a continuous direct current of a predetermined magnitude is supplied to the LED element array 2 connected to the output terminals 12 and 13 of the conversion unit 8 using the energy stored in the output capacitor C5. Furthermore, the converter 8 also functions as a power factor correction circuit and can shape the alternating current input to the full-wave rectifier circuit DB into a sine wave without distortion.

変換部8の具体的な構成は以下の通りである。変換部8は、フライバック・トランスT2と、スイッチング素子Q1と、2次側ダイオードD2と、出力コンデンサC5と、スイッチング素子Q1を制御する制御回路14とを有する。トランスT2は、全波整流後の整流電圧を一次電圧として用いて二次電圧を出力コンデンサC5に印加する。   The specific configuration of the conversion unit 8 is as follows. The converter 8 includes a flyback transformer T2, a switching element Q1, a secondary side diode D2, an output capacitor C5, and a control circuit 14 that controls the switching element Q1. The transformer T2 applies the secondary voltage to the output capacitor C5 using the rectified voltage after full-wave rectification as the primary voltage.

スイッチング素子Q1とトランスT2の一次巻線T2aとの直列回路は、全波整流回路DBの出力端子間に接続されている。この直列回路は、本発明のインダクタとスイッチング素子との直列接続に相当する。スイッチング素子Q1のドレイン側端子は、一次巻線T2aに接続され、Q1のソース側端子は、全波整流回路DBの負極端子側であるグラウンドラインに接続されている。スイッチング素子Q1にはNチャネルのエンハンスメント形のMOSFETを使用する。制御回路14に設けられている駆動回路からスイッチング素子Q1のゲートに駆動電流が供給されてゲート電圧が生じると、ドレイン−ソース間に電流が流れる。この状態をスイッチング素子Q1のオン状態という。一方、ゲートに駆動電流が供給されず、ドレイン電流が流れない状態をオフ状態という。そして、スイッチング素子Q1のオンオフ駆動により二次巻線T2bに二次電圧が誘起される。   A series circuit of the switching element Q1 and the primary winding T2a of the transformer T2 is connected between the output terminals of the full-wave rectifier circuit DB. This series circuit corresponds to a series connection of the inductor and the switching element of the present invention. The drain side terminal of the switching element Q1 is connected to the primary winding T2a, and the source side terminal of Q1 is connected to the ground line on the negative terminal side of the full-wave rectifier circuit DB. An N-channel enhancement type MOSFET is used as the switching element Q1. When a drive current is supplied from the drive circuit provided in the control circuit 14 to the gate of the switching element Q1 to generate a gate voltage, a current flows between the drain and the source. This state is called the ON state of the switching element Q1. On the other hand, a state where no drive current is supplied to the gate and no drain current flows is called an off state. A secondary voltage is induced in the secondary winding T2b by the on / off driving of the switching element Q1.

二次巻線T2bの端子間には、二次側ダイオードD2と出力コンデンサC5の直列回路が接続されている。二次側ダイオードD2は、発生した二次電流を整流する。整流後の二次電流は、出力コンデンサC5の正極に供給され、これを充電する。なお、LED素子列2と抵抗R5の直列回路が、出力コンデンサC5の両端子間を結ぶように接続されている。   A series circuit of a secondary diode D2 and an output capacitor C5 is connected between the terminals of the secondary winding T2b. The secondary diode D2 rectifies the generated secondary current. The secondary current after rectification is supplied to the positive electrode of the output capacitor C5 to charge it. A series circuit of the LED element array 2 and the resistor R5 is connected so as to connect both terminals of the output capacitor C5.

変換部8にもノイズ除去回路(D1,C4,R4)が設けられている。ノイズ除去回路は、一次側ダイオードD1およびノイズ除去コンデンサC4の直列回路と、抵抗R4とを有している。D1とC4の直列回路は、トランスの一次巻線T2aの両端子を結ぶように接続されている。つまり、一次側ダイオードD1のアノード側端子は、一次巻線T2aとスイッチング素子Q1の接続点につながれ、カソード側端子はノイズ除去コンデンサC4に接続される。ノイズ除去コンデンサC4および抵抗R4は並列回路を形成している。   The conversion unit 8 is also provided with a noise removal circuit (D1, C4, R4). The noise removal circuit includes a series circuit of a primary side diode D1 and a noise removal capacitor C4, and a resistor R4. The series circuit of D1 and C4 is connected so as to connect both terminals of the primary winding T2a of the transformer. That is, the anode side terminal of the primary side diode D1 is connected to the connection point between the primary winding T2a and the switching element Q1, and the cathode side terminal is connected to the noise elimination capacitor C4. The noise removal capacitor C4 and the resistor R4 form a parallel circuit.

電圧検出部は、抵抗R2,R3の直列回路であり、全波整流回路DBの出力端子間に設けられている。全波整流回路DBの出力端子間に発生する全波整流波形を制御回路14で認識可能な電圧値まで抵抗R2,R3で分圧し、その分圧波形を制御回路14に送る。制御回路14は、抵抗R2,R3の抵抗値に基づいて、入力された分圧信号波形から実質的な全波整流波形を取得することができる。   The voltage detector is a series circuit of resistors R2 and R3, and is provided between the output terminals of the full-wave rectifier circuit DB. The full-wave rectified waveform generated between the output terminals of the full-wave rectifier circuit DB is divided by resistors R2 and R3 to a voltage value that can be recognized by the control circuit 14, and the divided waveform is sent to the control circuit 14. Based on the resistance values of the resistors R2 and R3, the control circuit 14 can acquire a substantially full-wave rectified waveform from the input divided signal waveform.

電流検出部は、出力コンデンサC5の負極側端子とLED素子列2の負側端子とを結ぶ抵抗R5と、絶縁型オペアンプOAからなる。そして、抵抗R5のLED素子側の端子電圧が、絶縁型オペアンプOAを介して検出されて、検出値が制御回路14へ送られる。制御回路14では、抵抗R5の抵抗値に基づいて、抵抗R5の電圧の検出値より駆動電流が取得される。   The current detection unit includes a resistor R5 connecting the negative terminal of the output capacitor C5 and the negative terminal of the LED element array 2 and an insulating operational amplifier OA. Then, the terminal voltage on the LED element side of the resistor R5 is detected via the isolated operational amplifier OA, and the detected value is sent to the control circuit 14. In the control circuit 14, the drive current is acquired from the detected value of the voltage of the resistor R5 based on the resistance value of the resistor R5.

スイッチング周期終了検出部16は、スイッチング素子Q1のドレイン側の電位を取得するため、スイッチング素子Q1のドレイン−ソース間の電位差を検出し、その検出値を制御回路14に与える。制御回路14では、送られてきた電位差の検出値に基づいて、スイッチング駆動周期の終了タイミングを取得する。   The switching cycle end detection unit 16 detects the potential difference between the drain and source of the switching element Q1 in order to acquire the potential on the drain side of the switching element Q1, and gives the detected value to the control circuit 14. In the control circuit 14, the end timing of the switching drive cycle is acquired based on the detected value of the potential difference.

次に、制御回路14の具体的な構成例を説明する。制御回路14は、マイクロコンピュータ(CPU)と、電圧などの検出用のADコンバータと、スイッチング素子Q1に駆動電流を供給するMOSFET駆動回路と、ROMおよびRAMとを有する。   Next, a specific configuration example of the control circuit 14 will be described. The control circuit 14 includes a microcomputer (CPU), an AD converter for detecting voltage and the like, a MOSFET drive circuit that supplies a drive current to the switching element Q1, and a ROM and a RAM.

CPUは、電流検出部(R5,OA)からの検出値に基づいてLED素子列2の駆動電流値を算出する。この駆動電流値が、調光度に応じた駆動電流値になるように、オン幅(オン状態の期間)が決定される。また、CPUは、スイッチング周期終了検出部16からの電位差の検出値に基づいて、スイッチング駆動周期の終了タイミングを取得する。例えば、スイッチング素子Q1のオフ状態において、電位差がほぼ最小値になるタイミングを検出して、ターン・オンのタイミングとして用いてもよい。   The CPU calculates the drive current value of the LED element array 2 based on the detection value from the current detection unit (R5, OA). The ON width (ON state period) is determined so that the drive current value becomes a drive current value corresponding to the dimming degree. Further, the CPU acquires the end timing of the switching drive cycle based on the detected value of the potential difference from the switching cycle end detection unit 16. For example, when the switching element Q1 is in the off state, the timing at which the potential difference becomes almost the minimum value may be detected and used as the turn-on timing.

CPUは、決定したスイッチングの駆動周期とオン幅の情報を有する指令信号をスイッチング素子用のMOSFET駆動回路に送る。この駆動回路は、指令信号に基づく駆動電流をスイッチング素子Q1へ供給し、スイッチング素子Q1をオンオフ駆動させる。スイッチング素子Q1のオンオフ駆動によって、出力コンデンサC5に整流電流に基づくエネルギーが蓄積される。そして出力コンデンサC5に蓄積されたエネルギーによってLED素子列2に所定の大きさの駆動電流が供給される。   The CPU sends a command signal having information on the determined switching drive cycle and ON width to the MOSFET drive circuit for the switching element. This drive circuit supplies a drive current based on the command signal to the switching element Q1 to drive the switching element Q1 on and off. By turning on / off the switching element Q1, energy based on the rectified current is stored in the output capacitor C5. Then, a drive current of a predetermined magnitude is supplied to the LED element array 2 by the energy accumulated in the output capacitor C5.

本実施形態では変換部8に内蔵されたICチップが制御回路14に相当する。制御回路14としては、ICチップではなく、変換部8から独立して設けられた回路などでも良い。   In the present embodiment, the IC chip built in the conversion unit 8 corresponds to the control circuit 14. The control circuit 14 may be a circuit provided independently of the conversion unit 8 instead of an IC chip.

図1のように制御回路14を機能ブロックで表現すると、制御回路14は、調光度判断部20、駆動周期決定部22、オン幅決定部24を有する。以下の説明では、これらの機能ブロックを用いることにする。調光度判断部20は、予め設定された2種類の基準値(減少用基準値および増加用基準値)を使って、指定された調光度がいずれか一方の基準値よりも大きいか、あるいは小さいかを判断する。   When the control circuit 14 is expressed by functional blocks as shown in FIG. 1, the control circuit 14 includes a dimming degree determination unit 20, a drive cycle determination unit 22, and an ON width determination unit 24. In the following description, these functional blocks will be used. The dimming degree determination unit 20 uses two preset reference values (decrease reference value and increase reference value), and the specified dimming degree is larger or smaller than one of the reference values. Determine whether.

図2は、縦軸を調光度とし横軸を時間軸として、時間経過に伴って調光度を山状に変化させた場合を表わしている。また、縦軸に調光度の基準値を2つ設けている。低い方の設定値Loは減少用基準値であり、高い方の設定値Hiは増加用基準値である。   FIG. 2 shows a case where the dimming degree is changed in a mountain shape with the passage of time, with the vertical axis representing the dimming level and the horizontal axis representing the time axis. In addition, two reference values for the dimming degree are provided on the vertical axis. The lower set value Lo is a decrease reference value, and the higher set value Hi is an increase reference value.

<調光度が基準値より大きい場合のソフトスイッチング制御について>
まず、調光度が設定値Hiより大きい範囲(図2で調光度を最大設定値から徐々に減少させていく過程)で変化する場合について説明する。
オン幅決定部24は、指定された調光度に対応する駆動電流値をデータテーブルから読み取り、駆動電流の検出値がデータテーブルの駆動電流値に近づくようにスイッチング素子Q1のスイッチングのオン幅を調整する。
また、駆動周期決定部22は、スイッチング周期終了検出部16からの電位差の検出値に基づいて、スイッチング駆動周期の終了タイミングを取得し、この終了タイミングでターン・オンする。これによって、スイッチングの駆動周波数は検出値に応じて変化し、ソフトスイッチング制御が実行される。
<About soft switching control when the dimming degree is larger than the reference value>
First, the case where the dimming degree changes in a range larger than the set value Hi (the process of gradually decreasing the dimming degree from the maximum set value in FIG. 2) will be described.
The on-width determining unit 24 reads the driving current value corresponding to the designated dimming degree from the data table, and adjusts the on-width of switching of the switching element Q1 so that the detected value of the driving current approaches the driving current value of the data table. To do.
Further, the drive cycle determination unit 22 acquires the end timing of the switching drive cycle based on the detected value of the potential difference from the switching cycle end detection unit 16, and turns on at this end timing. As a result, the switching drive frequency changes according to the detected value, and soft switching control is executed.

図3に、スイッチング素子Q1のゲートに送られるFET駆動波形を示す。調光度「大」の場合の駆動波形を同図(A)に示し、調光度「中」の場合の駆動波形を同図(B)に示す。いずれもソフトスイッチング制御の領域での駆動波形であり、調光度が減少するにつれて駆動周期が短くなる。また、駆動周期に対するオン幅の割合(オンデューティ)については、調光度が減少するにつれてオンデューティも小さくなる。   FIG. 3 shows an FET drive waveform sent to the gate of the switching element Q1. The driving waveform when the dimming degree is “large” is shown in FIG. 5A, and the driving waveform when the dimming degree is “medium” is shown in FIG. Both are driving waveforms in the soft switching control region, and the driving cycle becomes shorter as the dimming degree decreases. As for the ratio of the ON width to the drive cycle (ON duty), the ON duty decreases as the dimming degree decreases.

スイッチング素子Q1のオン状態では、全波整流電流がトランスT2の磁性体に磁場のエネルギーとして蓄積され、オフ状態では二次側に誘起される二次電圧に基づいて電流が流れ、出力コンデンサC5が充電される。制御回路14によるオン幅の調整により、LED素子列2の駆動電流を所定の大きさに制御することができる。   In the on state of the switching element Q1, the full-wave rectified current is accumulated as magnetic field energy in the magnetic body of the transformer T2, and in the off state, a current flows based on the secondary voltage induced on the secondary side, and the output capacitor C5 Charged. By adjusting the ON width by the control circuit 14, the drive current of the LED element array 2 can be controlled to a predetermined magnitude.

<調光度が基準値より小さい場合のスイッチング周波数固定制御について>
図2で、調光度が設定値Loより小さくなった場合について説明する。
オン幅決定部24は、指定された調光度に対応する駆動電流値をデータテーブルから読み取り、駆動電流の検出値がデータテーブルの駆動電流値に近づくようにスイッチング素子Q1のスイッチングのオン幅を制御する。
<Switching frequency fixed control when the dimming degree is smaller than the reference value>
A case where the dimming degree becomes smaller than the set value Lo will be described with reference to FIG.
The on-width determining unit 24 reads the driving current value corresponding to the designated dimming degree from the data table, and controls the on-width of switching of the switching element Q1 so that the detected value of the driving current approaches the driving current value of the data table. To do.

一方、駆動周期決定部22は、駆動周期を固定する。本実施形態では、駆動周期を固定する場合に、固定する直前の駆動周期をそのまま使わないで、固定する直前の駆動周期の2倍〜10倍の値で駆動周期を固定する。また、LEDに流れる直流電流の大きさが不連続になることを避けるため、駆動周期決定部22が駆動周期を固定するのと同時に、オン幅決定部24がオン幅をほぼ同程度の倍率(2倍〜10倍)に拡大させる。さらに調光度が小さくなった場合でも、オフ幅の実長が比較的長い状態で維持されるので、回路動作の不安定化、変動の発生、リニアリティの喪失といった問題を回避できる。   On the other hand, the drive cycle determination unit 22 fixes the drive cycle. In the present embodiment, when the drive cycle is fixed, the drive cycle immediately before fixing is not used as it is, but the drive cycle is fixed at a value twice to 10 times the drive cycle immediately before fixing. Further, in order to avoid the discontinuity of the magnitude of the direct current flowing through the LED, the ON period determining unit 24 fixes the ON period at the same time as the driving period determining unit 22 fixes the driving period. (2 times to 10 times). Further, even when the dimming degree is reduced, the actual length of the off width is maintained in a relatively long state, so that problems such as unstable circuit operation, occurrence of fluctuation, and loss of linearity can be avoided.

図3(B)、(C)を用いて、スイッチング素子Q1の制御方式が移行した場合のFET駆動波形の変化を示す。同図(B)の調光度「中」が、設定値Loに達する直前の調光度であるとする。そして、調光度が減少して設定値Loに達し、制御方式がソフトスイッチ制御から周波数固定制御に移行した後の調光度「小」での駆動波形を同図(C)に示す。   3B and 3C show changes in the FET drive waveform when the control method of the switching element Q1 is shifted. Assume that the light control level “medium” in FIG. 5B is the light control level immediately before reaching the set value Lo. The driving waveform at the dimming level “small” after the dimming level decreases to reach the set value Lo and the control method shifts from the soft switch control to the frequency fixed control is shown in FIG.

制御方式の移行によって、移行直後の駆動周期は、移行直前の駆動周期のほぼ7倍に広がっている。その後、調光度が減少しても駆動周期は変化しないで一定となる。移行直後のオン幅についても、移行直前のオン幅のほぼ7倍に広がる(同図(C)の破線で示す)。その後、調光後が減少するに従って、オン幅も狭くなる(同図(C)の実線で示す)。   Due to the shift of the control method, the drive cycle immediately after the shift is expanded to approximately seven times the drive cycle immediately before the shift. After that, even if the dimming degree decreases, the driving cycle does not change and becomes constant. The on-width immediately after the transition also increases approximately seven times the on-width immediately before the transition (indicated by the broken line in FIG. 3C). Thereafter, the ON width becomes narrower as the amount after dimming decreases (indicated by the solid line in FIG. 3C).

なお、移行直後の駆動周期を直前の1倍のままにする場合は、その後、オン幅の調整だけで調光制御すると、一次巻線T2aに流れるピーク電流が断続することになり、これによって、スイッチング素子Q1の発熱が大きくなってしまう。駆動周期を移行直前の1〜2倍にする場合は、一次巻線T2aの自由振動の状態の振幅がまだ大きい状態でターン・オンするので、LEDに流れる電流に振動成分が含まれてしまう。一方、移行直前の10倍を越える駆動周期にする場合は、スイッチングの駆動周波数が低くなり過ぎて可聴周波数の帯域に入ってしまい、異音が生じてしまう。また、一次巻線T2aに流れるピーク電流が大きくなり過ぎて、磁気飽和を起こす可能性もある。そのため、本発明では、駆動周期を固定する場合には、移行直前の駆動周期の2倍〜10倍の値で固定する。また、この駆動周期の固定範囲は、マイクロコンピュータ(MCU)を用いて駆動制御する場合に容易に制御できる範囲内でもある。   In addition, when the drive cycle immediately after the transition is left as it is immediately before, when the dimming control is performed only by adjusting the ON width, the peak current flowing through the primary winding T2a is intermittently interrupted. The heat generation of the switching element Q1 is increased. When the drive cycle is set to 1 to 2 times immediately before the transition, the primary winding T2a is turned on in a state where the amplitude of the free vibration state is still large, and thus the vibration component is included in the current flowing through the LED. On the other hand, when the drive cycle exceeds 10 times just before the transition, the switching drive frequency becomes too low and enters the audible frequency band, and noise is generated. In addition, the peak current flowing through the primary winding T2a becomes too large, which may cause magnetic saturation. Therefore, in the present invention, when the driving cycle is fixed, the driving cycle is fixed at a value 2 to 10 times the driving cycle immediately before the transition. The fixed range of the drive cycle is also within a range that can be easily controlled when drive control is performed using a microcomputer (MCU).

スイッチング素子Q1のオン状態では、全波整流電流がトランスT2の磁性体に磁場のエネルギーとして蓄積され、オフ状態では二次側に誘起される二次電圧に基づいて電流が流れ、出力コンデンサC5が充電される。制御回路14によるオン幅の調整により、LED素子列2の駆動電流を所定の大きさに制御することができる。   In the on state of the switching element Q1, the full-wave rectified current is accumulated as magnetic field energy in the magnetic body of the transformer T2, and in the off state, a current flows based on the secondary voltage induced on the secondary side, and the output capacitor C5 Charged. By adjusting the ON width by the control circuit 14, the drive current of the LED element array 2 can be controlled to a predetermined magnitude.

<ヒステリシス特性について>
次に、本発明のスイッチング駆動制御におけるヒステリシス特性について説明する。
図2に示すように、調光度が減少する場合は、設定値Hiを減少用基準値として用いる。また、調光度が増加する場合は、設定値Hiよりも低く設定された設定値Loを増加用基準値として用いる。すなわち、ソフトスイッチング制御から周波数固定制御へ移行する場合の減少用基準値と、周波数固定制御からソフトスイッチング制御へ移行する場合の増加用基準値とに差を設けて、増加用基準値が減少用基準値よりも大きい値にした。
<About hysteresis characteristics>
Next, the hysteresis characteristic in the switching drive control of the present invention will be described.
As shown in FIG. 2, when the dimming degree is decreased, the set value Hi is used as a decrease reference value. When the dimming degree increases, the set value Lo set lower than the set value Hi is used as the increase reference value. In other words, there is a difference between the decrease reference value when shifting from soft switching control to frequency fixed control and the increase reference value when shifting from frequency fixed control to soft switching control. The value was larger than the reference value.

本実施形態では、調光度を増加させた場合の制御方式の移行と、調光度を減少させた場合の制御方式の移行との間に、ヒステリシス特性が付与される。すなわち、増加用基準値と減少用基準値とが同じ値である場合に、調光度が基準値と一致する値に指定されると、制御方式がソフトスイッチング制御と周波数固定制御との間を行ったり来たりして、その都度、制御方式の移行のための計算をMCUが実行することになり、ちらつき発生の原因になる可能性がある。ヒステリシス特性が付与されていれば、調光度が基準値と一致するような場合であっても、制御方式の移行が頻繁に生じることがなく、移行回数が減少して、安定した制御を実行することができる。   In this embodiment, a hysteresis characteristic is provided between the shift of the control method when the dimming degree is increased and the shift of the control method when the dimming degree is decreased. That is, when the reference value for increase and the reference value for decrease are the same value, if the dimming degree is specified to a value that matches the reference value, the control method performs between soft switching control and frequency fixed control. Each time, the MCU performs a calculation for shifting the control method, which may cause flickering. If the hysteresis characteristics are given, even if the dimming degree matches the reference value, the control method does not frequently change, and the number of times of the transfer is reduced and stable control is executed. be able to.

以上のように、本実施形態では、インダクタとスイッチング素子の直列接続を含む高周波スイッチング回路を用いて、そのスイッチング素子のオン幅および駆動周期を調整するように構成したので、LED素子列への駆動電流の大きさを制御することができる。その結果、LEDの駆動電流を断続させることなく、所望の調光度に応じたLEDの調光制御を実行することができる。従って、周辺環境に与えるノイズレベルが小さく、人の目に優しく疲労感を生じさせにくいLED電源回路を提供することができる。
さらに、本実施形態によれば、調光度が小さくなった場合に駆動周期を固定して、オン幅の増減だけで駆動電流の大きさを制御するように構成したので、回路効率を低下させることなく調光制御を実行することができる。このため、ゼロ・パーセントからの調光制御を効率良く実行できる。
As described above, in the present embodiment, the high frequency switching circuit including the series connection of the inductor and the switching element is used to adjust the ON width and the driving cycle of the switching element. The magnitude of the current can be controlled. As a result, LED dimming control according to a desired dimming degree can be executed without intermittently driving the LED drive current. Therefore, it is possible to provide an LED power supply circuit that has a low noise level to the surrounding environment and is gentle to human eyes and hardly causes fatigue.
Furthermore, according to the present embodiment, when the dimming degree is reduced, the drive cycle is fixed, and the magnitude of the drive current is controlled only by increasing / decreasing the ON width, thereby reducing the circuit efficiency. Dimming control can be executed without any problem. For this reason, dimming control from zero percent can be executed efficiently.

さらに、図1の本実施形態のLED電源回路4によれば、低力率で直流電流を供給することも、高力率で直流電流を供給することもできる。低力率とは力率改善制御を実行しない場合の供給方式を示し、高力率とは力率改善制御を実行した場合の供給方式を示す。   Furthermore, according to the LED power supply circuit 4 of the present embodiment in FIG. 1, it is possible to supply a direct current with a low power factor or to supply a direct current with a high power factor. The low power factor indicates a supply method when power factor improvement control is not executed, and the high power factor indicates a supply method when power factor improvement control is executed.

低力率の供給方式では、バイパスコンデンサC3に容量の大きいものを採用することにより、コンデンサC3にてリップル電圧が平滑化されて小さくなる。この状態で、定電流制御(調光)を行なえば、リップル成分の比較的少ない直流電流をLED素子列2に供給することができる。   In the low power factor supply method, by adopting a capacitor having a large capacity as the bypass capacitor C3, the ripple voltage is smoothed and reduced by the capacitor C3. If constant current control (dimming) is performed in this state, a direct current with a relatively small ripple component can be supplied to the LED element array 2.

また、高力率の供給方式では、バイパスコンデンサC3に容量の小さいものを採用する。そして、リップル電圧を以下のようにして抑制する。まず、スイッチングのオン幅を調整するため、交流電源ACの一周期(例えば50Hzの場合は10msecになる)の整数倍の期間における、LED素子列2の駆動電流の平均値を検出する。この平均値が調光度に応じた駆動電流値になるように、オン幅が調整される。制御回路14は、このオン幅を用いてスイッチング素子Q1をターン・オフする。これによって定電流制御(調光制御)が実行される。しかし、このままでは、LED素子列2に流れる直流電流のリップル成分が大きくなるので、さらにソフトスイッチング制御を実行する。ソフトスイッチング制御では、制御回路14はスイッチング周期終了検出部16からの電位差の検出値に基づいて、スイッチング駆動周期の終了タイミングを取得し、このタイミングでスイッチング素子Q1をターン・オンする。以上のソフトスイッチング制御により、交流電源ACからの入力電流は正弦波に近い波形になり、力率90%以上の高力率を実現することができる。   In the high power factor supply system, a bypass capacitor C3 having a small capacity is employed. And a ripple voltage is suppressed as follows. First, in order to adjust the ON width of switching, the average value of the drive currents of the LED element array 2 in a period that is an integral multiple of one cycle of the AC power supply AC (for example, 10 msec in the case of 50 Hz) is detected. The ON width is adjusted so that the average value becomes a drive current value corresponding to the dimming degree. The control circuit 14 turns off the switching element Q1 using this ON width. Thereby, constant current control (dimming control) is executed. However, since the ripple component of the direct current flowing through the LED element array 2 becomes large as it is, soft switching control is further executed. In the soft switching control, the control circuit 14 acquires the end timing of the switching drive cycle based on the detected value of the potential difference from the switching cycle end detection unit 16, and turns on the switching element Q1 at this timing. With the above soft switching control, the input current from the AC power supply AC has a waveform close to a sine wave, and a high power factor of 90% or more can be realized.

図4に本実施形態におけるFET駆動波形(ゲート信号)をスイッチング素子に与えた場合のドレイン波形、駆動電圧、駆動電流を示す。同図(A)はソフトスイッチング制御時、同図(B)は周波数固定制御時を示す。ドレイン波形は、スイッチング周期終了検出部16が検出するスイッチング素子Q1の両端子間の電位差の波形である。同図(B)では、周波数を固定してオン幅のみで調光を実行しているため、オフ期間の後半にてドレイン波形に乱れが生じている。これは、一次巻線T2aのエネルギー放出が完了した後、スイッチング素子Q1の出力容量に蓄えられた電荷がスイッチング素子Q1と一次巻線T2aと間で自由振動を始めるからである。本実施形態では、制御方式の移行によって、移行直後の駆動周期が、移行直前の駆動周期のほぼ7倍に広がっている。オフ幅も同様にほぼ7倍に広がっている。そのため、上記の自由振動がある程度減衰してから、ターン・オンすることになり、回路動作の不安定化、変動の発生、リニアリティの喪失といった問題が回避される。従って、スイッチングの駆動周期を固定しても、LEDの駆動電流が受ける影響は小さく、ほぼ一定の電流制御を実行できる。   FIG. 4 shows the drain waveform, drive voltage, and drive current when the FET drive waveform (gate signal) in this embodiment is applied to the switching element. FIG. 4A shows the soft switching control, and FIG. 4B shows the frequency fixing control. The drain waveform is a waveform of a potential difference between both terminals of the switching element Q1 detected by the switching cycle end detection unit 16. In FIG. 5B, since the frequency is fixed and the dimming is executed only with the ON width, the drain waveform is disturbed in the second half of the OFF period. This is because the charge stored in the output capacitance of the switching element Q1 starts free vibration between the switching element Q1 and the primary winding T2a after the energy release of the primary winding T2a is completed. In the present embodiment, due to the shift of the control method, the drive cycle immediately after the shift is expanded to approximately seven times the drive cycle immediately before the shift. Similarly, the off width is almost 7 times larger. For this reason, the above-described free vibration is attenuated to some extent and then turned on, and problems such as circuit operation instability, fluctuations, and loss of linearity are avoided. Therefore, even if the switching drive cycle is fixed, the influence of the LED drive current is small, and almost constant current control can be executed.

第2実施形態
図5は第2実施形態に係るLED照明器具の全体構成図である。LED照明器具は、LED素子列102と、このLED素子列に直流電源を供給するLED電源回路104とを有して構成されている。なお、LED電源回路には交流電源ACが供給される。
Second Embodiment FIG. 5 is an overall configuration diagram of an LED lighting apparatus according to a second embodiment. The LED lighting apparatus includes an LED element array 102 and an LED power supply circuit 104 that supplies a DC power to the LED element array. The LED power supply circuit is supplied with AC power AC.

LED電源回路104は、入力部106、変換部108、電流検出部R5、および、スイッチング周期終了検出部116を備える。入力部106は、交流電源ACの交流出力を整流する全波整流回路DBと、DBの出力端間に接続されDBの出力を平滑する平滑コンデンサC0とで構成され、交流電源ACの交流電圧を直流電圧に整流平滑する。   The LED power supply circuit 104 includes an input unit 106, a conversion unit 108, a current detection unit R5, and a switching cycle end detection unit 116. The input unit 106 includes a full-wave rectifier circuit DB that rectifies the AC output of the AC power supply AC, and a smoothing capacitor C0 that is connected between the output terminals of the DB and smoothes the output of DB. Rectify and smooth to DC voltage.

変換部108は、降圧チョッパー回路であり、全波整流回路DBからの整流電流を電力変換して、変換部108の出力端子間に接続された出力コンデンサC6を充電することである。また、変換部108の出力端子に接続されたLED素子列102へ、出力コンデンサC6に蓄えられたエネルギーを用いて、所定の大きさの連続する直流電流を供給することである。   The converter 108 is a step-down chopper circuit, which converts the rectified current from the full-wave rectifier circuit DB into power and charges the output capacitor C6 connected between the output terminals of the converter 108. In addition, a continuous direct current of a predetermined magnitude is supplied to the LED element array 102 connected to the output terminal of the conversion unit 108 using the energy stored in the output capacitor C6.

具体的には変換部108は、スイッチング素子Q1と、インダクタL1と、ダイオードD1と、出力コンデンサC6と、スイッチング素子Q1のオンオフを制御する制御回路114とで構成され、出力コンデンサC6の両端にLED素子列102が接続される。ここで、スイッチング素子Q1と、ダイオードD1と、インダクタL1とで降圧チョッパー回路を構成している。全波整流回路DBの一方の出力端にスイッチング素子Q1の一端を接続し、DBの他方の出力端とスイッチング素子Q1の他端の間にインダクタL1および出力コンデンサC6を直列に接続する。スイッチング素子Q1をオンにしてDBからの整流電流によってインダクタL1に磁気エネルギーを蓄積させ、スイッチング素子Q1をオンからオフに切り替えた際、磁気エネルギーの放出によるインダクタL1からの電流をLED素子列経由で再びインダクタL1に戻すように、インダクタL1およびコンデンサC6の直列回路の両端間を、インダクタL1に戻る方向のみ電流を流すダイオードD1で接続することによって構成されている。   Specifically, the converter 108 includes a switching element Q1, an inductor L1, a diode D1, an output capacitor C6, and a control circuit 114 that controls on / off of the switching element Q1, and an LED is connected to both ends of the output capacitor C6. The element row 102 is connected. Here, the switching element Q1, the diode D1, and the inductor L1 constitute a step-down chopper circuit. One end of the switching element Q1 is connected to one output end of the full-wave rectifier circuit DB, and an inductor L1 and an output capacitor C6 are connected in series between the other output end of DB and the other end of the switching element Q1. When the switching element Q1 is turned on and magnetic energy is accumulated in the inductor L1 by the rectified current from DB, and the switching element Q1 is switched from on to off, the current from the inductor L1 due to the release of magnetic energy is transmitted via the LED element array. In order to return to the inductor L1 again, both ends of the series circuit of the inductor L1 and the capacitor C6 are connected by a diode D1 that allows current to flow only in the direction returning to the inductor L1.

制御回路114は、抵抗R5を介してLED素子列102の駆動電流を検出し、駆動電流の検出値に応じてスイッチング素子Q1のオン幅を調整する。これによってLED素子列102に供給する直流電流が所定の大きさになるように制御している。   The control circuit 114 detects the drive current of the LED element array 102 via the resistor R5, and adjusts the ON width of the switching element Q1 according to the detected value of the drive current. Thus, the direct current supplied to the LED element array 102 is controlled to have a predetermined magnitude.

スイッチング周期終了検出部116は、スイッチング素子Q1のソース側の電位を取得するため、ダイオードD1の端子間の電位差を検出して、その検出値を制御回路114に与える。制御回路114では、送られてきた検出部116の検出値に基づいて、スイッチング駆動周期の終了タイミングを取得する。例えば、スイッチング素子Q1のオフ状態において、ダイオードD1の端子間の電位差が上昇するタイミングを検出して、ターン・オンのタイミングとして用いてもよい。   The switching cycle end detection unit 116 detects the potential difference between the terminals of the diode D1 and provides the detected value to the control circuit 114 in order to acquire the source-side potential of the switching element Q1. In the control circuit 114, the end timing of the switching drive cycle is acquired based on the detected value of the detection unit 116 that has been sent. For example, in the OFF state of the switching element Q1, the timing at which the potential difference between the terminals of the diode D1 increases may be detected and used as the turn-on timing.

本実施形態のLED照明器具においても、調光度が基準値より大きい場合にソフトスイッチング制御を実行し、調光度が基準値より小さい場合にスイッチング周波数固定制御を実行して、第1実施形態と同様の効果が得られる。   Also in the LED lighting apparatus of the present embodiment, soft switching control is executed when the dimming degree is larger than the reference value, and switching frequency fixing control is executed when the dimming degree is smaller than the reference value, as in the first embodiment. The effect is obtained.

図6に本実施形態におけるFET駆動波形をスイッチング素子Q1に与えた場合のソース波形、駆動電圧、駆動電流を示す。同図(A)はソフトスイッチング制御時、同図(B)は周波数固定制御時を示す。ソース波形は、スイッチング周期終了検出部116が検出するダイオードD1の両端子間の電位差の波形である。同図(B)では、周波数を固定してオン幅のみで調光を実行しているため、オフ期間の後半にてドレイン波形に乱れが生じているが、第1実施形態と同様に、乱れの原因である自由振動がある程度減衰してから、ターン・オンすることになり、回路動作の不安定化、変動の発生、リニアリティの喪失といった問題が回避される。従って、スイッチングの駆動周期を固定しても、LEDの駆動電流が受ける影響は小さく、ほぼ一定の電流制御を実行できる。   FIG. 6 shows the source waveform, drive voltage, and drive current when the FET drive waveform in this embodiment is applied to the switching element Q1. FIG. 4A shows the soft switching control, and FIG. 4B shows the frequency fixing control. The source waveform is a waveform of a potential difference between both terminals of the diode D1 detected by the switching cycle end detection unit 116. In FIG. 5B, the dimming is performed in the second half of the off period because the dimming is executed only with the on width while the frequency is fixed. However, as in the first embodiment, the drain waveform is disturbed. After the free vibration, which is the cause of noise, is attenuated to some extent, it is turned on, and problems such as unstable circuit operation, occurrence of fluctuations, and loss of linearity are avoided. Therefore, even if the switching drive cycle is fixed, the influence of the LED drive current is small, and almost constant current control can be executed.

変形例
交流電源ACの代わりに直流電源DCを用いたLED照明器具に対しても、本発明のLED電源回路を適用できる。この場合、ダイオードブリッジDBを省略してバイパスコンデンサC1のみとすればよい。
Modified Example The LED power supply circuit of the present invention can also be applied to an LED lighting apparatus that uses a DC power supply DC instead of an AC power supply AC. In this case, the diode bridge DB may be omitted and only the bypass capacitor C1 may be used.

また、第2実施形態においてソフトスイッチング制御に用いるスイッチング周期終了検出部116の配置について、例えば図5のスイッチング素子Q1の両端子間の電位差を検出するように配置しても構わない。ただし、検出部116のグランドレベルと制御回路114のマイクロコンピュータのグランドレベルとが異なるため、検出信号を伝達する際にフォトカプラーなどの素子を使用する必要がある。本実施形態のようにスイッチング素子Q1のソース側の電位を検出するように検出部116を配置すれば、フォトカプラーなどの素子が不要になる。   Further, the arrangement of the switching period end detection unit 116 used for the soft switching control in the second embodiment may be arranged so as to detect, for example, a potential difference between both terminals of the switching element Q1 in FIG. However, since the ground level of the detection unit 116 and the ground level of the microcomputer of the control circuit 114 are different, it is necessary to use an element such as a photocoupler when transmitting the detection signal. If the detection unit 116 is arranged so as to detect the potential on the source side of the switching element Q1 as in the present embodiment, an element such as a photocoupler becomes unnecessary.

2,102 LED素子列(LED負荷)
4,104 LED電源回路
6,106 入力部
8,108 変換部(変換手段)
14,114 制御回路(制御手段)
16,116 スイッチング周期終了検出部
20 調光度判断部
22 駆動周期決定部
24 オン幅決定部
L1 インダクタ
Q1 スイッチング素子
R2、R3 電圧検出部の抵抗
R5 電流検出部の抵抗
T2a 一次側巻線(インダクタ)
2,102 LED element array (LED load)
4,104 LED power circuit 6,106 Input unit 8,108 Conversion unit (conversion means)
14,114 Control circuit (control means)
16, 116 Switching cycle end detection unit 20 Dimming degree determination unit 22 Drive cycle determination unit 24 On width determination unit L1 Inductor Q1 Switching element R2, R3 Voltage detection unit resistance R5 Current detection unit resistance T2a Primary winding (inductor)

Claims (2)

LED負荷へ連続する直流電流を供給し、かつ、該直流電流の大きさを制御することで前記LED負荷の調光を行なうLED電源回路であって、
少なくともインダクタとスイッチング素子との直列接続を含み、該スイッチング素子のオンオフ駆動に連動する前記インダクタの磁場エネルギーの蓄積・放出によって、直流電源を所望の大きさの直流電流に変換し出力する変換手段と、
指定された調光度に基づいて前記スイッチング素子の駆動を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記調光度が基準値以上の範囲で変化する場合、前記スイッチング素子のオン幅を前記調光度に応じて定めてターン・オフし、ターン・オフ後に前記インダクタを流れる電流がほぼ零になるタイミングで前記スイッチング素子をターン・オンし、
また、前記調光度が基準値以上の範囲から基準値以下の範囲へ移行する場合、移行直前の前記駆動周期の2倍〜10倍の範囲で前記駆動周期を固定し、
前記スイッチング素子の前記オン幅を前記調光度に応じて定めてターン・オフし、ターン・オフ後に前記オン幅とオフ幅の合計である駆動周期を一定にして前記スイッチング素子をターン・オンすることを特徴とするLED電源回路。
An LED power supply circuit for dimming the LED load by supplying a continuous direct current to the LED load and controlling the magnitude of the direct current,
Conversion means including at least an inductor and a switching element connected in series, and converting and outputting a DC power source into a DC current of a desired magnitude by storing and releasing magnetic field energy of the inductor linked to on / off driving of the switching element; ,
Control means for controlling the driving of the switching element based on the specified dimming degree;
With
The control means includes
When the dimming level changes in a range equal to or greater than a reference value, the on-width of the switching element is determined according to the dimming level and turned off, and at the timing when the current flowing through the inductor becomes almost zero after the turn-off. Turning on the switching element;
Further, when the dimming degree shifts from a range above the reference value to a range below the reference value , the driving cycle is fixed in a range of 2 to 10 times the driving cycle immediately before the transition,
The on-width of the switching element is determined according to the dimming degree and turned off, and after the turn-off, the switching element is turned on with a driving cycle that is the sum of the on-width and off-width being constant. LED power supply circuit characterized by this.
請求項1に記載のLED電源回路において、
前記制御手段は、前記調光度が基準値以上の範囲から基準値以下の範囲へ移行する場合に、前記基準値として減少用基準値を使用し、
前記調光度が基準値以下の範囲から基準値以上の範囲へ移行する場合に、前記基準値として増加用基準値を使用し、
前記増加用基準値は、前記減少用基準値よりも大きい値に設定されていることを特徴とするLED駆動回路。
The LED power circuit according to claim 1,
The control means uses a decrease reference value as the reference value when the dimming degree shifts from a range above the reference value to a range below the reference value,
When the dimming degree shifts from a range below the reference value to a range above the reference value, an increase reference value is used as the reference value,
The LED drive circuit, wherein the increase reference value is set to a value larger than the decrease reference value.
JP2011222008A 2011-10-06 2011-10-06 LED power circuit Active JP5800661B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011222008A JP5800661B2 (en) 2011-10-06 2011-10-06 LED power circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011222008A JP5800661B2 (en) 2011-10-06 2011-10-06 LED power circuit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013084380A JP2013084380A (en) 2013-05-09
JP5800661B2 true JP5800661B2 (en) 2015-10-28

Family

ID=48529404

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011222008A Active JP5800661B2 (en) 2011-10-06 2011-10-06 LED power circuit

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5800661B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6133505B2 (en) * 2013-11-04 2017-05-24 フィリップス ライティング ホールディング ビー ヴィ Surge protector
JP6175729B2 (en) 2013-12-16 2017-08-09 パナソニックIpマネジメント株式会社 Lighting device and lighting apparatus using the same
JP6547305B2 (en) * 2015-01-26 2019-07-24 岩崎電気株式会社 LED power supply device and LED lighting device
JP6555047B2 (en) * 2015-09-18 2019-08-07 東芝ライテック株式会社 lighting equipment

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001298949A (en) * 2000-04-07 2001-10-26 Sony Corp Switching power circuit
JP5411668B2 (en) * 2009-11-24 2014-02-12 パナソニック株式会社 Lighting device, high-intensity discharge lamp lighting device, semiconductor light source lighting device, headlamp equipped with the same, and vehicle
JP5532121B2 (en) * 2010-03-09 2014-06-25 株式会社村田製作所 Switching power supply
CN201887977U (en) * 2010-10-20 2011-06-29 中国科学院广州能源研究所 Drive device for constant-current and constant-voltage LED power source switching control

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013084380A (en) 2013-05-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6288224B2 (en) Light source lighting device and lighting fixture
CN106028496B (en) LED lighting device and LED illumination device
JP2015144554A (en) Power conversion equipment
JPWO2011065047A1 (en) LED drive power supply device and LED illumination device
JP5800661B2 (en) LED power circuit
JP5622470B2 (en) Lighting device
JP5576748B2 (en) Discharge lamp lighting device
JP5691495B2 (en) LED driving power supply device and LED lighting device
TWI652967B (en) Non-stroboscopic LED driving device and linear voltage stabilization method
TWI458389B (en) Dynamically adjusting dimming range driving apparatus and method thereof
JP6116153B2 (en) LED power supply for lighting
JP6134492B2 (en) Lighting device
JP5654909B2 (en) DC power supply device and LED lighting apparatus provided with the same
US8519638B2 (en) Electronic ballast for a high intesity discharge lamp
JP2021529422A (en) LED driver and LED lighting system for use with high frequency electronic ballasts
WO2018123115A1 (en) Lighting device and illumination apparatus
JP6041532B2 (en) Electronic load device
JP5622618B2 (en) LED power supply
JP2010040331A (en) Led lighting device
CN115802546B (en) Dual-mode output dimming power supply
JP2012185923A (en) Dc power supply and led lighting fixture comprising the same
JP6550876B2 (en) LED power supply device and LED lighting device
JP6293178B2 (en) Lighting device and lighting apparatus
JP6447208B2 (en) Switching power supply
JP6154183B2 (en) LED power supply circuit for lighting

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140619

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150318

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150324

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150519

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150804

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150825

R150 Certificate of patent (=grant) or registration of utility model

Ref document number: 5800661

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150