JP5854319B2 - Lighting power supply and lighting device - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、照明用電源および照明装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a lighting power source and a lighting device.
近年、照明装置において、照明光源は白熱電球や蛍光灯から省エネルギー・長寿命の光源、例えば発光ダイオード(Light-emitting diode:LED)への置き換えが進んでいる。また、例えば、EL(Electro-Luminescence)や有機発光ダイオード(Organic light-emitting diode:OLED)など新たな照明光源も開発されている。これらの照明光源の光出力は流れる電流値に依存するため、照明を点灯させる場合は、定電流を供給する電源回路が必要になる。また、調光させる場合は、供給する電流を制御する。
2線式調光器は、トライアックがターンオンする位相を制御するように構成され、白熱電球の調光器として普及している。そのため、LEDなどの照明光源もこの調光器で調光できることが望ましい。高効率で省電力化・小型化に適した電源として、DC−DCコンバータなどのスイッチング電源が知られている。
2. Description of the Related Art In recent years, in illumination devices, replacement of incandescent bulbs and fluorescent lamps with light-saving, long-life light sources such as light-emitting diodes (LEDs) has been progressing. In addition, new illumination light sources such as EL (Electro-Luminescence) and organic light-emitting diode (OLED) have been developed. Since the light output of these illumination light sources depends on the value of the flowing current, a power supply circuit that supplies a constant current is required when lighting the illumination. In addition, when dimming, the supplied current is controlled.
Two-wire dimmers are configured to control the phase at which the triac turns on, and are popular as dimmers for incandescent bulbs. Therefore, it is desirable that illumination light sources such as LEDs can also be dimmed with this dimmer. Switching power supplies such as DC-DC converters are known as power supplies that are highly efficient and suitable for power saving and miniaturization.
しかし、この調光器は、負荷となる白熱電球のフィラメントと直列接続して動作するように構成されており、スイッチング電源を接続した場合に、負荷インピーダンスが変化して誤動作する可能性がある。
本発明の実施形態は、出力電流の可変範囲を広げた照明用電源及び照明装置を提供することを目的とする。
However, this dimmer is configured to operate in series with a filament of an incandescent bulb serving as a load, and when a switching power supply is connected, the load impedance may change and malfunction.
An object of an embodiment of the present invention is to provide a lighting power source and a lighting device in which a variable range of an output current is widened.
実施形態の照明用電源は、電源と照明負荷との間に接続され、前記電源と前記照明負荷との間の電位差が所定の値以上のときオンの状態とオフの状態とを繰り返すスイッチング動作をし、前記電源と前記照明負荷との間の電位差が所定の値よりも小さいときオンの状態を継続する出力素子と、前記出力素子と直列に接続され、前記出力素子に流れる電流を制限する定電流素子と、前記定電流素子と前記照明負荷との間に直列に接続されたインダクタと、前記インダクタおよび前記照明負荷に並列に接続された整流素子と、を持つ。前記出力素子は、前記出力素子のオンの状態が継続するときには、前記定電流素子によって制限された直流電流を流すことができる。
The lighting power source according to the embodiment is connected between the power source and the lighting load, and performs a switching operation that repeats an on state and an off state when a potential difference between the power source and the lighting load is a predetermined value or more. And an output element that remains on when the potential difference between the power source and the lighting load is smaller than a predetermined value, and a constant that is connected in series with the output element and limits the current flowing through the output element. A current element; an inductor connected in series between the constant current element and the lighting load; and a rectifying element connected in parallel to the inductor and the lighting load. The output element can pass a direct current limited by the constant current element when the output element continues to be on.
本発明の実施形態によれば、出力電流の可変範囲を広げた照明用電源及び照明装置を提供することができる。 According to the embodiment of the present invention, it is possible to provide a lighting power source and a lighting device that have a wide variable range of output current.
以下、実施例について図面を参照して詳細に説明する。なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. Note that, in the present specification and each drawing, the same elements as those described above with reference to the previous drawings are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.
まず、第1の実施形態について説明する。
図1は、第1の実施形態に係る照明用電源を含む照明装置を例示するブロック図である。
図1に表したように、照明装置1は、照明負荷2と、照明負荷2に電力を供給する照明用電源3と、を備えている。
First, the first embodiment will be described.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a lighting device including a lighting power source according to the first embodiment.
As illustrated in FIG. 1, the lighting device 1 includes a lighting load 2 and a lighting power source 3 that supplies power to the lighting load 2.
照明負荷2は、例えばLEDなどの照明光源4を有し、照明用電源3から出力電圧VOUT、出力電流IOUTを供給されて点灯する。また、照明負荷2は、出力電圧VOUT及び出力電流IOUTの少なくともいずれかを変化させて調光することができる。なお、出力電圧VOUT、出力電流IOUTの値は、照明光源に応じて規定される。 The illumination load 2 has an illumination light source 4 such as an LED, for example, and is lit by being supplied with an output voltage VOUT and an output current IOUT from the illumination power supply 3. The lighting load 2 can be dimmed by changing at least one of the output voltage VOUT and the output current IOUT. Note that the values of the output voltage VOUT and the output current IOUT are defined according to the illumination light source.
図2は、照明負荷に供給される出力電圧VOUTと出力電流IOUTとの関係を例示する特性図である。
図2においては、例えばLEDなどの点灯時の動作抵抗の小さい照明光源を有する照明負荷の特性を例示している。
照明負荷2は、出力電圧VOUTが所定電圧よりも低いときは、電流が流れず、消灯している。出力電圧VOUTが、所定電圧以上のとき、電流が流れて点灯する。
FIG. 2 is a characteristic diagram illustrating the relationship between the output voltage VOUT supplied to the lighting load and the output current IOUT.
In FIG. 2, the characteristic of the illumination load which has an illumination light source with small operation resistance at the time of lighting, such as LED, is illustrated.
When the output voltage VOUT is lower than the predetermined voltage, the illumination load 2 is not lit and is turned off. When the output voltage VOUT is equal to or higher than a predetermined voltage, a current flows and lights up.
例えば、照明光源4がLEDの場合、この所定電圧は、LEDの順方向電圧であり、照明光源4に応じて定まる。また、照明光源4は、点灯時の動作抵抗が低く、例えば定格動作点Pの近傍で出力電流IOUTが増加しても出力電圧VOUTは、変化が少ない。したがって、図2に表したような特性の照明負荷2は、出力電流IOUTを変化させることにより、照明光源4の光出力を制御して調光することができる。また、出力電圧VOUTが所定電圧よりも低下すると、照明光源4が消灯して出力電流IOUTが流れなくなるため、例えばコンデンサで平滑化して出力した場合、出力電圧VOUTの値は所定電圧以上に保持される。 For example, when the illumination light source 4 is an LED, the predetermined voltage is a forward voltage of the LED and is determined according to the illumination light source 4. In addition, the illumination light source 4 has a low operating resistance when lit, and the output voltage VOUT hardly changes even if the output current IOUT increases near the rated operating point P, for example. Therefore, the illumination load 2 having the characteristics as shown in FIG. 2 can control light by controlling the light output of the illumination light source 4 by changing the output current IOUT. Further, when the output voltage VOUT is lower than the predetermined voltage, the illumination light source 4 is turned off and the output current IOUT does not flow. The
照明用電源3は、出力素子5と、出力素子5と直列に接続され出力素子5を流れる電流を制限する定電流素子6と、出力素子5を駆動する駆動素子70とを有している。
出力素子5は、照明負荷2と電源7との間に接続されている。出力素子5は、電源7の電圧VINと照明負荷2に出力する出力電圧VOUTとの電位差ΔV(=VIN−VOUT)が相対的に大きいときオンの状態とオフの状態とを繰り返すスイッチング動作をし、電源7と照明負荷2との間の電位差ΔVが相対的に小さいときオンの状態を維持する。
駆動素子70は、出力素子5の制御端子に電位を供給して、出力素子5をオンの状態またはオフの状態に制御する。
The illumination power supply 3 includes an output element 5, a constant current element 6 that is connected in series with the output element 5 and limits a current flowing through the output element 5, and a drive element 70 that drives the output element 5.
The output element 5 is connected between the illumination load 2 and the power source 7. The output element 5 performs a switching operation that repeats an ON state and an OFF state when a potential difference ΔV (= VIN−VOUT) between the voltage VIN of the power supply 7 and the output voltage VOUT output to the lighting load 2 is relatively large. When the potential difference ΔV between the power source 7 and the lighting load 2 is relatively small, the ON state is maintained.
The drive element 70 supplies a potential to the control terminal of the output element 5 to control the output element 5 to be in an on state or an off state.
図3は、出力素子の電流波形を例示する波形図である。
図3(a)〜(d)の順に電源7と照明負荷2との間の電位差ΔVが大きくなる場合の出力素子5の電流I5の波形を模式的に表している。
FIG. 3 is a waveform diagram illustrating a current waveform of the output element.
3A to 3D schematically show waveforms of the current I5 of the output element 5 when the potential difference ΔV between the power source 7 and the illumination load 2 increases.
図3(a)に表したように、電位差ΔVが相対的に小さいとき、出力素子5は、オンの状態を継続し、定電流素子6で制限されたほぼ一定の直流電流が流れる。出力素子5が一定の直流電流を出力する状態においては、照明用電源3は、シリーズレギュレータのような動作をしている。 As shown in FIG. 3A, when the potential difference ΔV is relatively small, the output element 5 continues to be in an ON state, and a substantially constant DC current limited by the constant current element 6 flows. In a state where the output element 5 outputs a constant DC current, the illumination power supply 3 operates like a series regulator.
図3(b)に表したように、電位差ΔVが大きくなると、出力素子5はオンの状態を継続したまま、電流が振動する。また、図3(c)に表したように、電位差ΔVがさらに大きくなると、電位差ΔVに応じて、出力素子5の電流の変動幅は大きくなる。 As shown in FIG. 3B, when the potential difference ΔV increases, the current oscillates while the output element 5 remains on. As shown in FIG. 3C, when the potential difference ΔV is further increased, the current fluctuation range of the output element 5 is increased according to the potential difference ΔV.
このように、電位差ΔVが大きくなると、出力素子5は、例えば不完全に発振しているような状態になり、出力素子5の電流は振動するようになる。しかし、電位差ΔVが所定値よりも小さいとき、出力素子5は、オフの状態にはならず、オンの状態を継続する。なお、出力素子5の振動する電流のピーク値は、定電流素子6の定電流値で制限された値になる。また、出力素子5の振動周期Tは、電流の変動幅に応じて変化する。 As described above, when the potential difference ΔV increases, the output element 5 becomes in an incompletely oscillating state, for example, and the current of the output element 5 oscillates. However, when the potential difference ΔV is smaller than the predetermined value, the output element 5 is not turned off but continues to be turned on. The peak value of the oscillating current of the output element 5 is a value limited by the constant current value of the constant current element 6. Further, the vibration period T of the output element 5 changes according to the fluctuation range of the current.
そして、図3(d)に表したように、電位差ΔVが所定値以上のとき、出力素子5は、オンの状態とオフの状態とを繰り返すスイッチング動作をして、発振する。このとき、照明用電源3は、スイッチング電源として動作している。 As shown in FIG. 3D, when the potential difference ΔV is equal to or greater than a predetermined value, the output element 5 oscillates by performing a switching operation that repeats an on state and an off state. At this time, the illumination power supply 3 operates as a switching power supply.
スイッチング電源は、出力素子5が抵抗の低いオンの状態と電流が流れないオフの状態とを繰り返すスイッチング動作をするため、低消費電力・高効率の電源である。本実施形態においては、電位差ΔVが所定値よりも大きいとスイッチング動作し、電位差ΔVが小さいと、シリーズレギュレータのような動作をする。電位差ΔVが大きい場合は、電位差ΔVと電流との積が大きく、シリーズレギュレータの動作を行うと損失が大きくなる。したがって、電位差ΔVが大きい場合に、スイッチング動作をすることは、低消費電力化に適する。また、電位差ΔVが小さい場合は、損失は小さいため、シリーズレギュレータとして動作をすることは問題ない。 The switching power supply is a power supply with low power consumption and high efficiency because the output element 5 performs a switching operation that repeats an ON state with low resistance and an OFF state in which no current flows. In this embodiment, when the potential difference ΔV is larger than a predetermined value, a switching operation is performed, and when the potential difference ΔV is small, an operation like a series regulator is performed. When the potential difference ΔV is large, the product of the potential difference ΔV and the current is large, and the loss increases when the series regulator is operated. Therefore, when the potential difference ΔV is large, the switching operation is suitable for low power consumption. When the potential difference ΔV is small, the loss is small, and there is no problem in operating as a series regulator.
また、本実施形態においては、電位差ΔVが所定値よりも小さいときは、出力素子5はオフの状態にならずにオンの状態を継続したまま電流が振動して、電流の平均値で照明負荷2を点灯させる(図3(b)、(c))。また、電位差ΔVがさらに小さいときは、出力素子5は、オンの状態を継続したまま、直流電流を照明負荷2に出力して点灯させる(図3(a))。その結果、本実施形態においては、出力電流をゼロまで連続的に変化させることができる。また、照明装置1における照明負荷2をスムーズに消灯することができる。 In the present embodiment, when the potential difference ΔV is smaller than the predetermined value, the output element 5 does not turn off, the current vibrates while continuing the on state, and the lighting load is determined by the average value of the current. 2 is turned on (FIGS. 3B and 3C). When the potential difference ΔV is even smaller, the output element 5 outputs a direct current to the lighting load 2 and keeps the light on while maintaining the ON state (FIG. 3A). As a result, in the present embodiment, the output current can be continuously changed to zero. Moreover, the illumination load 2 in the illumination device 1 can be turned off smoothly.
したがって、本実施形態においては、電位差ΔVに応じて、出力素子5のスイッチング動作時における最大値から、出力素子5のオンの状態を継続したまま直流電流を出力する際の最小値まで出力電流IOUTを連続的に変化させることができる。また、照明装置1における照明負荷2を連続的に0〜100%の範囲で調光することができる。 Therefore, in the present embodiment, the output current IOUT ranges from the maximum value during the switching operation of the output element 5 to the minimum value when the DC current is output while the output element 5 is kept on in accordance with the potential difference ΔV. Can be changed continuously. Moreover, the illumination load 2 in the illuminating device 1 can be dimmed continuously in the range of 0 to 100%.
なお、図3(a)〜(c)においては、出力素子5は、オフの状態にならずにオンの状態を継続したまま電流が振動し、電位差ΔVが大きくなると電流の変動幅が大きくなる動作を例示している(図3(b)、(c))。しかし、出力素子5は、電位差ΔVが所定値以上のときオンの状態とオフの状態とを繰り返すスイッチング動作をして発振し(図3(d))、電位差ΔVが所定値よりも小さいときオンの状態を継続して直流電流を出力する動作をしてもよい(図3(a))。すなわち、出力素子5は、オフの状態とならずにオンの状態を継続したまま電流が振動する動作(図3(b)、(c))をしなくてもよい。 In FIGS. 3A to 3C, the output element 5 does not enter the OFF state, the current vibrates while continuing the ON state, and the fluctuation range of the current increases as the potential difference ΔV increases. The operation is illustrated (FIGS. 3B and 3C). However, the output element 5 oscillates by performing a switching operation that repeats an ON state and an OFF state when the potential difference ΔV is greater than or equal to a predetermined value (FIG. 3D), and turns on when the potential difference ΔV is smaller than the predetermined value. An operation of outputting a direct current may be performed by continuing the above state (FIG. 3A). That is, the output element 5 does not have to perform an operation (FIGS. 3B and 3C) in which the current oscillates while continuing the ON state without being in the OFF state.
なお、出力素子5及び定電流素子6は、例えば電界効果トランジスタ(FET)であり、例えば高電子移動度トランジスタ(High Electron Mobility Transistor:HEMT)である。
また、出力素子5がオフの状態のときは、例えば整流素子などで出力電流IOUTを流す構成としてもよい。
The output element 5 and the constant current element 6 are, for example, field effect transistors (FETs), for example, high electron mobility transistors (HEMTs).
In addition, when the output element 5 is in an off state, the output current IOUT may be supplied by, for example, a rectifying element.
このように、本実施形態においては、出力素子が電源と照明負荷との間の電位差が相対的に大きいと発振して発振電流を出力し、電位差が相対的に小さいと発振を停止して直流電流を出力する。その結果、出力電流の可変範囲の広げることができる。また、照明装置の調光範囲を広げることができる。 As described above, in this embodiment, the output element oscillates and outputs an oscillation current when the potential difference between the power supply and the lighting load is relatively large, and stops oscillation when the potential difference is relatively small. Output current. As a result, the variable range of the output current can be expanded. In addition, the light control range of the lighting device can be expanded.
図4は、第2の実施形態に係る照明用電源を含む照明装置を例示する回路図である。
図4に表したように、第2の実施形態は、第1の実施形態と比較して、照明用電源3に調光器8、整流回路9、及び定電流回路10が追加され、出力素子及び定電流素子を有するDC−DCコンバータ11の構成が例示されている点が異なっている。また、照明装置1aは、照明負荷2と照明用電源3aとを備えている。照明負荷2については、第1の実施形態と同様である。
FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a lighting device including a lighting power source according to the second embodiment.
As shown in FIG. 4, the second embodiment has a dimmer 8, a rectifier circuit 9, and a constant current circuit 10 added to the illumination power supply 3 in comparison with the first embodiment, and an output element. And the point by which the structure of the DC-DC converter 11 which has a constant current element is illustrated is different. Moreover, the illuminating device 1a is provided with the illumination load 2 and the power supply 3a for illumination. The illumination load 2 is the same as in the first embodiment.
照明用電源3aは、交流電源7aを位相制御する調光器8、位相制御された交流電圧を直流に変換する整流回路9、調光器8が位相制御するのに必要な定電流を流す定電流回路10、出力電圧VOUTを生成するDC−DCコンバータ11を有する。なお、交流電源7aは、例えば商用電源ある。 The illumination power supply 3a includes a dimmer 8 that controls the phase of the AC power supply 7a, a rectifier circuit 9 that converts the phase-controlled AC voltage into direct current, and a constant current required for the dimmer 8 to control the phase. The current circuit 10 includes a DC-DC converter 11 that generates an output voltage VOUT. The AC power supply 7a is, for example, a commercial power supply.
調光器8は、交流電源7aに接続され、電源電圧VINを供給する一対の電源ラインの一方に直列に挿入される。このように調光器8は、電源電圧VINを供給する一対の電源ラインに直列に挿入されてもよい。
図5は、調光器を例示する回路図である。
図5に表したように、調光器8は、2線式位相制御調光器である。
調光器8は、電源ラインに直列に挿入されたトライアック12、トライアック12と並列に接続された位相回路13と、トライアック12のゲートと位相回路13との間に接続されたダイアック14と、を有する。
The dimmer 8 is connected to the AC power supply 7a and is inserted in series into one of a pair of power supply lines that supply the power supply voltage VIN. Thus, the dimmer 8 may be inserted in series with a pair of power supply lines that supply the power supply voltage VIN.
FIG. 5 is a circuit diagram illustrating the dimmer.
As shown in FIG. 5, the dimmer 8 is a two-wire phase control dimmer.
The dimmer 8 includes a triac 12 inserted in series in the power supply line, a phase circuit 13 connected in parallel with the triac 12, and a diac 14 connected between the gate of the triac 12 and the phase circuit 13. Have.
トライアック12は、通常オフの状態であり、ゲートにパルス信号が入力されるとオンする。トライアック12は、交流の電源電圧VINが正極性のときと負極性のときの双方向に電流を流すことができる。
位相回路13は、可変抵抗15とコンデンサ16とで構成され、コンデンサ16の両端に位相が遅延した電圧を生成する。また、可変抵抗15の抵抗値を変化させると、時定数が変化し、遅延時間が変化する。
The triac 12 is normally in an off state, and is turned on when a pulse signal is input to the gate. The triac 12 can pass a current in both directions when the AC power supply voltage VIN is positive and negative.
The phase circuit 13 includes a variable resistor 15 and a capacitor 16, and generates a voltage whose phase is delayed at both ends of the capacitor 16. Further, when the resistance value of the variable resistor 15 is changed, the time constant changes and the delay time changes.
ダイアック14は、位相回路13のコンデンサに充電される電圧が一定値を超えるとパルス電圧を生成し、トライアック12をオンさせる。
調光器8は、位相回路13の時定数を変化させてダイアック14がパルスを生成するタイミングを制御することにより、トライアック12がオンするタイミングを調整することができる。
The diac 14 generates a pulse voltage when the voltage charged in the capacitor of the phase circuit 13 exceeds a certain value, and turns on the triac 12.
The dimmer 8 can adjust the timing at which the triac 12 is turned on by changing the time constant of the phase circuit 13 and controlling the timing at which the diac 14 generates a pulse.
再度図4に戻ると、整流回路9は、調光器8を介して交流の電源電圧VINを入力して、直流電圧VREを出力する。整流回路9は、ダイオードブリッジで構成されている。整流回路9は、調光器8による調光度に応じて電圧が変化する直流電圧VREを出力する。なお、整流回路9は、調光器8から入力される交流電圧を整流できればよく、他の構成でもよい。また、整流回路9の入力側には、DC−DCコンバータで発生するノイズを低減するコンデンサが接続されている。 Returning to FIG. 4 again, the rectifier circuit 9 inputs the AC power supply voltage VIN via the dimmer 8 and outputs the DC voltage VRE. The rectifier circuit 9 is configured by a diode bridge. The rectifier circuit 9 outputs a DC voltage VRE whose voltage changes according to the dimming degree by the dimmer 8. The rectifier circuit 9 only needs to rectify the AC voltage input from the dimmer 8 and may have another configuration. A capacitor for reducing noise generated in the DC-DC converter is connected to the input side of the rectifier circuit 9.
定電流回路10は、トランジスタ17、トランジスタ17をバイアスする抵抗18とツェナーダイオード19、チョークコイル20、ダイオード21を有する。
トランジスタ17は、例えばFETであり、ノーマリオン形の素子である。トランジスタ17のドレインは、チョークコイルを介して、整流回路9の高電位端子9aに接続され、トランジスタ17のソースは、並列に接続された抵抗18とツェナーダイオード19とを介して、整流回路9の低電位端子9bに接続される。トランジスタ17のゲートは、整流回路9の低電位端子9bに接続される。また、整流回路9の高電位端子9aは、ダイオード21を介して、DC−DCコンバータ11に接続される。
The constant current circuit 10 includes a transistor 17, a resistor 18 that biases the transistor 17, a Zener diode 19, a choke coil 20, and a diode 21.
The transistor 17 is, for example, an FET and is a normally-on type element. The drain of the transistor 17 is connected to the high potential terminal 9a of the rectifier circuit 9 via a choke coil, and the source of the transistor 17 is connected to the resistor 18 and the Zener diode 19 connected in parallel to each other. Connected to the low potential terminal 9b. The gate of the transistor 17 is connected to the low potential terminal 9 b of the rectifier circuit 9. The high potential terminal 9 a of the rectifier circuit 9 is connected to the DC-DC converter 11 via the diode 21.
定電流回路10は、調光器8の位相回路13を動作させる定電流を流す回路である。位相回路13と比較してインピーダンスの小さい素子を整流回路9の負荷として接続することにより、後段のDC−DCコンバータ11の入力インピーダンスの影響を抑制して、調光器8を安定に動作させることができる。
平滑コンデンサ40は、定電流回路10のダイオード21のカソードと整流回路9の低電位端子9bとの間に接続される。
The constant current circuit 10 is a circuit for supplying a constant current for operating the phase circuit 13 of the dimmer 8. By connecting an element whose impedance is smaller than that of the phase circuit 13 as a load of the rectifier circuit 9, the influence of the input impedance of the DC-DC converter 11 in the subsequent stage is suppressed, and the dimmer 8 is stably operated. Can do.
The smoothing capacitor 40 is connected between the cathode of the diode 21 of the constant current circuit 10 and the low potential terminal 9 b of the rectifier circuit 9.
DC−DCコンバータ11は、出力素子5a、定電流素子6a、整流素子22、インダクタ23、出力素子5aを駆動する帰還巻き線(駆動素子)24、結合コンデンサ25、分割抵抗26、27、出力コンデンサ28、バイアス抵抗29を有している。
出力素子5a及び定電流素子6aは、例えば電界効果トランジスタ(FET)であり、例えば高電子移動度トランジスタ(High Electron Mobility Transistor:HEMT)であり、ノーマリオン形の素子である。
The DC-DC converter 11 includes an output element 5a, a constant current element 6a, a rectifier element 22, an inductor 23, a feedback winding (drive element) 24 for driving the output element 5a, a coupling capacitor 25, split resistors 26 and 27, and an output capacitor. 28 and a bias resistor 29.
The output element 5a and the constant current element 6a are, for example, field effect transistors (FETs), such as high electron mobility transistors (HEMTs), and are normally-on type elements.
出力素子5aのドレインは、定電流回路10を介して、整流回路9の高電位端子9aに接続される。出力素子5aのソースは、定電流素子6aのドレインに接続され、出力素子5aのゲートは、結合コンデンサ25を介して、帰還巻き線24の一端に接続される。
定電流素子6aのソースは、インダクタ23の一端と帰還巻き線24の他端とに接続され、定電流素子6aのゲートには、定電流素子6aのソース電位を分割抵抗26、27で分割した電圧が入力される。
The drain of the output element 5 a is connected to the high potential terminal 9 a of the rectifier circuit 9 through the constant current circuit 10. The source of the output element 5 a is connected to the drain of the constant current element 6 a, and the gate of the output element 5 a is connected to one end of the feedback winding 24 via the coupling capacitor 25.
The source of the constant current element 6a is connected to one end of the inductor 23 and the other end of the feedback winding 24. The source potential of the constant current element 6a is divided by dividing resistors 26 and 27 at the gate of the constant current element 6a. A voltage is input.
また、バイアス抵抗29は、出力素子5aのドレインと定電流素子6aのソースとの間に接続され、分割抵抗26,27に直流電圧を供給する。その結果、定電流素子6aのゲートには、ソースよりも低い電位が供給される。
なお、インダクタ23と帰還巻き線24とは、インダクタ23の一端から他端に増加する電流が流れるとき、出力素子5aのゲートに正極性の電圧が供給される極性で磁気結合している。
また、出力素子5aのゲートと定電流素子6aのゲートには、それぞれ保護ダイオードが接続される。
The bias resistor 29 is connected between the drain of the output element 5a and the source of the constant current element 6a, and supplies a DC voltage to the dividing resistors 26 and 27. As a result, a potential lower than that of the source is supplied to the gate of the constant current element 6a.
The inductor 23 and the feedback winding 24 are magnetically coupled in such a polarity that a positive voltage is supplied to the gate of the output element 5a when an increasing current flows from one end of the inductor 23 to the other end.
A protection diode is connected to each of the gate of the output element 5a and the gate of the constant current element 6a.
整流素子22は、定電流素子6aのソースと整流回路9の低電位端子9bとの間に、低電位端子9bから定電流素子6aの方向を順方向として接続されている。
インダクタ23の他端は、高電位出力端子30に接続され、整流回路9の低電位端子9bは、低電位出力端子31に接続される。また、出力コンデンサ28は、高電位出力端子30と低電位出力端子31との間に接続される。
The rectifier element 22 is connected between the source of the constant current element 6a and the low potential terminal 9b of the rectifier circuit 9 with the direction from the low potential terminal 9b to the constant current element 6a as the forward direction.
The other end of the inductor 23 is connected to the high potential output terminal 30, and the low potential terminal 9 b of the rectifier circuit 9 is connected to the low potential output terminal 31. The output capacitor 28 is connected between the high potential output terminal 30 and the low potential output terminal 31.
照明負荷2は、高電位出力端子30と低電位出力端子31との間に、出力コンデンサ28と並列に接続される。
次に、照明用電源3aの動作について説明する。なお、調光器8、整流回路9、及び定電流回路10については、すでに説明したので、主にDC−DCコンバータ11の動作について説明する。
The illumination load 2 is connected in parallel with the output capacitor 28 between the high potential output terminal 30 and the low potential output terminal 31.
Next, the operation of the illumination power supply 3a will be described. Since the dimmer 8, the rectifier circuit 9, and the constant current circuit 10 have already been described, the operation of the DC-DC converter 11 will be mainly described.
まず、調光器8の調光度がほぼ100%に設定され、入力される交流電圧がほぼそのまま伝達される場合、すなわちDC−DCコンバータ11に最も高い直流電圧が入力される場合について説明する。 First, the case where the dimming degree of the dimmer 8 is set to approximately 100% and the input AC voltage is transmitted almost as it is, that is, the case where the highest DC voltage is input to the DC-DC converter 11 will be described.
電源電圧VINが、照明用電源3aに供給されるとき、出力素子5a及び定電流素子6aは、ノーマリオン形の素子であるため、いずれもオンしている。そして、出力素子5a、定電流素子6a、インダクタ23、出力コンデンサ28の経路で電流が流れ、出力コンデンサ28が充電される。出力コンデンサ28の両端の電圧、すなわち高電位出力端子30と低電位出力端子31との間の電圧は、照明用電源3aの出力電圧VOUTとして、照明負荷2の照明光源4に供給される。なお、出力素子5a及び定電流素子6aがオンしているため、整流素子22には、逆電圧が印加される。整流素子22には、電流は流れない。 When the power supply voltage VIN is supplied to the illumination power supply 3a, the output element 5a and the constant current element 6a are normally-on elements, and therefore both are turned on. Then, current flows through the path of the output element 5a, the constant current element 6a, the inductor 23, and the output capacitor 28, and the output capacitor 28 is charged. The voltage across the output capacitor 28, that is, the voltage between the high potential output terminal 30 and the low potential output terminal 31 is supplied to the illumination light source 4 of the illumination load 2 as the output voltage VOUT of the illumination power supply 3a. Since the output element 5a and the constant current element 6a are on, a reverse voltage is applied to the rectifying element 22. No current flows through the rectifying element 22.
出力電圧VOUTが所定電圧に達すると、照明光源4に出力電流IOUTが流れ、照明光源4が点灯する。このとき、出力素子5a、定電流素子6a、インダクタ23、出力コンデンサ28及び照明光源4の経路で電流が流れる。例えば、照明光源4がLEDの場合、この所定電圧は、LEDの順方向電圧であり、照明光源4に応じて定まる。また、照明光源4が消灯した場合、出力電流IOUTが流れないため、出力コンデンサ28は、出力電圧VOUTの値を保持する。 When the output voltage VOUT reaches a predetermined voltage, the output current IOUT flows through the illumination light source 4 and the illumination light source 4 is turned on. At this time, a current flows through the path of the output element 5a, the constant current element 6a, the inductor 23, the output capacitor 28, and the illumination light source 4. For example, when the illumination light source 4 is an LED, the predetermined voltage is a forward voltage of the LED and is determined according to the illumination light source 4. Further, when the illumination light source 4 is turned off, the output current IOUT does not flow, so the output capacitor 28 holds the value of the output voltage VOUT.
DC−DCコンバータ11に入力される直流電圧が、出力電圧VOUTと比較して十分に高い、すなわち入出力間の電位差ΔVが十分に大きいため、インダクタ23を流れる電流は増加していく。帰還巻き線24は、インダクタ23と磁気結合しているため、帰還巻き線24には、結合コンデンサ25側を高電位とする極性の起電力が誘起される。そのため、出力素子5aのゲートには、結合コンデンサ25を介してソースに対して正の電位が供給され、出力素子5aはオンの状態を維持する。 Since the DC voltage input to the DC-DC converter 11 is sufficiently higher than the output voltage VOUT, that is, the potential difference ΔV between the input and output is sufficiently large, the current flowing through the inductor 23 increases. Since the feedback winding 24 is magnetically coupled to the inductor 23, an electromotive force having a polarity with a high potential on the coupling capacitor 25 side is induced in the feedback winding 24. Therefore, a positive potential is supplied to the gate of the output element 5a with respect to the source via the coupling capacitor 25, and the output element 5a is kept on.
FETで構成された定電流素子6aを流れる電流が上限値を超えると、定電流素子6aのドレイン・ソース間電圧は、急激に上昇する。そのため、出力素子5aのゲート・ソース間電圧がしきい値電圧よりも低くなり、出力素子5aはオフする。なお、上限値は、定電流素子6aの飽和電流値であり、分割抵抗26、27から定電流素子6aのゲートに入力される電位により規定される。なお、上記のとおり、定電流素子6aのゲート電位は、ソースに対して負電位のため、飽和電流値を適正値に制限することができる。 When the current flowing through the constant current element 6a composed of the FET exceeds the upper limit value, the drain-source voltage of the constant current element 6a rapidly increases. Therefore, the gate-source voltage of the output element 5a becomes lower than the threshold voltage, and the output element 5a is turned off. The upper limit value is the saturation current value of the constant current element 6a, and is defined by the potential input from the dividing resistors 26 and 27 to the gate of the constant current element 6a. As described above, since the gate potential of the constant current element 6a is negative with respect to the source, the saturation current value can be limited to an appropriate value.
インダクタ23は、整流素子22、出力コンデンサ28及び照明負荷2、インダクタ23の経路で電流を流し続ける。このとき、インダクタ23は、エネルギーを放出するため、インダクタ23の電流は、減少していく。そのため、帰還巻き線24には、結合コンデンサ25側を低電位とする極性の起電力が誘起される。出力素子5aのゲートには、結合コンデンサ25を介してソースに対して負の電位が供給され、出力素子5aはオフの状態を維持する。 The inductor 23 continues to pass current through the path of the rectifying element 22, the output capacitor 28, the illumination load 2, and the inductor 23. At this time, since the inductor 23 releases energy, the current of the inductor 23 decreases. Therefore, an electromotive force having a polarity that causes the coupling capacitor 25 side to have a low potential is induced in the feedback winding 24. A negative potential is supplied to the gate of the output element 5a with respect to the source via the coupling capacitor 25, and the output element 5a maintains the OFF state.
インダクタ23に蓄積されていたエネルギーがゼロになると、インダクタ23を流れる電流はゼロになる。帰還巻き線24に誘起される起電力の方向が再び反転し、結合コンデンサ25側を高電位とするような起電力が誘起される。これにより、出力素子5aのゲートにソースよりも高い電位が供給され、出力素子5aがオンする。これにより、上記の出力電圧VOUTが所定電圧に達した状態に戻る。 When the energy stored in the inductor 23 becomes zero, the current flowing through the inductor 23 becomes zero. The direction of the electromotive force induced in the feedback winding 24 is reversed again, and an electromotive force that induces a high potential on the coupling capacitor 25 side is induced. As a result, a higher potential than the source is supplied to the gate of the output element 5a, and the output element 5a is turned on. As a result, the output voltage VOUT returns to the predetermined voltage.
以後、上記の動作を繰り返す。これにより、出力素子5aのオン及びオフへの切替が自動的に繰り返されて、照明光源4には電源電圧VINを降下した出力電圧VOUTが供給される。また、照明光源4に供給される電流は、定電流素子6aにより上限値の制限された定電流となる。そのため、照明光源4を安定に点灯させることができる。 Thereafter, the above operation is repeated. Thereby, switching of the output element 5a to ON and OFF is automatically repeated, and the illumination light source 4 is supplied with the output voltage VOUT that is a drop in the power supply voltage VIN. The current supplied to the illumination light source 4 is a constant current whose upper limit is limited by the constant current element 6a. Therefore, the illumination light source 4 can be lighted stably.
調光器8の調光度が100%よりも小さい値に設定され、入力される交流電圧が位相制御されて伝達される場合、すなわちDC−DCコンバータ11に高い直流電圧が入力される場合についても、出力素子5aが発振を継続できる場合は、上記と同様である。調光器8の調光度に応じて、DC−DCコンバータ11に入力される直流電圧の値が変化して、出力電流IOUTの平均値を制御することができる。したがって、調光度に応じて、照明負荷2の照明光源4を調光することができる。 Even when the dimming degree of the dimmer 8 is set to a value smaller than 100% and the input AC voltage is phase-controlled and transmitted, that is, when a high DC voltage is input to the DC-DC converter 11. When the output element 5a can continue to oscillate, it is the same as described above. Depending on the dimming degree of the dimmer 8, the value of the DC voltage input to the DC-DC converter 11 changes, and the average value of the output current IOUT can be controlled. Therefore, the illumination light source 4 of the illumination load 2 can be dimmed according to the dimming degree.
また、調光器8の調光度がさらに小さい値に設定される場合、すなわちDC−DCコンバータ11に入力される直流電圧がさらに低い場合、出力素子5aがオンしてもインダクタ23の両端の電位差が小さいため、インダクタ23を流れる電流が増加することができない。したがって、出力素子5aは、オフの状態にならず、一定の直流電流を出力する。 In addition, when the dimming degree of the dimmer 8 is set to a smaller value, that is, when the DC voltage input to the DC-DC converter 11 is lower, the potential difference between both ends of the inductor 23 even when the output element 5a is turned on. Therefore, the current flowing through the inductor 23 cannot be increased. Therefore, the output element 5a is not turned off and outputs a constant direct current.
図6は、照明用電源の主要な信号を表す波形図である。
図6においては、図6(a)〜(h)の順に、調光器8の調光度が小さくなる場合の、整流回路9の直流電圧VRE、照明用電源3aの出力電流IOUT、整流素子22の電圧VDの測定値を表している。
FIG. 6 is a waveform diagram showing main signals of the power supply for illumination.
6, in the order of FIGS. 6A to 6H, when the dimming degree of the dimmer 8 decreases, the DC voltage VRE of the rectifier circuit 9, the output current IOUT of the illumination power supply 3a, the rectifier element 22 Represents the measured value of the voltage VD.
図6(a)〜(c)に表したように、調光度が大きいとき、出力素子5aはオン状態とオフ状態とを繰り返すスイッチング動作をして発振し、整流素子22の電圧VDは、発振波形になる。なお、調光器8の調光度に応じた制御をしていないため、出力電流IOUTは、ほぼ一定になっている。 As shown in FIGS. 6A to 6C, when the dimming degree is large, the output element 5a oscillates by switching between the ON state and the OFF state, and the voltage VD of the rectifying element 22 is oscillated. It becomes a waveform. Since the control according to the dimming degree of the dimmer 8 is not performed, the output current IOUT is substantially constant.
図6(d)〜(f)に表したように、調光度が低下すると、DC−DCコンバータ11に入力される電圧のリプルのため、出力素子5aがオンの状態を継続し、オンの状態とオフの状態とを繰り返すスイッチング動作を停止する期間が生じる。出力素子5の電流I5の平均値は、調光度に応じて変化するため、出力電流IOUTの平均値は、調光度に応じて変化する。 As shown in FIGS. 6D to 6F, when the dimming degree decreases, the output element 5a continues to be on due to the ripple of the voltage input to the DC-DC converter 11, and the on state. And a period of stopping the switching operation that repeats the OFF state occurs. Since the average value of the current I5 of the output element 5 changes according to the dimming degree, the average value of the output current IOUT changes according to the dimming degree.
図6(g)、(h)に表したように、調光度がさらに低下すると、出力素子5aはオンの状態を継続し、直流電流I5が流れるため、整流素子22の電圧VDは、直流電圧になる。直流電流I5の値は、調光度に応じて変化するため、出力電流IOUTは、調光度に応じて変化する。 As shown in FIGS. 6G and 6H, when the dimming degree further decreases, the output element 5a continues to be in an ON state, and the DC current I5 flows. Therefore, the voltage VD of the rectifying element 22 is the DC voltage. become. Since the value of the direct current I5 changes according to the dimming degree, the output current IOUT changes according to the dimming degree.
このように、本実施形態においては、調光器の調光度に応じて、ノーマリオン形の出力素子がオンの状態とオフの状態とを繰り返すスイッチング動作をして発振し、またはオンの状態を継続して直流電流を出力する。その結果、出力電流を最大値からゼロまで連続的に変化させることができる。また、照明装置における照明負荷をスムーズに消灯させることができる。 As described above, in this embodiment, the normally-on output element oscillates by repeating the switching operation between the ON state and the OFF state according to the dimming degree of the dimmer, or the ON state is changed. Continue to output DC current. As a result, the output current can be continuously changed from the maximum value to zero. Moreover, the illumination load in the illumination device can be turned off smoothly.
図7は、第3の実施形態に係る照明用電源を含む照明装置を例示する回路図である。
図7に表したように、第3の実施形態は、第2の実施形態と比較して、DC−DCコンバータ11における定電流素子6aのゲート電位を生成する構成が異なっている。すなわち、照明用電源3bは、抵抗52、53、56、コンデンサ54、ダイオード58が追加されている。調光器8、整流回路9、定電流回路10a、DC−DCコンバータ11の構成については、第2の実施形態と同様である。
FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a lighting device including a lighting power source according to the third embodiment.
As shown in FIG. 7, the third embodiment is different from the second embodiment in the configuration for generating the gate potential of the constant current element 6 a in the DC-DC converter 11. In other words, resistors 52, 53, and 56, a capacitor 54, and a diode 58 are added to the illumination power supply 3b. The configurations of the dimmer 8, the rectifier circuit 9, the constant current circuit 10a, and the DC-DC converter 11 are the same as those in the second embodiment.
抵抗52、53は、定電流回路10のダイオード21のアノードと整流回路9の低電位端子9bとの間に、直列に接続されている。また、コンデンサ54は、抵抗53と並列に接続される。抵抗53の電圧は、ダイオード58、抵抗56を介して、分割抵抗26、27の接続点に供給される。抵抗52とコンデンサ54とは、ローパスフィルタまたは積分回路を構成し、抵抗53には、整流回路9の直流電圧VREを平滑化した電圧が生成される。 The resistors 52 and 53 are connected in series between the anode of the diode 21 of the constant current circuit 10 and the low potential terminal 9 b of the rectifier circuit 9. The capacitor 54 is connected in parallel with the resistor 53. The voltage of the resistor 53 is supplied to the connection point of the divided resistors 26 and 27 via the diode 58 and the resistor 56. The resistor 52 and the capacitor 54 constitute a low-pass filter or an integrating circuit, and the resistor 53 generates a voltage obtained by smoothing the DC voltage VRE of the rectifier circuit 9.
抵抗53の電圧は、調光器8の調光度に応じて変化するため、定電流素子6aのゲート電位を、調光度に応じて変化させることができる。 Since the voltage of the resistor 53 changes according to the dimming degree of the dimmer 8, the gate potential of the constant current element 6a can be changed according to the dimming degree.
図8は、第3の実施形態に係る照明用電源の主要な信号を表す波形図である。
図8においては、図8(a)〜(h)の順に、調光器8の調光度が大きくなる場合の、整流回路9の直流電圧VRE、照明用電源3bの出力電流IOUT、整流素子22の電圧VDの測定値を表している。
FIG. 8 is a waveform diagram showing main signals of the illumination power source according to the third embodiment.
In FIG. 8, in the order of FIGS. 8A to 8H, when the dimming degree of the dimmer 8 increases, the DC voltage VRE of the rectifier circuit 9, the output current IOUT of the illumination power supply 3b, the rectifier element 22 Represents the measured value of the voltage VD.
図8(a)に表したように、調光度が0%、すなわち調光位相角が180度のとき、整流回路9の直流電圧VREがゼロのため、出力電流IOUTは流れない。
図8(b)、(c)に表したように、調光度が大きくなる、すなわち調光位相角が小さくなると、整流回路9の直流電圧VREが高くなり、出力素子5aはオンの状態を継続したまま電流I5が振動する動作になり、整流素子22の電圧VDは、振動する。調光度に応じて、電流I5の変動幅が大きくなり、整流素子22の電圧VDの変動幅が大きくなる。そのため、出力電流IOUTは、調光度が大きくなると、大きくなる。なお、出力素子5aがオフの状態にならないため、整流素子22の電圧VDは、ゼロにならない。
As shown in FIG. 8A, when the dimming degree is 0%, that is, when the dimming phase angle is 180 degrees, the output voltage IOUT does not flow because the DC voltage VRE of the rectifier circuit 9 is zero.
As shown in FIGS. 8B and 8C, when the dimming degree increases, that is, when the dimming phase angle decreases, the DC voltage VRE of the rectifier circuit 9 increases, and the output element 5a continues to be in the ON state. In this state, the current I5 vibrates, and the voltage VD of the rectifying element 22 vibrates. Depending on the dimming degree, the fluctuation range of the current I5 increases, and the fluctuation range of the voltage VD of the rectifying element 22 increases. Therefore, the output current IOUT increases as the dimming degree increases. Since the output element 5a is not turned off, the voltage VD of the rectifying element 22 does not become zero.
図8(d)〜(h)に表したように、調光度がさらに大きくなると、出力素子5aは、オンの状態とオフの状態とを繰り返すスイッチング動作をして、発振する。整流素子22の電圧の変動幅が大きくなり、ほぼゼロまで低下する。出力電流IOUTは、調光度が大きくなると、大きくなる。 As shown in FIGS. 8D to 8H, when the dimming degree is further increased, the output element 5a oscillates by performing a switching operation that repeats an on state and an off state. The fluctuation range of the voltage of the rectifying element 22 increases and decreases to almost zero. The output current IOUT increases as the dimming degree increases.
このように、本具体例においては、出力素子5aは、調光度に応じて、オンの状態を継続してオフの状態にならないで振動する状態と、オン状態とオフ状態とを繰り返すスイッチング動作をして発振する状態との間を連続的に遷移する。その結果、発振電流I5の振幅は、調光度に応じて連続的に変化し、出力電流IOUTは、調光度に応じて連続的に変化する。 As described above, in this specific example, the output element 5a performs a switching operation that repeats the on state and the off state in which the output element 5a continuously vibrates without being turned off according to the dimming degree. And continuously transition between the oscillating state. As a result, the amplitude of the oscillation current I5 continuously changes according to the dimming degree, and the output current IOUT continuously changes according to the dimming degree.
図9は、調光位相角と出力電流IOUTとの関係を例示する特性図である。
図9に表したように、本具体例においては、出力電流IOUTは、調光位相角(調光度)に応じて、ゼロまで連続的に制御することができる。
このように、本実施形態においては、調光器の調光度に応じて、出力素子の状態が連続的に遷移する。その結果、出力電流の連続的に変化させることができ、また調光器の調光度の可変範囲を広げることができる。また、照明装置を連続的に調光でき、また調光範囲を広げることができる。
FIG. 9 is a characteristic diagram illustrating the relationship between the dimming phase angle and the output current IOUT.
As shown in FIG. 9, in this specific example, the output current IOUT can be continuously controlled to zero according to the dimming phase angle (the dimming degree).
Thus, in this embodiment, the state of an output element changes continuously according to the light control degree of a light control device. As a result, the output current can be continuously changed, and the variable range of the dimming degree of the dimmer can be expanded. In addition, the lighting device can be dimmed continuously, and the dimming range can be expanded.
図10は、第4の実施形態に係る照明用電源を含む照明装置を例示する回路図である。
図10に表したように、第4の実施形態は、第3の実施形態と比較して、定電流回路10とDC−DCコンバータ11の構成が異なっている。すなわち、照明用電源3cは、調光器8、整流回路9、定電流回路10a、DC−DCコンバータ11aを有している。調光器8及び整流回路9については、第3の実施形態と同様である。また、照明装置1cは、照明負荷2と照明用電源3cとを備えている。照明負荷2については、第1の実施形態と同様である。
FIG. 10 is a circuit diagram illustrating a lighting device including a lighting power source according to the fourth embodiment.
As shown in FIG. 10, the fourth embodiment is different in the configurations of the constant current circuit 10 and the DC-DC converter 11 from the third embodiment. That is, the illumination power supply 3c includes a dimmer 8, a rectifier circuit 9, a constant current circuit 10a, and a DC-DC converter 11a. The dimmer 8 and the rectifier circuit 9 are the same as in the third embodiment. Moreover, the illuminating device 1c is provided with the illumination load 2 and the power supply 3c for illumination. The illumination load 2 is the same as in the first embodiment.
定電流回路10aは、第2の実施形態における定電流回路10と比較して、トランジスタ17がノーマリオフ形の素子である点と、定電流を流すためのバイアス回路の構成が異なっている。すなわち、定電流回路10aは、トランジスタ17a、トランジスタ17aをバイアスする抵抗18、32とツェナーダイオード19、チョークコイル20、ダイオード21を有する。 The constant current circuit 10a is different from the constant current circuit 10 in the second embodiment in that the transistor 17 is a normally-off element and the configuration of a bias circuit for supplying a constant current. That is, the constant current circuit 10a includes a transistor 17a, resistors 18 and 32 that bias the transistor 17a, a Zener diode 19, a choke coil 20, and a diode 21.
トランジスタ17aは、例えばFETであり、ノーマリオフ形の素子である。トランジスタ17aのドレインは、チョークコイル20を介して、整流回路9の高電位端子9aに接続され、トランジスタ17aのソースは、抵抗18を介して、整流回路9の低電位端子9bに接続される。トランジスタ17aのゲートは、バイアス抵抗32を介してダイオード21のカソードに接続され、また、ツェナーダイオード19を介して整流回路9の低電位端子9bに接続される。また、整流回路9の高電位端子9aは、ダイオード21のアノードに接続され、ダイオード21のカソードは、DC−DCコンバータ11aに接続される。また、ダイオード21のカソードと整流回路9の低電位端子9bとの間には、平滑コンデンサ40が接続される。 The transistor 17a is, for example, an FET and is a normally-off type element. The drain of the transistor 17a is connected to the high potential terminal 9a of the rectifier circuit 9 via the choke coil 20, and the source of the transistor 17a is connected to the low potential terminal 9b of the rectifier circuit 9 via the resistor 18. The gate of the transistor 17 a is connected to the cathode of the diode 21 through the bias resistor 32, and is connected to the low potential terminal 9 b of the rectifier circuit 9 through the Zener diode 19. The high potential terminal 9a of the rectifier circuit 9 is connected to the anode of the diode 21, and the cathode of the diode 21 is connected to the DC-DC converter 11a. A smoothing capacitor 40 is connected between the cathode of the diode 21 and the low potential terminal 9 b of the rectifier circuit 9.
トランジスタ17aは、バイアス抵抗32とツェナーダイオード19でバイアスされ、調光器8の位相回路13を動作させる定電流を流す。したがって、定電流回路10と同様に、定電流回路10aは、位相回路13と比較してインピーダンスの小さい素子を整流回路9の負荷として接続することにより、後段のDC−DCコンバータ11の入力インピーダンスの影響を抑制して、調光器8を安定に動作させることができる。 The transistor 17 a is biased by the bias resistor 32 and the Zener diode 19, and passes a constant current that operates the phase circuit 13 of the dimmer 8. Therefore, like the constant current circuit 10, the constant current circuit 10 a is connected to an element having a smaller impedance than the phase circuit 13 as a load of the rectifier circuit 9, so The dimmer 8 can be stably operated while suppressing the influence.
DC−DCコンバータ11aは、第2の実施形態におけるDC−DCコンバータ11と比較して、出力素子5a及び定電流素子6aがともにノーマリオフ形の素子である点が異なり、またその結果、インダクタ23などの位置などの構成が異なっている。
DC−DCコンバータ11aは、出力素子5b、定電流素子6b、整流素子22、インダクタ23、出力素子5bを駆動する帰還巻き線(駆動素子)24、結合コンデンサ25、出力コンデンサ28、バイアス抵抗29、抵抗33〜37を有している。
出力素子5b及び定電流素子6bは、例えば電界効果トランジスタ(FET)であり、例えば高電子移動度トランジスタ(High Electron Mobility Transistor:HEMT)である。
The DC-DC converter 11a is different from the DC-DC converter 11 in the second embodiment in that both the output element 5a and the constant current element 6a are normally-off elements, and as a result, the inductor 23 and the like. Configurations such as the position of are different.
The DC-DC converter 11a includes an output element 5b, a constant current element 6b, a rectifier element 22, an inductor 23, a feedback winding (drive element) 24 for driving the output element 5b, a coupling capacitor 25, an output capacitor 28, a bias resistor 29, Resistors 33 to 37 are provided.
The output element 5b and the constant current element 6b are, for example, field effect transistors (FETs), for example, high electron mobility transistors (HEMTs).
出力素子5bのドレインは、逆方向の整流素子22を介して、定電流回路10aのダイオード21のカソードに接続される。出力素子5bのソースは、定電流素子6bに接続され、出力素子5bのゲートは、帰還巻き線24の一端に接続される。帰還巻き線24の他端は、結合コンデンサ25を介して、整流回路9の低電位端子9bに接続される。
また、バイアス抵抗29は、ダイオード21のカソードと出力素子5bのゲートとの間に接続され、抵抗33は、出力素子5bのゲートと整流回路9の低電位端子9bとの間に接続される。また、出力素子5bのゲートには、保護ダイオードが接続される。
The drain of the output element 5b is connected to the cathode of the diode 21 of the constant current circuit 10a via the rectifying element 22 in the reverse direction. The source of the output element 5 b is connected to the constant current element 6 b, and the gate of the output element 5 b is connected to one end of the feedback winding 24. The other end of the feedback winding 24 is connected to the low potential terminal 9 b of the rectifier circuit 9 via the coupling capacitor 25.
The bias resistor 29 is connected between the cathode of the diode 21 and the gate of the output element 5b, and the resistor 33 is connected between the gate of the output element 5b and the low potential terminal 9b of the rectifier circuit 9. A protective diode is connected to the gate of the output element 5b.
定電流素子6bは、カレントミラーで構成され、出力側トランジスタのドレインは、出力素子5bのソースに接続され、ソースは、抵抗34を介して、整流回路9の低電位端子9bに接続され、ゲートは、基準側トランジスタのゲート及びドレインに接続される。基準側トランジスタのソースは、抵抗35を介して、整流回路9の低電位端子9bに接続され、ドレイン及びゲートは、抵抗36、37を介して、ダイオード21のアノードに接続される。また、抵抗37は、コンデンサ54を介して、整流回路9の低電位端子9bに接続される。抵抗37とコンデンサ54とは、ローパスフィルタまたは積分回路を構成する。また、コンデンサ54と並列に、抵抗56を介してツェナーダイオード58が接続される。
抵抗36を介して、定電流素子6bの基準側トランジスタには、調光度に応じて変化する電流が流される。したがって、定電流素子6bの出力側トランジスタには、調光度に応じて変化する電流が流れる。
The constant current element 6b is composed of a current mirror, the drain of the output side transistor is connected to the source of the output element 5b, the source is connected to the low potential terminal 9b of the rectifier circuit 9 via the resistor 34, and the gate Are connected to the gate and drain of the reference transistor. The source of the reference side transistor is connected to the low potential terminal 9 b of the rectifier circuit 9 through the resistor 35, and the drain and gate are connected to the anode of the diode 21 through the resistors 36 and 37. The resistor 37 is connected to the low potential terminal 9 b of the rectifier circuit 9 through the capacitor 54. The resistor 37 and the capacitor 54 constitute a low-pass filter or an integration circuit. A zener diode 58 is connected in parallel with the capacitor 54 via a resistor 56.
A current that changes in accordance with the dimming degree flows through the resistor 36 to the reference-side transistor of the constant current element 6b. Therefore, a current that changes in accordance with the dimming level flows through the output-side transistor of the constant current element 6b.
インダクタ23は、出力素子5bのドレインと低電位出力端子31との間に接続される。なお、インダクタ23と帰還巻き線24とは、インダクタ23の一端から他端に増加する電流が流れるとき、出力素子5bのゲートに正極性の電圧が供給される極性で磁気結合している。 The inductor 23 is connected between the drain of the output element 5 b and the low potential output terminal 31. The inductor 23 and the feedback winding 24 are magnetically coupled in such a polarity that a positive voltage is supplied to the gate of the output element 5b when an increasing current flows from one end of the inductor 23 to the other end.
出力コンデンサ28は、高電位出力端子30と低電位出力端子31との間に接続される。また、高電位出力端子30は、定電流回路10aのダイオード21のカソードに接続される。 The output capacitor 28 is connected between the high potential output terminal 30 and the low potential output terminal 31. The high potential output terminal 30 is connected to the cathode of the diode 21 of the constant current circuit 10a.
照明負荷2は、高電位出力端子30と低電位出力端子31との間に、出力コンデンサ28と並列に接続される。
DC−DCコンバータ11aの動作は、DC−DCコンバータ11と比較して、出力素子5aと定電流素子6aが低電位側に、整流素子22と出力コンデンサ28と照明負荷2とが高電位側に、それぞれ移動した点と、出力素子5a及び定電流素子6aをノーマリオフ形の素子に替えた点以外は、同様である。
The illumination load 2 is connected in parallel with the output capacitor 28 between the high potential output terminal 30 and the low potential output terminal 31.
Compared with the DC-DC converter 11, the operation of the DC-DC converter 11a is such that the output element 5a and the constant current element 6a are on the low potential side, and the rectifier element 22, the output capacitor 28, and the illumination load 2 are on the high potential side. The points are the same except that the respective elements are moved and the output element 5a and the constant current element 6a are replaced with normally-off elements.
したがって、本実施形態においては、調光器の調光度に応じて、ノーマリオフ形の出力素子がオンの状態とオフの状態とを繰り返すスイッチング動作をして発振し、またはオンの状態を継続したまま出力電流を出力する。すなわち、第3の実施形態における出力素子と同様に、調光器の調光度に応じて動作状態が連続的に遷移する。その結果、第3の実施形態と同様の効果を得ることができる。 Therefore, in the present embodiment, the normally-off output element oscillates by repeating the switching operation between the ON state and the OFF state according to the dimming degree of the dimmer, or remains in the ON state. Outputs output current. That is, similarly to the output element in the third embodiment, the operation state continuously changes according to the dimming degree of the dimmer. As a result, the same effect as that of the third embodiment can be obtained.
以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明したが、それらに限定されるものではなく、種々の変形が可能である。 As described above, the embodiments have been described with reference to specific examples. However, the embodiments are not limited thereto, and various modifications are possible.
例えば、出力素子5、5a、5b及び定電流素子6、6a、6bはGaN系HEMTには限定されない。例えば、半導体基板に炭化珪素(SiC)や窒化ガリウム(GaN)やダイヤモンドのようなワイドバンドギャップを有する半導体(ワイドバンドギャップ半導体)を用いて形成した半導体素子でもよい。ここで、ワイドバンドギャップ半導体とは、バンドギャップが約1.4eVのヒ化ガリウム(GaAs)よりもバンドギャップの広い半導体をいう。例えば、バンドギャップが1.5eV以上の半導体、リン化ガリウム(GaP、バンドギャップ約2.3eV)、窒化ガリウム(GaN、バンドギャップ約3.4eV)、ダイアモンド(C、バンドギャップ約5.27eV)、窒化アルミニウム(AlN、バンドギャップ約5.9eV)、炭化ケイ素(SiC)などが含まれる。このようなワイドバンドギャップ半導体素子は、耐圧を等しくする場合、シリコン半導体素子よりも小さくできるために寄生容量が小さく、高速動作が可能なため、スイッチング周期を短くすることができ、巻線部品やコンデンサなどの小形化が可能となる。 For example, the output elements 5, 5a, 5b and the constant current elements 6, 6a, 6b are not limited to GaN-based HEMTs. For example, a semiconductor element formed using a semiconductor (wide band gap semiconductor) having a wide band gap such as silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), or diamond on the semiconductor substrate may be used. Here, the wide band gap semiconductor means a semiconductor having a wider band gap than gallium arsenide (GaAs) having a band gap of about 1.4 eV. For example, a semiconductor having a band gap of 1.5 eV or more, gallium phosphide (GaP, band gap about 2.3 eV), gallium nitride (GaN, band gap about 3.4 eV), diamond (C, band gap about 5.27 eV) , Aluminum nitride (AlN, band gap of about 5.9 eV), silicon carbide (SiC), and the like. Such a wide band gap semiconductor element can be made smaller than a silicon semiconductor element when the breakdown voltage is made equal, so that the parasitic capacitance is small and high speed operation is possible, so that the switching cycle can be shortened, and the winding parts and Capacitors can be miniaturized.
また、照明光源4はLEDに限らず、ELやOLEDなどでもよく、照明負荷2には、複数個の照明光源4が直列又は並列に接続されていてもよい。 The illumination light source 4 is not limited to an LED, and may be an EL or an OLED. A plurality of illumination light sources 4 may be connected to the illumination load 2 in series or in parallel.
本発明のいくつかの実施形態および実施例を説明したが、これらの実施形態または実施例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態または実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態または実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments and examples of the present invention have been described, these embodiments or examples are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments or examples can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments or examples and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1、1a、1b…照明装置、 2…照明負荷、 3、3a、3b…照明用電源、 4…照明光源、 5、5a、5b…出力素子、 6、6a、6b…定電流素子、 7…電源、 7a…交流電源、 8…調光器、 9…整流回路、 9a…高電位端子、 9b…低電位端子、 10、10a…定電流回路、 11、11a…DC−DCコンバータ、 12…トライアック、 13…位相回路、 14…ダイアック、 15…可変抵抗、 16…コンデンサ、 17、17a…トランジスタ、 18、33〜37…抵抗、 19…ツェナーダイオード、 20…チョークコイル、 21…ダイオード、 22…整流素子、 23…インダクタ、 24…帰還巻き線、 25…結合コンデンサ、 26、27…分割抵抗、 28…出力コンデンサ、 29、32…バイアス抵抗、 30…高電位出力端子、 31…低電位出力端子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a, 1b ... Illuminating device, 2 ... Illumination load, 3, 3a, 3b ... Power supply for illumination, 4 ... Illumination light source, 5, 5a, 5b ... Output element 6, 6a, 6b ... Constant current element, 7 ... Power supply, 7a ... AC power supply, 8 ... Dimmer, 9 ... Rectifier circuit, 9a ... High potential terminal, 9b ... Low potential terminal, 10, 10a ... Constant current circuit, 11, 11a ... DC-DC converter, 12 ... Triac , 13 ... Phase circuit, 14 ... Diac, 15 ... Variable resistance, 16 ... Capacitor, 17, 17a ... Transistor, 18, 33-37 ... Resistance, 19 ... Zener diode, 20 ... Choke coil, 21 ... Diode, 22 ... Rectification Elements 23 ... Inductors 24 ... Feedback windings 25 ... Coupling capacitors 26, 27 ... Split resistors 28 ... Output capacitors 29, 32 ... Bi Scan resistance, 30 ... high-potential output terminal, 31 ... low-potential output terminal
Claims (7)
前記出力素子と直列に接続され、前記出力素子に流れる電流を制限する定電流素子と、
前記定電流素子と前記照明負荷との間に直列に接続されたインダクタと、
前記インダクタおよび前記照明負荷に並列に接続された整流素子と、
を備え、
前記出力素子は、前記出力素子のオンの状態が継続するときには、前記定電流素子によって制限された直流電流を流すことができる照明用電源。 A switching operation that is connected between a power source and a lighting load, and repeats an on state and an off state when a potential difference between the power source and the lighting load is greater than or equal to a predetermined value; An output element that remains on when the potential difference between is less than a predetermined value;
A constant current element connected in series with the output element and restricting a current flowing through the output element;
An inductor connected in series between the constant current element and the lighting load;
A rectifying element connected in parallel to the inductor and the lighting load;
Equipped with a,
The output power supply is an illumination power source capable of flowing a direct current limited by the constant current element when the output element is kept on .
前記照明負荷に電力を供給する請求項1〜6のいずれか1つに記載の照明用電源と、
を備えた照明装置。 Lighting load,
The power supply for illumination according to any one of claims 1 to 6, wherein power is supplied to the illumination load.
A lighting device comprising:
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