JP6058473B2 - Lighting power control circuit, semiconductor integrated circuit, lighting power supply and lighting fixture - Google Patents
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Description
本発明は、照明用電源制御回路、半導体集積回路、照明用電源および照明器具に関する。より詳しくは、本発明は、電流注入型の発光素子を有する発光モジュールに電流を供給する照明用電源を制御するための照明用電源制御回路、該照明用電源制御回路を半導体基板上に形成した半導体集積回路、該照明用電源制御回路を備えた照明用電源、および該照明用電源を備えた照明器具に関する。 The present invention relates to a lighting power supply control circuit, a semiconductor integrated circuit, a lighting power supply, and a lighting fixture. More specifically, in the present invention, an illumination power supply control circuit for controlling an illumination power supply for supplying current to a light emitting module having a current injection type light emitting element, and the illumination power supply control circuit are formed on a semiconductor substrate. The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, an illumination power source including the illumination power source control circuit, and a lighting fixture including the illumination power source.
照明器具に対しては、高調波電流を抑制するためにIECやJIS等の規格により各種の規制(定格出力25W以上ではクラスC)が課せられている。このため、照明器具に適用される電源装置には、通常、昇圧チョッパ回路等の力率改善回路が設けられている。 For lighting fixtures, various regulations (class C at rated output of 25 W or more) are imposed by standards such as IEC and JIS in order to suppress harmonic current. For this reason, the power supply device applied to a lighting fixture is usually provided with a power factor correction circuit such as a boost chopper circuit.
ところで、発光ダイオード(LED)等の電流注入型の発光素子を用いた発光モジュールを有する照明器具の場合、調光制御により、従来の放電灯等に比べてずっと小さい照度(調光度)まで調光することが可能である。照度が低い場合(深調光の場合)、照明器具の電源装置(照明用電源)は、従来の放電灯等に比べてずっと小さい電流を発光モジュールに供給する必要がある。 By the way, in the case of a lighting fixture having a light emitting module using a current injection type light emitting element such as a light emitting diode (LED), the dimming is controlled to a much smaller illuminance (dimming degree) than a conventional discharge lamp by dimming control. Is possible. When the illuminance is low (in the case of deep dimming), the power supply device (illumination power supply) of the lighting fixture needs to supply a much smaller current to the light emitting module than a conventional discharge lamp or the like.
なお、特許文献1には、通常動作時に比べて消費電力が小さくなる動作モードにおいてチョッパ回路の出力電圧の異常昇圧を抑制する電源装置が記載されている。また、特許文献2には、軽負荷の状態においてスイッチング損失を低減させる電源装置が記載されている。
Note that
上記のように、深調光の場合、即ち、照明用電源の負荷が軽い場合は、照明用電源は、従来の放電灯等に比べてずっと小さい電流を発光モジュールに供給する必要がある。 As described above, in the case of deep dimming, that is, when the load of the illumination power source is light, the illumination power source needs to supply a much smaller current to the light emitting module than a conventional discharge lamp or the like.
しかしながら、深調光時においては、力率改善回路のスイッチ素子のオン幅が最小となり、調光度がさらに低くなった場合にオン幅をそれ以上狭めることができなくなる。このような場合、力率改善回路のチョークコイルに流れる電流をそれ以上低下させることができない。その結果、力率改善回路の出力電圧が上昇し、過電圧保護機能が作動することにより、力率が低下するという課題があった。 However, at the time of deep dimming, the ON width of the switch element of the power factor correction circuit is minimized, and when the dimming degree is further lowered, the ON width cannot be further reduced. In such a case, the current flowing through the choke coil of the power factor correction circuit cannot be further reduced. As a result, the output voltage of the power factor correction circuit increases and the overvoltage protection function is activated, thereby causing a problem that the power factor is decreased.
ここで、図8を参照して、上記課題について詳しく説明する。図8の上段には、商用電源等の交流電源の入力交流電圧波形(一周期分)を示している。図8の中段には、力率改善回路が定格電圧を出力している時のPFC動作波形(IL,Iin)を示している。図8の下段には、深調光時のPFC動作波形(IL,Iin)を示している。なお、図8の中段および下段における、ILは力率改善回路のチョークコイルに流れるインダクタ電流を示し、Iinは入力交流電圧を整流する整流回路に設けられた平滑コンデンサに流れ込む入力電流である。 Here, the above problem will be described in detail with reference to FIG. The upper part of FIG. 8 shows an input AC voltage waveform (for one cycle) of an AC power source such as a commercial power source. The middle part of FIG. 8 shows PFC operation waveforms (IL, Iin) when the power factor correction circuit outputs a rated voltage. The lower part of FIG. 8 shows the PFC operation waveforms (IL, Iin) during deep dimming. In the middle and lower stages of FIG. 8, IL indicates an inductor current flowing through the choke coil of the power factor correction circuit, and Iin is an input current flowing into a smoothing capacitor provided in a rectifier circuit that rectifies the input AC voltage.
図8中段に示すように、定格出力時においては、力率改善回路は電流臨界制御される。即ち、インダクタ電流ILがゼロに低下すると、インダクタ電流を制御するスイッチ素子が導通状態になり、インダクタ電流ILは再び上昇する。電流臨界制御の下では、入力電流Iinは入力交流電圧の波形とほぼ相似になり、力率が改善される。 As shown in the middle part of FIG. 8, the power factor correction circuit is current critically controlled at the rated output. That is, when the inductor current IL decreases to zero, the switch element that controls the inductor current becomes conductive, and the inductor current IL increases again. Under current critical control, the input current Iin is almost similar to the waveform of the input AC voltage, and the power factor is improved.
一方、図8下段に示すように、深調光時においては、インダクタ電流ILは、電流臨界制御の途中でしばらくゼロになる期間がある。これは、前述のように、力率改善回路の出力電圧が定格電圧よりも高くなることに起因する。 On the other hand, as shown in the lower part of FIG. 8, at the time of deep dimming, the inductor current IL has a period in which it becomes zero for a while during the current critical control. As described above, this is because the output voltage of the power factor correction circuit is higher than the rated voltage.
即ち、力率改善回路の出力電圧が定格出力電圧よりも高い異常閾値電圧に達すると、過電圧保護機能が作動し、スイッチ素子のスイッチング動作は強制的に停止する。ここで、過電圧保護機能は、力率改善回路の出力電圧が平滑コンデンサの耐圧を超える等により、照明用電源が破壊されることを防止するために設けられているものである。 That is, when the output voltage of the power factor correction circuit reaches an abnormal threshold voltage higher than the rated output voltage, the overvoltage protection function is activated and the switching operation of the switch element is forcibly stopped. Here, the overvoltage protection function is provided to prevent the illumination power source from being destroyed due to the output voltage of the power factor correction circuit exceeding the withstand voltage of the smoothing capacitor.
過電圧保護機能の作動後、スイッチング動作の停止により力率改善回路の出力電圧が低下すると、過電圧保護機能によるスイッチング動作の禁止が解除され、スイッチ素子はスイッチング動作を再開する。 After the overvoltage protection function is activated, when the output voltage of the power factor correction circuit decreases due to the stop of the switching operation, the prohibition of the switching operation by the overvoltage protection function is released, and the switch element resumes the switching operation.
しかしながら、図8の下段に示すように、スイッチング動作の停止および再開によって入力電流Iinの高調波成分が増大し、力率が低下してしまう。 However, as shown in the lower part of FIG. 8, the harmonic component of the input current Iin increases due to the stop and restart of the switching operation, and the power factor decreases.
本発明は、上記の技術的認識に基づいてなされたものであり、深調光時における力率の低下を防止することが可能な照明用電源制御回路、半導体集積回路、照明用電源および照明器具を提供することを目的とする。 The present invention has been made based on the above technical recognition, and is a lighting power supply control circuit, a semiconductor integrated circuit, a lighting power supply, and a lighting fixture capable of preventing a reduction in power factor during deep light control. The purpose is to provide.
本発明の一態様に係る照明用電源制御回路は、
交流電源が出力する入力交流電圧を整流平滑して入力整流電圧を出力する整流回路と、インダクタおよび前記インダクタに流れるインダクタ電流を制御するスイッチ素子を有し、前記スイッチ素子のスイッチング動作により前記入力整流電圧を直流電圧に変換する力率改善回路と、電流注入型の発光素子を有する発光モジュールに前記直流電圧に基づく直流電流を出力するDC−DCコンバータと、を備える照明用電源に適用される照明用電源制御回路であって、
調光器により設定される前記発光モジュールの調光度が所定の切り替え閾値以上の場合には、前記インダクタ電流がゼロになったときに前記スイッチ素子を導通状態に制御する電流臨界制御を行い、
前記調光度が前記切り替え閾値未満の場合には、前記入力交流電圧の一周期あたりの前記スイッチ素子のターンオン回数が電流臨界モードにおけるターンオン回数よりも少なくなるように、前記スイッチ素子を所定のターンオン周期で強制的に導通状態に制御する固定周波数制御を行う、
ことを特徴とする。
A lighting power supply control circuit according to one embodiment of the present invention includes:
A rectifier circuit that rectifies and smoothes an input AC voltage output from an AC power supply and outputs an input rectified voltage; an inductor; and a switch element that controls an inductor current flowing through the inductor; and the input rectification by a switching operation of the switch element. A power factor improvement circuit that converts a voltage into a DC voltage, and a DC-DC converter that outputs a DC current based on the DC voltage to a light emitting module having a current injection type light emitting element. Power supply control circuit,
When the dimming degree of the light emitting module set by the dimmer is equal to or higher than a predetermined switching threshold value, current critical control is performed to control the switch element to a conductive state when the inductor current becomes zero,
When the dimming degree is less than the switching threshold, the switch element is turned on at a predetermined turn-on cycle so that the number of turn-on times of the switch element per cycle of the input AC voltage is less than the number of turn-on times in the current critical mode. To perform fixed frequency control to control the conduction state with
It is characterized by that.
また、前記照明用電源制御回路において、
前記調光度が前記切り替え閾値未満であり、かつ前記直流電圧が過電圧保護機能の作動する電圧未満である場合には、前記固定周波数制御に代えて前記電流臨界制御を行ってもよい。
In the illumination power supply control circuit,
When the dimming degree is less than the switching threshold and the DC voltage is less than the voltage at which the overvoltage protection function operates, the current critical control may be performed instead of the fixed frequency control.
また、前記照明用電源制御回路において、
前記ターンオン周期は、前記固定周波数制御における前記スイッチ素子のスイッチング周波数が可聴領域の上限周波数よりも高くなるように設定されているようにしてもよい。
In the illumination power supply control circuit,
The turn-on period may be set such that the switching frequency of the switch element in the fixed frequency control is higher than the upper limit frequency of the audible region.
また、前記照明用電源制御回路において、
前記ターンオン周期は、前記調光度が低くなるにつれて連続的に長くなるようにしてもよい。
In the illumination power supply control circuit,
The turn-on period may be continuously increased as the dimming degree is lowered.
また、前記照明用電源制御回路において、
前記DC−DCコンバータが前記発光モジュールの調光度に応じた直流電流を前記発光モジュールに出力するように、前記DC−DCコンバータを制御するようにしてもよい。
In the illumination power supply control circuit,
You may make it control the said DC-DC converter so that the said DC-DC converter may output the direct current according to the light control degree of the said light emitting module to the said light emitting module.
また、前記照明用電源制御回路において、
前記発光素子は、発光ダイオード、レーザダイオード、有機EL素子、その他半導体発光素子であるようにしてもよい。
In the illumination power supply control circuit,
The light emitting element may be a light emitting diode, a laser diode, an organic EL element, or other semiconductor light emitting element.
また、前記照明用電源制御回路において、
前記調光器の前記調光度に基づく調光電圧が前記切り替え閾値に対応する調光基準電圧未満の場合に、深調光信号を出力する深調光信号出力部と、
前記深調光信号を受信している場合には前記固定周波数制御を行い、前記深調光信号を受信していない場合には前記電流臨界制御を行うPFC制御部と、
を備えるようにしてもよい。
In the illumination power supply control circuit,
A dimming signal output unit for outputting a dimming signal when the dimming voltage based on the dimming degree of the dimmer is less than a dimming reference voltage corresponding to the switching threshold;
A PFC control unit that performs the fixed frequency control when the depth dimming signal is received, and performs the current critical control when the depth dimming signal is not received;
You may make it provide.
また、前記照明用電源制御回路において、
前記PFC制御部は、
前記深調光信号を受信している間、前記ターンオン周期ごとに第1のオントリガ信号を出力するタイマー部と、
前記インダクタ電流がゼロになったことを検出すると、第2のオントリガ信号を出力するゼロクロス検出部と、
前記深調光信号を受信していない場合は前記第2のオントリガ信号を通過させ、前記深調光信号を受信している場合は前記第2のオントリガ信号を通過させない信号ゲート部と、
前記スイッチ素子を流れる電流に基づく電圧が前記入力整流電圧と前記直流電圧との積に基づくターンオフ閾値電圧を超えた場合に、第1のオフトリガ信号を出力するスイッチ電流判定部と、
前記直流電圧が前記力率改善回路の定格出力電圧よりも高い異常閾値電圧を超えた場合に、第2のオフトリガ信号を出力する過電圧検出部と、
前記タイマー部から前記第1のオントリガ信号を受信した場合または前記信号ゲート部から前記第2のオントリガ信号を受信した場合には、前記スイッチ素子を導通状態にするオン信号を出力し、前記スイッチ電流判定部から前記第1のオフトリガ信号を受信した場合または前記過電圧検出部から前記第2のオフトリガ信号を受信した場合には、前記スイッチ素子を遮断状態にするオフ信号を出力するゲート信号出力部と、
を有するようにしてもよい。
In the illumination power supply control circuit,
The PFC control unit
A timer unit that outputs a first on-trigger signal every turn-on period while receiving the deep dimming signal;
A zero-cross detector that outputs a second on-trigger signal when detecting that the inductor current has become zero;
A signal gate section that passes the second on-trigger signal when not receiving the deep dimming signal, and that does not pass the second on-trigger signal when receiving the deep dimming signal;
A switch current determination unit that outputs a first off-trigger signal when a voltage based on a current flowing through the switch element exceeds a turn-off threshold voltage based on a product of the input rectified voltage and the DC voltage;
An overvoltage detector that outputs a second off-trigger signal when the DC voltage exceeds an abnormal threshold voltage that is higher than the rated output voltage of the power factor correction circuit;
When the first on-trigger signal is received from the timer unit or when the second on-trigger signal is received from the signal gate unit, an on signal for turning on the switch element is output, and the switch current A gate signal output unit that outputs an off signal that turns off the switch element when the first off trigger signal is received from the determination unit or the second off trigger signal is received from the overvoltage detection unit; ,
You may make it have.
また、前記照明用電源制御回路において、
前記タイマー部は、
定電流源と、
第1の入力端子と、所定の基準電圧に接続された第2の入力端子と、前記第1の入力端子の電圧が前記第2の入力端子の電圧よりも大きい場合に前記第1のオントリガ信号を出力する出力端子とを有する比較器と、
一端が前記定電流源の出力端子に接続され、他端が前記比較器の前記第1の入力端子に接続され、ゲート端子が前記深調光信号出力部の出力端子に接続され、前記ゲート端子が前記深調光信号を受信すると導通状態になる電流供給用スイッチ素子と、
一端が前記電流供給用スイッチ素子の他端に接続され、他端が接地されたコンデンサと、
一端が前記コンデンサの一端に接続され、他端が接地され、前記ゲート信号出力部が前記オン信号を出力すると導通状態になる放電用スイッチ素子と、
を有するようにしてもよい。
In the illumination power supply control circuit,
The timer unit is
A constant current source;
The first on-trigger signal when the voltage of the first input terminal, the second input terminal connected to a predetermined reference voltage, and the voltage of the first input terminal are larger than the voltage of the second input terminal A comparator having an output terminal for outputting
One end is connected to the output terminal of the constant current source, the other end is connected to the first input terminal of the comparator, a gate terminal is connected to the output terminal of the depth dimming signal output unit, and the gate terminal A switch element for supplying current that becomes conductive when receiving the deep dimming signal;
A capacitor having one end connected to the other end of the current supply switch element and the other end grounded;
One end is connected to one end of the capacitor, the other end is grounded, and the discharging switch element that becomes conductive when the gate signal output unit outputs the ON signal;
You may make it have.
また、前記照明用電源制御回路において、
前記タイマー部は、
定電流源と、
第1の入力端子と、所定の基準電圧に接続された第2の入力端子と、前記第1の入力端子の電圧が前記第2の入力端子の電圧よりも大きい場合に前記第1のオントリガ信号を出力する出力端子とを有する比較器と、
一端が前記定電流源の出力端子および前記比較器の前記第1の入力端子に接続され、他端が接地されたコンデンサと、
一端が前記コンデンサの一端に接続され、他端が接地され、前記ゲート信号出力部が前記オン信号を出力すると導通状態になる放電用スイッチ素子と、
を有するようにしてもよい。
In the illumination power supply control circuit,
The timer unit is
A constant current source;
The first on-trigger signal when the voltage of the first input terminal, the second input terminal connected to a predetermined reference voltage, and the voltage of the first input terminal are larger than the voltage of the second input terminal A comparator having an output terminal for outputting
A capacitor having one end connected to the output terminal of the constant current source and the first input terminal of the comparator, and the other end grounded;
One end is connected to one end of the capacitor, the other end is grounded, and the discharging switch element that becomes conductive when the gate signal output unit outputs the ON signal;
You may make it have.
また、前記照明用電源制御回路において、
前記調光器の前記調光度に基づく調光電圧が前記切り替え閾値に対応する調光基準電圧未満の場合に、深調光信号を出力する深調光信号出力部と、
前記深調光信号を受信し、かつ前記直流電圧が前記力率改善回路の定格出力電圧と過電圧保護機能が作動する異常閾値電圧との間の警戒閾値電圧よりも高い場合には、前記固定周波数制御を行い、それ以外の場合には前記電流臨界制御を行うPFC制御部と、
を備えるようにしてもよい。
また、前記照明用電源制御回路において、
前記PFC制御部は、
前記直流電圧が前記警戒閾値電圧よりも高い場合に、出力電圧上昇信号を出力する出力電圧監視部と、
前記出力電圧上昇信号を受信している場合は前記深調光信号を通過させ、前記出力電圧上昇信号を受信していない場合は前記深調光信号を通過させない第1の信号ゲート部と、
前記第1の信号ゲート部から前記深調光信号を受信している間、前記ターンオン周期ごとに第1のオントリガ信号を出力するタイマー部と、
前記インダクタ電流がゼロになったことを検出すると、第2のオントリガ信号を出力するゼロクロス検出部と、
前記第1の信号ゲート部から前記深調光信号を受信していない場合は前記第2のオントリガ信号を通過させ、前記第1の信号ゲート部から前記深調光信号を受信している場合は前記第2のオントリガ信号を通過させない第2の信号ゲート部と、
前記スイッチ素子を流れる電流に基づく電圧が前記入力整流電圧と前記直流電圧との積に基づくターンオフ閾値電圧を超えた場合に、第1のオフトリガ信号を出力するスイッチ電流判定部と、
前記直流電圧が前記異常閾値電圧を超えた場合に、第2のオフトリガ信号を出力する過電圧検出部と、
前記タイマー部から前記第1のオントリガ信号を受信した場合または前記第2の信号ゲート部から前記第2のオントリガ信号を受信した場合には、前記スイッチ素子を導通状態にするオン信号を出力し、前記スイッチ電流判定部から前記第1のオフトリガ信号を受信した場合または前記過電圧検出部から前記第2のオフトリガ信号を受信した場合には、前記スイッチ素子を遮断状態にするオフ信号を出力するゲート信号出力部と、
を有するようにしてもよい。
In the illumination power supply control circuit,
A dimming signal output unit for outputting a dimming signal when the dimming voltage based on the dimming degree of the dimmer is less than a dimming reference voltage corresponding to the switching threshold;
When the depth dimming signal is received and the DC voltage is higher than a warning threshold voltage between a rated output voltage of the power factor correction circuit and an abnormal threshold voltage at which an overvoltage protection function operates, the fixed frequency A PFC control unit that performs control, and otherwise performs the current critical control;
You may make it provide.
In the illumination power supply control circuit,
The PFC control unit
When the DC voltage is higher than the warning threshold voltage, an output voltage monitoring unit that outputs an output voltage increase signal;
A first signal gate that passes the depth dimming signal when receiving the output voltage rise signal, and does not pass the depth dimming signal when the output voltage rise signal is not received;
A timer unit that outputs a first on-trigger signal for each turn-on period while receiving the deep dimming signal from the first signal gate unit;
A zero-cross detector that outputs a second on-trigger signal when detecting that the inductor current has become zero;
When the depth dimming signal is not received from the first signal gate unit, the second on-trigger signal is passed, and when the depth dimming signal is received from the first signal gate unit. A second signal gate portion that does not pass the second on-trigger signal;
A switch current determination unit that outputs a first off-trigger signal when a voltage based on a current flowing through the switch element exceeds a turn-off threshold voltage based on a product of the input rectified voltage and the DC voltage;
An overvoltage detector that outputs a second off-trigger signal when the DC voltage exceeds the abnormal threshold voltage;
When the first on-trigger signal is received from the timer unit or when the second on-trigger signal is received from the second signal gate unit, an on signal for turning on the switch element is output, When receiving the first off-trigger signal from the switch current determination unit or when receiving the second off-trigger signal from the overvoltage detection unit, a gate signal that outputs an off signal that turns off the switch element An output section;
You may make it have.
本発明の一態様に係る半導体集積回路は、本発明の照明用電源制御回路を所定の半導体基板上に形成したことを特徴とする。 A semiconductor integrated circuit according to one embodiment of the present invention is characterized in that the illumination power supply control circuit of the present invention is formed over a predetermined semiconductor substrate.
本発明の一態様に係る照明用電源は、
交流電源が出力する入力交流電圧を整流平滑して入力整流電圧を出力する整流回路と、
インダクタおよび前記インダクタに流れるインダクタ電流を制御するスイッチ素子を有し、前記スイッチ素子のスイッチング動作により前記入力整流電圧を直流電圧に変換する力率改善回路と、
電流注入型の発光素子を有する発光モジュールに前記直流電圧に基づく直流電流を出力するDC−DCコンバータと、
調光器により設定される前記発光モジュールの調光度が所定の切り替え閾値以上の場合には、前記インダクタ電流がゼロになったときに前記スイッチ素子を導通状態に制御する電流臨界制御を行い、前記調光度が前記切り替え閾値未満の場合には、前記入力交流電圧の一周期あたりの前記スイッチ素子のターンオン回数が電流臨界モードにおけるターンオン回数よりも少なくなるように、前記スイッチ素子を所定のターンオン周期で強制的に導通状態に制御する固定周波数制御を行う照明用電源制御回路と、
を備えることを特徴とする。
A lighting power source according to one embodiment of the present invention includes:
A rectifying circuit that rectifies and smoothes the input AC voltage output from the AC power supply and outputs the input rectified voltage;
A power factor improving circuit that includes an inductor and a switching element that controls an inductor current flowing through the inductor, and converts the input rectified voltage into a DC voltage by a switching operation of the switching element;
A DC-DC converter that outputs a direct current based on the direct current voltage to a light emitting module having a current injection type light emitting element;
When the dimming degree of the light emitting module set by the dimmer is equal to or greater than a predetermined switching threshold, current critical control is performed to control the switch element to a conductive state when the inductor current becomes zero, When the dimming degree is less than the switching threshold, the switch element is turned on at a predetermined turn-on period so that the turn-on number of the switch element per period of the input AC voltage is less than the turn-on number in the current critical mode. A power supply control circuit for lighting that performs fixed frequency control for forcibly controlling to a conductive state;
It is characterized by providing.
本発明の一態様に係る照明器具は、
電流注入型の発光素子を有する発光モジュールと、
交流電源が出力する入力交流電圧を整流平滑して入力整流電圧を出力する整流回路と、
インダクタおよび前記インダクタに流れるインダクタ電流を制御するスイッチ素子を有し、前記スイッチ素子のスイッチング動作により前記入力整流電圧を直流電圧に変換する力率改善回路と、
前記発光モジュールに前記直流電圧に基づく直流電流を出力するDC−DCコンバータと、
調光器により設定される前記発光モジュールの調光度が所定の切り替え閾値以上の場合には、前記インダクタ電流がゼロになったときに前記スイッチ素子を導通状態に制御する電流臨界制御を行い、前記調光度が前記切り替え閾値未満の場合には、前記入力交流電圧の一周期あたりの前記スイッチ素子のターンオン回数が電流臨界モードにおけるターンオン回数よりも少なくなるように、前記スイッチ素子を所定のターンオン周期で強制的に導通状態に制御する固定周波数制御を行う照明用電源制御回路と、
を備えることを特徴とする。
A lighting apparatus according to one embodiment of the present invention includes:
A light emitting module having a current injection type light emitting element;
A rectifying circuit that rectifies and smoothes the input AC voltage output from the AC power supply and outputs the input rectified voltage;
A power factor improving circuit that includes an inductor and a switching element that controls an inductor current flowing through the inductor, and converts the input rectified voltage into a DC voltage by a switching operation of the switching element;
A DC-DC converter that outputs a direct current based on the direct current voltage to the light emitting module;
When the dimming degree of the light emitting module set by the dimmer is equal to or greater than a predetermined switching threshold, current critical control is performed to control the switch element to a conductive state when the inductor current becomes zero, When the dimming degree is less than the switching threshold, the switch element is turned on at a predetermined turn-on period so that the turn-on number of the switch element per period of the input AC voltage is less than the turn-on number in the current critical mode. A power supply control circuit for lighting that performs fixed frequency control for forcibly controlling to a conductive state;
It is characterized by providing.
本発明では、調光度が所定の切り替え閾値未満の場合には、入力交流電圧の一周期あたりのスイッチ素子のターンオン回数が電流臨界モードにおけるターンオン回数よりも少なくなるように、スイッチ素子を所定のターンオン周期で強制的に導通状態に制御する固定周波数制御を行う。 In the present invention, when the dimming degree is less than a predetermined switching threshold, the switch element is turned on at a predetermined turn-on time so that the number of turn-on times of the switch element per cycle of the input AC voltage is smaller than the turn-on number in the current critical mode. Fixed frequency control is performed to control the conduction state forcibly in a cycle.
これにより、インダクタ電流のオフ期間が生じ、力率改善回路の出力電圧の上昇が抑制されるため、スイッチ素子が過電圧保護機能により強制的に遮断状態に制御されることを回避することができる。 As a result, an off period of the inductor current occurs, and an increase in the output voltage of the power factor correction circuit is suppressed, so that it is possible to avoid that the switch element is forcibly controlled to be cut off by the overvoltage protection function.
したがって、本発明によれば、深調光時において、スイッチ素子のスイッチング動作が停止/再開することを回避することができ、入力電流の高調波成分が発生ないし増加することを防止できる。このように、本発明によれば、深調光時における力率の低下を防止することができる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to avoid the switching operation of the switch element from being stopped / restarted during the deep dimming, and to prevent the harmonic component of the input current from being generated or increased. As described above, according to the present invention, it is possible to prevent the power factor from being lowered during the deep light control.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。なお、各図においては、特に説明する場合を除いて、同等の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、同一符号の構成要素の詳しい説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, unless otherwise specified, components having equivalent functions are denoted by the same reference numerals, and detailed description of components having the same reference numerals is not repeated.
(第1の実施形態)
まず、図1を参照して、本発明の実施態様に係る照明器具1について説明する。照明器具1は、電流注入型の発光素子7を有する発光モジュール6を照明光源として備え、調光器8により発光モジュール6の照度(調光度)を調整可能に構成された照明器具である。
(First embodiment)
First, with reference to FIG. 1, the
図1に示すように、照明器具1は、交流電源2に接続された整流回路3と、力率改善回路4と、DC−DCコンバータ5と、発光素子7を有する発光モジュール6と、調光器8と、調光度信号受信部9と、照明用電源制御回路10とを備えている。なお、照明用電源は、整流回路3と、力率改善回路4と、DC−DCコンバータ5と、照明用電源制御回路10とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
以下、照明器具1の各構成要素について詳しく説明する。
Hereinafter, each component of the
整流回路3は、商用電源等の交流電源2が出力する入力交流電圧を整流平滑し、整流平滑された入力整流電圧を力率改善回路4に出力する。図1に示すように、整流回路3は、例えば、ダイオードブリッジおよびコンデンサC1を有する。ダイオードブリッジは、4つのダイオード(D1,D2,D3,D4)からなり、交流電源2の入力交流電圧を全波整流する。コンデンサC1は、力率改善回路4で発生する高周波リプル電流を吸収するために設けられており、一端がダイオードブリッジの出力端子に接続され、他端が接地されている。
The rectifier circuit 3 rectifies and smoothes the input AC voltage output from the
力率改善回路4は、コンデンサC2に流れ込む入力電流(Iin)の高調波成分を抑制し、力率を改善する回路である。力率改善回路4は、インダクタ(チョークコイル)L1と、このインダクタL1に流れる電流(以下、「インダクタ電流」ともいう。)を制御するスイッチ素子Q1とを有し、スイッチ素子Q1のスイッチング動作により入力整流電圧を所定の直流電圧に変換する。 The power factor correction circuit 4 is a circuit that suppresses harmonic components of the input current (Iin) flowing into the capacitor C2 and improves the power factor. The power factor correction circuit 4 includes an inductor (choke coil) L1 and a switch element Q1 that controls a current flowing through the inductor L1 (hereinafter also referred to as “inductor current”). By the switching operation of the switch element Q1, The input rectified voltage is converted into a predetermined DC voltage.
図1に示すように、力率改善回路4は、例えば、インダクタL1と、スイッチ素子Q1と、回生用のダイオードD5と、平滑用のコンデンサC2と、モニタ用巻線L2と、抵抗R3,R4,R5とを有する昇圧チョッパ回路として構成されている。 As shown in FIG. 1, the power factor correction circuit 4 includes, for example, an inductor L1, a switch element Q1, a regeneration diode D5, a smoothing capacitor C2, a monitor winding L2, and resistors R3 and R4. , R5 and a step-up chopper circuit.
インダクタL1は、一端が整流回路3の出力端子に接続され、他端がスイッチ素子Q1の一端およびダイオードD5のアノードに接続されている。 The inductor L1 has one end connected to the output terminal of the rectifier circuit 3, and the other end connected to one end of the switch element Q1 and the anode of the diode D5.
スイッチ素子Q1は、照明用電源制御回路10のGD端子から出力されるゲート信号により導通状態または遮断状態に制御されるトランジスタ(例えばNMOSFET)である。このスイッチ素子Q1は、一端(ドレイン)がインダクタL1の他端に接続され、他端(ソース)は抵抗R3を介して接地されている。
The switch element Q1 is a transistor (for example, NMOSFET) that is controlled to be in a conductive state or a cutoff state by a gate signal output from the GD terminal of the illumination power
抵抗R3は、スイッチ素子Q1に流れる電流をモニタするための抵抗である。抵抗R3の一端はスイッチ素子Q1の他端(ソース)に接続され、抵抗R3の他端は接地されている。 The resistor R3 is a resistor for monitoring the current flowing through the switch element Q1. One end of the resistor R3 is connected to the other end (source) of the switch element Q1, and the other end of the resistor R3 is grounded.
ダイオードD5は、アノードがインダクタL1の他端に接続され、カソードが力率改善回路4の出力端子(コンデンサC2の一端)に接続されている。 The diode D5 has an anode connected to the other end of the inductor L1, and a cathode connected to the output terminal of the power factor correction circuit 4 (one end of the capacitor C2).
抵抗R4および抵抗R5は、力率改善回路4から出力される直流電圧をモニタするための分圧回路を構成する。抵抗R4の一端はコンデンサC2の一端に接続され、他端は抵抗R5の一端に接続されている。抵抗R5の一端は抵抗R4の他端に接続され、他端は接地されている。 The resistors R4 and R5 constitute a voltage dividing circuit for monitoring the DC voltage output from the power factor correction circuit 4. One end of the resistor R4 is connected to one end of the capacitor C2, and the other end is connected to one end of the resistor R5. One end of the resistor R5 is connected to the other end of the resistor R4, and the other end is grounded.
コンデンサC2は、一端が力率改善回路4の出力端子に接続され、他端が接地されている。 One end of the capacitor C2 is connected to the output terminal of the power factor correction circuit 4, and the other end is grounded.
モニタ用巻線L2は、インダクタL1に流れるインダクタ電流をモニタするための巻線であり、一端が接地され、他端が照明用電源制御回路10のZCD端子に接続されている。
The monitoring winding L2 is a winding for monitoring the inductor current flowing through the inductor L1, and has one end grounded and the other end connected to the ZCD terminal of the illumination power
力率改善回路4は、例えば上記構成の昇圧チョッパ回路として構成され、入力整流電圧を所定の電圧に昇圧してDC−DCコンバータ5に出力する。なお、力率改善回路4は、上記構成に限るものではなく、他の公知の構成のものを用いてもよい。
The power factor correction circuit 4 is configured, for example, as a boost chopper circuit having the above-described configuration, boosts the input rectified voltage to a predetermined voltage, and outputs it to the DC-
図1に示すように、整流回路3と力率改善回路4の間には、入力整流電圧をモニタするための分圧回路が設けられている。この分圧回路は、直列接続された抵抗R1および抵抗R2から構成される。抵抗R1の一端は整流回路3の出力端子に接続され、他端は抵抗R2の一端に接続されている。抵抗R2の一端は抵抗R1の他端に接続され、他端は接地されている。 As shown in FIG. 1, a voltage dividing circuit for monitoring the input rectified voltage is provided between the rectifier circuit 3 and the power factor correction circuit 4. This voltage dividing circuit includes a resistor R1 and a resistor R2 connected in series. One end of the resistor R1 is connected to the output terminal of the rectifier circuit 3, and the other end is connected to one end of the resistor R2. One end of the resistor R2 is connected to the other end of the resistor R1, and the other end is grounded.
DC−DCコンバータ5は、PFC制御回路4が出力する直流電圧を入力し、該直流電圧に基づく直流電流を発光モジュール6に出力する。DC−DCコンバータ5が出力する直流電流は発光モジュール6の調光度が低下するにつれて小さくなる。
The DC-
図1に示すように、DC−DCコンバータ5は、例えば、ハイサイドスイッチ素子Q2と、ローサイドスイッチ素子Q3と、降圧用のダイオードD6と、ダイオードD7,D8と、1次巻線L3および2次巻線L4を有するトランスTと、コンデンサC3,C4と、平滑用のコンデンサC5とを有する降圧チョッパ回路として構成されている。
As shown in FIG. 1, the DC-
ハイサイドスイッチ素子Q2は、照明用電源制御回路10のHO端子から出力されるゲート信号により導通状態または遮断状態に制御されるトランジスタ(例えばNMOSFET)である。このハイサイドスイッチ素子Q2は、一端(ドレイン)が力率改善回路4の出力端子に接続され、他端(ソース)がローサイドスイッチ素子Q3の一端(ドレイン)に接続されている。
The high-side switch element Q2 is a transistor (for example, NMOSFET) that is controlled to be in a conductive state or a cut-off state by a gate signal output from the HO terminal of the illumination power
ローサイドスイッチ素子Q3は、照明用電源制御回路10のLO端子から出力されるゲート信号により導通状態または遮断状態に制御されるトランジスタ(例えばNMOSFET)である。このローサイドスイッチ素子Q3は、一端(ドレイン)がハイサイドスイッチ素子Q2の他端(ソース)に接続され、他端(ソース)が接地されている。
The low-side switch element Q3 is a transistor (for example, NMOSFET) that is controlled to be in a conductive state or a cut-off state by a gate signal output from the LO terminal of the illumination power
降圧用ダイオードD6は、カソードがハイサイドスイッチ素子Q2およびローサイドスイッチ素子Q3の接続点に接続され、アノードが接地されている。 The step-down diode D6 has a cathode connected to a connection point between the high-side switch element Q2 and the low-side switch element Q3, and an anode grounded.
トランスTの1次巻線L3は、一端がハイサイドスイッチ素子Q2およびローサイドスイッチ素子Q3の接続点に接続され、他端がDC−DCコンバータ5の出力端子(コンデンサC5の一端)に接続されている。トランスTの2次巻線L4は、一端が接地されている。この2次巻線L4は、1次巻線L3とともにトランスTを構成する。 The primary winding L3 of the transformer T has one end connected to a connection point between the high-side switch element Q2 and the low-side switch element Q3, and the other end connected to the output terminal of the DC-DC converter 5 (one end of the capacitor C5). Yes. One end of the secondary winding L4 of the transformer T is grounded. This secondary winding L4 constitutes a transformer T together with the primary winding L3.
コンデンサC3は、一端がハイサイドスイッチ素子Q2およびローサイドスイッチ素子Q3の接続点に接続され、他端がダイオードD7のカソードおよび照明用電源制御回路10のVB端子に接地されている。ダイオードD8は、アノードが2次巻線L4の他端に接続され、カソードが照明用電源制御回路10のVcc端子に接続されている。
One end of the capacitor C3 is connected to a connection point between the high-side switch element Q2 and the low-side switch element Q3, and the other end is grounded to the cathode of the diode D7 and the VB terminal of the illumination power
ダイオードD7は、カソードがコンデンサC3の他端に接続され、アノードがダイオードD8のカソードに接続されている。ダイオードD7のアノードには、DC−DCコンバータ5の起動時に、照明用電源制御回路10から制御電源電圧Vccが供給されるようになっている。この制御電源電圧Vccによりスイッチ素子Q3が導通状態になると、コンデンサC3が充電され、ハイサイド駆動用の電圧が生成される。
The diode D7 has a cathode connected to the other end of the capacitor C3 and an anode connected to the cathode of the diode D8. The control power supply voltage Vcc is supplied from the illumination power
コンデンサC4は、一端がダイオードD8のカソードに接続され、他端が2次巻線L4の一端に接続されている。コンデンサC5は、DC−DCコンバータ5の出力端子と接地との間に接続されている。
Capacitor C4 has one end connected to the cathode of diode D8 and the other end connected to one end of secondary winding L4. The capacitor C5 is connected between the output terminal of the DC-
上記構成のDC−DCコンバータ5は、力率改善回路4から出力された直流電圧を所定の直流電圧に降圧し、調光度に応じた直流電流を発光モジュール6に供給する。なお、DC−DCコンバータ5は、上記構成の降圧チョッパ回路に限らず、その他公知の構成のものでもよい。また、DC−DCコンバータ5は、所望の出力電圧に応じて、昇圧型のDC−DCコンバータであってもよい。
The DC-
次に、発光モジュール6について説明する。発光モジュール6は、図1に示すように、複数の発光素子ライン6a,6bを有する。発光素子ライン6aおよび6bはそれぞれ、直列接続された複数の発光素子7を有する。また、発光素子ライン6aおよび6bはいずれも、一端がDC−DCコンバータ5の出力端子に接続され、他端は抵抗R6を介して接地されている。また、発光素子ライン6a,6bの他端は、照明用電源制御回路10のフィードバック用の端子にも接続されている。
Next, the light emitting module 6 will be described. The light emitting module 6 includes a plurality of light emitting
なお、図1では、発光素子ラインの数は2個であるが、これに限らず、1個でもよいし、3個以上でもよい。また、1つの発光素子ラインに含まれる発光素子7の数は、図1では3個であるが、これに限らない。 In FIG. 1, the number of light emitting element lines is two. However, the number is not limited to this, and may be one or three or more. Further, the number of light emitting elements 7 included in one light emitting element line is three in FIG. 1, but is not limited thereto.
発光素子7は、電流注入型の発光素子であり、例えば、発光ダイオード(LED)、レーザダイオード(LD)または有機EL素子である。発光素子7は、電流注入型の発光素子であれば、これに限らず他の半導体発光素子でもよい。 The light emitting element 7 is a current injection type light emitting element, for example, a light emitting diode (LED), a laser diode (LD), or an organic EL element. The light emitting element 7 is not limited to this as long as it is a current injection type light emitting element, and may be another semiconductor light emitting element.
調光器8は、照明器具1自身に、あるいは部屋の壁などに設けられる。調光器8は、使用者が調光度を設定可能なツマミ部などの設定手段(図示せず)を有し、設定された調光度(照度)に応じた調光度信号を出力する。この調光度信号は、例えば、設定された調光度が低くなるにつれて、オンデューティが大きくなるPWM信号である。
The dimmer 8 is provided on the
調光度信号受信部9は、調光器8から出力されたPWM信号を受信し、このPWM信号に基づくPWM信号を照明用電源制御回路10のDIM−IN端子に出力する。図1に示すように、調光度信号受信部9は、例えば、発光ダイオードP1およびフォトトランジスタP2を有するフォトカプラPC1と、このフォトカプラPC1に直列接続された抵抗R7とを有する。発光ダイオードP1の両端には、調光器8が出力した電圧が印加される。フォトトランジスタP2および抵抗R7は、電圧VDDと接地との間に直列接続されている。また、フォトトランジスタP2および抵抗R7の接続点は、照明用電源制御回路10のDIM−IN端子に接続されている。
The dimming degree signal receiving unit 9 receives the PWM signal output from the dimmer 8, and outputs a PWM signal based on the PWM signal to the DIM-IN terminal of the illumination power
このような構成により、調光度信号受信部9は、調光器8から出力されたPWM信号を反転したPWM信号を照明用電源制御回路10のDIM−IN端子に出力する。
With such a configuration, the dimming degree signal receiving unit 9 outputs a PWM signal obtained by inverting the PWM signal output from the dimmer 8 to the DIM-IN terminal of the illumination power
照明用電源制御回路10は、力率改善回路4およびDC−DCコンバータ5を制御する制御回路である。図1に示すように、照明用電源制御回路10は、調光度信号受信部9を介して調光器8と接続され、調光器8で設定された調光度に基づいて力率改善回路4の制御を行う。また、照明用電源制御回路10は、FB端子を介して発光素子ライン6a,6bに流れる電流をモニタすることにより、調光度に応じた直流電流を供給するようにDC−DCコンバータ5を制御する。
The illumination power
図1に示すように、照明用電源制御回路10は、調光度信号入力部11と、深調光信号出力部12と、PFC制御部13とを有し、力率改善回路4の制御を行う。加えて、照明用電源制御回路10は、調光出力部14と、発振器15と、オペアンプ16と、比較器17と、制御部18と、スイッチ制御部19と、ソフトスタート部20と、停止部21と、起動電源部22と、誤動作防止部23とをさらに有する。
As shown in FIG. 1, the illumination power
なお、照明用電源制御回路10は、所定の半導体基板上に形成された半導体集積回路として構成されてもよい。即ち、照明用電源制御回路10の上記構成要素の一部または全部を所定の半導体基板上に集積してもよい。
The illumination power
照明用電源制御回路10による力率改善回路4の制御について詳しく説明する前に、照明用電源制御回路10によるDC−DCコンバータ5の制御について説明する。
Before describing the control of the power factor correction circuit 4 by the illumination power
<照明用電源制御回路10によるDC−DCコンバータ5の制御>
以下、DC−DCコンバータ5の制御にかかわる照明用電源制御回路10の構成要素について説明する。
<Control of DC-
Hereinafter, components of the illumination power
調光度信号入力部11は、DIM−IN端子から受信したPWM信号を反転させ、オン電圧を調整して出力する。調光度信号入力部11の構成例については、照明用電源制御回路10による力率改善回路4の制御の説明において図2を用いて後述する。
The dimming
調光出力部14は、DC−OUT端子の電圧をレベル調整してDIM−OUT端子に出力する。DC−OUT端子にはコンデンサC6が接続されている。DC−OUT端子の電圧(調光電圧)は、調光度信号入力部11が出力したPWM信号がコンデンサC6で直流化された直流電圧であり、調光度が高くなるにつれて高くなる。
The dimming
発振器15は、CT端子に接続されたコンデンサC8およびRT端子に接続された抵抗R11に基づいて生成される発振信号(例えば三角波)を比較器17に出力する。
The
オペアンプ16は、反転入力端子(−)が抵抗Raおよび抵抗Rcを介して調光出力部14の出力端子に接続され、非反転入力端子(+)が抵抗Rdを介して発光素子ライン6a,6bに接続されている。抵抗Raは、一端がDIM−OUT端子に接続され、他端が抵抗Rbの一端に接続されている。抵抗Rbの他端は接地されている。
The
また、オペアンプ16の反転入力端子(−)は、抵抗Rc、抵抗Re,Rfを介してオペアンプ16の出力端子に接続されている。抵抗Reは、一端がオペアンプ16の出力端子に接続され、他端が抵抗Rfの一端に接続されている。抵抗Rfの他端は抵抗Rcの一端に接続されている。
Further, the inverting input terminal (−) of the
このような構成により、オペアンプ16は、調光出力部14から出力された電圧を分圧した電圧と、発光素子ライン6a,6bに流れる電流に基づく電圧との差を増幅して出力する。
With such a configuration, the
比較器17は、発振器15から出力される発振信号と、オペアンプから出力される信号とを比較し、この比較結果に応じた比較信号を出力する。
The
制御部18は、比較器17が出力する比較信号に基づいて、発光素子7に流れる電流が目標電流値になるように、スイッチ制御部19によるハイサイドスイッチ素子Q2およびローサイドスイッチ素子Q3の駆動を制御する。ここで、目標電流値は、調光器8により設定された調光度に応じた電流値である。
Based on the comparison signal output from the
例えば、制御部18は、比較信号に基づいて発光素子7に流れる電流が目標電流値未満であると判断した場合、ハイサイドスイッチ素子Q3のオンデューティが大きくなり且つローサイドスイッチ素子Q3のオンデューティが小さくなるように制御する。一方、比較信号に基づいて発光素子7に流れる電流が目標電流値以上であると判断した場合、制御部18は、ハイサイドスイッチ素子Q2のオンデューティが小さくなり且つローサイドスイッチ素子Q3のオンデューティが大きくなるように制御する。
For example, when the
スイッチ制御部19は、ハイサイドスイッチ素子Q2およびローサイドスイッチ素子Q3を駆動するためのゲート信号を、HO端子およびLO端子からそれぞれ出力する。これにより、スイッチ制御部19は、ローサイドスイッチ素子Q2およびハイサイドスイッチ素子Q3を制御し、所望の出力を得るようにDC−DCコンバータ5を駆動する。
The
ソフトスタート部20は、DC−DCコンバータ5の起動時にDC−DCコンバータ5がソフトスタートするように、即ち、DC−DCコンバータ5の出力電圧が徐々に上昇するようにハイサイドスイッチ素子Q2およびローサイドスイッチ素子Q3のオンデューティを制御するための信号を制御部18に出力する。なお、ソフトスタート部20は、SS端子を介してコンデンサC7に接続されている。このコンデンサC7の静電容量に基づいて、ソフトスタート時間が設定される。
The
停止部21は、所定の場合に誤動作防止部23による制御を受けて停止要求信号を出力し、PFC制御部13、スイッチ制御部19および起動電源部22を停止させる。
The
起動電源部22は、VDCIN端子を介して受信した力率改善回路4の出力電圧が所定の値以上になった場合に起動し、制御電源電圧VccをVcc端子からDC−DCコンバータ5に供給する。
The activation
誤動作防止部23は、起動電源部22から供給される制御電源電圧Vccが所定値未満の場合に停止部21を制御して、PFC制御部13による力率改善回路4の制御、スイッチ制御部19によるDC−DCコンバータ5の制御、および起動電源部22による制御電源電圧Vccの供給を停止させる。
The
上記構成の照明用電源制御回路10は、調光器8で設定された調光度に応じた直流電流を発光モジュール6に供給するように、DC−DCコンバータ5のハイサイドスイッチ素子Q2およびローサイドスイッチ素子Q3をオン/オフ制御する。また、照明用電源制御回路10は、発光素子ライン6a,6bに流れる電流をモニタし、該電流が調光度に応じた目標電流値になるようにフィードバック制御を行う。
The illumination power
<照明用電源制御回路10による力率改善回路4の制御>
次に、照明用電源制御回路10による力率改善回路4の制御について、図2を参照して説明する。図2は、照明用電源制御回路10の調光度信号入力部11、深調光信号出力部12およびPFC制御部13の回路図を示している。
<Control of power factor improvement circuit 4 by power
Next, control of the power factor correction circuit 4 by the illumination power
調光度信号入力部11は、前述のように、DIM−IN端子から受信したPWM信号を反転させ、オン電圧を調整して出力する。この調光度信号入力部11は、図2に示すように、例えば、比較器CMP1と、スイッチ素子Q4と、抵抗R8,R9,R10とを有する。
As described above, the dimming
比較器CMP1の一方の入力端子(−)はDIM−IN端子に接続され、他方の入力端子(+)は基準電圧V1に接続されている。比較器CMP1の出力端子は、スイッチ素子Q4のゲート端子に接続されている。スイッチQ4は、例えば、一端(ドレイン)が抵抗R8の一端に接続され、他端(ソース)が接地されたNMOSFETである。抵抗R8の他端は電圧Vrefに接続されている。抵抗R9は、一端がスイッチ素子Q4の一端に接続され、他端が接地されている。抵抗R10は、一端がスイッチ素子Q4の一端に接続され、他端が調光度信号入力部11の出力端子に接続されている。
One input terminal (−) of the comparator CMP1 is connected to the DIM-IN terminal, and the other input terminal (+) is connected to the reference voltage V1. The output terminal of the comparator CMP1 is connected to the gate terminal of the switch element Q4. The switch Q4 is, for example, an NMOSFET having one end (drain) connected to one end of the resistor R8 and the other end (source) grounded. The other end of the resistor R8 is connected to the voltage Vref. The resistor R9 has one end connected to one end of the switch element Q4 and the other end grounded. The resistor R10 has one end connected to one end of the switch element Q4 and the other end connected to the output terminal of the dimming
図1に示すように、調光度信号入力部11の出力端子は、DC−OUT端子を介してコンデンサC6に接続されている。これにより、調光度信号入力部11から出力されたPWM信号が直流化される。その結果、調光度に応じた直流電圧(調光電圧)が、深調光信号出力部12および調光出力部14に供給される。この調光電圧は、図2に示す構成例の場合、調光度が低く設定されるにつれて低くなる。
As shown in FIG. 1, the output terminal of the dimming
深調光信号出力部12は、調光器8の調光度に基づく調光電圧が調光基準電圧未満の場合に、深調光信号を出力する。調光基準電圧は、切り替え閾値に対応する電圧である。以下、深調光信号が出力されている場合を、単に「深調光時」ともいう。
The deep dimming
図2に示すように、深調光信号出力部12は、例えば、比較器CMP2から構成される。比較器CMP2の一方の入力端子(+)は調光度信号入力部11の出力端子に接続され、他方の入力端子(−)は基準電圧V2に接続されている。基準電圧V2は、切り替え閾値に調光基準電圧である。この比較器CMP2は、DC−OUT端子の電圧(調光電圧)が基準電圧V2よりも低い場合に、深調光信号としてLレベル信号を出力する。
As shown in FIG. 2, the deep light control
PFC制御部13は、力率改善回路4のスイッチ素子Q1のゲート端子に接続されたGD端子からゲート信号を出力し、スイッチ素子Q1を導通状態または遮断状態に制御する。
The
PFC制御部13は、図2に示すように、タイマー部31と、ゲート信号出力部32と、スイッチ電流判定部33と、ゼロクロス検出部34と、過電圧検出部35と、信号ゲート部36とを有する。
As shown in FIG. 2, the
タイマー部31は、深調光信号出力部12から深調光信号を受信している間、所定のターンオン周期ごとに第1のオントリガ信号を出力するように構成されている。詳細な構成例は後ほど図3を用いて説明する。
The
ゼロクロス検出部34は、インダクタ電流がゼロになったことを検出すると、第2のオントリガ信号を出力する。図2に示すように、ゼロクロス検出部34は、例えば、比較器CMP4と、ワンショット回路37とを有する。比較器CMP4の一方の入力端子(−)はZCD端子に接続され、他方の入力端子(+)は基準電圧V4に接続されている。ZCD端子は、インダクタL1に流れる電流をモニタするための端子であり、インダクタL1と磁気的に結合されたモニタ用巻線L2に接続される。
When the zero-
ワンショット回路37は、比較器CMP4の出力端子に接続され、比較器CMP4がHレベル信号を出力したときに所定の幅(例えば100nSec)のパルス信号を出力する。
The one-
信号ゲート部36は、深調光信号を受信していない場合は第2のオントリガ信号を通過させ、深調光信号を受信している場合は第2のオントリガ信号を通過させないように構成されている。図2に示すように、信号ゲート部36は、例えば、論理積ゲートAND1から構成される。論理積ゲートAND1の一方の入力端子は、ゼロクロス検出部34の出力端子に接続され、他方の入力端子は、深調光信号出力部12の出力端子に接続される。
The
スイッチ電流判定部33は、スイッチ素子Q1を流れる電流に基づく電圧がターンオフ閾値電圧を超えた場合に、第1のオフトリガ信号を出力する。ここで、「スイッチ素子Q1を流れる電流に基づく電圧」とは、スイッチ素子Q1を流れる電流の値が大きくなるにつれて、高くなる電圧であり、図1の構成で言えば、スイッチ素子Q1と抵抗R3の接続点の電圧である。また、ターンオフ閾値電圧は、MULT端子でモニタした入力整流電圧(整流回路3の出力電圧)と、VFB端子でモニタした直流電圧(力率改善回路4の出力電圧)との積に基づく電圧である。
The switch
図2に示すように、スイッチ電流判定部33は、例えば、エラーアンプEA1と、マルチプライヤ(乗算器)40と、比較器CMP5と、NOTゲートN1とを有する。
As shown in FIG. 2, the switch
エラーアンプEA1は一方の入力端子(−)がVFB端子に接続され、他方の入力端子(+)が基準電圧V5に接続されている。VFB端子は、力率改善回路4の出力電圧をモニタするための端子であり、図1に示すように、抵抗R4と抵抗R5の接続点に接続される。 The error amplifier EA1 has one input terminal (−) connected to the VFB terminal and the other input terminal (+) connected to the reference voltage V5. The VFB terminal is a terminal for monitoring the output voltage of the power factor correction circuit 4 and is connected to a connection point between the resistors R4 and R5 as shown in FIG.
マルチプライヤ40は、エラーアンプEA1の出力電圧と、MULT端子に入力された電圧とを乗算して得られた電圧(ターンオフ閾値電圧)を出力する。MULT端子は、整流回路3が出力する入力整流電圧をモニタするための端子であり、図1に示すように、抵抗R1および抵抗R2の接続点に接続される。
The
比較器CMP5は、一方の入力端子(−)がCS端子に接続され、他方の入力端子(+)がマルチプライヤ40の出力端子に接続される。CS端子は、スイッチ素子Q1に流れる電流をモニタするための端子であり、図1に示すように、スイッチ素子Q1と抵抗R3の接続点に接続される。比較器CMP5は、入力端子(−)の電圧が入力端子(+)の電圧よりも高い場合にLレベル信号を出力する。
In the comparator CMP5, one input terminal (−) is connected to the CS terminal, and the other input terminal (+) is connected to the output terminal of the
NOTゲートN1は、比較器CMP5の出力端子に接続されており、信号レベルを反転させる。Lレベル信号を受信すると、NOTゲートN1はHレベル信号(第1のオフトリガ信号)を出力する。 The NOT gate N1 is connected to the output terminal of the comparator CMP5 and inverts the signal level. When receiving the L level signal, the NOT gate N1 outputs an H level signal (first off trigger signal).
過電圧検出部35は、力率改善回路4の出力した直流電圧が所定の異常閾値電圧を超えた場合に、第2のオフトリガ信号を出力する。ここで、異常閾値電圧は、力率改善回路4の定格出力電圧よりも高い電圧であり、例えば、定格出力電圧の110%〜120%の電圧として設定される。
The
図2に示すように、過電圧検出部35は、例えば比較器CMP3から構成される。比較器CMP3は、一方の入力端子(+)がVFB端子に接続され、他方の入力端子(−)が異常閾値電圧に対応する基準電圧V3に接続されている。比較器CMP3は、入力端子(+)の電圧が入力端子(−)の電圧よりも高い場合に、Hレベル信号(第2のオフトリガ信号)を出力する。
As shown in FIG. 2, the
ゲート信号出力部32は、タイマー部31から第1のオントリガ信号を受信した場合または信号ゲート部36から第2のオントリガ信号を受信した場合には、スイッチ素子Q1を導通状態にするオン信号を出力する。この場合には、ゲート信号出力部32は、第1または第2のオフトリガ信号を受信するまで、オン信号を出力し続ける。
When receiving the first on-trigger signal from the
一方、ゲート信号出力部32は、スイッチ電流判定部33から第1のオフトリガ信号を受信した場合または過電圧検出部35から第2のオフトリガ信号を受信した場合には、スイッチ素子Q1を遮断状態にするオフ信号を出力する。この場合には、ゲート信号出力部32は、第1または第2のオントリガ信号を受信するまで、オフ信号を出力し続ける。
On the other hand, when the gate
深調光時においては、信号ゲート部36がゼロクロス検出部34の出力を通過させないため、インダクタ電流のゼロクロスの検出は、ゲート信号出力部32に通知されない。よって、深調光時においては、ゲート信号出力部32は、タイマー部31からターンオン周期ごとに出力される第1のオントリガ信号のみをトリガとして、オン信号を出力する。これにより、深調光時においては、照明用電源制御回路10はターンオン周期が固定のスイッチング制御を行う。
At the time of deep light control, the
図2に示すように、ゲート信号出力部32は、例えば、セット入力端子S1,S2およびリセット入力端子R1,R2を有するSR型フリップフロップ38を有する。SR型フリップフロップ38は、セット入力端子S1またはS2にHレベル信号が入力されると、出力端子QからのHレベル信号の出力を保持し、リセット入力端子R1またはR2にHレベル信号が入力されると、出力端子QからのLレベル信号の出力を保持する。
As shown in FIG. 2, the gate
なお、ゲート信号出力部32は、SR型フリップフロップ38から出力されたHレベル信号の電圧をスイッチ素子Q1に適した電圧にレベル調整してGD端子に出力するゲートドライバ39をさらに有してもよい。
The gate
次に、図3を参照して、タイマー部31の詳細構成について説明する。図3に示すように、タイマー部31は、定電流源I1と、比較器CMP6と、電流供給用スイッチ素子Q5と、コンデンサC9と、放電用スイッチ素子Q6とを有する。
Next, the detailed configuration of the
比較器CMP6は、第1の入力端子(+)と、所定の基準電圧V6に接続された第2の入力端子(−)と、第1の入力端子の電圧が第2の入力端子の電圧よりも大きい場合に第1のオントリガ信号を出力する出力端子とを有する。比較器CMP6の出力端子はSR型フリップフロップ38のセット入力端子S1に接続されている。
The comparator CMP6 includes a first input terminal (+), a second input terminal (−) connected to a predetermined reference voltage V6, and the voltage at the first input terminal is higher than the voltage at the second input terminal. And an output terminal for outputting a first on-trigger signal. The output terminal of the comparator CMP6 is connected to the set input terminal S1 of the SR flip-
電流供給用スイッチ素子Q5は、一端が定電流源I1の出力端子に接続され、他端が比較器CMP6の第1の入力端子(+)に接続され、ゲート端子が深調光信号出力部12の出力端子に接続されている。電流供給用スイッチ素子Q5は、例えばPMOSFETである。ゲート端子が深調光信号(Lレベル信号)を受信すると、電流供給用スイッチ素子Q5は導通状態になる。
One end of the current supply switch element Q5 is connected to the output terminal of the constant current source I1, the other end is connected to the first input terminal (+) of the comparator CMP6, and the gate terminal is the depth dimming
コンデンサC9は、一端が電流供給用スイッチ素子Q5の他端(ドレイン)に接続され、他端が接地されている。 One end of the capacitor C9 is connected to the other end (drain) of the current supply switch element Q5, and the other end is grounded.
放電用スイッチ素子Q6は、一端がコンデンサC9の一端に接続され、他端が接地され、ゲート端子がSR型フリップフロップ38の出力端子Qに接続されている。放電用スイッチ素子Q6は、例えばNMOSFETである。ゲート信号出力部32がオン信号を出力すると(即ち、SR型フリップフロップ38がHレベル信号を出力すると)、放電用スイッチ素子Q6は導通状態になる。
One end of the discharging switch element Q6 is connected to one end of the capacitor C9, the other end is grounded, and the gate terminal is connected to the output terminal Q of the SR flip-
上記構成のタイマー部31は、次のように動作する。深調光信号出力部12が深調光信号を出力すると、スイッチ素子Q5は導通状態になり、コンデンサC9に電荷が蓄積され始める。コンデンサC9に電荷が蓄積されるにつれて、比較器CMP6の入力端子(+)の電圧が上昇する。そして、入力端子(+)の電圧が基準電圧V6を超えると、比較器CMP6はHレベル信号(第1のオントリガ信号)を出力する。
The
第1のオントリガ信号を受信すると、SR型フリップフロップ38は出力端子QからHレベル信号(オン信号)を出力する。これにより、放電用スイッチ素子Q6は導通状態になり、コンデンサC9は放電される。その後、スイッチ素子Q1に流れる電流がターンオフ閾値電圧に達してSR型フリップフロップ38がLレベル信号を出力すると、放電用スイッチ素子Q6は遮断状態になり、定電流源I1によりコンデンサC9に電荷が再び蓄積され、比較器CMP6の入力端子(+)の電圧が上昇していく。そして、入力端子(+)の電圧が基準電圧V6を超えると、比較器CMP6はHレベル信号(第1のオントリガ信号)を出力する。
When the first on-trigger signal is received, the SR flip-
上記動作を繰り返すことで、タイマー部31は、深調光信号出力部12から深調光信号を受信している間、所定のターンオン周期Tonごとに第1のオントリガ信号を出力する。なお、タイマー部31は、スイッチ素子Q1が導通状態の間、放電用スイッチ素子Q6も導通状態となるため、時間のカウントは行っていない。しかし、スイッチ素子Q1のオン幅は深調光時において最小オン幅(一定値)になっているため、第1のオントリガ信号は一定の時間間隔Ton(コンデンサC9の充電時間と最小オン幅の和)で出力されることになる。
By repeating the above operation, the
なお、ターンオン周期Tonの長さは、タイマー部31の定電流源I1の出力電流、コンデンサC9の静電容量や基準電圧V6の値を適宜選択することで、所望の長さに調整可能である。
The length of the turn-on cycle Ton can be adjusted to a desired length by appropriately selecting the output current of the constant current source I1 of the
また、ターンオン周期Tonは、固定周波数制御におけるスイッチ素子Q1のスイッチング周波数が可聴領域の上限周波数よりも高くなるように設定することが好ましく、例えば50μSec以下(20kHz以上)とすることが好ましい。 Further, the turn-on cycle Ton is preferably set so that the switching frequency of the switching element Q1 in the fixed frequency control is higher than the upper limit frequency of the audible region, and is preferably 50 μSec or less (20 kHz or more), for example.
また、図3に示すように、タイマー部31にリスタートタイマーの機能を持たせるために、タイマー部31に定電流源I2を設けてもよい。この定電流源I2の出力端子は、コンデンサC9の一端に接続されている。これにより、断線や入力急変等によりインダクタ電流のゼロクロスが正常に検出されない場合でも、所定のリスタート周期(例えば100μSec)でスイッチ素子Q1を導通状態に制御することで、力率改善回路4の出力がゼロになることを防止することが可能となる。
Further, as shown in FIG. 3, a constant current source I <b> 2 may be provided in the
次に、タイマー部31と異なる構成のタイマー部31Aを有するPFC制御部13Aについて、図4を参照して説明する。PFC制御部13Aのタイマー部31Aは、深調光時において、ターンオン周期ごとに第1のオントリガ信号を出力する。
Next, a
タイマー部31Aは、図4に示すように、定電流源I1と、比較器CMP6と、コンデンサC9と、放電用スイッチ素子Q6とを有する。
As shown in FIG. 4, the
比較器CMP6は、第1の入力端子(+)と、所定の基準電圧V6に接続された第2の入力端子(−)と、第1の入力端子の電圧が第2の入力端子の電圧よりも大きい場合に第1のオントリガ信号を出力する出力端子とを有する。 The comparator CMP6 includes a first input terminal (+), a second input terminal (−) connected to a predetermined reference voltage V6, and the voltage at the first input terminal is higher than the voltage at the second input terminal. And an output terminal for outputting a first on-trigger signal.
コンデンサC9は、一端が定電流源I1の出力端子および比較器CMP6の第1の入力端子に接続され、他端が接地されている。 One end of the capacitor C9 is connected to the output terminal of the constant current source I1 and the first input terminal of the comparator CMP6, and the other end is grounded.
放電用スイッチ素子Q6は、一端がコンデンサC9の一端に接続され、他端が接地され、ゲート端子がSR型フリップフロップ38の出力端子Qに接続されている。ゲート信号出力部32がオン信号を出力すると(即ち、SR型フリップフロップ38がHレベル信号を出力すると)、放電用スイッチ素子Q6は導通状態になる。
One end of the discharging switch element Q6 is connected to one end of the capacitor C9, the other end is grounded, and the gate terminal is connected to the output terminal Q of the SR flip-
上記タイマー部31Aを有するPFC制御部13Aにおいては、深調光信号出力部12から深調光信号を受信していない場合、信号ゲート部36は第2のオントリガ信号を通過させるため、インダクタ電流がゼロになるたびに、放電用スイッチ素子Q6が導通状態となり、コンデンサC9が放電される。コンデンサC9の一端の電圧が基準電圧V6より高くなる前にコンデンサC9は放電されるため、タイマー部31Aは第1のオントリガ信号を出力しない。
In the
一方、深調光信号出力部12から深調光信号を受信している場合、即ち、深調光時には、信号ゲート部36は第2のオントリガ信号を通過させないため、コンデンサC9はインダクタ電流のゼロクロスのタイミングで放電されない。よって、タイマー部31Aはターンオン周期ごとに第1のオントリガ信号を出力する。
On the other hand, when the deep dimming signal is received from the deep dimming
上記の照明用電源制御回路10は、ゼロクロス検出部34と、スイッチ電流判定部33と、ゲート信号出力部32とを有するPFC制御部13を備えることにより、調光度が所定の切り替え閾値以上の場合、電流臨界制御を行う。電流臨界制御において、PFC制御部13は、インダクタ電流がゼロに低下するとスイッチ素子Q1を導通状態に制御してインダクタ電流を増加させ、スイッチ素子Q1を流れる電流に基づく電圧がターンオフ閾値電圧に達するとスイッチ素子Q1を遮断状態に制御してインダクタ電流を減少させる。
The illumination power
また、上記の照明用電源制御回路10は、タイマー部31,31Aと、スイッチ電流判定部33と、信号ゲート部36と、ゲート信号出力部32とを有するPFC制御部13,13Aを備えることにより、調光度が所定の切り替え閾値未満の場合(深調光時)には、固定周波数制御を行う。この固定周波数制御において、PFC制御部13は、所定のターンオン周期Tonごとにスイッチ素子Q1を強制的に導通状態に制御する。
The illumination power
このターンオン周期Tonは、入力交流電圧の一周期あたりのスイッチ素子Q1のターンオン回数が電流臨界モードにおけるターンオン回数よりも少なくなるように設定される。換言すれば、ターンオン周期Tonは、インダクタ電流がゼロの状態のオフ期間が発生するように設定される。 The turn-on cycle Ton is set so that the number of turn-on times of the switch element Q1 per cycle of the input AC voltage is smaller than the number of turn-on times in the current critical mode. In other words, the turn-on cycle Ton is set such that an off period in which the inductor current is zero occurs.
また、照明用電源制御回路10は過電圧検出部35を備えることにより、過電圧保護機能が実装されている。即ち、力率改善回路4の出力電圧が異常閾値電圧を超えた場合には、照明用電源制御回路10はスイッチ素子Q1を強制的に遮断状態に制御することで、力率改善回路4の出力電圧を低下させる。
Further, the illumination power
次に、図5を参照して、上記構成を有する照明用電源制御回路10を備える照明器具1のPFC動作波形について説明する。
Next, with reference to FIG. 5, the PFC operation | movement waveform of the
図5の上段には、交流電源2の入力交流電圧の波形(一周期分)を示している。図5の中段には、力率改善回路4が定格電圧を出力している時、即ち、深調光時ではない時のPFC動作波形(インダクタ電流ILと入力電流Iinの波形)を示している。インダクタ電流ILは、電流臨界制御された波形となっている。入力電流Iinは、力率改善回路4により入力交流電圧とほぼ相似な波形となっている。
The upper part of FIG. 5 shows a waveform (one period) of the input AC voltage of the
図5の下段には、深調光時のPFC動作波形(インダクタ電流ILと入力電流Iinの波形)を示している。 The lower part of FIG. 5 shows PFC operation waveforms (waveforms of inductor current IL and input current Iin) during deep dimming.
図5の下段に示すように、インダクタ電流ILは、ターンオン周期Tonごとに上昇し始める。また、インダクタ電流ILは、ゼロまで低下した後、電流臨界制御のようにすぐに上昇するのではなく、ターンオン周期が経過するまでゼロのままである。即ち、インダクタ電流ILの波形に、インダクタ電流がゼロの状態のオフ期間が発生している。また、オフ期間が発生することで、入力電流Iinは、図5の下段に示すように、定格時に比べると低い値となる。 As shown in the lower part of FIG. 5, the inductor current IL starts to rise every turn-on period Ton. Also, the inductor current IL does not rise immediately like current critical control after dropping to zero, but remains zero until the turn-on cycle elapses. That is, an off period in which the inductor current is zero occurs in the waveform of the inductor current IL. In addition, when the off period occurs, the input current Iin becomes a lower value than the rated time as shown in the lower part of FIG.
このように、本実施形態に係る照明用電源制御回路10は、深調光時においては、所定のターンオン周期Tonが経過してからスイッチ素子Q1を導通状態に制御し、インダクタ電流ILがゼロのオフ期間が発生するようにする。これにより、力率改善回路4の出力電圧の上昇を抑制することができる。その結果、過電圧保護機能が作動することを防止し、力率の低下を防止することができる。
As described above, the illumination power
なお、上記説明では、ターンオン周期は固定であったが、調光度に応じて変化するようにしてもよい。より具体的には、ターンオン周期Tonは、調光度が低くなるにつれて連続的に長くなるようにしてもよい。例えば、比較器CMP2に代えてエラーアンプにより深調光信号出力部12を構成し、深調光信号出力部12が調光電圧と基準電圧V2との差に応じた電圧を出力するように構成する。これにより、タイマー部31のスイッチ素子Q5を流れる電流は調光電圧に応じて変化し、コンデンサC9への電荷の蓄積速度が変化する。その他、ターンオン周期Tonは、調光度が低くなるにつれて段階的に長くなるようにしてもよい。
In the above description, the turn-on cycle is fixed, but may be changed according to the dimming degree. More specifically, the turn-on cycle Ton may be continuously increased as the dimming degree is lowered. For example, the depth dimming
以上説明したように、第1の実施形態では、調光度が切り替え閾値未満の場合(深調光時)には、入力交流電圧の一周期あたりのスイッチ素子Q1のターンオン回数が電流臨界モードにおけるターンオン回数よりも少なくなるように、スイッチ素子Q1を所定のターンオン周期Tonで強制的に導通状態に制御する固定周波数制御を行う。 As described above, in the first embodiment, when the dimming degree is less than the switching threshold (deep dimming), the number of turn-ons of the switch element Q1 per cycle of the input AC voltage is the turn-on in the current critical mode. Fixed frequency control is performed in which the switch element Q1 is forcibly controlled to be in a conductive state at a predetermined turn-on cycle Ton so as to be less than the number of times.
これにより、インダクタ電流ILにオフ期間が生じ、力率改善回路4の出力電圧の上昇が抑制され、過電圧保護機能によってスイッチ素子Q1が強制的に遮断状態に制御されることを回避することができる。 As a result, an off period is generated in the inductor current IL, an increase in the output voltage of the power factor correction circuit 4 is suppressed, and the switch element Q1 can be prevented from being forcibly controlled to be cut off by the overvoltage protection function. .
したがって、本実施形態によれば、深調光時において、スイッチ素子Q1のスイッチング動作が停止/再開することを回避することができ、入力電流Iinの高調波成分が発生ないし増加することを防止できる。よって、第1の実施形態によれば、深調光時における力率の低下を防止することができる。 Therefore, according to the present embodiment, it is possible to prevent the switching operation of the switch element Q1 from being stopped / restarted during the deep dimming, and to prevent the harmonic component of the input current Iin from being generated or increased. . Therefore, according to the first embodiment, it is possible to prevent the power factor from being lowered during the deep light control.
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について図6を参照して説明する。第2の実施形態と第1の実施形態との間の相違点の一つは、照明用電源制御回路10のPFC制御部に、力率改善回路4の出力電圧を監視する出力電圧監視部が設けられていることである。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. One of the differences between the second embodiment and the first embodiment is that an output voltage monitoring unit that monitors the output voltage of the power factor correction circuit 4 is provided in the PFC control unit of the illumination power
第2の実施形態に係るPFC制御部13Bは、図6に示すように、タイマー部31Bと、ゲート信号出力部32と、スイッチ電流判定部33と、ゼロクロス検出部34と、過電圧検出部35と、信号ゲート部36と、出力電圧監視部41と、信号ゲート部42とを有する。
As shown in FIG. 6, the
なお、スイッチ電流判定部33、ゼロクロス検出部34および過電圧検出部35については、第1の実施形態と同様であるため、詳しい説明を省略する。
Note that the switch
PFC制御部13Bのタイマー部31Bは、信号ゲート部42から深調光信号を受信している間、ターンオン周期ごとに第1のオントリガ信号を出力する。タイマー部31Bの具体的な構成は、図3を用いて説明したタイマー部31と同様である。
The
出力電圧監視部41は、力率改善回路4が出力する直流電圧が所定の警戒閾値電圧よりも高い場合に、出力電圧上昇信号を出力するように構成されている。
The output
ここで、警戒閾値電圧とは、力率改善回路4の定格出力電圧と、過電圧保護機能が作動する出力電圧(異常閾値電圧)との間の電圧である。即ち、警戒閾値電圧は、力率改善回路4の定格出力電圧よりも高く、かつ異常閾値電圧よりも低い電圧である。例えば、警戒閾値電圧は、定格出力電圧の105%〜110%の電圧に設定される。 Here, the warning threshold voltage is a voltage between the rated output voltage of the power factor correction circuit 4 and the output voltage (abnormal threshold voltage) at which the overvoltage protection function operates. That is, the warning threshold voltage is higher than the rated output voltage of the power factor correction circuit 4 and lower than the abnormal threshold voltage. For example, the warning threshold voltage is set to a voltage of 105% to 110% of the rated output voltage.
図6に示すように、出力電圧監視部41は、例えば比較器CMP7で構成される。比較器CMP7は、一方の入力端子(−)がVFB端子に接続され、他方の入力端子(+)が警戒閾値電圧に対応する基準電圧V7に接続されている。比較器CMP7は、入力端子(−)の電圧が入力端子(+)の電圧よりも高い場合に、出力電圧上昇信号としてLレベル信号を出力する。
As illustrated in FIG. 6, the output
信号ゲート部42は、出力電圧上昇信号を受信している場合は深調光信号を通過させ、出力電圧上昇信号を受信していない場合は深調光信号を通過させない。図6に示すように、信号ゲート部42は、例えば、論理和ゲートOR1で構成される。論理和ゲートOR1の一方の入力端子は深調光信号出力部12の出力端子に接続され、他方の入力端子は比較器CMP7の出力端子に接続されている。また、論理和ゲートOR1の出力端子は、タイマー部31Bのスイッチ素子Q5のゲート端子と、信号ゲート部36の論理積ゲートAND1の入力端子とに接続されている。
The
信号ゲート部36は、信号ゲート部42から深調光信号を受信していない場合は第2のオントリガ信号を通過させ、信号ゲート部42から深調光信号を受信している場合は第2のオントリガ信号を通過させない。この信号ゲート部36は、例えば、論理積ゲートAND1から構成される。図6に示すように、論理積ゲートAND1の一方の入力端子は、ゼロクロス検出部34の出力端子に接続され、他方の入力端子は、信号ゲート部42の出力端子に接続される。
The
ゲート信号出力部32は、タイマー部31Bから第1のオントリガ信号を受信した場合または信号ゲート部36から第2のオントリガ信号を受信した場合には、スイッチ素子Q1を導通状態にするオン信号を出力する。また、ゲート信号出力部32は、スイッチ電流判定部33から第1のオフトリガ信号を受信した場合または過電圧検出部35から第2のオフトリガ信号を受信した場合には、スイッチ素子Q1を遮断状態にするオフ信号を出力する。
When receiving the first on-trigger signal from the
上記構成のPFC制御部13Bにおいては、深調光信号を受信している場合であっても、力率改善回路4の出力する直流電圧が警戒閾値電圧未満の場合、比較器CMP7はHレベル信号を出力するため、信号ゲート部42は深調光信号をブロックする。このため、タイマー部31Bのスイッチ素子Q5は導通状態にならず、また、信号ゲート部36は第2のオントリガ信号を通過させる。よって、PFC制御部13Bは、調光度が切り替え閾値以上の場合と同様に、電流臨界制御を行う。
In the
一方、深調光信号を受信しており、かつ力率改善回路4が出力する直流電圧が所定の警戒閾値電圧以上である場合、比較器CMP7はLレベル信号を出力するため、信号ゲート部42は深調光信号を通過させる。このため、タイマー部31Bのスイッチ素子Q5は導通状態になり、タイマー動作を開始する。また、信号ゲート部36は第2のオントリガ信号をブロックする。よって、PFC制御部13Bは、前述の固定周波数制御を行う。
On the other hand, when the deep dimming signal is received and the DC voltage output from the power factor correction circuit 4 is equal to or higher than a predetermined warning threshold voltage, the comparator CMP7 outputs an L level signal, so the
このように、第2の実施形態に係るPFC制御部13Bは、深調光信号を受信しており、かつ力率改善回路4が出力する直流電圧が所定の警戒閾値電圧以上である場合には、固定周波数制御を行い、それ以外の場合には電流臨界制御を行うように構成されている。
As described above, when the
第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、深調光時においてスイッチ素子Q1のスイッチング動作が停止/再開することに伴う力率の低下を防止することができる。 According to the second embodiment, similarly to the first embodiment, it is possible to prevent the power factor from being lowered due to the stop / restart of the switching operation of the switch element Q1 during deep dimming.
また、第2の実施形態では、調光度が低下して力率改善回路4の出力電圧が上昇した場合であっても、過電圧保護機能が作動しない程度の出力上昇であれば、そのまま電流臨界制御を行う。そして、出力電圧がさらに上昇して警戒閾値電圧に達した場合に、固定周波数制御に移行する。 Further, in the second embodiment, even when the dimming degree is lowered and the output voltage of the power factor correction circuit 4 is increased, if the output increase is such that the overvoltage protection function is not activated, the current critical control is performed as it is. I do. When the output voltage further rises and reaches the warning threshold voltage, the process shifts to fixed frequency control.
これにより、第2の実施形態によれば、電流臨界制御から固定周波数制御への移行を精度良く行い、より広い調光度範囲で電流臨界制御による高い力率を維持することができる。 Thus, according to the second embodiment, the transition from the current critical control to the fixed frequency control can be accurately performed, and a high power factor by the current critical control can be maintained in a wider dimming range.
次に、第2の実施形態の変形例について、図7を参照して説明する。本変形例に係るPFC制御部13Cでは、タイマー部31Cの構成が異なる。図7に示すように、PFC制御部13Cのタイマー部31Cは、図4で説明したタイマー部31Aと同様の構成を有する。本変形例の場合、信号ゲート部42の出力端子は信号ゲート部36の論理積ゲートAND1の入力端子にのみ接続され、タイマー部31Cには接続されない。タイマー部31Cは、深調光信号の受信の有無にかかわらず、ターンオン周期ごとに第1のオントリガ信号を出力する。
Next, a modification of the second embodiment will be described with reference to FIG. In the
本変形例に係るPFC制御部13Cにおいては、深調光信号出力部12から深調光信号を受信していない場合、あるいは、深調光信号を受信していても出力電圧上昇信号を受信していない場合、信号ゲート部36は第2のオントリガ信号を通過させる。このため、インダクタ電流がゼロになるたびに放電用スイッチ素子Q6が導通状態となってコンデンサC9が放電される。コンデンサC9の充電時間はインダクタ電流のゼロクロスの間隔よりも長く設定されるため、タイマー部31Cは第1のオントリガ信号を出力しない。
In the
一方、深調光信号出力部12から深調光信号を受信しており、かつ出力電圧監視部41から出力電圧上昇信号を受信している場合には、信号ゲート部36は第2のオントリガ信号を通過させない。よって、タイマー部31Cは、ターンオン周期ごとに第1のオントリガ信号を出力する。本変形例によっても、電流臨界制御から固定周波数制御への移行を精度良く行い、より広い調光度範囲で電流臨界制御による高い力率を維持することができるという効果を得ることができる。
On the other hand, when the deep dimming signal is received from the deep dimming
上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではない。異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。 Based on the above description, those skilled in the art may be able to conceive additional effects and various modifications of the present invention, but the aspects of the present invention are not limited to the individual embodiments described above. . You may combine suitably the component covering different embodiment. Various additions, modifications, and partial deletions can be made without departing from the concept and spirit of the present invention derived from the contents defined in the claims and equivalents thereof.
1 照明器具
2 交流電源
3 整流回路
4 力率改善回路
5 DC−DCコンバータ
6 発光モジュール
6a,6b 発光素子ライン
7 発光素子
8 調光器
9 調光度信号受信部
10 照明用電源制御回路
11 調光度信号入力部
12 深調光信号出力部
13,13A,13B,13C PFC制御部
14 調光出力部
15 発振器
16 オペアンプ
17 比較器
18 制御部
19 スイッチ制御部
20 ソフトスタート部
21 停止部
22 起動電源部
23 誤動作防止部
31,31A,31B,31C タイマー部
32 ゲート信号出力部
33 スイッチ電流判定部
34 ゼロクロス検出部
35 過電圧検出部
36 信号ゲート部
37 ワンショット回路
38 SR型フリップフロップ
39 ゲートドライバ
40 マルチプライヤ(乗算器)
41 出力電圧監視部
42 信号ゲート部
AND1 論理積ゲート
C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7,C8,C9 コンデンサ
CMP1,CMP2,CMP3,CMP4,CMP5,CMP6,CMP7 比較器
D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8 ダイオード
EA1 エラーアンプ
I1,I2 電流源
L1 インダクタ
L2 モニタ用巻線
L3 一次巻線
L4 二次巻線
N1 NOTゲート
OR1 論理和ゲート
PC1 フォトカプラ
P1 発光ダイオード
P2 フォトトランジスタ
Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6 スイッチ素子
R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11 抵抗
Ra,Rb,Rc,Rd,Re,Rf 抵抗
T トランス
V1,V2,V3,V4,V5,V6,V7 基準電圧
DESCRIPTION OF
41 output
Claims (15)
調光器により設定される前記発光モジュールの調光度が所定の切り替え閾値以上の場合には、前記インダクタ電流がゼロになったときに前記スイッチ素子を導通状態に制御する電流臨界制御を行い、
前記調光度が前記切り替え閾値未満の場合には、前記入力交流電圧の一周期あたりの前記スイッチ素子のターンオン回数が電流臨界モードにおけるターンオン回数よりも少なくなるように、前記スイッチ素子を所定のターンオン周期で強制的に導通状態に制御する固定周波数制御を行う、
ことを特徴とする照明用電源制御回路。 A rectifier circuit that rectifies and smoothes an input AC voltage output from an AC power supply and outputs an input rectified voltage; an inductor; and a switch element that controls an inductor current flowing through the inductor; and the input rectification by a switching operation of the switch element. A power factor improvement circuit that converts a voltage into a DC voltage, and a DC-DC converter that outputs a DC current based on the DC voltage to a light emitting module having a current injection type light emitting element. Power supply control circuit,
When the dimming degree of the light emitting module set by the dimmer is equal to or higher than a predetermined switching threshold value, current critical control is performed to control the switch element to a conductive state when the inductor current becomes zero,
When the dimming degree is less than the switching threshold, the switch element is turned on at a predetermined turn-on cycle so that the number of turn-on times of the switch element per cycle of the input AC voltage is less than the number of turn-on times in the current critical mode. To perform fixed frequency control to control the conduction state with
An illumination power supply control circuit.
前記深調光信号を受信している場合には前記固定周波数制御を行い、前記深調光信号を受信していない場合には前記電流臨界制御を行うPFC制御部と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の照明用電源制御回路。 A dimming signal output unit for outputting a dimming signal when the dimming voltage based on the dimming degree of the dimmer is less than a dimming reference voltage corresponding to the switching threshold;
A PFC control unit that performs the fixed frequency control when the depth dimming signal is received, and performs the current critical control when the depth dimming signal is not received;
The illumination power supply control circuit according to claim 1, further comprising:
前記深調光信号を受信している間、前記ターンオン周期ごとに第1のオントリガ信号を出力するタイマー部と、
前記インダクタ電流がゼロになったことを検出すると、第2のオントリガ信号を出力するゼロクロス検出部と、
前記深調光信号を受信していない場合は前記第2のオントリガ信号を通過させ、前記深調光信号を受信している場合は前記第2のオントリガ信号を通過させない信号ゲート部と、
前記スイッチ素子を流れる電流に基づく電圧が前記入力整流電圧と前記直流電圧との積に基づくターンオフ閾値電圧を超えた場合に、第1のオフトリガ信号を出力するスイッチ電流判定部と、
前記直流電圧が前記力率改善回路の定格出力電圧よりも高い異常閾値電圧を超えた場合に、第2のオフトリガ信号を出力する過電圧検出部と、
前記タイマー部から前記第1のオントリガ信号を受信した場合または前記信号ゲート部から前記第2のオントリガ信号を受信した場合には、前記スイッチ素子を導通状態にするオン信号を出力し、前記スイッチ電流判定部から前記第1のオフトリガ信号を受信した場合または前記過電圧検出部から前記第2のオフトリガ信号を受信した場合には、前記スイッチ素子を遮断状態にするオフ信号を出力するゲート信号出力部と、
を有することを特徴とする請求項7に記載の照明用電源制御回路。 The PFC control unit
A timer unit that outputs a first on-trigger signal every turn-on period while receiving the deep dimming signal;
A zero-cross detector that outputs a second on-trigger signal when detecting that the inductor current has become zero;
A signal gate section that passes the second on-trigger signal when not receiving the deep dimming signal, and that does not pass the second on-trigger signal when receiving the deep dimming signal;
A switch current determination unit that outputs a first off-trigger signal when a voltage based on a current flowing through the switch element exceeds a turn-off threshold voltage based on a product of the input rectified voltage and the DC voltage;
An overvoltage detector that outputs a second off-trigger signal when the DC voltage exceeds an abnormal threshold voltage that is higher than the rated output voltage of the power factor correction circuit;
When the first on-trigger signal is received from the timer unit or when the second on-trigger signal is received from the signal gate unit, an on signal for turning on the switch element is output, and the switch current A gate signal output unit that outputs an off signal that turns off the switch element when the first off trigger signal is received from the determination unit or the second off trigger signal is received from the overvoltage detection unit; ,
The illumination power supply control circuit according to claim 7, further comprising:
定電流源と、
第1の入力端子と、所定の基準電圧に接続された第2の入力端子と、前記第1の入力端子の電圧が前記第2の入力端子の電圧よりも大きい場合に前記第1のオントリガ信号を出力する出力端子とを有する比較器と、
一端が前記定電流源の出力端子に接続され、他端が前記比較器の前記第1の入力端子に接続され、ゲート端子が前記深調光信号出力部の出力端子に接続され、前記ゲート端子が前記深調光信号を受信すると導通状態になる電流供給用スイッチ素子と、
一端が前記電流供給用スイッチ素子の他端に接続され、他端が接地されたコンデンサと、
一端が前記コンデンサの一端に接続され、他端が接地され、前記ゲート信号出力部が前記オン信号を出力すると導通状態になる放電用スイッチ素子と、
を有することを特徴とする請求項8に記載の照明用電源制御回路。 The timer unit is
A constant current source;
The first on-trigger signal when the voltage of the first input terminal, the second input terminal connected to a predetermined reference voltage, and the voltage of the first input terminal are larger than the voltage of the second input terminal A comparator having an output terminal for outputting
One end is connected to the output terminal of the constant current source, the other end is connected to the first input terminal of the comparator, a gate terminal is connected to the output terminal of the depth dimming signal output unit, and the gate terminal A switch element for supplying current that becomes conductive when receiving the deep dimming signal;
A capacitor having one end connected to the other end of the current supply switch element and the other end grounded;
One end is connected to one end of the capacitor, the other end is grounded, and the discharging switch element that becomes conductive when the gate signal output unit outputs the ON signal;
The illumination power supply control circuit according to claim 8, comprising:
定電流源と、
第1の入力端子と、所定の基準電圧に接続された第2の入力端子と、前記第1の入力端子の電圧が前記第2の入力端子の電圧よりも大きい場合に前記第1のオントリガ信号を出力する出力端子とを有する比較器と、
一端が前記定電流源の出力端子および前記比較器の前記第1の入力端子に接続され、他端が接地されたコンデンサと、
一端が前記コンデンサの一端に接続され、他端が接地され、前記ゲート信号出力部が前記オン信号を出力すると導通状態になる放電用スイッチ素子と、
を有することを特徴とする請求項8に記載の照明用電源制御回路。 The timer unit is
A constant current source;
The first on-trigger signal when the voltage of the first input terminal, the second input terminal connected to a predetermined reference voltage, and the voltage of the first input terminal are larger than the voltage of the second input terminal A comparator having an output terminal for outputting
A capacitor having one end connected to the output terminal of the constant current source and the first input terminal of the comparator, and the other end grounded;
One end is connected to one end of the capacitor, the other end is grounded, and the discharging switch element that becomes conductive when the gate signal output unit outputs the ON signal;
The illumination power supply control circuit according to claim 8, comprising:
前記深調光信号を受信し、かつ前記直流電圧が前記力率改善回路の定格出力電圧と過電圧保護機能が作動する異常閾値電圧との間の警戒閾値電圧よりも高い場合には、前記固定周波数制御を行い、それ以外の場合には前記電流臨界制御を行うPFC制御部と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の照明用電源制御回路。 A dimming signal output unit for outputting a dimming signal when the dimming voltage based on the dimming degree of the dimmer is less than a dimming reference voltage corresponding to the switching threshold;
When the depth dimming signal is received and the DC voltage is higher than a warning threshold voltage between a rated output voltage of the power factor correction circuit and an abnormal threshold voltage at which an overvoltage protection function operates, the fixed frequency A PFC control unit that performs control, and otherwise performs the current critical control;
The illumination power supply control circuit according to claim 1, further comprising:
前記直流電圧が前記警戒閾値電圧よりも高い場合に、出力電圧上昇信号を出力する出力電圧監視部と、
前記出力電圧上昇信号を受信している場合は前記深調光信号を通過させ、前記出力電圧上昇信号を受信していない場合は前記深調光信号を通過させない第1の信号ゲート部と、
前記第1の信号ゲート部から前記深調光信号を受信している間、前記ターンオン周期ごとに第1のオントリガ信号を出力するタイマー部と、
前記インダクタ電流がゼロになったことを検出すると、第2のオントリガ信号を出力するゼロクロス検出部と、
前記第1の信号ゲート部から前記深調光信号を受信していない場合は前記第2のオントリガ信号を通過させ、前記第1の信号ゲート部から前記深調光信号を受信している場合は前記第2のオントリガ信号を通過させない第2の信号ゲート部と、
前記スイッチ素子を流れる電流に基づく電圧が前記入力整流電圧と前記直流電圧との積に基づくターンオフ閾値電圧を超えた場合に、第1のオフトリガ信号を出力するスイッチ電流判定部と、
前記直流電圧が前記異常閾値電圧を超えた場合に、第2のオフトリガ信号を出力する過電圧検出部と、
前記タイマー部から前記第1のオントリガ信号を受信した場合または前記第2の信号ゲート部から前記第2のオントリガ信号を受信した場合には、前記スイッチ素子を導通状態にするオン信号を出力し、前記スイッチ電流判定部から前記第1のオフトリガ信号を受信した場合または前記過電圧検出部から前記第2のオフトリガ信号を受信した場合には、前記スイッチ素子を遮断状態にするオフ信号を出力するゲート信号出力部と、
を有することを特徴とする請求項11に記載の照明用電源制御回路。 The PFC control unit
When the DC voltage is higher than the warning threshold voltage, an output voltage monitoring unit that outputs an output voltage increase signal;
A first signal gate that passes the depth dimming signal when receiving the output voltage rise signal, and does not pass the depth dimming signal when the output voltage rise signal is not received;
A timer unit that outputs a first on-trigger signal for each turn-on period while receiving the deep dimming signal from the first signal gate unit;
A zero-cross detector that outputs a second on-trigger signal when detecting that the inductor current has become zero;
When the depth dimming signal is not received from the first signal gate unit, the second on-trigger signal is passed, and when the depth dimming signal is received from the first signal gate unit. A second signal gate portion that does not pass the second on-trigger signal;
A switch current determination unit that outputs a first off-trigger signal when a voltage based on a current flowing through the switch element exceeds a turn-off threshold voltage based on a product of the input rectified voltage and the DC voltage;
An overvoltage detector that outputs a second off-trigger signal when the DC voltage exceeds the abnormal threshold voltage;
When the first on-trigger signal is received from the timer unit or when the second on-trigger signal is received from the second signal gate unit, an on signal for turning on the switch element is output, When receiving the first off-trigger signal from the switch current determination unit or when receiving the second off-trigger signal from the overvoltage detection unit, a gate signal that outputs an off signal that turns off the switch element An output section;
The illumination power supply control circuit according to claim 11, comprising:
インダクタおよび前記インダクタに流れるインダクタ電流を制御するスイッチ素子を有し、前記スイッチ素子のスイッチング動作により前記入力整流電圧を直流電圧に変換する力率改善回路と、
電流注入型の発光素子を有する発光モジュールに前記直流電圧に基づく直流電流を出力するDC−DCコンバータと、
調光器により設定される前記発光モジュールの調光度が所定の切り替え閾値以上の場合には、前記インダクタ電流がゼロになったときに前記スイッチ素子を導通状態に制御する電流臨界制御を行い、前記調光度が前記切り替え閾値未満の場合には、前記入力交流電圧の一周期あたりの前記スイッチ素子のターンオン回数が電流臨界モードにおけるターンオン回数よりも少なくなるように、前記スイッチ素子を所定のターンオン周期で強制的に導通状態に制御する固定周波数制御を行う照明用電源制御回路と、
を備えることを特徴とする照明用電源。 A rectifying circuit that rectifies and smoothes the input AC voltage output from the AC power supply and outputs the input rectified voltage;
A power factor improving circuit that includes an inductor and a switching element that controls an inductor current flowing through the inductor, and converts the input rectified voltage into a DC voltage by a switching operation of the switching element;
A DC-DC converter that outputs a direct current based on the direct current voltage to a light emitting module having a current injection type light emitting element;
When the dimming degree of the light emitting module set by the dimmer is equal to or greater than a predetermined switching threshold, current critical control is performed to control the switch element to a conductive state when the inductor current becomes zero, When the dimming degree is less than the switching threshold, the switch element is turned on at a predetermined turn-on period so that the turn-on number of the switch element per period of the input AC voltage is less than the turn-on number in the current critical mode. A power supply control circuit for lighting that performs fixed frequency control for forcibly controlling to a conductive state;
An illumination power source comprising:
交流電源が出力する入力交流電圧を整流平滑して入力整流電圧を出力する整流回路と、
インダクタおよび前記インダクタに流れるインダクタ電流を制御するスイッチ素子を有し、前記スイッチ素子のスイッチング動作により前記入力整流電圧を直流電圧に変換する力率改善回路と、
前記発光モジュールに前記直流電圧に基づく直流電流を出力するDC−DCコンバータと、
調光器により設定される前記発光モジュールの調光度が所定の切り替え閾値以上の場合には、前記インダクタ電流がゼロになったときに前記スイッチ素子を導通状態に制御する電流臨界制御を行い、前記調光度が前記切り替え閾値未満の場合には、前記入力交流電圧の一周期あたりの前記スイッチ素子のターンオン回数が電流臨界モードにおけるターンオン回数よりも少なくなるように、前記スイッチ素子を所定のターンオン周期で強制的に導通状態に制御する固定周波数制御を行う照明用電源制御回路と、
を備えることを特徴とする照明器具。 A light emitting module having a current injection type light emitting element;
A rectifying circuit that rectifies and smoothes the input AC voltage output from the AC power supply and outputs the input rectified voltage;
A power factor improving circuit that includes an inductor and a switching element that controls an inductor current flowing through the inductor, and converts the input rectified voltage into a DC voltage by a switching operation of the switching element;
A DC-DC converter that outputs a direct current based on the direct current voltage to the light emitting module;
When the dimming degree of the light emitting module set by the dimmer is equal to or greater than a predetermined switching threshold, current critical control is performed to control the switch element to a conductive state when the inductor current becomes zero, When the dimming degree is less than the switching threshold, the switch element is turned on at a predetermined turn-on period so that the turn-on number of the switch element per period of the input AC voltage is less than the turn-on number in the current critical mode. A power supply control circuit for lighting that performs fixed frequency control for forcibly controlling to a conductive state;
A lighting apparatus comprising:
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