JP6106900B2 - 定力率パワーサプライおよび定力率出力の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、負荷駆動に関わり、具体的には一種の定力率パワーサプライおよび定力率出力の制御方法に関わる。

周知のように、定力率パワーサプライは安定した力率を必要とする負荷（例えば発光ダイオードチップまたは充電電池）とを接続し、プリセット力率の電気エネルギーを負荷に送るために使用されるものである。従来の一般的な定力率パワーサプライの場合、負荷に一つの動作電圧と動作電流バターンとしか供給できず、同じ力率でも異なる動作電圧と動作電流とを必要とする負荷だと使用できなかった。発光ダイオードチップの場合、現在さまざまな仕様の発光ダイオードチップが市販されており、力率が同じ発光ダイオードチップでもその動作電圧と動作電流との組み合わせバターンはさまざまで、例えば２８Ｗ発光ダイオードチップの場合、その動作電圧と動作電流との組み合わせには８０Ｖ／３５０ｍＡ、５６Ｖ／５００ｍＡ、４０Ｖ／７００ｍＡなどのバターンがあるため、これだけの数の発光ダイオードチップを駆動するために現在採用している方法として、発光ダイオードチップの種類ごとのパワーサプライを開発している。

しかし、発光ダイオード照明システムメーカーにとっては、さまざまな力率の発光ダイオードチップに応じたパワーサプライを開発するにはパワーサプライ在庫を抱えるだけでなく、しかも量で価格が決められないため、高コストという問題が伴うことから、従来の定力率パワーサプライの設計にまだまだ改善の余地が残っているといえる。

中国公開公報第１０１８６１００７号

本発明の主な目的は、力率が同じで動作電圧と動作電流との組み合わせが異なる負荷に供給する力率がプリセット力率の範囲内に収められるように調整する役割を果たす一種の定力率パワーサプライおよび定力率出力の制御方法を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の目的および技術的な課題の解決は、以下の技術的な手段により実現されている。本発明の定力率パワーサプライは駆動ユニット、電圧検知ユニットおよびフィードバック制御ユニットから構成され、電源と負荷の間に設置されており、負荷に出力される力率がプリセット力率の範囲内に収められるように調整する役割を果たしている。このうち、駆動ユニットが電源から送られる電気エネルギーを受け取って動作電圧と動作電流を負荷に出力する。電圧検知ユニットが駆動ユニットに電気的に接続して動作電圧の電圧値を検知する。フィードバック制御ユニットが電圧検知ユニットおよび駆動ユニットに電気的に接続し、フィードバック制御ユニットには少なくとも異なる２つの電圧目安値がプリセットされており、２つの電圧目安値の区間が電圧セクションとなり、この電圧セクションと対応するようにスロープパラメータがあり、フィードバック制御ユニットは電圧検知ユニットが検知した動作電圧の電圧値および動作電圧の電圧値と対応する電圧セクションのスロープパラメータをもとに駆動ユニットに電流制御信号を送信し、負荷に出力される動作電流の電流値を制御している。このとき、動作電流の電流値と動作電圧の電圧値との積はプリセット力率の範囲内にある。

本発明の目的は、さらに以下の技術的な手段でも実現することができる。

本発明の定力率パワーサプライの場合、フィードバック制御ユニットが動作電圧の電圧値が上限電圧値を上回ると識別すると、駆動ユニットに電圧制御信号を送信して負荷に出力される動作電圧の電圧値が複数の電圧目安値のうちの最大値と等しくなるよう制御する。

定力率パワーサプライはさらに駆動ユニットやフィードバック制御ユニットに電気的に接続し、動作電流の電流値を検知するための電流検知ユニットを備える。フィードバック制御ユニットが動作電流の電流値が上限電流値を上回ると識別すると、駆動ユニットに最大電流制御信号を送信して負荷に出力される動作電流の電流値が上限電流値と等しくなるように制御する。

定力率パワーサプライのフィードバック制御ユニットは互いに電気的に接続したコンパレータと信号発生装置を備え、コンパレータは電圧検知ユニットと、信号発生装置は駆動ユニットとそれぞれ電気的に接続している。コンパレータには複数の電圧目安値およびスロープパラメータがプリセットされ、コンパレータが動作電圧の電圧値が電圧セクションに該当する識別すると、電圧セクションのスロープパラメータと対応するスロープ信号を送信する。信号発生装置がスロープ信号を受信すると、スロープ信号と動作電圧の電圧値をもとに電流制御信号を送信する。

本発明の定力率パワーサプライの場合、プリセット力率の範囲はプリセット力率の９０％〜１１０％である。

本発明の定力率パワーサプライの場合、フィードバック制御ユニットには少なくとも異なる３つの電圧目安値がプリセットされており、隣接する２つの電圧目安値の区間が一つの電圧セクションとなっている。

本発明の定力率パワーサプライの場合、複数の電圧セクションのスロープの絶対値が複数の電圧目安値に沿って大きい数値から徐々に減っていく。

本発明の定力率パワーサプライの場合、負荷は発光ダイオードチップである。

本発明の目的は、さらに以下の技術的な手段でも実現することができる。本発明では、さらに負荷に出力される力率をプリセット力率の範囲内に収めるように保てる別の定力率出力の制御方法を公開した。この方法の場合、少なくとも異なる２つの電圧目安値がプリセットされており、２つの電圧目安値の区間が一つの電圧セクションとなり、電圧セクションにはこれと対応するスロープパラメータがある。この方法は次の手順により実現されている。負荷に出力される動作電圧の電圧値を検知する。動作電圧の電圧値と対応する電圧セクションのスロープパラメータを選択する。選択したスロープパラメータと動作電圧の電圧値をもとに、対応する動作電流を負荷に出力する。このとき、動作電流の電流値と動作電圧の電圧値との積はプリセット力率の範囲内にある。

本発明の目的は、さらに以下の技術的な手段でも実現することができる。

本発明の定力率出力の制御方法の場合、動作電圧の電圧値が上限電圧値を上回ると識別すると、負荷に出力される動作電圧の電圧値が複数の電圧目安値のうちの最大値と等しくなるよう制限される。

また、定力率出力制御方法には負荷に出力される動作電流の電流値を検知する機能があり、動作電流の電流値が上限電流値を上回ると、負荷に出力される動作電流の電流値が上限電流値と等しくなるよう制限される。

さらに、定力率出力制御方法におけるプリセット力率の範囲はプリセット力率の９０％〜１１０％である。

本発明の定力率出力の制御方法の場合、フィードバック制御ユニットには少なくとも異なる３つの電圧目安値がプリセットされており、隣接する２つの電圧目安値の区間が一つの電圧セクションとなっている。

本発明の定力率出力の制御方法の場合、複数の電圧セクションのスロープの絶対値が複数の電圧目安値に沿って大きい数値から徐々に減っていく。

本発明の定力率出力の制御方法の場合、負荷は発光ダイオードチップである。

上記のような技術的な手段では、本発明の定力率パワーサプライおよび定力率出力の制御方法は少なくとも次のようなメリットと効果を有する。このような定力率パワーサプライおよび定力率出力の制御方法を採用することで、力率が同じで動作電圧および動作電流の異なる負荷でも使用でき、負荷に出力される力率をプリセット力率の範囲内に保てることから、一つの動作電圧および動作電流パターンの負荷にしか使用できない従来の定力率パワーサプライの欠点を解決した。

なお、上記説明はあくまでも本発明の技術的な手段を明らかにするものであって、本発明の技術的な手段をよりはっきりと理解し、取扱説明書の記載に従って実施し、さらに本発明の上記目的、特徴およびメリットをよりわかりやすくするために、推奨する実施例について図面を参照しつつ詳細に説明する。

本発明の１実施例の定力率パワーサプライが発光ダイオード照明システムに応用された状態を示すブロック図である。 本発明の１実施例の動作電圧と動作電流との関係を示すグラフ図である。および 本発明の定力率出力の制御方法を示すフローチャートである。

本発明が意図された発明目的を達成するために採用した技術手段および効果をよりはっきりと理解できるよう、実施例と図面を併用して本発明の提供する定力率パワーサプライおよび定力率出力の制御方法の具体的な実施形態、構造、特徴およびその効果について詳しく説明する。

図１は本発明の定力率パワーサプライを備える照明システムを示すもので、定力率パワーサプライは電源１０および発光ダイオードチップ２０をはじめとしたさまざまな負荷に電気的に接続しており、定力率パワーサプライは駆動ユニット３０と定力率調整モジュール４０から構成されている。

上記のうち、駆動ユニット３０は電源１０と発光ダイオードチップ２０に電気的に接続し、電源１０からの電気エネルギーを受け取って発光ダイオードチップ２０に動作電圧と動作電流を送る役割を果たしている。駆動ユニット３０は制御可能な状態で動作電圧の電圧値と動作電流との電流値を調整することができる。実際では、駆動ユニット３０をＰＷＭ、ブリッジ式、Buck、Boost等の電気回路をベースにして設計することもできる。

定力率調整モジュール４０は電圧検知ユニット４２、電流検知ユニット４４、フィードバック制御ユニット４６から構成される。

上記のうち、電圧検知ユニット４２は駆動ユニット３０に電気的に接続し、駆動ユニット３０から発光ダイオードチップ２０に送られる動作電圧の電圧値を検知することができる。電流検知ユニット４４は駆動ユニット３０に電気的に接続し、駆動ユニット３０から発光ダイオードチップ２０に送られる動作電流の電流値を検知することができる。

フィードバック制御ユニット４６は互いに電気的に接続したコンパレータ４６２と信号発生装置４６４とを備える。コンパレータ４６２は電圧検知ユニット４２と、信号発生装置４６４は駆動ユニット３０とそれぞれ電気的に接続している。図２に示すように、本実施例では、コンパレータ４６２には異なる４つの電圧目安値Ｖ／１、Ｖ／２、Ｖ／３、Ｖ／４がプリセットされており、各電圧目安値はいずれも対応する動作電流の電流値を持っている。隣接する２つの電圧目安値の区間が電圧セクションＳとなり、３つの電圧セクションＳが繋がって形成される３本の直線は理想的な動作電圧-動作電流の関係に最も近い曲線Ｃとなる。この理想的な動作電圧-動作電流の積はプリセット力率となる。電圧目安値Ｖ／１（電圧目安値のうち最大値）を電圧上限値Ｖ／ｍａｘとする場合、電圧目安値Ｖ／４（電圧目安値のうち最小値）と対応する動作電流の電流値は上限電流値Ｉｍａｘとなる。各電圧セクションＳの直線はスロープを有し、複数の電圧セクションＳのスロープの絶対値は複数の電圧目安値Ｖ／１、Ｖ／２、Ｖ／３、Ｖ／４に沿って大きい数値から徐々に減っていき、結果的には電圧目安値Ｖ／１−圧目安値Ｖ／２の電圧セクションＳのスロープの絶対値が最も大きく、電圧目安値Ｖ／３−電圧目安値Ｖ／４の電圧セクションＳのスロープの絶対値が最も小さい。各スロープにそれぞれのスロープパラメータがあり、これらのスロープパラメータはコンパレータ４６２にプリセットされている。コンパレータ４６２はスロープパラメータ別にそれぞれのスロープ信号を送信することができる。

信号発生装置４６４はスロープ信号を受信するとスロープ信号と動作電圧の電圧値をもとに電流制御信号を算出して駆動ユニット３０に出力する。駆動ユニット３０は電流制御信号を受信すると、電流制御信号をもとに発光ダイオードチップ２０に出力される動作電流の電流値を調整することができる。

また、コンパレータ４６２はさらに信号発生装置４６４に電圧制限信号および電流制限信号を送信することができる。電流制限信号を受信した信号発生装置４６４が駆動ユニット３０を制御して動作電圧の電圧値または動作電流の電流値を制限することで、出力される動作電圧または動作電流の異常による発光ダイオードチップ２０の損傷を防ぐことができる。

このように、上記のような定力率パワーサプライを使用することで、本発明の定力率出力の制御方法を実現することができる。この方法には、図３示す次の手順が含まれている。

Ａ．プリセット力率と同じ力率を持つ発光ダイオードチップ２０を駆動ユニット３０に接続する。

Ｂ．電圧検知ユニット４２で動作電圧の電圧値を、電流検知ユニット４４で動作電流の電流値をそれぞれ検知する。

Ｃ．コンパレータ４６２で動作電圧の電圧値が上限電圧値Ｖ／ｍａｘを上回るか否かを識別する。上回る場合、動作電圧に異常があることを意味する。この時、コンパレータ４６２が信号発生装置４６４に電圧制限信号を送信する。信号発生装置４６４がこの電圧制限信号を受信した後、駆動ユニット３０に最大電圧制御信号を送信して発光ダイオードチップ２０に出力される動作電圧の電圧値が電圧目安値Ｖ／１と等しくなるように制限し、手順Ｂに戻る。上回らない場合は、手順Ｄに進む。

Ｄ．コンパレータ４６２が動作電流の電流値が上限電流値Ｉｍａｘを上回るか否かを識別する。上回る場合は、動作電流に異常があることを意味し、この時コンパレータ４６２が信号発生装置４６４に電流制限信号を送信する。信号発生装置４６４がこの電流制限信号を受信すると駆動ユニット３０に最大電流制御信号を送信して発光ダイオードチップ２０に送られる動作電流の電圧流を上限電流値Ｉｍａｘと等しくなるよう制限して手順Ｂに戻る。上回らない場合は、手順Eに進む。

Ｅ．コンパレータ４６２は、電圧検知ユニット４２が検知した動作電圧の電圧値をもとに動作電圧の電圧値の該当する電圧セクションＳを識別し、この動作電圧の電圧値の該当する電圧セクションＳと対応するスロープパラメータを取得し、対応するスロープ信号を送信する。信号発生装置４６４が動作電圧の電圧値および受信したスロープ信号をもとに、駆動ユニット３０と対応する電流制御信号を送信して駆動ユニット３０が発光ダイオードチップ２０に送る動作電流の電流値と動作電圧の電圧値の積がプリセット力率の範囲内に収めるようにする。即ち、動作電圧の電圧値および該当する電圧セクションＳの直線のスロープを利用してプリセット力率に必要な動作電流の電流値を算出する。さらに、プリセット力率の範囲はプリセット力率の９０％〜１１０％（即ちプリセット力率±１０％の間）で、例えばプリセット力率が２８Ｗの場合、動作電流の電流値と動作電圧の電圧値との積が２５.２Ｗから３０.８Ｗまでの間の数値になる。

Ｆ．手順Ｂから手順Ｅまでを繰り返すことで、発光ダイオードチップ２０に出力される力率が常にプリセット力率の範囲に収めるように保つことができる。

上記の実施例の場合、本発明の定力率パワーサプライおよび定力率出力の制御方法を採用することで、どれか一つの動作電圧および動作電流を持つ発光ダイオードチップに限られることなく、力率が同じで動作電圧および動作電流の異なる発光ダイオードチップでも使用できるため、一つの動作電圧および動作電流を持つ発光ダイオードチップにしか使用できない従来の一般的な発光ダイオードの照明装置の欠点を解決した。

上記の実施例の場合、発光ダイオードチップ２０を例に本発明の定力率パワーサプライおよび定力率出力の制御方法を説明しており、当然ながら、発光ダイオードチップ２０に限らず、充電電池などの定力率出力を必要とする他の電子製品でも本発明の定力率パワーサプライを使用することができる。

本発明では、複数の電圧セクションＳと動作電流との関係を利用して理想に近い動作電圧−動作電流曲線を形成することで、動作電圧の異なる負荷でも、負荷に出力される動作電流をスムーズに切り換え、負荷に出力される力率がプリセット力率の範囲内に収められるように保つことができる。プリセットされた電圧セクションＳが広いほど、出力されるプリセット力率の範囲も理想値に近づくことができる。

上記実施例はあくまでも本発明の推奨する実施態様にすぎず、本発明に対する何らかの形式的な制限とならない。本発明では、推奨する実施態様を上記通りに開示したものの、決してその技術的な範囲を画するものではなく、この分野に詳しい如何なる技術者も、本発明の技術的な解決手段を逸脱しない範囲内において、上記の方法および技術的手段を利用して些か変更または修正により同じ効果を持つ別の実施例を作り上げることができるが、おおよそ本発明の技術的な手段を逸脱しない内容で、上記実施形態に加えるあらゆる実質上の簡単な変更、同等な変化および改良は、いずれも本発明の技術的範囲に含まれる。

１０：電源
２０：発光ダイオードチップ
３０：駆動ユニット
４０：定力率調整モジュール
４２：電圧検知ユニット
４４：電流検知ユニット
４６：フィードバック制御ユニット
４６２：コンパレータ
４６４：信号発生装置
Ｖ／１、Ｖ／２、Ｖ／３、Ｖ／４：電圧目安値
Ｖ／ｍａｘ：電圧上限値 Ｉｍａｘ：上限電流値
Ｓ：電圧セクション Ｃ：曲線

Claims (13)

1. 負荷に出力される力率がプリセット力率の範囲内に収められるように保つための一種の定力率出力の制御方法であって、少なくも異なる３つの電圧目安値がプリセットされており、隣接する２つの電圧目安値の区間が一つの電圧セクションとなり、さらに前記電圧セクションには対応するスロープパラメータがあり、
   前記制御方法は：
   前記負荷に出力される動作電圧の電圧値を検知する手順と；
   前記動作電圧の電圧値と対応する前記電圧セクションのスロープパラメータを選択する手順と；
   動作電流の電流値と前記動作電圧の電圧値との積が前記プリセット力率の範囲内にあり、選択されたスロープパラメータと前記動作電圧の電圧値とをもとに対応する前記動作電流を前記負荷に出力する手順と；を有し、
   前記スロープパラメータは、理想的な動作電圧−動作電流の関係を示した曲線上で前記隣接する２つの電圧目安値を繋ぐ直線のスロープに対応している定力率出力の制御方法。
2. 前記動作電圧の電圧値が上限電圧値を上回ると識別すると、前記負荷に出力される動作電圧の電圧値を複数の電圧目安値のうちの最大値と等しくなるように制限できる請求項１に記載の定力率出力の制御方法。
3. さらに前記負荷に出力される動作電流の電流値を検知する機能を有し、前記動作電流の電流値が上限電流値を上回ると、前記負荷に出力される動作電流の電流値を上限電流値と等しくなるよう制限できる請求項１または請求項２に記載の定力率出力の制御方法。
4. 前記プリセット力率の範囲は前記プリセット力率の９０％〜１１０％である請求項１に記載の定力率出力の制御方法。
5. 複数の電圧セクションのスロープの絶対値が複数の電圧目安値に沿って大きい方から減っていく請求項１に記載の定力率出力の制御方法。
6. 前記負荷は発光ダイオードチップである請求項１に記載の定力率出力の制御方法。
7. 電源と負荷との間に設置され、前記負荷に出力される力率がプリセット力率の範囲内に収められるように調整する役割を果たす定力率パワーサプライであって、
   前記電源から送られる電気エネルギーを受け取って動作電圧と動作電流とを前記負荷に出力する駆動ユニットと、
   前記駆動ユニットに電気的に接続し、前記動作電圧の電圧値を検知する電圧検知ユニットと、
   前記電圧検知ユニットおよび前記駆動ユニットに電気的に接続し、少なくとも異なる２つの電圧目安値がプリセットされており、前記２つの電圧目安値の区間が電圧セクションとなり、前記電圧セクションに対応するスロープパラメータがあり、前記電圧検知ユニットが検知した動作電圧の電圧値および前記動作電圧の電圧値と対応する前記電圧セクションのスロープパラメータをもとに前記駆動ユニットに電流制御信号を送信して前記負荷に出力される動作電流の電流値を制御し、このうち、前記動作電流の電流値と前記動作電圧の電圧値の積が前記プリセット力率の範囲内にあるフィードバック制御ユニットと、
   から構成され、
   前記フィードバック制御ユニットは互いに電気的に接続されたコンパレータと信号発生装置とを備え、
   前記コンパレータは前記電圧検知ユニットと、前記信号発生装置は前記駆動ユニットとそれぞれ電気的に接続するほか、前記コンパレータには複数の電圧目安値およびスロープパラメータがプリセットされており、前記コンパレータが前記動作電圧の電圧値が前記電圧セクションに該当すると識別した場合、前記電圧セクションのスロープパラメータと対応するスロープ信号を送信し、
   前記信号発生装置が前記スロープ信号を受信すると前記スロープ信号と前記動作電圧の電圧値をもとに前記電流制御信号を送信できる定力率パワーサプライ。
8. 前記フィードバック制御ユニットが前記動作電圧の電圧値が上限電圧値を上回ると識別した場合、前記駆動ユニットに電圧制御信号を送信して前記負荷に出力される動作電圧の電圧値が前記複数の電圧目安値のうちの最大値と等しくなるように制御できる請求項７に記載の定力率パワーサプライ。
9. さらに前記駆動ユニットおよび前記フィードバック制御ユニットに電気的に接続し、前記動作電流の電流値を検知するための電流検知ユニットを備え、
   前記フィードバック制御ユニットが前記動作電流の電流値が上限電流値を上回ると識別した場合、前記駆動ユニットに最大電流制御信号を送信して前記負荷に出力される動作電流の電流値が上限電流値と等しくなるように制御できる請求項８に記載の定力率パワーサプライ。
10. 前記プリセット力率の範囲はプリセット力率の９０％〜１１０％である請求項７に記載の定力率パワーサプライ。
11. 前記フィードバック制御ユニットには少なくとも異なる３つの前記電圧目安値がプリセットされており、隣接する２つの電圧目安値の間が前記電圧セクションとなる請求項７に記載の定力率パワーサプライ。
12. 前記複数の電圧セクションのスロープの絶対値が複数の電圧目安値に沿って大きい方から減っていく請求項１１に記載の定力率パワーサプライ。
13. 前記負荷は発光ダイオードチップである請求項７に記載の定力率パワーサプライ。