JP6135635B2 - Lighting device and lighting apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、点灯装置及び照明器具に関する。 The present invention relates to a lighting device and a lighting fixture.
従来、発光素子、例えば発光ダイオード(LED)を点灯させるための各種点灯装置が知られている。この種の点灯装置は商用交流電源を整流、平滑して直流電圧を生成するAC−DC変換回路部と、得られた直流電圧からLEDに最適な電流を供給するDC−DCコンバータ部を備える。AC−DC変換回路部は例えばコンデンサインプット型整流回路が用いられ、DC−DCコンバータ部は例えばバックコンバータが用いられる。しかし、現在の多くの照明器具において高力率が要求されるので、コンデンサインプット型整流回路では力率が悪く、高力率の要求を満たすことができない。そこで、昇圧チョッパ形の力率改善回路をAC−DCコンバータとして用いたものが現在広く採用されている。 Conventionally, various lighting devices for lighting a light emitting element such as a light emitting diode (LED) are known. This type of lighting device includes an AC-DC conversion circuit unit that rectifies and smoothes a commercial AC power supply to generate a DC voltage, and a DC-DC converter unit that supplies an optimal current to the LED from the obtained DC voltage. For example, a capacitor input rectifier circuit is used for the AC-DC conversion circuit unit, and a buck converter is used for the DC-DC converter unit, for example. However, since many current lighting fixtures require a high power factor, the capacitor input type rectifier circuit has a poor power factor and cannot meet the demand for a high power factor. Therefore, a circuit using a boost chopper type power factor correction circuit as an AC-DC converter is currently widely used.
昇圧チョッパとバックコンバータの2つのコンバータが必要となる。従って部品点数が多くなり、回路基板の大型化、高コスト化を招く問題がある。そこで、1つのコンバータで力率改善制御と光源電流制御を両立することで部品点数を削減し、回路基板を小型化する方法も開発されている。その一例として特開2012−134100号公報ではフライバックコンバータで力率改善制御を行っている。他にも、バックブーストコンバータあるいはSEPIC(Single Ended Primary Inductor Converter)が用いられる。 Two converters, a step-up chopper and a buck converter, are required. Therefore, there is a problem that the number of parts increases, resulting in an increase in size and cost of the circuit board. In view of this, a method of reducing the number of components and reducing the size of the circuit board by simultaneously achieving power factor improvement control and light source current control with a single converter has been developed. As an example, Japanese Patent Laid-Open No. 2012-134100 performs power factor improvement control with a flyback converter. In addition, a buck-boost converter or a SEPIC (Single Ended Primary Inductor Converter) is used.
力率改善制御はいわゆる臨界モードで動作することが一般的である。臨界モードは、スイッチング素子がオフした後、チョークコイルの電流がゼロになったことを検出するゼロ電流検出を行い、ゼロ電流検出後、直ちに次のスイッチングを開始するものである。力率改善制御を臨界モードで行う場合に、光源の明るさを調節する調光機能により光源を暗くするときに、軽負荷となるためスイッチング素子のオン時間が短くなりスイッチング周波数が上昇する。これに伴ってスイッチング損失が増加したり、スイッチング素子が駆動できる限界の周波数を超えてしまうことで動作が不安定となり、力率の低下及び光源にちらつきが発生するという問題があった。 The power factor correction control generally operates in a so-called critical mode. In the critical mode, zero current detection is performed to detect that the current of the choke coil has become zero after the switching element is turned off, and immediately after the zero current is detected, the next switching is started. When the power factor correction control is performed in the critical mode, when the light source is darkened by the dimming function for adjusting the brightness of the light source, the load becomes light and the on-time of the switching element is shortened and the switching frequency is increased. As a result, the switching loss increases or the switching frequency of the switching element is exceeded, resulting in unstable operation, and there is a problem that the power factor decreases and the light source flickers.
この点、特開2012−134100号公報には、臨界モードと不連続モードを切り替える力率改善回路が記載されている。これにより光源を暗くするように低調光制御を行った場合でも安定な点灯動作の実現を図っている。しかしながら、臨界モードと不連続モードの切り替えのみではスイッチング周波数を適正に調整するうえで不十分であり、スイッチング損失および安定動作の観点からいまだ改善の余地が残されていた。 In this regard, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-134100 describes a power factor correction circuit that switches between a critical mode and a discontinuous mode. This achieves a stable lighting operation even when low dimming control is performed to darken the light source. However, switching between the critical mode and the discontinuous mode alone is insufficient to properly adjust the switching frequency, and there is still room for improvement from the viewpoint of switching loss and stable operation.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、スイッチング損失の増加を抑制し、且つ力率改善制御および光源電流制御の動作を安定化することができる点灯装置及び照明器具を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and a lighting device and a lighting fixture that can suppress an increase in switching loss and can stabilize the operations of power factor correction control and light source current control. The purpose is to provide.
本発明にかかる点灯装置は、交流電源からの交流電圧を整流する整流回路と、前記整流回路に接続され、スイッチング素子とインダクタでエネルギの充放電を行い、光源に直流電流を供給する直流電源回路と、前記光源が調光信号により指示される調光率となるように前記スイッチング素子の駆動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記調光信号で指示される調光率に応じて前記直流電流が目標値となるように前記スイッチング素子のオン時間をフィードバック制御し、前記インダクタに流れる電流のピーク値の包絡線が前記交流電源の周期に同期して正弦波状となるように前記オン時間を制御し、前記スイッチング素子をオフした後に前記インダクタの放電電流がゼロになるタイミングから次に前記スイッチング素子がオンするタイミングを遅延させる遅延時間を設け、前記遅延時間を経過した後に前記スイッチング素子をオンし、前記遅延時間がゼロ以上の値に可変に設定可能であり、前記制御部は、前記交流電源の電圧の実効値が高くなるほど前記遅延時間を長くする。 A lighting device according to the present invention includes a rectifier circuit that rectifies an AC voltage from an AC power supply, a DC power supply circuit that is connected to the rectifier circuit, charges and discharges energy with a switching element and an inductor, and supplies a DC current to a light source. And a control unit that controls driving of the switching element so that the light source has a dimming rate indicated by the dimming signal, and the control unit controls the dimming rate indicated by the dimming signal. The on-time of the switching element is feedback-controlled so that the DC current becomes a target value according to the frequency, so that the envelope of the peak value of the current flowing through the inductor becomes sinusoidal in synchronization with the period of the AC power supply. The switching element is turned on next from the timing at which the discharge current of the inductor becomes zero after the on-time is controlled and the switching element is turned off. A delay time for delaying the timing to turn on the switching element after a lapse of the delay time, Ri variably settable der the delay time to a value greater than zero, the control unit, the voltage of the AC power source As the effective value of becomes higher, the delay time is lengthened .
本発明にかかる照明器具は、LEDまたは有機EL素子からなる発光素子と、前記発光素子を点灯させる点灯装置と、を備え、前記点灯装置は、交流電源を整流する整流回路と、前記整流回路に接続され、スイッチング素子とインダクタでエネルギの充放電を行い、前記発光素子に直流電流を供給する直流電源回路と、前記発光素子が調光信号により指示される調光率となるように前記スイッチング素子の駆動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記調光信号で指示される調光率に応じて前記直流電流が目標値となるように前記スイッチング素子のオン時間をフィードバック制御し、前記インダクタに流れる電流のピーク値の包絡線が前記交流電源の周期に同期して正弦波状となるように前記オン時間を制御し、前記スイッチング素子をオフした後に前記インダクタの放電電流がゼロになるタイミングから次に前記スイッチング素子がオンするタイミングを遅延させる遅延時間を設け、前記遅延時間を経過した後に前記スイッチング素子をオンし、前記遅延時間がゼロ以上の値に可変に設定可能であり、前記制御部は、前記交流電源の電圧の実効値が高くなるほど前記遅延時間を長くする。 A lighting fixture according to the present invention includes a light emitting element composed of an LED or an organic EL element , and a lighting device that lights the light emitting element. The lighting device includes a rectifier circuit that rectifies an AC power source, and the rectifier circuit. A DC power supply circuit that is connected and charges and discharges energy by a switching element and an inductor and supplies a direct current to the light emitting element; and the switching element so that the light emitting element has a dimming rate indicated by a dimming signal A control unit that controls the driving of the switching element, and the control unit feedback-controls the ON time of the switching element so that the DC current becomes a target value according to a dimming rate indicated by the dimming signal The on-time is controlled so that the envelope of the peak value of the current flowing through the inductor is sinusoidal in synchronization with the period of the AC power supply, and the switching A delay time is provided for delaying a timing at which the switching element is turned on next from a timing when the discharge current of the inductor becomes zero after the child is turned off, and the switching element is turned on after the delay time has elapsed, There Ri variably settable der to a value greater than zero, the control unit, the effective value of the voltage of the AC power supply is the longer the delay time increases.
本発明にかかる他の照明器具は、LEDまたは有機EL素子からなる発光素子と、前記発光素子を点灯させる点灯装置と、を備え、前記点灯装置は、交流電源からの交流電圧を整流する整流回路と、前記整流回路に接続され、スイッチング素子とインダクタでエネルギの充放電を行い、前記発光素子に直流電流を供給する直流電源回路と、前記発光素子が調光信号により指示される調光率となるように前記スイッチング素子の駆動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記調光信号で指示される調光率に応じて前記直流電流が目標値となるように前記スイッチング素子のオン時間をフィードバック制御し、前記インダクタに流れる電流のピーク値の包絡線が前記交流電源の周期に同期して正弦波状となるように前記オン時間を制御し、前記スイッチング素子をオフした後に前記インダクタの放電電流がゼロになるタイミングから次に前記スイッチング素子がオンするタイミングを遅延させる遅延時間を設け、前記遅延時間を経過した後に前記スイッチング素子をオンし、前記遅延時間がゼロ以上の値に可変に設定可能であり、前記制御部は、前記交流電源の電圧の実効値と前記調光率に応じて、予め定められたスイッチング周波数でスイッチング素子を駆動するように前記遅延時間を可変に設定する。
Another lighting fixture according to the present invention includes a light emitting element composed of an LED or an organic EL element, and a lighting device that lights the light emitting element , and the lighting device rectifies an AC voltage from an AC power source. A DC power supply circuit that is connected to the rectifier circuit, charges and discharges energy with a switching element and an inductor, and supplies a direct current to the light emitting element; and a dimming rate at which the light emitting element is instructed by a dimming signal; And a control unit that controls the driving of the switching element, and the control unit controls the switching element so that the direct current becomes a target value according to a dimming rate indicated by the dimming signal. The on-time is feedback-controlled, and the on-time is controlled so that the envelope of the peak value of the current flowing through the inductor becomes a sine wave in synchronization with the cycle of the AC power supply. Providing a delay time for delaying the timing when the switching element is turned on next from the timing when the discharge current of the inductor becomes zero after the switching element is turned off, and turning on the switching element after the delay time has passed, Ri variably settable der the delay time to a value greater than zero, the control unit, depending on the effective value and the dimming ratio of the voltage of the alternating current power supply, drives the switching elements in the switching frequency with a predetermined The delay time is set to be variable.
本発明によれば、スイッチング周波数を適正な範囲内に調整するように遅延時間を可変に設定することができるので、スイッチング損失の増加を抑制し、力率改善制御および光源電流制御の動作を安定化できる。 According to the present invention, since the delay time can be variably set so as to adjust the switching frequency within an appropriate range, an increase in switching loss is suppressed, and operations of power factor correction control and light source current control are stabilized. Can be
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる点灯装置100の回路構成図である。点灯装置100は、交流電源1から電力の供給を受けて光源50を点灯させる。点灯装置100は、整流回路2、コンバータ部3、制御部4を有する。整流回路2は交流電源1から入力した交流電圧を全波整流する。この全波整流電圧は、コンバータ部3の動作中には平滑されず、交流電源1の2倍の周波数を含むリプル電圧となる。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a
本実施の形態1においては、光源としてLED(Light Emitting Diode)を用いる。 In the first embodiment, an LED (Light Emitting Diode) is used as a light source.
コンバータ部3は、フィルタコンデンサC1、第1インダクタL1、スイッチング素子SW1(例えばMOSFET)、カップリングコンデンサC2、第2インダクタL2、ダイオードD1、出力平滑コンデンサC3を備えている。コンバータ部3は、これらの回路素子によって構成されたSEPIC(Single Ended Primary Inductor Converter)回路を備えている。コンバータ部3の出力には、光源であるLED50が接続される。
The
具体的には、第1インダクタL1は、1次巻き線L1aと、この1次巻き線L1aに磁気的に結合した2次巻き線L1bとを備えている。第1インダクタL1の1次巻き線L1aの一端は、フィルタコンデンサC1の一端に接続されている。フィルタコンデンサC1の他端はGNDラインに接続されている。 Specifically, the first inductor L1 includes a primary winding L1a and a secondary winding L1b that is magnetically coupled to the primary winding L1a. One end of the primary winding L1a of the first inductor L1 is connected to one end of the filter capacitor C1. The other end of the filter capacitor C1 is connected to the GND line.
スイッチング素子SW1は、ドレイン端子、ソース端子、およびこれらの端子間をスイッチングするゲート端子を備えている。スイッチング素子SW1は、ドレイン端子が1次巻き線L1aの他端に接続し、第1インダクタL1を介してフィルタコンデンサC1と並列接続している。 The switching element SW1 includes a drain terminal, a source terminal, and a gate terminal that switches between these terminals. The switching element SW1 has a drain terminal connected to the other end of the primary winding L1a, and is connected in parallel to the filter capacitor C1 via the first inductor L1.
カップリングコンデンサC2の一端は、スイッチング素子SW1のドレイン端子に接続されている。第2インダクタL2の一端は、カップリングコンデンサC2の他端に接続されている。第2インダクタL2の他端はGNDラインに接続されている。第2インダクタL2は、カップリングコンデンサC2を介してスイッチング素子SW1と並列接続されている。なお、第1インダクタL1と第2インダクタL2はそれぞれ個別のコア(磁心)に巻き線を巻きつけても良いし、一つのコアに第1インダクタL1と第2インダクタL2の両方を巻きつけて、コアを共有化しても良い。 One end of the coupling capacitor C2 is connected to the drain terminal of the switching element SW1. One end of the second inductor L2 is connected to the other end of the coupling capacitor C2. The other end of the second inductor L2 is connected to the GND line. The second inductor L2 is connected in parallel with the switching element SW1 via the coupling capacitor C2. The first inductor L1 and the second inductor L2 may be wound around individual cores (magnetic cores), or both the first inductor L1 and the second inductor L2 may be wound around one core, The core may be shared.
ダイオードD1のアノードが、第2インダクタL2の一端とカップリングコンデンサC2の他端の接続点に接続している。出力平滑コンデンサC3の一端は、ダイオードD1のカソードに接続している。出力平滑コンデンサC3の他端は出力電流検出抵抗R3の一端に接続されている。出力電流検出抵抗R3の他端はGNDラインに接続されている。出力平滑コンデンサC3にLED50が並列接続される。なお、出力電流検出抵抗R3は、LED50のカソード端と出力平滑コンデンサC3の他端の間に直列に挿入されてもよい。
The anode of the diode D1 is connected to a connection point between one end of the second inductor L2 and the other end of the coupling capacitor C2. One end of the output smoothing capacitor C3 is connected to the cathode of the diode D1. The other end of the output smoothing capacitor C3 is connected to one end of the output current detection resistor R3. The other end of the output current detection resistor R3 is connected to the GND line. The
コンバータ部3は、制御部4の制御を受けて動作する。コンバータ部3は、整流回路2が全波整流した電圧をLED50の点灯に適した電流および電圧に変換する。さらにコンバータ部3は、制御部4の制御により入力電流波形を正弦波状で且つ交流入力電圧と同位相となるように動作し、力率改善を行う。
制御部4は、LED電流比較部5、ゼロ電流検出部6、遅延時間設定部7、駆動部8、および調光信号インターフェース9を備えている。制御部4は、LED50に流れる電流が設定した電流値になるように制御しつつ、点灯装置100の入力電流波形が交流電源1の電圧とほぼ同位相で且つ正弦波となるように、スイッチング素子SW1を駆動する。
The
LED電流比較部5は、出力電流検出抵抗R3に発生する信号と目標LED電流に相当する目標信号E1とを比較し、両者の差に応じた信号を出力する。駆動部8はLED電流比較部5の出力信号を受けてスイッチング素子SW1のオン時間を決定する。
The LED
ゼロ電流検出部6は、第1インダクタL1の2次巻き線L1bからの信号を受けて、第1インダクタL1の1次巻き線L1aに流れる電流(以降、第1インダクタ電流)がゼロになるタイミングを検出する。ゼロ電流検出部6が第1インダクタ電流ゼロになったことを検出すると、遅延時間設定部7にてスイッチング素子SW1のオフが予め設定された遅延時間だけ継続される。遅延時間が経過した後、駆動部8によりスイッチング素子SW1がオンする。
The zero
調光信号インターフェース9は、点灯装置100の外部に設けられたLEDの明るさをコントロールする調光コントローラ10から出力される調光信号を読み取り、目標電流値に相当する信号となるように目標信号E1を調整する。
The
制御部4の構成は一例である。制御部4は、例えばアナログ回路とデジタル回路の組み合わせで構成しても良いし、マイクロコンピュータを用いてソフトウェア制御しても良い。また、制御部4を動作させるための制御電源が必要であるが、ここでは図示していない。制御電源は、例えば第1インダクタL1または第2インダクタL2に制御電源供給用の補助巻き線を設ければ、そこから制御電源を得ることができる。又は別途スイッチング電源を設けそこから供給しても良い。
The configuration of the
次に、実施の形態1にかかる点灯装置100の動作を説明する。
Next, operation | movement of the
点灯装置100に交流電源1が印加されると、整流回路2は入力された交流電圧を全波整流し、整流された電圧がフィルタコンデンサC1の両端に印加される。フィルタコンデンサC1は、スイッチングリプルを除去する目的で設けられたものであり、ここでは全波整流波形の電源周波数成分を平滑するためのものではない。従ってコンバータ部3動作中は、電源周波数の2倍周波数で正弦波状に脈動する全波整流電圧がコンバータ部3に印加される。
When the AC power source 1 is applied to the
定常動作状態におけるコンバータ部3の動作を説明する。スイッチング素子SW1が駆動部8によりオンしている状態とする。スイッチング素子SW1がオンすると交流電源1は第1インダクタL1を介して短絡されるので、1次巻き線L1a、スイッチング素子SW1の順で電流が電源側より供給され、第1インダクタL1にエネルギが蓄えられる。このとき、第1インダクタ電流は増加していく。
The operation of the
また、同時にカップリングコンデンサC2の電圧が第2インダクタL2に印加される。このため、カップリングコンデンサC2、スイッチング素子SW1、第2インダクタL2の順に電流が流れ、カップリングコンデンサC2のエネルギが第2インダクタL2に蓄えられる。このとき、第2インダクタL2の電流は増加していく。 At the same time, the voltage of the coupling capacitor C2 is applied to the second inductor L2. For this reason, a current flows in the order of the coupling capacitor C2, the switching element SW1, and the second inductor L2, and the energy of the coupling capacitor C2 is stored in the second inductor L2. At this time, the current of the second inductor L2 increases.
駆動部8により設定されたスイッチング素子SW1のオン時間が経過すると、スイッチング素子SW1はオフする。スイッチング素子SW1がオフすると第1インダクタL1に蓄えられたエネルギが放出され、1次巻き線L1a、カップリングコンデンサC2、ダイオードD1、出力平滑コンデンサC3の順に電流が流れる。これにより、カップリングコンデンサC2と出力平滑コンデンサC3を充電する。
When the ON time of the switching element SW1 set by the
また、同時に第2インダクタL2に蓄えられたエネルギが放出され、第2インダクタL2、ダイオードD1、出力平滑コンデンサC3の順に電流が流れる。これにより、出力平滑コンデンサC3を充電する。このように負荷側にエネルギを伝達して、最終的に出力平滑コンデンサC3からLED50に平滑された直流電流が供給され、LED50が発光する。
At the same time, the energy stored in the second inductor L2 is released, and a current flows in the order of the second inductor L2, the diode D1, and the output smoothing capacitor C3. As a result, the output smoothing capacitor C3 is charged. In this way, energy is transmitted to the load side, and finally a smoothed direct current is supplied from the output smoothing capacitor C3 to the
図2は、本発明の実施の形態1にかかる点灯装置100の動作を示す波形図である。図2の波形図を用いて、制御部4の動作を説明する。
FIG. 2 is a waveform diagram showing an operation of the
(期間t0〜t1)
ここでは、コンバータ部3の動作が定常動作状態で、駆動部8によりスイッチング素子SW1がオンした状態から説明する。スイッチング素子SW1がオンしたとき、スイッチング素子SW1には第1インダクタ電流と第2インダクタL2に流れる電流の合計電流が流れる。
(Period t0 to t1)
Here, the operation of the
第1インダクタ電流と第2インダクタL2に流れる電流は共に増加していくため、スイッチング素子SW1に流れる電流も増加していく。このとき、1次巻き線L1aには図1の矢印の方向に電圧VL1aが印加され、2次巻き線L1bには矢印の方向に電圧VL1bが発生し、ゼロ電流検出部6には2次巻き線L1bより負電圧が入力される。
Since both the first inductor current and the current flowing through the second inductor L2 increase, the current flowing through the switching element SW1 also increases. At this time, the voltage VL1a is applied to the primary winding L1a in the direction of the arrow in FIG. 1, the voltage VL1b is generated in the direction of the arrow to the secondary winding L1b, and the secondary current is supplied to the zero
(時刻t1)
オン時間が経過すると駆動部8はスイッチング素子SW1をオフし、スイッチング素子SW1の電流を遮断する。スイッチング素子SW1のオン時間はLED電流比較部5の比較結果によって決定する。
(Time t1)
When the on-time elapses, the
(期間t1〜t2)
スイッチング素子SW1がオフすると、第1インダクタL1に蓄えられたエネルギは、カップリングコンデンサC2及びダイオードD1を介して、出力平滑コンデンサC3に放出される。同時に、第2インダクタL2に蓄えられたエネルギも、ダイオードD1を介して出力平滑コンデンサC3に放出される。
(Period t1-t2)
When the switching element SW1 is turned off, the energy stored in the first inductor L1 is released to the output smoothing capacitor C3 via the coupling capacitor C2 and the diode D1. At the same time, the energy stored in the second inductor L2 is also released to the output smoothing capacitor C3 via the diode D1.
このとき、1次巻き線L1aに発生する電圧は、スイッチング素子オン時とは逆向きの電圧となる。すなわち図1中の矢印とは、逆方向の電圧である。これにより2次巻き線L1bに発生する電圧も、図1中の矢印とは逆方向の電圧となり、ゼロ電流検出部6には正電圧が入力される。
At this time, the voltage generated in the primary winding L1a is a voltage opposite to that when the switching element is on. That is, the arrow in FIG. 1 is a reverse voltage. As a result, the voltage generated in the secondary winding L 1 b also becomes a voltage in the direction opposite to the arrow in FIG. 1, and a positive voltage is input to the zero
(期間t2〜t3)
第1インダクタL1及び第2インダクタL2がエネルギを放出するため、ダイオードD1を介して負荷側に流れる電流は減少していき、ダイオードD1の電流がゼロになる。すると2次巻き線L1bの電圧VL1bは急速に低下する。
(Period t2-t3)
Since the first inductor L1 and the second inductor L2 release energy, the current flowing to the load side via the diode D1 decreases, and the current of the diode D1 becomes zero. Then, the voltage VL1b of the secondary winding L1b rapidly decreases.
(時刻t3)
ゼロ電流検出部6は2次巻き線L1bの電圧VL1bが予め定めた所定電圧値以下となるとこれを検出して、次に遅延時間設定部7の動作が開始する。遅延時間設定部7では、ゼロ電流検出部6より2次巻き線L1bの電圧VL1bがこの所定電圧値以下となったことを受けて、その時点から予め定めた時間、スイッチング素子SW1のオフを維持するように駆動部8を制御し、次にスイッチング素子がオンするタイミングを遅延させる。
(Time t3)
The zero
(時刻t4)
遅延時間設定部7は、予め設定された遅延時間が経過すると、駆動部8にスイッチング素子SW1をオンする指示信号を与える。駆動部8はこの指示信号を受けてスイッチング素子SW1にオン信号を与え、スイッチング素子SW1を導通状態とする。そして、次のスイッチングサイクルに移る。
(Time t4)
The delay
ここで、LED電流制御について説明する。LED電流比較部5で目標信号E1よりも出力電流検出抵抗R3で発生する電圧の方が高ければLED電流比較部5はスイッチング素子SW1のオン時間が短くなるように信号を出力し、駆動部8はこれを受けてスイッチング素子SW1のオン時間を減少させ、LED電流を減少させる。目標信号E1よりも出力電流検出抵抗R3で発生する電圧の方が低ければLED電流比較部5はスイッチング素子SW1のオン時間が長くなるように信号を出力し、駆動部8はこれを受けてスイッチング素子SW1のオン時間を増加させ、LED電流を増加させる。
Here, LED current control will be described. If the voltage generated by the output current detection resistor R3 is higher than the target signal E1 in the LED
以上の動作から、調光によりLED電流を減少させるとスイッチング素子SW1のオン時間が短くなり、スイッチング素子SW1のオン時間が短くなると、第1インダクタL1のエネルギ放電時間も短くなるため、スイッチング周波数が上昇する。 From the above operation, when the LED current is decreased by dimming, the on-time of the switching element SW1 is shortened. When the on-time of the switching element SW1 is shortened, the energy discharge time of the first inductor L1 is also shortened. To rise.
次に力率改善動作について説明する。図3は、本発明の実施の形態1にかかる点灯装置100の力率改善動作を示す波形図である。図3には、スイッチング素子SW1のオン時間tonおよびオフ時間toffを図示している。
Next, the power factor improvement operation will be described. FIG. 3 is a waveform diagram showing the power factor correction operation of the
スイッチング素子SW1をオンすると第1インダクタ電流はE/L1aの傾きでオン時間に比例してほぼ直線的に上昇していく。ここでEは全波整流電圧の瞬時値、L1aは1次巻き線L1aのインダクタンスを表す。これより第1インダクタ電流は全波整流電圧Eに比例、インダクタンスL1aに反比例することがわかる。 When the switching element SW1 is turned on, the first inductor current rises substantially linearly in proportion to the on-time with a slope of E / L1a. Here, E represents the instantaneous value of the full-wave rectified voltage, and L1a represents the inductance of the primary winding L1a. This shows that the first inductor current is proportional to the full-wave rectified voltage E and inversely proportional to the inductance L1a.
ここで、仮にスイッチング素子SW1のオン時間を固定として、全波整流波形なので交流電源1の半周期分動作させると、インダクタンスL1aは固定であるため、図3に示すように各スイッチング周期の第1インダクタ電流のピーク値は電源電圧に比例し、包絡線が正弦波状の波形となる。フィルタコンデンサC1により第1インダクタ電流のスイッチングリプルを取り除き、平均化することで、交流電源1から流れ込む入力電流を正弦波状に近づけるとともに交流電源電圧とほぼ同位相にすることができ、力率改善及び高調波低減することができる。なお、図1では示していないが、必要に応じて整流回路2の交流入力側にフィルタ回路をさらに追加してもよい。 Here, assuming that the on-time of the switching element SW1 is fixed and the full-wave rectified waveform is operated for half a cycle of the AC power supply 1, the inductance L1a is fixed, so that the first of each switching cycle is shown in FIG. The peak value of the inductor current is proportional to the power supply voltage, and the envelope has a sinusoidal waveform. By removing the switching ripple of the first inductor current by the filter capacitor C1 and averaging it, the input current flowing from the AC power supply 1 can be made close to a sine wave shape and almost in phase with the AC power supply voltage. Harmonics can be reduced. Although not shown in FIG. 1, a filter circuit may be further added to the AC input side of the rectifier circuit 2 as necessary.
このように、スイッチング素子SW1のオン時間を電源半周期間で固定すれば力率改善及び高調波低減することができる。一方で必要な明るさを得るためには、定電流フィードバック制御が必要である。定電流フィードバック制御は、LED50に供給される電流を監視し、目標電流値が流れるようにスイッチング素子SW1のオン時間を調整するものである。すなわち目標電流値に対して実際にLED50に流れている電流値が小さければ、スイッチング素子SW1のオン時間を長くしてLED電流を増加させる。また、目標電流値に対して実際にLED50に流れている電流値が大きければ、スイッチング素子SW1のオン時間を短くしてLED電流を減少させる。このようにLED電流が所望の電流値となるように定電流フィードバック制御にてスイッチング素子SW1を制御する必要がある。
Thus, if the ON time of the switching element SW1 is fixed between the power supply half cycles, the power factor can be improved and the harmonics can be reduced. On the other hand, constant current feedback control is necessary to obtain the necessary brightness. In the constant current feedback control, the current supplied to the
しかしながら上述の通り、交流電源1の半周期内にスイッチング素子SW1のオン時間が定電流フィードバック制御のため大きく変動してしまうと、第1インダクタ電流ピーク値の包絡線が正弦波状とならない。その結果、力率が低下したり、入力電流の高調波電流が増加したりする恐れがある。 However, as described above, if the ON time of the switching element SW1 fluctuates greatly due to the constant current feedback control within the half cycle of the AC power supply 1, the envelope of the first inductor current peak value does not become a sine wave. As a result, the power factor may decrease or the harmonic current of the input current may increase.
そこで、定電流フィードバック制御の応答時間については、フィードバック制御のループゲインを交流電源1の1周期の1/2周期以上で1倍(0dB)以下となるように設定する。言い換えると、交流電源1の周波数の2倍以下の周波数で1倍(0dB)以下となるように設定する。例えば電源周波数が50Hzの場合、その半周期(半波)にあたる100Hz以下、すなわち周期10ms以上で定電流フィードバック制御のループゲインを1倍(0dB)以下とすることにより定電流フィードバック制御を電源周期の1/2より短い周期で応答しないように設定する。これにより電源周期の1/2周期以内においては、スイッチング素子SW1のオン時間の変動が抑制され、第1インダクタ電流ピーク値の包絡線が正弦波状の波形となる。 Therefore, the response time of the constant current feedback control is set so that the loop gain of the feedback control is equal to or more than ½ period of one period of the AC power supply 1 and equal to or less than 1 (0 dB). In other words, the frequency is set to be 1 (0 dB) or less at a frequency 2 times or less of the frequency of the AC power supply 1. For example, when the power supply frequency is 50 Hz, the constant current feedback control is set to the power supply cycle by setting the loop gain of the constant current feedback control to 1 (0 dB) or less at 100 Hz or less corresponding to the half cycle (half wave), that is, the cycle of 10 ms or more. It sets so that it may not respond with a period shorter than 1/2. As a result, the fluctuation of the ON time of the switching element SW1 is suppressed within a half cycle of the power supply cycle, and the envelope of the first inductor current peak value becomes a sinusoidal waveform.
ところで、本実施の形態では、スイッチング素子SW1のオンタイミングを遅らせる遅延時間設定部7を設けている。この効果について述べる。
By the way, in this Embodiment, the delay
遅延時間設定部7はスイッチング周波数の上昇を抑制するためのものである。スイッチング素子SW1のオンタイミングを遅延しない場合、例えば調光時のようにLED電流を減少させた場合、スイッチング素子SW1のオン時間が短くなるため、LED電流が減少するほどスイッチング周波数は上昇してしまう。そこで、スイッチング周波数の上昇を抑制するために第1インダクタ電流がゼロとなるタイミングを検出後、予め定めた時間スイッチング素子SW1のオフを維持し、次にオンするタイミングを遅延させるので、オフ時間が長くなり、スイッチング周波数を低下させる。これによりLED電流を減少させた場合のスイッチング周波数の上昇を抑制できる。
The delay
また、遅延時間設定部7で設定されるスイッチング素子SW1の遅延時間は、LED電流により可変なものとする。例えば、調光を行ってない全光状態のLED電流が大きいときはもともとスイッチング周波数が低いので、遅延時間をゼロまたはゼロよりも大きく予め定めた第1所定時間に設定することで、LED電流が大きい場合に周波数が下がりすぎることを抑制する。通常は人間の可聴周波数以上にスイッチング周波数が設定されるが、周波数が下がりすぎる場合、例えば可聴周波数領域にスイッチング周波数が入り、騒音が発生するなどの問題が発生するため、これを抑制できる。
The delay time of the switching element SW1 set by the delay
調光を行い、LED電流を減少させる場合、例えばLED電流値が予め定めた所定レベル以下となると、遅延時間設定部7は、遅延時間を上記の第1所定時間よりも長く設定する。これにより調光時のスイッチング周波数の上昇を抑制し、スイッチング損失の増大、不安定動作に伴う力率の低下、およびちらつきの発生を防止する。
When light control is performed and the LED current is decreased, for example, when the LED current value falls below a predetermined level, the delay
また、例えば図4に示すようにLED電流値の各電流値に合わせて複数段階に変化するように遅延時間を設定しても良いし、LED電流値に応じて連続的に遅延時間を変化させてもよい。段階的な可変設定および連続的な可変設定のいずれにおいても、LED電流が減少するほど遅延時間は長くなるように調整される。 Further, for example, as shown in FIG. 4, the delay time may be set so as to change in a plurality of stages according to each current value of the LED current value, or the delay time is continuously changed according to the LED current value. May be. In both the stepwise variable setting and the continuous variable setting, the delay time is adjusted so as to increase as the LED current decreases.
以上のように実施の形態1にかかる点灯装置100は、交流電源1の1周期におけるインダクタL1の電流ピーク値の包絡線がほぼ正弦波状となるように、且つLEDに供給する電流が所望の電流値となるようにスイッチング素子SW1を制御する。これにより、力率改善制御と定電流制御を1つコンバータで実現でき、部品点数を削減できる。さらに、第1インダクタ電流のピーク値の包絡線がほぼ正弦波状となるようにしつつも、LED50の電流値に応じて第1インダクタ電流がゼロに到達してからスイッチング素子SW1のオフを維持する時間を設け、次にオンするタイミングを遅延させるので、LED電流が減少したときの周波数の上がりすぎを抑制することができる。これにより、スイッチング周波数の上昇に伴うスイッチング損失増加とLEDちらつきを防止できる。
As described above, in the
なお、実施の形態1ではSEPIC方式の電源を例として説明したが、これ以外にも、1コンバータで力率改善(高調波電流低減)と定電流制御を行う方式であれば、他の方式でも良く、例えば図5に示すバックブーストコンバータ方式の点灯装置110あるいはフライバックコンバータ方式(図示せず)においても、同様の効果を得ることができる。
In the first embodiment, the power supply of the SEPIC method has been described as an example. However, other methods can be used as long as the power factor improvement (harmonic current reduction) and constant current control are performed by one converter. For example, the same effect can be obtained also in the buck boost converter
点灯装置110は、コンバータ部11を備えている。コンバータ部11は、フィルタコンデンサC4と、スイッチング素子SW2と、第3インダクタL3と、出力平滑コンデンサC5と、抵抗R3と、を備えている。フィルタコンデンサC4は、整流回路2の2つの直流出力端子間に並列に接続されている。スイッチング素子SW2は、MOSFETであり、第1端子であるドレイン、第2端子であるソース及び第1端子、第2端子間をスイッチングする制御端子であるゲートを備え、第1端子がフィルタコンデンサC4の一端に接続されている。第3インダクタL3は、一端がスイッチング素子SW2の第2端子に接続し、スイッチング素子SW2を介してフィルタコンデンサC4と並列接続されている。抵抗R3は、一端がGNDに接続しており、他端がダイオードD2のカソードと接続している。出力平滑コンデンサC5は、一端がダイオードD2のアノードに接続され、ダイオードD2を介して第3インダクタL3と並列に接続されるとともに、LED50と並列に接続されている。
The
点灯装置110ではスイッチング素子SW2をオンすると電源側からスイッチング素子SW2、第3インダクタL3の1次巻き線L3aの経路で電流が流れ、第3インダクタL3にエネルギを蓄え、スイッチング素子SW2をオフすると1次巻き線L3a、平滑コンデンサC5、ダイオードD2、1次第3インダクタL3aの経路で電流が流れ、第3インダクタL3に蓄えられたエネルギを負荷側に放出する。ここで、点灯装置100と同様、1次巻き線L3aの電流がゼロになったことを第3インダクタL3の二次巻き線L3bより検出し、予め定めた時間スイッチング素子SW2のオフを維持し、次にオンするタイミングを遅延させることでスイッチング周波数を低下させる。
In the
また、LED電流の制御はスイッチング素子SW2のオン時間で制御するが、その際、交流電源1の1周期における、1次巻き線L3aの電流ピーク値の包絡線を正弦波状に維持しつつオン時間を制御する。すなわち制御部4は定電流フィードバック制御の応答時間を電源周期の1/2周期以上に設定することで力率改善及び高調波低減を実施する。
The LED current is controlled by the on-time of the switching element SW2. At this time, the on-time is maintained while maintaining the envelope of the current peak value of the primary winding L3a in one cycle of the AC power supply 1 in a sine wave shape. To control. That is, the
これにより点灯装置100同様、スイッチング周波数の上昇を抑制し、スイッチング損失の増大、不安定動作に伴う力率の低下、およびちらつきの発生を防止することができる。
Thereby, like the
また、実施の形態1においては、光源にLED50を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではない。光源に用いる発光素子として、例えば有機EL(Electro Luminescence)素子を用いてもよい。 Moreover, in Embodiment 1, although the case where LED50 was used for the light source was demonstrated, it is not limited to this. As a light emitting element used for the light source, for example, an organic EL (Electro Luminescence) element may be used.
なお、実施の形態1で示したスイッチング素子SW1は半導体スイッチで構成されるものとする。半導体スイッチは、例えばMOSFET、パワートランジスタ(バイポーラトランジスタ)、あるいはIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)、を用いても良い。あるいは、窒化ガリウム(GaN)若しくは炭化ケイ素(SiC)等のワイドバンドギャップ半導体で形成したスイッチング素子であってもよく、特にSiCで形成したMOSFETであってもよい。 Note that the switching element SW1 described in the first embodiment is configured by a semiconductor switch. For example, a MOSFET, a power transistor (bipolar transistor), or an IGBT (insulated gate bipolar transistor) may be used as the semiconductor switch. Alternatively, it may be a switching element formed of a wide band gap semiconductor such as gallium nitride (GaN) or silicon carbide (SiC), and may be a MOSFET formed of SiC in particular.
実施の形態2.
図6は、本発明の実施の形態2にかかる点灯装置120の回路構成図である。実施の形態1と同様の構成部分は、同一の符号を付して説明を省略する。実施の形態1との違いは、制御部4に通電時間計測手段12を設けたことである。通電時間計測手段12は、第1インダクタL1の1次巻き線L1aに流れる第1インダクタ電流の通電時間を計測する。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 6 is a circuit configuration diagram of the
通電時間計測手段12はスイッチング素子SW1がオンした時点からスイッチング素子SW1がオフ後、ゼロ電流検出部により第1インダクタ電流がゼロになったことを検出した時点までの第1インダクタ電流通電時間を計測するものである。通電時間計測手段12は、例えばマイクロコンピュータで構成可能であるし、制御部4の全部又は少なくとも一部をマイクロコンピュータで構成したときの、機能の一部として通電時間計測手段12を構成可能である。
The energization time measuring means 12 measures the first inductor current energization time from the time when the switching element SW1 is turned on until the time when the zero current detector detects that the first inductor current becomes zero after the switching element SW1 is turned off. To do. The energization time measuring means 12 can be constituted by, for example, a microcomputer, and the energization time measuring means 12 can be constituted as a part of a function when all or at least a part of the
次に、実施の形態2にかかる点灯装置120の動作を説明する。
Next, the operation of the
点灯装置120は入力される交流電源1が例えば実効値100V、200V、240Vなど様々な電圧に対応可能である。このとき、点灯装置120はどのような電圧の交流電源が入力されても、LED50の光出力は常に目標値に保つ必要がある。すなわち交流電源1の電圧によらず、LED50に供給される電流はほぼ一定に保たれる。
The
LED50を含めた点灯装置120の消費電力は、入力電流と入力電圧と力率の積で表されるため、LEDで同じ電力が消費される場合、点灯装置120に入力される入力電圧すなわち交流電源1の実効値が高くなるほど点灯装置120に流入する入力電流は小さくなる。したがって、第1インダクタ電流のピーク値も交流電源1の実効値が高くなるほど小さくなる。
Since the power consumption of the
第1インダクタ電流はスイッチング素子SW1がオンするとE/L1aの傾きでオン時間に比例してほぼ直線的に上昇していく。ここでEは全波整流電圧の瞬時値、L1aは1次巻き線L1aのインダクタンスを表す。L1aは不変であるため、交流電源1の実効値が高い場合、すなわち全波整流電圧の瞬時値Eが高い場合、第1インダクタ電流ピーク値が低入力電圧時と比較して小さいということはスイッチング素子SW1のオン時間が低入力電圧時と比較して短いということである。また、第1インダクタ電流ピーク値が小さくなるということは、スイッチング素子SW1がオフしたときの、放電電流が流れる期間も短くなる。したがって、LED50で同じ電力が消費される場合、交流電源1の実効値が高くなるほど通電時間計測手段12で計測される第1インダクタ電流通電時間は短くなり、スイッチング周波数は上昇する。
When the switching element SW1 is turned on, the first inductor current increases substantially linearly in proportion to the on-time with the slope of E / L1a. Here, E represents the instantaneous value of the full-wave rectified voltage, and L1a represents the inductance of the primary winding L1a. Since L1a is not changed, when the effective value of the AC power supply 1 is high, that is, when the instantaneous value E of the full-wave rectified voltage is high, the fact that the first inductor current peak value is small compared to that at the time of the low input voltage is switching. This means that the on-time of the element SW1 is shorter than that when the input voltage is low. In addition, the decrease in the first inductor current peak value also shortens the period during which the discharge current flows when the switching element SW1 is turned off. Therefore, when the same power is consumed by the
実施の形態1では、LED50に流れる電流を減少させるときにスイッチング周波数の上昇を抑制する。これに対し、実施の形態2においては、LED50に流れる電流を減少させる場合に加えて、交流電源1の電圧実効値が高い場合において周波数が上昇することも抑制する。例えばLED電流(調光率)のみに応じて遅延時間を設定する場合では、同じLED電流値が設定される場合でも、交流電源1の電圧実効値が異なればスイッチング周波数も異なってしまうため、適切にスイッチング周波数の上昇を抑制することができない。そこで実施の形態2ではこの問題を解決する。
In the first embodiment, an increase in switching frequency is suppressed when the current flowing through the
具体的には、通電時間計測手段12は、第1インダクタ電流通電時間を計測し、計測結果が予め定めた所定通電時間以上である場合、遅延時間設定部7は、遅延時間をゼロ又はゼロより大きく予め定めた第2所定時間に設定する。遅延時間をゼロ又は第2所定時間に設定することで、LED電流が大きい場合あるいは交流電源1の電圧実効値が低い場合にスイッチング周波数が下がりすぎることを抑制する。一方、調光によりLED電流を減少させる場合、または交流電源1の電圧実効値が高い場合で、通電時間計測手段12により計測された第1インダクタ電流通電時間が所定通電時間未満である場合には、遅延時間設定部7は、遅延時間を上記第2所定時間よりも長く設定する。これによりスイッチング周波数の上昇を抑制する。
Specifically, the energization
このようにスイッチング周波数の下がりすぎ及び上がりすぎを抑制できるので、スイッチング周波数低下に伴う騒音、スイッチング周波数上昇に伴うスイッチング損失の増大、力率低下及びちらつきの発生を防止することができる。 As described above, since the switching frequency can be prevented from excessively decreasing and excessively increasing, it is possible to prevent noise associated with a decrease in switching frequency, an increase in switching loss associated with an increase in switching frequency, a decrease in power factor, and flickering.
また、一例として、図7に示すように第1インダクタ電流通電時間の各測定結果に合わせて複数段階に遅延時間を設定しても良いし、測定結果に応じて連続的に遅延時間を変化させてもよい。この場合、第1インダクタ電流通電時間が短くなるほど遅延時間はより長く設定される。第1インダクタ電流通電時間の下限値を予め定めておき、第1インダクタ電流通電時間がこの下限値であるときのスイッチング周波数を予め特定しておいてもよい。第1インダクタ電流通電時間がこの下限値未満である場合には、制御部4は、スイッチング素子SW1のスイッチング周波数が上記特定したスイッチング周波数に一致するように遅延時間を設定してもよい。
Further, as an example, as shown in FIG. 7, the delay time may be set in a plurality of stages according to each measurement result of the first inductor current conduction time, or the delay time is continuously changed according to the measurement result. May be. In this case, the delay time is set longer as the first inductor current conduction time becomes shorter. A lower limit value of the first inductor current energizing time may be determined in advance, and a switching frequency when the first inductor current energizing time is the lower limit value may be specified in advance. When the first inductor current energization time is less than the lower limit value, the
また、交流電源1の1周期における電圧の瞬時値は位相角に応じて異なるため、第1インダクタ電流通電時間における放電期間は、交流電源1の位相角に応じて異なる。したがって、遅延時間を設けない場合は、交流電源1の位相角によりスイッチング周波数が異なる。そこで、第1インダクタ電流通電時間が所定通電時間未満となった場合に、交流電源1の位相角によらずスイッチング周波数が略一定となるように、交流電源1の位相角に応じてそれぞれ遅延時間を設定しても良い。 In addition, since the instantaneous value of the voltage in one cycle of the AC power supply 1 varies depending on the phase angle, the discharge period in the first inductor current energizing time varies depending on the phase angle of the AC power supply 1. Therefore, when no delay time is provided, the switching frequency varies depending on the phase angle of the AC power supply 1. Therefore, when the first inductor current energization time is less than the predetermined energization time, the delay time is set according to the phase angle of the AC power supply 1 so that the switching frequency becomes substantially constant regardless of the phase angle of the AC power supply 1. May be set.
この場合、予め設定した所定スイッチング周波数以上への上昇は確実に抑制されるので、スイッチングリプルを除去するためのフィルタコンデンサC1、および整流回路2の交流入力側に設けた図示しないフィルタ回路の回路定数を適切に設定することができ、交流電源1側への電気的ノイズの流出を防止できる。 In this case, since the rise to a predetermined switching frequency or higher that is set in advance is reliably suppressed, the circuit constants of the filter capacitor C1 for removing the switching ripple and the filter circuit (not shown) provided on the AC input side of the rectifier circuit 2 Can be set appropriately, and the outflow of electrical noise to the AC power supply 1 side can be prevented.
このように、第1インダクタ通電時間に応じてスイッチング素子SW1がオンするタイミングを遅延させることで、交流電源1の電圧実効値およびLED電流値などのようにスイッチング周波数を変化させる要素が複数存在する場合でも、的確にスイッチング周波数の上昇を抑制することができる。 As described above, there are a plurality of elements that change the switching frequency such as the effective voltage value of the AC power supply 1 and the LED current value by delaying the timing at which the switching element SW1 is turned on according to the first inductor energization time. Even in this case, an increase in switching frequency can be accurately suppressed.
以上のように、第1インダクタ電流ピーク値の包絡線を正弦波状として、且つLEDに供給する電流が所望の電流値となるようにスイッチング素子SW1を制御するため、力率改善制御と定電流制御を1つコンバータで実現でき、部品点数を削減できる。さらに、第1インダクタ電流通電時間が所定通電時間未満の場合は、第1インダクタ電流ピーク値の包絡線がほぼ正弦波状となるように維持しつつも、スイッチング素子SW1のオンするタイミングを遅延させる遅延時間を設けるので、交流電源1の電圧実効値および調光率によらず、高力率を維持したまま適切に周波数の上昇を抑制することができる。これにより、スイッチング周波数の上昇に伴うスイッチング損失増加およびちらつきを抑制でき、且つ周波数の低下に伴う騒音発生を防止することができる。 As described above, in order to control the switching element SW1 so that the envelope of the first inductor current peak value is sinusoidal and the current supplied to the LED becomes a desired current value, the power factor correction control and the constant current control are performed. Can be realized with one converter, and the number of parts can be reduced. Further, when the first inductor current energization time is less than the predetermined energization time, the delay for delaying the timing when the switching element SW1 is turned on is maintained while maintaining the envelope of the first inductor current peak value to be substantially sinusoidal. Since time is provided, an increase in frequency can be appropriately suppressed while maintaining a high power factor regardless of the effective voltage value and dimming rate of the AC power supply 1. As a result, an increase in switching loss and flicker associated with an increase in switching frequency can be suppressed, and noise generation associated with a decrease in frequency can be prevented.
なお、ここではスイッチング素子SW1がオンした時点からスイッチング素子SW1がオフ後、ゼロ電流検出部により第1インダクタ電流がゼロになったことを検出した時点までを第1インダクタ電流通電時間として計測するものとしたが、スイッチング素子SW1のオン時間のみに応じて遅延時間を設定しても良い。交流電源1の電圧実効値が高いほどスイッチング素子SW1のオン時間は減少し、且つLED電流値が小さいほどスイッチング素子SW1のオン時間は減少する。これより、スイッチング素子SW1のオン時間が予め定めた所定オン時間以上である場合、遅延時間設定部7は遅延時間をゼロあるいはゼロより大きく予め定めた第3所定時間に設定する。スイッチング素子SW1のオン時間が所定オン時間未満である場合、遅延時間設定部7は、遅延時間を第3所定時間よりも長く設定する。これによりスイッチング周波数の過度の上昇及び過度の低下を抑制できる。
Here, the first inductor current energization time is measured from the time when the switching element SW1 is turned on to the time when the zero current detector detects that the first inductor current becomes zero after the switching element SW1 is turned off. However, the delay time may be set only according to the ON time of the switching element SW1. The higher the voltage effective value of the AC power supply 1, the shorter the on-time of the switching element SW1. The smaller the LED current value, the shorter the on-time of the switching element SW1. Accordingly, when the ON time of the switching element SW1 is equal to or longer than a predetermined predetermined ON time, the delay
また、スイッチング素子SW1のオン時間に応じて複数段遅延時間を設定しても良いし、オン時間に応じて連続的に遅延時間を変化させてもよい。図8に、スイッチング素子SW1のオン時間が短くなるほど遅延時間がより長くなるように遅延時間を連続的に変化させた場合の、オン時間と遅延時間との関係の一例を示す。このようにオン時間が短くなるほど遅延時間はより長く設定される。スイッチング素子SW1のオン時間のみを計測対象とすることにより、制御部4をマイクロコンピュータで構成した場合に、マイクロコンピュータの処理負荷を軽減することができ、マイクロコンピュータで消費する電力を低減することができる。
Further, a multi-stage delay time may be set according to the ON time of the switching element SW1, or the delay time may be continuously changed according to the ON time. FIG. 8 shows an example of the relationship between the ON time and the delay time when the delay time is continuously changed so that the delay time becomes longer as the ON time of the switching element SW1 becomes shorter. Thus, the shorter the on-time, the longer the delay time is set. By setting only the ON time of the switching element SW1 as a measurement target, when the
また、実施の形態2では例としてコンバータ部3にSEPIC回路を用いて説明したが、本実施の形態以外にも、1コンバータで力率改善(高調波電流低減)と定電流制御を行う方式であれば、他の方式でも良く、例えばコンバータ部3はバックブーストコンバータ方式あるいはフライバックコンバータ方式でも構わない。これらの場合でも、同様の制御を行うことで、スイッチング周波数の上昇に伴うスイッチング損失増加とLEDちらつきを抑制でき、且つ周波数の低下に伴う騒音発生を防止することができる。
In the second embodiment, the
実施の形態3.
図9は、本発明の実施の形態3にかかる点灯装置130の回路構成図である。実施の形態1と同様の構成部分は、同一の符号を付して説明を省略する。実施の形態1との違いは、電源電圧検出手段13及び電源電圧測定手段14を設けたことである。
FIG. 9 is a circuit configuration diagram of the
電源電圧検出手段13及び電源電圧測定手段14は、交流電源1が点灯装置130に印加された場合の全波整流後の電圧を測定するものである。電源電圧検出手段13は分圧抵抗を用いて構成可能であり、電源電圧測定手段14は例えばA/D(アナログ/デジタル)変換器を内蔵したマイクロコンピュータで構成可能である。
The power supply voltage detection means 13 and the power supply voltage measurement means 14 measure the voltage after full-wave rectification when the AC power supply 1 is applied to the
次に、実施の形態3にかかる点灯装置130の動作を説明する。点灯装置130は実施の形態2と同様、入力される交流電源1が例えば実効値100V、200V、240Vなど様々な電圧に対応可能である。このとき、点灯装置130はどの電圧の交流電源が入力されても、LED50の光出力は常に目標値に保つ必要がある。すなわち交流電源1の電圧実効値によらず、LED50に供給される電流はほぼ一定に保たれる。
Next, the operation of the
したがって実施の形態2で述べたように交流電源1の電圧実効値が高くなるほど点灯装置130に流入する入力電流は小さくなる。したがって、第1インダクタ電流のピーク値も交流電源1の電圧実効値が高くなるほど小さくなり、第1インダクタ電流通電時間も短くなる。すなわちスイッチング周波数が上昇する。
Therefore, as described in Embodiment 2, the input current flowing into the
実施の形態1では、LED50に流れる電流が減少するときのスイッチング周波数の上昇を抑制する。これに対し、実施の形態3においては、実施の形態2と同様、LEDに流れる電流を減少させる場合に加えて、交流電源1の電圧実効値が高い場合においても周波数が上昇することを抑制する。
In the first embodiment, an increase in switching frequency when the current flowing through the
具体的には、交流電源1の電圧とLED電流(或いはこれに対応する調光率)との双方の値に応じて遅延時間を設定する。すなわち制御部4は電源電圧測定手段14により検出される電圧と、外部の調光コントローラから入力される調光信号に対応して両者の値からその条件に応じた遅延時間を設定する。例えば、LED電流が予め定めた所定電流値以上で且つ交流電源1の電圧実効値が予め定めた所定電圧値以上の場合と、LED電流が所定電流値以上で且つ交流電源1の電圧実効値が所定電圧値未満の場合と、LED電流が所定電流値未満で且つ交流電源1の電圧実効値が所定電圧値未満の場合は、遅延時間設定部7が遅延時間をゼロあるいはゼロよりも大きく予め定めた第4所定時間に設定する。一方、LED電流が所定電流値未満で且つ交流電源1の電圧実効値が所定電圧値以上の場合は、遅延時間設定部7が遅延時間を第4所定時間よりも長く設定する。
Specifically, the delay time is set according to both values of the voltage of the AC power source 1 and the LED current (or the dimming rate corresponding thereto). That is, the
なお、ここでは遅延時間をLED電流と交流電源1の電圧実効値との組み合わせに応じて2段階に設定する例について述べたが、本発明はこれに限られない。LED電流値と交流電源1の電圧実効値との組み合わせに応じて、複数段、または連続的に変化するように遅延時間を設けてもよい。この場合、交流電源1の電圧実効値が高くなるほど遅延時間はより長く設定され、且つLED電流が減少するほど遅延時間はより長く設定される。図10は条件に応じて遅延時間を連続的に変化させた場合の一例である。電圧実効値が100V、200V、240Vそれぞれの場合の、遅延時間とLED電流との関係を一次関数として例示したものである。 In addition, although the example which sets delay time to two steps according to the combination of LED current and the voltage effective value of AC power supply 1 was described here, this invention is not limited to this. Depending on the combination of the LED current value and the effective voltage value of the AC power supply 1, a delay time may be provided so as to change in a plurality of stages or continuously. In this case, the delay time is set longer as the voltage effective value of the AC power supply 1 becomes higher, and the delay time is set longer as the LED current decreases. FIG. 10 shows an example in which the delay time is continuously changed according to the conditions. The relationship between the delay time and the LED current when the voltage effective value is 100V, 200V, and 240V is illustrated as a linear function.
また、実施の形態2で述べたように、交流電源1の1周期における電圧の瞬時値は位相角に応じて異なるため、遅延時間を設けない場合は、交流電源1の位相角によりスイッチング周波数が異なる。そこで、LED電流と交流電源1の電圧実効値の組み合わせにより、交流電源1の位相角によらず、予め定められたほぼ一定のスイッチング周波数となるように遅延時間設定部7で遅延時間を設定してもよい。
Further, as described in the second embodiment, since the instantaneous value of the voltage in one cycle of the AC power supply 1 varies depending on the phase angle, the switching frequency depends on the phase angle of the AC power supply 1 when no delay time is provided. Different. Therefore, the delay
この場合、予め設定した所定スイッチング周波数以上は確実に上昇しないため、スイッチングリプルを除去するためのフィルタコンデンサC1および整流回路2の交流入力側に設けられる図示しないフィルタ回路の回路定数を適切に設定することができ、交流電源1側への電気的ノイズの流出を防止できる。 In this case, since it does not rise reliably above a predetermined switching frequency set in advance, the filter capacitor C1 for removing the switching ripple and the circuit constants of the filter circuit (not shown) provided on the AC input side of the rectifier circuit 2 are set appropriately. It is possible to prevent electrical noise from flowing out to the AC power supply 1 side.
このように、交流電源1の電圧とLED電流(調光率)の双方の値に応じてスイッチング素子SW1がオンするタイミングを遅延させることで、交流電源1の電圧実効値とLED電流値のようにスイッチング周波数を変化させる要素が複数存在する場合でも、的確にスイッチング周波数の上昇を抑制することができる。 In this way, by delaying the timing at which the switching element SW1 is turned on in accordance with both the voltage of the AC power supply 1 and the LED current (dimming rate), the voltage effective value of the AC power supply 1 and the LED current value are as shown in FIG. Even when there are a plurality of elements that change the switching frequency, an increase in the switching frequency can be accurately suppressed.
以上のように、第1インダクタ電流ピーク値の包絡線を正弦波状として、且つLED50に供給する電流が所望の電流値となるようにスイッチング素子SW1を制御するため、力率改善制御と定電流制御を1コンバータで実現でき、部品点数を削減できる。さらに、電源電圧検出手段13及び電源電圧測定手段14を設け、第1インダクタ電流ピーク値の包絡線がほぼ正弦波状となるように維持しつつも、交流電源1の電圧実効値とLED電流の双方の値に応じて遅延時間を設けるので、交流電源1の電圧実効値および調光率によらず、高力率を維持したまま適切に周波数の上昇を抑制することができる。これにより、スイッチング周波数の上昇に伴うスイッチング損失増加およびちらつきを抑制でき、且つ周波数の低下に伴う騒音発生を防止することができる。
As described above, the power factor correction control and the constant current control are performed in order to control the switching element SW1 so that the envelope of the first inductor current peak value is a sine wave and the current supplied to the
なお、本実施の形態では、交流電源1の電圧実効値を検出するのに電源電圧検出手段13及び電源電圧測定手段14を設けて電圧を検出している。しかしながら、交流電源1の電圧が判定できればこの方法に限定するものではなく、例えば整流回路2の交流側から検出しても良いし、第1インダクタL1の2次巻き線L1bに発生する電圧から判定することもできる。 In this embodiment, in order to detect the effective voltage value of the AC power supply 1, the power supply voltage detection means 13 and the power supply voltage measurement means 14 are provided to detect the voltage. However, the method is not limited to this method as long as the voltage of the AC power supply 1 can be determined. For example, the voltage may be detected from the AC side of the rectifier circuit 2 or determined from the voltage generated in the secondary winding L1b of the first inductor L1. You can also
また、本実施の形態では例としてコンバータ部3にSEPIC回路を用いて説明したが、本実施の形態以外にも、1コンバータで力率改善(高調波電流低減)と定電流制御を行う方式であれば、他の方式でも良く、例えばコンバータ部3はバックブーストコンバータ方式あるいはフライバックコンバータ方式でも構わない。これらの場合でも、同様の制御を行うことで、スイッチング周波数の上昇に伴うスイッチング損失増加とLEDちらつきを抑制でき、且つ周波数の低下に伴う騒音発生を防止することができる。
In the present embodiment, the
実施の形態4.
図11は、本発明の実施の形態4にかかる照明器具200の断面図である。照明器具200は、照明器具本体40、コネクタ41、光源基板42、点灯装置43を有する。照明器具本体40は、点灯装置43などを取り付けるための筺体である。コネクタ41は、商用電源などの交流電源から電力の供給を受けるための接続部である。光源基板42はLEDあるいは有機EL素子などの発光素子46を実装した基板である。
FIG. 11: is sectional drawing of the
点灯装置43はコネクタ41、配線44を介して交流電源からの電力を入力する。点灯装置43は入力した電力を光源基板42に供給する電力に変換する。点灯装置43は配線45を介して光源基板42に接続している。点灯装置43は、変換した電力を光源基板42に供給する。光源基板42の光源は、点灯装置43から供給された電力により点灯する。
The
点灯装置43の回路構成は、上述した実施の形態1にかかる点灯装置100または点灯装置110と同じであるものとする。これにより、実施の形態1にかかる点灯装置100または点灯装置110の利点を備えた点灯装置43および照明器具200が提供される。
The circuit configuration of the
なお、点灯装置43の回路構成を、実施の形態2、3にかかる点灯装置120、130のいずれか一方と同じものとしてもよい。
The circuit configuration of the
実施の形態4にかかる照明器具200によれば、実施の形態1〜3で述べた点灯装置100〜130のいずれか1つを組み込むことで、照明器具の小型化、低コスト化、高効率化が実現でき、且つスイッチング周波数の上昇に伴うスイッチング損失増加とLED等の光源のちらつきを抑制でき、さらに周波数の低下に伴う騒音発生も防止することができる。
According to the
1 交流電源、2 整流回路、3、11 コンバータ部、4 制御部、5 電流比較部、6 ゼロ電流検出部、7 遅延時間設定部、8 駆動部、9 調光信号インターフェース、10 調光コントローラ、12 通電時間計測手段、13 電源電圧検出手段、14 電源電圧測定手段、40 照明器具本体、41 コネクタ、42 光源基板、43、100、110、120、130 点灯装置、44 配線、45 配線、46 発光素子、200 照明器具、50 光源(LED)、C1、C4 フィルタコンデンサ、C2 カップリングコンデンサ、C3、C5 出力平滑コンデンサ、L1、L2、L3 インダクタ、R3 出力電流検出抵抗、SW1、SW2 スイッチング素子 1 AC power supply, 2 rectifier circuit, 3, 11 converter unit, 4 control unit, 5 current comparison unit, 6 zero current detection unit, 7 delay time setting unit, 8 drive unit, 9 dimming signal interface, 10 dimming controller, 12 energizing time measuring means, 13 power supply voltage detecting means, 14 power supply voltage measuring means, 40 lighting fixture body, 41 connector, 42 light source board, 43, 100, 110, 120, 130 lighting device, 44 wiring, 45 wiring, 46 light emission Element, 200 lighting fixture, 50 light source (LED), C1, C4 filter capacitor, C2 coupling capacitor, C3, C5 output smoothing capacitor, L1, L2, L3 inductor, R3 output current detection resistor, SW1, SW2 switching element
Claims (7)
前記整流回路に接続され、スイッチング素子とインダクタでエネルギの充放電を行い、光源に直流電流を供給する直流電源回路と、
前記光源が調光信号により指示される調光率となるように前記スイッチング素子の駆動を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記調光信号で指示される調光率に応じて前記直流電流が目標値となるように前記スイッチング素子のオン時間をフィードバック制御し、
前記インダクタに流れる電流のピーク値の包絡線が前記交流電源の周期に同期して正弦波状となるように前記オン時間を制御し、
前記スイッチング素子をオフした後に前記インダクタの放電電流がゼロになるタイミングから次に前記スイッチング素子がオンするタイミングを遅延させる遅延時間を設け、前記遅延時間を経過した後に前記スイッチング素子をオンし、
前記遅延時間がゼロ以上の値に可変に設定可能であり、
前記制御部は、前記交流電源の電圧の実効値が高くなるほど前記遅延時間を長くする点灯装置。 A rectifier circuit for rectifying an AC voltage from an AC power source;
A DC power supply circuit connected to the rectifier circuit, charging and discharging energy with a switching element and an inductor, and supplying a DC current to the light source;
A control unit that controls driving of the switching element so that the light source has a dimming rate indicated by a dimming signal;
With
The controller is
According to the dimming rate indicated by the dimming signal, the on-time of the switching element is feedback controlled so that the direct current becomes a target value,
The on-time is controlled so that the envelope of the peak value of the current flowing through the inductor becomes a sine wave in synchronization with the cycle of the AC power supply,
A delay time is provided to delay the timing when the switching element is turned on next from the timing when the discharge current of the inductor becomes zero after the switching element is turned off, and the switching element is turned on after the delay time has passed,
Ri variably settable der the delay time to a value greater than zero,
The said control part is a lighting device which lengthens the said delay time, so that the effective value of the voltage of the said AC power supply becomes high .
前記整流回路に接続され、スイッチング素子とインダクタでエネルギの充放電を行い、光源に直流電流を供給する直流電源回路と、
前記光源が調光信号により指示される調光率となるように前記スイッチング素子の駆動を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記調光信号で指示される調光率に応じて前記直流電流が目標値となるように前記スイッチング素子のオン時間をフィードバック制御し、
前記インダクタに流れる電流のピーク値の包絡線が前記交流電源の周期に同期して正弦波状となるように前記オン時間を制御し、
前記スイッチング素子をオフした後に前記インダクタの放電電流がゼロになるタイミングから次に前記スイッチング素子がオンするタイミングを遅延させる遅延時間を設け、前記遅延時間を経過した後に前記スイッチング素子をオンし、
前記遅延時間がゼロ以上の値に可変に設定可能であり、
前記制御部は、前記交流電源の電圧の実効値と前記調光率に応じて、予め定められたスイッチング周波数でスイッチング素子を駆動するように前記遅延時間を可変に設定する点灯装置。 A rectifier circuit for rectifying an AC voltage from an AC power source;
A DC power supply circuit connected to the rectifier circuit, charging and discharging energy with a switching element and an inductor, and supplying a DC current to the light source;
A control unit that controls driving of the switching element so that the light source has a dimming rate indicated by a dimming signal;
With
The controller is
According to the dimming rate indicated by the dimming signal, the on-time of the switching element is feedback controlled so that the direct current becomes a target value,
The on-time is controlled so that the envelope of the peak value of the current flowing through the inductor becomes a sine wave in synchronization with the cycle of the AC power supply,
A delay time is provided to delay the timing when the switching element is turned on next from the timing when the discharge current of the inductor becomes zero after the switching element is turned off, and the switching element is turned on after the delay time has passed,
The delay time can be variably set to a value of zero or more,
Wherein, in response to said AC power supply effective value and the dimming ratio of the voltage, the predetermined said delay time lit device to set variably so as to drive the switching element in the switching frequency.
前記比較部による比較結果に応じて前記直流電流と前記目標電流値が一致するように前記フィードバック制御を行うとともに、前記フィードバック制御の応答時間を前記交流電源の1周期の1/2倍以上とする請求項1〜4のいずれか1項記載の点灯装置。 The control unit includes a comparison unit that compares a current detection signal detected by a current detection unit that detects a signal corresponding to the DC current and a target current signal corresponding to a target current value of the DC current;
The feedback control is performed so that the direct current matches the target current value according to the comparison result by the comparison unit, and the response time of the feedback control is set to be 1/2 or more times one cycle of the alternating current power supply. lighting device of any one of claims 1-4.
前記発光素子を点灯させる点灯装置と、
を備え、
前記点灯装置は、
交流電源を整流する整流回路と、
前記整流回路に接続され、スイッチング素子とインダクタでエネルギの充放電を行い、前記発光素子に直流電流を供給する直流電源回路と、
前記発光素子が調光信号により指示される調光率となるように前記スイッチング素子の駆動を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記調光信号で指示される調光率に応じて前記直流電流が目標値となるように前記スイッチング素子のオン時間をフィードバック制御し、
前記インダクタに流れる電流のピーク値の包絡線が前記交流電源の周期に同期して正弦波状となるように前記オン時間を制御し、
前記スイッチング素子をオフした後に前記インダクタの放電電流がゼロになるタイミングから次に前記スイッチング素子がオンするタイミングを遅延させる遅延時間を設け、前記遅延時間を経過した後に前記スイッチング素子をオンし、
前記遅延時間がゼロ以上の値に可変に設定可能であり、
前記制御部は、前記交流電源の電圧の実効値が高くなるほど前記遅延時間を長くする照明器具。 A light emitting device comprising an LED or an organic EL device ;
A lighting device for lighting the light emitting element ;
With
The lighting device is
A rectifier circuit for rectifying an AC power supply;
A DC power supply circuit connected to the rectifier circuit, charging and discharging energy with a switching element and an inductor, and supplying a direct current to the light emitting element ;
A controller that controls driving of the switching element so that the light emitting element has a dimming rate indicated by a dimming signal;
With
The controller is
According to the dimming rate indicated by the dimming signal, the on-time of the switching element is feedback controlled so that the direct current becomes a target value,
The on-time is controlled so that the envelope of the peak value of the current flowing through the inductor becomes a sine wave in synchronization with the cycle of the AC power supply,
A delay time is provided to delay the timing when the switching element is turned on next from the timing when the discharge current of the inductor becomes zero after the switching element is turned off, and the switching element is turned on after the delay time has passed,
Ri variably settable der the delay time to a value greater than zero,
The said control part is a lighting fixture which lengthens the said delay time, so that the effective value of the voltage of the said AC power supply becomes high .
前記発光素子を点灯させる点灯装置と、
を備え、
前記点灯装置は、
交流電源からの交流電圧を整流する整流回路と、
前記整流回路に接続され、スイッチング素子とインダクタでエネルギの充放電を行い、前記発光素子に直流電流を供給する直流電源回路と、
前記発光素子が調光信号により指示される調光率となるように前記スイッチング素子の駆動を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記調光信号で指示される調光率に応じて前記直流電流が目標値となるように前記スイッチング素子のオン時間をフィードバック制御し、
前記インダクタに流れる電流のピーク値の包絡線が前記交流電源の周期に同期して正弦波状となるように前記オン時間を制御し、
前記スイッチング素子をオフした後に前記インダクタの放電電流がゼロになるタイミングから次に前記スイッチング素子がオンするタイミングを遅延させる遅延時間を設け、前記遅延時間を経過した後に前記スイッチング素子をオンし、
前記遅延時間がゼロ以上の値に可変に設定可能であり、
前記制御部は、前記交流電源の電圧の実効値と前記調光率に応じて、予め定められたスイッチング周波数でスイッチング素子を駆動するように前記遅延時間を可変に設定する照明器具。 A light emitting device comprising an LED or an organic EL device;
A lighting device for lighting the light emitting element ;
With
The lighting device is
A rectifier circuit for rectifying an AC voltage from an AC power source;
A DC power supply circuit connected to the rectifier circuit, charging and discharging energy with a switching element and an inductor, and supplying a direct current to the light emitting element ;
A controller that controls driving of the switching element so that the light emitting element has a dimming rate indicated by a dimming signal;
With
The controller is
According to the dimming rate indicated by the dimming signal, the on-time of the switching element is feedback controlled so that the direct current becomes a target value,
The on-time is controlled so that the envelope of the peak value of the current flowing through the inductor becomes a sine wave in synchronization with the cycle of the AC power supply,
A delay time is provided to delay the timing when the switching element is turned on next from the timing when the discharge current of the inductor becomes zero after the switching element is turned off, and the switching element is turned on after the delay time has passed,
Ri variably settable der the delay time to a value greater than zero,
The said control part is a lighting fixture which variably sets the said delay time so that a switching element may be driven with a predetermined switching frequency according to the effective value of the voltage of the said AC power supply, and the said light control rate .
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