JP6396426B2 - 発光負荷駆動装置及びこれを用いた照明用光源装置 - Google Patents
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Description
以下、本発明の実施の形態を説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る照明用光源装置を示す図である。
図2は、本発明の第2実施形態に係る照明用光源装置の構成図である。本装置も第1実施形態と同じく照明用光源素子としてLED素子を用いた照明用光源装置であり、発光負荷であるLED負荷1、電源部3、定電流回路13、基準電圧源14、誤差増幅器15、フォトカプラ16、及び、制御部であるPWM制御回路17より構成される。第2実施形態は第1実施形態と基本的に同一であるが、LED直列回路2が3回路並列に接続されていること、各々のLED直列回路2に各々直列に定電流回路13が接続されていること、誤差増幅器15の非反転入力端子(+)として3つの端子を用意し各々の非反転入力端子(+)に各々の定電流回路13に生じる定電流回路電圧VLED1、VLED2、及びVLED3が各別に入力されること、及び、スイッチング素子19にMOSトランジスタから成るスイッチング素子19aを用いていることが異なる。
図3は、本発明に係る定電流回路13の一実施例を示す。図3(a)欄で示された定電流回路13は、トランジスタTr1、Tr2、及び、定電流源CRを含む。定電流回路13は、図1及び図2のLED直列回路2に接続され、定電流I2aを供給する。LED直列回路2と定電流回路13との接続点に生じる定電流回路電圧VLは、図1でいう定電流回路電圧VLEDに相当し、また、図2でいう定電流回路電圧VLED1、VLED2、及び、VLED3にそれぞれ相当する。そして、LED直列回路2に流れる定電流I2aの電流値は、定電流源CRに流れる電流Ic1によって決めることができる。
図5は、第1実施形態で示した図1の照明用光源装置におけるタイミングチャートを模式的に示す。図5の参照符号t1、t2、t3、t4、t5、及び、t6は時刻を示す。図5(a)欄に示す電源は、本発明に係る照明用光源装置全体を指し、時刻t1で装置全体の電源がオンとなり、それ以降は時刻t6を越えるまでオン状態は続く。図5(b)欄は、PWM制御回路17のパルス幅変調信号SPWMを示す。図5(c)欄は、LED負荷1に供給する出力電圧VOUTを示す。図5(d)欄は、LED直列回路2と定電流回路13との共通接続点、すなわち、誤差増幅器15の非反転入力端子(+)に入力される定電流回路電圧VLEDと、誤差増幅器15の反転入力端子(−)に入力される基準電圧Vrefをそれぞれ示す。図5(e)欄は、LED負荷1に流れる電流、すなわち、LED直列回路2に流れる電流ILEDを示す。図5(f)欄は、誤差増幅器15の出力信号EOUTを示す。図5(g)欄は、PWM制御回路17の内部で設定される基準電流IREFと、フォトカプラ16に流れる電流IPHをそれぞれ示す。PWM制御回路17は、基準電流IREFと電流IPHとを比較してパルス幅変調信号SPWMのオンデューティ比を制御する。
LED負荷に直列接続された定電流回路(第1ないし第2実施形態の定電流回路13)は、照明用光源装置全体の電力効率向上に寄与し得るだけでなく、LED負荷に流れる出力電流のリップル除去手段(ゼロリップル定電流回路)としても有効に機能する。以下では、先に説明した定電流回路について、そのリップル除去機能に着目した別の視点から、本発明の優位性について改めて詳述する。
図8は、本発明の第3実施形態に係る照明用光源装置を示す図である。本実施形態の照明用光源装置A300(以下、LED照明機器A300と呼ぶ)は、先出のLED照明機器A200(図6(b)欄を参照)と基本的に同様の構成であり、過電圧保護回路A10と、調光回路A11と、フォトカプラA12と、YキャパシタA13とをさらに有する。そこで、LED照明機器A200と同様の構成については、図6(b)と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、LED照明機器A300で追加された構成要素についての重点的な説明を行う。
図9は、過電圧保護回路A10の第1構成例を示す回路図である。第1構成例の過電圧保護回路A10は、抵抗R11〜R14と、コンパレータCMP11と、npn型バイポーラトランジスタQ11及びQ12と、を含む。
図17は、調光回路A11の一構成例を示すブロック図である。本構成例の調光回路A11は、DC調光部A111と、バースト調光部A112と、マイコンA113を含む。
図28は、先に説明した照明用光源装置の適用例を示す外観図である。図28(a)欄には、電球形LEDランプA401、環形LEDランプA402、及び、直管形LEDランプA403が示されている。また、図28(b)欄には、LEDシーリングライトA404が示されており、図28(c)欄には、LEDダウンライトA404が示されている。これらの図示はいずれも例示であり、先に説明した照明用光源装置は、多種多様な形態で用いることが可能である。
本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
D1 ダイオード
DB 整流ブリッジ
T トランス
OP1、OP2 オペアンプ
R1、R2 抵抗
Tr1、Tr2、Tr3、Tr4 トランジスタ
Vc1、Vc2 定電圧源
DAMP 差動アンプ
1 LED負荷
2 LED直列回路
3 電源部
4 交流電源
18 スイッチングコンバータ
19、19a スイッチング素子
13 定電流回路
14 基準電圧源
15 誤差増幅器
16 フォトカプラ
17 PWM制御回路
100A、200A 光源部(1次側)
100B、200B 光源部(2次側)
A100、A200、A300 LED照明機器(照明用光源装置)
A310 LEDドライバモジュール(発光負荷駆動装置)
A1 全波整流回路
A2 スイッチングコンバータ
A3 絶縁トランス
A4 整流平滑回路
A5 LED負荷
A6 フォトカプラ
A7 電流帰還回路
A8 電圧帰還回路
A9 定電流回路
A91 オペアンプ
A92 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
A93 抵抗
A10 過電圧保護回路
A11 調光回路
A111 DC調光部
A111x 分圧部
A111y 平滑部
A111z バッファ
A112 バースト調光部
A113 マイコン
A113x 入力バッファ
A12 フォトカプラ
A13 Yキャパシタ
AP 一次側回路
AS 二次側回路
A401 電球形LEDランプ
A402 環形LEDランプ
A403 直管形LEDランプ
A404 LEDシーリングライト
A405 LEDダウンライト
Q11、Q12 npn型バイポーラトランジスタ
R11〜R15、R21〜R27 抵抗
CMP11、CMP12 コンパレータ
CMP21 前段コンパレータ
N11、N21 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
B11 マイコン
B12 フリップフロップ
TM11 タイマ回路
OR11 論理和演算器
C21、C22 キャパシタ
SW21、SW22 スイッチ
Claims (18)
- 入力電圧から出力電圧を生成して発光負荷に供給するスイッチングコンバータと、
前記発光負荷に直列接続されて一定の出力電流を生成する定電流回路と、
調光信号に応じて前記出力電流を変えるように前記定電流回路を制御する調光回路と、
を有し、
前記調光回路は、前段コンパレータと、入力バッファが含まれた調光用マイコンとを有し、前記前段コンパレータは、前記調光用マイコンの前記入力バッファのものよりも低い閾値電圧と前記調光信号とを比較して比較信号を生成し、前記調光信号の代わりに前記比較信号を前記調光用マイコンの前記入力バッファに送出することを特徴とする発光負荷駆動装置。 - 前記調光回路は、前記調光用マイコンの電源電圧から前記閾値電圧を生成する閾値電圧生成部をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の発光負荷駆動装置。
- 前記調光信号は、アイソレータを介して前記調光回路に入力されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の発光負荷駆動装置。
- 前記アイソレータは、フォトカプラであることを特徴とする請求項3に記載の発光負荷駆動装置。
- 前記発光負荷の端子電圧と所定の基準電圧との差分を増幅して誤差信号を生成する電圧帰還回路と、
をさらに有し、
前記スイッチングコンバータは、前記端子電圧と前記基準電圧とが一致するように、前記誤差信号に応じた出力帰還制御を行うことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の発光負荷駆動装置。 - 入力電圧から出力電圧を生成して発光負荷に供給するスイッチングコンバータと、
前記発光負荷に直列接続されて出力電流を生成する定電流回路と、
DC調光部と、バースト調光部と、マイコンとを含むとともに、調光信号に応じて前記出力電流を変えるように前記定電流回路を制御する調光パルスを出力し、前記調光パルスの高さを前記DC調光部のDC調光比に基づいて制御するとともに、前記調光パルスのデューティを前記バースト調光部のバースト調光比に基づいて制御する調光回路と、
を有し、
前記マイコンは、前記発光負荷の目標輝度が閾値輝度よりも高い第1デューティ範囲では、前記バースト調光比を最大値に維持したまま前記DC調光比を変化させる一方、前記発光負荷の目標輝度が前記閾値輝度よりも低い第2デューティ範囲では、前記DC調光比を最小値に維持したまま前記バースト調光比を変化させるように、前記DC調光部と前記バースト調光部を制御することを特徴とする発光負荷駆動装置。 - 前記DC調光部は、前記マイコンからの指示に応じてDC値が変化する電圧信号を生成し、
前記バースト調光部は、前記マイコンからの指示に応じて前記電圧信号をPWM駆動することによって前記調光パルスを出力し、
前記定電流回路は、前記調光パルスを電圧/電流変換することにより前記出力電流を生成する、
ことを特徴とする請求項6に記載の発光負荷駆動装置。 - 入力電圧から出力電圧を生成して発光負荷に供給するスイッチングコンバータと、
前記発光負荷に直列接続されて出力電流を生成する定電流回路と、
調光信号に応じて前記出力電流を変えるように前記定電流回路を制御する調光回路と、
を有し、
前記調光回路は、DC調光部と、バースト調光部と、マイコンと、を含み、前記マイコンは、前記発光負荷の目標輝度が閾値輝度よりも高い第1デューティ範囲では、バースト調光比を最大値に維持したままDC調光比を変化させる一方、前記発光負荷の目標輝度が前記閾値輝度よりも低い第2デューティ範囲では、前記DC調光比を最小値に維持したまま前記バースト調光比を変化させるように、前記DC調光部と前記バースト調光部を制御し、
前記DC調光部は、前記マイコンからの指示に応じてDC値が変化する電圧信号を生成し、
前記バースト調光部は、前記マイコンからの指示に応じて前記電圧信号をPWM駆動した調光パルスを出力し、
前記定電流回路は、前記調光パルスを電圧/電流変換することにより前記出力電流を生成するとともに、
前記DC調光部は、
前記マイコンから入力される第1PWM[pulse width modulation]信号に応じて分圧比が切り替わる分圧部と、
前記分圧部で生成された分圧電圧を平滑化して前記電圧信号を生成する平滑部と、
を含むことを特徴とする発光負荷駆動装置。 - 入力電圧から出力電圧を生成して発光負荷に供給するスイッチングコンバータと、
前記発光負荷に直列接続されて出力電流を生成する定電流回路と、
調光信号に応じて前記出力電流を変えるように前記定電流回路を制御する調光回路と、
を有し、
前記調光回路は、DC調光部と、バースト調光部と、マイコンと、を含み、前記マイコンは、前記発光負荷の目標輝度が閾値輝度よりも高い第1デューティ範囲では、バースト調光比を最大値に維持したままDC調光比を変化させる一方、前記発光負荷の目標輝度が前記閾値輝度よりも低い第2デューティ範囲では、前記DC調光比を最小値に維持したまま前記バースト調光比を変化させるように、前記DC調光部と前記バースト調光部を制御し、
前記DC調光部は、前記マイコンからの指示に応じてDC値が変化する電圧信号を生成し、
前記バースト調光部は、前記マイコンからの指示に応じて前記電圧信号をPWM駆動した調光パルスを生成し、
前記定電流回路は、前記調光パルスを電圧/電流変換することにより前記出力電流を生成するとともに、
前記バースト調光部は、
前記電圧信号の入力端と接地端との間に接続されたキャパシタと、
前記電圧信号の入力端と前記調光パルスの出力端との間を導通/遮断する第1スイッチと、
前記調光パルスの出力端と前記接地端との間を導通/遮断する第2スイッチと、
を含み、
前記第1スイッチと前記第2スイッチは、前記マイコンから入力される第2PWM信号に応じて相補的にオン/オフされる、
ことを特徴とする発光負荷駆動装置。 - 前記発光負荷の端子電圧と所定の基準電圧との差分を増幅して誤差信号を生成する電圧帰還回路と、
をさらに有し、
前記スイッチングコンバータは、前記端子電圧と前記基準電圧とが一致するように、前記誤差信号に応じた出力帰還制御を行うことを特徴とする請求項6〜請求項9のいずれか一項に記載の発光負荷駆動装置。 - 前記発光負荷がオープン状態と判断されたときに前記出力電圧を前記発光負荷の順方向降下電圧よりも低い電圧まで引き下げるように前記スイッチングコンバータを制御する過電圧保護回路をさらに有することを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載の発光負荷駆動装置。
- 前記過電圧保護回路は、
前記出力電圧またはその分圧電圧と所定の閾値電圧とを比較することにより前記オープン状態の判断を行うコンパレータを含むことを特徴とする請求項11に記載の発光負荷駆動装置。 - 前記過電圧保護回路は、前記発光負荷の装着が検出されて前記オープン状態が解消されたとき、若しくは、前記出力電圧を引き下げてから所定のタイマ時間が経過したとき、前記出力電圧を前記順方向降下電圧よりも低い電圧に引き下げることをやめることを特徴とする請求項12に記載の発光負荷駆動装置。
- 前記スイッチングコンバータによって一次巻線が駆動される絶縁トランスと、
絶縁トランスの二次巻線に現れる誘起電圧を整流平滑して前記出力電圧を生成する整流平滑回路と、
をさらに有することを特徴とする請求項1〜請求項13のいずれか一項に記載の発光負荷駆動装置。 - 前記スイッチングコンバータは、DC/DC制御と力率改善制御を一元的に行うことを特徴とする請求項1〜請求項14のいずれか一項に記載の発光負荷駆動装置。
- 請求項1〜請求項15のいずれか一項に記載の発光負荷駆動装置と、
前記発光負荷駆動装置に着脱される発光負荷と、
を有することを特徴とする照明用光源装置。 - 前記発光負荷は、LED[light emitting diode]素子、または、有機EL[electro-luminescence]素子を含むことを特徴とする請求項16に記載の照明用光源装置。
- 電球形ランプ、環形ランプ、直管形ランプ、シーリングライト、または、ダウンライトに用いられることを特徴とする請求項16に記載の照明用光源装置。
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