JP6694408B2 - LED power supply device and LED lighting device - Google Patents
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Description
この発明は、LED負荷に電力を供給するためのLED電源装置、及びこの電源装置が用いられたLED照明装置に関する。 The present invention relates to an LED power supply device for supplying power to an LED load, and an LED lighting device using the power supply device.
LED(発光ダイオード)を用いたLED照明装置の電源装置として、出力電流を安定にするために、例えば特許文献1等のように、入力変動、負荷変動の影響を受けない制御方式のもの従来より知られている。 As a power supply device for an LED lighting device using an LED (light emitting diode), in order to stabilize the output current, a control system that is not affected by input fluctuations and load fluctuations, as in Patent Document 1, etc. Are known.
その一つとして、フィードバック制御方式の電源装置がある。このフィードバック制御方式の電源は、高周波スイッチングによる制御が基本であり、図4に基本構成を示すように、フィルタ部101、スイッチング部102、LED負荷103からなる出力部、制御部104等を有し、LED負荷103の電流を検出部105により検出し、LED負荷103の電流が一定になるようにスイッチング部102の周波数を制御部104により制御する。なお、図4に示す符号106は商用電源、107は整流部、108は平滑コンデンサ、109はダイオードである。
One of them is a feedback control type power supply device. The power supply of this feedback control system is basically controlled by high frequency switching, and has a
しかし、このフィードバック制御方式のLED電源装置は、ノイズが出やすい、部品点数が多く価格が高い、形状が大きくなるといった欠点がある。 However, this feedback control type LED power supply device has drawbacks that noise is likely to occur, the number of parts is large, the price is high, and the shape is large.
また、他の種類のLED電源装置として、ヒステリシス制御方式(臨界モード制御方式を含む)によるものがある。この電源装置は図5に基本構成を示すように、フィルタ部111、スイッチング部112、LED負荷113からなる出力部、制御部114等を有し、制御部114はスイッチング部112の出力が一定電圧となるようにオンとオフを繰り返す。
Further, as another type of LED power supply device, there is one using a hysteresis control system (including a critical mode control system). As shown in the basic configuration of FIG. 5, this power supply device has a
このヒステリシス制御方式のLED電源装置は、フィードバック制御方式の電源装置に較べて、LED負荷の電流検出は不要であるとともに制御部114の構成が簡素化されるが、やはりスイッチング部112が存在することからノイズが出やすく部品点数が多いといった欠点がある。
This hysteresis control type LED power supply device does not require current detection of the LED load and the configuration of the
更に他の種類のLED電源装置として、直列制御方式の電源装置がある。この電源装置は図6に基本構成を示すように、LED負荷121からなる出力部と、LED負荷121の電流を一定にするための定電流素子122と、定電流素子122を制御するための制御部123を備えている。
Still another type of LED power supply device is a serial control type power supply device. As shown in the basic configuration of FIG. 6, this power supply device has an output section including an
この直列制御方式の電源装置は、フィードバック制御方式やヒステリシス制御方式に較べて、構成が大幅に簡素化されるが、定電流素子122での損失が大きいため効率が悪いうえ、放熱対策が必要となるため価格が高く、形状も大きくなるといった欠点がある。
This series control type power supply device has a significantly simplified structure as compared with the feedback control system and the hysteresis control system, but the efficiency is poor due to the large loss in the constant
このように、従来のLED電源装置は、ノイズが出やすいとか、部品点数が多く価格が高いとか、形状が大きいといった欠点があり、またノイズが出ず構成が簡素なものは効率が悪いうえ、放熱対策が必要で形状が大きくなる、といった問題があった。 As described above, the conventional LED power supply device has drawbacks that it is likely to generate noise, has a large number of parts, is expensive, and has a large shape. Moreover, a device having no noise and a simple configuration is inefficient. There was a problem that the heat dissipation measures were necessary and the shape became large.
この発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたものであって、簡単な構成でありながら小型化が可能で安価なLED電源装置及びLED照明装置の提供を課題とする。 The present invention has been made in view of such a technical background, and an object of the present invention is to provide an LED power supply device and an LED lighting device that have a simple configuration but can be downsized and are inexpensive.
上記課題は、以下の手段によって解決される。
(1)商用電源からの入力を整流する整流回路と、LED負荷と、前記整流回路の出力における所定電位以下の部位のみの電力を、前記LED負荷に供給する電力供給部と、前記整流回路の出力を平滑化する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサと直列に接続されたスイッチング素子と、前記LED負荷と直列に接続された定電流回路と、前記定電流回路の電流入力側の電圧と電流出力側の電圧の差を検出する電圧検出部と、を備え、前記平滑コンデンサは、直列に接続された前記LED負荷と定電流回路に対する前記電力供給部を構成し、前記所定電位は、前記電圧検出部により検出された前記定電流回路の電圧の差が、第1の基準値まで上昇したときに前記スイッチング素子をオフにし、第2の基準値まで低下したときに前記スイッチング素子をオンにすることによって設定されることを特徴とするLED電源装置。
(2)前記所定電位はLED負荷の順方向電圧よりも1V〜50V高く設定されている前項1に記載のLED電源装置。
(3)前項1または2に記載のLED電源装置を備えたLED照明装置。
The above problem can be solved by the following means.
(1) A rectifier circuit that rectifies an input from a commercial power source, an LED load, a power supply unit that supplies the LED load with power of only a portion of the output of the rectifier circuit that is equal to or lower than a predetermined potential, and the rectifier circuit. A smoothing capacitor for smoothing the output, a switching element connected in series with the smoothing capacitor, a constant current circuit connected in series with the LED load, a voltage on the current input side of the constant current circuit, and a current output side. A voltage detector that detects a voltage difference between the LED load and the constant current circuit that are connected in series, and the predetermined potential is the voltage detector. When the difference between the voltages of the constant current circuit detected by the switch rises to a first reference value, the switching element is turned off, and when the difference decreases to a second reference value, the switch is turned off. LED power supply, characterized in that it is set by turning on the grayed elements.
(2) The LED power supply device according to item 1, wherein the predetermined potential is set to be 1 V to 50 V higher than the forward voltage of the LED load.
(3) An LED lighting device equipped with the LED power supply device according to
前項(1)に記載の発明によれば、商用電源からの入力を整流する整流回路と、LED負荷と、整流回路の出力における所定電位以下の部位のみの電力を、LED負荷に供給する電力供給部と、を備えているから、高周波のスイッチング部は不要でありノイズの問題が無いうえ構成も簡素になる。しかも、LED負荷に供給される電力は、整流回路の出力における所定電位以下の部位のみの電力であるから、損失を小さくできて効率が良いうえ
、放熱対策も不要であるから安価で小型化を図ることができる。
また、所定電位は、電圧検出部により検出された前記定電流回路の電圧の差が、第1の基準値まで上昇したときに前記スイッチング素子をオフにし、第2の基準値まで低下したときに前記スイッチング素子をオンにすることによって設定されるから、所定電位を安定的に設定することができる。
According to the invention described in the above paragraph (1), a rectifier circuit that rectifies an input from a commercial power source, an LED load, and a power supply that supplies only the power of a portion of the output of the rectifier circuit that is equal to or lower than a predetermined potential to the LED load. Since the high frequency switching section is unnecessary, there is no problem of noise and the configuration is simple. Moreover, since the electric power supplied to the LED load is the electric power of only the portion of the output of the rectifier circuit which is equal to or lower than the predetermined potential, the loss can be reduced and the efficiency is high, and no heat dissipation measures are required, so that the cost can be reduced and the size can be reduced. Can be planned.
Further, the predetermined potential is turned off when the difference between the voltages of the constant current circuit detected by the voltage detection unit rises to the first reference value and turns off when the difference decreases to the second reference value. Since it is set by turning on the switching element , the predetermined potential can be set stably.
前項(2)に記載の発明によれば、所定電位はLED負荷の順方向電圧よりも1V〜50V高く設定されているから、損失を可及的に小さくしつつLED負荷の安定した動作を保証することができる。 According to the invention described in the above paragraph (2), the predetermined potential is set to 1 V to 50 V higher than the forward voltage of the LED load, so that the loss is minimized and the stable operation of the LED load is guaranteed. can do.
前項(3)に記載の発明によれば、前項(1)または(2)に記載のLED電源装置が奏する効果を発揮することができるLED照明装置となる。 According to the invention described in the preceding paragraph ( 3 ), the LED lighting device can exhibit the effects exhibited by the LED power supply device described in the preceding paragraph (1) or ( 2) .
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1はこの発明の一実施形態に係るLED電源装置を備えたLED照明装置1の構成を示す回路図である。このLED照明装置1は、整流回路11と、平滑コンデンサ12と、スイッチング素子13と、スイッチング素子13を制御する第1制御部14と、LED負荷15と、定電流回路16と、電圧検出部17等を備えている。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of an LED lighting device 1 including an LED power supply device according to an embodiment of the present invention. The LED lighting device 1 includes a rectifying
整流回路11は、商用交流電源2からの交流入力を全波整流する回路である。なお、商用交流電源2と整流回路11との間には電源スイッチ3が設けられている。
The
平滑回路12は整流回路11による全波整流後の入力電圧を平滑化する役割を果たし、一端が整流回路11の正側端子に、他端がスイッチング素子13に接続されている。
The
スイッチング素子13は例えばトランジスタやこの実施形態のように第1FET(電界効果トランジスタ)からなる。以下の説明ではスイッチング素子を第1FETともいう。第1FET13のドレインを平滑コンデンサ12の負側端子に、ソースを整流回路11の負側端子にそれぞれ接続されている。第1FET13は後述するように、ゲートに接続された第1制御部14からの制御信号に基づいてオンまたはオフを切り替えることにより、平滑コンデンサ12の両端電圧を制御する。
The
LED負荷15は、1個または直列接続された複数個のLEDからなり、アノード側を平滑コンデンサ12の正側端子に、カソード側を定電流回路16に接続されている。
The
定電流回路16は、LED負荷15を流れる電流を一定値とするための回路であり、定電流素子である第2FET161と、第2FET161を制御する第2制御部162を備えている。第2FET161は、ドレインをLED負荷15のカソード側に、ソースを第1FET13のドレインにそれぞれ接続されている。なお、第2FET161に代えてトランジスタなどの他の定電流素子を用いても良い。
The constant
第2制御部162は、第2FET161のゲートに駆動信号を入力して第2FETを能動領域で動作させ、LED負荷15を流れる電流が一定になるように制御する。
The second controller 162 inputs a drive signal to the gate of the
電圧検出部17は、平滑コンデンサ12の両端電圧からLED負荷15の順方向電圧Vfを除いた電圧である、第2FET161のドレイン・ソース間の電圧Vdsを検出し、検出結果に基づいて第1制御部14を制御するものであり、この実施形態では第2FET161のドレイン・ソース間の電圧Vdsに応じてHレベルとLレベルの信号を出力する比較器によって構成されている。
The
次に、図1に示したLED照明装置1の動作を、図2(A)〜(C)に示す波形図を参照しつつ説明する。 Next, the operation of the LED lighting device 1 shown in FIG. 1 will be described with reference to the waveform charts shown in FIGS.
図2(A)は整流回路11の出力波形を示す図であり、商用交流電源2からの入力電圧V0が全波整流されている。この実施形態では、整流回路11の出力電圧V0により充電された平滑コンデンサ12の電荷が、LED負荷15と定電流回路16の第2FET161との直列回路を通って放電されることにより、換言すれば、平滑コンデンサ12がLED負荷15と第2FET161との直列回路に対する電力供給源として機能することにより、LED負荷15が点灯駆動される。そして、この実施形態では、同図(A)に示すように、整流回路11の出力におけるピーク値Vpよりも小さい所定電位V1以下の部位のみの電力を、LED負荷15と第2FET161との直列回路に供給するように設定されている。
FIG. 2A is a diagram showing an output waveform of the
図2(B)は平滑コンデンサの両端電圧Vcの波形図であり、同図(C)は電圧検出部17の出力V2の波形図であり、同図(D)は第1制御部14の出力である第1FET13に対する制御信号V3の波形図である。
2B is a waveform diagram of the voltage Vc across the smoothing capacitor, FIG. 2C is a waveform diagram of the output V2 of the
電圧検出部17の出力V2は、同図(C)に示すように、第2FET161のドレイン・ソース間電圧Vdsが上昇して基準電圧V4に達するとLレベルとなり、ドレイン・ソース間電圧Vdsが低下して基準電圧V5に達するまではLレベルを維持し、基準電圧V5に達するとHレベルとなり、次に基準電圧V4に達するまでHレベルを維持するパルス信号を出力する。そして、整流回路11の出力電圧V0が増加して所定の電位V1に達したタイミングで、第2FET161のドレイン・ソース間電圧Vdsが基準電圧V4に達するように、また整流回路11の出力電圧V0がピークVpから減少して所定の電位V1に達したタイミングで、第2FET161のドレイン・ソース間電圧Vdsが基準電圧V5に達するように、基準電圧V4、V5が設定されている。
The output V2 of the
従ってこの実施形態では、所定電位V1は第2FET161のドレイン・ソース間電圧Vdsによって設定されることになる。これによって所定電位V1を安定的に設定することができる。このような設定により、整流回路11の出力電圧V0が所定電位V1を超えている間は、電圧検出部17の出力V2はLレベルとなり、出力電圧V0が所定の電位V1以下の間はHレベルとなる。
Therefore, in this embodiment, the predetermined potential V1 is set by the drain-source voltage Vds of the
なお、第2FET161のドレイン・ソース間電圧Vdsが基準電圧V4に達したときの整流回路11の出力電圧と、第2FET161のドレイン・ソース間電圧Vdsが基準電圧V5まで低下したときの整流回路11の出力電圧が、いずれもほぼV0になるように基準電圧V4、V5を設定したが、第2FET161のドレイン・ソース間電圧Vdsが基準電圧V4に達したときの整流回路11の出力電圧と、第2FET161のドレイン・ソース間電圧Vdsが基準電圧V5まで低下したときの整流回路11の出力電圧は異なっていても良い。
The output voltage of the
第1制御部14から出力される制御信号V3は、同図(D)に示すように、電圧検出部17の出力V2がLレベルの時はLレベルの、Hレベルの時はHレベルであり、第1制御部14はこの制御信号V3を第1FET13のゲートに出力する。この第1制御部14からの制御信号V3に基づいて、第1FET13はオンオフを切り替える。具体的には、制御信号V3がHレベルでは第1FET13はオンとなり、Lレベルでは第1FET13はオフとなる。従って、整流回路11の出力電圧V0が所定電位V1を超えている間は、第1FET13はオフとなり、出力電圧V0が所定の電位V1以下の間は、第1FET13はオンとなる。
The control signal V3 output from the
電源スイッチ3の投入後、整流回路11の出力電圧V0が上昇し、平滑コンデンサ12の両端電圧が上昇し、平滑コンデンサ12の充電電荷がLED負荷15に供給されてLED負荷15は点灯駆動され、第2FET161のドレイン・ソース間電圧Vdsは上昇する。図2に示すように、第2FET161のドレイン・ソース間電圧Vdsが時刻T1で基準電圧V4に達すると電圧検出部17の出力V2はLレベルとなり、第1制御部14からの制御信号V3もLレベルとなる。このとき、整流回路11の出力電圧V0の値はほぼV1に等しい。
After the power switch 3 is turned on, the output voltage V0 of the
第1制御部14からの制御信号V3がLレベルになると、スイッチング素子である第1FET13はオフとなり、整流回路11から平滑コンデンサ12への充電は停止される。一方、平滑コンデンサ12の充電電荷はLED負荷15に供給され続けるから、平滑コンデンサ12の両端電圧Vcは図2(B)に示すように徐々に低下する。
When the control signal V3 from the
平滑コンデンサ12の両端電圧VcがLED負荷15の順方向電圧Vfに近づいた時刻T2で、第2FET161のドレイン・ソース間電圧Vdsが基準電圧V5まで低下すると電圧検出部17はHレベルとなり、第1制御部14からの制御信号V3もHレベルとなる。このとき、整流回路11の出力電圧V0の値はほぼV1に等しい。
At time T2 when the voltage Vc across the smoothing
第1制御部14からの制御信号V3がHレベルに変化すると、第1FET13がオンとなり、整流回路11から平滑コンデンサ12、第1FET13を通って整流回路11へと戻る閉回路が形成され、平滑コンデンサ12は整流回路11の出力電圧V0によって充電される。時刻T3で、平滑コンデンサ12の出力電圧Vcが整流回路11の出力電圧に等しくなったとすると、この時点では整流回路11の出力電圧V0は低下領域にあり、第2FET161のドレイン・ソース間電圧Vdsが基準電圧V4まで上昇していないから、電圧検出部17の出力V2はHレベルのままであり、第1制御部14からの制御信号V3もHレベルのままである。
When the control signal V3 from the
時刻T3の経過後、平滑コンデンサ12の両端電圧Vcは整流回路11の出力電圧V0の低下とLED負荷15への電力供給により徐々に低下するが、整流回路11の出力電圧V0の次の半波が開始された後の時刻T4からは、整流回路11の出力電圧V0の上昇に伴い、徐々に上昇し、第2FET161のドレイン・ソース間電圧Vdsも上昇する。
After the lapse of time T3, the voltage Vc across the smoothing
第2FET161のドレイン・ソース間電圧Vdsが、時刻T5で基準電圧V4に達すると、電圧検出部17はLレベルとなり、第1制御部14からの制御信号もLレベルとなり、第1FET13はオフに切り替わる。すると、整流回路11の出力電圧V0による平滑コンデンサ12への充電は停止され、時刻T5の経過後は平滑コンデンサ12の両端電圧Vcは徐々に低下する。この間、LED負荷15には定電流回路16により一定電流が流れ、LED負荷15の点灯制御が安定的に行われる。
When the drain-source voltage Vds of the
以後、時刻T1から時刻T5までの状態が繰り返される。 After that, the state from time T1 to time T5 is repeated.
以上の説明から理解されるように、第2FET161のドレイン・ソース間電圧Vdsが基準電圧V4に達した時刻T1から、第2FET161のドレイン・ソース間電圧Vdsが基準電圧V5まで低下した時刻T2までは、第1FET13はオフであり、整流回路11の出力電圧V0による平滑コンデンサ12への充電は行われない。
As understood from the above description, from time T1 when the drain-source voltage Vds of the
また前述したとおり、整流回路11の出力電圧V0が所定電位V1に達したタイミングと、第2FET161のドレイン・ソース間電圧Vdsが基準電圧V4に達したタイミングがほぼ同じになるように、また整流回路11の出力電圧V0が所定電位V1まで低下した達したタイミングと、第2FET161のドレイン・ソース間電圧Vdsが基準電圧V5まで低下したタイミングがほぼ同じになるように、基準電圧V4、V5が設定されている。従って、整流回路11の出力電圧V0が所定電位V1にほぼ達したときに第1FET13がオフになり、整流回路11の出力電圧V0が所定電位V1までほぼ低下したときに第1FET13がオンになるから、平滑コンデンサ12の両端電圧VcはV1を超えない。つまり、整流回路11の出力電圧V0のうち所定電位V1を超える部分については、LED負荷15への電力供給に使用されず、整流回路11の出力電圧V0における所定電位V1以下の部位のみの電力が、LED負荷15に供給されることになる。
Further, as described above, the timing when the output voltage V0 of the
図3は、図2(B)の時刻T2〜T5の様子を拡大して示す波形図である。図3中、平滑コンデンサ12の両端電圧VcとLED負荷15の順方向電圧Vfの差が、電圧検出部17で検出される第2FET161のドレイン・ソース間電圧Vdsである。そして、ハッチングで示したドレイン・ソース間電圧Vdsの領域が、第2FET161による電力損失となる。
FIG. 3 is a waveform diagram showing an enlarged view of times T2 to T5 in FIG. In FIG. 3, the difference between the voltage Vc across the smoothing
上述の通り、平滑コンデンサ12の両端電圧Vcは所定電位V1を超えないから、整流回路11の出力の全部の電力をLED負荷15に供給する場合に較べて、電力損失を低減することができ効率が良くなる。しかもこの実施形態では、平滑コンデンサ12の電圧Vcの最低値は、LED負荷15の順方向電圧Vfと基準電圧V5を加算した値であって、順方向電圧Vfを下回らないから、LED負荷15の電流不足による点灯ちらつきがなく、安定した点灯動作を実現できる。
As described above, since the voltage Vc across the smoothing
ここで、電力損失の低減効果をより有効に発揮させるためには、所定電位V1の値は、LED負荷の順方向電圧Vfよりも1V〜50V高く設定されるのが良い。1V未満では、商用電源電圧に不本意な変動が生じたときにLED負荷へ十分な電力を供給できず、点灯ちらつきが発生する恐れがあり、50Vを超えると電力損失の低減効果が乏しくなる恐れがある。 Here, in order to more effectively exert the effect of reducing power loss, the value of the predetermined potential V1 is preferably set to be 1 V to 50 V higher than the forward voltage Vf of the LED load. If it is less than 1V, sufficient power cannot be supplied to the LED load when the commercial power supply voltage changes unintentionally, and lighting flicker may occur. If it exceeds 50V, the power loss reduction effect may be poor. There is.
なお基準電圧V5はゼロであっても良く、ゼロ以上であれば良い。また、電圧検出部17は平滑コンデンサ12の電位からLED負荷15の順方向電圧Vfを除いた第2FET161のドレイン・ソース間電圧Vdsを直接に検出するのではなく、ドレイン・ソース間電圧Vdsに相当する電圧を検出する構成であっても良い。
The reference voltage V5 may be zero or may be zero or more. Further, the
1 LED照明装置
2 交流電源
11 整流回路
12 平滑コンデンサ
13 スイッチング素子(第1FET)
14 第1制御部
15 LED負荷
16 安定化回路
161 第2FET
162 第2制御部
17 電圧検出部
1
14
162
Claims (3)
LED負荷と、
前記整流回路の出力における所定電位以下の部位のみの電力を、前記LED負荷に供給する電力供給部と、
前記整流回路の出力を平滑化する平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサと直列に接続されたスイッチング素子と、
前記LED負荷と直列に接続された定電流回路と、
前記定電流回路の電流入力側の電圧と電流出力側の電圧の差を検出する電圧検出部と、
を備え、
前記平滑コンデンサは、直列に接続された前記LED負荷と定電流回路に対する前記電力供給部を構成し、
前記所定電位は、前記電圧検出部により検出された前記定電流回路の電圧の差が、第1の基準値まで上昇したときに前記スイッチング素子をオフにし、第2の基準値まで低下したときに前記スイッチング素子をオンにすることによって設定されることを特徴とするLED電源装置。 A rectifier circuit that rectifies the input from the commercial power supply,
LED load,
A power supply unit for supplying to the LED load only the power of a portion of the output of the rectifier circuit that is equal to or lower than a predetermined potential;
A smoothing capacitor for smoothing the output of the rectifier circuit,
A switching element connected in series with the smoothing capacitor,
A constant current circuit connected in series with the LED load,
A voltage detection unit that detects the difference between the voltage on the current input side and the voltage on the current output side of the constant current circuit;
Equipped with
The smoothing capacitor constitutes the power supply unit for the LED load and the constant current circuit connected in series,
The predetermined potential turns off the switching element when the voltage difference of the constant current circuit detected by the voltage detection unit rises to the first reference value, and turns off when the difference decreases to the second reference value. An LED power supply device, which is set by turning on the switching element .
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