JP6760102B2 - Lighting device and lighting equipment - Google Patents

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Description

本発明は、点灯装置および照明器具に関する。 The present invention relates to a lighting device and a luminaire.

特許文献1には、バックコンバータ回路を備えた点灯装置が開示されている。バックコンバータ回路では、入力電圧をスイッチング素子によって時間分割し、インダクタとコンデンサにより平滑化する。これにより、入力電圧は目標電圧に変換される。 Patent Document 1 discloses a lighting device including a back converter circuit. In the back converter circuit, the input voltage is time-divided by a switching element and smoothed by an inductor and a capacitor. As a result, the input voltage is converted to the target voltage.

特開2011−155747号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-155747

しかしながら、照明器具などの決められたスペースに点灯装置を収納する場合、点灯装置の小型化が必要となる場合がある。一般に、コイル、コンデンサなどの受動部品は、点灯装置において多くの面積を占める。このため、受動部品の小型化が必要となる場合がある。受動部品の小型化を実現する方法として、バックコンバータ回路のスイッチング周波数を高くすることが考えられる。しかし、スイッチング周波数の高周波化にスイッチング素子の性能が追いつかない事があった。 However, when the lighting device is stored in a predetermined space such as a lighting fixture, it may be necessary to reduce the size of the lighting device. In general, passive components such as coils and capacitors occupy a large area in a lighting device. Therefore, it may be necessary to reduce the size of the passive component. As a method of realizing miniaturization of passive components, it is conceivable to increase the switching frequency of the back converter circuit. However, the performance of the switching element may not catch up with the increase in the switching frequency.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、受動部品を小型化できる点灯装置および照明器具を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to obtain a lighting device and a lighting fixture capable of miniaturizing a passive component.

本発明に係る点灯装置は、並列に接続された複数のスイッチング素子と、該複数のスイッチング素子と直列に接続されたインダクタと、出力端に並列に接続されたコンデンサと、を備えたバックコンバータ回路と、該複数のスイッチング素子を順次オンオフして光源の点灯を制御する制御装置と、を備え、該インダクタの2次巻き線は、該制御装置に接続され、該制御装置は、該複数のスイッチング素子の1つをオフした後に、該2次巻き線の出力電圧が減少から増加に転じると、次のスイッチング素子をオンする。

The lighting device according to the present invention is a back converter circuit including a plurality of switching elements connected in parallel, an inductor connected in series with the plurality of switching elements, and a capacitor connected in parallel to the output terminal. A control device for controlling the lighting of the light source by sequentially turning on and off the plurality of switching elements, the secondary winding of the inductor is connected to the control device, and the control device is used for the plurality of switching. after turning off the one of the elements, the output voltage of the secondary winding turns from decrease to increase, Ru oz next switching element.

本発明に係る点灯装置では、複数のスイッチング素子を順番にオンオフする。このため、各々のスイッチング素子の動作周波数を低く維持しつつ、バックコンバータ回路の動作周波数を高くすることができる。従って、受動部品を小型化できる。 In the lighting device according to the present invention, a plurality of switching elements are turned on and off in order. Therefore, the operating frequency of the back converter circuit can be increased while maintaining the operating frequency of each switching element low. Therefore, the passive component can be miniaturized.

実施の形態1に係る照明器具の回路ブロック図である。It is a circuit block diagram of the lighting fixture which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る点灯装置の動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation of the lighting device which concerns on Embodiment 1. FIG. 共振を説明する図である。It is a figure explaining resonance. コイル電流の周波数依存性を説明する図である。It is a figure explaining the frequency dependence of a coil current. スイッチングロスを説明する図である。It is a figure explaining a switching loss.

本発明の実施の形態に係る点灯装置および照明器具について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。 The lighting device and the luminaire according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The same or corresponding components may be designated by the same reference numerals and the description may be omitted.

実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る照明器具100の回路ブロック図である。本実施の形態に係る照明器具100は、LEDモジュール11を備える。LEDモジュール11は、複数のLED11aを備える。LED11aは光源である。複数のLED11aは直列に接続される。LEDモジュール11が備えるLED11aの数は複数であれば良い。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a circuit block diagram of the lighting fixture 100 according to the first embodiment. The lighting fixture 100 according to the present embodiment includes an LED module 11. The LED module 11 includes a plurality of LEDs 11a. The LED 11a is a light source. A plurality of LEDs 11a are connected in series. The number of LEDs 11a included in the LED module 11 may be plural.

照明器具100は、点灯装置12を備える。点灯装置12の出力端にはLEDモジュール11が接続される。点灯装置12はLED11aを点灯させる。点灯装置12は、直流電源2を備える。直流電源2は壁スイッチを介して交流電源7と接続される。交流電源7は外部電源である。直流電源2が備える整流回路8は、交流電源7と接続される。整流回路8の出力端子には、コンデンサ9が並列に接続される。コンデンサ9は、平滑コンデンサである。 The luminaire 100 includes a lighting device 12. The LED module 11 is connected to the output end of the lighting device 12. The lighting device 12 lights the LED 11a. The lighting device 12 includes a DC power supply 2. The DC power supply 2 is connected to the AC power supply 7 via a wall switch. The AC power source 7 is an external power source. The rectifier circuit 8 included in the DC power supply 2 is connected to the AC power supply 7. A capacitor 9 is connected in parallel to the output terminal of the rectifier circuit 8. The capacitor 9 is a smoothing capacitor.

コンデンサ9には、第1分圧回路が並列に接続される。第1分圧回路は直列に接続された抵抗31および抵抗32から構成される。コンデンサ9の両端に印加される電圧は抵抗31、32によって分圧され、制御装置40に入力される。抵抗31、32は、整流回路8が整流した電圧を分圧する。抵抗31、32は、分圧した電圧の電圧波形を制御装置40に出力する。制御装置40は、第1分圧回路から入力された電圧波形をトレースする。制御装置40がトレースする電圧波形は、第1スイッチング素子Q1のオンオフを制御する際の制御情報として参照される。 A first voltage divider circuit is connected in parallel to the capacitor 9. The first voltage divider circuit is composed of a resistor 31 and a resistor 32 connected in series. The voltage applied to both ends of the capacitor 9 is divided by the resistors 31 and 32 and input to the control device 40. The resistors 31 and 32 divide the voltage rectified by the rectifier circuit 8. The resistors 31 and 32 output the voltage waveform of the divided voltage to the control device 40. The control device 40 traces the voltage waveform input from the first voltage dividing circuit. The voltage waveform traced by the control device 40 is referred to as control information when controlling the on / off of the first switching element Q1.

整流回路8の高電位側には、インダクタ10の一端が接続される。インダクタ10の他端は、第1スイッチング素子Q1の第1端子およびダイオード14のアノードに接続される。第1スイッチング素子Q1は、MOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect Transistor)である。また、第1スイッチング素子Q1の第1端子はドレインである。 One end of the inductor 10 is connected to the high potential side of the rectifier circuit 8. The other end of the inductor 10 is connected to the first terminal of the first switching element Q1 and the anode of the diode 14. The first switching element Q1 is a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effective Transistor). Further, the first terminal of the first switching element Q1 is a drain.

第1スイッチング素子Q1の第2端子は整流回路8の低電位側に接続される。第1スイッチング素子Q1の第2端子はソースである。また、第1スイッチング素子Q1の制御端子は制御装置40と接続される。制御端子は第1端子と第2端子との間をスイッチングするための端子である。制御端子はゲートである。ダイオード14のカソードにはコンデンサ17の正極が接続される。コンデンサ17は電解コンデンサである。コンデンサ17の負極は、整流回路8の低電位側に接続される。 The second terminal of the first switching element Q1 is connected to the low potential side of the rectifier circuit 8. The second terminal of the first switching element Q1 is a source. Further, the control terminal of the first switching element Q1 is connected to the control device 40. The control terminal is a terminal for switching between the first terminal and the second terminal. The control terminal is a gate. The positive electrode of the capacitor 17 is connected to the cathode of the diode 14. The capacitor 17 is an electrolytic capacitor. The negative electrode of the capacitor 17 is connected to the low potential side of the rectifier circuit 8.

インダクタ10、第1スイッチング素子Q1、ダイオード14およびコンデンサ17は昇圧チョッパ回路を構成する。コンデンサ17には第2分圧回路が並列に接続される。第2分圧回路は直列に接続された抵抗15および抵抗16から構成される。コンデンサ17の両端に印加される電圧は抵抗15、16を用いて分圧され、制御装置40に入力される。 The inductor 10, the first switching element Q1, the diode 14 and the capacitor 17 form a step-up chopper circuit. A second voltage divider circuit is connected in parallel to the capacitor 17. The second voltage divider circuit is composed of a resistor 15 and a resistor 16 connected in series. The voltage applied to both ends of the capacitor 17 is divided by the resistors 15 and 16 and input to the control device 40.

抵抗15、16は、直流電源2の出力端に設けられる。抵抗15、16は、直流電源2の出力電圧を検出する。抵抗16に印加される検出電圧は制御装置40に入力される。制御装置40はこの検出電圧に基づいて、直流電源2の出力電圧が一定になるように第1スイッチング素子Q1をオンオフする。以上から、直流電源2が構成される。 The resistors 15 and 16 are provided at the output end of the DC power supply 2. The resistors 15 and 16 detect the output voltage of the DC power supply 2. The detection voltage applied to the resistor 16 is input to the control device 40. Based on this detected voltage, the control device 40 turns on / off the first switching element Q1 so that the output voltage of the DC power supply 2 becomes constant. From the above, the DC power supply 2 is configured.

点灯装置12は、バックコンバータ回路3を備える。バックコンバータ回路3は直流電源2の出力に接続される。コンデンサ17の正極は第2スイッチング素子Q2の第1端子と接続される。第2スイッチング素子Q2は、MOSFETである。第2スイッチング素子Q2の第1端子はドレインである。第2スイッチング素子Q2の第2端子にはダイオード21のカソードが接続される。第2スイッチング素子Q2の第2端子はソースである。第2スイッチング素子Q2の制御端子は、制御装置40と接続される。制御端子はゲートである。 The lighting device 12 includes a back converter circuit 3. The back converter circuit 3 is connected to the output of the DC power supply 2. The positive electrode of the capacitor 17 is connected to the first terminal of the second switching element Q2. The second switching element Q2 is a MOSFET. The first terminal of the second switching element Q2 is a drain. The cathode of the diode 21 is connected to the second terminal of the second switching element Q2. The second terminal of the second switching element Q2 is a source. The control terminal of the second switching element Q2 is connected to the control device 40. The control terminal is a gate.

ダイオード21のアノードは、コンデンサ17の負極に接続される。つまり、第2スイッチング素子Q2とダイオード21からなる直列回路が、コンデンサ17と並列に接続される。 The anode of the diode 21 is connected to the negative electrode of the capacitor 17. That is, a series circuit including the second switching element Q2 and the diode 21 is connected in parallel with the capacitor 17.

点灯装置12は、第3スイッチング素子Q3を備える。第3スイッチング素子Q3は、第2スイッチング素子Q2と同じMOSFETである。第3スイッチング素子Q3の第1端子は、第2スイッチング素子Q2の第1端子に接続される。第3スイッチング素子Q3の第2端子は、第2スイッチング素子Q2の第2端子に接続される。第3スイッチング素子Q3は、第2スイッチング素子Q2と並列に接続される。第3スイッチング素子Q3の制御端子は、制御装置40と接続される。第2スイッチング素子Q2と同様に、第3スイッチング素子Q3において第1端子はドレインであり、第2端子はソースであり、制御端子はゲートである。 The lighting device 12 includes a third switching element Q3. The third switching element Q3 is the same MOSFET as the second switching element Q2. The first terminal of the third switching element Q3 is connected to the first terminal of the second switching element Q2. The second terminal of the third switching element Q3 is connected to the second terminal of the second switching element Q2. The third switching element Q3 is connected in parallel with the second switching element Q2. The control terminal of the third switching element Q3 is connected to the control device 40. Similar to the second switching element Q2, in the third switching element Q3, the first terminal is a drain, the second terminal is a source, and the control terminal is a gate.

インダクタ22、コンデンサ23および検出抵抗24がこの順に接続して、直列回路を形成する。この直列回路はダイオード21に並列に接続される。インダクタ22は、第2スイッチング素子Q2および第3スイッチング素子Q3と直列に接続される。インダクタ22は2次巻き線26を有する。インダクタ22の2次巻き線26の一端は、制御装置40に接続される。インダクタ22の2次巻き線26の他端は、ダイオード21のアノードと、検出抵抗24との間に接続される。インダクタ22はチョークコイルとして用いられる。 The inductor 22, the capacitor 23, and the detection resistor 24 are connected in this order to form a series circuit. This series circuit is connected in parallel to the diode 21. The inductor 22 is connected in series with the second switching element Q2 and the third switching element Q3. The inductor 22 has a secondary winding 26. One end of the secondary winding 26 of the inductor 22 is connected to the control device 40. The other end of the secondary winding 26 of the inductor 22 is connected between the anode of the diode 21 and the detection resistor 24. The inductor 22 is used as a choke coil.

コンデンサ23は、バックコンバータ回路3の出力端に並列に接続される。コンデンサ23には第3分圧回路が並列に接続される。第3分圧回路は直列に接続された抵抗51および抵抗52によって構成される。コンデンサ23の両端に印加される電圧は抵抗51、52を用いて分圧され、制御装置40に入力される。 The capacitor 23 is connected in parallel to the output end of the back converter circuit 3. A third voltage divider circuit is connected in parallel to the capacitor 23. The third voltage divider circuit is composed of a resistor 51 and a resistor 52 connected in series. The voltage applied to both ends of the capacitor 23 is divided by the resistors 51 and 52 and input to the control device 40.

検出抵抗24は、LED11aを流れるLED電流の検出に用いられる。検出抵抗24には、LED電流に対応した検出電圧が印加される。検出電圧は、制御装置40に入力される。また、制御装置40には2次巻き線26で検出したボトム電圧が入力される。制御装置40はボトム電圧と、検出抵抗24によって検出した検出電圧に基づいて、LED電流が一定になるように、第2スイッチング素子Q2および第3スイッチング素子Q3をオンオフする。 The detection resistor 24 is used to detect the LED current flowing through the LED 11a. A detection voltage corresponding to the LED current is applied to the detection resistor 24. The detection voltage is input to the control device 40. Further, the bottom voltage detected by the secondary winding 26 is input to the control device 40. The control device 40 turns on / off the second switching element Q2 and the third switching element Q3 so that the LED current becomes constant based on the bottom voltage and the detection voltage detected by the detection resistor 24.

第3分圧回路は、点灯装置12の出力端に設けられている。第3分圧回路は、LEDモジュール11に印加される電圧の検出に用いられる。抵抗52に印加される検出電圧は制御装置40に入力される。制御装置40は、この検出電圧に基づいて、LEDモジュール11の接続有無および電圧異常を検出する。以上からバックコンバータ回路3が構成される。 The third voltage dividing circuit is provided at the output end of the lighting device 12. The third voltage divider circuit is used to detect the voltage applied to the LED module 11. The detection voltage applied to the resistor 52 is input to the control device 40. Based on this detected voltage, the control device 40 detects whether or not the LED module 11 is connected and a voltage abnormality. From the above, the back converter circuit 3 is configured.

制御装置40は、LED11aの点灯を制御する。制御装置40には、デジタル電源用制御装置であるマイコンを使用する。また、DSP(Digital Signal Processor)等の演算装置を使用しても良い。また、点灯装置12は制御電源生成回路110を備える。制御電源生成回路110は、コンデンサ17の正極に接続される。制御電源生成回路110は、直流電源2にて整流および昇圧された出力電圧をもとに、制御装置40用の電源を生成して出力する。制御装置40の電源は、制御電源生成回路110から供給される。 The control device 40 controls the lighting of the LED 11a. As the control device 40, a microcomputer, which is a control device for a digital power supply, is used. Further, an arithmetic unit such as a DSP (Digital Signal Processor) may be used. Further, the lighting device 12 includes a control power supply generation circuit 110. The control power generation circuit 110 is connected to the positive electrode of the capacitor 17. The control power supply generation circuit 110 generates and outputs a power supply for the control device 40 based on the output voltage rectified and boosted by the DC power supply 2. The power supply of the control device 40 is supplied from the control power supply generation circuit 110.

制御装置40は、2つの制御回路41、42、記憶部43、A/D変換回路44および処理装置45を備える。2つの制御回路41、42、記憶部43、A/D変換回路44および処理装置45は、内部バスを介して互いに接続されている。制御回路41は、第1スイッチング素子Q1にPWM(Pulse Width Modulation)信号を出力する。制御回路42は、第2スイッチング素子Q2および第3スイッチング素子Q3にPWM信号を出力する。PWM信号は、第1スイッチング素子Q1、第2スイッチング素子Q2および第3スイッチング素子Q3をスイッチングする。 The control device 40 includes two control circuits 41 and 42, a storage unit 43, an A / D conversion circuit 44, and a processing device 45. The two control circuits 41 and 42, the storage unit 43, the A / D conversion circuit 44, and the processing device 45 are connected to each other via an internal bus. The control circuit 41 outputs a PWM (Pulse Width Modulation) signal to the first switching element Q1. The control circuit 42 outputs a PWM signal to the second switching element Q2 and the third switching element Q3. The PWM signal switches the first switching element Q1, the second switching element Q2, and the third switching element Q3.

記憶部43は、例えば不揮発性メモリを備える。記憶部43は、処理装置45で実行される演算プログラムおよび演算に用いられる各種データを記憶している。記憶部43は、外部からデータの書き込みおよび読み出しが行われるように設けられる。処理装置45は、第1スイッチング素子Q1、第2スイッチング素子Q2および第3スイッチング素子Q3のスイッチング制御におけるオン時間などを算出する。 The storage unit 43 includes, for example, a non-volatile memory. The storage unit 43 stores an arithmetic program executed by the processing device 45 and various data used for the arithmetic. The storage unit 43 is provided so that data can be written and read from the outside. The processing device 45 calculates the on-time in the switching control of the first switching element Q1, the second switching element Q2, and the third switching element Q3.

第1分圧回路、第2分圧回路、第3分圧回路、2次巻き線26および検出抵抗24からの検出電圧は制御装置40に入力される。A/D変換回路44は、これらの検出電圧をデジタル値に変換する。処理装置45は、このデジタル値を用いて演算処理を実行する。記憶部43には、予め設定された目標電圧が記憶されている。制御装置40は、直流電源2の出力電圧が目標電圧に一致するように、第1スイッチング素子Q1のオン時間を調整することで定電圧制御を行っている。 The detection voltage from the first voltage dividing circuit, the second voltage dividing circuit, the third voltage dividing circuit, the secondary winding 26 and the detection resistor 24 is input to the control device 40. The A / D conversion circuit 44 converts these detected voltages into digital values. The processing device 45 executes arithmetic processing using this digital value. A preset target voltage is stored in the storage unit 43. The control device 40 performs constant voltage control by adjusting the on-time of the first switching element Q1 so that the output voltage of the DC power supply 2 matches the target voltage.

照明器具100は、調光器28および調光信号インターフェイス(I/F)回路4を備える。制御装置40には、調光信号I/F回路4を介して調光器28からの調光指令値が入力される。制御装置40は、LED電流と、調光指令値に基づいて決定される目標電流とが一致するように、検出抵抗24で検知したLED電流に基づいて第2スイッチング素子Q2および第3スイッチング素子Q3のオン時間を調整する。 The luminaire 100 includes a dimmer 28 and a dimming signal interface (I / F) circuit 4. A dimming command value from the dimmer 28 is input to the control device 40 via the dimming signal I / F circuit 4. The control device 40 has the second switching element Q2 and the third switching element Q3 based on the LED current detected by the detection resistor 24 so that the LED current and the target current determined based on the dimming command value match. Adjust the on-time of.

点灯装置12は受信部101を備える。受信部101は、リモコン20からの無線信号を受信する。受信部101は制御装置40に接続される。無線信号は、受信部101を介して制御装置40に入力される。無線信号は、調光指令値などの情報を含む。また、制御装置40は、受信部101を介してリモコン20に無線信号を送信する。 The lighting device 12 includes a receiving unit 101. The receiving unit 101 receives the wireless signal from the remote controller 20. The receiving unit 101 is connected to the control device 40. The radio signal is input to the control device 40 via the receiving unit 101. The radio signal includes information such as a dimming command value. Further, the control device 40 transmits a wireless signal to the remote controller 20 via the receiving unit 101.

図2は、実施の形態1に係る点灯装置12の動作を説明する図である。次に、第2スイッチング素子Q2と第3スイッチング素子Q3のスイッチングのタイミングについて説明する。図2において、I22は、インダクタ22を流れるコイル電流を示す。Q2Idは、第2スイッチング素子Q2の第1端子を流れる電流を示す。Q3Idは、第3スイッチング素子Q3の第1端子を流れる電流を示す。 FIG. 2 is a diagram illustrating the operation of the lighting device 12 according to the first embodiment. Next, the switching timing of the second switching element Q2 and the third switching element Q3 will be described. In FIG. 2, I22 shows the coil current flowing through the inductor 22. Q2Id indicates the current flowing through the first terminal of the second switching element Q2. Q3Id indicates the current flowing through the first terminal of the third switching element Q3.

また、Vdsは、第2スイッチング素子Q2および第3スイッチング素子Q3の第1端子と第2端子との間に印加される電圧を示す。Q2Vgsは、第2スイッチング素子Q2の制御端子と第2端子との間に印加される電圧を示す。Q3Vgsは、第3スイッチング素子Q3の制御端子と第2端子との間に印加される電圧を示す。 Further, Vds indicates a voltage applied between the first terminal and the second terminal of the second switching element Q2 and the third switching element Q3. Q2Vgs indicates the voltage applied between the control terminal and the second terminal of the second switching element Q2. Q3Vgs indicates the voltage applied between the control terminal and the second terminal of the third switching element Q3.

まず、電圧Q2Vgsをオンする。これにより、第2スイッチング素子Q2がオンする。この結果、電圧Vdsが低下し、インダクタ22にコイル電流I22が流れる。制御装置40によって決められたオン時間の間、第2スイッチング素子Q2がオンした状態が維持される。オン時間が経過すると、電圧Q2Vgsがオフされる。これにより、第2スイッチング素子Q2がオフする。この結果、電圧Vdsが上昇し、コイル電流I22が低下する。 First, the voltage Q2Vgs is turned on. As a result, the second switching element Q2 is turned on. As a result, the voltage Vds drops, and the coil current I22 flows through the inductor 22. The state in which the second switching element Q2 is turned on is maintained for the on time determined by the control device 40. When the on time elapses, the voltage Q2Vgs is turned off. As a result, the second switching element Q2 is turned off. As a result, the voltage Vds increases and the coil current I22 decreases.

コイル電流I22は時間の経過とともに低下する。コイル電流I22がゼロに到達すると、電圧Vdsは共振を始める。制御装置40は電圧Vdsの共振のボトムを検出すると、電圧Q3Vgsをオンする。共振のボトムは、共振状態において電圧Vdsが最小の状態である。この結果、第3スイッチング素子Q3がオンする。 The coil current I22 decreases with the passage of time. When the coil current I22 reaches zero, the voltage Vds begins to resonate. When the control device 40 detects the bottom of the resonance of the voltage Vds, it turns on the voltage Q3Vgs. The bottom of resonance is a state in which the voltage Vds is the minimum in the resonance state. As a result, the third switching element Q3 is turned on.

これにより、電圧Vdsが低下し、コイル電流I22が流れる。制御装置40によって決められたオン時間の間、第3スイッチング素子Q3がオンした状態が維持される。オン時間が経過すると、電圧Q3Vgsがオフされる。これにより、第3スイッチング素子Q3がオフする。この結果、電圧Vdsが上昇し、コイル電流I22が低下する。コイル電流I22がゼロに到達すると、電圧Vdsは共振を始める。制御装置40は電圧Vdsの共振のボトムを検出すると、電圧Q2Vgsをオンする。これにより、第2スイッチング素子Q2がオンする。 As a result, the voltage Vds drops and the coil current I22 flows. The state in which the third switching element Q3 is turned on is maintained for the on time determined by the control device 40. When the on time elapses, the voltage Q3Vgs is turned off. As a result, the third switching element Q3 is turned off. As a result, the voltage Vds increases and the coil current I22 decreases. When the coil current I22 reaches zero, the voltage Vds begins to resonate. When the control device 40 detects the bottom of the resonance of the voltage Vds, it turns on the voltage Q2Vgs. As a result, the second switching element Q2 is turned on.

図3は、共振を説明する図である。コイル電流I22がゼロの状態において、電圧Vdsは共振する。点線62は、電圧Vdsの共振の波形を示す。制御装置40は、インダクタ22の2次巻き線26の出力電圧または出力電流の変化を監視している。制御装置40は、共振状態において2次巻き線26の出力電圧が最小となると、共振のボトム61であると判断する。つまり、制御装置40は、共振状態において2次巻き線26の出力電圧が減少から増加に転じると、共振のボトム61であると判断する。これにより、共振状態における電圧Vdsの最小値である共振のボトム61が検出される。 FIG. 3 is a diagram illustrating resonance. When the coil current I22 is zero, the voltage Vds resonates. The dotted line 62 shows the resonance waveform of the voltage Vds. The control device 40 monitors a change in the output voltage or output current of the secondary winding 26 of the inductor 22. When the output voltage of the secondary winding 26 becomes the minimum in the resonance state, the control device 40 determines that it is the bottom 61 of the resonance. That is, when the output voltage of the secondary winding 26 changes from decreasing to increasing in the resonance state, the control device 40 determines that it is the bottom 61 of the resonance. As a result, the bottom 61 of resonance, which is the minimum value of the voltage Vds in the resonance state, is detected.

以上の動作を繰り返すことにより、第2スイッチング素子Q2と第3スイッチング素子Q3が交互にオンする。このため、第2スイッチング素子Q2および第3スイッチング素子Q3はインダクタ22およびコンデンサ23の動作周波数の半分の周波数で動作する。従って、インダクタ22およびコンデンサ23の動作周波数を、第2スイッチング素子Q2および第3スイッチング素子Q3の各々のスイッチング周波数よりも高く設定できる。ここで、インダクタ22およびコンデンサ23の動作周波数は、インダクタ22およびコンデンサ23を流れる電流の周波数を示す。 By repeating the above operation, the second switching element Q2 and the third switching element Q3 are turned on alternately. Therefore, the second switching element Q2 and the third switching element Q3 operate at half the operating frequency of the inductor 22 and the capacitor 23. Therefore, the operating frequencies of the inductor 22 and the capacitor 23 can be set higher than the switching frequencies of the second switching element Q2 and the third switching element Q3, respectively. Here, the operating frequencies of the inductor 22 and the capacitor 23 indicate the frequencies of the currents flowing through the inductor 22 and the capacitor 23.

図4は、コイル電流I22の周波数依存性を説明する図である。図4において、I0およびQIdは、比較例に係るバックコンバータ回路の電流波形を示す。比較例に係るバックコンバータ回路はスイッチング素子Qを1つのみ備える。I0は比較例に係るバックコンバータ回路においてインダクタ22を流れるコイル電流を示す。また、QIdは比較例に係るバックコンバータ回路において、スイッチング素子Qの第1端子を流れる電流を示す。図4において、I22、Q2IdおよびQ3Idは、本実施の形態に係るバックコンバータ回路3の電流波形である。 FIG. 4 is a diagram illustrating the frequency dependence of the coil current I22. In FIG. 4, I0 and QId show the current waveforms of the back converter circuit according to the comparative example. The back converter circuit according to the comparative example includes only one switching element Q. I0 indicates the coil current flowing through the inductor 22 in the back converter circuit according to the comparative example. Further, QId indicates the current flowing through the first terminal of the switching element Q in the back converter circuit according to the comparative example. In FIG. 4, I22, Q2Id and Q3Id are current waveforms of the back converter circuit 3 according to the present embodiment.

比較例に係るバックコンバータ回路の動作周波数は、本実施の形態に係るバックコンバータ回路3の動作周波数の半分であるものとする。つまり、比較例に係るインダクタ22の動作周波数は、本実施の形態に係るインダクタ22の動作周波数の半分であるものとする。また、比較例に係るバックコンバータ回路と、本実施の形態に係るバックコンバータ回路3は、単位時間にLEDモジュール11に流す電流量が同じであるものとする。 It is assumed that the operating frequency of the back converter circuit according to the comparative example is half the operating frequency of the back converter circuit 3 according to the present embodiment. That is, it is assumed that the operating frequency of the inductor 22 according to the comparative example is half the operating frequency of the inductor 22 according to the present embodiment. Further, it is assumed that the back converter circuit according to the comparative example and the back converter circuit 3 according to the present embodiment have the same amount of current flowing through the LED module 11 in a unit time.

比較例に係るバックコンバータ回路と、本実施の形態に係るバックコンバータ回路3とでは、単位時間当たりにインダクタ22を流れる電流量が等しい。このため、コイル電流I0の1周期あたりの面積をS0、コイル電流I22の1周期あたりの面積をS1またはS2としたとき、S0=S1+S2となる。また、コイル電流I0とコイル電流I22のピーク電流は等しくなる。このとき、図4に示すように、コイル電流I0よりもコイル電流I22の傾きが大きくなる。つまり、コイル電流I0よりもコイル電流I22のほうが、単位時間当たりの変化量が大きくなる。 The back converter circuit according to the comparative example and the back converter circuit 3 according to the present embodiment have the same amount of current flowing through the inductor 22 per unit time. Therefore, when the area per cycle of the coil current I0 is S0 and the area of the coil current I22 per cycle is S1 or S2, S0 = S1 + S2. Further, the peak currents of the coil current I0 and the coil current I22 are equal. At this time, as shown in FIG. 4, the inclination of the coil current I22 is larger than that of the coil current I0. That is, the amount of change per unit time of the coil current I22 is larger than that of the coil current I0.

以上から、単位時間にLEDモジュール11に流す電流量が同じ場合、インダクタ22を高速で動作させるほど、コイル電流I22の単位時間当たりの変化量が大きくなる。一般に、インダクタ22を流れる電流の単位時間当たりの変化量が大きいほど、インダクタ22のインダクタンス値Lを小さくできる。このため、インダクタ22のコアおよび巻き線仕様を小さくでき、インダクタ22を小型化できる。ここで、巻き線仕様は、例えば、巻き線の太さまたは巻き数である。以上から、インダクタ22を高速で動作させることでインダクタ22を小型化できる。 From the above, when the amount of current flowing through the LED module 11 in a unit time is the same, the amount of change in the coil current I22 per unit time increases as the inductor 22 operates at a higher speed. In general, the larger the amount of change in the current flowing through the inductor 22 per unit time, the smaller the inductance value L of the inductor 22 can be. Therefore, the core and winding specifications of the inductor 22 can be reduced, and the inductor 22 can be miniaturized. Here, the winding specification is, for example, the thickness or the number of windings of the winding. From the above, the inductor 22 can be miniaturized by operating the inductor 22 at high speed.

また、一般に、動作周波数を大きくすると、リップル成分を抑制できる。このため、動作周波数を大きくすると、コンデンサ23として低容量のコンデンサを用いることができる。従って、動作周波数を大きくすることで、コンデンサ23を小型化できる。 Further, in general, the ripple component can be suppressed by increasing the operating frequency. Therefore, if the operating frequency is increased, a low-capacity capacitor can be used as the capacitor 23. Therefore, the capacitor 23 can be miniaturized by increasing the operating frequency.

以上から、動作周波数が大きい程、受動部品を小さくできる。本実施の形態では、第2スイッチング素子Q2および第3スイッチング素子Q3の各々のスイッチング周波数を低く維持した状態で、インダクタ22およびコンデンサ23の動作周波数を高くできる。つまり、第2スイッチング素子Q2および第3スイッチング素子Q3のスイッチング性能の定格を満たしつつ、受動部品を小型化できる。従って、点灯装置12を小型化できる。 From the above, the larger the operating frequency, the smaller the passive component can be. In the present embodiment, the operating frequencies of the inductor 22 and the capacitor 23 can be increased while the switching frequencies of the second switching element Q2 and the third switching element Q3 are maintained low. That is, the passive component can be miniaturized while satisfying the rating of the switching performance of the second switching element Q2 and the third switching element Q3. Therefore, the lighting device 12 can be miniaturized.

また、本実施の形態によれば、第2スイッチング素子Q2および第3スイッチング素子Q3が受け持つ負担を軽減できる。第2スイッチング素子Q2および第3スイッチング素子Q3が受け持つ負担とは、例えば、第2スイッチング素子Q2および第3スイッチング素子Q3が高速でスイッチングする際に生じる内部電力ロスである。内部電力ロスはスイッチングロスとも呼ばれる。 Further, according to the present embodiment, the burden on the second switching element Q2 and the third switching element Q3 can be reduced. The burden borne by the second switching element Q2 and the third switching element Q3 is, for example, an internal power loss that occurs when the second switching element Q2 and the third switching element Q3 switch at high speed. Internal power loss is also called switching loss.

図5は、スイッチングロスを説明する図である。図5において、スイッチング素子の第1端子を流れる電流をIdとする。また、スイッチング素子の第1端子と第2端子との間に印加される電圧をVdsとする。スイッチング素子がオフされると、電流Idが低下する一方で電圧Vdsが上昇する。電流Idと電圧Vdsが重なる部分63の面積がスイッチングロスに相当する。 FIG. 5 is a diagram for explaining the switching loss. In FIG. 5, the current flowing through the first terminal of the switching element is defined as Id. Further, the voltage applied between the first terminal and the second terminal of the switching element is defined as Vds. When the switching element is turned off, the current Id decreases while the voltage Vds increases. The area of the portion 63 where the current Id and the voltage Vds overlap corresponds to the switching loss.

スイッチング素子によって個体差はあるが、一般に、スイッチング素子を高速でスイッチングさせるほど、電流Idと電圧Vdsが重なる部分63の面積は大きくなる。特に、スイッチング素子の応答速度の限界値の近傍では、電流Idと電圧Vdsが重なる部分63の面積が大きくなることが多い。 Although there are individual differences depending on the switching element, in general, the faster the switching element is switched, the larger the area of the portion 63 where the current Id and the voltage Vds overlap. In particular, in the vicinity of the limit value of the response speed of the switching element, the area of the portion 63 where the current Id and the voltage Vds overlap is often large.

これに対し、本実施の形態では、第2スイッチング素子Q2および第3スイッチング素子Q3の各々のスイッチング周波数を、バックコンバータ回路3の動作周波数の半分にできる。このため、動作周波数が同じでありスイッチング素子を1つのみ備えるバックコンバータ回路と比較すると、本実施の形態に係るバックコンバータ回路3では、電流Idと電圧Vdsが重なる部分63の面積を小さくできる。従って、バックコンバータ回路3の動作周波数を高く設定しつつ、スイッチングロスを抑制できる。ここで、バックコンバータ回路3の動作周波数は、インダクタ22を流れる電流の周波数を示す。 On the other hand, in the present embodiment, the switching frequency of each of the second switching element Q2 and the third switching element Q3 can be set to half the operating frequency of the back converter circuit 3. Therefore, in the back converter circuit 3 according to the present embodiment, the area of the portion 63 where the current Id and the voltage Vds overlap can be reduced as compared with the back converter circuit having the same operating frequency and having only one switching element. Therefore, switching loss can be suppressed while setting the operating frequency of the back converter circuit 3 high. Here, the operating frequency of the back converter circuit 3 indicates the frequency of the current flowing through the inductor 22.

また、本実施の形態では、第2スイッチング素子Q2と第3スイッチング素子Q3を交互にオンオフする。このため、スイッチング素子を1つのみ備える場合と比較して、第2スイッチング素子Q2と第3スイッチング素子Q3の各々において、オン時間に対するオフ時間の比率を長くできる。つまり、第2スイッチング素子Q2と第3スイッチング素子Q3の各々において、電流Idを流す期間を短くできる。従って、電流Idが流れることによって生ずる内部発熱を抑制できる。 Further, in the present embodiment, the second switching element Q2 and the third switching element Q3 are alternately turned on and off. Therefore, the ratio of the off time to the on time can be increased in each of the second switching element Q2 and the third switching element Q3 as compared with the case where only one switching element is provided. That is, the period in which the current Id flows can be shortened in each of the second switching element Q2 and the third switching element Q3. Therefore, it is possible to suppress the internal heat generation caused by the flow of the current Id.

本実施の形態に係る点灯装置12は、直流電源2とバックコンバータ回路3を備える2コンバータ方式である。この変形例として、点灯装置12は、直流電源2を備えなくても良い。点灯装置12は、バックコンバータ回路3のみを備える1コンバータ方式でも良い。 The lighting device 12 according to the present embodiment is a two-converter system including a DC power supply 2 and a back converter circuit 3. As a modification of this, the lighting device 12 does not have to include the DC power supply 2. The lighting device 12 may be a one-converter system including only the back converter circuit 3.

また、本実施の形態では、バックコンバータ回路3は2個のスイッチング素子Q2、Q3を備える。バックコンバータ回路3が備えるスイッチング素子の数は2個に限らず、複数であれば良い。この場合、バックコンバータ回路3は、並列に接続された複数のスイッチング素子を備える。また制御装置40は、複数のスイッチング素子を順次オンオフする。並列に接続された3個以上のスイッチング素子を、制御装置40が順番にオンオフすることで、さらに各々のスイッチング素子が受け持つ負担を低減できる。 Further, in the present embodiment, the back converter circuit 3 includes two switching elements Q2 and Q3. The number of switching elements included in the back converter circuit 3 is not limited to two, and may be a plurality. In this case, the back converter circuit 3 includes a plurality of switching elements connected in parallel. Further, the control device 40 sequentially turns on and off a plurality of switching elements. When the control device 40 turns on and off three or more switching elements connected in parallel in order, the burden on each switching element can be further reduced.

なお、各実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いてもよい。 The technical features described in each embodiment may be used in combination as appropriate.

100 照明器具、12 点灯装置、Q2 第2スイッチング素子、Q3 第3スイッチング素子、3 バックコンバータ回路、40 制御装置、22 インダクタ、23 コンデンサ、26 2次巻き線、11a LED 100 lighting equipment, 12 lighting device, Q2 2nd switching element, Q3 3rd switching element, 3 back converter circuit, 40 controller, 22 inductor, 23 capacitor, 26 secondary winding, 11a LED

Claims (3)

並列に接続された複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子と直列に接続されたインダクタと、出力端に並列に接続されたコンデンサと、を備えたバックコンバータ回路と、
前記複数のスイッチング素子を順次オンオフして光源の点灯を制御する制御装置と、
を備え
前記インダクタの2次巻き線は、前記制御装置に接続され、
前記制御装置は、前記複数のスイッチング素子の1つをオフした後に、前記2次巻き線の出力電圧が減少から増加に転じると、次のスイッチング素子をオンすることを特徴とする点灯装置。
A back converter circuit including a plurality of switching elements connected in parallel, an inductor connected in series with the plurality of switching elements, and a capacitor connected in parallel at the output end .
A control device that controls the lighting of the light source by sequentially turning on and off the plurality of switching elements.
Equipped with a,
The secondary winding of the inductor is connected to the control device and
Wherein the control device, after turning off the one of the plurality of switching elements, the output voltage of the secondary winding turns from decrease to increase, the lighting device according to claim ounces Rukoto the next switching element.
前記制御装置は、前記光源を流れる電流が一定となるように、前記複数のスイッチング素子をオンオフすることを特徴とする請求項1に記載の点灯装置。 The lighting device according to claim 1, wherein the control device turns on and off the plurality of switching elements so that the current flowing through the light source becomes constant. 請求項1または2に記載の点灯装置と、
前記光源と、
を備えることを特徴とする照明器具。
The lighting device according to claim 1 or 2 ,
With the light source
Lighting equipment characterized by being equipped with.
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