JP6928878B2 - Lighting device - Google Patents
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Description
本発明は、光源を点灯させる点灯装置に関する。 The present invention relates to a lighting device that lights a light source.
特許文献1には、電源回路部(昇圧チョッパ回路)を有する照明装置において、電源回路部から出力される直流電圧の低下を検出する検出部を備えることで、負荷への過大な電力供給を抑制する技術が開示されている。具体的に、特許文献1では、電源回路部に昇圧チョッパ制御回路の制御を受けて動作するスイッチング素子を設け、このスイッチング素子をパルス幅変調(PWM)制御することで、電源回路部から昇圧された直流電圧を出力している。
しかしながら、特許文献1のような従来技術では、電源電圧が増加した場合に、電源電圧に比例した電力が負荷回路部に供給されるので、負荷回路部に過大な電力が供給される場合があるという問題がある。
However, in the prior art as in
そこで、本発明は、電源電圧が変動した場合においても、電力供給能力の変動が抑制された点灯装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a lighting device in which fluctuations in power supply capacity are suppressed even when the power supply voltage fluctuates.
上記課題を解決するために、本発明の一実施形態に係る光源を点灯させるための点灯装置は、電源からの供給電力に基づいて光源を点灯させる点灯装置であって、インダクタと、前記インダクタに流れる電流を制御するためのスイッチング素子とを有する昇圧チョッパ回路と、前記スイッチング素子をオンオフ制御することにより前記昇圧チョッパ回路の出力電圧または出力電力を制御する制御回路と、前記昇圧チョッパ回路の出力電圧を降圧して前記光源に供給する降圧回路と、前記電源の電圧変動に追従して変化する補正信号を出力する電圧補正回路とを備え、前記制御回路は、前記スイッチング素子に流れる電流に応じた電流検出信号に前記補正信号を重畳させて生成した制御信号に基づいて前記スイッチング素子をオンオフ制御する。 In order to solve the above problems, the lighting device for lighting the light source according to the embodiment of the present invention is a lighting device that lights the light source based on the power supplied from the power supply, and the inductor and the inductor are used. A step-up chopper circuit having a switching element for controlling the flowing current, a control circuit for controlling the output voltage or output power of the step-up chopper circuit by controlling the switching element on and off, and an output voltage of the step-up chopper circuit. The control circuit includes a step-down circuit that steps down the voltage and supplies the light source to the light source, and a voltage correction circuit that outputs a correction signal that changes according to the voltage fluctuation of the power supply. The control circuit responds to the current flowing through the switching element. The switching element is on / off controlled based on a control signal generated by superimposing the correction signal on the current detection signal.
本発明によると、電源電圧が変動した場合に電流供給能力が変動するのを抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress fluctuations in the current supply capacity when the power supply voltage fluctuates.
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の各実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following description of each embodiment is merely an example and is not intended to limit the present invention, its application or its use.
−点灯装置の構成−
図1は実施形態に係る点灯装置1の構成を示した構成図である。図1に示すように、点灯装置1は、整流回路2と、昇圧チョッパ回路3と、制御回路4と、電圧補正回路5と、降圧回路6とを備える。
-Structure of lighting device-
FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of the
整流回路2は、電源Eから受けた電源電圧Vinを整流して出力する回路であり、例えば、全波整流を行うダイオード(図示省略)のブリッジ回路である。具体的に、整流回路2は、対をなす入力端子21,22と、対をなす出力端子23,24とを有する。そして、整流回路2は、入力端子21,22に電源電圧Vinを受け、整流して出力端子23,24から出力する。
The
昇圧チョッパ回路3は、整流回路2の出力端子23,24から受けた電圧を昇圧して、降圧回路6に出力する。降圧回路6は、昇圧チョッパ回路24の出力電圧を低下させて光源7に出力することで、光源7を点灯させる。制御回路4は、例えば、IC(Integrated Circuit)で実現することができ、昇圧チョッパ回路3のスイッチング素子TR1をオンオフ制御するためのコンパレータ41を含んでいる。電圧補正回路5は、電源電圧Vinの電圧変動に追従して変化する補正信号Vaを出力する。
The step-
本開示に係る技術は、昇圧チョッパ回路3、制御回路4及び電圧補正回路5に特徴があり、以下において具体的に説明する。なお、降圧回路6は従来構成に係る回路を採用することができるので、ここではその詳細な説明を省略する。
The technique according to the present disclosure is characterized by a
昇圧チョッパ回路3は、正極入力端子31及び負極入力端子32と、正極出力端子33及び負極出力端子34とを有する。正極入力端子31及び負極入力端子32は、整流回路2の出力端子23,24に電気的に接続されている。電気的に接続されているとは、直接接続されている場合に加えて、両者間に抵抗やトランジスタ等の受動素子(図示省略)が接続されている場合を含む概念である。以下の説明において、単に接続すると記載した場合も、この電気的な接続を指すものとする。
The
さらに、昇圧チョッパ回路3の正極入力端子31と正極出力端子33との間を接続する正極側ノードNpには、インダクタL1及びダイオードD1が直列に設けられている。また、インダクタL1とダイオードD1との間の中間ノードN31と、負極入力端子32と負極出力端子34との間を接続する負極側ノードNmとの間には、スイッチング素子TR1と、スイッチング素子TR1に流れる電流に応じた電流検出信号Visを出力するために用いる検出抵抗R1とが、直列に設けられる。スイッチング素子TR1は、例えば、電界効果トランジスタ(FET)等の半導体スイッチング素子である。さらに、ダイオードD1のカソードと負極側ノードNmとの間に、コンデンサC1が設けられている。このように構成された昇圧チョッパ回路3は、スイッチング素子TR1のスイッチング動作によって、両入力端子31,32間に入力された電圧より高い出力電圧をコンデンサC1の両端間に生じさせる。
Further, an inductor L1 and a diode D1 are provided in series on the positive electrode side node Np that connects the positive
前述のとおり、制御回路4は、昇圧チョッパ回路24のスイッチング素子TR1をオンオフ制御するためのコンパレータ41を含んでいる。
As described above, the
コンパレータ41の一方の入力端子には、所定の検出しきい値Vthが与えられている。検出しきい値Vthは、例えば、制御回路4の内部であらかじめ設定された電圧(例えば、0.5V〜0.7V程度)であり、レギュレータ等(図示省略)で生成される。
A predetermined detection threshold value Vth is given to one input terminal of the
コンパレータ41の他方の入力端子(以下、IS端子という)には、スイッチング素子TR1をオンオフ制御するための制御信号が与えられる。すなわち、コンパレータ41は、制御信号が検出しきい値Vth以下の場合にスイッチング素子TR1をオン制御する一方で、制御信号が検出しきい値Vthを超えたときにスイッチング素子TR1をオフ制御する。コンパレータ41のIS端子は、分圧抵抗R2を介して、スイッチング素子TR1と検出抵抗R1との間の中間ノードN32に接続されている。この構成により、IS端子には、スイッチング素子TR1に流れる電流に応じて変化する信号(電流−電圧変換された電圧信号)が検出抵抗および分圧抵抗を介して与えられる。以下の説明では、IS端子に与えられる制御信号のうち、スイッチング素子に流れる電流に応じて変化する信号成分を電流検出信号と呼び、Visと記載する。また、電流検出信号Visの電圧値にも、同じ符号Visを用いる。
A control signal for on / off control of the switching element TR1 is given to the other input terminal (hereinafter referred to as IS terminal) of the
さらに、コンパレータ41のIS端子には、電圧補正回路5の出力端子53が接続されている。
Further, the
電圧補正回路5は、対をなす入力端子51,52と、出力端子53とを有する。電圧補正回路5の入力端子51,52は、電源Eに接続されている。電圧補正回路5は、入力端子51,52のそれぞれに接続されたダイオードD2,D3と、ダイオードD2,D3のカソードと出力端子53との間に接続された分圧抵抗R3とを備える。また、ダイオードD2,D3のカソードと分圧抵抗R3との間には、平滑コンデンサ54が接続されている。この構成により、電圧補正回路5は、電源Eから入力端子51,52に受けた電源電圧Vinを整流し、分圧抵抗R3を介して出力端子53から出力する。
The
以下の説明では、IS端子に与えられる制御信号のうち、電圧補正回路5から出力される信号成分を補正信号と呼び、Vaと記載する。また、補正信号の電圧値にも、同じ符号Vaを用いる。
In the following description, among the control signals given to the IS terminals, the signal component output from the
電圧補正回路5の出力端子53と、昇圧チョッパ回路の負極側ノードNmとの間には、分圧抵抗R2と検出抵抗R1とが直列に接続されているので、補正信号(電圧値)Vaは、下式(1)で表される。
Since the voltage dividing resistor R2 and the detection resistor R1 are connected in series between the
Va=Vin×β
=Vin×(R1+R2)/(R1+R2+R3) ・・(1)
Va = Vin x β
= Vin × (R1 + R2) / (R1 + R2 + R3) ・ ・ (1)
ここで、βは、IS端子に発生する分圧比であり、後述する図5では横軸の値である。なお、上式(1)に示すように、分圧比βの値は、検出抵抗R1及び分圧抵抗R2,R3の抵抗値を変更することにより調整が可能であり、後述する供給電力のばらつきが極小値になるように設定されるのが好ましい。 Here, β is a voltage division ratio generated at the IS terminal, and is a value on the horizontal axis in FIG. 5, which will be described later. As shown in the above equation (1), the value of the voltage dividing ratio β can be adjusted by changing the resistance values of the detection resistors R1 and the voltage dividing resistors R2 and R3, and the supply power varies, which will be described later. It is preferable that the value is set to the minimum value.
以上をまとめると、コンパレータ41のIS端子には、電流検出信号Visに、補正信号Vaを重畳させた制御信号が与えられる。
Summarizing the above, a control signal in which the correction signal Va is superimposed on the current detection signal Vis is given to the IS terminal of the
図2〜図4には、IS端子に与えられる制御信号の変化の一例を示している。各図において、下段の波形は、上段波形の一部を拡大したものである。 2 to 4 show an example of a change in the control signal given to the IS terminal. In each figure, the lower waveform is an enlargement of a part of the upper waveform.
図2上段に示すように、電流検出信号Visは、電源電圧Vinの周期TEに応じて、波高値が変化している。また、図2下段に示すように、スイッチング素子TR1がONされるとVisが上昇し、あらかじめ決められた所定のオン幅に達すると、スイッチング素子TR1がOFF設定される。そうすると、Vis=0となるので、IS端子の制御信号がVaまで低下する。この「所定のオン幅」は、必要な供給電力に基づいて設定される。すなわち、点灯装置1では、必要な供給電力が大きくなると、スイッチング素子TR1のオン幅を長くして、電流検出信号Visの振幅を増加させている。
As shown in FIG. 2 upper, current detection signal Vis, depending on the period T E of the power supply voltage Vin, the peak value has changed. Further, as shown in the lower part of FIG. 2, Vis rises when the switching element TR1 is turned on, and the switching element TR1 is set to OFF when a predetermined ON width is reached. Then, since Vis = 0, the control signal of the IS terminal drops to Va. This "predetermined on-width" is set based on the required power supply. That is, in the
図3は、図2の状態より昇圧チョッパ回路3の供給電力が増え、補正信号Vaと電流検出信号Visの最大値との和がVthに達した状態を示している。換言すると、昇圧チョッパの供給電力が最大付近に達した時のIS端子に与えられる制御信号の変化の一例を示している。
FIG. 3 shows a state in which the power supply of the
このように、制御信号が検出しきい値Vthを超えたとき、すなわち、
Vth<Vis+Va ・・(2)
の関係が充足されると、スイッチング素子がオフ制御され、制御信号がVaまで低下する。そして、しばらくすると再びスイッチング素子TR1がオン制御されて制御信号が上昇し、制御信号が検出しきい値Vthを超えると、スイッチング素子TR1がオフ制御されるという動作を繰り返す。
In this way, when the control signal exceeds the detection threshold value Vth, that is,
Vth <Vis + Va ... (2)
When the relationship is satisfied, the switching element is turned off and the control signal drops to Va. Then, after a while, the switching element TR1 is turned on again and the control signal rises, and when the control signal exceeds the detection threshold value Vth, the switching element TR1 is turned off and controlled repeatedly.
以上の動作を行うことで、昇圧チョッパ回路3から降圧回路6に、下式(3)の供給電力Wpfcが供給される。下式(3)において、Ipfcは、昇圧チョッパ回路3の出力電流である。また、αは、昇圧チョッパ回路3の供給電流Ipfcと、検出抵抗R1に流れる三角波のピーク電流値との比であり、ここでは、定数であるものとして扱っている。
By performing the above operation, the supply power Wpfc of the following equation (3) is supplied from the step-up
Wpfc=Vin×Ipfc
=Vin×(Vth−Vin×β)/R1×α
=−αβ/R1×(Vin−Vth/2β)^2
+Vth^2/R1×α/4β ・・(3)
Wpfc = Vin x Ipfc
= Vin × (Vth-Vin × β) / R1 × α
= -Αβ / R1 × (Vin-Vth / 2β) ^ 2
+ Vth ^ 2 / R1 × α / 4β ・ ・ (3)
上式(3)より、Wpfcは、Vin=Vth/2βのときに、極大値Vth^2/R1×α/4βの極大点を有する二次関数の関係となる。図3の実線は、電源電圧を変化させたときの供給電力の変化を示している。 From the above equation (3), Wpfc has a quadratic function relationship having a maximum point of the maximum value Vth ^ 2 / R1 × α / 4β when Vin = Vth / 2β. The solid line in FIG. 3 shows the change in the supplied power when the power supply voltage is changed.
前述の式(1)で示したとおり、分圧比βの値は、検出抵抗R1及び分圧抵抗R2,R3の抵抗値を変更することで調整が可能である。したがって、図3に示すように、供給電力Wpfcの極大値を、所定の定格電圧の範囲内(例えば、100V±10V)に入るようにすることで、従来技術と比較して供給電力のばらつきを小さくすることができる。 As shown in the above equation (1), the value of the voltage dividing ratio β can be adjusted by changing the resistance values of the detection resistors R1 and the voltage dividing resistors R2 and R3. Therefore, as shown in FIG. 3, by setting the maximum value of the supply power Wpfc within the range of the predetermined rated voltage (for example, 100V ± 10V), the variation in the supply power is made as compared with the conventional technique. It can be made smaller.
なお、図4は、図3の状態からさらに昇圧チョッパ回路3の供給電力が増えた例を示している。図4での点灯装置1の動作は、基本的に図3の場合と同じであり詳細説明を省略する。図4では、図3の状態より式(2)「Vth<Vis+Va」を充足する範囲が増加している。
Note that FIG. 4 shows an example in which the power supply of the step-up
−比較例−
図5では、電圧補正回路5を設けない場合に、電源電圧Vinを変化させたときの供給電力の変化を破線で示している。図5に示すように、電圧補正回路5を設けない場合、制御回路4のコンパレータ41のIS端子に与えられる制御信号は、電源電圧Vinに比例して大きくなる。すなわち、昇圧チョッパ回路3から降圧回路6に供給される供給電力が、電源電圧Vinに比例して大きくなる。そうすると、上記供給電力のばらつきが大きくなるが、本実施形態に係る構成では、そのようなことがない。
-Comparative example-
In FIG. 5, when the
なお、図6の実施例2,3に示すように、仮に、本実施形態において、式(3)で示している供給電力Wpfcの極大値の位置が、所定の定格電圧の範囲から上下に少し外れたとしても、従来技術と比較して、供給電力Wpfcのばらつきを小さくすることができる。図6において、実施例1が図5の波形と対応しており、実施例2は、分圧比β2が実施例1の分圧比β1よりも大きい例、実施例3は分圧比β3が実施例1の分圧比β1よりも小さい例を示している。 As shown in Examples 2 and 3 of FIG. 6, tentatively, in the present embodiment, the position of the maximum value of the supply power Wpfc represented by the equation (3) is slightly up and down from the predetermined rated voltage range. Even if it deviates, the variation in the supplied power Wpfc can be reduced as compared with the conventional technique. In FIG. 6, Example 1 corresponds to the waveform of FIG. 5, in Example 2 the voltage dividing ratio β2 is larger than the voltage dividing ratio β1 of Example 1, and in Example 3, the voltage dividing ratio β3 is Example 1. An example is shown in which the voltage division ratio of β1 is smaller than that of β1.
上記実施形態では、電源電圧Vinの変動に対する本開示に係る技術の優位性について説明した。一方で、本開示に係る技術は、電源電圧Vinの変動だけでなく、制御回路4(例えば、制御IC)の検出しきい値Vthのバラツキも考慮することができる点に特徴がある。 In the above embodiment, the superiority of the technique according to the present disclosure with respect to the fluctuation of the power supply voltage Vin has been described. On the other hand, the technique according to the present disclosure is characterized in that not only the fluctuation of the power supply voltage Vin but also the variation of the detection threshold value Vth of the control circuit 4 (for example, the control IC) can be taken into consideration.
具体的に、本開示に係る技術では、電源電圧Vinの変動による供給電力Wpfcのバラツキを抑えるために、電圧補正回路5の出力電圧をコンパレータ41のIS端子に重畳させている。このとき、バラツキを含めた検出しきい値としてVth=Vth±ΔVthとして考えることにより、検出しきい値バラツキの影響は、
ΔVth/Vis=ΔVth(Vth−Va)=ΔVth(Vth−Vin×β) ・・(4)
と表すことができる。
Specifically, in the technique according to the present disclosure, the output voltage of the
ΔVth / Vis = ΔVth (Vth-Va) = ΔVth (Vth-Vin × β) ・ ・ (4)
It can be expressed as.
そこで、分圧比βの値を調整する場合に、上記式(4)を考慮することにより、検出しきい値Vthのばらつきに対する最適化を実現することができる。図7では、分圧比βに対する供給電力Wpfcのばらつきを示している。図7に示すように、電源電圧Vinによるばらつきに加えて、検出しきい値Vthのばらつきを考慮することで、供給電力のばらつきの極小値を最適化することができる。図7の例では、供給電力のばらつきの極小値が22%程度まで削減できており、従来技術のばらつき(図7の分圧比β=0を参照)と比較して、供給電力Wpfcのばらつきを大幅に削減することができている。 Therefore, when adjusting the value of the voltage division ratio β, optimization for variations in the detection threshold value Vth can be realized by considering the above equation (4). FIG. 7 shows the variation of the supplied power Wpfc with respect to the voltage division ratio β. As shown in FIG. 7, the minimum value of the variation in the supplied power can be optimized by considering the variation in the detection threshold value Vth in addition to the variation due to the power supply voltage Vin. In the example of FIG. 7, the minimum value of the variation of the supplied power can be reduced to about 22%, and the variation of the supplied power Wpfc is compared with the variation of the prior art (see the voltage division ratio β = 0 in FIG. 7). It has been able to be significantly reduced.
(他の実施形態)
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施形態について説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用可能である。また、上記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
(Other embodiments)
As described above, embodiments have been described as an example of the techniques disclosed in this application. However, the technique in the present disclosure is not limited to this, and can be applied to embodiments in which changes, replacements, additions, omissions, etc. are made as appropriate. It is also possible to combine the components described in the above embodiment to form a new embodiment.
上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。 The above embodiment may have the following configuration.
例えば、上記実施形態では、電圧補正回路5は、抵抗分圧により生成した補正信号Vaを電流検出信号に重畳させる例について説明したが、これに限定されない。例えば、図示しないが、マイコンによる制御で電源電圧Vinに応じて分圧比βを可変させるような電圧補正回路を用いてもよい。ただし、上記実施形態のような構成にすることで、より安価で簡単な構成にすることができる。さらに、マイコンによるプログラム制御は、プログラムのバグ等による制御不良等の懸念があるが、上記実施形態に係る構成は、そのようなことがない。
For example, in the above embodiment, the
また、上記実施形態では、各回路の構成例を示したが、実施形態の構成に限定されず、同等の機能を有する他回路への置き換えが可能である。例えば、電圧補正回路5から平滑コンデンサ54を省いてもよい。この場合、例えば、分圧抵抗R2,R3間に別の分圧抵抗(図示省略)を設け、その分圧抵抗と電圧補正回路5の分圧抵抗R3との間に、並列に接地したコンデンサ(図示省略)を接続するとよい。
Further, in the above-described embodiment, a configuration example of each circuit is shown, but the configuration is not limited to that of the embodiment, and it is possible to replace the circuit with another circuit having the same function. For example, the smoothing
本発明による点灯装置は、電源電圧が変動した際の電流供給能力の変動を抑制することができるという効果を有し、例えば、LED等の光源を点灯させるための点灯装置として極めて有用である。 The lighting device according to the present invention has an effect of being able to suppress fluctuations in the current supply capacity when the power supply voltage fluctuates, and is extremely useful as a lighting device for lighting a light source such as an LED, for example.
1 点灯装置
3 昇圧チョッパ回路
4 制御回路
41 コンパレータ
5 電圧補正回路
1
Claims (5)
インダクタと、前記インダクタに流れる電流を制御するためのスイッチング素子とを有する昇圧チョッパ回路と、
前記スイッチング素子をオンオフ制御することにより前記昇圧チョッパ回路の出力電圧または出力電力を制御する制御回路と、
前記昇圧チョッパ回路の出力電圧を降圧して前記光源に供給する降圧回路と、
前記電源の電圧変動に追従して変化する補正信号を出力する電圧補正回路とを備え、
前記制御回路は、前記スイッチング素子に流れる電流に応じた電流検出信号に前記補正信号を重畳させて生成した制御信号に基づいて前記スイッチング素子をオンオフ制御する
ことを特徴とする点灯装置。 A lighting device that lights a light source based on the power supplied from the power supply.
A step-up chopper circuit having an inductor and a switching element for controlling the current flowing through the inductor.
A control circuit that controls the output voltage or output power of the step-up chopper circuit by controlling the switching element on and off, and
A step-down circuit that steps down the output voltage of the step-up chopper circuit and supplies it to the light source.
It is provided with a voltage correction circuit that outputs a correction signal that changes according to the voltage fluctuation of the power supply.
The control circuit is a lighting device that controls on / off of the switching element based on a control signal generated by superimposing the correction signal on a current detection signal corresponding to a current flowing through the switching element.
ことを特徴とする請求項1記載の点灯装置。 The lighting device according to claim 1, wherein the voltage correction circuit includes a rectifying unit for rectifying the power supply voltage and a voltage dividing resistor for dividing the rectified power supply voltage.
前記補正信号の大きさは、前記検出しきい値の20%以上80%未満である
ことを特徴とする請求項2記載の点灯装置。 The control circuit turns on the switching element when the control signal is equal to or lower than a predetermined detection threshold value, and turns off the switching element when the control signal exceeds the detection threshold value. Has a comparator and
The lighting device according to claim 2, wherein the magnitude of the correction signal is 20% or more and less than 80% of the detection threshold value.
ことを特徴とする請求項3記載の点灯装置。 The lighting device according to claim 3, wherein the magnitude of the correction signal is 50% of the detection threshold value.
前記昇圧チョッパ回路の直流出力電力は、前記補正信号を生成するための分圧抵抗の分圧比に応じて増減しかつ所定の分圧比で極大値を有するものであり、
前記分圧比は、前記極大値が所定の定格電圧の範囲内になるように設定されている
ことを特徴とする請求項2記載の点灯装置。 The control circuit turns on the switching element when the control signal is equal to or lower than a predetermined detection threshold value, and turns off the switching element when the control signal exceeds the detection threshold value. Has a comparator and
The DC output power of the step-up chopper circuit increases or decreases according to the voltage dividing ratio of the voltage dividing resistor for generating the correction signal, and has a maximum value at a predetermined voltage dividing ratio.
The lighting device according to claim 2, wherein the voltage division ratio is set so that the maximum value is within a predetermined rated voltage range.
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