JP7273356B2 - Lighting device and lighting device - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、PWM信号によりスイッチングされるスイッチング素子のスイッチングにより入力電力を変換して負荷に供給する変換回路を有する点灯装置及びこれを備えた照明装置に関する。 The embodiments of the present invention relate to a lighting device having a conversion circuit that converts input power by switching a switching element that is switched by a PWM signal and supplies the input power to a load, and a lighting device that includes the same.
従来、ダウンライト等の照明装置に用いられる点灯装置としては、交流入力電圧を直流定電圧に変換する力率改善回路(PFC)等のAC/DC変換回路と、PWM信号によるスイッチング素子のスイッチング駆動によってAC/DC変換回路からの電圧を降圧させた直流定電圧を光源に出力する降圧チョッパ回路等のDC/DC変換回路と、を有している。DC/DC回路の出力電流は、例えばピーク電流値と基準となる閾値電流値とを比較する比較器(コンパレータ)を用いたピーク電流制御(カレントリミット制御)により制御される。この構成の場合、コンパレータの遅延やスイッチング素子のターンオフの遅延により、PWM信号における最小のデューティ比が決まってしまうため、調光度が深くなったときに適切なデューティ比に設定できなくなるおそれがある。 Conventionally, a lighting device used in a lighting device such as a downlight includes an AC/DC conversion circuit such as a power factor correction circuit (PFC) that converts an AC input voltage into a DC constant voltage, and a switching drive of a switching element by a PWM signal. and a DC/DC conversion circuit such as a step-down chopper circuit for outputting a DC constant voltage obtained by stepping down the voltage from the AC/DC conversion circuit to the light source. The output current of the DC/DC circuit is controlled by peak current control (current limit control) using, for example, a comparator that compares a peak current value with a reference threshold current value. In this configuration, the minimum duty ratio of the PWM signal is determined by the delay of the comparator and the turn-off delay of the switching element.
本発明が解決しようとする課題は、調光度に拘らず安定して光源を点灯制御可能な点灯装置及びこれを備えた照明装置を提供することである。 A problem to be solved by the present invention is to provide a lighting device capable of stably controlling the lighting of a light source regardless of the degree of dimming, and a lighting device including the same.
実施形態の点灯装置は、一定周期で送信されるPWM信号のオン信号と、比較結果に応じて送信されるPWM信号のオフ信号と、によりスイッチング素子がスイッチングされることで出力電流を定電流とする点灯装置である。点灯装置は、変換回路と、比較器と、制御部と、を備える。変換回路は、スイッチング素子を備える。変換回路は、スイッチング素子のスイッチングにより入力電力を変換して光源に供給する。比較器は、変換回路の出力電流と所定の閾値電流とを比較する。制御部は、第1設定制御と、第2設定制御とを備える。第1設定制御は、比較器による比較結果に応じてPWM信号のオフタイミングを設定する。第2設定制御は、PWM信号のオフタイミングを直接設定する。制御部は、光源の調光度が所定の調光度以下の領域で第2設定制御を実施する。 In the lighting device of the embodiment, the output current is changed to a constant current by switching the switching element based on the ON signal of the PWM signal transmitted at a constant cycle and the OFF signal of the PWM signal transmitted according to the comparison result. It is a lighting device that The lighting device includes a conversion circuit, a comparator, and a control section. The conversion circuit includes a switching element. The conversion circuit converts the input power by switching the switching element and supplies the converted power to the light source. A comparator compares the output current of the conversion circuit with a predetermined threshold current. The control unit includes first setting control and second setting control. The first setting control sets the off timing of the PWM signal according to the comparison result of the comparator. The second setting control directly sets the off timing of the PWM signal. The control unit performs the second setting control in a region where the degree of light control of the light source is equal to or less than a predetermined degree of light control.
本発明によれば、調光度に拘らず安定して光源を点灯制御することが期待できる。 According to the present invention, stable lighting control of the light source can be expected regardless of the degree of dimming.
以下、一実施形態を、図面を参照して説明する。 An embodiment will be described below with reference to the drawings.
図1において、10は照明装置である。照明装置10は、例えばダウンライト等が用いられる。照明装置10は、電源装置である点灯装置12と、照明負荷である例えばLED等の光源13を備える光源モジュール14と、光源13の調光度を設定する調光器15と、を備えている。
In FIG. 1, 10 is a lighting device. A downlight or the like is used as the
点灯装置12は、例えば100V等の交流入力電力を供給する外部電源である商用交流電源eに対し、図示しないフィルタ回路を介して整流回路21の一対の入力端が接続されている。整流回路21は、商用交流電源eを直流電源に整流して出力する。整流回路21の一対の出力端に、第1変換回路22が接続されている。第1変換回路22は、力率改善のための既知の力率改善回路であり、本実施形態では昇圧チョッパ回路である。第1変換回路22は、入力された電圧を所定の第1電圧、例えば160Vより高い第1直流定電圧に変換して出力するようになっている。
In the
第1変換回路22の出力側には、第2変換回路23が接続されている。第2変換回路23は、本実施形態において、第1変換回路22から入力された第1直流定電圧を第1の電圧よりも低い所定の第2電圧、例えば42Vより高い第2直流定電圧に変換して出力する降圧チョッパ回路である。第1変換回路22と第2変換回路23とにより、入力電力を変換して光源13に供給する変換回路24が構成されている。第2変換回路23は、第1変換回路22の出力端間に接続されたスイッチング素子Q1及び帰還ダイオードDの直列回路と、スイッチング素子Q1と帰還ダイオードDのカソードとの接続点に一端側が接続されたインダクタLとを備えている。スイッチング素子Q1は、例えば窒化ガリウム(GaN)、シリコンカーバイド(SiC)、ガリウムオキサイド(Ga2O3)等の、シリコン半導体以外の半導体からなる。そのため、スイッチング素子Q1は、シリコン半導体からなるスイッチング素子と比較して、スイッチング過渡期間における損失が少ない。また、スイッチング素子Q1の制御端子には、ドライバ回路DRVを介して制御部であるマイコン25が接続され、マイコン25から出力されるPWM信号S1によりスイッチング素子Q1がスイッチング駆動される。スイッチング素子Q1は、PWM信号S1により所定の動作周波数、例えば100kHz以上の動作周波数でスイッチングされ、インダクタLに流れる電流ILの谷がゼロよりも大きくインダクタLに電流ILが連続的に流れる電流連続モードとなるように駆動される(図2)。このように、第2変換回路23は、スイッチング素子Q1を動作周波数100kHz以上でスイッチング駆動することで、出力電流である電流ILのリプルを低減することが可能となっている。
A
また、帰還ダイオードDは、例えばシリコンカーバイド(SiC)等の、シリコン半導体以外の半導体からなる。そのため、帰還ダイオードDは、シリコン半導体よりも逆回復時間の温度変化が小さい。また、第2変換回路23の出力端には、この出力端と並列に接続されたスイッチング素子Q2を備えるスイッチ回路26が接続されているとともに、光源モジュール14の入力端が接続されている。スイッチング素子Q2の制御端子には、マイコン25が接続され、調光器15により設定された調光度に応じてマイコン25から出力されるPWM信号S2によりスイッチング素子Q2がスイッチング駆動される。スイッチング素子Q2は、スイッチング素子Q1よりも小さい動作周波数でスイッチングされる。また、スイッチ回路26は、スイッチング素子Q2のスイッチングにより第2変換回路23の出力端間を短絡及び開放することで、光源13を制御するPWM信号を生成する。すなわち、光源モジュール14の光源13に流れる平均電流である負荷電流Iは、変換回路24(第2変換回路23)の出力電流である電流ILがスイッチング素子Q2のスイッチングにより定電流制御される。さらに、第2変換回路23には、帰還ダイオードDのアノードと一方の出力端であるスイッチング素子Q2との間に電流ILの検出用の抵抗Rが接続されている。また、第2変換回路23の出力端には、第2変換回路23の出力電圧、つまり変換回路24の出力電圧を検出する検出回路27が接続されている。
Also, the feedback diode D is made of a semiconductor other than a silicon semiconductor, such as silicon carbide (SiC). Therefore, the feedback diode D has a smaller temperature change in the reverse recovery time than the silicon semiconductor. A
さらに、第2変換回路23の抵抗Rと光源13との間に、比較器28の反転入力端子が接続され、この比較器28の非反転入力端子に、基準電圧源29から所定の基準電圧が入力されている。このため、比較器28は、電流ILと所定の閾値電流Ithとの大小を、それぞれに対応する電圧に基づき比較するようになっている。比較器28の出力端子はマイコン25に接続され、比較器28での比較結果が信号(電圧信号)Sとしてマイコン25に入力されるようになっている。
Further, an inverting input terminal of a
そして、マイコン25は、比較器28の比較結果に応じて、すなわち比較器28から入力する信号(電圧信号)Sに基づいてPWM信号S1のデューティ比を設定するフィードバック制御である第1設定制御と、PWM信号S1のデューティ比を直接設定する第2設定制御との少なくとも2つのモードが設定されている。マイコン25では、少なくとも光源13が予め設定された所定の調光度以下の深い調光時、すなわち負荷電流Iが所定以下のときに第2設定制御を行うように設定されている。
The
また、マイコン25は、検出回路27により変換回路24(第2変換回路23)の出力電圧を監視し、その出力電圧に応じて、変換回路24(第2変換回路23)の出力を低下または停止させる保護動作を行う。
In addition, the
次に、一実施形態の動作を説明する。 Next, the operation of one embodiment will be described.
点灯装置12に商用交流電源eから電源が供給されると、変換回路24では、第1変換回路22が動作して交流入力電圧を第1直流定電圧に昇圧するとともに、第2変換回路23が動作して第1直流定電圧を第2直流定電圧に降圧する。このとき、第2変換回路23では、マイコン25からPWM信号S1がスイッチング素子Q1の制御端子に出力され、スイッチング素子Q1がPWM信号S1に応じてスイッチングされる。そして、スイッチ回路26では、マイコン25からPWM信号S2がスイッチング素子Q2の制御端子に出力され、スイッチング素子Q2がPWM信号S2に応じてスイッチングされ、第2変換回路23の出力端間が短絡及び開放されることで、調光器15により設定された調光度に応じて光源13に負荷電流Iが流れ、光源13が設定された調光度で点灯する。
When power is supplied from the commercial AC power supply e to the
第2変換回路23において、スイッチング素子Q1のオン状態では、スイッチング素子Q1からインダクタLを介して第2変換回路23から電流IL1が出力されるとともに、インダクタLにエネルギが蓄えられる。また、スイッチング素子Q2のオフ状態では、インダクタLに電流IL1により蓄えられたエネルギが放出され、帰還ダイオードDからインダクタLを介して第2変換回路23から電流IL2が出力される。スイッチング素子Q1は、本実施形態において、100kHz以上の動作周波数でスイッチング駆動され、インダクタLに対して、図2に示すように電流IL(IL=IL1+IL2)が連続的に流れる。マイコン25では、比較器28を介して電流ILのピーク値を監視しつつ、電流ILが定電流となるようにPWM信号S1のデューティ比、本実施形態ではオフタイミングが設定される。
In the
光源13の調光度が相対的に大きい場合、スイッチング素子Q2を駆動するPWM信号S2のデューティ比は相対的に小さく設定され、負荷電流Iが相対的に大きくなることから、電流ILは、図2の実線に示すように谷が深く、調光度が小さくなるほど、負荷電流Iが相対的に小さくなることで、電流ILは、図2の二点鎖線に示すように谷が浅くなる。そのため、電流ILは、光源13の調光度が小さいほど早いタイミングでピーク値に達する。従って、比較器28では、光源13の調光度が小さいほど早いタイミングでピーク値が検出され、第2変換回路23のスイッチング素子Q1のPWM信号S1のデューティ比もマイコン25により小さく設定されることとなる。
When the dimming degree of the
ここで、マイコン25では、光源13の調光度が予め設定された所定の調光度より大きい(調光が浅い)ときに、第1設定制御を実施する。第1設定制御において、マイコン25から出力されるPWM信号S1のオフタイミングは、比較器28により電流ILに対応する電圧と閾値電流Ithに対応する基準電圧とを比較した結果として、電流ILに対応する電圧が基準電圧より大きいとき、すなわち電流ILが閾値電流Ithを超えたタイミングに設定される。
Here, the
また、光源13の調光度が所定の調光度以下(深い調光)となると、比較器28の遅延T1やスイッチング素子Q1のターンオンの遅延T2の影響が無視できなくなり、PWM信号S1のデューティ比を、比較器28の遅延T1やスイッチング素子Q1のターンオンの遅延T2に応じて決まる所定の最小デューティ比以下のデューティ比に絞り込むことが困難になる。なお、図面において、遅延T1,T2は、説明をより明確にするために誇張して示している。
Further, when the dimming degree of the
そこで、マイコン25では、光源13の調光度が予め設定された所定の調光度以下のときに、第2設定制御を実施する。第2設定制御において、マイコン25から出力されるPWM信号S1のオフタイミングは、マイコン25により直接設定される。マイコン25では、調光器15により設定された調光度に基づいてPWM信号S1のオフタイミングを直接設定する。
Therefore, the
なお、調光度が予め設定された所定の調光度以下のときには、マイコン25は第2設定制御のみを実施してもよいし、第1設定制御と第2設定制御とを並列動作させて、これらのいずれか小さい方のデューティ比、すなわち早いほうのオフタイミングにPWM信号S1を設定してもよい。
When the degree of dimming is equal to or less than a predetermined degree of dimming, the
また、マイコン25は、検出回路27により検出された出力電圧が所定の電圧閾値を超えたとき、保護動作を行う。
Further, the
以上説明した一実施形態によれば、マイコン25に、比較器28による比較結果に応じてPWM信号S1のデューティ比を設定する第1設定制御と、PWM信号S1のデューティ比を直接設定する第2設定制御とが設定され、少なくとも光源13の調光度が所定の調光度以下の領域で第2設定制御を行うため、比較器28の遅延T1やスイッチング素子Q1のターンオンの遅延T2に起因するデューティ比の絞り込み限界に拘らず、深い調光領域においても適切なデューティ比に設定可能となる。このため、調光度に拘らず安定して光源13を点灯制御することができる。
According to the embodiment described above, the
マイコン25が、光源13の調光度が所定の調光度より大きいか否かに応じて第1設定制御と第2設定制御とを切り換える場合には、第1設定制御と第2設定制御とのいずれかを選択的に実施すればよく、制御を簡素化できる。
When the
また、マイコン25が、光源13の調光度が所定の調光度より大きい領域では第1設定制御を行い、光源13の調光度が所定の調光度以下の領域では第1設定制御と第2設定制御とを並列で行ってこれら制御のうちPWM信号S1のデューティ比が小さいほうに設定する場合には、第1設定制御と第2設定制御との切り換わり時の光源13の点灯制御を円滑にできる。
Further, the
なお、上記一実施形態において、変換回路24は、昇圧チョッパ回路である第1変換回路22と、降圧チョッパ回路である第2変換回路23とからなる構成としたが、これに限られるものではなく、スイッチング素子のスイッチングにより電力を変換する複数の昇圧または降圧回路を備える構成としてもよい。
In the above embodiment, the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
10 照明装置
12 点灯装置
13 光源
24 変換回路
25 制御部であるマイコン
28 比較器
Q1 スイッチング素子
S1 PWM信号
10 lighting equipment
12 lighting device
13 light source
24 conversion circuit
25 Microcomputer as control unit
28 Comparator
Q1 switching element
S1 PWM signal
Claims (4)
前記スイッチング素子を備え、該スイッチング素子のスイッチングにより入力電力を変換して光源に供給する変換回路と;
前記変換回路の出力電流と所定の閾値電流とを比較する比較器と;
前記比較器による比較結果に応じて前記PWM信号のオフタイミングを設定する第1設定制御と、前記PWM信号のオフタイミングを直接設定する第2設定制御と、を備え、前記光源の調光度が所定の調光度以下の領域で前記第2設定制御を実施する制御部と;
を具備することを特徴とする点灯装置。 A lighting device in which a switching element is switched by an on-signal of a PWM signal transmitted at a constant cycle and an off-signal of the PWM signal transmitted according to a comparison result, thereby making an output current constant. ,
a conversion circuit comprising the switching element, wherein input power is converted by switching of the switching element and supplied to a light source;
a comparator that compares the output current of the conversion circuit with a predetermined threshold current;
a first setting control for setting the off timing of the PWM signal according to the comparison result of the comparator; and a second setting control for directly setting the off timing of the PWM signal, wherein the dimming degree of the light source is a control unit that performs the second setting control in a region below a predetermined dimming level;
A lighting device comprising:
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 control unit switches between the first setting control and the second setting control depending on whether the degree of dimming of the light source is greater than the predetermined degree of dimming. .
ことを特徴とする請求項1記載の点灯装置。 The control unit performs the first setting control in a region where the light source dimming degree is greater than the predetermined dimming degree, and performs the first setting control and the 2. The lighting device according to claim 1, wherein the off timing of the PWM signal is set earlier in the second setting control.
請求項1ないし3いずれか一記載の点灯装置と;
を具備することを特徴とする照明装置。 a light source;
A lighting device according to any one of claims 1 to 3;
A lighting device comprising:
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