JP7293923B2 - LIGHT SOURCE LIGHTING DEVICE, LIGHTING EQUIPMENT, LIGHT SOURCE LIGHTING DEVICE CONTROL METHOD - Google Patents
LIGHT SOURCE LIGHTING DEVICE, LIGHTING EQUIPMENT, LIGHT SOURCE LIGHTING DEVICE CONTROL METHOD Download PDFInfo
- Publication number
- JP7293923B2 JP7293923B2 JP2019127039A JP2019127039A JP7293923B2 JP 7293923 B2 JP7293923 B2 JP 7293923B2 JP 2019127039 A JP2019127039 A JP 2019127039A JP 2019127039 A JP2019127039 A JP 2019127039A JP 7293923 B2 JP7293923 B2 JP 7293923B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- switching element
- voltage
- light source
- lighting device
- output
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
- Y02B20/40—Control techniques providing energy savings, e.g. smart controller or presence detection
Landscapes
- Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
- Rectifiers (AREA)
Description
本発明は、光源点灯装置、照明器具、及び光源点灯装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a light source lighting device, a lighting fixture, and a light source lighting device control method.
例えば発光ダイオードなどの発光素子を点灯させるための各種の光源点灯装置が知られている。この種の光源点灯装置は、商用交流電源を整流及び平滑して直流電圧を生成するAC-DC変換回路と、得られた直流電圧からLEDに適した電流を供給するDC-DCコンバータと、を備える。多くの照明器具においては高力率が要求される。そのため、AC-DC変換回路として、特許文献1に示す昇圧チョッパ形の力率改善回路が用いられている。 2. Description of the Related Art Various light source lighting devices for lighting light emitting elements such as light emitting diodes are known. This type of light source lighting device includes an AC-DC conversion circuit that rectifies and smoothes commercial AC power to generate a DC voltage, and a DC-DC converter that supplies a current suitable for the LED from the obtained DC voltage. Prepare. A high power factor is required in many lighting fixtures. Therefore, a boost chopper type power factor correction circuit disclosed in Patent Document 1 is used as an AC-DC conversion circuit.
昇圧チョッパ形の力率改善回路では、スイッチング素子がオンすると、スイッチング素子を介してインダクタに電流が流れ、エネルギを充電する。この時、インダクタ電流は直線的に増加する。次にスイッチング素子がオフすると、インダクタに蓄えられたエネルギを負荷側に放電し、インダクタ電流は直線的に減少する。そしてインダクタ電流がゼロまで低下すると、これを検出して次のスイッチングを開始する所謂臨界モードで動作する。これにより各スイッチング周期における、コイル電流のピーク値が正弦波状となるようにスイッチング素子のオン時間を制御し、力率を改善する。 In a boost chopper type power factor correction circuit, when a switching element is turned on, current flows through the inductor via the switching element to charge energy. At this time, the inductor current increases linearly. Next, when the switching element turns off, the energy stored in the inductor is discharged to the load side, and the inductor current decreases linearly. Then, when the inductor current drops to zero, it operates in a so-called critical mode that detects this and initiates the next switching. As a result, the on-time of the switching element is controlled so that the peak value of the coil current becomes sinusoidal in each switching cycle, thereby improving the power factor.
臨界モードで動作する力率改善回路では、コイル電流がゼロまで低下すると、スイッチング素子の両端であるドレイン-ソース間の両端電圧Vdsは、インダクタのインダクタンス成分とスイッチング素子の電極間に存在する寄生容量成分による共振周波数で振動する。スイッチング素子を駆動制御する制御部は、ドレイン-ソース間の共振電圧が一番低くなるボトム点に到達したタイミングでスイッチング素子をオンする。そうすることによりゼロ電圧スイッチングに近い状態となり、スイッチング損失を低減できる。 In a power factor correction circuit operating in critical mode, when the coil current drops to zero, the voltage Vds across the drain and source across the switching element is the parasitic capacitance existing between the inductance component of the inductor and the electrodes of the switching element. oscillate at the resonant frequency due to the component. A control unit that drives and controls the switching element turns on the switching element at the timing of reaching the bottom point where the resonance voltage between the drain and the source is the lowest. By doing so, a state close to zero voltage switching can be achieved, and switching loss can be reduced.
ここで、制御部では、インダクタのゼロ電流を検出してから次のスイッチングを開始するまでに例えばマイコンの処理時間を必要とする。つまり、ゼロ電流を検出してから実際にスイッチング素子がオンするまでには若干の遅れ時間が生じる。この遅れ時間が、ドレイン-ソース間の共振電圧の周期に対して十分短い場合は、ドレイン-ソース間の共振電圧のボトム付近でターンオンすることが可能となる。他方、当該遅れ時間が、ドレイン-ソース間の共振電圧の周期に対して十分短いといえない場合は、ドレイン-ソース間の共振電圧のボトム付近でターンオンすることができなくなる。 Here, in the control unit, for example, a processing time of the microcomputer is required from the detection of the zero current of the inductor to the start of the next switching. In other words, there is a slight delay time between the detection of zero current and the actual turning on of the switching element. If this delay time is sufficiently short with respect to the period of the resonance voltage between the drain and the source, it becomes possible to turn on near the bottom of the resonance voltage between the drain and the source. On the other hand, if the delay time is not sufficiently short with respect to the period of the resonance voltage between the drain and the source, it becomes impossible to turn on near the bottom of the resonance voltage between the drain and the source.
このように、制御部での処理時間に起因して、ドレイン-ソース間の共振電圧のボトム付近でスイッチング素子をターンオンできなくなることがある。この問題は、GaN又はSiCなどのワイドバンドギャップ半導体を用いたスイッチング素子を高周波駆動させる場合に特に顕著である。スイッチング素子を高周波駆動すると、インダクタのインダクタンスが小さくなり、また、スイッチング素子の寄生容量も小さいので、スイッチング素子のドレイン-ソース間電圧である両端電圧Vdsに発生する共振電圧の共振周期が短くなる。そうすると、インダクタのゼロ電流を検出してから次のスイッチングを開始するまでの制御部の遅れ時間の影響が無視できなくなり、ドレイン-ソース間電圧における共振電圧のボトムを過ぎてからターンオンしてしまう。よって、スイッチング損失が増加する。 As described above, the switching element may not be turned on near the bottom of the resonance voltage between the drain and the source due to the processing time in the control unit. This problem is particularly noticeable when a switching element using a wide bandgap semiconductor such as GaN or SiC is driven at a high frequency. When the switching element is driven at a high frequency, the inductance of the inductor becomes small and the parasitic capacitance of the switching element becomes small, so that the resonance period of the resonance voltage generated in the voltage Vds between the drain and source of the switching element becomes short. Then, the influence of the delay time of the control unit from the detection of zero current in the inductor to the start of the next switching cannot be ignored, and the turn-on occurs after the bottom of the resonance voltage in the drain-source voltage is passed. Therefore, switching loss increases.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、スイッチング損失を低減できる光源点灯装置、照明器具、及び光源点灯装置の制御方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems described above, and an object of the present invention is to provide a light source lighting device, a lighting fixture, and a control method for the light source lighting device that can reduce switching loss.
本開示に係る光源点灯装置は、スイッチング素子とインダクタによりエネルギの充放電を行い、直流電圧を生成する直流電源回路と、該インダクタと磁気的に結合された検出巻線と、該検出巻線の出力電圧を積分して出力する積分回路と、該積分回路の出力を利用して該スイッチング素子をオンするタイミングを検知し、該スイッチング素子の駆動を制御する制御部と、を備え、該スイッチング素子の両端の振動電圧がボトム付近にあるときに、該スイッチング素子がオンすることを特徴とする。
本開示に係る光源点灯装置は、スイッチング素子とインダクタによりエネルギの充放電を行い、直流電圧を生成する直流電源回路と、該インダクタと磁気的に結合された検出巻線と、該検出巻線の出力電圧を積分して出力する積分回路と、該積分回路の出力を利用して該スイッチング素子をオンするタイミングを検知し、該スイッチング素子の駆動を制御する制御部と、を備え、該制御部は、該積分回路の出力が予め定められた検出閾値に達したときに、該スイッチング素子をオンするためのゼロ電流検出信号を出力するゼロ電流検出部を備え、該直流電源回路は力率改善回路であり、該ゼロ電流検出部は該力率改善回路の入力電圧に応じて該検出閾値を変更することを特徴とする。
本開示に係る光源点灯装置は、スイッチング素子とインダクタによりエネルギの充放電を行い、直流電圧を生成する直流電源回路と、該インダクタと磁気的に結合された検出巻線と、該検出巻線の出力電圧を積分して出力する積分回路と、該積分回路の出力を利用して該スイッチング素子をオンするタイミングを検知し、該スイッチング素子の駆動を制御する制御部と、を備え、該制御部は、該積分回路の出力が予め定められた検出閾値に達したときに、該スイッチング素子をオンするためのゼロ電流検出信号を出力するゼロ電流検出部を備え、該直流電源回路はバックコンバータであり、該ゼロ電流検出部は該バックコンバータの入力電圧に応じて該検出閾値を変更することを特徴とする。
A light source lighting device according to the present disclosure includes: a DC power supply circuit that charges and discharges energy using a switching element and an inductor to generate a DC voltage; a detection winding that is magnetically coupled to the inductor; an integration circuit that integrates and outputs an output voltage; and a control unit that detects the timing of turning on the switching element using the output of the integration circuit and controls the driving of the switching element. is in the vicinity of the bottom, the switching element is turned on .
A light source lighting device according to the present disclosure includes: a DC power supply circuit that charges and discharges energy using a switching element and an inductor to generate a DC voltage; a detection winding that is magnetically coupled to the inductor; an integration circuit that integrates and outputs an output voltage; and a control unit that detects the timing of turning on the switching element using the output of the integration circuit and controls driving of the switching element, the control unit has a zero current detection unit that outputs a zero current detection signal for turning on the switching element when the output of the integration circuit reaches a predetermined detection threshold, and the DC power supply circuit improves the power factor. A circuit, wherein the zero current detection unit changes the detection threshold according to the input voltage of the power factor correction circuit.
A light source lighting device according to the present disclosure includes: a DC power supply circuit that charges and discharges energy using a switching element and an inductor to generate a DC voltage; a detection winding that is magnetically coupled to the inductor; an integration circuit that integrates and outputs an output voltage; and a control unit that detects the timing of turning on the switching element using the output of the integration circuit and controls driving of the switching element, the control unit has a zero current detection unit that outputs a zero current detection signal for turning on the switching element when the output of the integration circuit reaches a predetermined detection threshold, and the DC power supply circuit is a buck converter. and the zero current detector changes the detection threshold in accordance with the input voltage of the buck converter.
本開示に係る光源点灯装置の制御方法は、スイッチング素子とインダクタによりエネルギの充放電を行う直流電源回路の該インダクタに磁気的に結合された検出巻線の出力電圧を積分することと、該インダクタの電流が低下している過程で、該積分によって得られた値が予め定められた検出閾値に達したときに、ゼロ電流検出信号を出力することと、該ゼロ電流検出信号を受けて、該スイッチング素子の駆動信号を生成し、該駆動信号により該スイッチング素子をオンすることと、を備え、該スイッチング素子の両端の振動電圧がボトム付近にあるときに、該スイッチング素子がオンすることを特徴とする。 A control method for a light source lighting device according to the present disclosure includes: integrating an output voltage of a detection winding magnetically coupled to an inductor of a DC power supply circuit that charges and discharges energy using a switching element and an inductor; outputting a zero current detection signal when the value obtained by the integration reaches a predetermined detection threshold in the course of the current of the decreasing; and receiving the zero current detection signal, generating a drive signal for the switching element, and turning on the switching element by the drive signal , wherein the switching element is turned on when the oscillating voltage across the switching element is near the bottom. and
本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。 Other features of the invention will become apparent below.
本発明によれば、検出巻線の出力電圧を積分回路に入力することで得られた電圧が検出閾値に達したことで、スイッチング素子のオン動作が始まるので、スイッチング損失を低減できる。 According to the present invention, when the voltage obtained by inputting the output voltage of the detection winding to the integration circuit reaches the detection threshold value, the ON operation of the switching element starts, so that the switching loss can be reduced.
実施の形態に係る光源点灯装置、照明器具、及び光源点灯装置の制御方法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。 A light source lighting device, a lighting fixture, and a control method for the light source lighting device according to embodiments will be described with reference to the drawings. The same reference numerals are given to the same or corresponding components, and repetition of description may be omitted.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1にかかる光源点灯装置100の回路構成図である。光源点灯装置100は、交流電源1から電力の供給を受けて光源9を点灯させるものである。光源点灯装置100の出力に光源9が接続されている。光源9は例えばLED(Light Emitting Diode)モジュールであるが任意の光源を用いることができる。光源点灯装置100と光源9は照明器具を構成している。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a light
一例によれば、光源点灯装置100は、力率改善回路2、DC-DCコンバータ3、PFC制御回路4及びDC-DCコンバータ制御回路5を備えている。力率改善回路2は交流電源を全波整流するダイオードブリッジを備えた整流回路DBを含む。この全波整流電圧は、力率改善回路2の動作中は平滑されず、交流電源1の2倍の周波数を含むリプル電圧となる。
According to an example, the light
一例によれば、力率改善回路2は、フィルタコンデンサC1、インダクタL1、スイッチング素子SW1、ダイオードD1、平滑コンデンサC2を備える昇圧チョッパ型の回路である。インダクタL1には検出巻線L2が磁気的に結合されている。検出巻線は2次巻線と呼ばれることもある。さらに、整流回路DBの直流出力を与える2本の配線間に分圧抵抗R0が設けられている。また、力率改善回路2の出力電圧は、平滑コンデンサC2と並列に接続された出力電圧検出抵抗R1によって検出可能となっている。 According to one example, the power factor correction circuit 2 is a boost chopper type circuit comprising a filter capacitor C1, an inductor L1, a switching element SW1, a diode D1 and a smoothing capacitor C2. A sensing winding L2 is magnetically coupled to the inductor L1. A sensing winding is sometimes called a secondary winding. Furthermore, a voltage dividing resistor R0 is provided between the two wirings that provide the DC output of the rectifier circuit DB. Also, the output voltage of the power factor correction circuit 2 can be detected by an output voltage detection resistor R1 connected in parallel with the smoothing capacitor C2.
スイッチング素子SW1の材料はシリコンとすることができる。別の例によれば、スイッチング素子SW1はシリコンに比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成してもよい。ワイドバンドギャップ半導体としては、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドがある。 The material of the switching element SW1 can be silicon. According to another example, switching element SW1 may be formed of a wide bandgap semiconductor having a larger bandgap than silicon. Wide bandgap semiconductors include, for example, silicon carbide, gallium nitride-based materials, and diamond.
DC-DCコンバータ3を介して光源9に直流電流を供給するために、スイッチング素子SW1とインダクタL1でエネルギの充放電を行い、所望の直流電圧に変換する。したがって、力率改善回路2は直流電源回路ということができる。力率改善回路2の出力には、光源9に電流を供給するためのDC-DCコンバータ3が接続されている。
In order to supply a direct current to the
PFC制御回路4は力率改善回路2を制御するものである。力率改善回路2は、整流回路DBが全波整流した電圧を昇圧して直流平滑する。さらに力率改善回路2は、PFC制御回路4の制御により、入力電流波形を正弦波状で且つ交流電源1の電圧とほぼ同位相となるように動作し、力率改善を行う。 A PFC control circuit 4 controls the power factor correction circuit 2 . The power factor correction circuit 2 boosts the voltage full-wave rectified by the rectifier circuit DB and smoothes the DC voltage. Further, the power factor correction circuit 2 is controlled by the PFC control circuit 4 so that the input current waveform is sinusoidal and has substantially the same phase as the voltage of the AC power supply 1, thereby improving the power factor.
PFC制御回路4は、一例によれば、電圧比較部4a、積分回路4b、ゼロ電流検出部4c、駆動信号生成部4d及びゲート駆動部4eを備えている。PFC制御回路4の少なくとも一部をマイクロコンピュータで構成し得る。例えば電圧比較部4a、ゼロ電流検出部4c及び駆動信号生成部4dをマイコンで構成することができる。電圧比較部4a、ゼロ電流検出部4c及び駆動信号生成部4dを、制御部4Aと称する。PFC制御回路4は、力率改善回路2の出力電圧が予め設定された電圧値となるようにスイッチング素子SW1のオン時間を制御するとともに、入力電流波形が交流電源1の電圧とほぼ同位相且つ正弦波となるようにスイッチング素子SW1を制御する。
According to one example, the PFC control circuit 4 includes a voltage comparison section 4a, an
電圧比較部4aは、出力電圧検出抵抗R1に発生する出力電圧信号と、力率改善回路2の目標出力電圧に相当する目標電圧E1とを比較し、両者の差に応じた信号を出力する。このように、電圧比較部4aは、直流電源回路の出力電圧を出力電圧検出抵抗R1で分圧した電圧と、予め定められた目標電圧E1との差に応じた信号を出力する。別の例によれば、電圧比較部4aによって、直流電源回路の出力電圧と目標電圧E1との差を反映した信号を出力してもよい。 The voltage comparator 4a compares the output voltage signal generated at the output voltage detection resistor R1 with a target voltage E1 corresponding to the target output voltage of the power factor correction circuit 2, and outputs a signal corresponding to the difference between the two. Thus, the voltage comparator 4a outputs a signal corresponding to the difference between the voltage obtained by dividing the output voltage of the DC power supply circuit by the output voltage detection resistor R1 and the predetermined target voltage E1. According to another example, the voltage comparator 4a may output a signal reflecting the difference between the output voltage of the DC power supply circuit and the target voltage E1.
駆動信号生成部4dは、電圧比較部4aの出力信号を受けて、スイッチング素子SW1のスイッチング1周期におけるオン時間を決定し、スイッチング素子SW1の駆動信号を生成する。駆動信号は例えばPWM(Pulse Width Modulation)信号である。
The
積分回路4bは、オペアンプ41b、抵抗素子42b及びコンデンサ43bを備える。オペアンプ41bの入力端子は抵抗素子42bを介して検出巻線L2に接続される。言いかえると、抵抗素子42bの一端が検出巻線L2に接続され、抵抗素子42bの他端がオペアンプ41bの入力側に接続される。コンデンサ43bはオペアンプ41bの入力と出力を接続する。積分回路4bは検出巻線L2で発生する電圧波形を積分してゼロ電流検出部4cへ出力する。
The
ゼロ電流検出部4cは、積分回路4bの出力が予め定められた検出閾値に達したときに、ゼロ電流検出信号を駆動信号生成部4dへ出力する。ゼロ電流検出信号はスイッチング素子SW1をオンするための信号である。一例によれば、ゼロ電流検出部4cは、積分回路4bから入力された電圧値と、検出閾値を常時比較することで、積分回路4bの出力が予め定められた検出閾値に達したことを検知する。ゼロ電流検出部4cが例えばコンパレータを備えることで上述の比較が可能となる。なお、例えばゼロ電流検出部4cのメモリに検出閾値を保存しておき、それを読み込むことで検出閾値を使用することができる。
The zero
駆動信号生成部4dは、ゼロ電流検出信号を受けると、スイッチング素子SW1をオンする信号を生成する。図1に示されるように、駆動信号生成部4dは、ゼロ電流検出部4cと電圧比較部4aに接続されている。
Upon receiving the zero current detection signal, the
ゲート駆動部4eは、駆動信号生成部4dから例えば5V程度の電圧で出力されたゲート駆動信号を、スイッチング素子SW1の駆動に適した例えば10V程度の電圧に増幅して、スイッチング素子SW1のゲート端子に出力する。スイッチング素子SW1はゲート駆動部4eから出力されたゲート駆動信号によりオンオフ動作を行う。なお、図示しないが、スイッチング素子SW1のゲート端子には例えばゲート抵抗等を接続してもよい。
The gate drive unit 4e amplifies the gate drive signal output from the drive
DC-DCコンバータ3はDC-DCコンバータ制御回路5により駆動及び制御される。DC-DCコンバータ3は、光源9に流れる電流が目標電流値となるように定電流フィードバック制御される。なお、DC-DCコンバータ3の詳細な構成はここでは図示しないが、例えば降圧チョッパ回路又はフライバックコンバータなどの既知の回路でDC-DCコンバータ3を構成し得る。
The DC-
次に、実施の形態1にかかる光源点灯装置の制御方法を説明する。光源点灯装置100に交流電源1から交流電圧が印加されると、整流回路DBは入力された交流電圧を全波整流し、整流された電圧がフィルタコンデンサC1の両端に印加される。フィルタコンデンサC1は、スイッチングリプルを除去する目的で設けられたものであり、ここでは交流電源1の周波数成分を平滑するためのものではない。したがって力率改善回路2の動作中は、フィルタコンデンサC1の両端電圧は、交流電源周波数の2倍周波数で正弦波状に脈動する全波整流電圧となる。
Next, a control method for the light source lighting device according to the first embodiment will be described. When an AC voltage is applied to the light
定常動作状態における力率改善回路2の動作を説明する。まず、ゲート駆動部4eから出力される信号によりスイッチング素子SW1がオンしている状態を考える。スイッチング素子SW1がオンすると、全波整流電圧はインダクタL1に印加され、インダクタL1、スイッチング素子SW1の経路で電流が流れ、インダクタL1にエネルギが蓄えられる。このとき、インダクタL1の電流は直線的に増加していく。 The operation of the power factor correction circuit 2 in a steady operating state will be explained. First, consider a state in which the switching element SW1 is turned on by a signal output from the gate driving section 4e. When the switching element SW1 is turned on, the full-wave rectified voltage is applied to the inductor L1, current flows through the path of the inductor L1 and the switching element SW1, and energy is stored in the inductor L1. At this time, the current in inductor L1 increases linearly.
駆動信号生成部4dにより設定されたスイッチング素子SW1のオン時間が経過すると、駆動信号生成部4dはオフ信号を出力しスイッチング素子SW1をオフする。スイッチング素子SW1がオフするとインダクタL1に蓄えられたエネルギが放出され、インダクタL1、ダイオードD1、平滑コンデンサC2の順に電流が流れる。これにより、平滑コンデンサC2を充電する。このようにエネルギを伝達して、DC-DCコンバータ3は、平滑コンデンサC2に充電された電圧を入力として、光源9に電流を供給する。
After the ON time of the switching element SW1 set by the
図2は、実施の形態1にかかる光源点灯装置100の動作を示す波形図である。図2の波形図を用いて光源点灯装置100の動作を説明する。
FIG. 2 is a waveform diagram showing the operation of the light
(期間t0~t1)
ここでは、力率改善回路2の動作が定常動作状態で、ゲート駆動部4eの出力によってスイッチング素子SW1がオンするタイミングから説明する。スイッチング素子SW1がオンしたとき、スイッチング素子SW1にはインダクタL1から電流が流れ、インダクタL1電流が増加していく。このとき、インダクタL1には図1の矢印VL1の方向に電圧が印加されるため、検出巻線L2には矢印VL2の方向に電圧が発生する。矢印の指す方の位置で、矢印と反対方向の位置より高電圧となる。その結果、積分回路4bには検出巻線L2から負電圧が入力される。積分回路4bに負電圧が入力されると積分回路4bの出力電圧は上昇していく。
(Period t0-t1)
Here, the operation of the power factor correction circuit 2 is in a steady operation state, and the timing at which the switching element SW1 is turned on by the output of the gate driving section 4e will be described. When the switching element SW1 is turned on, a current flows through the switching element SW1 from the inductor L1, and the inductor L1 current increases. At this time, since a voltage is applied to the inductor L1 in the direction of the arrow VL1 in FIG. 1, a voltage is generated in the detection winding L2 in the direction of the arrow VL2. The position indicated by the arrow has a higher voltage than the position opposite to the arrow. As a result, a negative voltage is input from the detection winding L2 to the integrating
(時刻t1)
スイッチング素子SW1をオンして予め定められた時間が経過すると、駆動信号生成部4dはゲート駆動部4eを介してスイッチング素子SW1をオフし、スイッチング素子SW1の電流を遮断する。時刻t1においてスイッチング素子SW1がオフされる。スイッチング素子SW1のオン時間は電圧比較部4aの比較結果によって決定する。すなわち、目標電圧E1に対して出力電圧検出抵抗R1で得られた出力電圧検出信号が小さければ、オン時間は長くなる方向に制御される。他方、目標電圧E1に対して出力電圧検出信号が大きければ、オン時間は短くなる方向に制御される。
(time t1)
When the switching element SW1 is turned on and a predetermined time elapses, the driving
(期間t1~t2)
時刻t1においてスイッチング素子SW1がオフすると、インダクタL1に蓄えられたエネルギは、ダイオードD1を介して平滑コンデンサC2に放出されるので、インダクタL1に流れる電流はエネルギ放出に伴って減少していく。このとき、インダクタL1に発生する電圧は、スイッチング素子SW1がオンのときとは逆極性の電圧となる。すなわち図1中の矢印VL1とは逆方向の電圧が発生する。これにより検出巻線L2に発生する電圧も、図1中の矢印VL2とは逆極性となり、積分回路4bには正電圧が入力される。積分回路4bに正電圧が入力されると、積分回路4bの出力電圧は減少していく。
(Period t1-t2)
When the switching element SW1 is turned off at time t1, the energy stored in the inductor L1 is released to the smoothing capacitor C2 via the diode D1, so the current flowing through the inductor L1 decreases as the energy is released. At this time, the voltage generated in the inductor L1 has a polarity opposite to that when the switching element SW1 is on. That is, a voltage is generated in the opposite direction to the arrow VL1 in FIG. As a result, the voltage generated in the detection winding L2 also has a polarity opposite to that of the arrow VL2 in FIG. 1, and a positive voltage is input to the integrating
(時刻t2)
減少傾向である積分回路4bの出力電圧は、ゼロ電流検出部4cに入力されている。ゼロ電流検出部4cでは、積分回路4bより入力された電圧と、予め設定された検出閾値とを比較する。時刻t2において、積分回路4bより入力された電圧が閾値電圧に達する。そうすると、ゼロ電流検出部4cは、ゼロ電流検出信号を駆動信号生成部4dに送信する。この時点ではインダクタL1に流れる電流はゼロに到達していない。つまり、一例によれば、インダクタL1に流れる電流がゼロになる前に、ゼロ電流検出信号が出力される。このように、インダクタL1の電流が低下している過程で、積分によって得られた値が予め定められた検出閾値に達したときに、ゼロ電流検出信号を出力する。
(time t2)
The output voltage of the integrating
(期間t2~t3)
駆動信号生成部4dはゼロ電流検出信号を受け取ると、スイッチング素子SW1をオンする駆動信号を生成及び出力し、その駆動信号によりゲート駆動部4eを介してスイッチング素子SW1をオンする処理を実行する。具体的には、駆動信号生成部4dは、ゼロ電流検出信号の論理レベルの反転が生じてから、電圧比較部4aの出力に応じたオン時間だけスイッチング素子SW1をオンする駆動信号を生成する。
(Period t2-t3)
When the drive
しかし、駆動信号生成部4dがゼロ電流検出信号を受け取ってから実際にスイッチング素子SW1をオンさせるまでには、駆動信号生成部4dにおける処理に起因する遅れ時間と、ゲート駆動部4eにおける処理に起因する遅れ時間が存在するため、駆動信号生成部4dがゼロ電流検出信号を受け取ってからすぐにスイッチング素子SW1をオンすることはできない。この遅れ時間の期間中にインダクタL1がエネルギを放出し終えてインダクタL1電流がゼロになると、インダクタL1とスイッチング素子SW1等の電極間の寄生容量に起因する共振現象が発生し、検出巻線L2には共振現象を伴った電圧が発生し、L2の電圧は急速に低下する。
However, from the time when the drive
(時刻t3)
駆動信号生成部4dにおける処理の遅れ時間とゲート駆動部4eでの遅れ時間が経過し、共振現象によりスイッチング素子SW1に印加する共振電圧がボトム付近に到達すると、ゲート駆動部4eからオン信号が出力され、再びスイッチング素子SW1がオンする。図2では、スイッチング素子の両端電圧Vdsに共振が生じており、その共振電圧のボトム付近の時刻t3において、スイッチング素子SW1がオンしたことが示されている。共振電圧のボトム付近でスイッチング素子SW1をオンさせるために、時刻t2-t3の時間が遅れ時間の総和と一致又は実質的に一致するように、検出閾値を設定する。つまり、予め駆動信号生成部4dとゲート駆動部4eなどの遅れ時間を考慮して、スイッチング素子SW1に印加される共振電圧がボトム付近となるタイミングでオンするように、ゼロ電流検出部4cで使う検出閾値を決める。検出閾値を高く設定するとt2-t3の期間が長くなり、検出閾値を低く設定するとt2-t3の期間が短くなるため、予め測定しておいた遅れ時間に合わせてt2-t3の期間を調整できる。
(Time t3)
When the delay time of the processing in the drive
こうしてスイッチング素子SW1がオンすると、インダクタL1に電流が流れ始め、時刻t0~t1の条件に戻り、同様の動作を繰り返す。スイッチング素子SW1の両端の振動電圧がボトム付近にあるときにスイッチング素子SW1がオンすることは、スイッチング素子SW1の両端電圧が低い状態でのスイッチング素子SW1のターンオンを可能とする。これにより、ゼロ電圧スイッチングに近い動作となり、スイッチング損失を低減できる。こうして得られた直流電源回路の出力を光源点灯に利用することができる。 When the switching element SW1 is turned on in this manner, a current begins to flow through the inductor L1, returning to the conditions from time t0 to t1, and repeating the same operation. Turning on the switching element SW1 when the oscillating voltage across the switching element SW1 is near the bottom enables the switching element SW1 to be turned on in a state where the voltage across the switching element SW1 is low. As a result, the operation becomes close to zero voltage switching, and the switching loss can be reduced. The output of the DC power supply circuit thus obtained can be used for lighting the light source.
ここで、交流電源1の電圧実効値に応じて力率改善回路2の出力電圧を可変とする場合について説明する。例えば実効値100Vの交流電源1を入力した場合は力率改善回路2の出力電圧を350Vとし、実効値200Vの交流電源1を入力した場合は力率改善回路2の出力電圧を400Vとするように、PFC制御回路4が出力電圧を制御する。交流電源1の電圧判定は、例えば整流回路DBの直流出力側間に設けられた分圧抵抗R0で得られた電圧をPFC制御回路4で読み取ることで可能となる。図1の例では、分圧抵抗R0で得られた電圧がゼロ電流検出部4cに入力される。このように入力される交流電源1の電圧に応じて、入力電圧が低い場合はPFC出力電圧を低くし、入力電圧が高い場合はPFC出力電圧を高くすることができる。そうすると、交流電源1の入力電圧が低い場合に、出力電圧/入力電圧で定義される昇圧比が高くなりすぎることを防止でき、回路効率を高めることができる。
Here, a case where the output voltage of the power factor correction circuit 2 is made variable according to the voltage effective value of the AC power supply 1 will be described. For example, when an AC power supply 1 with an effective value of 100V is input, the output voltage of the power factor correction circuit 2 is set to 350V, and when an AC power supply 1 with an effective value of 200V is input, the output voltage of the power factor correction circuit 2 is set to 400V. Then, the PFC control circuit 4 controls the output voltage. The voltage determination of the AC power supply 1 can be made, for example, by reading the voltage obtained by the voltage dividing resistor R0 provided between the DC output sides of the rectifier circuit DB with the PFC control circuit 4 . In the example of FIG. 1, the voltage obtained by the voltage dividing resistor R0 is input to the zero
ところで、半導体で構成されるスイッチング素子SW1の電極間の寄生容量は、電極間に印加する電圧、すなわちドレイン-ソース間電圧である両端電圧Vdsに依存することが知られている。一般的には、両端電圧Vdsが高くなるほど電極間の寄生容量は減少する。力率改善回路2では、スイッチング素子SW1のターンオフ時にドレイン-ソース間に両端電圧Vdsが印加されるため、出力電圧が高くなるほどスイッチング素子SW1に印加する電圧も高くなり、電極間の寄生容量が減少する。すると、スイッチング素子SW1のドレイン-ソース間に発生する共振電圧の共振周波数が上昇するため、スイッチング素子SW1のターンオンタイミングがずれて共振電圧のボトム付近でターンオンできないことがある。 By the way, it is known that the parasitic capacitance between the electrodes of the switching element SW1 made of a semiconductor depends on the voltage applied between the electrodes, that is, the voltage Vds between the drain and the source. In general, the parasitic capacitance between the electrodes decreases as the voltage Vds across the electrodes increases. In the power factor correction circuit 2, the drain-source voltage Vds is applied between the drain and the source when the switching element SW1 is turned off. Therefore, the higher the output voltage, the higher the voltage applied to the switching element SW1, and the parasitic capacitance between the electrodes is reduced. do. Then, since the resonance frequency of the resonance voltage generated between the drain and source of the switching element SW1 increases, the turn-on timing of the switching element SW1 shifts, and the turn-on of the switching element SW1 may not be possible near the bottom of the resonance voltage.
そこで、力率改善回路の出力電圧又は力率改善回路の入力電圧に応じて、ゼロ電流検出部4cで用いる検出閾値を調整して、スイッチング素子SW1に印加される振動電圧がボトム付近となるタイミングでスイッチング素子SW1がオンするようにする。図1の例では、分圧抵抗R0の出力を受けたゼロ電流検出部4cが、検出閾値を変更する。例えば、力率改善回路の出力電圧が400Vとなる場合は、当該出力電圧が350Vの場合と比較して、検出閾値を上昇させる。これにより駆動信号生成部4dがゼロ電流検出信号を受け取るタイミングを早めることができ、スイッチング素子SW1に印加する共振電圧がボトム付近のタイミングでスイッチング素子SW1をターンオンすることができる。なお、この例では、交流電源の実効値として、100V、200Vを想定したが3つ以上の実効値に対応することも可能である。
Therefore, according to the output voltage of the power factor improvement circuit or the input voltage of the power factor improvement circuit, the detection threshold value used in the zero
以上のように、インダクタL1のゼロ電流検出を行うための検出巻線L2に発生する矩形波状の電圧を、積分回路4bにより三角波電圧又はそれに類似する波形に変換し、検出閾値と比較するので、検出閾値の調整によりゼロ電流の検出タイミングを自在に早めることができる。これにより、検出巻線L2の矩形波電圧の立下りのタイミングでゼロ電流検出する場合と比べて、ゼロ電流検出のタイミングを早めることができる。早期のゼロ電流検出は、t2~t3の期間をPFC制御回路4での遅れ時間と一致又は実質的に一致させることを可能とする。これにより、スイッチング素子SW1の共振電圧のボトム付近で遅延なくスイッチング素子SW1をターンオンすることができる。
As described above, the rectangular wave voltage generated in the detection winding L2 for detecting zero current in the inductor L1 is converted into a triangular wave voltage or a waveform similar thereto by the integrating
したがって、スイッチング素子に印加する電圧が低い状態でターンオンできるので、ゼロ電圧スイッチングに近い動作が可能となり、スイッチング損失を削減できる。これにより高効率な光源点灯装置を提供することができる。また、スイッチング素子SW1としてGaNデバイスなどのワイドバンドギャップ半導体を採用して高周波駆動する際でも、処理速度が高速でない安価なマイコンを使用でき、低コスト化できる。 Therefore, since the switching element can be turned on with a low voltage applied to it, an operation close to zero voltage switching is possible, and switching loss can be reduced. Thereby, a highly efficient light source lighting device can be provided. Moreover, even when a wide bandgap semiconductor such as a GaN device is employed as the switching element SW1 and driven at a high frequency, an inexpensive microcomputer whose processing speed is not fast can be used, resulting in cost reduction.
積分回路は、図1の積分回路4bに限定されず、検出巻線L2の出力電圧を積分する任意の回路を採用することができる。積分の結果、非矩形の傾斜を有する波形を得ることができ、検出閾値に達したか否かの判定が可能となる。非矩形の傾斜を有する波形の例が図2に示される三角波である。例えば、積分回路は、検出巻線の出力電圧の正負に応じて充放電するコンデンサを備える任意の回路とすることができる。
The integrating circuit is not limited to the integrating
制御部4Aは、積分回路4bの出力を利用してスイッチング素子SW1をオンするタイミングを検知し、スイッチング素子SW1の駆動を制御する。制御部4Aの構成は、そのような機能を有する別の構成に変更し得る。
The control unit 4A uses the output of the integrating
実施の形態1に記載した変形例、修正例又は代案については、以下の実施の形態に係る光源点灯装置、照明器具、及び光源点灯装置の制御方法に応用し得る。以下の実施の形態に係る光源点灯装置、照明器具、及び光源点灯装置の制御方法については、主として実施の形態1との相違点を説明する。 Modifications, modifications, or alternatives described in Embodiment 1 can be applied to light source lighting devices, lighting fixtures, and light source lighting device control methods according to the following embodiments. With respect to a light source lighting device, a lighting fixture, and a control method of the light source lighting device according to the following embodiments, differences from the first embodiment will be mainly described.
実施の形態2.
図3は、実施の形態2に係る光源点灯装置110の回路構成図である。本実施の形態では、主としてDC-DCコンバータ3の動作について説明する。
Embodiment 2.
FIG. 3 is a circuit configuration diagram of the light
DC-DCコンバータ3は例えば降圧チョッパ型である。DC-DCコンバータ3は、インダクタL3、シリコン又はワイドバンドギャップ半導体を材料とするスイッチング素子SW2、ダイオードD2及び平滑コンデンサC3を備えている。DC-DCコンバータ3は、力率改善回路2より直流電圧を受けて、スイッチング素子SW2とインダクタL3でエネルギの充放電を行い、光源9の点灯に適した直流電圧及び直流電流を出力する直流電源回路である。このような直流電源回路はバックコンバータと呼ばれる。DC-DCコンバータ3の出力によって光源9が点灯する。インダクタL3には検出巻線L4が磁気的に結合されている。また、DC-DCコンバータ3は出力電流を検出する出力電流検出抵抗R2を備えている。
The DC-
DC-DCコンバータ3を制御するためにDC-DCコンバータ制御回路5が設けられている。DC-DCコンバータ制御回路5は、電圧比較部5a、積分回路5b、ゼロ電流検出部5c、駆動信号生成部5d及びゲート駆動部5eを備えている。電圧比較部5a、ゼロ電流検出部5c及び駆動信号生成部5dは制御部5Aを構成する。DC-DCコンバータ制御回路5の少なくとも一部をマイクロコンピュータで構成することができる。例えば電圧比較部5a、ゼロ電流検出部5c及び駆動信号生成部5dをマイコン化することができる。また、DC-DCコンバータ3のマイコンを、PFC制御回路4と共通のマイクロコンピュータとしてもよい。
A DC-DC
DC-DCコンバータ制御回路5は、DC-DCコンバータ3の出力電流、すなわち光源9に流れる電流が予め定められた電流値となるように、スイッチング素子SW2を制御する。予め定められた電流値とは、例えば室内の壁面に取り付けられた調光器又はリモコン等で設定する明るさの設定値で決まる。すなわち、調光器又はリモコン等から出力される調光信号をDC-DCコンバータ制御回路5が受けて、それに対応した電流値となるようにDC-DCコンバータ制御回路5がスイッチング素子SW2を制御する。
The DC-DC
電圧比較部5aは、出力電流検出抵抗R2に発生する出力電流信号と、DC-DCコンバータ3の目標出力電流に相当する目標電圧E2とを比較し、両者の差に応じた信号を駆動信号生成部5dへ出力する。
The
駆動信号生成部5dは、電圧比較部5aの出力信号を受けて、スイッチング素子SW2のスイッチング1周期におけるオン時間を決定し、スイッチング素子SW2の駆動信号を生成する。駆動信号は例えばPWM(Pulse Width Modulation)信号である。
The drive
積分回路5bは例えば実施の形態1で述べた積分回路4bと同一構成でもよいが、図3には図1の積分回路4bと異なる積分回路5bが図示されている。積分回路5bは、ダイオード51b、抵抗素子52b、53b、54b、充放電用スイッチング素子55b、コンデンサ56b及び反転素子57bを備えている。積分回路5bはRC積分回路として提供され得る。
The integrating
反転素子57bは、スイッチング素子SW2のゲート駆動信号に対して逆位相で充放電用スイッチング素子55bを駆動するためのものである。充放電用スイッチング素子55bは、反転素子57bによって、制御部5Aからスイッチング素子SW2に出される駆動信号の逆位相でオンオフ制御される。
The inverting
積分回路5bは検出巻線L4で発生する電圧波形を積分して出力し、ゼロ電流検出部5cに入力する。ゼロ電流検出部5cは積分回路5bから入力された電圧値が予め設定した閾値電圧に達するとその旨を通知するゼロ電流検出信号を駆動信号生成部5dに入力する。ゼロ電流検出信号を受けた駆動信号生成部5dはスイッチング素子SW2をオンする信号を生成及び出力する。
The
ゲート駆動部5eはスイッチング素子SW2のゲート端子に接続されている。ゲート駆動部5eは、駆動信号生成部5dから出力された例えば5Vのゲート駆動電圧をスイッチング素子SW2の駆動に適した例えば10Vの電圧に増幅してスイッチング素子SW2のゲート端子に出力する。スイッチング素子SW2はゲート駆動部5eから出力されたゲート駆動信号によりオンオフ動作を行う。なお、スイッチング素子SW2のゲート端子には例えばゲート抵抗等を接続してもよい。
The
図4は、実施の形態2に係る光源点灯装置の動作波形図である。光源点灯装置110の動作について図4を用いて説明する。ここでは、力率改善回路2は定常動作状態とし、一定の出力電圧がDC-DCコンバータ3に入力されているものとする。また、DC-DCコンバータ3も定常動作状態で、光源9が一定の明るさで点灯している状態として説明する。
FIG. 4 is an operation waveform diagram of the light source lighting device according to the second embodiment. The operation of the light
(期間t0~t1)
ここでは、DC-DCコンバータ3の動作が定常動作状態で、ゲート駆動部5eによってスイッチング素子SW2がターンオンするタイミングから説明する。スイッチング素子SW2がオンすると、インダクタL3に電流が流れ、インダクタL3の電流が直線的に増加していく。このときインダクタL3には図3の矢印方向に電圧VL3が印加され、検出巻線L4には矢印の方向に電圧VL4が発生し、積分回路5bには正電圧が入力される。このとき、積分回路5bの充放電用スイッチング素子55bはオフ状態となっている。そのため、ダイオード51b、抵抗素子52b、抵抗素子54b、コンデンサ56bの経路でコンデンサ56bを充電する充電電流が流れる。これによりコンデンサ56bの電圧すなわち積分回路5bの出力電圧は上昇していく。
(Period t0-t1)
Here, the operation of the DC-
(時刻t1)
予め定められた時間が経過すると駆動信号生成部5dはゲート駆動部5eを介してスイッチング素子SW2をオフし、スイッチング素子SW2の電流を遮断する。スイッチング素子SW2のオン時間は電圧比較部5aの比較結果によって決定する。すなわち、目標電圧E2に対して出力電流検出信号が小さければオン時間は長くなる方向に制御され、目標電圧E2に対して出力電流検出信号が大きければオン時間は短くなる方向に制御される。
(time t1)
When a predetermined time elapses, the
(期間t1~t2)
スイッチング素子SW2がオフすると、インダクタL3に蓄えられたエネルギは、導通状態のダイオードD2と平滑コンデンサC3に放出され、エネルギ放出に伴ってインダクタL3に流れる電流は減少していく。このとき、インダクタL3に発生する電圧は、スイッチング素子SW2がオン状態の時とは逆極性の電圧となる。すなわち図3の矢印とは、逆方向の電圧が発生する。これにより検出巻線L4に発生する電圧も図3の矢印とは逆方向となり、積分回路5bには負電圧が入力される。ただし、負電圧が入力されても、ダイオード51bにより、積分回路5bは導通しない。また、本期間では充放電用スイッチング素子55bがオン状態となるため、期間t0~t1で充電されたコンデンサ56bの電荷が抵抗素子54b、53bを介して放電される。そのため、コンデンサ56bの電圧すなわち積分回路5bの出力電圧は減少していく。このように、抵抗素子53b、54bを介して、コンデンサ56bが充放電用スイッチング素子55bの両端を接続することで、コンデンサ56bの放電が可能となる。
(Period t1-t2)
When the switching element SW2 is turned off, the energy stored in the inductor L3 is released to the conductive diode D2 and the smoothing capacitor C3, and the current flowing through the inductor L3 decreases as the energy is released. At this time, the voltage generated in the inductor L3 has a polarity opposite to that when the switching element SW2 is in the ON state. That is, a voltage is generated in the opposite direction to the arrow in FIG. As a result, the voltage generated in the detection winding L4 also has a direction opposite to the direction of the arrow in FIG. 3, and a negative voltage is input to the
(時刻t2)
積分回路5bの出力電圧は常にゼロ電流検出部5cに入力される。ゼロ電流検出部5cでは、積分回路5bから入力された電圧と、予め設定された電圧である検出閾値とを比較する。積分回路5bから入力された電圧が検出閾値に達すると、ゼロ電流検出部5cはゼロ電流検出信号を駆動信号生成部5dに送信する。ゼロ電流検出信号を送信するこの時点ではインダクタL3に流れる電流はゼロに到達していない。
(time t2)
The output voltage of the
(時刻t2~t3)
駆動信号生成部5dは、ゼロ電流検出信号を受け取ると、スイッチング素子SW2をオンする信号を出力し、ゲート駆動部5eを介してスイッチング素子SW2をオンする処理を実行する。しかしながら、駆動信号生成部5dがゼロ電流検出信号を受け取ってから実際にスイッチング素子SW2をオンさせるには、駆動信号生成部5dにおける処理の遅れ時間と、ゲート駆動部5eでの遅れ時間が存在するため、すぐにスイッチング素子SW2をオンすることはできない。そのような遅れ時間の途中でインダクタL3がエネルギを放出し終えてインダクタL3の電流がゼロになると、インダクタL3とスイッチング素子等の寄生容量に起因する共振現象が発生する。そうすると、検出巻線L4には共振現象による電圧が発生し、電圧VL4は急速に上昇する。
(Time t2-t3)
Upon receiving the zero current detection signal, the
(時刻t3)
駆動信号生成部5dにおける処理の遅れ時間とゲート駆動部5eの遅れ時間が経過し、共振現象に伴ってスイッチング素子SW2に印加される共振電圧がボトム付近に到達すると、ゲート駆動部5eからオン信号が出力され、再びスイッチング素子SW2がオンする。スイッチング素子SW2がオンすると、インダクタL3に電流が流れ始め、時刻t0~t1の条件に戻り、同様の動作を繰り返す。スイッチング素子SW2に印加する共振電圧がボトム付近でスイッチング素子SW2をオンすることによりスイッチング素子SW2の両端電圧が低い状態でターンオンできる。よってゼロ電圧スイッチングに近い動作となり、スイッチング損失を低減できる。
(Time t3)
When the delay time of the process in the drive
予め駆動信号生成部5dでの遅れ時間とゲート駆動部5eでの遅れ時間を考慮して、スイッチング素子SW2に印加される振動電圧がボトム付近となるタイミングでスイッチング素子SW2がオンするように、ゼロ電流検出部5cにおける検出閾値を設定することができる。検出閾値を高く設定するとt2-t3の期間が長く設定され、検出閾値を低く設定するとt2-t3の期間が短く設定される。例えば予め測定しておいた遅れ時間の総和に合わせて、検出閾値を調整する。
In consideration of the delay time in the driving
DC-DCコンバータ3には力率改善回路2の出力電圧が入力される。DC-DCコンバータ3として降圧チョッパ回路を用いる場合、ターンオフ状態のスイッチング素子SW2に力率改善回路2の出力電圧が印加される。したがって力率改善回路2の出力電圧に応じて電極間の寄生容量が変動する。すなわち、実施の形態1で述べたように交流電源1の入力電圧に応じて力率改善回路2の出力電圧を可変とする場合、当該出力電圧によってDC-DCコンバータ3におけるスイッチング素子SW2の電極間の寄生容量が変化するため、力率改善回路2の出力電圧に応じてゼロ電流検出部5cにおける検出閾値を変更し得る。例えば、力率改善回路2の出力電圧が400Vの場合は、当該出力電圧が350Vの場合と比較して、スイッチング素子SW2の電極間容量が減少するため、検出閾値を上昇させる。これにより駆動信号生成部5dがゼロ電流検出信号を受け取るタイミングを早めて、スイッチング素子SW2に印加する共振電圧がボトム付近のタイミングでスイッチング素子SW2をターンオンすることができる。このようにバックコンバータの入力電圧に応じてゼロ電流検出部5cで用いる検出閾値を変更する処理は、ゼロ電流検出部5cによって行い得る。例えば、DC-DCコンバータ3の入力電圧を分圧抵抗で検知し、検知した値をゼロ電流検出部5cに入力する。
The output voltage of the power factor correction circuit 2 is input to the DC-
以上のように、例えば降圧チョッパ回路などのDC-DCコンバータ3においても、実施の形態1と同様にゼロ電流検出のタイミングを検出できるので、DC-DCコンバータ制御回路5の遅れ時間を補正することができ、スイッチング素子SW2の振動電圧のボトム付近で遅延なくスイッチング素子SW2をターンオンすることができる。また、積分回路にオペアンプを用いず、抵抗素子及びコンデンサを組み合わせたRC積分回路を用いることは、コスト低減に寄与する。
As described above, even in the DC-
光源点灯装置において、図1のPFC制御回路4と図3のDC-DCコンバータ制御回路5を両方利用することができる。実施の形態1、2では、検出巻線の出力電圧を積分回路で積分した値を検出閾値と対比させることでスイッチング素子をオンするタイミングを検出した。しかしながら、別の方法で積分回路の出力を利用してスイッチング素子をオンするタイミングを検知し得る。例えば、積分回路の出力のピーク値からの減少量又は減少率が予め定められた値となったタイミングでゼロ電流検出部からゼロ電流検出信号を出すことができる。
Both the PFC control circuit 4 in FIG. 1 and the DC-DC
実施の形態1、2において検出巻線の極性を反転させたり、積分回路の出力を反転させたりすることができる。その場合、ゼロ電流検出部では、積分回路の出力電圧が上昇している過程で当該出力電圧が、検出閾値に達したことを検出することになる。 In Embodiments 1 and 2, the polarity of the detection winding can be reversed, and the output of the integration circuit can be reversed. In this case, the zero-current detector detects that the output voltage of the integrating circuit has reached the detection threshold while the output voltage is rising.
実施の形態3.
図5は、実施の形態3に係る照明器具200の断面図である。照明器具200は、照明器具本体60、コネクタ61、光源基板62及び光源点灯装置63を備えている。照明器具本体60は光源点灯装置63などを取り付けるための筺体である。コネクタ61は、商用電源などの交流電源から電力の供給を受けるための接続部である。光源基板62は、LED又は有機ELなどの光源を実装した基板である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of
光源点灯装置63の回路構成は、上述した光源点灯装置のいずれかと同じ回路構成である。光源点灯装置63は、コネクタ61と配線64を介して交流電源からの電力供給を受ける。光源点灯装置63は、入力された電力を変換し、配線65を介して光源基板62に電力供給する。光源点灯装置63から供給された電力により光源基板62に実装された光源が点灯する。これにより、実施の形態1、2又はそれらの両方に係る光源点灯装置の利点を備えた照明器具200が提供される。
The circuit configuration of the light
照明器具200は、実施の形態1、2又はそれらの両方で述べた光源点灯装置を備えるので、仮にワイドバンドギャップ半導体を材料とするスイッチング素子を用いて高周波スイッチングを行っても、スイッチング素子に印加される振動電圧のボトム付近でスイッチング素子をオンできる。よってスイッチング損失を低減することができる。
Since the
なお、ここまでに説明した変形例、修正例又は代案については、それが記載された実施の形態以外の実施の形態にも応用し得る。 It should be noted that the variations, modifications, or alternatives described so far can be applied to embodiments other than the embodiment for which they are described.
1 交流電源、 2 力率改善回路、 3 DC-DCコンバータ、 4 PFC制御回路、 5 DC-DCコンバータ制御回路、 4b,5b 積分回路、 9 光源、 100,110 光源点灯装置、 200 照明器具
1 AC power supply 2 Power
Claims (15)
前記インダクタと磁気的に結合された検出巻線と、
前記検出巻線の出力電圧を積分して出力する積分回路と、
前記積分回路の出力を利用して前記スイッチング素子をオンするタイミングを検知し、前記スイッチング素子の駆動を制御する制御部と、を備え、
前記スイッチング素子の両端の振動電圧がボトム付近にあるときに、前記スイッチング素子がオンすることを特徴とする光源点灯装置。 a DC power supply circuit that charges and discharges energy using a switching element and an inductor to generate a DC voltage;
a sensing winding magnetically coupled with the inductor;
an integration circuit that integrates and outputs the output voltage of the detection winding;
a control unit that detects the timing to turn on the switching element using the output of the integration circuit and controls the driving of the switching element ;
A light source lighting device , wherein the switching element is turned on when an oscillating voltage across the switching element is near a bottom .
前記直流電源回路の出力電圧又は前記出力電圧を分圧した電圧と、予め定められた目標電圧との差に応じた信号を出力する電圧比較部と、
前記ゼロ電流検出部と前記電圧比較部に接続され、前記ゼロ電流検出信号の論理レベルの反転が生じてから、前記電圧比較部の出力に応じたオン時間だけ、前記スイッチング素子をオンする駆動信号を生成する駆動信号生成部と、を備えたことを特徴とする請求項2に記載の光源点灯装置。 The control unit
a voltage comparator that outputs a signal corresponding to the difference between the output voltage of the DC power supply circuit or a voltage obtained by dividing the output voltage and a predetermined target voltage;
a drive signal connected to the zero current detection section and the voltage comparison section, for turning on the switching element for an ON time corresponding to the output of the voltage comparison section after the logic level of the zero current detection signal is inverted; 3. The light source lighting device according to claim 2, further comprising a drive signal generation unit that generates a .
一端が前記検出巻線に接続された抵抗素子と、
入力側に前記抵抗素子の他端が接続されたオペアンプと、を備え、
前記コンデンサは前記オペアンプの入力と出力を接続することを特徴とする請求項4に記載の光源点灯装置。 The integration circuit is
a resistive element having one end connected to the detection winding;
an operational amplifier having an input side connected to the other end of the resistive element,
5. The light source lighting device according to claim 4, wherein the capacitor connects the input and the output of the operational amplifier.
前記制御部から前記スイッチング素子に出される駆動信号の逆位相でオンオフ制御される充放電用スイッチング素子と、
前記充放電用スイッチング素子に接続された抵抗素子と、を備え、
前記コンデンサは前記抵抗素子を介して前記充放電用スイッチング素子の両端を接続することを特徴とする請求項4に記載の光源点灯装置。 The integration circuit is
a charging/discharging switching element that is ON/OFF controlled in the opposite phase of the driving signal output from the control unit to the switching element;
and a resistive element connected to the charging/discharging switching element,
5. The light source lighting device according to claim 4, wherein the capacitor connects both ends of the charging/discharging switching element via the resistance element.
前記インダクタと磁気的に結合された検出巻線と、
前記検出巻線の出力電圧を積分して出力する積分回路と、
前記積分回路の出力を利用して前記スイッチング素子をオンするタイミングを検知し、前記スイッチング素子の駆動を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記積分回路の出力が予め定められた検出閾値に達したときに、前記スイッチング素子をオンするためのゼロ電流検出信号を出力するゼロ電流検出部を備え、
前記直流電源回路は力率改善回路であり、前記ゼロ電流検出部は前記力率改善回路の入力電圧に応じて前記検出閾値を変更することを特徴とする光源点灯装置。 a DC power supply circuit that charges and discharges energy using a switching element and an inductor to generate a DC voltage;
a sensing winding magnetically coupled with the inductor;
an integration circuit that integrates and outputs the output voltage of the detection winding;
a control unit that detects the timing to turn on the switching element using the output of the integration circuit and controls the driving of the switching element;
The control unit comprises a zero current detection unit that outputs a zero current detection signal for turning on the switching element when the output of the integration circuit reaches a predetermined detection threshold,
The light source lighting device, wherein the DC power supply circuit is a power factor improvement circuit, and the zero current detection section changes the detection threshold according to the input voltage of the power factor improvement circuit.
前記インダクタと磁気的に結合された検出巻線と、
前記検出巻線の出力電圧を積分して出力する積分回路と、
前記積分回路の出力を利用して前記スイッチング素子をオンするタイミングを検知し、前記スイッチング素子の駆動を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記積分回路の出力が予め定められた検出閾値に達したときに、前記スイッチング素子をオンするためのゼロ電流検出信号を出力するゼロ電流検出部を備え、
前記直流電源回路はバックコンバータであり、前記ゼロ電流検出部は前記バックコンバータの入力電圧に応じて前記検出閾値を変更することを特徴とする光源点灯装置。 a DC power supply circuit that charges and discharges energy using a switching element and an inductor to generate a DC voltage;
a sensing winding magnetically coupled with the inductor;
an integration circuit that integrates and outputs the output voltage of the detection winding;
a control unit that detects the timing to turn on the switching element using the output of the integration circuit and controls the driving of the switching element;
The control unit comprises a zero current detection unit that outputs a zero current detection signal for turning on the switching element when the output of the integration circuit reaches a predetermined detection threshold,
The light source lighting device, wherein the DC power supply circuit is a buck converter, and the zero current detection section changes the detection threshold according to the input voltage of the buck converter.
前記光源点灯装置の出力に接続されたLEDと、を備えたことを特徴とする照明器具。 a light source lighting device according to any one of claims 1 to 12;
and an LED connected to an output of the light source lighting device.
前記インダクタの電流が低下している過程で、前記積分によって得られた値が予め定められた検出閾値に達したときに、ゼロ電流検出信号を出力することと、
前記ゼロ電流検出信号を受けて、前記スイッチング素子の駆動信号を生成し、前記駆動信号により前記スイッチング素子をオンすることと、を備え、
前記スイッチング素子の両端の振動電圧がボトム付近にあるときに、前記スイッチング素子がオンすることを特徴とする光源点灯装置の制御方法。 Integrating the output voltage of a detection winding magnetically coupled to the inductor of a DC power supply circuit that charges and discharges energy using a switching element and an inductor;
outputting a zero current detection signal when the value obtained by the integration reaches a predetermined detection threshold in the course of the inductor current decreasing;
receiving the zero current detection signal, generating a drive signal for the switching element, and turning on the switching element with the drive signal ;
A control method for a light source lighting device , wherein the switching element is turned on when an oscillating voltage across the switching element is near the bottom .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019127039A JP7293923B2 (en) | 2019-07-08 | 2019-07-08 | LIGHT SOURCE LIGHTING DEVICE, LIGHTING EQUIPMENT, LIGHT SOURCE LIGHTING DEVICE CONTROL METHOD |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019127039A JP7293923B2 (en) | 2019-07-08 | 2019-07-08 | LIGHT SOURCE LIGHTING DEVICE, LIGHTING EQUIPMENT, LIGHT SOURCE LIGHTING DEVICE CONTROL METHOD |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021013264A JP2021013264A (en) | 2021-02-04 |
JP7293923B2 true JP7293923B2 (en) | 2023-06-20 |
Family
ID=74227630
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019127039A Active JP7293923B2 (en) | 2019-07-08 | 2019-07-08 | LIGHT SOURCE LIGHTING DEVICE, LIGHTING EQUIPMENT, LIGHT SOURCE LIGHTING DEVICE CONTROL METHOD |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7293923B2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008193818A (en) | 2007-02-06 | 2008-08-21 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | Power factor improving circuit |
JP2016119830A (en) | 2014-12-22 | 2016-06-30 | 三菱電機株式会社 | Luminous source lighting device and luminaire |
JP2017139102A (en) | 2016-02-02 | 2017-08-10 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Lighting device and luminaire |
WO2018123115A1 (en) | 2016-12-28 | 2018-07-05 | 三菱電機株式会社 | Lighting device and illumination apparatus |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6361876B2 (en) * | 2014-09-19 | 2018-07-25 | 東芝ライテック株式会社 | Power supply device and lighting device |
-
2019
- 2019-07-08 JP JP2019127039A patent/JP7293923B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008193818A (en) | 2007-02-06 | 2008-08-21 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | Power factor improving circuit |
JP2016119830A (en) | 2014-12-22 | 2016-06-30 | 三菱電機株式会社 | Luminous source lighting device and luminaire |
JP2017139102A (en) | 2016-02-02 | 2017-08-10 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Lighting device and luminaire |
WO2018123115A1 (en) | 2016-12-28 | 2018-07-05 | 三菱電機株式会社 | Lighting device and illumination apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2021013264A (en) | 2021-02-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI566637B (en) | A cascade boost and inverting buck converter with independent control | |
US9155163B2 (en) | Trailing edge dimmer compatibility with dimmer high resistance prediction | |
TWI496408B (en) | Controller, electronic system, and method to control a switching power converter and provide compatibility between the switching power converter and a triac-based dimmer | |
US8581518B2 (en) | Triac dimmer compatible switching mode power supply and method thereof | |
US8482220B2 (en) | Lighting system with power factor correction control data determined from a phase modulated signal | |
US9041379B2 (en) | Bootstrap startup and assist circuit | |
US9271346B2 (en) | Lighting power supply device | |
US9521715B2 (en) | Current shaping for dimmable LED | |
EP2512208A2 (en) | Solid light source lighting device and illumination fixture using the same | |
JP7081363B2 (en) | Lighting equipment, lighting equipment | |
EP2445315B1 (en) | Dimming device and lighting apparatus using same | |
JP2012084489A (en) | Led lighting device and led illuminating device | |
WO2014035630A1 (en) | Power conversion with controlled capacitance charging including attach state control | |
JP6417930B2 (en) | Non-insulated power supply | |
JP7293923B2 (en) | LIGHT SOURCE LIGHTING DEVICE, LIGHTING EQUIPMENT, LIGHT SOURCE LIGHTING DEVICE CONTROL METHOD | |
JP2016081713A (en) | Lighting device and lighting fixture | |
JP6725075B2 (en) | Light source lighting device, lighting equipment | |
JP7326823B2 (en) | LIGHTING DEVICE, LIGHTING EQUIPMENT, CONTROL METHOD FOR LIGHTING DEVICE | |
JP5163892B2 (en) | Discharge lamp lighting device | |
JP2015035348A (en) | Lighting device and integrated circuit | |
KR100825378B1 (en) | Power supply apparatus using a half-bridge circuit | |
JP6070753B2 (en) | Lighting device and lighting apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220610 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230324 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230404 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230420 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230509 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230522 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7293923 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |