JP7454123B2 - Led駆動装置及び照明器具 - Google Patents
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Description
また、人感センサによる待機時には、間欠発振により出力電圧を所定電圧まで下げ、電源スイッチ手段またはドロッパを介して制御電源電圧を確保する。図5に、図4に示す従来技術の回路の各動作を示すタイミングチャートを示す。
また、特許文献1に記載されたもう一つの従来技術であるドロッパの場合にはLEDの駆動電圧に関わらず即時に制御電源へ供給することが可能である。しかし、LEDの駆動電圧が制御電源電圧近傍まで低下するまでドロッパ自身の損失となり、LEDの駆動電圧と制御電源電圧とが乖離するほどその損失が増加し、結果、ドロッパの放熱対策が必要となる。特に、数%調光の深調光時がある場合にはLED駆動電圧を低くすることができないため、ドロッパ損失による効率低下も懸念される。
図1は本発明の実施形態のLED駆動装置とその負荷(LED)を含めた回路図である。図1に示す実施形態のLED駆動装置1は、スイッチング素子Q1、Q2、ダイオードD1~D3、リアクトルL1、コンデンサC0~C3、制御回路IC1からなる。特に、リアクトルL1は主巻線Lpと、補助巻線Lsで構成されている。
実施形態のLED駆動装置1は、スイッチング素子Q1、リアクトルL1、コンデンサC1、ダイオードD1によりバックブースト回路を構成し、出力電圧となるコンデンサC1の両端にLED負荷が接続される。
制御回路IC1は、ハイサイドにあるスイッチング素子Q1のゲートを駆動するためのレベルシフト回路、スイッチング素子Q1、Q2をオンオフ制御するPWM制御回路、LED駆動装置外にある人感センサまたは調光コントローラからの外部信号をPWM制御回路へ受け渡すためのインターフェース回路を含み、前述のPWM制御回路、インターフェース回路などをマイコンで構成してもよい。
リアクトルL1の補助巻線Lsは主巻線Lpと極性が反転となっていて、補助巻線Lsの一方の端子にはダイオードD2のアノードが接続され、カソードがコンデンサC2の正極に接続される。コンデンサC2の負極は補助巻線Lsの他方の端子(・極性)側に接続され、かつ、制御回路IC1のGNDとコンデンサC1の負極に接続される。
また、コンデンサC2の正極は制御回路IC1の制御電源となるVcc端子に接続されている。詳細な動作は後述するが、補助巻線LsとダイオードD2とコンデンサC2の直列接続回路が制御回路IC1への制御電源回路を構成し、制御電源端子Vccに電圧を供給する。また、コンデンサC2の正極はダイオードD3のアノードに接続され、カソードは制御回路IC1のVB端子およびコンデンサC3の一方の端子に接続されている。コンデンサC3の他方の端子は制御回路IC1のVS端子およびスイッチング素子Q1とリアクトルL1の主巻線Lpの接続点に接続されている。ダイオードD3とコンデンサC3は、スイッチング素子Q1のゲート駆動用電源となるブートストラップ回路を構成している。
スイッチング素子Q1のゲートは制御回路IC1のVGH端子に接続され、スイッチング素子Q2のゲートは制御回路IC1のVGL端子に接続される。
LED負荷の点灯時には、まず、交流電源ACの交流電圧をブリッジダイオードRC1で全波整流した脈流電圧をスイッチング素子Q1とリアクトルL1の主巻線Lpの直列回路で、スイッチング素子Q1のオン期間にリアクトルL1の主巻線Lpにエネルギーを励磁する。次に、スイッチング素子Q1のオフ期間にリアクトルL1の主巻線Lpの励磁されたエネルギーは、主巻線Lp(・無し側)→C1→ダイオードD1もしくはスイッチング素子Q2→主巻線Lp(・極性側)の経路でコンデンサC1を充電するとともに、LED負荷に電力を供給する。
また、スイッチング素子Q1のオフ期間にリアクトルL1の補助巻線Ls(・無し側)にパルス電圧のプラス電圧が生じ、補助巻線Ls(・無し側)→ダイオードD2→コンデンサC2→補助巻線Ls(・極性側)の経路でリアクトルL1の主巻線Lpの励磁されたエネルギーの一部が充電される。
このパルス電圧は、コンデンサC1の電圧をリアクトルL1の主巻線Lpと補助巻線Lsとの巻き数比分を掛けた電圧が発生する。
また、この時、ブートストラップ回路のコンデンサC3の制御回路IC1のVS端子側の電位は、ダイオードD1が導通ないしスイッチング素子Q2がオン状態になっている。このため、コンデンサC2の負極とほぼ同電位となり、ダイオードD3を介してコンデンサC2からコンデンサC3へ充電される。
以上、スイッチング素子Q1のオン/オフ動作の繰り返しにより、リアクトルL1の主巻線Lpの励磁されたエネルギーがコンデンサC1~C3に充電される。なお、スイッチング素子Q1のオン/オフ動作は、図示しないLED負荷に流れる電流を検出する電流検出回路などから制御回路IC1へフィードバック制御されている。また、スイッチング素子Q1のオフに同期してスイッチング素子Q2をオン駆動して、ダイオードD1の順方向電圧の損失を低減させている。
LED負荷が点灯している状態から、時刻t0で図示しない外部からの消灯信号を受信してスイッチング素子Q1のスイッチング動作が停止する。時刻t0~t1にかけて出力電圧であるコンデンサC1の電圧は徐々に低下する。制御回路IC1は、図1で図示しない誤差増幅器で出力電圧を検出し、時刻t1直前に低下した出力電圧を所定の出力電圧まで回復するようにスイッチング素子Q1のオンオフ動作を開始させ、所定の出力電圧まで回復するとスイッチング素子Q1の動作を停止させる、周期が長い間欠動作を繰り返す(時刻t0~t3期間)。ここで、所定の出力電圧は、消灯しているLED負荷に電流が流れない電圧設定とされている。
時刻t0~t1期間において、制御回路IC1のVcc端子電圧であるコンデンサC2の電圧も時間経過とともに低下する。このため、制御回路IC1は時刻t0~t1期間にスイッチング素子Q2をオンオフ制御し、コンデンサC1の正極→リアクトルL1の主巻線Lp(・無し側)→リアクトルL1の主巻線Lp(・極性側)→スイッチング素子Q2→コンデンサC1の負極の経路で、コンデンサC1の電圧をリアクトルL1の補助巻線Lsに電圧を誘起させる。
このスイッチング素子Q2をオン期間に、リアクトルL1の補助巻線Ls(・無し側)にプラスのパルス電圧が生じ、ダイオードD2を介してコンデンサC2を充電する。このパルス電圧は、コンデンサC1電圧にリアクトルL1の補助巻線Lsと主巻線Lpとの巻き数比分を掛けた値の電圧となる。このコンデンサC2の充電により、制御回路IC1の制御電源電圧(Vcc端子電圧)が保持される。
また、スイッチング素子Q2がオン時にブートストラップ回路が動作するので、ダイオードD3を介してコンデンサC2からコンデンサC3に充電がされ、スイッチング素子Q1の駆動電圧も保持される。
なお、スイッチング素子Q2単独時のオンオフ制御は、スイッチング素子Q1がオフ状態にあるため、オン期間は固有に調整されてよい。但し、スイッチング素子Q1が間欠のオンオフ動作に入った場合はLED負荷点灯時の同期した動作を行う。
以上の動作により、本発明の実施形態のLED駆動装置1は、時刻t0~t3期間のLED負荷消灯時の制御回路IC1の制御電源電圧を低下させることなく、動作電圧を保持することが可能になる。また、スイッチング素子Q1の駆動電圧も保持することが可能になる。
なお、前述では時刻t0~t3期間を待機時の消灯として説明したが、数%調光の深調光時であっても、出力電圧がLED負荷に微小電流が流れる電圧設定となる点が異なるだけであって、各素子の動作に大きな違いは生じない。従って、同様に制御回路IC1の制御電源電圧を低下させることなく、動作電圧を保持することが可能である。
ここで時刻t4において交流電源ACが切断された場合、LED負荷のLED電流は直後にゼロになり、出力電圧は時間の経過とともに低下するが、コンデンサC1の放電手段がない場合、長時間にわたり残留電圧が残ってしまい、照明器具交換時などを考えると感電の危険性がある。このため、交流電源ACが切断された場合、速やかにコンデンサC1の放電を行うことが好ましい。
本発明の実施形態のLED駆動装置1において、図1に図示しない入力電圧検出手段を備えて、時刻t4において交流電源ACが切断された場合、スイッチング素子Q2をオンオフ制御し、コンデンサC1の正極→リアクトルL1の主巻線Lp(・無し側)→リアクトルL1の主巻線Lp(・極性側)→スイッチング素子Q2→コンデンサC1の負極の経路で、コンデンサC1の電圧をリアクトルL1の補助巻線Lsに電圧を誘起させて、ダイオードD2を介してコンデンサC2を充電する。
これにより、制御回路IC1のVcc電圧を確保するとともに、コンデンサC1の電圧を放電させることができる。すなわち、コンデンサC1の電圧が低下する時刻t6まで制御回路IC1の制御電源電圧(Vcc端子電圧)を確保する。
従い、コンデンサC1の放電と制御回路IC1のVcc電圧確保を同時に行う効果がある。
但し、時刻t0~t3の通電中の消灯時の動作と異なる点は、交流電源ACが遮断され入力電圧が無い状態のため、スイッチング素子Q1のオンオフによる出力電圧の上昇は起こらない。
図3は実施形態のLED駆動装置の応用回路図である。
図3に示す実施形態のLED駆動装置1aにおいて、実施形態と異なるのは、バックブースト回路の構成をバック回路(チョッパ)に変更したものである。
次に、スイッチング素子Q1のオフ期間にリアクトルL1の主巻線Lpの励磁されたエネルギーを、主巻線Lp(・極性側)→主巻線Lp(・無し側)→C1→ダイオードD1もしくはスイッチング素子Q2の経路でコンデンサC1を充電するとともに、LED負荷に電力を供給する。
また、スイッチング素子Q1のオフ期間にリアクトルL1の補助巻線LsからダイオードD2を介してコンデンサC2への充電は図1の実施形態と同様である。また、ブートストラップ回路のコンデンサC3への充電も同様に行われる。
例えば、図1では入力電源を交流電源ACとしたが、バッテリーなどの直流電源に置き換えて構成してもよい。
符号の説明
AC 交流電源
C0~C3 コンデンサ
D1~D3 ダイオード
F1 ヒューズ
IC1、IC1a 制御回路
L1 リアクトル
LF1 フィルター
Q1、Q2 スイッチング素子
RC1 ブリッジダイオード
Claims (5)
- 直流入力電力を所望の直流出力電力に変換してLED負荷に供給するLED駆動装置であって、
第一のスイッチング素子とリアクトルと整流素子および第二のスイッチング素子と平滑コンデンサを有し、
前記直流入力電力を前記第一のスイッチング素子と前記リアクトルとでエネルギーの充放電を行い、前記リアクトルの充電エネルギーを、少なくとも前記整流素子を介して前記平滑コンデンサへ充電し、LED負荷に直流出力電力として供給する直流電源回路と、
前記整流素子と並列に前記第二のスイッチング素子の主電極が接続され、
前記第一のスイッチング素子と第二のスイッチング素子とをそれぞれオンオフ制御を行う制御回路と、を備え、
前記リアクトルは補助巻線を有し、前記リアクトルの補助巻線に生じる巻線電圧を整流して前記制御回路の制御電源電圧として供給し、
前記制御回路は、前記LED負荷の消灯時に、前記第二のスイッチング素子のオンオフ制御を行い、前記平滑コンデンサから前記リアクトルを介して前記制御回路の制御電源電圧を供給することを特徴とするLED駆動装置。 - 前記制御回路は、前記LED負荷の消灯時に、第一のスイッチング素子を間欠的にオンオフ制御させて、前記LED負荷が点灯しない所定の出力電圧を保持するように制御することを特徴とする請求項1記載のLED駆動装置。
- 前記制御回路は、前記LED負荷の点灯時に、前記第二のスイッチング素子を同期整流素子としてオンオフさせることを特徴とする請求項1項または2項記載のLED駆動装置。
- 前記整流素子は、前記第二のスイッチング素子の寄生ダイオードからなることを特徴とする請求項1項乃至3項記載のLED駆動装置。
- 請求項1乃至4項記載のLED駆動装置のうち、いずれか1項に記載のLED駆動装置と、前記LED負荷とを備えたことを特徴とする照明器具。
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