DE102015113017A1

DE102015113017A1 - Beleuchtungsvorrichtung und Leuchte

Info

Publication number: DE102015113017A1
Application number: DE102015113017.3A
Authority: DE
Inventors: Keisuke Seki; Takeshi Kamoi; Daisuke Yamahara
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-08-27
Filing date: 2015-08-07
Publication date: 2016-03-03
Also published as: JP2016048637A; JP6493725B2; US9775202B2; US20160066375A1

Abstract

Eine Beleuchtungsvorrichtung 10, welche einen Strom an die Festkörperlichtquelle (LED) 14 bereitstellt, umfasst: DC-Stromversorgungsschaltung (AC/DC-Wandler) 20; und DC/DC-Wandler 40, der eine Ausgangsspannung der DC-Stromversorgungsschaltung 20 umwandelt und die umgewandelte Ausgangsspannung an die Festkörperlichtquelle 14 anlegt. Der DC/DC-Wandler 40 umfasst: Schaltelement 44; und DC/DC-Steuerschaltung 41, die das Schaltelement 44 in einem Boundary Conduction Mode wiederholt ein- und ausschaltet, und die DC-Stromversorgungsschaltung 20 passt die Ausgangsspannung an, um eine Schaltfrequenz des Schaltelements 44 basierend auf einer Durchlassspannung, die an die Festkörperlichtquelle 14 anzulegen ist, höher zu machen als eine erste Frequenz.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
1. Gebiet der Erfindung
sDie vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung, die einen Strom an eine Festkörperlichtquelle bereitstellt, und eine Leuchte, die die Beleuchtungsvorrichtung umfasst.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Als eine Beleuchtungsvorrichtung, die einen Strom an eine Festkörperlichtquelle wie eine LED (Leuchtdiode) liefert, wurde eine Vorrichtung, die einen AC/DC-Wandler und einen mit dem AC/DC-Wandler verbundenen DC/DC-Wandler umfasst, vorgeschlagen (siehe beispielsweise die japanische Offenlegungsschrift Veröffentlichung Nr. 2013-30416 ).
In der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der japanischen Offenlegungsschrift Veröffentlichung Nr. 2013-30416 umfasst der DC/DC-Wandler eine Zerhackerschaltung, die ein Schaltelement aufweist, das in BCM (Boundary Conduction Mode) schaltet (wiederholt ein- und ausschaltet), einen Induktor usw. Es ist zu beachten, dass der BCM eine Betriebsart ist, bei der ein Schaltelement eingeschaltet wird, wenn ein Strom, der durch den Induktor fließt, beim Schalten des DC/DC-Wandlers Null erreicht. Ein DC/DC-Wandler dieser Art hält einen Ausgangsstrom durch Variieren einer Einschaltdauer konstant, die ein Zeitraum ist, während dem ein EIN-Zustand des Schaltelementes abhängig von mindestens einer Durchlassspannung aufrechterhalten wird, die an die verbundene Festkörperlichtquelle bereitzustellen ist.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der japanischen Offenlegungsschrift Veröffentlichung Nr. 2013-30416 variiert eine Ausschaltzeit, die ein Zeitraum ist, während dem ein AUS-Zustand des Schaltelementes aufrechterhalten wird, abhängig von mindestens einer Durchlassspannung. Die Einschaltzeit und Ausschaltzeit sind analytisch berechnet. Eine Schaltfrequenz fsw, die ein reziproker Wert einer Summe der Einschaltzeit und der Ausschaltzeit ist, wird durch den nachfolgenden Ausdruck 1 dargestellt. Fsw = Vf(Vdc – Vf)/2IoutLVdc (Ausdruck 1)
Hier bezeichnet Iout einen Ausgangsstrom des DC/DC-Wandlers. L bezeichnet die Induktivität eines im DC/DC-Wandler beinhalteten Induktors. Vdc bezeichnet eine an den DC/DC-Wandler bereitgestellte Gleichspannung. Vf ist eine Durchlassspannung, die an eine Festkörperlichtquelle angelegt wird, die mit einem Ausgangsanschluss des DC/DC-Wandlers verbunden ist.
Wie im vorstehend beschriebenen Ausdruck 1 gezeigt variiert die Schaltfrequenz fsw abhängig von mindestens einer Durchlassspannung. Wenn sich daher eine Schaltfrequenz fsw verringert und in ein hörbares Frequenzband eintritt, kann die Beleuchtungsvorrichtung Geräusche verursachen. Wenn sich außerdem ein Variationsbereich der Schaltfrequenz erhöht, muss ein Entstörfilter, der verwendet wird, um Rauschen zu unterdrücken, das durch Schaltvorgänge verursacht wird, in der Lage sein, einen breiteren Frequenzbandbereich zu unterdrücken. Um Rauschen eines breiteren Frequenzbandbereichs zu unterdrücken, muss ein Entstörfilter mit einer größeren Größe verwendet werden, was erhöhte Kosten für den Entstörfilter bewirkt. Obwohl es möglich ist, eine Schaltung derart zu konzipieren, dass sie eine höhere Schaltfrequenz aufweist, um das Geräuschproblem zu adressieren, bewirkt dies erhöhte Schaltverluste, einen verringerten Schaltungswirkungsgrad und erhöhte Wärmeerzeugung.
Um das vorstehend beschriebene konventionelle Problem zu lösen, besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Beleuchtungsvorrichtung und dergleichen bereitzustellen, die eine Variation in der Schaltfrequenz des DC/DC-Wandlers unterdrücken kann.
Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu erreichen, ist die Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Beleuchtungsvorrichtung, die einen Strom an eine Festkörperlichtquelle liefert, wobei die Beleuchtungsvorrichtung umfasst: eine Gleichstrom-(DC)-Stromversorgungsschaltung; und einen DC/DC-Wandler, der eine Ausgangsspannung der DC-Stromversorgungsschaltung umwandelt und die umgewandelte Ausgangsspannung an die Festkörperlichtquelle anlegt, wobei der DC/DC-Wandler ein Schaltelement und eine Steuerschaltung umfasst, die das Schaltelement in einem BCM-Modus wiederholt ein- und ausschaltet, und wobei die DC-Stromversorgungsschaltung die Ausgangsspannung anpasst, um basierend auf einer Durchlassspannung, die an die Festkörperlichtquelle anzulegen ist, eine Schaltfrequenz des Schaltelements höher zu machen als eine erste Frequenz.
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Beleuchtungsvorrichtung und dergleichen bereitgestellt, die eine Variation in der Schaltfrequenz des DC/DC-Wandlers unterdrücken können.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Schaltplan, der eine Schaltungsanordnung einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht;
2 ist ein Schaltplan, der eine Schaltungsanordnung eines Entstörfilters gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht;
3 ist ein Schaltplan, der eine Schaltungsanordnung einer AC/DC-Steuerschaltung gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht;
4 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel einer Wellenform eines Induktorstroms veranschaulicht, der durch einen Induktor eines DC/DC-Wandlers gemäß der Ausführungsform 1 fließt;
5 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Ausgangsspannung Vdc des AC/DC-Wandlers und einer Durchlassspannung Vf einer LED veranschaulicht, wenn eine Schaltfrequenz eines Schaltelements, das im DC/DC-Wandler gemäß der Ausführungsform 1 beinhaltet ist, konstant ist;
6 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen der Schaltfrequenz fsw des DC/DC-Wandlers der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 und einer Durchlassspannung Vf einer LED veranschaulicht;
7 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Ausgangsspannung Vdc eines AC/DC-Wandlers einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 und einer Durchlassspannung Vf einer LED veranschaulicht;
8 ist ein Schaltplan, der eine Schaltungsanordnung einer Referenzspannungserzeugungseinheit gemäß der Ausführungsform 2 veranschaulicht;
9 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Schaltfrequenz fsw von einem DC/DC-Wandler der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 und einer Durchlassspannung Vf einer LED veranschaulicht;
10 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Ausgangsspannung Vdc eines AC/DC-Wandlers einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 3 und einer Durchlassspannung Vf einer LED veranschaulicht;
11 ist ein Schaltplan, der eine Schaltungsanordnung einer Referenzspannungserzeugungseinheit gemäß der Ausführungsform 3 veranschaulicht;
12 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Schaltfrequenz fsw von einem DC/DC-Wandler der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 3 und einer Durchlassspannung Vf einer LED veranschaulicht; und
13 ist eine Außenansicht einer Leuchte gemäß der Ausführungsform 4.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Das Folgende beschreibt im Detail eine Beleuchtungsvorrichtung und eine Leuchte gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Es ist zu beachten, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen jeweils ein spezifisches Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigen. Numerische Werte, Komponenten, die Anordnung und Verbindung der Komponenten und so weiter, die in den folgenden Ausführungsformen gezeigt sind, sind lediglich Beispiele und begrenzen daher den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht. Außerdem sind unter den Komponenten in den folgenden Ausführungsformen Elemente, die nicht in irgendwelchen der unabhängigen Patentansprüche rezitiert sind, welche die breitesten Konzepte der vorliegenden Erfindung zeigen, als willkürliche Komponenten beschrieben.
Es ist zu beachten, dass jedes Diagramm ein Prinzipschaltbild ist und nicht zwangsläufig die tatsächliche Struktur darstellt. Des Weiteren sind in jedem Diagramm im Wesentlichen den gleichen Elementen die gleichen Bezugszeichen zugewiesen und die Beschreibung wird ausgelassen oder vereinfacht, wenn sie sich deckt. Ausführungsform 1
[1-1. Konfiguration der gesamten Beleuchtungsvorrichtung]
Zuerst wird die Konfiguration einer gesamten Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 beschrieben.
1 ist ein Schaltplan, der eine Schaltungsanordnung einer Beleuchtungsvorrichtung 10 gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht. 1 veranschaulicht auch die Wechselstromversorgung 12 (beispielsweise eine handelsübliche Stromversorgung), die eine Wechselspannung erzeugt, die an die Beleuchtungsvorrichtung 10 bereitgestellt wird, und LED 14, die ein Beispiel einer Festkörperlichtquelle ist, an die eine Stromausgabe von der Beleuchtungsvorrichtung 10 bereitgestellt wird.
Wie veranschaulicht in 1 ist die Beleuchtungsvorrichtung 10 eine Vorrichtung, die einen Strom (Ausgangsstrom Iout) an die LED 14 bereitstellt und AC/DC-Wandler 20, Erkennungsschaltung 30, DC/DC-Wandler 40 und Entstörfilter 70 umfasst.
Der AC/DC-Wandler 20 ist eine Hochsetzsteller-Gleichstromquellenschaltung, die eine Wechselstrom-(AC)-Spannung in eine Gleichstrom-(DC)-Spannung umwandelt. Der AC/DC-Wandler 20 wandelt Wechselspannung Vac, die von der Wechselstromversorgung 12 bereitgestellt wird, in Gleichspannung Vdc gemäß der vorliegenden Ausführungsform um. AC/DC-Wandler 20 umfasst: Diodenbrücke 22; Kondensator 23; Induktor 24; Schaltelement 25; Diode 26; und AC/DC-Steuerschaltung 21. Die Diodenbrücke 22 ist eine Schaltung, die eine Wechselspannung Vac gleichrichtet, die an den AC/DC-Wandler 20 bereitgestellt wird. Der Kondensator 23 ist ein Element das die Spannung, die durch die Diodenbrücke 22 gleichgerichtet wird, glättet. Der Induktor 24 ist eine Drosselspule. Der Induktor 24 umfasst: Primärspule 24a, die als Reaktion auf das Schalten von Schaltelement 25 Energie akkumuliert oder freisetzt; und Sekundärspule 24b zum Erkennen des Zustands, bei dem ein Strom, der durch die Primärspule 24a fließt, Null (null Strom) erreicht. Das Schaltelement 25 ist ein Element, das unter der Steuerung der AC/DC-Steuerschaltung 21 schaltet (wiederholt ein- und ausschaltet) und es ist ein NMOS-Transistor, der in Reihe geschaltet ist mit der Primärspule 24a von Induktor 24 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Diode 26 ist in einer Schaltungsschleife zusammen mit dem Induktor 24 und DC/DC-Wandler 40 beinhaltet und ist ein Gleichrichter, der Energie regeneriert, die in der Primärspule 24a von Induktor 24 akkumuliert wird.
Die AC/DC-Steuerschaltung 21 ist eine Schaltung, die wiederholt das Schaltelement 25 ein- und ausschaltet (bewirkt, dass das Schaltelement 25 schaltet). Wenn die AC/DC-Steuerschaltung 21 die Einschaltzeit des Schaltelements 25 steuert, wird ein Gleichspannungs-Vdc-Ausgang von AC/DC-Wandler 20 angepasst. Die AC/DC-Steuerschaltung 21 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist ein Merkmal auf, das die Ausgangsspannung Vdc basierend auf einer Durchlassspannung Vf anpasst, die eine Spannung ist, die an der LED 14 anzulegen ist, die durch die Erkennungsschaltung 30 erkannt wird. Wie veranschaulicht in 1 umfasst die AC/DC-Steuerschaltung 21 vier Anschlüsse: Anschluss ZCD1; Anschluss GD1; Anschluss Vdc; und Anschluss Vf. Anschluss ZCD1 ist hier ein Anschluss, der mit der Sekundärspule 24b von Induktor 24 verbunden ist. Des Weiteren ist der Anschluss GD1 ein Anschluss, der mit einem Gate des Schaltelements 25 verbunden ist. Des Weiteren ist der Anschluss Vdc ein Anschluss, an den eine Ausgangsspannung Vdc des AC/DC-Wandlers 20 bereitgestellt wird. Des Weiteren ist der Anschluss Vf ein Anschluss, an den eine Durchlassspannung Vf von der Erkennungsschaltung 30 bereitgestellt wird. Die AC/DC-Steuerschaltung 21 erkennt einen Nullstrom unter Verwendung des Anschlusses ZCD1, erkennt, dass die Ausgangsspannung Vdc unter Verwendung des Anschlusses Vdc eine vorbestimmte Referenzspannung erreicht und bewirkt, dass Schaltelement 25 unter Verwendung des Anschlusses GD1 schaltet. Es ist zu beachten, dass die vorbestimmte Referenzspannung eine Spannung ist, die einer Zielspannung für die Ausgangsspannung Vdc entspricht. Die ausführliche Beschreibung bezüglich der AC/DC-Steuerschaltung 21 wird später bereitgestellt.
Die Erkennungsschaltung 30 ist eine Schaltung, um eine Durchlassspannung Vf der Festkörperlichtquelle (LED 14) zu erkennen, die eine Last der Beleuchtungsvorrichtung 10 ist. Die Erkennungsschaltung 30 umfasst Anschlüsse, Verdrahtungen usw., um eine bereitgestellte Spannung an die LED 14 zu erkennen. Obwohl die Erkennungsschaltung 30, welche die bereitgestellte Spannung an LED 14 selbst erkennt, in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, kann die Erkennungsschaltung 30 verwendet werden, die eine Spannung erkennt, die durch Teilen der bereitgestellten Spannung durch zwei Widerstände erlangt wird.
Der DC/DC-Wandler 40 ist eine Schaltung, welche die Ausgangsspannung Vdc des AC/DC-Wandlers 20 umwandelt und die umgewandelte Ausgangsspannung Vdc an eine Festkörperlichtquelle anlegt. In der vorliegenden Ausführungsform ist der DC/DC-Wandler 40 ein Buck-Wandler, der eine Gleichspannung Vdc in eine Durchlassspannung Vf umwandelt, welche eine Gleichspannung ist, die an die LED 14 anzulegen ist. Der DC/DC-Wandler 40 umfasst: Kondensator 42; Widerstand 43; Schaltelement 44; Diode 45; Induktor 46; Kondensator 47; und DC/DC-Steuerschaltung 41. Der Kondensator 42 ist ein Element, um eine Welle der Gleichspannung zu glätten, die an den DC/DC-Wandler 40 bereitgestellt wird. Der Widerstand 43, der in Reihe geschaltet ist mit Schaltelement 44, ist ein Messwiderstand, um einen Strom zu erkennen, der durch das Schaltelement 44 fließt. Das Schaltelement 44 ist ein Element, das unter der Steuerung der DC/DC-Steuerschaltung 41 schaltet (wiederholt ein- und ausschaltet). Das Schaltelement 44 ist ein NMOS-Transistor, der in Reihe geschaltet ist mit der Primärspule 46a von Induktor 46 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Diode 45 ist in einer Schaltungsschleife zusammen mit LED 14 und Induktor 46 beinhaltet und ist ein Gleichrichter, der Energie regeneriert, die in der Primärspule 46a von Induktor 46 akkumuliert ist. Induktor 46 ist eine Drosselspule, die umfasst: Primärspule 46a, die Energie als Reaktion auf das Schalten, von Schaltelement 44 akkumuliert oder freisetzt; und Sekundärspule 46b zum Erkennen des Zustands, bei dem ein Strom, der durch die Primärspule 46a fließt, Null (null Strom) erreicht. Der Kondensator 47 ist parallel geschaltet zu LED 14 und glättet eine Brummspannung, die in Induktor 46 und Diode 45 erzeugt wird.
Die DC/DC-Steuerschaltung 41 ist eine Schaltung, die wiederholt das Schaltelement 44 im BCM-Modus ein- und ausschaltet (bewirkt, dass das Schaltelement 44 schaltet) und daher an LED 14 einen Dauerstrom (Ausgangsstrom Iout) liefert. Wie veranschaulicht in 1 umfasst die DC/DC-Steuerschaltung 41 drei Anschlüsse (Anschluss GD2, der mit einem Gate des Schaltelements 44 verbunden ist, Anschluss CD2, der mit einem Ende des Widerstandes 43 verbunden ist, und Anschluss ZCD2, der mit der Sekundärspule 46b von Induktor 46 verbunden ist). Die DC/DC-Steuerschaltung 41 erkennt einen Nullstrom unter Verwendung des Anschlusses ZCD2, erkennt unter Verwendung des Anschlusses CD2, dass ein Strom, der durch Schaltelement 44 fließt, einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht, und bewirkt, dass das Schaltelement 44 das Schalten unter Verwendung des Anschlusses GD2 ausführt. Es ist zu beachten, dass der vorbestimmte Schwellenwert ein Wert ist, der zuvor als ein Wert bestimmt wurde, der dem Ausgangsstrom Iout der Beleuchtungsvorrichtung 10 entspricht.
Der Entstörfilter 70 ist ein Filter zum Unterdrücken von Verlust durch Hochfrequenzrauschen, das durch Schaltvorgänge, die von DC/DC-Wandler 40 und so weiter ausgeführt werden, an der äußeren Beleuchtungsvorrichtung 10 bewirkt wird. Eine Schaltungsanordnung des Entstörfilters 70 wird unter Bezugnahme auf 2 nachfolgend beschrieben.
2 ist ein Schaltplan, der eine Schaltungsanordnung des Entstörfilters 70 gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht.
Wie veranschaulicht in 2 umfasst der Entstörfilter 70 die Kondensatoren 71, 74, 75 und 76 und die Induktoren 72 und 73. Kondensator 71, Kondensator 74 und Induktor 73 des Entstörfilters 70 bilden einen Gegentaktfilter. Des Weiteren bilden Kondensator 75, Kondensator 76 und Induktor 72 des Entstörfilters 70 einen Gleichtaktfilter. In solch einem Filter ist eine Cutoff-Frequenz des Filters proportional zu (LC)^–1/2, wobei L die Induktivität bezeichnet und C die Kapazität im Filter bezeichnet. Wenn dementsprechend eine minimale Arbeitsfrequenz des DC/DC-Wandlers 40 beispielsweise n Mal gemacht werden kann, kann eine Konstante des Produktes L und C des Entstörfilters 70 1/n² gemacht werden, was zu Vorrichtungsminiaturisierung und Kostenreduzierung führt. Des Weiteren ermöglicht die Reduzierung in der Induktivität L, die Anzahl an Spulen zu reduzieren, was zusätzlich zur Miniaturisierung zu höherer Effizienz führt. Des Weiteren ermöglicht die Reduzierung in der Kapazität C, einen Blindstrom zu reduzieren, was zu einem höheren Leistungsfaktor führt. Obwohl der Entstörfilter 70 an einer Eingangsseite der Beleuchtungsvorrichtung 10 in der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen ist, ist es ausreichend, dass der Entstörfilter 70 an mindestens einer von der Eingangsseite und einer Ausgangsseite (das ist die Seite der LED 14) der Beleuchtungsvorrichtung 10 vorgesehen wird. Eine Bereitstellung des Entstörfilters 70 an der Ausgangsseite der Beleuchtungsvorrichtung 10 unterdrückt beispielsweise Rauschverluste zur Festkörperlichtquelle, die eine Last der Beleuchtungsvorrichtung 10 ist. Des Weiteren ist es ausreichend, dass der Entstörfilter 70 mindestens einen von dem Gegentaktfilter und dem Gleichtaktfilter umfasst.
[1-2. AC/DC-Steuerschaltung]
Als Nächstes wird die ausführliche Beschreibung der AC/DC-Steuerschaltung 21 bereitgestellt, die ein wesentlicher Teil der Beleuchtungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist.
3 ist ein Schaltplan, der eine Schaltungsanordnung der AC/DC-Steuerschaltung 21 veranschaulicht.
Wie veranschaulicht in 3 umfasst die AC/DC-Steuerschaltung 21: Referenzspannungserzeugungsschaltung 200; die Widerstände 201, 202, 203 und 204; Fehlerverstärker 205; Flipflop 220; Negationsschaltung 211; Verstärker 212; und PWM-Steuereinheit 210. Die Widerstände 201 und 202 sind Widerstände zum Teilen der Durchlassspannung Vf, die an den Anschluss Vf bereitgestellt wird. Die Widerstände 203 und 204 sind Widerstände, um die Ausgangsspannung Vdc des AC/DC-Wandlers zu teilen, die an den Anschluss Vdc bereitgestellt wird. Die Referenzspannungserzeugungseinheit 200 ist eine Verarbeitungseinheit, die eine Spannung Vf1 empfängt, die durch Teilen der Durchlassspannung Vf erlangt wird, und eine Referenzspannung Vref1 erzeugt, die der Spannung Vf1 entspricht. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Referenzspannungserzeugungseinheit 200 einen Mikrocomputer. Die Referenzspannung Vref1 wird an den Fehlerverstärker 205 bereitgestellt und mit der Spannung Vdc1 verglichen, die durch Teilen der Ausgangsspannung Vdc erlangt wird. Der Fehlerverstärker 205 ist ein Verstärker, der die Referenzspannung Vref1, die durch die Referenzspannungserzeugungseinheit 200 erzeugt wird, und die Spannung Vdc1, die durch Teilen der Ausgangsspannung Vdc erlangt wird, vergleicht und eine Spannung Vcomp bereitstellt, die durch Verstärken der Differenz zur PWM-Steuereinheit 210 erlangt wird. Flipflop 220 ist eine Schaltung, die ein Steuersignal zu dem Gate des Schaltelements 25 erzeugt. Die Negationsschaltung 211 ist eine Schaltung, welche ein Hochpegelsignal ausgibt, wenn ein Niederpegelsignal bereitgestellt wird und ein Niederpegelsignal ausgibt, wenn ein Hochpegelsignal bereitgestellt wird. Der Verstärker 212 ist ein Verstärker, der den Signalausgang von Anschluss Q von Flipflop 220 verstärkt. Der Verstärker 212 verstärkt das bereitgestellte Hochpegelsignal zu einem Signal mit einer Spannung, die das Schaltelement 25 in den EIN-Zustand versetzen kann. Die PWM-Steuereinheit 210 ist eine Verarbeitungseinheit, die ein Rücksetzsignal ausgibt, nachdem ein notQ-Niederpegelsignal von Flipflop 220 bereitgestellt wird, und dann ein vorbestimmter Zeitraum, der proportional zur Spannung Vcomp ist, die von Fehlerverstärker 205 bereitgestellt wird, abläuft. Die PWM-Steuereinheit 210 kann beispielsweise eines von einem Rampengenerator mit einem Vergleicher und einem Mikrocomputer umfassen.
Mit der AC/DC-Steuerschaltung 21, die wie vorstehend konfiguriert ist, wird das Schaltelement 25 gesteuert, um die Spannung Vdc1, die durch Teilen der Ausgangsspannung Vdc des AC/DC-Wandlers 20 erlangt wird, gleich der Referenzspannung Vref1 zu machen, die basierend auf der Durchlassspannung Vf erzeugt wird.
[1-3. Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung]
Als Nächstes wird ein Betrieb, der von der Beleuchtungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt wird, beschrieben.
Zuerst wird die Beschreibung zu einem Betrieb bereitgestellt, der von dem DC/DC-Wandler 40 der Beleuchtungsvorrichtung 10 ausgeführt wird, die in 1 veranschaulicht ist.
Unter der Steuerung der DC/DC-Steuerschaltung 41 in DC/DC-Wandler 40 ist das Schaltelement 44 für eine vorbestimmte Einschaltzeit wiederholt EIN und ist dann für eine vorbestimmte Ausschaltzeit AUS. Die vorbestimmte Einschaltzeit und die vorbestimmte Ausschaltzeit werden basierend auf mindestens der Durchlassspannung der LED 14 bestimmt, welche die Last ist. Daher schaltet das Schaltelement 44 im BCM-Modus ein. Zu diesem Zeitpunkt, während der Einschaltzeit des Schaltelementes 44, fließt ein Strom durch die LED 14, Primärspule 46a des Induktors 46, Schaltelement 44 und Widerstand 43 und ein Induktorstrom, der durch die Primärspule 46a von Induktor 46 fließt, erhöht sich. Während der Ausschaltzeit des Schaltelementes 44 wird währenddessen die Energie, die im Induktor 46 akkumuliert wird, über die Diode 45 freigesetzt, und daher fließt ein Strom durch den Induktor 46, die Diode 45 und LED 14. Als Resultat verringert sich der Induktorstrom, der durch Primärspule 46a von Induktor 46 fließt. Das durch das Schaltelement 44 ausgeführte Schalten bewirkt einen Strom, der eine Sägezahnform aufweist (Wiederholung von Dreieckwellen), und ein konstanter Spitzenstromwert (der oben beschriebene vorbestimmte Schwellenwert) fließt durch die Primärspule 46a von Induktor 46.
Um zu bewirken, dass das Schaltelement 44 im BCM-Modus arbeitet, erkennt die DC/DC-Steuerschaltung 41 den Zustand, bei dem der Strom, der durch die Primärspule 46a von Induktor 46 fließt, gemäß einer Spannung, die an den Anschluss ZCD2 bereitgestellt wird, der mit der Sekundärspule 46b von Induktor 46 verbunden ist, Null (null Strom) erreicht. Nach dem Erkennen des Nullstroms, gibt die DC/DC-Steuerschaltung 41 ein Steuersignal aus, um das Schaltelement 44 von Anschluss GD2 einzuschalten. Nach dem Erkennen, dass der Strom, der durch das Schaltelement 44 fließt, den vorbestimmten Schwellenwert gemäß einer Spannung erreicht, die an den Anschluss CD2 bereitgestellt wird, gibt die DC/DC-Steuerschaltung 41 außerdem ein Steuersignal aus, um das Schaltelement 44 von Anschluss GD2 auszuschalten.
Hier wird die Beschreibung bezüglich einer Wellenform des vorstehend beschriebenen Induktorstroms und der Schaltfrequenz des Schaltelements 44 unter Bezugnahme auf 4 bereitgestellt.
4 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel einer Wellenform eines Induktorstroms veranschaulicht, der durch einen Induktor 46 eines DC/DC-Wandlers 40 fließt. 4 veranschaulicht Wellenformen von Induktorströmen mit zwei unterschiedlichen Vorwärtsspannungen.
Wie durch die durchgezogene Linie in 4 dargestellt, weist der Induktorstrom eine Sägezahnwellenform mit Zyklus T1 und einem vorbestimmten Schwellenwert Ipeak als der Spitzenstromwert auf. In 4 weist die Wellenform, die durch die gestrichelte Linie dargestellt ist, auf eine Wellenform eines Induktorstroms hin, die erlangt wird, wenn sich die Durchlassspannung Vf von dem Fall unterscheidet, bei dem die Wellenform des Induktorstroms, der durch die durchgezogene Linie dargestellt ist, erlangt wird. In dem Beispiel, das durch die gestrichelte Linie in 4 dargestellt ist, ist der Spitzenstromwert des Induktorstroms in der gleichen Weise wie im Fall von der durchgezogenen Linie der Schwellenwert Ipeak. Da der Induktorstrom jedoch aufgrund einer Differenz in der Durchlassspannung Vf ein unterschiedliches Gefälle in Bezug auf die Zeit aufweist, unterscheidet sich der Zyklus T2 der Wellenform des Induktorstroms in dem Beispiel, das durch die gestrichelte Linie in 4 dargestellt ist, von Zyklus T1. Der Zyklus T1 und der Zyklus T2 sind reziproke Werte der Schaltfrequenz fsw, die durch den Ausdruck 1 dargestellt wird. Wie vorstehend beschrieben, unterscheidet sich die Schaltfrequenz fsw des Schaltelements 44 abhängig von der Durchlassspannung Vf der verbundenen LED 14.
Die Beleuchtungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterdrückt eine Variation der Schaltfrequenz fsw von Schaltelement 44, das im DC/DC-Wandler 40 beinhaltet ist, abhängig von der Durchlassspannung Vf. Da die Schaltfrequenz fsw durch den vorstehenden Ausdruck 1 dargestellt wird, wird die Ausgangsspannung Vdc des AC/DC-Wandlers 20 durch den nachfolgenden Ausdruck 2 durch Transformieren des vorstehenden Ausdrucks 1 dargestellt. Vdc = Vf²/(Vf – 2fswLIout) (Ausdruck 2)
Hier bezeichnet Iout einen Ausgangsstrom des DC/DC-Wandlers 40. L bezeichnet die Induktivität des Induktors 46, der in DC/DC-Wandler 40 beinhaltet ist. Der vorstehende Ausdruck 2 ermöglicht eine Beziehung zwischen der Ausgangsspannung Vdc des AC/DC-Wandlers 20 und der Durchlassspannung Vf einer LED, wenn die Schaltfrequenz fsw konstant ist.
5 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Ausgangsspannung Vdc des AC/DC-Wandlers 20 und einer Durchlassspannung Vf einer LED veranschaulicht, wenn eine Schaltfrequenz fsw des Schaltelements 44, das in DC/DC-Wandler 40 beinhaltet ist, konstant ist. In 5 stellt die durchgezogene Linie die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung Vdc und der Durchlassspannung Vf dar, wobei die Induktivität L 250 μH ist, der Ausgangsstrom Iout 1 A ist und die Schaltfrequenz fsw 75 kHz ist. 5 stellt durch die gestrichelte Linie auch eine Beziehung zwischen der Ausgangsspannung Vdc und der Durchlassspannung Vf (eine Beziehung, bei der die Durchlassspannung Vf 50 V bis 250 V und die Ausgangsspannung Vdc konstant bei 300 V ist) in einem später beschriebenen Vergleichsbeispiel dar.
In dem Beispiel, das durch die durchgezogene Linie in 5 dargestellt ist, korreliert die Ausgangsspannung Vdc negativ mit der Durchlassspannung Vf, wenn die Durchlassspannung Vf niedriger ist als 75 V, und korreliert mit der Durchlassspannung Vf positiv, wenn die Durchlassspannung Vf höher ist als 75 V.
Bei der vorliegenden Ausführungsform passt die AC/DC-Steuerschaltung 21 die Ausgangsspannung Vdc abhängig von der Durchlassspannung Vf an, um zu bewirken, dass die Ausgangsspannung Vdc und die Durchlassspannung Vf die Beziehung, die durch den vorstehenden Ausdruck 2 dargestellt wird (die Beziehung, die durch die durchgezogene Linie in 5 dargestellt ist), erfüllen.
Hier wird die Beschreibung bezüglich des Anpassungsvorgangs der Ausgangsspannung Vdc, der durch den AC/DC-Wandler 20 ausgeführt wird, unter Bezugnahme auf 1 und 3 bereitgestellt.
Wenn die LED 14 mit dem DC/DC-Wandler 40 verbunden ist, wird eine Durchlassspannung Vf, die durch Eigenschaften der LED 14 definiert ist, an die LED 14 angelegt. Diese Durchlassspannung Vf wird durch die Erkennungsschaltung 30 erkannt und an den Anschluss Vf der AC/DC-Steuerschaltung 21 wie dargestellt in 1 bereitgestellt. Die Durchlassspannung Vf, die an den Anschluss Vf bereitgestellt wird, wird durch die AC/DC-Steuerschaltung 21 wie dargestellt in 3 geteilt, und die geteilte Spannung Vf1 wird an die Referenzspannungserzeugungseinheit 200 bereitgestellt. Dann erzeugt die Referenzspannungserzeugungseinheit 200 eine Referenzspannung Vref1 basierend auf der bereitgestellten Spannung Vf1. Wie dargestellt in 1 wird die Ausgangsspannung Vdc des AC/DC-Wandlers 20 währenddessen an den Anschluss Vdc der AC/DC-Steuerschaltung 21 bereitgestellt. Die Ausgangsspannung Vdc, die an den Anschluss Vdc bereitgestellt wird, wird durch die AC/DC-Steuerschaltung 21 wie dargestellt in 3 geteilt. Hier ist die Referenzspannung Vref1 eine Spannung, die ein Sollwert für die Spannung Vdc1 ist, die durch Teilen der Ausgangsspannung Vdc erlangt wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Referenzspannung Vref1, die der Sollwert für die Spannung Vdc1 ist, erzeugt, um zu bewirken, dass die Ausgangsspannung Vdc und die Durchlassspannung Vf die Beziehung in dem vorstehenden Ausdruck 2 erfüllen. Dann wird die erzeugte Referenzspannung Vref1 und die Spannung Vdc1 an den Fehlerverstärker 205 bereitgestellt. Als Resultat wird eine Spannung Vcomp, die der Differenz zwischen der Referenzspannung Vref1 und der Spannung Vdc1 entspricht, von Fehlerverstärker 205 ausgegeben, an den die Referenzspannung Vref1 und die Spannung Vdc1 bereitgestellt werden.
Die Spannung Vcomp, die von Fehlerverstärker 205 ausgegeben wird, wird an die PWM-Steuereinheit 210 bereitgestellt. Die PWM-Steuereinheit 210 gibt ein Rücksetzsignal zu einem Anschlussreset (R) von Flipflop 220 aus, nachdem das Signal, das von Anschluss notQ von Flipflop 220 an die PWM-Steuereinheit 210 bereitgestellt wird, auf einen niedrigen Pegel wechselt, und dann läuft ein vorbestimmter Zeitraum ab, der proportional zur Spannung Vcomp ist. Das Signal, das von Anschluss notQ von Flipflop 220 an die PWM-Steuereinheit 210 bereitgestellt wird, wechselt zu einem niedrigen Pegel zu einem Zeitpunkt, an dem der Nullstrom des Induktors 24 des AC/DC-Wandlers 20 erkannt wird. Dementsprechend wird ein Hochpegelsignal von Anschluss Q von Flipflop 220 von dem Zeitpunkt an ausgegeben, an dem der Nullstrom des Induktors 24 erkannt wird, bis der Zeitraum, der proportional zur Spannung Vcomp ist, abläuft.
Wie vorstehend beschrieben wird eine Anpassung an dem Zeitraum ausgeführt, während dem das Hochpegelsignal, um das Schaltelement 25 in den EIN-Zustand zu versetzen, von Anschluss Q von Flipflop 220 ausgegeben wird.
Als Nächstes wird die Beschreibung bezüglich eines Prinzips des Anpassungsvorgangs bei der Ausgangsspannung Vdc gemäß der Einschaltzeit des Schaltelements 25, bereitgestellt, der durch den AC/DC-Wandler 20 ausgeführt wird.
Wenn das Schalten des Schaltelements 25 in der oben beschriebenen Weise gesteuert wird, in der Einschaltzeit des Schaltelements 25, fließt ein Strom von Induktor 24 zu dem Schaltelement 25 und Energie wird im Induktor 24 akkumuliert. Wenn des Weiteren das Rücksetzsignal von der PWM-Steuereinheit 210 zum Zurücksetzen des Anschlusses des Flipflops 220 bereitgestellt wird, wird ein Niederpegelsignal von Anschluss Q von Flipflop 220 ausgegeben und daher das Schaltelement 25 in den AUS-Zustand versetzt. Wenn das Schaltelement 25 in den AUS-Zustand versetzt wurde, wird die Energie, die im Induktor 24 während der Einschaltzeit des Schaltelementes 25 akkumuliert wurde, über die Diode 26 freigesetzt und an DC/DC-Wandler 40 ausgegeben. Hier variiert die Energie abhängig von der Länge der Einschaltzeit des Schaltelementes 24, was die Ausgangsspannung Vdc des AC/DC-Wandlers 20 zu einer Spannung macht, die der Länge der Einschaltzeit entspricht. Wenn die Energie, die in Induktor 24 akkumuliert wird, freigesetzt wird, und der Strom, der durch Induktor 24 fließt Null erreicht, erreicht die an dem Anschluss anzulegende Spannung ZCD1 Null. Wenn die Spannung, die an dem Anschluss ZCD1 anzulegen ist, Null erreicht, stellt die Negationsschaltung 211 ein Hochpegelsignal an einen Anschlusssatz (S) von Flipflop 220 bereit. Dies bewirkt, dass ein Hochpegelsignal von Anschluss Q von Flipflop 220 ausgegeben und daher das Schaltelement 25 in den EIN-Zustand versetzt wird. Des Weiteren wechselt das Signal, das von Anschluss notQ auszugeben ist zu einem niederen Pegel.
Durch Anpassen der Einschaltzeit des Schaltelementes 25 in der oben beschriebenen Weise wird die Ausgangsspannung Vdc des AC/DC-Wandlers 20 angepasst. Dann wird die Ausgangsspannung Vdc nach der Anpassung wieder an die AC/DC-Steuerschaltung 21 bereitgestellt und die Spannung Vdc1, die durch Teilen der Ausgangsspannung Vdc erlangt wird, und die Referenzspannung Vref1 werden an den Fehlerverstärker 205 bereitgestellt.
Durch Wiederholen des oben beschriebenen Vorgangs wird die Spannung Vdc1, die durch Teilen der Ausgangsspannung Vdc erlangt wird, ungefähr gleich der Referenzspannung Vref1.
Wie vorstehend beschrieben, kann der AC/DC-Wandler 20 die Ausgangsspannung Vdc anpassen, um zu bewirken, dass die Ausgangsspannung Vdc und die Durchlassspannung Vf die Beziehung erfüllen, die durch den vorstehenden Ausdruck 2 dargestellt wird. Daher kann mit der Beleuchtungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die Schaltfrequenz fsw des Schaltelementes 44, die in DC/DC-Wandler 40 beinhaltet ist, unabhängig von der Variation in der Durchlassspannung Vf ungefähr konstant sein.
Es wird die Beschreibung bezüglich eines Variationsbereichs der Schaltfrequenz fsw von dem DC/DC-Wandler 40 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 6 bereitgestellt.
6 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen der Schaltfrequenz fsw von DC/DC-Wandler 40 der Beleuchtungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und einer Durchlassspannung Vf der LED 14 veranschaulicht. In 6 weist die durch die durchgezogene Linie dargestellte Kurve auf die Beziehung zwischen der Schaltfrequenz fsw und der Durchlassspannung Vf gemäß der vorliegenden Ausführungsform hin und die durch die gestrichelte Linie dargestellte Kurve weist auf eine Beziehung zwischen der Schaltfrequenz fsw von der Beleuchtungsvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel und der Durchlassspannung Vf hin. Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Ausführungsform die Induktivität L des Induktors 46 250 μH ist, der Ausgangsstrom Iout 1 A ist und die Zielschaltfrequenz fsw 75 kHz ist. Die Beleuchtungsvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel ist auch eine Beleuchtungsvorrichtung, die einen AC/DC-Wandler und einen DC/DC-Wandler in der gleichen Weise wie in der Beleuchtungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst. Jedoch ist die Ausgangsspannung Vdc des AC/DC-Wandlers, der in der Beleuchtungsvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel beinhaltet ist, auf 300 V fixiert (siehe 5). Von dem DC/DC-Wandler beträgt des Weiteren die Induktivität L des Induktors 46 500 μH und der Ausgangsstrom Iout 1 A.
Wie veranschaulicht in 6 in der Beleuchtungsvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel, variiert die Schaltfrequenz fsw abhängig von der Durchlassspannung Vf innerhalb eines Bereichs zwischen 41 kHz und 75 kHz. Währenddessen ist in der Beleuchtungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Schaltfrequenz fsw konstant bei 75 kHz.
Es ist zu beachten, dass in der Beleuchtungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Schaltfrequenz fsw auf eine Frequenz eingestellt ist, die höher ist als eine erste Frequenz. Die erste Frequenz kann beispielsweise als eine Frequenz, die höher ist als eine hörbare obere Grenzfrequenz (ca. 20 kHz) oder gleich dieser ist, eingestellt sein. Hier definiert die erste Frequenz eine Cutoff-Frequenz des Entstörfilters 70, die in der Beleuchtungsvorrichtung 10 zulässig ist. Speziell ist der Entstörfilter 70 konfiguriert, sodass er eine Cutoff-Frequenz niedriger als oder gleich der ersten Frequenz aufweist. Da die Größe von jedem der Elemente, die in dem Entstörfilter 70 beinhaltet sind, vergrößert werden muss, um die Cutoff-Frequenz des Entstörfilters 70 zu verringern, kann die erste Frequenz außerdem basierend auf der Größe des Entstörfilters 70 bestimmt werden, der in der Beleuchtungsvorrichtung 10 enthalten sein kann.
Des Weiteren ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Schaltfrequenz fsw derart eingestellt, dass sie niedriger als oder gleich einer zweiten Frequenz ist. Hier kann die zweite Frequenz beispielsweise als ein Maximalwert der rechten Seite des vorstehenden Ausdrucks 1 festgelegt sein.
[1-4. Vorteilhafter Effekt und andere]
Wie vorstehend beschrieben umfasst die Beleuchtungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform AC/DC-Wandler 20 und DC/DC-Wandler 40, der eine Ausgangsspannung des AC/DC-Wandlers 20 umwandelt und die umgewandelte Ausgangsspannung an eine Festkörperlichtquelle anlegt. Des Weiteren umfasst der DC/DC-Wandler 40 das Schaltelement 44 und die DC/DC-Steuerschaltung 41, die wiederholt das Schaltelement 44 im BCM-Modus ein- und ausschaltet. Außerdem passt der AC/DC-Wandler 20 die Ausgangsspannung Vdc an, um die Schaltfrequenz fsw von dem Schaltelement 44 basierend auf der Durchlassspannung Vf, die an die Festkörperlichtquelle anzulegen ist, höher zu machen als die erste Frequenz.
Damit kann die Variation der Schaltfrequenz fsw des DC/DC-Wandlers 40 der Beleuchtungsvorrichtung 10 innerhalb eines Frequenzbandes unterdrückt werden, das höher ist als die erste Frequenz. Dementsprechend wird eine Frequenz eines Schaltgeräuschs, das von der Beleuchtungsvorrichtung 10 erzeugt wird, auf eine Frequenz begrenzt, die höher ist als die erste Frequenz, und daher kann die Cutoff-Frequenz des Entstörfilters 70 höher sein als die erste Frequenz. Dementsprechend kann die Größe des Entstörfilters 70 innerhalb eines Bereichs sein. welcher der ersten Frequenz entspricht.
Des Weiteren kann in der Beleuchtungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die erste Frequenz höher als die oder gleich der hörbaren oberen Grenzfrequenz sein.
Damit können die Geräusche der Beleuchtungsvorrichtung 10 unterdrückt werden. Des Weiteren passt in der Beleuchtungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform der AC/DC-Wandler 20 die Ausgangsspannung Vdc an, um die Schaltfrequenz fsw von Schaltelement 44 niedriger als oder gleich der zweiten Frequenz zu machen.
Damit können die Schaltverluste von Schaltelement 44 des DC/DC-Wandlers 40 unterdrückt werden.
Wenn des Weiteren in der Beleuchtungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Durchlassspannung Vf höher ist als eine vorgegebene Spannung, passt der AC/DC-Wandler 20 die Ausgangsspannung Vdc an, um die Ausgangsspannung Vdc mit der Durchlassspannung Vf positiv zu korrelieren. Wenn des Weiteren die Durchlassspannung Vf niedriger als oder gleich der vorgegebenen Spannung ist, passt der AC/DC-Wandler 20 die Ausgangsspannung Vdc an, sodass sie die Ausgangsspannung Vdc mit der Durchlassspannung Vf negativ korreliert.
Damit kann die Variation der Schaltfrequenz fsw des DC/DC-Wandlers 40 der Beleuchtungsvorrichtung 10 weiter unterdrückt werden. Dies grenzt einen Bereich von Frequenzbändern mit Schaltrauschen ein und grenzt daher Frequenzbänder ein, um Rauschen zu unterdrücken, das für den Entstörfilter 70 erforderlich ist. Dementsprechend kann die Größe des Entstörfilters 70 weiter reduziert werden.
Ausführungsform 2
Als Nächstes wird eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 beschrieben.
In der Beleuchtungsvorrichtung 10 gemäß der vorstehenden Ausführungsform 1 wird die Ausgangsspannung Vdc angepasst, um zu bewirken, dass die Ausgangsspannung Vdc des AC/DC-Wandlers 20 und die Durchlassspannung Vf einer LED die Beziehung in Ausdruck 2 erfüllen. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Ausgangsspannung Vdc angepasst, um zu bewirken, dass die Ausgangsspannung Vdc und die Durchlassspannung Vf eine Beziehung nahe bei der Beziehung aufweisen, die durch den vorstehenden Ausdruck 2 dargestellt wird, obwohl die Beziehung in Ausdruck 2 nicht vollständig erfüllt wird. Damit kann in der vorliegenden Ausführungsform die Konfiguration der AC/DC-Steuerschaltung vereinfacht werden. Im Folgenden wird die Beschreibung bezüglich der Referenzspannungserzeugungseinheit der AC/DC-Steuerschaltung bereitgestellt, welche den Unterschied zwischen der vorliegenden Ausführungsform und der vorstehenden Ausführungsform 1 darstellt. Die Beschreibung bezüglich der Beleuchtungsvorrichtung und anderen Elementen der vorliegenden Ausführungsform wird ausgelassen.
[2-1. Referenzspannungserzeugungseinheit]
Zuerst wird die Referenzspannungserzeugungseinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
In der gleichen Weise wie in der Referenzspannungserzeugungseinheit 200 gemäß der vorstehenden Ausführungsform 1 gibt die Referenzspannungserzeugungseinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Referenzspannung aus, die ein Sollwert für eine Spannung Vdc1 ist, die durch Teilen der Ausgangsspannung Vdc des AC/DC-Wandlers erlangt wird, basierend auf einer Spannung Vf1, die durch Teilen der Durchlassspannung Vf erlangt wird. Wie vorstehend beschrieben wird die Referenzspannung jedoch erzeugt, um zu bewirken, dass die Ausgangsspannung Vdc und die Durchlassspannung Vf eine Beziehung nahe bei der Beziehung aufweisen, die durch den vorstehenden Ausdruck 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform dargestellt wird. Hier wird die Beschreibung bezüglich der Beziehung zwischen der Ausgangsspannung Vdc und der Durchlassspannung Vf gemäß der vorliegenden Ausführungsform bereitgestellt.
7 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Ausgangsspannung Vdc eines AC/DC-Wandlers einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform und einer Durchlassspannung Vf einer LED veranschaulicht. In 7 stellt die durchgezogene Linie eine Kurve dar, welche die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung Vdc und der Durchlassspannung Vf gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt, und die lang gestrichelte kurz gestrichelte Linie stellt eine Kurve dar, welche die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung Vdc gemäß der Ausführungsform 1 und der Durchlassspannung Vf zur Bezugnahme zeigt. Des Weiteren stellt die gestrichelte Linie in 7 die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung Vdc und der Durchlassspannung Vf in dem vorstehenden Vergleichsbeispiel dar.
Wie veranschaulicht in 7 weisen die Ausgangsspannung Vdc der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform und die Durchlassspannung Vf der LED eine Beziehung (siehe die durchgezogene Linie in 7) nahe bei der Beziehung auf, die durch den vorstehenden Ausdruck 2 dargestellt wird (siehe die lang gestrichelte kurz gestrichelte Linie in 7). Der AC/DC-Wandler gemäß der vorliegenden Ausführungsform passt die Ausgangsspannung Vdc an, um die Ausgangsspannung Vdc mit der Durchlassspannung Vf positiv zu korrelieren, wenn die Durchlassspannung Vf höher ist als eine vorgegebene Spannung (100 V). Des Weiteren hält der AC/DC-Wandler gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Ausgangsspannung Vdc konstant (150 V), wenn die Durchlassspannung Vf niedriger als oder gleich der vorgegebenen Spannung (100 V) ist.
Als Nächstes wird die Beschreibung bezüglich einer Konfiguration der Referenzspannungserzeugungseinheit bereitgestellt, um die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung Vdc und der Durchlassspannung Vf wie dargestellt in 7 zu erlangen.
8 ist ein Schaltplan, der eine Schaltungsanordnung der Referenzspannungserzeugungseinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht.
Wie veranschaulicht in 8 erzeugt die Referenzspannungserzeugungseinheit 200a gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Referenzspannung Vref2 basierend auf einer Spannung Vf1, die durch Teilen der Durchlassspannung Vf erlangt wird, und gibt die Referenzspannung Vref2 zu dem Fehlerverstärker 205 aus. Des Weiteren umfasst die Referenzspannungserzeugungseinheit 200a die Diode 231, Widerstände 232 und 233 und Spannungsquelle 234 wie veranschaulicht in 8. Hier ist die Spannungsquelle 234 eine Konstantspannungsquelle, die eine Konstantspannung Vref ausgibt.
Im Folgenden wird die Beschreibung bezüglich eines Betriebs bereitgestellt, der durch die Referenzspannungserzeugungseinheit 200a ausgeführt wird, die in 8 veranschaulicht ist.
Wenn die Spannung Vf1, die durch Teilen der Durchlassspannung Vf erlangt wird, niedriger ist als die Spannung Vref, die von der Spannungsquelle 234 ausgegeben wird, ist die Diode 231 nicht im leitenden Zustand und daher ist die Referenzspannung Vref2 gleich der Spannung Vref, die von der Spannungsquelle 234 ausgegeben wird. Wenn die Spannung Vf1 höher ist als die Spannung Vref, die von der Spannungsquelle 234 ausgegeben wird, ist die Diode 231 im leitenden Zustand und daher ist die Referenzspannung Vref2 eine Spannung, die durch Hinzufügen einer Vorspannung erlangt wird, die der Größenordnung der Spannung Vf1 entspricht, zu der Spannung Vref, die von der Spannungsquelle 234 ausgegeben wird. Damit kann die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung Vdc und der Durchlassspannung Vf wie dargestellt in 7 erlangt werden.
Es wird die Beschreibung bezüglich eines Variationsbereichs der Schaltfrequenz fsw von dem DC/DC-Wandler gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 9 bereitgestellt.
9 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Schaltfrequenz fsw von dem DC/DC-Wandler der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform und einer Durchlassspannung Vf der LED 14 zeigt. In 9 stellt die durchgezogene Linie eine Kurve dar, die eine Beziehung zwischen der Durchlassspannung Vf und der Schaltfrequenz fsw gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt, und die gestrichelte Linie stellt eine Kurve dar, die eine Beziehung zwischen der Durchlassspannung Vf und der Schaltfrequenz fsw gemäß dem Vergleichsbeispiel zeigt. Es ist zu beachten, dass die Parameter in der vorliegenden Ausführungsform die gleichen Werte aufweisen wie die Parameter gemäß der vorstehenden Ausführungsform 1. Des Weiteren ist das Vergleichsbeispiel, das durch die gestrichelte Linie in 9 dargestellt ist, das Gleiche wie das in 6 dargestellte Vergleichsbeispiel.
Wie veranschaulicht in 9 unterdrückt die Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Variationsbereich der Schaltfrequenz fsw weiter als im Vergleichsbeispiel. Des Weiteren weist die Schaltfrequenz fsw eine Frequenz auf, die höher ist als die hörbare Frequenz.
[2-2. Vorteilhafter Effekt und andere]
Bei der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform passt der AC/DC-Wandler wie vorstehend beschrieben die Ausgangsspannung Vdc an, um die Ausgangsspannung Vdc mit der Durchlassspannung Vf positiv zu korrelieren, wenn die Durchlassspannung Vf höher ist als eine vorgegebene Spannung. Wenn des Weiteren die Durchlassspannung Vf niedriger als oder gleich einer vorgegebenen Spannung ist, hält der AC/DC-Wandler die Ausgangsspannung Vdc konstant.
Damit kann der Variationsbereich der Schaltfrequenz fsw im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Ausgangsspannung Vdc des AC/DC-Wandlers fest ist, weiter unterdrückt werden. Des Weiteren kann mit der vorliegenden Ausführungsform die Schaltungsanordnung zum Anpassen der Vdc vereinfacht werden.
Ausführungsform 3
Als Nächstes wird eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 3 beschrieben.
Hier ist ein Beispiel dargestellt, das zeigt, dass die Konfiguration der AC/DC-Steuerschaltung weiter als in der vorstehenden Ausführungsform 2 vereinfacht werden kann. Im Folgenden wird die Beschreibung bezüglich der Referenzspannungserzeugungseinheit der AC/DC-Steuerschaltung bereitgestellt, welche den Unterschied zwischen der vorliegenden Ausführungsform und jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen bildet. Die Beschreibung bezüglich der Beleuchtungsvorrichtung und anderen Elementen der vorliegenden Ausführungsform wird ausgelassen.
[3-1. Referenzspannungserzeugungseinheit]
Zuerst wird die Referenzspannungserzeugungseinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
In der gleichen Weise wie in der Referenzspannungserzeugungseinheit 200a gemäß der vorstehenden Ausführungsform 2 erzeugt die Referenzspannungserzeugungseinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Referenzspannung, um zu bewirken, dass die Durchlassspannung Vf und die Ausgangsspannung Vdc eine Beziehung nahe bei der Beziehung in dem vorstehenden Ausdruck 2 aufweisen. Hier wird die Beschreibung bezüglich der Beziehung zwischen der Ausgangsspannung Vdc und der Durchlassspannung Vf gemäß der vorliegenden Ausführungsform bereitgestellt.
10 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Ausgangsspannung Vdc eines AC/DC-Wandlers einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform und einer Durchlassspannung Vf einer LED veranschaulicht. In 10 stellt die durchgezogene Linie eine Kurve dar, welche die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung Vdc gemäß der vorliegenden Ausführungsform und der Durchlassspannung Vf zeigt, und die lang gestrichelte kurz gestrichelte Linie stellt eine Kurve dar, welche die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung Vdc gemäß der Ausführungsform 1 und der Durchlassspannung Vf zur Bezugnahme zeigt. Des Weiteren stellt die gestrichelte Linie in 10 die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung Vdc in dem vorstehenden Vergleichsbeispiel und der Durchlassspannung Vf dar.
Wie veranschaulicht in 10 weisen die Ausgangsspannung Vdc der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform und die Durchlassspannung Vf der LED eine Beziehung (siehe die durchgezogene Linie in 10) nahe bei der Beziehung auf, die durch den vorstehenden Ausdruck 2 dargestellt wird (siehe die lang gestrichelte kurz gestrichelte Linie in 10). Der AC/DC-Wandler gemäß der vorliegenden Ausführungsform passt die Ausgangsspannung Vdc an, um die Ausgangsspannung Vdc mit der Durchlassspannung Vf positiv zu korrelieren.
Als Nächstes wird die Beschreibung bezüglich einer Konfiguration der Referenzspannungserzeugungseinheit bereitgestellt, um die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung Vdc und der Durchlassspannung Vf wie dargestellt in 10 zu erlangen.
11 ist ein Schaltplan, der eine Schaltungsanordnung der Referenzspannungserzeugungseinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht.
Wie veranschaulicht in 11 erzeugt die Referenzspannungserzeugungseinheit 200b gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Referenzspannung Vref3 basierend auf einer Spannung Vf1, die durch Teilen der Durchlassspannung Vf erlangt wird, und gibt die Referenzspannung Vref3 an den Fehlerverstärker 205 aus. Des Weiteren umfasst die Referenzspannungserzeugungseinheit 200b die Widerstände 241 und 242 und die Spannungsquelle 234 wie veranschaulicht in 11. Hier ist die Spannungsquelle 234 eine Konstantspannungsquelle, die eine Konstantspannung Vref ausgibt.
Im Folgenden wird die Beschreibung bezüglich eines Betriebs bereitgestellt, der durch die Referenzspannungserzeugungseinheit 200b ausgeführt wird, die in 11 veranschaulicht ist.
Wenn die Spannung Vf1, die durch Teilen der Durchlassspannung Vf erlangt wird, an die Referenzspannungserzeugungseinheit 200b bereitgestellt wird, wird die Referenzspannung Vref3 zu einer Spannung, die durch Hinzufügen einer Vorspannung, die der Größenordnung der Spannung Vf1 entspricht, zur Spannung Vref, die von der Spannungsquelle 234 ausgegeben wird, erlangt. Damit kann die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung Vdc und der Durchlassspannung Vf wie veranschaulicht in 10 erlangt werden.
Es wird die Beschreibung bezüglich eines Variationsbereichs der Schaltfrequenz fsw von einem DC/DC-Wandler gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 12 bereitgestellt.
12 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Schaltfrequenz fsw von dem DC/DC-Wandler der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform und einer Durchlassspannung Vf der LED 14 zeigt. In 12 stellt die durchgezogene Linie eine Kurve dar, die eine Beziehung zwischen der Schaltfrequenz fsw und der Durchlassspannung Vf gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt, und die gestrichelte Linie stellt eine Kurve dar, die eine Beziehung zwischen der Durchlassspannung Vf und der Schaltfrequenz fsw gemäß dem Vergleichsbeispiel zeigt. Es ist zu beachten, dass die Parameter in der vorliegenden Ausführungsform die gleichen Werte aufweisen wie die Parameter gemäß der vorstehenden Ausführungsform 1. Des Weiteren ist das Vergleichsbeispiel, das durch die gestrichelte Linie in 12 dargestellt ist, das Gleiche wie diejenigen Vergleichsbeispiele, die in 6 und 9 dargestellt sind.
Wie veranschaulicht in 12 unterdrückt die Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Variationsbereich der Schaltfrequenz fsw weiter als im Vergleichsbeispiel. Des Weiteren weist die Schaltfrequenz fsw eine Frequenz auf, die höher ist als die hörbare Frequenz.
[3-2. Vorteilhafter Effekt und andere]
Wie vorstehend beschrieben, passt in der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform der AC/DC-Wandler die Ausgangsspannung Vdc an, um die Ausgangsspannung Vdc mit der Durchlassspannung Vf positiv zu korrelieren.
Damit kann der Variationsbereich der Schaltfrequenz fsw im Vergleich zu dem Fall, wo die Ausgangsspannung Vdc des AC/DC-Wandlers fest ist, weiter unterdrückt werden. Des Weiteren kann mit der vorliegenden Ausführungsform die Schaltungsanordnung zum Anpassen von Vdc weiter vereinfacht werden.
Ausführungsform 4
Als Nächstes wird eine Leuchte gemäß der Ausführungsform 4 beschrieben. 13 ist eine Außenansicht der Leuchte 80 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Leuchte 80 umfasst irgendeine der Beleuchtungsvorrichtungen gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen 1 bis 3 und LED 14, die einen von der Beleuchtungsvorrichtung gelieferten Strom aufnimmt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Leuchte 80 ein Deckenstrahler, der umfasst: Schaltkasten 81, der die Beleuchtungsvorrichtung aufnimmt; Beleuchtungskörper 82, an dem LED 14 befestigt ist; und Leitung 83, die den Schaltkasten 81 und die LED 14 des Beleuchtungskörpers 82 elektrisch verbindet.
Die Leuchte 80 umfasst wie vorstehend beschrieben eine der Beleuchtungsvorrichtungen gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen 1 bis 3 und daher kann die Variation der Schaltfrequenz, die durch die Variation der Durchlassspannung der LED 14 bewirkt wird, unterdrückt werden.
(Modifikationen und andere)
Die Beleuchtungsvorrichtung und die erfindungsgemäße Leuchte wurden basierend auf den Ausführungsformen 1 bis 4 beschrieben, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen begrenzt. Andere Formen, bei denen verschiedene Modifikationen, die einem Fachmann offensichtlich sind, auf die Ausführungsform angewandt werden, oder Formen, die durch Kombinieren von Elementen von unterschiedlichen Ausführungsformen strukturiert sind, sind im Umfang der vorliegenden Erfindung beinhaltet, es sei denn, dass diese Änderungen und Modifikationen vom Umfang der vorliegenden Erfindung abweichen.
Obwohl eine LED als ein Beispiel einer Festkörperlichtquelle in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen 1 bis 4 eingesetzt wird, ist die Festkörperlichtquelle beispielsweise nicht auf eine LED begrenzt und kann eine Festkörperlichtquelle einer unterschiedlichen Art sein wie eine organische EL-(organische Elektrolumineszenz)-Vorrichtung sein.
Außerdem ist eine Festkörperlichtquelle nicht auf eine einzelne LED begrenzt und mehrere LEDs können beinhaltet sein. Die mehreren LEDs können in Reihe, parallel oder in einer gemischten Weise geschaltet sein, können ein Modul sein, bei dem mehrere LED-Chips verbunden sind, oder können mehrere Module sein.
Des Weiteren ist der AC/DC-Wandler gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen 1 bis 4 nicht auf einen Boost-Wandler begrenzt und kann ein Wandler einer unterschiedlichen Art wie ein Buck-Wandler, ein Tief-Hochsetzsteller oder ein Sperrwandler sein.
Des Weiteren ist der Betrieb, der durch den vorstehend beschriebenen AC/DC-Wandler gemäß den Ausführungsformen 1 bis 4 ausgeführt wird, nicht auf einen BCM-Betrieb begrenzt und kann ein DCM-(Discontinuous Current Mode)-Betrieb oder ein CCM-(Continuous Current Mode)-Betrieb sein.
Des Weiteren kann eine weitere DC-Stromversorgungsschaltung, die fähig ist, die Ausgangsspannung anzupassen, anstatt des AC/DC-Wandlers gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen 1 bis 4 eingesetzt werden.
Des Weiteren ist der DC/DC-Wandler gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen 1 bis 4 nicht auf einen Buck-Wandler begrenzt und kann ein Wandler einer unterschiedlichen Art wie ein Tief-Hochsetzsteller, ein Sperrwandler und ein Boost-Wandler sein.
Des Weiteren wird die Ausgangsspannung Vdc des AC/DC-Wandlers nicht zwangsläufig derart gesteuert, dass sie zeitlich konstant ist. Beispielsweise kann eine Spitzenfrequenz eines Rauschens durch Variieren der Ausgangsspannung Vdc bei einer Frequenz, die niedriger ist als die Schaltfrequenz fsw von dem DC/DC-Wandler, verteilt werden, um zu bewirken, dass die Schaltfrequenz fsw zeitlich variiert.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben und veranschaulicht wurde, versteht es sich, dass dies nur beispielhaft ist und nicht begrenzen soll und der Umfang der vorliegenden Erfindung nur durch die angefügten Ansprüche begrenzt wird.
Bezugszeichenliste

10: Beleuchtungsvorrichtung
14: LED (Festkörperlichtquelle)
20: AC/DC-Wandler (DC-Stromversorgungsschaltung)
25, 44: Schaltelement
40: DC/DC-Wandler
41: DC/DC-Steuerschaltung (Steuerschaltung)
80: Leuchte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013-30416 [0002, 0003, 0004]

Claims

Beleuchtungsvorrichtung, die einen Strom an eine Festkörperlichtquelle bereitstellt, wobei die Beleuchtungsvorrichtung umfasst: eine Gleichstrom-(DC)-Stromversorgungsschaltung; und einen DC/DC-Wandler, der eine Ausgangsspannung der DC-Stromversorgungsschaltung umwandelt und die umgewandelte Ausgangsspannung an die Festkörperlichtquelle anlegt, wobei der DC/DC-Wandler ein Schaltelement und eine Steuerschaltung umfasst, die das Schaltelement in einem Boundary Conduction Mode wiederholt ein- und ausschaltet, und die DC-Stromversorgungsschaltung die Ausgangsspannung anpasst, um eine Schaltfrequenz des Schaltelementes basierend auf einer Durchlassspannung, die an die Festkörperlichtquelle anzulegen ist, höher als eine erste Frequenz zu machen.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die DC-Stromversorgungsschaltung die Ausgangsspannung anpasst, um die Schaltfrequenz niedriger als oder gleich einer zweiten Frequenz zu machen, die höher ist als die erste Frequenz.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Frequenz höher als oder gleich einer hörbaren oberen Grenzfrequenz ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die DC-Stromversorgungsschaltung die Ausgangsspannung anpasst, um die Ausgangsspannung mit der Durchlassspannung positiv zu korrelieren.
Beleuchtungsvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die DC-Stromversorgungsschaltung die Ausgangsspannung anpasst, um die Ausgangsspannung mit der Durchlassspannung positiv zu korrelieren, wenn die Durchlassspannung höher ist als eine vorgegebene Spannung, und die Ausgangsspannung konstant hält, wenn die Durchlassspannung niedriger als oder gleich der vorgegebenen Spannung ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die DC-Stromversorgungsschaltung die Ausgangsspannung anpasst, um die Ausgangsspannung mit der Durchlassspannung positiv zu korrelieren, wenn die Durchlassspannung höher ist als eine vorgegebene Spannung, und die Ausgangsspannung anpasst, um die Ausgangsspannung mit der Durchlassspannung negativ zu korrelieren, wenn die Durchlassspannung niedriger als oder gleich der vorgegebenen Spannung ist.
Leuchte umfassend: die Beleuchtungsvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6; und eine Festkörperlichtquelle, die einen von der Beleuchtungsvorrichtung gelieferten Strom aufnimmt.