JP2003504828A - Ｌｅｄドライバとしてのフライバックコンバータ - Google Patents

Ｌｅｄドライバとしてのフライバックコンバータ

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JP2003504828A JP2001510274A JP2001510274A JP2003504828A JP 2003504828 A JP2003504828 A JP 2003504828A JP 2001510274 A JP2001510274 A JP 2001510274A JP 2001510274 A JP2001510274 A JP 2001510274A JP 2003504828 A JP2003504828 A JP 2003504828A
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イェー エー ホンテレ バートランド
エー カー ヘー デ クレルク ジョン
イェー エム ブックス マルセル
ベー ヘー ナイホフ エンベルト
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    • H05B45/30—Driver circuits
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    • H05B45/3725—Switched mode power supply [SMPS]
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    • 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
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、電圧源を接続する入力端子と、入力フィルタ手段と、制御回路を有するスイッチング素子及び誘導性手段が設けられたコンバータと、半導体光源を接続する出力端子とを具える半導体光源点灯用回路装置に関するものである。スイッチング素子は、期間ｔonの間周期的に導通状態に駆動される。本発明によれば、コンバータがフライバックコンバータを以て構成され、誘導性手段が変成器を以て構成され、制御回路が期間ｔonを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、電圧源を接続する入力端子と、 入力フィルタ手段と、 制御回路を有するスイッチング素子及び誘導性手段が設けられたコンバータで
あり、前記スイッチング素子は期間ｔonの間周期的に導通状態となる当該コンバ
ータと、 半導体光源を接続する出力端子と を具える半導体光源点灯用回路装置に関するものである。 本発明は、このような回路装置が設けられた信号灯にも関するものである。
【０００２】 上述した種類の回路装置は、国際公開パンフレットＷＯ99/07188に記載されて
おり、既知である。コンバータは、半導体光源に対する切換えモードの電源とし
て作用する。既知の回路装置の場合、このコンバータとして、マルチレゾナント
フォワード／フライバックコンバータが用いられている。これにより、良好な、
すなわち、高い力率を達成しうる。半導体光源は信号灯として益々用いられるよ
うになってきている。このような分野では、通常の白熱ランプを越える半導体光
源の利点は、寿命が著しく改善されること、及びエネルギー消費量がかなり減少
することである。信号灯はしばしば、複雑な信号システム、例えば、交通信号灯
を有する交通制御システムの一部を構成する。光源として適応される半導体光源
の機能は、一般に、半導体に供給される電流の値により決定される。従って、コ
ンバータは、電流源（定電流発生器）として作用させる必要がある。一方、交通
信号灯はしばしば、トライアックスイッチング回路により駆動される。このよう
なトライアックスイッチング回路の重要な特性は、光源の導通段階でドライバを
適切に機能させる必要がある場合に、このトライアックスイッチング回路に最小
電流を流す必要があるということである。このことが、既知の回路装置のコンバ
ータ及び制御回路の双方の構成を複雑とする。このことは欠点である。
【０００３】 本発明の目的は、上述した欠点を回避した、頭書に記載した種類の回路装置を
提供せんとするにある。本発明によれば、頭書に記載した種類の半導体光源点灯
用回路装置において、前記コンバータがフライバックコンバータであり、前記誘
導性手段が変成器を以て構成され、前記制御回路が前記期間ｔonを制御するよう
になっていることを特徴とする。
【０００４】 驚いたことに、本発明による回路装置は、半導体光源を信号灯における白熱ラ
ンプの代りとして、低温度の場合においても信頼的に点灯させるのに適切に用い
ることができ、この回路装置には、その構成が極めて簡単であるという特性もあ
り、このことは極めて有利であるということを確かめた。期間ｔonを、これがほ
んの僅かしか変化しないように制御すると、フライバックコンバータが極めて良
好な力率を達成しうるとともに、電源から取出した電源電流の高調波ひずみ（Ｔ
ＨＤ）を極めて低いレベルとしうるという利点が得られる。回路装置の入力端に
おける電力供給は一般に幹線電圧源、従って、交流電圧源により達成される。交
流電圧が周期Ｔを有する場合には、本発明による回路装置の好適例において、制
御回路が少なくとも２．５Ｔに亙る積分時間を有するようにする。このようにす
ることにより、極めて良好な力率の実現と、温度変化のような変動に対する極め
て高速な帰還とを組合せることができる。
【０００５】 交流電源の場合には、入力端子とコンバータとの間に整流器手段を存在させる
のが好ましい。ＴＨＤを低レベル化するのは、整流器手段とフライバックコンバ
ータとの間に高周波フィルタを導入することのみにより更に改善させることがで
きる。このようにすることにより、整流された電源電圧のクリッピングにより生
じるおそれのある、力率に対する悪影響をも回避する。
【０００６】 コンバータは、一次巻線及び二次巻線を同時に流れる電流がある時間の間停止
するような一定周波数で導通状態に駆動しうる。このような動作モードを一般に
不連続モードと称する。しかし、コンバータは、変成器の二次巻線を流れる電流
の、零への減少によりスイッチング素子を導通状態に駆動するようなモードで動
作するようにするのが好ましい。臨界モードと称されるこの動作モードは、比較
的簡単な手段により実現でき、しかもこの動作モードにはピーク電流が最小にな
り、スイッチング損失を低減させるという重要な利点がある。
【０００７】 本発明の上述した観点及びその他の観点は以下の実施例に関する説明から明ら
かとなるであろう。 図１において、Ａ及びＢは、電源ＶＢ、例えば、ソリッドステート継電器が設
けられた、周期Ｔの交流電圧源を接続する入力端子である。又、入力フィルタ手
段をＩで、制御回路を有するコンバータを IIIでそれぞれ示してある。Ｃ及びＤ
は、半導体光源ＬＢを接続する出力端子である。入力フィルタ手段Ｉには、正極
＋及び負極−が設けられており、これらの極はコンバータ IIIを経て出力端子Ｃ
及びＤにそれぞれ接続されている。この図１に示す回路装置は、それ自体既知の
方法で、コンバータのオフ状態中、電源内で発生される漏洩電流を充分な程度流
出させうるようにする自己調整電流制限回路網（図示せず）をも有する。これに
より、入力端子における電圧の増大、従って、間違った状態試験が回避される。
このような回路網は、例えば、国際公開パンフレットＷＯ99/07187に開示されて
いる。
【０００８】 このコンバータ及びそれに関連する制御回路を図２に詳細に示す。このコンバ
ータは、一次巻線Ｌ２１及び二次巻線Ｌ２２が設けられた変成器Ｌ２と直列に接
続されたスイッチング素子Ｔ１を有するフライバックコンバータである。変成器
は誘導性手段を構成する。一次巻線Ｌ２１は、ダイオードＤ１と、これに逆極性
で直列に接続されたツェナーダイオードＺ１とにより分路されている。従って、
スイッチング素子Ｔ１のブレークダウン電圧よりも低いレベルでの変成器Ｌ２の
漏洩自己インダクタンスの結果としてのいかなるピーク電圧のクランピングも行
われる。制御回路には、スイッチング素子Ｔ１と直列に接続された電流測定イン
ピーダンスＲ３をも含まれる。二次巻線Ｌ２２は、ダイオードＤ２を経て出力端
子Ｃに接続されているとともに、電流測定インピーダンスＲ４を経て出力端子Ｄ
に接続されている。更に、ダイオードＤ２と二次巻線Ｌ２２との直列回路の両端
間に、バッファキャパシタＣ４が接続されている。制御回路ＳＣは、その出力端
Ｏを以てスイッチング素子Ｔ１の制御電極ｇに接続されている。この制御回路Ｓ
Ｃの入力端Ｉ１は電流測定インピーダンスＲ３に接続され、入力端Ｉ２は二次巻
線Ｌ２２に接続され、入力端Ｉ３は電流測定インピーダンスＲ４に接続されてい
る。制御回路には入力端Ｉ４も設けられており、この入力端にはＮＴＣインピー
ダンスのような温度感知素子Ｒ５が接続されている。この温度感知素子は、半導
体光源を流れる電流がこの光源及びそのすぐ周りの温度変化に対し補償されるよ
うにする。この目的のために、図３に示すように、補正回路ＩＳ３２を用いて、
入力端Ｉ３で受けた信号を入力端Ｉ４で受けた信号により補正する。この場合、
温度依存信号の通路中のダイオードＤＳ３３により、温度依存信号がしきい値よ
りも低く降下した場合のみ補正が達成されるようにする。補正された信号は、抵
抗ＲＳ４３及びキャパシタＣＳ３３の組合せを経て制御集積回路（ＩＣ）ＩＳ３
１の接続ピン１５ａ及び１５ｂに供給される。抵抗ＲＳ４３及びキャパシタＣＳ
３３は制御ＩＣ内に存在する演算増幅器と相俟って、補正された信号の積分を達
成する。抵抗ＲＳ４３及びキャパシタＣＳ３３の寸法は、積分時間が電源の交流
電圧の周期の少なくとも２．５倍となるように選択するのが好ましい。制御ＩＣ
は接続ピンＩ６を経て入力端Ｉ１に接続されているとともに、接続ピンＩ８を経
て制御回路の出力端Ｏに接続されている。入力端Ｉ２は制御ＩＣの接続ピンＩ７
に接続されている。制御ＩＣは力率補正ＩＣとするのが好ましい。
【０００９】 図４に示すフィルタ手段は、ヒュージスタ（fusistor；可溶性抵抗）Ｒ１と、
バリスタＲ２と、整流器ブリッジＤＢ１と、自己インダクタンスＬ１及びキャパ
シタＣ１，Ｃ２より成るπ型フィルタとを有する。
【００１０】 上述した例では、コンバータは臨界モードで動作する。 上述した回路装置の実際例では、この回路装置を、少なくとも８０Ｖ，６０Hz
多くとも１３５Ｖ，６０Hzの導通状態電圧を有するドライバに適切に接続するこ
とができ、この回路装置は、２５０ｍＡ及び２５℃の周囲温度で規定された２Ｖ
及び３Ｖ間の順方向電圧ＶF を有するヒューレットパッカード社製の６・３個の
ＬＥＤのマトリックスを具える半導体光源を点灯させるのに適切に用いることも
できる。コンバータを動作させる場合、入力フィルタ手段の正極＋が、少なくと
も８０Ｖ、多くとも１３５Ｖの実効値を有する整流電圧を供給する。許容しうる
最大の温度に達し、しかも供給電圧が最小である状態では、回路装置の電力効率
は７５％である。これと同じ状態での国際公開パンフレットＷＯ99/07187に開示
されている回路装置の電力効率は６５％にすぎない。
【００１１】 フライバックコンバータは、ＳＧＳトムソン社によりスイッチング素子として
製造された３ＮＢ６０型のＭＯＳＦＥＴを有する。変成器は、０．２ｍｍの巻線
の１１０巻回を有する一次巻線と、０．３５５ｍｍの巻線の１５巻回をそれぞれ
有する２区分を具える二次巻線とを持つフェライトコアより成る。制御回路は、
ＳＧＳトムソン社により制御ＩＣとして製造されたＬ６５６１型の力率補正ＩＣ
を有し、この場合接続ピンＩ５ａがピンＩＮＶに相当し、接続ピンＩ５ｂがピン
ＣＯＭＰに相当し、接続ピンＩ６がピンＣＳに相当し、接続ピンＩ７がピンＺＣ
Ｄに相当し、接続ピンＩ８がピンＯＵＴに相当する。補正回路ＩＳ３２は、型番
ＬＬ４１４８のダイオードＤＳ３３を有する。電流測定インピーダンスＲ３は、
それぞれ１Ωの２個の抵抗の並列回路となるように構成し、電流測定インピーダ
ンスＲ４は、それぞれ１Ωの３個の抵抗の並列回路となるように構成する。キャ
パシタＣ４は、キャパシタンスが４７０μＦの電解キャパシタである。温度感知
素子Ｒ５は、シーメンス社により製造された型番Ｂ５７６２０Ｃ１０３のＮＴＣ
抵抗である。キャパシタＣ１及びＣ２は、キャパシタンスがそれぞれ２２０ｎＦ
のフィルタキャパシタである。自己インダクタンスの大きさは、２．１ｍＨであ
る。整流器ブリッジＤＢ１は、例えば、型番ＩＮ４００７の４つのダイオードを
以て構成する。
【００１２】 上述したコンバータは、ＬＥＤアレイを−４０℃〜＋７０℃の周囲温度範囲で
信頼的に点灯させるのに適切に用いることができる。フライバックコンバータの
動作状態では、このコンバータは５４０ｍＡの最大電流を、これに接続されたＬ
ＥＤアレイに供給する。従って、このコンバータは６Ｗの最小電力を引出し、こ
れは少なくとも４５ｍＡの電流消費量に相当する。これは、電源の一部を形成す
るトライアックスイッチに対する保持電流として充分であることが分る。ＮＴＣ
抵抗から生じる温度信号によりＬＥＤアレイを流れる電流を補正するのは、２５
℃よりも高い周囲温度で行われるようにするのが好ましい。このようにすると、
一方では、電源が必要とする保持電流を−４０℃〜＋７０℃の周囲温度範囲全体
に亙って引出し、他方では、ＬＥＤアレイにより発生される光量を最小の大きさ
とするのが極めて簡単に達成される。
【００１３】 上述した回路装置は、最大値としての６Ｗから少なくとも１５Ｗまでの範囲内
の設備電力を有するＬＥＤアレイより成る光源を具える信号灯を点灯させるのに
適切に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 半導体光源点灯用回路装置を線図的に示す。
【図２】 制御回路を有するコンバータを詳細に示す回路線図である。
【図３】 制御回路を詳細に示す回路線図である。
【図４】 入力フィルタ手段を詳細に示す回路線図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バートランド イェー エー ホンテレ オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ (72)発明者 ジョン エー カー ヘー デ クレルク オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ (72)発明者 マルセル イェー エム ブックス オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ (72)発明者 エンベルト ベー ヘー ナイホフ オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ Ｆターム(参考） 3K072 AA19 AC18 BA03 CA11 CA16 CB04 EB04 EB06 FA05 GA03 GB04 GC04 HB03 3K073 AA16 AA48 AB04 CG01 CG10 CG54 CJ13 CJ17 5F041 AA24 AA32 AA42 BB03 BB06 BB10 BB11 BB13 BB22 BB23 BB24 BB25 BB26 DC84 FF01 5H730 AS11 BB43 BB57 CC01 CC04 DD04 DD26 EE02 EE07 EE59 FD01 FD31 FD41 FG01

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電圧源を接続する入力端子と、 入力フィルタ手段と、 制御回路を有するスイッチング素子及び誘導性手段が設けられたコンバータで
    あり、前記スイッチング素子は期間ｔonの間周期的に導通状態となる当該コンバ
    ータと、 半導体光源を接続する出力端子と を具える半導体光源点灯用回路装置において、 前記コンバータがフライバックコンバータであり、前記誘導性手段が変成器を
    以て構成され、前記制御回路が前記期間ｔonを制御するようになっていることを
    特徴とする半導体光源点灯用回路装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体光源点灯用回路装置において、前記コン
    バータは、動作状態中、臨界モードで動作するようになっていることを特徴とす
    る半導体光源点灯用回路装置。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の半導体光源点灯用回路装置において、こ
    の回路装置は、周期Ｔの交流電圧が適切に供給されうるようになっており、前記
    制御回路は少なくとも２．５Ｔの期間に亙る積分時間を有することを特徴とする
    半導体光源点灯用回路装置。
  4. 【請求項４】 半導体光源を有するハウジングが設けられた信号灯において、こ
    の信号灯に請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体光源点灯用回路装置が設
    けられていることを特徴とする信号灯。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の信号灯において、前記半導体光源点灯用回路装
    置に、信号灯のハウジングと一体のハウジングが設けられていることを特徴とす
    る信号灯。
JP2001510274A 1999-07-07 2000-07-03 Ｌｅｄドライバとしてのフライバックコンバータ Pending JP2003504828A (ja)

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