JP2011145928A - 電源制御システム - Google Patents
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Abstract
【課題】電源ユニットとそのDC電源の供給を受けて動作する負荷装置を配線で接続する電源入出力システムにおいて、負荷装置に対して必要最小限の出力電圧を電源ユニットより供給して無駄な電力消費を極力抑えることを可能にする電源制御システムを提供する。
【解決手段】負荷装置であるLED照明装置1、2…側は定電流回路12によって定電流駆動される。制御回路部17は、電源供給状態の良否の判定において、判定結果が必要な定電流値が得られていないとする場合には、コマンド送受信回路部13を介して、電源ユニット側の制御回路部17に定電圧回路1の出力を上昇させるためのコマンド信号を送信する。制御回路部17は、定電圧回路1の出力上昇を行い、DC電源供給ラインの配線抵抗5,6による電圧降下を補償した上で、電源ユニットよりLED照明装置1、2…に対して必要最小限の出力電圧を供給し、無駄な消費電力を抑制する。
【選択図】図1
【解決手段】負荷装置であるLED照明装置1、2…側は定電流回路12によって定電流駆動される。制御回路部17は、電源供給状態の良否の判定において、判定結果が必要な定電流値が得られていないとする場合には、コマンド送受信回路部13を介して、電源ユニット側の制御回路部17に定電圧回路1の出力を上昇させるためのコマンド信号を送信する。制御回路部17は、定電圧回路1の出力上昇を行い、DC電源供給ラインの配線抵抗5,6による電圧降下を補償した上で、電源ユニットよりLED照明装置1、2…に対して必要最小限の出力電圧を供給し、無駄な消費電力を抑制する。
【選択図】図1
Description
本発明は、電源ユニットとそのDC電源の供給を受けて動作する負荷装置を配線で接続して電源入出力を制御する電源制御システムに関する。
従来、電源ユニットとそのDC電源の供給を受けて動作する負荷装置を配線で接続する電源入出力システムに関して、電源ユニットは負荷装置に対して、出力電圧については、予め負荷装置が必要とする最小電圧を調査の上、その最小電圧以上になるように手動で出力電圧を設定することが多かった。
一方、出力電圧を自動で設定する例としては、液晶表示装置の面光源電源制御回路がある(特許文献1参照)。面光源電源制御回路は、電源出力電圧より参照電圧を検出し、その参照電圧が必要な最小限の駆動電位以上となるように電源出力電圧を自動制御するものである。こうした電源出力電圧の自動制御は、出力電圧の手動設定を不要化し、また、効率的な電圧値に自動設定することにより消費電力の低減を図るものである。
電源ユニットとそのDC電源の供給を受けて動作する負荷装置を配線で接続する電源入出力システムに関して、電源ユニットは接続する負荷装置への配線長によって必要な最小出力電圧が異なる。そのため、電源ユニットの出力電圧は予め余裕をもった配線長に対応した電圧となるように設定する必要があり、無駄な消費電力の発生があった。特許文献1に開示されている回路は、内部回路で参照電圧を検出してその結果をフィードバックし、出力電圧を適切な値に自動設定することにより無駄な電力消費を低減するものである。
また、本出願人は、単一又は複数のLEDが直列に接続されたLED群に電力を供給するLEDドライバであって、LED群に直列に定電流回路部を接続して自己に流れる電流を所定値に調整して維持し、定電流回路部に直列に、スイッチングレギュレータによって電圧を調整する電圧調整部を接続して、定電流回路部が負担する電圧降下がより適正状態となるように電圧調整をすることで、定電流回路部の負担を軽減させることを提案している(特許文献2)。
ところで、電源ユニットと負荷装置の間には配線長に応じた電圧降下(以下、「配線長ドロップ」と記す)があり、配線長ドロップとしては電源側配線とGND(接地)側配線による電位降下が発生するため、上記特許文献1に記載の参照電圧検出方法では対応できない。その理由は、配線ドロップが電源側のみに存在していてGND側では電源ユニットと負荷装置とで共通電位であれば、特許文献1における電圧検出方法で対応できるが、GND側にも配線ドロップが発生する場合には、電源ユニットと負荷装置とがGND側で共通電位でなくなるため、対応できなくなるからである。
そこで、電源ユニットとそのDC電源の供給を受けて動作する負荷装置を配線で接続する電源入出力システムにおいて、負荷装置側を定電流駆動しようとする際に必要な定電流値が得られない場合には、そうした事態に自動的に対応して、負荷装置に対して必要最小限の出力電圧を電源ユニットより供給することを可能にする点で解決すべき課題がある。 この発明の目的は、負荷装置側を定電流駆動しようとする際に、無駄な電力消費を極力抑えることを可能にする電源制御システムを提供することである。
上記課題に対する解決策として、この発明による電源制御システムは、電源ユニットとそのDC電源の供給を受けて動作する負荷装置を複数の配線で接続する電源入出力システムにおいて、前記負荷装置側は定電流駆動され、必要な定電流値が得られるか否かで電源供給状態の良否を判定し、その判定結果に基づいてDC電源供給ラインの配線による電圧降下を補償した上で、前記負荷装置に対して必要最小限の電圧を前記電源ユニットより供給することを特徴としている。
負荷装置側が定電流駆動され、負荷装置側で必要な定電流値が得られるかどうかを見て、必要な定電流値が得られない場合は、電源ユニット側の出力電圧を上げるようにフィードバック制御する。初めは電源ユニットの出力電圧を低めにしておいて、負荷装置側で必要な定電流値が得られるようになるまで、徐々に電源ユニットの出力電圧を上げてゆく。このようにして電源ユニットの出力電圧を設定するようにすれば、必要以上に無駄な消費電力を低減することができる。1 台の電源ユニットに対して複数の負荷装置が接続されている場合は、全ての負荷装置で必要な定電流値が確保されるまで、電源ユニットの出力電圧を上げてゆく。
このような制御を行うためには、電源ユニットと負荷装置の間で制御信号の送受信が必要になる。電源ライン(プラス側とマイナス側)以外に専用の制御ラインを設けてもよいが、制御信号の送受信を電源ラインに重畳すれば、電源ユニットと負荷装置間の配線数を削減でき(複数の負荷装置が接続されている場合でも、電源ユニットと全ての負荷装置の電源ライン(プラス側)を共通に接続し、かつそれらの電源ライン(マイナス側)を共通に接続するような送り配線をすれば(後述の実施例参照)配線は2 本のみで済む)、配線工事が簡便となる。また、前記DC電源の入出力ラインをハイ・インピーダンスに構成することができる。
この発明に係る電源制御システムによれば、電源ユニットとそのDC電源の供給を受けて動作する負荷装置を配線で接続する電源入出力システムに関して、接続する各負荷装置への配線長が異なっても電源ユニットからはシステムとして必要な最小限の電圧を出力するようにして、無駄な消費電力の発生を低減することができる。また、負荷装置側で必要な定電流値が得られないことに応じて当該定電流値が得られるまで電源ユニット側の出力電圧を上昇させるフィードバック制御を行うので、必要以上に無駄な消費電力を低減することができる。更に、こうした電源制御のためには、電源ユニットと負荷装置の間で制御信号の送受信をする必要が生じるが、制御信号の送受信を電源ラインに重畳することで配線数を削減し、配線工事を簡便にすることができる。
以下、本考案における実施例を図面の記載に基づいて説明する。図1は本実施例に基づく電源ユニットの接続構成及び電源ユニット内部の回路構成のブロック図である。本実施例では1 台の電源ユニットに対してLED照明装置1、LED照明装置2、LED照明装置3(LED照明装置1、2と同様の構造であるので詳細を省略)・・の複数の負荷装置が接続されている。電源ユニットは定電圧回路1、制御回路部2、コマンド信号送受信回路部4を備えて構成されている。
各LED照明装置は、定電流回路12、コマンド信号送受信回路部13、制御回路部17、LED部18、及びトランジスタTR2で構成されている。定電流回路12は、トランジスタTR1、抵抗14及び19、ダイオード15及び20から構成される。TR2は、制御回路部17からのパルス駆動出力を受けて、定電流回路12からの出力を短時間にON/OFFする。TR2の出力ON時にはLED部18に電源供給をONし、LED部18のLEDを点灯させる。TR2の出力OFF時にはLED部18に電源供給をOFFし、LED部18のLEDを消灯させる。この短時間でのON時間とOFF時間の割合を変更するLEDの点灯/消灯動作により、LEDの明るさを所望の明るさに制御する、即ち調光することが可能となる。
電源ユニットとLED照明装置との間は、配線抵抗で接続される。配線抵抗5と配線抵抗6 はLED照明装置1への配線抵抗であり、配線抵抗5は電源ユニットの電源側とLED照明装置1の電源側との間の配線抵抗であり、配線抵抗6は電源ユニットのGND側とLED照明装置1のGND側との間の配線抵抗である。配線抵抗7,8、9,10も同様に、LED照明装置2及びLED照明装置3への配線抵抗である。すなわち、配線抵抗7は、LED照明装置1の電源側とLED照明装置2の電源側との間の配線抵抗であり、配線抵抗9は、LED照明装置2の電源側とLED照明装置3の電源側との間の配線抵抗である。また、配線抵抗8は、LED照明装置1のGND側とLED照明装置2のGND側との間の配線抵抗であり、配線抵抗9は、LED照明装置2のGND側とLED照明装置3のGND側との間の配線抵抗である。
図2は、LED部18の詳細を示す回路図である。LED1〜LED160は照明用LEDであり、抵抗R1〜R20はLEDの電流制限抵抗である。
電源ユニット内のコマンド信号送受信回路部4とLED照明装置内のコマンド信号送受信回路部13との間でコマンド信号の送受信を行い、その結果に基づき、電源ユニット内の制御回路部2は定電圧回路1の定電圧出力値を設定する。電源入出力ラインに重畳するコマンド信号は高周波信号(例えば1MHzFSK信号)であり、電源回路の低インピーダンス性によってその信号レベルが小さくならないように、コイル3、コイル11によってコマンド信号に対するインピーダンスを高くしている。定電圧回路1の定電圧値はLED照明装置1,2…に必要な定電流値が確保できる最小値が設定され、不必要に高い電圧値を出力して無駄な消費電力を発生させないように制御される。
LED照明装置に必要な定電流値を確保するための最小の定電圧値(電源ユニット内の定電圧回路1の出力)は、次のように設定される。即ち、抵抗14における電圧ドロップがダイオード15における電圧ドロップ(≒0.6V;流れる電流が大きくなると電圧降下も大きくなるが、0.6Vまで上昇すると電流が増加しても略一定)と略等しくなるようTR1に定電流が流れる時のTR1の最小コレクタ−エミッタ間電圧(上記の電圧ドロップの関係が成立した後は、電源ユニットの出力電圧を上げても定電流値は変わらずTR1のコレクタ−エミッタ間電圧が上昇する)に、コイル3及び11、電源側配線抵抗5、GND側配線抵抗6、抵抗14、TR2、LED部18を直列に流れる定電流によって生ずる各電圧値を合計した値に上記の最小の定電圧値は定まる。
電源ユニットとLED照明装置の接続当初においては、定電圧出力は、やや低めに設定されており、必要な定電流値が確保できるまで、コマンド信号の送受信により徐々に上昇させる。LED照明装置内の制御回路部17は、抵抗14における電圧ドロップとダイオード15における電圧ドロップの差がある規定範囲内に入るまで、電源ユニット内の定電圧回路1の定電圧出力を上昇させるように、コマンド信号の送受信を行うようコマンド信号送受信回路部13に指示する。
即ち、制御回路部17への電流値検出入力において、抵抗14に流れる電流による電圧ドロップがダイオード15における電圧ドロップ(≒0.6V)より小さい場合は、制御回路部17はコマンド送受信回路部13を制御し、コマンド送受信回路部13から電源ユニット側のコマンド送受信回路4に対し、定電圧回路1の出力を上昇させるためのコマンド信号を送信する。定電圧回路1の出力を上昇させても、抵抗14に流れる電流による電圧ドロップがダイオード15における電圧ドロップ(≒0.6V)より小さい場合は、更に定電圧回路1の出力を上昇させるためのコマンドを送信する。このコマンド送信と定電圧回路1の出力上昇を抵抗14に流れる電流による電圧ドロップがダイオード15における電圧ドロップ(≒0.6V )と略等しくなるまで繰り返す。
このようにすれば、電源ユニットとLED照明装置間には配線抵抗5,6があるが、配線抵抗による電圧降下を加味した上で、最小の電源ユニットの定電圧出力が設定されることになる。また、電源ユニット1台に対して、複数のLED照明装置が接続される場合でも、配線抵抗の最も高い箇所の電圧降下を加味した上で、最小の電源ユニットの定電圧出力を設定することになる。即ち、LED照明装置1に対して配線抵抗5,6があり、LED照明装置2に対して配線抵抗5,6に加えて配線抵抗7,8があり、LED照明装置2への総合配線抵抗の方が高いので、LED照明装置2への配線抵抗5,6に加えて配線抵抗7,8での電圧降下を加味して、電源ユニットの定電圧回路1の出力が設定され、LED照明装置2に対して必要最小限の電圧が入力されることになる。この場合、LED照明装置1に対しては高めの電圧が入力されるが、その余分の消費電力は定電流回路12で消費される。
上記の説明において、LED部18は一般的な負荷回路部に置き換えてもよい。それにしたがって、LED照明装置は、一般的な負荷装置に置き換えることもできる。
1 定電圧回路 2 制御回路部
3 コイル 4 コマンド送受信回路部
5,6,7,8,9,10 配線抵抗
11 コイル 12 定電流回路
13 コマンド送受信回路部 14 抵抗
15,20 ダイオード
18 LED部 19 抵抗
TR1;TR2 トランジスタ
3 コイル 4 コマンド送受信回路部
5,6,7,8,9,10 配線抵抗
11 コイル 12 定電流回路
13 コマンド送受信回路部 14 抵抗
15,20 ダイオード
18 LED部 19 抵抗
TR1;TR2 トランジスタ
Claims (5)
- 電源ユニットとそのDC電源の供給を受けて動作する負荷装置を配線で接続する電源入出力システムにおいて、前記負荷装置側は定電流駆動され、必要な定電流値が得られるか否かで電源供給状態の良否を判定し、その判定結果に基づいて前記負荷装置に対して必要最小限の出力電圧を前記電源ユニットより供給することを特徴とする電源制御システム。
- 前記負荷装置側で前記必要な定電流値が得られていないことに応答して、前記必要な定電流値が得られるまで前記電源ユニットの前記出力電圧を上昇させる制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の電源制御システム。
- 前記電源ユニット1台に対し複数の前記負荷装置を接続可能としており、全ての前記負荷装置で前記必要な定電流値が確保されるまで、前記電源ユニットの前記出力電圧を上昇させる制御を行うことを特徴とする請求項2に記載の電源制御システム。
- 制御信号を前記DC電源上に重畳させて前記電源ユニットと前記負荷装置間で通信することにより、前記負荷装置側からの要求に応じて前記電源ユニットの前記出力電圧を制御することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電源制御システム。
- 前記DC電源の入出力ラインをハイ・インピーダンスに構成したことを特徴とする請求項4に記載の電源制御システム。
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