JP2011145928A

JP2011145928A - 電源制御システム

Info

Publication number: JP2011145928A
Application number: JP2010006845A
Authority: JP
Inventors: Shinya Sakaida; 信也境田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2010-01-15
Filing date: 2010-01-15
Publication date: 2011-07-28

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

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）。

特開２００６−１８５９４２号公報特開２００８−１３４２８８号公報

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。

本発明による電源制御システムの一例について、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。図１におけるＬＥＤ部の回路図の具体例である。

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
１８ＬＥＤ部１９抵抗
ＴＲ１；ＴＲ２トランジスタ

Claims

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。