JP2014143017A - Lighting device, and illuminating fixture and illumination system using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、点灯装置及びそれを用いた照明器具並びに照明システムに関するものである。 The present invention relates to a lighting device, a lighting fixture using the lighting device, and a lighting system.
従来より、発光ダイオード(LED)などの発光素子を点灯させるための点灯装置が種々提供されており(例えば特許文献1参照)、以下にその一例について説明する。 Conventionally, various lighting devices for lighting a light emitting element such as a light emitting diode (LED) have been provided (see, for example, Patent Document 1), and an example thereof will be described below.
図7は従来の点灯装置1の一例を示す概略回路図である。この点灯装置1は、商用電源100を整流する整流回路7と、整流回路7の出力電圧を所望の電圧に変換する力率改善回路8と、力率改善回路8の出力電圧をLEDモジュール10に適した電圧に降圧する降圧チョッパ回路11と、降圧チョッパ回路11の動作を制御する制御用IC121とを備える。また、降圧チョッパ回路11は、LEDモジュール10に対して直列に接続されるインダクタL1と、LEDモジュール10及びインダクタL1からなる直列回路と力率改善回路8の間に直列に接続されるスイッチング素子Q1と、上記直列回路に対して並列に接続されるダイオードD1とを具備する。
FIG. 7 is a schematic circuit diagram showing an example of a
このような点灯装置1では、インダクタL1に流れる電流に対して連続モード(CCM)、臨界モード(BCM)、不連続モード(DCM)の3種類の動作モードがある。連続モードでは、一般的にインダクタL1のインダクタンス値が大きくなるため、インダクタL1が大型化しやすく、さらにLEDモジュール10を調光する場合には、スイッチング素子Q1のオンデューティ比を可変させて調光するPWM制御が行われる。
In such a
また、臨界モードでPWM制御を行う場合には、PWM信号の周波数が低い(40kHz未満)とインダクタL1が大型化し、可聴域の周波数ではインダクタL1において騒音を発し、30〜40kHz付近の周波数では、LEDモジュール10に流れる電流波形に重畳されるPWM信号の周波数に等しい周波数のリップル成分によって、他の機器に用いられる赤外線リモコンなどに干渉する虞もあり、平滑コンデンサC1を大容量にする必要がある。
Further, when performing PWM control in the critical mode, the inductor L1 becomes large when the frequency of the PWM signal is low (less than 40 kHz), and noise is generated in the inductor L1 at frequencies in the audible range, and at frequencies near 30 to 40 kHz, The ripple component having a frequency equal to the frequency of the PWM signal superimposed on the current waveform flowing in the
さらに、インダクタL1や平滑コンデンサC1を小型化するために周波数を高くすると、調光によってLEDモジュール10に流れる電流が小さくなるにつれて、スイッチング素子Q1のオン/オフ周波数が高くなり、またスイッチング素子Q1のオンデューティ比が0に近づくことになる。その結果、スイッチング素子Q1のオン/オフを制御する制御用IC121での遅延時間やスイッチング素子Q1の駆動能力などにより動作が不安定になる場合がある。
Further, when the frequency is increased in order to reduce the size of the inductor L1 and the smoothing capacitor C1, the on / off frequency of the switching element Q1 increases as the current flowing through the
一方、不連続モードでは、上述のような問題が解消され、インダクタL1のインダクタンス値を比較的小さくしても、LEDモジュール10に流れる電流が低くなるように制御する際にはスイッチング素子Q1のオン/オフ周波数も低くなる。そして、スイッチング素子Q1のオン/オフ周波数が低くなることで、スイッチング素子Q1のオン期間を比較的長くすることが可能になる。また、不連続モードにおいて、スイッチング素子Q1のオン/オフ周波数を一定周波数とした場合には制御の簡略化が図れる。
On the other hand, in the discontinuous mode, the above-described problems are solved, and the switching element Q1 is turned on when controlling the current flowing through the
上述の図7に示した点灯装置1において、LEDモジュール10に流れる電流を一定周波数の不連続モードとした場合、例えば制御用IC121のCOMP端子が解放状態になると制御用IC121内部の乗算器出力がHiにはりついてしまい、インダクタL1に流れる電流が必要以上に上昇する。ところで、制御用IC121には、スイッチング素子Q1がオンし続けるのを防止するためのクランプ電圧が設定されており、インダクタL1に流れる電流に応じた電圧値が上記クランプ電圧に達すると、制御用IC121のOUT端子からLo信号が出力され、スイッチング素子Q1がオフになる。
In the
しかしながら、上記クランプ電圧は、通常の使用状態において制御用IC121のCS端子に入力される電圧値(インダクタL1に流れる電流に応じた電圧値)に比べてかなり大きな値に設定されている。したがって、この場合には、上記クランプ電圧に達するまでの時間がオン時間となり、このオン時間によってオフ時間も決定される。そして、この点灯装置1では、クロック信号生成部122から出力されるクロック信号によって、1サイクル経過する度にスイッチング素子Q1がオンにされるので、インダクタL1に流れる電流が連続モードになってしまい、LEDモジュール10に過大な電流が流れるという問題があった。
However, the clamp voltage is set to a considerably larger value than the voltage value (voltage value corresponding to the current flowing through the inductor L1) input to the CS terminal of the
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、電子部品に異常が発生した状態において発光素子に流れる電流が過度に上昇するのを抑えた点灯装置及びそれを用いた照明器具並びに照明システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a lighting device that suppresses an excessive increase in the current flowing through the light-emitting element in a state where an abnormality has occurred in the electronic component, and the lighting device It is in providing the lighting fixture and lighting system using this.
本発明の点灯装置は、発光素子に対して直列に接続されるインダクタ、発光素子及びインダクタの直列回路と直流電源の間に直列に接続されるスイッチング素子、並びに、直列回路に対して並列に接続され且つスイッチング素子のオフ時にインダクタの蓄積エネルギーを発光素子に放出する向きに接続される整流素子を具備する降圧チョッパ回路と、スイッチング素子をオン/オフさせる制御回路とを備える。制御回路は、一定周波数の矩形波信号を出力する信号出力部と、スイッチング素子のオン時にインダクタに流れる電流が所定値に達するとスイッチング素子をオフする第1制御部と、スイッチング素子がオフしている期間にインダクタに流れる電流の状態を検出する電流検出部と、矩形波信号及び電流検出部の検出結果に基づいてスイッチング素子のオンタイミングを決定する第2制御部とを具備する。第2制御部は、矩形波信号の1サイクル終了時において電流検出部によりインダクタに流れる電流がゼロに達していないことを検出すると少なくとも次の1サイクル終了時までスイッチング素子をオンにしないでオフ状態を継続し、矩形波信号の1サイクル終了時において電流検出部によりインダクタに流れる電流がゼロになったことを検出するとスイッチング素子をオンにする。 The lighting device of the present invention includes an inductor connected in series to the light emitting element, a switching element connected in series between the series circuit of the light emitting element and the inductor and the DC power supply, and a parallel connection to the series circuit. And a step-down chopper circuit having a rectifying element connected in a direction to discharge the stored energy of the inductor to the light emitting element when the switching element is turned off, and a control circuit for turning on / off the switching element. The control circuit includes a signal output unit that outputs a rectangular wave signal having a constant frequency, a first control unit that turns off the switching element when the current flowing through the inductor reaches a predetermined value when the switching element is turned on, and the switching element is turned off. A current detection unit that detects a state of a current flowing through the inductor during a certain period, and a second control unit that determines the on-timing of the switching element based on the detection result of the rectangular wave signal and the current detection unit. When the second control unit detects that the current flowing through the inductor does not reach zero at the end of one cycle of the rectangular wave signal, the second control unit does not turn on the switching element until at least the end of the next cycle. If the current detection unit detects that the current flowing through the inductor becomes zero at the end of one cycle of the rectangular wave signal, the switching element is turned on.
本発明の点灯装置は、少なくとも1次巻線及び2次巻線を具備するトランス、1次巻線と直流電源の間に直列に接続されるスイッチング素子、2次巻線に対して直列に接続され且つ発光素子に対して並列に接続されるコンデンサ、並びに、2次巻線及びコンデンサとともに直列回路を形成しスイッチング素子のオン時に遮断状態で且つスイッチング素子のオフ時に導通状態となる向きに接続される整流素子を具備するコンバータ回路と、スイッチング素子をオン/オフさせる制御回路とを備える。制御回路は、一定周波数の矩形波信号を出力する信号出力部と、スイッチング素子のオン時に1次巻線に流れる電流が所定値に達するとスイッチング素子をオフする第1制御部と、スイッチング素子がオフしている期間に2次巻線に流れる電流の状態を検出する電流検出部と、矩形波信号及び電流検出部の検出結果に基づいてスイッチング素子のオンタイミングを決定する第2制御部とを具備する。第2制御部は、矩形波信号の1サイクル終了時において電流検出部により2次巻線に流れる電流がゼロに達していないことを検出すると少なくとも次の1サイクル終了時までスイッチング素子をオンにしないでオフ状態を継続し、矩形波信号の1サイクル終了時において電流検出部により2次巻線に流れる電流がゼロになったことを検出するとスイッチング素子をオンにする。 The lighting device of the present invention includes a transformer having at least a primary winding and a secondary winding, a switching element connected in series between the primary winding and a DC power supply, and connected in series to the secondary winding. And a capacitor connected in parallel to the light emitting element, and a secondary circuit and a capacitor to form a series circuit, which is connected in a direction in which the switching element is cut off when the switching element is turned on and is turned on when the switching element is turned off. A converter circuit including a rectifying element and a control circuit for turning on / off the switching element. The control circuit includes a signal output unit that outputs a rectangular wave signal having a constant frequency, a first control unit that turns off the switching element when a current flowing through the primary winding reaches a predetermined value when the switching element is turned on, A current detection unit that detects a state of a current flowing in the secondary winding during the off-state, and a second control unit that determines the on-timing of the switching element based on the detection result of the rectangular wave signal and the current detection unit It has. When the second control unit detects that the current flowing through the secondary winding does not reach zero at the end of one cycle of the rectangular wave signal, the second control unit does not turn on the switching element until at least the end of the next one cycle. And the switching element is turned on when the current detection unit detects that the current flowing through the secondary winding becomes zero at the end of one cycle of the rectangular wave signal.
本発明の照明器具は、上記の点灯装置と、上記の点灯装置から点灯電力が供給される発光素子とを備えたことを特徴とする。 The lighting fixture of the present invention includes the above lighting device and a light emitting element to which lighting power is supplied from the lighting device.
本発明の照明システムは、上記の照明器具を備えたことを特徴とする。 The lighting system of the present invention includes the above-described lighting fixture.
矩形波信号の1サイクル終了時においてインダクタに流れる電流がゼロになっていなければ少なくとも次の1サイクル終了時までスイッチング素子のオフ状態を継続し、矩形波信号の1サイクル終了時においてインダクタに流れる電流がゼロになっていればスイッチング素子をオンにするので、例えば制御回路を構成する電子部品の実装ミスや経年変化などによって上記電子部品が開放状態になったり、短絡状態になった場合でもインダクタに流れる電流を不連続モードにすることができ、その結果、発光素子に流れる電流が過度に上昇するのを抑えることができるという効果がある。 If the current flowing through the inductor at the end of one cycle of the rectangular wave signal is not zero, the switching element is kept off until at least the end of the next cycle, and the current flowing through the inductor at the end of one cycle of the rectangular wave signal Since the switching element is turned on when the value is zero, for example, when the electronic component becomes open or short-circuited due to mounting errors or aging of the electronic components constituting the control circuit, the inductor The flowing current can be set to the discontinuous mode, and as a result, it is possible to suppress an excessive increase in the current flowing through the light emitting element.
以下に、点灯装置及びそれを用いた照明器具並びに照明システムの実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of a lighting device, a lighting fixture using the lighting device, and a lighting system will be described below with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1(a)は本実施形態の点灯装置1の一例を示す概略回路図である。この点灯装置1は、整流回路7と、力率改善回路8と、調光回路9と、降圧チョッパ回路11と、制御回路12とを備え、調光レベルに応じた点灯電力をLEDモジュール10へ供給する。
(Embodiment 1)
FIG. 1A is a schematic circuit diagram illustrating an example of the
整流回路7は、商用電源100より供給される交流電圧を直流電圧に整流し、力率改善回路8は、整流回路7より出力される直流電圧を所望の電圧値の直流電圧に変換する。なお、整流回路7及び力率改善回路8は従来周知の構成であり、詳細な説明については省略する。ここに本実施形態では、整流回路7及び力率改善回路8により直流電源が構成されている。
The
調光回路9は、LEDモジュール10の調光レベルを設定するための調光信号を出力する調光信号出力部91と、調光信号出力部91より出力される調光信号を直流信号に変換する信号変換部92と、オペアンプ93とを具備する。
The
オペアンプ93の非反転入力端子には、信号変換部92で生成された直流信号に応じた基準電圧が入力され、またオペアンプ93の反転入力端子には、LEDモジュール10に流れる電流に応じた電圧信号が入力される。そして、オペアンプ93は、上記基準電圧と上記電圧信号の差分を増幅させた増幅信号を後述の制御用IC121へ出力する。なお、上述の調光信号出力部91は、点灯装置1と一体に設けてもいいし、別体に設けてもよい。
A reference voltage corresponding to the DC signal generated by the
LEDモジュール10は、複数(図1(a)では4個)の発光ダイオード(LED)が直列に接続され、降圧チョッパ回路11より供給される直流電力によって点灯する。ここに本実施形態では、LEDモジュール10の各発光ダイオードにより発光素子が構成されている。
The
降圧チョッパ回路11は、スイッチング素子Q1と、ダイオードD1(整流素子)と、トランスT1と、平滑コンデンサC1とを具備し、上述の調光回路9により設定される調光レベルに応じた直流電力を生成し、生成した直流電力をLEDモジュール10へ出力する。
The step-down
スイッチング素子Q1は、例えばn型のMOSFETからなり、力率改善回路8の高電位側の出力端に接続されており、後述するハイサイドドライバ124より出力されるHi信号又はLo信号に従ってオン/オフする。
The switching element Q1 is made of, for example, an n-type MOSFET, and is connected to the output terminal on the high potential side of the power
トランスT1は、1次巻線N1及び2次巻線N2を有し、1次巻線N1はLEDモジュール10に対して直列に接続され、2次巻線N2は1次巻線N1に流れる電流の状態を検出するために設けられている。ここに本実施形態では、1次巻線N1によりインダクタが構成され、2次巻線N2により電流検出部が構成されている。
The transformer T1 has a primary winding N1 and a secondary winding N2, and the primary winding N1 is connected in series to the
平滑コンデンサC1は、LEDモジュール10に対して並列に接続され、1次巻線N1を介して供給される直流電力を平滑化してLEDモジュール10へ出力する。
The smoothing capacitor C <b> 1 is connected in parallel to the
ダイオードD1は、LEDモジュール10及びトランスT1の1次巻線N1からなる直列回路に対して並列に接続され、さらにスイッチング素子Q1のオフ時に1次巻線N1の蓄積エネルギーをLEDモジュール10に放出する向き(図1(a)に示す例ではアノードが下側、カソードが上側となる向き)に接続されている。
The diode D1 is connected in parallel to the series circuit composed of the
制御回路12は、制御用IC121と、クロック信号生成部122と、判別部123と、ハイサイドドライバ124とを具備する。
The
制御用IC121は、例えば上述の臨界モード機能を有するIC(東芝製TB6819AFGなど)からなり、ZCD端子、CS端子、COMP端子及びOUT端子を有する。制御用IC121のZCD端子には、判別部123より出力されるHi信号又はLo信号が入力され、Lo信号が入力された場合には、ハイサイドドライバ124に対してOUT端子よりHi信号が出力される。そして、制御用IC121よりHi信号を受け取ったハイサイドドライバ124は、スイッチング素子Q1に対してHi信号を出力し、これによりスイッチング素子Q1がオンになる。
The
また、制御用IC121のCOMP端子には、調光回路9のオペアンプ93より出力される上記増幅信号が入力され、制御用IC121は、この増幅信号に基づいてLEDモジュール10に流れる電流の閾値(所定値)に対応する電圧レベルを設定する。制御用IC121のCS端子には、LEDモジュール10に流れる電流(トランスT1の1次巻線N1に流れる電流)に相当する電圧信号が入力され、制御用IC121は、この電圧信号が上記電圧レベルに達すると、ハイサイドドライバ124に対してOUT端子よりLo信号を出力する。そして、制御用IC121よりLo信号を受け取ったハイサイドドライバ124は、スイッチング素子Q1に対してLo信号を出力し、これによりスイッチング素子Q1がオフになる。なお、LEDモジュール10と直列に接続された抵抗R1は、LEDモジュール10に流れる電流を検出するための抵抗である。ここに本実施形態では、制御用IC121により第1制御部が構成されている。
The amplified signal output from the
クロック信号生成部122は、一定周波数(例えば40数kHz)のクロック信号(矩形波信号)を生成し、生成した上記クロック信号を判別部123へ出力する。ここに本実施形態では、クロック信号生成部122により信号出力部が構成されている。
The clock
判別部123は、クロック信号生成部122で生成される上記クロック信号が入力され、さらにトランスT1の2次巻線N2に流れる電流に応じた電圧信号が入力される。そして、判別部123は、上記電圧信号から1次巻線N1に流れる電流の状態を検出し、上記クロック信号及び上記検出結果に基づいてスイッチング素子Q1のオンタイミングを決定する。なお、詳細については後述する。ここに本実施形態では、判別部123により第2制御部が構成されている。
The
次に、点灯装置1の基本動作について説明する。点灯装置1を起動させるスイッチ(図示せず)がオンにされると、整流回路7が商用電源100より供給される交流電圧を直流電圧に整流し、さらに力率改善回路8が整流回路7より出力される直流電圧を所望の電圧値の直流電圧に変換する。
Next, the basic operation of the
クロック信号生成部122は、一定周波数(例えば40数kHz)のクロック信号を生成し、生成したクロック信号を判別部123へ出力する。また、判別部123には、トランスT1の1次巻線N1に流れる電流の状態に応じた上記電圧信号が入力される。そして、判別部123は、クロック信号の1サイクルが終了したか否かを判別し(図2中のステップS1)、クロック信号の1サイクルが終了するタイミングで1次巻線N1に流れる電流の状態を判別する(図2中のステップS2)。
The clock
このとき(降圧チョッパ回路11の始動前)、1次巻線N1及び2次巻線N2には電流が流れておらず、判別部123には上記電圧信号が入力されないため、判別部123は1次巻線N1に流れる電流がゼロであると判別し、制御用IC121に対してLo信号を出力する(図2中のステップS3)。制御用IC121は、判別部123からのLo信号がZCD端子に入力されると、ハイサイドドライバ124に対してOUT端子よりオン信号(Hi信号)を出力し、ハイサイドドライバ124は、スイッチング素子Q1に対してHi信号を出力する。
At this time (before the step-down
その結果、スイッチング素子Q1がオンになり、力率改善回路8より出力される直流電力によってトランスT1の1次巻線N1に電流が流れ、これにより1次巻線N1にエネルギーが蓄積される。また、上記直流電力はLEDモジュール10にも供給され、上記直流電力に応じた調光レベルでLEDモジュール10が点灯する。
As a result, the switching element Q1 is turned on, and a current flows through the primary winding N1 of the transformer T1 by the DC power output from the power
スイッチング素子Q1がオンになると、LEDモジュール10に流れる電流に応じた電圧信号が制御用IC121のCS端子及びオペアンプ93の反転入力端子にそれぞれ入力される。オペアンプ93の非反転入力端子には、調光信号出力部91より出力される調光信号に応じた基準電圧が入力されており、オペアンプ93は、この基準電圧と上記電圧信号の差分を増幅させた増幅信号を生成し、生成した増幅信号を制御用IC121のCOMP端子へ出力する。
When the switching element Q1 is turned on, a voltage signal corresponding to the current flowing through the
制御用IC121は、COMP端子に入力される上記増幅信号に基づいてLEDモジュール10に流れる電流の閾値に対応する電圧レベルを設定し、CS端子に入力される上記電圧信号が上記電圧レベルに達すると、スイッチング素子Q1をオフにするオフ信号(Lo信号)をOUT端子からハイサイドドライバ124へ出力する。ハイサイドドライバ124は、制御用IC121より上記オフ信号を受け取るとスイッチング素子Q1に対してLo信号を出力し、これによりスイッチング素子Q1がオフになる。
The
スイッチング素子Q1がオフになると、トランスT1の1次巻線N1に蓄積されたエネルギーによりLEDモジュール10が点灯し、1次巻線N1に流れる電流が時間の経過とともに低下していく。判別部123は、クロック信号生成部122より出力されるクロック信号の1サイクルが経過するタイミングで、2次巻線N2により1次巻線N1に流れる電流の状態を検出しており(図2中のステップS1,S2)、上記クロック信号の1サイクル経過時に1次巻線N1に流れる電流がゼロになっていなければ、判別部123は制御用IC121に対してHi信号を継続して出力する(図2中のステップS4)。そして、上記クロック信号の1サイクル経過時に上記電流がゼロになっていれば、判別部123は制御用IC121に対してLo信号を出力し(図2中のステップS3)、以下同様の処理を経てスイッチング素子Q1がオンになる。
When the switching element Q1 is turned off, the
上述のように、スイッチング素子Q1のオン/オフ動作を繰り返すことで、LEDモジュール10が所定の調光レベルで点灯する。
As described above, the
ここで、LEDモジュール10に流れる電流が上記閾値よりも大きい場合には、抵抗R1を介してオペアンプ93の反転入力端子に入力される電圧信号の電圧レベルが上昇し、オペアンプ93の非反転入力端子に入力される上記基準電圧に対して上記電圧信号の電圧レベルが高くなる。その結果、オペアンプ93はシンク(電流を吸い込む)動作を行い、オペアンプ93の出力電圧は低下する。オペアンプ93の出力電圧が低下すると、制御用IC121のCOMP端子電圧も低下し、その結果、上記閾値に対応する形で設定される電圧レベルも低下する。
Here, when the current flowing through the
上記電圧レベルが低下すると、スイッチング素子Q1のオフタイミングを早めることになり、その結果、スイッチング素子Q1のオン期間が短くなって、LEDモジュール10に流れる電流が低下する。そして、LEDモジュール10に流れる電流が低下すると、オペアンプ93の反転入力端子に入力される上記電圧信号の電圧レベルが低下し、その結果、オペアンプ93の非反転入力端子に入力される上記基準電圧と等しくなって、オペアンプ93のシンク動作が停止する。これにより、LEDモジュール10が調光レベルに応じて制御される。
When the voltage level is lowered, the OFF timing of the switching element Q1 is advanced. As a result, the ON period of the switching element Q1 is shortened, and the current flowing through the
また、本実施形態の点灯装置1では、調光信号出力部91から出力される調光信号に応じた基準電圧が大きくなるほどLEDモジュール10に流れる電流が大きくなるように制御し、調光信号出力部91から出力される調光信号に応じた基準電圧が小さくなるほどLEDモジュール10に流れる電流が小さくなるように制御しており、LEDモジュール10の光量を調光信号に応じて自由に制御することができる。
Further, in the
ここにおいて、正常に全点灯又は調光点灯を行っている場合には、図3(b)又は図3(c)に示すように、クロック信号Sig1の1サイクルが経過するまでにLEDモジュール10に流れる電流I1がゼロとなる所謂不連続モードとなっている。したがって、この場合には、LEDモジュール10に流れる電流I2が過度に上昇することはない。
Here, when all lighting or dimming lighting is normally performed, as shown in FIG. 3 (b) or 3 (c), the
ところで、実装時のミスや経年変化などによって電子部品が開放状態や短絡状態になる場合がある。その一例として、制御回路12を構成する制御用IC121のCOMP端子が開放状態になった場合、制御用IC121内部の乗算器出力がHiにはりついてしまい、トランスT1の1次巻線N1に流れる電流I1が必要以上に上昇する。但し、制御用IC121には、スイッチング素子Q1がオンし続けるのを防止するためのクランプ電圧が設定されており、1次巻線N1に流れる電流I1に応じた電圧信号の電圧値がクランプ電圧に達すると、制御用IC121のOUT端子からLo信号が出力され、ハイサイドドライバ124を介してスイッチング素子Q1がオフになる。
By the way, an electronic component may be in an open state or a short circuit state due to a mistake during mounting or aging. As an example, when the COMP terminal of the
クロック信号Sig1の1サイクル経過時にLEDモジュール10に流れる電流I1がゼロか否かを判別する動作を行わない場合、図3(d)に示すように、クロック信号Sig1の1サイクルが経過する時刻t1のときにスイッチング素子Q1がオンになり、トランスT1の1次巻線N1に流れる電流I1が徐々に上昇していく。その後、電流I1に応じた電圧信号の電圧値が上記クランプ電圧に達すると、スイッチング素子Q1がオフになり、電流I1は徐々に低下していくが、クロック信号Sig1の次の1サイクルが経過する時刻t2のときに電流I1はゼロになっていない。しかも、このタイミングでスイッチング素子Q1が再びオンになるので、電流I1はゼロになることなく再び上昇する。
When the operation for determining whether or not the current I1 flowing through the
さらに、電流I1に応じた電圧信号の電圧値が上記クランプ電圧に達すると、スイッチング素子Q1がオフになり、電流I1は徐々に低下していくが、クロック信号Sig1の次の1サイクルが経過する時刻t3のときに電流I1はゼロになっていない。しかも、このタイミングでスイッチング素子Q1が再びオンになるので、電流I1はゼロになることなく再び上昇する。 Further, when the voltage value of the voltage signal corresponding to the current I1 reaches the clamp voltage, the switching element Q1 is turned off and the current I1 gradually decreases, but the next one cycle of the clock signal Sig1 elapses. At time t3, the current I1 is not zero. Moreover, since the switching element Q1 is turned on again at this timing, the current I1 rises again without becoming zero.
以上のように、クロック信号Sig1の1サイクル経過時に電流I1がゼロか否かを判別する動作を行わない場合、トランスT1の1次巻線N1に流れる電流I1が連続モードとなってしまい、その結果、図3(d)に示すように、LEDモジュール10に流れる電流I2が過度に上昇してしまう。なお、図3(b)、図3(c)及び図3(d)中のSig2は、ハイサイドドライバ124がスイッチング素子Q1に対して出力する信号である。
As described above, when the operation of determining whether or not the current I1 is zero when one cycle of the clock signal Sig1 elapses, the current I1 flowing through the primary winding N1 of the transformer T1 becomes a continuous mode, As a result, as shown in FIG. 3D, the current I2 flowing through the
一方、本実施形態の点灯装置1では、図4(c)に示すように、クロック信号Sig1の1サイクルが経過する時刻t1のときには、トランスT1の2次巻線N2に流れる電流に応じた電圧信号の電圧値V1がゼロになっていない。そのため、スイッチング素子Q1はオフのままであり、1次巻線N1に蓄積されたエネルギーがLEDモジュール10で消費されることで1次巻線N1に流れる電流I1が低下していく(図4(d)参照)。
On the other hand, in the
クロック信号Sig1の次の1サイクルが経過する時刻t2のときには、上記電圧信号の電圧値V1がゼロになっており、このタイミングでは1次巻線N1に流れる電流I1もゼロになっている。したがって、このタイミングでスイッチング素子Q1がオンになり、1次巻線N1に流れる電流I1は再び上昇する。 At time t2 when the next one cycle of the clock signal Sig1 elapses, the voltage value V1 of the voltage signal is zero, and the current I1 flowing through the primary winding N1 is also zero at this timing. Accordingly, the switching element Q1 is turned on at this timing, and the current I1 flowing through the primary winding N1 rises again.
さらに、電流I1に応じた電圧信号の電圧値が上記クランプ電圧に達すると、スイッチング素子Q1がオフになり、1次巻線N1に蓄積されたエネルギーがLEDモジュール10で消費されることで1次巻線N1に流れる電流I1が低下していく。そして、クロック信号Sig1の次の1サイクルが経過する時刻t3のときには、上記電圧信号の電圧値V1がゼロになっていないため、スイッチング素子Q1はオフのままであり、電流I1はさらに低下していく。以下同様にして、スイッチング素子Q1のオン/オフ動作を繰り返すことで電流I1を不連続モードにすることができ、その結果、図4(d)に示すように、LEDモジュール10に流れる電流I2が過度に上昇するのを抑えることができる。なお、図4(b)中のSig3は、判別部123が制御用IC121に対して出力する信号である。
Further, when the voltage value of the voltage signal corresponding to the current I1 reaches the clamp voltage, the switching element Q1 is turned off, and the energy accumulated in the primary winding N1 is consumed by the
図1(b)は点灯装置1の他の例を示す概略回路図である。図1(a)では、力率改善回路8の高圧側の出力端にスイッチング素子Q1を接続したが、本例では、力率改善回路8の低圧側の出力端にスイッチング素子Q1を接続している。この場合、制御用IC121のOUT端子から出力されるオン/オフ信号によってスイッチング素子Q1のオン/オフを直接制御できるため、ハイサイドドライバ124は不要である。なお、それ以外の構成及び動作については図1(a)に示す点灯装置1と同様であり、ここでは説明を省略する。
FIG. 1B is a schematic circuit diagram showing another example of the
本実施形態によれば、クロック信号Sig1の1サイクル終了時にトランスT1の1次巻線N1に流れる電流I1がゼロになっていなければ、少なくとも次の1サイクル終了時までスイッチング素子Q1のオフ状態を継続し、クロック信号Sig1の1サイクル終了時に1次巻線N1に流れる電流I1がゼロになるとスイッチング素子Q1をオンにしている。これにより、例えば制御回路12を構成する電子部品の実装ミスや経年変化などによって上記電子部品が開放状態になったり、短絡状態になった場合でも1次巻線N1に流れる電流I1を不連続モードにすることができ、その結果、LEDモジュール10に流れる電流I2が過度に上昇するのを抑えることができる。
According to the present embodiment, if the current I1 flowing through the primary winding N1 of the transformer T1 is not zero at the end of one cycle of the clock signal Sig1, the switching element Q1 is turned off at least until the end of the next one cycle. When the current I1 flowing through the primary winding N1 becomes zero at the end of one cycle of the clock signal Sig1, the switching element Q1 is turned on. Thereby, for example, even if the electronic component is opened or short-circuited due to mounting errors or aging of the electronic components constituting the
また、接続されるLEDモジュール10の負荷電圧が想定していた負荷電圧よりも小さく且つ負荷電流が高い場合、従来の点灯装置1では1次巻線N1に流れる電流が連続モードになりやすいが、本実施形態の点灯装置1によれば、クロック信号Sig1の1サイクル終了時に1次巻線N1に流れる電流がゼロになっていなければ、スイッチング素子Q1のオフ状態を維持するため、1次巻線N1に流れる電流を確実に不連続モード又は臨界モードにすることができる。
Further, when the load voltage of the
なお本実施形態では、臨界モード機能を有するICで制御用IC121を構成したが、同様の動作を実現できるものであれば他のものであってもよい。また、調光回路9、クロック信号生成部122、判別部123及びハイサイドドライバ124のうち少なくとも1つと制御用IC121とを集積して1つのICとしてもよい。さらに、調光信号出力部91を点灯装置1と別体に設けた場合には、信号変換部92との間を有線の信号線で接続してもいいし、赤外線信号などの無線信号により信号伝送を行うようにしてもよい。
In the present embodiment, the
また、調光信号出力部91を点灯装置1と一体に設けた場合には、調光信号出力部91をマイコンなどで構成し、予め定められたプログラムに従って調光信号を出力するようにしてもよい。例えば、1日のうちの所定時間だけ予め設定された調光比で点灯させるといったタイムスケジュール制御を行ってもよい。さらに、本実施形態では、トランスT1の2次巻線N2に流れる電流に応じた電圧信号に基づいて1次巻線N1に流れる電流がゼロになるタイミングを検出したが、例えばダイオードD1の逆方向電圧の上昇を検出したり、スイッチング素子Q1の両端電圧の降下を検出することで、1次巻線N1に流れる電流がゼロになるタイミングを検出してもよく、さらに1次巻線N1に流れる電流がゼロになるタイミングを検出できるものであれば、他のものでもよい。
When the dimming
(実施形態2)
点灯装置1の実施形態2について図5を参照して説明する。上述の実施形態1で説明した点灯装置1では降圧チョッパ回路11を用いたが、本実施形態ではコンバータ回路13を用いている。なお、それ以外の構成については実施形態1と同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 2)
本実施形態の点灯装置1は、整流回路7と、力率改善回路8と、調光回路9と、制御回路12と、コンバータ回路13とを備え、調光レベルに応じた点灯電力をLEDモジュール10へ供給する。ここに本実施形態においても、整流回路7及び力率改善回路8により直流電源が構成されている。
The
コンバータ回路13は、所謂フライバック式のコンバータ回路であり、トランスT1と、スイッチング素子Q1と、平滑コンデンサC1と、ダイオードD1(整流素子)とを具備しており、調光回路9により設定される調光レベルに応じた直流電力を生成し、生成した直流電力をLEDモジュール10へ出力する。
The
トランスT1は、1次巻線N1、2次巻線N2及び3次巻線N3を有し、1次巻線N1はスイッチング素子Q1に対して直列に接続され、1次巻線N1及びスイッチング素子Q1からなる直列回路が抵抗R1を介して力率改善回路8の出力間に接続されている。また、2次巻線N2は、LEDモジュール10及びダイオードD1とともに直列回路を構成し、3次巻線N3は、2次巻線N2に流れる電流の状態を検出するために設けられている。ここに本実施形態では、3次巻線N3により電流検出部が構成されている。
The transformer T1 includes a primary winding N1, a secondary winding N2, and a tertiary winding N3. The primary winding N1 is connected in series to the switching element Q1, and the primary winding N1 and the switching element A series circuit composed of Q1 is connected between the outputs of the power
平滑コンデンサC1は、LEDモジュール10に対して並列に接続され、2次巻線N2を介して供給される直流電力を平滑してLEDモジュール10へ出力する。
The smoothing capacitor C <b> 1 is connected in parallel to the
また、上述の実施形態1では、LEDモジュール10に流れる電流を制御用IC121のCS端子及びオペアンプ93の反転入力端子に入力しているが、本実施形態では、1次巻線N1に流れる電流を上記CS端子及び上記反転入力端子に入力している。つまり、本実施形態では、1次巻線N1に流れる電流に応じてスイッチング素子Q1のオフタイミングを決定している。
In the first embodiment, the current flowing through the
次に、点灯装置1の基本動作について説明する。点灯装置1を起動させるスイッチ(図示せず)がオンにされると、整流回路7が商用電源100より供給される交流電圧を直流電圧に整流し、さらに力率改善回路8が整流回路7より出力される直流電圧を所望の電圧値の直流電圧に変換する。
Next, the basic operation of the
クロック信号生成部122(信号出力部)は、一定周波数(例えば40数kHz)のクロック信号を生成し、生成したクロック信号を判別部123(第2制御部)へ出力する。また、判別部123には、トランスT1の2次巻線N2に流れる電流の状態に応じた上記電圧信号(3次巻線N3に流れる電流に応じた電圧信号)が入力される。そして、判別部123は、上記クロック信号の1サイクルが終了したか否かを判別し、上記クロック信号の1サイクルが終了するタイミングで2次巻線N2に流れる電流の状態を判別する。
The clock signal generation unit 122 (signal output unit) generates a clock signal having a constant frequency (for example, 40 kHz), and outputs the generated clock signal to the determination unit 123 (second control unit). Further, the voltage signal corresponding to the state of the current flowing through the secondary winding N2 of the transformer T1 (voltage signal corresponding to the current flowing through the tertiary winding N3) is input to the
このとき(コンバータ回路13の始動前)、1次巻線N1、2次巻線N2及び3次巻線N3には電流が流れておらず、判別部123には上記電圧信号が入力されないため、判別部123は2次巻線N2に流れる電流がゼロであると判別し、制御用IC121(第1制御部)に対してLo信号を出力する。制御用IC121は、判別部123からのLo信号がZCD端子に入力されると、OUT端子からスイッチング素子Q1に対してHi信号(オン信号)を出力する。
At this time (before starting the converter circuit 13), no current flows through the primary winding N1, the secondary winding N2, and the tertiary winding N3, and the voltage signal is not input to the
その結果、スイッチング素子Q1がオンになり、力率改善回路8より出力される直流電力によってトランスT1の1次巻線N1に電流が流れ、磁気エネルギーがコアに蓄積される。このとき、2次巻線N2に直列に接続されたダイオードD1が逆向きであるため、2次巻線N2には誘導電流が流れない。時間の経過とともに1次巻線N1に流れる電流が上昇し、この電流に相当する電圧信号が上記閾値に対応する電圧レベルに達すると、制御用IC121はスイッチング素子Q1に対してLo信号(オフ信号)を出力し、スイッチング素子Q1がオフになる。
As a result, the switching element Q1 is turned on, current flows through the primary winding N1 of the transformer T1 by the DC power output from the power
スイッチング素子Q1がオフになると、コアに蓄積した磁気エネルギーが解放され、ダイオードD1を介して2次巻線N2に電流が流れ、これによりLEDモジュール10が点灯する。時間の経過とともに2次巻線N2に流れる電流が低下していき、上記クロック信号の1サイクル終了時において2次巻線N2に流れる電流がゼロになっていれば、判別部123は制御用IC121に対してLo信号を出力する。その結果、スイッチング素子Q1がオンになって、再び1次巻線N1に電流が流れ、磁気エネルギーがコアに蓄積される。
When the switching element Q1 is turned off, the magnetic energy accumulated in the core is released, and a current flows through the secondary winding N2 via the diode D1, thereby turning on the
上述のように、スイッチング素子Q1のオン/オフ動作を繰り返すことで、LEDモジュール10が所定の調光レベルで点灯する。
As described above, the
本実施形態によれば、実装時のミスや経年変化などによって電子部品が開放状態や短絡状態になった場合には、実施形態1と同様に、上記クロック信号の1サイクル終了時において2次巻線N2に流れる電流がゼロになるまではスイッチング素子Q1のオフ状態を継続し、上記クロック信号の1サイクル終了時において2次巻線N2に流れる電流がゼロになっていればスイッチング素子Q1をオンにしている。これにより、実施形態1と同様に、例えば制御回路12を構成する電子部品の実装ミスや経年変化などによって上記電子部品が開放状態になったり、短絡状態になった場合でもトランスT1の2次巻線N2に流れる電流を不連続モードにすることができ、その結果、LEDモジュール10に流れる電流が過度に上昇するのを抑えることができる。
According to the present embodiment, when an electronic component is in an open state or a short-circuit state due to a mounting error or aging, as in the first embodiment, the secondary winding is performed at the end of one cycle of the clock signal. The switching element Q1 is kept off until the current flowing through the line N2 becomes zero. When the current flowing through the secondary winding N2 is zero at the end of one cycle of the clock signal, the switching element Q1 is turned on. I have to. As a result, as in the first embodiment, the secondary winding of the transformer T1 can be used even when the electronic component is opened or short-circuited due to, for example, a mounting error or aging of the electronic component constituting the
なお本実施形態では、1次巻線N1、2次巻線N2及び3次巻線N3を具備するトランスT1を用いたが、少なくとも1次巻線及び2次巻線を具備するトランスであればよく、本実施形態に限定されない。 In this embodiment, the transformer T1 including the primary winding N1, the secondary winding N2, and the tertiary winding N3 is used. However, if the transformer includes at least the primary winding and the secondary winding. Well, it is not limited to this embodiment.
(実施形態3)
上述の実施形態1又は2で説明した点灯装置1を用いた照明器具Aの実施形態について図6を参照して説明する。
(Embodiment 3)
An embodiment of the lighting fixture A using the
図6(a)は本実施形態の照明器具Aの一例を示す断面図であり、この照明器具Aは、点灯装置1と、光源ユニット2と、器具本体3と、透光パネル4とを備え、点灯装置1は、器具本体3と別体に設けられている。
FIG. 6A is a cross-sectional view showing an example of a lighting fixture A of the present embodiment. The lighting fixture A includes a
器具本体3は、下面が開口する矩形箱状に形成され、天井材101に設けられた埋込孔101aを通して天井裏に埋込配設される。また、器具本体3の開口面には、矩形板状に形成された透光パネル4が適宜の方法により取り付けられる。
The
光源ユニット2は、矩形板状に形成された基板21と、基板21に実装される複数(図6(a)では3個)の発光素子22とを具備し、基板21は、発光素子22が下側となる向きで器具本体3の内部に収納される。また、基板21は、電線5を介して点灯装置1に電気的に接続されており、点灯装置1より点灯電力が供給される。
The
本実施形態によれば、上述の実施形態1又は2で説明した点灯装置1を用いることによって、発光素子22に流れる電流が過度に上昇するのを抑えた照明器具Aを提供することができる。
According to this embodiment, by using the
図6(b)は照明器具Aの他の例を示す断面図である。本例では、上述の実施形態1又は2で説明した点灯装置1を器具本体3の内部に収納しており、また光源ユニット2の基板21の裏面には放熱板61が取り付けられている。なお、それ以外の構成は図6(a)に示す照明器具Aと同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。そして、本例によれば、上述の実施形態1又は2で説明した点灯装置1を用いることによって、発光素子22に流れる電流が過度に上昇するのを抑えた照明器具Aを提供することができる。
FIG. 6B is a cross-sectional view illustrating another example of the lighting fixture A. In this example, the
ここに、上述の照明器具Aは、リモコン付の照明器具や遠隔操作に対応した照明システムに適用することができる。そして、遠隔システムや照明器具の数が多い大規模システムでは、個々の照明器具の故障を把握するのが困難となる場合もあるが、上述の照明器具Aを適用することで、発光素子22に流れる電流が過度に上昇するのを抑えた照明システムを提供することができる。
Here, the above-described lighting fixture A can be applied to a lighting fixture with a remote control or a lighting system compatible with remote operation. In a large-scale system having a large number of remote systems and lighting fixtures, it may be difficult to grasp a failure of each lighting fixture. However, by applying the lighting fixture A described above, the light-emitting
12 制御回路
121 制御用IC(第1制御部)
122 クロック信号生成部(信号出力部)
123 判別部(第2制御部)
Q1 スイッチング素子
N1 1次巻線(インダクタ)
N2 2次巻線(電流検出部)
T1 トランス
12
122 Clock signal generator (signal output unit)
123 Discriminating unit (second control unit)
Q1 Switching element N1 Primary winding (inductor)
N2 secondary winding (current detector)
T1 transformer
Claims (4)
前記スイッチング素子をオン/オフさせる制御回路とを備え、
前記制御回路は、一定周波数の矩形波信号を出力する信号出力部と、前記スイッチング素子のオン時に前記インダクタに流れる電流が所定値に達すると前記スイッチング素子をオフする第1制御部と、前記スイッチング素子がオフしている期間に前記インダクタに流れる電流の状態を検出する電流検出部と、前記矩形波信号及び前記電流検出部の検出結果に基づいて前記スイッチング素子のオンタイミングを決定する第2制御部とを具備し、
前記第2制御部は、前記矩形波信号の1サイクル終了時において前記電流検出部により前記インダクタに流れる電流がゼロに達していないことを検出すると少なくとも次の1サイクル終了時まで前記スイッチング素子をオンにしないでオフ状態を継続し、
前記矩形波信号の1サイクル終了時において前記電流検出部により前記インダクタに流れる電流がゼロになったことを検出すると前記スイッチング素子をオンにすることを特徴とする点灯装置。 An inductor connected in series to the light emitting element, a switching element connected in series between a series circuit of the light emitting element and the inductor and a DC power supply, and a switching element connected in parallel to the series circuit and the switching A step-down chopper circuit comprising a rectifying element connected in a direction to discharge the stored energy of the inductor to the light emitting element when the element is off;
A control circuit for turning on and off the switching element,
The control circuit includes a signal output unit that outputs a rectangular wave signal having a constant frequency, a first control unit that turns off the switching element when a current flowing through the inductor reaches a predetermined value when the switching element is turned on, and the switching A current detection unit that detects a state of a current flowing through the inductor during a period in which the element is off; and a second control that determines the on-timing of the switching element based on the detection result of the rectangular wave signal and the current detection unit And comprising
When the second control unit detects that the current flowing through the inductor has not reached zero at the end of one cycle of the rectangular wave signal, the second control unit turns on the switching element until at least the end of the next cycle. Keep it off without
The lighting device, wherein the switching element is turned on when the current detection unit detects that the current flowing through the inductor becomes zero at the end of one cycle of the rectangular wave signal.
前記スイッチング素子をオン/オフさせる制御回路とを備え、
前記制御回路は、一定周波数の矩形波信号を出力する信号出力部と、前記スイッチング素子のオン時に前記1次巻線に流れる電流が所定値に達すると前記スイッチング素子をオフする第1制御部と、前記スイッチング素子がオフしている期間に前記2次巻線に流れる電流の状態を検出する電流検出部と、前記矩形波信号及び前記電流検出部の検出結果に基づいて前記スイッチング素子のオンタイミングを決定する第2制御部とを具備し、
前記第2制御部は、前記矩形波信号の1サイクル終了時において前記電流検出部により前記2次巻線に流れる電流がゼロに達していないことを検出すると少なくとも次の1サイクル終了時まで前記スイッチング素子をオンにしないでオフ状態を継続し、
前記矩形波信号の1サイクル終了時において前記電流検出部により前記2次巻線に流れる電流がゼロになったことを検出すると前記スイッチング素子をオンにすることを特徴とする点灯装置。 A transformer having at least a primary winding and a secondary winding, a switching element connected in series between the primary winding and a DC power source, connected in series to the secondary winding and a light emitting element And a capacitor connected in parallel to each other, and a series circuit formed with the secondary winding and the capacitor, and connected in a direction that is cut off when the switching element is on and conductive when the switching element is off. A converter circuit comprising a rectifying element;
A control circuit for turning on and off the switching element,
The control circuit includes: a signal output unit that outputs a rectangular wave signal having a constant frequency; and a first control unit that turns off the switching element when a current flowing through the primary winding reaches a predetermined value when the switching element is turned on. A current detection unit that detects a state of a current flowing through the secondary winding during a period in which the switching element is off, and an on-timing of the switching element based on the detection result of the rectangular wave signal and the current detection unit A second control unit for determining
When the second control unit detects that the current flowing through the secondary winding does not reach zero at the end of one cycle of the rectangular wave signal, the switching is performed until at least the end of the next cycle. Continue the off state without turning on the element,
The lighting device according to claim 1, wherein when the current detecting unit detects that the current flowing through the secondary winding becomes zero at the end of one cycle of the rectangular wave signal, the switching element is turned on.
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