JP6058473B2 - 照明用電源制御回路、半導体集積回路、照明用電源および照明器具 - Google Patents
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Description
交流電源が出力する入力交流電圧を整流平滑して入力整流電圧を出力する整流回路と、インダクタおよび前記インダクタに流れるインダクタ電流を制御するスイッチ素子を有し、前記スイッチ素子のスイッチング動作により前記入力整流電圧を直流電圧に変換する力率改善回路と、電流注入型の発光素子を有する発光モジュールに前記直流電圧に基づく直流電流を出力するDC−DCコンバータと、を備える照明用電源に適用される照明用電源制御回路であって、
調光器により設定される前記発光モジュールの調光度が所定の切り替え閾値以上の場合には、前記インダクタ電流がゼロになったときに前記スイッチ素子を導通状態に制御する電流臨界制御を行い、
前記調光度が前記切り替え閾値未満の場合には、前記入力交流電圧の一周期あたりの前記スイッチ素子のターンオン回数が電流臨界モードにおけるターンオン回数よりも少なくなるように、前記スイッチ素子を所定のターンオン周期で強制的に導通状態に制御する固定周波数制御を行う、
ことを特徴とする。
前記調光度が前記切り替え閾値未満であり、かつ前記直流電圧が過電圧保護機能の作動する電圧未満である場合には、前記固定周波数制御に代えて前記電流臨界制御を行ってもよい。
前記ターンオン周期は、前記固定周波数制御における前記スイッチ素子のスイッチング周波数が可聴領域の上限周波数よりも高くなるように設定されているようにしてもよい。
前記ターンオン周期は、前記調光度が低くなるにつれて連続的に長くなるようにしてもよい。
前記DC−DCコンバータが前記発光モジュールの調光度に応じた直流電流を前記発光モジュールに出力するように、前記DC−DCコンバータを制御するようにしてもよい。
前記発光素子は、発光ダイオード、レーザダイオード、有機EL素子、その他半導体発光素子であるようにしてもよい。
前記調光器の前記調光度に基づく調光電圧が前記切り替え閾値に対応する調光基準電圧未満の場合に、深調光信号を出力する深調光信号出力部と、
前記深調光信号を受信している場合には前記固定周波数制御を行い、前記深調光信号を受信していない場合には前記電流臨界制御を行うPFC制御部と、
を備えるようにしてもよい。
前記PFC制御部は、
前記深調光信号を受信している間、前記ターンオン周期ごとに第1のオントリガ信号を出力するタイマー部と、
前記インダクタ電流がゼロになったことを検出すると、第2のオントリガ信号を出力するゼロクロス検出部と、
前記深調光信号を受信していない場合は前記第2のオントリガ信号を通過させ、前記深調光信号を受信している場合は前記第2のオントリガ信号を通過させない信号ゲート部と、
前記スイッチ素子を流れる電流に基づく電圧が前記入力整流電圧と前記直流電圧との積に基づくターンオフ閾値電圧を超えた場合に、第1のオフトリガ信号を出力するスイッチ電流判定部と、
前記直流電圧が前記力率改善回路の定格出力電圧よりも高い異常閾値電圧を超えた場合に、第2のオフトリガ信号を出力する過電圧検出部と、
前記タイマー部から前記第1のオントリガ信号を受信した場合または前記信号ゲート部から前記第2のオントリガ信号を受信した場合には、前記スイッチ素子を導通状態にするオン信号を出力し、前記スイッチ電流判定部から前記第1のオフトリガ信号を受信した場合または前記過電圧検出部から前記第2のオフトリガ信号を受信した場合には、前記スイッチ素子を遮断状態にするオフ信号を出力するゲート信号出力部と、
を有するようにしてもよい。
前記タイマー部は、
定電流源と、
第1の入力端子と、所定の基準電圧に接続された第2の入力端子と、前記第1の入力端子の電圧が前記第2の入力端子の電圧よりも大きい場合に前記第1のオントリガ信号を出力する出力端子とを有する比較器と、
一端が前記定電流源の出力端子に接続され、他端が前記比較器の前記第1の入力端子に接続され、ゲート端子が前記深調光信号出力部の出力端子に接続され、前記ゲート端子が前記深調光信号を受信すると導通状態になる電流供給用スイッチ素子と、
一端が前記電流供給用スイッチ素子の他端に接続され、他端が接地されたコンデンサと、
一端が前記コンデンサの一端に接続され、他端が接地され、前記ゲート信号出力部が前記オン信号を出力すると導通状態になる放電用スイッチ素子と、
を有するようにしてもよい。
前記タイマー部は、
定電流源と、
第1の入力端子と、所定の基準電圧に接続された第2の入力端子と、前記第1の入力端子の電圧が前記第2の入力端子の電圧よりも大きい場合に前記第1のオントリガ信号を出力する出力端子とを有する比較器と、
一端が前記定電流源の出力端子および前記比較器の前記第1の入力端子に接続され、他端が接地されたコンデンサと、
一端が前記コンデンサの一端に接続され、他端が接地され、前記ゲート信号出力部が前記オン信号を出力すると導通状態になる放電用スイッチ素子と、
を有するようにしてもよい。
前記調光器の前記調光度に基づく調光電圧が前記切り替え閾値に対応する調光基準電圧未満の場合に、深調光信号を出力する深調光信号出力部と、
前記深調光信号を受信し、かつ前記直流電圧が前記力率改善回路の定格出力電圧と過電圧保護機能が作動する異常閾値電圧との間の警戒閾値電圧よりも高い場合には、前記固定周波数制御を行い、それ以外の場合には前記電流臨界制御を行うPFC制御部と、
を備えるようにしてもよい。
また、前記照明用電源制御回路において、
前記PFC制御部は、
前記直流電圧が前記警戒閾値電圧よりも高い場合に、出力電圧上昇信号を出力する出力電圧監視部と、
前記出力電圧上昇信号を受信している場合は前記深調光信号を通過させ、前記出力電圧上昇信号を受信していない場合は前記深調光信号を通過させない第1の信号ゲート部と、
前記第1の信号ゲート部から前記深調光信号を受信している間、前記ターンオン周期ごとに第1のオントリガ信号を出力するタイマー部と、
前記インダクタ電流がゼロになったことを検出すると、第2のオントリガ信号を出力するゼロクロス検出部と、
前記第1の信号ゲート部から前記深調光信号を受信していない場合は前記第2のオントリガ信号を通過させ、前記第1の信号ゲート部から前記深調光信号を受信している場合は前記第2のオントリガ信号を通過させない第2の信号ゲート部と、
前記スイッチ素子を流れる電流に基づく電圧が前記入力整流電圧と前記直流電圧との積に基づくターンオフ閾値電圧を超えた場合に、第1のオフトリガ信号を出力するスイッチ電流判定部と、
前記直流電圧が前記異常閾値電圧を超えた場合に、第2のオフトリガ信号を出力する過電圧検出部と、
前記タイマー部から前記第1のオントリガ信号を受信した場合または前記第2の信号ゲート部から前記第2のオントリガ信号を受信した場合には、前記スイッチ素子を導通状態にするオン信号を出力し、前記スイッチ電流判定部から前記第1のオフトリガ信号を受信した場合または前記過電圧検出部から前記第2のオフトリガ信号を受信した場合には、前記スイッチ素子を遮断状態にするオフ信号を出力するゲート信号出力部と、
を有するようにしてもよい。
交流電源が出力する入力交流電圧を整流平滑して入力整流電圧を出力する整流回路と、
インダクタおよび前記インダクタに流れるインダクタ電流を制御するスイッチ素子を有し、前記スイッチ素子のスイッチング動作により前記入力整流電圧を直流電圧に変換する力率改善回路と、
電流注入型の発光素子を有する発光モジュールに前記直流電圧に基づく直流電流を出力するDC−DCコンバータと、
調光器により設定される前記発光モジュールの調光度が所定の切り替え閾値以上の場合には、前記インダクタ電流がゼロになったときに前記スイッチ素子を導通状態に制御する電流臨界制御を行い、前記調光度が前記切り替え閾値未満の場合には、前記入力交流電圧の一周期あたりの前記スイッチ素子のターンオン回数が電流臨界モードにおけるターンオン回数よりも少なくなるように、前記スイッチ素子を所定のターンオン周期で強制的に導通状態に制御する固定周波数制御を行う照明用電源制御回路と、
を備えることを特徴とする。
電流注入型の発光素子を有する発光モジュールと、
交流電源が出力する入力交流電圧を整流平滑して入力整流電圧を出力する整流回路と、
インダクタおよび前記インダクタに流れるインダクタ電流を制御するスイッチ素子を有し、前記スイッチ素子のスイッチング動作により前記入力整流電圧を直流電圧に変換する力率改善回路と、
前記発光モジュールに前記直流電圧に基づく直流電流を出力するDC−DCコンバータと、
調光器により設定される前記発光モジュールの調光度が所定の切り替え閾値以上の場合には、前記インダクタ電流がゼロになったときに前記スイッチ素子を導通状態に制御する電流臨界制御を行い、前記調光度が前記切り替え閾値未満の場合には、前記入力交流電圧の一周期あたりの前記スイッチ素子のターンオン回数が電流臨界モードにおけるターンオン回数よりも少なくなるように、前記スイッチ素子を所定のターンオン周期で強制的に導通状態に制御する固定周波数制御を行う照明用電源制御回路と、
を備えることを特徴とする。
まず、図1を参照して、本発明の実施態様に係る照明器具1について説明する。照明器具1は、電流注入型の発光素子7を有する発光モジュール6を照明光源として備え、調光器8により発光モジュール6の照度(調光度)を調整可能に構成された照明器具である。
以下、DC−DCコンバータ5の制御にかかわる照明用電源制御回路10の構成要素について説明する。
次に、照明用電源制御回路10による力率改善回路4の制御について、図2を参照して説明する。図2は、照明用電源制御回路10の調光度信号入力部11、深調光信号出力部12およびPFC制御部13の回路図を示している。
次に、本発明の第2の実施形態について図6を参照して説明する。第2の実施形態と第1の実施形態との間の相違点の一つは、照明用電源制御回路10のPFC制御部に、力率改善回路4の出力電圧を監視する出力電圧監視部が設けられていることである。
2 交流電源
3 整流回路
4 力率改善回路
5 DC−DCコンバータ
6 発光モジュール
6a,6b 発光素子ライン
7 発光素子
8 調光器
9 調光度信号受信部
10 照明用電源制御回路
11 調光度信号入力部
12 深調光信号出力部
13,13A,13B,13C PFC制御部
14 調光出力部
15 発振器
16 オペアンプ
17 比較器
18 制御部
19 スイッチ制御部
20 ソフトスタート部
21 停止部
22 起動電源部
23 誤動作防止部
31,31A,31B,31C タイマー部
32 ゲート信号出力部
33 スイッチ電流判定部
34 ゼロクロス検出部
35 過電圧検出部
36 信号ゲート部
37 ワンショット回路
38 SR型フリップフロップ
39 ゲートドライバ
40 マルチプライヤ(乗算器)
41 出力電圧監視部
42 信号ゲート部
AND1 論理積ゲート
C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7,C8,C9 コンデンサ
CMP1,CMP2,CMP3,CMP4,CMP5,CMP6,CMP7 比較器
D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8 ダイオード
EA1 エラーアンプ
I1,I2 電流源
L1 インダクタ
L2 モニタ用巻線
L3 一次巻線
L4 二次巻線
N1 NOTゲート
OR1 論理和ゲート
PC1 フォトカプラ
P1 発光ダイオード
P2 フォトトランジスタ
Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6 スイッチ素子
R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11 抵抗
Ra,Rb,Rc,Rd,Re,Rf 抵抗
T トランス
V1,V2,V3,V4,V5,V6,V7 基準電圧
Claims (15)
- 交流電源が出力する入力交流電圧を整流平滑して入力整流電圧を出力する整流回路と、インダクタおよび前記インダクタに流れるインダクタ電流を制御するスイッチ素子を有し、前記スイッチ素子のスイッチング動作により前記入力整流電圧を直流電圧に変換する力率改善回路と、電流注入型の発光素子を有する発光モジュールに前記直流電圧に基づく直流電流を出力するDC−DCコンバータと、を備える照明用電源に適用される照明用電源制御回路であって、
調光器により設定される前記発光モジュールの調光度が所定の切り替え閾値以上の場合には、前記インダクタ電流がゼロになったときに前記スイッチ素子を導通状態に制御する電流臨界制御を行い、
前記調光度が前記切り替え閾値未満の場合には、前記入力交流電圧の一周期あたりの前記スイッチ素子のターンオン回数が電流臨界モードにおけるターンオン回数よりも少なくなるように、前記スイッチ素子を所定のターンオン周期で強制的に導通状態に制御する固定周波数制御を行う、
ことを特徴とする照明用電源制御回路。 - 前記調光度が前記切り替え閾値未満であり、かつ前記直流電圧が過電圧保護機能の作動する電圧未満である場合には、前記固定周波数制御に代えて前記電流臨界制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の照明用電源制御回路。
- 前記ターンオン周期は、前記固定周波数制御における前記スイッチ素子のスイッチング周波数が可聴領域の上限周波数よりも高くなるように設定されていることを特徴とする請求項1または2に記載の照明用電源制御回路。
- 前記ターンオン周期は、前記調光度が低くなるにつれて連続的に長くなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の照明用電源制御回路。
- 前記DC−DCコンバータが前記発光モジュールの調光度に応じた直流電流を前記発光モジュールに出力するように、前記DC−DCコンバータを制御することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の照明用電源制御回路。
- 前記発光素子は、発光ダイオード、レーザダイオード、有機EL素子、その他半導体発光素子であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の照明用電源制御回路。
- 前記調光器の前記調光度に基づく調光電圧が前記切り替え閾値に対応する調光基準電圧未満の場合に、深調光信号を出力する深調光信号出力部と、
前記深調光信号を受信している場合には前記固定周波数制御を行い、前記深調光信号を受信していない場合には前記電流臨界制御を行うPFC制御部と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の照明用電源制御回路。 - 前記PFC制御部は、
前記深調光信号を受信している間、前記ターンオン周期ごとに第1のオントリガ信号を出力するタイマー部と、
前記インダクタ電流がゼロになったことを検出すると、第2のオントリガ信号を出力するゼロクロス検出部と、
前記深調光信号を受信していない場合は前記第2のオントリガ信号を通過させ、前記深調光信号を受信している場合は前記第2のオントリガ信号を通過させない信号ゲート部と、
前記スイッチ素子を流れる電流に基づく電圧が前記入力整流電圧と前記直流電圧との積に基づくターンオフ閾値電圧を超えた場合に、第1のオフトリガ信号を出力するスイッチ電流判定部と、
前記直流電圧が前記力率改善回路の定格出力電圧よりも高い異常閾値電圧を超えた場合に、第2のオフトリガ信号を出力する過電圧検出部と、
前記タイマー部から前記第1のオントリガ信号を受信した場合または前記信号ゲート部から前記第2のオントリガ信号を受信した場合には、前記スイッチ素子を導通状態にするオン信号を出力し、前記スイッチ電流判定部から前記第1のオフトリガ信号を受信した場合または前記過電圧検出部から前記第2のオフトリガ信号を受信した場合には、前記スイッチ素子を遮断状態にするオフ信号を出力するゲート信号出力部と、
を有することを特徴とする請求項7に記載の照明用電源制御回路。 - 前記タイマー部は、
定電流源と、
第1の入力端子と、所定の基準電圧に接続された第2の入力端子と、前記第1の入力端子の電圧が前記第2の入力端子の電圧よりも大きい場合に前記第1のオントリガ信号を出力する出力端子とを有する比較器と、
一端が前記定電流源の出力端子に接続され、他端が前記比較器の前記第1の入力端子に接続され、ゲート端子が前記深調光信号出力部の出力端子に接続され、前記ゲート端子が前記深調光信号を受信すると導通状態になる電流供給用スイッチ素子と、
一端が前記電流供給用スイッチ素子の他端に接続され、他端が接地されたコンデンサと、
一端が前記コンデンサの一端に接続され、他端が接地され、前記ゲート信号出力部が前記オン信号を出力すると導通状態になる放電用スイッチ素子と、
を有することを特徴とする請求項8に記載の照明用電源制御回路。 - 前記タイマー部は、
定電流源と、
第1の入力端子と、所定の基準電圧に接続された第2の入力端子と、前記第1の入力端子の電圧が前記第2の入力端子の電圧よりも大きい場合に前記第1のオントリガ信号を出力する出力端子とを有する比較器と、
一端が前記定電流源の出力端子および前記比較器の前記第1の入力端子に接続され、他端が接地されたコンデンサと、
一端が前記コンデンサの一端に接続され、他端が接地され、前記ゲート信号出力部が前記オン信号を出力すると導通状態になる放電用スイッチ素子と、
を有することを特徴とする請求項8に記載の照明用電源制御回路。 - 前記調光器の前記調光度に基づく調光電圧が前記切り替え閾値に対応する調光基準電圧未満の場合に、深調光信号を出力する深調光信号出力部と、
前記深調光信号を受信し、かつ前記直流電圧が前記力率改善回路の定格出力電圧と過電圧保護機能が作動する異常閾値電圧との間の警戒閾値電圧よりも高い場合には、前記固定周波数制御を行い、それ以外の場合には前記電流臨界制御を行うPFC制御部と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の照明用電源制御回路。 - 前記PFC制御部は、
前記直流電圧が前記警戒閾値電圧よりも高い場合に、出力電圧上昇信号を出力する出力電圧監視部と、
前記出力電圧上昇信号を受信している場合は前記深調光信号を通過させ、前記出力電圧上昇信号を受信していない場合は前記深調光信号を通過させない第1の信号ゲート部と、
前記第1の信号ゲート部から前記深調光信号を受信している間、前記ターンオン周期ごとに第1のオントリガ信号を出力するタイマー部と、
前記インダクタ電流がゼロになったことを検出すると、第2のオントリガ信号を出力するゼロクロス検出部と、
前記第1の信号ゲート部から前記深調光信号を受信していない場合は前記第2のオントリガ信号を通過させ、前記第1の信号ゲート部から前記深調光信号を受信している場合は前記第2のオントリガ信号を通過させない第2の信号ゲート部と、
前記スイッチ素子を流れる電流に基づく電圧が前記入力整流電圧と前記直流電圧との積に基づくターンオフ閾値電圧を超えた場合に、第1のオフトリガ信号を出力するスイッチ電流判定部と、
前記直流電圧が前記異常閾値電圧を超えた場合に、第2のオフトリガ信号を出力する過電圧検出部と、
前記タイマー部から前記第1のオントリガ信号を受信した場合または前記第2の信号ゲート部から前記第2のオントリガ信号を受信した場合には、前記スイッチ素子を導通状態にするオン信号を出力し、前記スイッチ電流判定部から前記第1のオフトリガ信号を受信した場合または前記過電圧検出部から前記第2のオフトリガ信号を受信した場合には、前記スイッチ素子を遮断状態にするオフ信号を出力するゲート信号出力部と、
を有することを特徴とする請求項11に記載の照明用電源制御回路。 - 請求項1〜12のいずれかに記載の照明用電源制御回路を所定の半導体基板上に形成したことを特徴とする半導体集積回路。
- 交流電源が出力する入力交流電圧を整流平滑して入力整流電圧を出力する整流回路と、
インダクタおよび前記インダクタに流れるインダクタ電流を制御するスイッチ素子を有し、前記スイッチ素子のスイッチング動作により前記入力整流電圧を直流電圧に変換する力率改善回路と、
電流注入型の発光素子を有する発光モジュールに前記直流電圧に基づく直流電流を出力するDC−DCコンバータと、
調光器により設定される前記発光モジュールの調光度が所定の切り替え閾値以上の場合には、前記インダクタ電流がゼロになったときに前記スイッチ素子を導通状態に制御する電流臨界制御を行い、前記調光度が前記切り替え閾値未満の場合には、前記入力交流電圧の一周期あたりの前記スイッチ素子のターンオン回数が電流臨界モードにおけるターンオン回数よりも少なくなるように、前記スイッチ素子を所定のターンオン周期で強制的に導通状態に制御する固定周波数制御を行う照明用電源制御回路と、
を備えることを特徴とする照明用電源。 - 電流注入型の発光素子を有する発光モジュールと、
交流電源が出力する入力交流電圧を整流平滑して入力整流電圧を出力する整流回路と、
インダクタおよび前記インダクタに流れるインダクタ電流を制御するスイッチ素子を有し、前記スイッチ素子のスイッチング動作により前記入力整流電圧を直流電圧に変換する力率改善回路と、
前記発光モジュールに前記直流電圧に基づく直流電流を出力するDC−DCコンバータと、
調光器により設定される前記発光モジュールの調光度が所定の切り替え閾値以上の場合には、前記インダクタ電流がゼロになったときに前記スイッチ素子を導通状態に制御する電流臨界制御を行い、前記調光度が前記切り替え閾値未満の場合には、前記入力交流電圧の一周期あたりの前記スイッチ素子のターンオン回数が電流臨界モードにおけるターンオン回数よりも少なくなるように、前記スイッチ素子を所定のターンオン周期で強制的に導通状態に制御する固定周波数制御を行う照明用電源制御回路と、
を備えることを特徴とする照明器具。
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