JP6292503B2 - Power supply device and LED lighting device - Google Patents
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Description
本発明は、定格電圧が異なる複数種類の負荷に対応した電源装置、及び、前記負荷をLED(発光ダイオード)としたLED点灯装置に関する。 The present invention relates to a power supply apparatus corresponding to a plurality of types of loads having different rated voltages, and an LED lighting apparatus in which the load is an LED (light emitting diode).
従来例として、特許文献1記載の電源装置及び照明装置を例示する。特許文献1記載の従来例は、ランプソケットに着脱自在に装着される直管形のLEDランプを点灯するものであって、直流電源から供給される直流電圧を、LEDランプの定格電圧まで降圧する降圧チョッパ回路(電源装置)を備えている。 As a conventional example, a power supply device and a lighting device described in Patent Document 1 are illustrated. The conventional example described in Patent Document 1 lights a straight tube type LED lamp that is detachably attached to a lamp socket, and reduces the DC voltage supplied from a DC power source to the rated voltage of the LED lamp. A step-down chopper circuit (power supply device) is provided.
ここで、日本電球工業会規格JEL801「L形ピン口金GX16t-5付直管形LEDランプシステム(一般照明用)」では、直管形LEDランプの定格電圧が45ボルト〜95ボルトの広い範囲に設定されている(ただし、40形の場合)。 Here, in Japan Light Bulb Industry Association standard JEL801 “Straight-tube LED lamp system with L-shaped pin cap GX16t-5 (for general lighting)”, the rated voltage of straight-tube LED lamps is in a wide range of 45 to 95 volts. It is set (in the case of 40 type).
特許文献1記載の従来例では、負荷となる直管形LEDランプの定格電圧が高いときは降圧チョッパ回路が臨界モードで動作し、定格電圧が低いときは降圧チョッパ回路が連続モードで動作するように構成されている。 In the conventional example described in Patent Document 1, the step-down chopper circuit operates in the critical mode when the rated voltage of the straight tube LED lamp serving as a load is high, and the step-down chopper circuit operates in the continuous mode when the rated voltage is low. It is configured.
ところで、前記規格の規格値よりも低い定格電圧の直管形LEDランプが一部の市場に出回っている。このように規格から外れた直管形LEDランプが従来例の負荷とされ、降圧チョッパ回路が連続モードで動作した場合、想定外の不具合が生じる虞がある。つまり、特許文献1記載の従来例では、規格に適合した最低の定格電圧(45ボルト)の直管形LEDランプを負荷とする場合でも降圧チョッパ回路が正常に動作するように設計されている。しかしながら、上述のように定格電圧が規格よりも低い直管形LEDランプが負荷とされた場合、降圧チョッパ回路を構成する半導体スイッチング素子の損失が設計値を超えてしまい、半導体スイッチング素子の寿命が短くなるなどの不具合が生じる虞がある。 By the way, straight tube LED lamps having a rated voltage lower than the standard value of the standard are on the market. In this way, when a straight tube LED lamp deviating from the standard is used as the load of the conventional example, and the step-down chopper circuit operates in the continuous mode, there is a possibility that an unexpected problem may occur. That is, in the conventional example described in Patent Document 1, the step-down chopper circuit is designed to operate normally even when a straight tube LED lamp having the lowest rated voltage (45 volts) conforming to the standard is used as a load. However, when a straight tube type LED lamp whose rated voltage is lower than the standard is used as a load as described above, the loss of the semiconductor switching element constituting the step-down chopper circuit exceeds the design value, and the life of the semiconductor switching element is shortened. There is a risk of problems such as shortening.
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、軽負荷の場合の不具合の発生を抑制することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at suppressing generation | occurrence | production of the malfunction in the case of a light load.
本発明の電源装置は、直流電源から供給される直流の入力電圧を降圧して負荷に供給する降圧チョッパ回路と、前記降圧チョッパ回路の動作を制御する制御回路とを備え、前記降圧チョッパ回路は、前記入力電圧を断続する半導体スイッチング素子と、前記半導体スイッチング素子を介して前記入力電圧が印加されているときに蓄積したエネルギーを前記入力電圧が印加されていないときに放出するインダクタとを有し、前記制御回路は、前記半導体スイッチング素子をオンした後、前記インダクタに流れるインダクタ電流が所定のピーク値に達したときに前記半導体スイッチング素子をオフし、前記半導体スイッチング素子をオンした時点からの経過時間が所定の再スタート周期に達する前に前記インダクタ電流がゼロになれば、前記経過時間が前記再スタート周期に達した時点で前記半導体スイッチング素子をオンし、前記経過時間が前記再スタート周期に達した後に前記インダクタ電流がゼロになれば、前記インダクタ電流がゼロになった時点で前記半導体スイッチング素子をオンするように構成されることを特徴とする。 The power supply device of the present invention includes a step-down chopper circuit that steps down a DC input voltage supplied from a DC power source and supplies the voltage to a load, and a control circuit that controls the operation of the step-down chopper circuit, A semiconductor switching element that interrupts the input voltage; and an inductor that releases energy stored when the input voltage is applied via the semiconductor switching element when the input voltage is not applied. The control circuit, after turning on the semiconductor switching element, turns off the semiconductor switching element when the inductor current flowing through the inductor reaches a predetermined peak value, and the process from the time when the semiconductor switching element is turned on. If the inductor current becomes zero before the time reaches a predetermined restart period, The semiconductor switching element is turned on when the restart period is reached, and if the inductor current becomes zero after the elapsed time reaches the restart period, the inductor current becomes zero. The semiconductor switching element is configured to be turned on.
この電源装置において、前記制御回路は、前記半導体スイッチング素子を駆動するドライバ部と、前記ドライバ部を制御して前記降圧チョッパ回路を不連続モードあるいは臨界モードで動作させる降圧制御部とを有し、前記降圧制御部は、前記ドライバ部を制御して前記半導体スイッチング素子をオンした後、前記インダクタに流れるインダクタ電流が所定のピーク値に達したときに前記半導体スイッチング素子をオフし、前記半導体スイッチング素子をオンした時点からの経過時間が所定の再スタート周期に達する前に前記インダクタ電流がゼロになれば、前記経過時間が前記再スタート周期に達した時点で前記半導体スイッチング素子をオンすることによって、前記降圧チョッパ回路を前記不連続モードで動作させるように構成され、前記降圧制御部は、更に、前記ドライバ部を制御して前記半導体スイッチング素子をオンした後、前記インダクタに流れるインダクタ電流が所定のピーク値に達したときに前記半導体スイッチング素子をオフし、前記半導体スイッチング素子をオンした時点からの前記経過時間が前記再スタート周期に達した後に前記インダクタ電流がゼロになれば、前記インダクタ電流がゼロになった時点で前記半導体スイッチング素子をオンことによって、前記降圧チョッパ回路を前記臨界モードで動作させるように構成されることが好ましい。
本発明のLED点灯装置は、前記電源装置を備え、前記電源装置の出力端間に、LED負荷が着脱可能に接続されるように構成されることを特徴とする。
In this power supply apparatus, the control circuit includes a driver unit that drives the semiconductor switching element, and a step-down control unit that controls the driver unit to operate the step-down chopper circuit in a discontinuous mode or a critical mode. The step-down control unit controls the driver unit to turn on the semiconductor switching element, and then turns off the semiconductor switching element when an inductor current flowing through the inductor reaches a predetermined peak value. If the inductor current becomes zero before the elapsed time from the time of turning on the predetermined restart period, the semiconductor switching element is turned on when the elapsed time reaches the restart period, Configured to operate the step-down chopper circuit in the discontinuous mode; The step-down control unit further controls the driver unit to turn on the semiconductor switching element, and then turns off the semiconductor switching element when an inductor current flowing through the inductor reaches a predetermined peak value. If the inductor current becomes zero after the elapsed time from when the element is turned on reaches the restart period, the step-down chopper is turned on by turning on the semiconductor switching element when the inductor current becomes zero. Preferably, the circuit is configured to operate in the critical mode.
The LED lighting device of the present invention includes the power supply device, and is configured such that an LED load is detachably connected between output terminals of the power supply device.
本発明の電源装置及びLED点灯装置は、負荷が軽負荷で無い場合は制御回路が降圧チョッパ回路を不連続モードで動作させ、負荷が軽負荷である場合は制御回路が降圧チョッパ回路を臨界モードで動作させるので、負荷が軽負荷である場合においても、降圧チョッパ回路が連続モードで動作することがない。そのため、軽負荷の場合に降圧チョッパ回路が連続モードで動作してしまう従来例と比較して、半導体スイッチング素子の寿命が短くなるなどの不具合の発生を抑制することができるという効果がある。 In the power supply device and the LED lighting device of the present invention, when the load is not light, the control circuit operates the step-down chopper circuit in the discontinuous mode, and when the load is light load, the control circuit sets the step-down chopper circuit to the critical mode. Therefore, the step-down chopper circuit does not operate in the continuous mode even when the load is light. Therefore, compared to the conventional example in which the step-down chopper circuit operates in a continuous mode in the case of a light load, there is an effect that it is possible to suppress the occurrence of defects such as a shortened life of the semiconductor switching element.
以下、本発明に係る電源装置及びLED点灯装置の実施形態について、図1〜図4を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of a power supply device and an LED lighting device according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
本実施形態のLED点灯装置は、図2に示すように降圧チョッパ回路1と、制御ブロック2と、直流電源部3とで構成される。
The LED lighting device of the present embodiment includes a step-down chopper circuit 1, a
直流電源部3は、商用の交流電源4から供給される交流電圧・交流電流を所望の直流電圧・直流電流に変換するように構成される。この直流電源部3は、フィルタ部30、整流回路31、PFC(Power Factor Correction:力率改善)部32、平滑コンデンサC1で構成される。フィルタ部30は、交流電源4から入力される交流電圧・交流電流に重畳する高調波ノイズ、及びPFC部32で発生する高調波ノイズ、を除去するものである。整流回路31はダイオードブリッジからなり、交流電源4から供給される交流電圧・交流電流を全波整流する。PFC部32は、従来周知の昇圧チョッパ回路であって、整流回路31で全波整流された脈流電圧を所望の直流電圧に変換することで力率を改善するものである。平滑コンデンサC1は、PFC部32の出力電圧を平滑する。なお、以下の説明では、直流電源部3から降圧チョッパ回路1に入力される直流電圧を、直流入力電圧VDCと呼ぶ。ただし、直流電源部3は上記構成に限定されるものではなく、例えば、直流電圧・直流電流を出力する蓄電池や太陽電池などであっても構わない。
The DC
降圧チョッパ回路1は、半導体スイッチング素子(電界効果トランジスタ)Q1、インダクタT1、ダイオードD1、コンデンサC2、検出抵抗R1、抵抗R2,R9などで構成される。半導体スイッチング素子Q1とインダクタT1とコンデンサC2と検出抵抗R1の直列回路が直流電源部3の出力端間に接続される。ダイオードD1のカソードが半導体スイッチング素子Q1とインダクタT1の接続点に接続され、ダイオードD1のアノードが検出抵抗R1と抵抗R9の接続点に接続される。抵抗R9はダイオードD1と並列に接続され、抵抗R2の一端が半導体スイッチング素子Q1のゲートに接続される。そして、コンデンサC2の両端にLED負荷5が接続される。
The step-down chopper circuit 1 includes a semiconductor switching element (field effect transistor) Q1, an inductor T1, a diode D1, a capacitor C2, a detection resistor R1, resistors R2, R9, and the like. A series circuit of the semiconductor switching element Q 1, the inductor T 1, the
LED負荷5は、例えば、従来技術で説明した直管形LEDランプであり、図示しないランプソケット又はコネクタを用いて降圧チョッパ回路1の出力端(コンデンサC2の両端)間に着脱可能に接続される。 The LED load 5 is, for example, a straight tube LED lamp described in the related art, and is detachably connected between the output ends (both ends of the capacitor C2) of the step-down chopper circuit 1 using a lamp socket or a connector (not shown). .
制御ブロック2は、高耐圧集積回路(High Voltage Integrated Circuit)からなる制御用IC20と、外付けの回路素子と、制御電源生成部27とで構成される。
The
制御電源生成部27は、スイッチング電源回路からなり、直流入力電圧VDCから制御電源Vccを生成する。
The control power
制御用IC20は、降圧制御部21、ハイサイドドライバ部22、オペアンプ23、スイッチ24、シーケンス回路部25、PFC制御部26、分圧抵抗R3、R4などを備えている。また、制御用IC20は、CS端子、ZCD端子、OP+端子、OP-端子、OPout端子、Ho端子、HGND端子、HVcc端子、Vcc端子、Do端子、GND端子などの端子が設けられている。
The
シーケンス回路部25は、交流電源4が投入されて直流電源部3に交流電圧が入力され始めた時点(以下、電源投入時点と呼ぶ。)からの経過時間を計時するように構成される。さらに、シーケンス回路部25は、前記経過時間が昇圧動作開始時間(例えば、0.5秒)に達したらPFC制御部26へ昇圧動作開始信号S1を出力し、前記経過時間が降圧動作開始時間(例えば、0.7秒)に達したら降圧制御部21に降圧動作開始信号S2を出力するように構成される。
The
PFC制御部26は、シーケンス回路部25から昇圧動作開始信号S1が出力されると、Do端子より駆動信号を出力して、PFC部32を構成する半導体スイッチング素子(図示せず)をスイッチングする。さらに、PFC制御部26は、PFC部32の半導体スイッチング素子のオンデューティ比をフィードバック制御することにより、直流電源部3の出力電圧(直流入力電圧VDC)を所定の一定電圧とするように構成される。ただし、このようなPFC制御部26は従来周知であるから、詳細な構成及び動作の図示並びに説明は省略する。
When the step-up operation start signal S1 is output from the
ハイサイドドライバ部22は、降圧チョッパ回路1の半導体スイッチング素子Q1を駆動するものであって、HVcc端子から供給される電圧を用いて、Ho端子から半導体スイッチング素子Q1のゲートに駆動信号を出力するように構成される。なお、HVcc端子には、制御電圧Vccを昇圧するブートストラップ回路が外付けされている。ブートストラップ回路は、HGND端子とHVcc端子の間に接続されるコンデンサC3と、制御電源Vccが入力されるVcc端子にアノードが接続され、カソードがHVcc端子に接続されるダイオードD2とで構成される。つまり、ブートストラップ回路は、制御電源生成部27からダイオードD2、コンデンサC3、降圧チョッパ回路1の抵抗R9の経路でコンデンサC3を充電し、コンデンサC3の充電電圧によって制御電源の電圧Vccよりも高い電圧をHVcc端子に入力している。
The high-
オペアンプ23は、非反転入力端子(OP+端子)に基準電圧Vsが入力され、反転入力端子(OP-端子)に検出抵抗R1の両端電圧が入力され、出力端子(OPout端子)と反転入力端子の間に帰還抵抗R2とコンデンサC4の並列回路が接続されている。基準電圧Vsは、制御電源電圧Vccを分圧抵抗R5,R6で分圧した電圧である(Vs=Vcc×R6/(R5+R6))。また、検出抵抗R1の両端電圧(以下、検出電圧Vxと呼ぶ。)は、降圧チョッパ回路1の出力電流Ioに比例した電圧である。
In the
而して、オペアンプ23と、帰還抵抗R2とコンデンサC4の並列回路とで反転増幅回路が構成されている。この反転増幅回路は、検出電圧Vxと基準電圧Vsの差分を反転増幅して、分圧抵抗R3,R4の直列回路に印加している。分圧抵抗R3、R4の直列回路は、一端がオペアンプ23の出力端子に接続され、他端がGND端子を介してグランドに接続されている。そして、分圧抵抗R3,R4で分圧された電圧がしきい値電圧X1として降圧制御部21に入力される。なお、オペアンプ23は、スイッチ24を介して制御電源電圧Vccが印加されており、スイッチ24がオンしているときに動作し、スイッチ24がオフしているときは停止するように構成されている。
Thus, an inverting amplifier circuit is configured by the
降圧制御部21は、図3に示すように第1比較器210、上限クランプ回路211、下限クランプ回路212、第2比較器213、フリップフロップ(FF)回路214、リスタートタイマー回路215、ワンショット回路216、並びに複数の論理回路などで構成されている。
As shown in FIG. 3, the step-down
上限クランプ回路211は、ZCD端子の端子電圧(降圧チョッパ回路1のインダクタT1の補助巻線T2に誘起される電圧)Vzcを所定の上限値にクランプするように構成される。また、下限クランプ回路212は、ZCD端子の端子電圧Vzcを所定の下限値にクランプするように構成される。
The upper
第1比較器210は、ZCD端子の端子電圧Vzcがマイナス端子に入力され、高低2種類のしきい値VH,VLが択一的にプラス端子に入力される。つまり、第1比較器210は、半導体スイッチング素子Q1がオンしているとき、ZCD端子の端子電圧Vzcと、高い方のしきい値(以下、高しきい値と呼ぶ。)VHとを比較し、端子電圧Vzcが高しきい値VHを上回ると出力がハイレベルからローレベルに反転する。また、端子電圧Vzcが高しきい値VHを超えると、第1比較器210のプラス端子に入力されるしきい値が、高しきい値VHから、低い方のしきい値(以下、低しきい値と呼ぶ。)VLに切り換わる。そして、第1比較器210は、半導体スイッチング素子Q1がオフしているとき、ZCD端子の端子電圧Vzcと、高しきい値VHとを比較し、端子電圧Vzcが低しきい値VLを下回ると出力がローレベルからハイレベルに反転する。なお、第1比較器210の出力は、第1論理積回路AND1において、後述するリスタートタイマー回路215のリスタート出力VTと論理積演算される。
In the
第2比較器213は、CS端子の端子電圧(検出電圧Vx)と、しきい値電圧X1とを比較し、検出電圧Vxがしきい値電圧X1以上のときに出力CSoutをハイレベルとし、検出電圧Vxがしきい値電圧X1未満のときに出力CSoutをローレベルとするように構成される。なお、第2比較器213の出力CSoutは、第1論理和回路OR1において、降圧動作開始信号S2をインバータINVで反転した信号と論理和演算される。
The
FF回路214は、第1論理積回路AND1の出力LED_Sがセット端子に入力され、第1論理和回路OR1の出力CSoutがリセット端子に入力され、出力端子が第3論理積回路AND3の一方の入力端子に接続されている。つまり、FF回路214は、第1論理積回路AND1の出力LED_Sがハイレベルになると出力がハイレベルとなり、出力がハイレベルのときに第1論理和回路OR1の出力CSoutがハイレベルになると出力がローレベルになる。
In the
第3論理積回路AND3は、FF回路214の出力と、降圧動作開始信号S2との論理積を演算する。第3論理積回路AND3の出力は、ハイサイドドライバ部22に与えられる。つまり、ハイサイドドライバ部22は、第3論理積回路AND3の出力がハイレベルの期間に駆動信号を出力して半導体スイッチング素子Q1をオンとし、第3論理積回路AND3の出力がローレベルの期間に半導体スイッチング素子Q1をオフするように構成される。
The third AND circuit AND3 calculates a logical product of the output of the
ワンショット回路216は、第3論理積回路AND3の出力の立ち上がりに同期してワンショットのパルス信号PSを第2論理積回路AND2に出力する。第2論理積回路AND2は、ワンショットパルス信号PSと、降圧動作開始信号S2との論理積を演算する。第2論理積回路AND2の出力端子は、リスタートタイマー回路215に外付けされている電界効果トランジスタ2150のゲートに接続されている。つまり、第2論理積回路AND2は、降圧動作開始信号S2がハイレベルの場合、ワンショットパルス信号PSがハイレベルとなる短時間においてのみ、出力をハイレベルとして電界効果トランジスタ2150をオンするように構成される。
The one-shot circuit 216 outputs a one-shot pulse signal PS to the second AND circuit AND2 in synchronization with the rise of the output of the third AND circuit AND3. The second AND circuit AND2 calculates a logical product of the one-shot pulse signal PS and the step-down operation start signal S2. The output terminal of the second AND circuit AND2 is connected to the gate of a
リスタートタイマー回路215は、外付けの電界効果トランジスタ2150がオフしているときに内部のコンデンサ(図示せず)を定電流で充電し、前記コンデンサの両端電圧(リスタート入力電圧Vin)がしきい値に達すると、リスタート出力VTをハイレベルに立ち上げる。また、リスタートタイマー回路215は、第2論理積回路AND2の出力がハイレベルとなって電界効果トランジスタ2150がオンすると、前記コンデンサを放電するように構成される。ここで、電界効果トランジスタ2150は、ワンショットパルス信号PSがハイレベルとなる短時間だけオンとなり、ワンショットパルス信号PSがローレベルになるとオフする。したがって、リスタートタイマー回路215は、電界効果トランジスタ2150のオン期間中にコンデンサを放電した後、再度、定電流でコンデンサを充電するという動作を一定の周期(再スタート周期)Tで繰り返すように構成される。ただし、この再スタート周期Tは、リスタートタイマー回路215のコンデンサの容量と充電電流の大きさとしきい値とで決まる。
The restart timer circuit 215 charges an internal capacitor (not shown) with a constant current when the external
次に、図1及び図4のタイムチャートを参照しながら、降圧制御部21の動作を詳細に説明する。
Next, the operation of the step-down
まず、定格電圧が相対的に高いLED負荷5が降圧チョッパ回路1の出力端に接続される場合について、図4を参照して説明する。 First, the case where the LED load 5 having a relatively high rated voltage is connected to the output terminal of the step-down chopper circuit 1 will be described with reference to FIG.
交流電源4が投入されると、整流回路31で全波整流され、PFC部32をスルーして平滑コンデンサC1で平滑された直流入力電圧VDCが制御電源生成部21に入力される。そして、制御電源生成部21は、前記直流入力電圧VDCが入力された時点(時刻t=t0、以下、電源投入時点と呼ぶ。)から、制御電源を生成して各部に供給する。
When the AC power supply 4 is turned on, a DC input voltage VDC that is full-wave rectified by the
制御電源電圧Vccが立ち上がると、シーケンス回路部25が動作を開始する。シーケンス回路部25は、電源投入時点から昇圧動作開始時間が経過した時点でPFC制御部26に昇圧動作開始信号S1をハイレベルに立ち上げる。PFC制御部26は、昇圧動作開始信号S1がハイレベルになるとPFC部32の動作を開始する。そして、PFC部32が動作すると、制御電源生成部21で制御電源が生成されて降圧制御部21に制御電源電圧Vccが供給される。
When the control power supply voltage Vcc rises, the
さらに、電源投入時点から降圧動作開始時間(>昇圧動作開始時間)が経過した時点(時刻t=t0)で、シーケンス回路部25から降圧制御部21に出力される降圧動作開始信号S2がハイレベルとなる。なお、電源投入時点から時刻t=t0までの期間は、降圧動作開始信号S2がローレベルであるため、第3論理積回路AND3の出力がローレベルとなるので、ハイサイドドライバ部22から駆動信号が出力されない。
Furthermore, the step-down operation start signal S2 output from the
リスタートタイマー回路215は、降圧動作開始信号S2がハイレベルになった時点(時刻t=t0)からコンデンサの充電を開始し、コンデンサの両端電圧(リスタート入力電圧Vin)がしきい値に達した時点(時刻t=t1)でリスタート出力VTをハイレベルに立ち上げる。なお、降圧動作開始信号S2がハイレベルになった時点(時刻t=t0)からリスタート出力VTがハイレベルに立ち上がるまでの時間(t1-t0)が再スタート周期Tに等しい。 The restart timer circuit 215 starts charging the capacitor from the time when the step-down operation start signal S2 becomes high level (time t = t0), and the voltage across the capacitor (restart input voltage Vin) reaches the threshold value. At that time (time t = t1), the restart output VT is raised to a high level. The time (t1-t0) from when the step-down operation start signal S2 becomes high level (time t = t0) to when the restart output VT rises to high level is equal to the restart period T.
時刻t=t1の時点では降圧チョッパ回路1が動作していないので、補助巻線T2に電圧が誘起されておらず、ZCD端子の端子電圧Vzcはローレベルであり、第1比較器210の高しきい値VHよりも低いために第1比較器210の出力はハイレベルに維持される。
Since the step-down chopper circuit 1 is not operating at time t = t1, no voltage is induced in the auxiliary winding T2, the terminal voltage Vzc of the ZCD terminal is low, and the high voltage of the
一方、時刻t=t1でリスタート出力VTがハイレベルに立ち上がると、第1論理積回路AND1の出力LED_Sがハイレベルに立ち上がり、FF回路214の出力がハイレベルに立ち上がる。そして、FF回路214の出力がハイレベルになると、第3論理積回路AND3の入力が何れもハイレベルとなるので、第3論理積回路AND3の出力がハイレベルに立ち上がる。その結果、ハイサイドドライバ部22から駆動信号が出力されて半導体スイッチング素子Q1がオンとなり、降圧チョッパ回路1が動作を開始して出力電流Io(インダクタ電流IL)が漸増する。
On the other hand, when the restart output VT rises to high level at time t = t1, the output LED_S of the first AND circuit AND1 rises to high level, and the output of the
また、第3論理積回路AND3の出力がハイレベルになることでワンショット回路216からワンショットパルス信号PSが出力される。そして、第2論理積回路AND2は、ワンショットパルス信号PSの立ち上がりに同期して出力をハイレベルとし、且つワンショットパルス信号PSの立ち下がりに同期して出力をローレベルとする。リスタートタイマー回路215は、電界効果トランジスタ2150がオンしている短時間でコンデンサを放電し、電界効果トランジスタ2150がオフした時点から再度コンデンサの充電(再スタート周期Tのカウント)を開始する。
Further, the one-shot pulse signal PS is output from the one-shot circuit 216 when the output of the third AND circuit AND3 becomes high level. The second AND circuit AND2 sets the output to a high level in synchronization with the rising edge of the one-shot pulse signal PS and sets the output to a low level in synchronization with the falling edge of the one-shot pulse signal PS. The restart timer circuit 215 discharges the capacitor in a short time during which the
出力電流Ioの増大に伴って検出電圧Vxも上昇し、検出電圧Vxがしきい値電圧X1に達した時点(時刻t=t2)で第2比較器213の出力CSoutがハイレベルとなる。第1論理和回路OR1は、第2比較器213の出力CSoutがハイレベルに立ち上がることで出力LED_Rをハイレベルに立ち上げる。そして、FF回路214のリセット端子がハイレベルとなるので、FF回路214の出力がローレベルに立ち下がる。その結果、第3論理積回路AND3の出力がローレベルに立ち下がり、ハイサイドドライバ部22から駆動信号が出力されなくなることで半導体スイッチング素子Q1がオフする。
As the output current Io increases, the detection voltage Vx also rises, and the output CSout of the
半導体スイッチング素子Q1がオフすると、インダクタT1に蓄積されたエネルギーが放出されて回生電流(インダクタ電流IL)が流れる。ただし、この回生電流(インダクタ電流IL)は、時間の経過とともに漸減する。また、半導体スイッチング素子Q1がオフすると補助巻線T2に誘起される電圧の極性が反転するので、ZCD端子の端子電圧Vzcがハイレベルに立ち上がって高しきい値VHを上回る。その結果、第1比較器210の出力がローレベルに立ち下がり、且つ第1比較器210のしきい値が高しきい値VHから低しきい値VLに切り換わる。
When the semiconductor switching element Q1 is turned off, the energy accumulated in the inductor T1 is released and a regenerative current (inductor current IL) flows. However, this regenerative current (inductor current IL) gradually decreases with time. Further, since the polarity of the voltage induced in the auxiliary winding T2 is reversed when the semiconductor switching element Q1 is turned off, the terminal voltage Vzc of the ZCD terminal rises to a high level and exceeds the high threshold value VH. As a result, the output of the
回生電流(インダクタ電流IL)がゼロになると(時刻t=t3)、ZCD端子の端子電圧Vzcがローレベルに立ち下がって低しきい値VLを下回る。その結果、第1比較器210の出力がハイレベルに立ち上がり、且つ第1比較器210のしきい値が低しきい値VLから高しきい値VHに切り換わる。
When the regenerative current (inductor current IL) becomes zero (time t = t3), the terminal voltage Vzc of the ZCD terminal falls to a low level and falls below the low threshold VL. As a result, the output of the
ここで、図4に示すように、半導体スイッチング素子Q1がオフした時点(時刻t=t2)から回生電流(インダクタ電流IL)がゼロになる時点(時刻t=t3)までの経過時間(=t3-t2)がリスタートタイマー回路215の再スタート周期Tよりも短くなっている。したがって、時刻t=t3の時点では、リスタート出力VTがローレベルのままであるから、第1論理積回路AND1の出力LEDS_Sもローレベルのままである。故に、FF回路214の出力もローレベルのままとなり、第3論理積回路AND3の出力もローレベルであるから、ハイサイドドライバ部22から駆動信号が出力されない。
Here, as shown in FIG. 4, the elapsed time (= t3) from the time when the semiconductor switching element Q1 is turned off (time t = t2) to the time when the regenerative current (inductor current IL) becomes zero (time t = t3). -t2) is shorter than the restart period T of the restart timer circuit 215. Therefore, since the restart output VT remains at the low level at the time t = t3, the output LEDS_S of the first AND circuit AND1 also remains at the low level. Therefore, the output of the
なお、インダクタT1に蓄積されたエネルギーが全て放出されて回生電流(インダクタ電流IL)がゼロになると、インダクタT1の両端電圧が自由振動し、ZCD端子の端子電圧Vzcも振動する。しかしながら、第1比較器210のしきい値が低しきい値VLから高しきい値VHに切り換わっているので、ZCD端子の端子電圧Vzcのピーク値が高しきい値VHを超えず、第1比較器210の出力はハイレベルに維持される。ただし、ZCD端子の端子電圧Vzcのピーク値が高しきい値VHを超えることがあったとしても、リスタート出力VTがローレベルであるために第1論理積回路AND1の出力がハイレベルに立ち上がることはない。
When all the energy accumulated in the inductor T1 is released and the regenerative current (inductor current IL) becomes zero, the voltage across the inductor T1 freely oscillates and the terminal voltage Vzc of the ZCD terminal also oscillates. However, since the threshold value of the
そして、リスタートタイマー回路215は、リスタート入力電圧Vinがしきい値に達した時点(時刻t=t4)、すなわち、時刻t=t1から再スタート周期Tが経過した時点でリスタート出力VTをハイレベルに立ち上げる。第1論理積回路AND1は、リスタート出力VTがハイレベルに立ち上がると、出力LED_Sをハイレベルに立ち上げる。その結果、FF回路214の出力がハイレベルとなり、さらに、第3論理積回路AND3の出力もハイレベルとなることでハイサイドドライバ部22から駆動信号が出力されて半導体スイッチング素子Q1がオンする。これ以降(時刻t4〜)は時刻t1〜t4の動作が繰り返され、降圧チョッパ回路1から定格電圧が印加されることでLED負荷5が点灯する。すなわち、図4に示した降圧制御部21の動作モードは、インダクタT1に流れるインダクタ電流ILが不連続となる不連続モードである。
The restart timer circuit 215 outputs the restart output VT when the restart input voltage Vin reaches the threshold (time t = t4), that is, when the restart cycle T has elapsed from time t = t1. Launch to high level. The first AND circuit AND1 raises the output LED_S to high level when the restart output VT rises to high level. As a result, the output of the
次に、定格電圧が相対的に低いLED負荷5が降圧チョッパ回路1の出力端に接続される場合について、図1を参照して説明する。 Next, the case where the LED load 5 having a relatively low rated voltage is connected to the output terminal of the step-down chopper circuit 1 will be described with reference to FIG.
ただし、電源投入時点から時刻t=t2が経過するまでの動作は、図4に示した不連続モードの場合と共通であるから説明は省略する。 However, the operation from the time of turning on the power until the time t = t2 elapses is the same as that in the discontinuous mode shown in FIG.
リスタートタイマー回路215は、時刻t=t2で半導体スイッチング素子Q1がオフした後、リスタート入力電圧Vinがしきい値に達した時点(時刻t=t3)、すなわち、時刻t=t1から再スタート周期Tが経過した時点でリスタート出力VTをハイレベルに立ち上げる。しかしながら、時刻t=t3には回生電流(インダクタ電流IL)がゼロまで減少していないので、ZCD端子の端子電圧Vzcがハイレベルのままであり、低しきい値VLを下回らないために第1比較器210の出力はローレベルに維持される。
The restart timer circuit 215 restarts when the restart input voltage Vin reaches a threshold value (time t = t3) after the semiconductor switching element Q1 is turned off at time t = t2, that is, from time t = t1. When the period T has elapsed, the restart output VT is raised to a high level. However, since the regenerative current (inductor current IL) does not decrease to zero at time t = t3, the terminal voltage Vzc of the ZCD terminal remains at the high level and does not fall below the low threshold VL. The output of the
そして、リスタート出力VTがハイレベル、且つ第1比較器210の出力がローレベルであるため、第1論理積回路AND1の出力LED_Sがローレベルのままとなり、FF回路214の出力もローレベルのままとなる。その結果、第3論理積回路AND3の出力もローレベルに維持されるから、ハイサイドドライバ部22から駆動信号が出力されない。
Since the restart output VT is high and the output of the
そして、回生電流(インダクタ電流IL)がゼロになると(時刻t=t4)、ZCD端子の端子電圧Vzcがローレベルに立ち下がって低しきい値VLを下回る。その結果、第1比較器210の出力がハイレベルに立ち上がり、且つ第1比較器210のしきい値が低しきい値VLから高しきい値VHに切り換わる。
When the regenerative current (inductor current IL) becomes zero (time t = t4), the terminal voltage Vzc of the ZCD terminal falls to a low level and falls below the low threshold VL. As a result, the output of the
ここで、リスタート出力VTが既にハイレベルとなっているので、回生電流(インダクタ電流IL)がゼロになった時点(時刻t=t4)で第1論理積回路AND1の出力LEDS_Sがハイレベルに立ち上がる。故に、FF回路214の出力がハイレベルとなり、第3論理積回路AND3の出力もハイレベルとなるから、ハイサイドドライバ部22から駆動信号が出力されて半導体スイッチング素子Q1がオンする。これ以降(時刻t4〜)は時刻t1〜t4の動作が繰り返され、降圧チョッパ回路1から定格電圧が印加されることでLED負荷5が点灯する。すなわち、降圧制御部21は、リスタートタイマー回路215の再スタート周期Tよりもインダクタ電流ILの流れる期間が長い場合、インダクタ電流ILのゼロクロスに同期して半導体スイッチング素子Q1をオンする、臨界モードで動作する。
Here, since the restart output VT is already at the high level, the output LEDS_S of the first AND circuit AND1 is at the high level when the regenerative current (inductor current IL) becomes zero (time t = t4). stand up. Therefore, since the output of the
上述のように本実施形態の電源装置(LED点灯装置)は、直流電源(直流電源部3)から供給される直流の入力電圧を降圧して負荷(LED負荷5)に供給する降圧チョッパ回路1と、降圧チョッパ回路1の動作を制御する制御回路(降圧制御部21)とを備える。 As described above, the power supply device (LED lighting device) of the present embodiment steps down the DC input voltage supplied from the DC power supply (DC power supply unit 3) and supplies it to the load (LED load 5). And a control circuit (step-down control unit 21) for controlling the operation of the step-down chopper circuit 1.
降圧チョッパ回路1は、入力電圧を断続する半導体スイッチング素子Q1と、半導体スイッチング素子Q1を介して入力電圧が印加されているときに蓄積したエネルギーを入力電圧が印加されていないときに放出するインダクタT1とを有する。 The step-down chopper circuit 1 includes a semiconductor switching element Q1 that interrupts the input voltage, and an inductor T1 that releases energy stored when the input voltage is applied via the semiconductor switching element Q1 when the input voltage is not applied. And have.
制御回路(降圧制御部21)は、半導体スイッチング素子Q1をオンした後、インダクタT1に流れるインダクタ電流ILが所定のピーク値に達したときに半導体スイッチング素子Q1をオフする。また、制御回路(降圧制御部21)は、半導体スイッチング素子Q1をオンした時点からの経過時間が所定の再スタート周期Tに達する前にインダクタ電流ILがゼロになれば、経過時間が再スタート周期Tに達した時点で半導体スイッチング素子Q1をオンする。さらに、制御回路(降圧制御部21)は、経過時間が再スタート周期Tに達した後にインダクタ電流ILがゼロになれば、インダクタ電流ILがゼロになった時点で半導体スイッチング素子Q1をオンするように構成される。 After turning on the semiconductor switching element Q1, the control circuit (step-down control unit 21) turns off the semiconductor switching element Q1 when the inductor current IL flowing through the inductor T1 reaches a predetermined peak value. Further, the control circuit (step-down control unit 21) determines that the elapsed time is restarted if the inductor current IL becomes zero before the elapsed time from when the semiconductor switching element Q1 is turned on reaches the predetermined restart cycle T. When T is reached, the semiconductor switching element Q1 is turned on. Further, if the inductor current IL becomes zero after the elapsed time reaches the restart cycle T, the control circuit (step-down control unit 21) turns on the semiconductor switching element Q1 when the inductor current IL becomes zero. Configured.
本実施形態の電源装置(LED点灯装置)は、上記構成により、負荷が軽負荷(定格電圧が相対的に低いLED負荷5)である場合においても、降圧チョッパ回路1が連続モードで動作することがない。そのため、軽負荷の場合に降圧チョッパ回路が連続モードで動作してしまう従来例と比較して、半導体スイッチング素子Q1の寿命が短くなるなどの不具合の発生を抑制することができる。 The power supply device (LED lighting device) of the present embodiment allows the step-down chopper circuit 1 to operate in the continuous mode even when the load is a light load (the LED load 5 having a relatively low rated voltage) due to the above configuration. There is no. Therefore, compared with the conventional example in which the step-down chopper circuit operates in a continuous mode in the case of a light load, it is possible to suppress the occurrence of problems such as a shortened life of the semiconductor switching element Q1.
なお、本実施形態の電源装置(LED点灯装置)は、降圧チョッパ回路1の半導体スイッチング素子Q1をインダクタT1よりも高電位側に接続する構成としている。これは、日本電球工業会規格JEL801「L形ピン口金GX16t-5付直管形LEDランプシステム(一般照明用)」において、降圧チョッパ回路1の入力電圧が300ボルト以下と規定されているためである。すなわち、降圧チョッパ回路1の半導体スイッチング素子Q1をインダクタT1よりも低電位に接続する構成の場合、降圧チョッパ回路1の入力電圧が300ボルトを超えてしまうからである。 Note that the power supply device (LED lighting device) of the present embodiment is configured to connect the semiconductor switching element Q1 of the step-down chopper circuit 1 to a higher potential side than the inductor T1. This is because the input voltage of the step-down chopper circuit 1 is stipulated to be 300 volts or less in the Japan Light Bulb Industry Association standard JEL801 “Straight-tube LED lamp system with L-shaped pin cap GX16t-5 (for general lighting)”. is there. That is, when the semiconductor switching element Q1 of the step-down chopper circuit 1 is connected to a potential lower than that of the inductor T1, the input voltage of the step-down chopper circuit 1 exceeds 300 volts.
また、再スタート周期Tは、高耐圧集積回路における周期設定のばらつき(±20%)を考慮し、家電製品の赤外線リモコンに使用される周波数帯域の33〜40kHzを避けるため、例えば、20μ秒(50キロヘルツ)に設定されることが好ましい。このように設定すれば、誤って定格電圧の相当に低いLED負荷5が接続された場合においても、臨界モードとなって半導体スイッチング素子Q1のスイッチング周波数が赤外線リモコンの周波数帯域と重なるだけで電源装置(LED点灯装置)が故障することはない。 In addition, the restart cycle T is 20 μsec (for example) in order to avoid 33 to 40 kHz of the frequency band used for the infrared remote control of home appliances in consideration of the variation (± 20%) of the cycle setting in the high voltage integrated circuit. It is preferably set to 50 kilohertz). With this setting, even when the LED load 5 having a considerably low rated voltage is mistakenly connected, the power mode is changed to the critical mode and the switching frequency of the semiconductor switching element Q1 only overlaps the frequency band of the infrared remote controller. (LED lighting device) will not break down.
1 降圧チョッパ回路
2 制御ブロック
5 LED負荷(負荷)
21 降圧制御部(制御回路)
Q1 半導体スイッチング素子
T1 インダクタ
1 Step-down
21 Step-down controller (control circuit)
Q1 Semiconductor switching element
T1 inductor
Claims (3)
前記降圧チョッパ回路は、前記入力電圧を断続する半導体スイッチング素子と、前記半導体スイッチング素子を介して前記入力電圧が印加されているときに蓄積したエネルギーを前記入力電圧が印加されていないときに放出するインダクタとを有し、
前記制御回路は、前記半導体スイッチング素子をオンした後、前記インダクタに流れるインダクタ電流が所定のピーク値に達したときに前記半導体スイッチング素子をオフし、前記半導体スイッチング素子をオンした時点からの経過時間が所定の再スタート周期に達する前に前記インダクタ電流がゼロになれば、前記経過時間が前記再スタート周期に達した時点で前記半導体スイッチング素子をオンし、前記経過時間が前記再スタート周期に達した後に前記インダクタ電流がゼロになれば、前記インダクタ電流がゼロになった時点で前記半導体スイッチング素子をオンするように構成されることを特徴とする電源装置。 A step-down chopper circuit that steps down a DC input voltage supplied from a DC power source and supplies the voltage to a load; and a control circuit that controls the operation of the step-down chopper circuit,
The step-down chopper circuit discharges the energy stored when the input voltage is applied via the semiconductor switching element and the semiconductor switching element that interrupts the input voltage when the input voltage is not applied. An inductor,
The control circuit, after turning on the semiconductor switching element, turns off the semiconductor switching element when an inductor current flowing through the inductor reaches a predetermined peak value, and an elapsed time from when the semiconductor switching element is turned on If the inductor current becomes zero before reaching the predetermined restart period, the semiconductor switching element is turned on when the elapsed time reaches the restart period, and the elapsed time reaches the restart period. The power supply device is configured to turn on the semiconductor switching element when the inductor current becomes zero after the inductor current becomes zero.
前記降圧制御部は、前記ドライバ部を制御して前記半導体スイッチング素子をオンした後、前記インダクタに流れるインダクタ電流が所定のピーク値に達したときに前記半導体スイッチング素子をオフし、前記半導体スイッチング素子をオンした時点からの経過時間が所定の再スタート周期に達する前に前記インダクタ電流がゼロになれば、前記経過時間が前記再スタート周期に達した時点で前記半導体スイッチング素子をオンすることによって、前記降圧チョッパ回路を前記不連続モードで動作させるように構成され、The step-down control unit controls the driver unit to turn on the semiconductor switching element, and then turns off the semiconductor switching element when an inductor current flowing through the inductor reaches a predetermined peak value. If the inductor current becomes zero before the elapsed time from the time of turning on the predetermined restart period, the semiconductor switching element is turned on when the elapsed time reaches the restart period, Configured to operate the step-down chopper circuit in the discontinuous mode,
前記降圧制御部は、更に、前記ドライバ部を制御して前記半導体スイッチング素子をオンした後、前記インダクタに流れるインダクタ電流が所定のピーク値に達したときに前記半導体スイッチング素子をオフし、前記半導体スイッチング素子をオンした時点からの前記経過時間が前記再スタート周期に達した後に前記インダクタ電流がゼロになれば、前記インダクタ電流がゼロになった時点で前記半導体スイッチング素子をオンことによって、前記降圧チョッパ回路を前記臨界モードで動作させるように構成されることを特徴とする請求項1記載の電源装置。The step-down control unit further controls the driver unit to turn on the semiconductor switching element, and then turns off the semiconductor switching element when an inductor current flowing through the inductor reaches a predetermined peak value. If the inductor current becomes zero after the elapsed time from when the switching element is turned on reaches the restart cycle, the step-down voltage is obtained by turning on the semiconductor switching element when the inductor current becomes zero. The power supply apparatus according to claim 1, wherein the chopper circuit is configured to operate in the critical mode.
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