JP6305908B2 - LED lighting device and control method of LED lighting device - Google Patents
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Description
本発明は、LED素子の直列数を切り替え可能なLED照明装置及びLED照明装置の制御方法に関する。 The present invention relates to an LED lighting device capable of switching the number of LED elements in series and a method for controlling the LED lighting device.
従来、直流電源であるバッテリ、このバッテリの電力を変換して所定の出力電流を出力するLEDドライバ回路、及び、出力電流が供給されて点灯する複数のLED素子を有するLEDランプを備えるLED照明装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。このLED照明装置は、二輪車等の車両のヘッドライト等に用いられる。 2. Description of the Related Art Conventionally, a battery that is a direct current power source, an LED driver circuit that converts electric power of the battery and outputs a predetermined output current, and an LED illumination device that includes an LED lamp that has a plurality of LED elements that are lit when supplied with the output current Is known (see, for example, Patent Document 1). This LED illumination device is used for a headlight of a vehicle such as a motorcycle.
LEDドライバ回路は、降圧コンバータである降圧チョッパを有しており、降圧チョッパのスイッチング素子に流れる電流のピーク値が一定となるように、オフ幅固定(オフ時間固定)でスイッチング素子を制御している。 The LED driver circuit has a step-down chopper, which is a step-down converter, and controls the switching element with a fixed off width (fixed off time) so that the peak value of the current flowing through the switching element of the step-down chopper is constant. Yes.
ハイビーム/ロービームの切り替えを行ってLEDランプ内のLED素子の直列数(点灯数)が変化した場合でも、1つのLED素子の明るさが変化しないように、LEDドライバ回路は、負荷急変に応じた高速応答が可能であることが求められる。 The LED driver circuit responds to a sudden load change so that the brightness of one LED element does not change even when the series number (lighting number) of LED elements in the LED lamp changes by switching between high beam and low beam. A high-speed response is required.
ところで、LED素子の直列数が変化した場合、LEDランプの両端間の電圧(LED素子の順方向電圧VFの総和)が変化するので、スイッチング素子がオフした後にLEDランプに流れる電流の単位時間当たりの減少量(傾き)が変化する。ここで、図4に示すように、スイッチング素子のオフ時間(オフ幅)は一定であるため、LED素子の直列数に応じて最小の電流値が変化することになる。これにより、LED素子の直列数に応じて、LEDランプに流れる電流のリップルが変化し、結果として平均電流値が大きく変動してしまう。平均電流値の変動が大きいと、LEDランプの信頼性の観点から好ましくない。 By the way, when the number of LED elements in series changes, the voltage across the LED lamp (the sum of the forward voltages VF of the LED elements) changes, so the unit current per unit time that flows through the LED lamp after the switching element is turned off The amount of decrease (slope) changes. Here, as shown in FIG. 4, since the OFF time (OFF width) of the switching element is constant, the minimum current value changes according to the number of LED elements in series. As a result, the ripple of the current flowing through the LED lamp changes according to the number of LED elements in series, and as a result, the average current value varies greatly. A large variation in the average current value is not preferable from the viewpoint of the reliability of the LED lamp.
そこで、本発明は、LEDランプに流れる平均電流値の変動を抑制できるLED照明装置及びLED照明装置の制御方法を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the control method of the LED lighting apparatus which can suppress the fluctuation | variation of the average electric current value which flows into a LED lamp, and a LED lighting apparatus.
本発明の一態様に係るLED照明装置は、
直列接続された複数のLED素子を有するLEDランプと、
前記複数のLED素子の直列数を切り替える切り替えスイッチと、
前記LEDランプの電流が流れるスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のスイッチング動作により電源電圧を降圧して、前記LEDランプに供給する降圧コンバータと、
オンになっている前記スイッチング素子に流れる電流が予め定められたピーク電流値に達した場合に、前記スイッチング素子を一定期間オフに切り替え、前記一定期間が経過した後、前記スイッチング素子をオンに切り替える第1の制御回路と、
前記LEDランプの両端間の電圧が高くなるほど前記一定期間を短くする第2の制御回路と、
を備えることを特徴とする。
An LED lighting device according to an aspect of the present invention is provided.
An LED lamp having a plurality of LED elements connected in series;
A changeover switch for switching the series number of the plurality of LED elements;
A step-down converter having a switching element through which the current of the LED lamp flows, and stepping down a power supply voltage by a switching operation of the switching element and supplying the voltage to the LED lamp;
When the current flowing through the switching element that is turned on reaches a predetermined peak current value, the switching element is switched off for a certain period, and the switching element is switched on after the certain period has elapsed. A first control circuit;
A second control circuit that shortens the certain period as the voltage across the LED lamp increases;
It is characterized by providing.
また、前記LED照明装置において、
前記第2の制御回路は、前記LEDランプの両端間の電圧が低くなるほど、前記一定期間を長くしてもよい。
In the LED lighting device,
The second control circuit may extend the certain period as the voltage across the LED lamp decreases.
また、前記LED照明装置において、
前記第2の制御回路は、前記LEDランプの両端間の電圧と前記一定期間とを反比例させてもよい。
In the LED lighting device,
The second control circuit may make the voltage between both ends of the LED lamp inversely proportional to the certain period.
また、前記LED照明装置において、
前記第2の制御回路は、前記LEDランプの両端間の電圧によらず前記スイッチング素子に流れる電流の最小値が一定となるように、前記一定期間を制御してもよい。
In the LED lighting device,
The second control circuit may control the certain period so that a minimum value of a current flowing through the switching element is constant regardless of a voltage between both ends of the LED lamp.
また、前記LED照明装置において、
前記第2の制御回路は、
前記LEDランプの両端間の電圧に応じた充電電流を出力する充電回路と、
前記充電電流が一端に供給される容量素子と、
前記容量素子の一端と接地との間に接続され、前記スイッチング素子がオンに切り替えられた時にオンし、前記スイッチング素子がオフに切り替えられた時にオフする放電スイッチと、
前記容量素子の一端の電圧が基準電圧値以上になった時に、前記第1の制御回路に前記スイッチング素子をオンに切り替えさせるコンパレータと、
を有してもよい。
In the LED lighting device,
The second control circuit includes:
A charging circuit that outputs a charging current according to a voltage between both ends of the LED lamp;
A capacitive element to which the charging current is supplied to one end;
A discharge switch connected between one end of the capacitive element and ground, turned on when the switching element is switched on, and turned off when the switching element is switched off;
A comparator that causes the first control circuit to switch on the switching element when a voltage at one end of the capacitive element is equal to or higher than a reference voltage value;
You may have.
また、前記LED照明装置において、
前記降圧コンバータは、
前記電源電圧が供給されると共に前記LEDランプのアノード側端子に接続されるカソードを有するダイオードと、
前記LEDランプのカソード側端子に接続される一端と、前記ダイオードのアノードに接続される他端と、を有するインダクタと、を有し、
前記スイッチング素子の一端は前記インダクタの他端に接続されていてもよい。
In the LED lighting device,
The step-down converter
A diode having a cathode to which the power supply voltage is supplied and connected to an anode side terminal of the LED lamp;
An inductor having one end connected to the cathode side terminal of the LED lamp and the other end connected to the anode of the diode;
One end of the switching element may be connected to the other end of the inductor.
本発明の一態様に係るLED照明装置の制御方法は、
直列接続された複数のLED素子を有するLEDランプと、前記複数のLED素子の直列数を切り替える切り替えスイッチと、スイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のスイッチング動作により電源電圧を降圧して、前記LEDランプに供給する降圧コンバータと、を備えるLED照明装置の制御方法であって、
オンになっている前記スイッチング素子に流れる電流が予め定められたピーク電流値に達した場合に、前記スイッチング素子を一定期間オフに切り替え、前記一定期間が経過した後、前記スイッチング素子をオンに切り替え、
前記LEDランプの両端間の電圧が高くなるほど前記一定期間を短くする、ことを特徴とする。
The control method of the LED lighting device according to one aspect of the present invention includes:
An LED lamp having a plurality of LED elements connected in series, a changeover switch for switching the series number of the plurality of LED elements, a switching element, and stepping down a power supply voltage by a switching operation of the switching element, the LED A step-down converter for supplying to a lamp, and a control method of an LED lighting device comprising:
When the current flowing through the switching element that is turned on reaches a predetermined peak current value, the switching element is turned off for a certain period, and after the certain period has elapsed, the switching element is turned on. ,
The certain period is shortened as the voltage across the LED lamp increases.
本発明によれば、LEDランプの両端間の電圧が高くなるほどオフ時間を短く制御するようにしているので、LED素子の直列数が多くなり、LEDランプの両端間の電圧が高くなった場合に、オフ時間が短くなる。LEDランプの両端間の電圧が高くなると、スイッチング素子がオフした後にLEDランプに流れる電流の単位時間当たりの減少量が大きくなる。ここで、オフ時間を短くすることにより、LEDランプに流れる電流の最小値を、LED素子の直列数を切り替える前の値とほぼ等しくすることができる。つまり、LEDランプに流れる電流のリップルの変化を抑制できる。従って、LEDランプに流れる平均電流値の変動を抑制できる。 According to the present invention, the OFF time is controlled to be shorter as the voltage across the LED lamp increases, so that the number of LED elements in series increases and the voltage across the LED lamp increases. , The off time is shortened. When the voltage between both ends of the LED lamp is increased, the amount of reduction per unit time of the current flowing through the LED lamp after the switching element is turned off increases. Here, by shortening the off time, the minimum value of the current flowing through the LED lamp can be made substantially equal to the value before switching the number of LED elements in series. That is, the change in the ripple of the current flowing through the LED lamp can be suppressed. Therefore, fluctuations in the average current value flowing through the LED lamp can be suppressed.
以下に、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。この実施形態は、本発明を限定するものではない。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment does not limit the present invention.
図1は、一実施形態に係るLED照明装置の回路図である。図1に示すように、LED照明装置は、LEDランプ1と、切り替えスイッチSW1と、降圧コンバータ2と、スイッチング制御回路(第1の制御回路)3と、UVLO回路(低電圧誤動作防止回路)4と、オフ時間制御回路(第2の制御回路)5と、を備える。
FIG. 1 is a circuit diagram of an LED lighting device according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the LED lighting device includes an
LEDランプ1は、直列接続された複数のLED素子1a(一例として、6個のLED素子1a)を有する。
The
切り替えスイッチSW1は、1個又は直列接続された複数のLED素子1a(一例として、3個のLED素子1a)と並列に接続されている。切り替えスイッチSW1は、ユーザによりオン又はオフに切り替えられ、複数のLED素子1aの直列数、即ち点灯するLED素子1aの数を切り替える。 The changeover switch SW1 is connected in parallel with one or a plurality of LED elements 1a connected in series (for example, three LED elements 1a). The change-over switch SW1 is turned on or off by the user and switches the number of LED elements 1a in series, that is, the number of LED elements 1a to be lit.
LEDランプ1は、例えば、二輪車のヘッドライトである。ここでは、切り替えスイッチSW1がオフの時、LED素子1aの直列数は6個であり、全てのLED素子1aに電流が流れ、ハイビーム状態となる。切り替えスイッチSW1がオンの時、LED素子1aの直列数は3個であり、切り替えスイッチSW1に並列に接続された3個のLED素子1aには電流が流れず、ロービーム状態となる。
The
LEDランプ1の両端1A,1B間の電圧VLEDは、6個又は3個のLED素子1aの順方向電圧VFの総和である。従って、切り替えスイッチSW1がオンの時のLEDランプ1の両端1A,1B間の電圧VLEDは、切り替えスイッチSW1がオフの時の電圧VLEDより低くなる。
A voltage VLED between both ends 1A and 1B of the
降圧コンバータ2は、スイッチング素子NM1と、ダイオードD1と、インダクタL1と、を有する。降圧コンバータ2は、スイッチング素子NM1のスイッチング動作により電源電圧Vccを降圧して、LEDランプ1に供給する。スイッチング素子NM1には、オンの時にLEDランプ1の電流Ioutが流れる。スイッチング素子NM1は、例えば、N型MOSトランジスタである。
Step-
ダイオードD1は、電源電圧Vccが供給されると共にLEDランプ1のアノード側端子1Aに接続されるカソードを有する。ダイオードD1は、スイッチング素子NM1がオフの時に電流Ioutが流れる。
The diode D1 is supplied with the power supply voltage Vcc and has a cathode connected to the anode side terminal 1A of the
インダクタL1は、LEDランプ1のカソード側端子1Bに接続される一端と、ダイオードD1のアノードに接続される他端と、を有する。
スイッチング素子NM1の一端(ドレイン)はインダクタL1の他端に接続されている。
The inductor L1 has one end connected to the
One end (drain) of the switching element NM1 is connected to the other end of the inductor L1.
LEDランプ1の両端1A,1B間には、出力コンデンサが接続されていない。そのため、より高速の応答が可能であり、LED素子1aの直列数(点灯数)が変化した場合(負荷が急変した場合)であっても、負荷急変による影響を受け難く、過大な出力電流Ioutを抑制できる。
An output capacitor is not connected between both ends 1A and 1B of the
スイッチング制御回路3は、オンになっているスイッチング素子NM1に流れる電流が予め定められたピーク電流値Ipに達した場合に、スイッチング素子NM1をオフ時間(一定期間)オフに切り替え、オフ時間が経過した後、スイッチング素子NM1を再びオンに切り替える。後述するように、このオフ時間は、オフ時間制御回路5により制御される可変の時間である。
The switching
ここでは、スイッチング制御回路3は、抵抗R1と、コンパレータCMP1と、フリップフロップFF1と、論理回路31と、バッファ32と、を有する。
Here, the switching
抵抗R1は、スイッチング素子NM1の他端(ソース)と接地との間に接続され、スイッチング素子NM1に流れる電流を検出する。 The resistor R1 is connected between the other end (source) of the switching element NM1 and the ground, and detects a current flowing through the switching element NM1.
コンパレータCMP1は、スイッチング素子NM1の他端に接続された非反転入力端子と、基準電圧V1が供給される反転入力端子と、フリップフロップFF1のリセット端子Rに接続された出力端子と、を有する。コンパレータCMP1は、スイッチング素子NM1に流れる電流がピーク電流値Ipに達した場合に、ハイの信号RESETを出力し、スイッチング素子NM1に流れる電流がピーク電流値Ip未満の場合に、ローの信号RESETを出力する。 The comparator CMP1 has a non-inverting input terminal connected to the other end of the switching element NM1, an inverting input terminal to which the reference voltage V1 is supplied, and an output terminal connected to the reset terminal R of the flip-flop FF1. The comparator CMP1 outputs a high signal RESET when the current flowing through the switching element NM1 reaches the peak current value Ip, and outputs a low signal RESET when the current flowing through the switching element NM1 is less than the peak current value Ip. Output.
UVLO回路4は、電源電圧Vccが動作しきい値電圧未満の場合にローの信号を出力し、電源電圧Vccが動作しきい値電圧以上の場合にハイの信号を出力する。
The
論理回路31は、UVLO回路4の出力信号がローからハイになると、短期間だけハイの信号SETを出力する。これにより、LED照明装置が起動する。論理回路31は、その後、UVLO回路4の出力信号がハイの間、オフ時間制御回路5からの制御信号S1と同じ論理の信号SETをフリップフロップ回路FF1のセット端子Sに供給する。
When the output signal of the
フリップフロップ回路FF1は、RSフリップフロップであり、リセット端子Rの信号RESETがローの時にセット端子Sにハイの信号SETが供給されると、ハイの信号QOUTを出力端子Qから出力する。また、フリップフロップ回路FF1は、セット端子Sの信号SETがローの時にリセット端子Rにハイの信号RESETが供給されると、ローの信号QOUTを出力端子Qから出力する。 The flip-flop circuit FF1 is an RS flip-flop, and outputs a high signal QOUT from the output terminal Q when a high signal SET is supplied to the set terminal S when the signal RESET at the reset terminal R is low. The flip-flop circuit FF1 outputs a low signal QOUT from the output terminal Q when the high signal RESET is supplied to the reset terminal R when the signal SET at the set terminal S is low.
バッファ32は、信号QOUTに応じて、スイッチング素子NM1を駆動させる。
The
オフ時間制御回路5は、LEDランプ1の両端1A,1B間の電圧VLEDが高くなるほどオフ時間を短くする。オフ時間制御回路5は、LEDランプ1の両端1A,1B間の電圧VLEDが低くなるほど、オフ時間を長くする。例えば、オフ時間制御回路5は、電圧VLEDの低下に比例してオフ時間を長くしてもよい。また、オフ時間制御回路5は、電圧VLEDとオフ時間とを反比例させてもよい。オフ時間制御回路5は、オフ時間を制御するための制御信号S1を出力する。
The off
図2は、図1のオフ時間制御回路5の回路図である。図2に示すように、オフ時間制御回路5は、充電回路51と、容量素子C1と、放電スイッチSW2と、コンパレータCMP2と、を有する。
FIG. 2 is a circuit diagram of the off-
充電回路51は、LEDランプ1の両端1A,1B間の電圧VLEDに応じた充電電流Icを出力する。ここでは、充電回路51は、増幅回路AMP1と、オペアンプOP1と、N型MOSトランジスタNM2と、P型MOSトランジスタPM1,PM2と、抵抗R2と、を有する。
The charging
増幅回路AMP1は、電圧VLEDを予め定められた増幅率(例えば、1未満の増幅率)で増幅して、オペアンプOP1の非反転入力端子に供給する。 The amplifier circuit AMP1 amplifies the voltage VLED with a predetermined amplification factor (for example, an amplification factor of less than 1) and supplies it to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1.
オペアンプOP1の反転入力端子は、N型MOSトランジスタNM2のソースに接続されている。オペアンプOP1の出力端子は、N型MOSトランジスタNM2のゲートに接続されている。 The inverting input terminal of the operational amplifier OP1 is connected to the source of the N-type MOS transistor NM2. The output terminal of the operational amplifier OP1 is connected to the gate of the N-type MOS transistor NM2.
N型MOSトランジスタNM2のソースは、抵抗R2の一端にも接続されている。抵抗R2の他端は接地されている。 The source of the N-type MOS transistor NM2 is also connected to one end of the resistor R2. The other end of the resistor R2 is grounded.
N型MOSトランジスタNM2のドレインは、P型MOSトランジスタPM1のドレイン及びゲートと、P型MOSトランジスタPM2のゲートと、に接続されている。 The drain of the N-type MOS transistor NM2 is connected to the drain and gate of the P-type MOS transistor PM1 and the gate of the P-type MOS transistor PM2.
P型MOSトランジスタPM1,PM2のソースには、電源電圧Vccが供給される。P型MOSトランジスタPM2のドレインは、充電電流Icを出力する。 A power supply voltage Vcc is supplied to the sources of the P-type MOS transistors PM1 and PM2. The drain of the P-type MOS transistor PM2 outputs a charging current Ic.
このような構成により、充電回路51は、電圧VLEDが高くなるほど充電電流Icを増加させ、電圧VLEDが低くなるほど充電電流Icを減少させる。
With such a configuration, the charging
容量素子C1は、充電電流Icが一端に供給され、他端が接地されている。
放電スイッチSW2は、容量素子C1の一端と接地との間に接続されている。放電スイッチSW2は、フリップフロップFF1からの信号QOUTに応じて、スイッチング素子NM1がオンに切り替えられた時にオンし、スイッチング素子NM1がオフに切り替えられた時にオフする。
The capacitive element C1 has a charging current Ic supplied to one end and the other end grounded.
The discharge switch SW2 is connected between one end of the capacitive element C1 and the ground. The discharge switch SW2 is turned on when the switching element NM1 is turned on in response to the signal QOUT from the flip-flop FF1, and turned off when the switching element NM1 is turned off.
コンパレータCMP2は、容量素子C1の一端の電圧が予め定められた基準電圧値V2以上になった時に、制御信号S1をローからハイに変化させ、スイッチング制御回路3にスイッチング素子NM1をオンに切り替えさせる。
The comparator CMP2 changes the control signal S1 from low to high when the voltage at one end of the capacitive element C1 becomes equal to or higher than a predetermined reference voltage value V2, and causes the switching
従って、放電スイッチSW2がオンすると、容量素子C1は放電スイッチSW2を介して放電され、制御信号S1はローになる。また、放電スイッチSW2がオフすると、容量素子C1は充電電流Icで充電され、放電スイッチSW2がオフしてからオフ時間が経過した後に制御信号S1はハイになる。 Therefore, when the discharge switch SW2 is turned on, the capacitive element C1 is discharged through the discharge switch SW2, and the control signal S1 becomes low. When the discharge switch SW2 is turned off, the capacitive element C1 is charged with the charging current Ic, and the control signal S1 becomes high after an off time has elapsed since the discharge switch SW2 was turned off.
電圧VLEDが高くなるほど充電電流Icが増加し、容量素子C1の充電が高速になるため、オフ時間は短くなる。一方、電圧VLEDが低くなるほど充電電流Icが減少し、容量素子C1の充電が低速になるため、オフ時間は長くなる。 As the voltage VLED increases, the charging current Ic increases and the capacitor element C1 is charged at high speed, so that the off-time is shortened. On the other hand, as the voltage VLED is lowered, the charging current Ic is decreased and the charging of the capacitive element C1 is slowed down.
次に、図3を参照してLED照明装置の動作をより詳しく説明する。
図3は、図1のLEDランプ1を流れる電流Iout等の波形図である。具体的には、図3は、切り替えスイッチSW1がオフでLED素子1aの直列数が多い場合の電流Ioutの波形300と、切り替えスイッチSW1がオンでLED素子1aの直列数が少ない場合の電流Ioutの波形301と、を示す。また、図3は、LED素子1aの直列数が多い場合の信号QOUT,SET,RESETの波形の一部を示す。
Next, the operation of the LED lighting device will be described in more detail with reference to FIG.
FIG. 3 is a waveform diagram of the current Iout and the like flowing through the
まず、LED素子1aの直列数が多い場合について説明する。
時刻t1において、信号SETがハイになることで、信号QOUTがハイになる。これにより、スイッチング素子NM1がオンして、電流Ioutが増加し始める。また、信号QOUTがハイになることで、放電スイッチSW2がオンする。これにより、時刻t2において、制御信号S1及び信号SETはローになる。
First, a case where the number of LED elements 1a in series is large will be described.
At time t1, the signal SET becomes high so that the signal QOUT becomes high. As a result, the switching element NM1 is turned on and the current Iout starts to increase. Further, when the signal QOUT becomes high, the discharge switch SW2 is turned on. As a result, at time t2, the control signal S1 and the signal SET become low.
次に、時刻t3において、スイッチング素子NM1に流れる電流Ioutがピーク電流値Ipに達すると、信号RESETがハイになることで、信号QOUTがローになる。これにより、スイッチング素子NM1がオフして、電流Ioutが減少し始める。また、信号QOUTがローになることで、放電スイッチSW2がオフする。これにより、容量素子C1の充電が開始される。また、電流Ioutが減少すると、時刻t4において、信号RESETはローになる。 Next, when the current Iout flowing through the switching element NM1 reaches the peak current value Ip at time t3, the signal RESET becomes high, and the signal QOUT becomes low. As a result, the switching element NM1 is turned off and the current Iout starts to decrease. Further, when the signal QOUT becomes low, the discharge switch SW2 is turned off. Thereby, charging of the capacitive element C1 is started. When the current Iout decreases, the signal RESET goes low at time t4.
次に、時刻t5において、容量素子C1の一端の電圧が基準電圧値V2以上になると、制御信号S1及び信号SETはハイになる。従って、時刻t3から時刻t5の間がオフ時間となる。これにより、時刻t1以降と同じ動作が行われる。これ以降の信号QOUT,SET,RESETの波形は図示を省略している。 Next, when the voltage at one end of the capacitive element C1 becomes equal to or higher than the reference voltage value V2 at time t5, the control signal S1 and the signal SET become high. Therefore, the period between time t3 and time t5 is the off time. Thereby, the same operation as after time t1 is performed. The subsequent waveforms of signals QOUT, SET, and RESET are not shown.
これに対して、LED素子1aの直列数が少ない場合には、充電電流Icが減少するため、容量素子C1の充電に要する時間が長くなる。従って、時刻t5より遅い時刻t5Aにおいて、信号SETはハイになる(図示せず)。つまり、時刻t3から時刻t5Aの間がオフ時間となり、この場合のオフ時間は、LED素子1aの直列数が多い場合のオフ時間より長い。 On the other hand, when the number of LED elements 1a in series is small, the charging current Ic decreases, so that the time required for charging the capacitive element C1 becomes long. Therefore, at time t5A later than time t5, the signal SET becomes high (not shown). That is, the time between time t3 and time t5A is the off time, and the off time in this case is longer than the off time when the number of series LED elements 1a is large.
このように、LED素子1aの直列数が少ない場合と比較して、直列数が多い場合では、LEDランプ1の両端1A,1B間の電圧VLEDが高くなるため、スイッチング素子NM1がオフした後にLEDランプ1に流れる電流Ioutの単位時間当たりの減少量が大きくなる(波形300)。即ち、電流Ioutの負の傾きの絶対値が大きくなる。そこで、オフ時間を短くすることにより、LEDランプ1に流れる電流Ioutの最小値Imが小さくなり過ぎないようにすることができる。
Thus, compared to the case where the number of series of LED elements 1a is small, when the number of series is large, the voltage VLED between the both ends 1A and 1B of the
従って、図3に示すように、LED素子1aの直列数によらず、電流Ioutのピーク電流値Ipはほぼ一定になり、最小値Imもほぼ一定になる。結果として、LED素子1aの直列数によらず、電流Ioutのリップルもほぼ一定になる。 Therefore, as shown in FIG. 3, the peak current value Ip of the current Iout is substantially constant and the minimum value Im is also substantially constant regardless of the number of LED elements 1a in series. As a result, the ripple of the current Iout becomes almost constant regardless of the number of LED elements 1a in series.
このように、オフ時間制御回路5は、LED素子1aの直列数、即ちLEDランプ1の両端1A,1B間の電圧VLEDによらずスイッチング素子NM1に流れる電流Ioutの最小値Imがほぼ一定となるように、オフ時間を制御しているとも言える。
Thus, in the off-
このように、本実施形態によれば、LEDランプ1の両端1A,1B間の電圧VLEDが高くなるほどオフ時間を短く制御するようにしているので、LED素子1aの直列数が多くなり、電圧VLEDが高くなった場合に、オフ時間が短くなる。電圧VLEDが高くなると、スイッチング素子NM1がオフした後にLEDランプ1に流れる電流Ioutの単位時間当たりの減少量が大きくなる。ここで、オフ時間を短くすることにより、電流Ioutの最小値Imを、LED素子1aの直列数を切り替える前の値とほぼ等しくすることができる。つまり、電流Ioutのリップルの変化を抑制できる。従って、LEDランプ1に流れる平均電流値の変動を抑制できる。よって、LEDランプ1の信頼性を向上できる。
Thus, according to this embodiment, since the OFF time is controlled to be shorter as the voltage VLED between the both ends 1A and 1B of the
ところで、オフ時間が変化しない従来のLED照明装置では、何らかの原因でLEDランプの両端間が短絡した場合、時間の経過に伴って平均電流が増加する。その理由は、短絡により、スイッチング素子がオフした後にインダクタに流れる電流の単位時間あたりの減少量がさらに小さくなり、オフ時間が一定であるため、スイッチング素子がオフの間に電流が十分に減少しないためである。しかも、スイッチング素子のオン時間は、回路の遅延により最小値があるため、ゼロにはならない。従って、オフ時間が経過して再度スイッチング素子がオンすると、電流はピーク電流値を超えてしまう。このような動作を繰り返すことで、時間の経過に伴って平均電流が増加する。従って、LED照明装置の信頼性が低下する恐れがある。 By the way, in the conventional LED lighting device in which the off time does not change, when both ends of the LED lamp are short-circuited for some reason, the average current increases with the passage of time. The reason is that the decrease per unit time of the current flowing through the inductor after the switching element is turned off due to a short circuit is further reduced and the off time is constant, so the current does not decrease sufficiently while the switching element is off. Because. Moreover, the ON time of the switching element does not become zero because there is a minimum value due to the delay of the circuit. Therefore, when the switching element is turned on again after the off time has elapsed, the current exceeds the peak current value. By repeating such an operation, the average current increases with time. Therefore, the reliability of the LED lighting device may be reduced.
これに対して、本実施形態では、LEDランプ1の両端1A,1B間が短絡した場合、オフ時間が長くなるため、このオフ時間の間に電流が十分に減少する。従って、オフ時間が経過して再度スイッチング素子NM1がオンしても、電流Ioutはピーク電流値Ipを超えることがない。そのため、時間の経過に伴って平均電流が増加せず、LED照明装置の信頼性を向上できる。
On the other hand, in this embodiment, when both ends 1A and 1B of the
なお、以上の実施形態では、LEDランプ1に並列に出力コンデンサが接続されていないLED照明装置について説明したが、このような出力コンデンサが接続されていてもよい。
また、各信号のハイとローは逆にしてもよい。
In addition, although the above embodiment demonstrated the LED illuminating device in which the output capacitor was not connected in parallel with the
Also, the high and low of each signal may be reversed.
本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。 The aspect of the present invention is not limited to the individual embodiments described above, and includes various modifications that can be conceived by those skilled in the art, and the effects of the present invention are not limited to the contents described above. That is, various additions, changes, and partial deletions can be made without departing from the concept and spirit of the present invention derived from the contents defined in the claims and equivalents thereof.
1 LEDランプ
1a LED素子
SW1 切り替えスイッチ
2 降圧コンバータ
3 スイッチング制御回路(第1の制御回路)
4 UVLO回路
5 オフ時間制御回路(第2の制御回路)
NM1 スイッチング素子
D1 ダイオード
L1 インダクタ
R1,R2 抵抗
CMP1 コンパレータ
FF1 フリップフロップ
31 論理回路
32 バッファ
51 充電回路
C1 容量素子
SW2 放電スイッチ
CMP2 コンパレータ
AMP1 増幅回路
OP1 オペアンプ
NM2 N型MOSトランジスタ
PM1,PM2 P型MOSトランジスタ
DESCRIPTION OF
4
NM1 Switching element D1 Diode L1 Inductor R1, R2 Resistor CMP1 Comparator FF1 Flip-
Claims (5)
前記複数のLED素子の直列数を切り替える切り替えスイッチと、
前記LEDランプの電流が流れるスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のスイッチング動作により電源電圧を降圧して、前記LEDランプに供給する降圧コンバータと、
オンになっている前記スイッチング素子に流れる電流が予め定められたピーク電流値に達した場合に、前記スイッチング素子を一定期間オフに切り替え、前記一定期間が経過した後、前記スイッチング素子をオンに切り替える第1の制御回路と、
前記LEDランプの両端間の電圧が高くなるほど前記一定期間を短くする第2の制御回路と、
を備え、
前記第2の制御回路は、前記LEDランプの両端間の電圧が低くなるほど、前記一定期間を長くし、
前記第2の制御回路は、前記LEDランプの両端間の電圧と前記一定期間とを反比例させることを特徴とするLED照明装置。 An LED lamp having a plurality of LED elements connected in series;
A changeover switch for switching the series number of the plurality of LED elements;
A step-down converter having a switching element through which the current of the LED lamp flows, and stepping down a power supply voltage by a switching operation of the switching element and supplying the voltage to the LED lamp;
When the current flowing through the switching element that is turned on reaches a predetermined peak current value, the switching element is switched off for a certain period, and the switching element is switched on after the certain period has elapsed. A first control circuit;
A second control circuit that shortens the certain period as the voltage across the LED lamp increases;
Equipped with a,
The second control circuit lengthens the certain period as the voltage across the LED lamp decreases.
Said second control circuit, LED lighting device according to claim Rukoto in inverse proportion to the voltage and the predetermined period across the LED lamp.
前記LEDランプの両端間の電圧に応じた充電電流を出力する充電回路と、
前記充電電流が一端に供給される容量素子と、
前記容量素子の一端と接地との間に接続され、前記スイッチング素子がオンに切り替えられた時にオンし、前記スイッチング素子がオフに切り替えられた時にオフする放電スイッチと、
前記容量素子の一端の電圧が基準電圧値以上になった時に、前記第1の制御回路に前記スイッチング素子をオンに切り替えさせるコンパレータと、
を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のLED照明装置。 The second control circuit includes:
A charging circuit that outputs a charging current according to a voltage between both ends of the LED lamp;
A capacitive element to which the charging current is supplied to one end;
A discharge switch connected between one end of the capacitive element and ground, turned on when the switching element is switched on, and turned off when the switching element is switched off;
A comparator that causes the first control circuit to switch on the switching element when a voltage at one end of the capacitive element is equal to or higher than a reference voltage value;
LED lighting device according to claim 1 or claim 2, characterized in that it has a.
前記電源電圧が供給されると共に前記LEDランプのアノード側端子に接続されるカソードを有するダイオードと、
前記LEDランプのカソード側端子に接続される一端と、前記ダイオードのアノードに接続される他端と、を有するインダクタと、を有し、
前記スイッチング素子の一端は前記インダクタの他端に接続されている、ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載のLED照明装置。 The step-down converter
A diode having a cathode to which the power supply voltage is supplied and connected to an anode side terminal of the LED lamp;
An inductor having one end connected to the cathode side terminal of the LED lamp and the other end connected to the anode of the diode;
LED lighting device according to any one of claims 1 to 3, one end of the switching element is connected to the other end of the inductor, it is characterized.
オンになっている前記スイッチング素子に流れる電流が予め定められたピーク電流値に達した場合に、前記スイッチング素子を一定期間オフに切り替え、前記一定期間が経過した後、前記スイッチング素子をオンに切り替え、
前記LEDランプの両端間の電圧が高くなるほど前記一定期間を短くし、前記LEDランプの両端間の電圧が低くなるほど前記一定期間を長くし、前記LEDランプの両端間の電圧と前記一定期間とを反比例させる、ことを特徴とするLED照明装置の制御方法。 An LED lamp having a plurality of LED elements connected in series, a changeover switch for switching the series number of the plurality of LED elements, a switching element, and stepping down a power supply voltage by a switching operation of the switching element, the LED A step-down converter for supplying to a lamp, and a control method of an LED lighting device comprising:
When the current flowing through the switching element that is turned on reaches a predetermined peak current value, the switching element is turned off for a certain period, and after the certain period has elapsed, the switching element is turned on. ,
The higher the voltage across the LED lamp, the shorter the fixed period, and the lower the voltage across the LED lamp, the longer the fixed period, the voltage across the LED lamp and the fixed period Ru in inverse proportion, the control method of the LED illumination apparatus, characterized in that.
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