JP6550876B2 - LED power supply device and LED lighting device - Google Patents
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Description
本発明は、LED電源装置及びそれを用いたLED照明装置に関する。 The present invention relates to an LED power supply device and an LED lighting device using the same.
特許文献1は、LEDを点灯する絶縁型電源装置を開示する。この絶縁型電源装置は、トランスの一次側に流す電流を制御するスイッチング素子の制御信号を出力する制御回路と、出力電流を検出する検出手段による検出信号を制御回路へ伝達する信号伝達手段とを有する。そして、制御回路は、スイッチング素子のPWM制御パルスを生成するパルス生成回路と、外部から供給されるデューティ比に制御情報を有する出力制御パルス信号に基づいてスイッチング素子へ供給されるPWM制御パルスを遮断するマスク回路と、出力制御パルス信号を監視してデューティ比が所定値以下になった場合にデューティ比の下限を制限した制御パルスをマスク回路へ供給するオーバーシュート抑制回路とを備える。同文献によると、上記構成により、一次側と二次側の両方の制御回路に出力制御信号を入力して出力をフィードバック制御する絶縁型電源装置において、出力制御信号を変化させた際にフィードバック制御の比較的大きな時定数に起因して発生する出力オーバーシュートが低減される。
ところで、一般に、特許文献1に開示されるようなPWM制御下での出力フィードバック構成においては、入力電源電圧から見た負荷が調光等によって軽くなるとPWMオン幅が小さくなる。特に、高い入力電源電圧(例えばAC200V)において深い調光が行われる場合、負荷が非常に軽くなり、PWMオン幅はより狭小化される。そして、PWMオン幅がPWM制御用ICの動作下限以下となると、スイッチング動作が断続的になり、LED発光にちらつきが生じる。このオン幅狭小化の問題に対処するため、詳細を後述するように、軽負荷時には、出力電流フィードバック制御下においても所定のPWMオン幅が確保されるように、PWMオフ幅を強制的に長くする(すなわち、スイッチング周波数を強制的に低下させる)構成が提案されている。しかし、通常の動作モードと、スイッチング周波数を強制的に低下させる動作モードとを切り換えると、このモード切換の際のフィードバック応答の遅れに起因してスイッチング動作が一時的に不安定となる場合がある。この不安定なスイッチング動作のために、LED発光のちらつきが発生し得るという問題があった。
Generally, in the output feedback configuration under PWM control as disclosed in
そこで、本発明は、出力フィードバック制御を適用しつつも、通常の動作モードと軽負荷時の動作モードとの切換に起因するLED発光のちらつきを防止するLED電源装置及びそれを用いたLED照明装置を提供することを課題とする。 Accordingly, the present invention provides an LED power supply device that prevents flickering of LED light emission caused by switching between a normal operation mode and an operation mode at a light load while applying output feedback control, and an LED illumination device using the same The challenge is to provide
本発明のLED電源装置は、交流の入力電源電圧を直流の出力電流に変換して出力電流をLEDに供給するコンバータ回路と、コンバータ回路をPWM制御するように構成されたPWM制御回路と、入力電源電圧を検出して検出電圧を出力する電圧検出回路と、PWM制御において、検出電圧が第1の入力電源電圧に対応する場合には、コンバータ回路のスイッチング動作によって決まる第1のオフ幅を適用し、検出電圧が第1の電源電圧よりも高い第2の入力電源電圧に対応する場合には、第1のオフ幅よりも長い第2のオフ幅を適用するように構成されたオフ幅増大回路と、出力電流を検出して電流検出値を生成する電流検出回路と、電流検出値が電流目標値に一致するようにPWM制御回路にPWM制御のオン幅を決定させる出力制御回路とを備える。 An LED power supply device of the present invention includes a converter circuit that converts an AC input power supply voltage into a DC output current and supplies the output current to the LED, a PWM control circuit configured to PWM control the converter circuit, and an input In the voltage detection circuit for detecting the power supply voltage and outputting the detection voltage, and in the PWM control, when the detection voltage corresponds to the first input power supply voltage, the first off width determined by the switching operation of the converter circuit is applied. When the detected voltage corresponds to the second input power supply voltage higher than the first power supply voltage, the off width increase configured to apply the second off width longer than the first off width. Circuit, a current detection circuit that detects an output current to generate a current detection value, and an output control that causes the PWM control circuit to determine the on width of PWM control so that the current detection value matches the current target value And a road.
上記構成のLED電源装置によると、電圧検出回路が入力電源電圧を検出して検出電圧を出力し、コンバータ回路及びPWM制御回路によるPWM制御において、オフ幅増大回路が、検出電圧が第1の入力電源電圧に対応する場合には、コンバータ回路のスイッチング動作によって決まる第1のオフ幅を適用し、検出電圧が第1の電源電圧よりも高い第2の入力電源電圧に対応する場合には、第1のオフ幅よりも長い第2のオフ幅を適用する。そして、出力制御回路が、出力電流の電流検出値が電流目標値に一致するようにPWM制御回路にPWM制御のオン幅を決定させる。これにより、入力電源電圧が高い場合に入力電源電圧が低い場合よりもオン幅及びオフ幅が長くなるとともに、入力電源電圧が少なくとも略一定である間はモード切換動作が発生することなく出力フィードバック制御が実行される。したがって、出力フィードバック制御を適用しつつも、通常の動作モードと軽負荷時の動作モードとの切換に起因するLED発光のちらつきを防止することが可能となる。 According to the LED power supply device of the above configuration, the voltage detection circuit detects the input power supply voltage and outputs the detected voltage, and in PWM control by the converter circuit and the PWM control circuit, the off width increasing circuit receives the first detected voltage. When the power supply voltage is supported, the first off width determined by the switching operation of the converter circuit is applied, and when the detection voltage corresponds to the second input power supply voltage higher than the first power supply voltage, Apply a second off width that is longer than the off width of one. Then, the output control circuit causes the PWM control circuit to determine the ON width of the PWM control so that the detected current value of the output current matches the current target value. Thus, when the input power supply voltage is high, the on width and the off width become longer than when the input power supply voltage is low, and the output feedback control is performed without the mode switching operation occurring while the input power supply voltage is at least substantially constant. Is executed. Therefore, it is possible to prevent the flickering of the LED light emission due to the switching between the normal operation mode and the light load operation mode while applying the output feedback control.
ここで、第1及び第2の入力電源電圧がそれぞれ第1及び第2の商用電源電圧である場合、オフ幅増大回路は、検出電圧が切換閾値未満の場合には第1のオフ幅を適用し、検出電圧が切換閾値以上の場合には第2のオフ幅を適用するように構成され、切換閾値が、商用電源電圧として使用されない電圧に対応する値に設定されることが好ましい。これにより、商用電源から給電されるLED電源装置の動作中、すなわちLED点灯中にモード切換動作が発生することが防止される。 Here, when the first and second input power supply voltages are the first and second commercial power supply voltages, respectively, the off-width increasing circuit applies the first off-width when the detected voltage is less than the switching threshold. When the detected voltage is equal to or higher than the switching threshold, the second off width is preferably applied, and the switching threshold is preferably set to a value corresponding to a voltage that is not used as the commercial power supply voltage. This prevents the mode switching operation from occurring during the operation of the LED power supply supplied from the commercial power source, that is, while the LED is lit.
また、オフ幅増大回路が、検出電圧が切換閾値未満の場合には第1のオフ幅を適用し、検出電圧が切換閾値以上の場合には第2のオフ幅を適用するように構成され、切換閾値が、第1の入力電源電圧の公称値の110%以上でかつ第2の入力電源電圧の公称値の90%以下の電圧に対応する値に設定されるようにしてもよい。これにより、第1及び第2の入力電源電圧に±10%の電源電圧変動があったとしても、LED電源装置の動作中、すなわちLED点灯中のモード切換動作が確実に防止される。 The off-width increasing circuit is configured to apply the first off-width when the detected voltage is less than the switching threshold, and to apply the second off-width when the detected voltage is greater than or equal to the switching threshold, The switching threshold value may be set to a value corresponding to a voltage that is 110% or more of the nominal value of the first input power supply voltage and 90% or less of the nominal value of the second input power supply voltage. Thereby, even if the first and second input power supply voltages have a power supply voltage fluctuation of ± 10%, the mode switching operation during the operation of the LED power supply device, that is, when the LED is lit, is reliably prevented.
また、オフ幅増大回路が、検出電圧が切換閾値未満の場合には第1のオフ幅を適用し、検出電圧が切換閾値以上の場合には第2のオフ幅を適用するように構成され、切換閾値が、第1の入力電源電圧の公称値と第2の入力電源電圧の公称値の中間値の±20%、好ましくは±10%以内の電圧に対応する値に設定されてもよい。これにより、第1及び第2の入力電源電圧に±10%の電源電圧変動があり、更に回路部品の定数のばらつき又は温度特性があったとしても、LED電源装置の動作中、すなわちLED点灯中のモード切換動作が確実に防止される。 The off-width increasing circuit is configured to apply the first off-width when the detected voltage is less than the switching threshold, and to apply the second off-width when the detected voltage is greater than or equal to the switching threshold, The switching threshold may be set to a value corresponding to a voltage within ± 20%, preferably within ± 10% of an intermediate value between the nominal value of the first input power supply voltage and the nominal value of the second input power supply voltage. As a result, even if there is a power supply voltage fluctuation of ± 10% in the first and second input power supply voltages, and even if there are variations in circuit component constants or temperature characteristics, the LED power supply device is in operation, that is, the LED is on. Is reliably prevented.
ここで、第1及び第2の入力電源電圧がそれぞれ第1及び第2の商用電源電圧である場合、第1の商用電源電圧の公称値は100V、110V、115V、120V又は127Vのいずれかの値であり、第2の商用電源電圧の公称値は200V、220V、230V、240V、242V又は265Vのいずれかの値である。これにより、世界各国の電源電圧に対して、LED点灯中のモード切換動作を防止することが可能となる。 Here, when the first and second input power supply voltages are the first and second commercial power supply voltages, respectively, the nominal value of the first commercial power supply voltage is either 100V, 110V, 115V, 120V or 127V. The nominal value of the second commercial power supply voltage is one of 200V, 220V, 230V, 240V, 242V or 265V. As a result, it is possible to prevent the mode switching operation while the LEDs are lit with respect to the power supply voltages of countries around the world.
更に、コンバータ回路が、一次巻線及び二次巻線を有するトランス、一次巻線をスイッチングするスイッチング素子、並びに二次巻線の出力を整流平滑して出力電流を出力する整流平滑回路を含み、オフ幅増大回路において、第1のオフ幅が適用される場合には、オフ期間の終了時が、スイッチング素子に印加される印加電圧の第1の立下りエッジが発生する第1の時点に対応し、第2のオフ幅が適用される場合には、オフ期間の終了時が、印加電圧の第1の立下りエッジより後の第2の時点に対応するように構成される。これにより、簡素な構成のオフ幅増大回路が実現される。 Furthermore, the converter circuit includes a transformer having a primary winding and a secondary winding, a switching element that switches the primary winding, and a rectifying and smoothing circuit that rectifies and smoothes the output of the secondary winding and outputs an output current, In the off-width increasing circuit, when the first off-width is applied, the end of the off period corresponds to the first time point at which the first falling edge of the applied voltage applied to the switching element occurs. If the second off width is applied, the end of the off period is configured to correspond to a second point in time after the first falling edge of the applied voltage. Thereby, the off width increasing circuit with a simple configuration is realized.
ここで、一形態として、コンバータ回路が、一次巻線及び二次巻線を有するトランス、一次巻線をスイッチングするスイッチング素子、並びに二次巻線の出力を整流平滑して出力電流を出力する整流平滑回路を含み、オフ幅増大回路の動作電源がトランスの三次巻線に発生する電圧から取得されるように構成される。これにより、効率的なオフ幅増大回路が実現される。 Here, as one form, the converter circuit includes a transformer having a primary winding and a secondary winding, a switching element that switches the primary winding, and a rectification that rectifies and smoothes the output of the secondary winding to output an output current. A smoothing circuit is included, and the operation power supply of the off-width increasing circuit is configured to be obtained from a voltage generated in the tertiary winding of the transformer. Thereby, an efficient off width increase circuit is realized.
また、他の形態として、オフ幅増大回路の動作電源が検出電圧から取得されるように構成されてもよい。これにより、更に簡素な構成のオフ幅増大回路が実現される。 As another form, the operation power supply of the off width increasing circuit may be obtained from the detection voltage. Thereby, an off width increasing circuit with a simpler configuration is realized.
また更に、出力制御回路において、電流目標値が外部調光信号に基づいて生成されるようにしてもよい。このように、入力電源電圧が比較的高くかつ深い調光によって出力電流又は出力電力が小さい軽負荷状態が発生し得る場合に、本発明の有用性が高まる。 Furthermore, in the output control circuit, the current target value may be generated based on the external dimming signal. Thus, when the input power supply voltage is relatively high and a light load state in which the output current or the output power is small can occur due to deep dimming, the usefulness of the present invention is enhanced.
本発明のLED照明装置は、上記いずれかのLED電源装置と、LEDとを備える。これにより、上記の各効果を享受するLED照明装置が実現される。 The LED lighting device of the present invention includes any one of the LED power supply devices described above and an LED. Thereby, the LED lighting apparatus which enjoys each of the above effects is realized.
<第1の実施形態>
図1に、本発明の第1の実施形態に係るLED電源装置1及びそれを用いたLED照明装置3の回路構成図を示す。LED照明装置3はLED電源装置1及びLED2を含む。交流電源ACからの交流入力電圧がLED電源装置1に入力され、LED電源装置1からの直流出力がLED2に供給される。なお、図1においては、LED2として3個のLED素子が直列接続された構成を示すが、LED2を構成するLED素子の個数は任意であり、LED素子の直列回路が複数列に並列接続されていてもよい。
First Embodiment
In FIG. 1, the circuit block diagram of the LED
LED電源装置1は、コンバータ回路10、PWM制御回路20、補助電源回路30、オフ幅増大回路40、電流検出回路50、出力制御回路60及び電圧検出回路70を備える。なお、本明細書における説明において、各回路素子が上記のどの名称の回路に属するかは便宜的なものである。
The LED
コンバータ回路10は、ダイオードブリッジ11、入力コンデンサ12、トランス13、スイッチング素子14、ダイオード15、出力コンデンサ16及び電流検知抵抗17を備える。コンバータ回路10は、交流電源AC(例えば商用電源)からの交流電圧を直流変換し、直流の出力電流をLED2に供給する。コンバータ回路10は、本実施形態においては絶縁型フライバックコンバータからなり、力率改善機能を持つ、いわゆるワンコンバータ方式のフライバック降圧回路を構成する。なお、必要に応じて、コンバータ回路10の前段には電流ヒューズF1及びF2並びにノイズフィルタ(不図示)が接続される。トランス13は一次巻線N1、二次巻線N2及び三次巻線N3を有し、二次巻線N2の巻方向は三次巻線N3の巻方向と同じであり、これらの巻方向は一次巻線N1とは逆となる。すなわち、三次巻線N3の出力によって二次巻線N2に発生する電流を検出することができる。本実施形態では、スイッチング素子14はMOSFETからなる。したがって、以降において、スイッチング素子14のことをFET14ともいう。
The
コンバータ回路10において、交流入力電圧がダイオードブリッジ11によって全波整流され、入力コンデンサ12には脈流電圧が現われる。FET14のオン期間にトランス13の一次巻線N1によってエネルギーが蓄積され、FET14のオフ期間にそのエネルギーがトランス13の二次巻線N2側からダイオード15を介して出力コンデンサ16に充電される。コンバータ回路10の出力は、FET14のPWM制御におけるオンデューティ(デューティ比)、一次巻線N1に対する二次巻線N2の巻数比等によって決まる。FET14は、後述するスイッチング制御用の制御IC21によって駆動される。なお、以降の説明において、コンバータ回路10の出力電流を「出力電流」という。
In the
本実施形態のコンバータ回路10は力率改善型であるので、出力コンデンサ16が低周波リップル(入力電源周波数に基づくリップル)の平滑機能を担う。したがって、入力コンデンサ12の容量≪出力コンデンサ16の容量であり、例えば、入力コンデンサ12はフィルムコンデンサからなり、出力コンデンサ16は電解コンデンサからなる。なお、トランス13の一次巻線N1側の基準電位(すなわち、入力コンデンサ12の低電位電極側ノード)を一次側グランドといい、二次巻線側の基準電位(すなわち、出力コンデンサ16の低電位電極側ノード)を二次側グランドというものとする。
Since the
PWM制御回路20は、制御IC21、フォトカプラ22、抵抗23、抵抗24及び抵抗25を含む。制御IC21(例えば、ミツミ電機株式会社製のMM3460)は、フォトカプラ22のフォトトランジスタの出力状態に基づくオン幅でスイッチング素子14をPWM制御する。フォトカプラ22の出力状態(信号S1t)は出力制御回路60からの入力(信号S1d)によって決定される。制御IC21には、必要に応じて周辺回路部品が接続されていてもよい。また、フォトカプラ22のフォトトランジスタのコレクタ端子には、所定の電圧源を構成する抵抗回路(不図示)が適宜接続されるものとする。抵抗23は、トランス13の三次巻線N3と制御IC21(ZCD端子)の間に接続される。抵抗24及び25の分圧回路は、ダイオードブリッジ11の出力端子間に接続され、その分圧点が制御IC21(MUL端子)に接続される。
The
制御IC21は、少なくとも、制御電源端子(VCC端子)、ゲート出力端子(OUT端子)、ゼロクロス検出端子(ZCD端子)、フィードバック端子(FB端子)、グランド端子(GND端子)及びマルチプライヤ入力端子(MUL端子)を有する。また、制御IC21は、不図示の電流センス端子(ISNS端子)及び補償端子(COMP端子)を有する。制御IC21はVCC端子から動作電源の供給を受け、GND端子を基準電位として動作する。GND端子は一次側グランドに接続され、したがって制御IC21は一次側グランドを基準電位として動作する。
The
OUT端子は、FET14のゲート端子に接続される。OUT端子の内部回路はFET14のゲート信号を出力し、このゲート信号は後述のオフ幅増大回路40にも入力される。
The OUT terminal is connected to the gate terminal of the
ZCD端子は、抵抗23を介してトランス13の三次巻線N3に接続される。ZCD端子の内部回路は、トランス13の三次巻線N3の電圧に対応するZCD端子電圧における立下りエッジを検出する。具体的には、ZCD端子の内部回路は、ZCD端子電圧が閾値(例えば、1.5V)以下に減少した時点をゼロクロスとして検出し、このゼロクロスの検出に応じてOUT端子の出力をローからハイに遷移させる。
The ZCD terminal is connected to the tertiary winding N3 of the
FB端子は、フォトカプラ22のフォトトランジスタに接続される。FB端子の内部回路は、FB端子電圧(すなわち、信号S1t)に応じて、OUT端子からのゲート信号におけるハイ期間、すなわちFET14のPWM制御におけるオン幅を決定する。
The FB terminal is connected to the phototransistor of the
MUL端子は、抵抗24と抵抗25の接続点に接続され、ダイオードブリッジ11の脈流出力電圧の分圧の入力を受ける。不図示のISNS端子は、電流検知抵抗17とFET14のソース端子との接続点に接続され、電流検知抵抗17に発生するFET電流に対応する電圧の入力を受ける。MUL端子及びISNS端子の入力によってFET14のスイッチング動作が適正化される。
The MUL terminal is connected to a connection point between the
前述したコンバータ回路10の動作を併せて参照すると、制御IC21の通常の使用における動作は概略として以下のようになる。まず、OUT端子の出力がローからハイに遷移すると、FB端子の内部回路によって決定されたオン幅にわたってFET14がオン状態となる。FET14がオン状態である間は、ZCD端子電圧はゼロとなる。その後、オン期間の終了時にOUT端子の出力がローとなり、FET14はオフ状態となる。そして、二次巻線N2及び三次巻線N3に電流が流れ、ZCD端子電圧が上昇する(ZCD端子電圧は適宜クランプされる)。その後、二次巻線N2及び三次巻線N3の電流の減少に伴ってZCD端子電圧は減少する。ZCD端子電圧が閾値(例えば、1.5V)以下となると、OUT端子の出力がローからハイに遷移し、上記の動作が繰り返される。
Referring also to the operation of the
補助電源回路30は、トランス13の三次巻線N3、ダイオード31、コンデンサ32、トランジスタ33、抵抗34、ツェナーダイオード35及びコンデンサ36を含み、更に起動抵抗37を有する。三次巻線N3に発生する電圧はダイオード31及びコンデンサ32によって整流及び平滑され、この平滑された電圧が、トランジスタ33、抵抗34及びツェナーダイオード35によって構成されたシリーズレギュレータで降圧される。この降圧された電圧がコンデンサ36によって平滑されて補助電源回路30の出力電圧となる。このように、補助電源回路30は、FET14のパルスごとに生成される電圧を平滑してPWM制御回路20及びオフ幅増大回路40に制御電圧Vcc(以下、必要に応じて「制御電源Vcc」ともいう)を供給する。なお、起動抵抗37は制御IC21の起動時の電源を供給するためにダイオードブリッジ11の出力端に接続されるが、起動後には実質的に機能しない。
The auxiliary
オフ幅増大回路40は、ZCD無効化回路41及びモード切換回路42を備える。ZCD無効化回路41は、トランジスタ410(以下、「FET410」という)、抵抗411、コンデンサ412、抵抗413、抵抗414及びトランジスタ415を有する。モード切換回路42は、トランジスタ420(以下、「FET420」という)、抵抗421、トランジスタ422、抵抗423及び抵抗424を備え、必要に応じてツェナーダイオード425及び抵抗426を含む。
The off
FET410のドレイン端子は、トランジスタ422のコレクタ端子に抵抗411を介して接続されるとともに、更に抵抗423を介して制御電源Vccに接続される。FET410のソース端子はコンデンサ412、抵抗413及び抵抗414に接続される。FET410のゲート端子はOUT端子に接続され、はFET14と同期してスイッチングされる。トランジスタ422がオフ状態で、かつFET14のオン期間に制御電源Vccがコンデンサ412に入力される。
The drain terminal of the
コンデンサ412及び抵抗413の並列回路は、充放電回路を構成し、FET410のソース端子と一次側グランドの間に接続される。すなわち、トランジスタ422がオン状態の場合にはFET410がオンされてもコンデンサ412は充電されず、トランジスタ422がオフ状態の場合にFET410がオンされると、コンデンサ412に制御電源Vccが充電される。そして、FET410がオフされると、コンデンサ412の電荷は、コンデンサ412の容量と抵抗413の抵抗値によって決まる時定数τで、抵抗413によって放電される。
The parallel circuit of the
トランジスタ415のベース端子は、抵抗414を介してコンデンサ412の高電位側端子及びFET410のソース端子に接続される。トランジスタ415のコレクタ端子はIC21のZCD端子に接続され、エミッタ端子は一次側グランドに接続される。したがって、コンデンサ412の高電位側端子の電圧(以下、「コンデンサ電圧Va」という)がトランジスタ415の動作閾値Vth以上の場合には、トランジスタ415がオンされ、ZCD端子は一次側グランドに実質的に短絡される。これにより、ZCD端子電圧が無効化される。一方、コンデンサ電圧Vaがトランジスタ415の動作閾値Vth未満の場合には、トランジスタ415がオフされ、三次巻線N3からの電圧が抵抗23を介してZCD端子に入力される。
The base terminal of the
このように、モード切換回路42の出力がロー状態(トランジスタ422がオン状態)の場合には、FET410に電源が供給されず、トランジスタ415はオフ状態に維持される。すなわち、オフ幅増大回路40がない場合と同様の動作モードが実行される。以下において、このモード切換回路42の出力がロー状態の場合の動作モードを「通常モード」という。一方、モード切換回路42の出力がハイ状態(トランジスタ422がオフ状態)の場合には、FET410のオン/オフ動作に応じてコンデンサ412が充放電され、コンデンサ電圧Vaに応じてトランジスタ415がオン/オフされる。詳細を後述するように、オフ幅増大回路40は、ZCD端子電圧の無効化によってPWM制御におけるオフ幅を強制的に増大させることができる。以下において、モード切換回路42の出力がハイ状態の場合の動作モードを「オフ幅増大モード」という。モード切換回路42の詳細は後述する。
Thus, when the output of the
ここで、図2及び図3を用いて、各モードにおけるオフ幅増大回路40、PWM制御回路20及びコンバータ回路10の動作を説明する。なお、図2及び図3は説明のための模式図であり、実際の信号レベル及び時間の比率は図面通りとは限らない。図2は通常モードの動作を示し、図3はオフ幅増大モードの動作を示す。図2及び図3において、上段から、FET14のドレイン−ソース電圧(以下、「電圧Vds」という)、ZCD端子電圧(以下、「電圧Vzcd」)という、コンデンサ電圧Va、及びOUT端子電圧(以下、「電圧Vout」という)を示し、各縦軸は電圧、各横軸は時間を示す。
Here, the operations of the off-
図2に示す通常モードでは、モード切換回路42の出力はロー(ゼロ)であるため、コンデンサ電圧Vaは全期間を通じてゼロである。
時刻t0の時点で、電圧Voutがハイになると、FET14がオンされ、電圧Vds及び電圧Vzcdはゼロとなる。
時刻t1において、電圧Voutがローになると、FET14がオフされ、電圧Vdsが入力コンデンサ11の電圧に実質的に等しくなるとともに、電圧Vzcdが上昇する。
時刻t2において、トランス13において一次巻線N1から二次巻線N2への放電が終息すると電圧Vds及び電圧Vzcdが低下し、電圧Vzcdが閾値(1.5V)を下回ると電圧Voutがハイとなり、次のPWMオンサイクルが開始される。
In the normal mode shown in FIG. 2, since the output of the
At time t0, when the voltage Vout becomes high, the
When the voltage Vout becomes low at time t1, the
At time t2, when the discharge from the primary winding N1 to the secondary winding N2 ends in the
図3に示すオフ幅増大モードでは、モード切換回路42の出力はハイとなっている。
時刻t10の時点で、電圧Voutがハイになると、FET14がオンされ、電圧Vds及び電圧Vzcdはゼロとなる。一方、コンデンサ412が制御電源Vccによって充電されてコンデンサ電圧Vaが上昇する。コンデンサ電圧Vaのピークは、制御電圧Vcc並びに抵抗423、抵抗424、抵抗411及び抵抗413の分圧比に依存する。
In the off width increasing mode shown in FIG. 3, the output of the
At time t10, when the voltage Vout becomes high, the
時刻t11において、電圧Voutがローになると、FET14がオフされ、電圧Vdsが入力コンデンサ11の電圧に実質的に等しくなる。時刻t11において、FET410もオフされるため、コンデンサ電圧Vaは低下していくが、コンデンサ電圧Vaによってトランジスタ415は依然としてオンされているため、三次巻線N3からの電圧はZCD端子に入力されず、電圧Vzcdはゼロに維持される。
When the voltage Vout becomes low at time t11, the
時刻t12において、トランス13において一次巻線N1から二次巻線N2への放電が終息すると、トランス13のインダクタンス及びFET14の寄生容量に起因して、電圧Vdsは振動を開始する。この時点でも、コンデンサ電圧Vaによってトランジスタ415がオンされているため、電圧Vzcdはゼロに維持される。したがって、ZCD端子において三次巻線電圧のゼロクロスは検出されず、OUT端子からのゲート信号は依然としてローに維持される。
When the discharge from primary winding N1 to secondary winding N2 ends in
時刻t13において、コンデンサ電圧Vaがトランジスタ415の動作閾値Vthを下回ると、トランジスタ415がオフされ、電圧Vdsに応じた(時間遅れを含み得る)電圧Vzcdが制御端子ZCDに入力される。
At time t13, when the capacitor voltage Va falls below the operation threshold Vth of the
時刻t14において、電圧Vdsの立下りエッジに対応して電圧Vzcdが閾値(1.5V)を下回ると、電圧Voutがハイとなり、次のPWMオンサイクルが開始される。 At time t14, when the voltage Vzcd falls below the threshold value (1.5V) corresponding to the falling edge of the voltage Vds, the voltage Vout becomes high and the next PWM on-cycle is started.
図2及び図3から分かるように、通常モードにおいては、PWM制御の各スイッチングサイクルにおいてオフ期間の終了時は電圧Vdsの最初の立下りエッジに対応し、オフ幅増大モードにおいては、オフ期間の終了時が電圧Vdsの2番目以降の下りエッジに対応する。そして、オフ幅増大モードでは、通常モードのPWMオフ期間よりも長い期間にわたってFET14が強制的にオフされる期間の長さ(すなわち、時刻t2又はt12と時刻t14との差分)はコンデンサ電圧Vaのピーク値に依存する。
As can be seen from FIG. 2 and FIG. 3, in the normal mode, the end of the off period corresponds to the first falling edge of the voltage Vds in each switching cycle of PWM control, and in the off width increase mode, the off period The end time corresponds to the second and subsequent falling edges of the voltage Vds. In the off width increase mode, the length of the period in which the
このように、オフ幅増大モードにおいては、FET14のPWMオフ幅を強制的に長くすることができる(すなわち、スイッチング周波数を強制的に低下させることができる)。したがって、コンバータ回路10の平均出力電流が同じであれば、通常モードよりもオフ幅増大モードにおいてPWMオン幅が長くなる。このように、オフ幅増大モードによって、例えば軽負荷時(高い入力電源電圧と比較的深い調光の組合せの場合)にPWMオン幅が制御IC21の規定する最小オン幅よりも短くなることを防止することができる。言い換えると、コンバータ回路10のスイッチング動作は、通常モードにおいては実質的に臨界モードとなり、オフ幅増大モードにおいては実質的に不連続モードとなる。なお、本明細書において、負荷が重い/軽いとは、入力電源電圧に対する出力電流又は出力電力の大/小をいうものとする。
Thus, in the off width increase mode, the PWM off width of the
図1に戻り、モード切換回路42において、ツェナーダイオード425のカソード端子が後述の電圧検出回路70の出力に接続され、アノード端子にFET420のゲート端子が接続される。FET420のドレイン端子は、抵抗421を介して制御電源Vccに接続されるとともにトランジスタ422のベース端子に接続される。トランジスタ422のコレクタ端子は抵抗423を介して制御電源Vccに接続されるとともに、ZCD無効化回路41の抵抗411に接続される。FET420のソース端子及びトランジスタ422のエミッタ端子はともに一次側グランドに接続される。抵抗423は制御電源Vccとトランジスタ422のコレクタ端子間に接続され、抵抗424はトランジスタ422のコレクタ端子と一次グランド間に接続され、抵抗423及び424によってトランジスタ422のオフ時におけるZCD無効化回路41への入力電圧が決定される。抵抗426は、ツェナーダイオード425のアノード端子及びFET420のゲート端子と一次側グランドとの間に接続される。
Returning to FIG. 1, in the
ツェナーダイオード425のアノード電圧がFET420のオン閾値Von未満の場合には、FET420はオフ状態となり、トランジスタ422がオン状態となる。これにより、モード切換回路42のロー出力(すなわち、0Vの電圧)が抵抗411及びFET410に入力される。ツェナーダイオード425のアノード電圧がFET420のオン閾値Von以上の場合には、FET420はオン状態となり、トランジスタ422がオフ状態となる。これにより、モード切換回路42のハイ出力(すなわち、抵抗423及び424による制御電源Vccの分圧)が抵抗411及びFET410に入力される。ツェナーダイオード425の動作状態は、後述の電圧検出回路70によって出力される検出電圧Vdcによって決定される。
When the anode voltage of the
なお、オフ幅増大モードにおけるオフ幅は、コンデンサ412への入力電圧ピーク値及び上記時定数τによって設定される。言い換えると、オフ幅増大モードにおける所望のオフ幅が実行されるように、抵抗411、413、423及び424の抵抗値並びにコンデンサ412の容量が設定される(オフ幅の設定によっては抵抗411又は抵抗424の一方が省略されてもよい)。
The off width in the off width increasing mode is set by the input voltage peak value to the
電流検出回路50(以下、「電流検出抵抗50」ともいう)は、二次側グランドとLED2のカソード端の間に挿入された低抵抗素子からなり、出力電流に比例した電圧が電流検出抵抗50に発生する。電流検出抵抗50に発生する電圧が、電流検出値として出力制御回路60に入力される。
The current detection circuit 50 (hereinafter also referred to as “
出力制御回路60は、目標値生成部61(例えば、マイコン)、定電流制御部62及び調光制御部65を有する。出力制御回路60回路には、コンバータ回路10の出力コンデンサ16の電圧から得られる電力をもとに制御電圧Vsが適宜供給されるものとする。あるいは、補助電源回路30と同様の回路によってトランス13の補助巻線(三次巻線N3であってもよいし別途の四次巻線であってもよい)から得られる電力をもとに制御電圧Vsが生成されるようにしてもよい。あるいは、出力コンデンサ16の電圧をから得られる電力及びトランス13の補助巻線から得られる電力の双方をもとに制御電圧Vsが生成されるようにしてもよい。
The
調光制御部65は、装置外部の調光器Dから入力される外部調光信号を受け付け、調光率を示す調光指令電圧を生成する。具体的には、PWM信号又はアナログDC信号の外部調光信号がフォトカプラ(不図示)のフォトダイオードに入力され、そのフォトカプラのフォトトランジスタから二次側グランドを基準電位とする信号が出力され、これが平滑化されて調光指令電圧となる。これにより、調光率に対して単調減少又は単調増加する調光指令電圧が得られる。
The dimming
目標値生成部61は、調光制御部65によって生成された調光指令電圧に基づいて出力電流の目標値(電流目標値)を生成する。目標値生成部61は、調光指令電圧に対して略線形に電流目標値を演算するように構成されていてもよいし、メモリ(不図示)に記憶された参照テーブルを参照することによって調光指令電圧に対する電流目標値を決定するように構成されていてもよい。目標値生成部61によって生成された電流目標値は定電流制御部62に入力される。
The target
図4に、定電流制御部62の一例を示す。定電流制御部62は、オペアンプ621、入力素子622、帰還素子623、ダイオード624、抵抗625及び抵抗626を含む。概略として、オペアンプ621は出力電流を一定化させる機能を担う定電流制御用のオペアンプである。オペアンプ621の負入力端子(−)には電流検出抵抗50によって検出された電流検出値が入力され、正入力端子(+)には電流目標値に対応する電圧値が目標値生成部61から入力される。入力素子622は、電流検出抵抗50とオペアンプ621の負入力端子間に接続され、抵抗等によって構成され、必要に応じて積分回路、フィルタ回路等が構成される。帰還素子623は、オペアンプ621の負入力端子と出力端子の間に接続され、抵抗、コンデンサ、又はこれらの直列回路若しくは並列回路からなる。オペアンプ621は、負入力端子に入力される電流検出値と、正入力端子に入力される電圧値との誤差を増幅して出力する。オペアンプ621は、制御IC21との協働により、電流検出値が電流目標値に一致するようにPWMオン幅を制御することになる。
An example of the constant
オペアンプ621の出力端子はダイオード624のカソードに接続され、ダイオード624のアノードはフォトカプラ22のフォトダイオードのカソード側に接続される。フォトカプラ22のフォトダイオードのアノードは制御電圧Vsに抵抗625を介して接続され、フォトダイオードに抵抗626が並列接続される。なお、抵抗625はフォトダイオードのカソード側に挿入されていてもよい。フォトカプラ22のフォトトランジスタには、フォトダイオードに流れる電流(発光)(信号S1d)に応じた出力電流が流れる。前述したように、制御IC21はフォトカプラ22のフォトトランジスタの出力状態(信号S1t)に応じたパルス幅のゲート電圧を出力する。なお、本実施形態において、ダイオード624は省略してもよいが、他の制御回路(例えば、出力電圧の過電圧保護回路等)の出力をフォトカプラ22への入力に反映させる場合に選択回路の一部として必要となる。このように、定電流制御部62、フォトカプラ22、制御IC21、コンバータ回路10及び電流検出抵抗50によって、出力電流のフィードバック制御が行われる。
The output terminal of the
ここで、図7に、モード切換動作に伴うフィードバックの不安定動作が発生し得る参照例に係るLED電源装置4を示す。LED電源装置4は、コンバータ回路10、PWM制御回路20、補助電源回路30、オフ幅増大回路80、電流検出抵抗50及び出力制御回路90を備える。コンバータ回路10、PWM制御回路20、補助電源回路30及び電流検出抵抗50は、図1に示すLED電源装置1のものと同様である。
Here, FIG. 7 shows the LED
出力制御回路90は、調光制御部95、目標値生成部61及び定電流制御部62を備える。目標値生成部61及び定電流制御部62は、図1に示す第1の実施形態のものと同じである。調光制御部95は調光制御部65と実質的に同じであるが、調光制御部95によって生成される調光指令電圧は、目標値生成部61だけでなくオフ幅増大回路80にも出力される。調光指令電圧は、信号S2dとしてオフ幅増大回路80のフォトカプラ820のフォトダイオードにも入力され、フォトトランジスタの出力として一次側グランドを基準とする信号S2tに変換される。本明細書においては、調光率が高いほど(負荷が重いほど)調光指令電圧が低く、調光率が低いほど(負荷が軽いほど)調光指令電圧が高くなるものとする。調光指令電圧が所定値以下(調光率が所定率以上)においては、信号S2d及びS2tがローであり、通常モードが実行される。調光指令電圧が所定値を超えると(調光率が所定率未満)においては、信号S2d及びS2tがハイとなり、オフ幅増大モードが実行される。
The
オフ幅増大回路80は、ZCD無効化回路41及び信号伝達回路82を備える。ZCD無効化回路41は、図1に示すオフ幅増大回路40のものと実質的に同じである。ただし、FET410のドレイン端子は抵抗411を介して信号伝達回路82に接続される。
The off-
信号伝達回路82は、フォトカプラ820並びに抵抗821及び822を含む。制御電源Vccと一次側グランドとの間に、抵抗821、フォトカプラ820のフォトトランジスタ及び抵抗822の直列回路が形成され、フォトトランジスタのエミッタ端子の電圧が抵抗411を介してFET410のドレイン端子に入力される。フォトカプラ820のフォトダイオードに信号S2dが入力されると、信号S2dの電流値又は電圧値に応じてフォトトランジスタに電流が流れる。したがって、信号S2dがローの場合には、フォトトランジスタはオフ状態となり、抵抗822に発生する電圧、すなわち信号S2tの電圧は実質的にゼロとなる。一方、信号S2dがハイの場合には、フォトトランジスタはオン状態となり、制御電源Vccから抵抗821、フォトトランジスタを介してハイ出力の信号S2tが入力される。
The signal transmission circuit 82 includes a photocoupler 820 and
第1の実施形態に関して上述したように、FET410は、FET14と同期してスイッチングされる。信号S2tがローの場合には、FET410がオンされてもコンデンサ412は充電されず、信号S2tがハイの場合には、FET410がオンされるとコンデンサ412に信号S2tが充電される。コンデンサ412のピーク電圧は信号S2tのレベルに依存する。そして、FET410がオフされると、コンデンサ412の電荷は、上記時定数τで放電される。そして、コンデンサ電圧Vaがトランジスタ415の動作閾値Vth以上の場合には、トランジスタ415がオンされ、ZCD端子は一次側グランドに実質的に短絡されてZCD端子電圧が無効化される。一方、コンデンサ電圧Vaがトランジスタ415の動作閾値Vth未満の場合には、トランジスタ415がオフされ、三次巻線N3からの電圧が抵抗23を介してZCD端子に入力される。すなわち、信号S2tがローの場合には通常モードが実行され、信号S2tがハイの場合にはオフ幅増大モードが実行される。
As described above with respect to the first embodiment, the
ここで、上記の参照例においては、調光率の切換に伴う、通常モードとオフ幅増大モードとの間の急峻な切換に起因してLED電源装置4の動作が不安定になるという問題がある。すなわち、モード切換のための信号S2dが専ら調光指令電圧に依存するため、調光率が瞬時に切り換えられると、信号S2tのレベルも瞬時に変化する。この信号S2tのレベルの急峻な変化に伴い、FET14のPWM制御におけるPWMオフ幅及びスイッチング周波数も急峻に変化する。そして、スイッチング周波数の急峻な変化に対して、そのスイッチング周波数におけるPWMオン幅を決定するための出力電流フィードバック制御の応答が遅れるため、調光率切換後(フィードバックが正常に動作するとした場合の)最終的なPWMオン幅に収束するまでFET14のスイッチング動作が不安定となる。この不安定なスイッチング動作のために、LED発光のちらつきが発生し得るという問題があった。本実施形態は、参照例のように調光指令電圧(すなわち、出力側の動作指令)に応じて通常モードとオフ幅増大モードを切り換えるのではなく、入力電源電圧に応じて両モードを切り換えることにより、上記問題を解決する。
Here, in the above reference example, there is a problem in that the operation of the LED
図1に戻り、電圧検出回路70は、分圧抵抗71及び72並びにコンデンサ73を備える。分圧抵抗71及び72はダイオードブリッジ11の出力端間に接続され、ダイオードブリッジ11の整流出力電圧を分圧する。分圧抵抗72にコンデンサ73が並列接続され、分圧抵抗72に発生する検出電圧Vdcが平滑化される。これにより、分圧抵抗72及びコンデンサ73には、電源電圧のピーク電圧の分圧値が検出電圧Vdcとして発生する。例えば、分圧抵抗71及び72の分圧比が1/20の場合、入力電源がAC100Vの場合には検出電圧Vdcは約7V(≒100V×√2/20)となり、入力電源がAC200Vの場合には検出電圧Vdcは約14V(≒200V×√2/20)となる。分圧抵抗72及び73の分圧点(すなわち接続点)がツェナーダイオード425のカソード端子に接続される。ツェナーダイオード425は、検出電圧Vdcがツェナーダイオード425のツェナー電圧Vzd以上の場合にはオンし、ツェナー電圧Vzd未満の場合にはオフする。なお、抵抗426は高抵抗素子であり、分圧抵抗71及び72による分圧比に実質的な影響を与えないものとする。なお、FET420のオン閾値Vonは1V程度である。
Returning to FIG. 1, the
ここで、ツェナー電圧Vzdが10Vであるとすると、入力電源がAC100Vの場合には、検出電圧Vdc<ツェナー電圧Vzdであり、ツェナーダイオード425はオフ状態となり、アノード電圧は0Vとなる。したがって、FET420はオフ状態となるとともにトランジスタ422はオン状態となり、通常モードが実行される。一方、入力電源がAC200Vの場合には、検出電圧Vdc>ツェナー電圧Vzdであり、ツェナーダイオード425はオン状態となり、そのアノード電圧は約4V(=14V−10V)>Vonとなる。したがって、FET420はオン状態となるとともにトランジスタ422はオフ状態となり、オフ幅増大モードが実行される。このように、比較的重い負荷となる場合が多いAC100V入力時には通常モードが適用され、比較的軽負荷となる場合が多いAC200V入力時にはオフ幅増大モードが適用される。
Here, assuming that the Zener voltage Vzd is 10V, when the input power supply is AC 100V, the detection voltage Vdc <the Zener voltage Vzd, the
ここで、FET420の動作状態を決定する切換閾値Vswを、ツェナーダイオード425のツェナー電圧VzdにFET420のオン閾値Vonを加算した値と定義する。例えば、ツェナー電圧Vzdが10Vであり、オン閾値Vonが1Vである場合、切換閾値Vswは11Vとなる。上記の分圧比が採用される場合、切換閾値Vswは、AC156V(=11V×20/√2)の入力電圧に対応する。このように、検出電圧Vdcが切換閾値Vsw未満である場合、すなわち、検出電圧VdcがAC100Vの電源電圧に対応する場合には、通常モードによるオフ幅が適用される。そして、検出電圧Vdcが切換閾値Vsw以上である場合、すなわち、検出電圧VdcがAC200Vの電源電圧に対応する場合には、オフ幅増大モードによって増大されたオフ幅が適用される。
Here, the switching threshold Vsw for determining the operation state of the
ここで、切換閾値Vswは、入力電源電圧が商用電源電圧である場合には、商用電源電圧として使用されていない電圧に対応する値であることが好ましい。これにより、商用電源から給電されるLED電源装置1の動作中、すなわちLED2の点灯中にモード切換動作が発生することが確実に防止される。
Here, when the input power supply voltage is a commercial power supply voltage, the switching threshold Vsw is preferably a value corresponding to a voltage not used as the commercial power supply voltage. This reliably prevents the mode switching operation from occurring during the operation of the
また更に、切換閾値Vswは、低い方の第1の入力電源電圧の公称値の110%以上でかつ高い方の第2の入力電源電圧の公称値の90%以下の電圧に対応する値に設定されることが好ましい。例えば、上述したように第1及び第2の入力電源電圧としてAC100V及びAC200Vが使用される場合、切換閾値Vswは、AC100Vの110%以上、すなわち110V以上で、かつAC200Vの90%以下、すなわち180V以下に対応する値であればよい。これにより、電源に±10%の電源電圧変動があったとしても、LED電源装置1の動作中、すなわちLED2の点灯中におけるモード切換動作が確実に防止される。
Still further, the switching threshold Vsw is set to a value corresponding to a voltage that is 110% or more of the nominal value of the lower first input power supply voltage and 90% or less of the nominal value of the higher second input power supply voltage. Preferably. For example, when AC100V and AC200V are used as the first and second input power supply voltages as described above, the switching threshold Vsw is 110% or more of AC100V, that is, 110V or more and 90% or less of AC200V, that is, 180V It may be a value corresponding to the following. As a result, even if there is a power supply voltage fluctuation of ± 10% in the power supply, the mode switching operation during the operation of the
あるいは、切換閾値Vswが、第1の入力電源電圧の公称値と第2の商用電源電圧の公称値の中間値の±20%程度、好ましくは±10%の電圧に対応する値に設定されていてもよい。例えば、上述したように第1及び第2の入力電源電圧としてAC100V及びAC200Vが使用される場合、切換閾値Vswは、AC100VとAC200Vの中間値であるAC150Vの±20%(すなわちAC120V〜AC180V)、好ましくは±10%(すなわちAC135V〜AC165V)に対応する値であればよい。これにより、第1及び第2の入力電源電圧に±10%の電源電圧変動があり、かつ回路部品の定数のばらつき又は温度特性があったとしても、LED2の点灯中におけるモード切換動作が確実に防止される。
Alternatively, switching threshold value Vsw is set to a value corresponding to a voltage of about ± 20%, preferably ± 10%, between the nominal value of the first input power supply voltage and the nominal value of the second commercial power supply voltage. May be. For example, when AC100V and AC200V are used as the first and second input power supply voltages as described above, the switching threshold Vsw is ± 20% of AC150V which is an intermediate value between AC100V and AC200V (that is, AC120V to AC180V), Preferably, the value may correspond to ± 10% (ie, AC 135 V to AC 165 V). As a result, even if the first and second input power supply voltages have ± 10% power supply voltage fluctuation, and even if the circuit components have constant variations or temperature characteristics, the mode switching operation can be reliably performed while the
また、上記では、第1及び第2の入力電源電圧がそれぞれAC100V及びAC200Vである日本の一般的な商用電源の仕様を想定して電源電圧及び切換閾値Vswを例示したが、本発明はAC242V、AC265V等の国内の他の商用電源仕様、及び他の国の種々の商用電源仕様に対しても同様に適用可能である。例えば、米国、カナダ等では、AC120V又はAC115Vの第1の商用電源電圧及びAC240V又はAC230Vの第2の商用電源電圧が採用されている。また、韓国、中国、台湾等では、AC110Vの第1の商用電源電圧及びAC220Vの第2の商用電源電圧が採用され、ドイツ、フランス等、欧州の一部の国では、AC127Vの第1の商用電源電圧及びAC230Vの第2の商用電源電圧が採用されている。したがって、各国での対応を検討すると、切換閾値Vswは、各国の第1及び第2の商用電源電圧以外の電圧に対応する値、各国の第1の商用電源電圧の110%以上で第2の商用電源電圧の90%以下の電圧に対応する値、各国の第1の商用電源電圧と第2の商用電源電圧の中間値の±20%、好ましくは±10%の電圧に対応する値等に設定されればよい。 In the above, the power supply voltage and the switching threshold Vsw are exemplified assuming the specification of a general commercial power supply in Japan where the first and second input power supply voltages are AC 100 V and AC 200 V, respectively. The present invention can be similarly applied to other domestic commercial power supply specifications such as AC265V and various commercial power supply specifications in other countries. For example, in the United States, Canada, etc., the first commercial power supply voltage of AC120V or AC115V and the second commercial power supply voltage of AC240V or AC230V are adopted. In Korea, China, Taiwan, etc., the first commercial power supply voltage of AC110V and the second commercial power supply voltage of AC220V are adopted, and in some countries in Germany, France, etc., the first commercial power of AC127V. A power supply voltage and a second commercial power supply voltage of 230V AC are employed. Therefore, considering the correspondence in each country, the switching threshold Vsw is a value corresponding to a voltage other than the first and second commercial power supply voltages in each country, 110% or more of the first commercial power supply voltage in each country, and the second threshold Vsw. A value corresponding to a voltage of 90% or less of the commercial power supply voltage, a value corresponding to a voltage of ± 20%, preferably ± 10% of the intermediate value between the first commercial power supply voltage and the second commercial power supply voltage in each country, etc. It may be set.
また更に、LED電源装置1を多数の国に対して共通仕様とする場合には、切換閾値Vswを、対象となる全ての第1及び第2の商用電源電圧以外の電圧に対応する値としてもよい。また、切換閾値Vswは、対象となる全ての第1の商用電源電圧のうちの最大の商用電源電圧の公称値(例えばAC127V)の110%以上で、かつ対象となる全ての第2の商用電源電圧のうちの最小の商用電源電圧の公称値(例えばAC200V)の90%以下の電圧に対応する値に設定されてもよい。あるいは、切換閾値Vswは、対象となる全ての第1の商用電源電圧のうちの最大の商用電源電圧の公称値(例えばAC127V)と、対象となる全ての第2の商用電源電圧のうちの最小の商用電源電圧の公称値(例えばAC200V)の中間値の±20%、好ましくは±10%の電圧に対応する値に設定されてもよい。
Furthermore, when the LED
以上のように、第1の実施形態のLED電源装置1では、電圧検出回路70が入力電源電圧を検出して検出電圧Vdcを出力し、コンバータ回路10及びPWM制御回路20によるPWM制御において、オフ幅増大回路40は、低い方の入力電源電圧(AC100V等)に検出電圧Vdcが対応する場合には、コンバータ回路10の動作によって決まるオフ幅t1−t2を適用し、高い方の入力電源電圧(AC200V等)に検出電圧Vdcが対応する場合にはオフ幅t1−t2よりも長いオフ幅t11−t14を適用する。そして、出力制御回路60は、電流検出回路50によって検出される電流検出値が電流目標値に一致するようにPWM制御回路20にオン幅を決定させる。これにより、入力電源電圧が高い場合に入力電源電圧が低い場合よりもオン幅及びオフ幅が長くなるとともに、入力電源電圧が少なくとも概ね一定である間はモード切換動作が発生することなく出力フィードバック制御が実行される。したがって、出力フィードバック制御を適用しつつも、通常の動作モードと軽負荷時の動作モードとの切換に起因するLED発光のちらつきを防止するLED電源装置1及びそれを用いたLED照明装置3が実現される。
As described above, in the LED
<第1の実施形態の代替例>
上記第1の実施形態では、モード切換回路42の出力端(トランジスタ422のコレクタ端子)がZCD無効化回路41のFET410のドレイン端子側に接続される構成を示した。代替として、モード切換回路42の出力端がFET410のソース端子側に接続されるようにしてもよい。
<Alternative Example of First Embodiment>
In the first embodiment, the configuration is shown in which the output terminal of the mode switching circuit 42 (the collector terminal of the transistor 422) is connected to the drain terminal side of the
図5に、本変形例におけるPWM制御回路20の一部、オフ幅増大回路40及び電圧検出回路70を示す。図示以外の構成は、上記第1の実施形態における構成と同様である。FET410のドレイン端子は抵抗411を介して制御電源Vccに接続される。トランジスタ422のコレクタ端子はFET410のソース端子及びコンデンサ412の高電位側端子に接続される。あるいは、更なる代替として、トランジスタ422のコレクタ端子がトランジスタ415のベース端子に接続されてもよい。
FIG. 5 shows a part of the
この構成によると、検出電圧Vdcが切換閾値Vsw未満の場合にトランジスタ422がオン状態となると、トランジスタ415は常にオフ状態となり、通常モードが実行される。一方、検出電圧Vdcが切換閾値Vsw以上の場合にトランジスタ422がオフ状態となると、コンデンサ412はFET410のオン/オフに従って充放電され、それに従ってトランジスタ415がオン/オフされ、オフ幅増大モードが実行される。コンデンサ電圧Vaのピーク値は、抵抗411及び413による制御電圧Vccの分圧値によって決まり、コンデンサ電圧Vaの放電時間は上記時定数τによって決まる。これらの変形例においても上記第1の実施形態と同様の効果が得られる。
According to this configuration, when the
<第2の実施形態>
上記第1の実施形態では、最も効率的なモード切換回路42の構成として、オフ幅増大回路40動作電源が制御電源Vccから取得される構成を示したが、本実施形態では、オフ幅増大回路40の動作電源が検出電圧Vdcから取得される構成を示す。
Second Embodiment
In the first embodiment, the configuration in which the off-
図6に、本実施形態に係るLED電源装置1及びそれを用いたLED照明装置3の回路構成図を示す。本実施形態と第1の実施形態とは、オフ幅増大回路40のモード切換回路42のみが異なり、他の構成要素は実質的に同じであるのでその詳細な説明を省略する。本実施形態のモード切換回路42はツェナーダイオード427からなる。ツェナーダイオード427のカソード端子は電圧検出回路70の分圧抵抗71及び72の分圧点に接続され、アノード端子はFET410のドレイン端子に抵抗411を介して接続される。
In FIG. 6, the circuit block diagram of the LED
ZCD無効化回路41において、第1の実施形態と同様にFET410がFET14と同期してオン/オフされる。ここで、検出電圧Vdcがツェナーダイオード427のツェナー電圧Vzd2未満の場合、ツェナーダイオード427はオフ状態となる。この場合、FET410がオン/オフしてもコンデンサ412は充放電されず、トランジスタ415はオフ状態に維持され、通常モードが実行される。一方、検出電圧Vdcがツェナー電圧Vzd2以上の場合、ツェナーダイオード427はオン状態となる。この場合、FET410のオン期間に検出電圧Vdcがツェナーダイオード427、抵抗411及びFET410を介してコンデンサ412が充電され、FET410のオフ期間にコンデンサ412が時定数τで放電される。これにより、コンデンサ電圧Vaがトランジスタ415の動作閾値Vth以上である期間にわたってトランジスタ415がオンされてZCD端子電圧が無効化され、オフ幅増大モードが実行される。
In the
ここで、動作モードの切換閾値Vswは、実質的にツェナー電圧Vzd2と所定のコンデンサ電圧Vaとを加算した値となる。所定のコンデンサ電圧Vaとは、図3において、コンデンサ電圧Vaの下りエッジが動作閾値Vthを下回る瞬間が、所望のZCD無効化期間t11〜t13を生成するのに必要な電圧である。電源電圧及び検出電圧Vdcと切換閾値Vswとの対応関係は、第1の実施形態におけるものと同様であればよい。したがって、その対応関係が実現されるように、電圧検出回路70の分圧抵抗72及び73の抵抗値、ツェナーダイオード427のツェナー電圧Vzd2、抵抗411及び413の抵抗値、並びにコンデンサ412の容量が設定される。なお、設定によっては、抵抗411は省略可能である。
Here, the switching threshold Vsw of the operation mode is substantially a value obtained by adding the Zener voltage Vzd2 and the predetermined capacitor voltage Va. The predetermined capacitor voltage Va is a voltage necessary for generating the desired ZCD invalidation periods t11 to t13 when the falling edge of the capacitor voltage Va falls below the operation threshold value Vth in FIG. The correspondence relationship between the power supply voltage and detection voltage Vdc and the switching threshold value Vsw may be the same as that in the first embodiment. Therefore, the resistances of the
以上のように、本実施形態のLED電源装置1においては、オフ幅増大回路40の動作電源が検出電圧Vdcから取得される。これにより、第1の実施形態において得られる効果とともに、オフ幅増大回路40の回路構成の簡素化が可能となる。更に、オフ幅増大モードにおいて、電源電圧が上昇して検出電圧Vdcが上昇すると、コンデンサ412の充電電圧も上昇するためにその放電時間が長くなり、オフ幅がより長くなる。したがって、オフ幅増大モードでは、電源電圧の上昇によって負荷が軽くなるのに対応してオフ幅が更に長くなるような自己補正動作が可能となる。
As described above, in the LED
<変形例>
以上に本発明の好適な実施形態を示したが、本発明は、例えば以下に示すように種々の態様に変形可能である。
<Modification>
Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be modified into various modes as shown below, for example.
(1)入力電源の変形
上記各実施形態では、入力電源が商用電源である場合を示したが、入力電源は自家発電機、構内電源設備等から給電されるものであってもよい。
(1) Modification of input power supply In each of the above-described embodiments, the case where the input power supply is a commercial power supply has been described. However, the input power supply may be supplied from a private power generator, a premises power supply facility, or the like.
(2)固定出力タイプへの変形
上記各実施形態では、調光タイプのLED電源装置について説明したが、本発明は、固定出力タイプのLED電源装置にも当然に適用でき、特に、入力電源電圧の範囲が広い(例えば、AC100V〜AC242V、AC100V〜AC265V等に対応した)LED電源装置において有用である。この場合も、切換閾値Vswに上述した各設定による値を適用することにより、複数機種についてオフ幅増大回路40及び電圧検出回路70を標準化することができ、生産コストが低減される。固定出力タイプのLED電源装置においては、調光制御部65は不要である。
(2) Modification to Fixed Output Type In each of the above embodiments, the dimming type LED power supply device has been described. However, the present invention is naturally applicable to a fixed output type LED power supply device, and in particular, an input power supply voltage. This is useful in LED power supply devices having a wide range (for example, corresponding to AC100V to AC242V, AC100V to AC265V, etc.). Also in this case, by applying the values according to the above settings to the switching threshold Vsw, the off-
(3)オフ幅増大回路40のトランジスタに関する変形
上記各実施形態では、オフ幅増大回路40の各トランジスタがMOSFET又はバイポーラトランジスタのいずれかであるものとしたが、各トランジスタについて、MOSFETとバイポーラトランジスタとは適宜変更可能である(ただし、その変更に伴い回路定数は相違し得る)。このような変更において、MOSFETのゲート端子及びバイポーラトランジスタのベース端子がトランジスタの制御端子として、MOSFETのドレイン端子及びバイポーラトランジスタのコレクタ端子がトランジスタの入力端子として、MOSFETのソース端子及びバイポーラトランジスタのエミッタ端子がトランジスタの出力端子として置き換えられる。
(3) Modification of transistor of off-
(4)電圧検出回路70の変形
上記各実施形態では、電圧検出回路70がダイオードブリッジ11の出力端に接続される構成を示したが、電圧検出回路70はダイオードブリッジ11の入力端側に別途のダイオード又はダイオードブリッジを介して接続されてもよい。これにより、入力コンデンサ12の時定数の影響を受けることなく、所望の時定数で電圧検出回路70及びオフ幅増大回路40を起動することができる。すなわち、設計仕様に応じて、コンバータ回路10の起動により制御電源Vccが立ち上がる前又は後に、オフ幅増大回路40を起動させることが可能となる。
(4) Modification of
1 LED電源装置
2 LED
3 LED照明装置
10 コンバータ回路
20 PWM制御回路
30 補助電源回路
40 オフ幅増大回路
50 電流検出回路(電流検出抵抗)
60 出力制御回路
70 電圧検出回路
1
3
60
Claims (10)
交流の入力電源電圧を直流の出力電流に変換して該出力電流をLEDに供給するコンバータ回路と、
前記コンバータ回路をPWM制御するように構成されたPWM制御回路と、
前記入力電源電圧を検出して検出電圧を出力する電圧検出回路と、
前記PWM制御において、前記検出電圧が第1の入力電源電圧に対応する場合には、前記コンバータ回路のスイッチング動作によって決まる第1のオフ幅を適用し、前記検出電圧が前記第1の入力電源電圧よりも高い第2の入力電源電圧に対応する場合には、前記第1のオフ幅よりも長い第2のオフ幅を適用するように構成されたオフ幅増大回路と、
前記出力電流を検出して電流検出値を生成する電流検出回路と、
前記電流検出値が電流目標値に一致するように前記PWM制御回路に前記PWM制御のオン幅を決定させる出力制御回路と
を備え、
前記コンバータ回路が、一次巻線、二次巻線及び三次巻線を有するトランス、前記一次巻線をスイッチングするスイッチング素子、並びに前記二次巻線の出力を整流平滑して前記出力電流を出力する整流平滑回路を含み、
前記PWM制御回路が、前記三次巻線の電流の検出値がゼロになった時点で前記スイッチング素子をオンして前記PWM制御のオフ期間を終了するように構成され、
前記オフ幅増大回路が、モード切換回路及びZCD無効化回路を含み、
前記モード切換回路は、前記入力電源電圧が前記第1の入力電源電圧に対応する場合にはロー状態の出力となり、前記入力電源電圧が前記第2の入力電源電圧に対応する場合にはハイ状態の出力となるように構成され、
前記ZCD無効化回路が第1のトランジスタ、コンデンサ、抵抗及び第2のトランジスタを含み、前記PWM制御のオン期間に前記第1のトランジスタの制御端子に制御信号が供給され、前記モード切換回路の出力がハイ状態でありかつ前記第1のトランジスタに前記制御信号が供給される場合に前記コンデンサが充電され、前記モード切換回路の出力がロー状態又は前記第1のトランジスタに前記制御信号が供給されない場合に前記コンデンサの電圧が前記抵抗によって放電され、前記コンデンサの電圧が閾値以上となる場合に前記第2のトランジスタがオンされ、該第2のトランジスタがオンされている期間に前記三次巻線の電流の検出が無効化されるように構成された、LED電源装置。 LED power supply,
A converter circuit for converting an AC input power supply voltage into a DC output current and supplying the output current to the LED;
A PWM control circuit configured to PWM control the converter circuit;
A voltage detection circuit that detects the input power supply voltage and outputs the detected voltage;
In the PWM control, when said detection voltage corresponds to the first input power supply voltage is first applied to OFF width, the detection voltage of the first input power determined by the switching operation of the converter circuit An off-width increasing circuit configured to apply a second off-width longer than the first off-width when corresponding to a second input power supply voltage higher than the voltage;
A current detection circuit that detects the output current and generates a current detection value;
E Bei and an output control circuit for determining the PWM control of the ON width in the PWM control circuit so that the current detection value matches the current target value,
The converter circuit rectifies and smoothes an output of the transformer having a primary winding, a transformer having a secondary winding and a tertiary winding, a switching element for switching the primary winding, and the secondary winding, and outputs the output current. Including a rectifying and smoothing circuit,
The PWM control circuit is configured to turn on the switching element and end the PWM control off period when the detected value of the current of the tertiary winding becomes zero;
The off-width increasing circuit includes a mode switching circuit and a ZCD invalidation circuit;
The mode switching circuit outputs a low state when the input power supply voltage corresponds to the first input power supply voltage, and a high state when the input power supply voltage corresponds to the second input power supply voltage. Is configured to be
The ZCD invalidation circuit includes a first transistor, a capacitor, a resistor, and a second transistor, and a control signal is supplied to a control terminal of the first transistor during an on period of the PWM control, and an output of the mode switching circuit Is high and the control signal is supplied to the first transistor, the capacitor is charged, and the output of the mode switching circuit is low or the control signal is not supplied to the first transistor. When the voltage of the capacitor is discharged by the resistor and the voltage of the capacitor becomes equal to or higher than a threshold, the current of the tertiary winding is turned on while the second transistor is turned on and the second transistor is turned on. LED power supply configured to disable detection of.
前記モード切換回路が、前記検出電圧が切換閾値未満の場合には前記ロー状態を出力し、前記検出電圧が前記切換閾値以上の場合には前記ハイ状態を出力するように構成され、前記切換閾値が、商用電源電圧として使用されない電圧に対応する値に設定された、LED電源装置。 The LED power supply device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the first and second input power supply voltages are commercial power supply voltages,
Before Symbol mode switching circuit, the detected voltage is outputted pre SL low state in the case of less than switching threshold, wherein when the detection voltage is above the switching threshold is configured so that to output the pre-Symbol high state The LED power supply device in which the switching threshold is set to a value corresponding to a voltage that is not used as a commercial power supply voltage.
前記モード切換回路が、前記検出電圧が切換閾値未満の場合には前記ロー状態を出力し前記検出電圧が前記切換閾値以上の場合には前記ハイ状態を出力するように構成され、前記切換閾値が、前記第1の入力電源電圧の公称値の110%以上でかつ前記第2の入力電源電圧の公称値の90%以下の電圧に対応する値に設定された、LED電源装置。 The LED power supply device according to any one of claims 1 to 4 .
Before Symbol mode switching circuit, wherein when the detected voltage and outputs a pre-Symbol low state when the detected voltage is less than the switching threshold is equal to or greater than the switching threshold is configured so that to output the pre-Symbol high state, The LED power supply device, wherein the switching threshold is set to a value corresponding to a voltage that is 110% or more of the nominal value of the first input power supply voltage and 90% or less of the nominal value of the second input power supply voltage.
前記モード切換回路が、前記検出電圧が切換閾値未満の場合には前記ロー状態を出力し、前記検出電圧が前記切換閾値以上の場合には前記ハイ状態を出力するように構成され、前記切換閾値が、前記第1の入力電源電圧の公称値と前記第2の入力電源電圧の公称値の中間値の±20%、好ましくは±10%以内の電圧に対応する値に設定された、LED電源装置。 The LED power supply device according to any one of claims 1 to 4 .
Before Symbol mode switching circuit, the detected voltage is outputted pre SL low state in the case of less than switching threshold, wherein when the detection voltage is above the switching threshold is configured so that to output the pre-Symbol high state The switching threshold is set to a value corresponding to a voltage within ± 20%, preferably within ± 10% of an intermediate value between the nominal value of the first input power supply voltage and the nominal value of the second input power supply voltage. LED power supply.
前記第1及び第2の入力電源電圧がそれぞれ第1及び第2の商用電源電圧であり、前記第1の商用電源電圧の公称値が100V、110V、115V、120V又は127Vのいずれかの値であり、前記第2の商用電源電圧の公称値が200V、220V、230V、240V、242V又は265Vのいずれかの値である、LED電源装置。 In the LED power supply device according to any one of claims 1 or et 7,
The first and second input power supply voltages are first and second commercial power supply voltages, respectively, and the nominal value of the first commercial power supply voltage is any one of 100V, 110V, 115V, 120V or 127V. An LED power supply device, wherein the second commercial power supply voltage has a nominal value of 200V, 220V, 230V, 240V, 242V, or 265V.
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