JP6900832B2 - 調光装置および電力変換装置 - Google Patents

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Description

本発明は調光装置および電力変換装置に関し、特に負荷として接続された照明器具の光量を外部制御信号により調節する調光装置およびこの調光装置を備えた電力変換装置に関する。
LED(Light Emitting Diode)照明器具または白熱灯照明器具は、その光量を調節する場合、照明器具に印加される電流または電圧を調整する調光装置を備えた電力変換装置が用いられている。
図8はLED照明器具を制御する従来の電力変換装置の構成例を示す回路図である。図9は調光装置の特性を示す図であって、(A)は電源電圧に対する制御電圧の変化を示す図、(B)は電源電圧に対する基準電圧の変化を示す図、(C)は電源電圧に対するデューティ比の変化を示す図である。
図示の電力変換装置は、整流回路101と、力率改善(PFC:Power Factor Correction)回路102と、DC−DCコンバータ103と、調光装置104とを備え、DC−DCコンバータ103の出力端子には、LED照明器具105が接続されている。この電力変換装置によれば、整流回路101が商用電源の交流電圧を整流し、力率改善回路102が昇圧した直流電圧を出力する。この直流電圧は、DC−DCコンバータ103によって所望の値の直流電圧に変換される。
DC−DCコンバータ103は、フライバック方式のスイッチング電源回路であって、スイッチング素子111と、トランス112と、電源制御IC(Integrated Circuit)113と、整流平滑回路114と、フィードバック回路115とを有している。このDC−DCコンバータ103は、スイッチング素子111のオン期間中にトランス112に電力を蓄え、スイッチング素子111がオフに切り換わると、トランス112の逆起電力を利用して蓄えられていた電力をトランス112の二次側に出力する。このとき、フィードバック回路115では、整流平滑回路114によって出力された直流出力電圧を電圧エラーアンプAmp1が検出する。また、フィードバック回路115では、LED照明器具105へ供給される出力電流を電流エラーアンプAmp2が検出する。電圧エラーアンプAmp1および電流エラーアンプAmp2が出力する誤差信号は、フォトカプラPCを介して電源制御IC113にフィードバックされ、電源制御IC113は、誤差信号が0になる方向にスイッチング素子111のスイッチングを制御する。
DC−DCコンバータ103が出力する出力電流は、調光装置104によって設定される。調光装置104は、定電流源121と、AD(Analog-to-Digital)コンバータ122と、基準電圧源123と、出力信号作成回路124と、定電流源125と、スイッチ126とを有している。定電流源121は、トランス112の補助巻線127および整流平滑回路128によって生成された電源電圧VCCから定電流の制御電流Icontを生成する。定電流源121が出力する制御電流Icontは、調光装置104の制御端子Contを介してコンデンサ129に供給されるとともに、ダイオード130を介して調光入力端子Dimに供給される。この調光入力端子Dimには、外部制御信号Cont−sigとして可変の直流(DC)電圧が入力されるか、もしくは可変抵抗が接続される。DC電圧の外部制御信号Cont−sigが入力される場合、調光装置104の制御端子Contには、入力されたDC電圧にダイオード130の順方向電圧を加えた制御電圧Vcontが現れる。調光入力端子Dimに可変抵抗が接続された場合、可変抵抗には、定電流源121の制御電流Icontが流れる。これにより、可変抵抗の両端には、可変抵抗の抵抗値に応じた電圧が生起される。したがって、調光装置104の制御端子Contには、可変抵抗の両端の電圧にダイオード130の順方向電圧を加えた値の制御電圧Vcontが現れる。ここで、制御電圧Vcontは、図9(A)に示したように、定電流源121の制御電流Icontが一定であるので、電源電圧VCCが大きく低下しない限り一定であり、変化しない。
調光装置104の制御端子Contに現れるアナログの制御電圧Vcontは、ADコンバータ122にて基準電圧源123の基準電圧Vrefを基にデジタルの信号に変換される。なお、ADコンバータ122に入力される制御電圧Vcontは、ADコンバータ122内で分圧され、当該分圧値が基準電圧Vrefと比較されることがある。これは、基準電圧Vrefが小さく、制御電圧Vcontの許容入力電圧範囲が狭いと制御電圧Vcontを精密に設定する必要が生じるからであり、制御電圧Vcontの入力電圧範囲が広くできるよう分圧回路を設けている。そのため、制御電圧Vcontの許容入力電圧の最大値は、基準電圧Vrefよりかなり大きくなる。
ここで、基準電圧源123は、ツェナーダイオードを用いて基準電圧Vrefを調光装置104の電源電圧VCCから生成している。基準電圧Vrefは、電源電圧VCCの変動の影響を受けないよう一般に電源電圧VCCよりも十分に小さな値に設定し、図9(B)に示したように、電源電圧VCCが大きく低下しない限り一定である。それでも、電源電圧VCCの変動の影響を受けて電源電圧VCCがツェナーダイオードのツェナー電圧よりも低下する場合には、それを回避する方法が知られている(たとえば、特許文献1参照)。この特許文献1によれば、電源電圧がツェナーダイオードのツェナー電圧よりも低下すると、基準電圧発生回路の低電圧側の分圧抵抗に補充電流を流し込むようにしている。これにより、低電圧側の分圧抵抗の電圧が補充電流による電圧降下の分だけ嵩上げされ、基準電圧の低下が抑制される。
ADコンバータ122の出力信号は、出力信号作成回路124に入力され、制御端子Contの制御電圧Vcontの値に応じたデューティ比を持つPWM(Pulse Width Modulation)信号に変換される。スイッチ126は、出力信号作成回路124のPWM信号によりオン・オフ制御され、定電流源125が出力する定電流Ioutをパルス幅変調してフィードバック回路115に供給する。このとき、制御端子Contの制御電圧Vcontおよびデューティ比は、図9(C)に示したように、制御電圧Vcontが高いとデューティ比が大きく、制御電圧Vcontが低いとデューティ比が小さい関係を有している。しかも、電源電圧VCCが低下していくと、デューティ比を一定に保つことができる範囲は、制御電圧Vcontが高くなるほど狭くなっている。
フィードバック回路115では、パルス幅変調された定電流Ioutは、フォトカプラおよびローパスフィルタを介して電流エラーアンプAmp2の基準信号を入力する非反転入力端子(+)に供給される。これにより、電流エラーアンプAmp2の基準信号は、可変のDC電圧または可変抵抗によって設定された制御電圧Vcontに応じた電圧値に設定されることになる。この結果、LED照明器具105に供給される出力電流は、電源制御IC113によって制御電圧Vcontに応じた電流に制御され、LED照明器具105は、制御電圧Vcontに対応する明るさに調節される。
特開2010−20481号公報
従来の電力変換装置では、外部制御信号Cont−sigとして可変抵抗が接続される場合、制御電圧Vcontは、可変抵抗に制御電流Icontを流すことによって生成している。この場合、可変抵抗の値が最大のとき、LED照明器具105の明るさが100%に調光できるのが望ましい。しかし、可変抵抗の値が小さい場合、可変抵抗の値を最大にしても、LED照明器具105の明るさを100%に調光することができなくなる。逆に、可変抵抗の値が大きい場合、可変抵抗の値を最大に調整する前にLED照明器具105の明るさが100%に達してしまう、という問題点がある。
また、定電流源121の制御電流Icontは、調光装置104の電源電圧VCCに依存して変化する特性を有している。たとえば、可変抵抗の値を小さくしてLED照明器具105の明るさを暗く設定する場合、DC−DCコンバータ103は、LED照明器具105に供給する出力電流を低減するよう制御される。このとき、トランス112の補助巻線127に送られる電流も同様に低減されるので、電源電圧VCCも低減される。
電源電圧VCCが低下して制御電圧Vcont以下になると、定電流源121に昇圧機能はないので、制御電圧Vcontは電源電圧VCC以上にはなれず、制御電圧Vcontは電源電圧VCCとともに低下する。すると、出力信号作成回路124が出力するデューティ比は、本来のデューティ比よりも小さくなってしまう、すなわち、出力電流が低下して照明器具の光量が設定されたものより小さくなってしまうという問題点がある。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、電源電圧VCCの低下による出力電流の低下を抑制することのできる調光装置および電力変換装置を提供することを目的とする。
本発明では、上記の課題を解決するために、基準電圧回路と、バイアス電流回路と、制御電流回路と、ADコンバータと、出力信号作成回路と、定電流源と、スイッチとを備えた調光装置が提供される。この調光装置によれば、基準電圧回路は、電源電圧が所定の値以上で一定値、電源電圧が所定の値を下回ると電源電圧に比例した値の基準電圧を出力する。バイアス電流回路は、基準電圧をバイアス電流に変換する。制御電流回路は、バイアス電流を外付けの抵抗に供給することによって生成される電圧を制御電流に変換する。ADコンバータは、基準電圧を受けて制御電流を外付けの可変抵抗に供給することによって生成される制御電圧をデジタル信号に変換する。出力信号作成回路は、デジタル信号から可変抵抗の調整比率に対応するデューティ比を有するデューティ比信号を作成する。定電流源は、定電流を出力する。そして、スイッチは、定電流源に接続され、デューティ比信号によりオン・オフする。
また、本発明は、トランスと、トランスの一次巻線と直列に接続され、両端には直流電圧が印加されるスイッチング素子と、スイッチング素子のスイッチングを制御する電源制御回路と、トランスの二次巻線に接続された整流平滑回路と、整流平滑回路から出力される電圧および電流を検出して電源制御回路にフィードバックする電圧エラーアンプおよび電流エラーアンプを有するフィードバック回路と、電圧エラーアンプまたは電流エラーアンプの可変の基準電圧源を設定する調光装置とを備えた電力変換装置が提供される。この電力変換装置によれば、調光装置は、トランスの補助巻線から作られた電源電圧が所定の値以上で一定値、電源電圧が所定の値を下回ると電源電圧に比例した値の基準電圧を出力する基準電圧回路と、基準電圧をバイアス電流に変換するバイアス電流回路と、バイアス電流が供給される外付けの抵抗と、バイアス電流が供給されることにより外付けの抵抗に生じる電圧を制御電流に変換して出力する制御電流回路と、制御電流が供給されることにより可変の制御電圧を生じさせる外付けの可変抵抗と、基準電圧に基づいて制御電圧をデジタル信号に変換するADコンバータと、デジタル信号から可変抵抗の調整比率に対応するデューティ比を有するデューティ比信号を作成する出力信号作成回路と、定電流を出力する定電流源と、定電流源に接続され、デューティ比信号によりオン・オフすることにより、電圧エラーアンプまたは電流エラーアンプの可変の基準電圧源に可変抵抗の調整比率に対応する信号を設定する設定信号を出力するスイッチと、を有している。
上記構成の調光装置および電力変換装置は、外付けの抵抗によって生成される電圧降下を制御電流に変換する制御電流回路を備えていることで、可変抵抗に供給する制御電流の値を外付けの抵抗の抵抗値を変えることで任意に変更することができる。また、電源電圧が所定の値以上で一定値、電源電圧が所定の値を下回ると電源電圧に比例した値の基準電圧を出力する基準電圧回路を備えたことで、出力電流の電源電圧依存性を抑制することができるという利点がある。
本発明の実施の形態に係る電力変換装置の構成例を示す回路図である。 電力変換装置のフィードバック回路および調光装置の構成例を示す回路図である。 調光装置の基準電圧回路の構成例を示す回路図である。 調光装置のバイアス電流回路の構成例を示す回路図である。 調光装置のADコンバータを示す図である。 調光装置の出力信号作成回路の構成例を示す回路図である。 調光装置の特性を示す図であって、(A)は電源電圧に対する制御電圧の変化を示す図、(B)は電源電圧に対する基準電圧の変化を示す図、(C)は電源電圧に対するデューティ比の変化を示す図である。 LED照明器具を制御する従来の電力変換装置の構成例を示す回路図である。 調光装置の特性を示す図であって、(A)は電源電圧に対する制御電圧の変化を示す図、(B)は電源電圧に対する基準電圧の変化を示す図、(C)は電源電圧に対するデューティ比の変化を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について、本発明をLED照明器具のための電力変換装置に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、端子名とその端子における電圧、信号などは、同じ符号を用いることがある。
図1は本発明の実施の形態に係る電力変換装置の構成例を示す回路図、図2は電力変換装置のフィードバック回路および調光装置の構成例を示す回路図である。図3は調光装置の基準電圧回路の構成例を示す回路図、図4は調光装置のバイアス電流回路の構成例を示す回路図、図5は調光装置のADコンバータを示す図、図6は調光装置の出力信号作成回路の構成例を示す回路図である。図7は調光装置の特性を示す図であって、(A)は電源電圧に対する制御電圧の変化を示す図、(B)は電源電圧に対する基準電圧の変化を示す図、(C)は電源電圧に対するデューティ比の変化を示す図である。
電力変換装置は、図1に示したように、商用の交流電源に接続される交流入力端子11を有し、この交流入力端子11には、ノイズフィルタを構成するチョークコイル12、Xコンデンサ13およびチョークコイル14が接続されている。チョークコイル14には、ノイズフィルタを通った交流電圧を全波整流するダイオードブリッジ15が接続されている。
ダイオードブリッジ15には、力率改善回路16が接続されている。力率改善回路16は、スイッチング動作において、誘導負荷または容量負荷が接続されることにより電圧位相に対して電流位相がずれてくる場合に低下してしまう力率を改善するものである。この力率改善回路16は、ダイオードブリッジ15から出力される整流電圧を昇圧整流することで、高圧で一定の直流電圧を出力する。
力率改善回路16の出力には、スイッチング動作を行う回路に安定したエネルギを供給するとともにスイッチング動作によるスイッチングノイズを低減するコンデンサ17が接続されている。コンデンサ17には、トランス18の一次巻線18aとスイッチング素子19と電流検出抵抗20との直列回路が並列に接続されている。スイッチング素子19は、ここでは、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor、以下、MOSトランジスタという)を用いている。
トランス18の二次巻線18bには、ダイオード21およびコンデンサ22からなる整流平滑回路が接続され、コンデンサ22の両端の端子は、フィードバック回路23を介して直流出力端子24に接続されている。この直流出力端子24には、LED照明器具とする負荷25が接続される。
トランス18は、また、その二次側に補助巻線18cを有し、この補助巻線18cには、ダイオード26、抵抗27およびコンデンサ28からなる整流平滑回路が接続されている。コンデンサ28の両端の端子は、調光装置29に接続され、調光装置29の入力には、コンデンサ30が接続されている。コンデンサ30の一方の端子は、ダイオード31のアノードに接続され、ダイオード31のカソードとコンデンサ30の他方の端子は、外部制御信号Cont−sigを受ける調光入力端子Dimに接続されている。外部制御信号Cont−sigは、DC電圧または可変抵抗である。調光装置29には、また、調光入力端子Dimに流す定電流の電流値を設定することができる定電流値設定抵抗32の一方の端子に接続され、定電流値設定抵抗32の他方の端子は、グランドに接続されている。調光装置29の出力は、フィードバック回路23に接続されている。
スイッチング素子19のゲートは、電源制御IC(電源制御回路)33の出力に接続されている。電源制御IC33は、トランス18の一次側の補助巻線18dと、ダイオード34、抵抗35およびコンデンサ36による整流平滑回路とによる電源回路によって給電される。
電源制御IC33は、スイッチング素子19のソースと電流検出抵抗20との接続点に接続され、内蔵する過電流保護機能が電流検出抵抗20の両端に現れる電圧をモニタする。過電流保護機能は、スイッチング素子19に所定値以上の過電流が流れたことに相当する電圧を検出したとき、スイッチング素子19によるスイッチング動作を停止してスイッチング素子19を過電流による破壊から保護する。
電源制御IC33は、また、フォトカプラによってフィードバック回路23と接続されている。すなわち、フィードバック回路23には、発光ダイオード37aが設けられ、電源制御IC33には、フォトトランジスタ37bが設けられている。発光ダイオード37aとフォトトランジスタ37bはフォトカプラを構成している。これにより、フィードバック回路23は、負荷25に供給する出力電圧および出力電流を検出して電源制御IC33にフィードバックすることができる。電源制御IC33は、フィードバック回路からフィードバックされた信号に基づいて、出力電圧または出力電流が外部制御信号Cont−sigによって指示された値になるようスイッチング素子19をスイッチング制御する。
次に、図2ないし図6を参照して電力変換装置のフィードバック回路23および調光装置29の具体的な構成例について説明する。
フィードバック回路23は、オペアンプ41,42を有している。オペアンプ41の反転入力端子は、抵抗43,44による分圧回路の出力端子に接続されている。抵抗43の一方の端子は、直流出力端子24の正極端子に接続されたライン24aに接続され、抵抗43の他方の端子は、オペアンプ41の反転入力端子および抵抗44の一方の端子に接続されている。抵抗44の他方の端子は、直流出力端子24の負極端子に接続されたライン24bに接続されている。これにより、オペアンプ41の反転入力端子には、出力電圧Voに比例した電圧が印加されている。
一方、オペアンプ41の非反転入力端子は、抵抗46,47による固定の基準電圧源に接続されている。抵抗46の一方の端子は、電圧Vref1のラインに接続され、抵抗46の他方の端子は、オペアンプ41の非反転入力端子および抵抗47の一方の端子に接続され、抵抗47の他方の端子は、ライン24bに接続されている。
オペアンプ41の出力端子は、ダイオード49のカソードに接続されている。ここで、オペアンプ41、抵抗43,44,46,47およびダイオード49は、所望の出力電圧と実際の出力電圧Voとの誤差を検出する電圧エラーアンプを構成している。
オペアンプ42の非反転入力端子は、フォトカプラ45のフォトトランジスタ45b、抵抗50,51,55、電流検出抵抗52およびコンデンサ56による可変の基準電圧源が接続されている。フォトカプラ45のフォトトランジスタ45bのコレクタは、電圧Vref2のラインに接続され、フォトトランジスタ45bのエミッタは、抵抗55の一方の端子に接続されている。抵抗55の他方の端子は、この抵抗55とローパスフィルタを構成するコンデンサ56の一方の端子に接続され、コンデンサ56の他方の端子は、整流平滑回路のコンデンサ22の負極端子に接続されたライン24cに接続されている。抵抗55とコンデンサ56との接続点は、抵抗50の一方の端子に接続され、抵抗50の他方の端子は、オペアンプ42の非反転入力端子および抵抗51の一方の端子に接続されている。抵抗51の他方の端子は、ライン24cに接続されている。抵抗51の他方の端子は、また、電流検出抵抗52の一方の端子に接続され、電流検出抵抗52の他方の端子は、オペアンプ42の反転入力端子およびライン24bに接続されている。
オペアンプ42の出力端子は、ダイオード53のカソードに接続されている。ここで、オペアンプ42、フォトカプラ45のフォトトランジスタ45b、抵抗50,51,55、電流検出抵抗52、コンデンサ56およびダイオード53は、所望の出力電流と実際の出力電流Ioとの誤差を検出する電流エラーアンプを構成している。
電圧エラーアンプのダイオード49のアノードおよび電流エラーアンプのダイオード53のアノードは、電源制御IC33にエラー信号をフィードバックするフォトカプラの発光ダイオード37aのカソードに接続されている。発光ダイオード37aのアノードは、抵抗54の一方の端子に接続され、抵抗54の他方の端子は、直流出力端子24の正極端子のライン24aに接続されている。
このフィードバック回路23によれば、オペアンプ41は、出力電圧Voを分圧した電圧と基準電圧源の電圧Vref1を分圧した電圧とを比較し、比較電圧の誤差を表す信号を出力する。ここで、出力電圧Voを分圧した電圧が基準電圧源の電圧Vref1を分圧した電圧より低いとき、オペアンプ41は、プラスの誤差信号を出力する。このとき、発光ダイオード37aのカソードの電位が上がるため、発光ダイオード37aに流れる電流が低下し、その電流情報が電源制御IC33にフィードバックされる。この場合、電源制御IC33は、出力電圧Voが高くなる方向にスイッチング素子19をスイッチング制御する。
逆に、出力電圧Voを分圧した電圧が基準電圧源の電圧Vref1を分圧した電圧より高いとき、オペアンプ41は、マイナスの誤差信号を出力する。このとき、発光ダイオード37aのカソードの電位が下がるため、発光ダイオード37aに流れる電流が増加し、その電流情報が電源制御IC33にフィードバックされる。この場合、電源制御IC33は、出力電圧Voが低くなる方向にスイッチング素子19をスイッチング制御する。
電流エラーアンプの動作については、整流平滑回路のコンデンサ22の負極端子に接続されたライン24cの電位を基準として考えると分かり易い。オペアンプ42は、出力電流Ioによる電流検出抵抗52の電圧降下と可変の基準電圧源の電圧とを比較し、比較電圧の誤差を表す信号を出力する。このとき、可変の基準電圧源の電圧は、調光装置29から出力される出力信号PWM−sigに応じた値を有する設定信号に設定されている。フォトカプラ45の発光ダイオード45aが受けた出力信号PWM−sigは、PWM信号であり、フォトトランジスタ45bがこのPWM信号に従ってオン・オフするので、フォトトランジスタ45bが抵抗55に供給する電圧もPWMの波形となる。このPWM波形は、抵抗55およびコンデンサ56によるローパスフィルタによって平均化され、その平均化された電圧が抵抗50,51による分圧回路にて分圧され、オペアンプ42の非反転入力端子に、設定された基準電圧源の電圧として入力される。出力電流Ioによる電流検出抵抗52の電圧降下は、オペアンプ42の反転入力端子に入力され、基準電圧源の電圧と比較される。
電流検出抵抗52の電圧降下が可変の基準電圧源の電圧より低いとき、オペアンプ42は、プラスの誤差信号を出力する。このとき、発光ダイオード37aのカソードの電位が上がるため、発光ダイオード37aに流れる電流が低下し、その電流情報が電源制御IC33にフィードバックされる。この場合、電源制御IC33は、出力電流Ioが増える方向にスイッチング素子19をスイッチング制御する。
逆に、電流検出抵抗52の電圧降下が可変の基準電圧源の電圧より高いとき、オペアンプ42は、マイナスの誤差信号を出力する。このとき、発光ダイオード37aのカソードの電位が下がるため、発光ダイオード37aに流れる電流が増加し、その電流情報が電源制御IC33にフィードバックされる。この場合、電源制御IC33は、出力電流Ioが減る方向にスイッチング素子19をスイッチング制御する。
ここで、可変の基準電圧源の電圧は、調光装置29によって設定された値であるので、結局、出力電流Ioは、調光装置29によって設定された値になるように調整されることになる。
なお、オペアンプ41の出力にあるダイオード49およびオペアンプ42の出力にあるダイオード53は、ワイヤードオア接続されている。また、オペアンプ41による電圧エラーアンプは、定常状態の出力が電流エラーアンプの出力より高くなるよう構成されている。このため、通常状態では、電流エラーアンプを構成するオペアンプ42の出力が優先して、発光ダイオード37aに流れる電流の値を変化させることになる。
調光装置29は、基準電圧回路61と、バイアス電流回路62と、制御電流回路63と、ADコンバータ64と、出力信号作成回路65と、定電流源66,67と、スイッチ68とを備えている。
調光装置29の入力は、ダイオード31のアノードに接続され、ダイオード31のカソードは、調光入力端子Dimに接続される。ダイオード31は、調光入力端子Dimから調光装置29に予期せぬ電流が流れ込むのを防止するためのものである。これは、外部制御信号Cont−sigが調光装置29の電源とは別電源の装置で生成されることがあり、その場合、調光装置29の電源電圧VCCより高くなることがあるためである。また、調光装置29の入力に接続されたコンデンサ30は、外来ノイズをカットするためのものである。
基準電圧回路61は、図3に示したように、ツェナーダイオード71と、オペアンプ72と、抵抗73,74,75とを有している。ツェナーダイオード71のカソードは、抵抗73の一方の端子に接続され、抵抗73の他方の端子は、調光装置29の電源電圧VCCのラインに接続され、ツェナーダイオード71のアノードは、グランドに接続されている。抵抗73とツェナーダイオード71との接続点は、オペアンプ72の非反転入力端子に接続され、オペアンプ72の反転入力端子は、オペアンプ72の出力端子に接続されている。オペアンプ72の出力端子は、抵抗74の一方の端子に接続され、抵抗74の他方の端子は、抵抗75の一方の端子およびこの基準電圧回路61の出力端子Vrefに接続され、抵抗75の他方の端子は、グランドに接続されている。なお、この実施の形態では、ツェナーダイオード71を1個で示したが、必要に応じて複数のツェナーダイオードを直列に接続した構成にすることができる。また、オペアンプ72の出力端子に接続された抵抗74,75による分圧回路は、出力したい基準電圧Vrefがツェナーダイオード71のツェナー電圧に等しい場合は、必要ない。
このように、基準電圧回路61は、調光装置29の電源電圧VCCがツェナーダイオード71のツェナー電圧より高いと、調光装置29の電源電圧VCCからツェナーダイオード71を用いて一定の電圧(すなわちツェナーダイオード71のツェナー電圧)を生成し、その一定の電圧をオペアンプ72によるボルテージフォロア回路でツェナーダイオード71の回路から分離する。ボルテージフォロア回路が出力する一定の電圧は、抵抗74,75による分圧回路にて分圧され、所望の値の基準電圧Vrefにされる。この基準電圧Vrefは、バイアス電流回路62およびADコンバータ64に基準電圧として供給される。
この基準電圧回路61は、また、調光装置29の電源電圧VCCがツェナーダイオード71のツェナー電圧を下回った場合には、その電源電圧VCCに比例した可変の電圧を基準電圧Vrefとして出力する。一例として、抵抗74,75による分圧回路がなく、ツェナーダイオード71のツェナー電圧が10.5Vのとき、この基準電圧回路61は、調光装置29の電源電圧VCCが10.5ボルト(V)以上のとき、10.5Vの基準電圧Vrefを出力し、電源電圧VCCが10.5Vを下回ったとき、電源電圧VCCに比例した基準電圧Vrefを出力する。
バイアス電流回路62は、図4に示したように、オペアンプ76と、MOSトランジスタ77と、抵抗78と、MOSトランジスタ79,80とを備えている。
オペアンプ76において、その非反転入力端子に基準電圧回路61から出力される基準電圧Vrefが印加され、出力端子は、MOSトランジスタ77のゲートに接続されている。MOSトランジスタ77のソースは、オペアンプ76の反転入力端子および抵抗78の一方の端子に接続され、抵抗78の他方の端子は、グランドに接続されている。このオペアンプ76、MOSトランジスタ77および抵抗78は、基準電圧Vrefを電流に変換するトランスコンダクタンスアンプを構成している。
MOSトランジスタ77のドレインは、MOSトランジスタ79のドレインおよびゲートに接続され、MOSトランジスタ79のソースは、調光装置29の電源電圧VCCのラインに接続されている。MOSトランジスタ79のドレインおよびゲートは、また、MOSトランジスタ80のゲートに接続され、MOSトランジスタ80のソースは、調光装置29の電源電圧VCCのラインに接続されている。これにより、このMOSトランジスタ79,80は、カレントミラー回路を構成している。そして、MOSトランジスタ80のドレインは、このバイアス電流回路62の出力端子を構成している。
ここで、このバイアス電流回路62は、トランスコンダクタンスアンプで基準電圧Vrefを電流に変換し、変換した電流をカレントミラー回路で比例倍したバイアス電流Irsを出力する。
すなわち、オペアンプ76の非反転入力端子および反転入力端子が仮想短絡状態にあるので、オペアンプ76の非反転入力端子に基準電圧Vrefが印加されていると、オペアンプ76の反転入力端子の電位も基準電圧Vrefとなる。これにより、抵抗78の一方の端子に基準電圧Vrefが印加されていることになるので、MOSトランジスタ77および抵抗78には、抵抗78の抵抗値と基準電圧Vrefとによって決まる一定の電流が流れることになる。この一定の電流は、カレントミラー回路によって比例倍され、その比例倍されたバイアス電流Irsがバイアス電流回路62の出力端子から出力される。このバイアス電流回路62の出力端子は、調光装置29の制御電流回路63および抵抗接続端子Rsに接続されている。
抵抗接続端子Rsには、図2に示したように、定電流値設定抵抗32が接続されている。この定電流値設定抵抗32にバイアス電流Irsを流すことによって定電流値設定抵抗32の両端に電圧Vrsが生起され、この電圧Vrsが制御電流回路63に入力される。なお、この定電流値設定抵抗32は、調光入力端子Dimに可変抵抗が接続されたときに、その可変抵抗に流す制御電流Icontを可変抵抗の抵抗値に応じて可変できるようにするためのものである。
制御電流回路63は、図4に示したバイアス電流回路62の構成と同じ構成を有している。すなわち、制御電流回路63は、トランスコンダクタンスアンプを構成するオペアンプ81、MOSトランジスタ82および抵抗83と、カレントミラー回路を構成するMOSトランジスタ84,85とを備えている。
オペアンプ81の非反転入力端子には、定電流値設定抵抗32によって生成された電圧Vrsが印加され、出力端子は、MOSトランジスタ82のゲートに接続されている。MOSトランジスタ82のソースは、オペアンプ81の反転入力端子および抵抗83の一方の端子に接続され、抵抗83の他方の端子は、グランドに接続されている。
MOSトランジスタ82のドレインは、MOSトランジスタ84のドレインおよびゲートに接続され、MOSトランジスタ84のソースは、調光装置29の電源電圧VCCのラインに接続されている。MOSトランジスタ84のドレインおよびゲートは、また、MOSトランジスタ85のゲートに接続され、MOSトランジスタ85のソースは、調光装置29の電源電圧VCCのラインに接続されている。MOSトランジスタ85のドレインは、調光装置29の制御端子Contに接続されている。
これにより、この制御電流回路63は、トランスコンダクタンスアンプで電圧Vrsを電流に変換し、変換した電流をカレントミラー回路で比例倍した出力電流Icont1を出力する。
この制御電流回路63が出力する出力電流Icont1は、定電流源66が出力する出力電流Icont0と加算され、制御電流Icontとなって、調光装置29の制御端子Contに供給される。なお、定電流源66の出力電流Icont0は、調光入力端子Dimに可変抵抗が接続された場合に、定電流値設定抵抗32の抵抗値がゼロ(抵抗接続端子Rsをグランドに接続)で出力電流Icont1がゼロとなった場合でも、制御端子Contから電流を出力して制御電圧Vcontを生成するためのものである。
ADコンバータ64は、図5に示したように、DC電圧の印加または可変抵抗の電圧降下によるアナログの外部制御信号Cont−sigにより生成される電圧Vcontと基準電圧Vrefとを入力し、基準電圧Vrefに対する電圧Vcont(またはその分圧)の比率をデジタル信号に変換する。このADコンバータ64の分解能は、(m+1)ビットにしてあり、したがって、ADコンバータ64は、電圧Vcontを(m+1)ビットで表したデジタル信号AD−data−0〜AD−data−mを出力する。
出力信号作成回路65は、図6に示したように、(m+1)ビットのカウンタ91と、データ一致回路92と、RSフリップフロップ93とを有している。この出力信号作成回路65は、ADコンバータ64が検出したDC電圧または可変抵抗の調整比率(可変抵抗の最大抵抗値に対する、実際に適用された可変抵抗の抵抗値の比率)と同じデューティ比を有する出力信号PWM−sigを作成する。ただし、この出力信号PWM−sigの周波数(第1の周波数)は、フィードバック回路23において、抵抗55およびコンデンサ56で構成されるローパスフィルタに応じた周波数(図示の例では、1kHz)にしている。
カウンタ91は、(m+1)個のDフリップフロップを有し、それぞれのDフリップフロップのデータ入力端子には、自身のXQ出力が接続されている。また、2段目以降のそれぞれのDフリップフロップのクロック端子(負論理)には、前段のDフリップフロップのQ出力が接続されている。このカウンタ91においては、2^(m+1)kHzの周波数(第2の周波数)のクロック信号が入力され、1kHzのリセット信号が入力されている。
データ一致回路92は、ADコンバータ64によって出力されたデジタル信号AD−data−0〜AD−data−mとカウンタ91のそれぞれのDフリップフロップの出力信号とを比較し、全ビットの両者が同じであるときだけHレベルの一致信号を出力する。このデータ一致回路92は、ここでは、各ビットの比較に排他的ノア回路XNOR0〜XNORmを用い、すべての排他的ノア回路XNOR0〜XNORmの出力がHレベルになっているか(すべての排他的ノア回路XNOR0〜XNORmの入力が一致しているか)どうかの判断にアンド回路ANDを用いている。
RSフリップフロップ93は、そのセット入力にカウンタ91のリセット信号である1kHzのパルス信号が入力され、リセット入力には、データ一致回路92の出力信号が入力される。したがって、RSフリップフロップ93は、1kHzのパルス信号が入力されるたびにHレベルの信号を出力し、そのHレベルは、カウンタ91のカウント値が読み込まれたデューティ比のデータに一致するまで継続する。これにより、出力信号作成回路65は、外部制御信号Cont−sigが指示する可変抵抗の調整比率に相当するデューティ比の信号を出力する。たとえば、可変抵抗が100%の調光を設定したとき、出力信号作成回路65は、デューティ比が100%のパルス信号を出力し、可変抵抗が80%の調光を設定したとき、出力信号作成回路65は、デューティ比が80%のパルス信号を出力する。
図2に戻って、調光装置29は、さらに、定電流Ioutを出力する定電流源67を有している。この定電流源67の出力は、スイッチ68を介してフィードバック回路23のフォトカプラ45に接続されている。スイッチ68は、出力信号作成回路65が出力する信号によってオン・オフ制御される。このため、調光装置29は、定電流Ioutをスイッチ68によってパルス幅変調した出力信号PWM−sig、すなわち、可変抵抗の調整比率を表す電流信号を出力する。フィードバック回路23においては、この電流信号により電流エラーアンプが出力電流Ioに相当する電圧と比較する可変の基準電圧源の基準電圧が調整され、出力電流Ioの目標出力電流値が可変抵抗の調整比率に相当する値に設定される。
次に、以上の構成の調光装置29の動作について説明する。なお、外部制御信号Cont−sigとして調光入力端子Dimに可変のDC電圧を印加する場合については、何ら問題はないので、ここでは、可変抵抗を接続して調光を行う場合について説明する。
まず、調光入力端子Dimに接続される可変抵抗がその最大抵抗値によって負荷25のLED照明器具の調光範囲が変化してしまうことに対しては、制御電流Icontを可変抵抗の抵抗値に応じて調整可能にしている。これは、調光装置29に定電流値設定抵抗32を外付けし、その定電流値設定抵抗32の抵抗値を可変抵抗の最大抵抗値に応じて任意に調整できるようにすることで達成している。この構成により、最大抵抗値が大きい場合は制御電流Icontの値を小さくし、最大抵抗値が小さい場合は制御電流Icontの値を大きくすることにより、どのような可変抵抗の最大抵抗値によっても、発生する電圧Vcontの最大値がADコンバータ64の許容最大入力電圧近くにすることができる。
すなわち、調光装置29の電源電圧VCCが基準電圧回路61のツェナーダイオード71のツェナー電圧より高いとき、バイアス電流回路62が一定のバイアス電流Irsを出力する。このため、定電流値設定抵抗32の抵抗値を変更すると、電圧Vrsの値が変更されることで制御電流回路63が出力する出力電流Icont1が変更され、図7(A)に示したように、制御電流Icontおよび制御電圧Vcontがある範囲で変更される。この結果、可変抵抗の値が小さくて可変抵抗の値を最大にしてもLED照明器具の明るさを100%にできなかったり、可変抵抗の値が大きくて可変抵抗の値を最大にする前にLED照明器具の明るさが100%に達してしまったりすることがなくなる。
次に、調光装置29の電源電圧VCCが基準電圧回路61のツェナーダイオード71のツェナー電圧より低くなると、ツェナー電圧が10.5Vの場合の例である図7(B)に示したように、基準電圧回路61は、電源電圧VCCの低下に従って低下する基準電圧Vrefを出力する。基準電圧Vrefが低下すると、図7(A)に示したように、制御電流Icontおよび制御電圧Vcontも低下していく。このとき、ADコンバータ64には、それぞれ同じ比率で低下した基準電圧Vrefおよび制御電圧Vcontが入力されるので、電源電圧VCCの変化に関係なく、ADコンバータ64は、可変抵抗の可変値をそのまま反映したデジタル信号を出力する。基準電圧Vrefおよび制御電流Icont(制御電圧Vcont)のこのような関係は、電源電圧VCCが極端に低下するある値まで変化しないので、図7(C)に示したように、制御電流Icontの電源電圧依存性がなく、出力信号作成回路65が出力する信号のデューティ比を一定に保つ範囲が広い。
以上、本発明をその好適な実施の形態について説明したが、本発明は、この特定の実施の形態に限定されるものではない。たとえば、上述の電力変換装置は、LED照明器具の明るさを調整するものとして説明したが、白熱灯照明器具の明るさを調整する装置にも同じように適用することができる。この場合、白熱灯照明器具の明るさ調整は、電圧制御であるので、フィードバック回路23で行われる出力信号PWM−sigによる基準電圧の設定は、電圧エラーアンプの側で行われるよう、電流エラーアンプおよび電圧エラーアンプが構成される。
11 交流入力端子
12 チョークコイル
13 Xコンデンサ
14 チョークコイル
15 ダイオードブリッジ
16 力率改善回路
17 コンデンサ
18 トランス
18a 一次巻線
18b 二次巻線
18c,18d 補助巻線
19 スイッチング素子
20 電流検出抵抗
21 ダイオード
22 コンデンサ
23 フィードバック回路
24 直流出力端子
24a,24b,24c ライン
25 負荷
26 ダイオード
27 抵抗
28 コンデンサ
29 調光装置
30 コンデンサ
31 ダイオード
32 定電流値設定抵抗
33 電源制御IC
34 ダイオード
35 抵抗
36 コンデンサ
37a 発光ダイオード
37b フォトトランジスタ
41,42 オペアンプ
43,44 抵抗
45 フォトカプラ
45a 発光ダイオード
45b フォトトランジスタ
46,47 抵抗
49 ダイオード
50,51 抵抗
52 電流検出抵抗
53 ダイオード
54,55 抵抗
56 コンデンサ
61 基準電圧回路
62 バイアス電流回路
63 制御電流回路
64 ADコンバータ
65 出力信号作成回路
66,67 定電流源
68 スイッチ
71 ツェナーダイオード
72 オペアンプ
73,74,75 抵抗
76 オペアンプ
77 MOSトランジスタ
78 抵抗
79,80 MOSトランジスタ
81 オペアンプ
82 MOSトランジスタ
83 抵抗
84,85 MOSトランジスタ
91 カウンタ
92 データ一致回路
93 RSフリップフロップ
AND アンド回路
Cont 制御端子
Dim 調光入力端子
Rs 抵抗接続端子
Vref 出力端子
XNOR0〜XNORm 排他的ノア回路

Claims (6)

  1. 電源電圧が所定の値以上で一定値、前記電源電圧が前記所定の値を下回ると前記電源電圧に比例した値の基準電圧を出力する基準電圧回路と、
    前記基準電圧をバイアス電流に変換するバイアス電流回路と、
    前記バイアス電流を外付けの抵抗に供給することによって生成される電圧を制御電流に変換する制御電流回路と、
    前記基準電圧を受けて前記制御電流を外付けの可変抵抗に供給することによって生成される制御電圧をデジタル信号に変換するADコンバータと、
    前記デジタル信号から前記可変抵抗の調整比率に対応するデューティ比を有するデューティ比信号を作成する出力信号作成回路と、
    第1の定電流を出力する第1の定電流源と、
    前記第1の定電流源に接続され、前記デューティ比信号によりオン・オフするスイッチと、
    を備えた調光装置。
  2. 前記基準電圧回路は、一方の端子に前記電源電圧が印加される第1の抵抗と、カソードが前記第1の抵抗の他方の端子に接続され、アノードがグランドに接続され、ツェナー電圧が前記所定の値となるツェナーダイオードと、入力端子が前記第1の抵抗と前記ツェナーダイオードのカソードとの接続点に接続されたボルテージフォロア回路とを有する、請求項1記載の調光装置。
  3. 前記バイアス電流回路は、非反転入力端子に前記基準電圧が印加されるオペアンプと、ゲートに前記オペアンプの出力が接続された第1のトランジスタと、一方の端子に前記第1のトランジスタのソースおよび前記オペアンプの反転入力端子が接続され、他方の端子がグランドに接続された第2の抵抗と、ドレインおよびゲートが前記第1のトランジスタのドレインに接続され、ソースに前記電源電圧が印加される第2のトランジスタと、ゲートが前記第2のトランジスタのゲートに接続され、ソースに前記電源電圧が印加され、ドレインから前記バイアス電流が出力される第3のトランジスタとを有する、請求項1記載の調光装置。
  4. 前記出力信号作成回路は、前記デューティ比信号の第1の周波数より高い第2の周波数のクロック信号を受けてカウントし、前記第1の周波数の信号によりリセットされるカウンタと、前記カウンタのカウント値と前記デジタル信号の値とを比較し、前記カウンタのカウント値と前記デジタル信号の値とが一致したとき、一致信号を出力するデータ一致回路と、前記第1の周波数の信号を受けてセットされ、前記一致信号を受けてリセットされることにより前記デューティ比信号を出力するフリップフロップと、を有する、請求項1記載の調光装置。
  5. 第2の定電流を出力して前記制御電流に加える第2の定電流源をさらに備えた、請求項1記載の調光装置。
  6. トランスと、
    前記トランスの一次巻線と直列に接続され、両端には直流電圧が印加されるスイッチング素子と、
    前記スイッチング素子のスイッチングを制御する電源制御回路と、
    前記トランスの二次巻線に接続された整流平滑回路と、
    前記整流平滑回路から出力される電圧および電流を検出して前記電源制御回路にフィードバックする電圧エラーアンプおよび電流エラーアンプを有するフィードバック回路と、
    前記電圧エラーアンプまたは前記電流エラーアンプの可変の基準電圧源を設定する調光装置とを備え、
    前記調光装置は、
    前記トランスの補助巻線から作られた電源電圧が所定の値以上で一定値、前記電源電圧が前記所定の値を下回ると前記電源電圧に比例した値の基準電圧を出力する基準電圧回路と、
    前記基準電圧をバイアス電流に変換するバイアス電流回路と、
    前記バイアス電流が供給される外付けの抵抗と、
    前記バイアス電流が供給されることにより前記外付けの抵抗に生じる電圧を制御電流に変換して出力する制御電流回路と、
    前記制御電流が供給されることにより可変の制御電圧を生じさせる外付けの可変抵抗と、
    前記基準電圧に基づいて前記制御電圧をデジタル信号に変換するADコンバータと、
    前記デジタル信号から前記可変抵抗の調整比率に対応するデューティ比を有するデューティ比信号を作成する出力信号作成回路と、
    定電流を出力する定電流源と、
    前記定電流源に接続され、前記デューティ比信号によりオン・オフすることにより、前記電圧エラーアンプまたは前記電流エラーアンプの可変の基準電圧源に前記可変抵抗の調整比率に対応する信号を設定する設定信号を出力するスイッチと、
    を有する、電力変換装置。
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