TWI746929B

TWI746929B - 點燈裝置

Info

Publication number: TWI746929B
Application number: TW108103200A
Authority: TW
Inventors: 松井弘毅
Original assignee: 日商松下知識產權經營股份有限公司
Priority date: 2018-01-30
Filing date: 2019-01-29
Publication date: 2021-11-21
Also published as: TW201933023A; JP6928878B2; JP2019133780A

Abstract

本發明的課題在於提供一種點燈裝置，係可抑制供電能力的變動。本發明的解決手段為一種點燈裝置1，係具備：升壓斬波電路，係具有用以控制在電感器流動的電流的開關元件；控制電路；降壓電路，係將升壓斬波電路的輸出電壓降壓後供給於光源；以及電壓校正電路，係輸出校正信號，校正信號隨著交流輸入電壓的電壓變動而變化。控制電路根據控制信號對開關元件進行導通截止控制而控制升壓斬波電路的輸出電壓或輸出電力，該控制信號是使校正信號疊加於電流檢測信號而生成，電流檢測信號對應於在開關元件流動的電流。

Description

點燈裝置

本發明係關於使光源點燈的點燈裝置。

專利文獻1揭示有以下技術：在具有電源電路部(升壓斬波電路)的照明裝置中具備檢測部，該檢測部係檢測從電源電路部輸出的直流電壓的降低，藉此抑制過大的電力供給於負載。具體而言，在專利文獻1中，在電源電路部設置有開關元件，該開關元件係接受升壓斬波控制電路的控制而進行運作，藉由對該開關元件進行脈波寬度調變(PWM)控制，而從電源電路部輸出經升壓的直流電壓。

〔先前技術文獻〕

〔專利文獻〕

專利文獻1：日本特開2012-243458號公報

然而，在如專利文獻1之現有技術中，在電源電壓增加的情況下，與電源電壓成正比的電力供給於負載電路部，因此有過大的電力供給於負載電路部的問題。

於是，本發明的目的在於提供一種點燈裝置，即使在電源電壓發生變動的情況下也可抑制該點燈裝置的供電能力的變動。

為了解決上述問題，本發明的一實施方式的用於將光源點燈的點燈裝置是根據來自電源的供給電力而將光源點燈的點燈裝置，前述點燈裝置具備：升壓斬波電路，係具有電感器及用於控制在前述電感器流動的電流的開關元件；控制電路，係藉由對前述開關元件進行導通截止控制而控制前述升壓斬波電路的輸出電壓或輸出電力；降壓電路，係使前述升壓斬波電路的輸出電壓降壓並供給於前述光源；以及電壓校正電路，係輸出隨著前述電源的電壓變動而變化的校正信號，前述控制電路係根據控制信號對前述開關元件進行導通截止控制，前述控制信號是使前述校正信號疊加在電流檢測信號而生成，前述電流檢測信號係對應於在前述開關元件流動的電流。

根據本發明，可在電源電壓發生變動的情況下抑制電流供給能力發生變動。

1:點燈裝置

2:整流電路

21、22、51、52:輸入端子

23、24、53:輸出端子

3:升壓斬波電路

31:正極輸入端子

32:負極輸入端子

33:正極輸出端子

34:負極輸出端子

4:控制電路

41:比較器

5:電壓校正電路

54:平滑電容器

6:降壓電路

7:光源

C1:電容器

D1、D2、D3:二極管

E:電源

L1:電感器

N31、N32:中間節點

Nm:負極側節點

Np:正極側節點

R1:檢測電阻

R2、R3:分壓電阻

TR1:開關元件

圖1為表示點燈裝置的構造例的電路方框圖。

圖2為表示IS端子的輸入信號波形一例的圖。

圖3為表示IS端子的輸入信號波形一例的圖。

圖4為表示IS端子的輸入信號波形一例的圖。

圖5為表示電源電壓與點燈裝置的供給電力之間的關係的圖。

圖6為表示電源電壓與點燈裝置的供給電力之間的關係的圖。

圖7為表示電壓校正電路的分壓比與點燈裝置的供給電力之間的關係的圖。

以下根據圖示詳細說明本發明的各個實施方式。以下各個實施方式的說明僅為本質上的例子，並無意限制本發明、其應用對象或其用途。

-點燈裝置的結構-

圖1之結構圖係表示實施方式的點燈裝置1的結構。如圖1所示，點燈裝置1具備整流電路2、升壓斬波電路(step-up chopper circuit)3、控制電路4、電壓校正電路5、及降壓電路6。

整流電路2為將從電源E接收到的電源電壓Vin進行整流後將其輸出的電路，整流電路2例如為進行全波整流的二極管(省略圖示)電橋電路。具體而言，整流電路2具有成對的輸入端子21、22及成對的輸出端子23、24。另外，整流電路2用輸入端子21、22接收電源電壓Vin，並將其進行整流後從輸出端子23、24輸出。

升壓斬波電路3將從整流電路2的輸出端子23、24接收到的電壓升壓後輸出於降壓電路6。降壓電路6使升壓斬波電路3的輸出電壓下降後將其輸出於光源7，藉此使光源7點燈。控制電路4例如可由IC(Integrated Circuit)實現，其包括用於對升壓斬波電路3的開關元件TR1進行導通(ON)、截止(OFF)控制的比較器41。電壓校正電路5輸出校正信號Va，該校正信號Va隨著電源電壓Vin的電壓變動而變化。

本發明的技術特徵在於升壓斬波電路3、控制電路4及電壓校正電路5，以下進行具體說明。又，降壓電路6可採用現有結構的電路，因此在此省略其詳細說明。

升壓斬波電路3具有正極輸入端子31及負極輸入端子32、正極輸出端子33及負極輸出端子34。正極輸入端子31及負極輸入端子32電連接在整流電路2的輸出端子23、24。電連接是除了包括直接連接的情況之外還包括在兩者間連接有電阻、電晶體等無源元件(省略圖示)的情況的概念。在以下說明中，簡記為連接的情況也是指該電連接。

而且，電感器L1及二極管D1係串聯設置在正極側節點Np，該正極側節點Np係連接升壓斬波電路3的正極輸入端子31與正極輸出端子33之間。此外，開關元件TR1及檢測電阻R1串聯設置在中間節點N31與負極側節點Nm之間，其中，該中間節點N31位於電感器L1與二極管D1之間，該負極側節點Nm連接負極輸入端子32與負極輸出端子34之間，該檢測電阻R1用於輸出電流檢測信號Vis，該電流檢測信號Vis係對應在開關元件TR1流動的電流。開關元件TR1是例如場效電晶體(FET)等半導體開關元件。而且，在二極管D1的陰極與負極側節點Nm之間設置有電容器(condenser)C1。如此構成的升壓斬波電路3係藉由開關元件TR1的開關動作而在電容器C1的兩端間生成電壓，此電壓係高於輸入於兩個輸入端子31、32之間的電壓。

如上所述，控制電路4包括比較器41，該比較器41用於對升壓斬波電路3的開關元件TR1進行導通截止控制。

於比較器41的一輸入端子賦予規定的檢測閾值Vth。檢測閾值Vth是例如在控制電路4的內部預先設定的電壓(例如0.5V~0.7V左右)，其是在調節器(regulator)等(省略圖示)中生成。

於比較器41的另一輸入端子(以下稱為IS端子)賦予用於對開關元件TR1進行導通截止控制的控制信號。亦即，在控制信號為檢測閾值Vth以下時，比較器41對開關元件TR1進行導通控制，另一方面，在控制信號超過檢測閾值Vth時，比較器41對開關元件TR1進行截止控制。比較器41的IS端子經由分壓電阻R2而連接在開關元件TR1與檢測電阻R1之間的中間節點N32。根據該結構，信號(經電流-電壓變換的電壓信號)經由檢測電阻及分壓電阻施加在IS端子，該信號係因應在開關元件TR1流動的電流而變化。在以下說明中，將施加在IS端子的控制信號中因應在開關元件流動的電流而變化的信號成分稱為電流檢測信號，並記為Vis。此外，電流檢測信號Vis的電壓值也使用同樣的符號Vis。

而且，電壓校正電路5的輸出端子53連接在比較器41的IS端子。

電壓校正電路5具有輸出端子53及成對的輸入端子51、52。電壓校正電路5的輸入端子51、52與電源E連接。電壓校正電路5具備：分別與輸入端子51、52連接的二極管D2、D3；以及連接在二極管D2、D3的陰極與輸出端子53之間的分壓電阻R3。此外，二極管D2、D3的陰極與分壓電阻R3之間連接有平滑電容器54。根據該結構，電壓校正電路5將從電源E用輸入端子51、52接收到的電源電壓Vin進行整流，然後經由分壓電阻R3從輸出端子53輸出。

在以下說明中，將施加至IS端子的控制信號中從電壓校正電路5輸出的信號成分稱為校正信號，記為Va。此外，校正信號的電壓值也使用同樣的符號Va。

分壓電阻R2及檢測電阻R1串聯連接在電壓校正電路5的輸出端子53與升壓斬波電路的負極側節點Nm之間，因此，用下述式(1)表示校正信號(電壓值)Va。

Va=Vin×β=Vin×(R1+R2)/(R1+R2+R3)‧‧‧(1)

在此，β為在IS端子產生的分壓比，在後述圖5中為橫軸的值。又，如上述式(1)所示，可藉由改變檢測電阻R1及分壓電阻R2、R3的電阻值而調整分壓比β的值，較佳為以使後述供給電力的偏差為極小值的方式設定β。

綜上所述，在電流檢測信號Vis疊加了校正信號Va所得到的控制信號係施加於比較器41的IS端子。

在圖2~圖4中表示施加於IS端子的控制信號的變化一例。在各圖中，下部的波形是將上部波形的一部分放大者。

如圖2的上部所示，電流檢測信號Vis的波高值因應電源電壓Vin的週期T_E而變化。此外，如圖2的下部所示，若開關元件TR1被導通(ON)，則Vis會上升，若達到預先決定的規定ON寬度，則開關元件TR1會被設為截止(OFF)。這樣一來就變為Vis=0，因此，IS端子的控制信號下降至Va。該「規定的ON寬度」係根據必要供給電力而設定。亦即，在點燈裝置1中，若必要供給電力增大，則使開關元件TR1的ON寬度加長，並使電流檢測信號Vis的振幅增加。

圖3表示：升壓斬波電路3的供給電力比圖2的狀態增加，校正信號Va與電流檢測信號Vis的最大值之和達到了Vth的狀態。換言之係表示在升壓斬波的供給電力達到最大值附近時施加於IS端子的控制信號的變化一例。

如此，在控制信號超過檢測閾值Vth時，亦即，若滿足下述式(2)的關係，則開關元件受到截止控制，控制信號下降至Va。

Vth<Vis+Va‧‧‧(2)

然後，經過一段時間後開關元件TR1再次受到導通控制而使控制信號上升，若控制信號超過檢測閾值Vth，則開關元件TR1受到截止控制，反復進行上述動作。

藉由進行以上動作而從升壓斬波電路3將下述式(3)的供給電力Wpfc供給於降壓電路6。在下述式(3)中，Ipfc為升壓斬波電路3的輸出電流。此外，α為升壓斬波電路3的供給電流Ipfc與在檢測電阻R1流動的三角波的峰值電流值的比，在此將其視為常數。

Wpfc=Vin×Ipfc=Vin×(Vth-Vin×β)/R1×α=-αβ/R1×(Vin-Vth/2β)²+Vth²/R1×α/4β‧‧‧(3)

根據上述式(3)，Wpfc表現為二次函數關係，在Vin=Vth/2β時，該二次函數具有極大點，此時的極大值為Vth²/R1×α/4β。圖3的實線表示在電源電壓變化時供給電力的變化。

如上述的式(1)所示，可藉由改變檢測電阻R1及分壓電阻R2、R3的電阻值而調整分壓比β的值。因此，如圖3所示，藉由使供給電力Wpfc的極大值落入規定的額定電壓的範圍內(例如100V±10V)，藉此，與現有技術相比，可減小供給電力的偏差。

又，圖4表示升壓斬波電路3的供給電力從圖3的狀態起進一步增加的例子。圖4中點燈裝置1的運作基本上與圖3的情況相同，故省略詳細說明。相較於圖3的狀態，在圖4中滿足式(2)「Vth<Vis+Va」的範圍有所增加。

-比較例-

圖5中，用虛線表示在沒有設置電壓校正電路5的情況下使電源電壓Vin變化時的供給電力的變化。如圖5所示，在沒有設置電壓校正電路5的情況下，施加於控制電路4的比較器41的IS端子的控制信號會與電源電壓Vin成比例地增大。亦即，從升壓斬波電路3向降壓電路6供給的供給電力會與電源電壓Vin成比例地增大。這樣一來，上述供給電力的偏差會增大，但是本實施方式的結構中不會出現上述的情況。

又，如圖6的實施例2、3所示，假設在本實施方式中，即使式(3)所示供給電力Wpfc的極大值的位置自規定的額定電壓的範圍上下偏離一些，與現有技術相比，亦可減小供給電力Wpfc的偏差。在圖6中，實施例1與圖5的波形對應，實施例2表示分壓比β2大於實施例1的分壓比β1的例子，實施例3表示分壓比β3小於實施例1的分壓比β1的例子。

在上述實施方式中說明本發明的技術對於電源電壓Vin的變動而言的優越性。另一方面，本發明的技術的特徵在於：不僅可考慮電源電壓Vin的變動，還可考慮控制電路4(例如控制IC)的檢測閾值Vth的偏差。

具體而言，在本發明的技術中，為了抑制由電源電壓Vin的變動引起的供給電力Wpfc的偏差，將電壓校正電路5的輸出電壓疊加在比較器41的IS端子。此時，作為包括偏差的檢測閾值而考慮Vth=Vth±△Vth，藉此可將檢測閾值偏差的影響表示為如下：△Vth/Vis=△Vth(Vth-Va)=△Vth(Vth-Vin×β)‧‧‧(4)。

於是，在調整分壓比β的值的情況下，考慮上述式(4)，藉此可實現針對檢測閾值Vth之偏差的最佳化。在圖7中表示相對於分壓比β的供給電力Wpfc之偏差。如圖7所示，除了考慮由電源電壓Vin引起的偏差之外，還考慮檢測閾值Vth的偏差，藉此可對供給電力的偏差的極小值進行最佳化。在圖7的例子中，供給電力的偏差的極小值被減小至22%左右，與現有技術的偏差(參照圖7的分壓比β=0)相比，可大幅減小供給電力Wpfc的偏差。

(其它實施方式)

如上所述，作為本申請所揭示技術的例子而說明實施方式。然而本發明的技術並不限於此，可應用於適當進行變更、取代、添加、省略等的實施方式。此外，可將在上述實施方式說明的各構成要素組合而構成新的實施方式。

上述實施方式可為如下構成。

例如，在上述實施方式中說明電壓校正電路5為將藉由電阻分壓而生成的校正信號Va疊加在電流檢測信號的例子，但是並不限於此。例如，雖未有圖示，然而也可以使用以下電壓校正電路：藉由微型電腦所進行之控制而使分壓比β因應電源電壓Vin而變化。然而，藉由如上述實施方式的構成，可做成更廉價且簡單的結構。而且，利用微型電腦所進行的程式控制會有程式缺陷等所造成的控制不良等疑慮，但是上述實施方式的結構並不存在這樣的情況。

此外，在上述實施方式中表示各電路的結構例，然而並不限於實施方式的結構，也可以取代為具有等同功能的其它電路。例如，也可以從電壓校正電路5省略平滑電容器54。在該情況下，例如可在分壓電阻R2、R3之間設置其它分壓電阻(省略圖示)，並在該分壓電阻與電壓校正電路5的分壓電阻R3之間連接一端接地的電容器(省略圖示)的另一端。

〔產業利用性〕

本發明的點燈裝置具有在電源電壓變動時可抑制電流供給能力的變動的效果，作為例如用於點燈LED等光源的點燈裝置非常有用。

1‧‧‧點燈裝置

2‧‧‧整流電路

21、22、51、52‧‧‧輸入端子

23、24、53‧‧‧輸出端子

3‧‧‧升壓斬波電路

31‧‧‧正極輸入端子

32‧‧‧負極輸入端子

33‧‧‧正極輸出端子

34‧‧‧負極輸出端子

4‧‧‧控制電路

41‧‧‧比較器

5‧‧‧電壓校正電路

54‧‧‧平滑電容器

6‧‧‧降壓電路

7‧‧‧光源

C1‧‧‧電容器

D1、D2、D3‧‧‧二極管

E‧‧‧電源

L1‧‧‧電感器

N31、N32‧‧‧中間節點

Nm‧‧‧負極側節點

Np‧‧‧正極側節點

R1‧‧‧檢測電阻

R2、R3‧‧‧分壓電阻

TR1‧‧‧開關元件

Claims

一種點燈裝置，係根據來自電源的供給電力將光源點燈，其特徵在於，係具備：升壓斬波電路，係具有電感器及用於控制在前述電感器流動的電流的開關元件；控制電路，係藉由對前述開關元件進行導通截止控制而控制前述升壓斬波電路的輸出電壓或輸出電力；降壓電路，係使前述升壓斬波電路的輸出電壓降壓並供給於前述光源；以及電壓校正電路，係輸出隨著前述電源的電壓變動而變化的校正信號，前述控制電路係根據控制信號對前述開關元件進行導通截止控制，前述控制信號是使前述校正信號疊加在電流檢測信號而生成，前述電流檢測信號係對應於在前述開關元件流動的電流。
如請求項1之點燈裝置，其中，前述電壓校正電路具備將前述電源電壓進行整流的整流部及用於將整流後的電源電壓進行分壓的分壓電阻。
如請求項2之點燈裝置，其中，前述控制電路具有比較器，在前述控制信號在規定的檢測閾值以下的情況下，前述比較器對前述開關元件進行導通控制，另一方面，在前述控制信號超過前述檢測閾值的情況下，前述比較器對前述開關元件進行截止控制，前述校正信號的大小為前述檢測閾值的20％以上且未滿80％。
如請求項3之點燈裝置，其中，前述校正信號的大小為前述檢測閾值的50％。
如請求項2之點燈裝置，其中，前述控制電路具有比較器，在前述控制信號在規定的檢測閾值以下的情況下，前述比較器對前述開關元件進行導通控制，另一方面，在前述控制信號超過前述檢測閾值的情況下，前述比較器對前述開關元件進行截止控制，前述升壓斬波電路的直流輸出電力因應用於生成前述校正信號的分壓電阻的分壓比而增減，且在規定的分壓比具有極大值，前述分壓比係以前述極大值落入規定的額定電壓的範圍内之方式設定。