JP2012089383A - Lighting device, and lighting fixture using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、LED等の半導体発光素子を用いた点灯装置、およびそれを用いた照明器具に関するものである。 The present invention relates to a lighting device using a semiconductor light emitting element such as an LED, and a lighting fixture using the same.
従来、LED(Light Emitting Diode)のような半導体発光素子を点灯させる点灯装置がある。この点灯装置には、絶縁型のトランスを用い、このトランスの1次側に流れる電流をスイッチング素子が導通・遮断することによって、トランスの2次側に接続した半導体発光素子に供給する電流を制御するものがある(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, there is a lighting device that lights a semiconductor light emitting element such as an LED (Light Emitting Diode). This lighting device uses an insulating transformer, and the current supplied to the primary side of the transformer is turned on and off to control the current supplied to the semiconductor light emitting element connected to the secondary side of the transformer. (For example, refer to Patent Document 1).
上記特許文献1のような点灯装置は、LEDに供給する電流を制御するために、トランスの2次側の出力電流を検出するための抵抗(電流検出抵抗)が必要であった。しかしながら、この電流検出抵抗における電力損失が大きいため、回路の変換効率が低下するという課題があった。また、電流検出抵抗の検出信号をトランスの1次側に設けた制御回路にフィードバックするために、絶縁型のフォトカプラが必要となり、装置のコストが高くなる要因となっていた。
The lighting device as described in
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、絶縁型のトランスを用いて半導体発光素子へ電流を供給するとともに、フィードバック制御における変換効率向上とコスト低減とを図ることができる点灯装置、およびそれを用いた照明器具を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described reasons, and an object of the present invention is to supply current to a semiconductor light emitting element using an insulating transformer and to improve conversion efficiency and reduce cost in feedback control. It is providing the lighting device which can be used, and a lighting fixture using the same.
本発明の点灯装置は、互いに磁気結合した1次巻線、2次巻線、3次巻線を有して、前記1次巻線の両端間に直流電源を接続し、前記2次巻線の両端間に半導体発光素子を接続したトランスと、前記1次巻線に供給される電流を導通・遮断するスイッチング素子と、前記3次巻線の出力に基づいて前記スイッチング素子のオン・オフ動作を制御し、前記2次巻線から前記半導体発光素子へ供給する電流を制御する制御部とを備えることを特徴とする。 The lighting device according to the present invention includes a primary winding, a secondary winding, and a tertiary winding that are magnetically coupled to each other, and a DC power source is connected between both ends of the primary winding. A transformer having a semiconductor light emitting element connected between both ends thereof, a switching element for conducting / cutting off a current supplied to the primary winding, and an on / off operation of the switching element based on the output of the tertiary winding And a control unit for controlling a current supplied from the secondary winding to the semiconductor light emitting element.
この発明において、前記3次巻線の出力に基づいて、前記半導体発光素子の短絡状態と無負荷状態との少なくとも一方を検知する検知回路を備え、前記制御部は、前記検知回路が前記半導体発光素子の短絡状態または無負荷状態を検出した場合、前記半導体発光素子へ供給する電流を低減させることが好ましい。 In the present invention, a detection circuit that detects at least one of a short circuit state and a no-load state of the semiconductor light emitting element based on the output of the tertiary winding is provided, and the control unit includes the detection circuit that detects the semiconductor light emission. When a short circuit state or no load state of the element is detected, it is preferable to reduce the current supplied to the semiconductor light emitting element.
この発明において、前記制御部は、前記3次巻線の出力を電源として用いることが好ましい。 In this invention, it is preferable that the control unit uses the output of the tertiary winding as a power source.
この発明において、前記制御部は、前記3次巻線の出力に基づいて、前記2次巻線に流れる電流を検出し、前記2次巻線に流れる電流が所定値以下になった場合、前記スイッチング素子をオンすることが好ましい。 In the present invention, the control unit detects a current flowing through the secondary winding based on an output of the tertiary winding, and when the current flowing through the secondary winding becomes a predetermined value or less, It is preferable to turn on the switching element.
この発明において、前記トランスと前記スイッチング素子とは、フライバックコンバータを構成することが好ましい。 In the present invention, the transformer and the switching element preferably constitute a flyback converter.
この発明において、前記2次巻線と前記3次巻線とは互いに同極に構成されることが好ましい。 In the present invention, the secondary winding and the tertiary winding are preferably configured to have the same polarity.
本発明の照明器具は、互いに磁気結合した1次巻線、2次巻線、3次巻線を有して、前記1次巻線の両端間に直流電源を接続し、前記2次巻線の両端間に半導体発光素子を接続したトランス、前記1次巻線に供給される電流を導通・遮断するスイッチング素子、前記3次巻線の出力に基づいて前記スイッチング素子のオン・オフ動作を制御し、前記2次巻線から前記半導体発光素子へ供給する電流を制御する制御部を備える点灯装置と、前記2次巻線の両端間に接続されて、前記点灯装置の前記2次巻線から電流を供給される半導体発光素子とを備えることを特徴とする。 The lighting apparatus of the present invention includes a primary winding, a secondary winding, and a tertiary winding that are magnetically coupled to each other, and a DC power source is connected between both ends of the primary winding, and the secondary winding A transformer in which a semiconductor light emitting element is connected between both ends thereof, a switching element that conducts and cuts off a current supplied to the primary winding, and an on / off operation of the switching element is controlled based on the output of the tertiary winding And a lighting device including a control unit that controls a current supplied from the secondary winding to the semiconductor light emitting element, and connected between both ends of the secondary winding, from the secondary winding of the lighting device. And a semiconductor light emitting element to which a current is supplied.
以上説明したように、本発明では、絶縁型のトランスを用いて半導体発光素子へ電流を供給するとともに、フィードバック制御における変換効率向上とコスト低減とを図ることができるという効果がある。 As described above, according to the present invention, there is an effect that current can be supplied to the semiconductor light emitting element using an insulating transformer, and conversion efficiency in feedback control can be improved and cost can be reduced.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1は、本実施形態の点灯装置1の構成を示し、点灯装置1は、フィルタ回路2と、整流平滑回路3と、コンバータ部4と、制御部5と、制御電源回路6とを備える。フィルタ回路2の入力端間は、コネクタCN1を介して商用電源200(例えば、100V、50/60Hz)に接続され、コネクタCN1との間にフューズF1が介挿されている。コンバータ部4の出力端間は、コネクタCN2を介してLEDユニット7が接続されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a configuration of a
フィルタ回路2は、入力端間にバリスタVR1およびコンデンサC1の並列回路が接続され、コモンモードチョークコイルLF1が入力端の各々に接続されている。さらに、コンデンサC2が、コモンモードチョークコイルLF1を介してコンデンサC1に並列接続している。フィルタ回路2は、上記構成を備えることによって、入力段におけるノイズ成分を低減させている。
In the
整流平滑回路3は、フィルタ回路2の出力が入力され、商用電源200の交流電圧を全波整流する整流器DB1と、整流器DB1の整流出力を平滑するコンデンサC3とで構成される。整流平滑回路3は、上記構成を備えることによって、商用電源200の交流電力を整流平滑し、本発明の直流電源として機能する。
The rectifying /
コンバータ部4は、絶縁型のトランスT1を備え、トランスT1は、1次巻線N1,2次巻線N2,3次巻線N3を具備し、1次巻線N1,2次巻線N2,3次巻線N3は互いに磁気結合している。そして、1次巻線N1とスイッチング素子Q1と抵抗R1との直列回路が、整流平滑回路3の出力端間に接続している。1次巻線N1の両端間には、コンデンサC4と回生用のダイオードD1と抵抗R3との直列回路が接続され、コンデンサC4には抵抗R2が並列接続しており、1次巻線N1の両端電圧を抑制するためのスナバ回路を構成している。さらに、2次巻線N2の両端間には、ダイオードD2とコンデンサC5との直列回路が接続されており、1次巻線N1の両端間に発生した電圧を整流平滑している。コンデンサC5の両端間は、コネクタCN2が接続されており、コネクタCN2を介してLEDユニット7に接続されている。すなわち、コンデンサC5の両端電圧が出力電圧Voとなり、LEDユニット7に印加される。
The
制御電源回路6は、並列接続されたツェナダイオードZD1とコンデンサC7とを備えており、ツェナダイオードZD1のツェナ電圧に設定された制御電圧Vccを生成している。そして、簡易な構成としては、コンデンサC3の正極とコンデンサC7の正極との間に図示しない高抵抗を介挿して、整流平滑回路3が出力する直流電圧を制御電源回路6の入力に用いる。
The control
LEDユニット7は、1乃至複数のLED素子71で構成されており、本実施形態では、複数のLED素子71を直列接続して構成される。なお、LEDユニット7は、複数のLED素子71を並列接続または直並列接続して構成してもよい。
The
上記構成を備えるコンバータ部4は、フライバックコンバータとして動作し、スイッチング素子Q1がオン・オフすることによって、整流平滑回路3から1次巻線N1に供給される1次電流I1を導通・遮断させる。コンバータ部4は、整流平滑回路3で構成される直流電源を入力とし、スイッチング素子Q1のオン時に、整流平滑回路3から1次巻線N1に1次電流I1が供給され、トランスT1に磁気エネルギーが蓄積される。この1次電流I1は、トランスT1が飽和しない限り、略直線的に増大する。
The
そして、スイッチング素子Q1がオン状態からオフ状態に切り替わると、トランスT1に蓄積されている磁気エネルギーによって、2次巻線N2に誘起電圧が発生する。而して、2次巻線N2からダイオードD2を介して2次電流I2が流れ、コンデンサC5間には、整流平滑回路3が出力する直流電圧を降圧した出力電圧Voが発生する。このとき、2次巻線N2の両端電圧は、出力電圧Voにクランプされるので、2次電流I2は略一定の傾きで減少する。なお、コンデンサC5は、スイッチング素子Q1のオン・オフによる脈動成分を平滑して、リプルの少ない電流をLEDユニット7へ供給可能な容量に設定されている。
When the switching element Q1 is switched from the on state to the off state, an induced voltage is generated in the secondary winding N2 by the magnetic energy accumulated in the transformer T1. Thus, the secondary current I2 flows from the secondary winding N2 via the diode D2, and an output voltage Vo obtained by stepping down the DC voltage output from the rectifying and
さらに、1次巻線N1とスイッチング素子Q1との直列回路には、抵抗R1が直列接続しており、この抵抗R1は、1次電流I1を検出するための1次電流検出抵抗であり、抵抗R1の両端電圧が、1次電流I1の検出信号となる。なお、抵抗R1は、電流検出用の低抵抗であるので、後述するスイッチング素子Q1の駆動には、影響を殆ど及ぼさない。 Further, a resistor R1 is connected in series to the series circuit of the primary winding N1 and the switching element Q1, and this resistor R1 is a primary current detection resistor for detecting the primary current I1, The voltage across R1 serves as a detection signal for the primary current I1. Since the resistor R1 is a low resistance for current detection, it hardly affects the driving of the switching element Q1 described later.
そして、制御回路5は、スイッチング素子Q1を高周波でオン・オフ駆動することによって、LEDユニット7へ供給するLED電流Ioを所望の値に制御する機能を有し、制御用集積回路K1と、トランスN1の3次巻線N3と、その周辺回路とで構成される。
The
制御用集積回路K1は、図2に示す内部構成を有しており、1番〜8番ピンP1〜P8の各々に周辺回路が接続される。なお本実施形態において、制御用集積回路K1は、STマイクロエレクトロニクス社製のL6562のICチップを用いている。このICチップは、本来、力率改善制御用の昇圧チョッパの動作を制御するための回路であり、昇圧チョッパ動作の制御に必要な乗算回路等を内部に含んでいる。また、入力電流の平均値を入力電圧の包絡線と相似形に制御するために入力電流のピーク値を制御する機能や、ゼロクロス制御機能をチップ内に具備しており、これらの機能をフライバックコンバータの制御に用いている。なお、制御用集積回路K1の具体構成は上記ICチップに限定されず、他のICチップ、ディスクリート回路を用いて、同様の機能を実現できればよい。 The control integrated circuit K1 has the internal configuration shown in FIG. 2, and a peripheral circuit is connected to each of the 1st to 8th pins P1 to P8. In the present embodiment, the control integrated circuit K1 uses an L6562 IC chip manufactured by STMicroelectronics. This IC chip is originally a circuit for controlling the operation of the step-up chopper for power factor correction control, and internally includes a multiplication circuit and the like necessary for controlling the step-up chopper operation. In addition, the chip has a function to control the peak value of the input current and a zero-cross control function in order to control the average value of the input current in a similar manner to the envelope of the input voltage. Used to control the converter. Note that the specific configuration of the control integrated circuit K1 is not limited to the above-described IC chip, and it is sufficient that a similar function can be realized by using another IC chip or a discrete circuit.
まず、トランスN1の3次巻線N3の一端は、ダイオードD3と抵抗R4、R5との直列回路を介して、整流平滑回路3の低圧出力経路に接続し、3次巻線N3の他端は、整流平滑回路3の低圧出力経路に直接接続している。3次巻線N3は、2次巻線N2と同極に構成されており、3次巻線N3の両端間には、2次巻線N2に流れる2次電流I2の傾きに応じた電圧が発生する。したがって、スイッチング素子Q1がオン状態からオフ状態に切り替わり、誘起電圧が発生した2次巻線N2から、略一定の傾きで減少する2次電流I2が流れている間、3次巻線N3の両端間に電圧が発生している。すなわち、3次巻線N3は、2次巻線N2に流れる2次電流I2を検出するための巻線であり、3次巻線N3に発生する電圧が、2次電流I2の検出信号となり、後述のフィードバック制御が行われる。
First, one end of the tertiary winding N3 of the transformer N1 is connected to the low-voltage output path of the rectifying /
そして、5番ピンP5には、3次巻線N3の一端が抵抗R11を介して接続しており、5番ピンP5は、2次電流I2のゼロクロスタイミングを検出するためのゼロクロス検出端子として機能する。 One end of the tertiary winding N3 is connected to the fifth pin P5 via the resistor R11, and the fifth pin P5 functions as a zero cross detection terminal for detecting the zero cross timing of the secondary current I2. To do.
また、出力電圧Vo(コンデンサC5の両端電圧)は、LED素子71の順方向電圧Vf、LEDユニット7を構成するLED素子71が直列接続されている個数(直列接続個数)Nとすると、N×Vfとなる。したがって、LED素子71の直列接続個数が多いほど、出力電圧Voは高くなり、3次巻線N3の両端電圧も高くなる。
Further, the output voltage Vo (the voltage across the capacitor C5) is N × when the forward voltage Vf of the
そこで、この3次巻線N3の両端電圧を、ダイオードD3を介して抵抗R4、R5で分圧し、抵抗R5の両端電圧を、出力電圧Voの検出信号としている。そして、抵抗R5による出力電圧Voの検出信号を、抵抗R6を介して3番ピンP3に接続し、後述のフィードバック制御が行われる。3番ピンP3と整流平滑回路3の低圧出力経路との間には、抵抗R7とコンデンサC6との並列回路が接続されている。さらに、3番ピンP3は、抵抗R10を介して制御電圧Vccにも接続している。
Therefore, the voltage across the tertiary winding N3 is divided by the resistors R4 and R5 via the diode D3, and the voltage across the resistor R5 is used as a detection signal for the output voltage Vo. Then, the detection signal of the output voltage Vo by the resistor R5 is connected to the third pin P3 via the resistor R6, and feedback control described later is performed. A parallel circuit of a resistor R7 and a capacitor C6 is connected between the third pin P3 and the low-voltage output path of the rectifying /
4番ピンP4には、抵抗R1による1次電流I1の検出信号が、抵抗R12を介して入力しており、後述のフィードバック制御が行われる。すなわち4番ピンP4は、チョッパ電流検出端子としての機能を有する。 A detection signal of the primary current I1 from the resistor R1 is input to the fourth pin P4 via the resistor R12, and feedback control described later is performed. That is, the fourth pin P4 has a function as a chopper current detection terminal.
また、制御電圧Vccは、抵抗R8,R9の直列回路によって分圧されており、抵抗R9の両端電圧が、1番ピンP1に入力される。 The control voltage Vcc is divided by a series circuit of resistors R8 and R9, and the voltage across the resistor R9 is input to the first pin P1.
7番ピンP7は、スイッチング素子Q1のゲートドライブ端子としての機能を有し、ダイオードD4および抵抗R13の直列回路と、抵抗R14との並列回路を介して、スイッチング素子Q1のゲートに接続している。ダイオードD4および抵抗R13の直列回路は、ゲート電荷を引き抜くときの放電経路であり、抵抗R14は、ゲート電荷を充電するときの充電経路となる。さらに、スイッチング素子Q1のゲートは、整流平滑回路3の低圧出力経路に抵抗R15を介して接続している。
The seventh pin P7 has a function as a gate drive terminal of the switching element Q1, and is connected to the gate of the switching element Q1 via a parallel circuit of a series circuit of a diode D4 and a resistor R13 and a resistor R14. . The series circuit of the diode D4 and the resistor R13 is a discharge path when extracting the gate charge, and the resistor R14 is a charging path when charging the gate charge. Furthermore, the gate of the switching element Q1 is connected to the low voltage output path of the rectifying /
6番ピンP6および8番ピンP8は、電源端子およびGND端子としての機能を各々有し、8番ピンP8は、制御電圧Vccに接続され、6番ピンP6は、整流平滑回路3の低圧出力経路(GND)に接続している。
The 6th pin P6 and the 8th pin P8 each have a function as a power supply terminal and a GND terminal, the 8th pin P8 is connected to the control voltage Vcc, and the 6th pin P6 is a low voltage output of the rectifying and smoothing
なお、2番ピンP2は、本実施形態において、どこにも接続されない。 Note that the second pin P2 is not connected anywhere in the present embodiment.
そして、制御用集積回路K1は、以下のように動作する。 The control integrated circuit K1 operates as follows.
まず、制御電圧Vccに接続した8番ピンP8は、制御電源106に接続されており、制御電源106は、起動時に制御電圧Vccが所定電圧を超えれば、基準電圧Vr1,Vr2を生成し、制御用集積回路K1内の各回路が動作可能となる。なお、基準電圧Vr1は、誤差増幅器107の非反転入力に接続し、基準電圧Vr2は、コンパレータ102の非反転入力端子に接続している。
First, the 8th pin P8 connected to the control voltage Vcc is connected to the
そして、起動時には、スタータ101が、OR素子103へスタートパルスを出力し、OR素子103は、Highレベルの信号(以降、Hレベル信号と称す)を出力する。OR素子103の出力は、RSフリップフロップ104のS端子(セット端子)に接続されており、OR素子103からHレベル信号をS端子に入力されたRSフリップフロップ104は、Hレベル信号をQ端子から駆動回路105へ出力する。
At startup, the
駆動回路105は、RSフリップフロップ104の出力に応じて、スイッチング素子Q1のゲートを駆動する駆動信号を出力する機能を有し、RSフリップフロップ104の出力がHレベル信号の場合、正電圧の駆動信号を7番ピンP7に出力する。7番ピンP7は、抵抗R14を介してスイッチング素子Q1のゲートに接続しており、正電圧の駆動信号は、抵抗R15,R14で分圧されて、スイッチング素子Q1のゲート−ソース間に印加される。正電圧の駆動信号をゲートに印加されたスイッチング素子Q1は、ドレイン−ソース間が導通するオン状態になり、整流平滑回路3から1次巻線N1に1次電流I1が供給される。
The
1次電流I1は、整流平滑回路3 → 1次巻線N1 → スイッチング素子Q1 → 抵抗R1 → 整流平滑回路3の経路で流れ、抵抗R1による1次電流I1の検出信号が、4番ピンP4に入力されている。
The primary current I1 flows along the path of the rectifying /
4番ピンP4は、抵抗R101とコンデンサC101との直列回路からなるフィルタ回路を介してコンパレータ109の非反転入力端子に接続されており、コンパレータ109の非反転入力端子には、1次電流I1の検出信号が入力される。例えば、抵抗R101は40kΩ、コンデンサC101は5pFに設定される。
The fourth pin P4 is connected to the non-inverting input terminal of the
さらに、誤差増幅器107は、1番ピンP1に入力されている制御電圧Vccの抵抗分圧値と、制御電源106が出力する基準電圧Vr1との差分を増幅して、乗算回路108へ出力する。乗算回路108は、誤差増幅器107の出力と、3番ピンP3に入力されている出力電圧Voの検出信号との乗算処理を行い、この乗算結果をコンパレータ109の反転入力端子へ出力する。この乗算結果は、後述のコンパレータ109がスイッチング素子Q1のターンオフタイミングを決定する際に用いる閾値となり、この閾値は、出力電圧Vo(LED素子71の直列接続個数N)に応じた値となる。したがって、スイッチング素子Q1のオン時間を、出力電圧Vo(LED素子71の直列接続個数N)に応じた時間にフィードバック制御でき、LED素子71の直列接続個数Nに関わらず、定電流制御が可能となる。
Further, the
コンパレータ109は、反転入力端子に入力されている乗算回路108の出力を閾値として、非反転入力端子に入力されている1次電流I1の検出信号と比較する。そして、コンパレータ109は、1次電流I1の検出信号が閾値を超えると、Hレベル信号を出力する。コンパレータ109の出力は、RSフリップフロップ104のR端子(リセット端子)に接続されており、コンパレータ109からHレベル信号をR端子に入力されたRSフリップフロップ104は、Lowレベルの信号(以降、Lレベル信号と称す)をQ端子から駆動回路105へ出力する。このRSフリップフロップ104が出力するLレベル信号は、スイッチング素子Q1をオフさせる信号であり、スイッチング素子Q1のオン時間(ターンオフタイミング)は、1次電流I1の検出信号を用いてフィードバック制御される。
The
駆動回路105は、RSフリップフロップ104の出力がLレベル信号の場合、負電圧(または電圧ゼロ)の駆動信号を7番ピンP7に出力する。7番ピンP7は、抵抗R13およびダイオードD4を介してスイッチング素子Q1のゲートに接続しており、負電圧の駆動信号によって、スイッチング素子Q1のゲート−ソース間の電荷が、抵抗R13およびダイオードD4を介して引き抜かれる。負電圧の駆動信号をゲートに印加されたスイッチング素子Q1は、ドレイン−ソース間が遮断したオフ状態になり、トランスT1に蓄積されている磁気エネルギーによって、2次巻線N2に誘起電圧が発生する。そして、略一定の傾きで減少する2次電流I2が流れて、コンデンサC5が充電される。
When the output of the RS flip-
2次電流I2が流れている間、3次巻線N3の両端間に電圧が発生しており、3次巻線N3に発生する電圧が、2次電流I2の検出信号として、5番ピンP5に入力される。そして、反転入力端子に5番ピンP5が接続され、非反転入力端子に基準電圧Vr2が接続されたコンパレータ102によって、2次電流I2のゼロクロスタイミングを検出する。コンパレータ102は、2次電流I2の検出信号が基準電圧Vr2以下になると、Hレベル信号をOR素子103へ出力し、OR素子103の出力もHレベル信号となる。
While the secondary current I2 is flowing, a voltage is generated across the tertiary winding N3, and the voltage generated in the tertiary winding N3 is the fifth pin P5 as a detection signal of the secondary current I2. Is input. The zero cross timing of the secondary current I2 is detected by the
OR素子103の出力は、RSフリップフロップ104のS端子(セット端子)に接続されており、OR素子103からHレベル信号をS端子に入力されたRSフリップフロップ104は、Hレベル信号をQ端子から駆動回路105へ出力する。このRSフリップフロップ104が出力するHレベル信号は、スイッチング素子Q1をオンさせる信号であり、スイッチング素子Q1のオフ時間(ターンオンタイミング)は、2次電流I2の検出信号を用いてフィードバック制御される。
The output of the
駆動回路105は、RSフリップフロップ104の出力がHレベルの場合、正電圧の駆動信号を7番ピンP7に出力する。7番ピンP7を介して正電圧の駆動信号をゲートに印加されたスイッチング素子Q1は、ドレイン−ソース間が導通するオン状態になり、整流平滑回路3から1次巻線N1に1次電流I1が供給される。
When the output of the RS flip-
以降、上記動作を繰り返して、スイッチング素子Q1がオン・オフ駆動され、コンデンサC5間には、整流平滑回路3が出力する直流電圧を降圧した出力電圧Voが発生し、LEDユニット7に供給されるLED電流Ioが定電流制御される。
Thereafter, the above operation is repeated to turn on / off the switching element Q1, and an output voltage Vo obtained by stepping down the DC voltage output from the rectifying and smoothing
また、LED素子71以外に、有機EL素子、半導体レーザ素子等の半導体発光素子を光源として用いてもよい。
In addition to the
本実施形態では上記のように、トランスT1の3次巻線N3を用いて、2次電流I2の検出信号をフィードバックし、トランスT1の1次側にあるスイッチング素子Q1をオン・オフ制御している。したがって、2次電流I2を検出するための抵抗が不要となって、回路の変換効率が向上する。また、2次電流I2の検出信号をフィードバックするために用いる絶縁型のフォトカプラが不要となり、装置の低コスト化を図ることができる。 In the present embodiment, as described above, the detection signal of the secondary current I2 is fed back using the tertiary winding N3 of the transformer T1, and the switching element Q1 on the primary side of the transformer T1 is controlled to be turned on / off. Yes. Therefore, a resistor for detecting the secondary current I2 becomes unnecessary, and the conversion efficiency of the circuit is improved. Further, an insulating photocoupler used for feeding back the detection signal of the secondary current I2 becomes unnecessary, and the cost of the apparatus can be reduced.
さらに、出力電圧Voの検出信号をフィードバックするための構成も同様に、トランスT1の3次巻線N3を用いており、回路の変換効率の向上、装置の低コスト化を図ることができる。 Further, the configuration for feeding back the detection signal of the output voltage Vo similarly uses the tertiary winding N3 of the transformer T1, thereby improving the conversion efficiency of the circuit and reducing the cost of the apparatus.
このように、絶縁型のトランスを用いて半導体発光素子へ電流を供給するとともに、フィードバック制御における変換効率向上とコスト低減とを図ることができる点灯装置が実現される。 In this manner, a lighting device is realized that can supply current to the semiconductor light emitting element using an insulating transformer and can improve conversion efficiency and reduce costs in feedback control.
図3は、LEDユニット7の負荷を変動させた場合の、LED電流Io−出力電圧Vo特性を示す。曲線Y1は、始点P1から終点P2に向かって、LED素子71の直列接続個数Nを徐々に増やした場合におけるLED電流Io−出力電圧Vo特性を示す。この場合、負荷抵抗値100Ω〜400Ωの区間W1において、LED電流Ioを略300mAに制御する定電流制御が可能となっている。
FIG. 3 shows the LED current Io-output voltage Vo characteristics when the load of the
本実施形態では、上記のように、スイッチング素子Q1のオン時間を、出力電圧Vo(LED素子71の直列接続個数N)に応じた時間にフィードバック制御している。したがって、LED素子71の直列接続個数Nに関わらず、LED電流Ioの実効値を略一定に制御する定電流制御が可能となる。
In the present embodiment, as described above, the on-time of the switching element Q1 is feedback-controlled to a time corresponding to the output voltage Vo (the number N of
また、本実施形態では、2次電流I2のゼロクロスタイミングを検出するために、3次巻線N3の電圧を用いているが、別の方法で2次電流I2のゼロクロスタイミングを検出してもよい。例えば、ダイオードD1の逆方向電圧の上昇を検知する方法や、スイッチング素子Q1の両端電圧の低下を検知する方法等を用いてもよく、2次電流I2のゼロクロスタイミングを検出する方法は限定されない。 In this embodiment, the voltage of the tertiary winding N3 is used to detect the zero cross timing of the secondary current I2. However, the zero cross timing of the secondary current I2 may be detected by another method. . For example, a method of detecting an increase in the reverse voltage of the diode D1 or a method of detecting a decrease in the voltage across the switching element Q1 may be used, and the method of detecting the zero-cross timing of the secondary current I2 is not limited.
また、図2に示す制御用集積回路K1の内部構成において、DISABLE部110は、5番ピンP5の印加電圧(2次電流I2の検出信号)が所定値以上の場合に、駆動回路105を省電力動作させる機能を有している。すなわち、制御用集積回路K1の省電力化を図っている。
Further, in the internal configuration of the control integrated circuit K1 shown in FIG. 2, the DISABLE
(実施形態2)
図4は、本実施形態の点灯装置1の構成を示し、点灯装置1は、実施形態1の構成に、無負荷検知回路8と、短絡検知回路9とを設け、さらに抵抗R9にコンデンサC13を並列接続している。なお、実施形態1と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 4 shows the configuration of the
無負荷検知回路8は、ツェナダイオードZD2とダイオードD5と抵抗R16との直列回路を3次巻線N3の両端間に接続し、抵抗R16にはコンデンサC8が並列接続される。さらに、抵抗R17,R18の直列回路が抵抗R16に並列接続され、抵抗R17,R18の接続点がトランジスタQ2のベースに接続されている。トランジスタQ2のコレクタは、抵抗R19を介して制御電圧Vccに接続し、トランジスタQ2のエミッタは、整流平滑回路3の低圧出力経路に接続している。さらに、トランジスタQ3のベースがトランジスタQ2のコレクタに接続し、トランジスタQ3のコレクタは、抵抗R20を介して制御電圧Vccに接続し、トランジスタQ3のエミッタは、整流平滑回路3の低圧出力経路に接続している。そして、トランジスタQ3のコレクタは、ダイオードD6を介して、制御用集積回路K1の1番ピンP1に接続している。
In the no-load detection circuit 8, a series circuit of a Zener diode ZD2, a diode D5, and a resistor R16 is connected between both ends of the tertiary winding N3, and a capacitor C8 is connected in parallel to the resistor R16. Further, a series circuit of resistors R17 and R18 is connected in parallel to the resistor R16, and a connection point of the resistors R17 and R18 is connected to the base of the transistor Q2. The collector of the transistor Q2 is connected to the control voltage Vcc via the resistor R19, and the emitter of the transistor Q2 is connected to the low voltage output path of the rectifying and smoothing
LEDユニット7が無負荷状態になった場合、3次巻線N3の両端電圧が上昇する。そして、無負荷検知回路8では、ツェナダイオードZD2が導通してトランジスタQ2がオンし、トランジスタQ3がオフして、制御用集積回路K1の1番ピンP1に制御電圧Vccが印加される。1番ピンP1に制御電圧Vccが印加された制御用集積回路K1では、7番ピンP7から出力されるスイッチング素子Q1の駆動信号が負電圧になって、スイッチング素子Q1はオフ状態を維持する。
When the
したがって、LEDユニット7が無負荷状態になった場合、コンバータ部4が動作を停止し、LEDユニット7へ供給するLED電流Ioをゼロにする(またはLED電流Ioを低減させる)ことによって、安全性を確保できる。
Therefore, when the
次に、短絡検知回路9は、ダイオードD7と抵抗R21,22との直列回路を3次巻線N3の両端間に接続し、抵抗R22にはコンデンサC9が並列接続される。さらに、抵抗R23,R24の直列回路がコンデンサC9に並列接続され、抵抗R23,R24の接続点がトランジスタQ4のベースに接続されている。トランジスタQ4のコレクタは、抵抗R25を介して制御電圧Vccに接続し、トランジスタQ4のエミッタは、整流平滑回路3の低圧出力経路に接続している。そして、トランジスタQ4のコレクタは、ダイオードD8を介して、制御用集積回路K1の1番ピンP1に接続している。
Next, the short circuit detection circuit 9 connects a series circuit of a diode D7 and resistors R21 and R22 between both ends of the tertiary winding N3, and a capacitor C9 is connected in parallel to the resistor R22. Further, a series circuit of resistors R23 and R24 is connected in parallel to the capacitor C9, and a connection point of the resistors R23 and R24 is connected to the base of the transistor Q4. The collector of the transistor Q4 is connected to the control voltage Vcc via the resistor R25, and the emitter of the transistor Q4 is connected to the low voltage output path of the rectifying and smoothing
LEDユニット7が短絡状態になった場合、3次巻線N3の両端電圧がほぼゼロになる。そして、短絡検知回路9では、トランジスタQ4がオフして、制御用集積回路K1の1番ピンP1に制御電圧Vccが印加される。1番ピンP1に制御電圧Vccが印加された制御用集積回路K1では、7番ピンP7から出力されるスイッチング素子Q1の駆動信号が負電圧になって、スイッチング素子Q1はオフ状態を維持する。
When the
したがって、LEDユニット7が短絡状態になった場合、コンバータ部4が動作を停止し、LEDユニット7へ供給するLED電流Ioをゼロにする(またはLED電流Ioを低減させる)ことによって、安全性を確保できる。
Therefore, when the
そして、LEDユニット7の無負荷状態または短絡状態が解消されると、制御用集積回路K1の1番ピンP1には、コンデンサC13の充電電圧が印加され、制御用集積回路K1によるスイッチング素子Q1のオン・オフ制御が再開される。
When the no-load state or the short-circuit state of the
また、本実施形態の制御電源回路6は、コンデンサC3の正極と制御用集積回路K1の8番ピンP8との間に、トランジスタQ5とチョークコイルL1との直列回路を設けている。さらに、トランジスタQ5とトランジスタQ5を駆動する駆動回路K2とは、IPD(Intelligent Power Device)で構成されている。そして、駆動回路K2の入力と8番ピンP8との間には、ツェナダイオードZD3とダイオードD11との直列回路が接続され、駆動回路K2の入力とトランジスタQ5のエミッタとの間には、コンデンサC10,C11の並列回路が接続される。さらに、ダイオードD10が、トランジスタQ5を介してコンデンサC12に並列接続されている。そして、制御電圧Vccが、ツェナダイオードZD3のツェナ電圧となるように、トランジスタQ5が駆動制御される。
In the control
(実施形態3)
図5は、本実施形態の点灯装置1の構成を示し、実施形態1と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 5 shows a configuration of the
まず、本実施形態では、制御電源回路6の入力として3次巻線N3を用いており、3次巻線N3の一端と制御電源回路6のツェナダイオードZD1との間に、ダイオードD12と抵抗R26との直列回路を設けている。したがって、3次巻線N3を、2次電流I2の検出信号、出力電圧Voの検出信号のフィードバックだけでなく、制御電源Vccの生成にも用いることができ、装置の構成の簡略化を図るとともに、損失を低減させることができる。
First, in the present embodiment, the tertiary winding N3 is used as the input of the control
また、実施形態1乃至3においては、直流電源として整流平滑回路3を用いているが、図6に示すように、全波整流器DB1と昇圧チョッパ回路11とで構成される力率改善回路10を直流電源として用いてもよい。この場合、昇圧チョッパ回路11で用いられるチョークコイルに磁気結合した電源用巻線を、制御電源回路6の入力として用いてもよい。
In the first to third embodiments, the rectifying /
(実施形態4)
図7は、本実施形態の照明器具の外観を示す概略構成図である。この照明器具は、点灯装置1とLEDユニット7とを別体に構成している。
(Embodiment 4)
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing an external appearance of the lighting apparatus of the present embodiment. This lighting fixture comprises the
LEDユニット7は、一面を開口した金属製の円筒体に形成された筐体73内に、LED素子71を実装した基板72を収納し、筐体73の開口には光拡散板74が覆設されている。LED素子71が発した光は、光拡散板74を拡散透過して外部に照射される。このLEDユニット7は、天井パネル400に埋め込み配設され、光拡散板74が、天井パネル400の表面から下方に露出している。
The
点灯装置1は、天井パネル400の裏面に配置され、コンバータ部4の出力がリード線300およびコネクタ301を介してLEDユニット7に接続し、LED電流IoがLEDユニット7に供給される。コネクタ301は、点灯装置1側のコネクタ301aとLEDユニット7側のコネクタ301bとが脱着自在に構成されており、保守時等には、点灯装置1とLEDユニット7とを分離できる。
The
点灯装置1の回路構成は、実施形態1乃至3いずれかと同様に構成されており、このような照明器具においても、絶縁型のトランスを用いて半導体発光素子へ電流を供給するとともに、フィードバック制御における変換効率向上とコスト低減とを図ることができる。
The circuit configuration of the
また、点灯装置1とLEDユニット7とを同一の筐体内に収納してもよい。
Moreover, you may accommodate the
また、点灯装置1は、照明器具に用いるだけでなく、液晶ディスプレイのバックライト、複写機またはスキャナまたはプロジェクタ等の光源を点灯させる目的に用いてもよい。
Further, the
1 点灯装置
3 整流平滑回路(直流電源)
4 コンバータ部
5 制御部
7 LEDユニット
T1 トランス
N1 1次巻線
N2 2次巻線
N3 3次巻線
Q1 スイッチング素子
1
4
Claims (7)
前記1次巻線に供給される電流を導通・遮断するスイッチング素子と、
前記3次巻線の出力に基づいて前記スイッチング素子のオン・オフ動作を制御し、前記2次巻線から前記半導体発光素子へ供給する電流を制御する制御部と
を備えることを特徴とする点灯装置。 A semiconductor light emitting device having a primary winding, a secondary winding, and a tertiary winding that are magnetically coupled to each other, and a DC power source is connected between both ends of the primary winding, and between both ends of the secondary winding A transformer connected to the
A switching element for conducting / interrupting the current supplied to the primary winding;
A controller that controls on / off operation of the switching element based on an output of the tertiary winding and controls a current supplied from the secondary winding to the semiconductor light emitting element. apparatus.
前記制御部は、前記検知回路が前記半導体発光素子の短絡状態または無負荷状態を検出した場合、前記半導体発光素子へ供給する電流を低減させる
ことを特徴とする請求項1記載の点灯装置。 A detection circuit that detects at least one of a short circuit state and a no-load state of the semiconductor light emitting element based on the output of the tertiary winding;
2. The lighting device according to claim 1, wherein the control unit reduces a current supplied to the semiconductor light emitting element when the detection circuit detects a short circuit state or a no-load state of the semiconductor light emitting element.
前記2次巻線の両端間に接続されて、前記点灯装置の前記2次巻線から電流を供給される半導体発光素子と
を備えることを特徴とする照明器具。 A semiconductor light emitting device having a primary winding, a secondary winding, and a tertiary winding that are magnetically coupled to each other, and a DC power source is connected between both ends of the primary winding, and between both ends of the secondary winding A transformer connected, a switching element for conducting / interrupting current supplied to the primary winding, an on / off operation of the switching element based on an output of the tertiary winding, and the secondary winding A lighting device comprising a control unit for controlling a current supplied from the semiconductor light emitting device to the semiconductor light emitting device;
A lighting device comprising: a semiconductor light emitting element connected between both ends of the secondary winding and supplied with a current from the secondary winding of the lighting device.
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