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JP2021136705A - Lighting device and luminaire - Google Patents

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JP2021136705A
JP2021136705A JP2020028519A JP2020028519A JP2021136705A JP 2021136705 A JP2021136705 A JP 2021136705A JP 2020028519 A JP2020028519 A JP 2020028519A JP 2020028519 A JP2020028519 A JP 2020028519A JP 2021136705 A JP2021136705 A JP 2021136705A
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voltage
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浩士 鈴木
Hiroshi Suzuki
浩士 鈴木
明穂 相場
Akiho Aiba
明穂 相場
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Mitsubishi Electric Corp
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  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
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Abstract

To provide a lighting device and a luminaire enabling light sources to be lighted according to a plurality of input voltage values.SOLUTION: A lighting device 10 in a luminaire 100 comprises: a lighting circuit 60 supplied with an input voltage from a DC power source DC to thereby cause a light source to be lighted; and a control unit 30 that switches the operation of the lighting circuit between the step-up operation and the step-down operation according to the input voltage. The lighting circuit is stepped up when the input voltage is a first voltage, and the lighting circuit is stepped down when the input voltage is a second voltage higher than the first voltage.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、点灯装置および照明器具に関する。 The present disclosure relates to lighting devices and luminaires.

特許文献1には、電源ユニットが開示されている。この電源ユニットは、直流電源からの出力を平滑する平滑コンデンサと、光源に対して給電する電源回路を有する。電源回路は、平滑コンデンサの正極側に接続したスイッチング素子およびスイッチング素子をスイッチングする制御端子回路を備える。 Patent Document 1 discloses a power supply unit. This power supply unit has a smoothing capacitor that smoothes the output from the DC power supply and a power supply circuit that supplies power to the light source. The power supply circuit includes a switching element connected to the positive electrode side of the smoothing capacitor and a control terminal circuit for switching the switching element.

特開2013−70583号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-70583

特許文献1では、直流電源を用いてLED照明を点灯させている。直流電源からの入力電圧として、様々な電圧値が使用されることがある。それぞれの入力電圧値に専用の照明器具を準備することは非効率的である。 In Patent Document 1, LED lighting is turned on by using a DC power supply. Various voltage values may be used as the input voltage from the DC power supply. It is inefficient to prepare a dedicated luminaire for each input voltage value.

本開示は、上述の課題を解決するためになされたもので、複数の入力電圧値に対応して光源を点灯させることができる点灯装置および照明器具を得ることを目的とする。 The present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present disclosure is to obtain a lighting device and a lighting fixture capable of lighting a light source corresponding to a plurality of input voltage values.

本開示に係る点灯装置は、直流電源から入力電圧を供給されて光源を点灯させる点灯回路と、該入力電圧に応じて、該点灯回路の動作を昇圧動作と降圧動作との間で切り替える制御部と、を備える。 The lighting device according to the present disclosure is a lighting circuit that lights a light source by supplying an input voltage from a DC power supply, and a control unit that switches the operation of the lighting circuit between a step-up operation and a step-down operation according to the input voltage. And.

本開示に係る点灯装置および照明器具では、点灯回路の動作を昇圧動作と降圧動作との間で切り替える。これにより、複数の入力電圧値に対応して光源を点灯させることができる。 In the lighting device and the luminaire according to the present disclosure, the operation of the lighting circuit is switched between the step-up operation and the step-down operation. As a result, the light source can be turned on in response to a plurality of input voltage values.

実施の形態1に係る点灯装置および照明器具の回路ブロック図である。It is a circuit block diagram of the lighting device and the lighting equipment which concerns on Embodiment 1. FIG. 昇圧チョッパ回路の電流経路を説明する図である。It is a figure explaining the current path of the step-up chopper circuit. バックコンバータ回路の電流経路を説明する図である。It is a figure explaining the current path of a back converter circuit.

実施の形態に係る点灯装置および照明器具について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。また、以下で接続という場合には、電気的な接続が含まれるものとする。 The lighting device and the luminaire according to the embodiment will be described with reference to the drawings. The same or corresponding components may be designated by the same reference numerals and the description may be omitted. In addition, when referring to the connection below, it is assumed that an electrical connection is included.

実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る照明器具100の回路ブロック図である。照明器具100は、点灯装置10と光源20を備える。点灯装置10は直流電源DCから電力を供給されて光源20を点灯させる電源装置である。直流電源DCは、例えば太陽光発電システムから供給される電源または蓄電池である。直流電源DCからの入力電圧をVinとする。また、入力電圧Vinの基準となる直流電源DCの負側の電位をGNDとする。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a circuit block diagram of the lighting fixture 100 according to the first embodiment. The luminaire 100 includes a lighting device 10 and a light source 20. The lighting device 10 is a power supply device that is supplied with electric power from the DC power supply DC to light the light source 20. The DC power supply DC is, for example, a power supply or a storage battery supplied from a photovoltaic power generation system. The input voltage from the DC power source DC and V in. Further, the GND negative side potential of the DC power source as a reference of the input voltage V in.

光源20は、直列に接続された複数の発光素子21を有する。発光素子21は例えばLEDである。光源20は発光素子21を少なくとも1つ有すれば良い。複数の発光素子21は並列または直並列に接続されても良い。 The light source 20 has a plurality of light emitting elements 21 connected in series. The light emitting element 21 is, for example, an LED. The light source 20 may have at least one light emitting element 21. The plurality of light emitting elements 21 may be connected in parallel or in series and parallel.

点灯装置10は、制御部30、制御電源回路40、降圧回路50、点灯回路60、入力電圧検出回路、電解コンデンサC2を備える。 The lighting device 10 includes a control unit 30, a control power supply circuit 40, a step-down circuit 50, a lighting circuit 60, an input voltage detection circuit, and an electrolytic capacitor C2.

入力電圧検出回路は直列に接続された抵抗R2、R3から形成される。入力電圧検出回路の一端は直流電源DCの正電位側端子と接続される。入力電圧検出回路の他端は直流電源DCの負電位側端子と接続される。抵抗R2、R3の接続点は、制御部30のVin端子に接続される。制御部30は、入力電圧Vinを抵抗R2、R3の直列回路で分圧して検出する。 The input voltage detection circuit is formed of resistors R2 and R3 connected in series. One end of the input voltage detection circuit is connected to the positive potential side terminal of the DC power supply DC. The other end of the input voltage detection circuit is connected to the negative potential side terminal of the DC power supply DC. The connection points of the resistors R2 and R3 are connected to the Vin terminal of the control unit 30. The control unit 30 divides detecting the input voltage V in a series circuit of resistors R2, R3.

点灯回路60は、直流電源DCから入力電圧Vinを供給されて光源20を点灯させる。点灯回路60は、直流電源DCから電力の供給を受ける一対の線路61、62を有する。線路61、62のうち高電位側は線路61であり、低電位側は線路62である。線路61の一端は、直流電源DCの正電位側端子と接続される。線路62の一端は、直流電源DCの負電位側端子と接続される。 Lighting circuit 60 is supplied with input voltage V in from the DC power source to light the light source 20. The lighting circuit 60 has a pair of lines 61 and 62 that receive power from the DC power supply DC. Of the lines 61 and 62, the high potential side is the line 61, and the low potential side is the line 62. One end of the line 61 is connected to the positive potential side terminal of the DC power supply DC. One end of the line 62 is connected to the negative potential side terminal of the DC power supply DC.

点灯回路60は、光源20に電力を供給する一対の出力端63、64を有する。出力端63、64のうち高電位側は出力端63であり、低電位側は出力端64である。出力端63には、光源20のアノード端子が接続される。出力端64には、光源20のカソード端子が接続される。 The lighting circuit 60 has a pair of output terminals 63, 64 that supply electric power to the light source 20. Of the output ends 63 and 64, the high potential side is the output end 63, and the low potential side is the output end 64. The anode terminal of the light source 20 is connected to the output terminal 63. The cathode terminal of the light source 20 is connected to the output terminal 64.

点灯回路60において、インダクタL1の一端は、線路61の他端と電気的に接続される。第1ダイオードD1のカソードは、インダクタL1の一端および線路61と電気的に接続される。第2ダイオードD2のアノードは、インダクタL1の他端と電気的に接続される。第2ダイオードD2のカソードは、出力端63と電気的に接続される。 In the lighting circuit 60, one end of the inductor L1 is electrically connected to the other end of the line 61. The cathode of the first diode D1 is electrically connected to one end of the inductor L1 and the line 61. The anode of the second diode D2 is electrically connected to the other end of the inductor L1. The cathode of the second diode D2 is electrically connected to the output terminal 63.

第1スイッチング素子Q1は、第1端子と、第2端子と、第1端子と第2端子との間のオンオフを切り替える第1制御端子とを有する。第1スイッチング素子Q1は例えばMOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect Transistor)である。第1スイッチング素子Q1がMOSFETである場合、第1端子はドレイン、第2端子はソース、第1制御端子はゲートである。 The first switching element Q1 has a first terminal, a second terminal, and a first control terminal for switching on / off between the first terminal and the second terminal. The first switching element Q1 is, for example, a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effective Transistor). When the first switching element Q1 is a MOSFET, the first terminal is a drain, the second terminal is a source, and the first control terminal is a gate.

第1スイッチング素子Q1の第1端子は、インダクタL1の他端および第2ダイオードD2のアノードと電気的に接続される。第1スイッチング素子Q1の第2端子は、第1ダイオードD1のアノードおよび出力端64と電気的に接続される。第1スイッチング素子Q1の第1制御端子は、制御部30のQ1DRV端子と電気的に接続される。 The first terminal of the first switching element Q1 is electrically connected to the other end of the inductor L1 and the anode of the second diode D2. The second terminal of the first switching element Q1 is electrically connected to the anode and output terminal 64 of the first diode D1. The first control terminal of the first switching element Q1 is electrically connected to the Q1DRV terminal of the control unit 30.

第2スイッチング素子Q2は、第3端子と、第4端子と、第3端子と第4端子との間のオンオフを切り替える第2制御端子とを有する。第2スイッチング素子Q2は例えばMOSFETである。第2スイッチング素子Q2がMOSFETである場合、第3端子はドレイン、第4端子はソース、第2制御端子はゲートである。 The second switching element Q2 has a third terminal, a fourth terminal, and a second control terminal for switching on / off between the third terminal and the fourth terminal. The second switching element Q2 is, for example, a MOSFET. When the second switching element Q2 is a MOSFET, the third terminal is a drain, the fourth terminal is a source, and the second control terminal is a gate.

第2スイッチング素子Q2の第3端子は、出力端64と電気的に接続される。また、第2スイッチング素子Q2の第3端子は、第1ダイオードD1のアノードと第1スイッチング素子Q1の第2端子との接続点と電気的に接続される。第2スイッチング素子Q2の第4端子は、線路62の他端と電気的に接続される。第2スイッチング素子Q2の第2制御端子は、制御部30のQ2DRV端子と電気的に接続される。 The third terminal of the second switching element Q2 is electrically connected to the output terminal 64. Further, the third terminal of the second switching element Q2 is electrically connected to the connection point between the anode of the first diode D1 and the second terminal of the first switching element Q1. The fourth terminal of the second switching element Q2 is electrically connected to the other end of the line 62. The second control terminal of the second switching element Q2 is electrically connected to the Q2DRV terminal of the control unit 30.

線路62には抵抗R1が設けられる。抵抗R1の一端は第2スイッチング素子Q2の第4端子と接続される。抵抗R1の他端は、接地用端子に接続されている。抵抗R1の一端は、制御部30のIFB端子に接続される。 A resistor R1 is provided on the line 62. One end of the resistor R1 is connected to the fourth terminal of the second switching element Q2. The other end of the resistor R1 is connected to the grounding terminal. One end of the resistor R1 is connected to the IFB terminal of the control unit 30.

コンデンサC1は光源20と並列に接続される。コンデンサC1は出力端63、64の間に接続される。コンデンサC1は光源20に流れる電流を平滑する。 The capacitor C1 is connected in parallel with the light source 20. The capacitor C1 is connected between the output terminals 63 and 64. The capacitor C1 smoothes the current flowing through the light source 20.

インダクタL1は2次巻線を有する。2次巻き線の一端は接地用端子に接続される。2次巻き線の他端は制御部30のZCD端子と接続されている。 The inductor L1 has a secondary winding. One end of the secondary winding is connected to the grounding terminal. The other end of the secondary winding is connected to the ZCD terminal of the control unit 30.

制御部30例えば複合ICである。制御部30は、例えばマイコンとドライバを含む。制御部30は点灯回路60を制御する。制御部30は、Q1DRV端子、Q2DRV端子から第1スイッチング素子Q1、第2スイッチング素子Q2をスイッチングさせるための信号をそれぞれ出力する。制御部30は、第1スイッチング素子Q1、第2スイッチング素子Q2をドライバで駆動させるための電圧V1が入力されるVB端子を有する。 Control unit 30 For example, a composite IC. The control unit 30 includes, for example, a microcomputer and a driver. The control unit 30 controls the lighting circuit 60. The control unit 30 outputs signals for switching the first switching element Q1 and the second switching element Q2 from the Q1DRV terminal and the Q2DRV terminal, respectively. The control unit 30 has a VB terminal to which a voltage V1 for driving the first switching element Q1 and the second switching element Q2 by a driver is input.

制御部30は、点灯装置に入力された入力電圧VinをVin端子によって検出する。また、制御部30は、インダクタL1の2次巻き線に発生する電圧をZCD端子によって検出する。 Control unit 30, the input voltage V in input to the lighting device detects the Vin terminal. Further, the control unit 30 detects the voltage generated in the secondary winding of the inductor L1 by the ZCD terminal.

また、抵抗R1には、光源20を流れる光源電流に対応する電圧が発生する。制御部30は、IFB端子によって抵抗R1に発生する電圧を検出し、光源電流を検出する。 Further, a voltage corresponding to the light source current flowing through the light source 20 is generated in the resistor R1. The control unit 30 detects the voltage generated in the resistor R1 by the IFB terminal and detects the light source current.

制御電源回路40は例えばバックコンバータ回路等の降圧回路である。制御電源回路40は入力電圧Vinを予め定められた電圧V1に降圧する。制御電源回路40の出力と接地用端子との間には、電解コンデンサC2が接続される。電解コンデンサC2は、制御電源回路40で生成された電圧V1を平滑する。これにより、制御電源の電圧V1が生成される。電圧V1は例えば13Vである。 The control power supply circuit 40 is a step-down circuit such as a back converter circuit. Control power supply circuit 40 steps down the voltage V1 to a predetermined input voltage V in. An electrolytic capacitor C2 is connected between the output of the control power supply circuit 40 and the grounding terminal. The electrolytic capacitor C2 smoothes the voltage V1 generated by the control power supply circuit 40. As a result, the voltage V1 of the control power supply is generated. The voltage V1 is, for example, 13V.

制御電源回路40は降圧が可能な回路であれば良い。制御電源回路40はフライバック回路でも良い。制御電源回路40はレギュレータ回路であっても良い。ここで、入力電圧Vinが例えば380Vの場合、レギュレータ回路での降圧時に損失が大きくなる可能性がある。このため、制御電源回路40はスイッチング回路であることが望ましい。 The control power supply circuit 40 may be a circuit capable of stepping down. The control power supply circuit 40 may be a flyback circuit. The control power supply circuit 40 may be a regulator circuit. Here, if the input voltage V in for example 380V, there is a possibility that the loss at the time of buck of the regulator circuit is increased. Therefore, it is desirable that the control power supply circuit 40 is a switching circuit.

降圧回路50は、制御電源回路40の出力と制御部30のVDD端子との間に接続される。降圧回路50は、電圧V1から制御部30用の電源電圧VDDを生成する。降圧回路50は、例えばレギュレータ回路で構成される。電源電圧VDDは、例えば3.3Vである。 The step-down circuit 50 is connected between the output of the control power supply circuit 40 and the VDD terminal of the control unit 30. The step-down circuit 50 generates a power supply voltage VDD for the control unit 30 from the voltage V1. The step-down circuit 50 is composed of, for example, a regulator circuit. The power supply voltage VDD is, for example, 3.3 V.

次に、照明器具100の起動時の動作を説明する。点灯装置10に入力電圧Vinが印加されると、制御電源回路40および降圧回路50が動作して、電圧V1および電源電圧VDDが生成される。電源電圧VDDが制御部30の動作可能電圧まで上昇すると、制御部30が起動する。起動した制御部30は、入力電圧Vinを検出する。 Next, the operation at the time of starting the lighting equipment 100 will be described. When the input voltage V in is applied to the lighting device 10, the control power supply circuit 40 and the step-down circuit 50 operates, the voltage V1 and the power supply voltage VDD is generated. When the power supply voltage VDD rises to the operable voltage of the control unit 30, the control unit 30 is activated. The activated control unit 30 detects the input voltage V in.

制御部30は、入力電圧VinがDC48Vであることを検出すると、点灯回路60を昇圧チョッパ回路として動作させる。また、制御部30は、入力電圧VinがDC380Vであることを検出すると、点灯回路60をバックコンバータ回路として動作させる。また、制御部30は、入力電圧Vinが正常値の範囲ではない場合、保護モードに遷移する。このとき、制御部30は、点灯回路60のスイッチングを行わず、第1スイッチング素子Q1と第2スイッチング素子Q2をオフ状態に維持する。 Control unit 30 detects that the input voltage V in is DC48V, operating the lighting circuit 60 as the step-up chopper circuit. The control unit 30 detects that the input voltage V in is 380 V DC, to operate the lighting circuit 60 as the buck converter circuit. The control unit 30, when the input voltage V in is not a normal value range, the process proceeds to a protection mode. At this time, the control unit 30 does not switch the lighting circuit 60, and keeps the first switching element Q1 and the second switching element Q2 in the off state.

以下では、詳細な回路動作について説明する。ここでは、一例として光源20の順方向電流が250mAであり、順方向電圧が100Vであるものとする。光源20の順方向電流と順方向電圧は、昇圧チョッパ回路およびバックコンバータ回路で実現が可能な値であれば良い。 The detailed circuit operation will be described below. Here, as an example, it is assumed that the forward current of the light source 20 is 250 mA and the forward voltage is 100 V. The forward current and forward voltage of the light source 20 may be values that can be realized by the boost chopper circuit and the back converter circuit.

図2は、昇圧チョッパ回路の電流経路を説明する図である。制御部30は、入力電圧Vinとして48Vを検出した場合、昇圧チョッパ回路を動作させる。制御部30は、第2スイッチング素子Q2をオン状態に維持して、第1スイッチング素子Q1をオンオフさせることで、点灯回路60を昇圧チョッパ回路として動作させる。昇圧チョッパ回路は、インダクタL1、第2ダイオードD2、第1スイッチング素子Q1で構成される。 FIG. 2 is a diagram illustrating a current path of the step-up chopper circuit. When the control section 30 detects the 48V as the input voltage V in, to operate the boost chopper circuit. The control unit 30 keeps the second switching element Q2 in the ON state and turns the first switching element Q1 on and off to operate the lighting circuit 60 as a step-up chopper circuit. The boost chopper circuit is composed of an inductor L1, a second diode D2, and a first switching element Q1.

定常時に、第1スイッチング素子Q1がターンオンすると、図2の実線で示される経路で電流が流れる。このとき、インダクタL1にエネルギーが充電される。オン期間の経過後、第1スイッチング素子Q1はターンオフする。これにより、インダクタL1に溜まったエネルギーが放電される。このとき、図2の破線に示される経路で電流が流れる。 When the first switching element Q1 is turned on in the steady state, a current flows along the path shown by the solid line in FIG. At this time, the inductor L1 is charged with energy. After the on period elapses, the first switching element Q1 turns off. As a result, the energy stored in the inductor L1 is discharged. At this time, a current flows through the path shown by the broken line in FIG.

放電中、インダクタL1の2次巻きには、インダクタL1の両端電圧と巻数比に応じた電圧が発生する。この電圧が予め定められた閾値を下回ると、第1スイッチング素子Q1は再びターンオンする。つまり、点灯回路60は臨界モードで動作する。 During discharging, a voltage corresponding to the voltage across the inductor L1 and the turns ratio is generated in the secondary winding of the inductor L1. When this voltage falls below a predetermined threshold value, the first switching element Q1 turns on again. That is, the lighting circuit 60 operates in the critical mode.

制御部30は、光源20に流れる光源電流を抵抗R1で電圧に変換して、IFB端子から検出する。制御部30は、IFB端子からの検出電圧が目標電圧となるように、第1スイッチング素子Q1のオン期間を変更する。これにより、目標とする定電流が光源20に流れる。 The control unit 30 converts the light source current flowing through the light source 20 into a voltage with the resistor R1 and detects it from the IFB terminal. The control unit 30 changes the ON period of the first switching element Q1 so that the detection voltage from the IFB terminal becomes the target voltage. As a result, the target constant current flows through the light source 20.

光源電流のフィードバックは、ピーク電流を検出することで行う。昇圧チョッパ回路の場合、光源20に電流が流れる期間は第1スイッチング素子Q1のターンオフ時のみである。臨界モードでの動作時には、光源20に流れる電流Iavgは式(1)により求めることが出来る。 The feedback of the light source current is performed by detecting the peak current. In the case of the step-up chopper circuit, the period during which the current flows through the light source 20 is only when the first switching element Q1 is turned off. When operating in the critical mode, the current Iavg flowing through the light source 20 can be obtained by Eq. (1).

Figure 2021136705
Figure 2021136705

ターンオン期間Tonにおいて、インダクタL1に流れる電流Io−p(on)及びインダクタL1に充電されるエネルギーP(on)は式(2)、(3)で表される。 In turn-on period T on, the energy P (on) the formula (2) to be charged to the current I o-p (on) and an inductor L1 flowing to inductor L1, represented by formula (3).

Figure 2021136705
Figure 2021136705

ターンオフ期間Toffにおいて、インダクタL1が放電する電流Io−p(off)及びインダクタL1が放電するエネルギーP(off)は式(4)、(5)で表される。 In the turn-off period To off , the current I op (off) that the inductor L1 discharges and the energy P (off) that the inductor L1 discharges are represented by the equations (4) and (5).

Figure 2021136705
Figure 2021136705

臨界モードの為、式(6)が成り立つ。 Since of the critical mode, equation (6) holds.

Figure 2021136705
Figure 2021136705

例えば、光源20の順方向電圧を100V、順方向電流を250mA、インダクタL1を1mHとする。このとき、スイッチング周波数は24kHz、Tonは21.7μs、Toffは20.0μs、Io−pは1.04Aとなる。 For example, the forward voltage of the light source 20 is 100 V, the forward current is 250 mA, and the inductor L1 is 1 mH. In this case, the switching frequency is 24kHz, T on the 21.7μs, T off the 20.0μs, I o-p will be 1.04A.

図3は、バックコンバータ回路の電流経路を説明する図である。制御部30は入力電圧Vinとして380Vを検出すると、バックコンバータ回路を動作させる。制御部30は、第1スイッチング素子Q1をオフ状態に維持して、第2スイッチング素子Q2をオンオフさせることで、点灯回路60をバックコンバータ回路として動作させる。バックコンバータ回路は、インダクタL1、第1ダイオードD1、第2スイッチング素子Q2で構成される。 FIG. 3 is a diagram illustrating a current path of the back converter circuit. The control unit 30 detects an 380V as the input voltage V in, to operate the buck converter circuit. The control unit 30 keeps the first switching element Q1 in the off state and turns the second switching element Q2 on and off to operate the lighting circuit 60 as a back converter circuit. The back converter circuit is composed of an inductor L1, a first diode D1, and a second switching element Q2.

定常時に、第2スイッチング素子Q2がターンオンすると、図3の実線に示される経路で電流が流れる。これにより、インダクタL1にエネルギーが充電される。オン期間の経過後、第2スイッチング素子Q2はターンオフする。これにより、インダクタL1に溜まったエネルギーは放電される。このとき、図3の破線で示される経路で電流が流れる。 When the second switching element Q2 is turned on during steady state, a current flows along the path shown by the solid line in FIG. As a result, the inductor L1 is charged with energy. After the on period elapses, the second switching element Q2 turns off. As a result, the energy stored in the inductor L1 is discharged. At this time, a current flows along the path shown by the broken line in FIG.

放電中、インダクタL1の2次巻きには、インダクタL1の両端電圧と巻数比に応じた電圧が発生する。この電圧が予め定められた閾値を下回ると、第2スイッチング素子Q2は再びターンオンする。つまり、点灯回路60は臨界モードで動作する。 During discharging, a voltage corresponding to the voltage across the inductor L1 and the turns ratio is generated in the secondary winding of the inductor L1. When this voltage falls below a predetermined threshold, the second switching element Q2 turns on again. That is, the lighting circuit 60 operates in the critical mode.

制御部30は、光源20に流れる光源電流を抵抗R1で電圧に変換して、IFB端子から検出する。制御部30は、IFB端子からの検出電圧が目標電圧となるように、第2スイッチング素子Q2のオン期間を変更する。これにより、目標とする定電流が光源20に流れる。 The control unit 30 converts the light source current flowing through the light source 20 into a voltage with the resistor R1 and detects it from the IFB terminal. The control unit 30 changes the ON period of the second switching element Q2 so that the detection voltage from the IFB terminal becomes the target voltage. As a result, the target constant current flows through the light source 20.

光源電流のフィードバックは、ピーク電流を検出することで行う。バックコンバータ回路において、ターンオン時、ターンオフ時の両方で光源20に電流が流れる。臨界モードでの動作時には、光源20に流れる電流Iavgは式(7)により求めることが出来る。 The feedback of the light source current is performed by detecting the peak current. In the back converter circuit, a current flows through the light source 20 both at the time of turn-on and at the time of turn-off. When operating in the critical mode, the current Iavg flowing through the light source 20 can be obtained by Eq. (7).

Figure 2021136705
Figure 2021136705

ターンオン期間Tonにおいて、インダクタL1に流れる電流Io−p(on)は、式(8)で表される。 In turn-on period T on, the current flowing through the inductor L1 I o-p (on) is expressed by equation (8).

Figure 2021136705
Figure 2021136705

ターンオフ期間Toffにおいて、インダクタL1が放電する電流Io−p(off)は、式(9)で表される。 The current I op (off) at which the inductor L1 is discharged during the turn-off period To off is represented by the equation (9).

Figure 2021136705
Figure 2021136705

臨界モードの為、式(10)が成り立つ。 Since of the critical mode, equation (10) holds.

Figure 2021136705
Figure 2021136705

例えば、光源20の順方向電圧を100V、順方向電流を250mA、インダクタL1を1mHとする。このとき、スイッチング周波数は147kHz、Tonは1.8μs、Toffは5.0μs、Io−pは0.5Aとなる。 For example, the forward voltage of the light source 20 is 100 V, the forward current is 250 mA, and the inductor L1 is 1 mH. In this case, the switching frequency is 147kHz, T on is 1.8μs, T off is 5.0μs, I o-p will be 0.5A.

本実施の形態では、入力電圧VinがDC48VとDC380Vの2条件の場合について説明した。入力電圧Vinが他の値でも点灯装置10は動作可能である。例えば、入力電圧Vinは340Vでも良い。このとき、点灯回路60はバックコンバータ回路として動作する。この時の動作条件は、光源20の順方向電圧を100V、順方向電流を250mA、インダクタL1を1mHとすると、スイッチング周波数が141kHz、Tonが2.1μs、Toffが5.0μs、Io−pが0.5Aとなる。 In this embodiment, the input voltage V in the case has been described where two conditions of DC48V and 380 V DC. Input voltage V in the lighting device 10 in other values is operable. For example, the input voltage V in good even 340V. At this time, the lighting circuit 60 operates as a back converter circuit. Operating conditions at this time, when the forward voltage of the light source 20 100 V, 250 mA forward current, the inductor L1 and 1 mH, the switching frequency is 141kHz, T on is 2.1μs, T off is 5.0μs, I o -P is 0.5A.

本実施の形態では、入力電圧VinがDC48V〜DC380Vの範囲において、1台の点灯装置10で一定の出力仕様を実現できる。出力仕様は、光源20の順方向電圧と順方向電流を含む。 In the present embodiment, when the input voltage Vin is in the range of DC48V to DC380V, a constant output specification can be realized by one lighting device 10. The output specifications include the forward voltage and forward current of the light source 20.

一般に、直流電源DCからの入力電圧Vinは、消費電力または用途に合わせて様々な電圧値が想定される。一般に使用されるDC48V以下の電圧以外にも、例えば電気自動車または太陽光発電システムには、DC380Vが使用されることがある。 In general, the input voltage V in from the DC power source DC is, different voltage values to fit the power consumption or application is envisioned. In addition to the commonly used voltage of DC 48V or less, DC 380V may be used, for example, in an electric vehicle or a photovoltaic power generation system.

本実施の形態では、入力電圧Vinに応じて動作する回路を使い分ける。これにより、複数の入力電圧値に対応して光源20を点灯させることができる。本実施の形態では、1台の点灯装置10で広い範囲の入力電圧Vinに対応することが可能である。このため、入力電圧値毎に専用の照明器具を準備する必要がなく、機種数の増加を抑制できる。 In this embodiment, selectively circuits that operate in accordance with the input voltage V in. As a result, the light source 20 can be turned on in response to a plurality of input voltage values. In this embodiment, it is possible to correspond to the input voltage V in a wide range at the lighting apparatus 10 of one. Therefore, it is not necessary to prepare a dedicated lighting fixture for each input voltage value, and an increase in the number of models can be suppressed.

本実施の形態において、第2スイッチング素子Q2は、昇圧動作時にはオン状態に維持され、降圧動作時には光源電流が目標値と一致するようにスイッチングされる。第2スイッチング素子Q2は、さらに異常時の保護回路としても動作可能である。 In the present embodiment, the second switching element Q2 is maintained in the ON state during the step-up operation, and is switched so that the light source current matches the target value during the step-down operation. The second switching element Q2 can also operate as a protection circuit in the event of an abnormality.

制御部30は、入力電圧Vinが予め定められた範囲ではない場合、第2スイッチング素子Q2をオフ状態に維持しても良い。また、制御部30は、光源20を流れる電流または光源20に発生する電圧が予め定められた範囲ではない場合、第2スイッチング素子Q2をオフ状態に維持しても良い。ここで、光源20を流れる電流は、抵抗R1により検出できる。また、光源20に発生する電圧は、例えば光源20の両端電圧である。 Control unit 30, when the input voltage V in is not within a predetermined range, may maintain a second switching element Q2 in the off state. Further, the control unit 30 may maintain the second switching element Q2 in the off state when the current flowing through the light source 20 or the voltage generated in the light source 20 is not in a predetermined range. Here, the current flowing through the light source 20 can be detected by the resistor R1. The voltage generated in the light source 20 is, for example, the voltage across the light source 20.

このように、制御部30は、入力電圧Vin、光源電流、光源20の電圧等の異常を検出すると、第2スイッチング素子Q2をオフしても良い。これにより、点灯装置10内に流れる電流をブロックできる。従って、点灯装置10または光源20の故障を防ぐことができる。 In this way, when the control unit 30 detects an abnormality in the input voltage Vin, the light source current, the voltage of the light source 20, or the like, the second switching element Q2 may be turned off. As a result, the current flowing in the lighting device 10 can be blocked. Therefore, it is possible to prevent a failure of the lighting device 10 or the light source 20.

本実施の形態では、昇圧チョッパ回路、バックコンバータ回路を臨界モードで制御するものとした。昇圧チョッパ回路、バックコンバータ回路は、不連続モード、臨界モード、連続モードの何れかで動作すれば良い。 In this embodiment, the boost chopper circuit and the back converter circuit are controlled in the critical mode. The boost chopper circuit and the back converter circuit may operate in any of the discontinuous mode, the critical mode, and the continuous mode.

また、制御部30は、ピーク電流を検出してフィードバック制御を行った。制御部30は、抵抗R1に発生する電圧をコンデンサで平滑した電圧を検出してフィードバック制御を行っても良い。この場合も、式(1)、(7)は成立する。 Further, the control unit 30 detected the peak current and performed feedback control. The control unit 30 may perform feedback control by detecting a voltage obtained by smoothing the voltage generated in the resistor R1 with a capacitor. In this case as well, the equations (1) and (7) hold.

また、制御部30は、点灯回路60を昇圧動作させる場合と、降圧動作させる場合とで、同じ光源電流が得られるように点灯回路60を制御する。この変形例として、昇圧動作時と降圧動作時とで、光源電流は異なっても良い。 Further, the control unit 30 controls the lighting circuit 60 so that the same light source current can be obtained depending on whether the lighting circuit 60 is stepped up or stepped down. As an example of this modification, the light source current may be different between the step-up operation and the step-down operation.

本実施の形態では、制御部30は入力電圧Vinに応じて、点灯回路60の動作を昇圧動作と降圧動作との間で切り替える。制御部30は、入力電圧Vinが第1電圧のとき点灯回路60を昇圧動作させる。また、制御部30は入力電圧Vinが第1電圧よりも高い第2電圧のとき点灯回路60を降圧動作させる。一例として第1電圧は48Vであり、第2電圧は380Vである。第2電圧は340Vであっても良い。第1電圧と第2電圧は、使用が想定される直流電源DCの入力電圧Vinに応じて変更されても良い。 In this embodiment, the control unit 30 according to the input voltage V in, switch the operation of the lighting circuit 60 between the step-up operation and the step-down operation. Control unit 30, the input voltage V in to the step-up operation the lighting circuit 60 when the first voltage. The control unit 30 includes an input voltage V in to step-down operation of the lighting circuit 60 when the second voltage higher than the first voltage. As an example, the first voltage is 48V and the second voltage is 380V. The second voltage may be 340V. The first voltage and the second voltage may be changed according to the input voltage V in of the DC power source whose use is contemplated.

制御部30は、入力電圧Vinが予め定められた閾値以下の場合に点灯回路60を昇圧動作させ、入力電圧Vinが閾値よりも大きい場合に点灯回路60を降圧動作させても良い。閾値は、例えば48V以上340V未満である。 Control unit 30, a lighting circuit 60 is boosting operation if: the input voltage V in a predetermined threshold value, the lighting circuit 60 when the input voltage V in is greater than the threshold value may be step-down operation. The threshold is, for example, 48 V or more and less than 340 V.

また、点灯回路60は、昇圧動作時には昇圧チョッパ回路として動作し、降圧動作時にはバックコンバータ回路として動作する。昇圧動作時において、点灯回路60は昇圧チョッパ回路に限らず入力電圧Vinを昇圧可能な回路として動作すれば良い。また、降圧動作時において、点灯回路60はバックコンバータ回路に限らず入力電圧Vinを降圧可能な回路として動作すれば良い。 Further, the lighting circuit 60 operates as a step-up chopper circuit during the step-up operation and as a back converter circuit during the step-down operation. In boost operation, the lighting circuit 60 may operate as a step-up circuit capable of an input voltage V in is not limited to the step-up chopper circuit. Further, during the step-down operation, the lighting circuit 60 may be operated as a possible step-down circuit input voltage V in is not limited to buck converter circuit.

また、本実施の形態では点灯回路60のうち昇圧回路と降圧回路は一部の回路部品を共有している。これにより、点灯回路60の大型化を抑制できる。具体的には、昇圧チョッパ回路とバックコンバータ回路はインダクタL1を共有している。この変形例として、昇圧回路と降圧回路は別個に設けられても良い。 Further, in the present embodiment, the step-up circuit and the step-down circuit of the lighting circuit 60 share some circuit components. As a result, it is possible to suppress an increase in the size of the lighting circuit 60. Specifically, the boost chopper circuit and the back converter circuit share the inductor L1. As a modification of this, the step-up circuit and the step-down circuit may be provided separately.

なお、本実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いてもよい。 The technical features described in this embodiment may be used in combination as appropriate.

10 点灯装置、20 光源、21 発光素子、30 制御部、40 制御電源回路、50 降圧回路、60 点灯回路、61、62 線路、63、64 出力端、100 照明器具、C1 コンデンサ、C2 電解コンデンサ、D1 第1ダイオード、D2 第2ダイオード、DC 直流電源、L1 インダクタ、Q1 第1スイッチング素子、Q2 第2スイッチング素子、R1、R2 抵抗 10 lighting device, 20 light source, 21 light emitting element, 30 control unit, 40 control power supply circuit, 50 step-down circuit, 60 lighting circuit, 61, 62 lines, 63, 64 output end, 100 lighting fixture, C1 capacitor, C2 electrolytic capacitor, D1 1st diode, D2 2nd diode, DC DC power supply, L1 inductor, Q1 1st switching element, Q2 2nd switching element, R1, R2 resistor

Claims (9)

直流電源から入力電圧を供給されて光源を点灯させる点灯回路と、
前記入力電圧に応じて、前記点灯回路の動作を昇圧動作と降圧動作との間で切り替える制御部と、
を備えることを特徴とする点灯装置。
A lighting circuit that lights the light source by supplying input voltage from a DC power supply,
A control unit that switches the operation of the lighting circuit between a step-up operation and a step-down operation according to the input voltage.
A lighting device characterized by being provided with.
前記制御部は、前記入力電圧が第1電圧のとき前記点灯回路を昇圧動作させ、前記入力電圧が前記第1電圧よりも高い第2電圧のとき前記点灯回路を降圧動作させることを特徴とする請求項1に記載の点灯装置。 The control unit is characterized in that the lighting circuit is boosted when the input voltage is the first voltage, and the lighting circuit is stepped down when the input voltage is a second voltage higher than the first voltage. The lighting device according to claim 1. 前記点灯回路は、昇圧動作時には昇圧チョッパ回路として動作し、降圧動作時にはバックコンバータ回路として動作することを特徴とする請求項1または2に記載の点灯装置。 The lighting device according to claim 1 or 2, wherein the lighting circuit operates as a boost chopper circuit during a step-up operation and as a back converter circuit during a step-down operation. 前記点灯回路は、
前記直流電源から電力の供給を受ける一対の線路と、
前記光源に電力を供給する一対の出力端と、
一端が前記一対の線路の高電位側と電気的に接続されたインダクタと、
カソードが前記インダクタの前記一端と電気的に接続された第1ダイオードと、
アノードが前記インダクタの他端と電気的に接続され、カソードが前記一対の出力端の高電位側と電気的に接続された第2ダイオードと、
第1端子と、第2端子と、前記第1端子と前記第2端子との間のオンオフを切り替える第1制御端子と、を有し、前記第1端子が前記インダクタの前記他端と電気的に接続され、前記第2端子が前記第1ダイオードのアノードおよび前記一対の出力端の低電位側と電気的に接続され、前記第1制御端子が前記制御部に電気的に接続された第1スイッチング素子と、
第3端子と、第4端子と、前記第3端子と前記第4端子との間のオンオフを切り替える第2制御端子と、を有し、前記第3端子が前記一対の出力端の低電位側と電気的に接続され、前記第4端子が前記一対の線路の低電位側と電気的に接続され、前記第2制御端子が前記制御部に電気的に接続された第2スイッチング素子と、
を備えることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の点灯装置。
The lighting circuit
A pair of lines that receive power from the DC power supply,
A pair of output ends that supply power to the light source,
An inductor whose one end is electrically connected to the high potential side of the pair of lines,
A first diode whose cathode is electrically connected to the one end of the inductor,
A second diode whose anode is electrically connected to the other end of the inductor and whose cathode is electrically connected to the high potential side of the pair of output ends.
It has a first terminal, a second terminal, and a first control terminal for switching on / off between the first terminal and the second terminal, and the first terminal is electrically connected to the other end of the inductor. The first terminal is electrically connected to the anode of the first diode and the low potential side of the pair of output terminals, and the first control terminal is electrically connected to the control unit. Switching element and
It has a third terminal, a fourth terminal, and a second control terminal for switching on / off between the third terminal and the fourth terminal, and the third terminal is on the low potential side of the pair of output terminals. The second switching element is electrically connected to, the fourth terminal is electrically connected to the low potential side of the pair of lines, and the second control terminal is electrically connected to the control unit.
The lighting device according to any one of claims 1 to 3, wherein the lighting device comprises.
前記制御部は、前記第2スイッチング素子をオン状態に維持して、前記第1スイッチング素子をオンオフさせることで、前記点灯回路を昇圧チョッパ回路として動作させることを特徴とする請求項4に記載の点灯装置。 The fourth aspect of claim 4, wherein the control unit operates the lighting circuit as a step-up chopper circuit by keeping the second switching element on and turning the first switching element on and off. Lighting device. 前記制御部は、前記第1スイッチング素子をオフ状態に維持して前記第2スイッチング素子をオンオフさせることで、前記点灯回路をバックコンバータ回路として動作させることを特徴とする請求項4または5に記載の点灯装置。 The fourth or fifth aspect of the present invention, wherein the control unit operates the lighting circuit as a back converter circuit by keeping the first switching element in an off state and turning the second switching element on and off. Lighting device. 前記制御部は、前記入力電圧が予め定められた範囲ではない場合、前記第2スイッチング素子をオフ状態に維持することを特徴とする請求項4から6の何れか1項に記載の点灯装置。 The lighting device according to any one of claims 4 to 6, wherein the control unit keeps the second switching element in an off state when the input voltage is not in a predetermined range. 前記制御部は、前記光源を流れる電流または前記光源に発生する電圧が予め定められた範囲ではない場合、前記第2スイッチング素子をオフ状態に維持することを特徴とする請求項4から7の何れか1項に記載の点灯装置。 Any of claims 4 to 7, wherein the control unit keeps the second switching element in an off state when the current flowing through the light source or the voltage generated by the light source is not in a predetermined range. The lighting device according to item 1. 請求項1から8の何れか1項に記載の点灯装置と、
前記光源と、
を備えることを特徴とする照明器具。
The lighting device according to any one of claims 1 to 8.
With the light source
A lighting fixture characterized by being equipped with.
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