特開2015-177594(P2015-177594A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2015-177594(P2015-177594A)
(43)【公開日】2015年10月5日
(54)【発明の名称】点灯装置および照明器具
(51)【国際特許分類】
   H02M 3/155 20060101AFI20150908BHJP
   H01L 33/00 20100101ALI20150908BHJP
   H05B 37/02 20060101ALI20150908BHJP
【FI】
   H02M3/155 H
   H01L33/00 K
   H05B37/02 K
   H01L33/00 J
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2014-50592(P2014-50592)
(22)【出願日】2014年3月13日
(71)【出願人】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】390014546
【氏名又は名称】三菱電機照明株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100082175
【弁理士】
【氏名又は名称】高田 守
(74)【代理人】
【識別番号】100106150
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 英樹
(74)【代理人】
【識別番号】100142642
【弁理士】
【氏名又は名称】小澤 次郎
(72)【発明者】
【氏名】福田 秀樹
(72)【発明者】
【氏名】野瀬 丈裕
(72)【発明者】
【氏名】坂下 友一
(72)【発明者】
【氏名】石黒 義章
【テーマコード(参考)】
3K273
5F141
5F241
5H730
【Fターム(参考)】
3K273AA10
3K273BA33
3K273CA02
3K273CA03
3K273CA12
3K273CA13
3K273CA14
3K273EA06
3K273EA07
3K273EA22
3K273EA24
3K273EA25
3K273EA35
3K273EA42
3K273FA26
3K273FA30
3K273FA32
3K273FA33
3K273FA40
3K273GA02
3K273GA14
3K273GA17
3K273GA18
3K273GA25
5F141BB03
5F141BB09
5F141BB22
5F141BB23
5F141BB24
5F141BB25
5F141BB26
5F141BB32
5F141FF11
5F241FF11
5H730AA20
5H730AS11
5H730BB13
5H730BB14
5H730CC01
5H730DD04
5H730DD16
5H730DD17
5H730EE01
5H730EE57
5H730EE59
5H730FD01
5H730FD11
5H730FD31
5H730FD51
5H730FF02
5H730FG01
5H730FG04
5H730FG22
(57)【要約】
【課題】コイル電流が検出できない場合でも部品故障を抑制できる点灯装置および照明器具を提供する。
【解決手段】点灯装置10は、交流電源4と接続し交流電圧を整流する典型的にはダイオードブリッジである整流回路6と、整流回路6の出力端子に並列に接続したコンデンサC1と、コンデンサC1と並列に接続した抵抗R1、R2の分圧回路と、整流回路6で全波整流された直流電流を受けるHブリッジ回路14とを備えている。マイコン22は電源投入直後に周波数fを固定しオン時間幅tonを固定したスイッチング信号Q2/SWを生成し、スイッチング素子Q2を確実にオンオフする。その後、マイコン22は、スイッチング信号Q2/SWを生成することで上限電流値IL*maxと下限電流値IL*lowとの間をコイル電流ILが往復的に増減するいわゆるバンバン制御に切り替える。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
コイルおよび前記コイルの両端にそれぞれ接続した複数のスイッチング素子を備え前記コイルに前記スイッチング素子のオンオフに応じたコイル電流が流れるHブリッジ回路と、
前記コイル電流を検出する検出回路と、
前記スイッチング素子の制御端子にスイッチング信号を供給する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、起動時に前記スイッチング信号のオン時間幅および周期を固定して前記スイッチング素子をオンオフする第1制御を実行した後に、前記コイル電流が上限値と下限値との間を往復的に増減するように前記スイッチング素子をオンオフする第2制御に切り替える点灯装置。
【請求項2】
前記第1制御の実行中に前記検出回路で前記コイル電流の増減を検知しない場合には、保護動作を行う請求項1に記載の点灯装置。
【請求項3】
前記制御回路は、前記第1制御の実行中に前記検出回路で前記コイル電流の増減を検知したら、前記第1制御を前記第2制御に切り替える請求項1または2に記載の点灯装置。
【請求項4】
前記制御回路は、前記第1制御で実現される前記コイル電流のピーク値が最小値に達した後のオンタイミングで前記第1制御を前記第2制御に切り替える請求項3に記載の点灯装置。
【請求項5】
前記第2制御の実行中にスイッチング素子をオンしてから予め定めた時間を超えてもコイル電流が前記上限値と交差しない場合には保護動作を行う請求項1に記載の点灯装置。
【請求項6】
発光素子と、
前記発光素子を点灯させる点灯装置と、
を備え、
前記点灯装置は、
コイルおよび前記コイルの両端にそれぞれ接続した複数のスイッチング素子を備え前記コイルに前記スイッチング素子のオンオフに応じたコイル電流が流れるHブリッジ回路と、
前記コイル電流を検出する検出回路と、
前記スイッチング素子の制御端子にスイッチング信号を供給する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、起動時に前記スイッチング信号のオン時間幅および周期を固定して前記スイッチング素子をオンオフする第1制御を実行した後に、前記コイル電流が上限値と下限値との間を往復的に増減するように前記スイッチング素子をオンオフする第2制御に切り替える照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、点灯装置および照明器具に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、例えば、特開2009−27895号公報に開示されているように、Hブリッジ回路をスイッチング電源に利用した点灯装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2009−27895号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
Hブリッジ回路において、コイル電流が上限値と下限値との間で往復的に増減するようにスイッチング素子を制御するいわゆるバンバン(Bang−Bang)制御を実施することが考えられる。バンバン制御では、コイル電流が検出できないとスイッチング素子のオンオフタイミングを検出できない。コイル電流を検知できずスイッチング素子をオフすべきタイミングが検知されないと、スイッチング素子がオンに維持され続けてしまい、Hブリッジ回路の部品故障を招くおそれがある。
【0005】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、部品故障を抑制できる点灯装置および照明器具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明にかかる点灯装置は、コイルおよび前記コイルの両端にそれぞれ接続した複数のスイッチング素子を備え前記コイルに前記スイッチング素子のオンオフに応じたコイル電流が流れるHブリッジ回路と、前記コイル電流を検出する検出回路と、前記スイッチング素子の制御端子にスイッチング信号を供給する制御回路と、を備え、前記制御回路は、起動時に前記スイッチング信号のオン時間幅および周期を固定して前記スイッチング素子をオンオフする第1制御を実行した後に、前記コイル電流が上限値と下限値との間を往復的に増減するように前記スイッチング素子をオンオフする第2制御に切り替える。
【0007】
本発明にかかる照明器具は、発光素子と、前記発光素子を点灯させる点灯装置と、を備え、前記点灯装置は、コイルおよび前記コイルの両端にそれぞれ接続した複数のスイッチング素子を備え前記コイルに前記スイッチング素子のオンオフに応じたコイル電流が流れるHブリッジ回路と、前記コイル電流を検出する検出回路と、前記スイッチング素子の制御端子にスイッチング信号を供給する制御回路と、を備え、前記制御回路は、起動時に前記スイッチング信号のオン時間幅および周期を固定して前記スイッチング素子をオンオフする第1制御を実行した後に、前記コイル電流が上限値と下限値との間を往復的に増減するように前記スイッチング素子をオンオフする第2制御に切り替える。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、起動時に先ずスイッチング信号のオン時間幅および周期を固定する制御を行う期間を設けたので、部品故障を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】本発明の実施の形態にかかる点灯装置および照明器具を示す回路図である。
図2】実施の形態にかかる点灯装置のマイコンの構成を示すブロック図である。
図3】実施の形態にかかる点灯装置の動作を説明するための波形図である。
図4】点灯装置において短絡経路が発生する故障を説明するための回路図である。
図5】実施の形態にかかる点灯装置の動作を説明するための波形図である。
図6】実施の形態にかかる点灯装置の動作を説明するための波形図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
図1は、本発明の実施の形態にかかる点灯装置10および照明器具1を示す回路図である。照明器具1は、LEDモジュール2および点灯装置10を備えている。LEDモジュール2は、複数のLED素子2aを直列接続したものである。点灯装置10は、出力端子を介してLEDモジュール2と接続し、交流電源4の交流電圧を直流電圧に変換し、LED素子2aを点灯させる。LEDモジュール2は、少なくとも1つのLED素子2aを含むものであればよく、また複数のLED素子2aが並列あるいは直列と並列を組み合わせた形態に接続されたものであってもよく、LED素子2aに代えて有機EL素子を用いてもよい。
【0011】
点灯装置10は、交流電源4と接続し交流電圧を整流する典型的にはダイオードブリッジである整流回路6と、整流回路6の出力端子に並列に接続したコンデンサC1と、コンデンサC1と並列に接続した抵抗R1、R2の分圧回路と、整流回路6で全波整流された直流電流を受けるHブリッジ回路14とを備えている。交流電源4と整流回路6との間には、電源スイッチ(図示せず)が介在している。
【0012】
Hブリッジ回路14は、スイッチング素子Q1と、ダイオードD1と、コイルL1と、ダイオードD2と、スイッチング素子Q2を備え、これらがHブリッジ型に接続されたものである。なお、スイッチング素子Q1、Q2は、本実施の形態ではMOSFETを用いているがスイッチング素子であればこれに限定されない。スイッチング素子Q1の第1端子(本実施の形態ではドレイン)は、整流回路6の高圧側出力端子に接続している。スイッチング素子Q1の第2端子(本実施の形態ではソース)は、ダイオードD1のカソードと接続している。ダイオードD1のアノードは、整流回路6の低圧側出力端子に接続している。コイルL1の一端は、スイッチング素子Q1の第2端子(本実施の形態ではソース)とダイオードD1のカソードとの接続点に接続している。コイルL1の他端は、ダイオードD2のアノードとスイッチング素子Q2の第1端子(本実施の形態ではドレイン)との接続点に接続している。スイッチング素子Q2の第2端子(本実施の形態ではソース)は抵抗R3を介して接地されている。ダイオードD2のカソードは、コンデンサC2の一端に接続している。ダイオードD1のアノードにはコイル電流検出用の抵抗R3の一端が接続し、抵抗R3の他端はスイッチング素子Q2の第2端子(ソース)に接続している。スイッチング素子Q1、Q2の制御端子(本実施の形態ではゲート)に駆動回路20からの駆動信号が供給されることでスイッチングが実現される。駆動回路20は、マイコン22からスイッチング素子Q1、Q2のオンオフをそれぞれ指示するスイッチング信号Q1/SW、Q2/SWを受けて、スイッチング素子Q1、Q2それぞれの駆動信号を生成する。Hブリッジ回路14は、降圧モード、昇圧モード、および昇降圧モードという3つのモードで駆動することができる。降圧モードは、スイッチング素子Q1をオンオフし、かつスイッチング素子Q2をオフに維持することで実現される。昇圧モードは、スイッチング素子Q1をオンに維持し、かつスイッチング素子Q2をオンオフすることで実現される。昇降圧モードは、スイッチング素子Q1およびスイッチング素子Q2の両方をオンオフすることで実現される。
【0013】
Hブリッジ回路14の出力側には、電解コンデンサであるコンデンサC2が設けられている。コンデンサC2の他端は抵抗R3を介して接地されている。コンデンサC2に対して並列に、LEDモジュール2および電流検知抵抗R6の直列回路が接続している。点灯装置10は、抵抗R4、R5からなる分圧回路を備えており、この分圧回路で電圧検知を行うことができる。抵抗R4の一端がダイオードD2のカソードと接続し、抵抗R4の他端が抵抗R5の一端に接続してこの接続点の電圧が検知電圧としてマイコン22に入力され、抵抗R5の他端は抵抗R3を介して接地されている。
【0014】
マイコン22は、抵抗R1、R2の分圧回路を用いて検出した入力電圧Vinと、抵抗R4、R5の分圧回路を用いて検出した出力電圧Voutと、調光器30からの調光信号とをそれぞれ受信する。マイコン22は、抵抗R3の電圧に基づいてコイル電流ILを検出し、電流検知抵抗R6の電圧に基づいてLED電流Ioutを検出する。マイコン22は、その内部でPWM信号Irefwを生成し、マイコン22の外部に設けた直列抵抗R7およびこれにシャント接続したコンデンサC3に入力する。これにより脈流化された上限電流値IL*maxを生成することができる。この上限電流値IL*maxはマイコン22に入力され、後述するバンバン(Bang−Bang)制御の上限電流値として利用される。なお、上記では、上限目標値は、PWM信号Irefwを生成し、外部に設けた直列抵抗R7およびコンデンサC3で脈流化したが、本発明はこれに限られず、マイコン内部または外部のDA変換器を用いて生成する構成でもよい。
【0015】
図2は、マイコン22の構成を示すブロック図である。マイコン22は、スイッチング信号生成部23と、AD変換回路24と、CPU25と、タイマー26を備えている。各要素の詳細を説明すると、先ずスイッチング信号生成部23は、コンパレータ23aと、コンパレータ23bと、タイマー23cを備えている。コンパレータ23aは、上限電流値IL*maxとコイル電流ILとが一致したら強制停止信号を出力する。コンパレータ23bは、下限電流値IL*lowとコイル電流ILとが一致したらリスタート信号を出力する。タイマー23cは、強制停止信号およびリスタート信号を受けてスイッチング信号Q1/SW、Q2/SWをそれぞれ生成および出力する。AD変換回路24は、例えば交流電圧が全波整流されることで生成された脈流入力電圧Vinと、出力電圧Voutと、LED電流Ioutとを受信する。AD変換回路24は、それらの値をAD変換してCPU25に伝達する。CPU25は、Vin、Vout、Iout、および調光信号を含む入力値に基づいてIoutの目標値である目標出力電流値Iout1を算出し、これに基づいてタイマー26を制御する。タイマー26はPWM信号を生成するオンオフタイミングを計るものであり、CPU25によりオン時間、周波数を制御されてPWM信号Irefwを生成する。CPU25は、下限電流値IL*lowをコンパレータ23bに伝達する。なお、上記では、マイコン内部にコンパレータ等が内蔵されている場合の例を示したが、本発明はこれに限られず、図2に示した制御系の一部の機能をマイコン外部のアナログ回路で実現してもよい。
【0016】
図3は、実施の形態にかかる点灯装置10の動作を説明するための波形図である。図3は、いわゆるバンバン(Bang−Bang)制御の内容を説明するための波形図である。ここでは一例として昇圧モード時の動作を説明する。昇圧モードではスイッチング素子Q1はオンに維持され、スイッチング素子Q2がオンオフされる。この場合、バンバン制御では、上限電流値IL*maxと下限電流値IL*lowとの間をコイル電流ILが往復的に増減するように、マイコン22はスイッチング素子Q2をオンオフする。スイッチング信号Q2/SWがハイとなりスイッチング素子Q2がオンとなることでコイル電流ILが増大すると、コイル電流ILは脈流状に形成された上限電流値IL*maxに達する。このときコンパレータ23aが強制停止信号を発することでスイッチング信号Q2/SWはローとなりスイッチング素子Q2はオフとなる。その後コイル電流ILは減少していき、コイル電流ILは一定値に定められた下限電流値IL*lowに達する。このときコンパレータ23bがリスタート信号を発することでスイッチング信号Q2/SWは再びハイとなりスイッチング素子Q2が再びオンとなる。このような動作を繰り返すようにマイコン22がスイッチング信号Q2/SWを生成することで、上限電流値IL*maxと下限電流値IL*lowとの間をコイル電流ILが往復的に増減する。このときコイル電流ILはいわゆる臨界モードでの動作となる。
【0017】
(短絡故障)
図4は、点灯装置10において短絡経路100が発生する故障を説明するための回路図である。短絡経路100は点灯装置10が正常である時には存在しない。短絡経路100が発生する故障があると、抵抗R3が短絡してしまい、コイル電流ILが検出できなくなる。コイル電流ILが検出できないとスイッチング素子Q2のオンオフタイミングを検出できない。典型的には、電源投入直後にスイッチング素子Q2をオンした後、本来であればコイル電流ILが上限電流値IL*maxと交差しスイッチング素子Q2をオフとするタイミングが到来するべきである。しかし短絡経路100がありコイル電流ILを検知できないとそのスイッチング素子Q2をオフすべきタイミングが到来せず、スイッチング素子Q2がオンに維持され続けてしまい、Hブリッジ回路14の部品故障を招くおそれがある。
【0018】
(スイッチング制御内容の切替)
図5および図6は、実施の形態にかかる点灯装置10の動作を説明するための波形図である。図5は、短絡経路100が発生しておらず、正常に起動したときの点灯装置10の動作を示す波形図である。実施の形態にかかる点灯装置10では、マイコン22は、起動時(つまり電源投入直後)の期間T1に、スイッチング信号Q2/SWの周波数fおよびオン時間幅tonが固定されたスイッチング信号Q2/SWを生成し、このスイッチング信号Q2/SWでスイッチング素子Q2をオンオフする。これにより、コイル電流ILにかかわらず、スイッチング素子Q2が確実にオンオフされる。その後、所定のタイミング、好ましくはコイル電流ILが正常に検出されて短絡経路100が生じていないことが確認できたタイミングで、バンバン制御を開始する。コイル電流ILの検出は様々な形態が可能であり、コイル電流ILの有無、大きさ、あるいは変化を検出することで行うことができる。例えば、図示しないがマイコン22の内部あるいは外部にコイル電流ILの有無、大きさ、あるいは変化を検出する検出回路を設けてもよい。また、例えば、スイッチング素子Q2をオンしてから、コイル電流ILが1回または複数回往復的に増減しているか否かを検知してもよい。図5に破線で示す脈流状波形はコイル電流ILのピーク値の軌跡である。バンバン制御への切り替えを行うための好ましい形態として、マイコン22は図5に示すようにコイル電流ILのピーク値が最小値となった次回のスイッチング素子Q2のオンタイミングで、周波数fおよびオン時間幅ton固定の制御をバンバン制御へと切り替える(図5における期間T1→期間T2への切替)。期間T2ではバンバン制御が開始され、マイコン22がスイッチング信号Q2/SWを生成することで、上限電流値IL*maxと下限電流値IL*lowとの間をコイル電流ILが往復的に増減する。
【0019】
(保護停止機能)
図6は、短絡経路100が発生した故障時の動作を説明するための図であり、点灯装置10において起動時(つまり電源投入直後)に保護停止する動作を示す波形図である。本実施の形態では、好ましい形態として、マイコン22が、起動時に、上述した周波数fを固定しオン時間幅tonを固定したスイッチング信号Q2/SWでのスイッチング制御を行うとともに、コイル電流ILが正常に検出されない場合にはマイコン22はスイッチング素子Q1、Q2を保護停止する。コイル電流ILの検出は様々な形態が可能であり、コイル電流ILの有無、大きさ、あるいは変化を検出することで行うことができる。例えば、図示しないがマイコン22の内部あるいは外部にコイル電流ILの有無、大きさ、あるいは変化を検出する検出回路を設けてもよい。また、例えば、マイコン22の内部においてはコンパレータ23a、23bそれぞれのコイル電流ILが入力されるので、コンパレータ23a、23bの出力に基づいてコイル電流ILの正常な検出がされているかを判定してもよい。また、例えば、スイッチング素子Q2をオンしてから、コイル電流ILが少なくとも1回往復的に増減しているか否かを検知し、コイル電流ILの往復的増減が検出されない場合、マイコン22はスイッチング素子Q1、Q2を保護停止してもよい。また、例えばスイッチング素子Q2をオンしてから予め定めた時間を越えてもコイル電流ILが上限電流値IL*maxと交差しない場合に、マイコン22はスイッチング素子Q1、Q2を保護停止してもよい。この予め定めた時間は、図5の期間T1におけるオン時間幅tonよりも短くしてもよい。これにより上述した短絡経路100があったとしても、保護停止機能により点灯装置10を安全停止させることで部品故障を抑制できる。なお、ここで説明した保護停止機能は、上記の「スイッチング制御内容の切替」とは別に単独で実施してもよい。期間T2においてこの保護停止機能を実施してもよく、バンバン制御の実行中にスイッチング素子Q2(あるいはQ1)をオンしてから予め定めた時間を超えてもコイル電流ILが上限電流値IL*maxと交差しない場合には保護停止を行うようにしてもよい。
【0020】
なお、上記実施の形態では一例として昇圧モードにおいてスイッチング信号Q2/SWのみについて期間T1(周波数fおよびオン時間幅ton固定制御)から期間T2(バンバン制御)への制御内容の切替を行っているが、本発明はこれに限定されるものではない。降圧モードおよび昇降圧モードにおいてもいずれのスイッチング素子Q1、Q2をオンオフするかの違いを除いては上記と同様に制御を行えばよい。昇降圧モードにおいては、スイッチング素子Q1、Q2を同時にオンオフ制御するので、スイッチング信号Q1/SW、Q2/SWの両方に対して期間T1、T2の制御内容の切替を行えばよい。降圧モードでは、スイッチング素子Q1をオンオフし、かつスイッチング素子Q2をオフに維持するので、スイッチング信号Q1/SWに対して期間T1、T2の制御内容の切替を行えばよい。
【符号の説明】
【0021】
1 照明器具、2 LEDモジュール、2a LED素子、4 交流電源、6 整流回路、10 点灯装置、14 Hブリッジ回路、20 駆動回路、22 マイコン、23 スイッチング信号生成部、23a、23b コンパレータ、23c、26 タイマー、24 AD変換回路、30 調光器
図1
図2
図3
図4
図5
図6