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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2019-220371(P2019-220371A)
(43)【公開日】2019年12月26日
(54)【発明の名称】電源装置および照明システム
(51)【国際特許分類】
   H05B 37/02 20060101AFI20191129BHJP
【FI】
   H05B37/02 J
   H05B37/02 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】OL
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2018-117527(P2018-117527)
(22)【出願日】2018年6月21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】100094916
【弁理士】
【氏名又は名称】村上 啓吾
(74)【代理人】
【識別番号】100073759
【弁理士】
【氏名又は名称】大岩 増雄
(74)【代理人】
【識別番号】100127672
【弁理士】
【氏名又は名称】吉澤 憲治
(74)【代理人】
【識別番号】100088199
【弁理士】
【氏名又は名称】竹中 岑生
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 章太
(72)【発明者】
【氏名】坂下 友一
(72)【発明者】
【氏名】芝原 信一
【テーマコード(参考)】
3K273
【Fターム(参考)】
3K273AA09
3K273BA24
3K273BA25
3K273CA02
3K273CA03
3K273CA12
3K273CA13
3K273CA14
3K273DA08
3K273EA06
3K273EA07
3K273EA25
3K273EA35
3K273FA06
3K273FA07
3K273FA14
3K273FA26
3K273GA02
3K273GA05
3K273GA12
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3K273GA15
3K273GA29
3K273PA10
3K273QA21
3K273QA22
3K273RA13
3K273SA08
3K273SA09
3K273SA35
3K273SA45
3K273TA07
3K273TA08
3K273TA15
3K273TA37
3K273TA52
3K273TA62
3K273TA78
3K273UA22
3K273UA23
3K273UA27
3K273UA28
(57)【要約】
【課題】損失の低減を可能とした電源装置および照明システムを提供する。
【解決手段】入力電力を直流電力に変換する第1変換回路11と、第1変換回路11の出力側に接続され第1変換回路11の出力電力を負荷5を駆動する直流電力に変換する第2変換回路21と、第1変換回路11および第2変換回路21を制御する制御回路12、22を備え、制御回路12、22は、第2変換回路2の入力電圧Vin、出力電圧Vout、および入力電圧Vinと出力電圧Voutとの変換に関する予め定められた目標値Vaimに基づいて第1変換回路11の出力する直流電圧の大きさを調整する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
入力電力を直流電力に変換する第1変換回路と、
前記第1変換回路の出力側に接続され、前記第1変換回路の出力電力を負荷を駆動する直流電力に変換する第2変換回路と、
前記第1変換回路および前記第2変換回路を制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記第2変換回路の入力電圧、出力電圧、および前記入力電圧と前記出力電圧との変換に関する予め定められた目標値に基づいて前記第1変換回路の出力する直流電圧の大きさを調整する電源装置。
【請求項2】
前記第2変換回路は、前記第1変換回路の出力側に並列に複数個接続された降圧型の変換回路であり、
前記制御回路は、複数個の前記第2変換回路のそれぞれについて入力電圧と出力電圧の差分から前記目標値を引いた演算値を算出し、複数個の前記演算値のうち最小値を選定し、選定した前記最小値に基づいて前記第1変換回路の出力する直流電圧の大きさを調整する請求項1に記載の電源装置。
【請求項3】
前記第2変換回路は、前記第1変換回路の出力側に1個接続された降圧型の変換回路であり、
前記制御回路は、前記第2変換回路の入力電圧と出力電圧の差分から前記目標値を引いた演算値を算出し、前記演算値を最小値として選定し、選定した前記最小値に基づいて前記第1変換回路の出力する直流電圧の大きさを調整する請求項1に記載の電源装置。
【請求項4】
前記制御回路は、前記第1変換回路を制御する第1制御回路と、前記第2変換回路をそれぞれ制御する複数個の第2制御回路を備え、
前記第2制御回路は、前記第2変換回路の入力電圧と出力電圧の差分から前記目標値を引いた演算値をそれぞれ算出して前記第1制御回路に送信し、
前記第1制御回路は、前記第2制御回路から送信されてくる複数個の前記演算値のうち最小値を選定し、選定した前記最小値に基づいて前記第1変換回路の出力する直流電圧の大きさを調整する請求項2に記載の電源装置。
【請求項5】
前記制御回路は、前記第1変換回路を制御する第1制御回路と、前記第2変換回路をそれぞれ制御する複数個の第2制御回路を備え、
前記第2制御回路は、前記第2変換回路の入力電圧と出力電圧の差分をそれぞれ算出して前記第1制御回路に送信し、
前記第1制御回路は、前記第2制御回路から送信されてくる複数個の前記差分のうち最小値を選定し、選定した前記最小値から前記目標値を引いた値に基づいて前記第1変換回路の出力する直流電圧の大きさを調整する請求項2に記載の電源装置。
【請求項6】
前記制御回路は、前記第1変換回路を制御する第1制御回路と、前記第2変換回路を制御する第2制御回路を備え、
前記第2制御回路は、前記第2変換回路の入力電圧と出力電圧の差分から前記目標値を引いた演算値を算出して前記第1制御回路に送信し、
前記第1制御回路は、前記第2制御回路から送信されてくる前記演算値を最小値として選定し、選定した前記最小値に基づいて前記第1変換回路の出力する直流電圧の大きさを調整する請求項3に記載の電源装置。
【請求項7】
前記第1変換回路と前記第2変換回路の間の通信は、予め定めたタイミングにより実施される請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の電源装置。
【請求項8】
前記タイミングは、特定の周期、前記負荷の電圧変動、前記第2変換回路の指令信号受信のうち少なくとも1つに基づいて決定される請求項7に記載の電源装置。
【請求項9】
前記第1変換回路の入力電圧は交流電圧であり、前記第1変換回路はPFC機能を備えるAC/DC変換回路である請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の電源装置。
【請求項10】
前記第1変換回路の入力電圧は直流電圧であり、前記第1変換回路はDC/DC変換回路である請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の電源装置。
【請求項11】
請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の電源装置と、前記電源装置の前記第2変換回路の出力側に接続され、被照明対象の照明を行う発光ユニットとを備えた照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、電源装置および照明システムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、負荷に電力を供給する電源装置であって、交流電力を入力して直流電力を出力するAC−DC変換部と、AC−DC変換部が出力した直流電力を入力して負荷を駆動する直流駆動電力を出力する負荷駆動部と、AC−DC変換部と負荷駆動部とを接続する接続ケーブルとを備え、AC−DC変換部はAC−DC変換部が出力する直流電力の電圧を調整する電圧調整部を含み、AC−DC変換部が出力する直流電力の電圧が負荷を動作させる動作電圧に対応させて調整される電源装置が知られている。
そして、前記電源装置においては、AC−DC変換部が出力する直流電力の電圧が、複数の負荷駆動部に接続される負荷のうちの最も動作電圧が高い負荷に対応させて調整される(例えば特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2016−143445号公報(請求項1、請求項3)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来の電源装置(例えば特許文献1)は、前記のように、AC−DC変換部の出力電圧を最大負荷電圧を基準に設定している。例えば、最大負荷電圧が200Vであった場合、200Vの負荷が動作しているか、停止しているかに関わらず、200Vから決まる値にAC−DC変換部の出力電圧を設定する。すなわち、200Vの負荷が停止し、動作している負荷の最大電圧が150Vであったとしても200Vを基準としてAC−DC変換部の出力電圧は設定される。このように、従来ではAC−DC変換部の出力電圧が、実際に動作している負荷の最大電圧を基準として設定されるとは限らないので、AC−DC変換部に接続される負荷駆動部の電力変換時の損失が増大する可能性がある。例えば、負荷駆動部が降圧チョッパである場合、降圧チョッパの入力電圧と出力電圧の比である降圧比(入力電圧/出力電圧)が必要以上に大きくなり、降圧チョッパでの損失が増大することとなる。
【0005】
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、損失の低減を可能とした電源装置および照明システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本願に開示される電源装置は、
入力電力を直流電力に変換する第1変換回路と、
前記第1変換回路の出力側に接続され、前記第1変換回路の出力電力を負荷を駆動する直流電力に変換する第2変換回路と、
前記第1変換回路および前記第2変換回路を制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記第2変換回路の入力電圧、出力電圧、および前記入力電圧と前記出力電圧との変換に関する予め定められた目標値に基づいて前記第1変換回路の出力する直流電圧の大きさを調整するものである。
【0007】
また、本願に開示される照明システムは、前記電源装置と、前記電源装置の前記第2変換回路の出力側に接続され、被照明対象の照明を行う発光ユニットとを備えたものである。
【発明の効果】
【0008】
本願に開示される電源装置および照明システムによれば、第2変換回路の入力電圧、出力電圧、および入力電圧と出力電圧との変換に関する予め定められた目標値に基づいて第1変換回路の出力する直流電圧の大きさを調整するようにしたので、損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】実施の形態1の第1例に係る照明システムを記載した構成図である。
図2】実施の形態1の第1例の負荷を概略的に記載した回路図である。
図3】実施の形態1の第1例の第1変換部を概略的に記載した回路図である。
図4】実施の形態1の第1例の第1変換部の他例を概略的に記載した回路図である。
図5】実施の形態1の第1例の第2変換部を概略的に記載した回路図である。
図6】実施の形態1の第1例の第1変換部出力電圧調整制御の動作を説明するための図である。
図7】実施の形態1の第1例の第1変換部出力電圧調整制御の動作を説明するための図である。
図8】実施の形態1の第1例の第1変換部出力電圧調整制御の動作を説明するための図である。
図9】実施の形態1の第1例の第1変換部出力電圧調整制御の動作を説明するための図である。
図10】実施の形態1の第2例に係る照明システムおよび電源装置を記載した構成図である。
図11】実施の形態1の第3例に係る照明システムおよび電源装置を記載した構成図である。
図12】実施の形態1の第4例に係る照明システムおよび電源装置を記載した構成図である。
図13】実施の形態1の第4例の第1変換部出力電圧調整制御の動作を説明するための図である。
図14】実施の形態1の第4例の第1変換部出力電圧調整制御の動作を説明するための図である。
図15】実施の形態1の第4例の第1変換部出力電圧調整制御の動作を説明するための図である。
図16】実施の形態1の第4例の第1変換部出力電圧調整制御の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
実施の形態1.
以下、図面を参照して、本願の実施の形態1の複数の例について説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付して、その説明を適宜省略または簡略化する。また、各図に記載の構成について、その形状、大きさおよび配置等は、この出願の範囲内で適宜変更することができる。
【0011】
[第1例の説明]
図1は、実施の形態1の第1例に係る照明システムおよび電源装置を記載した構成図である。第1例における照明システム101は、第1変換部1と複数の第2変換部2とを有する電源装置100、および負荷5を備える。入力電源3は第1変換部1の入力側に接続され、負荷5は第2変換部2の出力側に接続される。また、第1変換部1と第2変換部2とは配線ケーブル4により接続される。なお、入力電源3の出力電圧は、後述するように交流電圧であっても、直流電圧であってもよい。
【0012】
図1の例では、1個の第1変換部1に対して複数個の第2変換部2(2a〜2n)が並列に接続されており、それぞれの第2変換部2(2a〜2n)に対して負荷5(5a〜5n)が接続されている。ただし、後述するように第1変換部1の出力側に1個の第2変換部2を接続してもよい。
【0013】
図2は、実施の形態1の第1例の負荷5を概略的に記載した回路図である。図に示すように、負荷5は、例えば複数の発光素子50から構成された発光ユニットであり、第2変換部2から電力の供給を受けて、被照明対象である室内の照明を行うものである。例えば、照明システム101は、複数の部屋を有する建物等に適用されるものであり、複数の発光ユニットが部屋毎に設置される。
【0014】
図2では、直列に接続された複数の発光素子50を含む発光ユニットを示しているが、発光ユニットは、並列に接続された複数の発光素子50を含むものであってもよく、直列に接続された発光素子50が並列に接続されたものを含むものであっても、並列に接続された発光素子50が直列に接続されたものを含むものであってもよい。また、1個の発光素子50を含むものであってもよい。以下の説明では、負荷5は、発光素子50としてLED(Light Emitting Diode)を用いた発光ユニットであるとして説明を行うが、発光素子として有機EL(Electro Luminescence)等を用いた発光ユニットであってもよい。また、負荷5は発光ユニットでなく、モータまたはヒータ等であってもよい。
【0015】
図3および図4は実施の形態1の第1例の第1変換部1を記載した構成図であり、図3は入力電源3の出力が交流の場合、図4は入力電源3の出力が直流の場合の構成を示している。図1図3または図4に記載の通り、第1変換部1は第1変換回路11と第1制御回路12から構成される。
【0016】
図3は、入力電源3が交流出力の場合の第1変換部1の構成例を示している。入力電源3が交流出力の場合、第1変換部1はAC/DCコンバータとして動作する。
図3に示すように、第1変換回路11は、第1接続部P11および第2接続部P12、第3接続部P13および第4接続部P14、整流部111、電圧調整部112、入力電圧検出部113、並びに出力電圧検出部114を含んでいる。第1接続部P11および第2接続部P12は、第1変換回路11の入力部であり、入力電源3からの交流出力が入力される。第3接続部P13および第4接続部P14は、第1変換回路11の出力部であり、第2変換部2に接続される。入力電圧検出部113は、電圧調整部112に入力される電圧を検出するものであり、例えば直列に接続された抵抗R1および抵抗R2を含んで構成されている。出力電圧検出部114は、電圧調整部112が出力する電圧を検出するものであり、例えば直列に接続された抵抗R3および抵抗R4を含んで構成されている。整流部111は、例えばダイオードブリッジで構成された全波整流回路を含むものであり、入力された交流電力を整流する役割を果たす。
【0017】
電圧調整部112は、第1変換回路11が出力する直流電力の電圧を調整するものであり、例えば図3に示すようなH型昇降圧回路により構成されている。電圧調整部112は、降圧型アームを構成する第1スイッチング素子Q1および第1ダイオードD1、並びに昇圧型アームを構成する第2スイッチング素子Q2および第2ダイオードD2を備えている。第1スイッチング素子Q1と第1ダイオードD1との接続部と、第2スイッチング素子Q2と第2ダイオードD2との接続部との間には、第1リアクトルL11が接続されている。第1スイッチング素子Q1および第2スイッチング素子Q2は、第1制御回路12から出力されるオンオフ制御用のスイッチ信号PWM1およびPWM2によって駆動されるものであり、FET(Field Effect Transistor)素子またはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)素子等で構成されている。電圧調整部112は、昇圧コンバータとしての機能と、降圧コンバータとしての機能とを有する。第1制御回路12は、第1スイッチング素子Q1を常時オンさせると共に第2スイッチング素子Q2をスイッチング動作させることで、電圧調整部112を昇圧コンバータとして機能させることができる。また、第1制御回路12は、第2スイッチング素子Q2を常時オフさせると共に第1スイッチング素子Q1をスイッチング動作させることで、電圧調整部112を降圧コンバータとして機能させることができる。
【0018】
第1スイッチング素子Q1および第1ダイオードD1で構成された降圧型アームは、整流部111に接続され、第2スイッチング素子Q2および第2ダイオードD2で構成された昇圧型アームは、第1変換回路11の出力部である第3接続部P13および第4接続部P14側に接続されている。また、電圧調整部112は、第1リアクトルL11に流れる電流ILを検出する第1電流検出部Cs1、および電圧調整部112の出力を平滑させる第1平滑コンデンサC2を含んでいる。
【0019】
電圧調整部112は、H型昇降圧回路の代わりに、例えばフライバック回路、SEPIC(Single Ended Primary Inductor Converter)回路、CUK回路、ZETA回路等により構成されてもよい。入力電源3の出力電圧と負荷5の電圧の情報が事前に判明しており、昇圧コンバータとしての機能しか必要ないことが判明している場合、電圧調整部112に昇圧回路を用いてもよい。同様に、降圧コンバータとしての機能しか必要ないことがあらかじめ分かっている場合、電圧調整部112に降圧回路を用いてもよい。
【0020】
図1に示すように、第1制御回路12は、最小値選定部13、偏差演算部14、制御PWM部15を含んで構成される。
第1制御回路12は、制御PWM部15において、入力電圧検出部113が検出した電圧調整部112の入力電圧Viと、出力電圧検出部114が検出した電圧調整部112の出力電圧Voと、第1電流検出部Cs1が検出した第1リアクトルL11に流れる電流ILとを用いて、第1スイッチング素子Q1および第2スイッチング素子Q2をオンオフ制御するためのスイッチ信号PWM1およびPWM2を生成することによって、入力電源3から入力される交流入力電流と交流入力電圧とを、同位相且つ同波形とするPFC(Power Factor Correction)制御を行っている。
【0021】
また、第1制御回路12は、第2変換部2から送られてくる第2変換部2の入力電圧および出力電圧の情報に応じて第1変換部1の出力電圧を調整する第1変換部出力電圧調整制御を行う。第1変換部出力電圧調整制御の詳細は後述する。
【0022】
図4は、入力電源3が直流出力の場合の第1変換部1の構成例を示している。入力電源3が直流出力の場合、第1変換部1はDC/DCコンバータとして動作する。
図4に示すように、第1変換回路11は、第1接続部P11および第2接続部P12、第3接続部P13および第4接続部P14、電圧調整部112、入力電圧検出部113、並びに出力電圧検出部114を含んでいる。入力電源3が直流出力の場合では、図3の整流部111を省略できるので、電圧調整部112が第1接続部P11および第2接続部P12に接続される。また、入力電源3が直流出力の場合は、第1制御回路12においてPFC制御が省略される。上記以外は入力電源3が交流出力の場合と同じであるため、説明を省略する。
【0023】
図5は、実施の形態1の第1例の第2変換部2を概略的に記載した回路図である。図1および図5に記載の通り、第2変換部2は第2変換回路21と第2制御回路22から構成される。
【0024】
第2変換部2は、第1変換部1の出力電圧(直流電圧)を入力して、負荷5を駆動させるための直流電圧に変換するDC/DCコンバータとして動作する。第2変換部2の入力電圧は、第1変換部1の出力電圧から配線ケーブル4の電圧効果分を引いた値となる。第2変換部2の出力電圧と負荷5の入力電圧は同じとみなせる。
【0025】
図5に示すように、第2変換回路21は、第1接続部P21および第2接続部P22、第3接続部P23および第4接続部P24、第2電圧調整部211、第2入力電圧検出部212および第2出力電圧検出部213を含んでいる。第1接続部P21および第2接続部P22は、第2変換回路21の入力部であり、第1変換部1に接続される。第3接続部P23および第4接続部P24は、第2変換回路21の出力部であり、負荷5に接続される。第2入力電圧検出部212は、第2電圧調整部211に入力される電圧を検出するものであり、例えば直列に接続された抵抗R21および抵抗R22を含んで構成されている。第2出力電圧検出部213は、第2電圧調整部211が出力する電圧を検出するものであり、例えば直列に接続された抵抗R23および抵抗R24を含んで構成されている。
【0026】
第2電圧調整部211は、第2変換回路21が出力する直流電力の電流を調整するものであり、第3スイッチング素子Q21、第3ダイオードD21、第2リアクトルL21、第2コンデンサC21、および第2電流検出部Cs21とを含んでいる。第3スイッチング素子Q21は、FET素子またはIGBT素子等で構成されている。第2電流検出部Cs21は、第2変換回路21が出力する直流駆動電力の電流を検出するものである。なお、第2電圧調整部211は降圧機能を有する回路であればよく、例えば、フライバック回路等であってもよい。
【0027】
第2制御回路22は、図1に示すように出力電流制御部23、差分演算部24、演算値生成部25を含んで構成される。なお、図1では、第1変換部1に対して複数個の第2変換部2a〜2nが接続され、第2変換部2a〜2nはそれぞれ第2制御回路22a〜22nを備え、第2制御回路22a〜22nのそれぞれが出力電流制御部23a〜23n、差分演算部24a〜24n、演算値生成部25a〜25nを有しているが、以下では、適宜、第2変換部2、第2制御回路22、出力電流制御部23、差分演算部24、演算値生成部25の総称した名称で説明する。
出力電流制御部23は、第2電流検出部Cs21が検出する電流Ioを用いて負荷5に所望の電流が流れるように第3スイッチング素子Q21の制御を行う。差分演算部24、演算値生成部25では、後述する第1変換部出力電圧調整制御に用いる演算値Cvの生成を行う。
なお、本実施の形態の例では、負荷5が電流制御されているが、第2変換部2により負荷5が電圧制御されるものであってもよい。第2変換部2が負荷5を電圧制御する場合には、第2電流検出部Cs21が検出する電流Ioの代わりに、第2出力電圧検出部213の検出する第2変換部の出力電圧Voutを用いて制御を行えばよい。
【0028】
次に、本実施の形態の特徴である第1変換部出力電圧調整制御を説明する。本実施の形態では、第1制御回路12と第2制御回路22との間で所定のタイミングごとに情報通信を行い、第1変換部1の出力電圧を決定する。
【0029】
第2変換部2では、入出力電圧情報をもとに演算値Cvを生成し、所定のタイミング毎に第1変換部1に送る。すなわち、第2制御回路22は、第2入力電圧検出部212により検出した第2変換回路21の入力電圧Vinと、第2出力電圧検出部213により検出した第2変換回路21の出力電圧Voutを入力し、差分演算部24において、検出した第2変換回路21の入力電圧Vinと第2変換回路21の出力電圧Voutの差(Vin−Vout)を演算する。更に、演算値生成部25において、差分演算部24で算出した値(Vin−Vout)と目標値Vaimの差分演算により、演算値Cv=(Vin−Vout―Vaim)を生成する。目標値Vaimは第2変換部2の入力電圧Vinと出力電圧Voutの差の目標値であり、入力電圧Vinが出力電圧Voutに近づき、または入力電圧Vinが出力電圧Voutを下回ることにより、第2変換部2の動作が不安定になることを防止する役割を果たす。目標値Vaimの設定値は、例えば出力電圧Voutの10%というように出力電圧Voutを基に定めてもよいし、例えば10V等の固定値に定めてもよいし、第2変換回路21のスイッチング素子が零電圧スイッチング動作または零電流スイッチング動作となるように定めてもよいが、目標値Vaimの値は第2変換部2の正常動作が確認できる範囲で、できるだけ小さな値に設定されることが望ましい。
【0030】
第1変換部1の第1制御回路12は、第2変換部2から所定のタイミング毎に送られてくる演算値Cvをもとに第1変換回路11の出力電圧の制御を行う。第1制御回路12は、最小値選定部13により、複数の第2変換部2(2a〜2n)から送られてくる演算値Cvを受け取り、その中から最小値Cv_minを選択する。偏差演算部14では、初期値16から入力電圧検出部113にて検出される第1変換回路11の出力電圧Voおよび最小値選定部13で選択される演算値の最小値Cv_minを引くことによって偏差を算出する。制御PWM部15では偏差演算部14で算出した偏差を零とするように第1変換回路11のスイッチング素子Q1およびQ2を動作させるPWM信号を生成し、第1変換回路11のスイッチング素子Q1およびQ2を動作させる。
【0031】
なお、第1変換部1と第2変換部2との間で行う通信は、例えば所定の周期毎に行うように定めてもよいし、例えば第2変換回路21の指令信号受信時など外部から信号を受け取ったタイミングと定めてもよいし、例えば負荷5の電圧低下検知時などの状態変化を検出したタイミングと定めてもよい。また、上記2つ以上を組み合わせて更新タイミングを定めてもよい。また、外部の信号受信または状態変化検出をトリガに、通信を行う周期の変更を行ってもよい。
【0032】
上述の第1変換部出力電圧調整制御を適用することで、第1変換部1の出力電圧は第2変換部2の動作状態に応じて随時最適な値に調整されるので、第2変換部2の動作が停止した場合または負荷5である例えば発光ユニットの調光動作により第2変換部2の負荷電圧が変動した場合においても、高効率な動作を実現できる。また、本実施の形態の制御では、第2変換部2の入力電圧Vinと出力電圧Voutを検出するため、配線ケーブル4の電圧降下が大きく、第1変換部1の出力電圧と第2変換部2の入力電圧の間に電圧差が発生している場合でも、第2変換部2の入力電圧が第2変換部2の出力電圧に近づき、または下回ることによる第2変換部2の動作が不安定になることを防止することができる。
【0033】
上記の第1変換部出力電圧調整制御の動作を、第1変換部1に対して3組の第2変換部2a、2b、2cが並列に接続されている場合を例に説明する。
図6から図9は、第1変換部出力電圧調整制御の動作を説明するための第2変換部2(2a、2b、2c)の入力電圧Vin(Vin_a、Vin_b、Vin_c)、出力電圧Vout(Vout_a、Vout_b、Vout_c)、目標値Vaim(Vaim_a、Vaim_b、Vaim_c)、演算値Cv(Cv_a、Cv_b、Cv_c)の例である。
【0034】
初期状態は図6に示す通り、第2変換部2aの入力電圧Vin_aが200V、出力電圧Vout_aが100V、目標値Vaim_aが10Vであり、第2変換部2bの入力電圧Vin_bが190V、出力電圧Vout_bが80V、目標値Vaim_bが10Vであり、第2変換部2cの入力電圧Vin_cが200V、出力電圧Vout_cが60V、目標値Vaim_cが10Vであるとする。なお、第2変換部2bの入力電圧Vin_bが第2変換部2aの入力電圧Vin_aおよび第2変換部2cの入力電圧Vin_cより10V小さい値となっているが、第2変換部2bは第2変換部2aおよび2cよりも第1変換部1との間の配線ケーブル4が長く、電圧降下が大きいという状態を想定している。
【0035】
図6に示す条件においては、第2変換部2aの演算値Cv_aは90V、第2変換部2bの演算値Cv_bは100V、第2変換部2cの演算値Cv_cは130Vと算出され、第2変換部2a、2b、2cから第1変換部1にそれぞれの演算値Cvが送られる。第1変換部1の第1制御回路12では、送られてきた3つの演算値Cvのうち最小値Cv_minである第2変換部2aの90V(Cv_a)を選定し、選定された最小値Cv_min(90V)が零となるように第1変換回路11の出力電圧を調整する。
【0036】
図7図6の状態から第1変換部1の出力電圧を調整した後の状態を示している。第1変換部1の出力電圧が小さくなるように調整された結果、第2変換部2aの入力電圧Vin_a(110V)と出力電圧Vout_a(100V)との差が目標値Vaim_a(10V)となっている。図7では図6の場合より、それぞれ第2変換部2a、2b、2cの入力電圧Vinが小さくなっているので、第2変換部2a、2b、2cの降圧比(出力電圧/入力電圧)が抑えられ、第2変換部2a、2b、2cで発生する損失が低減される。
【0037】
図8は、図7の状態から第2変換部2aが動作を停止した場合であり、第2変換部2aの出力電圧が0となっている。図8の状態においては、第2変換部2aの演算値Cv_aは100V、第2変換部2bの演算値Cv_bは10V、第2変換部2cの演算値Cv_cは40Vと算出される。第1変換部1の最小値選定部13で第2変換部2bの10Vが最小値Cv_minとして選定され、第2変換部2bの演算値(10V)が零となるように第1変換部1の出力電圧が調整される。なお、ここでは第2変換部2の動作が停止しても、演算値Cvの算出および最小値Cv_minの選択が実行される例を示したが、第2変換部2が停止した場合、演算値算出を行わず、最小値選定からも除外するというような処理としてもよい。
【0038】
図9図8の状態から第1変換部1の出力電圧を調整した後を示している。配線ケーブル4による電圧降下によらず、第2変換部2bの入力電圧Vin_b(90V)と出力電圧Vin_b(80V)との差が目標値Vaim_b(10V)となるように制御される。また図9では図7の状態よりも、それぞれ第2変換部2a、2b、2cの入力電圧Vinが小さくなっているので、第2変換部2a、2b、2cの降圧比(出力電圧/入力電圧)が抑えられ、第2変換部2a、2b、2cで発生する損失が低減される。
【0039】
[その他の例の説明]
第1変換部出力電圧調整制御は、第2変換部2の入力電圧Vinおよび出力電圧Voutの情報をもとに第1変換部1の出力電圧Voを制御するのであれば構成は以下の例に説明するように任意である。なお、以下の説明においては、上述の第1例との相違点を中心に説明し、その他の点については第1例と同様であるので、その説明を適宜省略または簡略化している。
【0040】
[第2例の説明]
図10は、実施の形態1の第2例に係る照明システムおよび電源装置を記載した構成図である。図10に示す第2例の照明システム101および電源装置100では、第2変換部2において検出した入力電圧Vinと出力電圧Voutの差(Vin−Vout)を差分演算部24で演算して当該差(Vin−Vout)を第1変換部1に送り、第1変換部1の最小値選定部13で第2変換部2から送られてくる入力電圧Vinと出力電圧Voutの差(Vin−Vout)の最小値を選定した後に、目標値Vaimとの差を演算する構成としている。また、例えば、第2変換部2においては、検出した入力電圧Vinと出力電圧Voutに対して演算を行わず、入力電圧Vinと出力電圧Voutの情報をそのまま第1変換部1に送り、第1変換部1において入力電圧と出力電圧の差(Vin−Vout)の演算、当該差と目標値Vaimとの演算、最小値の選定など、すべての演算、制御を行うような構成にしてもよい。
【0041】
[第3例の説明]
図11は、実施の形態1の第3例に係る照明システムおよび電源装置を記載した構成図である。図11に示す第3例の照明システムおよび電源装置では、図1に示す第1制御回路12の構成から偏差演算部14を削除した構成である。第1制御回路12は、複数の第2変換部2(2a〜2n)から送られてくる演算値Cvを受け取り、最小値選定部13により複数の演算値Cvの中から最小値Cv_minを選択すると、その最小値Cv_minを制御PWM部15に入力し、制御PWM部15は第1変換回路11のスイッチング素子Q1およびQ2を動作させるPWM信号を生成する。
【0042】
[第4例の説明]
図12は、実施の形態1の第4例に係る照明システムおよび電源装置を記載した構成図である。図12に示す第4例の照明システムおよび電源装置では、第1変換部1に対して1個の第2変換部2aを接続した例を示している。図12に示すように、第2変換部2aを1個接続する場合は、上記1個の第2変換部2aで算出された演算値Cvが最小値選定部13において最小値Cv_minとして選定され、第1変換部出力電圧調整制御が実施される。
【0043】
図13から図16は、第4例の第1変換部出力電圧調整制御の動作を説明するための図であり、第2変換部2aの入力電圧Vin_a、出力電圧Vout_a、目標値Vaim_a、演算値Cv_aの例を現している。なお、図13図16および以下の説明では、入力電圧Vin_a、出力電圧Vout_a、目標値Vaim_a、演算値Cv_aを、入力電圧Vin、出力電圧Vout、目標値Vaim、演算値Cvと表している。
【0044】
初期状態は図13に示す通り、第2変換部2aの入力電圧Vinが200V、出力電圧Voutが100V、目標値Vaimが10Vである。このとき、第2変換部2aの演算値Cvは90Vと算出され、第2変換部2aから第1変換部1に演算値Cv(90V)が送られる。第1変換部1の第1制御回路12では、最小値選定部13により第2変換部2aから送られてきた演算値Cv(90V)を最小値Cv_minとして選定し、選定された最小値Cv_min(90V)が零となるように第1変換回路11の出力電圧を調整する。
【0045】
図14図13の状態から第1変換部1の出力電圧を調整した後の状態を示している。第1変換部1の出力電圧が小さくなるように調整された結果、第2変換部2aの入力電圧Vin(110V)と出力電圧Vout(100V)との差が目標値Vaim(10V)となっている。その結果、図14では図13の場合より、第2変換部2aの降圧比(出力電圧/入力電圧)が抑えられ、第2変換部2aで発生する損失が低減される。
【0046】
図15は、図14の状態から第2変換部2aが動作を停止した場合であり、第2変換部2aの出力電圧Voutが0となっている。図15の状態においては、第2変換部2aの演算値Cvは100Vと算出される。第1変換部1の最小値選定部13で第2変換部2aの演算値Cv(100V)が最小値Cv_minとして選定され、第2変換部2aの最小値Cv_min(100V)が零となるように第1変換部1の出力電圧が調整される。なお、ここでは第2変換部2aの動作が停止しても、演算値Cvの算出および最小値Cv_minの選択が実行される例を示したが、第2変換部2aが停止した場合、第2変換部2aから第1変換部1へ第2変換部2aの動作停止信号を送信し、第1変換部1の動作を停止する処理としてもよい。なお、図16図15の状態から第1変換部1の出力電圧を調整した後を示している。
【0047】
以上のように、第1変換部1の出力側に1個の第2変換部2を接続する場合においても、図1と同様の構成のままで第1変換部出力電圧調整制御を実施することができる。なお、第1変換部1の出力側に1個の第2変換部2を接続する構成を、図10図11に適用することにより、第1変換部出力電圧調整制御を実施することができる。
【0048】
なお、前記第1例から第4例では、第1変換回路を制御する第1制御回路と、第2変換回路を制御する第2制御回路を別々に構成した例を示したが、第1制御回路と第2制御回路とを1個の制御回路に統合してもよい。また、入力電源3に対して第1変換部1を複数個並列に配置し、それぞれの第1変換部1の出力側に第2変換部2を接続するようにしてもよい。この場合、第2変換部2からの情報は複数の第1変換部1に対してそれぞれ送信され、第1変換部出力電圧調整制御が実施される。
【0049】
[実施の形態の効果]
以上のように本実施の形態では、入力電力を直流電力に変換する第1変換回路と、第1変換回路の出力側に接続され、第1変換回路の出力電力を負荷を駆動する直流電力に変換する第2変換回路と、第1変換回路および第2変換回路を制御する制御回路と、を備え、制御回路は、第2変換回路の入力電圧、出力電圧、および入力電圧と出力電圧との変換に関する予め定められた目標値に基づいて第1変換回路の出力する直流電圧の大きさを調整するようにしたので、第2変換回路の損失を低減することができ、ひいては、第2変換回路、電源装置および照明システムの小型化および低コスト化を実現することができる。
【0050】
また、第2変換回路は、第1変換回路の出力側に並列に複数個接続された降圧型の変換回路であり、制御回路は、複数個の第2変換回路のそれぞれについて入力電圧と出力電圧の差分から目標値を引いた演算値を算出し、複数個の演算値のうち最小値を選定し、選定した最小値に基づいて第1変換回路の出力する直流電圧の大きさを調整するようにしたので、第2変換部の動作状態に応じて第1変換部の出力電圧を常に最適な値に調整でき、第2変換部の降圧比が大きくなることを防止でき、第2変換部で発生する損失を低減することができる。
【0051】
また、第2変換回路は、第1変換回路の出力側に1個接続された降圧型の変換回路であり、制御回路は、第2変換回路の入力電圧と出力電圧の差分から目標値を引いた演算値を算出し、演算値を最小値として選定し、選定した最小値に基づいて第1変換回路の出力する直流電圧の大きさを調整するようにしたので、第2変換部の動作状態に応じて第1変換部の出力電圧を常に最適な値に調整でき、第2変換部の降圧比が大きくなることを防止でき、第2変換部で発生する損失を低減することができる。
【0052】
また、制御回路は、第1変換回路を制御する第1制御回路と、第2変換回路をそれぞれ制御する複数個の第2制御回路を備え、第1変換回路と第2変換回路との間の情報通信を予め定めたタイミングにより実施するようにしたので、第1変換回路および第1制御回路と、第2変換回路および第2制御回路とが離れた場所に設置されていた場合でも、適切に本実施の形態の制御が達成できる。
【0053】
更に、第1変換回路と第2変換回路が配線ケーブルにより接続されている場合においても、第1変換回路の出力電圧は第2変換回路の入出力電圧情報を用いて調整されるので、配線ケーブルでの電圧降下が大きい場合でも、第2変換回路の入力電圧が第2変換回路の出力電圧に近づくことまたは下回ることを防止することができ、第2変換回路の安定動作を実現することができる。
【0054】
また、入力電源から入力される電圧の大きさに関係なく、第1変換回路の出力電圧が決定されるため、第1変換回路と第2変換回路とを接続する接続ケーブルの耐圧特性を、負荷の動作電圧に対応させたものとすることができる。その結果、接続ケーブルを小型化および低コスト化することができるため、電源装置および照明システムの小型化および低コスト化を実現することができる。
【0055】
本願は、様々な例示的な実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施例に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施例の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施例に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施例の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【0056】
1 第1変換部、2 第2変換部、3 入力電源、4 配線ケーブル、5 負荷、
11 第1変換回路、12 第1制御回路、13 最小値選定部、14 偏差演算部、
15 制御PWM部、21 第2変換回路、22 第2制御回路、
23 出力電流制御部、24 差分演算部、25 演算値生成部、50 発光素子、
100 電源装置、101 照明システム、111 整流部、112 電圧調整部、
113 入力電圧検出部、114 出力電圧検出部、211 第2電圧調整部、
212 第2入力電圧検出部、213 第2出力電圧検出部、
Q1 第1スイッチング素子、Q2 第2スイッチング素子、D1 第1ダイオード、
D2 第2ダイオード、L11 第1リアクトル、Cs1 第1電流検出部、
Q21 第3スイッチング素子、D21 第3ダイオード、L21 第2リアクトル、
Cs21 第2電流検出部。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
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図16