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特許7314063電力変換器を供給するための装置及びシステム
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-07-14
(45)【発行日】2023-07-25
(54)【発明の名称】電力変換器を供給するための装置及びシステム
(51)【国際特許分類】
   H05B 45/30 20200101AFI20230718BHJP
   H02M 7/06 20060101ALI20230718BHJP
【FI】
H05B45/30
H02M7/06 A
【請求項の数】 6
(21)【出願番号】P 2019570118
(86)(22)【出願日】2018-06-12
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2020-08-13
(86)【国際出願番号】 EP2018065448
(87)【国際公開番号】W WO2018234091
(87)【国際公開日】2018-12-27
【審査請求日】2021-06-08
(31)【優先権主張番号】17176964.9
(32)【優先日】2017-06-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(73)【特許権者】
【識別番号】516043960
【氏名又は名称】シグニファイ ホールディング ビー ヴィ
【氏名又は名称原語表記】SIGNIFY HOLDING B.V.
【住所又は居所原語表記】High Tech Campus 48,5656 AE Eindhoven,The Netherlands
(74)【代理人】
【識別番号】100163821
【弁理士】
【氏名又は名称】柴田 沙希子
(72)【発明者】
【氏名】デ ボンド ガイ ルイス ポール
(72)【発明者】
【氏名】ゼイルマン テオ ヘリット
(72)【発明者】
【氏名】サウエルランデル ゲオルク
【審査官】野木 新治
(56)【参考文献】
【文献】欧州特許出願公開第02712074(EP,A1)
【文献】米国特許出願公開第2010/0054007(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H05B 45/30
H02M 7/06
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
通常動作モードと、待機モードとを有するAC入力電力変換器であり、
AC入力信号を整流するための整流器回路と、
第1コンデンサを充電するために前記第1コンデンサと直列に結合される第1単方向デバイスであって、前記第1単方向デバイス及び前記第1コンデンサが、前記整流器回路の出力と並列に配設される第1単方向デバイスと、
第2コンデンサを充電するために前記第2コンデンサと直列に結合される第2単方向デバイスであって、前記第2単方向デバイス及び前記第2コンデンサが、前記整流器回路の出力と並列に配設される第2単方向デバイスと、
第1電力変換器に第1電力及び第1平均電圧を供給するための第1出力であって、前記第1コンデンサと前記第1単方向デバイスとの間の第1ノードに結合される第1出力と、
第2電力変換器に第2電力及び第2平均電圧を供給するための第2出力であって、前記第2コンデンサと前記第2単方向デバイスとの間の第2ノードに結合される第2出力とを有するAC入力電力変換器であって、
前記第1コンデンサが第1値を有し、前記第2コンデンサが第2値を有し、
前記第1コンデンサの前記第1値、及び前記第2コンデンサの前記第2値が、
前記第1電力が前記第2電力よりも小さいときには、前記第1平均電圧が前記第2平均電圧よりも大きく、
前記第1電力が前記第2電力よりも大きいときには、前記第1平均電圧が前記第2平均電圧よりも小さいように、選択され
前記通常動作モードにおいて、前記第1電力変換器に前記第1電力及び前記第1平均電圧が供給され、前記待機モードにおいて、前記第2電力変換器に前記第2電力及び前記第2平均電圧が供給されるAC入力電力変換器。
【請求項2】
前記第1出力に電力が供給されないときには、前記AC入力電力変換器が待機モードにあり、前記第1出力に動作電力が供給されるときには、前記AC入力電力変換器が通常動作モードにある請求項1に記載のAC入力電力変換器。
【請求項3】
前記第2値が、前記第1値よりも小さい請求項1乃至2のいずれか一項に記載のAC入力電力変換器。
【請求項4】
前記第1単方向デバイス及び前記第2単方向デバイスの両方がダイオードを含む請求項1乃至3のいずれか一項に記載のAC入力電力変換器。
【請求項5】
前記AC入力電力変換器が、前記第1電力変換器を制御するよう構成されるコントローラを更に有し、前記コントローラが、前記第2電力を受け取るために前記第2電力変換器に結合される請求項1乃至4のいずれか一項に記載のAC入力電力変換器。
【請求項6】
請求項1乃至5のいずれか一項に記載のAC入力電力変換器と、
前記第1出力に結合される第1電力変換器と、
前記第2出力に結合される第2電力変換器とを有するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電力変換器に関する。本発明は、更に、前記電力変換器と、第1負荷と、第2負荷とを有するシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
発光ダイオード(LED)は、一種の固体光源として使用される。白熱灯又は蛍光灯などの従来の照明と比較して、その利点は、コンパクトさ、高い効率、良好な色、様々な色及び可変色などである。LEDは、屋内照明、装飾照明、屋外照明において広く使用される。
【0003】
LEDの効率は向上し続けており、このことは、動作モード中の照明デバイスの効率が向上させている。しかしながら、今日では、LEDを含む照明デバイスの待機電力に更なる要求が課されている。待機中はLEDはオフにされることから、照明デバイスのエネルギ消費は、主に、待機時に存在する負荷及び電力変換器に依存する。このような待機負荷は、例えば、照明デバイスが待機モードから復帰することが可能であることを確認するための、無線通信構成要素、マイクロコントローラ又は他の構成要素であり得る。待機負荷の効率を改善するために、既に多くの努力がなされている。
【0004】
US 2010/0054007は、待機モードにおける電力が低い電源装置を開示している。前記装置は、入力電圧を増倍するよう構成される電圧増倍器であって、増倍された電圧が出力される第1端子、及び第1端子の電圧よりも低い電圧が出力される第2端子を含む電圧増倍器と、電圧増倍器の第1端子の電圧を受け取るよう構成される主スイッチモード電源(SMPS)と、電圧増倍器の第2端子の電圧を受け取るよう構成される待機SMPSとを含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、待機モード中の電力消費が低減しており、従って、前記待機モード中の効率が向上している変換器及び対応する照明デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の第1態様によれば、
- AC入力信号を整流するための整流器回路と、
- 第1コンデンサを充電するために前記第1コンデンサと直列に結合される第1単方向デバイスであって、前記第1単方向デバイス及び前記第1コンデンサが、前記整流器回路の出力と並列に配設される第1単方向デバイスと、
- 第2コンデンサを充電するために前記第2コンデンサと直列に結合される第2単方向デバイスであって、前記第2単方向デバイス及び前記第2コンデンサが、前記整流器回路の出力と並列に配設される第2単方向デバイスと、
- 第1電力変換器に第1電力及び第1平均電圧を供給するための第1出力であって、前記第1コンデンサと前記第1単方向デバイスとの間の第1ノードに結合される第1出力と、
- 第2電力変換器に第2電力及び第2平均電圧を供給するための第2出力であって、前記第2コンデンサと前記第2単方向デバイスとの間の第2ノードに結合される第2出力とを有するAC入力電力変換器であって、
前記第1コンデンサが第1値を有し、前記第2コンデンサが第2値を有し、
前記第1コンデンサの前記第1値、及び前記第2コンデンサの前記第2値が、
前記第1電力が前記第2電力よりも小さいときには、前記第1平均電圧が前記第2平均電圧よりも大きく、
前記第1電力が前記第2電力よりも大きいときには、前記第1平均電圧が前記第2平均電圧よりも小さいように、選択されるAC入力電力変換器が提供される。
【0007】
換言すれば、前記AC入力電力変換器は、2つのモードで動作するよう構成され、前記第2コンデンサの前記第2値は、
- 第1モードにおいては、前記第1出力への第1電力が、前記第2出力における第2電力より小さく、前記第1出力における電圧の(二乗平均平方根などの)平均が、前記第2出力における電圧の(二乗平均平方根などの)平均よりも大きく、
- 第2モードにおいては、前記第1出力への第1電力が、前記第2出力への第2電力より大きく、前記第1出力における電圧の(二乗平均平方根などの)平均が、前記第2出力における電圧の(二乗平均平方根などの)平均よりも小さいように、選択される。
【0008】
前記第1出力の電圧と前記第2出力の電圧とを分離することによって、前記第2出力における電圧は、前記第2出力における電圧が前記第1入力における電圧に追従する場合に比べて、より低い平均値を持ち得る。前記第1モードにおいては、前記第2出力におけるより低い平均電圧が、前記第2出力においてより効率的な電力変換を実施することを可能にする。
【0009】
或る実施形態においては、前記第1出力に電力が供給されないときには、前記AC入力変換器は待機モードにあり、前記第1出力に動作電力が供給されるときには、前記AC入力変換器は通常動作モードにある。
【0010】
換言すれば、前記第1モードは、前記第1出力に電力が供給されない待機モードにあり、前記第2モードは、前記第1出力に動作電力が供給される通常動作モードである。
【0011】
待機モードにおける前記電力変換器の電力消費の大部分は、前記第2出力によって引き出される。待機電力消費効率を改善するためには、前記第2出力における平均電圧が下げられる必要がある。これは、前記第2コンデンサのコンデンサ値を変更することによって達成され得る。
【0012】
或る実施形態においては、前記第2コンデンサは、前記第1コンデンサよりも値が小さい。
【0013】
通常、好ましくは前記電力変換器の力率が高いことから、前記第1コンデンサは値が既に小さい。前記第2コンデンサは値が更に小さいので、前記第1モードにおいては、このコンデンサにわたる電圧はより大きな振れ(swing)を持ち、前記第2コンデンサにわたる平均電圧の低下をもたらす可能性が高い。
【0014】
別の実施形態においては、前記電力変換器における前記単方向デバイスは、ダイオードを含む、又はダイオードである。
【0015】
これは、単方向デバイスの容易な実施をもたらす。単方向デバイスの他の例は、単方向デバイスの役割を果たすよう構成されるMOSFET及びサイリスタである。
【0016】
他の実施形態においては、前記電力変換器は、前記第1電力変換器を制御するよう構成されるコントローラを更に有し、前記コントローラは、前記第2電力を受け取るために前記第2電力変換器に結合される。
【0017】
このコントローラは、前記AC入力電力変換器がオフにされているときに、常に、幾らかの電力を消費する。例えば、前記コントローラが無線信号を受信するよう構成される場合、前記コントローラは、前記AC入力電力変換器が待機モードにあるときでも、前記信号を受信することができる必要がある。補助電力とも呼ばれる第2出力電力は、前記AC入力電力変換器が、通常動作モードにあるとき、及び待機モードにあるときに、供給される。前記通常動作モードにおいては、この出力電力は、前記第1出力において必要とされる電力に比べて相対的に低い。
【0018】
他の実施形態においては、
- 請求項1乃至5のいずれか一項に記載のAC電力変換器と、
- 前記第1出力に結合される第1電力変換器と、
- 前記第2出力に結合される第2電力変換器とを有するシステムが提供される。
【0019】
このシステムは、前記第2電力変換器に供給される平均電圧レベルが低減されることから、前記第2電力変換器のための改善された待機電力を有する。前記第1出力における電圧と、前記第2出力における電圧とが、分離されていることから、前記第1出力における平均電圧と、前記第2出力における平均電圧とが、異なり得る。従来技術の電力変換器においては、前記第1出力における電圧と、前記第2出力における電圧とが、結合されている。それ故、前記第2出力における電圧は、前記第1出力の電圧に追従する。それ故、待機モードにおいては、前記電力変換器が相対的に小さい電力を消費することから、前記第2出力における平均電圧は、前記入力電圧のピーク入力電圧レベルに近くなる。
【0020】
第1出力電圧と第2出力電圧とが分離される場合、前記第2出力におけるコンデンサは、前記第2出力における電圧がリップルを含み、より低い平均電圧をもたらすように、選ばれ得る。待機中、前記第1出力はほとんど電力を引き出さないことから、電力消費の大部分は前記第2出力におけるものである。次いで、前記第2出力においてより低い平均電圧を有することは、前記第2出力におけるより効率的な電力変換をもたらす。
【0021】
他の実施形態においては、前記システムは、前記第1負荷が、LED負荷を駆動するための他の電力変換器を含み、前記第2負荷が、最初に言及した電力変換器の制御回路を駆動するための補助電力変換器を含むように構成される。
【図面の簡単な説明】
【0022】
ここで、添付図面を参照して、本発明の例を詳細に説明する。
図1】本発明による変換器の例を示す。
図2】第1モード中の第1出力及び第2出力における電圧の波形を示す。
図3】第2モード中の第1出力及び第2出力における電圧の波形を示す。
【発明を実施するための形態】
【0023】
AC入力電力変換器は、それらの定格動作負荷において最適化された電力効率を持つよう設計されている。電力が主負荷に流れることを防止することにより、主負荷が存在しないとき、例えば、ユーザが、負荷がアクティブであることを必要としないとき、幾つかの待機負荷は依然としてアクティブであり得る。例えば照明アプリケーションにおいては、ホスト又は任意の他の通信デバイスとの無線通信が依然として存在し得る。待機負荷の別の例は、主負荷に電力を供給するために信号を待つマイクロコントローラであり得る。待機負荷の電力消費は、主負荷の電力消費よりも著しく小さい。例として、電力消費は、ミリワットのオーダである場合があり、主負荷の電力消費は、ワットの範囲内である場合がある。それ故、待機動作中、電力変換器は、その最適領域において動作しておらず、それ故、電力変換器の電力消費は、相対的に高くなり得る。
【0024】
図1は、本発明によって提案されているようなAC入力電力変換器の例を示している。整流器D3、D4、D5及びD6は、入力端子L及びNを介してAC電圧源に接続される。整流器の出力は、第1単方向デバイスD1及び第2単方向デバイスD2に結合される。第1単方向デバイスD1は、第1コンデンサC1に結合され、第2単方向デバイスD2は、第2コンデンサC2に結合される。第1出力Out1は、第1単方向デバイスD1と第1コンデンサC1との間のノードにおいて結合される。第2出力Out2は、第2単方向デバイスD2と第2コンデンサC2との間のノードにおいて結合される。第1負荷1は、第1出力1に結合されてもよく、第2負荷2は、第2出力2に結合されてもよい。
【0025】
図1によれば、待機モード中のAC入力電力変換器の電力消費に関する改善は、第1負荷1における第1電力変換器とも呼ばれる主電源の隣に、第2負荷2における第2電力変換器とも呼ばれる補助電源を導入することによって、なされる。この補助電源は、第2出力において待機負荷に電力を供給するために最適化される。それ故、AC入力電力変換器が待機モードになるときには、補助電源が待機負荷に電力を供給し、それ故、補助電源の待機中の全体的な効率は向上する。
【0026】
コンデンサC2の静電容量値をうまく選択することによって、補助電源の効率の更なる向上がなされ得る。通常、コンデンサC2の値は、コンデンサC2にわたる電圧変動が最小化されるように選ばれる。コンデンサC2にわたる電圧がより大きな変動を有するようなコンデンサC2のより小さな値が選ばれる場合、平均電圧はより低くなる。補助電源の電圧変換の効率は、平均入力電圧対平均出力電圧の比に依存する。平均入力電圧が低くされているので、補助電源の効率は高められる。
【0027】
AC入力電力変換器は、更に、第1出力を介して第1負荷1に第1電力を供給する。第1負荷1は、入力コンデンサC1に結合される他の電力変換器を有してもよい。コンデンサC1及び他の電力変換器には、整流ブリッジD3、D4、D5、D6、及びダイオードD1を介して第1電力が供給される。待機中は、LED負荷が電力を全く必要としないことから、コンデンサC1は他の電力変換器によって放電されない。ダイオードD1は、コンデンサC2へのコンデンサC1の放電が防止されるように配設される。
【0028】
通常動作モード中にコンデンサC2からC1に電力が流れるのを防止するために、ダイオードD2が導入され得る。この状況においては、補助電源2及びコンデンサC2は、主電源によって整流ブリッジD3、D4、D5、D6及びダイオードD2を介して供給される。
【0029】
AC入力電力変換器は、第1電力変換器を制御するよう構成されるコントローラを更に含み得る。その場合、コントローラは、電力の供給が第2出力を介してコントローラに提供され得るように、第2出力に結合される。その場合、コントローラは、AC入力電力変換器が動作モードにあるとき及び待機モードにあるときの両方で、電力を供給される。コントローラは、照明設定コマンドを受信するよう構成され得る。これらの信号は、有線又は無線通信回線を介して供給され得る。
【0030】
AC入力電力変換器は、発光デバイスにおいて使用され得る。この発光デバイスは、無線信号を介して制御され得る。発光デバイスは、AC入力電力変換器と、第1電力変換器と、第2電力変換器とを含み得る。第1電力変換器は、AC入力電力変換器の第1出力に結合される。第1電力変換器は、LED負荷を駆動するよう構成され得る。AC入力電力変換器の動作モード中、電力は第1電力変換器に供給される。AC入力電力変換器の待機モード中、第1電力変換器に電力は供給されず、LED負荷の非発光をもたらす。第2電力変換器は、補助負荷を駆動するよう構成され得る。補助負荷は、例えば、コントローラであり得る。AC入力電力変換器の通常動作モード中と待機モード中との両方で、第2電力変換器に電力が供給される。
【0031】
図2においては、AC入力電力変換器が第1モードにあるときの第1出力電圧及び第2出力電圧の波形の例が示されている。第1モードは、第1出力において電力が引き出されない待機モードであり得る。第1出力における平均電圧Vout1は、第2出力における平均電圧Vout2よりも大きい平均値を有することが観察され得る。第2出力における電力消費は、第2モードにおける電力消費と同じであり得る。
【0032】
図3においては、AC入力電力変換器が第2モードにあるときの出力電圧の波形の例が示されている。第2モードは、第1出力において大きな電力が引き出される通常動作モードであり得る。第1出力における平均電圧Vout1は、第2出力における平均電圧Vout2よりも小さいことが観察され得る。
【0033】
コンデンサC2の実際の値は、AC入力変換器の実際の実施に依存し、2つの異なる動作モードにおいて第1出力及び第2出力において引き出される電力によって影響を及ぼされる。
【0034】
図1においては、全波整流器D3、D4、D5、D6が示されている。しかしながら、あらゆるタイプの電圧整流が実施され得る。別の例は、主電源サイクルの半分のみが整流され、残りの半分がブロックされる半波整流器であり得る。
【0035】
上記のようなダイオードは、全て、単方向デバイスとして動作するよう構成又は制御されるMOSFET及びサイリスタのような他のタイプの単方向デバイスに置き換えられ得る単方向デバイスであることに留意されたい。
図1
図2
図3