JP6825704B2 - Power converters, lighting fixtures, electrical equipment - Google Patents
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Description
この発明は、電力変換装置、照明器具および電気機器に関する。 The present invention relates to power converters, luminaires and electrical appliances.
LED(Light Emitting Diode)を光源とした照明器具には、入力電流の高調波に関する規制が定められている。例えば日本国内においては、日本工業規格によって入力電流の高調波に限度値が定められている。そのため、照明器具は入力電流の高調波を抑制し力率を改善するためのPFC(Power Factor Correction)回路を備える。照明器具におけるPFC回路の制御方法としては、一般的に、電流臨界モードが用いられている。特許文献1、2には、電流臨界モードによる力率改善制御の内容が記載されている。電流臨界モードによる制御を実現するための専用の制御ICが販売されている。
Lighting fixtures that use LEDs (Light Emitting Diodes) as a light source have regulations regarding harmonics of input current. For example, in Japan, the Japanese Industrial Standards set limits on the harmonics of the input current. Therefore, the luminaire is provided with a PFC (Power Factor Direction) circuit for suppressing the harmonics of the input current and improving the power factor. A current critical mode is generally used as a method of controlling a PFC circuit in a luminaire.
電流臨界モードにおける制御では力率改善回路で用いているインダクタの電流がゼロとなったことを検出する必要がある。インダクタ電流がゼロになったことを検出するためのゼロ電流検出手段として、例えばインダクタに設けられた2次巻線を用いる。しかし、力率改善回路の動作開始直後においては2次巻線の出力電圧が小さく、ゼロ電流を正確に検出することができない。 In the control in the current critical mode, it is necessary to detect that the current of the inductor used in the power factor improvement circuit becomes zero. As a zero current detecting means for detecting that the inductor current has become zero, for example, a secondary winding provided in the inductor is used. However, immediately after the start of operation of the power factor improving circuit, the output voltage of the secondary winding is small, and zero current cannot be detected accurately.
そこで、2次巻線の出力電圧が検出できない場合に一定の周期でスイッチング動作を繰り返す保護機能を備えた専用の制御ICを用いることが考えられる。例えば、特許文献1、2には、力率改善回路が動作を開始した直後は予め定められた固定の周波数でスイッチング素子をスイッチング制御し、その後電流臨界モードに変更する手段が記載されている。
Therefore, it is conceivable to use a dedicated control IC having a protection function that repeats the switching operation at a constant cycle when the output voltage of the secondary winding cannot be detected. For example,
しかしながら、上述の制御では、固定の周波数から電流臨界モードに制御を変更する際に、スイッチング素子のスイッチング周波数が急変してしまい力率改善回路の出力電圧が大きく変動してしまう。例えば、LEDなどの光源を制御する場合、力率改善回路の出力電圧が大きく変動すると、光源に供給する電流が変動し光源のちらつきが発生する。 However, in the above-mentioned control, when the control is changed from the fixed frequency to the current critical mode, the switching frequency of the switching element suddenly changes, and the output voltage of the power factor improving circuit fluctuates greatly. For example, when controlling a light source such as an LED, if the output voltage of the power factor improving circuit fluctuates greatly, the current supplied to the light source fluctuates and the light source flickers.
このような弊害を回避するために、2次巻線の巻き数を増加させてより大きな出力を得ようとすると、2次巻線で発生する損失が増加し、インダクタが大型化し、ゼロ電流を検出する回路における損失が増加してしまう。 In order to avoid such an adverse effect, if the number of turns of the secondary winding is increased to obtain a larger output, the loss generated in the secondary winding increases, the inductor becomes large, and zero current is generated. The loss in the circuit to be detected increases.
本発明は上述の問題を解決するためになされたものであり、力率改善回路のスイッチング素子のスイッチング周波数の変化量を少なくすることができる電力変換装置、照明器具および電気機器を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and to provide a power conversion device, a lighting fixture, and an electric device capable of reducing the amount of change in the switching frequency of the switching element of the power factor improving circuit. The purpose.
本願の発明にかかる電力変換装置は、交流電力を整流する整流回路と、スイッチング素子とインダクタとを有し、該整流回路の出力が入力され、直流電圧を出力する力率改善回路と、該インダクタで発生する電圧を検出する検出巻線と、該検出巻線で検出した電圧が入力され、該スイッチング素子を駆動させる制御部と、を備え、該制御部は、該力率改善回路の動作が開始されると該スイッチング素子のスイッチング周波数を変化させる第1制御を実行し、その後、該検出巻線で得られる電圧に同期して該スイッチング素子をスイッチングする第2制御を実行する場合に、該第1制御から該第2制御に移行する際の該スイッチング周波数の変化量を、該第1制御の開始時の該スイッチング周波数と該第2制御の開始時の該スイッチング周波数との差分値より小さくすることを特徴とする。 The power conversion device according to the present invention includes a rectifier circuit that rectifies AC power, a switching element, and an inductor, and a power factor improving circuit that inputs the output of the rectifier circuit and outputs a DC voltage, and the inductor. A detection winding for detecting the voltage generated in the above and a control unit for inputting the voltage detected by the detection winding to drive the switching element, the control unit operates the power factor improving circuit. When the first control for changing the switching frequency of the switching element is executed when started, and then the second control for switching the switching element in synchronization with the voltage obtained by the detection winding is executed. The amount of change in the switching frequency when shifting from the first control to the second control is smaller than the difference value between the switching frequency at the start of the first control and the switching frequency at the start of the second control. It is characterized by doing.
本願の発明にかかる照明器具は、交流電力を整流する整流回路と、スイッチング素子とインダクタとを有し、該整流回路の出力が入力され、直流電圧を出力する力率改善回路と、該インダクタで発生する電圧を検出する検出巻線と、該検出巻線で検出した電圧が入力され、該スイッチング素子を駆動させる制御部と、を備え、該制御部は、該力率改善回路の動作が開始されると該スイッチング素子のスイッチング周波数を変化させる第1制御を実行し、その後、該検出巻線で得られる電圧に同期して該スイッチング素子をスイッチングする第2制御を実行する場合に、該第1制御から該第2制御に移行する際の該スイッチング周波数の変化量を、該第1制御の開始時の該スイッチング周波数と該第2制御の開始時の該スイッチング周波数との差分値より小さくすることを特徴とする電力変換装置と、該電力変換装置の出力に接続されたLED(Light Emitting Diode)又は有機EL(Electro Luminescence)である光源と、を備える。 The lighting equipment according to the present invention has a rectifier circuit that rectifies AC power, a switching element, and an inductor, and a power factor improving circuit that inputs the output of the rectifier circuit and outputs a DC voltage, and the inductor. A detection winding for detecting the generated voltage and a control unit for inputting the voltage detected by the detection winding to drive the switching element are provided, and the control unit starts the operation of the power factor improving circuit. When this is done, the first control for changing the switching frequency of the switching element is executed, and then the second control for switching the switching element in synchronization with the voltage obtained by the detection winding is executed. The amount of change in the switching frequency when shifting from the first control to the second control is made smaller than the difference value between the switching frequency at the start of the first control and the switching frequency at the start of the second control. A power conversion device characterized by the above, and a light source which is an LED (Light Voltage) or an organic EL (Electro Voltage) connected to the output of the power conversion device.
本願の発明にかかる電気機器は、交流電力を整流する整流回路と、スイッチング素子とインダクタとを有し、該整流回路の出力が入力され、直流電圧を出力する力率改善回路と、該インダクタで発生する電圧を検出する検出巻線と、該検出巻線で検出した電圧が入力され、該スイッチング素子を駆動させる制御部と、を備え、該制御部は、該力率改善回路の動作が開始されると該スイッチング素子のスイッチング周波数を変化させる第1制御を実行し、その後、該検出巻線で得られる電圧に同期して該スイッチング素子をスイッチングする第2制御を実行する場合に、該第1制御から該第2制御に移行する際の該スイッチング周波数の変化量を、該第1制御の開始時の該スイッチング周波数と該第2制御の開始時の該スイッチング周波数との差分値より小さくすることを特徴とする電力変換装置と、該電力変換装置の出力に接続された負荷と、を備える。 The electric device according to the present invention has a rectifier circuit for rectifying AC power, a switching element and an inductor, and a power factor improving circuit for inputting the output of the rectifier circuit and outputting a DC voltage and the inductor. A detection winding for detecting the generated voltage and a control unit for inputting the voltage detected by the detection winding to drive the switching element are provided, and the control unit starts the operation of the power factor improving circuit. When this is done, the first control for changing the switching frequency of the switching element is executed, and then the second control for switching the switching element in synchronization with the voltage obtained by the detection winding is executed. The amount of change in the switching frequency when shifting from the first control to the second control is made smaller than the difference value between the switching frequency at the start of the first control and the switching frequency at the start of the second control. The present invention includes a power conversion device, and a load connected to the output of the power conversion device.
本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。 Other features of the present invention will be clarified below.
この発明によれば、力率改善回路が動作を開始した直後には、力率改善回路のインダクタ電流がゼロになったことを検出するためのゼロ電流検出部を利用せずに、スイッチング素子のスイッチング周波数を変動させ、その後ゼロ電流検出部で得られる信号に同期してスイッチング素子を制御するので、スイッチング素子のスイッチング周波数が急激に変化することを防止できる。 According to the present invention, immediately after the power factor improving circuit starts operating, the switching element does not use the zero current detector for detecting that the inductor current of the power factor improving circuit has become zero. Since the switching frequency is fluctuated and then the switching element is controlled in synchronization with the signal obtained by the zero current detection unit, it is possible to prevent the switching frequency of the switching element from suddenly changing.
本発明の実施の形態に係る電力変換装置、照明器具および電気機器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。なお、実施の形態の記載によりこの発明が限定されるものではない。 The power conversion device, the luminaire, and the electric device according to the embodiment of the present invention 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. The description of the embodiment does not limit the present invention.
実施の形態1.
図1は実施の形態1に係る照明器具100の回路図である。照明器具100は、整流回路3と、交流電源1から入力される電流の高調波を抑制し力率を改善する力率改善回路5と、力率改善回路5の出力電圧を平滑する平滑コンデンサ6とを備えている。Embodiment 1.
FIG. 1 is a circuit diagram of a
照明器具100の構成について詳しく説明する。交流電源1と整流回路3との間に入力フィルタ2が設けられている。入力フィルタ2は、交流電源1から入力される電流に重畳する高周波ノイズを低減する機能を有する。入力フィルタ2は、コイル21とコンデンサ22を有する。コイル21とコンデンサ22を有する直列回路が交流電源1に並列接続される。コイル21の一端は交流電源1の一端に接続され、コイル21の他端はコンデンサ22の一端および整流回路3に接続される。コンデンサ22の他端は交流電源1と整流回路3に接続される。
The configuration of the
整流回路3は、交流電源1から供給される交流電力を直流電力に変換する機能を有する。つまり整流回路3は交流電力を整流する回路である。整流回路3は入力フィルタ2と力率改善回路5の間に配置される。整流回路3は4つのダイオードを組み合わせたダイオードブリッジで構成されている。整流回路3の構成はこれに限定されるものではなく、単方向導通素子であるMOSFET(Metal Oxide Semiconductor−Field Effect Transistor)を組み合わせて構成してもよい。
The
整流回路3の出力に対してコンデンサ4が並列接続されている。コンデンサ4の一端は直流母線の正極側に接続され、コンデンサ4の他端は直流母線の負極側に接続されている。コンデンサ4は整流回路3の出力電圧を平滑する機能を有する。
A capacitor 4 is connected in parallel to the output of the
力率改善回路5は整流回路3と電流制御回路7との間に配置される。力率改善回路5は、整流回路3の出力が入力され、直流電圧を出力する回路である。力率改善回路5は、スイッチング素子51と、インダクタ52と、ダイオード53とを有する。スイッチング素子51は例えばMOSFETである。スイッチング素子51は整流回路3から出力される電流の経路を切り替える。
The power
インダクタ52は同一のコアに1次巻線52aと2次巻線52bを巻線したものである。1次巻線52aにはスイッチング素子51のオンオフに伴い極性が異なる電圧が印加される。2次巻線52bには1次巻線52aの印加電圧と巻数比nに応じた電圧が出力される。2次巻線52bはインダクタ52で発生する電圧を検出する検出巻線として機能する。
The
力率改善回路5は、スイッチング素子51がオンオフすることにより、整流回路3の出力電圧を昇圧し平滑コンデンサ6に出力する。また、入力電流の高調波を抑制し力率改善する機能を有する。
The power
図1には、力率改善回路5を昇圧チョッパ回路で構成した例が示されている。スイッチング素子51のドレインは直流母線の正極側においてインダクタ52とダイオード53とに接続されている。スイッチング素子51のソースは直流母線の負極側においてコンデンサ4と平滑コンデンサ6とに接続されている。スイッチング素子51のゲートは制御部9に接続されている。スイッチング素子51のゲートには、制御部9から出力される制御信号が入力され、スイッチング素子51のオンオフが制御される。したがって、力率改善回路5は制御部9によって制御されるものである。
FIG. 1 shows an example in which the power
インダクタ52は直流母線の正極側においてコンデンサ4とスイッチング素子51との間に配置される。インダクタ52の一端はコンデンサ4の一端に接続され、インダクタ52の他端はスイッチング素子51とダイオード53とに接続される。ダイオード53は直流母線の正極側においてスイッチング素子51と平滑コンデンサ6の間に配置される。ダイオード53のアノードはインダクタ52とスイッチング素子51に接続され、ダイオード53のカソードは平滑コンデンサ6に接続される。
The
なお、力率改善回路5は、昇圧チョッパ回路の他、昇降圧チョッパ回路、フライバック回路、フライフォワード回路、SEPIC、Zetaコンバータ、Cukコンバータなどの回路により構成することができる。
In addition to the boost chopper circuit, the power
平滑コンデンサ6は、直流母線において力率改善回路5と電流制御回路7との間に配置される。平滑コンデンサ6の一端は直流母線の正極側に接続され、平滑コンデンサ6の他端は直流母線の負極側に接続される。平滑コンデンサ6には電流制御回路7が接続されている。電流制御回路7は、LED8に出力する電流の大きさを制御する回路である。
The smoothing
スイッチング素子51には制御部9が接続されている。制御部9は、検出巻線である2次巻線52bで検出した電圧が入力され、スイッチング素子51を駆動させるものである。制御部9は、スイッチング制御部91、入力電圧検出部92、ゼロ電流検出部93、出力電圧検出部94および駆動部95を備える。
A
スイッチング制御部91には、入力電圧検出部92、ゼロ電流検出部93および出力電圧検出部94の検出結果が提供される。スイッチング制御部91は、入力電圧検出部92、ゼロ電流検出部93および出力電圧検出部94の検出結果に基づき、力率改善回路5の出力電圧Vpfcが予めスイッチング制御部91に記憶されている出力電圧目標値と一致するように、スイッチング素子51をオンオフ制御するための制御信号を出力する。図1には、Vpfcの値が平滑コンデンサ6の高圧側の電圧と等しいことが示されている。
The switching
入力電圧検出部92はコンデンサ4の電圧を検出する手段である。コンデンサ4の電圧は力率改善回路5の入力電圧と等しい。よって、入力電圧検出部92は力率改善回路5の入力電圧を検出する。入力電圧検出部92は、検出結果に関する信号をスイッチング制御部91に送信する。
The input
出力電圧検出部94は平滑コンデンサ6の電圧を検出する手段である。平滑コンデンサ6の電圧は力率改善回路5の出力電圧と等しい。よって、出力電圧検出部94は力率改善回路5の出力電圧を検出するものである。出力電圧検出部94は、検出結果に関する信号をスイッチング制御部91に送信する。
The output
入力電圧検出部92と出力電圧検出部94は、例えば直列接続された2つの抵抗により、検出する電圧をスイッチング制御部91に入力可能な大きさの電圧に分圧する分圧回路とすることができる。
The input
ゼロ電流検出部93は、インダクタ52の1次巻線52aの電流がゼロになったことを検出する手段である。ゼロ電流検出部93は、検出結果に関する信号をスイッチング制御部91に送信する。
The zero
図2は、ゼロ電流検出部93の構成例を示す回路図である。ゼロ電流検出部93は、2次巻線52bの電圧をスイッチング制御部91に入力可能な大きさに制限するため、電圧制限用のツェナーダイオード932と、電流制限用の抵抗931を有している。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of the zero
図1の説明に戻る。スイッチング制御部91は、力率改善回路5の出力電圧目標値を記憶する記憶部を備えている。スイッチング制御部91は、出力電圧検出部94から受信した平滑コンデンサ6の電圧検出結果と、前述の出力電圧目標値に基づき、両者が一致するように、スイッチング素子51のオンオフ制御のための信号を出力する。
Returning to the description of FIG. The switching
スイッチング制御部91から出力された信号は、駆動部95においてスイッチング素子51をオンオフ可能な大きさの電圧に変換され、スイッチング素子51のゲートに出力される。
The signal output from the switching
電流制御回路7は、力率改善回路5から出力された直流電圧を、LED8に入力可能な直流電流に変換する機能を有する。図3は、電流制御回路7の構成例を示す回路図である。図3には降圧チョッパ回路で構成した電流制御回路7が示されている。
The
電流制御回路7はMOSFET71、インダクタ72、ダイオード73およびコンデンサ74を有している。MOSFET71は直流母線の正極側に配置される。MOSFET71のドレインは、ダイオード53と平滑コンデンサ6とに接続される。MOSFET71のソースは、ダイオード73とインダクタ72とに接続される。MOSFET71のゲートが制御部9に接続されることで、制御部9からMOSFET71のゲートにオンオフの制御信号を入力することが好ましい。ダイオード73のカソードは、MOSFET71とインダクタ72とに接続される。ダイオード73のアノードは、平滑コンデンサ6とコンデンサ74とに接続される。
The
なお、電流制御回路7は、降圧チョッパ回路の他、昇降圧チョッパ回路、フライバック回路、フライフォワード回路、SEPIC、Zetaコンバータ、Cukコンバータなどの回路により構成することができる。
In addition to the step-down chopper circuit, the
図4は、電流制御回路7の制御例を示す波形図である。図4には、LED8に流れる電流I8、インダクタ72に流れる電流I72およびMOSFET71への制御信号Csの波形が示されている。MOSFET71のゲートにオン信号が入力されると、平滑コンデンサ6、MOSFET71、インダクタ72、コンデンサ74を通る電流経路が形成され、インダクタ72の電流が増加する。
FIG. 4 is a waveform diagram showing a control example of the
MOSFET71のゲートにオフ信号が入力されると、インダクタ72、コンデンサ74、ダイオード73を通る電流経路が形成され、インダクタ72の電流がゼロまで減少する。予め定めるスイッチング周期Tswが経過した時点で、再びオン信号がMOSFET71に入力され、スイッチング動作を再開する。
When an off signal is input to the gate of the
図4に示されるように、インダクタ72に流れる電流I72は三角波状の波形となる。そして、LED8に出力される電流はコンデンサ74により平滑化される。したがって、電流制御回路7からはインダクタ72の電流の平均値が出力される。
As shown in FIG. 4, the current I72 flowing through the
LED8を調光するためにLED8の電流を制御する際は、MOSFET71をターンオンするスイッチング周期Tswを一定とし、オン時間Tonを変化させる。つまり、出力電流の目標値に応じてオン時間Tonを調節する。スイッチング周期Tswに対するオン時間Tonの割合をデューティと呼ぶ。このような、オン時間Tonを調整することにより所望の出力を得る制御方法はデューティ制御と呼ばれる。
When controlling the current of the
LED8は、複数のLEDを直並列に接続したLED群で構成される。LED群の一端は直流母線の正極側に接続され、LED群の他端は直流母線の負極側に接続される。
The
図5は、図1に示す力率改善回路5の動作例を説明する波形図である。図5には、上から、インダクタ52の電流I52、ゼロ電流検出部93から出力されるゼロ電流検出信号Sz、スイッチング素子51のドレイン電圧Vd、スイッチング素子51のゲート電圧Vgの波形が示されている。ただし、ここでは説明のため、スイッチング素子51のゲート電圧をオン、オフする周期を実際よりも長く記載している。
FIG. 5 is a waveform diagram illustrating an operation example of the power
制御部9からの信号によりスイッチング素子51がオンされると、交流電源1、整流回路3、インダクタ52、およびスイッチング素子51により閉回路が形成され、交流電源1がインダクタ52を介して短絡される。そのため、この閉回路に電源電流が流れ、インダクタ52の電流が増加し、インダクタ52にエネルギーが蓄積される。
When the switching
スイッチング制御部91により設定されたオン時間が経過すると、スイッチング素子51がオフされる。これにより、インダクタ52、ダイオード53、および平滑コンデンサ6により閉回路が形成され、インダクタ52の電流が減少し、インダクタ52に蓄積されたエネルギーが放出され平滑コンデンサ6に充電される。
When the on-time set by the switching
インダクタ52の電流が減少すると2次巻線52bの電圧も減少する。2次巻線52bに接続されたゼロ電流検出部93は、2次巻線52bの電圧が予め定められた値より小さくなると、インダクタ52の電流がゼロになったことを検出し、検出結果に関する信号をスイッチング制御部91に送信する。スイッチング制御部91は、インダクタ52の電流がゼロになってから予め定められた遅延時間が経過した後、スイッチング素子51を再びオンする。この遅延時間の設け方としては、スイッチング素子51のドレイン電圧が自由振動している期間において、電圧振動のボトム付近でスイッチング素子51をオンさせることができる。これにより、ドレイン電圧の急峻な変動を抑制し、スイッチングに起因するノイズを抑制できる。つまり、2次巻線52bの電圧が0になってから、ドレイン電圧の1回目の振動の立下りを見てその後スイッチング素子51をオンする。この動作は電流臨界モードと呼ばれる。
When the current of the
一連のスイッチング素子51のオン、オフ動作により、インダクタ52に流れる電流の波形は三角波状となる。その三角波状の波形の頂点は、点線で示すような正弦波の包絡線になる。このとき、交流電源1から入力される電流は、入力フィルタ2により平滑化され、インダクタ電流の平均値が入力され、正弦波状の電流波形となり力率改善される。
By the on / off operation of the series of switching
スイッチング制御部91は、出力電圧検出部94から力率改善回路5の出力電圧であるVpfcの情報を受け、目標とするVpfcを実現できるようにスイッチング素子51のオン時間をフィードバック制御する。
The switching
フィードバック制御する際、オン時間が大きく変化してしまうと、インダクタ52に流れる電流I52の頂点の包絡線が正弦波にならず、入力電流を正弦波状にすることができない。そこで、フィードバック制御の応答時間を、フィードバック制御のループゲインを交流電源1の1周期の1/2周期以上で1倍(0dB)以下となるように設定する。言い換えると、交流電源1の周波数の2倍以下の周波数で1倍(0dB)以下となるように設定する。例えば電源周波数が50Hzの場合、その半周期(半波)にあたる100Hz以下、すなわち周期10msec以上で定電流フィードバック制御のループゲインを1倍(0dB)以下とすることにより定電流フィードバック制御を電源周期の1/2より短い周期で応答しないように設定する。これにより電源周期の1/2周期以内においては、スイッチング素子51のオン時間の変動が抑制され、インダクタ52の電流I52の頂点の包絡線が正弦波状の波形となる。
When the feedback control is performed, if the on-time changes significantly, the envelope at the apex of the current I52 flowing through the
また、フィードバック制御において、オン時間の更新周期を交流電源1の周期の半分、あるいは半分より長い周期とすることによっても、同様の効果を得ることができる。 Further, in the feedback control, the same effect can be obtained by setting the update cycle of the on-time to half or longer than half of the cycle of the AC power supply 1.
インダクタ52の1次巻線52aの電流がゼロになったことの検出には、インダクタ52の2次巻線52bの出力電圧を用いる。2次巻線52bの出力電圧は、1次巻線52aに印加される電圧VL1、および、2次巻線52bの1次巻線52aに対する巻数比nによって決定される。2次巻線52bの出力電圧の大きさはVL1とnの積で表すことができる。
The output voltage of the secondary winding 52b of the
1次巻線52aの電圧VL1は、整流回路3の出力電圧Vdbと力率改善回路5の出力電圧Vpfcで表すことができる。スイッチング素子51がオンしているとき、1次巻線52aには整流回路3の出力電圧Vdbが印加されるため、VL1=Vdbである。一方、スイッチング素子51がオフしているとき、1次巻線52aにはVpfcと整流回路3の出力電圧Vdbの差が印加されるため、VL1=Vpfc−Vdbである。
The voltage VL1 of the primary winding 52a can be represented by the output voltage Vdb of the
したがって、スイッチング素子51がオンしているときの2次巻線52bの出力電圧VL2はnVdbである。スイッチング素子51がオフしているときの2次巻線52bの出力電圧VL2はn(Vpfc−Vdb)である。ゼロ電流検出部93において、2次巻線52bの出力電圧VL2をスイッチング制御部91に入力可能な大きさに制限し、スイッチング制御部91に信号を送信する。
Therefore, the output voltage VL2 of the secondary winding 52b when the switching
力率改善回路5が昇圧動作を開始する以前は、力率改善回路5の出力電圧であるVpfcと、整流回路3の出力電圧Vdbが等しい。そのため、力率改善回路5が昇圧動作を開始した直後は、2次巻線52bの出力電圧VL2はゼロである。
Before the power
また、力率改善回路5が昇圧動作を開始し力率改善回路5の出力電圧Vpfcが上昇している途中において、VpfcとVdbの差が小さい期間は、2次巻線52bの出力電圧VL2として十分大きな電圧が得られない。2次巻線52bの出力電圧VL2が十分大きくないとゼロ電流を検出できない。
Further, while the power
力率改善回路5が昇圧動作を開始した直後から、2次巻線52bの出力電圧VL2として十分な大きさの電圧を得るためには、巻数比nを大きくする方法がある。しかし巻数比nが大きい場合、Vpfcが十分に昇圧されVL2が大きい状態においては、ゼロ電流検出部93の抵抗931、ツェナーダイオード932で発生する損失が増大してしまう。よって、巻数比nを大きくすると回路効率が低下する。また、抵抗931、ツェナーダイオード932の発熱が増加するため、放熱のため部品サイズを大きくする等の対策が必要になる。
Immediately after the power
また、2次巻線52bの巻き数を増やし巻数比nを大きくするためには、2次巻線52bを長くする必要があるのでコストが増加する。さらに、2次巻線52bの巻き数の増加によりインダクタ52が大きくなってしまう。よって、2次巻線52bの出力電圧VL2として十分な大きさの電圧を得るために2次巻線52bの巻き数を増やすのは好ましくない。
Further, in order to increase the number of turns of the secondary winding 52b and increase the number of turns ratio n, it is necessary to lengthen the secondary winding 52b, which increases the cost. Further, the
力率改善回路5が昇圧動作を開始した直後から、2次巻線52bの出力電圧VL2として十分な大きさの電圧を得るために、ゼロ電流検出部93に増幅回路を設けることも可能である。しかしながら、増幅回路を設けることで部品点数が増加してしまうので、コストが増加し回路が複雑化し装置が大型化する。よって、増幅回路によって2次巻線52bの出力電圧VL2を増幅するのは好ましくない。
Immediately after the power
そこで、力率改善回路5が昇圧動作を開始した直後において、ゼロ電流検出ができない場合、スイッチング素子51をオンした後、所定周期で、強制的に再度スイッチング素子51をオンすることが考えられる。図6は、所定周期でスイッチング素子51をスイッチング動作させる場合の波形図である。図6に示す波形を呈する制御は、インダクタ52の電流I52が不連続となっているので、電流不連続モードと呼ばれる。この制御では、予め定められたオン時間とオフ時間でスイッチング素子51をスイッチングする。2次巻線52bの出力電圧VL2は利用しない。これによって、力率改善回路5の昇圧動作開始後のゼロ電流が検出できない期間においても、一定の周波数でスイッチング素子51をオンオフすることができる。
Therefore, if zero current cannot be detected immediately after the power
図6に示す動作を一定期間継続すると、2次巻線52bの出力電圧VL2として十分な大きさの電圧が得られるようになる。力率改善回路5の昇圧動作開始後、2次巻線の出力電圧VL2の大きさがゼロ電流を検出可能な大きさに達すると2次巻線52bの出力電圧VL2を利用した制御へ移行する。つまり、電流臨界モードへ移行する。この移行の前後において、スイッチング素子51のスイッチング周波数が急激に変化するという問題があった。スイッチング素子51のスイッチング周波数が急激に変化すると、Vpfcに変動を生じ、後段に接続された電流制御回路7の出力電流が変動し、LED8の光出力にちらつきが発生する恐れがある。
When the operation shown in FIG. 6 is continued for a certain period of time, a voltage having a sufficient magnitude as the output voltage VL2 of the secondary winding 52b can be obtained. After the boosting operation of the power
そこで、本発明の実施の形態1では、2次巻線52bでゼロ電流検出ができず強制的に再度スイッチング素子51をオンする制御から、電流臨界モードへ移行する際に、スイッチング周波数の急激な変化を防止する方法を提案する。
Therefore, in the first embodiment of the present invention, when the secondary winding 52b cannot detect zero current and the switching
図7は、実施の形態1に係る力率改善回路5による昇圧動作開始後の各種波形を示す波形図である。時刻t1までの期間においては、ダイオード53を経由して平滑コンデンサ6が充電される。時刻t1までの期間はLED8が消灯している状態であるため、平滑コンデンサ6は交流電源1の振幅ピーク値まで充電され、保持される。そのため、力率改善回路5の出力電圧Vpfcは、交流電源1のピーク電圧となる。
FIG. 7 is a waveform diagram showing various waveforms after the start of the boosting operation by the power
時刻t1において、交流電源1が入力フィルタ2に接続された状態で、力率改善回路5が昇圧動作を開始する。力率改善回路5がスイッチング動作を開始した直後は、VpとVpfcの差分値ΔV(Vpfc−Vp)が小さく、ゼロ電流検出に必要な2次巻線52bの出力電圧VL2が得られない。十分な出力電圧VL2が得られない期間である期間P1においては、スイッチング制御部91で予め定められた周波数制御により、スイッチング素子51をオンオフする。「周波数制御」というのは、2次巻線52bの出力電圧を参照せずに、予め定められた周期でスイッチング素子51をオンオフする制御である。
At time t1, the power
図7には差分値閾値が示されている。差分値閾値は、Vpfcが高くなり、2次巻線52bの出力電圧VL2が検出可能な程度まで高まったときの差分値ΔVである。差分値ΔVが差分値閾値に達すると、電流臨界モードによる制御が可能となる。期間P1は、昇圧動作を開始した時刻t1から、差分値ΔVが差分値閾値に達したt2までの期間である。期間P1においては周波数制御が実施される。 FIG. 7 shows the difference value threshold. The difference value threshold value is the difference value ΔV when Vpfc becomes high and the output voltage VL2 of the secondary winding 52b rises to a detectable extent. When the difference value ΔV reaches the difference value threshold value, control by the current critical mode becomes possible. The period P1 is a period from the time t1 when the boosting operation is started to t2 when the difference value ΔV reaches the difference value threshold value. Frequency control is performed during period P1.
時刻t2になると、Vpfcが昇圧され、差分値ΔVが上昇し、2次巻線52bの出力電圧VL2が検出可能なレベルまで上昇する。スイッチング制御部91は、差分値閾値を記憶しており、差分値ΔVが差分値閾値を超えたことを検知する。スイッチング制御部91は、差分値ΔVが差分値閾値を超えたことを検知すると、スイッチング素子51の制御を周波数制御から電流臨界モードに変更する。電流臨界モードへ移行した後の期間は期間P2として示されている。
At time t2, Vpfc is boosted, the difference value ΔV rises, and the output voltage VL2 of the secondary winding 52b rises to a detectable level. The switching
図7には、力率改善回路5を周波数制御している期間P1において、差分値ΔVが大きくなるほどスイッチング周波数を高くしたことが示されている。つまり、期間P1において、スイッチング素子51のスイッチング周波数は一定ではなく、時間が経過するほどスイッチング素子51のスイッチング周波数を高める。これにより、周波数制御から電流臨界モードへ移行する際のスイッチング周波数の変化を小さくすることができる。周波数制御の終期におけるスイッチング周波数が電流臨界モード制御における平均スイッチング周波数と一致するように、期間P1におけるスイッチング周波数を変化させることが好ましい。
FIG. 7 shows that the switching frequency was increased as the difference value ΔV increased during the period P1 in which the power
図8は、スイッチング周波数の別の制御パターンを示す波形図である。スイッチング素子51を周波数制御する期間P1において、差分値ΔVが大きくなるほどスイッチング周波数を高める。この例では、周波数制御の終期におけるスイッチング周波数f2と電流臨界モード制御における平均周波数f3との差であるΔF1が、周波数制御を開始した時刻t1のスイッチング周波数f1と電流臨界モード制御における平均周波数f3との差分値ΔF2よりも小さくなっている。これは、期間P1においてスイッチング周波数を高めて、f2をf1より大きくしたことで得られる効果である。図7、8のどちらの場合においても、制御変更のタイミングである時刻t2におけるスイッチング周波数の急激な変化を抑制できるので、力率改善回路5の出力電圧変動を抑制できる。
FIG. 8 is a waveform diagram showing another control pattern of the switching frequency. In the period P1 for frequency control of the switching
制御部9は上述の制御を実施する。つまり、制御部9は、力率改善回路5の動作が開始されるとスイッチング素子51のスイッチング周波数を変化させる第1制御を実行し、その後、検出巻線で得られる電圧に同期してスイッチング素子51をスイッチングする第2制御を実行する。本実施形態では、周波数制御が第1制御に対応し、電流臨界モードが第2制御に対応する。そして、制御部9は、この場合において、第1制御から第2制御に移行する際のスイッチング周波数の差であるΔF1を、第1制御の開始時のスイッチング周波数と第2制御の開始時のスイッチング周波数との差分値ΔF2より小さくする。図8にはΔF1をΔF2より小さくする制御が開示されている。図7には第1制御ではスイッチング素子51のスイッチング周波数を連続的に変化させ、第1制御の終了時におけるスイッチング素子51のスイッチング周波数を、第2制御の開始時のスイッチング素子51のスイッチング周波数に一致させることが示されている。第1制御から第2制御に移行する際のスイッチング周波数の変化量はゼロであることが好ましい。しかしながら、ΔF1をΔF2より小さくすれば、Vpfcの変動を抑制できるため、光源のちらつきの抑制効果がある。
The
図9は、実施の形態1に係る照明器具100の動作を示すフローチャートである。力率改善回路5に電源が投入されると、ステップS1にて制御部9が起動する。次いで、ステップS2にて、入力電圧検出部92が入力電圧ピーク値Vpを検出する。入力電圧ピーク値Vpは、図1のVpと記載された場所の電圧ピーク値である。次いで、ステップS3にて、出力電圧検出部94がVpfcを検出する。
FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the
その後、ステップS4にて、スイッチング制御部91が差分値ΔV(Vpfc−Vp)を演算する。差分値ΔVの演算は予め定められた周期で実行される。差分値ΔVの周期的な演算が開始されると、ステップS5にて力率改善回路5による昇圧動作を開始する。これにより、上述の周波数制御が始まる。
After that, in step S4, the switching
力率改善回路5の昇圧動作開始後、ステップS6にて、差分値ΔVと差分値閾値の大小を判定する。差分値ΔVが差分値閾値より小さい場合には、ステップS7で周波数制御を継続し、ステップS8でVpfcを再度検出し、ステップS9で最新のVpfcを用いて差分値Δを演算する。
After the start of the boosting operation of the power
他方、差分値ΔVが差分値閾値以上の場合には、ステップS10にて、周波数制御から電流臨界モードへ移行する。電流臨界モード開始時のスイッチング素子51のスイッチング周波数は負荷と回路定数で決める。その後、2次巻線52bを用いた動作を継続し、シーケンスを終了する。こうして、制御部9によって、Vpと出力電圧Vpfcの差分値ΔVが予め定められた差分値閾値に達したときに、第1制御から第2制御へ移行する。
On the other hand, when the difference value ΔV is equal to or larger than the difference value threshold value, the frequency control shifts to the current critical mode in step S10. The switching frequency of the switching
スイッチング制御部91は、市販のアナログICを組み合わせて構成することができる。アナログICを組み合わせてスイッチング制御部91を構成した場合は、差分値ΔVの演算、差分値ΔVと差分値閾値との大小判定、第1制御から第2制御への制御変更を実現するための回路が複雑になり、部品点数が増加する。そのため、スイッチング制御部91は、マイコン又はCPUなどの演算装置を用いたソフトウェアとして実現することで、回路構成を簡略化し、部品点数増加を抑制することができる。
The switching
図1の駆動部95とスイッチング制御部91の各機能は、図10の受信装置9aと処理回路9bにより実現される。受信装置9aは、スイッチング制御部91に入力される様々な情報を受信する装置である。処理回路9bは専用のハードウェアである。処理回路9bは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC、FPGA、またはこれらを組み合わせたものが該当する。駆動部95とスイッチング制御部91の各機能それぞれを処理回路9bで実現してもよいし、各部の機能をまとめて処理回路9bで実現してもよい。
Each function of the
図11は、ソフトウェアで実現された制御部9を示すブロック図である。この場合、図1の入力電圧検出部92、ゼロ電流検出部93および出力電圧検出部94は、図11の受信装置30である。処理回路がCPUの場合、図1のスイッチング制御部91と駆動部95の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア又はファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ34に格納される。処理回路であるプロセッサ32はメモリ34に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより各部の機能を実現する。すなわち、図9のフローチャート及び実施の形態1で説明した動作が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ34がある。このプログラムは上記の手順又は方法をコンピュータに実行させるものであるとも言える。ここで、メモリとは例えばRAM、ROM、フラッシュメモリー、EPROM、EEPROM等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、DVDが該当する。なお、制御部9の各機能の一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。
FIG. 11 is a block diagram showing a
上述の構成および制御方法はその特徴を失わない範囲で様々な変形が可能である。以後、いくつかの変形例を説明する。実施の形態1では、例えば図7に示す昇圧動作開始直後の期間P1において、スイッチング素子51のスイッチング周波数を変化させることが重要である。変化の過程は特に限定されない。期間P1全体にわたって連続的にスイッチング素子51のスイッチング周波数を増加させてもよいし、期間P1の一部においてスイッチング素子51のスイッチング周波数を増加させてもよい。期間P1において階段状にスイッチング周波数を上昇させてもよい。
The above-mentioned configuration and control method can be variously modified without losing its characteristics. Hereinafter, some modification examples will be described. In the first embodiment, it is important to change the switching frequency of the switching
実施の形態1では、整流回路3、力率改善回路5、検出巻線として用いた2次巻線52b、および制御部9を有する電力変換回路を、LED8の制御に用いた照明器具100について説明した。つまり、この電力変換回路の出力を電流制御回路7を介してLED8に接続した。しかしながら、この電力変換回路は、電源が入力される機器一般に使用できるものである。例えば、この電力変換装置の出力にモータなどの負荷を接続することができる。この電力変換装置と負荷をまとめて電気機器という。
In the first embodiment, the
実施の形態1では、図6に示す電流不連続モードで周波数制御を行った後に、電流臨界モードへ移行した。言い換えれば、第1制御の期間中は電流不連続モードでスイッチング素子51をオンオフした。しかしながら、第1制御の期間中に電流連続モードでスイッチング素子51をオンオフしてもよい。図12は、電流連続モードでスイッチング素子51を動作させたときの波形図である。電流連続モードとは、インダクタ52の電流I52が0になる前にスイッチング素子51をオンする制御方法である。電流連続モードは、電流不連続モードと同様、2次巻線52bの出力電圧VL2を参照しないスイッチング素子51の制御方法である。
In the first embodiment, after performing frequency control in the current discontinuous mode shown in FIG. 6, the mode shifts to the current critical mode. In other words, during the period of the first control, the switching
図13は、第1制御の期間中に電流連続モードによる制御を採用した場合の波形図である。時刻t1から時刻taまでの期間は電流不連続モードで力率改善回路5を動作させ、時刻taから時刻t2までの期間は電流連続モードで力率改善回路5を動作させる。電流連続モードは電流臨界モードよりも高いスイッチング周波数で動作するモードである。第1制御から第2制御に移行する際のスイッチング周波数の変化量ΔF1を、第1制御の開始時のスイッチング周波数f1と第2制御の開始時のスイッチング周波数f2との差分値ΔF2より小さくすることで、制御変更時のスイッチング周波数の急激な変化を回避できる。
FIG. 13 is a waveform diagram when the control in the current continuous mode is adopted during the period of the first control. The power
このように、制御部9は、第1制御の期間中はスイッチング素子51を電流不連続モード又は電流連続モードで動作させ、第2制御の期間中はスイッチング素子51を電流臨界モードで動作させることができる。
As described above, the
実施の形態1では、光源がLED8の場合について説明したが、例えば有機EL(Electro Luminescence)などのLEDとは異なる光源を用いてもよい。実施の形態1で説明した変形例は以下の実施の形態に係る電力変換装置、照明器具および電気機器にも応用することができる。なお、以下の実施の形態に係る電力変換装置、照明器具、電気機器は実施の形態1との共通点が多いので実施の形態1との相違点を中心に説明する。
In the first embodiment, the case where the light source is the
実施の形態2.
実施の形態1では、差分値ΔVが差分値閾値に達した時点で周波数制御から電流臨界モードへ移行させたが、実施の形態2では出力電圧Vpfcに着目して制御を移行する。
In the first embodiment, the frequency control is shifted to the current critical mode when the difference value ΔV reaches the difference value threshold value, but in the second embodiment, the control is shifted by paying attention to the output voltage Vpfc.
図14は、実施の形態2に係る制御を示す波形図である。交流電源1が接続され、力率改善回路5が昇圧動作を開始するまでの期間においては、ダイオード53を経由して平滑コンデンサ6が充電される。この期間は、LED8を消灯しているため、平滑コンデンサ6は交流電源1の振幅ピーク値まで充電され保持される。そのため、力率改善回路5の出力電圧Vpfcは交流電源1のピーク電圧となる。
FIG. 14 is a waveform diagram showing the control according to the second embodiment. The smoothing
力率改善回路5の動作が始まる時刻t1になる前に、入力電圧検出部92で入力電圧ピーク値Vpを検出する。検出されたVpの情報はスイッチング制御部91に送信される。スイッチング制御部91は、Vpの情報から、出力電圧VL2が検出可能となるVpfcの閾値を導出するプログラム又はテーブルを記憶している。出力電圧VL2が検出可能となるVpfcの閾値を出力電圧閾値という。スイッチング制御部91は、前述のプログラム又はテーブルにより、入力電圧検出部92から受けたVpの情報に対応した、出力電圧閾値を算出する。
The input voltage peak value Vp is detected by the input
時刻t1になると、力率改善回路5が昇圧動作を開始する。昇圧動作の初期は、ゼロ電流検出に必要な2次巻線52bの出力電圧VL2が得られないため、力率改善回路5を周波数制御する。力率改善回路5がスイッチング動作を開始した後、Vpfcが昇圧されると、出力電圧VL2が検出可能なレベルまで上昇する。
At time t1, the power
スイッチング制御部91は、Vpfcが、先ほど算出した出力電圧閾値を超えたときにスイッチング素子51の制御を周波数制御から電流臨界モードへ変更する。言い換えると、制御部9は、出力電圧Vpfcが予め定められた出力電圧閾値に達したときに、第1制御から第2制御へ移行する。このようにVpfcが出力電圧閾値に達したタイミングで制御を変更することで、実施形態1で必要であった差分値ΔVの演算が不要となるため、スイッチング制御部91の演算負担を低減できる。
The switching
さらに、力率改善回路5を周波数制御している期間P1において、Vpfcが大きくなるほどスイッチング周波数を高くすることで、周波数制御から電流臨界モードへ移行する際にスイッチング周波数が急激に変化することを防止した。図14には、周波数制御から電流臨界モードへ制御変更する前後でスイッチング周波数を一致させたことが示されている。このように、周波数制御の終期のスイッチング周波数と、電流臨界モード制御の始期のスイッチングの平均周波数を一致させることが好ましい。
Further, in the period P1 in which the power
図15は、スイッチング周波数の別の制御パターンを示す波形図である。力率改善回路5を周波数制御する期間においてVpfcが大きくなるほどスイッチング周波数を高くすることで、第1制御から第2制御に移行する際のスイッチング周波数の変化量ΔF3を、第1制御の開始時のスイッチング周波数と第2制御の開始時のスイッチング周波数との差分値ΔF4より小さくすることができる。
FIG. 15 is a waveform diagram showing another control pattern of the switching frequency. By increasing the switching frequency as Vpfc increases during the period of frequency control of the power
図16は、実施の形態2に係る照明器具の制御方法を示すフローチャートである。電源が投入されると、ステップSaにて制御部9が起動する。次いで、ステップSbにて、スイッチング制御部91は、入力電圧検出部92からVpの情報を受ける。例えばVpの実効値が100V、200Vまたは242Vであるとの情報を受ける。そして、スイッチング制御部91はVpに対応した出力電圧閾値を算出する。Vpと出力電圧閾値の対応をテーブルとしてスイッチング制御部91に保存しておくことで、そのテーブルを利用して出力電圧閾値を導出することができる。このように、力率改善回路5の動作開始時にVpから出力電圧閾値を決める。Vpが高ければ出力電圧閾値を高くし、Vpが低ければ出力電圧閾値を低くすることが好ましい。
FIG. 16 is a flowchart showing a control method of the lighting equipment according to the second embodiment. When the power is turned on, the
次いで、ステップScに処理を進める。ステップScではスイッチング制御部91からの指令に基づきスイッチング素子51のオンオフを開始することで、力率改善回路5の動作を開始する。力率改善回路5の動作の初期においては、スイッチング素子51を周波数制御する。次いで、ステップSdでは、スイッチング制御部91にて、出力電圧検出部94で検知されたVpfcと出力電圧閾値の大小を判定する。Vpfcが出力電圧閾値よりも小さい場合は、ステップSeに進み周波数制御を継続する。その後、ステップSfにて再びVpfcを検出し、再度ステップSdの判定を行う。ステップSdにて、Vpfcが出力電圧閾値以上であると判定されると、ステップSgへ進み電流臨界モードへ移行する。その後、電流臨界モードによる制御を継続する。
Then, the process proceeds to step Sc. In step Sc, the power
実施の形態2では、制御部9は、力率改善回路5への入力電圧が反映された値であるVpにより出力電圧閾値を定めることとした。つまり出力電圧閾値を可変とした。しかしながら、電力変換装置のVpが予め定められている場合には、出力電圧閾値を決めるプロセスは不要である。例えば電力変換装置がAC100V専用品であれば、出力電圧閾値を決めるプロセスは不要であり、予め定められた1つの出力電圧閾値を利用することができる。
In the second embodiment, the
実施の形態3.
図17は、実施の形態3に係る照明器具200の回路図である。照明器具200は実施の形態1で説明した照明器具100と基本的には同じ動作をする。実施の形態1では制御部9で主として力率改善回路5を制御したが、実施の形態3の制御部9は力率改善回路5のみでなく電流制御回路7を制御する。電流制御回路7は、力率改善回路5の出力に接続され、力率改善回路5から出力された直流電圧を直流電流に変換する回路である。
FIG. 17 is a circuit diagram of the
実施の形態3の制御部9は、LED8を流れる電流を検出する電流検出手段10と、電流検出手段10の出力を受ける電流検出部96を備えている。電流検出手段10として例えばシャント抵抗またはホールセンサを利用することができる。電流検出部96はスイッチング制御部91に対しLED電流の情報を送る。スイッチング制御部91は、駆動部95を利用してMOSFET71をオンオフ制御することで、電流制御回路7が出力する電流を制御する。
The
力率改善回路5のスイッチング素子51の制御を周波数制御から電流臨界モードへ変更するタイミングで少しでも周波数に変化があると、Vpfcが振動する。図18は、制御変更に伴ってVpfcが振動することを示す波形図である。図18には、制御変更のタイミングである時刻t2からVpfcに振動が発生し、時間の経過とともにその振動が減衰することが示されている。この振動は例えば100msec程度で減衰する。
If there is any change in the frequency at the timing of changing the control of the switching
電流制御回路7の出力を一定に保つためには、Vpfcの振動に対して高速に応答することが必要である。そこで、実施の形態3の制御部9は、第1制御から第2制御に移行する前の予め定められた期間と、第1制御から第2制御へ移行した後のあらかじめ定められた期間、力率改善回路5の出力電圧Vpfcが一定値に安定している状態と比べて電流制御回路7の応答速度を高める。電流制御回路7の応答速度とは、電流検出部96の検出結果を、MOSFET71の制御に反映させる速度である。電流制御回路7の応答速度が高いほど、電流検出部96の検出結果が迅速にMOSFET71の制御に反映される。
In order to keep the output of the
例えば、時刻t2の前100msecから、時刻t2の後100msecまでの期間における電流制御回路7の応答速度を、Vpfcが目標値に達したt3以降における電流制御回路7の応答速度より高くする。言い換えればスイッチング素子51の制御変更の前後の短い期間だけ、t3以降の期間よりも電流制御回路7の応答速度を高くする。これにより、電流制御回路7の出力を略一定に保つことができる。
For example, the response speed of the
電流制御回路7の応答速度を高くする期間を高速応答期間と称する。上述の制御を実行するためには、スイッチング制御部91が、高速応答期間を特定しなければならない。スイッチング制御部91は力率改善回路5の制御主体であるので高速応答期間を容易に特定することができる。つまり、スイッチング制御部91は、差分値ΔVと差分値閾値を定期的に比較しているので、制御変更のタイミングが近づいてきたこと、制御変更のタイミングとなったこと、制御変更後の一定期間が経過したこと、を検知できる。これらの検知結果から、上述の高速応答期間を簡単に特定することができる。
The period for increasing the response speed of the
このように、1つの制御部9を用いて力率改善回路5と電流制御回路7の制御を行うことで、力率改善回路5の制御変更時に電流制御回路7の応答速度を高めることができる。これにより、力率改善回路5において制御を変更する際に生じるわずかなVpfcの振動に起因してLED8に流れる電流が変動してLED8がちらつくことを防止できる。
In this way, by controlling the power
実施の形態3で説明した方法は、スイッチング素子51の制御変更のタイミングである程度スイッチング周波数が変動し得るあらゆる制御に対して効果的である。したがって、実施の形態1、2又はそれらの変形で説明したスイッチング素子51の制御方法に、実施の形態3の方法を組み合わせることができる。
The method described in the third embodiment is effective for any control in which the switching frequency can fluctuate to some extent at the timing of the control change of the switching
なお、上記の各実施の形態で説明した技術的特徴を組み合わせて本発明の効果を高めても良い。 In addition, the effect of the present invention may be enhanced by combining the technical features described in each of the above embodiments.
5 力率改善回路、 51 スイッチング素子、 52 インダクタ、 52a 1次巻線、 52b 2次巻線、 9 制御部
5 Power factor improvement circuit, 51 switching element, 52 inductor, 52a primary winding, 52b secondary winding, 9 Control unit
Claims (11)
スイッチング素子とインダクタとを有し、前記整流回路の出力が入力され、直流電圧を出力する力率改善回路と、
前記インダクタで発生する電圧を検出する検出巻線と、
前記検出巻線で検出した電圧が入力され、前記スイッチング素子を駆動させる制御部と、を備え、
前記制御部は、前記力率改善回路の動作が開始されると前記スイッチング素子のスイッチング周波数を変化させる第1制御を実行し、その後、前記検出巻線で得られる電圧に同期して前記スイッチング素子をスイッチングする第2制御を実行する場合に、前記第1制御から前記第2制御に移行する際の前記スイッチング周波数の変化量を、前記第1制御の開始時の前記スイッチング周波数と前記第2制御の開始時の前記スイッチング周波数との差分値より小さくすることを特徴とする電力変換装置。A rectifier circuit that rectifies AC power and
A power factor improving circuit that has a switching element and an inductor, receives the output of the rectifier circuit, and outputs a DC voltage.
A detection winding that detects the voltage generated by the inductor and
A control unit for inputting a voltage detected by the detection winding and driving the switching element is provided.
When the operation of the power factor improving circuit is started, the control unit executes a first control for changing the switching frequency of the switching element, and then the switching element synchronizes with the voltage obtained in the detection winding. When the second control for switching the above is executed, the amount of change in the switching frequency when shifting from the first control to the second control is the switching frequency at the start of the first control and the second control. A power conversion device characterized in that the difference value from the switching frequency at the start of is smaller than that of the switching frequency.
前記制御部は、前記出力電圧検出部の出力に応じて、前記第1制御における前記スイッチング素子のスイッチング周波数を変化させることを特徴とする請求項1又は2に記載の電力変換装置。It is provided with an output voltage detection unit that detects the output voltage of the power factor improving circuit.
The power conversion device according to claim 1 or 2, wherein the control unit changes the switching frequency of the switching element in the first control according to the output of the output voltage detection unit.
前記力率改善回路の出力電圧を検出する出力電圧検出部と、を備え、
前記制御部は、前記入力電圧と前記出力電圧の差分値が予め定められた差分値閾値に達したときに前記第1制御から前記第2制御へ移行することを特徴とする請求項1又は2に記載の電力変換装置。An input voltage detection unit that detects the input voltage of the power factor improving circuit,
An output voltage detection unit for detecting the output voltage of the power factor improving circuit is provided.
Claim 1 or 2 characterized in that the control unit shifts from the first control to the second control when the difference value between the input voltage and the output voltage reaches a predetermined difference value threshold value. The power converter described in.
前記制御部は、前記出力電圧が予め定められた出力電圧閾値に達したときに前記第1制御から前記第2制御へ移行することを特徴とする請求項1又は2に記載の電力変換装置。It is provided with an output voltage detection unit that detects the output voltage of the power factor improving circuit.
The power conversion device according to claim 1 or 2, wherein the control unit shifts from the first control to the second control when the output voltage reaches a predetermined output voltage threshold value.
前記制御部は、前記入力電圧により前記出力電圧閾値を定めることを特徴とする請求項5に記載の電力変換装置。It is provided with an input voltage detection unit that detects the input voltage of the power factor improving circuit.
The power conversion device according to claim 5, wherein the control unit determines the output voltage threshold value based on the input voltage.
前記制御部は、前記第1制御から前記第2制御に移行する前の予め定められた期間と、前記第1制御から前記第2制御へ移行した後のあらかじめ定められた期間、前記力率改善回路の出力電圧が一定値に安定している状態と比べて前記電流制御回路の応答速度を高めることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の電力変換装置。A current control circuit that is connected to the output of the power factor improving circuit and converts the DC voltage output from the power factor improving circuit into a DC current is provided.
The control unit improves the power factor for a predetermined period before the transition from the first control to the second control and a predetermined period after the transition from the first control to the second control. The power conversion device according to any one of claims 1 to 8, wherein the response speed of the current control circuit is increased as compared with a state in which the output voltage of the circuit is stable at a constant value.
前記電力変換装置の出力に接続されたLED(Light Emitting Diode)又は有機EL(Electro Luminescence)である光源と、を備えることを特徴とする照明器具。The power conversion device according to any one of claims 1 to 9,
A luminaire comprising an LED (Light Emitting Diode) or an organic EL (Electro Luminescence) light source connected to the output of the power converter.
前記電力変換装置の出力に接続された負荷と、を備えることを特徴とする電気機器。The power conversion device according to any one of claims 1 to 9,
An electrical device comprising: a load connected to the output of the power converter.
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