JP7424970B2 - Ａｃ／ｄｃ変換器、照明器具、及び改善された起動回路を供給する方法 - Google Patents

Description

本発明は、改善された起動回路を備えるＡＣ／ＤＣ変換器に関する。本発明は、更に、改善された起動回路を備えるＡＣ／ＤＣ変換器を有する照明器具に関する。本発明は、更に、ＡＣ／ＤＣ変換器の改善された起動を供給するための方法に関する。

スイッチモード電源においては、スイッチモード電源が起動することを可能にするスイッチモード電力変換器への電圧が必要とされる。この電圧は、起動回路を介して供給される。スイッチモード電力変換器が起動したとき、スイッチモード電力変換器の出力電力の一部がフィードバックされることができ、スイッチモード電力変換器が動作することを可能にする。一般に、起動回路は、安価で、低効率の回路である。一般的に使用される単純な実施例は、始動抵抗器、ブリーダ、及びスイッチモード電力変換器に供給されるエネルギを蓄積するための蓄積コンデンサである。スイッチモード電力変換回路の整流された入力電圧をタップするのが一般的なやり方である。これは、通常、120V RMSと230 V RMSとの間の範囲にある整流された主電源である。スイッチモード電力変換器の動作を開始するために必要とされる電圧は、通常、10乃至30Vの範囲内である。それ故、ブリーダが、整流された主電源電圧からの電流を制限して、著しくより低い電圧を生成する必要があり、このことは、非常に低い電力効率をもたらすだろう。

US 2017/0070138は、スイッチモード電力変換器が起動したときに、起動回路が、整流された主電源から切断され得ることを開示している。切断は、スイッチモード電力変換器が起動したときに開くスイッチによって行われる。起動回路において電力が損失されず、スイッチモード電力変換器の効率の向上をもたらす。

整流された入力電圧をタップする起動回路は、高電圧部品を有する。起動回路をオフにするために必要とされる追加のスイッチも高電圧部品である。それ故、前記起動回路は、相対的に大きく、高価である。更に、スタンバイ動作中は、起動回路はアクティブであり、依然として、幾らかの電力が損失されている。

本発明の目的は、サイズが小さく、非常に安価でもある起動回路を有するＡＣ／ＤＣ変換器を提供することである。

この問題を解決するために、本発明の第１態様においては、
－ 整流されたＡＣ入力信号を受信するための入力と、
－ 制御された出力信号を負荷に供給するための出力と、
－ 前記ＡＣ入力信号を前記制御された出力信号に変換するためのスイッチモード電力変換器であって、前記スイッチモード電力変換器のスタンバイモードを前記スイッチモード電力変換器の動作モードに変更するための起動電圧を受け取るための入力を有するスイッチモード電力変換器と、
－ 制御信号を受信するための制御回路と、
－ スイッチオン信号を受信するための、及び電源電圧よりも大きい前記起動電圧を供給するためのキックスタート電源と、
－ 前記制御回路及び前記キックスタート電源に前記電源電圧を供給するための補助電源とを有するＡＣ／ＤＣ変換器であって、
前記制御回路が、前記スイッチモード電力変換器を前記スタンバイモードから前記動作モードに変えるための前記キックスタート電源をアクティブにするために前記スイッチオン信号をアクティブにするように構成されるＡＣ／ＤＣ変換器が提供される。

請求項に記載されているように構成されているＡＣ／ＤＣ変換器の効果は、前記スイッチモード電力変換器を起動することを可能にするのに十分なエネルギを供給するために小さなキックスタート電源が実装されることができることを可能にする。このキックスタート電源は、前記ＡＣ／ＤＣ変換器がスタンバイ中であるときは、オフにされ得る。それ故、スタンバイ中の前記ＡＣ／ＤＣ変換器の総電力損失は低下する。

他の例においては、前記キックスタート電源は、前記スイッチモード電力変換器が前記動作モードに変化したときに、前記起動電圧の供給を停止するよう構成される。

前記スイッチモード電力変換器の起動後は、前記スイッチモード電力変換器によって電力が供給されるように、前記起動電圧は別の経路を介して供給され得る。それ故、前記キックスタート電源は、更なるエネルギ損失を防止するよう、オフにされ得る。

他の例においては、前記制御回路は、前記スイッチモード電力変換器が前記動作モードに変化した後は、前記キックスタート電源が作動しないようにするよう構成される。

前記制御回路は、前記キックスタート電源をオンにすることを制御するだけでなく、ここでは、更に、前記キックスタート電源をオフにすることも制御する。前記キックスタート電源を制御するために、単一の制御回路が使用され得る。これは、前記キックスタート電源の制御を簡単にする。

他の例においては、前記補助電源は、前記整流されたＡＣ入力信号から電力を引き出すよう構成される。

前記補助電源は、前記整流されたＡＣ入力信号から電力を引き出す。これは、補助電源への電力の容易且つロバストな供給を提供する。

他の例においては、前記補助電源は、バッテリから電力を引き出すよう構成される。

前記バッテリは、前記整流されたAC入力信号よりも低くなるよう選ばれ得る電圧を前記補助電源に供給する。前記ＡＣ／ＤＣ変換器がスタンバイ中であるとき、前記バッテリは、依然として、前記補助電源にエネルギを供給することができ、スタンバイ電力損失を更に削減する。

他の例においては、前記制御された出力信号又は補助出力によって前記バッテリに電力が供給される。

前記バッテリは、ここでは、前記スイッチモード電力変換器によって供給される電圧によって充電されている。前記バッテリに供給される電圧は、より効率的なエネルギ伝達が達成され得るように選ばれ得る。

他の例においては、前記キックスタート電源は、ブーストコンバータである。

低い入力電圧をより高い出力電圧に変換するための効率的なソリューションは、ブーストコンバータを使用することである。

他の例においては、前記起動電圧は、前記スイッチモード電力変換器の有効化後には、前記制御された出力信号によって、前記スイッチモード電力変換器に供給される。

他の例においては、前記スイッチモード電力変換器は、変圧器を有し、前記変圧器の補助巻線が、前記動作モードにおいて前記スイッチモード電力変換器に前記起動電圧を供給する。

前記スイッチモード電力変換器が起動したときは、前記スイッチモード電力変換器のインダクタに磁気的に結合された補助巻線によって供給される電圧が、前記スイッチモード電力変換器に前記起動電圧を供給する。

別の例においては、
－ 請求項１乃至９のいずれか一項に記載のＡＣ／ＤＣ変換器と、
－ 前記負荷とを有する照明器具が提供される。

前記照明器具は、改善されたＡＣ／ＤＣ変換器を備えており、それ故、改善されたスタンバイ電力消費を有する。
別の例においては、前記負荷は、ＬＥＤ負荷である。

ＬＥＤ負荷が消費する電力量は少ない。それ故、ＬＥＤ負荷を駆動するＡＣ／ＤＣ変換器の場合は、ただでさえ、少量のスタンバイ電力が、全体のエネルギ消費に大きな影響を与えることから、スタンバイ電力は、より重要である。

ここで、添付図面を参照して本発明の例について説明する。
起動回路を備える従来技術のＡＣ／ＤＣ変換器の例を示す。 本発明の実施例を示す。 本発明の好ましい実施例を示す。

図１は、一般的に使用される、起動回路を有するＡＣ／ＤＣ変換器の例を示している。整流器ブリッジＲＥＣＴ、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４を有し、ＡＣ電圧源Ｖａｃに結合される。この電圧は、主電源電圧であってもよい。このＡＣ電圧は、整流器ブリッジＲＥＣＴによって整流される。整流されたＡＣ電圧Ｖｉｎは、起動回路３に電圧を供給するために使用される。起動回路３は、スイッチモード電力変換器コントローラ１の入力に電圧を供給する。電圧が低電圧ロックアウト閾値を超えるとき、スイッチモード電力変換器コントローラ１が、アクティブになり、その結果として、スイッチＳＷを制御する。低電圧ロックアウト閾値は、10V乃至30Vという高さであり得る。スイッチモード電力変換器は、出力に電力を供給するために、一次巻線Ｌ１及び二次巻線Ｌ２を有する変圧器Ｔ１を更に含む。出力電力が十分であるときは、出力電力の一部が接続２を介してスイッチモード電力変換器コントローラ１に供給される。スイッチＳＷ１は、スイッチモード電力変換器の通常動作中、起動回路３におけるエネルギ損失を防止するよう、整流された主電源の接続から起動回路３を切り離すために、使用される。その場合、スイッチモード電力変換器コントローラ１への電力は、接続２を介してしか供給されない。この接続２は、通常、変圧器Ｔ１の補助巻線への接続である。補助巻線によって生成される電圧は、低電圧ロックアウト閾値電圧を超え、ＡＣ／ＤＣ変換器が動作し続けることを可能にする。

スイッチＳＷ１及び起動回路３は、整流された入力電圧に結合され、それ故、主電源電圧に耐えるために高電圧部品に結合される。これらの部品は、高い主電源電圧をサポートするために相対的に大きく、相対的に高価でもある。

本発明は、スイッチモード電力変換器コントローラ１を起動するために低コストで小さなキックスタートドライバ６が導入される異なるアプローチを提案する。

図２は、改善された起動回路を備えるＡＣ／ＤＣ変換器の例を示している。補助電源４の入力は、整流されたＡＣ電圧Ｖｉｎに結合される。補助電源４の出力は、制御回路５の入力とキックスタート電源６の入力にと結合される。キックスタート電源６の出力は、スイッチモード電力変換器コントローラ１の入力に結合される。制御回路５の出力は、スイッチモード電力変換器コントローラ１の別の入力に結合される。スイッチモード電力変換器コントローラの出力は、スイッチＳＷの制御端子に結合される。スイッチＳＷは、インダクタＬ１又は変圧器Ｔ１と一緒にスイッチモード電源を形成する。スイッチモード電源の出力は、負荷７に結合される。接続は、更に、スイッチモード電力変換器コントローラ１の入力に接続されてもよい。補助電源４は、制御回路５に供給電圧Ｖｓｕｐを供給するために使用される。補助電源４は、ＡＣ／ＤＣ変換器がスタンバイモードにあるときもアクティブである。制御回路５は、制御信号を受信するよう構成されてもよい。制御回路５は、更に、スイッチモード電力変換器コントローラ１を、例えばオフにすることによって、制御するよう構成されてもよい。制御回路５は、更に、キックスタート電源６をオン及びオフにするためにターンオン信号Ｖｏｎをキックスタート電源６に供給することによって、キックスタート電源６を制御してもよい。キックスタート電源６は、ブーストコンバータであってもよい。キックスタート電源６は、補助電源４によって供給される低い電圧を受け取る。このことは、以下で説明するように、起動回路が、スイッチモード電力変換器の起動中にしか電力を供給する必要がなく、それ故、スタンバイ中の電力損失を削減することを可能にする。補助電源４は、制御回路５に低い電圧を供給する。これは、例えばマイクロコントローラに電圧を供給するための3.3V乃至5V程度のものであり得る。補助電源４によって供給される低い電圧は、スイッチモード電力変換器コントローラ１が動作モードに入ることを可能にするには低過ぎる。それ故、キックスタート電源６は、最低限必要とされる電圧を超えるよう、補助電源４によって供給される電圧を昇圧させる。昇圧された電圧は、スイッチモード電力変換器コントローラ１に供給される。前記電圧は、スイッチモード電力変換器コントローラ１が動作モードに入り、スイッチＳＷを制御するのに十分である。スイッチＳＷは、少なくともインダクタに結合され、故に、それらは、スイッチモード電力変換器を形成する。図２において示されている例示的なスイッチモード電力変換器は、二次側インダクタＬ２に磁気的に結合される一次側インダクタＬ１を有する変圧器Ｔ１を含むフライバックコンバータである。二次側は負荷に結合される。従来技術においては、スイッチモード電源を起動するために制御信号Ｖｃｔｌが供給されるときにスイッチモード電源が直接アクティブにされる必要があることから、起動回路３は、スタンバイ中、常にアクティブである。それ故、起動回路３は、スタンバイ中、常に電力を損失する。

制御回路５が制御信号Ｖｃｔｌを受信するとき、制御回路５はキックスタート電源６をアクティブにするための信号を生成する。キックスタート電源６は、前記信号に応じて、起動し、補助電源４によって供給される低い電圧よりも大きい、従って、スイッチモード電力変換器１のスタンバイモードを通常動作モードに変更するためにスイッチモード電力変換器コントローラによって必要とされる低電圧ロックアウト閾値よりも大きい電圧を供給する。コンデンサＣ１は、スイッチモード電力変換器コントローラ１に供給される電圧を安定化させるためのバッファとしての役割を果たす。スイッチモード電力変換器コントローラ１は、その順番において、アクティブになり、スイッチＳＷの制御を開始する。

制御回路５はまた、追加の信号をスイッチモード電力変換器コントローラ１に供給してもよい。これらの信号の例は、調光信号及びターンオフ信号があり、これらは、スイッチモード電力変換器コントローラ１に更なる制御可能性を与える。スイッチモード電力変換器コントローラ１は、制御された電力がＡＣ／ＤＣ変換器の出力及び負荷７に供給されるようにスイッチＳＷを制御する。出力電圧Ｖｏｕｔ又は補助電圧Ｖａｕｘは、接続２を介してスイッチモード電力変換器コントローラ１にフィードバックされ得る。このことは、キックスタート電源６がオフになることを可能にし、ＡＣ／ＤＣ変換器における損失を削減する。

キックスタート電源６をオフにするのは、スイッチモード電力変換器コントローラ１に供給される電圧を検出することによって、行われ得る。接続２を介して供給される電圧がキックスタート電源６によって供給される電圧よりも大きい場合、キックスタート電源は、電力を全く供給せず、それ故、オフにされ得る。

制御回路５は、別の制御信号Ｖｃｔｌの受信時に、スイッチモード電力変換器コントローラ１をオフにするための信号を生成してもよい。

図３は、補助出力を有するＡＣ／ＤＣ変換器の例を示している。補助出力は、スイッチモード電力変換器コントローラ１に起動電圧Ｖｓｔａｒｔを供給する補助巻線Ｌ３として示されています。図３は、図２と同様に、改善された起動回路を備えるＡＣ／ＤＣ変換器を示している。接続２を介して電圧を供給する代わりに、補助巻線Ｌ３を介して電圧が供給される。補助巻線Ｌ３は、変圧器Ｔ１の一部である。ダイオードＤ５及びＤ６は、補助巻線Ｌ３からキックスタート電源５へ、及びその逆に電力が流れるのを防止するよう配置され得る。

図における例示的なスイッチモード電力変換器は、フライバックコンバータを表している。しかしながら、ずっと多くのタイプのスイッチモード電源が利用可能である。例は、バックコンバータ、ブーストコンバータ、バックブーストコンバータ及び共振コンバータである。スイッチモード電力変換器は、スイッチモード電力変換器コントローラ１によって制御される。

制御信号Ｖｃｔｌは、制御回路５と、遠隔制御装置などの外部制御デバイスとの間で有線又は無線で送受信されてもよい。

負荷７は、ＬＥＤ負荷であり得る。ＬＥＤが消費する電力量は少ない。スタンバイ中、電力消費は、主に、スタンバイ電力消費に基づく。従来技術における起動回路３は、本発明による改善されたキックスタート回路６がスタンバイ中に電力を全く消費しないスタンバイ中の損失の一因となる。

キックスタート電源６は、任意のタイプの電圧ブースト回路であり得る。実施例においては、キックスタート電源６は、ブーストコンバータである。

スイッチモード電力変換器は、あらゆる種類の電力変換器であり得ることから、補助巻線は、スイッチモード電力変換器トポロジのいずれかのインダクタに磁気的に結合される補助巻線としても使用され得ることに留意されたい。

更に、ＡＣ／ＤＣ変換器は、補助電源４に電力を供給するためのバッテリを備えていてもよい。バッテリは、ＡＣ／ＤＣ変換器の出力又は補助出力によって充電されてもよい。

Claims (7)

1. ＬＥＤ負荷と、
   整流されたＡＣ入力信号を受信するための入力と、
   制御された出力信号を前記ＬＥＤ負荷に供給するための出力と、
   前記ＡＣ入力信号を前記制御された出力信号に変換するためのスイッチモード電力変換器であって、前記スイッチモード電力変換器のスタンバイモードを前記スイッチモード電力変換器の動作モードに変更するための起動電圧を受け取るための入力を有するスイッチモード電力変換器と、
   制御信号を受信するための制御回路と、
   スイッチオン信号を受信して、電源電圧よりも大きい前記起動電圧を供給するためのキックスタート電源と、
   前記整流されたＡＣ入力信号を受信し、前記制御回路及び前記キックスタート電源に前記電源電圧を供給するための補助電源とを有する照明器具であって、
   前記制御回路が、前記スイッチモード電力変換器を前記スタンバイモードから前記動作モードに変えるための前記キックスタート電源をアクティブにするために前記スイッチオン信号をアクティブにするように構成される照明器具。
2. 前記キックスタート電源が、前記スイッチモード電力変換器が前記動作モードに変化したときに、前記起動電圧の供給を停止するよう構成される請求項１に記載の照明器具。
3. 前記制御回路が、前記スイッチモード電力変換器が前記動作モードに変化した後は、前記キックスタート電源が作動しないようにするよう構成される請求項１に記載の照明器具。
4. 前記キックスタート電源が、ブーストコンバータを有する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明器具。
5. 前記スイッチモード電力変換器が、前記スイッチモード電力変換器のインダクタに磁気的に結合される補助巻線を有し、前記補助巻線が、前記動作モードにおいて前記スイッチモード電力変換器に前記起動電圧を供給するよう構成される請求項１乃至４のいずれか一項に記載の照明器具。
6. 整流されたＡＣ入力信号を、制御された出力信号に変換するためのスイッチモード電力変換器に起動電圧を供給するための方法であって、
   補助電源によって、前記整流されたＡＣ入力信号を受信し、制御回路及びキックスタート電源に電源電圧を供給するステップと、
   前記制御回路によって、制御信号の受信に応じて、スイッチオン信号を生成するステップと、
   前記キックスタート電源によって、前記スイッチオン信号の受信に応じて、前記電源電圧を、前記電源電圧よりも大きい起動電圧に変換するステップと、
   前記スイッチモード電力変換器をスタンバイモードから動作モードに変えるために、前記キックスタート電源によって、前記スイッチモード電力変換器に前記起動電圧を供給するステップとを有する方法。
7. 前記キックスタート電源による前記スイッチモード電力変換器への前記起動電圧の供給が、前記スイッチモード電力変換器が前記動作モードに変化したときに、停止される請求項６に記載の方法。

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