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技術 電源装置および照明装置

出願人 東芝ライテック株式会社
発明者 加藤剛横山浩宇佐美朋和
出願日 2019年3月7日 (1年11ヶ月経過) 出願番号 2019-041613
公開日 2020年9月10日 (5ヶ月経過) 公開番号 2020-145101
状態 未査定
技術分野 DC‐DCコンバータ
主要キーワード 整流後電圧 ブリーダ電流 通電直後 周期判定 ブリーダ回路 判定数 逆位相制御 ノイズ波形
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年9月10日)のものです。
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図面 (5)

課題

交流電圧周期を正確に判定できる電源装置を提供する。

解決手段

電源装置15は、整流手段22、電力変換回路23、検出手段26、比較手段31、判定手段32および制御手段33を備える。整流手段22は、交流電圧を整流する。電力変換回路23は、整流手段22で整流された整流後電圧を入力し、負荷14に供給する出力電圧に変換する。検出手段26は、交流電圧を検出する。比較手段31は、検出手段26で検出された交流電圧を所定の閾値と比較し、比較結果に応じたパルスを出力する。判定手段32は、比較手段31から出力されるパルスの立上りと次のパルスの立上りとの間の立上り間時間およびパルスの立下りと次のパルスの立下りとの間の立下り間時間をそれぞれ計測して交流電圧の周期を判定する。制御手段33は、判定手段32で判定された交流電圧の周期に基づいて電力変換回路23を制御する。

概要

背景

従来、交流電圧を入力し、所定の出力電圧に変換して負荷に供給する電源装置がある。さらに、例えば位相調光方式に対応した電源装置では、入力する位相制御された交流電圧の周期を判定し、判定した周期情報を制御に利用する場合がある。

交流電圧の波形ノイズを含む歪波形が含まれている場合、ノイズを含む歪波形はノイズとして認識されやすいが、位相制御によって歪波形と区別しにくい波形となっている場合、正常な波形であるにもかかわらずノイズと認識される虞がある。

交流電圧の周期情報を制御に利用する電源装置では、交流電圧の周期を正確に判定できることが望まれている。

概要

交流電圧の周期を正確に判定できる電源装置を提供する。電源装置15は、整流手段22、電力変換回路23、検出手段26、比較手段31、判定手段32および制御手段33を備える。整流手段22は、交流電圧を整流する。電力変換回路23は、整流手段22で整流された整流後電圧を入力し、負荷14に供給する出力電圧に変換する。検出手段26は、交流電圧を検出する。比較手段31は、検出手段26で検出された交流電圧を所定の閾値と比較し、比較結果に応じたパルスを出力する。判定手段32は、比較手段31から出力されるパルスの立上りと次のパルスの立上りとの間の立上り間時間およびパルスの立下りと次のパルスの立下りとの間の立下り間時間をそれぞれ計測して交流電圧の周期を判定する。制御手段33は、判定手段32で判定された交流電圧の周期に基づいて電力変換回路23を制御する。

目的

交流電圧の周期情報を制御に利用する電源装置では、交流電圧の周期を正確に判定できることが望まれている

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

交流電圧整流する整流手段と;前記整流手段で整流された整流後電圧を入力し、負荷に供給する出力電圧に変換する電力変換回路と;前記交流電圧を検出する検出手段と;前記検出手段で検出された交流電圧を所定の閾値と比較し、比較結果に応じたパルスを出力する比較手段と;前記比較手段から出力されるパルスの立上りと次のパルスの立上りとの間の立上り間時間およびパルスの立下りと次のパルスの立下りとの間の立下り間時間をそれぞれ計測して前記交流電圧の周期を判定する判定手段と;前記判定手段で判定された前記交流電圧の周期に基づいて前記電力変換回路を制御する制御手段と;を具備することを特徴とする電源装置

請求項2

前記判定手段は、パルスの立上りと立下りとの間の時間または立下りと立上りとの間の時間が所定の下限値以下となる場合、該パルスを周期判定から除外することを特徴とする請求項1記載の電源装置。

請求項3

前記判定手段は、パルスの立上りと立下りとの間の時間または立下りと立上りとの間の時間が所定の下限値以下となるパルスが所定回数連続し、かつ前記立上り間時間および前記立下り間時間が前記交流電圧の周期として判定可能な場合、測定される前記立上り間時間および前記立下り間時間を前記交流電圧の周期として判定することを特徴とする請求項2記載の電源装置。

請求項4

前記判定手段は、パルスの立上りと立下りとの間の時間または立下りと立上りとの間の時間が所定の下限値以下となるパルスが少なくとも1回あり、かつ前記立上り間時間および前記立下り間時間が前記交流電圧の予め定められた周期判定条件を逸脱する場合、以降のパルスにおいて前記交流電圧の周期の判定を行うことを特徴とする請求項2または3記載の電源装置。

請求項5

前記比較手段は、少なくとも2つ備え、前記判定手段は、いずれか1つの前記比較手段による比較結果により前記交流電圧の周期を判定することを特徴とする請求項1ないし4いずれか一記載の電源装置。

請求項6

前記比較手段は、少なくとも2つ備え、前記判定手段は、全ての前記比較手段による比較結果により前記交流電圧の周期を判定することを特徴とする請求項1ないし4いずれか一記載の電源装置。

請求項7

前記負荷である発光素子と;前記発光素子に電源を供給する請求項1ないし6いずれか一記載の電源装置と;を具備することを特徴とする照明装置

技術分野

0001

本発明の実施形態は、負荷電源を供給する電源装置、およびこの電源装置を用いた照明装置に関する。

背景技術

0002

従来、交流電圧を入力し、所定の出力電圧に変換して負荷に供給する電源装置がある。さらに、例えば位相調光方式に対応した電源装置では、入力する位相制御された交流電圧の周期を判定し、判定した周期情報を制御に利用する場合がある。

0003

交流電圧の波形ノイズを含む歪波形が含まれている場合、ノイズを含む歪波形はノイズとして認識されやすいが、位相制御によって歪波形と区別しにくい波形となっている場合、正常な波形であるにもかかわらずノイズと認識される虞がある。

0004

交流電圧の周期情報を制御に利用する電源装置では、交流電圧の周期を正確に判定できることが望まれている。

先行技術

0005

特開2016−66488号公報

発明が解決しようとする課題

0006

本発明は、交流電圧の周期を正確に判定できる電源装置および照明装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0007

実施形態の電源装置は、整流手段、電力変換回路、検出手段、比較手段、判定手段および制御手段を備える。整流手段は、交流電圧を整流する。電力変換回路は、整流手段で整流された整流後電圧を入力し、負荷に供給する出力電圧に変換する。検出手段は、交流電圧を検出する。比較手段は、検出手段で検出された交流電圧を所定の閾値と比較し、比較結果に応じたパルスを出力する。判定手段は、比較手段から出力されるパルスの立上りと次のパルスの立上りとの間の立上り間時間およびパルスの立下りと次のパルスの立下りとの間の立下り間時間をそれぞれ計測して交流電圧の周期を判定する。制御手段は、判定手段で判定された交流電圧の周期に基づいて電力変換回路を制御する。

発明の効果

0008

実施形態の電源装置によれば、交流電圧の周期を正確に判定することが期待できる。

図面の簡単な説明

0009

一実施形態を示す照明装置に用いる電源装置の回路図である。
同上電源装置による交流電圧の周期判定タイミングチャートである。
同上電源装置の比較手段から出力されるパルスの各種の波形例を示すタイミングチャートである。
同上電源装置の周期判定例を示し、(a)は出力信号C1に対する周期判定例の表、(b)は出力信号C2に対する周期判定例の表である。

実施例

0010

以下、一実施形態を、図面を参照して説明する。

0011

図1に示すように、照明装置10は、交流電源eに位相調光器11を介して接続されている。

0012

位相調光器11は、例えばトライアックや逆向きに直列接続したスイッチング素子および整流素子を有するスイッチ部を用い、設定された調光レベルに応じて交流電圧の毎半サイクルの期間途中で負荷側への導通、非導通を制御するようにした位相制御方式または逆位相制御方式が採用されている。

0013

そして、照明装置10は、負荷14、およびこの負荷14に電源を供給する電源装置15を備えている。

0014

負荷14は、半導体発光素子である発光素子14aを備えている。発光素子14aは、例えばLEDや有機ELである。

0015

また、電源装置15は、交流電源eと負荷14との間に接続される主回路18、交流電源eに対して主回路18と並列に接続される副回路19を備えている。

0016

主回路18は、入力する交流電圧を整流する整流手段22、およびこの整流手段22で整流された整流後電圧を負荷14に供給する所定の出力電圧に変換する電力変換回路23などを備えている。

0017

整流手段22は、例えばブリッジ接続された4つの整流素子を1つのパッケージ内に有するブリッジダイオードが用いられている。

0018

電力変換回路23は、例えば降圧チョッパ回路23aが用いられている。降圧チョッパ回路23aは、少なくとも1つのスイッチング素子を備え、スイッチング素子のスイッチング動作の制御により、整流手段22で整流された整流後電圧を所定の出力電圧に降圧し、負荷14に供給する。

0019

さらに、副回路19は、交流電圧を検出する検出手段26、ブリーダ電流を引き出すためのブリーダ回路27、および交流電圧の検出に基づいて電力変換回路23およびブリーダ回路27を制御する制御回路28などを備えている。

0020

検出手段26は、整流手段22と同じ部品であるブリッジダイオードが用いられている。ただし、ダイオードブリッジの4つの整流素子のうち、2つの整流素子のみが交流電圧の検出に使用され、残りの2つの整流素子は使用されない。使用する2つの整流素子は、アノードが位相調光器11を介して交流電源e側に接続され、カソードがブリーダ回路27および制御回路28に接続される。

0021

ブリーダ回路27は、位相調光器11を使用する場合に用いられ、位相調光器11のトライアックの保持電流を確保するためのブリーダ電流を引き出すように構成されている。

0022

制御回路28は、マイコンによって構成されている。制御回路28は、検出手段26で検出される交流電圧に基づいて電力変換回路23およびブリーダ回路27を制御する。制御回路28は、検出手段26で検出される交流電圧の位相角を検出し、検出された位相角に基づいて電力変換回路23のスイッチング素子のスイッチング動作を制御し、発光素子14aの明るさを制御する。

0023

制御回路28には、整流手段22によって整流された整流後電圧である直流電圧VDC、交流電圧を検出する検出手段26からの入力電圧Vin、およびブリーダ回路27を通じての制御電圧DDがそれぞれ入力される。

0024

制御回路28は、検出手段26で検出された交流電圧を所定の閾値と比較し、比較結果に応じたパルスを出力する比較手段31と、比較手段31から出力されるパルスに基づいて交流電圧の周期を判定する判定手段32と、判定手段32で判定された交流電圧の周期に基づいて電力変換回路23を制御する制御手段33とを備えている。

0025

比較手段31は、コンパレータによって構成されている。コンパレータの反転入力端子に検出手段26で検出された交流電圧つまり入力電圧Vinが入力され、コンパレータの非反転入力端子に所定の閾値電圧が入力され、入力電圧Vinが閾値電圧未満のときに「Hi」、入力電圧Vinが閾値電圧以上のときに「Lo」となるパルスをコンパレータの出力端子から出力する。そして、比較手段31は、少なくとも2つ備えている。2つの比較手段31は、異なる閾値に基づいて入力電圧Vinを比較する。

0026

判定手段32は、いずれか1つの比較手段31による比較結果により交流電圧の周期を判定するか、または全ての比較手段31による比較結果により交流電圧の周期を判定する。

0027

判定手段32は、比較手段31から出力されるパルスの立上りと次のパルスの立上りとの間の立上り間時間およびパルスの立下りと次のパルスの立下りとの間の立下り間時間をそれぞれ計測し、これら立上り間時間と立下り間時間の両方を交流電圧の周期判定に利用する。判定手段32は、立上り間時間と立下り間時間がそれぞれ周期判定条件に定められた所定時間内にあるか否かを判定する。

0028

判定手段32は、比較手段31から得られる1つのパルスの立上りと立下りとの間の時間または立下りと立上りとの間の時間が所定の下限値以下となる場合、該パルスを周期判定から除外する。

0029

さらに、判定手段32は、1つのパルスの立上りと立下りとの間の時間または立下りと立上りとの間の時間が所定の下限値以下となるパルスが所定回数連続し、かつ立上り間時間および立下り間時間が交流電圧の周期として判定可能な場合、測定される立上り間時間および立下り間時間を交流電圧の周期として判定する。

0030

さらに、判定手段32は、1つのパルスの立上りと立下りとの間の時間または立下りと立上りとの間の時間が所定の下限値以下となるパルスが少なくとも1回あり、かつ立上り間時間および立下り間時間が交流電圧の予め定められた周期判定条件を逸脱する場合、以降のパルスにおいて交流電圧の周期の判定を行う。

0031

そして、電源装置15は、交流電圧の位相角に応じて負荷14である発光素子14aの明るさを可変させる位相調光制御を行う。そのために、電源装置15は、通電直後に、交流電圧の位相制御が、位相制御方式であるか逆位相制御方式であるか位相制御なしかを検出するとともに、交流電圧の周期判定すなわち50Hzか60Hzかの周期判定を行い、その結果を調光制御に利用している。

0032

次に、電源装置15による交流電圧の周期判定について説明する。

0033

図2には、検出手段26から制御回路28に入力される入力電圧Vinの波形と、この入力電圧Vinの波形に対して2つの比較手段31のコンパレータからの出力信号C1および出力信号C2の波形であるパルスとを示している。制御回路28の判定手段32は、コンパレータから出力されるパルス列を用いて周期判定を行う。

0034

2つの比較手段31のコンパレータのうち、一方のコンパレータの閾値が第1の閾値電圧Vth1とされ、他方のコンパレータの閾値が第1の閾値電圧Vth1よりも高い第2の閾値電圧Vth2とされる。一方のコンパレータからは第1の閾値電圧Vth1と比較した出力信号C1が出力され、他方のコンパレータからは第2の閾値電圧Vth2と比較した出力信号C2が出力される。

0035

そして、判定手段32は、出力信号C2について、パルスの立上りと次のパルスの立上りとの間の立上り間時間T2-1およびパルスの立下りと次のパルスの立下りとの間の立下り間時間T2-2をそれぞれ計測し、1つのパルスの立上りと立下りとの間の時間T2onを計測し、これら計測結果から周期判定を行う。なお、出力信号C1についても、同様に周期判定を行ってもよい。

0036

判定手段32は、立上り間時間T2-1と立下り間時間T2-2の両方が周期判定条件を満たしている場合に該パルスを周期判定の対象とする。

0037

判定手段32は、入力電圧Vinの波形に含まれるノイズ波形nによってパルスの立上りと立下りとの間の時間T2onが周期判定条件で定められた時間よりも短い場合、ノイズと判定して周期判定から除外する。ただし、パルスの立上りと立下りとの間の時間T2onが周期判定条件で定められた時間よりも短い場合でも、立上り間時間T2-1と立下り間時間T2-2の両方が周期判定条件を満たしている場合には、周期判定の対象とする。

0038

そして、立上り間時間T2-1と立下り間時間T2-2の両方に基づいて周期判定を行うことにより、立上り間時間T2-1と立下り間時間T2-2のいずれか一方のみに基づいて周期判定を行う場合によりも、波形が正常なのか異常なのかの区別がつきやすくなり、交流電圧の周期を正確に判定できる。

0039

また、図3には、出力信号C2の各種の波形例(A)〜(G)を示す。波形例(A)〜(C)は交流電圧が50Hzの場合の出力信号C2であり、波形例(D)〜(G)は交流電圧が60Hzの場合の出力信号C2である。

0040

各波形例(A)〜(G)において、出力信号C2のパルス列からパルスの立下りt1、次のパルスの立上りt2および立下りt3のデータが取得されたとする。

0041

パルスの立下りt1と次のパルスの立下りt3との間の立下り間時間T2-2(t1〜t3)、パルスの立上りt2と立下りt3との間の時間T2on(t2〜t3)を取得する。

0042

パルスの立上りt2と立下りt3との間の時間T2on(t2〜t3)が周期判定条件に定められた時間Tth1以下か確認する。

0043

パルスの立上りt2と立下りt3との間の時間T2on(t2〜t3)がTth1よりも長ければ、t2−t3間の該パルスを周期判定の対象とする。

0044

波形例(A)、(B)、(D)、(E)のように、パルスの立上りt2と立下りt3との間の時間T2on(t2−t3)がTth1以下であれば(図3斜線で示すパルス)、t2−t3間の該パルスをノイズと判定して周期判定から除外する。この除外したパルスの次のパルスの立上りt2´および立下りt3´のデータが取得され、立上りt2´と立下りt3´との間の時間T2on(t2´−t3´)がTth1よりも長くなれば、該パルスを周期判定の対象とする。

0045

さらに、波形例(G)のように、パルスの立上りt2と立下りt3との間の時間T2on(t2−t3)がTth1以下であれば、t2−t3間の該パルスをノイズと判定して周期判定から除外する。この除外したパルスの次のパルスのt2´、t3´のデータが取得され、立上りt2´と立下りt3´との間の時間T2on(t2´〜t3´)がTth1よりも長くても、パルスの立下りt1と除外したパルスの次のパルスの立下りt3´との間の立下り間時間T2-2(t1〜t3´)が周期判定条件に定められた時間Tth2よりも長い場合には、t2〜t3間の該パルスを正弦波歪波形として、t2´〜t3´のデータが取得されたパルス以降のパルスにおいて周期判定を行う。

0046

すなわち、判定手段32は、1つのパルスの立上りt2と立下りt3との間の時間T2on(t2〜t3)が所定の下限値以下となるパルスが少なくとも1回あり、かつ立上り間時間T2-1および立下り間時間T2-2が周期判定条件を逸脱する場合、以降のパルスにおいて周期判定を行う。

0047

さらに、波形例(C)、(F)のように、パルスの立上りt2と立下りt3との間の時間T2on(t2−t3)がTth1以下であることが所定回数以上連続した場合には、パルスの立上りt2と立下りt3との間の時間T2on(t2−t3)がTth1以下であっても、該パルスを周期判定の対象とする。

0048

すなわち、判定手段32は、1つのパルスの立上りt2と立下りt3との間の時間T2on(t2〜t3)が所定の下限値(Tth1)以下となるパルスが所定回数連続し、かつ立上り間時間T2-1および立下り間時間T2-2が交流電圧の周期として判定可能な場合、測定される立上り間時間T2-1および立下り間時間T2-2を交流電圧の周期として判定する。

0049

このように、波形例(A)、(B)、(D)、(E)の波形に含まれるノイズ分図3の斜線部分)は、周期判定から除外し、波形例(G)の正弦波歪波形は周期判定に使用する。さらに、波形例(C)、(F)のパルスの立上りt2と立下りt3との間の時間T2on(t2−t3)が短い波形は、周期判定の対象とすることができる。

0050

そして、判定手段32は、例えば周期がT1〜T2msの範囲にあれば60Hz、T1〜T2ms(T1<T3、T2<T4、(T2−T1)<(T4−T3))の範囲にあれば50Hzと判定してもよい。この判定を10回繰り返し、判定数が多い方の周期を採用する。同数であれば、60Hzとする。

0051

ここで、仮に、立下り間時間T2-2のみ(または立上り間時間T2-1のみ)に基づいて周期判定を行った場合、図3の波形例(A)、(B)においては、立下り間時間T2-2を所定時間に設定することで、ノイズを除去できるが、波形例(C)の波形はノイズが連続する波形として判定される。また、図3の波形例(A)の斜線部分と略同じのタイミングで発生する波形例(F)のパルスとの区別がつかない場合が発生しうる。

0052

そこで、立上り間時間T2-1と立下り間時間T2-2の両方に基づいて周期判定を行い、両方が合致した場合に判定結果として採用する。さらに、パルスの立上りt2と立下りt3との間の時間T2onが短い場合はノイズ波形であるが、パルスの幅の情報に加えて立上り間時間T2-1と立下り間時間T2-2の情報を加えて判定する。これにより、図3の波形例(A)、(B)、(D)、(E)の斜線部分の波形はノイズとして判定できる。一方、波形例(C)、(F)の波形は短い波形が連続する波形であり、波形例(G)の波形は正弦波歪波形であるが、いずれの波形も周期判定として使用することができる。

0053

また、図4に周期判定例を示す。

0054

図4(a)は出力信号C1に対する周期判定例の表、図4(b)は出力信号C2に対する周期判定例の表である。表中の「1」は所定条件を満たすものと判定された場合であり、「0」は所定条件を満たさない場合を示す。

0055

例えば図4(b)において、パターン(1)のように、立上り間時間T2-1、立下り時間T2-2、立上りと立下りとの間の時間T2onとも全て周期判定条件の所定範囲内にあれば、波形は正常と判定し、周期判定の対象として取得する。

0056

パターン(2)のように、立上り間時間T2-1と立下り時間T2-2の両方が周期判定条件の所定範囲内にあれば、立上りと立下りとの間の時間T2onが周期判定条件の所定範囲外にあっても、波形は異常正弦波であってノイズでないと判定して、周期判定の対象とする。

0057

パターン(3)、(4)のように、立上り間時間T2-1と立下り時間T2-2のいずれか一方が所定範囲内、他方が所定範囲外にあり、かつ立上りと立下りとの間の時間T2onも所定範囲外にあれば、波形はノイズであると判定して、周期判定から除外する。

0058

パターン(5)、(6)のように、立上り間時間T2-1と立下り時間T2-2のいずれか一方が所定範囲内、他方が所定範囲外にあり、かつ立上りと立下りとの間の時間T2onが所定範囲内にあれば、波形は位相調光器11による位相調光の影響であるものと判定し、周期判定の対象とする。

0059

パターン(7)、(8)のように、立上り間時間T2-1と立下り時間T2-2のいずれも所定範囲外にあれば、立上りと立下りとの間の時間T2onにかかわらず、波形はノイズであると判定し、周期判定から除外する。

0060

なお、以上は1つの比較手段31からの出力信号C2に基づく周期判定について説明したが、他の比較手段31からの出力信号C1に基づく周期判定についても同様に行うことができ、また、両比較手段31からの出力信号C1および出力信号C2について周期判定を行ってもよい。

0061

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

0062

10照明装置
14負荷
14a発光素子
15電源装置
22整流手段
23電力変換回路
26 検出手段
31 比較手段
32 判定手段
33 制御手段

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