JP2008295167A - Constant current switching power supply device and light source device - Google Patents
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Abstract
【課題】スイッチング方式の電源によりパルス状に定電流駆動した場合でも、電流が流れ始める最初の期間に大きな電流が流れず、発光が不安定にならないようにする。
【解決手段】LD4に直列に接続されるLDスイッチング素子5と、LD4に流れる負荷電流値を検出する電流検出素子6と、LD4に流す目標電流値を出力するとともに、LDスイッチング素子5をオンオフするオンオフ制御信号を出力する制御回路8と、目標電流値と負荷電流値との差に基づき作成したPWM信号によってLD4をパルス定電流駆動するスイッチング電源とを備え、制御回路8は、オンオフ制御信号がオンになる期間の目標電流値として所定の第1の設定値を出力し、オンオフ制御信号がオフになる期間の目標電流値として例えばゼロを出力する。
【選択図】 図1Even when a constant current drive is performed in a pulsed manner by a switching power supply, a large current does not flow during the first period when the current starts to flow, and light emission does not become unstable.
An LD switching element connected in series to the LD4, a current detection element 6 for detecting a load current value flowing through the LD4, a target current value flowing through the LD4, and turning on and off the LD switching element5. A control circuit 8 that outputs an on / off control signal, and a switching power source that drives the LD 4 by pulse constant current using a PWM signal created based on the difference between the target current value and the load current value. A predetermined first set value is output as the target current value during the ON period, and for example, zero is output as the target current value during the ON / OFF control signal OFF period.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、スイッチング方式の電源により、負荷にパルス状の電流を流したときに、安定してパルス電流を供給することができる定電流スイッチング電源装置ならびにパルス電流によって発光する光源装置に関するものである。 The present invention relates to a constant current switching power supply device capable of stably supplying a pulse current when a pulsed current is passed through a load by a switching power supply, and a light source device that emits light by the pulse current. .
スイッチング方式の電源は、小型軽量で高効率な電源として知られており、さまざまな装置のなかで電子機器用電源として使用されている。一般には負荷に一定電圧を供給する定電圧源として使用することが多いが、もちろん負荷に一定電流を供給する定電流源として使用することも可能である。そして最近では、そのようなスイッチング電源を、パルス状に一定電流を供給する定電流源として使用する用途も現れてきた。以下にその代表的な用途について説明する。 Switching power supplies are known as compact, lightweight and highly efficient power supplies, and are used as power supplies for electronic devices in various devices. Generally, it is often used as a constant voltage source for supplying a constant voltage to the load, but of course, it can also be used as a constant current source for supplying a constant current to the load. Recently, there has also been an application in which such a switching power supply is used as a constant current source for supplying a constant current in a pulsed manner. The typical uses will be described below.
従来、PTV(プロジェクションテレビ)においては、光源として各種ランプ(放電型キセノンランプ、メタルハライドランプ、ハロゲンランプ等の白色ランプ)を用い、ライトバルブとして液晶、DMD(ディジタル・マイクロミラー・デバイス)等の空間変調デバイスを用いたものが市販されている。また近年、光源の長寿命化および画像の色再現範囲の拡大を目指して光源に発光ダイオード(LED)や半導体レーザ(LD)を用いたPTVが実現されつつある。そのようなPTVにおいて、各光源を駆動する際には、ランプ、LED、レーザとも駆動波形に若干の違いはあるが基本的には定電流で駆動している。定電流で駆動することで、その発光強度を発光開始からの経過時間に対して一定にすることができる。そして、その発光時間の長さを変えることで各画素の明るさを表現している。 Conventionally, in PTV (projection television), various lamps (white lamps such as discharge xenon lamps, metal halide lamps, halogen lamps, etc.) are used as light sources, and liquid crystal, DMD (digital micromirror device) etc. are used as light valves. A device using a modulation device is commercially available. In recent years, PTV using a light emitting diode (LED) or a semiconductor laser (LD) as a light source is being realized with the aim of extending the life of the light source and expanding the color reproduction range of an image. In such a PTV, when driving each light source, the lamp, LED, and laser are basically driven at a constant current, although there are slight differences in the drive waveforms. By driving at a constant current, the light emission intensity can be made constant with respect to the elapsed time from the start of light emission. The brightness of each pixel is expressed by changing the length of the light emission time.
特に、LED、LDを光源として用いたPTVでは、赤、緑、青それぞれ単色で発光する素子を3個用い、それらを人の目には分からないほど高速(数百Hzから数kHz)に時分割発光するように駆動している(例えば、特許文献1参照)。そして、各色の発光素子が時分割に安定して発光するようにするためには、発光期間には安定した一定電流が各発光素子に流れ、発光しない期間には電流が流れないようなパルス定電流駆動を高速に行う必要がある。 In particular, a PTV that uses LEDs and LDs as its light source uses three elements that emit light in single colors of red, green, and blue, respectively, and they are fast enough to be invisible to the human eye (several hundred Hz to several kHz). It is driven so as to emit light separately (see, for example, Patent Document 1). In order to ensure that each color light emitting element emits light stably in a time-sharing manner, a pulse constant is set such that a stable constant current flows through each light emitting element during the light emitting period and no current flows during the non-light emitting period. It is necessary to drive the current at high speed.
しかし、従来のスイッチング電源により高速にパルス定電流駆動すると、電流が流れない期間に電源の出力電圧が上昇し、電流が流れ始める最初の期間に発光素子(LED、LD)に大きな電流が流れ、発光素子の劣化、あるいは破壊により発光が不安定になるという問題点があった。 However, when driving at a constant pulse current with a conventional switching power supply at high speed, the output voltage of the power supply rises during a period when no current flows, and a large current flows through the light emitting elements (LED, LD) during the first period when the current begins to flow. There has been a problem that light emission becomes unstable due to deterioration or destruction of the light emitting element.
この改善策として、電流が流れない期間は、スイッチング電源のスイッチングを強制的にオフ状態にし、電源の出力電圧を上昇させないようにしてパルス定電流駆動しているものもある(例えば、特許文献2参照)。 As an improvement measure, there is one in which switching of the switching power supply is forcibly turned off during the period in which no current flows, and pulsed constant current driving is performed so as not to increase the output voltage of the power supply (for example, Patent Document 2). reference).
特許文献2に記載の手法では、電流が流れない期間にスイッチングを強制的にオフ状態にすることで、電流が流れていない期間の電圧上昇は抑えることができる。しかし、特許文献2では、そのような状態であっても、制御回路から電力変換回路に出力される駆動信号は、負荷に電流が流れていないため、最大電流を流すような指示値になっている。そのような状態のまま電流が流れる期間に切り替わると、電流が流れ始める最初の期間に大きな電流が流れ、発光が不安定になるという問題点がある。
According to the method described in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、スイッチング方式の電源によりパルス状に定電流駆動した場合でも、電流が流れ始める最初の期間に大きな電流が流れず、発光が不安定にならないようにした定電流スイッチング電源装置および光源装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and even when a constant current drive is performed in a pulsed manner by a switching power supply, a large current does not flow during the first period when the current starts to flow, and light emission does not become unstable. An object is to obtain a constant current switching power supply device and a light source device.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、負荷に流れる電流を制御する定電流スイッチング電源装置であって、前記負荷に直列に接続されるスイッチング素子と、前記負荷に流れる負荷電流値を検出する電流検出素子と、前記負荷に流す目標電流値を出力するとともに、前記スイッチング素子をオンオフするオンオフ制御信号を出力する制御回路と、前記目標電流値と前記負荷電流値との差に基づき作成したPWM信号によって前記負荷をパルス定電流駆動するスイッチング電源とを備え、前記制御回路は、前記オンオフ制御信号がオンになる期間の目標電流値として所定の第1の設定値を出力し、前記オンオフ制御信号がオフになる期間の目標電流値として前記スイッチング素子のオフ期間の前記負荷電流値以下の第2の設定値を出力することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention is a constant current switching power supply device that controls a current flowing through a load, the switching element being connected in series to the load, and the current flowing through the load. A current detection element that detects a load current value; a control circuit that outputs a target current value that flows to the load; and that outputs an on / off control signal that turns on and off the switching element; and the target current value and the load current value A switching power supply that drives the load by pulse constant current using a PWM signal created based on the difference, and the control circuit outputs a predetermined first set value as a target current value during a period when the on / off control signal is turned on And a second target current value equal to or lower than the load current value during the OFF period of the switching element is set as a target current value during the OFF period of the ON / OFF control signal. And outputs the value.
この発明によれば、負荷と直列に接続したスイッチング素子のオン期間は目標電流値として第1の設定値を設定し、スイッチング素子のオフ期間は目標電流値としてスイッチング素子のオフ期間の負荷電流値以下の第2の設定値を設定するようにしたので、負荷をパルス状に定電流駆動しても、電流が流れ始める最初の期間に大きな電流が流れないようになり、安定したパルス定電流駆動をすることができる。その結果、発光素子からの発光を安定させることができるという効果がある。 According to the present invention, the first set value is set as the target current value during the ON period of the switching element connected in series with the load, and the load current value during the OFF period of the switching element is set as the target current value during the OFF period of the switching element. Since the following second set value is set, even if the load is driven at a constant current in a pulse shape, a large current does not flow during the first period when the current starts to flow, and stable pulse constant current drive Can do. As a result, there is an effect that light emission from the light emitting element can be stabilized.
以下に、本発明にかかる定電流スイッチング電源装置光源装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments of a constant current switching power supply light source device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
図1はこの発明装置の実施の形態1による定電流スイッチング電源装置100を示すブロック図である。直流(DC)電圧がスイッチング回路1に入力され、スイッチング回路1から交流(AC)電圧が出力される。スイッチング回路1から出力されるAC電圧が整流回路2に入力されて整流される。整流回路2からの出力が平滑回路3に入力されて平滑化される。平滑回路3の出力が負荷と接続される。負荷としては、LED、またはLDが接続されるが、本実施の形態では、LD4を用いるものとする。LDスイッチング素子5は負荷としてのLD4と直列に接続され、LD4の駆動電流がLD4、LDスイッチング素子5、電流検出素子6を通って流れる。LDスイッチング素子5としては、MOSFET、バイポーラトランジスタ等の半導体スイッチを使用する。電流検出素子6は電流値を電圧値に変換するものであり、例えばシャント抵抗、ホール素子等を使用する。映像同期信号が同期信号処理回路7に入力される。同期信号処理回路7からストローブ信号が制御回路8に入力される。制御回路8からLDスイッチング素子5のON/OFF制御信号およびフィードバック回路9への電流指令値が出力される。フィードバック回路9は、制御回路8からの電流指令値と電流検出素子6からの電流検出値をもとにパルス幅変調したスイッチング信号(PWM信号)をスイッチング回路1に出力する。
Embodiment 1 FIG.
1 is a block diagram showing a constant current switching
つぎに、本実施の形態1の動作について詳細に説明する。図1において、DC電圧がスイッチング回路1に入力される。スイッチング回路1の例を図2に示す。図2は、トランス1aを用いた絶縁形のフォワードコンバータ方式スイッチング回路である。一次側巻線にスイッチング素子1bを接続し、一次巻線をON/OFF制御する。一次側をON/OFFすることで二次側には交流(AC)の電圧が誘起される。トランス1aの二次側で誘起されたAC電圧は、整流回路2で再びDC電圧に変換される。整流回路2の例を図3に示す。スイッチング回路1のスイッチング素子1bがONの期間は、ダイオード2aを通って電流が流れ、スイッチング素子1bがOFFの期間は、ダイオード2bを通って電流が流れる。整流回路2からの出力電圧は平滑回路3によりリップルがとられたDC電圧に変換される。平滑回路3の例を図4に示す。コイル3aとコンデンサ3bを逆L型に接続した回路である。スイッチング素子1bのON期間にダイオード2aから出力した電流は、コイル3aを通ってコンデンサ3bを充電すると同時に、LD4の駆動電流としてLD4、LDスイッチング素子5、電流検出素子6を通って流れる。またスイッチング素子1bのOFF期間は、コイル3aおよびコンデンサ3bに充電されたエネルギーにより、LD4の駆動電流がLD4、LDスイッチング素子5、電流検出素子6、ダイオード2bを通って流れる。
Next, the operation of the first embodiment will be described in detail. In FIG. 1, a DC voltage is input to the switching circuit 1. An example of the switching circuit 1 is shown in FIG. FIG. 2 shows an insulating forward converter switching circuit using a
同期信号処理回路7では、入力された映像同期信号をもとに、映像データの出力タイミングと光源LD4の発光タイミングが一致するようにストローブ信号を発生する。同期信号処理回路7で発生したストローブ信号は制御回路8に入力される。制御回路8は、ストローブ信号をもとにLD4に直列に接続されたLDスイッチング素子5のON/OFF制御信号とLD4に流す目標電流値をフィードバック回路9に出力する。目標電流値は、予め制御回路8内部に設定されているか、もしくは図示していないマイコン等により外部より制御回路8に設定されるものである。
The synchronization
フィードバック回路9は、制御回路8からの電流指令値と電流検出素子6からの電流値をもとに、スイッチング回路1のスイッチング信号であるパルス幅変調(PWM)信号を発生する。フィードバック回路9の例を図5に示す。フィードバック回路9は、誤差増幅器9aと比較器9bから構成される。電流指令値と電流検出値が誤差増幅器9aに入力され、誤差増幅器9aはこれら入力信号の差を増幅して出力する。誤差増幅器9aの出力信号は、比較器9bに入力される。比較器9bは、誤差増幅器9aの出力信号と例えば三角波とを比較し、パルス幅変調(PWM)信号として出力する。誤差増幅器9aは、PID(比例、積分、微分)制御等の制御回路も含むものとする。
The
図6は制御回路8に入力されるストローブ信号とLD4の発光波形とLD4に流す電流の関係を示したものである。LDを光源として用いたPTVでは、各色時分割で発光させるため、各色のストローブ信号はおおよそ1/3デユーティのパルス信号となっている。そしてLD4の発光波形としては、ストローブ信号に対して一定時間の遅れはあっても構わないが、ストローブ信号と同等の時間、一定強度で発光することが要求される。LDの発光強度はLDに流れる電流に比例するため、LDに流す電流としては、発光期間と同等期間、一定電流となるようなパルス電流が要求される。 FIG. 6 shows the relationship between the strobe signal input to the control circuit 8, the light emission waveform of the LD4, and the current passed through the LD4. In a PTV using an LD as a light source, light is emitted in a time division manner for each color, so that the strobe signal for each color is a pulse signal of approximately 1/3 duty. The light emission waveform of the LD 4 may be delayed by a certain time with respect to the strobe signal, but is required to emit light at a constant intensity for the same time as the strobe signal. Since the light emission intensity of the LD is proportional to the current flowing through the LD, a pulse current that requires a constant current for a period equivalent to the light emission period is required as the current flowing through the LD.
図7はLDスイッチング素子5のON/OFF制御信号とフィードバック回路9に与える電流指令値のタイミングとLD4に流れる電流の関係を示したものである。図7に示すように、電流指令値をON/OFF制御信号と同じタイミングで変化させ、LDスイッチング素子5をOFFすると同時に電流指令値にゼロを設定することが本実施の形態1の特徴である。すなわち、ON/OFF制御信号がオンになる期間の目標電流値としては、予め設定された値を出力し、ON/OFF制御信号がオフになる期間の目標電流値としては、ゼロを出力する。
FIG. 7 shows the relationship between the ON / OFF control signal of the LD switching element 5, the timing of the current command value given to the
LDスイッチング素子5をOFFすることでLD4に流れる電流は切ることができる。しかしそれだけでは、電流検出値がゼロとなり電流指令値が目標電流値のままであるため、フィードバック回路9は電流を増大するようなPWM信号をスイッチング回路1に出力する。そのためスイッチング回路1は電流を出力し続ける。そうするとLDスイッチング素子をOFFしている期間に平滑回路3のコンデンサ3bが過充電され、平滑回路3の出力電圧が増大する。そのような状態でLDスイッチング素子5がONするとLD4に大電流が流れ、LD4の劣化や破壊などにより、LD4の発光が不安定になる。
By turning off the LD switching element 5, the current flowing through the LD 4 can be cut off. However, only by that, the current detection value becomes zero and the current command value remains the target current value, so that the
しかし図7に示すように、LDスイッチング素子5をOFFすると同時に電流指令値をゼロにすることで、LDスイッチング素子5がOFFの期間、電流検出値と電流指令値が同じ値となり、フィードバック回路9からスイッチング回路1に出力されるPWM信号は、スイッチング回路1の動作を停止させるような信号となる。そのようにすることでLDスイッチング素子5がOFFの期間でも、平滑回路4の出力電圧は上昇せず一定値のままとなり、LDスイッチング素子5がONした瞬間に、大きな電流が流れないようになる。また、LDスイッチング素子5がONすると同時に、電流指令値を目標電流値に設定することで、LDスイッチング素子5がONの期間、安定して一定電流をLD4に供給することができる。
However, as shown in FIG. 7, when the LD switching element 5 is turned OFF and at the same time the current command value is set to zero, the current detection value and the current command value become the same value while the LD switching element 5 is OFF, and the
なお、LDスイッチング素子5がOFFの期間の電流指令値としては、フィードバック回路9の誤差増幅器9aから電流を増大するような出力が現れなければよいので、LDスイッチング素子5がOFFの期間の電流指令値は、LDスイッチング素子5がOFFの期間の電流検出値以下の値であればよい。すなわち、各種原因により、実際には、LDスイッチング素子5がOFFの期間の電流検出値がゼロでない場合があるので、このような場合は、予めLDスイッチング素子5がOFFの期間の電流検出値を求めておき、この電流検出値以下の値にLDスイッチング素子5がOFFの期間の電流指令値を設定すればよい。また、LDスイッチング素子5がOFFの期間の電流検出値がゼロである場合に、電流指令値をゼロもしくは負の値に設定するようにしてもよい。
As the current command value during the period when the LD switching element 5 is OFF, since an output that increases the current does not appear from the
また、LD4に直列接続されるLDスイッチング素子5を設けることなく単に電流指令値のみを変化させることで、LD4に流れる電流を目標電流値とゼロの間で可変することは可能であるが、フィードバック回路9および平滑回路3の時定数(数百μs以上)が長いため、電流波形の立ち上がり時間、立下り時間を高速(数μs)にすることが出来ず、PTVの光源駆動には適用することはできない。
Further, it is possible to vary the current flowing through the LD 4 between the target current value and zero by simply changing the current command value without providing the LD switching element 5 connected in series to the LD 4. Since the time constant (several hundred μs or more) of the
このように実施の形態1によれば、LDスイッチング素子5をLD4に直列に接続してLD4に流す電流の目標指令値を高速(数百Hzから数KHz)に変化するようにし、LD4と直列に接続したLDスイッチング素子5のON期間は目標電流値として所定の第1の値を設定し、スイッチング素子のオフ期間は目標電流値としてスイッチング素子のオフ期間の負荷電流値以下の第2の値(例えばゼロ)を設定するようにしたので、LD4をパルス状に定電流駆動しても、電流が流れ始める最初の期間に大きな電流が流れないようになり、安定したパルス定電流駆動をすることができる。その結果、発光素子からの発光を安定させることができるという効果がある。 As described above, according to the first embodiment, the LD switching element 5 is connected in series to the LD 4 so that the target command value of the current flowing through the LD 4 is changed at high speed (several hundred Hz to several KHz). A predetermined first value is set as a target current value during the ON period of the LD switching element 5 connected to the second switching element, and a second value less than or equal to the load current value during the OFF period of the switching element is set as the target current value during the OFF period of the switching element (For example, zero) is set, so even if the LD 4 is driven at a constant current in a pulse shape, a large current does not flow during the first period when the current starts to flow, and stable pulse constant current driving is performed. Can do. As a result, there is an effect that light emission from the light emitting element can be stabilized.
実施の形態2.
つぎに、図8に従ってこの発明の実施の形態2について説明する。図8はLDスイッチング素子5のON/OFF制御信号と、電流指令値を設定するタイミングと、平滑回路3の出力電圧(LD電圧)と、LD4に流れる電流(LD電流)と、LD4の発光波形(PLD)の関係を示したものである。本実施の形態2は、LDスイッチング素子5をONするよりも早いタイミングで電流指令値に目標電流値を設定するようにしたものである。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows the ON / OFF control signal of the LD switching element 5, the timing for setting the current command value, the output voltage (LD voltage) of the smoothing circuit 3, the current flowing through the LD 4 (LD current), and the light emission waveform of the LD 4. The relationship of (PLD) is shown. In the second embodiment, the target current value is set to the current command value at a timing earlier than turning on the LD switching element 5.
動作について説明する。LDスイッチング素子5がOFFの状態で、電流指令値に目標電流値を設定すると、LD電流が流れないためLD電圧が徐々に上昇を始める。その後、適当なタイミングでLDスイッチング素子5をONすると、LD電流はLD電圧が高くなっているために、通常(点線で示す)よりも高速に立ち上がり、若干オーバーシュートして流れる。そして、その後一定値に落ち着く。 The operation will be described. If the target current value is set as the current command value in a state where the LD switching element 5 is OFF, the LD voltage does not flow and the LD voltage starts to gradually increase. Thereafter, when the LD switching element 5 is turned on at an appropriate timing, the LD current rises faster than usual (indicated by a dotted line) and flows with a slight overshoot because the LD voltage is high. Then, it settles to a certain value.
LD素子によっては(特に青、緑のLD)、発光波形の立ち上がりがLD電流の立ち上がりよりも緩やかになるものがある(点線で示す)。これは、LD素子の発光強度に温度依存性があって、LD素子自身の電流により素子内部の温度が最適な温度に上昇するまでに僅かではあるが時間がかかるためである。発光波形の立ち上がりが緩やかになると、発光期間の利用効率が悪くなるため発光効率が落ちたり、また階調制御したときにリニアリティが悪くなったりする。そこで、LD電流の立ち上がりを急峻にしたり、更にはオーバーシュート気味に電流を流すことにより、LD素子内の温度を急激に上げることができ、発光波形の立ち上がりをより急峻にすることができる。LDスイッチング素子5のON/OFF制御信号をONにするタイミングと電流指令値を目標電流値に設定するタイミングとの定量的な時間差については特に定めるものではなく、発光波形を観測しながら発光波形が極端にオーバーシュートしないような最適な値に設定すればよい。 Some LD elements (especially blue and green LDs) have a light emission waveform with a slower rise than the rise of the LD current (indicated by a dotted line). This is because the light emission intensity of the LD element is temperature-dependent, and it takes a little time until the temperature inside the element rises to the optimum temperature due to the current of the LD element itself. If the rise of the light emission waveform becomes gradual, the utilization efficiency of the light emission period is deteriorated, so that the light emission efficiency is lowered, and the linearity is deteriorated when gradation control is performed. Therefore, by making the rise of the LD current steep, or by passing the current more like an overshoot, the temperature in the LD element can be raised rapidly, and the rise of the emission waveform can be made steep. The quantitative time difference between the timing to turn on the ON / OFF control signal of the LD switching element 5 and the timing to set the current command value to the target current value is not particularly defined, and the light emission waveform is observed while observing the light emission waveform. What is necessary is just to set to the optimal value which does not overshoot extremely.
このようにLDスイッチング素子5をONするよりも早いタイミングで電流指令値に目標電流値を設定するようにしたことで、LD電流の立ち上がりが高速となり、発光波形の立ち上がりを急峻にすることができるという効果がある。 Thus, by setting the target current value as the current command value at an earlier timing than turning on the LD switching element 5, the rise of the LD current becomes faster and the rise of the emission waveform can be made steep. There is an effect.
実施の形態3.
つぎに、図9に従ってこの発明の実施の形態3について説明する。図9はLDスイッチング素子5をOFFするタイミングと、電流指令値を設定するタイミングと、LD電圧と、LD電流の関係を示したものである。本実施の形態3では、LDスイッチング素子をOFFするよりも早いタイミングで電流指令値にゼロを設定するものである。
Embodiment 3 FIG.
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows the relationship between the timing for turning off the LD switching element 5, the timing for setting the current command value, the LD voltage, and the LD current. In the third embodiment, the current command value is set to zero at an earlier timing than turning off the LD switching element.
一般に平滑回路3のコンデンサ3bは、負荷に安定して電流が供給できるように、負荷電流に対して充分大きな容量のものが選ばれる。しかし、コンデンサの容量が大きくなるとその形状も大きくなり電源としての形状も大きくなってしまう。電源の形状を小さくするためにはコンデンサの容量を小さくする必要がある。本実施の形態3は、コンデンサの容量を小さくしても安定したパルス電流を供給することができる定電流スイッチング電源装置に関するものである。
In general, the
動作について説明する。ON/OFF制御信号によってスイッチング素子5をOFFすると同時に、電流指令値にゼロを設定することで(点線で示す)、スイッチング回路1のスイッチング動作は停止し、トランス1aの二次側には電圧は誘起されない。しかし平滑回路3のコイル3aにはスイッチング素子5がONの期間にエネルギーが蓄積されているため、スイッチング素子5をOFFしても、そのエネルギーがコンデンサ3bを充電し、コンデンサ3bの両端の電圧が上昇する。コンデンサ3bの容量が大きい場合は、電圧の上昇は僅かで特に問題にはならないが、コンデンサ3bの容量が小さいと電圧上昇が大きくなり(点線で示す。)、スイッチング素子5をONした瞬間に大きな電流が流れることになる。
The operation will be described. The switching element 5 is turned OFF by the ON / OFF control signal, and at the same time, the current command value is set to zero (indicated by a dotted line), so that the switching operation of the switching circuit 1 is stopped, and the voltage is applied to the secondary side of the
これに対して、電流指令値を早めにゼロに設定することで、コイル3aに蓄積されたエネルギーはLD4を通って消費されることになり、スイッチング素子5をOFFしたときにコンデンサ3bの電圧上昇を抑制することができる。その結果、スイッチング素子5をONしたときに大きな電流が流れないようになり、LD素子の劣化や破壊などにより、発光が不安定になるようなことがなくなる。なお、LDスイッチング素子5をOFFするタイミングと電流指令値にゼロを設定するタイミングとの定量的な時間差については特に定めるものではなく、電流波形を観測してスイッチング素子5をONした瞬間に大きな電流が流れないような最適な値に設定すればよい。
On the other hand, by setting the current command value to zero early, the energy accumulated in the coil 3a is consumed through the LD 4, and the voltage of the
またLDスイッチング素子5をOFFするタイミングと電流指令値にゼロを設定するタイミングを調整し、LDスイッチング素子5のOFF期間の電圧上昇を制御することで、実施の形態2と同じ効果を得ることもできる。 Further, by adjusting the timing for turning off the LD switching element 5 and the timing for setting the current command value to zero, and controlling the voltage increase during the OFF period of the LD switching element 5, the same effect as in the second embodiment can be obtained. it can.
このようにLDスイッチング素子5をOFFするタイミングよりも早く電流指令値にゼロを設定するようにしたことで、スイッチング素子5をOFFしたときの電圧上昇を抑制することができる。その結果、スイッチング素子5をONしたときに大きな電流が流れないようになり、LD素子の劣化や破壊などにより、発光が不安定になるようなことがなくなる。 By setting the current command value to zero earlier than the timing at which the LD switching element 5 is turned off in this way, it is possible to suppress an increase in voltage when the switching element 5 is turned off. As a result, a large current does not flow when the switching element 5 is turned on, and light emission does not become unstable due to degradation or destruction of the LD element.
実施の形態4.
つぎに、図10、図11を用いて実施の形態4について説明する。実施の形態4は、実施の形態3と同じように、平滑回路のコンデンサの容量を小さくしたときの問題点を改善するためのものである。図10は実施の形態4による負荷回路の構成を示すものである。LD4およびLDスイッチング素子5と並列に放電抵抗10とRスイッチング素子11を接続したものである。Rスイッチング素子11は、LDスイッチング素子5と同様にMOSFET、バイポーラトランジスタ等の半導体スイッチを使用する。
Embodiment 4 FIG.
Next, Embodiment 4 will be described with reference to FIGS. The fourth embodiment is for improving the problem when the capacitance of the capacitor of the smoothing circuit is reduced as in the third embodiment. FIG. 10 shows a configuration of a load circuit according to the fourth embodiment. A
図11はLDスイッチング素子5をOFFするタイミングと、電流指令値にゼロを設定するタイミングと、Rスイッチング素子11をONするタイミングの関係を示したものである。LDスイッチング素子5をOFFすると同時に電流設定値にゼロを設定し、Rスイッチング素子11を同時にONするようにしたものである。 FIG. 11 shows the relationship between the timing at which the LD switching element 5 is turned off, the timing at which the current command value is set to zero, and the timing at which the R switching element 11 is turned on. At the same time when the LD switching element 5 is turned OFF, the current setting value is set to zero, and the R switching element 11 is turned ON simultaneously.
動作について説明する。LDスイッチング素子5をOFFすると同時にRスイッチング素子11をONすることにより、コイル3aに蓄積されているエネルギーは、放電抵抗10を通って放電するようになる。その結果、コンデンサ3bにはエネルギーが充電されず電圧が上昇しないようになる。実施の形態3では、LD4の発光がLDスイッチング素子5をOFFする手前で減衰するが、実施の形態4のように、放電抵抗10とRスイッチング素子11を追加することで、LD4の発光がLDスイッチング素子5をOFFする手前で減衰することがなくなり、LDスイッチング素子5のON期間の発光を安定させることができる。なおRスイッチング素子11をONする時間間隔は特に定めるものではなく、LD電圧を観測して電圧が上昇し過ぎないような最適な値に設定すればよい。
The operation will be described. When the LD switching element 5 is turned off and the R switching element 11 is turned on simultaneously, the energy accumulated in the coil 3a is discharged through the
またRスイッチング素子11をONしている時間間隔を調整し、LDスイッチング素子5のOFF期間の電圧上昇を制御することで、実施の形態2と同じ効果を得ることもできる。 Further, by adjusting the time interval during which the R switching element 11 is turned on and controlling the voltage increase during the OFF period of the LD switching element 5, the same effect as in the second embodiment can be obtained.
このようにLD4およびLDスイッチング素子5と並列に放電抵抗10とRスイッチング素子11を接続し、LDスイッチング素子5をOFFすると同時にRスイッチング素子11をONするようにしたことで、LDスイッチング素子5のOFF期間の電圧上昇を抑制することができ、スイッチング素子5をONしたときに大きな電流が流れないようになる。その結果、LD素子が劣化、あるいは破壊などにより、発光が不安定になるようなことがなくなる。また同時にLD4の発光がLDスイッチング素子5をOFFする手前で減衰することがなくなり、LDスイッチング素子5のON期間の発光を安定させることができる。
In this way, the
以上のように、本発明にかかる定電流スイッチング電源装置は、LED、LDを光源として用いたPTVに有用である。 As described above, the constant current switching power supply device according to the present invention is useful for PTV using LEDs and LDs as light sources.
1 スイッチング回路
1a トランス
1b 一次側スイッチング素子
2 整流回路
2a ダイオード
2b ダイオード
3 平滑回路
3a コイル
3b コンデンサ
4 半導体レーザ
5 LDスイッチング素子
6 電流検出素子
7 同期信号処理回路
8 制御回路
9 フィードバック回路
9a 誤差増幅器
9b 比較器
10 放電抵抗
11 Rスイッチング素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
前記負荷に直列に接続されるスイッチング素子と、
前記負荷に流れる負荷電流値を検出する電流検出素子と、
前記負荷に流す目標電流値を出力するとともに、前記スイッチング素子をオンオフするオンオフ制御信号を出力する制御回路と、
前記目標電流値と前記負荷電流値との差に基づき作成したPWM信号によって前記負荷をパルス定電流駆動するスイッチング電源と、
を備え、
前記制御回路は、前記オンオフ制御信号がオンになる期間の目標電流値として所定の第1の設定値を出力し、前記オンオフ制御信号がオフになる期間の目標電流値として前記スイッチング素子のオフ期間の前記負荷電流値以下の第2の設定値を出力することを特徴とする定電流スイッチング電源装置。 A constant current switching power supply device for controlling a current flowing in a load,
A switching element connected in series to the load;
A current detection element for detecting a load current value flowing through the load;
A control circuit that outputs a target current value to flow to the load and outputs an on / off control signal for turning on and off the switching element;
A switching power supply for driving the load with a pulse constant current by a PWM signal created based on a difference between the target current value and the load current value;
With
The control circuit outputs a predetermined first set value as a target current value during a period when the on / off control signal is on, and an off period of the switching element as a target current value during a period when the on / off control signal is off. A constant current switching power supply apparatus that outputs a second set value equal to or less than the load current value.
前記制御回路は、前記オンオフ制御信号がオフになった時点で前記第2のスイッチング素子を所定期間の間オンにすることを特徴とする請求項1に記載の定電流スイッチング電源装置。 Connecting a discharge resistor and a second switching element in parallel with the load and the switching element;
2. The constant current switching power supply device according to claim 1, wherein the control circuit turns on the second switching element for a predetermined period when the on / off control signal is turned off.
請求項1〜5のいずれか一つに記載の定電流スイッチング電源装置を備えることを特徴とする光源装置。 The load is a light emitting element,
A light source device comprising the constant current switching power supply device according to claim 1.
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- 2007-05-23 JP JP2007137008A patent/JP2008295167A/en active Pending
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