JP2019050088A - Power supply device for illumination and program capable of executing pwm control by micro computer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイコンによるPWM制御を実行可能な照明用電源装置に関する。 The present invention relates to a lighting power supply device capable of executing PWM control by a microcomputer.
LED素子などの発光体を用いた照明器具が汎用の照明器具分野に広まっている。特に、LED素子は、小さな電流でも点灯維持できるものが多くあり、また、実際の点灯電流は小さいのに人の視覚ではそれ程暗く感じられないという事情もあって、ゼロ付近から100パーセントまでの広範囲での連続調光を可能にする照明器具のニーズがある。 A luminaire using a light emitter such as an LED element is widespread in the field of general luminaires. In particular, there are many LED elements that can keep their lighting even with a small current, and the actual lighting current is small, but they are not so dark by human vision, so a wide range from near zero to 100 percent There is a need for a luminaire that allows for continuous dimming of light.
照明器具の電源装置は、LED素子の順方向電圧と順方向電流の特性上、基本的には定電流制御を要する。そして、安定した連続電流を照明光源(LED素子)に供給するために、インダクタンス素子、スイッチング素子および電解コンデンサなどの蓄電素子からなるスイッチング電源回路の構成が、電源装置として一般的である。 The power supply device of the lighting device basically requires constant current control because of the characteristics of the forward voltage and forward current of the LED elements. And in order to supply a stable continuous current to an illumination light source (LED element), the composition of the switching power supply circuit which consists of electrical storage elements, such as an inductance element, a switching element, and an electrolytic capacitor, is common as a power supply device.
また、スイッチング電源回路のスイッチング素子の動作を制御する制御回路として、通常はPWM制御回路が用いられる。PWM制御回路は、オン期間を可変とする矩形波信号(PWM信号と呼ぶ。)を繰り返し発振して、スイッチング素子をオンオフ動作させる。そして、外部からの調光信号に連動して、PWM信号のオンデューティを変化させることで、調光信号に応じた照明器具の光出力が得られる。 Also, as a control circuit that controls the operation of the switching element of the switching power supply circuit, a PWM control circuit is usually used. The PWM control circuit repeatedly oscillates a rectangular wave signal (referred to as a PWM signal) whose ON period is variable, to turn on and off the switching element. Then, by changing the on-duty of the PWM signal in conjunction with the dimming signal from the outside, the light output of the luminaire according to the dimming signal can be obtained.
最近では、PWM制御回路をデジタル制御構成とするものが増えてきた。従来のアナログ制御によるPWM信号には、制御回路中のコンデンサや抵抗などの素子毎の特性の誤差に起因した制御特性のバラツキが生じる。これに対して、デジタル制御構成であれば、係数の設定によって制御回路の特性を定めているため、制御回路ごとの特性のバラツキがほとんど生じない。 Recently, the number of PWM control circuits having digital control configurations has increased. In the PWM signal based on the conventional analog control, variation in control characteristics occurs due to an error in characteristics of each element such as a capacitor or a resistor in the control circuit. On the other hand, in the case of the digital control configuration, since the characteristics of the control circuit are determined by the setting of the coefficients, variations in characteristics among the control circuits hardly occur.
デジタルPWM制御回路は、通常、A/D変換部、デジタル演算部(CPU)、PWMタイマー部、記憶部などから構成され、これら全体をマイクロ・コントローラー・ユニット(MCU)と呼ぶ。本書ではマイコンと略す。例えば、CPUによるプログラムの実行によって、A/D変換部が、外部からの調光信号や、電源装置の負荷電圧などのフィードバック信号などをデジタル値として読み取る。デジタル演算部は、読み取られた入力値に基づいて、スイッチングのオンデューティ値を算出する。そして、PWMタイマー部は、オンデューティ値に基づく計時処理を実行して所望のオン期間の矩形波を繰り返し作成し、PWM信号として出力する。PWM信号は、スイッチング素子のドライバーICなどに送られ、スイッチング素子のオンオフ動作に用いられる。このようなデジタルPWM制御回路の例示として、特許文献1を挙げる。特許文献1には、スイッチング電源回路上の複数の検出点からの検出電圧値に基づいて、マイコンがオンオフ信号のオン幅をプログラムの数値計算によって決定し、LED素子の定電流制御を実行するLED電源装置が示されている。
The digital PWM control circuit is usually composed of an A / D conversion unit, a digital operation unit (CPU), a PWM timer unit, a storage unit and the like, and the whole thereof is called a micro controller unit (MCU). In this document, it is abbreviated as microcomputer. For example, when the CPU executes a program, the A / D conversion unit reads a dimming signal from the outside, a feedback signal such as a load voltage of the power supply apparatus, or the like as a digital value. The digital calculation unit calculates the on-duty value of switching based on the read input value. Then, the PWM timer unit executes time measurement processing based on the on-duty value, repeatedly creates a rectangular wave of a desired on period, and outputs it as a PWM signal. The PWM signal is sent to a driver IC or the like of the switching element and used for on / off operation of the switching element.
ところで、マイコンを用いてPWM制御を実行する際、ビット数の大きいCPUやその周辺機器を備えたマイコンであればよいが、システム設計の簡略化や製造コストを抑えるなどの目的で、ビット数を抑えた8ビットや16ビット等の汎用マイコンを積極的に利用したい場合もある。ここで「ビット数」は、通常、CPUのデータバスのデータ幅、あるいは、CPUが一度で処理できるデータ幅で定義される。 By the way, when executing PWM control using a microcomputer, any microcomputer having a CPU with a large number of bits and its peripheral devices may be used. However, for the purpose of simplifying system design and suppressing manufacturing costs, etc. In some cases, it may be desirable to actively use a suppressed 8-bit or 16-bit general-purpose microcomputer. Here, the “number of bits” is usually defined by the data width of the data bus of the CPU or the data width which can be processed by the CPU at one time.
一方、上記のような汎用マイコンを用いる場合、例えば100KHz前後の高いスイッチング周波数に対応しつつ、生成するPWM信号のオンデューティの分解能も高い状態に維持するのは困難であり、使用するマイコンの性能によっては、オンデューティの分解能が低くなってしまう場合がある。例えば、8ビットマイコンを使って、100KHzのスイッチング周波数を実行する場合、スイッチングの1サイクル(10μ秒の周期)に8ビット分のクロック数(0〜255クロック)を割り当てれば、1クロックの処理時間は10μ秒÷256=約39n秒になり、マイコンに要求される処理速度(クロック周波数)の目安になる。また、PWM信号の1サイクルの矩形波におけるオンデューティの分解能については、8ビットのクロック数が256であることから、1クロック分で調整可能なオンデューティの幅は100%÷256=約0.39%になる。オンデューティを約0.39%刻みで調整するのが、オンデューティの分解能の限度となる。 On the other hand, when using a general-purpose microcomputer as described above, it is difficult to maintain the on-duty resolution of the generated PWM signal in a high state while supporting a high switching frequency of around 100 KHz, for example. In some cases, the on-duty resolution may be reduced. For example, when executing a switching frequency of 100 KHz using an 8-bit microcomputer, if a clock number (0 to 255 clocks) for 8 bits is assigned to one switching cycle (10 μs cycle), 1 clock processing The time is 10 μsec ÷ 256 = about 39 nsec, which is an indication of the processing speed (clock frequency) required of the microcomputer. Further, with regard to the resolution of the on-duty in the rectangular wave of one cycle of the PWM signal, since the number of 8-bit clocks is 256, the width of the on-duty adjustable in one clock is 100% ÷ 256 = approximately 0. It will be 39%. Adjusting the on-duty in steps of about 0.39% is the limit of the on-duty resolution.
このように、PWM信号生成時のオンデューティの分解能については、オンデューティをどんなに細かく調整しようとしても、マイコンのビット数で定まる1クロック分の増減量(例えば約0.39%)を1単位として調整するのが限度であった。従って、スイッチングのオンデューティをより高い分解能で調整するには、高い仕様のマイコン(クロック周波数およびビット数)を選ぶ必要があった。
なお、PWM制御はオンデューティを調整する場合とオフデューティを調整する場合とがあり、いずれの場合もマイコンの処理能力が同じままでは、デューティをより高い分解能で調整することは困難であった。
Thus, with regard to the resolution of the on-duty at the time of PWM signal generation, an increment (for example, about 0.39%) of one clock determined by the number of bits of the microcomputer is one unit, no matter how finely the on-duty is adjusted. It was the limit to adjust. Therefore, in order to adjust the on-duty of switching with higher resolution, it was necessary to select a microcomputer (clock frequency and number of bits) of high specification.
In PWM control, the on-duty is adjusted and the off-duty is adjusted. In either case, it is difficult to adjust the duty with higher resolution while the processing capability of the microcomputer remains the same.
本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、従来のマイコンの処理能力のままでも、PWM信号生成時のデューティを高い分解能でデジタル調整することが可能な照明用電源装置、および、プログラムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is an illumination capable of digitally adjusting the duty at the time of PWM signal generation with high resolution even with the processing capability of a conventional microcomputer. It is in providing a power supply device and a program.
すなわち、本発明の照明用電源装置は、
照明光源に電力を供給するスイッチング電源回路と、
前記スイッチング電源回路に設けられたスイッチング素子にパルス幅変調(PWM)信号を発振して該スイッチング素子をPWM制御するPWM制御回路と、
を備えて構成され、
前記PWM制御回路は、前記PWM信号のデューティ指令値(例えば39.9%)を決定するためのデジタル演算部と、前記デューティ指令値に応じた矩形波を生成するための矩形波生成部と、を有し、
前記デジタル演算部は、該デジタル演算部のビット数で定められるデューティの分解能(例えば1%)に基づいて、該分解能で生成し得るデューティ概算値(例えば40%)を算出するように構成され、
前記矩形波生成部は、前記デューティ概算値(40%)に基づく矩形波を繰り返し生成するように構成され、
前記デジタル演算部は、さらに、前記デューティ指令値(39.9%)および前記デューティ概算値(40%)の差分(0.1%)を補償するために、前記デューティ概算値(40%)で生成される矩形波の列を複数(例えば10個)の矩形波ごとにグループ分けし、各グループ内の複数の矩形波のうちの少なくとも1つの矩形波のデューティを該デューティの前記分解能(1%)の単位で増減させる(例えばグループ内の1個の矩形波のデューティ40%を1%だけ減らす)、ように構成されていることを特徴とする。
That is, the lighting power supply device of the present invention is
A switching power supply circuit for supplying power to the illumination light source;
A PWM control circuit that generates a pulse width modulation (PWM) signal to a switching element provided in the switching power supply circuit to perform PWM control of the switching element;
Is configured with
The PWM control circuit includes a digital operation unit for determining a duty command value (for example, 39.9%) of the PWM signal, and a rectangular wave generation unit for generating a rectangular wave according to the duty command value. Have
The digital operation unit is configured to calculate an estimated duty value (for example, 40%) that can be generated with the resolution based on the resolution (for example, 1%) of the duty determined by the bit number of the digital operation unit.
The rectangular wave generation unit is configured to repeatedly generate a rectangular wave based on the estimated duty value (40%),
The digital operation unit further uses the estimated duty value (40%) to compensate for the difference (0.1%) between the duty command value (39.9%) and the estimated duty value (40%). The generated row of rectangular waves is grouped into a plurality of (for example, 10) rectangular waves, and the duty of at least one of the plurality of rectangular waves in each group is determined by the resolution (1%) of the duty (For example, the
なお、カッコ内の数値は一例である。ここで、「スイッチング電源回路」には、インダクタンス素子、スイッチング素子および蓄電素子からなる各種のチョッパー回路やフライバック式の電力変換回路などが含まれるが、これらに限定されるものではなく、少なくともスイッチング素子のオンオフ動作によって照明光源に所望の電力を供給できる回路が含まれるものとする。
また、PWM信号のオンデューティを調整する場合にも、オフデューティを調整する場合にも、本発明を適用することができる。
The numerical values in parentheses are an example. Here, the "switching power supply circuit" includes various chopper circuits including an inductance element, a switching element, and a storage element, a flyback power conversion circuit, and the like, but is not limited to them. It is assumed that a circuit capable of supplying desired power to the illumination light source by the on / off operation of the element is included.
Further, the present invention can be applied to the case of adjusting the on-duty of the PWM signal as well as the case of adjusting the off-duty.
次に、本発明のプログラムは、照明用のスイッチング電源回路へのパルス幅変調(PWM)信号を生成するためのもので、
デジタル演算部および矩形波生成部を有して構成されるコンピュータに対し、
前記PWM信号のデューティ指令値を決定する指令値決定ステップと、
前記デジタル演算部のビット数で定められるデューティの分解能に基づき、該分解能で生成し得るデューティ概算値を算出する概算値算出ステップと、
前記矩形波生成部に対して、前記デューティ概算値に基づく矩形波を繰り返し生成するように指令する矩形波生成ステップと、
前記矩形波生成ステップと同時に、前記デューティ指令値および前記デューティ概算値の差分を補償する差分補償ステップと、
を実行させ、
前記差分補償ステップでは、前記デューティ概算値で生成される矩形波の列を複数の矩形波ごとにグループ分けし、前記矩形波生成部に対して、各グループ内の複数の矩形波のうちの少なくとも1つの矩形波のデューティを該デューティの前記分解能の単位で増減させるように指令する、ことを特徴とする。
Next, the program of the present invention is for generating a pulse width modulation (PWM) signal to a switching power supply circuit for lighting,
For a computer configured to have a digital operation unit and a rectangular wave generation unit,
A command value determining step of determining a duty command value of the PWM signal;
An approximate value calculation step of calculating an approximate duty value that can be generated by the resolution based on the resolution of the duty determined by the number of bits of the digital operation unit;
A rectangular wave generation step of instructing the rectangular wave generation unit to repeatedly generate a rectangular wave based on the estimated duty value;
A difference compensation step of compensating for a difference between the duty command value and the estimated duty value simultaneously with the rectangular wave generation step;
To run
In the difference compensation step, a row of rectangular waves generated by the estimated duty value is grouped into a plurality of rectangular waves, and at least one of the plurality of rectangular waves in each group is The duty of one rectangular wave is commanded to be increased or decreased by the unit of the resolution of the duty.
本発明では、PWM信号を生成する際のデューティ指令値(例えば39.9%)が、マイコンのビット数で定められるデューティの分解能(例えば1%)では生成できないレベルであっても、まずは、その分解能で生成できるレベルのデューティ概算値(例えば40%)を算出して矩形波を生成することにした。そして、デューティ指令値(39.9%)とデューティ概算値(40%)との差分(0.1%)を補償するために、以下のように、矩形波の列のグループ分けと、グループ内のいくつかの矩形波のデューティの増減処理を実行することにした。すなわち、デューティ概算値(40%)で生成される矩形波の列は、複数の矩形波ごとにグループ分けされ、各グループ内の複数の矩形波のうちの少なくとも1つの矩形波のデューティが分解能(1%)の単位で増減される。例えば、10個の矩形波を1グループとして、そのうちの1個の矩形波のデューティだけ39%にすると、グループの平均デューティは、(40%×9+39%×1)÷10=39.9%となり、デューティ指令値と同じになる。このような矩形波の列をPWM信号として用いることで、グループ毎の平均デューティは、デューティ指令値と同レベルになり、従来のマイコンの処理能力のままでも、PWM信号を生成する際のデューティを高い分解能でデジタル調整することが可能になる。 In the present invention, even if the duty command value (for example, 39.9%) when generating the PWM signal is a level that can not be generated with the duty resolution (for example, 1%) determined by the number of bits of the microcomputer, It was decided to generate a square wave by calculating an estimated duty value (for example, 40%) of a level that can be generated with resolution. Then, in order to compensate for the difference (0.1%) between the duty command value (39.9%) and the estimated duty value (40%), grouping of rectangular wave columns and within a group are performed as follows: We decided to carry out the process of increasing and decreasing the duty of some square waves. That is, a row of rectangular waves generated with the estimated duty value (40%) is grouped into a plurality of rectangular waves, and the duty of at least one of the plurality of rectangular waves in each group is resolved ( Increase or decrease by 1%). For example, if ten rectangular waves are taken as one group and the duty of only one rectangular wave is 39%, then the average duty of the group is (40% × 9 + 39% × 1) ÷ 10 = 39.9% , Becomes equal to the duty command value. By using such a square wave train as a PWM signal, the average duty for each group becomes the same level as the duty command value, and the duty for generating the PWM signal can be obtained even with the processing capability of the conventional microcomputer. It is possible to perform digital adjustment with high resolution.
(第一実施形態)
本発明の第一実施形態に係る照明用LED電源の概略構成を図1に示す。照明用LED電源10は、スイッチング電源回路4と、このスイッチング電源回路4に設けられたスイッチング素子5をオンオフ動作させるドライバーIC6と、このドライバーIC6に向けてパルス幅変調(PWM)信号を発振することによってスイッチング素子5をPWM制御するデジタルPWM制御回路8と、を備えて構成されている。スイッチング電源回路4は、外部の交流電源3からの電力を受けて、照明光源であるLED素子2に所定の電流を供給する。
First Embodiment
A schematic configuration of a lighting LED power supply according to a first embodiment of the present invention is shown in FIG. The lighting
図1にはLED素子2のハイサイド側をスイッチングする方式のスイッチング電源回路の構成を示すが、これに限られず、ローサイド側をスイッチングする方式の電源回路でも構わない。また、スイッチング電源回路として、インダクタンス素子、スイッチング素子および蓄電素子からなる各種のチョッパー回路やフライバック式の電力変換回路などを採用してもよい。
FIG. 1 shows the configuration of a switching power supply circuit of a system in which the high side of the
デジタルPWM制御回路8は、ワンチップマイコン等で構成され、外部の調光コントローラなどからの調光信号が入力される。また、スイッチング電源回路4の図示しない検出点の電圧値などがフィードバック(FB)信号として入力されるようになっている。
The digital
デジタルPWM制御回路8は、調光信号をデジタル変換するA/D変換部12、各種のデジタル演算を担うデジタル演算部(CPU)14、矩形波生成部(PWMタイマー等)16、プログラムや各種パラメータを保存する記憶部18などから構成されている。
The digital
デジタル演算部14は、記憶部18のプログラムを実行することで、PWM信号のオンデューティの指令値を決定する等の各機能が実現されるように構成されている。具体的には、デジタル演算部14は、オンデューティの指令値(デューティ指令値)の決定部20と、オンデューティの概算値(デューティ概算値)の算出部22と、これらの差分を補償するための差分補償部24と、を含み、差分補償部24についてはグループ分け部26およびオンデューティの増減部28を有している。
The
矩形波生成部16は、決定されたオンデューティの指令値に応じた矩形波を生成し、これをドライバーIC6へ繰り返し出力するために設けられている。
The rectangular
以下、本発明に特徴的なデジタルPWM制御回路8の具体的な演算処理のフローについて図2を用いて説明する。一連の演算処理は、デジタル演算部18が記憶部18のプログラムを実行することによって開始される。
Hereinafter, the flow of specific arithmetic processing of the digital
まず、図2のA/D変換ステップ(S10)では、アナログ電圧の調光信号(例えば50.1%)がA/D変換部12でデジタル値に変換される。また、スイッチング電源回路4の各検出値が必要に応じてA/D変換される。例えば、変換された調光データを各検出値のデータで適宜補正して、基準データとして扱ってもよい。この場合の基準データは、調光信号の情報がベースになっており、次のオンデューティのデジタル演算ステップ(S20)によって、スイッチング素子5へのPWM信号のオンデューティの指令値が基準データに基づいて算出される。ここでは、説明を簡単にするため、変換された調光データをそのまま用いて、オンデューティの指令値を決定する手順を説明する。また、外部からの信号がデジタル信号の場合は、A/D変換なしでデジタルPWM制御回路に入力される。
First, in the A / D conversion step (S10) of FIG. 2, the light adjustment signal (for example, 50.1%) of the analog voltage is converted into a digital value by the A /
オンデューティのデジタル演算ステップ(S20)では、デジタル演算部18内の指令値決定部20によって、調光データに基づくオンデューティの指令値が算出される。例えば、50.1%の調光データに基づいて、39.9%のオンデューティの指令値が算出される。このステップにおいて、デジタル演算部18が、予め記憶部18に保存されたデータテーブルを利用する場合は、調光データのテーブル換算を行って、オンデューティの指令値が算出される。または、デジタル演算部18が、プログラム上の組み込まれた制御式を利用する場合は、調光データに所定の係数を掛け合せる処理を行って、オンデューティの指令値が算出される。なお、テーブル換算と制御式の利用との両方を利用してオンデューティの指令値を算出してもよい。
In the on-duty digital calculation step (S20), the command
また、デジタル演算ステップ(S20)では、デジタル演算部18内の概算値算出部22が、デジタル演算部14のビット数で定められるオンデューティの分解能に基づいて、この分解能で生成し得るオンデューティの概算値を算出する。例えば、デジタル演算部14のビット数で定められるオンデューティの分解能がちょうど1%であるとすると、39.9%のオンデューティの指令値に対するオンデューティの概算値は39%もしくは40%になる。ここでは、指令値に近い40%をオンデューティの概算値として用いる場合を説明する。
In the digital operation step (S20), the approximate
次に、デジタル演算されたオンデューティの指令値に相当する矩形波の生成手順について説明する。図2の矩形波生成ステップ(S30)では、矩形波生成部16が、オンデューティの概算値(40%)に基づく矩形波を生成する。このような矩形波を繰り返し出力することで、スイッチング素子5へのPWM信号が形成される。
Next, a procedure for generating a rectangular wave corresponding to the digitally calculated on-duty command value will be described. In the rectangular wave generation step (S30) of FIG. 2, the rectangular
矩形波生成ステップ(S30)と同時に、デジタル演算部18内の差分補償部24が、オンデューティの指令値(39.9%)と概算値(40%)との差分(0.1%)を補償するための処理を実行する。具体的には、差分補償部24内のグループ分け部26が、オンデューティの概算値(40%)で生成される矩形波の列を、例えば10個の矩形波ごとにグループ分けする。ここでは、オンデューティの分解能が1%であって、補償すべき差分が0.1%であることから、各グループに含める矩形波の数を10個とし、かつ、各グループ内の10個の矩形波のうちの1個の矩形波のオンデューティを40%から分解能の1%を差し引いた39%に変更する。このようなオンデューティの変更対象となる矩形波の選択、および、その矩形波のオンデューティの変更処理については、差分補償部24内のオンデューティ増減部28によって実行される。このような差分の補償を実行することで、各グループの平均オンデューティは、例えば(40%×9+39%×1)÷10=39.9%となり、オンデューティの指令値と同じになる。
At the same time as the rectangular wave generation step (S30), the
オンデューティの指令値が39.7%である場合は、補償すべき差分が0.3%になり、10個の矩形波のグループのうちの3個の矩形波についてオンデューティを40%から分解能の1%を差し引いた39%にそれぞれ変更すればよい。あるいは、10個の矩形波のグループのうちの1個の矩形波についてオンデューティを40%から分解能の1%の3倍である3%を差し引いた36%に変更してもよい。いずれの処理も、グループ毎の平均オンデューティがオンデューティの指令値と同じになるという結果になる。この処理において、1グループから複数の矩形波を選ぶ際は、デューティの調整対象の矩形波ができる限り偏らないように、矩形波の列の全体からまんべんなく選択するのがよい。
When the on-duty command value is 39.7%, the difference to be compensated is 0.3%, and the on-duty is reduced from 40% for three of the ten rectangular wave groups. You can change it to 39% minus 1% of. Alternatively, the on-duty may be changed from 40% to 36% obtained by subtracting 3% which is three
グループに含める矩形波の数の設定については、オンデューティの分解能の大きさとの関係で決定するとよい。例えば、オンデューティの分解能が0.39%である場合を考えると、指令値(39.7%)に対するオンデューティの概算値は39.78%になり、補償すべき差分は0.08%になる。補償の手順の一例としては、グループに含まれる矩形波の数を20個として、そのうちの3個の矩形波についてのオンデューティを39.78%から0.39%を差し引いて39.39%にする。その結果、グループ毎の平均オンデューティが約39.72%となり、概算値の39.78%よりも指令値の39.7%に近づけることができる。以上のように1つのグループに含める矩形波の数を10個よりも多くすることも、10個未満にすることも可能である。連続する矩形波を計時する都合上、8ビットのMCUを用いる場合、1グループの矩形波の数の最大は256個になる。この場合の実質的なオンデューティの分解能は、100%÷256÷256=約0.0015%まで向上する。よって、1グループの波数の最大を使用するデジタル演算部のビット数に応じて決定してもよい。 The setting of the number of rectangular waves included in the group may be determined in relation to the size of the on-duty resolution. For example, assuming that the on-duty resolution is 0.39%, the approximate on-duty value for the command value (39.7%) is 39.78%, and the difference to be compensated is 0.08%. Become. As an example of the compensation procedure, assuming that the number of rectangular waves included in the group is 20, the on-duty for three of the rectangular waves is 39.78% minus 39.39% to 39.39%. Do. As a result, the average on-duty for each group is about 39.72%, which can be closer to 39.7% of the command value than 39.78% of the estimated value. As described above, the number of rectangular waves included in one group may be more than ten, or less than ten. In the case of using 8-bit MCUs, the maximum number of rectangular waves in one group is 256, for the purpose of measuring continuous rectangular waves. The resolution of the substantial on-duty in this case is improved to 100% ÷ 256 ÷ 256 = about 0.0015%. Therefore, it may be determined according to the number of bits of the digital operation unit using the maximum of the wave number of one group.
また、オンデューティの指令値が例えば39.2%になった場合、オンデューティの概算値を40%から39%に変更する。そして、差分(0.2%)を補償する処理では、各グループ内の10個の矩形波のうちの2個の矩形波のオンデューティを39%から分解能の1%を加えた40%に変更する。この結果、各グループの平均オンデューティがオンデューティの指令値と同じになる。 When the on-duty command value is, for example, 39.2%, the approximate on-duty value is changed from 40% to 39%. Then, in the process of compensating for the difference (0.2%), the on-duty of two of the ten rectangular waves in each group is changed from 39% to 40% obtained by adding 1% of the resolution. Do. As a result, the average on-duty of each group becomes equal to the on-duty command value.
以上の様々なケースから分かるように、補償すべき差分の大きさに応じて、グループ内からのオンデューティを変更すべき矩形波の数を決定し、決定された1つ以上の矩形波について、オンデューティをその分解能の単位で増減させることにした。このようにオンデューティを増減された矩形波の列をPWM信号として用いることで、グループ毎の平均オンデューティは、オンデューティの指令値と同レベルになり、従来のマイコンの処理能力のままでも、PWM信号生成時のオンデューティを高い分解能でデジタル調整することが可能になる。 As can be seen from the above various cases, the number of rectangular waves whose on-duty from within the group is to be changed is determined according to the magnitude of the difference to be compensated, and for the determined one or more rectangular waves, It was decided to increase or decrease the on-duty by the unit of the resolution. By using the series of rectangular waves whose ON duty is thus increased or decreased as a PWM signal, the average ON duty for each group becomes the same level as the ON duty command value, and the processing capacity of the conventional microcomputer remains as it is. It is possible to digitally adjust the on-duty at the time of PWM signal generation with high resolution.
実際に、デジタルPWM制御回路8で実行されるPWM信号生成プログラムは以下のように構成される。すなわち、PWM信号生成プログラムは、A/D変換後の調光信号などのデータに基づいて、指令値決定部20にPWM信号のオンデューティの指令値を決定させるステップと、概算値算出部22にビット数で定められるオンデューティの分解能に基づいて生成し得るオンデューティの概算値を算出させるステップと、矩形波生成部16にオンデューティの概算値に基づく矩形波を繰り返し生成させるステップと、この矩形波の生成と同時に、差分補償部24にオンデューティの指令値および概算値の差分を補償させるステップと、を備えて構成される。そして、差分補償のステップでは、グループ分け部26に矩形波の列を複数の矩形波ごとにグループ分けさせて、オンデューティ増減部28に各グループ内の複数の矩形波のうちの少なくとも1つの矩形波のオンデューティを該オンデューティの分解能の単位で増減させる。このようなプログラムを実行することで、矩形波生成部16で生成されるPWM信号の平均オンデューティを指令値に近づけることができる。
In practice, the PWM signal generation program executed by the digital
図3に従来の制御イメージを示す。オンデューティの分解能が1%である場合は、オンデューティの指令値が50%から49.9%になったとしても、出力されるPWM信号のオンデューティは50%のままか、指令値よりも大幅に小さい49%まで下げるかのいずれかの選択肢になってしまう。一方、図4に示す本実施形態の制御方法によれば、オンデューティの分解能が1%のままであっても、複数の矩形波のグループの平均オンデューティを指令値と同じ49.9%にすることができる。図5に模式的に示すように、デジタルPWM制御においては、どうしてもオンデューティが非連続な変化になってしまうが、本実施形態の制御方法を用いれば、CPUのビット数によって定まるオンデューティの分解能が例えば1%のままであっても、それよりも高い分解能でオンデューティを段階的に変化させることができる。 FIG. 3 shows a conventional control image. If the on-duty resolution is 1%, the on-duty of the output PWM signal remains at 50% or more than the command value even if the on-duty command value changes from 50% to 49.9%. It would be an option to reduce it to 49%, which is significantly smaller. On the other hand, according to the control method of this embodiment shown in FIG. 4, even if the resolution of the on-duty remains 1%, the average on-duty of the plurality of rectangular wave groups is made 49.9% the same as the command value. can do. As schematically shown in FIG. 5, in the digital PWM control, the on-duty changes by non-continuous change, but when the control method of this embodiment is used, the on-duty resolution determined by the number of bits of the CPU Even if, for example, 1% remains, it is possible to change the on-duty stepwise with higher resolution.
(第二実施形態)
本発明の第二実施形態に係るPWM制御の内容について図6および図7を用いて説明する。照明用LED電源の構成は、前述の実施形態の構成と同じであるが、オンデューティの下限(調光下限)を従来よりも小さくできることに特徴がある。
Second Embodiment
The contents of the PWM control according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7. The configuration of the illumination LED power supply is the same as the configuration of the above-described embodiment, but is characterized in that the lower limit of the on duty (lower limit of dimming) can be made smaller than that of the related art.
本実施形態においてもデジタル演算部14のビット数で定められるオンデューティの分解能が1%であるとする。図6には、デジタル演算ステップ(S20)で算出されたオンデューティの指令値が1%から0.9%に変化する場合に出力されるPWM信号のパターンが示されている。
Also in this embodiment, the resolution of the on-duty determined by the number of bits of the
まず、前述の実施形態と同様に、デジタル演算ステップ(S20)で、オンデューティの分解能で生成し得るオンデューティの概算値が算出される。ここでは、1%の概算値になる。
次に、矩形波生成ステップ(S30)で、算出されたオンデューティの概算値(1%)に基づく矩形波が生成され、繰り返し出力される。
また、矩形波生成ステップ(S30)と同時に、オンデューティの指令値(0.9%)と概算値(1%)との差分(0.1%)を補償するための処理が実行される。具体的には、オンデューティの概算値(1%)で生成される矩形波の列が、例えば10個の矩形波ごとにグループ分けされて、各グループ内の10個の矩形波のうちの1個の矩形波のオンデューティを1%から分解能の1%を差し引いた0%に変更する。つまり、10個の矩形波の列から1個の矩形波を間引く。なお、間引き処理の対象となる1個の矩形波の選択は、図7に示すように、10個の矩形波の列の中から任意に選べばよい。このような間引き処理を実行することで、各グループの平均オンデューティは、(1%×9+0%×1)÷10=0.9%となり、オンデューティの指令値と同じになる。
First, as in the above embodiment, in the digital operation step (S20), an approximate value of on-duty that can be generated with the on-duty resolution is calculated. Here, it is an approximate value of 1%.
Next, in the rectangular wave generation step (S30), a rectangular wave based on the calculated on-duty approximate value (1%) is generated and repeatedly output.
Further, simultaneously with the rectangular wave generation step (S30), processing for compensating for the difference (0.1%) between the on-duty command value (0.9%) and the approximate value (1%) is executed. Specifically, a series of square waves generated with an approximate value of on-duty (1%) is grouped, for example, every 10 square waves, and one of 10 square waves in each group is grouped. Change the on-duty of this square wave to 0% minus 1% of resolution from 1%. That is, one rectangular wave is thinned out from the row of ten rectangular waves. In addition, what is necessary is just to select arbitrarily from the row | line | column of ten square waves as selection of one square wave used as the object of thinning-out processing, as shown in FIG. By executing such a thinning process, the average on-duty of each group is (1% × 9 + 0% × 1) /10=0.9%, which is the same as the on-duty command value.
オンデューティの指令値が0.7%である場合は、補償すべき差分が0.3%になり、10個の矩形波のグループのうちの3個の矩形波についてオンデューティを1%から0%にそれぞれ変更すればよい。 When the on-duty command value is 0.7%, the difference to be compensated is 0.3%, and the on-duty is 1% to 0 for three of the ten rectangular wave groups. You can change each to%.
なお、同じグループの中から、2個以上の矩形波を間引く場合は、2個の連続する矩形波が間引かれないように選択した方が好ましい。また、グループの最前および最後の両方の矩形波が間引かれないように選択した方が好ましい。間引きの対象になった矩形波が続いて存在すると、負荷電流の休止期間が長くなってLED素子のちらつきの原因になる場合があるからである。 In the case of thinning out two or more rectangular waves from the same group, it is preferable to select such that two continuous rectangular waves are not thinned out. Also, it is preferable to select not to thin out both the first and last square waves of the group. This is because if the rectangular wave which is the target of thinning continues to be present, the quiescent period of the load current may be extended to cause flickering of the LED elements.
図8にLED素子の光出力(%)とスイッチングのオンデューティ(%)との関係をグラフで示す。このグラフのように、実際の設計においては、スイッチングを例えば80%のオンデューティで実行した際に、定格100%の光出力が得られるように、両社の関係が設定されている。50%の光出力を得るには、オンデューティを50%×0.8=40%に設定する。 FIG. 8 is a graph showing the relationship between the light output (%) of the LED element and the on duty (%) of switching. As shown in this graph, in the actual design, the relationship between the two companies is set so that when the switching is performed at an on-duty of, for example, 80%, a light output of 100% rated can be obtained. In order to obtain 50% light output, the on duty is set to 50% × 0.8 = 40%.
また、図9にLED素子の光出力(%)と調光信号との関係をグラフで示す。このグラフのように、光出力(%)と調光信号とが直線関係になるように設定することも、両社が非直線関係になるように設定することも可能である。後者の場合、図9に示すように、50%の光出力を得る際の調光信号は約20%になる。上記の実施形態においてテーブル換算する際には、図9のような様々なデータテーブルが適用され得る。 Further, FIG. 9 is a graph showing the relationship between the light output (%) of the LED element and the dimming signal. As shown in this graph, it is possible to set the light output (%) and the dimming signal to be in a linear relationship, or to set both companies to be in a non-linear relationship. In the latter case, as shown in FIG. 9, the dimming signal at the time of obtaining 50% light output is about 20%. When converting the table in the above embodiment, various data tables as shown in FIG. 9 can be applied.
以上の実施形態においては、CPU等のデジタル演算部が、外部からの調光信号に応じた調光が可能になるように、スイッチングのオンデューティを算出する場合を説明したが、
調光機能を備えていないスイッチング電源回路にも本発明を適用するメリットがある。例えば、スイッチング電源回路がマイコン等による定電流制御を受ける場合に、本発明を適用するとよい。
なお、スイッチング電源回路の形式によっては、オンデューティの調整によるPWM制御ではなく、オフデューティを調整するものもある。本発明は、これらのオンデューティ調整、オフデューティ調整の区別なく、PWM制御のデューティ調整に広く適用され得る。
In the above embodiment, the case has been described in which the on-duty of switching is calculated so that the digital operation unit such as the CPU can perform light adjustment according to the light adjustment signal from the outside.
The present invention can be advantageously applied to a switching power supply circuit that does not have a dimming function. For example, when the switching power supply circuit receives constant current control by a microcomputer or the like, the present invention may be applied.
Note that, depending on the type of the switching power supply circuit, not the PWM control by the adjustment of the on duty but the one adjusting the off duty. The present invention can be widely applied to duty adjustment of PWM control without distinction between these on-duty adjustment and off-duty adjustment.
2 LED素子(照明光源)
4 スイッチング電源回路
5 スイッチング素子
8 PWM制御回路
10 照明用電源装置
14 デジタル演算部(CPU)
16 矩形波生成部
2 LED element (illumination light source)
DESCRIPTION OF
16 Square wave generator
Claims (2)
前記スイッチング電源回路に設けられたスイッチング素子にパルス幅変調(PWM)信号を発振して該スイッチング素子をPWM制御するPWM制御回路と、
を備えて構成される照明用電源装置であって、
前記PWM制御回路は、前記PWM信号のデューティ指令値を決定するためのデジタル演算部と、前記デューティ指令値に応じた矩形波を生成するための矩形波生成部と、を有し、
前記デジタル演算部は、該デジタル演算部のビット数で定められるデューティの分解能に基づいて、該分解能で生成し得るデューティ概算値を算出するように構成され、
前記矩形波生成部は、前記デューティ概算値に基づく矩形波を繰り返し生成するように構成され、
前記デジタル演算部は、さらに、前記デューティ指令値および前記デューティ概算値の差分を補償するために、前記デューティ概算値で生成される矩形波の列を複数の矩形波ごとにグループ分けし、各グループ内の複数の矩形波のうちの少なくとも1つの矩形波のデューティを該デューティの前記分解能の単位で増減させるように構成されている、
ことを特徴とする照明用電源装置。 A switching power supply circuit for supplying power to the illumination light source;
A PWM control circuit that generates a pulse width modulation (PWM) signal to a switching element provided in the switching power supply circuit to perform PWM control of the switching element;
A power supply for lighting comprising:
The PWM control circuit has a digital operation unit for determining a duty command value of the PWM signal, and a rectangular wave generation unit for generating a rectangular wave according to the duty command value,
The digital operation unit is configured to calculate an estimated duty value that can be generated with the resolution based on the resolution of the duty determined by the number of bits of the digital operation unit.
The rectangular wave generation unit is configured to repeatedly generate a rectangular wave based on the estimated duty value,
The digital operation unit further groups a row of rectangular waves generated by the estimated duty value into groups of rectangular waves in order to compensate for the difference between the duty command value and the estimated duty value. Configured to increase or decrease the duty of at least one of the plurality of rectangular waves in the unit of the resolution of the duty,
A lighting power supply device characterized by
デジタル演算部および矩形波生成部を有して構成されるコンピュータに対し、
前記PWM信号のデューティ指令値を決定する指令値決定ステップと、
前記デジタル演算部のビット数で定められるデューティの分解能に基づき、該分解能で生成し得るデューティ概算値を算出する概算値算出ステップと、
前記矩形波生成部に対して、前記デューティ概算値に基づく矩形波を繰り返し生成するように指令する矩形波生成ステップと、
前記矩形波生成ステップと同時に、前記デューティ指令値および前記デューティ概算値の差分を補償する差分補償ステップと、
を実行させ、
前記差分補償ステップでは、前記デューティ概算値で生成される矩形波の列を複数の矩形波ごとにグループ分けし、前記矩形波生成部に対して、各グループ内の複数の矩形波のうちの少なくとも1つの矩形波のデューティを該デューティの前記分解能の単位で増減させるように指令する、
ことを特徴とするプログラム。 A program for generating a pulse width modulation (PWM) signal to a switching power supply circuit for lighting, comprising:
For a computer configured to have a digital operation unit and a rectangular wave generation unit,
A command value determining step of determining a duty command value of the PWM signal;
An approximate value calculation step of calculating an approximate duty value that can be generated by the resolution based on the resolution of the duty determined by the number of bits of the digital operation unit;
A rectangular wave generation step of instructing the rectangular wave generation unit to repeatedly generate a rectangular wave based on the estimated duty value;
A difference compensation step of compensating for a difference between the duty command value and the estimated duty value simultaneously with the rectangular wave generation step;
To run
In the difference compensation step, a row of rectangular waves generated by the estimated duty value is grouped into a plurality of rectangular waves, and at least one of the plurality of rectangular waves in each group is Command to increase or decrease the duty of one rectangular wave by the unit of the resolution of the duty;
A program characterized by
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| JP2010198760A (en) * | 2009-02-23 | 2010-09-09 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Led dimming lighting device and led lighting apparatus using it |
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