CN103124456B - Led点亮装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种LED点亮装置，能够使相位控制方式的调光器稳定地动作而抑制闪烁，且效率高。该LED点亮装置具备将被相位控制的交流电源电压转换为整流电压的整流电路；经由二极管与所述整流电路的直流输出连接、使所述整流电压平滑并生成直流电压的电容器；转换所述直流电压并对以下记为LED的发光二极管负载供电的DC-DC转换电路；和根据所述整流电压输出所述DC-DC转换电路的电流设定值的电流设定电路，构成为具备与所述整流电路的直流输出连接的可变电阻电路；和根据所述整流电压改变所述可变电阻电路的电阻值的电阻值设定电路，所述电阻值设定电路，在所述整流电压比所要求的基准电压高时，增大所述可变电阻电路的电阻值。

Description

LED点亮装置

技术领域

本发明涉及LED点亮装置。

背景技术

LED作为环境性优秀的光源受到关注，作为LED照明用于住宅和办公室的一般照明。LED照明中，存在具备与白炽灯泡同样的接头、安装在白炽灯泡用的器具上使用的灯泡形LED照明，也出现了与用作白炽灯泡的调光单元的相位控制方式的调光器（以下简记作调光器）对应的产品。

调光器大多通过作为半导体元件的双向晶闸管（TRIAC：TriodeACSemiconductorSwitch）的导通、关断而使交流电源与负载之间导通、切断。TRIAC在导通（点弧）之后，如果持续流过比称为保持电流的规定的电流值大的电流，则再次关断（消弧）。调光器大多以负载是白炽灯泡为前提设计。如果负载是白炽灯泡，则从双向晶闸管导通的时刻到交流电源零交点附近的时刻为止，都流过超过保持电流的足够的电流，双向晶闸管维持接通状态。但是，负载是LED的LED照明中，与白炽灯泡相比电流小，所以从双向晶闸管导通的时刻到交流电源零交点附近的时刻为止不能流过超过保持电流的足够的电流，会发生在交流电源零交点附近之前双向晶闸管关断的现象。以下将该现象记作误消弧。特别是，在误消弧随机发生的状况、或者误消弧的时刻不规则的状况下，LED点亮装置的动作不稳定，点亮中发生闪烁。

作为解决上述问题的一个方案，可以考虑具备在双向晶闸管中总是持续流过保持电流以上的电流、防止误消弧的功能的LED点亮装置。这样的LED点亮装置例如有专利文献1中记载的装置。该装置中，与对LED供电的DC-DC转换器并联地连接恒定电流电路等等效负载（DummyLoad），通过在该等效负载中流过电流，使双向晶闸管中流过的电流超过保持电流。此外，这样在等效负载中流过电流，也起到使调光器的定时器电路复位、使断开的双向晶闸管再次导通的作用。

专利文献1：日本特开2010-140824号公报

发明内容

专利文献1记载的技术中，通过设置等效负载而总是持续流过保持电流以上的电流。由此能够解决上述问题，但保持电流因调光器而异，为了维持双向晶闸管的接通状态而需要30mA以上的电流的调光器也存在很多。特别是，利用电容输入方式的电路构成LED点亮装置的情况下，在平滑电容器的放电期间中输入电流大致为零，所以要求比保持电流大的电流全部流过等效负载。此处，对等效负载施加的电压的实效值为100V，等效负载中流过的电流是30mA的情况下，等效负载的损失为3W。考虑产品化的灯泡形LED点亮大多消费电力不足10W，仅等效负载就产生3W的损失在效率上不优选。

本发明的目的在于，实现能够使调光器稳定地工作而抑制闪烁、并且效率良好的LED点亮装置。

为了解决上述问题，本发明的LED点亮装置具备：将被相位控制的交流电源电压转换为整流电压的整流电路；经由二极管与上述整流电路的直流输出连接、使上述整流电压平滑并生成直流电压的电容器；转换上述直流电压并对发光二极管（以下称为LED）负载供电的DC-DC转换电路；和根据上述整流电压输出上述DC-DC转换电路的电流设定值的电流设定电路，该LED点亮装置的特征在于：构成为具备与上述整流电路的直流输出连接的可变电阻电路；和根据上述整流电压改变上述可变电阻电路的电阻值的电阻值设定电路，上述电阻值设定电路，在上述整流电压比所要求的基准电压高时，增大上述可变电阻电路的电阻值。

根据本发明的LED点亮装置，能够实现可使调光器稳定地工作而抑制闪烁、并且效率良好的LED点亮装置。

附图说明

图1是本发明的LED点亮装置的框图。

图2是相位控制方式的调光器的内部电路图。

图3是在相位控制方式的调光器连接白炽灯泡的情况的动作波形。

图4是本发明的LED点亮装置中的可变电阻电路和电阻值设定电路的结构例。

图5是本发明的LED点亮装置的动作波形例。

图6是本发明的LED点亮装置中的可变电阻电路和电阻值设定电路的结构例。

图7是调节器电路的输出电压波形。

图8是本发明的LED点亮装置的具体的电路结构例。

图9是本发明的LED点亮装置中的控制电路用电源电路。

符号说明

100交流电源

101调光器

102整流电路

103、134二极管

104、113、137电容器

105DC-DC转换电路

106LED负载

107可变电阻电路

108电阻值设定电路

109电流设定电路

110双向晶闸管

111、116、117、120、121、123、129、130、132、138、141电阻

112可变电阻

114双向触发二极管（DIAC：DiodeACSwitch）

115负载

118、127比较器

119、128直流电压源

122、125、131、135、143MOSFET

124、142齐纳二极管

126调节器（Regulator）电路

133二极管电桥

136扼流线圈

139控制电路

140控制电路用电源电路

具体实施方式

利用附图说明本发明的实施方式。

图1是本发明的LED点亮装置的框图。图1中，从整流电路102起右侧是本发明的LED点亮装置。整流电路102对被调光器101相位控制的交流电源电压进行整流而生成整流电压。整流电路102的直流输出经由二极管103与电容器104连接。电容器104使整流电压平滑而生成直流电压。即，本实施例中的LED点亮装置是电容输入方式的电路。由此，直流电压的脉动减小，对于后端的DC-DC转换电路105而言易于抑制LED中流过的电流的脉动。DC-DC转换电路105转换直流电压并对LED负载106供电。对于LED负载106，LED的个数和连接方式不限定，此外，也可以包括内置有保护用元件等的LED模块。

整流电路102的直流输出与可变电阻电路107连接。电阻值设定电路108基于整流电压输出用于改变可变电阻电路107的电阻值的电阻值设定信号。可变电阻电路107和电阻值设定电路108起到根据整流电压控制调光器101中的双向晶闸管的接通、断开状态进行控制、以及使调光器101的定时器电路复位而使双向晶闸管再次接通的作用。电流设定电路109基于整流电压输出DC-DC转换电路105的电流设定值。由电流设定电路109能够进行与调光器101的操作相应的LED电流的控制、即调光。

在说明具体的动作之前，对调光器101进行说明。图2是对于使用双向晶闸管的相位控制方式的调光器101，表示内部电路的概要的图。如图2所示，双向晶闸管110在交流电源100与负载115之间连接。此外，与双向晶闸管110并联地连接作为电阻111、可变电阻112与电容113的串联体的定时器电路。可变电阻112与电容器113的连接点，经由双向触发二极管114与双向晶闸管110的栅极连接。

图3是连接白炽灯泡作为负载115的情况下的双向晶闸管110的接通、断开状态和负载电压、负载电流的波形。在双向晶闸管110的接通期间，负载电压与交流电源100的电压大致相同。因为白炽灯泡几乎是纯电阻，所以负载电流的波形与电压为相似形。在交流电源100的零交点附近，负载电流小于双向晶闸管110的保持电流时，双向晶闸管110关断。在双向晶闸管110的断开期间，从交流电源100到电阻111、可变电阻112、电容器113、负载115的通路中流过微小电流，在电容器113中蓄积电荷。与白炽灯泡相比，调光器101的阻抗充分大，所以负载电压大致为零。电容器113的电压上升，双向触发二极管114接通时，双向晶闸管110再次导通。通过调光器101的操作增大可变电阻112的电阻值时，到双向晶闸管110再次导通为止的时间变长。由此，负载电力减少，如果是白炽灯泡则光输出减少。

本发明中，图2中的负载115是图1的LED点亮装置，与白炽灯泡特性不同。具体而言，与白炽灯泡相比阻抗高，并且不一定如白炽灯泡一般是纯电阻。从而，动作波形也不一定与图3相同。

图4是本发明的LED点亮装置中的可变电阻电路107和电阻值设定电路108的结构例。电阻值设定电路108由电阻116和117、比较器118、直流电压源119构成，整流电压比所要求的基准电压更高的情况下输出L电平的电阻值设定信号。

可变电阻电路107由电阻120与作为开关元件的MOSFET122的串联体、和与该串联体并联连接的电阻121构成，通过MOSFET122的接通、断开将电阻值设定为两种值。也可以使用双极型晶体管或IGBT等其他种类的开关元件代替MOSFET122。

如果整流电压比基准电压高，则MOSFET122断开，电阻120被切断，相应地可变电阻电路107的电阻值升高。其中，可变电阻电路107的电阻值不一定要是两种值，也可以是根据整流电压连续变化的结构。此外，只要能够实现以下说明的动作，则可变电阻电路107和电阻值设定电路108的具体结构就不限定。

图5是本发明的LED点亮装置的动作波形，表示整流电压、直流电压、整流电流的波形和可变电阻电路107的电阻值。此处，直流电压如上所述，是电容器104的电压。整流电流是整流电路102的直流输出电流，是与对调光器101中流过的电流进行整流后的电流大致相同的波形。

双向晶闸管110导通时，整流电压上升至与交流电源100大致相同的电压电平。此时，整流电压比基准电压高，可变电阻电路107的电阻值增大。此外，从交流电源100经由调光器101、整流电路102、二极管103开始流过对电容器104充电的电流，所以整流电流也急剧增大。对电容器104充电的电流，随着电容器104充电、直流电压上升而减少，所以整流电流也逐渐减少。

在直流电压成为最大值、对电容器104的充电完成的时刻附近（以下简记作充电完成时），整流电流与可变电阻电路107中流过的电流大致一致。在该时刻，以整流电流小于所要求的基准电流的方式，预先设定可变电阻电路107的电阻值。进而，如果预先将基准电流设定为小于双向晶闸管110的保持电流，则双向晶闸管110关断。保持电流因调光器而异，但最小也为5mA。从而，如果将基准电流设定为不足5mA，则对于几乎所有的调光器，都能够在充电完成时可靠地使双向晶闸管关断。

此时的可变电阻电路107的电阻值，基于上述基准电流和预想的整流电压的最大值设定。例如，考虑在交流电源电压100Vac下使用的情况，充电完成时的整流电压最大为约141V。从而，整流电压为141V时，为了使整流电流小于基准电流的5mA，将电阻值设定为大于28.2kΩ（=141V÷5mA）。

当然，如果在图4的可变电阻电路107中不连接电阻121，在整流电压比基准电压高时使可变电阻电路107为开放状态，则对于几乎所有的调光器，都能够在充电完成时可靠地使双向晶闸管关断。但是，严密而言，图4中电阻值设定电路108的元件的电阻116和117也可以认为是可变电阻电路107的一部分，因为这些理由，难以使可变电阻电路107完全成为开放状态。从而，不连接电阻121的情况下，也需要按上述要领设定电阻116和117的电阻值。

双向晶闸管110关断后，整流电压如图5所示下降。在整流电压低于基准电压的时刻，可变电阻电路107的电阻值减小。从交流电源100经由调光器101的定时器电路、整流电路102向可变电阻电路107流过电流，使定时器电路复位而使双向晶闸管110再次导通。其中，在双向晶闸管110断开的期间，也用电容器104蓄积的能量使DC-DC转换电路105稳定地动作。

以前的LED点亮装置的课题在于，在交流电源的各周期，双向晶闸管误消弧的情况和不误消弧的情况随机发生、或者误消弧的时刻无规则时，调光器的动作变得不稳定。这样，调光器的动作不稳定时，LED负载中会发生闪烁。

以前的对策有，在整流电路的直流输出连接等效负载，防止双向晶闸管的误消弧，由此使调光器稳定地动作的方式。该方式中，使等效负载中流过的电流越大，能够期待对越广范围的调光器适用。但是，考虑等效负载的损失增大引起的效率降低，这是不现实的。

对此，本发明中，在电容器104充电完成时的总是相同的时刻故意使双向晶闸管110关断。这样的方式中，也能够使调光器101和DC-DC转换电路105稳定地动作，能够防止闪烁。此外，与用等效负载流过大于保持电流的电流的方式相比，本发明的方式效率更好。

图6是可变电阻电路107和电阻值设定电路108的其他例。图6的电路中，电阻123、齐纳二极管124、MOSFET125构成调节器电路126。也可以使用双极型晶体管等其他种类的半导体元件代替MOSFET125。该调节器电路126是对于图4中的可变电阻电路107和电阻值设定电路108两者的构成元件。因此，不如图4所示，用虚线区分可变电阻电路107和电阻值设定电路108。

如图7所示，调节器电路126将整流电压钳制在所要求的电压值。钳制电压能够设定为齐纳二极管124的齐纳电压。比较器127通过对调节器电路126的输出电压与所要求的阈值进行比较而间接地判定整流电压是否比基准电压高。该阈值能够根据直流电压源128的电压值设定。此外，比较器127输出在整流电压比基准电压高时为L电平的电阻值设定信号。通过由整流器电路126降低整流电压的电平，即使基准电压为几V～十几V的低的情况下，也不影响比较器127的比较的精度。

在调节器电路126的输出，并联连接电阻129与作为开关元件的MOSFET131的串联体和电阻130。也可以使用双极型晶体管或IGBT等其他种类的开关元件代替MOSFET131。整流电压比基准电压高时，电阻值设定信号为L电平，MOSFET131断开。电阻130被切断，相应地可变电阻电路107的电阻值升高。

如图7所示，整流电压比齐纳二极管124的齐纳电压高时，调节器电路126的输出电压与齐纳电压大致相等。进而，MOSFET131断开时，可变电阻电路107中流过的电流是由齐纳电压和电阻130决定的值。此处，电容器104充电完成时，为了使整流电流小于基准电流，以由齐纳电压和电阻130决定的电流值小于基准电流的方式，决定齐纳电压和电阻130的电阻值即可。设基准电流为5mA、齐纳电压为10V的情况下，将电阻130的电阻值设定为大于2kΩ（=10V÷5mA）即可。

图8具体地表示了图1所示的LED点亮装置中的整流电路102和DC-DC转换电路105的结构。图8中，二极管电桥133构成的全波整流电路，相当于图1的整流电路102。此外，由二极管134、作为开关元件的MOSFET135、扼流线圈136、电容器137、电流检测用的电阻138、控制电路139、控制电路用电源电路140构成的降压斩波电路，相当于图1的DC-DC转换电路105。此外，作为图1中没有的部件，追加了防止涌入电流用的电阻132。此外，也可以追加熔断器和滤波用的电容器等。也可以根据LED负载106的电压，不使用降压斩波器而是使用升降压斩波器或升压斩波器，此外如果需要绝缘也可以使用反激式转换器。也可以使用双极型晶体管或IGBT等其他种类的开关元件代替MOSFET135。

图8中，控制电路139根据电流设定值控制DC-DC转换电路105对LED负载106输出的电流。具体而言，可以考虑在MOSFET135中流过的电流达到电流设定值之前使MOSFET135接通的控制。通过控制MOSFET135中流过的电流，能够间接地控制LED负载106中流过的电流。这样的控制电路139，能够用市售的LED用的控制IC简单地构成。当然，也可以不使用控制IC，而是组合比较器等分立部件构成，也可以使用微型计算机或数字信号处理器用软件构成。

控制电路用电源电路140与二极管103的阴极连接，对电容器104的直流电压进行转换，生成控制电路139的电源电压。具体而言，生成控制电路139中的控制IC、比较器、运算放大器等的动作电压。此外，图8中省略了配线（连接），但控制电路用电源电路140也可以根据需要生成电阻值设定电路108和电流设定电路109等的电源电压。

控制电路用电源电路140的具体结构，如图9所示，可以考虑使用电阻141、齐纳二极管142、MOSFET143的调节器电路。也可以使用双极型晶体管等其他种类的元件代替MOSFET143。在图9以外，也可以构成三端子调节器等其他方式的调节器电路。

此处，也可以考虑控制电路用电源电路140与二极管103的阳极连接，对与用电容器104平滑之前的整流电压进行转换，生成控制电路的电源电压的结构。例如，构成图6的可变电阻电路107和电阻值设定电路108的情况下，使调节器电路126的输出电压平滑，能够生成控制电路的电源电压。但是，该情况下，在电容器104的充电完成时，与控制电路用电源电路140中流过的电流相应地使整流电流增大，与要使整流电路小于基准电流的目的相悖。换言之，等价于与控制电路用电源电路140的电阻值相应地减小可变电阻电路107的电阻值。从而，本发明的LED点亮装置不适用这样的结构。

另一方面，如果如图8所示连接控制电路用电源电路140，则从电容器104充电完成时到对电容器104重新开始充电的期间、即电容器104的放电期间中，控制电路用电源电路140是从交流电源100切断的状态。即，在电容器104充电完成时，不使控制电路用电源电路140中流过的电流大于整流电流。从而，在使整流电流小于基准电流方面是有效的连接方法。

在如图8所示设置控制电路用电源电路140之外，也可以利用DC-DC转换电路105中产生的电压，生成控制电路的电源电压。例如，可以考虑在扼流线圈136中设置辅助线圈的方法。该方法在对电容器104的直流电压进行转换生成控制电路的电源电压的方面与图8的方法同样，也能够实现同样的效果。

Claims (3)

1.一种LED点亮装置，其具备将被相位控制的交流电源电压转换为整流电压的整流电路；经由二极管与所述整流电路的直流输出连接、使所述整流电压平滑并生成直流电压的电容器；转换所述直流电压并对LED负载供电的DC-DC转换电路；和根据所述整流电压输出所述DC-DC转换电路的电流设定值的电流设定电路，该LED点亮装置的特征在于：

具备与所述整流电路的直流输出连接的可变电阻电路；和根据所述整流电压改变所述可变电阻电路的电阻值的电阻值设定电路，

所述可变电阻电路具备电阻与开关元件的串联体，

所述电阻值设定电路，在所述整流电压比所要求的基准电压高时，断开所述开关元件，增大所述可变电阻电路的电阻值，

在所述电容器充电完成的时刻附近，所述整流电路的直流输出电流比所要求的基准电流小，

所述电阻值设定电路具备：将整流电压钳制于所要求的电压值的稳压电路；和通过对该稳压电路的输出电压与所要求的阈值进行比较，间接地判定所述整流电压是否比所述基准电压高的比较器，

所述串联体与所述稳压电路的输出连接。

2.如权利要求1所述的LED点亮装置，其特征在于：

所述稳压电路，具备电阻、半导体元件和齐纳二极管，将所述整流电压钳制于所述齐纳二极管的齐纳电压。

3.如权利要求1或2所述的LED点亮装置，其特征在于：

所述DC-DC转换电路具备：按照所述电流设定值控制对所述LED负载输出的电流的控制电路；和转换所述二极管的阴极侧生成的电压，生成所述控制电路、所述电阻值设定电路和所述电流设定电路的电源电压的控制电路用电源电路。