CN101668372A - Led点灯装置及照明器具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不需要对发光二极管进行特别的检测或控制即可对发光二极管进行恒定电流控制的LED点灯装置及具备此LED点灯装置的照明器具。LED点灯装置1包括：直流电源电路2；高频产生电路3，具有逆变电路6及谐振电路7，所述逆变电路6具有开关元件Q1、Q2，所述谐振电路7具有串联连接的电感器L1及电容器C1，开关元件Q1、Q2以谐振电路7的无负载谐振频率f0而受到接通断开控制，将从直流电源电路2输入的直流电压转换为高频交流电压；整流平滑电路4，输入侧连接在电容器C1的两端间或者电感器L1的两端间；以及发光二极管5，串联地连接在整流平滑电路4的输出端侧。

Description

LED点灯装置及照明器具
技术领域
本发明涉及一种使发光二极管以恒定电流点灯的发光二极管(Lightemitting diode，LED)点灯装置及配置着此LED点灯装置的照明器具。
背景技术
在这种LED点灯装置中存在如下装置：例如，对流至发光二极管(LED)的电流进行检测，以使所述检测电流成为所需值或固定值的方式来进行控制，从发光二极管获得所需的光输出或固定的光输出。例如，提出有一种具备如下控制机构的LED驱动装置，所述控制机构控制对LED供给驱动电压及驱动电流的电源机构并进行恒定电力控制，以使由利用电压检测机构来检测的驱动电压和利用电流检测机构来检测的驱动电流的积所成的消耗电力成为固定(参照专利文献1)。
此先前技术的LED驱动装置进而是如下的装置：根据驱动电压来进行恒定电力控制、及以使驱动电流成为固定的方式以对电源机构进行控制的恒定电流控制此二种控制的切换。由此，可以一面进行恒定电流控制，一面对LED进行控制以使其消耗电力不会过大，从而可以稳定地照射光，并且可以延长寿命。
[先行技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2006-210836号公报(第7-8页，图1)
专利文献1的LED驱动装置中，通过电压检测机构、电流检测机构及控制机构的反馈控制(feedback control)，可以将LED的消耗电力控制为固定，但是存在如下缺点，即，因电压检测机构、电流检测机构及控制机构而引起的零件个数增加，从而成本也会相应地上升。
而且，LED的光输出为固定、且不需要使光输出为可变的LED点灯装置，从节约资源的观点考虑也希望削减零件个数。
由此可见，上述现有的LED驱动装置在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型的LED点驱动装置，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不需要对发光二极管进行特别的检测或控制即可对发光二极管进行恒定电流控制的LED点灯装置及具备此LED点灯装置的照明器具。
技术方案1所述的LED点灯装置的发明的特征在于包括：直流电源电路；高频产生电路，具有逆变电路(inverter circuit)及谐振电路(resonance circuit)，所述逆变电路具有开关元件(switching element)，所述谐振电路具有串联连接的电感器(inductor)及电容器(condenser)，且所述开关元件以包含所述谐振电路的无负载谐振频率在内的规定的频段(frequency band)内的频率而受到接通断开控制，将从所述直流电源电路输入的直流电压转换为高频交流电压；整流平滑电路，输入侧连接在所述电容器的两端间或者所述电感器的两端间，对所输入的所述高频交流电压进行整流平滑后予以输出；以及发光二极管，串联连接在此整流平滑电路的输出端侧。
本发明及以下的发明中，除非特别言及，各构成为如下。
直流电源电路只要是输出直流电压的电路，则其构成不受限制。
电感器是具有次级线圈(secondary winding)而形成，整流平滑电路也可以连接在所述次级线圈的两端间。当电感器由单线圈形成时，整流平滑电路连接在所述单线圈的两端间。
所谓包含无负载谐振频率在内的规定的频段是指无负载谐振频率及其附近的频率。由此，容许流至发光二极管的目标电流的幅度(范围)。亦即，不限定于严格的无负载谐振频率及目标电流。
发光二极管也可以为1个。此时，将1个发光二极管连接在整流平滑电路的输出端间。
另外，只要串联连接的发光二极管整体的正向电压(forwardvoltage)(Vf)大致相等，则也可以将多个串联连接的发光二极管并联连接在整流平滑电路的输出端侧。然而，当串联连接的发光二极管为多个时，优选将谐振电路、整流平滑电路及串联连接的发光二极管并联连接在逆变电路上。
根据本发明，使逆变电路的开关元件以包含电感器及电容器的无负载谐振频率在内的规定的频段内的频率而进行接通断开动作，由此使恒定电流流至谐振电路。此恒定电流由整流平滑电路加以整流平滑后流至发光二极管。亦即，通过开关元件的所述接通断开动作，而使恒定电流流至谐振电路，因此从整流平滑电路中输出恒定电流，与发光二极管的数量或种类等无关，恒定电流流至发光二极管中。
技术方案2所述的LED点灯装置是根据技术方案1所述的LED点灯装置，其特征在于：规定的频段设定为相对于无负载谐振频率为±5％。
根据本发明，通过将规定的频段设定为相对于无负载谐振频率为±5％，则能充分确保可以对发光二极管流通恒定电流的频段幅度。
技术方案3所述的照明器具的发明的特征在于包括：根据技术方案1或技术方案2所述的LED点灯装置；以及配置着此LED点灯装置的发光二极管的器具本体。
器具本体也可以使除发光二极管以外的LED点灯装置的构成零件单元化而配置着。
根据本发明，包括技术方案1或技术方案2所述的LED点灯装置，因此能提供从各发光二极管获得固定的光输出的照明器具。
[发明的效果]
根据技术方案1，与发光二极管的数量或种类无关，使恒定电流流至发光二极管，因此不需要设置反馈控制用的电压检测机构、电流检测机构及控制机构，从而使所述的零件个数得以削减，其结果可以使LED点灯装置小型化，且可以使价格变低。
根据技术方案2，能充分确保可以对发光二极管流通恒定电流的频段幅度。
根据技术方案3，包括技术方案1或技术方案2所述的LED点灯装置，因此可以提供一种能获得固定的光输出并且价格低的照明器具。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的LED点灯装置的概略电路图。
图2是表示本发明的第1实施方式的动作频率相对于无负载谐振频率的偏移量与负载特性的对应关系的图解。
图3是表示本发明的第2实施方式的LED点灯装置的概略电路图。
图4是表示本发明的第3实施方式的LED点灯装置的概略电路图。
图5是表示本发明的第3实施方式的发光二极管的控制的一例的时间图(timing chart)。
图6是表示本发明的第4实施方式的照明器具的概略透视图。
图7是表示本发明的第4实施方式的照明器具的局部切除后的概略侧视图。
1、11、12：LED点灯装置        2：直流电源电路
3、3A：高频产生电路           4、4A：整流平滑电路
5、5A、5B、5C：发光二极管     6：逆变电路
7、7A：谐振电路               8：逆变控制电路
9：整流器                13：可变色控制电路
14：照明器具             15：器具本体
16a、16b、16c：开口部    17：接头
18：支臂                 19：凸缘
20：电源线               20a：电源线20的一端侧
20b：电源线20的另一端侧  21：点灯单元
C1、C2：电容器           D1、D2：二极管
L1、L2：电感器           L2a：初级线圈
L2b：次级线圈            L2ba：一端侧分接头
L2bb：另一端侧分接头     L2bc：中间侧分接头
Q1、Q2：开关元件
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的LED点灯装置及照明器具其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
以下，参照图式来对本发明的一实施方式进行说明。首先，对本发明的第1实施方式进行说明。
图1是表示本发明的第1实施方式的LED点灯装置的概略电路图，图2是表示动作频率相对于无负载谐振频率的偏移量与负载特性的对应关系的图解。LED点灯装置1构成为具有直流电源电路2、高频产生电路3、整流平滑电路4及发光二极管5。
直流电源电路2构成为连接在交流电源Vs上，且将来自交流电源Vs的交流电压转换为直流电压后加以输出。此直流电源电路2是由例如整流器及使此整流器的输出电压平滑的平滑用电容器、整流器及使此整流器的输出电压升降压的斩波电路(chopper circuit)等已知的电路构成所形成。
高频产生电路3构成为具有逆变电路6、谐振电路7及逆变控制电路8。逆变电路6包含串联连接在直流电源电路2的输出端间的开关元件Q1、Q2。开关元件Q1、Q2为例如场效应晶体管(field effect transistor)。开关元件Q1、Q2的控制端子(gate，栅极)连接在逆变控制电路8上。
谐振电路7由电感器L1与电容器C1的串联电路所形成，且连接在开关元件Q2的两端间。而且，逆变控制电路8形成为以谐振电路7的无负载谐振频率f0来对逆变电路6的开关元件Q1、Q2交替地进行接通断开控制。无负载谐振周频率f0是以1/(2π×(L0×C0)1/2)来求出。此处，L0为电感器L1的电感(inductance)值，C0为电容器C1的电容(capacitance)值。
开关元件Q1、Q2以无负载谐振频率f0而受到接通断开控制，由此使从直流电源电路2输入的直流电压转换为高频交流电压而产生在电容器C1的两端间，且高频交流的恒定电流流至谐振电路7。恒定电流的电流值取决于电感器L1的电感值L0及电容器C1的电容值C0。
另外，即便开关元件Q1、Q2以无负载谐振频率f0的附近的频率亦即大致无负载谐振频率f1而受到接通断开控制，也与上述相同，高频交流的恒定电流流至谐振电路7。
此处，当以无负载谐振频率f0对开关元件Q1、Q2进行接通断开控制时，理想的是(如果无损耗)开路电压(open circuit voltage)成为无限大，流至谐振电路7的高频交流电流成为恒定电流，但是实际上会产生损耗，因此并非为完全的恒定电流，而是类似于恒定电流。如图2所示，相对于无负载谐振频率f0的偏移量Δf越大，则负载特性相对于理想的负载特性将越倾斜，从而越偏离理想的恒定电流特性。因此，通过使设定大致无负载谐振频率f1的频段相对于无负载谐振频率f0为例如±5％(图中的区域A)，则与例如偏移量Δf＝10％时的范围R1相比较，能充分确保可以将流至谐振电路7的高频交流电流作为大致恒定电流来使用的范围R。亦即，只要大致无负载谐振频率f1在所述频段内，则可以在LED点灯装置1的使用范围内将流至谐振电路7的高频交流电流实质上作为恒定电流来处理。
图1所示的整流平滑电路4包含整流器9及电容器C2。而且，整流器9的输入侧连接在谐振电路7的电容器C1的两端间，电容器C2连接在整流器9的输出端侧。整流平滑电路4对从电容器C1输入的高频交流电压(高频交流的恒定电流)进行整流平滑后输出固定的直流电压(直流的恒定电流)。
发光二极管5串联连接着多个，且连接在整流平滑电路4的输出端间。发光二极管5通过从整流平滑电路4供给的恒定电流的流通而点灯。另外，谐振电路7输出恒定电流的高频交流电流，因此优选预先在发光二极管5中，设置着这些发光二极管5中的任一个破损而打开(打开破坏)时用的保护电路，此保护电路在所述打开破坏时保护电路。
其次，对本发明的第1实施方式的作用进行叙述。
高频产生电路3的逆变控制电路8以谐振电路7的无负载谐振频率f0对逆变电路6的开关元件Q1、Q2交替地进行接通断开控制，由此使高频交流的恒定电流流至谐振电路7。此高频交流的恒定电流由整流平滑电路4来进行整流平滑。整流平滑电路4将直流的恒定电流供给至发光二极管5。串联连接的各发光二极管5中分别流通着恒定电流，且以大致固定的光输出而点灯。
而且，逆变电路6的开关元件Q1、Q2以无负载谐振频率f0或大致无负载谐振频率f1而受到接通断开控制，由此使与串联连接的发光二极管5的数量无关而从整流平滑电路4供给恒定电流。因此，可以通过适当选择串联连接的发光二极管5的数量，而将来自发光二极管5的放射光的亮度(照度)设定为所需的程度。
而且，不设置用来将流至发光二极管5的电流进行检测的电流检测电路或对与此电流成比例的例如发光二极管5的两端间电压进行检测的电压检测电路，从而不形成根据这些电流检测电路或电压检测电路的检测结果以使恒定电流流至发光二极管5的方式来进行控制的控制机构，因此，相应地使电路零件的零件个数得以削减。另外，逆变控制电路8仅以无负载谐振频率f0(大致无负载谐振频率f1)来对逆变电路6的开关元件Q1、Q2交替地进行接通断开控制，因此电路构成简单。由此，削减了此零件个数，及逆变控制电路8的构成简单，从而可以相应地使LED点灯装置1小型化，且可以使价格变低。
另外，逆变电路6包含两石(koku)的开关元件Q1、Q2，因此与包含一石的开关元件的逆变电路相比较，可以使以无负载谐振频率f0进行的接通断开动作良好，由此，可以减少开关元件Q1、Q2的损耗，从而可以抑制噪音(noise)的产生。
进而，通过将用来设定谐振电路7的动作频率的频段设定为相对于无负载谐振频率f0为±5％，则能充分确保可以对发光二极管5流通恒定电流的频段幅度。
其次，对本发明的第2实施方式进行叙述。
图3是表示本发明的第2实施方式的LED点灯装置的概略电路图。此外，对与图1相同的部分标注相同符号并省略说明。
图3所示的LED点灯装置11是在图1及图2所示的LED点灯装置1中包括具有次级线圈L2b的电感器L2来代替高频产生电路3A的谐振电路7的电感器L1，且包括整流用的二极管D1、D2来代替整流平滑电路4的整流器9。亦即，谐振电路7A包含电感器L2及电容器C1，且电感器L2的初级线圈(primary winding)L2a及电容器C1的串联电路连接在逆变电路6的开关元件Q2的两端间。
而且，电感器L2的次级线圈L2b的一端侧分接头(tap)L2ba及另一端侧分接头L2bb分别连接在二极管D1、D2的各自的阳极(anode)侧，二极管D1、D2的各自的阴极(cathode)侧连接在电容器C2的正极侧。另外，电感器L2的次级线圈L2b的中间侧分接头L2bc连接在电容器C2的负极侧。
逆变控制电路8以电感器L2及电容器C1的串联无负载谐振频率f0(大致无负载谐振频率f1)来对逆变电路6的开关元件Q1、Q2交替地进行接通断开控制。由此，高频交流的恒定电流流至谐振电路7A。此高频交流的恒定电流是由电感器L2的次级线圈L2b感应而得并输入至整流平滑电路4A，而且，由整流平滑电路4A的二极管D1、D2来整流，并由电容器C2进行平滑后转换为直流的恒定电流。以下，具有与图1及图2的LED点灯装置1相同的作用、效果。
其次，对本发明的第3实施方式进行叙述。
图4是表示本发明的第3实施方式的LED点灯装置的概略电路图，图5是表示各发光二极管的控制的一例的时间图。此外，对与图1相同的部分标注相同符号并省略说明。
图4及图5所示的LED点灯装置12是对图1及图2所示的LED点灯装置1而在整流平滑电路4的输出端间串联连接着发光色相异的多种发光二极管5A、5B、5C。发光二极管5A、5B、5C分别是将多个相同的发光色的发光二极管串联连接所成的。发光二极管5A形成为放射红色(R)的颜色光。另外，发光二极管5B形成为放射绿色(G)的颜色光，发光二极管5C形成为放射蓝色(B)的颜色光。
而且，在发光二极管5A、5B、5C的各自的两端间，分别连接着作为开闭机构的场效应晶体管Q3、Q4、Q5。场效应晶体管Q3、Q4、Q5的各自的控制端子(栅极)连接在作为控制电路的可变色控制电路13上。
可变色控制电路13构成为：根据从并未图示的壁式开关(wall switch)或遥控(remote)装置等发送的外部信号，来对场效应晶体管Q3、Q4、Q5的接通断开动作(开闭动作)单独地进行控制。亦即，当利用可变色控制电路13来对所有场效应晶体管Q3、Q4、Q5进行断开控制时，发光二极管5A、5B、5C的各自的两端间分别从场效应晶体管Q3、Q4、Q5打开，且所有发光二极管5A、5B、5C串联连接在整流平滑电路4的输出端间。
另外，当对场效应晶体管Q3进行断开控制，对场效应晶体管Q4、Q5进行接通控制时，发光二极管5A的两端间从场效应晶体管Q3打开，且发光二极管5B、5C的各自的两端间因场效应晶体管Q4、Q5而分别短路，使发光二极管5A连接在整流平滑电路4的输出端间。同样地，当对场效应晶体管Q4进行断开控制，而对场效应晶体管Q3、Q5进行接通控制时，发光二极管5B连接在整流平滑电路4的输出端间，当对场效应晶体管Q5进行断开控制，而对场效应晶体管Q3、Q4进行接通控制时，发光二极管5C连接在整流平滑电路4的输出端间。
其次，对本发明的第3实施方式的作用进行叙述。
当通过可变色控制电路13的控制而使所有场效应晶体管Q3、Q4、Q5断开时，发光二极管5A、5B、5C连接在整流平滑电路4的输出端间。而且，串联连接的发光二极管5A、5B、5C中流通来自整流平滑电路4的恒定电流而点灯。来自各发光二极管5A、5B、5C的光输出各不相同，但是均放射固定的光输出的红色光、绿色光及蓝色光。这些各颜色光混合成为例如白色光等的所需的颜色的光而射出。
而且，当对场效应晶体管Q3进行断开控制，而对场效应晶体管Q4、Q5进行接通控制时，来自整流平滑电路4的恒定电流以发光二极管5A、场效应晶体管Q4及场效应晶体管Q5的路径而流通。由此，发光二极管5A点灯，而发光二极管5B、5C熄灯。而且，从发光二极管5A放射固定的光输出的红色光。
另外，当对场效应晶体管Q4进行断开控制，而对场效应晶体管Q3、Q5进行接通控制时，来自整流平滑电路4的恒定电流以场效应晶体管Q3、发光二极管5B及场效应晶体管Q5的路径而流通。由此，发光二极管5B点灯，发光二极管5A、5C熄灯。从发光二极管5B放射固定的光输出的绿色光。
另外，当对场效应晶体管Q5进行断开控制，而对场效应晶体管Q3、Q4进行接通控制时，来自整流平滑电路4的恒定电流以开关元件(场效应晶体管)Q1、开关元件(场效应晶体管)Q2及发光二极管5C的路径而流通。由此，发光二极管5C点灯，而发光二极管5A、5B熄灯。从发光二极管5C放射固定的光输出的蓝色光。
亦即，例如，如图5所示，发光二极管5A、5B、5C对场效应晶体管Q3、Q4、Q5各自独立地进行脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)控制，由此各自可以独立地进行发光控制。
如此，LED点灯装置12可以根据利用可变色控制电路13而使场效应晶体管Q3、Q4、Q5进行的接通断开动作(开闲动作)，从发光色相异的发光二极管5A、5B、5C中放射红色光、绿色光及蓝色光的不同颜色的光。另外，各发光二极管5A、5B、5C中流通来自整流平滑电路4的恒定电流，因此可以使红色光、绿色光及蓝色光的不同颜色的光分别以固定的光输出而放射，并且使LED电流的上升较快。
而且，因为各发光二极管5A、5B、5C中流通恒定电流，所以是并未设置着电流检测电路或电压检测电路等的构成，因此使电流检测电路或电压检测电路等的电路零件的零件个数得以削减，从而可以相应地使LED点灯装置12小型化，且可以使价格变低。
其次，对本发明的第4实施方式进行叙述。
图6是表示本发明的第4实施方式的照明器具的概略透视图，图7是表示本发明的第4实施方式的照明器具的局部切除后的概略侧视图。此外，对与图4相同的部分标注相同符号并省略说明。
图6所示的照明器具14是安装在天花板等的建筑物上的聚光灯(spotlight)，且在形成为大致圆筒状的器具本体15的内部，成模块化地配置着图4所示的发光二极管5A、5B、5C。而且，在器具本体15的前表面15a上，形成着使从发光二极管5A、5B、5C放射的红色光、绿色光及蓝色光各自射出的开口部16a、16b、16c。
器具本体15如图7所示，经由接头(joint)17而转动自如地固定在支臂(arm)18上。而且，支臂18固定在凸缘(flange)19上。凸缘19以夹着天花板的方式而固定在天花板的背面侧所设置的未图示的平板上。
而且，电源线(power cord)20的一端侧20a从天花板的背面侧导入至支臂18的内部，进而插通支臂18而导入至器具本体15的内部并连接在发光二极管5A、5B、5C。电源线20的另一端侧20b连接在点灯单元21。点灯单元21在图4及图5所示的LED点灯装置12中是除了发光二极管5A、5B、5C以外而构成的。
照明器具14从器具本体15的前表面15a的开口部16a、16b、16c射出各不相同的红色光、绿色光及蓝色光。而且，这些各颜色光分别具有固定的光输出，可以单独地或者加以混合后对展示品等的被照射物进行照明。由此，可以使对被照射物的演出照明提高。另外，因为包括图4所示的LED点灯装置12，所以可以使照明器具14的价格变低。
此外，包括LED点灯装置12的照明器具并不限定于所述聚光灯的照明器具14，也可以用于气氛演出用的照明器具等的普通照明器具。另外，LED点灯装置12可以单独地放射红色光、绿色光及蓝色光，因此也可以用于信号灯、指示灯(sign lamp)或显示灯等。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1、一种LED点灯装置，其特征在于包括：
直流电源电路；
高频产生电路，具有逆变电路及谐振电路，所述逆变电路具有开关元件，所述谐振电路具有串联连接的电感器及电容器，所述开关元件以包含所述谐振电路的无负载谐振频率在内的规定的频段内的频率而受到接通断开控制，将从所述直流电源电路输入的直流电压转换为高频交流电压；
整流平滑电路，输入侧连接在所述电容器的两端间或者所述电感器的两端间，对所输入的所述高频交流电压进行整流平滑后予以输出；以及
发光二极管，串联连接在所述整流平滑电路的输出端侧。
2、根据权利要求1所述的LED点灯装置，其特征在于：
将规定的频段设定为相对于无负载谐振频率为±5％。
3、一种照明器具，其特征在于包括：
根据权利要求1或权利要求2所述的LED点灯装置；以及
器具本体，配置着所述LED点灯装置的发光二极管。
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