CN102164439B

CN102164439B - Led点灯电路

Info

Publication number: CN102164439B
Application number: CN201110044068.6A
Authority: CN
Inventors: 熊田和宏; 黑木芳文; 水川宏光
Original assignee: 松下电器产业株式会社
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-02-22
Filing date: 2011-02-21
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2031-02-21
Also published as: JP5399943B2; CN102164439A; JP2011171231A

Abstract

本发明提供LED点灯电路，能够进行比PWM调光下限深的调光控制。具有：降压斩波电路(1)，开关元件(Q1)被振荡控制，从而向LED光源部(2)供给LED电流(I1)；调光控制部(3)，通过对开关元件进行振荡控制来控制LED电流，调光控制部具有：振荡频率控制部(32)，控制振荡频率(f1)；PWM控制部(31)，控制PWM开启占空比(Du2)；驱动部(33)，基于振荡频率和PWM开启占空比来接通、断开开关元件，在调光度为PWM调光下限以上的范围内，PWM控制部通过使PWM开启占空比变动来进行调光控制，在调光度小于PWM调光下限的范围内，不使PWM开启占空比变动，使振荡频率比PWM调光下限时高。

Description

LED点灯电路

技术领域

本发明涉及LED点灯电路。

背景技术

以往，提出了一种LED点灯电路，对由发光二极管构成的LED光源部进行调光控制而使其点灯(例如，专利文献1)。

以往的LED点灯电路具有具备开关元件的LED电源供给部，通过使开关元件以规定的振荡频率接通、断开来对LED光源部提供LED电流，从而LED光源部点灯。并且，通过进行使用PWM信号对占空比进行控制的PWM控制，来控制LED光源部的调光，所述占空比表示使开关元件振荡的振荡期间相对于规定的周期所占的比例。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-210835号公报

但是，若减少使开关元件振荡的PWM信号的占空比而振荡期间变短，调光度达到PWM控制的调光下限，则无法进一步加深调光度。

发明内容

本发明是根据上述问题而做出的，其目的在于，提供一种能够进行比PWM调光下限更深的调光控制的LED点灯电路。

为了解决上述问题，第1技术方案的LED点灯电路的特征在于，具有：LED电源供给部，具备开关元件，该开关元件的振荡期间及该振荡期间中的振荡频率被控制，该LED电源供给部将与所述开关元件的振荡期间及振荡频率成比例的输出电压施加给由一个以上的发光二极管构成的LED光源部，从而向所述LED光源部供给LED电流；以及控制部，基于表示调光度的调光信号，对所述开关元件进行振荡控制，从而使所述LED电流变动，

所述控制部具备：振荡频率控制部，基于所述调光信号，对使所述开关元件接通、断开的振荡频率进行控制；PWM控制部，基于所述调光信号，对规定周期中的所述开关元件以所述振荡频率反复接通、断开的所述振荡期间进行控制；以及驱动部，基于所述振荡频率及所述振荡期间，对所述开关元件进行振荡控制，在所述调光信号所表示的调光度为PWM调光下限以上的范围内，所述PWM控制部通过使所述振荡周期变动来进行调光控制，该PWM调光下限为能够通过所述PWM控制部进行调光控制的调光度的下限，在所述调光信号所表示的调光度小于所述PWM调光下限的范围内，所述PWM控制部不使所述振荡期间变动，所述振荡频率控制部使所述振荡频率比所述PWM调光下限时高。

第2技术方案的LED点灯电路的特征在于，在第1技术方案中，所述PWM的调光下限是所述PWM控制部设定为在所述规定周期内所述开关元件仅能接通一次的所述振荡期间的状态。

第3技术方案的LED点灯电路的特征在于，在第1或第2技术方案中，在所述调光信号所表示的调光度小于所述PWM调光下限的范围内，所述振荡频率控制部固定为比所述PWM调光下限时高的所述振荡频率。

第4技术方案的LED点灯电路的特征在于，在第1或第2技术方案中，在所述调光信号所表示的调光度小于所述PWM调光下限的范围内，所述振荡频率控制部使所述振荡频率从所述PWM调光下限时的所述振荡频率随着调光度变低而变高。

发明效果

如上所述，本发明具有能够进行比PWM调光下限更深的调光控制的效果。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的概略电路结构的图。

图2的(a)～(d)是降压斩波电路的时序图。

图3的(a)～(c)是调光时的降压斩波电路的时序图。

图4的(a)～(c)是调光度为PWM调光下限时的降压斩波电路的时序图。

图5(a)～(c)是调光度为PWM调光下限时的降压斩波电路的时序图。

图6的(a)～(c)是调光度小于PWM调光下限的范围的降压斩波电路的时序图。

图7的(a)(b)是表示振荡频率及接通期间相对于调光度的关系的图。

图8的(a)(b)是表示振荡频率及接通期间相对于调光度的关系的图。

图9的(a)(b)是表示振荡频率及接通期间相对于调光度的关系的图。

符号说明

1降压斩波电路

2LED光源部

3调光控制部

4调光信号输出部

31PWM控制部

32振荡频率控制部

33驱动部

AC交流电源

DB二极管电桥

D1二极管

C1、C2电容器

L1电感器

Q1开关元件

R1电阻

具体实施方式

下面，基于附图来说明本发明的实施方式。

(实施方式)

图1表示本发明的实施方式的LED点灯电路的概略电路结构。本实施方式的LED点灯电路以交流电源AC为输入电源，由二极管电桥DB、对LED光源部2供给LED电流I1的降压斩波电路1(LED电源供给部)、以及调光控制部3构成。

交流电源AC的输出端与二极管电桥DB连接。二极管电桥DB对交流电源AC输出的交流电压V1进行整流，并在电容器C1的两端生成直流电压V2，该电容器C1由连接在二极管电桥DB的输出端之间的电解电容器构成。

降压斩波电路1降低在电容器C1两端所生成的直流电压V2而生成直流电压V3。降压斩波电路1由二极管D1、电容器C2、电感器L1及开关元件Q1构成。并且，电容器C2由电解电容器构成，开关元件Q1由n沟道MOSFET构成。

在电容器C1的两端连接着电容器C2、电感器L1、开关元件Q1及R1的串联电路。电容器C2的正极与电容器C1的正(+)极连接，负(-)极与电感器L1的一端连接。开关元件Q1的漏极与电感器L1的另一端连接，源极经由电阻R1而与电容器C1的负极连接，栅极与调光控制部3连接。并且，与电容器C2及电感器L1并联地连接着二极管D1。二极管D1的阳极与电感器L1的另一端连接，阴极与电容器C2的正极连接。

根据上述结构，开关元件Q1被调光控制部3振荡控制，从而降低直流电压V2而在电容器C2的两端生成直流电压V3。

LED光源部2与电容器C2并联连接，通过直流电压V3流过LED电流，从而进行点灯。本实施方式的LED光源部2由多个发光二极管串联地连接而构成，阳极侧与电容器C2的正极连接，阴极侧与电容器C2的负极连接。另外，LED光源部2可以由一个发光二极管构成，也可以由多个发光二极管并联或串联连接而构成。

在调光控制部3中，从调光信号输出部4输入表示调光度的调光信号S1。并且，基于调光信号S1对开关元件Q1进行振荡控制，由此控制LED电流I1来对LED光源部进行调光控制。

调光控制部3由PWM(Pulse-width modulation：脉冲宽度调制)控制部31、振荡频率控制部32、以及驱动部33构成。从调光信号输出部4输出的调光信号S1被输入到PWM控制部31及振荡频率控制部32中。PWM控制部31基于调光信号所表示的调光度，将PWM控制信号S2输出给驱动部33。如图3所示，PWM控控制信号S2由PWM信号构成，表示驱动部33使开关元件Q1相对于规定的PWM周期T2而振荡的期间(振荡期间Ton2)。在本实施方式中，当PWM控制信号S2为高(H)电平时，驱动部33停止开关元件Q1的振荡(非振荡期间Toff2)，当PWM控制信号S2为低(L)电平时，驱动部33进行开关元件Q1的振荡(振荡期间Ton2)。另外，将振荡期间Ton2在PWM周期T2中所占的比例设为占空比Du2(下面，称为PWM开启(on)占空比Du2)，将PWM控制信号S2的频率设为f2(＝1/T2)(下面，称为PWM频率f2)。

此外，振荡频率控制部32基于调光信号S1所表示的调光度，将振荡频率控制信号S3输出给驱动部33。振荡频率控制信号S3表示驱动部33使开关元件Q1接通(on)、断开(off)的振荡频率f1。

并且，驱动部33基于PWM控制信号S2及振荡频率控制信号S3，向开关元件Q1输出栅极电压Vg，从而使开关元件Q1接通、断开。

下面，对本实施方式的LED点灯电路的具体动作进行说明。

首先，对降压斩波电路1的动作进行说明。图2的(a)～(d)中表示降压斩波电路1的时序图。图2的(a)表示开关元件Q1的栅极电压Vg。图2的(b)表示流过电感器L1的电流I2。图2的(c)表示流过开关元件Q1的电流I3。图2的(d)表示流过LED光源部2的LED电流I1。

将从驱动部33输出高电平的栅极电压Vg、开关元件Q1接通的期间设为接通期间Ton1。此外，将从驱动部33输出低电平的栅极电压Vg、开关元件Q1断开的期间设为断开期间Toff1。此外，将接通期间Ton1+断开期间Toff1设为开关周期T1，将1/T设为振荡频率f1。

在开关元件Q1被接通的接通期间Ton1，从电容器C1的正极经由LED光源部2、电感器L1、开关元件Q1、电阻R1向电容器C1的负极流过电流。此外，驱动部33通过检测电阻R1的两端电压来进行过电流保护。

在开关元件Q1被断开的断开期间Toff1，在电感器L1中产生反电压，从电感器L1经由二极管D1向LED光源部2流过电流。

降压斩波电路1通过如上所述的开关元件Q1的反复接通、断开，能够如图2所示向LED光源部2供给大致一定的LED电流I1。另外，LED电流I1变为峰值电流Ip的大约一半。

此外，在降压斩波电路1的输出端具备电容器C2，该电容器C2在开元元件Q1接通时被充电，在开元元件Q1断开时进行放电。由此，能够降低LED电流I1的波动。

接着，对使LED光源部2额定点灯(调光度为100％)的情况进行说明。另外，对于本实施方式的LED光源部2，将在将35V的直流电压施加到LED光源部2的两端的情况下流过的LED电流I1设为LED光源部2的额定电流。也就是说，通过将降压斩波电路2输出的直流电压V2控制为35V，使LED光源部2额定点灯。

若交流电源AC输出的交流电压V1为100V，则二极管电桥DB进行整流，在电容器C1的两端生成的直流电压V2为大约140V。因此，降压斩波电路1需要开关元件Q1被振荡控制来将140V(直流电压2)进行降压而生成35V(直流电压V3)。

一般，振荡频率f1被设定为40～150kHz，在本实施方式中，振荡频率设定为f1＝50kHz。并且，在从调光信号输出部4输出表示额定点灯的调光信号S1时，振荡频率控制部32将表示振荡频率为50kHz的振荡频率控制信号S3输出给驱动部33。此外，在从调光信号输出部4输出表示额定点灯的调光信号S1时，PWM控制部31将PWM开启占空比Du2被设定为100％的PWM控制信号S2输出给驱动部33。也就是说，在LED光源部2额定点灯时，驱动部33使开关元件Q1以振荡频率f1＝50kHz一直振荡。此外，由于开关元件Q1以振荡频率f1＝50kHz振荡，因此开关周期T1(＝Ton1+Toff1＝1/f1)为20μs。

这里，若设表示接通期间Ton1相对于开关周期T1的比例的占空比为Du1(下面，称为开关占空比Du1)，则作为降压斩波电路1的输入电压的直流电压V2与作为输出电压的直流电压V3的关系能够表示为式1。

V3＝Du1×V2

＝(Ton1/T1)×V2

＝Ton1×f1×V2 (式1)

并且，由于直流电压V3＝35V，直流电压V2＝140V，振荡频率f1＝50kHz，因此开关占空比Du1＝0.25(25％)。因此，接通期间Ton1＝5μs，断开期间Toff1＝15μs。

接着，说明将LED光源部2进行调光点灯的情况。本实施方式的LED点灯电路从LED光源部2的额定点灯(调光度为100％)到下述的PWM调光下限为止，通过仅变动PWM控制信号S2的PWM开启占空比Du2，来对LED光源部2进行调光控制。

在图3的(a)～(c)中，表示PWM占空比Du2为50％的情况下的时序图。图3的(a)表示PWM控制信号S2的时序图，图3的(b)表示开关元件Q1的栅极电压Vg的时序图，图3(c)表示流过LED光源部2的LED电流I1的时序图。

在非振荡期间Toff2，开关元件Q1处于断开状态，因此LED光源部2中不流过LED电流I1。另外，在振荡期间Ton2，开关元件Q1被振荡，所以在LED光源部2中流过LED电流I1。因此，通过使PWM控制信号S2的PWM开启占空比Du2变动、并使LED电流I1接通、断开，来控制LED电流I1，从而对LED光源部2进行调光控制。另外，通过使PWM开启占空比Du2减少，来降低LED光源部2的调光度。

进而，说明深度控制调光部的情况。图4的(a)～(c)表示使调光等级降低到PWM调光下限时的时序图。图4的(a)表示PWM控制信号S2的时序图，图4的(b)表示开关元件Q1的栅极电压Vg的时序图，图4的(c)表示流过LED光源部2的LED电流I1的时序图。

本实施方式的PWM控制信号S2的频率f2＝200Hz，PWM调光下限的PWM占空比Du2为0.1％。因此，PWM调光下限的振荡周期Ton2为5μs，振荡期间Ton2和接通期间Ton1变得相等。如此，将设定为在PWM周期T2内开关元件Q1仅能接通一次的振荡期间Ton2的状态设为PWM调光下限。

图5的(a)～(c)表示PWM调光下限的振荡期间Ton2的时序图。图5的(a)表示PWM控制信号S2的时序图，图5的(b)表示开关元件Q1的栅极电压Vg的时序图，图5的(c)表示流过LED光源部2的LED电流I1的时序图。

此时，在振荡期间Ton2中，LED电流I1在开关元件Q1接通后经过上升期间t1(＝接通期间Ton1＝5μs)达到峰值电流I1a。此外，LED电流I1经过下降期间t2变为零。

接着，说明将LED光源部2的调光度设为比PWM调光下限更深的情况。首先，若从调光信号输出部4输出表示比PWM调光下限更深的调光度的调光信号S1，则PWM控制部31输出维持在PWM开启占空比Du2＝0.1％的PWM控制信号S2。另一方面，振荡频率控制部32输出使振荡频率f1从50kHz增加到100kHz的振荡频率控制信号S3。

若开关元件Q1的振荡频率f1从50kHz变动为100kHz，则变为开关元件Q1的接通期间Ton1＝2.5μs，断开期间Toff1＝7.5μs，开关周期T1＝10μs(参照式1)。图6中表示振荡频率f1＝100kHz的情况下的时序图。图6的(a)表示PWM控制信号S2的时序图，图6的(b)表示开关元件Q1的栅极电压Vg的时序图，图6的(c)表示流过LED光源部2的LED电流I1的时序图。另外，图7的(a)表示振荡频率f1相对于调光度的关系，图7的(b)表示接通期间Ton1相对于调光度的关系。另外，将PWM调光下限的调光度设为X1。

如图6的(a)(b)所示，在PWM控制信号S2的振荡期间Ton2(＝5μs)中，开关元件Q1接通2.5μs(＝接通期间Ton1)，然后断开。因此，振荡频率f1＝100kHz时的开关元件Q1的接通期间Ton1变为振荡频率f1＝50kHz时的接通期间Ton1(＝5μs)的一半。另外，流过LED光源部2的LED电流I1经过上升期间T3(接通期间Ton1＝2.5μs)达到峰值电流I1b。由于上升期间t3比图5的(b)所示的上升期间t1短，因此峰值电流I1b比峰值电流I1a小，是峰值电流I1a的大约一半。并且，由于电容器C2充电的期间也较短，所以下降时间t4也变得比图5的(b)所示的下降时间t2短。因此，能够使LED电流I1的平均值变得较小。

如上所述，当调光信号S1所表示的调光度小于PWM调光下限的范围时，使振荡频率f1从50kHz增加到100kHz，从而能够减小LED电流I1。因此，能够进行比PWM调光下限更深的调光控制。

另外，在本实施方式中，将PWM控制信号S2的PWM频率f2设为了200Hz，将开关元件Q1的振荡频率f1设为了50kHz及100kHz，但不限定于上述数值，也可以是其他值。

另外，如图8的(a)、(b)所示，在将调光度设为比PWM调光下限的调光度X1深时，也可以在PWM开启占空比Du2维持在0.1％的状态下，随着调光度下降而使振荡频率f1连续或阶段性地增加。由此，开关元件Q1的接通期间Ton1连续或阶段性地下降，能够将调光度从X1到0％为止连续地进行调光控制。从而，能够将LED光源部2的调光度从100％到0％为止平滑地进行调光控制。

另外，也可以如图9的(a)、(b)所示，按下述方式进行控制，即，随着调光度加深，振荡频率f1徐徐地或阶段性地增加，开关元件Q1的接通期间Ton1徐徐地或阶段性地下降。

Claims

1.一种LED点灯电路，其特征在于，具有：

LED电源供给部，具备开关元件，该开关元件的振荡期间及该振荡期间中的振荡频率被控制，该LED电源供给部将与所述开关元件的振荡期间及振荡频率成比例的输出电压施加给由一个以上的发光二极管构成的LED光源部，从而向所述LED光源部供给LED电流；以及

控制部，基于表示调光度的调光信号，对所述开关元件进行振荡控制，从而使所述LED电流变动，

所述控制部具备：振荡频率控制部，基于所述调光信号，对使所述开关元件接通、断开的振荡频率进行控制；PWM控制部，基于所述调光信号，对规定周期中的所述开关元件以所述振荡频率反复接通、断开的所述振荡期间进行控制；以及驱动部，基于所述振荡频率及所述振荡期间，对所述开关元件进行振荡控制，

在所述调光信号所表示的调光度为PWM调光下限以上的范围内，所述PWM控制部通过使所述振荡期间变动来进行调光控制，该PWM调光下限为能够通过所述PWM控制部进行调光控制的调光度的下限，

在所述调光信号所表示的调光度小于所述PWM调光下限的范围内，所述PWM控制部不使所述振荡期间变动，所述振荡频率控制部使所述振荡频率比所述PWM调光下限时高。

2.根据权利要求1记载的LED点灯电路，其特征在于，

所述PWM调光下限是所述PWM控制部设定为在所述规定周期内所述开关元件仅能接通一次的所述振荡期间的状态。

3.根据权利要求1或2记载的LED点灯电路，其特征在于，

在所述调光信号所表示的调光度小于所述PWM调光下限的范围内，所述振荡频率控制部将所述振荡频率固定为比所述PWM调光下限时高的频率。

4.根据权利要求1或2记载的LED点灯电路，其特征在于，

在所述调光信号所表示的调光度小于所述PWM调光下限的范围内，所述振荡频率控制部使所述振荡频率从所述PWM调光下限时的所述振荡频率随着调光度变低而变高。