CN102238781B - 发光元件的控制电路 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够稳定地对LED进行调光的发光元件的控制电路。具备：整流部(30)；开关元件(38)；变压器(48)，其具有第一绕组(L1)、第二绕组(L2)以及第三绕组(L3)，该第一绕组(L1)根据通过开关元件(38)的接通或断开进行控制的电流产生磁场，该第二绕组(L2)与第一绕组(L1)磁耦合并产生流向LED(102)的电流，该第三绕组(L3)与第一绕组(L1)磁耦合并产生电压Sbfk；以及平滑用电容器(32)，其使在整流部(30)中整流得到的电压Srec与电压Sfbk进行叠加而得到的电压平滑化，由平滑用电容器(32)平滑化而得到的电压被施加到第一绕组(L1)来使LED(102)发光。

Description

发光元件的控制电路
技术领域
本发明涉及一种对发光元件进行控制的控制电路。
背景技术
当前，使用如下系统：在使用白炽灯进行照明的情况下，为了调节发光强度(亮度)，控制交流电源的导通角来降低流过白炽灯的电流的平均值，由此控制发光强度。
另一方面，出于节能等观点，期望使用发光二极管(LED)作为照明用的发光元件以代替白炽灯。在将LED用于照明的情况下，期望借用已经作为基础设施而使用的白炽灯用的调光系统。
图9示出以往的照明系统的控制电路100。控制电路100构成为包括整流部10、整流用电容器12、扼流线圈(choke coil)14、再生用二极管16、开关元件18、基准电压产生部20以及比较器22。
当将AC电源提供给整流部10时，AC电源被全波整流。被全波整流的电压通过整流用电容器12被平滑化，并作为驱动电压提供给LED 102的阳极端子。LED 102的阴极通过扼流线圈14、开关元件18以及电阻元件R1的串联连接而接地。电阻R1的端子电压作为比较电压Vcmp而被输入到比较器22的反转输入端子。另一方面，基准电压产生部20由电阻R2、齐纳二极管ZD以及电阻R3的串联连接构成，对在整流部10中整流得到的电压进行分压而将比较电压Vref输入到比较器22的非反转输入端子。根据通过比较器22将基准电压Vref与比较电压Vcmp进行比较而得到的比较结果来控制开关元件18的接通或断开，电流通过扼流线圈14、开关元件18以及电阻元件R1流过LED 102，从而使LED 102发光。在此，在比较电压Vcmp小于基准电压Vref的情况下，使开关元件18接通，使电流流过LED 102，在比较电压Vcmp大于基准电压Vref的情况下，使开关元件18断开，切断流向LED 102的电流。这样，控制流向LED 102的电流，从而能够控制LED 102的平均发光强度。另外，再生用二极管16设置为与LED 102和扼流线圈14并联，该再生用二极管16在开关元件18处于断开状态时将储存在扼流线圈14中的能量再生到LED 102。
发明内容
发明要解决的问题
另外，在白炽灯等的调光电路中，通过控制交流电源的导通角，来对白炽灯施加的交流电压的占空比进行调整来进行调光。在对如白炽灯那样的电阻元件应用调光电路的情况下，如图10的虚线所示，电压和电流以大致相同的相位以稳定的状态输出。在对这样的调光电路应用上述控制电路100的情况下，如图10的实线所示，在控制电路100的输入电压Vin上升的同时控制电路100的输入电流Iin上升，但是该输入电流Iin随后下降，从而有可能处于开关元件18反复接通或断开这种不稳定的状态。
因此，本申请发明的目的在于提供一种在包括LED的照明设备中也能够稳定地进行调光的发光元件的控制电路。
用于解决问题的方案
本发明的一个方式是一种发光元件的控制电路，其特征在于，具备：整流部，其对交流电源进行全波整流；开关元件；恢复电压产生部，其包括变压器，该变压器具有第一绕组、第二绕组以及第三绕组，该第一绕组根据通过上述开关元件的接通或断开进行控制的电流产生磁场，该第二绕组与上述第一绕组进行磁耦合并产生流向上述发光元件的电流，该第三绕组与上述第一绕组进行磁耦合并产生恢复电压(還元電压)；基准电压产生部，其将在上述整流部中整流得到的电压进行分压来得到基准电压；比较器，其将与流过上述第一绕组的电流相应的比较电压与上述基准电压进行比较并输出控制信号，该控制信号用于根据该比较的结果来控制上述开关元件的接通或断开；以及平滑用电容器，其使在上述整流部中整流得到的电压与上述恢复电压进行叠加而得到的电压平滑化；其中，由上述平滑用电容器平滑化而得到的电压被施加到上述第一绕组，从而使上述发光元件发光。
本发明的一个方式是一种发光元件的控制电路，其特征在于，具备：整流部，其对交流电源进行全波整流；开关元件，其使流向上述发光元件的电流接通或断开；恢复电压产生部，其包括变压器，该变压器具有第一绕组和第二绕组，该第一绕组通过流向上述发光元件的电流来产生磁场，该第二绕组与上述第一绕组进行磁耦合并产生恢复电压；基准电压产生部，其将在上述整流部中整流得到的电压进行分压来得到基准电压；比较器，其将与流过上述发光元件的电流相应的比较电压与上述基准电压进行比较并输出控制信号，该控制信号用于根据该比较的结果控制上述开关元件的接通或断开；以及平滑用电容器，其使在上述整流部中整流得到的电压与上述恢复电压进行叠加而得到的电压平滑化；其中，由上述平滑用电容器平滑化而得到的电压被施加到上述发光元件，从而使上述发光元件发光。
本发明的一个方式是一种发光元件的控制电路，其特征在于，具备：整流部，其对交流电源进行全波整流；第一开关元件，其使流向上述发光元件的电流接通或断开；基准电压产生部，其将在上述整流部中整流得到的电压进行分压来得到基准电压；比较器，其将与流过上述发光元件的电流相应的比较电压与上述基准电压进行比较并输出控制信号，该控制信号用于根据该比较的结果控制上述第一开关元件的接通或断开；升压部，其根据上述控制信号来控制第二开关元件，通过使流向包括电容器和电感器的电路的电流发生变化来产生升压电压，该包括电容器和电感器的电路接收在上述整流部中整流得到的电压；以及平滑用电容器，其使在上述整流部中整流得到的电压与上述升压电压进行叠加而得到的电压平滑化；其中，由上述平滑用电容器平滑化而得到的电压被施加到上述发光元件，从而使上述发光元件发光。
本发明的一个方式是一种发光元件的控制电路，其特征在于，具备：整流部，其对交流电源进行全波整流；第一开关元件，其使流向上述发光元件的电流接通或断开；基准电压产生部，其将在上述整流部中整流得到的电压进行分压来得到基准电压；比较器，其将与流过上述发光元件的电流相应的比较电压与上述基准电压进行比较，根据该比较的结果来控制上述第一开关元件的接通或断开；升压部，其接收在上述整流部中整流得到的电压并通过第二开关元件改变流向包括电容器和电感器的电路的电流来产生升压电压，通过根据上述升压电压控制上述第二开关元件来改变流向上述包括电容器和电感器的电路的电流；以及平滑用电容器，其使在上述整流部中整流得到的电压与上述升压电压进行叠加而得到的电压平滑化；其中，由上述平滑用电容器平滑化而得到的电压被施加到上述发光元件，从而使上述发光元件发光。
优选的是还具备提取电路，该提取电路用于从包括双向可控硅的调光器中提取电荷，该双向可控硅用于调整上述交流电源的导通角。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种能够稳定地对LED进行调光的发光元件的控制电路。
附图说明
图1是表示第一实施方式中的发光元件的控制电路的结构的图。
图2是表示第一实施方式中的发光元件的控制电路的作用的图。
图3是表示第二实施方式中的发光元件的控制电路的结构的图。
图4是表示第三实施方式中的发光元件的控制电路的结构的图。
图5是表示第三实施方式中的发光元件的控制电路的作用的图。
图6是表示第三实施方式中的发光元件的控制电路的其它例子的结构的图。
图7是表示调光器的电路结构例的图。
图8是表示具备提取电路的发光元件的控制电路的结构的图。
图9是表示以往的对LED的发光进行控制的控制电路的结构的图。
图10是表示以往的发光元件的控制电路的作用的图。
附图标记说明
10：整流部；12：整流用电容器；14：扼流线圈；16：再生用二极管；18：开关元件；20：基准电压产生部；22：比较器；30：整流部；30a：整流桥电路；30b：保险丝；30c：滤波器；32：平滑用电容器；34：扼流线圈；36：再生用二极管；38：开关元件；40：基准电压产生部；42：比较器；44、46：升压(step-up)部；50：次级侧二极管；52：次级侧电容器；54：变压器；100、200、300、400、402：控制电路。
具体实施方式
<第一实施方式>
如图1所示，第一实施方式中的发光元件的控制电路200构成为包括整流部30、平滑用电容器32、扼流线圈34、再生用二极管36、开关元件38、基准电压产生部40、比较器42以及升压部44。图2是表示控制电路200的各部分的信号随时间的变化的例子的图。
控制电路200对发光元件的发光进行控制。例如，与照明用的发光二极管(LED)102相连接，对流向LED 102的电流进行控制。另外，控制电路200与调光电路相连接而被使用，其中，该调光电路对使用于白炽灯的调光系统的交流电源的导通角进行控制。调光电路与控制电路200的整流部30相连接。即，调光电路接收交流电源，并根据调光量等的调整信号来调整交流电源的导通角并将调整交流电压Vin输入到控制电路200。
整流部30构成为包括整流桥电路30a。整流部30接收调整交流电压Vin，对调整交流电压Vin进行全波整流并作为全波整流电压Srec而输出。如图1所示，还可以在整流部30中设置保护用保险丝30b、用于去除噪声的滤波器30c。
在整流部30的后级经由二极管D1和升压部44的并联连接部连接有LED 102的阳极端子。在LED 102的阳极端子上还连接有平滑用电容器32。另外，LED 102的阴极端子通过扼流线圈34、开关元件38以及电压检测用电阻R1而接地。对LED 102施加以下电压作为驱动电压Sdrv，该电压是将全波整流电压Srec与从升压部44输出的升压电压Sstp进行叠加而得到的。
为了切断流过LED 102和开关元件38的电流而设置扼流线圈34。
再生用二极管36是续流二极管，与LED 102及扼流线圈34并联连接。再生用二极管36在开关元件38被切断时将储存在扼流线圈34中的能量再生到LED 102。
为了向LED 102提供电流以及切断流向LED 102的电流而设置开关元件38。将开关元件38设为具有与LED 102的消耗电力相应的容量的元件，例如使用大功率场效应晶体管(MOSFET)等。开关元件38根据比较器42的控制信号Scnt被进行开关控制。
基准电压产生部40构成为包括电阻R2、齐纳二极管ZD以及电阻R3的串联连接。基准电压产生部40对在整流部30中整流得到的全波整流电压Srec进行分压而生成比较电压Vref，将比较电压Vref输入到比较器22的非反转输入端子。通过基准电压产生部40，基准电压Vref呈现出与全波整流电压Srec的变化成比例的变化。
此外，由于所输入的交流电压Vin而基准电压Vref有可能变得过高，因此优选在基准电压产生部40上设置齐纳二极管ZD，该齐纳二极管ZD将基准电压Vref钳位到规定电压Vmax以下。
根据流过LED 102的电流，比较器42的反转输入端子接收电压检测电阻R1的端子电压作为比较电压Vcmp。另外，比较器42的非反转输入端子接收由基准电压产生部40得到的基准电压Vref。比较器42将比较电压Vcmp与基准电压Vref进行比较，输出与比较电压Vcmp和基准电压Vref之差相应的控制信号Scnt。比较器42输出如下控制信号Scnt：比较电压Vcmp越小于基准电压Vref则使流向开关元件38的电流越增大，且比较电压Vcmp越大于基准电压Vref则使流向开关元件38的电流越减小。
在升压部44中，全波整流电压Srec通过二极管D2被施加到电容器C1和电感器L1。并且，根据控制信号Scnt来控制晶体管Q1，通过二极管D3将升压电压Sstp输出到LED 102的阳极端。在根据控制信号Scnt流过开关元件38的电流增大的状态下流入晶体管Q1的电流也增大，在根据控制信号Scnt流过开关元件38的电流减小的状态下流入晶体管Q1的电流也减小。通过这样的控制来使升压电压Sstp变得稳定。
开关元件38反复以下状态：直到比较电压Vcmp上升至基准电压Vref为止开关元件38被接通，当比较电压Vcmp超过基准电压Vref时开关元件38被断开。由此，能够使不超过LED 102的额定电流的、与全波整流电压Srec相应的电流I流过。因而，能够以与驱动电压Sdrv相应的强度使LED 102发光，其中，驱动电压Sdrv反映了对交流电源的导通角进行调整而得到的输入电压Vin的平均值。
另一方面，如图2所示，对LED 102施加将全波整流电压Srec与升压电压Sstp进行叠加而得到的驱动电压Sdrv，施加到LED102的电压不会下降至0V左右。由此，开关元件38的开关控制变为稳定。另外，如图2所示，流入控制电路200的电流Iin成为与向LED 102施加驱动电压Sdrv的时间宽度成正比的电流，其导通角扩大。由此，能够使控制电路200中的功率因数提高。
<第二实施方式>
如图3所示，第二实施方式中的发光元件的控制电路300构成为包括整流部30、平滑用电容器32、扼流线圈34、再生用二极管36、开关元件38、基准电压产生部40、比较器42以及升压部46。
在控制电路300中，代替第一实施方式中的控制电路200的升压部44而设置有升压部46。因而，省略说明升压部46以外的结构。
在升压部46中，全波整流电压Srec通过二极管D2被施加到电容器C1和电感器L1。另外，具备比较器Amp，与流过晶体管Q1的电流相应地在电阻R4上产生的端子电压被输入到该比较器Amp的反转输入端子，将基准电压REF输入到该比较器Amp的非反转输入端子。比较器Amp以如下方式进行控制：电阻R4的端子电压越高于基准电压REF则使流向晶体管Q1的电流越小，且电阻R4的端子电压越低于基准电压REF则使流向晶体管Q1的电流越大。即，晶体管Q1根据流过自己的电流进行自振荡。并且，将通过对晶体管Q1进行控制而得到的升压电压Sstp经由二极管D3施加到LED 102的阳极端。通过这样的控制来使升压电压Sstp稳定。
由此，控制电路300与上述第一实施方式中的控制电路200同样地能够以与驱动电压Sdrv相应的强度使LED 102发光，其中，驱动电压Sdrv反映了对交流电源的导通角进行调整而得到的输入电压Vin的平均值。此时，施加到LED 102的电压不会下降至0V左右。因而，开关元件38的开关控制变得稳定。另外，与图2同样地，流入控制电路300的电流Iin也成为与向LED 102施加驱动电压Sdrv的时间宽度成正比的电流，其导通角扩大。由此，还能够使控制电路300中的功率因数提高。
并且，流过晶体管Q1的电流只要是能够使控制电路300的开关动作稳定地进行的电流即可，能够使该电流小于流过第一实施方式中的晶体管Q1的电流。由此，能够减小控制电路300中的消耗电力。
此外，还可以设置以下电路：在没有从调光器输入电压Vin的情况下，使晶体管Q1的动作停止。由此，能够进一步减小控制电路300中的消耗电力。
<第三实施方式>
如图4所示，第三实施方式中的发光元件的控制电路400构成为包括整流部30、平滑用电容器32、开关元件38、基准电压产生部40、比较器42、变压器48、次级侧二极管50以及次级侧电容器52。图5是表示控制电路400各部分的信号随时间的变化的例子的图。
在控制电路400中，代替第一实施方式中的控制电路200的升压部44而设置有变压器48以及产生来自变压器48的恢复电压的电路。因而，省略说明与第一实施方式中的控制电路200相同的结构。
二极管D1的阴极与变压器48的初级绕组L1的一端相连接。变压器48的初级绕组L1的另一端通过开关元件38和电阻R1而接地。另外，二极管D1的阴极通过平滑用电容器32而接地。
变压器48在初级绕组L1与次级绕组L2之间构成电磁耦合，将施加到初级绕组L1的端子之间的电压的变化转换为从次级绕组L2的端子之间输出的电压而输出。
变压器48的次级绕组L2的一端连接有次级侧二极管50的阳极。次级侧二极管50的阴极上连接有作为发光元件的LED102的阳极。LED 102的阴极与变压器48的次级绕组L2的另一端相连接。次级侧电容器52与变压器48的次级绕组L2并联连接。
另外，变压器48在初级绕组L1与反馈绕组L3之间构成电磁耦合，将施加到初级绕组L1的端子之间的电压的变化转换为从反馈绕组L3的端子之间输出的电压而输出。反馈绕组L3的输出电压Sfbk(恢复电压)通过反馈二极管D2和D3被反馈到初级绕组L1。另外，还可以设置电容器C1以使输出电压Sfbk稳定。将输出电压Sfbk与全波整流电压Srec进行叠加而得到的电压作为驱动电压Sdrv而施加到变压器48的初级绕组L1。
开关元件38反复以下状态：直到比较电压Vcmp上升至基准电压Vref为止被接通，当比较电压Vcmp超过基准电压Vref时被断开。由此，能够使不超过LED 102的额定电流的、与全波整流电压Srec相应的电流I流过。因而，能够以与驱动电压Sdrv相应的强度使LED 102发光，其中，驱动电压Sdrv反映了对交流电源的导通角进行调整而得到的输入电压Vin的平均值。
另外，如图5所示，对变压器48的初级绕组L1施加将全波整流电压Srec与输出电压Sfbk进行叠加而得到的驱动电压Sdrv，通过变压器48施加到LED 102的电压不会下降至0V左右。由此，开关元件38的开关控制变得稳定。另外，如图5所示，流入控制电路400的电流Iin成为与向LED 102施加驱动电压Sdrv的时间宽度成正比的电流，其导通角扩大。由此，能够使控制电路400中的功率因数提高。
此外，在控制电路400中设有以下结构：通过设置变压器48，使变压器48的初级绕组L1侧与次级绕组L2侧进行磁耦合，并使它们电绝缘，但是还可以设为如图6示出的控制电路402那样的没有电绝缘的结构。在控制电路402中，还可以不通过磁耦合而使电流流过LED 102，通过开关元件38来控制该电流，使流过LED 102的电流流向变压器54，使变压器54的次级绕组所产生的电压Sfbk与全波整流电压Srec叠加而作为驱动电压S drv施加到LED 102。
即使使用这样的控制电路402，也与控制电路400同样地，施加到LED 102的电压不会下降至0V左右。由此，能够使开关元件38的开关控制稳定。另外，与图5示出的情况同样地，流入控制电路402的电流Iin成为与向LED 102施加驱动电压Sdrv的时间宽度成正比的电流，其导通角扩大。由此，还能够使控制电路402中的功率因数提高。
另外，如图7所示，调光器由包括双向可控硅(TRIAC)TR的电路构成。调光器以如下方式发挥功能：当电容器Cx的端子电压Vcx变为某一电压以上时使双向可控硅TR接通。为了降低发光元件的发光强度，只要进行以下设定即可：增大电阻Rx的电阻值，延长对电容器Cx进行充电所需的时间，从而使端子电压Vcx不容易上升。为了增大发光元件的发光强度，只要进行以下设定即可：减小电阻Rx的电阻值，缩短对电容器Cx进行充电所需的时间，从而端子电压Vcx急剧上升。即，图5的输入电压Vin的区域a为使调光器的双向可控硅TR持续接通的期间，输入电压Vin的区域b为去除在电路所含的电容器Cx中充电的电荷的期间。
但是，在使用调光器降低发光元件的发光强度的情况下，电阻Rx的电阻值变大，在双向可控硅TR没有被接通的期间内难以通过电阻Rx放出在电容器Cx中充电的电荷。由此，在电容器Cx的端子电压Vcx充分下降之前施加交流电源的下一个周期的电压，从而双向可控硅TR的动作变得不稳定，成为导致发光元件闪烁的原因。
因此，如图8所示，优选在控制电路400中设置提取电路60，该提取电路60提取调光器的电容器Cx中的电荷来使端子电压Vcx下降。提取电路60包括齐纳二极管ZD2，将该齐纳二极管ZD2的齐纳电压设定为与在整流部30中整流得到的电压Srec的直流成分(相当于电压Sfbk)相当的电压。并且，当电压Srec大于该齐纳电压时，晶体管TR1和TR2处于导通状态。由此，在双向可控硅TR处于断开状态的时刻能够通过提取电路所含的电阻R8来提取储存在调光器的电容器Cx中的电荷，双向可控硅TR的动作不会变得不稳定，从而能够抑制发光元件闪烁。
提取电路60不仅能够应用于控制电路400，还能够同样地应用于上述控制电路200、300以及402。

Claims (3)

1.一种发光元件的控制电路，其特征在于，具备：
整流部，其对交流电源进行全波整流；
第一开关元件，其使流向上述发光元件的电流接通或断开；
基准电压产生部，其将在上述整流部中整流得到的电压进行分压来得到基准电压；
比较器，其将与流过上述发光元件的电流相应的比较电压与上述基准电压进行比较并输出控制信号，该控制信号用于根据该比较的结果控制上述第一开关元件的接通或断开；
升压部，其根据上述控制信号来控制第二开关元件，通过使流向包括电容器和电感器的电路的电流发生变化来产生升压电压，该包括电容器和电感器的电路接收在上述整流部中整流得到的电压；以及
平滑用电容器，其使在上述整流部中整流得到的电压与上述升压电压进行叠加而得到的电压平滑化；
其中，由上述平滑用电容器平滑化而得到的电压被施加到上述发光元件，从而使上述发光元件发光。
2.一种发光元件的控制电路，其特征在于，具备：
整流部，其对交流电源进行全波整流；
第一开关元件，其使流向上述发光元件的电流接通或断开；
基准电压产生部，其将在上述整流部中整流得到的电压进行分压来得到基准电压；
比较器，其将与流过上述发光元件的电流相应的比较电压与上述基准电压进行比较，根据该比较的结果来控制上述第一开关元件的接通或断开；
升压部，其接收在上述整流部中整流得到的电压并通过第二开关元件改变流向包括电容器和电感器的电路的电流来产生升压电压，通过根据上述升压电压控制上述第二开关元件来改变流向上述包括电容器和电感器的电路的电流；以及
平滑用电容器，其使在上述整流部中整流得到的电压与上述升压电压进行叠加而得到的电压平滑化；
其中，由上述平滑用电容器平滑化而得到的电压被施加到上述发光元件，从而使上述发光元件发光。
3.根据权利要求1或2所述的发光元件的控制电路，其特征在于，
还具备提取电路，该提取电路用于从包括双向可控硅的调光器中提取电荷，该双向可控硅用于调整上述交流电源的导通角。
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