CN102264179A

CN102264179A - Led点亮装置

Info

Publication number: CN102264179A
Application number: CN2011101319241A
Authority: CN
Inventors: 木村研吾; 吉永充达
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2010-05-24
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2031-05-20
Also published as: US8456108B2; JP5067443B2; JP2011249031A; US20110285307A1; CN102264179B; KR20110128731A; KR101232693B1

Abstract

提供一种具有与输入电压变动或宽范围输入电压对应的调光功能的LED点亮装置，具有三端双向可控硅调光器，对交流输入电压进行相位控制；具有与三端双向可控硅调光器连接的多个绕组的开关变压器的一次绕组和开关元件的串联电路；控制电路，对开关元件进行导通截止控制；整流平滑电路，用第1整流元件对变压器的二次绕组中产生的电压整流并用第1平滑元件平滑；与整流平滑电路的输出连接的LED；电流检测部，检测流过LED的电流并输出电流检测信号；电压检测部，输出电压检测信号，该信号与对第1整流元件导通时在变压器的二次绕组或在产生与变压器的二次绕组成比例的电压的n次绕组(n≥3)中产生的交流输入电压的相位比率成比例；放大器，将基于电流检测信号和电压检测信号的信号放大并输出到控制电路。

Description

LED点亮装置

技术领域

本发明涉及驱动多个LED的LED点亮装置。

背景技术

以往，作为使多个LED(Light Emitting Diode：发光二极管)点亮的LED点亮装置，例如已知专利文献1。

如图6所示，专利文献1公开了具有作为调光器的三端双向可控开关(TRIAC)的非绝缘性的LED点亮装置。在图6所示的具有调光功能的LED点亮装置中，利用三端双向可控开关TR1进行相位控制后的交流输入电压经由整流电路107在控制电路114中被检测，被RMS检测电路105转换为相对于提供给LED 102的LED电流的目标电压值Vref。

比较器109求出基于相位控制后的交流输入电压的目标电压值Vref和利用检测电阻R1检测出的基于LED电流的检测电压值的误差，PWM电路113对开关元件FET1进行PWM控制以使该误差变小。

由此，现有的LED点亮装置将相位控制引起的输入电压有效值的变化反映到LED电流，从而能够实现利用三端双向可控开关TR1的LED照明的调光。

【专利文献1】日本特开2004-327152号公报

世界使用的商用电源为100V、110V、115V、120V、127V、220V、230V、240V等，根据国家或地区而各种各样，并且，还存在在1个国家或地区中使用110V和220V的情况、或者在1个国家或地区中使用120V和220V的情况等。

此外，还依据发电所的供电能力，一般而言，商用电源根据当时的总电力使用量而具有±10％左右的变动幅度。

但是，在图6所示的以往的具有调光功能的LED点亮装置中，为了将输入电压有效值的变化反映到LED电流，而将相位控制引起的输入电压有效值的变化反映到LED电流，并且交流输入电压自身变动时也被反映到LED电流。因此，存在亮度根据使用的国家、地域或时间段而变化的缺点。

发明内容

本发明的课题在于提供一种具有与输入电压变动或宽范围输入电压对应的调光功能的LED点亮装置。

为了解决上述课题，本发明的LED点亮装置的特征在于，具有：三端双向可控硅调光器，其对交流输入电压进行相位控制；具有与所述三端双向可控硅调光器连接的多个绕组的开关变压器的一次绕组和开关元件的串联电路；控制电路，其对所述开关元件进行导通截止控制；整流平滑电路，其用第1整流元件对在所述变压器的二次绕组中产生的电压进行整流并用第1平滑元件进行平滑；LED，其与所述整流平滑电路的输出连接；电流检测部，其对流过所述LED的电流进行检测并输出电流检测信号；电压检测部，其输出电压检测信号，该电压检测信号与所述第1整流元件导通时在所述变压器的二次绕组或产生与所述变压器的二次绕组成比例的电压的n次绕组中产生的交流输入电压的相位比率成比例，其中n≥3；以及放大器，其对基于所述电流检测信号和所述电压检测信号的信号进行放大并输出到所述控制电路。

根据本发明，在电压检测部输出电压检测信号时，放大器对基于电流检测信号和电压检测信号的信号进行放大并输出到控制电路，控制电路根据来自放大器的信号对开关元件进行导通截止控制，其中上述电压检测信号与对第1整流元件导通时在开关用变压器的二次绕组或n次绕组中产生的高频电压进行平滑后的交流输入电压的相位比率成比例，而该高频电压的电压峰值与作为负载的LED的电压大致相同或成比例。

由此，将相位控制引起的输入电压有效值的变化反映到LED电流，但是不将交流输入电压自身的变动反映到LED电流，因此能够提供一种可实现与输入电压变动或宽范围输入电压对应的、利用三端双向可控开关的LED照明调光的LED点亮装置。

附图说明

图1是本发明实施例1的LED点亮装置的结构图。

图2是本发明实施例1的LED点亮装置的电压检测电路和误差放大器的详细结构图。

图3是示出本发明实施例1的LED点亮装置中的各部的动作波形的图。

图4是本发明实施例2的LED点亮装置的结构图。

图5是本发明实施例3的LED点亮装置的结构图。

图6是示出现有的LED点亮装置的具体例的图。

图7是本发明实施例4的LED点亮装置的结构图。

标号说明

1：交流电源；3：三端双向可控硅调光器；5：全波整流电路；7：电阻；11：电压检测电路；13：误差放大器；14：控制电路；15：振荡器；17：PWM电路；19：驱动电路；T：开关变压器；P：一次绕组；S：二次绕组；D：三次绕组；F：四次绕组；Q1：开关元件；D1、D6、D7、D8：二极管；C1、C3、C4：电容器；R1～R3、R10～R12：电阻；OP1、OP2：运算放大器。

具体实施方式

下面参照附图详细说明本发明实施方式的LED点亮装置。

【实施例1】

图1是本发明实施例1的LED点亮装置的结构图。图1所示的LED点亮装置是具有调光功能的绝缘型LED点亮装置。

在图1中，交流电源1将交流输入电压提供给三端双向可控硅调光器3。三端双向可控硅调光器3利用三端双向可控开关对来自交流电源1的交流输入电压进行相位控制。全波整流电路5对通过三端双向可控硅调光器3进行相位控制后的交流输入电压进行整流。

在全波整流电路5的输出端与1次GND之间，连接有开关变压器T的一次绕组P与由MOSFET等构成的开关元件Q1的串联电路。控制电路14对开关元件Q1进行PWM控制，具有振荡器15、PWM电路17、和驱动电路19。

开关变压器T的二次绕组S被卷绕成与开关变压器T的一次绕组P反相。在开关变压器T的二次绕组S的两端连接有二极管D1和电容器C1的串联电路。由二极管D1(第1整流元件)和电容器C1(第1平滑元件)构成整流平滑电路。在二极管D1和电容器C1的连接点与2次GND之间，连接有串联连接的LED 1a～LED 1n和电阻7的串联电路。

电阻7(与电流检测部对应)对流过串联连接的LED 1a～LED 1n的电流进行检测并将电流检测信号输出到误差放大器13。

电压检测电路11将电压检测信号输出到误差放大器13，该电压检测信号与二极管D1导通时在开关变压器T的二次绕组S中产生的交流输入电压的相位比率成比例。

误差放大器13对基于来自电阻7的电流检测信号和来自电压检测电路11的电压检测信号的信号进行放大，并将放大信号输出到PWM电路17。PWM电路17通过对来自振荡器15的基准信号和来自误差放大器13的放大信号进行比较来进行改变脉冲信号的导通截止占空比的PWM控制，进行流过LED 1a～LED 1n的电流的恒定值控制。驱动电路19利用来自PWM电路17的PWM信号来对开关元件Q1进行导通/截止驱动。

此外，在开关变压器T中设置有与二次绕组S以同相电磁耦合的三次绕组D，在三次绕组D的两端连接有由二极管D7(第2整流元件)和电容器C4(第2平滑元件)构成的整流平滑电路。

电容器C4的输出作为电源连接到控制电路14，在全波整流电路5的输出和控制电路14之间连接有起动电阻R12。即，在起动时经由起动电阻R12将全波整流电路5的输出提供给控制电路14，在起动后将电容器C4的输出提供给控制电路14。

图2是本发明实施例1的LED点亮装置的电压检测电路和误差放大器的详细结构图。在图2中，在开关变压器T的二次绕组S的两端连接有二极管D1和电容器C1的串联电路。在电容器C1的两端，连接有LED 1a～LED 1n和电阻R3的串联电路。

在LED 1a和电阻R3的连接点上连接有运算放大器OP1的反转输入端子，对运算放大器OP1的非反转输入端子施加例如0.3v作为基准电源Vref。运算放大器OP1的输出端子经由电阻R2和光电耦合器的光电二极管D2与二极管D1和电容器C1的连接点连接。光电二极管D2的信号被送出至PWM电路17。在光电二极管D2的两端，连接有电阻R1。由运算放大器OP1、电阻R3和基准电源Vref构成误差放大器13。

在开关变压器T的二次绕组S上连接有二极管D6、电阻R10和电阻R11的串联电路，在电阻R10和电阻R11的连接点上连接有电阻R12和电容器C3的串联电路。电阻R12和电容器C3的连接点与运算放大器OP2的非反转输入端子连接。电容器C3的另一端和电阻R11的另一端接地。

运算放大器OP2的反转输入端子和输出端子与运算放大器OP1的非反转输入端子和基准电源Vref的正极连接。

接着，参照图2和图3对这样构成的实施例1的LED点亮装置的动作进行详细说明。

图3是示出本发明实施例1的LED点亮装置中的各部动作波形的图。在图3中，波形a是全波整流电路5的输出电压波形，波形b表示开关元件Q1的栅极电压，波形c表示开关元件Q1的漏极/源极间电压，波形d表示开关变压器T的二次绕组S的绕组电压，波形e表示t1～t5各期间的电压检测电路11的平滑电压，波形f表示根据正的绕组电压对LED照明进行了调光时的LED电流。

此外，期间t1、t4表示不进行利用三端双向可控硅调光器3的相位控制的期间，期间t2、t3、t5表示进行利用三端双向可控硅调光器3的相位控制的期间。期间t4、t5表示交流输入电压比期间t2、t3大时的进行利用三端双向可控硅调光器3的相位控制的期间。

在期间t2和t3，如波形a所示，通过三端双向可控硅调光器3使全波整流电路5的输出电压变化。如波形c所示，在开关元件Q1的漏极/源极之间，施加基于从控制电路14输出的栅极电压和被进行了相位控制后的交流输入电压的电压。

如波形d所示，利用开关元件Q1的导通截止动作，在开关变压器T的二次绕组S中产生正负的不对称的绕组电压。正的绕组电压是在二极管D1导通时施加给二次绕组S的电压，为了使LED 1a～LED 1n点亮而被进行恒压控制。

另一方面，负的绕组电压是在二极管D1截止时施加给二次绕组S的电压，是根据交流输入电压而变化的电压。另外，正负的任意一个绕组电压都根据三端双向可控硅调光器3的导通期间而在二次绕组S中产生。由此，期间t2的绕组电压的平滑电压e的大小(绝对值)比期间t1小，期间t3的绕组电压的平滑电压e的大小(绝对值)比期间t2小。

接着，对使开关元件Q1导通截止时的LED点亮装置的动作进行说明。首先，在开关元件Q1截止时，开关变压器T的一次绕组P的点侧(·)成为正电位，二次绕组S的点侧(·)也成为正电位，因此二极管D1导通。因此，由于在二次绕组S中产生的电压而按照S的一端→D1→LED 1a→R3→S的另一端流过电流，从而LED1a亮灯。

此时，在二次绕组S中产生的正的高频绕组电压经由二极管D6并由电阻R10、电阻R11进行分压，分压电压经由电阻R12被电容器C3进行平滑。电容器C3的平滑电压(比Vref0.3V低的例如0.1V)被输入由电压跟随器构成的运算放大器OP2的非反转输入端子。

在二次绕组S中产生的正的高频电压的绕组电压(图3的波形d的电压)的峰值为将LED 1a～LED 1n的亮灯电压与二极管D1的正向电压相加得到的电压。因此，只要LED 1a～LED 1n亮灯，则在二次绕组S中产生的正的高频电压的绕组电压的峰值由于LED元件具有陡峭的IV特性(电流电压特性)，而成为大致恒定值。

即，当输出电压超过LED元件的正向电压时，电流由于电压的微小变化而发生大幅变化，因此在调光时在二次绕组S中产生的正的高频电压的绕组电压的峰值的变化变小。由此，如图3的期间t1和期间t4那样，即使在交流输入电压变动的情况下，只要作为负载的LED的结构相同，则正的高频电压的绕组电压的峰值为大致恒定值。

由此，虽然将相位控制引起的输入电压有效值的变化反映到LED电流，但是由于不将交流输入电压自身的变动反映到LED电流，因此能够提供一种可实现与输入电压变动或宽范围输入电压对应的、利用三端双向可控开关的LED照明调光的LED点亮装置。

此外，运算放大器OP2将电容器C3的平滑电压从输出电子输出到运算放大器OP1的非反转输入端子。于是，运算放大器OP1进行动作以使反转输入端子的电压成为非反转输入端子的电压(例如0.1V)。

因此，运算放大器OP1的输出成为低电平，按照D2→R2→OP1的路径在光电二极管D2中流过电流，将与该电流对应的放大信号送出至PWM电路17。

此外，在二极管D1导通时，对相位控制后的交流输入电压进行平滑后的平滑电压被输入到运算放大器OP1的非反转输入端子，因此在LED 1a中流过与对相位控制后的交流输入电压进行平滑后的平滑电压对应的电流。

另外，在开关元件Q1导通时，开关变压器T的一次绕组P的点侧(·)成为负电位，二次绕组S的点侧(·)也成为负电位，因此二极管D1、D6截止。

由此，根据实施例1的LED点亮装置，在电压检测电路11输出电压检测信号时，误差放大器13对基于检测到在电阻7中流过的电流的电流检测信号和电压检测信号的信号进行放大并输出到控制电路14，控制电路14根据来自误差放大器13的信号对开关元件Q1进行导通截止控制，上述电压检测信号与对二极管D1导通时在开关变压器T的二次绕组S中产生的高频电压进行平滑后得到的交流输入电压的相位比率成比例，所述高频电压的电压峰值与作为负载的LED的电压大致相同或成比例。

由此，虽然将相位控制引起的输入电压有效值的变化反映到LED电流，但是不将交流输入电压自身的变动反映到LED电流，因此能够提供一种可实现与输入电压变动或宽范围输入电压对应的、利用三端双向可控开关的LED照明调光的LED点亮装置。

【实施例2】

图4是本发明实施例2的LED点亮装置的结构图。图1所示的实施例1的LED点亮装置将在二次绕组S中产生的电压输出到电压检测电路11，但是图4所示的实施例2的LED点亮装置的特征在于，具有与二次绕组S电磁耦合的四次绕组F、和与四次绕组F的两端连接的二极管D8和电阻R13的串联电路，将在四次绕组F中产生的电压输出到电压检测电路11。

根据实施例2的LED点亮装置，在四次绕组F中，产生与在二次绕组S中产生的电压成比例的电压。因此，通过将在四次绕组F中产生的电压输出到电压检测电路11，进行与实施例1的LED点亮装置的动作同样的动作，因此能够得到同样效果。此外，在LED 1a～LED 1n的串联数增加、对二次绕组S施加极高的电压的情况下，存在二极管D6的损坏等，但是能够通过设置具有比二次绕组S的匝数少的匝数的四次绕组F，来防止二极管D6的损坏等。

另外，在实施例2的LED点亮装置中，能够替代二极管D6使用二极管D8。

【实施例3】

图5是本发明实施例3的LED点亮装置的结构图。图1所示的实施例1的LED点亮装置将在二次绕组S中产生的电压输出到电压检测电路11，但是图5所示的实施例3的LED点亮装置的特征在于，具有与二次绕组S电磁耦合的三次绕组D、和与三次绕组D的两端连接的二极管D7和电容器C4的串联电路，将在三次绕组D中产生的电压输出到电压检测电路11。

此外，实施例2的LED点亮装置是非绝缘性的LED点亮装置，且开关变压器T的一次侧和二次侧接地至共同的GND。

根据实施例3的LED点亮装置，在三次绕组D中，产生与在二次绕组S中产生的电压成比例的电压。因此，通过将在三次绕组D中产生的电压输出到电压检测电路11，进行与实施例1的LED点亮装置的动作同样的动作，因此能够得到同样效果。

另外，本发明不限于上述实施例1至实施例3的LED点亮装置。在实施例1至实施例3的LED点亮装置中，开关变压器T的一次绕组P和二次绕组S被卷绕成反相，但是开关变压器T的一次绕组P和二次绕组S也可以被卷绕成同相。

此时，在二极管D1导通时，电压检测电路11对在开关变压器T的二次绕组S或三次绕组D或四次绕组F中产生的电压进行检测并输出电压检测信号即可。此外，不限于PWM控制，能够与使RCC(ringing choke converter：自激式转换器)、模拟共振、导通宽度、截止宽度中的一方固定而改变另一方等各种控制方式组合。

【实施例3】

下述图示出与电压检测电路11相关的另一实施例的电路图。本实施例的电压检测电路与实施例1的电压检测电路(图2)的不同点为：齐纳二极管ZD1与电阻R11并联连接。齐纳二极管ZD1的齐纳电压通过开关变压器T的二次绕组S的绕组电压被设定为齐纳二极管ZD1进行齐纳击穿的值。

在LED 1a～1n的IV特性与上述不同且平缓的情况下，根据LED 1a～1n的亮度，在二次绕组S中产生的正的高频电压的绕组电压(图3的波形d)的峰值发生变动。例如，在LED 1a～1n较亮的情况下(亮度1)和LED 1a～1n较暗的情况下(亮度2)，LED的亮灯电压(Vf)有很大差异，由此绕组电压的峰值也发生变化。在LED1a～1n较暗的情况下，绕组电压的峰值下降，平滑电压(图3的波形e)的电平也下降，因此产生不能良好地进行LED 1a～1n的调光的可能性。

本实施例的LED点亮装置利用上述结构，难以受到绕组电压的峰值变动造成的影响，从而能够根据开关变压器T的二次绕组S的绕组电压，更正确地检测出交流输入电压的相位比率(三端双向可控硅调光器3的导通期间)。由此，LED点亮装置能够与LED 1a～1n的IV特性无关地进行更良好的三端双向可控硅调光。

本实施例的电压检测电路11能够与其他实施例组合。

产业上的可利用性

本发明能够适用于用于点亮LED的LED点亮装置或LED照明。

Claims

1.一种LED点亮装置，其特征在于，具有：

三端双向可控硅调光器，其对交流输入电压进行相位控制；

具有与所述三端双向可控硅调光器连接的多个绕组的开关变压器的一次绕组和开关元件的串联电路；

控制电路，其对所述开关元件进行导通截止控制；

整流平滑电路，其用第1整流元件对在所述变压器的二次绕组中产生的电压进行整流并用第1平滑元件进行平滑；

LED，其与所述整流平滑电路的输出端连接；

电流检测部，其对流过所述LED的电流进行检测并输出电流检测信号；

电压检测部，其输出电压检测信号，该电压检测信号与所述第1整流元件导通时在所述变压器的二次绕组或所述变压器的产生与二次绕组成比例的电压的n次绕组中产生的交流输入电压的相位比率成比例，其中n≥3；以及

放大器，其对基于所述电流检测信号和所述电压检测信号的信号进行放大并输出到所述控制电路。

2.根据权利要求1所述的LED点亮装置，其特征在于，该LED点亮装置具有整流电路，该整流电路用第2整流元件对在所述变压器的n次绕组中产生的电压进行整流。

3.根据权利要求1或2所述的LED点亮装置，其特征在于，所述整流电路具有对用所述第2整流元件整流后的电压进行平滑的第2平滑元件，并将所述第2平滑元件的输出作为电源输出到所述控制电路。