CN102612206B - Led驱动装置以及led照明装置 - Google Patents

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Abstract

LED驱动装置以及LED照明装置。本发明的课题是提供能够稳定LED负载的发光且能够实现小型化的LED驱动装置以及LED照明装置。作为解决手段，提供了一种将交流输入电力转换为期望的直流输出电力并提供给LED负载的LED驱动装置，该LED驱动装置具有：开关元件(Q1)，被进行开关控制；脉动电流减少部(3a)，其与LED负载串联连接，减少流过LED负载的电流脉动；控制电路(CNT)，其根据LED负载与脉动电流减少部的连接点处的反馈电压来对开关元件进行开关控制，由此将直流输出电力控制为预定值。

Description

LED驱动装置以及LED照明装置
技术领域
本发明关于LED驱动装置以及利用该LED驱动装置的LED照明装置。
背景技术
LED(Light Emission Diode，发光二极管)元件已经被用作为液晶显示装置的背光或者路灯等的照明器具的光源。特别是作为代替白炽灯泡或荧光灯的照明器具，正在进行利用白色LED元件的荧光灯型或者灯泡型LED照明装置的开发。构成这种LED照明装置的LED驱动装置需要精度良好地向LED元件供给期望的电力。
图4是示出现有的LED驱动装置101以及LED照明装置110的电路结构的电路图。现有的LED驱动装置101具有：整流电路DB100；变压器TR100；MOSFET(开关元件)Q101；由二极管D101以及电容器C101构成的整流平滑电路；控制电路CNT100；电容器C103。LED驱动装置101和LED负载102(LED1、...LEDn)构成现有的LED照明装置110。
整流电路DB100是公知的二极管电桥电路，并且连接到交流输入电源AC100。变压器TR100具有：一次绕组W101、二次绕组W102、三次绕组W103。一次绕组W101的一端连接到整流电路DB100，一次绕组W101的另一端连接到MOSFET Q101的漏极端子。二次绕组W102的两端连接到整流平滑电路。三次绕组W103的两端连接到由二极管D102及电容器C102构成的辅助电源。
MOSFET Q101的源极端子接地，栅极端子连接到控制电路CNT100。整流平滑电路的两端连接到由串联连接的n个LED元件(LED1、...LEDn)构成的LED负载102与检测电阻Rs100的串联电路。n是1以上的自然数。
控制电路CNT100的各个端子连接到MOSFET Q101的栅极端子、辅助电源与LED负载102及检测电阻Rs100的连接点、电容器C103，并且经由电阻R101连接到整流电路DB100以及一次绕组W101的连接点。控制电路CNT100具有误差放大器AMP101和比较器CMP100。
误差放大器AMP101的反相输入端子连接到LED负载102及检测电阻Rs100的连接点，同相输入端子连接到由恒流源REG和齐纳二极管ZD101构成的基准电压。误差放大器AMP101的输出端子经由由电阻R103以及电容器C103构成的积分电路，连接到比较器CMP100的第1同相输入端子。误差放大器AMP101向比较器CMP100输出基于流过LED负载102的电流与基准值的误差信号。
比较器CMP100的反相输入端子连接到三角波发生电路，第2同相输入端子连接到由恒流源REG和电阻R104及R105构成的占空比限制电路。比较器CMP100的输出端子经由驱动器电路连接到MOSFET Q101的栅极端子。比较器CMP100向驱动器电路输出基于从误差放大器AMP101输出的误差信号和从三角波发生电路输出的三角波的PMW信号。
在如上所述构成的现有LED驱动装置101中，控制电路CNT100对MOSFETQ101进行开关控制，使得流过LED负载102的电流成为基准值(基准电压)，从而调节施加于LED负载102的电压。
专利文献：日本特开2004-527138号公报
图5是示出现有LED驱动装置101以及LED照明装置110中的各部分的电压及电流的关系的波形图。现有的LED驱动装置101将交流输入电力转换为直流电力并提供给LED负载102，因此输入电压Vin100的脉动(脉流)容易影响输出电压Vout100(电容器C101的两端电压)，并且输出电压Vout100含有微小的电压变动。另外，LED元件的顺向电流(If)具有相对于顺向电压(Vf)以指数函数的形式增大的特性。因此，关于流过LED负载102的LED电流ILED100(顺向电流)，由上述的微小电压变动引起较大的电流变化。结果，现有的LED驱动装置存在LED电流ILED100的变化容易变大，LED负载102的发光容易不稳定的问题。在现有的LED驱动装置中，可以增大电容器C101的电容来减小上述电流变化，但是需要大型的电解电容器，难以实现电路的小型化。
图6是示出现有的另一LED驱动装置以及利用该LED驱动装置的LED照明装置的电路结构的电路图。图6所示的现有LED驱动装置是由PFC(功率因数改善)电路和连接到PFC电路的电力转换电路这2个变流器构成的LED点灯装置。
PFC电路改善功率因数，其具有：变压器TR100；MOSFET(开关元件)Q101；由二极管D101以及电容器C101构成的整流平滑电路；控制电路CNT100；电阻R107、108。电力转换电路具有：变压器TR200；MOSFET(开关元件)Q201；由二极管D201以及电容器C201构成的整流平滑电路；控制电路CNT200。
图6所示的LED驱动装置除了电力转换电路之外还设置有PFC电路，因此能够进行高效率的电力转换，同时如图7所示，在来自PFC电路的输出电压Vout1和电力转换电路的输出电压Vout2这2级中，能够减少交流输入电压波形的脉动。因此，能够容易地减少流过LED负载的电流脉动。
然而，由于使用2个变流器，因此存在难于实现高效率，并且高价且电路大型化的问题。
在上述的专利文献1中记载了另一现有的LED驱动装置，其具有：与交流输入电源连接的交流/直流转换器；对交流/直流转换器的直流输出电力进行转换而向LED元件提供期望的直流电力的直流/直流转换器；用于调节流过LED元件的电流的电流反馈部。
这另一现有的LED驱动装置能够减少流过LED负载的电流的变化，并且能够稳定LED负载的发光，但是因为由交流/直流转换器和直流/直流转换器这2个电力转换器构成，所以很难实现小型化，同时高价且电力转换效率低。
发明内容
根据本发明，提供能够稳定LED负载的发光，且能够实现小型化的LED驱动装置以及LED照明装置。
为了解决上述课题，提供了一种将交流输入电力转换为期望的直流输出电力并提供给LED负载的LED驱动装置，其特征在于具有：被进行开关控制的开关元件；与所述LED负载串联连接，并且减少流过所述LED负载的电流脉动的脉动电流减少部；根据所述LED负载与所述脉动电流减少部的连接点处的反馈电压对所述开关元件进行开关控制，从而将所述直流输出电力控制为预定值的控制电路。
根据本发明的LED驱动装置，可以提供能使LED负载的发光稳定，且能够实现小型化的LED驱动装置以及LED照明装置。
附图说明
图1是示出本发明第1实施方式的LED驱动装置以及利用该LED驱动装置的LED照明装置的结构的电路图。
图2是示出本发明第1实施方式的LED驱动装置以及利用该LED驱动装置的LED照明装置中的各部分的电压及电流的关系的波形图。
图3是示出本发明第2实施方式的LED驱动装置以及利用该LED驱动装置的LED照明装置的结构的电路图。
图4是示出现有的LED驱动装置以及利用该LED驱动装置的LED照明装置的电路结构的电路图。
图5是示出现有的LED驱动装置以及利用该LED驱动装置的LED照明装置中的各部分的电压及电流的关系的波形图。
图6是示出现有的另一LED驱动装置以及利用该LED驱动装置的LED照明装置的电路结构的电路图。
图7是示出现有的另一LED驱动装置以及利用该LED驱动装置的LED照明装置中的各部分的电压及电流的关系的波形图。
标号说明
1：LED驱动装置；2：LED负载；3：恒流控制电路；10：LED照明装置；AMP：误差放大器；CMP：比较器；Q1、Q2、MOSFET；Rs：检测电阻；ZD：齐纳二极管；L：电抗器。
具体实施方式
接着，参照附图对本发明的实施方式的LED驱动装置以及利用该LED驱动装置的LED照明装置进行说明。
第一实施方式
图1是示出本发明的实施方式的LED驱动装置1以及利用该LED驱动装置的LED照明装置10的结构的电路图。本发明的实施方式的LED驱动装置1具有：整流电路DB；变压器TR；第1MOSFET(开关元件)Q1；由二极管D1以及电容器C1构成的整流平滑电路；控制电路CNT；电容器C3；脉动电流减少电路3a。LED驱动装置1和LED负载2(LED1、...LEDn)构成LED照明装置10。
整流电路DB是公知的二极管电桥电路，连接到交流输入电源AC，将交流输入电力整流成为单向脉流，并向变压器TR输出。交流输入电源AC与整流电路DB例如也可以置换为电池等的直流电源。
变压器TR具有一次绕组W1、二次绕组W2和三次绕组W3。一次绕组W1的一端连接到整流电路DB，一次绕组W1的另一端连接到第1MOSFET Q1的漏极端子。在二次绕组W2的两端之间，连接有由二极管D1及电容器C1构成的整流平滑电路。在三次绕组W3的两端之间，连接有由二极管D2及电容器C2构成的辅助电源。
第1MOSFET Q1的源极端子接地，栅极端子连接到控制电路CNT。
在由二极管D1以及电容器C1构成的整流平滑电路的两端，连接有由串联连接的n个LED元件(LED1、...LEDn)构成的LED负载2与脉动电流减少电路3a的串联电路。n是1以上的自然数。二极管D1的阴极端子与电容器C1的一端连接到构成LED负载2的LED元件LED1的阳极端子。电容器C1的另一端接地。脉动电流减少电路3a由电抗器L1与电流检测电阻Rs串联连接而构成。
控制电路CNT的各个端子连接到第1MOSFET Q1的栅极端子、辅助电源、LED负载2及恒流控制电路3的连接点、电容器C3，并且经由电阻R1连接到整流电路DB及一次绕组W1的连接点。控制电路CNT具有第1误差放大器AMP1与比较器CMP。
第1误差放大器AMP1的反相输入端子连接到LED负载2及脉动电流减少电路3a的连接点，同相输入端子连接到由恒流源REG和齐纳二极管ZD1构成的第1基准电压。第1误差放大器AMP1的输出端子经由由电阻R3以及电容器C3构成的积分电路连接到比较器CMP的第1同相输入端子。第1误差放大器AMP1经由积分电路向比较器CMP输出基于流过LED负载2的电流ILED和第1基准值(第1基准电压)的第1误差信号。
比较器CMP的反相输入端子连接到公知的三角波发生电路，第2同相输入端子连接到由恒流源REG和电阻R4及R5构成的占空比限制电路。比较器CMP的输出端子经由驱动器电路连接到第1MOSFET Q1的栅极端子。比较器CMP向驱动器电路输出基于从第1误差放大器AMP1输出的第1误差信号与占空比限制电路的输出信号之中的低电平的信号、和从三角波发生电路输出的三角波的PMW信号(脉冲宽度调制)。即，具体而言，比较器CMP以如下方式工作：当LED电流ILED比第1基准值小时，增大PWM信号的“开”占空比(on duty)(延长“开”时间)；当LED电流ILED比第1基准值大时，减小PWM信号的“开”占空比(缩短“开”时间)。第1误差信号过大时，占空比限制电路限制PWM信号的“开”占空比的最大值。
通过上述的积分电路对第1误差信号进行积分，并输入到比较器CMP的第1同相输入端子。因此，控制电路CNT的响应速度(响应频率)根据由电阻R3及电容器C3决定的时间常数，比LED电流ILED的变化更慢。在本实施方式的LED驱动装置1中，电阻R3及电容器C3的时间常数被设定为在交流输入电源AC的一个周期以上的期间中对第1误差信号进行积分。即，把控制电路CNT的响应频率设定为等于或低于交流输入电源AC的频率。在该情况下，PWM信号的“开”占空比在交流输入电源AC的一个周期中固定，因此改善了LED驱动装置1的功率因数。
图2是示出本发明的实施方式的LED驱动装置以及利用该LED驱动装置的LED照明装置中的各部分的电压以及电流的关系的波形图。在本发明的实施方式的LED驱动装置1中，控制电路CNT对第1MOSFET Q1进行开关控制，使得流过LED负载2的电流ILED变为第1基准值(第1基准电压)。即，LED驱动装置1与现有的LED驱动装置同样地将交流输入电力转换为直流电力并且提供给LED负载2。因此，输出电压Vout(电容器C1的两端电压)与现有的LED驱动装置同样地含有微小的电压变动。
然而，在本发明的实施方式的LED驱动装置1中，当由于输出电压脉动而产生输出电流脉动时，在脉动电流减少电路3a的电抗器L1的两端产生电压。由此，减轻了LED两端产生的电压脉动，因此减少了输出电流的脉动。
因此，对于现有的LED驱动装置中具有较大电流变化的LED电流ILED，在本发明的实施方式的LED驱动装置1中，如图2所示，被控制为减少了电流脉动。
另外，从LED负载2与电抗器L1的连接点取出反馈信号来控制电力转换，因此，能够减小LED负载2的顺向电压VF的偏差和温度特性的影响。因此，无需考虑顺向电压VF的偏差和温度特性。
第2实施方式
图3是示出本发明第2实施方式的LED驱动装置以及利用该LED驱动装置的LED照明装置的结构的电路图。图3所示的第2实施方式的LED驱动装置以及利用该LED驱动装置的LED照明装置相对于图1所示的第1实施方式的LED驱动装置以及利用该LED驱动装置的LED照明装置，只有脉动电流减少电路3b不同。
脉动电流减少电路3b连接到由二极管D1及电容器C1构成的整流平滑电路、LED负载2和控制电路CNT。脉动电流减少电路3b对应于本发明的反馈型恒流控制电路，具有第2MOSFET(阻抗可变元件)Q2、检测电阻(电流检测部)Rs、第2误差放大器AMP2、齐纳二极管D2。第2MOSFET Q2的漏极端子连接到LED元件LEDn的阴极端子，源极端子经由检测电阻Rs接地，并且栅极端子连接到第2误差放大器AMP2的输出端子。第2MOSFET Q2根据第2误差放大器AMP2的输出，使漏极/源极之间的电阻值连续地变化。因此，第2MOSFET Q2可置换为电阻值根据电信号而变化的公知的电阻可变元件。脉动电流减少电路3b的响应速度被设定为比控制电路CNT的响应速度高，优选的是被设定为比交流输入电源AC的频率高。
检测电阻Rs与第2MOSFET Q2的源极端子的连接点连接到第2误差放大器AMP2的反相输入端子。检测电阻Rs将流过LED负载2的电流ILED转换为电压信号，并且输出给第2误差放大器AMP2。检测电阻Rs可以置换为其它的电流检测手段，例如电流变压器，也可以置换为能够通过电压以外的电信号输出LED电流ILED的结构。
齐纳二极管ZD2的阴极端子经由电阻R6连接到二极管D1及电容器C1的连接点，并且连接到第2误差放大器AMP2的同相输入端子。齐纳二极管ZD2的阳极端子接地。
第2误差放大器AMP2的同相输入端子连接到包含齐纳二极管ZD2而构成的第2基准电压。第2误差放大器AMP2的输出端子连接到第2MOSFET Q2的栅极端子。第2误差放大器AMP2向第2MOSFET Q2输出基于流过LED负载2的电流ILED和第2基准值(第2基准电压)的第2误差信号。具体而言，LED电流ILED越小于第2基准值，则第2误差放大器AMP2越提高第2误差信号的电压水平，并且降低第2MOSFET的漏极/源极间的电阻值。另外，LED电流ILED越大于第2基准值，则第2误差放大器AMP2越降低第2误差信号的电压水平，并且提高第2MOSFET的漏极/源极间的电阻值。
在本发明的实施方式的LED驱动装置1中，控制电路CNT对第1MOSFET Q1进行开关控制，使得流过LED负载2的电流ILED成为第1基准值(第1基准电压)。即，LED驱动装置1与现有的LED驱动装置同样地将交流输入电力转换为直流电力并且提供给LED负载2。因此，输出电压Vout(电容器C1的两端电压)与现有的LED驱动装置同样地含有微小的电压变动。
然而，在本发明的实施方式的LED驱动装置1中，脉动电流减少电路3b控制第2MOSFET Q2，使得基于LED电流ILED的第2误差信号成为第2基准值(第2基准电压)。因此，对于现有的LED驱动装置中含有较大电流变化的LED电流ILED，在本发明的实施方式的LED驱动装置1中，被控制为减少了电流脉动。
因此，本发明的实施方式的LED驱动装置具有以下的作用效果。
(1)脉动电流减少电路3b无需进行功率因数改善动作，因此可以把控制的响应速度(响应频率)设定得比控制电路CNT快，并且能够减少流过LED负载2的LED电流ILED中包含的电流脉动。
(2)另外，从LED负载2与电抗器L1的连接点取出反馈信号来控制电力转换，因此能够减少LED负载2的顺向电压VF的偏差和温度特性的影响。因此，无需考虑顺向电压VF的偏差和温度特性。
(3)能够减少流过LED负载2的电流ILED中产生的脉动，因此能够稳定LED负载2的发光。
(4)无需使用大型的电解电容器和交流/直流转换器就可稳定LED负载2的发光，因此能够以简单的电路结构小型且廉价地构成LED驱动装置。
(5)流过LED负载2的LED电流ILED的变化小，因此减少了从LED照明装置10发出的噪声。
(6)LED电流ILED的变化小，因此，不易在构成LED负载2的LED元件(LED1、...LEDn)中流过大的峰值电流。由此，减小了施加给LED元件(LED1、...LEDn)的电压力，延长了LED负载2的寿化。
(7)输出电压Vout的电压脉动很小，因此第2MOSFET及检测电阻的功耗较小，提高了LED驱动装置的效率。
关于在以上实施方式中所说明的结构、形状、大小、配置关系，只不过是在能够理解/实施本发明的程度上概略地示出的。因此，本发明不限于所说明的实施方式，可在不脱离权利要求书中限定的技术构思的范围的情况下变更为各种方式。
例如，本发明的实施方式的LED驱动装置具有经由变压器的电路结构，但是变压器的有无和绝缘/非绝缘等的电路结构不限于此。
另外，关于控制电路CNT的响应速度，不限于上述的积分电路，也可根据控制电路CNT中包含的结构来决定。另外，也可根据外部信号等改变第1基准值及第2基准值。

Claims (5)

1.一种LED驱动装置，其将交流输入电力转换为期望的直流输出电力而提供给LED负载，该LED驱动装置具有：
开关元件，其被进行开关控制，且对交流输入电力进行整流而得到的单向脉流输出到该开关元件；
脉动电流减少部，其与所述LED负载串联连接，减少流过所述LED负载的电流脉动，该脉动电流减少部具有反馈型恒流控制电路，所述反馈型恒流控制电路连续地对阻抗进行可变控制，使得流过所述LED负载的电流接近第2基准值；
控制电路，其根据所述LED负载与所述脉动电流减少部的连接点处的反馈电压对所述开关元件进行开关控制，由此将所述直流输出电力控制为预定值，
所述电流脉动是由所述直流输出电力含有的基于所述单向脉流的电压变动引起的电流变动，其中，
所述控制电路的响应速度比流过所述LED负载的电流的变化更慢，并且所述反馈型恒流控制电路的响应速度比所述控制电路的响应速度快。
2.根据权利要求1所述的LED驱动装置，其特征在于，
所述脉动电流减少部具有电抗器。
3.根据权利要求1或2所述的LED驱动装置，其特征在于，
所述控制电路对所述开关元件进行开关控制，使得流过所述LED负载的电流成为第1基准值。
4.根据权利要求1所述的LED驱动装置，其特征在于，
所述控制电路的响应频率等于或低于所述交流输入电力的频率。
5.一种LED照明装置，该LED照明装置具有权利要求1至4中任意一项所述的LED驱动装置。
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