CN102740556A - 抑制高次谐波成分的发光二极管驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发光二极管驱动装置，其具备：第一LED部(11)；第二LED部(12)；第一单元(21)，用于控制对第一LED部(11)的通电量；第四单元(24)，用于控制对第一LED部(11)及第二LED部(12)的通电量；第一电流控制单元(31)，其用于控制第一单元(21)；第四电流控制单元(34)，其用于控制第四单元(24)；电流检测单元(4)，其检测输出线(OL)上流过的电流量的电流检测信号；和高次谐波抑制信号生成单元(6)，其基于从整流电路(2)输出的整流电压，生成高次谐波抑制信号电压，第一电流控制单元(31)及第四电流控制单元(34)比较由电流检测单元(4)检测出的电流检测信号、和由高次谐波抑制信号生成单元(6)生成的高次谐波抑制信号电压，以抑制高次谐波成分的方式来分别控制第一单元(21)及第四单元(24)。

Description

抑制高次谐波成分的发光二极管驱动装置

技术领域

本发明涉及对发光二极管进行点亮驱动的驱动电路，特别涉及使用交流电源进行驱动的发光二极管驱动装置。

背景技术

近年来，作为照明用的光源，以比白炽灯炮和荧光灯低的耗电就能够驱动的发光二极管(以下也称为“LED”)备受瞩目。LED的优点在于体积小且耐撞击性方面优异，不必担心灯体破碎。

作为这种的照明设备用的电源，希望将家庭用电源等交流用作电源。另一方面，LED是直流驱动元件，仅在正向的电流下进行发光。此外，作为照明用途目前采用较多的LED的正向电压Vf为3.5V左右。LED具有如下特性，即：如果达不到Vf则不发光，相反若超过Vf则流过过度的电流。因此，可以说对于LED而言适合基于直流的驱动。

为了应对这种相反的条件，提出了各种采用交流电源的LED的驱动电路。例如，提出了一种按照根据变化的电压值来改变Vf的合计值的方式切换LED的方法(JP特开2006-147933号公报)。在该方法中，如图16的电路图所示那样，将多级串联连接的LED分为块161、162、163、164、165、166，根据整流波形的输入电压的电压值通过由微计算机构成的开关控制部167切换LED块161～166的连接，从而逐步地改变Vf的合计值。其结果，如图17的时序图所示的电压波形那样，由于相对于整流波形能够以多个方波来点亮LED，因此与仅单一方波下的ON占空比相比，能够改善LED的利用效率。

另一方面，本申请人开发了AC多级电路，该AC多级电路以交流的全波整流来驱动串联连接了多级的将多个LED元件串联连接之后分块的LED块而得到的多级电路(JP特开2011-40701号公报)。

如图18所示，该AC多级电路通过桥电路2对交流电源AP进行全波整流、并施加于LED块的多级电路。LED块的多级电路串联连接了第一LED块11、第二LED块12、第三LED块13。根据第一LED块11的通电量，由第一LED电流控制晶体管21A切换使第二LED块12成为旁路的第一旁路(bypass)路径BP1的ON/OFF，此外根据第一LED块11及第二LED块12的通电量，由第二LED电流控制晶体管22A切换使第三LED块13成为旁路的第二旁路路径BP2的ON/OFF。该AC多级电路能够维持电源效率，同时改善LED利用效率及功率因数。

图19表示该AC多级电路的电流波形。如该图所示，具有与电源周期同步的阶梯状的电流波形。但是，尽管该阶梯状电流波形是接近正弦波的电流，但是由于以阶梯状变化，因此这将成为产生高次谐波的原因。另一方面，在作为负载代替LED使用白炽灯炮的情况下，由于其电流波形为正弦波，因此不会产生高次谐波。此外，在IEC61000-3-2标准中照明设备被分类为C类，规定了高次谐波的界限值。特别是与25W以下的设备相比，适用于25W以上的设备的界限值较为严苛，对于图18的AC多级电路而言难以适用。

此外，图20表示JP特开2006-147933号公报的发光二极管驱动方法下的高次谐波电流的测量数据的一例。如该图所示，特别在高次谐波的次数为11、13、15次高次谐波中将超出界限值，从而无法应用。

发明内容

本发明是鉴于现有技术中的这种问题提出的。本发明的主要目的在于提供一种能够抑制高次谐波成分的发光二极管驱动装置。

为了实现上述目的，根据第一方面所涉及的发光二极管驱动装置，其具备：整流电路2，其能够与交流电源AP连接，用于获得对该交流电源AP的交流电压整流之后的整流电压；第一LED部11，其具有与所述整流电路2连接的至少一个LED元件；第二LED部12，其具有与所述第一LED部11串联连接的至少一个LED元件；第一单元21，其与所述第二LED部12并联连接，用于控制对所述第一LED部11的通电量；第四单元24，其与所述第一单元21串联连接，用于控制对所述第一LED部11及第二LED部12的通电量；第一电流控制单元31，其用于控制所述第一单元21；第四电流控制单元34，其用于控制所述第四单元24；电流检测单元4，其用于检测基于所述第一LED部11至第二LED部12所串联连接的输出线OL上流过的电流量的电流检测信号；高次谐波抑制信号生成单元6，其用来基于从所述整流电路2输出的整流电压，生成高次谐波抑制信号电压。所述第一电流控制单元31及第四电流控制单元34比较由所述电流检测单元4检测出的电流检测信号、和由所述高次谐波抑制信号生成单元6所生成的高次谐波抑制信号电压，以抑制高次谐波成分的方式分别控制所述第一单元21及第四单元24。

此外，根据第2方面所涉及的发光二极管驱动装置，还具备：第三LED部13，其具有与所述第二LED部12串联连接的至少一个LED元件；第二单元22，其与所述第三LED部13并联连接，用于控制对所述第一LED部11及所述第二LED部12的通电量；和第二电流控制单元32，其用于控制所述第二单元22。所述第二电流控制单元32比较由所述电流检测单元4检测的电流检测信号、和由所述高次谐波抑制信号生成单元6所生成的高次谐波抑制信号电压，以抑制高次谐波成分的方式来控制所述第二单元22，所述第四单元24控制对所述第一LED部11、第二LED部12及第三LED部13的通电量。由此，通过输入侧的高次谐波成分和获得的LED驱动电流之间的对比，能够进行调整输出波形的控制，能够有效地抑制高次谐波成分。

此外，根据第3方面所涉及的发光二极管驱动装置，还具备：第四LED部14，其具有与所述第三LED部13并联连接的至少一个LED元件；第三单元23，其与所述第四LED部14串联连接，用于控制对所述第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13的通电量；和第三电流控制单元33，其用于控制所述第三单元23，所述第四单元24构成为控制对所述第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13及第四LED部14的通电量。

根据第4方面所涉及的发光二极管驱动装置，还可具备与所述第四单元24并联连接的LED驱动单元3。

此外，根据第5方面所涉及的发光二极管驱动装置，还具备：电流检测信号赋予单元5，其用于分配由所述电流检测单元4检测的电流检测信号，发送至第一电流控制单元31、第二电流控制单元32、第三电流控制单元33及第四电流控制单元34。由此，通过电流检测信号赋予单元和高次谐波抑制信号生成单元的作用，能够由抑制高次谐波的电流波形来使发光二极管驱动装置进行动作。

此外，根据第6方面所涉及的发光二极管驱动装置，还具备：电压变动抑制信号发送单元8，其混合所述第一LED部11、所述第二LED部12、所述第三LED部13、所述第四LED部14的各输出从而生成电压变动抑制信号，并将该电压变动抑制信号发送至所述电流检测信号赋予单元5。由此，除了电流检测信号以外还能够将电压变动抑制信号赋予电流检测单元，从而能够进行更为正确地抑制高次谐波的控制。

此外，根据第7方面所涉及的发光二极管驱动装置，所述电流检测信号赋予单元5混合所述第一LED部11、所述第二LED部12、所述第三LED部13、所述第四LED部14的输出从而生成电压变动抑制信号，并对该电压变动抑制信号加上由所述电流检测单元4检测电流值得到的电流检测信号，然后发送至所述第一电流控制单元31、第二电流控制单元32、第三电流控制单元33、第四电流控制单元34。

此外，根据第8方面的所涉及的发光二极管驱动装置，所述电流检测信号赋予单元5混合所述第一LED部11、所述第二LED部12、所述第三LED部13、所述第四LED部14的输出从而生成电压变动抑制信号，并对该电压变动抑制信号进行积分，然后发送至所述第一电流控制单元31、第二电流控制单元32、第三电流控制单元33、第四电流控制单元34。

此外，根据第9方面所涉及的发光二极管驱动装置，还具备与高次谐波抑制信号生成单元6连接用于进行调光的调光单元61’。由此，通过调光单元的作用，除了高次谐波抑制动作以外还能够进行调光。

此外，根据第10方面所涉及的发光二极管驱动装置，所述高次谐波抑制信号生成单元6由串联连接的多个电流检测分压电阻构成。由此，能够沿着由整流电路整流之后的脉动的正弦波进行电流控制动作，能够使LED驱动电流接近于近似正弦波的波形。

本发明的特征及优点通过参照后述的附图进行说明而进一步得到明确。

附图说明

图1A是表示实施例1所涉及的发光二极管驱动装置的框图。

图1B是表示变形例所涉及的发光二极管驱动装置的框图。

图1C是表示其他变形例所涉及的发光二极管驱动装置的框图。

图2是表示图1A的发光二极管驱动装置的一电路例子的电路图。

图3是表示重叠显示电源电压和比较例1的电流波形的曲线。

图4是表示在实施例1的电路例子中实际测得的电流波形的曲线。

图5是表示图2的发光二极管驱动装置的高次谐波成分的曲线。

图6是表示实施例2所涉及的发光二极管驱动装置的框图。

图7是表示图6的发光二极管驱动装置的一电路例子的电路图。

图8是表示实施例3所涉及的发光二极管驱动装置的框图。

图9是表示图8的发光二极管驱动装置的一电路例子的电路图。

图10是表示实施例4所涉及的发光二极管驱动装置的框图。

图11是表示图10的发光二极管驱动装置的一电路例子的电路图。

图12是表示实施例5所涉及的发光二极管驱动装置的框图。

图13是表示图12的发光二极管驱动装置的一电路例子的电路图。

图14是表示实施例4的电流波形的曲线。

图15是表示实施例5的电流波形的曲线。

图16是表示使用微计算机的LED点亮电路例子的电路图。

图17是表示图16的LED点亮电路的动作的时序图。

图18是表示本申请人之前开发出的AC多级电路的电路图。

图19是表示图18的AC多级电路的电流波形的曲线。

图20是表示图18的AC多级电路的电流波形的高次谐波成分的曲线。

符号说明：

100、200、300、400、500、100’、200’、300’、400’、500’...发光二极管驱动装置

2...整流电路

3...LED驱动单元

4...电流检测单元；4A...第一LED电流检测电阻；4B...第二LED电流检测电阻

4C...第三LED电流检测电阻；4D...第四LED电流检测电阻

5...电流检测信号赋予单元；5A、5B、5C、5D...电流检测信号赋予电阳

6...高次谐波抑制信号生成单元

7...恒电压电源

8...电压变动抑制信号发送单元

10...LED集合体

11...第一LED部

12...第二LED部

13...第三LED部

14...第四LED部

21...第一单元；21A、21B...第一LED电流控制晶体管

22...第二单元；22A、22B...第二LED电流控制晶体管

23...第三单元；23B...第三LED电流控制晶体管

24...第四单元；24B...第四LED电流控制晶体管

31...第一电流控制单元

32...第二电流控制单元

33...第三电流控制单元

34...第四电流控制单元

60...高次谐波抑制信号生成电阻

61...高次谐波抑制信号生成电阻；61’...调光单元(可变电阻)

70...运算放大器电源用晶体管

71...齐纳二极管

72...齐纳电压设定电阻

81...保护电阻

82...旁路电容器

90～95...电力变动抑制电阻

96...二极管

97...电容器

161、162、163、164、165、166...LED块

167...开关控制部

731、732、733、734...晶体管

774...电阻

AP...交流电源

BP1...第一旁路路径；BP2...第二旁路路径；BP3...第三旁路路径；BP4...第四旁路路径

OL...输出线

具体实施方式

以下，基于附图说明本发明的实施方式。其中，以下示出的实施方式例示了用于具体化本发明的技术思想的发光二极管驱动装置，本发明并不是将发光二极管驱动装置限定于以下的装置。此外，本说明书绝不是将权利要求中示出的部件限定于实施方式的部件。特别是实施方式中记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对的配置等，只要没有特别的记载，都只不过是说明例子，而不是将本发明的范围限定于此。再者，各附图示出的部件的大小或位置关系等有时为了明确说明而被放大。再有，在以下的说明中，相同的名称、符号表示相同或同质的部件，适当省略其详细说明。另外，构成本发明的各要素既可以采用由同一部件构成多个要素从而以一个部件兼用于多个要素的方式，相反也可以由多个部件分担一个部件的功能来实现。此外，在一部分的实施例、实施方式中说明的内容也能应用于其他的实施例、实施方式等中。

为了使发光二极管驱动装置适合高次谐波电流标准，希望设计为与白炽灯炮同样成为正弦波的电流波形。因此，在本实施方式所涉及的发光二极管驱动装置中，通过在LED电流控制单元的基准电压中叠加正弦波，从而使LED驱动电流波形成为近似于正弦波的波形，以适合于25W以上的高次谐波电流标准的经济价格，提供一种小型的发光二极管驱动装置。

【实施例1】

图1A表示实施例1所涉及的发光二极管驱动装置100的框图。该发光二极管驱动装置100具备：整流电路2、LED集合体10、第一单元21～第四单元24、电流控制单元、电流检测单元4。该发光二极管驱动装置100与交流电源AP相连接，用于获得对交流电压整流之后的脉动电压的整流电路2、和由多个LED部构成的LED集合体10，在输出线OL上串联连接。在此使用四个LED部，串联连接第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13、第四LED部14，从而构成LED集合体10。再者，在输出线OL上，LED集合体10、LED驱动单元3、电流检测单元4串联连接。

此外，在第二LED部12、第三LED部13、第四LED部14各自的两端，连接用于控制通电量的第一单元21、第二单元22、第三单元23。由于第一单元21、第二单元22、第三单元23分别相对于LED部以并联方式设置，因此构成调整通电量的旁路路径。也就是说，由于能够由第一单元21、第二单元22、第三单元23调整作为旁路的电流量，因此其结果能够控制各LED部的通电量。在图1A的例子中，第一单元21与第二LED部12并联连接，形成第一旁路路径BP1。此外，第二单元22与第三LED部13并联连接，形成第二旁路路径BP2。再者，第三单元23与第四LED部14并联连接，形成第三旁路路径BP3。此外，在本说明书中，由于使在输出线上连接的LED部等形成旁路的旁路路径中，也流过输出电流，因此在这个意义下包含在输出线中使用。

(电流控制单元)

此外，为了进行恒电流驱动，设置了电流控制单元，用于控制恒电流电路。在该电路例子中，由第一单元21、第二单元22、第三单元23、第四单元24和第一电流控制单元31、第二电流控制单元32、第三电流控制单元33、第四电流控制单元34构成一种恒电流电路。

各电流控制单元与第一单元21、第二单元22、第三单元23、第四单元24连接，控制第一单元21、第二单元22、第三单元23、第四单元24的ON/OFF或电流量连续可变这种的动作。具体而言，设置控制第一单元21动作的第一电流控制单元31、控制第二单元22的动作的第二电流控制单元32、控制第三单元23的动作的第三电流控制单元33、控制第四单元24的动作的第四电流控制单元34。第一电流控制单元31、第二电流控制单元32、第三电流控制单元33、第四电流控制单元34连接于电流检测单元4，监视LED的电流量，根据其值切换第一单元21、第二单元22、第三单元23、第四单元24的控制量。

各LED部是串联和/或并联连接了一个或多个LED元件的块。LED元件可适当利用表面安装型(SMD)或炮弹型的LED。此外，SMD类型的LED元件的封装能够根据用途来选择外形，可利用在俯视下为矩形形状的类型。再有，当然也可以将在封装内串联和/或并联连接了多个LED元件的LED用作LED部。

各LED部中包含的LED元件的正向电压的相加值即总正向电压由串联连接的LED元件的个数决定。例如，使用6个正向电压3.6V的LED元件的情况下，总正向电压为3.6×6＝21.6V。

该发光二极管驱动装置100根据由电流检测单元4检测出的电流值，切换对各LED部的通电的ON/恒电流控制/OFF。换句话说，由于是基于现实通电中的电流量的电流控制，而不是基于整流电压的电压值，因此不会被LED元件的正向电压的偏差所左右，在合适的定时可实现正确的LED部的切换，可期待可靠性高的稳定的动作。此外，在检测电流值的过程中，可利用电流检测单元4等。

在图1A的例子中，第一电流控制单元31基于第一LED部11的通电量，控制第一单元21对第一LED部11的通电限制量。具体而言，在第一单元21及第二单元22、第三单元23处于ON的状态下，在通电量达到预先设定的第一基准电流值时，第一单元21对第一LED部11进行恒电流驱动。然后，输入电压上升，当达到能够共同驱动第一LED部11和第二LED部12的电压时，在第二LED部12中开始流过电流，进而当其电流值超过第一基准电流值时，第一单元21变为OFF。再者，第二电流控制单元32根据第一LED部11及第二LED部12的通电量，控制第二单元22对第一LED部11及第二LED部12的通电限制量。具体而言，当通电量达到预先设定的第二基准电流值时，第二单元22对第一LED部11和第二LED部12进行恒电流驱动。然后输入电压上升，当达到能够共同驱动第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13的电压时，第三LED部13中开始流过电流，进而其电流值超过第二基准电流值时，第二单元22变为OFF。

此外，第三电流控制单元33根据第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13的通电量，来控制第三单元23对第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13的通电限制量。具体而言，当通电量达到预先设定的第三基准电流值时，第三单元23对第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13进行恒电流驱动。然后输入电压上升，当达到能够共同驱动第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13、第四LED部14的电压时，在第四LED部14中开始流过电流，进而当其电流值超过第三基准电流值时，第三单元23变为OFF。最后，第四单元24及第四电流控制单元34对第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13、第四LED部14进行恒电流驱动。

在此，通过按照第一基准电流值＜第二基准电流值＜第三基准电流值的方式进行设定，能够按照从第一LED部11开始第二LED部12、第三LED部13、第四LED部14的顺序依次切换ON/恒电流控制/OFF。另外，这些基准电流，能够通过操作输入到各电流控制单元31～34的一个输入端子的信号，来任意调整。例如，通过将正弦波电压输入到该输入端子，则能够如后所述那样进行使其与正弦波一致的电流控制。

如上述，发光二极管驱动装置100具备多个恒电流电路，该恒电流电路构成为利用家庭用电源等的交流电源AP，与对该交流全波整流之后得到的周期性变化的脉动电压相匹配地，点亮适当个数的串联配置的LED元件。按照使各恒电流电路分别适当工作的方式来使多个LED电流检测电路进行动作。

该发光二极管驱动装置100以第1电流值使第一LED部11通电，以大于第1电流值的第2电流值使第一LED部11及第二LED部12通电，进而以大于第2电流值的第3电流值使第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13通电，然后以大于第3电流值的第4电流值使第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13、第四LED部14通电。特别是通过恒电流控制来限制对各LED部的通电量，从而能够根据电流量来切换LED部的ON/恒电流控制/OFF，相对于脉动电压能够有效地对LED进行点亮驱动。

再有，在图1A的例子中，LED驱动单元3与第四单元24并联连接，由LED驱动单元3使第四单元24中流过的一部分电流分路，从而LED驱动单元3降低了第四单元24的负荷。

(高次谐波抑制信号生成单元6)

此外，第一电流控制单元31～第四电流控制单元34与高次谐波抑制信号生成单元6相连接。高次谐波抑制信号生成单元6根据从整流电路2输出的整流电压，来生成高次谐波抑制信号电压。在此，高次谐波抑制信号生成单元6将由整流电路2整流之后的脉动电压压缩至合适的大小，并发送至第一电流控制单元31～第四电流控制单元34作为参照信号，与LED电流检测信号进行比较。各电流控制单元根据该比较结果，经由各第一单元21～第四单元24按照适当的定时和电流驱动各个LED部。

(实施例1的电路例子)

接下来，图2表示利用半导体元件实现图1A的发光二极管驱动装置100的具体的电路结构例。该发光二极管驱动装置100’作为连接于交流电源AP的整流电路2使用二极管桥。此外，在交流电源AP与整流电路2之间设置保护电阻81。再有，在整流电路2的输出侧连接旁路电容器82。此外，在交流电源AP与整流电路2之间，也可以设置用于防止过电流的保险丝和浪涌冲击防护电路，但这里并未图示。

(交流电源AP)

交流电源AP可适当使用100V或200V的商用电源。该商用电源的100V或200V是有效值，全波整流之后的整流波形的最大电压约为141V或282V。

(LED集合体10)

构成LED集合体10的各LED部彼此串联连接，并且划分为多个块，从块之间的边界引出端子，与第一单元21、第二单元22、第三单元23、第四单元24连接。在图2的例子中，由第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13、第四LED部14的四个组构成LED集合体10。

在图2所示的各LED部11～14中，一个LED符号表示安装了多个LED芯片的LED封装1。在该例中，各LED封装1安装了10个LED芯片。各LED部的发光二极管连接数或者LED部的连接数，由正向电压的相加值也就是串联连接的LED元件的总数、和所使用的电源电压来决定。例如在使用商用电源的情况下，作为各LED部的Vf合计值的合计正向电压Vf_all被设定为141V左右、或者在其以下。

此外，LED部具备一个以上的任意数量的LED元件。LED元件可利用一个LED芯片、或将多个LED芯片汇集在一个封装中而得到的部件。在该例子中，作为图示的一个LED元件，使用分别包括10个LED芯片的LED封装1。

此外，在图2的例子中，将四个LED部的Vf设计成相同。但是并不限于该例子，也可以如上述那样将LED部个数设定为3个以下或5个以上。通过增加LED部个数，从而增加恒电流控制的数量，能够进行更细的LED部之间的点亮切换控制。再有，各LED部的Vf也可以不相同。

(第一单元21～第四单元24)

第一单元21、第二单元22、第三单元23、第四单元24是用于对应各LED部进行恒电流驱动的部件。作为这种的第一单元21～第四单元24，由晶体管等的开关元件构成。特别由于FET的源极-漏极间饱和电压大致为零，因此不会妨碍对LED部的通电量，因此优选FET。不过，第一单元21～第四单元24并不限定于FET，当然也可以由双极型晶体管等构成。

在图2的例子中，作为第一单元21～第四单元24利用LED电流控制晶体管。具体而言，在第二LED部12、第三LED部13、第四LED部14、LED驱动单元3分别连接作为第一单元21～第四单元24的第一LED电流控制晶体管21B、第二LED电流控制晶体管22B、第三LED电流控制晶体管23B。各LED电流控制晶体管根据其前级的LED部的电流量来切换ON状态和恒电流控制。当LED电流控制晶体管处于OFF时，旁路路径中没有电流流过，LED部被通电。即，由于能够由各第一单元21～第四单元24调整作为旁路的电流量，因此其结果能够控制各LED部的通电量。在图2的例子中，第一单元21与第二LED部12并联连接，形成第一旁路路径BP1。此外，第二单元22与第三LED部13并联连接，形成第二旁路路径BP2。再有，第三单元23与第四LED部14并联连接，形成第三旁路路径BP3。再者，还连接第四LED电流控制晶体管24B，控制对第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13及第四LED部14的通电量。

在此，第一LED部11并未设置并联连接的旁路路径和第一单元～第四单元。这是因为与第二LED部12并联连接的第一单元21控制第一LED部11的电流量。此外，对于第四LED部14，由第四LED电流控制晶体管24B进行电流控制。

此外，在图2的例子中，将电阻3作为LED驱动单元3。在该例子中，与LED驱动单元3并联连接作为第四单元的晶体管，在电流量变大时使电流形成旁路，从而可减轻对第四单元的负荷。不过，也可以省略LED驱动单元3。

在图2的例子中，作为LED电流控制晶体管使用FET。此外，在使用第一LED电流控制晶体管21B、第二LED电流控制晶体管22B、第三LED电流控制晶体管23B、第四LED电流控制晶体管24B以LED部为单位控制ON/OFF的切换的结构中，由于构成各级的LED电流控制晶体管的FET等的控制用半导体元件分别连接在LED部的两端，因此控制用半导体元件的耐压受到LED部的总正向电压的保护。因此，其优点在于能够使用耐压小的小型半导体元件。

(第一电流控制单元31、第二电流控制单元32、第三电流控制单元33、第四电流控制单元34)

第一电流控制单元31、第二电流控制单元32、第三电流控制单元33、第四电流控制单元34，是按照让与各LED部对应的第一单元21～第四单元24在合适的定时进行恒电流驱动的方式进行控制的部件。第一～第四电流控制单元也可利用晶体管等的开关元件。特别是双极型晶体管可适合用于电流量的检测。在该例中，第一电流控制单元31、第二电流控制单元32、第三电流控制单元33、第四电流控制单元34由运算放大器构成。不过，电流控制单元也并不限定于运算放大器，当也可以由比较器、双极型晶体管、MOSFET等构成。

在图2的例子中，电流控制单元控制各个LED电流控制晶体管的动作。即，通过各电流检测运算放大器进行ON/恒电流控制/OFF，从而将LED电流控制晶体管切换为OFF/恒电流控制/ON。

(电流检测单元4)

另一方面，电流检测单元4由多个电流检测分压电阻构成。在图2的例子中，作为四个LED电流检测电阻，串联连接了第一LED电流检测电阻4A、第二LED电流检测电阻4B、第三LED电流检测电阻4C、第四LED电流检测电阻4D。这些电阻也可作为LED的保护电阻发挥作用。由该LED电流检测电阻4A、4B、4C、4D根据电压降等检测在串联连接了LED部的LED集合体10中流过的电流，进行构成LED部的LED元件的恒电流驱动。此外，为了进行恒电流驱动，设有用于控制恒电流电路的电流控制单元。在该电路例子中，由第一单元21、第二单元22、第三单元23、第四单元24和第一电流控制单元31、第二电流控制单元32、第三电流控制单元33、第四电流控制单元34构成一种恒电流电路。

各LED电流检测电阻的电阻值规定按照哪个电流的定时来进行各电流控制单元的ON/OFF。在此，按照以作为第一～第四电流检测单元31～34的各运算放大器的顺序被设定为ON的方式，来设定各LED电流检测电阻的电阻值。

(基准电流值)

在此，将由第一电流控制单元31将第一LED电流控制晶体管21从ON切换至OFF的第一基准电流值设定得低于由第二电流控制单元32将第二LED电流控制晶体管22从ON切换至OFF的第二基准电流值。此外，将由第三电流控制单元33将第三LED电流控制晶体管23从ON切换至OFF的第三基准电流值设定得高于第二基准电流值。进而，将由第四电流控制单元34将第四LED电流控制晶体管24从ON切换至OFF的第四基准电流值设定得高于第三基准电流值。这样通过设定为第一基准电流值＜第二基准电流值＜第三基准电流值＜第四基准电流值，从而伴随着被整流电路2整流之后的输入电压的上升，能按照从第一LED部11起往第二LED部12、第三LED部13、第四LED部14的顺序依次切换ON/恒电流控制/OFF。此外，在输入电压下降时，LED按照相反的顺序被熄灭。

(高次谐波抑制信号生成单元6的动作说明)

以下，参照图2说明发光二极管驱动装置100’中的高次谐波抑制信号生成单元6的动作。在图2的电路例子中，电流控制单元由运算放大器31～34构成。这些运算放大器31～34被高次谐波抑制信号生成单元6控制。

具体而言，运算放大器31～34由恒电压电源7进行驱动。恒电压电源7由运算放大器电源用晶体管70、齐纳二极管71、齐纳电压设定电阻72构成。该恒电压电源7仅在由整流电路2对交流电源AP整流之后的脉动电压超过齐纳二极管71的齐纳电压的期间向运算放大器31～34提供电源。该期间被设定为包含LED的点亮期间。即，在LED点亮过程中使运算放大器动作，以控制点亮。

高次谐波抑制信号生成单元6由高次谐波抑制信号生成电阻60、61构成。高次谐波抑制信号生成电阻60、61对由整流电路2整流之后的脉动电压进行分压。换句话说，将脉动电压压缩为合适的大小。在各运算放大器的+侧输入端子，输入从高次谐波抑制信号生成电阻60、61输出的被压缩之后的正弦波即高次谐波抑制信号。

另一方面，在各运算放大器的负输入端子，输入由电流检测电阻检测出的电压。在图2的例子中，电流检测电阻由如上述那样串联连接的电流检测分压电阻4A、4B、4C、4D构成。电流检测分压电阻4A、4B、4C、4D之间的电压被设定为在各个运算放大器担当控制的期间、也就是沿着施加于各运算放大器的+侧输入端子的正弦波进行电流控制。由此，能够将由整流电路2整流之后的脉动的正弦波输入至运算放大器的+侧输入端子。因此，由于沿着正弦波进行电流控制，因此LED驱动电流成为近似于正弦波的波形。

在此，图3及图4表示将基于实施例1的电路的电流波形与作为比较例1的基于图18的电路的电流波形进行比较的曲线。在这些图中，图3是重叠显示电源电压和比较例1的电流波形的曲线，图4是表示在实施例1的电路例子中实际测得的电流波形的曲线。此外，图5表示各个高次谐波成分的曲线。根据这些附图能够确认，在实施例1的电流波形中，7次以外的高次谐波减少，此外如图20所示那样在图18的电路例子中测量值超过界限值的11次、13次、15次高次谐波电流被抑制在界限值内。

此外，LED部分别是将多个发光二极管元件彼此串联连接而构成的。由此，能够由多个发光二极管元件有效地对脉动电压进行分压，并且能够在某种程度上吸收每个发光二极管元件的正向电压Vf或温度特性的偏差，从而使以块为单位的控制均衡化。其中，LED部的数量和构成各LED部的发光二极管元件个数等可根据被要求的亮度或输入电压等任意地设定，当然例如也可以由一个发光二极管元件构成LED部、或增多LED部的数量从而进行更为细致的控制，或者还可以相反地仅将LED部设定为两个从而使控制变得简洁。

此外，在上述结构中将LED部的构成数量设定为4个，但是当然也可以将LED部的数量设定为2个、3个或者5个以上。图1B表示LED部的数量为2个的变形例，图1C表示LED部的数量为3个的变形例。特别是通过增加LED部的数量，从而能够进行使阶梯状的电流波形更为精细的控制，能够进一步抑制高次谐波成分。此外，在图1A的例子中，尽管针对输入电流大致均等地分割了使各LED部ON/OFF的切换动作，但是也未必需要均等地进行，也可以以不同的电流来切换LED部。

再者，在上述的例子中构成为，将LED分为四个LED部，各LED部具有分别相同的Vf，但是也可以不是相同的Vf。例如如果能够尽量降低LED部1的Vf，也就是设定为与一个LED相应的3.6V左右，则在图4所示的波形中能够使电流的上升沿定时提前，使下降沿定时延迟。这对于减少高次谐波是非常有利的。此外，如果使用该方法，由于能够自由选择LED部的数量和Vf设定，还能够使电流波形近似于正弦波，因此可进一步提高灵活性从而容易实现高次谐波的抑制。

再者，只要相邻的运算放大器的负输入端子彼此之间的最小电压差在运算放大器的截止电压以上即可，例如可以按照几mV左右的差值来进行设定。这在电路设计上是有利的。例如图18所示的AC多级电路那样，由晶体管构成电流控制单元的情况下，考虑到安装半导体部件的电路基板上的、因不同位置的温度变化而引起的所设恒定电流的波动，需要几十mV以上的差值。相对于此，在实施例1的电路例子中，与由晶体管构成电流控制单元的情况相比，能够按照十分之一左右的电位差来设定。因此，根据实施例1的结构，能够精细地进行LED部的电流设定，也能够自由应对LED部的增加等，其优点在于即便考虑部件费用等的权衡也能够非常精密地近似正弦波。

【实施例2】

接下来，作为实施例2，图6表示代替运算放大器由晶体管构成电流控制单元的发光二极管驱动装置200的框图，图7表示具体的发光二极管驱动装置200’的电路例子。在图7中，对于与上述的实施例1所涉及的图2的发光二极管驱动装置100相同的部件(LED部、第一～第四单元等)，赋予相同的符号并省略详细说明。

图6的框图中的高次谐波抑制信号生成单元6在图7的电路图中由电阻6构成，在晶体管731、732、733、734的集电极端子处混合脉动电流，从而LED驱动电流波形成为图4所示的这种波形。在该实施例2中，为了阻抗匹配，设置电阻774。根据这些作用，在实施例2中也可获得与实施例1同等的效果。

【实施例3】

进而，将在实施例1的电路例子中附加了调光单元之后的发光二极管驱动装置的示例作为实施例3，图8表示发光二极管驱动装置300的框图，图9表示发光二极管驱动装置300’的电路图。在该图中对于与上述的实施例1所涉及的图2的发光二极管驱动装置100等相同的部件，也赋予相同的符号并省略详细说明。

在图9的电路例子中，将图2的实施例1的电路图中的电阻61在图9中变更为可变电阻61’。此外，在该可变电阻61’的电阻值为最大时，运算放大器31～34按照对各运算放大器31～34的+侧输入端子输入可变范围的最大电压、在-端子输入的来自电流检测电阻4A～4D的电压也为最大电压的方式进行工作，被设定为最大照度。相反，如果可变电阻最小、也就是各运算放大器的+侧输入端子接地，则处于熄灭状态。这样，可变电阻61’作为调光单元发挥作用。

根据该调光方法，按照与最大照度中的电流波形相似的形状使电流波形减小，从而能够使照度衰减。这意味着：由于在现有的一般的白炽灯炮的调光中，由闸流晶体管或三段双向开关等沿着时间轴对交流电源进行ON/OFF控制，因此不会与最大照度的电流波形也就是正弦波相似，与此相比，上述调光方法不会增大变形率，不用增加高次谐波的发生就能够进行调光。此外，功率因数不会下降也是很大优点。

【实施例4】

在上述的图2等的例子中，电流检测电阻起到将电流检测信号赋予电流控制单元的电流检测信号赋予单元的作用。另一方面，除了电流检测电阻以外，还可以设置对由该电流检测单元4检测的电流检测信号进行分配并赋予电流控制单元一侧的电流检测信号赋予单元5。将这种的发光二极管驱动装置作为实施例4，图10表示发光二极管驱动装置400的框图，图11表示发光二极管驱动装置400’的电路图。在这些图中，对于与实施例1等相同的部件，也赋予相同的符号并省略详细说明。

(电流检测信号赋予单元5)

电流检测信号赋予单元5将由电流检测单元4检测的电流检测信号发送至第一电流控制单元31、第二电流控制单元32、第三电流控制单元33、第四电流控制单元34。在图11的示例中，电流检测信号赋予单元5相当于电流检测信号赋予电阻5A～5D。此外，电力变动抑制电阻90以及91～94构成电压变动抑制信号发送单元8。

(电压变动抑制信号发送单元8)

发光二极管驱动装置还能够附加电压变动抑制信号发送单元8，该电压变动抑制信号发送单元8混合第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13、第四LED部14的各输出、也就是阴极端子从而生成电压变动抑制信号，并向电流检测信号赋予单元5发送。由此，高次谐波抑制信号生成单元6根据从电压变动抑制信号发送单元8发送的电压变动抑制信号、以及从电流检测信号赋予单元5发送的电流检测信号相加之后的混合信号，能够更正确地进行高次谐波的抑制控制。此外，根据该结构，还能够实现LED照度不易被电源电压变动影响的LED驱动电路。

【实施例5】

在图10及图11的示例中，电压变动抑制信号发送单元8连接在各LED部之间，单独检测各输出，但是并不限于该结构，也可以构成为检测LED集合体10的整体的输出。将这种变形例作为实施例5，图12表示发光二极管驱动装置500的框图，图13表示发光二极管驱动装置500’的电路图。在上述的实施例4中，如图11的电路图所示，仅通过电阻对电流检测信号加上电压变动抑制信号。相对于此，在实施例5中，如图13的电路图所示，在相加之前对电压变动抑制信号进行积分，然后加在电流检测信号上。因此，在图13所示的电路例中，除了电力变动抑制电阻95以外，还具备二极管96及电容器97。

在此，图14和图15分别表示在实施例4及实施例5的电路例子中得到的电流波形。在实施例4的电路例子中，由电压变动抑制信号发送单元8生成的电压变动抑制信号附加在由电流检测单元4检测出的电流检测信号上，由此抑制相对于电压变动的电流变动。也就是说，在实施例1～3中，由于与高次谐波抑制信号生成单元6检测出的电源电压成比例地控制电流，因此存在在电源电压较高时电流大、电源电压较低时电流小的问题。因此，通过由电压变动抑制信号发送单元8所生成的电压变动抑制信号来抑制电流变化，可将平均电流控制为恒定。在此，基于图14说明实施例4的动作。在图14中虚线所示的电压变动抑制前的电流波形被控制成为实线所示的实施了电压变动抑制的电流波形。此外，图14的电流波形表示仅使用图11中的第四电力变动抑制电阻94、使第一电力变动抑制电阻91至第三电力变动抑制电阻93断开的例子。

在该结构中，如图14中箭头所示那样，仅在脉动电压最高的前后的部分处使电流减少。因此，会出现仅在该期间点亮的第四LED部14比第一～第三LED部13暗的现象。

相对于此，在实施例5的电路例子中，由于如图15所示那样相加了积分并直流化之后的抑制信号，因此波形整体减少。由此，能够避免仅第四LED部14极端变暗的这一现象。此外，由于能够维持正弦波的电流波形，因此对于高次谐波电流抑制也是有利的。

产业上的可利用性

由于以上的发光二极管驱动装置具备LED元件，因此通过将LED元件及其驱动电路配置在同一布线基板，从而能够用作能接入家庭用交流电源来点亮的照明装置或照明器具。

在此证明且公开了本发明优选的实施方式，但本发明并不限于此，可在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更，这些变更也包含在本发明的范围内。

本申请基于2011年4月14日在日本提出的申请号为2011-90516的发明，并将其内容引用于此。

Claims (10)

1.一种发光二极管驱动装置，其包括：

整流电路，其能够与交流电源连接，用于获得对该交流电源的交流电压进行整流之后的整流电压；

第一LED部，其具有与所述整流电路连接的至少一个LED元件；

第二LED部，其具有与所述第一LED部串联连接的至少一个LED元件；

第一单元，其与所述第二LED部并联连接，用于控制对所述第一LED部的通电量；

第四单元，其与所述第一单元串联连接，用于控制对所述第一LED部及第二LED部的通电量；

第一电流控制单元，其用于控制所述第一单元；

第四电流控制单元，其用于控制所述第四单元；

电流检测单元，其用于检测基于所述第一LED部至第二LED部所串联连接的输出线上流过的电流量的电流检测信号；和

高次谐波抑制信号生成单元，其基于从所述整流电路输出的整流电压，生成高次谐波抑制信号电压，

所述第一电流控制单元及第四电流控制单元比较由所述电流检测单元检测出的电流检测信号、和由所述高次谐波抑制信号生成单元所生成的高次谐波抑制信号电压，以抑制高次谐波成分的方式来分别控制所述第一单元及第四单元。

2.根据权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，

所述发光二极管驱动装置还具备：

第三LED部，其具有与所述第二LED部串联连接的至少一个LED元件；

第二单元，其与所述第三LED部并联连接，用于控制对所述第一LED部及所述第二LED部的通电量；和

第二电流控制单元，其用于控制所述第二单元；

所述第二电流控制单元比较由所述电流检测单元检测出的电流检测信号、和由所述高次谐波抑制信号生成单元所生成的高次谐波抑制信号电压，以抑制高次谐波成分的方式来控制所述第二单元，

所述第四单元构成为控制对所述第一LED部、第二LED部及第三LED部的通电量。

3.根据权利要求2所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，

所述发光二极管驱动装置还具备：

第四LED部，其具备与所述第三LED部并联连接的至少一个LED元件；

第三单元，其与所述第四LED部串联连接，用于控制对所述第一LED部、第二LED部、第三LED部的通电量；和

第三电流控制单元，其用于控制所述第三单元，

所述第四单元构成为控制对所述第一LED部、第二LED部、第三LED部及第四LED部的通电量。

4.根据权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，

所述发光二极管驱动装置还具备与所述第四单元并联连接的LED驱动单元。

5.根据权利要求3所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，

所述发光二极管驱动装置还具备：电流检测信号赋予单元，用于分配由所述电流检测单元检测的电流检测信号，向第一电流控制单元、第二电流控制单元、第三电流控制单元及第四电流控制单元送出。

6.根据权利要求5所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，

所述发光二极管驱动装置还具备：电压变动抑制信号发送单元，其混合所述第一LED部、所述第二LED部、所述第三LED部、所述第四LED部的各输出从而生成电压变动抑制信号，并将该电压变动抑制信号发送至所述电流检测信号赋予单元。

7.根据权利要求5所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，

所述电流检测信号赋予单元混合所述第一LED部、所述第二LED部、所述第三LED部、所述第四LED部的输出从而生成电压变动抑制信号，并对该电压变动抑制信号加上由所述电流检测单元检测电流值得到的电流检测信号，然后发送至所述第一电流控制单元、第二电流控制单元、第三电流控制单元、第四电流控制单元。

8.根据权利要求5所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，

所述电流检测信号赋予单元混合所述第一LED部、所述第二LED部、所述第三LED部、所述第四LED部的输出从而生成电压变动抑制信号，并对该电压变动抑制信号进行积分，然后发送至所述第一电流控制单元、第二电流控制单元、第三电流控制单元、第四电流控制单元。

9.根据权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，

所述发光二极管驱动装置还具备：调光单元，其与高次谐波抑制信号生成单元连接，用于进行调光。

10.根据权利要求1所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，

所述高次谐波抑制信号生成单元由串联连接的多个电流检测分压电阻构成。

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