CN102752907A

CN102752907A - 点亮设备和照明装置

Info

Publication number: CN102752907A
Application number: CN2012100887209A
Authority: CN
Inventors: 松田贤治; 中村亮介
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: EP2515611A1; US20120293087A1; JP5810305B2; CN102752907B; EP2515611B1; JP2012227051A; US8680775B2

Abstract

一种点亮设备，包括：点亮电路和调光控制单元，该点亮电路通过开关元件切换来自电源的输入，并且将平滑的输出输出到固态发光元件；该调光控制单元基于控制信号控制开关元件，以调节至固态发光元件的输出。该调光控制单元具有驱动控制单元和突发控制单元，该驱动控制单元对开关元件执行PWM控制；该突发控制单元接收取决于至发光元件的输出的反馈信号，并且基于阈值以及反馈信号和参考信号的幅值在PWM控制中设置停止时段。

Description

点亮设备和照明装置

技术领域

本发明涉及用于点亮固态发光元件的点亮设备，以及具有该点亮设备的照明装置。

背景技术

传统上，作为用于点亮固态发光元件的点亮设备，所提出的点亮设备包括控制开关，用于将恒定电流提供给固态发光元件，以控制该控制开关的导通/关断时段并且以预设的调光水平将固态发光元件点亮。

例如，在日本专利申请公开No.2011-70966(JP2011-70966A)中公开的点亮电路中，执行切换操作，以通过PWM(脉冲宽度调制)信号来控制开关元件的导通/关断操作，该PWM信号具有基于指示光源的调光水平的调光控制值确定的占空比。而且，在该点亮电路中，在与AC(交流电)功率的半周期相对应的第一时段期间或在根据调光控制值的PWM信号的占空比期间，启动或停止上述切换操作。即，在该点亮电路中，通过开关元件的导通/关断操作的突发(burst)控制，以预设的调光水平点亮作为光源的发光二极管。

然而，因为在执行切换操作的导通时段期间，在JP2011-70966A中公开的点亮电路的输出增加，并在停止切换操作的关断时段期间输出减小，所以在输出电压或光输出上产生纹波波形。具体来说，因为固态发光元件的响应速度快于其它光源(荧光灯等等)的响应速度，如果调光水平低，或如果突发控制的时段(第一时段)被延长，则可能可视地检测到光输出的变化。

发明内容

因此，本发明提供即使当采用低输出点亮固态发光元件时，也能够抑制闪光或闪烁现象的点亮设备和照明装置。

根据本发明的一方面，提供一种点亮设备，包括点亮电路，该点亮电路用于通过使用开关元件来切换来自DC电源的输入，并且将平滑的输出输出至固态发光元件；以及调光控制单元，该调光控制单元用于基于控制信号来控制所述开关元件的切换操作，从而调节至所述固态发光元件的输出，该控制信号具有根据调光水平而确定的占空比。

所述调光控制单元具有：驱动控制单元，该驱动控制单元用于对所述开关元件执行脉冲宽度调制(PWM)控制；以及突发控制单元，该突发控制单元用于接收根据至所述固态发光元件的所述输出而变化的反馈信号，并且基于阈值，以及所述反馈信号和参考信号的幅值，在由所述驱动控制单元执行的PWM控制中设置停止时段。

所述突发控制单元优选基于所述阈值以及由所述反馈信号与所述参考信号之间的差值来确定的差值信号，在由所述驱动控制单元执行的PWM控制中设置所述停止时段。

所述突发控制单元可以包括产生所述参考信号的参考信号产生单元，所述参考信号的频率等于所述控制信号的频率。

在此，所述控制信号的所述频率的下限和上限优选分别是300Hz和1000Hz。

根据本发明的另一方面，提供一种照明装置，该照明装置包括所述固态发光元件和上述的点亮设备。

在根据本发明的这些方面的点亮设备和照明装置中，即使当采用低输出点亮固态发光元件时，也可以抑制闪光或闪烁现象。

附图说明

根据结合附图给出的以下实施例的描述，本发明的目的和特征将变得明显，附图如下：

图1是示出根据本发明实施例的照明装置的示意电路图；

图2是示出照明装置的主要部分的示意电路图；

图3示出照明装置的操作；

图4是示出照明装置的操作的图；以及

图5是示出照明装置的操作的图。

具体实施方式

以下，将参照在此作为组成部分的附图详细描述本发明的实施例。

如图1中所示，根据本实施例的照明装置包括光源2，以及用于控制光源2的点亮状态的点亮设备1。在光源2中，将实施为LED(发光二极管)的一个或多个固态发光元件LD1彼此连接。在本实施例中，将两个固态发光元件LD1和LD2串联连接。而且，固态发光元件LD1的数量和连接方法并非限制于此，而可以根据情况需要来调整。而且，固态发光元件LD1并非限制于LED，而可以使用诸如OLED(有机发光二极管)的任何其它发光元件。

点亮设备1包括直流(DC)电源4、绝缘反激式电路5以及调光控制单元3，该绝缘反激式电路5用于通过切换DC电源4的输出来点亮光源2，该调光控制单元3用于控制构成绝缘反激式电路5的开关元件Q1的切换操作。而且，点亮设备1包括分别检测流经光源2的电流I1和开关元件Q1的漏电流I2的电流检测单元(CDU)6和7。

DC电源4是DC恒流电源，并且例如包括整流电路4a和电容器C0，该整流电路4a用于对来自商业AC电源的AC功率进行全波整流，以将AC功率转换为DC功率；该电容器C0连接在整流电路4a的输出端子之间。而且，DC电源4可以是在用于输出DC功率的DC恒定电源中设置DC/DC转换器的方案，或者可以是仅具有DC恒定电源的方案。

绝缘反激式电路5包括绝缘变压器(以下称作“变压器”)T1、连接到变压器T1的初级线圈的开关元件Q1，以及连接到变压器T1的次级线圈的电容器C1和二极管D1。将电容器C1与光源2并联连接在变压器T1的次级线圈的端子之间。

调光控制单元3配置成使得将实施为PWM信号的控制信号S1输入到调光控制单元3，从而响应于控制信号S1控制开关元件Q1的导通/关断操作，其中基于由用户通过使用照明装置的操控单元(未图示)设定调光水平，来改变该控制信号所具有的占空比。

图2中所示的电路是调光控制单元3的详细示例，该电路包括参考信号产生单元8以及OP Amp(运算放大器)OP1，该参考信号产生单元8用于基于已从外部输入的控制信号S1来输出参考信号，该运算放大器OP1用于接收从参考信号产生单元8输出的参考信号作为反相输入，并且接收根据电流检测单元6的输出的反馈信号作为正相输入。将OP AmpOP1的输出输入到设置在调光控制单元3中的光电耦合器PC1的发光元件。

参考信号产生单元8包括晶体管Q2和晶体管Q3，其中控制信号S1经由电阻器R1输入至该晶体管Q2的基极，晶体管Q3的基极连接到晶体管Q2的集电极。DC电压V1经由电阻器R2施加到晶体管Q2的集电极和发射极之间。将通过由电阻器R3和R4对DC电压V1分压而获得的电压施加到晶体管Q3的集电极和发射极之间，并且将电容器C2与电阻器R4并联连接。将电容器C2两端之间的电压连接到OP Amp OP1的反相输入端子。

在此，假设OP Amp OP1的反相输入端子处的电位(即，图2中所示A点的电位)为参考电位Va。当控制信号S1处于高(H)电平时，晶体管Q2导通，并且晶体管Q3关断。因此，参考电位Va逐步上升。而且当控制信号S1处于低(L)电平时，晶体管Q2关断，并且晶体管Q3导通，以使得参考电位Va逐步下降。根据控制信号S1的信号电平的变化来重复该操作，从而参考电位Va在与控制信号S1相同的周期中重复上升和下降。

即，参考信号产生单元8将与控制信号S1具有相同频率分量的信号作为参考信号输出至OP Amp OP1(参照图4)，以使得参考信号的频率分量也包含在OP Amp OP1的输出中。

而且，调光控制单元3包括实施为通用IC(集成电路)的控制IC(驱动控制单元)10，用以控制开关元件Q1的导通/关断操作。如图2中所示，控制IC 10包括驱动单元11、起动器单元13、零电位检测单元(ZDU)14、比较器15、电平偏移单元16以及作为RS触发器的驱动控制器12。而且，在控制IC 10中，至少设置诸如FB端子P1、IS端子P2、ZCD端子P3以及OUT端子P4的四个端子。

将FB端子P1连接到光电耦合器PC1的输出端，以使得FB端子P1的电位随着光电耦合器PC1的输入的增大成比例地下降。而且，因为FB端子P1经由电平偏移单元16连接到比较器15的参考电位侧，比较器15的参考电位随着FB端子P1的电位的下降而下降。因此，将比较器15设置为使得在光电耦合器PC1的输入增大时，比较器15的参考电位下降。

IS端子P2连接到电流检测单元7，以使得基于开关元件Q1的漏电流I2的电位输出被输入至比较器15。在这个情况中，因为比较器15的输出被输入至驱动控制器12的复位(RESET)端子，当基于开关元件Q1的漏电流的电位变为大于比较器15的参考电位时，将复位信号输入至驱动控制器12。

例如，将通过使用CR电路9延迟设置在变压器T1中的检测线圈20的电压Vsub而获得的信号输入到ZCD端子P3。在输入到ZCD端子P3的电位变为不大于零电位检测单元14的阈值(例如，0V)时，将来自起动器单元13的短脉冲波作为设定信号输入到驱动控制器12的设定端子。

将OUT端子P4连接到突发单元18，将比较FB端子P1的电位与预定停止阈值电压Vth的比较单元17的输出提供给突发单元18，并且将突发单元18的输出提供至开关元件Q1的栅极。因此，在比较单元17将H电平信号提供给突发单元18时，开关元件Q1根据通过OUT端子P4提供给突发单元18的驱动单元11的驱动信号，来执行导通/关断切换。同时，当比较单元17将L电平信号提供给突发单元18时，根据驱动单元11的输出不驱动开关元件Q1。

以下，将描述图2中的电路的操作。首先，在控制IC 10中，当输入到ZCD端子P3的电位变为小于零电位检测单元14的阈值(图3中的时刻t1)时，从起动器单元13输出短脉冲波，并且将该短脉冲波输入至驱动控制器12的设定端子。因此，在比较单元17将H电平信号提供给突发单元18时，驱动控制器12操作驱动单元11，因而使得绝缘反激式电路5中的开关Q1导通。

在开关元件Q1导通时，操作绝缘反激式电路5，以使得将变压器T1的芯(未图示)磁化，并且随后流入变压器T1的初级侧的电流逐渐增大。因此，如图3中所示，开关元件Q1的漏电流I2逐渐增大。

此后，在开关元件Q1的漏电流I2增大，并且电流检测单元7的输出变为大于预定阈值时，响应于来自IS端子P2的输入，将来自比较器15的复位信号输入到驱动控制器12。因此，在图3中的时刻t2，驱动控制器12停止驱动单元11，并且关断开关元件Q1。

如图3中的(b)所示，在时刻t2，当开关元件Q1关断时，基于通过以上操作存储在变压器T1中的能量，电流Id1流经变压器T1的次级侧。随后，电流Id1随着时间的推移而逐渐的下降。

而且，在变压器T1的能量被释放时，检测线圈20的电压Vsub逐渐下降。当如图3中的(d)所示，ZCD端子P3的电位变为例如0V时，如图3中的(e)所示，在时刻t3将来自起动器单元13的短脉冲波输入至驱动控制器12的设定端子。即，再一次导通开关元件Q1。重复执行以上操作，以使得可以执行PWM控制。

如上所述，因为开关元件Q1执行切换操作，在电容器C1产生几乎恒定的DC电压，并且将由电容器C1平滑的电压提供给光源2，从而点亮光源2。而且，由开关元件Q1的切换操作中的导通时段与关断时段之比(占空比)来确定光源2的光输出。

在设定的调光水平为低的低负载情况下，增大至光电耦合器PC1的输入。并且随后，从FB端子P1流出的电流增大，从而减小比较器15的参考电压和FB端子P1的电压。如将在以下描述的，调光控制单元3执行突发控制，其中当FB端子P1的电压变为小于停止阈值电压Vth时停止开关元件Q1的切换操作，并且在电压变为不小于停止阈值电压Vth时，重新开始开关元件Q1的切换操作。

而且，光电耦合器PC1的输入是OP Amp OP1的输出并且是已从参考信号产生单元8输出并且具有与控制信号S1相同频率分量的参考信号与流经光源2的电流I1之差。因此，将电位输入到光电耦合器PC1，其中所述电位设定为使得当设定的调光水平较低时，所述电位较高，而当调光水平较高时所述电位较低；并且使得所述电位以与参考信号相同的频率(该频率与控制信号S1的频率相同)在预定的范围内变化。

因此，如图5中所示，在调光水平变得较低时，出现FB端子P1的电位变得低于停止阈值电压Vth的时段，并且在开关元件Q1的切换操作中出现预定停止时段。例如，在调光下限的情况中，当停止阈值电压Vth是0.4V时，FB端子P1的电位在从最大0.5V至最小0.3V的波动范围内规律地变化。当FB端子P1的电位等于或大于0.4V时，执行开关元件Q1的切换操作，而当FB端子P1小于0.4V时，停止开关元件Q1的切换操作。

由包括参考信号产生单元8、OP Amp OP1、光电耦合器PC1、比较单元17以及突发单元18的突发控制器来执行突发控制。当FB端子P1的电位不小于停止阈值电压Vth时，比较单元17将H电平信号提供给突发单元18，以使得由驱动单元11的输出驱动开关元件Q1。当FB端子P1的电位小于停止阈值电压Vth时，比较单元17将L电平信号提供给突发单元18，以使得由驱动单元11的输出不驱动开关元件Q1。

以这一方式，在设定低调光水平的低负载的情况下，调光控制单元3执行控制，以使得从光源2输出的光变为与由用户通过针对开关元件Q1执行突发控制而设定的调光水平相对应的输出。将由调光控制单元3的突发控制的频率设定为从参考信号产生单元8输出的参考信号的频率。

如上所述，即使当采用低输出点亮光源2时，调光控制单元3的突发控制的频率也能够固定在预定频率，从而可以抑制闪光或闪烁现象。

而且，在控制信号S1和输出到OP Amp OP1的参考信号的频率中，将参考信号的频率设定为与控制信号S1的频率相同。因此，当将控制信号S1的频率设定为1kHz时，突发控制的频率也可以固定在1kHz。由此，因为光输出的变化也是1kHz，可以抑制闪光或闪烁现象。

在该情况中，控制信号S1的频率的下限可以优选为300Hz，并且该频率的上限可以优选为1000Hz。因此，能够抑制人眼可感受范围内发生的闪光或闪烁现象。

在根据本发明的点亮设备和照明装置中，即使当采用低输出点亮固态发光元件时，仍然可以抑制闪光或闪烁现象。

尽管相对于这些实施例已经描述和示出本发明，然而本发明并非限制于此。本领域技术人员应该理解：在未偏离如以下权利要求所限定的本发明的保护范围的情况下可以做出各种变化和修改。

Claims

1.一种点亮设备，包括：

点亮电路，用于通过使用开关元件来切换来自DC电源的输入，并且将平滑的输出输出至固态发光元件；以及

调光控制单元，用于基于控制信号来控制所述开关元件的切换操作，从而调节至所述固态发光元件的输出，所述控制信号具有根据调光水平而确定的占空比，所述调光控制单元包括：

驱动控制单元，用于对所述开关元件执行脉冲宽度调制(PWM)控制；以及

突发控制单元，用于接收根据至所述固态发光元件的所述输出而变化的反馈信号，并且基于阈值，以及所述反馈信号和参考信号的幅值，在由所述驱动控制单元执行的PWM控制中设置停止时段。

2.根据权利要求1所述的点亮设备，其中，所述突发控制单元基于所述阈值，以及由所述反馈信号与所述参考信号之间的差值确定的差值信号，在由所述驱动控制单元执行的PWM控制中设置所述停止时段。

3.根据权利要求1所述的点亮设备，其中，所述突发控制单元包括产生所述参考信号的参考信号产生单元，所述参考信号的频率等于所述控制信号的频率。

4.根据权利要求3所述的点亮设备，其中，所述控制信号的所述频率的下限和上限分别是300Hz和1000Hz。

5.一种照明装置，包括固态发光元件和根据权利要求1-4中任一项所述的点亮设备。