CN103068106B - 半导体发光元件驱动装置和照明器具 - Google Patents

半导体发光元件驱动装置和照明器具 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种半导体发光元件驱动装置和照明器具。如果光源单元(9)的调光比高于第一比，则在所述调光比增加的情况下，在第二开关装置(Q2)保持断开的状态下，使第一开关装置(Q1)的接通宽度增加，以及在所述调光比减少的情况下，在所述第二开关装置(Q2)保持断开的状态下，使所述第一开关装置(Q1)的接通宽度减少。如果所述光源单元(9)的调光比低于所述第一比，则在所述第一开关装置(Q1)的接通宽度保持在下限值的状态下，对所述第二开关装置(Q2)的接通宽度进行调整。

Description

半导体发光元件驱动装置和照明器具
技术领域
本发明涉及一种半导体发光元件驱动装置和具有该半导体发光元件驱动装置的照明器具。
背景技术
国际公开号为WO2004/057921A1的文献公开了LED(发光二极管)照明模块用的供电组件，其中该供电组件包括用于向该LED照明模块供给恒定电流的控制开关。向该控制开关施加包含有高频脉冲的低频突发的双开关信号。通过改变该双开关信号的低频成分，可以使流经该LED照明模块的平均电流改变，从而改变该LED照明模块所输出的光强度。
在用于进行调光使得负荷电流间歇地流经LED照明模块的所谓的突发调光系统中，在对该模块进行调光以使得来自该模块的光通量变低的情况下，需要将该模块设置为相对较低的频率(约120Hz)。
在该突发调光系统中，在经由诸如摄像机等的视频设备观看LED照明模块的情况下，担心由于与该视频设备的特定频率发生干涉而产生可见的闪烁。由于负荷电流间歇地流经LED照明模块，因而产生了无负荷电流流经该模块的空闲时间段。
在用于改变流经LED照明模块的负荷电流的峰值的振幅控制系统中，可以降低在经由视频设备观看LED照明模块的情况下产生可见闪烁的可能性。这是因为：在该振幅控制系统中，负荷电流连续地流经LED照明模块。
然而，在将振幅控制系统应用于具有LED阵列的前述LED照明模块的情况下，存在该LED阵列的元件(LED)各自的亮度出现分散的问题。由于该LED阵列的各元件的正向电压出现分散并且在一些阵列或元件类型中可能出现15%以上的分散，因此在来自调光中的LED照明模块的光通量较低的情况下，施加至该模块的电压可能会下降。该问题随着串联连接的LED的数量的增加而变得更加明显。
发明内容
本发明的目的在于：抑制在利用视频设备拍摄光源单元的情况下发生的这种可见闪烁，并且还减少在对光源单元进行调光而使来自该光源单元的光通量变低的情况下该光源单元的各元件的亮度分散。
本发明的一种半导体发光元件驱动装置(10)，包括直流电源电路(1、2和3)、转换电路(5)和电流调整电路(6)。所述直流电源电路(1、2和3)用于输出直流电力。所述转换电路(5)具有第一开关装置(Q 1)，并且用于输入从所述直流电源电路(1、2和3)输出的电力，并可变地控制所述第一开关装置(Q1)的接通宽度，由此向包括发光元件(LD1)的光源单元(9)供给负荷电流。所述电流调整电路(6)包括与所述光源单元(9)并联连接的、阻抗组件(R19和R20)和第二开关装置(Q2)的串联电路，并且用于通过对所述第二开关装置(Q2)的接通宽度进行调整来可变地控制流经所述光源单元(9)的负荷电流。所述控制单元(7)用于对所述第一开关装置(Q1)和所述第二开关装置(Q2)的接通和断开进行控制。所述控制单元(7)还用于对所述光源单元(9)的调光比进行控制。换句话说，如果所述光源单元(9)的调光比高于第一比，则所述控制单元(7)在使所述光源单元(9)的调光比增加的情况下，在使所述第二开关装置(Q2)保持断开的状态下使所述第一开关装置(Q1)的接通宽度增加，并且还在使所述光源单元(9)的调光比减少的情况下，在使所述第二开关装置(Q2)保持断开的状态下使所述第一开关装置(Q1)的接通宽度减少。如果所述光源单元(9)的调光比低于所述第一比，则所述控制单元(7)在使所述第一开关装置(Q1)的接通宽度保持下限值的状态下对所述第二开关装置(Q2)的接通宽度进行调整。
在实施例中，所述电流调整电路(6)包括：与所述光源单元(9)并联连接的、阻抗组件(R35和R36)和电容器(C22)的串联电路；第三开关装置(Q4)，被配置为在使所述第三开关装置接通的情况下使所述电容器(C22)放电；以及电感器(N2)，其沿着所述电容器(C22)的放电路径配置。在本实施例中，如果所述光源单元(9)的调光比低于所述第一比，则由于在所述第三开关装置(Q4)使所述电容器(C22)放电的情况下产生的所述电感器(N2)的感应电力而引起的脉冲电压叠加在所述转换电路(5)的输出上。
在实施例中，所述第二开关装置(Q2)的接通和断开频率被设置为比与视频设备的快门速度相对应的频率高的频率。
在实施例中，所述第三开关装置(Q4)的接通和断开频率被设置为120Hz以上。
在实施例中，所述控制单元(7)用于：在所述光源单元(9)的调光比高于第二比的情况下，使所述第三开关装置(Q4)保持断开；以及在所述光源单元(9)的调光比低于所述第二比的情况下，对所述第三开关装置(Q4)的接通和断开进行控制。
在实施例中，所述控制单元(7)包括微计算机(IC4)，其中所述微计算机(IC4)用于基于来自外部的调光信号来对所述第一开关装置～所述第三开关装置(Q1、Q2和Q4)至少之一的接通和断开进行控制。
本发明的一种照明器具，其包括根据上述实施例中任一项所述的半导体发光元件驱动装置。所述照明器具还包括：所述光源单元(9)，其包括发光元件，并且用于利用所述半导体发光元件驱动装置进行驱动；以及器具本体，其容纳有所述半导体发光元件驱动装置(10)和所述光源单元(9)。
根据本发明，可以抑制在利用视频设备拍摄光源单元的情况下发生的可见闪烁，并且还减少在对该光源单元进行调光而使来自该光源单元的光通量变低的情况下该光源单元的各元件的亮度分散。
附图说明
现在将进一步详细说明本发明的优选实施例。通过以下的详细说明以及附图将更好地理解本发明的其它特征和优点，其中：
图1是根据本发明第一实施例的半导体发光元件驱动装置的电路图；
图2是示出调光信号的占空比和光输出之间的关系的图；
图3示出第一控制信号的波形；
图4是根据本发明第二实施例的半导体发光元件驱动装置的电路图；
图5是示出调光信号的占空比和光输出之间的关系的图；
图6A示出叠加有脉冲电压的正向电压的波形，并且图6B是示出脉冲电压叠加在正向电压上的情况下的正向电压和正向电流的波动的图；
图7A是降压斩波器的电路图，图7B是降压斩波器的电路图，图7C是升压斩波器的电路图，并且图7D是升压斩波器的电路图；以及
图8是根据本发明第三实施例的照明器具的示意结构图。
具体实施方式
第一实施例
图1示出本实施例的半导体发光元件驱动装置10(以下称为“驱动装置10”)的电路图。驱动装置10包括滤波电路1、整流电路2、升压斩波电路3、控制用电源电路4、反激转换电路5、电流调整电路6、控制单元7和外部调光器8。驱动装置10所用的输入电源是商用电源E1，并且驱动装置10用于向包括多个(例如在本实施例中为32个)发光二极管LD1的光源单元9供给电流，由此使光源单元9点亮，其中发光二极管与本发明的发光元件相对应。以下说明驱动装置10的结构。
滤波电路1包括以下器件：输入端子CN1，其能够连接至商用电源E1；电流熔断器F1；冲击保护装置SPD1；滤波电容器CF1；以及线路滤波器LF1。输入端子CN1经由电流熔断器F1连接至线路滤波器LF1的输入端子。冲击保护装置SPD1和滤波电容器CF1各自还与线路滤波器LF1的输入端子并联连接。线路滤波器LF1的输出端子连接至整流电路2的全波整流器DB1的输入端子。因而，滤波电路1用于去除来自商用电源E1的电源噪声。
整流电路2包括由二极管桥构成的全波整流器DB1，并且全波整流器DB1的输出端子与高频率旁路所用的电容器C1并联连接。全波整流器DB1的输出端子的负电极是电路板上的接地端，并且经由电容器C2和C3的串联电路以高频率接地、即连接至放置有电路块的壳体(机架电位)。
升压斩波电路3包括：电感器L1；由MOSFET构成的开关装置Q3；二极管D1；平滑电容器C4；以及PFC控制电路IC1。
全波整流器DB1的输出端子的正电极经由电感器L1连接至开关装置Q3的漏极端子和二极管D1的阳极端子。开关装置Q3的源极端子经由电流感测电阻器R1连接至全波整流器DB1的输出端子的负电极。二极管D1的阴极端子连接至平滑电容器C4的正电极。平滑电容器C4是诸如铝电解电容器等的大容量电容器。
升压斩波电路3用于以高频率使开关装置Q3接通和断开，以使来自全波整流器DB1的波动电压升压并且还经由平滑电容器C4使该波动电压平滑化，由此输出直流电压V1(例如，410V)。
在本实施例中，滤波电路1、整流电路2和升压斩波电路3与本发明的直流电源电路相对应。
PFC控制电路IC1由STMicroelectronics所制造的L6562A构成，并且具有第一引脚P11～第八引脚P18。第一引脚P11(INV)是内置误差放大器(未示出)的反转输入端子。第二引脚P12(COMP)是该误差放大器的输出端子。第三引脚P13(MULT)是内置乘法电路(未示出)的输入端子。第四引脚P14(CS)是用于检测斩波电流的端子。第五引脚P15(ZCD)是用于检测过零的端子。第六引脚P16(GND)是接地端子。第七引脚P17(GD)是栅极驱动端子。第八引脚P18(Vcc)是电源端子。
通过对来自商用电源E1的交流电压进行全波整流来使电容器C1两端的作为升压斩波电路3的输入电压的电压转换成波动电压。利用电阻器R2～R4的串联电路和电阻器R5对该波动电压进行分压，并且通过电容器C5来去除噪声。将电容器C5两端的电压(波动电压)施加至PFC控制电路IC1的第三引脚P13，并且利用PFC控制电路IC1来检测该电压。使用连接至第三引脚P13的内置乘法电路来进行控制，以使得经由全波整流器DB1从商用电源E1所引入的输入电流的波形变为与波动电压的波形相似的形式。
平滑电容器C4两端的电压(直流电压V1)由电阻器R6～R9的串联电路、以及电阻器R10和可变电阻器VR1的串联电路进行分压，然后被施加至PFC控制电路IC1的第一引脚P11。因此，利用PFC控制电路IC1来检测平滑电容器C4两端的电压(直流电压V1)。PFC控制电路IC1的第一引脚P11和第二引脚P12之间所连接的电容器C6和C7以及电阻器R11构成了内置误差放大器的反馈阻抗。
电流感测电阻器R1两端的电压通过由电阻器R12和电容器C8构成的噪声滤波电路而被施加至PFC控制电路IC1的第四引脚P14。因此，利用PFC控制电路IC1来检测流经开关装置Q3的电流。
电感器L1的二次绕组L2的一端(第一端)连接至PFC控制电路IC1的第六引脚P16、即电路接地端，而二次绕组L2的另一端(第二端)经由电阻器R13连接至PFC控制电路IC1的第五引脚P15。因此，利用PFC控制电路IC1来检测储存在电感器L1内的能量。
在PFC控制电路IC1的第七引脚P17、即栅极驱动端子的输出电平变为高(HIGH)的情况下，电流经由电阻器R14流经电阻器R15并且电阻器R15两端的电压增大。然后，在电阻器R15两端的电压等于或高于开关装置Q3的栅极和源极之间的阈值电压的情况下，开关装置Q3接通。在第七引脚P17的输出电平变为低(LOW)的情况下，储存到开关装置Q3的栅极和源极之间的电荷经由二极管D2和电阻器R16进行放电并且开关装置Q3断开。
在经由第四引脚P14所检测到的流经开关装置Q3的电流的值达到预定峰值的情况下，PFC控制电路IC1还使开关装置Q3断开。在经由第五引脚P15所检测到的储存在电感器L1内的能量被放出并且低于阈值的情况下，PFC控制电路IC1再次使开关装置Q3接通。
PFC控制电路IC1还进行控制，以使得在经由第三引脚P13所检测到的波动电压高的情况下，开关装置Q3的接通(ON)时间长，而在波动电压低的情况下，开关装置Q3的接通时间短。
PFC控制电路IC1还进行控制，以使得在经由第一引脚P11所检测到的平滑电容器C4两端的电压(直流电压V1)的值高于目标值的情况下，开关装置Q3的接通时间短，而在直流电压V1的值低于目标值的情况下，开关装置Q3的接通时间长。因而，PFC控制电路IC1进行控制，以使得流经开关装置Q3的峰电流的值与目标值一致。
控制用电源电路4包括连接至平滑电容器C4的IPD装置IC2以及外围电路。IPD装置IC2是所谓的智能功率装置，并且由Panasonic Corporation(松下电器产业株式会社)所制造的MIP2E2D构成。IPD装置IC2是具有漏极端子、源极端子和控制端子这三个引脚的装置，并且内部设置有由功率MOSFET构成的开关装置以及用于控制该开关装置的接通和断开的控制电路。IPD装置IC2的内置开关装置、电感器L3、平滑电容器C9和二极管D3构成了降压斩波电路。齐纳二极管ZD1、二极管D4、平滑电容器C10和电容器C11构成了IPD装置IC2所用的电源电路。噪声去除所用的电容器C12与IPD装置IC2的漏极端子相连接。
控制用电源电路4用于在平滑电容器C9的两端生成通过使平滑电容器C4两端的电压(直流电压V1)降压所获得的控制用电源电压VC1。采用该控制用电源电压VC1作为PFC控制电路IC1和后面所述的集成电路(三端子稳压器IC3、微计算机IC4和作为驱动器IC的驱动电路IC5)所用的工作电源。因此，在IPD装置IC2开始工作之前不对平滑电容器C9进行充电，因而其它的集成电路IC1和IC3～IC3也没有开始工作。以下说明控制用电源电路4的操作。
在驱动装置10连接至商用电源E1之后的初期，利用全波整流器DB 1的输出电压对平滑电容器C4进行充电，然后电流流经IPD装置IC2的漏极端子→IPD装置IC2的控制端子→平滑电容器C10→电感器L3→平滑电容器C9的路径。因此，平滑电容器C10被充电，然后向IPD装置IC2供给工作电压。使IPD装置IC2开始工作，然后开始内置开关装置的接通和断开控制。
在IPD装置IC2的开关装置接通的情况下，电流流经平滑电容器C4→IPD装置IC2的漏极端子→IPD装置IC2的源极端子→电感器L3→平滑电容器C9的路径，并且平滑电容器C9被充电。在随后使IPD装置IC2的开关装置断开的情况下，储存在电感器L3内的能量经由二极管D3被放出到平滑电容器C9内。因此，由IPD装置IC2的内置开关装置、电感器L3、二极管D3和平滑电容器C9构成的电路用作降压斩波电路。结果，在平滑电容器C9的两端生成通过使平滑电容器C4两端的电压(直流电压V1)降压所获得的控制用电源电压VC1。
在使IPD装置IC2的开关装置断开的情况下，再生能量(电流)经由二极管D3流动，并且电感器L3两端的电压被钳位至平滑电容器C9两端的电压与二极管D3的正向电压的总和电压(以下称为“第一总和电压”)。平滑电容器C10两端的电压变是通过从第一总和电压中减去齐纳二极管ZD1两端的齐纳电压与二极管D4的正向电压的(第二)总和电压所获得的电压。IPD装置IC2的内置控制电路进行开关装置的接通和断开控制，以使得平滑电容器C10两端的电压变为恒定。结果，平滑电容器C9两端的电压也变为恒定。
在平滑电容器C9的两端生成控制用电源电压VC1的情况下，PFC控制电路IC1开始工作并且升压斩波电路3开始工作。另外，用于产生微计算机IC4的工作电源(5V)的三端子稳压器IC3以及微计算机IC4和驱动电路IC5也开始工作。因此，开始针对反激转换电路5的开关装置Q1的接通和断开控制。
反激转换电路5包括：变压器T1；由MOSFET构成的开关装置Q1(第一开关装置)；二极管D5；以及平滑电容器C13。反激转换电路5用于可变地控制开关装置Q1的接通脉冲宽度(持续时间)，由此在平滑电容器C13的两端产生通过使平滑电容器C4两端的电压(直流电压V1)降压所获得的直流电压。
平滑电容器C4的正电极连接至变压器T1的一次绕组N1的一端(第一端)，并且平滑电容器C4的负电极连接至开关装置Q1的源极端子。开关装置Q1的漏极端子连接至一次绕组N1的另一端(第二端)。一次绕组N1的两端之间连接有电阻器R17和R18与二极管D7的串联电路。电容器C14与电阻器R18并联连接。
二极管D5的阳极端子连接至变压器T1的第一二次绕组N2的一端(第一端)，而二极管D5的阴极端子连接至例如1μF的平滑电容器C13的一端(第一端)。第一二次绕组N2的另一端(第二端)连接至平滑电容器C13的另一端(第二端)。平滑电容器C13两端的电压经由输出端子CN2施加到光源单元9的两端。电流调整电路6还与平滑电容器C13并联连接。
电流调整电路6包括：例如2.7kΩ且额定功率为3W的电阻器R19；例如2.7kΩ且额定功率为3W的电阻器R20；由MOSFET构成的开关装置Q2；以及光电耦合器IC6。
作为阻抗组件的电阻器R19和R20以及开关装置Q2构成了串联电路并且与平滑电容器C13并联连接。光电耦合器IC6由Toshiba Corporation(东芝株式会社)所制造的TLP151构成并且具有除第二引脚以外的第一引脚P61～第六引脚P66。光电耦合器IC6用于根据来自控制单元7的微计算机IC4的第二控制信号S2来使开关装置Q2接通和断开。换句话说，控制单元7经由驱动器(光电耦合器IC6)来使开关装置Q2接通和断开。光电耦合器IC6在其与微计算机IC4的输出绝缘的情况下使开关装置Q2接通和断开。
光电耦合器IC6的第一引脚P61是内置二极管的阳极端子，并且经由例如2.7kΩ的电阻器R21连接至微计算机IC4。第三引脚P63是内置二极管的阴极端子并且连接至电路接地端。第四引脚P64是接地端子并且连接至变压器T1的第一二次绕组N2的第二端子。第五引脚P65是输出端子。在第四引脚P64和第五引脚P65之间连接有例如100Ω的电阻器R22和例如15kΩ的电阻器R23的串联电路，并且电阻器R22和R23的接合点连接至开关装置Q2的栅极端子。第六引脚P66是经由变压器T1的第二二次绕组N3施加有电源电压的电源端子。在变压器T1的第二二次绕组N3的两端之间连接有二极管D6、例如100Ω的电阻器R24和电容器C15的串联电路。例如100Ω的电阻器R25和电容器C16的串联电路与电容器C15并联连接。第六引脚P66连接至电阻器R25和电容器C16的接合点。开关装置Q1重复接通和断开并电容器C15被充电，由此将电容器C15两端的电压施加至第六引脚P66。即，对第二二次绕组N3的输出进行整流平滑，然后向光电耦合器IC6进行电力供给。
在将来自微计算机IC4的第二控制信号S2供给至第一引脚P61的情况下，电流调整电路6与第二控制信号S2的电平同步地使开关装置Q2接通和断开。
控制单元7包括微计算机IC4，并且用于根据微计算机IC4的内部程序来产生如下的矩形波信号(第一控制信号S1和第二控制信号S2)，其中该矩形波信号用于使反激转换电路5的开关装置Q1和电流调整电路6的开关装置Q2接通和断开。
微计算机IC4例如由Renesas Electronics Corporation(瑞萨电子株式会社)所制造的8位微计算机78K0/Ix2构成，并且具有第一引脚P401～第三十引脚P430。
微计算机IC4的电源电压例如为5V，因此经由控制用电源电路4所生成的控制用电源电压VC1经由三端子稳压器IC3转换成微计算机IC4所用的例如5V的电源电压VC2。三端子稳压器IC3的输入端子连接至平滑电容器C9的正电极，而三端子稳压器IC3的输出端子连接至微计算机IC4的第二十七引脚P427(电源端子)。三端子稳压器IC3的输入端子和接地端子之间连接有电容器C17，并且三端子稳压器IC3的输出端子和接地端子之间连接有电容器C18。微计算机IC4的第二十八引脚P428(接地端子)接地。因而，三端子稳压器IC3用于将平滑电容器C9两端的电压(控制用电源电压VC1)转换成电容器C18两端所产生的微计算机IC4所用的电源电压VC2，由此向微计算机IC4供给电力。
微计算机IC4的第二十二引脚P422经由连接器CN3连接至外部调光器8，并且从外部调光器8供给调光信号Sd。该调光信号Sd由振幅例如为5V且振荡频率例如为1kHz的矩形波信号构成。光源单元9的目标调光比由调光信号Sd的接通占空比Don1来确定，在接通占空比Don1为0%的情况下该目标调光比为例如100%的最大比(全点亮(功率))，并且随着接通占空比Don1的增加，该目标调光比减少。通过程序，微计算机IC4被配置为读取调光信号Sd的接通占空比Don1、即接通脉冲宽度，并根据该接通占空比Don1来控制开关装置Q1和Q2的接通和断开。
微计算机IC4被配置为从第十九引脚P419输出第一控制信号S1，其中第一控制信号S1用于根据调光信号Sd的接通占空比Don1来控制开关装置Q1的接通和断开。因此，驱动电路IC5根据第一控制信号S1来使开关装置Q1接通和断开。微计算机IC4是通用IC，因而没有详细说明其它的操作。
驱动电路IC5由MAXIM株式会社所制造的MAX15070A构成并且具有第一引脚P51～第六引脚P56。第一引脚P51是正输入端子，并且经由例如1kΩ的电阻器R26连接至微计算机IC4的第十九引脚P419且供给有第一控制信号S1。电阻器R26和第十九引脚P419的接合点还经由例如100kΩ的电阻器R27接地。第二引脚P52是接地端子并且接地。第三引脚P53是负输入端子并且接地。第四引脚P54是内置N沟道MOSFET的输出端子(SYNC输出端子)并且经由例如10Ω的电阻器R28连接至开关装置Q1的栅极端子。第五引脚P55是内置P沟道MOSFET的输出端子(源极输出端子)并且经由例如300Ω的电阻器R29连接至开关装置Q1的栅极端子。开关装置Q1的栅极端子还经由电阻器R30接地。第六引脚P56是电源端子，并且连接至平滑电容器C9的正电极且还经由例如0.1μF的电容器C19接地。第六引脚P56供给有例如15V的控制用电源电压VC1。
驱动电路IC5对来自微计算机IC4的振幅例如为5V的第一控制信号S1进行放大以使得该振幅变为例如15V，并将放大后的信号供给至开关装置Q1的栅极端子，由此使开关装置Q1接通和断开。驱动电路IC5是通用IC，因而没有详细说明具体的操作。
微计算机IC4被配置为从第十七引脚P417输出第二控制信号S2，其中第二控制信号S2用于根据调光信号Sd的接通占空比Don1来控制开关装置Q2的接通和断开。光电耦合器IC6根据第二控制信号S2使开关装置Q2接通和断开。微计算机IC4的第十七引脚P417经由电阻器R21连接至光电耦合器IC6的第一引脚P61，并且还经由电阻器R31接地。
外围电路根据使用环境连接至微计算机IC4。在本实施例中，第十二引脚P412连接至三端子稳压器IC3的输出端子。第七引脚P407、第八引脚P408和第九引脚P409分别经由电阻器R32、R33和R34连接至三端子稳压器IC3的输出端子。第十引脚P410经由电容器C20接地。
接着利用图2来说明本实施例的驱动装置10的操作，其中图2是示出相对于调光信号Sd的接通占空比Don1的光源单元9的光输出(调光比)和流经光源单元9的负荷电流有效值的图。
如图2所示，在调光信号Sd的接通占空比Don1在第一范围(例如，0～5%)内的情况下，光源单元9的目标调光比被设置为例如100%的最大比(负荷电流为300mA)。该目标调光比还被设置成：在接通占空比Don1在第二范围(例如，5～50%)内的情况下，目标调光比随着接通占空比Don1从第一范围的上限值(例如，5%)开始增加而减少；并且在接通占空比Don1达到第二范围的上限值(例如，50%)的情况下该目标调光比为例如3%的第一比(负荷电流为8mA)。该目标调光比被进一步设置成：在接通占空比Don1在第三范围(例如，50～95%)内的情况下，该目标调光比随着接通占空比Don1的增加而以与第二范围相比更加缓和的速率减少；并且在接通占空比Don1达到95%以上的情况下为该目标调光比例如0%的最小比(熄灭)。以下说明用于实现这种调光控制的操作。本实施例中的第一比(例如，3%)低于最大比且高于最小比，并且与本发明的第一比相对应。
调光信号Sd经由连接器CN3被供给至微计算机IC4的第二十二引脚P422，并且微计算机IC4检测调光信号Sd的接通占空比Don1(接通脉冲宽度)。基于该接通占空比Don1，微计算机IC4确定第一控制信号S1的接通脉冲宽度Ton(接通宽度)和第二控制信号S2的接通占空比Don2。如图3所示，第一控制信号S1由(第一)振荡频率例如为30kHz(周期为33.3μs)且振幅(电压值)例如为5V的矩形波信号构成。
在调光信号Sd的接通占空比Don1在0～5%内的情况下，微计算机IC4将第一控制信号S1的接通脉冲宽度Ton设置为例如7μs。
在调光信号Sd的接通占空比Don1在0～50%内的情况下，微计算机IC4将第二控制信号S2的接通占空比Don2设置为0%以使(或保持)开关装置Q2断开。
第一控制信号S1被供给至驱动电路IC5，其中驱动电路IC5放大该第一控制信号S1以使得该信号S1的振幅例如变为15V，并将放大后的信号S1供给至反激转换电路5内的开关装置Q1的栅极。因此，与第一控制信号S1的电平同步地使开关装置Q1接通和断开。在第一控制信号S1的接通脉冲宽度Ton为7μs的情况下，将流经光源单元9的电流设置为300mA并且光源单元9处于全点亮状态(即，以全功率或额定功率进行驱动)。
接着说明在调光信号Sd的接通占空比Don1为5%以上的情况下的操作。随着调光信号Sd的接通占空比Don1越来越大于5%，微计算机IC4使第一控制信号S1的接通脉冲宽度Ton从7μs开始减少，并且在调光信号Sd的接通占空比Don1为50%的情况下，微计算机IC4将第一控制信号S1的接通脉冲宽度Ton设置为例如0.5μs(下限值)。因此，随着调光信号Sd的接通占空比Don1越来越大于5%，供给至开关装置Q1的驱动信号的接通脉冲宽度减少，因此供给至光源单元9的负荷电流也减少。在第一控制信号S1的接通脉冲宽度Ton为0.5μs的情况下，将负荷电流设置(调整)为8mA(调光比为3%)。在这种情况下，30kHz的高频率电流流经变压器T1的第一二次绕组N2，但利用电容器C13对该电流进行平滑，因而流经光源单元9的负荷电流变为几乎不存在波动的直流并且没有发生与摄像机的干涉。在电容器C13的容量为1μf以上的情况下可以获得该优点。
接着说明在调光信号Sd的接通占空比Don1为50%以上的情况下的操作。在使第一控制信号S1的接通脉冲宽度Ton保持0.5μs的情况下，随着调光信号Sd的接通占空比Don1越来越大于50%，微计算机IC4使第二控制信号S2的接通占空比Don2增加。
第二控制信号S2由(第二)振荡频率为例如比第一控制信号S1低的5kHz的矩形波信号构成，并且微计算机IC4将第二控制信号S2的一个周期(循环)分解成1000级(1级=200ns)并且以200ns的间隔对第二控制信号S2的接通占空比Don2进行控制。随着调光信号Sd的接通占空比Don1从50%越来越增加，微计算机IC4使第二控制信号S2的接通占空比Don2从0%开始增加。在调光信号Sd的接通占空比Don1变为95%的情况下，微计算机IC4将第二控制信号S2的接通占空比Don2设置为100%。在本实施例中，在调光信号Sd的接通占空比Don1变为95%的情况下，微计算机IC4将第一控制信号S1设置为低电平并使反激转换电路5停止工作，由此使光源单元9断开。
即，调光信号Sd的接通占空比Don1从50%开始增加并且第二控制信号S2的接通占空比Don2增加，由此电流调整电路6内的开关装置Q2的接通占空比也增加。
在开关装置Q2接通的情况下，电流从反激转换电路5向着电阻器R19和R10以及开关装置Q2流动，因而从反激转换电路5供给至光源单元9的负荷电流因分流(因移动至电阻器R19和R10以及开关装置Q2的路径)而减少。因此，可以通过对开关装置Q2的接通占空比进行控制来可变地控制负荷电流。因此，第二控制信号S2的接通占空比Don2(开关装置Q2的接通占空比)增加并且流经光源单元9的负荷电流减少，由此可以使光源单元9的调光比从3%(负荷电流为8mA)开始进一步减少。
在保持施加至光源单元9的正向电压(Vf)的情况下，通过分流仅使负荷电流减少。因此，即使在相对小的负荷电流(例如，负荷电流为8mA以下)流经光源单元9的情况下，光源单元9内的各发光二极管LD1的点亮状态也稳定，并且抑制了这些发光二极管之间的亮度分散。
由于微计算机IC4以比第二控制信号S2的一个周期短的恒定间隔(例如，以200ns的间隔)对开关装置Q2的接通占空比进行控制，因此即使在开关装置Q2开始接通和断开的情况下亮度也不会出现极端变化，并且随后可以进行精确的调光控制。在本实施例中，以200ns的间隔对开关装置Q2的接通占空比进行控制，但本实施例不限于该速率。可以通过微计算机IC4所用的程序来改变各间隔，因而可以获得期望的调光曲线。在本实施例中，由于微计算机IC4对开关装置Q1和Q2的接通和断开进行控制，因此可以通过仅改变该程序的设置来容易地改变开关装置Q1和Q2的接通和断开的设置。
在本实施例中，将用于控制开关装置Q2的接通和断开的第二控制信号S2的振荡频率设置为5kHz，这高于与诸如摄像机等的视频设备的快门速度相对应的振荡频率。因此，即使将存在波动的负荷电流供给至光源单元9，也可以抑制与摄像机的干涉的发生。在确认实验中，即使摄像机的快门速度为每秒1/8000，在视频拍摄时也不会发生闪烁等。
传统上，存在如下问题：在为了防止与摄像机的干涉的发生而以几kHz间歇地驱动转换电路的情况下，发生变压器蜂鸣噪声。在本实施例中，由于即使在相对于光源单元9的光通量较低的情况下反激转换电路5也继续工作，因此可以解决该问题。
在本实施例中，调光信号Sd是矩形波信号，但本实施例不限于此。例如，可以对本实施例进行配置，以使得调光信号Sd由电压值根据目标调光信号而改变的直流电压构成，并且微计算机IC4读取该电压值的变化。还可以对本实施例进行配置，以使得设置有红外线接收装置并且利用红外线信号来进行调光控制。
第二实施例
图4示出根据本发明第二实施例的驱动装置10的电路图。为了清楚的目的，向与第一实施例所述的元件相同的元件分配相同的附图标记。
本实施例的电流调整电路6与反激转换电路5共用变压器T1的第一二次绕组N2(电感器)，并且向电流调整电路6添加以下结构。
电流调整电路6还包括开关装置Q4(第三开关装置)、电阻器R35～R40、光电耦合器IC7、电容器C21和C22、以及二极管D8。作为阻抗组件的电阻器R35和R36与开关装置Q4的串联电路与平滑电容器C13并联连接。
光电耦合器IC7具有除第二引脚以外的第一引脚P71～第六引脚P76，并且用于根据从微计算机IC4所供给的第三控制信号S3来使开关装置Q4接通和断开。即，光电耦合器IC7在其与微计算机IC4的输出绝缘的情况下使开关装置Q4接通和断开。第一引脚P71是内置二极管的阳极端子，并且经由电阻器R37连接至微计算机IC4的第十五引脚P415。第三引脚P73是内置二极管的阴极端子，并且连接至变压器T1的第一二次绕组N2的第二端。第四引脚P74是接地端子，并且连接至变压器T1的第一二次绕组N2的第二端。第五引脚P75是输出端子，在第四引脚P74和第五引脚P75之间连接有例如100Ω的电阻器R38和例如15kΩ的电阻器R39的串联电路，并且电阻器R38和R39的接合点连接至开关装置Q4的栅极端子。第六引脚P76是电源端子，并且可以通过变压器T1的第二二次绕组N3来获得电源电压。例如100Ω的电阻器R40和电容器C21的串联电路与电容器C15并联连接，并且第六引脚P76连接至电阻器R40和电容器C21的接合点。对第二二次绕组N3的输出进行整流平滑，然后向第六引脚P76供给电力。在开关装置Q4的漏极和源极之间连接有电容器C22和二极管D8的串联电路，并且二极管D8的阴极连接至开关装置Q4的源极和变压器T1的第一二次绕组N2的第二端。
微计算机IC4的第十五引脚P415经由电阻器R41接地，并且微计算机IC4被配置为将第三控制信号S3从第十五引脚P415供给至光电耦合器IC7，由此对开关装置Q4的接通和断开进行控制。
接着参考图5、6A和6B来说明本实施例的驱动装置10的操作。从微计算机IC4所供给的第一控制信号S1和第二控制信号S2与第一实施例相同，因此不进行详细说明。
在调光信号Sd的接通占空比(Don1)在0～50%内的情况下，微计算机IC4将第三控制信号S3的接通占空比Don3设置为例如0%，并且保持开关装置Q4断开(或使开关装置Q4断开)。在调光信号Sd的接通占空比Don1越来越大于50%的情况下，微计算机IC4对第三控制信号S3进行设置，以使得该信号S3的(第三)振荡频率变为例如120Hz(低于第二振荡频率)并且该信号S3的接通占空比Don3变为例如50%，由此对开关装置Q4的接通和断开进行控制。换句话说，在调光比低于3%的情况下，使开关装置Q4接通和断开。
在开关装置Q4断开的情况下，电流流经电阻器R35→电阻器R36→电容器C22的路径，并且电容器C22被充电。在第三控制信号S3的电平发生反转并且开关装置Q4从断开状态变为接通的情况下，电容器C22进行放电。因此，电流从电容器C22经由开关装置Q4流过变压器T1的第一二次绕组N2(电感器)，由此在第一二次绕组N2产生感应电力并且在电容器C13两端的电压上叠加脉冲电压。电容器C22可以具有较小的容量(例如，pF量级)，从而可以在开关装置Q4从断开状态变为接通的情况下施加脉冲电压。
如图6A所示，施加至光源单元9的正向电压Vf具有如下波形：通过以120Hz的周期使电容器C22放电，在调光期间的电容器C13两端的电压上叠加约为几ns～几百ns的脉冲电压。因此，如图6B所示，施加至光源单元9的正向电压Vf可以周期性地从工作点P移动至工作点Q，其中在工作点P，较小的正向电流If流经光源单元9并且光输出的亮度分散较大，而在工作点Q，较大的正向电流If流经光源单元9并且光输出的亮度分散较小。因此，在本实施例中，在调光比为3%以下(负荷电流为8mA以下的情况下的低光通量)的情况下，可以进一步抑制相对于光源单元9的各发光二极管LD1的亮度分散。可以随着开关装置Q4的接通和断开频率变得越低而获得更大的优点。在本实施例中，将第三控制信号S3的振荡频率设置为120Hz，从而避免对于人眼而言不可见的闪烁，但也可以将该振荡频率设置为120Hz以上。
在本实施例中，开关装置Q4在与开关装置Q2开始接通和断开的时刻(调光比为3%以下(负荷电流为8mA以下))相同的时刻处开始接通和断开，但本实施例不限于此。例如，可以通过使光源单元9一直点亮到极低的光通量而使流经光源单元9的负荷电流变为200μA(与第二比相对应的值)以下、并且在发光二极管LD1各自的亮度出现分散之前使开关装置Q4开始接通和断开，来获得前述优点。即，控制单元7被配置成：在光源单元9的调光比高于第二比的情况下，保持开关装置Q4断开；并且在光源单元9的调光比低于第二比的情况下，对开关装置Q4的接通和断开进行控制。换句话说，在光源单元9的调光比低于第二比的情况下，控制单元7经由驱动器(光电耦合器IC7)使开关装置Q4接通和断开。通过微计算机IC4来控制开关装置Q4开始接通和断开的时刻，因而可以通过程序来容易地改变该时刻。
第三实施例
第一实施例和第二实施例的各驱动装置10包括反激型的DC/DC转换电路(反激转换电路5)作为转换电路，还可以包括正向型的DC/DC转换电路来代替该反激型的DC/DC转换电路。
该转换电路不限于前述的绝缘型转换电路。例如，该转换电路可以是如图7A～7D所示的非绝缘型转换电路。
图7A示出由以下组件构成的降压斩波电路5a：电容器Ca、电感器La和开关装置Qa的串联电路；以及与电容器Ca和电感器La的串联电路并联连接的二极管Da。降压斩波电路5a的输入端子TA和TB是电容器Ca、电感器La和开关装置Qa的串联电路的两端，并且该电路5a的输出端子TC和TD是电容器Ca的两端。
图7B示出由以下组件构成的降压斩波电路5b：开关装置Qb、电感器Lb和电容器Cb的串联电路；以及与电感器Lb和电容器Cb的串联电路并联连接的二极管Db。降压斩波电路5b的输入端子TA和TB是开关装置Qb、电感器Lb和电容器Cb的串联电路的两端，并且该电路5b的输出端子TC和TD是电容器Cb的两端。
图7C示出由以下组件构成的升压斩波电路5c：电感器Lc和开关装置Qc的串联电路；以及二极管Dc和电容器Cc的串联电路，其中二极管Dc和电容器Cc的串联电路与开关装置Qc并联连接。升压斩波电路5c的输入端子TA和TB是电感器Lc和开关装置Qc的串联电路的两端，并且该电路5c的输出端子TC和TD是电容器Cc的两端。
图7D示出由以下组件构成的升压斩波电路5d：电感器Ld和开关装置Qd的串联电路；以及二极管Dd和电容器Cd的串联电路，其中二极管Dd和电容器Cd的串联电路与电感器Ld并联连接。升压斩波电路5d的输入端子TA和TB是电感器Ld和开关装置Qd的两端，并且输出端子TC和TD是电容器Cd的两端。
在图7A～7D的任一个中，开关装置Qa、Qb、Qc或Qd以高频率接通和断开，由此对施加到输入端子TA和TB的两端的直流电压进行电压转换并从输出端子TC和TD输出。第一实施例和第二实施例中的任意结构均可适用于电容器Ca、Cb、Cc或Cd之后的结构。
图8示出根据本发明实施例的照明器具的示意图。采用第一实施例或第二实施例中的驱动装置10作为本实施例中的驱动装置10。如图8所示，本实施例的照明器具是直流电源和驱动装置10与光源单元9分开配置的电源分开配置型的照明器具。容纳有光源单元9的器具本体11埋入天花板13内。因此，可以使包括光源单元9的器具本体11的外观变薄，并且可以在没有限制安装场所的情况下配置与光源单元9分开配置的作为电源单元的驱动装置10。
器具本体11例如由诸如铝压铸件等的金属制成，并且采用具有上底部和下开口的圆筒状的形状。光源单元9包括安装在器具本体11的上底部的内侧的基板9A以及安装在基板9A的下表面的多个(在该图中为三个)发光二极管LD1。各发光二极管LD1的各照射轴指向下方，以使得其自身的光从器具本体11的下端向着外部空间照射。在器具本体11的下开口处设置有用于使来自各发光二极管LD1的光扩散的透光板11A。驱动装置10位于天花板13上方(具体为天花板13的里面(上面))与器具本体11不同的位置处，并且经由连接器12A和引线电连接至光源单元9。
在本实施例中，采用与第一实施例或第二实施例相同的驱动装置10，因而可以获得与第一实施例或第二实施例相同的优点。在本实施例中，照明器具是电源和驱动装置10与光源单元9分开配置的电源分开配置型照明器具，但也可以是驱动装置10连同光源单元9一起内置于器具本体11中的一体型照明器具。
前述实施例中的各驱动装置10不限于前述照明器具。例如，可以采用这种驱动装置10作为液晶显示器的背光灯或者诸如复印机、扫描器或投影仪等装置的光源所用的驱动装置。在前述实施例中，光源单元9的各发光元件是发光二极管LD，但不限于此。例如，可以采用有机EL装置或半导体激光装置作为光源单元9的发光元件。另外，各开关装置不限于MOSFET。可以采用二极管逆并联连接的双极型晶体管或者绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)等作为这种开关装置。
尽管已经参考特定优选实施例说明了本发明，但本领域技术人员可以在没有背离本发明的真实精神和范围、即权利要求书的情况下进行多种修改和变形。

Claims (10)

1.一种半导体发光元件驱动装置，包括：
直流电源电路，用于输出直流电力；
转换电路，其具有第一开关装置，并且用于输入从所述直流电源电路所输出的电力，并对所述第一开关装置的接通宽度进行可变控制，由此向包括发光元件的光源单元供给负荷电流；
电流调整电路，其包括阻抗组件和第二开关装置的串联电路，并且用于通过对所述第二开关装置的接通宽度进行调整来对流经所述光源单元的负荷电流进行可变控制，其中所述阻抗组件和所述第二开关装置的串联电路与所述光源单元并联连接；以及
控制单元，用于对所述第一开关装置和所述第二开关装置的接通和断开进行控制，
其中，所述控制单元被配置为进行以下操作由此控制所述光源单元的调光比：
如果所述光源单元的调光比高于第一比，则在所述光源单元的调光比增加的情况下，在所述第二开关装置保持断开的状态下，使所述第一开关装置的接通宽度增加，以及在所述光源单元的调光比减少的情况下，在所述第二开关装置保持断开的状态下，使所述第一开关装置的接通宽度减少，以及
如果所述光源单元的调光比低于所述第一比，则在所述第一开关装置的接通宽度保持在下限值的状态下，对所述第二开关装置的接通宽度进行调整，
所述电流调整电路还包括：
阻抗组件和电容器的串联电路，其中所述阻抗组件和所述电容器的串联电路与所述光源单元并联连接；
第三开关装置，用于在所述第三开关装置接通的情况下使所述电容器放电；以及
电感器，其配置在所述电容器的放电路径，
如果所述光源单元的调光比低于所述第一比，则将所述第三开关装置使所述电容器放电的情况下所产生的所述电感器的感应电力而引起的脉冲电压叠加在所述转换电路的输出上。
2.根据权利要求1所述的半导体发光元件驱动装置，其中，
所述第二开关装置的接通和断开频率被设置为比与视频设备的快门速度相对应的频率高的频率。
3.根据权利要求1所述的半导体发光元件驱动装置，其中，
所述第三开关装置的接通和断开频率被设置为120Hz以上。
4.根据权利要求1所述的半导体发光元件驱动装置，其中，
所述控制单元还被配置为进行以下操作：
在所述光源单元的调光比高于第二比的情况下，使所述第三开关装置保持断开；以及
在所述光源单元的调光比低于所述第二比的情况下，对所述第三开关装置的接通和断开进行控制。
5.根据权利要求3所述的半导体发光元件驱动装置，其中，
所述控制单元还被配置为进行以下操作：
在所述光源单元的调光比高于第二比的情况下，使所述第三开关装置保持断开；以及
在所述光源单元的调光比低于所述第二比的情况下，对所述第三开关装置的接通和断开进行控制。
6.根据权利要求1所述的半导体发光元件驱动装置，其中，所述控制单元包括微计算机，其中所述微计算机用于基于来自外部的调光信号来对所述第一开关装置、所述第二开关装置和所述第三开关装置至少之一的接通和断开进行控制。
7.根据权利要求3所述的半导体发光元件驱动装置，其中，所述控制单元包括微计算机，其中所述微计算机用于基于来自外部的调光信号来对所述第一开关装置、所述第二开关装置和所述第三开关装置至少之一的接通和断开进行控制。
8.根据权利要求4所述的半导体发光元件驱动装置，其中，所述控制单元包括微计算机，其中所述微计算机用于基于来自外部的调光信号来对所述第一开关装置、所述第二开关装置和所述第三开关装置至少之一的接通和断开进行控制。
9.根据权利要求5所述的半导体发光元件驱动装置，其中，所述控制单元包括微计算机，其中所述微计算机用于基于来自外部的调光信号来对所述第一开关装置、所述第二开关装置和所述第三开关装置至少之一的接通和断开进行控制。
10.一种照明器具，包括根据权利要求1至9中任一项所述的半导体发光元件驱动装置，
其中，所述照明器具还包括：
所述光源单元，其包括发光元件，并且被所述半导体发光元件驱动装置驱动；以及
器具本体，用于容纳所述半导体发光元件驱动装置和所述光源单元。
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