CN103139956A - 点亮设备和具有该点亮设备的照明器具 - Google Patents

点亮设备和具有该点亮设备的照明器具 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种点亮设备和具有该点亮设备的照明器具。控制电路选择使开关元件接通/断开从而使电流以连续模式流入电感器的第一控制模式，由此使光源负载全点亮，其中在该连续模式中，电流在没有产生休止区间的情况下流入电感器。该控制电路选择第二控制模式和第三控制模式之一以使光源负载点亮，其中在该第二控制模式中，改变开关元件的接通时间，以及在该第三控制模式中，根据与所指定的调光比相对应的区间来改变振荡频率。连接在降压斩波电路的输出端子间的输出电容器对供给至光源负载的输出电流的脉动成分进行平滑化，并且对其容量进行设置，以使得在光源负载全点亮时，输出电流的纹波率小于0.5。

Description

点亮设备和具有该点亮设备的照明器具
技术领域
本发明涉及一种能够对半导体发光元件进行调光的点亮设备以及具有该点亮设备的照明器具。
背景技术
近来，使用诸如发光二极管(LED)和有机电致发光(EL)等的半导体发光元件作为光源负载的照明器具已经得以普及。这种照明器具例如配置有日本特开2005-294063(以下称为“文献1”)中所公开的点亮设备(LED点亮设备)。
文献1中的点亮设备是自激型点亮设备并且不具有调光功能。因此，无法对光源负载进行调光。
另一方面，国际公开号WO 01/58218A1(以下称为“文献2”)公开了以下内容：以与AC(交流)电源(主电源电压)的频率(50或60Hz)同步的100Hz或120Hz的突发频率来使针对光源负载(LED点亮模块)的供给电力接通和断开。该点亮设备(电源组件)可以控制针对光源负载的供给电力处于接通(On)状态的脉冲的长度，由此进行调光控制。然而，文献2并未公开调光所用的特定电路结构。
另外，在如文献2所述的用于通过控制脉冲长度(接通时间)来进行调光的点亮设备中，在调光比相对较小(暗)的情况下，突发频率的一个周期内的接通时间较短，这可能造成闪烁。由于该原因，在该点亮设备中，难以将可选择的调光比的范围设置得较宽。
发明内容
本发明涉及一种能够利用相对简单的结构来使光源负载的调光范围变宽的点亮设备以及具有该点亮设备的照明器具。
根据本发明的方面，一种点亮设备，包括：开关元件，其与直流电源串联连接，并且被控制为以高频率进行接通和断开；电感器，其中在所述开关元件接通的情况下电流从所述直流电源流经所述电感器，其中所述电感器与所述开关元件串联连接；二极管，用于在所述开关元件断开的情况下，使在所述开关元件接通的情况下储存在所述电感器内的电磁能量放出至包括半导体发光元件的光源负载；输出电容器，其与所述光源负载并联连接，并且用于对供给至所述光源负载的输出电流的脉动成分进行平滑化，其中所述脉动成分是由于所述开关元件的接通和断开所引起的；以及控制电路，用于控制所述开关元件的接通和断开操作，其中，所述控制电路包括第一控制模式、第二控制模式和第三控制模式作为所述开关元件的控制模式，并且被配置为：在所述第一控制模式中，以预定的振荡频率和接通时间来使所述开关元件接通和断开，以使得电流以连续模式流经所述电感器，其中在所述连续模式中，电流在没有产生休止区间的情况下连续地流经所述电感器；在所述第二控制模式中，使所述开关元件的振荡频率固定并且改变所述开关元件的接通时间；以及在所述第三控制模式中，使所述开关元件的接通时间固定并且改变所述开关元件的振荡频率，对最小调光比和最大调光比之间的调光范围进行分割得到的区间中的至少两个调光区间分配所述第二控制模式和所述第三控制模式，以及所述控制电路还被配置为：在指定了全点亮模式的情况下，选择所述第一控制模式以使所述光源负载全点亮；以及在从所述调光范围中指定了调光比的情况下，根据与所述调光比相对应的调光区间来选择所述第二控制模式和所述第三控制模式其中之一，从而以所指定的调光比对所述光源负载进行调光。
根据本发明的另一方面，在所述点亮设备中，对所述输出电容器的容量进行设置，以使得在所述光源负载全点亮的情况下，所述输出电流的纹波率小于0.5。
根据本发明的又一方面，所述点亮设备还包括：电流感测单元，用于感测流经所述开关元件的电流；以及电容器，用于利用所述开关元件的驱动信号进行充电，其中，所述控制电路还被配置为：在所述电流感测单元所感测到的电流达到预定的第一值的情况下，使所述开关元件断开；以及在所述电容器两端的电压的值是预定阈值以下的情况下，使所述开关元件接通，以及所述控制电路还被配置为：改变所述第一值，由此改变所述开关元件的接通时间；以及改变确定所述电容器的放电速度的预定的第二值，由此改变所述开关元件的振荡频率。
根据本发明的又一方面，在所述点亮设备中，所述控制电路还被配置为将所述第一值和所述第二值至少之一设置为0以下，由此停止所述开关元件的接通和断开操作以使所述光源负载熄灭。
根据本发明的又一方面，在所述点亮设备中，所述控制电路还被配置为接收来自外部的调光信号，以根据所述调光信号所确定的调光比来选择所述开关元件的控制模式。
根据本发明的又一方面，在所述点亮设备中，所述控制电路还被配置为将所述开关元件的振荡频率设置在1kHz以上的范围内。
根据本发明的又一方面，一种照明器具，包括：根据以上任一方面所述的点亮设备；以及所述光源负载，其供给有来自所述点亮设备的电力。
本发明可以利用相对简单的结构来使光源负载的调光范围变宽。
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是示出根据本发明第一实施例的点亮设备的结构的电路图；
图2A和2B是用于说明根据第一实施例的点亮设备在全点亮状态下的操作的图；
图3A和3B是用于说明根据第一实施例的点亮设备在第一调光状态下的操作的图；
图4A和4B是用于说明根据第一实施例的点亮设备在第二调光状态下的操作的图；
图5A和5B是用于说明根据第一实施例的点亮设备在第三调光状态下的操作的图；
图6是示出根据第一实施例的点亮设备的结构的电路图；
图7是示出根据第一实施例的点亮设备的控制电路的结构的电路图；
图8是示出根据第一实施例的点亮设备的结构的电路图；
图9A和9B是用于说明根据第一实施例的点亮设备的操作的图；
图10是示出根据本发明第二实施例的点亮设备的结构的电路图；
图11是用于说明根据第二实施例的点亮设备的操作的图；
图12是示出包括点亮设备的照明器具的截面图；以及
图13A~13D是示出点亮设备的其它结构的主要部分的电路图。
具体实施方式
第一实施例
如图1所示，根据本发明实施例的点亮设备1包括：电源连接器11，用于连接至诸如商用电源等的AC电源2(参见图8)；以及输出连接器12，用于经由引线31连接至包括诸如发光二极管(LED)等的半导体发光元件的光源负载3。光源负载3被配置成利用从点亮设备1供给的DC(直流)输出电流来点亮。光源负载3可以是由以串联、并联或串并联方式连接的多个(例如，30个)发光二极管构成的LED模块。
点亮设备1被配置为根据从外部指定的调光比来使光源负载3以期望亮度(期望调光水平)点亮。点亮设备1包括以下组件作为主要组件：DC电源生成单元，其具有滤波电路14和DC电源电路15；降压斩波电路(降压转换器)16；以及控制电路4。以下将参考图1来说明点亮设备1的基本结构。
电源连接器11经由电流熔断器13和滤波电路14连接至DC电源电路15。滤波电路14包括：冲击电压吸收装置141和滤波电容器142，其中这两者经由电流熔断器13与电源连接器11并联连接；滤波电容器143；以及共模扼流线圈144，并且滤波电路14被配置为截除噪声。滤波电容器143连接在DC电源电路15的输入端子之间，并且共模扼流线圈144插入在两个滤波电容器142和143之间。
这里，DC电源电路15是包括全波整流器151和平滑电容器152的整流平滑电路，但不限于此。例如，DC电源电路15可以是包括升压斩波电路的功率校正电路(功率因数改善电路)。利用上述结构，包括滤波电路14和DC电源电路15的DC电源生成单元将来自AC电源2的AC电压(100V、50Hz或60Hz)转换成DC电压(约140V)，并将转换得到的DC电压从该DC电源生成单元的输出端子(平滑电容器152的两个端子)输出。DC电源电路15的输出端子(平滑电容器152的两个端子)连接至降压斩波电路16，并且降压斩波电路16的输出端子连接至输出连接器12。
降压斩波电路16包括：彼此串联连接的二极管(再生二极管)161和开关元件162，其中这两者连接在DC电源电路(DC电源)15的输出端子之间；以及位于二极管161的两端之间的与光源负载3串联连接的电感器163。在该结构中，二极管161被安装成二极管161的阴极连接至DC电源电路15的正极侧的输出端子。也就是说，开关元件162被配置成插入到与二极管161并联连接的电感器163和光源负载3的串联电路、以及DC电源电路15的负极侧的输出端子之间。以下将说明二极管161的功能。
降压斩波电路16还包括位于其输出端子之间(输出连接器12的两个端子之间)的输出电容器164。输出电容器164与光源负载3并联连接。也就是说，在降压斩波电路16中，输出电容器164连接在二极管161和电感器163的串联电路的两端之间。输出电容器164的两端连接至输出连接器12。输出电容器164用于对从输出连接器12供给至光源负载3的输出电流的脉动成分进行平滑化。以下将详细说明输出电容器164。
控制电路4包括驱动电路4A(参见图6)。控制电路4被配置为以高频率使降压斩波电路16的开关元件162接通和断开。在图1的示例中，开关元件162包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MO SFET)。控制电路4被配置为向开关元件162的栅极和源极之间供给门信号，由此使开关元件162接通和断开。更具体地，控制电路4输出如下的门信号(参见图2B)，其中该门信号具有高(H)电平和低(L)电平交替重复的矩形波形式。开关元件162在门信号处于H电平的时间段内被接通，并且在门信号处于L电平的时间段内被断开。在图1的示例中，来自控制电路4的门信号所用的输出端子经由电阻器41和42的串联电路连接至DC电源电路15的负极侧的输出端子。两个电阻器41和42的连接点连接至开关元件162的栅极端子。
也就是说，控制电路4根据从外部指定的调光比来调整开关元件162的接通时间和振荡频率(开关频率；接通-断开时间段长度的倒数)。具体地，控制电路4被配置为将与该调光比相对应的门信号输出至开关元件162。该门信号包括电压信号。该门信号具有电压值为H电平的接通时间段和电压值为L电平的断开时间段，并且交替重复该接通时间段和该断开时间段。门信号的接通时间段相当于开关元件162的接通时间。门信号的一个时间段长度的倒数(接通时间段和断开时间段的总和的倒数)相当于开关元件162的振荡频率。
这里，在本实施例中，控制电路4具有第一控制模式、第二控制模式和第三控制模式这三个模式作为开关元件162的控制模式。控制电路4被配置为在从外部指定全点亮模式的情况下，选择第一控制模式以使光源负载3全点亮。控制电路4被配置为根据从外部指定的调光比来选择第二控制模式或第三控制模式，由此基于所指定的调光比来对光源负载3进行调光。这里，该调光比是从最小调光比和最大调光比之间的调光范围中所选择的。将该调光范围分割成多个(至少两个)区间(调光区间)，并且针对分割得到的这些区间中的至少两个区间各自预先分配第二控制模式或第三控制模式。也就是说，将调光范围分割成多个“调光区间”。将第二控制模式分配至至少一个调光区间，并将第三控制模式分配至至少一个调光区间。并且，在本实施例中，针对多个调光区间各自预先分配第二控制模式或第三控制模式。在本实施例中，最小调光比为0%，并且最大调光比为100%。各调光区间具有第一端点(上限值)和第二端点(下限值)。
在第一控制模式中，控制电路4被配置为以预定振荡频率和预定接通时间(针对每一周期的接通时间)来使开关元件162接通和断开，以使得作为连续模式，电流连续地流经电感器163。这里所述的连续模式是电流在没有产生休止区间(电流变为0的区间)的情况下流经电感器163的模式。在第二控制模式中，控制电路4被配置为使开关元件162的振荡频率在上述各区间内大致固定并且改变开关元件162的接通时间。与第二控制模式不同，在第三控制模式中，控制电路4被配置为使开关元件162的接通时间在各区间内大致固定并且改变开关元件162的振荡频率。
在指定了用于使光源负载3全点亮的全点亮模式的情况下，控制电路4被配置为选择第一控制模式以使光源负载3全点亮。另一方面，在指定了用于以调光比来对光源负载3进行调光的调光模式的情况下，控制电路4被配置为根据与所指定的调光比相对应的区间来选择第二控制模式和第三控制模式其中之一，由此根据所指定的调光比来对光源负载3进行调光。
这里，在分配至第二控制模式的各区间(调光区间)中，针对振荡频率预先分配作为预设值的频率。因而，该振荡频率在分配了第二控制模式的区间内大致固定。此外，在分配至第二控制模式的各调光区间中，针对接通时间的范围预先分配预设范围。该接通时间是根据所指定的调光比而从分配至该区间的该预设时间范围中所选择的。
作为对比，在分配至第三控制模式的各区间(调光区间)中，针对接通时间预先分配作为预设值的时间。因而，该接通时间在分配了第三控制模式的区间内大致固定。此外，在分配至第三控制模式的各调光区间中，针对振荡频率的范围预先分配预设范围。该振荡频率是根据所指定的调光比而从分配至该区间的该预设频率范围中所选择的。
例如，在指定了与分配有第二控制模式的区间相对应的调光比的情况下，控制电路4选择第二控制模式，将振荡频率大致固定为分配至该区间的预设值(振荡频率)，并且使接通时间在预设时间范围内改变，从而对光源负载3进行调光。另一方面，在指定了与分配有第三控制模式的区间相对应的调光比的情况下，控制电路4选择第三控制模式，将接通时间大致固定为分配至该区间的预设值(接通时间)，并且使振荡频率在预设频率范围内改变，从而对光源负载3进行调光。
这里，在所有的第一控制模式~第三控制模式中，在供给至光源负载3的输出电流中发生由于开关元件162的接通和断开所引起的脉动(pulsation)。因此，降压斩波电路16经由输出电容器164使该脉动成分平滑化。这里，对输出电容器164的容量进行设置，以使得在光源负载3全点亮的情况下(即，在选择了第一控制模式的情况下)进行平滑化后的输出电流的纹波率(纹波含有率)小于0.5。这里所述的纹波率表示输出电流中的脉动(纹波)成分的含有率。将该纹波率定义为值(Ipp/Ia)，其中该值(Ipp/Ia)是通过将由输出电流的最大值(Imax)和最小值(Imin)所定义的输出电流的变化幅度Ipp(=Imax–Imin)除以输出电流的平均值Ia而获得的。
接着，以下将针对使光源负载3全点亮的全点亮状态以及对光源负载3进行调光的第一调光状态~第三调光状态各自来说明上述点亮设备1的操作的示例。在该示例中，调光范围包括“第一调光区间”、“第二调光区间”和“第三调光区间”作为“多个调光区间”。
将第一调光区间定义为调光比为N1%~N2%(N1>N2)的区间。这里，N1(第一端点；上限值)为100以下。尽管并非进行限制，但N2(第二端点；下限值)可以例如为70。将第二控制模式分配至第一调光区间。第一调光状态是选择第一调光区间内的调光比的下限值(N2%)的状态。
将第二调光区间定义为调光比为N3%~N4%(N3>N4)的区间。这里，N3(第一端点；上限值)为N2以下(N2>N3)。尽管并非进行限制，但N4(第二端点；下限值)可以例如为20。将第三控制模式分配至第二调光区间。第二调光状态是选择第二调光区间内的调光比的下限值(N4%)的状态。
将第三调光区间定义为调光比为N5%~N6%(N5>N6)的区间。这里，N5(第一端点；上限值)为N4以下(N4>N5)。尽管并非进行限制，但N6(第二端点；下限值)可以例如为10以下。将第二控制模式再次分配至第三调光区间。第三调光状态是选择第三调光区间内的调光比的下限值(N6%)的状态。
也就是说，这里所述的第一调光状态是根据第二控制模式的点亮状态。第二调光状态是从第一调光状态起另外选择第三控制模式的点亮状态。第三调光状态是从第二调光状态起另外选择第二控制模式的点亮状态。也就是说，点亮设备1从全点亮状态(从第一控制模式)起经由第二控制模式转变为第一调光状态。点亮设备1从第一调光状态起经由第三控制模式转变为第二调光状态。点亮设备1从第二调光状态起经由第二控制模式转变为第三调光状态。换句话说，第一调光状态是从全点亮状态起仅选择第二控制模式的状态。第二调光状态是从全点亮状态起以多级方式选择了第二控制模式→第三控制模式的状态。第三调光状态是从全点亮状态起以多级方式选择了第二控制模式→第三控制模式→第二控制模式的状态。
图2A和2B示出点亮设备1在全点亮状态下的操作。在图2A和2B中，各横轴表示时间，图2A示出流经电感器163的电流I1，并且图2B示出从控制电路4施加至开关元件162的栅极端子的门信号(驱动信号)(图3A和3B、图4A和4B以及图5A和5B与图2A和2B相同)。此外，在图2A和2B中，由“Ton”来表示开关元件162接通的接通区间(也就是说，门信号为H电平的时间段)，并且由“Toff”来表示开关元件162断开的断开(Off)区间(也就是说，门信号为L电平的时间段)(图3A和3B、图4A和4B以及图5A和5B与图2A和2B相同)。
在全点亮状态下，在开关元件162的接通区间内，电流从DC电源电路15起流经DC电源电路15→光源负载3→电感器163→开关元件162→DC电源电路15的路径，由此将电磁能量储存在电感器163内。另一方面，在开关元件162的断开区间内，储存在电感器163内的电磁能量被放出，并且电流流经电感器163→二极管161→光源负载3→电感器163的路径。
这里，在全点亮状态(模式)下，控制电路4根据第一控制模式，以预定振荡频率和预定接通时间(针对每一周期的接通时间)使开关元件162接通和断开。如图2A所示，在全点亮状态下，点亮设备1在所谓的连续模式下工作，其中在该连续模式中，在开关元件162断开之后，开关元件162在流经电感器163的电流I1变为0之前再次接通。在这种情况下，上述的开关元件162的预定振荡频率为f1并且开关元件162的预定接通时间为t1。此外，在这种情况下，利用输出电容器164对从点亮设备1供给至光源负载3的输出电流进行平滑化，以使得纹波率(Ipp/Ia)小于0.5。
图3A和3B示出点亮设备1在第一调光状态下的操作。
在第一调光区间中，控制电路4主要控制开关元件162的接通时间，并且振荡频率f2大致等于全点亮状态的振荡频率f1。也就是说，控制电路4在使开关元件162的振荡频率从全点亮状态起保持固定的情况下，仅使开关元件162的接通时间改变得较短。在第一调光区间中，控制电路4根据所指定的调光比来将开关元件162的接通时间控制在t2~t2'(t2<t2')的范围内。接通时间t2'与第一调光区间的最大调光比(N1)相对应，并且t2'优选等于t1。接通时间t2与第一调光区间的最小调光比(N2)相对应。第一调光状态与接通时间被设置为t2的状态相对应。这里，如图3A所示，即使在第一调光状态下，也使点亮设备1在所谓的连续模式下工作，其中在该连续模式下，在开关元件162断开之后，开关元件162在流经电感器163的电流I1变为0之前再次接通。
如此，在点亮设备1处于第一调光状态(处于第一调光区间内)的情况下，由于开关元件162的接通时间较短，因此与全点亮状态相比，流经电感器163的电流I1的峰值减小并且储存在电感器163内的电磁能量也减少。结果，在与全点亮状态相比的情况下，从点亮设备1供给至光源负载3的电流(输出电流)减少并且来自光源负载3的光输出也下降(变暗)。在这种情况下，开关元件162的接通时间t2比全点亮状态下的接通时间t1短(t1>t2)，并且振荡频率f2与全点亮状态的振荡频率f1大致相同(f1≈f2)。
图4A和4B示出点亮设备1在第二调光状态下的操作。
在第二调光区间中，控制电路4主要控制开关元件162的振荡频率，并且接通时间t3与第一调光状态的接通时间t2大致相同。也就是说，控制电路4在使开关元件162的接通时间从第一调光状态起保持固定的情况下，仅改变开关元件162的振荡频率以使其降低。在第二调光区间中，控制电路4根据所指定的调光比，将开关元件162的振荡频率控制在f3~f3'(f3<f3')的范围内。振荡频率f3'与第二调光区间的最大调光比(N3)相对应，并且f3'优选等于f2。振荡频率f3与第二调光区间的最小调光比(N4)相对应。第二调光状态与振荡频率被设置为f3的状态相对应。这里，如图4A所示，在本实施例中，点亮设备1从电流I1连续地流经电感器163的连续模式转变为在第二调光区间内电流I1间断地流经电感器163的不连续模式。也就是说，在分配了第三控制模式的调光区间中，点亮设备1从连续模式转变为不连续模式。
如此，在点亮设备1处于第二调光状态(处于第二调光区间内)的情况下，开关元件162的振荡频率下降并且开关元件162的断开时间(针对每一周期的断开时间)相应较长。因此，在点亮设备1处于第二调光状态的情况下，与第一调光状态相比，流经电感器163的电流I1的峰值减小得更多并且储存在电感器163内的电磁能量也减少得更多。结果，在与第一调光状态进行比较的情况下，从点亮设备1供给至光源负载3的电流(输出电流)减少得更多并且来自光源负载3的光输出下降得更多(变得更暗)。在这种情况下，开关元件162的接通时间t3与第一调光状态的接通时间t2大致相同(t2≈t3)并且振荡频率f3低于第一调光状态的振荡频率f2(f2>f3)。
图5A和5B示出点亮设备1在第三调光状态下的操作。
在第三调光区间中，控制电路4主要控制开关元件162的接通时间，并且振荡频率f4与第二调光状态的振荡频率f3大致相等。也就是说，控制电路4在使开关元件162的振荡频率从第二调光状态起保持固定的情况下，仅将开关元件162的接通时间改变得较短。在第三调光区间中，控制电路4根据所指定的调光比，将开关元件162的接通时间控制在t4~t4'(t4<t4')的范围内。接通时间t4'与第三调光区间的最大调光比(N5)相对应，并且t4'优选等于t3。接通时间t4与第三调光区间的最小调光比(N6)相对应。第三调光状态与接通时间被设置为t4的状态相对应。
如此，在点亮设备1处于第三调光状态(处于第三调光区间内)的情况下，由于开关元件162的接通时间较短，因此与第二调光状态相比，流经电感器163的电流I1的峰值减小得更多并且储存在电感器163内的电磁能量也减少得更多。结果，在与第二调光状态相比的情况下，从点亮设备1供给至光源负载3的电流(输出电流)减少得更多并且来自光源负载3的光输出下降得更多(变得更暗)。在这种情况下，开关元件162的接通时间t4比第二调光状态的接通时间t3短(t3>t4)，并且振荡频率f4与第二调光状态的振荡频率f3大致相同(f3≈f4)。
结果，光源负载3在全点亮状态下最亮并且在第三调光状态下最暗。
本实施例例示了如下情况：控制电路4在第二控制模式中连续地改变开关元件162的接通时间，并且在第三控制模式中连续地改变开关元件162的振荡频率。然而，本实施例不局限于该示例。例如，控制电路4可以在第二控制模式中逐级地(不连续地)改变开关元件162的接通时间，并且可以在第三控制模式中逐级地(不连续地)改变开关元件162的振荡频率。
接着，将更加详细地说明控制电路4的详细结构。
在本实施例中，如图6所示，控制电路4的驱动电路4A包括控制用的集成电路(IC)40及其外围组件。作为集成电路40，这里使用来自ST Micro Electronic Co.的“L6562”。集成电路(L6562)40是原本用于控制PFC电路(功率因数改善控制所用的升压斩波电路)的IC，并且其内部包括诸如乘法电路等的并非控制降压斩波电路16所必需的组件。另一方面，集成电路40在一个芯片内包括用于控制输入电流的峰值的功能和用于控制过零的功能、从而进行控制以使得输入电流的平均值变为与输入电压的包络线相似的图形，并且使用这些功能来控制降压斩波电路16。
点亮设备1包括具有齐纳二极管701和平滑电容器702的控制用电源电路7。控制用电源电路7被配置为向集成电路40供给控制用电力。点亮设备1被配置为将控制用电源电路7的输出电压施加至集成电路40的电源端子(第八引脚P 8)。
图7示意性示出本实施例中所使用的集成电路40的内部结构。第一引脚(INV)P1是集成电路40的内置误差放大器401的反转输入端子，并且第二引脚(COMP)P2是误差放大器401的输出端子。第三引脚(MULT)P3是集成电路40的内置乘法电路402的输入端子。第四引脚(CS)P4是斩波电流检测端子，第五引脚(ZCD)P5是过零检测端子，第六引脚(GND)P6是接地端子，第七引脚(GD)P7是栅极驱动端子，并且第八引脚(Vcc)P8是电源端子。
在第八引脚P8和第六引脚P6之间施加预定电压以上的控制用电源电压的情况下，利用控制电源403生成基准电压Vref1和Vref2，由此可以使集成电路40内的各电路进行工作。在向集成电路40施加电力的情况下，将启动脉冲经由启动器404供给至触发器405的设置输入端子(图7中的“S”)，触发器405的输出(图7中的“Q”)变为H电平，并且第七引脚P7经由驱动电路406变为H电平。
在第七引脚P7变为H电平的情况下，将利用图6所示的电阻器41和42进行分压得到的驱动电压(门信号)施加在开关元件162的栅极和源极之间。插入在开关元件162的源极端子和DC电源电路15的负电极之间的电阻器43是用于检测(测量)流经开关元件162的电流的小电阻器，并且几乎不会影响栅极和源极之间的驱动电压。
在开关元件162供给有驱动电压然后被接通的情况下，电流从平滑电容器152的正电极经由输出电容器164、电感器163、开关元件162和电阻器43流入平滑电容器152的负电极。在这种情况下，除非电感器163发生磁饱和，否则流经电感器163的斩波电流是大致呈线性增大的电流，并且由作为电流感测单元的电阻器43进行检测。电阻器44和电容器62的串联电路连接在(电流感测)电阻器43的两端之间。电阻器44和电容器62之间的连接点连接至集成电路40的第四引脚P4。因此，将与经由电阻器43所感测到的电流值相对应的电压供给至集成电路40的第四引脚P4。
将供给至集成电路40的第四引脚P4的电压值经由内部包括电阻器407和电容器408的噪声过滤器施加至比较器409的“+”输入端子。将由针对第一引脚P1的施加电压和针对第三引脚P 3的施加电压所确定的基准电压施加至比较器409的“-”输入端子，并且将比较器409的输出供给至触发器405的复位端子(图7中的“R”)。在前述的噪声过滤器中，电阻器407例如为40kΩ并且电容器408例如为5pF。
因此，在集成电路40的第四引脚P4的电压超过基准电压的情况下，比较器409的输出变为H电平并且将复位信号供给至触发器405的复位端子，由此触发器405的输出变为L电平。在这种情况下，集成电路40的第七引脚P7变为L电平，因此图6的二极管45接通，经由电阻器46提取开关元件162的栅极和源极之间的电荷，由此使开关元件162快速地断开。在开关元件162断开的情况下，储存在电感器163内的电磁能量经由二极管161被放出至光源负载3。
在本实施例中，电阻器47、48和49以及电容器50和51对从信号生成电路21(参见图8；以下将进行说明)供给的矩形波信号S 1进行平均化，因此将具有与矩形波信号S 1的占空比相对应的大小的电压施加至第三引脚P3。因此，比较器409两端的基准电压根据矩形波信号S1的占空比而改变。这里，在矩形波信号S1的占空比较大的情况下(在H电平的时间较长的情况下)，基准电压较大，因此开关元件162的接通时间较长。另一方面，在矩形波信号S1的占空比较小的情况下(在H电平的时间较短的情况下)，基准电压较小，因此开关元件162的接通时间较短。
换句话说，在经由电阻器(电流感测单元)43所感测到(测量到)的电流的值达到由矩形波信号S1所确定的预定第一值(与基准电压相对应)的情况下，控制电路4使开关元件162断开。通过改变该第一值来改变开关元件162的接通时间。因此，在本发明的实施例中，可以使用该原理在第一调光区间和第三调光区间内改变开关元件162的接通时间。
如图6所示，开关元件162的断开时间由以下来确定：二极管52和电阻器53的串联电路，其连接在集成电路40的第七引脚P7和第五引脚P5之间；电容器54，其与电阻器53并联连接；电容器55；晶体管56；以及电阻器57。电容器55连接在第五引脚P5和接地端之间。晶体管56和电阻器57彼此串联连接并且与电容器55并联连接。这里，电阻器58、59和60以及电容器61对从信号生成电路21(参见图8；以下将进行说明)供给的矩形波信号S2进行平均化，因此将具有与矩形波信号S2的占空比相对应的大小的电压施加在晶体管56的基极和发射极之间。
如图7所示，集成电路40包括连接至第五引脚P5的内置钳位电路410，其中第五引脚P5被钳位至例如5.7V的最大值。在第五引脚P5的输入电压是基准电压Vref2(这里为0.7V)以下的情况下，“-”输入端子与第五引脚P5相连接的比较器411的输出变为H电平。因此，在第七引脚P7为H电平(通常约为10~15V)的情况下，第五引脚P5被钳位至5.7V。在第七引脚P7为L电平的情况下，二极管52断开并且电容器55经由晶体管56和电阻器57被放电直至0.7V。
此时，比较器411的输出变为H电平。因此，设置了经由或(OR)电路412连接至比较器411的输出端子的触发器405，并且触发器405的输出也变为H电平。因此，第七引脚P7再次变为H电平，由此开关元件162接通。之后，控制电路4重复进行相同的操作，由此以高频率使开关元件162接通和断开。
这里，随着矩形波信号S2的占空比越来越大(随着H电平的时间越来越长)，晶体管56的基极和发射极之间的电压增加得越多并且流经晶体管56的电流也增加得越多。因此，电容器55放电的速度越快。因此，开关元件162的断开时间变得越来越短并且开关元件162的振荡频率增加。另一方面，随着矩形波信号S2的占空比越来越小(随着H电平的时间越来越短)，晶体管56的基极和发射极之间的电压降低得越多并且流经晶体管56的电流也减少得越多。因而，电容器55的放电被延迟。因此，开关元件162的断开时间变得越来越长并且开关元件162的振荡频率下降。
换句话说，在利用开关元件的驱动信号充电后的电容器55两端的电压的值变为预定阈值(基准电压Vref2的值)以下的情况下，控制电路4使开关元件162接通。这里，控制电路4基于由矩形波信号S2所确定的预定第二值(晶体管56的基极和发射极之间的电压)来确定电容器55的放电速度，并且改变该预定第二值以改变开关元件162的振荡频率。因此，在本实施例的第二调光区间中，可以使用该原理来改变开关元件162的振荡频率。
接着，将参考图8来说明点亮设备1的如下整体结构：向图1或图6所示的点亮设备1添加用于接收确定调光比所用的调光信号以产生矩形波信号S1和S2的组件。图8示出组合了前述的滤波电路14和DC电源电路15的DC电源生成单元140，并且DC电源生成单元140中的电容器145和146使电路接地端(电容器152的负电极)以高频率连接至机架地线。
在图8中，除了图1或图6所示的组件以外，点亮设备1还包括：信号线连接器17，用于连接调光信号线5；整流电路18；绝缘电路19；以及波形整形电路20。除了驱动电路4A以外，控制电路4还包括信号生成电路21。调光信号线5供给有包括矩形波电压信号的调光信号，其中该矩形波电压信号的占空比可变，并且该矩形波电压信号的频率和振幅例如分别为1kHz和10V。
整流电路18是用于将调光信号线5的配线转换成无极性配线的电路。整流电路18连接至信号线连接器17。点亮设备1包括该整流电路18，因而即使在调光信号线5反向连接的情况下也正常工作。也就是说，整流电路18包括：全波整流器181，其连接至信号线连接器17；以及串联连接在全波整流器181的输出之间的诸如电阻器等的阻抗元件182以及齐纳二极管183的串联电路。因此，整流电路18利用全波整流器181对所输入的调光信号进行全波整流，并经由阻抗元件182生成齐纳二极管183两端的矩形波电压信号。
绝缘电路19包括光电耦合器191，并且用于在使调光信号线5和点亮设备1的控制电路4绝缘的情况下将矩形波电压信号传递至控制电路4。波形整形电路20被配置为对从绝缘电路19的光电耦合器191输出的信号的波形进行整形，从而输出作为脉冲宽度调制(PWM)信号。因此，尽管矩形波电压信号(调光信号)的波形可能由于经由调光信号线5长距离进行传输而发生失真，但经由波形整形电路20消除了该失真的影响。
这里，在传统的逆变器型荧光灯调光点亮设备中，在波形整形电路的后段安装诸如CR积分电路(平滑电路)等的低通滤波电路。该点亮设备被配置为生成模拟调光电压，并根据该调光电压来可变地控制逆变器的频率等。作为对比，根据本实施例的点亮设备1被配置为将波形整形之后的PWM信号供给至信号生成电路21。
控制电路4的信号生成电路21包括没有示出的微计算机及其外围组件。该微计算机被配置为经由内置计时器测量所输入的PWM信号的接通时间，并将两种矩形波信号S1和S2供给至驱动电路4A。如上所述，经由驱动电路4A内的电阻器和电容器来对从该微计算机供给的矩形波信号S1和S2进行平滑化。因此，随着矩形波信号S1(或S2)的占空比越来越大(随着H电平的时间越来越长)，驱动电路4A中的输入值增加得越多。也就是说，随着矩形波信号S1的占空比越来越大，供给有平滑后的矩形波信号S1的第三引脚P3的电压V1增加得越多。随着矩形波信号S2的占空比越来越大，供给有平滑后的矩形波信号S2的晶体管56的基极和发射极之间的电压V2增加得越多。
接着，将参考图9A和9B来说明在PWM信号改变的情况下点亮设备1的操作。在图9A和9B中，各横轴表示PWM信号的占空比(接通占空)，图9A示出施加至驱动电路4A的集成电路40的第三引脚P3的电压V1，并且图9B示出晶体管56的基极和发射极之间的电压V2。由于针对PWM信号、仅对调光信号进行整流或波形整形，因此PWM信号的占空比相当于调光信号的占空比。
针对PWM信号的占空比处于范围0~5%的区间(第一区间)分配第一控制模式，其中0%是该第一区间的第一端点，并且5%是该第一区间的第二端点。如图9A和9B所示，在PWM信号的占空比处于范围0~5%的区间中，将第三引脚P3的电压V1以及晶体管56的基极和发射极之间的电压V2分别设置为初始值(V1＝v10，V2=v20)。因此，在该区间中，点亮设备1处于全点亮状态(处于第一控制模式)，并且降压斩波电路16的开关元件162的振荡频率为f1且接通时间为t1。
针对PWM信号的占空比处于范围5~30%的区间(第二区间)分配第二控制模式，其中5%是该第二区间的第一端点，并且30%是该第二区间的第二端点。该第二区间相当于调光范围的第一调光区间。在该区间中，信号生成电路21根据PWM信号的占空比的增加来减小矩形波信号S1的占空比，从而使第三引脚P3的电压V1下降直至v11(<v10)。在电压V1下降的情况下，开关元件162的接通时间变得越来越短，因而负载电流(供给至光源负载3的输出电流)减少。在这种情况下，为了使开关元件162的振荡频率大致维持恒定，信号生成电路21可被配置为根据电压V1的下降来略微减小矩形波信号S2的占空比，由此使电压V2略微下降并使电容器55的放电延迟以略微增加开关元件162的断开时间。
针对PWM信号的占空比处于范围30~80%的区间(第三区间)分配第三控制模式，其中30%是该第三区间的第一端点，并且80%是该第三区间的第二端点。该第三区间相当于调光范围的第二调光区间。在该区间中，信号生成电路21根据PWM信号的占空比的增加来减小矩形波信号S2的占空比，由此使基极和发射极之间的电压V2下降直至v21(<v20)。在电压V2下降的情况下，晶体管56的引入电流减少并且电容器55的放电时间增加，由此开关元件162的断开时间变得较长并且振荡频率下降，这导致负载电流(输出电流)减少。在这种情况下，第三引脚P3的电压V1的值维持在v11，因此开关元件162的接通时间恒定。
针对PWM信号的占空比处于范围80~90%的区间(第四区间)分配第二控制模式，其中80%是该第四区间的第一端点，并且90%是该第四区间的第二端点。该第四区间相当于调光范围的第三调光区间。在该区间中，信号生成电路21根据PWM信号的占空比的增加来减小矩形波信号S1的占空比，由此使第三引脚P3的电压V1下降直至v12(<v11)。在电压V1下降的情况下，开关元件162的接通时间变得越来越短，由此负载电流(输出电流)减少得越多。在这种情况下，为了使开关元件162的振荡频率大致维持恒定，信号生成电路21可被配置为根据电压V1的下降来略微减小矩形波信号S2的占空比，由此使电压V2略微下降并使电容器55的放电延迟以略微增加开关元件162的断开时间。
在PWM信号的占空比处于范围90~100%的区间(第五区间)中，将信号生成电路21设置为恒定地维持矩形波信号S1和S2的占空比，由此维持第三调光状态。可选地，在PWM信号的占空比处于范围90%~100%的区间中，点亮设备1可以将第三引脚P3的电压V1以及基极和发射极之间的电压V2中的至少一个设置为L电平，以停止降压斩波电路16的操作并使光源负载3熄灭。也就是说，控制电路4可被配置为将由矩形波信号S1所确定的预定第一值(与基准电压相对应)和由矩形波信号S2所确定的预定第二值(基极和发射极之间的电压V2)中的至少一个设置为0以下，由此停止开关元件162的接通和断开操作。
控制电路4将开关元件162的振荡频率设置在1kHz以上(优选为几kHz以上)的范围内。因此，即使在振荡频率下降的第二调光状态或第三调光状态下，光源负载3的闪烁频率也较高，并且例如可以避免照相机拍摄时在光源负载3的闪烁与快门速度(曝光时间)之间发生干涉。
根据如上所述的本实施例的点亮设备1，控制电路4以多级方式随机地选择用于改变开关元件162的接通时间的第二控制模式和用于改变振荡频率的第三控制模式，由此对光源负载3进行调光。因此，当与仅基于第二控制模式或第三控制模式对光源负载3进行调光的情况进行比较时，点亮设备1可以在不会使光源负载3发生闪烁的情况下扩大光源负载3的调光范围。结果，点亮设备1可以在相对宽的范围内精确地(精细地)控制光源负载3的亮度。
另外，经由包括微计算机作为主要组件的信号生成电路21来进行调光状态下的调光比的控制，由此可以实现如下的点亮设备1，其中该点亮设备1可以以相对简单的结构来精确地(精细地)控制光源负载3的亮度。
此外，利用输出电容器164对供给至光源负载3的输出电流进行平滑化并且在光源负载3的全点亮时将输出电流的纹波率设置为小于0.5，由此具有上述结构的点亮设备1抑制了光源负载3的闪烁，从而提高了发光效率。
在本实施例中，供给至点亮设备1的调光信号是占空比改变的矩形波，但并不局限于此。例如，调光信号可以是电压值改变的DC电压。在这种情况下，包括微计算机的信号生成电路21通过基于调光信号的振幅(电压值)控制矩形波信号S1和S2的占空比，来实现调光控制。点亮设备1不局限于经由调光信号线5输入调光信号的结构。例如，点亮设备1可以是安装有红外光接收模块以通过红外线通信来接收调光信号的结构。
第二实施例
如图10所示，根据本实施例的点亮设备1与根据第一实施例的点亮设备1在控制电路4和控制用电源电路7的结构方面有所不同。在图10的示例中，输出5V、1kHz的矩形波电压信号作为调光信号的外部调光器6经由调光信号线5连接至点亮设备1的信号线连接器17。在下文，利用相同的附图标记来表示与第一实施例相同的组件，并且这里将不重复针对这些组件的说明。
如图10所示，在本实施例中，控制用电源电路7包括连接至平滑电容器152的IPD元件71及其外围组件。IPD元件71是所谓的智能功率装置，并且例如，对于该元件使用Panasonic的“MIP2E2D”。IPD元件71是具有漏极端子、源极端子和控制端子的三引脚集成电路。IPD元件71包括：内置开关元件711，其包括功率MOSFET；以及内置控制器712，用于使开关元件711接通和断开。在控制用电源电路7中，降压斩波电路主要包括IPD元件71中的内置开关元件711、电感器72、平滑电容器73和二极管74。在控制用电源电路7中，IPD元件71的电源电路主要包括齐纳二极管75、二极管76、平滑电容器77和电容器78。噪声截除所用的电容器70与IPD元件71的漏极端子相连接。
利用上述结构，控制用电源电路7在平滑电容器73的两端生成恒定电压(例如，约15V)，其中该恒定电压是用于供给集成电路(三端子稳压器79、微计算机80和驱动电路81)的控制用电力的电源电压VC1。因此，由于在IPD元件71开始工作之前不对平滑电容器73进行充电，因此其它集成电路(三端子稳压器79、微计算机80和驱动电路81)也不工作。
以下将说明控制用电源电路7的操作。
在电源通电初期，在利用全波整流器151的输出电压对平滑电容器152进行充电的情况下，电流沿着IPD元件71的漏极端子→IPD元件71的控制端子→平滑电容器77→电感器72→平滑电容器73的路径流动。因此，平滑电容器73被充电有如图10所示的极性，并且向IPD元件71供给工作电压。因此，IPD元件71开始工作，并使内置开关元件711接通和断开。
在IPD元件71的内置开关元件711接通的情况下，电流沿着平滑电容器152→IPD元件71的漏极端子→IPD元件71的源极端子→电感器72→平滑电容器73的路径流动，由此平滑电容器73被充电。在开关元件711断开的情况下，储存在电感器72内的电磁能量经由二极管74被放出至平滑电容器73。因此，包括IPD元件71、电感器72、二极管74和平滑电容器73的电路作为降压斩波电路进行工作，由此在平滑电容器73的两端生成通过使平滑电容器152两端的电压降压所获得的电源电压VC1。
在IPD元件71的内置开关元件711断开的情况下，再生电流流经二极管74。电感器72两端的电压被钳位至平滑电容器73两端的电压与二极管74的正向电压的总和电压。从该总和电压中减去齐纳二极管75的齐纳电压和二极管76的正向电压所获得的电压变为平滑电容器77两端的电压。IPD元件71中的内置控制器712被配置为控制开关元件711的接通和断开操作，以使得平滑电容器77两端的电压恒定。结果，平滑电容器73两端的电压(电源电压VC1)也恒定。
在平滑电容器73的两端生成电源电压VC1的情况下，三端子稳压器79开始向微计算机80供给电源电压VC2(例如，5V)，以开始降压斩波电路16的开关元件162的接通和断开控制。微计算机80从外部调光器6供给有调光信号并进行调光控制。
如图10所示，控制电路4包括微计算机80，并且被配置为基于内部程序来生成用于对降压斩波电路16的开关元件162进行驱动的矩形波信号。微计算机80具有如下程序，其中这些程序被设置成根据供给至第二十二引脚P22的来自外部调光器6的调光信号的接通时间(脉冲宽度)来从第十九引脚P19输出用于对开关元件162进行驱动的矩形波信号S3(例如，振幅为5V)。此外，控制电路4包括驱动电路81，其中该驱动电路81用于接收来自微计算机80的第十九引脚P19的输出(矩形波信号S3)以实际驱动开关元件162。因此，微计算机80通过接收来自外部调光器6的调光信号来控制开关元件162以对流经光源负载3的电流进行控制，由此实现调光控制。
以下说明本实施例的控制电路4。
三端子稳压器79的输入端子连接至平滑电容器73的正电极，而三端子稳压器79的输出端子连接至微计算机80的第二十七引脚P27(电源端子)。三端子稳压器79的输入端子和接地端子之间连接有电容器791。三端子稳压器79的输出端子和接地端子之间连接有电容器792。微计算机80的第二十八引脚P28(接地端子)接地。因而，三端子稳压器79被配置为将平滑电容器73两端的电压(电源电压VC1)转换成电容器792两端的微计算机用的电源电压VC2(这里为5V)，由此向微计算机80供给电力。
微计算机80的第二十二引脚P22经由信号线连接器17连接至外部调光器6，并且经由调光信号线5从外部调光器6供给有调光信号。如上所述，调光信号线5供给有包括矩形波电压信号的调光信号，其中该矩形波电压信号的占空比可变，并且该矩形波电压信号的频率和振幅例如分别为1kHz和5V。微计算机80被配置为根据该调光信号的占空比而从第十九引脚P19输出用于使开关元件162接通和断开的矩形波信号S3。驱动电路81根据该矩形波信号S3对开关元件162进行驱动。
驱动电路81具有第一引脚~第六引脚(P81~P86)。第一引脚P81是正输入端子，并且经由例如1kΩ的电阻器82连接至微计算机80的第十九引脚P19。电阻器82和微计算机80的第十九引脚P19之间的连接点经由例如100kΩ的电阻器83接地。第二引脚P82是接地端子并且接地。第三引脚P83是负输入端子并且接地。第四引脚P84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84连接至开关元件162的栅极端子。第五引脚P85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85连接至开关元件162的栅极端子。开关元件162的栅极端子还经由电阻器90接地。第六引脚P86是电源端子，并且连接至平滑电容器73的正电极且还经由例如0.1μF的电容器86接地。第六引脚P 86供给有电源电压VC1(平滑电容器73两端的电压)。
驱动电路81对来自微计算机80的振幅例如为5V的矩形波信号S 3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元件162的栅极端子，由此使开关元件162接通和断开。
这里，在本实施例中，例如，三端子稳压器79是来自ToshibaCo.(东芝株式会社)的“TA78L05”，微计算机80是来自RENESASCo.(RENESAS株式会社)的8位微计算机“78K0/Ix2”，并且驱动电路81是来自Maxim Co.(Maxim株式会社)的“MAX15070A”。这里，作为示例，将电感器163设置为1.2mH并且将输出电容器164设置为1μF。
在本实施例中，点亮设备1被配置成：根据调光信号的占空比(调光比)，点亮设备1对进行光源负载3的全点亮的全点亮状态以及对光源负载3进行调光的第一调光状态和第二调光状态进行切换。如图11所示，本实施例的调光范围包括第一调光区间(100%~7%)和第二调光区间(7%~0.3%)。在第一调光区间中，本实施例的点亮设备1基于第三控制模式来控制光源负载3，其中在该第三控制模式中，开关元件162的接通时间大致固定并且开关元件162的振荡频率改变。这里，将第一调光状态定义为调光比是第一调光区间的最小值(7%)的状态。在第二调光区间中，本实施例的点亮设备1基于第二控制模式来控制光源负载3，其中在该第二控制模式中，从第一调光状态起，开关元件162的振荡频率大致固定并且开关元件162的接通时间改变。这里，将第二调光状态定义为调光比是第二调光区间的最小值(0.3%)的状态。
接着，将参考图11来说明根据本实施例的点亮设备1的操作。在图11中，横轴表示来自外部调光器6的调光信号(PWM信号)的占空比(接通占空)，并且纵轴表示负载电流(供给至光源负载3的输出电流的有效值)和(图11中的括号内的)调光比，其中在该调光比中，将600mA的负载电流定义为全点亮(100%)。
首先，对PWM信号的占空比处于范围0~5%的区间(第一区间)分配第一控制模式。在该第一区间中，微计算机80从第十九引脚P19输出用于对开关元件162进行驱动的恒定的矩形波信号S3。在这种情况下，对本实施例中的矩形波信号S3进行设置，以使得振荡频率为140kHz，接通时间为5μs并且电压值为5V。驱动电路81通过接收矩形波信号S3来将电压值放大为15V，并将放大后的信号供给至降压斩波电路16的开关元件162的栅极，以使开关元件162接通和断开。在这种情况下，点亮设备1在全点亮状态下工作并且平均为600mA的输出电流流经光源负载3(调光比为100%)。点亮设备1继续该状态(全点亮状态)，直到调光信号的占空比达到5%为止。在这种情况下，利用输出电容器164对从点亮设备1供给至光源负载3的输出电流进行平滑化，以使得纹波率(Ipp/Ia)小于0.5。
接着，对调光信号的占空比处于范围5~80%的区间(第二区间)分配第三控制模式。该第二区间相当于调光范围的第一调光区间。在该区间中，微计算机80根据调光信号的占空比的增加来逐渐减少从第十九引脚P19供给的矩形波信号S3的振荡频率。在本实施例中，微计算机80使该矩形波信号的接通时间大致维持在预定值(5μs)，并且根据调光信号的占空比的增加来逐渐增加矩形波信号S3的断开时间。这里，在调光信号的占空比为80%的情况下，对微计算机80的程序进行设置，以使得从第十九引脚P19供给的矩形波信号S3的振荡频率为8kHz。在这种情况下，点亮设备1在第一调光状态下工作，并且将流经光源负载3的输出电流的平均值控制为作为下限值的42mA(调光比为7%)。
对调光信号的占空比处于范围80~95%的区间(第三区间)分配第二控制模式。该第三区间相当于调光范围的第二调光区间。在该区间中，微计算机80根据调光信号的占空比的增加来逐渐减少从第十九引脚P19供给的矩形波信号S3的接通时间。在本实施例中，微计算机80在使振荡频率大致恒定在预定值(8kHz)的情况下，根据调光信号的占空比来改变接通时间。这里，在调光信号的占空比为95%的情况下，对微计算机80的程序进行设置，以使得从第十九引脚P19供给的矩形波信号S3的接通时间为0.5μs。在这种情况下，点亮设备1在第二调光状态下工作，并且将流经光源负载3的输出电流的平均值控制为作为下限值的2mA (调光比为0.3%)。
在本实施例中，点亮设备1通过在PWM信号的占空比处于范围95%以上的区间(第四区间)中将来自微计算机80的第十九引脚P19的输出设置为L电平，来停止降压斩波电路16的操作并使光源负载3熄灭(参见图11)。
根据如上所述的本实施例的点亮设备1，控制电路4通过以多级方式任意选择用于改变开关元件162的接通时间的第二控制模式和用于改变振荡频率的第三控制模式，来对光源负载3进行调光。因此，当与仅基于第二控制模式或第三控制模式对光源负载3进行调光的情况进行比较时，点亮设备1可以在不会使光源负载3发生闪烁的情况下扩大光源负载3的调光范围。结果，点亮设备1可以在相对宽的范围内精确地(精细地)控制光源负载3的亮度。
另外，利用控制电路4的微计算机80来进行调光状态下的调光比的控制，以使得可以实现如下的点亮设备1，其中该点亮设备1可以以相对简单的结构来精确地(精细地)控制光源负载3的亮度。
其它组件和功能与第一实施例相同。
这里，这些实施例中所述的各点亮设备1连同包括半导体发光装置(LED模块)的光源负载3一起构成了照明器具。如图12所示，在照明器具10中，作为电源单元的点亮设备1容纳在与LED模块(光源负载3)30的器具外壳32分开的壳体内。点亮设备1经由引线31连接至LED模块30。因此，照明器具10可以实现LED模块30的薄型化并且可以提高作为单独安装型的电源单元的点亮设备1的安装位置的自由度。
在图12的示例中，由金属材料制成的器具外壳32形成为具有上基底和底部开放的圆筒状。开放面(底面)被光扩散板33所覆盖。在LED模块30中，多个(这里为3个)LED 35安装在基板34的一个表面(下表面)上并且以与光扩散板33相对(面对)的关系配置在器具外壳32内。器具外壳32埋入天花板100内并且经由引线31和连接器36连接至配置在该天花板后方的作为电源单元的点亮设备1。
照明器具10不局限于作为电源单元的点亮设备1容纳在与LED模块30的壳体分开的壳体内的分开安装型结构。例如，该照明器具10可以是LED模块30和点亮设备1容纳在同一外壳内的电源一体型结构。
这些实施例中所述的各点亮设备1并不局限用于照明器具10。各点亮设备1可以用于例如液晶显示器的背光灯、复印机、扫描器和投影仪等的各种光源。可选地，通过接收来自点亮设备1的电力供给来发光的光源负载3不局限于发光二极管(LED)。例如，光源负载3可以包括例如有机EL装置和半导体激光装置等的半导体发光元件。
此外，在各实施例中，降压斩波电路16具有开关元件162连接至DC电源电路15的输出端子的低电位(负)侧并且二极管161连接至DC电源电路15的输出端子的高电位(正)侧的结构，但并不局限于此。也就是说，如图13A所示，降压斩波电路16可以具有开关元件162连接至DC电源电路15的输出端子的高电位侧的结构。
点亮设备1不局限于应用了降压斩波电路16的结构，而且如图13B~13D所示，点亮设备1还可以包括形成在DC电源电路15和输出连接器12之间的除了降压斩波电路以外的各种开关电源电路。图13B示出应用了升压斩波电路的情况，图13C示出应用了反激转换电路的情况，并且图13D示出应用了升降压斩波电路的情况。
图13B所示的升压斩波电路被配置成：电感器163和开关元件162串联连接在DC电源电路15的输出端子之间，并且二极管161和输出电容器164串联连接在开关元件162的两个端子之间。图13C所示的反激转换电路被配置成：变压器166的一次绕组和开关元件162串联连接在DC电源电路15的输出端子之间，并且二极管161和输出电容器164彼此串联连接且与变压器166的二次绕组并联连接。图13D所示的升降压斩波电路被配置成：电感器163和开关元件162串联连接在DC电源电路15的输出端子之间，并且二极管161和输出电容器164彼此串联连接且与电感器163并联连接。

Claims (10)

1.一种点亮设备，包括：
开关元件，其与直流电源串联连接，并且被控制为以高频率进行接通和断开；
电感器，其中在所述开关元件接通的情况下电流从所述直流电源流经所述电感器，其中所述电感器与所述开关元件串联连接；
二极管，用于在所述开关元件断开的情况下，使在所述开关元件接通的情况下储存在所述电感器内的电磁能量放出至包括半导体发光元件的光源负载；
输出电容器，其与所述光源负载并联连接，并且用于对供给至所述光源负载的输出电流的脉动成分进行平滑化，其中所述脉动成分是由于所述开关元件的接通和断开所引起的；以及
控制电路，用于控制所述开关元件的接通和断开操作，
其中，所述控制电路包括第一控制模式、第二控制模式和第三控制模式作为所述开关元件的控制模式，并且被配置为：
(A)在所述第一控制模式中，以预定的振荡频率和接通时间来使所述开关元件接通和断开，以使得电流以连续模式流经所述电感器，其中在所述连续模式中，电流在没有产生休止区间的情况下连续地流经所述电感器；
(B)在所述第二控制模式中，使所述开关元件的振荡频率固定并且改变所述开关元件的接通时间；以及
(C)在所述第三控制模式中，使所述开关元件的接通时间固定并且改变所述开关元件的振荡频率，
对最小调光比和最大调光比之间的调光范围进行分割得到的区间中的至少两个调光区间分配所述第二控制模式和所述第三控制模式，以及
所述控制电路还被配置为：
(i)在指定了全点亮模式的情况下，选择所述第一控制模式以使所述光源负载全点亮；以及
(ii)在从所述调光范围中指定了调光比的情况下，根据与所述调光比相对应的调光区间来选择所述第二控制模式和所述第三控制模式其中之一，从而以所指定的调光比对所述光源负载进行调光。
2.根据权利要求1所述的点亮设备，其中，对所述输出电容器的容量进行设置，以使得在所述光源负载全点亮的情况下，所述输出电流的纹波率小于0.5。
3.根据权利要求1所述的点亮设备，其中，还包括：
电流感测单元，用于感测流经所述开关元件的电流；以及
电容器，用于利用所述开关元件的驱动信号进行充电，
其中，所述控制电路还被配置为：
在所述电流感测单元所感测到的电流达到预定的第一值的情况下，使所述开关元件断开；以及
在所述电容器两端的电压的值是预定阈值以下的情况下，使所述开关元件接通，以及
所述控制电路还被配置为：
改变所述第一值，由此改变所述开关元件的接通时间；以及
改变确定所述电容器的放电速度的预定的第二值，由此改变所述开关元件的振荡频率。
4.根据权利要求2所述的点亮设备，其中，还包括：
电流感测单元，用于感测流经所述开关元件的电流；以及
电容器，用于利用所述开关元件的驱动信号进行充电，
其中，所述控制电路还被配置为：
在所述电流感测单元所感测到的电流达到预定的第一值的情况下，使所述开关元件断开；以及
在所述电容器两端的电压的值是预定阈值以下的情况下，使所述开关元件接通，以及
所述控制电路还被配置为：
改变所述第一值，由此改变所述开关元件的接通时间；以及
改变确定所述电容器的放电速度的预定的第二值，由此改变所述开关元件的振荡频率。
5.根据权利要求3所述的点亮设备，其中，所述控制电路还被配置为将所述第一值和所述第二值至少之一设置为0以下，由此停止所述开关元件的接通和断开操作以使所述光源负载熄灭。
6.根据权利要求4所述的点亮设备，其中，所述控制电路还被配置为将所述第一值和所述第二值至少之一设置为0以下，由此停止所述开关元件的接通和断开操作以使所述光源负载熄灭。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的点亮设备，其中，所述控制电路还被配置为接收来自外部的调光信号，以根据所述调光信号所确定的调光比来选择所述开关元件的控制模式。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的点亮设备，其中，所述控制电路还被配置为将所述开关元件的振荡频率设置在1kHz以上的范围内。
9.根据权利要求7所述的点亮设备，其中，所述控制电路还被配置为将所述开关元件的振荡频率设置在1kHz以上的范围内。
10.一种照明器具，包括：
根据权利要求1至9中任一项所述的点亮设备；以及
所述光源负载，其供给有来自所述点亮设备的电力。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113993243A (zh) * 2021-11-02 2022-01-28 广州市雅江光电设备有限公司 一种高压恒流驱动电路及方法

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013118131A (ja) * 2011-12-05 2013-06-13 Panasonic Corp 点灯装置およびそれを備えた照明器具
KR20130072175A (ko) * 2011-12-21 2013-07-01 서울반도체 주식회사 백라이트 모듈과 그 구동 방법 및 이를 이용하는 디스플레이 장치
JP6103348B2 (ja) * 2012-12-07 2017-03-29 東芝ライテック株式会社 電源回路及び照明装置
DE102013223880B4 (de) 2013-11-22 2018-04-05 Continental Automotive Gmbh Vorrichtung zur Ansteuerung von lichtemittierenden Dioden ohne Glättungskondensator
US9839080B2 (en) 2014-01-17 2017-12-05 Philips Lighting Holding B.V. LED driver and control method
JP2016100116A (ja) * 2014-11-19 2016-05-30 四国計測工業株式会社 Ｌｅｄ照明装置、ｌｅｄ点灯装置およびｌｅｄ照明調光制御方法
JP6611050B2 (ja) * 2016-03-08 2019-11-27 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 点灯装置、照明器具およびそれを備えた照明システム
DE102017204907A1 (de) * 2017-03-23 2018-09-27 Osram Gmbh Verfahren und getakteter Wandler zum Betreiben von einer Eingangsleistung schnell folgenden Lichtquellen
DE102017220582A1 (de) * 2017-11-17 2019-05-23 Tridonic Gmbh & Co Kg Betriebsschaltung für ein LED-Leuchtmittel
US11284487B2 (en) * 2018-11-01 2022-03-22 Xiamen Eco Lighting Co. Ltd. LED driving circuit
JP7411068B2 (ja) * 2020-03-24 2024-01-10 ローム株式会社 発光制御装置、発光装置及び車両

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7145295B1 (en) * 2005-07-24 2006-12-05 Aimtron Technology Corp. Dimming control circuit for light-emitting diodes
CN101466187A (zh) * 2009-01-05 2009-06-24 西安理工大学 一种pfm/pwm双模式切换调光的led驱动电路
CN101801126A (zh) * 2008-12-31 2010-08-11 意法半导体股份有限公司 用于光源或需要受控供电电流的负载的开关电源系统

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4731085B2 (ja) 2000-02-03 2011-07-20 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Ｌｅｄ照明モジュール用電源アセンブリ
JP4538719B2 (ja) 2004-03-31 2010-09-08 東芝ライテック株式会社 Ｌｅｄ点灯装置および照明器具
JP2010527223A (ja) * 2007-05-07 2010-08-05 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 高い力率のｌｅｄベースの照明装置及び方法
WO2009138104A1 (en) * 2008-05-14 2009-11-19 Lioris B.V. Led-based lighting system with high power factor
JP5564239B2 (ja) * 2009-12-14 2014-07-30 ミネベア株式会社 Ｌｅｄ駆動回路
EP2410821B1 (en) * 2010-07-20 2014-01-08 Panasonic Corporation Lighting device of semiconductor light-emitting element and illumination fixture using the same
US8581498B1 (en) * 2011-02-14 2013-11-12 Jade Sky Technologies, Inc. Control of bleed current in drivers for dimmable lighting devices
US8497636B2 (en) * 2011-03-11 2013-07-30 General Electric Company Auto-switching triac compatibility circuit with auto-leveling and overvoltage protection
JP2012212548A (ja) * 2011-03-31 2012-11-01 Mitsumi Electric Co Ltd 照明用電源装置
KR20130043023A (ko) * 2011-10-19 2013-04-29 삼성전자주식회사 Ｌｅｄ 구동 장치, ｌｅｄ 구동 방법 및 이를 적용한 디스플레이 장치
KR102001967B1 (ko) * 2011-11-03 2019-10-02 삼성전자주식회사 Ｌｅｄ 구동 장치, ｌｅｄ 구동 방법 및 이를 적용한 디스플레이 장치
US8791648B2 (en) * 2012-04-10 2014-07-29 Monolithic Power Systems, Inc. LED driver circuits with current envelope control

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7145295B1 (en) * 2005-07-24 2006-12-05 Aimtron Technology Corp. Dimming control circuit for light-emitting diodes
CN101801126A (zh) * 2008-12-31 2010-08-11 意法半导体股份有限公司 用于光源或需要受控供电电流的负载的开关电源系统
CN101466187A (zh) * 2009-01-05 2009-06-24 西安理工大学 一种pfm/pwm双模式切换调光的led驱动电路

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113993243A (zh) * 2021-11-02 2022-01-28 广州市雅江光电设备有限公司 一种高压恒流驱动电路及方法
CN113993243B (zh) * 2021-11-02 2023-10-20 广州市雅江光电设备有限公司 一种高压恒流驱动电路及方法

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Publication number Publication date
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JP2013118132A (ja) 2013-06-13
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US20130141016A1 (en) 2013-06-06

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