CN103997812A

CN103997812A - Led驱动装置和led照明装置

Info

Publication number: CN103997812A
Application number: CN201410055964.6A
Authority: CN
Inventors: 木村研吾; 吉永充达
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2013-02-20
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2034-02-19
Also published as: US20140232270A1; US9560704B2; JP2014160574A; CN103997812B

Abstract

本发明提供LED驱动装置和LED照明装置。该LED驱动装置将交流输入电力转换成所希望的直流输出电力并提供给LED负载（2）和与LED负载（2）的色温不同的LED负载（3），该LED驱动装置具备：被导通截止控制的开关元件（Q1）；多个纹波电流降低部（4）、（5），它们与各LED负载串联连接，降低流过各LED负载的电流纹波；以及控制电路（CNT），其基于各LED负载与各纹波电流降低部的连接点中的反馈电压，对开关元件进行导通截止控制，由此将直流输出电力控制为规定值，各纹波电流降低部具有对阻抗进行可变控制的反馈型电流控制电路（Q2、Q3、AMP2、AMP3），该LED驱动装置具备使LED负载（2）和LED负载（3）的合计的LED电流值保持为固定值并进行调色的调色单元（R6～R9）。

Description

LED驱动装置和LED照明装置

技术领域

本发明涉及LED驱动装置和使用了该LED驱动装置的LED照明装置。

背景技术

LED（Light Emitting Diode：发光二极管）元件已经开始被用作液晶显示装置的背光源、或者路灯等照明设备的光源。特别是进行了使用白色LED元件的荧光灯型或者灯泡型的LED照明装置的开发，来作为代替白炽灯泡、荧光灯的照明设备。对于构成这种LED照明装置的LED驱动装置，要求高精度地向LED元件提供所期望的电力。

此外，通过LED驱动装置，进行使用多种发光色来得到各种颜色的调色动作。在该情况下，调色动作大多由微型计算机等控制。

图4是示出以往的LED驱动装置的一例的电路结构的电路图（专利文献1）。图4所示的以往的LED亮灯装置100具有：商用电源102、电源开关103、微机电源104、整流电路111、直流电源电路112、电源同步电路113、微型计算机114、非易失性存储器115、白色LED亮灯电路121、红色LED亮灯电路122、以及MOSFET（开关元件）131。

在直流电源电路112的输出侧，分别连接有串联连接白色LED而成的白色LED亮灯电路121和串联连接红色LED而成的红色LED亮灯电路122。白色LED亮灯电路121和红色LED亮灯电路122分别与MOSFET131串联连接。

整流电路111是二极管桥式电路，其将对商用电源102的交流电压进行整流而得到的直流电压输出至直流电源电路112。直流电源电路112通过微型计算机114的控制，将来自整流电路111的直流电压转换成规定的直流电压，并提供给白色LED亮灯电路121、红色LED亮灯电路122。

微型计算机114控制MOSFET131的导通截止，对白色LED、红色LED进行调光。微型计算机114检测暂时停止控制、即电源开关103在由接通被切换成断开起的规定的时间内被切换成接通。微型计算机114在检测到暂时停止控制的情况下，进行如下调光控制：使白色LED和红色LED中的至少一方以与电源开关103被切换成断开前的断开前照度不同的照度亮灯。

图5是示出以往的LED驱动装置的另一例的电路结构的图（专利文献2）。图5所示的以往的照明设备10具有：发出不同颜色的多个光源45～48（第1种至第4种LED）、和混合多个光源45～48的颜色进行调光直到灭灯为止的光源亮灯电路37，光源亮灯电路37通过调光操作，当一方颜色的光源45成为调光下限后，另一方颜色的光源46成为调光下限时，使双方的光源45、46灭灯。

此外，微机周边电路部50通过控制第1至第4电路模块41～44，使多个光源45～48亮灯。

专利文献1：日本特开2010-282757号公报

专利文献2：日本特开2012-155900号公报

然而，在专利文献1、专利文献2所记载的LED驱动装置中，由于通过微型计算机控制调色动作，因此电路结构复杂。

此外，即便在仅利用日光色和灯泡色等两色进行调色的情况下，由于使用微型计算机，因此电路结构也复杂。

发明内容

本发明的课题在于，提供一种不使用微型计算机而通过简单的电路进行调色动作、且价格低廉的LED驱动装置和LED照明装置。

为了解决上述课题，本发明提供一种LED驱动装置，该LED驱动装置将交流输入电力转换成所希望的直流输出电力，并提供给第一LED负载和第二LED负载，该第二LED负载是色温与第一LED负载的色温不同的LED负载，该LED驱动装置的特征在于具备：被导通截止控制的开关元件；多个纹波电流降低部，它们分别与各所述LED负载串联连接，降低流过各所述LED负载的电流纹波；以及控制电路，其基于各所述LED负载与各所述纹波电流降低部之间的连接点中的反馈电压来对所述开关元件进行导通截止控制，由此将所述直流输出电力控制为规定的值，各所述纹波电流降低部具有反馈型电流控制电路，该反馈型电流控制电路对阻抗进行可变控制，该LED驱动装置具备调色单元，该调色单元使所述第一LED负载和所述第二LED负载的合计的LED电流值保持为固定值并进行调色。

根据本发明，通过调色单元使第一LED负载和第二LED负载的合计的LED电流值保持为固定值并进行调色，因此能够提供不使用微型计算机而通过简单的电路进行调色动作、且价格低廉的LED驱动装置和LED照明装置。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式的LED驱动装置和使用该LED驱动装置的LED照明装置的结构的电路图。

图2是示出在本发明的第一实施方式的LED驱动装置和使用该LED驱动装置的LED照明装置中，调光为100％的灯泡色和日光色的调色线性特性的图。

图3是示出在本发明的第二实施方式的LED驱动装置和使用该LED驱动装置的LED照明装置中，调光为10％的灯泡色和日光色的调色线性特性的图。

图4是示出以往的LED驱动装置的一例的电路结构的图。

图5是示出以往的LED驱动装置的另一例的电路结构的图。

标号说明

1：LED驱动装置，2、3：LED负载，4、5：纹波电流降低电路，6：调光电路，7：调色信号部，AMP1、AMP2、AMP3：误差放大器，CMP：比较器，Q1、Q2、Q3：MOSFET，Rs1、Rs2：检测电阻，ZD1：齐纳二极管，D1～D4：二极管，R1～R7、R9：电阻，R8：可变电阻，C1～C3：电容器，AC：交流电源，DB：整流电路。

具体实施方式

接着，参照附图对本发明的实施方式的LED驱动装置和使用该LED驱动装置的LED照明装置进行说明。

实施方式所涉及的LED驱动装置和使用该LED驱动装置的LED照明装置的特征在于，具备颜色不同的第一LED负载和第二LED负载，当增加了第一LED负载的电流值时，相应地减少第二LED负载的电流值，在交替地变化的两色的相反调色中，不使用微型计算机而利用简单的电路结构实现同等的特性。

此外，本发明组合去除LED的闪烁的纹波减少（Ripple less）电路，由此，仅通过追加较少部件个数而实现相反调色。

图1是示出本发明的实施方式的LED驱动装置1和使用该LED驱动装置1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具备：整流电路DB、变压器TR、第一MOSFET（开关元件）Q1、由二极管D1和电容器C1构成的整流平滑电路、控制电路CNT、电容器C3、以及纹波电流降低电路4、5。LED驱动装置1和LED负载2、3（LED1、···LEDn）构成LED照明装置10。

整流电路DB是周知的二极管桥式电路，其与交流电源AC连接，将交流输入电力整流为沿一个方向的脉动电流，并向变压器TR输出。交流电源AC和整流电路DB也可以被置换成例如电池等直流电源。

变压器TR具有：初级线圈W1、次级线圈W2以及三级线圈W3。初级线圈W1的一端与整流电路DB连接，初级线圈W1的另一端与第一MOSFETQ1的漏极端子连接。在次级线圈W2的两端间，连接有由二极管D1和电容器C1构成的整流平滑电路。在三级线圈W3的两端间，连接有由二极管D2和电容器C2构成的辅助电源。

第一MOSFETQ1的源极端子接地，栅极端子与控制电路CNT连接。

在由二极管D1和电容器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和纹波电流降低电路4的串联电路。此外，在由二极管D1和电容器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3和纹波电流降低电路5的串联电路。

另外，n是1以上的自然数。二极管D1的阴极端子和电容器C1的一端与构成LED负载2的LED元件LED1的阳极端子和构成LED负载3的LED元件LED1的阳极端子连接。电容器C1的另一端接地。

控制电路CNT的各端子与第一MOSFETQ1的栅极端子、辅助电源、二极管D3的阴极和二极管D4的阴极之间的连接点、以及电容器C3连接，并经由电阻R1而与整流电路DB和初级线圈W1之间的连接点连接。控制电路CNT具备第一误差放大器AMP1和比较器CMP。

第一误差放大器AMP1的反相输入端子与二极管D3的阴极和二极管D4的阴极之间的连接点连接，非反相输入端子与由恒压源REG和齐纳二极管ZD1构成的第一基准电压连接。第一误差放大器AMP1的输出端子经由由电阻R3和电容器C3构成的积分电路而与比较器CMP的第一非反相输入端子连接。第一误差放大器AMP1经由积分电路，将基于流过LED负载2的电流I_LED、流过LED负载3的电流I_LED、以及第一基准值（第一基准电压）的第一误差信号输出到比较器CMP。

比较器CMP的反相输入端子与周知的三角波生成电路连接，第二非反相输入端子与由恒压源REG以及电阻R4和R5构成的DUTY限制电路连接。比较器CMP的输出端子经由驱动电路而与第一MOSFETQ1的栅极端子连接。比较器CMP将PWM（脉宽调制）信号输出至驱动电路，该PWM（脉宽调制）信号是基于从第一误差放大器AMP1输出的第一误差信号和DUTY限制电路的输出信号中的低电平的信号、以及从三角波生成电路输出的三角波而得到的。即，详细而言，比较器CMP如下进行动作：如果LED电流I_LED变得比第一基准值小则增大PWM信号的导通占空比（增加导通时间），如果LED电流I_LED变得比第一基准值大则减小PWM信号的导通占空比（缩短导通时间）。DUTY限制电路在第一误差信号过大时限制PWM信号的导通占空比的最大值。

第一误差信号由上述的积分电路进行积分，并被输入至比较器CMP的第一非反相输入端子。因此，控制电路CNT的响应速度（响应频率）基于由电阻R3和电容器C3决定的时间常数，相比于LED电流I_LED的变化而变慢。在本实施方式的LED驱动装置1中，以在交流输入电源AC的一个周期以上的期间范围内对第一误差信号进行积分的方式，设定电阻R3和电容器C3的时间常数。在该情况下，由于PWM信号的导通占空比在交流输入电源AC的一个周期内为固定，因此LED驱动装置1的功率因数被改善。

纹波电流降低电路4与由二极管D1和电容器C1构成的整流平滑电路、LED负载2、以及二极管D3的阳极连接。纹波电流降低电路5与由二极管D1和电容器C1构成的整流平滑电路、LED负载3、以及二极管D4的阳极连接。

纹波电流降低电路4与本发明的反馈型电流控制电路对应，具备：第二MOSFET（可变阻抗元件）Q2、检测电阻（电流检测部）Rs1、以及第二误差放大器AMP2。纹波电流降低电路5具备：第三MOSFET（可变阻抗元件）Q3、检测电阻（电流检测部）Rs2、以及第三误差放大器AMP3。

第二MOSFETQ2的漏极端子与LED元件LEDn的阴极端子连接，源极端子经由检测电阻Rs1而接地，栅极端子与第二误差放大器AMP2的输出端子连接。第二MOSFETQ2根据第二误差放大器AMP2的输出，使漏极/源极间的电阻值连续地变化。因此，第二MOSFETQ2能够置换为电阻值根据电信号而变化的周知的可变电阻元件。纹波电流降低电路4的响应速度被设定为比控制电路CNT的响应速度快，优选被设定为比交流电源AC的频率高。

第三MOSFETQ3的漏极端子与LED元件LEDn的阴极端子连接，源极端子经由检测电阻Rs2而接地，栅极端子与第三误差放大器AMP3的输出端子连接。第三MOSFETQ3根据第三误差放大器AMP3的输出，使漏极/源极间的电阻值连续地变化。因此，第三MOSFETQ3能够与电阻值根据电信号而变化的周知的可变电阻元件置换。纹波电流降低电路5的响应速度被设定为比控制电路CNT的响应速度快，优选被设定为比交流电源AC的频率高。

检测电阻Rs1和第二MOSFETQ2的源极端子之间的连接点与第二误差放大器AMP2的反相输入端子连接。检测电阻Rs1将流过LED负载2的电流I_LED转换成电压信号并向第二误差放大器AMP2输出。检测电阻Rs1可以被置换为除此以外的电流检测单元，例如电流互感器，也可以被置换为能够通过电压以外的电信号输出LED电流I_LED的结构。

检测电阻Rs2和第三MOSFETQ3的源极端子之间的连接点与第三误差放大器AMP3的反相输入端子连接。检测电阻Rs2将流过LED负载3的电流I_LED转换成电压信号并向第三误差放大器AMP3输出。检测电阻Rs2可以被置换为除此以外的电流检测单元，例如电流互感器，也可以被置换为能够通过电压以外的电信号输出LED电流I_LED的结构。

第二误差放大器AMP2的非反相输入端子经由调色信号部7的电阻R6而与调光电路6连接。第二误差放大器AMP2的输出端子与第二MOSFETQ2的栅极端子连接。第二误差放大器AMP2将基于流过LED负载2的电流I_LED和第二基准值（第二基准电压）的第二误差信号输出至第二MOSFETQ2。详细而言，LED电流I_LED相比于第二基准值变得越小，则第二误差放大器AMP2越增大第二误差信号的电压电平，从而降低第二MOSFET的源极/漏极间的电阻值。此外，第二误差放大器AMP2如下进行动作：LED电流I_LED相比于第二基准值变得越大，则第二误差放大器AMP2越减小第二误差信号的电压电平，从而提高第二MOSFET的源极/漏极间的电阻值。

在本发明的实施方式的LED驱动装置1中，控制电路CNT对第一MOSFETQ1进行导通截止控制，以使得流过LED负载2的电流I_LED成为第一基准值（第一基准电压）。即，LED驱动装置1与以往的LED驱动装置同样地将交流输入电力转换成直流电力，并提供给LED负载2。因此，输出电压V_out（电容器C1的两端电压）与以往的LED驱动装置同样地包含商用纹波电压变动。

然而，在本发明的实施方式的LED驱动装置1中，纹波电流降低电路4对第二MOSFETQ2进行控制，以使得基于LED电流I_LED的第二误差信号成为第二基准值（第二基准电压）。因此，针对在以往的LED驱动装置中包含了较大的电流变化的LED电流I_LED，在本发明的实施方式的LED驱动装置1中被控制为降低电流纹波。

第三误差放大器AMP3的非反相输入端子经由调色信号部7的电阻R7而与调光电路6连接。第三误差放大器AMP3的输出端子与第三MOSFETQ3的栅极端子连接。第三误差放大器AMP3将基于流过LED负载3的电流I_LED和第二基准值（第二基准电压）的第二误差信号输出至第三MOSFETQ3。详细而言，LED电流I_LED相比于第二基准值变得越小，则第三误差放大器AMP3越增大第二误差信号的电压电平，从而降低第三MOSFETQ3的源极/漏极间的电阻值。此外，第三误差放大器AMP3如下进行动作：LED电流I_LED相比于第二基准值变得越大，则第三误差放大器AMP3越减小第二误差信号的电压电平，从而提高第三MOSFETQ3的源极/漏极间的电阻值。

在本发明的实施方式的LED驱动装置1中，控制电路CNT对第一MOSFETQ1进行导通截止控制，以使得流过LED负载3的电流I_LED成为第一基准值（第一基准电压）。即，LED驱动装置1与以往的LED驱动装置同样地将交流输入电力转换成直流电力并提供给LED负载3。因此，输出电压V_out（电容器C1的两端电压）与以往的LED驱动装置同样地包含商用纹波电压变动。

然而，在本发明的实施方式的LED驱动装置1中，纹波电流降低电路5对第三MOSFETQ3进行控制，以使得基于LED电流I_LED的第三误差信号成为第二基准值（第二基准电压）。因此，针对在以往的LED驱动装置中包含了较大的电流变化的LED电流I_LED，在本发明的实施方式的LED驱动装置1中被控制为降低电流纹波。

因此，在本发明的实施方式的LED驱动装置中，纹波电流降低电路4、5无需进行功率因数改善动作，所以能够将控制的响应速度（响应频率）设定为比控制电路CNT快，并能够降低流过LED负载2、3的LED电流I_LED中所包含的电流纹波。

此外，调光电路6通过使LED负载2和LED负载3的各LED电流值以相同的比率变化，将用于对合计的照度进行调光的调光信号输出至调色信号部7的电阻R6和电阻R7。调光电路6的输出端子经由电阻R6而与第二误差放大器AMP2的非反相输入端子连接。此外，调光电路6的输出端子经由电阻R7而与第三误差放大器AMP3的非反相输入端子连接。在电阻R6的一端和电阻R7的一端之间，连接有可变电阻R8，在可变电阻R8的中间连接有电阻R9的一端，电阻R9的另一端接地。或者经由电阻R9而接地。

电阻R6、R7、可变电阻R8以及电阻R9构成本发明的调色信号部7。该调色信号部7使LED负载2和LED负载3的合计的LED电流值保持为固定值并进行调色。

根据调色信号部7，通过使可变电阻R8的电阻变化，将电阻R6的电压和可变电阻R8的一端侧的电压作为基准电压施加到第二误差放大器AMP2的非反相输入端子。此外，将电阻R7的电压和可变电阻R8的另一端侧的电压作为基准电压施加到第三误差放大器AMP3的非反相输入端子。即，将彼此的基准电压通过可变电阻R8和电阻R9进行分压，通过可变电阻R8使电阻值变化，由此能够使两色LED的亮度交替地变化。因此能够实现LED负载2和LED负载3的相反调色动作。

这样，根据实施例1的LED驱动装置和使用该LED驱动装置的LED照明装置，通过调色信号部7，使第一LED负载2和第二LED负载3的合计的LED电流值保持为固定值并进行调色，因此能够提供不使用微型计算机而以简单的电路进行调色动作、且价格低廉的LED驱动装置和LED照明装置。

图2是示出在本发明的实施例1的LED驱动装置和使用该LED驱动装置的LED照明装置中调光为100％的灯泡色和日光色的调色线性特性的图。图3是示出在本发明的第二实施方式的LED驱动装置和使用该LED驱动装置的LED照明装置中调光为10％的灯泡色和日光色的调色线性特性的图。在图2、图3的例子中，交流电源的电压为100V，将调光器的调光设为10％、100％。

在图2、图3中，即便在调光为10％、100％的情况下，灯泡色的电流I_LED和日光色的电流I_LED相对于可变电阻R8的旋转角度（Volume angle）为相反关系，从图2、图3可知能够实现LED负载2和LED负载3的相反调色动作。

以上，通过图1所示的非绝缘方式对本发明的实施方式进行了说明，但是作为绝缘方式，能够使用光耦合器等绝缘元件来实施第一误差放大器AMP1的反相输入端子与二极管D3的阴极和二极管D4的阴极之间的连接点的连接。

另外，本发明不限于上述的实施例1的LED驱动装置和使用该LED驱动装置的LED照明装置。在实施例1的LED驱动装置和使用该LED驱动装置的LED照明装置中，说明了使用交流电源AC、整流电路DB来生成直流电压，并将该直流电压转换成其他直流电压的LED驱动装置和使用该LED驱动装置的LED照明装置，但是，本发明例如也可以应用于将直流电源的直流输入电压转换成所希望的直流输入电压并提供给第一LED负载、与第一LED负载的色温不同的第二LED负载的LED驱动装置和使用该LED驱动装置的LED照明装置。

在该情况下，LED驱动装置具备：被导通截止控制的开关元件；反馈型电流控制电路，其与各LED负载串联连接，并对阻抗进行可变控制；控制电路，其基于所述各LED负载与各所述反馈型电流控制电路的连接点中的反馈电压，对所述开关元件进行导通截止控制，由此将所述直流输出电力控制为规定的值；以及调色单元，其将所述第一LED负载和所述第二LED负载的合计的LED电流值保持为固定值并进行调色。

由此，在实施例2的LED驱动装置中，也能够得到与实施例1的LED驱动装置的效果相同的效果。即，无论是交流输入还是直流输入，均能够进行调色。此外，在直流输入的情况下，不需要交流电源AC、整流电路DB。

Claims

1.一种LED驱动装置，其将交流输入电力转换成所希望的直流输出电力，并提供给第一LED负载和第二LED负载，该第二LED负载是色温与第一LED负载的色温不同的LED负载，

该LED驱动装置的特征在于具备：

被导通截止控制的开关元件；

多个纹波电流降低部，它们分别与各所述LED负载串联连接，降低流过各所述LED负载的电流纹波；以及

控制电路，其基于各所述LED负载与各所述纹波电流降低部之间的连接点处的反馈电压来对所述开关元件进行导通截止控制，由此将所述直流输出电力控制为规定的值，

各所述纹波电流降低部分别具有反馈型电流控制电路，该反馈型电流控制电路对阻抗进行可变控制，

该LED驱动装置具备调色单元，该调色单元使所述第一LED负载和所述第二LED负载的合计的LED电流值保持为固定值并进行调色。

2.一种LED驱动装置，其将直流电源的直流输入电压转换成所希望的直流输入电压，并提供给第一LED负载和第二LED负载，该第二LED负载是色温与第一LED负载的色温不同的LED负载，

该LED驱动装置的特征在于具备：

被导通截止控制的开关元件；

多个反馈型电流控制电路，它们分别与各所述LED负载串联连接，对阻抗进行可变控制；

控制电路，其基于各所述LED负载与各所述反馈型电流控制电路之间的连接点处的反馈电压，对所述开关元件进行导通截止控制，由此将所述直流输出电力控制为规定的值；以及

调色单元，其使所述第一LED负载和所述第二LED负载的合计的LED电流值保持为固定值并进行调色。

3.根据权利要求1或2所述的LED驱动装置，其特征在于，

该LED驱动装置具备调光单元，该调光单元通过使所述第一LED负载和所述第二LED负载的LED电流值变化来对合计的照度进行调光。

4.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导通截止控制，使得流过各所述LED负载的电流成为第一基准值。

5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的LED驱动装置，其特征在于，

所述反馈型电流控制电路对所述阻抗连续地进行可变控制，使得流过各所述LED负载的电流接近第二基准值。

6.根据权利要求5所述的LED驱动装置，其特征在于，

所述反馈型电流控制电路的响应速度比所述控制电路的响应速度快。

7.根据权利要求1、3、5、6中的任意一项所述的LED驱动装置，其特征在于，

所述控制电路的响应频率与所述交流输入电源的频率相等或者比所述交流输入电源的频率高。

8.一种LED照明装置，其具备所述权利要求1至7中的任意一项所述的LED驱动装置。