CN104869689B - Led点亮装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种LED点亮装置，即使输入电压变动也能够进行平均电流控制、结构简单且廉价。所述LED点亮装置具有：串联电路，其是在直流电源(VIN)的两端串联连接LED、电感器(L1)、开关元件(Q1)和电流检测电阻(R1)而成的；再生二极管(D1)，其与LED和电感器的串联电路并联连接；电容器(C2)，其利用开关元件导通时的电流与规定的恒定电流之间的差电流进行充放电；以及PWM控制电路(11)，其对开关元件进行导通/截止控制，并根据电容器的电压进行PWM控制，使得开关元件导通期间的电流平均值恒定，从而将流过LED的电流控制为恒定。

Description

LED点亮装置
技术领域
本发明涉及点亮LED的LED点亮装置。
背景技术
以往，公知有如下的LED点亮装置：作为使发光二极管(LED：Light EmittingDiode：发光二极管)点亮的LED点亮装置，对利用直流电流进行点亮的LED进行点亮控制(专利文献1)。
该LED点亮装置对利用直流电流进行点亮的LED串联地连接有电感器和开关元件，并具有降压斩波电路和使开关元件导通/截止的控制电路，所述降压斩波电路具有再生二极管，该再生二极管与LED和电感器的串联电路并联连接，并按照在开关元件截止时向半导体发光元件释放电感器的蓄积能量的方向连接。
控制电路具有：在开关元件导通时，当流过电感器的渐增电流的瞬时值达到规定值时使开关元件截止的单元；以及在开关元件截止时，当流过电感器的渐减电流大致为零时使开关元件导通的单元。
专利文献1：日本特开2011-210659号公报
在以往的LED点亮装置中，能够在开关元件截止时流过电感器的渐减电流大致为零时，使开关元件导通，由此进行平均电流控制，但是，由于进行临界模式控制，流过电感器的电流的峰值较大，开关截止时的损耗也较大。
并且，由于输入电压变动，开关元件从截止到导通的时机发生变化，振荡频率发生变动，因此，开关损耗也发生变动。
但是，在使流过开关元件的电流的峰值固定的PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)控制中，具有在输入电压变动时无法进行平均电流控制的问题。
并且，在用于点亮LED的LED驱动电路中，通常以恒流方式进行控制。在以往的进行PWM控制的降压型LED驱动电路中，LED被设为浮置(floating)，在用于检测流过LED的电流的电流检测部中不能检测出低边(low side)(GND线)。因此，在进行平均电流检测时，需要直接检测流过LED的电流的浮置的电流检测电路。
但是，在使用浮置的电流检测电路时，需要提高电流检测电路与控制电路之间的耐压，因此，必须采用利用光电耦合器等使信号绝缘的电路或高耐压部件，从而存在成本较高的问题。
发明内容
本发明的课题在于，提供一种即使输入电压变动也能够进行平均电流控制、结构简单且廉价的LED点亮装置。
为了解决上述课题，本发明的LED点亮装置的特征在于，所述LED点亮装置具有：直流电源；串联电路，其是在所述直流电源的两端串联连接LED、电感器、开关元件以及电流检测电阻而成的；再生二极管，其与所述LED和所述电感器的串联电路并联连接；电容器，其利用所述开关元件导通时的电流与规定的恒定电流之间的差电流进行充放电；以及PWM控制电路，其对所述开关元件进行导通/截止控制，并根据所述电容器的电压进行PWM控制，使得所述开关元件导通期间的电流平均值恒定，从而将流过所述LED的电流控制为恒定。
发明效果
根据本发明的LED点亮装置，利用开关元件导通时的电流与规定的恒定电流之间的差电流对电容器进行充放电，PWM控制电路根据电容器的电压进行PWM控制，使得开关元件导通期间的电流平均值恒定，从而将流过LED的电流控制为恒定，因此能够提供一种即使输入电压变动也能够进行平均电流控制、结构简单且廉价的LED点亮装置。
附图说明
图1是示出本发明的实施例1的LED点亮装置的结构的电路图。
图2是用于说明本发明的实施例1的LED点亮装置的动作的时序图。
图3是用于说明在本发明的实施例1的LED点亮装置中输入电压变高时的动作的时序图。
图4是示出本发明的实施例2的LED点亮装置的结构的电路图。
图5是示出本发明的实施例3的LED点亮装置的结构的电路图。
标号说明
11：PWM控制电路；12：三角波振荡器；VIN：直流电源；Q1、Q2、Q6：开关元件；Q3：金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)；R1：电流检测电阻；D1：再生二极管；LED：发光二极管；L1：电感器；OP1、OP2：运算放大器；R2、R3：电阻；CP：比较器；DRV：驱动器；INV：反相器；IS：恒流源；D2：二极管；MC：电流镜电路；Q4、Q5：晶体管。
具体实施方式
下面，一边参照附图一边对本发明的实施方式的LED点亮装置详细地进行说明。
(实施例1)
图1是本发明的实施例1的LED点亮装置的电路图。LED点亮装置具有：负极接地的直流电源VIN，其产生电压Vin；多个LED，它们的阳极与直流电源VIN的正极连接，且通过流过电流ILED而发光；电感器L1，其一端与LED的阴极连接；开关元件Q1，其漏极与电感器L1的另一端连接；以及电流检测电阻R1，其一端与开关元件Q1的源极连接，另一端接地。
与LED和电感器L1的串联电路并联连接有再生二极管D1，再生二极管D1按照在开关元件Q1截止时向LED释放电感器L1的蓄积能量的方向连接。
对开关元件Q1的导通/截止进行控制的PWM控制电路11的driv端子与开关元件Q1的栅极连接。开关元件Q1的源极和电流检测电阻R1与PWM控制电路11的sens端子连接，相位校正用的电容器C2的一端与PWM控制电路11的comp端子连接，电容器C2的另一端接地。
PWM控制电路11具有：电流检测用的运算放大器OP1、电阻R2、开关元件Q2、三角波振荡器12、比较器CP、驱动器DRV、反相器INV、开关元件Q3、输出基准电流IREF的恒流源IS以及二极管D2。
PWM控制电路11对开关元件Q1进行导通/截止控制，并根据电容器C2的电压进行PWM控制，使得开关元件Q1导通期间的电流平均值恒定，从而将流过LED的电流控制为恒定。
本发明的恒流生成电路构成为具有恒流源IS、开关元件Q3、反相器INV以及二极管D2。
运算放大器OP1的非反相输入端子经由sens端子而连接于开关元件Q1的源极和电流检测电阻R1。运算放大器OP1的反相输入端子连接于电阻R2的一端与开关元件Q2的发射极，电阻R2的另一端接地。运算放大器OP1的输出端子与开关元件Q2的基极连接。开关元件Q2的集电极与公共线CL连接，该公共线CL连结二极管D2的阴极、比较器CP的非反相输入端子以及comp端子。
电容器C2的一端与comp端子连接，电容器C2的另一端接地。用于对电容器C2进行充放电的控制电流Icomp流向comp端子。即，利用在开关元件Q1导通时流过电阻R2的电流IR2与作为规定的恒定电流的基准电流IREF之间的差电流即控制电流Icomp，对电容器C2进行充放电。
三角波振荡器12产生三角波信号并输出到比较器CP的反相输入端子。比较器CP比较来自三角波振荡器12的三角波信号与comp端子的控制电压Vcomp，并向驱动器DRV输出比较输出信号。驱动器DRV经由driv端子向开关元件Q1的栅极输出电压Vdriv作为PWM信号。
反相器INV使比较器CP的输出反转，向开关元件Q3的栅极输出。开关元件Q3的漏极与恒流源IS和二极管D2的阳极连接，源极接地。二极管D2的阴极与公共线CL连接。
在PWM控制电路11中，当比较器CP的输出变为高电平时，开关元件Q3截止，基准电流IREF经由恒流源IS和二极管D2而流向公共线CL。当比较器CP的输出变为低电平时，开关元件Q3导通，基准电流IREF流向地，因此，没有从二极管D2流向公共线CL的电流。
接着，参照图2所示的时序图，对这样构成的LED点亮装置的动作进行说明。
首先，在从PWM控制电路11的driv端子输出的电压Vdriv为高电平的期间，即，在开关元件Q1的导通期间中，电流从直流电源VIN经由LED、电感器L1、开关元件Q1、电流检测电阻R1流向地。
此时，在电阻R1上产生的电压被输入到sens端子而被输入到运算放大器OP1的非反相端子。电阻R2与运算放大器OP1的反相端子连接，运算放大器OP1控制经由开关元件Q2要流过电阻R2的电流IR2，以使电阻R2的压降Vth1成为与电阻R1上产生的电压相同的电压。进而，将流过开关元件Q2的集电极的电流IR2与恒流源IS的电流IREF之间的差值电流作为控制电流Icomp输出到comp端子。
在与comp端子连接的电容器C2中，基于控制电流Icomp进行充放电。更详细而言，在电压Vdriv为高电平期间的前半段，基于控制电流Icomp进行电容器C2的充电，在后半段进行电容器C2的放电。恒流控制是通过如下方式进行的：向PWM控制电路11输入comp端子的控制电压Vcomp，控制从driv端子输出的PWM信号的占空比。
与恒流源IS和二极管D2的阳极之间的连接点连接的开关元件Q3在驱动器DRV的输出为高电平时截止，电流IREF从恒流源IS经由二极管D2流向comp端子和开关元件Q2的集电极。此时，由于电流IR2流过与电流检测用的运算放大器OP1的输出端子连接的开关元件Q2，因此，流向comp端子的控制电流Icomp成为所述的电流IREF与电流IR2之间的差值，由此进行电容器C2的充放电。
在流过电感器L1的电流为连续模式时，检测在电感器L1中蓄积能量的期间中的电流，由此，在开关元件Q1截止的期间，能够与使电感器L1释放能量的期间中的电流合起来而进行平均化。
图3是用于说明因直流电源VIN的电压变动而使输入电压Vin变高时的LED点亮装置的动作的时序图。当因电压变动而使输入电压Vin变小时，如图2所示，从PWM控制电路11的driv端子作为电压Vdriv被输出的PWM信号的导通宽度被控制变长。
另一方面，当因电压变动而使输入电压Vin变高时，如图3所示，从PWM控制电路11的driv端子作为电压Vdriv被输出的PWM信号的导通宽度被控制为变短。无论在哪个情况下，PWM信号的周期恒定。由此，即使因电压变动而使输入电压Vin发生变化，也能够将流过LED的电流ILED控制为恒定。
这样，根据本发明的实施例1的LED点亮装置，既能够避免以往的在开关截止时产生的损耗以及因输入电压变动引起的振荡频率的变动而导致的开关损耗，又能够利用开关元件Q1导通时的电流与规定的恒定电流之间的差电流对电容器C2进行充放电，PWM控制电路11根据电容器C2的电压进行PWM控制，使得开关元件Q2导通期间的电流平均值恒定，从而将流过LED的电流控制为恒定，因此，即使发生输入电压变动，也能够基于PWM控制进行平均电流控制。
并且，由于在直流电源VIN与作为驱动器的开关元件Q1之间连接作为负载的LED，并采用对从直流电源VIN通过负载流入驱动器的电流进行控制的低边方式，在低边侧检测LED的电流，因此能够简化电路，并且能够使用廉价的部件，从而能够提供一种结构简单且廉价的LED点亮装置。
(实施例2)
图4是示出实施例2的LED点亮装置的结构的电路图。实施例2的LED点亮装置的PWM控制电路11a的结构与实施例1的PWM控制电路11不同。该PWM控制电路11a构成为去除了实施例1的反相器INV、恒流源IS、二极管D2，而设置有电阻R3、电流镜电路MC。
电流镜电路MC具有2个晶体管Q4和晶体管Q5，与流过晶体管Q4的电流相同大小的电流流过晶体管Q5。
比较器CP的输出端子与开关元件Q3的栅极连接。开关元件Q3的源极接地，漏极经由电阻R3与电流镜电路MC的晶体管Q4的集电极和基极以及晶体管Q5的基极连接。电流镜电路MC的晶体管Q5的集电极与公共线CL连接。晶体管Q4、Q5的发射极与电源+Vcc连接。
在这样构成的PWM控制电路11中，当比较器CP的输出成为高电平时，开关元件Q3导通，经由电流镜电路MC的晶体管Q4、电阻R3和开关元件Q3流过基准电流IREF。由此，在电流镜电路MC的晶体管Q5中也流过与基准电流IREF相等的电流。
另一方面，当比较器CP的输出成为低电平时，开关元件Q3截止，由于没有基准电流IREF流过，因此没有从电流镜电路MC流向公共线CL的电流。因此，PWM控制电路11进行与实施例1的动作相同的动作。
根据这样构成的实施例2的LED点亮装置，PWM控制电路11a进行与实施例1的动作相同的动作，因此，能够得到与实施例1的LED点亮装置相同的效果。
(实施例3)
图5是示出实施例3的LED点亮装置的结构的电路图。在实施例3的LED点亮装置中，添加了可变直流电源VC，且PWM控制电路11b与实施例1的PWM控制电路11不同。
即，在PWM控制电路11b中，去除了实施例1的反相器INV、恒流源IS以及二极管D2，而设置有电阻R3、开关元件Q6、电流镜电路MC、运算放大器OP2以及dimming(调光)端子。
本发明的恒流生成电路构成为具有P型的MOSFET Q3、电阻R3、开关元件Q6、电流镜电路MC以及运算放大器OP2。
比较器CP的输出端子与MOSFET Q3的栅极连接。MOSFET Q3的源极与电源+Vcc连接，漏极与电流镜电路MC的晶体管Q4的集电极和基极以及晶体管Q5的基极连接。
电流镜电路MC的晶体管Q5与公共线CL连接，开关元件Q6的基极与运算放大器OP2的输出端连接。运算放大器OP2的反相输入端子连接于开关元件Q6的发射极与电阻R3的连接点，非反相输入端子经由dimming端子与可变直流电源VC连接。可变直流电源VC将可变直流电压作为调整LED的光输出的调光信号输出到dimming端子。
根据这样构成的LED点亮装置，当向dimming端子输入调光信号时，开关元件Q1的栅极的电压Vdriv为高电平时，MOSFET Q3截止，经由电压-电流转换电路向电流镜电路MC的晶体管Q4流入与调光信号的电压对应的基准电流IREF，其中，所述电压-电流转换电路由运算放大器OP2、开关元件Q6和电阻R3构成。由此，与基准电流IREF相等的电流从电流镜电路MC的晶体管Q5流向公共线CL。
同时，漏极电流也流过开关元件Q1，经由电流检测电阻R1流过开关元件Q1的电流被输入到sens端子。由此，流过由运算放大器OP1、开关元件Q2以及电阻R2构成的电压-电流转换电路的电流与来自电流镜电路MC的电流之间的差电流作为控制电流Icomp被输出到comp端子。
相位校正用的电容器C2与comp端子连接，基于控制电流Icomp进行充放电。恒流控制是通过如下方式进行的：与调光控制同时地，向PWM控制电路11输入comp端子的电流，控制从driv端子输出的PWM信号的占空比。
这样根据实施例3的LED点亮装置，能够得到与实施例1的LED点亮装置相同的动作和效果，且能够进行调光。
产业上的可利用性
本发明能够应用于使用了LED的照明器具、照明系统等。

Claims (3)

1.一种LED点亮装置，其特征在于，所述LED点亮装置具有：
直流电源；
串联电路，其是在所述直流电源的两端串联连接LED、电感器、开关元件以及电流检测电阻而成的；
再生二极管，其与所述LED和所述电感器的串联电路并联连接；
恒流生成电路，其生成与所述开关元件同步地通/断的恒定电流；
电容器，其利用所述开关元件导通时的电流与所述恒流生成电路的恒定电流之间的差电流进行充放电；以及
PWM控制电路，其对所述开关元件进行导通/截止控制，并根据所述电容器的电压进行PWM控制，使得所述开关元件导通期间的电流平均值恒定，从而将流过所述LED的电流控制为恒定。
2.根据权利要求1所述的LED点亮装置，其特征在于，
所述PWM控制电路具有：
电流检测用的运算放大器，其与所述电流检测电阻连接，所述运算放大器的输出与公共线连接，该公共线连接所述电容器和所述恒流生成电路；
三角波振荡器，其产生三角波信号；以及
比较器，其对所述公共线的电压与来自所述三角波振荡器的三角波信号进行比较，由此生成PWM信号。
3.根据权利要求2所述的LED点亮装置，其特征在于，
所述LED点亮装置具有可变直流电源，该可变直流电源生成用于调整光输出的调光信号，
所述恒流生成电路根据来自所述可变直流电源的调光信号，调整流过所述公共线的电流。
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