CN105186852B - 自激共振型功率因数改善电路以及光源驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自激共振型功率因数改善电路以及光源驱动装置，可不设置专用IC而以简单的电路结构实现小型化和成本减少并且减少无效电力。自激共振型功率因数改善电路具备整流电路，其输出对交流电压进行全波整流后的整流电压；变压器，其包括被磁耦合的线圈和线圈并通过整流电路的供给电流被励磁；开关元件，使线圈进行断路器动作来切换是否使二极管流动电流；反馈电路，将线圈的感应电压反馈至开关元件的控制端子，并且在线圈的电流为零时利用基于整流电压的电压使开关元件接通；电流检测电阻，其检测开关元件的电流作为检测电压；基准电压生成电路，其从整流电压生成基准电压；以及开关电路，若检测电压超过基准电压则开关电路使开关元件断开。

Description

自激共振型功率因数改善电路以及光源驱动装置

技术领域

本发明涉及改善交流电压的功率因数的自激共振型功率因数改善电路、以及使用该自激共振型功率因数改善电路来驱动光源的光源驱动装置。

背景技术

近年来，取代以往的白炽灯泡、荧光灯，使用LED(Light Emitting Diode：发光二极管)作为光源的LED照明器具越来越普及。这是因为LED寿命长且低功耗、不使用荧光灯中的如水银这样的环境污染物质、且具有耐冲击性和高速响应性。该LED照明器具备多个LED发光元件，通过在各LED发光元件中流动规定的恒流来进行发光。这样，在LED照明器具中需要对各LED发光元件通入规定的电流的LED驱动装置。

作为这种LED驱动装置，有专利文献1所记载的LED点亮装置。专利文献1的摘要的课题中记载了“提供一种进行功率因数改善并且针对与负载电路串联连接的发光二极管的数量的兼容性灵活的发光二极管点亮装置”。在专利文献1的说明书的段落0021中记载了“根据本发明，能够提供一种采用升压断路器对整流化直流电压进行升压，而且采用降压断路器进行降压，在其输出端连接并联连接多个由多个构成的串联电路的发光二极管，并且通过恒流电路使在多个串联电路中流动的电流相等，使多个发光二极管均匀地发光，并且针对发光二极管的串联数量的兼容性灵活的发光二极管点亮装置”。

专利文献1：日本特开2010－40878号公报

专利文献1的升压断路器需要将直流电压控制为恒定，并控制为输入功率因数变高。因此，控制电路因设置专用的IC(Integrated Circuit：集成电路)，电路结构变得复杂，且变得昂贵。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种不设置专用IC而以简单的电路结构实现小型化和成本减少，并且减少无效电力的自激共振型功率因数改善电路、以及小型的光源驱动装置。

为了解决上述的课题，本发明的自激共振型功率因数改善电路具备：整流电路，其输出对交流电压进行全波整流后的整流电压；第1变压器，其包括被磁耦合的第1线圈和第2线圈，并通过从该整流电路供给的电流被励磁；第1开关元件，其使该第1线圈进行断路器动作，来切换是否使第1二极管流动电流；第1平滑电容器，其对从该第1二极管输出的PFC(Power Factor Correction：功率因数校正)电压进行平滑化；第1反馈电路，其将由该第2线圈感应的电压反馈至该第1开关元件的控制端子，并且在该第1线圈中流动的电流变为零时，经由该第2线圈输出基于整流电压的电压来使第1开关元件接通；第1电流检测电阻，其检测在所述第1开关元件中流动的电流作为电压值；基准电压生成电路，其根据该整流电压生成第1基准电压；以及第1开关电路，如果由该第1电流检测电阻检测的电压值超过该第1基准电压，则该第1开关电路使所述第1开关元件断开。

本发明的光源驱动装置具备该自激共振型功率因数改善电路、和被输入该PFC电压并对光源供给直流电流的DC－DC变换电路。

另外，本发明的光源驱动装置具备该自激共振型功率因数改善电路；以及DC－DC变换电路，其被输入该PFC电压并向光源供给直流电流，并且基于从自激共振型功率因数改善电路输出且与该PFC电压对应的电压，控制为供给给该光源的直流电流为恒定。

对于其它单元，在用于实施发明方式中进行说明。

根据本发明，能够提供一种不设置专用IC而以简单的电路结构实现小型化和成本减少，并且减少无效电力的自激共振型功率因数改善电路、以及小型的光源驱动装置。

附图说明

图1是表示第1实施方式中的自激共振型功率因数改善电路以及光源驱动装置的构成的电路图。

图2是表示第1实施方式中的自激共振型功率因数改善电路的各部信号的波形图。

图3是表示供给给自激共振型功率因数改善电路的交流电压与自激共振型功率因数改善电路输出的PFC电压的关系的图。

图4是表示第2实施方式中的自激共振型功率因数改善电路以及光源驱动装置的构成的电路图。

图5是表示第2实施方式中的自激共振型功率因数改善电路的功率因数的图。

附图符号说明

1…自激共振型功率因数改善电路；2、2a…DC－DC变换电路；3…反馈电路(第1反馈电路)；4…基准电压生成电路；5…开关电路(第1开关电路)；6…PFC电压检测电路；7…反馈电路(第2反馈电路)；8…开关电路(第2开关电路)；9…电压修正电路；10…光源；11…基准电压生成电路；100、100a…光源驱动装置；BD1…整流电路；C1…电容器；L1、L2线圈(第1线圈、第2线圈)；L3、L4…线圈(第3线圈、第4线圈)；T1、T2…变压器(第1变压器、第2变压器)；Q1、Q2、Q4…开关元件(第1～第3开关元件)；ZD1、ZD2…齐纳二极管；Ra1、Ra2…电流检测电阻(第1电流检测电阻、第2电流检测电阻)；D1、D2…二极管(第1、第2二极管)；Ca1、Ca2…平滑电容器(第1、第2平滑电容器)；R10、R13、R14…电阻

具体实施方式

以下，参照各图，详细地对用于实施本发明的方式进行说明。

(第1实施方式)

图1是表示第1实施方式中的自激共振型功率因数改善电路以及光源驱动装置的构成的电路图。

图1所示的光源驱动装置100是进行光源10的点亮控制的装置，构成为包括自激共振型功率因数改善电路1和DC－DC变换电路2。自激共振型功率因数改善电路1对从商用电源Ps施加的交流电压Vac进行变换来生成PFC(Power Factor Correction：功率因数校正)电压Vpfc。DC－DC变换电路2被输入PFC电压Vpfc，并向光源10供给直流电流。该光源10例如是LED。然而，光源10也可以是其它种类的光源。

自激共振型功率因数改善电路1是所谓的升压型断路器，构成为包括整流电路BD1、电容器C1、变压器T1、反馈电路3、基准电压生成电路4、开关电路5、开关元件Q1、Q2、齐纳二极管ZD1、电流检测电阻Ra1、二极管D1、PFC电压检测电路6、和平滑电容器Ca1。

整流电路BD1为二极管电桥。在整流电路BD1中，在输入侧连接商用电源Ps，施加交流电压Vac。整流电路BD1输出对该交流电压Vac进行全波整流后的整流电压。电容器C1连接在整流电路BD1的正极端子与负极端子之间。电容器C1作为除去开关的高频成分的噪声的过滤器发挥作用。

变压器T1(第1变压器)通过使初级侧的线圈L1(第1线圈)与次级侧的线圈L2(第2线圈)相互磁耦合而构成。线圈L1的第1端与整流电路BD1的正极端子连接。线圈L1的第2端与二极管D1的阳极和开关元件Q1的漏极连接。该线圈L1由从整流电路BD1供给的电流被励磁。

反馈电路3(第1反馈电路)构成为包括线圈L2、电阻R1、和电容器C3。反馈电路3将被线圈L2感应的电压反馈至开关元件Q1的栅极(控制端子)。而且反馈电路3在线圈L1中流动的电流变为零时，经由线圈L2将基于整流电流的电压施加于开关元件Q1的栅极(控制端子)，使该开关元件Q1接通。

线圈L2的第1端经由电阻R1与整流电路BD1的正极端子连接。线圈L2的第2端与开关元件Q1的栅极连接。电容器C3连接在电阻R1和线圈L2的连接节点与接地之间。该反馈电路3将被线圈L2感应的电压反馈至开关元件Q1的栅极。

开关元件Q1(第1开关元件)是N型FET(Field Effect Transistor：场效应晶体管)，漏极与线圈L1的第2端连接，源极经由电流检测电阻Ra1接地。开关元件Q1在栅极电压Vgs超过阈值电压Vzcd时导通。该开关元件Q1使线圈L1作为断路器进行动作，切换是否使二极管D1(第1二极管)中流动电流。

电流检测电阻Ra1(第1电流检测电阻)检测在开关元件Q1中流动的电流作为检测电压Va1。将检测电压Va1施加于比较器U1的反转输入端子。

在开关元件Q1的栅极与接地之间连接有齐纳二极管ZD1。该齐纳二极管ZD1以栅极电压Vgs不超过额定栅极电压Vgss的方式对电压进行钳位。此外，在栅极电压Vgs为不超过额定栅极电压Vgss的低电压的情况下，不需要齐纳二极管ZD1。而且在开关元件Q1的栅极连接PNP晶体管Q3的发射极。

平滑电容器Ca1(第1平滑电容器)对从二极管D1输出的PFC电压Vpfc进行平滑化。

基准电压生成电路4是将电阻R2、R3串联连接而成的分压电路。基准电压生成电路4连接在整流电路BD1的正极端子与接地之间。基准电压生成电路4对整流电压进行分压，生成基准电压Vb1(第1基准电压)。将该基准电压Vb1施加于比较器U1的非反转输入端子。

开关电路5(第1开关电路)构成为包括比较器U1和PNP晶体管Q3。比较器U1的非反转输入端子与电阻R2、R3的连接节点连接，被施加基准电压Vb1。比较器U1的反转输入端子与开关元件Q1的源极连接，被施加检测电压Va1。如果由电流检测电阻Ra1检测的检测电压Va1超过基准电压Vb1，则开关电路5使开关元件Q1断开。

在比较器U1的输出端子连接有PNP晶体管Q3。通过PNP晶体管Q3的导通，能够迅速地使开关元件Q1的栅极的电压变为L电平来使开关元件Q1断开。

PFC电压检测电路6和开关元件Q2作为PFC电压Vpfc的限制电路发挥作用。

PFC电压检测电路6是在二极管D1的阴极与接地之间串联连接电阻R5、R6、R7而成的分压电路。该PFC电压检测电路6通过电阻R5、R6、R7对PFC电压Vpfc进行分压。PFC电压检测电路6从电阻R6、R7的连接节点检测检测电压Va2。检测电压Va2是电阻R7相对于电阻R5、R6、R7的总和的比率，对PFC电压Vpfc进行分压后的值。将该检测电压Va2输出给开关元件Q2的基极。

PFC电压检测电路6从电阻R5、R6的连接节点检测检测电压Va3。检测电压Va3是电阻R6、R7的和相对于电阻R5、R6、R7的总和的比率，对PFC电压Vpfc进行分压后的值。将该检测电压Va3输出给DC－DC变换电路2。

开关元件Q2(第2开关元件)的发射极被接地，集电极与比较器U1的输出端子连接，基极与电阻R6、R7的连接节点连接。对开关元件Q2的基极施加检测电压Va2，若该检测电压Va2超过阈值电压Vbe则接通。由于检测电压Va2与PFC电压Vpfc成比例，所以开关元件Q2在PFC电压Vpfc超过规定值时接通。由此，PNP晶体管Q3导通，开关元件Q1的栅极电压Vgs不取决于由线圈L2感应的反馈电压而变为L电平，自激共振动作停止。由此，开关元件Q2能够限制为PFC电压Vpfc不超过规定值(阈值)。

这样，第1实施方式的自激共振型功率因数改善电路1不使用高价的专用IC，而以使用了无源元件和有源元件的小型、简单的电路结构廉价地实现升压断路器动作和功率因数改善动作。

DC－DC变换电路2施加规定范围(160V～250V)的PFC电压Vpfc时，将恒流控制的直流电流供给给光源10。DC－DC变换电路2只要能够对光源10供给直流电流，则可以是例如降压断路器、升降压断路器、反激式转换器等。

DC－DC变换电路2进行恒流控制，但若输入的PFC电压Vpfc较大地变动，则相对于此的输出电流的变动的比例亦即输入电压调节率有恶化的趋势。为了改善该输入电压调节率，DC－DC变换电路2根据输入的PFC电压Vpfc来修正输出电流。DC－DC变换电路2对从自激共振型功率因数改善电路1输出的检测电压Va3进行反馈，并对输出电流进行修正控制。该检测电压Va3由PFC电压检测电路6检测出。

这样，DC－DC变换电路2基于从自激共振型功率因数改善电路1输出的与该PFC电压Vpfc对应的检测电压Va3，以供给给光源10的直流电流变为一定的方式进行修正控制。由此，能够稳定地使光源10点亮，并防止光源10的寿命降低。

图2是表示交流电源的半周期中的自激共振型功率因数改善电路1的各部信号的波形图。利用该图2，对自激共振型功率因数改善电路1的基本动作进行说明。

图2(a)所示的波形图表示开关元件Q1(参照图1)的栅极电压Vgs等。实线示出该栅极电压Vgs的波形。虚线示出开关元件Q1的阈值电压Vzcd的电平。此处，栅极电压Vgs是指栅极－源极间的电压。

从时刻t0至时刻t1，栅极电压Vgs超过阈值电压Vzcd。

从时刻t1至时刻t2，栅极电压Vgs降低为0V后呈斜坡状地增大。

以下，至时刻tn为止，该栅极电压Vgs成为周期性地超过阈值电压Vzcd的波形。

图2(b)所示的波形图表示在线圈L1中流动的电流IL1。实线示出电流IL1本身。虚线示出平均电流IL1avg。

从时刻t0至时刻t1，电流IL1呈斜坡状增大。

从时刻t1至时刻t2，电流IL1呈斜坡状减少。

以后，该电流IL1成为在栅极电压Vgs超过阈值电压Vzcd时呈斜坡状增大，在除此之外时呈斜坡状减少的波形。该电流IL1的包络线是与基准电压Vb1(参照图2(c)所示的波形图)同样的波形。

平均电流IL1avg是通过电容器C1对该电流IL1进行滤波后的波形。平均电流IL1avg是与基准电压Vb1(参照图2(c)所示的波形图)同样的波形。

在图2(c)所示的波形图中，实线示出检测电压Va1。虚线示出基准电压Vb1。

从时刻t0至时刻t1，检测电压Va1呈斜坡状增大。

从时刻t1至时刻t2，检测电压Va1为0V。

以后，检测电压Va1成为在栅极电压Vgs超过阈值电压Vzcd时呈斜坡状增大，在除此之外时为0V的波形。

基准电压Vb1是对整流电压进行分压后的电压，与整流电压成比例。基准电压Vb1与检测电压Va1的包络线几乎相等。

以下，与各部的动作一起对上述波形进行说明。

在时刻t0，整流电路BD1的整流电压经由电阻R1和线圈L2被施加于开关元件Q1的栅极，栅极电压Vgs超过阈值电压Vzcd。因此，开关元件Q1导通。

由此电流IL1按照从整流电路BD1的正极端子开始，线圈L1、开关元件Q1、电流检测电阻Ra1的路径流入接地极。在接地极连接整流电路BD1的负极端子。

由于线圈L1和线圈L2磁耦合，所以因在线圈L1中流动的电流IL1，在线圈L2中产生励磁电压。即，正的电压反馈至开关元件Q1的栅极。栅极电压Vgs继续超过阈值电压Vzcd。开关元件Q1继续接通状态。

在线圈L1中流动的电流IL1同时流入在开关元件Q1，呈斜坡状逐渐增加。由此，检测电压Va1以与电流IL1成比例的方式增加。由此，在开关元件Q1的接通期间中，在线圈L1中蓄积电磁能量。

在时刻t1，若检测电压Va1超过基准电压Vb1，则开关电路5使开关元件Q1断开。若开关元件Q1断开，则因线圈L1的感应电压，电流IL1按照线圈L1、二极管D1、平滑电容器Ca1的路径流动，且呈斜坡状逐渐减少。由此，线圈L1的电磁能量被释放，并且平滑电容器Ca1被充电，输出PFC电压Vpfc。

从时刻t1至时刻t2，因在线圈L1中流动的电流IL1，线圈L2产生负的励磁电压。即，负的电压反馈至开关元件Q1的栅极。开关元件Q1的栅极电压Vgs为整流电压重叠负的电压后的值。因此，从时刻t1至时刻t2，栅极电压Vgs成为从0V上升至阈值电压Vzcd的斜坡波形。此外，阈值电压Vzcd是用于开关元件Q1导通的栅极源极间的阈值的电压。此时，开关元件Q1继续断开状态。

在时刻t2，若在线圈L1中流动的电流IL1变为零，则线圈L2的励磁电压也变成零。整流电路BD1的整流电压经由电阻R1和线圈L2再次被施加于开关元件Q1的栅极，栅极电压Vgs再次超过阈值电压Vzcd。因此，开关元件Q1再次导通。这样，开关元件Q1使线圈L1作为断路器进行动作。

以下，自激共振型功率因数改善电路1重复与时刻t0～t2同样的自激共振的振荡动作。

通过反复以上那样的自激共振的振荡动作，在线圈L1中流动的电流IL1成为峰值被控制成正弦波状的连续的三角波。若该连续的三角波的电流IL1被电容器C1滤波，则变为相当于电流IL1的峰值的包络线的1/2的平均电流IL1avg。因此，交流电压Vac的电压波形与整流电路BD1的输入电流波形大致为相似形，所以能够获得较高的功率因数。

另外，检测出在线圈L1中流动的电流IL1变成零，使开关元件Q1导通。由此，能够去掉开关损耗而获得高效率。

而且，通过FET的导通和截止来实现该自激共振的振荡动作，所以能够减少开关噪声的产生。

开关元件Q1是FET，具有栅极-漏极间容量Cgd。开关元件Q1的导通和断开的开关时间由栅极-漏极间容量Cgd和线圈L2的电抗决定。

开关元件Q1的导通的开关时间是指漏极电压从H电平切换为L电平为止的转换时间。开关元件Q1的断开的开关时间是指漏极电压从L电平切换为H电平为止的转换时间。

开关元件Q1在通过施加到栅极的电压开始的充电电流对栅极-漏极间容量Cdg进行充电的时间(充电时间)导通，漏极电压从H电平切换为L电平。该充电时间由栅极-漏极间容量Cgd和线圈L2的电抗决定。

开关元件Q1在对栅极-漏极间容量Cgd进行放电的时间(放电时间)断开，漏极电压从L电平切换为H电平。该放电时间也由栅极-漏极间容量Cgd和线圈L2的电抗决定。

在自激共振的振荡动作中，开关元件Q1在栅极-漏极间容量Cgd的放电时间/放电时间缓慢地导通/断开，漏极电压不产生过冲或下冲。即，能够抑制开关噪声的产生。

图3是表示PFC电压Vpfc与交流电压Vac的关系的具体例子的图。图的横轴表示输入至自激共振型功率因数改善电路的交流电压Vac。图的纵轴表示自激共振型功率因数改善电路输出的PFC电压Vpfc。

虚线所示的电压K1表示从自激共振型功率因数改善电路1去除PFC电压检测电路6和开关元件Q2后的比较例的PFC电压Vpfc的变化。此时电压K1相对于交流电压Vac呈线形增加。

基于基准电压Vb1与检测电压Va2的比较来控制在线圈L1中流动的电流IL1。换句话说PFC电压Vpfc基于交流电压Vac和电流检测电阻Ra1来决定。在图3的虚线所示的比较例中，在交流电压Vac为90V～120V的情况下，以PFC电压Vpfc为160V～250V的方式设定电流检测电阻Ra1。

由于PFC电压Vpfc与交流电压Vac成比例地变大，安全上考虑在什么重要因素下交流电压Vac的大小有可能比假定大，优选设置限制PFC电压Vpfc的电路。第1实施方式的自激共振型功率因数改善电路1通过PFC电压检测电路6和开关元件Q2来限制PFC电压Vpfc。

图3的实线所示的电压K2表示第1实施方式的自激共振型功率因数改善电路1的PFC电压Vpfc。此时电压K2在交流电压Vac约为105V以下时呈线形增加，在交流电压Vac约超过105V时被限制为200V。

将由PFC电压检测电路6检测出的检测电压Va2输入至开关元件Q2的基极。在检测电压Va2变为开关元件Q2的阈值电压Vbe以上时，开关元件Q2接通。由此，PNP晶体管Q3的基极电压变为L电平，PNP晶体管Q3导通。若PNP晶体管Q3导通，则开关元件Q1的栅极电压变为L电平，开关元件Q1断开，自激共振的振荡动作停止。由此，PFC电压Vpfc被限制在规定范围内。

PFC电压Vpfc的限制电压能够以构成PFC电压检测电路6的电阻R5、R6、R7的分压比设定。此处，以PFC电压Vpfc的限制电压变为200V的方式设定PFC电压检测电路6。

PFC电压Vpfc被设定为以规定的交流电压Vac在规定的范围内。DC－DC变换电路2将变换该PFC电压Vpfc所得的直流电流供给给光源10，并使光源点亮。供给给光源10的直流电流为了不招致光源的寿命降低而优选限制在规定的范围内。第1实施方式的自激共振型功率因数改善电路1限制PFC电压Vpfc的电压范围，所以能够抑制供给给光源10的直流电流的变动。

(第2实施方式)

图4是表示第2实施方式中的光源驱动装置100a的构成的电路图。对与第1实施方式的光源驱动装置100相同的构成附加同一附图标记。

如图4所示，光源驱动装置100a构成为包括与第1实施方式相同的自激共振型功率因数改善电路1和DC－DC变换电路2a。

DC－DC变换电路2a构成为包括变压器T2、反馈电路7、开关电路8、电压修正电路9、基准电压生成电路11、平滑电容器Ca2、二极管D2、开关元件Q4、齐纳二极管ZD2、电流检测电阻Ra2、以及电阻R10、R13、R14。DC－DC变换电路2a是降压断路器的自激共振型降压转换器。DC－DC变换电路2a为降压型转换器(buck converter)方式，生成比输入电压低的平均输出电压。

使光源10和平滑电容器Ca2并联连接，在其第1端连接自激共振型功率因数改善电路1的正极端子，其第2端与变压器T2的线圈L3的第1端连接。光源10是通过从自激共振型功率因数改善电路1的正极端子在线圈L3的方向上通入规定的恒流来进行发光的LED。平滑电容器Ca2对光源10的两端电压进行平滑化。

变压器T2(第2变压器)通过使初级侧的线圈L3(第3线圈)与次级侧的线圈L4(第4线圈)相互磁耦合而构成。变压器T2通过线圈L3从自激共振型功率因数改善电路1供给的电流被励磁。线圈L3的第1端同光源10和平滑电容器Ca2并联连接的第2端连接。线圈L3的第2端与开关元件Q4的漏极连接。线圈L4的第1端同构成反馈电路7的偏压设定电路的电阻R8、R9与电容器C4的连接节点连接。线圈L4的第2端同齐纳二极管ZD2的阴极、开关元件Q4的栅极、和PNP晶体管Q5的发射极连接。

开关元件Q4(第3开关元件)例如是FET，源极经由电流检测电阻Ra2接地，栅极(控制端子)与变压器T2的线圈L4的第2端连接。开关元件Q4切换是否使变压器T2的线圈L3流动电流。电流检测电阻Ra2(第2电流检测电阻)检测在光源10以及线圈L3中流动的电流作为电压值。

二极管D2(第2二极管)从变压器T2的线圈L3与开关元件Q4的漏极的连接节点朝向自激共振型功率因数改善电路1的正极的方向顺方向连接。二极管D2在开关元件Q4断开时，流动使蓄积在变压器T2的线圈L3中的电磁能量再生的再生电流。

反馈电路7(第2反馈电路)构成为包括使电阻R8、R9和电容器C4串联连接的偏压设定电路、和变压器T2的线圈L4。开关元件Q4接通，按照从自激共振型功率因数改善电路1开始光源10、线圈L3、开关元件Q4、电流检测电阻Ra2的路径流动电流的期间反馈电路7将由线圈L4感应的正电压反馈至开关元件Q4的栅极，使开关元件Q4的接通动作持续。并且，反馈电路7在线圈L3中流动的电流变为零时，经由线圈L4对开关元件Q4的栅极(控制端子)输出基于PFC电压Vpfc的电压，使该开关元件Q4导通。

电阻R8、R9与电容器C4的串联连接亦即偏压设定电路连接在自激共振型功率因数改善电路1的正极与接地极之间。

齐纳二极管ZD2连接在开关元件Q4的栅极与接地极之间。齐纳二极管ZD2在自激共振型功率因数改善电路1断开时，以开关元件Q4的栅极电压不超过额定栅极电压的方式进行钳位。在通常的动作状态下，齐纳二极管ZD2中不流动电流。

线圈L4的第2端与开关元件Q4的栅极和开关电路8连接。由此，通过开关元件Q4和线圈L3形成使自激发荡产生的正反馈环路形成。

开关电路8(第2开关电路)构成为包括比较器U2和PNP晶体管Q5。若在由电流检测电阻Ra2检测出的检测电压V6上利用电阻R15和电阻R16重叠将PFC电压Vpfc分压后的检测电压Va3所得的修正检测电压V7超过由基准电压生成电路11决定的基准电压Vb2(规定值)，则开关电路8使开关元件Q4断开。

电压修正电路9构成为包括电阻R15、R16的串联电路。对电阻R15的第1端施加检测电压Va3。电阻R15的第2端连接电阻R16的第1端。电阻R16的第2端与开关元件Q4的源极连接。电阻R15、R16的连接节点与比较器U2的反转输入端子连接。电压修正电路9在由电流检测电阻Ra2检测的电压值重叠利用电阻R15、R16和电流检测电阻Ra2分压将PFC电压Vpfc分压后的检测电压Va3所得的电压(以下，称为重叠电压)，来生成修正检测电压V7(修正检测信号)。

对于修正检测电压V7而言，若PFC电压Vpfc增大，则检测电压Va3增大，重叠电压变大。若结果修正检测电压V7超过基准电压Vb2，则开关电路8不取决于由线圈L4感应的正电压而使开关元件Q4断开，所以能够以检测电压V6变小的方式进行修正。另外，对于修正检测电压V7而言，若PFC电压Vpfc减少，则检测电压Va3减少，重叠电压变小。若结果修正检测电压V7变为基准电压Vb2以下，则开关电路8不会使开关元件Q4断开，所以能够以检测电压V6变大的方式进行修正。

因此，根据PFC电压Vpfc的增减而检测电压Va3增减，在开关元件Q4中流动的电流相对于PFC电压Vpfc相反地增减，所以能够确保输出电流相对于PFC电压Vpfc的稳定性。

基准电压生成电路11构成为包括并联稳压器REG1、和电阻R11、R12。基准电压生成电路11是生成基准电压的电路。

并联稳压器REG1的正极端子经由电阻R10与电阻R8、R9的连接节点连接。并联稳压器REG1的负极端子接地，反馈端子与电阻R11、R12的连接节点连接。电阻R11连接在并联稳压器REG1的正极端子与反馈端子之间。电阻R12连接在并联稳压器REG1的反馈端子与负极端子之间。由此，在并联稳压器REG1的正极端子生成成为基准的电压。并联稳压器REG1的正极端子与电阻R13、R14的串联电路连接。在电阻R13、R14的连接节点生成将并联稳压器REG1的基准电压分压后的基准电压Vb2。

比较器U2的反转输入端子与电阻R15、R16的连接节点连接，非反转输入端子与电阻R13、R14的连接节点连接。比较器U2的输出端子与PNP晶体管Q5的基极连接。PNP晶体管Q5的集电极接地，发射极与开关元件Q4的栅极(控制端子)连接。比较器U2生成将从基准电压生成电路11输出的基准电压Vb2、与由电阻R15、R16和电流检测电阻Ra2生成的修正检测电压V7进行比较的比较信号。比较器U2经由PNP晶体管Q5对开关元件Q4的栅极(控制端子)输出该比较信号，来控制开关元件Q4的接通动作。因此，DC－DC变换电路2a能够使不受周围温度影响的稳定的规定的恒流在光源10中流动。

比较器U2在修正检测电压V7超过基准电压Vb2时，迅速地使PNP晶体管Q5接通来输出使开关元件Q4的栅极电压成为L电平的比较信号。因此，DC－DC变换电路2a获得良好的输入电压调节率(输出电流相对于PFC电压Vpfc的调节和输出电流相对于光源10的电压的调节)。

并且，通过响应性良好的比较器U2和基准电压生成电路11，开关电路8能够针对温度、电压变动等环境变化，稳定地执行开关元件Q4的接通。由此，DC－DC变换电路2a具有耐环境性能，能够使稳定的规定的恒流在光源10中流动。

以下，对光源驱动装置100a的动作进行说明。若自激共振型功率因数改善电路1开始动作，则DC－DC变换电路2a开始动作。

在动作的初始状态下，通过反馈电路7的偏压设定电路，起动电压经由电阻R8、R9和线圈L4被施加给开关元件Q4的栅极(控制端子)。此时在光源10、变压器T2的线圈L3以及电流检测电阻Ra2中不流动电流，所以施加至比较器U2的反转输入端子的修正检测电压V7变为基准电压Vb2以下。此时，比较器U2的输出变为H电平，PNP晶体管Q5断开。由此，开关元件Q4接通，在光源10以及线圈L3中流动接通电流。

在光源10以及变压器T2的线圈L3中流动的接通电流经由开关元件Q4的漏极-源极流向电流检测电阻Ra2。通过在线圈L3中流动的电流，变压器T2的线圈L4产生正的电压。该正的电压反馈至开关元件Q4的栅极(控制端子)。由此，开关元件Q4持续接通。在电流检测电阻Ra2的两端产生与接通电流对应的电压。

开关电路8的比较器U2对由电压修正电路9生成的修正检测电压V7和基准电压生成电路4的基准电压Vb2进行比较。在修正检测电压V7超过基准电压Vb2时，比较器U2经由PNP晶体管Q5将开关元件Q4的栅极设定为L电平。即，PNP晶体管Q5导通，开关元件Q4断开。若开关元件Q4断开，则变压器T2的线圈L3的再生电流经由二极管D2流向光源10。

在光源10中流动变压器T2的线圈L3的再生电流的期间，在变压器T2的线圈L4中产生负的电压。该负的电压反馈至开关元件Q4的栅极(控制端子)，开关元件Q4持续断开。

变压器T2的线圈L3的再生电流变为零时，变压器T2的线圈L4所产生的负的电压减少为零。由此，将偏压设定电路的起动电压施加给开关元件Q4的栅极(控制端子)，开关元件Q4再次接通。

通过以上的开关元件Q4的接通断开的反复，DC－DC变换电路2a使规定的恒流在光源10流动，并且能够进行自己共振(振荡)动作。DC－DC变换电路2a是共振型(临界动作)的驱动电路，在变压器T2的线圈L3的再生电流为零时，开关元件Q4从断开变为接通。

根据第2实施方式的光源驱动装置100a，能够利用在由较少的部件构成的电路结构中实现零电流开关的共振自激发荡型的驱动装置。此处零电流开关是指在变压器T1的零电流下使开关元件Q1接通、在变压器T2的零电流下使开关元件Q4接通。因此，光源驱动装置100a能够减少开关元件Q1、Q4的开关损耗，获得较高的效率。结果光源驱动装置100a不需要散热用的散热片，实现成本减少以及电路单元(装置)的小型化。

图5是表示光源驱动装置100a的功率因数的图。图的横轴表示输入至光源驱动装置100a的交流电压Vac。图的纵轴表示光源驱动装置100a的功率因数。

在交流电压Vac为100V时，功率因数K3接近于1.00。这样光源驱动装置100a是不设置专用IC，而是使用了现有的无源元件以及有源元件的廉价、简单的电路结构，并且能够获得较高的功率因数。

此外，对于具体的构成，在不脱离本发明的主旨的范围内能够适当地变更。例如有如下那样(a)、(b)那样的变形。

(a)光源10并不限于LED，例如可以是有机EL(Organic Electro-Luminescence：有机电致发光)元件或者无机EL(Inorganic Electro-Luminescence：无机电致发光)元件。(b)开关元件Q1、Q4并不限于FET，也可说是双极晶体管等。

Claims (7)

1.一种自激共振型功率因数改善电路，其特征在于，具备：

整流电路，其输出对交流电压进行全波整流后的整流电压；

第1变压器，其包括被磁耦合的第1线圈和第2线圈，并通过从所述整流电路供给的电流被励磁；

第1开关元件，其具有栅极-漏极间容量，使所述第1线圈进行断路器动作，来切换是否使第1二极管中流动电流；

第1平滑电容器，其对从所述第1二极管输出的PFC电压亦即功率因数校正电压进行平滑化；

第1反馈电路，其将由所述第2线圈感应的反馈电压反馈至所述第1开关元件的栅极端子，并且在所述第1线圈中流动的电流变为零时，经由所述第2线圈向所述栅极端子输出基于所述整流电压的电压来使所述第1开关元件接通；

第1齐纳二极管，其被连接于所述第1开关元件的栅极端子与接地之间，对所述第1开关元件的栅极－源极电压进行钳位；

第1电流检测电阻，其被连接于所述第1开关元件的源极端子与接地之间，检测在所述第1开关元件中流动的电流作为电压值；

基准电压生成电路，其生成分压所述整流电压而得的第1基准电压；以及

第1开关电路，如果由所述第1电流检测电阻检测的电压值超过所述第1基准电压，则使所述第1开关元件的栅极端子的电压变为L电平。

2.根据权利要求1所述的自激共振型功率因数改善电路，其特征在于，

所述基准电压生成电路和所述第1电流检测电阻被设定为以规定的输入电压使所述PFC电压在规定范围内。

3.根据权利要求1或者2所述的自激共振型功率因数改善电路，其特征在于，

还具备：

第2开关元件，其使所述第1开关元件的栅极端子的电压变为L电平；和

分压电阻，其被连接于所述第1二极管的阴极与接地之间，向所述第2开关元件的控制端子施加所述PFC电压的分压值，

所述分压电阻以如果所述PFC电压超过阈值，则使所述第2开关元件接通的方式设定。

4.一种光源驱动装置，其特征在于，具备：

权利要求1～3中的任意一项所述的自激共振型功率因数改善电路；以及

DC－DC变换电路，其被输入所述PFC电压，并对光源供给直流电流。

5.根据权利要求4所述的光源驱动装置，其特征在于，

所述DC－DC变换电路具备：

第2平滑电容器，其与所述光源并联连接；

第2变压器，其包括被磁耦合的第3线圈和第4线圈，并通过从所述自激共振型功率因数改善电路供给的电流被励磁；

第3开关元件，其具有栅极-漏极间容量，切换是否在所述第3线圈中流动电流；

第2二极管，在所述第3开关元件断开时，该第2二极管使蓄积到所述第3线圈中的能量再生；

第2反馈电路，其将由所述第4线圈感应的正的电压反馈至所述第3开关元件的栅极端子，并且在所述第3线圈中流动的电流变为零时，经由所述第4线圈输出基于所述PFC电压的电压来使所述第3开关元件接通；

第2齐纳二极管，其被连接于所述第3开关元件的栅极端子与接地之间，对所述第3开关元件的栅极－源极电压进行钳位；

第2电流检测电阻，其检测在所述第3线圈中流动的电流作为电压值；

电压修正电路，其生成在由所述第2电流检测电阻检测的电压值上重叠将所述PFC电压分压后的电压所得的修正检测信号；以及

第2开关电路，如果所述修正检测信号超过规定值，则使所述第3开关元件的栅极端子的电压变为L电平。

6.一种光源驱动装置，其特征在于，具备：

权利要求3所述的自激共振型功率因数改善电路；以及

DC－DC变换电路，其被输入所述PFC电压，并对光源供给直流电流，并且基于从所述自激共振型功率因数改善电路输出的且与所述PFC电压对应的电压以供给给所述光源的直流电流为恒定的方式进行控制。

7.根据权利要求6所述的光源驱动装置，其特征在于，

所述DC－DC变换电路具备：

第2平滑电容器，其与所述光源并联连接；

第2变压器，其包括被磁耦合的第3线圈和第4线圈，并通过从所述自激共振型功率因数改善电路供给的电流被励磁；

第3开关元件，其具有栅极-漏极间容量，切换是否在所述第3线圈中流动电流；

第2二极管，在所述第3开关元件断开时，该第2二极管使蓄积在所述第3线圈中的能量再生；

第2反馈电路，其将由所述第4线圈感应的正的电压反馈至所述第3开关元件的栅极端子，并且在所述第3线圈中流动的电流变为零时，经由所述第4线圈输出基于所述PFC电压的电压来使所述第3开关元件接通；

第2齐纳二极管，其被连接于所述第3开关元件的栅极端子与接地之间，对所述第3开关元件的栅极－源极电压进行钳位；

第2电流检测电阻，其检测在所述第3线圈中流动的电流作为电压值；

电压修正电路，其生成在由所述第2电流检测电阻检测的电压值上重叠将所述PFC电压分压后的电压所得的修正检测信号；以及

第2开关电路，如果所述修正检测信号超过规定值，则使所述第3开关元件的栅极端子的电压变为L电平。