DE102011083182A1

DE102011083182A1 - LED-Treiberschaltung

Info

Publication number: DE102011083182A1
Application number: DE102011083182A
Authority: DE
Inventors: Takashi Akiyama; Rintaro Takahashi; Hisashi Fukasawa; Ryoichi Watanabe
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2010-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2012-03-22
Also published as: US8547027B2; US20120068616A1; JP2012089827A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine LED-Treiberschaltung zum Treiben von LEDs, um Licht zu emittieren, durch Verwenden einer kommerziellen AC-Leistungsversorgung. Eine LED-Treiberschaltung beinhaltet einen Gleichrichterschaltkreis (1) zum Gleichrichten einer kommerziellen AC-Leistung, einen lichtemittierenden Schaltkreis (3), der ein LED-Feld beinhaltet, und einen Stromversorgungsschaltkreis (2), der einen Kondensator (15) und ein Zeitkonstanten-Einstellelement (14, 18) beinhaltet. Eine Entladezeitkonstante des Stromversorgungsschaltkreises ist länger als eine Ladezeitkonstante des Stromversorgungsschaltkreises eingestellt, wobei der Kondensator durch den Gleichrichterschaltkreis geladen wird. Wenigstens ein Hauptteil des Stroms zu dem lichtemittierenden Schaltkreis wird von dem Gleichrichterschaltkreis oder dem Stromversorgungsschaltkreis in Abhängigkeit davon zugeführt, ob eine Höhe einer kommerziellen AC-Leistungsversorgungsspannung größer als eine Lichtemissionsschwelle des LED-Felds ist oder nicht. Verwendung in der LED-Technologie.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine LED-Treiberschaltung zum Treiben von LEDs, um Licht zu emittieren, unter Verwendung einer kommerziellen AC-Leistungsversorgung.
Die Bereitstellung einer LED-Treiberschaltung, die von einer kommerziellen AC-Leistungsversorgung zugeführte AC-Leistung gleichrichtet und ein LED(lichtemittierende Diode)-Feld durch ihre Ausgabe treibt, ist bekannt.
Von den verschiedenen Typen von LED-Treiberschaltungen ist eine Schaltung bekannt, die ein LED-Feld durch eine pulsierende DC-Ausgabe von einem Diodenbrückenschaltkreis direkt treibt, siehe zum Beispiel JP H07-273371 A . 6 in besagtem Dokument des Standes der Technik zeigt einen Treiberschaltkreis 80 für lichtemittierende Dioden, der eine Mehrzahl von lichtemittierenden Diodenbauelementen 18, einen Eingabeanschluss 12 für eine Verbindung mit einer kommerziellen AC-Leistungsversorgung, ein Brückendiodenbauelement 14, Widerstände R1, R2 und R3 sowie eine Zenerdiode 82 beinhaltet. In der Figur ist ein Ausgangsanschluss des Brückendiodenbauelements 14 über den Widerstand R3 mit dem aus den lichtemittierenden Diodenbauelementen 18 gebildeten LED-Feld verbunden. Dieses Dokument des Standes der Technik ist dazu gedacht, das Temperaturanstiegsproblem zu lösen, das mit den Widerständen R1, R2 und R3 sowie der Zenerdiode 82 in dem in 6 gezeigten Treiberschaltkreis 80 für lichtemittierende Dioden verknüpft ist, und stellt einen Treiberschaltkreis 10 für lichtemittierende Dioden bereit, der einen Kondensator 16 beinhaltet, durch den bewirkt wird, dass die Spannung einer AC-Leistungsversorgung zum Treiben einer lichtemittierenden Diodeneinheit 20 abfällt, siehe 1 dort.
Wie in den 1 und 6 in besagtem Dokument gezeigt, tritt eine AUS-Periode auf, während der das LED-Feld ausgeschaltet ist, wenn das LED-Feld durch die pulsierende DC-Ausgabe von dem Diodenbrückenschaltkreis getrieben wird. Das heißt, wenn die Anzahl von LEDs in dem LED-Feld mit n bezeichnet wird und der Durchlassspannungsabfall jeder LED mit Vf(V) bezeichnet wird, dass das LED-Feld ausgeschaltet wird, wenn die pulsierende DC-Spannung kleiner als n × Vf(V) wird. Da die AUS-Periode nicht nur ein Flackern mit sich bringt, sondern auch die Lichthelligkeit reduziert, wurde gewünscht, die AUS-Periode zu verkürzen.
Um die AUS-Periode zu verkürzen, wird ein Verfahren vorgeschlagen, das die pulsierende Gleichspannung durch einen Kondensator glättet, siehe zum Beispiel JP 2006-073637 A . 1 in besagtem Dokument des Standes der Technik zeigt eine Steuervorrichtung für den Betrieb eines lichtemittierenden Bauelements, welche die Ausgabe eines Halbwellen-Gleichrichterschaltkreises 11 durch einen Glättungskondensator 12 glättet und eine Mehrzahl von LEDs 20 zum Emittieren von Licht unter Verwendung der so geglätteten Spannung treibt. Wenn ein geringes Maß an Welligkeit in der geglätteten Spannung verbleibt, wird in dem in 1 dort gezeigten Schaltkreis der Strom, der zu dem LED-Feld (der Mehrzahl von LEDs 20) fließt, unter Verwendung eines Shunt-Reglers 15 und eines Bipolartransistors 16 auf einen konstanten Pegel geregelt, siehe 2 und Absatz [0024] dort. Die in diesem Dokument des Standes der Technik offenbarte Steuervorrichtung zum Betreiben eines lichtemittierenden Bauelements weist jedoch das Problem auf, dass ein Kondensator mit hoher Kapazität erforderlich ist, wenn ein ausreichender Strom zu dem LED-Feld fließen soll.
Es ist eine Entladungslampen-Beleuchtungsvorrichtung bekannt, welche die Verwendung eines Kondensators mit kleiner Kapazität anstelle eines Glättungskondensators mit hoher Kapazität erlaubt, siehe zum Beispiel JP S56-029900 U . Die dort gezeigte Entladungslampen-Beleuchtungsvorrichtung beinhaltet eine AC-Leistungsversorgung 1, einen Gleichrichterschaltkreis 2, einen Inverter 4 und eine Entladungslampe 5 als Last und beinhaltet zwischen dem Gleichrichterschaltkreis 2 und dem Inverter 4 einen Kondensator 7 und einen Lade-/Entladeschaltkreis 6 mit einem Schaltbauelement 9 und einer Diode 8.
Der Kondensator 7 wird durch den Lade-/Entladeschaltkreis 6 geladen, und der geladene Zustand wird danach durch die Wirkung der Diode 8 während einer vorgegebenen Zeitspanne aufrechterhalten. Da die Diode 8 und das Schaltbauelement 9 in dem Ladepfad beziehungsweise dem Entladepfad des Kondensators 7 angeordnet sind, kann die AUS-Periode der Entladungslampe 5 verkürzt werden, indem bewirkt wird, dass das Schaltbauelement zu geeigneten Zeiten leitet, was die Verwendung des Kondensators 7 mit kleiner Kapazität ermöglicht.
Als weiteres Verfahren zum Verkürzen der AUS-Periode ist die Bereitstellung einer LED-Treiberschaltung bekannt, welche die Anzahl von Stufen zum Einschalten in dem LED-Feld ändert, wenn sich die Ausgangsspannung des Diodenbrückenschaltkreises ändert, siehe zum Beispiel JP 2007-123562 A . In diesem Dokument des Standes der Technik ist das LED-Feld in vier Gruppen unterteilt (Gruppe A (zwei LEDs), Gruppe B (vier LEDs), Gruppe C (acht LEDs) und Gruppe D (16 LEDs)). Die LED-Treiberschaltung führt eine Steuerung derart durch, dass die Spannung lediglich an Gruppe A angelegt wird, wenn die Ausgangsspannung des Diodenbrückenschaltkreises niedrig ist, und die Anzahl von Gruppen, an welche die Spannung angelegt wird, mit zunehmender Spannung zunimmt, wie die Gruppen A und B und dann die Gruppen A bis C; wenn die Spannung am höchsten ist, wird die Spannung an alle vier Gruppen angelegt.
Wenn eine merkliche AUS-Periode vorliegt, wie in dem Fall von JP H07-273371 A , tritt nicht nur das Flackern und die Reduktion der Helligkeit auf, sondern auch ein Phänomen, das als ”Bewegungsunterbrechungen” bezeichnet wird und bewirkt, dass ein sich mit hoher Geschwindigkeit bewegendes Objekt so erscheint, als ob es sich diskontinuierlich bewegt.
Andererseits ergibt sich in dem Fall von JP 2006-073637 A , die versucht, die AUS-Periode durch Glätten der Ausgabe des Gleichrichterschaltkreises zu eliminieren, eine Notwendigkeit, einen Elektrolyt-Kondensator mit einer hohen Kapazität und einer hohen Durchbruchspannung zu verwenden, wenn die Helligkeit dadurch erhöht werden soll, dass ein ausreichender Strom zu dem LED-Feld fließt. Ein derartiger Elektrolyt-Kondensator ist nicht nur von der Abmessung her groß, sondern weist auch den Nachteil auf, dass seine Lebensdauer in einer Umgebung mit hoher Temperatur, wie in einem Beleuchtungsgerät, extrem kurz wird.
In dem Fall der in JP S56-029900 U offenenbarten Schaltung tritt in dem Moment, in dem das Schaltbauelement leitet, harmonisches Rauschen auf. Das harmonische Rauschen breitet sich zu der Seite der kommerziellen Leistungsversorgung aus und kann eine Fehlfunktion von anderen elektrischen Geräten verursachen, die mit ihr verbunden sind. Daher besteht eine Notwendigkeit, eine spezielle Komponente etc. hinzuzufügen, um einen Schutz gegen harmonisches Rauschen bereitzustellen, und dies kann zu einer Erhöhung sowohl der Abmessung als auch der Kosten des Produkts führen.
Wenn versucht wird, die AUS-Periode zu verkürzen, indem die Anzahl von Stufen zum Einschalten in dem LED-Feld gemäß dem Wert der gleichgerichteten Spannung geändert wird, wie in dem in JP 2007-123562 A offenbarten Verfahren, ergibt sich eine Notwendigkeit, die Anzahl von Stufen zum Einschalten akribisch zu steuern.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer LED-Treiberschaltung der eingangs genannten Art zugrunde, welche die vorstehend aufgezählten Probleme lösen kann und speziell dazu in der Lage ist, eine AUS-Periode zu verkürzen oder zu eliminieren, während die Verwendung eines Kondensators mit kleiner Kapazität möglich ist, und/oder die Erzeugung von harmonischem Rauschen zu unterdrücken.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer LED-Treiberschaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Wenn die Höhe der kommerziellen AC-Leistungsversorgungsspannung größer als der Schwellwert des LED-Felds ist, trägt der Stromversorgungsschaltkreis nicht wesentlich zum lichtemittierenden Betrieb des LED-Felds bei, da über den Gleichrichterschaltkreis eine große Menge an Strom zu dem LED-Feld fließt. Wenn die Höhe der kommerziellen AC-Leistungsversorgungsspannung bis dicht zum Schwellwert des LED-Felds abfällt, ist der Gleichrichterschaltkreis abgetrennt, und der Stromversorgungsschaltkreis beginnt, dem LED-Feld Strom zuzuführen. In diesem Fall ist der Strom durch das Zeitkonstanten-Einstellelement auf einen niedrigen Wert begrenzt, und es wird bewirkt, dass das LED-Feld Licht mit diesem geringen Strom emittiert. Da bewirkt wird, dass das LED-Feld Licht mit dem geringen Strom während der Zeitspanne emittiert, wenn die kommerzielle AC-Leistungsversorgungsspannung nicht größer als die Schwellenspannung des LED-Felds ist, kann in der LED-Treiberschaltung gemäß der Erfindung auf diese Weise die AUS-Periode verkürzt oder eliminiert werden, während die Verwendung eines Kondensators mit kleiner Kapazität in dem Stromversorgungsschaltkreis möglich ist.
Da der Strom, der dem LED-Feld von dem Kondensator zugeführt wird, durch das Zeitkonstanten-Einstellelement auf einen kleinen Wert begrenzt ist, tritt des Weiteren in der LED-Treiberschaltung kein harmonisches Rauschen auf.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das Zeitkonstanten-Einstellelement in der LED-Treiberschaltung ist vorzugsweise ein Widerstand.
Das Zeitkonstanten-Einstellelement in der LED-Treiberschaltung ist vorzugsweise eine stromregelnde Diode.
Der Stromversorgungsschaltkreis in der LED-Treiberschaltung beinhaltet vorzugsweise des Weiteren ein Schaltbauelement, das seriell mit dem Kondensator verbunden ist.
Die LED-Treiberschaltung beinhaltet vorzugsweise des Weiteren einen Steuerschaltkreis, der die Anzahl von Stufen zum Einschalten in dem LED-Feld gemäß der kommerziellen AC-Leistungsversorgungsspannung ändert.
Der lichtemittierende Schaltkreis in der LED-Treiberschaltung beinhaltet vorzugsweise einen strombegrenzenden Schaltkreis.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden beschrieben und sind in den Zeichnungen gezeigt, in denen:
1 ein Schaltbild einer LED-Treiberschaltung ist,
2a bis 2f Diagramme zum Erläutern des Betriebs der in 1 gezeigten LED-Treiberschaltung sind,
3 ein Schaltbild einer alternativen LED-Treiberschaltung ist,
4 ein Diagramm zum Erläutern des Betriebs der in 3 gezeigten LED-Treiberschaltung ist,
5 ein Schaltbild einer weiteren alternativen LED-Treiberschaltung ist,
6a bis 6d Diagramme zum Erläutern des Betriebs der in 5 gezeigten LED-Treiberschaltung sind,
7 ein Schaltbild noch einer weiteren alternativen LED-Treiberschaltung ist und
8a bis 8d Diagramme zum Erläutern des Betriebs der in 7 gezeigten LED-Treiberschaltung sind.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden LED-Treiberschaltungen beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf die Zeichnungen oder die hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt ist.
Eine LED-Treiberschaltung 10 gemäß 1 beinhaltet einen Diodenbrückenschaltkreis 1 (gleichrichtender Schaltkreis), einen Stromversorgungsschaltkreis 2 und einen lichtemittierenden Schaltkreis 3. Der Diodenbrückenschaltkreis 1 (gleichrichtender Schaltkreis) ist mit vier Siliciumdioden 12 aufgebaut und mit einer kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 verbunden.
Der Stromversorgungsschaltkreis 2 beinhaltet eine Siliciumdiode 13, einen Widerstand 14 (Zeitkonstanten-Einstellelement) und einen Kondensator 15. Die Anode der Siliciumdiode 13 und ein Ende des Widerstands 14 sind mit einem Ausgangsanschluss des Diodenbrückenschaltkreises 1 verbunden, während die Kathode der Siliciumdiode 13 und das andere Ende des Widerstands 14 mit einem Ende des Kondensators 15 verbunden sind.
Der lichtemittierende Schaltkreis 3 beinhaltet einen Widerstand 16 (einen strombegrenzenden Schaltkreis, der durch eine stromregelnde Diode oder einen stromregelnden Schaltkreis ersetzt sein kann) und ein LED-Feld 4, das aus einer Reihenschaltung von LEDs 17 gebildet ist. Ein Ende des Widerstands 16 ist mit dem Ausgangsanschluss des Diodenbrückenschaltkreises 1 verbunden, und das andere Ende ist mit der positiven Seite des LED-Felds 4 verbunden. Die negative Seite (Ausgangsseite) des LED-Felds 4 und das andere Ende des Kondensators 15 sind mit einem Anschluss verbunden, der auch als Anode des Diodenbrückenschaltkreises 1 dient.
2a zeigt die Treiberspannung an dem lichtemittierenden Schaltkreis 3, wenn die LED-Treiberschaltung 10 nicht mit dem Stromversorgungsschaltkreis 2 ausgerastet ist. In diesem Fall ist die Treiberspannung eine pulsierende Gleichspannung (Vollwellengleichrichtung), die durch Gleichrichten der Ausgabe der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 erzeugt wird.
2b zeigt den Strom, der durch den lichtemittierenden Schaltkreis 3 fließt, wenn die LED-Treiberschaltung 10 nicht mit dem Stromversorgungsschaltkreis 2 ausgerüstet ist. Da das LED-Feld 4 einen Schwellenwert aufweist, nimmt der Strom schnell zu, wenn die Treiberspannung den Schwellenwert übersteigt. Während der Zeitspanne, während der die Treiberspannung höher als der Schwellenwert ist, ist der Strom durch die Wirkung des strombegrenzenden Widerstands 16 begrenzt. Wenn die Treiberspannung als nächstes auf den Schwellenwert des LED-Felds 4 abfällt, nimmt der Strom schnell ab, und während der Zeitspanne, während der die Treiberspannung niedriger als der Schwellenwert ist, fließt kein Strom durch das LED-Feld 4 (AUS-Periode). Wenn die Anzahl von LEDs 17 in dem LED-Feld 4 mit n bezeichnet ist und der Durchlassspannungsabfall jeder LED 17 mit Vf(V) bezeichnet ist, ist der Schwellenwert des LED-Felds 4 mit n × Vf(V) gegeben. Unter der Annahme, dass zum Beispiel der rms-Wert der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 100 V beträgt, dass Vf 3 V beträgt und dass 33 LEDs 17 seriell verbunden sind, ist der Schwellenwert des LED-Felds 4 dann 99 V, und die AUS-Periode beträgt etwa 50% der Gesamtzeit.
2c zeigt die Treiberspannung an dem lichtemittierenden Schaltkreis 3, wenn die LED-Treiberschaltung 10 mit einem Glättungskondensator mit geringer Kapazität anstelle des Stromversorgungsschaltkreises 2 ausgerüstet ist. Dies entspricht zum Beispiel dem Fall, in dem der Widerstandswert des Widerstands 14 auf 0 Ω reduziert ist (Kurzschluss) und der Kondensator 15 durch einen Glättungskondensator in der in 1 gezeigten LED-Treiberschaltung 10 ersetzt ist. In diesem Fall beinhaltet die Treiberspannung eine große Welligkeit. Während der Zeitspanne, in der die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 nicht niedriger als die Schwellenspannung des LED-Felds 4 ist (im Folgenden ist die Amplitude der Spannung (nicht gezeigt) der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 in Form eines Absolutwertes angegeben, und es wird angenommen, dass sie den gleichen Wert wie jenen der in 2a gezeigten pulsierenden Gleichspannung aufweist), ist die Treiberspannung eine pulsierende Gleichspannung äquivalent zu (einem Teil) jener, die in 2a gezeigt ist. Wenn die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 abfällt und sich dem Schwellenwert des LED-Felds 4 nähert, beschreibt die Treiberspannung kurz eine Entladungskurve und bleibt danach konstant.
Im vorstehenden Fall fließt während der Zeitspanne, während der die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 höher als der Schwellenwert des LED-Felds 4 ist, eine große Menge an Strom zu dem lichtemittierenden Schaltkreis 3; als ein Ergebnis ist der Glättungskondensator mit einer kleinen Kapazität möglicherweise nicht in der Lage, die dem lichtemittierenden Schaltkreis 3 zuzuführende Treiberspannung zu glätten. Wenn die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 nahezu auf den Schwellenwert des LED-Felds 4 abfällt und der Diodenbrückenschaltkreis 1 abgetrennt wird, beginnt der Glättungskondensator, dem lichtemittierenden Schaltkreis 3 Strom zuzuführen. Die Spannung über den Glättungskondensator hinweg (die dem lichtemittierenden Schaltkreis 3 zuzuführende Treiberspannung) fällt jedoch in einer kurzen Zeitspanne auf oder unter den Schwellenwert des LED-Felds 4, da die Kapazität des Glättungskondensators klein ist. Als ein Ergebnis wird auch das LED-Feld 4 abgetrennt, und die Treiberspannung wird auf einem konstanten Wert gehalten, bis die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 erneut über den Schwellenwert des LED-Felds 4 ansteigt.
2d zeigt den Strom, der durch den lichtemittierenden Schaltkreis 3 fließt, wenn die LED-Treiberschaltung 10 von 1 mit einem Glättungskondensator mit kleiner Kapazität anstelle des Stromversorgungsschaltkreises 2 ausgerüstet ist. In diesem Fall fließt lediglich für eine kurze Zeitspanne Strom von dem Glättungskondensator zu dem LED-Feld, wenn die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 auf den Schwellenwert des LED-Felds 4 abfällt oder sich dieser nähert. Danach fließt kein Strom, bis die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 erneut über den Schwellenwert des LED-Felds 4 ansteigt. Diese Zeitspanne, während der kein Strom fließt, ist die AUS-Periode, die AUS-Periode ist jedoch in diesem Fall gegenüber der AUS-Periode in 2b nur um ein Maß gleich jener kurzen Zeitspanne verbessert.
2e zeigt die Treiberspannung an dem lichtemittierenden Schaltkreis 3 in der in 1 gezeigten LED-Treiberschaltung 10. Dieser Treiberstrom beinhaltet ebenfalls eine große Welligkeit. Während der Zeitspanne, in der die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 höher als der Schwellenwert des LED-Felds 4 ist, ist die Treiberspannung eine pulsierende Gleichspannung äquivalent zu (einem Teil von) jener, die in 2a gezeigt ist. Während der Zeitspanne, in der die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 niedriger als der Schwellenwert des LED-Felds 4 ist, beschreibt die Treiberspannung eine Entladekurve.
2f zeigt den Strom, der durch den lichtemittierenden Schaltkreis 3 in der in 1 gezeigten LED-Treiberschaltung 10 fließt, für den Fall, der jenem in 2e gezeigten entspricht. Wenn die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 auf den Schwellenwert des LED-Felds 4 abfällt oder sich diesem nähert, beginnt der Stromversorgungsschaltkreis 2, Strom zu dem lichtemittierenden Schaltkreis 3 fließen zu lassen. Während der Zeitspanne, in der die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 niedriger als der Schwellenwert des LED-Felds 4 ist, wird der Strom auf einem niedrigen Wert gehalten, da der Strom durch den Widerstand 14 begrenzt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird das LED-Feld 4 mit dem geringen Strom eingeschaltet, der von dem Stromversorgungsschaltkreis 2 zugeführt wird.
Während der ersten Hälfte der Periode, in der die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 höher als der Schwellenwert des LED-Felds 4 ist, d. h. während der Periode, in der die Spannung zunimmt, führt die Diodenbrücke 1 dem Stromversorgungsschaltkreis 2 und dem lichtemittierenden Schaltkreis 3 Strom zu. Andererseits führen die Diodenbrücke 1 und der Stromversorgungsschaltkreis 2 während der zweiten Hälfte der Periode, wenn die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 höher als der Schwellenwert des LED-Felds 4 ist, das heißt während der Periode, in der die Spannung abnimmt, dem lichtemittierenden Schaltkreis 3 Strom zu. Während dieser Periode führt die Diodenbrücke 1 dem lichtemittierenden Schaltkreis 3 eine große Menge an Strom zu, hingegen ist der Stromversorgungsschaltkreis 2 aufgrund des Vorhandenseins des Widerstands 14 im Vergleich zu der Diodenbrücke 1 lediglich in der Lage, eine recht geringe Menge an Strom zuzuführen. Das heißt, es ist die Diodenbrücke 1, die während der Periode, in der die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 höher als der Schwellenwert des LED-Felds 4 ist, dem lichtemittierenden Schaltkreis 3 effektiv den notwendigen Strom zuführt. Andererseits wird der Diodenbrückenschaltkreis 1 während der Periode abgetrennt, in der die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 nicht höher als der Schwellenwert des LED-Felds 4 ist, da die Ausgangsspannung des Stromversorgungsschaltkreises 2 höher als die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 wird, und der Stromversorgungsschaltkreis 2 führt dem lichtemittierenden Schaltkreis 3 Strom zu. Das heißt, der Stromversorgungsschaltkreis 2 entlädt während dieser Periode langsam die auf dem Kondensator 15 gespeicherte Ladung über den Widerstand 15, und somit nimmt die Treiberspannung graduell ab.
In der in 1 gezeigten LED-Treiberschaltung ist die Ladezeitkonstante des Kondensators 15 in dem Stromversorgungsschaltkreis 2 kürzer als die Entladezeitkonstante eingestellt. Als ein Ergebnis wird während der Periode, in der die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 höher als der Schwellenwert des LED-Felds 4 ist, Strom zu dem lichtemittierenden Schaltkreis 3 hauptsächlich, d. h. wenigstens zu einem Hauptteil, was bedeutet zu mehr als 50%, von dem Diodenbrückenschaltkreis 1 zugeführt. Andererseits führt der Stromversorgungsschaltkreis 2 während der Periode, in der die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 nicht höher als der Schwellenwert des LED-Felds 4 ist, dem lichtemittierenden Schaltkreis 3 Strom zu.
Um die AUS-Periode zu eliminieren, wird die Zeitkonstante, die durch das Produkt aus dem Widerstand 14 und dem Kondensator 15 festgelegt ist, ungefähr gleich der AUS-Periode eingestellt. Wenn zum Beispiel die Pulsationsperiode 10 ms (Frequenz: 100 Hz) beträgt und die AUS-Periode etwa 5 ms beträgt, wird der Widerstand 14 auf 1 kΩ und der Kondensator 15 auf 4 μF eingestellt (die Zeitkonstante beträgt 4 ms). Da der von dem Stromversorgungsschaltkreis 2 zugeführte Strom durch den Widerstand 14 beschränkt ist, kann die Kapazität des Kondensators 15 klein gemacht werden, so dass ein keramischer Kondensator mit einer langen Lebensdauer als der Kondensator 15 verwendet werden kann.
In der in 1 gezeigten LED-Treiberschaltung 10 treten abrupte Änderungen, wie sie in dem Stromwert enthalten sein können, nicht auf, wie in 2f dargestellt. Als ein Ergebnis tritt in der in 1 gezeigten LED-Treiberschaltung 10 kein harmonisches Rauschen auf.
In der LED-Treiberschaltung 10 ist die Entladezeitkonstante des Stromversorgungsschaltkreises 2 länger als die Ladezeitkonstante eingestellt. Die Ladezeitkonstante ist durch das Produkt aus dem internen Widerstandswert der Diode 13 und der Kapazität des Kondensators 15 festgelegt. Die Entladezeitkonstante ist durch das Produkt des Widerstandswerts des Widerstands 14 und der Kapazität des Kondensators 15 festgelegt. Da die Entladung des Kondensators 15 nach dem Abtrennen des Diodenbrückenschaltkreises 1 nicht nur durch den Widerstand 14, sondern auch durch den Widerstand 16 und die Widerstandskomponente des Diodenfelds 4 beeinflusst wird, wird der Widerstandswert des Widerstands 14 durch Simulation oder Experiment geeignet festgelegt.
Wenn die Entladezeitkonstante länger als die Ladezeitkonstante eingestellt wird, ist die Spannung an dem Kondensator 15 zu dem Zeitpunkt, an dem der Diodenbrückenschaltkreis 1 abgetrennt wird, höher als die Ausgangsspannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11. Nachdem der Diodenbrückenschaltkreis 1 abgetrennt ist, entlädt der Stromversorgungsschaltkreis 2 die Spannung langsam, da die Entladezeitkonstante lang ist. Wenn die Entladezeitkonstante kürzer eingestellt würde, würde die Entladung schnell nach dem Abtrennen des Diodenbrückenschaltkreises 1 auftreten, und der Stromwert würde schnell auf null abfallen. Eine derartige schnelle Änderung des Stroms würde zu der Erzeugung von harmonischem Rauschen führen. Im Gegensatz dazu wird es in der LED-Treiberschaltung 10 möglich, die Erzeugung von harmonischem Rauschen zu unterdrücken, da sich der Strom nach dem Abtrennen des Diodenbrückenschaltkreises 1 langsam ändert.
3 zeigt eine alternative LED-Treiberschaltung 30. Der einzige Unterschied zwischen der in 3 gezeigten, alternativen LED-Treiberschaltung 30 und der in 1 gezeigten LED-Treiberschaltung 10 besteht darin, dass der Widerstand 14, der in der in 1 gezeigten LED-Treiberschaltung 10 bereitgestellt wird, durch eine stromregelnde Diode 18 (Zeitkonstanten-Einstellelement) ersetzt ist.
In der in 3 gezeigten LED-Treiberschaltung 30 ist die Treiberspannung an dem lichtemittierenden Schaltkreis 3 die gleiche wie jene, die in 2e gezeigt ist, und wird hier nicht gezeigt. Die Treiberspannung an dem lichtemittierenden Schaltkreis 3 ist, wenn die LED-Treiberschaltung 30 nicht mit dem Stromversogungsschaltkreis 2 ausgerüstet ist, die gleiche wie jene, die in 2a gezeigt ist, und der Strom, der zu diesem Zeitpunkt durch den lichtemittierenden Schaltkreis 3 fließt, ist der gleiche wie jener, der in 2b gezeigt ist.
4 entspricht 2f und zeigt den Strom, der durch den lichtemittierenden Schaltkreis 3 in der LED-Treiberschaltung 30 fließt. Während der Periode, in der die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 nicht höher als der Schwellenwert des LED-Felds 4 ist, wird das LED-Feld 4 mit dem von dem Stromversorgungsschaltkreis 2 zugeführten Strom eingeschaltet. Während dieser Periode wird der Strom mittels der stromregelnden Diode 18 konstant gehalten. Durch Begrenzen des Stroms, der durch die stromregelnde Diode 18 fließen kann, kann die Kapazität des Kondensators 15 klein gemacht werden. Wenn die Periode, in der die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 nicht höher als der Schwellenwert des LED-Felds 4 ist, etwa 5 ms beträgt und die Kapazität des Kondensators 15 4 μF beträgt, wie in dem Fall der in 1 gezeigten LED-Treiberschaltung 10, kann die Änderung der Treiberspannung während dieser Periode bei etwa 1,3 V gehalten werden, wenn das LED-Feld 4 mit 1 mA getrieben wird.
In der in 3 gezeigten LED-Treiberschaltung 30 treten abrupte Änderungen, wie sie in dem Stromwert enthalten sein können, nicht auf, wie in 4 dargestellt. Als ein Ergebnis tritt in der in 3 gezeigten LED-Treiberschaltung 30 kein harmonisches Rauschen auf.
In der LED-Treiberschaltung 30 ist außerdem die Entladezeitkonstante des Stromversorgungsschaltkreises 2 länger als die Ladezeitkonstante eingestellt. Die Ladezeitkonstante ist durch das Produkt des internen Widerstands der Diode 13 und der Kapazität des Kondensators 15 festgelegt. Die Entladezeitkonstante T kann mit T = C·ΔV/I ausgedrückt werden, wobei ΔV der Unterschied zwischen der Schwellenspannung des Diodenfelds 4 und der Spannung an dem Kondensator 15 zu dem Zeitpunkt ist, an dem der Diodenbrückenschaltkreis 1 abgetrennt ist, C die Kapazität des Kondensators 15 ist und I der Strom ist, der durch die stromregelnde Diode 18 fließt.
5 zeigt eine weitere alternative LED-Treiberschaltung 50. In der LED-Treiberschaltung 50 wird die Anzahl von seriell zu verbindenden Stufen in dem LED-Feld 4c in dem lichtemittierenden Schaltkreis 3a gemäß der Treiberspannung geändert. Die LED-Treiberschaltung 50 beinhaltet einen Steuerschaltkreis 51 zusätzlich zu dem Stromversorgungsschaltkreis 2. Der Steuerschaltkreis 51 überwacht die dem lichtemittierenden Schaltkreis 3a zugeführte Treiberspannung (am Anschluss A), und wenn die Treiberspannung an dem lichtemittierenden Schaltkreis 3a abfällt und sich dem Schwellenwert des LED-Felds 4c nähert, wird die Gateelektrode (Anschluss B) eines FET 52 (MOS-FET vom n-Typ) auf einen hohen Pegel eingestellt (die Treiberspannung (Anschluss A)), und der FET 52 wird somit eingeschaltet. Als ein Ergebnis wird das LED-Feld 4B ausgeschaltet, und lediglich das LED-Feld 4a bleibt auf EIN. Der Steuerschaltkreis 51, der auf diese Weise arbeitet, beinhaltet einen Leiterwiderstandsschaltkreis, einen Komparator etc.
6b zeigt den Strom, der durch den lichtemittierenden Schaltkreis 3a fließt, wenn die LED-Treiberschaltung 50 nicht mit dem Stromversorgungsschaltkreis 2 ausgerüstet ist. Wie in 6b dargestellt, nimmt der Strom schnell zu, wenn die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 den Schwellenwert des LED-Felds 4a übersteigt. Wenn die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 den Schwellenwert des LED-Felds 4c übersteigt, wird der FET 52 ausgeschaltet, und der Strom fließt somit von dem Diodenfeld 4a in das Diodenfeld 4b. Als ein Ergebnis nimmt der Strom vorübergehend ab und beginnt dann erneut zuzunehmen. Wenn die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 abfällt und sich dem Schwellenwert des LED-Felds 4c nähert, wird der FET 52 eingeschaltet, und der Strom fließt somit von dem Diodenfeld 4a in den FET 52. Als ein Ergebnis nimmt der Strom vorübergehend zu und nimmt dann schnell ab. Wenn die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 auf oder unter den Schwellenwert des LED-Felds 4a abfällt, fließt der Strom nicht. Die Periode, in welcher der Strom nicht fließt, ist die AUS-Periode. Wenn zwischen 6b und 2b ein Vergleich gezogen wird, ist ersichtlich, dass die AUS-Periode in 6b kürzer als jene in 2b gezeigte ist.
6c zeigt die Treiberspannung an dem lichtemittierenden Schaltkreis 3a in der LED-Treiberspannung 50. Während der Periode, in der die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 höher als der Schwellenwert des LED-Felds 4a ist, ist der Signalverlauf der gleiche wie jener eines Teils der pulsierenden Gleichspannung, die in 6a gezeigt ist, und während der Periode, in der die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 nicht höher als der Schwellenwert des LED-Felds 4a ist, beschreibt die Treiberspannung eine Entladekurve.
6d zeigt den Strom, der durch den lichtemittierenden Schaltkreis 3a in der LED-Treiberschaltung 50 fließt. Wenn die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 abfällt und allgemein niedriger als der Schwellenwert des LED-Felds 4a wird, wird eine geringe Menge an Strom von dem Stromversorgungsschaltkreis 2 zugeführt, um das LED-Feld 4a zu treiben.
Wenn dergestalt die Anzahl von seriell zu verbindenden Stufen in den LED-Feldern geändert wird, ändert sich der Stromwert und harmonisches Rauschen tritt auf. Da jedoch die LED-Treiberschaltung 50 eine Steuerung derart durchführt, dass der Stromwert in dem Stromversorgungsschaltkreis 2 nicht plötzlich auf null abfällt, wie in 6d gezeigt, nimmt harmonisches Rauschen nicht zu, sondern nimmt stattdessen ab.
In der LED-Treiberschaltung 50 ist die Entladezeitkonstante des Stromversorgungsschaltkreises 2 länger als die Ladezeitkonstante eingestellt. Die Ladezeitkonstante ist durch das Produkt des internen Widerstandswerts der Diode 13 und der Kapazität des Kondensators 15 festgelegt. Die Entladezeitkonstante ist durch das Produkt des Widerstandswerts des Widerstands 14 und der Kapazität des Kondensators 15 festgelegt. Da die Entladung des Kondensators 15 nach dem Abtrennen des Diodenbrückenschaltkreises 1 nicht nur durch den Widerstand 14, sondern auch durch den Widerstand 16 und die Widerstandskomponente des Diodenfelds 4 beeinflusst wird, wird der Widerstandswert des Widerstands 14 durch Simulation oder Experiment geeignet festgelegt. Da des Weiteren die AUS-Periode in der LED-Treiberschaltung 50 kürzer als die AUS-Periode in der LED-Treiberschaltung 10 ist, wird die Entladezeitkonstante in der LED-Treiberschaltung 50 kürzer als die Entladezeitkonstante in der LED-Treiberschaltung 10 eingestellt.
7 zeigt noch eine weitere alternative LED-Treiberschaltung 70. Der Stromversorgungsschaltkreis 2d in der LED-Treiberschaltung 70 beinhaltet einen FET 72 (Schaltbauelement: MOS-FET vom n-Typ), der zwischen einen Anschluss des Kondensators 15 und die gemeinsame Leitung (den Pfad, durch den der Strom zu dem Diodenbrückenschaltkreis 1 zurückkehrt) eingeschleift ist. Der Stromversorgungsschaltkreis 2d in der LED-Treiberschaltung 70 beinhaltet des Weiteren einen Steuerschaltkreis 71. Der Steuerschaltkreis 71 überwacht die Treiberspannung (am Anschluss C), die dem lichtemittierenden Schaltkreis 3d zugeführt wird. Wenn die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 abzufallen beginnt, stellt der Steuerschaltkreis 71 die Gatespannung (am Anschluss D) des FET 72 auf einen niedrigen Pegel (die Spannung an der gemeinsamen Leitung) ein, und wenn die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 nahezu auf den Schwellenwert des Diodenfelds 4d abfällt, stellt der Steuerschaltkreis 71 die Gatespannung (am Anschluss D) des FET 72 auf einen hohen Pegel (die Spannung am Anschluss C) ein.
In den LED-Treiberschaltungen 10, 30 und 50 wird ein Teil der auf dem Kondensator 15 gespeicherten Ladung durch den Widerstand 14 (oder die stromregelnde Diode 18) entladen, wenn die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 nach Erreichen eines Spitzenwertes abzufallen beginnt. Im Gegensatz dazu steuert der Steuerschaltkreis 71 in der LED-Treiberschaltung 70 den FET 72 derart, dass der Kondensator 15, selbst wenn die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 nach Erreichen eines Spitzenwertes abzufallen beginnt, nicht entladen wird, bis die Spannung auf eine bezeichnete Spannung (nahe des Schwellenwerts des LED-Felds 4d) abfällt. Als ein Ergebnis kann die auf dem Kondensator 15 gespeicherte Ladung effektiv genutzt werden. Der Steuerschaltkreis 71, der die Gatespannung des FET 72 gemäß der Treiberspannung (am Anschluss C) steuert, beinhaltet einen Leiterwiderstandsschaltkreis, einen Komparator, ein Flip-Flop zum Speichern eines Zustands etc.
8a zeigt die Treiberspannung an dem lichtemittierenden Schaltkreis 3d, wenn die LED-Treiberschaltung 70 nicht mit dem Stromversorgungsschaltkreis 2d ausgerüstet ist; die Treiberspannung ist hier eine pulsierende Gleichspannung, welche die gleiche wie jene in 2a gezeigte ist.
8b zeigt den Strom, der durch den lichtemittierenden Schaltkreis 3d fließt, wenn die LED-Treiberschaltung 70 nicht mit dem Stromversorgungsschaltkreis 2d ausgerüstet ist; der Strom ist hier ein pulsierender Strom mit einer geringen Breite, welcher der gleiche wie jener in 2d gezeigte ist.
8c zeigt die Treiberspannung an dem lichtemittierenden Schaltkreis 3d in der LED-Treiberschaltung 70. Wenn die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 nahezu auf den Schwellenwert des LED-Felds 4d abfällt und der Diodenbrückenschaltkreis 1 dabei ist, abgetrennt zu werden, wird der FET 72 eingeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt nimmt die Treiberspannung eine Zeitlang zu, da die Spannung über den Kondensator 15 hinweg gleich der Spitzenspannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 ist. Danach wird der Kondensator 15 durch die Widerstände 14 und 16 sowie das Diodenfeld 4d entladen, so dass eine Entladekurve auf der Treiberspannung erscheint.
8d zeigt den Strom, der durch den lichtemittierenden Schaltkreis 3d in der LED-Treiberschaltung 70 fließt. Wenn die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 abfällt und sich dem Schwellenwert des LED-Felds 4d nähert und der FET 72 eingeschaltet wird, nimmt der Strom eine Zeitlang zu. Danach nimmt der Strom graduell ab, bis die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 erneut den Schwellenwert des LED-Felds 4d übersteigt. Mit der Bereitstellung des FET 72 ermöglicht der Stromversorgungsschaltkreis 2d in der LED-Treiberschaltung 70, dass ein höherer Strom fließt, als dies bei dem Stromversorgungsschaltkreis 2 in der LED-Treiberschaltung 10 der Fall ist.
Da der Stromanstieg in der LED-Treiberschaltung 70 beim Einschalten des FET 72 durch den Widerstand 14 begrenzt ist, werden keine wesentlichen Änderungen im Stromverlauf beobachtet, wie in 8d dargestellt. Demgemäß treten im Strom in der LED-Treiberschaltung 70 keine wesentlichen Änderungen auf, und folglich tritt kein harmonisches Rauschen auf.
Außerdem ist die Entladezeitkonstante des Stromversorgungsschaltkreises 2 in der LED-Treiberschaltung 70 länger als die Ladezeitkonstante eingestellt. Die Ladezeitkonstante ist durch das Produkt des internen Widerstandswerts der Diode 13 und der Kapazität des Kondensators 15 festgelegt. Die Entladezeitkonstante ist durch das Produkt des Widerstandswerts des Widerstands 14 und der Kapazität des Kondensators 15 festgelegt. Da die Entladung des Kondensators 15 nach dem Abtrennen des Diodenbrückenschaltkreises 1 nicht nur durch den Widerstand 14, sondern auch durch den Widerstand 16 und die Widerstandskomponente des Diodenfelds 4 beeinflusst wird, wird der Widerstandswert des Widerstands 14 durch Simulation oder Experiment geeignet festgelegt. Da des Weiteren der Strom, der fließt, wenn der Diodenbrückenschaltkreis 1 in der LED-Treiberschaltung 70 abgetrennt wird, kleiner als der Strom ist, der fließt, wenn der Diodenbrückenschaltkreis 1 in der LED-Treiberschaltung 10 abgetrennt wird, ist die Entladezeitkonstante in der LED-Treiberschaltung 70 kürzer als die Entladezeitkonstante in der LED-Treiberschaltung 10 eingestellt.
Wie vorstehend beschrieben, wird in jeder der LED-Treiberschaltungen 10, 30, 50 und 70 während der Periode, in der die Spannung der kommerziellen AC-Leistungsversorgung 11 nicht höher als der Schwellenwert des LED-Felds 4 (oder 4a oder 4d) ist, bewirkt, dass das LED-Feld 4 (oder 4a oder 4d) Licht mit einer geringen Intensität emittiert, wodurch die AUS-Periode eliminiert wird, während die Erzeugung von harmonischem Rauschen unterdrückt wird. Alternativ kann jede der LED-Treiberschaltungen 10, 30, 50 und 70 so konfiguriert sein, dass die Helligkeit vergrößert wird und Flackern und Bewegungsunterbrechungen vermindert werden, indem die AUS-Periode verkürzt, jedoch nicht vollständig eliminiert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 07-273371 A [0003]
JP 2006-073637 A [0005, 0010]
JP 56-029900 U [0006, 0011]
JP 2007-123562 A [0008, 0012]
JP 273371 A [0009]

Claims

LED-Treiberschaltung mit – einem Gleichrichterschaltkreis (1) zum Gleichrichten einer kommerziellen AC-Leistung, – einem lichtemittierenden Schaltkreis (3), der ein LED-Feld beinhaltet, und – einem Stromversorgungsschaltkreis (2), der einen Kondensator (15) und ein Zeitkonstanten-Einstellelement (14, 18) beinhaltet, – wobei eine Entladezeitkonstante des Stromversorgungsschaltkreises länger als eine Ladezeitkonstante des Stromversorgungsschaltkreises eingestellt ist und der Kondensator durch eine Ausgabe des Gleichrichterschaltkreises geladen wird und – wobei während einer Zeitspanne, in der eine Höhe einer kommerziellen AC-Leistungsversorgungsspannung größer als eine Lichtemissionsschwelle des LED-Felds ist, wenigstens ein Hauptteil des Stroms zu dem lichtemittierenden Schaltkreis von dem Gleichrichterschaltkreis zugeführt wird, und während einer Zeitspanne, in der die Höhe der kommerziellen AC-Leistungsversorgungsspannung nicht größer als die Lichtemissionsschwelle des LED-Felds ist, wenigstens ein Hauptteil des Stroms zu dem lichtemittierenden Schaltkreis von dem Stromversorgungsschaltkreis zugeführt wird.
LED-Treiberschaltung nach Anspruch 1, wobei das Zeitkonstanten-Einstellelement ein Widerstand (14) ist.
LED-Treiberschaltung nach Anspruch 1, wobei das Zeitkonstanten-Einstellelement eine stromregelnde Diode (18) ist.
LED-Treiberschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Stromversorgungsschaltkreis des Weiteren ein Schaltbauelement (72) beinhaltet, das seriell mit dem Kondensator verbunden ist.
LED-Treiberschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die des Weiteren einen Steuerschaltkreis (51) beinhaltet, der die Anzahl von Stufen zum Einschalten in dem LED-Feld gemäß der kommerziellen AC-Leistungsversorgungsspannung ändert.
LED-Treiberschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der lichtemittierende Schaltkreis ein strombegrenzendes Schaltkreiselement (16) beinhaltet.