DE102016102409A1

DE102016102409A1 - Led-treiber, beleuchtungsanlage und leuchte

Info

Publication number: DE102016102409A1
Application number: DE102016102409.0A
Authority: DE
Inventors: Miyo KANGYO; Koji Watanabe; Kazuhiro Kumada; Shinichi Murakami
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-03-03
Filing date: 2016-02-11
Publication date: 2016-09-08
Also published as: US20160262226A1; US9521717B2; JP6410182B2; JP2016162647A

Abstract

Beim Versorgen einer LED-Lichtquelle mit einer ersten Ausgangsspannung, die größer oder gleich einer Schwellwertspannung ist, bewirkt ein LED-Treiber, dass eine DC-Stromversorgung eine erste DC-Spannung ausgibt, und bewirkt, dass ein Schaltregler die LED-Lichtquelle mit der ersten Ausgangsspannung versorgt. Wenn die LED-Lichtquelle mit einer zweiten Ausgangsspannung versorgt wird, die unter der Schwellwertspannung liegt, bewirkt der LED-Treiber, dass die DC-Stromversorgung eine unter der ersten DC-Spannung liegende zweite DC-Spannung ausgibt, und bewirkt, dass der Abwärtsregler die LED-Lichtquelle mit der zweiten Ausgangsspannung versorgt.

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die Erfindung betrifft allgemein LED-Treiber, eine Beleuchtungsanlage und Leuchten und insbesondere einen LED-Treiber (Leuchtdioden-Treiber), der konfiguriert ist zum Ansteuern (Bestromen) einer LED-Lichtquelle, eine Beleuchtungsanlage mit einer LED-Lichtquelle als einer Beleuchtungslichtquelle und dem LED-Treiber und eine Leuchte mit der Beleuchtungsanlage.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Eine Lampenschalteinrichtung für eine feste Lichtquelle als Stand der Technik ist in der JP-Veröffentlichung Nr. 2012-221899 (im Folgenden als „Dokument 1” bezeichnet) exemplifiziert. Die in Dokument 1 beschriebene Lampenschalteinrichtung für eine feste Lichtquelle enthält eine Tiefsetzstellerschaltung und ist konfiguriert zum Dimmen, nämlich Verstellen, einer Lichtabgabe einer festen Lichtquelle (z. B. einer LED-Lichtquelle (Leuchtdioden-Lichtquelle)), indem die Tiefsetzstellerschaltung so gesteuert wird, dass ein Ausgangsstrom an die feste Lichtquelle erhöht und verringert wird.
Mit der in Dokument 1 beschriebenen Lampenschalteinrichtung für eine feste Lichtquelle wird ein Laststrom (ein durch die feste Lichtquelle fließender elektrischer Strom) erhöht und verringert durch Verlängern und Verkürzen (Erhöhen und Verringern) einer EIN-Zeit (eines EIN-Tastverhältnisses) einer Schalteinrichtung (eines Halbleiterbauelements wie etwa eines Transistors), die die Tiefsetzstellerschaltung bildet. Ein Dimmverfahren wie oben erwähnt wird allgemein als ein DC-Dimmverfahren bezeichnet. Bei dem DC-Dimmverfahren gibt es eine Grenze (eine Untergrenze) bei einer EIN-Periode (eine EIN-Breite) eines Ansteuersignals, das von einer Ansteuerschaltung zum Ansteuern der Schalteinrichtung an einen Steueranschluss (einen Gateanschluss) der Schalteinrichtung geliefert wird, wodurch es erschwert wird, ein tiefes Dimmen durchzuführen.
Als ein weiteres Dimmverfahren gibt es auch ein Dimmverfahren mit einem Abwärtsregler (im Folgenden als ein „lineares Dimmverfahren” bezeichnet). Im Vergleich zu einem Schaltregler besitzt der Abwärtsregler den Vorteil geringer Welligkeit und geringen Rauschens, besitzt aber Nachteile einer geringen Umwandlungseffizienz und dergleichen. Bei dem linearen Dimmverfahren wird ein Laststrom beispielsweise durch Ändern des Einschaltwiderstands eines Feldeffekttransistors erhöht und verringert. Das lineare Dimmverfahren besitzt dementsprechend den Vorteil, das Durchführen eines tieferen Dimmens als ein Dimmen durch das DC-Dimmverfahren zu ermöglichen.
Dementsprechend wird bei einer Lampenschaltungseinrichtung für eine feste Lichtquelle (einem LED-Treiber), die das DC-Dimmverfahren verwendet, das DC-Dimmverfahren zu dem linearen Dimmverfahren umgeschaltet, um ein tiefes Dimmen durchzuführen.
Im Fall des linearen Dimmverfahrens jedoch steigt der Verlust gemäß einer Zunahme bei einer Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung des LED-Treibers, wodurch die Umwandlungseffizienz verringert wird.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung wurde angesichts der obigen Umstände erreicht, und eine Aufgabe davon besteht in der Vergrößerung eines Verstellbereichs eines Ansteuerstroms zum Ansteuern einer LED-Lichtquelle bei gleichzeitiger Reduzierung des Verlustes.
Ein LED-Treiber (200) gemäß der Erfindung ist konfiguriert zum Bestromen einer LED-Lichtquelle (5). Der LED-Treiber (200) enthält eine DC-Stromversorgung (1), einen Schaltregler (2), einen Abwärtsregler (3) und einen Controller (4). Die DC-Stromversorgung (1) ist konfiguriert zum selektiven Ausgeben (entweder) einer ersten DC-Spannung (Vdc1) oder einer unter der ersten DC-Spannung (Vdc1) liegenden zweiten DC-Spannung (Vdc2). Der Schaltregler (2) ist konfiguriert zum Reduzieren der ersten DC-Spannung (Vdc1), um die LED-Lichtquelle (5) mit einer ersten Ausgangsspannung (V1) zu versorgen, die größer oder gleich einer Schwellwertspannung (Vth) ist. Der Abwärtsregler (3) ist konfiguriert zum Reduzieren der zweiten DC-Spannung (Vdc2), um die LED-Lichtquelle (5) mit einer zweiten Ausgangsspannung (V2) zu versorgen, die unter der Schwellwertspannung (Vth) liegt. Der Controller (4) ist konfiguriert, wenn die LED-Lichtquelle (5) mit der ersten Ausgangsspannung (V1) versorgt wird, zu bewirken, dass die DC-Stromversorgung (1) die erste DC-Spannung (Vdc1) ausgibt, und zu bewirken, dass der Schaltregler (2) die LED-Lichtquelle (5) mit der ersten Ausgangsspannung (1) versorgt. Der Controller (4) ist weiterhin konfiguriert, wenn die LED-Lichtquelle (5) mit der zweiten Ausgangsspannung (V2) versorgt wird, zu bewirken, dass die DC-Stromversorgung (1) die zweite DC-Spannung (Vdc2) ausgibt, und zu bewirken, dass der Abwärtsregler (3) die LED-Lichtquelle (5) mit der zweiten Ausgangsspannung (V2) versorgt.
Eine Beleuchtungsanlage (100) gemäß der Erfindung enthält den LED-Treiber (200) und die LED-Lichtquelle (5) als eine Beleuchtungslichtquelle. Die LED-Lichtquelle (5) enthält mehrere LEDs (50).
Eine Leuchte (6, 7) gemäß der Erfindung enthält die Beleuchtungsanlage (100) und einen Leuchtenkörper (60), der mindestens die LED-Lichtquelle (5) trägt.
Der LED-Treiber, die Beleuchtungsanlage und die Leuchte können einen Verstellbereich eines Ansteuerstroms zum Ansteuern der LED-Lichtquelle bei gleichzeitiger Reduzierung des Verlustes vergrößern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Figuren zeigen eine oder mehrere Implementierungen gemäß der vorliegenden Lehre lediglich beispielhaft, nicht als Beschränkungen. In der Figur beziehen sich gleiche Bezugszahlen auf die gleichen oder ähnliche Elemente. Es zeigen:
1 einen Schaltplan eines LED-Treibers und einer Beleuchtungsanlage gemäß einer Ausführungsformen;
2A einen Schaltplan im relevanten Teil einer DC-Stromversorgung als ein Beispiel in dem LED-Treiber und 2B einen Schaltplan in einem relevanten Teil einer DC-Stromversorgung als ein weiteres Beispiel in dem LED-Treiber;
3 einen Schaltplan einer zweiten Steuerschaltung in dem LED-Treiber;
4 ein Wellenformdiagramm, das Operationen der Ausführungsform darstellt; und
5A eine Schnittansicht einer Leuchte gemäß einer Ausführungsform und 5B eine Schnittansicht einer weiteren Leuchte gemäß einer Ausführungsform.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein LED-Treiber (Leuchtdioden-Treiber) und eine Beleuchtungsanlage gemäß einer Ausführungsform werden unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 erläutert.
Der LED-Treiber 200 gemäß der Ausführungsform ist konfiguriert zum Bestromen einer LED-Lichtquelle 5. Bei einem Beispiel von 1 enthält der LED-Treiber 200 eine DC-Stromversorgung (Gleichstrom-Stromversorgung) 1, einen Schaltregler 2, einen Abwärtsregler 3 und einen Controller 4.
Wie in 1 gezeigt enthält die Beleuchtungsanlage 100 gemäß der Ausführungsform den LED-Treiber 200 und die LED-Lichtquelle 5. Die LED-Lichtquelle 5 ist aus einer Reihenschaltung aus mehreren (in dem Beispiel von 1 drei) LEDs 50 gebildet. Die Anzahl an LEDs 50, die die LED-Lichtquelle 5 bilden, ist nicht auf drei beschränkt, sondern kann zwei oder weniger oder vier oder mehr betragen. Die LED-Lichtquelle 5 kann auch aus einer Parallelschaltung aus LED-Arrays gebildet werden, von denen jedes mehrere (zum Beispiel zwanzig) LEDs in Reihe enthält. Die LED-Lichtquelle 5 ist elektrisch zwischen Ausgangsanschlüsse des LED-Treibers 200 (zwischen beide Enden eines später zu beschreibenden zweiten Glättungskondensators C3) geschaltet.
Bei der Ausführungsform ist die DC-Stromversorgung 1 konfiguriert zum selektiven Ausgeben (entweder) einer ersten DC-Spannung Vdc1 oder einer unter der ersten DC-Spannung Vdc1 liegenden zweiten DC-Spannung Vdc2.
Bei dem Beispiel von 1 enthält die DC-Stromversorgung 1 bevorzugt einen Gleichrichter 10, der konfiguriert ist zum Gleichrichten einer AC-Spannung (Wechselstromspannung) Vs, um eine pulsierende Spannung zu erzeugen, eine Wandlerschaltung 11, die konfiguriert ist zum Umwandeln der pulsierenden Spannung in (entweder) die erste DC-Spannung Vdc1 oder die zweite DC-Spannung Vdc2, und eine erste Steuerschaltung 12, die konfiguriert ist zum Steuern der Wandlerschaltung 11. Die DC-Stromversorgung 1 enthält weiterhin einen Fotokoppler 13 und ein Parallelregler 14.
Bei der Ausführungsform enthält die Wandlerschaltung 11 einen ersten Induktor 111A und eine erste Schalteinrichtung 110, die miteinander elektrisch in Reihe geschaltet und konfiguriert sind, mit einer DC-Spannung versorgt zu werden, und einen ersten Glättungskondensator C1, der konfiguriert ist, durch mindestens eine EIN-AUS-Schaltoperation der ersten Schalteinrichtung 110 geladen zu werden. Bei einem Beispiel ist die Wandlerschaltung 11 ein Sperrwandler. Bei einem weiteren Beispiel ist die Wandlerschaltung 11 ein Hochsetzsteller, der konfiguriert ist, mit einer DC-Spannung von einer DC-Stromversorgung wie etwa einer Batterie versorgt zu werden. Bei noch einem weiteren Beispiel enthält die Wandlerschaltung 11 weiterhin eine Schalteinrichtung, die zusammen mit der ersten Schalteinrichtung 110 eine Halbbrückenschaltung bildet, und der erste Glättungskondensator C1 ist konfiguriert, durch eine EIN-AUS-Schaltoperation der ersten Schalteinrichtung 110 und der Schalteinrichtung, die die Halbbrücke bildet, geladen zu werden.
Im Beispiel von 1 enthält die Wandlerschaltung 11 die erste Schalteinrichtung 110, einen Transformator 111, eine Diode D1 und den ersten Glättungskondensator C1. Bevorzugt ist die erste Schalteinrichtung 110 ein N-Kanal-Anreicherungs-MOSFET (Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor). Somit wird im Beispiel von 1 die Wandlerschaltung 11 aus einem bekannten herkömmlichen Sperrwandler gebildet.
Der Transformator 111 besitzt eine Primärwicklung 111A als den ersten Induktor und eine Sekundärwicklung 111B. Der Transformator 111 ist ein Transformator mit additiver Polarität, und die Primärwicklung 111A besitzt ein erstes Ende 111a und ein zweites Ende 111b als ein Punktende, während die Sekundärwicklung 111B ein erstes Ende 111c als ein Punktende und ein zweites Ende 111d besitzt. Die Polarität des zweiten Endes 111b ist die gleiche wie die Polarität des ersten Endes 111c. Das erste Ende 111a des ersten Induktors 111A ist elektrisch mit dem positiven Ausgangsanschluss (einem hochpotenzialseitigen Anschluss) 101 des Gleichrichters 10 verbunden. Das zweite Ende 111b des ersten Induktors 111A ist elektrisch mit einem ersten Anschluss (einem Drainanschluss) der ersten Schalteinrichtung 110 verbunden. Das erste Ende 111c der Sekundärwicklung 111B ist elektrisch mit einem Anodenanschluss der Diode D1 verbunden. Das zweite Ende 111d der Sekundärwicklung 111E ist elektrisch mit einem negativen Anschluss (einem niederpotenzialseitigen Anschluss) des ersten Glättungskondensators C1 verbunden. Ein positiver Anschluss (ein hochpotenzialseitiger Anschluss) des ersten Glättungskondensators C1 ist elektrisch mit einem Kathodenanschluss der Diode D1 verbunden. Ein zweiter Anschluss (ein Sourceanschluss) der ersten Schalteinrichtung 110 ist elektrisch mit einer Seite des negativen Ausgangsanschlusses (einem niederpotenzialseitigen Ausgangsanschluss) 102 des Gleichrichters 10 verbunden. Ein Steueranschluss (ein Gateanschluss) der ersten Schalteinrichtung 110 ist elektrisch mit einem Ausgangsanschluss 12C der ersten Steuerschaltung 12 verbunden.
Bei der Ausführungsform enthält die DC-Stromversorgung 1 weiterhin einen Spannungssensor R2 und die erste Steuerschaltung 12. Der Spannungssensor R2 ist elektrisch parallel zu dem ersten Glättungskondensator C1 geschaltet und konfiguriert zum Detektieren einer Spannung an dem ersten Glättungskondensator C1 als einer Ausgangsspannung der DC-Stromversorgung 1, um einen ersten Detektionswert V_R2 zu erhalten. Die erste Steuerschaltung 12 ist konfiguriert zum Ausschalten der ersten Schalteinrichtung 110 auf der Basis des ersten Detektionswerts V_R2.
Bei dem Beispiel enthält die DC-Stromversorgung 1 weiterhin eine Ausgangsspannungsmonitorschaltung 120, der konfiguriert ist zum Versorgen der ersten Steuerschaltung 12 mit einem Wert, als dem ersten Detektionswert V_R2, wobei ein Fehlerwert einer Differenz zwischen dem ersten Detektionswert V_R2 und einem Referenzwert entspricht. In diesem Beispiel kann die erste Steuerschaltung 12 konfiguriert sein, bei einem Spitzenstrommodus oder einem Spannungsmodus zu arbeiten. Es ist wünschenswert, dass die Ausgangsspannungsmonitorschaltung 120 den Fotokoppler 13 in dem Fall erhält, dass die Wandlerschaltung 11 der DC-Stromversorgung 1 den Transformator 111 enthält.
Bei einem Beispiel des Spitzenstrommodus, wie in 1 und 2A gezeigt, enthält die DC-Stromversorgung 1 weiterhin einen ersten Stromsensor R3, der konfiguriert ist zum Detektieren eines durch die erste Schalteinrichtung 110 fließenden elektrischen Stroms, um einen Stromdetektionswert V_R3 zu erhalten. Eine erste Steuerschaltung 12 enthält einen Oszillator 121, einen Vergleicher 122, eine Hauptsteuerschaltung (MCC – Main Control Circuit) 123 und dergleichen. Der Oszillator 121 ist konfiguriert zum Generieren eines Oszillationssignals. Der Vergleicher 122 ist konfiguriert zum Vergleichen des Stromdetektionswerts V_R3 mit einem Zielwert (einer Zielspannung), der erhalten wird durch Vornehmen einer Steigungskorrektur (Rampenkorrektur) an dem ersten Detektionswert V_R2 (dem Fehlerwert). Die Hauptsteuerschaltung 123 enthält zum Beispiel eine oder mehrere Logikschaltungen und ist konfiguriert zum Einschalten der ersten Schalteinrichtung 110 gemäß dem Oszillationssignal von dem Oszillator 121 und dann Ausschalten der ersten Schalteinrichtung 110, wenn der Vergleicher 122 detektiert, dass der Stromdetektionswert V_R3 den Zielwert erreicht.
Bei einem Beispiel des Spannungsmodus, wie in 1 und 2B gezeigt, enthält eine erste Steuerschaltung 12 einen Oszillator 121, eine Hauptsteuerschaltung 123 und dergleichen. Der Oszillator 121 ist konfiguriert zum Generieren eines Oszillationssignals (zum Beispiel eines Dreieckwellensignals). Die Hauptsteuerschaltung 123 ist konfiguriert zum Ein- und Ausschalten der ersten Schalteinrichtung 110 auf der Basis des ersten Detektionswerts V_R2 (zum Beispiel des aus dem ersten Detektionswert V_R2 erhaltenen Fehlerwerts) und des Oszillationssignals. Bei einem Beispielen von 2B enthält die Hauptsteuerschaltung 123 einen Vergleicher 122 und eine NOT-Schaltung (einen Wechselrichter) 124. Der Vergleicher 122 ist konfiguriert zum Empfangen des Fehlerwerts über die NOT-Schaltung 124 und Vergleichen des Fehlerwerts mit dem Oszillationssignal, um die erste Schalteinrichtung 110 auf der Basis der Vergleichsergebnisses ein- und auszuschalten. Insbesondere ist der Vergleicher 122 konfiguriert zum Einschalten der ersten Schalteinrichtung 110 gemäß dem Oszillationssignal und dann Ausschalten der ersten Schalteinrichtung 110, wenn der Fototransistor 131 eingeschaltet wird, wenn nämlich der Fehlerwert größer oder gleich dem oben erwähnten Referenzwert ist. Bei einem weiteren Beispiel kann die DC-Stromversorgung 1 weiterhin ersten Stromsensor R3 (siehe 2A) enthalten, der konfiguriert ist zum Detektieren eines durch die erste Schalteinrichtung 110 fließenden elektrischen Stroms, um einen Stromdetektionswert V_R3 zu erhalten. In diesem Beispiel ist die Hauptsteuerschaltung 123 konfiguriert zum Einschalten der ersten Schalteinrichtung 110, wenn der Stromdetektionswert V_R3 kleiner oder gleich einem Schwellwert zum Einschalten der ersten Schalteinrichtung 110 ist. Somit ist die erste Steuerschaltung 12 in der Ausführungsform konfiguriert zum Ausschalten der ersten Schalteinrichtung 110 auf der Basis des ersten Detektionswerts V_R2 nach dem Einschalten der ersten Schalteinrichtung 110.
Bei dem Beispiel von 1 ist der Spannungssensor (ein Detektionswiderstand) R2 elektrisch in Reihe mit einem Widerstand (einer Impedanzeinrichtung) R1 geschaltet, und eine Reihenschaltung aus den Widerständen R1 und R2 bildet eine Spannungsteilerschaltung, die elektrisch parallel zu dem ersten Glättungskondensator C1 geschaltet ist. Insbesondere ist ein erstes Ende des Widerstands R1 elektrisch mit dem Kathodenanschluss der Diode D1 verbunden, und ein Verbindungspunkt eines zweiten Endes des Widerstands R1 und eines ersten Endes des Widerstands R2 ist elektrisch mit einem Referenzanschluss 140 des Parallelreglers 14 verbunden. Ein zweites Ende des Widerstands R2 ist geerdet. Andererseits ist ein Detektionswiderstand (der erste Stromsensor) R3 elektrisch zwischen einen zweiten Anschluss (einen Sourceanschluss) der ersten Schalteinrichtung 110 und den negativen Ausgangsanschluss (den niederpotenzialseitigen Ausgangsanschluss) 102 des Gleichrichters 10 geschaltet.
In dem Beispiel von 1 bilden eine Diode D2, ein Kondensator C2, Widerstände R4 und R5, der Parallelregler 14 und der Fotokoppler 13 die Ausgangsspannungsmonitorschaltung 120. Ein Anodenanschluss der Diode D2 ist elektrisch mit dem ersten Ende 111c der Sekundärwicklung 111B verbunden. Ein Kathodenanschluss der Diode D2 ist über den Kondensator C2 elektrisch mit dem zweiten Ende 111d der Sekundärwicklung 111B verbunden. Das zweite Ende 111d ist geerdet. Der Kathodenanschluss der Diode D2 ist auch elektrisch mit einem ersten Ende des Widerstands R4 verbunden. Ein zweites Ende des Widerstands R4 ist elektrisch mit einem ersten Ende des Widerstands R5 verbunden. Ein zweites Ende des Widerstands R5 ist elektrisch mit einem Kathodenanschluss 141 des Parallelreglers 14 verbunden. Ein Anodenanschluss 142 des Parallelreglers 14 ist geerdet. Der Referenzanschluss 140 des Parallelreglers 14 ist elektrisch mit einem Verbindungspunkt der Widerstände R1 und R2 verbunden, die die Spannungsteilerschaltung bilden.
Der Parallelregler 14 besitzt eine Referenzspannung (z. B. 2,5 [V]) entsprechend dem oben erwähnten Referenzwert und ist konfiguriert, als einen Fehlerwert eine Differenz zwischen dem am Referenzanschluss 140 empfangenen ersten Detektionswert V_R2 und dem Referenzwert zu erhalten. Der Fehlerwert wird über den Fotokoppler 13 an die erste Steuerschaltung 12 geliefert. Beispielsweise ist der Parallelregler 14 konfiguriert, einen elektrischen Strom von dem Kathodenanschluss 141 zum Anodenanschluss 142 zu erhöhen, wenn eine Rückkopplungsspannung (der erste Detektionswert) V_R2 über der Referenzspannung liegt, und den elektrischen Strom von dem Kathodenanschluss 141 zum Anodenanschluss 142 zu verringern, wenn die Rückkopplungsspannung V_R2 unter der Referenzspannung liegt. Die Rückkopplungsspannung V_R2 ist eine Spannung, die durch Dividieren einer Ausgangsspannung der Wandlerschaltung 11 (einer Spannung an dem ersten Glättungskondensator C1) durch die Teilerschaltung (R1 und R2) erhalten wird. Die Rückkopplungsspannung V_R2 ist gegeben durch die Gleichung Vdc1 × r2/(r1 + r2), wobei Vdc1 eine Ausgangsspannung der Wandlerschaltung 11 darstellt, wenn die später zu beschreibende Schaltereinrichtung 41 ausgeschaltet ist, r1 einen Widerstandswert des Widerstands R1 darstellt und r2 einen Widerstandswert des Widerstands R2 darstellt.
Der Fotokoppler 13 ist aus einer Fotodiode 130 und einem Fototransistor 131 gebildet. Ein Anodenanschluss der Fotodiode 130 ist elektrisch mit einem Verbindungspunkt der Widerstände R4 und R5 verbunden, und ein Kathodenanschluss der Fotodiode 130 ist elektrisch mit dem Kathodenanschluss 141 des Parallelreglers 14 in einem Zustand verbunden, in dem die Fotodiode 130 elektrisch parallel zum Widerstand R5 geschaltet ist. Ein Kollektoranschluss des Fototransistors 131 ist elektrisch mit einem Messanschluss 12A der ersten Steuerschaltung 12 verbunden. Ein Emitteranschluss des Fototransistors 131 ist elektrisch mit dem negativen Ausgangsanschluss 102 des Gleichrichters 10 verbunden.
Wenn die Rückkopplungsspannung V_R2 über der Referenzspannung liegt, nimmt eine Kollektor-Emitter-Spannung des Fototransistors 131 ab, weil ein durch den Parallelregler 14 fließender elektrischer Strom zunimmt und eine Lichtmenge der Fotodiode 130 zunimmt. Wenn andererseits die Rückkopplungsspannung V_R2 unter der Referenzspannung liegt, steigt eine Kollektor-Emitter-Spannung des Fototransistors 131, weil der durch den Parallelregler 14 fließende elektrisch Strom abnimmt und die Lichtmenge der Fotodiode 130 abnimmt.
Die erste Steuerschaltung 12 ist konfiguriert zum Detektieren eines durch die erste Schalteinrichtung 110 fließenden elektrischen Stroms (eines Erregungsstroms) aus einer Spannung V_R3 an dem Detektionswiderstand R3. Wie in einem Beispiel von 2A gezeigt, ist der Vergleicher 122 der ersten Steuerschaltung 12 konfiguriert zum Vergleichen der Zielspannung, die aus einer an dem (ersten) Messanschluss 12A empfangenen Spannung (einer Kollektor-Emitter-Spannung des Fototransistors 131) und einer an einem (zweiten) Messanschluss 12B empfangenen Spannung V_R3 am Detektionswiderstand R3 erhalten wird. Die DC-Stromversorgung 1 enthält eine nicht gezeigte Steuerstromversorgungsschaltung, die konfiguriert ist zum Erzeugen einer Arbeitsleistung der ersten Steuerschaltung 12. Bevorzugt ist die Steuerstromversorgungsschaltung konfiguriert zum Erzeugen einer Steuerstromversorgungsspannung (zum Beispiel 3,3 bis 5 [V]) aus der von dem Gleichrichter 10 erhaltenen pulsierenden Spannung. Die erste Steuerschaltung 12 kann beispielsweise aus einer kommerziell erhältlichen integrierten Schaltung zum Steuern des Sperrwandlers gebildet werden.
Ein Grundbetrieb der DC-Stromversorgung 1 in dem Fall, dass sich die Schaltereinrichtung 41 in einem AUS-Zustand befindet, wird nun kurz erläutert.
Die erste Steuerschaltung 12 schaltet die erste Schalteinrichtung 110 ein durch Versorgen des Steueranschlusses der ersten Schalteinrichtung 110 mit einem Ansteuersignal (einem EIN-Steuersignal), das ein Signal mit H-Pegel ist, und einem Signal zum Einschalten der ersten Schalteinrichtung 110 an einer ansteigenden Flanke eines rechteckigen Impulssignal mit einer konstanten Frequenz (Periode) von dem Oszillator 121. Wenn die erste Schalteinrichtung 110 eingeschaltet wird, fließt ein elektrischer Strom (ein Erregungsstrom) durch die Primärwicklung 111A des Transformators 111 und in der Primärwicklung 111A wird eine elektromotorische Kraft mit einem hohen Potenzial am ersten Ende 111a generiert. Andererseits wird eine elektromotorische Kraft mit hohem Potenzial am zweiten Ende 111d in der Sekundärwicklung 111B des Transformators 111 induziert. Die in der Sekundärwicklung 111E induzierte elektromotorische Kraft kann jedoch keinen elektrischen Strom durch die Sekundärwicklung 111B ziehen, weil die Diode D1 in Sperrrichtung vorgespannt ist. Deshalb wird elektrische Energie durch den während einer EIN-Periode der ersten Schalteinrichtung 110 fließenden Erregungsstrom als magnetische Energie im Transformator 111 gespeichert. Während der EIN-Periode der ersten Schalteinrichtung 110 ist die Diode D2 ebenfalls in Sperrrichtung vorgespannt, und dementsprechend wird eine Ladung des geladenen Kondensators C2 über die Widerstände R4 und R5 in den Parallelregler 14 entladen.
Wenn eine Spannung V_R3 an dem Detektionswiderstand R3 gleich der aus einer Eingangsspannung zu dem Messanschluss 12A (der Kollektor-Emitter-Spannung des Fototransistors 131) erhaltenen Zielspannung ist, schaltet die erste Steuerschaltung 12 die erste Schalteinrichtung 110 ein durch Versorgen des Steueranschlusses der ersten Schalteinrichtung 110 mit einem Ansteuersignal (einem AUS-Steuersignal) zum Ausschalten der ersten Schalteinrichtung 110. Wenn die erste Schalteinrichtung 110 ausgeschaltet wird, wird eine elektromotorische Kraft mit hohem Potenzial am ersten Ende 111c in der Sekundärwicklung 111B des Transformators 111 generiert, wodurch die Diode D1 vorgespannt wird, zu leiten. Infolgedessen wird die im Transformator 111 gespeicherte magnetische Energie über die Diode D1 als elektrische Energie in den ersten Glättungskondensator C1 entladen und mit dem ersten Glättungskondensator C1 geglättet, wodurch sich eine DC-Spannung (eine Ausgangsspannung Vdc1) am ersten Glättungskondensator C1 entwickelt. Die DC-Spannung wird an den Schaltregler 2 angelegt. Zu diesem Zeitpunkt wird auch die Diode D2 vorgespannt, zu leiten, wodurch der Kondensator C2 geladen wird.
Die erste Steuerschaltung 12 schaltet dann die erste Schalteinrichtung 110 wieder ein durch Versorgen des Steueranschlusses der ersten Schalteinrichtung 110 mit dem EIN-Steuersignal bei einer ansteigenden Flanke des rechteckigen Impulssignals vom Oszillator 121. Somit schaltet die erste Steuerschaltung 12 die erste Schalteinrichtung 110 bei jeder ansteigenden Flanke des Signals vom Oszillator 121 (jeder Oszillationsperiode) ein und schaltet die erste Schalteinrichtung 110 auf der Basis der Detektionswerte durch die Widerstände R2 und R3 aus, so dass die Ausgangsspannung Vdc1 mit einem Nennwert übereinstimmt (zum Beispiel einer Nennspannung von 100 [V]), wodurch EIN-Perioden der ersten Schalteinrichtung 110 (Impulsbreiten des Ansteuersignals) verstellt werden. Das heißt, die DC-Stromversorgung 1 ist so konfiguriert, dass die erste Steuerschaltung 12 eine PWM-Steuerung (Impulsbreitenmodulationssteuerung) der ersten Schalteinrichtung 110 durchführt. Die DC-Stromversorgung 1 kann dementsprechend eine Eingangsspannung Vs von einer AC-Stromversorgung 8 (z. B. einer AC-Spannung in einem effektiven Spannungsbereich zwischen 100 [V] und 240 [V]) entsprechend in eine gewünschte Ausgangsspannung (z. B. 100 [V]) umwandeln (hochsetzen oder tiefsetzen).
Bei einem Beispiel ist in dem Fall, dass die Schaltereinrichtung 41 sich in einem AUS-Zustand befindet, ein Zielwert der Ausgangsspannung der Wandlerschaltung 11 auf 100 [V] eingestellt, die Referenzspannung des Parallelreglers 14 ist auf 2,5 [V] eingestellt, der Widerstandswert r1 des Widerstands R1 ist auf 390 [kΩ] eingestellt, und der Widerstandswert r2 des Widerstands R2 ist auf 10 [kΩ] eingestellt. In diesem Beispiel führt die erste Steuerschaltung 12 die PWM-Steuerung der ersten Schalteinrichtung 110 so durch, dass die Rückkopplungsspannung V_R2 mit der Referenzspannung des Parallelreglers 14 übereinstimmt, wodurch die Ausgangsspannung der DC-Stromversorgung 1 auf 100 [V] stabilisiert ist.
Bei der Ausführungsform ist der Schaltregler 2 konfiguriert, die erste DC-Spannung Vdc1 zu reduzieren, um die LED-Lichtquelle 5 mit einer ersten Ausgangsspannung V1 zu versorgen, die größer oder gleich einer Schwellwertspannung Vth ist. Bevorzugt enthält der Schaltregler 2 eine Reihenschaltung, die elektrisch parallel zu dem ersten Glättungskondensator C1 geschaltet ist, aus einem zweiten Glättungskondensator C3, einem zweiten Induktor L1 und einer zweiten Schalteinrichtung 20.
Der Abwärtsregler 3 ist konfiguriert, die zweite DC-Spannung Vdc2 zu reduzieren, um die LED-Lichtquelle 5 mit einer zweiten Ausgangsspannung V2 zu versorgen, die unter der Schwellwertspannung Vth liegt. Bevorzugt enthält der Abwärtsregler 3 eine aktive Einrichtung 30, die einen variablen Einschaltwiderstand besitzt und elektrisch parallel zu mindestens der zweiten Schalteinrichtung 20 der Reihenschaltung (C3, L1 und 20) des Schaltreglers 2 geschaltet ist.
Der LED-Treiber 200 enthält weiterhin eine Sensorschaltung 23. Die Sensorschaltung 23 ist konfiguriert zum Detektieren eines durch die zweite Schaltungseinrichtung 20 fließenden elektrischen Stroms, um einen zweiten Detektionswert V_R6 zu erhalten, und auch zum Detektieren eines durch die aktive Einrichtung 30 fließenden elektrischen Stroms, um einen dritten Detektionswert V_R8 zu erhalten. In einem Beispiel enthält die Sensorschaltung 23 einen zweiten Stromsensor R6 und einen dritten Stromsensor R8. Der zweite Stromsensor R6 ist elektrisch zwischen die zweite Schalteinrichtung 20 und den negativen Anschluss des ersten Glättungskondensators C1 geschaltet und konfiguriert zum Detektieren eines durch die zweite Schalteinrichtung 20 fließenden elektrischen Stroms, um einen zweiten Detektionswert V_R6 zu erhalten. Der dritte Stromsensor R8 ist elektrisch zwischen die aktive Einrichtung 30 und den negativen Anschluss des ersten Glättungskondensators C1 geschaltet und konfiguriert zum Detektieren eines durch die aktive Einrichtung 30 fließenden elektrischen Stroms, um einen dritten Detektionswert R8 zu erhalten. Bei einem weiteren Beispiel enthält die Sensorschaltung 23 einen einzelnen Stromsensor, der elektrisch zwischen den negativen Anschluss des ersten Glättungskondensators C1 und sowohl die zweite Schalteinrichtung 20 als auch die aktive Einrichtung 30 geschaltet und konfiguriert ist, einen durch die zweite Schalteinrichtung 20 oder die aktive Einrichtung 30 fließenden elektrischen Strom zu detektieren, um einen zweiten bzw. dritten Detektionswert zu [erhalten].
Bei dem Beispiel von 1 enthält die Sensorschaltung 23 einen Widerstand (den zweiten Stromsensor) R6 und einen Widerstand (den dritten Stromsensor) R8. Der Schaltregler 2 enthält die zweite Schalteinrichtung 20, eine Diode D3, den zweiten Glättungskondensator C3 und den zweiten Induktor L1. Ein Kathodenanschluss der Diode D3 ist elektrisch mit dem positiven Anschluss des ersten Glättungskondensators C1 verbunden. Die zweite Schalteinrichtung 20 ist aus einem N-Kanal-Anreicherungs-MOSFET gebildet. Ein erster Anschluss (ein Drainanschluss) der zweiten Schalteinrichtung 20 ist elektrisch mit einem Anodenanschluss der Diode D3 und einem ersten Ende des zweiten Induktors L1 verbunden, und ein zweiter Anschluss (ein Sourceanschluss) der zweiten Schalteinrichtung 20 ist über den Widerstand R6 mit der Masse (dem negativen Anschluss des ersten Glättungskondensators C1) verbunden. Ein zweites Ende des zweiten Induktors L1 ist elektrisch mit dem negativen Anschluss des zweiten Glättungskondensators C3 verbunden. Die LED-Lichtquelle 5 ist elektrisch parallel zum zweiten Glättungskondensator C3 geschaltet. Der Schaltregler 2 ist eine bekannte herkömmliche Tiefsetzstellerschaltung und so konfiguriert, dass die zweite Schalteinrichtung 20 die Ausgangsspannung Vdc1 der DC-Stromversorgung 1 gemäß einem PWM-Steuersignal von einem Controller 4 reduziert, um die LED-Lichtquelle 5 mit einer dem PWM-Steuersignal entsprechenden DC-Spannung V1 zu versorgen.
Der Abwärtsregler 3 enthält einen Transistor (die aktive Einrichtung) 30 und einen Widerstand R7. Der Transistor 30 ist aus einem N-Kanal-Anreicherungs-MOSFET ausgebildet. Ein erster Anschluss (ein Drainanschluss) des Transistors 30 ist über den Widerstand R7 elektrisch mit dem ersten Ende des zweiten Induktors L1 (dem Drainanschluss der zweiten Schalteinrichtung 20) verbunden. Ein zweiter Anschluss (ein Sourceanschluss) des Transistors 30 ist über den Widerstand R8 mit der Masse verbunden. Eine Ausgangsspannung Vdc2 der DC-Stromversorgung 1 ist an eine Reihenschaltung aus dem zweiten Glättungskondensator C3, dem zweiten Induktor L1, den zwei Widerständen R7 und R8 und dem Einschaltwiderstand des Transistors 30 angelegt. Das heißt, der Abwärtsregler 3 ist konfiguriert, eine Spannung an dem zweiten Glättungskondensator C3 (eine Ausgangsspannung V2 des LED-Treibers 200) durch Variieren des Einschaltwiderstands des Transistors 30 zu verstellen. Der Einschaltwiderstand des Transistors 30 variiert gemäß einer von einer zweiten Steuerschaltung 40 des Controllers 4 an den Gateanschluss des Transistors 30 angelegten Gatespannung, wie unten beschrieben.
Bei der Ausführungsform ist der Controller 4 konfiguriert, wenn die LED-Lichtquelle 5 mit der ersten Ausgangsspannung V1 versorgt wird, zu bewirken, dass die DC-Stromversorgung 1 die erste DC-Spannung Vdc1 ausgibt, und zu bewirken, dass der Schaltregler 2 die LED-Lichtquelle 5 mit der ersten Ausgangsspannung V1 versorgt. Der Controller 4 ist auch konfiguriert, wenn die LED-Lichtquelle 5 mit der zweiten Ausgangsspannung V2 versorgt wird, zu bewirken, dass die DC-Stromversorgung 1 die zweite DC-Spannung Vdc2 ausgibt, und zu bewirken, dass der Abwärtsregler 3 die LED-Lichtquelle 5 mit der zweiten Ausgangspannung V2 versorgt. Bevorzugt ist der Controller 4 konfiguriert, die Wandlerschaltung 11 so zu steuern, dass eine von der Wandlerschaltung 11 auszugebende Spannung (entweder) zur ersten DC-Spannung Vdc1 oder zur zweiten DC-Spannung Vdc2 umgeschaltet wird.
Besonders bevorzugt enthält der Controller 4 eine Reihenschaltung aus einer Impedanzeinrichtung R9 und einer Schalteinrichtung 41, und die Reihenschaltung (R9 und 41) ist elektrisch parallel zu einer Impedanzeinrichtung R1 geschaltet. Die Impedanzeinrichtung R1 ist elektrisch in Reihe mit dem Spannungssensor R2 geschaltet, während eine Reihenschaltung aus der Impedanzeinrichtung R1 und dem Spannungssensor R2 elektrisch parallel zum ersten Glättungskondensator C1 geschaltet ist. Der Controller 4 ist konfiguriert, die Schaltereinrichtung 41 auszuschalten, wenn die LED-Lichtquelle 5 mit der ersten Ausgangsspannung V1 versorgt wird, und die Schaltereinrichtung 41 einzuschalten, wenn die LED-Lichtquelle 5 mit der zweiten Ausgangsspannung V2 versorgt wird.
Bei der Ausführungsform ist der Controller 4 konfiguriert, wenn die Schaltereinrichtung 41 ausgeschaltet ist, eine EIN-AUS-Schaltoperation der zweiten Schalteinrichtung 20 so zu steuern, dass der zweite Detektionswert V_R6 einem elektrischen Stromwert einer Lichtabgabe entspricht, die durch ein Dimmsignal dargestellt wird, um die Lichtabgabe der LED-Lichtquelle 5 einzustellen. Der Controller 4 ist auch konfiguriert, wenn die Schaltereinrichtung 41 eingeschaltet ist, den Einschaltwiderstand der aktiven Einrichtung 30 so zu verstellen, dass der dritte Detektionswert V_R8 einem elektrischen Stromwert einer durch das Dimmsignal dargestellten Lichtabgabe entspricht.
Bei einem Beispiel, wie in 3 gezeigt, enthält der Controller 4 die zweite Steuerschaltung 40, die einen Oszillator 401, eine Fehlerverstärker 402, einen Widerstand 403 und eine Hauptsteuerschaltung 400 enthält. Der Oszillator 401 ist konfiguriert, ein Oszillationssignal zu generieren. Ein nichtinvertierender Eingangsanschluss des Fehlerverstärkers 402 ist elektrisch mit einem Verbindungspunkt der aktiven Einrichtung 30 und der Sensorschaltung 23 (des dritten Stromsensors R8) verbunden. Ein invertierender Eingangsanschluss des Fehlerverstärkers 402 ist elektrisch mit der Hauptsteuerschaltung 400 verbunden. Ein Ausgangsanschluss des Fehlerverstärkers 402 ist über den Widerstand 403 elektrisch mit dem Steueranschluss der aktiven Einrichtung 30 verbunden. Die Hauptsteuerschaltung 400 ist auch elektrisch mit einem Ausgangsanschluss des Oszillators 401, dem Steueranschluss der zweiten Schalteinrichtung 20, dem Steueranschluss der aktiven Einrichtung 30, einem Verbindungspunkt der zweiten Schalteinrichtung 20 und der Sensorschaltung 23 (dem zweiten Stromsensor R6) und einem Steueranschluss der Schaltereinrichtung 41 verbunden. Die Hauptsteuerschaltung 400 ist konfiguriert, wenn die Schaltereinrichtung 41 ausgeschaltet wird, zum Einschalten der zweiten Schalteinrichtung 20 gemäß einem Oszillationssignal von dem Oszillator 401 und dann Ausschalten der zweiten Schalteinrichtung 20, wenn der zweite Detektionswert V_R6 einen Schwellwert (einen elektrischen Stromwert) erreicht, der einer aus einem Dimmsignal erhaltenen Lichtabgabe entspricht zum Verstellen einer Lichtabgabe der LED-Lichtquelle 5 von einer externen Einrichtung (z. B. einem Dimmer), während die aktive Einrichtung 30 ausgeschaltet ist. Die Hauptsteuerschaltung 400 ist auch konfiguriert, wenn die Schaltereinrichtung 41 eingeschaltet wird, zum Versorgen des invertierenden Eingangsanschlusses des Fehlerverstärkers 402 mit einer einem von dem Dimmsignal erhaltenen Schwellwert (einem elektrischen Stromwert) entsprechenden Spannung, während die zweite Schalteinrichtung 20 ausgeschaltet ist. Der Fehlerverstärker 402 ist konfiguriert zum Versorgen des Steueranschlusses der aktiven Einrichtung 30 mit einem Steuersignal, das aus einer Differenz zwischen dem von dem Dimmsignal erhaltenen elektrischen Stromwert und dem dritten Detektionswert V_R8 erhalten wird.
Bei dem Beispiel von 1 enthält der Controller 4 die zweite Steuerschaltung 40, die Schaltereinrichtung 41 und einen Widerstand R9. Die Schaltereinrichtung 41 wird aus einem PNP-Bipolartransistor gebildet. Ein erster Anschluss (ein Kollektoranschluss) der Schaltereinrichtung 41 ist elektrisch mit dem Kathodenanschluss der Diode D1 und dem ersten Ende des Widerstands R1 über den Widerstand R9 verbunden, und ein zweiter Anschluss (ein Emitteranschluss) der Schaltereinrichtung 41 ist elektrisch mit dem Referenzanschluss 140 des Parallelreglers 14 und dem Verbindungspunkt der Spannungsteilerschaltung (R1 und R2) verbunden. Das heißt, der Controller 4 ist konfiguriert zum Ändern eines Teilungsverhältnisses der Spannungsteilerschaltung durch Schalten des Widerstands R9 parallel zum Widerstand R1, während sich die Schaltereinrichtung 41 in einem EIN-Zustand befindet.
Die zweite Steuerschaltung 40 ist konfiguriert zum Steuern eines Ausgangspegels des Schaltreglers 40, eines Ausgangspegels des Abwärtsreglers 3 und einer Änderung des Teilungsverhältnisses der Spannungsteilerschaltung (R1 und R2). Bei der zweiten Steuerschaltung 40 kann es sich um einen Prozessor (einen Microcontroller) oder eine oder mehrere integrierte Schaltungen handeln, die konfiguriert sind, jeweilige Steuerungen, wie hierin beschrieben, durchzuführen.
Die Steuerung des Ausgangspegels durch die zweite Steuerschaltung 40 bezüglich des Schaltreglers 2 wird erläutert.
Die zweite Steuerschaltung 40 schaltet die Schalteinrichtung 41 aus und schaltet auch die aktive Einrichtung 30 aus, so dass im Wesentlichen kein elektrischer Strom von dem ersten Anschluss zu dem zweiten Anschluss der aktiven Einrichtung 30 fließt. In diesem Zustand schaltet die zweite Steuerschaltung 40 die zweite Schalteinrichtung 20 gemäß dem Oszillationssignal von dem Oszillator 401 ein. Während die zweite Schalteinrichtung 20 eingeschaltet ist, wird eine Ausgangsspannung Vdc1 der DC-Stromversorgung 1 an eine Reihenschaltung aus dem zweiten Glättungskondensator C3, dem zweiten Induktor L1, der zweiten Schalteinrichtung 20 und dem Widerstand R6 angelegt und ein elektrischer Strom fließt durch die Reihenschaltung. Das heißt, der elektrische Strom fließt von dem positiven Anschluss über die Reihenschaltung zum negativen Anschluss des ersten Glättungskondensators C1. Nach dem Einschalten der zweiten Schalteinrichtung 20 schaltet die zweite Steuerschaltung 40 die zweite Schalteinrichtung 20 aus, wenn eine Spannung V_R6 am Widerstand R6 einen Schwellwert erreicht, der der von dem Dimmsignal erhaltenen Lichtabgabe entspricht. Wenn die zweite Schalteinrichtung 20 ausgeschaltet ist, wird in dem zweiten Induktor L1 gespeicherte Energie (magnetische Energie) entladen, wodurch ein elektrischer Strom durch den geschlossenen Kreis aus dem zweiten Induktor L1, der Diode D3, dem zweiten Glättungskondensator C3 und dem zweiten Induktor L1 fließt. Somit wird eine unter der Ausgangsspannung Vdc1 der DC-Stromversorgung 1 liegende DC-Spannung (eine reduzierte DC-Spannung) an dem zweiten Glättungskondensator C3 generiert, und die DC-Spannung (eine Ausgangsspannung V1 des Schaltreglers 2) wird an die LED-Lichtquelle 5 angelegt. Das heißt, gemäß dem Dimmsignal variiert die zweite Steuerschaltung 40 den Schwellwert, der mit der Spannung V_R6 am Widerstand R6 verglichen ist, wodurch eine PWM-Steuerung der zweiten Schalteinrichtung 20 durchgeführt wird, um die Ausgangsspannung zu erhöhen und zu verringern. Es ist wünschenswert, wenn das Dimmsignal ein Signal zum Anweisen eines Dimmpegels durch eine Größe einer DC-Spannung ist. Der der Lichtabgabe entsprechende Dimmpegel (eine dimmende Lichtabgabe), die aus dem Dimmsignal erhalten wird, wird durch ein Verhältnis der aus dem Dimmsignal erhaltenen DC-Spannung zu einer Nennspannung der LED-Lichtquelle 5 (Durchlassspannung von LED 50 × Anzahl von LED 50) entsprechend der Lichtmenge von 100% als ein Verhältnis der dimmenden Lichtabgabe zur Lichtmenge von 100% dargestellt.
Die Steuerung des Ausgangspegels durch die zweite Steuerschaltung 40 bezüglich des Abwärtsreglers 3 wird erläutert.
Die zweite Steuerschaltung 40 schaltet die Schaltereinrichtung 41 ein und schaltet auch die zweite Schalteinrichtung 20 aus. In diesem Zustand steuert die zweite Steuerschaltung 40 eine Gatespannung des Transistors 30 gemäß einem Dimmsignal, wodurch der Einschaltwiderstand des Transistors 30 gesteuert (verstellt) wird, um eine Spannung am zweiten Glättungskondensator C3 auf eine Spannung zu verstellen, die einer von dem Dimmsignal erhaltenen Lichtabgabe entspricht. Wenn die zweite Steuerschaltung 40 die Gatespannung des Transistors 30 erhöht, nimmt der Einschaltwiderstand des Transistors 30 ab und deshalb nimmt ein durch den Transistor 30 und den Widerstand R7 (auch R8) fließender elektrischer Strom zu und eine Spannung an einer Reihenschaltung aus dem Transistor 30 und den Widerständen R7 und R8 nimmt zu. Da eine konstante Spannung Vdc2 der Stromversorgung 1 an eine Reihenschaltung aus dem zweiten Glättungskondensator C3, dem zweiten Induktor L1, dem Widerstand R7, dem Transistor 30 und dem Widerstand R8 angelegt wird, nimmt eine Spannung an dem zweiten Glättungskondensator C3 ab. Analog nimmt die Spannung an dem zweiten Glättungskondensator C3 zu, wenn die zweite Steuerschaltung 40 die Gatespannung des Transistors 30 verringert.
Die Steuerung der Änderung des Teilungsverhältnisses durch die zweite Steuerschaltung 40 wird erläutert.
Die zweite Steuerschaltung 40 ist konfiguriert zum Anlegen einer EIN-Spannung an den Basisanschluss der Schalteinrichtung 41, wenn eine Gatespannung an dem Gateanschluss des Transistors 30 angelegt wird. Das heißt, wenn der Abwärtsregler 3 aktiviert wird, deaktiviert die zweite Steuerschaltung 40 den Schaltregler 2 und schaltet die Schaltereinrichtung 41 ein. Beim Aktivieren des Schaltreglers 2 deaktiviert die zweite Steuerschaltung 40 den Abwärtsregler 3 und schaltet die Schaltereinrichtung 41 aus.
Wenn die Schaltereinrichtung 41 eingeschaltet wird, wird der Widerstand R9 elektrisch parallel zum Widerstand R1 geschaltet. Zu diesem Zeitpunkt kann die Rückkopplungsspannung V_R2 durch Gleichung Vdc2 × r2/(rx + r2) erhalten werden, wobei Vdc2 eine Ausgabe der DC-Stromversorgung 1 darstellt, wenn die Schaltereinrichtung 41 eingeschaltet ist, und rx einen Widerstandswert einer Parallelschaltung aus den Widerständen R1 und R9 darstellt. Der Widerstandswert rx kann durch 1/rx = (1/r1) + (1/r9) erhalten werden, wobei r9 einen Widerstandswert des Widerstands R9 darstellt. In dem Fall, dass der Widerstandswert r1 des Widerstands R1 auf 390 [kΩ] eingestellt ist, der Widerstandswert r2 des Widerstands R2 auf 10 [kΩ] eingestellt ist und der Widerstandswert r9 des Widerstands R9 auf 560 [kΩ] eingestellt ist, führt die erste Steuerschaltung 12 eine PWM-Steuerung der ersten Schalteinrichtung 110 durch, wodurch die Ausgangsspannung Vdc2 der DC-Stromversorgung 1 bei 60 [V] stabilisiert wird.
Ein Betrieb der Beleuchtungsanlage 100 als ein repräsentatives Beispiel eines Betriebs des LED-Treibers 200 in der Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 1 und 4 ausführlich erläutert. In dem folgenden Beispiel beträgt eine Nennspannung der LED-Lichtquelle 70 [V], und eine Mindestspannung davon beträgt 50 [V].
Wenn ein durch das Dimmsignal angewiesener Dimmpegel in einem Bereich liegt, der α% (z. B. α = 20) oder mehr und 100% oder weniger beträgt, aktiviert die zweite Steuerschaltung 40 den Schaltregler 2 bei ausgeschalteter Schaltereinrichtung 41 und bei deaktiviertem Abwärtsregler 3. Beispielsweise verkürzt die zweite Steuerschaltung 40 eine EIN-Periode der zweiten Schalteinrichtung 20, wenn der Dimmpegel abnimmt, wodurch eine Ausgangsspannung V1 des LED-Treibers 200 abnimmt (eine Spannung an dem zweiten Glättungskondensator C3). Infolgedessen wird eine Lichtmenge der LED-Lichtquelle 5 (ein Ansteuerstrom von LEDs 50) verringert. Da die Schaltereinrichtung 41 ausgeschaltet ist, wird die Ausgangsspannung der DC-Stromversorgung 1 auf 100 [V] gehalten (siehe 4).
Wenn ein durch das Dimmsignal angewiesener Dimmpegel unter α% liegt, aktiviert die zweite Steuerschaltung 40 den Abwärtsregler 3 bei eingeschalteter Schaltereinrichtung 41 und bei deaktiviertem Schaltregler 2. Beispielsweise erhöht die zweite Steuerschaltung 40 den Einschaltwiderstand des Transistors 30, da der Dimmpegel unter α% liegt, wodurch eine Ausgangsspannung V2 des LED-Treibers 200 verringert wird (eine Spannung an dem zweiten Glättungskondensator C3). Infolgedessen wird die Lichtmenge der LED-Lichtquelle (ein Ansteuerstrom der LEDs 50) weiter verringert. Da die Schaltereinrichtung 41 eingeschaltet ist, wird die Ausgangsspannung der DC-Stromversorgung 1 auf 60 [V] geändert (siehe 4).
Falls die Ausgangsspannung der DC-Stromversorgung 1 auf 100 [V] gehalten wird, wenn die zweite Steuerschaltung 40 den Abwärtsregler 3 aktiviert, nimmt der Schaltungsverlust zu (die Effizienz nimmt ab), weil eine Höchstspannung von 50 [V] (= 100 – 50) an den Widerstand R7 angelegt werden kann.
Bei dem LED-Treiber 200 und der Beleuchtungsanlage 100 in der Ausführungsform ändert die zweite Steuerschaltung 40 beim Aktivieren des Abwärtsreglers 3 die Ausgangsspannung der DC-Stromversorgung 1 auf 60 [V]. Deshalb beträgt die an den Widerstand R7 angelegte Spannung höchstens 10 [V] (= 60 – 50) und der Verlust kann reduziert werden (die Effizienz kann verbessert werden). Somit können der LED-Treiber 200 und die Beleuchtungsanlage 100 in der Ausführungsform einen Verstellbereich (einen Dimmbereich) eines Ansteuerstroms zum Ansteuern der LED-Lichtquelle 5 (LEDs 50) vergrößern bei gleichzeitigem Reduzieren des Verlusts. Ausgangspannungswerte der DC-Stromversorgung 1 (100 [V] und 60 [V]), der Widerstandswert r1 und dergleichen sind ein Beispiel, und die Ausführungsform ist nicht auf die exemplifizierten Werte beschränkt.
Wie oben festgestellt ist der LED-Treiber 200 gemäß der Ausführungsform konfiguriert, die LED-Lichtquelle 5 (LEDs 50) zu bestromen. Der LED-Treiber 200 enthält die DC-Stromversorgung 1, den Schaltregler 2, den Abwärtsregler 3 und den Controller 4. Die DC-Stromversorgung 1 ist konfiguriert zum selektiven Ausgeben (entweder) einer ersten DC-Spannung Vdc1 (z. B. der Ausgangsspannung Vdc1 = 100 [V]) oder einer unter der ersten DC-Spannung Vdc1 liegenden zweiten DC-Spannung Vdc2 (z. B. der Ausgangsspannung Vdc2 = 60 [V]). Der Schaltregler 2 ist konfiguriert zum Reduzieren der ersten DC-Spannung Vdc1, um die LED-Lichtquelle 5 mit einer ersten Ausgangsspannung V1 zu versorgen, die größer oder gleich einer dem Dimmpegel von α% entsprechenden Schwellwertspannung Vth liegt, als Beispiel. Der Abwärtsregler 3 ist konfiguriert zum Reduzieren der zweiten DC-Spannung Vdc2, um die LED-Lichtquelle 5 mit einer zweiten Ausgangsspannung V2 zu versorgen, die unter der Schwellwertspannung Vth liegt. Der Controller 4 ist konfiguriert, wenn die LED-Lichtquelle 5 mit der ersten Ausgangsspannung V1 versorgt wird, zu bewirken, dass die DC-Stromversorgung 1 die erste DC-Spannung Vdc1 ausgibt, und zu bewirken, dass der Schaltregler 2 die LED-Lichtquelle 5 mit der ersten Ausgangsspannung V1 versorgt. Der Controller 4 ist auch konfiguriert, wenn die LED-Lichtquelle 5 mit der zweiten Ausgangsspannung V2 versorgt wird, zu bewirken, dass die DC-Stromversorgung 1 die zweite DC-Spannung Vdc2 ausgibt, und zu bewirken, dass der Abwärtsregler 3 die LED-Lichtquelle 5 mit der zweiten Ausgangsspannung V2 versorgt.
Die Beleuchtungsanlage 100 gemäß der Ausführungsform enthält den LED-Treiber 200 und die LED-Lichtquelle 5 als eine Beleuchtungslichtquelle. Die LED-Lichtquelle 5 enthält mehrere LEDs 50, die durch den LED-Treiber 200 angesteuert werden.
Da der LED-Treiber 200 und die Beleuchtungsanlage 100 gemäß der Ausführungsform wie oben festgestellt konfiguriert sind, ist es möglich, einen Verstellbereich (einen Dimmbereich) eines Ansteuerstroms zum Ansteuern der LED-Lichtquelle 5 zu vergrößern, während gleichzeitig der Verlust reduziert wird.
In dem LED-Treiber 200 und der Beleuchtungsanlage 100 gemäß der Ausführungsform enthält bevorzugt die DC-Stromversorgung 1 den Gleichrichter 10, der konfiguriert ist zum Gleichrichten einer AC-Spannung Vs, um eine pulsierende Spannung zu erzeugen, und die Wandlerschaltung 11, die konfiguriert ist zum Umwandeln der pulsierenden Spannung in (entweder) die erste DC-Spannung Vdc1 oder die zweite DC-Spannung Vdc2. Bevorzugt ist der Controller 4 konfiguriert, die Wandlerschaltung 11 so zu steuern, dass eine von der Wandlerschaltung 11 auszugebende Spannung (entweder) auf die erste DC-Spannung Vdc1 oder die zweite DC-Spannung Vdc2 umgeschaltet wird.
Der LED-Treiber 200 und die Beleuchtungsanlage 100 gemäß der Ausführungsform sind wie oben festgestellt konfiguriert, wodurch es möglich ist, eine einfache Schaltung bereitzustellen, die einen Verstellbereich (einen Dimmbereich) eines Ansteuerstroms zum Ansteuern der LED-Lichtquelle 5 vergrößern kann, während gleichzeitig der Verlust reduziert wird.
Leuchten gemäß einer Ausführungsform werden unter Bezugnahme auf die 5A und 5B erläutert.
Eine in 5A gezeigte Leuchte 6 ist ein Downlight, das konfiguriert ist, in einem Deckenabschlussglied S aufgenommen zu werden, und ist aus einem Leuchtenkörper 60 gebildet, in den eine LED-Lichtquelle 5 eingebaut ist, und einem LED-Treiber 200, der konfiguriert ist, auf einer Rückseite (einer Oberseite) des Deckenabschlussglieds S installiert zu werden.
Bei einem Beispiel von 5A ist der Leuchtenkörper 60 durch Aluminiumdruckguss oder dergleichen aus einem wie ein Hohlzylinder geformten Metallglied ausgebildet, so dass er eine obere Basis und eine untere Öffnung besitzt. Die LED-Lichtquelle 5 ist an einem inneren Boden des Leuchtenkörpers 60 befestigt. Die untere Öffnung des Leuchtenkörpers 60 ist durch eine wie eine Scheibe geformte Abdeckung 61 verschlossen. Bevorzugt besteht die Abdeckung 61 aus einem optisch transparenten Material wie etwa Glas oder Polycarbonat.
Der LED-Treiber 200 ist in einem Metallgehäuse untergebracht, das wie ein rechteckiges Gehäuse geformt ist. Der LED-Treiber 200 ist auch über Stromkabel 62 und Verbinder 63 elektrisch mit der LED-Lichtquelle 5 in dem Leuchtenkörper 60 verbunden.
Eine in 5B gezeigte Leuchte 7 ist ein Downlight, das konfiguriert ist, in einem Deckenabschlussglied S eingelassen zu werden, und ist aus einer LED-Lichtquelle 5, einem LED-Treiber 200 und einem Leuchtenkörper 70 ausgebildet. Die Lichtquelle 5 und der LED-Treiber 200 sind im Leuchtenkörper 70 untergebracht.
Bei einem Beispiel von 5B ist der Leuchtenkörper 70 durch Aluminiumdruckguss oder dergleichen aus einem wie ein Hohlzylinder geformten Metallglied ausgebildet, so dass er eine obere Basis und eine untere Öffnung besitzt. Ein Innenraum des Leuchtenkörpers 70 ist durch eine wie eine Scheibe geformte Trennplatte 71 in einen oberen und unteren Raum unterteilt. Die untere Öffnung des Leuchtenkörpers 70 ist durch eine scheibenförmige Abdeckung 72 verschlossen, die aus einem optisch transparenten Material wie etwa Glas oder Polycarbonat besteht.
Die LED-Lichtquelle 5 ist im unteren Raum auf einer Unterseite der Trennplatte 71 untergebracht. Der LED-Treiber 200 ist im oberen Raum auf einer Oberseite der Trennplatte 71 untergebracht. Der LED-Treiber 200 ist über ein Stromkabel 73 elektrisch mit der LED-Lichtquelle 5 verbunden.
Wie oben festgestellt enthalten die Leuchten 6 und 7 gemäß der Ausführungsform die jeweilige Beleuchtungsanlage 100 (die LED-Treiber 200 und die LED-Lichtquellen 5) und die jeweiligen Leuchtenkörper 60 und 70, von denen jeder mindestens seine eigene LED-Lichtquelle 5 trägt.
Da die Leuchten 6 und 7 gemäß der Ausführungsform wie oben festgestellt konfiguriert sind, ist es möglich, einen Verstellbereich eines Ansteuerstroms zum Ansteuern jeder der LED-Lichtquellen 5 zu vergrößern, während gleichzeitig der Verlust reduziert wird. Jede der Lichtquellen 6 und 7 in der Ausführungsform ist ein Downlight, kann aber außer einem Downlight eine andere Leuchte sein.
Ein LED-Treiber 200 gemäß einem Aspekt enthält eine DC-Stromversorgung 1, einen Schaltregler 2, einen Abwärtsregler 3 und einen Controller 4. Die DC-Stromversorgung 1 ist konfiguriert zum steuerbaren Bereitstellen einer ersten DC-Spannung Vdc1 oder einer unter der ersten DC-Spannung Vdc1 liegenden zweiten DC-Spannung Vdc2 an einem Ausgang. Der Schaltregler 2 ist operativ an den Ausgang der DC-Stromversorgung 1 gekoppelt und konfiguriert zum steuerbaren Reduzieren der ersten DC-Spannung Vdc1 auf eine einer LED-Lichtquelle 5 zu liefernden ersten Ausgangsspannung V1. Die erste Ausgangsspannung V1 ist größer oder gleich einer Schwellwertspannung Vth. Der Abwärtsregler 3 ist operativ an den Ausgang der DC-Stromversorgung 1 gekoppelt und konfiguriert zum steuerbaren Reduzieren der zweiten DC-Spannung Vdc2 auf eine an die LED-Lichtquelle 5 zu liefernde zweite Ausgangsspannung V2. Die zweite Ausgangsspannung V2 liegt unter der Schwellwertspannung Vth. Der Controller 4 reagiert auf ein Dimmsignal und ist operativ an die DC-Stromversorgung 1 gekoppelt. Der Controller 4 ist konfiguriert, als Reaktion darauf, dass ein Wert des Dimmsignals größer oder gleich einem der Schwellwertspannung Vth entsprechenden Wert ist, zu bewirken, dass die DC-Stromversorgung 1 an dem DC-Stromversorgungsausgang die erste DC-Spannung Vdc1 bereitgestellt wird, und zu bewirken, dass der Schaltregler 2 gemäß dem Wert des Dimmsignals die erste DC-Spannung Vdc1 steuerbar auf die erste Ausgangsspannung V1 reduziert. Der Controller 4 ist weiterhin konfiguriert, als Reaktion darauf, dass der Wert des Dimmsignals unter dem der Schwellwertspannung Vth entsprechenden Wert liegt, zu bewirken, dass die DC-Stromversorgung 1 am DC-Stromversorgungsausgang die zweite DC-Spannung Vdc2 bereitstellt, und zu bewirken, dass der Abwärtsregler 3 die zweite DC-Spannung Vdc2 gemäß dem Wert des Dimmsignals steuerbar auf die zweite DC-Spannung Vdc2 reduziert.
Wenngleich oben das beschrieben worden ist, was als der beste Modus und/oder andere Beispiel angesehen werden, versteht sich, dass daran verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können und dass der hierin offenbarte Gegenstand in verschiedenen Formen und Beispielen implementiert werden kann und dass sie in zahlreichen Anwendungen angewendet werden können, von denen hier nur einige beschrieben worden sind. Die folgenden Ansprüche sollen beliebige und alle Modifikationen und Varianten beanspruchen, die in den wahren Schutzbereich der vorliegenden Lehre fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012-221899 [0002]

Claims

LED-Treiber (200), der konfiguriert ist zum Bestromen einer LED-Lichtquelle (5), umfassend: eine DC-Stromversorgung (1), die konfiguriert ist zum selektiven Ausgeben einer ersten DC-Spannung (Vdc1) oder einer unter der ersten DC-Spannung (Vdc1) liegenden zweiten DC-Spannung (Vdc2); einen Schaltregler (2), der konfiguriert ist zum Reduzieren der ersten DC-Spannung (Vdc1), um die LED-Lichtquelle (5) mit einer ersten Ausgangsspannung (V1) zu versorgen, die größer oder gleich einer Schwellwertspannung (Vth) ist; einen Abwärtsregler (3), der konfiguriert ist zum Reduzieren der zweiten DC-Spannung (Vdc2), um die LED-Lichtquelle (5) mit einer zweiten Ausgangsspannung (V2) zu versorgen, die unter der Schwellwertspannung (Vth) liegt; und einen Controller (4), der konfiguriert ist zu: Bewirken, dass die CD-Stromversorgung (1) die erste DC-Spannung (Vdc1) ausgibt, und Bewirken, dass der Schaltregler (2) die LED-Lichtquelle (5) mit der ersten Ausgangsspannung (V1) versorgt, wodurch die LED-Lichtquelle (5) mit der ersten Ausgangsspannung (V1) versorgt wird; und Bewirken, dass die DC-Stromversorgung (1) die zweite DC-Spannung (Vdc2) ausgibt, und Bewirken, dass der Abwärtsregler (3) die LED-Lichtquelle (5) mit der zweiten Ausgangsspannung (V2) versorgt, wodurch die LED-Lichtquelle (5) mit der zweiten Ausgangsspannung (V2) versorgt wird.
LED-Treiber (200) nach Anspruch 1, wobei: die DC-Stromversorgung (1) einen Gleichrichter (10) umfasst, der konfiguriert ist zum Gleichrichten einer AC-Spannung (Vs), um eine pulsierende Spannung zu erzeugen, und eine Wandlerschaltung (11), die konfiguriert ist zum Umwandeln der pulsierenden Spannung in die erste DC-Spannung (Vdc1) oder die zweite DC-Spannung (Vdc2), und der Controller (4) konfiguriert ist zum Steuern der Wandlerschaltung (11), so dass eine aus der Wandlerschaltung (11) auszugebende Spannung zu der ersten DC-Spannung (Vdc1) oder der zweiten DC-Spannung (Vdc2) umgeschaltet wird.
LED-Treiber (200) nach Anspruch 1, wobei die DC-Stromversorgung (1) Folgendes umfasst: eine Wandlerschaltung (11), die einen erste Induktor (111A) und eine erste Schalteinrichtung (110) umfasst, die miteinander elektrisch in Reihe geschaltet und konfiguriert sind, mit einer DC-Spannung versorgt zu werden, und einen ersten Glättungskondensator (C1), der konfiguriert ist, durch mindestens eine EIN-AUS-Schaltoperation der ersten Schalteinrichtung (10) geladen zu werden, einen Spannungssensor (R2), der elektrisch parallel zu dem ersten Glättungskondensator (C1) geschaltet und konfiguriert ist zum Detektieren einer Spannung an dem ersten Glättungskondensator (C1) als eine Ausgangsspannung der DC-Stromversorgung (1), um eine ersten Detektionswert (V_R2) zu erhalten, und eine Steuerschaltung (12), die konfiguriert ist zum Ausschalten der ersten Schalteinrichtung (110) auf der Basis des ersten Detektionswerts (V_R2), wobei der Controller (4) eine Reihenschaltung aus einer Impedanzeinrichtung (R9) und einer Schaltereinrichtung (41) umfasst, wobei die Reihenschaltung (R9, 41) elektrisch parallel zu einer Impedanzeinrichtung (R1) geschaltet ist, wobei die Impedanzeinrichtung (R1) elektrisch in Reihe mit dem Spannungssensor (R2) geschaltet ist, während eine Reihenschaltung aus der Impedanzeinrichtung (R1) und dem Spannungssensor (R2) elektrisch parallel zu dem ersten Glättungskondensator (C1) geschaltet ist, der Controller (4) konfiguriert ist zum Ausschalten der Schaltereinrichtung (41), wenn die LED-Lichtquelle (5) mit der ersten Ausgangsspannung (V1) versorgt wird, und Einschalten der Schalteinrichtung (41), wenn die LED-Lichtquelle (5) mit der zweiten Ausgangsspannung (V2) versorgt wird.
LED-Treiber (200) nach Anspruch 3, wobei der Schaltregler (2) eine Reihenschaltung umfasst, die elektrisch parallel zu dem ersten Glättungskondensator (C1) geschaltet ist, aus einem zweiten Glättungskondensator (C3), einem zweiten Induktor (L1) und einer zweiten Schalteinrichtung (20), der Abwärtsregler (3) eine aktive Einrichtung (30) umfasst, die eine variablen Einschaltwiderstand besitzt und elektrisch parallel zu mindestens der zweiten Schalteinrichtung (20) der Reihenschaltung (C3, L1, 20) des Schaltreglers (2) geschaltet ist, der LED-Treiber (200) eine Sensorschaltung (23) umfasst, die konfiguriert ist zum Detektieren eines durch die zweite Schaltereinrichtung (20) fließenden elektrischen Stroms, um einen zweiten Detektionswert (V_R6) zu erhalten, und auch Detektieren eines durch die aktive Einrichtung (30) fließenden elektrischen Stroms, um einen dritten Detektionswert (V_R8) zu erhalten, und der Controller (4) konfiguriert ist zum: wenn die Schaltereinrichtung (41) ausgeschaltet wird, Steuern einer EIN-AUS-Schaltoperation der zweiten Schalteinrichtung (20), so dass der zweite Detektionswert (V_R6) einem elektrischen Stromwert einer Lichtabgabe entspricht, die durch ein Dimmsignal dargestellt wird, zum Einstellen der Lichtabgabe der LED-Lichtquelle (5); und auch wenn die Schaltereinrichtung (41) eingeschaltet wird, Verstellen des Einschaltwiderstands der aktiven Einrichtung (30), so dass der dritte Detektionswert (V_R8) einem elektrischen Stromwert einer durch das Dimmsignal dargestellten Lichtabgabe entspricht.
Beleuchtungsanlage (100), die Folgendes umfasst: einen LED-Treiber (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 3; und die LED-Lichtquelle (5) als eine Beleuchtungslichtquelle, wobei die LED-Lichtquelle (5) mehrere LEDs (50) umfasst.
Leuchte (6, 7), die Folgendes umfasst: die Beleuchtungsanlage (100) nach Anspruch 5 und einen Leuchtenkörper (60), der mindestens die LED-Lichtquelle (5) trägt.