JP3191691U

JP3191691U - 適応制御のｌｅｄ調光駆動回路

Info

Publication number: JP3191691U
Application number: JP2014002154U
Authority: JP
Inventors: ▲呉▼志賢; 張▲い▼; 路▲えん▼瀛; 莊凱程; 邱紹偉
Original assignee: Unity Opto Technology Co Ltd
Current assignee: Unity Opto Technology Co Ltd
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2014-04-24
Publication date: 2014-07-03
Anticipated expiration: 2023-02-07
Also published as: DE102013101243B3; US20140175997A1; CN103906298A; CN103906298B; TW201427479A; TWI462640B; US8766560B1

Abstract

【課題】適応制御のＬＥＤ調光駆動回路を提供する。【解決手段】制御モジュール１２は第１抵抗器１２１と、第２抵抗器１２２と、保持器１２０と、第３抵抗器１２３と、第４抵抗器１２５とを設けられ、制御モジュール１２に入力電圧が入力されるとき、保持器１２０を駆動して保持電流Ｉｈｏｌｄを第２抵抗器１２２に出力し、調光が正常に動作することを確保する。第１抵抗器１２１と、第３抵抗器１２３によって入力電圧を検出し、入力電流ＩｉｎがＩｉｎ＝Ｉｈｏｌｄ＋ＩＬＥＤの関係式（公式１）を満足したとき、保持電流は発光ダイオード３が最大の輝度を調節されたときに最小値になるように、駆動効率を向上できるほか、入力電圧が低すぎるときは基準レベルを引き下げて、発光ダイオードのブリンク現象を避ける。第４抵抗器によって、発光ダイオードの負荷電圧を検知し、電圧が変動したとき高低圧の補償を行い、定電力状態を実現する。【選択図】図４

Description

本考案は発光ダイオード（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ，ＬＥＤ）の電源装置技術に関し、特にトライアク（ＴＲＩ−ｅｌｅｃｔｒｏｄｅＡＣｓｗｉｔｃｈ，ＴＲＩＡＣ）のリニア調光をサポートする適応制御ＬＥＤの調光駆動回路に関する。入力電気エネルギーのリップル電流差をリアルタイムに検知する方式により、出力する駆動電気エネルギーを柔軟に補償することによって、電気回路全体の駆動効率を改善し、発光ダイオードのブリンク現象を解消する。

現在のＬＥＤ灯具の駆動回路によるリニア方式の発光ダイオード輝度調節は、トライアク（ＴＲＩＡＣ）を使用し、入力電圧導通角の切り換え方式によって実現しているほか、パワーを安定的に維持し照明品質を改善するため、その多くは定電流の設計構造が使用されている。
発光ダイオードにトランジスタと、検出抵抗器とを直列接続し、検出抵抗器によって発光ダイオードに流れる駆動電流を検出するため、両端部に圧力降下を形成する。続いて、比較器によって係る圧力降下を比較した後にハイレベルまたはローレベルの切り換え信号をトランジスタに出力させ、トランジスタを導通または切り離すことによって、パルス幅変調（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ＰＷＭ）信号の負荷サイクルを適時に調節する。このように、ＰＷＭ信号の導通サイクルによって、出力される駆動電圧を制御し、駆動電流の大きさと、発光ダイオードの発光度に影響することができる。

図１に示すように、入力電圧が１２０Ｖのとき、前述公知のリニア調光の駆動回路を実測したところ、それぞれＬＥＤ７．３ワット（Ｗ）パワー、回路全体の効率６９．１％、力率（ＰＦ）０．９０８の結果が得られる。この結果から駆動回路の回路が単純、かつ高い力率（ＰＦ）が得られることが分かる。しかし、図から気づくように、発光ダイオードの輝度を最大に調節したにもかかわらず、発光ダイオードの消費ワット数が入力電圧の上昇によって引き続き増加していて、エネルギー変換効率が大きく損なわれている。
一方、発光ダイオードは生産プロセスの影響により、それぞれの物理特性を有するため、異なる抵抗値を示し、各組の発光ダイオードに流れる電流または両端の電圧ストレスも等しくない。
よって、前述した調光方法は電圧と電流の改変値の不一致により、回路全体の効率に影響を与えてしまい、調光効果が精確でない問題を引き起こす。
さらに、変圧器またはインダクタを利用したパルス幅変調（ＰＷＭ）信号の負荷サイクル切り換えを実現する回路構造は、電磁干渉（ＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，ＥＭＩ）とストロボ効果などの問題が存在する。その対策として、安全規格対策素子を追加することによって、回路全体の駆動効率が低下してしまい、実用に不利な要素を与える。
しかし、追加回路でトライアク（ＴＲＩＡＣ）に基準の稼働電流を提供すると、保持電流が発光ダイオードを最大輝度に調節した後も引き続き稼働されるため、高い無効電力を発生する。

この問題について、現行のリニア調光回路構造をいかに改善し、簡単な検出回路によって、トライアク（ＴＲＩＡＣ）の保持電流を適時に一定値に維持されるように調節すると共に、無効電力を有効に軽減し、発光ダイオードの物理特性に従い、簡単な電気回路構造を利用し入力電圧の高圧補償を実現し、回路全体の駆動品質を確実に向上させ、かつ発光ダイオードの発光効率を有効に改善するかが本案の研究課題である。

公知技術の課題について、本考案の目的はリニア調節方式によって、出力の駆動電圧を制御し、発光ダイオードのブリンク現象を避けると共に、トライアク（ＴＲＩＡＣ）の調光特性を維持できる高効率の適応制御のＬＥＤ調光駆動回路を提供する。

前記目的に基づき、本考案は、ランプパネルに取付けられ、少なくとも一つの発光ダイオードを駆動してその照明輝度をリニア調光するための、適応制御のＬＥＤ調光駆動回路であって、
調光モジュールと、整流モジュールと、制御モジュールとを備え、
前記整流モジュールは、前記調光モジュールを介して外部電源に接続され、
前記制御モジュールは、前記整流モジュールと、前記発光ダイオードとを電気接続し、
前記制御モジュールは、制御チップと、レギュレータと、検出抵抗器とを有し、
前記発光ダイオードは、前記レギュレータに対し前記検出抵抗器及び前記制御チップに直列接続されていることによって、前記検出抵抗器が前記発光ダイオードに流れる駆動電流Ｉ_LEDを検出すると、該検出値は前記制御チップにフィードバックされ、前記制御チップは、前記検証値と参照値とを比較して、前記制御チップは、前記レギュレータを制御して前記駆動電流のＩ_LEDの調節を行い、
前記整流モジュールは、該整流モジュールと並列接続された電圧調整キャパシタを介して前記調光モジュールに接続され、
前記制御モジュールは第１抵抗器と、第２抵抗器と、保持器と、第３抵抗器と、第４抵抗器とをさらに設け、
前記保持器は前記整流モジュールと、前記第１抵抗器と、前記第２抵抗器と、前記制御チップとを電気接続していて、かつ前記第１抵抗器は前記第２抵抗器と、前記制御チップに接続され、
前記第３抵抗器は前記整流モジュールと前記制御チップに接続し、
前記第４抵抗器の一端は前記発光ダイオードと前記制御チップに接続し、他端は前記レギュレータと前記検出抵抗器に接続され、
前記整流モジュールより入力電圧を印加して入力電流Ｉ_inを生成すると、前記制御チップは前記保持器を駆動して保持電流Ｉ_ｈｏｌｄを前記第２抵抗器に出力することによって、
前記入力電圧は、前記第２抵抗器に印加されて、前記調光モジュールの正常稼働を維持し、
前記入力電圧は、前記第１抵抗器に分割して印加されて、前記制御チップに対し、前記調光モジュールの調光強度をリアルタイムで検出させて、
前記入力電流Ｉ_inが、Ｉ_in＝Ｉ_hold＋Ｉ_LED（公式１）の条件を満足したときに、前記発光ダイオードを最大輝度に調節する場合、前記保持電流Ｉ_holdが最小電流値となると共に、
前記入力電圧が増加した場合、前記第４抵抗器の両端の電圧が増加し、前記検出抵抗器の両端の電圧が補償されることによって、前記駆動電流Ｉ_LEDは減少して引き下げて定電力状態を実現すると共に、前記入力電圧が分割して印加された前記第３抵抗器が、当該入力電圧のリップル地を検出し、
前記入力電圧が減少するとともに、前記リップル値が、所定の基準値を下回るとき、前記制御チップが前記発光ダイオードのブリンク減少を防止するべく前記参照値を小さくすることを特徴とする。

前述説明から分かるように、本考案の回路構造は変圧器またはインダクタによるパルス幅変調（ＰＷＭ）信号の切り替え方式が使用されていないため、電磁干渉（ＥＭＩ）の問題を有せず、安全規格対策の素子を設置する必要はなく、コストの軽減に資する。更に、入力電圧の適時検出によって、トライアク（ＴＲＩＡＣ）の保持電流を調節し、発光ダイオードの輝度が最も強い輝度に調節していても保持電流を出力し続けられ、無効電力の形成および余分な熱エネルギーの発散などの問題を避け、回路全体の効率を改善し０．９以上の高い力率を維持でき、安定な照明品質と、製品寿命の延長効果を有する。
加えて、第３抵抗器を利用して入力電圧のリップル値の検出を行い、発光ダイオードの輝度を低く調節し入力電流が下がったときに、制御チップによるレギュレータ駆動判断の参照電圧レベルを適時に引き下げて、発光ダイオードのブリンク現象を避ける。

公知技術の高圧フィードバック補償を有しないＬＥＤのパワー変化測定図である。本考案の好ましい実施例の第１実施態様のブロック図である。本考案の好ましい実施例の第２実施態様のブロック図である。本考案の好ましい実施例の第２実施態様の電気回路図である。本考案の好ましい実施例の第２実施態様の発光ダイオードパワー変化測定図である。

本考案の内容のさらなる理解を図るため、以下にて図面と組合せて説明する。

図２ないし４の、本考案の好ましい実施例の第１実施態様によるブロック図と、第２実施態様によるブロック図と、電気回路図とを参照する。
図示のとおり、本考案の適応制御のＬＥＤ調光駆動回路１は一般に灯具のランプパネルに取り付けて、外部電源２の電圧の変換に提供し、少なくとも一つの発光ダイオード３照度の駆動およびリニア調節できる。主に調光モジュール１０と、整流モジュール１１と、制御モジュール１２と、を備える。
調光モジュール１０はトライアク（ＴＲＩＡＣ）リニア調光回路であり、整流モジュール１１はブリッジ全波整流回路である。両端は電圧調整キャパシタ１１０に接続した後、調光モジュール１０を介して外部電源２に接続し外部電源２の交流電圧の整流を行い、可変の直流入力電圧を形成する。
このとき、調光モジュール１０が交流電圧の位相導通角の調節によって、整流モジュール１１から出力される入力電圧の合計値を改変し、発光ダイオード３に出力する駆動電圧を改変して発光輝度を調節する。電圧調整キャパシタ１１０は電解コンデンサであり、電流のリップルを抑制でき、トライアク（ＴＲＩＡＣ）調光により、電子素子が瞬間のサージ電圧の発生によって破損されることを防止し電気回路の保護効果を形成する。

制御モジュール１２は整流モジュール１１と、発光ダイオード３とを電気接続しており、保持器１２０と、第１抵抗器１２１と、第２抵抗器１２２と、第３抵抗器１２３と、制御チップ１２４と、第４抵抗器１２５と、レギュレータ１２６と、検出抵抗器１２７と、を有する。
制御チップ１２４は少なくともＨＶ、ＶＤＤ、ＧＡＴＥ、ＣＳおよびＧＮＤなど５つのピンを有するほか、電圧安定器１２４０と、演算増幅器１２４１と、過熱保護器１２４２と、電圧発生器１２４３と、を有する。保持器１２０はトランジスタであり、一端はブリッジ全波整流回路の出力端に接続し、他端は第１抵抗器１２１と、第２抵抗器１２２に接続していて、かつゲート電極は制御チップ１２４に接続している。
第１抵抗器１２１の両端はそれぞれ第２抵抗器１２２と、制御チップ１２４に接続されている。第３抵抗器１２３は整流モジュール１１の出力端と制御チップ１２４にそれぞれ接続されている。第４抵抗器１２５の一端は発光ダイオード３に電気接続していて、かつ制御チップ１２４のＣＳピンを介して演算増幅器１２４１のマイナス入力端に接続し、もう一端は検出抵抗器１２７に接続する。
レギュレータ１３６はトランジスタであり、一端は発光ダイオード３に接続し、他端は検出抵抗器１２７に接続していて、かつゲート極は制御チップ１２４のＧＡＴＥピンを介して演算増幅器１２４１の出力端に接続する。レギュレータ１２６をランプパネルの表面に取り付けることによって、放熱効率を向上できる。

さらに、高圧リニアの電圧安定器１２４０は限流抵抗器１２８を介して整流モジュール１１の出力端に接続し、演算増幅器１２４１の正入力端は電圧発生器１２４３に接続し、出力端は過熱保護器１２４２に接続して置き電気回路の過熱による損傷を避ける。
整流モジュール１１より入力電圧を印加して入力電流Ｉ_inを生成すると、電圧安定器１２４０が電圧を引き下げて、制御チップ１２４の稼働を駆動する安定な電圧を形成し保持器１２０を駆動して、保持電流Ｉ_holdを第２抵抗器１２２に出力し、第２抵抗器１２２によって入力電圧を消費させ、調光モジュール１０の正常稼働を維持する。
このように、第２抵抗器１２２の抵抗値の調節によって、保持電流の値を改変でき、幅広く様々な規格のトライアク（ＴＲＩＡＣ）調光モジュール１０に適用できるほか、限流抵抗器１２８によって電圧安定器１２４０の出力電圧を制限し保護の働きを形成される。
同時に、前記入力電圧は、前記第１抵抗器１２１に分割して印加されて、前記制御チップ１２４に対し、前記調光モジュールの調光強度をリアルタイムで検出させる。
さらに、入力電流はＩ_in＝Ｉ_hold＋Ｉ_LEDの関係式（公式１）を満足しており、制御チップ１２４０は入力電流の変化に対応して保持器１２０を調節し、保持電流が発光ダイオード３を最大輝度に調節されたとき最小の電流値になるように調節し、駆動効率を向上できる。

検出抵抗器１２７によって発光ダイオード３に流れる駆動電流Ｉ_LEDを検出した後、検出値を形成して制御チップ１２４にフィードバックし、制御チップ１２４が参照値を利用して検出値との比較を行い、レギュレータ１２６を制御して駆動電流を調節する。入力電圧の上昇により、発光ダイオード３の負荷の駆動電圧が上昇したときは、レギュレータ１２６両端の電圧ストレスを増加させ、同様に第４抵抗器１２５両側の電圧ストレスも増加させ、検出抵抗器１２７両端の電圧ストレスの補償に供給させる。
しかし、電圧発生器１２４３から固定した０．５Ｖを演算増幅器１２４１に提供する場合、第４抵抗器１２５と、検出抵抗器１２７両端の電圧降下も０．５Ｖに固定して置く。このように、第４抵抗器１２５で形成する補償効果によって、検出抵抗器１２７に流れる電流は少なくなり、駆動電流を有効に引き下げて、発光効率が安定になると共に発光ダイオードの負荷電圧の超過によって損傷することを避けることができる。
逆の場合、入力電圧を引き下げられたときは第４抵抗器１２５と、検出抵抗器１２７両端の電圧ストレスも追随して引き下げ、制御チップ１２４によってレギュレータ１２６を駆動し駆動電流を増加させ、駆動電圧が発光ダイオードそれぞれの物理特性の違いにより変動したとき、高低圧の補償が適時に行われる。
よって、図５に示す測定結果のとおり、入力電流が類似正弦波の波形を示し、かつ入力電圧が１２０Ｖのとき、ＬＥＤパワー６Ｗ、電気回路全体の効率６６．９％、力率０．９２６を示される。しかも、入力電圧をさらに増加しても、発光ダイオードの電力消費は追随して増加することなく、所定の範囲に維持し定電力の状態を達成できる。

特に説明することは、前記入力電圧が分割して印加された第３抵抗器１２３が、リップル値の検出を行い、入力電圧が下がりリップル値が所定の基準値を下回るとき、例えば入力電圧が４０Ｖを下回っていて、かつリップル値も０．５Ｖを下回るとき、制御チップ１２４は追加のアンプ素子を利用して参照値を引き下げて、制御チップ１２４がレギュレータ１２６を引き続き調節した結果、発光ダイオード３のブリンク現象または駆動異常などの問題を解消できる。

本実施例において、発光ダイオード３は大容量の駆動コンデンサ１２９に接続され、駆動電流の受放電を行い、電気回路のノイズ抗力を向上し、発光ダイオードの電圧調整および保護効果を形成する。

１適応制御のＬＥＤ調光駆動回路
１０調光モジュール
１１整流モジュール
１１０電圧調整キャパシタ
１２制御モジュール
１２０保持器
１２１第１抵抗器
１２２第２抵抗器
１２３第３抵抗器
１２４制御チップ
１２４０電圧安定器
１２４１演算増幅器
１２４２過熱保護器
１２４３電圧発生器
１２５第４抵抗器
１２６レギュレータ
１２７検出抵抗器
１２８限流抵抗器
１２９駆動コンデンサ
２外部電源
３発光ダイオード
Ｉ_in 入力電流
Ｉ_hold 保持電流
Ｉ_LED 駆動電流

Claims

ランプパネルに取付けられ、少なくとも一つの発光ダイオードを駆動してその照明輝度をリニア調光するための、適応制御のＬＥＤ調光駆動回路であって、
調光モジュールと、整流モジュールと、制御モジュールとを備え、
前記整流モジュールは、前記調光モジュールを介して外部電源に接続され、
前記制御モジュールは、前記整流モジュールと、前記発光ダイオードとを電気接続し、
前記制御モジュールは、制御チップと、レギュレータと、検出抵抗器とを有し、
前記発光ダイオードは、前記レギュレータに対し前記検出抵抗器及び前記制御チップに直列接続されていることによって、前記検出抵抗器が前記発光ダイオードに流れる駆動電流Ｉ_LEDを検出すると、該検出値は前記制御チップにフィードバックされ、前記制御チップは、前記検証値と参照値とを比較して、前記制御チップは、前記レギュレータを制御して前記駆動電流のＩ_LEDの調節を行い、
前記整流モジュールは、該整流モジュールと並列接続された電圧調整キャパシタを介して前記調光モジュールに接続され、
前記制御モジュールは第１抵抗器と、第２抵抗器と、保持器と、第３抵抗器と、第４抵抗器とをさらに設け、
前記保持器は前記整流モジュールと、前記第１抵抗器と、前記第２抵抗器と、前記制御チップとを電気接続していて、かつ前記第１抵抗器は前記第２抵抗器と、前記制御チップに接続され、
前記第３抵抗器は前記整流モジュールと前記制御チップに接続し、
前記第４抵抗器の一端は前記発光ダイオードと前記制御チップに接続し、他端は前記レギュレータと前記検出抵抗器に接続され、
前記整流モジュールより入力電圧を印加して入力電流Ｉ_inを生成すると、前記制御チップは前記保持器を駆動して保持電流Ｉ_ｈｏｌｄを前記第２抵抗器に出力することによって、
前記入力電圧は、前記第２抵抗器に印加されて、前記調光モジュールの正常稼働を維持し、
前記入力電圧は、前記第１抵抗器に分割して印加されて、前記制御チップに対し、前記調光モジュールの調光強度をリアルタイムで検出させて、
前記入力電流Ｉ_inが、Ｉ_in＝Ｉ_hold＋Ｉ_LED（公式１）の条件を満足したときに、前記発光ダイオードを最大輝度に調節する場合、前記保持電流Ｉ_holdが最小電流値となると共に、
前記入力電圧が増加した場合、前記第４抵抗器の両端の電圧が増加し、前記検出抵抗器の両端の電圧が補償されることによって、前記駆動電流Ｉ_LEDは減少して引き下げて定電力状態を実現すると共に、前記入力電圧が分割して印加された前記第３抵抗器が、当該入力電圧のリップル値を検出し、
前記入力電圧が減少するとともに、前記リップル値が、所定の基準値を下回るとき、前記制御チップが前記発光ダイオードのブリンク減少を防止するべく前記参照値を小さくすることを特徴とする、
ランプパネルに取付けられ、少なくとも一つの発光ダイオードを駆動してその照明輝度をリニア調光するための、適応制御のＬＥＤ調光駆動回路。
前記調光モジュールは、トライアクのリニア調光回路を設けられ、前記外部電源の位相導通角の受け入れおよび調節により、入力電圧を改変し、前記発光ダイオードに出力する駆動電圧を改変し発光輝度を調節し、前記整流モジュールはブリッジ全波整流回路を設け、前記電圧調整キャパシタは電解コンデンサを設けて、電流のリップル値を引き下げて電気回路を保護することを特徴とする、請求項１記載の適応制御のＬＥＤ調光駆動回路。
前記第１抵抗器によって入力電圧は分割して印加され、該第１抵抗器の両端の間に電圧が形成され、前記制御チップは、前記入力電流について、前記第１抵抗器の両端の間に形成された電圧と、比較値とを比較することによって、前記保持器を駆動して、前記保持電流を調節することを特徴とする、請求項２記載の適応制御のＬＥＤ調光駆動回路。
前記制御チップは、電圧安定器と、演算増幅器とをさらに設け、前記演算増幅器の正入力端は、前記第３抵抗器に接続し、負入力端は前記第４抵抗器に接続し、出力端は前記レギュレータに接続していて、かつ前記電安定器は限流抵抗器によって前記整流モジュールの出力端に接続され、前記限流抵抗器によって前記制御チップの駆動電圧の起動を抑制することを特徴とする、請求項３記載の適応制御のＬＥＤ調光駆動回路。
前記レギュレータはトランジスタであり、ランプパネルの表面に取付けて放熱効率を向上し、前記発光ダイオードは駆動コンデンサに並列接続して、前記駆動電流の受発電を行い、電気回路のノイズ抗力を増強することを特徴とする、請求項４記載の適応制御のＬＥＤ調光駆動回路。