201038129 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關進行發光元件的控制之控制電路。 【先前技術】 現在已開發有利用發光二極體（LED ; Light Emitting Diode)作為照明用發光元件的照明系統。 第11圖係顯示以往的照明系統的控制電路1 。控制 電路100構成為含有：整流部10、整流用電容器12、抗流 (choke)線圈！4、再生用二極體16、開關（switching)元件 18、控制部20及比較器22。 當AC電源供給至整流部1〇時，A(：電源會被全波整流。 全波整流後的電壓再藉由整流用電容器12而平滑化，作為 驅動電壓被供給至控制部2〇的電源電壓及丨〇2的陽極 端子。LED 102的陰極係經由抗流線圈14、開關元件18及 电阻元件之串聯連接而接地。藉由以控制部對開關 凡件18進行開關控制，使電流經由抗流線圈、開關元 件18及私阻元件則流往LED 1〇2從而使發光。 ，夕曰卜’當開關元件18關斷(〇⑴時使蓄積在抗流線圈i 4的 月b里再生至LED 1G2的再生用二極體16係與LED 1{)2及抗 流線圈14並聯地設置。 在比車乂。口 22輸入有：藉由流通在[ED 1 〇2的電流而產 生於電阻το件R1兩端的比較電壓Vcmp、以及由輸入有平 滑化後之電源的控制部2Q所產生的電壓_經電阻分壓 後所仔之固定的基準電壓Vref。控制部2q係根據比較器 321822 4 201038129 22所產生的基準電壓Vref與比較電壓Vcmp之比較結果來 控制開關元件18的開關動作。當比較電壓Vcmp比基準電 壓Vrei小時，控制部20係將開關元件18予以導通（on) 而使電流流往LED 102。當比較電壓Vcmp比基準電壓Vref 大時，控制部20係將開關元件18予以關斷而阻斷流往LED 10 2的電流。 如上所述’控制流通在LED 10 2的電流’從而能夠控 制LED 102的平均發光強度。 〇 然而，上述的以往技術的控制電路100中，由於基準 電壓Vref為固定電壓，因此如第12圖所示，輸入的AC電 壓與流通在LED 102的電流之相位並不一致，有功率因數 無法提高的問題。 此外，現在有使用白熾燈泡用的能夠對發光強度（亮度） 進行調光的系統。白熾燈泡的調光系統係如第13圖所示， 控制交流電源的導通角，使流通在白熾燈泡的電流平均值 Q 下降，藉此控制發光強度。 另一方面，在使用LED作為發光元件的情況中同樣也 是需要可對發光強度進行調光的系統。到目前而止，LED 的調光系統中係使用將交流電壓轉換成數位電壓信號來進 行處理的電路、以及檢測交流電壓成為關斷的時間使變頻 器（i nverter有稱為反相器的情形。）的振盡停止的電路。 然而，在住宅等中，從以往便具備有作為基礎設施的 對於白鐵燈泡之έ周光糸統，這使付上述的電路必須以相異 電路的形式來予以提供，各者的電路規模皆會變得比較 5 321822 201038129 大，因此有LED的控制系統的製造成本增加等問題。 是故’需要一種挪用以往的白熾燈泡用的調光用電路 而能夠進行LED調光的控制電路。 此外’以往的白熾燈泡的調光用電路係每家製造商規 定有不同的最低輸出電壓。亦即，交流電壓的導通角的控 制範圍並不相同，最低輸出電壓為30V的調光用電路與 的調光用電路等係混在一起。 例如，當配合最低輸出電壓為30V的調光用電路的電 壓調整範圍（30V至最大輸出電壓）而構成了對LED進行開 關控制的控制電路時，若將該控制電路應用至最低輸出電 壓為6GV的調光用電路中，則會有⑽的調光雖可在斯 至60V的電壓範圍内進行，但該3〇v至_的電壓範圍卻 無法利㈣狀況，而產生無絲概成最 暗的狀態)等問題。另一方面，當配合最低輸出； 壓為_的調光用電路的電壓調整範圍⑽v至最大 堡）而構成了對LED進行開關控制的控 將= 制電路應用至最低輸出電塵為3〇v的調；:電了 電路的最低輪出 LED调光成最低 ^ 種無關於各者的調 電愿，不管挪用哪個調光用電路皆能 ，光狀態（變得最暗的狀態）的控制電 【發明内容】 本發明的 —態樣的發光元件之控制 電路係具備：整流 321822 6 201038129 部，將交流電源予以全波整流；開關元件，輸入經前述整 流部整流後的電壓，並開關流通在進行發光的發光元件之 電流；分壓電路，將經前述整流部全波整流後的電壓予以 分壓而獲得基準電壓；比較器，比較前述基準電壓和與流 通在前述發光元件的電流對應的比較電壓；以及控制部， 依據前述比較器的比較結果控制前述開關元件的開關。 本發明的另一態樣的發光元件之控制電路係具備：整 流部，將交流電源予以全波整流；電容器，將經前述整流 Ο 部整流後的電壓予以平滑化；開關元件，輸入前述平滑化 後的電壓，並開關流通在進行發光的發光元件之電流；分 壓電路，將前述平滑化後的電壓予以分壓而獲得基準電 壓；比較器，比較前述基準電壓和與流通在前述發光元件 的電流對應的比較電壓；以及控制部，依據前述比較器的 比較結果控制前述開關元件的開關。 本發明的一態樣的發光元件之控制電路係具備：整流 ❹部，將交流電源予以全波整流；電容器，將經前述整流部 整流後的電壓予以平滑化；第1開關元件，輸入前述平滑 化後的電壓，並開關流通在進行發光的發光元件之電流； 分壓電路，含有當前述平滑化後的電壓成為第1電壓以下 時阻斷電路的齊納二極體（Zener diode)，且當前述平滑化 後的電壓比前述第1電壓大時將前述平滑化後的電壓予以 分壓並輸出基準電壓；比較器，比較前述基準電壓和與流 通在前述發光元件的電流對應的比較電壓；以及控制部， 依據前述比較器的比較結果控制前述第1開關元件的開 7 321822 201038129 關。 【實施方式】 〈第1實施形態〉 如第1圖所示，本發明第1實施形態的發光元件之控 制電路200係構成為含有：整流部30、抗流線圈32、再生 用二極體34、開關元件36、控制部38、比較器40及分壓 電路42。此外於第2圖顯示本實施形態的控制電路200各 部的電壓/電流。 控制電路2 0 0係進行發光元件的發光的控制。例如， 連接至照明用發明二極體（LED)102，進行流往LED 102之 電流的控制。 整流部30係構成為含有整流橋式電路30a。交流電壓 Sin輸入於整流部30，將交流電壓Sin予以全波整流而輸 出全波整流電壓Srec。如第1圖所示，在整流部30可設 置保護用的保險絲30b與消除雜訊用的濾波器30c。 此外，在本實施形態中，在整流部30的後段並不設置 大容量的整流用電容器12，或者僅設置不會發揮整流用電 容器12之功能的小容量的薄膜電容器等，藉此，施加至 LED 102的陽極端子的驅動電壓及施加至控制部38的電源 電壓成為未經平滑化的全波整流電壓Srec。 全波整流電壓Srec即供給至LED 102的陽極端子。LED 102的陰極端子係經由抗流線圈32、開關元件36及電壓檢 測用電阻器R1而接地。 設置抗流線圈32的目的在於使流通在LED 102及開關 8 321822 201038129 元件36的電流成為斷續的電流。如第！圖所示，在抗流線 圈32係可設置順向（forward)繞線俾使亦能约對控制部38 供給電源電壓。 設置開關元件36的目的在於供給/阻斷流往LED 1〇2 的電流。開關元件36係設計為具有與LED 1〇2消耗功率相 對應之電容量的元件，例如使用大功率的功率場效電晶體 (M0SFET ， Metal-Oxide-Semiconductor Fieid-Effect
Transistor;金屬氧化物半導體場效電晶體）。開關元件 36係由控制部38進行開關控制。 再生用二極體34乃為 ;^體（fly-wheel Μ VI 丄 y wile d1〇de)，係與LED1〇2及抗流線圈32並聯連接。再生用二 極體34係在開關元件36被關斷時將蓄積於抗流線圈犯: 能量再生至LED 102。 分壓電路42係將在整流部3〇產生的全波整流電壓 rec予以分壓而產生基準電壓Vref並輪出至比較器仙。 =墨電路42係例如能夠設計為電阻器R2及们的㈣ 妾。错由電阻器R2&R3將全波整流電壓Srec予以分严， 並以電阻器R3的端子電壓作為基準電壓Vref，輪=比 較斋40的非反相輸入（η〇η_ιην6Γ·|^ηδ丨叩此）端子。 如第2圖所示，藉由分壓電路42，基準電壓Vref係 與全波整流電壓Srec的變化成比例地變化。 “ g input)端子4 入有藉由流通在LED 10 2的電流而產生於電壓檢測電阪^ Rl兩端的比較電壓Vcmp。此外，比較器4〇係在其非反j 321822 9 201038129 輸入端子輸入有藉由分壓電路42將未經平滑化的全波整 流電壓Vrec予以分壓而得的基準電壓Vref。比較器40係 進行比較電壓Vcmp與基準電壓Vref的比較，並將比較結 果輸出至控制部38。 控制部38係根據比較器40產生的基準電壓Vref與比 較電壓Vcmp之比較結果來控制開關元件36的開關。控制 部38係以半導體積體電路的形式構成。當比較電壓Vcmp 比基準電壓Vref小時，控制部38係將開關元件36予以導 通而使電流流往LED 102;當比較電壓Vcmp比基準電壓 Vref大時，控制部38係將開關元件36予以關斷而阻斷流 往LED 102的電流。 藉由如上述的比較器40與控制部38的作用，如第2 圖所示，流通在LED 102的電流I係反覆地進行在比較電 壓Vcmp上升到與全波整流電壓Srec的變化成比例地變化 的基準電壓Vref為止的期間流通，當比較電壓Vcmp超過 基準電壓Vref時回到阻斷的狀態。電流I的包絡曲線係成 為與全波整流電壓Sr ec同步地變化者。亦即，擴大流通在 LED 1.0 2..的電流I的導通角，成為以與父流電壓S i η幾乎 相同相位進行變化者，而能夠使照明系統的功率因數提 高。此外，使無效功率減少，且能夠使諧波電流減少。 另外，視交流電壓Sin會有基準電壓Vref變得過高的 可能性，因此如第1圖示可在分壓電路42設置用來將基準 電壓Vref鉗位在預定電壓Vmax以下的齊納二極體42a。 此外，當施加至LED 102的全波整流電壓Vrec小時， 10 321822 201038129 有發光變得不穩定的可能性。例如，當交流電壓Sin為有 效值100V的正弦波電壓時’ LED 102的發光在全波整流電 壓Vref成為20V以下（有效值的1/5左右）的電壓區域有變 得不穩定的情形。 因此，如第3圖所示可在分壓電路42設置當全波整流 電壓Srec成為預定的電壓值Vmin以下時將分壓電路42予 以阻斷的齊納二極體42b。亦即’以比較器40的非反相輸 入端子成為面電壓側的方式將令崩潰電壓為電壓值Vm i η C3 的齊納二極體42b插入至電阻器R2、R3的串聯連接。如第 4圖所示’當全波整流電壓Srec變得比電壓值vmin大時， 基準電麗Vre f係成為與全波整流電壓Srec的變化相對廣、 的值；當全波整流電壓Srec變為電壓值Vmin以下時，齊 納二極體42b成為阻斷狀態，基準電壓Vref則成為接地電 位。 藉此，在全波整流電饜Srec為齊納二極體42b的 〇 電壓值Vmin以下時基準電厫v A、灰 ' 于电壓Vref成為接地電位，因此門
關元件36成為關斷，LED⑽不發光。另—方面，^ 整流電壓Srec變得比齊納二極體必的崩潰電壓值^ 大時基準電壓Vref成為與全波整流電壓化比對應的 因此開關元件36在比較電堡&即上升至基準電壓¥或 止的期間成為導通，而一旦比較電壓Vcmp超過基準電； Vrei開關元件36便再次旬到關斷而反覆以上狀態。如I 圖所不’流通在LED 102白勺電流j係以與開關元件3 關控制對應之方式流通。 1 321822 11 201038129 如上述，藉由設置齊納二極體42b，能夠在LED 102 的發光變得不穩定的低電壓時使發光停止。 〈第2實施形態〉 如第5圖所示，本發明第2實施形態的發光元件之控 制電路300係構成為含有··整流部3〇、抗流線圈犯、再生 用二極體34、開關元件36、控制部38、比較器4〇、分壓 電路42及平滑用電容器44。此外於第6圖顯示本實施形 態的控制電路3〇〇各部的電壓/電流。 控制電路300係進行發光元件的發光的控制。例如， 連接至照明用發光二極體（_1〇2，進行流往⑽⑽之 電流的控制。 此外’控制電路係連接至白熾燈泡調光系統中使 ^的對交流電壓Sln的導通角進行控制的調光電路5〇〇來 2用。調光電路500係連接至控制電路_的整流部％。 亦即，調光電路500係輸入有交流電愿心 量等調整信號調整交流電壓Sin 對應°月先 電壓Sm〇d。 Sln的V通角而輸出調整交流 ⑽施形態中’與第1圖所示之第1實施形態相 冋的構成要素係標註相同的符號並省略其說明。 在整流部30的後段設置大容#的平滑用電容器4“ 整流電簾如。成為經平滑化的平滑電壓此。 ㈢’成為反映有調整交流電屡Sin的導通角所 =電壓平均值之平滑電壓地。藉由以此平= 昼Sdc使LED102發光，能夠利用調光電路5⑽來進行⑽ 321822 12 201038129 102的調光。 分壓電路42係將在整流部30產生的平滑電壓Sdc予 以分壓而產生基準電壓Vref並輸出至比較器40。分壓電 路42係例如能夠設計為電阻器R2及R3的串聯連接。藉由 電阻器R2及R3將平滑電壓Sdc予以分壓，並以電阻器R3 的端子電壓作為基準電壓Vref，輸入至比較器40的非反 相輸入端子。藉由分壓電路42，如第6圖所示，基準電壓 Vref係與平滑電壓Sdc的變化成比例地變化。 藉由比較器40與控制部38的作用，如第6圖所示， 流通在LED 10 2的電流I係反覆地進行在比較電壓Vcmp上 升到與平滑電壓Sdc對應的基準電壓Vref為止的期間流 通，當比較電壓Vcmp超過基準電壓Vref時便回到阻斷的 狀態。藉此，能夠流通與平滑電壓Sdc對應的電流I並且 不會超過LED 102的額定電流。 此外，由於平滑電壓Sdc係與調光電路500進行之調 Q 光的調光程度對應而基準電壓Vrei係成為與該平滑電壓 Sdc對應的值，因此，流通在LED 102的電流I的平均值 亦與調光電路500進行之調光的調光程度對應地受到調 整。如上述，LED 102的發光強度亦能夠藉由調光電路500 進行的調光而控制。 另外，視輸入的交流電壓Sin會有基準電壓Vref變得 過高的可能性，因此如第5圖示可在分壓電路42設置用來 將基準電壓Vref鉗位在預定電壓Vmax以下的齊納二極體 42a。 13 321822 201038129 〈第3實施形態〉 如第7圖所示，本發明之第3實施形態的發光元件之 控制電路400係構成為含有：整流部3〇、抗流線圈&再 生用二極體34、開關元件36、控制部38、比較器4〇、分 壓電路42及平滑用電容器44。此外於第δ圖顯示本實施 形態的控制電路400各部的電壓/電流。 、 控制電路400係進行發光元件的發光的控制。例如， 連接至照明用發明二極體（led)1Q2，進行流往⑽⑽之 電流的控制。 此外，控制電路400係連接至白織燈泡調光系統中使 用的對交流㈣Sln的導通角進行控制的調光電路5〇〇來 使用。調光㈣5GG係連接至控制電路彻的整流部％。 調光電路500係輸入有交流電壓如，並對應調光 置等調整信號調整交流電壓Sin的導通角而輸出調整交流 電壓Smod。 第1 說明 在第3實施形態的控制電路4()"，與第3圖所示之 實施形態相同的構成要素係、標註相同的符號並省略其 〇 在整流部30的後段設置大容量的平滑用電容器料。 藉此，全波整流電壓Srec成為經平滑化的平滑電壓此。 藉此，成為反映有調整交流電壓Sin的導通 交流電壓-d的平均值之平滑電壓Sdc。藉由以此平^ 壓Sdc使LED ! 02發光，能夠利用調光電路5
102的調光。 T 321822 14 201038129 上述的平滑電壓Sdc供給至LED 102的陽極端子。LED 10 2的陰極端子係經由抗流線圈3 2、開關元件3 6及電壓檢 測用電阻器R1而接地。 設置抗流線圈32的目的在於使流通在LED 102及開關 元件36的電流成為斷續的電流。如第7圖所示，在抗流線 圈32係可設置順向繞線俾使亦能夠對控制部38供給電源 電壓。 0 設置開關元件36的目的在於供給/阻斷流往LED 102 的電流。開關元件36係設計為具有與LED 102消耗功率相 對應之電容量的元件，例如使用大功率的功率場效電晶體 CMOSFET)。開關元件36係由控制部38進行開關控制。 再生用二極體34乃為續流二極體，係與LED 102及抗 流線圈32並聯連接。再生用二極體34係在開關元件36被 關斷時將蓄積於抗流線圈32的能量再生至LED 1〇2。 分壓電路42係將在整流部30產生的平滑電壓sdc予 Ο以分壓而產生基準電壓Vref並輸出至比較器4〇。分壓電 路42係例如能夠设计為電阻器R2、R3及齊納二極體42b 的串聯連接。經由電阻器R2及齊納二極體4此將比較器 2的非反相輸入端子連接至整流部3〇的高電壓側，經由 电阻态R3將比較态40的非反相輸入端子接地。 + -在分壓電路42設置齊納二極體42b的目的在於當平滑 電壓Sdc成為預定的電壓值Vmin以下時將分壓電路^ =且斯。亦即’使用崩潰電壓為電壓值Vmin的齊納二極體 。如第8圖（a)所示，當因調光電路5〇〇的調整使平滑 321822 15 201038129 電壓Sdc變得比電壓值vmin大時，基準電壓Vref係成為 與平滑電壓Sdc的變化相對應的值。此時，平滑電壓sdc 由電阻器R2、R3及齊納二極體42b予以分壓，電阻器R3 的端子電壓作為基準電壓Vref被輸入至比較器4〇的祚反 相輸入端子。藉由分壓電路42，如第8圖（a)所示，基爭 電壓Vref係與平滑電壓Sdc的變化成比例地變化。另一方 面’如第8圖（b)所示，當平滑電壓sdc變為電壓值Vmin 以下時’齊納二極體42b成為阻斷狀態，基準電壓Vref則 成為接地電位。 藉由比較器40與控制部38的作用，如第8圖所示， 机通在LED 102的電流I係受到開關控制。反覆地進行# 因1光電路500的調整使平滑電壓Sdc變得比電壓值Vmin A^ <在比較電壓Vcmp上升到與平滑電壓Sdc相對應的麥 準私【Vref為止的期間流通電流I，當比較電壓Vcmp超 過：準電壓Vref時便回到阻斷的狀態。藉此，能夠流通, 平⑺電® Sdc對應的電流I並且不會超過LEI) ι〇2的額定 電流0另 一 ；，L —方面’當平滑電壓Sdc變為電壓值Vmin以下時， 2 '^极體42b成為阻斷狀態，基準電壓Vref則成為接地 电位開關元件36關斷。藉此，LED 102的發光停止。 在此’當存在有最低輸出電壓相異的複數種調光電路 500日奔 、 ^ 車父佳為使齊納二極體42b的崩潰電壓一致於複數 周光*t路5GG巾最大的最低輸出電壓。例如，當存在有 最低平均輪出電壓落在6〇v纟3〇v之範圍的複數種調光電 500 Qi /4- ^ 、由— 于使用朋 >貝電壓為60V的齊納二極體42b。 16 321822 201038129 藉此，控制電路400係作為在平滑電壓Sdc比60V大 • 的電壓範圍控制LED 102的發光之電路而發揮功能。亦即， •若平滑電壓Sdc比60V小，則基準電壓Vref會成為接地電 位，因此開關元件36成為關斷，LED 102不發光。另一方 面，若調光電路500的輸出電壓比60V大，則基準電壓Vrei 會成為與平滑電壓Sdc對應的值，因此開關元件36受到開 關控制，LED 102被以與調光電路500的輸出電壓對應的 發光強度驅動。亦即，調光電路500的輸出範圍不論是如 〇 第9圖（a)所示為從30V至最大輸出電壓，或者如第9圖（b) 所示為從60V至最大輸出電壓，在調光電路500的輸出電 壓為從60V至最大輸出電壓為止的範圍皆能夠將LED 102 從最低調光狀態（變得最暗的狀態）調光至最高調光狀態 (變得最亮的狀態）。 另外，視輸入的交流電壓Sin會有基準電壓Vref變得 過高的可能性，因此可在分壓電路42設置用來將基準電壓 ❹ Vref鉗位在預定電壓Vmax以下的齊納二極體42a。 此外，即便是在平滑電壓Sdc因調光電路500而被調 整在較低的狀態，仍必須持續供給電源電壓至控制部38直 到來自調光電路500的輸出成為關斷電壓為止。因此，較 佳為如第10圖所示採用含有電源供給電路46的控制電路 402。 在來自調光電路500的輸出電壓高的狀態下，控制部 38係經由電阻器R4及R5的路徑而被供給有電源電壓，但 隨著來自調光電路500的輸出電壓變低，經由電阻器R4及 17 321822 201038129 R5的路徑供給的電源電壓會變得不足。因此，在控制電路 402中係與電阻器R4及R5並聯地設置有電源供給電路46。 電源供給電路46係含有電阻器R6、R7、電晶體46a、 齊納二極體46b及二極體46c。當來自調光電路500的輸 出電壓變低時，藉由電阻器R4及R5而供給作為控制部38 之電源電壓的壓變低，二極體46c成為導通狀態。此時， 電晶體46a的射極電壓亦變低，電流經由電阻器R6被供給 至電晶體46a的基極，電晶體46a成為導通狀態。藉此， 電源電壓經由電阻器R7、電晶體46a的集極-射極及二極 體46c被供給至控制部38。另一方面，當來自調光電路500 的輸出電壓變低時，經由電阻器R4及R5供給至控制部38 的電源電壓變得足夠，電晶體46a的射極電壓亦上升，電 晶體46a成為非導通狀態。 如此，能夠相對於來自調光電路500的廣範圍的輸出 電壓，供給電源電壓予控制部38，能夠使控制電路402穩 定地動作。 如上所述，藉由使用本發明實施形態的發光元件之控 制電路，能夠挪用從以往便使用的白熾燈泡用調光電路且 確實地將LED調光至最低調光狀態。 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示第1實施形態的發光元件之控制電路的 構成之圖。 第2圖係顯示第1實施形態的發光元件之控制電路的 作用之圖。 18 321822 201038129 第3圖係顯示第1實施形態的發光元件之控制電路的 其他例的構成之圖。 ' 第4圖係顯示第1實施形態的發光元件之控制電路的 其他例的作用之圖。 第5圖係顯示第2實施形態的發光元件之控制電路的 構成之圖。 第6圖係顯示第2實施形態的發光元件之控制電路的 作用之圖。
Ο 第7圖係顯示第3實施形態的發光元件之控制電路的 構成之圖。 第8圖（a)及（b)係顯示第3實施形態的發光元件之控 制電路的作用之圖。 第9圖（a)及（b)係說明第3實施形態的發光元件的最 低調光狀態的控制之圖。 第10圖係顯示第3實施形態的發光元件之控制電路的 其他例的構成之圖。 弟11圖係顯示先前技術的發光元件之控制電路的構 成之圖。 第12圖係顯示先前技術的發光元件之控制電路的作 用之圖。 弟13圖係顯示先前技術的白熾燈泡的調光電路的構 成之圖。 【主要元件符號說明】 10、30整流部 12 整流用電容器 19 321822 201038129 14、32 抗流線圈 16 ' 34再生用二極體 18、36 開關元件 20 ' 38控制部 22、40 比較器 30a 整流橋式電路 30b 保險絲 30c 濾波器 42 分壓電路 42a、 .42b、46b 齊納二 44 平滑用電容器 46 電源供給電路 46a 電晶體 46c 二極體 100 、 200 、 202 、 300 、 400 、 402 控制電路 102 LED 500 調光電路 R1至R7電阻器 I 電流 Sdc 平滑電壓 Sin 交流電壓 Smod 調整交流電壓 Srec 全波整流電壓 Vcmp 比較電壓 Vref 基準電壓 20 321822