TWI444089B - 發光二極體驅動電路、發光二極體照明組件、發光二極體照明裝置、及發光二極體照明系統 - Google Patents

Description

發光二極體驅動電路、發光二極體照明組件、發光二極體照明裝置、及發光二極體照明系統

本發明係關於藉由使用藉由整流交流功率所獲得之電壓直接驅動LED(發光二極體)的LED驅動電路，且係關於使用LED驅動電路之LED照明組件、LED照明裝置及LED照明系統。

LED係藉由其低的電流消耗、長壽命等等表徵，且其應用範圍已不僅擴展至顯示器而且亦擴展至照明設備及其類似者。LED照明設備常常使用複數個LED以便達到所要照度。

通用照明設備常常使用商業AC 100 V電源，且考慮(例如)替代諸如白熾燈之通用照明組件而使用LED照明組件的狀況，類似於通用照明組件，需要LED照明組件亦經組態以使用商業AC 100 V電源。

此外，在設法執行白熾燈之光控制時，使用相位控制光控制器(一般稱作白熾光控制器)，其中開關元件(一般為半導體開關(thyristor)元件或雙向三極管開關(triac)元件)以交流電源電壓之某一相角接通，且由此允許藉由光量元件(volume element)之簡單操作容易地執行經由電源供應器之控制對白熾燈的光控制(例如，參見JP-A-2005-26142)。

需要的是，在設法執行使用AC電源之LED照明組件的光控制時，LED照明組件實際上可連接至用於白熾燈之現有相位控制光控制器。與使用白熾燈之狀況相比較，藉由僅將照明組件自白熾燈改變為LED照明組件而同時使用隨之的現有光控制裝備，可相當大地減小功率消耗(例如，參見JP-A-2006-319172)。此外，此情形亦可在不需要將光控制裝備改變為排他地用於LED照明組件之類型的情況下保全相容性，且由此降低裝備成本。此外，LED照明設備採用多種形式中之任一者(諸如，用於主要照明之燈、電燈泡、下照燈、嵌燈(under-shelf light)，及用於間接照明之燈)，且使用適用於其所採用之形式的電源技術。

此電源技術之實例包括LED係藉由使用藉由平滑化AC功率所獲得之DC電壓進行驅動的AC/DC方法，及LED係直接藉由使用藉由整流AC功率所獲得之電壓進行驅動的AC直接驅動方法。作為電源技術之方法具有其各別特性，且存在兩種類型之AC/DC方法：電壓步升類型及電壓步降類型。儘管允許LED之高效率驅動，但此等類型中之任一者涉及藉由使用藉由以電壓平滑器來平滑化交流電壓所獲得之DC電壓來驅動LED，此情形導致電路之複雜化且要求選擇性地使用具有大的時間常數之變壓器、線圈及電容器，且由此使用具有相對大之體積的組件。

另一方面，在AC直接驅動方法中，儘管與AC/DC方法相比較而言此方法略微低效，但若經整流之輸入電壓小於在LED開始發光時所獲得之順向電壓，則LED斷開。LED在藉由整流通用電源之50 Hz至60 Hz之頻率所獲得的100 Hz至120 Hz之重複循環中斷開。在相機或其類似者之狀況下，若此時序與相機之成像時序同步，則感知到亮度之大的變化，然而，其歸因於極短之閃爍循環而對於人眼而言係幾乎不可感知的。又，此方法涉及藉由使用經整流電壓直接驅動LED，由此提供相對簡單之組態，該組態包括減少之數目個組件且不需要諸如線圈及電容器之高輪廓組件，且因此順利地用於薄的功率模組。舉例而言，在諸如嵌燈之照明設備的狀況下，需要僅佔據有限空間之功率模組，且由此最好使用AC直接驅動方法。

現在，圖14展示習知白熾燈照明系統之組態。圖14中所展示之白熾燈照明系統包括相位控制光控制器2、二極體橋接器DB1及白熾燈41。圖20展示相位控制光控制器2之組態實例，其中使得可變電阻器Rvar1之電阻值變化，且雙向三極管開關Tri1由此取決於電阻值而以電源相角接通。通常，可變電阻器Rvar1係以旋轉旋鈕或滑件之形式建置，且如此組態以使得改變旋鈕之旋轉角度或滑件之位置允許照明組件的光控制。此外，在相位控制光控制器2中，電容器C1及電感器L1構成雜訊抑制電路，該雜訊抑制電路減小自相位控制光控制器2回饋至交流電源線中的雜訊。

作為一實例，圖16展示在白熾燈41被驅動而同時受相位控制光控制器2光控制的狀況下在系統之各部分處的電壓及電流波形。在圖16中，展示相位控制光控制器2之輸出電壓V1的波形、跨越白熾燈41之電壓V41的波形，及流過白熾燈41之電流I41的波形。當包括於相位控制光控制器2中之雙向三極管開關Tri1自斷開狀態切換至接通狀態時，跨越白熾燈41之電壓V41急劇增大，且由此流過白熾燈41之電流I41亦急劇增大，使得白熾燈41接通。此後，在雙向三極管開關Tri1接通之時間期間，電流繼續流過白熾燈41，且白熾燈41之接通狀態由此得以維持，只要相位控制光控制器2之輸出電壓V1具有高於約0 V的值即可。

然而，已知，亦在如圖14中所展示藉由相位控制光控制器2執行白熾燈41之光控制時，將低瓦數之白熾燈用作白熾燈41導致閃光及閃爍之發生，從而使得不可能恰當地執行光控制。光控制器之輸出電壓上升於包括於相位控制光控制器2中之雙向三極管開關Tri1的臨限電壓處。此上升時序回應於交流電源1之波動而相當大地變化，使得光控制相角變化。當光量低時，相角之此變化之量的比率增大，此情形導致閃光之發生。

需要的是，在設法執行使用交流電源之LED照明組件的光控制時，如在執行白熾燈之光控制的狀況下來使用相位控制光控制器。現在，圖15展示能夠執行使用交流電源之LED照明組件之光控制的LED照明系統之習知實例。圖15中所展示之LED照明系統包括相位控制光控制器2、二極體橋接器DB1、LED模組3、電流限制電路4及驅動部分5。圖17A展示在將光控制級別設定至高亮度級別的狀況下在二極體橋接器DB1之正側輸出末端處所產生的電壓V2及LED模組3之電流ILED的波形，且圖17B展示在將光控制級別設定至低亮度級別的狀況下電壓V2及電流ILED之波形。

在將光控制級別設定至高亮度級別之狀況下，包括於相位控制光控制器2中之雙向三極管開關Tri1以小相角(例如，40°)自斷開狀態切換至接通狀態，以使得在二極體橋接器DB1之正側輸出末端處所產生的電壓V2急劇上升(參見圖17A)，在偵測到此情形後驅動部分5即開始使電流通過LED模組3，以使得LED模組3接通。此後，藉由電流限制電路4來控制流過LED模組3之電流以便使該電流恆定，且由此在跨越LED模組3之電壓高於在LED模組3開始發光時所獲得之順向電壓的時間期間維持LED模組3之接通狀態。此外，在將光控制級別設定至低亮度級別之狀況下，雙向三極管開關Tri1以大相角(例如，130°)自斷開狀態切換至接通狀態，以使得在二極體橋接器DB1之正側輸出末端處所產生的電壓V2急劇上升(參見圖17B)，以使得LED模組3接通。

圖18展示白熾燈41及LED模組3中之每一者的VF-IF曲線(順向電壓與順向電流之間的關係)。白熾燈41及LED模組3中之每一者係藉由使用恆定電流(I4a，Ia)驅動，且此等狀況之間的比較指示，在所施加之順向電壓為高(Vf>V4a，Va)的時間週期期間，預定電流(I4a，Ia)流過白熾燈41及LED模組3中之每一者，而在所施加之順向電壓為低(Vf<V4a，Va)的時間週期期間，基於圖18中所展示之關係，可不再使該恆定電流(I4a，Ia)通過，且由此發生流過白熾燈41及LED模組3中之每一者之電流的減小。舉例而言，在某一順向電壓(V4b，Vb)處，獲得電流(I4b，Ib)。現在，圖19展示施加至LED模組3之順向電壓的時間改變及LED模組3中之電流的時間改變。在將光控制級別設定至低亮度級別且相角大之狀況下，例如，在圖19中，當順向電壓在時序t1處上升時，LED模組3中之電流具有值I1。接著，當在相角自時序t1至時序t2之變化Δtj發生之後順向電壓在時序t2處上升時，LED模組3中之電流具有值I2。基於圖18中所展示之LED模組3的VF-IF曲線，在順向電壓具有值Va或低於Va之值的情況下，LED模組3中之電流突然減小，且由此LED模組3中之電流的變化ΔIj相對於相角之變化Δtj而言為大的。

在交流電源1具有50 Hz至60 Hz之頻率的情況下，當藉由使用由二極體橋接器DB1所整流之電壓直接驅動發光元件時，在100 Hz至120 Hz處重複地發生閃爍，然而，此情形對於人眼而言過快從而難以察覺且由此好像發光元件係連續發光一樣被感知。為了將亮度維持在恆定級別處，要求LED模組3中之電流經設定而在每一循環中具有恆定值。然而，一般而言，各種裝置係連接至交流電源1，以使得交流電源1之輸出電壓在各循環中波動。結果，發生包括於相位控制光控制器2中之雙向三極管開關Tri1之切換時序的變化以引起相角之微小變化。在將光控制級別設定至低亮度級別之狀況下(此情形導致LED模組3中之電流的大變化)，且當交流功率在低頻(例如，略微高於10 Hz或更低)處波動時，此變化可被人眼察覺且由此以閃光之形式被感知。

此外，當LED模組3之發光持續時間長時上文所描述之變化的量相對小，且當LED模組3之發光持續時間短時上文所描述之變化的量相對大。舉例而言，若雙向三極管開關Tri1之切換時序以30°之相角變化40 μs，則變化之量實質上為1%，亦即，發生不可察覺之程度的光(照度)改變，而在130°或大於130°之相角下，發生可察覺之程度的光(照度)改變。

本發明之一目標為提供能夠減少在低照度光控制下之一LED負載中歸因於交流功率之波動的閃光之發生的LED驅動電路、LED照明組件、LED照明裝置及LED照明系統。

本發明之LED驅動電路為可連接至一相位控制光控制器且藉由使用藉由整流自該相位控制光控制器所輸入之一相位控制交流電壓所獲得之一電壓來驅動一LED負載的LED驅動電路。該LED驅動電路包括：一第一相角偵測部分，其偵測一當前循環中之一相角；一第二相角偵測部分，其偵測在該當前循環之前至少一循環之一循環中的一相角；一偏壓部分，其藉由將一預定延遲時間加至藉由對由該第一相角偵測部分偵測到之該相角及由該第二相角偵測部分偵測到之該相角進行平均化所獲得的一相角而產生一偵測信號；及一驅動部分，其在基於由該偏壓部分所產生之該偵測信號的時序處開始至該LED負載之電流供應。

根據此組態，即使該相位控制光控制器之一輸出電壓的一相角歸因於交流功率之波動而在每一循環中微小地變化，因為藉由將一預定延遲時間加至一平均化相角而產生一偵測信號且至該LED負載之電流供應係在基於該偵測信號的時序處開始，所以仍可減少在低照度光控制下之該LED負載中之閃光的發生。

此外，該相角控制光控制器中之一開關元件的一正臨限電壓及一負臨限電壓可具有彼此不同之值。甚至在此狀況下，藉由(例如)在每一循環中執行平均化，可對一正相角及一負相角進行平均化。此外，藉由(例如)在每兩個循環中執行平均化，可分別對正相角及負相角進行平均化。

此外，在上文所描述之組態中，該偏壓部分可包括一延遲電路，該延遲電路具有：一電容器；一充電/放電電路，其藉由針對由該第二相角偵測部分偵測到的在該當前循環之前一循環的一循環中之一相角之一時間週期使用一第一恆定電流來使已充電至一預定電壓的該電容器放電，藉由針對由該第一相角偵測部分偵測到的在該當前循環中之該相角之一時間週期使用該第一恆定電流來使該電容器充電，且接著藉由使用一第二恆定電流使該電容器進一步充電；及一偵測電路，其偵測到在該電容器藉由使用該第二恆定電流之該充電之後，該電容器之一電壓已達到一預定電壓。

此外，在上文所描述之組態中，該偏壓部分可包括一延遲電路，該延遲電路具有：一電容器；一充電/放電電路，其藉由針對由該第二相角偵測部分偵測到的在該當前循環之前兩個循環的一循環中之一相角之一時間週期使用一第一恆定電流來使已充電至一預定電壓的該電容器放電，藉由針對由該第一相角偵測部分偵測到的在該當前循環中之該相角之一時間週期使用該第一恆定電流來使該電容器充電，且接著藉由使用一第二恆定電流使該電容器進一步充電；及一偵測電路，其偵測到在該電容器藉由使用該第二恆定電流之該充電之後，該電容器之一電壓已達到一預定電壓。

此外，在上文所描述之組態中之任一者中，該第一恆定電流及該第二恆定電流之絕對值或該第一恆定電流與該第二恆定電流之間的比率可經設定而可以外部方式調整。

根據此組態，可根據交流功率之波動程度來以外部方式調整延遲時間及平均化速率。

此外，在上文所描述之組態中之任一者中，該驅動部分可經組態以在由該偏壓部分所產生之該偵測信號具有一不高於一預定電壓之電壓時停止至該LED負載的該電流供應，且在由該偏壓部分所產生之該偵測信號具有一超過該預定電壓之電壓時以一預定時間常數開始至該LED負載的該電流供應。

根據此組態，當由該偏壓部分所產生之一偵測信號具有一超過一預定電壓的電壓時至該LED負載之電流供應緩慢開始，且由此可減小歸因於相角之變化的電流之變化，使得可進一步減少LED負載中之閃光的發生。

此外，在上文所描述之組態中之任一者中，在該LED負載之一電源供應線中，提供一濾波器可，該濾波器減小在該相位控制光控制器中之一開關元件的接通時產生的切換雜訊。

此組態可減少歸因於在該相位控制光控制器中之一開關元件的接通時產生之切換雜訊的在該LED負載中之閃光的發生。

此外，本發明之LED照明組件包括：一具有上文所描述之組態中之任一者的LED驅動電路；及連接至該LED驅動電路之一輸出側的該LED負載。

此外，本發明之LED照明裝置包括：一具有上文所描述之組態中之任一者的LED驅動電路；或一具有上文所描述之組態的LED照明組件。

此外，本發明之LED照明系統包括：一具有上文所描述之組態的LED照明組件及一具有上文所描述之組態之LED照明裝置中的任一者；及連接至該LED照明組件及該LED照明裝置中之該任一者之一輸入側的該相位控制光控制器。

下文中，將參看附加圖式描述本發明之實施例。圖1展示根據本發明之LED照明系統之組態實例。在圖1中所展示之LED照明系統中，LED驅動電路包括二極體橋接器DB1、電流限制電路4、驅動部分5、第一相角偵測部分6、第二相角偵測部分7及偏壓部分8，且偏壓部分8具有延遲單元9。已經歷藉由光控制器2之相位控制的交流電壓係藉由二極體橋接器DB1全波整流，且由此自二極體橋接器DB1輸出具有圖2中所展示之脈動波形的電壓。具有脈動波形之電壓係輸出至第一相角偵測部分6及第二相角偵測部分7中之每一者且亦輸出至LED模組3。

第一相角偵測部分6偵測在當前循環中自二極體橋接器DB1之輸出電壓的過零點至其上升邊緣的時間之長度(亦即，當前循環中之相角(圖2中之T1))。第二相角偵測部分7偵測在前一循環中自二極體橋接器DB1之輸出電壓的過零點至其上升邊緣的時間之長度(亦即，前一循環中之相角(圖2中之T2))。偏壓部分8藉由將預定延遲時間(圖2中之Tdelay)加至藉由對由第一相角偵測部分6偵測到之當前循環中之相角及由第二相角偵測部分7偵測到的前一循環中之相角進行平均化所獲得的相角而產生平均相角偵測信號，且將其輸出至驅動部分5(圖2中之「偏壓部分之輸出」)。驅動部分5接著在平均相角偵測信號之上升時序處開始至LED模組3之電流供應。在至LED模組3之電流供應開始後，流過LED模組3之電流即受串聯連接至LED模組3之電流限制電路4控制以便具有不高於預定值的值。此情形可防止過量電流歸因於所施加之過量電壓而產生。

因此，即使相角在每一循環中變化，因為可在平均化相角之時序處驅動LED模組3，所以仍可減少LED模組3中(特定言之在低照度光控制下)之閃光的發生。

特定言之，在前一循環中自過零時序至上升邊緣偵測時序的時間之長度(圖2中之T2)短於當前循環中自過零時序至上升邊緣偵測時序的時間之長度(圖2中之T1)的狀況下，所得之平均化相角短於當前循環中自過零時序至上升邊緣偵測時序的時間之長度。在此狀況下，即使試圖在平均化相角之時序處驅動LED模組3，在到達此時序時仍未向LED模組3供應電壓，且由此電流無法通過LED模組3。

作為對此之解決方案，在此實施例中，偏壓部分8包括延遲單元9，藉此藉由將預定延遲時間(圖2中之Tdelay)加至平均化相角而產生平均相角偵測信號且將其輸出至驅動部分5。在驅動部分5在此平均相角偵測信號之上升時序處驅動LED模組3的狀況下，在到達此時序時已向LED模組3供應電壓，且由此電流可通過LED模組3。此情形可擴展用於判定LED模組3之驅動時序的平均化範圍。

現在，圖3展示此實施例中之偏壓部分的特定組態實例。偏壓部分8具有作為延遲單元9之第一延遲電路9a及第二延遲電路9b、開關SW1至SW3，及鎖存部分10。開關SW1為用於在第一延遲電路9a與第二延遲電路9b之間切換以作為第二相角偵測部分7之輸出之目的地的開關，開關SW2為用於在第一延遲電路9a與第二延遲電路9b之間切換以作為第一相角偵測部分6之輸出之目的地的開關，且開關SW3在第一延遲電路9a與第二延遲電路9b之間切換，且基於該切換之結果，將第一延遲電路9a抑或第二延遲電路9b之輸出輸出至鎖存部分10。

圖4展示第一延遲電路9a及第二延遲電路9b中之每一者的特定組態實例。此處所描述之延遲電路包括恆定電流源IaT1、IaT2及IbTdelay、電容器Ca、比較器Comp1及開關SW。恆定電流源IaT1及恆定電流源IaT2與接地串聯連接，且恆定電流源IbTdelay及電容器Ca亦與接地串聯連接。經由開關SW，將參考電壓Va施加至恆定電流源IaT1與恆定電流源IaT2之間的連接點、恆定電流源IbTdelay與電容器Ca之間的連接點，及比較器Comp1之非反相輸入端子。此外，將參考電壓Vb施加至比較器Comp1之反相輸入端子，且將比較器Comp1之輸出輸出至開關SW3(圖3)。

現在，下文參看圖5中所展示之時序圖來描述延遲電路之操作。首先，在開關SW1至SW3切換至H後，在第一延遲電路9a中，針對由第二相角偵測部分7偵測到之相角的時間週期(圖5中之T2)，恆定電流源IaT2即傳遞恆定電流Ia以使得電容器Ca放電(電容器Ca之末端電壓Vca變得低於參考電壓Va)。接著，在於二極體橋接器DB1之輸出電壓之過零點處開關SW1至SW3切換至L後，在第一延遲電路9a中，針對由第一相角偵測部分6偵測到之相角的時間週期(圖5中之T1)，恆定電流源IaT1即傳遞恆定電流Ia以使得電容器Ca充電，且緊接其後，恆定電流源IbTdelay傳遞恆定電流Ib。接著，在電容器Ca之末端電壓Vca達到參考電壓Vb之位準時，比較器Comp1的輸出自低位準轉向高位準，以使得偏壓部分8之輸出自低位準轉向高位準。藉由鎖存部分10將偏壓部分8之輸出維持在高位準。此外，在第一延遲電路9a中，恆定電流Ib之傳遞停止，且經由開關SW之接通，將電容器Ca之末端電壓Vca維持在參考電壓Va的位準。

電容器Ca之末端電壓Vca係藉由以下方程式表達

Vca=Va+(-Ia×T2+Ia×T1+Ib×Td)/Ca(Ca表示電容器Ca之電容)。

假設Vca=Vb且Ib=2Ia，

則表示由偏壓部分8偵測到之相角的T1+Td係藉由以下方程式表達

T1+Td=(T1+T2)/2+Tdelay。

然而，在此狀況下，Tdelay=(Vb-Va)×Ca/Ib。

亦即，藉由偏壓部分8偵測到之相角被定義為藉由將延遲時間Tdelay加至藉由對T1及T2進行平均化所獲得之相角所獲得的相角。

此外，此時，在第二延遲電路9b中，開關SW斷開，且針對由第二相角偵測部分7偵測到之相角的時間週期(圖5中之T2')，恆定電流源IaT2傳遞恆定電流Ia以使得電容器Ca放電(電容器Ca之末端電壓Vca變得低於參考電壓Va)。

接著，在於二極體橋接器DB1之輸出電壓之過零點處開關SW1至SW3切換至H後，即將第二延遲電路9b之輸出(其處於低位準)輸出至驅動部分5，以使得偏壓部分8之輸出轉向低位準。在第二延遲電路9b中，針對由第一相角偵測部分6偵測到之相角的時間週期(圖5中之T1')，恆定電流源IaT1傳遞恆定電流Ia以使得電容器Ca充電，且緊接其後，恆定電流源IbTdelay傳遞恆定電流Ib。接著，在電容器Ca之末端電壓Vca達到參考電壓Vb之位準時，比較器Comp1的輸出自低位準轉向高位準，以使得偏壓部分8之輸出自低位準轉向高位準。藉由鎖存部分10將偏壓部分8之輸出維持在高位準。此外，在第二延遲電路9b中，恆定電流Ib之傳遞停止，且經由開關SW之接通，將電容器Ca之末端電壓Vca維持在參考電壓Va的位準。此外，此時，在第一延遲電路9a中，開關SW斷開，且針對由第二相角偵測部分7偵測到之相角的時間週期(圖5中之T2")，恆定電流源IaT2傳遞恆定電流Ia以使得電容器Ca放電(電容器Ca之末端電壓Vca變得低於參考電壓Va)。此後，重複地執行類似操作。

此外，圖6展示偏壓部分之特定組態的修改實例。圖6中所展示之偏壓部分8具有第一延遲電路9a、第二延遲電路9b、第三延遲電路9c、第四延遲電路9d、開關SW1至SW9，及鎖存部分10。假設所有延遲電路具有圖4中所展示之組態。圖7展示在使用圖6中所展示之偏壓部分8的狀況下各部分處之時序的時序圖。

首先，在開關SW1、SW5、SW6及SW8切換至H及開關SW2、SW3、SW4、SW7及SW9切換至L後，在第一延遲電路9a中，針對由第二相角偵測部分7偵測到之相角的時間週期(圖7中之T2)，恆定電流源IaT2即傳遞恆定電流Ia以使得電容器Ca放電(電容器Ca之末端電壓Vca變得低於參考電壓Va)。接著，在於二極體橋接器DB1之輸出電壓的過零點處開關SW2、SW3、SW6、SW7、SW8及SW9切換至H及開關SW1、SW4及SW5切換至L後，在第二延遲電路9b中，針對由第二相角偵測部分7偵測到之相角的時間週期(圖7中之T2')，恆定電流源IaT2即傳遞恆定電流Ia以使得電容器Ca放電(電容器Ca之末端電壓Vca變得低於參考電壓Va)。

接著，在於二極體橋接器DB1之輸出電壓的過零點處開關SW1、SW4、SW7及SW9切換至H及開關SW2、SW3、SW5、SW6及SW8切換至L後，在第一延遲電路9a中，針對由第一相角偵測部分6偵測到之相角的時間週期(圖7中之T1)，恆定電流源IaT1即傳遞恆定電流Ia以使得電容器Ca充電，且緊接其後，恆定電流源IbTdelay傳遞恆定電流Ib。接著，在電容器Ca之末端電壓Vca達到參考電壓Vb之位準時，比較器Comp1的輸出自低位準轉向高位準，以使得偏壓部分8之輸出自低位準切換至高位準。藉由鎖存部分10將偏壓部分8之輸出維持在高位準。此外，在第一延遲電路9a中，恆定電流Ib之傳遞停止，且經由開關SW之接通，將電容器Ca之末端電壓Vca維持在參考電壓Va的位準。藉由偏壓部分8偵測到之相角被定義為藉由將延遲時間Tdelay加至藉由對當前循環中之經偵測相角T1及前二循環中的經偵測相角T2(圖7中之「偏壓部分之輸出」)進行平均化所獲得之相角所獲得的相角。類似地，在第二延遲電路9b、第三延遲電路9c及第四延遲電路9d中之每一者中，執行電容器Ca之放電及充電，且由此偏壓部分8順序地偵測藉由將延遲時間加至藉由對當前循環中之經偵測相角及前二循環中的經偵測相角進行平均化所獲得之相角所獲得的相角。

用以對上文所描述之電容器Ca充電/放電之恆定電流Ia及恆定電流Ib之絕對值或恆定電流Ia與恆定電流Ib之間的比率可經設定而可以外部方式調整，以使得可調整相角平均化速率及延遲時間。藉由此組態，即使具有減小回應於功率之變化的相角之變化的功能之現有光控制器有可能歸因於在其安裝位點處之電源狀態而未能充分實現該功能，仍可以外部方式調整相角平均化速率及相角平均化範圍。此外，可藉由以外部方式替換電容器Ca來調整延遲時間。

接下來，下文參看圖8描述驅動部分5及電流限制電路4之特定組態實例。在圖8中，驅動部分5具有比較器COMP10、電晶體Tr102及電容器C10。此外，電流限制電路4具有電晶體Tr101、電阻器R10及誤差放大器EAMP10。

誤差放大器EAMP10比較電流藉由電阻器R10轉換為之電壓與參考電壓Vref101，且基於其結果，控制電晶體TR101之閘極電壓，以使得此等電壓彼此相等，藉此執行控制以使得恆定電流通過LED模組3。此外，比較器COMP10比較偏壓部分8之輸出與參考電壓Vref102，且基於其結果，控制電晶體Tr102之閘極電壓。若偏壓部分8之輸出處於低位準，則電晶體Tr102接通，使得電晶體Tr101斷開，且由此無電流流過LED模組3。若偏壓部分8之輸出轉向高位準，則電晶體Tr102斷開，使得電容器C10充電以使電晶體Tr101之閘極電壓以預定時間常數上升，且由此電流緩慢通過LED模組3。

在低亮度光控制下，如圖9中所展示，當偏壓部分8之輸出上升時施加至LED模組3之電壓低於對應於待被限制之電流Ia的電壓Va。在電晶體Tr101於偏壓部分8之輸出的上升後立即接通之組態的狀況下，如藉由圖9中之點劃線所展示，電流流過LED模組3。在此狀況下，若相角之變化ΔTj發生，則流過LED模組3之電流的變化ΔIj1(其為大的)發生。作為對此之解決方案，圖8中所展示之電容器C10經提供以執行控制，以使得在偏壓部分8之輸出上升時電流緩慢通過LED模組3。在此狀況下，如藉由圖9中之實線所展示，電流流過LED模組3，使得LED模組3中之電流的變化之量相對於相角之變化ΔTj減小至ΔIj2。結合藉由相角平均化來減小相角之變化之技術的此技術減小在低亮度光控制下LED模組3中之電流的變化。

可將二極體橋接器DB1之輸出輸入至圖8中之比較器COMP10的非反相輸入端子。在此狀況下，參考電壓Vref102可經設定而可以外部方式調整。此外，可調整參考電壓Vref102，以便使其對應於在經驅動之LED模組3開始發光時所獲得之順向電壓。

此外，圖10展示濾波器11插入於用於將電力供應至LED模組3之電源線中的組態實例。在執行相位控制光控制時，減少所使用之光的量(亦即，增大相角)可導致輸入功率之上升電壓(二極體橋接器DB1之輸出電壓)達不到對應於預定限制電流之順向電壓的狀況。以上狀況之實例為等於或低於圖19中所展示之電壓Va之電壓的狀況，其中取決於施加至LED模組3之電壓而發生電流之變化。在此狀況下，若在包括於相位控制光控制器2中之雙向三極管開關的接通時在輸入功率中產生鈴流(ringing)波形(圖11)，則流過LED模組3之電流波動。鈴流發生於約數十kHz之頻率下且因此不被人眼感測到。然而，若鈴流之量在每一循環中改變，則閃光被感知為發生於足以使人眼感測到其之頻率下。如圖10中所展示，可藉由將濾波器11(其為低通濾波器)插入於用於將電力供應至LED模組3之電源線中來減小引起變化的此鈴流。舉例而言，假設低通濾波器之上升時間Tr與截止頻率Fc之間的關係係藉由Fc=0.35/Tr表達，則上升時間被設定為約0.1 ms至1 ms。

在電源線中，電感器可被插入而與LED模組3串聯。此外，電容器可與LED模組3並聯連接。

<修改及變化>

除了作為一實例之本發明之前述實施例之外，以下組態亦為可能的。舉例而言，根據本發明之LED驅動電路的輸入電壓並不限於日本所使用之100 V的商業電源電壓。在根據本發明之LED驅動電路的電路常數被設定為適當值的情況下，可將在日本以外所使用之商業電源電壓或步降交流電壓用作根據本發明之LED驅動電路的輸入電壓。

此外，將諸如電流熔絲之保護元件加至根據本發明之LED驅動電路允許提供較安全的LED驅動電路。

此外，在前述LED驅動電路中，電流限制電路4係連接至LED模組3之陽極側。然而，在適當地設定各別電路常數之情況下，在將電流限制電路4連接至LED模組3之陰極側時不存在問題。

此外，電流限制電路4為用於防止等於或大於額定電流之電流流過LED模組3的電路部分。存在電流限制電路4藉由僅使用諸如電阻器之被動元件及藉由組合使用電阻器與諸如電晶體之主動元件而執行電流限制的可能狀況。

此外，在具有關於額定電流之足夠容限的電流通過LED模組3的狀況下，省略電流限制電路4對光控制操作等等無效應。

此外，與根據本發明之LED驅動電路一起使用之相位控制光控制器並不限於相位控制光控制器2的組態(參見圖20)。

此外，輸入至根據本發明之LED驅動電路的電壓並不限於基於具有正弦波形之交流電壓的電壓，且可為具有另一波形之交流電壓。

此外，前述實施例及上文所描述之修改實例可以任意組合實施，只要此組合不遺留下矛盾即可。

<根據本發明之有關LED照明組件>

最後，下文描述根據本發明之LED照明組件的示意性結構。圖12展示根據本發明之LED照明組件的示意性結構實例、根據本發明之LED照明裝置，及根據本發明之LED照明系統。在圖12中，以部分剖視圖展示根據本發明之電燈泡形LED照明組件200。根據本發明之電燈泡形LED照明組件200在內部包括圓柱形本體或基板202、由一或多個LED構成且安裝於圓柱形本體或基板202之前方(在電燈泡形狀之頭部側上)的LED模組201，及安裝於圓柱形本體或基板202之後方(在電燈泡形狀之下側上)的電路203。舉例而言，作為電路203，可使用根據本發明之LED驅動電路的前述實例中之任一者。

LED照明組件安裝部分300及光控制器(相位控制光控制器)400串聯連接至交流電源1，在LED照明組件安裝部分300中，根據本發明之電燈泡形LED照明組件200係藉由擰緊至LED照明組件安裝部分300中來安裝。根據本發明之電燈泡形LED照明組件200及LED照明組件安裝部分300構成LED照明裝置(頂燈、吊燈、廚房燈、下照燈、落地燈(stand light)、聚光燈、腳燈，或其類似者)。根據本發明之電燈泡形LED照明組件200、LED照明組件安裝部分300及光控制器400構成根據本發明的LED照明系統500。LED照明組件安裝部分300係附接至(例如)內部天花板壁表面，且光控制器400係附接至(例如)內部側壁表面。

根據本發明之電燈泡形LED照明組件200可自LED照明組件安裝部分300拆卸。因此，例如，在按照慣例使用諸如白熾燈或螢光燈之照明組件的現有照明裝置及現有照明系統中，藉由簡單地以根據本發明之電燈泡形LED照明組件200來替換諸如白熾燈或螢光燈的照明組件，實現藉由已有光控制器400進行之光控制。

在圖12中，展示在將圖20中所展示之相位控制光控制器2用作光控制器400之狀況下光控制器400之外觀，且光控制器400經組態以使得可經由對呈旋鈕之形式之光量元件的操作來改變光控制之程度。不必說，亦可使用呈滑件之形式的光量元件替代呈旋鈕之形式的光量元件來改變光控制之程度。

前述描述係針對人員經由呈旋鈕或滑件之形式的光量元件直接操作光控制器400的狀況。然而，對此無限制，且亦可採用遠端操作，其中人員經由經遠端控制器或其類似者之無線電信號傳輸來執行操作。藉由將光控制器之主體提供於具有無線電信號接收部分之接收側上及將傳輸器(例如，遠端控制傳輸器、攜帶型終端機，或其類似者)之主體提供於具有無線電信號傳輸部分的傳輸側上而實現此遠端操作，該無線電信號傳輸部分將光操縱信號(例如，光控制信號、光開/關信號，或其類似者)傳輸至上文所描述之無線電信號接收部分。

此外，根據本發明之LED照明組件並不限於電燈泡形LED照明組件，且可為(例如)圖13中所展示之電燈形LED照明組件600、環形LED照明組件700或直管形LED照明組件800。根據本發明之LED照明組件(無論其採用何種形狀)可連接至LED且連接至相位控制光控制器，且在內部包括至少一LED驅動電路，該至少一LED驅動電路藉由使用輸入至其之交流電壓來驅動LED且根據輸入功率之變化來使驅動時序變化。

1．．．交流電源

2．．．相位控制光控制器

3．．．LED模組

4．．．電流限制電路

5．．．驅動部分

6．．．第一相角偵測部分

7．．．第二相角偵測部分

8．．．偏壓部分

9．．．延遲單元

9a．．．第一延遲電路

9b．．．第二延遲電路

9c．．．第三延遲電路

9d．．．第四延遲電路

10．．．鎖存部分

11．．．濾波器

41．．．白熾燈

200．．．電燈泡形LED照明組件

201．．．LED模組

202．．．圓柱形本體或基板

203．．．電路

300．．．LED照明組件安裝部分

400．．．光控制器(相位控制光控制器)

500．．．LED照明系統

600．．．電燈形LED照明組件

700．．．環形LED照明組件

800．．．直管形LED照明組件

C1．．．電容器

C10．．．電容器

Ca．．．電容器

Comp1．．．比較器

COMP10．．．比較器

DB1．．．二極體橋接器

EAMP10．．．誤差放大器

IaT1．．．恆定電流源

IaT2．．．恆定電流源

IbTdelay．．．恆定電流源

L1．．．電感器

R10．．．電阻器

Rvar1．．．可變電阻器

SW．．．開關

SW1．．．開關

SW2．．．開關

SW3．．．開關

SW4．．．開關

SW5．．．開關

SW6．．．開關

SW7．．．開關

SW8．．．開關

SW9．．．開關

Tr102．．．電晶體

Tr101．．．電晶體

Tri1．．．雙向三極管開關

圖1為展示根據本發明之LED照明系統之組態實例的圖。

圖2為展示根據本發明之LED驅動電路的各部分處之輸出波形的圖。

圖3為展示根據本發明之LED驅動電路的偏壓部分之特定組態實例的圖。

圖4為展示延遲電路之特定組態實例的圖。

圖5為用於說明包括於圖3中所展示之偏壓部分中的延遲電路之操作的時序圖。

圖6為展示圖3中所展示之偏壓部分之修改實例的圖。

圖7為用於說明包括於圖6中所展示之偏壓部分中的延遲電路之操作的時序圖。

圖8為展示驅動部分及電流限制電路之特定組態實例的圖。

圖9為展示施加至LED模組之順向電壓與流過LED模組之電流之間的關係之圖。

圖10為展示濾波器係插入於電源線中之實例的圖。

圖11為展示鈴流(ringing)已發生於輸入功率中之實例的圖。

圖12為展示根據本發明之LED照明組件、LED照明裝置及LED照明系統之示意性結構實例的圖。

圖13為展示根據本發明之LED照明組件之修改實例的圖。

圖14為展示白熾燈照明系統之習知實例的圖。

圖15為展示LED照明系統之習知實例的圖。

圖16為展示圖14中所展示的白熾燈照明系統之各部分處之波形的圖。

圖17A為展示在高亮度光控制下圖15中所展示的LED照明系統之各部分處之波形的圖。

圖17B為展示在低亮度光控制下圖15中所展示的LED照明系統之各部分處之波形的圖。

圖18為展示白熾燈及LED模組中之每一者之VF-IF曲線的圖。

圖19為展示施加至LED模組之順向電壓與流過LED模組之電流之間的關係之圖。

圖20為展示相位控制光控制器之組態實例的圖。

1．．．交流電源

2．．．相位控制光控制器

3．．．LED模組

4．．．電流限制電路

5．．．驅動部分

6．．．第一相角偵測部分

7．．．第二相角偵測部分

8．．．偏壓部分

9．．．延遲單元

DB1．．．二極體橋接器

Claims (11)

1. 一種發光二極體(Light Emitting Diode，以下稱LED)驅動電路，其可連接至一相位控制光控制器且藉由使用藉由整流自該相位控制光控制器所輸入之一相位控制交流電壓所獲得之一電壓來驅動一LED負載，該LED驅動電路包含：一第一相角偵測部分，其偵測一當前循環中之一相角；一第二相角偵測部分，其偵測在該當前循環之前至少一循環之一循環中的一相角；一偏壓部分，其藉由將一預定延遲時間加至藉由對由該第一相角偵測部分偵測到之該相角及由該第二相角偵測部分偵測到之該相角進行平均化所獲得的一相角而產生一偵測信號；及一驅動部分，其在基於由該偏壓部分所產生之該偵測信號的時序處開始至該LED負載之電流供應。
2. 如請求項1之發光二極體驅動電路，其中該偏壓部分包括一延遲電路，該延遲電路具有：一電容器；一充電/放電電路，其在由該第二相角偵測部分偵測到的該當前循環之前一循環的一循環中之一相角之一時間週期，藉由使用一第一恆定電流來使已充電至一預定電壓的該電容器放電，在由該第一相角偵測部分偵測到的該當前循環中之該相角之一時間週期，藉由 使用該第一恆定電流來使該電容器充電，且接著藉由使用一第二恆定電流使該電容器進一步充電；及一偵測電路，其偵測到在該電容器藉由使用該第二恆定電流之該充電之後，該電容器之一電壓已達到一預定電壓。
3. 如請求項1之發光二極體驅動電路，其中該偏壓部分包括一延遲電路，該延遲電路具有：一電容器；一充電/放電電路，其在由該第二相角偵測部分偵測到的該當前循環之前兩個循環的一循環中之一相角之一時間週期，藉由使用一第一恆定電流來使已充電至一預定電壓的該電容器放電，在由該第一相角偵測部分偵測到的該當前循環中之該相角之一時間週期，藉由使用該第一恆定電流來使該電容器充電，且接著藉由使用一第二恆定電流使該電容器進一步充電；及一偵測電路，其偵測到在該電容器藉由使用該第二恆定電流之該充電之後，該電容器之一電壓已達到一預定電壓。
4. 如請求項2之發光二極體驅動電路，其中該第一恆定電流及該第二恆定電流之絕對值或該第一恆定電流與該第二恆定電流之間的一比率可以外部方式調整。
5. 如請求項3之發光二極體驅動電路，其中該第一恆定電流及該第二恆定電流之絕對值或該第一 恆定電流與該第二恆定電流之間的一比率可以外部方式調整。
6. 如請求項1之發光二極體驅動電路，其中該驅動部分在由該偏壓部分所產生之該偵測信號具有一不高於一預定電壓之電壓時停止至該LED負載的該電流供應，且在由該偏壓部分所產生之該偵測信號具有一超過該預定電壓之電壓時以一預定時間常數開始至該LED負載的該電流供應。
7. 如請求項1之發光二極體驅動電路，其中在該LED負載之一電源供應線中，提供一濾波器，該濾波器減小在該相位控制光控制器中之一開關元件的接通時產生的切換雜訊。
8. 一種發光二極體照明組件，其包含：一LED驅動電路，其可連接至一相位控制光控制器且藉由使用藉由整流自該相位控制光控制器所輸入之一相位控制交流電壓所獲得之一電壓來驅動一LED負載；及該LED負載，其連接至該LED驅動電路之一輸出側；該LED驅動電路包括：一第一相角偵測部分，其偵測一當前循環中之一相角；一第二相角偵測部分，其偵測在該當前循環之前至少一循環之一循環中的一相角；一偏壓部分，其藉由將一預定延遲時間加至藉由對由該第一相角偵測部分偵測到之該相角及由該第二相 角偵測部分偵測到之該相角進行平均化所獲得的一相角而產生一偵測信號；及一驅動部分，其在基於由該偏壓部分所產生之該偵測信號的時序處開始至該LED負載之電流供應。
9. 一種發光二極體照明裝置，其包含：一LED照明組件；及一LED照明組件安裝部分，其供安裝該LED照明組件；上述LED照明組件包括：一LED驅動電路，其可連接至一相位控制光控制器且藉由使用藉由整流自該相位控制光控制器所輸入之一相位控制交流電壓所獲得之一電壓來驅動一LED負載；及該LED負載，其連接至該LED驅動電路之一輸出側；該LED驅動電路包括：一第一相角偵測部分，其偵測一當前循環中之一相角；一第二相角偵測部分，其偵測在該當前循環之前至少一循環之一循環中的一相角；一偏壓部分，其藉由將一預定延遲時間加至藉由對由該第一相角偵測部分偵測到之該相角及由該第二相角偵測部分偵測到之該相角進行平均化所獲得的一相角而產生一偵測信號；及 一驅動部分，其在基於由該偏壓部分所產生之該偵測信號的時序處開始至該LED負載之電流供應。
10. 一種發光二極體照明系統，其包含：一LED照明組件，其包括：一LED驅動電路，其可連接至一相位控制光控制器且藉由使用藉由整流自該相位控制光控制器所輸入之一相位控制交流電壓所獲得之一電壓來驅動一LED負載；及該LED負載，其連接至該LED驅動電路之一輸出側；該LED驅動電路包括：一第一相角偵測部分，其偵測一當前循環中之一相角；一第二相角偵測部分，其偵測在該當前循環之前至少一循環之一循環中的一相角；一偏壓部分，其藉由將一預定延遲時間加至藉由對由該第一相角偵測部分偵測到之該相角及由該第二相角偵測部分偵測到之該相角進行平均化所獲得的一相角而產生一偵測信號；及一驅動部分，其在基於由該偏壓部分所產生之該偵測信號的時序處開始至該LED負載之電流供應；該相位控制光控制器連接至該LED照明組件之一輸入側。
11. 一種發光二極體照明系統，其包含：一LED照明裝置，其包括：一LED驅動電路，其可連接至一相位控制光控制器且藉由使用藉由整流自該相位控制光控制器所輸入之一相位控制交流電壓所獲得之一電壓來驅動一LED負載，該LED驅動電路包括：一第一相角偵測部分，其偵測一當前循環中之一相角；一第二相角偵測部分，其偵測在該當前循環之前至少一循環之一循環中的一相角；一偏壓部分，其藉由將一預定延遲時間加至藉由對由該第一相角偵測部分偵測到之該相角及由該第二相角偵測部分偵測到之該相角進行平均化所獲得的一相角而產生一偵測信號；及一驅動部分，其在基於由該偏壓部分所產生之該偵測信號的時序處開始至該LED負載之電流供應；且該相位控制光控制器連接至該LED照明裝置之一輸入側。