TWI517748B - 發光二極體驅動裝置 - Google Patents

Description

發光二極體驅動裝置

本發明係關於使發光二極體點亮驅動之驅動電路，特別涉及使用交流電源進行驅動之發光二極體驅動裝置。

近年來，作為照明用之光源，能以較白熾燈炮與螢光燈低之消耗電力驅動之發光二極體(以下亦稱為「LED(light-emitting diode)」)備受關注。LED具有小型且耐撞擊性亦較強，不必擔心燈體破碎之優點。

作為這種照明機器用之電源，希望將家庭用電源等交流用作電源。另一方面，LED為直流驅動元件，僅於順向電流下發光。又，作為照明用途目前採用較多之LED之順向電壓Vf為3.5V左右。LED具有如下特性，即：若未達Vf則不發光，反之若超過Vf則流過過度之電流。因此，可說對於LED而言適合利用直流實現之驅動。

為了應對這種相反之條件，提出了各種採用交流電源之LED之驅動電路。例如，提出了一種以根據變化之電壓值而改變Vf之合計值之方式切換LED之方法(日本專利特開2006-147933號公報)。於該方法中，如圖16之電路圖所示般，將多段串聯連接之LED分為區塊161、162、163、164、165、166，根據整流波形之輸入電壓之電壓值以包含微電腦之開關控制部167切換LED區塊161~166之連接，藉此階段性地改變Vf之合計值。其結果，如圖17之時序圖所示之電壓波形般，由於相對於整流波形可以多個方形波 點亮LED，因此與僅單一之方形波下之ON占空比相比，可改善LED之利用效率。

另一方面，本申請人開發了AC多段電路，該AC多段電路以交流之全波整流驅動串聯連接有多段之將多個LED元件串聯連接並區塊化之LED區塊之多段電路(日本專利特開2011-40701號公報)。

如圖18所示，該AC多段電路以橋電路2對交流電源AP進行全波整流並施加於LED區塊之多段電路。LED區塊之多段電路串聯連接有第一LED區塊11、第二LED區塊12、第三LED區塊13。根據第一LED區塊11之通電量，由第一LED電流控制電晶體21A切換繞過第二LED區塊12之第一旁通路徑BP1之ON/OFF(接通/斷開)，又根據第一LED區塊11及第二LED區塊12之通電量，由第二LED電流控制電晶體22A切換繞過第三LED區塊13之第二旁通路徑BP2之ON/OFF。該AC多段電路可一面維持電源效率一面改善LED利用效率及功率因數。

圖19表示該AC多段電路之電流波形。如該圖所示，具有與電源週期同步之階梯狀之電流波形。然而，儘管該階梯狀電流波形為接近正弦波電流之波形，但由於以階梯狀變化，因此這將成為產生高頻諧波之原因。另一方面，於代替LED使用白熾燈炮作為負載之情況下，由於其電流波形為正弦波，因此不會產生高頻諧波。又，於IEC61000-3-2標準中照明機器被分類為C類，規定有高頻諧波之極限值。特別與25W以下之機器相比，適用於25W以上之機器 之極限值較為嚴苛，對於圖18之AC多段電路而言難以適用。

又，圖20表示日本專利特開2006-147933號公報之發光二極體驅動方法下之高頻諧波電流之測量資料之一例。如該圖所示，特別於高頻諧波之次數為11、13、15次高頻諧波中將超出極限值，從而無法應用。

本發明係鑒於先前之該等問題而完成者。本發明之主要目的在於提供一種可抑制高頻諧波分量之發光二極體驅動裝置。

為了實現上述目的，根據第1態樣之發光二極體驅動裝置，其包括：整流電路2，其可與交流電源AP連接，用以獲得將該交流電源AP之交流電壓整流後之整流電壓；第一LED部11，其具有與上述整流電路2連接之至少一個LED元件；第二LED部12，其具有與上述第一LED部11串聯連接之至少一個LED元件；第一機構21，其與上述第二LED部12並聯連接，用以控制向上述第一LED部11之通電量；第四機構24，其與上述第一機構21串聯連接，用以控制向上述第一LED部11及第二LED部12之通電量；第一電流控制機構31，其用以控制上述第一機構21；第四電流控制機構34，其用以控制上述第四機構24；電流檢測機構4，其用以檢測基於串聯連接有上述第一LED部11至第二LED部12之輸出線OL上流過之電流量之電流檢測信號；及高頻諧波抑制信號產生機構6，其用以基於自上述整流電路2輸出 之整流電壓而產生高頻諧波抑制信號電壓。上述第一電流控制機構31及第四電流控制機構34對由上述電流檢測機構4檢測出之電流檢測信號、與由上述高頻諧波抑制信號產生機構6所產生之高頻諧波抑制信號電壓進行比較，並以抑制高頻諧波分量之方式分別控制上述第一機構21及第四機構24。

又，根據第2態樣之發光二極體驅動裝置，其進而包括：第三LED部13，其具有與上述第二LED部12串聯連接之至少一個LED元件；第二機構22，其與上述第三LED部13並聯連接，用以控制向上述第一LED部11及上述第二LED部12之通電量；及第二電流控制機構32，其用以控制上述第二機構22。上述第二電流控制機構32對由上述電流檢測機構4檢測之電流檢測信號、與由上述高頻諧波抑制信號產生機構6所產生之高頻諧波抑制信號電壓進行比較，並以抑制高頻諧波分量之方式控制上述第二機構22，上述第四機構24控制向上述第一LED部11、第二LED部12及第三LED部13之通電量。由此，藉由輸入側之高頻諧波分量與獲得之LED驅動電流之間之對比，可進行調整輸出波形之控制，從而可有效地抑制高頻諧波分量。

又，根據第3態樣之發光二極體驅動裝置，其進而包括：第四LED部14，其具有與上述第三LED部13並聯連接之至少一個LED元件；第三機構23，其與上述第四LED部14串聯連接，用以控制向上述第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13之通電量；及第三電流控制機構33，其 用以控制上述第三機構23；且上述第四機構24可構成為控制向上述第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13及第四LED部14之通電量。

根據第4態樣之發光二極體驅動裝置，可進而包括與上述第四機構24並聯連接之LED驅動機構3。

進而，又根據第5態樣之發光二極體驅動裝置，其進而包括：電流檢測信號賦予機構5，其用以分配由上述電流檢測機構4檢測之電流檢測信號，並將該信號發送至第一電流控制機構31、第二電流控制機構32、第三電流控制機構33及第四電流控制機構34。由此，借助電流檢測信號賦予機構與高頻諧波抑制信號產生機構之作用，能夠以抑制了高頻諧波之電流波形使發光二極體驅動裝置進行動作。

又，進而根據第6態樣之發光二極體驅動裝置，其進而包括：電壓變動抑制信號發送機構8，其混合上述第一LED部11、上述第二LED部12、上述第三LED部13、上述第四LED部14之各輸出而產生電壓變動抑制信號，並將該電壓變動抑制信號發送至上述電流檢測信號賦予機構5。由此，除了電流檢測信號以外還可將電壓變動抑制信號賦予給電流檢測機構，從而可進行更準確地抑制高頻諧波之控制。

又，進而根據第7態樣之發光二極體驅動裝置，上述電流檢測信號賦予機構5混合上述第一LED部11、上述第二LED部12、上述第三LED部13、上述第四LED部14之輸出而產生電壓變動抑制信號，對該電壓變動抑制信號加上由 上述電流檢測機構4檢測出電流值之電流檢測信號並發送至上述第一電流控制機構31、第二電流控制機構32、第三電流控制機構33、第四電流控制機構34。

又，進而根據第8態樣之發光二極體驅動裝置，上述電流檢測信號賦予機構5混合上述第一LED部11、上述第二LED部12、上述第三LED部13、上述第四LED部14之輸出而產生電壓變動抑制信號，將該電壓變動抑制信號積分，並發送至上述第一電流控制機構31、第二電流控制機構32、第三電流控制機構33、第四電流控制機構34。

又，進而根據第9態樣之發光二極體驅動裝置，其進而包括與高頻諧波抑制信號產生機構6連接且用以進行調光之調光機構61'。由此，借助調光機構之作用，除可進行高頻諧波抑制動作以外還可進行調光。

又，進而根據第10態樣之發光二極體驅動裝置，上述高頻諧波抑制信號產生機構6包含串聯連接之多個電流檢測分壓電阻。由此，可沿著由整流電路整流之脈動流之正弦波進行電流控制動作，從而可使LED驅動電流接近於近似正弦波之波形。

本發明之上述及其他目的以及其特徵藉由參照後述之附圖進行說明而進一步得到明確。

以下，基於附圖說明本發明之實施方式。其中，以下示出之實施形態例示用以具體化本發明之技術思想之發光二極體驅動裝置，本發明並未將發光二極體驅動裝置限定於 以下之裝置。又，本說明書絕非將權利要求中示出之部件限定於實施形態之部件。特別實施形態中記載之構成部件之尺寸、材質、形狀、其相對之配置等，只要沒有特別之記載，都只不過為說明例子，而非將本發明之範圍限定於此。再者，各附圖示出之部件之大小或位置關係等有時為了明確說明而被放大。再者，於以下之說明中，相同之名稱、符號表示相同或同質之部件，適當省略其詳細說明。另外，構成本發明之各要素既可採用由同一部件構成多個要素從而以一個部件兼用作多個要素之方式，相反亦可由多個部件分擔一個部件之功能來實現。又，於一部分之實施例、實施形態中說明之內容亦能應用於其他實施例、實施形態等中。

為了使發光二極體驅動裝置適合於高頻諧波電流標準，希望設計為與白熾燈炮同樣地成為正弦波之電流波形。因此，於本實施形態之發光二極體驅動裝置中，藉由於LED電流控制機構之基準電壓中疊加正弦波，從而使LED驅動電流波形成為近似於正弦波之波形，以適合於25W以上之高頻諧波電流標準之經濟價格，提供一種小型之發光二極體驅動裝置。

[實施例1]

圖1A表示實施例1之發光二極體驅動裝置100之方塊圖。該發光二極體驅動裝置100包括整流電路2、LED集合體10、第一機構21~第四機構24、電流控制機構、電流檢測機構4。該發光二極體驅動裝置100與交流電源AP相連接， 用以獲得對交流電壓進行整流而得之脈動流電壓之整流電路2、與包含多個LED部之LED集合體10，於輸出線OL上分別串聯連接。於此使用四個LED部，串聯連接第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13、第四LED部14而構成LED集合體10。再者，於輸出線OL上，使LED集合體10、LED驅動機構3、電流檢測機構4串聯連接。

又，於第二LED部12、第三LED部13、第四LED部14各自之兩端，連接有用以控制通電量之第一機構21、第二機構22、第三機構23。由於第一機構21、第二機構22、第三機構23分別相對於LED部並聯地設置，因此構成調整通電量之旁通路徑。即，由於可藉由第一機構21、第二機構22、第三機構23調整旁通之電流量，因此其結果可控制各LED部之通電量。於圖1A之例子中，第一機構21與第二LED部12並聯連接而形成第一旁通路徑BP1。又，第二機構22與第三LED部13並聯連接而形成第二旁通路徑BP2。再者，第三機構23與第四LED部14並聯連接而形成第三旁通路徑BP3。又，於本說明書中，由於使於輸出線上連接之LED部等旁通之旁通路徑中亦流過輸出電流，因此於此方面而言包含於輸出線中使用。

(電流控制機構)

又，為了進行恆電流驅動而設置有電流控制機構，以用於控制恆電流電路。於該電路例中，一種恆電流電路包含第一機構21、第二機構22、第三機構23、第四機構24與第一電流控制機構31、第二電流控制機構32、第三電流控制 機構33、第四電流控制機構34。

各電流控制機構與第一機構21、第二機構22、第三機構23、第四機構24連接，控制第一機構21、第二機構22、第三機構23、第四機構24之ON/OFF或電流量連續可變之動作。具體而言，設置控制第一機構21動作之第一電流控制機構31、控制第二機構22之動作之第二電流控制機構32、控制第三機構23之動作之第三電流控制機構33、控制第四機構24之動作之第四電流控制機構34。第一電流控制機構31、第二電流控制機構32、第三電流控制機構33、第四電流控制機構34連接於電流檢測機構4，監視LED之電流量，根據其值而切換第一機構21、第二機構22、第三機構23、第四機構24之控制量。

各LED部為串聯及/或並聯連接有一個或多個LED元件之區塊。LED元件可適當利用表面安裝型(SMD，Surface Mount Device，表面安裝器件)或炮彈型之LED。又，SMD類型之LED元件之封裝可根據用途而選擇外形，可利用於俯視下為矩形形狀之類型。進而，當然亦可將於封裝內串聯及/或並聯連接有多個LED元件之LED作為LED部使用。

各LED部中包含之LED元件之順向電壓之相加值即小計順向電壓由串聯連接之LED元件之個數決定。例如，於使用6個順向電壓3.6V之LED元件之情況下，小計順向電壓為3.6×6=21.6V。

該發光二極體驅動裝置100根據由電流檢測機構4檢測出之電流值，切換對各LED部之通電之ON/恆電流控制/OFF。 換言之，由於不基於整流電壓之電壓值、而是基於現實通電中之電流量之電流控制，因此不受LED元件之順向電壓之偏差影響，能以合適之時機實現準確之LED部之切換，從而可期待可靠性高之穩定之動作。又，電流值之檢測可利用電流檢測機構4等。

於圖1A之例中，第一電流控制機構31基於第一LED部11之通電量而控制第一機構21向第一LED部11之通電限制量。具體而言，於第一機構21及第二機構22、第三機構23處於ON之狀態下，於通電量達到預先設定之第一基準電流值時，第一機構21對第一LED部11進行恆電流驅動。然後，輸入電壓上升，當達到可一併驅動第一LED部11與第二LED部12之電壓時，於第二LED部12中開始流過電流，進而當其電流值超過第一基準電流值時，第一機構21變為OFF。再者，第二電流控制機構32根據第一LED部11及第二LED部12之通電量，控制第二機構22對第一LED部11及第二LED部12之通電限制量。具體而言，當通電量達到預先設定之第二基準電流值時，第二機構22對第一LED部11與第二LED部12進行恆電流驅動。然後輸入電壓上升，當達到可一併驅動第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13之電壓時，第三LED部13中開始流過電流，進而當其電流值超過第二基準電流值時，第二機構22變為OFF。

又，第三電流控制機構33根據第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13之通電量而控制第三機構23對第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13之通電限制量。 具體而言，當通電量達到預先設定之第三基準電流值時，第三機構23對第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13進行恆電流驅動。然後輸入電壓上升，當達到可一併驅動第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13、第四LED部14之電壓時，於第四LED部14中開始流過電流，進而當其電流值超過第三基準電流值時，第三機構23變為OFF。最後，第四機構24及第四電流控制機構34對第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13、第四LED部14進行恆電流驅動。

於此，藉由以第一基準電流值<第二基準電流值<第三基準電流值之方式進行設定，可按照自第一LED部11起向第二LED部12、第三LED部13、第四LED部14之順序依序切換ON/恆電流控制/OFF。另外，該些基準電流，可藉由操作輸入至各電流控制機構31~34之一個輸入端子之信號而任意調整。例如，藉由將正弦波電壓輸入至該輸入端子，則可如後上述般進行使其與正弦波一致之電流控制。

如上述般，發光二極體驅動裝置100包括多個恆電流電路，該恆電流電路構成為利用家庭用電源等之交流電源AP，結合於對該交流進行全波整流之後所得之週期性變化之脈動流電壓而僅點亮適當個數之串聯配置之LED元件。以使各恆電流電路分別適當動作之方式使多個LED電流檢測電路進行動作。

該發光二極體驅動裝置100以第1電流值使第一LED部11通電，以大於第1電流值之第2電流值使第一LED部11及第 二LED部12通電，進而以大於第2電流值之第3電流值使第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13通電，然後以大於第3電流值之第4電流值使第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13、第四LED部14通電。特別藉由恆電流控制而限制向各LED部之通電量，從而可根據電流量切換LED部之ON/恆電流控制/OFF，相對於脈動流電壓可有效地對LED進行點亮驅動。

進而，於圖1A之例中，LED驅動機構3與第四機構24並聯連接，由LED驅動機構3使第四機構24中流過之一部分電流分支，藉此LED驅動機構3降低第四機構24之負荷。

(高頻諧波抑制信號產生機構6)

又，第一電流控制機構31~第四電流控制機構34與高頻諧波抑制信號產生機構6相連接。高頻諧波抑制信號產生機構6根據自整流電路2輸出之整流電壓而產生高頻諧波抑制信號電壓。於此，高頻諧波抑制信號產生機構6將由整流電路2整流而得之脈動流電壓壓縮至合適之大小，並發送至第一電流控制機構31~第四電流控制機構34作為參照信號，與LED電流檢測信號進行比較。各電流控制機構根據該比較結果，經由各第一機構21~第四機構24並以適當之時機與電流驅動各個LED部。

(實施例1之電路例)

繼而，圖2表示利用半導體元件實現圖1A之發光二極體驅動裝置100之具體之電路結構例。該發光二極體驅動裝置100'使用二極體橋作為連接於交流電源AP之整流電路 2。又，於交流電源AP與整流電路2之間設置保護電阻81。進而，於整流電路2之輸出側連接有旁通電容器82。又，於交流電源AP與整流電路2之間，亦可設置用以防止過電流之保險絲與突波防護電路，但這裏並未圖示。

(交流電源AP)

交流電源AP可適當使用100V或200V之商用電源。該商用電源之100V或200V為有效值，全波整流而得之整流波形之最大電壓約為141V或282V。

(LED集合體10)

構成LED集合體10之各LED部彼此串聯連接，並且劃分為多個區塊，自區塊之間之邊界引出端子，與第一機構21、第二機構22、第三機構23、第四機構24連接。於圖2之例中，由第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13、第四LED部14之四個組構成LED集合體10。

於圖2所示之各LED部11~14中，一個LED符號表示安裝有多個LED晶片之LED封裝1。於該例中，各LED封裝1安裝有10個LED晶片。各LED部之發光二極體連接數或者LED部之連接數，由順向電壓之相加值即串聯連接之LED元件之總數、與所使用之電源電壓決定。例如於使用商用電源之情況下，作為各LED部之Vf合計值之合計順向電壓Vf_all被設定為141V左右、或者於其以下。

再者，LED部包括一個以上之任意數量之LED元件。LED元件可利用一個LED晶片、或將多個LED晶片彙集於一個封裝中而得之部件。於該例中，作為圖示之一個LED 元件，使用分別包括10個LED晶片之LED封裝1。

又，於圖2之例中，將四個LED部之Vf設計成相同。但為並不限於該例，亦可如上述般將LED部個數設定為3個以下或5個以上。藉由增加LED部個數而增加恆電流控制之數量，從而可進行更細之LED部之間之點亮切換控制。再者，各LED部之Vf亦可不相同。

(第一機構21~第四機構24)

第一機構21、第二機構22、第三機構23、第四機構24為用以對應各LED部進行恆電流驅動之部件。作為這種之第一機構21~第四機構24，包含電晶體等開關元件。特別由於FET(field-effect transistor，場效應電晶體)之源極-汲極間飽和電壓大致為零，因此不會妨礙向LED部之通電量，因此較佳為FET。但第一機構21~第四機構24並不限定於FET，當然亦可包含雙極型電晶體等。

於圖2之例中，作為第一機構21~第四機構24利用LED電流控制電晶體。具體而言，於第二LED部12、第三LED部13、第四LED部14、LED驅動機構3分別連接作為第一機構21~第四機構24之第一LED電流控制電晶體21B、第二LED電流控制電晶體22B、第三LED電流控制電晶體23B。各LED電流控制電晶體根據其前段之LED部之電流量而切換ON狀態或恆電流控制。當LED電流控制電晶體處於OFF時，旁通路徑中未流過電流，對LED部通電。即，由於可藉由各第一機構21~第四機構24調整旁通之電流量，因此其結果可控制各LED部之通電量。於圖2之例中，第一機 構21與第二LED部12並聯連接而形成第一旁通路徑BP1。又，第二機構22與第三LED部13並聯連接而形成第二旁通路徑BP2。進而，第三機構23與第四LED部14並聯連接而形成第三旁通路徑BP3。進而連接第四LED電流控制電晶體24B，而控制向第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13及第四LED部14之通電量。

於此，第一LED部11並未設置並聯連接之旁通路徑或第一機構~第四機構。此係因為由與第二LED部12並聯連接之第一機構21控制第一LED部11之電流量。又，對於第四LED部14，由第四LED電流控制電晶體24B進行電流控制。

又，於圖2之例中，將電阻3作為LED驅動機構3。於該例中，與LED驅動機構3並聯連接有作為第四機構之電晶體，於電流量變大時使電流繞過第四機構，從而可減輕對第四機構之負荷。但亦可省略LED驅動機構3。

於圖2之例中，作為LED電流控制電晶體使用FET。再者，於使用第一LED電流控制電晶體21B或第二LED電流控制電晶體22B、第三LED電流控制電晶體23B、第四LED電流控制電晶體24B，以LED部為單位控制ON/OFF之切換之結構中，由於構成各段之LED電流控制電晶體之FET等之控制用半導體元件分別連接於各個LED部之兩端，因此控制用半導體元件之耐壓受到LED部之小計順向電壓之保護。因此，其優點在於可使用耐壓小之小型半導體元件。

(第一電流控制機構31、第二電流控制機構32、第三電流 控制機構33、第四電流控制機構34)

第一電流控制機構31、第二電流控制機構32、第三電流控制機構33、第四電流控制機構34，為以使與各LED部對應之第一機構21~第四機構24以合適時機進行恆電流驅動之方式進行控制之部件。第一~第四電流控制機構亦可利用電晶體等之開關元件。尤其雙極型電晶體可適合用於電流量之檢測。於該例中，第一電流控制機構31、第二電流控制機構32、第三電流控制機構33、第四電流控制機構34由運算放大器構成。又電流控制機構亦並不限定於運算放大器，當然亦可包含比較器、雙極型電晶體、MOSFET等。

於圖2之例中，電流控制機構控制各個LED電流控制電晶體之動作。即，藉由各電流檢測運算放大器進行ON/恆電流控制/OFF，從而將LED電流控制電晶體切換為OFF/恆電流控制/ON。

(電流檢測機構4)

另一方面，電流檢測機構4由複數個電流檢測分壓電阻構成。於圖2之例中，作為四個LED電流檢測電阻，串聯連接有第一LED電流檢測電阻4A、第二LED電流檢測電阻4B、第三LED電流檢測電阻4C、第四LED電流檢測電阻4D。該等電阻亦可作為LED之保護電阻發揮功能。由該LED電流檢測電阻4A、4B、4C、4D根據電壓降等檢測於串聯連接有LED部之LED集合體10中流過之電流，進行構成LED部之LED元件之恆電流驅動。又，為了進行恆電流 驅動，設有用以控制恆電流電路之電流控制機構。於該電路例中，一種恆電流電路包含第一機構21、第二機構22、第三機構23、第四機構24與第一電流控制機構31、第二電流控制機構32、第三電流控制機構33、第四電流控制機構34。

各LED電流檢測電阻之電阻值規定按照哪個電流時機進行各電流控制機構之ON/OFF。於此，按照以作為第一~第四電流檢測機構31~34之各運算放大器之順序被設定為ON之方式設定各LED電流檢測電阻之電阻值。

(基準電流值)

於此，設定由第一電流控制機構31將第一LED電流控制電晶體21自ON切換至OFF之第一基準電流值低於由第二電流控制機構32將第二LED電流控制電晶體22自ON切換至OFF之第二基準電流值。又，設定由第三電流控制機構33將第三LED電流控制電晶體23自ON切換至OFF之第三基準電流值高於第二基準電流值。進而，設定由第四電流控制機構34將第四LED電流控制電晶體24自ON切換至OFF之第四基準電流值高於第三基準電流值。這樣藉由設定為第一基準電流值<第二基準電流值<第三基準電流值<第四基準電流值，從而伴隨著被整流電路2整流之輸入電壓之上升，能按照自第一LED部11起向第二LED部12、第三LED部13、第四LED部14之順序依序切換ON/恆電流控制/OFF。又，於輸入電壓下降時，LED按照相反之順序被熄滅。

(高頻諧波抑制信號產生機構6之動作說明)

以下，參照圖2說明發光二極體驅動裝置100'中之高頻諧波抑制信號產生機構6之動作。於圖2之電路例中，電流控制機構包含運算放大器31~34。該些運算放大器31~34由高頻諧波抑制信號產生機構6控制。

具體而言，運算放大器31~34由恆電壓電源7進行驅動。恆電壓電源7包含運算放大器電源用電晶體70、曾納二極體71、曾納電壓設定電阻72。該恆電壓電源7僅於由整流電路2對交流電源AP整流之後之脈動流電壓超過曾納二極體71之曾納電壓之期間向運算放大器31~34提供電源。該期間被設定為包含LED之點亮期間。即，於LED點亮過程中使運算放大器動作以控制點亮。

高頻諧波抑制信號產生機構6包含高頻諧波抑制信號產生電阻60、61。高頻諧波抑制信號產生電阻60、61對由整流電路2整流之脈動流電壓進行分壓。換言之，將脈動流電壓壓縮為合適之大小。自高頻諧波抑制信號產生電阻60、61輸出之經壓縮之正弦波即高頻諧波抑制信號輸入至各運算放大器之+側輸入端子。

另一方面，由電流檢測電阻檢測出之電壓輸入至各運算放大器之負輸入端子。於圖2之例中，電流檢測電阻包含如上述般串聯連接之電流檢測分壓電阻4A、4B、4C、4D。電流檢測分壓電阻4A、4B、4C、4D之間之電壓被設定為於各個運算放大器擔當控制之期間、即沿著施加於各運算放大器之+側輸入端子之正弦波進行電流控制。由此，可將由整流電路2整流之脈動流之正弦波輸入至運算 放大器之+側輸入端子。因此，由於沿著正弦波進行電流控制，因此LED驅動電流成為近似於正弦波之波形。

於此，圖3及圖4表示將實施例1之電路之電流波形與作為比較例1之圖18之電路之電流波形進行比較之曲線。於該些圖中，圖3為重疊顯示電源電壓與比較例1之電流波形之曲線，圖4係表示於實施例1之電路例中實際測得之電流波形之曲線。又，圖5表示各個高頻諧波分量之曲線。根據該些附圖可確認，於實施例1之電流波形中，7次以外之高頻諧波減少，又如圖20所示般於圖18之電路例中測量值超過極限值之11次、13次、15次高頻諧波電流被抑制於極限值內。

再者，LED部分別為可將多個發光二極體元件彼此串聯連接而構成者。由此，可由多個發光二極體元件有效地對脈動流電壓進行分壓，並且可於某種程度上吸收每個發光二極體元件之順向電壓Vf或溫度特性之偏差，從而使以區塊為單位之控制均衡化。其中，LED部之數量與構成各LED部之發光二極體元件個數等可根據所要求之亮度或輸入電壓等任意地設定，當然例如亦可由一個發光二極體元件構成LED部、或增多LED部之數量從而進行更為細緻之控制，或者還可相反地僅將LED部設定為兩個從而使控制變得簡潔。

又，於上述結構中將LED部之構成數量設定為4個，但當然亦可將LED部之數量設定為2個、3個或者5個以上。圖1B表示LED部之數量為2個之變形例，圖1C表示LED部 之數量為3個之變形例。特別為藉由增加LED部之數量，從而可進行使階梯狀之電流波形更為精細之控制，可進一步抑制高頻諧波分量。又，於圖1A之例中，儘管針對輸入電流大致均等地分割了使各LED部ON/OFF之切換動作，但為亦未必需要均等地進行，亦可以不同之電流來切換LED部。

再者，於上述之例中構成為，將LED分為四個LED部，各LED部具有分別相同之Vf，但為亦可不為相同之Vf。例如若可儘量降低LED部1之Vf，亦就為設定為與一個LED相應之3.6V左右，則於圖4所示之波形中可使電流之上升沿時機提前，使下降沿時機延遲。這對於減少高頻諧波為非常有利之。又，若使用該方法，由於可自由選擇LED部之數量與Vf設定，還可使電流波形近似於正弦波，因此可進一步提高靈活性從而容易實現高頻諧波之抑制。

進而，又只要相鄰之運算放大器之負輸入端子彼此之間之最小電壓差於運算放大器之截止電壓以上即可，例如可按照幾mV左右之差值進行設定。此於電路設計上為變得有利。例如圖18所示之AC多段電路般，於由電晶體構成電流控制機構之情況下，考慮到安裝半導體部件之電路基板上之、因不同位置之溫度變化而引起之所設恆定電流之波動，需要幾十mV以上之差值。相對於此，於實施例1之電路例中，與由電晶體構成電流控制機構之情況相比，可按照十分之一左右之電位差設定。因此，根據實施例1之結構，可精細地進行LED部之電流設定，亦可自由應對 LED部之增加等，其優點於於即便考慮部件費用等之權衡亦可非常精密地近似正弦波。

[實施例2]

其次，作為實施例2，圖6表示代替運算放大器由電晶體構成電流控制機構之發光二極體驅動裝置200之方塊圖，圖7表示具體之發光二極體驅動裝置200'之電路例。於圖7中，對於與上述之實施例1之圖2之發光二極體驅動裝置100相同之部件(LED部、第一~第四機構等)，賦予相同之符號並省略詳細說明。

圖6之方塊圖中之高頻諧波抑制信號產生機構6於圖7之電路圖中由電阻6構成，於電晶體731、732、733、734之集電極端子處混合脈動流電流，從而LED驅動電流波形成為圖4所示之這種波形。於該實施例2中，為了阻抗匹配，設置電阻774。根據該些作用，於實施例2中亦可獲得與實施例1同等之效果。

[實施例3]

進而，將於實施例1之電路例中附加有調光機構之發光二極體驅動裝置之示例作為實施例3，圖8表示發光二極體驅動裝置300之方塊圖，圖9表示發光二極體驅動裝置300'之電路圖。於該圖中對於與上述之實施例1之圖2之發光二極體驅動裝置100等相同之部件，亦賦予相同之符號並省略詳細說明。

於圖9之電路例中，將圖2之實施例1之電路圖中之電阻61於圖9中變更為可變電阻61'。又，於該可變電阻61'之電 阻值為最大時，運算放大器31~34按照對各運算放大器31~34之+側輸入端子輸入可變範圍之最大電壓、於-端子輸入之來自電流檢測電阻4A~4D之電壓亦為最大電壓之方式進行工作，被設定為最大照度。相反，若可變電阻最小、亦就為各運算放大器之+側輸入端子接地，則處於熄滅狀態。這樣，可變電阻61'作為調光機構發揮功能。

根據該調光方法，按照與最大照度中之電流波形相似之形狀使電流波形減小，從而可使照度衰減。這意味著：由於於現有之一般之白熾燈炮之調光中，由閘流電晶體或三段雙向開關等沿著時間軸對交流電源進行ON/OFF控制，因此不會與最大照度之電流波形即正弦波相似，與此相比，上述調光方法不會增大變形率，無需增加高頻諧波之發生就可進行調光。又，功率因數不會下降亦為很大優點。

[實施例4]

於上述之圖2等之例中，電流檢測電阻發揮將電流檢測信號賦予給電流控制機構之電流檢測信號賦予機構之作用。另一方面，除了電流檢測電阻以外，還可設置對由該電流檢測機構4檢測之電流檢測信號進行分配並賦予給電流控制機構一側之電流檢測信號賦予機構5。將這種之發光二極體驅動裝置作為實施例4，圖10表示發光二極體驅動裝置400之方塊圖，圖11表示發光二極體驅動裝置400'之電路圖。於該些圖中，對於與實施例1等相同之部件，亦賦予相同之符號並省略詳細說明。

(電流檢測信號賦予機構5)

電流檢測信號賦予機構5將由電流檢測機構4檢測之電流檢測信號發送至第一電流控制機構31、第二電流控制機構32、第三電流控制機構33、第四電流控制機構34。於圖11之示例中，電流檢測信號賦予機構5相當於電流檢測信號賦予電阻5A~5D。又，電力變動抑制電阻90以及91~94構成電壓變動抑制信號發送機構8。

(電壓變動抑制信號發送機構8)

發光二極體驅動裝置還可附加電壓變動抑制信號發送機構8，該電壓變動抑制信號發送機構8混合第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13、第四LED部14之各輸出即陰極端子而產生電壓變動抑制信號，並向電流檢測信號賦予機構5發送。由此，高頻諧波抑制信號產生機構6根據自電壓變動抑制信號發送機構8發送之電壓變動抑制信號、以及自電流檢測信號賦予機構5發送之電流檢測信號相加之後之混合信號，可更準確地進行高頻諧波之抑制控制。又，根據該結構，還可實現LED照度不易被電源電壓變動影響之LED驅動電路。

[實施例5]

於圖10及圖11之示例中，電壓變動抑制信號發送機構8連接於各LED部之間，單獨檢測各輸出，但為並不限於該結構，亦可構成為檢測LED集合體10之整體之輸出。將這種變形例作為實施例5，圖12表示發光二極體驅動裝置500之方塊圖，圖13表示發光二極體驅動裝置500'之電路圖。 於上述之實施例4中，如圖11之電路圖所示，僅藉由電阻對電流檢測信號加上電壓變動抑制信號。相對於此，於實施例5中，如圖13之電路圖所示，於相加之前對電壓變動抑制信號進行積分，然後加於電流檢測信號上。因此，於圖13所示之電路例中，除了電力變動抑制電阻95以外，還包括二極體96及電容器97。

於此，圖14與圖15分別表示於實施例4及實施例5之電路例中得到之電流波形。於實施例4之電路例中，由電壓變動抑制信號發送機構8產生之電壓變動抑制信號附加於由電流檢測機構4檢測出之電流檢測信號上，由此抑制相對於電壓變動之電流變動。即，於實施例1~3中，由於與高頻諧波抑制信號產生機構6檢測出之電源電壓成比例地控制電流，因此存在於電源電壓較高時電流大、電源電壓較低時電流小之問題。因此，藉由由電壓變動抑制信號發送機構8所產生之電壓變動抑制信號而抑制電流變化，可將平均電流控制為恆定。於此，基於圖14說明實施例4之動作。於圖14中虛線所示之電壓變動抑制前之電流波形被控制成為實線所示之實施了電壓變動抑制之電流波形。又，圖14之電流波形表示僅使用圖11中之第四電力變動抑制電阻94、使第一電力變動抑制電阻91至第三電力變動抑制電阻93斷開之例。

於該結構中，如圖14中箭頭所示般，僅於脈動流電壓變為最高之前後之部分處使電流減少。因此，會出現僅於該期間點亮之第四LED部14較第一~第三LED部13暗之現象。 相對於此，於實施例5之電路例中，由於如圖15所示般加上有經積分並直流化之抑制信號，因此波形整體減少。由此，可避免僅第四LED部14極端變暗之現象。又，由於可維持正弦波之電流波形，因此對於高頻諧波電流抑制亦為有利之。

[產業上之可利用性]

由於以上之發光二極體驅動裝置包括LED元件，因此藉由將LED元件及其驅動電路配置於同一配線基板，從而可用作能接入家庭用交流電源並點亮之照明裝置或照明器具。

2‧‧‧整流電路

3‧‧‧LED驅動機構

4‧‧‧電流檢測機構

4A‧‧‧第一LED電流檢測電阻

4B‧‧‧第二LED電流檢測電阻

4C‧‧‧第三LED電流檢測電阻

4D‧‧‧第四LED電流檢測電阻

5‧‧‧電流檢測信號賦予機構

5A、5B、5C、5D‧‧‧電流檢測信號賦予電阻

6‧‧‧高頻諧波抑制信號產生機構

7‧‧‧恆電壓電源

8‧‧‧電壓變動抑制信號發送機構

10‧‧‧LED集合體

11‧‧‧第一LED部

12‧‧‧第二LED部

13‧‧‧第三LED部

14‧‧‧第四LED部

21‧‧‧第一機構

21A、21B‧‧‧第一LED電流控制電晶體

22‧‧‧第二機構

22A、22B‧‧‧第二LED電流控制電晶體

23‧‧‧第三機構

23B‧‧‧第三LED電流控制電晶體

24‧‧‧第四機構

24B‧‧‧第四LED電流控制電晶體

31‧‧‧第一電流控制機構

32‧‧‧第二電流控制機構

33‧‧‧第三電流控制機構

34‧‧‧第四電流控制機構

60‧‧‧高頻諧波抑制信號產生電阻

61‧‧‧高頻諧波抑制信號產生電阻

61'‧‧‧調光機構(可變電阻)

70‧‧‧運算放大器電源用電晶體

71‧‧‧曾納二極體

72‧‧‧曾納電壓設定電阻

81‧‧‧保護電阻

82‧‧‧旁通電容器

90~95‧‧‧電力變動抑制電阻

96‧‧‧二極體

97‧‧‧電容器

100、200、300、400 500、100'、200'、300'、400'、500'‧‧‧發光二極體驅動裝置

161、162、163、164、165、166‧‧‧LED區塊

167‧‧‧開關控制部

731、732、733、734‧‧‧電晶體

774‧‧‧電阻

AP‧‧‧交流電源

BP1‧‧‧第一旁通路徑

BP2‧‧‧第二旁通路徑

BP3‧‧‧第三旁通路徑

BP4‧‧‧第四旁通路徑

OL‧‧‧輸出線

圖1A係表示實施例1之發光二極體驅動裝置之方塊圖。

圖1B係表示變形例之發光二極體驅動裝置之方塊圖。

圖1C係表示其他變形例之發光二極體驅動裝置之方塊圖。

圖2係表示圖1A之發光二極體驅動裝置之一電路例之電路圖。

圖3係表示重疊顯示電源電壓與比較例1之電流波形之曲線。

圖4係表示於實施例1之電路例中實際測得之電流波形之曲線。

圖5係表示圖2之發光二極體驅動裝置之高頻諧波分量之曲線。

圖6係表示實施例2之發光二極體驅動裝置之方塊圖。

圖7係表示圖6之發光二極體驅動裝置之一電路例之電路圖。

圖8係表示實施例3之發光二極體驅動裝置之方塊圖。

圖9係表示圖8之發光二極體驅動裝置之一電路例之電路圖。

圖10係表示實施例4之發光二極體驅動裝置之方塊圖。

圖11係表示圖10之發光二極體驅動裝置之一電路例之電路圖。

圖12係表示實施例5之發光二極體驅動裝置之方塊圖。

圖13係表示圖12之發光二極體驅動裝置之一電路例之電路圖。

圖14係表示實施例4之電流波形之曲線。

圖15係表示實施例5之電流波形之曲線。

圖16係表示使用微電腦之LED點亮電路例之電路圖。

圖17係表示圖16之LED點亮電路之動作之時序圖。

圖18係表示本申請人先前開發出之AC多段電路之電路圖。

圖19係表示圖18之AC多段電路之電流波形之曲線。

圖20係表示圖18之AC多段電路之電流波形之高頻諧波分量之曲線。

2‧‧‧整流電路

3‧‧‧LED驅動機構

4A‧‧‧第一LED電流檢測電阻

4B‧‧‧第二LED電流檢測電阻

4C‧‧‧第三LED電流檢測電阻

4D‧‧‧第四LED電流檢測電阻

6‧‧‧高頻諧波抑制信號產生機構

7‧‧‧恆電壓電源

10‧‧‧LED集合體

11‧‧‧第一LED部

12‧‧‧第二LED部

13‧‧‧第三LED部

14‧‧‧第四LED部

21B‧‧‧第一LED電流控制電晶體

22B‧‧‧第二LED電流控制電晶體

23B‧‧‧第三LED電流控制電晶體

24B‧‧‧第四LED電流控制電晶體

31‧‧‧第一電流控制機構

32‧‧‧第二電流控制機構

33‧‧‧第三電流控制機構

34‧‧‧第四電流控制機構

60‧‧‧高頻諧波抑制信號產生電阻

61‧‧‧高頻諧波抑制信號產生電阻

70‧‧‧運算放大器電源用電晶體

71‧‧‧曾納二極體

72‧‧‧曾納電壓設定電阻

81‧‧‧保護電阻

82‧‧‧旁通電容器

100'‧‧‧發光二極體驅動裝置

AP‧‧‧交流電源

BP1‧‧‧第一旁通路徑

BP2‧‧‧第二旁通路徑

BP3‧‧‧第三旁通路徑

Claims (10)

1. 一種發光二極體驅動裝置，其包括：整流電路，其可與交流電源連接，用以獲得將該交流電源之交流電壓整流後之整流電壓；第一LED部，其具有與上述整流電路連接之至少一個LED元件；第二LED部，其具有與上述第一LED部串聯連接之至少一個LED元件；第一機構，其與上述第二LED部並聯連接，用以控制向上述第一LED部之通電量；第四機構，其與上述第一機構串聯連接，用以控制向上述第一LED部及第二LED部之通電量；第一電流控制機構，其與上述第一機構連接，用以控制上述第一機構；第四電流控制機構，其與上述第四機構連接，用以控制上述第四機構；電流檢測機構，其與串聯連接有上述第一LED部至第二LED部之輸出線連接，用以檢測基於上述輸出線上流過之電流量之電流檢測信號；及高頻諧波抑制信號產生機構，其與上述整流電路之輸出側連接，基於自上述整流電路輸出之整流電壓而產生高頻諧波抑制信號電壓；且其中，上述第一電流控制機構及第四電流控制機構對由上述電流檢測機構檢測出之電流檢測信號、與由上述 高頻諧波抑制信號產生機構所產生之高頻諧波抑制信號電壓進行比較，並以抑制高頻諧波分量之方式分別控制上述第一機構及第四機構。
2. 如請求項1之發光二極體驅動裝置，其中進而包括：第三LED部，其具有與上述第二LED部串聯連接之至少一個LED元件；第二機構，其與上述第三LED部並聯連接，用以控制向上述第一LED部及上述第二LED部之通電量；及第二電流控制機構，其與上述第二機構連接，用以控制上述第二機構；且上述第二電流控制機構對由上述電流檢測機構檢測出之電流檢測信號、與由上述高頻諧波抑制信號產生機構所產生之高頻諧波抑制信號電壓進行比較，並以抑制高頻諧波分量之方式控制上述第二機構，上述第四機構構成為控制向上述第一LED部、第二LED部及第三LED部之通電量。
3. 如請求項2之發光二極體驅動裝置，其中進而包括：第四LED部，其具有與上述第三LED部串聯連接之至少一個LED元件；第三機構，其與上述第四LED部並聯連接，用以控制向上述第一LED部、第二LED部、第三LED部之通電量；及第三電流控制機構，其與上述第三機構連接，用以控制上述第三機構；且 上述第四機構構成為控制向上述第一LED部、第二LED部、第三LED部及第四LED部之通電量。
4. 如請求項1之發光二極體驅動裝置，其中進而包括與上述第四機構並聯連接之LED驅動機構。
5. 如請求項3之發光二極體驅動裝置，其中進而包括：電流檢測信號賦予機構，其連接於上述電流檢測機構與第一電流控制機構、第二電流控制機構、第三電流控制機構及第四電流控制機構之間，用以分配由上述電流檢測機構檢測之電流檢測信號，並向第一電流控制機構、第二電流控制機構、第三電流控制機構及第四電流控制機構送出。
6. 如請求項5之發光二極體驅動裝置，其中進而包括：電壓變動抑制信號發送機構，其基於上述第一LED部、上述第二LED部、上述第三LED部、上述第四LED部之各輸出而產生電壓變動抑制信號，並將該電壓變動抑制信號發送至上述電流檢測信號賦予機構。
7. 如請求項5之發光二極體驅動裝置，其中上述電流檢測信號賦予機構基於上述第一LED部、上述第二LED部、上述第三LED部、上述第四LED部之輸出而產生電壓變動抑制信號，對該電壓變動抑制信號加上由上述電流檢測機構檢測出電流值之電流檢測信號，並發送至上述第一電流控制機構、第二電流控制機構、第三電流控制機構、第四電流控制機構。
8. 如請求項5之發光二極體驅動裝置，其中上述電流檢測 信號賦予機構基於上述第一LED部、上述第二LED部、上述第三LED部、上述第四LED部之輸出而產生電壓變動抑制信號，將該電壓變動抑制信號積分，並發送至上述第一電流控制機構、第二電流控制機構、第三電流控制機構、第四電流控制機構。
9. 如請求項1之發光二極體驅動裝置，其中進而包括：調光機構，其與高頻諧波抑制信號產生機構連接，用以進行調光。
10. 如請求項1之發光二極體驅動裝置，其中上述高頻諧波抑制信號產生機構包含串聯連接之多個電流檢測分壓電阻。