TWI517749B

TWI517749B - 減少熄燈期間之發光二極體驅動裝置

Info

Publication number: TWI517749B
Application number: TW101118421A
Authority: TW
Inventors: 櫻木晴海; 小椋涉; 北原稔
Original assignee: 日亞化學工業股份有限公司
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2016-01-11
Also published as: JP2012243745A; JP5821279B2; TW201306645A; CN102802302B; US9035567B2; US20120299489A1; CN102802302A

Description

減少熄燈期間之發光二極體驅動裝置

本發明關於一種對發光二極體進行點燈驅動之驅動電路，特別是關於一種利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，與白熾燈或螢光燈相比能夠以低消耗電力進行驅動之發光二極體(以下亦稱作「LED」)受到注目。LED具有小型且耐撞擊性強，不用擔心燈泡燒壞之優點。

作為這種照明設備用之電源，期望將家庭用電源等交流電源作為電源而使用。另一方面，LED為直流驅動元件，僅在正向之電流下發光。此外，當前多用作照明用途之LED之正向電壓V_f為3.5 V左右。LED具有若達不到V_f則不發光，反之若超過V_f則流過過度之電流之特性。因此，可說對於LED適合用直流驅動。

為了應對該相反之條件，提出了各種使用了交流電源之LED之驅動電路。例如，提出了以根據變化之電壓值而改變V_f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6之電路圖所示，通過將串聯連接為多級之LED分為區塊161、162、163、164、165、166，並根據整流波形之輸入電壓之電壓值，用包含微電腦之開關控制部167切換LED區塊161~166之連接，從而使V_f之合計值階段性地變化。其結果，如圖7之時序圖所示之電壓波形般，對於整流波形能夠用複數個方形波點燈LED，因此與僅用單一之方形波之接通(ON)占空比(duty)相比，可改善LED之利用效率。

另一方面，本發明申請人開發了一種AC多級電路，該AC多級電路用交流之全波整流驅動多級電路，該多級電路串聯連接了多級將複數個LED元件串聯連接並區塊化而得到之LED區塊(日本專利特開2011-40701號公報)。

該AC多級電路，如圖8所示，用橋接電路2對交流電源AP進行全波整流，並對LED區塊之多級電路施加。LED區塊之多級電路將第一LED區塊11、第二LED區塊12、及第三LED區塊13串聯連接。基於第一LED區塊11之通電量，用第一LED電流控制電晶體21A切換繞過第二LED區塊12之第一旁路路徑BP1之接通/斷開，又，基於第一LED區塊11以及第二LED區塊12之通電量，用第二LED電流控制電晶體22A切換繞過第三LED區塊13之第二旁路路徑BP2之接通/斷開。該AC多級電路，能夠維持電源效率，並改善LED利用效率以及電力因數。

此外，本發明申請人開發了一種如圖9所示般將LED連接為多級，並且抑制了高頻諧波成分之發光二極體驅動裝置。於圖10中示出該發光二極體驅動裝置所得到之電流波形之曲線圖。如此，高頻諧波失真(harmonic distortion)之產生得到抑制，可用接近正弦波之電流波形驅動LED。

另一方面，於不是將LED而是將先前之白熾燈使用於發光元件之情形時之電流波形，亦同樣地成為大致正弦波。不過於白熾燈之情形時，為燈絲之白熾所產生之發光，因此不響應電源頻率(50 Hz或者60 Hz)，不產生閃爍。與此相對，於將LED使用於發光元件之情形時，存在由於LED之高響應性從而反覆產生與電源頻率相對應之閃爍之問題。於圖11之正弦波多級驅動電路之光輸出波形中示出該情況。作為該等之客觀之評價指標，利用了波峰因數(=最大值/有效值)，越接近1越好。計算出圖11之光輸出之波峰因數後，波峰因數=1.5以上，與其他發光元件之波峰因數相比，比不上白熾燈之1.05、螢光燈之1.36、逆變器螢光燈之1.1程度。這將會導致有人因光之閃爍而感覺到閃動，或者在旋轉體之照明中在與旋轉速度同步之情形時，雖然正在旋轉但看起來仿佛停止等，使照明品質降低。因此，將圖9之發光二極體驅動裝置使用於更高品質之照明時，需要消除熄燈期間，並改善波峰因數。

為了消除閃爍期間，可考慮利用電容器進行平滑化。即，可考慮於電源電壓較高之期間對電容器進行充電，於電壓較低之期間使電容器放電。但是，由於若使用電容器則將會在短充電期間中被急速充電，故充電電流變大。充電電流一般有電容器之容量越大則充電電流越大之傾向，因此於適合此種平滑化之用途之大容量之電容器之情形時，充電電流進一步變大從而導致電力因數之惡化，並且變得不適合高頻諧波失真之標準。此外，雖然亦存在使用用於電力因數改善之主動濾波器IC等之情形，但這種元件價格高，而且亦有由高頻開關動作產生雜訊等弊病。

本發明鑒於先前之上述問題點而完成。本發明之主要目的在於，提供一種不擾亂與正弦波近似之輸入電流波形，減少熄燈期間從而改善了波峰因數之發光二極體驅動裝置。

為了達成以上之目的，根據第1態樣之發光二極體驅動裝置，可包括：整流電路2，其可與交流電源AP連接，用於獲得將該交流電源AP之交流電壓整流後之整流電壓；LED集合體10，其與上述整流電路2之輸出側串聯連接，且串聯連接有包含至少一個LED元件之第一LED部11、及包含至少一個LED元件之第二LED部12；及LED驅動機構3，其控制向上述LED集合體10之通電；上述發光二極體驅動裝置更包括：充放電電容器111，其與上述LED集合體10並聯連接；電容器充電路徑，其與上述充放電電容器連接，用於對該充放電電容器進行充電；電容器放電路徑，其與上述充放電電容器連接，用於對該充放電電容器進行放電；及電容器充電用定電流部110，其配置於上述電容器充電路徑上，用於將對上述充放電電容器進行充電之充電電流控制為定電流；若施加至上述LED集合體之整流電壓變高，則通過上述充電路徑向上述充放電電容器充電充電電流，若施加至上述LED集合體之整流電壓變低，則通過上述放電路徑自上述充放電電容器放電放電電流，並對上述LED集合體通電。由此，藉由利用充放電電容器，將在施加至LED集合體之整流電壓較高時充電之電荷，於整流電壓較低時進行放電，並對LED集合體進行通電，從而可得到抑制向LED集合體之電流量之高低差，可改善波峰因數之優點。由，藉由於充電路徑中設置電容器充電用定電流部，可抑制向充放電電容器之突入電流，避免電力因數之降低。

又，根據第2態樣之發光二極體驅動裝置，可更包括：充電用二極體116，其配置於上述電容器充電路徑上，使用於對上述充放電電容器進行充電之充電電流通電；及放電用二極體117，其配置於上述電容器放電路徑上，使用於對上述充放電電容器進行放電之放電電流通電。藉此，於充電路徑以及放電路徑中充電電流、放電電流分別向正確之方向被通電，從而可對充放電電容器進行充放電，並實現動作之穩定化。

進而，根據第3態樣之發光二極體驅動裝置，可由複數個電晶體構成上述電容器充電用定電流部110。

進而又，根據第4態樣之發光二極體驅動裝置，可更包括第三LED部13，該第三LED部13與上述第二LED部12串聯連接，且包含至少一個LED元件。

並且，根據第5態樣之發光二極體驅動裝置，可更包括：第一機構21，其與上述第二LED部12並聯連接，用於控制向上述第一LED部11之通電量；第二機構22，其與上述第三LED部13並聯連接，用於控制向上述第一LED部11以及上述第二LED部12之通電量；第四機構24，其與上述第三LED部13串聯連接，用於控制向上述第一LED部11、第二LED部12以及第三LED部13之通電量，第一電流控制機構31，其用於控制上述第一機構21；第二電流控制機構32，其用於控制上述第二機構22；第四電流控制機構34，其用於控制上述第四機構24；及電流檢測機構4，其用於檢測基於在串聯連接上述第一LED部11至第三LED部13之輸出線OL上流過之電流量的電流檢測信號。

進而又，根據第6態樣之發光二極體驅動裝置，可更包括高頻諧波抑制信號生成機構6，該高頻諧波抑制信號生成機構6用於基於自上述整流電路2輸出之整流電壓，而生成高頻諧波抑制信號電壓；上述第一電流控制機構31、第二電流控制機構32以及第四電流控制機構34將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生成機構6生成之高頻諧波抑制信號電壓進行比較，以抑制高頻諧波成分之方式對上述第一機構21、第二機構22以及第四機構24分別進行控制。由此，藉由輸入側之高頻諧波成分、與所得到之LED驅動電流之對比，可進行對輸出波形進行調整之控制，從而可實現有效之高頻諧波成分之抑制。

並且，根據第7態樣之發光二極體驅動裝置，可更包括：第四LED部14，其與上述第三LED部13串聯連接，且包含至少一個LED元件；第三機構23，其與上述第四LED部14並聯連接，用於控制向上述第一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，其用於控制上述第三機構23；上述第四機構24係構成為控制向上述第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13以及第四LED部14之通電量。由此，於整流電壓較高之期間對電容器進行充電，於整流電壓較低之期間進行放電，而使LED集合體發光，從而可消除LED集合體之熄燈期間，並且可改善波峰因數。此外，能夠對發光二極體驅動裝置之高頻諧波失真之抑制及高電力因數之維持不產生影響地進行動作。

本發明之以上和其他目的以及其特徵，通過以下與圖式相關聯地做出之詳細說明將會更加明確。

以下，基於圖式對本發明之實施形態進行說明。不過，以下所示之實施形態係例示用於將本發明之技術思想具體化之發光二極體驅動裝置者，本發明不將發光二極體驅動裝置特定為以下之實施形態。此外，本說明書決不是將專利申請範圍所示之構件特定為實施形態之構件。特別是於實施形態中記載之構成部件之尺寸、材質、形狀、其相對配置等只要未作特定之記載，則不是將本發明之範圍僅限定於此之意思，而只不過為說明例。另外，各圖式所示之構件之大小和位置關係等，有時為了使說明明確而進行了誇大。並且於以下之說明中，相同之名稱、符號表示相同或同質之構件，並適當省略詳細說明。並且，構成本發明之各要素，既可採用由同一構件構成複數個要素而由一個構件兼用複數個要素之方式，反之亦可由複數個構件分擔實現一個構件之功能。此外，亦存在如下情況：於一部分實施例、實施形態中說明了之內容，可利用於其他實施例、實施形態等中。

為了使發光二極體驅動裝置適合高頻諧波電流標準，期望按照與白熾燈同樣地成為正弦波之電流波形之方式進行設計。因此，於本實施形態之發光二極體驅動裝置中，提供一種藉由使正弦波重疊於LED電流控制機構之基準電壓，而使LED驅動電流波形成為與正弦波近似之波形，並適合25 W以上之高頻諧波電流標準之廉價、緊湊之發光二極體驅動裝置。

[實施例1]

圖1中示出實施例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、第一電流控制機構31~第三電流控制機構33、及電流檢測機構4。該發光二極體驅動裝置100在輸出線OL上分別串聯連接了與交流電源AP連接並用於獲得對交流電壓進行整流之整流電壓(脈動電流電壓)之整流電路2、與包含複數個LED部之LED集合體10。此處使用了4個LED部，將第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13、第四LED部14串聯連接，從而構成了LED集合體10。並且，於輸出線OL上串聯連接有LED集合體10、LED驅動機構3、及電流檢測機構4。

又，於第二LED部12、第三LED部13、第四LED部14上，分別在兩端連接用於控制通電量之第一機構21、第二機構22、第三機構23。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路路徑。即，可藉由第一機構21、第二機構22、第三機構23對被繞過之電流量進行調整，因此結果可控制各LED部之通電量。於圖1之例中，與第二LED部12並聯地連接第一機構21，形成第一旁路路徑BP1。又，與第三LED部13並聯地連接第二機構22，形成第二旁路路徑BP2。進而，與第四LED部14並聯地連接第三機構23，形成第三旁路路徑BP3。另外，於本說明書中，於繞過連接於輸出線上之LED部等之旁路路徑中，亦存在流過輸出電流之情形，因此於這個意義上包含用作輸出線。

(電流控制機構)

又，為了進行定電流驅動，設置電流控制機構來用於定電流電路之控制。於該電路例中，由第一機構21、第二機構22、第三機構23、第四機構24、以及第一電流控制機構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構成一種定電流電路。

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，對第一機構21、第二機構22、第三機構23、第四機構24之接通/斷開、電流量連續可變這樣之動作進行控制。具體來說，設置對第一機構21之動作進行控制之第一電流控制機構31、對第二機構22之動作進行控制之第二電流控制機構32、對第三機構23之動作進行控制之第三電流控制機構33、及對第四機構24之動作進行控制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而監視LED之電流量，並基於該值切換第一機構21、第二機構22、第三機構23、第四機構24之控制量。

各LED部是將一個或複數個LED元件串聯以及/或者並聯連接而得之區塊。LED元件可適當利用表面安裝型(SMD，Surface Mounted Device)或炮彈型之LED。又，SMD類型之LED元件之封裝體可根據用途選擇外形，可利用俯視為矩形之類型等。並且，當然亦可將在封裝體內串聯以及/或者並聯連接了複數個LED元件而成之LED作為LED部使用。

各LED部中所包含之LED元件之正向電壓之相加值、即小計正向電壓，係由串聯連接之LED元件之個數而決定。例如，於使用6個正向電壓3.6 V之LED元件之情形時之小計正向電壓為3.6×6=21.6 V。

該發光二極體驅動裝置100，基於由電流檢測機構4檢測出之電流值切換對各LED部之通電之接通/定電流控制/斷開。換言之，由於不是基於整流電壓之電壓值之電流控制，而是基於實際被通電之電流量之電流控制，因此不被LED元件之正向電壓之偏差而左右，於適當之時序實現正確之LED部之切換，有望實現高可靠性之穩定之動作。另外，於電流值之檢測中，可利用電流檢測機構4等。

於圖1之例中，第一電流控制機構31基於第一LED部11 之通電量，控制第一機構21對第一LED部11之通電限制量。具體來說，於第一機構21以及第二機構22、第三機構23、第四機構24為接通之狀態下，當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進行定電流驅動。之後，輸入電壓上升，若達到能夠同時驅動第一LED部11和第二LED部12之電壓，則在第二LED部12中開始流過電流，並且，若該電流值超過第一基準電流值，則第一機構21斷開。進而，第二電流控制機構32基於第一LED部11以及第二LED部12之通電量，控制第二機構22對第一LED部11以及第二LED部12之通電限制量。具體來說，若通電量達到預先設定之第二基準電流值，則第二機構22對第一LED部11與第二LED部12進行定電流驅動。之後，輸入電壓上升，若達到能夠同時驅動第一LED部11與第二LED部12以及第三LED部13之電壓，則在第三LED部13中開始流過電流，並且若該電流值超過第二基準電流值，則第二機構22斷開。

進而，第三電流控制機構33基於第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13之通電量，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。具體來說，若通電量達到預先設定之第三基準電流值，則第三機構23對第一LED部11、第二LED部12以及第三LED部13進行定電流驅動。之後，輸入電壓上升，若達到能夠同時驅動第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13、及第四LED部14之電壓，則在第四LED部14中開始流過電流，並且若該電流值超過第三基準電流值，則第三機構23為斷開。最後，第四機構24以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進行定電流驅動。

此處，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，能夠按照自第一LED部11到第二LED部12、第三LED部13、第四LED部14之順序，依次切換接通/定電流控制/斷開。又，藉由操作輸入至各電流控制機構31~34之一方之輸入端子之信號，可任意調整該等基準電流。例如，若向該輸入端子輸入正弦波電壓，則如後後述可實現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包括複數個定電流電路，能夠以使各定電流電路分別適當地動作之方式使複數個LED電流檢測電路動作，其中該複數個定電流電路構成為使用家庭用電源等交流電源AP，根據將其交流進行全波整流後所得到之週期性地變化之脈動電流電壓，而使串聯配置之LED元件點燈適當個數。

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，以比第1電流值大之第2電流值使第一LED部11以及第二LED部12通電，進而以比第2電流值大之第3電流值使第一LED部11、第二LED部12、第三LED部13通電，進而又以比第3電流值大之第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。尤其藉由定電流控制限制向各LED部之通電量，藉此可根據電流量切換LED部之接通/定電流控制/斷開，而可針對脈動電流電壓高效地對LED進行點燈驅動。

進而於圖1之例中，與第四機構24並聯地連接有LED驅動機構3，由LED驅動機構3使於第四機構24中流過之電流之一部分分支，而由LED驅動機構3降低第四機構24之負載。

(高頻諧波抑制信號生成機構6)

進而，第一電流控制機構31~第四電流控制機構34係與高頻諧波抑制信號生成機構6連接。高頻諧波抑制信號生成機構6，基於自整流電路2輸出之整流電壓，生成高頻諧波抑制信號電壓。此處，高頻諧波抑制信號生成機構6將由整流電路2整流後之整流電壓壓縮為適當之大小，並送出至第一電流控制機構31~第四電流控制機構34來作為參照信號，與LED電流檢測信號進行比較。各電流控制機構基於該比較結果，經由各自之第一機構21~第四機構24，於適當之時序及電流下對各自之LED部進行驅動。

(平滑化電路)

進而，圖1所示之發光二極體驅動裝置包括用於減少LED之熄燈期間之平滑化電路。平滑化電路包括電容器111、電容器充電用定電流電路110、充電用二極體116、及放電用二極體117。

(電容器充電電路)

電容器充電用定電流電路110被設定為比第一電流控制機構31~第四電流控制機構34所生成之LED驅動之正弦波電流小之定電流。該電容器充電電流與LED驅動電流被合成，且被第一電流控制機構31~第四電流控制機構34控制為正弦波電流。藉此，可不對以原來與正弦波相近似之電流波形控制之發光二極體驅動裝置整體之電流產生影響地進行電容器充電。

(電容器放電電路)

另一方面，電容器111之放電電路，經由放電用二極體117而連接於將第一LED部11至第四LED部14串聯連接而得到之LED集合體10。該電容器放電電路，不經由電容器充電用定電流電路110或充電用二極體116等，對儲存於電容器111中之電荷進行放電。電容器111之充電電壓成為將構成LED集合體10之串聯連接之第一LED部~第四LED部之V_f相加而得到之值，因此電容器111不會以於電容器充電時流過LED集合體10之電流以上之電流而被放電。

(實施例1之電路例)

其次，於圖2中示出利用半導體元件實現了圖1之發光二極體驅動裝置100之具體電路之構成例。該發光二極體驅動裝置100'，使用了二極體橋作為與交流電源AP連接之整流電路2。此外，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，連接旁路電容器82。另外，於交流電源AP與整流電路2之間，雖未圖示，但亦可設置用於阻止過電流以及突波電壓之保險絲及突波保護電路。

(交流電源AP)

交流電源AP可適當使用100 V或200 V之商用電源。該商用電源之100 V或200 V為有效值，被全波整流後之整流波形之最大電壓為約141 V或282 V。

(LED集合體10)

構成LED集合體10之各LED部相互串聯連接，並且分為複數個區塊，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這4個組構成了LED集合體10。

圖2所示之各LED部11~14，由一個LED符號來表示安裝了複數個LED芯片之LED封裝體1。於本例中，各LED封裝體1安裝有10個LED芯片。各LED部之發光二極體連接數、或者LED部之連接數，由正向電壓之相加值、即串聯連接之LED元件之總數、及所使用之電源電壓來決定。例如於使用商用電源之情形時，各LED部之V_f之合計、即合計正向電壓V_fall，被設定為141 V左右或者其以下。

再者，LED部包括一個以上之任意數量之LED元件。LED元件可利用將一個LED芯片或複數個LED芯片集中於一個封裝體之元件。於本例中，作為圖示之一個LED元件，使用了分別包含10個LED芯片之LED封裝體1。

又，於圖2之例中，以4個LED部之V_f相同之方式進行了設計。不過不限於本例，如上述般亦可將LED部數設為3以下、或者5以上。藉由增加LED部數，能夠增加定電流控制之數量從而進行更精細之LED部間之點燈切換控制。進而，各LED部之V_f亦可不同。

(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為用於與各LED部相對應地進行定電流驅動之構件。作為此種第一機構21~第四機構24，包含電晶體等開關元件。特別是FET(field-effect transistor，場效應電晶體)由於源極-漏極間飽和電壓大致為零，因此不會阻礙向LED部之通電量，因而較佳。然而，第一機構21~第四機構24不限定於FET，當然亦可包含雙極電晶體等。

於圖2之例中，作為第一機構21~第四機構24使用LED電流控制電晶體。具體來說，於第二LED部12、第三LED部13、第四LED部14、LED驅動機構3上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級之LED部之電流量，切換接通狀態或定電流控制。若LED電流控制電晶體斷開，則於旁路路徑中不再流過電流，而對LED部通電。即，由於藉由各第一機構21~第四機構24能夠調整被繞過之電流量，故結果能夠控制各LED部之通電量。於圖2之例中，與第二LED部12並聯地連接第一機構21，且形成第一旁路路徑BP1。此外，與第三LED部13並聯地連接第二機構22，且形成第二旁路路徑BP2。並且，與第四LED部14並聯地連接第三機構23，並形成第三旁路路徑BP3。進而又，還連接第四LED電流控制電晶體24B，控制向第一 LED部11、第二LED部12、第三LED部13以及第四LED部14之通電量。

此處，第一LED部11未設置並聯連接之旁路路徑及第一機構~第四機構。這是因為與第二LED部12並聯連接之第一機構21對第一LED部11之電流量進行控制。此外，關於第四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。於本例中，構成為通過與LED驅動機構3並聯地連接作為第四機構之電晶體，而於電流量變大時使電流繞過，減輕對第四機構之負載。不過，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，使用了FET。另外，於使用第一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、第四LED電流控制電晶體24B，以LED部為單位控制接通/斷開之切換之構成中，構成各級之LED電流控制電晶體之FET等控制用半導體元件分別與LED部之兩端連接，因此控制用半導體元件之耐壓將會被LED部之小計正向電壓保護。因此，能夠得到可使用耐壓低之小型半導體元件之優點。(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，為以與各LED部相對應之第一機構21~第四機構24在適當之時序進行定電流驅動之方式進行控制之構件。第一電流控制機構31~第四電流控制機構34亦能夠利用電晶體等開關元件。特別是雙極電晶體能夠合適地利用於電流量之檢測。於本例中，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包含運算放大器。又，電流控制機構亦不限定於運算放大器，當然亦可包含比較器、雙極電晶體、MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，金氧半場效電晶體)等。

於圖2之例中，電流控制機構對各個LED電流控制電晶體之動作進行控制。即，各電流檢測運算放大器通過接通/定電流控制/斷開，可將LED電流控制電晶體切換為接通/定電流控制/斷開。

(電流檢測機構4)

電流檢測機構4根據電壓降等檢測對串聯連接了LED部之LED集合體10通電之電流，藉此進行構成LED部之LED元件之定電流驅動。該電流檢測機構4亦發揮LED之保護電阻之功能。此外，為了進行定電流驅動，設置了電流控制機構以用於定電流電路之控制。於該電路例中，由第一機構21、第二機構22、第三機構23、第四機構24、以及第一電流控制機構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構成一種定電流電路。

各LED電流檢測電阻之電阻值，規定於哪個電流之時序進行各電流控制機構之接通/斷開。此處，以按照作為第一~第四電流控制機構31~34之運算放大器之順序被接通之方式，設定了各LED電流檢測電阻之電阻值。

(基準電流值)

此處，將由第一電流控制機構31B將第一LED電流控制電晶體21B自接通切換為斷開之第一基準電流值，設定得比由第二電流控制機構32B將第二LED電流控制電晶體22B自接通切換為斷開之第二基準電流值低。又，將由第三電流控制機構33B將第三LED電流控制電晶體23B自接通切換為斷開之第三基準電流值，設定得比第二基準電流值高。並且，將由第四電流控制機構34B將第四LED電流控制電晶體24B自接通切換為斷開之第四基準電流值設定得比第三基準電流值高。藉此如此以第一基準電流值<第二基準電流值<第三基準電流值<第四基準電流值之方式進行設定，而伴隨由整流電路2整流後之輸入電壓之上升，能夠按照自第一LED部11到第二LED部12、第三LED部13、第四LED部14之順序，依次切換接通/定電流控制/斷開。又，於輸入電壓下降時，LED以相反之順序被熄燈。

(高頻諧波抑制信號生成機構6之動作說明)

以下，一邊參照圖2，一邊對發光二極體驅動裝置100'中之高頻諧波抑制信號生成機構6之動作進行說明。於圖2之電路例中，電流控制機構包含運算放大器31B~34B。該等運算放大器31B~34B由高頻諧波抑制信號生成機構6控制。

具體來說，運算放大器31B~34B由定電壓電源7驅動。定電壓電源7包含運算放大器電源用電晶體70、齊納二極體71、齊納電壓設定電阻72。該定電壓電源7僅於由整流電路2對交流電源AP進行整流之整流電壓超過了齊納二極體71之齊納電壓之期間，對運算放大器31B~34B提供電源。該期間被設定為包含LED之點燈期間。即，於LED點燈中使運算放大器動作，控制點燈。

高頻諧波抑制信號生成機構6包含高頻諧波抑制信號生成電阻60、61。高頻諧波抑制信號生成電阻60、61對由整流電路2整流後之整流電壓進行分壓。換言之，將整流電壓壓縮為適當之大小。於各運算放大器之+側輸入端子，輸入自高頻諧波抑制信號生成電阻60、61輸出之、作為被壓縮後之正弦波之高頻諧波抑制信號。

另一方面，於各運算放大器之負輸入端子，輸入由電流檢測電阻檢測出之電壓。電流檢測電阻4之電壓，被設定為於各個運算放大器擔當控制之期間，即遵循施加至各運算放大器之+側輸入端子之正弦波而受到電流控制。藉此，能夠將由整流電路2整流後之脈動電流之正弦波輸入至運算放大器之+側輸入端子。因此，由於按照正弦波進行電流控制動作，故LED驅動電流成為與正弦波相近似之波形。

另外LED部分別可藉由將複數個發光二極體元件相互串聯連接而構成。藉此，可用複數個發光二極體元件對整流電壓有效地進行分壓，而且能夠以某種程度吸收每個發光二極體元件之正向電壓V_f或溫度特性之偏差，從而使以區塊為單位之控制均勻化。不過，LED部之數量及構成各 LED部之發光二極體元件數等，可根據所要求之明亮度及輸入電壓等而任意地設定，例如可由一個發光二極體元件構成LED部，或者增大LED部之數量進行更精細地控制，或者反之，當然亦可將LED部僅設為2個而使控制變得簡單。

又，於上述構成中，將LED部之構成數設為4，但當然亦可將LED部之數量設為2或3，或者設為5以上。特別是，藉由增加LED部之數量，能夠進行使階梯狀之電流波形更加精細化之控制，能夠更加抑制高頻諧波成分。又，於圖1之例中，將各LED部被接通/斷開之切換動作相對於輸入電流大致均等地分割，但並非必需使之均等，亦可以不同之電流切換LED部。

進而，於上述之例中，構成為將LED分為4個LED部，且各LED部分別成為相同之V_f，但亦可不為相同之V_f。例如，只要能夠使LED部1之V_f儘量低，即設定為一個LED之3.6 V程度，則能夠使電流之上升時序提前，使下降時序推後。這更有利於使高頻諧波減少。此外，若使用本方法，則能夠自由地選擇LED部之數量及V_f設定，並且能夠使電流波形與正弦波近似，因此進一步提高靈活性地實現高頻諧波抑制變得容易。

進而又，相鄰之運算放大器之負輸入端子之間之最小電壓差，只要為運算放大器之偏置電壓以上即可，例如可設定為數mV程度之差。這於電路設計方面有利。例如，於如圖8所示之AC多級電路般，由電晶體構成電流控制機構之情形時，考慮安裝了半導體部件之電路基板上之、基於場所之溫度變化所引起之設定電流之變動，需要數十mV以上之差。與此相對，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形相比，能夠設定為十分之一程度之電位差。因此，根據實施例1之構成，意圖在於能夠精細地設定LED部之電流設定，對LED部之增加等亦能夠自由地應對，即使存在部件費用等之折衷(trade off)亦能夠享受到能更加精密地向正弦波近似之優點。

(電流檢測信號賦予機構5)

電流檢測信號賦予機構5，如圖1所示，將由電流檢測機構4檢測出之電流檢測信號送出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2之電路例中，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。

(電壓變動抑制信號送出機構8)

進而，發光二極體驅動裝置亦可附加生成電壓變動抑制信號並送出至電流檢測信號賦予機構5之電壓變動抑制信號送出機構8。於圖2中，電壓變動抑制信號生成機構8包含被虛線包圍之區域，於對電壓變動抑制信號進行積分之後，加在電流檢測信號上。藉此，即使脈動電流電壓發生變動，平均電流亦被控制為固定。

(電容器充電用定電流電路110)

於圖2所示之發光二極體驅動裝置中，電容器充電用定電流電路110包含充電電流控制電晶體112、充電用電流檢測控制電晶體113、充電電流檢測電阻115、集電極電阻114。該電容器充電用定電流電路110藉由充電電流控制電晶體112進行定電流控制。再者，藉由第四LED控制電晶體24B控制LED部10之電流和電容器111之充電電流之合計電流，從而可替代電容器充電用定電流電路110之功能。於該情形時，亦可省略電容器充電用定電流電路110。

(向電容器111充電)

圖2所示之發光二極體驅動裝置之電流波形，與圖10所示之電流波形相同。向電容器111之充電係自電源線通過電容器111、充電電流控制電晶體112、充電電流檢測電阻115、充電用二極體116、第4逆流防止二極體124、第4電流控制FET24來進行。並且，充電電流如上述般由電容器充電用定電流電路110之充電電流控制電晶體112來進行定電流控制。該充電電流被設定為比由第4電流控制FET24控制之電流小。又，充電電流與流過LED集合體10之LED電流進行合成，該合成電流由第4電流控制FET24按照成為正弦波之方式進行電流控制。由此，能夠不妨礙於圖9之電路例中實現之高頻諧波失真抑制功能地，進行向電容器111之充電。

另一方面，電容器充電中之LED電流，減少了電容器充電電流被減去之量。第4電流控制FET24進行正弦波電流控制之期間，於圖9之電路例中，成為自第一LED部11至第四LED部14之所有之LED被點燈之期間，即電源電壓之波峰附近之期間。又，於該期間光輸出亦成為峰值。只要能夠削減該期間之LED電流，則可抑制光輸出之波峰，能夠減小波峰因數。因此，藉由於該期間對電容器111進行充電，抑制光輸出之波峰，並且藉由將儲存於電容器中之電力在電源電壓較低時進行放電並獲得光輸出，而可加倍得到波峰因數之改善效果。

電容器充電時間於第4電流控制FET24之動作期間成為最大。藉由於此期間中持續進行充電，能夠增減充電之定電流設定而自由地進行調整。

(自電容器111之放電)

其次對自電容器111之放電進行說明。於圖2之發光二極體驅動裝置中，電容器111之放電電路包含由第一LED部11~第四LED部14所構成之LED集合體10、及放電用二極體117。如此，雖然所有LED部成為放電對象，但放電電流不流過正弦波多級驅動電路，對其動作不造成影響。

於圖3中示出電容器充放電電流以及電壓波形。於該圖中，分別用I表示電容器充放電電流，用V表示電容器充放電電壓波形。電容器之端子電壓如上述般，被充電為與自所有之LED部被點燈之狀態下之LED電流、即第4電流控制FET24所產生之控制電流中減去電容器充電電流後之電流I_fa下之LED端子電壓V_fa大致相等。因此，即使不對電容器之放電進行定電流控制，亦會受到LED端子電壓V_fa之限制，不會流過比I_fa大之放電電流。

電容器充電剛結束後，由於充電電流消失，LED驅動電流上升，LED端子電壓亦上升，故不引起放電。電源電壓進一步下降，自由正弦波多級驅動電路將第一LED部11、第二LED部12這2組LED群轉移到正弦波電流驅動(正弦波多級驅動電路中第三LED部13、第四LED部14熄燈)之附近開始，電容器端子電壓超過LED端子電壓而開始放電。該放電電流重疊於圖9之正弦波電流驅動，並在LED中流過，因此LED端子電壓上升，向抑制放電電流之方向發揮作用，於LED中不會流過過度之電流。伴隨電源電壓之下降，由正弦波多級驅動電路驅動之LED部減少，驅動電流所導致之LED端子電壓變動量亦減少。

如此，LED端子電壓隨著驅動電流之增減而增減。即，由多級驅動電路驅動之LED部之端子電壓，比未被驅動時更為上升。因此，於更多之LED部被多級驅動電路驅動之期間，LED端子電壓變高，其結果，於超過電容器端子電壓之期間，電容器111不被放電。另一方面，由於電容器111由與多級驅動電路分享之電流而充電，故此時之LED驅動電流成為比不存在電容器充電用定電流電路110之情形更低之I_fa。即，充電完成後之電容器端子電壓僅被充電為對所有之LED部能夠以最大I_fa進行放電之電壓V_fa。若電源電壓下降，由多級驅動電路驅動之LED部減少，則LED端子電壓減少，電容器111之放電開始。另外，雖然由多級驅動電路驅動之LED部之數量越少則LED端子電壓越下降，來自電容器111之放電電流越上升，但如上述般，不會超過充電期間之LED驅動電流I_fa。

如此，根據LED部之驅動狀況，電容器111被逐次放電，即使於僅用圖9般之正弦波多級驅動電路進行熄燈之期間，亦能夠點燈LED部。又，電容器之放電與正弦波多級驅動電路無關地、即不損壞高頻諧波失真抑制效果及高電力因數地進行。因此，可一方面維持高頻諧波抑制及高電力因數，並且藉由正弦波多級驅動電路之追加而減少熄燈期間，從而能夠大幅改善光輸出之波峰因數。

此處，於圖4中示出實施例1之發光二極體驅動裝置中之第一LED部之電流波形，並且為了對比而於圖12中示出本案申請人以前開發出之圖9之發光二極體驅動裝置中之第一LED部之電流波形。於圖9之構成中電流較低之區域，於圖12中箭頭所示之區間中，第一LED部熄燈。又，第一LED部之驅動波形顯示出大致接近正弦波之波形。與此相對，於圖12所示之實施例1中，藉由於電源電壓波峰時(於圖12中水平方向之箭頭所示之區間)，進行電容器充電，藉此削減LED電流，另一方面，藉由根據由正弦波多級驅動電路驅動之LED部之電流之減少而增加電容器放電電流(於圖12中縱方向之箭頭)，從而即使在先前熄燈之區間亦能夠使第一LED部點燈而得到光輸出，其結果，能確認消除了LED部完全被熄燈之期間。如此，藉由將波峰削減之部分之電流轉移到原來之熄燈期間，能夠將點燈量平滑化從而實現抑制了閃動之高品質之LED部之發光。

進而，於圖5之曲線圖中示出實施例1所得到之光輸出之波形。如該圖所示，能夠確認：相對於光輸出之波峰時之暗時之比例能夠抑制為約60%，波峰因數成為1.2從而超過螢光燈，照明品質大幅提高。

又，根據該構成，儘管搭載了大容量之電容器111，但藉由對電容器111附加定電流充電電路，可避免較大之突入電流之產生。並且，由於電容器兩端與LED集合體之兩端連接，故如圖3所示，可將充放電所產生之端子電壓差抑制為數V，極度減少充電用定電流電路之損耗。此外，由於電容器充電電流由定電流電路控制，故與急速充電相比較，電容器脈動電流非常小。因此，即使使用與LED元件之壽命相比為短壽命之鋁電解電容器亦能夠確保長壽命，可提高發光二極體驅動裝置之品質與可靠性。

[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，故藉由將LED元件及其驅動電路配置於同一配線基板，能夠作為可接通家庭用交流電源而點燈之照明裝置或照明器具來使用。

雖然示出並說明了本發明之多種較佳實施形態，但可設想本發明完全不限定於所公開之特定實施形態，所公開之特定實施形態只不過為本發明觀點之例示，而不應被理解為對發明範圍之限定，於專利申請範圍中限定之本發明之範圍內可任意修改及變更，這對於掌握普通技能之本領域技術人員來說顯而易見。

本申請基於2011年5月24日在日本提出之申請號2011-116,390之申請，藉由參考而將其內容引用於此。

2‧‧‧整流電路

3‧‧‧LED驅動機構

4‧‧‧電流檢測機構

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‧‧‧高頻諧波抑制信號生成機構

7‧‧‧定電壓電源

8‧‧‧電壓變動抑制信號送出機構

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

31B‧‧‧運算放大器

32‧‧‧第二電流控制機構

32B‧‧‧運算放大器

33‧‧‧第三電流控制機構

33B‧‧‧運算放大器

34‧‧‧第四電流控制機構

34B‧‧‧運算放大器

60‧‧‧高頻諧波抑制信號生成電阻

61‧‧‧高頻諧波抑制信號生成電阻

70‧‧‧運算放大器電源用電晶體

71‧‧‧齊納二極體

72‧‧‧齊納電壓設定電阻

81‧‧‧保護電阻

82‧‧‧旁路電容器

100、100'‧‧‧發光二極體驅動裝置

110‧‧‧電容器充電用定電流電路

111‧‧‧電容器

112‧‧‧充電電流控制電晶體

113‧‧‧充電用電流檢測控制電晶體

114‧‧‧集電極電阻

115‧‧‧充電電流檢測電阻

116‧‧‧充電用二極體

117‧‧‧放電用二極體

124‧‧‧第4逆流防止二極體

161、162、163、

164、165、166‧‧‧LED區塊

167‧‧‧開關控制部

AP‧‧‧交流電源

BP1‧‧‧第一旁路路徑

BP2‧‧‧第二旁路路徑

BP3‧‧‧第三旁路路徑

OL‧‧‧輸出線

圖1係表示實施形態1之發光二極體驅動裝置之方塊圖。

圖2係表示圖1之發光二極體驅動裝置之一電路例之電路圖。

圖3係表示實施形態1之發光二極體驅動裝置之電容器充放電電流以及電壓波形之曲線圖。

圖4係表示實施例1之發光二極體驅動裝置中之第一LED部之電流波形之曲線圖。

圖5係表示實施例1所得到之光輸出之波形之曲線圖。

圖6係表示使用了微電腦之LED點燈電路例之電路圖。

圖7係表示圖6之LED點燈電路之動作之時序圖。

圖8係表示本案申請人以前開發之發光二極體驅動裝置之電路圖。

圖9係表示本案申請人以前開發之發光二極體驅動裝置之電路圖。

圖10係表示圖9之發光二極體驅動裝置之輸入電流波形之曲線圖。

圖11係表示圖9之發光二極體驅動裝置之光輸出波形之曲線圖。

圖12係表示圖9之發光二極體驅動裝置中之第一LED部之電流波形之曲線圖。