TWI705733B - 點亮裝置以及照明裝置 - Google Patents

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岩井直子
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Abstract

本發明提供一種能夠減少開關雜訊的影響的點亮裝置以及照明裝置。控制裝置安裝在基板上，配置在第一點亮電路與第二點亮電路之間，對第一點亮電路及第二點亮電路進行控制。控制裝置在使第一發光元件與第二發光元件以相同的調光度點亮的情況下，使第一開關元件與第二開關元件以彼此不同的頻率開關。

Description

點亮裝置以及照明裝置
本發明的實施型態是有關於一種點亮裝置以及照明裝置。
已有將色溫不同的多個發光二極體（light emitting diode，LED）同時點亮來進行調色及調光的照明裝置。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特許第5936086號公報
[發明概要] [發明所欲解決之課題] 根據實施形態，提供能夠減少開關雜訊（switching noise）的影響的點亮裝置以及照明裝置。 [解決課題之手段]
實施形態的點亮裝置包括：基板；直流電源，安裝在所述基板上；第一點亮電路，安裝在所述基板上，連接於所述直流電源，將第一發光元件點亮；第二點亮電路，安裝在所述基板上，連接於所述直流電源，將具有與所述第一發光元件相同的正向電壓的第二發光元件點亮；以及控制裝置，安裝在所述基板上，配置在所述第一點亮電路與所述第二點亮電路之間，對所述第一點亮電路及所述第二點亮電路進行控制。所述第一點亮電路包括連接在所述直流電源與所述第一發光元件之間的第一開關元件、及連接在所述第一開關元件與所述第一發光元件之間的第一電感器。所述第二點亮電路包括連接在所述直流電源與所述第二發光元件之間的第二開關元件、及連接在所述第二開關元件與所述第二發光元件之間且具有與所述第一電感器不同的電感的第二電感器。所述控制裝置在使所述第一發光元件與所述第二發光元件以相同的調光度點亮的情況下，使所述第一開關元件與所述第二開關元件以彼此不同的頻率開關。 [發明的效果]
根據實施形態，能夠減少開關雜訊的影響。
以下，參照附圖來對實施形態進行說明。再者，在各附圖中，對相同要素附上了相同符號。
圖1是實施形態的照明裝置50的電路方塊圖。
實施形態的照明裝置50包括點亮裝置10、第一發光元件1及第二發光元件2。點亮裝置10包括直流電源13、第一點亮電路11、第二點亮電路12及控制裝置4。
點亮裝置10的輸入端連接於交流電源5，在點亮裝置10的輸出端連接有作為負載的第一發光元件1及第二發光元件2。
直流電源13的輸入端連接於交流電源5。第一點亮電路11及第二點亮電路12連接於共用的直流電源13，從此自所述直流電源13接受相同直流電力的供應。
第一點亮電路11連接於第一發光元件1，將第一發光元件1點亮。第二點亮電路12連接於第二發光元件2，將第二發光元件2點亮。
第一發光元件1例如具有將LED與螢光體層加以組合而成的結構。多個LED串聯連接於第一點亮電路11的輸出端。
例如通過發出藍色光的LED與包含螢光體的螢光體層的組合，擬似地獲得白色或燈泡色等的光，所述螢光體吸收所述藍色光（激發光）並將其轉換為黃色光、綠色光、紅色光等。
第二發光元件2也具有將LED與螢光體層加以組合而成的結構。多個LED串聯連接於第二點亮電路12的輸出端。第一發光元件1的LED與第二發光元件2的LED為相同的LED，且具有相同的正向電壓（forward voltage）。第一發光元件1的螢光體層的結構與第二發光元件2的螢光體層的結構不同，因此，第一發光元件1與第二發光元件2的色溫（光色）不同。
能夠利用供應至第一發光元件1及第二發光元件2的電流變化來調整光輸出（亮度）。另外，例如，第一發光元件1的色溫高於第二發光元件2的色溫，第一發光元件1發出藍色相對較多的白色（W色）光，第二發光元件2發出紅色相對較多的燈泡色（L色）光。同時點亮第一發光元件1及第二發光元件2，使供應至第一發光元件1及第二發光元件2的電流的比率發生變化，由此，能夠獲得W色與L色之間的色溫。
第一點亮電路11及第二點亮電路12為直流-直流轉換器（DC-DC converter，direct current-direct current converter），更具體來說為降壓截波電路（step-down chopper circuit）。
圖2（a）是第一點亮電路11的電路圖。
第一開關元件Q1、第一電感器21及輸出電容器31的串聯電路連接於直流電源13的輸出端。
在直流電源13的供應直流電壓VDC 的高電位側與低電位側（接地）之間，串聯連接有二極體32、第一開關元件Q1及電流檢測用的電阻33。第一開關元件Q1例如具有金氧半場效電晶體（metal-oxide-semiconductor field effect transistor，MOSFET）構造。
二極體32的陰極連接於直流電源13的高電位側。二極體32的陽極連接於第一電感器21的一端及第一開關元件Q1的第一端子。在第一開關元件Q1的第二端子與直流電源13的低電位側之間連接有電阻33。
輸出電容器31連接於第一電感器21的另一端及二極體32的陰極，第一電感器21、二極體32及輸出電容器31形成閉合電路。輸出電容器31的兩端為第一點亮電路11的輸出端，在所述輸出電容器31的兩端連接有作為負載的第一發光元件1。
圖2（b）是第二點亮電路12的電路圖。
第二點亮電路12也是以與第一點亮電路11相同的方式構成。第二開關元件Q2、第二電感器22及輸出電容器31的串聯電路連接於直流電源13的輸出端。
在直流電源13的供應直流電壓VDC 的高電位側與低電位側（接地）之間，串聯連接有二極體32、第二開關元件Q2及電流檢測用的電阻33。為了便於說明，第二開關元件Q2雖附上了與第一開關元件Q1不同的符號，但是與第一開關元件Q1相同的開關元件。
二極體32的陰極連接於直流電源13的高電位側。二極體32的陽極連接於第二電感器22的一端及第二開關元件Q2的第一端子。在第二開關元件Q2的第二端子與直流電源13的低電位側之間連接有電阻33。
輸出電容器31連接於第二電感器22的另一端及二極體32的陰極，第二電感器22、二極體32及輸出電容器31形成閉合電路。輸出電容器31的兩端為第二點亮電路12的輸出端，在所述輸出電容器31的兩端連接有作為負載的第二發光元件2。
第二點亮電路12中的第二電感器22的電感與第一點亮電路11中的第一電感器21的電感不同。
如圖1所示，控制裝置4包括：第一控制部（控制積體電路（integrated circuit，IC））4a，對第一點亮電路11及第二點亮電路12進行控制；以及第二控制部（微控制器單元（microcontroller unit，MCU））4b，將控制目標值賦予第一控制部4a。
如圖2（a）及圖2（b）所示，第一控制部4a將控制信號DSG1賦予第一開關元件Q1的閘極端子，並將控制信號DSG2賦予第二開關元件Q2的閘極端子。
另外，第一點亮電路11中的第一電感器21的端子電壓及電阻33的端子電壓作為用於電流回饋（current feedback）的檢測信號而輸入至第一控制部4a，第二點亮電路12中的第二電感器22的端子電壓及電阻33的端子電壓作為用於電流回饋的檢測信號而輸入至第一控制部4a。
圖3是表示流入至第一電感器21及第二電感器22的電感器電流IL 的時間變化的圖。 圖4（a）是第一開關元件Q1的導通斷開的動作時序圖，圖4（b）是第二開關元件Q2的導通斷開的動作時序圖。
根據第一控制部4a所發送的控制信號DSG1，如圖4（a）所示，第一開關元件Q1反覆地導通與斷開（開關）。根據第一控制部4a所發送的控制信號DSG2，如圖4（b）所示，第二開關元件Q2反覆地導通與斷開（開關）。
在開關元件Q1、開關元件Q2導通的期間ton ，線性增加的增加電流從直流電源13流入至電感器21、電感器22，電磁能量儲存在電感器21、電感器22中。在開關元件Q1、開關元件Q2斷開的期間toff ，電感器21、電感器22釋放所儲存的電磁能量，線性減少的減少電流流入至電感器21、電感器22、二極體32及輸出電容器31的閉合電路。反覆地進行如上所述的動作，對直流電源13的輸出電壓VDC 進行降壓所得的直流電壓輸出至輸出電容器31的兩端之間，正向電流供應至發光元件1、發光元件2。
發光元件1、發光元件2以所期望的調光度（光輸出）點亮。根據所述調光度來改變開關元件Q1、開關元件Q2的動作頻率（開關頻率）。根據所述開關元件Q1、開關元件Q2的開關頻率的變化，點亮電路11、點亮電路12的輸出電流即供應至發光元件1、發光元件2的正向電流對應於調光度而發生變化，發光元件1、發光元件2的光輸出（亮度）發生變化。若開關元件Q1、開關元件Q2的開關頻率降低，則發光元件1、發光元件2的光輸出增大，若開關元件Q1、開關元件Q2的開關頻率升高，則發光元件1、發光元件2的光輸出減小。
直流電源13是以由第一點亮電路11及第二點亮電路12共用的方式設置，第一發光元件1的正向電壓與第二發光元件2的正向電壓相同。因此，在使第一發光元件1與第二發光元件2以相同的調光度（光輸出）點亮的情況下，只要使第一開關元件Q1的開關頻率與第二開關元件Q2的開關頻率相同即可。
第一控制部4a對電感器電流IL 進行檢測，並基於檢測結果來對開關元件Q1、開關元件Q2的導通斷開進行控制，進行如圖3所示的所謂的臨界控制（critical control）。此處，若第一開關元件Q1與第二開關元件Q2的開關頻率即導通斷開時序相同的動作持續，則例如當對第一電感器21的電感器電流進行檢測時，容易受到由第二開關元件Q2的動作產生的雜訊的影響。相反地，例如當對第二電感器22的電感器電流進行檢測時，容易受到由第一開關元件Q1的動作產生的雜訊的影響。
根據實施形態，第一控制部4a在使第一發光元件1與第二發光元件2以相同的調光度（光輸出）點亮的情況下，使第一開關元件Q1與第二開關元件Q2以彼此不同的頻率開關。即，第一控制部4a將第一開關元件Q1與第二開關元件Q2的導通斷開時序錯開。
此處，電感器的特性由（1）式表示。L表示電感器的電感，ILpeak 表示電感器電流的峰值，VL 表示電感器的端子電壓。
LILpeak ＝∫VL dt ·····（1）
而且，開關元件Q1、開關元件Q2導通的期間ton 的電感器特性由（2）式表示，開關元件Q1、開關元件Q2斷開的期間toff 的電感器特性由（3）式表示。VDC 表示直流電源13的直流電壓，VLED 表示發光元件1、發光元件2的正向電壓。
LILpeak ＝（VDC －VLED ）×ton ·····（2）
LILpeak ＝VLED ×toff ·····（3）
開關元件Q1、開關元件Q2的開關頻率f由（4）式表示。
Figure 02_image001
·····（4）
第一點亮電路11與第二點亮電路12具有相同的VDC 與相同的VLED 。因此，在使第一發光元件1與第二發光元件2以相同的調光度（VLED ）點亮的情況下，使第一電感器21的電感與第二電感器22的電感不同，以使第一開關元件Q1與第二開關元件Q2的導通斷開時序錯開。
這樣，根據實施形態，在使第一發光元件1與第二發光元件2以相同的調光度點亮的情況下，通過使第一開關元件Q1與第二開關元件Q2以彼此不同的頻率開關，第一點亮電路11的動作不易受到由第二點亮電路12的動作產生的雜訊的影響，相反地，第二點亮電路12的動作不易受到由第一點亮電路11的動作產生的雜訊的影響。此使照明裝置的高精度的調光控制及調色控制成為可能。
圖5是實施形態的照明裝置的調光調色範圍圖。
橫方向表示光色（色溫），越靠左側，則色溫越低，越靠右側，則色溫越高。縱方向表示調光度（光輸出）。A點表示L色（第二發光元件2）的100%點亮狀態。C點表示W色（第一發光元件1）的100%點亮狀態。B點表示L色（第二發光元件2）的100%點亮狀態及W色（第一發光元件1）的100%點亮狀態，即全光狀態。連接A點、B點及C點的線表示調光上限。
在使第一發光元件1與第二發光元件2以相同的調光度（光輸出）點亮的情況下，例如使第一開關元件Q1的開關頻率高於第二開關元件Q2的開關頻率，由此，使所述兩個開關元件Q1、開關元件Q2的開關頻率不同。
在從如上所述的點亮狀態例如提高色溫的情況下，降低第一開關元件Q1的開關頻率，以提高第一發光元件1的光輸出。由此，在W色側的範圍中，有時存在第一開關元件Q1的開關頻率與第二開關元件Q2的開關頻率相同，即第一開關元件Q1與第二開關元件Q2以相同的時序導通斷開的點。
因此，根據實施形態，如圖4（a）所示，使第一開關元件Q1的開關頻率抖動（jitter）。以對應於調光度的固定頻率開關另一個第二開關元件Q2。
例如，使以100 kHz開關的第一開關元件Q1的開關頻率在某個特定區間（例如1 msec）的期間，以100 kHz±3 kHz左右的開關頻率波動。
或者，在使第一發光元件1與第二發光元件2以相同的調光度（光輸出）點亮的情況下，也可以通過使第二開關元件Q2的開關頻率高於第一開關元件Q1的開關頻率，來使所述兩個開關元件Q1、開關元件Q2的開關頻率不同。
在從如上所述的點亮狀態例如降低色溫的情況下，降低第二開關元件Q2的開關頻率，以提高第二發光元件2的光輸出。由此，在L色側的範圍中，有時存在第一開關元件Q1的開關頻率與第二開關元件Q2的開關頻率相同，即第一開關元件Q1與第二開關元件Q2以相同的時序導通斷開的點。
在如上所述的情況下，使第二開關元件Q2的開關頻率抖動。另一個第一開關元件Q1以對應於調光度的固定頻率開關。
僅在第一開關元件Q1的開關頻率與第二開關元件Q2的開關頻率重疊的情況下，使一個開關頻率抖動。或者，在圖5所示的全部範圍中，使一個開關頻率抖動。
通過如上所述的使一個開關元件抖動的控制，能夠抑制因第一開關元件Q1與第二開關元件Q2的導通斷開時序重疊所引起的雜訊的影響。
圖6是實施形態的點亮裝置10的方塊圖。
直流電源13、第一點亮電路11、第二點亮電路12、第一控制部（控制IC）4a及第二控制部（MCU）4b安裝在相同的基板（印刷佈線板）100上。
直流電源13、第一點亮電路11、第二點亮電路12、第一控制部4a及第二控制部4b通過基板100上所形成的佈線圖案而電性連接。
對第一點亮電路11及第二點亮電路12進行控制的第一控制部4a配置在第一點亮電路11與第二點亮電路12之間。
第一控制部4a配置在靠近第一點亮電路11及第二點亮電路12這兩者的位置，從而能夠使將第一控制部4a與第一點亮電路11之間予以連接的佈線圖案、及將第一控制部4a與第二點亮電路12予以連接的佈線圖案這兩者的長度縮短。
這樣，使第一控制部4a與第一點亮電路11之間、及第一控制部4a與第二點亮電路12之間的佈線圖案縮短，由此，能夠減少第一控制部4a對第一點亮電路11的例如電感器電流進行檢測時的由第二點亮電路12的動作產生的雜訊的影響。相反地，能夠減少第一控制部4a對第二點亮電路12的例如電感器電流進行檢測時的由第一點亮電路11的動作產生的雜訊的影響。
雖對本發明的若干個實施形態進行了說明，但這些實施形態是作為例子而提示的實施形態，並不意圖對發明的範圍進行限定。這些新穎的實施形態可以其他各種形態實施，能夠在不脫離發明宗旨的範圍內進行各種省略、替換、變更。這些實施形態或其變形包含於發明的範圍或宗旨，並且包含於申請專利範圍所記載的發明及其均等的範圍。
1‧‧‧第一發光元件2‧‧‧第二發光元件4‧‧‧控制裝置4a‧‧‧第一控制部（控制積體電路）4b‧‧‧第二控制部（微控制器單元）5‧‧‧交流電源10‧‧‧點亮裝置11‧‧‧第一點亮電路12‧‧‧第二點亮電路13‧‧‧直流電源21‧‧‧第一電感器22‧‧‧第二電感器31‧‧‧輸出電容器32‧‧‧二極體33‧‧‧電阻50‧‧‧照明裝置100‧‧‧基板DSG1‧‧‧控制信號DSG2‧‧‧控制信號IL ‧‧‧電感器電流Q1‧‧‧第一開關元件Q2‧‧‧第二開關元件toff ‧‧‧斷開期間ton ‧‧‧導通期間
圖1是實施形態的照明裝置的電路方塊圖。 圖2（a）～圖2（b）是實施形態的點亮電路的電路圖。 圖3是表示實施形態的點亮電路中的電感器電流的時間變化的圖。 圖4（a）～圖4（b）是實施形態的點亮電路中的開關元件的動作時序圖。 圖5是實施形態的照明裝置的調光調色範圍圖。 圖6是實施形態的點亮裝置的方塊圖。
10‧‧‧點亮裝置
100‧‧‧基板
11‧‧‧第一點亮電路
12‧‧‧第二點亮電路
13‧‧‧直流電源
4a‧‧‧第一控制部(控制積體電路)
4b‧‧‧第二控制部(微控制器單元)

Claims (5)

  1. 一種點亮裝置，其特徵在於包括： 基板； 直流電源，安裝在所述基板上； 第一點亮電路，安裝在所述基板上，連接於所述直流電源，將第一發光元件點亮； 第二點亮電路，安裝在所述基板上，連接於所述直流電源，將具有與所述第一發光元件相同的正向電壓的第二發光元件點亮；以及 控制裝置，安裝在所述基板上，配置在所述第一點亮電路與所述第二點亮電路之間，對所述第一點亮電路及所述第二點亮電路進行控制， 所述第一點亮電路包括連接在所述直流電源與所述第一發光元件之間的第一開關元件、及連接在所述第一開關元件與所述第一發光元件之間的第一電感器， 所述第二點亮電路包括連接在所述直流電源與所述第二發光元件之間的第二開關元件、及連接在所述第二開關元件與所述第二發光元件之間且具有與所述第一電感器不同的電感的第二電感器， 所述控制裝置在使所述第一發光元件與所述第二發光元件以相同的調光度點亮的情況下，使所述第一開關元件與所述第二開關元件以彼此不同的頻率開關。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的點亮裝置，其中所述控制裝置使所述第一開關元件及所述第二開關元件中的一個開關元件的開關頻率抖動。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的點亮裝置，其中所述一個開關元件的開關頻率高於另一個開關元件的開關頻率。
  4. 一種照明裝置，其是包括第一發光元件、具有與所述第一發光元件相同的正向電壓的第二發光元件及點亮裝置的照明裝置，其特徵在於所述點亮裝置包括： 基板； 直流電源，安裝在所述基板上； 第一點亮電路，安裝在所述基板上，連接於所述直流電源，將所述第一發光元件點亮； 第二點亮電路，安裝在所述基板上，連接於所述直流電源，將所述第二發光元件點亮；以及 控制裝置，安裝在所述基板上，配置在所述第一點亮電路與所述第二點亮電路之間，對所述第一點亮電路及所述第二點亮電路進行控制， 所述第一點亮電路包括連接在所述直流電源與所述第一發光元件之間的第一開關元件、及連接在所述第一開關元件與所述第一發光元件之間的第一電感器， 所述第二點亮電路包括連接在所述直流電源與所述第二發光元件之間的第二開關元件、及連接在所述第二開關元件與所述第二發光元件之間且具有與所述第一電感器不同的電感的第二電感器， 所述控制裝置在使所述第一發光元件與所述第二發光元件以相同的調光度點亮的情況下，使所述第一開關元件與所述第二開關元件以彼此不同的頻率開關。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的照明裝置，其中所述第一發光元件與所述第二發光元件的色溫不同。
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