专利名称：减少了熄灭期间的发光二极管驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对发光二极管进行点亮驱动的驱动电路，特别涉及利用交流电源来进行驱动的发光二极管驱动装置。
背景技术：
近年来，作为照明用的光源，与白炽灯和荧光灯相比能够以低消耗功率来进行驱动的发光二极管(以下也称作“LED”。)受到注目。LED具有小型且耐撞击性强，不用担心灯泡烧坏的优点。作为这种照明设备用的电源，期望将家庭用电源等交流电源作为电源来使用。另一方面，LED为直流驱动元件，仅在正向的电流下发光。此外，当前多用作照明用途的LED的正向电压Vf为3. 5V左右。LED具有若达不到Vf则不发光，反之若超过Vf则流过过度的电 流的特性。因此，可以说对于LED适合用直流来驱动。为了应对该相反的条件，提出了各种使用了交流电源的LED的驱动电路。例如，提出了按照根据变化的电压值来改变Vf的合计值的方式来切换LED的方法(JP特开2006-147933号公报)。在该方法中，如图6的电路图所示，通过将串联连接为多级的LED分为模块161、162、163、164、165、166，并根据整流波形的输入电压的电压值，用由微型计算机构成的开关控制部167来切换LED模块161 166的连接，从而使Vf的合计值阶段性地变化。其结果，如图7的时序图所示的电压波形那样，对于整流波形能够用多个方形波来点亮LED，因此与仅用单一的方形波的接通(ON)占空比(duty)相比，能够改善LED的利用效率。另一方面，本发明申请人开发了一种AC多级电路，该AC多级电路用交流的全波整流来驱动多级电路，该多级电路串联连接了多级将多个LED元件串联连接并模块化而得到的LED模块(JP特开2011-40701号公报)。该AC多级电路，如图8所示，用桥接电路2对交流电源AP进行全波整流，并施加于LED模块的多级电路。LED模块的多级电路将第一 LED模块11、第二 LED模块12、和第三LED模块13串联连接。基于第一 LED模块11的通电量，用第一 LED电流控制晶体管21A来切换将第二 LED模块12旁路的第一旁路路径BPl的接通/断开，此外基于第一 LED模块11以及第二 LED模块12的通电量，用第二 LED电流控制晶体管22k来切换将第三LED模块13旁路的第二旁路路径BP2的接通/断开。该AC多级电路，能够维持电源效率，同时改善LED利用效率以及功率因数。此外，本发明申请人开发了一种如图9所示那样将LED连接为多级，同时抑制了高次谐波分量的发光二极管驱动装置。在图10中示出该发光二极管驱动装置所能得到的电流波形的曲线图。像这样，高次谐波失真的产生得到抑制，能够用接近正弦波的电流波形来驱动LED。另一方面，在不是将LED而是将现有的白炽灯使用于发光元件的情况下的电流波形，也同样地成为大致正弦波。不过在白炽灯的情况下，由于是灯丝的白炽所产生的发光，因此不响应电源频率(50Hz或者60Hz)，不产生闪烁。与此相对，在将LED使用于发光元件的情况下，存在由于LED的高响应性从而反复产生与电源频率相对应的闪烁的问题。在图11的正弦波多级驱动电路的光输出波形中示出该样态。作为这些的客观的评价指标，利用了波峰因数(=最大值/有效值)，越接近I越好。计算出图11的光输出的波峰因数后，波峰因数=1.5以上，与其他发光元件的波峰因数相比，比不上白炽灯的I. 05、荧光灯的1.36、逆变器荧光灯的I. I程度。这将会导致有人因光的闪烁而感觉到闪动，或者在旋转体的照明中在与旋转速度同步的情况下，虽然正在旋转但看起来仿佛停止等，使照明品质降低。因此，将图9的发光二极管驱动装置使用于更高品质的照明时，需要消除熄灭期间，并改善波峰因数。 为了消除闪烁期间，可以考虑利用电容器进行平滑化。即，可以考虑在电源电压较高的期间对电容器进行充电，在电压较低的期间使电容器放电。但是，由于若使用电容器则将会在短充电期间中被急速充电，因此充电电流变大。充电电流一般有电容器的容量越大则充电电流越大的倾向，因此在适合这样的平滑化的用途的大容量的电容器的情况下，充电电流进一步变大从而导致功率因数的恶化，并且变得不适合高次谐波失真的标准。此外，虽然也存在使用用于功率因数改善的有源滤波器IC等的情况，但这种元件价格高，而且还有由高频开关动作产生噪声等弊病。
发明内容
本发明鉴于现有技术的这种问题点而作。本发明的主要目的在于，提供一种不扰乱与正弦波近似的输入电流波形地，减少熄灭期间，从而改善了波峰因数的发光二极管驱
动装置。为了达成以上的目的，根据第I侧面所涉及的发光二极管驱动装置，可以具备整流电路2，其能够与交流电源AP相连接，用于得到对该交流电源AP的交流电压进行整流后的整流电压；LED集合体10，其串联连接了与所述整流电路2的输出侧串联连接的具有至少一个LED元件的第一 LED部11、以及具有至少一个LED元件的第二 LED部12 ;和LED驱动单元3，其控制向所述LED集合体10的通电，所述发光二极管驱动装置还具备充放电电容器111，其与所述LED集合体10并联连接；电容器充电路径，其与所述充放电电容器相连接，用于对该充放电电容器进行充电；电容器放电路径，其与所述充放电电容器相连接，用于对该充放电电容器进行放电；和电容器充电用恒流部110，其配置于所述电容器充电路径上，用于将对所述充放电电容器进行充电的充电电流控制为恒流，若施加于所述LED集合体的整流电压变高，则通过所述充电路径向所述充放电电容器充电充电电流，若施加于所述LED集合体的整流电压变低，则通过所述放电路径从所述充放电电容器放电放电电流，并对所述LED集合体进行通电。由此，通过利用充放电电容器，将在施加于LED集合体的整流电压较高时充电的电荷，在整流电压较低时进行放电，并对LED集合体进行通电，从而能够得到抑制向LED集合体的电流量的高低差，能够改善波峰因数的优点。此外，通过在充电路径中设置电容器充电用恒流部，能够抑制向充放电电容器的突入电流，避免功率因数的降低。此外，根据第2侧面所涉及的发光二极管驱动装置，可以还具备充电用二极管116，其配置于所述电容器充电路径上，使得用于对所述充放电电容器进行充电的充电电流通电；和放电用二极管117，其配置于所述电容器放电路径上，使得用于对所述充放电电容器进行放电的放电电流通电。由此，在充电路径以及放电路径中充电电流、放电电流分别向正确的方向被通电，从而能够对充放电电容器进行充放电，并实现动作的稳定化。并且，根据第3侧面所涉及的发光二极管驱动装置，可以用多个晶体管来构成所述电容器充电用恒流部110。并且，根据第4侧面所涉及的发光二极管驱动装置，可以还具备第三LED部13，该第三LED部13与所述第二 LED部12串联连接，具有至少一个LED元件。并且，根据第5侧面所涉及的发光二极管驱动装置，可以还具有第一单元21，其与所述第二 LED部12并联连接，用于控制向所述第一 LED部11的通电量；第二单元22，其与所述第三LED部13并联连接，用于控制向所述第一 LED部11以及所述第二 LED部12的通电量；第四单元24，其与所述第三LED部13串联连接，用于控制向所述第一 LED部11、第二 LED部12以及第三LED部13的通电量，第一电流控制单元31，其用于控制所述第一单元 21;第二电流控制单元32，其用于控制所述第二单元22 ;第四电流控制单元34，其用于控制所述第四单元24 ;和电流检测单元4，其用于检测基于在从所述第一 LED部11到第三LED部13被串联连接的输出线OL上流过的电流量的电流检测信号。并且，根据第6侧面所涉及的发光二极管驱动装置，可以还具备高次谐波抑制信号生成单元6，该高次谐波抑制信号生成单元6用于基于从所述整流电路2输出的整流电压，来生成高次谐波抑制信号电压，所述第一电流控制单元31、第二电流控制单元32以及第四电流控制单元34对由所述电流检测单元4检测出的电流检测信号、和由所述高次谐波抑制信号生成单元6生成的高次谐波抑制信号电压进行比较，按照抑制高次谐波分量的方式对所述第一单元21、第二单元22以及第四单元24分别进行控制。由此，通过输入侧的高次谐波分量、和所得到的LED驱动电流之间的对比，能够进行对输出波形进行调整的控制，能够实现有效的高次谐波分量的抑制。并且，根据第7侧面所涉及的发光二极管驱动装置，可以还具备第四LED部14，其与所述第三LED部13串联连接，具有至少一个LED元件；第三单元23，其与所述第四LED部14并联连接，用于控制向所述第一 LED部11、第二 LED部12、第三LED部13的通电量；和第三电流控制单元33，其用于控制所述第三单元23，所述第四单元24构成为控制向所述第一 LED部11、第二 LED部12、第三LED部13以及第四LED部14的通电量。由此，在整流电压较高的期间对电容器进行充电，在整流电压较低的期间进行放电，来使LED集合体发光，能够消除LED集合体的熄灭期间，并且能够改善波峰因数。此外，能够对发光二极管驱动装置的高次谐波失真的抑制和高功率因数的维持不产生影响地进行工作。本发明的以上和其他目的以及其特征，通过以下与附图相关联地做出的详细说明将会更加明确。
图I是表示实施方式I所涉及的发光二极管驱动装置的框图。图2是表示图I的发光二极管驱动装置的一个电路例的电路图。图3是表示实施方式I所涉及的发光二极管驱动装置的电容器充放电电流以及电压波形的曲线图。图4是表示实施例I所涉及的发光二极管驱动装置中的第一 LED部的电流波形的曲线图。图5是表示实施例I所得到的光输出的波形的曲线图。图6是表不使用了微型计算机的LED点売电路例的电路图。图7是表示图6的LED点亮电路的动作的时序图。图8是表示本申请的申请人先前开发的发光二极管驱动装置的电路图。图9是表示本发明申请人以前开发出的发光二极管驱动装置的电路图。图10是表示图9的发光二极管驱动装置的输入电流波形的曲线图。
图11是表示图9的发光二极管驱动装置的光输出波形的曲线图。图12是表示图9的发光二极管驱动装置中的第一 LED部的电流波形的曲线图。(符号说明)100、100’…发光二极管驱动装置2…整流电路3…LED驱动单元4…电流检测单元5…电流检测信号赋予单兀；5A、5B、5C、ro…电流检测信号赋予电阻6…高次谐波抑制信号生成单元7…恒压电源8…电压变动抑制信号送出单元10…LED集合体11 …第一 LED 部12…第二 LED 部13…第三LED部14…第四LED部21…第一单元；21A、21B…第一 LED电流控制晶体管22…第二单元；22A、22B…第二 LED电流控制晶体管23…第三单元；23B…第三LED电流控制晶体管24…第四单元；24B…第四LED电流控制晶体管31…第一电流控制单元；31B…运算放大器32…第二电流控制单元；32B…运算放大器33…第三电流控制单元；33B…运算放大器34…第四电流控制单元；34B…运算放大器60…高次谐波抑制信号生成电阻61- 高次谐波抑制信号生成电阻70…运算放大器电源用晶体管71…齐纳二极管72…齐纳电压设定电阻81…保护电阻；82…旁路电容器110…电容器充电用恒流电路111…电容器
112…充电电流控制晶体管113…充电用电流检测控制晶体管114…集电极电阻115…充电电流检测电阻116…充电用二极管117…放电用二极管124…第4逆流防止二极管161、162、163、164、165、166…LED 模块
167…开关控制部AP…交流电源；BP1…第一旁路路径；BP2…第二旁路路径；BP3…第三旁路路径；OL…输出线
具体实施例方式以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。不过，以下所示的实施方式，是例示用于将本发明的技术思想具体化的发光二极管驱动装置的实施方式，本发明不将发光二极管驱动装置特定为以下的实施方式。此外，本说明书决不是将权利要求书所示的构件特定为实施方式的构件。特别是在实施方式中记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等只要没有特定的记载，则不是将本发明的范围仅限定于此的意思，而只不过是说明例。另外，各附图所示的构件的大小和位置关系等，有时为了使说明明确而进行了夸大。并且在以下的说明中，相同的名称、符号表示相同或同质的构件，并适当省略详细说明。并且，构成本发明的各要素，既可以采用用同一构件构成多个要素而由一个构件兼用多个要素的方式，反之也可以用多个构件来分担实现一个构件的功能。此外，在一部分实施例、实施方式中说明了的内容，也存在能够利用于其他实施例、实施方式等的内容。为了使发光二极管驱动装置适合高次谐波电流标准，期望按照与白炽灯同样地成为正弦波的电流波形的方式进行设计。因此，在本实施方式所涉及的发光二极管驱动装置中，提供一种通过使正弦波重叠于LED电流控制单元的基准电压上，从而使LED驱动电流波形成为与正弦波近似的波形，并适合25W以上的高次谐波电流标准的廉价、紧凑的发光二极管驱动装置。(实施例I)图I中示出实施例I所涉及的发光二极管驱动装置100的框图。该发光二极管驱动装置100具备整流电路2、LED集合体10、第一单元21 第四单元24、第一电流控制单元31 第三电流控制单元33、和电流检测单元4。该发光二极管驱动装置100在输出线OL上分别串联连接了与交流电源AP连接并用于得到对交流电压进行整流后的整流电压(脉动电流电压)的整流电路2、和由多个LED部构成的LED集合体10。在此使用了 4个LED部，将第一 LED部11、第二 LED部12、第三LED部13、第四LED部14串联连接，从而构成了LED集合体10。并且，在输出线OL上串联连接有LED集合体10、LED驱动单元3、和电流检测单元4。此外，在第二 LED部12、第三LED部13、第四LED部14上，分别在两端连接用于控制通电量的第一单元21、第二单元22、第三单元23。第一单元21、第二单元22、第三单元23分别相对于LED部并联地设置，因此构成调整通电量的旁路路径。即，能够通过第一单元21、第二单元22、第三单元23对被旁路的电流量进行调整，因此结果能够控制各LED部的通电量。在图I的例子中，与第二 LED部12并联地连接第一单元21，形成第一旁路路径BP1。此外，与第三LED部13并联地连接第二单元22，形成第二旁路路径BP2。并且，与第四LED部14并联地连接第三单元23，形成第三旁路路径BP3。另外，在本说明书中，在将连接在输出线上的LED部等旁路的旁路路径中，也存在流过输出电流的情况，因此在这个意义上包含用作输出线。(电流控制单元)此外，为了进行恒流驱动，设置电流控制单元来用于恒流电路的控制。在该电路例中，由第一单元21、第二单元22、第三单元23、第四单元24、以及第一电流控制单元31、第二电流控制单元32、第三电流控制单元33、第四电流控制单元34来构成一种恒流电路。各电流控制单元与第一单元21、第二单元22、第三单元23、第四单元24相连接，对 第一单元21、第二单元22、第三单元23、第四单元24的接通/断开、电流量连续可变这样的动作进行控制。具体来说，设置对第一单元21的动作进行控制的第一电流控制单元31、对第二单元22的动作进行控制的第二电流控制单元32、对第三单元23的动作进行控制的第三电流控制单元33、和对第四单元24的动作进行控制的第四电流控制单元34。第一电流控制单元31、第二电流控制单元32、第三电流控制单元33、第四电流控制单元34连接于电流检测单元4来监视LED的电流量，并基于该值来切换第一单元21、第二单元22、第三单元23、第四单元24的控制量。各LED部是将一个或多个LED元件串联以及/或者并联连接而得到的模块。LED元件可以适当利用表面安装型(SMD)或炮弹型的LED。此外，SMD类型的LED元件的封装体可以根据用途来选择外形，可以利用俯视为矩形的类型等。并且，当然也可以将在封装体内串联以及/或者并联连接了多个LED元件后的LED作为LED部来使用。各LED部所包含的LED元件的正向电压的相加值、S卩小计正向电压，由串联连接的LED元件的个数来决定。例如，在使用6个正向电压3. 6V的LED元件的情况下的小计正向电压为 3. 6X6 = 21. 6V。 该发光二极管驱动装置100，基于由电流检测单元4检测出的电流值来切换对各LED部的通电的接通/恒流控制/断开。换言之，由于不是基于整流电压的电压值的电流控制，而是基于实际被通电的电流量的电流控制，因此不被LED元件的正向电压的偏差而左右，在适当的定时实现正确的LED部的切换，有望实现高可靠性的稳定的动作。另外，在电流值的检测中，可以利用电流检测单元4等。在图I的例子中，第一电流控制单元31基于第一 LED部11的通电量，来控制第一单元21对第一 LED部11的通电限制量。具体来说，在第一单元21以及第二单元22、第三单元23、第四单元24为接通的状态下，当通电量达到了预先设定的第一基准电流值时，第一单元21对第一 LED部11进行恒流驱动。之后，输入电压上升，若达到了能够同时驱动第一 LED部11和第二 LED部12的电压，则在第二 LED部12中开始流过电流，并且，若该电流值超过了第一基准电流值，则第一单元21断开。并且，第二电流控制单元32基于第一 LED部11以及第二 LED部12的通电量，来控制第二单元22对第一 LED部11以及第二 LED部12的通电限制量。具体来说，若通电量达到了预先设定的第二基准电流值，则第二单元22对第一 LED部11和第二 LED部12进行恒流驱动。之后，输入电压上升，若达到了能够同时驱动第一 LED部11和第二 LED部12以及第三LED部13的电压，则在第三LED部13中开始流过电流，并且若该电流值超过了第二基准电流值，则第二单元22断开。并且，第三电流控制单元33基于第一 LED部11、第二 LED部12、第三LED部13的通电量，来控制第三单元23对第一 LED部11、第二 LED部12、第三LED部13的通电限制量。具体来说，若通电量达到了预先设定的第三基准电流值，则第三单元23对第一 LED部11和第二 LED部12以及第三LED部13进行恒流驱动。之后，输入电压上升，若达到了能够同时驱动第一 LED部11、第二 LED部12、第三LED部13、和第四LED部14的电压，则在第四LED部14中开始流过电流，并且若该电流值超过了第三基准电流值，则第三单元23为断开。最后，第四单元24以及第四电流控制单元34对第一 LED部11、第二 LED部12、第三LED部13、第四LED部14进行恒流驱动。在此，通过按照第一基准电流值 < 第二基准电流值< 第三基准电流值的方式进行设定，能够按照从第一 LED部11到第二 LED部12、第三LED部13、第四LED部14的顺序，来依次切换接通/恒流控制/断开。另外，通过操作输入到各电流控制单元31 34的一 方的输入端子的信号，从而这些基准电流能任意调整。例如，若向该输入端子输入正弦波电压，则如后所述能够实现与正弦波一致的电流控制。如上所述，发光二极管驱动装置100具备多个恒流电路，能够按照使各恒流电路分别适当地工作的方式，来使多个LED电流检测电路工作，其中该多个恒流电路被构成为利用家庭用电源等交流电源AP，根据对其交流进行全波整流后所得到的周期性地变化的脉动电流电压，来使串联配置的LED元件点亮适当个数。该发光二极管驱动装置100，以第I电流值使第一 LED部11通电，以比第I电流值大的第2电流值使第一 LED部11以及第二 LED部12通电，并且以比第2电流值大的第3电流值使第一 LED部11、第二 LED部12、第三LED部13通电，并且还以比第3电流值大的第4电流值使第一 LED部11、第二 LED部12、第三LED部13、第四LED部14通电。特别是通过恒流控制来限制向各LED部的通电量，由此能够根据电流量来切换LED部的接通/恒流控制/断开，能够针对脉动电流电压高效地对LED进行点亮驱动。并且在图I的例子中，与第四单元24并联地连接有LED驱动单元3，由LED驱动单元3来使在第四单元24中流过的电流的一部分分流，从而LED驱动单元3降低了第四单元24的负载。(高次谐波抑制信号生成单元6)并且，第一电流控制单元31 第四电流控制单元34与高次谐波抑制信号生成单元6相连接。高次谐波抑制信号生成单元6，基于从整流电路2输出的整流电压，来生成高次谐波抑制信号电压。在此，高次谐波抑制信号生成单元6将由整流电路2整流后的整流电压压缩为适当的大小，并送出到第一电流控制单元31 第四电流控制单元34来作为参照信号，与LED电流检测信号进行比较。各电流控制单元基于该比较结果，经由各自的第一单元21 第四单元24，在适当的定时和电流下对各自的LED部进行驱动。(平滑化电路)并且，图I所示的发光二极管驱动装置具备用于减少LED的熄灭期间的平滑化电路。平滑化电路具备电容器111、电容器充电用恒流电路110、充电用二极管116、放电用二极管117。(电容器充电电路)电容器充电用恒流电路110被设定为比第一电流控制单元31 第四电流控制单元34所生成的LED驱动的正弦波电流小的恒流。该电容器充电电流和LED驱动电流被合成，并被第一电流控制单元31 第四电流控制单元34控制为正弦波电流。由此，能够不对以原来与正弦波相近似的电流波形控制的发光二极管驱动装置整体的电流产生影响地进行电容器充电。(电容器放电电路)另一方面，电容器111的放电电路,经由放电用二极管117而连接于从第一 LED部11到第四LED部14被串联连接而得到的LED集合体10。该电容器放电电路，不经由电容器充电用恒流电路110和充电用二极管116等，对储存在电容器111中的电荷进行放电。电容器111的充电电压成为将构成LED集合体10的串联连接的第一 LED部 第四LED部的 Vf相加而得到的值，因此电容器111不会以在电容器充电时流过LED集合体10的电流以上的电流而被放电。(实施例I的电路例)接着，在图2中示出利用半导体元件实现了图I的发光二极管驱动装置100的具体电路的构成例。该发光二极管驱动装置100’，使用了二极管桥，作为与交流电源AP连接的整流电路2。此外，在交流电源AP与整流电路2之间，设置保护电阻81。并且，在整流电路2的输出侧，连接旁路电容器82。另外，在交流电源AP与整流电路2之间，虽未图示，但也可以设置用于阻止过电流以及电涌电压的保险丝和电涌保护电路。(交流电源AP)交流电源AP可以适当使用100V或200V的商用电源。该商用电源的100V或200V是有效值，被全波整流后的整流波形的最大电压为约141V或282V。(LED 集合体 10)构成LED集合体10的各LED部相互串联连接，并且分为多个模块，从模块之间的边界引出端子，与第一单元21、第二单元22、第三单元23、第四单元24相连接。在图2的例子中，由第一 LED部11、第二 LED部12、第三LED部13、第四LED部14这4个组构成了 LED集合体10。图2所示的各LED部11 14，由一个LED符号来表示安装了多个LED芯片的LED封装体I。在本例中，各LED封装体I安装有10个LED芯片。各LED部的发光二极管连接数、或者LED部的连接数，由正向电压的相加值、即串联连接的LED元件的总数、和所使用的电源电压来决定。例如在使用商用电源的情况下，各LED部的Vf的合计、即合计正向电压Vfall，被设定为141V左右或者其以下。另外，LED部具备一个以上的任意数量的LED元件。LED元件可以利用将一个LED芯片或多个LED芯片集中于一个封装体的元件。在本例中，作为图示的一个LED元件，使用了分别包含10个LED芯片的LED封装体I。此外，在图2的例子中，按照4个LED部的Vf相同的方式进行了设计。不过不限于本例，如上所述也可以将LED部数设为3以下、或者5以上。通过增加LED部数，能够增加恒流控制的数量从而进行更精细的LED部间的点亮切换控制。并且，各LED部的Vf也可以不同。(第一单元21 第四单元24)第一单元21、第二单元22、第三单元23、第四单元24是用于与各LED部相对应地进行恒流驱动的构件。作为这样的第一单元21 第四单元24，由晶体管等开关元件构成。特别是FET由于源极-漏极间饱和电压大致为零，因此不会阻碍向LED部的通电量从而优选。不过，第一单元21 第四单元24不限定于FET，当然也可以由双极晶体管等构成。在图2的例子中，作为第一单元21 第四单元24，利用了 LED电流控制晶体管。具体来说，在第二 LED部12、第三LED部13、第四LED部14、LED驱动单元3上分别连接作为第一单元21 第四单元24的第一 LED电流控制晶体管21B、第二 LED电流控制晶体管22B、第三LED电流控制晶体管23B。各LED电流控制晶体管根据其前级的LED部的电流量，来切换接通状态或恒流控制。若LED电流控制晶体管断开，则在旁路路径中不再流过电流， 而对LED部通电。S卩，由于通过各第一单元21 第四单元24能够调整被旁路的电流量，因此结果能够控制各LED部的通电量。在图2的例子中，与第二 LED部12并联地连接第一单元21，并形成第一旁路路径BP1。此外，与第三LED部13并联地连接第二单元22，并形成第二旁路路径BP2。并且，与第四LED部14并联地连接第三单元23，并形成第三旁路路径BP3。并且还连接第四LED电流控制晶体管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的通电量。在此，第一 LED部11没有设置并联连接的旁路路径和第一单元 第四单元。这是因为与第二 LED部12并联连接的第一单元21对第一 LED部11的电流量进行控制。此外，关于第四LED部14，由第四LED电流控制晶体管24B来进行电流控制。此外，在图2的例子中，将电阻3作为LED驱动单元3。在本例中，构成为通过与LED驱动单元3并联地连接作为第四单元的晶体管，从而在电流量变大时使电流旁路，减轻对第四单元的负载。不过，也可以省略LED驱动单元3。在图2的例子中，作为LED电流控制晶体管，使用了 FET。另外，在使用第一 LED电流控制晶体管21B、第二 LED电流控制晶体管22B、第三LED电流控制晶体管23B、第四LED电流控制晶体管24B，以LED部为单位来控制接通/断开的切换的构成中，构成各级的LED电流控制晶体管的FET等控制用半导体元件分别与LED部的两端连接，因此控制用半导体元件的耐压将会被LED部的小计正向电压保护。因此，能够得到可使用耐压低的小型半导体元件的优点。(第一电流控制单元31、第二电流控制单元32、第三电流控制单元33、第四电流控制单兀34)第一电流控制单元31、第二电流控制单元32、第三电流控制单元33、第四电流控制单元34，是按照与各LED部相对应的第一单元21 第四单元24在适当的定时进行恒流驱动的方式进行控制的构件。第一电流控制单元31 第四电流控制单元34也能够利用晶体管等开关元件。特别是双极晶体管能够合适地利用于电流量的检测。在本例中，第一电流控制单元31、第二电流控制单元32、第三电流控制单元33、第四电流控制单元34由运算放大器构成。另外，电流控制单元也不限定于运算放大器，当然也可以由比较器、双极晶体管、MOSFET等构成。在图2的例子中，电流控制单元对各个LED电流控制晶体管的动作进行控制。即，各电流检测运算放大器通过接通/恒流控制/断开，能够将LED电流控制晶体管切换为接通/恒流控制/断开。(电流检测单元4)电流检测单元4根据电压降等来检测对串联连接了 LED部的LED集合体10通电的电流，由此来进行构成LED部的LED元件的恒流驱动。该电流检测单元4还发挥LED的保护电阻的功能。·此外，为了进行恒流驱动，设置了电流控制单元来用于恒流电路的控制。在该电路例中，由第一单元21、第二单元22、第三单元23、第四单元24、以及第一电流控制单元31、第二电流控制单元32、第三电流控制单元33、第四电流控制单元34构成一种恒流电路。各LED电流检测电阻的电阻值，规定在哪个电流的定时进行各电流控制单元的接通/断开。在此，以按照作为第一 第四电流控制单元31 34的运算放大器的顺序被接通的方式，设定了各LED电流检测电阻的电阻值。(基准电流值)在此，将由第一电流控制单元31B将第一 LED电流控制晶体管21B从接通切换为断开的第一基准电流值，设定得比由第二电流控制单元32B将第二 LED电流控制晶体管22B从接通切换为断开的第二基准电流值低。此外，将由第三电流控制单元33B将第三LED电流控制晶体管23B从接通切换为断开的第三基准电流值，设定得比第二基准电流值高。并且，将由第四电流控制单元34B将第四LED电流控制晶体管24B从接通切换为断开的第四基准电流值设定得比第三基准电流值高。通过像这样按照第一基准电流值<第二基准电流值<第三基准电流值<第四基准电流值的方式进行设定，从而伴随由整流电路2整流后的输入电压的上升，能够按照从第一 LED部11到第二 LED部12、第三LED部13、第四LED部14的顺序，来依次切换接通/恒流控制/断开。此外，在输入电压下降时，LED以相反的顺序被熄灭。(高次谐波抑制信号生成单元6的动作说明)以下，参照图2，对发光二极管驱动装置100’中的高次谐波抑制信号生成单元6的动作进行说明。在图2的电路例中，电流控制单元由运算放大器31B 34B构成。这些运算放大器3IB 34B由高次谐波抑制信号生成单元6来控制。具体来说，运算放大器3IB 34B由恒压电源7来驱动。恒压电源7由运算放大器电源用晶体管70、齐纳二极管71、齐纳电压设定电阻72构成。该恒压电源7仅在由整流电路2对交流电源AP进行整流后的整流电压超过了齐纳二极管71的齐纳电压的期间，对运算放大器31B 34B提供电源。该期间被设定为包含LED的点亮期间。S卩，在LED点亮中使运算放大器工作，控制点亮。高次谐波抑制信号生成单元6由高次谐波抑制信号生成电阻60、61构成。高次谐波抑制信号生成电阻60、61对由整流电路2整流后的整流电压进行分压。换言之，将整流电压压缩为适当的大小。在各运算放大器的+侧输入端子，输入从高次谐波抑制信号生成电阻60、61输出的、作为被压缩后的正弦波的高次谐波抑制信号。另一方面，在各运算放大器的负输入端子，输入由电流检测电阻检测出的电压。电流检测电阻4的电压，被设定为在各个运算放大器担当控制的期间，即遵循在各运算放大器的+侧输入端子施加的正弦波而受到电流控制。由此，能够将由整流电路2整流后的脉动电流的正弦波输入到运算放大器的+侧输入端子。因此，由于按照正弦波来进行电流控制动作，因此LED驱动电流成为与正弦波相近似的波形。另外LED部分别能够通过将多个发光二极管元件相互串联连接而构成。由此，能够用多个发光二极管元件对整流电压有效地进行分压，而且能够以某种程度吸收每个发光二极管元件的正向电压Vf或温度特性的偏差，从而使以模块为单位的控制均匀化。不过，LED部的数量和构成各LED部的发光二极管元件数等，能够根据所要求的明亮度和输入电压等而任意地设定，例如可以用一个发光二极管元件来构成LED部，或者增大LED部的数量来进行更精细地控制，或者反之，当然也可以将LED部仅设为2个来使控制变得简单。此外，在上述构成中，将LED部的构成数设为4，但当然也可以将LED部的数量设为2或3，或者设为5以上。特别是，通过增加LED部的数量，能够进行使阶梯状的电流波形更加精细化的控制，能够更加抑制高次谐波分量。此外，在图I的例子中，将各LED部被接通/断开的切换动作相对于输入电流大致均等地分割，但不需要一定使之均等，也可以以不同的电流来切换LED部。
并且，在上述的例子中，构成为将LED分为4个LED部，且各LED部分别成为相同的Vf，但也可以不为相同的Vf。例如，只要能够使LED部I的Vf尽量低，即设定为一个LED的3. 6V程度，则能够使电流的上升定时提前，使下降定时推后。这更有利于使高次谐波减少。此外，若使用本方法，则能够自由地选择LED部的数量和Vf设定，并且能够使电流波形与正弦波近似，因此进一步提高灵活性地实现高次谐波抑制变得容易。并且，相邻的运算放大器的负输入端子之间的最小电压差，只要为运算放大器的偏置电压以上即可，例如可以设定为数mV程度的差。这在电路设计方面有利。例如，在如图8所示的AC多级电路那样，用晶体管来构成电流控制单元的情况下，考虑安装了半导体部件的电路基板上的、基于场所的温度变化所引起的设定电流的变动，需要数十mV以上的差。与此相对，在实施例I的电路例中，与由晶体管来构成电流控制单元的情况相比，能够设定为十分之一程度的电位差。因此，根据实施例I的构成，意图在于能够精细地设定LED部的电流设定，对LED部的增加等也能够自由地应对，即使存在部件费用等的权衡也能够享受到能更加精密地向正弦波近似的优点。(电流检测信号赋予单元5)电流检测信号赋予单元5，如图I所示，将由电流检测单元4检测出的电流检测信号送出到第一电流控制单元31、第二电流控制单元32、第三电流控制单元33、第四电流控制单元34。在图2的电路例中，电流检测信号赋予单元5相当于电流检测信号赋予电阻5A 5D。(电压变动抑制信号送出单元8)并且，发光二极管驱动装置还能够附加生成电压变动抑制信号并送出到电流检测信号赋予单元5的电压变动抑制信号送出单元8。在图2中，电压变动抑制信号生成单元8由被虚线包围的区域构成，在对电压变动抑制信号进行积分之后，加在电流检测信号上。由此，即使脉动电流电压发生变动，平均电流也被控制为固定。(电容器充电用恒流电路110)在图2所示的发光二极管驱动装置，电容器充电用恒流电路110由充电电流控制晶体管112、充电用电流检测控制晶体管113、充电电流检测电阻115、集电极电阻114构成。该电容器充电用恒流电路110由充电电流控制晶体管112来进行恒流控制。另外，通过由第4LED控制晶体管24B来控制LED部10的电流和电容器111的充电电流的合计电流，从而能够替代电容器充电用恒流电路110的功能。在该情况下，也可以省略电容器充电用恒流电路110。(向电容器111充电)图2所示的发光二极管驱动装置的电流波形，与图10所示的电流波形相同。向电容器111的充电,从电源线通过电容器111、充电电流控制晶体管112、充电电流检测电阻115、充电用二极管116、第4逆流防止二极管124、第4电流控制FET24来进行。并且，充电电流如上所述由电容器充电用恒流电路110的充电电流控制晶体管112来进行恒流控制。该充电电流被设定为比由第4电流控制FET24控制的电流小。此外，充电电流与流过LED集合体10的LED电流进行合成，该合成电流由第4电流控制FET24按照成为正弦波的方式进行电流控制。由此，能够不妨碍在图9的电路例中实现的高次谐波失真抑制功能地，进行向电容器111的充电。 另一方面，电容器充电中的LED电流，减少了电容器充电电流被减去的量。第4电流控制FET24进行正弦波电流控制的期间，在图9的电路例中，成为从第一 LED部11到第四LED部14的所有的LED被点亮的期间，即电源电压的峰值附近的期间。此外，在该期间中光输出也成为峰值。只要能够削减该期间的LED电流，则能够抑制光输出的峰值，能够减小波峰因数。因此，通过在该期间对电容器111进行充电，来抑制光输出的峰值，并且通过将储存在电容器中的电力在电源电压较低时进行放电并获得光输出，由此能够加倍得到波峰因数的改善效果。电容器充电时间，在第4电流控制FET24的工作期间成为最大。通过在此期间中继续进行充电，能够使充电的恒流设定增减从而自由地进行调整。(从电容器111的放电)接下来对从电容器111的放电进行说明。在图2的发光二极管驱动装置中，电容器111的放电电路由第一 LED部11 第四LED部14所构成的LED集合体10、和放电用二极管117构成。这样，虽然所有的LED部成为放电对象，但放电电流不流过正弦波多级驱动电路，对其动作不产生影响。在图3中示出电容器充放电电流以及电压波形。在该图中，用I来表示电容器充放电电流，用V来表示电容器充放电电压波形。电容器的端子电压，如上所述，被充电为与从所有的LED部被点亮的状态下的LED电流、即第4电流控制FET24所产生的控制电流中减去了电容器充电电流后的电流Ifa下的LED端子电压Vfa大致相等。因此，即使不对电容器的放电进行恒流控制，也会受到LED端子电压Vfa的限制，不会流过比Ifa大的放电电流。电容器充电刚刚结束后，由于充电电流消失，LED驱动电流上升，LED端子电压也上升，因此不产生放电。电源电压进一步下降，从由正弦波多级驱动电路将第一 LED部11、第二 LED部12这2组LED群转移到正弦波电流驱动(在正弦波多级驱动电路中第三LED部13、第四LED部14熄灭)的附近开始，电容器端子电压超过LED端子电压，开始放电。该放电电流被重叠于图9的正弦波电流驱动，并在LED中流过，因此LED端子电压上升，向抑制放电电流的方向发挥作用，在LED中不会流过过度的电流。伴随电源电压的下降，由正弦波多级驱动电路驱动的LED部减少,驱动电流所导致的LED端子电压变动量也减少。
像这样，LED端子电压随着驱动电流的增减而增减。S卩，由多级驱动电路来驱动的LED部的端子电压，比没有被驱动时上升。因此，在更多的LED部被多级驱动电路驱动的期间，LED端子电压变高，其结果，在超过电容器端子电压的期间，电容器111不被放电。另一方面，由于电容器111由与多级驱动电路分享的电流来充电，因此此时的LED驱动电流成为比不存在电容器充电用恒流电路110的情况更低的Ifa。即，充电完成后的电容器端子电压，仅被充电为对所有的LED部最大能够以Ifa来进行放电的电压Vfa。若电源电压下降，由多级驱动电路驱动的LED部减少，则LED端子电压减少，电容器111的放电开始。另外，虽然由多级驱动电路驱动的LED部的数量越少则LED端子电压越下降，来自电容器111的放电电流越上升，但如上所述，不会超过充电期间的LED驱动电流Ifa。像这样，根据LED部的驱动状况，电容器111被逐次放电，即使在仅用图9那样的正弦波多级驱动电路进行熄灭的期间，也能够点亮LED部。此外，电容器的放电与正弦波多级驱动电路无关地、即不损坏高次谐波失真抑制效果和高功率因数地被进行。因此，在维持高次谐波抑制和高功率因数的同时，通过正弦波多级驱动电路的追加而减少了熄灭期间，从而能够大幅改善光输出的波峰因数。 在此，在图4中示出实施例I所涉及的发光二极管驱动装置中的第一 LED部的电流波形，并且为了对比而在图12中示出本发明申请人以前开发出的图9的发光二极管驱动装置中的第一 LED部的电流波形。在图9的构成中电流较低的区域，在图12中箭头所示的区间中，第一 LED部熄灭。此外第一 LED部的驱动波形显示出大致接近正弦波的波形。与此相对，在图12所示的实施例I中，通过在电源电压峰值时(在图12中水平方向的箭头所示的区间)，进行电容器充电，来削减LED电流，另一方面，通过根据由正弦波多级驱动电路驱动的LED部的电流的减少来增加电容器放电电流(在图12中纵方向的箭头)，从而即使在现有技术中熄灭的区间也能够使第一 LED部点亮而得到光输出，其结果，能确认消除了 LED部完全被熄灭的期间。像这样，通过将峰值削减的部分的电流转移到原来的熄灭期间，能够将点亮量平滑化从而实现抑制了闪动的高品质的LED部的发光。并且，在图5的曲线图中示出实施例I所能得到的光输出的波形。如该图所示，能够确认相对于光输出的峰值时的暗时的比例能够抑制为约60%，波峰因数成为I. 2从而超过突光灯，照明品质大幅提闻。此外，根据该构成，尽管搭载了大容量的电容器111，但通过对电容器111附加恒流充电电路，能够避免大的突入电流的产生。并且，由于电容器两端与LED集合体的两端相连接，因此如图3所示，能够将充放电所产生的端子电压差抑制为数V，极度减少充电用恒流电路的损耗。而且，由于电容器充电电流由恒流电路来控制，因此与急速充电相比较，电容器脉动电流非常小。因此，即使使用与LED元件的寿命相比较短寿命的铝电解电容器也能够确保长寿命，能够提高发光二极管驱动装置的品质和可靠性。(工业实用性)由于以上的发光二极管驱动装置具备LED元件，因此通过将LED元件和其驱动电路配置于同一布线基板，能够作为可接通家庭用交流电源来点亮的照明装置或照明器具来使用。虽然示出并说明了本发明的多种优选实施方式，但可以设想本发明完全不限定于所公开的特定实施方式，所公开的特定实施方式只不过是本发明观点的例示，而不应被理解为对发明范围的限定，在权利要求书中限定的本发明的范围内可以任意修改和变更，这对于掌握普通技能的本领域技术人员来说是显而易见的。 本申请基于2011年5月24日在日本提出的申请号2011-116390的申请，通过参考而将其内容引用于此。
权利要求
1.一种发光二极管驱动装置，其具备 整流电路，其能够与交流电源相连接，用于得到对该交流电源的交流电压进行整流后的整流电压； LED集合体，其串联连接了与所述整流电路的输出侧串联连接的具有至少一个LED元件的第一 LED部以及具有至少一个LED元件的第二 LED部； LED驱动单元，其控制对所述LED集合体的通电； 充放电电容器，其与所述LED集合体并联连接； 电容器充电路径，其与所述充放电电容器相连接，用于对该充放电电容器进行充电； 电容器放电路径，其与所述充放电电容器相连接，用于对该充放电电容器进行放电；和电容器充电用恒流部，其配置在所述电容器充电路径上，用于将对所述充放电电容器进行充电的充电电流控制为恒流， 其中，若施加于所述LED集合体的整流电压变高，则通过所述充电路径对所述充放电电容器充电充电电流， 若施加于所述LED集合体的整流电压变低，则通过所述放电路径从所述充放电电容器放电放电电流，并对所述LED集合体进行通电。
2.根据权利要求I所述的发光二极管驱动装置，其特征在于， 还具备 充电用二极管，其配置于所述电容器充电路径上，使得用于对所述充放电电容器进行充电的充电电流通电；和 放电用二极管，其配置于所述电容器放电路径上，使得用于对所述充放电电容器进行放电的放电电流通电。
3.根据权利要求I所述的发光二极管驱动装置，其特征在于， 所述电容器充电用恒流部由多个晶体管构成。
4.根据权利要求I所述的发光二极管驱动装置，其特征在于， 还具备第三LED部，该第三LED部与所述第二 LED部串联连接，具有至少一个LED元件。
5.根据权利要求4所述的发光二极管驱动装置，其特征在于， 还具备 第一单元，其与所述第二 LED部并联连接，用于控制向所述第一 LED部的通电量； 第二单元，其与所述第三LED部并联连接，用于控制向所述第一 LED部以及所述第二LED部的通电量； 第四单元，其与所述第三LED部串联连接，用于控制向所述第一 LED部、第二 LED部以及第三LED部的通电量； 第一电流控制单元，其用于控制所述第一单元； 第二电流控制单元，其用于控制所述第二单元； 第四电流控制单元，其用于控制所述第四单元；和 电流检测单元，其用于检测基于在从所述第一 LED部到第三LED部被串联连接的输出线上流过的电流量的电流检测信号。
6.根据权利要求5所述的发光二极管驱动装置，其特征在于， 还具备高次谐波抑制信号生成单元，该高次谐波抑制信号生成单元用于基于从所述整流电路输出的整流电压，来生成高次谐波抑制信号电压， 所述第一电流控制单元、第二电流控制单元以及第四电流控制单元，对由所述电流检测单元检测出的电流检测信号、和由所述高次谐波抑制信号生成单元生成的高次谐波抑制信号电压进行比较，按照抑制高次谐波分量的方式来对所述第一单元、第二单元以及第四单元分别进行控制。
7.根据权利要求6所述的发光二极管驱动装置，其特征在于， 还具备 第四LED部，其与所述第三LED部串联连接，具有至少一个LED元件； 第三单元，其与所述第四LED部并联连接，用于控制向所述第一 LED部、第二 LED部、第三LED部的通电量；和 第三电流控制单元，其用于控制所述第三单元， 所述第四单元构成为控制向所述第一 LED部、第二 LED部、第三LED部以及第四LED部的通电量。
全文摘要
本发明的发光二极管驱动装置具备LED集合体(10)；控制向LED集合体(10)的通电的LED驱动单元(3)；与LED集合体(10)并联连接的充放电电容器(111)；与充放电电容器相连接，用于对该充放电电容器进行充电的电容器充电路径；与充放电电容器相连接，用于对该充放电电容器进行放电的电容器放电路径；和配置于电容器充电路径上，用于将对充放电电容器进行充电的充电电流控制为恒流的电容器充电用恒流部(110)，若施加于LED集合体的整流电压变高，则通过充电路径对充放电电容器充电充电电流，若施加于LED集合体的整流电压变低，则通过放电路径从充放电电容器放电放电电流，并对LED集合体进行通电。
文档编号H05B37/02GK102802302SQ20121015804
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月21日 优先权日2011年5月24日
发明者樱木晴海, 小椋涉, 北原稔 申请人:日亚化学工业株式会社