专利名称：点亮装置以及包括点亮装置的照明设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于进行光源的点亮控制的点亮装置，以及包括该点亮装置的照明设备。
背景技术：
传统地，对于照明用途，主要使用荧光灯作为光源，并且利用逆变器式点亮装置来进行高频点亮的照明设备已得到广泛应用。然而，近年来，作为除了以荧光灯为代表的放电灯以外的电光源，发光二极管(LED)正吸引人们的注意。发光二极管尤其在寿命方面优于荧光灯，并且预期通过未来的技术改进、发光二极管的发光效率将超过提供一般照明的荧光灯的主流型号FHF32 (32瓦的高频突光灯)的发光效率。然而，由于发光二极管不同于放电灯并且是通过用于输出DC电力的点亮电路而接通，因此不可能与放电灯一样使用传统的逆变器式点亮装置，并且发光二极管需要与发光二极管特性和所使用的发光二极管数量相适应的专用DC电源。图11示出日本专利特开2011-155746号公报(JP2011-155746A)中公开的电源装置100。电源装置100包括降压型转换器，该降压型转换器包括连接在DC电源E的输出端子之间的第一开关元件Ql和二极管Dl的串联电路、以及连接在二极管Dl的两端之间的电感器LI和电容器Cl的串联电路。控制电路101通过将驱动电容器Cs用作电源来接通/断开第一开关元件Ql。设置有第二开关元件Q2，其中，在对第一开关元件Ql进行开关驱动的ON(接通)期间之前接通第二开关元件Q2、从而跨二极管Dl造成短路，由此形成从充电电容器Ce到驱动电容器Cs的充电路径。在该结构中，提供了能够缩短稳定驱动电容器Cs上的电压所需要的时间的电源装置和照明设备。此外，作为用于输出DC电力的电路的典型示例，已知一种降压斩波器电路。图12示出日本专利特开2011-165587号公报(JP2011-165587A)中公开的包括降压斩波器电路的点亮装置200。点亮装置200包括控制电源单元202，该控制电源单元202向驱动控制单元201供给控制电源Vcc，其中，驱动控制单元201输出驱动信号以接通和断开降压斩波器单元203的开关元件Q1。开关元件Ql与DC电源单元205的输出端子的正电位侧相连接，并且通过DC电力被接通和断开的电光源(LED模块)204与DC电源单元205的输出端子的零电位侧相连接。在开关元件Ql断开的情况下，通过控制电源单元202对用于生成开关元件Ql的驱动信号的控制电源所用的电容器C2进行充电。具有电阻分量的阻抗元件Rl连接到用于从DC电源单元205的输出端子的正电位侧向电光源204供给DC电流的路径。驱动控制单元201具有用于在供给控制电源Vcc后的预定时间输出驱动信号以接通和断开开关元件Ql的延迟部件。在该结构中，即使在开关元件与DC电源单元205的正电位侧相连接的情况下，也能通过简单且便宜的结构可靠地生成高压侧控制电源。
在JP2011-155746A号中公开的电源装置100中，在降压型转换器的部分中，需要两个昂贵的开关元件、即第一开关元件Ql和第二开关元件Q2，这可能在生产成本方面造成问题。另一方面，在JP2011-165587A号中公开的点亮装置200中，通过提供简单且便宜的阻抗元件(电阻分量)R1，实现对施加到LED模块204上的电压、即开关元件Ql的源极电压的确定。然而，必须根据诸如LED模块204等的负载来改变对电阻分量的电阻值的设计，并且对点亮装置200的设计和生产造成很大的负担/累赘。
发明内容
考虑到上述问题，本发明提供一种点亮装置以及包括该点亮装置的照明设备，该点亮装置具有简单的结构，并且不管作为光源的负载如何都不需要改变电阻值的设计。根据本发明的一方面，提供一种点亮装置，包括:电压转换电路，用于与能够通过直流电流被接通的电光源相连接、并且连接在直流电源单元的输出端子之间，并且至少包括与所述直流电源单元的输出端子的正电位侧相连接的开关元件；驱动单元，用于将用于接通和断开所述开关元件的驱动信号输出至所述开关元件，其中所述驱动单元包括具有第一阻抗的第一阻抗元件，该第一阻抗基于所述驱动单元在对所述驱动单元供给控制电源后已经过预定时间之前所消耗的电力而确定；控制电容器，用于生成所述驱动信号，其中在所述开关元件的接通/断开操作期间在所述开关元件断开时对所述控制电容器充电；以及第二阻抗元件，其具有包括电阻分量的第二阻抗，其中，该第二阻抗元件配置在能够在所述开关元件未进行接通/断开操作的情况下以直流对所述控制电容器充电的路径中。此外，第二阻抗元件可以与开关元件和电感器之间的连接点相连接。此外，可以将至少驱动单元和第二阻抗元件配置为控制集成电路。此外，第一阻抗元件的第一阻抗可以比第二阻抗元件的第二阻抗更大。此外，第一阻抗可以大于第二阻抗的至少10倍。此外，上述的点亮装置还可以包括所述电光源。所述电光源可以以能够移除的方式连接到所述点亮装置。此外，所述电光源和所述第二阻抗元件被包括在以能够移除的方式连接到所述点亮装置的模块中。根据本发明的另一方面，提供一种包括上述的点亮装置的照明设备。根据本发明，提供一种点亮装置以及包括该点亮装置的照明设备，该点亮装置能够在使用简单元件的简单结构中确保开关元件的驱动电压，并且不管负载的类型如何都不需要改变电阻值的设计。
通过连同附图给出的对实施例的以下说明，本发明的目的和特征将变得明显。图1是根据本发明的第一实施例的点亮装置的电路图；图2是示出驱动单元的例子的电路图；图3是示出第一实施例的点亮装置的操作的时序图；图4是驱动单元的输入信号和输出信号的时序图5是根据本发明的第二实施例的点亮装置的电路图；图6示出第二实施例的点亮装置的变形的电路图；图7是包括点亮装置的照明设备的示例；图8示出LED模块的例子；图9是根据本发明的第三实施例的点亮装置的电路图；图10示出第三实施例的点亮装置的变形的电路图；图11是示出传统电源装置的平面图；以及图12是示出传统点亮装置的平面图。
具体实施例方式以下将参考图1至10详细说明根据本发明的实施例的点亮装置和照明设备。第一实施例图1是根据本发明的第一实施例的点亮装置的电路图。点亮装置100A与DC电源单元I的输出端子相连接，并且包括降压斩波器单元2、LED模块(电光源)3、具有以下将说明的第一阻抗元件10的驱动单元4、控制单元5、控制电源单元6、计时器单元7、第二阻抗元件8、控制电容器C2以及二极管D2。降压斩波器单元2包括开关元件Ql、电感器L1、平滑电容器Cl以及二极管Dl，并且用作电压转换电路。开关元件Ql在与DC电源单元I的正电压输出端子的正电位侧相连接的同时与电感器LI和平滑电容器Cl串联地连接。将金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等用作开关元件Q1。控制电容器C2用作驱动开关元件Ql的电源，以下将详细说明。连接点Pl的电位用作开关元件Ql的源极电位并且与中点电位相对应，其中开关元件Ql本身设置在比中点电位更高的电压侧。因此，需要相应高的电压来进行开关元件Ql的接通/断开操作(开关操作)，并且控制电容器C2用作获得该高电压的自举电容。包括发光二极管并且能够通过DC电流接通以发光的LED模块(电光源)3与电容器Cl并联地连接。因此，开关元件Ql、电感器LI和LED模块3串联地连接。DC电源单元I可以用于输出通过使用全波整流器、升压斩波器等从例如商用AC电源的AC电压转换来的DC电压。控制单元5生成用于控制降压斩波器单元2的开关元件Ql的接通/断开的控制信号。驱动单元4响应于由控制单元5生成的控制信号的输入将驱动信号输出到开关元件Q1。控制电源单元6基于DC电源单元I的输出端子处生成的电压向至少驱动单元4供给控制电源。在向驱动单元4供给控制电源之后，计时器单元7在预定时间后将用于控制开关元件Ql的接通/断开的信号输出至控制单元5。具有第二阻抗的第二阻抗元件8配置在能够在开关元件Ql未进行接通/断开操作的情况下从控制电源单元6对控制电容器C2以直流充电的路径中，其中，该第二阻抗具有电阻分量。在本实施例中，第二阻抗元件8与开关元件Ql和电感器LI之间的连接点Pl相连接。与开关元件Ql的源极电位相对应的连接点Pl与中点电位相对应，并且开关元件Ql本身设置在比中点电位更高的电压侧。因此，在开关元件Ql的接通/断开操作中，需要相应高的栅极电压(特别是在电源电压Vcc高的情况下)，并且需要控制电容器C2引起的偏压。另一方面，在开关元件Ql不进行接通/断开操作、即在装置启动时，需要配置为使得尽可能降低在连接点Pl的电位、即在连接点P2的电位(与连接点Pl的电位相同)，特别地、降低到接地水平以使得电流从控制电源单元6流入控制电容器C2，由此对控制电容器C2充电。相应地，在本实施例中，配置为使得第二阻抗元件8配置在如从控制电源单元6所见的控制电容器C2的低电位侧，并且能够在开关元件Ql不进行接通/断开操作的情况下以DC对控制电容器C2充电。由于通过DC电流来操作用作负载的LED模块3，因此能够使用简单且便宜的阻抗元件作为第二阻抗元件8，并且不需要使用诸如JP2011-155746A中所使用的昂贵的M0SFET。此外，在JP2011-165587A中，电流流过LED模块3并且通过设置电阻器Rl将开关元件的源极电位降低至LED模块3的电位。在这种情况下，必须根据用作负载的LED模块3的类型来调整和改变电阻器Rl的值，从而增加了设计和生产点亮装置的负担。然而，在本实施例中，通过设置第二阻抗元件8，不需要考虑LED模块3的负载的类型。相应地，在本实施例中不增加设计和生产点亮装置的负担。接着，说明降压斩波器单元2的操作。在开关元件Ql接通的情况下，电流从DC电源单元I通过开关元件Ql和电感器LI流入LED模块3。在开关元件Ql断开的情况下，存储在电感器LI中的能量通过LED模块3和二极管Dl放电。开关元件Ql的接通/断开频率一般为几十千赫(kHz)。如高耐压驱动IC (见图2)中那样，驱动单元4可以具有高耐压驱动功能以供给用于将与DC电源单元I的正电压输出端子相连接的开关元件Ql接通和断开的驱动信号，并且驱动信号从端子Hout输出，其中，该高耐压驱动IC用于输出对荧光灯镇流器所用的半桥型逆变器中串联连接的两个开关元件的接通/断开进行交替控制的驱动信号。向作为驱动单元4的工作电源端子的端子Vcc供给从控制电源单元6所输出的控制电源电压。可以在端子Vcc相对于地电位(DC电源单元I的负电压输出端子的电位)具有预定的控制电源电压的情况下操作驱动单元4。驱动单元4具有端子HVcc和端子Hgnd以生成用于将驱动信号输出到开关元件Ql的电路的控制电源。控制电容器C2连接在端子HVcc和端子Hgnd之间，并且端子Hgnd与开关元件Ql的源极相连接。相应地，通过将开关元件Ql的源极电位降低至大致为零电压，通过控制电源单元6经由二极管D2将控制电容器C2充电至与控制电源电压Vcc大致相等的电压。通过将对控制电容器C2充电的电压用作电源来操作用于将驱动信号输出至开关元件Ql的电路。图2是示出驱动单元4的例子的电路图。驱动单元4形成为商用上可得的集成电路(1C)，并且在端子HVcc和Hgnd之间添加具有基本和附加功能的电路。本示例示出一般性结构，其中在端子HVcc和Hgnd之间，第一阻抗元件10设置在两个开关元件(MOSFET)之间的部分以及其它部分处。基于驱动单元4消耗的电力来确定第一阻抗元件10的第一阻抗。图2中示出的将第一阻抗元件设置在这些部分的配置仅为示例。在这种情况中，优选为第一阻抗元件10的第一阻抗比第二阻抗元件8的第二阻抗更大(第一阻抗〉第二阻抗)。这是因为如果第二阻抗更大，则连接点Pl和P2的电位由于第一阻抗元件10和第二阻抗元件8的电阻分压器作用而变得更高，从而不能充分地实现降低开关元件Ql的源极电位的本来目的。通过将第一阻抗设置为比第二阻抗更高的结构，能够有效地降低端子Hgnd的电位、即开关元件Ql的源极电位，以使得能够更有效地使用开关元件Q1。此外，在端子HVcc和Hgnd之间的电位差升高从而在驱动单元4外部与第一阻抗元件10并联连接的控制电容器C2中累积充分的电荷。通过在开关元件Ql的接通/断开操作开始后的正常操作(见以下将要说明的图3的(c)和(d))之前的时间段(图3中t0至t2之间)中、驱动单元4所消耗的电力，来确定第一阻抗元件10的第一阻抗。例如，在设置在中间的第一阻抗元件10的两侧的开关元件(MOSFET)中，存在即使在OFF(断开)状态下也会产生漏电流的可能性。漏电流在端子HVcc和Hgnd之间流过，并且一般在几微安到几十微安(μΑ)的范围内。假定为在基于电源Vcc在端子HVcc和Hgnd之间施加IOV电压、并且不从端子Hout输出驱动信号的情况下，在端子HVcc和Hgnd之间流过漏电流20 μ Α。在这种情况下,在端子HVcc和Hgnd之间的阻抗(第一阻抗)是10V/20yA=500kQ。因此，需要使第二阻抗元件8的第二阻抗小于500k Ω。此外，作为其它示例，假定添加了监视电路，该监视电路监视在端子HVcc和Hgnd之间的电压以使得在端子Hout的电位低的情况下不输出驱动信号。在与开关元件Ql的电压相对应的端子Hout的电位极低的情况下不确保开关元件Ql的正常操作的假定下，设置该监视电路。在监视电路与端子HVcc相连接的情况下，该监视电路需要具备多个电阻元件以检测在端子HVcc和Hgnd之间的电压、以及用于比较异常判断值等的基准电压生成元件。在这种情况下，在端子HVcc和Hgnd之间的阻抗(第一阻抗)必然低，并且消耗的电流增加。作为上述结构的示例，在基于电源Vcc而在端子HVcc和Hgnd之间施加IOV电压的情况中在端子HVcc和Hgnd之间流过200 μ A的漏电流并且不从端子Hout输出驱动信号的情况下，在端子HVcc和Hgnd之间的阻抗(第一阻抗)是10V/200 μ A=50k Ω。在这种情况下，需要使第二阻抗元件8的第二阻抗小于50k Ω。图3通过参考示出第一实施例的点亮装置100A的操作的时序图示出在DC电源单元I初始供电的情况下点亮装置100A各部分的波形。在DC电源单元I在时刻t0供电的情况下，如图3(a)中所示输入DC电源单元I的电压。根据DC电源单元I的电压生成如图3(b)中所示的控制电源单元6的电压。此时，开关元件Ql尚未开始接通/断开操作。这里，将具有电阻分量的第二阻抗元件8配置在能够在开关元件Ql未进行接通/断开操作的情况下从控制电源单元6以DC对控制电容器C2充电的路径中。更具体地，电流从控制电源单元6流过二极管D2、控制电容器C2以及第二阻抗元件8。因此，如图3(b)中的虚线所示，从时刻t0起经过很短时间后的时刻tl起开始对控制电容器C2充电，并且控制电容器C2的电压升高。此外，此时，如图3(d)中所示，开关元件Ql的源极电压已略微升高，但这是由于各部分的漏电流，并且此时开关元件Ql的源极电压本质上保持在零。在控制电源单元6的控制电源电压和控制电容器C2的电压超过预定电压后已经过预定时间的时刻t2，如图3的(c)和(d)所示，从驱动单元4输出驱动信号并且重复地接通和断开开关元件Ql。在控制单元5和计时器单元7的控制下从驱动单元4发送驱动信号。即，在控制电源单元6向驱动单元4供给控制电源后，计时器单元7在预定时间后将用于控制开关元件Ql的接通/断开的信号输出到控制单元5。作为响应，控制单元5输出控制信号，并且驱动单兀4响应于控制信号的输入在时刻t2输出驱动信号。如上所述，在开关元件Ql断开时将在开关元件Ql接通期间存储在电感器LI中的能量放电，以使得二极管Dl电导通。相应地，开关元件Ql的源极电压降低至基本为零电压，由此形成响应于如图3(d)中所示的驱动信号连续接通和断开开关元件Ql的波形。在开关元件的接通/断开操作期间，当开关元件Ql断开时，通过控制电源单元6对控制电容器C2充电。接着，随着开关元件Ql的接通/断开操作的开始，电流如图3(e)中所示流入LED模块3并且正常操作开始。图4示出在正常操作中驱动单元4的输入和输出信号的时序图，其中图4(a)示出从控制单元5输入到端子Plsinl的开关元件Ql的ON开始信号(控制信号)，以及图4 (b)示出从控制单元5输入到端子Plsin2的开关元件Ql的ON停止信号(控制信号)。因此，如图4(c)中所示，生成开关元件Ql的ON信号并且该信号的一个周期与图3(c)中的一个脉冲相对应。根据上述实施例，能够通过使用诸如第二阻抗元件8等的简单元件的简单结构来确保需要高驱动电压的开关元件Ql的驱动电压。此外，提供即使在改变了负载(LED模块3)类型的情况下也不需要改变对电阻值的设计的点亮装置。此外，本实施例中的点亮装置100A可以配置成LED模块3可移除地连接至点亮装置 100A。第二实施例图5示出根据本发明的第二实施例的点亮装置100B的电路图。与第一实施例不同，将第二阻抗元件8合并入LED模块3中。 此外，图6示出第二实施例的点亮装置100B的变形的电路图。在本变形中，将第二阻抗元件8合并入LED模块3中，并且LED模块3通过连接器CN与点亮装置100B的其余部分相连接。根据本结构，在从点亮装置100B移除LED模块3的情况下不输出驱动信号。因此，能够通过简单的结构和操作，在移除LED模块3的情况下停止点亮装置100B的工作。图7和8示出包括点亮装置100A或100B的照明设备的示例。连接器CN可以被配置为在点亮装置100A或100B外部与LED模块3相连接。点亮装置100A或100B除LED模块3以外的部分(例如，图6中示出的点亮装置100B从连接器CN起的左手部分)设置在图7中示出的照明设备30的设备主体31中。LED模块3可以如图8中所示配置从而与照明设备30相连接并且插入到照明设备30中。多个LED可以安装在基板上并且容纳在与一般放电灯的形状大致相同的具有透光性的外壳中。第三实施例
图9示出根据本发明的第三实施例的点亮装置100C的电路图。与第一实施例不同，将驱动单元4和第二阻抗元件8集成到控制集成电路9中。图10示出第三实施例的点亮装置100C的变形的电路图。在该变形中，不仅是驱动单元4和第二阻抗元件8，还将控制单元5和计时器单元7集成到控制集成电路9中。同时，尽管在可商用的元件中根据各个生产商的设计而存在差异，但将用于驱动高于200V的中高电压所用的开关元件Ql (MOSFET)的阈值电压VT设置在大约2V到4V的范围内。此外，根据设计，流过用于照明的LED模块3(LED光源)的电流存在差异。存在使用大约为IA的最大电流的可能性。为向LED模块3供给该电流，施加到开关元件Ql的栅极的栅极电压需要为驱动阈值电压VT的至少两倍、优选为三倍。在上述实施例中，已说明第一阻抗比第二阻抗更大的情况。此外，在上述产品的情况下，考虑了更稳定地实现对开关元件Ql的控制。假定电源Vcc为IOV并且端子HVcc设置为比9V(3V的驱动阈值电压VT的3倍)更高的电压，第一阻抗元件10的第一阻抗优选为大于第二阻抗元件8的第二阻抗的至少10倍(第一阻抗>10 X第二阻抗)。此外，本发明不限于上述实施例，而是可以适当地修改或者改进。只要能够实现本发明，各个组件的材料、形状、尺寸、数值、形式、编号、配置位置等都是任意并且不受限制的。尽管已经参考实施例示出并说明了本发明，但是专业人员应该理解，可以在不偏离如权利要求书中所限定的本发明的范围的情况下进行各种变形和修改。
权利要求
1.一种点亮装置，包括: 电压转换电路，用于与能够通过直流电流被接通的电光源相连接、并且连接在直流电源单元的输出端子之间，并且至少包括与所述直流电源单元的输出端子的正电位侧相连接的开关元件； 驱动单元，用于将用于接通和断开所述开关元件的驱动信号输出至所述开关元件，其中所述驱动单元包括具有第一阻抗的第一阻抗元件，该第一阻抗基于所述驱动单元在对所述驱动单元供给控制电源后已经过预定时间之前所消耗的电力而确定； 控制电容器，用于生成所述驱动信号，其中在所述开关元件的接通/断开操作期间在所述开关元件断开时对所述控制电容器充电；以及 第二阻抗元件，其具有包括电阻分量的第二阻抗，其中，该第二阻抗元件配置在能够在所述开关元件未进行接通/断开操作的情况下以直流对所述控制电容器充电的路径中。
2.根据权利要求1所述的点亮装置，其中，所述第二阻抗元件与所述开关元件和电感器之间的连接点相连接。
3.根据权利要求1所述的点亮装置，其中，至少所述驱动单元和所述第二阻抗元件被配置为控制集成电路。
4.根据权利要求2所述的点亮装置，其中，至少所述驱动单元和所述第二阻抗元件被配置为控制集成电路。
5.根据权利要求1所述的点亮装置，其中，所述第一阻抗元件的第一阻抗比所述第二阻抗元件的第二阻抗大。
6.根据权利要求5所述的点亮装置，其中，所述第一阻抗大于所述第二阻抗的至少10倍。
7.根据权利要求1所述的点亮装置，其中，还包括所述电光源，其中，所述电光源以能够移除的方式连接到所述点亮装置。
8.根据权利要求1所述的点亮装置，其中，还包括所述电光源，其中，所述电光源和所述第二阻抗元件被包括在以能够移除的方式连接到所述点亮装置的模块中。
9.一种包括根据权利要求广8中的任一项所述的点亮装置的照明设备。
全文摘要
本发明涉及点亮装置以及包括点亮装置的照明设备。一种点亮装置包括具有与DC电源单元的输出端子的正电位侧相连接的至少一个开关元件的电压转换电路以及将驱动信号输出至开关元件的驱动单元。驱动单元具有第一阻抗元件，该元件的第一阻抗基于在供给控制电源后已经过预定时间之前驱动单元所消耗的电力而确定。在开关元件的接通/断开操作期间在开关元件断开时对用于生成驱动信号的控制电容器充电。点亮装置还包括第二阻抗元件，该元件的第二阻抗具有配置在开关元件不进行接通/断开操作的情况下能够以DC对控制电容器充电的路径中的电阻分量。
文档编号H05B37/02GK103167690SQ20121055555
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月19日 优先权日2011年12月19日
发明者山本真史, 滨本胜信, 浅野宽之, 泷北久也, 吉本裕司 申请人:松下电器产业株式会社