Led点灯装置制造方法
Led点灯装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种LED点灯装置，其实现了在连接了调光器的情况下，能够防止闪变和降低冲击电流并且小型、高效率。所述LED点灯装置具备：将交流电压变换为整流电压的整流电路；将整流电压变换为DC链路电压的第1电容器；变换DC链路电压来向LED负载供电的DC-DC变换电路；基于整流电压输出DC-DC变换电路的电流设定值的电流设定电路；连接在整流电路的直流输出端子间，具备至少一个电阻与开关元件的串联体的分流电路；控制串联体中的开关元件的切换电路，其中，切换电路，在整流电压比希望的基准电压低的期间和从整流电压变得比希望的基准电压高的时刻到经过希望的时间的时刻的期间，将串联体中的至少一个串联体中的开关元件接通。
【专利说明】LED点灯装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及发光二极管(以下记作LED:Light Emitting Diode)的点灯装置。
【背景技术】
[0002]LED作为环境性优秀的光源而受到关注，LED照明作为住宅或办公室的照明而得到利用。在LED照明中存在具备与白炽灯同样的灯头，安装在白炽灯用的器具上来利用的灯形LED照明。其中，也存在与作为白炽灯的调光单元而使用的相位控制方式的调光器(以下简称为调光器)对应的产品。大多数调光器通过半导体元件的接通/断开将交流电源和负载之间进行导通/切断。作为调光器的半导体元件，利用三端双向开关(TRIAC = TriodeAlternating Current Switch、3端子双向晶闸管)等。以下,将半导体元件记作三端双向开关，但是也可以是其它种类的半导体元件。
[0003]三端双向开关在接通(点弧)后若不持续流过比被称为保持电流的预定的电流值大的电流，则再次断开(消弧)。保持电流根据调光器(三端双向开关)的种类而不同，但是大致具有5?50mA的幅度。大多数调光器以负载为白炽灯为前提来设计。若负载是白炽灯，则从三端双向开关接通的时刻到交流电源电压(以下有时记作Vac)的过零附近的时刻流过超过保持电流的足够的电流，三端双向开关维持接通状态，在过零附近的时刻，三端双向开关断开。
[0004]但是，在负载为LED及其点灯装置的情况下，与负载为白炽灯的情况相比消耗功率甚至电流小，因此，会发生在迎来交流电源的过零附近之前三端双向开关断开的现象。以下，将该现象记作误消弧。特别是在随机地或突发地发生误消弧的状况下，或者在误消弧的时刻存在波动的状况下，LED点灯装置的动作变得不稳定，发生闪变。
[0005]作为防止误消弧、防止闪变的LED点灯装置，例如有专利文献I中记载的装置。在专利文献I中记载的装置中，利用阻尼电阻和开关元件的串联体，仅在从三端双向开关接通起的预定期间，将阻尼电阻与调光器的噪音防止电路并联连接。由此，在三端双向开关的接通中由噪音防止电路对发生的共振动作进行制动，防止电流大幅度振动而变得比三端双向开关的保持电流小。可以防止三端双向开关的误消弧和由此导致的闪变。
[0006]在专利文献I中记载的装置中未考虑冲击电流的降低。在如下述这样以电容输入方式的电源电路为基础来构成LED点灯装置的情况下，在三端双向开关的接通中电容器的电压急剧增大，因此产生伴随电容器的充电的冲击电流。现有的多数调光器对应灯泡形LED照明，为了降低该冲击电流而具备冲击电流防止电阻(以下简称为防冲击电阻)。但是，防冲击电阻的搭载导致的装置的大型化和损耗增大成为课题。另外，即使具备防冲击电阻，仍存在冲击电流大，电容器、防冲击电阻、输入滤波器部件等的大型化和损耗增大的可能。关于该冲击电流，在下面的实施方式的项目中进行说明，因此在这里省略说明。另外，在专利文献I中记载的装置中需要新外加阻尼电阻、用于控制是否将阻尼电阻与噪音防止电路连接的开关元件以及控制开关元件的控制电路，考虑到装置大型化的问题。
[0007]专利文献1:日本特开2012-023001号公报
【发明内容】
[0008]在本发明中，目的在于实现在连接了调光器的情况下能够防止闪变、降低冲击电流并且小型、高效率的LED电灯装置。
[0009]为了达成上述目的，在本发明中提供一种LED点灯装置，具备:将交流电压变换为整流电压的整流电路；经由第I 二极管与所述整流电路的直流输出侧连接，将所述整流电压变换为DC链路电压的第I电容器；变换所述DC链路电压来向LED负载供电的DC-DC变换电路；基于所述整流电压输出所述DC-DC变换电路的电流设定值的电流设定电路；连接在所述整流电路的直流输出端子间，具备至少一个电阻与开关元件的串联体的分流电路；控制所述串联体中的开关元件的切换电路，其中，所述切换电路，在所述整流电压比希望的基准电压低的期间和从所述整流电压变得比所述基准电压高的时刻到经过希望的时间的时刻的期间，将所述串联体中的至少一个串联体中的开关元件接通。
[0010]根据本发明的LED点灯装置，可以实现在连接了调光器的情况下能够防止闪变、降低冲击电流并且小型、高效率的LED电灯装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明的第I实施方式中的LED点灯装置的基本结构图。
[0012]图2是调光器的内部电路图。
[0013]图3是作为调光器的负载而使用了白炽灯的情况下的动作波形。
[0014]图4是表示现有的关于冲击电流的课题的动作波形。
[0015]图5是本发明的第I实施方式中的分流电路和切换电路的结构例。
[0016]图6是本发明的第I实施方式中的动作波形。
[0017]图7是分流电路的其他例子。
[0018]图8是切换电路的其他例子。
[0019]图9是分流电路和切换电路的其他例子。
[0020]图10是切换电路的其他例子。
[0021]图11是本发明的第I实施方式中的动作波形的其他例子。
[0022]图12是分流电路和切换电路的其他例子。
[0023]图13是本发明的第I实施方式中的动作波形的其他例子。
[0024]图14是本发明的第2实施方式中的LED点灯装置的基本结构图。
[0025]图15是本发明的第2实施方式中的分流电路和切换电路的结构例。
[0026]图16是本发明的第2实施方式中的动作波形。
[0027]图17是本发明的第2实施方式中的LED点灯装置的基本结构图的其他例子。
[0028]图18是本发明的LED点灯装置中的整流电路和DC-DC变换电路的结构例。
[0029]符号说明
[0030]ILED点灯装置
[0031]100交流电源
[0032]101调光器
[0033]102整流电路[0034]103 二极管(124也相同)
[0035]104 电容器(113、125、146、151 也相同)
[0036]105DC-DC 变换电路
[0037]106LED 负载
[0038]107分流电路
[0039]108切换电路
[0040]109电流设定电路
[0041]110三端双向开关
[0042]111 电阻(119、120、123、126、129、132、136、138、147、150 也相同)
[0043]112可变电阻
[0044]114双向触发二极管
[0045]115白炽灯等负载
[0046]116预处理电路
[0047]117比较电路(133、139也相同)
[0048]118下降沿延迟电路
[0049]121 比较器(134、140、152 也相同)
[0050]122 电压源(135、141、153 也相同)
[0051]127M0SFET (131、137、144 也相同)
[0052]128稳压器电路
[0053]130齐纳二极管
[0054]142 二极管桥
[0055]145扼流线圈
[0056]148控制电路
[0057]149延迟电路
【具体实施方式】
[0058]以下，使用【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。
[0059]图1是本发明的第I实施方式中的LED点灯装置I的基本结构图。在图1中，交流电源100、调光器101和LED负载106未被包含在LED点灯装置I中。LED点灯装置I由整流电路102、二极管103、电容器104、DC-DC变换电路105、分流电路107、切换电路108和电流设定电路109构成。
[0060]交流电源100的一端与调光器101的一端连接，调光器101的另一端与LED点灯装置I内的整流电路102连接。交流电源100的另一端与整流电路102连接。交流电源100生成交流电源电压(以下记作Vac)。整流电路102对由调光器101进行了相位控制后的交流电压进行整流，生成整流电压(以下有时记作Vdcl)。整流电路102与二极管103、分流电路107、切换电路108、电流设定电路109连接。二极管103与电容器104、DC-DC变换电路105连接。电容器104将整流电压变换为DC链路电压(以下，有时记作Vdc2)。例如在利用电容输入方式的电源电路的情况下，DC链路电压成为对整流电压进行平滑后的电压。通过对整流电压进行平滑，对于后级的DC-DC变换电路105来说，容易抑制LED负载106中流过的电流(以下记作LED电流)的脉动。DC-DC变换电路105变换DC链路电压后向LED负载106供电。关于LED负载106，与LED的个数或连接形态无关，另外，可以包含内置有保护用兀件等的LED |旲块。
[0061]在整流电路102的直流输出端子间连接分流电路107。虽然在图1中未表示，但是分流电路107具备至少一个电阻与开关元件的串联体，可以从外部控制流过分流电路107的电流值，换言之，控制分流电路107的阻抗。切换电路108输出用于基于整流电压控制分流电路107的开关元件的切换信号。分流电路107和切换电路108还起到根据整流电压来控制调光器101中的三端双向开关的接通/断开状态的作用、将调光器101的计时器电路复位后再次使三端双向开关接通的作用。电流设定电路109基于整流电压输出DC-DC变换电路105的电流设定值。通过电流设定电路109能够进行与调光器101的操作对应的LED电流的控制、即调光。作为电流设定电路109的具体动作，包括:生成与整流电压的平均值对应的电流设定值；从整流电压中检测以下说明的调光器101的点弧角，生成与点弧角对应的电流设定值。以上的构成要素的一部分可以内置在控制IC内，或者可以作为微型计算机等的控制程序来实现。除了以上的构成要素以外，还可以追加熔丝、防冲击电阻、输入滤波器用的线圈或电容器等。
[0062]在说明具体动作之前，说明调光器101的动作。图2是使用了三端双向开关110的调光器101的内部电路。如图2所示，在交流电源100和负载115之间连接三端双向开关110。另外，与三端双向开关110并联地连接电阻111、可变电阻112和电容器113的串联体、即计时器电路。可变电阻112和电容器113的连接点经由双向触发二极管114与三端双向开关110的栅极连接。此外，作为噪音防止电路而追加线圈或电容器的情况也很多，但是在图2中进行了省略。
[0063]图3是作为负载115而连接了白炽灯的情况下的、三端双向开关110的接通/断开状态和负载电压、负载电流的波形。在三端双向开关110的接通期间，负载电压与交流电源100的电压大致相同。由于白炽灯几乎为纯电阻，因此负载电流的波形与交流电压为相似形。在交流电源电压的过零附近，当负载电流变得比三端双向开关110的保持电流小时，三端双向开关110断开。在负载115为白炽灯的情况下，如图3所示，保持电流与负载电流的振幅值相比足够小。
[0064]在三端双向开关110的断开期间，从交流电源100向电阻111、可变电阻112、电容器113、负载115的路径流过微小电流，在电容器113中积蓄电荷。与负载115相比，调光器101的阻抗足够大，因此负载电压大致为零。当电容器113的电压上升，双向触发二极管114接通时，三端双向开关110再次接通。当通过调光器101的操作，可变电阻112的电阻值增大时，直到三端双向开关110再次接通为止的时间延长。由此，负载功率减小，如果是白炽灯则光输出减少。此外，如图3所示，将从交流电源电压的过零点到三端双向开关110点弧为止的相位角度定义为点弧角。若用符号0表示点弧角，则其可取范围为0 ^ 9 fl80[deg]。点弧角越大，光输出变得越小。
[0065]在本发明中，图2中的负载115是图1的LED点灯装置1，与白炽灯相比作为负载的特性不同。具体来说，与白炽灯相比阻抗高，并且不限于像白炽灯那样是纯电阻。因此，动作波形也不限于与图3相同。
[0066]接着，说明本发明所着眼的冲击电流的问题。图4是作为调光器101的负载而连接了现有的(未考虑冲击电流的对策的)LED点灯装置时，冲击电流变得特别大的情况下的动作波形。在该LED点灯装置中，与本发明的装置同样地具备整流电路102、二极管103、电容器104、DC-DC变换电路105，整流电路102生成整流电压，电容器104对整流电压进行平滑，生成DC链路电压。在图4中，所谓整流电流，是整流电路102的直流输出电流。在图4中表示了交流电源100的半周期的动作波形。
[0067]在以电容输入方式的电源电路为基础的LED点灯装置中，如图4所示，考虑在三端双向开关110的接通时DC链路电压比整流电压高(Vdc2>Vdcl)的状况。在三端双向开关110的点弧角小，调光水平高(亮)的情况下、或者当生成DC链路电压的电容器104的容量大时容易发生这种状况。此时，即使三端双向开关110接通，也不流过整流电流，因此如图4所示，三端双向开关立即误消弧。
[0068]在误消弧后经过一定程度时间后，在调光器101的计时器电路的电容器113被再充电之前，三端双向开关110不再次接通。根据图4，误消弧之后存在整流电压与DC链路电压相等的时刻(Vdcl=Vdc2)。在未连接调光器101的情况下，在电容输入方式的电源电路中，此时开始流过对电容器104充电的冲击电流，甚至整流电流。但是，在连接了调光器101，而且如图4所示三端双向开关110已断开时，几乎不流过整流电流。
[0069]在图4中，当三端双向开关110再次接通(再点弧)的时刻，交流电源电压(的绝对值)变得比DC链路电压高(I Vacl >Vdc2)。此时，电容器104的电压急剧增大，为了对电容器104充电而产生大的冲击电流。根据图4，在三端双向开关110再点弧的时刻开始急剧地流过整流电流，该整流电流是对电容器104充电的冲击电流。另外，在未连接调光器101的情况下，在比开始流过整流电流的时刻、即Vdcl=Vdc2的时刻更晚(相位超前)的时刻开始流过整流电流，因此，整流电流的有效值增大。此外，关于在图4中三端双向开关110再点弧后的动作在以下进行说明，因此在此省略说明。
[0070]接着，说明本发明的第I实施方式中的LED点灯装置的具体结构和动作、以及由此可以防止闪变并且减小冲击电流的理由。图5是本发明的第I实施方式中的分流电路107和切换电路108的结构例。(其中，图5中还表示了整流电路102等其他构成要素)。另外，图6是通过如图5所示那样构成分流电路107和切换电路108而得到的LED点灯装置的动作波形。
[0071]图5的分流电路107是电阻126和开关元件127的串联体。在图5中将开关元件127设为M0SFET，但是也可以使用双极性晶体管或IGBT等其他种类的元件。
[0072]切换电路108由预处理电路116、比较电路(比较器)117、下降沿延迟电路118构成。预处理电路116为了在后级的比较电路117中比较整流电压和基准电压而对整流电压进行预处理。在图5中，预处理电路116是由电阻119和120构成的分压电路。此外，也可以使用后面说明的稳压器电路、箝位电路或限幅电路。切换电路108是否具备预处理电路116是任意的，但是，通过用分压电路等降低整流电压的电平、或者用箝位电路等对整流电压的最大值进行箝位，在比较电路117中可以利用低耐压的比较器。
[0073]比较电路117由比较器121和发生基准电压的电压源122构成，将整流电压或预处理后的整流电压与基准电压进行比较。在图5中使用了当整流电压比基准电压高时比较电路117输出低电平(以下记作L电平)的逻辑。但是，根据比较电路117的后级的结构，也可以使用相反的逻辑。电压源122的生成方法是任意的，包括从DC链路电压使用稳压器(降压器)电路来生成的方法、或若使用控制IC则利用其动作电压的方法。
[0074]下降沿延迟电路118由电阻123、二极管124、电容器125构成，对分流电路107的开关元件127输出切换信号。开关元件127是M0SFET，切换信号相当于其栅极电压。在下降沿延迟电路118中，针对比较电路117输出的矩形波信号的下降沿，电阻123和电容器125作为RC (低通)滤波器来工作。因此，在比较电路117的输出信号变为L电平后，电容器125的电压、即切换信号根据RC滤波器的时间常数而慢慢降低。即，从比较电路117的输出信号变为L电平后，直到开关元件127断开之前发生延迟。针对比较电路117的输出信号的上升沿，由于二极管124将电阻123旁通的效果，几乎不发生上述那样的延迟。因此，当整流电压变得比基准电压低，比较电路117的输出信号变为高电平(以下记作H电平)时，开关元件127立即接通。此外，可以代替电容器125而利用开关元件127的寄生电容，因此，电容器125的使用是任意的。
[0075]通过以上的结构，如图6所示，在整流电压比基准电压低的期间和整流电压变得比基准电压高后直到经过希望的延迟时间为止的期间，分流电路107中的开关元件127接通。
[0076]根据图6说明第I实施方式的动作。当整流电压变得比基准电压低时，切换电路108将分流电路107的开关元件127接通，使电阻126在整流电路102的直流输出端子间导通。另外，此时调光器101的三端双向开关110已断开。从交流电源100向调光器101的电阻111、可变电阻112、电容器113、电阻126的路径流过微小电流，由此对电容器113充电。
[0077]在电容器113被充电，三端双向开关110接通时，整流电压增大到与交流电源电压(的绝对值)大致相同的值。整流电压变得比基准电压高，但是此时不立即将开关元件127断开，而是如上所述维持开关元件127的接通，直到经过希望的时间。因此，即使DC链路电压比整流电压高(Vdc2>Vdcl)、不流过对电容器104充电的电流，通过在分流电路107中流过保持电流以上的整流电流，三端双向开关110也不误消弧而维持接通。
[0078]在三端双向开关110维持接通的状态下，整流电流与DC链路电压一致(Vdc2=Vdcl)的时刻，流过对电容器104充电的电流。因此，如图6所示，整流电流急剧增大。但是，根据上述理由，与现有的(未考虑冲击电流的对策)LED点灯装置相比，此时的整流电流的增量相应地减小，作为结果，整流电流的有效值也变小。从整流电压变得比基准电压高后经过希望的时间时，开关元件127断开。此后，只要对电容器104充电的电流比保持电流大，三端双向开关110就持续接通。
[0079]随着电容器104的充电的进行，整流电流减少。在DC链路电压大致达到峰值，整流电流变得比保持电流小的时刻，三端双向开关110断开。在三端双向开关110断开后，通过被充电的电容器104的电压、即DC链路电压，DC-DC变换电路105也稳定地工作。另外，三端双向开关110断开的时刻，即整流电流减小到保持电流以下的时刻，在交流电源的各周期中几乎不变化，因此也不发生闪变。
[0080]此外，图5所示的结构是用于以简单的电路实现图6所示的开关元件127的接通/断开控制的一例。只要能够实现图6所示的开关元件127的接通/断开控制，则分流电路107和切换电路108的结构也可以与图5不同。图7是分流电路107的其他例子。在图7中，电阻129、齐纳二极管130、M0SFET131构成稳压器电路128，作为其负载而连接了电阻126和开关元件(MOSFET)127的串联体。也可以代替M0SFET131而使用双极性晶体管或IGBT等其他种类的半导体元件。
[0081]当整流电压比齐纳电压高时，对电阻126和开关元件(MOSFET) 127的串联体施加的电压变得与齐纳二极管130的齐纳电压大致相等。即，稳压器电路起到对整流电压箝位的作用。另外，当开关元件127接通时，在分流电路107中流过的电流不依赖于整流电压而恒定，可以通过电阻126进行调整。图6的动作中，在Vdc2=Vdcl的时刻之前维持三端双向开关110的接通的期间，流过比三端双向开关110的保持电流大的电流即可。若是图7的分流电路，则通过电阻126的调整将电流抑制到必要最小限度，因此，对于分流电路107的低损耗化有效。
[0082]如图7所示，可以与电阻126和开关元件127的串联体并联地连接电阻132来调整流过分流电路107的电流。在本发明中的全部分流电路107的结构中都是如此。电阻132的连接是任意的。
[0083]图8是切换电路108的其他例子。在图8中，在下降沿延迟电路118的后级连接由比较器134和电压源135构成的比较电路133，比较电路133输出切换信号。当下降沿延迟电路118的输出电压比电压源135的电压高时，切换信号为H电平，将分流电路107的开关元件127接通。S卩，图6所示的开关元件127的接通/断开阈值替换为电压源135的电压。在开关元件127的驱动所需要的功率大的情况下，可以在比较电路133的后级任意地追加驱动电路。
[0084]以图8的结构为基础也可以进行以下变更。首先，使比较电路117和133的输出逻辑反转。具体来说，当预处理后的整流电压比电压源122的电压高时，比较电路117输出H电平。关于比较电路133也相同。接着，将下降沿延迟电路118变更为上升沿延迟电路。上升沿延迟电路仅针对比较电路117输出的矩形波信号的上升沿作为RC滤波器来工作。具体来说，将二极管124的方向逆转，将阳极与比较电路117的输出端子连接。
[0085]图9是分流电路107和切换电路108的另一其他例子。在图9的分流电路中追加电阻136与开关元件137的串联体，并联连接2组电阻与开关元件的串联体。另外，切换电路108将比较电路117的输出信号作为开关元件137的切换信号来输出。即，切换电路108输出两个接通/断开时刻不同的切换信号。通过该结构，在整流电压比基准电压低的期间、和整流电压变得比基准电压高后经过希望的时间为止的期间，可以改变在分流电路107中流过的电流的大小。此外，如图7所示，可以追加稳压器电路并将2组电阻与开关元件的串联体作为稳压器电路的负载来连接。在该其他例子中，通过2组串联体容易调整分流电路107的电流，另外，在使2组串联体分散发热方面也是有效的。
[0086]如上所述，在本发明的第I实施方式中，能够使调光器稳定工作来抑制闪变，并且可以降低冲击电流。通过冲击电流的降低，防冲击电阻、电容器104、输入滤波器部件的小型、低损失化成为可能。另外，本发明的第I实施方式可以通过一个结构解决闪变抑制和冲击电流降低这两个问题，对于LED点灯装置的小型、低成本化也有效。
[0087]图10是切换电路108的其他例子。图11是组合图10的切换电路108和图5的分流电路107的情况下得到的动作波形。在图10的切换电路108中，图8的下降沿延迟电路118被变更为延迟电路149。延迟电路149是由电阻123和电容器125构成的RC滤波器。如图11所示，在比较电路117的输出的上升沿和下降沿的双方中，电容器125的电压随着RC滤波器的时间常数而增大或减小。因此，不仅在整流电压变得比基准电压高后直到分流电路107中的开关元件127断开之前发生延迟，在整流电压变得比基准电压低后直到开关元件127接通之前也发生延迟。在此，通过将图10的电压源135的电压值设为接近L电平的值，如图11所示那样后者的延迟减小到几乎可以忽视的程度。由此，开关元件127的接通/断开时刻与图6所示的几乎相同。
[0088]图12是分流电路107和切换电路108的另一其他例子。图12的切换电路108中省略了图5所示的预处理电路116、比较电路117这样的细分。在图12中分流电路107以图7为基础，作为由M0SFET131等构成的稳压器电路的负载，连接电阻126与开关元件127的串联体。但是，作为与图7的不同点，与稳压器电路的齐纳二极管130并联地连接电阻150与电容器151。该稳压器电路也是切换电路108的一部分，电阻150和电容器151、以及电阻129如图10中的RC滤波器那样工作。
[0089]在切换电路108中，通过比较器152比较稳压器电路的输出电压和电压源153的电压。当稳压器电路的输出电压比电压源153的电压低时，作为比较器152的输出的切换信号成为H电平，分流电路107的开关元件127接通。
[0090]图13是使用图12的分流电路107和切换电路108的情况下得到的动作波形。三端双向开关110接通，整流电压变得比基准电压高后，齐纳二极管130的电压随着由电阻129和150、电容器151决定的时间常数而慢慢增大，达到齐纳二极管130的击穿电压。
[0091]此时，稳压器电路的输出电压随着齐纳二极管130的电压慢慢增大。由此，如图13所示，当整流电压变得比基准电压高后，稳压器电路的输出电压变得比电压源135的电压高，在开关元件127断开前可以发生延迟。开关元件127的接通/断开时刻与图6所示的几乎相同。
[0092]在该其他例子中，可以用较少部件数构成分流电路107和切换电路108，对于装置的小型、低成本化有效。
[0093]图14是本发明的第2实施方式中的LED点灯装置的基本结构图。相对于图1所示的第I实施方式，在第2实施方式中追加用于检测在电容器104中流过的电流的电阻138。另外，切换电路108除了整流电压以外，还根据通过电阻138检测出的电流输出切换信号。电阻138在可以检测出电容器104的电流的条件下可以与图14中的任意位置连接。另外，也可以代替电阻138，通过其他种类的电流传感器检测电容器104的电流。
[0094]通过检测整流电流可以间接地检测电容器104的电流。
[0095]图15是本发明的第2实施方式中的切换电路108的内部结构例。图15中还表示了分流电路107等其他构成要素。图16是通过如图15那样构成切换电路108而得到的LED点灯装置的动作波形。在图16中设想通过如上所述那样检测整流电流来间接地检测电容器104的电流。
[0096]在图15的切换电路108中，针对图5所示的电路追加由比较器140和电压源141构成的比较电路139。在此，比较器140设为集电极开路输出，但是，根据其他结构，也可以使用不是集电极开路输出的比较器。比较电路139将通过电阻138检测出的电流(以下记作检测电流)与作为电压源141的电压值而表现的基准电流进行比较。在图15中使用了当检测电流比基准电流大时比较电路139输出L电平的逻辑。由此，当检测电流比基准电流大时，切换信号强制地变为L电平，分流电路107的开关元件127断开。在切换电路108中可以不将检测电流直接输入比较电路139，而经由图5的116等所示的预处理电路输入。特别是将预处理电路设为积分电路或低通滤波器的结构，对于检测电流的高频成分的去除是有效的。
[0097]根据图16说明第2实施方式的动作。与图6所示的第I实施方式同样，在整流电压变得比基准电压高后并非立即将开关元件127断开，而是在经过希望的时间之前维持开关元件127的接通。在整流电流和DC链路电压一致(Vdcl=Vdc2)的时刻，流过对电容器104充电的电流，整流电流急剧增大。由此，检测电流变得比基准电流大，因此，在此时刻开关元件127强制地断开。这样，在第2实施方式中，将第I实施方式中的预定的延迟时间作为“检测电流变得比基准电流大之前的时间”来自动生成。此外，在检测电流比基准电流小的期间，比较电路139的输出信号成为集电极开路的H电平，因此，对其他电路没有影响，动作与第I实施方式相同。
[0098]若Vdc2=Vdcl，开始流过对电容器104充电的电流，则即使分流电路107中不流过电流也可以维持三端双向开关Iio的接通。在第2实施方式中，可以将分流电路107中流过电流的期间设为最小限度，可以减小分流电路107的损耗。
[0099]此外，图15所示的结构是用于以简单的电路实现图16所示的开关元件127的接通/断开控制的一例。只要可以实现图16所示的开关元件127的接通/断开控制，分流电路107和切换电路108的结构可以与图15不同。也可以应用图7?图9所示的分流电路107或切换电路108的其他例子。
[0100]图17是本发明的第2实施方式中的LED点灯装置的基本结构图的其他例子。在图17中，代替在图14中检测电容器104的电流而检测DC链路电压。另外，切换电路108根据整流电压和DC链路电压输出切换信号。作为图17中的切换电路108的具体动作，检测整流电压与DC链路电压一致(Vdcl=Vdc2)的时刻，若与图15的切换电路同样地将开关元件127断开，则可以实现图16所示的动作。省略该其他例子中的切换电路108的具体的结构。
[0101]图18具体表示了图1所示的LED点灯装置中整流电路102、DC-DC变换电路105的结构。此外，针对图14或图17的LED点灯装置也可以应用同样的结构。在图18中，基于二极管桥142的全波整流电路相当于整流电路102。另外，由二极管143、M0SFET144、扼流线圈145、电容器146、电流检测用的电阻147、控制电路148构成的降压斩波电路相当于DC-DC变换电路105。除此以外，也可以追加熔丝、防冲击电阻、输入滤波器用的线圈或电容器等。根据LED负载106的电压，可以不使用降压斩波器而使用升降压斩波器或升压斩波器，或者若需要绝缘也可以使用回扫变换器。也可以代替M0SFET144而使用双极性晶体管或IGBT等其他种类的元件。
[0102]在图18中，控制电路148根据电流设定值来控制DC-DC变换电路105向LED负载106输出的电流。具体来说，考虑在流过M0SFET144的电流达到电流设定值之前将MOSFET144接通的控制。
[0103]通过控制在M0SFET144中流过的电流可以间接地控制LED负载106中流过的电流。这样的控制电路148可以使用市售的LED用的控制IC来简单地构成。当然，也可以不使用控制IC而组合比较器等分立部件来构成，也可以利用微型计算机或数字信号处理器作为软件来构成。
【权利要求】
1.一种LED点灯装置，具备:将交流电压变换为整流电压的整流电路；经由第I 二极管与所述整流电路的直流输出侧连接，将所述整流电压变换为DC链路电压的第I电容器；变换所述DC链路电压来向LED负载供电的DC-DC变换电路；基于所述整流电压输出所述DC-DC变换电路的电流设定值的电流设定电路；连接在所述整流电路的直流输出端子间，具备至少一个电阻与开关元件的串联体的分流电路；控制所述串联体中的开关元件的切换电路，所述LED点灯装置的特征在于， 所述切换电路，在所述整流电压比希望的基准电压低的期间和从所述整流电压变得比所述希望的基准电压高的时刻到经过希望的时间的时刻的期间，将所述串联体中的至少一个串联体中的开关元件接通。
2.根据权利要求1所述的LED点灯装置，其特征在于， 所述切换电路，将从所述整流电压变得比所述希望的基准电压高的时刻到所述第I电容器中流过的电流变得比希望的基准电流大的时刻设定为权利要求1中的希望的时间。
3.根据权利要求1所述的LED点灯装置，其特征在于， 所述切换电路，将从所述整流电压变得比所述希望的基准电压高的时刻到所述整流电压与所述DC链路电压一致的时刻设定为权利要求1中的希望的时间。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的LED点灯装置，其特征在于， 所述切换电路包括:输出在所述整流电压比所述希望的基准电压高的期间为低电平的信号的第I比较电路；输出对该第I比较电路的输出信号的下降沿赋予基于希望的时间常数的延迟时间而得到的信号的下降沿延迟电路， 通过该下降沿延迟电路的输出信号控制所述开关元件。
5.根据权利要求4所述的LED点灯装置，其特征在于， 所述下降沿延迟电路包括:在所述第I比较电路的输出端子和大地之间连接的第I电阻与第2电容器的串联体；与所述第I电阻并联连接的第2 二极管， 所述电阻的一端与所述第I比较电路的输出端子连接，所述第2电容器的一端与大地连接，所述第2 二极管的阳极端子与所述第I比较电路的输出端子连接。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述的LED点灯装置，其特征在于， 所述分流电路具备2个以上的电阻与开关元件的串联体，所述切换电路，在所述整流电压比所述希望的基准电压低的期间和从所述整流电压变得比所述希望的基准电压高的时刻到经过希望的时间的时刻的期间，为了将所述串联体中的至少I个串联体中的开关元件控制为接通，输出第I切换信号，另外，在所述整流电压比所述希望的基准电压低的期间，为了将所述串联体中的至少I个串联体中的开关元件控制为接通，输出第2切换信号。
7.根据权利要求6所述的LED点灯装置，其特征在于， 所述切换电路包括:输出在所述整流电压比所述基准电压高的期间为低电平的信号的第I比较电路；输出对该第I比较电路的输出信号的下降沿赋予基于希望的时间常数的延迟时间而得的信号的下降沿延迟电路，将该下降沿延迟电路的输出信号设为所述第I切换信号，将所述第I比较电路的输出信号设为第2切换信号。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的LED点灯装置，其特征在于， 所述分流电路具备的电阻和开关元件的串联体连接在所述整流电路的直流输出端子间。
9.根据权利要求1至7中任意一项所述的LED点灯装置，其特征在于， 所述分流电路具备以所述希望的电压值对所述整流电压进行箝位的稳压器电路，所述分流电路具备的电阻和开关元件的串联体作为所述稳压器电路的负载而连接。
10.根据权利要求1至3中任意一项所述的LED点灯装置，其特征在于， 所述分流电路具备:在所述整流电路的直流输出端子间连接的第2电阻与齐纳二极管的串联体；与该齐纳二极管并联连接的第3电阻与第3电容器；将栅极端子与所述第2电阻和所述齐纳二极管的连接点连接，将漏极端子与整流电路的直流输出的正极侧连接的MOSFET ;在该MOSFET的源极端子和整流电路的直流输出的负极侧之间连接的第4电阻；与该第4电阻并联连接的所述电阻与开关元件的串联体， 所述切换电路将所述分流电路具备的所述第2电阻、齐纳二极管、第3电阻、第3电容器和MOSFET兼用作所述切换电路的构成要素，具备输出在所述MOSFET的源极端子电压比基准值高时成为低电平的信号的第2比较电路，通过该第2切换电路的输出信号控制所述开关元件。
【文档编号】H05B37/02GK103582250SQ201310329742
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月31日 优先权日:2012年7月31日
【发明者】门田充弘, 庄司浩幸, 畠山笃史 申请人:株式会社日立制作所
【专利摘要】本发明提供一种LED点灯装置，其实现了在连接了调光器的情况下，能够防止闪变和降低冲击电流并且小型、高效率。所述LED点灯装置具备：将交流电压变换为整流电压的整流电路；将整流电压变换为DC链路电压的第1电容器；变换DC链路电压来向LED负载供电的DC-DC变换电路；基于整流电压输出DC-DC变换电路的电流设定值的电流设定电路；连接在整流电路的直流输出端子间，具备至少一个电阻与开关元件的串联体的分流电路；控制串联体中的开关元件的切换电路，其中，切换电路，在整流电压比希望的基准电压低的期间和从整流电压变得比希望的基准电压高的时刻到经过希望的时间的时刻的期间，将串联体中的至少一个串联体中的开关元件接通。
【专利说明】LED点灯装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及发光二极管(以下记作LED:Light Emitting Diode)的点灯装置。
【背景技术】
[0002]LED作为环境性优秀的光源而受到关注，LED照明作为住宅或办公室的照明而得到利用。在LED照明中存在具备与白炽灯同样的灯头，安装在白炽灯用的器具上来利用的灯形LED照明。其中，也存在与作为白炽灯的调光单元而使用的相位控制方式的调光器(以下简称为调光器)对应的产品。大多数调光器通过半导体元件的接通/断开将交流电源和负载之间进行导通/切断。作为调光器的半导体元件，利用三端双向开关(TRIAC = TriodeAlternating Current Switch、3端子双向晶闸管)等。以下,将半导体元件记作三端双向开关，但是也可以是其它种类的半导体元件。
[0003]三端双向开关在接通(点弧)后若不持续流过比被称为保持电流的预定的电流值大的电流，则再次断开(消弧)。保持电流根据调光器(三端双向开关)的种类而不同，但是大致具有5?50mA的幅度。大多数调光器以负载为白炽灯为前提来设计。若负载是白炽灯，则从三端双向开关接通的时刻到交流电源电压(以下有时记作Vac)的过零附近的时刻流过超过保持电流的足够的电流，三端双向开关维持接通状态，在过零附近的时刻，三端双向开关断开。
[0004]但是，在负载为LED及其点灯装置的情况下，与负载为白炽灯的情况相比消耗功率甚至电流小，因此，会发生在迎来交流电源的过零附近之前三端双向开关断开的现象。以下，将该现象记作误消弧。特别是在随机地或突发地发生误消弧的状况下，或者在误消弧的时刻存在波动的状况下，LED点灯装置的动作变得不稳定，发生闪变。
[0005]作为防止误消弧、防止闪变的LED点灯装置，例如有专利文献I中记载的装置。在专利文献I中记载的装置中，利用阻尼电阻和开关元件的串联体，仅在从三端双向开关接通起的预定期间，将阻尼电阻与调光器的噪音防止电路并联连接。由此，在三端双向开关的接通中由噪音防止电路对发生的共振动作进行制动，防止电流大幅度振动而变得比三端双向开关的保持电流小。可以防止三端双向开关的误消弧和由此导致的闪变。
[0006]在专利文献I中记载的装置中未考虑冲击电流的降低。在如下述这样以电容输入方式的电源电路为基础来构成LED点灯装置的情况下，在三端双向开关的接通中电容器的电压急剧增大，因此产生伴随电容器的充电的冲击电流。现有的多数调光器对应灯泡形LED照明，为了降低该冲击电流而具备冲击电流防止电阻(以下简称为防冲击电阻)。但是，防冲击电阻的搭载导致的装置的大型化和损耗增大成为课题。另外，即使具备防冲击电阻，仍存在冲击电流大，电容器、防冲击电阻、输入滤波器部件等的大型化和损耗增大的可能。关于该冲击电流，在下面的实施方式的项目中进行说明，因此在这里省略说明。另外，在专利文献I中记载的装置中需要新外加阻尼电阻、用于控制是否将阻尼电阻与噪音防止电路连接的开关元件以及控制开关元件的控制电路，考虑到装置大型化的问题。
[0007]专利文献1:日本特开2012-023001号公报
【发明内容】
[0008]在本发明中，目的在于实现在连接了调光器的情况下能够防止闪变、降低冲击电流并且小型、高效率的LED电灯装置。
[0009]为了达成上述目的，在本发明中提供一种LED点灯装置，具备:将交流电压变换为整流电压的整流电路；经由第I 二极管与所述整流电路的直流输出侧连接，将所述整流电压变换为DC链路电压的第I电容器；变换所述DC链路电压来向LED负载供电的DC-DC变换电路；基于所述整流电压输出所述DC-DC变换电路的电流设定值的电流设定电路；连接在所述整流电路的直流输出端子间，具备至少一个电阻与开关元件的串联体的分流电路；控制所述串联体中的开关元件的切换电路，其中，所述切换电路，在所述整流电压比希望的基准电压低的期间和从所述整流电压变得比所述基准电压高的时刻到经过希望的时间的时刻的期间，将所述串联体中的至少一个串联体中的开关元件接通。
[0010]根据本发明的LED点灯装置，可以实现在连接了调光器的情况下能够防止闪变、降低冲击电流并且小型、高效率的LED电灯装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明的第I实施方式中的LED点灯装置的基本结构图。
[0012]图2是调光器的内部电路图。
[0013]图3是作为调光器的负载而使用了白炽灯的情况下的动作波形。
[0014]图4是表示现有的关于冲击电流的课题的动作波形。
[0015]图5是本发明的第I实施方式中的分流电路和切换电路的结构例。
[0016]图6是本发明的第I实施方式中的动作波形。
[0017]图7是分流电路的其他例子。
[0018]图8是切换电路的其他例子。
[0019]图9是分流电路和切换电路的其他例子。
[0020]图10是切换电路的其他例子。
[0021]图11是本发明的第I实施方式中的动作波形的其他例子。
[0022]图12是分流电路和切换电路的其他例子。
[0023]图13是本发明的第I实施方式中的动作波形的其他例子。
[0024]图14是本发明的第2实施方式中的LED点灯装置的基本结构图。
[0025]图15是本发明的第2实施方式中的分流电路和切换电路的结构例。
[0026]图16是本发明的第2实施方式中的动作波形。
[0027]图17是本发明的第2实施方式中的LED点灯装置的基本结构图的其他例子。
[0028]图18是本发明的LED点灯装置中的整流电路和DC-DC变换电路的结构例。
[0029]符号说明
[0030]ILED点灯装置
[0031]100交流电源
[0032]101调光器
[0033]102整流电路[0034]103 二极管(124也相同)
[0035]104 电容器(113、125、146、151 也相同)
[0036]105DC-DC 变换电路
[0037]106LED 负载
[0038]107分流电路
[0039]108切换电路
[0040]109电流设定电路
[0041]110三端双向开关
[0042]111 电阻(119、120、123、126、129、132、136、138、147、150 也相同)
[0043]112可变电阻
[0044]114双向触发二极管
[0045]115白炽灯等负载
[0046]116预处理电路
[0047]117比较电路(133、139也相同)
[0048]118下降沿延迟电路
[0049]121 比较器(134、140、152 也相同)
[0050]122 电压源(135、141、153 也相同)
[0051]127M0SFET (131、137、144 也相同)
[0052]128稳压器电路
[0053]130齐纳二极管
[0054]142 二极管桥
[0055]145扼流线圈
[0056]148控制电路
[0057]149延迟电路
【具体实施方式】
[0058]以下，使用【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。
[0059]图1是本发明的第I实施方式中的LED点灯装置I的基本结构图。在图1中，交流电源100、调光器101和LED负载106未被包含在LED点灯装置I中。LED点灯装置I由整流电路102、二极管103、电容器104、DC-DC变换电路105、分流电路107、切换电路108和电流设定电路109构成。
[0060]交流电源100的一端与调光器101的一端连接，调光器101的另一端与LED点灯装置I内的整流电路102连接。交流电源100的另一端与整流电路102连接。交流电源100生成交流电源电压(以下记作Vac)。整流电路102对由调光器101进行了相位控制后的交流电压进行整流，生成整流电压(以下有时记作Vdcl)。整流电路102与二极管103、分流电路107、切换电路108、电流设定电路109连接。二极管103与电容器104、DC-DC变换电路105连接。电容器104将整流电压变换为DC链路电压(以下，有时记作Vdc2)。例如在利用电容输入方式的电源电路的情况下，DC链路电压成为对整流电压进行平滑后的电压。通过对整流电压进行平滑，对于后级的DC-DC变换电路105来说，容易抑制LED负载106中流过的电流(以下记作LED电流)的脉动。DC-DC变换电路105变换DC链路电压后向LED负载106供电。关于LED负载106，与LED的个数或连接形态无关，另外，可以包含内置有保护用兀件等的LED |旲块。
[0061]在整流电路102的直流输出端子间连接分流电路107。虽然在图1中未表示，但是分流电路107具备至少一个电阻与开关元件的串联体，可以从外部控制流过分流电路107的电流值，换言之，控制分流电路107的阻抗。切换电路108输出用于基于整流电压控制分流电路107的开关元件的切换信号。分流电路107和切换电路108还起到根据整流电压来控制调光器101中的三端双向开关的接通/断开状态的作用、将调光器101的计时器电路复位后再次使三端双向开关接通的作用。电流设定电路109基于整流电压输出DC-DC变换电路105的电流设定值。通过电流设定电路109能够进行与调光器101的操作对应的LED电流的控制、即调光。作为电流设定电路109的具体动作，包括:生成与整流电压的平均值对应的电流设定值；从整流电压中检测以下说明的调光器101的点弧角，生成与点弧角对应的电流设定值。以上的构成要素的一部分可以内置在控制IC内，或者可以作为微型计算机等的控制程序来实现。除了以上的构成要素以外，还可以追加熔丝、防冲击电阻、输入滤波器用的线圈或电容器等。
[0062]在说明具体动作之前，说明调光器101的动作。图2是使用了三端双向开关110的调光器101的内部电路。如图2所示，在交流电源100和负载115之间连接三端双向开关110。另外，与三端双向开关110并联地连接电阻111、可变电阻112和电容器113的串联体、即计时器电路。可变电阻112和电容器113的连接点经由双向触发二极管114与三端双向开关110的栅极连接。此外，作为噪音防止电路而追加线圈或电容器的情况也很多，但是在图2中进行了省略。
[0063]图3是作为负载115而连接了白炽灯的情况下的、三端双向开关110的接通/断开状态和负载电压、负载电流的波形。在三端双向开关110的接通期间，负载电压与交流电源100的电压大致相同。由于白炽灯几乎为纯电阻，因此负载电流的波形与交流电压为相似形。在交流电源电压的过零附近，当负载电流变得比三端双向开关110的保持电流小时，三端双向开关110断开。在负载115为白炽灯的情况下，如图3所示，保持电流与负载电流的振幅值相比足够小。
[0064]在三端双向开关110的断开期间，从交流电源100向电阻111、可变电阻112、电容器113、负载115的路径流过微小电流，在电容器113中积蓄电荷。与负载115相比，调光器101的阻抗足够大，因此负载电压大致为零。当电容器113的电压上升，双向触发二极管114接通时，三端双向开关110再次接通。当通过调光器101的操作，可变电阻112的电阻值增大时，直到三端双向开关110再次接通为止的时间延长。由此，负载功率减小，如果是白炽灯则光输出减少。此外，如图3所示，将从交流电源电压的过零点到三端双向开关110点弧为止的相位角度定义为点弧角。若用符号0表示点弧角，则其可取范围为0 ^ 9 fl80[deg]。点弧角越大，光输出变得越小。
[0065]在本发明中，图2中的负载115是图1的LED点灯装置1，与白炽灯相比作为负载的特性不同。具体来说，与白炽灯相比阻抗高，并且不限于像白炽灯那样是纯电阻。因此，动作波形也不限于与图3相同。
[0066]接着，说明本发明所着眼的冲击电流的问题。图4是作为调光器101的负载而连接了现有的(未考虑冲击电流的对策的)LED点灯装置时，冲击电流变得特别大的情况下的动作波形。在该LED点灯装置中，与本发明的装置同样地具备整流电路102、二极管103、电容器104、DC-DC变换电路105，整流电路102生成整流电压，电容器104对整流电压进行平滑，生成DC链路电压。在图4中，所谓整流电流，是整流电路102的直流输出电流。在图4中表示了交流电源100的半周期的动作波形。
[0067]在以电容输入方式的电源电路为基础的LED点灯装置中，如图4所示，考虑在三端双向开关110的接通时DC链路电压比整流电压高(Vdc2>Vdcl)的状况。在三端双向开关110的点弧角小，调光水平高(亮)的情况下、或者当生成DC链路电压的电容器104的容量大时容易发生这种状况。此时，即使三端双向开关110接通，也不流过整流电流，因此如图4所示，三端双向开关立即误消弧。
[0068]在误消弧后经过一定程度时间后，在调光器101的计时器电路的电容器113被再充电之前，三端双向开关110不再次接通。根据图4，误消弧之后存在整流电压与DC链路电压相等的时刻(Vdcl=Vdc2)。在未连接调光器101的情况下，在电容输入方式的电源电路中，此时开始流过对电容器104充电的冲击电流，甚至整流电流。但是，在连接了调光器101，而且如图4所示三端双向开关110已断开时，几乎不流过整流电流。
[0069]在图4中，当三端双向开关110再次接通(再点弧)的时刻，交流电源电压(的绝对值)变得比DC链路电压高(I Vacl >Vdc2)。此时，电容器104的电压急剧增大，为了对电容器104充电而产生大的冲击电流。根据图4，在三端双向开关110再点弧的时刻开始急剧地流过整流电流，该整流电流是对电容器104充电的冲击电流。另外，在未连接调光器101的情况下，在比开始流过整流电流的时刻、即Vdcl=Vdc2的时刻更晚(相位超前)的时刻开始流过整流电流，因此，整流电流的有效值增大。此外，关于在图4中三端双向开关110再点弧后的动作在以下进行说明，因此在此省略说明。
[0070]接着，说明本发明的第I实施方式中的LED点灯装置的具体结构和动作、以及由此可以防止闪变并且减小冲击电流的理由。图5是本发明的第I实施方式中的分流电路107和切换电路108的结构例。(其中，图5中还表示了整流电路102等其他构成要素)。另外，图6是通过如图5所示那样构成分流电路107和切换电路108而得到的LED点灯装置的动作波形。
[0071]图5的分流电路107是电阻126和开关元件127的串联体。在图5中将开关元件127设为M0SFET，但是也可以使用双极性晶体管或IGBT等其他种类的元件。
[0072]切换电路108由预处理电路116、比较电路(比较器)117、下降沿延迟电路118构成。预处理电路116为了在后级的比较电路117中比较整流电压和基准电压而对整流电压进行预处理。在图5中，预处理电路116是由电阻119和120构成的分压电路。此外，也可以使用后面说明的稳压器电路、箝位电路或限幅电路。切换电路108是否具备预处理电路116是任意的，但是，通过用分压电路等降低整流电压的电平、或者用箝位电路等对整流电压的最大值进行箝位，在比较电路117中可以利用低耐压的比较器。
[0073]比较电路117由比较器121和发生基准电压的电压源122构成，将整流电压或预处理后的整流电压与基准电压进行比较。在图5中使用了当整流电压比基准电压高时比较电路117输出低电平(以下记作L电平)的逻辑。但是，根据比较电路117的后级的结构，也可以使用相反的逻辑。电压源122的生成方法是任意的，包括从DC链路电压使用稳压器(降压器)电路来生成的方法、或若使用控制IC则利用其动作电压的方法。
[0074]下降沿延迟电路118由电阻123、二极管124、电容器125构成，对分流电路107的开关元件127输出切换信号。开关元件127是M0SFET，切换信号相当于其栅极电压。在下降沿延迟电路118中，针对比较电路117输出的矩形波信号的下降沿，电阻123和电容器125作为RC (低通)滤波器来工作。因此，在比较电路117的输出信号变为L电平后，电容器125的电压、即切换信号根据RC滤波器的时间常数而慢慢降低。即，从比较电路117的输出信号变为L电平后，直到开关元件127断开之前发生延迟。针对比较电路117的输出信号的上升沿，由于二极管124将电阻123旁通的效果，几乎不发生上述那样的延迟。因此，当整流电压变得比基准电压低，比较电路117的输出信号变为高电平(以下记作H电平)时，开关元件127立即接通。此外，可以代替电容器125而利用开关元件127的寄生电容，因此，电容器125的使用是任意的。
[0075]通过以上的结构，如图6所示，在整流电压比基准电压低的期间和整流电压变得比基准电压高后直到经过希望的延迟时间为止的期间，分流电路107中的开关元件127接通。
[0076]根据图6说明第I实施方式的动作。当整流电压变得比基准电压低时，切换电路108将分流电路107的开关元件127接通，使电阻126在整流电路102的直流输出端子间导通。另外，此时调光器101的三端双向开关110已断开。从交流电源100向调光器101的电阻111、可变电阻112、电容器113、电阻126的路径流过微小电流，由此对电容器113充电。
[0077]在电容器113被充电，三端双向开关110接通时，整流电压增大到与交流电源电压(的绝对值)大致相同的值。整流电压变得比基准电压高，但是此时不立即将开关元件127断开，而是如上所述维持开关元件127的接通，直到经过希望的时间。因此，即使DC链路电压比整流电压高(Vdc2>Vdcl)、不流过对电容器104充电的电流，通过在分流电路107中流过保持电流以上的整流电流，三端双向开关110也不误消弧而维持接通。
[0078]在三端双向开关110维持接通的状态下，整流电流与DC链路电压一致(Vdc2=Vdcl)的时刻，流过对电容器104充电的电流。因此，如图6所示，整流电流急剧增大。但是，根据上述理由，与现有的(未考虑冲击电流的对策)LED点灯装置相比，此时的整流电流的增量相应地减小，作为结果，整流电流的有效值也变小。从整流电压变得比基准电压高后经过希望的时间时，开关元件127断开。此后，只要对电容器104充电的电流比保持电流大，三端双向开关110就持续接通。
[0079]随着电容器104的充电的进行，整流电流减少。在DC链路电压大致达到峰值，整流电流变得比保持电流小的时刻，三端双向开关110断开。在三端双向开关110断开后，通过被充电的电容器104的电压、即DC链路电压，DC-DC变换电路105也稳定地工作。另外，三端双向开关110断开的时刻，即整流电流减小到保持电流以下的时刻，在交流电源的各周期中几乎不变化，因此也不发生闪变。
[0080]此外，图5所示的结构是用于以简单的电路实现图6所示的开关元件127的接通/断开控制的一例。只要能够实现图6所示的开关元件127的接通/断开控制，则分流电路107和切换电路108的结构也可以与图5不同。图7是分流电路107的其他例子。在图7中，电阻129、齐纳二极管130、M0SFET131构成稳压器电路128，作为其负载而连接了电阻126和开关元件(MOSFET)127的串联体。也可以代替M0SFET131而使用双极性晶体管或IGBT等其他种类的半导体元件。
[0081]当整流电压比齐纳电压高时，对电阻126和开关元件(MOSFET) 127的串联体施加的电压变得与齐纳二极管130的齐纳电压大致相等。即，稳压器电路起到对整流电压箝位的作用。另外，当开关元件127接通时，在分流电路107中流过的电流不依赖于整流电压而恒定，可以通过电阻126进行调整。图6的动作中，在Vdc2=Vdcl的时刻之前维持三端双向开关110的接通的期间，流过比三端双向开关110的保持电流大的电流即可。若是图7的分流电路，则通过电阻126的调整将电流抑制到必要最小限度，因此，对于分流电路107的低损耗化有效。
[0082]如图7所示，可以与电阻126和开关元件127的串联体并联地连接电阻132来调整流过分流电路107的电流。在本发明中的全部分流电路107的结构中都是如此。电阻132的连接是任意的。
[0083]图8是切换电路108的其他例子。在图8中，在下降沿延迟电路118的后级连接由比较器134和电压源135构成的比较电路133，比较电路133输出切换信号。当下降沿延迟电路118的输出电压比电压源135的电压高时，切换信号为H电平，将分流电路107的开关元件127接通。S卩，图6所示的开关元件127的接通/断开阈值替换为电压源135的电压。在开关元件127的驱动所需要的功率大的情况下，可以在比较电路133的后级任意地追加驱动电路。
[0084]以图8的结构为基础也可以进行以下变更。首先，使比较电路117和133的输出逻辑反转。具体来说，当预处理后的整流电压比电压源122的电压高时，比较电路117输出H电平。关于比较电路133也相同。接着，将下降沿延迟电路118变更为上升沿延迟电路。上升沿延迟电路仅针对比较电路117输出的矩形波信号的上升沿作为RC滤波器来工作。具体来说，将二极管124的方向逆转，将阳极与比较电路117的输出端子连接。
[0085]图9是分流电路107和切换电路108的另一其他例子。在图9的分流电路中追加电阻136与开关元件137的串联体，并联连接2组电阻与开关元件的串联体。另外，切换电路108将比较电路117的输出信号作为开关元件137的切换信号来输出。即，切换电路108输出两个接通/断开时刻不同的切换信号。通过该结构，在整流电压比基准电压低的期间、和整流电压变得比基准电压高后经过希望的时间为止的期间，可以改变在分流电路107中流过的电流的大小。此外，如图7所示，可以追加稳压器电路并将2组电阻与开关元件的串联体作为稳压器电路的负载来连接。在该其他例子中，通过2组串联体容易调整分流电路107的电流，另外，在使2组串联体分散发热方面也是有效的。
[0086]如上所述，在本发明的第I实施方式中，能够使调光器稳定工作来抑制闪变，并且可以降低冲击电流。通过冲击电流的降低，防冲击电阻、电容器104、输入滤波器部件的小型、低损失化成为可能。另外，本发明的第I实施方式可以通过一个结构解决闪变抑制和冲击电流降低这两个问题，对于LED点灯装置的小型、低成本化也有效。
[0087]图10是切换电路108的其他例子。图11是组合图10的切换电路108和图5的分流电路107的情况下得到的动作波形。在图10的切换电路108中，图8的下降沿延迟电路118被变更为延迟电路149。延迟电路149是由电阻123和电容器125构成的RC滤波器。如图11所示，在比较电路117的输出的上升沿和下降沿的双方中，电容器125的电压随着RC滤波器的时间常数而增大或减小。因此，不仅在整流电压变得比基准电压高后直到分流电路107中的开关元件127断开之前发生延迟，在整流电压变得比基准电压低后直到开关元件127接通之前也发生延迟。在此，通过将图10的电压源135的电压值设为接近L电平的值，如图11所示那样后者的延迟减小到几乎可以忽视的程度。由此，开关元件127的接通/断开时刻与图6所示的几乎相同。
[0088]图12是分流电路107和切换电路108的另一其他例子。图12的切换电路108中省略了图5所示的预处理电路116、比较电路117这样的细分。在图12中分流电路107以图7为基础，作为由M0SFET131等构成的稳压器电路的负载，连接电阻126与开关元件127的串联体。但是，作为与图7的不同点，与稳压器电路的齐纳二极管130并联地连接电阻150与电容器151。该稳压器电路也是切换电路108的一部分，电阻150和电容器151、以及电阻129如图10中的RC滤波器那样工作。
[0089]在切换电路108中，通过比较器152比较稳压器电路的输出电压和电压源153的电压。当稳压器电路的输出电压比电压源153的电压低时，作为比较器152的输出的切换信号成为H电平，分流电路107的开关元件127接通。
[0090]图13是使用图12的分流电路107和切换电路108的情况下得到的动作波形。三端双向开关110接通，整流电压变得比基准电压高后，齐纳二极管130的电压随着由电阻129和150、电容器151决定的时间常数而慢慢增大，达到齐纳二极管130的击穿电压。
[0091]此时，稳压器电路的输出电压随着齐纳二极管130的电压慢慢增大。由此，如图13所示，当整流电压变得比基准电压高后，稳压器电路的输出电压变得比电压源135的电压高，在开关元件127断开前可以发生延迟。开关元件127的接通/断开时刻与图6所示的几乎相同。
[0092]在该其他例子中，可以用较少部件数构成分流电路107和切换电路108，对于装置的小型、低成本化有效。
[0093]图14是本发明的第2实施方式中的LED点灯装置的基本结构图。相对于图1所示的第I实施方式，在第2实施方式中追加用于检测在电容器104中流过的电流的电阻138。另外，切换电路108除了整流电压以外，还根据通过电阻138检测出的电流输出切换信号。电阻138在可以检测出电容器104的电流的条件下可以与图14中的任意位置连接。另外，也可以代替电阻138，通过其他种类的电流传感器检测电容器104的电流。
[0094]通过检测整流电流可以间接地检测电容器104的电流。
[0095]图15是本发明的第2实施方式中的切换电路108的内部结构例。图15中还表示了分流电路107等其他构成要素。图16是通过如图15那样构成切换电路108而得到的LED点灯装置的动作波形。在图16中设想通过如上所述那样检测整流电流来间接地检测电容器104的电流。
[0096]在图15的切换电路108中，针对图5所示的电路追加由比较器140和电压源141构成的比较电路139。在此，比较器140设为集电极开路输出，但是，根据其他结构，也可以使用不是集电极开路输出的比较器。比较电路139将通过电阻138检测出的电流(以下记作检测电流)与作为电压源141的电压值而表现的基准电流进行比较。在图15中使用了当检测电流比基准电流大时比较电路139输出L电平的逻辑。由此，当检测电流比基准电流大时，切换信号强制地变为L电平，分流电路107的开关元件127断开。在切换电路108中可以不将检测电流直接输入比较电路139，而经由图5的116等所示的预处理电路输入。特别是将预处理电路设为积分电路或低通滤波器的结构，对于检测电流的高频成分的去除是有效的。
[0097]根据图16说明第2实施方式的动作。与图6所示的第I实施方式同样，在整流电压变得比基准电压高后并非立即将开关元件127断开，而是在经过希望的时间之前维持开关元件127的接通。在整流电流和DC链路电压一致(Vdcl=Vdc2)的时刻，流过对电容器104充电的电流，整流电流急剧增大。由此，检测电流变得比基准电流大，因此，在此时刻开关元件127强制地断开。这样，在第2实施方式中，将第I实施方式中的预定的延迟时间作为“检测电流变得比基准电流大之前的时间”来自动生成。此外，在检测电流比基准电流小的期间，比较电路139的输出信号成为集电极开路的H电平，因此，对其他电路没有影响，动作与第I实施方式相同。
[0098]若Vdc2=Vdcl，开始流过对电容器104充电的电流，则即使分流电路107中不流过电流也可以维持三端双向开关Iio的接通。在第2实施方式中，可以将分流电路107中流过电流的期间设为最小限度，可以减小分流电路107的损耗。
[0099]此外，图15所示的结构是用于以简单的电路实现图16所示的开关元件127的接通/断开控制的一例。只要可以实现图16所示的开关元件127的接通/断开控制，分流电路107和切换电路108的结构可以与图15不同。也可以应用图7?图9所示的分流电路107或切换电路108的其他例子。
[0100]图17是本发明的第2实施方式中的LED点灯装置的基本结构图的其他例子。在图17中，代替在图14中检测电容器104的电流而检测DC链路电压。另外，切换电路108根据整流电压和DC链路电压输出切换信号。作为图17中的切换电路108的具体动作，检测整流电压与DC链路电压一致(Vdcl=Vdc2)的时刻，若与图15的切换电路同样地将开关元件127断开，则可以实现图16所示的动作。省略该其他例子中的切换电路108的具体的结构。
[0101]图18具体表示了图1所示的LED点灯装置中整流电路102、DC-DC变换电路105的结构。此外，针对图14或图17的LED点灯装置也可以应用同样的结构。在图18中，基于二极管桥142的全波整流电路相当于整流电路102。另外，由二极管143、M0SFET144、扼流线圈145、电容器146、电流检测用的电阻147、控制电路148构成的降压斩波电路相当于DC-DC变换电路105。除此以外，也可以追加熔丝、防冲击电阻、输入滤波器用的线圈或电容器等。根据LED负载106的电压，可以不使用降压斩波器而使用升降压斩波器或升压斩波器，或者若需要绝缘也可以使用回扫变换器。也可以代替M0SFET144而使用双极性晶体管或IGBT等其他种类的元件。
[0102]在图18中，控制电路148根据电流设定值来控制DC-DC变换电路105向LED负载106输出的电流。具体来说，考虑在流过M0SFET144的电流达到电流设定值之前将MOSFET144接通的控制。
[0103]通过控制在M0SFET144中流过的电流可以间接地控制LED负载106中流过的电流。这样的控制电路148可以使用市售的LED用的控制IC来简单地构成。当然，也可以不使用控制IC而组合比较器等分立部件来构成，也可以利用微型计算机或数字信号处理器作为软件来构成。
【权利要求】
1.一种LED点灯装置，具备:将交流电压变换为整流电压的整流电路；经由第I 二极管与所述整流电路的直流输出侧连接，将所述整流电压变换为DC链路电压的第I电容器；变换所述DC链路电压来向LED负载供电的DC-DC变换电路；基于所述整流电压输出所述DC-DC变换电路的电流设定值的电流设定电路；连接在所述整流电路的直流输出端子间，具备至少一个电阻与开关元件的串联体的分流电路；控制所述串联体中的开关元件的切换电路，所述LED点灯装置的特征在于， 所述切换电路，在所述整流电压比希望的基准电压低的期间和从所述整流电压变得比所述希望的基准电压高的时刻到经过希望的时间的时刻的期间，将所述串联体中的至少一个串联体中的开关元件接通。
2.根据权利要求1所述的LED点灯装置，其特征在于， 所述切换电路，将从所述整流电压变得比所述希望的基准电压高的时刻到所述第I电容器中流过的电流变得比希望的基准电流大的时刻设定为权利要求1中的希望的时间。
3.根据权利要求1所述的LED点灯装置，其特征在于， 所述切换电路，将从所述整流电压变得比所述希望的基准电压高的时刻到所述整流电压与所述DC链路电压一致的时刻设定为权利要求1中的希望的时间。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的LED点灯装置，其特征在于， 所述切换电路包括:输出在所述整流电压比所述希望的基准电压高的期间为低电平的信号的第I比较电路；输出对该第I比较电路的输出信号的下降沿赋予基于希望的时间常数的延迟时间而得到的信号的下降沿延迟电路， 通过该下降沿延迟电路的输出信号控制所述开关元件。
5.根据权利要求4所述的LED点灯装置，其特征在于， 所述下降沿延迟电路包括:在所述第I比较电路的输出端子和大地之间连接的第I电阻与第2电容器的串联体；与所述第I电阻并联连接的第2 二极管， 所述电阻的一端与所述第I比较电路的输出端子连接，所述第2电容器的一端与大地连接，所述第2 二极管的阳极端子与所述第I比较电路的输出端子连接。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述的LED点灯装置，其特征在于， 所述分流电路具备2个以上的电阻与开关元件的串联体，所述切换电路，在所述整流电压比所述希望的基准电压低的期间和从所述整流电压变得比所述希望的基准电压高的时刻到经过希望的时间的时刻的期间，为了将所述串联体中的至少I个串联体中的开关元件控制为接通，输出第I切换信号，另外，在所述整流电压比所述希望的基准电压低的期间，为了将所述串联体中的至少I个串联体中的开关元件控制为接通，输出第2切换信号。
7.根据权利要求6所述的LED点灯装置，其特征在于， 所述切换电路包括:输出在所述整流电压比所述基准电压高的期间为低电平的信号的第I比较电路；输出对该第I比较电路的输出信号的下降沿赋予基于希望的时间常数的延迟时间而得的信号的下降沿延迟电路，将该下降沿延迟电路的输出信号设为所述第I切换信号，将所述第I比较电路的输出信号设为第2切换信号。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的LED点灯装置，其特征在于， 所述分流电路具备的电阻和开关元件的串联体连接在所述整流电路的直流输出端子间。
9.根据权利要求1至7中任意一项所述的LED点灯装置，其特征在于， 所述分流电路具备以所述希望的电压值对所述整流电压进行箝位的稳压器电路，所述分流电路具备的电阻和开关元件的串联体作为所述稳压器电路的负载而连接。
10.根据权利要求1至3中任意一项所述的LED点灯装置，其特征在于， 所述分流电路具备:在所述整流电路的直流输出端子间连接的第2电阻与齐纳二极管的串联体；与该齐纳二极管并联连接的第3电阻与第3电容器；将栅极端子与所述第2电阻和所述齐纳二极管的连接点连接，将漏极端子与整流电路的直流输出的正极侧连接的MOSFET ;在该MOSFET的源极端子和整流电路的直流输出的负极侧之间连接的第4电阻；与该第4电阻并联连接的所述电阻与开关元件的串联体， 所述切换电路将所述分流电路具备的所述第2电阻、齐纳二极管、第3电阻、第3电容器和MOSFET兼用作所述切换电路的构成要素，具备输出在所述MOSFET的源极端子电压比基准值高时成为低电平的信号的第2比较电路，通过该第2切换电路的输出信号控制所述开关元件。
【文档编号】H05B37/02GK103582250SQ201310329742
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月31日 优先权日:2012年7月31日
【发明者】门田充弘, 庄司浩幸, 畠山笃史 申请人:株式会社日立制作所
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