改良闪烁器的发光二极管照明设备的制作方法

改良闪烁器的发光二极管照明设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及使用LED(发光二极管)的照明装置,更具体而言涉及改良了闪烁器(Flicker)的LED照明装置。一般来说，在不使用开关电源(SMPS:Switching?mode?power?supply)的现有的直流驱动LED照明装置上，闪烁器百分比(以下称为“％F”)为100％,但是本发明改良的闪烁器的发光二极管照明设备能够提供使用磁稳定器的荧光灯水平的40％以下。
【专利说明】改良闪烁器的发光二极管照明设备

【技术领域】
[0001]本发明涉及使用LED(发光二极管)的照明装置，更具体而言涉及对不使用一般的开关电源(SMPS:Switching mode power supply)而是利用直接利用整流电压驱动的闪烁器(Flicker)进行了改良的LED照明装置。

【背景技术】
[0002]发光二极管(LED)是当流过电流时发光的电光变换半导体器件，广泛用于显示器背光等上，由于技术发展，电光变换效率比已知的白炽灯和荧光灯高，目前，其使用范围扩展到一般照明。
[0003]关于驱动LED的方法，例如，在本发明人的专利10-1110380号介绍了不使用一般的开关电源(SMPS:Switching mode power supply)而通过整流电压驱动LED灯的方法(以下称为“LED直驱动方法”)。
[0004]下面，使用图1?图4，对现有技术的LED直驱动方法进行说明。
[0005]<现有技术例1>
[0006]现有的LED照明装置如图1所示，包括:用于供给交流电源的交流电源(910);将上述交流电压变换为直流的整流电压(Vrect)的整流电路((940));由上述整流电路(940)的输出驱动的负载即LED发光模块(970);以及用于限制在上述LED发光模块(970)中流过的电流的电流限制器件(930)。
[0007]但是，在现有的LED照明装置中，在LED发光模块(970)的阈值电压以下不流过电流，所以作为电光变换器件的LED发光模块(970)不发光，而在瞬间最大整流电压下发出最大的光。因此，存在光亮度根据时间不均匀而发生变动的问题。
[0008]下面，利用图2和图3，具体说明。
[0009]在图2中，电流-电压特性曲线(950)是首尔半导体公司的AX2200交流驱动LED器件的特性曲线。上述AX2200本身为由交流驱动的器件，所以在使用上述器件的LED照明装置不另外需要整流电路(940)。但是，电流-电压特性曲线的形态与一般的二极管特性曲线相同(电压线性增加，电流呈指数增加)，为了用数值进行说明，在本说明书中使用上述AX2200的特性曲线(图2中的横轴为实际电压，竖轴为实际电流，在本说明书中，为了方便说明本发明的宗旨，将上述轴分别设定为瞬间电压和瞬间电流来进行说明)。
[0010]在图2中可知，电流-电压特性曲线(950)中的阈值电压为62.5V。第I直线模型(951)和第2直线模型(952)是简单地以直线模拟上述特性曲线(950)的模型，第I直线模型(951)可用于模拟瞬间整流电压(Vrect)在OV?112.5V之间变化的情况，在62.5V下电流为0mA，在112.5V下流过31mA的电流。此外，第2直线模型(952)能够用于瞬间整流电压(Vrect)在OV?87.5V之间变换时的模拟，可知在62.5V下电流为0mA，并且在87.5V下流过IlmA的电流。
[0011]图3是在电源频率为50Hz时使用上述第I直线模型(951)和第2直线模型(952)的一例。
[0012]首先，在为应用了整流最大电压112.5V的第I直线模型(951)的情况下，整流电压(Vrect)表现为波形(951)V，整流电流表现为波形(951A)。此外，在为应用整流最大电压87.5V的第2直线模型(952)的情况下，整流电压(Vrect)表现为波形(952) V，整流电流表现为波形(952A)。
[0013]在此，对于同一发光模块(970)，只有输入整流电压的大小发生了变更，因此，虽然上述发光模块的阈值电压均为62.5V，但是上述LED发光模块(970)的开始点亮时刻则随着整流电压(Vrect)实际值越大就越早。作为一例，对于电源频率50Hz，整流最大电压为87.5V和112.5V时，计算通过LED发光模块(970)的阈值电压62.5V的时刻，则分别为
2.53ms和1.87ms。将其分别换算为整流电压相位，则分别为相位45.5 ( = 2.53/5x90)度和相位 33.7( = 1.87/5x90)度。
[0014]S卩，当供给整流最大电压87.5V时，在整流电压相位45.5度之前，整流电压为发光模块(970)的阈值电压以下，不流过电流，所以发光为O。此外，若被供给整流最大电压112.5V，则在整流电压相位33.7度之前，整流电压为发光模块(970)的阈值电压以下，不流过电流，所以发光为O。
[0015]此外，在整流电压相位90度，如电流波形(952A)和电流波形(951A)所示流过最大电流。
[0016]简要说明图3。整流电压(Vrect)的实际值越大，LED发光模块的开始点亮时刻逐渐变快，从而点并亮的时间加长，但是在发光模块(970)的阈值电压以下不发光，从而存在瞬间最小光売度为O的区间。
[0017]〈现有的技术例2>
[0018]图4是在本发明人的专利第10-1110380号中引用的附图。从本发明的观点说明图4的特征。I)将作为负载的现有的LED发光模块(970)分为多个子发光模块[即第I发光模块(10)，第2发光模块(11)和第3发光模块(12)]。此外，2)具备通过根据瞬间电压变更流过负载电流的路径调节点亮的子发光模块的数量的并联开关模块[(第I开关(Sll)和第2开关(S12)]和控制器4。此外，3)利用限流器(CS2)限制负载电流。
[0019]在瞬间电压较低时，将少量的发光模块串联排列来进行驱动。此时，作为负载的发光模块的阈值电压比现有技术I降低，从而在相对较快的电压相位上流过电流，从而从LED发光模块不发光的时间缩短。
[0020]在此，若点亮单个的子发光模块，则在子发光模块的阈值电压以下不发光，因此，仍然没有解决存在瞬间最小光亮度为O的区间的问题。
[0021]在先技术文献
[0022]专利第10-1110380 号，专利第 10-0942234 号
[0023]专利第10-0971757 号，专利第 10-0997050 号
[0024]专利第1-O97M32 号


【发明内容】

[0025]技术问题
[0026]本发明是为了解决现有的问题而做出的，其技术课题是提供一种如下的LED照明装置:减小从LED照明装置放出的瞬间最小光亮度和瞬间最大光亮度之差，以降低瞬间光亮度偏差，从而改善了闪烁器(Flicker)质量。
[0027]技术问题解决方案
[0028]为此，本发明的改良闪烁器的LED照明装置，其特征在于，包括:交流电源，供给第I相交流电压和第2相交流电压；第I整流电路和第2整流电路，将交流电压变换为直流的整流电压；第ILED发光模块和第2LED发光模块，由I个以上的LED构成，作为负载；第I限流器和第2限流器，限制电流量；第ILED照明模块，包括对上述第I相交流电压进行整流的上述第I整流电路、由上述第I整流电路的输出驱动的第ILED发光模块以及限制上述第ILED发光模块电流量的第I限流器；以及第2LED照明模块，包括对上述第2相交流电压进行整流的上述第2整流电路、由上述第2整流电路的输出驱动的第2LED发光模块以及限制上述第2LED发光模块电流量的第2限流器；在供给到上述LED照明模块的一对应的LED照明模块的各交流电压通过零V而开始上升的时刻设定为电压相位O度时，在电压相位10度之前，各LED照明模块开始供给电流而开始发光，各LED照明模块的闪烁器百分比(percent flicker)为 100% ?
[0029]此外，本发明的改良闪烁器的LED照明装置，优选还包括第3LED照明模块，该第3LED照明模块包括:供给第3相交流电压的交流电源；第3整流电路，对上述第3相交流电压进行整流；由上述第3整流电路的输出驱动的第3LED发光模块；以及限制上述第3LED发光模块电流量的第3限流器，在供给到上述LED照明模块的一对应的LED照明模块的各交流电压通过零V而开始上升的时刻设定为电压相位O度时，在电压相位40度之前，各LED照明模块开始供给电流而开始发光，各LED照明模块的闪烁器百分比(percent flicker)为 100%。
[0030]此外，优选上述第ILED发光模块包括2个以上的子LED发光模块串联连接的发光模块，上述第I照明模块还包括调节通过变更电流的流动而点亮的子LED发光模块的数量的第I开关模块(由I个以上的开关构成)和第I控制器(用于控制第I限流器和第I开关模块)；上述第2LED发光模块包括2个以上的子LED发光模块串联连接的发光模块，上述第2照明模块还包括调节通过变更电流的流动而点亮的子LED发光模块的数量的第2开关模块(由I个以上的开关构成)和第2控制器(用于控制第2限流器和第2开关模块)；上述第3LED发光模块包括2个以上的子LED发光模块串联连接的发光模块，上述第3照明模块还包括调节通过变更电流的流动而点亮的子LED发光模块的数量的第3开关模块(由I个以上的开关构成)和第3控制器(用于控制第3限流器和第3开关模块)；在供给到上述LED照明模块的一对应的LED照明模块的各交流电压通过零V而开始上升的时刻设定为电压相位O度时，在电压相位30度之前，各LED照明模块开始供给电流而开始发光；上述第I控制器?第3控制器分别利用与整流电压同相位的正弦波信号(以下称为“正弦波I信号”)控制上述第I限流器?第3限流器。
[0031]此外，优选上述第I控制器?第3控制器根据瞬间整流电压或整流电压相位的其中之一，分别以梯形波方式控制上述第I限流器?第3限流器。
[0032]此外，优选上述第I控制器?第3控制器生成比整流频率低的频率的正弦波信号(以下称为“正弦波2信号”)，并分别控制上述第I限流器?第3限流器，以向负载供给与上述正弦波2信号对应的电流。
[0033]此外，优选上述第ILED发光模块包括2个以上的子LED发光模块串联连接的发光模块，上述第I照明模块还包括调节通过变更电流的流动而点亮的子LED发光模块的数量的第I开关模块(由I个以上的开关构成)和第I控制器(用于控制第I限流器和第I开关模块)；上述第2LED发光模块包括2个以上的子LED发光模块串联连接的发光模块，上述第2照明模块还包括调节通过变更电流的流动而点亮的子LED发光模块的数量的第2开关模块(由I个以上的开关构成)和第2控制器(用于控制第2限流器和第2开关模块)；上述第I控制器和第2控制器分别利用与整流电压同相位的正弦波信号(以下称为“正弦波I信号”)控制上述第I限流器和第2限流器。
[0034]此外，优选上述第I控制器和第2控制器根据瞬间整流电压或整流电压相位的其中之一，分别以梯形波方式控制上述第I限流器和第2限流器。
[0035]此外，优选上述第I控制器和第2控制器生成比整流频率低的频率的正弦波信号(以下称为“正弦波2信号”)，并分别控制上述第I限流器和第2限流器，以向负载供给与上述正弦波2信号对应的电流。
[0036]发明效果
[0037]在不使用开关电源(SMPS:Switching mode power supply)的现有的直流驱动LED照明装置上，闪烁器百分比(以下称为“％F”)为100%，但是本发明的改良闪烁器的发光二极管照明设备能够提供与使用了磁稳定器的荧光灯相同水平或改善的水平(25%?40% )。

【专利附图】

【附图说明】
[0038]图1是示出LED照明装置的图。
[0039]图2是LED发光模块的电流-电压特性曲线。
[0040]图3是LED发光模块电流波形。
[0041]图4是示出另一 LED照明装置的图。
[0042]图5是示出闪烁器计算方法的图。
[0043]图6是在各波形中计算闪烁器的例子。
[0044]图7是模拟了 LED光输出的图表。
[0045]图8是模拟了 LED光输出的另一图表。
[0046]图9是3相电源的整流电压波形图表。
[0047]图10是将3相电源的光亮度按相模拟的波形。
[0048]图11是将3相电源的光亮度按相模拟的另一波形。
[0049]图12是3相电源的光亮度合并的图表。
[0050]图13是计算了 3相电源的闪烁器质量指数的表。
[0051]图14是将2相电源的光亮度按相模拟的波形。
[0052]图15是将2相电源的各相亮度合并的图表。
[0053]图16是将2相电源的光亮度按相模拟的另一波形。
[0054]图15将2相电源的各相亮度合并的图表。
[0055]图18是计算了 2相电源的闪烁器质量指数的表。

【具体实施方式】
[0056]下面，参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。请注意附图中的相同的构成要素尽可能标注了相同的标记。此外，下面说明的本说明书和权利范围中所使用的术语和词汇不应以通常或词典上的意义来限定，应仅解释为符合本发明的技术思想的意思和概念。此外，对于判断为有可能不必要地模糊化本发明的宗旨的已知结构以及功能，省略详细说明。
[0057]本发明的核心概念是，将闪烁器百分比(Percent Flicker,以下称为F”)为100%的LED照明模块配置在三相交流电源的2个相以上，使得整体照明装置的％ F达到与现有的磁荧光灯相同的水平或进一步改善的水平。
[0058]<闪烁器质量指数计算方法>
[0059]下面，利用图5?图6，对计算用于照明的闪烁器质量指数即闪烁器百分比(Percent Flicker,以下称为“％F”)和闪烁器指数(Flicker Index,以下称为“FI”)的方法进行说明。
[0060]图5 弓丨用了北美照明工程学会(Illuminating Engineering Society of NorthAmerica,以下称为 “IESNA〃)发刊的 “IESNA Lighting Handbook, 9th Edit1n” 中刊载的闪烁器计算方法。
[0061]首先，图5中，根据(数学公式I)计算％ F，利用瞬间最大光亮度值和瞬间最小光亮度值来计算。
[0062]% F = (A-B) / (A+B) xl00-----(数学公式 I)
[0063]但是，瞬间最小光亮度值为O时，％ F为100%。
[0064]闪烁器质量指数％ F以0%?100%之间的值来表示，值越小质量越好。％ F是公指的广泛使用的指数，也称作峰值-峰值对比度(Peak-to-Peak Contrast),迈克尔森对比度(Michelson Contrast),调制(Modulat1n)或调制深度(Modulat1n depth)等。
[0065]此外，在图5，另一闪烁器质量指数FI如(数学公式2)所示利用光亮度的面积来计算。
[0066]FI= (Areal)/(Areal+Area2)-----(数学公式 2)
[0067]仔细观察(数学公式2)，分子是平均光亮度值以上的亮度面积，分母是整体光亮度的面积。即，在光亮度分布中，平均以上光亮度面积在整体光亮度中所占的比。FI以O?
1.0之间的值来表示,越低其质量越好。
[0068]图6示出计算了上述闪烁器质量指数％ F和FI的例子。光亮度波形以三角波(81)表现时FI为0.25，以正弦波(82)表现时FI为0.32，以球形波(83)表现时FI为0.50。但是，在这三种情况下都存在瞬间光亮度为O的部分，所以％ F为100%。
[0069]在此，观察％ F和FI之间的关系，则当％ F得到改善时(降低)，平均值增加，因此平均光亮度值以上的光亮度面积(Areal)变小，结果，上述(数学公式2)的分子变小，FI得到改善(降低)。
[0070]<发光量模型:三角波>
[0071]图7是从图3部分摘取的，LED发光模块的发光量和LED发光模块(970)中流过的电流成比例，因此电流波形(951A)和电流波形(952A)可认为是瞬间发光量。
[0072]在为了便于计算，将上述电流波形(951A)作为三角波电流波形51A近似计算时，％ F为100%，没有变动。即，若用三角波模拟发光模块的发光量，则能够快速计算F%。
[0073]但是，FI可预测电流波形(951A)比三角波电流波形51A高(图6中，三角波FI= 0.25,正弦波FI = 0.32)。电流波形(951A)是在图2中，将发光模块(970)的电流-电压特性曲线(950)近似于视为直线模型(951)而得到的电流波形，是计算为供给比实际电流更多的电流的模型。
[0074]综上所述，在发光模块直线模型(951)中，计算出较多的电流，在发光量三角波模型(51A)计算出较小的电流，因此在相互抵消而发光量计算值会与实际情况近似，所以会有利于FI计算。当然，使上述电流波形(952A)尽速三角波电流波形(52A)的情况下也相同。
[0075]图8是图4的电路中的发光模块由4个子发光模块构成，限流器(CS2)，在以正弦波供给负载电流时，不出发光量模型((27L))的一实施例。横轴为整流电压相位，竖轴为发光量。上述发光量是在整流电压相位90度设发光量值为100来标准化的。(以正弦波供给负载电流的方法详细记载在本发明人的专利第10-1110380号中，因此省略说明)。
[0076]在此，仔细观察发光量模型(27L)，则在使I个子发光模块点亮时，瞬间光亮度值为(O)?(8)。在使2个子发光模块点亮时，瞬间光亮度值为(17)?(28)。在使3个子发光模块点亮时，瞬间光亮度值为(43)?￠1)。在使4个子发光模块点亮时瞬间光亮度值为(83)?(100)。
[0077]在此，有光亮度从(8)垂直上升到(17)的部分，这是因负载电流被限流器(CS2)限制成正弦波而虽然电流增加较少，但是使另一个发光模块点亮而增加整体发光量的现象。
[0078]关于3个子发光模块开始点亮时，即从(28)垂直上升到(43)，以及4个开始点亮时，即从(61)垂直上升到(83)的情况，以与前面相同的原理解释就可以，在此省略说明。
[0079]在图8进一步详细说明发光量模型(27L)，则瞬间光亮度从2个发光模块开始点亮之前的(8)增加到2个开始点亮之后的(17)，增加了大约2倍。若简单说明，将用同一电流点亮I个改为点亮2个，使得亮度成为2倍。
[0080]此外，瞬间光亮度从开始点亮3个发光模块之前的(28)增加到开始点亮3个之后的(43)，大概增加了 3/2。若简单说明，则将用同一电流点亮2个发光模块改为点亮3个，亮度成为3/2倍。
[0081]此外，瞬间光亮度从开始点亮3个发光模块之前的61增加到开始点亮4个之后的(83)，大概增加了 4/3。若简单说明，则将用同一电流点亮3个发光模块改为点亮4个，亮度成为4/3倍。
[0082]如以上说明可知，理论上发光量模型(27L)设定得较好。
[0083]图8中可知，在整流电压相位O度附近，发光量模型(27L)和三角波模型(28L)几乎一致。为了便于计算，将上述发光量模型(27L)近似为三角波模型(28L)计算，则％ F为100%，几乎没有变动。因此，若用三角波模拟发光模块的发光量，则能够快速计算F%。
[0084]此外，即时在图8中电流不是以正弦波形式增加[即，(17)?(28)区间，(43)?
(61)区间，(83)?(100)区间]，而是以梯形波形式增加，当然也可以基于发光量三角波模型的％ F和FI进行计算。
[0085]以上，照明装置的质量指数％ F和FI对用三角波模拟发光量来计算的方法进行了说明。
[0086]% F是以瞬间最大光亮度值和瞬间最小光亮度值进行计算的，所以虽然发光量模型稍微不正确，整体倾向没有大变化。此外，当值得到改善时(减小)(即平均值变大)，则FI自动得到改善(减小)。下面，以％ F为中心进行说明。
[0087]<第I实施例:3相交流电源>
[0088]本发明的第I实施例是在三相电源的各相上分别具备LED照明装置(表示图1或图4电路全体，下面，将设在三相电源的各相上的LED照明装置称作“LED照明模块”)的情况下计算％ F和FI的具体的一实施例。
[0089]第I实施例上使用的电路结构，包括:供给第I相交流电压的交流电源；由上述第I相交流电压驱动的第I照明模块；提供第2相交流电压的交流电源；由上述第2相交流电压驱动的第2照明模块；供给第3相交流电压的交流电源；由上述第3相交流电压驱动的第3照明模块。
[0090]具体来说，上述第I照明模块包括:对上述第I相交流电压进行整流的第I整流电路；第ILED发光模块，由上述第I整流电路的输出驱动的I个以上的LED构成；第I电流源，调节供给到上述第ILED发光模块的电流量(以下称为“第I限流器”)。
[0091]此外，具体来说，上述第2照明模块包括:第2整流电路，对上述第2相交流电压进行整流；第2LED发光模块，由上述第2整流电路的输出驱动的I个以上的LED构成；第2电流源，对供给到上述第2LED发光模块的电流量进行调节(以下称为“第2限流器”)。
[0092]此外，具体来说，上述第3照明模块包括:第3整流电路，对上述第3相交流电压进行整流；第3LED发光模块，由上述第3整流电路的输出驱动的I个以上的LED构成；第3电流源，对供给到上述第3LED发光模块的电流量进行调节(以下称为“第3限流器”)。
[0093]在此，上述第ILED发光模块?第3LED发光模块可由串联连接的多个子发光模块构成。此外，还可以在各LED照明模块中包括开关模块，该开关模块(I个以上的开关构成)通过变更各子发光模块中流过的电流流动来调节点亮的子发光模块的数量。此时，各优选照明模块包括用于控制上述开关模块的控制器。
[0094]优选上述各照明模块控制器，以在被供给一个周期的整流电压时，在低的瞬间整流电压下流过较低的负载电流，在较高的瞬间整流电压下流过较大的负载电流的方式控制各限流器来改善功率因素。
[0095]此时，优选上述各照明模块控制器控制各限流器以根据瞬间整流电压向负载供给梯形波电流。
[0096]此外，优选上述各照明模块控制器控制各限流器根据整流电压相位向负载供给梯形波电流。
[0097]此外，如本发明人的专利第10-1110380中说明，优选上述各照明模块控制器还包括生成与各照明模块整流电压和同相位的正弦波信号(以下称为“正弦波I信号”)的功能，控制各限流器以向负载供给与上述正弦波I信号对应的电流(以下称为“正弦波I电流”)。
[0098]此时，上述各照明模块控制器生成与整流电压同相位的正弦波I信号是因为:在各照明模块交流电源供给的交流电流为与交流电压相同的相位，其形态为正弦波，因此希望改善功率因素。此外，当然，在负载中流过的负载电流是对上述交流电流进行了整流之后的电流。
[0099]此外，上述各照明模块控制器控制各照明模块限流器生成比整流频率(交流电源频率的2倍频率)低的频率的正弦波信号(以下称为“正弦波2信号”)，将与上述正弦波2信号对应的电流(以下称为“正弦波2电流")供给到负载。在此，优选在各整流电压相位90度，出现上述正弦波2信号的最大瞬间电压。
[0100]通过上述结构，电源电流高谐波含有率相对于正弦波I电流变高，但是能够提供更亮的LED照明装置。例如，韩国将低功率(例如25瓦以下)的LED照明装置的电源电流高谐波含有率规定为30%以下。但是，根据正弦波1，对于一般电阻负载，电源电流高谐波含有率理论上为0%，对于LED照明装置则理论上为1%以下。因此，优选提供一种虽然电源电流高谐波含有率稍微增加(规定值30%以下)而功率因素稍微降低但改善了亮度的LED照明装置。
[0101]此时，优选控制各照明模块限流器来根据上述正弦波2信号向负载供给梯形波电流。
[0102]如以上说明，存在多重向负载供给电流的方法，且这些不是本发明的宗旨，所以为了避免反复说明，在向负载供给正弦波I电流时，以用三角波模拟了发光量的例子为例进行说明。
[0103]优选上述第ILED发光模块?第3LED发光模块由I个以上的LED构成，也可以由多个LED串联或并联或串/并联排列构成。上述发光模块可由公知技术构成，因此在本说明书中省略具体技术，以简化说明。
[0104]以在瞬间整流电压上串联连接适当数量的LED发光模块的方式控制开关模块的方法，将基于根据瞬间整流电压的梯形波电流供给到负载的方法，将基于瞬间整流电压相位的梯形波电流供给到负载的方法以及向负载供给正弦波I电流的方法，可由以本发明人的专利第10-1110380号和专利10-1043533号为代表的公知技术来构成，所以在本说明书中省略具体技术以简化说明。
[0105]下面，利用图9和图10来说明本发明的第I实施例。
[0106]首先，对三相交流电压进行整流的整流电压如图9所示。即，从电压相位O开始的第I相整流电压(301)在电压相位90度出现瞬间最大整流电压。从电压相位120度开始的第2相整流电压(302)，在电压相位30度出现瞬间最大整流电压。此外，电压相位240度开始的第3整流电压303在150度出现瞬间最大整流电压。即，在电压相位30度，90度和150度出现各相的瞬间最大整流电压。
[0107]下面，参考图10，利用三角波模型说明V0F为100%的边界条件(开始发光相位)。
[0108]首先，对第I照明模块的发光量三角波模型(311)进行说明。第I相整流电压(301)从电压相位O度开始并在电压相位90度成为最大值。但是，发光量三角波模型(311)在电压相位O度?电压相位60度范围内发光量为O。在电压相位60度开始发光，并且在出现第I相整流电压(301)的最大瞬间整流电压的电压相位90度，发光量线性增加而成为最大。此外，在电压相位90度之后，在相反符号的相同斜坡处发光量减小。此外，发光量成为O时，在开始下一整流电压周期之前维持O状态。若简单说明，发光量三角波模型(311)是“比第I相整流电压(301)相位晚60度开始发光，在瞬间最大整流电压下发光量成为最大，比整流电压相位快60度结束发光、％ F为100%”的模型。
[0109]第2LED照明模块的发光量三角波模型(312)和第3LED照明模块的发光量模型313是以与第I照明模块的发光量三角波模型(311)相同原理实施的，在此省略说明。
[0110]在此，若将上述发光量三角波模型(311)?发光量三角波模型(313)的瞬间发光量全部相加后计算％ F和？1，则％ FS 100%，FI为0.253。S卩，可知为了改善(减少)％F，需要在各相的整流电压相位60度之前开始发光。
[0111]下面，对利用三角波模型改善了 ％ F的一例进行说明。
[0112]在图11，发光量三角波模型(321)是“比第I相整流电压(301)相位晚45度开始发光，在瞬间最大整流电压下发光量成为最大，比整流电压相位早45度结束发光、％F为100%”的模型。
[0113]第2照明模块的发光量三角波模型(322)和第3照明模块的发光量三角波模型(323)是与第I照明模块的发光量三角波模型(311)相同的原理实施的，在此省略说明。
[0114]在图12，瞬间光平均波形(320)是将上述发光量三角波模型(321)?发光量三角波模型(323)的瞬间发光量全部相加后取平均的波形。若用上述瞬间光平均波形(320)计算％?和？1，则，FI成为0.063。此外，直线波形(325a)示出了电压相位O度?180度之间的平均发光量。
[0115]以上利用图11和图12，说明了将在单相电源中％ FS 100%的LED照明模块用于三相电源时％ F改善为20%的一例。
[0116]图13是利用应用于图10?图12的原理将开始发光相位计算为多种值的结果的图。在此，行(Ang3)为在各相的照明模块开始发光的电压相位，在行Flicker)计算了 ％ F，在行(Flicker Index)计算了 FI 的结果。
[0117]在此，观察几个数值可知，开始发光相位为45时，％ F为20%，40度时为
11.1%，35度时为4.8%。尤其是，在开始发光相位30度时％ F和FI成为O。此外，开始发光相位越是比30度早，％ F更差，电压相位5度％ F成为10.2%。
[0118]考虑在本发明中实用的发光量模型的准确度和LED之间的亮度偏差，为了实现％F成为11.1 %以下，优选在整流电压相位40度之前开始发光。此外，若在整流电压相位30度开始发光，则％ F成为O %，所以优选在整流电压相位30度之前开始发光。
[0119]以上，举出在向负载供给正弦波I电流时用三角波模拟了发光量的例子进行了说明。基于瞬间整流电压的梯形波电流，基于整流电压相位的梯形波电流和将正弦波2电流供给到负载时也将发光量近似地以三角波模型模拟来计算％ F，也属于本发明的思想。
[0120]〈第2实施例:2相〉
[0121]本发明的第2实施例是在三相电源的2个相上分别具备LED照明装置(表示图1或图4电路全体，下面将在三相电源中设在各相上的LED照明装置称为“LED照明模块”)时计算％ F和FI的具体的实施例。
[0122]用于第2实施例的电路结构，包括:供给第I相交流电压的交流电源；由上述第I相交流电压驱动的第I照明模块；提供第2相交流电压交流电源；由上述第2相交流电压驱动的第2照明模块。
[0123]具体说明上述第I照明模块，第ILED照明模块包括:对上述第I相交流电压进行整流的第I整流电路；第ILED发光模块，由上述第I整流电路的输出驱动的I个以上的LED构成；第I电流源，调节供给到上述第ILED发光模块的电流量(以下也称为“第I限流器”)。
[0124]此外，具体说明上述第2照明模块，第2LED照明模块包括:第2整流电路，对上述第2相交流电压进行整流；第2LED发光模块，由上述第2整流电路的输出驱动的I个以上的LED构成；第2电流源，对供给到上述第2LED发光模块的电流量进行调节(以下也称为“第2限流器”)。
[0125]在此，上述第ILED发光模块?第2LED发光模块可由串联连接的多个子发光模块构成。此外，也可以在各LED照明模块包括开关模块，该开关模块(由I个以上的开关构成)调节通过变更电流流动而点亮的子LED发光模块的数量。此时，各照明模块优选包括控制上述开关模块的控制器。
[0126]上述各照明模块控制器优选控制各照明模块限流器，以在供给一周期的整流电压时，在低的瞬间整流电压下流过较少的负载电流，在较高的瞬间整流电压下流过较大的负载电流。
[0127]此时，上述各照明模块控制器控制各照明模块限流器，以根据瞬间整流电压向负载供给梯形波电流。
[0128]此外，上述各照明模块控制器控制各照明模块限流器，以根据整流电压相位向负载供给梯形波电流。
[0129]此外，如在本发明人的专利第10-1110380号中说明，上述各照明模块控制器包括生成与各照明模块整流电压同相位的正弦波信号(以下称为“正弦波I信号”)的功能，控制各照明模块限流器以向负载供给对应于上述正弦波I信号的电流(以下称为“正弦波I电流”)。
[0130]此时，上述各照明模块控制器生成与整流电压同相位的正弦波I信号是为了:在从各照明模块交流电源供给的交流电流具有与交流电压相同的相位，其为正弦波形式，改善功率因素。此外，在负载中流过的负载电流当然是对上述交流电流进行整流后的电流。
[0131]此外，上述各照明模块控制器优选控制各照明模块限流器，以生成比整流频率(交流电源频率的2倍频率)低频率的正弦波信号(以下称为“正弦波2信号”)，将与上述正弦波2信号对应的电流(以下称为“正弦波2电流“)供给到负载。在此，优选在各整流电压相位90度出现上述正弦波2信号的最大瞬间电压。
[0132]根据上述结构，虽然电源电流高谐波含有率相对于正弦波I电流高，但是能够提供更亮的LED照明装置。例如，韩国将低功率(例如25瓦以下)的LED照明装置的电源电流高谐波含有率规定为30%以下。但是，根据正弦波1，对于一般电阻负载，电源电流高谐波含有率理论上为0%，对于LED照明装置则理论上为1%以下。因此，优选提供一种虽然电源电流高谐波含有率稍微增加(规定值30%以下)而功率因素稍微降低但改善了亮度的LED照明装置。
[0133]此时，优选控制各照明模块限流器，以根据上述正弦波2信号向负载供给电流。
[0134]如以上说明，存在多重向负载供给电流的方法，且这些不是本发明的宗旨，所以为了避免反复说明，在向负载供给正弦波I电流时，以用三角波模拟了发光量的例子为例进行说明。
[0135]优选上述第ILED发光模块、第2LED发光模块由I个以上的LED构成，也可以由多个LED串联或并联或串/并联排列构成。上述发光模块可由公知技术构成，因此在本说明书中省略具体技术，以简化说明。
[0136]以在瞬间整流电压上串联连接适当数量的LED发光模块的方式控制开关模块的方法，将基于根据瞬间整流电压的梯形波电流供给到负载的方法，将基于瞬间整流电压相位的梯形波电流供给到负载的方法以及向负载供给正弦波I电流的方法，可由以本发明人的专利第10-1110380号和专利10-1043533号为代表的公知技术来构成，所以在本说明书中省略具体技术以简化说明。
[0137]下面，利用图9和图14说明本发明的第2实施例。
[0138]首先，参考图14，利用三角波模型说明％ F为100%的边界条件(开始发光相位)。
[0139]对应用于第I照明模块的发光量三角波模型(201)进行说明。第I相整流电压(301)从电压相位O度开始在电压相位90度成为最大值。但是，发光量三角波模型(201)线性增加，在电压相位O度?电压相位30度发光量为0，在电压相位30度开始发光，在出现上述第I相整流电压(301)的瞬间最大整流电压的电压相位90度发光量成为最大。另夕卜，在电压相位90度之后，在相反符号的相同斜坡处发光量减少。然后，在发光量成为0，在开始下一整流电压周期之前维持O状态。
[0140]若简单说明，发光量三角波模型(201)是“比第I相整流电压(301)相位晚30度开始发光，在瞬间最大整流电压下发光量成为最大，比整流电压相位快30度结束发光、％F为100% 〃的模型。
[0141]适用于第2照明模块的发光量三角波模型(202)是以与放出量模型(201)相同的原理实现的，在此省略说明。
[0142]图15中瞬间光平均波形(200)是将上述发光量三角波模型(201)?发光量三角波模型(202)的瞬间发光量全部相加取平均的波形。若用上述瞬间光平均波形(200)计算％?和？1，则％?成为100%，FI成为0.222。此外，直线波形(205a)示出整流电压相位O度?180度之间的平均发光量。
[0143]在此可知为了改善％ F，需要在各相的整流电压相位30度之前开始发光。
[0144]下面，说明利用三角波模型改善％ F的一实施例。
[0145]在图16，发光量三角波模型(211)是“比第I相整流电压(301)相位晚10度发光，在瞬间最大整流电压下发光量策划能够为最大，比整流电压相位快10度结束发光、％F为100%”的模型。
[0146]第2照明模块的发光量三角波模型(212)是以与第I照明模块的发光量三角波模型(311)相同的原理实现的，在此省略说明。
[0147]在图17，瞬间光平均波形(210)是将上述发光量三角波模型(211)和发光量三角波模型(212)的瞬间发光量相加后取平均的波形。若用上述瞬间光平均波形(210)计算％F和FI，则％ FS 42.9%，FI成为0.168。此外，直线波形(215a)示出整流电压相位O度?180度之间的平均发光量。
[0148]以上，利用图16和图17，说明了将在单相电源下％ F为100%的LED照明模块分别适用于以上电源时％ F改善为42.9%的一例。
[0149]图18是示出利用图14?图16中适用的原理来计算开始发光相位的多种值的结果的表。在此，行(Ang2)为在各相的照明模块开始发光的电压相位，在行Flicker)计算了 ％ F，在行(Flicker Index)计算了 FI的结果。
[0150]在此，观察几个数值可知，开始发光相位为20时，％ F为60%，15度时为50%，10度时为42.9%。此外，5度时为37.5%。
[0151 ] 考虑到采用磁稳定器的荧光灯的％ F为25%?40%之间，优选在整流电压相位10度之前开始发光。
[0152]以上，举出在向负载供给正弦波电流时用三角波模拟了发光量的例子进行了说明。基于瞬间整流电压的阶梯波电流，基于整流电压相位的梯形波电流和将正弦波2电流供给到负载时也将发光量近似地以三角波模型模拟来计算％ F，也属于本发明的思想。
[0153]以上，说明了本发明的优选实施例，但是这些仅仅是示例性的，应该了解本【技术领域】的普通技术人员能够据此做出各种变形的实施例。因此，在本说明书和附图中公开的本发明的实施例仅是为了易于说明本发明的技术内容，帮助理解本发明的特定例子，并不以此限定本发明的范围。
[0154]工业实用性
[0155]在作为新型成长产业的LED照明产业中，驱动LED的电源专职大体有2种。第一，供给DC电源的AC-DC变换方式的光质量指数的闪烁器百分比为40%以下，较优秀。但是，在高功率LED灯中，由于需要功率因素改善电路灯另外的电路，所以价格昂贵，在低价的低功率LED灯中，则一般的电器质量指数的功率因素交叉。并且，由于实用放入液体的电解电容器，所以LED灯的寿命受到电源装置的寿命限制。
[0156]第二，采用交流的交流驱动方式，不需要另外的功率因素改善电路，避开了比AC-DC变换器方式有价格竞争力。但是，光质量指数的闪烁器百分比为100%，光质量较差。
[0157]基于本发明的交流驱动方式，由于作为目前新兴成长型产业LED照明产业的核心构成品不需要另外的功率因素改善电路，且提供优秀的光品质(闪烁器百分比为40%以下)，所以具有价格竞争率，产业上的可利用性非常高。
【权利要求】
1.一种改良闪烁器的LED照明装置，其特征在于，包括: 交流电源，供给第I相交流电压和第2相交流电压； 第I整流电路和第2整流电路，将交流电压变换为直流的整流电压； 第ILED发光模块和第2LED发光模块，分别由I个以上的LED构成，作为负载； 第I限流器和第2限流器，分别限制电流量； 第ILED照明模块，包括对上述第I相交流电压进行整流的上述第I整流电路、由上述第I整流电路的输出驱动的第ILED发光模块以及限制上述第ILED发光模块的电流量的第I限流器；以及 第2LED照明模块，包括对上述第2相交流电压进行整流的上述第2整流电路、由上述第2整流电路的输出驱动的第2LED发光模块以及限制上述第2LED发光模块的电流量的第2限流器； 在供给到上述LED照明模块的一对应的LED照明模块的各交流电压通过零V而开始上升的时刻设定为电压相位O度时，在电压相位10度之前，各LED照明模块开始供给电流而开始发光，各LED照明模块的闪烁器百分比(percent flicker)为100%。
2.根据权利要求1所述的改良闪烁器的LED照明装置，其特征在于， 还包括第3LED照明模块，该第3LED照明模块包括: 供给第3相交流电压的交流电源； 第3整流电路，对上述第3相交流电压进行整流； 由上述第3整流电路的输出驱动的第3LED发光模块；以及 限制上述第3LED发光模块的电流量的第3限流器， 在供给到上述ED照明模块的一对应的LED照明模块的各交流电压通过零V而开始上升的时刻设定为电压相位O度时，在电压相位40度之前，各LED照明模块开始供给电流而开始发光，各LED照明模块的闪烁器百分比(percent flicker)为100%。
3.根据权利要求2所述的改良闪烁器的LED照明装置，其特征在于， 上述第ILED发光模块包括2个以上的子LED发光模块串联连接的发光模块，上述第I照明模块还包括第I开关模块(由I个以上的开关构成)和第I控制器(用于控制第I限流器和第I开关模块)，该第I开关模块调节通过变更电流的流动而点亮的子LED发光模块的数量； 上述第2LED发光模块包括2个以上的子LED发光模块串联连接的发光模块，上述第2照明模块还包括第2开关模块(由I个以上的开关构成)和第2控制器(用于控制第2限流器和第2开关模块)，该第2开关模块调节通过变更电流的流动而点亮的子LED发光模块的数量； 上述第3LED发光模块包括2个以上的子LED发光模块串联连接的发光模块，上述第3照明模块还包括第3开关模块(由I个以上的开关构成)和第3控制器(用于控制第3限流器和第3开关模块)，该第3开关模块调节通过变更电流的流动而点亮的子LED发光模块的数量； 在供给到上述LED照明模块的一对应的LED照明模块的各交流电压通过零V而开始上升的时刻设定为电压相位O度时，在电压相位30度之前，各LED照明模块开始供给电流而开始发光； 上述第I控制器?第3控制器分别利用与整流电压同相位的正弦波信号(以下称为“正弦波I信号”)控制上述第I限流器?第3限流器。
4.根据权利要求3所述的改良闪烁器的LED照明装置，其特征在于， 上述第I控制器?第3控制器根据瞬间整流电压或整流电压相位的其中之一，分别以梯形波方式控制上述第I限流器?第3限流器。
5.根据权利要求3所述的改良闪烁器的LED照明装置，其特征在于， 上述第I控制器?第3控制器生成比整流频率低的频率的正弦波信号(以下称为“正弦波2信号”)，并分别控制上述第I限流器?第3限流器，以向负载供给与上述正弦波2信号对应的电流。
6.根据权利要求1所述的改良闪烁器的LED照明装置，其特征在于， 上述第ILED发光模块包括2个以上的子LED发光模块串联连接的发光模块，上述第I照明模块还包括第I开关模块(由I个以上的开关构成)和第I控制器(用于控制第I限流器和第I开关模块)，该第I开关模块调节通过变更电流的流动而点亮的子LED发光模块的数量； 上述第2LED发光模块包括2个以上的子LED发光模块串联连接的发光模块，上述第2照明模块还包括第2开关模块(由I个以上的开关构成)和第2控制器(用于控制第2限流器和第2开关模块)，该第2开关模块调节通过变更电流的流动而点亮的子LED发光模块的数量； 上述第I控制器和第2控制器分别利用与整流电压同相位的正弦波信号(以下称为“正弦波I信号”)控制上述第I限流器和第2限流器。
7.根据权利要求6所述的改良闪烁器的LED照明装置，其特征在于， 上述第I控制器和第2控制器根据瞬间整流电压或整流电压相位的其中之一，分别以梯形波方式控制上述第I限流器和第2限流器。
8.根据权利要求6所述的改良闪烁器的LED照明装置，其特征在于， 上述第I控制器和第2控制器生成比整流频率低的频率的正弦波信号(以下称为“正弦波2信号”)，并分别控制上述第I限流器和第2限流器，以向负载供给与上述正弦波2信号对应的电流。
【文档编号】H05B37/02GK104137655SQ201380010819
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2013年1月31日 优先权日:2012年3月1日
【发明者】李东源 申请人:李东源