发光二极管驱动装置及发光二极管的点亮控制方法

专利名称：发光二极管驱动装置及发光二极管的点亮控制方法
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及发光二极管的点亮控制方法，特别涉及使用交流电源进行驱动的发光二极管驱动装置及发光二极管的点亮控制方法。
背景技术：
近年来，作为照明用的光源，与白炽灯泡或荧光灯相比能够以低耗电进行驱动的发光二极管(以下也称为“LED”。)受到瞩目。LED的优点在于小型且耐冲击性强，不必担心灯体破裂。作为这种的照明设备用的电源，希望采用家庭用电源等的交流作为电源。另一方面，LED是直流驱动元件，仅在正向的电流下发光。此外，作为照明用途当前大多采用的LED 的正向电压Vf为3. 5V左右。LED具有如下特性如果达不到Vf则不发光，相反若超过Vf 则流过过度的电流。因此，对于LED而言可以说基于直流的驱动更为合适。为了应对这种相反的条件，提出了各种采用交流电源的LED的驱动电路。例如，在图8所示的驱动电路中，用桥电路72对交流电源71进行全波整流，由平滑电容器73进行平滑之后，以恒定电流电路或开关电源电路等的驱动电路74来驱动LED组75。在该电路中， 由于对平滑用的平滑电容器73有高耐压、高电容的特性要求，因此需要铝电解电容器等大型的元件。此外，一般电解电容器在周围温度较高的情况下存在寿命短的问题。再有，对于开关电源中用到的线圈也同样存在大型化和高温下的性能劣化的问题。另一方面，在开关电源电路中，由于高速开关大电流，容易产生噪声，因此还需要噪声对策。这样，在现有的驱动电路中存在如下问题需要确保使用本来应该适合于小型化的LED的驱动电路中的元件的配置空间，需要用于减少温度影响的构造，还需要噪声对策。针对这种问题提出了如下的方法，为了提高与LED之间的兼容性，不进行由桥电路整流之后的电压波形的平滑化，而是以恒定电流电路等进行驱动。图9中示出了这种的电路例子。该图所示的驱动电路与图8相同，在用桥电路82对交流电源81进行全波整流之后，不进行平滑化，而是通过由晶体管和电阻构成的恒定电流电路84来驱动LED组85。 恒定电流电路84由反馈电阻86、电流检测晶体管87、电流控制晶体管88、电流检测电阻89 构成。由于该电路是由半导体元件构成，因此可以说与相同的半导体元件即LED之间的动作温度范围是共通的，适合于小型化。但是，在不进行平滑化而驱动LED时，其电压波形成为图10所示那样，其电压值周期性变化而非恒定值。另一方面，由于各LED如图9所示那样彼此串联连接，因此只要施加电压没有超过LED的正向电压Vf的合计值，LED就不会点亮。因此，在图10所示这种的时间变化的电压波形中，存在LED点亮的时间受限，从而LED的利用效率下降的问题。在此， 所谓LED的利用效率由(LED有效耗电)/(直流额定电流驱动时的LED耗电)来表示。特别地，在为了保护LED而与LED串联地插入限流电阻的电路中，相对于电源电压波动，LED的电力也会有很大波动，有时还会超过LED额定电流，因此，需要预先将电流设定得较小。因此，在该情况下一般构成恒定电流电路来进行驱动。若针对此时的问题进行详细叙述，例如日本的商用电源的100V是有效值，全波整流之后的最大电压为141V。在将 LED连接于该电源，用恒定电流电路进行驱动的情况下，如果仅连接一个Vf = 3. 5V的LED， 并采用恒定电流电路进行驱动，则在电源电压超过3. 5V的范围中LED处于ON，LED利用效率变高。但是，在图11的电压波形中如阴影所示那样，电力的大部分作为热量被消耗，而没有被用于发光，其结果电源效率大大降低。另一方面，还考虑增加LED的连接数量，使得多个LED串联连接，从而正向电压Vf 的合计值接近于141V。此时，如果想要确保电源效率为90%左右，则需要Vf的合计值为 120V左右。但是，在该设计中在电源电压超过120V的范围内LED将将变为0N，而在其以下 LED不会点亮，其结果在图11中仅在虚线所示的范围内点亮，作为ON占空比为35%左右。 因此，LED利用效率也为35%左右，功率因数为77%左右。这样，如果为了提高LED利用效率而降低Vf，则被热量消耗的无用功会增加，相反若为了改善电源效率而提高Vf，则LED的 ON占空比变短，LED利用效率恶化，存在这种矛盾的问题。再者，提出了按照根据变化的电压值来改变Vf的合计值的方式切换LED的方法 (专利文献I)。在该方法中，如图12的电路图所示，将多级串联连接的LED分为块61、62、 63、64、65、66，通过由微型计算机构成的开关控制部67根据整流波形的输入电压的电压值来切换LED块61 66的连接，从而阶段性地改变Vf的合计值。其结果，如图13的时序图所示的电压波形那样，相对于整流波形能够以多个方形波来点亮LED，因此与图11这种的仅单一方形波下的ON占空比相比，能够改善LED的利用效率。但是，在该方法中，基于检测输入波形的电压值而得到的结果，为了并列地切换各LED块而使用微型计算机，能够进行高精度的控制，但相反电路构成变得昂贵，无法面向廉价的照明装置。再有，还提出了如图14的电路图所示那样不使用微型计算机而由齐纳二极管和电阻来检测电压的结构。该图所示的电路基于被齐纳二极管94和电阻95分压之后的电压值，根据整流波形的输入电压的电压值来切换LED块91、92、93的连接，阶段性地改变Vf的合计值，其结果如图15的电压波形所示那样，相对于整流波形能够以多个方形波点亮LED。 较之图12的电路构成，该结构的优点在于能够以廉价的方式构成。但是，在上述的任意方法中，由于是根据整流之后的输入电压来切换LED块之间的点亮的结构，因此需要正确地使该切换电压值与各级的LED块的Vf值(设定电流时)相一致。然而，LED元件一般会存在特性偏差，Vf和温度特性对于每个元件有所不同，因此现实中这种正确的调整极为困难。特别是如图13所示，由于各LED块需要将多个LED元件彼此串联连接，因此各元件的Vf的偏差逐级相加的结果，LED块整体的Vf电压值的偏差会变得更大。另一方面，也考虑到仅使用为了抑制偏差而预先选出的LED元件，但是在该情况下 LED元件的成本上升，并且成品率也恶化。特别在照明装置中使用多个LED元件，另一方面为了普及LED照明装置强烈要求削减成本，因此这样的选择是不现实的。因此，各LED块的Vf偏离希望值的结果，若Vf值变得高于切换电压值，则刚切换之后没有电流流过，无法使LED点亮，带来噪声的发生和功率因数下降。相反，当LED的Vf 变得低于切换电压值时，其相应的电力被恒定电流电路无端地消耗。因此，根据LED元件的偏差来实现希望的动作是较为困难的，其结果会产生点亮切换的延迟、效率的下降，在现实中在LED点亮品质及可靠性方面难以实现。
再有，在上述方法中尽管通过LED块的切换能够以多个方形波使LED处于0N，但是如图15的斜线所示那样残留未被消耗的电力，因此存在效率依然欠佳的缺点。特别在电压最高的区域中，存在无法有效利用本来能使LED进行最亮的发光的区域的问题。

发明内容
本发明是鉴于这种背景提出的，其主要目的在于提供一种发光二极管驱动装置及发光二极管的点亮控制方法，能够维持较高的电源效率，同时改善LED利用效率及功率因数，此外可吸收所使用的每个LED元件的正向电压Vf和温度特性的偏差，能够稳定地进行动作。用于解决技术问题的方法和发明效果为了实现以上的目的，根据第I侧面所涉及的发光二极管驱动装置，其具备整流电路2，其能与交流电源连接，用于获得对该交流电源的交流电压进行整流之后的脉动电压；与所述整流电路2的输出侧依次串联连接、由多个发光二极管构成的第一 LED块11、由多个发光二极管构成的第二 LED块12、由多个发光二极管构成的第三LED块13 ;第一切换单元，其基于所述第一 LED块11的通电量，来切换使所述第二 LED块12成为旁路的第一旁路路径BPl的0N/0FF ;和第二切换单元，其基于所述第一 LED块11及所述第二 LED块12的通电量，来切换使所述第三LED块13成为旁路的第二旁路路径BP2的0N/0FF。由此，因为能够基于对LED块的通电量来切换对各LED块的通电量，因此与脉动电压的变化无关能够有效地利用电力，从而提高LED利用效率及功率因数。此外，根据第2侧面所涉及的发光二极管驱动装置，所述第一切换单元具有第一电流控制单元21，其与所述第二 LED块12并联连接，用于限制对所述第一 LED块11的通电量；第一电流检测控制单元31，其用于控制由所述第一电流控制单元21对所述第一 LED块 11的通电限制量；和第一电流检测单元4B，其与所述第一 LED块11串联连接，检测所述第一 LED块11的通电量，所述第二切换单元具有第二电流控制单元22，其与所述第三LED块 13并联连接，用于限制对所述第一 LED块11及所述第二 LED块12的通电量；第二电流检测控制单元32，其用于控制由所述第二电流控制单元22对所述第一 LED块11及第二 LED 块12的通电限制量；和第二电流检测单元4C，其与所述第二 LED块12串联连接，检测所述第二 LED块12的通电量。由此，通过电流控制单元及电流检测控制单元能够切换对LED块的通电量、即点亮/熄灭，因此，能够与脉动电压的变化无关地有效利用电力，从而提高LED 利用效率及功率因数。再有，根据第3侧面所涉及的发光二极管驱动装置，使所述第一电流检测单元4B 和第二电流检测单元4C共用。由此，因为第一、第二电流检测控制单元基于共同的通电量分别控制对LED块或电流控制单元的通电量，所以不需要单独设置专用的电流检测单元， 能够简化电路构成。此外，根据第4侧面所涉及的发光二极管驱动装置，其具备整流电路2，其能与交流电源连接，用于获得对该交流电源的交流电压整流之后的脉动电压；第一 LED块11，其由与所述整流电路2的输出侧串联连接的多个发光二极管构成；第二 LED块12，其由与所述第一 LED块11串联连接的多个发光二极管构成；第三LED块13，其由与所述第二 LED块12串联连接的多个发光二极管构成；限流单元3，其与所述第三LED块13串联连接；第一电流控制单元21，其与所述第二 LED块12并联连接，用于限制对所述第一 LED块11的通电量； 第二电流控制单元22，其与所述第三LED块13并联连接，用于限制对所述第一 LED块11及所述第二 LED块12的通电量；第三电流控制单元23，其与所述限流单元3并联连接，用于限制对所述第一 LED块11、第二 LED块12及所述第三LED块13的通电量；第一电流检测控制单元31，其用于控制由所述第一电流控制单元21对所述第一 LED块11的通电限制量； 第二电流检测控制单元32，其用于控制由所述第二电流控制单元22对所述第一 LED块11 及第二 LED块12的通电限制量；和第三电流检测控制单元33，其用于控制由所述第三电流控制单元23对所述第一 LED块11、第二 LED块12及第三LED块13的通电限制量。由此， 因为基于对LED块的通电量来切换对各LED块的通电量、即点亮/熄灭，所以能够与脉动电压的变化无关地有效利用电力，从而可提高LED利用效率及功率因数。此外，由于通过电流控制来控制LED的点亮，因此能够实现不依赖于每个LED元件的正向电压Vf和温度特性的偏差的最合适的动作。再有，不需要复杂的控制能够简化电路构成，可获得廉价且可靠性高的LED驱动装置。此外，还可获得抑制噪声产生的效果。此外，根据第5侧面所涉及的发光二极管驱动装置，能够设定为由所述第一电流控制单元21对所述第一 LED块11的通电限制量小于由所述第二电流控制单元22对所述第
一LED块11及第二 LED块12的通电限制量，由所述第二电流控制单元22对所述第一 LED 块11及第二 LED块12的通电限制量小于由所述第三电流控制单元23对所述第一 LED块 11、第二 LED块12及第三LED块13的通电限制量。由此，在第一 LED块变为ON之后，将第
二LED块先切换至0N，然后将第三LED块切换至0N，能够按照该顺序依次转换LED块的点亮。此外，对于LED块中流过的电流值而言，由于点亮时间越长的LED块则将其电流值抑制得越低，因此能够抑制发热量，从而改善发光二极管元件的寿命特性。此外，根据第6侧面所涉及的发光二极管驱动装置，所述发光二极管驱动装置还具备在所述限流单元3与地线之间连接的电流检测单元4，所述第一电流检测控制单元31、 第二电流检测控制单元32、第三电流检测控制单元33基于所述电流检测单元4的通电量， 分别限制对所述第一 LED块11、第二 LED块12、第三LED块13的通电量。由此，因为各电流检测控制单元基于共同的通电量分别控制对LED块或电流控制单元的通电量，所以不需要单独设置专用的电流检测单元，能够简化电路构成。再有，根据第7侧面所涉及的发光二极管驱动装置，还具备在所述整流电路的输出侧与地线之间连接的电容器。由此，能够避免在脉动电压较低的区域中发光二极管全部熄灭的所谓的频闪现象。此外，根据第8侧面所涉及的发光二极管的点亮控制方法，其包括获得对交流电源进行整流之后的脉动电压；将该脉动电压施加于相互串联连接的、将多个发光二极管彼此串联连接的第一 LED块、第二 LED块、第三LED块；能够切换与所述第二 LED块并联连接从而使该第二 LED块成为旁路的第一旁路路径的0N/0FF的第一电流控制单元，基于所述第一 LED块的通电量，在该通电量为规定值以下时将第一旁路路径切换至0N，当该通电量超过规定值时将第一旁路路径切换至OFF ;在所述第一旁路路径被切换至OFF从而所述第二 LED块被通电的状态下，能够切换与所述第三LED块并联连接从而使该第三LED块成为旁路的第二旁路路径的0N/0FF的第二电流控制单元，基于所述第二 LED块的通电量，在该通电量为规定值以下时将第二旁路路径切换至0N，当该通电量超过规定值时将第二旁路路径切换至OFF。由此，因为基于对LED块的通电量来切换对各LED块的通电量、即点亮/熄灭，所以能够与脉动电压的变化无关地有效利用电力，从而可提高LED利用效率及功率因数。此外，由于通过电流控制来控制LED的点亮，因此能够实现不依赖于每个LED元件的正向电压 Vf和温度特性的偏差的最合适的动作。再有，不需要复杂的控制能够简化电路构成，可获得廉价且可靠性高的LED驱动装置。此外，还可获得抑制噪声产生的效果。此外。根据第9侧面所涉及的发光二极管的点亮控制方法，还包括如下步骤在所述第二旁路路径被切换至OFF从而所述第三LED块被通电的状态下，能够切换与串联连接于所述第三LED块的限流单元并联连接从而使该限流单元成为旁路的第三旁路路径的ON/ OFF的第三电流控制单元，基于所述第三LED块的通电量，在该通电量为规定值以下时将第三旁路路径切换至0N，当该通电量超过规定值时将第三旁路路径切换至OFF。


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是表示实施例I所涉及的发光二极管驱动装置的电路图。图3是表示将脉动电压输入至图2的电路中时的电流波形的曲线。图4是表示实施例2所涉及的发光二极管驱动装置的电流波形的曲线。图5是表示实施例3所涉及的发光二极管驱动装置的电路图。图6是表示实施例4所涉及的发光二极管驱动装置的电路图。图7是表示实施例5所涉及的发光二极管驱动装置的电路图。图8是表不现有的LED驱动电路的框图。图9是表示现有的其他LED驱动电路的框图。图10是表示对交流电压整流之后的脉动电压的波形的曲线。图11是表示基于全波整流电源的LED驱动电压的曲线。图12是表不使用微型计算机的LED点売电路例的电路图。图13是表示图12的LED点亮电路的动作的时序图。图14是表不不使用微型计算机的LED点売电路例的电路图。图15是表示图14的LED点亮电路的动作的时序图。图16是表示使用薄膜电容器的发光二极管驱动装置的电路图。图17是表示图16的电路中的输入电压波形的曲线。图18是表示基于图16的电路的光束的时间变化的曲线。图19是表示实施例6所涉及的发光二极管驱动装置的电路图。图20是表示图19的电路中的输入电压波形的曲线。图21是表示基于图19的电路的光束的时间变化的曲线。
具体实施例方式以下，基于

本发明的实施方式。不过，以下所示的实施方式例示了用于具体化本发明的技术思想的发光二极管驱动装置及发光二极管的点亮控制方法，本发明并不是将发光二极管驱动装置及发光二极管的点亮控制方法限定为以下内容。此外，本说明书
9并不是将权利要求中示出的部件限定为实施方式的部件。特别是实施方式中记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对的配置等只要没有特定的记载，就不是将本发明的范围限定于此的意思，而仅仅是说明例。再者，为了明确地进行说明，各图面所示的部件的大小和位置关系等有时会被放大。再有，在以下的说明中，对于同一名称、符号而言表示相同或者同质的部件，适当省略其详细说明。再有，对于构成本发明的各要素，也可以是由同一部件构成多个要素从而用一个部件兼用多个要素的方式，相反，也可以由多个部件分担一个部件的功能来实现。此外，在一部分的实施例、实施方式中说明过的内容有时也可用在其他的实施例、实施方式等中。图I表示实施方式所涉及的发光二极管驱动装置的框图。该图所示的发光二极管驱动装置100与交流电源AP连接，将用于获得对交流电压整流之后的脉动电压(pulsating current voltage)的整流电路2、由多个LED块构成的LED块组I、限流单元3、电流检测单元4分别串联连接。在此，使用三个LED块，将第一 LED块11、第二 LED块12、第三LED块 13串联连接构成LED块组I。再者，在本说明书中，所谓将要素“串联”连接，只要没有特别规定，就不考虑连接的顺序如何，另外对于其间插入追加的要素的形式，只要维持串联的连接形式也包括在内。例如，除了按照第一 LED块11、第二 LED块12、第三LED块13、限流单元3、电流检测单元4的顺序将其连接之外，还可以按照第一 LED块11、第二 LED块12、电流检测单元4、第三LED块13、限流单元3的顺序进行连接。此外，在第二 LED块12、第三LED块13、限流单元3各自的两端，连接用于限制通电量的电流控制单元。由于各电流控制单元分别相对于LED块或者限流单元3并列地设置， 因此构成调整通电量的旁路路径。即，由于能够调整被各电流控制单元旁路的电流量，因此结果能够限制各LED块的通电量。在图I的例子中，与第二 LED块12并联地连接第一电流控制单元21，形成第一旁路路径BPl。此外，与第三LED块13并联地连接第二电流控制单元22，形成第二旁路路径BP2。再有，与限流单元3并联地连接第三电流控制单元23，形成第三旁路路径BP3。再者，在图I的例子中，限流单元3使用作为电阻器的LED限流电阻，作为LED的保护电阻发挥作用。此外，电流检测单元4也能够使用电阻器，由该电流检测单元4基于电压降等检测将LED块串联连接而得到的LED块组I中流过的电流，进行构成LED块的LED 元件的恒定电流驱动。此外，为了进行恒定电流驱动，设置电流检测控制单元，用于控制恒定电流电路。在该电路例中，由电流控制单元和电流检测控制单元构成一种的恒定电流电路。电流检测控制单元与电流控制单元连接，控制电流控制单元的0N/0FF和电流量连续可变这种的动作。具体而言，设置有控制第一电流控制单元21的动作的第一电流检测控制单元31、控制第二电流控制单元22的动作的第二电流检测控制单元32、控制第三电流控制单元23的动作的第三电流检测控制单元33。各电流检测控制单元监视LED的电流量， 基于其值切换电流控制单元的控制量。LED块是串联及/或并联连接多个LED元件而得到的块。LED元件可适当利用表面安装型(SMD)和球型的LED。此外，可根据用途选择SMD类型的LED元件的封装外形，能够利用俯视为矩形形状的类型。再有，当然也可以将在封装内串联及/或并联连接多个LED 元件而得到的LED用作LED块。
各LED块中包含的LED元件的正向电压的相加值即总计正向电压，根据串联连接的LED元件的个数而定。例如，使用8个正向电压3. 6V的LED元件时的总计正向电压为 3.6X8 = 28. 8V。不过，由于LED元件每个个体存在特性偏差，因此作为其相加值的总计正向电压一般也不是恒定。因此，每个LED块的总计正向电压也存在偏差。该发光二极管驱动装置100基于电流检测单元4检测出的电流值，切换针对各LED 块的通电的ON/恒定电流控制/OFF。换言之，由于是基于现实中通过的电流量的电流控制，而不是基于整流电压的电压值的电流控制，因此不会受到LED元件的正向电压偏差的影响，可按照适当的定时实现正确的LED块的切换，能够期待可靠性高的稳定的动作。具体而言，在图I的例子中，第一电流检测控制单元31基于第一 LED块11的通电量，控制第一电流控制单元21对第一 LED块11的通电限制量。具体而言，在通电量高于预先设定的第一基准电流值时，将第二 LED块12切换至0N，进入恒定电流动作，在低于第一基准电流值时切换至OFF。再有，第二电流检测控制单元32基于第二 LED块12的通电量，按照预先设定的第二基准电流值切换第二 LED块12的ON/恒定电流控制/0FF，以便控制第二电流控制单元22对第二 LED块12的通电限制量。同样，第三电流检测控制单元33也基于第三LED块13的通电量，按照预先设定的第三基准电流值切换对第三LED块13的通电 ON/恒定电流控制/0FF，以便控制第三电流控制单元23对第三LED块13的通电限制量。在此，通过设定为第一基准电流值< 第二基准电流值<第三基准电流值，能够按照从第一 LED块11起第二 LED块12、第三LED块13、限流单元3的顺序依次切换ON/恒定电流控制/OFF。如上述，发光二极管驱动装置具备多个恒定电流电路，该多个恒定电流电路构成为利用家庭用电源等的交流电源，与将其交流进行全波整流之后得到的周期性变化的脉动电压相匹配地、点亮适当个数的串联配置的LED元件，以使得各恒定电流电路分别适当地动作的方式使多个LED电流检测电路进行动作。这样，发光二极管驱动装置以第I电流值使第ILED块11通电，以大于第I电流值的第2电流值使第ILED块11及第2LED块12通电,进而以大于第2电流值的第3电流值使第ILED块11、第2LED块12、第3LED块13通电。特别地，通过恒定电流控制来限制对各 LED块的通电量，可根据电流量来切换LED块的ON/恒定电流控制/0FF，能够针对脉动电压有效地点亮驱动LED。再者，LED块可分别构成为将多个发光二极管元件彼此串联连接。由此，能够有效地用多个发光二极管元件对脉动电压进行分压，能够在某种程度上吸收每个发光二极管元件的正向电压Vf和温度特性的偏差，能够使以块为单位的控制均一化。不过，对于LED块的数量或构成各LED块的发光二极管元件数等，可根据所要求的亮度和输入电压等任意设定，例如既可以由一个发光二极管元件构成LED块，增加LED块的数量从而进行更为细致的控制，或者相反将LED块设定为仅2个从而简化控制。(实施例I)接下来，作为实施例1，在图2中示出了采用半导体元件实现图I的结构的具体的电路构成例。在该图所示的发光二极管驱动装置200中，作为与交流电源AP连接的整流电路2采用二极管桥。此外，在交流电源AP与整流电路2之间设置保护电阻17。再有，在整流电路2的输出侧连接旁路电容器19。
(交流电源AP)交流电源AP可适当利用100V的商用电源。该商用电源的100V是有效值,被全波整流之后的整流波形的最大电压约为141V。(LED 块)各LED块相互串联连接，并且分为多个块，从块彼此之间的边界引出端子，与电流控制单元连接。在图2的例子中，由第一 LED块11、第二 LED块12、第三LED块13的三个组构成LED块组I。再者，在图2中以一个LED表示各LED块，但各LED块是串联连接多个发光二极管而构成的。各LED块的发光二极管连接数量、或者LED块的连接数量，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块的Vf的合计即合计正向电压Vfall被设定为141V左右、或者在其以下。再者，在图2的例子中，设计成三个LED块的Vf相同。不过，并不限于该例，也可以将LED块数设定为2或者4以上。再有，各LED块的Vf也可以不相同。(电流控制单元)电流控制单元是对应于各LED块用于进行恒定电流驱动的部件。作为这种的电流控制单元，由晶体管等的开关元件构成。特别地，由于FET的源极-漏极间饱和电压大致为零，因此不会阻碍对LED块的通电量，优选由FET构成。不过，电流控制单元并不限于FET， 当然也可由双极型晶体管或比较器、运算放大器、可变电阻等构成。在图2的例子中，作为构成电流控制单元的LED电流控制晶体管，使用FET。在该 FET中，在栅极端子与源极端子间分别连接栅极保护齐纳二极管。具体而言，在第一 LED电流控制晶体管21A的栅极-源极间连接第一栅极保护齐纳二极管24，在第二 LED电流控制晶体管22A的栅极-源极间连接第二栅极保护齐纳二极管25，在第三LED电流控制晶体管 23A的栅极-源极间连接第三栅极保护齐纳二极管26。此外，在各LED电流控制晶体管的栅极端子分别连接栅极电阻。具体而言，在第一 LED电流控制晶体管21A的栅极端子连接第一栅极电阻27，在第二 LED电流控制晶体管22A 的栅极端子连接第二栅极电阻28，在第三LED电流控制晶体管23A的栅极端子连接第三栅极电阻29。这些各LED电流控制晶体管被各自组合的电流检测晶体管的集电极电压进行控制。再者，在利用第一 LED电流控制晶体管21A、第二 LED电流控制晶体管22A，以LED 块为单位控制0N/0FF的切换的结构中，由于构成各级的LED电流控制晶体管的FET等的控制用半导体元件分别连接在LED块的两端，因此控制用半导体元件的耐压由LED块的总计正向电压来保护。因此，存在能够使用耐压低的小型的半导体元件的优点。(电流检测控制单元)电流检测控制单元，是按照与LED块对应的电流控制单元在适当的定时进行恒定电流驱动的方式进行控制的部件。作为电流检测控制单元，也可利用晶体管等的开关元件。 特别是双极型晶体管适合应用于电流量的检测。在该例中，第一电流检测控制单元31由第一电流检测晶体管31A构成，第二电流检测控制单元32由第二电流检测晶体管32A构成， 第三电流检测控制单元33由第三电流检测晶体管33A构成。再者，电流检测控制单元也不限于双极型晶体管，当然也可由M0SFET、比较器、运算放大器、可变电阻等构成。
在图2的例子中，由电流检测晶体管构成电流检测控制单元。各电流检测晶体管分别控制LED电流控制晶体管的动作。即，各电流检测晶体管处于ON/恒定电流控制/0FF， 从而将LED电流控制晶体管切换至OFF/恒定电流控制/0N。另一方面，构成电流检测单元4的LED电流检测电阻4A，经由基极电阻连接于各电流检测晶体管的基极端子。具体而言，在第一电流检测晶体管31A的基极端子连接第一基极电阻41，在第二电流检测晶体管32A的基极端子连接第二基极电阻42，在第三电流检测晶体管33A的基极端子连接第三基极电阻43，各基极电阻连接在各基极端子与LED电流检测电阻4A之间。此外，在第二电流检测晶体管32A的基极端子与地线间，连接第二基极分压电阻 34，进而在第三电流检测晶体管33A的基极端子与地线间，连接第三基极分压电阻35。这些第二、第三电流检测晶体管的动作由基极电流即基极电阻及基极分压电阻来设定。再者，在本说明书中的地线并不限于所谓连接于大地，当然也包括假想接地点。例如，照明装置的金属制外壳可用作假想接地点。各基极电阻、基极分压电阻及LED电流检测电阻4A的电阻值规定按照哪个电流的定时来进行各电流检测晶体管的0N/0FF。在此，按照以第一电流检测晶体管31A、第二电流检测晶体管32A、第三电流检测晶体管33A的顺序被设定为ON的方式，来设定各基极电阻及基极分压电阻的电阻值。(基准电流值)在此，将第一基准电流值设定得低于第二基准电流值，其中第一基准电流值是第一电流检测晶体管31A使第一 LED电流控制晶体管21A从ON切换至OFF的基准电流值，第二基准电流值是第二电流检测晶体管32A使第二 LED电流控制晶体管22A从ON切换至OFF 的基准电流值。此外，将第三电流检测晶体管33A使第三LED电流控制晶体管23A从ON切换至OFF的第三基准电流值设定得高于第二基准电流值。这样，通过设定为第一基准电流值<第二基准电流值<第三基准电流值，可如上述那样按照第一 LED块11、第二 LED块12、 第三LED块13、限流单元3即LED限流电阻3A的顺序，从OFF切换至0N，并且从ON切换至 OFF时顺序相反。再者，在该例中，由于各LED块及限流单元3串联连接，流过它们的电流量一致。由此，基于与它们串联连接的电流检测单元4即LED电流检测电阻4A的通电量，来执行各级的LED电流控制晶体管的0N/0FF切换。再有，在各电流检测晶体管的集电极端子分别连接晶体管负载电阻。具体而言，在第一电流检测晶体管31A的集电极端子连接第一晶体管负载电阻36，在第二电流检测晶体管32A的集电极端子连接第二晶体管负载电阻37，在第三电流检测晶体管33A的集电极端子连接第三晶体管负载电阻38。按照在脉动电压上升至第一 LED块11的总计正向电压Vfm 附近之前，各LED电流控制晶体管21A、22A、23A变为ON的方式，设定这些晶体管负载电阻 36、37、38各自的电阻值。(动作说明)该发光二极管驱动装置200能够维持90%以上的电源效率，同时改善LED利用效率及功率因数，并且由以半导体元件为主体的电路构成，因此在LED利用环境下能够实现在小型、耐热性方面优异的装置。以下，参照图3的电流波形，说明在图2的电路例中输入图10的脉动电压时的电流检测控制单元及电流控制单元的动作。施加于LED块组I的输入电压，为利用整流电路2对商用电源的交流进行整流之后的图10的脉动电压。在此，研究I周期部分的动作。首先，在电压从OV上升至第一 LED块11的总计正向电压VfB1的期间，由第一 LED块11阻止电流。因此，如图3所示，产生没有电流流过的区间。在使用8个上述的正向电压3. 6V的LED元件时，由于总计正向电压Vm为3. 6X8 = 28. 8V，因此在脉动电压为OV 28. 8V之间不通电。接下来，当脉动电压上升至第一 LED块11的总计正向电压Vfm附近时，由于图2的电路图中的第一 LED电流控制晶体管21A、第二 LED电流控制晶体管22A、第三LED电流控制晶体管23A全部变为0N，因此第一旁路路径BPl、第二旁路路径BP2、第三旁路路径BP3全部开通。其结果，电流在第一 LED块11 —第一 LED电流控制晶体管21A —第二 LED电流控制晶体管22A —第三LED电流控制晶体管23A —电流检测电阻40的路径中开始流过。随着脉动电压的上升，由于流过第一 LED块11的电流也增加，因此如图3所示那样电流量渐渐增加。进而，伴随着电流量的增加，从第一 LED块11通过第一旁路路径BP1、第二旁路路径BP2、第三旁路路径BP3流向LED电流检测电阻4A的电流量也上升。进而，当脉动电压上升达到由LED电流检测电阻4A设定的电流时，通过第一基极电阻41与基极端子连接的第一电流检测晶体管31A变为0N，开始通电。随着脉动电压的上升，第一电流检测晶体管31A的集电极电流渐渐增加，其结果第一晶体管负载电阻36的电压降变大，第一电流检测晶体管的集电极电压下降。因此，第一 LED电流控制晶体管21A 的栅极电压下降，从ON切换至OFF。其结果，第一旁路路径BPl被切断，开始向第二 LED块 12通电。此时，在第一电流控制晶体管21A从ON切换至OFF的转移期间、即脉动电压达到第一 LED块11和第二 LED块12的总计正向电压VfB1+VfB2之前的期间，第二 LED块12不会点亮，第一 LED块11被恒定电流驱动。其结果，成为图3中的I-I的水平。在该状态下，当脉动电压继续上升达到第一 LED块11和第二 LED块12的总计正向电压VfB1+VfB2时，第二 LED块12开始被点亮，如图3所示那样电流值再次开始上升。并且，电流渐渐增加，LED电流检测电阻4A中流过的电流量也上升，其结果达到由第二基极电阻42和第二基极分压电阻34设定的电流值时，第二电流检测晶体管32A开始动作。这样， 第二电流检测晶体管32A的集电极电流渐渐增加，导致第二晶体管负载电阻37的电压降增大。由此，第二 LED电流控制晶体管22A的栅极电压下降，从ON切换至0FF，第二旁路路径 BP2被切断开始向第三LED块13通电。此时，在脉动电压达到第一 LED块11 第三LED块 13的总计正向电压V^+Vm+Vm的之前的期间，第三LED块13没被点亮，第二 LED块12被恒定电流驱动。其结果，成为图3中的1-2的水平。同样，针对第三LED块13也进行0N/0FF切换和恒定电流驱动。即，当脉动电压达到第一 LED块11 第三LED块13的总计正向电压ν^+ν^+ν·时，第三LED块13开始点亮，如图3所示那样电流值再次开始上升。并且，LED电流检测电阻4Α中流过的电流量上升，当达到由第三基极电阻43和第三基极分压电阻35设定的电流值时，第三电流检测晶体管33Α开始动作。并且，第三电流检测晶体管33Α的集电极电流渐渐增加，第三晶体管负载电阻38的电压降增大。由此，第三LED电流控制晶体管23Α的栅极电压下降，从ON切换至 0FF，第三旁路路径ΒΡ3被切断从而开始向LED限流电阻3A通电。此时，在脉动电压达到第一 LED块11 LED限流电阻3A的电压Vm+Vm+Vm+Vu之前的期间，LED限流电阻3A没被通电，第三LED块13被恒定电流驱动。其结果，实现了图3中的1-3的水平。此外，在脉动电压成为最大电压的附近，所有的LED电流控制晶体管21A、22A、23A 完全变为0FF，通过LED限流电阻3A和LED电流检测电阻4A在所有的LED中流过电流。由此，能够有效地利用最大电压附近的电力。不过，对于最终级的电流控制单元未必使其处于 OFF,例如即便使LED电流控制晶体管23A保持ON的状态，也能够在所有的LED中流过电流。 在该情况下，使LED电流控制晶体管23A不处于0FF，也能够以输入电压的峰值部分实施恒定电流控制来限制电流值。再者，当脉动电压达到最大电压141V时，电压值转变为减少,表示与上述相反的动作模式。再有，在脉动电压达到作为最小电压的OV之后，再次转变至上升，因此反复上述动作。这样，通过LED电流检测电阻4A和电流检测晶体管的基极分压电阻的设定，能够自由设定进行恒定电流驱动的水平。此外，在上述电路例中，不使用线圈和大电容电容器， 能够实现小型、廉价、轻量、高性能的LED驱动装置。进而，不使用高频开关，该能够期待抑制高次谐波噪声。此外，由于在上述的方法中进行与实际在LED块等中流过的电流量相应的控制， 因此能够不依赖于每个LED元件的特性偏差、特别是Vf的个体差异，进行正确的点亮控制。 再有，由于控制本身能够以极简单的电路结构实现，因此不需要微型计算机这种高价的控制元件，能够仅由半导体元件构成，还可获得将成本抑制得较低的优点。按照成为图3所示的LED电流波形的方式构成电路常数时的实测值中，电源效率 =90%、LED利用效率=50%、功率因数为98%，可确认相对于恒定电流电路改善了 LED利用效率和功率因数。再者，在上述结构中，3个LED块的利用效率有所不同。将利用效率最高的第一 LED块设为100时的各LED块的功率比为第一 LED块第二 LED块第三LED块= 100 95 74。不过，即便在LED块之间产生照度差，也不是以目视能够明确识别的水平， 通过在LED元件的配置上下工夫，从而能够达到可避免影响的水平，在实际应用上没有问题。在上述结构中，与作为现有例的图14的电路相比，其优点在于能够实现可与发光二极管元件的Vf偏差和Vf的温度特性偏差对应的动作。S卩，在图14的电路例中，以输入电压来切换各LED块的点亮。因此，需要使切换LED块的点亮的切换电压值和构成各LED块的LED元件的Vf值正确地一致。但是，由于LED元件存在个体差异，在各元件间的Vf和温度特性中存在偏差，因此现实中使切换电压正确地与LED元件的Vf相一致是极为困难的。相对于此，在上述实施例中，基于电流来进行各LED块的切换，而不是基于电压进行。即，对各LED块进行恒定电流控制，同时针对每个LED块变更其切换的电流值，从而依次切换LED块的点亮。换言之，相对于在图14中将各LED块的恒定电流控制设定为相同的电流值，在本实施例中使各LED块的恒定电流控制的电流值不同。如果是这种方法，其结果作为LED电流控制晶体管的FET的Vds电压展宽，以FET进行恒定电流控制的同时对使电流旁路的其他LED块开始通电。这样，根据本实施例，由于能够容易实现吸收Vf和温度特性的偏差的动作，因此能够提供及其实用且有用的电路构成。此外，相对于在图14的电路例中LED块的通电量是恒定的，在上述结构中由不同的恒定电流控制改变电流值。由此，抑制点亮时间长的LED块的电流量，实现长寿命化。具体而言，使点亮时间最长的第一 LED块的恒定电流控制量即通电控制量最小，使点亮时间最短的第三LED块的通电控制量最大。其结果，由于在第三LED块熄灭的情况下点亮第一 LED块时的电流值变小，因此还能够抑制其发热量(电流值X点亮时间)。即，能够抑制与第三LED块对比时的第一 LED块的劣化。同样的情况在与第二 LED块的关系中也可实现。 这样，并不使恒定电流控制的电流量恒定，而是按照点亮时间越长的LED块越低的方式来改变，由此可缓和发光二极管元件的寿命(life)特性的不均匀化，能够实现在更加长期的过程中稳定使用的发光二极管的点亮控制。此外，如图14的电路例那样当使电流值恒定时功率因数恶化，但如图3等所示那样通过使电流波形接近于输入电压波形从而可获得改善功率因数的效果。(实施例2)以上的动作是考虑了功率因数的控制。特别在图2的电路例中，由于是将LED块组I以一根线串联连接成的结构，因此通过对各LED块分别以不同的电流值进行恒定电流控制，由此如图3的曲线所示那样使电流波形成为阶梯状。另一方面，作为实施例2，图4的电压波形中表示利用图2的电路进行与功率因数相比更重视利用效率的控制的例子。在该控制例中，与图3的例子相比，按照使各LED块的恒定电流控制彼此接近的方式来设定电阻值等，通过增大整体的电流量来提高输出，获得较亮的照明光。作为图4所示的LED电流波形，构成电路常数时的实测值为电源效率=90%, LED利用效率=53%、功率因数95%，与实施例I相比，尽管功率因数有些许下降，但是可确认能够改善LED利用效率。这样，即便电路构成相同，通过选择电路常数，能够构成对应于所要求规格的照明装置。(实施例3)在以上的例子中，使LED电流检测电阻在各LED块等中是共同的。S卩，各电流检测控制单元基于共同的电流检测单元的电流量来进行控制，能够简化电路构成。不过，也可采用针对各LED块等分别单独设置LED电流检测电阻的结构。作为实施例3，在图5的电路图中表示这样的例子。在该图所示的发光二极管驱动装置300中，基本结构和动作与实施例 I大致相同，针对3个LED块分别设置LED电流检测电阻。具体而言，由第一 LED电流检测电阻4B进行第二 LED块12的电流检测，由第二 LED电流检测电阻4C进行第三LED块13 的电流检测，由第三LED电流检测电阻4D进行LED限流电阻3B的电流检测。此外，在该例中，作为构成电流控制单元的LED电流控制晶体管，并未使用FET而是使用双极型晶体管， 再有，使2个双极型晶体管形成达林顿连接的达林顿晶体管。在图5的电路中，能够按照使其电流波形成为图3或图4的方式进行控制。在此， 在说明使用图5的电路进行控制使得成为图3的电流波形的例子时，商用电源的交流电压被保护电阻17、整流电路2进行整流成为图10的脉动电压这一点与实施例I是相同的。再者，在图5的电路例中，没有使用旁路电容器。在电压从OV上升至第一 LED块11的总计正向电压Vfm的期间，由第一 LED块11阻止电流，没有电流流过。当脉动电压上升至总计正向电压Vfm附近时，由于图5的电路图中的第一 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全部变为0N，因此第一旁路路径BP1、第二旁路路径BP2、第三旁路路径BP3全部被导通，电流按照第一 LED块11 —第一 LED电流控制晶体管21B —第一 LED电流检测电阻4B —第二 LED电流控制晶体管22B —第二 LED电流检测电阻4C —第三LED电流控制晶体管23B —第三LED电流检测电阻4D的路径开始流过。随着脉动电压的上升，流过第一 LED块11的电流增加，第一 LED电流检测电阻4B中流过的电
流量也上升。再有，当脉动电压升高达到由第一 LED电流检测电阻4B设定的电流时，通过第一基极电阻41B与基极端子连接的第一电流检测晶体管31B变为0N，开始通电。随着脉动电压的上升，第一电流检测晶体管31B的集电极电流逐渐增加，其结果从第一晶体管负载电阻36B流至第一电流控制晶体管21B的基极电流减少，从ON切换至OFF。其结果第一旁路路径BPl被切断，开始向第二 LED块12通电。此时，在脉动电压达到第一 LED块11和第二 LED块12的总计正向电压V^+Vm之前的期间，第二 LED块12不被点亮，第一 LED块11被恒定电流驱动。在该状态下脉动电压上升，当达到第一 LED块11和第2LED块12的总计正向电压 VfB^VfB2时，第二 LED块12开始点亮。再有，第二 LED电流检测电阻4C中流过的电流量也渐渐上升，其结果达到由第二基极电阻42B设定的电流值时，第二电流检测晶体管32B开始动作。并且，第二电流检测晶体管32B的集电极电流渐渐增加，其结果从第二晶体管负载电阻37B向第二 LED电流控制晶体管22B侧分支的电流减少，第二 LED电流控制晶体管22B 的基极电流下降，从ON切换至0FF，第二旁路路径BP2被切断，从而开始向第三LED块13通电。此时，在脉动电压达到第一 LED块11 第三LED块13的总计正向电压V^+Vm+Vm之前的期间，第三LED块13不被点亮，第二 LED块12被恒定电流驱动。同样，当脉动电压达到第一 LED块11 第三LED块13的总计正向电压 VfBi+VfB2+VfB3时，第三LED块13开始点亮，电流值再次开始上升。并且，第三LED电流检测电阻4D中流过的电流量上升，当达到由第三基极电阻43B设定的电流值时，第三电流检测晶体管33B开始动作。再有，第三电流检测晶体管33B的集电极电流渐渐增加，从第三晶体管负载电阻38B流向第三LED电流控制晶体管23B的电流向第三电流检测晶体管33B侧分支，第三LED电流控制晶体管23B的基极电流减少，从ON切换至0FF，第三旁路路径BP3被切断，从而开始向LED限流电阻3B通电。在脉动电压成为最大电压的附近，所有的LED电流控制晶体管21B、22B、23B完全处于0FF，通过第三LED电流检测电阻4D，向所有的LED中流过电流。由此，能够有效地利用最大电压附近的功率。此外，当脉动电压达到最大电压141V时，电压值转变为减少，出现与上述相反的动作。在该电路例中，能够容易地由各LED电流检测电阻单独调整使各LED块及限流单元3动作的电流值。相反，其缺点在于，使用多个LED电流检测电阻，从而由这些电阻引起的热损耗增大，并且LED块被割断成模块。另一方面，作为优点，例如有与图2等不同没有布线的交叉，不需要立体布线从而电路构成变得容易。再者，在以上的电路中，由第一电流控制单元21、第一电流检测控制单元31、第一电流检测单元4B，构成基于第一 LED块11的通电量切换第一旁路路径BPl的0N/0FF的第一切换单元，此外，由第二电流控制单元22、 第二电流检测控制单元32、第二电流检测单元4C构成基于第一 LED块11及第二 LED块12 的通电量切换第二旁路路径BP2的0N/0FF的第二切换单元。在以上的实施例I 3中，都是按照从第一 LED块开始第二 LED块、第三LED块的顺序切换至0N，进而按照从第三LED块开始第二 LED块、第一 LED块的顺序切换至OFF。因此，各LED块的点亮时间不同。这样，为了避免熄灭期间长的第三LED块等变得醒目，对于 LED元件的配置来说，优选使其分散进行配置，而不是每个LED块成为一堆。例如，在后述的图6的照明装置中，在每行配置属于第一 LED块的LED元件、属于第二 LED块的LED元件、 属于第三LED块的LED元件、进而第一、第二、第三、、、交替地配置LED元件。或者，不以行为单位，而是以点为单位，从左上在右侧配置属于第一 LED块的LED元件、属于第二 LED块的LED元件、属于第三LED块的LED元件、进而第一、第二、第三、、、依次向右下一个一个地配置所属LED块的不同LED元件。此外，并不限于一个一个地配置，也可以每2个、或每3个以上为单位、或者不是周期性排列而是散乱排列的结构等，适当地使LED块分散来配置LED 元件，能够使点亮时间的差异变得不明显。由此，即便以商用电源的60Hz周期反复进行点亮，用户也不会意识到闪烁，能够与LED元件连续点亮同样地进行利用。此外，即便另外使用逆变器电路等，加快点亮周期，也可以获得同样的效果。再者，在上述结构中，每个LED元件的使用时间在每个LED块中有所不同。具体而 H，第一 LED块的点売时间最长，第二 LED块的点売时间最短。因此，可考虑抑制因使用频度引起的元件寿命的偏差。在上述电路构成中，由于LED块彼此串联连接，因此每个LED块的电压控制较为困难。因此，对于使用频度高的LED块，增加所连接的LED元件数量，不仅串联连接还并联连接，以减小每一个元件的电流量，抑制热损耗。此外，在上述结构中，将LED块数设定为3个，但如上所述LED块数也可以设定为 2个、或者4个以上。例如，在图I的发光二极管驱动装置中，还具备在第三LED块与限流单元之间连接的由多个发光二极管构成的第四LED块；与限流单元并联连接的用于限制对第一 LED块、第二 LED块、第三LED块及第四LED块的通电量的第四电流控制单元；用于控制由第四电流控制单元进行的对第一 LED块、第二 LED块、第三LED块及第四LED块的通电限制量的第四电流检测控制单元。在此，第三电流控制单元代替限流单元与第四LED块并联连接。由此，增加LED块的数量从而能够进行更为细致的LED块间的点亮切换控制，进一步改善LED利用效率。此外，LED块数还可增加至5个以上，由此能够进行更加细致的点亮切换控制。(实施例4)将这种的LED块数为4个的发光二极管驱动装置400作为实施例4，图6中表示其电路图。该图所示的发光二极管驱动装置与图I等不同，在第三LED块13与限流单元3之间设置第四LED块14。此外，其结果第三电流控制单元23取代限流单元3与第四LED块14 并联连接。此外，在限流单元3并联连接新的第四电流控制单元15，进而在该第四电流控制单元15连接第四电流检测控制单元16。第四电流控制单元15限制对第一 LED块11、第二 LED块12、第三LED块13及第四LED块14的通电量。此外，第四电流检测控制单元16控制由第四电流控制单元15对第一 LED块11、第二 LED块、第三LED块13及第四LED块14 的通电限制量。这样，通过增加LED块数，增加了恒定电流控制的数量，从而能够进行更为细致的LED块间的点亮切换控制。(实施例5)再有，作为实施例5,图7中表不以在多级电路中提闻波闻率(crestfactor)为目的的发光二极管驱动装置。除了电容器18以外，图7的发光二极管驱动装置500采用与图 2的电路例大致相同的结构，因此，对于相同的部件赋予相同的符号，并省略其详细说明。
图7所示的发光二极管驱动装置500能够避免在脉动电压低的区域发光二极管全部熄灭这种所谓的频闪(strobo)现象。所谓频闪现象，是指在交流驱动的脉动电压为OV 的附近，能够施加于LED元件的正向电压变低，出现最终甚至熄灭的区间，在对要进行与该熄灭周期同步的动作的对象进行照明时，看起来瞬间静止、或者看起来停止的现象。例如， 用进行交流驱动的LED照明装置对工场等中使用的上下运动的冲压模具装置进行照明时， 当上下移动的冲压模具的周期与LED照明的熄灭周期偶尔同步时，冲压模具看起来像已停止。此外，除了这种情况以外，还存在照明中感到闪烁会使得眼睛疲劳、或者看起来不自然地进行动作等的问题。此外，作为与频闪现象相关的数值性的评价指标，列举出波高率(波高值)。波高率按照(光束的峰值)+ (光束的有效值)来定义。该波高率越是接近于I. O则是越稳定的良好值。在以直流进行动作的情况下，波高率为1.0，但是在本申请这种的周期性变化的情况下表示I以上的值。根据JIS规格，荧光灯等中规定为1.2以下。换言之，波高率越是接近于1.0，则越发生频闪现象，可以说是通用性高的光源。此外，现实情况中，尽管没有与 LED照明装置相关的特别规定，但是认为如果在I. 3以下则能够耐得住实际使用。当以多级电路实现上述图3所示的电流波形时，波高率为I. 4 1.6。另一方面，当使图4所示的电流波形推进至边界时，判断出能够将波高率减少至I. 34左右。这样，由上述的多级电路也能够应对甚至波高率I. 3左右，在波高率成为问题的领域、用途当中，能够充分应对。在此，为了使波高率进一步接近I. 0，在图4中在电流为O附近的区间中也需要点亮LED。但是，在该区间中输入电压自身本来会下降，无法向LED元件提供充足的电压。因此，在能够提供充足电压的结构中需要变更电路，在此之上需要追加其他的元件等的部件， 产生了电路构成复杂化、耗电增加、电路大型化以及制造成本提高的问题。与此相对，实施例5所涉及的发光二极管驱动装置500如图7所示那样在整流电路2的输出侧在与地线之间增加了电容器18。通过这样在整流电路2的输出侧并联连接电容器18，由于在电压下降时可从电容器18提供电流，因此在该区间中也能够对第一 LED块 11的LED元件供电，使其点亮。其结果，由于能够使第一 LED块11的LED元件始终点亮，因此能够避免频闪现象。根据本发明者进行的实验,发现通过插入静电电容为IOyF的电解电容器，可将波高率抑制在I. 2左右。其中，使用静电电容更小的电容器，还可将波高率抑制在I. 2水平。在一般的恒定电流电路或仅仅是电阻的电路中使用的电容器的静电电容需要 100 300yF左右。这种的大电容在现实中仅能够由电解电容器实现，成为尺寸较大的电容器。当将尺寸较大的电容器安装在与LED元件相同的基板上时，电容器有可能阻碍来自 LED元件的配光，并且显著阻碍了紧凑型的设计。此外，电解电容器有一定的寿命，该寿命相对于LED元件的寿命要小很多，因此，电解电容器决定了产品寿命，丧失了 LED元件本来的长寿命这种的优点。相对于此，由于在实施例5这种的多级电路中，静电电容为10 μ F左右便已足够， 因此能够由薄膜电容器等的寿命极长的部件构成。能够这样减小静电电容的原因在于，按照本来在多级电路中为较低的输入电压时、要使串联连接的LED元件群的一部分点亮这种的构想来构成的。换言之，其原因在于，因为在某种程度上以较低的电压也能够驱动LED元
19件，所以能降低需要由电容器维持的电压。这样，实施例5的发光二极管驱动装置500涉及交流驱动的LED照明装置，能够实现良好的波高率。此外，其产品寿命并不是由电容器决定，能够实现波高率的最优化。(实施例6)再有，图19表示实施例6所涉及的发光二极管驱动装置600。该图所示的发光二极管驱动装置600具备平滑化电路50，该平滑化电路50在输入电压下降至规定的电容器放电开始电压之前不会开始放电。为了避免一般在脉动电压较低的区域中发光二极管全部熄灭这种所谓的频闪现象，在整流电路2的输出侧连接对全波整流之后的输入电压进行平滑化的平滑电容器。但是，需要平滑电容器的容量较大。例如，在获得输出IOW的光源时，要采用9. 4μ F的电容器。当作为大容量的电容器使用电解电容器时，耐久性方面出现问题。 此外，在如图16所示那样作为平滑电容器73并联连接多个薄膜电容器来使电容工作时，存在成本和空间增加的问题。因此，在图19所示的实施例6的电路中，采用在平滑电容器中存储的电荷在输入电压较低的期间开始放电的这种结构。与图16所示的电路构成相比较来说明上述的动作。图17表示图16的电路中的由电容器平滑化之后的输入电压波形。如该图所示，从作为输入电压的全波整流之后的整流波形(虚线)超过峰值的时间点开始，平滑电容器的放电自然地开始。其结果，如实线所示那样放电期间变长，需要大容量的电容器。此外，还要求能耐得住峰值电压的高耐压。为了使图16的这种多级结构的LED块始终点亮，也就是为了在输入电压较低的区域中也不使第一 LED块11熄灭，需要将使LED点亮的最低电压、即正向电压最低的LED块的最低正向电压(在图16的电路例中属于第一 LED块11，被设定为80V)由平滑电容器73维持在80V 以上的电压，使得不会低于输入电压。由此，由LED块的点亮产生的光束波形成为图18那样(耗电9. 5W、光束7681m、波高率I. 17、功率因数58% )。相对于此，通过在整流电路2的输出侧增加图19所示的平滑化电路50，能够将平滑用电容器的容量抑制得较低。平滑化电路50具备平滑用电容器51、与平滑用电容器51 连接的用于对其充电的充电路径、和用于放电的放电路径。充电路径由在整流电路2、该整流电路2和平滑用电容器51(+侧)之间串联插入的电阻52及放电阻止二极管53构成。此外，放电路径由放电用晶体管55 (在图19的例子中为FET)和放电用二极管56、旁路用晶体管54 (在图19的例子为双极型晶体管)构成，放电用晶体管55和放电用二极管56相对于连接点CP，与上述电阻52及放电阻止二极管53并联连接，旁路用晶体管54相对于平滑用电容器51与上記电阻52及放电阻止二极管53之间的连接点CP，与平滑用电容器51并联连接。该旁路用晶体管54控制放电用晶体管55的动作。例如，当输入电压超过80V时，旁路用晶体管54处于0N,放电用晶体管55处于OFF。另一方面，当输入电压为80V以下时， 旁路用晶体管54处于OFF,放电用晶体管55处于0N,从而开始放电。此外,旁路用晶体管 54的基极端子经由齐纳二极管和电阻连接于输入电压侧。当输入电压超过80V而达到击穿电压时，该齐纳二极管流过反向电流，即在旁路用晶体管54中流过基极电流，使旁路用晶体管54处于0N。图20表示使用该平滑化电路50的输入电压的平滑化的情况。如该图所示，从输入电压较低的状态至峰值电压，通过构成充电路径的电阻52及放电阻止二极管53向平滑用电容器51充电。该电阻52是用于在电源接通时缓和平滑用电容器51中急剧地流过电流的、冲击电流缓和电阻。即便输入电压超过峰值电压附近而开始下降，平滑用电容器51也会被放电阻止二极管53阻止放电，在放电用晶体管55变为ON之前不会放电。并且，当输入电压进一步下降而达到规定的电容器放电开始电压时，若放电用晶体管55处于0N，则通过由放电用晶体管55及放电用二极管56构成的放电路径，开始平滑用电容器51的放电。在放电的期间， 输入电压再次上升，直至超过正向电压最低的LED块的正向电压(最低正向电压)。由此， 始终使任意一个LED块(图19的电路例中为第一 LED块11)点亮，能够抑制频闪现象。通过该平滑化电路50，能够使电容器放电开始电压低于图16的输入电压的峰值 (141V)，因此，能够如图17及图20所示那样缩短放电期间。此外，缩短放电期间有助于减小所需的静电电容，因此可削减平滑用电容器的容量，能够使用薄膜电容器等容量小的电容器，并且可削减所需的个数从而降低电容器占据的空间，有助于装置的小型化。电容器放电开始电压设定得与最低正向电压相同、或者高于该电压。由此，构成为消除LED块熄灭的期间，始终有任意一个的LED块点亮，从而能够减少频闪现象。在图19 的电路例中，设定电容器放电开始电压，使得如图20所示那样，平滑电容器开始放电的定时不是紧接着峰值电压之后，而是输入电压低于第一 LED块的点亮所需的电压(80V)的时间点。此外，由此得到的LED的光束波形成为图21那样，即便产生了一部分电压低于80V 的区域(图21中、波谷之间的部分)，但由于是极短期间可确认能够在视觉识别方面消除频闪现象。再有，获得了耗电9. 5ff(LED功率8W)、电源效率84%、功率因数82%、平均光束 7451m、发光效率781m/W、LED利用率55%、波高率I. 23，与图16大致相同程度的光束。再有，尽管波高率略低于图16的例子，但电路构成中所需的平滑电容器的容量由图16的一半即可实现，在制造成本、设置空间等方面是有优势的。(照明装置)由于以上这种的发光二极管驱动装置具备LED元件，通过将LED元件及其驱动电路配置在同一布线基板，从而能够用作可接入家庭用交流电源使其点亮的照明装置或照明器具。以上，对本发明的各种实施方式进行了说明，但本发明并不限于在此公开的特定实施方式，这些实施方式仅仅是用于说明本发明的技术思想的单纯例示，对于本领域技术人员而言应该理解成本发明的范围并不限定于此，可在添加的权利要求所规定的发明范围内进行各种变更。产业上的可利用性本发明的发光二极管驱动装置及发光二极管的点亮控制方法能够适当地应用于照明装置、LED显示器、激光显示器等。本发明特别适合用于功率LED和半导体激光器的驱动。符号说明100、200、300、400、500、600 …发光二极管驱动装置I …LED 块组2…整流电路3…限流单元3A、3B…LED限流电阻0142]4…电流检测单元0143]4A…LED电流检测电阻0144]4B…第一 LED电流检测电阻0145]4C···第二 LED电流检测电阻0146]4D…第三LED电流检测电阻0147]11…第一 LED块0148]12…第二 LED块0149]13…第三LED块0150]14…第四LED块0151]15…第四电流控制单元0152]16…第四电流检测控制单元0153]17…保护电阻0154]18…电容器0155]19…旁路电容器0156]21…第一电流控制单元0157]21A、21B、21C…第一 LED电流控制晶体管0158]22…第二电流控制单元0159]22A、22B、220.第二 LED电流控制晶体管0160]23···第三电流控制单元0161]23A、23B、230.第三 LED电流控制晶体管0162]24…第一栅极保护齐纳二二极管0163]25…第二栅极保护齐纳二二极管0164]26…第三栅极保护齐纳二二极管0165]27…第一栅极电阻0166]28…第二栅极电阻0167]29…第三栅极电阻0168]31…第一电流检测控制单元0169]31A、31B…第一电流检测晶体管0170]32…第二电流检测控制单元0171]3 2A、3 2B…第二电流检测晶体管0172]33···第三电流检测控制单元0173]33A、33B…第三电流检测晶体管0174]34…第二基极分压电阻0175]35…第三基极分压电阻0176]36、36B…第一晶体管负载电阻0177]37、37B…第二晶体管负载电阻0178]38、38B…第三晶体管负载电阻0179]41、41B…第一基极电阻0180]42、42B…第二基极电阻
43、43B…第三基极电阻
50…平滑化电路
51…平滑用电容器
52…电阻
53…放电阻止二极管
54…旁路用晶体管
55…放电用晶体管
56…放电用二极管
61、62、63、64、65、66…LED 块
67…开关控制部
71…交流电源
72…桥电路
73…平滑电容器
74…驱动电路
75... LED 组
81…交流电源
82…桥电路
84…恒定电流电路
85... LED 组
86…反馈电阻
87…电流检测晶体管
88…电流控制晶体管
89···电流检测电阻
91、92、93…LED 块
94…齐纳二极管
95…电阻
AP…交流电源
BPl…第一旁路路径
BP2…第二旁路路径
BP3…第三旁路路径
权利要求
1.一种发光二极管驱动装置，其具备整流电路(2)，其能与交流电源连接，用于获得对该交流电源的交流电压进行整流之后的脉动电压；与所述整流电路(2)的输出侧依次串联连接的、由多个发光二极管构成的第一 LED块 (11)、由多个发光二极管构成的第二 LED块(12)、以及由多个发光二极管构成的第三LED块(13)；第一切换单元，其基于所述第一 LED块(11)的通电量，来切换使所述第二 LED块(12) 成为旁路的第一旁路路径(BPl)的0N/0FF ;和第二切换单元，其基于所述第一 LED块(11)及所述第二 LED块(12)的通电量，来切换使所述第三LED块(13)成为旁路的第二旁路路径(BP2)的0N/0FF。
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，所述第一切换单元具有第一电流控制单元(21)，其与所述第二 LED块(12)并联连接，用于限制对所述第一 LED块(11)的通电量；第一电流检测控制单元(31)，其用于控制由所述第一电流控制单元(21)对所述第一 LED块(11)的通电限制量；和第一电流检测单元(4B)，其与所述第一 LED块(11)串联连接，检测所述第一 LED块(11)的通电量，所述第二切换单元具有第二电流控制单元(22)，其与所述第三LED块(13)并联连接，用于限制对所述第一 LED块(11)及所述第二 LED块(12)的通电量；第二电流检测控制单元(32)，其用于控制由所述第二电流控制单元(22)对所述第一 LED块(11)及第二 LED块(12)的通电限制量；和第二电流检测单元(4C)，其与所述第二 LED块(12)串联连接，检测所述第二 LED块(12)的通电量。
3.根据权利要求2所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，使所述第一电流检测单元(4B)和第二电流检测单元(4C)共用。
4.一种发光二极管驱动装置，其具备整流电路(2)，其能与交流电源连接，用于获得对该交流电源的交流电压进行整流之后的脉动电压；第一 LED块(11)，其由与所述整流电路(2)的输出侧串联连接的多个发光二极管构成；第二 LED块(12)，其由与所述第一 LED块(11)串联连接的多个发光二极管构成；第三LED块(13)，其由与所述第二 LED块(12)串联连接的多个发光二极管构成；限流单元(3)，其与所述第三LED块(13)串联连接；第一电流控制单元(21)，其与所述第二 LED块(12)并联连接，用于限制对所述第一 LED块(11)的通电量；第二电流控制单元(22)，其与所述第三LED块(13)并联连接，用于限制对所述第一 LED块(11)及所述第二 LED块(12)的通电量；第三电流控制单元(23)，其与所述限流单元(3)并联连接，用于限制对所述第一LED块 (11)、第二 LED块(12)及所述第三LED块(13)的通电量；第一电流检测控制单元(31)，其用于控制由所述第一电流控制单元(21)对所述第一 LED块(11)的通电限制量；第二电流检测控制单元(32)，其用于控制由所述第二电流控制单元(22)对所述第一 LED块(11)及第二 LED块(12)的通电限制量；和第三电流检测控制单元(33)，其用于控制由所述第三电流控制单元(23)对所述第一 LED块(11)、第二 LED块(12)及第三LED块(13)的通电限制量。
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，由所述第一电流控制单元(21)对所述第一 LED块(11)的通电限制量，小于由所述第二电流控制单元(22)对所述第一 LED块(11)及第二 LED块(12)的通电限制量，由所述第二电流控制单元(22)对所述第一 LED块(11)及第二 LED块(12)的通电限制量，小于由所述第三电流控制单元(23)对所述第一 LED块(11)、第二 LED块(12)及第三 LED块(13)的通电限制量。
6.根据权利要求4或5所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，所述发光二极管驱动装置还具备在所述限流单元(3)与地线之间连接的电流检测单元(4)，所述第一电流检测控制单元(31)、第二电流检测控制单元(32)、第三电流检测控制单元(33)基于所述电流检测单元(4)的通电量，分别限制对所述第一 LED块(11)、第二 LED 块(12)、第三LED块(13)的通电量。
7.根据权利要求I至6任一项所述的发光二极管驱动装置，其特征在于，所述发光二极管驱动装置还具备在所述整流电路(2)的输出侧与地线之间连接的电容器。
8.一种发光二极管的点亮控制方法，其包括如下步骤获得对交流电源进行整流之后的脉动电压；将该脉动电压施加于相互串联连接的、将多个发光二极管彼此串联连接的第一 LED块(11)、第二 LED 块(12)、以及第三 LED 块(13)；能够切换与所述第二 LED块(12)并联连接从而使该第二 LED块(12)成为旁路的第一旁路路径(BPl)的0N/0FF的第一电流控制单元(21)，基于所述第一 LED块(11)的通电量， 在该通电量为规定值以下时将第一旁路路径(BPl)切换至0N，当该通电量超过规定值时将第一旁路路径(BPl)切换至OFF ;以及在所述第一旁路路径(BPl)被切换至OFF从而所述第二 LED块(12)被通电的状态下， 能够切换与所述第三LED块(13)并联连接从而使该第三LED块(13)成为旁路的第二旁路路径(BP2)的0N/0FF的第二电流控制单元(22)，基于所述第二 LED块(12)的通电量，在该通电量为规定值以下时将第二旁路路径(BP2)切换至0N，当该通电量超过规定值时将第二旁路路径(BP2)切换至OFF。
9.根据权利要求8所述的发光二极管的点亮控制方法，还具备如下步骤在所述第二旁路路径(BP2)被切换至OFF从而所述第三LED块(13)被通电的状态下， 能够切换与串联连接于所述第三LED块(13)的限流单元(3)并联连接从而使该限流单元(3)成为旁路的第三旁路路径(BP3)的0N/0FF的第三电流控制单元(23)，基于所述第三 LED块(13)的通电量，在该通电量为规定值以下时将第三旁路路径(BP3)切换至0N，当该通电量超过规定值时将第三旁路路径(BP3)切换至OFF。
全文摘要
本发明提供一种发光二极管驱动装置及发光二极管的点亮控制方法，可维持电源效率的同时改善LED利用效率及功率因数。该发光二极管驱动装置具备整流电路2，其能与交流电源连接，用于获得对该交流电源的交流电压整流之后的脉动电压；与所述整流电路2的输出侧依次串联连接的、由多个发光二极管构成的第一LED块11、由多个发光二极管构成的第二LED块12、由多个发光二极管构成的第三LED块13；第一切换单元，其基于所述第一LED块11的通电量，切换使所述第二LED块12旁路的第一旁路路径BP1的ON/OFF；和第二切换单元，其基于所述第一LED块11及所述第二LED块12的通电量，切换用于使所述第三LED块13旁路的第二旁路路径BP2的ON/OFF。
文档编号H01L33/00GK102612861SQ20108005051
公开日2012年7月25日 申请日期2010年8月31日 优先权日2009年11月13日
发明者六车修二, 小椋涉, 渡边照雄 申请人:日亚化学工业株式会社