点亮电路和灯的制作方法
【专利摘要】点亮电路(1)具备：控制用集成电路(U1)，其对开关元件(Q1)进行接通和断开控制；变压器(T1)，其具有与开关元件(Q1)串联连接的初级线圈(T11)和次级线圈(T12)；第一电压供给电路，其向LED模块(2)供给初级线圈(T11)的两端间的电压；以及第二电压供给电路，其在开关元件(Q1)处于接通状态时将在次级线圈(T12)中感应出的电压供给到电源端子(Vcc)。而且，当将从交流电源供给的电压设为X1[V]、将控制部件的电源电压的动作保证范围的最大值设为Y[V]、将控制部件的电源电压的动作保证范围的最小值设为Z[V]时，初级线圈(T11)与次级线圈(T12)的匝数的匝数比(N)具有[数1]所表示的关系。
【专利说明】点壳电路和灯【技术领域】
[0001]本发明涉及一种接受来自交流电源的电力供给来使LED (Light Emitting Diode:发光~极管)等光源点売的点売电路和具备该点売电路的灯。
【背景技术】
[0002]以往提出了一种具备包括线圈和开关元件的DC-DC转换器的电源电路(参照专利文献I)。该电源电路能够作为向光源供给电力的点亮电路使用。
[0003]专利文献I所记载的电源电路具备:整流平滑电路，其对从交流电源供给的交流进行整流平滑后输出；变压器，其由一端连接于整流平滑电路的高电位侧的电源侧线圈和与该电源侧线圈磁耦合的负载侧线圈构成；开关元件，其与变压器的电源侧线圈的另一端相连接；控制电路，其进行开关元件的接通和断开控制；以及用于对在负载侧线圈中感应出的电压进行整流平滑后供给到光源等负载的二极管和电容器。
[0004]而且，该点亮电路还具备电压供给用线圈，该电压供给用线圈用于与电源侧线圈磁耦合，并对控制电路的电源端子供给驱动用的电压。
[0005]专利文献1:日本特许第3488709号公报
【发明内容】
_6] 发明要解决的问题
[0007]另外，对于向控制电路的电源端子供给的电压，一般来说决定其动作保证范围。
[0008]与此相对地，在专利文献I所记载的电源电路中，关于电源侧线圈与变压器的电压供给用线圈的匝数比，没有特别地进行规定，从而有可能由于匝数比过大而导致从电力供给用线圈向控制电路的电源端子供给的电源电压小于控制电路的动作保证范围、控制电路发生动作不良，或者由于匝数比过小而导致电源电压大于控制电路的动作保证范围、控制电路发生故障。
[0009]本发明是鉴于上述事由而完成的，其目的在于提供一种能够防止动作不良和故障的发生的点亮电路。
[0010]用于解决问题的方案
[0011]为了达到上述目的，本发明所涉及的点亮电路接受来自交流电源的电力供给来使光源点亮，该点亮电路具备:整流平滑电路，其对从交流电源供给的交流进行整流平滑；开关元件，其与整流平滑电路相连接；控制部件，其对开关元件进行接通和断开控制；变压器，其具有与开关元件串联连接的初级线圈和由于流过该初级线圈的电流而在两端间感应出电压的次级线圈；第一电压供给电路，其向光源供给初级线圈的两端间的电压；以及第二电压供给电路，其连接在次级线圈与控制部件的电源端子之间且在开关元件处于接通状态时向电源端子供给在次级线圈中感应出的电压，其中，当将从外部电源供给的电压设为Xl [V]、将控制部件的电源电压的动作保证范围的最大值设为Y [V]、将控制部件的电源电压的动作保证范围的最小值设为Z[V]时，初级线圈的匝数与次级线圈的匝数之比N具有用下面的数式所表示的关系。
[0012][数I]
IlxXl ? IlxXl
[0013]- SC N (6-:-
YZ
[0014]发明的效果
[0015]根据本结构，通过依照上述[数I]的关系式决定初级线圈的匝数与次级线圈的匝数之比N，由此向控制部件的电源端子供给的电压处于控制部件的电源电压的动作保证范围内，因此能够防止因向控制部件的电源端子供给的供给电压不足而引起的控制部件的动作不良以及因控制部件的损坏而引起的故障的发生。
[0016]另外，本发明所涉及的点亮电路也可以为，接受来自交流电源的电力供给来使光源点亮，该点亮电路具备:整流平滑电路，其对从交流电源供给的交流进行整流平滑；开关元件，其与整流平滑电路相连接；控制部件，其对开关元件进行接通和断开控制；变压器，其具有与开关元件串联连接的初级线圈和由于流过该初级线圈的电流而在两端间感应出电压的次级线圈；第一电压供给电路，其向光源供给初级线圈的两端间的电压；以及第二电压供给电路，其连接在次级线圈与控制部件的电源端子之间且在开关元件处于断开状态时向电源端子供给在次级线圈中感应出的电压，其中，当将光源的额定电压设为X2[V]、将控制部件的电源电压的动作保证范围的最大值设为Y[V]、将控制部件的动作保证范围的最小值设为Z[V]时，初级线圈的匝数与次级线圈的匝数之比N具有用下面的数式所表示的关系O
[0017][数2]
[00 "I 8]...........TJ-ry
I￡j
[0019]根据本结构，通过依照上述[数2]的关系式决定初级线圈的匝数与次级线圈的匝数之比N，由此向控制部件的电源端子供给的电压处于控制部件的电源电压的动作保证范围内，因此能够防止因向控制部件的电源端子供给的供给电压的不足而引起的控制部件的动作不良以及因控制部件的损坏而引起的故障的发生。
[0020]另外，本发明所涉及的点亮电路也可以为，上述开关元件的开关频率等于由上述光源的额定电压规定的频率阈值。
[0021]根据本结构，能够提高从交流电源向光源和控制部件的电力供给效率。
[0022]另外，本发明所涉及的点亮电路也可以为，上述频率阈值f具有用下面的数式表不的关系。
[0023][数3]
[0024]f=l.26[1/V.sec] XX2+28.0 [1/sec]
[0025]另外，本发明所涉及的点亮电路也可以为，还具备连接于次级线圈的两端间的齐纳二极管，控制部件具有对流过齐纳二极管的电流进行检测的电流检测电路，当电流检测电路的检测电流超过参照电流值时，维持停止开关元件的控制的状态。
[0026]根据本结构，当流过齐纳二极管的电流的大小超过参照电流值时，控制部件将开关元件的控制停止。因而，通过将参照电流值设定为齐纳二极管的最大允许电流值以下，能够防止过电流流过齐纳二极管。其结果，在保护控制部件的同时还能够防止齐纳二极管的损坏。
[0027]另外，本发明所涉及的点亮电路也可以为，上述第二电压供给电路在上述开关元件处于接通状态时向上述电源端子供给在上述次级线圈中感应出的电压。
[0028]另外，本发明所涉及的点亮电路也可以为，上述第二电压供给电路在上述开关元件处于断开状态时向上述电源端子供给在上述次级线圈中感应出的电压。
[0029]另外，本发明所涉及的点亮电路也可以为，还具备与上述齐纳二极管串联连接的电阻，上述电流检测电路检测流过上述电阻的电流值。
[0030]另外，本发明也可以为具备上述点亮电路的灯。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1是表示实施方式I所涉及的点亮电路的电路结构的图。
[0032]图2是实施方式I所涉及的点亮电路的动作说明图。
[0033]图3是实施方式I所涉及的点亮电路的动作说明图。
[0034]图4是与实施方式I所涉及的点亮电路有关的实验结果。
[0035]图5是与实施方式I所涉及的点亮电路有关的实验结果。
[0036]图6是实施方式I所涉及的点亮电路的动作说明图。
[0037]图7是与实施方式I所涉及的点亮电路有关的实验结果。
[0038]图8是实施方式2所涉及的点亮电路的结构图。
[0039]图9是实施方式2所涉及的点亮电路的主要部分结构图。
[0040]图10是实施方式I所涉及的点亮电路的动作说明图。
[0041]图11是实施方式2所涉及的点亮电路的动作说明图。
[0042]图12是实施方式2所涉及的点亮电路的动作说明图。
[0043]图13是实施方式3所涉及的灯的概要截面图。
[0044]图14是表不变形例所涉及的点売电路的电路结构的图。
[0045]图15是变形例所涉及的点亮电路的结构图。
[0046]图16是变形例所涉及的点亮电路的结构图。
[0047]图17是变形例所涉及的点亮电路的主要部分结构图。
[0048]图18是变形例所涉及的点亮电路的主要部分结构图。
【具体实施方式】
[0049]<实施方式1>
[0050]〈1> 结构
[0051]图1示出本实施方式所涉及的点亮电路的电路图。
[0052]点亮电路I经由电源端子TP1、TP2与交流电源3相连接，并且经由输出端子TL1、TL2与LED模块2相连接。
[0053]LED模块2是对多组(图1中为2组)将多个LED21串联连接得到的串联连接体进行并联连接而成的。当从交流电源3经由点亮电路I对各LED21供给电力时，各LED21点売。[0054]作为点亮电路I的主要结构，具备整流平滑电路12、升降压型的DC-DC转换器13、电力供给电路14以及控制用集成电路U1。
[0055]整流平滑电路12包括二极管电桥DBl、连接在二极管电桥DBl的输出端间的电容器Cl 1、连接在电容器Cl I的两端间的由线圈NFl和电解电容器C12构成的串联电路，输出电解电容器C12的两端间的电压。
[0056]DC-DC转换器13具备变压器Tl的初级线圈(电源侧线圈)T11、由N沟道型MOS晶体管构成的开关元件Ql以及二极管D2。该DC-DC转换器13经由连接在输出端间的由电容器C5和电阻R7构成的并联电路与输出端子TL1、TL2相连接。由二极管D2、电容器C5以及电阻R7构成了用于向LED模块2供给初级线圈Tll的两端间的电压的第一电压供给电路。
[0057]变压器Tl的初级线圈Tll为一端侧与整流平滑电路12的高电位侧的输出端相连接，另一端侧与开关元件Ql的漏极相连接。
[0058]开关元件Ql的栅极G经由电阻R4与控制用集成电路Ul电连接且漏极D与变压器Tl的初级线圈Tll的另一端侧连接，并且源极S经由电阻R6与整流平滑电路12的低电位侧的输出端相连接。另外，在开关元件Ql的源极-栅极间连接有电阻R5。在此，电阻R4、R5作为防止寄生谐振等的栅极电阻而发挥功能。另外，电阻R6用于在开关元件Ql处于接通状态时对流过开关元件Ql的电流进行限制。
[0059]二极管D2连接在开关元件Ql的漏极D同变压器Tl的初级线圈Tll之间的连接点与输出端子TLl之间。在此，二极管D2以从开关元件Ql与初级线圈Tll之间的连接点朝向输出端子TLl的方向为正方向的方式进行连接。
[0060]电力供给电路14具备:串联电路，其由连接在整流平滑电路12的高电位侧的输出端与控制用集成电路Ul的电源端子Vcc之间的二极管Dl和电阻R2构成；电容器C4，其连接在控制用集成电路Ul的电源端子Vcc与整流平滑电路12的低电位侧的输出端之间；二极管D3，其连接在变压器Tl的次级线圈(电压供给用线圈)T12与控制用集成电路Ul的电源端子Vcc之间；以及齐纳二极管ZD1，其连接在电容器C4的两端间。在此，二极管D3以从次级线圈T12流向控制用集成电路Ul的电源端子Vcc的方向为正方向的方式进行连接。该二极管D3构成了将在开关元件Ql处于接通状态时或者在开关元件Ql处于断开状态时在次级线圈T12中感应出的电压供给至电源端子Vcc的第二电压供给电路。另外，由二极管Dl和电阻R2构成的串联电路是为了在向点亮电路接通电源时的初始动作时使电流从整流平滑电路12流向电容器C4并向控制用集成电路Ul的电源端子Vcc供给电压而设置的。该部分在普通驱动时也供给电流。齐纳二极管ZDl用于防止对控制用集成电路Ul的电源端子Vcc施加过度的电压。
[0061]控制用集成电路Ul通过使对开关元件Ql的栅极G施加的控制电压变化，来对开关元件Ql进行接通和断开控制。该控制用集成电路Ul具有接受驱动用电压的供给的电源端子Vcc、输出控制电压的输出端子OUT以及用于与整流平滑电路12的低电位侧的输出端连接的端子Gnd。
[0062]<2> 动作
[0063]下面，针对本实施方式所涉及的点亮电路I的动作进行说明。此外，在下面的说明中，“极性相同的变压器Tl”是指在电流流过初级线圈Tll时在次级线圈T12中也有电流流过的变压器。另外，“极性不同的变压器Tl”是指在电流流过初级线圈Tll时，由于二极管D3发生作用而电流不会流过次级线圈T12的变压器。但是，根据与变压器Tl相连接的电路的不同，存在即使极性相同而变压器Tl的结构(绕线方向、绕线位置)也不同的情况。
[0064]<2-1>变压器的初级线圈Tll与次级线圈T12的极性相同的情况
[0065]此外，初级线圈Tll与次级线圈T12的极性相同的变压器Tl具有如下两种制作方法。一种是改变绕线方向，另一种是改变绕线起始位置。
[0066]在图2的(a)中示出流过初级线圈Tll的电流的时间变化，在图2的(b)中示出流过次级线圈T12的电流的时间变化，在图2的(c)中示出开关元件Ql的漏极与初级线圈Tll之间的连接点的电位的时间变化，在图2的(d)中示出开关元件的接通和断开的定时，在图2的(e)中示出在点亮电路I的输出端子TL1、TL2间产生的电压的时间变化。此外，在图2的(e)中，与输出端子TL2的电位相比输出端子TLl的电位高的情况为正。
[0067]首先，当在时刻Tl开关元件Ql变为接通状态时(参照图2的(d))，流过初级线圈Tll的电流Il逐渐增加(参照图2的(a))。此时，在次级线圈T12中产生与二极管D3连接的一端侧的电位低于另一端侧的电位的电压，因此电流12从次级线圈T12流向D3 (参照图2的(b))。于是，连接在控制用集成电路Ul的电源端子Vcc与整流平滑电路12的低电位侧的输出端之间的电容器C4被充电，并向电源端子Vcc供给电力。此时，开关元件Ql的漏极成为比整流平滑电路12的低电位侧的输出端的电位高出电阻R6的电压下降部分和VDS (漏极-源极间电压)的电位。
[0068]接着，当在时刻T2开关元件Ql变为断开状态时(参照图2的(d))，开关元件Ql的漏极与整流平滑电路12的高电位侧的电位大致相等(参照图2的(c))。此时，初级线圈Tll为了维持在开关元件Ql处于接通状态时流动的电流而放出自己所蓄积的能量，随之流过初级线圈Tll的电流Il逐渐减少。此时，与施加于初级线圈的电压成比例地在次级线圈中产生电动势。即，在次级线圈T12中产生与二极管D3连接的一端侧的电位高于另一端侧的电位的电压，因此二极管D3不导通，从而电流不会流过次级线圈T12(参照图2的(b))。另外，在时刻T2与时刻T3之间，在点亮电路I的输出端子TL1、TL2间以输出端子TLl的电位高于输出端子TL2的电位的形式输出电压(参照图2的(e))。
[0069]然后，当到达时刻T3时，开关元件Ql的漏极电位反映在初级线圈Tll与开关元件Ql的寄生电容之间产生的谐振现象而进行变动。此时，输出端子TL1、TL2间的电压以由电容器C5和电阻R7决定的时间常数慢慢地减少(参照图2的(e))。该时间常数与开关元件Ql的开关周期相比足够大，即使开关元件Ql的漏极电位与开关周期同步地发生变动，输出端子TL1、TL2间的电压也被维持在使LED模块2的各LED21点亮所需要的电压以上。
[0070]之后，当达到时刻T4时，开关元件Ql再次变为接通状态,流过初级线圈Tll的电流逐渐增加。
[0071]<2-2>变压器的初级线圈Tll与次级线圈T12的极性不同的情况
[0072]将流过变压器TI的初级线圈T11的电流的时间变化、流过次级线圈T12的电流的时间变化以及开关元件Ql的漏极与初级线圈Tll之间的连接点的电位的时间变化与开关元件的接通断开的定时和LED模块的点亮熄灭定时之间的关系一起在图3中示出。此外，在图3的(e)中，与输出端子TL2的电位相比输出端子TLl的电位高的情况为正。
[0073]首先，当在时刻T21开关元件Ql变为接通状态时(参照图3的(d))，流过初级线圈Tll的电流Il逐渐增加(参照图3的(a))。此时，在次级线圈T12中产生与二极管D3连接的一端侧的电位高于另一端侧的电位的电压，因此二极管D3不导通，从而电流12不会流过次级线圈T12(参照图3的(b))。此时，开关元件Ql的漏极成为比整流平滑电路12的低电位侧的输出端的电位高出电阻R6的电压下降部分和VDS (漏极-源极间电压)的电位。
[0074]接着，当在时刻T22开关元件Ql变为断开状态时，开关元件Ql的漏极与整流平滑电路12的高电位侧的电位大致相等(参照图3的(C))。此时，初级线圈Tll为了维持在开关元件Ql处于接通状态时流动的电流而放出自己所蓄积的能量，随之流过初级线圈Tll的电流Il逐渐减少。此时,与施加于初级线圈的电压成比例地在次级线圈中产生电动势。即，在次级线圈T12中产生与二极管D3连接的一端侧的电位低于另一端侧的电位的电压，因此二极管D3导通，从而电流12流过次级线圈T12(参照图3的(b))。于是，连接在控制用集成电路Ul的电源端子Vcc与整流平滑电路12的低电位侧的输出端之间的电容器C4被充电，并向电源端子Vcc供给电力。另外，在时刻T22与时刻T23之间，在点亮电路I的输出端子TLl、TL2间以输出端子TLl的电位高于输出端子TL2的电位的形式输出电压(参照图3的(e))。
[0075]然后，当达到时刻T23时，开关元件Ql的漏极电位反映在初级线圈Tll与开关元件Ql的寄生电容之间产生的谐振现象而进行变动。此时，输出端子TL1、TL2间的电压以由电容器C5和电阻R7决定的时间常数慢慢地减少(参照图2的(e))。该时间常数与开关元件Ql的开关周期相比足够大，即使开关元件Ql的漏极电位与开关周期同步地进行变动，输出端子TL1、TL2间的电压也被维持在使LED模块2的各LED21点亮所需要的电压以上。
[0076]之后，当达到时刻T24时，开关元件Ql再次变为接通状态，从而流过初级线圈Tll的电流逐渐增加。
[0077]<3>关于初级线圈Tll与次级线圈T12的匝数比例的实验结果
[0078]关于交流电源3的交流电压的有效值分别为100V、200V、300V、400V的情况，进行了在改变初级线圈Tll与次级线圈T12的匝数比的同时确认点亮电路I的动作的实验。该实验中使用的交流电源3是输出正弦波状的交流电压的电源。下面，详细记述实验结果。
[0079]<3-1>变压器的初级线圈Tll与次级线圈T12的极性相同的情况
[0080]图4示出从交流电源3向点亮电路I的输入端子TP1、TP2施加的交流电压的大小与匝数比之间的关系。在交流电压为100V、200V、300V、400V的各个情况下，当匝数比大于
10、20、30、40时，LED模块2间歇性地点亮熄灭(闪烁)。认为该情况表示由于未对控制用集成电路Ul的电源端子Vcc供给足够的电力而控制用集成电路Ul没有正常地进行驱动。也就是说，认为示出了对控制用集成电路Ul的电源端子Vcc供给的电源电压低于控制用集成电路UI的电源电压的动作保证范围的最小值。
[0081]另一方面，当匝数比大于2.5,5.0,7.5、10.0时，存在控制用集成电路Ul发生损坏的情况。认为示出了对控制用集成电路Ul的电源端子Vcc供给了比动作保证范围的最大值还大的过度的电压。
[0082]根据以上内容可知，在从交流电源3向点亮电路I输入的交流电压的有效值为Xl [V]时，匝数比N只要被设定成满足用[数4]表示的条件即可。
[0083][数4][0084]
【权利要求】
1.一种点亮电路，接受来自交流电源的电力供给来使光源点亮，该点亮电路的特征在于，具备: 整流平滑电路，其对从上述交流电源供给的交流进行整流平滑； 开关元件，其与上述整流平滑电路相连接； 控制部件，其对上述开关元件进行接通和断开控制； 变压器，其具有与上述开关元件串联连接的初级线圈和由于流过该初级线圈的电流而在两端间感应出电压的次级线圈； 第一电压供给电路，其向上述光源供给上述初级线圈的两端间的电压；以及第二电压供给电路，其连接在上述次级线圈与上述控制部件的电源端子之间且在上述开关元件处于接通状态时向上述电源端子供给在上述次级线圈中感应出的电压， 其中，当将从上述交流电源供给的电压设为Xl[v]、将上述控制部件的电源电压的动作保证范围的最大值设为Y[v]、将上述控制部件的电源电压的动作保证范围的最小值设为Z[V]时，上述初级线圈与上述次级线圈的匝数比N具有用下面的数式所表示的关系， [数I]
2.一种点亮电路，接受来自交流电源的电力供给来使光源点亮，该点亮电路的特征在于，具备: 整流平滑电路，其对从上述交流电源供给的交流进行整流平滑； 开关元件，其与上述整流平滑电路相连接； 控制部件，其对上述开关元件进行接通和断开控制； 变压器，其具有与上述开关元件串联连接的初级线圈和由于流过该初级线圈的电流而在两端间感应出电压的次级线圈； 第一电压供给电路，其向上述光源供给上述初级线圈的两端间的电压；以及第二电压供给电路，其连接在上述次级线圈与上述控制部件的电源端子之间且在上述开关元件处于断开状态时向上述电源端子供给在上述次级线圈中感应出的电压， 其中，当将上述光源的额定电压设为X2[V]、将上述控制部件的电源电压的动作保证范围的最大值设为Y[V]、将上述控制部件的动作保证范围的最小值设为Z[V]时，上述初级线圈与上述次级线圈的匝数比N具有用下面的数式所表示的关系， [数2]
3.根据权利要求2所述的点亮电路，其特征在于， 上述开关元件的开关频率等于由上述光源的额定电压规定的频率阈值。
4.根据权利要求3所述的点亮电路，其特征在于， 上述频率阈值f具有用下面的数式表示的关系， [数3]
f=l.26[1/V.sec] XX2+28.0 [1/sec]。
5.根据权利要求1~4中的任一项所述的点亮电路，其特征在于， 还具备连接于上述次级线圈的两端间的齐纳二极管， 上述控制部件具有对流过上述齐纳二极管的电流进行检测的电流检测电路，当上述电流检测电路的检测电流超过参照电流值时，维持停止开关元件的控制的状态。
6.根据权利要求5所述的点亮电路，其特征在于， 上述第二电压供给电路在上述开关元件处于接通状态时向上述电源端子供给在上述次级线圈中感应出的电压。
7.根据权利要求5所述的点亮电路，其特征在于， 上述第二电压供给电路在上述开关元件处于断开状态时向上述电源端子供给在上述次级线圈中感应出的电压。
8.根据权利要求5~7中的任一项所述的点亮电路，其特征在于， 还具备与上述齐纳二极管串联连接的电阻， 上述电流检测电路检测流过上述电阻的电流值。
9.一种灯，具备根 据权利要求1~8中的任一项所述的点亮电路。
【文档编号】H02M3/155GK103583086SQ201280027167
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年2月22日 优先权日:2011年5月27日
【发明者】上田泰久, 矶贝俊明, 杉田和繁 申请人:松下电器产业株式会社