发光二极管点灯装置的制作方法

专利名称：发光二极管点灯装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有降压斩波器(cho卯er)的发光二极管点灯装置。
背景技术：
具有降压斩波器的发光二极管(diode)点灯装置，众所周知的是例如日本专利第 4123886号公报中所揭示的发光二极管点灯装置。在此种发光二极管点灯装置中，在作为 第1开关(switching)元件的场效应晶体管(Field-Effect Transistor,FET)与第1电感 (inductor)之间连接着电阻值较小的电阻元件，并将该电阻元件连接在作为第2开关元件 的双极(bipolar)型的晶体管(transistor)的基极(base)-发射极(emitter)之间。晶 体管的集极(collector)连接于FET的栅极(gate)端子。 如果使FET进行接通动作，则电流会从直流电源经由并联连接于电阻元件、第1电 感及负载的发光二极管(Light Emitting Diode，LED)电路的电容器(condenser)而流动， 且该电流逐渐增加，但如果电阻元件的两端间电压达到使晶体管动作的偏压(bias)，则晶 体管进行接通动作，由此使FET断开(turn off)。由于使电阻元件的两端间电压为晶体管 的基极偏压，且在该电压达到规定的电压时晶体管进行接通动作而使FET断开，因此可以 始终准确地获得断开的时序(timing)而不受第2电感所感应的电压值的影响。S卩，可以始 终准确地使FET进行开关动作。而且，当电容器的充电电压大于等于LED电路的正向电压 (forward voltage)时，电流流过LED电路，LED电路的LED开始点灯。
由于在为硅晶体管(silicon transistor)的情况下，使晶体管进行接通动作的基 极偏压较低而为O. 5V，因此基本上因电阻元件而消耗的功率几乎是零，从而可以极力地防 止无益的功率消耗。 然而，存在欲进一步降低先前的发光二极管点灯装置中的与第1开关元件串联连 接的电阻元件的功率损耗的要求。另外，该第1开关元件的温度特性由晶体管的温度特性 来决定，从而存在难以对第1开关元件赋予所期望的温度特性的问题。 由此可见，上述现有的发光二极管点灯装置在结构与使用上，显然仍存在有不便 与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求 解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构能够 解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型的发光二极 管点灯装置，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

发明内容
本发明的目的在于提供一种发光二极管点灯装置，可以进一步降低与降压斩波器 的开关元件串联连接的阻抗(impedance)机构的功率损耗，而且温度特性良好，且输出电 流的不均较少。 本发明的发光二极管点灯装置包括直流电源；降压斩波器，包括连接于直流电 源的输入端、连接负载的输出端、第1电路及第2电路，该第1电路串联地包含开关元件、阻抗机构及第1电感且连接于所述输入端与所述输出端之间，该第2电路串联地包含所述第1电感及二极管且连接于所述输出端；发光二极管，作为所述负载而连接于所述降压斩波器的输出端；自励式驱动信号产生电路，包括磁耦合于所述降压斩波器的第1电感的第2电感，将第2电感所感应到的电压作为驱动信号而施加于所述开关元件的控制端子，以使所述开关元件维持于接通状态；以及断开电路，包括比较机构及开关元件，该比较机构对所述降压斩波器的阻抗机构的电压进行检测并在该检测电压超过基准值时将输出电压加以输出，该开关元件通过该比较机构的输出电压而接通来使所述自励式驱动信号产生电路的输出端短路，从而使所述开关元件断开。 根据本发明的发光二极管点灯装置，使降压斩波器的开关元件断开的断开电路包括开关元件，使对开关元件供给驱动信号的自励式驱动信号产生电路的输出端短路；以及比较机构，插在与降压斩波器的开关元件串联的阻抗机构和开关元件之间；由此，可以在流过阻抗机构的电流达到规定值时，使断开电路进行动作来使开关元件断开，因此可以提供一种发光二极管点灯装置，能够进一步减小阻抗机构的阻抗而进一步降低阻抗机构的功率损耗，并且温度特性良好，而且输出电流的不均较少。
本发明允许以下的型态。 直流电源是对交流电源、例如商用交流电源电压进行整流后将用以使发光二极管点灯的功率以直流的型态供给到降压斩波器。整流的型态并未作特别限定，优选为全波整流。然而，不仅可以为整流化直流电源，而且还可以为包括电池(battery)等的直流电源。另外，在直流电源是整流化直流电源的情况下，可以构成为在直流电源的输出端间连接着平滑电容器以使直流输出电压平滑化。 作为使用整流化直流电源的情形的优选型态而可以采用如下构成在交流电源电压为100V时，使平滑电容器的电容为12 ii F 20 ii F，且将降压斩波器的输出电压在发光二极管的点灯中设定为35V 48V。根据该型态，发光二极管点灯装置满足小于等于25W的输入电流的谐波标准(JISC61000-3-2 Class C)，且即便寿命中的平滑电容器的电容下降也可以对发光二极管连续地供给电流，因此可以使电路的寿命更长。 降压斩波器为众所周知的斩波电路(cho卯er circuit)，其包括第1电路及第2电
路，且输入端上串联地连接着开关元件及第1电感，输出端上串联地连接着第1电感及二极管。而且，众所周知的是，如果令开关元件的接通时间为T。,、令断开时间为T。『令直流电源电压为V『令输出电压为V皿，则具有输出电压成为V。UT = VIN 4。w/(T。w+T,)而低于输入电压的关系。 发光二极管作为负载而连接于降压斩波器的输出端，并通过降压斩波器的输出电流来进行点灯。连接于降压斩波器的输出端的发光二极管即可以是多个发光二极管串联连接而成的串联电路，也可以是单独的发光二极管。而且，也可以是将多个发光二极管并联连接而构成负载电路。进而，由于对发光二极管的发光特性及封装(package)型态等并未作特别限定，因此该发光二极管可以适当地选择使用已知的各种发光特性、封装型态及额定值等。 自励式驱动信号产生电路包括磁耦合于降压斩波器的第1电感的第2电感，将第2电感所感应到的电压作为驱动信号而施加于开关元件的控制端子，以使该开关元件维持接通状态。可以根据期望而使例如电容器与电阻的串联电路等的阻抗元件插在第2电感与开关元件的控制端子之间。 断开电路包括比较机构及开关元件，对降压斩波器的阻抗机构的电压进行检测，并通过在该检测电压超过基准值时所产生的比较机构的输出信号来使开关元件接通。而且，开关元件使自励式驱动信号产生电路的输出端短路。通过该短路来使降压斩波器的开关元件断开。 在断开电路作为开关元件而由例如晶体管构成的情况下，比较机构可以将所述输入电压设定为明显低于使该晶体管接通时的基极/发射极电压的例如小于等于0. 3V的电压。由此，可以减小阻抗机构的阻抗，从而可以使阻抗机构中所产生的功率损耗成为相当小的值。 为了通过比较机构的输出电压来使开关元件接通，而将比较机构插在阻抗机构与开关元件之间，由此使降压斩波器的断开的温度特性就不会受开关元件的影响。其结果，发光二极管点灯装置的温度特性变得良好。即，比较机构将其输入电压与内部所设定的基准电压加以比较，并在输入电压超过基准电压的情况下，将输入电压放大为较高的电压后加以输出。再者，通常是使用齐纳二极管(Zener diode)来设定基准电压。比较机构的温度特性大致取决于设定基准电压用的齐纳二极管的温度特性，因此容易选择使其温度特性为断开电路的温度特性且具有较佳的轻微负特性及平稳(flat)的温度特性的齐纳二极管。进而，由于通过比较机构的动作来进行降压斩波器的开关元件的断开控制，因此易于进行降压斩波器的输出电流的不均管理，且该不均也降低。 另外，在本发明中，可以将使用着运算放大器(operational amplifier)的电压比较器(comparator)即比较器作为主体来构成包括比较机构及开关元件的断开电路。在该情况下，可为由比较器及通过其输出电压而接通的开关元件来构成断开电路的第1型态、以及仅由反向电流(sink current)电容比较大的比较器来构成断开电路的第2型态中的任一者。再者，在第2型态中，由于比较器自身的反向电流电容比较大，因此该比较器发挥着开关元件的功能，从而不需要另外设置开关元件。 在本发明中，优选的第3型态是在以上说明的发光二极管点灯装置中具有过电压保护电路，该过电压保护电路包括磁耦合于降压斩波器的第1电感的第3电感，当该第3电感的感应电压超过规定值时，使降压斩波器的开关元件断开。 过电压保护电路中，当输出电压随着负载异常而成为过电压时，第3电感所感应到的电压成比例地上升。由此，可以使过电压保护电路进行动作而使降压斩波器的开关元件断开来保护电路。 过电压保护电路优选以如下方式构成，S卩，使用比较器而在第3电感的感应电压变得异常高时输出负的电压。而且，将负的输出电压施加于降压斩波器的开关元件的控制端子。由此，使开关元件断开而使降压斩波器停止来进行保护动作。 根据第3型态而具有过电压保护电路，该过电压保护电路包括磁耦合于降压斩波器的第1电感的第3电感，在该第3电感的感应电压超过规定值时，使降压斩波器的开关元件断开，由此，在因负载异常而使输出电压成为过电压时进行保护动作，因此可以使负载的发光二极管在受到损坏之前熄灯。 另外，本发明的优选的第4型态以如下方式构成在以上的构成中，将光耦合器(photo coupler)并联连接于断开电路的比较器的基准电压源，根据脉宽调制(pulse
5width modulation, P丽)方式的调光信号来对光耦合器进行驱动。再者，在调光信号并非 为P丽方式的信号的情况下，使用将调光信号转换为P丽信号的转换电路来获得P丽信号 之后再对光耦合器进行驱动即可。 根据第4型态，可以获得具有调光功能的发光二极管点灯装置。 另外，本发明的发光二极管点灯装置中，直流电源包括整流电路，对交流电压进
行整流；以及平滑电容器，使由该整流电路进行了整流的直流电压平滑化；降压斩波器包
括连接于输出端之间的输出电容器，降压斩波器的输入电流波形的五次谐波比率小于等于
60%，且平滑电容器的电压在交流电压周期的整个范围内高于输出电容器的电压。 直流电源包括整流电路及平滑电容器。而且，整流电路对交流电源、例如商用交流
电源的交流电压进行整流而获得直流。再者，交流电压并不限定于100V。平滑电容器为预
先设定的静电电容(electrostaticcapacity)，以包含适度的纹波(ripple)的方式而使通
过整流所获得的直流电压平滑化，从而以直流的型态将用以使发光二极管点灯的功率供给
到降压斩波器。 降压斩波器是众所周知的斩波电路，该斩波电路包括连接于输出端之间的输出电 容器，并输出与输入直流电压相比为低压的直流电压。 S卩，在直流电源的一极与降压斩波器的一输出端子之间连接着开关元件与第1电 感的串联电路，在开关元件与第1电感的连接点和直流电源的一极及降压斩波器的另一输 出端子之间，相对于在开关元件OFF(断开)的期间中从第l电感流出的电流而正向地连接 着发光二极管。另外，在降压斩波器的输出端子之间连接着输出电容器，该输出电容器主要 是使随着开关而产生的高频波(high frequency wave)迂回(bypass)而不流到负载的发 光二极管中。而且，使用自励式或者他励式的驱动电路等的控制电路来对开关元件的开关 进行控制。 在本发明中，为了实现输入电流波形的五次谐波比率小于等于60 % 、且平滑电容 器的电压在交流电压周期的整个范围内高于输出电容器的电压的状态，而例如以如下方式 来设定直流电源的平滑电容器所具有的静电电容则较为有效。 g卩，第一 以输入电流波形的五次谐波比率小于等于60%的方式来设定平滑电容 器的静电电容。通过满足所述条件，则可以使第五次谐波比率成为小于等于60%，而且也可 以抑制第三次谐波成分比率及输入电流的峰值(peak)相位的影响。特别有效的是负载小 于等于25W的情况，如果以此方式构成，则也满足日本的小于等于25W的谐波标准。如果对 该谐波标准加以具体说明，则规定着输入电流波形的五次谐波比率小于等于61%、第三次 谐波比率小于等于86%、及输入电流的峰值相位小于等于65°的条件，且也必须满足这些 条件。但是，由于发现平滑电容器的静电电容的最大值满足第五次谐波的条件，因此不存在 问题。 另外，第二以平滑电容器的电压在交流电压周期的整个范围内高于输出电容器 的电压的方式来设定平滑电容器的静电电容。通过满足此条件，则可以在交流电压周期的 整个范围内使降压斩波器连续并稳定地动作。在交流电压周期的整个范围内，即便平滑电 容器的电压未高于输出电容器的电压，降压斩波器也能进行动作，但由于在平滑电容器的 电压低于输出电容器的电压的期间中无法获得稳定的动作，因此成为间歇性的动作，其结 果，发光二极管的光亮中容易产生闪烁。
因此，通过使降压斩波器的输入电流波形的五次谐波比率小于等于60%，且使平滑电容器的电压在交流电压周期的整个范围内高于输出电容器的电压，则发挥着可以提供如下的发光二极管点灯装置的效果，该发光二极管点灯装置中，输入电流的谐波降低，且降压斩波器遍及交流周期的整个期间稳定地动作而不产生光亮的闪烁。 再者，优选以如下方式构成所述构成在平滑电容器达到寿命(例如静电电容下降到额定值的80%时)之前的期间中，维持着所述的电路条件。 如果为了抑制因谐波所引起的不良情形或满足谐波标准而减小平滑电容器的静电电容，则其结果是整流电压中所包含的纹波增多，平滑电容器的电压容易在交流周期的一部分期间中变得低于降压斩波器的输出电容器的电压。关于此问题，通过以将降压斩波器的输出电压设定得较低来使输出电容器的电压变低的方式来构成，则可以遍及交流周期的整个期间而使平滑电容器的电压高于输出电容器的电压。 但是，由于电路效率存在随着输出电容器的电压相对于平滑电容器的电压的比率变小而下降的倾向，因此优选以尽量不使该比率变得过低的方式来进行设定。例如，在交流电压为100V的情况下，如果将输出电容器的电压设定为小于等于交流电压的1/2，则容易使平滑电容器的电压遍及交流周期的整个期间而高于输出电容器的电压。为了使电路效率比较高，而优选以输出电容器的电压成为35V 48V的方式来设定作为负载而连接于输出端的发光二极管的串联数量。如果为所述电压范围，则电路效率成为大于等于89%，且即便存在平滑电容器等的零件的差异，也能够在实用上的小于等于25W时抑制因谐波所引起的不良情形，或满足谐波标准，且降压斩波器遍及交流周期的整个期间而稳定地动作而不会产生光亮的闪烁，并且可以获得高电路效率而使实用性提高。 再者，在交流电源电压超过100V而较高的情况下，为了将输出电容器的电压维持在例如所述的较低的范围，也允许采用将降压斩波器的电压降低率设定成相对较高的型态。在该型态中，虽然电路功率因数(circuitpower factor)稍降低，但可以获得相同的效果。


图1是表示用以实施本发明的发光二极管点灯装置的第1实施例的电路图。
图2是表示直流电源的平滑电容器的电容与输入电流峰值的相位及谐波成分的关系的图表。 图3是表示直流电源的平滑电容器的电容与直流电源的电压纹波最低值的关系的图表。
图4是说明降压斩波器的输出电压与电路效率的关系的图表。 图5是表示用以实施本发明的发光二极管点灯装置的第2实施例的电路图。 图6是表示用以实施本发明的发光二极管点灯装置的第3实施例的电路图。 图7是使用本发明的发光二极管点灯装置的灯泡形灯的纵向剖面图。 图8是灯泡形灯的灯口部分的横向剖面图。 图9是灯泡形灯的发光二极管模块的平面图。 图10是灯泡形灯的侧视图。
11 :发光二极管点灯装置 21 :灯泡形灯
22 :散热体23 :壳体23a :封闭板23b :连通孔23c :凸缘部24 :本体25 :灯口26 :发光二极管模块基板27 :灯罩31 :散热体本体32 :散热片34 :安装凹部35 :嵌合凹部36 :插通孔部37 :槽部38 :环41 :外壳42 :色缘部43 :孔眼44 :导线51 :基板52 :配线孔61 :点灯电路零件62 :基板62a、62b :基板面63 :基板单元64 :电感元件AC :交流电源A :第1电路B :第2电路CI C6 :电容器CP1、CP2 :比较器Dl D3 :二极管DB :全波整流电路DC:直流电源DIM :调光控制电路DSG :自励式驱动信号产生电路ES1、ES2 :控制电路电源L:长度LI :第1电感L2 :第2电感L3 :第3电感LED :发光二极管LC:负载电路OVP :过电压保护电路PI P7 :端子PC :光耦合器Q1、Q2 :开关元件Rl RIO :电阻器SDC :降压斩波器ST :启动电路tl、t2:输入端t3、t4 :输出端TOF:断开电路
W:宽Zl ::阻抗机构
ZD1、ZD2 :齐纳二极管
具体实施例方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合 附图及较佳实施例，对依据本发明提出的发光二极管点灯装置其具体实施方式
、结构、特征 及其功效，详细说明如后。 有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实 施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式
的说明，当可对本发明为达成预定目 的所采取的技术手段及功效得一更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说 明之用，并非用来对本发明加以限制。
图1是表示用以实施本发明的发光二极管点灯装置的第1实施例的电路图。
发光二极管点灯装置包括直流电源DC、降压斩波器SDC、发光二极管LED、自励式 驱动信号产生电路DSG、及断开电路T0F。再者，由自励式驱动信号产生电路DSG及断开电 路TOF来构成自励式驱动电路。除了这些构成要素以外，还附设着启动电路ST。
直流电源DC包括输入端连接于例如额定电压为100V的商用交流电源等的交流电 源AC的全波整流电路DB及电容器C1。平滑电容器C1连接于全波整流电路DB的输出端之 间。再者，连接于全波整流电路DB的输入端之间的是防止噪音(noise)用的电容器C2。
降压斩波器SDC包括输入端tl、t2，连接于直流电源DC ;输出端t3、t4，连接负载； 第1电路A，串联地包含开关元件Ql、阻抗机构Zl、及第1电感Ll且连接于输入端tl及输 出端t3之间；以及第2电路B，串联地包含第1电感Ll及二极管Dl且连接于输出端t3、t4 之间。另外，在输出端t3、 t4之间连接着作为平滑电容器的输出电容器C3。
降压斩波器SDC的开关元件Ql由FET(场效应晶体管)形成，该FET的漏极 (drain)、源极(source)连接于第1电路A。而且，第1电路A经由输出电容器C3及/或 下述的负载电路LC形成第1电感Ll的充电电路，第2电路B的第1电感Ll及二极管Dl 经由输出电容器C3及/或下述的负载电路LC而形成第1电感Ll的放电电路。再者，阻抗 机构Z1由电阻器形成，但可以根据期望而使用具有适度的电阻成分的电感或电容器等。
使用着所期望数量的发光二极管LED，将这些发光二极管LED加以串联连接而形 成负载电路LC，该负载电路LC连接在降压斩波器SDC的输出端t3、 t4之间。
自励式驱动信号产生电路DSG包括磁耦合于降压斩波器SDC的第1电感Ll的第 2电感L2。而且，将第2电感L2所感应到的电压作为驱动信号而施加于开关元件Q1的控 制端子(栅极)与漏极之间，以使所述开关元件Q1维持接通状态。再者，第2电感L2的另 一端经由阻抗机构Zl而连接于开关元件Ql的源极。 在自励式驱动信号产生电路DSG中，除了所述构成以外，电容器C4与电阻器R1的 串联电路串联地插在第2电感L2的一端与开关元件Q1的控制端子(栅极)之间。另外， 在自励式驱动信号产生电路DSG的输出端之间连接着齐纳二极管ZD1而形成过电压保护电 路，以免对开关元件Ql的控制端子(栅极)与漏极之间施加过电压而导致开关元件Ql受 到破坏。 断开电路T0F包括作为比较机构的比较器CP1 、开关元件Q2、以及第1控制电路电 源ES1及第2控制电路电源ES2。而且，比较器CP1的端子P1是比较器CP1的内部的基准 电压电路的基底电位侧的端子，连接于阻抗机构Zl与第1电感L1的连接点。该基准电压 电路附设在比较器CP1内，通过端子P4来从第2控制电路电源ES2接受电源的供给而生成 基准电压，并将基准电压施加于比较器CP1的内部的运算放大器的非反转输入端子。端子 P2是比较器CP1的输入端子，连接于第1开关元件Q1与阻抗机构Z1的连接点，而将输入电 压施加于比较器CP1的运算放大器的反转输入端子。另外，端子P3是比较器CP1的输出端 子，连接于开关元件Q2的基极而对开关元件Q2施加来自比较器CP1的输出电压。进而，端 子P5连接于第1控制电路电源ES1而对比较器CP1供给控制电源。 开关元件Q2由晶体管形成，其集极连接于第1开关元件Q1的控制端子，发射极连 接于阻抗元件Z1与第1电感L1的连接点。因此，通过使开关元件Q2接通而使自励式驱动 信号产生电路DSG的输出端短路，从而将开关元件Ql断开。再者，开关元件Q2的基极与发 射极之间连接着电阻器R2。
第1控制电路电源ESI是在第2电感L2的两端连接着二极管D2与电容器C5的串联电路而构成，其以如下方式构成在对第1电感L1充电时，通过第2电感L2所产生的感应电压而经由二极管D2来对电容器C5进行充电，从二极管D2与电容器C5的连接点输出正(plus)的电位，并对比较器CP1的输出端子施加控制电压。 第2控制电路电源ES2是在磁耦合于第1电感Ll的第3电感L 3的两端连接着二极管D3与电容器C6的串联电路而构成。其以如下方式构成在第1电感L1放电时，通过第3电感L 3所产生的感应电压而经由二极管D3来对电容器C6进行充电，从二极管D3与电容器C6的连接点输出正的电压，并对比较器CP1的基准电压电路施加控制电压，从而通过基准电压电路来生成基准电压。 启动电路ST包括电阻器R3与电阻器RIO的串联电路，该电阻器R3连接于第1开关元件Ql的漏极/栅极之间，该电阻器R10并联连接于自励式驱动信号产生电路DSG的电阻器Rl及电容器C4 ;以及由第2电感L2、及降压斩波器SDC的第2电路B的输出电容器C3及/或负载电路LC的发光二极管LED形成的串联电路。而且，在接通直流电源DC时，将主要由电阻器R3与电阻器R10的电阻值比来决定的正的启动电压施加于第1开关元件Ql的栅极，从而使降压斩波器SDC启动。 接着，对发光二极管点灯装置的电路动作加以说明。 如果直流电源DC接通并通过启动电路ST而使降压斩波器SDC启动，则开关元件Ql接通，线性增加的增加电流从直流电源DC经由输出电容器C3及/或负载电路LC的发光二极管LED而在第1电路A内流出。通过该增加电流，自励式驱动信号产生电路DSG的第2电感L2感应到电容器C4侧为正的电压，该感应电压经由电容器C4及电阻器R1来对开关元件Ql的控制端子(栅极)施加正的电压，因此开关元件Ql维持接通状态而持续流过该增加电流。与此同时，通过该增加电流而在阻抗机构Z1产生电压下降，并将该下降的电压作为输入电压而施加于断开电路TOF的比较器CP1的端子P2。 如果随着该增加电流的放大而比较器CP1的输入电压增加并超过基准电压，则比较器CP1进行动作而在端子P3产生正的输出电压。其结果，断开电路T0F的开关元件Q2接通而使自励式驱动信号产生电路DSG的输出端短路，因此降压斩波器SDC的开关元件Ql断开而阻断该增加电流。 如果开关元件Ql断开，则通过在第1电感Ll流过该增加电流，而将第1电感Ll中所蓄积的电磁能(electromagnetic energy)加以释放，来使一种减少电流经由输出电容器C3及/或负载电路LC的发光二极管LED而在包含第1电感Ll及二极管Dl的第2电路B的内部流出。通过该减少电流，自励式驱动信号产生电路DSG的第2电感L2感应到电容器C4侧为负(minus)的电压，该感应电压经由齐纳二极管ZD1而对电容器C4施加负的电位，且对开关元件Q1的控制端子(栅极)施加零(zero)电位，因此开关元件Q1维持着断开状态而持续流过该减少电流。 当第1电感L1中所蓄积的电磁能的释放结束而该减少电流成为O时，第1电感L1中会产生反电动势，从而第2电感L2所感应的电压逆转，电容器C4侧再次转变为正，因此，当该感应电压经由电容器C4及电阻器Rl而对开关元件Ql的控制端子(栅极)施加正的电压时，开关元件Q1再次反转为接通状态而再次流出该增加电流。 此后，反复进行与以上相同的电路动作，将该增加电流及该减少电流加以合成而流动着三角波形的负载电流，由此，使负载电路LC的发光二极管LED点灯。
在以上的电路动作中，断开电路TOF的动作是通过比较器CP1及开关元件Q2的两 个阶段动作而完成的，即便输入电压小于等于O. 3V，比较器CP1也会稳定且准确地动作。因 此，可以减小阻抗机构Zl的电阻值，由此即便先前技术中的输入电压为0. 5V，也可以根据 本发明来使阻抗机构Zl的功率损耗比先前技术降低大于等于40%。 另外，断开电路TOF的温度特性由比较器CP1侧来决定，由于可以对比较器CP1赋 予所期望的良好的温度特性，因此不存在先前那样的因开关元件Q2的温度特性所引起的 问题。再者，比较器CP1的温度特性中，例如作为比较器CP1的基准电压电路中所用的齐纳 二极管而容易选择温度特性具有负特性及平稳特性的齐纳二极管，因此可以有助于使所述 特性作为比较器CP1的温度特性。由此，可以获得温度特性良好的发光二极管点灯装置。
进而，通过在断开电路TOF上设置着比较器CP1 ，可以使开关元件Q2稳定且准确地 动作，因此发光二极管点灯装置的输出的不均得以降低。 另夕卜，当直流电源DC包括全波整流电路DB时，在经整流的交流半波电压的瞬时值 低于负载电路LC的动作电压的期间中的降压斩波器SDC的动作变得不稳定，在该期间中不 供给负载电流，因此负载电路LC的发光二极管LED的发光中容易产生闪烁。因此，虽然平 滑电容器CI连接于直流电源DC的直流输出端，但由于流过平滑电容器CI的急剧的充电电 流而导致输入电流的谐波增加，因此必须使谐波降低至所需程度。因此，必须是具有如下机 构的发光二极管点灯装置，该机构用以使谐波失真(harmonicsdistortion)满足小于等于 25W的谐波标准，且使发光二极管点灯装置具有实用的电路效率。例如在日本，在负载小于 等于25W的比较小型的发光二极管点灯装置的情况下，该标准为小于等于25W的高频标准 即JISC61000-3-2 Class C，规定了输入电流峰值的相位9必须小于等于65° ，第三次谐 波必须小于等于86%，第五次谐波必须小于等于61%。简而言之，为了降低谐波而必须将 输入电流的相位、第三次谐波成分比率及第五次谐波成分比率分别改善至所用的程度。
因此，通过使降压斩波器SDC的输入电流波形的五次谐波比率小于等于60X，且 使平滑电容器C1的电压在交流电压周期的整个范围内高于输出电容器C3的电压，则可以 使输入电流的谐波降低，使降压斩波器SDC遍及交流周期的整个期间而稳定地动作，使发 光二极管LED的光亮不产生闪烁。进而，可以将输出电容器C3的电压即负载电压设定在 35V 48V的范围内，如果在该范围内，则可以使电路效率为大于等于89%的高效率。因此， 适合于比较小型的发光二极管点灯装置，该发光二极管点灯装置可适用于能够置换为连接 于大于等于100V的交流电源AC来使用的白炽灯的灯泡形灯等。 接着，参照图2至图4来说明平滑电容器C1的较佳的静电电容的设定方法。艮P， 对用以获得如下实用的发光二极管点灯装置的平滑电容器C1的较佳的静电电容的设定方 法进行说明，该发光二极管点灯装置的所述的谐波失真满足小于等于25W的谐波标准，且 电路稳定地动作，发光二极管LED的光亮不产生闪烁。 图2是表示直流电源DC的平滑电容器Cl的电容与输入电流峰值的相位及谐波成 分的关系的图表(graph)。在图2中，横轴表示平滑电容器C1的电容Cin[yF]，纵轴的左 侧表示输入电流峰值的相位e ，右侧表示表现谐波成分的谐波[% ]。另外，对图中的曲线 所附上的「 9」表示输入电流峰值的相位，「3次」表示第三次谐波成分比率，「5次」表示第 五次谐波成分比率。
从图2可知，在对交流电压100V的交流电源AC进行整流的直流电源DC中，当平滑 电容器C1的静电电容实际上为8iiF 25iiF时，由于输入电流峰值的相位「 e」均满足标 准的小于等于65。，因此不存在问题。如果平滑电容器C1的静电电容约小于等于22iiF， 则由于第三次谐波成分比率「3次」满足标准的小于等于86%，因此不存在问题。如果平滑 电容器C1的静电电容约小于等于20iiF，则由于第五次谐波成分比率「5次」满足标准的小 于等于61%，因此不存在问题。 因此，直流电源DC的平滑电容器Cl的静电电容最佳为15iiF，考虑到零件的差异， 则只要为10 ii F 20 ii F的范围就满足标准。再者，较佳为12 ii F 18 ii F的范围。
图3是表示直流电源DC的平滑电容器Cl的电容与直流电源DC的电压纹波最低 值的关系的图表在图3中，横轴表示平滑电容器Cl的电容Cin [ F]，纵轴表示直流电源DC 的电压纹波最低值VDC-min[V]。再者，电压纹波最低值是在平滑电容器C1的寿命末期时下 降的电容下所获得的电压纹波最低值。 从图3可知，平滑电容器C1中所用的电解电容器存在有寿命末期时电容下降、而 电压纹波最低值随之降低的倾向，电容约为10 y F时的电压纹波最低值为53V。相对于交流 电源电压IOOV，降压斩波器SDC的输出电压成为小于等于输入电压，为了在输入电压的电 压纹波为最低值时也使降压斩波器SDC继续进行动作，而必须使降压斩波器SDC的输出电 压小于等于电压纹波最低值。即，在交流周期的整个期间内，必须使平滑电容器C1的电压 高于输出电容器C3的电压。 而且，为了使降压斩波器SDC稳定地进行开关，而进一步需要大于等于5V的裕度， 因此优选将在使用100V交流电源的情况下的输出电容器C3的电压、因而将负载电压设定 为小于等于输入电压的1/2，更优选设定为小于等于48V。 从图4可知，存在随着输出电容器C3的电压相对于平滑电容器C1的电压变低而 电路效率下降的倾向。在使用100V交流电源的情况下，为了获得大于等于89X的电路效 率，优选使输出电容器C3的电压约大于等于35V。因此，如果输出电容器C3的电压在35V 48V的范围，则可以获得满足谐波标准、电路动作稳定且不产生光亮的闪烁、而且高电路效 率的发光二极管点灯装置。 综上所述，如果将平滑电容器C1的电容设定为10iiF 20iiF(较佳为12iiF 18 ii F)，且将输出电压设定在35V 48V的范围，则可以提供谐波失真满足小于等于25W的 谐波标准、且具有实用的电路效率的发光二极管点灯装置。 再者，如果不拘泥于高电路效率，则在本发明中，即便输出电容器C3的电压小于 等于35V，换言之，即便交流电压AC超过IOOV，也可以获得满足谐波标准、电路动作稳定、发 光二极管LED的光亮不产生闪烁的发光二极管点灯装置。 接着，图5是表示用以实施本发明的发光二极管点灯装置的第2实施例的电路图。 再者，图5中，对与图l相同的部分附以相同的符号并省略其说明。本实施例主要在附加着 过电压保护电路OVP的方面与第1实施例不同。 过电压保护电路OVP是以第2控制电路电源ES2及比较器CP2为主体而构成。
第2控制电路电源ES2与图1中所示的第l型态相同。进而，在二极管D3与电容 器C6的连接点上，分别并联连接着电阻器R4与电阻器R5的串联电路的一端、及电阻器R6 与齐纳二极管ZD2的串联电路的一端。
12
比较器CP2的反转输入端子P6连接于电阻器R4与电阻器R5的连接点，电阻器R4 与电阻器R5的串联电路并联连接于第2控制电路电源ES2的电容器C6。再者，电阻器R4 及电阻器R5构成电压分压电路，并将经分压的电阻器R5的端子电压施加于反转输入端子 P6。 另外，比较器CP2的非反转输入端子P7连接于比较器CP1的基准电压电路，因而 连接于比较器CP1的输入端子P2。比较器CP1的基准电压电路包括恒定电压部及基准电压 输出部。恒定电压部包括电阻器R6与齐纳二极管ZD2的串联电路，而且并联连接于第2控 制电路电源ES2的电容器C6 。比较器CP 1的基准电压电路的基准电压输出部由并联连接于 齐纳二极管ZD2的电阻器R7及电阻器R8的分压电路而构成，并将经分压的电阻器R8的端 子电压作为基准电压而加以输出。该基准电压分别被施加于比较器CP1的运算放大器的反 转输入端子P6及比较器CP2的非反转输入端子P7。再者，端子Pl是电阻器R8与齐纳二极 管ZD2的阳极(anode)的连接点。 另一方面，比较器CP1的运算放大器的非反转输入端子连接于端子P2，输出端子 连接于端子P3，并且经由电阻器R9而连接于端子P5。 由此，当负载电路LC的发光二极管LED在点灯中因某种原因而变得异常而使得降 压斩波器SDC的输出成为过电压时，由于磁耦合于第1电感Ll且第1电感Ll在放电时的 电压下所感应到的第3电感L3的输出电压与降压斩波器SDC的输出电压成比例，因此第2 控制电路电源ES2的电容器C6的端子电压也成比例地放大。其结果，电容器C6的端子电 压由电阻器R4、R5进行分压后输入到比较器CP2的反转输入端子P6的电压超过基准电压， 因此从端子P9输出负的输出电压。因此，第1开关元件Q1的控制端子(栅极)的电位变 为负，第1开关元件Q1断开来使发光二极管LED熄灯而受到保护。之后，通过对启动电路 ST的电阻器R3及电阻器R10的电阻值比进行设定而构成为无法再启动。其他的电路动作 与图1中所示的第1实施例相同。 接着，图6是表示用以实施本发明的发光二极管点灯装置的第3实施例的电路图。 再者，图中，对与图l及图5相同的部分附以相同的符号并省略其说明。本实施例主要在附 加着调光控制电路DIM的方面与第1实施例不同。 调光控制电路DIM以如下方式构成将光耦合器PC的受光器侧即光晶体管并联连 接于比较器CP1的基准电压电路的电阻器R8，并将未图示的发光器侧连接于调光信号产生 电路的输出端。 由此，当在光耦合器PC的发光器侧产生P丽调光信号的发光时，受光器侧即光晶 体管接收该光而接通/断开。在光晶体管接通的期间中，基准电压电路的输出短路而大致 成为0，从而开关元件Q2接通，开关元件Ql断开，因此在负载电路LC中基本上不会流过电 流。随着调光信号的调光程度的加深而光耦合器PC的占空比(on duty)变大。
因此，通过调光信号来改变光耦合器PC的占空比，由此可以使负载电路LC的发光 二极管LED进行调光点灯。 接着，在图7至图10中表示使用所述发光二极管LED点灯装置的灯泡形灯21。
灯泡形灯21包括本体24，具有散热体22及安装在该散热体22的一端侧的壳体 (case) 23 ;灯口 25，安装在壳体23的一端侧；发光二极管模块(module)基板26，安装在散 热体22的另一端侧；灯罩(grobe)27，覆盖发光二极管模块基板26 ;以及发光二极管点灯装置11。 散热体22包括大致圆柱状的散热体本体31，直径从一端侧的灯口 25朝另一端 侧的发光二极管模块基板26逐渐扩大；以及多个散热片(fin)32，形成于该散热体本体31 的外周面上；这些散热体本体31及各散热片32由例如导热性良好的铝(alumi皿m)等的金 属材料、或树脂材料等成形为一体。 在散热体本体31的另一端侧上，形成着用以安装发光二极管模块基板26的安装
凹部34，且在一端侧上形成着插入壳体23的嵌合凹部35。另外，在散热体本体31上，贯通
形成着连通这些安装凹部34与嵌合凹部35的插通孔部36。进而，在散热体本体31的另一
端侧的外周部上，遍及全周而形成着与灯罩27的一端侧相对向的槽部37。 散热片32以朝直径方向的突出量是从散热体本体31的一端侧向另一端侧逐渐变
大的方式而倾斜地形成。另外，这些散热片32在散热体本体31的圆周方向上相互以大致
等间隔而形成。 插通孔部36以直径从壳体23侧朝发光二极管模块基板26侧逐渐扩大的方式而 形成。 在槽部37上安装着反射从灯罩27朝下方扩散的光的环(ring) 38。
另外，壳体23由例如聚对苯二甲酸丁二酯(polybutyleneter印hthalate，PBT)树 脂等的具有绝缘性的材料沿着嵌合凹部35内的形状而形成为大致圆柱状。另外，该壳体23 的一端侧由壳体封闭部即封闭板23a而封闭，在该封闭板23a上，开口形成着具有与插通孔 部36大致相等的直径尺寸且连通于该插通孔部36的连通孔23b。进而，在该壳体23的一 端侧与另一端侧的中间部的外周面上，用以使散热体22的散热体本体31与灯口 25之间绝 缘的绝缘部即凸缘(flange)部23c朝直径方向突出而连续形成在整个圆周方向上。
另外，灯口 25为E26型，且包括筒状的外壳(shell) 41，具有拧入到未图示的照 明器具的灯座(lamp socket)中的螺纹；以及孔眼(eyelet) 43，经由绝缘部42而设置在所 述外壳41的一端侧的顶部。 外壳41与电源侧电气连接，在该外壳41的内部，在与壳体23之间夹持着用以对 发光二极管点灯装置11供电的未图示的电源线并相对于外壳41而导通。
孔眼43分别经由导线(lead)44而电气连接于未图示的接地(ground)电位及发 光二极管点灯装置11的接地电位。 另外，发光二极管模块基板26是在从俯视方向看圆形状的基板51的一面上分别 安装着多个发光二极管LED而构成。该基板51是由例如散热性良好的铝等的金属材料、 或绝缘材料等形成的金属(metal)基板，通过未图示的螺丝等而以将与安装着发光二极 管LED的一面相反的另一面紧贴在散热体22的方式固定在散热体22上。另外，在该基板 51上，在相对于中心位置而稍向直径方向偏离的位置上，开口形成着与散热体22的插通孔 部36相连通的圆孔状的配线孔52。再者，该基板51也可以通过例如散热性优异的有机硅 (silicone)系的黏合剂等而黏合在散热体22上。 配线孔52供未图示的配线插通，该配线将发光二极管点灯装置11的点灯电路侧 与发光二极管模块基板26侧电气连接，在该配线孔52的附近，在基板51上安装着用以连 接配线的前端部上所设置的连接器(connector)的未图示的连接器座体。
发光二极管LED在发光二极管模块基板26的外缘部，以相互隔开大致等间隔的状态而配置在以发光二极管模块基板26的中心位置为中心的同一圆周上。 发光二极管LED是以如下方式构成，即包括未图示的裸芯片(barechip)，发出例
如蓝色的光；以及未图示的树脂部，覆盖该裸芯片且由有机硅树脂等所形成；在该树脂部
内混入着未图示的荧光体，该荧光体是通过裸芯片所发出的蓝色光的一部分激发而主要放
射作为蓝色的补色的黄色的光，从而各发光二极管LED获得白色系的照明光。 另外，灯罩27由具有光扩散性的玻璃(glass)或者合成树脂等而形成为扁平的球
面状，且成为与散热体22的散热体本体31的另一端侧连续的形状。另外，该灯罩27以朝
一端侧逐渐扩展的方式而形成，且以直径从最大径位置朝一端侧逐渐縮小的方式而形成，
从而使得最大径位置成为比发光二极管模块基板26的各发光二极管LED更上方的位置。 另外，发光二极管点灯装置ll包括基板单元(unit)63，该基板单元63由多个点灯
电路零件61及安装着该点灯电路零件61的长方形平板状的基板62所构成。 基板62沿着灯口 25的中心轴的方向而形成为竖立形状，并使长度方向为沿着灯
口 25的中心轴的方向的方向，且在相对于灯口 25的中心线而偏移(offset)的位置上配置
在壳体23内。基板62的一端侧配置在灯口25的内侧。在壳体23的内表面上，形成着从
壳体23的一端的开口部插入的保持基板62的两侧缘部的未图示的保持槽部。 在基板62的与灯口 25的间隔较大的一基板面62a上，圆柱状的平滑电容器Cl及
输出电容器C3使长度方向为相对于基板面62a而垂直的方向，在基板面62a的宽度方向中
央且沿着灯口 25的中心轴的方向而平行地排列配置着。 平滑电容器C1选定如下的电容比较小的平滑电容器，该平滑电容器在符合所述 谐波的标准的范围内使发光二极管LED的电流连续地流动，即，使由整流元件DB将交流电 源AC加以整流后形成并非为完全平滑而是残留着脉动的直流电流。另外，就输出电容器C3 而言，选定可以防止高频电流流过发光二极管LED的电容的电容器。任一电容器C1、 C3的 大小均为宽度(直径)W小于等于8mm、及长度L小于等于llmm。 再者，电容器C1、C3的前端部也可以接触于壳体23的内表面。通过接触而可以将 电容器C2、C3产生的热经由壳体23而传导到灯口 25，从而散热到连接灯口 25的灯座等。
在基板62的基板面62a上，在成为与灯口 25相反的侧的另一端侧，构成电感Ll、 L2、 L3的电感元件64等与电容器Cl、 C3 —同排列配置在基板面62a的宽度方向中央。
再者，在发光二极管点灯装置11的点灯电路零件61中，电容器C1、C3及电感元件 64等的大型零件配置在基板62的基板面62a上，其他的芯片(chip)零件等的小型零件分 散配置在基板62的与灯口 25的间隔较大的一基板面62a、以及相反侧的与灯口 25的间隔 较小的另一基板面62b此两者上，省略这些小型零件的图示。 另外，在壳体23的内部也可以填充着具有散热性及绝缘性的充填材即有机硅系 的树脂等以将所收纳的基板单元63埋没。 由此，可以提供如下的发光二极管点灯装置ll，其是对流过发光二极管LED的负 载电流进行开关控制的发光二极管点灯装置11，且通过如上述那样将电容器C1、C3的大小 规定为宽度小于等于8mm及长度小于等于llmm而能够适用于灯泡形灯21。
进而，在包含灯口 25的本体24的壳体23的内侧，使用沿着灯口 25的中心线的方 向形成为竖立形状且配置在相对于灯口 25的中心线而偏移的位置上的基板62，在该基板 62的与灯口 25的间隔较大的基板面62a上，发光二极管点灯装置11的电容器C1、C3使长度方向为相对于基板面62a而垂直的方向，在基板62的宽度方向中央且沿着灯口 25的中心轴的方向排列配置着，因此可以将如所述那样规定着大小的电容器C1、C3配置在灯口 25的内部。因此，可以实现使用着对流过发光二极管LED的负载电流进行开关控制的发光二极管点灯装置11的灯泡形灯21。 另夕卜，电容器C1、C3是以维持LED电路13的输出电压小于输入电压的关系的方式来选定电容或电压，由此，即便输出电容器C3的形状在规定的尺寸范围内，也可以使电容比较大，因此可以抑制高频的纹波，从而可以使发光二极管LED的点灯难以产生不良情形。如果输出电容器C3的额定电压或电容增加则形状也会变大，但是即便抑制额定电压而使得电容相应地稍有增加，仍可以将电容器Cl、 C3控制在如所述那样规定的尺寸内。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
一种发光二极管点灯装置，其特征在于包括直流电源；降压斩波器，包括连接于直流电源的输入端、连接负载的输出端、第1电路及第2电路，该第1电路串联地包含开关元件、阻抗机构及第1电感且连接于所述输入端与所述输出端之间，该第2电路串联地包含所述第1电感及二极管且连接于所述输出端；发光二极管，作为负载而连接于所述降压斩波器的输出端；自励式驱动信号产生电路，包括磁耦合于所述降压斩波器的第1电感的第2电感，将第2电感所感应到的电压作为驱动信号而施加于所述开关元件的控制端子，来使所述开关元件维持于接通状态；以及断开电路，包括比较机构及开关元件，该比较机构对所述降压斩波器的阻抗机构的电压进行检测并在该检测电压超过基准值时将输出电压加以输出，该开关元件通过该比较机构的输出电压而接通来使所述自励式驱动信号产生电路的输出端短路，从而使所述开关元件断开。
2. 根据权利要求l所述的发光二极管点灯装置，其特征在于包括过电压保护电路，该过电压保护电路包括磁耦合于所述降压斩波器的第1电感的第3电感，在该第3电感产生的感应电压超过规定值时使所述降压斩波器的开关元件断开。
3. 根据权利要求1所述的发光二极管点灯装置，其特征在于所述直流电源包括整流电路，对交流电压进行整流；以及平滑电容器，使由所述整流电路进行了整流的直流电压平滑化；所述降压斩波器包括连接于所述输出端之间的输出电容器，所述降压斩波器的输入电流波形的五次谐波比率小于等于60%，且所述平滑电容器的电压在交流电压周期的整个范围内高于所述输出电容器的电压。
4. 根据权利要求3所述的发光二极管点灯装置，其特征在于所述降压斩波器的输出电压小于等于所述交流电压的1/2。
全文摘要
一种发光二极管点灯装置，降低与降压斩波器SDC的开关元件Q1串联的阻抗机构Z1的功率损耗，温度特性良好，且输出电流的不均较少。降压斩波器SDC包括第1电路A，串联地包含开关元件Q1、阻抗机构Z1及第1电感L1；及第2电路B，串联地包含第1电感及二极管D1。自励式驱动信号产生电路DSG包括磁耦合于第1电感的第2电感L2，将第2电感L2所感应到的电压施加于开关元件Q1的控制端子，使开关元件Q1维持接通状态。断开电路TOF在由比较器CP1检测出的阻抗机构Z1的电压超过基准值时将输出电压加以输出，通过该输出电压而使开关元件Q2接通来使自励式驱动信号产生电路DSG的输出端短路，以使开关元件Q1断开。
文档编号H05B37/02GK101730340SQ20091017986
公开日2010年6月9日 申请日期2009年10月15日 优先权日2008年10月17日
发明者大崎肇, 大武寛和, 岩井直子, 平冈敏行, 平松拓朗, 白田伸弥, 鎌田征彦 申请人:东芝照明技术株式会社;株式会社东芝