Led照明调光电路以及led照明调光方法

Led照明调光电路以及led照明调光方法
【专利摘要】本发明提供一种LED照明调光电路以及LED照明调光方法，该LED照明调光电路具有：电容器，一端与第一输出端子相连接，另一端与第二输出端子相连接；线圈，一端与电容器的另一端相连接；开关元件，一端与线圈的另一端相连接；电阻，一端与开关元件的另一端相连接，另一端与接地端子相连接；二极管，阴极与电源端子相连接，阳极与线圈的另一端相连接；以及控制电路，根据表示LED元件的调光率的调光信号、与电阻的电压降相对应的检测电压、以及流过线圈的检测电流，通过开关控制信号控制开关元件的动作。
【专利说明】LED照明调光电路以及LED照明调光方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种LED照明调光电路以及LED照明调光方法。

【背景技术】
[0002] 以往，例如日本特开2009-123681号公报和日本特开2012-59662号公报中所述， 存在控制LED元件的调光的LED照明调光电路100A (图5)。
[0003] 这个LED照明调光电路100A具有：电阻R1 ;双极晶体管Q1，集电极（collector)与 阳极（anode)和电源2相连接的LED元件4的阴极（cathode)相连接；恒定电流电路6,被连 接在双极晶体管（bipolar transistors) Q1的发射极（emitter)和接地之间；微机（micro computer) 5,根据调光器1输出的调光信号，控制双极晶体管Q1和恒定电流电路6 (如图 5)。
[0004] 通过这个LED照明调光电路100A，当使用电流临界模式（mode)来进行恒定电流控 制时，控制双极晶体管Q1从而下调峰值（peak)电流来进行调光(线性（linear)调光)。 [0005] 但是，在上述以往的LED照明调光电路100A中，在使用电流临界模式来进行恒 定电流控制的情况下，当下调峰值电流来进行调光(线性调光）时，双极晶体管Q1的开关 (switching)频率就会变高。
[0006] 并且，当开关频率变高时，会出现噪声变大、效率下降等各种问题。
[0007] 虽然也有将不进行调光时的开关频率设定为较低的方法，但由于不能设定在可听 频率以下，因此实际的调光范围受到制约。
[0008] 另外，当把这时的开关频率调低时，变压器（transformer)等部件就会增大，因此 并不适用。
[0009] 另外，在上述以往的LED照明调光电路100A中，需要接收用于规定双极晶体管Q1 导通（on)的导通宽度的信号的信号端子，以及接收用于规定双极晶体管Q1断开（off)的断 开宽度的信号的信号端子。
[0010] B卩，在上述以往的LED照明调光电路100A中需要多个端子。


【发明内容】

[0011] 本发明提供一种控制LED元件调光的LED照明调光电路，包括：电源端子，被提供 电源电压；接地端子，与接地相连接；第一输出端子，与所述电源端子相连接并与所述LED 元件的阳极侧相连接；第二输出端子，与所述LED元件的阴极侧相连接；电容器，一端与所 述第一输出端子相连接，另一端与所述第二输出端子相连接；线圈，一端与所述电容器的另 一端相连接；开关元件，一端与所述线圈的另一端相连接；电阻，一端与所述开关元件的另 一端相连接，另一端与所述接地端子相连接；二极管，阴极与所述电源端子相连接，阳极与 所述线圈的另一端相连接；以及控制电路，根据表示所述LED元件的调光率的调光信号， 与所述电阻的电压降相对应的检测电压，以及流过所述线圈的检测电流，通过开关控制信 号控制所述开关元件的动作，其中，在所述调光信号表示的第一调光率的第一模式中，所述 控制电路对由导通所述开关元件的导通期间和断开所述开关元件的断开期间所构成的开 关周期进行固定，在所述调光信号表示的是从所述第一调光率到比所述第一调光率更低 的第二调光率为止的第一调光区间的调光率的第二模式中，当所述调光信号表示的调光率 下降时，所述控制电路在维持所述导通期间和所述断开期间的比例的同时缩小所述开关周 期，在所述调光信号表示的是从所述第二调光率到比所述第二调光率更低的第三调光率为 止的第二调光区间的调光率的第三模式中，当所述调光信号表示的调光率下降时，所述控 制电路在将所述断开期间固定的同时缩短所述导通期间，在所述调光信号表示的是从所述 第三调光率到比所述第三调光率更低的第四调光率为止的第三调光区间的调光率的第四 模式中，当所述调光信号表示的调光率下降时，所述控制电路在缩短所述导通期间的同时 延长所述断开期间，在所述调光信号表示的是所述第四调光率的调光率的第五模式中，所 述控制电路固定所述导通期间并将所述断开期间固定为比所述第四模式中的断开期间更 长的期间，当所述调光信号的值在第一阈值以上时，所述控制电路判断所述LED照明调光 电路的控制模式为所述第一模式，当所述调光信号的值在比所述第一阈值更小的第二阈值 以上且未满所述第一阈值时，所述控制电路判断所述控制模式为第二模式。
[0012] 在本发明的LED照明调光电路中，还具有这样的特征，在所述第一模式中，当通过 导通所述开关元件，所述检测电压上升从而达到了预先设定的比较电压时，所述控制电路 将所述开关元件断开，之后，当通过断开所述开关元件，流过所述线圈的电流降为零时，所 述控制电路导通所述开关元件。
[0013] 在本发明的LED照明调光电路中，还具有这样的特征，在所述第二模式中，当通过 导通所述开关元件，所述检测电压上升从而达到了将所述调光信号分压后的分压值时，所 述控制电路断开所述开关元件，之后，当通过断开所述开关元件，流过所述线圈的电流降为 零时，所述控制电路导通所述开关元件。
[0014] 在本发明的LED照明调光电路中，还具有这样的特征，在所述第三模式中，当通过 导通所述开关元件，所述检测电压上升从而达到了将所述调光信号分压后的分压值时，所 述控制电路断开所述开关元件，之后，在断开所述开关元件后经过了断开宽度固定期间时， 所述控制电路导通所述开关元件。
[0015] 在本发明的LED照明调光电路中，还具有这样的特征，在所述第四模式中，当通过 导通所述开关元件，所述检测电压上升从而达到了将所述调光信号分压后的分压值时，所 述控制电路断开所述开关元件，之后，在断开所述开关元件后，当经过了随着所述调光信号 的值而变化且比所述断开宽度固定期间更长的第一断开宽度调制期间时，所述控制电路过 导通所述开关元件。
[0016] 在本发明的LED照明调光电路中，还具有这样的特征，在所述第五模式中，当通过 导通所述开关元件，所述检测电压上升从而达到了将所述调光信号分压后的分压值时，所 述控制电路断开所述开关元件，之后，在断开所述开关元件后，当经过了比所述第一断开宽 度调制期间更长的第二断开宽度调制期间时，所述控制电路导通所述开关元件。
[0017] 在本发明的LED照明调光电路中，还具有这样的特征，在所述第二模式中，当所述 调光信号表示的调光率上升时，所述控制电路在维持所述导通期间和所述断开期间的比例 的同时扩大所述开关周期。
[0018] 在本发明的LED照明调光电路中，还具有这样的特征，在所述第三模式中，当所述 调光信号表示的调光率上升时，所述控制电路在将断开期间固定的同时延长所述导通期 间。
[0019] 在本发明的LED照明调光电路中，还具有这样的特征，在所述第四模式中，当所述 调光信号表示的调光率上升时，所述控制电路在延长所述导通期间的同时缩短所述断开期 间。
[0020] 在本发明的LED照明调光电路中，还具有这样的特征，所述控制电路包括：信号出 力端子，被输入所述调光信号；恒定电流源，一端被提供内部电源电压；输入二极管，阳极 与所述恒定电流源的另一端相连接，阴极与所述信号出力端子相连接；第一分压电阻，一端 与所述信号输入端子相连接；第二个分压电阻，一端与所述第一分压电阻的另一端相连接， 另一端与接地相连接；三输入端比较器，具有与所述电阻的一端相连接且被输入所述检测 电压的非反转输入端子，与所述第一分压电阻的另一端相连接且被输入将所述调光信号分 压后的分压值的第一反转输入端子，以及被输入所述比较电压的第二个反转输入端子，当 所述分压值在所述比较电压以上时，输出与将所述比较电压和所述检测电压相比较的结果 相对应的信号，另一方面，当所述分压值未满所述比较电压时，输出与将所述分压值和所述 检测电压相比较的结果相对应的信号；断开时间点检测电路，基于所三输入端入比较器输 出的信号，当检测出所述检测电压达到了所述比较电压或所述分压值时输出脉冲状的断开 信号；导通时间点检测电路，输入端与所述线圈的另一端相连接，当流过所述线圈的电流为 零时输出脉冲状的导通信号；第一脉冲产生电路，被输入所述断开信号和所述导通信号，并 输出在所述导通信号的时间点上升且在所述断开信号的时间点下降的第一脉冲信号；第二 脉冲产生电路，基于所述调光信号的值，输出第二脉冲信号；以及与门电路，对所述第一脉 冲信号和所述第二脉冲信号进行与运算，并将这个运算结果作为所述开关控制信号输出， 当所述调光信号的值在所述第一阈值以上时，所述第二脉冲产生电路将所述第二脉冲信号 的脉冲宽度和脉冲间隔固定，当所述调光信号的值未满所述第一阈值且在所述第三阈值以 上时，所述第二脉冲产生电路根据所述调光信号的值的下降缩小所述脉冲宽度并固定所述 脉冲间隔，当所述调光信号的值未满所述第三阈值且在所述第四阈值以上时，所述第二脉 冲产生电路根据所述调光信号的值的下降缩小所述脉冲宽度小并扩大所述脉冲间隔，当所 述调光信号的值未满所述第四阈值时，所述第二脉冲产生电路将所述脉冲宽度固定并根据 所述调光信号的值的下降扩大所述脉冲间隔。
[0021] 在本发明的LED照明调光电路中，还具有这样的特征，与所述第一模式中的所述 第一调光率相对应的所述开关周期的倒数的开关频率比可听频率高。
[0022] 在本发明的LED照明调光电路中，还具有这样的特征，与所述第五模式中的所述 第四调光率相对应的所述开关周期的倒数的开关频率比与所述第一模式中的所述第一调 光率相对应的所述开关周期的倒数的开关频率低。
[0023] 本发明还提供一种使用LED照明调光电路实施的LED照明调光方法，所述LED照 明调光电路控制LED元件的调光，并且包括：电源端子，被提供电源电压；接地端子，与接地 相连接；第一输出端子，与所述电源端子相连接并与所述LED元件的阳极侧相连接；第二 输出端子，与所述LED元件的阴极侧相连接；电容器，一端与所述第一输出端子相连接，另 一端与所述第二输出端子相连接；线圈，一端与所述电容器的另一端相连接；开关元件，一 端与所述线圈的另一端相连接；电阻，一端与所述开关元件的另一端相连接，另一端与所述 接地端子相连接；二极管，阴极与所述电源端子相连接，阳极与所述线圈的另一端相连接； 以及控制电路，根据表示所述LED元件的调光率的调光信号，与所述电阻的电压降对应的 检测电压，以及流过所述线圈的检测电流，通过开关控制信号控制所述开关元件的动作，其 中，在所述调光信号表示第一调光率的第一模式中，所述控制电路对由导通所述开关元件 的导通期间和断开所述开关元件的断开期间所构成的开关周期进行固定，在所述调光信号 表示的是从所述第一调光率到比所述第一调光率更低的第二调光率为止的第一调光区间 的调光率的第二模式中，当所述调光信号表示的调光率下降时，所述控制电路在维持所述 导通期间和所述断开期间的比例的同时缩小所述开关周期，在所述调光信号表示的是从所 述第二调光率到比所述第二调光率更低的第三调光率为止的第二调光区间的调光率的第 三模式中，当所述调光信号表示的调光率下降时，所述控制电路在将所述断开期间固定的 同时缩短所述导通期间，在所述调光信号表示的是从所述第三调光率到比所述第三调光率 更低的第四调光率为止的第三调光区间的调光率的第四模式中，当所述调光信号表示的调 光率下降时，所述控制电路在缩短所述导通期间的同时延长所述断开期间，在所述调光信 号表示的是所述第四调光率的调光率的第五模式中，所述控制电路固定所述导通期间并将 所述断开期间固定为比所述第四模式中的断开期间更长的期间，当所述调光信号的值在第 一阈值以上时，所述控制电路判断所述LED照明调光电路的控制模式为所述第一模式，当 所述调光信号的值在比所述第一阈值更小的第二阈值以上且未满所述第一阈值时，所述控 制电路判断所述控制模式为第二模式。
[0024] 在本发明涉及的LED照明调光电路中，为了使得调光时开关频率不会过高而调制 开关（switch)元件的断开宽度，从而使得能够在有限的频率范围内获得最大的调光范围。
[0025] 调光是使用五个模式来进行的。即，连续执行：使用最大电流来使LED元件发光的 最大电流模式；下调峰值电流来进行调光的频率调制模式；固定断开宽度而仅缩小导通宽 度的断开宽度固定模式；扩大断开宽度而缩小导通宽度的断开宽度调制模式；以及使用最 小电流来使LED兀件发光的最小电流模式，这五个模式。
[0026] 发明效果
[0027] 根据本发明的LED照明调光电路以及LED照明调光方法，当在缩小开关元件的导 通宽度的同时扩大开关元件的断开宽度时，就能够缩小频率变动范围。
[0028] 并且，由于在调光率低的时候（暗的时候）的控制为下调开关频率，因此当接近可 听频率时，电流(能量（energy))为最小。
[0029] 所以，用户就难以听到起因于LED照明调光电路的开关元件的开关的声音。
[0030] 另一方面，在从前技术中，由于电流(能量）在最大时接近可听频率，因此，用户很 容易听到起因于LED照明调光电路的开关元件的开关的声音。
[0031] 如上，本发明涉及的LED照明调光电路能够在狭窄的频率变动范围内实现宽广的 调光范围。
[0032] 特别是，能够在发挥高效、噪点小的电流临界模式的优势的同时，缩小频率变动。
[0033] 进一步，在本发明涉及的LED照明调光电路中，由于使用通过一个信号输入端子 输入的调光信号来执行调光的控制，因此能够减少调光控制中所需的端子。

【专利附图】

【附图说明】
[0034] 图1是显示本发明的实施方式一涉及的LED照明调光电路100的结构的示例图；
[0035] 图2是显示图1所示的控制电路C0N的结构的一例的框图；
[0036] 图3是显示图1所示的LED照明调光电路100的各模式中的动作的波形的示例 图；
[0037] 图4是显示图1所示的LED照明调光电路100和以往的LED照明调光电路的调光 率与开关频率之间的关系的特性图；
[0038] 图5是显示以往的LED照明调光电路100A的结构的示例图。

【具体实施方式】
[0039] 下面基于附图所示的实施方式，对本发明的充电装置进行说明。
[0040] 图1是显示本发明的实施方式一涉及的LED照明调光电路100的结构的示例图。 另外，图2是显示图1所示的控制电路C0N的结构的一例的框图。另外，图3是显示图1所 示的LED照明调光电路100的各模式中的动作的波形的示例图。另外，在图3中，将在第一、 第二输出端子T0UT1、T0UT2之间流过的电流Ιο的峰值标记为Ip。
[0041] 如图1所示，LED照明调光电路100具有：电源端子TB、接地端子TE、第一输出端子 T0UT1、第二输出端子T0UT2、电容C、线圈（coil)L、电阻R、开关元件SW以及控制电路C0N。
[0042] 电源端子TB被提供电源电压。这个电源端子TB与蓄电池（电源)B的正极相连接。
[0043] 接地端子TE与接地相连接。这个接地端子TE与蓄电池（电源）B的负极相连接。
[0044] 第一输出端子T0UT1与电源端子TB相连接，并与LED元件A的阳极侧相连接。
[0045] 第二输出端子T0UT2与LED元件A的阴极侧相连接。
[0046] 电容C的一端与第一输出端子T0UT1相连接，另一端与第二输出端子T0UT2相连 接。
[0047] 线圈L的一端与电容C的另一端相连接。
[0048] 开关元件SW的一端与线圈L的另一端相连接。
[0049] 电阻R的一端与开关元件SW的另一端相连接，另一端与接地端子TE相连接
[0050] 二极管（diode) D的阴极与电源端子TB相连接，阳极与线圈L的另一端相连接。
[0051] 控制电路C0N根据表示LED元件A的调光率的调光信号REF，与电阻R的电压降对 应的检测电压SX (电阻R的电阻值X电流Id的电流值)，以及流过线圈L的检测电流，通 过开关控制信号GATE来控制开关元件SW的动作。
[0052] 另外，开关元件SW例如是M0S晶体管(在图1的示例中是nMOS晶体管)，其一端与 线圈L的另一端相连接，另一端与电阻R的一端相连接，且其栅极（gate)被提供上述的开 关控制信号GATE。
[0053] 例如，当通过开关控制信号GATE ("High"水准（S卩、高水准)）开关元件SW被控制 为导通时，电流Id流过。另一方面，当通过开关控制信号GATE ("Low"水准（S卩、低水准)） 开关元件SW被控制为断开时，电流IF流过。
[0054] 在这里，如图2所示，控制电路C0N具有：信号输入端子TREF、恒定电流源IS、输入 二极管DS、第一分压电阻DR1、第二分压电阻DR2、三输入端比较器（comparator )C0MP、断开 时间点（timing)检测电路UD0、导通时间点检测电路0DC、第一脉冲产生电路PGC1、第二脉 冲产生电路PGC2、电压电流转换电路VIC、电流时间转换电路ITC以及与门电路0C。
[0055] 信号输入端子TREF被输入调光信号REF。
[0056] 恒定电流源IS的一端被提供内部电源电压VDD，并输出恒定电流。
[0057] 输入二极管DS的阳极与恒定电流源IS的另一端相连接，阴极与信号输入端子 TREF相连接。
[0058] 第一分压电阻DR1的一端与信号输入端子TREF相连接。
[0059] 第二分压电阻DR2的一端与第一分压电阻DR1的另一端相连接，另一端与接地相 连接。
[0060] 三输入端比较器C0MP具有：非反转输入端子，与电阻R的一端(第一节点X)相连 接且被输入检测电压SX ;第一反转输入端子，与第一分压电阻DR1的另一端相连接且被输 入将调光信号REF分压后的分压值Vx ;以及第二反转输入端子，被输入比较电压V100。
[0061] 当分压值Vx在比较电压V100以上时，这个三输入端比较器C0MP根据将比较电压 V100和检测电压SX相比较的结果输出信号。
[0062] 另一方面，当分压值Vx未满比较电压V100时，这个三输入端比较器C0MP根据将 分压值Vx和检测电压SX相比较的结果输出信号。
[0063] 断开时间点检测电路UD0基于三输入端比较器C0MP输出的信号，当检测出检测电 压SX达到了比较电压V100或分压值Vx时输出脉冲状的断开信号Soff (图3)。
[0064] 导通时间点检测电路0DC的输入端与线圈L的另一端(第二节点Y)相连接，当流 过线圈L的电流变为零时输出脉冲状的导通信号Son (图3)。
[0065] 第一脉冲产生电路PGC1被输入断开信号Soff和导通信号Son,并且输出在导通信 号Son的时间点上升且在断开信号Soff的时间点下降的第一脉冲信号SZ (图3)。
[0066] 电压电流转换电路VIC将调光信号REF的值进行电压电流转换，并输出获得的电 流值。
[0067] 电流时间转换电路ITC将电流值转换为电流时间，并输出获得的时间的值。
[0068] 第二脉冲产生电路PGC2基于获得的时间的值，输出第二脉冲信号ST。
[0069] 如上所述，上述时间是基于上述电流值，进一步，上述电流值是基于上述调光信号 REF的值。即，第二脉冲产生电路PGC2基于调光信号REF的值，输出第二脉冲信号ST。
[0070] 例如，当调光信号REF的值在第一阈值TH1以上时，第二脉冲产生电路PGC2固定 第二脉冲信号ST的脉冲宽度和脉冲间隔。
[0071] 另外，当调光信号REF的值未满第一阈值TH1且在第三阈值TH3以上时，第二脉冲 产生电路PGC2根据调光信号REF的值的下降缩小第二脉冲信号ST的脉冲宽度并固定脉冲 间隔。
[0072] 另外，当调光信号REF的值未满第三阈值TH3且在第四阈值TH4以上时，第二脉冲 产生电路PGC2根据调光信号REF的值的下降缩小第二脉冲信号ST的脉冲宽度并扩大脉冲 间隔。
[0073] 另外，当调光信号REF的值未满第四阈值TH4时，第二脉冲产生电路PGC2固定脉 冲宽度并根据调光信号REF的值的下降扩大第二脉冲信号ST的脉冲间隔。
[0074] 与门电路0C对第一脉冲信号SZ和第二脉冲信号ST进行与运算，并将这个运算结 果作为开关控制信号GATE (图3)输出。
[0075] 在这里，例如，在第一模式(最大电流模式)Ml中（图3的时刻ta之前)，即、当调光 信号REF表示的是第一调光率xl时，控制电路CON对由导通开关元件SW的导通期间tl和 断开开关元件SW的断开期间t2所构成的开关周期固定。
[0076] 例如，在这个第一模式Ml中，当通过导通开关元件SW，检测电压SX (电阻R的电 阻值X电流Id的电流值）上升从而达到了预先设定的比较电压V100时，控制电路C0N将 开关元件SW断开，之后，当通过断开开关元件SW，流过线圈L的电流IF下降到零时，控制电 路C0N导通开关元件SW。这样就实现了前述的第一模式Ml的开关周期的控制。
[0077] 另外，与第一模式Ml中的第一调光率xl对应的开关周期的倒数的开关频率被设 定为比可听频率更高。
[0078] 另外，第一调光率xl例如为100%。
[0079] 另外，当调光信号REF的值在第一阈值TH1以上时，控制电路C0N判断LED照明调 光电路的控制模式为第一模式Ml (图3)。
[0080] 另外，在第二模式(频率调制模式）M2中（图3的时刻ta?时刻tb)，即、当调光信 号REF表示的是从第一调光率xl到比第一调光率xl更低的第二调光率x2为止的第一调 光区间II的调光率时，当调光信号REF表示的调光率下降时，控制电路C0N在维持导通期 间tl和断开期间t2的比例的同时缩小开关周期。
[0081] 另一方面，在这个第二模式M2中，当调光信号REF表示的调光率上升时，控制电路 C0N在维持导通期间tl和断开期间t2的比例的同时扩大开关周期。
[0082] 例如，在这个第二模式M2中，当通过导通开关元件SW，检测电压SX (电阻R的电 阻值X电流Id的电流值）上升从而达到了将调光信号REF分压后的分压值Vx时，控制电 路C0N断开开关元件SW，之后，当通过断开开关元件SW，流过线圈L的电流IF下降到零时， 控制电路C0N导通开关元件SW (图3)。这样就实现了前述的第二模式M2的开关周期的控 制。
[0083] 另外，当从第一模式Ml向第二模式M2转换时，控制电路C0N在维持导通期间tl 和断开期间t2的比例的同时缩小开关周期。
[0084] 另一方面，当从第二模式M2向第一模式Ml转换时，控制电路C0N在维持导通期间 tl和断开期间t2的比例的同时扩大开关周期。
[0085] 另外，当调光信号REF的值在比第一阈值TH1更小的第二阈值TH2以上且未满第 一阈值TH1时，控制电路C0N判断控制模式为第二模式（图3)。
[0086] 另外，在第三模式（断开宽度固定模式）M3中（图3的时刻tb?时刻tc)，即、当调 光信号REF表示的是从第二调光率x2到比第二调光率x2更低的第三调光率x3为止的第 二调光区间12的调光率时，当调光信号REF表示的调光率下降时，控制电路C0N在固定断 开期间t2的同时缩短导通期间tl。
[0087] 另一方面，这个第三模式M3中，当调光信号REF表示的调光率上升时，控制电路 C0N在固定断开期间t2的同时延长导通期间tl。
[0088] 例如，这个第三模式M3中，通过导通开关元件SW，检测电压SX(电阻R的电阻值X 电流Id的电流值)上升从而达到了将调光信号REF分压后的分压值Vx时，控制电路C0N断 开开关元件SW，之后，当断开开关元件SW后经过了断开宽度固定期间Hx时，控制电路C0N 导通开关元件SW (图3)。这样就实现了前述的第三模式M3的开关周期的控制。
[0089] 另外，当从第二模式M2向第三模式M3转换时，控制电路C0N在固定断开期间t2 的同时缩短导通期间tl。
[0090] 另一方面，当从第三模式M3向第二模式M2转换时，控制电路CON在固定断开期间 t2的同时延长导通期间tl。
[0091] 另外，在第四模式(断开宽度调制模式）M4中（图3的时刻tc?时刻td)，即、当调 光信号REF表示的是从第三调光率x3到比第三调光率x3更低的第四调光率x4为止的第 三调光区间13的调光率时，当调光信号REF表示的调光率下降时，控制电路C0N在缩短导 通期间tl的同时延长断开期间t2。
[0092] 另一方面，在这个第四模式M4中，当调光信号REF表示的调光率上升时，控制电路 C0N在延长导通期间tl的同时缩短断开期间t2。
[0093] 例如，在这个第四模式M4中，当通过导通开关元件SW，检测电压SX (电阻R的电 阻值X电流Id的电流值）上升从而达到了将调光信号REF分压后的分压值Vx时，控制电 路C0N断开开关元件SW，之后，在断开开关元件SW后，当经过了随着调光信号REF的值而变 化且比断开宽度固定期间Hx更长的第一断开宽度调制期间H1时，控制电路C0N导通开关 元件SW。这样就实现了前述的第四模式M4的开关周期的控制。
[0094] 另外，第一断开宽度调制期间H1在调光信号REF的值变大时缩短，在调光信号REF 的值变小时延长。
[0095] 另外，当从第三模式M3向第四模式M4转换时，控制电路C0N在缩短导通期间tl 的同时延长断开期间t2。
[0096] 另一方面，当从第四模式M4向第三模式M3转换时，控制电路CON在延长导通期间 tl的同时缩短断开期间t2。
[0097] 另外，第四调光率x4例如是从0%到1%之间的值(在图3的示例中为0. 2%)。
[0098] 另外，在第五模式(最小电流模式)M5中（图3的时刻td以后)，即、当调光信号REF 表示的是第四调光率x4的调光率时，控制电路C0N固定导通期间tl并把断开期间t2固定 为比第四模式M4中的断开期间t2更长的期间。
[0099] 例如，在这个第五模式中，当通过将开关元件SW导通，检测电压SX(电阻R的电阻 值X电流Id的电流值）上升从而达到的将调光信号REF分压后的分压值Vx时，控制电路 C0N断开开关元件SW，之后，在断开开关元件SW后，当经过了比第一断开宽度调制期间H1 更长的第二断开宽度调制期间H2时，控制电路C0N导通开关元件SW。这样就实现了前述的 第五模式M5的开关周期的控制。
[0100] 另外，当从第四模式M4向第五模式M5转换时，控制电路C0N在维持导通期间tl 的同时将断开期间t2设定为比第四模式M4中的断开期间t2更长的期间。
[0101] 另一方面，当从第五模式M5向第四模式M4转换时，控制电路C0N在维持导通期间 tl的同时将断开期间t2设定为比第五模式M5中的断开期间t2更短的期间。
[0102] 如上，LED照明调光电路100根据调光信号REF控制LED元件A的调光。另外，调 光信号REF例如是根据用者的操作从微机(没有图示）输出的。
[0103] 其次，使用图3来对具有以上结构的LED照明调光电路100的动作的一例进行说 明。
[0104] 例如，在图3的时刻ta之前，控制电路C0N的控制模式为第一模式(最大电流模式） Ml。如前所述，当调光信号REF的值在第一阈值TH1以上时，控制电路C0N判断LED照明调 光电路的控制模式为第一模式Ml。
[0105] 然后，控制电路C0N对由导通开关元件SW的导通期间tl和断开开关元件SW的断 开期间t2所构成的开关周期固定。
[0106] 例如，如前所述，当通过导通开关元件SW，检测电压SX (电阻R的电阻值X电流 Id的电流值）上升从而达到了预先设定的比较电压V100时，控制电路C0N断开开关元件 SW，之后，当通过断开开关元件SW，流过线圈L的电流IF降为零时，控制电路C0N导通开关 元件SW。
[0107] 然后，当从第一模式Ml向第二模式M2转换时（时刻ta)时，控制电路C0N在维持 导通期间tl和断开期间t2的比例的同时缩小开关周期。
[0108] 其次，在图3的时刻ta?时刻tb中，控制电路C0N的控制模式为第二模式(频率 调制模式)M2。如前所述，当调光信号REF的值在比第一阈值TH1更小的第二阈值TH2以上 且未满第一阈值TH1时，控制电路C0N判断控制模式为第二模式。
[0109] 然后，当调光信号REF表示的调光率下降时，控制电路C0N在维持导通期间tl和 断开期间t2的比例的同时缩小开关周期。
[0110] 例如，如前所述，当通过将开关元件SW导通，检测电压SX (电阻R的电阻值X电 流Id的电流值)上升从而达到了将调光信号分压后的分压值Vx时，控制电路C0N导通开关 元件SW，之后，当通过断开开关元件SW，流过线圈L的电流IF降为零时，控制电路C0N导通 开关元件SW。
[0111] 另外，如前所述，在这个第二模式M2中，当调光信号REF表示的调光率上升时，控 制电路C0N在维持导通期间tl和断开期间t2的比例的同时扩大开关周期。
[0112] 另外，如前所述，当从第二模式M2向第一模式Ml转换时，控制电路C0N在维持导 通期间tl和断开期间t2的比例的同时扩大开关周期。
[0113] 然后，当从第二模式M2向第三模式M3转换时（时刻tb)，控制电路C0N在固定断开 期间t2的同时缩短导通期间tl。
[0114] 其次，在图3的时刻tb?时刻tc中，当调光信号REF表示的调光率下降时，控制 电路C0N在固定断开期间t2的同时缩短导通期间tl (第三模式(断开宽度固定模式）M3)。
[0115] 例如，如前所述，当通过导通开关元件SW，检测电压SX (电阻R的电阻值X电流 Id的电流值)上升从而达到了将调光信号REF分压后的分压值Vx时，控制电路C0N导通开 关元件SW，之后，在断开开关元件SW后经过了断开宽度固定期间Hx时，控制电路C0N导通 开关元件SW。
[0116] 另外，如前所述，在这个第三模式M3中，当调光信号REF表示的调光率上升时，控 制电路C0N在固定断开期间t2的同时延长导通期间tl。
[0117] 另外，如前所述，当从第三模式M3向第二模式M2转换时，控制电路CON在固定断 开期间t2的同时延长导通期间tl。
[0118] 然后，当从第三模式M3向第四模式M4转换时（时刻tc)，控制电路CON在缩短导通 期间tl的同时延长断开期间t2。
[0119] 其次，在图3的时刻tc?时刻td中，当调光信号REF表示的调光率下降时，控制 电路C0N在缩短导通期间tl的同时延长断开期间t2 (第四模式(断开宽度调制模式）M4)。
[0120] 例如，如前所述，当通过导通开关元件SW，检测电压SX (电阻R的电阻值X电流 Id的电流值)上升从而达到了将调光信号REF分压后的分压值Vx时，控制电路CON导通开 关元件SW，之后，在断开开关元件SW后经过了随着调光信号REF的值而变化且比断开宽度 固定期间Hx更长的第一断开宽度调制期间H1时，控制电路CON导通开关元件SW。
[0121] 另外，如前所述，在这个第四模式M4中，当调光信号REF表示的调光率上升时，控 制电路C0N在延长导通期间tl的同时缩短断开期间t2。
[0122] 另外，如前所述，当从第四模式M4向第三模式M3转换时，控制电路CON在延长导 通期间tl的同时缩短断开期间t2。
[0123] 然后，当从第四模式M4向第五模式M5转换时（时刻td)，控制电路CON在维持导通 期间tl的同时将断开期间t2设定为比第四模式M4中的断开期间t2更长的期间。
[0124] 其次，在图3的时刻td以后，控制电路C0N的控制模式为第五模式(最小电流模式） M5。
[0125] 然后，控制电路C0N将导通期间tl固定，并将断开期间t2固定为比第四模式M4 中的断开期间t2更长的期间。
[0126] 例如，当通过导通开关元件SW，检测电压SX (电阻R的电阻值X电流Id的电流 值)上升从而达到了将调光信号REF分压后的分压值Vx时，控制电路C0N断开开关元件SW， 之后，在断开开关元件SW后，当经过了比第一断开宽度调制期间H1更长的第二断开宽度调 制期间H2时，控制电路C0N导通开关元件SW (图3)
[0127] 另外，如前所述，当从第五模式M5向第四模式M4转换时，控制电路C0N在维持导 通期间tl的同时将断开期间t2设定为比第五模式M5中的断开期间t2更短的期间。
[0128] 如上，控制电路C0N仅通过从外部向信号输入端子TREF输入的调光信号REF，就能 将控制模式阶段性地切换为五个模式中的任意一个并控制开关周期，从而输出与被输入的 调光信号REF的值相对应的输出电流Ιο。
[0129] 特别是，如图3所示，与第五模式Μ5中的第四调光率χ4对应的开关周期的倒数的 开关频率被设定为比与第一模式Ml中的第一调光率xl相对应的开关周期的倒数的开关频 率更低。
[0130] 这样，在开关的能量较小的第五模式M5中，即使开关频率接近可听频率，但由于 开关的能量较小，因此人耳也不容易听到开关噪声。另一方面，在开关的能量较大的第一模 式Ml中，由于开关频率被设定为比可听频率更高，因此能够使得人耳难以听到开关噪声。
[0131] 在这里，图4是显示图1所示的LED照明调光电路100和以往的LED照明调光电 路的调光率与开关周波数之间的关系的特性图。
[0132] 在图4所示的以往的LED照明调光电路中，无论调光率的大小一律采用了频率调 制模式。即，在以往的LED照明调光电路中，当调光率下降时，在维持导通期间和断开期间 的比例的同时缩小开关周期，另一方面，当调光率上升时，在维持导通期间和断开期间的比 例的同时扩大开关周期。
[0133] 因此，当调光率接近0%时，开关频率为最大（200kHz以上)，当调光率接近100%时， 开关频率为最低。
[0134] S卩，在以往的LED照明调光电路中，在开关元件的能量变高调光率在100%附近时， 开关频率变得比可听频率(例如，20kHz )更低。
[0135] 因此，在以往的LED照明调光电路中，人耳能听到开关噪声。
[0136] 进一步，在以往的LED照明调光电路中，调光率在0%附近时开关频率变高（200kHz 以上)，因此不仅效率低而且开关元件的控制变得困难。
[0137] 另一方面，在实施方式一涉及的LED照明调光电路100中，如前所述，根据调光率 大小改变控制模式。
[0138] 这样，如图4所示，调光率在0%附近(第五控制模式）时，开关频率降低（20kHz左 右)，当调光率接近100%(第一控制模式)时，开关频率降低（60kHz左右）。在图4的示例中， 开关频率的最大值也只有150kHz左右。
[0139] 即，在实施方式一的LED照明调光电路100中，在开关元件的能量变高的调光率在 100%附近时，能够使得开关频率比可听频率(例如，60kHz)更高。
[0140] 这样，在实施方式一的LED照明调光电路100中，在最大的调光率时开关频率被设 定为比可听频率(例如，高于20kHz)更高。
[0141] 即，在本发明涉及的LED照明调光电路中，为了使得在调光时开关频率不会过高 而调制开关元件的断开宽度，从而使得在有限的频率范围内获得最大的调光范围成为可 能。
[0142] 另外，如前所述，在实施方式一的LED照明调光电路100中，调光是使用五个模式 来进行的。即，连续执行：使用最大电流来使LED元件发光的最大电流模式；下调峰值电流 来进行调光的频率调制模式；将断开宽度固定而仅缩小导通宽度的断开宽度固定模式；扩 大断开宽度而缩小导通宽度的断开宽度调制模式；以及使用最小电流来使LED元件发光的 最小电流模式，这五个模式。
[0143] 这样，当在缩小开关元件的导通宽度的同时扩大开关元件的断开宽度时，就能够 缩小频率变动范围。
[0144] 特别是，如图4所示，与第五模式M5中的第四调光率x4对应的开关周期的倒数的 开关频率被设定为比与第一模式Ml中的第一调光率xl相对应的开关周期的倒数的开关频 率低。
[0145] 这样，在开关的能量小的第五模式M5中，即使开关频率接近可听频率，但因为开 关的能量较小，所以人耳也很难听到开关噪声。即，由于在调光率低的时候(暗的时候)的控 制为下调开关频率，因此当接近可听频率时，电流(能量（energy))为最小。另一方面，在开 关的能量大的第一模式Ml中，由于开关频率被设定为比可听频率更高，因此能够使得人耳 难以听到开关噪声。
[0146] 所以，用户就难以听到起因于LED照明调光电路的开关元件的开关的声音。
[0147] 另一方面，在从前技术中，由于电流(能量）在最大时接近可听频率，因此，用户很 容易听到起因于LED照明调光电路的开关元件的开关的声音。
[0148] 如上，本发明涉及的LED照明调光电路能够在狭窄的频率变动范围内实现宽广的 调光范围。
[0149] 特别是，能够在发挥高效、噪点小的电流临界模式的优势的同时，缩小频率变动。
[0150] 进一步，在本发明涉及的LED照明调光电路中，由于使用通过一个信号输入端子 输入的调光信号来执行调光的控制，因此能够减少调光控制中所需的端子。
[0151] 另外，实施方式只是例示，发明范围不限于此。
[0152] 另外，在实施方式中对选择M0S晶体管作为开关元件的情况进行了说明，但也可 以选择双极晶体管或其他开关元件。
[0153] 符号说明
[0154] 1 :调光器
[0155] 2:电源
[0156] 4: LED 元件
[0157] 5:微机
[0158] 6:恒定电流电路
[0159] 100、100A :LED照明调光电路
[0160] B:蓄电池
[0161] A:LED 元件
[0162] TB:电源端子
[0163] TE :接地端子
[0164] T0UT1 :第一输出端子
[0165] T0UT2:第二输出端子
[0166] C :电容器
[0167] L:线圈
[0168] R、R1:电阻
[0169] SW:开关元件
[0170] C0N:控制电路
[0171] Q1 :双极晶体管
[0172] TREF:信号输入端子
[0173] IS:恒定电流源
[0174] DS:输入二极管
[0175] DR1 :第一分压电阻
[0176] DR2:第二分压电阻
[0177] C0MP:三输入端比较器
[0178] UD0 :断开时间点检测电路
[0179] 0DC :导通时间点检测电路
[0180] PGC1 :第一脉冲产生电路
[0181] PGC2 :第二脉冲产生电路
[0182] VIC :电压电流转换电路
[0183] ITC:电流时间转换电路
[0184] 0C:与门电路
[0185] SX:检测电压
[0186] Vx:分压值
[0187] X:第一节点
[0188] Y:第二节点
[0189] V100:比较电压
【权利要求】
1. 一种控制LED元件调光的LED照明调光电路，包括： 电源端子，被提供电源电压； 接地端子，与接地相连接； 第一输出端子，与所述电源端子相连接并与所述LED元件的阳极侧相连接； 第二输出端子，与所述LED元件的阴极侧相连接； 电容器，一端与所述第一输出端子相连接，另一端与所述第二输出端子相连接； 线圈，一端与所述电容器的另一端相连接； 开关元件，一端与所述线圈的另一端相连接； 电阻，一端与所述开关元件的另一端相连接，另一端与所述接地端子相连接； 二极管，阴极与所述电源端子相连接，阳极与所述线圈的另一端相连接；以及 控制电路，根据表示所述LED元件的调光率的调光信号，与所述电阻的电压降相对应 的检测电压，以及流过所述线圈的检测电流，通过开关控制信号控制所述开关元件的动作， 其中，在所述调光信号表示的第一调光率的第一模式中，所述控制电路对由导通所述 开关元件的导通期间和断开所述开关元件的断开期间所构成的开关周期进行固定， 在所述调光信号表示的是从所述第一调光率到比所述第一调光率更低的第二调光率 为止的第一调光区间的调光率的第二模式中，当所述调光信号表示的调光率下降时，所述 控制电路在维持所述导通期间和所述断开期间的比例的同时缩小所述开关周期， 在所述调光信号表示的是从所述第二调光率到比所述第二调光率更低的第三调光率 为止的第二调光区间的调光率的第三模式中，当所述调光信号表示的调光率下降时，所述 控制电路在将所述断开期间固定的同时缩短所述导通期间， 在所述调光信号表示的是从所述第三调光率到比所述第三调光率更低的第四调光率 为止的第三调光区间的调光率的第四模式中，当所述调光信号表示的调光率下降时，所述 控制电路在缩短所述导通期间的同时延长所述断开期间， 在所述调光信号表示的是所述第四调光率的调光率的第五模式中，所述控制电路固定 所述导通期间并将所述断开期间固定为比所述第四模式中的断开期间更长的期间， 当所述调光信号的值在第一阈值以上时，所述控制电路判断所述LED照明调光电路的 控制模式为所述第一模式， 当所述调光信号的值在比所述第一阈值更小的第二阈值以上且未满所述第一阈值时， 所述控制电路判断所述控制模式为第二模式。
2. 根据权利要求1所述的LED照明调光电路，其特征在于： 其中，在所述第一模式中，当通过导通所述开关元件，所述检测电压上升从而达到了 预先设定的比较电压时，所述控制电路将所述开关元件断开，之后，当通过断开所述开关元 件，流过所述线圈的电流降为零时，所述控制电路导通所述开关元件。
3. 根据权利要求1所述的LED照明调光电路，其特征在于： 其中，在所述第二模式中，当通过导通所述开关元件，所述检测电压上升从而达到了将 所述调光信号分压后的分压值时，所述控制电路断开所述开关元件，之后，当通过断开所述 开关元件，流过所述线圈的电流降为零时，所述控制电路导通所述开关元件。
4. 根据权利要求1所述的LED照明调光电路，其特征在于： 其中，在所述第三模式中，当通过导通所述开关元件，所述检测电压上升从而达到了将 所述调光信号分压后的分压值时，所述控制电路断开所述开关元件，之后，在断开所述开关 元件后经过了断开宽度固定期间时，所述控制电路导通所述开关元件。
5. 根据权利要求1所述的LED照明调光电路，其特征在于： 其中，在所述第四模式中，当通过导通所述开关元件，所述检测电压上升从而达到了将 所述调光信号分压后的分压值时，所述控制电路断开所述开关元件，之后，在断开所述开关 元件后，当经过了随着所述调光信号的值而变化且比所述断开宽度固定期间更长的第一断 开宽度调制期间时，所述控制电路过导通所述开关元件。
6. 根据权利要求5所述的LED照明调光电路，其特征在于： 其中，在所述第五模式中，当通过导通所述开关元件，所述检测电压上升从而达到了将 所述调光信号分压后的分压值时，所述控制电路断开所述开关元件，之后，在断开所述开关 元件后，当经过了比所述第一断开宽度调制期间更长的第二断开宽度调制期间时，所述控 制电路导通所述开关元件。
7. 根据权利要求1所述的LED照明调光电路，其特征在于： 其中，在所述第二模式中，当所述调光信号表示的调光率上升时，所述控制电路在维持 所述导通期间和所述断开期间的比例的同时扩大所述开关周期。
8. 根据权利要求1所述的LED照明调光电路，其特征在于： 其中，在所述第三模式中，当所述调光信号表示的调光率上升时，所述控制电路在将断 开期间固定的同时延长所述导通期间。
9. 根据权利要求1所述的LED照明调光电路，其特征在于： 其中，在所述第四模式中，当所述调光信号表示的调光率上升时，所述控制电路在延长 所述导通期间的同时缩短所述断开期间。
10. 根据权利要求1所述的LED照明调光电路，其特征在于： 其中，所述控制电路包括： 信号出力端子，被输入所述调光信号； 恒定电流源，一端被提供内部电源电压； 输入二极管，阳极与所述恒定电流源的另一端相连接，阴极与所述信号出力端子相连 接； 第一分压电阻，一端与所述信号输入端子相连接； 第二分压电阻，一端与所述第一分压电阻的另一端相连接，另一端与接地相连接； 三输入端比较器，具有与所述电阻的一端相连接且被输入所述检测电压的非反转输入 端子，与所述第一分压电阻的另一端相连接且被输入将所述调光信号分压后的分压值的第 一反转输入端子，以及被输入所述比较电压的第二反转输入端子，当所述分压值在所述比 较电压以上时，输出与将所述比较电压和所述检测电压相比较的结果相对应的信号，另一 方面，当所述分压值未满所述比较电压时，输出与将所述分压值和所述检测电压相比较的 结果相对应的信号； 断开时间点检测电路，基于所述三输入端入比较器输出的信号，当检测出所述检测电 压达到了所述比较电压或所述分压值时输出脉冲状的断开信号； 导通时间点检测电路，输入端与所述线圈的另一端相连接，当流过所述线圈的电流为 零时输出脉冲状的导通信号； 第一脉冲产生电路，被输入所述断开信号和所述导通信号，并输出在所述导通信号的 时间点上升且在所述断开信号的时间点下降的第一脉冲信号； 第二脉冲产生电路，基于所述调光信号的值，输出第二脉冲信号；以及 与门电路，对所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号进行与运算，并将这个运算结果 作为所述开关控制信号输出， 当所述调光信号的值在所述第一阈值以上时，所述第二脉冲产生电路固定所述第二脉 冲信号的脉冲宽度和脉冲间隔， 当所述调光信号的值未满所述第一阈值且在所述第三阈值以上时，所述第二脉冲产生 电路根据所述调光信号数值的下降缩小所述脉冲宽度并固定所述脉冲间隔， 当所述调光信号的值未满所述第三阈值且在所述第四阈值以上时，所述第二脉冲产生 电路根据所述调光信号数值的下降缩小所述脉冲宽度小并扩大所述脉冲间隔， 当所述调光信号的值未满所述第四阈值时，所述第二脉冲产生电路将所述脉冲宽度固 定并根据所述调光信号数值的下降扩大所述脉冲间隔。
11. 根据权利要求1所述的LED照明调光电路，其特征在于： 其中，与所述第一模式中的所述第一调光率相对应的所述开关周期的倒数的开关频率 比可听频率高。
12. 根据权利要求11所述的LED照明调光电路，其特征在于： 其中，与所述第五模式中的所述第四调光率相对应的所述开关周期的倒数的开关频率 比与所述第一模式中的所述第一调光率相对应的所述开关周期的倒数的开关频率低。
13. -种使用LED照明调光电路实施的LED照明调光方法，所述LED照明调光电路控制 LED元件的调光，并且包括：电源端子，被提供电源电压；接地端子，与接地相连接；第一输 出端子，与所述电源端子相连接并与所述LED元件的阳极侧相连接；第二输出端子，与所述 LED元件的阴极侧相连接；电容器，一端与所述第一输出端子相连接，另一端与所述第二输 出端子相连接；线圈，一端与所述电容器的另一端相连接；开关元件，一端与所述线圈的另 一端相连接；电阻，一端与所述开关元件的另一端相连接，另一端与所述接地端子相连接； 二极管，阴极与所述电源端子相连接，阳极与所述线圈的另一端相连接；以及控制电路，根 据表示所述LED元件的调光率的调光信号，与所述电阻的电压降对应的检测电压，以及流 过所述线圈的检测电流，通过开关控制信号控制所述开关元件的动作， 其中，在所述调光信号表示第一调光率的第一模式中，所述控制电路对由导通所述开 关元件的导通期间和断开所述开关元件的断开期间所构成的开关周期进行固定， 在所述调光信号表示的是从所述第一调光率到比所述第一调光率更低的第二调光率 为止的第一调光区间的调光率的第二模式中，当所述调光信号表示的调光率下降时，所述 控制电路在维持所述导通期间和所述断开期间的比例的同时缩小所述开关周期， 在所述调光信号表示的是从所述第二调光率到比所述第二调光率更低的第三调光率 为止的第二调光区间的调光率的第三模式中，当所述调光信号表示的调光率下降时，所述 控制电路在将所述断开期间固定的同时缩短所述导通期间， 在所述调光信号表示的是从所述第三调光率到比所述第三调光率更低的第四调光率 为止的第三调光区间的调光率的第四模式中，当所述调光信号表示的调光率下降时，所述 控制电路在缩短所述导通期间的同时延长所述断开期间， 在所述调光信号表示的是所述第四调光率的调光率的第五模式中，所述控制电路固定 所述导通期间并将所述断开期间固定为比所述第四模式中的断开期间更长的期间， 当所述调光信号的值在第一阈值以上时，所述控制电路判断所述LED照明调光电路的 控制模式为所述第一模式， 当所述调光信号的值在比所述第一阈值更小的第二阈值以上且未满所述第一阈值时， 所述控制电路判断所述控制模式为第二模式。
【文档编号】H05B37/02GK104106314SQ201380000448
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年2月13日 优先权日:2013年2月13日
【发明者】长坂俊彦, 池田克弥, 高坂诚一 申请人:新电元工业株式会社