Led點亮裝置及使用該裝置的照明設備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種LED點亮裝置及使用該裝置的照明設備，包括：電阻器(R1)，用于輸出在開關元件(Q1)的ON(接通)時間段期間流過電感器(L1)的電感器電流(I1)的檢測值；閾值生成部(42)，用于生成與調(diào)光水平相對應的電感器電流(I1)的閾值(Vs)；以及開關控制部(44)，用于控制開關元件(Q1)接通(ON)和斷開(OFF)。開關控制部(44)用于基于對電感器電流(I1)的檢測值與閾值(Vs)的比較來確定開關元件(Q1)的OFF時刻。LED點亮裝置隨著調(diào)光水平的降低來增大開關元件(Q1)的開關周期的時間段。
【專利說明】LED點亮裝置及使用該裝置的照明設備
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種LED點亮裝置以及使用該裝置的照明設備。
【背景技術】
[0002]作為適用于將由LED元件組成的光源點亮的點亮裝置(以下稱作“LED點亮裝置”)，已提出一種點亮裝置，其包括斬波器電路以調(diào)整光源的亮度(調(diào)光)。日本特開2002-231471A號公報公開了一種點亮裝置，其能夠通過脈寬調(diào)制控制方法來調(diào)整流過LED光源的電流(以下稱作“LED電流”)從而對LED光源調(diào)光。在脈寬調(diào)制控制方法中，控制在斬波器電路中包括的開關元件的占空比變化以調(diào)整LED電流，從而以期望亮度來點亮LED光源。日本特開2009-301876A號公報公開了一種利用第一調(diào)光信號和第二調(diào)光信號的點亮裝置。第一調(diào)光信號用于確定調(diào)光水平，并且第二調(diào)光信號用于確定調(diào)光曲線。該點亮裝置用于基于第二調(diào)光信號來從電路中存儲的多個調(diào)光曲線中選擇期望調(diào)光曲線。
[0003]日本特開2010-40400A號公報公開了一種點亮裝置，其包括斬波器電路以及連接在斬波器電路的輸入側(cè)的功率因數(shù)校正器。該點亮裝置用于在LED元件的光輸出變得比預定水平低的情況下終止功率因數(shù)校正器的操作。由此，該點亮裝置能夠減少LED元件的閃爍。
[0004]在包括斬波器電路的點亮裝置中，在開關元件的ON時間段期間將能量充入電感器中，并且在開關元件的OFF時間段期間將能量釋放以流通電流。電流與電感器的電感成反比例變化。因此，在用于基于脈寬調(diào)制控制方法來調(diào)整LED電流的點亮裝置中將開關頻率設置為低水平(例如，小于40[kHz])的情況下，已要求點亮裝置采用具有大電感的大尺寸電感器從而減小在OFF時間段期間電流不流過電感器的時間段。
[0005]此外，在將開關頻率設置在30 [kHz]到40 [kHz]左右的情況下，在LED電流的波形上出現(xiàn)紋波分量而造成LED元件發(fā)光的閃爍。這可能會干擾設置在其它設備中的遙控器所發(fā)射的紅外信號。因此，為了減小紋波分量，要與LED元件并聯(lián)相連接的平滑電容器需要具有大電容。
[0006]為縮小電感器和/或平滑電容器的尺寸，已提出一種LED點亮裝置，其以高頻率控制開關元件。然而，在將開關元件的開關頻率設置為高的情況下，在降低調(diào)光水平并且減小LED電流的情況下開關元件的ON時間段可能會顯著縮短(例如幾乎為O)。作為結(jié)果，在高開關頻率的LED點亮裝置中，在將調(diào)光水平設置為低的情況下，由于在用于控制開關操作的控制電路中發(fā)生的延遲時間、用于驅(qū)動開關元件的點亮裝置的性能限制、在柵極驅(qū)動器中發(fā)生的延遲時間等，因此可能難以穩(wěn)定地控制開關操作。即，在調(diào)光水平相對低的情況下，傳統(tǒng)的LED點亮裝置可能難以進行穩(wěn)定的調(diào)光控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]考慮到上述問題作出本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的在于提供一種即使在調(diào)光水平相對低的情況下也能以期望調(diào)光水平來穩(wěn)定地控制LED光源的LED點亮裝置以及使用該LED點亮裝置的照明設備。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的LED點亮裝置包括:開關調(diào)節(jié)器以及控制器。開關調(diào)節(jié)器包括所要連接在DC直流電源的兩端之間的開關元件、電感器和電容器的串聯(lián)電路。開關調(diào)節(jié)器用于對將要與電容器并聯(lián)相連接的LED光源供給電流。LED光源包括至少一個LED元件?？刂破饔糜谕ㄟ^根據(jù)與調(diào)光水平相對應的調(diào)光信號接通和斷開開關元件來調(diào)整LED光源的亮度。控制器包括:電流檢測部、閾值生成部以及開關控制部。電流檢測部用于輸出在開關元件的ON時間段期間流過電感器的電感器電流的檢測值。閾值生成部用于生成與調(diào)光水平相對應的電感器電流的閾值。開關控制部用于基于對電感器電流的檢測值和閾值的比較來確定開關元件的OFF時刻?？刂破饔糜陔S著調(diào)光水平的降低來增大開關元件的開關周期的時間段。
[0009]在一個實施例中，控制器用于基于對檢測值與閾值的比較來確定電感器電流的目標值，以使得在檢測值比閾值大的情況下減小目標值，并且在檢測值比閾值小的情況下增大目標值?？刂破饔糜谠陔姼衅麟娏鞯臋z測值等于或者大于目標值的情況下斷開開關元件。
[0010]在一個實施例中，控制器用于使得開關元件接通和斷開以使得電感器電流以不連續(xù)模式流過，并且不連續(xù)模式隨著調(diào)光水平的增大而接近臨界模式。
[0011 ] 在一個實施例中，控制器用于基于閾值來確定與調(diào)光水平相對應的電感電流的目標值?？刂破鬟€包括用于輸出周期時鐘信號的時鐘信號生成部。開關控制部用于在電感器電流的檢測值增大到目標值的情況下斷開開關元件，并且在時鐘信號的各個周期的開始接通開關元件。時鐘信號生成部用于隨著調(diào)光水平的降低來延長時鐘信號的各個周期的時間段。
[0012]在一個實施例中，控制器用于基于閾值來確定與調(diào)光水平相對應的電感器電流的目標值。控制器還包括計時器部，用于計數(shù)從開關元件的OFF時刻起所經(jīng)過的時間。開關控制部用于在電感器電流的檢測值增大到目標值的情況下斷開開關元件，并且在由計時器部所計數(shù)的經(jīng)過的時間達到預定計時器時間的情況下接通開關元件。計時器部用于隨著調(diào)光水平的降低來增大計時器時間。
[0013]本發(fā)明的照明設備包括如上說明的LED點亮裝置以及用于容納LED光源的設備本體，其中LED點亮裝置將電流供給至所述LED光源。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的點亮裝置，在將調(diào)光水平設置為低的情況下，使開關元件的開關頻率變得低。因此，即使在將調(diào)光水平設置為低的情況下也能避免開關元件的ON時間段顯著縮短。即使在將調(diào)光水平設置為低的情況下點亮裝置也能改善控制操作的穩(wěn)定性，并且因此能夠穩(wěn)定地在相對低的水平操作LED電流。換言之，點亮裝置即使在低調(diào)光水平也能進行穩(wěn)定的調(diào)光操作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是示出根據(jù)第一實施例的LED點亮裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖；
[0016]圖2是示出根據(jù)第一實施例的LED點亮裝置的時鐘信號的頻率特性的圖表；
[0017]圖3的A至D是用于說明在將調(diào)光水平設置為相對高的情況下根據(jù)第一實施例的LED點亮裝置的操作的波形圖；[0018]圖4的A至D是用于說明在將調(diào)光水平設置為相對低的情況下根據(jù)第一實施例的LED點亮裝置的操作的波形圖；
[0019]圖5是示出根據(jù)第一實施例的其它LED點亮裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖；
[0020]圖6是示出根據(jù)第二實施例的LED點亮裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖；
[0021]圖7是示出在根據(jù)第二實施例的LED點亮裝置中的計時器信號的計時器時間特性的圖表；
[0022]圖8的A至D是用于說明在將調(diào)光水平設置為相對高的情況下根據(jù)第二實施例的LED點亮裝置的操作的波形圖；
[0023]圖9的A至D是用于說明在將調(diào)光水平設置為相對低的情況下根據(jù)第二實施例的LED點亮裝置的操作的波形圖；
[0024]圖10是示出根據(jù)第三實施例的照明設備的結(jié)構(gòu)的截面圖；
[0025]圖11是示出根據(jù)第三實施例的其它照明設備的結(jié)構(gòu)的截面圖。
【具體實施方式】
[0026]以下將參考【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的實施例。
[0027]第一實施例
[0028]圖1示出根據(jù)第一實施例的LED (發(fā)光二極管)點亮裝置的電路結(jié)構(gòu)。
[0029]LED點亮裝置包括:整流器1、功率因數(shù)校正器2、降壓斬波器(開關調(diào)節(jié)器)3以及控制器4。LED點亮裝置用于向LED光源(DC光源；直流光源)10供給電力。LED光源10包括一個或者多個LED元件10a。
[0030]通過商用電源PS向整流器I輸入AC (交流)電壓。整流器I用于對輸入電壓整流(例如，全波整流)并且輸出整流后的電壓。
[0031]功率因數(shù)校正器2包括用于使整流后的電壓升壓的升壓斬波器。將平滑電容器Ca連接在功率因數(shù)校正器2的兩個輸出端子之間。由此跨電容器Ca的端子施加DC電壓(升壓后的電壓)。將電容器Ca用作DC電源。包括升壓斬波器的功率因數(shù)校正器2是已知的，因此省略對其的詳細說明。
[0032]降壓斬波器3包括開關元件Ql、電感器LI和電容器(平滑電容器)Cl的串聯(lián)電路。開關元件Ql包括FET (場效應晶體管)。電容器Ca的高電壓側(cè)端子與開關元件Ql的漏極相連接，電感器LI的一端(第一端)與開關元件Ql的源極相連接，并且電感器LI的另一端(第二端)與電容器Cl的高電壓側(cè)端子相連接。將開關元件Q1、電感器LI與電容器Cl的串聯(lián)電路連接在電容器Ca的端子之間。二極管Dl與電感器LI和電容器Cl的串聯(lián)電路并聯(lián)相連接。即，二極管的陰極與電感器LI的第一端相連接，并且電容器Cl的低電壓側(cè)端子與二極管Dl的陽極相連接。LED光源10要與電容器Cl并聯(lián)相連接。在實施例中，LED光源10包括各自串聯(lián)相連接的多個LED元件10a。降壓斬波器3用于向與電容器Cl并聯(lián)相連接的LED光源10供給電流(LED電流12)。
[0033]在LED光源10與二極管Dl之間(例如在電容器Cl的低電壓側(cè)端子與二極管Dl的陽極之間)插入電阻器Rl以檢測電流。電阻器Rl用作電流檢測部。電流檢測部輸出在開關元件Ql的ON時間段期間流過電感器LI的電流的檢測值(電感器電流II)。
[0034]控制器4用于控制開關元件Ql的接通/斷開操作?？刂破?控制開關元件Ql的開關(即用于使得開關元件Ql接通和斷開)并且調(diào)整LED光源10的亮度?？刂破?包括電流檢測部、調(diào)光控制部41、閾值生成部42、時鐘信號生成部43、開關控制部44以及高側(cè)柵極驅(qū)動器45。
[0035]調(diào)光控制部41包括運算放大器(Op-Amp) OPl。將電阻器R2與電容器C2的并聯(lián)電路連接在Op-Amp OPl的反相輸入端子和輸出端子之間。通過電阻器R3將跨電阻器Rl的電壓輸入到Op-Amp OPl的反相輸入端子中。Op-Amp OPl的非反相輸入端子與閾值生成部42的可變電壓源42b相連接。Op-Amp OPl用于進行積分運算。Op-Amp OPl的輸出端子與開關控制部44的輸入管腳(C0MP端子)P2在中間插入電阻器R4的情況下相連接。
[0036]開關控制部44包括例如控制1C，控制IC包括具有臨界模式控制功能的斬波器電路。開關控制部44用于基于對電感器電流Il的檢測值與由閾值生成部42所生成的閾值Vs的比較，確定開關元件Ql的OFF時刻(即用于確定斷開開關元件Ql的時刻)。
[0037]開關控制部44包括輸入管腳(P1、P2和P3)以及輸出管腳P4。
[0038]在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，將斬波器電路的電感器電流的檢測值輸入到輸入管腳(ZCD端子)Pl中。開關控制部44用于檢測(輸入到輸入管腳Pl的)電感器電流的檢測值減小到幾乎為O的狀態(tài)，S卩，開關控制部44具有檢測電感器電流的檢測值的過零時刻的功能。在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，在檢測到電感器電流的檢測值的過零的情況下，開關控制部44把要從輸出管腳(OUT端子)P4輸出的控制信號SI切換到H電平，并且接通開關元件Ql。
[0039]在本實施例中，通過電阻器R6將由時鐘信號生成部43生成的時鐘信號CL輸入到輸入管腳Pl中。在檢測到時鐘信號CL過零的情況下，開關控制部44把要從輸出管腳P4輸出的控制信號SI切換到H電平，并且接通開關元件Ql (例如，見圖3的B、C)。
[0040]在開關控制部44中，將Op-Amp OPl的輸出輸入到輸入管腳(C0MP端子)P2中，并且將通過電阻器Rl測量出的電感器電流Il的檢測值輸入到輸入管腳(CS端子)P3中。將電阻器R5和電容器C3的串聯(lián)電路連接在電阻器Rl的兩端之間，并且將電阻器R5和電容器C3的連接點與輸入管腳P3相連接。電阻器R5和電容器C3的串聯(lián)電路用作阻止電感器電流Il的檢測值(即跨電阻器Rl生成的電壓)的高頻分量的低通濾波器。開關控制部44包括用于進行流出/流入(source/sink)操作的內(nèi)置恒定電流源。開關控制部44用于根據(jù)輸入管腳P2的電壓來生成電感器電流Il的目標值Is。在電感器電流Il的檢測值(輸入管腳P3的電壓)大于目標值Is的情況下，開關控制部44將要從輸出管腳P4輸出的控制信號SI切換至L電平，并且斷開開關元件Ql。
[0041]開關元件Ql與功率因數(shù)校正器2的高電壓側(cè)輸出端子相連接。高側(cè)柵極驅(qū)動器45用于改變由開關控制部44輸出的控制信號SI的電平，并且接著通過電阻器R7將改變后的信號施加到開關元件Ql的柵極上，由此控制開關元件Ql的0N/0FF操作。
[0042]以下說明用于調(diào)整亮度水平的LED點亮裝置的操作。
[0043]從調(diào)光指示信號輸出部Xl將調(diào)光指示信號輸入到閾值生成部42中。調(diào)光指示信號與LED光源10的調(diào)光水平相對應。LED點亮裝置用于隨著調(diào)光水平的增大而增大LED光源10的亮度。
[0044]閾值生成部42中的信號轉(zhuǎn)換部42a用于將調(diào)光指示信號轉(zhuǎn)換為DC電壓信號(以下稱作“調(diào)光信號”)。根據(jù)從信號轉(zhuǎn)換部42a發(fā)送來的調(diào)光信號來調(diào)整可變電壓源42b的輸出電壓。可變電壓源42b用于隨著與調(diào)光信號相對應的調(diào)光水平的增大來生成更高的DC電壓作為閾值Vs。將可變電壓源42b的輸出電壓作為“閾值Vs”輸入到Op-Amp OPl的非反相輸入端子。
[0045]在布置在LED點亮裝置外部的情況下，調(diào)光指示信號輸出部Xl可以包括用于輸出與調(diào)光水平相對應的占空比信號或者數(shù)字信號的調(diào)光器和控制器等。可以通過線纜或者無線方式(例如，通過無線電波或者紅外波)來發(fā)送調(diào)光指示信號。在布置在LED點亮裝置內(nèi)部的情況下，調(diào)光指示信號輸出部Xl可以包括微計算機等。
[0046]調(diào)光指示信號輸出部Xl可以根據(jù)預定程序來調(diào)整調(diào)光指示信號。例如，可以預先確定LED光源10的調(diào)光水平的時間表(即，可以在一天中預定的時間改變LED光源10的調(diào)光水平)。該配置能夠促進節(jié)能效果。
[0047]Op-Amp OPl將通過電阻器Rl測量出的電感器電流Il的檢測值與通過閾值生成部42輸入的閾值Vs相比較。在電感器電流Il的檢測值大于閾值Vs的情況下，Op-Amp OPl的輸出端子進行流入操作(即，電流從輸入管腳P2流到Op-Amp OPl的輸出端子)。在Op-AmpOPl的輸出端子進行流入操作的情況下，開關控制部44的輸入管腳P2的電壓逐漸降低。
[0048]開關控制部44生成與輸入管腳P2的電壓相對應的電感器電流Il的目標值Is。開關控制部44隨著輸入管腳P2的電壓的降低來減小電感器電流Il的目標值Is。在輸入到輸入管腳P3中的電感器電流Il的檢測值變得等于或者大于目標值Is的情況下，開關控制部44將控制信號SI切換到L電平并且斷開開關元件Ql。
[0049]因此，在電感器電流Il的檢測值比閾值Vs大的情況下，開關控制部44響應于輸入管腳P2的電壓的減小而減小電感器電流Il的目標值Is，由此使開關元件Ql的OFF時刻提前。因此開關元件Ql的ON時間段縮短并且流過LED光源10的LED電流12減小。
[0050]開關控制部44調(diào)整目標值Is以使得減小LED電流12，由此減小電感器電流Il的檢測值。在電感器電流Il的檢測值變得與閾值Vs相等的情況下，Op-Amp OPl的輸出端子停止流入操作。
[0051]另一方面，Op-Amp OPl將通過電阻器Rl測量出的電感器電流Il的檢測值與從閾值生成部42輸入的閾值Vs相比較，并且在電感器電流Il的檢測值比閾值Vs小的情況下，Op-Amp OPl的輸出端子進行流出操作(S卩，電流從Op-Amp OPl的輸出端子流到輸入管腳P2)。在Op-Amp OPl的輸出端子進行流出操作的情況下，開關控制部44的輸入管腳P2的電壓逐漸增大。
[0052]開關控制部44生成與輸入管腳P2的電壓相對應的電感器電流Il的目標值Is。開關控制部44隨著輸入管腳P2的電壓的增大而增大電感器電流Il的目標值Is。
[0053]因此，在電感器電流Il的檢測值比閾值Vs小的情況下，開關控制部44響應于輸入管腳P2的電壓的增大而增大電感器電流Il的目標值Is，由此使開關元件Ql的OFF時刻延遲。因此，開關元件Ql的ON時間段被延長并且流過LED光源10的LED電流12增大。
[0054]因此，實施例的控制器4用于通過使用閾值Vs來確定與調(diào)光水平相對應的目標值Is，并且在電感器電流Il的檢測值變得等于或者大于目標值Is的時刻斷開開關元件Q1。控制器4用于確定目標值Is隨著調(diào)光水平降低而減小。
[0055]S卩，實施例的控制器4包括用于將電感器電流Il的檢測值與閾值Vs相比較的調(diào)光控制部41。控制器4中的開關控制部44用于基于調(diào)光控制部41的比較結(jié)果來確定目標值Is。開關控制部44用于在電感器電流Il的檢測值超過閾值Vs的情況下減小目標值Is，并且在電感器電流Il的檢測值降到閾值Vs以下的情況下增大目標值Is。開關控制部44用于在電感器電流Il的檢測值變得等于或者大于目標值Is的時刻斷開開關元件Q1。
[0056]根據(jù)實施例，調(diào)光水平越高，就將開關元件Ql的OFF時刻延遲越多以增大LED電流12，而調(diào)光水平越低，就將開關元件Ql的OFF時刻提前越多以減小LED電流12。因此，通過這一結(jié)構(gòu)，能夠根據(jù)調(diào)光水平來改變LED光源10的亮度。
[0057]還將由信號轉(zhuǎn)換部42a所生成的調(diào)光信號輸入到時鐘信號生成部43中。時鐘信號生成部43用于輸出基于從信號轉(zhuǎn)換部42a發(fā)送來的調(diào)光信號而在H電平和L電平之間交替的周期時鐘信號CL。時鐘信號生成部43根據(jù)從信號轉(zhuǎn)換部42a輸入的調(diào)光信號的電壓值來改變時鐘信號CL的頻率。即，時鐘信號生成部43根據(jù)與調(diào)光水平相對應的調(diào)光信號來改變時鐘信號的頻率。如圖2中所示，時鐘信號生成部43在將調(diào)光水平設置為高(即，調(diào)光信號的電壓值為高)以增大LED電流12的情況下增大時鐘信號CL的頻率，并且在將調(diào)光水平設置為低(即，調(diào)光信號的電壓值為低)以減小LED電流12的情況下降低時鐘信號CL的頻率。
[0058]將由時鐘信號生成部43生成的時鐘信號CL輸入到開關控制部44的輸入管腳Pl中。在時鐘信號CL的過零時刻(即，在時鐘信號CL各個周期的開始)，開關控制部44將要從輸出管腳P4輸出的控制信號SI切換到H電平，并且接通開關元件Ql。
[0059]因此，控制器4用于隨著調(diào)光水平的降低而增大開關元件Ql的開關周期的時間段(即，減小開關元件Ql的頻率)。
[0060]總之，控制器4用于通過使用閾值Vs來確定與調(diào)光水平相對應的目標值Is?？刂破?基于閾值Vs來確定目標值Is以隨著調(diào)光水平的降低來減小目標值Is?？刂破?包括用于輸出周期時鐘信號CL的時鐘信號生成部43。開關控制部44用于在電感器電流Il的檢測值變得等于或者大于目標值Is的情況下斷開開關元件Q1，并且在時鐘信號CL的各個周期的開始接通開關元件Ql。時鐘信號生成部43基于調(diào)光水平來確定時鐘信號CL的各個周期的時間段以隨著調(diào)光水平的降低來增大時間段。
[0061]圖3示出在將調(diào)光水平設置為相對高的情況下實施例的某些組件的信號/電流波形。圖3的A是電感器電流Il的波形圖、B是控制信號SI的波形圖、C是時鐘信號CL的波形圖、并且D是LED電流12的波形圖。對于時鐘信號CL的各個周期的時間段(開關元件Ql的開關周期的時間段)，在將調(diào)光水平設置為相對高的情況下，時鐘信號CL具有更短的周期Tl。在電感器電流Il達到相對高的目標值Isl的情況下，將開關元件Ql從ON狀態(tài)切換到OFF狀態(tài)。作為結(jié)果，相對延長開關元件Ql的ON時間段Tll并且相對縮短OFF時間段 T12。
[0062]圖4示出在將調(diào)光水平設置為相對低的情況下實施例的某些組件的信號/電流波形。圖4的A是電感器電流Il的波形圖、B是控制信號SI的波形圖、C是時鐘信號CL的波形圖、并且D是LED電流12的波形圖。對于時鐘信號CL的各個周期的時間段(開關元件Ql的開關周期的時間段)，在將調(diào)光水平設置為相對低的情況下，時鐘信號CL具有更長的周期T20T1)。在電感器電流Il達到較低的目標值Is2(〈Isl)的情況下，將開關元件Ql從ON狀態(tài)切換到OFF狀態(tài)。作為結(jié)果，將開關元件Ql的ON時間段相對縮短至T21 (〈TlI)并且將OFF時間段相對延長至T22 OT12)。
[0063]因此，實施例的控制器4用于如下控制開關元件Ql:隨著調(diào)光水平的降低，延長開關元件Ql的開關周期的時間段；縮短開關元件Ql的ON時間段；并且延長開關元件Ql的OFF時間段。
[0064]如圖3中所示，在將調(diào)光水平設置為高水平的情況下，降壓斬波器3在接近其臨界模式的不連續(xù)模式中操作電感器電流II。因此，與降壓斬波器3在其連續(xù)模式中操作電感器電流Il的情況相比較能夠使得電感器LI的電感小。
[0065]注意，在開關元件Ql的OFF時間段期間流出電感器LI的電流與電感器LI的電感成反比例變化并且與施加至LED光源10的電壓成比例變化。因此，在電感器LI的電感小并且將調(diào)光水平設置為高(即，施加到LED光源10的電壓大)的情況下，流出電感器LI的電流迅速減小并且造成在OFF時間段期間沒有電感器電流流過的狀態(tài)。相反地，根據(jù)實施例的控制器4，在將調(diào)光水平設置為相對高的情況下，開關元件Ql的開關周期的時間段被縮短并且因此開關元件Ql的OFF時間段減小(即，縮短了在OFF時間段期間沒有電感器電流Il流過的狀態(tài))。即，隨著調(diào)光水平增大，降壓斬波器3能夠在接近臨界模式中操作電感器電流II。因此，在不增大電感器LI的電感的情況下(即，在不增大電感器LI的物理尺寸的情況下)以高調(diào)光水平點亮LED光源。
[0066]如圖4中所示，在將調(diào)光水平設置為低的情況下，降壓斬波器3在不連續(xù)模式中操作電感器電流II。在不連續(xù)模式中，為了在開關元件Ql的OFF時間段期間供給LED電流12，通常要求平滑電容器Cl具有相對大的電容。相反地，在實施例中，由于在將調(diào)光水平設置為低的情況下使得LED電流12為低，因此在LED光源10中消耗更少的能量。這使得平滑電容器Cl的電容相對小，由此使得平滑電容器Cl小型化。
[0067]注意，在不連續(xù)模式中，電感器電流Il在開關元件Ql的OFF時間段期間臨時降低至IJ O( S卩，電感器電流Il間歇地流過)。在臨界模式中，在電感器電流Il下降至幾乎為O的時刻接通開關元件Ql。在連續(xù)模式中，電感器電流Il不管開關元件Ql的0N/0FF狀態(tài)而連續(xù)地流通。
[0068]在將調(diào)光水平設置為低的情況下，使得開關元件Ql的開關頻率為低(即，延長開關元件Ql的開關周期的時間段)。因此，根據(jù)實施例，即使在將調(diào)光水平設置為低的情況下也避免了開關元件Ql的ON時間段顯著縮短(即，ON時間段不變成幾乎為O)(見圖4中ON時間段T21)。即使在將調(diào)光水平設置為低的情況下實施例也能夠改進控制操作的穩(wěn)定性，并且因此能夠在更低的水平穩(wěn)定地操作LED電流12。換言之，即使在將調(diào)光水平設置為低的情況下實施例也能夠進行穩(wěn)定的調(diào)光操作，由此擴大調(diào)光的范圍。
[0069]注意，如圖4的D中示出的，實施例的控制器4用于確定開關元件Ql的開關周期的時間段以使得即使在將開關元件Ql的ON時間段設置為最小的情況下LED電流12 (從降壓斬波器3向LED光源10供給的電流)也超過預定值。換言之，考慮到電感器LI的電感和/或電容器Cl的電容，將時鐘信號CL的最小頻率(以及閾值Vs的最小值)確定成即使在將開關元件Ql的ON時間段設置為最小的情況下也有超過預定值的LED電流12流過。
[0070]在圖1中示出的結(jié)構(gòu)中，開關元件Ql與功率因數(shù)校正器2的高電壓側(cè)相連接，但是不限于此。即，開關元件Ql可以與功率因數(shù)校正器2的低電壓側(cè)相連接，如圖5中所示。在此結(jié)構(gòu)中，高側(cè)柵極驅(qū)動器45不是必須的。開關控制部44的輸出管腳P4可以通過電阻器R7與開關元件Ql的柵極相連接。
[0071]在實施例中，開關控制部44采用包括在臨界模式中操作的斬波器電路的控制1C，但是不限于此。可以采用以相似方式操作的其它種類的控制1C。此外，可以將調(diào)光控制部41、時鐘信號生成部43以及開關控制部44 一體化以提供單一的1C。
[0072]第二實施例
[0073]圖6示出根據(jù)第二實施例的LED點亮裝置的電路結(jié)構(gòu)。
[0074]實施例包括替代時鐘信號生成部43、用于控制開關元件Ql的ON時刻(B卩，用于確定接通開關元件Ql的時刻)的計時器部46。對相同的元件分配與第一實施例中相同的附圖標記，并且省略詳細的說明。
[0075]計時器部46包括計時器電路46a和二極管46b。計時器電路46a用于將基于由信號轉(zhuǎn)換部42a發(fā)送來的調(diào)光信號所確定的計時器信號TM通過二極管46b輸出到開關控制部44的輸入管腳Pl。在從開關控制部44的輸出管腳P4發(fā)送的控制信號SI處于H電平的情況下，計時器電路46a輸出H電平的計時器信號TM。計時器電路46a用于對從控制信號SI從H電平切換到L電平起所經(jīng)過的時間計數(shù)。在經(jīng)過的時間達到計時器時間Ta的情況下，計時器部46將計時器信號TM從H電平切換到L電平。S卩，計時器部46用于對從開關元件Ql斷開的時刻起經(jīng)過的時間計數(shù)，并且在經(jīng)過的時間達到(預定的)計時器時間Ta的情況下通知開關控制部44。
[0076]計時器電路46a根據(jù)從信號轉(zhuǎn)換部42a發(fā)送來的調(diào)光信號的電壓來改變計時器時間Ta。即，計時器部46根據(jù)調(diào)光信號來改變計時器時間Ta。如圖7中所示，計時器電路46a用于在LED電流12大并且將調(diào)光水平設置為高水平(即，調(diào)光信號的電壓值高)的情況下縮短計時器時間Ta，而在LED電流12小并且將調(diào)光水平設置為低水平(即，調(diào)光信號的電壓值低)的情況下延長計時器時間Ta。
[0077]在計時器信號TM的過零時刻(即，將計時器信號TM從H電平切換到L電平)，開關控制部44把要從輸出管腳P4輸出的控制信號SI切換到H電平，并且接通開關元件Ql。即，開關控制部44用于與計時器信號TM的過零時刻同步地將控制信號SI切換到H電平并且接通開關元件Ql。
[0078]因此，控制器4用于隨著調(diào)光水平的降低來延長開關元件Ql的開關周期的時間段(即，降低開關元件Ql的開關頻率)。
[0079]總之，控制器4用于通過使用閾值Vs來確定與調(diào)光水平相對應的目標值Is?？刂破?用于基于閾值Vs來確定目標值Is以使得目標值Is隨著調(diào)光水平的降低而更低?？刂破?包括用于對從開關元件Ql的OFF時刻起經(jīng)過的時間計數(shù)的計時器部46。開關控制部44用于在電感器電流Il的檢測值變得等于或者大于目標值Is的情況下斷開開關元件Q1，并且在計時器部46所計數(shù)的經(jīng)過的時間達到計時器時間Ta的情況下接通開關元件Q1。計時器部46基于調(diào)光水平來確定計時器時間Ta以隨著調(diào)光水平的降低而延長計時器時間Ta。
[0080]圖8示出在將調(diào)光水平設置為相對高的情況下實施例的某些組件的信號/電流波形。圖8的A是流過開關元件Ql的開關電流13的波形圖、B是控制信號SI的波形圖、C是計時器信號TM的波形圖并且D是LED電流12的波形圖。對于計時器信號TM的各個周期的時間段(開關元件Ql的開關周期的時間段)，在將調(diào)光水平設置為相對高的情況下，計時器信號TM具有相對短的時間段T3。在開關電流13達到相對高的目標值Is3的情況下將開關元件Ql從ON狀態(tài)切換到OFF狀態(tài)。作為結(jié)果，開關元件Ql的ON時間段T31變得相對長并且OFF時間段T32變得相對短。注意，開關電流13與電感器電流Il在ON時間段T31期間成比例。
[0081]圖9示出在將調(diào)光水平設置為相對低的情況下實施例的某些組件的信號/電流波形。圖9的A是開關電流13的波形圖、B是控制信號SI的波形圖、C是計時器信號TM的波形圖并且D是LED電流12的波形圖。對于計時器信號TM的各個周期的時間段(開關元件Ql的開關周期的時間段)，在將調(diào)光水平設置為相對低的情況下，計時器信號TM具有更長的時間段T40T3)。在開關電流13達到更小的目標值Is4(〈Is3)的情況下將開關元件Ql從ON狀態(tài)切換到OFF狀態(tài)。作為結(jié)果，開關元件Ql的ON時間段縮短至T41(〈T31)并且OFF時間段延長至Τ42 0Τ32)。注意，開關電流13與電感器電流Il在ON時間段Τ41期間成比例。
[0082]實施例的控制器4用于如下控制開關元件Ql:隨著調(diào)光水平的降低，延長開關元件Ql的開關周期的時間段；縮短開關元件Ql的ON時間段；并且延長開關元件Ql的OFF時間段。
[0083]在將調(diào)光水平設置為高的情況下，降壓斬波器3在接近臨界模式的不連續(xù)模式中操作電感器電流II。因此，與降壓斬波器3在連續(xù)模式中操作電感器電流Il的情況相比，能夠使電感器LI的電感小。
[0084]此外，在將調(diào)光水平設置為相對高的情況下，開關元件Ql的開關周期的時間段被縮短并且因此開關元件Ql的OFF時間段減小(即，縮短了在OFF時間段期間沒有電感器電流Il流過的狀態(tài))。因此，在不增大電感器LI的電感的情況下(即，在不增大電感器LI的物理尺寸的情況下)以高調(diào)光水平點亮LED光源。
[0085]在將調(diào)光水平設置為低的情況下，降壓斬波器3在不連續(xù)模式中操作電感器電流
II。在實施例中，在將調(diào)光水平設置為低的情況下，由于使得LED電流12低，因此LED光源10中消耗的能量更少。這使得平滑電容器Cl的電容相對小，由此使得平滑電容器Cl小型化。
[0086]在將調(diào)光水平設置為低的情況下，使得開關元件Ql的開關頻率為低(即，延長開關元件Ql的開關周期的時間段)。因此，根據(jù)實施例，即使在將調(diào)光水平設置為低的情況下(見圖9中ON時間段Τ41)也避免了開關元件Ql的ON時間段顯著縮短(S卩，ON時間段不變成幾乎為O)。即使在將調(diào)光水平設置為低的情況下實施例也能夠改進控制操作的穩(wěn)定性，并且因此能夠穩(wěn)定地在較低的水平操作LED電流12。換言之，實施例即使在調(diào)光水平為低的情況下也能夠進行穩(wěn)定的調(diào)光操作，由此擴大調(diào)光的范圍。
[0087]注意，如圖9的D中所示出的，實施例的控制器4用于確定開關元件Ql的開關周期的時間段以使得即使在將開關元件Ql的ON時間段設置為最小的情況下LED電流12 (從降壓斬波器3向LED光源10供給的電流)也超過預定值。換言之，考慮到電感器LI的電感和/或電容器Cl的電容，將計時器信號TM的計時器時間Ta的最大值(以及閾值Vs的最小值)確定成即使在將開關元件Ql的ON時間段設置為最小的情況下LED電流12也超過預定值。
[0088]在圖6中示出的結(jié)構(gòu)中，開關元件Ql與功率因數(shù)校正器2的高電壓側(cè)相連接，但是不限于此。開關元件Ql可以與功率因數(shù)校正器2的低電壓側(cè)相連接。在此結(jié)構(gòu)中，高側(cè)柵極驅(qū)動器45不是必需的。開關控制部44的輸出管腳Ρ4可以通過電阻器R7與開關元件Ql的柵極相連接。
[0089]注意，可以將調(diào)光控制部41、開關控制部44以及計時器部46—體化以提供單一的ICo
[0090]實施例的其它結(jié)構(gòu)與第一實施例的相同，并且省略對其的詳細說明。
[0091]第三實施例
[0092]圖10示出電源分離型的照明設備BI的示意結(jié)構(gòu)，該設備使用在第一實施例和第二實施例中說明的LED點亮裝置(以下稱作“LED點亮裝置A” )。
[0093]在此照明設備BI中，LED點亮裝置A容納在與LED光源10的設備本體IOb分離地設置的箱11中。因此，能夠減小LED光源10的厚度，并且作為分離型電源、LED點亮裝置A的大小也能減小。該結(jié)構(gòu)擴展了配置照明設備的自由度。
[0094]將用于LED光源10的設備本體IOb形成為一個表面?zhèn)?下側(cè))打開的圓柱形。以光擴散板IOc覆蓋打開的表面。在設備本體IOb的另一表面?zhèn)?上側(cè))的底部配置有安裝基板10d。在安裝基板IOd上安裝有多個LED元件10a。
[0095]將設備本體IOb埋入頂板100中。LED光源10通過導線91和連接器92與配置在頂板后面的LED點亮裝置A相連接。
[0096]圖11示出電源一體化型的照明設備B2的示意結(jié)構(gòu)。LED點亮裝置A和LED光源10配置在照明設備B2的設備本體12的內(nèi)部。
[0097]將設備本體12形成為一個表面?zhèn)?下側(cè))打開的圓柱形。以光擴散板12a覆蓋打開的表面。通過分隔板12b來分隔設備本體12的內(nèi)部空間以提供一個表面?zhèn)?下側(cè))以及另一表面?zhèn)?上側(cè))。將LED光源10配置在分隔板12b的下側(cè)從而與光擴散板12a相對。LED光源10包括安裝有多個LED元件IOa的安裝基板10d。LED點亮裝置A容納在分隔板12b的上側(cè)，其中在安裝基板13上安裝有組成LED點亮裝置A的多個組件。
[0098]分隔板12b具有形成為將該分隔板貫穿的開口 12c。LED光源10通過穿過開口12c的導線93與LED點亮裝置A相連接。
[0099]設備本體12埋入頂板100中。
[0100]本發(fā)明的LED點亮裝置可以而不限于應用于照明設備、液晶顯示的背光以及復印機、掃描器和投影儀等的光源。
【權(quán)利要求】
1.一種LED點亮裝置，包括: 開關調(diào)節(jié)器，包括要連接在直流電源的兩端之間的開關元件、電感器和電容器的串聯(lián)電路，并且所述開關調(diào)節(jié)器用于對將要與所述電容器并聯(lián)相連接的包括至少一個LED元件的LED光源供給電流；以及 控制器，用于通過根據(jù)與調(diào)光水平相對應的調(diào)光信號接通和斷開所述開關元件，來調(diào)整所述LED光源的亮度， 所述控制器包括: 電流檢測部，用于輸出在所述開關元件的接通時間段期間流過所述電感器的電感器電流的檢測值； 閾值生成部，用于生成與所述調(diào)光水平相對應的所述電感器電流的閾值；以及 開關控制部，用于基于對所述電感器電流的所述檢測值和所述閾值的比較來確定所述開關元件的斷開時刻， 其中，所述控制器隨著所述調(diào)光水平的降低來增大所述開關元件的開關周期的時間段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED點亮裝置，其中， 所述控制器用于基于對 所述檢測值與所述閾值的比較來確定所述電感器電流的目標值，以使得在所述檢測值比所述閾值大的情況下減小所述目標值，并且在所述檢測值比所述閾值小的情況下增大所述目標值，以及 所述控制器用于在所述電感器電流的所述檢測值等于或者大于所述目標值的情況下斷開所述開關元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的LED點亮裝置，其中，所述控制器使得所述開關元件接通和斷開以使得所述電感器電流以不連續(xù)模式流過，所述不連續(xù)模式隨著所述調(diào)光水平的增大而接近臨界模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED點亮裝置，其中， 所述控制器用于基于所述閾值來確定與所述調(diào)光水平相對應的所述電感器電流的目標值， 其中，所述控制器還包括用于輸出周期時鐘信號的時鐘信號生成部， 其中，所述開關控制部用于在所述電感器電流的所述檢測值等于或者大于所述目標值的情況下斷開所述開關元件，并且在所述時鐘信號的各個周期的開始接通所述開關元件，以及 其中，所述時鐘信號生成部用于隨著所述調(diào)光水平的降低來延長所述時鐘信號的各個周期的時間段。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED點亮裝置，其中， 所述控制器用于基于所述閾值來確定與所述調(diào)光水平相對應的所述電感器電流的目標值， 其中，所述控制器還包括用于對從所述開關元件的斷開時刻起所經(jīng)過的時間計數(shù)的計時器部， 其中，所述開關控制部用于在所述電感器電流的所述檢測值等于或者大于所述目標值的情況下斷開所述開關元件，并且在由所述計時器部所計數(shù)的所經(jīng)過的時間達到預定計時器時間的情況下接通所述開關元件，以及 其中，所述計時器部用于隨著所述調(diào)光水平的降低來增大所述計時器時間。
6.一種照明設備，包括: 權(quán)利要求1中所述的LED點亮裝置；以及 用于容納所述LED光源的設備本體，其中從所述LED點亮裝置向所述LED光源供給電流。`
【文檔編號】H05B37/02GK103533704SQ201310281827
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年7月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月5日
【發(fā)明者】吉本裕司, 濱本勝信, 淺野寬之, 山本真史 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社