專利名稱：Led驅動裝置以及l(fā)ed照明裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明關于LED驅動裝置以及利用該LED驅動裝置的LED照明裝置。
背景技術：
LED (Light Emission Diode，發(fā)光二極管)元件已經被用作為液晶顯示裝置的背光或者路燈等的照明器具的光源。特別是作為代替白熾燈泡或熒光燈的照明器具，正在進行利用白色LED元件的熒光燈型或者燈泡型LED照明裝置的開發(fā)。構成這種LED照明裝置的LED驅動裝置需要精度良好地向LED元件供給期望的電力。圖4是示出現(xiàn)有的LED驅動裝置101以及LED照明裝置110的電路結構的電路圖。 現(xiàn)有的LED驅動裝置101具有整流電路DB100 ;變壓器TR100 ;M0SFET(開關元件)QlOl ； 由二極管DlOl以及電容器ClOl構成的整流平滑電路；控制電路CNT100 ;電容器C103。LED 驅動裝置101和LED負載102 (LED1' · · · LEDn)構成現(xiàn)有的LED照明裝置110。整流電路DB100是公知的二極管電橋電路，并且連接到交流輸入電源AC100。變壓器TR100具有一次繞組W101、二次繞組W102、三次繞組W103。一次繞組WlOl的一端連接到整流電路DB100，一次繞組WlOl的另一端連接到MOSFET QlOl的漏極端子。二次繞組 W102的兩端連接到整流平滑電路。三次繞組W103的兩端連接到由二極管D102及電容器 C102構成的輔助電源。MOSFET QlOl的源極端子接地，柵極端子連接到控制電路CNT100。整流平滑電路的兩端連接到由串聯(lián)連接的η個LED元件(LEDp. . . LEDn)構成的LED負載102與檢測電阻 RslOO的串聯(lián)電路。η是I以上的自然數(shù)?？刂齐娐稢NT100的各個端子連接到MOSFET QlOl的柵極端子、輔助電源與LED負載102及檢測電阻RslOO的連接點、電容器C103，并且經由電阻RlOl連接到整流電路DB100 以及一次繞組WlOl的連接點?？刂齐娐稢NT100具有誤差放大器AMPlOl和比較器CMP100。誤差放大器AMPlOl的反相輸入端子連接到LED負載102及檢測電阻RslOO的連接點，同相輸入端子連接到由恒流源REG和齊納二極管ZDlOl構成的基準電壓。誤差放大器AMPlOl的輸出端子經由由電阻R103以及電容器C103構成的積分電路，連接到比較器 CMP100的第I同相輸入端子。誤差放大器AMPlOl向比較器CMP100輸出基于流過LED負載 102的電流與基準值的誤差信號。比較器CMP100的反相輸入端子連接到三角波發(fā)生電路，第2同相輸入端子連接到由恒流源REG和電阻R104及R105構成的占空比限制電路。比較器CMP100的輸出端子經由驅動器電路連接到MOSFET QlOl的柵極端子。比較器CMP100向驅動器電路輸出基于從誤差放大器AMPlOl輸出的誤差信號和從三角波發(fā)生電路輸出的三角波的PMW信號。在如上所述構成的現(xiàn)有LED驅動裝置101中，控制電路CNT100對MOSFET QlOl進行開關控制，使得流過LED負載102的電流成為基準值(基準電壓)，從而調節(jié)施加于LED 負載102的電壓。專利文獻日本特開2004-527138號公報
圖5是示出現(xiàn)有LED驅動裝置101以及LED照明裝置110中的各部分的電壓及電流的關系的波形圖。現(xiàn)有的LED驅動裝置101將交流輸入電力轉換為直流電力并提供給 LED負載102，因此輸入電壓VinIOO的脈動(脈流)容易影響輸出電壓VwtIOO (電容器ClOl 的兩端電壓)，并且輸出電壓VwtIOO含有微小的電壓變動。另外，LED元件的順向電流(If) 具有相對于順向電壓(Vf)以指數(shù)函數(shù)的形式增大的特性。因此，關于流過LED負載102的 LED電流ImIOO(順向電流)，由上述的微小電壓變動引起較大的電流變化。結果，現(xiàn)有的 LED驅動裝置存在LED電流ImIOO的變化容易變大，LED負載102的發(fā)光容易不穩(wěn)定的問題。在現(xiàn)有的LED驅動裝置中，可以增大電容器ClOl的電容來減小上述電流變化，但是需要大型的電解電容器，難以實現(xiàn)電路的小型化。圖6是示出現(xiàn)有的另一 LED驅動裝置以及利用該LED驅動裝置的LED照明裝置的電路結構的電路圖。圖6所示的現(xiàn)有LED驅動裝置是由PFC(功率因數(shù)改善)電路和連接到PFC電路的電力轉換電路這2個變流器構成的LED點燈裝置。PFC電路改善功率因數(shù)，其具有變壓器TR100 ;M0SFET (開關元件)QlOl ;由二極管DlOl以及電容器ClOl構成的整流平滑電路；控制電路CNT100 ;電阻R107U08。電力轉換電路具有變壓器TR200 ;M0SFET (開關元件)Q201 ;由二極管D201以及電容器C201構成的整流平滑電路；控制電路CNT200。圖6所示的LED驅動裝置除了電力轉換電路之外還設置有PFC電路，因此能夠進行高效率的電力轉換，同時如圖7所示，在來自PFC電路的輸出電壓VtjutI和電力轉換電路的輸出電壓Vwt2這2級中，能夠減少交流輸入電壓波形的脈動。因此，能夠容易地減少流過LED負載的電流脈動。然而，由于使用2個變流器，因此存在難于實現(xiàn)高效率，并且高價且電路大型化的問題。在上述的專利文獻I中記載了另一現(xiàn)有的LED驅動裝置，其具有與交流輸入電源連接的交流/直流轉換器；對交流/直流轉換器的直流輸出電力進行轉換而向LED元件提供期望的直流電力的直流/直流轉換器；用于調節(jié)流過LED元件的電流的電流反饋部。這另一現(xiàn)有的LED驅動裝置能夠減少流過LED負載的電流的變化，并且能夠穩(wěn)定 LED負載的發(fā)光，但是因為由交流/直流轉換器和直流/直流轉換器這2個電力轉換器構成，所以很難實現(xiàn)小型化，同時高價且電力轉換效率低。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明，提供能夠穩(wěn)定LED負載的發(fā)光，且能夠實現(xiàn)小型化的LED驅動裝置以及LED照明裝置。為了解決上述課題，提供了一種將交流輸入電力轉換為期望的直流輸出電力并提供給LED負載的LED驅動裝置，其特征在于具有被進行開關控制的開關元件；與所述LED 負載串聯(lián)連接，并且減少流過所述LED負載的電流脈動的脈動電流減少部；根據(jù)所述LED負載與所述脈動電流減少部的連接點處的反饋電壓對所述開關元件進行開關控制，從而將所述直流輸出電力控制為預定值的控制電路。根據(jù)本發(fā)明的LED驅動裝置，可以提供能使LED負載的發(fā)光穩(wěn)定，且能夠實現(xiàn)小型化的LED驅動裝置以及LED照明裝置。


圖I是示出本發(fā)明第I實施方式的LED驅動裝置以及利用該LED驅動裝置的LED 照明裝置的結構的電路圖。圖2是示出本發(fā)明第I實施方式的LED驅動裝置以及利用該LED驅動裝置的LED 照明裝置中的各部分的電壓及電流的關系的波形圖。圖3是示出本發(fā)明第2實施方式的LED驅動裝置以及利用該LED驅動裝置的LED 照明裝置的結構的電路圖。圖4是示出現(xiàn)有的LED驅動裝置以及利用該LED驅動裝置的LED照明裝置的電路結構的電路圖。圖5是示出現(xiàn)有的LED驅動裝置以及利用該LED驅動裝置的LED照明裝置中的各部分的電壓及電流的關系的波形圖。圖6是示出現(xiàn)有的另一 LED驅動裝置以及利用該LED驅動裝置的LED照明裝置的電路結構的電路圖。圖7是示出現(xiàn)有的另一 LED驅動裝置以及利用該LED驅動裝置的LED照明裝置中的各部分的電壓及電流的關系的波形圖。標號說明I LED驅動裝置；2 =LED負載；3 :恒流控制電路；10 =LED照明裝置；AMP :誤差放大器；CMP :比較器；Q1、Q2、MOSFET ；Rs :檢測電阻；ZD :齊納二極管；L :電抗器。
具體實施例方式接著，參照附圖對本發(fā)明的實施方式的LED驅動裝置以及利用該LED驅動裝置的 LED照明裝置進行說明。第一實施方式圖I是示出本發(fā)明的實施方式的LED驅動裝置I以及利用該LED驅動裝置的LED 照明裝置10的結構的電路圖。本發(fā)明的實施方式的LED驅動裝置I具有整流電路DB ;變壓器TR ;第1M0SFET (開關元件)Ql ；由二極管Dl以及電容器Cl構成的整流平滑電路；控制電路CNT ；電容器C3 ;脈動電流減少電路3a。LED驅動裝置I和LED負載2 (LED1、. . . LEDn) 構成LED照明裝置10。整流電路DB是公知的二極管電橋電路，連接到交流輸入電源AC，將交流輸入電力整流成為單向脈流，并向變壓器TR輸出。交流輸入電源AC與整流電路DB例如也可以置換為電池等的直流電源。變壓器TR具有一次繞組Wl、二次繞組W2和三次繞組W3。一次繞組Wl的一端連接到整流電路DB，一次繞組Wl的另一端連接到第1M0SFET Ql的漏極端子。在二次繞組W2 的兩端之間，連接有由二極管Dl及電容器Cl構成的整流平滑電路。在三次繞組W3的兩端之間，連接有由二極管D2及電容器C2構成的輔助電源。第1M0SFET Ql的源極端子接地，柵極端子連接到控制電路CNT。在由二極管Dl以及電容器Cl構成的整流平滑電路的兩端，連接有由串聯(lián)連接的 η個LED元件(LED1、. . . LEDn)構成的LED負載2與脈動電流減少電路3a的串聯(lián)電路。η是I以上的自然數(shù)。二極管Dl的陰極端子與電容器Cl的一端連接到構成LED負載2的LED 元件LEDl的陽極端子。電容器Cl的另一端接地。脈動電流減少電路3a由電抗器LI與電流檢測電阻Rs串聯(lián)連接而構成。控制電路CNT的各個端子連接到第1M0SFET Ql的柵極端子、輔助電源、LED負載 2及恒流控制電路3的連接點、電容器C3，并且經由電阻Rl連接到整流電路DB及一次繞組 Wl的連接點。控制電路CNT具有第I誤差放大器AMPl與比較器CMP。第I誤差放大器AMPl的反相輸入端子連接到LED負載2及脈動電流減少電路3a 的連接點，同相輸入端子連接到由恒流源REG和齊納二極管ZDl構成的第I基準電壓。第 I誤差放大器AMPl的輸出端子經由由電阻R3以及電容器C3構成的積分電路連接到比較器CMP的第I同相輸入端子。第I誤差放大器AMPl經由積分電路向比較器CMP輸出基于流過LED負載2的電流Imi和第I基準值(第I基準電壓)的第I誤差信號。比較器CMP的反相輸入端子連接到公知的三角波發(fā)生電路，第2同相輸入端子連接到由恒流源REG和電阻R4及R5構成的占空比限制電路。比較器CMP的輸出端子經由驅動器電路連接到第1M0SFET Ql的柵極端子。比較器CMP向驅動器電路輸出基于從第I誤差放大器AMPl輸出的第I誤差信號與占空比限制電路的輸出信號之中的低電平的信號、和從三角波發(fā)生電路輸出的三角波的PMW信號(脈沖寬度調制)。即，具體而言，比較器CMP以如下方式工作當LED電流Iled比第I基準值小時，增大PWM信號的“開”占空比(on duty) (延長“開”時間)；iLED電流Iled比第I基準值大時，減小PWM信號的“開”占空比(縮短“開”時間)。第I誤差信號過大時，占空比限制電路限制PWM信號的“開”占空比的最大值。通過上述的積分電路對第I誤差信號進行積分，并輸入到比較器CMP的第I同相輸入端子。因此，控制電路CNT的響應速度(響應頻率)根據(jù)由電阻R3及電容器C3決定的時間常數(shù)，比LED電流Im的變化更慢。在本實施方式的LED驅動裝置I中，電阻R3及電容器C3的時間常數(shù)被設定為在交流輸入電源AC的一個周期以上的期間中對第I誤差信號進行積分。即，把控制電路CNT的響應頻率設定為等于或低于交流輸入電源AC的頻率。在該情況下，PWM信號的“開”占空比在交流輸入電源AC的一個周期中固定，因此改善了 LED 驅動裝置I的功率因數(shù)。圖2是示出本發(fā)明的實施方式的LED驅動裝置以及利用該LED驅動裝置的LED照明裝置中的各部分的電壓以及電流的關系的波形圖。在本發(fā)明的實施方式的LED驅動裝置 I中，控制電路CNT對第1M0SFET Ql進行開關控制，使得流過LED負載2的電流Im變?yōu)榈?I基準值(第I基準電壓)。即，LED驅動裝置I與現(xiàn)有的LED驅動裝置同樣地將交流輸入電力轉換為直流電力并且提供給LED負載2。因此，輸出電壓Vwt(電容器Cl的兩端電壓) 與現(xiàn)有的LED驅動裝置同樣地含有微小的電壓變動。然而，在本發(fā)明的實施方式的LED驅動裝置I中，當由于輸出電壓脈動而產生輸出電流脈動時，在脈動電流減少電路3a的電抗器LI的兩端產生電壓。由此，減輕了 LED兩端產生的電壓脈動，因此減少了輸出電流的脈動。因此，對于現(xiàn)有的LED驅動裝置中具有較大電流變化的LED電流1_，在本發(fā)明的實施方式的LED驅動裝置I中，如圖2所示，被控制為減少了電流脈動。另外，從LED負載2與電抗器LI的連接點取出反饋信號來控制電力轉換，因此，能夠減小LED負載2的順向電壓VF的偏差和溫度特性的影響。因此，無需考慮順向電壓VF 的偏差和溫度特性。第2實施方式圖3是示出本發(fā)明第2實施方式的LED驅動裝置以及利用該LED驅動裝置的LED 照明裝置的結構的電路圖。圖3所示的第2實施方式的LED驅動裝置以及利用該LED驅動裝置的LED照明裝置相對于圖I所示的第I實施方式的LED驅動裝置以及利用該LED驅動裝置的LED照明裝置，只有脈動電流減少電路3b不同。脈動電流減少電路3b連接到由二極管Dl及電容器Cl構成的整流平滑電路、LED 負載2和控制電路CNT。脈動電流減少電路3b對應于本發(fā)明的反饋型恒流控制電路，具有第2M0SFET(阻抗可變元件)Q2、檢測電阻(電流檢測部)Rs、第2誤差放大器AMP2、齊納二極管D2。第2M0SFET Q2的漏極端子連接到LED元件LEDn的陰極端子，源極端子經由檢測電阻Rs接地，并且柵極端子連接到第2誤差放大器AMP2的輸出端子。第2M0SFET Q2根據(jù)第2誤差放大器AMP2的輸出，使漏極/源極之間的電阻值連續(xù)地變化。因此，第2M0SFET Q2可置換為電阻值根據(jù)電信號而變化的公知的電阻可變元件。脈動電流減少電路3b的響應速度被設定為比控制電路CNT的響應速度高，優(yōu)選的是被設定為比交流輸入電源AC的頻率高。檢測電阻Rs與第2M0SFET Q2的源極端子的連接點連接到第2誤差放大器AMP2 的反相輸入端子。檢測電阻Rs將流過LED負載2的電流Imi轉換為電壓信號，并且輸出給第2誤差放大器AMP2。檢測電阻Rs可以置換為其它的電流檢測手段，例如電流變壓器，也可以置換為能夠通過電壓以外的電信號輸出LED電流Iu5d的結構。齊納二極管ZD2的陰極端子經由電阻R6連接到二極管Dl及電容器Cl的連接點， 并且連接到第2誤差放大器AMP2的同相輸入端子。齊納二極管ZD2的陽極端子接地。第2誤差放大器AMP2的同相輸入端子連接到包含齊納二極管ZD2而構成的第2 基準電壓。第2誤差放大器AMP2的輸出端子連接到第2M0SFET Q2的柵極端子。第2誤差放大器AMP2向第2M0SFET Q2輸出基于流過LED負載2的電流Im和第2基準值(第2基準電壓)的第2誤差信號。具體而言，LED電流Im越小于第2基準值，則第2誤差放大器 AMP2越提高第2誤差信號的電壓水平，并且降低第2M0SFET的漏極/源極間的電阻值。另外，LED電流Imi越大于第2基準值，則第2誤差放大器AMP2越降低第2誤差信號的電壓水平，并且提高第2M0SFET的漏極/源極間的電阻值。在本發(fā)明的實施方式的LED驅動裝置I中，控制電路CNT對第1M0SFET Ql進行開關控制，使得流過LED負載2的電流Imi成為第I基準值(第I基準電壓)。即，LED驅動裝置I與現(xiàn)有的LED驅動裝置同樣地將交流輸入電力轉換為直流電力并且提供給LED負載
2。因此，輸出電壓Vwt (電容器Cl的兩端電壓)與現(xiàn)有的LED驅動裝置同樣地含有微小的電壓變動。然而，在本發(fā)明的實施方式的LED驅動裝置I中，脈動電流減少電路3b控制第 2M0SFET Q2，使得基于LED電流Ι ΕΙ)的第2誤差信號成為第2基準值(第2基準電壓)。因此，對于現(xiàn)有的LED驅動裝置中含有較大電流變化的LED電流1_，在本發(fā)明的實施方式的 LED驅動裝置I中，被控制為減少了電流脈動。因此，本發(fā)明的實施方式的LED驅動裝置具有以下的作用效果。
(I)脈動電流減少電路3b無需進行功率因數(shù)改善動作，因此可以把控制的響應速度(響應頻率)設定得比控制電路CNT快，并且能夠減少流過LED負載2的LED電流Imi中包含的電流脈動。(2)另外，從LED負載2與電抗器LI的連接點取出反饋信號來控制電力轉換，因此能夠減少LED負載2的順向電壓VF的偏差和溫度特性的影響。因此，無需考慮順向電壓 VF的偏差和溫度特性。(3)能夠減少流過LED負載2的電流Imi中產生的脈動，因此能夠穩(wěn)定LED負載2 的發(fā)光。(4)無需使用大型的電解電容器和交流/直流轉換器就可穩(wěn)定LED負載2的發(fā)光， 因此能夠以簡單的電路結構小型且廉價地構成LED驅動裝置。(5)流過LED負載2的LED電流Im的變化小，因此減少了從LED照明裝置10發(fā)
出的噪聲。(6)LED電流Imi的變化小，因此，不易在構成LED負載2的LED元件 (LEDI、. . . LEDn)中流過大的峰值電流。由此，減小了施加給LED元件(LEDI、. . . LEDn)的電壓力，延長了 LED負載2的壽化。(7)輸出電壓Vwt的電壓脈動很小，因此第2M0SFET及檢測電阻的功耗較小，提高了 LED驅動裝置的效率。關于在以上實施方式中所說明的結構、形狀、大小、配置關系，只不過是在能夠理解/實施本發(fā)明的程度上概略地示出的。因此，本發(fā)明不限于所說明的實施方式，可在不脫離權利要求書中限定的技術構思的范圍的情況下變更為各種方式。例如，本發(fā)明的實施方式的LED驅動裝置具有經由變壓器的電路結構，但是變壓器的有無和絕緣/非絕緣等的電路結構不限于此。另外，關于控制電路CNT的響應速度，不限于上述的積分電路，也可根據(jù)控制電路 CNT中包含的結構來決定。另外，也可根據(jù)外部信號等改變第I基準值及第2基準值。
權利要求
1.一種LED驅動裝置，其將交流輸入電力轉換為期望的直流輸出電力而提供給LED負載，該LED驅動裝置具有開關元件，其被進行開關控制；脈動電流減少部，其與所述LED負載串聯(lián)連接，減少流過所述LED負載的電流脈動；控制電路，其根據(jù)所述LED負載與所述脈動電流減少部的連接點處的反饋電壓對所述開關元件進行開關控制，由此將所述直流輸出電力控制為預定值。
2.根據(jù)權利要求I所述的LED驅動裝置，其特征在于，所述脈動電流減少部具有電抗器。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的LED驅動裝置，其特征在于，所述控制電路對所述開關元件進行開關控制，使得流過所述LED負載的電流成為第I基準值。
4.根據(jù)權利要求I所述的LED驅動裝置，其特征在于，所述脈動電流減少部具有對阻抗進行可變控制的反饋型恒流控制電路。
5.根據(jù)權利要求4所述的LED驅動裝置，其特征在于，所述反饋型恒流控制電路連續(xù)地對所述阻抗進行可變控制，使得流過所述LED負載的電流接近第2基準值。
6.根據(jù)權利要求5所述的LED驅動裝置，其特征在于，所述反饋型恒流控制電路的響應速度比所述控制電路的響應速度快。
7.根據(jù)權利要求4至6中任意一項所述的LED驅動裝置，其特征在于，所述控制電路的響應頻率等于或低于所述交流輸入電力的頻率。
8.一種LED照明裝置，該LED照明裝置具有權利要求I至7中任意一項所述的LED驅動裝置。
全文摘要
LED驅動裝置以及LED照明裝置。本發(fā)明的課題是提供能夠穩(wěn)定LED負載的發(fā)光且能夠實現(xiàn)小型化的LED驅動裝置以及LED照明裝置。作為解決手段，提供了一種將交流輸入電力轉換為期望的直流輸出電力并提供給LED負載的LED驅動裝置，該LED驅動裝置具有開關元件(Q1)，被進行開關控制；脈動電流減少部(3a)，其與LED負載串聯(lián)連接，減少流過LED負載的電流脈動；控制電路(CNT)，其根據(jù)LED負載與脈動電流減少部的連接點處的反饋電壓來對開關元件進行開關控制，由此將直流輸出電力控制為預定值。
文檔編號H05B37/02GK102612206SQ20121001685
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月18日 優(yōu)先權日2011年1月18日
發(fā)明者中野利浩, 平田和重, 木村研吾 申請人:三墾電氣株式會社