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CN201580014162.3 LED照明装置

技术领域

本发明涉及一种配备有以全波整流波形来驱动LED的LED驱动电路的LED照明装置。

背景技术

已知有配备如下LED驱动电路的LED照明装置:包括多个LED串联而成的LED列,并根据全波整流波形的电压的增减来增减LED列的串联级数,从而延长亮灯时间,并谋求提高亮度、防止闪烁。这种LED驱动电路当中,有根据全波整流波形的增减来增减流至LED列的电流,从而改善功率因数和失真率的LED驱动电路。

图11为专利文献1中所记载的光源电路2600的电路图。光源电路2600包括桥式整流器2605及LED列。LED列由多个LED串联而成的LED组2601、LED组2602及LED组2603构成。光源电路2600还包括以降低有效正向接通电压的方式进行动作的旁路电路2610。旁路电路2610包括电阻R2、R3、增强型场效应晶体管Q1及双极晶体管Q2。

通过图12来说明光电电路2600的电流与电压的关系。图12A为表示光电电路2600中的一周期的全波整流电压波形V1与时间t的关系的波形图,图12B为表示光电电路2600的电路电流I与时间t的关系的波形图。再者,图12A及图12B的时间轴的尺度相等。

在光源电路2600中,在桥式整流器2605的输出即全波整流电压波形V1的电压不到由LED组2601、2602决定的阈值电压(有效正向接通电压)的期间t30内,电流I不会流至LED组2601、2602。在全波整流电压波形V1的电压为由LED组2601、2602决定的阈值电压以上且不到LED列的阈值的期间t31内,电流I从LED组2601、2602通过旁路电路2610而流动。此时,旁路电路2610以电流值I31进行恒流动作。在全波整流电压波形V1的电压值达到LED列的阈值以上的期间t32内,电流从LED组1、2通过LED组3而流动。此时,当规定值以上的电流从电阻R1的右侧的端子流入至旁路电路2610,场效应晶体管Q1断开,使得所有电流I在LED组2603中流动。在该情况下,忽略了流至电阻R2的电流。再者,在全波整流电压波形V1的电压下降时,发生相反的过程。

如上所述,光电电路2600包括多个LED串联而成的LED列,并根据全波整流电压波形V1的增减来增减LED列的串联级数,并且根据全波整流电压波形V1的增减来增减流至LED列的电流I。结果,在一定程度上谋求到亮度、闪烁、功率因数及失真率的改善。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本专利特表2013-502081号公报

发明内容

图12B所示的电流I的波形虽说模仿了正弦波,但电流I具有较大的阶梯状的变形部分,因此与正弦波存在较大差异。因而,在光电电路2600中,会产生谐波噪声,总谐波失真率(THD:total harmonic distortion)不会充分降低。即,就光源电路2600而言,即便在以较小的电流加以驱动时对外部的影响较小,但在以较大的电流加以驱动时有可能因谐波噪声而对外部产生影响。

本申请发明的目的在于提供一种可进一步降低总谐波失真率的LED照明装置。

LED照明装置的特征在于,包括:整流器;第一LED列,其与整流器连接,且包括第1部分LED列以及与第1部分LED列串联的第2部分LED列;第二LED列,其以与第一LED列并联的方式与整流器连接,且包括第3部分LED列以及与第3部分LED列串联的第4部分LED列;第1切换电路,其随着输出自整流器的全波整流电压波形的增减而切换仅第1部分LED列与整流器连接的状态和串联的第1部分LED列及第2部分LED列与整流器连接的状态;以及第2切换电路,其随着输出自整流器的全波整流电压波形的增减而切换仅第3部分LED列与整流器连接的状态和串联的第3部分LED列及第4部分LED列与整流器连接的状态,第1切换电路的切换时刻与第2切换电路的切换时刻设定得不一样。

在上述LED照明装置中,优选第1切换电路对在第一LED列的至少一部分中流动的电流进行检测,并根据检测到的电流来切换仅第1部分LED列与整流器连接的状态和串联的第1部分LED列及第2部分LED列与整流器连接的状态。

在上述LED照明装置中,优选第1切换电路具有用以对第1部分LED列及第2部分LED列中的各方检测电流的电流检测电阻。

在上述LED照明装置中,优选第1切换电路具有一个用以对第1部分LED列及第2部分LED列检测电流的电流检测电阻。

在上述LED照明装置中,优选第1切换电路对输出自整流器的全波整流电压波形的电压进行检测,并根据检测到的电压来切换仅第1部分LED列与整流器连接的状态和串联的第1部分LED列及第2部分LED列与整流器连接的状态。

在上述LED照明装置中,优选第1部分LED列中所包括的LED的个数与第2部分LED列中所包括的LED的个数的组合设定得不同于第3部分LED列中所包括的LED的个数与第4部分LED列中所包括的LED的个数的组合。

在上述LED照明装置中,优选第1部分LED列及第2部分LED列中在全波整流电压波形的最低电压期间内点亮的部分LED列中所包括的LED的串联级数设定得不同于第3部分LED列及第4部分LED列中在全波整流电压波形的最低电压期间内点亮的部分LED列中所包括的LED的串联级数。

在上述LED照明装置中,优选第一LED列还包括其他部分LED列,第二LED列还包括其他部分LED列。

在上述LED照明装置中,优选第一LED列中所包括的部分LED列的个数与第二LED列中所包括的部分LED列的个数设定得不一样。

在上述LED照明装置中,优选第一LED列及第1切换电路构成为一个LED模块,第二LED列及第2切换电路构成为另一LED模块。

在上述LED照明装置中,由于第1切换电路切换第一LED列的连接状态的时刻与第2切换电路切换第二LED列的连接状态的时刻设定得不一样,因此可进一步降低总谐波失真率。

LED照明装置配备有随着全波整流波形的电压的增减而增减LED列内的串联级数以及流至LED列的电流的LED驱动电路,该LED照明装置的特征在于,包括:第一LED驱动电路,其包括多个LED串联而成的第一LED列,并根据全波整流波形的电压来增减所述第一LED列中所包括的LED的串联级数;以及第二LED驱动电路,其包括多个LED串联而成的第二LED列,并根据全波整流波形的电压来增减所述第二LED列中所包括的LED的串联级数;并且,所述第一LED驱动电路与所述第二LED驱动电路并联,所述第一LED列的所述串联级数发生切换的时刻与所述第二LED列的所述串联级数发生切换的时刻不一样。

上述LED照明装置包括随着全波整流波形的电压的增减而增减LED列内的串联级数以及流至LED列的电流的第一及第二LED驱动电路。该第一及第二LED驱动电路分别包括第一及第二LED列,且使第一LED列的串联级数根据全波整流波形的电压变化而发生切换的时刻与第二LED列的串联级数根据全波整流波形的电压变化而发生切换的时刻不一样。成为流至第一LED列的电流与流至第二LED列的电流的和的电流流至LED照明装置,该电流根据全波整流波形的电压变化而逐次细微地发生变化。即,其电流波形接近正弦波,结果使得总谐波失真率降低。

在LED照明装置中,将所述第一LED列分割而得的部分LED列的串联级数的组合与将所述第二LED列分割而得的部分LED列的串联级数的组合宜不同。

在LED照明装置中,包括在所述第一LED列内且在所述全波整流波形的电压最低的期间内点亮的所述部分LED列的串联级数与包括在所述第二LED列内且在所述全波整流波形的电压最低的期间内点亮的所述部分LED列的串联级数可不一样。

在LED照明装置中,所述第一及第二LED驱动电路可分别包括唯一的电流检测电阻,通过所述电压检测电阻的两端间电压或其分压电压来切换所述第一及第二LED列的串联级数。

在LED照明装置中,所述第一及第二LED驱动电路可测量所述全波整流波形的电压来切换所述第一及第二LED列的串联级数。

本发明的目的及效果将通过使用尤其是权利要求中所指出的构成要素及组合来加以理解并获得。前文所述的一般说明以及后文叙述的详细说明两方为示例性及说明性的内容,并不限制权利要求书中所记载的本发明。

附图说明

图1为LED照明装置10的框图。

图2为图1所示的LED照明装置10的电路图。

图3A为表示LED照明装置10中的一周期的全波整流电压波形V1与时间t的关系的波形图。

图3B为表示流入至第一LED驱动电路13的电流I1与时间t的关系的波形图。

图3C为表示流入至第二LED驱动电路14的电流I2与时间t的关系的波形图。

图3D为表示整体电流I0与时间t的关系的波形图。

图4A为第一LED驱动电路13的俯视图。

图4B为第一LED驱动电路13的主视图。

图5为表示第1模块13P及第2模块14P的连接状况的图。

图6为另一LED照明装置50的电路图。

图7A为表示LED照明装置50中的一周期的全波整流电压波形V1与时间t的关系的波形图。

图7B为表示流入至第一LED驱动电路53的电流I51与时间t的关系的波形图。

图7C为表示流入至第二LED驱动电路14的电流I2与时间t的关系的波形图。

图7D为表示整体电流I50与时间t的关系的波形图。

图8为又一LED照明装置60的电路图。

图9为又一LED照明装置70的电路图。

图10A为表示LED照明装置70中的一周期的全波整流电压波形V1与时间t的关系的波形图。

图10B为表示流入至第一LED驱动电路73的电流I71与时间t的关系的波形图。

图10C为表示流入至第二LED驱动电路74的电流I72与时间t的关系的波形图。

图10D为表示整体电流I70与时间t的关系的波形图。

图11为专利文献1中所记载的光源电路2600的电路图。

图12A为表示图11所示的光源电路2600中的一周期的全波整流电压波形的波形图。

图12B为表示图11所示的光电电路2600的电路电流的波形图。

具体实施方式

下面,一边参考附图,一边对本发明的LED照明装置的实施方式进行详细叙述。但请注意,本发明的技术范围并不限定于这些实施方式,而是包括权利要求书中所记载的发明及其均等物。再者,各附图的尺寸并不反映准确的尺寸,存在为了说明而夸大描述零件的大小的情况,且存在为了说明而省略一部分零件的情况。对同一要素标注同一符号,并省略重复的说明。

图1为LED照明装置10的框图。

如图1所示,LED照明装置10包括桥式整流电路11、第一LED驱动电路13及第二LED驱动电路14。再者,为方便起见,在图1中表示有与桥式整流电路11连接的商用交流电源12。

商用交流电源12与桥式整流电路11的输入端子连接。桥式整流电路11经由线路15将全波整流波形施加至第一及第二LED驱动电路13、14。结果,从桥式整流电路11输出电流I0,电流I1、I2分别流入至第一及第二LED驱动电路13、14。电流从第一及第二LED驱动电路13、14经由线路16而返回至桥式整流电路11。即,线路16为接地线路。

第一LED驱动电路13包括多个LED串联而成的第一LED列,且第一LED列中所包括的LED的串联级数会根据全波整流波形的电压而增减。同样地,第二LED驱动电路14也包括多个LED串联而成的第二LED列,且第二LED列中所包括的LED的串联级数也会根据全波整流波形的电压而增减。

流至第一及第二LED驱动电路13、14的电流I1、I2也会根据全波整流波形而增减,但第一LED列的串联级数发生切换的时刻与第二LED列的串联级数发生切换的时刻设定得不一样。结果,电流I1、电流I2的电流值较大程度地发生变化的时刻各不相同。因而,LED照明装置10构成为:使将电流I1和电流I2等合计而得的整体电流I0逐次细微地增减,从而使总谐波失真率达到更低的状态。

图2为图1所示的LED照明装置10的电路图。

如图2所示,桥式整流电路11由4个二极管构成,且包括输入端子和输出端子。商用交流电源12与桥式整流电路11的输入端子连接,用以施加全波整流波形的线路15以及作为接地线路的线路16与输出端子连接。

在第一LED驱动电路13中,串联有5个部分LED列31a、31b、31c、31d、31e。在各部分LED列31a、31b、31c、31d、31e中,分别串联有多个LED 33a、33b、33c、33d、33e。部分LED列31a、31b、31c、31d、31e串联而成的LED列相当于第一LED驱动电路13中所包括的第一LED列。

在第一LED驱动电路13中,旁路电路32a、32b、32c、32d分别与部分LED列31a、31b、31c、31d、31e的连接部连接,恒流电路32e与部分LED列31e的阴极连接。旁路电路32a、32b、32c、32d及恒流电路32e分别包括耗尽型FET 34a、34b、34c、34d、34e和电阻35a、35b、35c、35d、35e。旁路电路32a、32b、32c、32d及恒流电路32e作为根据全波整流波形的电压来切换第一LED列中所包括的LED的串联级数的切换电路而发挥功能。

在旁路电路32a、32b、32c、32d及恒流电路32e中,FET 34a、34b、34c、34d、34e的漏极为电流输入端子,电阻35a、35b、35c、35d、35e的左端子为电流输出端子。旁路电路32a、32b、32c、32d中,电阻35a、35b、35c、35d的右端子为另一电流输入端子,旁路电路32b、32c、32d及恒流电路32e的电流输出端子分别与各另一电流输入端子连接。

在第二LED驱动电路14中,串联有5个部分LED列41a、41b、41c、41d、41e。在各部分LED列41a、41b、41c、41d、41e中,分别串联有多个LED 43a、43b、43c、43d、43e。部分LED列41a、41b、41c、41d、41e串联而成的LED列相当于第二LED驱动电路14中所包括的第二LED列。

在第二LED驱动电路14中,旁路电路42a、42b、42c、42d分别与部分LED列41a、41b、41c、41d、41e的连接部连接,恒流电路42e与部分LED列41e的阴极连接。旁路电路42a、42b、42c、42d及恒流电路42e分别包括耗尽型FET 44a、44b、44c、44d、44e和电阻45a、45b、45c、45d、45e。旁路电路42a、42b、42c、42d及恒流电路42e作为根据全波整流波形的电压来切换第二LED列中所包括的LED的串联级数的切换电路而发挥功能。

在旁路电路42a、42b、42c、42d及恒流电路42e中,FET 44a、44b、44c、44d、44e的漏极为电流输入端子,电阻45a、45b、45c、45d、45e的左端子为电流输出端子。旁路电路42a、42b、42c、42d中,电阻45a、45b、45c、45d的右端子为另一电流输入端子,旁路电路42b、42c、42d及恒流电路42e的电流输出端子分别与各另一电流输入端子连接。

在第一LED驱动电路13中,将部分LED列31a、31b、31c、31d、31e中的LED 33a、33b、33c、33d、33e的串联级数分别设为20、20、20、17、13。在第二LED驱动电路14中,将部分LED列41a、41b、41c、41d、41e中的LED 43a、43b、43c、43d、43e的串联级数分别设为10、20、20、17、23。部分LED列31a与部分LED列41a的串联级数、以及部分LED列31e与部分LED列41e彼此的串联级数不一样。第一及第二LED列的串联级数的总数相等,均为90。

LED的正向电压约为3V,由于第一及第二LED列的串联级数的总数均为90,因此全部LED点亮的电压约为270V。即,第一及第二LED驱动电路13、14设计为适应有效值为240V(最大电压约336V)的商用交流电源。

图3A为表示LED照明装置10中的一周期的全波整流电压波形V1与时间t的关系的波形图。图3B为表示流入至第一LED驱动电路13的电流I1与时间t的关系的波形图。图3C为表示流入至第二LED驱动电路14的电流I2与时间t的关系的波形图。图3D为表示整体电流I0与时间t的关系的波形图。再者,图3A~图3D的时间轴的尺度相等。

通过图3A及图3B来说明第一LED驱动电路13的动作。期间t0是全波整流电压波形V1未达到部分LED列31a的阈值(LED 33a的正向电压与串联级数的积,以下一样)的期间。在期间t0内,电流I1不会流至部分LED列31a。

期间t1是全波整流电压波形V1超过部分LED列31a的阈值且为部分LED列31a的阈值与部分LED列31b的阈值的合计值以下的期间。在期间t1内,电流I1从部分LED列31a通过旁路电路32a返回至桥式整流电路11。此时,由于电阻35a的电压降会反馈至FET 34a,因此固定的电流I11流至旁路电路32a。再者,忽略了电流I1从0(A)变为电流I11的过渡性状况(以下一样)。

期间t2是全波整流电压波形V1超过部分LED列31a的阈值与部分LED列31b的阈值的合计值且为部分LED列31a的阈值、部分LED列31b的阈值、部分LED列31c的阈值的合计值以下的期间。在期间t2内,电流从部分LED列31b流至旁路电路32b。该电流使得FET 34a的源极电压上升,因此FET 34a断开,电流I1流至FET 34b的源极漏极间,其电流值成为电流I12。

当电流以上述方式开始流至部分LED列31c、31d、31e时,旁路电路32b、32c、32d轮流断开,使得各期间t3、t4、t5内的电流I1的值成为电流I13、I14、I15。再者,由于设定为电流I1在期间t5内从电流I14较大程度地变化为I15,因此在图3B中还一并表示有期间t5的过渡状态。此外,在全波整流电压波形V1下降的期间(期间t6~期间t10)内,第一LED驱动电路13发生上升时的相反的过程。

通过图3A及图3C来说明第二LED驱动电路14的动作。如图3C所示,电流I2的最初的上升存在于图3B的期间t0的中间部。在第一LED驱动电路13中,在全波整流电压波形V1为60V(3V*20级)时,出现电流I1的最初的上升(参考图3B)。另一方面,在第二LED驱动电路14中,在全波整流电压波形V1为30V(3V*10级)时,出现电流I2的最初的上升。同样地,电流I2的第2至第4上升分别出现在图3B的期间t1、t2、t3的中间部。再者,电流I1及电流I2的第5上升均出现在全波整流电压波形V1为270V(3V*90级)的时候(参考图3B及图3C)。

在第一LED驱动电路13及第二LED驱动电路14中,FET 34a~34e及FET 44a~44e全部相同。电阻35a及电阻45a设定为54Ω,电阻35b及电阻45b设定为32.4Ω,电阻35c及电阻45c设定为21.6Ω,电阻35d及电阻45d设定为10.8Ω,电阻35e及电阻45e设定为5.4Ω。结果,例如电流I1的最初的平坦部(电流I11)与电流I2的最初的平坦部的电流值相等。

图3D所示的电流I0是将图3B的电流I1与图3C的电流I2相加而得,除了期间t5,其他期间内是逐次细微地增减。当如此使电流I0逐次细微地增减时,总谐波失真率会降低。再者,在期间t5内,对整个第一及第二LED列流动相对较大的电流I0,使得亮度提高。

在图2所示的LED照明装置10中,除了第一及第二LED驱动电路13、14以外,还可将更多的LED驱动电路以与第一及第二LED驱动电路13、14并联的方式连接至桥式整流电路11。通过使所追加的LED驱动电路的串联级数的切换时刻不同于第一及第二LED驱动电路13、14的串联级数的切换时刻,可使电流I0进一步逐次细微地增减。

在LED照明装置10中,第一及第二LED驱动电路13、14中所包括的部分LED列的个数均设为5个,但并不限定于此,也可设为其他个数。此外,各部分LED列中所包括的LED的个数以及所有LED列中所包括的总数也不限定于上述个数,可根据所利用的商用交流电源的有效值等来酌情选择。进而,1个部分LED列中所包括的LED的个数也可为1个。

图4A为第一LED驱动电路13的俯视图,图4B为第一LED驱动电路13的主视图。在图4A及图4B中,展示了将第一LED驱动电路13构成为第1模块13P的情况。

如图4A及图4B所示,第1模块13P在安装基板131上具有由阻隔材料132、133划分出来的区域。在由阻隔材料132围成的圆形区域内安装有LED 33a~33e(参考图2),且通过导线而相互串联。在由阻隔材料132与阻隔材料133划分出来的2处区域内安装有FET 34a~34e及电阻35a~35e。LED 33a~33e、FET 34a~34e及电阻35a~35e被含有荧光体的树脂覆盖。在安装基板的表面设置有输入全波整流波形的端子135以及连接接地线路的端子137,分别与端子135、137连接的线路136、138延伸至阻隔材料132、133的内侧。

图5为表示第1模块13P以及以模块的形式构成第二LED驱动电路14的第2模块14P的连接状况的图。

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