LED点亮装置以及LED照明装置

摘要

本发明涉及LED点亮装置以及LED照明装置。根据实施例的LED点亮装置(2)包括向LED供给电流的点亮电路，生成用于控制从点亮电路至LED的电流的供给的PWM信号的调光器(7)，其中调光器(7)通过将待输出至LED的输出电流与目标电流相比较，对控制至LED的电流供给的PWM信号加以反馈控制，以及根据来自商用电源(1)的输入电压的波动前馈控制PWM信号。

权利要求

1.一种LED点亮装置，包括：

点亮电路，所述点亮电路向LED供给电流；以及控制器，所述控制器生成用于控制从所述点亮电路至所述LED的电流的供给的控制信号，其中所述控制器包括：

第一模/数转换器，将输出至所述LED的电流转换为第一数字值；

第二模/数转换器，将来自连接至所述点亮电路的商用电源的输入电压转换为第二数字值；

反馈控制单元，所述反馈控制单元将所述第一数字值与指示预定的调光水平的目标电流相比较，以反馈控制所述控制信号，使得所述LED达到所述预定的调光水平，以及前馈控制单元，所述前馈控制单元基于所述第二数字值来检测来自连接至所述点亮电路的商用电源的输入电压的波动，以根据所述输入电压的所述波动前馈控制所述控制信号，其中所述控制信号是PWM信号，以及

根据所述PWM信号的占空比控制至所述LED的所输出的电流，其中，当发生所述输入电压的所述波动时，

所述反馈控制单元基于所述目标电流与所述输出电流之间的偏差和所述偏差的积分控制元素生成所述PWM信号，以及所述反馈控制单元将由所述反馈控制单元生成的校正的控制信号乘以所述输入电压的波动率的倒数，以改变所述PWM信号的接通宽度，并且将所述积分控制元素乘以所述输入电压的所述波动率的所述倒数，以更新所述积分控制元素。

2.根据权利要求1所述的LED点亮装置，其中，所述点亮电路具有所述商用电源的功率因子校正功能。

3.一种LED照明装置，包括：

根据权利要求1或2所述的LED点亮装置；以及供给有来自所述LED点亮装置的电流的LED。

说明书

LED点亮装置以及LED照明装置

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请基于2015年3月31日提出的日本专利申请No.2015-071172，并且要求该专利申请的优先权，该专利申请的公开通过参考作为整体被合并于此。

背景技术

[0003] 本发明涉及LED点亮装置和LED照明装置，以及，例如，涉及即使当输入电压波动时在其中不发生LED闪烁的LED点亮装置和LED照明装置。

[0004] 已知将商用电源的AC电压转换为DC电压并且向LED供给预定的电流以执行调光的LED点亮装置(例如，日本未审专利申请公开No.2013-30373)。在日本未审专利申请公开No.2013-30373中公开的DC点亮装置通过控制商用电源的相位与输入电压的波形成比例地执行调光控制。

[0005] 在该DC点亮装置中，为了减少由于输入电压的波动而导致的LED闪烁，提供了商用电源的电压波动吸收电路。电压波动吸收电路吸收了基于不能由输出平滑电路平滑的低频电压以及低频电流的纹波。

发明内容

[0006] 在日本未审专利申请公开No.2013-30373中，晶体管作为电压波动吸收电路被添加至输出平滑电路的后级，并且晶体管的集电极电流被控制为恒定的以防止至LED的输出电流的波动。如上所述，在日本未审专利申请公开No.2013-30373中，要求添加电路以防止闪烁，这增加了电路的尺寸。

[0007] 从本说明书和附图的描述中，将显而易见现有技术领域的其他问题和本发明的创新特性。

[0008] 根据一个实施例，对于控制至LED的电流的供给的控制信号，通过将待输出至LED的输出电流与目标电流相比较，加以反馈控制，并且根据商用电源的波动，加以前馈控制。

[0009] 根据实施例，能够在不增加用于防止闪烁的电路的情况下，防止由于输入电压的波动而导致的至LED的输出电流的波动。

附图说明

[0010] 结合附图从下面的特定实施例的描述中，将显而易见以上和其他方面、优势以及特征，其中：

[0011] 图1是示出了根据第一实施例的LED照明装置的配置的图；

[0012] 图2是用于描述根据第一实施例的LED点亮装置的操作的图；

[0013] 图3是用于描述根据第一实施例的该LED点亮装置的操作的图；

[0014] 图4是用于描述根据第一实施例当输入电压波动时该LED点亮装置的操作的图；

[0015] 图5是示出了根据第一实施例的LED点亮装置的输入电压、PWM信号以及输出电流的波形的图；

[0016] 图6是用于描述根据第二实施例当输入电压波动时LED点亮装置的操作的图；

[0017] 图7是用于描述反馈控制的响应性在具有PFC功能的LED点亮装置中被改善时的效果的图；

[0018] 图8是用于描述反馈控制的响应性在具有PFC功能的LED点亮装置中被改善时的效果的图；

[0019] 图9是示出了在没有闪烁防止电路时当输入电压波动时输出电流的波形的图；以及

[0020] 图10是示出了根据可比较的示例的LED照明装置的配置的图。

具体实施方式

[0021] 为了描述清楚，下面的描述和附图可以被酌情省略或者简化。在该实施例中描述的特定值等等仅是示例，以便于对本发明的理解，并且除非另有陈述，本发明不限于此。遍及附图，通过相同的参考符号表示相同的组件，并且将酌情省略重复的描述。

[0022] 该实施例涉及包括将来自商用电源的AC电压转换为DC电压并且向LED供给DC电压以点亮LED的LED点亮装置的LED照明装置。根据该实施例的LED点亮装置通过将待输出至LED的输出电流与目标电流相比较对控制至LED的供电的控制信号加以反馈控制，以执行调光控制。而且，控制信号根据输入电压的波动被前馈控制，以及即使当输入电压波动时也抑制LED的闪烁。

[0023] 以下，通过参考附图，将描述该实施例。

[0024] <第一实施例>

[0025] 通过参考图1，将描述根据第一实施例的LED照明装置。图1是示出了根据第一实施例的LED照明装置10的配置的图。如图1中所示，LED照明装置10包括商用电源1、LED点亮装置2、LED模块3。

[0026] (点亮装置2)

[0027] LED点亮装置2将来自商用电源1的交流电转换为直流电，并且向LED模块3输出该直流电。商用电源1被连接至LED点亮装置2的输入侧。而且，LED模块3被连接至LED点亮装置2的输出侧。

[0028] LED点亮装置2包括输入平滑电路4、逆变器电路5、输出平滑电路6以及调光器7。输入平滑电路4、逆变器电路5和输出平滑电路6是向LED供给电流的点亮电路。而且，调光器7是生成用于控制从点亮电路至LED的电流供给的控制信号的控制器。

[0029] (输入平滑电路4)

[0030] 输入平滑电路4包括整流器电路D1、电阻器R1和R2、以及电容器C1。整流器电路D1是由四个二极管形成的二极管电桥。商用电源1被连接至整流器电路D1的AC输入端。整流器电路D1将来自商用电源1的AC电压转换为脉冲DC电压。整流器电路D1全波整流了从商用电源1供给的具有正弦波形的AC电压。

[0031] 电阻器R1和R2，以及电容器C1被并联连接至整流器电路D1的DC输出端。电容器C1平滑了在整流器电路D1中被整流的DC电压。为了测量为输入电压的DC电压，输入平滑电路4经由电阻器R1和R2被连接至调光器7。

[0032] (逆变器电路5)

[0033] 逆变器电路5将来自输入平滑电路4的DC电压转换为预定的DC电压。逆变器电路5包括回扫变压器TR1、开关元件Q1、整流器电路D2。电容器C1的正电极被连接至回扫变压器TR1的初级绕组的一端。

[0034] 回扫变压器TR1的初级绕组的另一端被连接至由MOSFET形成的开关元件Q1的漏电极。开关元件Q1的源电极被接地，并且被连接至电容器C1的负电极。来自输入平滑电路4的脉冲DC电压被施加至逆变器电路5的回扫变压器TR1的初级侧。

[0035] 通过开关元件Q1截断来自输入平滑电路4的DC电压，预定的DC电压被传送至回扫变压器TR1的次级侧。以来自调光器7的PWM信号供给开关元件Q1的栅电极。PWM信号是控制开关元件Q1的接通和关断，以及控制至LED的电流供给的控制信号。例如，当PWM信号在高电平时，开关元件Q1被接通，以及当PWM信号在低电平时，开关元件Q1被关断。

[0036] 现在，通过参考图2和图3，将描述回扫变压器TR1的操作。图2和图3是用于描述根据第一实施例的LED点亮装置的回扫变压器TR1的操作的图。如图2中所示，当开关元件Q1被接通时，电流流过回扫变压器TR1的初级绕组。由于电流流动导致了磁场，铁芯被磁化并且能量被累积。

[0037] 如图3中所示，当开关元件Q1被关断时，在铁芯中累积的能量被释放，并且电流流过次级绕组。来自次级绕组的电流通过整流器电路D2被供给给LED。用这种方式，通过调光器7接通或者关断开关元件Q1，输出电流值被确定。回扫变压器TR1的次级绕组的一端被连接至整流器电路D2的阳极。整流器电路D2整流来自回扫变压器TR1的次级绕组的电流。

[0038] (输出平滑电路6)

[0039] 输出平滑电路6包括电容器C2。输出平滑电路6平滑了从回扫变压器TR1传送的电流，以获得所需的DC电压。整流器电路D2的阴极被连接至电容器C2的正电极。

[0040] 电容器C2的负电极被连接至回扫变压器TR1的次级绕组的另一端，并且被接地。在电容器C2的两个电极之间的电压被输出至LED模块3。由于预定的DC电压被施加至LED，恒定的电流流过LED并且获得恒定的光输出。而且，为了测量在LED的阴极中的输出电流，调光器7的电阻器R3被串联连接至LED。

[0041] (调光器7)

[0042] 调光器7是控制开关元件Q1以执行LED模块3的调光的控制器。调光器7将待输出至LED的输出电流与指示了调光水平的目标电流相比较，反馈控制了控制信号，并且生成校正的控制信号以致LED达到预定的调光水平。而且，调光器7检测来自被连接至点亮电路的商用电源1的输入电压的波动，并且根据输入电压的波动前馈控制了校正的控制信号。

[0043] 调光器7是包括模/数转换器(以下将被称为ADC)71、反馈控制电路72、ADC 73、输入波动检测电路74、以及PWM信号生成电路75的微计算机(微控制单元)。ADC 71将来自LED的输出电流转换为数字数据。反馈控制电路72将由在ADC 71中转换的数字值所指示的输出电流与目标电流相比较，以生成控制开关元件Q1的校正的控制信号，使得从LED点亮装置2向LED供给的DC电压接近所需值。

[0044] ADC 73将至LED点亮装置2的输入电压转换为数字数据。输入波动检测电路74检测由在ADC 73中转换的数字值所指示的输入电压的波动，并且根据输入电压的波动率前馈控制了从ADC 73输出的校正的控制信号。

[0045] PWM信号生成电路75从已经被前馈控制的控制信号生成PWM信号。该PWM信号被输出至开关元件Q1。开关元件Q1根据脉冲周期和PWM信号的占空比被接通或者关断。

[0046] 现在，通过参考图4和5，将描述当输入电压波动时控制LED点亮装置2的方法。图4是用于描述当LED点亮装置2中提供的调光器7的输入电压波动时的操作的图。图5是示出了LED点亮装置的输入电压、PWM信号以及输出电流的波形的图。

[0047] 在此描述了通过PI(比例-积分)控制执行反馈控制的示例。反馈控制电路72生成与当前的输出电流和目标电流之间的偏差大小成比例的，以及与以往的偏差的积分值(累积值)的大小成比例的校正的控制信号。具体地，反馈控制电路72将通过将输出电流和目标电流之间的偏差乘以P增益(比例系数)所获得的比例项，添加至通过将该偏差乘以I增益(积分系数)所获得的值添加至最后值所获得的积分项，以生成校正的控制信号。即，反馈控制电路72基于目标电流和输出电流之间的偏差，以及该偏差的积分控制元素生成PWM信号。

[0048] 图4是反馈控制的框图，并且示出了被延迟一个1/Z循环的延迟元件。符号a1表示积分系数(I增益)，以及a2表示比例系数(P增益)。符号a3是当有输入电压波动时被更新的系数。

[0049] 调光器7执行反馈控制以消除在电阻器R3中测量的输出电流和目标电流之间的偏差。而且，调光器7将电阻器R1测量的输入电压与通过全波整流所获得的正弦波之前的半个循环的值相比较，以执行前馈控制。在前馈控制中，输入电压的波动率的倒数被乘以由从反馈控制电路72输出的校正的控制信号所指示的PWM信号的接通宽度。

[0050] 当输入电压增加时，接通宽度减少，当输入电压减少时，接通宽度增加。用这种方式，PWM信号的接通宽度被改变，以消除输入电压的波动。如图5中所示，当输入电压减少时，PWM信号的接通宽度增加并且输出电流的波动被抑制。

[0051] 例如，当输入电压被增加0.8倍，表示通过将a3乘以1.25(＝10/8)所获得的值的a3'是新的系数。当输入电压又被加倍时，表示通过将a3'乘以0.5(＝1/2)所获得的值的a3”是新的系数。PWM信号的接通宽度因此被控制，由此可以抑制由于输入波动而导致的输出电流的改变。

[0052] 现在，通过参考图9，将描述在没有闪烁防止电路时当输入电压波动时输出电流的波形。在使用商用电源的LED照明装置中，如图9中所示，存在诸如当例如烘干机的另一家用电气设备被使用时，由于商用电源的电压暂时下降而导致的输出电流减少以及在LED中发生闪烁的问题。

[0053] 为了解决上面的问题，如图10所示，本发明人发明了一种在逆变器电路5和输出平滑电路6之间提供闪烁防止电路9的可比较的示例。在图10所示的可比较的示例中，调光器8包括ADC 81、反馈控制电路82、PWM控制电路83、ADC 84、以及输入波动检测电路85。

[0054] 在该可比较的示例中，调光器8不考虑输入电压的波动，并且仅观察输出电流并且反馈控制PWM信号。为了抑制闪烁，调光器8监视输入电压并且生成闪烁控制信号，以根据输入电压的波动控制闪烁防止电路9。当观察到输入电压波动时，闪烁防止电路9的负荷被改变并且输出电流被校正。

[0055] 然而，在图10所示的可比较的示例中，要求添加闪烁防止电路9，这增加了电路的尺寸。而且，由于闪烁防止电路9消耗功率，仍需要减少功率消耗。

[0056] 同时，在该实施例中，可以在不额外提供闪烁防止电路的情况下，以输出电流不由于输入电压的波动而改变的方式控制PWM信号的接通宽度。因此可以抑制电路尺寸的增加。而且，由于没有闪烁防止电路，功率消耗能够被减少。

[0057] <第二实施例>

[0058] 通过参考图6，将描述根据第二实施例当发生输入波动时LED点亮装置的操作。图6是用于描述当输入电压波动时LED点亮装置2中所提供的调光器7的操作的图。在根据第一实施例的当输入电压波动时的控制方法中，每次当发生输入电压的波动时，反馈控制的DC增益(系数a3)被改变，以及反馈控制的特性被改变。而且，反馈控制电路72执行数字控制，并且根据PWM信号的占空比的改变分辨率也被改变。在根据第二实施例的控制方法中，这些点被改善。

[0059] 也在图6中所示的示例中，通过PI控制执行反馈控制。图6是反馈控制的框图，并且指示了被延迟一个1/Z循环的延迟元件。符号a1表示积分系数(I增益)，以及a2表示比例系数(P增益)。符号E(n)表示输出电流和目标电流之间的偏差(输出电流-目标电流)。而且，符号X(n)表示积分值，以及符号Y(n)表示输出的PWM信号。

[0060] 通过将当前偏差E(n)添加至之前所获得的积分值(累积值)X(n-1)获得积分值X(n)，积分值X(n)被表示为下面的表达式(1)。

[0061] X(n)＝X(n-1)+E(n)...(1)

[0062] 而且，PWM信号Y(n)被表示为下面的表达式(2)。

[0063] Y(n)＝a1·X(n)+a2·E(n)...(2)

[0064] 在第二实施例中，校正的控制信号被乘以输入电压的波动率的倒数，并且仅当发生输入电压波动时，积分值X(n)被乘以输入电压的波动率的倒数。即，PWM信号根据输入电压的波动率被改变，并且同时，积分值X(n)被以相同比率加以改变。当发生输入波动时，改变的PWM信号Y(n)’和积分值X(n)’被表示为表达式(3)和(4)。

[0065] Y(n)’＝Y(n)(1/Z)...(3)

[0066] X(n)’＝X(n)(1/Z)...(4)

[0067] 即，输入波动检测电路74将由反馈控制电路72生成的校正的控制信号乘以输入电压的波动率的倒数，以改变PWM信号的接通宽度，以及将积分控制元素乘以输入电压的波动率的倒数，以更新积分控制元素。根据该控制方法，当发生输入电压波动时更新系数a3是不必要的。因此可以在不改变反馈控制的特性的情况下，抑制数字控制的分辨率的减少是可能的。

[0068] 接下来参考图7和8，将描述LED点亮装置2具有功率因子校正(PFC)功能的情况。图7和8是用于描述反馈控制的响应性在具有PFC功能的LED点亮装置中被改善时的效果的图。
图7示出了功率因子高的波形，以及图8示出了功率因子低的波形。在图7和图8中，输入电压被以虚线示出，以及输入电流被以实线示出。

[0069] 具有PFC功能的LED点亮装置2抑制了由于输入电流相对于输入电压的偏差而导致的功率因子的劣化和谐波的发生。例如，作为具有PFC功能的电路，可以在商用电源1和整流器电路D1之间提供AC线路滤波器电路，并且可以提供将待输出至逆变器电路5的DC电压转换为所需的DC电压的DC/DC转换器。

[0070] 在具有PFC功能的逆变器电路5中，各种电压和电流被周期性地采样，并且根据输入电压的正弦波输出输入电流。当如图7中所示功率因子为高时，输入电压的相位变为等于输入电流的相位。如上所述，当LED点亮装置2具有PFC功能时，很难改善反馈控制的响应特性。因此，如图7中所示，当输入电压波动时，来自LED点亮装置2的输出电压也波动。

[0071] 在本实施例中，仅当输入电压波动时，前馈控制被执行，并且PWM信号的接通宽度被改变，以改善响应性。如上所述，当改善反馈控制的响应性时，如图8中所示，输入电压的正弦波的波形不遵照输入电流的波形，并且功率因子劣化。然而，可以通过前馈控制改变PWM信号的接通宽度，以消除输入电压的波动。因此即使当LED点亮装置2具有PFC功能时，可以抑制输出电压的波动，并且有效地防止LED的闪烁。

[0072] 在第一实施例中已经描述了PI控制作为反馈控制被执行的示例，也可以采用诸如PID控制的另一控制方法。而且，尽管在上述实施例中通过改变PWM信号的接通宽度来消除输入电压的波动，本发明不限于该示例。例如，当输入电压波动时为了执行具有高响应性的反馈控制，可以改变比例系数和积分系数。

[0073] 第一和第二实施例能够被本技术领域内的普通技术人员按需结合。

[0074] 尽管已经依据几个实施例描述了本发明，本技术领域的技术人员将认识到能够在所附的权利要求的精神和范围内以各种修改来实践本发明，并且本发明不限于上面描述的示例。

[0075] 而且，权利要求的范围不被上面描述的实施例所限制。

[0076] 此外，应注意，即使如果在以后审查中被修改，申请人的意图在于包括所有权利要求要素的等价物。