发光二极管驱动装置及发光二极管的点亮控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种发光二极管驱动装置及发光二极管的点亮控制方法，可维持电源效率的同时改善LED利用效率及功率因数。该发光二极管驱动装置具备：整流电路2，其能与交流电源连接，用于获得对该交流电源的交流电压整流之后的脉动电压；与所述整流电路2的输出侧依次串联连接的、由多个发光二极管构成的第一LED块11、由多个发光二极管构成的第二LED块12、由多个发光二极管构成的第三LED块13；第一切换单元，其基于所述第一LED块11的通电量，切换使所述第二LED块12旁路的第一旁路路径BP1的ON/OFF；和第二切换单元，其基于所述第一LED块11及所述第二LED块12的通电量，切换用于使所述第三LED块13旁路的第二旁路路径BP2的ON/OFF。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及对发光二极管进行点亮驱动的驱动电路及发光二极管的点亮控制方法，特别涉及使用交流电源进行驱动的。
技术介绍
近年来，作为照明用的光源，与白炽灯泡或荧光灯相比能够以低耗电进行驱动的发光二极管(以下也称为“LED”。)受到瞩目。LED的优点在于小型且耐冲击性强，不必担心灯体破裂。作为这种的照明设备用的电源，希望采用家庭用电源等的交流作为电源。另一方面，LED是直流驱动元件，仅在正向的电流下发光。此外，作为照明用途当前大多采用的LED 的正向电压Vf为3. 5V左右。LED具有如下特性如果达不到Vf则不发光，相反若超过Vf 则流过过度的电流。因此，对于LED而言可以说基于直流的驱动更为合适。为了应对这种相反的条件，提出了各种采用交流电源的LED的驱动电路。例如，在图8所示的驱动电路中，用桥电路72对交流电源71进行全波整流，由平滑电容器73进行平滑之后，以恒定电流电路或开关电源电路等的驱动电路74来驱动LED组75。在该电路中， 由于对平滑用的平滑电容器73有高耐压、高电容的特性要求，因此需要铝电解电容器等大型的元件。此外，一般电解电容器在周围温度较高的情况下存在寿命短的问题。再有，对于开关电源中用到的线圈也同样存在大型化和高温下的性能劣化的问题。另一方面，在开关电源电路中，由于高速开关大电流，容易产生噪声，因此还需要噪声对策。这样，在现有的驱动电路中存在如下问题需要确保使用本来应该适合于小型化的LED的驱动电路中的元件的配置空间，需要用于减少温度影响的构造，还需要噪声对策。针对这种问题提出了如下的方法，为了提高与LED之间的兼容性，不进行由桥电路整流之后的电压波形的平滑化，而是以恒定电流电路等进行驱动。图9中示出了这种的电路例子。该图所示的驱动电路与图8相同，在用桥电路82对交流电源81进行全波整流之后，不进行平滑化，而是通过由晶体管和电阻构成的恒定电流电路84来驱动LED组85。 恒定电流电路84由反馈电阻86、电流检测晶体管87、电流控制晶体管88、电流检测电阻89 构成。由于该电路是由半导体元件构成，因此可以说与相同的半导体元件即LED之间的动作温度范围是共通的，适合于小型化。但是，在不进行平滑化而驱动LED时，其电压波形成为图10所示那样，其电压值周期性变化而非恒定值。另一方面，由于各LED如图9所示那样彼此串联连接，因此只要施加电压没有超过LED的正向电压Vf的合计值，LED就不会点亮。因此，在图10所示这种的时间变化的电压波形中，存在LED点亮的时间受限，从而LED的利用效率下降的问题。在此， 所谓LED的利用效率由(LED有效耗电)/(直流额定电流驱动时的LED耗电)来表示。特别地，在为了保护LED而与LED串联地插入限流电阻的电路中，相对于电源电压波动，LED的电力也会有很大波动，有时还会超过LED额定电流，因此，需要预先将电流设定得较小。因此，在该情况下一般构成恒定电流电路来进行驱动。若针对此时的问题进行详细叙述，例如日本的商用电源的100V是有效值，全波整流之后的最大电压为141V。在将 LED连接于该电源，用恒定电流电路进行驱动的情况下，如果仅连接一个Vf = 3. 5V的LED， 并采用恒定电流电路进行驱动，则在电源电压超过3. 5V的范围中LED处于ON，LED利用效率变高。但是，在图11的电压波形中如阴影所示那样，电力的大部分作为热量被消耗，而没有被用于发光，其结果电源效率大大降低。另一方面，还考虑增加LED的连接数量，使得多个LED串联连接，从而正向电压Vf 的合计值接近于141V。此时，如果想要确保电源效率为90%左右，则需要Vf的合计值为 120V左右。但是，在该设计中在电源电压超过120V的范围内LED将将变为0N，而在其以下 LED不会点亮，其结果在图11中仅在虚线所示的范围内点亮，作为ON占空比为35%左右。 因此，LED利用效率也为35%左右，功率因数为77%左右。这样，如果为了提高LED利用效率而降低Vf，则被热量消耗的无用功会增加，相反若为了改善电源效率而提高Vf，则LED的 ON占空比变短，LED利用效率恶化，存在这种矛盾的问题。再者，提出了按照根据变化的电压值来改变Vf的合计值的方式切换LED的方法 (专利文献I)。在该方法中，如图12的电路图所示，将多级串联连接的LED分为块61、62、 63、64、65、66，通过由微型计算机构成的开关控制部67根据整流波形的输入电压的电压值来切换LED块61 66的连接，从而阶段性地改变Vf的合计值。其结果，如图13的时序图所示的电压波形那样，相对于整流波形能够以多个方形波来点亮LED，因此与图11这种的仅单一方形波下的ON占空比相比，能够改善LED的利用效率。但是，在该方法中，基于检测输入波形的电压值而得到的结果，为了并列地切换各LED块而使用微型计算机，能够进行高精度的控制，但相反电路构成变得昂贵，无法面向廉价的照明装置。再有，还提出了如图14的电路图所示那样不使用微型计算机而由齐纳二极管和电阻来检测电压的结构。该图所示的电路基于被齐纳二极管94和电阻95分压之后的电压值，根据整流波形的输入电压的电压值来切换LED块91、92、93的连接，阶段性地改变Vf的合计值，其结果如图15的电压波形所示那样，相对于整流波形能够以多个方形波点亮LED。 较之图12的电路构成，该结构的优点在于能够以廉价的方式构成。但是，在上述的任意方法中，由于是根据整流之后的输入电压来切换LED块之间的点亮的结构，因此需要正确地使该切换电压值与各级的LED块的Vf值(设定电流时)相一致。然而，LED元件一般会存在特性偏差，Vf和温度特性对于每个元件有所不同，因此现实中这种正确的调整极为困难。特别是如图13所示，由于各LED块需要将多个LED元件彼此串联连接，因此各元件的Vf的偏差逐级相加的结果，LED块整体的Vf电压值的偏差会变得更大。另一方面，也考虑到仅使用为了抑制偏差而预先选出的LED元件，但是在该情况下 LED元件的成本上升，并且成品率也恶化。特别在照明装置中使用多个LED元件，另一方面为了普及LED照明装置强烈要求削减成本，因此这样的选择是不现实的。因此，各LED块的Vf偏离希望值的结果，若Vf值变得高于切换电压值，则刚切换之后没有电流流过，无法使LED点亮，带来噪声的发生和功率因数下降。相反，当LED的Vf 变得低于切换电压值时，其相应的电力被恒定电流电路无端地消耗。因此，根据LED元件的偏差来实现希望的动作是较为困难的，其结果会产生点亮切换的延迟、效率的下降，在现实中在LED点亮品质及可靠性方面难以实现。再有，在上述方法中尽管通过LED块的切换能够以多个方形波使LED处于0N，但是如图15的斜线所示那样残留未被消耗的电力，因此存在效率依然欠佳的缺点。特别在电压最高的区域中，存在无法有效利用本来能使LED进行最亮的发光的区域的问题。
技术实现思路
本专利技术是鉴于这种背景提出的，其主要目的在于提供一种，能够维持较高的电源效率，同时改善LED利用效率及功率因数，此外可吸收所使用的每个LED元件的正向电压Vf和温度特性的偏差，能够稳定地进行动作。用于解决技术问题的方法和专利技术效果为了实现以上的目的，根据第I侧面所涉及的发光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：六车修二，小椋涉，渡边照雄，
申请(专利权)人：日亚化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：