專利名稱：照明用電源裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及通過相位控制式的調光器進行調光的照明用電源裝置，尤其涉及能夠控制使用LED(發光二極管)的照明裝置的調光的LED照明用電源裝置。
背景技術：
近年，為了降低ニ氧化碳的排放量，代替消耗電カ大的白熾燈而使用消耗電カ少的LED的照明器具(以下稱為LED燈)得到了普及。以往，在LED燈的電源裝置中提出了通過相位控制式的調光器控制調光的技術(專利文獻I)。另外，在白熾燈的電源裝置中也通過相位控制式的調光器進行調光控制。如在專利文獻I中所記載的那樣，在具備相位控制式的調光器的LED燈的電源裝置中包括以下各部對于來自工業用交流電源的交流電源電壓，具備作為開關元件的晶閘管(thyristor)或雙向可控娃(triac)以及對該開關元件進行接通/斷開控制的控制部的相位控制式調光器；將交流變換為直流的整流電路；具有向LED燈供給希望的電カ的AC-DC變換器的照明用電源電路等。在相位控制式調光器中，根據作為調光調節單元的可變電阻的電阻值等，通過控制部控制開關元件的導通相位角，由此使交流電源電壓的占空比變化，從而進行與照明用電源電路連接的LED的調光。在使用了相位控制式調光器的LED照明用電源裝置中，需要根據進行相位控制后的圖8(A)那樣的輸入信號控制LED燈的亮度。因此，優選在所述LED照明用電源裝置的控制電路中設置根據圖8 (A)那樣的輸入信號生成具有與相位對應的脈沖寬度的圖8 (B)那樣的矩形波形的時間-電壓變換信號，并將該變換信號的脈沖寬度變換為電壓的時間-電壓變換電路，根據進行時間-電壓變換后的電壓控制LED驅動電流。作為時間-電壓變換電路，例如考慮圖9所示的電路。圖9的電路由以下各部構成根據圖8(A)的輸入信號生成具有與相位對應的脈沖寬度的圖8(B)那樣的脈沖信號的比較器CMP ;設置在比較器CMP的后級，生成與脈沖寬度對應的直流電壓的CR濾波器FLT ；將生成的電壓進行阻抗變換后傳遞的電壓跟隨器VF。但是，當前市場上提供的調光器中，存在調整用的旋鈕(操作刻度盤)的變動范圍(變動角度)不同的多種調光器，圖9所示的時間-電壓變換電路，由于CR濾波器的時間常數固定，因此僅可以生成根據脈沖寬度而唯一決定的直流電壓。因此，在使用了圖9所示的時間-電壓變換電路的照明系統中，存在僅可以進行與調整用的旋鈕的變動范圍對應的調光控制這樣的課題。另外，圖9所示的時間-電壓變換電路，由于使用了 CR濾波器，因此存在針對輸入信號的相位變化的響應緩慢這樣的課題。專利文獻I :日本特開2007-227155號公報
發明內容
鑒于上述課題而做出本發明，其目的在于，在構成具備相位控制式的調光器的照明系統的照明用電源裝置中，能夠進行與使用的調光器的種類或想要實現的調光控制特性對應的控制動作的設定，并且提高與輸入信號的相位變化對應的響應。為了達成上述目的，本發明提供ー種照明用電源裝置，其具備使燈中流過點亮用的電流的晶體管、和以與所述燈的電流對應的電壓作為輸入并控制所述晶體管的控制電路，該照明用電源裝置接受通過整流電路從交流變換而得的脈動電流，生成并輸出向所述燈提供的直流電壓/電流，所述整流電路對通過相位控制式調光器進行相位控制后的交流進行整流，其中，所述控制電路具備將由 通過所述整流電路變換而得的脈動電流的相位決定的時間變換為電壓的時間-電壓變換電路、和能夠連接任意電容值的電容器的端子，所述時間-電壓變換電路具備能夠以預定的電流使所述電容器充電或放電的電流源；能夠使所述電容器放電或充電的開關單元；能夠對所述電容器的充電電壓進行采樣的采樣保持電路；以及將與所述脈動電流對應的電壓與預定的參考電壓進行比較的電壓比較電路，使所述電容器產生與所述脈動電流的相位對應的充電電壓，所述采樣保持電路以與所述電壓比較電路的輸出的變化對應的預定的定時取入所述充電電壓，在下一定時前保持并輸出該取入的電壓。通過上述那樣的手段，通過改變構成時間-電壓變換電路的電容器的電容值，可以改變根據作為輸入信號的脈動電流的相位而生成的電壓值，由此，可以進行與使用的調光器的種類或想要實現的調光控制特性相對應的控制動作的設定。另外，由于可以不使用CR濾波器就將時間變換為電壓，因此可以提高針對輸入信號的相位變化的響應性。另外，優選的是所述控制電路構成為半導體集成電路，所述端子被設置為所述半導體集成電路的外部端子，所述電容器作為外接元件連接在所述外部端子上。由此，可以容易地改變構成時間-電壓變換電路的電容器的電容值。另外，也可以通過從外部對連接電容器的外部端子輸入控制電壓來控制調光。另外，優選的是照明用電源裝置具備定時生成電路，其根據所述電壓比較電路的輸出，生成使所述開關單元進行接通、斷開動作的定時信號以及使所述采樣保持電路進行動作的定時信號。由此，不需要從外部輸入使開關單元或采樣保持電路動作的定時信號，可以減輕系統設計者的負擔。而且，優選的是在所述外部端子和所述采樣保持電路之間設置有對所述電容器的充電電壓進行阻抗變換來傳遞的電壓緩沖器(voltage buffer)。由此，通過使采樣保持電路動作，可以避免電容器的充電電壓發生變化。如上所述，按照本發明，在構成具備相位控制式的調光器的LED照明系統的照明用電源裝置中，可以進行與使用的調光器的種類或要實現的調光控制特性相對應的控制動作的設定。另外，還具有可以提高針對輸入信號的相位變化的響應的效果。
圖I是表示應用本發明有效的相位控制式的LED照明用電源裝置以及使用該LED照明用電源裝置的LED照明系統的概要結構的框圖。圖2是表示構成實施方式的照明系統的LED照明用電源裝置的控制用IC的結構例的框圖。圖3是表示控制用IC內的時間-電壓變換電路的一個實施例的電路結構圖。
圖4是表示輸入到控制用IC內的時間-電壓變換電路的信號和在內部生成的定時信號以及采樣保持電路的輸出電壓的變化情況的時序圖。圖5是表不實施例的時間-電壓變換電路中的時間(輸入信號的相位)和米樣保持電路的輸出電壓的關系的時間-電壓特性圖。圖6是表示利用了時間-電壓變換電路的控制用IC的另ー實施例的圖。圖7是表示利用了時間-電壓變換電路的控制用IC的又ー實施例以及利用該控制用IC的LED照明系統的結構例的圖。圖8是表示使用了相位控制式調光器的LED照明用電源裝置中的、相位控制后的輸入信號、和根據該輸入信號而生成的時間_電壓變換信號的變化情況的時序圖。圖9是表示在本發明之前研究的一般的時間-電壓變換電路的具體例的電路結構 圖。符號說明10相位控制式調光器11開關元件(晶閘管、雙向可控硅)12相位控制部13調光調節單元(可變電阻)21整流電路(ニ極管橋)22 LED燈(照明器具)23 LED照明用電源電路(照明用電源裝置)24穩壓器30控制用IC (控制電路)31時間-電壓變換電路32電壓比較電路(比較器)34驅動器39誤差放大器
具體實施例方式
以下，根據
本發明的優選實施方式。圖I表示應用本發明有效的相位控制式的LED照明用電源裝置以及使用該LED照明用電源裝置的LED照明系統的概要結構。如圖I所示，本實施方式的相位控制式LED照明系統由以下各部構成以來自工業用交流電源的交流電源電壓AC作為輸入，通過控制開關元件的導通相位角使交流電源電壓的占空比變化來輸出的相位控制式調光器10 ;對所輸入的交流進行全波整流來變換為直流的由ニ極管橋等構成的整流電路21 ;根據通過整流電路21變換后的直流電壓/電流，向作為負載的LED燈22供給希望的電カ的由AC-DC變換器(直流電壓變換電路)構成的LED照明用電源電路23;生成該LED照明用電源電路23的控制電路(30)的動作所需要的電源電壓的穩壓器(regulator) 24等。相位控制式調光器10具備晶閘管(兩端開關元件(DIAC))或雙向可控硅等開關元件11、通過相位控制將該開關元件11接通/斷開的控制部12、由可變電阻等構成的調光調節單元13，控制部12根據調光調節單元13的電阻值等的狀態控制開關元件11的導通相位角，由此，使交流電源電壓的占空比變化后輸出。在圖I的LED照明系統中，在連接LED燈22的輸出端子0UT1-0UT2間連接的電容CO是用于對輸出電壓進行濾波的濾波電容器。本實施方式的LED照明用電源電路23具備在連接LED燈22的輸出端子0UT2和接地點之間串聯連接的電感器LO和開關晶體管QO以及電流檢測用的檢測電阻Rs、在電感器LO和開關晶體管QO的連接節點NI與輸出端子OUTl之間連接的整流用ニ極管D0、對開關晶體管QO進行導通/截止控制的開關控制用半導體集成電路(控制用IC) 30，構成為所謂的開關穩壓器(switching regulator)。另外，通過檢測電阻Rs進行電流-電壓變換后的連接節點N2的電位作為反饋電壓FB被輸入到控制用IC30。控制用IC30根據反饋電壓FB輸出對開關晶體管QO進行導通/截止控制的信號，進行使流過檢測電阻Rs的電流恒定的控制。而且，LED照明用電源電路23具備對通過整流電路21整流后的脈動電流進行分壓 的串聯的電阻Rl、R2，通過電阻Rl、R2分壓后的電壓作為監視電壓Vin被輸入控制用IC30的輸入端子VIN。在控制用IC30中設置了用于連接外接的電容器Cl的外部端子P1。關于該電容器Cl的功能在后面詳細說明。當晶體管QO和檢測電阻Rs的連接節點N2的電位降低時，控制用IC30向晶體管QO的柵極端子輸出使QO導通的控制信號。由此，電流通過QO流向接地點，但是由于反向連接了整流用ニ極管DO，因此從整流電路21向LED照明用電源電路23流入的電流經由LED燈22-電感器LO-晶體管QO-電阻Rs而流向接地點。并且，LED燈22通過該電流被點亮，并且在此期間在電感器LO中積蓄能量。當電流流過檢測電阻Rs吋，連接節點N2的電位升高，控制用IC30通過比較節點N2的電位和內部的基準電壓，當變得比基準電壓高吋，將使晶體管QO截止的控制信號輸出到QO的柵極端子。并且，當QO截止吋，電感器LO中積蓄的能量被放出，電流從電感器LO通過ニ極管DO流向輸出端子0UT1，LED燈22通過該電流被點亮。通過重復上述的動作，LED燈22連續被點亮。另外，通過調光器10控制交流輸入的相位，由此調節LED燈22的亮度。基于控制用IC30的晶體管QO的開關頻率被設定為比交流輸入電壓AC的頻率高的頻率。圖2中表示構成上述LED照明用電源電路23的控制用IC30的實施例。如圖2所示，該實施例的控制用IC30具備連接在施加通過電阻R1、R2分壓后的電壓Vin的輸入端子VIN上，生成與進行相位控制后的脈動電流的有效部分(圖3的Tl)的時間的長度對應的電壓的時間_電壓變換電路31 ;比較該時間-電壓變換電路31的輸出電壓和所述反饋電壓FB，生成提供使晶體管QO截止的定時的信號的電壓比較電路(比較器)32。另外，控制用IC30具備通過該比較器32的輸出信號被復位的觸發器33 ;根據該觸發器33的輸出Q輸出晶體管QO的導通/截止驅動信號的驅動器34 ；由定時器或延遲電路構成，根據觸發器33的反相輸出/Q生成使上述晶體管QO以預定的時間(固定)截止的信號，并提供給觸發器33的置位端子的截止時間控制電路35等。接著，使用圖3說明作為本發明的主旨的時間-電壓變換電路31的具體的實施例。如圖3所示，本實施例中的時間-電壓變換電路31具備比較輸入到輸入端子VIN的電壓Vin和預定的參考電壓Vref的電壓比較電路(比較器)41 ;根據該比較器41的輸出信號，生成預定的定時的信號小S、小c、￠(1的定時生成電路42。定時生成電路42可以將比較器41的輸出信號直接作為定時信號小c而輸出。另外，定時信號￠(1可以通過以比較器41的輸出信號或信號etc作為輸入的反相器(inverter)來生成。定時信號小s可以通過以比較器41的輸出信號或信號小c為輸入，生成與信號的下降沿同步的單脈沖(one shot pulse)的單脈沖生成電路來生成。另外，時間-電壓變換電路31具備根據通過定時生成電路42生成的定時信號小c被接通、斷開，用于對外部端子Pl上連接的電容器Cl充電的恒流源CSl ;用于對電容器Cl放電的開關晶體管SWl ;用于對外部端子Pl的電位進行阻抗變換來傳遞的緩沖器(電壓跟隨器)43 ;對該緩沖器(buffer)43的輸出電壓進行采樣的采樣保持電路(sample holdcircuit) 440上述開關晶體管SWl通過定時的信號小d被導通、截止，采樣保持電路44根據定時的信號小s進行采樣。
接著，參照圖4說明上述時間-電壓變換電路31的功能以及動作。在時間-電壓變換電路31的輸入端子VIN上輸入圖4 (A)所示那樣的相位控制后的電壓Vin (脈動電流)。參考電壓Vref被設定為比較低的電位，比較器41通過比較輸入電壓Vin和參考電壓Vref，輸出以接近輸入電壓Vin的有效期間Tl的時間成為高電平的圖4(B)所示那樣的波形信號(時間-電壓變換信號)。通過定時生成電路42生成的定時信號小c是與圖4(B)所示的時間-電壓變換信號大致相同的波形，為高電平的期間，恒流源CSl使電流流動，通過該電流對電容器Cl充電。因此，外部端子Pl的電位如圖4(C)所示，以大致恒定的速度升高那樣地變化。通過定時生成電路42生成的定時信號小s如圖4(D)所示，是與圖4(B)所示的時間-電壓變換信號的下降沿同步的單脈沖，通過該脈沖小s，采樣保持電路44對與外部端子Pl的電位(Cl的充電電壓)為相同電位的緩沖器43的輸出電壓進行采樣并保持。圖4(F)表示通過采樣保持電路44保持的輸出電壓。上述定時信號￠(1如圖4(E)所示,是與圖4(B)所示的時間-電壓變換信號大致反相的信號，在采樣保持電路44的采樣結束的時刻，通過小d將開關晶體管SWl導通，將電容器Cl的電荷放電，由此，外部端子Pl的電位迅速下降到接地電位。在本實施例的時間-電壓變換電路31中，與圖9所示的電路不同，未設置RC濾波器，取而代之設置了采樣保持電路44，因此具有當輸入電壓Vin的相位變化時能夠迅速地響應輸出電壓的優點。另外，在本實施例的時間-電壓變換電路31中，如圖5所示，當改變電容器Cl的電容值時，可以改變采樣保持電路44的輸出電壓的時間特性。即，若在外部端子Pl上連接了電容值大的電容器Cl，則可以降低預定時間后達到的電容器Cl的充電電壓，若在外部端子Pl上連接了電容值小的電容器Cl，則可以提高預定時間后達到的電容器Cl的充電電壓。當前市場上提供的調光器中，存在調整用的旋鈕的變動范圍(變動角度或變動距離)不同的多種調光器，對應于旋鈕的變動量來如何設定亮度，也根據制造商而思路(設計思想)不同。但是，所述實施例的時間-電壓變換電路31，通過改變電容器Cl的電容值可以針對輸入電壓Vin的同一相位的信號生成并輸出不同的電壓。其結果，在實施例那樣的使用了內置有時間-電壓變換電路31的控制用IC的圖I的LED照明系統中，具有對應于調光器10的調整用旋鈕的變動量可以進行自由度高的調光控制的優點。即，通過改變電容器Cl的電容值可以自由設定與調光器中的調整量對應的調光控制曲線(旋鈕的靈敏度)。另外，在本實施例的時間-電壓變換電路31中，將提供成為采樣保持電路44的采樣對象的電位的節點連接在外部端子Pl上，因此代替如圖3所示在外部端子Pl上連接電容器Cl，通過從外部對端子Pl輸入控制電壓可以控制調光。因此，不增加IC的針數或元件數，即不引起成本升高就可以容易地實現以電壓控制方式進行調光的系統。另外，還具有可以使用該端子進行IC的檢查的優點。以上說明了調光器10為控制交流波形的相位的前邊緣(上升沿)的類型的調光器的情況，但是，圖2的控制用IC30的時間-電壓變換電路31，在調光器10為控制交流波形的相位的后邊緣(下降沿)的類型的調光器的情況下，基干與上述相同的原理，可以迅速地輸出與相位控制后的輸入信號對應的電壓。
圖6以及圖7表不利用了所述實施例的時間-電壓變換電路的控制用IC的另ー結構例以及使用該控制用IC的LED照明系統的結構例。其中，圖6表示在以PWM(脈沖寬度調制)方式控制使LED燈22中流過電流的晶體管QO的控制用IC30中利用了所述實施例的時間-電壓變換電路31的實施例。在該實施例中，在輸入反饋電壓FB的比較器32的反相輸入端子側設置了 不施加時間-電壓變換電路31的輸出電壓而施加預定的基準電壓VrefO，并且根據時間-電壓變換電路31的輸出電壓與預定的頻率的信號小0，生成具有與輸入電壓Vin的相位對應的脈沖寬度的PWM控制脈沖的PWM脈沖生成電路36 ；以及生成預定頻率的時鐘信號CK的振蕩電路37。并且，將上述比較器32的輸出信號輸入觸發器33的復位端子，將從振蕩電路37輸出的時鐘信號CK輸入觸發器33的置位端子。另外，在觸發器33和驅動器34之間設置了取得從PWM脈沖生成電路36輸出的PWM控制脈沖和觸發器33的輸出信號的邏輯積的與門38。在該實施例的控制用IC30中，時間-電壓變換電路31也具備圖3所示的結構，由此，在使用該控制用IC30的LED照明系統中可以起到與所述實施例中說明的相同的效果。圖7表示在通過串聯穩壓器方式控制使LED燈22中流過電流的晶體管QO的控制用IC30中利用所述實施例的時間-電壓變換電路31的實施例。在該實施例中設置輸出與反饋電壓FB和時間-電壓變換電路31的輸出電壓的電位差對應的電壓的誤差放大器(誤差放大電路)39，將該誤差放大器39的輸出電壓施加在晶體管QO的柵極端子上來控制電流。在該實施例的控制用IC30中，時間-電壓變換電路31也具備圖3所示的結構，由此，在使用該控制用IC30的LED照明系統中可以起到與所述實施例中說明的相同的效果。以上，根據實施例具體說明了本發明人做出的發明，但是本發明不限于上述實施例。例如在所述實施例的時間-電壓變換電路(圖3)中說明了通過定時信號etc將恒流源CSl接通/斷開，但是，代替將恒流源CSl直接接通/斷開，可以在恒流源CSl和外部端子Pl之間設置接通/斷開開關或切換開關，通過小(對來自恒流源CSl的電流進行接通/斷開或切換，以的高電平期間對電容器Cl充電。另外，在所述實施例的時間-電壓變換電路中，表示了通過恒流源CS I對外接的電容器Cl充電，通過開關晶體管SWl對外接的電容器Cl放電的方式，但是也能夠構成為通過開關晶體管對電容器充電后以恒流源放電的方式的電路。另外，在所述實施方式中，作為AC-DC變換器31，表示了具有開關晶體管QO和ニ極管DO和電感器LO的AC-DC變換器，但是也能夠代替ニ極管DO而使用晶體管，構成為通過控制用IC30與開關晶體管QO互補地對該晶體管進行導通/截止控制的所謂的同步整流型的開關穩壓器。
以上說明了將本發明應用于作為其背景的利用領域的LED照明系統的例子，但是本發明不限于此，也可以利用于使用LED燈以外的照明器具以相位控制方式進行調光的照明系統。
權利要求
1.ー種照明用電源裝置，其具備使燈中流過點亮用的電流的晶體管、和以與所述燈的電流對應的電壓作為輸入并控制所述晶體管的控制電路，該照明用電源裝置接受通過整流電路從交流變換而得的脈動電流，生成并輸出向所述燈提供的直流電壓/電流，所述整流電路對通過相位控制式調光器進行相位控制后的交流進行整流，所述照明用電源裝置的特征在干， 所述控制電路具備將由通過所述整流電路變換而得的脈動電流的相位決定的時間變換為電壓的時間-電壓變換電路、和能夠連接任意電容值的電容器的端子， 所述時間-電壓變換電路具備 能夠以預定的電流使所述電容器充電或放電的電流源； 能夠使所述電容器放電或充電的開關單元； 能夠對所述電容器的充電電壓進行采樣的采樣保持電路；以及 將與所述脈動電流對應的電壓與預定的參考電壓進行比較的電壓比較電路， 使所述電容器產生與所述脈動電流的相位對應的充電電壓，所述采樣保持電路以與所述電壓比較電路的輸出的變化對應的預定的定時取入所述充電電壓，在下一定時前保持并輸出該取入的電壓。
2.根據權利要求I所述的照明用電源裝置，其特征在干， 所述控制電路構成為半導體集成電路， 所述端子被設置為所述半導體集成電路的外部端子， 所述電容器作為外接元件連接在所述外部端子上。
3.根據權利要求I或2所述的照明用電源裝置，其特征在干， 所述照明用電源裝置具備定時生成電路，其根據所述電壓比較電路的輸出，生成使所述開關單元進行接通、斷開動作的定時信號以及使所述采樣保持電路進行動作的定時信號。
4.根據權利要求3所述的照明用電源裝置，其特征在干， 在所述外部端子和所述采樣保持電路之間設置有對所述電容器的充電電壓進行阻抗變換來傳遞的電壓緩沖器。
全文摘要
本發明提供一種照明用電源裝置，其具備控制在燈中流過的驅動電流的晶體管的控制電路，接受通過整流電路從交流變換而得的脈動電流，生成并輸出向燈提供的直流電壓/電流，該整流電路對通過相位控制式調光器進行相位控制后的交流進行整流，控制電路設置有將由與通過整流電路變換而得的脈動電流對應的電壓的相位決定的時間變換為電壓的時間-電壓變換電路、和能夠連接任意電容值的電容器的端子，時間-電壓變換電路使電容器產生與脈動電流的相位對應的充電電壓，采樣保持電路以與電壓比較電路的輸出的變化對應的預定的定時取入電容器的充電電壓，在下一定時前保持并輸出該電壓。
文檔編號H05B37/02GK102740551SQ20121009298
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月31日 優先權日2011年3月31日
發明者大久保貴史, 山中佑司 申請人:三美電機株式會社