[发明专利]发光二极管驱动装置及发光二极管的点亮控制方法

说明书

技术领域

本发明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发光二极管驱动装置及发光二极管的点亮控制方法。

背景技术

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ON，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。