專利名稱：用于固態光源的點亮裝置及包括該裝置的照明設備和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于諸如發光二極管(LED)的固態光源的點亮裝置和包括該點亮裝置的照明設備和系統。
背景技術：
常規地，日本專利申請公開No. 2005-267999 (JP2005-267999A)已經公開了能夠基于調光信號來對LED進行調光的LED照明設備。此設備根據調光信號確定調光比率，并在調光比率比預定值高(亮)時通過脈沖寬調制(PWM)控制來控制LED的開啟，以及在調光比率比預定值低(暗)時通過峰值控制來控制LED的開啟。在JP2005-267999A中，基于調光信號來確定調光比率，并且根據調光比率比預定 值高還是低來切換PWM控制和峰值控制。然而，這在PWM控制與峰值控制之間的切換之前和之后引起不穩定操作和光的閃爍。

發明內容
基于上述，本發明提供固態光源點亮裝置，在該點亮裝置中，調光操作在寬范圍中是穩定的。根據本發明的一方面，提供了ー種用于固態光源的點亮裝置。所述點亮裝置包括DC電源電路單元，用于通過使用開關裝置來執行輸入DC電源的功率變換，并容許這樣生成的電流流過所述固態光源；以及電流控制單元，配置為控制所述開關裝置來調整流過所述固態光源的所述電流。所述電流控制單元包括第一開關控制単元，用于改變所述開關裝置的開通時間寬度；以及第二開關控制単元，用于執行所述開關裝置的啟用和禁用。所述第二開關控制単元的啟用時段比所述第一開關控制単元的ー個周期長，并且通過所述第一開關控制單元和所述第二開關控制單元來實現調光控制。當所述固態光源的亮度等于或大于預定水平時，所述亮度可以主要由所述第一開關控制單元控制，并且當所述亮度小于所述預定水平時，所述亮度主要由所述第二開關控制單元控制。在所述DC電源電路單元中，感應器可以串聯連接至所述開關裝置，使得通過使用所述感應器的充電電流和放電電流，電流流過所述固態光源，并且所述第一開關控制単元可以控制所述開關裝置，使得所述感應器的所述電流執行零交叉操作。所述DC電源電路單元包括并聯連接至所述固態光源的電容性阻抗，并且流過所述固態光源的所述電流可以具有連續波形。所述固態光源點亮裝置還可以包括配置為依照外部調光信號輸出調光控制信號的調光控制単元。所述電流控制單元的每ー個開關控制単元的輸出電平可以根據所述調光控制信號的信號電平改變，并且所述調光控制單元可以輸出ー個信號。所述固態光源點亮裝置還可以包括配置為依照外部調光信號來輸出調光控制信號的調光控制単元。所述調光控制單元可以針對所述電流控制單元的相應的開關控制単元輸出兩個獨立的調光控制信號。啟用時段可以由所述第二開關控制単元基本一致地維持在所述第一開關控制單元的操作時段的所述開通時間寬度的大致最低限度值。所述固態光源可以是LED。ー種照明設備包括所述固態光源點亮裝置，并且ー種照明系統包括所述固態光源
點亮裝置。根據本發明的方面，所述第一開關控制単元用于改變所述開關裝置的開通時間寬度，并且所述第二開關控制単元用于將所述開關裝置Ql控制為啟用和禁用，其中，所述第ニ開關控制単元的所述啟用時段比所述第一開關控制単元的ー個周期長，并且通過所述第一開關控制単元和所述第二開關控制單元實現所述調光控制，由此具有使得調光在寬范圍上穩定的效果。


根據結合附圖給出的實施例的以下描述，本發明的目的和特征將變得明顯，其中圖I是示出根據本發明的第一實施例的固態光源點亮裝置的示意性配置的電路圖；圖2是示出固態光源點亮裝置的操作波形的視圖；圖3是根據本發明的第二實施例的固態光源點亮裝置的電路圖；圖4是用于解釋固態光源點亮裝置的操作的視圖；圖5是根據本發明的第三實施例的固態光源點亮裝置的電路圖；圖6是示出根據本發明的第四實施例的固態光源點亮裝置的配置的框圖電路圖；圖7是固態光源點亮裝置的電路圖；圖8是示出固態光源點亮裝置的操作波形的視圖；圖9是根據本發明的第六實施例的固態光源點亮裝置的電路圖；圖10是示出固態光源點亮裝置的操作波形的視圖。
具體實施例方式(第一范例實施例)圖I是根據本發明的第一實施例的固態光源點亮裝置的電路圖。此實施例中的固態光源點亮裝置包括DC電源單元I,具有反激式ニ極管(flyback diode)Dl、感應器LI、開關裝置Q1、以及DC探測單元4 ；電流控制器2，具有第一和第二開關控制単元；以及調光器5。DC電源電路單元I連接至輸入DC電源Vdc。DC電源電路單元I用作開關功率電路，該開關功率電路通過使用開關裝置Ql來執行輸入DC功率Vdc的功率變換并向諸如發光二極管(LED)或有機發光二極管(OLED)的固態光源3供應這樣生成的直流電。在此實施例中，采用降壓斬波器電路(反轉換器)。降壓斬波器電路具有公知配置，其中，固態光源3、感應器LI、開關裝置Ql和DC探測單元4串聯連接在輸入DC電源Vdc的正與負電極之間，并且固態光源3和感應器LI的串聯電路與反激式ニ極管Dl并聯連接以形成閉合回路。
降壓斬波器電路的操作是公知的。具體地，當開關裝置Ql開啟時，逐漸増大的電流流入輸入DC電源Vdc的正電極、固態光源3、感應器LI、開關裝置Q1、DC探測單元4以及輸入DC電源Vdc的負電極構成的路線，由此在感應器LI中存儲能量。當關閉開關裝置Ql時，感應器LI的感生電壓使得逐漸減小的電流流入感應器LI、反激式ニ極管D1、固態光源3、以及感應器LI構成的路線，由此釋放能量。其中在完成感應器LI的能量釋放之前開啟開關裝置的操作稱作連續模式。其中在感應器LI的能量釋放(即零交叉操作)完成時開啟開關裝置Ql的操作稱作邊界模式。其中在感應器LI的能量釋放完成后的中止時段后開啟開關裝置的操作稱作斷續模式。在此實施例中，可以采用任ー模式，但是在邊界模式中，功率變換的效率高。通過使用高頻率由電流控制器2來開啟和關閉開關裝置Q1。當開啟開關裝置Ql時，由電流探測單元4探測流入開關裝置Ql的逐漸增大的電流。將電流探測單元4探測的電流探測值與電流控制器2設定的預定臨界值相比較。如果電流探測值達到預定閾值，則關閉開關裝置Ql。從而，將流入開關裝置Ql的電流的峰值設定為預定閾值。圖2A和2B示出了在開啟和關閉開關裝置Ql時，流入感應器LI的電流的波形。在流入感應器LI的電流逐漸增大時，其等于流入開關裝置Ql的電流。在流入感應器LI的電流逐漸減小時，其等于流入反激式ニ極管Dl的電流。本實施例以范例方式示出了前述邊界模式中流過感應器LI的電流，但是本發明不限于此。替代地，其可以在連續模式或斷續模式中。圖2A示例電流控制器2設定的預定閾值Ipl高時，流入感應器LI的電流的波形，且圖2B示例預定閾值IP2低時的波形。由電流控制器2根據從調光器5供應至電流控制器2的調光信號來對閾值IPl和IP2進行設定。圖2C和2D示出了從電流控制器2輸出至開關裝置Ql的控制信號的電壓波形。圖2C示例開關裝置Ql的猝發開通(burst-on)時段長時的電壓波形，且圖2D示例猝發開通時段短時的電壓波形。這里，猝發開通時段是期間容許開關裝置Ql的高頻開通/關斷操作的時段。在猝發開通時段期間，啟用(activate)開關裝置Q1，并且在其它時段期間，禁用(inactivate)開關裝置Ql。由電流控制器2根據從調光器5供應至電流控制器2的調光信號來設定猝發開通時段。圖2C和2D中示例的猝發開通操作以ー頻率(在從例如成百Hz至數kHz的范圍中)重復。此重復頻率設定為比DC電源電路單元I的開關裝置Ql的高頻開通/關斷頻率(數kHz)低。即，第二開關控制単元的啟用時段比第一開關控制単元的ー個周期長。同吋，圖2A和2B中所示的時間軸比圖2C和2D中所示的時間軸夸大了。電流控制器2讀取從調光器5供應的調光信號，控制第一開關控制單元來設定流入開關裝置Ql的如圖2A和2B中所示的電流的峰值并改變開關裝置Ql的開通時間寬度，以及控制第二開關控制單元來設定容許開關裝置Ql的如圖2C和2D中所示的高頻開通/關斷操作的時的猝發開通時段。通過一起使用第一和第二開關控制単元，在寬范圍中實現穩定的調光操作是可能的。例如，如果調光比率高(亮)，則流入開關Ql的電流的峰值Ipl如圖2A中所示地設 定為高，并且猝發開通時段如圖2C中所示地設定為長。另ー方面，如果調光比率低(暗)，則流入開關Ql的電流的峰值Ip2如圖2B中所示地設定為低，并且猝發開通時段如圖2D中所示地設定為短。同樣，通過一起使用第一開關控制単元和第二開關控制単元，在寬范圍上進行調光是可能的。在此實施例中，與JP2005-267999A的技術相比，在調光范圍內，無需PWM控制與峰值控制之間的切換。因此，防止在切換之前和之后操作不穩定是可能的，由此能夠在寬范圍上實現穩定的調光操作。在此實施例中，降壓斬波器電路用作DC電源電路單元1，但是本發明不限于此。替代地，可以采用諸如升壓斬波器電路、降壓/升壓斬波器電路、反激式轉換器電路等的各種電源開關電路。(第二實施例)圖3是根據本發明的第二實施例的固態光源點亮裝置的電路圖。在此實施例中，用于功率因數改善控制的通用集成電路22用于依照如圖2A和2B中所示的預定臨界值Ipl和Ip2來控制流入開關裝置Ql中的電流的峰值，并以低代價以前述邊界模式執行控制。 STMicroelectronics制造的L6562常規地稱作用于功率因數校正控制的集成電路。然而，在此實施例中，采用STMicroelectronics制造的L6564作為用于通過使用外部信號來選擇是否執行功率因數校正控制(PFC)，以使得能夠通過如圖2C和2D中所示的外部信號來設定用于開關裝置Ql的控制信號的猝發開通時段的集成電路。與具有八個引腳的常規L6562相比，L6546還包括PFC-OK端子(第6引腳)和VFF端子(第5引腳)，而其其它引腳與L6562的那些相同。以下，將描述圖3中所示的電路，同時解釋L6564的每個端子的功能。第10引腳是電源端子，并連接至控制電源電壓Vcc。第8引腳是接地端子并且連接至輸入DC電源Vdc的負電極(電路地)。第9引腳是柵極驅動端子并且連接至開關裝置Ql的柵電扱，開關裝置Ql包括MOSFET0第7引腳是零交叉探測端子并經由電阻器R2連接至感應器LI的次級線圈n2的一端。次級線圈n2的另一端接地。第6引腳是增加至L6562的PFC-OK端子。如果第6引腳的電壓變得小于O. 23V,則關停集成電路(1C)。為了重啟1C，需要將第6引腳設定為高于O. 27V。從而，第6引腳能夠用于遠程開通/關斷控制輸入。第5引腳是前饋端子，并且經由電阻器R3連接至電路地，因為其在此實施例中不使用。第4引腳是電流探測端子，電流探測電阻器Rl的電壓經由電阻器R4輸入至第4引腳，電流探測電阻器Rl插于開關裝置Ql的源電極與電路地之間。還有，調光偏置電壓經由電阻器R9輸入至第4引腳。第3引腳是IC的內置乘法器的輸入端，在此實施例中，第3引腳設定為預定電壓，該預定電壓是通過以電阻器R6和R7對控制電源電壓Vcc進行分壓得到的。第I引腳是IC的內建誤差放大器的反向輸入端子，且第2引腳是誤差放大器的輸出端子。電阻器R8和電容器C4的并聯電路作為誤差放大器的反饋阻抗連接在第I引腳與第2引腳之間。還有，第I引腳接收通過以電阻器RlO和Rll對電容器C3的電壓進行分壓獲得的次反饋(sub-feedback)電壓信號。經由電阻器R12和ニ極管D3利用感應器LI的次級線圈n2的感生電壓對電容器C3進行充電。如果電容器C3的電壓増大，則控制開關裝置Ql的開通脈沖寬度變得較窄。
當開關裝置Ql開啟時，流入電流探測電阻器Rl的電流變大，由此提高在第4引腳探測的電壓。如果第4引腳的電壓達到預定臨界值，則開關裝置Ql變為關閉。然后，當感應器LI的能量經由ニ極管Dl釋放時，在感應器LI的次級線圈n2中感生電壓。當反激式電流也流過ニ極管Dl時，次級線圈n2的感生電壓消失，并且第7引腳的電壓下降。如果探測到第7引腳的電壓降，則開關裝置Ql再次開啟。至于第4引腳，經由電阻器R9交疊(overlap)電容器C5的DC電壓。通過經由電阻器R5從調光控制電路21發送的輸出信號對電容器C5進行充電或放電。從調光控制電路21發送的輸出信號是例如方波電壓信號。待充入電容器C5的DC電壓根據輸出信號的高和低電平時段的比率而改變。即，電容器C5和電阻器R5用作CR濾波電路(積分電路)。當充入電容器C5的DC電壓高時，第4引腳的電壓増大。從而，探測的流過開關裝置Ql的電流似乎増大了，并且流過開關裝置Ql的電流的峰值如圖2B中所示地變得較低。當充入電容器C5的DC電壓低時，第4引腳的電壓減小。從而，探測的流過開關裝置Ql的電流似乎減小了，并且流過開關裝置Ql的電流的峰值如圖2A中所示地變得較高。 同樣，通過根據從調光控制電路21輸出的方波電壓信號的高和低電平時段的比率(即，開通工作狀態/關斷工作狀態)來控制充入電容器C5的DC電壓的電平，調整流過開關裝置Ql的電流的峰值是可能的。調光控制電路21可以包括例如調光微計算機。在此情況下，可以分配作為輸出端子“ a ”的2值輸出端ロ，方波電壓信號通過該2值輸出端ロ輸出。當采用具有D/A轉換輸出端ロ的微計算機作為輸出端子a代替2值輸出端ロ吋，省略包括電阻器R5和電容器C5的CR濾波電路是可能的。在此情況下，如果未省略CR濾波電路，并且來自D/A轉換輸出端ロ的模擬輸出電壓輸入至CR濾波電路，并且將對應于一個灰度的DC電壓控制為以預定工作狀態(duty)進行轉換，則與D/A轉換的原始灰度相比，生成對應于多灰度的DC電壓是可能的。還有，與使用2值輸出端ロ相比，即使電阻器R5和電容器C5的時間常數小，也能夠減小充入電容器C5的DC電壓的紋波，由此改善控制的相應特性。接下來，微計算機的另ー 2值輸出端ロ可以分配為輸出端子“b”，通過輸出端子“b”指定圖2C和2D中所示的猝發開通時段。此外，方波電壓信號可以在猝發開通時段期間以高電平(> O. 27V)輸出且在其它時段期間以低電平(く O. 23V)輸出。圖4示出了從調光控制電路21的輸出端子a和b輸出的方波電壓信號的工作狀態)與從調光器5輸入至調光控制電路21的調光信號的開通工作狀態)之間的關系。圖4中，由細實線示出的曲線“a”指示從第一輸出端子a輸出的方波電壓信號的關斷工作狀態的改變，并且由細實線示出的曲線“b”指示從第二輸出端子b輸出的方波電壓信號的開通工作狀態的改變。如圖4中所示，在此實施例中，當光源的亮度大于或等于預定水平(小于或等于調光信號的約30%的工作狀態)時，主要通過第一開關控制單元來控制調光，并且當光源的亮度小于預定水平(在調光信號的約30%與60%的工作狀態之間，其中，曲線“b”的變化率大于曲線“a”的變化率)時，主要通過第二開關控制單元來控制調光。還有，在第一開關控制單元的操作期間，通過第二開關控制単元以開通時間寬度的基本上最低的限度(此實施例中等于或大于調光信號的約80%的工作狀態)維持啟用時段一致，由此穩定地維持固態光源3的亮度。從調光器5輸入調光控制信號21的調光信號的工作狀態(％ )在0%和100%之間變化。當工作狀態低于5%時，所有燈開啟，并且當工作狀態等于大于95%時，燈關閉。該調光信號在逆變器類型的熒光點亮裝置的領域是流行的，并且通常地，使用頻率為IkHz且幅度為IOV的方波電壓信號。調光控制電路21確定從調光器5輸入的調光信號的工作狀態)，并且根據確定的調光信號的工作狀態改變從第一輸出端子a輸出的方波電壓信號的工作狀態和從第ニ輸出端子b輸出的方波電壓信號的工作狀態。結果，固態光源的亮度與圖4中的實線所示的2. 3次冪曲線類似地改變。2. 3次冪曲線是ー種所謂的Munsell特性曲線的調光曲線，其指示公知的特性，其中，亮度似乎根據調光控制平滑地改變。如果調光控制電路21包括微計算機，則圖4中范例性地示出的控制特性可以作為數據表存儲在內部存儲器中。在此情況下，通過確定從調光器5輸入的調光信號的工作狀態)獲得的數字值被確定為來自數據表的地址，使得能夠基于確定的數據控制從調光 控制電路21的端子a和b輸出的方波電壓信號的工作狀態。(第三實施例)圖5是根據本發明的第三實施例的固態光源點亮裝置的電路圖。在此實施例中，在調光控制電路外對從調光控制電路21輸出的調光信號進行信號轉換，由此生成與第一開關控制単元相關的調光控制信號和與第二開關控制単元相關的調光控制信號。從調光控制電路21輸出至集成電路22的第6引腳的調光信號是如第二實施例中具有低頻率(成百Hz至數kHz)的方波電壓信號，并且其脈沖寬度改變以容許執行或停止集成電路22的操作。調光信號經由ニ極管D4輸入至電阻器R5和電容器C5構成的濾波電路，并且從而被轉換為DC電壓。在圖5中所示的電路中，DC電壓經由電阻器R9在第3引腳的電阻器R7中交疊。當電容器C5的DC電壓高時，集成電路22中的第3引腳的電壓高，使得用于關閉開關組裝置Ql的閾值電壓能夠設定為高。因此，當猝發開通時段如圖2C中所示地長時，流過開關裝置Ql的電流的峰值Ipl變為如圖2A中所示的較高。另ー方面，當電容器C5的DC電壓低時，集成電路22中的第3引腳的電壓低，使得用于關閉開關裝置Ql的臨界電壓能夠設定為低。因此，當猝發開通時段如圖2D中所示地短時，流過開關裝置Ql的電流的峰值Ip2變為如圖2B中所示的較低。因此，在寬范圍上的穩定的調光是可能的。此外，在圖5中所示的電路中，從調光控制電路21輸出的調光信號是方波電壓信號，但是本發明不限于此。替代地，從調光控制電路21輸出的調光信號可以是DC電壓。在此情況下，通過外部低頻振蕩電路將從調光控制電路21輸出的DC電壓轉換為脈沖寬調制方波電壓信號(PWM信號)。然后，轉換后的信號可以優選地用于控制集成電路22的第6引腳。此外，轉換前的信號(即DC電壓)可以優選地直接輸入至集成電路22的第3引腳。在前述實施例中，假定頻率為IkHz且幅度為IOV的方波電壓信號用作從調光器5輸出的調光信號，但是本發明不限于此。替代地，可以使用諸如DALI、DMX512等的各種標準化調光信號，或者可以通過對將商用AC電カ(50或60Hz)被進行相位控制得到的電壓執行波形整形將100或120Hz的PWM信號提取為來自電源線的調光信號。此外，調光器5可以僅僅是可變電阻器，或可以具有任何配置，只要它能夠將DC電壓的調光信號輸出至調光控制電路21的A/D轉換輸入端ロ就行。(第四實施例)圖6是示出根據第四實施例的點亮系統的示意性配置的框圖電路圖。在此實施例中，ー個照明設備“A”包括冷色固態光源點亮裝置，具有DC電源電路Ia和電流控制単元2a ;以及暖色固態光源照明設備，具有DC電源電路Ib和電流控制単元2b，使得能夠分別通過DC電源電路Ia和Ib以及電流控制單元2a和2b逐個控制冷色LED和暖色LED的光輸出。照明設備B具有與照明設備A相同的配置，并且提供了包括連接至ー個調光信號線的多個照明設備的點亮系統。用于控制照明設備A、B、...中的每ー個的調光和顔色匹配 裝置50包括調光器5a，用于將調光信號發送至冷色電流控制単元2a ;以及調光器5b，用于將調光信號發送至暖色電流控制単元2b。隨著從調光器5a和5b輸出的調光信號逐個受到控制，控制照明設備A、B、...的每個亮度和色溫是可能的。例如，可以以任意亮度實現具有廣泛用于熒光燈領域的諸如日光藍色、日光白色以及暖白色的不同色溫的光。在圖6的范例中，使用兩種光源，即冷色LED和暖色LED，但是本發明不限于此。替代地，對應于光的三原色，即紅色(R)、綠色(G)和藍色(B),的LED可以用于實現任何顏色的光。(第五實施例)圖7是根據本發明的第五實施例的固態光源點亮裝置的電路圖。在此實施例中，DC電源電路單元I包括并聯連接至固態光源3的電容性阻抗(平滑電容器Cl)，流入固態光源3的電流是連續波形，并且采用諸如升壓斬波器電路6的功率因數改善電路作為輸入DC電源Vdc。升壓斬波器電路6的配置和操作是公知的。當開關裝置Q2開啟時，來自AC電源Vs的電流流入濾波電路FL、全波整流器DB、感應器L2以及開關裝置Q2的構成路線，使得在輸入來自AC電源Vs的電流吋，能夠在感應器L2中累積能量。當開關裝置Q2關閉吋，感應器L2的感生電壓與全波整流器DB的輸出電壓交疊，由此通過ニ極管D2對平滑電容器C2進行充電。此時，來自AC電源Vs的電流流入濾波電路FL、全波整流器DB、感應器L2、ニ極管D2以及平滑電容器C2構成的路線，使得輸入來自AC電源Vs的電流。因此，改善了輸入功率因數。還有，利用被升壓為比全波整流器DB的輸出電壓的峰值高的DC電壓Vdc對平滑電容器C2進行充電。該種類的功率因素改善電路總體包括控制電路7，用于使輸出電壓恒定于預定目標值。從而，在此實施例中，當開關裝置Ql的開通脈沖寬度固定時，通過調節開關裝置Q2的開通脈沖寬度和DC電源電路單元I的輸入DC電源Vdc的電壓，能夠改變流入開關裝置Ql的電流的峰值。從調光控制電路21的端子“a”輸出的第一方波電壓信號PWMl通過包括電阻器R5和電容器C5的CR濾波電路被轉換為DC電壓。DC電壓通過電阻器R9與升壓斬波器電路6的輸出電壓探測電路(電阻器R13和電阻器R14構成的分壓器電路)的探測電壓交疊。如果電容器C5的DC電壓升高，則探測到升壓斬波器電路6的輸出電壓Vdc看似増大了。因此，控制電路7操作為減小輸出電壓Vdc。以此方式，即使開關裝置Ql的開通脈沖寬度恒定，當開關裝置Ql開啟時，流過感應器LI的逐漸增大的電流的增大斜率也改變。因此，當開關裝置Ql的開通時段結束時，流過開關裝置Ql的電流的峰值改變。將參照圖8A和8B描述此操作。圖8A示出了升壓斬波器電路6的輸出電壓Vdc高時，感應器LI的電流。雖然開關裝置Ql的開通時段固定，但是流過開關裝置Ql的逐漸増大的電流的増大斜率大，使得當開關裝置Ql的開通時段結束時，流過開關裝置Ql的電流的峰值IPl増大。圖SB示出了升壓斬波器電路6的輸出電壓Vdc低吋，感應器LI的電流。雖然開關裝置Ql的開通時段固定，但是流過開關裝置Ql的逐漸增大的電流的增大斜率小，使得在開關裝置Ql的開通時段結束時，流入開關裝置 Ql的電流的峰值IP2減小。在此實施例中，開關裝置Ql的開通時間寬度和開通/關斷周期固定為由高頻振蕩電路(HF-OSC) 23設定的恒定值。對于高頻振蕩電路23的振蕩操作，響應于從調光控制電路21的端子b輸出的第二方波電壓信號PWM2，切換高頻振蕩電路23的振蕩開始和振蕩停止。方波電壓信號PWM2具有成百至數kHz的低頻。高頻振蕩電路23輸出用于在高電平以數十kHz的高頻開啟/關閉開關裝置Ql的控制信號，但是操作為在低電平保持開關裝置Ql關閉。如上所述，在本實施例中，提供了用于使流過開關裝置Ql的電流的峰值改變的單元，但是沒有提供用于探測峰值的單元。因此，減小電流探測電阻器引起的功率損耗是有利的。然而，因為在此情況下沒有限制峰的功能，所以如果開關裝置Ql操作在連續模式，則在感應器LI中可以發生磁飽和。因此，高頻振蕩電路23的開通/關斷時段設定為使得流過感應器LI的電流變為斷續模式(即接近邊界模式的斷續模式)，其中，當通過第一調光信號(方波電壓信號PWM1)設定的升壓斬波器電路6的輸出電壓Vdc最大時，存在如圖8A中所示的微小的中止時段。在此情況下，當升壓斬波器電路6的輸出電壓Vdc比最大值低時，流過開關裝置Ql的電流的峰如圖8B中所示地降低，并且從而流過感應器LI的電流必然變為斷續模式。在此實施例中，使用以下特性。當固態光源3是如圖7中所示的η個發光二極管的串聯電路時，因為在開關裝置Ql的關斷時段期間，通過發光二極管的正向電壓VfXn+反激式ニ極管Dl的正向電壓獲得施加至反激式電流流過的感應器LI的電壓，所以流過感應器LI的電流以幾乎恒定的速度降低。此外，在開關裝置Ql的開通時段期間，通過升壓斬波器電路6的輸出電壓-發光ニ極管的正向電壓VfXn-開關裝置Ql的開通電壓獲得施加至感應器LI的電壓，并且從而，如果輸出電壓Vdc下降，則增大流過感應器LI的電流的速度降低。在此實施例中，輸入DC功率的電壓Vdc發生變化以使流過開關裝置Ql的電流的峰變化。因此,例如,如果如圖6中所示的兩個冷和暖色系統的LED點亮電路設置在ー個照明設備的內部，則需要兩個主電源系統。因此，本實施例適用于不具有顔色匹配功能的LED調光照明設備。(第六實施例)圖9是根據本發明的第六實施例的固態光源點亮裝置的電路圖。在此實施例中，反激式轉換器電路8用作輸入DC電源Vdc。還有，定時器電路TM用于根據電容器C5的DC電壓來改變開關裝置Ql的開通脈沖寬度，以使流過開關裝置Ql的電流的峰改變。首先，反激式轉換器電路8的配置和操作是公知的。開關裝置Q2和變壓器T2的原線圈的串聯電路連接至全波整流器DB的DC輸出端子，并且平滑電容器C2經由ニ極管D2連接至變壓器T2的次級線圈的相反端。ニ極管D2的極性方向確定為在開關裝置Q2開啟時防止電流流過。當開關裝置Q2開啟時，輸入電流經由全波整流器DB和變壓器的原線圈從AC電源Vs流動。此時，ニ極管D2不導通，并且從而變壓器T2用作感應器，由此在變壓器T2中累積能量。當開關裝置Q2關閉時，在變壓器T2中累積的能量經由ニ極管D2釋放至平滑電容器C2。在平滑電容器C2兩端施加的DC電壓Vdc與輸入側(AC電源側)隔離。同時，光I禹合器PCl可以用于向PFC電路9供應探測電壓，探測電壓是通過以電阻器R13和R14對平滑電容器C2的電壓進行分壓獲得的。控制反激式轉換器電路8的開關裝置Q2的PFC電路9通過以電阻器R16和R17對從全波整流器DB輸出的紋波電壓進行分壓來探測該紋波電壓，并且控制流過開關裝置Q2的變壓器T2的原線圈的峰值的包絡為基本與紋波電壓的波形成比例。因此，通過使用電阻 器R15執行電壓轉換，探測開關裝置Q2的源電流，并且當探測電壓達到幾乎與紋波電壓成比例的目標值時，控制開關裝置Q2為關閉。還有，利用電阻器R13和R14對充入平滑電容器C2的電壓進行分壓并探測該電壓，然后將該電壓經由光耦合器PCl供應至PFC電路9。如果在平滑電容器C2中充入的電壓Vdc低，則目標值設定為高，以延長開關裝置Q2的開通時間寬度。另ー方面，如果充入平滑電容器C2的電壓Vdc高，則目標值設定為低，以縮短開關裝置Q2的開通時間寬度。此外，在變壓器T2中設置用于探測反激式電流的輔助線圈，并且根據輔助線圈的電壓的存在來探測變壓器T2生成的反激式電流的損耗(零交叉)，由此控制開關裝置Q2為在反激式電流消失的時間點二次(secondly)開啟。雖然未示例用于獲得PFC電路9的控制電源電壓Vcc的配置，但是例如可以使用以下配置。在經由電流限制電阻器利用來自全波整流器DB的輸出端子的電壓對電源電容器進行充電且PFC電路9開始由被充電的電壓操作后，可以經由整流ニ極管從用于探測變壓器T2的反激式電流的線圈對電源電容器進行充電。接下來，由定時器電路TM設定開關裝置Ql的開通脈沖寬度。作為定時器電路TM，可以使用通常的定時器IC(所謂的555)，例如μ PD555或瑞薩電子(Renesas Electronics)(其是NEC電子)的其兼容產品。第I引腳是接地端子，并且第8引腳是電源端子。供應至電源端子的控制電源電壓Vcc2可以經由控制電源電路(未示出)從第二電容器C2供應。第2引腳是觸發端子。如果第2引腳的電壓低于第5引腳的半電壓，則反轉內部觸發器，第3引腳(輸出端子)變為高電平，并且第7引腳(放電端子)變為開路。第4引腳是重置端子。如果此端子變為低電平，則操作中止，并且第3引腳(輸出端子)固定至低電平。第5引腳是控制端子，典型地通過內建分壓器電阻器將對應于電源電壓Vcc2的三分之ニ的參考電壓施加至該第5引腳。然而，在此實施例中，DC電壓施加至第5引腳，DC電壓是通過以包括電阻器R5和電容器C5的濾波電路對從調光控制電路21的端子a輸出的低頻方波電壓信號進行整流而獲得的。第6引腳是閾值端子。如果次端子的電壓高于第5引腳的電壓，則反轉內部觸發器，第3引腳(輸出端子)變為低電平，并且第7引腳(放電端子)與第I引腳短路。調光控制電路21確定來自調光器的調光信號。為使開關裝置Ql處于猝發開通狀態，在猝發開通時段期間，將定時器電路TM的第4引腳設定在高電平。此時，定時器電路TM作為不穩多諧振蕩器操作，并且，如果第2引腳低于第5引腳的半電壓，則反轉內部觸發器，第3引腳具有高電平，并且第7引腳變為開路。因此，經由充電電阻器RC和ニ極管D5對電容器C6進行充電。如果充入電容器C6并且施加至第6引腳的電壓高于第5引腳的電壓，則反轉內部觸發器，第3引腳(輸出端子)變為低電平，并且第7引腳(放電端子)與第I引腳短路。因此，通過放電電阻器Rd對電容器C6進行放電，并且從而電壓下降。如果充入電容器C6 并且施加至第2引腳的電壓低于第5引腳的半電壓，則反轉內部觸發器，第3引腳變為高電平，并且第7引腳變為開路。因此，通過充電電阻器RC和ニ極管D5對電容器C6進行充電。重復上述操作。同樣，定時器電路作為通常不穩的多諧振蕩器操作。開關裝置Ql的開通時間寬度根據的充電電阻器RC、電容器C6以及第5引腳的電壓的時間常數可改變。還有，開關裝置Ql的關斷時間寬度根據的充電電阻器RC、電容器C6以及第5引腳的電壓的時間常數可改變。從而，在由調光控制電路21設定的猝發開通時段期間，開關裝置Ql基于由調光控制電路21設定的第5引腳的電壓而操作達開通和關斷時間寬度。如果第5引腳的電壓下降，則振蕩電容器C6的電壓的改變寬度變窄，并且從而開通和關斷時間寬度也均減小。然而，在經由電阻器RC充電的充電電流増大吋，經由電阻器Rd放電的放電電流減小，使得開通時間寬度的縮減變得比關斷時間寬度的縮減高。這對驅動具有基本上恒定的負載電壓的發光二極管是有利的。如果開通時間寬度與關斷時間寬度的比率設定成使得在第5引腳具有最大電壓時，流過感應器LI的電流進入接近如圖IOA中所示的邊界模式的斷續模式，則即使第5引腳的電壓可改變，其也總能夠操作在斷續模式。具體地，電阻器RC和Rd以及電容器C6可以設計成使得開通時間寬度與臨界條件的開通時間寬度相比稍微減小，臨界條件為開通時間寬度X (電源電壓-負載電壓)N關斷時間寬度X負載電壓。在該設計中，如果第5引腳的電壓下降，則開關裝置Ql的開通和關斷時間寬度均減小，但是開通時間寬度的縮減變得比關斷時間寬度的縮減高。因此，電流流過感應器LI的中止時段増大。從而，如果通過調光控制電路21使定時器電路TM的第5引腳的電壓下降，則流過感應器LI的電流的峰減小并且電流的中止時段如圖IOB中所示地延長，使得能夠減小在猝發開通時段期間流動的平均電流。如上所述，通過調光控制電路21，定時器電路TM的第4引腳以成百Hz至數kHz的低頻在高與低之間交變，并且猝發開通時段可改變，使得能夠通過以長時間流動高平均電流并以短時間流動低平均電流，在寬范圍上實現穩定的調光。還有，并聯連接至固態光源3的平滑電容器Cl不是必須的，但是在連接電容器Cl時，對減少照明設備的閃爍光具有效果。本實施例的點亮裝置可以用于諸如LCD監視器的背光、或投影儀的光源的各種光源中，而不限于照明設備。如果點亮裝置用作用于該種類的圖像顯示設備的光源點亮裝置，則可以去除并聯連接至固態光源3的平滑電容器Cl，并且圖像更新時段和猝發開通時段可以彼此同步。在前述實施例中，發光二極管描述為固態光源3，但是本發明不限于此。替代地，有機發光二極管、半導體激光裝置等可以用作固態光源。 雖然已經參照實施例示出并描述了本發明，但是本領域技術人員將理解，可以不脫離如以下權利要求限定的本發明的范圍實現各種變化和修改。
權利要求
1.ー種用于固態光源的點亮裝置，包括 DC電源電路單元，用于通過使用開關裝置來執行輸入DC電源的功率變換，并容許這樣生成的電流流過所述固態光源；以及 電流控制単元，配置為控制所述開關裝置來調整流過所述固態光源的所述電流， 其中，所述電流控制單元包括第一開關控制単元，用于改變所述開關裝置的開通時間寬度；以及第ニ開關控制単元，用于執行所述開關裝置的啟用和禁用，并且 其中，所述第二開關控制単元的啟用時段比所述第一開關控制単元的ー個周期長，井且通過所述第一開關控制単元和所述第二開關控制單元來實現調光控制。
2.如權利要求I所述的點亮裝置，其中，當所述固態光源的亮度等于或大于預定水平時，所述亮度主要由所述第一開關控制單元控制，并且當所述亮度小于所述預定水平時，所述亮度主要由所述第二開關控制單元控制。
3.如權利要求I或2所述的點亮裝置，其中，在所述DC電源電路單元中，感應器串聯連接至所述開關裝置，使得通過使用所述感應器的充電電流和放電電流，電流流過所述固態光源，并且所述第一開關控制單元控制所述開關裝置，使得所述感應器的所述電流執行零交叉操作。
4.如權利要求I或2所述的點亮裝置，其中，所述DC電源電路單元包括并聯連接至所述固態光源的電容性阻抗，并且流過所述固態光源的所述電流具有連續波形。
5.如權利要求I或2所述的點亮裝置，還包括配置為基于外部調光信號輸出調光控制信號的調光控制単元， 其中，所述電流控制單元的每ー個開關控制単元的輸出電平根據所述調光控制信號的信號電平改變，并且所述調光控制單元輸出ー個信號。
6.如權利要求I或2所述的點亮裝置，還包括配置為依照外部調光信號來輸出調光控制信號的調光控制単元， 其中，所述調光控制單元針對所述電流控制單元的相應的開關控制單元輸出兩個獨立的調光控制信號。
7.如權利要求I或2所述的點亮裝置，其中，啟用時段由所述第二開關控制単元基本一致地維持在所述第一開關控制単元的操作時段的所述開通時間寬度的大致最低限度值。
8.如權利要求I或2所述的點亮裝置，其中，所述固態光源是LED。
9.ー種照明設備，包括如權利要求I或2所述的點亮裝置。
10.ー種照明系統，包括如權利要求I或2所述的點亮裝置。
全文摘要
一種用于固態光源的點亮裝置及包括該裝置的照明設備和系統。一種用于固態光源的點亮裝置，包括DC電源電路單元，用于通過使用開關裝置來執行輸入DC電源的功率變換，并容許這樣生成的電流流過所述固態光源；以及電流控制單元，配置為控制所述開關裝置來調整流過所述固態光源的所述電流。所述電流控制單元包括第一開關控制單元，用于改變所述開關裝置的開通時間寬度；以及第二開關控制單元，用于執行所述開關裝置的啟用和禁用。所述第二開關控制單元的啟用時段比所述第一開關控制單元的一個周期長，并且通過所述第一開關控制單元和所述第二開關控制單元來實現調光控制。
文檔編號H05B37/02GK102695329SQ201210060298
公開日2012年9月26日 申請日期2012年3月8日 優先權日2011年3月23日
發明者水川宏光, 浮田伸夫, 渡邊浩士, 西本和弘 申請人:松下電器產業株式會社