JP2014509456A

JP2014509456A - Ｌｅｄ駆動装置及びその制御方法

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Publication number: JP2014509456A
Application number: JP2014501403A
Authority: JP
Inventors: 張虹; 辜小賦; 呉孝明; 陳来剣
Original assignee: 蘇州浩森電子科技有限公司
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2014-04-17
Also published as: CN102612223A; WO2013127031A1; US20150022100A1; KR20140092223A; EP2822362A1; TW201338618A

Abstract

本発明はＬＥＤ駆動装置及びその制御方法について開示した。上記駆動装置は、電力変換手段、マイクロプロセッサ制御装置及びＬＥＤ回路を含むものであって、前記電力変換手段はパルス変圧器とオンーオフ制御回路とを含み、前記パルス変圧器の入力側の一次巻線はオンーオフ制御回路を介して整流フィルター回路と接続し、出力側の二次巻線及び補助巻線は定電圧制御回路を介してマイクロプロセッサ制御装置の電源端と接続し、前記マイクロプロセッサ制御装置の出力端はＬＥＤ回路と接続する。本発明が提供するＬＥＤ駆動装置及びその制御方法は、オンーオフ制御回路により機械式照明器具スイッチのオンーオフ信号を採集し、マイクロプロセッサ制御装置によりＬＥＤ回路を駆動して、調光を行い、これにより放熱効果を改善し、消費電力を低減して光度の向上を実現する。（これにより放熱効果を改善し、消費電力を低減して光度の向上を実現する。）
【選択図】図１

Description

本発明は駆動回路及び制御方法に係り、特にＬＥＤ駆動装置及びその制御方法に係る。

ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）、発光ダイオードは、固体状態の半導体デバイスであり、電気を光に直接変換できる。ＬＥＤの心臓部は半導体チップであって、チップの一端は支柱上に付着し、一端は負極であり、もう一端は電源の正極と接続し、チップ全体はエポキシ樹脂によってカプセル化されている。半導体チップは二つの部分から構成し、一つはＰ型半導体で、中には正孔が主であり、もう一端はＮ型半導体で、中には電子が主である。この２種類の半導体が接続される際、間に１つのＰ−Ｎ接合が形成される。電流が導線を通り、このチップに作用する際、電子はＰエリアに推し進められて、Ｐエリアにおいて電子は正孔と結合し、それからフォトンの形でエネルギーを放出する。これがＬＥＤの発光原理である。光の波長、即ち光の色は、Ｐ−Ｎ接合を形成する材料によって決まる。

現在の市場におけるＬＥＤ駆動装置の大半は、光度が不足している、パワーが高すぎる、放熱効果が悪い、光の減衰が早い、コストが高いなどの問題が存在する。そのため、ＬＥＤ駆動装置及びその制御方法を改善し、エネルギー消費を低減して、光度を向上させる必要がある。

本発明が解決しようとする技術問題は、ＬＥＤ駆動装置及びその制御方法を提供し、放熱効果を改善して、消費電力を低減し、さらに光度を向上することである。

本発明が上述技術課題を解決するために採用する技術構成は以下である。電力変換手段（ｐｏｗｅｒｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｕｎｉｔ）、マイクロプロセッサ制御装置（ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）及びＬＥＤ回路を含むＬＥＤ駆動装置であって、ここにおいて、前記電力変換手段はパルス変圧器（ｐｕｌｓｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）とオンーオフ制御回路（ｏｆｆ−ｏｎｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔ）とを含み、前記パルス変圧器の入力側の一次巻線（ｐｒｉｍａｒｙｗｉｎｄｉｎｇ）はオンーオフ制御回路を介して整流フィルター回路（ｒｅｃｔｉｆｉｅｒｆｉｌｔｅｒｃｉｒｃｕｉｔ）と接続し、出力側の二次巻線及び補助巻線は定電圧制御回路を介してマイクロプロセッサ制御装置の電源端と接続し、前記マイクロプロセッサ制御装置の出力端はＬＥＤ回路と接続する。

上記のＬＥＤ駆動装置において、前記整流フィルター回路は先行コンデンサー（ｐｒｅｃｅｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｏｒ）（ＣＸ１）、整流ブリッジ（ｒｅｃｔｉｆｉｅｒｂｒｉｄｇｅ）（ＢＤ１）及び一次（ｐｒｉｍａｒｙ）π型フィルター回路（ｆｉｌｔｅｒｃｉｒｃｕｉｔ）を含み、前記一次π型フィルター回路はコンデンサー（Ｃ１）、コンデンサー（Ｃ２）及びインダクタンス（Ｌ１）から構成される。

上記のＬＥＤ駆動装置において、前記オンーオフ制御回路はオンーオフ周波数主制御チップを含み、前記オンーオフ周波数主制御チップのドレイン電極端（Ｄ）はサージ吸収回路と接続し、前記サージ吸収回路はコンデンサー（Ｃ３）、抵抗（Ｒ４）及びダイオード（Ｄ４）から構成され、前記サージ吸収回路の両端はパルス変圧器の一次巻線の両端と接続する。

上記のＬＥＤ駆動装置において、前記定電圧制御回路は電圧安定化出力回路と補助電圧制御回路とを含み、前記電圧安定化出力回路の正極端（Ｖｏ＋）はインダクタンス（Ｌ３）、整流管（Ｄ６）を介してパルス変圧器の二次巻線の一端と接続し、負極端（Ｖｏ−）はパルス変圧器の二次巻線のもう一端と接続し、前記整流管（Ｄ６）の両端は、抵抗（Ｒ６）とコンデンサー（Ｃ８）から構成されるフィルター回路と並列接続し、インダクタンス（Ｌ３）の両端は出力フィルターコンデンサー（Ｃ６）、（Ｃ７）を介して二次巻線のもう一端と接続し、整流管（Ｄ６）の出力端は定電圧スタビリボルト（ＶＲ２）、抵抗（Ｒ７）を介してフォトカプラ（Ｕ２）の出力端と接続し、前記フォトカプラ（Ｕ２）の入力端はオンーオフ周波数主制御チップの出力端（ＦＢ）と接続し、前記補助電圧制御回路はダイオード（Ｄ５）、コンデンサー（Ｃ４）と及び（Ｒ５）から構成され、前記ダイオード（Ｄ５）、コンデンサー（Ｃ４）はパルス変圧器の補助巻線の両端と接続して閉回路を形成し、前記コンデンサー（Ｃ４）の一端は抵抗（Ｒ５）を介してオンーオフ周波数主制御チップのバイパス端（ＢＰ）と接続し、もう一端は接地し、前記オンーオフ周波数主制御チップのバイパス端（ＢＰ）はコンデンサー（Ｃ５）を介して接地する。

上記のＬＥＤ駆動装置において、前記マイクロプロセッサ制御装置の電源端（Ｖｃｃ）は、三端子電圧レギュレータ（３−Ｔｅｒｍｉｎａｌｒｅｇｕｌａｔｏｒ）を介して電圧安定化出力回路の正極端（Ｖｏ＋）と接続し、イネーブル端子（Ｋ）はインパルスレベル判定回路（ｉｍｐｕｌｓｅｌｅｖｅｌｊｕｄｇｅｍｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔ）により電圧安定化出力回路と接続し、前記インパルスレベル判定回路はダイオード（Ｄ１）、抵抗（Ｒ１）と（Ｒ２）から構成され、前記ダイオード（Ｄ１）は抵抗（Ｒ２）と並列接続した後にさらに抵抗（Ｒ１）と直列接続する。

上記のＬＥＤ駆動装置において、前記マイクロプロセッサ制御装置の出力端は複数ユニットの、双三極管からなる定電流制御回路を介してＬＥＤ回路と接続し、各ユニットの定電流制御回路は、一つのＬＥＤ回路を駆動する。

上記のＬＥＤ駆動装置において、前記ＬＥＤ回路は（ＣＬ１）、（ＣＬ２）、（ＣＬ３）という三つの回路のＬＥＤランプ群（ｓｔｒｉｎｇ）を含み、それぞれの回路のＬＥＤランプ群は複数のＬＥＤが直列及び／または並列接続することにより構成される。

本発明は上述技術課題を解決するために、さらに上述ＬＥＤ駆動装置の制御方法を提供する。該制御方法は、ａ）電力変換手段が機械式スイッチ制御照明器具のオンーオフ信号を採集するステップ、ｂ）マイクロプロセッサ制御装置が電力変換手段からのオンーオフ信号を受信し、制御信号を出力し、ＬＥＤ回路のオンまたはオフを制御するステップを含む。

上記のＬＥＤ駆動装置の制御方法において、前記オンーオフ信号の一回のオンーオフの時間間隔は０．１〜６秒であり、前記マイクロプロセッサ制御装置はインパルスレベル判定回路により、電力変換手段からのオンーオフ信号を受信し、前記インパルスレベル判定回路はダイオード（Ｄ１）、抵抗（Ｒ１）と（Ｒ２）から構成され、前記ダイオード（Ｄ１）は抵抗（Ｒ２）と並列接続した後さらに抵抗（Ｒ１）と直列接続する。

本発明は従来技術と比較して以下の有益な効果がある。本発明の提供するＬＥＤ駆動装置及びその制御方法は、オンーオフ制御回路により機械式スイッチ制御照明器具のオンーオフ信号を採集し、マイクロプロセッサ制御装置によりＬＥＤ回路を駆動して、調光を行い、これにより放熱効果を改善し、消費電力を低減して光度の向上を実現する。

図１は本発明のＬＥＤ駆動装置回路ブロック模式図である。図２は本発明のＬＥＤ駆動装置における電力変換手段回路模式図である。図３は本発明のＬＥＤ駆動装置におけるマイクロプロセッサ制御装置回路模式図である。図４は本発明のＬＥＤ駆動装置におけるＬＥＤ回路の模式図である。

以下において、図面と実施例を参照しながら本発明に対しさらに記載する。

図１は本発明のＬＥＤ駆動装置回路ブロック模式図であり、図２は本発明のＬＥＤ駆動装置における電力変換手段回路模式図である。

図１と図２を参照すれば、本発明が提供するＬＥＤ駆動装置は、電力変換手段、マイクロプロセッサ制御装置５及びＬＥＤ回路６を含み、ここにおいて、マイクロプロセッサ制御装置５の電源端は電力変換手段と接続し、出力端はＬＥＤ回路６と接続する。前記電力変換手段はパルス変圧器３とオンーオフ制御回路２とを含み、パルス変圧器３の入力側の一次巻線はオンーオフ制御回路２を介して、整流フィルター回路１と接続し、出力側の二次巻線及び補助巻線は定電圧制御回路４を介してＬＥＤ回路６と接続する。電力変換手段は２２０Ｖの交流（市）電を入力し、変圧器により変換して、４〜２０Ｖの直流電圧を出力し、ＬＥＤ回路６とマイクロプロセッサ制御装置５の稼動に必要な電圧及び電流に変換する。高周波数オンーオフ制御回路２はマイクロプロセッサ制御装置５と接続して照明器具全体のオンーオフ制御（一回のオンーオフ時間は５秒以内）を実現して、ＬＥＤの発光光度を改善し、マイクロプロセッサ制御装置５は一段階調光またはＮ段階調光（照明器具全体の発光光度の段階別を示す数字）に設定することができる。

オンーオフ制御回路２におけるオンーオフ周波数主制御チップは、ＰＩ社のＴＮＹ２７８ＰＮ、ＴＮＹ２７９ＰＮなどのＴＮＹシリーズのチップを採用することができる。該チップは、ソース電極端Ｓ、イネーブル（ｅｎａｂｌｅ）端ＥＮ、バイパス端ＢＰ及びドレイン電極端Ｄを含む。図２に示すように、オンーオフ周波数主制御チップのドレイン電端Ｄはサージ吸収回路と接続し、前記サージ吸収回路はコンデンサーＣ３、抵抗Ｒ４及びダイオードＤ４から構成され、サージ吸収回路の両端はパルス変圧器の一次巻線の両端と接続する。

図３は本発明のＬＥＤ駆動装置におけるマイクロプロセッサ制御装置回路模式図である。

図３を参照すれば、マイクロプロセッサ制御装置５の採用したメインチップの型番はＬＢ３０８ＮＪで、メインチップのイネーブル端Ｋ（２本足）はインパルスレベル判定回路と接続し、前記インパルスレベル判定回路はダイオードＤ１、抵抗Ｒ１とＲ２から構成され、前記ダイオードＤ１と抵抗Ｒ２は並列接続した後にさらに抵抗Ｒ１と直列接続する。メインチップの電源端ＶｃｃはＵ２を介して電圧安定化出力回路の正極端Ｖｏ＋と接続し、Ｕ２は５Ｖの三端子電圧レギュレータで、駆動電源の発生した電圧を制御ＩＣの正常稼動に必要な電圧５Ｖに変換し、さらにＩＣの電圧入力端ＶＣＣに１０００ｕＦの電気分解コンデンサーＣ３を接続してチップに持続的（行）な電力を供給する、ＡＣ１、ＡＣ２は電源制御装置の交流入力端（２２０ＶＡＣオンーオフ信号）である。スイッチがオフとなった後、ＡＣ１、ＡＣ２に交流入力がなくなり、通常の場合、回路全体に電流は流れない。図３にあるＲ１、Ｒ２、Ｄ１から構成される回路は低レベル（ｌｅｖｅｌ）を生成してチップに記録し、電気分解コンデンサーＣ３はチップに数秒間持続的に電力を供給できる。伝統式機械スイッチの一回の動作により、駆動電源がオン−オフ−オンとなると、メインチップのＫ足はインパルスレベル判定回路が捕捉したレベル変化信号を受信し、一回記録し、そして出力の三本足ＣＬ１／ＣＬ２／ＣＬ３に対しオンかオフかの制御をする。３ユニット（組）の双三極管から構成される定電流回路は図４のようにそれぞれ三つの回路のＬＥＤ出力を制御する。これによって、伝統式機械スイッチの作動回数が異なる場合、一回路或いは複数回路のＬＥＤが発光する効果が発生し、最後にＬＥＤランプは伝統機械式スイッチにより、異なる光度を実現できるとの照明効果を達成する。

上述のように、本発明が提供するＬＥＤ駆動装置と制御方法は、固有の機械式照明器具スイッチの使用により、新型のＬＥＤランプの光度処理ことができる、スイッチのオンーオフによって一回の光度を制御する。人々は固定の場所において、異なる時間帯の照明に対するニーズは異なる。例えば仕事時には比較的明るい光線、娯楽時に適切な光線、休息時に比較的に弱い照明が必要となる。同じような一つのＬＥＤ省エネルギーランプは、異なる需要に応じて異なる光束を示し、同時にパワーも異なる（強い光は比較的高い電力消費、弱い光は比較的低電力消費に対応する）、これにより電気エネルギーの余分な消耗を回避し、省エネ及び環境保護に役立つ。

本発明は好ましい実施例を前記のように開示したが、これらは本発明を限定するものではない。如何なる当業者も、本発明の主旨と範囲を脱離しない範囲内において、いくらかの修正または改善をすることができる。よって本発明の保護範囲は権利の範囲に限定されたものを基準とする。

１整流フィルター回路
２オンーオフ制御回路
３パルス変圧器
４定電圧制御回路
５マイクロプロセッサ制御装置
６ＬＥＤ回路
４１電圧安定化出力回路
４２補助電圧制御回路

Claims

電力変換手段、マイクロプロセッサ制御装置及びＬＥＤ回路を含むＬＥＤ駆動装置であって、
前記電力変換手段はパルス変圧器とオンーオフ制御回路とを含み、
前記パルス変圧器の入力側の一次巻線はオンーオフ制御回路を介して整流フィルター回路と接続し、出力側の二次巻線及び補助巻線は定電圧制御回路を介してマイクロプロセッサ制御装置の電源端と接続し、
前記マイクロプロセッサ制御装置の出力端はＬＥＤ回路と接続することを特徴とする、ＬＥＤ駆動装置。
前記整流フィルター回路は先行コンデンサー（ＣＸ１）、整流ブリッジ（ＢＤ１）及び一次π型フィルター回路を含み、前記一次π型フィルター回路はコンデンサー（Ｃ１）、コンデンサー（Ｃ２）とインダクタンス（Ｌ１）から構成されることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ駆動装置。
前記オンーオフ制御回路はオンーオフ周波数主制御チップを含み、
前記オンーオフ周波数主制御チップのドレイン電極端（Ｄ）はサージ吸収回路と接続し、
前記サージ吸収回路はコンデンサー（Ｃ３）、抵抗（Ｒ４）及びダイオード（Ｄ４）から構成され、
前記サージ吸収回路の両端はパルス変圧器の一次巻線の両端と接続することを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ駆動装置。
前記定電圧制御回路は電圧安定化出力回路と補助電圧制御回路とを含み、
前記電圧安定化出力回路の正極端（Ｖｏ＋）はインダクタンス（Ｌ３）、整流管（Ｄ６）を介してパルス変圧器の二次巻線の一端と接続し、負極端（Ｖｏ−）はパルス変圧器の二次巻線のもう一端と接続し、
前記整流管（Ｄ６）の両側は、抵抗（Ｒ６）とコンデンサー（Ｃ８）から構成されるフィルター回路と並列接続し、インダクタンス（Ｌ３）の両端は出力フィルターコンデンサー（Ｃ６）、（Ｃ７）を介して二次巻線のもう一端と接続し、整流管（Ｄ６）の出力端は定電圧ススタビリボルト（ＶＲ２）、抵抗（Ｒ７）を介してフォトカプラ（Ｕ２）の出力端と接続し、
前記フォトカプラ（Ｕ２）の入力端はオンーオフ周波数主制御チップの出力端（ＦＢ）と接続し、
前記補助電圧制御回路はダイオード（Ｄ５）、コンデンサー（Ｃ４）及び（Ｒ５）から構成され、前記ダイオード（Ｄ５）、コンデンサー（Ｃ４）はパルス変圧器の補助巻線の両端と接続して閉回路を形成し、
前記コンデンサー（Ｃ４）の一端は抵抗Ｒ５を介してオンーオフ周波数主制御チップのバイパス端（ＢＰ）と接続し、もう一端は接地し、
前記オンーオフ周波数主制御チップのバイパス端（ＢＰ）はコンデンサー（Ｃ５）を介して接地することを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ駆動装置。
前記マイクロプロセッサ制御装置の電源端（Ｖｃｃ）は、三端子電圧レギュレータを介して電圧安定化出力回路の正極端（Ｖｏ＋）と接続し、
イネーブル端子（Ｋ）はインパルスレベル判定回路により電圧安定化出力回路と接続し、
前記インパルスレベル判定回路はダイオード（Ｄ１）、抵抗（Ｒ１）と（Ｒ２）から構成され、前記ダイオード（Ｄ１）は抵抗（Ｒ２）と並列接続した後にさらに抵抗（Ｒ１）と直列接続することを特徴とする、請求項４に記載のＬＥＤ駆動装置。
前記マイクロプロセッサ制御装置の出力端は複数ユニットの、双三極管からなる定電流制御回路を介してＬＥＤ回路と接続し、
各ユニットの定電流制御回路は、一つのＬＥＤ回路を駆動することを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ駆動装置。
前記ＬＥＤ回路は（ＣＬ１）、（ＣＬ２）、（ＣＬ３）という三つの回路のＬＥＤランプ群を含み、それぞれの回路のＬＥＤランプ群は複数のＬＥＤが直列及び／または並列接続することにより構成されることを特徴とする、請求項６に記載のＬＥＤ駆動装置。
ａ）電力変換手段が機械式スイッチ制御照明器具のオンーオフ信号を採集するステップ、
ｂ）マイクロプロセッサ制御装置が電力変換手段からのオンーオフ信号を受信し、制御信号を出力し、ＬＥＤ回路のオンまたはオフを制御するステップ
を含むことを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ駆動装置の制御方法。
前記オンーオフ信号の一回のオンーオフの時間間隔は０．１〜６秒であり、
前記マイクロプロセッサ制御装置はインパルスレベル判定回路により、電力変換手段からのオンーオフ信号を受信し、
前記インパルスレベル判定回路はダイオード（Ｄ１）、抵抗（Ｒ１）と（Ｒ２）から構成され、前記ダイオード（Ｄ１）は抵抗（Ｒ２）と並列接続した後さらに抵抗（Ｒ１）と直列接続することを特徴とする、請求項８に記載のＬＥＤ駆動装置の制御方法。