LED驱动装置、LED点亮装置以及误差放大电路

摘要

本发明提供LED驱动装置、LED点亮装置以及误差放大电路，能够缩短LED的点亮开始时间。该LED驱动装置具有：LED电流检测部Rd，与各LED负载串联连接，检测LED负载中流过的电流；误差放大电路，放大LED电流检测部的输出电压与基准电压的误差电压；控制电路，根据误差放大电路的输出电压对开关元件进行接通断开控制，将直流输出电力控制为规定值，误差放大电路具有：误差放大器OP；相位补偿电路，连接在误差放大器的反转输入端子与输出端子之间，具有由相位补偿电容器Cf和相位补偿电阻Rf构成的串联电路；增益调整用电阻Rs，一端与串联电路串联连接，另一端与LED电流检测部连接；短接电路Q3、Q2、R10～R13，在起动后的规定时间内使误差放大器的反转输入端子接地。

说明书

技术领域

本发明涉及LED驱动装置、LED点亮装置以及误差放大电路。

背景技术

期望照明设备在接通电源后立即点亮，在使用了LED元件的LED点亮装置中也期望立即点亮。另外，期望从LED点亮装置的起动到LED元件的点亮开始的所需时间最迟也在1秒以内。因此，在内置转换器的LED点亮装置中，也要求从控制IC的起动开始到LED电流控制的时间大约在1秒以内。

图12是示出现有的这种LED驱动装置的一例的电路结构的图(专利文献1)。图12所示的现有的LED驱动装置具有交流电源AC、EMI滤波器1、电容器Cin、整流电路DB、变压器TR、MOSFET(开关元件)Qin、控制电路部10、由二极管D1和电容器C1构成的整流平滑电路、电容器C3、包含误差放大器OP的误差放大电路。LED驱动装置和LED负载3装置(LED1、···LEDn)构成LED点亮装置。MOSFETQ1和控制电路部10构成控制IC5。

整流电路DB是公知的二极管桥电路，与交流电源AC连接，将交流输入电力整流为单方向的脉动电流，并将其输出到变压器TR。变压器TR具有一次绕组W1、二次绕组W2、三次绕组W3。一次绕组W1的一端与整流电路DB连接，一次绕组W1的另一端与MOSFET Q1的漏极端子连接。在二次绕组W2的两端之间连接有由二极管D1和电容器C1构成的整流平滑电路。在三次绕组W3的两端之间连接有由二极管D2和电容器C3构成且在起动后对控制电路部10供给电源的辅助电源。

MOSFET Q1的源极端子经由电阻Rocp接地，栅极端子与控制电路部10连接。

在电容器C1的两端连接有由串联连接的n个LED元件(LED1、···LEDn)构成的LED负载装置3与电流检测电阻Rd的串联电路。误差放大器OP的反转输入端子经由增益调整用电阻Rs而与电流检测电阻Rd和LED元件LEDn连接。在误差放大器OP的反转输入端子与输出点端子之间连接有相位补偿电容器Cf与相位补偿电阻Rf的串联电路。相位补偿电容器Cf和相位补偿电阻Rf构成相位补偿电路。

在电容器C1的两端连接有电阻R1与齐纳二极管ZD1的串联电路。在齐纳二极管ZD1的两端之间连接有电阻R3、电阻R4、可变电阻Rv的串联电路。电阻R3与电阻R4之间的连接点经由电阻R5与误差放大器OP的非反转输入端子连接。在误差放大器OP的非反转输入端子与地线之间连接有电容器C2。

误差放大器OP的输出端子经由电阻R6与电阻R2的串联电路而连接到电阻R1与齐纳二极管ZD1之间的连接点处。在光电耦合器PC的光电二极管上并联连接有电阻R2。

在控制IC5的FB端子上连接有电阻R7的一端、电阻R8的一端、电容器C6的一端。电阻R7的另一端经由电容器C5接地，电容器C6的另一端接地。电阻R8的另一端与光电耦合器PC的光电晶体管的集电极连接，光电晶体管的发射极接地。

根据这样构成的LED点亮装置，控制电路部10使MOSFET(开关元件)Q1接通断开而将来自整流电路DB的整流电压转换为高频电压，在变压器TR的二次绕组W2上产生高频电压。通过二极管D1和电容器C1对该高频电压进行整流平滑而对LED组负载装置3施加直流电压。

因此，在LED组负载装置3中流过电流，LED元件LED1～LEDn点亮。此时，误差放大器OP对反转输入端子的电压与非反转输入端子的电压的误差电压进行放大。根据该误差电压的大小，在光电耦合器PC的光电二极管中流过电流，根据流过的电流，光电二极管的发光量变化。因此，根据光电二极管的发光量，在与FB端子连接的光电耦合器PC的光电晶体管中流过电流。即，与通过电流检测电阻Rd检测到的电流对应的电压被反馈到控制电路部10，控制电路部10控制MOSFET Q1的接通断开的占空比，以使得与通过电流检测电阻Rd检测到的电流对应的电压成为规定的电压。另外，通过改变可变电阻Rv，能够进行调光。

另外，在图12所示的LED点亮装置中，即使交流电源AC断开，由于电容器C1的电荷量较大，因此怎么也无法使电容器C1的电荷完全放电，误差放大器OP的电源不会立即下降。因此，为了解决该问题，使用图13所示的LED点亮装置。

在图13所示的LED点亮装置中，相对于图12所示的LED点亮装置的结构，还设置有二极管D3和电容器C7，使电阻R1的一端从二极管D1与电容器C1之间的连接点分开，使电阻R1的一端与二极管D3的阴极和电容器C7的一端连接，使二极管D3的阳极与二极管D1的阳极和二次绕组W2的一端连接，使电容器C7的另一端接地。当接通交流电源AC时，利用二极管D3和电容器C7对在二次绕组W2中产生的电压进行整流平滑，对误差放大器OP施加直流电压。另外，当交流电源AC断开时，由于电容器C7的电荷量小，因此电容器C7的电荷立即放电，从而误差放大器OP的电源立即降低。因此，由于始终进行断电复位，因此在再次接通交流电源AC时，误差放大器OP的动作不会不稳定。

专利文献1：日本特开2010-282757号公报

如上所述，在LED点亮装置中，也要求从控制IC的起动开始到LED电流控制的时间大约在1秒以内。

但是，在专利文献1的带功率因数改善功能的单转换器PFC型LED点亮装置中，由于设置有使用于将变压器TR的二次侧输出反馈到控制电路部10的反馈电路的响应速度变慢的相位补偿电路，因此电源起动特性差。另外，在设有连续改变亮度的调光功能的情况下，特别是在调光最小时，点亮开始时间进一步延迟。

发明内容

本发明的课题在于，提供能够缩短LED的点亮开始时间的LED驱动装置、LED点亮装置以及误差放大电路。

在本发明中，为了解决上述课题，提供LED驱动装置，其将交流输入电力转换为期望的直流输出电力并供给到LED负载，该LED驱动装置的特征在于，具有：开关元件，其进行接通断开控制；LED电流检测部，其与所述LED负载串联连接，对在所述LED负载中流过的电流进行检测；误差放大电路，其对所述LED电流检测部的输出电压与基准电压之间的误差电压进行放大；以及控制电路，其根据所述误差放大电路的输出电压对所述开关元件进行接通断开控制，从而将所述直流输出电力控制为规定值，所述误差放大电路具有：误差放大器；相位补偿电路，其连接在所述误差放大器的反转输入端子与输出端子之间，具有由相位补偿电容器和相位补偿电阻构成的串联电路；增益调整用电阻，其一端与所述串联电路串联连接，另一端与所述LED电流检测部连接；以及短接电路，其在起动后的规定时间内使所述误差放大器的所述反转输入端子接地。

另外，本发明的误差放大电路的特征在于，具有：误差放大器；相位补偿电路，其连接在所述误差放大器的反转输入端子与输出端子之间，具有由相位补偿电容器和相位补偿电阻构成的串联电路；增益调整用电阻，其与所述串联电路串联连接；以及短接电路，其在起动后的规定时间内使所述误差放大器的所述反转输入端子接地。

根据本发明，由于短接电路在起动后的规定时间内使误差放大器的反转输入端子接地，因此能够提供能够缩短LED的点亮开始时间的LED驱动装置、LED点亮装置以及误差放大电路。

附图说明

图1是示出本发明的第1实施方式的LED驱动装置的结构的电路图。

图2是本发明的第1实施方式的LED驱动装置内的控制电路部的电路图。

图3是示出现有的LED驱动装置中调光为5％时的各部分的动作波形的图。

图4是示出现有的LED驱动装置在起动时经由相位补偿电路而在误差放大器的反转输入端子上产生电压的状况的图。

图5是示出利用外部电源使图4所示的误差放大器单独工作且使基准电压从300mV变化为15mV时的各部分的动作波形的图。

图6是示出利用外部电源使从图5中删除了相位补偿电路的误差放大器单独工作且使基准电压从300mV变化为15mV时的各部分的动作波形的图。

图7是示出不具有使误差放大器的反转输入端子短接的MOSFET Q3的现有的LED驱动装置的点亮开始时间的图。

图8是示出具有使误差放大器的反转输入端子短接的MOSFET Q3的第1实施方式的LED驱动装置的点亮开始时间的图。

图9是示出具有使误差放大器的反转输入端子短接的MOSFET Q3和增大分压比而对栅极施加电压的MOSFET Q2的第1实施方式的LED驱动装置的点亮开始时间的图。

图10是示出在接通MOSFET Q3之后接通MOSFET Q2时的MOSFET Q3的接通时间的图。

图11是示出本发明的第2实施方式的LED驱动装置的结构的电路图。

图12是示出现有的LED驱动装置的一例的电路结构的图。

图13是示出现有的LED驱动装置的另一例的电路结构的图。

标号说明

1：EMI滤波器；3：LED组负载装置；OP：误差放大器；Q1、Q2、Q3：MOSFET；Rd：电流检测电阻；Rf：相位补偿电阻；Cf：相位补偿电容器；ZD1、ZD2：齐纳二极管；D1～D3：二极管；R1～R13：电阻；Rv：可变电阻；C1～C9：电容器；AC：交流电源；DB：整流电路。

具体实施方式

接着，参照附图对本发明的实施方式的LED驱动装置、LED点亮装置以及误差放大电路进行说明。

实施方式的LED驱动装置和LED点亮装置的特征在于，仅在电源起动时在外部控制用于将变压器的二次侧输出反馈到一次侧控制电路的反馈电路的响应，从而缩短LED的点亮开始时间。

(第1实施方式)

图1是示出本发明的第1实施方式的LED驱动装置的结构的电路图。图1所示的LED驱动装置的特征在于，相对于图13所示的LED驱动装置，还设置有N型MOSFET Q3、N型MOSFET Q2、电阻R10～电阻R13。MOSFET Q3、MOSFET Q2、电阻R10～电阻R13构成本发明的短接电路。该短接电路在从LED驱动装置的起动后的规定时间内使误差放大器OP的反转输入端子接地。

电阻R9的一端与电容器C7的一端、二极管D3的阴极、电阻R1的一端连接，电阻R9的另一端与电容器C8的一端连接。电容器C8的另一端与误差放大器OP的反转输入端子、相位补偿电阻Rf的一端、增益调整用电阻Rs的一端、MOSFET Q3的漏极连接。

在电阻R9的一端、电容器C7的一端、二极管D3的阴极、电阻R1的一端上连接有电阻R10的一端和电阻R12的一端。电阻R10的另一端与电阻R11的一端、MOSFET Q3的栅极、MOSFET Q2的漏极连接。电阻R12的另一端与电阻R13的一端和MOSFET Q2的栅极连接。电阻R11的另一端与MOSFET Q3的源极、MOSFETQ2的源极、电阻R13的另一端连接。

这里，为了易于理解本申请的实施方式，假设电阻R10的电阻值、电阻R11的电阻值、电阻R13的电阻值相等。另外，假设电阻R12的电阻值为电阻R10的电阻值的α倍(α>1)。

图2是本发明的第1实施方式的LED驱动装置内的控制电路部的电路图。控制电路部10具有启动电路101、电源电路(Pre Reg电路)102、电流源103、三角波电路104、PWM比较器105、“与”电路106、过电压保护比较器(OCP比较器)107、驱动器108。

启动电路101根据来自电容器C3的电压而使控制电路启动。电源电路(Pre Reg电路)102根据来自启动电路101的启动信号对控制电路部10内部的各部分供给电源。电流源103使电流经由FB端子流过电阻R8和光电耦合器PC的光电晶体管。

PWM比较器105通过对来自三角波电路104的三角波信号与FB端子的电容器C6的电压(反馈电压)进行比较，生成脉冲信号，并将其输出到“与”电路106。脉冲信号成为与反馈电压对应的接通宽度信号。

“与”电路106将来自PWM比较器105的脉冲信号经由驱动器108输出到MOSFET Q1的栅极。因此，MOSFET Q1通过与反馈电压对应的接通宽度信号而被接通断开，流过与交流整流后的正弦波电压呈比例的开关电流。通过该动作进行功率因数改善动作。

过电流保护比较器(OCP比较器)107对基准电压和电阻Rocp的电压进行比较，在电阻Rocp的电压超过基准电压时，对“与”电路106输出L电平，使MOSFET Q1断开，从而对MOSFET Q1进行过电压保护。

另外，其特征在于，控制电路部10的响应频率是比交流电源AC的频率低的频率。

图3是示出现有的LED驱动装置中调光为5％时的各部分的动作波形的图。在图3中，示出误差放大器OP的输出电压(运算放大器输出电压)、FB端子电压以及在LED元件LED1～LEDn中流过的LED电流、DB输出。这里，在误差放大器OP的非反转输入端子的基准电压例如为300mV且调光为100％的情况下，为了使调光成为5％，改变可变电阻Rv的值而使其减小，使误差放大器OP的非反转输入端子的基准电压成为15mV。根据图3也可知，在DB输出接通后，在经过一定时间后流过LED电流ILED。

另外，由于LED电流ILED不会流过1秒以上，因此该期间内的误差放大器OP的反转输入端子成为0V，误差放大器OP的输出端子应该成为H电平状态。但是，实际上，如图3所示，误差放大器OP的输出电压慢慢上升。

使用图4对其理由进行说明。首先，由于LED电流不会流过1秒以上，因此该期间内的误差放大器OP的反转输入端子成为0V，误差放大器OP的输出端子成为H电平状态。于是，以相位补偿电容器Cf→相位补偿电阻Rf→增益调整用电阻Rs→电流检测电阻Rd的路径流过电流。因此，在增益调整用电阻Rs和电流检测电阻Rd上产生电压，该电压被施加给误差放大器OP的反转输入端子。由于调光为5％、基准电压较小为15mV，因此当误差放大器OP的反转输入端子的电压达到基准电压15mV时，误差放大器OP的输出端子成为L电平。因此，虽然LED电流ILED为0，但是由于存在明显的反馈电压，因此LED元件的点亮开始时间变长。

接着，使用图5对利用外部电源使图4的误差放大器OP单独工作且使基准电压从300mV变化为15mV时的各部分的动作波形进行说明。在图5的左侧，基准电压(图中表记为ch4)为300mV，在右侧，基准电压ch4为15mV。通过电容器C2与可变电阻Rv的软启动电路而使基准电压ch4慢慢上升，但是误差放大器OP的反转输入端子电压(图中表记为ch1)也呈比例地上升，之后，两个电压分离。在基准电压(ch4)与反转输入端子电压ch1一致的期间内，对误差放大器OP的输出电压进行控制。

但是，在基准电压ch4非常小的情况下(相对于300mV，调光5％且15mV的情况下)，FB信号增强，误差放大器OP开始随意进行控制。另外，如图6所示，在从误差放大电路中删除了相位补偿电路的情况下，反转输入端子电压不上升，误差放大器OP的输出电压急剧上升。

如上所述，当被相位补偿电阻Rf限制的流入相位补偿电容器Cf的电流流过增益调整用电阻Rs和位于LED电流检测电阻的行间的电阻Rd时，反转输入端子电压上升，在与非反转输入端子电压一致的时刻，误差放大器OP开始随意进行控制。因此，为了缩短点亮开始时间，需要对Cf→Rf→Rs→Rd的电流环进行控制。

因此，在第1实施方式的LED驱动装置中，为了对电流环进行控制，设置在起动后的规定时间内使误差放大器OP的反转输入端子接地的短接电路。

接着，参照图1和图10对由MOSFET Q3、MOSFET Q2、电阻R10～电阻R13构成的短接电路的动作进行说明。

首先，当接通交流电源AC时，通过整流电路DB对交流电源AC的交流电压进行整流，在变压器TR的二次绕组W2上产生电压，通过二极管D3和电容器C7将该电压转换为直流电压。

通过电阻R10和电阻R11对该直流电压进行分压，将分压电压施加到MOSFETQ3的栅极。另外，通过电阻R12和电阻R13对直流电压进行分压，将分压电压施加到MOSFET Q2的栅极。

这里，由于将电阻R10的电阻值、电阻R11的电阻值、电阻R13的电阻值设定为相等，将电阻R12的电阻值设定为电阻R10的电阻值的α倍(α>1)，因此MOSFETQ3的栅极电压比MOSFET Q2的栅极电压大。因此，MOSFET Q3先于MOSFET Q2接通(图10的时刻t1)。

由此，误差放大器OP的反转输入端子短接而接地。即，由于误差放大器OP的反转输入端子成为零伏，因此电容器C1的输出电压成为H电平。

另外，电容器C7的电压上升，当利用电阻R12和电阻R13对该电压进行分压而得到的分压电压超过MOSFET Q2的栅极阈值(例如，2V)时，MOSFET Q2接通(图10的时刻t2)。于是，由于MOSFET Q3的栅极接地，因此MOSFET Q3断开。由此，MOSFETQ3在时刻t1～时刻t2的时间(相当于本发明的规定时间)内接通。在MOSFET Q3接通的期间内，误差放大器OP的反转输入端子成为零伏，因此误差放大器OP的输出电压保持H电平状态。因此，由于电容器C1的输出电压急剧上升，因此能够缩短点亮开始时间。

图7示出不具有MOSFET Q3的现有的LED驱动装置的点亮开始时间。图8示出具有使误差放大器的反转端子短接的MOSFET Q3的第1实施方式的LED驱动装置的点亮开始时间。在图7、图8中，FB表示FB端子电压，运算放大器输出电压表示误差放大器OP的输出电压，VLED表示LED元件LED1～LEDn的电压，ILED表示在LED元件LED1～LEDn中流过的电流。

在现有电路的图7中，可知由于在误差放大器OP的反转输入端子与基准电压一致的情况下进行控制，因此误差放大器OP的输出电压慢慢上升，点亮开始时间为1.5秒。在第1实施方式的图8中，误差放大器OP的输出电压急剧上升，点亮开始时间为0.8秒，能够缩短到1秒以内。

图9示出具有MOSFET Q3和增大分压比α(α>1)而对栅极施加电压的MOSFETQ2的第1实施方式的LED驱动装置的点亮开始时间。分压比α是电阻R12的电阻值与电阻R10的电阻值之比。当增大分压比α时，MOSFET Q3的接通时间变长，因此如图9所示，点亮开始时间成为0.51秒，能够进一步缩短。

另外，如图10所示，MOSFET Q3的接通时间(相当于本发明的规定时间)只要是误差放大器OP的作为误差检测对象的输出(反转输入端子电压)达到规定值(LED元件的额定电压VLED，例如30V)以前的时间即可。

这样，根据实施例1的LED驱动装置和LED点亮装置，由MOSFET Q2、MOSFETQ3、电阻R10～R13构成的短接电路在LED驱动装置的起动后的规定时间内使误差放大器OP的反转输入端子接地，因此能够防止误差放大器OP的误控制，能够大幅缩短LED的点亮开始时间。

另外，不依赖于一次侧软启动电路，根据基于二次侧电压的上升斜率的电容器C7的电压来得到MOSFET Q3的工作定时，因此在调光最小时效果最大，也不存在负载电流较大的情况下的弊端。

(第2实施方式)

图11是示出本发明的第2实施方式的LED驱动装置的结构的电路图。图11所示的LED驱动装置的特征在于，相对于图1所示的LED驱动装置，代替电阻R12而设置齐纳二极管ZD2和电容器C9。

齐纳二极管ZD2的阴极与电容器C7的一端、二极管D3的阴极、电阻R9的一端连接，齐纳二极管ZD2的阳极与MOSFET Q2的栅极、电阻R13的一端、电容器C9的一端连接。在电阻R13的两端连接有电容器C9。

这样，在MOSFET Q3接通后，电容器C7的电压进一步上升，当齐纳二极管ZD2降伏时，MOSFET Q2接通，MOSFET Q3断开。

这样，在第2实施方式的LED驱动装置中，也能够得到与第1实施方式的LED驱动装置的效果相同的效果。

另外，本发明不限于上述实施例1的LED驱动装置和LED点亮装置。在实施例1的LED驱动装置和LED点亮装置中，对使用交流电源AC、整流电路DB生成直流电压并将该直流电压转换为其他直流电压的LED驱动装置和LED点亮装置进行了说明，但是本发明例如也可以应用于将直流电源的直流输入电压转换为期望的直流输入电压并供给到LED负载的LED驱动装置和LED点亮装置中。