專利名稱：電源電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用了LED(發(fā)光二極管)的信號燈等中所用的電源電路。
曾經(jīng)試圖將使用了LED的信號燈用于交通信號機(jī)。LED能得到多種顏色，與白熾燈泡相比，發(fā)光效率高，作為照明器具的光源，具有節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。
但是，為了將LED光源作為交通信號燈具或一般的照明器具的光源在室內(nèi)或室外安全且長壽命地使用，需要預(yù)先考慮從冬天到夏天很寬的環(huán)境溫度變化。
例如，使用LED的信號燈在冬天零下的溫度下點(diǎn)亮?xí)r，以LED內(nèi)發(fā)光部為中心，迅速發(fā)熱，因此，構(gòu)成LED的內(nèi)部物質(zhì)產(chǎn)生熱膨脹。而在LED處于低溫狀態(tài)時(shí)，LED整個(gè)結(jié)構(gòu)體處于收縮狀態(tài)，所以，上述點(diǎn)亮?xí)r產(chǎn)生的內(nèi)部熱膨脹會導(dǎo)致在LED結(jié)構(gòu)體的內(nèi)外部間產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力。
因此，反復(fù)開燈和關(guān)燈成為惡劣的使用狀態(tài)，在適當(dāng)?shù)臈l件下有時(shí)會導(dǎo)致LED的損壞。
為了在得到必要的發(fā)光量的同時(shí)緩和上述現(xiàn)象，必須充分考慮LED的溫度特性，采取在諸溫度下通過適當(dāng)?shù)碾娏髁康氖褂梅椒ā?br> 此外，在夏天高溫的情況下，必須考慮以下各點(diǎn)。LED的制造商標(biāo)出了使用時(shí)的各種絕對額定值，據(jù)此，在LED的周圍環(huán)境溫度超過室溫的高溫下，只允許比室溫允許的電流小的電流量。
即，在實(shí)際使用時(shí)，在放置LED的周圍環(huán)境溫度超過約40度的高溫下，必須減小通過的電流量，使其比常溫時(shí)小，以免因構(gòu)成LED的內(nèi)部物質(zhì)的溫度上升而產(chǎn)生熔斷等熱損壞。
這時(shí)，在得到必要的發(fā)光量的同時(shí)，還必須使電流在高溫容許電流值之下。
此外，在使用了LED的信號燈中，還存在從接通電源到亮燈需要一定的時(shí)間的問題。
本發(fā)明是鑒于這樣的的要求和問題而提出的，其目的在于提供一種使用了LED的信號燈等中所用的電源電路，在嚴(yán)寒的冬天和炎熱的夏天都能正常工作，而且，在接通電源后LED能迅速發(fā)光。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的電源電路的特征在于具備對交流進(jìn)行整流的整流部、從上述整流部整流的電壓取出恒定電壓的穩(wěn)定電源電路部、由上述穩(wěn)定電源電路部的輸出電壓驅(qū)動的發(fā)光二極管和根據(jù)上述穩(wěn)定電源電路部的輸出電壓檢測外界溫度并根據(jù)外界溫度取出對發(fā)光二極管適當(dāng)?shù)碾妷旱妮敵鲭妷簷z測部，上述穩(wěn)定電源電路部將上述輸出電壓檢測部的輸出電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，得到控制信號，將由與該控制信號量對應(yīng)的信號進(jìn)行了開關(guān)控制的電流輸入給變壓器，并將該變壓器的輸出送往上述發(fā)光二極管。


圖1是表示與本發(fā)明的實(shí)施例有關(guān)的電源電路1的結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖2是表示整流部100的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖3是表示穩(wěn)定電源電路部200的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖4是表示輸出電壓檢測部300和光源部400的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖5是表示電源電路1的概略結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖6是表示在沒有啟動加速電路202的情況下點(diǎn)102的電壓500和電流502的波形圖。
圖7是表示在有啟動加速電路202的情況下點(diǎn)102的電壓504和電流506的波形圖。
圖8是表示在沒有啟動加速電路202的情況下點(diǎn)206的電壓508和點(diǎn)404的電壓510的波形圖。
圖9是表示在有啟動加速電路202的情況下點(diǎn)206的電壓512和點(diǎn)404的電壓514的波形圖。
圖10是表示溫度改變時(shí)的照度變動的圖。
圖11是表示溫度改變時(shí)的照度變動的圖。
圖12是表示溫度改變時(shí)的照度變動的圖。
圖13是表示溫度改變時(shí)的照度變動的圖。
圖14是表示溫度改變時(shí)的照度變動的圖。
圖15是表示溫度改變時(shí)的照度變動的圖。
下面，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是表示與本發(fā)明的一實(shí)施例有關(guān)的電源電路的結(jié)構(gòu)的方框圖。電源電路1具有整流部100、穩(wěn)定電源電路部200、輸出電壓檢測部300和光源部400。
整流部100對交流電壓進(jìn)行整流。穩(wěn)定電源電路部200將輸出電壓檢測部300的輸出電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，得到控制信號，將由與該控制信號量對應(yīng)的信號進(jìn)行了開關(guān)控制的電流輸入給變壓器，并將該變壓器的輸出送往光源部400和輸出電壓檢測部300。
輸出電壓檢測部300具有檢測外界溫度的溫度檢測部，檢測穩(wěn)定電源電路部200的輸出電壓，在考慮外界溫度的基礎(chǔ)上，生成與光源部400的發(fā)光二極管的溫度特性相匹配信號，并將該信號反饋到穩(wěn)定電源電路部200。
光源部400由多個(gè)LED構(gòu)成，利用穩(wěn)定電源電路部200輸出的電壓進(jìn)行發(fā)光。
圖2、圖3、圖4是表示整流部100、穩(wěn)定電源電路部200、輸出電壓檢測部300和光源部400的具體結(jié)構(gòu)的電路圖。
在整流部100中，交流AC加在端子104和106之間。R1是電路保護(hù)電阻，ZNR1是電涌吸收器，C1是吸收噪聲用電容器。AC電源濾波器L1與噪聲吸收用電容器C1連接，吸收噪聲用電容器C2與該AC電源濾波器L1連接。
D1是用來將交流電壓整流成直流電壓的橋式二極管，C3是是用來吸收高頻噪聲和整流后的紋波電壓的電容器。
其次，使用圖3說明穩(wěn)定電源電路部200。
該穩(wěn)定電源電路部200由電阻R2、R3、R4、R5、R6、R7、電容器C4、C5、C6、C7、C8、變壓器L2、二極管D2、D3、集成電路IC1和MOS-FET(Q1)等構(gòu)成。而且，由電容器C7和電阻R5構(gòu)成啟動加速電路202。
電阻R2、電阻R3是作為集成電路IC1內(nèi)裝乘法器工作用的電壓供給電路的電阻。電容器C4吸收噪聲，電容器C5補(bǔ)償集成電路IC1的相位。
電阻R4是產(chǎn)生電壓降并供給集成電路IC1的工作電壓用的電阻。電容器C6是紋波電壓吸收用的平滑電容器。
電阻R5將AC電源接通時(shí)從點(diǎn)204向點(diǎn)206、至電容器C6中迅速加快充電的電流值限制在適當(dāng)?shù)闹?，穩(wěn)態(tài)時(shí)，在點(diǎn)204與點(diǎn)206之間給出合適的阻抗。
電容器C7通過其微分作用，在AC電源接通后快速對電容器C6充電，使集成電路IC1很快開始工作。
變壓器L2具有初級線圈L2-1、次級線圈L2-2和L2-3。
二極管D2在穩(wěn)定開關(guān)工作時(shí)，對由變壓器L2的次級線圈L2-2產(chǎn)生的交流電進(jìn)行整流，向集成電路IC1供給直流電源電壓，進(jìn)而，阻止從點(diǎn)206流出反向電流。
電阻R6是集成電路IC1用的零電流檢測電路用的電阻。MOS-FET(Q1)使流過變壓器L2的初級線圈L2-1中的電流通斷、進(jìn)行開關(guān)控制。
電阻R7檢測流過變壓器L2的初級線圈L2-1中的電流。
二極管D3對變壓器L2的次級線圈L2-3的輸出進(jìn)行交流整流。電容器C8是平滑用電容器。
其次，使用圖4說明輸出電壓檢測部300和光源部400。輸出電壓檢測部300具有發(fā)光二極管D4、熱敏電阻R10、電阻R8和電阻R9。由熱敏電阻R10和發(fā)光二極管D4構(gòu)成溫度檢測部，檢測外界溫度。
發(fā)光二極管D4是與發(fā)光部LED402同類的發(fā)光二極管，是用來主要對光源部LED402的低溫特性進(jìn)行校正的溫度檢測用LED。
熱敏電阻R10是用來主要對光源部LED402的高溫特性進(jìn)行校正的溫度檢測用LED。光源部400具有光源部LED402。該光源部LED402利用穩(wěn)定電源電路部200的輸出電壓進(jìn)行發(fā)光。
其次，概略說明電源電路1的工作。
整流部100對交流AC進(jìn)行整流，得到包含紋波的粗直流。該粗直流作為整個(gè)電路的電源來供給。
在穩(wěn)定電源電路部200中，集成電路IC1內(nèi)部裝有基準(zhǔn)電壓，將該基準(zhǔn)電壓與輸出電壓檢測部300檢測出的電壓進(jìn)行比較，再進(jìn)行誤差放大，從而得到控制信號。
對MOS-FET(Q1)進(jìn)行開關(guān)控制，使與該控制信號對應(yīng)的電流通過變壓器L2的初級線圈L2-1，從而使變壓器L2的次級線圈L2-3中產(chǎn)生交流電壓。
次級線圈L2-3的交流電壓經(jīng)二極管D3整流后，由電容器C8進(jìn)行平滑變成直流輸出電壓。
輸出電壓檢測部300包含溫度檢測部，在考慮各種發(fā)光顏色的LED所固有的溫度特性的基礎(chǔ)上進(jìn)行控制，以使光源部LED400在從冬季到夏季的很寬的環(huán)境溫度變化下都能確保所要求的功能。光源部400具有多個(gè)光源部LED402，從而使其作為光源具有必要的光量和適合于使用目的的功能。
其次，更詳細(xì)地說明作為本發(fā)明的特征的輸出電壓檢測部300和啟動加速電路202。
圖5是對穩(wěn)定電源電路部200進(jìn)行了示意描述時(shí)的電源電路1的概略結(jié)構(gòu)圖。穩(wěn)定電源電路部200以由整流部100將交流AC整流后的粗直流電壓作為電源，進(jìn)行工作。
集成電路IC1的內(nèi)部具有誤差放大器204。誤差放大器204輸入基準(zhǔn)電壓Vref和輸出電壓檢測部300的輸出電壓Vfb。
通過檢測電壓Vfb來檢測輸出電壓V0，誤差放大器204將基準(zhǔn)電壓Vref與檢測電壓Vfb進(jìn)行比較，對誤差部分進(jìn)行放大并輸出。
通過該控制動作，使Vfb無限接近于Vref，從而得到由Vref決定的V0。
而且，輸出電壓V0如下式所示。
V0=A(Vref-Vfb)…………(1)這里，A增益Vref基準(zhǔn)電壓Vfb對輸出電壓V0進(jìn)行分壓并進(jìn)行了與LED的溫度特性相應(yīng)的操作的檢測電壓。
Vfb如下式所示。
Vfb=R101·V0/(R101+R102)…………(2)這里，R101是R9的電阻值R102是二極管D4、熱敏電阻R10和電阻R8的合成電阻。
將(2)式代入(1)式，得到。
V0=A·Vref-A·R101·V0/(R101+R102)(1+A·R101/(R101+R102))V0=A·Vref因此，V0=A·Vref/(1+A·R101/(R101+R102))若A＞1，則V0可近似由下式表示。
V0=(R101+R102)·Vref/R101…………(3)
根據(jù)式(3)，Vref一定，V0由(R101+R102)/R101決定，所以，能得到不受AC電源電壓影響的穩(wěn)定的V0。
而且，在本實(shí)施例中，為了使輸出電壓V0是在考慮光源部LED402的溫度特性之后定出的值，使R102具有適合高溫用和低溫用的特性。
首先，說明冬季溫度在零下時(shí)的工作。
在輸出電壓檢測部300中，因在低溫下熱敏電阻R10的電阻值大，故不流過電流，只有發(fā)光二極管D4流過電流。
發(fā)光二極管D4產(chǎn)生與其閾值對應(yīng)的恒定的電壓降，該電壓降隨外界溫度而變化，所以，可以利用二極管的溫度特性，使其與光源部LED402的溫度特性相互抵消。光源部LED402的溫度特性是低溫時(shí)流過光源部LED402的電流因閾值電壓的升高而下降。
發(fā)光二極管D4的溫度特性是低溫時(shí)閾值電壓增加，利用發(fā)光二極管D4的這一溫度特性使檢測電壓下降，通過這樣的控制工作，使輸出電壓上升，從而使流過光源部LED402的電流增加。
此外，集成電路IC1內(nèi)裝的基準(zhǔn)電壓Vref的溫度特性是低溫時(shí)基準(zhǔn)電壓Vref增加，由此產(chǎn)生的控制動作使輸出電壓增加，從而使電流增加。
這樣，把光源部LED402的溫度特性、發(fā)光二極管D4的溫度特性和集成電路IC1內(nèi)裝的基準(zhǔn)電壓Vref的溫度特性綜合起來的結(jié)果是，從常溫到低溫電流值略有減小，減少了發(fā)光量對溫度的依賴關(guān)系。
其次，說明夏季高溫時(shí)的工作。
在溫度檢測部的熱敏電阻R10和發(fā)光二極管D4中，當(dāng)外界溫度上升時(shí)，熱敏電阻R10的電阻值減小，所以，流過熱敏電阻R10中的電流增大，當(dāng)其兩端的電壓值為發(fā)光二極管D4的閾值電壓以下時(shí)，發(fā)光二極管D4不通過電流。
因此，伴隨溫度的上升，熱敏電阻R10的電壓減小，檢測電壓Vfb增加，與集成電路IC1內(nèi)裝的基準(zhǔn)電壓Vref的溫度特性相互抵消，利用這樣的控制工作，使輸出電壓V0減小，使高溫時(shí)流過光源部LED400中的電流在容許電流值以下。
從圖10到圖15是表示溫度變化時(shí)LED燈泡照度變動的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖，圖10和圖11是紅色LED燈泡的情況，圖12和圖13是黃色LED燈泡的情況，圖14和圖15是綠色LED燈泡的情況。而且，在圖10、圖12、圖14中，沒有由二極管D4和熱敏電阻R10構(gòu)成的溫度檢測部。
例如，圖10是改變外界溫度并測定紅色LED燈泡的照度再以溫度為23度的情況為基準(zhǔn)求出照度的變動率的圖。溫度從-40度到約60度，照度的變動大約從150％到65％，但在圖11中，其變動是從80％到102％左右，可知其變動較小。從圖12到圖15的情況可以說也是一樣的。
這樣，按照本實(shí)施例，無論是冬季或夏季LED燈泡都能正常工作。
其次，詳細(xì)說明作為本發(fā)明的第2特征的啟動加速電路。
如圖3所示，在穩(wěn)定電源電路200中，在點(diǎn)204與點(diǎn)206之間設(shè)有由電容器C7和電阻R5構(gòu)成的啟動加速電路202。通過該啟動加速電路202可以縮短電源電路1從接通交流電源之后到光源部400開始亮燈的延遲時(shí)間。
首先，說明不存在啟動加速電路202時(shí)的動作。為了使集成電路IC1開始其功能的工作，必須在該電源連接端子(8)上加上大約12V的直流電壓。
從AC電源接通之后供給集成電路IC1的電源連接端子的電壓隨時(shí)間的變化如下。
從點(diǎn)204的大致是恒定電壓值的直流電源通過電阻R4對電容器C6開始充電，該直流電壓值經(jīng)過大約為電阻R4與電容器C6的乘積的時(shí)間常數(shù)的時(shí)間從零逐漸上升。
因此，集成電路IC1要達(dá)到開始工作的電壓值需要一定的時(shí)間，其結(jié)果，到光源部LED402的開始亮燈存在一定的時(shí)間延遲。
圖6中表示沒有啟動加速電路時(shí)的點(diǎn)102(圖2)的AC電壓500和AC電流502。
圖8表示不存在啟動加速電路202時(shí)的點(diǎn)206的電壓508和點(diǎn)404的電壓510。
其次，說明存在啟動加速電路202時(shí)的工作。當(dāng)存在啟動加速電路202時(shí)，從AC電源接通之后，開始經(jīng)電阻R4和啟動加速電路202的通路這兩條路徑對電容器C6充電，所以，比沒有啟動加速電路202只有電阻R4的情況，其充電電流增大了。
啟動加速電路202加快對電容器C6的充電，供給集成電路IC1的電源連接端子(8)的電壓迅速升高，所以，集成電路IC提前開始工作，其結(jié)果，縮短了到光源部LED402開始亮燈的時(shí)間。
該促進(jìn)效果是通過由電容器C7的微分作用(相位超前)產(chǎn)生的充電電流來實(shí)現(xiàn)的，電容器C7充電后，只通過電阻R4向集成電路IC供給電源電流。
電阻R5將迅速地加快充電的電流值限制在適當(dāng)?shù)闹担诜€(wěn)態(tài)時(shí)，在點(diǎn)204與點(diǎn)206之間存在合適的阻抗。
圖7表示存在啟動加速電路202時(shí)的點(diǎn)102的交流電壓504和交流電流506，圖9表示存在啟動加速電路202時(shí)的點(diǎn)206的電壓512和點(diǎn)404的電壓514。
通過將圖6與圖7比較可知，即使設(shè)有啟動加速電路202，點(diǎn)102的電流和電壓波形也大體接近于正弦波。
此外，通過將圖8與圖9比較可知，通過設(shè)置啟動加速電路202，點(diǎn)206的電壓512上升得快，點(diǎn)404的電壓514也上升得快。
這樣，通過設(shè)置啟動加速電路202，從AC電源接通后瞬間地光源部LED402便亮燈。
再有，與本實(shí)施例有關(guān)的電源電路1除信號機(jī)之外，還可以用于照明。
如上所述，按照本發(fā)明，能夠提供一種電源電路，在嚴(yán)冬和夏季都能正常工作，接通電源后光源部立刻就會發(fā)光。
權(quán)利要求
1．一種電源電路，其特征在于具備對交流進(jìn)行整流的整流部；從由上述整流部整流的電壓取出恒定電壓的穩(wěn)定電源電路部；由上述穩(wěn)定電源電路部的輸出電壓驅(qū)動的發(fā)光二極管；以及根據(jù)上述穩(wěn)定電源電路部的輸出電壓檢測外界溫度并根據(jù)外界溫度取出對發(fā)光二極管適當(dāng)?shù)碾妷旱妮敵鲭妷簷z測部，上述穩(wěn)定電源電路部將上述輸出電壓檢測部的輸出電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，得到控制信號，將對與該控制信號量對應(yīng)的信號進(jìn)行了開關(guān)控制的電流輸入給變壓器，并將該變壓器的輸出送往上述發(fā)光二極管。
2．如權(quán)利要求1中記載的電源電路，其特征在于上述輸出電壓檢測部具有熱敏電阻與發(fā)光二極管并聯(lián)連接的電路。
3．一種電源電路，其特征在于具備對交流電源進(jìn)行整流的整流部；從上述整流部整流的電壓取出恒定電壓的穩(wěn)定電源電路部；以及由上述穩(wěn)定電源電路部的輸出電壓驅(qū)動的發(fā)光二極管，上述穩(wěn)定電源電路具有縮短啟動時(shí)的上升時(shí)間的啟動加速電路。
4．如權(quán)利要求3中記載的電源電路，其特征在于上述啟動加速電路是由電容器與電阻串聯(lián)連接形成的電路。
5．如權(quán)利要求1中記載的電源電路，其特征在于在權(quán)利要求1中記載的電源電路中，具有縮短啟動時(shí)的上升時(shí)間的啟動加速電路。
全文摘要
提供一種用于使用了LED的信號燈等的在嚴(yán)冬和夏季都能正常工作的電源電路,接通電源后光源部立刻發(fā)光。由整流部100對AC交流電進(jìn)行整流,集成電路IC1的內(nèi)部具備誤差放大器204。對誤差放大器204輸入基準(zhǔn)電壓Vref和輸出電壓檢測部300的輸出電壓。用檢測電壓Vfb檢測輸出電壓VO,誤差放大器204將基準(zhǔn)電壓Vref與檢測電壓Vfb進(jìn)行比較,放大該誤差并輸出。通過該控制工作使Vfb無限接近于Vref,得到由Vref決定的VO。由二極管D4和熱敏電阻R10構(gòu)成溫度檢測部。
文檔編號H02M3/28GK1296331SQ00132959
公開日2001年5月23日 申請日期2000年11月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月16日
發(fā)明者小林保正, 秋元紀(jì)子 申請人:常盤電業(yè)株式會社