特許 5720392 発光ダイオード駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5720392

(24)【登録日】2015年4月3日

(45)【発行日】2015年5月20日

(54)【発明の名称】発光ダイオード駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/00 20100101AFI20150430BHJP

   H05B 37/02 20060101ALI20150430BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/00 J

   H05B37/02 J

【請求項の数】8

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2011-90516(P2011-90516)

(22)【出願日】2011年4月14日

(65)【公開番号】特開2012-227181(P2012-227181A)

(43)【公開日】2012年11月15日

【審査請求日】2014年3月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000226057

【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104949

【弁理士】

【氏名又は名称】豊栖 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100074354

【弁理士】

【氏名又は名称】豊栖 康弘

(72)【発明者】

【氏名】櫻木 晴海

(72)【発明者】

【氏名】小椋 渉

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 照雄

(72)【発明者】

【氏名】北原 稔

【審査官】 吉岡 一也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０４０７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０４０６６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２４４８４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０８４６１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３１３４２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２２５７４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１４７９３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１２３５６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００−３３／６４

Ｈ０５Ｂ ３７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電源(AP)に接続可能で、該交流電源(AP)の交流電圧を整流した整流電圧を得るための整流回路(2)と、
前記整流回路(2)と接続される少なくとも一のＬＥＤ素子を有する第一ＬＥＤ部(11)と、
前記第一ＬＥＤ部(11)と直列に接続される少なくとも一のＬＥＤ素子を有する第二ＬＥＤ部(12)と、
前記第二ＬＥＤ部(12)と直列に接続される少なくとも一のＬＥＤ素子を有する第三ＬＥＤ部(13)と、
前記第二ＬＥＤ部(12)と並列に接続され、前記第一ＬＥＤ部(11)への通電量を制御するための第一手段(21)と、
前記第三ＬＥＤ部(13)と並列に接続され、前記第一ＬＥＤ部(11)及び前記第二ＬＥＤ部(12)への通電量を制御するための第二手段(22)と、
前記第三ＬＥＤ部(13)と直列に接続され、前記第一ＬＥＤ部(11)、第二ＬＥＤ部(12)及び第三ＬＥＤ部(13)への通電量を制御するための第四手段(24)と、
前記第一手段(21)を制御するための第一電流制御手段(31)と、
前記第二手段(22)を制御するための第二電流制御手段(32)と、
前記第四手段(24)を制御するための第四電流制御手段(34)と、
前記第一ＬＥＤ部(11)から第三ＬＥＤ部(13)が直列接続される出力ライン(OL)上を流れる電流量に基づく電流検出信号を検出するための電流検出手段(4)と、
前記整流回路(2)から出力される整流電圧に基づいて、高調波抑制信号電圧を生成するための高調波抑制信号生成手段(6)と、
を備え、
前記第一電流制御手段(31)、第二電流制御手段(32)及び第四電流制御手段(34)が、前記電流検出手段(4)で検出された電流検出信号と、前記高調波抑制信号生成手段(6)で生成された高調波抑制信号電圧とを比較して、高調波成分を抑制するように前記第一手段(21)、第二手段(22)及び第四手段(24)をそれぞれ制御し、
前記高調波抑制信号生成手段(6)が、直列接続された複数の分圧抵抗で構成されてなることを特徴とする発光ダイオード駆動装置。

【請求項2】

請求項１に記載の発光ダイオード駆動装置であって、さらに、
前記第三ＬＥＤ部(13)と直列に接続される少なくとも一のＬＥＤ素子を有する第四ＬＥＤ部(14)と、
前記第四ＬＥＤ部(14)と並列に接続され、前記第一ＬＥＤ部(11)、第二ＬＥＤ部(12)、第三ＬＥＤ部(13)への通電量を制御するための第三手段(23)と、
前記第三手段(23)を制御するための第三電流制御手段(33)と、
を備え、
前記第四手段(24)が、前記第一ＬＥＤ部(11)、第二ＬＥＤ部(12)、第三ＬＥＤ部(13)及び第四ＬＥＤ部(14)への通電量を制御するよう構成されてなることを特徴とする発光ダイオード駆動装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の発光ダイオード駆動装置であって、さらに、
前記第四手段(24)と並列に接続される、ＬＥＤ駆動手段(3)を備えることを特徴とする発光ダイオード駆動装置。

【請求項4】

請求項２又は３のいずれか一に記載の発光ダイオード駆動装置であって、さらに、
前記電流検出手段(4)で検出される電流検出信号を分配して、第一電流制御手段(31)、第二電流制御手段(32)、第三電流制御手段(33)及び第四電流制御手段(34)に送出するための電流検出信号付与手段(5)を備えることを特徴とする発光ダイオード駆動装置。

【請求項5】

交流電源(AP)に接続可能で、該交流電源(AP)の交流電圧を整流した整流電圧を得るための整流回路(2)と、
前記整流回路(2)と接続される少なくとも一のＬＥＤ素子を有する第一ＬＥＤ部(11)と、
前記第一ＬＥＤ部(11)と直列に接続される少なくとも一のＬＥＤ素子を有する第二ＬＥＤ部(12)と、
前記第二ＬＥＤ部(12)と直列に接続される少なくとも一のＬＥＤ素子を有する第三ＬＥＤ部(13)と、
前記第二ＬＥＤ部(12)と並列に接続され、前記第一ＬＥＤ部(11)への通電量を制御するための第一手段(21)と、
前記第三ＬＥＤ部(13)と並列に接続され、前記第一ＬＥＤ部(11)及び前記第二ＬＥＤ部(12)への通電量を制御するための第二手段(22)と、
前記第三ＬＥＤ部(13)と直列に接続され、前記第一ＬＥＤ部(11)、第二ＬＥＤ部(12)及び第三ＬＥＤ部(13)への通電量を制御するための第四手段(24)と、
前記第一手段(21)を制御するための第一電流制御手段(31)と、
前記第二手段(22)を制御するための第二電流制御手段(32)と、
前記第四手段(24)を制御するための第四電流制御手段(34)と、
前記第一ＬＥＤ部(11)から第三ＬＥＤ部(13)が直列接続される出力ライン(OL)上を流れる電流量に基づく電流検出信号を検出するための電流検出手段(4)と、
前記整流回路(2)から出力される整流電圧に基づいて、高調波抑制信号電圧を生成するための高調波抑制信号生成手段(6)と、
前記第三ＬＥＤ部(13)と直列に接続される少なくとも一のＬＥＤ素子を有する第四ＬＥＤ部(14)と、
前記第四ＬＥＤ部(14)と並列に接続され、前記第一ＬＥＤ部(11)、第二ＬＥＤ部(12)、第三ＬＥＤ部(13)への通電量を制御するための第三手段(23)と、
前記第三手段(23)を制御するための第三電流制御手段(33)と、
前記電流検出手段(4)で検出される電流検出信号を分配して、第一電流制御手段(31)、第二電流制御手段(32)、第三電流制御手段(33)及び第四電流制御手段(34)に送出するための電流検出信号付与手段(5)と、
前記整流回路(2)の出力、前記第一ＬＥＤ部(11)、前記第二ＬＥＤ部(12)、前記第三ＬＥＤ部(13)、前記第四ＬＥＤ部(14)の各出力を混合して電圧変動抑制信号を生成し、該電圧変動抑制信号を前記電流検出信号付与手段(5)へ送出する電圧変動抑制信号送出手段(8)を備え、
前記第一電流制御手段(31)、第二電流制御手段(32)及び第四電流制御手段(34)が、前記電流検出手段(4)で検出された電流検出信号と、前記高調波抑制信号生成手段(6)で生成された高調波抑制信号電圧とを比較して、高調波成分を抑制するように前記第一手段(21)、第二手段(22)及び第四手段(24)をそれぞれ制御し、
前記第四手段(24)が、前記第一ＬＥＤ部(11)、第二ＬＥＤ部(12)、第三ＬＥＤ部(13)及び第四ＬＥＤ部(14)への通電量を制御するよう構成されてなることを特徴とする発光ダイオード駆動装置。

【請求項6】

請求項４又は５に記載の発光ダイオード駆動装置であって、
前記電流検出信号付与手段(5)が、前記整流回路(2)の出力、前記第一ＬＥＤ部(11)、前記第二ＬＥＤ部(12)、前記第三ＬＥＤ部(13)、前記第四ＬＥＤ部(14)の出力を混合して電圧変動抑制信号を生成し、該電圧変動抑制信号に対し、前記電流検出手段(4)で電流値を検出した電流検出信号を加算して、前記第一電流制御手段(31)、第二電流制御手段(32)、第三電流制御手段(33)、第四電流制御手段(34)に送出してなることを特徴とする発光ダイオード駆動装置。

【請求項7】

請求項４又は５に記載の発光ダイオード駆動装置であって、
前記電流検出信号付与手段(5)が、前記整流回路(2)の出力、前記第一ＬＥＤ部(11)、前記第二ＬＥＤ部(12)、前記第三ＬＥＤ部(13)、前記第四ＬＥＤ部(14)の出力を混合して電圧変動抑制信号を生成し、該電圧変動抑制信号を積分して、前記第一電流制御手段(31)、第二電流制御手段(32)、第三電流制御手段(33)、第四電流制御手段(34)に送出してなることを特徴とする発光ダイオード駆動装置。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか一に記載の発光ダイオード駆動装置であって、さらに、
高調波抑制信号生成手段(6)に接続され、調光を行うための調光手段(61')を備えることを特徴とする発光ダイオード駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発光ダイオードを点灯駆動させる駆動回路に関し、特に交流電源を用いて駆動させる発光ダイオード駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、照明用の光源として、白熱電球や蛍光灯に比べ低消費電力で駆動可能な発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」ともいう。）が注目されている。ＬＥＤは小型で耐衝撃性にも強く、球切れの心配がないといった利点がある。

【0003】

このような照明機器用の電源としては、家庭用電源等交流を電源として用いることが望まれる。一方、ＬＥＤは直流駆動素子であり、順方向の電流でのみ発光する。また、照明用途として現在多用されているＬＥＤの順方向電圧Ｖｆは３．５Ｖ程度である。ＬＥＤはＶｆに達しなければ発光せず、逆にＶｆを超えると過度の電流が流れてしまう特性を有する。したがってＬＥＤに対しては直流による駆動が適しているといえる。

【0004】

この相反する条件に応えるため、交流電源を用いたＬＥＤの駆動回路が、種々提案されている。例えば、変化する電圧値に応じてＶｆの合計値を変化させるようにＬＥＤを切り替える方法が提案されている（特許文献１）。この方法では、図１６の回路図に示すように、多段に直列接続されたＬＥＤをブロック１６１、１６２、１６３、１６４、１６５、１６６に分け、整流波形の入力電圧の電圧値に応じてＬＥＤブロック１６１〜１６６の接続を、マイクロコンピュータで構成されたスイッチ制御部１６７で切り替えることで、段階的にＶｆの合計値を変化させる。この結果、図１７のタイミングチャートに示す電圧波形のように、整流波形に対して複数の方形波でＬＥＤを点灯できるため、単一の方形波のみでのＯＮデューティに比べ、ＬＥＤの利用効率を改善できる。

【0005】

一方で本出願人は、複数のＬＥＤ素子を直列接続してブロック化したＬＥＤブロックを複数段、直列に接続した多段回路を、交流の全波整流で駆動するＡＣ多段回路を開発した（特許文献２）。このＡＣ多段回路は、図１８に示すように、交流電源ＡＰをブリッジ回路２で全波整流し、ＬＥＤブロックの多段回路に対して印加する。ＬＥＤブロックの多段回路は、第一ＬＥＤブロック１１と、第二ＬＥＤブロック１２と、第三ＬＥＤブロック１３とを直列に接続している。第一ＬＥＤブロック１１の通電量に基づいて、第二ＬＥＤブロック１２をバイパスする第一バイパス経路ＢＰ１のＯＮ／ＯＦＦを第一ＬＥＤ電流制御トランジスタ２１Ａで切り替え、また第一ＬＥＤブロック１１及び第二ＬＥＤブロック１２の通電量に基づいて、第三ＬＥＤブロック１３をバイパスする第二バイパス経路ＢＰ２のＯＮ／ＯＦＦを第二ＬＥＤ電流制御トランジスタ２２Ａで切り替える。このＡＣ多段回路は、電源効率を維持しつつ、ＬＥＤ利用効率及び力率を改善することができる。

【0006】

このＡＣ多段回路の、電流波形を図１９に示す。この図に示すように電源周期に同期した階段状の電流波形を有する。しかしながら、この階段状電流波形は正弦波の電流に近い波形ではあるものの、階段状に変化するため高調波発生の原因となる。一方、負荷としてＬＥＤに代えて白熱電球を使用した場合の電流波形は正弦波となるため、高調波の発生はない。なおＩＥＣ６１０００−３−２規格において照明機器はクラスＣに分類されており、高調波の限度値が規定されている。特に２５Ｗ以上の機器に適用される限度値は、２５Ｗ以下の機器に比べて厳しく、図１８のＡＣ多段回路では適合させることが困難である。

【0007】

また図２０に、特許文献１の発光ダイオード駆動方法による高調波電流の測定データの一例を示す。この図に示すように、高調波の次数が特に１１，１３，１５次高調波において限度値を上回っており、不適合となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００６−１４７９３３号公報

【特許文献2】特開２０１１−４０７０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものである。本発明の主な目的は、高調波成分を抑制可能な発光ダイオード駆動装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段及び発明の効果】

【0010】

以上の目的を達成するために、第１の側面に係る発光ダイオード駆動装置によれば、交流電源ＡＰに接続可能で、該交流電源ＡＰの交流電圧を整流した整流電圧を得るための整流回路２と、前記整流回路２と接続される少なくとも一のＬＥＤ素子を有する第一ＬＥＤ部１１と、前記第一ＬＥＤ部１１と直列に接続される少なくとも一のＬＥＤ素子を有する第二ＬＥＤ部１２と、前記第二ＬＥＤ部１２と直列に接続される少なくとも一のＬＥＤ素子を有する第三ＬＥＤ部１３と、前記第二ＬＥＤ部１２と並列に接続され、前記第一ＬＥＤ部１１への通電量を制御するための第一手段２１と、前記第三ＬＥＤ部１３と並列に接続され、前記第一ＬＥＤ部１１及び前記第二ＬＥＤ部１２への通電量を制御するための第二手段２２と、前記第三ＬＥＤ部１３と直列に接続され、前記第一ＬＥＤ部１１、第二ＬＥＤ部１２及び第三ＬＥＤ部１３への通電量を制御するための第四手段２４と、前記第一手段２１を制御するための第一電流制御手段３１と、前記第二手段２２を制御するための第二電流制御手段３２と、前記第四手段２４を制御するための第四電流制御手段３４と、前記第一ＬＥＤ部１１から第三ＬＥＤ部１３が直列接続される出力ラインＯＬ上を流れる電流量に基づく電流検出信号を検出するための電流検出手段４と、前記整流回路２から出力される整流電圧に基づいて、高調波抑制信号電圧を生成するための高調波抑制信号生成手段６と、を備え、前記第一電流制御手段３１、第二電流制御手段３２及び第四電流制御手段３４が、前記電流検出手段４で検出された電流検出信号と、前記高調波抑制信号生成手段６で生成された高調波抑制信号電圧とを比較して、高調波成分を抑制するように前記第一手段２１、第二手段２２及び第四手段２４をそれぞれ制御し、前記高調波抑制信号生成手段６が、直列接続された複数の分圧抵抗で構成することができる。これにより、入力側の高調波成分と、得られたＬＥＤ駆動電流との対比によって、出力波形を調整する制御が可能となり、効果的な高調波成分の抑制が実現できる。また、整流回路で整流された脈流の正弦波に沿って電流制御動作を行うことができ、ＬＥＤ駆動電流を正弦波に近似された波形に近付けることが可能となる。

【0011】

また第２の側面に係る発光ダイオード駆動装置によれば、さらに前記第三ＬＥＤ部１３と直列に接続される少なくとも一のＬＥＤ素子を有する第四ＬＥＤ部１４と、前記第四ＬＥＤ部１４と並列に接続され、前記第一ＬＥＤ部１１、第二ＬＥＤ部１２、第三ＬＥＤ部１３への通電量を制御するための第三手段２３と、前記第三手段２３を制御するための第三電流制御手段３３と、を備え、前記第四手段２４が、前記第一ＬＥＤ部１１、第二ＬＥＤ部１２、第三ＬＥＤ部１３及び第四ＬＥＤ部１４への通電量を制御するよう構成できる。

【0012】

さらに第３の側面に係る発光ダイオード駆動装置によれば、さらに前記第四手段２４と並列に接続される、ＬＥＤ駆動手段３を備えることができる。

【0013】

さらにまた第４の側面に係る発光ダイオード駆動装置によれば、さらに前記電流検出手段４で検出される電流検出信号を分配して、第一電流制御手段３１、第二電流制御手段３２、第三電流制御手段３３及び第四電流制御手段３４に送出するための電流検出信号付与手段５を備えることができる。これにより、電流検出信号付与手段と高調波抑制信号生成手段の働きにより、高調波を抑制した電流波形にて発光ダイオード駆動装置を動作させることができる。

【0014】

さらに第５の側面に係る発光ダイオード駆動装置によれば、交流電源ＡＰに接続可能で、該交流電源ＡＰの交流電圧を整流した整流電圧を得るための整流回路２と、前記整流回路２と接続される少なくとも一のＬＥＤ素子を有する第一ＬＥＤ部１１と、前記第一ＬＥＤ部１１と直列に接続される少なくとも一のＬＥＤ素子を有する第二ＬＥＤ部１２と、前記第二ＬＥＤ部１２と直列に接続される少なくとも一のＬＥＤ素子を有する第三ＬＥＤ部１３と、前記第二ＬＥＤ部１２と並列に接続され、前記第一ＬＥＤ部１１への通電量を制御するための第一手段２１と、前記第三ＬＥＤ部１３と並列に接続され、前記第一ＬＥＤ部１１及び前記第二ＬＥＤ部１２への通電量を制御するための第二手段２２と、前記第三ＬＥＤ部１３と直列に接続され、前記第一ＬＥＤ部１１、第二ＬＥＤ部１２及び第三ＬＥＤ部１３への通電量を制御するための第四手段２４と、前記第一手段２１を制御するための第一電流制御手段３１と、前記第二手段２２を制御するための第二電流制御手段３２と、前記第四手段２４を制御するための第四電流制御手段３４と、前記第一ＬＥＤ部１１から第三ＬＥＤ部１３が直列接続される出力ラインＯＬ上を流れる電流量に基づく電流検出信号を検出するための電流検出手段４と、前記整流回路２から出力される整流電圧に基づいて、高調波抑制信号電圧を生成するための高調波抑制信号生成手段６と、前記第三ＬＥＤ部１３と直列に接続される少なくとも一のＬＥＤ素子を有する第四ＬＥＤ部１４と、前記第四ＬＥＤ部１４と並列に接続され、前記第一ＬＥＤ部１１、第二ＬＥＤ部１２、第三ＬＥＤ部１３への通電量を制御するための第三手段２３と、前記第三手段２３を制御するための第三電流制御手段３３と、前記電流検出手段４で検出される電流検出信号を分配して、第一電流制御手段３１、第二電流制御手段３２、第三電流制御手段３３及び第四電流制御手段３４に送出するための電流検出信号付与手段５と、前記整流回路２の出力、前記第一ＬＥＤ部１１、前記第二ＬＥＤ部１２、前記第三ＬＥＤ部１３、前記第四ＬＥＤ部１４の各出力を混合して電圧変動抑制信号を生成し、該電圧変動抑制信号を前記電流検出信号付与手段５へ送出する電圧変動抑制信号送出手段８を備え、前記第一電流制御手段３１、第二電流制御手段３２及び第四電流制御手段３４が、前記電流検出手段４で検出された電流検出信号と、前記高調波抑制信号生成手段６で生成された高調波抑制信号電圧とを比較して、高調波成分を抑制するように前記第一手段２１、第二手段２２及び第四手段２４をそれぞれ制御し、前記第四手段２４が、前記第一ＬＥＤ部１１、第二ＬＥＤ部１２、第三ＬＥＤ部１３及び第四ＬＥＤ部１４への通電量を制御するよう構成できる。これにより、電流検出信号に加えて電圧変動抑制信号を電流検出手段に付与して、より正確に高調波を抑制する制御が可能となる。

【0015】

さらにまた第６の側面に係る発光ダイオード駆動装置によれば、前記電流検出信号付与手段５が、前記整流回路２の出力、前記第一ＬＥＤ部１１、前記第二ＬＥＤ部１２、前記第三ＬＥＤ部１３、前記第四ＬＥＤ部１４の出力を混合して電圧変動抑制信号を生成し、該電圧変動抑制信号に対し、前記電流検出手段４で電流値を検出した電流検出信号を加算して、前記第一電流制御手段３１、第二電流制御手段３２、第三電流制御手段３３、第四電流制御手段３４に送出することができる。

【0016】

さらにまた第７の側面に係る発光ダイオード駆動装置によれば、前記電流検出信号付与手段５が、前記整流回路２の出力、前記第一ＬＥＤ部１１、前記第二ＬＥＤ部１２、前記第三ＬＥＤ部１３、前記第四ＬＥＤ部１４の出力を混合して電圧変動抑制信号を生成し、該電圧変動抑制信号を積分して、前記第一電流制御手段３１、第二電流制御手段３２、第三電流制御手段３３、第四電流制御手段３４に送出することができる。

【0017】

さらにまた第８の側面に係る発光ダイオード駆動装置によれば、さらに高調波抑制信号生成手段６に接続され、調光を行うための調光手段６１’を備えることができる。これにより、調光手段の働きにより、高調波抑制動作に加え調光も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】実施例１に係る発光ダイオード駆動装置を示すブロック図である。

【図2】図１の発光ダイオード駆動装置の一回路例を示す回路図である。

【図3】電源電圧と比較例１の電流波形を重ねて表示したグラフである。

【図4】実施例１の回路例で実測した電流波形を示すグラフである。

【図5】図２の発光ダイオード駆動装置の高調波成分を示すグラフである。

【図6】実施例２に係る発光ダイオード駆動装置を示すブロック図である。

【図7】図６の発光ダイオード駆動装置の一回路例を示す回路図である。

【図8】実施例３に係る発光ダイオード駆動装置を示すブロック図である。

【図9】図８の発光ダイオード駆動装置の一回路例を示す回路図である。

【図10】実施例４に係る発光ダイオード駆動装置を示すブロック図である。

【図11】図１０の発光ダイオード駆動装置の一回路例を示す回路図である。

【図12】実施例５に係る発光ダイオード駆動装置を示すブロック図である。

【図13】図１２の発光ダイオード駆動装置の一回路例を示す回路図である。

【図14】実施例４の電流波形を示すグラフである。

【図15】実施例５の電流波形を示すグラフである。

【図16】マイクロコンピュータを使用したＬＥＤ点灯回路例を示す回路図である。

【図17】図１６のＬＥＤ点灯回路の動作を示すタイミングチャートである。

【図18】本出願人が先に開発したＡＣ多段回路を示す回路図である。

【図19】図１８のＡＣ多段回路の電流波形を示すグラフである。

【図20】図１８のＡＣ多段回路の電流波形の高調波成分を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光ダイオード駆動装置を例示するものであって、本発明は発光ダイオード駆動装置を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。

【0021】

発光ダイオード駆動装置を高調波電流規格に適合させるためには、白熱電球と同様に正弦波の電流波形になるよう設計することが望まれる。そこで本実施の形態に係る発光ダイオード駆動装置では、ＬＥＤ電流制御手段の基準電圧に正弦波を重畳させることで、ＬＥＤ駆動電流波形を正弦波に近似した波形とし、２５Ｗ以上の高調波電流規格に適合させた安価でコンパクトな発光ダイオード駆動装置を提供するものである。

【実施例1】

【0022】

図１に実施例１に係る発光ダイオード駆動装置１００のブロック図を示す。この発光ダイオード駆動装置１００は、整流回路２と、ＬＥＤ集合体１０と、第一手段２１〜第四手段２４と、電流制御手段と、電流検出手段４とを備える。この発光ダイオード駆動装置１００は、交流電源ＡＰに接続されて、交流電圧を整流した脈流電圧を得るための整流回路２と、複数のＬＥＤ部で構成されたＬＥＤ集合体１０とを、出力ラインＯＬ上で各々直列に接続している。ここではＬＥＤ部を４つ使用しており、第一ＬＥＤ部１１、第二ＬＥＤ部１２、第三ＬＥＤ部１３、第四ＬＥＤ部１４を直列に接続して、ＬＥＤ集合体１０を構成している。さらに出力ラインＯＬには、ＬＥＤ集合体１０と、ＬＥＤ駆動手段３と、電流検出手段４とを直列に接続している。

【0023】

また第二ＬＥＤ部１２、第三ＬＥＤ部１３、第四ＬＥＤ部１４には、各々両端に通電量を制御するための第一手段２１、第二手段２２、第三手段２３が接続される。第一手段２１、第二手段２２、第三手段２３は、それぞれＬＥＤ部に対して並列に設けられているため、通電量を調整するバイパス経路を構成する。すなわち第一手段２１、第二手段２２、第三手段２３によってバイパスされる電流量を調整できるので、結果的に各ＬＥＤ部の通電量を制御できる。図１の例では、第二ＬＥＤ部１２と並列に第一手段２１が接続され、第一バイパス経路ＢＰ１を形成する。また第三ＬＥＤ部１３と並列に第二手段２２が接続され、第二バイパス経路ＢＰ２を形成する。さらに第四ＬＥＤ部１４と並列に第三手段２３が接続され、第三バイパス経路ＢＰ３を形成する。なお本明細書においては、出力ライン上に接続されたＬＥＤ部等をバイパスするバイパス経路にも、出力電流が流れることがあるため、この意味で出力ラインに含めて使用する。
（電流制御手段）

【0024】

また定電流駆動を行うため、定電流回路の制御用に電流制御手段が設けられる。この回路例では第一手段２１、第二手段２２、第三手段２３、第四手段２４と第一電流制御手段３１、第二電流制御手段３２、第三電流制御手段３３、第四電流制御手段３４とで、一種の定電流回路が構成される。

【0025】

各電流制御手段は第一手段２１、第二手段２２、第三手段２３、第四手段２４と接続されており、第一手段２１、第二手段２２、第三手段２３、第四手段２４のＯＮ／ＯＦＦや電流量連続可変といった動作を制御する。具体的には、第一手段２１の動作を制御する第一電流制御手段３１と、第二手段２２の動作を制御する第二電流制御手段３２と、第三手段２３の動作を制御する第三電流制御手段３３と、第四手段２４の動作を制御する第四電流制御手段３４が設けられる。第一電流制御手段３１、第二電流制御手段３２、第三電流制御手段３３、第四電流制御手段３４は、電流検出手段４に接続されてＬＥＤの電流量をモニタし、その値に基づいて第一手段２１、第二手段２２、第三手段２３、第四手段２４の制御量を切り替える。

【0026】

各ＬＥＤ部は、一又は複数のＬＥＤ素子を直列及び／又は並列に接続したブロックである。ＬＥＤ素子は、表面実装型（ＳＭＤ）や砲弾型のＬＥＤが適宜利用できる。またＳＭＤタイプのＬＥＤ素子のパッケージは、用途に応じて外形を選択でき、平面視が矩形状のタイプ等が利用できる。さらに、複数のＬＥＤ素子をパッケージ内で直列及び／又は並列に接続したＬＥＤをＬＥＤ部として使用することも可能であることは言うまでもない。

【0027】

各ＬＥＤ部に含まれるＬＥＤ素子の順方向電圧の加算値である小計順方向電圧は、直列接続されたＬＥＤ素子の個数によって決まる。例えば順方向電圧３．６ＶのＬＥＤ素子を６個使用する場合の小計順方向電圧は、３．６×６＝２１．６Ｖとなる。

【0028】

この発光ダイオード駆動装置１００は、電流検出手段４で検出した電流値に基づいて各ＬＥＤ部に対する通電のＯＮ／定電流制御／ＯＦＦを切り替える。いいかえると、整流電圧の電圧値でなく、現実に通電される電流量に基づいた電流制御であるため、ＬＥＤ素子の順方向電圧のばらつきに左右されず、適切なタイミングで正確なＬＥＤ部の切り替えが実現され、信頼性の高い安定した動作が見込まれる。なお電流値の検出には、電流検出手段４等が利用できる。

【0029】

図１の例では、第一電流制御手段３１が第一ＬＥＤ部１１の通電量に基づいて、第一手段２１による第一ＬＥＤ部１１への通電制限量を制御する。具体的には、第一手段２１及び第二手段２２、第三手段２３がＯＮの状態で、通電量が予め設定された第一基準電流値に達したとき、第一手段２１は第一ＬＥＤ部１１を定電流駆動する。その後入力電圧が上昇して、第一ＬＥＤ部１１と第二ＬＥＤ部１２を共に駆動できる電圧に達すると、第二ＬＥＤ部１２に電流が流れ始め、さらにその電流値が第一基準電流値を超えると、第一手段２１はＯＦＦとなる。さらに第二電流制御手段３２が第一ＬＥＤ部１１及び第二ＬＥＤ部１２の通電量に基づいて、第二手段２２による第一ＬＥＤ部１１及び第二ＬＥＤ部１２への通電制限量を制御する。具体的には、通電量が予め設定された第二基準電流値に達すると、第二手段２２は第一ＬＥＤ部１１と第二ＬＥＤ部１２を定電流駆動する。その後入力電圧が上昇して、第一ＬＥＤ部１１と第二ＬＥＤ部１２と第三ＬＥＤ部１３とを共に駆動できる電圧に達すると、第三ＬＥＤ部１３に電流が流れ始め、さらにその電流値が第二基準電流値を超えると、第二手段２２はＯＦＦとなる。

【0030】

さらに第三電流制御手段３３が第一ＬＥＤ部１１、第二ＬＥＤ部１２、第三ＬＥＤ部１３の通電量に基づいて、第三手段２３による第一ＬＥＤ部１１、第二ＬＥＤ部１２、第三ＬＥＤ部１３への通電制限量を制御する。具体的には、通電量が予め設定された第三基準電流値に達すると、第三手段２３は第一ＬＥＤ部１１と第二ＬＥＤ部１２と第三ＬＥＤ部１３とを定電流駆動する。その後入力電圧が上昇して、第一ＬＥＤ部１１と第二ＬＥＤ部１２と第三ＬＥＤ部１３と第四ＬＥＤ部１４を共に駆動できる電圧に達すると、第四ＬＥＤ部１４に電流が流れ始め、さらにその電流値が第三基準電流値を超えると、第三手段２３はＯＦＦとなる。最後に第四手段２４及び第四電流制御手段３４は、第一ＬＥＤ部１１、第二ＬＥＤ部１２、第三ＬＥＤ部１３、第四ＬＥＤ部１４を定電流駆動させる。

【0031】

ここで、第一基準電流値＜第二基準電流値＜第三基準電流値となるよう設定することで、第一ＬＥＤ部１１から第二ＬＥＤ部１２、第三ＬＥＤ部１３、第四ＬＥＤ部１４への順で、ＯＮ／定電流制御／ＯＦＦを順次切り替えることができる。

【0032】

以上のように発光ダイオード駆動装置１００は、家庭用電源等の交流電源ＡＰを用いて、その交流を全波整流した後に得られる周期的に変化する脈流電圧に合わせて、直列に配置されたＬＥＤ素子を適切な個数だけ点灯させるように構成した複数の定電流回路を備えており、各定電流回路を各々適切に動作させるように複数のＬＥＤ電流検出回路を動作させることができる。

【0033】

この発光ダイオード駆動装置１００は、第１の電流値で第一ＬＥＤ部１１を通電させ、第１の電流値よりも大きい第２の電流値で第一ＬＥＤ部１１及び第二ＬＥＤ部１２を通電させ、さらに第２の電流値よりも大きい第３の電流値で第一ＬＥＤ部１１、第二ＬＥＤ部１２、第三ＬＥＤ部１３を通電させ、さらにまた第３の電流値よりも大きい第４の電流値で第一ＬＥＤ部１１、第二ＬＥＤ部１２、第三ＬＥＤ部１３、第四ＬＥＤ部１４を通電させる。特に各ＬＥＤ部への通電量を定電流制御によって制限することで、電流量に応じてＬＥＤ部のＯＮ／定電流制御／ＯＦＦを切り替えることができ、脈流電圧に対して効率よくＬＥＤを点灯駆動できる。

【0034】

さらに図１の例では、第四手段２４と並列にＬＥＤ駆動手段３が接続されており、第四手段２４に流れる電流の一部をＬＥＤ駆動手段３で分岐させることによってＬＥＤ駆動手段３が第四手段２４の負荷を低減している。
（高調波抑制信号生成手段６）

【0035】

さらに第一電流制御手段３１〜第四電流制御手段３４は、高調波抑制信号生成手段６と接続される。高調波抑制信号生成手段６は、整流回路２から出力される整流電圧に基づいて、高調波抑制信号電圧を生成する。ここでは、高調波抑制信号生成手段６は、整流回路２で整流された脈流電圧を適当な大きさに圧縮し、第一電流制御手段３１〜第四電流制御手段３４に送出して参照信号とし、ＬＥＤ電流検出信号と比較する。各電流制御手段はこの比較結果を基に、それぞれの第一手段２１〜第四手段２４を介して適切なタイミングと電流で、それぞれのＬＥＤ部を駆動する。
（実施例１の回路例）

【0036】

次に、図１の発光ダイオード駆動装置１００を半導体素子を用いて実現した具体的な回路の構成例を、図２に示す。この発光ダイオード駆動装置１００’は、交流電源ＡＰに接続された整流回路２としてダイオードブリッジを用いている。また交流電源ＡＰと整流回路２との間には、保護抵抗８１が設けられる。さらに整流回路２の出力側には、バイパスコンデンサ８２が接続される。なお交流電源ＡＰと整流回路２との間には、図示しないが過電流阻止のためのヒューズとサージ防護回路を設けてもよい。
（交流電源ＡＰ）

【0037】

交流電源ＡＰは、１００Ｖや２００Ｖの商用電源が好適に利用できる。この商用電源の１００Ｖ又は２００Ｖは実効値であり、全波整流された整流波形の最大電圧は約１４１Ｖ又は２８２Ｖとなる。
（ＬＥＤ集合体１０）

【0038】

ＬＥＤ集合体１０を構成する各ＬＥＤ部は、相互に直列に接続すると共に、複数のブロックに分け、ブロック同士の境界からは端子を引き出して、第一手段２１、第二手段２２、第三手段２３、第四手段２４と接続している。図２の例では、第一ＬＥＤ部１１、第二ＬＥＤ部１２、第三ＬＥＤ部１３、第四ＬＥＤ部１４の４つのグループでＬＥＤ集合体１０を構成している。

【0039】

図２に示す各ＬＥＤ部１１〜１４は、一のＬＥＤシンボルが複数のＬＥＤチップを実装したＬＥＤパッケージ１を表している。この例では、各ＬＥＤパッケージ１は、１０個のＬＥＤチップを実装している。各ＬＥＤ部の発光ダイオード接続数、あるいはＬＥＤ部の接続数は、順方向電圧の加算値、すなわち直列接続されたＬＥＤ素子の総数と、使用する電源電圧とで決定される。例えば商用電源を使用する場合は、各ＬＥＤ部のＶｆの合計である合計順方向電圧Ｖｆ_allが、１４１Ｖ程度、又はそれ以下となるように設定される。

【0040】

なおＬＥＤ部は、一以上の任意の数のＬＥＤ素子を備えている。ＬＥＤ素子は、一個のＬＥＤチップや、複数個のＬＥＤチップを一パッケージに纏めたものを利用できる。この例では、図示する一のＬＥＤ素子として、それぞれ１０個のＬＥＤチップを含むＬＥＤパッケージ１を使用している。

【0041】

また図２の例では、４つのＬＥＤ部のＶｆを同一となるように設計している。ただこの例に限られず、上述の通りＬＥＤ部数を３以下、あるいは５以上としてもよい。ＬＥＤ部数を増やすことで、定電流制御の数を増やしてより細かなＬＥＤ部間の点灯切り替え制御が可能となる。さらに各ＬＥＤ部のＶｆは同一としなくとも良い。
（第一手段２１〜第四手段２４）

【0042】

第一手段２１、第二手段２２、第三手段２３、第四手段２４は、各ＬＥＤ部に対応して、定電流駆動するための部材である。このような第一手段２１〜第四手段２４としては、トランジスタ等のスイッチング素子で構成される。特にＦＥＴは、ソース−ドレイン間飽和電圧がほぼゼロであるため、ＬＥＤ部への通電量を阻害することがなく好ましい。ただ、第一手段２１〜第四手段２４はＦＥＴに限定されるものでなく、バイポーラトランジスタ等でも構成できることはいうまでもない。

【0043】

図２の例では、第一手段２１〜第四手段２４としてＬＥＤ電流制御トランジスタを利用している。具体的には、第二ＬＥＤ部１２、第三ＬＥＤ部１３、第四ＬＥＤ部１４、ＬＥＤ駆動手段３には、それぞれ第一手段２１〜第四手段２４である第一ＬＥＤ電流制御トランジスタ２１Ｂ、第二ＬＥＤ電流制御トランジスタ２２Ｂ、第三ＬＥＤ電流制御トランジスタ２３Ｂが接続される。各ＬＥＤ電流制御トランジスタは、その前段のＬＥＤ部の電流量に応じて、ＯＮ状態や定電流制御が切り替わる。ＬＥＤ電流制御トランジスタがＯＦＦになると、バイパス経路に電流が流れなくなって、ＬＥＤ部に通電される。すなわち、各第一手段２１〜第四手段２４によってバイパスされる電流量を調整できるので、結果的に各ＬＥＤ部の通電量を制御できることになる。図２の例では、第二ＬＥＤ部１２と並列に第一手段２１が接続され、第一バイパス経路ＢＰ１を形成する。また第三ＬＥＤ部１３と並列に第二手段２２が接続され、第二バイパス経路ＢＰ２を形成する。さらに第四ＬＥＤ部１４と並列に第三手段２３が接続され、第三バイパス経路ＢＰ３を形成する。さらにまた第四ＬＥＤ電流制御トランジスタ２４Ｂが接続され、第一ＬＥＤ部１１、第二ＬＥＤ部１２、第三ＬＥＤ部１３及び第四ＬＥＤ部１４への通電量を制御する。

【0044】

ここで第一ＬＥＤ部１１は、並列に接続されたバイパス経路や第一手段〜第四手段を設けていない。第二ＬＥＤ部１２と並列に接続された第一手段２１が、第一ＬＥＤ部１１の電流量を制御するからである。また第四ＬＥＤ部１４については、第四ＬＥＤ電流制御トランジスタ２４Ｂが電流制御を行う。

【0045】

また図２の例では、抵抗３をＬＥＤ駆動手段３としている。この例では、ＬＥＤ駆動手段３に並列に第四手段であるトランジスタを接続することで、電流量が大きくなる際に電流をバイパスして、第四手段への負荷を軽減するよう構成している。ただ、ＬＥＤ駆動手段３を省略してもよい。

【0046】

図２の例では、ＬＥＤ電流制御トランジスタとして、ＦＥＴを使用している。なお、第一ＬＥＤ電流制御トランジスタ２１Ｂや第二ＬＥＤ電流制御トランジスタ２２Ｂ、第三ＬＥＤ電流制御トランジスタ２３Ｂ、第四ＬＥＤ電流制御トランジスタ２４Ｂを用いて、ＬＥＤ部単位でＯＮ／ＯＦＦの切り替えを制御する構成では、各段のＬＥＤ電流制御トランジスタを構成するＦＥＴ等の制御用半導体素子が各々ＬＥＤ部の両端に接続されているため、制御用半導体素子の耐圧はＬＥＤ部の小計順方向電圧にて保護されることとなる。このため、耐圧の低い小型の半導体素子を使用できる利点が得られる。
（第一電流制御手段３１、第二電流制御手段３２、第三電流制御手段３３、第四電流制御手段３４）

【0047】

第一電流制御手段３１、第二電流制御手段３２、第三電流制御手段３３、第四電流制御手段３４は、各ＬＥＤ部と対応する第一手段２１〜第四手段２４が、適切なタイミングで定電流駆動を行うよう制御する部材である。第一〜第四電流制御手段も、トランジスタ等のスイッチング素子が利用できる。特にバイポーラトランジスタは、電流量の検出に好適に利用できる。この例では第一電流制御手段３１、第二電流制御手段３２、第三電流制御手段３３、第四電流制御手段３４は、オペアンプで構成される。なお電流制御手段も、オペアンプに限定されるものでなく、コンパレータ、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ等でも構成可能であるのはいうまでもない。

【0048】

図２の例では、電流制御手段は、各々ＬＥＤ電流制御トランジスタの動作を制御する。すなわち、各電流検出オペアンプがＯＮ／定電流制御／ＯＦＦすることで、ＬＥＤ電流制御トランジスタをＯＦＦ／定電流制御／ＯＮに切り替える。
（電流検出手段４）

【0049】

一方、電流検出手段４は、複数の電流検出分圧抵抗で構成される。図２の例では、４つのＬＥＤ電流検出抵抗として、第一ＬＥＤ電流検出抵抗４Ａ、第二ＬＥＤ電流検出抵抗４Ｂ、第三ＬＥＤ電流検出抵抗４Ｃ、第四ＬＥＤ電流検出抵抗４Ｄが直列に接続されている。これらは、ＬＥＤの保護抵抗としても機能する。このＬＥＤ電流検出抵抗４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４ＤでＬＥＤ部を直列接続したＬＥＤ集合体１０に通電される電流を電圧降下等により検出することによって、ＬＥＤ部を構成するＬＥＤ素子の定電流駆動を行う。また定電流駆動を行うため、定電流回路の制御用に電流制御手段が設けられる。この回路例では第一手段２１、第二手段２２、第三手段２３、第四手段２４と第一電流制御手段３１、第二電流制御手段３２、第三電流制御手段３３、第四電流制御手段３４で、一種の定電流回路が構成される。

【0050】

各ＬＥＤ電流検出抵抗の抵抗値は、各電流制御手段のＯＮ／ＯＦＦをどの電流のタイミングで行うかを規定する。ここでは、第一〜第四電流検出手段３１〜３４であるオペアンプの順でＯＮされるよう、各ＬＥＤ電流検出抵抗の抵抗値が設定されている。
（基準電流値）

【0051】

ここでは、第一電流検出手段３１が第一ＬＥＤ電流制御トランジスタ２１をＯＮからＯＦＦに切り替える第一基準電流値を、第二電流検出手段３２が第二ＬＥＤ電流制御トランジスタ２２をＯＮからＯＦＦに切り替える第二基準電流値よりも低く設定する。また第三電流検出手段３３が第三ＬＥＤ電流制御トランジスタ２３をＯＮからＯＦＦに切り替える第三基準電流値を、第二基準電流値よりも高く設定する。さらに第四電流検出手段３４が第四ＬＥＤ電流制御トランジスタ２４をＯＮからＯＦＦに切り替える第四基準電流値を、第三基準電流値よりも高く設定する。このように第一基準電流値＜第二基準電流値＜第三基準電流値＜第四基準電流値となるよう設定することで、整流回路２で整流された入力電圧の上昇に伴い、第一ＬＥＤ部１１から第二ＬＥＤ部１２、第三ＬＥＤ部１３、第四ＬＥＤ部１４への順で、ＯＮ／定電流制御／ＯＦＦを順次切り替えることができる。また入力電圧の下降時には、逆の順序でＬＥＤが消灯される。
（高調波抑制信号生成手段６の動作説明）

【0052】

以下、図２を参照しながら、発光ダイオード駆動装置１００’における高調波抑制信号生成手段６の動作を説明する。図２の回路例では、電流制御手段は、オペアンプ３１〜３４で構成される。これらオペアンプ３１〜３４は、高調波抑制信号生成手段６により制御される。

【0053】

具体的にオペアンプ３１〜３４は、定電圧電源７により駆動される。定電圧電源７は、オペアンプ電源用トランジスタ７０、ツェナーダイオード７１、ツェナー電圧設定抵抗７２で構成される。この定電圧電源７は、交流電源ＡＰを整流回路２で整流した後の脈流電圧が、ツェナーダイオード７１のツェナー電圧を超えている期間だけ、オペアンプ３１〜３４に電源を供給する。この期間は、ＬＥＤの点灯期間を包含するよう設定される。すなわち、ＬＥＤ点灯中にオペアンプを動作させて、点灯を制御する。

【0054】

高調波抑制信号生成手段６は、高調波抑制信号生成抵抗６０、６１で構成される。高調波抑制信号生成抵抗６０、６１は、整流回路２で整流された脈流電圧を分圧する。いいかえると、脈流電圧を適当な大きさに圧縮する。各オペアンプの＋側入力端子には、高調波抑制信号生成抵抗６０、６１から出力される、圧縮された正弦波である高調波抑制信号が入力される。

【0055】

一方、各オペアンプの負入力端子には、電流検出抵抗で検出された電圧が入力される。図２の例では、電流検出抵抗は上述の通り直列接続された電流検出分圧抵抗４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄで構成される。電流検出分圧抵抗４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ間の電圧は、それぞれのオペアンプが制御を担当する期間に、すなわち各オペアンプの＋側入力端子に印加される正弦波に沿って電流制御されるよう設定される。これにより、整流回路２で整流された脈流の正弦波をオペアンプの＋側入力端子に入力することができる。このため、正弦波に沿って電流制御動作を行うため、ＬＥＤ駆動電流が正弦波に近似された波形となる。

【0056】

ここで、実施例１の回路による電流波形を、比較例１として図１８の回路による電流波形と比較したグラフを、図３及び図４に示す。これらの図において、図３は電源電圧と比較例１の電流波形を重ねて表示したグラフであり、図４は実施例１の回路例で実測した電流波形のグラフを、それぞれ示している。また、それぞれの高調波成分のグラフを図５に示す。これらによれば、実施例１の電圧波形では、７次以外の高調波が減少し、また図２０で示したように図１８の回路例では測定値が限界値を超過していた１１次、１３次、１５次高調波電流が、限度値内に抑えられたことが確認できた。

【0057】

なおＬＥＤ部はそれぞれ、複数の発光ダイオード素子を相互に直列に接続して構成できる。これにより、脈流電圧を複数の発光ダイオード素子で効果的に分圧できる上、発光ダイオード素子毎の順方向電圧Ｖｆや温度特性のばらつきをある程度吸収してブロック単位での制御を均一化できる。ただ、ＬＥＤ部の数や各ＬＥＤ部を構成する発光ダイオード素子数等は、要求される明るさや入力電圧等によって任意に設定でき、例えばＬＥＤ部を一の発光ダイオード素子で構成したり、ＬＥＤ部の数を多くしてより細かな制御を行うこと、あるいは逆にＬＥＤ部を２つのみとして制御をシンプルにすることも可能であることは言うまでもない。

【0058】

また、上記構成ではＬＥＤ部の構成数を４としたが、ＬＥＤ部の数を２又は３としたり、又は５以上とすることもできることはいうまでもない。特に、ＬＥＤ部の数を増やすことで、階段状の電流波形をより細かくした制御が可能となり、一層の高調波成分の抑制が可能となる。また図１の例では、各ＬＥＤ部がＯＮ／ＯＦＦされる切り替え動作を、入力電流に対してほぼ均等に分割しているが、均等にする必要は必ずしも無く、異なる電流でＬＥＤ部を切り替えてもよい。

【0059】

さらに上記の例では、ＬＥＤを４つのＬＥＤ部に分け、各ＬＥＤ部がそれぞれ同一のＶｆとなるよう構成しているが、同一のＶｆでなくても良い。例えばＬＥＤ部１のＶｆをできるだけ低く、すなわちＬＥＤ一個分の３．６Ｖ程度に設定できれば、図４で示した波形において電流の立ち上がりタイミングを早く、立下りタイミングを遅くできる。このことは、高調波を減少させるのにさらに有利となる。またこの方法を使用すれば、ＬＥＤ部の数とＶｆ設定を自由に選択でき、さらに電流波形を正弦波に近似できるため、より柔軟性を高めて高調波抑制を実現することが容易となる。

【0060】

さらにまた、隣り合うオペアンプの負入力端子同士の最小電圧差は、オペアンプのオフセット電圧以上であれば良く、例えば数ｍＶ程度の差で設定できる。このことは、回路設計上有利となる。例えば図１８で示したＡＣ多段回路のように、電流制御手段をトランジスタで構成する場合には、半導体部品を実装した回路基板上の、場所による温度変化に起因する設定電流の変動を考慮して、数十ｍＶ以上の差を必要としていた。これに対して、実施例１の回路例では、トランジスタで電流制御手段を構成する場合に比べ、十分の一程度の電位差で設定できることになる。このため、実施例１の構成によれば、ＬＥＤ部の電流設定を細かく設定でき、ＬＥＤ部の増加等にも自由に対応可能であることを意味し、部品費等のトレードオフがあるとしても正弦波への近似がさらに精密にできるメリットを享受できる。

【実施例2】

【0061】

次に実施例２として、電流制御手段をオペアンプに代えてトランジスタで構成した発光ダイオード駆動装置２００のブロック図を図６に、具体的な発光ダイオード駆動装置２００’の回路例を図７に、それぞれ示す。図７において、上述した実施例１に係る図２の発光ダイオード駆動装置１００と共通の部材（ＬＥＤ部、第一〜第四手段等）については、同一の符号を付して、詳細説明を省略する。

【0062】

図６のブロック図における高調波抑制信号生成手段６は、図７の回路図では抵抗６で構成されており、トランジスタ７３１、７３２、７３３、７３４のコレクタ端子に脈流を混合することで、ＬＥＤ駆動電流波形は図４で示すような波形となる。この実施例２では、インピーダンス整合のため、抵抗７７４を設けている。これらの働きにより、実施例２においても実施例１と同等の効果が得られる。

【実施例3】

【0063】

さらに、実施例１の回路例に調光手段を付加した発光ダイオード駆動装置の例を実施例３として、発光ダイオード駆動装置３００のブロック図を図８に、発光ダイオード駆動装置３００’の回路図を図９に示す。この図においても上述した実施例１に係る図２の発光ダイオード駆動装置１００等と共通の部材については、同一の符号を付して、詳細説明を省略する。

【0064】

図９の回路例では、図２の実施例１の回路図における抵抗６１を、図９では可変抵抗６１’に変更している。また、この可変抵抗６１’の抵抗値が最大のとき、各オペアンプ３１〜３４の＋側入力端子に可変領域の最大電圧が入力され、−端子に入力される電流検出抵抗４Ａ〜４Ｄからの電圧も最大電圧になるようオペアンプ３１〜３４が動作し、最大照度に設定される。逆に可変抵抗が最小、すなわち各オペアンプの＋側入力端子がＧＮＤに接地されれば、消灯となる。このように、可変抵抗６１’は調光手段として働く。

【0065】

この調光方法によれば、最大照度における電流波形と相似形で電流波形を減少させて、照度を減衰させることができる。このことは、従来の一般的な白熱電球の調光では、サイリスタあるいはトライアック等により交流電源を時間軸に沿ってＯＮ／ＯＦＦ制御する構成のため、最大照度の電流波形すなわち正弦波とは相似とはならないことと比較すれば、歪率が増大することなく、高調波の発生を増大させることなく調光できることを意味する。また、力率の低下もないことも大きな利点となる。

【実施例4】

【0066】

上述した図２等の例では、電流検出抵抗が、電流検出信号を電流制御手段に付与する電流検出信号付与手段の機能を果たしている。一方で、電流検出抵抗と別に、この電流検出手段４で検出される電流検出信号を分配して電流制御手段側に付与する電流検出信号付与手段５を設けることもできる。このような発光ダイオード駆動装置を実施例４として、図１０の発光ダイオード駆動装置４００のブロック図及び図１１の発光ダイオード駆動装置４００’の回路図に示す。これらの図においても、実施例１等と同様の部材については同一の符号を付して詳細説明を省略する。
（電流検出信号付与手段５）

【0067】

電流検出信号付与手段５は、電流検出手段４で検出される電流検出信号を、第一電流制御手段３１、第二電流制御手段３２、第三電流制御手段３３、第四電流制御手段３４に送出する。ここでは、図２等のように共通の信号線でもって各電流制御手段に電流検出信号を送出する構成の他、電流検出信号付与手段５と各電流制御手段との間に個別の信号線を設けて、各電流制御手段に対して個別に電流検出信号を分配するよう構成することもできる。図１１の例において、電流検出信号付与手段５は電流検出信号付与抵抗５Ａ〜５Ｄに相当する。また電力変動抑制抵抗９０および９１〜９４は電圧変動抑制信号送出手段８を構成する。
（電圧変動抑制信号送出手段８）

【0068】

さらに発光ダイオード駆動装置は、整流回路２の出力、第一ＬＥＤ部１１、第二ＬＥＤ部１２、第三ＬＥＤ部１３、第四ＬＥＤ部１４の各出力、すなわちカソード端子を混合して電圧変動抑制信号を生成し、電流検出信号付与手段５へ送出する電圧変動抑制信号送出手段８を付加することもできる。これにより、高調波抑制信号生成手段６が、電圧変動抑制信号送出手段８から送出される電圧変動抑制信号、及び電流検出信号付与手段５から送出される電流検出信号とが加算された混合信号に基づいて、より正確に高調波の抑制制御が可能となる。またこの構成によって、ＬＥＤ照度が電源電圧変動に影響され難いＬＥＤ駆動回路とできる。

【実施例5】

【0069】

図１０及び図１１の例では、電圧変動抑制信号送出手段８は、各ＬＥＤ部の間に接続されて、各出力を個別検出しているが、この構成に限らず、ＬＥＤ集合体１０の全体の出力を検出するように構成してもよい。このような変形例を実施例５として、図１２の発光ダイオード駆動装置５００のブロック図、及び図１３の発光ダイオード駆動装置５００’の回路図に示す。上述した実施例４では、図１１の回路図に示すように、電流検出信号に対し、抵抗のみで電圧変動抑制信号を加算している。これに対し実施例５では、図１３の回路図に示すように、加算前に電圧変動抑制信号を積分した上で、電流検出信号に加算している。このため図１３に示す回路例では、電力変動抑制抵抗９５に加え、ダイオード９６及びコンデンサ９７を備えている。

【0070】

ここで、実施例４及び実施例５の回路例で得られる電流波形を、それぞれ図１４、図１５に示す。実施例４の回路例においては、電圧変動抑制信号送出手段８で生成された電圧変動抑制信号が、電流検出手段４で検出された電流検出信号に付加されることにより、電圧変動に対する電流変動が抑制される。すなわち実施例１〜３では高調波抑制信号生成手段６で検出した電源電圧に比例して電流が制御されるので、電源電圧が高いときは電流が大きく、電源電圧が低いときは電流が小さくなる問題がある。そこで、電圧変動抑制信号送出手段８で生成した電圧変動抑制信号により、電流変化を抑制し、平均電流が一定となるよう制御する。ここで、実施例４の動作を図１４に基づいて説明する。図１４において点線で示す電圧変動抑制前の電流波形が、実線で示す電圧変動抑制が実施された電流波形となるように制御される。なお図１４の電流波形は、図１１における第四電力変動抑制抵抗９４のみを使用し、第一電力変動抑制抵抗９１から第三電力変動抑制抵抗９３を開放した例を示している。

【0071】

この構成では、図１４に矢印で示すように、脈流電圧の最も高くなる前後の部分でのみ電流を減少させている。このため、この期間にのみ点灯する第四ＬＥＤ部１４が、第一〜第三ＬＥＤ部１３と比較して、暗くなるという現象が生じる。

【0072】

これに対して、実施例５の回路例では、図１５に示すように積分され直流化された抑制信号が加算されるため、波形全体が減少する。このため、第四ＬＥＤ部１４のみが極端に暗くなるという現象を回避できる。また、正弦波の電流波形を維持できるため、高調波電流抑制においても有利となる。

【産業上の利用可能性】

【0073】

以上の発光ダイオード駆動装置は、ＬＥＤ素子を備えているため、ＬＥＤ素子とその駆動回路を同一の配線基板に配置することで、家庭用交流電源を投入して点灯可能な照明装置や照明器具として利用できる。

【符号の説明】

【0074】

１００、２００、３００、４００、５００、１００’、２００’、３００’、４００’、５００’…発光ダイオード駆動装置
２…整流回路
３…ＬＥＤ駆動手段
４…電流検出手段；４Ａ…第一ＬＥＤ電流検出抵抗；４Ｂ…第二ＬＥＤ電流検出抵抗
４Ｃ…第三ＬＥＤ電流検出抵抗；４Ｄ…第四ＬＥＤ電流検出抵抗
５…電流検出信号付与手段；５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ…電流検出信号付与抵抗
６…高調波抑制信号生成手段
７…定電圧電源
８…電圧変動抑制信号送出手段
１０…ＬＥＤ集合体
１１…第一ＬＥＤ部
１２…第二ＬＥＤ部
１３…第三ＬＥＤ部
１４…第四ＬＥＤ部
２１…第一手段；２１Ａ、２１Ｂ…第一ＬＥＤ電流制御トランジスタ
２２…第二手段；２２Ａ、２２Ｂ…第二ＬＥＤ電流制御トランジスタ
２３…第三手段；２３Ｂ…第三ＬＥＤ電流制御トランジスタ
２４…第四手段；２４Ｂ…第四ＬＥＤ電流制御トランジスタ
３１…第一電流制御手段
３２…第二電流制御手段
３３…第三電流制御手段
３４…第四電流制御手段
６０…高調波抑制信号生成抵抗
６１…高調波抑制信号生成抵抗；６１’…調光手段（可変抵抗）
７０…オペアンプ電源用トランジスタ
７１…ツェナーダイオード
７２…ツェナー電圧設定抵抗
８１…保護抵抗
８２…バイパスコンデンサ
９０〜９５…電力変動抑制抵抗
９６…ダイオード
９７…コンデンサ
１６１、１６２、１６３、１６４、１６５、１６６…ＬＥＤブロック
１６７…スイッチ制御部
７３１、７３２、７３３、７３４…トランジスタ
７７４…抵抗
ＡＰ…交流電源
ＢＰ１…第一バイパス経路；ＢＰ２…第二バイパス経路；ＢＰ３…第三バイパス経路；ＢＰ４…第四バイパス経路
ＯＬ…出力ライン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】