特許 5780803 ＬＥＤ調光回路

(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】5780803

(24)【登録日】2015年7月24日

(45)【発行日】2015年9月16日

(54)【発明の名称】ＬＥＤ調光回路

(51)【国際特許分類】

   H05B 37/02 20060101AFI20150827BHJP

【ＦＩ】

   H05B37/02 J

【請求項の数】6

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2011-73265(P2011-73265)

(22)【出願日】2011年3月29日

(65)【公開番号】特開2012-209103(P2012-209103A)

(43)【公開日】2012年10月25日

【審査請求日】2014年3月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】300057230

【氏名又は名称】セミコンダクター・コンポーネンツ・インダストリーズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】河井 周平

(72)【発明者】

【氏名】後藤 智行

(72)【発明者】

【氏名】徐 峰

【審査官】 宮崎 光治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２４４９５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２８７４３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２３１４７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｂ３７／００−３９／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

パルスが印加されるＬＥＤに流れる駆動電流の値を検出するとともに、前記駆動電流の値に応じた電流センス電圧を発生する電流センス回路と、
前記駆動電流をオンオフする制御トランジスタと、
電流センス回路により検出した前記電流センス電圧と所定値とを比較する比較回路と、
この比較回路の比較結果に応じて前記電流センス電圧が大きいときに前記制御トランジスタをオフし、トリガパルスの印加に応じて前記制御トランジスタをオンする制御回路と、
前記パルスをＤＣ電圧に変換する変換回路と、
前記変換回路と前記電流センス回路の間に設けられ、前記ＤＣ電圧に従って前記電流センス電圧を変更するダイオードと、
を有するＬＥＤ調光回路。

【請求項2】

パルスが印加されるＬＥＤに流れる駆動電流をオンオフする制御トランジスタと、
前記制御トランジスタに流れる駆動電流のレベルを検出するように構成され、電流センス電圧を発生する電流センス回路と、
電流センス回路により検出した前記電流センス電圧を所定値と比較し、前記電流センス電圧が所定値を超えたことに応じて前記制御トランジスタをオフするように構成され、トリガパルスが印加されたことに応じて前記制御トランジスタをオンするように構成される制御回路と、
外部から入力されてくる調光程度を示すＰＷＭ信号をＤＣ電圧に変換する変換回路と、
前記変換回路と前記電流センス回路の間に設けられ、前記ＤＣ電圧に従って前記電流センス電圧を変更するダイオードと、
を有するＬＥＤ調光回路。

【請求項3】

請求項１または２に記載のＬＥＤ調光回路であって、
前記電流センス回路は、前記ＬＥＤと直接接続される電流検出抵抗における電圧降下電圧を検出する、
ＬＥＤ調光回路。

【請求項4】

請求項１に記載のＬＥＤ調光回路であって、
前記変換回路は、分圧電圧を得る抵抗によって前記パルスを分圧し、得られた分圧電圧を積分して前記ＤＣ電圧を発生する、
ＬＥＤ調光回路。

【請求項5】

請求項１または２に記載のＬＥＤ調光回路であって、
前記ダイオードは、前記駆動電流の値を変更するように構成されている、
ＬＥＤ調光回路。

【請求項6】

請求項３に記載のＬＥＤ調光回路であって、
前記ダイオードは、前記変換回路の出力を前記電流検出抵抗の電圧降下電圧に印加して、前記電流センス電圧を変更する、
ＬＥＤ調光回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、交流電源によって点灯するＬＥＤを制御信号に応じて調光するＬＥＤ調光回路に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、照明灯の明るさの調整にトライアック調光器が用いられている。このトライアック調光器は、一般の１００Ｖなどの商用交流電源からの交流波形をスイッチなどから入力されてくる制御信号に応じた割合でゲートして、波形の一部が欠けたトライアックパルスを出力する。従って、このトライアックパルスを電球などに直接印加することで、電球の明るさを制御信号に応じた明るさに制御することができる。

【0003】

このようなトライアック調光器は、比較的単純な構成で調光が行えるため、広く普及している。一方、照明には、ＬＥＤ（発光ダイオード）が利用されるようになってきており、このＬＥＤに対する調光にもトライアック調光器が用いられる。

【0004】

また、トライアック調光器の代わりにＬＥＤをＰＷＭ（パルス幅変調）制御することも知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−１９８９４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ここで、ＬＥＤは、電球などに比較して、電流に対する感度が高い。このため、トライアック調光器からのトライアックパルスが、安定しない場合(例えば、交流（ＡＣ）の半周期毎にパルス電圧が違う場合など）に、ＬＥＤにちらつきが出てしまう。特に、トライアックパルスの導通角が狭い場合そのちらつきが出やすい。また、ＰＷＭ制御の場合もＰＷＭ周波数が遅いとちらつきが出る。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、パルスが印加されるＬＥＤに流れる駆動電流の値を検出するとともに、前記駆動電流の値に応じた電流センス電圧を発生する電流センス回路と、前記駆動電流をオンオフする制御トランジスタと、電流センス回路により検出した前記電流センス電圧と所定値とを比較する比較回路と、この比較回路の比較結果に応じて前記電流センス電圧が大きいときに前記制御トランジスタをオフし、トリガパルスの印加に応じて前記制御トランジスタをオンする制御回路と、前記パルスをＤＣ電圧に変換する変換回路と、前記変換回路と前記電流センス回路の間に設けられ、前記ＤＣ電圧に従って前記電流センス電圧を変更するダイオードと、を有することを特徴とする。

【0008】

また、本発明は、パルスが印加されるＬＥＤに流れる駆動電流をオンオフする制御トランジスタと、前記制御トランジスタに流れる駆動電流のレベルを検出するように構成され、電流センス電圧を発生する電流センス回路と、電流センス回路により検出した前記電流センス電圧を所定値と比較し、前記電流センス電圧が所定値を超えたことに応じて前記制御トランジスタをオフするように構成され、トリガパルスが印加されたことに応じて前記制御トランジスタをオンするように構成される制御回路と、外部から入力されてくる調光程度を示すＰＷＭ信号をＤＣ電圧に変換する変換回路と、前記変換回路と前記電流センス回路の間に設けられ、前記ＤＣ電圧に従って前記電流センス電圧を変更するダイオードと、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、調光制御のためのパルスを一旦ＤＣ（直流）電圧に変換し、このＤＣ電圧に基づいて制御トランジスタのオンオフを制御するため、ＬＥＤのちらつき発生を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態の構成を示す図である。

【図2】他の実施形態の構成を示す図である。

【図3】さらに、他の実施形態の構成を示す図である。

【図4】さらに、他の実施形態の構成を示す図である。

【図5】さらに、他の実施形態の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

【0012】

図１は、一実施形態の構成を示す図である。交流電源１０は、例えば、家庭のコンセントなどから利用できる１００Ｖ、５０Ｈｚ（または６０Ｈｚ）商用電源である。この交流電源１０からの交流電力は、トライアック調光器１２に供給される。トライアック調光器１２は、別途供給される、供給電力についての制御信号に応じて、交流電源１０からの交流電流の波形の一部を除去して、トライアックパルスを生成する。例えば、電力を５０％にするとの制御信号であれば、１周期の交流波形の５０％をカットする。この場合、交流波形の１周期のうち、１°〜９０°、１８０°〜２７０°をカットすることで、電力を５０％にする。これは、ゲート回路などによって、容易に行える。

【0013】

トライアック調光器１２からのトライアックパルスは、全波整流器１４に供給される。この全波整流器１４は、ダイオードなどの整流素子を用い、正弦波形の負側を正側に反転させた波形に変換する。

【0014】

この全波整流器１４の順方向出力端は、１以上の所定数のＬＥＤの直列接続からなるＬＥＤ列１６のアノード側端に接続されている。このＬＥＤ列１６のカソード端には、コイル１８の一端が接続され、このコイル１８の他端は、制御トランジスタ２０、電流検出抵抗２２を介し、アースに接続されている。また、コイル１８と制御トランジスタ２０の接続点には、ダイオード２４のアノードが接続され、このダイオード２４のカソードは、ＬＥＤ列１６と全波整流器１４の順方向出力端の接続点に接続されている。

【0015】

電流検出抵抗２２と制御トランジスタ２０の接続点の電圧ＣＳが、コンパレータ２６の正入力端に入力されている。このコンパレータ２６の第１負入力端には、基準電圧Ｖｒｅｆが入力されており、コンパレータ２６は、電流検出点の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆを上回ったときにＨレベルを出力する。

【0016】

コンパレータ２６の出力は、フリップフロップ２８のリセット端に入力されている。このフリップフロップ２８のセット端には、トライアックパルスに比べて十分高い周波数のトリガパルスが供給されている。そして、フリップフロップ２８のＱ出力が制御トランジスタ２０のゲートに接続されている。従って、トリガパルスが印加されると制御トランジスタ２０はオンの状態となる。

【0017】

制御トランジスタ２０がオンの状態において、全波整流器１４からの出力が、ＬＥＤ列１６を介しコイル１８に印加され、このコイル１８を介しアースに向かって流れる電流検出端の電圧ＣＳが基準電圧Ｖｒｅｆを上回った時点で、制御トランジスタ２０がオフされる。そして、このときにコイル１８にたまったエネルギーによってダイオード２４を介し、ＬＥＤ列１６への電流が継続される。このような動作がトライアックパルスの半周期毎に繰り返され、ＬＥＤ列１６の発光量がトライアックパルスの導通角（デューティー）によって制御される。

【0018】

このような回路では、トライアック調光器１２からのトライアックパルスが安定せず、例えば半周期毎のパルス電圧が異なる場合、制御トランジスタ２０がオフするタイミングが半周期毎に異なり、ＬＥＤ列１６の発光量が変化して、ちらつきが生じてしまう。

【0019】

そこで、本実施形態では、コンパレータ２６に第２負入力端子を設け、ここに第２の基準電圧となる電圧ＳＭＴを入力する。この電圧ＳＭＴについて説明する。

【0020】

全波整流器１４の出力は、分圧抵抗３０，３０によって所定の電圧に調整され、コンパレータ３２の正入力端に入力されている。コンパレータ３２の負入力端には、所定の基準電圧が入力されており、コンパレータ３２は、全波整流器１４の出力が所定値以上の場合にＨレベルを出力する。コンパレータ３２の出力は、アンプ３４によって所定のＤＣシフトの後、抵抗３６を介し、コンデンサ３８に充電される。すなわち、アンプ３４の出力が抵抗３６を介しコンデンサ３８の一端に供給され、コンデンサ３８の他端は、全波整流器１４の逆方向出力端に接続されている。なお、分圧抵抗の下側端も全波整流器１４の逆方向出力端に接続されており、コンパレータ３２の負入力端に入力される基準電圧も全波整流器１４の逆方向出力端の電圧（アース電圧）を基準として形成されている。

【0021】

そして、抵抗３６とコンデンサ３８の接続端の電圧が電圧ＳＭＴとしてコンパレータ２６の第２負入力端に供給されている。この電圧ＳＭＴは、分圧抵抗３０，３０の抵抗値、コンパレータ３２の負入力端に入力される基準電圧値、アンプ３４におけるＤＣオフセット量によって、トライアックパルスの導通角に対する電圧値が決定され、抵抗３６の抵抗値およびコンデンサ３８の容量値によって、時定数が変化するが、抵抗３６およびコンデンサ３８からなる積分回路によって、トライアックパルスがＤＣ電圧化されるため、半周期毎電圧の変化にはよらない電圧となる。従って、毎回のＬＥＤ列１６の点灯を均一にすることができ、ちらつきの発生を抑制することができる。また、トライアックパルスの導通角が狭い場合には、電圧ＳＭＴも小さくなり、比較的早いタイミングで制御トランジスタ２０がオフされ、適切なＬＥＤ列１６に対する電流供給が行える。さらに、コンパレータ２６の第１負入力端には基準電圧Ｖｒｅｆが入力されており、電圧ＳＭＴが基準電圧Ｖｒｅｆより高くなった場合には、電圧ＣＳが基準電圧Ｖｒｅｆを上回った時点で、制御トランジスタ２０がオフされる。

【0022】

なお、コンパレータ３２を省略すると、オフセット量が変化するが、その場合はアンプ３４におけるオフセット量を調整すればよい。

【0023】

図２には、他の実施形態が示されている。この構成では、分圧抵抗３０，３０の出力電圧は、インバータ４０において反転されるとともに、オフセット量を適切に設定してから抵抗３６を介しコンデンサ３８に充電される。抵抗３６とコンデンサ３８の接続点は制御トランジスタ２０と電流検出抵抗２２の接続点にダイオード４２を介し接続され、コンデンサ３０の充電電圧がＣＳ電圧に印加される。すなわち、トライアックの導通角に応じてコンデンサ３８の充電電圧が変動し、それが検出電圧ＣＳに重畳される。従って、トライアックの導通角が狭いときにＣＳ電圧を上昇させ、導通角が広いときにＣＳ電圧を低下させる制御が行われる。そこで、導通角が狭いときにＣＳ電圧が高くして基準電圧Ｖｒｅｆにすぐ到達するようにでき、ＬＥＤ列１６に流れる電流を絞ることができる。また、逆に導通角が広いときにＣＳ電圧が低くして基準電圧Ｖｒｅｆに到達するのを遅くでき、ＬＥＤ列１６に流れる電流を十分なものにできる。

【0024】

このように、トライアックパルスを直流電圧に変換し、この電圧をＣＳ電圧に加えることで１回あたりのトライアックパルスのばらつきがちらつき要因にならないようにすることができる。

【0025】

図３は、さらに他の実施形態の構成を示している。この例では、トライアック調光器１２を用いるのではなく、外部から入力されるＰＷＭ信号を用いて調光を行う。

【0026】

すなわち、交流電源１０からの交流電力はそのまま全波整流器１４に供給され、全波整流されてＬＥＤ列１６に印加される。また、制御トランジスタ２０は、フリップフロップ２８の出力によってオンオフされる。

【0027】

このような構成において、フリップフロップ２８の出力をアンドゲートに入力し、このアンドゲートにＰＷＭパルスを入力することが考えられる。これによって、ＰＷＭパルスのＬレベルの期間にフリップフロップ２８の出力がオフされ、その期間制御トランジスタ２０をオフして、調光することができる。

【0028】

しかし、この場合において、ＰＷＭパルスの周波数が、交流電圧の周波数に近いぐらいまで落ちてくるとちらつきが見えてしまう。

【0029】

本実施形態では、ＰＷＭパルスを直流電圧化して得られた電圧ＳＭＴを利用して、図１の例と同様に制御トランジスタ２０のスイッチングを制御する。

【0030】

すなわち、外部から入力されてくるＰＷＭパルスをアンプ３４に入力し、ここで所定のオフセットをして得られた出力を抵抗３６を介し、コンデンサ３８にする。抵抗３６とコンデンサ３８の接続点は制御トランジスタ２０と電流検出抵抗２２の接続点にダイオード４２を介し接続され、コンデンサ３０の充電電圧がＣＳ電圧に印加される。そして、得られた直流電圧ＳＭＴをコンパレータ３２の第２負入力端に入力する。この構成によっても、図１の実施形態と同様に電圧ＳＭＴを用いて制御トランジスタ２０のスイッチングを制御することができる。そして、ＰＷＭパルス信号のディーティー比を調光程度に応じたデューティー比のとすることで、図１の構成とほぼ同様に動作が得られる。

【0031】

従って、本実施形態の構成によれば、交流電圧の周波数に近いぐらいまでＰＷＭ周波数が落ちてきても、ＰＷＭパルスのデューティー比が直流電圧に変換されているために周波数が落ちてもちらつきが出ずに調光が可能となる。

【0032】

図４は、さらに他の実施形態の構成を示している。この例では、図３と同様に、ＰＷＭパルスを直流電圧化して、これを検出電圧ＣＳに重畳することで、図２の例と同様に制御トランジスタ２０のスイッチングを制御する。

【0033】

すなわち、外部から入力されるＰＷＭパルスをオフセット電圧を調整できるインバータ４０に入力し、ここで所定のオフセットをするとともに反転して得られた出力を抵抗３６を介し、コンデンサ３８にする。そして、得られた検出電圧ＣＳに重畳する。この構成によって、ＰＷＭ制御の外部入力パルスのデューティー比が大きいほど、コンデンサ３８に得られる充電電圧が小さくなる。そこで、図２の実施形態と同様に、外部入力パルスのデューティー比が大きいほど、コンパレータ３２において出力がＨレベルになるのが遅くなり、従って制御トランジスタ２０のオフが遅いタイミングになるような制御が行われる。そして、外部入力信号をトライアック調光器１２から出力されるトライアックの導通角に対応するディーティー比のＰＷＭ信号とすることで、図２の構成とほぼ同様に動作が得られる。

【0034】

なお、ＰＷＭパルスがＨレベルの場合にスイッチングをオフするようなものであれば、インバータ４０に代えて、単なるアンプを用いればよい。

【0035】

このように、本実施形態の構成によっても、交流電圧の周波数に近いぐらいまでＰＷＭ周波数が落ちても、ちらつきが出ずに調光が可能となる。

【0036】

図５には、さらに他の実施形態の構成を示してある。この例では、トランス５０を用いて、ＬＥＤ列１６の駆動系と、交流電源１０に接続されている系から絶縁している。すなわち、全波整流器１４の順方向出力端は、トランス５０の一次側コイルの一端に接続されており、このトランス５０の一次側コイルの他端が制御トランジスタ２０、電流検出抵抗２２を介しアースに接続されている。すなわち、この経路にはＬＥＤ列１６が設けられていない。従って、制御トランジスタ２０のオンオフによって、トランス５０の一次側コイルに全波整流器１４の出力に応じた周波数の交流電流が流れ、トランス５０の二次側コイルには、一次側コイルに流れる電流に対応した交流電流が流れる。

【0037】

トランス５０の二次側コイルの一端には、ダイオード２４を介し、ＬＥＤ列１６のアノードが接続され、二次側コイルの他端には、ＬＥＤ列１６のカソードが接続されているとともに、このＬＥＤ列１６と並列してコンデンサ５２が接続されている。

【0038】

従って、トランス５０の二次側コイルに流れる電流が整流されてダイオード２４を介し、ＬＥＤ列１６に電流が流れ、ＬＥＤ列１６のＬＥＤが発光する。また、ＬＥＤ列１６に並列接続されているコンデンサ５２によってＬＥＤ列１６に流れる電流が平滑化される。

【0039】

なお、制御トランジスタ２０をオンオフする構成は、図３と同様である。

【0040】

このような図５の構成によって、ＬＥＤ列１６が電源系と切り離されるため、ＬＥＤに人が触れても安全である。特に、交流電源１０として、２００Ｖ系が用いられる場合には、このような電源系と、ＬＥＤの駆動系を切り離すことが好適である。

【0041】

また、この例では、電源系におけるトランス５０の一次側コイルの電流制御系を図３の構成としたが、図１，２，４の構成にも同様に適用することができる。

【0042】

そして、このようなトランス５０を用いた場合にも、制御信号を直流電圧に変換することで、ＬＥＤの発光の際のちらつきを防止することができる。

【0043】

なお、電流検出抵抗２２が電流センス回路、コンパレータ２６が比較回路、コンパレータ２６から、制御トランジスタ２０のゲートまでの回路が制御回路に該当する。

【符号の説明】

【0044】

１０ 交流電源、１２ トライアック調光器、１４ 全波整流器、１６ ＬＥＤ列、１８ コイル、２０ 制御トランジスタ、２２ 電流検出抵抗、２４ ダイオード、２６，３２ コンパレータ、２８ フリップフロップ、３０ 分圧抵抗、３４ アンプ、３６ 抵抗、３８ コンデンサ、４０ インバータ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】