特許 5885908 ＬＥＤ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】5885908

(24)【登録日】2016年2月19日

(45)【発行日】2016年3月16日

(54)【発明の名称】ＬＥＤ駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H05B 37/02 20060101AFI20160303BHJP

   H01L 33/00 20100101ALI20160303BHJP

【ＦＩ】

   H05B37/02 J

   H01L33/00 J

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2010-104576(P2010-104576)

(22)【出願日】2010年4月28日

(65)【公開番号】特開2011-233442(P2011-233442A)

(43)【公開日】2011年11月17日

【審査請求日】2013年4月18日

【審判番号】不服2014-26273(P2014-26273/J1)

【審判請求日】2014年12月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】391016358

【氏名又は名称】東芝情報システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100074147

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 崇

(72)【発明者】

【氏名】大知 正直

(72)【発明者】

【氏名】菅原 悠平

(72)【発明者】

【氏名】山縣 友紀

(72)【発明者】

【氏名】田村 豊

【合議体】

【審判長】 氏原 康宏

【審判官】 櫻田 正紀

【審判官】 出口 昌哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開平６−２６７６６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１３５２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２８３７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２２４９７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平９−１６３７４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２０００５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

H05B 37/00-39/10

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＬＥＤを接続したＬＥＤ回路に対し、交流電源による交流を整流する電源部からの電力供給をするためのドライバ素子と、
前記ＬＥＤ回路に前記電源部から与えられる電圧が、前記ＬＥＤ回路における前記ＬＥＤの点灯に要する所定電圧以上であるか所定電圧未満であるかを検出する第１の比較器と、
前記第１の比較器により、前記電源部から与えられる電圧が前記ＬＥＤ回路におけるＬＥＤの点灯に要する所定電圧以上となったことが検出された場合に前記ドライバ素子を駆動して前記ＬＥＤを点灯する点灯区間の駆動動作を行う駆動回路と、
前記第１の比較器の出力に基づき前記電源部から与えられる電圧が所定電圧以上であるときに、前記駆動回路への電力供給を実行し、前記電圧が所定電圧未満であるときに、前記駆動回路への電力供給を遮断することにより、前記駆動回路による前記ＬＥＤ回路の前記ＬＥＤにおける点灯区間に同期させて電力供給制御する電力供給制御手段と、
前記ＬＥＤ回路に流れる電流に対応する電圧と所定電圧を比較し、前記ＬＥＤ回路に流れる電流が適正値を超えたか否か比較する第２の比較器と、
所定周波数のパルスを発生する発振回路を有し、前記点灯区間において、前記発振回路の前記パルスを用いて前記ドライバ素子をＰＷＭ制御によりオンオフし、前記第２の比較器により前記ＬＥＤ回路を流れる電流が適正値を超えたと判定されると前記パルスを遮断して前記駆動回路による前記ドライバ素子のＰＷＭ制御においてオンオフを停止させることにより、前記ＬＥＤ回路を流れる電流を所定に制御するＰＷＭ制御手段と
を具備することを特徴とするＬＥＤ駆動装置。

【請求項2】

前記電力供給制御手段は、前記駆動回路への電力供給経路に設けられ、前記ＬＥＤ回路に前記電源部から与えられる電圧が前記所定電圧未満である場合に前記駆動回路への電力供給経路を遮断することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ駆動装置。

【請求項3】

前記電源部が、ダイオードブリッジ、サイリスタ或いはトライアックを含んで構成される整流回路であることを特徴とする請求項１または２に記載のＬＥＤ駆動装置。

【請求項4】

前記ＬＥＤ回路は、１以上のＬＥＤを備え、
前記ＬＥＤ回路の電流経路における最も下流側のＬＥＤに接続されるコイルと、
前記コイルと前記電流経路における最上流のＬＥＤに接続されるダイオードと
により負荷回路を構成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＬＥＤ駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、ＬＥＤ駆動装置に関するものであり、特に整流回路の出力を電源として用いる場合に好適なＬＥＤ駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のＬＥＤ駆動装置としては、図６に示す回路構成を有するものが知られている。この装置は、商用交流電源１０１からの電流をダイオードブリッジ１０２により全波整流し、その出力を平滑用の電解コンデンサ１０３によって平滑して直流電源とするものである。平滑された電源は抵抗１０４を介して複数個のＬＥＤが直列接続されたＬＥＤ回路１０５に与えられる。

【0003】

ＬＥＤ回路の電流経路における最下流のＬＥＤには、コイル１０９を介してＰＷＭ制御のためのスイッチング素子としてのＦＥＴ１０６が接続され、ＦＥＴ１０６には抵抗１０７が接続されている。コイル１０９とＦＥＴ１０６の接続点には、ダイオード１１１のアノードが接続され、このダイオード１１１のカソードはダイオードブリッジ１０２のプラス側ラインに接続されている。ＦＥＴ１０６は駆動回路１１０によりオンオフ制御されるもので、駆動回路１１０はＬＥＤ回路１０５を流れる電流を、抵抗１０７に生じる電圧として取り込み、ＰＷＭ制御に用いている。

【0004】

駆動回路１１０は、上記平滑された電源に基づき定電圧を出力する定電圧源１２０から電力を得て動作している。この結果、図７に示されるように、平滑された電源の電圧Ｖ_Ｈが変化し、ＬＥＤ回路１０５におけるＬＥＤの点灯に要する電圧Ｖ_ＮによってＬＥＤ回路１０５のＬＥＤが連続点灯する。また、定電圧源１２０の出力電圧ＶＤＤは図８に示されるように一定であり、この電圧ＶＤＤを得て駆動回路１１０が動作する。

【0005】

また、他の従来例としては、図９に示す回路構成を有するものが知られている。この装置は、ＬＥＤ回路１０５に対しては、整流され平滑されていない電圧を与えて駆動するものである。整流された電源の電圧は１００Ｈｚであるから、この周期でオンオフしても人の目にはちらつきが感じられず、照明としては十分なものである。この図９の装置では、電解コンデンサ１０３を定電圧源１２０の出力側に設け、電圧を蓄積して駆動回路１１０へ与えるように構成したものであり、他の構成は図６に示した装置と同一である。

【0006】

この装置では、ＬＥＤ回路１０５におけるＬＥＤの点灯に要する電圧Ｖ_Ｎに対し、整流電圧Ｖ_ＯＵＴが図１０に示すように変化するため、ＬＥＤ回路１０５におけるＬＥＤの点灯は間欠的になされる。

【0007】

一方、電解コンデンサ１０３から供給される電圧ＶＤＤは、図１１に示すように一定であり、駆動回路１１０に常時与えられている。このため、ＬＥＤ回路１０５のＬＥＤが点灯されない区間にも電圧ＶＤＤが与えられていることになり、無駄な電力消費が行われていた。

【0008】

上記２つの従来例に係るＬＥＤ駆動装置では、大容量の電解コンデンサ１０３が必要であり、回路の大型化やコスト高を招来するばかりか、電解コンデンサ１０３の寿命が短いために装置全体の寿命を短縮することになる。

【0009】

また、交流電源を整流器により整流してＬＥＤを点灯させる回路として、交流電源と整流器の間に蛍光灯安定器を接続し、各ＬＥＤによる順方向下降電圧の総量が上記蛍光灯安定器に適合するランプの点灯電圧に対応するようにＬＥＤの直列接続個数を調整したものが知られている（特許文献１参照）。

【0010】

この回路においては、ＬＥＤ数が制限される問題があり、ＬＥＤを間欠的に点灯させると共に駆動回路を用いていた構成でありながら消費電力を抑制するというものではなかった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開２００９−２３８５７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明は上記のようなＬＥＤ駆動装置が有する問題を解決せんとしてなされたもので、その目的は、ＬＥＤの点灯を間欠的に行う回路構成であり、しかも消費電力を抑制することが可能なＬＥＤ駆動装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明に係るＬＥＤ駆動装置は、ＬＥＤを接続したＬＥＤ回路に対し、交流電源による交流を整流する電源部からの電力供給をするためのドライバ素子と、前記ＬＥＤ回路に前記電源部から与えられる電圧が、前記ＬＥＤ回路における前記ＬＥＤの点灯に要する所定電圧以上であるか所定電圧未満であるかを検出する第１の比較器と、前記第１の比較器により、前記電源部から与えられる電圧が前記ＬＥＤ回路におけるＬＥＤの点灯に要する所定電圧以上となったことが検出された場合に前記ドライバ素子を駆動して前記ＬＥＤを点灯する点灯区間の駆動動作を行う駆動回路と、前記第１の比較器の出力に基づき前記電源部から与えられる電圧が所定電圧以上であるときに、前記駆動回路への電力供給を実行し、前記電圧が所定電圧未満であるときに、前記駆動回路への電力供給を遮断することにより、前記駆動回路による前記ＬＥＤ回路の前記ＬＥＤにおける点灯区間に同期させて電力供給制御する電力供給制御手段と、前記ＬＥＤ回路に流れる電流に対応する電圧と所定電圧を比較し、前記ＬＥＤ回路に流れる電流が適正値を超えたか否か比較する第２の比較器と、所定周波数のパルスを発生する発振回路を有し、前記点灯区間において、前記発振回路の前記パルスを用いて前記ドライバ素子をＰＷＭ制御によりオンオフし、前記第２の比較器により前記ＬＥＤ回路を流れる電流が適正値を超えたと判定されると前記パルスを遮断して前記駆動回路による前記ドライバ素子のＰＷＭ制御においてオンオフを停止させることにより、前記ＬＥＤ回路を流れる電流を所定に制御するＰＷＭ制御手段とを具備することを特徴とする。

【0014】

本発明に係るＬＥＤ駆動装置では前記電力供給制御手段は、前記駆動回路への電力供給経路に設けられ、前記ＬＥＤ回路に前記電源部から与えられる電圧が前記所定電圧未満である場合に前記駆動回路への電力供給経路を遮断することを特徴とする。

【0015】

前記ドライバ素子をＰＷＭ制御によりオンオフし、前記ＬＥＤ回路を流れる電流を所定に制御するＰＷＭ制御手段を備えることを特徴とする。

【0017】

本発明に係るＬＥＤ駆動装置では、前記ＬＥＤ回路は、１以上のＬＥＤを備え、前記ＬＥＤ回路の電流経路における最も下流側のＬＥＤに接続されるコイルと、前記コイルと前記電流経路における最上流のＬＥＤに接続されるダイオードとにより負荷回路を構成することを特徴とする。

【0018】

本発明に係るＬＥＤ駆動装置は、ＬＥＤ回路は、１以上のＬＥＤを備え、ＬＥＤ回路の電流経路における最も下流側のＬＥＤに接続されるコイルと、前記コイルと前記電流経路における最上流のＬＥＤに接続されるダイオードとにより負荷回路を構成することを特徴とする。

【発明の効果】

【0019】

本発明に係るＬＥＤ駆動装置は、ＬＥＤを接続したＬＥＤ回路に対し電源部からの電力供給をするためのドライバ素子と、電源部の電圧が、ＬＥＤ回路におけるＬＥＤの点灯に要する所定電圧以上となった場合に前記ドライバ素子をオンとする駆動回路と、前記駆動回路への電力供給を、前記駆動回路による前記ＬＥＤ回路のＬＥＤ駆動に同期させて制御する電力供給制御手段とを具備するので、駆動回路によるＬＥＤ回路のＬＥＤ駆動に合せて電力消費を抑制制御することができ、高効率で効果的なＬＥＤを駆動することが可能となる。

【0020】

本発明に係るＬＥＤ駆動装置は、前記ＬＥＤ回路に与えられる電圧が前記所定電圧未満である場合に前記駆動回路への電力供給経路を遮断する電力供給制御手段とを具備するので、前記ＬＥＤ回路に与えられる電圧が前記所定電圧未満である場合にＬＥＤが消灯状態であると共に前記駆動回路への電力供給経路が遮断されるので、このときに電力消費を抑制し高効率でＬＥＤを駆動することが可能となる。

【0021】

本発明に係るＬＥＤ駆動装置では、前記電力供給制御手段において電源部の電圧が第１の電圧未満であることを検出する比較器を、前記駆動回路と共用し、該駆動回路において、電源部の電圧が、ＬＥＤ回路におけるＬＥＤの点灯に要する第１の電圧以上となったことを検出するように構成したので、回路の共通化を図り小型化及びコスト低減を図ると共に、ＬＥＤの点灯消灯制御に同期して適切に電力消費を抑制できる効果がある。

【0022】

本発明に係るＬＥＤ駆動装置では、前記ドライバ素子をＰＷＭ制御によりオンオフし、ＬＥＤ回路を流れる電流を所定に制御するので、ＬＥＤ回路に所定の順電流を流すことができ、ＬＥＤを適切に駆動することができる。

【0023】

本発明に係るＬＥＤ駆動装置では、電源部が、ダイオードブリッジ、サイリスタ或いはトライアックを含んで構成される整流回路であるため、整流された電圧変動を有する電源部を用いて、適切な群数に給電を行って高い電力効率で駆動を行うことができる。

【0024】

本発明に係るＬＥＤ駆動装置では、ＬＥＤ回路は、１以上のＬＥＤを備え、ＬＥＤ回路の電流経路における最も下流側のＬＥＤに接続されるコイルと、前記コイルと前記電流経路における最上流のＬＥＤに接続されるダイオードとにより負荷回路を構成するので、ＬＥＤに流れる電流変化をコイルにより規制しながら、コイルにより発生する逆起電力をダイオードにより吸収して適切なＬＥＤ駆動が確保される。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明に係るＬＥＤ駆動装置の第１の実施形態を示す構成図。

【図2】本発明に係るＬＥＤ駆動装置の第１の実施形態の要部を示す構成図。

【図3】発明に係るＬＥＤ駆動装置の第１の実施形態におけるＰＷＭ制御において用いられるパルス波形の一例を示す図。

【図4】本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態のＬＥＤ点灯時における点灯区間を示す図。

【図5】本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態によって実現される電力供給停止の区間を、ＬＥＤ点灯時における点灯区間及び定電圧源の出力と共に示した図。

【図6】従来例に係る第１のＬＥＤ駆動装置を示す構成図。

【図7】従来例に係る第１のＬＥＤ駆動装置のＬＥＤ点灯時における点灯区間を平滑された電源電圧と共に示した図。

【図8】従来例に係る第１のＬＥＤ駆動装置の平滑された電源電圧を定電圧源の出力と共に示した図。

【図9】従来例に係る第２のＬＥＤ駆動装置を示す構成図。

【図10】従来例に係る第２のＬＥＤ駆動装置のＬＥＤ点灯時における点灯区間をダイオードブリッジの出力と共に示した図。

【図11】従来例に係る第２のＬＥＤ駆動装置のダイオードブリッジの出力を定電圧源の出力と共に示した図。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下添付図面を参照して、本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施例を説明する。各図において同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。図１に、本発明の実施形態に係るＬＥＤ駆動装置の構成を示す。この装置の電源部１０には、例えば商用交流１００Ｖの交流電源１１と、この交流電源１１による交流を全波整流する整流回路としてのダイオードブリッジ１２と、定電圧源１３が備えられている。整流回路としては、サイリスタやトライアックなどを用いることもできる。

【0027】

ダイオードブリッジ１２の出力側には、定電圧源１３が設けられ、ダイオードブリッジ１２の出力電圧を定電圧のＶＤＤとして出力している。定電圧源１３には、電力供給制御手段であるスイッチ回路２０を介して駆動回路３０が接続されている。

【0028】

また、ダイオードブリッジ１２の出力側には、プラス側ラインにアノードを向けるように接続された複数個のＬＥＤ４６−１、４６−２、・・・、４６−ｎが直列接続されたＬＥＤ回路４１が接続されている。ＬＥＤ数は１以上であれば良い。

【0029】

ＬＥＤ回路４１は、コイル４２、ダイオード４３と共に負荷回路４０を構成している。ダイオード４３は、そのカソードがＬＥＤ回路４１の中において、電流経路の最上流のＬＥＤ４６−１に接続され、コイル４２は、ＬＥＤ回路４１における最下流のＬＥＤ４６−ｎと上記ダイオード４３のアノードの間に接続されている。ＬＥＤ回路４１は、図６に示したように、複数のＬＥＤが直列接続され、このＬＥＤ群に抵抗が直列接続された回路とすることもできる。

【0030】

上記ダイオード４３のアノードは、ドライバ素子であるＦＥＴ（例えば、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ）４７及び抵抗４８を介して、ダイオードブリッジ１２の出力のマイナス側ラインに接続されている。更に、ＦＥＴ４７と電圧取り出し用の抵抗４８は、駆動回路３０に接続されている。

【0031】

スイッチ回路２０と駆動回路３０の内部構成を図２に示す。スイッチ回路２０には、スイッチ制御部２１とスイッチ２２が設けられている。スイッチ回路２０のスイッチ２２は、定電圧源１３から駆動回路３０への電力供給の経路に設けられている。スイッチ制御部２１は、ダイオードブリッジ１２の出力のプラス側から出力電圧Ｖ_ＯＵＴが供給されている。スイッチ制御部２１は、ＬＥＤ回路４１の点灯に要する電圧Ｖ_ｔｈ１と上記出力電圧Ｖ_ＯＵＴとを比較し、Ｖ_ＯＵＴ＜Ｖ_ｔｈ１である場合にスイッチ２２を開放して電力供給を停止させる。Ｖ_ＯＵＴ≧Ｖ_ｔｈ１である場合には、スイッチ２２を閉成する。スイッチ回路２０には、常に定電圧源１３から電力供給がされる。

【0032】

駆動回路３０には、比較器３１、比較器３２、制御回路３３及び発振回路３４が設けられている。比較器３１には、ダイオードブリッジ１２の出力のプラス側から出力電圧Ｖ_ＯＵＴが供給されている。比較器３１は、ＬＥＤ回路４１の点灯に要する電圧Ｖ_ｔｈ１と上記出力電圧Ｖ_ＯＵＴとを比較し、Ｖ_ＯＵＴ≧Ｖ_ｔｈ１である場合にＬＥＤの点灯を指示する信号Ｓ１（例えばイネーブルのときハイ）を制御回路３３のイネーブル端子ＥＮへ出力する。

【0033】

比較器３１はスイッチ制御部２１と同じ機能であるから、比較器３１をスイッチ制御部２１により置き換えても良い。この場合、スイッチ２２が閉成されるとき、ＬＥＤの点灯を指示する信号Ｓ１がイネーブルとされて制御回路３３のイネーブル端子ＥＮへ出力されるように構成する。

【0034】

駆動回路３０に備えられている制御回路３３は、ＦＥＴ４７のゲートにＦＥＴ４７をオンオフする制御信号ＤＲ１を出力するもので、比較器３１から出力された信号Ｓ１がイネーブルとしてイネーブル端子に到来すると上記制御信号ＤＲ１を制御してＦＥＴ４７をオンとする。

【0035】

比較器３２は、抵抗４８からＬＥＤ回路４１に流れる電流に相当する電圧を取り込み、この電圧とＬＥＤ回路４１に流れる電流が適正値を超えた場合に相当する閾値電圧Ｖ１とを比較し、超えた場合に停止信号ＳＳ１を制御回路３３の停止端子ＳＴへ出力する。

【0036】

発振回路３４は、交流電源１１の半周期（１００Ｈｚ）より遥かに高い周波数（例えば、２００ｋＨｚ）の、例えば図３に示すようなパルスを出力し、制御回路３３へ与える。制御回路３３は、そのイネーブル端子ＥＮへ与えられる信号がイネーブル（例えばハイ）であるときに、発振回路３４のパルスを、停止信号ＳＳ１がアクティブ（例えば、ロウ）となるまで通過させるＰＷＭ制御手段として動作する。上記ＰＷＭ制御によって、ＬＥＤ回路４１に流れる電流が適正値に抑えられてＬＥＤの駆動が行われる。

【0037】

以上の通りに構成されているので、ダイオードブリッジ１２の出力電圧Ｖ_ＯＵＴが図４に示すように変化するとき、Ｖ_ＯＵＴ≧Ｖ_ｔｈ１である場合にＬＥＤ回路４１のＬＥＤが点灯する。点灯区間を図４に示す。この点灯区間において、ＰＷＭ制御が行われることは前述の通りである。

【0038】

定電圧源１３の出力電圧ＶＤＤは、図５に示すように変化するが、Ｖ_ＯＵＴ＜Ｖ_ｔｈ１である場合にスイッチ２２が開放されるから、駆動回路３０への電力供給は停止される。即ち、図４に示したＬＥＤの点灯区間と図５に示した駆動回路３０への電源供給区間とは同期して同じ長さになり、ＬＥＤに対する駆動がなされないときには負荷回路４０のみならず駆動回路３０への電力供給が停止されて無駄な電力消費が抑制される。

【0039】

なお、本実施例では、ダイオードブリッジ１２の出力電圧を用いてＬＥＤ回路４１に与えられる電圧が所定電圧未満であるかを検出したが、どこの信号を用いるかはこれに限定されず、例えばダイオードブリッジ１２の出力電圧を分圧したものを用いてＬＥＤ回路４１に与えられる電圧が所定電圧未満であるかを検出しても良い。

【0040】

また本発明は、駆動回路３０への電力供給を、駆動回路３０によるＬＥＤ回路４１のＬＥＤ駆動に同期させて制御するものであればよく、例えば、制御信号ＤＲ１を監視するなど適宜な信号に基づきＬＥＤ駆動がなされない期間を検出して、駆動回路３０への電力供給を停止する構成を採用することができる。

【符号の説明】

【0041】

１０ 電源部
１１ 交流電源
１２ ダイオードブリッジ
１３ 定電圧源
２０ スイッチ回路
２１ スイッチ制御部
２２ スイッチ
３０ 駆動回路
３１ 比較器
３２ 比較器
３３ 制御回路
３４ 発振回路
４０ 負荷回路
４１ ＬＥＤ回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】