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特許6143786ＬＥＤ発光装置

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(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】6143786

(24)【登録日】2017年5月19日

(45)【発行日】2017年6月7日

(54)【発明の名称】ＬＥＤ発光装置

(51)【国際特許分類】

H05B 37/02 20060101AFI20170529BHJP

【ＦＩ】

H05B37/02 J

【請求項の数】8

【全頁数】39

(21)【出願番号】特願2014-550029(P2014-550029)

(86)(22)【出願日】2012年12月28日

(65)【公表番号】特表2015-506552(P2015-506552A)

(43)【公表日】2015年3月2日

(86)【国際出願番号】KR2012011810

(87)【国際公開番号】WO2013100736

(87)【国際公開日】20130704

【審査請求日】2015年11月18日

(31)【優先権主張番号】10-2011-0146461

(32)【優先日】2011年12月29日

(33)【優先権主張国】KR

(31)【優先権主張番号】10-2011-0146391

(32)【優先日】2011年12月29日

(33)【優先権主張国】KR

(31)【優先権主張番号】10-2011-0146392

(32)【優先日】2011年12月29日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】507194969

【氏名又は名称】ソウルセミコンダクターカンパニーリミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000408

【氏名又は名称】特許業務法人高橋・林アンドパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】ジュン，へマン

(72)【発明者】

【氏名】カン，ヒュング

(72)【発明者】

【氏名】ハン，サンウク

(72)【発明者】

【氏名】ジュン，ユンド

【審査官】杉浦貴之

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０７０８１７２２（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開２０１０−１０９１６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６−２４４８４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／１４１６８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１−２３８６０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１−１４６２６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｂ３７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電圧を整流して整流電圧を生成する整流部と、
前記整流部の出力端に直列に接続される複数のＬＥＤと、
前記複数のＬＥＤそれぞれのカソードにドレイン端子が接続される複数のスイッチと、
設定された基準整流電圧と前記整流電圧とを比較して前記整流電圧の電圧変化量を検出する電圧変化量検出部、設定された第１基準電流に前記電圧変化量を反映して第２基準電流を生成し、前記第２基準電流に対応する基準電圧を生成する基準電圧生成部、および一端を前記複数のスイッチのソース端子にそれぞれ接続し、他端を接地端子に接続される複数の抵抗を介して検知される電流をそれに対応する検知電圧に変更し、前記検知電圧と前記基準電圧とを比較して、その差電圧を前記複数のスイッチそれぞれのゲート端子に出力するスイッチ制御信号生成部、を含むスイッチ制御部と、
を含む、ＬＥＤ発光装置であって、
前記基準電圧生成部は、前記電圧変化量が上昇した値の場合には、前記第２基準電流を前記第１基準電流より前記電圧変化量に対応する大きさだけ下降調整し、前記電圧変化量が下降した値の場合には、前記第２基準電流を前記第１基準電流より前記電圧変化量に対応する大きさだけ上昇調整することを特徴とするＬＥＤ発光装置。

【請求項2】

前記複数の抵抗は互いに直列に接続され、
前記複数の抵抗の一端は、前記複数のスイッチそれぞれのソース端子に接続され、それぞれの他端は、隣接する抵抗の一端に接続され、
前記複数のＬＥＤのうち前記整流部の出力端と最も遠く離隔して接続されたＬＥＤに結合したスイッチのソース端子に接続された抵抗の他端が、接地端子に接続される、請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。

【請求項3】

前記複数の抵抗の値が変わるにつれて、前記複数の抵抗それぞれの一端で検知される電流の大きさが変わる、請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。

【請求項4】

前記スイッチ制御部は、
前記複数の抵抗のうち第１抵抗の後段に接続される抵抗で検知された電流の和が前記第２基準電流以上の場合には、前記複数のスイッチのうち前記第１抵抗の一端に接続される第１スイッチをターンオフさせ、
前記第１抵抗の一端は、前記複数のスイッチのうちいずれか一つのスイッチに接続される、請求項２に記載のＬＥＤ発光装置。

【請求項5】

前記スイッチ制御部は、
前記複数の抵抗のうち第１抵抗の後段に接続される抵抗で検知された電流の和が前記第２基準電流未満の場合には、前記複数のスイッチのうち前記第１抵抗の一端に接続される第１スイッチをターンオンさせ、
前記第１抵抗の一端は、前記複数のスイッチのうちいずれか一つのスイッチに接続される、請求項２に記載のＬＥＤ発光装置。

【請求項6】

前記スイッチ制御信号生成部は、前記複数のスイッチに前記差電圧をそれぞれ出力する複数のスイッチ制御信号生成部を含み、
前記複数のスイッチ制御信号生成部それぞれは、
負帰還ループを有する第１演算器と、
前記第１演算器の負端子に接続されて、前記検知電流を前記検知電圧に変更する入力インピーダンスと、
前記第２演算器の出力端と負端子との間に接続されるフィードバックインピーダンスと、を含み、
前記第２演算器は、負端子に入力される前記検知電圧と正端子に入力される前記基準電圧とを比較して、その差に対応するゲート入力電圧を当該スイッチのゲート端子に出力する、請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。

【請求項7】

前記複数のスイッチそれぞれは、前記スイッチ制御部からゲート端子に入力される電圧が当該スイッチの閾値電圧未満の場合には、ターンオフされる、請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。

【請求項8】

前記スイッチ制御部は、
前記複数のスイッチのうち第１スイッチの電流下降区間と第２スイッチの電流上昇区間が重なるように制御する、請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＬＥＤ発光装置に関し、力率および全高調波歪を改善するために、交流電源を使用して複数のＬＥＤを多段駆動し、多段駆動に使用されるスイッチのゲート端子電圧を可変してスイッチの電流上昇区間と電流下降区間を制御したり、交流電源の可変特性を考慮してＬＥＤに流れる電流を制御したり、位相制御方式の調光器から出力される電圧を用いてＬＥＤを駆動するＬＥＤ発光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の交流電源を使用するＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）発光装置は、ブリッジ回路に具現される整流回路から出力される単方向リップル電圧を抵抗を介して高電圧ＬＥＤに提供した。

【0003】

かかる従来の交流電源を使用するＬＥＤ発光装置において、ＬＥＤは、交流電圧がＬＥＤの順方向電圧（Ｖｆ）より大きい期間に発光し、ＬＥＤが発光する期間にＬＥＤには電流が流れる。これにより、ＬＥＤに印加される交流電圧（ＬＥＤ駆動電圧）とＬＥＤの駆動電流との間には位相差が生じ、交流電源を使用するＬＥＤ発光装置は、力率および全高調波歪（ｔｏｔａｌＨａｒｍｏｎｉｃＤｉｓｔｏｒｔｉｏｎ、ＴＨＤ）などの電気的な特性がＬＥＤ照明で要求する規格を満足しないことがある。

【0004】

また、商用交流電源は、理想の正弦波形の交流電圧を提供することができない。すなわち、商用交流電圧は、理想の正弦波形の基準電圧よりその大きさが大きいか小さい問題が生じ、かかる高調波により、ＬＥＤ駆動電圧は正弦波の波形で歪んだ波形を有することになる。ＬＥＤ駆動電圧の波形が歪むにつれて、ＬＥＤ駆動電流の波形も歪むことになる。

【0005】

そのため、従来のＬＥＤ発光装置は、ＬＥＤ駆動電流の波形が歪むにつれて、ＬＥＤの発光効率に非常に大きい偏差が生じる。

【0006】

一方、通常の発光装置の調光（Ｄｉｍｍｉｎｇ）機能は、発光装置の明るさを制御して、ユーザの都合に応じて使用するための機能であって、その使用が非常に制限的であった。しかし、現在、電気エネルギー使用量の増加によってエネルギー消費節約が非常に重要な問題として現れている。そのため、従来、単にユーザの都合に合わせた選択的な機能であった発光装置の調光機能は、電気エネルギー節約のための必須の機能として強調されている。

【0007】

交流電源を使用する発光装置では、トライアック（ｔｒｉａｃ）のような半導体素子を用いて交流電源の交流位相を制御することで、交流電源の実効電圧（Ｖｒｍｓ）を調節して調光機能を行っていた。

【0008】

従来、白熱灯およびハロゲンのような発光装置は、等価回路の特性が抵抗回路と同一であり、非常に低いインピーダンスを有することができる。かかる白熱灯およびハロゲンの電気的特性は、位相制御方式の調光器（トライアックスイッチを用いる調光器）で要求する負荷特性に適合しており、調光器から出力される電圧によって白熱灯およびハロゲンは明るさを制御することが容易である。

【0009】

しかし、ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｅｄＤｉｏｄｅ）発光装置は、ＬＥＤのＩ／Ｖ特性により印加される電圧の大きさに応じて様々な形態のインピーダンスを有する。さらに、ＬＥＤは、入力電圧の大きさがＬＥＤの順方向電圧（Ｖｆ）より低い場合には、電流がほとんど流れず非常に大きいインピーダンスを有することになる。以上の理由からＬＥＤ発光装置は、位相制御方式の調光器から出力される電圧によって明るさを制御することが容易でないという問題点がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は、上述の従来技術の問題点を解決するためのものであって、本発明によるＬＥＤ発光装置は、ＬＥＤ発光効率、力率および全高調波歪を改善するために交流電源を用いて複数のＬＥＤを多段駆動し、多段駆動に使用されるスイッチのゲート端子電圧を可変してスイッチの電流上昇区間と電流下降区間を制御することを目的とする。

【0011】

本発明の実施例によるＬＥＤ発光装置は、ＬＥＤ発光効率、力率および全高調波歪を改善するために交流電源を用いて複数のＬＥＤを多段駆動し、交流電源の可変特性を考慮してＬＥＤに流れる電流を制御することを目的とする。

【0012】

本発明の他の実施例によるＬＥＤ発光装置は、ＬＥＤ発光効率、力率および全高調波歪を改善するために交流電源を用いて複数のＬＥＤを多段駆動し、位相制御方式の調光器から出力される電圧を用いてＬＥＤに流れる電流を一定に制御することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

前記技術的課題を達成するために、本発明によるＬＥＤ発光装置は、交流電圧を整流して整流電圧を生成する整流部と、整流部の出力端に直列に接続される複数のＬＥＤと、複数のＬＥＤそれぞれのカソードにドレイン端子が接続される複数のスイッチと、複数のスイッチそれぞれのソース端子に接続される複数の抵抗を介して電流を検知し、検知された電流と設定された基準電流とを比較して、その差に対応する電圧を複数のスイッチそれぞれのゲート端子に出力するスイッチ制御部と、を含むことを特徴とする。

【0014】

本発明の実施例によるＬＥＤ発光装置において、複数の抵抗は互いに直列に接続され、複数の抵抗のうち第１抵抗の一端は、複数のスイッチのうち第１スイッチのソース端子に接続され、第１抵抗の他端は、複数のスイッチのうち第２スイッチのソース端子と複数の抵抗のうち第２抵抗の接続端子に接続され、複数の抵抗のうち最後の抵抗の一端は、複数のスイッチのうち最後のスイッチのソース端子に接続され、最後の抵抗の他端は、接地端子に接続されることができる。

【0015】

本発明の他の実施例によるＬＥＤ発光装置において、複数の抵抗は互いに並列に接続され、複数の抵抗の一端は、複数のスイッチのソース端子にそれぞれ接続され、複数の抵抗の他端は、接地端子に接続されることができる。

【0016】

本発明の他の実施例によるＬＥＤ発光装置において、複数の抵抗の値が変わるにつれて、複数の抵抗それぞれの一端で検知される電流の大きさが変わることができる。

【0017】

本発明の他の実施例によるＬＥＤ発光装置において、複数のスイッチそれぞれは、スイッチ制御部からゲート端子に入力される電圧が当該スイッチの閾値電圧未満の場合には、ターンオフされることができる。

【0018】

本発明の他の実施例によるＬＥＤ発光装置において、スイッチ制御部は、複数のスイッチのうち第１スイッチの電流下降区間と第２スイッチの電流上昇区間が重なるように制御することができる。

【0019】

本発明の他の実施例によるＬＥＤ発光装置において、スイッチ制御部は、複数の抵抗のうち第１抵抗の後段に接続される抵抗で検知された電流の和が基準電流以上の場合には、複数のスイッチのうち第１抵抗の一端に接続される第１スイッチをターンオフさせ、第１抵抗の一端は、複数のスイッチのうちいずれか一つのスイッチに接続されることができる。

【0020】

本発明の他の実施例によるＬＥＤ発光装置において、スイッチ制御部は、複数の抵抗のうち第１抵抗の後段に接続される抵抗で検知された電流の和が基準電流未満の場合には、複数のスイッチのうち第１抵抗の一端に接続される第１スイッチをターンオンさせ、第１抵抗の一端は、複数のスイッチのうちいずれか一つのスイッチに接続されることができる。

【0021】

本発明の他の実施例によるＬＥＤ発光装置において、スイッチ制御部は、基準電流に対応する基準電圧を生成する複数の第１演算器を含む基準電圧生成部と、複数の抵抗それぞれの一端で検知される電流をそれに対応する検知電圧に変更し、検知電圧と基準電圧とを比較して、その差電圧を複数のスイッチそれぞれのゲート端子に出力する複数のスイッチ制御信号生成部と、を含むことができる。

【0022】

本発明の他の実施例によるＬＥＤ発光装置において、複数のスイッチ制御信号生成部それぞれは、負帰還ループを有する第２演算器と、第２演算器の負（−）端子に接続されて、検知電流を検知電圧に変更する入力インピーダンスと、第２演算器の出力端と負端子との間に接続されるフィードバックインピーダンスと、を含み、第２演算器は、負端子に入力される検知電圧と正端子に入力される基準電圧とを比較して、その差に対応するゲート入力電圧を当該スイッチのゲート端子に出力することができる。

【0023】

本発明の他の実施例によるＬＥＤ発光装置において、スイッチ制御部は、複数の抵抗で検知された電流の和が複数のスイッチのうち第１スイッチに設定された第１基準電流以上の場合には、第１スイッチをターンオフさせ、複数の抵抗で検知された電流の和が複数のスイッチのうち第２スイッチに設定された第２基準電流以上の場合には、第２スイッチをターンオフさせる。

【0024】

本発明の他の実施例によるＬＥＤ発光装置において、スイッチ制御部は、複数の抵抗で検知された電流の和が複数のスイッチのうち第１スイッチに設定された第１基準電流未満の場合には、第１スイッチをターンオンさせ、複数の抵抗で検知された電流の和が複数のスイッチのうち第２スイッチに設定された第２基準電流未満の場合には、第２スイッチをターンオンさせる。

【0025】

本発明の他の実施例によるＬＥＤ発光装置において、スイッチ制御部は、複数の基準電流に対応する複数の基準電圧を生成する複数の第１演算器を含む基準電圧生成部と、複数の抵抗で検知された電流の和と複数の基準電圧のうちいずれか一つの基準電圧とを比較して、その差電圧を複数のスイッチのうちいずれか一つのスイッチのゲート端子に出力する複数のスイッチ制御信号生成部と、を含むことができる。

【0026】

本発明の他の実施例によるＬＥＤ発光装置において、複数のスイッチ制御信号生成部それぞれは、複数の抵抗のうちいずれか一つの抵抗以外の他の抵抗で検知された電圧を合算して第１電圧として出力する第２演算器と、負帰還ループを有し、第２演算器の出力が負端子に接続されている第３演算器と、第３演算器の負端子に接続されて、いずれか一つの抵抗によって検知される検知電流を第２電圧に変更する入力インピーダンスと、第３演算器の出力端と負端子との間に接続されるフィードバックインピーダンスと、を含み、第３演算器は、負端子に入力される第１電圧と第２電圧との和である第３電圧と基準電圧とを比較して、その差に対応するゲート入力電圧をいずれか一つの抵抗に接続されるスイッチのゲート端子に出力することができる。

【0027】

また、本発明によるＬＥＤ発光装置は、交流電圧を整流して整流電圧を生成する整流部と、整流部の出力端に直列に接続される複数のＬＥＤと、複数のＬＥＤそれぞれのカソードにドレイン端子が接続される複数のスイッチと、設定された基準整流電圧と整流電圧とを比較して整流電圧の電圧変化量を検出し、電圧変化量を考慮して複数のＬＥＤに流れる電流を可変させる制御信号を複数のスイッチのゲート端子に出力するスイッチ制御部と、を含むことを特徴とする。

【0028】

本発明の実施例によるＬＥＤ発光装置において、スイッチ制御部は、複数のスイッチのソース端子にそれぞれ接続される複数の抵抗を介して電流を検知し、設定された第１基準電流に電圧変化量を反映して第２基準電流を生成し、検知された電流と第２基準電流とを比較して、その差に対応する電圧を複数のスイッチそれぞれのゲート端子に出力することができる。

【0029】

本発明の他の実施例によるＬＥＤ発光装置において、複数の抵抗は互いに直列に接続され、複数の抵抗の一端は、複数のスイッチそれぞれのソース端子に接続され、それぞれの他端は、隣接する抵抗の一端に接続され、複数のＬＥＤのうち整流部の出力端と最も遠く離隔して接続されたＬＥＤに結合したスイッチのソース端子に接続された抵抗の他端が、接地端子に接続されることができる。

【0030】

【0031】

本発明の他の実施例によるＬＥＤ発光装置において、スイッチ制御部は、複数の抵抗のうち第１抵抗の後段に接続される抵抗で検知された電流の和が第２基準電流以上の場合には、複数のスイッチのうち第１抵抗の一端に接続される第１スイッチをターンオフさせ、第１抵抗の一端は、複数のスイッチのうちいずれか一つのスイッチに接続されることができる。

【0032】

本発明の他の実施例によるＬＥＤ発光装置において、スイッチ制御部は、複数の抵抗のうち第１抵抗の後段に接続される抵抗で検知された電流の和が第２基準電流未満の場合には、複数のスイッチのうち第１抵抗の一端に接続される第１スイッチをターンオンさせ、第１抵抗の一端は、複数のスイッチのうちいずれか一つのスイッチに接続されることができる。

【0033】

本発明の他の実施例によるＬＥＤ発光装置において、スイッチ制御部は、基準整流電圧と整流電圧とを比較して電圧変化量を検出する電圧変化量検出部と、設定された第１基準電流に電圧変化量を反映して第２基準電流を生成し、第２基準電流に対応する基準電圧を生成する基準電圧生成部と、複数の抵抗それぞれの一端で検知される電流をそれに対応する検知電圧に変更し、検知電圧と基準電圧とを比較して、その差電圧を複数のスイッチそれぞれのゲート端子に出力するスイッチ制御信号生成部と、を含むことができる。

【0034】

本発明の他の実施例によるＬＥＤ発光装置において、基準電圧生成部は、電圧変化量が上昇した値の場合には、第２基準電流を第１基準電流より小さくなるように電圧変化量に対応する大きさだけ下降調整し、電圧変化量が下降した値の場合には、第２基準電流を第１基準電流より電圧変化量に対応する大きさだけ上昇調整することができる。

【0035】

本発明の他の実施例によるＬＥＤ発光装置において、スイッチ制御信号生成部は、複数のスイッチに差電圧をそれぞれ出力する複数のスイッチ制御信号生成部を含み、複数のスイッチ制御信号生成部それぞれは、負帰還ループを有する第１演算器と、第１演算器の負端子に接続されて、検知電流を検知電圧に変更する入力インピーダンスと、第２演算器の出力端と負端子との間に接続されるフィードバックインピーダンスと、を含み、第２演算器は、負端子に入力される検知電圧と正（＋）端子に入力される基準電圧とを比較して、その差に対応するゲート入力電圧を当該スイッチのゲート端子に出力することができる。

【0036】

【0037】

【0038】

また、本発明によるＬＥＤ発光装置は、交流電圧を整流して整流電圧を生成する整流部と、整流部の出力端に直列に接続される複数のＬＥＤと、一端が整流部と複数のＬＥＤの接続ノードに接続されて、複数のＬＥＤのうち一つのＬＥＤの順方向電圧より低い区間で、整流電圧に対する電流経路を形成する電流消費部と、を含むことができる。

【0039】

本発明の実施例によるＬＥＤ発光装置において、電流消費部は、ドレイン端子が整流部の出力端に接続される電流消費スイッチを含むことができる。

【0040】

本発明の他の実施例によるＬＥＤ発光装置において、スイッチのソース端子に接続される抵抗を介して電流を検知し、検知された電流と設定された基準電流とを比較して、その差に対応する電圧を電流消費スイッチのゲート端子に出力するスイッチ制御部をさらに含むことができる。

【0041】

本発明の他の実施例によるＬＥＤ発光装置は、複数のＬＥＤそれぞれのカソードにドレイン端子が接続される複数のスイッチをさらに含む。ここで、電流消費スイッチのソース端子は、複数のスイッチのうち整流部に隣接する第１ＬＥＤに接続されるスイッチのソース端子と接続され、スイッチ制御部は、複数のスイッチそれぞれのソース端子に接続される複数の抵抗を介して電流を検知し、検知された電流と設定された基準電流とを比較して、その差に対応する電圧を電流消費スイッチおよび複数のスイッチそれぞれのゲート端子に出力することができる。

【0042】

【0043】

【0044】

本発明の他の実施例によるＬＥＤ発光装置において、スイッチ制御部は、複数の抵抗のうち電流消費スイッチに接続された抵抗の後段に接続される抵抗で検知された電流の和が基準電流以上の場合には、電流消費スイッチをターンオフさせ、複数の抵抗のうち電流消費スイッチに接続された抵抗の後段に接続される抵抗で検知された電流の和が基準電流未満の場合には、電流消費スイッチをターンオンさせることができる。

【0045】

【0046】

【0047】

本発明の他の実施例によるＬＥＤ発光装置において、スイッチ制御部は、基準電流に対応する基準電圧を生成する基準電圧生成部と、複数の抵抗それぞれの一端で検知される電流をそれに対応する検知電圧に変更し、検知電圧と基準電圧とを比較して、その差に対応する電圧を電流消費スイッチおよび複数のスイッチにそれぞれ出力するスイッチ制御信号生成部と、を含むことができる。

【0048】

本発明の他の実施例によるＬＥＤ発光装置において、スイッチ制御信号生成部は、電流消費スイッチおよび複数のスイッチに差電圧をそれぞれ出力する複数のスイッチ制御信号生成部を含み、複数のスイッチ制御信号生成部それぞれは、負帰還ループを有する第１演算器と、第１演算器の負端子に接続されて、検知電流を検知電圧に変更する入力インピーダンスと、第２演算器の出力端と負端子との間に接続されるフィードバックインピーダンスと、を含み、第２演算器は、負端子に入力される検知電圧と正端子に入力される基準電圧とを比較して、その差に対応するゲート入力電圧を当該スイッチのゲート端子に出力することができる。

【0049】

【0050】

【発明の効果】

【0051】

上記の構成によれば、本発明によるＬＥＤ発光装置は、互いに直列に接続された複数のＬＥＤを順に発光駆動して、交流電圧のような正弦波に近似するＬＥＤ駆動電流を提供することで、ＬＥＤ発光効率の偏差を低減し、力率および全高調波歪（ＴＨＤ）を改善する効果を提供する。

【0052】

本発明の実施例によるＬＥＤ発光装置は、いずれか一つのスイッチに流れる電流を制御するために他のスイッチに流れる電流を反映することで、多段に駆動するスイッチの電流上昇区間および電流下降区間が重なるように制御し、これによりスイッチのターンオンまたはターンオフの際にＬＥＤ駆動電流に生じる過電流またはディープ（Ｄｅｅｐ）を防止することができ、さらに、ＬＥＤ駆動電流に生じる過電流またはディープのようなノイズを除去することで、照明規格で要求するＥＭＩ（ＥｌｅｃｔｒｏＭａｇｎｅｔｉｃＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）特性を満足する効果を提供する。

【0053】

また、本発明によるＬＥＤ発光装置は、交流電源が基準交流電源に比べてその大きさが上昇または下降変化する際に、交流電源の電圧変化量に応じてＬＥＤに流れる電流を可変制御することで、全体のＬＥＤに流れる電流が一定に維持される効果を提供する。

【0054】

本発明の実施例によるＬＥＤ発光装置は、互いに直列に接続された複数のＬＥＤを順に発光駆動して、交流電圧のような正弦波に近似するＬＥＤ駆動電流を提供することで、ＬＥＤ発光効率の偏差を低減し、力率および全高調波歪（ＴＨＤ）などの問題を解決する効果を提供する。

【0055】

また、本発明によるＬＥＤ発光装置は、整流部の出力電圧が低くてすべてのＬＥＤが非発光する区間でもＬＥＤ発光装置に電流が流れるように制御することで、ＬＥＤ発光装置のインピーダンスが調光器の負荷条件を満足する効果を提供する。かかるＬＥＤ発光装置は、従来の調光装置の白熱灯およびハロゲンを容易に代替することができる。

【図面の簡単な説明】

【0056】

【図1】本発明による交流電源を使用するＬＥＤ発光装置の構成図である。

【図2】図１の第１スイッチ制御部の構成図である。

【図3】本発明によるＬＥＤの駆動電圧および駆動電流を示す図である。

【図4】本発明によるＬＥＤ駆動電流による複数のスイッチの電流の流れを示す図である。

【図5】本発明の実施例による交流電源を使用するＬＥＤ発光装置の構成図である。

【図6】図５の第２スイッチ制御部の構成図である。

【図7】本発明の実施例によるＬＥＤ駆動電圧および駆動電流を示す図である。

【図8】本発明の実施例によるＬＥＤ駆動電流による複数のスイッチの電流の流れを示す図である。

【図9】本発明の他の実施例によるＬＥＤ発光装置の構成図である。

【図10】図９のスイッチ制御部の構成図である。

【図11】図９のＬＥＤ発光装置における基準整流電圧に対して増加した上昇整流電圧と、基準駆動電流および上昇整流電圧による下降駆動電流を示す図である。

【図12】図９のＬＥＤ発光装置における基準整流電圧に対して減少した下降整流電圧と、基準駆動電流および下降整流電圧による上昇駆動電流を示す図である。

【図13】本発明の他の実施例によるＬＥＤ駆動電流と複数のスイッチの電流の流れの接続関係を示す図である。

【図14】本発明の他の実施例による位相制御方式の調光器に適用されるＬＥＤ発光装置の構成図である。

【図15】図１４のＬＥＤ発光装置における交流電源の出力電圧、交流調光器の出力電圧および整流部の出力電圧を示す図である。

【図16】図１４のスイッチ制御部の構成図である。

【図17】本発明の他の実施例による整流部の出力電圧、ＬＥＤ駆動電流および入力電流を示す図である。

【図18】本発明の他の実施例による入力電流による複数のスイッチの電流の流れを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0057】

以下、添付の図面を参照して本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように本発明の実施例について詳細に説明する。しかし、本発明は、様々な相異する形態に実現されてもよく、ここで説明する実施例に限定されない。また、図面において本発明を明確に説明するために説明と関係のない部分は省略しており、明細書全体にわたり類似の部分に対しては類似の図面符号を付けた。

【0058】

本発明の明細書全体において、ある部分が他の部分と「接続」されているとする場合、これは、「直接接続」されている場合だけでなく、その間に他の素子を挟んで「電気的に接続」されている場合をも含む。

【0059】

図１は本発明による交流電源を使用するＬＥＤ発光装置の構成図である。

【0060】

図１に示すように、本発明によるＬＥＤ発光装置は、交流電源１０と、整流部２０と、複数のＬＥＤ３１〜３４を含む発光素子部３０と、複数のＬＥＤ３１〜３４のカソード端子にドレイン端子が接続される複数のスイッチ４１〜４４を含むスイッチ部４０と、一端は前のスイッチのソース端子に接続され、他端は次のスイッチのソース端子に接続される複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ４を含む第１抵抗部５０と、複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ４の一端とスイッチの接続ノードそれぞれで電流Ｉ１〜Ｉ４を検知し、検知した電流と基準電流とを比較して、その差に対応する電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４を複数のスイッチ４１〜４４のゲート端子に出力する第１スイッチ制御部１００と、を含む。

【0061】

交流電源１０は、ＬＥＤ発光装置の入力電源であって、基本周波数に応じて大きさと方向が変化する特性を有する。

【0062】

整流部２０は、入力交流電源を整流して、整流された交流電圧の形態を有する駆動電圧（Ｖｉｎ）に変換することができる。

【0063】

例えば、整流部２０は、正弦波形の交流電源を全波整流またはブリッジ整流する回路からなることができる。

【0064】

発光素子部３０の複数のＬＥＤ３１〜３４は、整流部２０の出力端に直列に接続されて、駆動電圧（Ｖｉｎ）が増加するにつれて順に発光し、駆動電圧（Ｖｉｎ）が減少するにつれて順に非発光する。

【0065】

図１には、説明の便宜上、発光素子部３０が４個のＬＥＤ３１〜３４を含むことを示しているが、発光素子部３０において、ＬＥＤの個数はこれに限定されない。

【0066】

また、第１〜第４ＬＥＤ３１〜３４それぞれは、少なくとも一つ以上の直列に接続されたＬＥＤであってもよく、同一極性が互いに接続された（すなわち、並列に接続された）複数のＬＥＤからなってもよい。

【0067】

スイッチ部４０に含まれる複数のスイッチ４１〜４４は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ‐ｏｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄ‐ＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であって、複数のスイッチ４１〜４４それぞれのドレイン端子は、複数のＬＥＤ３１〜３４それぞれのカソード端子に接続されており、複数のスイッチ４１〜４４それぞれのゲート端子は第１スイッチ制御部１００と接続されており、複数のスイッチ４１〜４４それぞれのソース端子は、複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ４それぞれの一端と接続されている。

【0068】

この際、第１抵抗部５０に含まれる複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ４は、互いに直列に接続されており、第４抵抗Ｒ４の他端は、接地端子に接続されている。

【0069】

より具体的に、第１抵抗Ｒ１の一端は、第１スイッチ４１のソース端子に接続されており、第１抵抗Ｒ１の他端は、第２抵抗Ｒ２と第２スイッチ４２の接続ノードに接続されている。第２抵抗Ｒ２の一端は、第１抵抗Ｒ１と第２スイッチ４２の接続ノードに接続されており、第２抵抗Ｒ２の他端は、第３抵抗Ｒ３と第３スイッチ４３の接続ノードに接続されている。第３抵抗Ｒ３の一端は、第２抵抗Ｒ２と第３スイッチ４３の接続ノードに接続されており、第３抵抗Ｒ３の他端は、第４抵抗Ｒ４と第４スイッチ４４の接続ノードに接続されている。最後の抵抗である第４抵抗Ｒ４の一端は、第３抵抗Ｒ３と第４スイッチ４４の接続ノードに接続されており、第４抵抗Ｒ４の他端は、接地端子に接続されている。

【0070】

かかる第１抵抗部５０に含まれる複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ４の接続関係により、第１スイッチ４１を介して第１抵抗部５０に入力される電流は、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３および第４抵抗Ｒ４を介して接地端子に流れる。第２スイッチ４２を介して第１抵抗部５０に入力される電流は、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３および第４抵抗を介して接地端子に流れる。第３スイッチ４３を介して第１抵抗部５０に入力される電流は、第３抵抗Ｒ３および第４抵抗Ｒ４を介して接地端子に流れる。第４スイッチ４４を介して第１抵抗部５０に入力される電流は、第４抵抗Ｒ４を介して接地端子に流れる。

【0071】

第１スイッチ制御部１００は、複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ４それぞれの一端と接続されて、複数のスイッチ４１〜４４に流れる電流を検知する。第１抵抗部５０によって検知される電流の大きさは、第１抵抗部５０に含まれる複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ４の値が変化するにつれて変わることができる。

【0072】

より具体的に、第１電流Ｉ１は、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３および第４抵抗Ｒ４を介して検知される電流であり、第２電流Ｉ２は、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３および第４抵抗Ｒ４を介して検知される電流であり、第３電流Ｉ３は、第３抵抗Ｒ３および第４抵抗Ｒ４を介して検知される電流であり、第４電流Ｉ４は、第４抵抗Ｒ４を介して検知される電流である。

【0073】

第１スイッチ制御部１００は、第１電流Ｉ１〜第４電流Ｉ４を検知し、検知された電流と基準電流とを比較して、その差に対応する電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４を各スイッチ４１〜４４のゲート端子に出力する。かかる第１スイッチ制御部１００の構成および動作については、図２を参照して説明する。

【0074】

図２は図１の第１スイッチ制御部の構成図である。

【0075】

図２に示すように、第１スイッチ制御部１００は、第１基準電圧生成部１１０と、第１複数のスイッチ制御信号生成部１２０と、を含む。

【0076】

第１基準電圧生成部１１０は、設定された基準電流Ｉｒｅｆを基準電圧Ｖｒｅｆとして生成して、第１複数のスイッチ制御信号生成部１２０にそれぞれ出力する。

【0077】

より具体的に、第１基準電圧生成部１１０は、設定された基準電流Ｉｒｅｆを基準電圧Ｖｒｅｆに変換する利得が１である演算器ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３、ＯＰ４を含む。演算器ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３、ＯＰ４から出力される基準電圧Ｖｒｅｆは、第１〜第４スイッチ制御信号生成部１２１〜１２４にそれぞれ出力される。

【0078】

本実施例では、第１基準電圧生成部１１０が、第１複数のスイッチ制御信号生成部１２０に入力される基準電圧を同一の基準電圧として生成して出力することで、第１抵抗部５０に含まれる抵抗値をより容易に選定することができる。

【0079】

第１〜第４スイッチ制御信号生成部１２１〜１２４は、その構成および動作が同一であるため、第１スイッチ制御信号生成部１２１を代表として説明する。

【0080】

第１スイッチ制御信号生成部１２１は、第１抵抗Ｒ１の一端で検知された検知電流Ｉ１に対応する電圧Ｖ１と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、その差に対応するゲート入力電圧Ｖｃ１を第１スイッチ４１のゲート端子に出力する。これにより、ゲート入力電圧Ｖｃ１により第１スイッチ４１を介して流れる電流の大きさが制御されることで、第１スイッチ４１のターンオン（Ｔｕｒｎ‐Ｏｎ）／ターンオフ（Ｔｕｒｎ‐Ｏｆｆ）状態が決定される。

【0081】

これにより、本実施例では、第１スイッチ制御部１００を用いて複数のスイッチ４１〜４４に流れる電流が設定された基準電流を超えないように制御することができ、駆動電圧（Ｖｉｎ）の大きさの変化に関係なく複数のＬＥＤに一定の電流が流れるように制御することができる。

【0082】

より具体的に、第１スイッチ制御信号生成部１２１は、負帰還ループを有する演算器ＯＰ５と、入力インピーダンスＺ１と、フィードバックインピーダンスＺ２と、を含む。

【0083】

入力インピーダンスＺ１は、演算器ＯＰ５の負（−）端子に接続されており、フィードバックインピーダンスＺ２は、演算器ＯＰ５の出力端と負端子の間に接続されている。入力インピーダンスＺ１とフィードバックインピーダンスＺ２の値に応じて演算器ＯＰ５の利得（Ｇａｉｎ）が決定される。

【0084】

本実施例では、入力インピーダンスＺ１に比べてフィードバックインピーダンスＺ２を相対的に大きく設定する。入力インピーダンスＺ１に比べてフィードバックインピーダンスＺ２が相対的に大きく設定されると、演算器ＯＰ５の利得が大きくなり、演算器ＯＰ５の応答速度が速くなって、演算器ＯＰ５の安定化特性を高めることができる。

【0085】

検知電流Ｉ１は、入力インピーダンスＺ１を介して第１電圧Ｖ１として演算器ＯＰ５に入力される。

【0086】

演算器ＯＰ５は、負端子に入力される第１電圧Ｖ１と正（＋）端子に入力される基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、その差に対応する第１ゲート入力電圧Ｖｃ１を第１スイッチ４１のゲート端子に出力する。

【0087】

これにより、第１スイッチ４１のゲート端子とソース端子との間のＶＧＳ電圧が第１ゲート入力電圧Ｖｃ１によって可変し、ＶＧＳ電圧に応じて第１スイッチ４１のターンオン／ターンオフ状態が決定される。より具体的に、第１ゲート入力電圧Ｖｃ１が大きくなるほどＶＧＳ電圧は徐々に大きくなり、ＶＧＳ電圧が徐々に大きくなるほどＲｄｓ（ＯＮ）抵抗が小さくなって、第１スイッチ４１がターンオン状態となる。これとは反対に、第１ゲート入力電圧Ｖｃ１が小さくなるほどＶＧＳ電圧は徐々に小さくなり、ＶＧＳ電圧が徐々に小さくなるほどＲｄｓ（ＯＮ）抵抗が大きくなって、第１スイッチ４１がターンオフ状態となる。

【0088】

前記構成を有する本発明によるＬＥＤ発光装置の動作については、下記図３および図４を参照して説明する。

【0089】

図３は本発明によるＬＥＤの駆動電圧および駆動電流を示す図であり、図４は本発明によるＬＥＤ駆動電流による複数のスイッチの電流の流れを示す図である。

【0090】

動作する前に、複数のスイッチ４１〜４４は、ターンオン状態であり、電流をシンク（ｓｉｎｋ）していると仮定する。

【0091】

整流部２０により整流された駆動電圧（Ｖｉｎ）は、単方向のリップル電圧の形態を有する。かかる駆動電圧（Ｖｉｎ）は、複数のＬＥＤ３１〜３４に提供される。駆動電圧（Ｖｉｎ）が増加するにつれて、複数のＬＥＤ３１〜３４は順に発光することができる。

【0092】

より具体的に、駆動電圧（Ｖｉｎ）が複数のＬＥＤ３１〜３４のうち第１ＬＥＤ３１の順方向電圧Ｖｆ１より低い区間（ｔ０〜ｔ１時点）では、すべてのＬＥＤ３１〜３４が非発光になる。

【0093】

しかし、駆動電圧（Ｖｉｎ）が、複数のＬＥＤ３１〜３４のうち第１ＬＥＤ３１の順方向電圧Ｖｆ１以上になると（ｔ１時点）、第１ＬＥＤ３１に電流が流れて発光する。この際、図４のｔ１時点のように、第１スイッチ４１には徐々に上昇する電流が流れ、第１抵抗Ｒ１の一端で検知された第１電流Ｉ１は上昇する。

【0094】

駆動電圧（Ｖｉｎ）が複数のＬＥＤ３１〜３４のうち第１ＬＥＤ３１および第２ＬＥＤ３２の順方向電圧Ｖｆ２以上になると（ｔ２時点）、第１ＬＥＤ３１および第２ＬＥＤ３２に電流が流れて発光する。この際、第２ＬＥＤ３２が発光するにつれて第２電流Ｉ２が増加することで、第１抵抗Ｒ１の一端で検知される第１電流Ｉ１が増加する。

【0095】

したがって、第１スイッチ制御部１００の第１スイッチ制御信号生成部１２１は、第１電流Ｉ１に対応する第１電圧Ｖ１と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、その差に対応する第１ゲート入力電圧Ｖｃ１を第１スイッチ４１のゲート端子に出力する。第１ゲート入力電圧Ｖｃ１は、第１電流Ｉ１が増加するにつれて減少するため、第１スイッチ４１に流れる電流は、図４のｔ２時点のように徐々に減少する。電流が減少してから第１スイッチ４１に電流が流れなくなると、第１スイッチ４１はターンオフされる。すなわち、第１スイッチ４１は、第２スイッチ４２〜第４スイッチ４４に流れる電流の和が基準電流Ｉｒｅｆ以上の場合には、ターンオフ状態を維持する。

【0096】

この際、図４のｔ２時点では、第２ＬＥＤ３２が発光するにつれて第２スイッチ４２には徐々に上昇する電流が流れる。

【0097】

このように、本発明の第１実施例では、図４のｔ２時点のように第１スイッチ４１の電流が徐々に減少する際に、第２スイッチ４２の電流が徐々に増加することができる。本発明の第１実施例では、第１スイッチ４１の電流下降区間と第２スイッチ４２の電流上昇区間が重なるように制御することができる。

【0098】

駆動電圧（Ｖｉｎ）が、複数のＬＥＤ３１〜３４のうち第１〜第３ＬＥＤ３１〜３３の順方向電圧Ｖｆ３以上になると（ｔ３時点）、第１〜第３ＬＥＤ３１〜３３に電流が流れて発光する。この際、第２抵抗Ｒ２の一端で検知される第２電流Ｉ２は、第３ＬＥＤ３３が発光するにつれて増加する。

【0099】

したがって、第１スイッチ制御部１００の第２スイッチ制御信号生成部１２２は、第２電流Ｉ２に対応する第２電圧Ｖ２と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、その差に対応する第２ゲート入力電圧Ｖｃ２を第２スイッチ４２のゲート端子に出力する。第２ゲート入力電圧Ｖｃ２は、第２電流Ｉ２が増加するにつれて減少するため、第２スイッチ４２に流れる電流は、図４のｔ３時点のように徐々に減少する。電流が減少してから第２スイッチ４２に電流が流れなくなると、第２スイッチ４２はターンオフされる。すなわち、第２スイッチ４２は、第３スイッチ４３および第４スイッチ４４に流れる電流の和が基準電流Ｉｒｅｆ以上の場合には、ターンオフ状態を維持する。

【0100】

この際、図４のｔ３時点では、第３ＬＥＤ３３が発光するにつれて第３スイッチ４３には徐々に上昇する電流が流れる。

【0101】

図４のｔ３時点のように、本実施例では、第２スイッチ４２の電流が徐々に減少する際に、第３スイッチ４３の電流が徐々に増加することがある。すなわち、第２スイッチ４２の電流下降区間と第３スイッチ４３の電流上昇区間が重なるように制御することができる。

【0102】

駆動電圧（Ｖｉｎ）がさらに増加して、複数のＬＥＤ３１〜３４のうち第１〜第４ＬＥＤ３１〜３４の順方向電圧Ｖｆ４以上になると（ｔ４時点）、第１〜第４ＬＥＤ３１〜３４に電流が流れて発光する。この際、第３抵抗Ｒ３の一端で検知される第３電流Ｉ３は、第４ＬＥＤ３４が発光するにつれて増加する。

【0103】

したがって、第１スイッチ制御部１００の第３スイッチ制御信号生成部１２３は、第３電流Ｉ３に対応する第３電圧Ｖ３と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、その差に対応する第３ゲート入力電圧Ｖｃ３を第３スイッチ４３のゲート端子に出力する。第３ゲート入力電圧Ｖｃ３は、第３電流Ｉ３が増加するにつれて減少するため、第３スイッチ４３に流れる電流は、図４のｔ４時点のように徐々に減少する。電流が減少してから第３スイッチ４３に電流が流れなくなると、第３スイッチ４３はターンオフされる。すなわち、第３スイッチ４３は、第４スイッチ４４に流れる電流が基準電流Ｉｒｅｆ以上の場合には、ターンオフ状態を維持する。

【0104】

この際、図４のｔ４時点では、第４ＬＥＤ３４が発光するにつれて第４スイッチ４４には徐々に上昇する電流が流れる。

【0105】

図４のｔ４時点のように、本実施例では、第３スイッチ４３の電流が徐々に減少する際に、第４スイッチ４４の電流が徐々に増加することができる。これにより、第３スイッチ４３の電流下降区間と第４スイッチ４４の電流上昇区間が重なるように制御することができる。

【0106】

駆動電圧（Ｖｉｎ）が順方向電圧Ｖｆ４以上の区間（ｔ４〜ｔ５）において、第１スイッチ制御部１００の第４スイッチ制御信号生成部１２４は、第４電流Ｉ４に対応する第４電圧Ｖ４と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、その差に対応する第４ゲート入力電圧Ｖｃ４を第４スイッチ４４のゲート端子に出力する。この際、本発明の第１実施例では、第４ゲート入力電圧Ｖｃ４が、常に第４スイッチ４４の閾値電圧（Ｖｔｈ）以上になるように制御する。したがって、駆動電圧（Ｖｉｎ）が順方向電圧Ｖｆ４以上の区間では、第４スイッチ４４はターンオン状態を維持する。

【0107】

前記のように、駆動電圧（Ｖｉｎ）が上昇する区間において、第１スイッチ制御部１００は、いずれか一つの抵抗の後段に接続される抵抗で検知された電流の和が基準電流以上の場合には、いずれか一つの抵抗に接続されたスイッチがターンオフされるように制御する。これにより、複数のスイッチ４１〜４４の電流上昇区間と電流下降区間が重なるように制御することができる。

【0108】

以降の駆動電圧（Ｖｉｎ）減少区間（ｔ５〜ｔ８）において、第１スイッチ制御部１００の動作は、上記のｔ１〜ｔ４の動作の逆順に行われる。

【0109】

したがって、駆動電圧（Ｖｉｎ）が順方向電圧Ｖｆ４以下になるｔ５時点における動作を代表として説明する。

【0110】

駆動電圧（Ｖｉｎ）が順方向電圧Ｖｆ４以下になると（ｔ５時点）、第４ＬＥＤ３４が非発光して第４電流Ｉ４が減少し、第４電流Ｉ４が減少するにつれて第３抵抗Ｒ３で検知される第３電流Ｉ３が減少する。

【0111】

したがって、第１スイッチ制御部１００の第３スイッチ制御信号生成部１２３は、第３電流Ｉ３に対応する第３電圧Ｖ３と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、その差に対応する第３ゲート入力電圧Ｖｃ３を第３スイッチ４３のゲート端子に出力する。第３ゲート入力電圧Ｖｃ３は、第３電流Ｉ３が減少するにつれて増加するため、第３スイッチ４３に流れる電流は、図４のｔ５時点のように徐々に増加する。すなわち、第３スイッチ４３は、第４スイッチ４４に流れる電流が基準電流Ｉｒｅｆ未満の場合には、ターンオン状態となる。すなわち、第３スイッチ４３は、第４スイッチ４４に流れる電流が基準電流Ｉｒｅｆ未満の場合には、ターンオン状態を維持する。

【0112】

この際、図４のｔ５時点では、第４ＬＥＤ３４が非発光するにつれて第４スイッチ４４には徐々に減少する電流が流れ、これと同時に、第３スイッチ４３には徐々に増加する電流が流れる。すなわち、第４スイッチ４４の電流下降区間と第３スイッチ４３の電流上昇区間が重なるように制御することができる。

【0113】

前記のように、駆動電圧（Ｖｉｎ）が減少する区間において、第１スイッチ制御部１００は、いずれか一つの抵抗の後段に接続される抵抗で検知された電流の和が基準電流未満の場合には、いずれか一つの抵抗に接続されたスイッチがターンオンされるように制御する。これにより、複数のスイッチ４１〜４４の電流上昇区間と電流下降区間が重なるように制御することができる。

【0114】

このように、本実施例では、互いに直列に接続された複数のＬＥＤ３１〜３４を順に発光駆動して、図３に示すように交流電圧のような正弦波に近似するＬＥＤ駆動電流を提供することで、ＬＥＤ発光効率の偏差を低減することができ、力率および全高調波歪（ＴＨＤ）などの問題を解決することができる。

【0115】

また、本実施例では、第１スイッチ制御部１００が、いずれか一つのスイッチのターンオン／ターンオフを制御するために、いずれか一つのスイッチの後段に接続されたスイッチに流れる電流を反映することで、多段に駆動するスイッチの電流上昇区間および電流下降区間が重なるように制御することができる。

【0116】

また、本実施例では、スイッチの電流上昇区間と電流下降区間が重なるように制御することで、スイッチのターンオン／ターンオフの際にＬＥＤ駆動電流に生じる過電流またはディープを防止することができる。

【0117】

さらに、本実施例では、ＬＥＤ駆動電流に生じる過電流またはディープのようなノイズを除去することで、照明規格で要求するＥＭＩ（ＥｌｅｃｔｒｏＭａｇｎｅｔｉｃＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）特性を満足することができる。

【0118】

図５は本発明の実施例による交流電源を使用するＬＥＤ発光装置の構成図である。

【0119】

図５に示すように、本実施例によるＬＥＤ発光装置は、交流電源１０と、整流部２０と、複数のＬＥＤ３１〜３４を含む発光素子部３０と、複数のＬＥＤ３１〜３４のカソード端子にドレイン端子が接続される複数のスイッチ４１〜４４を含むスイッチ部４０と、一端は複数のスイッチ４１〜４４それぞれのソース端子に接続され、他端は接地端子に接続される複数の抵抗Ｒ５〜Ｒ８を含む第２抵抗部６０と、複数の抵抗Ｒ５〜Ｒ８それぞれの一端で電流を検知し、検知された電流Ｉ５〜Ｉ８と基準電流とを比較して、その差に対応する電圧Ｖｃ５〜Ｖｃ８を複数のスイッチ４１〜４４それぞれのゲート端子に出力する第２スイッチ制御部２００と、を含む。

【0120】

本実施例によるＬＥＤ発光装置の交流電源１０、整流部２０、複数のＬＥＤ３１〜３４および複数のスイッチ４１〜４４は、図１から図４を参照して上述した実施例と同一であるため、以下、説明は省略する。

【0121】

第２抵抗部６０に含まれる複数の抵抗Ｒ５〜Ｒ８は、互いに並列に接続されており、複数の抵抗Ｒ５〜Ｒ８それぞれの一端は、複数のスイッチ４１〜４４のソース端子にそれぞれ接続され、複数の抵抗Ｒ５〜Ｒ８それぞれの他端は、接地端子に接続される。

【0122】

かかる第２抵抗部６０に含まれる複数の抵抗Ｒ５〜Ｒ８の接続関係により、第１スイッチ４１を介して流れる電流は、第１抵抗Ｒ５を介して接地端子に流れる。第２スイッチ４２を介して流れる電流は、第２抵抗Ｒ６を介して接地端子に流れる。第３スイッチ４３を介して流れる電流は、第３抵抗Ｒ７を介して接地端子に流れる。第４スイッチ４４を介して流れる電流は、第４抵抗Ｒ８を介して接地端子に流れる。

【0123】

第２スイッチ制御部２００は、複数の抵抗Ｒ５〜Ｒ８それぞれの一端と接続されて、複数のスイッチ４１〜４４に流れる電流Ｉ５〜Ｉ８を検知する。

【0124】

かかる第２スイッチ制御部２００の構成および動作については、図６を参照して説明する。

【0125】

図６は図５の第２スイッチ制御部の構成図である。

【0126】

図６に示すように、第２スイッチ制御部２００は、第２基準電圧生成部２１０と、第２複数のスイッチ制御信号生成部２２０と、を含む。

【0127】

第２基準電圧生成部２１０は、設定された複数の基準電流Ｉｒｅｆ１〜Ｉｒｅｆ４を複数の基準電圧Ｖｒｅｆ１〜Ｖｒｅｆ４として生成して、複数の基準電圧Ｖｒｅｆ１〜Ｖｒｅｆ４それぞれを第２複数のスイッチ制御信号生成部２２０に出力する。

【0128】

より具体的に、第２基準電圧生成部２１０は、設定された第１〜第４基準電流Ｉｒｅｆ１〜Ｉｒｅｆ４をそれぞれ第１〜第４基準電圧Ｖｒｅｆ１〜Ｖｒｅｆ４に変換する利得が１である演算器ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３、ＯＰ４を含む。演算器ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３、ＯＰ４から出力される第１〜第４基準電圧Ｖｒｅｆ１〜Ｖｒｅｆ４それぞれは、第１〜第４スイッチ制御信号生成部２２１〜２２４に出力される。

【0129】

本実施例では、第２基準電圧生成部２１０は、複数のスイッチ４１〜４４を制御するゲート入力電圧を生成するにあたり、それぞれの基準電流に対応する基準電圧を生成することで、複数のスイッチ４１〜４４それぞれに流れる電流を自由に設定することができる。

【0130】

第１〜第４スイッチ制御信号生成部２２１〜２２４は、その構成および動作が同一であるため、第１スイッチ制御信号生成部２２１を代表として説明する。

【0131】

第１スイッチ制御信号生成部２２１は、第１抵抗Ｒ５以外の他の抵抗Ｒ６〜Ｒ８で検知された電流Ｉ６〜Ｉ８に対応する電圧を結合する第１演算器ＯＰ５と、負帰還ループを有する第２演算器ＯＰ９と、第１入力インピーダンスＺ１と、フィードバックインピーダンスＺ２と、第３〜第５入力インピーダンスＺ３〜Ｚ５と、を含む。

【0132】

第１演算器ＯＰ５は、第３〜第５入力インピーダンスＺ３〜Ｚ５を介して第２〜第４抵抗Ｒ６〜Ｒ８で検知された電流Ｉ６〜Ｉ８の入力を受ける。第１演算器ＯＰ５は、第２〜第４抵抗Ｒ６〜Ｒ８で検知される電流に対応する電圧を合算して第２演算器ＯＰ９に出力する。

【0133】

入力インピーダンスＺ１は、第２演算器ＯＰ９の負（−）端子に接続されており、フィードバックインピーダンスＺ２は、第２演算器ＯＰ９の出力端と（−）端子との間に接続されている。入力インピーダンスＺ１とフィードバックインピーダンスＺ２の値に応じて第２演算器ＯＰ９の利得（Ｇａｉｎ）が決定される。

【0134】

本実施例では、入力インピーダンスＺ１に比べてフィードバックインピーダンスＺ２を相対的に大きく設定する。入力インピーダンスＺ１に比べてフィードバックインピーダンスＺ２が相対的に大きく設定されると、第２演算器ＯＰ９の利得が大きくなり、第２演算器ＯＰ９の応答速度が速くなって、第２演算器ＯＰ９の安定化特性を高めることができる。

【0135】

検知された電流Ｉ６〜Ｉ８は、第３〜第５入力インピーダンスＺ３〜Ｚ５を介して第１電圧Ｖ１として第２演算器ＯＰ９に入力される。

【0136】

検知された電流Ｉ５は、第１入力インピーダンスＺ１を介して第２電圧Ｖ２として第２演算器ＯＰ９に入力される。これにより、第２演算器ＯＰ９の負（−）端子には、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との和である第３電圧Ｖ３が入力される。

【0137】

第２演算器ＯＰ９は、負端子に入力される第３電圧Ｖ３と正（＋）端子に入力される第１基準電圧Ｖｒｅｆ１とを比較して、その差に対応する第１ゲート入力電圧Ｖｃ５を第１スイッチ４１のゲート端子に出力する。

【0138】

これにより、第１スイッチ４１のゲート端子とソース端子との間のＶＧＳ電圧が第１ゲート入力電圧Ｖｃ５によって可変し、ＶＧＳ電圧に応じて第１スイッチ４１のターンオン（Ｔｕｒｎ‐Ｏｎ）／ターンオフ（Ｔｕｒｎ‐Ｏｆｆ）状態が決定される。より具体的に、第１ゲート入力電圧Ｖｃ５が大きくなるほどＶＧＳ電圧は徐々に小さくなり、ＶＧＳ電圧が徐々に小さくなるほどＲｄｓ（ＯＮ）抵抗が大きくなって、第１スイッチ４１はターンオフ状態となる。これとは反対に、第１ゲート入力電圧Ｖｃ５が小さくなるほどＶＧＳ電圧は徐々に大きくなり、ＶＧＳ電圧が徐々に大きくなるほどＲｄｓ（ＯＮ）抵抗が小さくなって、第１スイッチ４１はターンオン状態となる。

【0139】

上記の構成を有する本発明の第２実施例によるＬＥＤ発光装置の動作については、下記図７および図８を参照して説明する。

【0140】

図７は本発明の実施例によるＬＥＤ駆動電圧および駆動電流を示す図であり、図８は本発明の実施例によるＬＥＤ駆動電流による複数のスイッチの電流の流れを示す図である。

【0141】

動作する前に、複数のスイッチ４１〜４４は、ターンオン状態であり、電流をシンクしていると仮定する。

【0142】

より具体的に、駆動電圧（Ｖｉｎ）が複数のＬＥＤ３１〜３４のうち第１ＬＥＤ３１の順方向電圧Ｖｆ１より低い区間（図７のｔ０〜ｔ１）では、すべてのＬＥＤ３１〜３４が非発光になる。

【0143】

しかし、駆動電圧（Ｖｉｎ）が、複数のＬＥＤ３１〜３４のうち第１ＬＥＤ３１の順方向電圧Ｖｆ１以上になると（ｔ１時点）、第１ＬＥＤ３１に電流が流れて発光する。この際、図８のｔ１時点のように、第１スイッチ４１には徐々に上昇する電流が流れ、第１抵抗Ｒ５の一端で検知された第１電流Ｉ５は上昇する。

【0144】

駆動電圧（Ｖｉｎ）が複数のＬＥＤ３１〜３４のうち第１ＬＥＤ３１および第２ＬＥＤ３２の順方向電圧Ｖｆ２以上になると（ｔ２時点）、第１ＬＥＤ３１および第２ＬＥＤ３２に電流が流れて発光する。

【0145】

この際、第２抵抗Ｒ６の一端で検知される第２電流Ｉ６が増加するにつれて、第１スイッチ制御信号生成部２２１の第２演算器ＯＰ９の負端子に入力される電圧は増加する。

【0146】

したがって、第２スイッチ制御部２００の第１スイッチ制御信号生成部２２１は、第１〜第４電流Ｉ５〜Ｉ８に対応する第３電圧Ｖ３と第１基準電圧Ｖｒｅｆ１とを比較して、その差に対応する第１ゲート入力電圧Ｖｃ５を第１スイッチ４１のゲート端子に出力する。第１ゲート入力電圧Ｖｃ５は、第３電圧Ｖ３が増加するにつれて減少するため、第１スイッチ４１に流れる電流は、図８のｔ２時点のように徐々に減少する。電流が減少してから第１スイッチ４１に電流が流れなくなると、第１スイッチ４１はターンオフされる。すなわち、第１スイッチ４１は、第２スイッチ４２〜第４スイッチ４４に流れる電流の和が第１基準電流Ｉｒｅｆ１以上の場合には、ターンオフ状態を維持する。

【0147】

この際、図８のｔ２時点では、第２ＬＥＤ３２が発光するにつれて第２スイッチ４２には徐々に上昇する電流が流れる。

【0148】

このように、本発明の実施例では、図８のｔ２時点のように第１スイッチ４１の電流が徐々に減少する際に、第２スイッチ４２の電流が徐々に増加することができる。本発明の実施例では、第１スイッチ４１の電流下降区間と第２スイッチ４２の電流上昇区間が重なるように制御することができる。

【0149】

前記図８のｔ２時点のように、ｔ３時点では、第２スイッチ４２の電流下降区間と第３スイッチ４３の電流上昇区間が重なり、ｔ４時点では、第３スイッチ４３の電流下降区間と第４スイッチ４４の電流上昇区間が重なる。

【0150】

駆動電圧（Ｖｉｎ）が第１〜第４ＬＥＤ３１〜３４の順方向電圧Ｖｆ４以上の区間（ｔ４〜ｔ５）において、第４スイッチ制御信号生成部２２４は、第４スイッチ４４に出力される第４ゲート入力電圧Ｖｃ８が、常に第４スイッチ４４の閾値電圧（Ｖｔｈ）以上になるように制御する。したがって、駆動電圧（Ｖｉｎ）が順方向電圧Ｖｆ４以上の区間で、第４スイッチ４４はターンオン状態を維持する。

【0151】

上記のように、駆動電圧（Ｖｉｎ）が上昇する区間において、第２スイッチ制御部２００は、すべての抵抗で検知された電流が、いずれか一つのスイッチに設定された基準電流以上の場合には、いずれか一つのスイッチがターンオフされるように制御する。これにより、複数のスイッチ４１〜４４の電流上昇区間と電流下降区間が重なるように制御することができる。

【0152】

以降の駆動電圧（Ｖｉｎ）減少区間（ｔ５〜ｔ８）において、第２スイッチ制御部２００の動作は、上記のｔ１〜ｔ４動作の逆順に行われる。

【0153】

したがって、駆動電圧（Ｖｉｎ）が順方向電圧Ｖｆ４以下になるｔ５時点における動作を代表として説明する。

【0154】

駆動電圧（Ｖｉｎ）が順方向電圧Ｖｆ４以下になると（ｔ５時点）、第４ＬＥＤ３４が非発光して第４電流Ｉ８が減少し、第４電流Ｉ８が減少するにつれて第３抵抗Ｒ７で検知される第３電流Ｉ７が減少する。

【0155】

したがって、第２スイッチ制御部２００の第３スイッチ制御信号生成部２２３は、第１〜第４電流に対応する第３電圧Ｖ３と第３基準電圧Ｖｒｅｆ３とを比較して、その差に対応する第３ゲート入力電圧Ｖｃ７を第３スイッチ４３のゲート端子に出力する。第３ゲート入力電圧Ｖｃ７は、第３電圧Ｖ３が減少するにつれて増加するため、第３スイッチ４３に流れる電流は、図８のｔ５時点のように徐々に増加する。すなわち、第３スイッチ４３は、第４スイッチ４４の電流が減少することでターンオン状態を維持する。

【0156】

この際、図８のｔ５時点では、第４ＬＥＤ３４が非発光するにつれて第４スイッチ４４には徐々に減少する電流が流れ、これと同時に、第３スイッチ４３には徐々に増加する電流が流れる。すなわち、第４スイッチ４４の電流下降区間と第３スイッチ４３の電流上昇区間が重なるように制御することができる。

【0157】

上記のように、駆動電圧（Ｖｉｎ）が減少する区間において、第２スイッチ制御部２００は、すべての抵抗で検知された電流の和が当該スイッチの基準電流未満の場合には、当該スイッチがターンオンされるように制御する。これにより、複数のスイッチ４１〜４４の電流上昇区間と電流下降区間が重なるように制御することができる。

【0158】

このように、本発明の実施例では、互いに直列に接続された複数のＬＥＤ３１〜３４を順に発光駆動して、図７に示すように交流電圧のような正弦波に近似するＬＥＤ駆動電流を提供することで、ＬＥＤ発光効率の偏差を低減することができ、力率および全高調波歪（ＴＨＤ）などの問題を解決することができる。

【0159】

また、本発明の実施例では、第２スイッチ制御部２００が、いずれか一つのスイッチに流れる電流を制御するために、すべての他のスイッチに流れる電流を反映することで、多段に駆動するスイッチの電流上昇区間および電流下降区間が重なるように制御することができる。

【0160】

また、本発明の実施例では、スイッチの電流上昇区間と電流下降区間が重なるように制御することで、スイッチのターンオン／ターンオフの際にＬＥＤ駆動電流に生じる過電流またはディープを防止することができる。

【0161】

さらに、本発明の実施例では、ＬＥＤ駆動電流に生じる過電流またはディープのようなノイズを除去することで、照明規格で要求するＥＭＩ特性を満足することができる。

【0162】

図９は本発明の他の実施例によるＬＥＤ発光装置の構成図である。

【0163】

図９に示すように、ＬＥＤ発光装置は、交流電源１０と、整流部２０と、複数のＬＥＤ３１〜３４を含む発光素子部３０と、複数のＬＥＤ３１〜３４のカソード端子にドレイン端子が接続される複数のスイッチ４１〜４４を含むスイッチ部４０と、一端は前のスイッチのソース端子に接続され、他端は次のスイッチのソース端子に接続される複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ４を含む抵抗部５０と、複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ４の一端とスイッチの接続ノードそれぞれで電流Ｉ１〜Ｉ４を検知し、検知された電流と基準電流とを比較して、その差に対応する電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４を複数のスイッチ４１〜４４のゲート端子に出力するスイッチ制御部１００Ａと、を含む。

【0164】

交流電源１０は、ＬＥＤ発光装置の入力電源であって、基本周波数に応じて大きさと方向が変化する特性を有する。

【0165】

整流部２０は、入力交流電源を整流して、整流された電圧の形態を有する駆動電圧（Ｖｉｎ）に変換することができる。例えば、整流部２０は、正弦波形の交流電源を全波整流またはブリッジ整流する回路からなることができる。

【0166】

整流部２０から出力される整流電圧は、交流電源１０の大きさが変化するにつれて可変することができる。通常、交流電源１０の実効電圧を２２０Ｖと仮定すると、以下では、整流部２０から出力される整流電圧の実効電圧が２２０Ｖである整流電圧を「基準整流電圧」とし、実効電圧が２２０Ｖを超えた整流電圧を「上昇整流電圧」とし、実効電圧が２２０Ｖ未満の整流電圧を「下降整流電圧」とする（図１１のおよび図１２の参照）。

【0167】

発光素子部３０の複数のＬＥＤ３１〜３４は、整流部２０の出力端に直列に接続されて、整流電圧が増加するにつれて順に発光し、整流電圧が減少するにつれて順に非発光になる。

【0168】

図９には、説明の便宜上、発光素子部３０が４個のＬＥＤ３１〜３４を含むことを示しているが、発光素子部３０において、ＬＥＤの個数はこれに限定されない。

【0169】

【0170】

スイッチ部４０に含まれる複数のスイッチ４１〜４４は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ‐ｏｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄ‐ＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であって、複数のスイッチ４１〜４４それぞれのドレイン端子は、複数のＬＥＤ３１〜３４それぞれのカソード端子に接続されており、複数のスイッチ４１〜４４それぞれのゲート端子はスイッチ制御部１００Ａと接続されており、複数のスイッチ４１〜４４それぞれのソース端子は、複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ４それぞれの一端と接続されている。

【0171】

この際、抵抗部５０に含まれる複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ４は、互いに直列に接続されており、最後の抵抗である第４抵抗Ｒ４の他端は、接地端子に接続されている。

【0172】

本発明の実施例において、最後の抵抗は、直列に接続された複数のＬＥＤ３１〜３４のうち整流部２０と最も遠く離隔して接続されたＬＥＤ３４に接続したスイッチ４４のソース端子に一端が接続される抵抗である。

【0173】

【0174】

かかる抵抗部５０に含まれる複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ４の接続関係により、第１スイッチ４１を介して抵抗部５０に入力される電流は、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３および第４抵抗Ｒ４を介して接地端子に流れる。第２スイッチ４２を介して抵抗部５０に入力される電流は、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３および第４抵抗を介して接地端子に流れる。第３スイッチ４３を介して抵抗部５０に入力される電流は、第３抵抗Ｒ３および第４抵抗Ｒ４を介して接地端子に流れる。第４スイッチ４４を介して抵抗部５０に入力される電流は、第４抵抗Ｒ４を介して接地端子に流れる。

【0175】

スイッチ制御部１００Ａは、複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ４それぞれの一端と接続されて、複数のスイッチ４１〜４４に流れる電流を検知する。抵抗部５０によって検知される電流Ｉ１〜Ｉ４の大きさは、抵抗部５０に含まれる複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ４の値が変化するにつれて変わることができる。

【0176】

【0177】

スイッチ制御部１００Ａは、第１〜第４電流Ｉ１〜Ｉ４を検知し、検知された電流と基準電流とを比較して、その差に対応する電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４を各スイッチ４１〜４４のゲート端子に出力する。かかるスイッチ制御部１００Ａの構成および動作については、図１０から図１３を参照して説明する。

【0178】

図１０は図９のスイッチ制御部の構成図であり、図１１の（ａ）は基準整流電圧に対して増加した上昇整流電圧を示し、図１１の（ｂ）は基準駆動電流および上昇整流電圧による下降駆動電流を示す。図１２の（ａ）は基準整流電圧に対して減少した下降整流電圧を示し、（ｂ）は基準駆動電流および下降整流電圧による上昇駆動電流を示す。

【0179】

図１０に示すように、スイッチ制御部１００Ａは、電圧変化量検出部１３０と、基準電圧生成部１１０Ａと、スイッチ制御信号生成部１２０Ａと、を含む。

【0180】

電圧変化量検出部１３０は、差動増幅器ＯＰ１を用いて整流部２０の出力端ａと接地端子ｂとの間に入力される電圧と基準整流電圧との電圧変化量を検出する。

【0181】

この際、電圧変化量検出部１３０は、差動増幅器ＯＰ１の出力端とキャパシタとを分離するためのダイオードＤと、差動増幅器ＯＰ１の出力の変化量を平均化、すなわち、ＤＣに変換して制御するキャパシタＣと、をさらに含むことができる。

【0182】

通常、交流電源１０の実効電圧を２２０Ｖと仮定すると、交流電源の電圧の大きさは２２０Ｖより大きいか小さく変化することができる。したがって、本発明の実施例において、電圧変化量検出部１３０は、差動増幅器ＯＰ１を用いて基準ＬＥＤ駆動電圧に対する交流電圧の電圧変化量を検出する。

【0183】

基準電圧生成部１１０Ａは、演算器ＯＰ２を用いて電圧変化量検出部１３０から出力される電圧変化量と設定された第１基準電流Ｉｒｅｆ１とを比較して、電圧変化量が反映された第２基準電流Ｉｒｅｆ２を出力する。

【0184】

図１１の（ａ）における上昇整流電圧のように電圧変化量が増加した場合、基準電圧生成部１１０Ａは、第１基準電流Ｉｒｅｆ１から電圧変化量に対応する電流だけ減少した第２基準電流Ｉｒｅｆ２を出力する。

【0185】

また、図１２の（ａ）における下降整流電圧のように電圧変化量が減少した場合、基準電圧生成部１１０Ａは、第１基準電流Ｉｒｅｆ１から電圧変化量に対応する電流だけ増加した第２基準電流Ｉｒｅｆ２を出力する。

【0186】

このように、本発明では、交流電源（または整流電圧）の可変特性を考慮して、複数のスイッチ４１〜４４の制御に適用される第２基準電流Ｉｒｅｆ２の大きさを変更することができる。

【0187】

次に、基準電圧生成部１１０Ａは、演算器ＯＰ３〜ＯＰ６を用いて第２基準電流に対応する基準電圧を生成して、スイッチ制御信号生成部１２０Ａにそれぞれ出力する。本発明では、基準電圧生成部１１０Ａが一つの基準電圧を生成してスイッチ制御信号生成部１２０Ａに出力することで、抵抗部５０に含まれる抵抗値をより容易に選定することができる。

【0188】

スイッチ制御信号生成部１２０Ａは、第１〜第４スイッチ制御信号生成部１２１〜１２４を含み、第１〜第４スイッチ制御信号生成部１２１〜１２４は、その構成および動作が同一であるため、第１スイッチ制御信号生成部１２１を代表として説明する。

【0189】

第１スイッチ制御信号生成部１２１は、第１抵抗Ｒ１の一端で検知された検知電流Ｉ１に対応する電圧Ｖ１と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、その差に対応するゲート入力電圧Ｖｃ１を第１スイッチ４１のゲート端子に出力する。これにより、ゲート入力電圧Ｖｃ１により第１スイッチＶｃ１を介して流れる電流の大きさが制御されることで、第１スイッチ４１のターンオン（Ｔｕｒｎ−Ｏｎ）／ターンオフ（Ｔｕｒｎ−Ｏｆｆ）状態が決定される。

【0190】

より具体的に、第１スイッチ制御信号生成部１２１は、負帰還ループを有する演算器ＯＰ７と、入力インピーダンスＺ７と、フィードバックインピーダンスＺ８と、を含む。

【0191】

入力インピーダンスＺ７は、演算器ＯＰ７の負（−）端子に接続されており、フィードバックインピーダンスＺ８は、演算器ＯＰ７の出力端と負端子との間に接続されている。

【0192】

本実施例では、入力インピーダンスＺ７に比べてフィードバックインピーダンスＺ８を相対的に大きく設定して、演算器ＯＰ７の利得（Ｇａｉｎ）を高めることができる。また、演算器ＯＰ７の利得が高くなるにつれて演算器ＯＰ７の応答速度が速くなり、演算器ＯＰ７の安定化特性を高めることができる。

【0193】

演算器ＯＰ７は、負端子に入力される検知電流Ｉ１に対応する電圧Ｖ１と正端子に入力される基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、その差に対応する第１ゲート入力電圧Ｖｃ１を第１スイッチ４１のゲート端子に出力する。

【0194】

ゲート端子に入力される第１ゲート入力電圧Ｖｃ１により、第１スイッチ４１のゲート端子とソース端子との間のＶＧＳ電圧が可変し、ＶＧＳ電圧に応じて第１スイッチ４１のターンオン／ターンオフ状態が決定される。より具体的に、第１ゲート入力電圧Ｖｃ１が大きくなるほどＶＧＳ電圧は徐々に大きくなり、ＶＧＳ電圧が徐々に大きくなるほどＲｄｓ（ＯＮ）抵抗が小さくなって、第１スイッチ４１はターンオン状態となる。これとは反対に、第１ゲート入力電圧Ｖｃ１が小さくなるほどＶＧＳ電圧は徐々に小さくなり、ＶＧＳ電圧が徐々に小さくなるほどＲｄｓ（ＯＮ）抵抗が大きくなって、第１スイッチ４１はターンオフ状態となる。

【0195】

前記スイッチ制御部１００Ａの動作をまとめると、次のとおりである。

【0196】

整流部２０から出力される電圧が上昇整流電圧の場合には、基準電圧生成部１１０Ａは、下降調整される基準電圧Ｖｒｅｆを出力し、複数のスイッチ制御信号生成部１２１〜１２４は、下降調整される基準電圧Ｖｒｅｆに応じて各スイッチに流れる電流が減少するようにゲート入力電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４を出力する。

【0197】

これにより、図１１の（ｂ）に示すように、第１〜第３ＬＥＤ３１〜３３に流れるＬＥＤ駆動電流（下降ＬＥＤ駆動電流）は、基準ＬＥＤ駆動電流に比べて低く調整される。

【0198】

これとは反対に、整流部２０から出力される電圧が下降整流電圧の場合には、基準電圧生成部１１０Ａは、上昇調整される基準電圧Ｖｒｅｆを出力し、複数のスイッチ制御信号生成部１２１〜１２４は、上昇調整される基準電圧Ｖｒｅｆに応じて各スイッチに流れる電流が増加するようにゲート入力電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４を出力する。

【0199】

これにより、図１２の（ｂ）に示すように、第１〜第３ＬＥＤ３１〜３３に流れるＬＥＤ駆動電流（上昇ＬＥＤ駆動電流）は、基準ＬＥＤ駆動電流に比べて高く調整される。

【0200】

このように、本発明の実施例では、交流電源の実効電圧が可変するにつれて各ＬＥＤに流れる電流を制御することで、全体のＬＥＤに流れる電流が、交流電源の可変特性に関係なく、常に一定に維持されるように制御することができる。

【0201】

上記の構成を有する本発明の実施例によるＬＥＤ発光装置の動作については、図１３を参照してより具体的に説明する。

【0202】

図１３は本発明の実施例によるＬＥＤ駆動電流と複数のスイッチの電流の流れの接続関係を示す図である。

【0203】

動作する前に、複数のスイッチ４１〜４４は、ターンオン状態であり、電流をシンク（Ｓｉｎｋ）していると仮定する。また、上昇ＬＥＤ駆動電流、下降ＬＥＤ駆動電流および基準ＬＥＤ駆動電流による複数のスイッチ４１〜４４の電流の流れにおいて、複数のスイッチ４１〜４４に、時間的に、より速く電流が流れるかより遅く電流が流れるかの差があるだけであって、スイッチに電流を流す駆動動作は同一である。したがって、図５におけるＬＥＤ駆動電流は、上昇ＬＥＤ駆動電流、下降ＬＥＤ駆動電流および基準ＬＥＤ駆動電流のうちいずれか一つの駆動電流であってもよい。

【0204】

図１３に示すように、整流電圧が複数のＬＥＤ３１〜３４のうち第１ＬＥＤ３１の順方向電圧Ｖｆ１より低い区間（ｔ０〜ｔ１時点）では、すべてのＬＥＤ３１〜３４が非発光になる。

【0205】

しかし、整流電圧が複数のＬＥＤ３１〜３４のうち第１ＬＥＤ３１の順方向電圧Ｖｆ１以上になると（ｔ１時点）、第１ＬＥＤ３１に電流が流れて発光する。この際、図１３のｔ１時点のように、第１スイッチ４１には徐々に上昇する電流が流れて、第１抵抗Ｒ１の一端で検知された第１電流Ｉ１は上昇する。

【0206】

整流電圧が複数のＬＥＤ３１〜３４のうち第１ＬＥＤ３１および第２ＬＥＤ３２の順方向電圧Ｖｆ２以上になると（ｔ２時点）、第１ＬＥＤ３１および第２ＬＥＤ３２に電流が流れて発光する。この際、第２ＬＥＤ３２が発光するにつれて第２電流Ｉ２が増加することで、第１抵抗Ｒ１の一端で検知される第１電流Ｉ１が増加する。

【0207】

したがって、スイッチ制御部１００Ａの第１スイッチ制御信号生成部１２１は、第１電流Ｉ１に対応する第１電圧Ｖ１と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、その差に対応する第１ゲート入力電圧Ｖｃ１を第１スイッチ４１のゲート端子に出力する。第１ゲート入力電圧Ｖｃ１は、第１電流Ｉ１が増加するにつれて減少するため、第１スイッチ４１に流れる電流は、図１３のｔ２時点のように徐々に減少する。電流が減少してから第１スイッチ４１に電流が流れなくなると、第１スイッチ４１はターンオフされる。すなわち、第１スイッチ４１は、第２スイッチ４２〜第４スイッチ４４に流れる電流の和が第２基準電流Ｉｒｅｆ２以上の場合には、ターンオフ状態を維持する。

【0208】

この際、図１３のｔ２時点では、第２ＬＥＤ３２が発光するにつれて第２スイッチ４２には徐々に上昇する電流が流れる。

【0209】

このように、本発明の実施例では、図１３のｔ２時点のように第１スイッチ４１の電流が徐々に減少する際に、第２スイッチ４２の電流が徐々に増加することができる。本発明の実施例では、第１スイッチ４１の電流下降区間と第２スイッチ４２の電流上昇区間が重なるように制御することができる。

【0210】

整流電圧が複数のＬＥＤ３１〜３４のうち第１〜第３ＬＥＤ３１〜３３の順方向電圧Ｖｆ３以上になると（ｔ３時点）、第１〜第３ＬＥＤ３１〜３３に電流が流れて発光する。この際、第２抵抗Ｒ２の一端で検知される第２電流Ｉ２は、第３ＬＥＤ３３が発光するにつれて増加する。

【0211】

したがって、スイッチ制御部１００Ａの第２スイッチ制御信号生成部１２２は、第２電流Ｉ２に対応する第２電圧Ｖ２と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、その差に対応する第２ゲート入力電圧Ｖｃ２を第２スイッチ４２のゲート端子に出力する。第２ゲート入力電圧Ｖｃ２は、第２電流Ｉ２が増加するにつれて減少するため、第２スイッチ４２に流れる電流は、図１３のｔ３時点のように徐々に減少する。電流が減少してから第２スイッチ４２に電流が流れなくなると、第２スイッチ４２はターンオフされる。すなわち、第２スイッチ４２は、第３スイッチ４３および第４スイッチ４４に流れる電流の和が第２基準電流Ｉｒｅｆ２以上の場合には、ターンオフ状態を維持する。

【0212】

この際、図１３のｔ３時点では、第３ＬＥＤ３３が発光するにつれて第３スイッチ４３には徐々に上昇する電流が流れる。

【0213】

図１３のｔ３時点のように、本発明の実施例では、第２スイッチ４２の電流が徐々に減少する際に、第３スイッチ４３の電流が徐々に増加することができる。すなわち、第２スイッチ４２の電流下降区間と第３スイッチ４３の電流上昇区間が重なるように制御することができる。

【0214】

整流電圧がさらに増加して、複数のＬＥＤ３１〜３４のうち第１〜第４ＬＥＤ３１〜３４の順方向電圧Ｖｆ４以上になると（ｔ４時点）、第１〜第４ＬＥＤ３１〜３４に電流が流れて発光する。この際、第３抵抗Ｒ３の一端で検知される第３電流Ｉ３は、第４ＬＥＤ３４が発光するにつれて増加する。

【0215】

したがって、スイッチ制御部１００Ａの第３スイッチ制御信号生成部１２３は、第３電流Ｉ３に対応する第３電圧Ｖ３と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、その差に対応する第３ゲート入力電圧Ｖｃ３を第３スイッチ４３のゲート端子に出力する。第３ゲート入力電圧Ｖｃ３は、第３電流Ｉ３が増加するにつれて減少するため、第３スイッチ４３に流れる電流は、図１３のｔ４時点のように徐々に減少する。電流が減少してから第３スイッチ４３に電流が流れなくなると、第３スイッチ４３はターンオフされる。すなわち、第３スイッチ４３は、第４スイッチ４４に流れる電流が第２基準電流Ｉｒｅｆ２以上の場合には、ターンオフ状態を維持する。

【0216】

この際、図１３のｔ４時点では、第４ＬＥＤ３４が発光するにつれて第４スイッチ４４には徐々に上昇する電流が流れる。

【0217】

図１３のｔ４時点のように、本発明の実施例では、第３スイッチ４３の電流が徐々に減少する際に、第４スイッチ４４の電流が徐々に増加することができる。これにより、第３スイッチ４３の電流下降区間と第４スイッチ４４の電流上昇区間が重なるように制御することができる。

【0218】

整流電圧が順方向電圧Ｖｆ４以上の区間（ｔ４〜ｔ５）において、スイッチ制御部１００Ａの第４スイッチ制御信号生成部１２４は、第４電流Ｉ４に対応する第４電圧Ｖ４と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、その差に対応する第４ゲート入力電圧Ｖｃ４を第４スイッチ４４のゲート端子に出力する。この際、本発明の実施例では、第４ゲート入力電圧Ｖｃ４が、常に第４スイッチ４４の閾値電圧（Ｖｔｈ）以上になるように制御する。したがって、整流電圧が順方向電圧Ｖｆ４以上の区間では、第４スイッチ４４はターンオン状態を維持する。

【0219】

前記のように、整流電圧が上昇する区間において、スイッチ制御部１００Ａは、いずれか一つの抵抗の後段に接続される抵抗で検知された電流の和が基準電流以上の場合には、いずれか一つの抵抗に接続されたスイッチがターンオフされるように制御する。これにより、複数のスイッチ４１〜４４の電流上昇区間と電流下降区間が重なるように制御することができる。

【0220】

以降の整流電圧減少区間（ｔ５〜ｔ８）において、スイッチ制御部１００Ａの動作は、上記のｔ１〜ｔ４動作の逆順に行われる。

【0221】

したがって、整流電圧が順方向電圧Ｖｆ４以下になるｔ５時点における動作を代表として説明する。

【0222】

整流電圧が順方向電圧Ｖｆ４以下になると（ｔ５時点）、第４ＬＥＤ３４は非発光して第４電流Ｉ４が減少し、第４電流Ｉ４が減少するにつれて第３抵抗Ｒ３で検知される第３電流Ｉ３が減少する。

【0223】

したがって、スイッチ制御部１００Ａの第３スイッチ制御信号生成部１２３は、第３電流Ｉ３に対応する第３電圧Ｖ３と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、その差に対応する第３ゲート入力電圧Ｖｃ３を第３スイッチ４３のゲート端子に出力する。第３ゲート入力電圧Ｖｃ３は、第３電流Ｉ３が減少するにつれて増加するため、第３スイッチ４３に流れる電流は、図１３のｔ５時点のように徐々に増加する。すなわち、第３スイッチ４３は、第４スイッチ４４に流れる電流が基準電流Ｉｒｅｆ未満の場合には、ターンオン状態となる。すなわち、第３スイッチ４３は、第４スイッチ４４に流れる電流が第２基準電流（Ｉｒｅｆ１）未満の場合には、ターンオン状態を維持する。

【0224】

この際、図１３のｔ５時点では、第４ＬＥＤ３４が非発光するにつれて第４スイッチ４４には徐々に減少する電流が流れ、これと同時に、第３スイッチ４３には徐々に増加する電流が流れる。すなわち、第４スイッチ４４の電流下降区間と第３スイッチ４３の電流上昇区間が重なるように制御することができる。

【0225】

前記のように、整流電圧が減少する区間において、スイッチ制御部１００Ａは、いずれか一つの抵抗の後段に接続される抵抗で検知された電流の和が基準電流未満の場合には、いずれか一つの抵抗に接続されたスイッチがターンオンされるように制御する。これにより、複数のスイッチ４１〜４４の電流上昇区間と電流下降区間が重なるように制御することができる。

【0226】

このように、本発明の他の実施例では、互いに直列に接続された複数のＬＥＤ３１〜３４を順に発光駆動して、図１１の（ｂ）および図１２の（ｂ）に示すように、交流電圧のような正弦波に近似するＬＥＤ駆動電流を提供することで、ＬＥＤ発光効率の偏差を低減することができ、力率および全高調波歪（ＴＨＤ）などの問題を解決することができる。

【0227】

また、本発明の他の実施例では、スイッチ制御部が、いずれか一つのスイッチのターンオン／ターンオフを制御するために、いずれか一つのスイッチの後段に接続されたスイッチに流れる電流を反映することで、多段に駆動するスイッチの電流上昇区間および電流下降区間が重なるように制御することができる。

【0228】

また、本発明の他の実施例では、スイッチの電流上昇区間と電流下降区間が重なるように制御することで、スイッチのターンオン／ターンオフの際にＬＥＤ駆動電流に生じる過電流またはディープを防止することができる。

【0229】

また、本発明の他の実施例では、ＬＥＤ駆動電流に生じる過電流またはディープのようなノイズを除去することで、照明規格で要求するＥＭＩ（ＥｌｅｃｔｒｏＭａｇｎｅｔｉｃＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）特性を満足することができる。

【0230】

また、本発明の他の実施例では、交流電源が基準交流電源に比べてその大きさが上昇または下降変化する問題が生じても、電圧変化量に応じてＬＥＤに流れる電流を可変制御することで、全体のＬＥＤに流れる電流が一定に維持されることができる。

【0231】

図１４は本発明の他の実施例による位相制御方式の調光器に適用されるＬＥＤ発光装置の構成図である。図１５は図１４のＬＥＤ発光装置における交流電源の出力電圧、交流調光器の出力電圧および整流部の出力電圧を示す図である。

【0232】

図１４に示すように、本発明の他の実施例によるＬＥＤ発光装置４００は、位相制御方式の調光器８０から出力される電圧を用いて、複数のＬＥＤ３１〜３４の駆動を制御する。

【0233】

まず、調光器８０の構成について説明すると、調光器８０は、交流電源１０と、交流調光器（ＡＣ‐Ｄｉｍｍｅｒ）１２と、を含む。交流電源１０は、図１５に示すようにＬＥＤ発光装置の入力電源であって、基本周波数に応じて大きさと方向が変化する電圧を出力する。

【0234】

交流調光器１２は、トライアックスイッチを用いた位相制御方式の調光手段であって、入力される明るさ制御信号に応じて、交流電源１０から入力される電圧の位相のうち一部の位相のみを出力する。より具体的に、交流調光器１２に入力される明るさ制御信号を５０％としたときに、図１５に示すように、交流調光器１２は、交流電源１０の出力電圧のうち５０％の位相のみを出力する。

【0235】

この際、交流調光器１２がリーディングエッジ（ｌｅａｄｉｎｇｅｄｇｅ）タイプの場合、交流調光器１２は、交流電源１０の出力位相のうち上昇区間に対応する５０％の電圧を出力し、交流調光器１２がトレーリングエッジ（ｔｒａｉｌｉｎｇｅｄｇｅ）タイプの場合には、交流電源１０の出力位相のうち下降区間に対応する５０％の電圧を出力する。図１４には、調光器８０が交流電源１０が含むことを示しているが、調光器８０は、一つの交流調光器１２からなってもよい。

【0236】

このように、明るさ制御信号によって位相が制御された調光器８０の出力信号は、本発明の実施例によるＬＥＤ発光装置４００に入力される。

【0237】

また、図１４を参照すると、ＬＥＤ発光装置４００は、調光器８０から出力される電圧を整流する整流部２０と、複数のＬＥＤ３１〜３４を含む発光素子部３０と、複数のＬＥＤ３１〜３４のカソード端子にドレイン端子が接続される複数のスイッチ４１〜４４を含むスイッチ部４０と、一端は前のスイッチのソース端子に接続され、他端は次のスイッチのソース端子に接続される複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ４を含む抵抗部５０と、整流部２０と複数のＬＥＤ３１〜３４との間に接続されて整流部２０から出力される電圧に応じて電流を消費する電流消費部７０と、複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ４の一端とスイッチの接続ノードそれぞれで電流Ｉ１〜Ｉ４を検知し、検知された電流と基準電流とを比較して、その差に対応する電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４、Ｖａを複数のスイッチ４１〜４４および電流消費部７０のスイッチ７１に出力するスイッチ制御部１００Ｂと、を含む。

【0238】

整流部２０は、調光器８０から出力される入力交流電圧を整流して、図１５のような整流電圧に変換して出力する。例えば、整流部２０は、正弦波形の交流電圧を全波整流またはブリッジ整流する回路からなることができる。

【0239】

発光素子部３０の複数のＬＥＤ３１〜３４は、整流部２０の出力端に直列に接続されて、整流電圧が増加するにつれて順に発光し、整流電圧が減少するにつれて順に非発光する。

【0240】

図１４には、説明の便宜上、発光素子部３０が４個のＬＥＤ３１〜３４を含むことを示しているが、発光素子部３０において、ＬＥＤの個数はこれに限定されない。

【0241】

【0242】

スイッチ部４０に含まれる複数のスイッチ４１〜４４は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ‐ｏｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄ‐ＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であって、複数のスイッチ４１〜４４それぞれのドレイン端子は、複数のＬＥＤ３１〜３４それぞれのカソード端子に接続されており、複数のスイッチ４１〜４４それぞれのゲート端子は、スイッチ制御部１００Ｂと接続されており、複数のスイッチ４１〜４４それぞれのソース端子は、複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ４それぞれの一端と接続されている。複数のスイッチ４１〜４４のターンオン（Ｔｕｒｎ‐Ｏｎ）／ターンオフ（Ｔｕｒｎ‐Ｏｆｆ）は、スイッチ制御部１００Ｂからそれぞれのゲート端子に入力される信号に応じて決定される。

【0243】

抵抗部５０に含まれる複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ４は互いに直列に接続されており、最後の抵抗である第４抵抗Ｒ４の他端は、接地端子に接続されている。

【0244】

【0245】

【0246】

電流消費部７０は、整流部２０の出力端と抵抗部５０の第１抵抗Ｒ１の一端との間に接続される。電流消費部７０は、抵抗Ｒａと、スイッチ７１と、を含む。

【0247】

抵抗Ｒａは、整流部２０からスイッチ７１に流れる電流を制限するための手段であって、抵抗Ｒａの一端は、整流部２０の出力端に接続され、他端は、スイッチ７１のドレイン端子に接続されている。スイッチ７１はＭＯＳＦＥＴであって、スイッチ７１のソース端子は、第１スイッチ４１のソース端子に接続されており、スイッチ７１のゲート端子は、スイッチ制御部１００Ｂと接続されている。より具体的に、スイッチ７１のソース端子と第１スイッチ４１のソース端子の接続ノードは、第１抵抗Ｒ１の一端に接続されている。スイッチ７１のターンオン／ターンオフは、スイッチ制御部１００Ｂからゲート端子に入力される信号に応じて決定される。

【0248】

スイッチ部４０、抵抗部５０および電流消費部７０の接続関係により、電流消費部７０のスイッチ７１を介して抵抗部５０に入力される電流と第１スイッチ４１を介して抵抗部５０に入力される電流は、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３および第４抵抗Ｒ４を介して接地端子に流れる。第２スイッチ４２を介して抵抗部５０に入力される電流は、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３および第４抵抗を介して接地端子に流れる。第３スイッチ４３を介して抵抗部５０に入力される電流は、第３抵抗Ｒ３および第４抵抗Ｒ４を介して接地端子に流れる。第４スイッチ４４を介して抵抗部５０に入力される電流は、第４抵抗Ｒ４を介して接地端子に流れる。

【0249】

スイッチ制御部１００Ｂは、複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ４それぞれの一端と接続されて、電流消費部７０のスイッチ７１および複数のスイッチ４１〜４４に流れる電流を検知する。抵抗部５０によって検知される電流Ｉ１〜Ｉ４の大きさは、抵抗部５０に含まれる複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ４の値が変化するにつれて変わることができる。

【0250】

【0251】

スイッチ制御部１００Ｂは、第１〜第４電流Ｉ１〜Ｉ４を検知し、検知された電流と基準電流とを比較して、その差に対応する電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４、Ｖａを各スイッチ４１〜４４、７１のゲート端子に出力する。かかるスイッチ制御部１００Ｂの構成および動作については、図１６を参照して説明する。

【0252】

図１６は図１４のスイッチ制御部の構成図である。

【0253】

図１６に示すように、スイッチ制御部１００Ｂは、基準電圧生成部１１０Ｂと、スイッチ制御信号生成部１２０Ｂと、を含む。

【0254】

基準電圧生成部１１０Ｂは、設定された基準電流Ｉｒｅｆを基準電圧Ｖｒｅｆとして生成して、スイッチ制御信号生成部１２０Ｂに出力する。

【0255】

より具体的に、基準電圧生成部１１０Ｂは、設定された基準電流Ｉｒｅｆを基準電圧Ｖｒｅｆに変換する利得が「１」である演算器ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３、ＯＰ４、ＯＰ５を含む。演算器ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３、ＯＰ４、ＯＰ５から出力される基準電圧Ｖｒｅｆは、第１〜第５スイッチ制御信号生成部１２１〜１２５にそれぞれ出力される。

【0256】

本発明の実施例では、基準電圧生成部１１０Ｂが、第１〜第５スイッチ制御信号生成部１２１〜１２５に入力される基準電圧を同一の基準電圧として生成して出力することで、第１抵抗部５０に含まれる抵抗値をより容易に選定することができる。

【0257】

図１６には、基準電圧生成部１１０Ｂが一つの基準電圧を生成することを示しているが、基準電圧生成部１１０Ｂは、第１〜第５スイッチ制御信号生成部１２１〜１２５に、互いに異なる基準電圧を生成して出力してもよい。

【0258】

第１スイッチ制御信号生成部１２１は、第１電流Ｉ１と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、その差に対応する電圧Ｖａを電流消費部７０のスイッチ７１のゲート端子に出力する。

【0259】

第２スイッチ制御信号生成部１２２は、第１電流Ｉ１と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、その差に対応する電圧Ｖｃ１を第１スイッチ４１のゲート端子に出力する。

【0260】

第３スイッチ制御信号生成部１２３は、第２電流Ｉ２と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、その差に対応する電圧Ｖｃ２を第２スイッチ４２のゲート端子に出力する。

【0261】

第４スイッチ制御信号生成部１２４は、第３電流Ｉ３と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、その差に対応する電圧Ｖｃ３を第３スイッチ４３のゲート端子に出力する。

【0262】

第５スイッチ制御信号生成部１２５は、第４電流Ｉ４と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、その差に対応する電圧Ｖｃ４を第４スイッチ４４のゲート端子に出力する。

【0263】

これにより、ゲート入力電圧Ｖａ、Ｖｃ１〜Ｖｃ４により各スイッチに流れる電流の大きさが制御されることで、スイッチ７１および第１〜第４スイッチ４１〜４４のターンオン／ターンオフ状態が決定される。

【0264】

これにより、本発明の実施例では、スイッチ制御部１００Ｂを用いて、スイッチ７１および複数のスイッチ４１〜４４に流れる電流が設定された基準電流を超えないように制御することができ、整流部２０から出力される整流電圧の大きさの変化に関係なく、複数のＬＥＤ３１〜３４に一定の電流が流れるように制御することができる。

【0265】

第１〜第５スイッチ制御信号生成部１２１〜１２５は、その構成および動作が同一であるため、第１スイッチ制御信号生成部１２１を代表として、スイッチ制御信号生成部の構成について説明する。

【0266】

第１スイッチ制御信号生成部１２１は、第１抵抗Ｒ１の一端で検知された検知電流Ｉ１に対応する電圧Ｖ１と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、その差に対応するゲート入力電圧Ｖｃ１をスイッチ７１のゲート端子に出力する。これにより、ゲート入力電圧Ｖｃ１により第１スイッチＶｃ１を介して流れる電流の大きさが制御されることで、第１スイッチ４１のターンオン／ターンオフ状態が決定される。

【0267】

より具体的に、第１スイッチ制御信号生成部１２１は、負帰還ループを有する演算器ＯＰ６と、入力インピーダンスＺ１と、フィードバックインピーダンスＺ２と、を含む。

【0268】

入力インピーダンスＺ１は、演算器ＯＰ６の負（−）端子に接続されており、フィードバックインピーダンスＺ２は、演算器ＯＰ６の出力端と負端子との間に接続されている。

【0269】

本発明の実施例では、入力インピーダンスＺ１に比べてフィードバックインピーダンスＺ２を相対的に大きく設定して、演算器ＯＰ６の利得（Ｇａｉｎ）を高めることができる。また、演算器ＯＰ６の利得が高くなるにつれて演算器ＯＰ６の応答速度が速くなり、演算器ＯＰ６の安定化特性を高めることができる。

【0270】

演算器ＯＰ６は、負端子に入力される検知電流Ｉ１に対応する電圧Ｖ１と正（＋）端子に入力される基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、その差に対応するゲート入力電圧Ｖａをスイッチ７１のゲート端子に出力する。

【0271】

ゲート端子に入力されるゲート入力電圧Ｖａにより、スイッチ７１のゲート端子とソース端子との間のＶＧＳ電圧が可変し、ＶＧＳ電圧に応じてスイッチ７１のターンオン／ターンオフ状態が決定される。より具体的に、ゲート入力電圧Ｖａが大きくなるほどＶＧＳ電圧は徐々に大きくなり、ＶＧＳ電圧が徐々に大きくなるほどＲｄｓ（ＯＮ）抵抗が小さくなって、スイッチ７１はターンオン状態となる。これとは反対に、ゲート入力電圧Ｖａが小さくなるほどＶＧＳ電圧は徐々に小さくなり、ＶＧＳ電圧が徐々に小さくなるほどＲｄｓ（ＯＮ）抵抗が大きくなって、スイッチ７１はターンオフ状態となる。

【0272】

上記の構成を有する本発明の他の実施例によるＬＥＤ発光装置の動作については、下記図１７および図１８を参照して説明する。

【0273】

図１７は本発明の他の実施例による整流部の出力電圧、ＬＥＤ駆動電流および入力電流を示す図であり、図１８は本発明の他の実施例による入力電流による複数のスイッチの電流の流れを示す図である。

【0274】

図１７および図１８には、調光器８０がリーディングエッジタイプで、且つ調光器８０の明るさ制御信号が５０％の場合に、かかる調光器８０から入力される交流電圧を整流した整流部２０の出力電圧を示している。

【0275】

ＬＥＤ駆動電流は、図１４のノードＢで測定された電流値として複数のＬＥＤ３１〜３４に流れる電流を示し、入力電流は、図１４のノードＡで測定された電流値として整流電圧によるＬＥＤ発光装置に流れる電流を示す。

【0276】

動作する前に、複数のスイッチ４１〜４４は、ターンオン状態であり、電流をシンク（Ｓｉｎｋ）していると仮定する。

【0277】

図１７に示すように、整流電圧が複数のＬＥＤ３１〜３４のうち第１ＬＥＤ３１の順方向電圧Ｖｆ１より低い区間（ｔ０〜ｔ１時点）では、すべてのＬＥＤ３１〜３４が非発光する。したがって、ｔ０〜ｔ１区間において、ノードＢのＬＥＤ駆動電流は略０ｍＡである。

【0278】

しかし、本発明の実施例において、整流部２０と複数のＬＥＤ３１〜３４との間に位置する電流消費部７０のスイッチ７１を介して電流が流れる。これにより、図１８のｔ０時点のように、スイッチ７１には徐々に上昇する電流が流れて、第１抵抗Ｒ１の一端で検知された第１電流Ｉ１は上昇する。

【0279】

したがって、スイッチ制御部１００Ｂの第１スイッチ制御信号生成部１２１は、第１電流Ｉ１に対応する電圧Ｖ１と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、その差に対応する電圧Ｖａをスイッチ７１のゲート端子に出力する。これにより、電流消費部７０のスイッチ７１を介して流れる電流は定電流制御される。

【0280】

このように、本発明の実施例では、整流部２０の出力電圧が低くて、すべてのＬＥＤ３１〜３４が非発光する区間（ｔ０〜ｔ１）において、電流消費部７０を介して電流が流れるように制御することで、交流電源の全周期にわたりＬＥＤ発光装置に連続した電流が流れて、ＬＥＤ発光装置のインピーダンスを調光器の負荷特性に適合するようにすることができる。したがって、本発明の実施例によるＬＥＤ発光装置は、従来、調光装置に使用される白熱灯およびハロゲンを代替することができる。

【0281】

また、すべてのＬＥＤ３１〜３４が非発光する区間（ｔ０〜ｔ１）は、全体のＬＥＤ駆動区間の最大１０％以下であり、この区間（ｔ０〜ｔ１）において、電流の大きさは全体の動作区間のうち最も低いため、本発明の実施例では、電流消費部７０を介して消費される平均消費電力が低くなる特徴がある。

【0282】

整流電圧が複数のＬＥＤ３１〜３４のうち第１ＬＥＤ３１の順方向電圧Ｖｆ１以上になると（ｔ１時点）、第１ＬＥＤ３１に電流が流れて発光する。この際、図１８のｔ１時点のように、スイッチ７１には連続して電流が流れ、第１スイッチ４１には徐々に上昇する電流が流れる。

【0283】

この際、第１スイッチ制御信号生成部１２１および第２スイッチ制御信号生成部１２２は、第１抵抗Ｒ１の一端で検知された第１電流Ｉ１に対応する電圧Ｖ１と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、その差に対応する電圧Ｖａ、Ｖｃ１をスイッチ７１および第１スイッチ４１のゲート端子に出力する。これにより、スイッチ７１および第１スイッチ４１を介して流れる電流は定電流制御される。

【0284】

次に、整流電圧が複数のＬＥＤ３１〜３４のうち第１ＬＥＤ３１および第２ＬＥＤ３２の順方向電圧Ｖｆ２以上になると（ｔ２時点）、第１ＬＥＤ３１および第２ＬＥＤ３２に電流が流れて発光する。この際、第２ＬＥＤ３２が発光するにつれて第２電流Ｉ２が増加することで、第１抵抗Ｒ１の一端で検知される第１電流Ｉ１が増加する。

【0285】

したがって、スイッチ制御部１００Ｂの第１スイッチ制御信号生成部１２１および第２スイッチ制御信号生成部１２２は、第１電流Ｉ１に対応する第１電圧Ｖ１と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、その差に対応するゲート入力電圧Ｖａ、Ｖｃ１をスイッチ７１および第１スイッチ４１のゲート端子に出力する。スイッチ７１および第１ゲート入力電圧Ｖｃ１は、第１電流Ｉ１が増加するにつれて減少するため、スイッチ７１および第１スイッチ４１に流れる電流は、図１８のｔ２時点のように徐々に減少する。電流が減少してからスイッチ７１および第１スイッチ４１に電流が流れなくなると、スイッチ７１および第１スイッチ４１はターンオフされる。すなわち、スイッチ７１および第１スイッチ４１は、第２スイッチ４２〜第４スイッチ４４に流れる電流の和が基準電流Ｉｒｅｆ以上の場合には、ターンオフ状態を維持する。

【0286】

この際、図１８のｔ２時点では、第２ＬＥＤ３２が発光するにつれて第２スイッチ４２には徐々に上昇する電流が流れる。

【0287】

このように、本発明の実施例では、図１８のｔ２時点のようにスイッチ７１および第１スイッチ４１の電流が徐々に減少する際に、第２スイッチ４２の電流が徐々に増加することができる。本発明の実施例では、スイッチ７１および第１スイッチ４１の電流下降区間と第２スイッチ４２の電流上昇区間が重なるように制御することができる。

【0288】

【0289】

したがって、スイッチ制御部１００Ｂの第３スイッチ制御信号生成部１２３は、第２電流Ｉ２に対応する第２電圧Ｖ２と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、その差に対応する第２ゲート入力電圧Ｖｃ２を第２スイッチ４２のゲート端子に出力する。第２ゲート入力電圧Ｖｃ２は、第２電流Ｉ２が増加するにつれて減少するため、第２スイッチ４２に流れる電流は、図１８のｔ３時点のように徐々に減少する。電流が減少してから第２スイッチ４２に電流が流れなくなると、第２スイッチ４２はターンオフされる。すなわち、第２スイッチ４２は、第３スイッチ４３および第４スイッチ４４に流れる電流の和が基準電流Ｉｒｅｆ以上の場合には、ターンオフ状態を維持する。

【0290】

この際、図１８のｔ３時点では、第３ＬＥＤ３３が発光するにつれて第３スイッチ４３には徐々に上昇する電流が流れる。

【0291】

図１８のｔ３時点のように、本発明の実施例では、第２スイッチ４２の電流が徐々に減少する際に、第３スイッチ４３の電流が徐々に増加することができる。すなわち、第２スイッチ４２の電流下降区間と第３スイッチ４３の電流上昇区間が重なるように制御することができる。

【0292】

【0293】

したがって、スイッチ制御部１００Ｂの第４スイッチ制御信号生成部１２４は、第３電流Ｉ３に対応する第３電圧Ｖ３と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、その差に対応する第３ゲート入力電圧Ｖｃ３を第３スイッチ４３のゲート端子に出力する。第３ゲート入力電圧Ｖｃ３は、第３電流Ｉ３が増加するにつれて減少するため、第３スイッチ４３に流れる電流は、図１８のｔ４時点のように徐々に減少する。電流が減少してから第３スイッチ４３に電流が流れなくなると、第３スイッチ４３はターンオフされる。すなわち、第３スイッチ４３は、第４スイッチ４４に流れる電流が基準電流Ｉｒｅｆ以上の場合には、ターンオフ状態を維持する。

【0294】

この際、図１８のｔ４時点では、第４ＬＥＤ３４が発光するにつれて第４スイッチ４４には徐々に上昇する電流が流れる。

【0295】

図１８のｔ４時点のように、本発明の実施例では、第３スイッチ４３の電流が徐々に減少する際に、第４スイッチ４４の電流が徐々に増加することができる。これにより、第３スイッチ４３の電流下降区間と第４スイッチ４４の電流上昇区間が重なるように制御することができる。

【0296】

整流電圧が順方向電圧Ｖｆ４以上の区間（ｔ４〜ｔ５）において、スイッチ制御部１００Ｂの第５スイッチ制御信号生成部１２５は、第４電流Ｉ４に対応する第４電圧Ｖ４と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、その差に対応する第４ゲート入力電圧Ｖｃ４を第４スイッチ４４のゲート端子に出力する。この際、本発明の実施例では、第４ゲート入力電圧Ｖｃ４が、常に第４スイッチ４４の閾値電圧（Ｖｔｈ）以上になるように制御する。したがって、整流電圧が順方向電圧Ｖｆ４以上の区間では、第４スイッチ４４はターンオン状態を維持する。

【0297】

前記のように、整流電圧が上昇する区間において、スイッチ制御部１００Ｂは、いずれか一つの抵抗の後段に接続される抵抗で検知された電流の和が基準電流以上の場合には、いずれか一つの抵抗に接続されたスイッチがターンオフされるように制御する。これにより、スイッチ７１および複数のスイッチ４１〜４４の電流上昇区間と電流下降区間が重なるように制御することができる。

【0298】

図１７および図１８には、調光器８０の出力電圧に対して整流電圧が上昇する区間のみが存在することを示しているが、整流電圧が減少する区間において、スイッチ制御部１００Ｂの動作は、上記のｔ１〜ｔ４区間の逆順であるため、本発明の実施例は、調光器８０がトレーリングエッジタイプの場合にも適用することができる。

【0299】

以降の整流電圧減少区間（ｔ５〜ｔ８）において、スイッチ制御部１００Ｂの動作は、上記のｔ１〜ｔ４動作の逆順に行われる。

【0300】

例えば、整流電圧が順方向電圧Ｖｆ４以下になる時点（図示せず）における動作について説明すると、次のとおりである。

【0301】

整流電圧が順方向電圧Ｖｆ４以下になると、第４ＬＥＤ３４が非発光するにつれて第４電流Ｉ４が減少し、第４電流Ｉ４が減少するにつれて第３抵抗Ｒ３で検知される第３電流Ｉ３が減少する。

【0302】

したがって、スイッチ制御部１００Ｂの第４スイッチ制御信号生成部１２４は、第３電流Ｉ３に対応する第３電圧Ｖ３と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、その差に対応する第３ゲート入力電圧Ｖｃ３を第３スイッチ４３のゲート端子に出力する。第３ゲート入力電圧Ｖｃ３は、第３電流Ｉ３が減少するにつれて増加するため、第３スイッチ４３に流れる電流は徐々に増加する。すなわち、第３スイッチ４３は、第４スイッチ４４に流れる電流が基準電流Ｉｒｅｆ未満の場合には、ターンオン状態となる。すなわち、第３スイッチ４３は、第４スイッチ４４に流れる電流が基準電流Ｉｒｅｆ未満の場合には、ターンオン状態を維持する。

【0303】

この際、整流電圧が順方向電圧Ｖｆ４以下になる時点では、第４ＬＥＤ３４が非発光するにつれて第４スイッチ４４には徐々に減少する電流が流れ、これと同時に、第３スイッチ４３には徐々に増加する電流が流れる。すなわち、第４スイッチ４４の電流下降区間と第３スイッチ４３の電流上昇区間が重なるように制御することができる。

【0304】

上記のように、整流電圧が減少する区間において、スイッチ制御部１００Ｂは、いずれか一つの抵抗の後段に接続される抵抗で検知された電流の和が基準電流未満の場合には、いずれか一つの抵抗に接続されたスイッチがターンオンされるように制御する。これにより、複数のスイッチ４１〜４４の電流上昇区間と電流下降区間が重なるように制御することができる。

【0305】

このように、本発明の他の実施例では、整流部２０の出力電圧が低くて、すべてのＬＥＤが非発光する区間でもＬＥＤ発光装置に電流が流れるように制御することで、ＬＥＤ発光装置のインピーダンスが調光器の負荷条件を満足することができる。これにより、本発明の実施例によるＬＥＤ発光装置は、従来の調光装置の白熱灯およびハロゲンを容易に代替することができる。

【0306】

また、本発明の他の実施例では、整流電圧を用いて、互いに直列に接続された複数のＬＥＤ３１〜３４を順に発光駆動して、交流電源のような正弦波に近似するＬＥＤ駆動電流を提供することで、ＬＥＤ発光効率の偏差を低減することができ、力率および全高調波歪（ＴＨＤ）などの問題を解決することができる。

【0307】

本発明の他の実施例では、スイッチ制御部が、いずれか一つのスイッチのターンオン／ターンオフを制御するために、いずれか一つのスイッチの後段に接続されたスイッチに流れる電流を反映することで、多段に駆動するスイッチの電流上昇区間および電流下降区間が重なるように制御することができる。

【0308】

本発明の他の実施例では、スイッチの電流上昇区間と電流下降区間が重なるように制御することで、スイッチのターンオン／ターンオフの際に、ＬＥＤ駆動電流に生じる過電流またはディープを防止することができる。

【0309】

さらに、本発明の他の実施例では、ＬＥＤ駆動電流に生じる過電流またはディープのようなノイズを除去することで、照明規格で要求するＥＭＩ（ＥｌｅｃｔｒｏＭａｇｎｅｔｉｃＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）特性を満足することができる。

【0310】

以上の本発明の説明は例示のためのものであって、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想や必須の特徴を変更しなくても他の具体的な形態に容易に変形することができることを理解することができる。したがって、上述の実施例は、すべての面において例示的なものであって、限定的なものではないと理解すべきである。例えば、単一型に説明されている各構成要素は、分散して実施されてもよく、同様に、分散したものと説明されている構成要素もまた結合した形態に実施されてもよい。

【0311】

本発明の範囲は、前記詳細な説明より後述する特許請求範囲によって定義され、特許請求の範囲の意味および範囲、またその均等概念から導出されるすべての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれると解釈すべきである。

【符号の説明】

【0312】

１０交流電源
２０整流部
３０発光素子部
４０スイッチ部
５０第１抵抗部
６０第２抵抗部
７０電流消費部
８０調光器
１００、１００Ａ、１００Ｂ、２００スイッチ制御部
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、２１０基準電圧生成部
１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ、２２０スイッチ制御信号生成部
１３０電圧変化量検出部

【図1】