特許 6818013 ＬＥＤ駆動回路

(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】6818013

(24)【登録日】2021年1月4日

(45)【発行日】2021年1月20日

(54)【発明の名称】ＬＥＤ駆動回路

(51)【国際特許分類】

   H05B 45/3577 20200101AFI20210107BHJP

   H05B 45/20 20200101ALI20210107BHJP

   H05B 45/40 20200101ALI20210107BHJP

【ＦＩ】

   H05B45/3577

   H05B45/20

   H05B45/40

【請求項の数】9

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2018-510644(P2018-510644)

(86)(22)【出願日】2017年4月5日

(86)【国際出願番号】JP2017014285

(87)【国際公開番号】WO2017175806

(87)【国際公開日】20171012

【審査請求日】2020年2月26日

(31)【優先権主張番号】特願2016-75727(P2016-75727)

(32)【優先日】2016年4月5日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000131430

【氏名又は名称】シチズン電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100180806

【弁理士】

【氏名又は名称】三浦 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100161089

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 良一

(72)【発明者】

【氏名】後藤 聡

(72)【発明者】

【氏名】山田 達郎

【審査官】 田中 友章

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／０３９４５７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−１４６５９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１４−５１６４５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｂ ４５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

調光に連動して出力が変化する電源に接続された整流回路と、
前記整流回路に接続され、かつ複数のＬＥＤが直列に接続された第１ＬＥＤ列と、
前記整流回路に対して前記第１ＬＥＤ列と並列に接続され、かつ複数のＬＥＤが直列に接続された第２ＬＥＤ列と、
前記第２ＬＥＤ列と直列に接続され、かつ複数のＬＥＤが直列に接続された第３ＬＥＤ列と、
前記第２ＬＥＤ列と前記第３ＬＥＤ列との間に一端が接続され、かつ複数のＬＥＤが直列に接続された第４ＬＥＤ列と、
前記第１ＬＥＤ列を流れる電流を制限する第１電流制限部と、
前記第２及び第４ＬＥＤ列を流れる電流を制限する第２電流制限部と、を備え、
前記第１ＬＥＤ列に含まれる前記複数のＬＥＤは、前記第２及び第３ＬＥＤ列に含まれる前記複数のＬＥＤよりも低い色温度で発光し、
前記第１ＬＥＤ列が発光するための第１閾値電圧は、前記第２及び第４ＬＥＤ列が発光するための第２閾値電圧よりも小さく、
前記第２閾値電圧は、前記第２及び第３ＬＥＤ列が発光するための第３閾値電圧よりも小さい、
ことを特徴とするＬＥＤ駆動回路。

【請求項2】

前記第１電流制限部は、前記整流回路の出力電圧が第１範囲内にあるときに、前記第１ＬＥＤ列を流れる電流を制限し、
前記第２電流制限部は、前記出力電圧が前記第１範囲よりも高い第２範囲内にあるときに、前記第２及び第４ＬＥＤ列を流れる電流を制限し、
前記整流回路の電流出力端子は、前記第１及び第２ＬＥＤ列のアノードに接続し、
前記第１ＬＥＤ列のカソードは、前記第１電流制限部の電流入力端子に接続し、
前記第２ＬＥＤ列のカソードは、前記第３及び第４ＬＥＤ列のアノードに接続し、
前記第３ＬＥＤ列のカソード並びに前記第１及び第２電流制限部の電流出力端子は、直接又は回路素子を介して前記整流回路の電流が戻る端子に接続し、
前記第４ＬＥＤ列のカソードは、前記第２電流制限部の電流入力端子に接続している、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。

【請求項3】

前記第１電流制限部は、第１スイッチ素子及び第１電流検出素子を有し、
前記第２電流制限部は、第２スイッチ素子及び第２電流検出素子を有し、
前記第３ＬＥＤ列のカソードは、直接又は回路素子を介して前記第２電流検出素子に接続し、
前記第２電流制限部の電流出力端子は、前記第１電流検出素子に接続し、
前記第１電流制限部の電流出力端子は、前記整流回路の電流が戻る端子に接続している、請求項２に記載のＬＥＤ駆動回路。

【請求項4】

前記第３ＬＥＤ列のカソードは、第３スイッチ素子及び第３電流検出素子を有する第３電流制限回路を介して前記第２電流検出素子に接続している、請求項３に記載のＬＥＤ駆動回路。

【請求項5】

前記整流回路の電流出力端子と前記第２ＬＥＤ列のアノードの間に挿入された逆流防止用ダイオードと、
前記第２ＬＥＤ列と並列接続されたコンデンサと、
をさらに備える、請求項３又は４に記載のＬＥＤ駆動回路。

【請求項6】

前記第１スイッチ素子と前記第１電流検出素子の間又は前記第２スイッチ素子と前記第２電流検出素子の間に接続された抵抗をさらに有する、請求項３〜５のいずれか一項に記載のＬＥＤ駆動回路。

【請求項7】

前記第２ＬＥＤ列を流れる電流が前記第１スイッチ素子をカットオフし、前記第３ＬＥＤ列を流れる電流が前記第２スイッチ素子をカットオフする、請求項３〜６のいずれか一項に記載のＬＥＤ駆動回路。

【請求項8】

前記第１電流制限部は、前記出力電圧が前記第１範囲内にあるときに導通する第１スイッチであり、
前記第２電流制限部は、前記出力電圧が前記第２範囲内にあるときに導通する第２スイッチである、請求項２に記載のＬＥＤ駆動回路。

【請求項9】

前記第４ＬＥＤ列に含まれる前記複数のＬＥＤは、前記第２及び第３ＬＥＤ列に含まれる前記複数のＬＥＤよりも低い色温度で発光する、請求項１〜８のいずれか一項に記載のＬＥＤ駆動回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、調光に連動して発光色が変化するＬＥＤ駆動回路に関する。

【背景技術】

【0002】

商用交流電源と白熱電球の間に調光器を挿入し、白熱電球の発光量を調節することが古くから行われている。この調光器は、トライアックを含み、商用交流電源の交流波形の一部を切り取るようにして実効値を調整している。調光に際し白熱電球には、明るくすると色温度が高くなり、暗くすると色温度が低くなるという発光特性がある。このような発光特性が一般に好まれるため、白熱電球からＬＥＤ（発光ダイオード）を光源とするＬＥＤ電球への置き換えが進むなかで、白熱電球の発光特性を模したＬＥＤ照明装置が上市されるようになった。

【0003】

任意の強度で任意の発光色を得るには、赤色で発光する光源と緑色で発光する光源と青色で発光する光源とを準備すれば良い。このような光源にデジタル制御可能な電源などを付加すれば、様々な強度で様々な発光色が得られる。調光に連動して調色を行うには、このような照明システムを組み、調光度合に応じて各光源の発光強度を調整すれば良い。しかしながら、このような原則通り照明システムを構成すると、回路規模が大きくなり無駄が多くなる。そこで、変化できる発光色を色温度で表せる範囲内に限定し、調光度合に応じて色温度を調整するようにすれば、照明システムを小規模化できる。すなわち、高い色温度の白色光源と低い色温度の白色光源とを準備し、調光度合に応じてアナログ制御でそれぞれの光源の発光強度を変化させれば良い。

【0004】

二つの光源（ＬＥＤを直列接続した回路。以下「ＬＥＤ列」と呼ぶ。）をアナログ制御で切り換えるＬＥＤ駆動回路は、特許文献１の図５−１に示されている。そこで特許文献１の図５−１（図５Ａ）及び図５−１（図５Ｂ）を図８、９にそれぞれ再掲示し、その回路構成及び動作並びに調光に応じて調色できるようにする手法を説明する。

【0005】

図８は、特許文献１のＬＥＤ駆動回路（以下「回路５００」と呼ぶ）の回路図であり、図９は、回路５００に流れる電流を示す波形図である。回路５００は、整流回路１０７と、第１光源となる第１ＬＥＤグループ５０９と、第２光源となる第２ＬＥＤグループ５１１と、デプレッション型のＦＥＴ５１３及び電流検出用の抵抗５１７からなる第１電流制限回路と、デプレッション型のＦＥＴ５１５及び電流検出用の抵抗５１９からなる第２電流制限回路とを備えている。整流回路１０７の入力側には、過渡電圧サプレッサ（ＴＶＳ）１０５と、ヒューズ１０３を介して商用交流電源１０１（ＡＣ電源）とが接続している。

【0006】

整流回路１０７の出力端子には、交流を全波整流した電圧が現れる（以下この電圧を「全波整流電圧」と呼ぶ）。図９に示すように、全波整流電圧が０（Ｖ）から第１ＬＥＤグループ５０９が発光するための閾値電圧（以下単に「閾値電圧」という）未満となる期間（ｔ０〜ｔ１、ｔ４〜ｔ５）では、電流は流れない。全波整流電圧が第１ＬＥＤグループ５０９の閾値電圧以上で第２ＬＥＤグループ５１１の閾値電圧未満となる期間（ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４）では、第１ＬＥＤグループ５０９に電流ＩＧ１（図８では「ＩＧ２」と誤記されている）が流れる。全波整流電圧が第２ＬＥＤグループ５１１の閾値電圧以上となる期間（ｔ２〜ｔ３）では、第２ＬＥＤグループ５１１に電流ＩＧ２（図８では「ＩＧ１」と誤記されている）が流れるとともに電流ＩＧ１が無くなる。なお、実際の電流ＩＧ１、ＩＧ２は、図９に示される通り過渡状態をもって切り換わる。

【0007】

調光に応じて調色できるようにするためには、回路５００において商用交流電源１０１とヒューズ１０３の間に調光器（位相制御型ディマー）が挿入され、第１ＬＥＤグループ５０９の発光色が低い色温度に、第２ＬＥＤグループ５１１の発光色が高い色温度にそれぞれ設定される。

【0008】

調光器は、商用交流電源１０１から得られる交流の一部の期間（「位相」ともいう）を切り取る（０（Ｖ）にする）。このとき整流回路１０７は、一部分が切り取られた交流波形を全波整流し、全波整流電圧の波形から一部分が切り取られた脈流電圧を出力する。調光器により明るく調光されると、脈流電圧のなかで電圧の高い期間が占める割合が多くなる。この結果、第２ＬＥＤグループ５１１の発光が支配的になり、発光色が高い色温度となる。これに対し、調光器により暗く調光されると、脈流電圧のなかで電圧の低い期間が占める割合が多くなる。この結果、第１ＬＥＤグループ５０９の発光が支配的になり、発光色が低い色温度となる。

【0009】

図８、９に示した回路５００では、調光器がないとき、ＬＥＤ列に全波整流電圧を印加するだけの単純なＬＥＤ駆動回路に比べて、力率や高調波歪率が改善されている。特許文献１には、力率や高調波歪率を改善するという回路５００と共通の課題をもった他の回路が示されている（例えば図１−１）。そこで特許文献１の図１−１（図１Ａ）を図１０に再掲示し、その構成と動作を説明する。

【0010】

図１０は、特許文献１の他のＬＥＤ駆動回路（以下「回路１００」と呼ぶ）の回路図である。回路１００は、第１ＬＥＤグループ１０９、第２ＬＥＤグループ１１１、ＦＥＴ１１３と抵抗１１７からなる第１電流制限回路（「バイパス回路」ともいう）、及びＦＥＴ１１５と抵抗１１９からなる第２電流制限回路（「定電流回路」ともいう）を備えている。回路１００では、第１ＬＥＤグループ１０９と第２ＬＥＤグループ１１１が直列接続している。第１電流制限回路において、電流入力端子となるＦＥＴ１１３のドレインは第１ＬＥＤグループ１０９と第２ＬＥＤグループ１１１との接続点に接続し、電流出力端子となる抵抗１１７の右端子は整流回路１０７の電流が戻る端子Ｖ−に接続している。第２電流制限回路において、電流入力端子であるＦＥＴ１１５のドレインは第２ＬＥＤグループ１１１の電流出力端子に接続し、電流出力端子である抵抗１１９の右端子は抵抗１１７に接続している。

【0011】

回路１００に全波整流電圧を印加したとき、全波整流電圧が０（Ｖ）から第１ＬＥＤグループ１０９の閾値電圧に達するまでの期間では、整流回路１０７から第１ＬＥＤグループ１０９に電流は流れ込まない。全波整流電圧が第１ＬＥＤグループ１０９の閾値電圧から第１ＬＥＤグループ１０９の閾値電圧と第２ＬＥＤグループ１１１の閾値電圧との和となる電圧に達するまでの期間では、整流回路１０７を発し、第１ＬＥＤグループ１０９及び第１電流制限回路を経て整流回路１０７に戻る電流ＩＧ１が流れる。このとき第１電流制限回路では、抵抗１１７の電圧降下がＦＥＴ１１３にフィードバックし、電流ＩＧ１が定電流化する。全波整流電圧が上記の和の電圧を超える期間では、整流回路１０７を発し、第１及び第２ＬＥＤグループ１０９、１１１、第２電流制限回路並びに抵抗１１７を経て整流回路１０７に戻る電流ＩＧ２が流れる。このとき第１電流制限回路では、抵抗１１７の電圧降下が増大するためＦＥＴ１１３はカットオフする。同時に第２電流制限回路では、抵抗１１９の電圧降下がＦＥＴ１１５にフィードバックし、電流ＩＧ２が定電流化する。全波整流電圧が低下する期間では、全波整流電圧が上昇する期間の過程とは逆の過程を辿る。

【0012】

以上の知見に基づき本願発明者は、図８に示した回路５００に図１０に示した回路１００を適用して、さらに他のＬＥＤ駆動回路を作成した（特許文献２を参照）。図１１は、特許文献２のＬＥＤ駆動回路（以下「ＬＥＤ駆動回路３００」と呼ぶ）の回路図である。ＬＥＤ駆動回路３００は、第１ＬＥＤ列３０１、第２ＬＥＤ列３０２、第３ＬＥＤ列３０３、第１電流制限回路３１１、第２電流制限回路３１２、第３電流制限回路３１３及び整流回路３０５を備えている。図１１では、参考のため商用交流電源１２１と、位相制御型ディマーである調光器１２２とを書き加えている。

【0013】

第１、第２及び第３ＬＥＤ列３０１、３０２、３０３では、それぞれＬＥＤ３０１ａ、３０２ａ、３０３ａが直列接続している。ＬＥＤ３０１ａは低い色温度で発光し、ＬＥＤ３０２ａ、３０３ａは高い色温度で発光する。第１、第２及び第３電流制限回路３１１、３１２、３１３は、それぞれデプレッション型のＦＥＴ３１１ａ、３１２ａ、３１３ａと電流検出用の抵抗３１１ｂ、３１２ｂ、３１３ｂとからなる。整流回路３０５は４個のダイオード３０５ａのダイオードブリッジで構成されている。

【0014】

整流回路３０５が全波整流電圧を出力する場合、全波整流電圧が第１ＬＥＤ列３０１の閾値電圧以上でありかつ第２ＬＥＤ列３０２の閾値電圧よりも低い期間では、第１ＬＥＤ列３０１に電流Ｉ３１が流れ、第１ＬＥＤ列３０１が低い色温度で点灯する。全波整流電圧が第２ＬＥＤ列３０２の閾値電圧以上でありかつ第２ＬＥＤ列３０２と第３ＬＥＤ列３０３との閾値電圧の和となる電圧未満となる期間では、第２ＬＥＤ列３０２に電流Ｉ３２が流れ、第２ＬＥＤ列３０２が高い色温度で点灯する。全波整流電圧が上記の和の電圧を超える期間では、第２及び第３ＬＥＤ列３０２、３０３に電流Ｉ３３が流れ、第２及び第３ＬＥＤ列３０２、３０３が高い色温度で点灯する。

【0015】

調光器１２２で調光した場合、整流回路３０５は前述の脈流電圧を出力し、脈流電圧のなかで電圧の高い期間が占める割合に応じてＬＥＤ駆動回路３００の発光色が変化する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0016】

【特許文献1】特表２０１４−５１６４５２号公報（図１−１、図５−１）

【特許文献2】国際公開第２０１６／０３９４５７号（図１）

【発明の概要】

【0017】

前述したようにＬＥＤ駆動回路３００は、低く調光したとき、第１ＬＥＤ列３０１だけが点灯し、低い色温度で発光する。一方ＬＥＤ駆動回路３００は、高く調光したとき、第２及び第３ＬＥＤ列３０２、３０３の発光が支配的になるため、高い色温度で発光する。しかしながら、中間の調光状態では、ＬＥＤ駆動回路３００は、特定の調光度合を境にして急激に発光色が変化するため、使用者に不自然な印象を与えた。

【0018】

そこで本発明は、上記の課題に鑑みて為されたものであり、回路構成が簡単でありながら調光に応じて発光色を滑らかに変化させられるＬＥＤ駆動回路を提供することを目的とする。

【0019】

上記の課題を解決するため、高い色温度で発光するＬＥＤと低い色温度で発光するＬＥＤを備え、調光に連動して発光色が変化するＬＥＤ駆動回路において、整流回路と、低い色温度で発光する第１及び第４ＬＥＤ列と、高い色温度で発光する第２及び第３ＬＥＤ列と、第１スイッチ素子及び第１電流検出素子を有する第１電流制限回路と、第２スイッチ素子及び第２電流検出素子を有する第２電流制限回路とを備え、整流回路の電流を出力する端子は、第１及び第２ＬＥＤ列のアノードに接続し、第１ＬＥＤ列のカソードは、第１電流制限回路の電流入力端子に接続し、第２ＬＥＤ列のカソードは、第３及び第４ＬＥＤ列のアノードに接続し、第３ＬＥＤ列のカソードは、直接又は回路素子を介して第２電流検出素子に接続し、第４ＬＥＤ列のカソードは、第２電流制限回路の電流入力端子に接続し、第２電流制限回路の電流出力端子は、第１電流検出素子に接続し、第１電流制限回路の電流出力端子は、整流回路の電流が戻る端子に接続し、第１ＬＥＤ列の閾値電圧は、第２及び第４ＬＥＤ列の閾値電圧の和となる電圧よりも小さく、第４ＬＥＤ列の閾値電圧は、第３ＬＥＤ列の閾値電圧よりも小さいことを特徴とするＬＥＤ駆動回路が提供される。

【0020】

また、調光に連動して出力が変化する電源に接続された整流回路と、整流回路に接続され、かつ複数のＬＥＤが直列に接続された第１ＬＥＤ列と、整流回路に対して第１ＬＥＤ列と並列に接続され、かつ複数のＬＥＤが直列に接続された第２ＬＥＤ列と、第２ＬＥＤ列と直列に接続され、かつ複数のＬＥＤが直列に接続された第３ＬＥＤ列と、第２ＬＥＤ列と第３ＬＥＤ列との間に一端が接続され、かつ複数のＬＥＤが直列に接続された第４ＬＥＤ列と、第１ＬＥＤ列を流れる電流を制限する第１電流制限部と、第２及び第４ＬＥＤ列を流れる電流を制限する第２電流制限部とを備え、第１ＬＥＤ列に含まれる複数のＬＥＤは、第２及び第３ＬＥＤ列に含まれる複数のＬＥＤよりも低い色温度で発光し、第１ＬＥＤ列が発光するための第１閾値電圧は、第２及び第４ＬＥＤ列が発光するための第２閾値電圧よりも小さく、第２閾値電圧は、第２及び第３ＬＥＤ列が発光するための第３閾値電圧よりも小さいことを特徴とするＬＥＤ駆動回路が提供される。

【0021】

全波整流電圧が０（Ｖ）から第１ＬＥＤ列の閾値電圧（第１閾値電圧）まで上昇する位相では、整流回路は電流を出力しない。全波整流電圧が第１ＬＥＤ列の閾値電圧から第２及び第４ＬＥＤ列の閾値電圧の和となる電圧（第２閾値電圧）まで上昇する位相では、第１ＬＥＤ列に電流が流れ、第１ＬＥＤ列は低い色温度で発光する。全波整流電圧が第２及び第４ＬＥＤ列の閾値電圧の和となる電圧から第２及び第３ＬＥＤ列の閾値電圧の和となる電圧（第３閾値電圧）まで上昇する位相では、第２及び第４ＬＥＤ列に電流が流れ、第２及び第４ＬＥＤ列はそれぞれ高い色温度及び低い色温度で発光する。全波整流電圧が第２及び第３ＬＥＤ列の閾値電圧の和となる電圧よりも高い電圧となる位相では、第２及び第３ＬＥＤ列に電流が流れ、第２及び第３ＬＥＤ列は高い色温度で発光する。全波整流電圧が低下する位相では、全波整流電圧が上昇する位相とは逆の過程を辿る。

【0022】

商用交流電源が出力する交流の位相の一部が調光器により切り取られた電圧波形が整流回路に入力されると、整流回路は電圧波形を全波整流した脈流電圧を出力する。調光度が低いときには、脈流電圧では電圧の低い位相の割合が多くなるので、第１ＬＥＤ列の発光が支配的となり、ＬＥＤ駆動回路の発光色の色温度は低くなる。反対に、調光度が高いときには、脈流電圧では電圧の高い位相の割合が多くなるので、第２及び第３ＬＥＤ列の発光が支配的となり、ＬＥＤ駆動回路の発光色の色温度は高くなる。調光度が中間的な状態にあるときには、脈流電圧では第２及び第４ＬＥＤ列が発光する位相の割合が多くなるので、ＬＥＤ駆動回路の発光色の色温度は中間的になる。

【0023】

第１電流制限部は、整流回路の出力電圧が第１範囲内にあるときに、第１ＬＥＤ列を流れる電流を制限し、第２電流制限部は、出力電圧が第１範囲よりも高い第２範囲内にあるときに、第２及び第４ＬＥＤ列を流れる電流を制限し、整流回路の電流出力端子は、第１及び第２ＬＥＤ列のアノードに接続し、第１ＬＥＤ列のカソードは、第１電流制限部の電流入力端子に接続し、第２ＬＥＤ列のカソードは、第３及び第４ＬＥＤ列のアノードに接続し、第３ＬＥＤ列のカソード並びに第１及び第２電流制限部の電流出力端子は、直接又は回路素子を介して整流回路の電流が戻る端子に接続し、第４ＬＥＤ列のカソードは、第２電流制限部の電流入力端子に接続しても良い。

【0024】

第１電流制限部は、第１スイッチ素子及び第１電流検出素子を有し、第２電流制限部は、第２スイッチ素子及び第２電流検出素子を有し、第３ＬＥＤ列のカソードは、直接又は回路素子を介して第２電流検出素子に接続し、第２電流制限部の電流出力端子は、第１電流検出素子に接続し、第１電流制限部の電流出力端子は、整流回路の電流が戻る端子に接続しても良い。

【0025】

第３ＬＥＤ列のカソードは、第３スイッチ素子及び第３電流検出素子を有する第３電流制限回路を介して第２電流検出素子に接続しても良い。

【0026】

整流回路の電流出力端子と第２ＬＥＤ列のアノードの間に挿入された逆流防止用ダイオードと、第２ＬＥＤ列と並列接続されたコンデンサをさらに備えても良い。

【0027】

第１スイッチ素子と第１電流検出素子の間又は第２スイッチ素子と第２電流検出素子の間に接続された抵抗をさらに有しても良い。

【0028】

第２ＬＥＤ列を流れる電流が第１スイッチ素子をカットオフし、第３ＬＥＤ列を流れる電流が第２スイッチ素子をカットオフしても良い。

【0029】

第１電流制限部は、出力電圧が第１範囲内にあるときに導通する第１スイッチであり、第２電流制限部は、出力電圧が第２範囲内にあるときに導通する第２スイッチでも良い。

【0030】

第４ＬＥＤ列に含まれる複数のＬＥＤは、第２及び第３ＬＥＤ列に含まれる複数のＬＥＤよりも低い色温度で発光しても良い。

【0031】

また、高い色温度で発光するＬＥＤと低い色温度で発光するＬＥＤを備え、調光に連動して発光色が変化するＬＥＤ駆動回路において、整流回路と、低い色温度で発光する第５及び第８ＬＥＤ列と、高い色温度で発光する第６及び第７ＬＥＤ列と、整流回路が低い電圧を出力しているとき導通する第４スイッチと、整流回路が中間の電圧を出力しているときに導通する第５スイッチとを備え、整流回路の電流を出力する端子は、第５及び第６ＬＥＤ列のアノードに接続し、第５ＬＥＤ列のカソードは、第４スイッチの電流入力端子に接続し、第６ＬＥＤ列のカソードは、第７及び第８ＬＥＤ列のアノードに接続し、第８ＬＥＤ列のカソードは、第５スイッチの電流入力端子に接続し、第７ＬＥＤ列のカソード並びに第４及び第５スイッチの電流出力端子は、直接又は回路素子を介して整流回路の電流が戻る端子に接続することを特徴とするＬＥＤ駆動回路が提供される。

【0032】

上記のＬＥＤ駆動回路は、回路構成が簡単でありながら調光に応じて発光色を滑らかに変化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】ＬＥＤ駆動回路１０の回路図である。

【図2】ＬＥＤ駆動回路１０の動作を説明するための波形図である。

【図3】他のＬＥＤ駆動回路２０の回路図である。

【図4】比較例として示すＬＥＤ駆動回路２５の回路図である。

【図5】ＬＥＤ駆動回路２０、２５の発光色と調光度の関係を示すグラフである。

【図6】さらに他のＬＥＤ駆動回路３０の回路図である。

【図7】さらに他のＬＥＤ駆動回路４０の回路図である。

【図8】特許文献１のＬＥＤ駆動回路の回路図である。

【図9】図８のＬＥＤ駆動回路に流れる電流を示す波形図である。

【図10】特許文献１の他のＬＥＤ駆動回路の回路図である。

【図11】特許文献２のＬＥＤ駆動回路の回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

以下、図１〜７を参照しながらＬＥＤ駆動回路の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。請求の範囲に記載した発明特定事項をカッコ内に記載している。

【0035】

（第１実施形態）
図１は、ＬＥＤ駆動回路１０の回路図である。図２は、ＬＥＤ駆動回路１０の動作を説明するための波形図であり、（ａ）は１周期分の全波整流電圧を、（ｂ）は全波整流電圧に対する回路電流を、（ｃ）は調光時の脈流電圧と回路電流との関係を示す。図２において、（ａ）の縦軸は電圧Ｖ、（ｂ）の縦軸は電流Ｉ、（ｃ）の縦軸は電圧Ｖと電流Ｉである。また図２において、（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の横軸は時間ｔを示し、共通の時間軸となる。

【0036】

図１に示すように、ＬＥＤ駆動回路１０は、整流回路１５、ＬＥＤ列１１（第１ＬＥＤ列）、ＬＥＤ列１２（第２ＬＥＤ列）、ＬＥＤ列１３（第３ＬＥＤ列）、ＬＥＤ列１４（第４ＬＥＤ列）、バイパス回路１６（第１電流制限部、第１電流制限回路）、バイパス回路１７（第２電流制限部、第２電流制限回路）及び定電流回路１８（第３電流制限回路）を備えている。図１では、参考のため商用交流電源１２１と、位相制御型ディマーである調光器１２２とを書き加えている。

【0037】

整流回路１５は４個のダイオード１５ａのダイオードブリッジで構成されている。整流回路１５の一方の入力端子１５１には調光器１２２を介して商用交流電源１２１が接続し、他方の入力端子１５２には商用交流電源１２１が直接接続している。すなわち、整流回路１５は、２つの入力端子１５１、１５２を介して、調光に連動して出力が変化する電源（商用交流電源１２１及び調光器１２２）に接続されている。なお、ヒューズや過電圧サプレッサなどの安全に係る回路は図示していない。

【0038】

ＬＥＤ列１１、１２、１３、１４では、それぞれＬＥＤ１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａが直列接続している。ＬＥＤ１１ａ、１４ａは、ＬＥＤ１２ａ、１３ａよりも低い色温度で発光し、ＬＥＤ１２ａ、１３ａは、ＬＥＤ１１ａ、１４ａよりも高い色温度で発光する。すなわち、ＬＥＤ列１１、１４はＬＥＤ列１２、１３よりも低い色温度で発光し、ＬＥＤ列１２、１３はＬＥＤ列１１、１４よりも高い色温度で発光する。

【0039】

ＬＥＤ列１１の閾値電圧は、ＬＥＤ１１ａの順方向ドロップ電圧とＬＥＤ列１１におけるＬＥＤ１１ａの直列段数との積である。同様に、ＬＥＤ列１２〜１４の閾値電圧は、それぞれＬＥＤ１２ａ〜１４ａの順方向ドロップ電圧とＬＥＤ列１２〜１４におけるＬＥＤ１２ａ〜１４ａの直列段数との積である。ＬＥＤ列１１の閾値電圧（第１閾値電圧）は、ＬＥＤ列１２、１４の閾値電圧の和となる電圧（第２閾値電圧）よりも小さく、ＬＥＤ列１４の閾値電圧はＬＥＤ列１３の閾値電圧よりも小さい。また、ＬＥＤ列１２、１４の閾値電圧の和は、ＬＥＤ列１２、１３の閾値電圧の和となる電圧（第３閾値電圧）よりも小さい。

【0040】

ＬＥＤ列１１に含まれる初段のＬＥＤ１１ａのアノード（以下「ＬＥＤ列１１のアノード」と呼ぶ。以下同様。）は、整流回路１５の電流を出力する端子（以下「出力端子」と呼ぶ）及びＬＥＤ列１２のアノードに接続している。ＬＥＤ列１２に含まれる最終段のＬＥＤ１２ａのカソード（以下「ＬＥＤ列１２のカソード」と呼ぶ。以下同様。）は、ＬＥＤ列１３、１４のアノードに接続している。

【0041】

バイパス回路１６は、デプレッション型のＦＥＴ１６ａ（第１スイッチ素子）と抵抗１６ｂ（第１電流検出素子）からなる。バイパス回路１７は、デプレッション型のＦＥＴ１７ａ（第２スイッチ素子）と抵抗１７ｂ（第２電流検出素子）からなる。定電流回路１８は、デプレッション型のＦＥＴ１８ａ（第３スイッチ素子）と抵抗１８ｂ（第３電流検出素子）からなる。バイパス回路１６、１７及び定電流回路１８では、それぞれＦＥＴ１６ａ〜１８ａのドレインが電流入力端子、抵抗１６ｂ〜１８ｂの左端子が電流出力端子であり、ＦＥＴ１６ａ〜１８ａのソース及びゲートはそれぞれ抵抗１６ｂ〜１８ｂの右端子及び左端子に接続している。ＬＥＤ列１１、１４、１３のカソードはそれぞれＦＥＴ１６ａ、１７ａ、１８ａのドレインに接続している。抵抗１８ｂの左端子と抵抗１７ｂの右端子、抵抗１７ｂの左端子と抵抗１６ｂの右端子、抵抗１６ｂの左端子と整流回路１５の電流が戻る端子（以下「グランド端子」と呼ぶ）がそれぞれ接続している。

【0042】

次に図２によりＬＥＤ駆動回路１０の動作を説明する。なお、特別な明示なしに図１に含まれる部品を参照する。図２（ａ）に示した全波整流電圧Ｖ０は、整流回路１５のグランド端子を０（Ｖ）としたとき出力端子に現れる電圧である。図２（ａ）に示す位相ｔ１は、全波整流電圧Ｖ０が０（Ｖ）からＬＥＤ列１１の閾値電圧に等しい電圧Ｖ１になるまでの期間である。図２（ｂ）に示すように、位相ｔ１においてＬＥＤ駆動回路１０に電流は流れない。

【0043】

位相ｔ２は、全波整流電圧Ｖ０が電圧Ｖ１からＬＥＤ列１２、１４の閾値電圧の和となる電圧Ｖ２まで上昇する期間である。位相ｔ２では、整流回路１５の出力端子を発し、ＬＥＤ列１１、ＦＥＴ１６ａのドレイン−ソース間、及び抵抗１６ｂを経てグランド端子に至る電流Ｉ１が流れ、ＬＥＤ列１１が低い色温度で発光する。図２（ｂ）に示すように、電流Ｉ１は、位相ｔ２の最初のタイミングで急激に増加し、その後定電流Ｉ１１となる。抵抗１６ｂは電流検出抵抗として機能する。電流Ｉ１により発生する抵抗１６ｂの電圧降下がＦＥＴ１６ａにフィードバックし、ＦＥＴ１６ａのドレイン−ソース間電流が定電流化する。

【0044】

位相ｔ３は、全波整流電圧Ｖ０が電圧Ｖ２からＬＥＤ列１２、１３の閾値電圧の和となる電圧Ｖ３まで上昇する期間である。位相ｔ３では、整流回路１５の出力端子を発し、ＬＥＤ列１２、１４、ＦＥＴ１７ａのドレイン−ソース間、及び抵抗１７ｂ、１６ｂを経てグランド端子に至る電流Ｉ２が流れ、ＬＥＤ列１２、１４がそれぞれ高い色温度及び低い色温度で発光する。図２（ｂ）に示すように、位相ｔ３の最初のタイミングでは、電流Ｉ２が抵抗１６ｂに流れ込むため電流Ｉ１が急激に減少し、これと同時に電流Ｉ２が急激に増加する。その後、電流Ｉ１は０（Ａ）となり、電流Ｉ２は定電流Ｉ１２となる。抵抗１７ｂは、電流検出抵抗として機能し、電流Ｉ２による抵抗１７ｂの電圧降下でＦＥＴ１７ａのドレイン−ソース間電流を定電流化する。

【0045】

位相ｔ４は、全波整流電圧Ｖ０が電圧Ｖ３を超える期間である。位相ｔ４では、整流回路１５の出力端子を発し、ＬＥＤ列１２、１３、ＦＥＴ１８ａのドレイン−ソース間、及び抵抗１８ｂ、１７ｂ、１６ｂを経てグランド端子に至る電流Ｉ３が流れ、ＬＥＤ列１２、１３が高い色温度で発光する。図２（ｂ）に示すように、位相ｔ４の最初のタイミングでは電流Ｉ３が増加し、その後電流Ｉ３は定電流Ｉ１３となる。なお、位相ｔ４の最初のタイミングでは、電流Ｉ３により抵抗１７ｂの電圧降下が増大するため、ＦＥＴ１７ａのドレイン−ソース間はカットオフする（ＦＥＴ１６ａのドレイン−ソース間はカットオフが維持される）。抵抗１８ｂは電流検出抵抗として機能し、電流Ｉ３による抵抗１８ｂの電圧降下でＦＥＴ１８ａのドレイン−ソース間電流を定電流化する。

【0046】

位相ｔ５、ｔ６、ｔ７は、それぞれ全波整流電圧Ｖ０が、電圧Ｖ３から電圧Ｖ２、電圧Ｖ２から電圧Ｖ１、電圧Ｖ１から０（Ｖ）に下降する期間である。全波整流電圧Ｖ０が低下する位相ｔ５、ｔ６、ｔ７では、全波整流電圧Ｖ０が上昇する位相ｔ１、ｔ２、ｔ３とは逆の過程を辿る。

【0047】

調光器１２２は、商用交流電源１２１が出力する交流の位相の一部を切り取る（０（Ｖ）にする）。図２（ｃ）に示すように、整流回路１５は、調光器１２２の出力する電圧波形を全波整流し脈流電圧Ｖ０ａを出力する。脈流電圧Ｖ０ａは、全波整流電圧Ｖ０（破線）の先頭部分を切り取ったものであり、調光度合に応じて切り取る部分が増減する。なお、図２（ｃ）で例示した脈流電圧Ｖ０ａでは、ＬＥＤ駆動回路１０に、電流Ｉ３ａ、Ｉ２ａ、Ｉ１ａが流れる。電流Ｉ３ａ、Ｉ２ａ、Ｉ１ａは、脈流電圧Ｖ０ａが存在する期間における電流Ｉ３、Ｉ２、Ｉ１である。

【0048】

調光度が低いとき、脈流電圧Ｖ０ａでは、切り取られる部分が大きくなるため電圧の低い部分（位相ｔ６）の割合が多くなる。これは、例えば、図２（ｃ）において例示した脈流電圧Ｖ０ａよりも全波整流電圧Ｖ０が大きく切り取られ、脈流電圧Ｖ０ａに位相ｔ６の一部と位相ｔ７だけが含まれるような状態である。このときＬＥＤ列１１の発光が支配的となり、ＬＥＤ駆動回路１０の発光色の色温度は低くなる。

【0049】

調光度が中間的な状態にあるとき、脈流電圧Ｖ０では中間の電圧となる期間（位相ｔ５）の割合が多くなる。これは、例えば、図２（ｃ）において例示した脈流電圧Ｖ０ａよりももう少し大きく全波整流電圧が切り取られ、脈流電圧Ｖ０ａに位相ｔ５の一部と位相ｔ６、ｔ７だけが含まれるような状態である。位相ｔ５では、ＬＥＤ列１２が高い色温度で発光する一方、ＬＥＤ列１４は低い色温度で発光する。この結果、ＬＥＤ駆動回路１０としては中間的な色温度で発光する。なお、この脈流電圧Ｖ０ａでも位相ｔ６でＬＥＤ列１１が発光する。しかしながら、位相ｔ５における電流Ｉ２ａの値並びにＬＥＤ１２ａ及びＬＥＤ１４ａの数が、位相ｔ６における電流Ｉ１ａ及びＬＥＤ１１ａの数よりも大きいので、ＬＥＤ列１１の発光が色温度に与える影響が小さくなり、位相ｔ５における発光が支配的になる。

【0050】

調光度が高いとき、脈流電圧Ｖ０ａは電圧のもっとも高い期間（位相ｔ４）を多く含むようになり、ＬＥＤ駆動回路１０の発光色の色温度が高くなる（図２（ｃ）の脈流電圧Ｖ０ａ）。なお、脈流電圧Ｖ０ａでは位相ｔ５、ｔ６でＬＥＤ列１４、１１がそれぞれ発光する。しかしながら、位相ｔ４における電流Ｉ３ａの値並びにＬＥＤ１２ａ及びＬＥＤ１３ａの数が、位相ｔ５、ｔ６における電流Ｉ２ａ、Ｉ１ａの値及びＬＥＤ１４ａ、１１ａの数よりも大きいので、ＬＥＤ列１１、１４の発光が色温度に与える影響は小さくなり、位相ｔ４におけるＬＥＤ列１２、１３の発光が支配的となる。なお、さらに調光度を上げ、脈流電圧Ｖ０ａに位相ｔ２、ｔ３が含まれるようになると、ＬＥＤ駆動回路１０の輝度は上昇する一方で、位相ｔ２、ｔ３におけるＬＥＤ列１１、１４の点灯により色温度が若干下がる（図５の発光特性５１を参照）。

【0051】

ＬＥＤ駆動回路１０は、全波整流電圧Ｖ０が低い位相ｔ２、ｔ６、中間的な位相ｔ３、ｔ５、高い位相ｔ４に対し、低い色温度、中間の色温度、高い色温度で発光する。調光のため全波整流電圧Ｖ０の一部分の位相を切り取った脈流電圧Ｖ０ａに対し、ＬＥＤ駆動回路１０は、低い調光状態では低い色温度での発光を支配的にし、中間的な調光状態では中間の色温度での発光を支配的にしている。またＬＥＤ駆動回路１０は、高い調光状態では高い色温度での発光を支配的にするため、位相ｔ４においてＬＥＤ列１４を消灯し、ＬＥＤ列１２、１３だけを発光させている。以上のようにしてＬＥＤ駆動回路１０は、回路構成が簡単でありながら調光に応じて発光色を滑らかに変化させることができる。

【0052】

ＬＥＤ駆動回路１０のＬＥＤ列１３のカソードは、定電流回路１８を介してバイパス回路１７に含まれる電流検出用の抵抗１７ｂに接続している。ただし、ＬＥＤ列１３のカソードは、直接又は電流制限抵抗や定電流ダイオードを介して抵抗１７ｂに接続しても良い。なお、定電流回路１８には、素子数が少なく、定電流Ｉ１３の値を抵抗１８ｂの値で調整できるという特徴がある。また定電流回路１８の代わりに、スイッチ素子用のエンハンスメント型ＦＥＴ、反転増幅用のバイポーラトランジスタ、電流検出抵抗及びプルアップ抵抗からなる良く知られた電流制限回路を用いても良い（バイパス回路１６、１７も同様）。

【0053】

（第２実施形態及び比較例）
図３は、他のＬＥＤ駆動回路２０の回路図である。図４は、比較例として示すＬＥＤ駆動回路２５の回路図である。図５は、ＬＥＤ駆動回路２０、２５の発光色と調光度の関係を示すグラフである。図５の縦軸は色温度（ＣＣＴ（Ｋ））、横軸は調光度（Ｐｏｗｅｒ（％））であり、図５では、ＬＥＤ駆動回路２０の発光特性５１とＬＥＤ駆動回路２５の発光特性５２に加えて、参考のため白熱電球の発光特性５３とハロゲンランプの発光特性５４を示している。

【0054】

ＬＥＤ駆動回路２０では、図１に示したＬＥＤ駆動回路１０に対し、逆流防止用ダイオード２１と、コンデンサ２２と、ゲート保護抵抗１６ｃ、１７ｃ、１８ｃとが追加されている。ＬＥＤ駆動回路２５は、ＬＥＤ駆動回路２０とは、ＬＥＤ列１４を備えていないところだけが相違している。コンデンサ２２は、ＬＥＤ列１２に並列接続され、位相ｔ１、ｔ７（図２（ｂ）参照）において放電してＬＥＤ列１２を点灯させる。逆流防止用ダイオード２１は、整流回路１５の出力端子とＬＥＤ列１２のアノードの間に挿入され、コンデンサ２２の放電に際し予期しない電流経路が発生しないようにする。ゲート保護抵抗１６ｃ、１７ｃ、１８ｃは、ＦＥＴ１６ａ、１７ａ、１８ａのゲートに接続され、それらのゲートを静電気やサージから保護する。

【0055】

ＬＥＤ駆動回路２０、２５の動作は、基本的に図１に示したＬＥＤ駆動回路１０及び図１１に示したＬＥＤ駆動回路３００と等しく、位相ｔ１、ｔ７においてコンデンサ２２の放電によりＬＥＤ列１２が点灯するところだけが異なる。ＬＥＤ駆動回路２０は、位相ｔ１、ｔ７におけるフリッカが軽減される点で、ＬＥＤ駆動回路１０に比べて改善されている。

【0056】

ＬＥＤ１１ａ、１４ａの発光色は２０００Ｋ、ＬＥＤ１２ａ、１３ａの発光色は３０００Ｋである。ＬＥＤ列１１、１２、１３、１４の直列段数は、それぞれ、５段、１４段、７段、４段である。図５を参照すると、ＬＥＤ駆動回路２０の発光特性５１では、ＬＥＤ駆動回路２５の発光特性５２に比べて調光度に応じて色温度が滑らかに変わっていることが分かる。

【0057】

（第３実施形態）
図６は、さらに他のＬＥＤ駆動回路３０の回路図である。図６に示すように、ＬＥＤ駆動回路３０は、図１に示したＬＥＤ駆動回路１０とは、ＦＥＴ１６ａと抵抗１６ｂの間、及びＦＥＴ１７ａと抵抗１７ｂの間にそれぞれ抵抗１６ｄ、１７ｄが追加されているところだけが相違している。抵抗１６ｄ、１７ｄを挿入すると、位相ｔ３の最初のタイミング、位相ｔ４の最初と最後のタイミング、及び位相ｔ５の最後のタイミングにおける電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３の変化（図２を参照）が緩やかになる。この結果、ＬＥＤ駆動回路３０では、ＬＥＤ駆動回路１０に比べて調光に応じて発光色の色温度がより滑らかに変化する。

【0058】

（第４実施形態）
図７は、さらに他のＬＥＤ駆動回路４０の回路図である。図７に示すように、ＬＥＤ駆動回路４０は、図１に示したＬＥＤ駆動回路１０のバイパス回路１６、１７をスイッチ４６（第１電流制限部、第１又は第４スイッチ）及びスイッチ４７（第２電流制限部、第２又は第５スイッチ）に置き換え、ＬＥＤ駆動回路１０の定電流回路１８を取り去ったものである。ＬＥＤ駆動回路４０は、整流回路１５と、低い色温度で発光するＬＥＤ列１１（第１又は第５ＬＥＤ列）及びＬＥＤ列１４（第４又は第８ＬＥＤ列）と、高い色温度で発光するＬＥＤ列１２（第２又は第６ＬＥＤ列）及びＬＥＤ列１３（第３又は第７ＬＥＤ列）と、スイッチ４６、４７と、電圧検出回路６０と、制御回路７０とを備えている。

【0059】

電圧検出回路６０は、整流回路１５に並列に接続され、全波整流電圧Ｖ０の値を検出する。制御回路７０は、電圧検出回路６０が検出した全波整流電圧Ｖ０の値に応じて、スイッチ４６、４７の導通を制御する。スイッチ４６、４７は、アナログスイッチでもカットオフできる電流制限回路でも良く、制御回路７０によりそのオンオフが切り換えられる。

【0060】

図２、７を参照しながらＬＥＤ駆動回路４０の動作を説明する。ＬＥＤ列１２、１４の閾値電圧の和となる電圧Ｖ２よりも低い電圧を「低い電圧」、電圧Ｖ２以上でＬＥＤ列１２、１３の閾値電圧の和である電圧Ｖ３よりも低い電圧を「中間の電圧」とする。スイッチ４６は整流回路１５が低い電圧を出力しているときに導通し、スイッチ４７は整流回路１５が中間の電圧を出力しているときに導通する。

【0061】

整流回路１５が全波整流電圧Ｖ０を出力する場合、全波整流電圧Ｖ０がＬＥＤ列１１の閾値電圧（電圧Ｖ１）未満である位相ｔ１では、スイッチ４６を導通させておいても電流Ｉ４１は流れない。全波整流電圧Ｖ０が電圧Ｖ１以上で電圧Ｖ２未満となる位相ｔ２では、ＬＥＤ列１１及びスイッチ４６を電流Ｉ４１が流れ、ＬＥＤ列１１が低い色温度で発光する。全波整流電圧Ｖ０が電圧Ｖ２以上で電圧Ｖ３未満となる位相ｔ３では、スイッチ４６がオフしスイッチ４７がオンする。このときＬＥＤ列１２、１４及びスイッチ４７に電流Ｉ４２が流れ、ＬＥＤ列１２、１４が中間の色温度で発光する。全波整流電圧Ｖ０が電圧Ｖ３以上となる位相では、スイッチ４７がオフし、ＬＥＤ列１２、１３に電流Ｉ４３が流れ、ＬＥＤ列１２、１３が高い色温度で発光する。

【0062】

全波整流電圧Ｖ０が低下する位相では、全波整流電圧が上昇する位相とは逆の過程を辿る。整流回路１５が脈流電圧Ｖ０ａを出力する場合、調光度に応じて脈流電圧Ｖ０ａに含まれる前述の位相の割合が変化し発光色が変化する。この結果、ＬＥＤ駆動回路４０も、ＬＥＤ駆動回路１０と同様に、回路構成が簡単でありながら調光に応じて発光色を滑らかに変化させることができる。

【0063】

図１に示したＬＥＤ駆動回路１０では、ＬＥＤ列１２を流れる電流Ｉ２が、バイパス回路１６に含まれるＦＥＴ１６ａをカットオフし、ＬＥＤ列１３を流れる電流Ｉ３が、バイパス回路１７に含まれるＦＥＴ１７ａをカットオフする。これと同様に、ＬＥＤ駆動回路４０でも、制御回路７０が、ＬＥＤ列１２を流れる電流Ｉ４２に応じてスイッチ４６をオフし、ＬＥＤ列１３を流れる電流Ｉ４３に応じてスイッチ４７をオフしても良い。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】