(57)【要約】【課題】発光素子の発光を制御する制御回路の力率を向上させる。【解決手段】交流電源を全波整流する整流部３０と、整流部３０で整流された電圧を受けて発光する発光素子に流れる電流をスイッチングするスイッチング素子３６と、整流部３０で全波整流された電圧を分圧して基準電圧Ｖｒｅｆを得る分圧回路４２と、発光素子に流れる電流に応じた比較電圧Ｖｃｍｐと、基準電圧Ｖｒｅｆと、を比較する比較器４０と、比較器４０による比較結果に応じて、スイッチング素子３６のスイッチングを制御する制御部３８とを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を全波整流する整流部と、
前記整流部で整流された電圧を受けて発光する発光素子に流れる電流をスイッチングするスイッチング素子と、
前記整流部で全波整流された電圧を分圧して基準電圧を得る分圧回路と、
前記発光素子に流れる電流に応じた比較電圧と、前記基準電圧と、を比較する比較器と、
前記比較器による比較結果に応じて、前記スイッチング素子のスイッチングを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする発光素子の制御回路。
【請求項２】
請求項１に記載の制御回路であって、
前記分圧回路は、前記整流部で全波整流された電圧が所定値以下となった場合に前記分圧回路を遮断するツェナーダイオードを含むことを特徴とする制御回路。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の制御回路であって、
前記制御部は、前記比較電圧が前記基準電圧より大きい場合に前記発光素子に電流が流れるように前記スイッチング素子を制御し、前記比較電圧が前記基準電圧より小さい場合に前記発光素子に電流が流れないように前記スイッチング素子を制御することを特徴とする制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子の制御を行う制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）を照明用の発光素子として利用する照明システムが開発されている。
【０００３】
図５は、従来の照明システムの制御回路１００を示す。制御回路１００は、整流部１０、整流用コンデンサ１２、チョークコイル１４、回生用ダイオード１６、スイッチング素子１８、制御部２０及び比較器２２を含んで構成される。
【０００４】
整流部１０にＡＣ電源を供給すると、ＡＣ電源が全波整流される。全波整流された電圧は整流用コンデンサ１２によって平滑化され、制御部２０の電源電圧及びＬＥＤ１０２のアノード端子へ駆動電圧として供給される。ＬＥＤ１０２のカソードは、チョークコイル１４、スイッチング素子１８及び抵抗素子Ｒ１の直列接続を介して接地される。制御部２０によりスイッチング素子１８をスイッチング制御することによって、チョークコイル１４、スイッチング素子１８及び抵抗素子Ｒ１を介してＬＥＤ１０２へ電流し、ＬＥＤ１０２を発光させる。また、スイッチング素子１８がオフになった際に、チョークコイル１４に蓄えられているエネルギーをＬＥＤ１０２へ回生させる回生用ダイオード１６がＬＥＤ１０２及びチョークコイル１４に並列に設けられる。
【０００５】
比較器２２には、ＬＥＤ１０２を流れる電流によって抵抗素子Ｒ１の両端に発生する比較電圧Ｖｃｍｐと、平滑化された電源を受けた制御部２０で発生させた電圧Ｖｒｅｇを抵抗分割した一定の基準電圧Ｖｒｅｆと、が入力される。制御部２０は、比較器２２による基準電圧Ｖｒｅｆと比較電圧Ｖｃｍｐとの比較結果に基づいてスイッチング素子１８のスイッチングを制御する。制御部２０は、比較電圧Ｖｃｍｐが基準電圧Ｖｒｅｆより小さい場合にはスイッチング素子１８をオンにしてＬＥＤ１０２へ電流を流し、比較電圧Ｖｃｍｐが基準電圧Ｖｒｅｆより大きくなった場合にはスイッチング素子１８をオフにしてＬＥＤ１０２への電流を遮断する。
【０００６】
このようにして、ＬＥＤ１０２に流れる電流を制御し、ＬＥＤ１０２の平均的な発光強度を制御することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記従来技術の制御回路１００では、基準電圧Ｖｒｅｆが一定電圧であるので、図６に示すように、入力されるＡＣ電圧とＬＥＤ１０２に流れる電流との位相が一致せず、力率が大きくできないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの態様は、交流電源を全波整流する整流部と、前記整流部で整流された電圧を受けて発光する発光素子に流れる電流をスイッチングするスイッチング素子と、前記整流部で全波整流された電圧を分圧して基準電圧を得る分圧回路と、前記発光素子に流れる電流に応じた比較電圧と、前記基準電圧と、を比較する比較器と、前記比較器による比較結果に応じて、前記スイッチング素子のスイッチングを制御する制御部と、を備えることを特徴とする発光素子の制御回路である。
【０００９】
ここで、前記分圧回路は、前記基準電圧が所定値以上となるように制限するツェナーダイオードを含むことが好適である。
【００１０】
また、前記制御部は、前記比較電圧が前記基準電圧より大きい場合に前記発光素子に電流が流れるように前記スイッチング素子を制御し、前記比較電圧が前記基準電圧より小さい場合に前記発光素子に電流が流れないように前記スイッチング素子を制御することが好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、力率を向上することができる。また、システムの安定動作を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態における発光素子の制御回路の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における発光素子の制御回路の作用を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における発光素子の制御回路の別例の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態における発光素子の制御回路の別例の作用を示す図である。
【図５】従来の発光素子の制御回路の構成を示す図である。
【図６】従来の発光素子の制御回路の作用を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態における発光素子の制御回路２００は、図１に示すように、整流部３０、チョークコイル３２、回生用ダイオード３４、スイッチング素子３６、制御部３８、比較器４０及び分圧回路４２を含んで構成される。また、本実施の形態における制御回路２００における各部の電圧・電流について図２に示す。
【００１４】
制御回路２００は、発光素子の発光の制御を行う。例えば、照明用の発光ダイオード（ＬＥＤ）１０２に接続され、ＬＥＤ１０２への電流の制御を行う。
【００１５】
整流部３０は、整流ブリッジ回路３０ａを含んで構成される。整流部３０は、交流電圧Ｓｉｎを受けて、交流電圧Ｓｉｎを全波整流して全波整流電圧Ｓｒｅｃとして出力する。整流部３０には、図１に示すように、保護用のフューズ３０ｂやノイズ除去のためのフィルタ３０ｃを設けてもよい。
【００１６】
また、本実施の形態では、整流部３０の後段に大容量の整流用コンデンサ１２を設けない、又は、整流用コンデンサ１２として機能しない小容量のフィルムコンデンサ等のみを設けることによって、ＬＥＤ１０２のアノード端子への駆動電圧及び制御部３８への電源電圧は平滑化されていない全波整流電圧Ｓｒｅｃとなる。
【００１７】
ＬＥＤ１０２のアノード端子には全波整流電圧Ｓｒｅｃが供給される。ＬＥＤ１０２のカソード端子は、チョークコイル３２、スイッチング素子３６及び電圧検出用抵抗Ｒ１を介して接地される。
【００１８】
チョークコイル３２は、ＬＥＤ１０２及びスイッチング素子３６を流れる電流を断続したものにするために設けられる。チョークコイル３２には、図１に示すように、制御部３８への電源電圧も供給できるようにフォワード巻線を設けてもよい。
【００１９】
スイッチング素子３６は、ＬＥＤ１０２への電流を供給・遮断するために設けられる。スイッチング素子３６は、ＬＥＤ１０２の消費電力に応じた容量を有する素子とし、例えば、大電力パワー電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等が用いられる。スイッチング素子３６は、制御部３８によってスイッチング制御される。
【００２０】
回生用ダイオード３４は、フライホイールダイオードであり、ＬＥＤ１０２及びチョークコイル３２に並列に接続される。回生用ダイオード３４は、スイッチング素子３６が遮断されたときにチョークコイル３２に蓄えられているエネルギーをＬＥＤ１０２へ回生する。
【００２１】
分圧回路４２は、整流部３０に得られた全波整流電圧Ｓｒｅｃを分圧して基準電圧Ｖｒｅｆを生成して比較器４０へ出力する。分圧回路４２は、例えば、抵抗Ｒ２及びＲ３の直列接続とすることができる。抵抗Ｒ２及びＲ３によって全波整流電圧Ｓｒｅｃを分圧し、抵抗Ｒ３の端子電圧を基準電圧Ｖｒｅｆとして比較器４０の非反転入力端子へ入力する。
【００２２】
分圧回路４２によって、図２に示すように、基準電圧Ｖｒｅｆは、全波整流電圧Ｓｒｅｃの変化に比例した変化を示す。
【００２３】
比較器４０は、ＬＥＤ１０２を流れる電流によって電圧検出抵抗Ｒ１の両端に発生する比較電圧Ｖｃｍｐを反転入力端子に受ける。また、比較器４０は、分圧回路４２によって平滑化されていない全波整流電圧Ｖｒｅｃを分圧して得られた基準電圧Ｖｒｅｆを非反転入力端子に受ける。比較器４０は、比較電圧Ｖｃｍｐと基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、比較結果を制御部３８へ出力する。
【００２４】
制御部３８は、比較器４０による基準電圧Ｖｒｅｆと比較電圧Ｖｃｍｐとの比較結果に基づいてスイッチング素子３６のスイッチングを制御する。制御部３８は、半導体集積回路として構成される。制御部３８は、比較電圧Ｖｃｍｐが基準電圧Ｖｒｅｆより小さい場合にはスイッチング素子３６をオンにしてＬＥＤ１０２へ電流を流し、比較電圧Ｖｃｍｐが基準電圧Ｖｒｅｆより大きくなった場合にはスイッチング素子３６をオフにしてＬＥＤ１０２への電流を遮断する。
【００２５】
このような比較器４０と制御部３８との働きによって、図２に示すように、ＬＥＤ１０２に流れる電流Ｉは、比較電圧Ｖｃｍｐが全波整流電圧Ｓｒｅｃの変化に比例した変化をする基準電圧Ｖｒｅｆに上昇するまで流れ、基準電圧Ｖｒｅｆを超えると遮断される状態を繰り返す。電流Ｉの包絡線は全波整流電圧Ｓｒｅｃに同期して変化するものとなる。すなわち、ＬＥＤ１０２に流れる電流Ｉの導通角を広げ、交流電圧Ｓｉｎとほぼ同位相で変化するものとして照明システムの力率を向上させることができる。また、無効電力を減少させ、高調波電流を減少させることができる。
【００２６】
なお、交流電圧Ｓｉｎによっては、基準電圧Ｖｒｅｆが高くなり過ぎる可能性があるので、図１に示すように、分圧回路４２に基準電圧Ｖｒｅｆを所定電圧Ｖｍａｘ以下にクランプするためのツェナーダイオード４２ａを設けてもよい。
【００２７】
また、ＬＥＤ１０２に印加される全波整流電圧Ｖｒｅｃが小さい場合、発光が不安定となる可能性がある。例えば、交流電圧Ｓｉｎが実効値１００Ｖの正弦波電圧であった場合、全波整流電圧Ｖｒｅｆが２０Ｖ以下（実効値の１／５程度）となるような電圧領域においてＬＥＤ１０２の発光が不安定となることがある。
【００２８】
そこで、図３に示すように、分圧回路４２に全波整流電圧Ｓｒｅｃが所定の電圧値Ｖｍｉｎ以下となった場合に分圧回路４２を遮断するツェナーダイオード４２ｂを設けてもよい。すなわち、降伏電圧が電圧値Ｖｍｉｎであるツェナーダイオード４２ｂを比較器４０の非反転入力端子の高電圧側となるように抵抗Ｒ２，Ｒ３の直列接続に挿入する。図４に示すように、全波整流電圧Ｓｒｅｃが電圧値Ｖｍｉｎより大きくなったときには基準電圧Ｖｒｅｆが全波整流電圧Ｓｒｅｃの変化に応じた値となり、全波整流電圧Ｓｒｅｃが電圧値Ｖｍｉｎ以下となったときはツェナーダイオード４２ｂが遮断状態となり、基準電圧Ｖｒｅｆは接地電位となる。
【００２９】
これによって、全波整流電圧Ｓｒｅｃがツェナーダイオード４２ｂの降伏電圧値Ｖｍｉｎ以下では基準電圧Ｖｒｅｆが接地電位となるのでスイッチング素子３６はオフとなり、ＬＥＤ１０２は発光しない。一方、全波整流電圧Ｓｒｅｃがツェナーダイオード４２ｂの降伏電圧値Ｖｍｉｎより大きくなると基準電圧Ｖｒｅｆが全波整流電圧Ｓｒｅｃに応じた値となるので、比較電圧Ｖｃｍｐが基準電圧Ｖｒｅｆに上昇するまでスイッチング素子３６はオンとなり、基準電圧Ｖｒｅｆを超えるとスイッチング素子３６がオフとなる状態を繰り返す。ＬＥＤ１０２に流れる電流Ｉは、図４に示すように、スイッチング素子３６のスイッチング制御に応じて流れる。
【００３０】
このように、ツェナーダイオード４２ｂを設けることによって、ＬＥＤ１０２の発光が不安定となる低電圧時に発光を停止させることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１０  整流部、１２  整流用コンデンサ、１４  チョークコイル、１６  回生用ダイオード、１８  スイッチング素子、２０  制御部、２２  比較器、３０  整流部、３０ａ  整流ブリッジ回路、３０ｂ  フューズ、３０ｃ  フィルタ、３２  チョークコイル、３４  回生用ダイオード、３６  スイッチング素子、３８  制御部、４０  比較器、４２  分圧回路、４２ａ  ツェナーダイオード、４２ｂ  ツェナーダイオード、１００，２００  制御回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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