(57)【要約】    【課題】  力率改善を行いながら負荷回路に直列接続する発光ダイオードの数に対する適合性の融通が利く発光ダイオード点灯装置を提供する。    【解決手段】  発光ダイオード点灯装置は、整流化直流電源RDCと、入力端が整流化直流電源に接続した昇圧チョッパBUCと、入力端が昇圧チョッパの出力端に接続した降圧チョッパSDCと、降圧チョッパの出力端に接続して点灯する複数個からなる直列回路の複数が並列接続した発光ダイオードLEDと、発光ダイオードの複数の並列接続した複数の直列回路に流れる電流を等しくする定電流回路CCRとを具備している。【選択図】図１
2010040878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流化直流電源と；
入力端が整流化直流電源に接続した昇圧チョッパと；
入力端が昇圧チョッパの出力端に接続した降圧チョッパと；
降圧チョッパの出力端に接続して点灯する、複数個からなる直列回路の複数が並列接続した発光ダイオードと；
発光ダイオードの複数の並列接続した複数の直列回路に流れる電流を等しくする定電流回路と；
を具備していることを特徴とする発光ダイオード点灯装置。
【請求項２】
降圧チョッパは、臨界動作を行うことを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の発光ダイオードを点灯することができる発光ダイオード点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードを多数の点灯する発光ダイオード点灯装置は既知である（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載された点灯回路は、交流の整流電圧を昇圧チョッパで昇圧し、かつ平滑化して複数の発光ダイオードからなる直列回路の複数を並列接続した発光ダイオードに供給して点灯し、昇圧チョッパを制御して調光できるようにするとともに、力率も改善できるようにしている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−０６７４７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、昇圧チョッパを用いて発光ダイオードを調光可能に点灯する回路構成においては、昇圧作用によって交流電圧のピーク値より高い直流電圧が発光ダイオードに印加されることになる。このため、一部の発光ダイオードが開放故障した場合、その開放端間に過電圧が印加されてアーク放電が生じる虞がある。
【０００５】
また、複数の発光ダイオードからなる直列回路に接続する発光ダイオードの数を、その順方向電圧の総和が上記高い直流電圧に見合うようにするためには、直列する発光ダイオードの数を多くする必要がある。したがって、直列回路に接続する発光ダイオードの数が、その順方向電圧の総和が交流電圧のピーク値より低くなるような少ない数の発光ダイオードを接続することができない。
【０００６】
本発明は、力率改善を行いながら負荷回路に直列接続する発光ダイオードの数に対する適合性の融通が利く発光ダイオード点灯装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の発光ダイオード点灯装置は、整流化直流電源と；入力端が整流化直流電源に接続した昇圧チョッパと；入力端が昇圧チョッパの出力端に接続した降圧チョッパと；降圧チョッパの出力端に接続して点灯する複数個からなる直列回路の複数が並列接続した発光ダイオードと；発光ダイオードの複数の並列接続した複数の直列回路に流れる電流を等しくする定電流回路と；を具備していることを特徴としている。
【０００８】
本発明は、以下の態様を許容する。
【０００９】
整流化直流電源は、交流電源、例えば商用交流電源電圧を整流して発光ダイオードを点灯するための電力を直流の態様で後述する縦続接続された昇圧チョッパおよび降圧チョッパに供給する。整流の態様は、特段限定されないが、全波整流が好ましい。
【００１０】
また、直流電源は、直流出力電圧が平滑化されていてもよい。しかし、後段の昇圧チョッパが平滑化手段を備えているので、交流電圧を整流しただけの非平滑な直流電圧を出力する構成で差し支えない。
【００１１】
昇圧チョッパは、整流化直流電源の出力を昇圧する。また、整流化直流電源に接続する交流電源から流入する電流の力率を改善する作用をも奏することが許容される。すなわち、昇圧チョッパのスイッチング素子がオン動作のときにインダクタに充電され、オフ動作のときにインダクタに蓄積された電磁エネルギーがフライホイールダイオードを介して平滑コンデンサへ放出されることによって平滑コンデンサが充電され、昇圧して平滑化された直流電圧を平滑コンデンサの両端間から出力する。この動作において、整流化直流電源電圧波形に比例的な入力電流が上記電圧に同期して交流電源から流入するので、力率が改善される。
【００１２】
また、昇圧チョッパは、スイッチング素子のオンデューティを変化させると、その昇圧比が変化するので、出力電圧を単独で、または後述する降圧チョッパと協調して、後述する調光信号に応じて変化させることで調光動作を行う際の出力可変手段として利用することができる。
【００１３】
さらに、昇圧チョッパは、インダクタとスイッチング素子が直列接続し、スイッチング素子と並列にフライホイールダイオードおよび平滑コンデンサの直列回路を接続した回路構成からなる一般的な回路構成であることが許容される。また、用いるスイッチング素子は、本発明において特段限定されないので、電流制御形のスイッチング素子および電圧制御形のスイッチング素子のいずれであってもよい。しかし、例えばＦＥＴ（電界効果形トランジスタ）およびＩＧＢＴなどのゲート電圧制御形のスイッチング素子であると、変換効率が高くなるので、特に好適である。
【００１４】
降圧チョッパは、昇圧チョッパからの直流出力電圧を降圧して、負荷に適合する所望の出力電圧に電圧変換する回路手段である。また、降圧チョッパの出力電圧を後述する調光信号に応じて可変にして発光ダイオードを調光点灯するように構成することができる。
【００１５】
また、降圧チョッパは、一般に用いられている回路構成であることを許容する。すなわち、スイッチング素子、およびフライホイールダイオードの直列回路が直流入力端に接続し、フライホイールダイオードの両端にインダクタおよび平滑コンデンサの直列回路が接続し、平滑コンデンサの両端から降圧された直流出力を得る回路構成を用いることができる。
【００１６】
さらに、降圧チョッパは、これを臨界モードで動作することにより、変換効率が高くなるので、本発明の実施において臨界モードをさせるのが好ましい。
【００１７】
さらにまた、マイコンを主体とする制御手段を用いて降圧チョッパを制御するのが好ましい。マイコンを用いることにより、制御手段を小形化して、しかも降圧チョッパの出力電圧値や停止などの制御信号を所望、かつ容易に設定することができる。
【００１８】
発光ダイオードは、負荷として降圧チョッパの出力端に接続し、その出力電流により付勢されて点灯する。降圧チョッパの出力端に接続する発光ダイオードは、その複数が直列接続した直列回路の複数が並列接続して負荷回路を構成している。
【００１９】
なお、直列回路に接続する発光ダイオードの数および並列回路の数は特段限定されない。また、発光ダイオードの発光特性およびパッケージ態様なども特段限定されないので、既知の各種発光特性、パッケージ態様および定格などを適宜選択して用いることができる。
【００２０】
定電流回路は、それぞれ複数の発光ダイオードからなる直列回路の複数が並列接続して負荷回路を構成しているが、複数の直列回路に流れる電流を互いに等しくするための回路手段である。本発明において、定電流回路の回路構成は特段限定されない。例えば、カレントミラー定電流回路、ウイルソン定電流回路などのトランジスタを用いて定電流動作を行わせる回路構成のものを適宜用いることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、昇圧チョッパで整流化直流電圧を昇圧し、さらに降圧チョッパで降圧して、その出力端に複数個からなる直列回路の複数が並列接続した発光ダイオードを接続し、かつ定電流回路によって複数の直列回路に流れる電流を等しくすることにより、多数の発光ダイオードを均一に発光させるとともに発光ダイオードの直列数に対する適合性の融通が利く発光ダイオード点灯装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。
【００２３】
図１および図２は、本発明における一実施の形態を示し、図１は発光ダイオード点灯装置の回路図、図２は降圧チョッパの臨界モードを説明するインダクタに流れる電流の波形図である。
【００２４】
本形態において、発光ダイオード点灯装置は、整流化直流電源ＲＤＣ、昇圧チョッパＢＵＣ、降圧チョッパＳＤＣ、発光ダイオードＬＥＤ、定電流回路ＣＣＲ、調光信号出力手段ＤＳＧおよび制御手段ＣＣを具備して構成されていて、商用交流電源ＡＣから給電される。
【００２５】
整流化直流電源ＲＤＣは、交流入力端が商用交流電源ＡＣに接続したブリッジ形全波整流回路Ｒｅｃからなり、非平滑直流電圧を出力する。
【００２６】
昇圧チョッパＢＵＣは、整流化直流電源ＲＤＣの直流出力端に接続したインダクタＬ１およびスイッチング素子Ｑ１の直列回路、スイッチング素子Ｑ１に並列接続したフライホイールダイオードＤ１および平滑コンデンサＣ１の直列回路、ならびに出力電圧検出回路ＶＤを備えていて、後述する制御手段ＣＣの制御によって昇圧動作および力率改善動作を行う。なお、スイッチング素子Ｑ１は、ＭＯＳＦＥＴからなる。出力電圧検出回路ＶＤは、平滑コンデンサＣ１に並列接続した電圧分圧回路から分圧された出力電圧を取り出して、後述する制御手段ＣＣに制御入力する。上記電圧分圧回路は、抵抗器Ｒ１およびＲ２の直列回路で構成され、抵抗器Ｒ２の端子電圧が出力される。
【００２７】
降圧チョッパＳＤＣは、昇圧チョッパＢＵＣの出力端である平滑コンデンサＣ１の両端間に接続したスイッチング素子Ｑ２およびフライホイールダイオードＤ２の直列回路、フライホイールダイオードＤ２に並列接続したインダクタＬ２および平滑コンデンサＣ２の直列回路、ならびに負荷電流検出回路ＩＤを備えていて、後述する制御手段ＣＣの制御によって降圧動作を行う。なお、スイッチング素子Ｑ２は、ＭＯＳＦＥＴからなる。また、負荷電流検出回路ＩＤは、負荷電流に比例的な入力電流を抵抗器Ｒ３で検出して制御手段ＣＣに制御入力するように構成されている。
【００２８】
発光ダイオードＬＥＤは、その複数が直列接続した直列回路の複数、例えば図示のように３個が並列接続してなり、かつ負荷電流検出回路ＩＤを経由して降圧チョッパＳＤＣの出力端である平滑コンデンサＣ２の両端に接続している。
【００２９】
定電流回路ＣＣＲは、発光ダイオードＬＥＤの並列接続した複数の直列回路に流れる負荷電流を等しくするもので、本形態においてはカレントミラー定電流回路を用いて構成されている。すなわち、発光ダイオードＬＥＤの並列接続した複数の直列回路にそれぞれ直列にトランジスタＱ３および抵抗器Ｒ５の直列回路を挿入し、発光ダイオードＬＥＤの並列接続した複数の直列回路のそれぞれに第２のトランジスタＱ４を直列に挿入し、かつ各トランジスタＱ３のベースを抵抗器Ｒ４を共通に経由して降圧チョッパＳＤＣの出力端の正極に接続して定電流回路ＣＣＲが構成されている。
【００３０】
調光信号出力手段ＤＳＧは、発光ダイオードＬＥＤを調光点灯する場合に配設される調光信号を生成して出力する手段である。なお、調光しない場合には配設していなくてもよい。調光信号出力手段ＤＳＧの配設位置は、昇圧チョッパＳＵＣおよび降圧チョッパＳＤＣを含む発光ダイオード点灯装置の主要部に近接した位置、例えば上記主要部と同一の配線基板に実装されている態様でもよい。また、上記主要部から離間した位置に配設されるのであってもよい。
【００３１】
また、調光信号出力手段ＤＳＧは、出力する調光信号の形態が特段限定されない。例えば、調光度に応じてパルスのデューティが変化するデューティ信号、調光度をディジタル化したディジタル信号および調光度に応じて電圧値が変化する可変電圧信号などを選択的に適宜採用することができる。さらに、調光信号出力手段ＤＳＧから出力される調光信号は、連続的に変化してもよいし、段階的に変化してもよい。本形態において、調光信号は、調光割合に応じてデューティが変化する電圧パルス列からなる。
【００３２】
制御手段ＣＣは、昇圧チョッパＢＵＣおよび降圧チョッパＳＤＣを制御する手段であり、発光ダイオードＬＥＤを調光点灯する場合には、調光信号出力手段ＤＳＧから出力される調光信号に応じて降圧チョッパＳＤＣおよび昇圧チョッパＢＵＣの少なくとも一方の出力を制御して発光ダイオードＬＥＤを調光点灯させるための調光制御動作を行わせることができる。なお、昇圧チョッパＢＵＣと降圧チョッパＳＤＣとの制御を統合的に行う必要はなく、両者を格別に制御することができる。例えば、昇圧チョッパＢＵＣの一部として予め専用の制御手段を一体的含んだ構成のものを用いることができる。
【００３３】
調光制御動作を行わせる態様において、降圧チョッパＳＤＣおよび昇圧チョッパＢＵＣの少なくとも一方の出力制御は、制御手段ＣＣ内に設定した所定の調光特性および調光信号出力手段から出力される調光信号の相関に基づいて行われる。なお、調光特性は、予め所望に応じて適宜設定しておくことができる。例えば、発光ダイオードＬＥＤの光量と調光度とが連続的、かつ直線的に変化する調光特性にしたり、発光ダイオードＬＥＤの光量と調光度とが所定の非直線的な変化をする調光特性にしたり、さらには発光ダイオードＬＥＤの光量が段階的に変化する調光特性にしたりすることができる。
【００３４】
また、制御手段ＣＣは、マイコンを主体として構成されていている。昇圧チョッパＢＵＣを制御するためには、昇圧チョッパＢＵＣのスイッチング素子Ｑ１にパルス電圧からなる駆動信号を供給する。また、昇圧チョッパＢＵＣの出力電圧検出回路ＶＤから制御入力される出力電圧が所定値になるように帰還制御して駆動信号のデューティを所定に制御する。
【００３５】
降圧チョッパＳＤＣを制御するためには、そのスイッチング素子Ｑ２にパルス電圧からなる駆動信号を供給する。また、降圧チョッパＳＤＣの負荷電流検出回路ＩＤから制御入力される負荷電流が一定になるように帰還制御するとともに、調光する場合には調光信号に応じて駆動信号をＰＷＭ制御する。
【００３６】
次に、本形態の発光ダイオード点灯装置の回路動作を説明する。すなわち、昇圧チョッパＢＵＣが動作することにより、商用交流電源ＡＣの電圧より高くなるように昇圧され、かつ出力電圧検出回路ＶＤから得た帰還電圧を用いて帰還制御された直流電圧が昇圧チョッパＢＵＣから出力される。また、発光ダイオード点灯装置の力率を改善することもできる。
【００３７】
昇圧チョッパＢＵＣの出力電圧は、降圧チョッパＳＤＣの入力端に印加される。これにより、降圧チョッパＳＤＣは、降圧動作を行う。すなわち、図２に時間ｔが横軸で、電流値が縦軸の波形図に示すように、スイッチング素子Ｑ２がＯＮしている期間ＴＯＮにスイッチング素子Ｑ２および平滑コンデンサＣ２を経由してインダクタＬ２に増加電流ＩＩが電源側から流れて電磁エネルギーがインダクタＬ２に蓄積される。次に、スイッチング素子Ｑ２がＯＦＦしている期間ＴＯＦＦになると、インダクタＬ２に蓄積された電磁エネルギーがフライホイールダイオードＤ２を経由して放出されて減少電流ＩＤが同方向に流れて平滑コンデンサＣ２が充電される。減少電流が０になったときにスイッチング素子Ｑ２が再びＯＮして、以後上記と同じ回路動作が繰り返される。このときの降圧チョッパＳＤＣの動作は、臨界モードである。
【００３８】
そうして、負荷の発光ダイオードＬＥＤに対して降圧チョッパＳＤＣにおいて所要値に調整された直流電圧がその出力端に現れる。その結果、降圧チョッパＳＤＣの負荷として出力端に接続された発光ダイオードＬＥＤに負荷電流が流れるので、発光ダイオードＬＥＤが点灯する。このときの点灯は、降圧チョッパＳＤＣの負荷電流検出回路ＩＤと制御手段ＣＣの協働によって定電流制御下で行われる。
【００３９】
発光ダイオードＬＥＤの並列接続した複数の直列回路に流れる負荷電流は、定電流回路ＣＣＲによる定電流動作で等しくなる。すなわち、第１のトランジスタＱ３に抵抗器Ｒ１を経由して流れる電流が一定になり、第２のトランジスタＱ４、Ｑ４に対して一定のベース電流が供給されるので、発光ダイオードＬＥＤの並列接続した複数の直列回路に流れる負荷電流が等しくなる。
【００４０】
また、調光信号出力手段ＤＳＧから送出された調光信号が降圧チョッパＳＤＣの制御部に入力すると、当該制御部は調光信号に対応してＰＷＭ制御された駆動信号を生成して降圧チョッパＳＤＣのスイッチング素子Ｑ２に供給する。その結果、負荷電流の定電流制御の基準値が調光信号に応じて変更されるため、発光ダイオードＬＥＤは、調光信号に対応する光出力の調光点灯を行う。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明における一実施の形態を示す発光ダイオード点灯装置の回路図
【図２】同じく降圧チョッパの動作モードを示す電流波形図
【符号の説明】
【００４２】
ＢＵＣ…昇圧チョッパ、ＣＣ…制御手段、ＣＣＲ…定電流回路、ＤＳＧ…調光信号出力手段、ＩＤ…負荷電流検出回路、ＬＥＤ…発光ダイオード、ＲＤＣ…整流化直流電源、ＳＤＣ…降圧チョッパ、ＶＤ…出力電圧検出回路
【図１】
2010040878.tif 000003
【図２】
2010040878.tif 000004