(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流器と、
複数のＬＥＤを含む第１のＬＥＤ群と、
複数のＬＥＤを含む第２のＬＥＤ群と、
前記整流器に対して前記第１及び第２のＬＥＤ群を直列に接続、又は前記整流器に対して前記第１及び第２のＬＥＤ群を並列に接続する接続部と、
前記接続部を制御して、前記第１及び第２のＬＥＤ群を前記整流器に対して並列接続から直列接続に切り換える制御部と、
前記第１のＬＥＤ群と前記第２のＬＥＤ群との間に配置された逆方向電流防止用のダイオードと、を有し、
前記整流器の出力端に、ダイオード及び、抵抗又は定電流ダイオードを介してコンデンサを接続し、前記コンデンサの充電経路に前記ダイオードを配置し、前記コンデンサの放電経路に前記抵抗又は定電流ダイオードを配置する、
ことを特徴とするＬＥＤ駆動回路。
【請求項２】
前記整流器と前記第１及び第２のＬＥＤ群との間に配置された定電流回路を更に有する、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項３】
前記制御部は、前記整流器の出力電圧に応じて、切り換え制御を行う、請求項１又は２に記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項４】
前記制御部は、前記第１のＬＥＤ群又は前記第２のＬＥＤ群を流れる電流に応じて、切り換え制御を行う、請求項１又は２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、ＬＥＤ駆動回路に関し、特に、交流電源を利用した効率の良いＬＥＤ発光を行うためのＬＥＤ駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
商用電源から供給される交流電源を全波整流するブリッジダイオードから出力される整流電圧を直列接続した複数個のＬＥＤに印加して、複数個のＬＥＤを発光させる照明用発光ＬＥＤ駆動回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。
ＬＥＤでは、順方向降下電圧（Ｖｆ）以上の電圧がＬＥＤに印加された場合に、順方向電流（Ｉｆ）にほぼ比例した光度の発光がなされる。したがって、複数のＬＥＤを直列にｎ個接続した場合には、ｎ×Ｖｆ以上の電圧が複数のＬＥＤに印加された場合に、複数のＬＥＤが発光する。また、商用電源から供給される交流電流を全波整流するブリッジダイオードから出力される整流電圧は、商用電源周波数の２倍の周期で、０ｖから最大出力電圧までの変化を繰り返す。したがって、整流電圧が、ｎ×Ｖｆ以上となった場合のみ、複数のＬＥＤが発光するが、ｎ×Ｖｆ未満では、複数のＬＥＤは発光しない。この場合、照明器具として利用するにはＬＥＤの発光期間（発光デューテイ）が短くなり光度が不足するという不具合があった。
そこで、このような不具合を解消する一つの方法として、整流電圧を電解コンデンサ等を利用して平滑化した後に複数のＬＥＤへ供給するということが考えられる。しかしながら、ＬＥＤの熱によって電解コンデンサが劣化し、ＬＥＤ自体の寿命が尽きる前に、電解コンデンサを含むＬＥＤ駆動回路が劣化してしまう可能性があった。このようなＬＥＤ駆動回路では、例えば、点灯４００００ｈを超えるＬＥＤ自体の寿命の特性を生かすことができないという不具合があった。
他の方法として、スイッチングレギュレータ等のＡＣ−ＤＣコンバータを利用して、商用電源の交流出力をＤＣへ変換してから複数のＬＥＤへ供給するということが考えられる。しかしなから、ＡＣ−ＤＣコンバータを含むＬＥＤ駆動回路は回路が大規模になり、安価に製造できないという不具合があった。また、ＡＣ−ＤＣコンバータから発生するノイズを遮断するために追加の処理や部材が必要となり、さらにそのようなＬＥＤ駆動回路のコストがアップするという不具合があった。
そこで、複数のＬＥＤを４つのグループ（グループＡ（２個）、グループＢ（４個）、グループＣ（８個）、グループＤ（１６個））に分けるＬＥＤ駆動回路が知られている（例えば、特許文献２参照）。このＬＥＤ駆動回路では、印加電圧が低い場合には、グループＡのみに電圧を印加し、電圧が高くなる毎に、グループＡとＢ、グループＡ〜Ｃ、最も電圧が高い場合には４つの全てのグループに電圧が印加されるように制御している。
しかしながら、上記の例では、グループＡに属するＬＥＤが最も長期間点灯し、グループＤに属するＬＥＤが最も短時間点灯することとなる。グループ間の駆動条件が異なることから各ＬＥＤブロック間でＬＥＤの発光量の偏りが発生し、発光装置の照度ムラが生じたり、ＬＥＤの劣化スピードの偏りが発生したりするという不具合があった。
これらの不具合に対応するため、各ＬＥＤブロックの点灯期間を等しく電源電圧に応じてＬＥＤブロックの接続形態を並列にしたり直列にしたりする方法がある（例えば、特許文献３参照）。
図１３は、特許文献３に記載される従来のＬＥＤ駆動回路を示す図である。
図１３に示すＬＥＤ駆動回路５００では、同一個数のＬＥＤが同一結線されてなる２つのＬＥＤアレイＬＡ１及びＬＡ２を、交流電源５０４を全波整流して得られた脈流電源により駆動している。ＬＥＤ駆動回路５００では、２つのＬＥＤアレイＬＡ１及びＬＡ２に印加される脈流電圧に対応する被比較電圧が所定の閾値電圧より低い間は、２つのＬＥＤアレイＬＡ１及びＬＡ２による並列接続回路が構成され、閾値電圧以上にある間は２つのＬＥＤアレイＬＡ１及びＬＡ２による直列接続回路を構成される。
直列接続と並列接続とを切り替るために、２つのＬＥＤアレイＬＡ１及びＬＡ２間にはスイッチ回路が備えられているが、スイッチ回路では、貫通電流を招く危険がある。例えば、ダイオードブリッジ５０５の出力電圧が下降しているときに、インバータ５０８の出力がローレベルからハイレベルに変わると、有限の遅れをもってインバータ５０９の出力がハイレベルからローレベルに変わる。この遅れ期間においてはインバータ５０８及び５０９の出力が両方ともハイレベルになっているため、第１、第２及び第３のアナログスイッチ５１０、５１１及び５１２が全てオン（導通）している。このため第１、第２及び第３のアナログスイッチ５１０、５１１及び５１２を通って電流が流れてしまう（貫通電流）。この結果、アナログスイッチやダイオードブリッジなど回路素子の破壊を招いたり、商用電源系向かってノイズを発生したりするという不具合があった。
また、アナログスイッチは入出力端子以外に制御用端子を備えているため、制御素子（インバータ５０８及び５０９等）や制御用端子と制御素子とを結ぶ配線が必要になる。さらに、アナログスイッチは、少なくとも３つの端子を必要とし、且つ高耐圧で低抵抗なアナログスイッチはダイサイズを小さくすることが難しい。したがって、回路の小型化、及び回路のコストダウンが難しいという不具合があった。
【特許文献１】特開平７−２７３３７１（図１）
【特許文献２】特開２００７−１２３５６２（図１）
【特許文献３】特開２００９−２８３７７５（図１）
【発明の開示】
【０００３】
そこで、本発明は、上記の問題点を解決することを目的としたＬＥＤ駆動回路を提供することを目的とする。
また、本発明は、安価で小型化が可能であると供に、複数のＬＥＤ群間の貫通電流を効率良く防止することを可能としたＬＥＤ駆動回路を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、非発光期間を短くすると供に、ＬＥＤ間で発光量の偏りや劣化スピードの偏りが少ないＬＥＤ駆動回路を提供することを目的とする。
本発明に係るＬＥＤ駆動回路は、整流器と、複数のＬＥＤを含む第１のＬＥＤ群と、複数のＬＥＤを含む第２のＬＥＤ群と、整流器に対して第１及び第２のＬＥＤ群を直列に接続又は整流器に対して第１及び第２のＬＥＤ群を並列に接続する接続部と、接続部を制御して第１及び第２のＬＥＤ群を整流器に対して並列接続から直列接続に切り換える制御部と、第１のＬＥＤ群と第２のＬＥＤ群との間に配置された逆方向電流防止用のダイオードを有することを特徴とする。
本発明に係るＬＥＤ駆動回路では、電解コンデンサ又はＡＣ−ＤＣコンバータを利用しないため、安価で且つ長寿命の駆動回路を構成することが可能となった。
また、本発明に係るＬＥＤ駆動回路では、ＬＥＤの非発光期間を短くすることができるので、発光デューテイを高めることが可能となった。
さらに、本発明に係るＬＥＤ駆動回路では、複数のＬＥＤを同じ駆動条件で駆動することが可能となるため、ＬＥＤ間で発光量の偏りがなくなり発光装置の照度ムラを発生しないようにし、劣化スピードに偏りを発生しないようにすることが可能となった。
さらに、本発明に係るＬＥＤ駆動回路では、ＬＥＤ群とＬＥＤ群との間に逆方向電流防止用のダイオードが配置されているので、複数のＬＥＤ群間の貫通電流を効率良く防止することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は、ＬＥＤ駆動回路の概略説明図である。
図２は、図１に示すＬＥＤ駆動回路の回路例１００を示す図である。
図３は、図２の点Ｐにおける全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧Ｖ１及び電流Ｉ１を示す図である。
図４は、図１に示すＬＥＤ駆動回路の他の回路例１１０を示す図である。
図５は、図４の点Ｐにおける全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧Ｖ１及び電流Ｉ１を示す図である。
図６は、他のＬＥＤ駆動回路の概略説明図である。
図７は、図６に示すＬＥＤ駆動回路の回路例２００を示す図である。
図８は、図７の点Ｓにおける全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧Ｖ１及び電流Ｉ２を示す図である。
図９は、図６に示すＬＥＤ駆動回路の他の回路例３００を示す図である。
図１０は、定電流回路ユニットの一例を示す図である。
図１１は、定電流回路ユニットを利用した場合の出力電圧及び電流を示す第１の図である。
図１２は、定電流回路ユニットを利用した場合の出力電圧及び電流を示す第２の図である。
図１３は、従来のＬＥＤ駆動回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
以下図面を参照して、ＬＥＤ駆動回路について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
図１は、ＬＥＤ駆動回路の概略説明図である。
ＬＥＤ駆動回路１０は、図１に示す様に、商用電源（交流１００Ｖ）１と接続する接続端子２、全波整流用ダイオードブリッジ回路３、複数のＬＥＤを含む第１ＬＥＤブロック４、複数のＬＥＤを含む第２ＬＥＤブロック５、第１スイッチ６、第２スイッチ７、貫通電流を防止するための逆方向電流防止用ダイオード８及び制御回路９等から構成される。
第１ＬＥＤブロック４及び第２ＬＥＤブロック５は、Ｖｆ＝３．２Ｖ（消費電力６４ｍＷ、光束５ｌｍ）の白色ＬＥＤを１６個ずつ直列に接続したものである。したがって、各ＬＥＤブロック単独では、印加電圧が発光最低電圧ＶＢｍｉｎ（５１．２Ｖ＝３．２Ｖ×１６）以上となった場合に、各ブロックに含まれるＬＥＤが発光を開始することとなる。また、第１ＬＥＤブロック４及び第２ＬＥＤブロック５が直列に接続された場合には、印加電圧が発光最低電圧ＶＢｍｉｎ×２（１０２．４Ｖ＝５１．２Ｖ×２）以上となった場合に、両ＬＥＤブロックに含まれるＬＥＤが発光を開始することとなる。
全波整流用ダイオードブリッジ回路３からの出力電圧は、概ね商用電源の電圧からダイオードブリッジによる電圧降下分を差し引いた電圧が出力される。しかしながら、ＬＥＤの最大許容電流Ｉｍａｘに対するＬＥＤの端子電圧をＶｍａｘとすると、全波整流用ダイオードブリッジ回路３からの出力電圧の実効値が、ｎ×Ｖｍａｘの値の近傍となるようにＬＥＤの個数を定めた。この結果、本例では、ｎ＝３２、即ち各ブロックのＬＥＤの個数が１６個（２ブロックの合計が３２個）となるように設定した（なお、この場合、後述するように電流制限が必要となる）。
全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力は、商用電源１の周波数の２倍の周期で、０ｖから最大出力電圧までの変化を繰り返している。そこで、制御回路９は、全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧を検出し、ＶＢｍｉｎ×２未満の場合には、第１スイッチ６及び第２スイッチ７をＯＮ（閉じる）として、全波整流用ダイオードブリッジ回路３に対して第１ＬＥＤブロック４及び第２ＬＥＤブロック５が並列に接続されるように制御し、両ブロックに含まれるＬＥＤを点灯させる。なお、この場合、全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧が発光最低電圧ＶＢｍｉｎ以上の場合に、両ブロックに含まれるＬＥＤが点灯する。この時、逆方向電流防止用ダイオード８は、電位の高い第２ＬＥＤブロック５から第１ＬＥＤブロック４に電流が逆流するのを防止するように作用する。
また、検出された全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧が、ＶＢｍｉｎ×２以上の場合には、第１スイッチ６及び第２スイッチ７をＯＦＦ（開く）として、全波整流用ダイオードブリッジ回路３に対して第１ＬＥＤブロック４及び第２ＬＥＤブロック５が直列に接続されるように制御し、両ＬＥＤブロックに含まれるＬＥＤを点灯させる。この時、逆方向電流防止用ダイオード８は、電位の高い第１ＬＥＤブロック４から第２ＬＥＤブロック５に電流が流れるように作用する。
上述した様に、図１に示すＬＥＤ駆動回路では、全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧が発光最低電圧ＶＢｍｉｎ以上となると、必ず、第１ＬＥＤブロック４及び第２ＬＥＤブロック５に含まれる全てのＬＥＤが点灯する。したがって、ＬＥＤの非発光期間を短くすることができると供に、複数のＬＥＤを同じ駆動条件で駆動することが可能となる。この場合、ＬＥＤ間で発光量の偏りがないため発光装置として照度ムラが発生しないようにでき、さらにＬＥＤ間で劣化スピードに偏りを発生しないようにすることが可能となった。また、第１及び第２ＬＥＤブロック４及び５が直列接続から並列接続に切り替わる瞬間を含めて、いかなるタイミングにおいても、第２ＬＥＤブロック５から第１ＬＥＤブロック４に向かって電流が流れることがないので、特許文献３に現れるような貫通電流が生じない。さらに、逆方向電流防止用ダイオード８は、２端子型の受動素子であるから制御用の別素子や配線が無用となるので駆動回路の小型化やコストダウンに寄与できる。
図２は、図１に示すＬＥＤ駆動回路１の回路例１００を示す図である。なお、回路例１００において、図１に示すＬＥＤ駆動回路１０と同じ構成には同じ番号を付した。
回路例１００の入力端子２は、商用交流電源と接続するためのものであって、ＬＥＤ駆動回路１０がＬＥＤ電球に使用される場合には、ＬＥＤ電球の口金として形成される。
全波整流用ダイオードブリッジ回路３は、４つのダイオードＤ１〜Ｄ４から構成される。なお、全波整流用ダイオードブリッジ回路３の代わりに、他の整流器を用いても良い。
第１スイッチ６及び第２スイッチ７は、ＭＯＳＦＥＴから構成され、ゲート電圧がＧＮＤとなるとＯＦＦ（開く）されるように設定されている。逆方向電流防止用ダイオード８は、シリコンダイオードで構成した。制御回路９は、全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧Ｖ１を分圧するための抵抗Ｒ２及びＲ３、トランジスタＱ１及びプルアップ用の抵抗Ｒ１から構成される。
Ｖ１が発光最低電圧ＶＢｍｉｎ×２以上となった場合、制御回路９は、全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧Ｖ１を、抵抗Ｒ２及びＲ３で分圧し、トランジスタＱ１をＯＮとして、第１スイッチ６及び第２スイッチ７のＭＯＳＦＥＴのゲートをＧＮＤ電位とするように制御する。したがって、第１スイッチ６及び第２スイッチ７はＯＦＦ状態となる。このとき、シリコンダイオードＤ５は、電位の高い第１ＬＥＤブロック４から電位の低い第２ＬＥＤブロック５に電流を流すように作用する。このとき、第１ＬＥＤブロック４及び第２ＬＥＤブロック５は、全波整流用ダイオードブリッジ回路３に対して直列に接続されることとなる。
Ｖ１が発光最低電圧ＶＢｍｉｎ×２未満の場合、制御回路９は、全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧Ｖ１を、抵抗Ｒ２及びＲ３で分圧し、トランジスタＱ１をＯＮとせず、第１スイッチ６及び第２スイッチ７のＭＯＳＦＥＴのゲートを、全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧Ｖ１と同じ電位に維持するように制御する。したがって、全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧Ｖ１が、第１ＬＥＤブロック４及び第２ＬＥＤブロック５が点灯する発光最低電圧ＶＢｍｉｎ以上では、第１スイッチ６及び第２スイッチ７はＯＮとなり、第１ＬＥＤブロック４及び第２ＬＥＤブロック５は、全波整流用ダイオードブリッジ回路３に対して並列に接続されることとなる。
第１スイッチ６及び第２スイッチ７をＯＮとして、第１ＬＥＤブロック４及び第２ＬＥＤブロック５が全波整流用ダイオードブリッジ回路３に対して並列に接続される場合、第１ＬＥＤブロック４は、電流制限用の抵抗Ｒ１１を介して全波整流用ダイオードブリッジ回路３と接続され、第２ＬＥＤブロック５は、電流制限用のＲ１４を介して全波整流用ダイオードブリッジ回路３と接続されることとなる。
第１スイッチ６及び第２スイッチ７をＯＦＦとして、第１ＬＥＤブロック４及び第２ＬＥＤブロック５が全波整流用ダイオードブリッジ回路３に対して直列に接続される場合、第１ＬＥＤブロック４及び第２ＬＥＤブロック５は、電流制限用の抵抗Ｒ４及びＲ１４を介して全波整流用ダイオードブリッジ回路３と接続されることとなる。ここで、各電流制限抵抗Ｒ４、Ｒ１１、Ｒ１４は、それぞれのブロックの電流を個々に制限できるように配置されている。Ｒ１１、Ｒ１４は各ブロックが並列接続される場合の電流制限抵抗として作用し、ほぼ同値の抵抗値にあわせることで並列時の各ブロックの電流値が等しくなる。Ｒ４は、直列接続時にＲ１４との和で、第１ＬＥＤブロック４と第２ＬＥＤブロック５が直列接続されている場合に作用する。Ｒ４も各ＬＥＤブロックに流れる電流値が並列時とほぼ同じになるように調整する。
図３は、図２の点Ｐにおける全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧Ｖ１及び電流Ｉ１を示す図である。
図３において、横軸は時間Ｔを示し、縦軸は電圧値又は電流値を示している。また、曲線１０は、点Ｐにおける全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧Ｖ１を示し、曲線１１は、点Ｐにおける電流Ｉ１を示している。
時刻Ｔ１において、出力電圧Ｖ１がＶＢｍｉｎ以上となったので、ＬＥＤブロックに電流が流れ始めることからＩ１が立ち上がる。時刻Ｔ２において出力電圧Ｖ１がＶＢｍｉｎ×２以上となったので、ＬＥＤブロックが直列に接続され、それに伴ってＩ１が低下する。時刻Ｔ３において、出力電圧Ｖ１がＶＢｍｉｎ×２未満となったのでＬＥＤブロックが並列に接続され、それに伴ってＩ１が増加する。時刻Ｔ４において、出力電圧Ｖ１がＶＢｍｉｎ未満となったので、ＬＥＤブロックへ電流が流れなくなり、Ｉ１が０となる。
図３に示すように、上述した状況が、商用電源の周波数の２倍の周期で繰り返される。また、Ｔ１〜Ｔ４の間で全てのＬＥＤブロックが発光するので、全ＬＥＤの単位時間当たりの発光デューテイは全てのＬＥＤで等しくなり、１００×（Ｔ４−Ｔ１）／（Ｔ５−Ｔ０）％となる。
図４は、図１に示すＬＥＤ駆動回路の他の回路例１１０を示す図である。
図４と図２との相違点は、全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力端に、電界コンデンサを利用しない平滑化回路１１１を追加した点のみである。他の構成は、図２に示した回路例１００と同様であるので、説明を省略する。
平滑化回路１１１は、コンデンサＣ１（例えば、セラミックコンデンサで４μＦ）、ダイオードＤ９（例えば、シリコンダイオード）、抵抗３１（例えば、１ｋΩ）から構成される。なお、抵抗３１は、低電流ダイオードで置換することも可能である。
図５は、図４の点Ｐにおける全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧Ｖ１及び電流Ｉ１を示す図である。
図５において、横軸は時間Ｔを示し、縦軸は電圧値又は電流値を示している。また、曲線７０は、点Ｐにおける全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧Ｖ１を示し、曲線７１は、点Ｐにおける電流Ｉ１を示している。
以下、図５の波形を利用して図４に示す平滑化回路１１１の動作について説明する。
商用電源電圧（絶対値）がＶＢｍｉｎ以上となる期間（時刻Ｔ１〜Ｔ４及びＴ６〜Ｔ９）は、電圧波形７０は商用電源電圧の波形とほぼ同じ形となる。電圧波形７０が商用電源電圧の波形と同じ形となっている期間において、電圧波形７０のピークに達するまでは、ダイオードＤ９を通じてコンデンサＣ１が充電される。電圧波形７０がピークを過ぎると、コンデンサＣ１は抵抗Ｒ３１を介して放電する。しかしながら、コンデンサＣ１が抵抗Ｒ３１を介して放電する放電電流は、全波整流用ダイオードブリッジ回路３から第１ＬＥＤブロック４及び第２ＬＥＤブロック５へ流れ込む電流に比べて小さい。この結果、電流波形７１は、図３に示す電流波形１１とほぼ同じ形となる。したがって、コンデンサＣ１の両端電圧は、点Ｐの電圧と概ね等しい。
商用電源電圧（絶対値）がＶＢｍｉｎ以上の値からＶＢｍｉｎへ近づくと（例えば、Ｔ３からＴ４）、全波整流用ダイオードブリッジ回路３から第１ＬＥＤブロック４及び第２ＬＥＤブロック５へ流れ込む電流が減り、コンデンサＣ１からの放電電流の割合が高くなる。さらに、商用電源電圧が急速に低下し、その一方でコンデンサＣ１からの放電電流が続くと、全波整流用ダイオードブリッジ回路３はカットオフし、点Ｐの電圧波形７０に放電曲線（例えば、時刻Ｔ４〜Ｔ６）が現れる。
以上のように、コンデンサＣ１が急速に充電し（例えば、時刻Ｔ１〜ピークになるまでの期間）、ゆっくりと放電する（例えば、ピークになる期間から時刻Ｔ６までの期間）特性を利用し、商用電源電圧がＶＢｍｉｎになってから再びＶＢｍｉｎになるまでの期間（例えば、時刻Ｔ４〜Ｔ６）、コンデンサＣ１からの放電電流で第１ＬＥＤブロック４及び第２ＬＥＤブロック５に含まれるＬＥＤを点灯し続けることが可能となる。なお、この期間では、第１ＬＥＤブロック４及び第２ＬＥＤブロック５は、全波整流用ダイオードブリッジ回路３に対して並列に接続されている。
この結果、図４に示す回路例１１０では、寿命に課題のあった電界コンデンサを利用せずに、不灯期間を無くすことができ、フリッカを軽減させることが可能となった。
図６は、本発明に係る他のＬＥＤ駆動回路の概略説明図である。
ＬＥＤ駆動回路２０は、図６に示す様に、商用電源（交流１００Ｖ）１と接続する接続端子２、全波整流用ダイオードブリッジ回路３、複数のＬＥＤを含む第１ＬＥＤブロック２１、複数のＬＥＤを含む第２ＬＥＤブロック２２、複数のＬＥＤを含む第３ＬＥＤブロック２３、複数のＬＥＤを含む第４ＬＥＤブロック２４、第１逆方向電流防止用ダイオードＤ６、第２逆方向電流防止用ダイオードＤ７、第３逆方向電流防止用ダイオードＤ８、第１スイッチ２８、第２スイッチ２９、第３スイッチ３０、第４スイッチ３１、第５スイッチ３２、第６スイッチ３３、及び制御回路４０から構成される。図１に示すＬＥＤ駆動回路１と図６に示すＬＥＤ駆動回路２０との大きな差異は、ＬＥＤ駆動回路２０が４つのＬＥＤブロックを有している点である。
第１ＬＥＤブロック２１〜第４ＬＥＤブロック２４は、Ｖｆ＝３．２Ｖ（消費電力６４ｍＷ、光束５ｌｍ）の白色ＬＥＤを８個ずつ直列に接続したものである。したがって、各ＬＥＤブロック単独では、印加電圧が発光最低電圧ＶＢｍｉｎ（２５．６Ｖ＝３．２Ｖ×８）以上となった場合に、各ブロックに含まれるＬＥＤが発光を開始することとなる。また、第１ＬＥＤブロック２１〜第４ＬＥＤブロック２４が直列に接続された場合には、印加電圧が発光最低電圧ＶＢｍｉｎ×４（１０２．４Ｖ＝２５．６Ｖ×４）以上となった場合に、全ＬＥＤブロックに含まれるＬＥＤが発光を開始することとなる。
全波整流用ダイオードブリッジ回路３からの出力電圧は、商用電源の電圧からダイオードブリッジによる電圧降下分を差し引いた値となる。しかしながら、全波整流用ダイオードブリッジ回路３からの出力電圧の実効値が、ＬＥＤの最大許容電流Ｉｍａｘに対するＬＥＤ端子電圧をＶｍａｘとした場合、４×８×Ｖｍａｘの値の近傍となるようにＬＥＤの個数を各ブロック８個とし、４ブロックの合計が３２個に設定した（なお、この場合、後述するように電流制限が必要になる）。
全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力は、商用電源１の周波数の２倍の周期で、０ｖから最大出力電圧までの変化を繰り返している。そこで、制御回路４０は、全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧を検出し、ＶＢｍｉｎ×２未満の場合には、第１スイッチ２８〜第６スイッチ３３の全てをＯＮ（閉じる）とし、全波整流用ダイオードブリッジ回路３に対して第１ＬＥＤブロック２１〜第４ＬＥＤブロック２４が並列に接続されるように制御し、全ＬＥＤブロックに含まれるＬＥＤを点灯させる。なお、この場合、全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧が発光最低電圧ＶＢｍｉｎ以上の場合に、全ＬＥＤブロックに含まれるＬＥＤが点灯する。この時、逆方向電流防止用ダイオードＤ６〜Ｄ８は、それぞれ、ＬＥＤブロック間に逆電流が流れないように作用する。したがって、第１ＬＥＤブロック２１〜第４ＬＥＤブロック２４は、全波整流用ダイオードブリッジ回路３に対して並列に接続されることとなる。
また、制御回路４０は、検出された全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧が、ＶＢｍｉｎ×２以上であってＶＢｍｉｎ×４未満の場合には、第１スイッチ２８、第３スイッチ３０、第４スイッチ３１、第６スイッチ３３をＯＦＦ（開く）とし且つ第２スイッチ２９、第５スイッチ３２をＯＮ（閉じる）とし、第１ＬＥＤブロック２１及び第２ＬＥＤブロック２２が直列に接続されたものと、第３ＬＥＤブロック２３及び第４ＬＥＤブロック２４が直列に接続されたものが、全波整流用ダイオードブリッジ回路３に対して並列に接続されるように制御し、全ＬＥＤブロックに含まれるＬＥＤを点灯させる。この時、逆方向電流防止用ダイオードＤ６は第１ＬＥＤブロック２１から第２ＬＥＤブロック２２に電流が流れるように作用し、逆方向電流防止用ダイオードＤ７は第３ＬＥＤブロック２３から第２ＬＥＤブロック２２に逆電流が流れないように作用し、逆方向電流防止用ダイオードＤ８は第３ＬＥＤブロック２３から第４ＬＥＤブロック２４に電流が流れるように作用する。したがって、第１ＬＥＤブロック２１及び第２ＬＥＤブロック２２が直列に接続されたものと、第３ＬＥＤブロック２３及び第４ＬＥＤブロック２４が直列に接続されたものが、全波整流用ダイオードブリッジ回路３に対して並列に接続されることとなる。
さらに、制御回路４０は、検出された全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧が、ＶＢｍｉｎ×４以上の場合には、第１スイッチ２８〜第６スイッチ３３を全てＯＦＦ（開く）とし、全波整流用ダイオードブリッジ回路３に対して、第１ＬＥＤブロック２１〜第４ＬＥＤブロック２４が直列に接続されるように制御し、全ＬＥＤブロックに含まれるＬＥＤを点灯させる。この時、逆方向電流防止用ダイオードＤ６〜Ｄ８は第１ＬＥＤブロック２１から第４ＬＥＤブロック２４に電流を流すように作用する。したがって、第１ＬＥＤブロック２１〜第４ブロック２４は、全波整流用ダイオードブリッジ回路３に対して直列に接続されることとなる。
上述した様に、図６に示すＬＥＤ駆動回路２０では、全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧が発光最低電圧ＶＢｍｉｎ以上となると、必ず、第１ＬＥＤブロック２１〜第４ＬＥＤブロック２４に含まれる全てのＬＥＤが点灯する。したがって、ＬＥＤの非発光期間を短くすることができるともに、複数のＬＥＤを同じ駆動電流で同じ期間駆動することが可能となるため、各ＬＥＤ間で発光量に偏りがなく発光装置として照度ムラが発生しない。さらに各ＬＥＤ間で劣化スピードに偏りを発生しないようにすることが可能となった。
第１ＬＥＤブロック２１〜第４ＬＥＤブロック２４が直列接続している状態から、第１ＬＥＤブロック２１と第２ＬＥＤブロック２２及び第３ＬＥＤブロック２３と第４ＬＥＤブロック２４が同時に直列接続に切り替わる瞬間、更に第１ＬＥＤブロック２１と第２ＬＥＤブロック２２及び第３ＬＥＤブロック２３と第４ＬＥＤブロック２４が直列接続されている状態から第１ＬＥＤブロック２１〜第４ＬＥＤブロック２４が並列接続する状態に切り替わる瞬間を含めて、いかなるタイミングにおいても、第２ＬＥＤブロック２２から第１ＬＥＤブロック２１、第３ＬＥＤブロック２３から第２ＬＥＤブロック２２、及び第４ＬＥＤブロック２４から第３ＬＥＤブロック２３に向かって電流が流れることがないので、特許文献３に現れるような貫通電流が生じない。
逆方向電流防止用ダイオードＤ６〜Ｄ８は、２端子型の受動素子であるから制御用の別素子や配線が無用となるので駆動回路の小型化やコストダウンに寄与できる。また、図１で示した実施形態に比べて、きめ細かく制御できるので発光期間（発光デューテイ）を大きくできる。さらに、並列接続時に流せる電流も図１の実施形態より大きい。これらの理由により、本実施形態では図１に示す実施形態より発光輝度を大きくすることが可能となる。
図７は、図６に示すＬＥＤ駆動回路の回路例２００を示す図である。なお、回路例２００において、図６に示すＬＥＤ駆動回路２０と同じ構成には同じ番号を付した。
回路例２００の入力端子２は、商用交流電源と接続するためのものであって、ＬＥＤ駆動回路２０がＬＥＤ電球に使用される場合には、ＬＥＤ電球の口金として形成される。全波整流用ダイオードブリッジ回路３は、４つのダイオードＤ１〜Ｄ４から構成される。第１スイッチ２８〜第６スイッチ３３は、ＭＯＳＦＥＴから構成され、ゲート電圧がＧＮＤとなるとＯＦＦ（開く）されるように設定されている。逆方向電流防止用ダイオードＤ６〜Ｄ８は、シリコンダイオードで構成した。制御回路４０は、全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧Ｖ１を分圧するための抵抗Ｒ２及びＲ３、トランジスタＱ１及びプルアップ用の抵抗Ｒ１のセットと、全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧Ｖ１を分圧するための抵抗Ｒ１０及びＲ１１、トランジスタＱ２及びプルアップ用の抵抗Ｒ９のセットを有している。
Ｖ１が発光最低電圧ＶＢｍｉ×４以上となった場合、制御回路４０は、全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧Ｖ１を、抵抗Ｒ２及びＲ３で分圧し、トランジスタＱ１をＯＮとして、第１スイッチ２８、第３スイッチ３０、第４スイッチ３１及び第６スイッチ３３のＭＯＳＦＥＴのゲートをＧＮＤ電位とするように制御する。これによって、第１スイッチ２８、第３スイッチ３０、第４スイッチ３１及び第６スイッチ３３はＯＦＦ（開く）となる。また、この場合、制御回路４０は、全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧Ｖ１を、抵抗Ｒ１０及びＲ１１で分圧して、トランジスタＱ２をＯＮとして、第２スイッチ２９及び第５スイッチ３２のＭＯＳＦＥＴのゲートをＧＮＤ電位とするように制御する。これによって、第２スイッチ２９及び第５スイッチ３２はＯＦＦ（開く）となる。さらに、シリコンダイオードＤ６〜Ｄ８は第１ＬＥＤブロック２１から第４ＬＥＤブロック２４に電流を流すように作用する。したがって、第１ＬＥＤブロック２１〜第４ブロック２４は、全波整流用ダイオードブリッジ回路３に対して直列に接続されることとなる。
Ｖ１が発光最低電圧ＶＢｍｉｎ×４未満且つＶＢｍｉｎ×２以上となった場合、制御回路４０は、全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧Ｖ１を、抵抗Ｒ２及びＲ３で分圧し、トランジスタＱ１をＯＮとし、第１スイッチ２８、第３スイッチ３０、第４スイッチ３１及び第６スイッチ３３のＭＯＳＦＥＴのゲートがＧＮＤ電位となるように制御する。これによって、第１スイッチ２８、第３スイッチ３０、第４スイッチ３１及び第６スイッチ３３はＯＦＦ（開く）となる。また、この場合、制御回路４０は、全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧Ｖ１を、抵抗Ｒ１０及びＲ１１で分圧して、トランジスタＱ２をＯＮとせず、第２スイッチ２９及び第５スイッチ３２のＭＯＳＦＥＴのゲートを、全波整流用ダイオードブリッジ回路の出力電圧Ｖ１と同じ電圧に維持するように制御する。これによって、第２スイッチ２９及び第５スイッチ３２はＯＮ（閉じる）となる。さらに、シリコンダイオードＤ６は第１ＬＥＤブロック２１から第２ＬＥＤブロック２２に電流が流れるように作用し、シリコンダイオードＤ７は第３ＬＥＤブロック２３から第２ＬＥＤブロック２２に逆電流が流れないように作用し、シリコンダイオードＤ８は第３ＬＥＤブロック２３から第４ＬＥＤブロック２４に電流が流れるように作用する。したがって、第１ＬＥＤブロック２１及び第２ＬＥＤブロック２２が直列に接続されたものと、第３ＬＥＤブロック２３及び第４ＬＥＤブロック２４が直列に接続されたものが、全波整流用ダイオードブリッジ回路３に対して並列に接続されることとなる。
Ｖ１が発光最低電圧ＶＢｍｉｎ×２未満となった場合、制御回路４０は、全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧Ｖ１を、抵抗Ｒ２及びＲ３で分圧し、トランジスタＱ１をＯＮとせず、第１スイッチ２８、第３スイッチ３０、第４スイッチ３１及び第６スイッチ３３のＭＯＳＦＥＴのゲートを、全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧Ｖ１と同じ電位に維持するように制御する。これによって、第１スイッチ２８、第３スイッチ３０、第４スイッチ３１及び第６スイッチ３３はＯＮ（閉じる）となる。また、この場合、制御回路４０は、全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧Ｖ１を、抵抗Ｒ１０及びＲ１１で分圧し、トランジスタＱ２をＯＦＦ（開く）として、第２スイッチ２９及び第５スイッチ３２のＭＯＳＦＥＴのゲートを、全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧Ｖ１と同じ電位に維持するように制御する。これによって、第２スイッチ２９及び第５スイッチ３２はＯＮ（閉じる）となる。さらにシリコンダイオードＤ６〜Ｄ８は、それぞれ、ＬＥＤブロック間に逆電流が流れないように作用する。したがって、第１ＬＥＤブロック２１〜第４ＬＥＤブロック２４は、全波整流用ダイオードブリッジ回路３に対して並列に接続されることとなる。
第１ＬＥＤブロック２１〜第４ＬＥＤブロック２４が全波整流用ダイオードブリッジ回路３に対して並列に接続される場合、第１ＬＥＤブロック２１は、電流制限用の抵抗Ｒ１２及び抵抗Ｒ５を介して全波整流用ダイオードブリッジ回路３と接続され、第２ＬＥＤブロック２２は、電流制限用の抵抗Ｒ１２及びＲ７を介して全波整流用ダイオードブリッジ回路３と接続されることとなる。同様に、第３ＬＥＤブロック２３は、電流制限用の抵抗Ｒ１２及び抵抗Ｒ１８を介して全波整流用ダイオードブリッジ回路３と接続され、第４ＬＥＤブロック２４は、電流制限用の抵抗Ｒ１２及びＲ１６を介して全波整流用ダイオードブリッジ回路３と接続されることとなる。各電流制限用の抵抗は、並列接続時、直列接続時において、各ＬＥＤに流れる電流が最適になるように設定されている。
第１ブロック２１〜第４ブロック２４が直列に全波整流用ダイオードブリッジ回路３と接続される場合、第１ブロック２１〜第４ブロック２４は、電流制限用の抵抗Ｒ１２及びＲ１６を介して全波整流用ダイオードブリッジ回路３と接続される。
図８は、図７の点Ｓにおける全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧Ｖ１及び電流Ｉ２を示す図である。
図８において、横軸は時間Ｔを示し、縦軸は電圧値又は電流値を示している。また、曲線５０は、点Ｓにおける全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧Ｖ１を示し、曲線５１は、点Ｓにおける電流Ｉ２を示している。
時刻Ｔ１において、出力電圧Ｖ１がＶＢｍｉｎ以上となったので、ＬＥＤブロックに電流が流れ始めることからＩ２が立ち上がる。時刻Ｔ２において出力電圧Ｖ１がＶＢｍｉｎ×２以上となったので、２つのＬＥＤブロックが直列に接続され、それに伴ってＩ２が低下する。時刻Ｔ３において、出力電圧Ｖ１がＶＢｍｉｎ×４以上となったので４つのＬＥＤブロックが直列に接続され、それに伴ってＩ２が減少する。時刻Ｔ４において、出力電圧Ｖ１がＶＢｍｉｎ×４未満となったので、２つのＬＥＤブロックが直列に接続され、それに伴ってＩ２が増加する。時刻Ｔ５において、出力電圧Ｖ１がＶＢｍｉｎ×２未満となったので、ＬＥＤブロックが並列に接続され、それに伴ってＩ２が増加する。時刻Ｔ６において、出力電圧Ｖ１がＶＢｍｉｎ未満となったので、ＬＥＤブロックへ電流が流れなくなり、Ｉ２が０となる。
図８に示すように、上述した状況が、商用電源の周波数の２倍の周期で繰り返される。また、Ｔ１〜Ｔ６の間で全ＬＥＤブロックが発光するので、発光デューテイは、１００×（Ｔ６−Ｔ１）／（Ｔ７−Ｔ０）％となる。
上述したように、図６に示したＬＥＤ駆動回路は、整流器と、複数のＬＥＤを含む第１のＬＥＤ群と、複数のＬＥＤを含む第２のＬＥＤ群と、複数のＬＥＤを含む第３のＬＥＤ群と、複数のＬＥＤを含む第４のＬＥＤ群と、整流器に対して第１〜第４のＬＥＤ群を直列に接続、整流器に対して第１〜第４のＬＥＤ群を並列に接続、又は整流器に対して第１及び第２のＬＥＤ群を直列に接続したものと第３及び第４のＬＥＤ群を直列に接続したものを並列に接続する接続部と、接続回路を制御して第１〜第４のＬＥＤ群を整流器に対して並列接続から直列接続に切り換える制御部を有することを特徴とする。また、第１のＬＥＤ群と第２のＬＥＤ群との間、第２のＬＥＤ群と第３のＬＥＤ群との間、及び第３のＬＥＤ群と第４のＬＥＤ群との間には、逆方向電流防止用のダイオードが配置されることが好ましい。
図９は、図６に示すＬＥＤ駆動回路の他の回路例３００を示す図である。なお、回路例３００において、図７に示す回路例２００と同じ構成には同じ番号を付した。
図９と図７の相違点は、図９において制御回路３４０が図７の制御回路４０と異なる点のみである。即ち、図９に示す回路例３００は、整流器と、複数のＬＥＤを含む第１のＬＥＤ群と、複数のＬＥＤを含む第２のＬＥＤ群と、複数のＬＥＤを含む第３のＬＥＤ群と、複数のＬＥＤを含む第４のＬＥＤ群と、整流器に対して第１〜第４のＬＥＤ群を直列に接続、整流器に対して第１〜第４のＬＥＤ群を並列に接続、又は整流器に対して第１及び第２のＬＥＤ群を直列に接続したものと第３及び第４のＬＥＤ群を直列に接続したものを並列に接続する接続部と、接続回路を制御して第１〜第４のＬＥＤ群を整流器に対して並列接続から直列接続に切り換える制御部とを有し、第４のＬＥＤ群のカソード側に電流検出回路を備えていることを特徴とする。
図７の制御回路４０は、全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力電圧Ｖ１に基づいて、第１スイッチ２８〜第６スイッチ３３の切り換え制御を行ったが、図９の制御回路３４０は、ＬＥＤブロックに流れる電流Ｉ３を、抵抗Ｒ２０〜Ｒ２２から構成される電流検出部で検出し、検出された電流に応じて、トランジスタＱ１及びＱ２を動作させて、第１スイッチ２８〜第６スイッチ３３の切り換え制御を行う。
ＬＥＤは、Ｖｆが素子ごとにばらつくため印加電圧で光度を制御することが難しいのに対し、Ｉｆ（電流）と光度の関係は比較的安定しているから、電流制御によるＬＥＤ駆動回路は光度を管理しやすなり照明機器ごとの個体（輝度）差を小さくできる。
図７に示す回路例２００の様な電圧検出方式では、ＬＥＤブロックからみて外部にある電圧を検出しＬＥＤブロックの接続方式を選択しているのでオープンループ系になっている。これに対し、図９に示す回路例３００の様な電流検出方式では、ＬＥＤブロック内部に流れる電流を検出しＬＥＤブロックの接続方式を選択しているのでクローズドループ系になっているため系の安定性が良くなる。例えば、商用電源の出力電圧（実効値）が周期的に変動した場合、電圧検出方式では輝度がこの変動に同期するため、ちらつきが目立つ。しかしながら、電流検出方式は、電圧検出方式に比べ商用電源変動の影響が間接的に影響するようになるため、ちらつきが目立ちにくくなるという作用効果がある。さらに、電圧検出方式では、ＡＣ電源に重畳されたサージやノイズが電圧検出回路に直接的に侵入するので、チャタリングが発生しスイッチの誤動作を引き起こす。これに対し、電流検出方式ではチャタリングが入ってもＬＥＤに流れる電流にあまり影響しないので誤動作が起きにくくなるという作用効果がある。
図１０は、定電流回路ユニットの一例を示す図である。
図１０に示す定電流回路ユニット４００を、図２に示す回路例１００における電流制限抵抗Ｒ４、Ｒ１１及びＲ１４の代わりに用いることによって、第１ＬＥＤブロック４及び第２ＬＥＤブロック５を流れる電流を電源電圧の変動に拘らずほぼ一定とすることが可能となり、発光強度を安定させることが可能となる。なお、図１０に示す定電流回路ユニット４００は一例であって、定電流ダイオードなどの他の定電流回路ユニットを用いることも可能である。
同様に、図１０に示す定電流回路ユニット４００を、図７に示す回路例２００及び図９に示す回路例３００における電流制限用の抵抗Ｒ１２の代わりに用いることによって、第１ＬＥＤブロック２１〜第４ＬＥＤブロック２４を流れるそれぞれの電流値は、電源電圧の変動に拘らず一定とすることが可能となり、発光強度を安定させることが可能となる。
図１１に、図１０に示す定電流回路ユニット４００を、図７に示す回路例２００及び図９に示す回路例３００における電流制限用の抵抗Ｒ１２の代わりに用いた場合の、点Ｓにおける電圧波形５０と電流波形６０の一例を示す図である。このように、Ｒ１２の代わりに定電流回路ユニット４００を挿入することによって、ＡＣ電源からの流出電流が一定となり、各ＬＥＤブロックは接続状態にかかわらず電流値が揃うこととなる。
また、図１０に示す定電流回路ユニット４００を、図７に示す回路例２００及び図９に示す回路例３００における電流制限用の抵抗Ｒ５、Ｒ７、Ｒ１８及びＲ１６のそれぞれの代わりに用いることも可能である。
図１２に、図１０に示す定電流回路ユニット４００を、図７に示す回路例２００及び図９に示す回路例３００における電流制限用の抵抗Ｒ５、Ｒ７、Ｒ１８及びＲ１６のそれぞれの代わりに用いた場合の、点Ｓにおける電圧波形５０と電流波形６０の一例を示す図である。このように、定電流回路ユニット４００を利用することによって、並列、直列にかかわらず、各ＬＥＤブロックには、各定電流回路ユニットで設定された電流値が流れる。この場合、接続状態にかかわらず、各ＬＥＤブロックには最適な電流値が常に流れており、発光デューテイも著しく向上する。
ここでは、一例を図示したが、定電流回路ユニット、または電流制限用の抵抗をそれぞれの電流経路に適時配置することで、各ＬＥＤブロックに流れる電流値を、並列接続または直列接続のそれぞれの状態毎に個々に設定することができる。その場合、電源効率、電源の力率、発生ノイズの低減などを考慮して、それぞれの接続状態における電流値を設定すれば良い。
また、図７に示す回路例２００及び図９に示す回路例３００において、全波整流用ダイオードブリッジ回路３の出力端に、図４に示した電界コンデンサを利用しない平滑化回路１１１と同様の回路を接続することも可能である。平滑化回路１１１と同様の回路の付加によって、寿命に課題のあった電界コンデンサを利用せずに、不灯期間を無くすことができ、フリッカを軽減させることが可能となる。
上述したＬＥＤ駆動回路は、ＬＥＤ電球のようなＬＥＤ照明器具、ＬＥＤをバックライトとして利用する液晶テレビ、ＰＣの画面のバックライト用の照明器具等に利用することが可能である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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