(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交番電流を整流平滑してＬＥＤに供給するＬＥＤ駆動装置であって、
前記交番電流を出力する共振型の電力供給手段と、
前記電力供給手段の出力に接続され、第１整流素子と第１平滑素子とを有する第１整流平滑回路と、
前記第１整流平滑回路の出力側に接続され、複数のＬＥＤを直列接続してなる第１ＬＥＤ群と、
前記第１整流平滑回路の入力側の電圧が前記第１整流平滑回路の出力側の電圧よりも大きくなったときに動作することで前記第１ＬＥＤ群の短絡を検出する短絡検出部と、
を有することを特徴とするＬＥＤ駆動装置。
【請求項２】
前記短絡検出部は、前記第１整流平滑回路の入力側と前記第１整流平滑回路の出力側との間に設けられ、第１ダイオードとトランジスタとが直列に接続されてなることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項３】
前記トランジスタに電流が流れたときに、当該ＬＥＤ駆動装置の動作を停止させる遮断回路を有することを特徴とする請求項２記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項４】
前記電力供給手段の出力に接続され、第２整流素子と第２平滑素子を有する第２整流平滑回路と、
前記第２整流平滑回路の出力側に接続され、複数のＬＥＤを直列接続してなる第２ＬＥＤ群と、
前記電力供給手段と前記第１整流平滑回路との間に接続される第１巻線と前記電力供給手段と前記第２整流平滑回路との間に接続される第２巻線とを有するトランスとを有し、
前記第２整流平滑回路の入力側と前記第２整流平滑回路の出力側との間には、第２ダイオードと前記トランジスタとが直列に接続されてなることを特徴とする請求項２又は請求項３記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項５】
各々の整流平滑回路の入力側両端には、第３整流素子と抵抗と第３平滑素子とが直列に接続され、前記抵抗と前記第３平滑素子との接続点が前記短絡検出部の一端に接続されてなることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項記載のＬＥＤ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直列に接続された複数のＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、直列に接続された複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）を点灯させるＬＥＤ駆動装置として、例えば特許文献１が知られている。
【０００３】
特許文献１は、図８に示すように、ＬＥＤ集合体で短絡が発生したときに過電流を速やかに抑制し、ＬＥＤを保護することができるＬＥＤランプ装置を開示している。
【０００４】
図８において、抵抗１３０はトランジスタ１４０を介してＬＥＤユニット１１０の通電電流を検出する。オペアンプ１４１の非反転端子には、過電流判定値に相当する電圧Ｖｒｅｆ２を有する電源１４２が接続される。ＬＥＤユニット１１０の一部のＬＥＤにおいて短絡が発生すると、電流が増加して、抵抗１３０の両端に増加した電圧が発生する。
【０００５】
そして、抵抗１３０の両端電圧が過電流判定値に相当する電圧Ｖｒｅｆ２以上になると、オペアンプ１４１の出力が低下して、低下した出力がトランジスタ１４０のベースに出力される。このため、トランジスタ１４０のコレクタ−エミッタ間を流れる電流が制限されて、ＬＥＤユニット１１０に流れる過電流が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１８８６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されたＬＥＤランプ装置にあっては、ＬＥＤの短絡検出用のオペアンプ１４１を設けており、ＬＥＤランプ装置が高価となっていた。また、各ＬＥＤユニット１１０毎に、短絡検出用のオペアンプ１４１と過電流抑制用のトランジスタ１４０を設けなければならず、ＬＥＤユニット１１０の増加に伴ってさらに高価になっていた。
【０００８】
本発明の課題は、ＬＥＤユニットに短絡が発生した際に過電流を迅速に抑制し、ＬＥＤを保護できる安価なＬＥＤ駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のＬＥＤ駆動装置は、交番電流を整流平滑してＬＥＤに供給するＬＥＤ駆動装置であって、前記交番電流を出力する共振型の電力供給手段と、前記電力供給手段の出力に接続され、第１整流素子と第１平滑素子とを有する第１整流平滑回路と、前記第１整流平滑回路の出力側に接続され、複数のＬＥＤを直列接続してなる第１ＬＥＤ群と、前記第１整流平滑回路の入力側の電圧が前記第１整流平滑回路の出力側の電圧よりも大きくなったときに動作することで前記第１ＬＥＤ群の短絡を検出する短絡検出部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、負荷の短絡が発生した場合、即ち、第１整流平滑回路の入力側の電圧が第１整流平滑回路の出力側の電圧よりも大きくなったときには、短絡検出部が動作することで第１ＬＥＤ群の短絡を検出する。従って、ＬＥＤユニットに短絡故障が発生した際に過電流を迅速に抑制し、ＬＥＤを保護でき、安価となるＬＥＤ駆動装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１のＬＥＤ駆動装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例２のＬＥＤ駆動装置の構成図である。
【図３】本発明の実施例３のＬＥＤ駆動装置の構成図である。
【図４】本発明の実施例４のＬＥＤ駆動装置の構成図である。
【図５】実施例４のＬＥＤ駆動装置の点Ａと点Ｂとにおける電源起動時の電圧の推移を示す図である。
【図６】各実施例のＬＥＤ駆動装置のトランスの２次側において半波整流回路を採用した構成図である。
【図７】各実施例のＬＥＤ駆動装置のトランスの２次側において全波整流回路を採用した構成図である。
【図８】従来のＬＥＤ駆動装置の具体例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態のＬＥＤ駆動装置を図面を参照しながら詳細に説明する。本発明は、ＬＥＤ駆動部に倍電圧整流方式を採用するとともに、図８に示す従来の短絡検出用のオペアンプ１４１を用いないことを特徴とする。
【実施例１】
【００１３】
図１は本発明の実施例１に係るＬＥＤ駆動装置の構成図である。電力供給手段１０は、正弦波状の交番電流を供給するために、直流電源Ｖｉｎの両端に、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子ＱＨとＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子ＱＬとの直列回路が接続されている。
【００１４】
スイッチング素子ＱＨとスイッチング素子ＱＬとの接続点にトランスＴの１次巻線Ｎｐと電流共振コンデンサＣｒｉとの直列共振回路が接続されている。トランスＴは、漏れインダクタンスＬｒ１を有する。ＬｐはトランスＴの励磁インダクタンスである。スイッチング素子ＱＬとスイッチング素子ＱＨとが交互にオンオフすることで、トランスＴの巻線Ｎｓから漏れインダクタンスＬｒ１と電流共振コンデンサＣｒｉ又はＬｒ１、ＬｐとＣｒｉで共振した正弦波状の交番電流を供給することができる。
【００１５】
２次巻線Ｎｓの一端にはダイオードＤ３のアノードとコンデンサＣ１１の一端とが接続され、ダイオードＤ３のカソードはコンデンサＣ３を介して２次巻線Ｎｓの他端に接続される。コンデンサＣ１１の他端には交番電流を半波整流するダイオードＤ１のアノードとダイオードＤ１１のカソードとが接続される。ダイオードＤ１のカソードと２次巻線Ｎｓの他端との間には、コンデンサＣ１が接続され、コンデンサＣ１の一端には、負荷ＬＤ１（ＬＥＤ１ａ〜ＬＥＤ１ｅ）が並列に接続される。ダイオードＤ１１のアノードは、２次巻線Ｎｓの他端とコンデンサＣ１，Ｃ３の他端とに接続される。コンデンサＣ１，Ｃ１１とダイオードＤ１，Ｄ１１は、半波２倍電圧整流回路を構成するとともに、第１整流平滑回路を構成する。
【００１６】
ダイオードＤ３とコンデンサＣ３との接続点ＡとダイオードＤ１とコンデンサＣ１との接続点Ｂとの間にはダイオードＤ４と抵抗Ｒ１との直列回路が接続される。抵抗Ｒ１の一端にはトランジスタＴｒのエミッタが接続され、抵抗Ｒ１の他端にはトランジスタＴｒのベースが接続される。トランジスタのコレクタには遮断回路３が接続される。遮断回路３は、負荷ＬＤ１が短絡した時に、ダイオードＤ４が導通し、トランジスタＴｒがオンしたことを検出して、電源回路全体の動作を停止させる。
【００１７】
ダイオードＤ３，Ｄ４、コンデンサＣ３、抵抗Ｒ１、トランジスタＴｒは、短絡検出部を構成し、この短絡検出部と遮断回路３とで、負荷短絡時の保護回路を構成する。
【００１８】
また、負荷ＬＤ１には抵抗Ｒｓの一端とＰＦＭ回路１の入力端子の一端とが接続され、抵抗Ｒｓの他端とＰＦＭ回路１の入力端子の他端は接地される。抵抗Ｒｓが、負荷ＬＤ１に流れる電流を一括して検出し、電流検出値をＰＦＭ回路１に出力する。ＰＦＭ回路１は、電流検出値と内部の基準電圧とを比較して、その誤差出力に基づき、負荷に流れる電流が一定になるようにスイッチング素子ＱＨとスイッチング素子ＱＬとのオンオフ周波数を制御する。
【００１９】
次に、本発明に係るＬＥＤ駆動装置の動作を説明する。まず、通常動作時の動作を説明する。負荷ＬＤ１が短絡せずに通常に動作している場合には、図１に示す点Ａには点Ｂの１／２の電圧が印加される。このため、ダイオードＤ４は導通しない。
【００２０】
次に、負荷ＬＤ１が短絡した時には、点Ｂの電位は接地の電位（ゼロ電位）にほぼ等しくなる。このため、点Ａの電位が点Ｂの電位よりも高くなるので、ダイオードＤ４が導通し、抵抗Ｒ１に電流が流れる。このため、トランジスタＴｒがオンして、トランジスタＴｒのエミッタ−コレクタ間に電流が流れる。遮断回路３は、トランジスタＴｒがオンしたときには動作して、ＬＥＤ駆動装置の電源回路全体の動作を停止させる。
【００２１】
このように、実施例１のＬＥＤ駆動装置によれば、負荷ＬＤ１は倍電圧整流方式により整流された電圧で駆動されるので、通常動作時には点Ａの電位は点Ｂの電位より低いのに対して、負荷ＬＤ１が短絡時には点Ａの電位は点Ｂの電位より高くなるので、短絡検出部が動作することで負荷ＬＤ１の短絡を検出し、遮断回路３が電源回路全体の動作を停止させる。このため、短絡検出用のオペアンプ１４１が不要となる。従って、負荷ＬＤ１に短絡故障が発生した際に過電流を迅速に抑制し、ＬＥＤを保護できる  安価なＬＥＤ駆動装置を提供できる。
【実施例２】
【００２２】
図２は本発明の実施例２のＬＥＤ駆動装置の構成図である。図２に示す実施例２のＬＥＤ駆動装置は、図１に示す構成に対して、さらに１つのＬＥＤユニットとこのＬＥＤユニットに対応する１つの整流平滑回路とを設けたものである。
【００２３】
即ち、２次巻線Ｎｓの一端にはコンデンサＣ１２の一端が接続され、コンデンサＣ１２の他端には交番電流を半波整流するダイオードＤ２のアノードとダイオードＤ１２のカソードとが接続される。ダイオードＤ２のカソードと２次巻線Ｎｓの他端との間には、コンデンサＣ２が接続され、コンデンサＣ２の一端には、負荷ＬＤ２（ＬＥＤ２ａ〜ＬＥＤ２ｅ）が並列に接続される。ダイオードＤ１２のアノードは、２次巻線Ｎｓの他端とコンデンサＣ２の他端とに接続される。コンデンサＣ２，Ｃ１２とダイオードＤ２，Ｄ１２は、半波２倍電圧整流回路を構成するとともに、第２整流平滑回路を構成する。
【００２４】
ダイオードＤ３とコンデンサＣ３との接続点ＡとダイオードＤ２とコンデンサＣ２との接続点Ｃとの間にはダイオードＤ５と抵抗Ｒ１との直列回路が接続される。抵抗Ｒ１にはトランジスタＴｒが接続される。遮断回路３は、負荷ＬＤ１，ＬＤ２の少なくとも一方が短絡した時に、短絡した負荷に対応するダイオードＤ４，Ｄ５の少なくとも一方が導通し、トランジスタＴｒがオンしたことを検出して、ＬＥＤ駆動装置の電源回路全体の動作を停止させることができる。
【００２５】
このように実施例２のＬＥＤ駆動装置によれば、実施例１のＬＥＤ駆動装置と同様に動作し、同様な効果が得られる。また、短絡検出部は、負荷ＬＤ２が増えても、ダイオードＤ５が増えるのみで、トランジスタＴｒなどを増やす必要がないため、コストを低減することができる。
【実施例３】
【００２６】
図３は本発明の実施例３のＬＥＤ駆動装置の構成図である。図３に示す実施例３のＬＥＤ駆動装置は、図２に示す実施例２のＬＥＤ駆動装置の構成に、さらに、バランス用のトランスＴ１を設けたことを特徴とする。２次巻線Ｎｓの一端にはトランスＴ１の巻線Ｎ１の一端が接続され、巻線Ｎ１の他端にはコンデンサＣ１１の一端が接続される。２次巻線Ｎｓの一端にはトランスＴ１の巻線Ｓ１の一端が接続され、巻線Ｓ１の他端にはコンデンサＣ１２の一端が接続される。
【００２７】
以上の構成によれば、トランスＴ１の１次巻線Ｎ１と２次巻線Ｓ１とはそれぞれに流れる電流が均衡するように磁気結合されているので、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２とには同一の電流が充電される。従って、コンデンサＣ１に接続される負荷ＬＤ１とコンデンサＣ２に接続される負荷ＬＤ２は、インピーダンスが異なる場合でも均衡化された電流が流れることになる。即ち、負荷ＬＤ１，ＬＤ２に流れる電流のばらつきを抑制することができる。
【実施例４】
【００２８】
図４は本発明の実施例４のＬＥＤ駆動装置の構成図である。まず、ＬＥＤ駆動装置のコストを低減するためには、コンデンサＣ３の容量を小さくすることが望ましい。しかし、コンデンサＣ３の容量が小さい場合には、コンデンサＣ３と図示しない抵抗との時定数が小さいため、図５の一点鎖線で示すように、電圧の立ち上がりが図１の点Ｂよりも点Ａの方が速くなり、電源起動時に負荷短絡時用の保護回路が働いて動作が停止する可能性がある。
【００２９】
そこで、図４に示す実施例４のＬＥＤ駆動装置は、ダイオードＤ３のカソードと点Ａとの間に抵抗Ｒ２を設けたことを特徴とする。抵抗Ｒ２により、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ３との時定数が大きくなり、保護回路側のインピーダンスが上昇する。このため、図５の点線で示す点Ａの電位の立ち上がりが実線で示す点Ｂの電位の立ち上がりよりも遅くなる。これにより、電源起動時に負荷短絡時用の保護回路が動作するのを防止することができる。
【００３０】
ここで、抵抗Ｒ２を追加した場合、電源起動時の保護回路側のインピーダンスＺｕｖは、
Ｚｕｖ＝Ｒ２＋｛（Ｒｏ／ｊωＣ３）／（Ｒｏ＋１／ｊωＣ３）｝
で表される。Ｒｏは図示しないが、コンデンサＣ３に並列に接続される抵抗である。
【００３１】
一方、ＬＥＤ駆動側のインピーダンスＺｌｅｄは
Ｚｌｅｄ＝（１／ｊωＣ１）＋（１／ｊωＣ１１）
で表される。
【００３２】
点Ａの電位の立ち上がりを点Ｂよりも遅くするためには、Ｚｕｖ＞Ｚｌｅｄを満たすような抵抗Ｒ２を付加すれば良い。例えば、動作周波数が１００ｋＨｚ、Ｃ１＝Ｃ１１＝１０μＦ、Ｃ３＝１μＦ、Ｒｏ＝１ＭΩの場合、Ｒ２として約１Ω以上の抵抗を付加すれば正常に動作する。
【００３３】
なお、実施例４のＬＥＤ駆動装置は、ダイオードＤ３のカソードと点Ａとの間に抵抗Ｒ２を設けたが、抵抗Ｒ２を設けるに代わりに、定電流回路を設けても良い。
【００３４】
また、実施例１乃至４のＬＥＤ駆動装置では、トランスＴの１次側が共振型電源装置であったが、これに限定されることなく、フライバック型、フォワード型、アクティブクランプ型等にも適用可能である。
【００３５】
このように、本発明のＬＥＤ駆動装置は、図１に示すように、負荷ＬＤ１，ＬＤ２に直流電流を供給するための整流平滑回路Ｃ１，Ｃ１１，Ｄ１，Ｄ１１の入力側（ダイオードＤ３のカソード側の点Ａ、なお、点ＡはダイオードＤ３のアノード側でも良い。）の電位と整流平滑回路Ｃ１，Ｃ１１，Ｄ１，Ｄ１１の出力側（点Ｂ）の電位とを比較することで負荷ＬＤ１，ＬＤ２の短絡を検出する。負荷短絡が発生したときには、点Ａの電位が点Ｂの電位よりも高くなるように、点Ａの電位はディレイ回路又はホールド回路を介して出力される。
【００３６】
また、実施例１乃至４のＬＥＤ駆動回路では、トランスＴの２次側において倍電圧整流回路を用いたが、本発明は、図６に示すように、トランスＴ２の２次側において半波整流回路を用いても良い。図６に示す構成では、トランスＴ２の２次側には、同一巻数ｎ１の２次巻線１ａと２次巻線１ｂとの第１直列回路が接続され、第１直列回路の両端には半波整流回路であるダイオードＤ１とコンデンサＣ１との直列回路が接続される。２次巻線１ｂの両端にはダイオードＤ３と抵抗Ｒ２とコンデンサＣ３との直列回路が接続される。抵抗Ｒ２とコンデンサＣ３との接続点Ａの電位とダイオードＤ１とコンデンサＣ１との接続点Ｂの電位とが比較されることで、負荷ＬＤ１，ＬＤ２の短絡が検出される。
【００３７】
また、図７に示すように、トランスＴ３の２次側において全波整流回路を用いても良い。図７に示す構成では、トランスＴ３の２次側には、巻数２×ｎ１の２次巻線２ａと巻数ｎ１の２次巻線２ｂとが設けられ、２次巻線２ａの両端には全波整流回路を構成するダイオードＤ１１〜Ｄ１４が接続され、全波整流回路の両端にはコンデンサＣ１が接続されるととともに、負荷ＬＤ１が接続される。２次巻線２ｇの両端にはダイオードＤ３と抵抗Ｒ２とコンデンサＣ３との直列回路が接続される。抵抗Ｒ２とコンデンサＣ３との接続点Ａの電位とコンデンサＣ１の電位とが比較されることで、負荷ＬＤ１の短絡が検出される。
【００３８】
また、点Ａの電位を直接検出するのではなくて、電圧を例えば直列に接続された第１抵抗と第２抵抗とで分圧して、分圧電圧を検出すれば、負荷短絡の検出レベルを調整することができる。
【００３９】
さらに、本発明は、実施例４のＬＥＤ駆動装置における抵抗Ｒ２を、実施例２のＬＥＤ駆動装置に設けても良く、実施例２と実施例４との効果が得られる。また、実施例４のＬＥＤ駆動装置における抵抗Ｒ２を、実施例３のＬＥＤ駆動装置に設けても良く、実施例２と実施例３との効果が得られる。  
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、ＬＥＤを点灯させるためのＬＥＤ点灯装置やＬＥＤ照明に適用可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１  ＰＦＭ回路
３  遮断回路
１０  電力供給手段
Ｖｉｎ  直流電源
ＱＬ，ＱＨ  スイッチング素子
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ１１，Ｄ１２，ＤＬ，ＤＨ  ダイオード
Ｃｒｉ  電流共振コンデンサ
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ１１，Ｃ１２  コンデンサ
Ｒ１，Ｒ２  抵抗
Ｔｒ  トランジスタ
Ｔ，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３  トランス
Ｎｐ，Ｎ１  １次巻線
Ｎｓ，Ｓ１  ２次巻線
Ｌｐ  励磁インダクタンス
Ｌｒ１  漏れインダクタンス
ＬＤ１，ＬＤ２  負荷
【図１】
0005429021.tif 000002
【図２】
0005429021.tif 000003
【図３】
0005429021.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005429021.tif 000008
【図８】
0005429021.tif 000009