(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源に接続可能で、該交流電源の交流電圧を整流した脈流電圧を得るための整流回路(2)と、
前記整流回路(2)の出力側と直列に順に接続される、複数の発光ダイオードからなる第一ＬＥＤブロック(11)と、複数の発光ダイオードからなる第二ＬＥＤブロック(12)と、複数の発光ダイオードからなる第三ＬＥＤブロック(13)と、
前記第一ＬＥＤブロック(11)の通電量に基づいて、前記第二ＬＥＤブロック(12)をバイパスする第一バイパス経路(BP1)のＯＮ／ＯＦＦを切り替える第一切り替え手段と、
前記第一ＬＥＤブロック(11)及び前記第二ＬＥＤブロック(12)の通電量に基づいて、前記第三ＬＥＤブロック(13)をバイパスする第二バイパス経路(BP2)のＯＮ／ＯＦＦを切り替える第二切り替え手段と、
を備えることを特徴とする発光ダイオード駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発光ダイオード駆動装置であって、
前記第一切り替え手段が、
前記第二ＬＥＤブロック(12)と並列に接続され、前記第一ＬＥＤブロック(11)への通電量を制限するための第一電流制御手段(21)と、
前記第一電流制御手段(21)による前記第一ＬＥＤブロック(11)への通電制限量を制御するための第一電流検出制御手段(31)と、
前記第一ＬＥＤブロック(11)と直列に接続され、前記第一ＬＥＤブロック(11)の通電量を検出する第一電流検出手段(4B)と、
を有し、
前記第二切り替え手段が、
前記第三ＬＥＤブロック(13)と並列に接続され、前記第一ＬＥＤブロック(11)及び前記第二ＬＥＤブロック(12)への通電量を制限するための第二電流制御手段(22)と、
前記第二電流制御手段(22)による前記第一ＬＥＤブロック(11)及び第二ＬＥＤブロック(12)への通電制限量を制御するための第二電流検出制御手段(32)と、
前記第二ＬＥＤブロック(12)と直列に接続され、前記第二ＬＥＤブロック(12)の通電量を検出する第二電流検出手段(4C)と、
を有することを特徴とする発光ダイオード駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載の発光ダイオード駆動装置であって、
前記第一電流検出手段(4B)と第二電流検出手段(4C)とを共通にしてなることを特徴とする発光ダイオード駆動装置。
【請求項４】
交流電源に接続可能で、該交流電源の交流電圧を整流した脈流電圧を得るための整流回路(2)と、
前記整流回路(2)の出力側と直列に接続される、複数の発光ダイオードからなる第一ＬＥＤブロック(11)と、
前記第一ＬＥＤブロック(11)と直列に接続される、複数の発光ダイオードからなる第二ＬＥＤブロック(12)と、
前記第二ＬＥＤブロック(12)と直列に接続される、複数の発光ダイオードからなる第三ＬＥＤブロック(13)と、
前記第三ＬＥＤブロック(13)と直列に接続される電流制限手段(3)と、
前記第二ＬＥＤブロック(12)と並列に接続され、前記第一ＬＥＤブロック(11)への通電量を制限するための第一電流制御手段(21)と、
前記第三ＬＥＤブロック(13)と並列に接続され、前記第一ＬＥＤブロック(11)及び前記第二ＬＥＤブロック(12)への通電量を制限するための第二電流制御手段(22)と、
前記電流制限手段(3)と並列に接続され、前記第一ＬＥＤブロック(11)、第二ＬＥＤブロック(12)及び前記第三ＬＥＤブロック(13)への通電量を制限するための第三電流制御手段(23)と、
前記第一電流制御手段(21)による前記第一ＬＥＤブロック(11)への通電制限量を制御するための第一電流検出制御手段(31)と、
前記第二電流制御手段(22)による前記第一ＬＥＤブロック(11)及び第二ＬＥＤブロック(12)への通電制限量を制御するための第二電流検出制御手段(32)と、
前記第三電流制御手段(23)による前記第一ＬＥＤブロック(11)、第二ＬＥＤブロック(12)及び第三ＬＥＤブロック(13)への通電制限量を制御するための第三電流検出制御手段(33)と、
を備えることを特徴とする発光ダイオード駆動装置。
【請求項５】
請求項４に記載の発光ダイオード駆動装置であって、
前記第一電流制御手段(21)による前記第一ＬＥＤブロック(11)への通電制限量が、前記第二電流制御手段(22)による前記第一ＬＥＤブロック(11)及び第二ＬＥＤブロック(12)への通電制限量よりも小さく、
前記第二電流制御手段(22)による前記第一ＬＥＤブロック(11)及び第二ＬＥＤブロック(12)への通電制限量が、前記第三電流制御手段(23)による前記第一ＬＥＤブロック(11)、第二ＬＥＤブロック(12)及び第三ＬＥＤブロック(13)への通電制限量よりも小さいことを特徴とする発光ダイオード駆動装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の発光ダイオード駆動装置であって、さらに、
前記電流制限手段(3)とアースとの間に接続される電流検出手段(4)を備え、
前記第一電流検出制御手段(31)、第二電流検出制御手段(32)、第三電流検出制御手段(33)が、前記電流検出手段(4)の通電量に基づいて、各々前記第一ＬＥＤブロック(11)、第二ＬＥＤブロック(12)、第三ＬＥＤブロック(13)への通電量の制限を行うことを特徴とする発光ダイオード駆動装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一に記載の発光ダイオード駆動装置であって、さらに、
前記整流回路(2)の出力側とアースとの間に接続されたコンデンサを備えてなることを特徴とする発光ダイオード駆動装置。
【請求項８】
発光ダイオードの点灯制御方法であって、
交流電源を整流した脈流電圧を得る工程と、
該脈流電圧を、相互に直列に接続された、複数の発光ダイオードを相互に直列に接続した第一ＬＥＤブロック(11)と、第二ＬＥＤブロック(12)と、第三ＬＥＤブロック(13)とに印加する工程と、
前記第二ＬＥＤブロック(12)と並列に接続されて該第二ＬＥＤブロック(12)をバイパスする第一バイパス経路(BP1)をＯＮ／ＯＦＦ可能な第一電流制御手段(21)が、前記第一ＬＥＤブロック(11)の通電量に基づき、該通電量が所定値以下の場合は第一バイパス経路(BP1)をＯＮとし、該通電量が所定値を超えると第一バイパス経路(BP1)をＯＦＦに切り替える工程と、
前記第一バイパス経路(BP1)がＯＦＦに切り替えられて前記第二ＬＥＤブロック(12)が通電された状態において、前記第三ＬＥＤブロック(13)と並列に接続されて該第三ＬＥＤブロック(13)をバイパスする第二バイパス経路(BP2)をＯＮ／ＯＦＦ可能な第二電流制御手段(22)が、前記第二ＬＥＤブロック(12)の通電量に基づき、該通電量が所定値以下の場合は第二バイパス経路(BP2)をＯＮとし、該通電量が所定値を超えると第二バイパス経路(BP2)をＯＦＦに切り替える工程と、
を含むことを特徴とする発光ダイオードの点灯制御方法。
【請求項９】
請求項８に記載の発光ダイオードの点灯制御方法であって、さらに、
前記第二バイパス経路(BP2)がＯＦＦに切り替えられて前記第三ＬＥＤブロック(13)が通電された状態において、前記第三ＬＥＤブロック(13)と直列に接続された電流制限手段(3)と並列に接続されて、該電流制限手段(3)をバイパスする第三バイパス経路(BP3)をＯＮ／ＯＦＦ可能な第三電流制御手段(23)が、前記第三ＬＥＤブロック(13)の通電量に基づき、該通電量が所定値以下の場合は第三バイパス経路(BP3)をＯＮとし、該通電量が所定値を超えると第三バイパス経路(BP3)をＯＦＦに切り替える工程を含むことを特徴とする発光ダイオードの点灯制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードを点灯駆動させる駆動回路及び発光ダイオードの点灯制御方法に関し、特に交流電源を用いて駆動させる発光ダイオード駆動回路及び発光ダイオードの点灯制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、照明用の光源として、白熱電球や蛍光灯に比べ低消費電力で駆動可能な発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」ともいう。）が注目されている。ＬＥＤは小型で耐衝撃性にも強く、球切れの心配がないといった利点がある。
【０００３】
このような照明機器用の電源としては、家庭用電源など交流を電源として用いることが望まれる。一方、ＬＥＤは直流駆動素子であり、順方向の電流でのみ発光する。また、照明用途として現在多用されているＬＥＤの順方向電圧Ｖｆは３．５Ｖ程度である。ＬＥＤはＶｆに達しなければ発光せず、逆にＶｆを超えると過度の電流が流れてしまう特性を有する。したがってＬＥＤに対しては直流による駆動が適しているといえる。
【０００４】
この相反する条件に応えるため、交流電源を用いたＬＥＤの駆動回路が、種々提案されている。例えば図８に示す駆動回路では、交流電源７１をブリッジ回路７２で全波整流し、平滑コンデンサ７３で平滑した後、定電流回路やスイッチング電源回路等の駆動回路７４でＬＥＤ群７５を駆動している。この回路では、平滑のための平滑コンデンサ７３に高耐圧、高容量の特性が要求されるため、アルミ電解コンデンサなど大型の素子が必要となる。また一般に電解コンデンサは周囲温度が高温の場合、寿命が短くなるという問題もある。さらにスイッチング電源に用いられるコイルにも同様に大型化や高温下での性能劣化といった問題がある。一方でスイッチング電源回路においては、大電流を高速にスイッチングするため、ノイズが発生し易くなるため、ノイズ対策も必要となる。このように従来の駆動回路では、本来小型化に適したはずのＬＥＤを用いた駆動回路における素子の配置スペース確保や、温度の影響を軽減するための構造、さらにはノイズ対策が必要といった問題を抱えていた。
【０００５】
このような課題に対し、ＬＥＤとの親和性を良くするため、ブリッジ回路で整流された電圧波形の平滑化を行わずに定電流回路などで駆動する方法も考案されている。このような回路例を図９に示す。この図に示す駆動回路は、図８と同じく、交流電源８１をブリッジ回路８２で全波整流した後、平滑化を行わず、トランジスタと抵抗で構成された定電流回路８４でＬＥＤ群８５を駆動している。定電流回路８４は、フイードバック抵抗８６、電流検出トランジスタ８７、電流制御トランジスタ８８、電流検出抵抗８９で構成されている。この回路は半導体素子で構成されるため、同じく半導体素子であるＬＥＤとの動作温度範囲が共通であり、小型化に適しているといえる。
【０００６】
しかしながら、平滑化を行わずにＬＥＤを駆動する場合、その電圧波形は図１０に示すようになり、その電圧値が一定せず周期的に変化する。一方、各ＬＥＤは図９に示すように相互に直列接続されているため、印加電圧がＬＥＤの順方向電圧Ｖｆの合計値を超えない限りＬＥＤは点灯しない。このため、図１０に示すような時間変化する電圧波形では、ＬＥＤが点灯する時間が限られることとなって、ＬＥＤの利用効率が下がるという問題がある。ここでＬＥＤの利用効率とは、（ＬＥＤ実効消費電力）／（直流定格電流駆動時のＬＥＤ消費電力）で表される。
【０００７】
特に、ＬＥＤを保護するためにＬＥＤと直列に電流制限抵抗を挿入する回路においては、電源電圧変動に対しＬＥＤの電力も大きく変動し、場合によってはＬＥＤ定格電流を超えてしまう場合もあるので、予め電流を小さく設定する必要がある。したがって、この場合には定電流回路を構成して駆動するのが一般的である。この場合の問題点について詳述すると、例えば日本における商用電源の１００Ｖは実効値であり、全波整流された後の最大電圧は１４１Ｖとなる。この電源にＬＥＤを接続し、定電流回路で駆動する場合、仮にＶｆ＝３．５ＶのＬＥＤを１個のみ接続し、定電流回路で駆動すれば、電源電圧が３．５Ｖを超える範囲でＬＥＤはＯＮとなって、ＬＥＤ利用効率は高くなる。しかしながら、図１１の電圧波形において網掛けで示すように、電力の大部分は熱として消費されることとなり、発光に利用されない結果、電源効率は大きく低下してしまう。
【０００８】
一方、ＬＥＤを複数直列に接続して、順方向電圧Ｖｆの合計値が１４１Ｖに近い値となるよう、接続数を多くすることも考えられる。この場合、電源効率を９０％程度確保しようとすれば、Ｖｆの合計値が１２０Ｖ程度必要となる。しかしながら、この設計では電源電圧が１２０Ｖを超えた範囲でやっとＬＥＤがＯＮとなり、それ以下ではＬＥＤが点灯しない結果、図１１において破線で示す範囲でのみしか点灯せず、ＯＮデューティとしては３５％程度となってしまう。このため、ＬＥＤ利用効率も３５％程度となってしまい、力率も７７％程度となる。このように、ＬＥＤ利用効率を高めようとしてＶｆを低くすれば、熱で消費される無駄が増え、逆に電源効率を改善するためＶｆを高くすると、ＬＥＤのＯＮデューティが短くなってＬＥＤ利用効率が悪くなるという相反する問題があった。
【０００９】
さらに一方で、変化する電圧値に応じてＶｆの合計値を変化させるようにＬＥＤを切り替える方法が提案されている（特許文献１）。この方法では、図１２の回路図に示すように、多段に直列接続されたＬＥＤをブロック６１、６２、６３、６４、６５、６６に分け、整流波形の入力電圧の電圧値に応じてＬＥＤブロック６１〜６６の接続を、マイクロコンピュータで構成されたスイッチ制御部６７で切り替えることで、段階的にＶｆの合計値を変化させる。この結果、図１３のタイミングチャートに示す電圧波形のように、整流波形に対して複数の方形波でＬＥＤを点灯できるため、図１１のような単一の方形波のみでのＯＮデューティに比べ、ＬＥＤの利用効率を改善できる。しかしながらこの方法では、入力波形の電圧値を検出した結果に基づき、並列に各ＬＥＤブロックの切り替えるためにマイクロコンピュータを使用しており、高度な制御が可能となる反面、回路構成が高価となり、安価な照明装置には不向きである。
【００１０】
一方、図１４の回路図に示すようにマイクロコンピュータを使用せず、ツェナーダイオードと抵抗で電圧を検出する構成も提案されている。この図に示す回路は、ＬＥＤブロック９１、９２、９３の接続切り替えを、ツェナーダイオード９４と抵抗９５で分圧された電圧値に基づいて、整流波形の入力電圧の電圧値に応じて行っており、段階的にＶｆの合計値を変化させる結果、図１５の電圧波形に示すように、整流波形に対して複数の方形波でＬＥＤを点灯できる。この構成は、図１２の回路構成に比べ安価に構築できる利点がある。
【００１１】
しかしながら上記の方法ではいずれも、整流された入力電圧に応じてＬＥＤブロック間の点灯を切り替える構成のため、この切り替え電圧値を、各段のＬＥＤブロックのＶｆ値（設定電流時）と正確に一致させる必要がある。ところでＬＥＤ素子は一般に特性のばらつきがあり、Ｖｆや温度特性が素子毎に異なるため、現実にはこのような正確な調整は極めて困難となる。特に図１３に示すように、各ＬＥＤブロックは複数のＬＥＤ素子を相互に直列に接続する必要があるため、各素子毎のＶｆのばらつきが逐次加算される結果、ＬＥＤブロック全体のＶｆ電圧値のばらつきも一層大きくなってしまう。一方、ばらつきを抑えるよう予め選別されたＬＥＤ素子のみを使用することも考えられるが、この場合はＬＥＤ素子のコストが上昇する上歩留まりも悪化する。特に照明装置では多数のＬＥＤ素子を使用する一方で、ＬＥＤ照明装置普及のためコスト削減の要求も強いため、このような選択は現実的でない。
【００１２】
このため、各ＬＥＤブロックのＶｆが所望値からずれる結果、もしＶｆ値が切り替え電圧値よりも高くなると、切り替え直後に電流が流れず、ＬＥＤを点灯できなくなり、ノイズの発生や力率低下を招来する。逆にＬＥＤのＶｆが切り替え電圧値よりも低くなると、その分の電力が定電流回路にて無駄に消費されることとなる。このため、ＬＥＤ素子のばらつきによって所望の動作の実現が困難となる結果、点灯切り替えの遅れや効率の低下を生じ、現実にはＬＥＤ点灯の品質及び信頼性の面で実現困難な面があった。
【００１３】
さらに、上記方法ではＬＥＤブロックの切り替えにより複数の方形波でＬＥＤをＯＮさせることが可能となるものの、図１５の斜線で示すように消費されない電力が残るため、依然として効率が悪いという欠点もある。特に最も電圧の高い領域で、本来であればＬＥＤを最も明るく発光可能な領域を有効活用できないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００６−１４７９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、高い電源効率を維持しつつ、ＬＥＤ利用効率及び力率を改善することに加え、使用するＬＥＤ素子毎の順方向電圧Ｖｆや温度特性のばらつきを吸収して、安定して動作可能な発光ダイオード駆動回路及び発光ダイオードの点灯制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１６】
以上の目的を達成するために、第１の側面に係る発光ダイオード駆動装置によれば、交流電源に接続可能で、該交流電源の交流電圧を整流した脈流電圧を得るための整流回路２と、前記整流回路２の出力側と直列に順に接続される、複数の発光ダイオードからなる第一ＬＥＤブロック１１と、複数の発光ダイオードからなる第二ＬＥＤブロック１２と、複数の発光ダイオードからなる第三ＬＥＤブロック１３と、前記第一ＬＥＤブロック１１の通電量に基づいて、前記第二ＬＥＤブロック１２をバイパスする第一バイパス経路ＢＰ１のＯＮ／ＯＦＦを切り替える第一切り替え手段と、前記第一ＬＥＤブロック１１及び前記第二ＬＥＤブロック１２の通電量に基づいて、前記第三ＬＥＤブロック１３をバイパスする第二バイパス経路ＢＰ２のＯＮ／ＯＦＦを切り替える第二切り替え手段とを備えることができる。これにより、ＬＥＤブロックへの通電量に基づいて各ＬＥＤブロックへの通電量を切り替えることができるので、脈流電圧の変化によらず電力を効率よく利用してＬＥＤ利用効率及び力率を向上できる。
【００１７】
また、第２の側面に係る発光ダイオード駆動装置によれば、前記第一切り替え手段が、前記第二ＬＥＤブロック１２と並列に接続され、前記第一ＬＥＤブロック１１への通電量を制限するための第一電流制御手段２１と、前記第一電流制御手段２１による前記第一ＬＥＤブロック１１への通電制限量を制御するための第一電流検出制御手段３１と、前記第一ＬＥＤブロック１１と直列に接続され、前記第一ＬＥＤブロック１１の通電量を検出する第一電流検出手段４Ｂと、を有し、前記第二切り替え手段が、前記第三ＬＥＤブロック１３と並列に接続され、前記第一ＬＥＤブロック１１及び前記第二ＬＥＤブロック１２への通電量を制限するための第二電流制御手段２２と、前記第二電流制御手段２２による前記第一ＬＥＤブロック１１及び第二ＬＥＤブロック１２への通電制限量を制御するための第二電流検出制御手段３２と、前記第二ＬＥＤブロック１２と直列に接続され、前記第二ＬＥＤブロック１２の通電量を検出する第二電流検出手段４Ｃとを有することができる。これにより、電流制御手段及び電流検出制御手段によりＬＥＤブロックへの通電量、すなわち点灯／消灯を切り替えることができるので、脈流電圧の変化によらず電力を効率よく利用してＬＥＤ利用効率及び力率を向上できる。
【００１８】
さらに、第３の側面に係る発光ダイオード駆動装置によれば、前記第一電流検出手段４Ｂと第二電流検出手段４Ｃとを共通にすることができる。これにより、第一、第二電流検出制御手段は共通の通電量に基づいて各々ＬＥＤブロックや電流制御手段への通電量を制御できるため、専用の電流検出手段を個別に設ける必要がなく、回路構成を簡素化できる利点が得られる。
【００１９】
さらにまた、第４の側面に係る発光ダイオード駆動装置によれば、交流電源に接続可能で、該交流電源の交流電圧を整流した脈流電圧を得るための整流回路と、前記整流回路の出力側と直列に接続される、複数の発光ダイオードからなる第一ＬＥＤブロックと、前記第一ＬＥＤブロックと直列に接続される、複数の発光ダイオードからなる第二ＬＥＤブロックと、前記第二ＬＥＤブロックと直列に接続される、複数の発光ダイオードからなる第三ＬＥＤブロックと、前記第三ＬＥＤブロックと直列に接続される電流制限手段と、前記第二ＬＥＤブロックと並列に接続される、前記第一ＬＥＤブロックへの通電量を制限するための第一電流制御手段と、前記第一ＬＥＤブロックへの通電量、及び前記第三ＬＥＤブロックと並列に接続される、前記第二ＬＥＤブロックへの通電量を制限するための第二電流制御手段と、前記第一ＬＥＤブロックへの通電量、前記第二ＬＥＤブロックへの通電量、及び前記電流制限手段と並列に接続される、前記第三ＬＥＤブロックへの通電量を制限するための第三電流制御手段と、前記第一電流制御手段による前記第一ＬＥＤブロックへの通電制限量を制御するための第一電流検出制御手段と、前記第二電流制御手段による前記第一ＬＥＤブロック及び第二ＬＥＤブロックへの通電制限量を制御するための第二電流検出制御手段と、前記第一ＬＥＤブロック、第二ＬＥＤブロック及び第三電流制御手段による第三ＬＥＤブロックへの通電制限量を制御するための第三電流検出制御手段とを備えることができる。これにより、ＬＥＤブロックへの通電量に基づいて各ＬＥＤブロックへの通電量、すなわち点灯／消灯を切り替えることができるので、脈流電圧の変化によらず電力を効率よく利用してＬＥＤ利用効率及び力率を向上できる。また、電流制御によってＬＥＤの点灯を制御するため、ＬＥＤ素子毎の順方向電圧Ｖｆや温度特性のばらつきに依存しない、最適な動作が実現できる。さらに、複雑な制御を要せず回路構成をシンプルにでき、安価で信頼性の高いＬＥＤ駆動装置を得ることができる。加えて、ノイズの発生を抑制できる効果も得られる。
【００２０】
さらにまた、第５の側面に係る発光ダイオード駆動装置によれば、前記第一電流制御手段による前記第一ＬＥＤブロックへの通電制限量が、前記第二電流制御手段による前記第一ＬＥＤブロック及び第二ＬＥＤブロックへの通電制限量よりも小さく、前記第二電流制御手段による前記第一ＬＥＤブロック及び第二ＬＥＤブロックへの通電制限量が、前記第三電流制御手段による前記第一ＬＥＤブロック、第二ＬＥＤブロック及び第三ＬＥＤブロックへの通電制限量よりも小さくなるよう設定できる。これにより、第一ＬＥＤブロックがＯＮされた後、第二ＬＥＤブロックを先にＯＮに切り替えた後に、第三ＬＥＤブロックをＯＮに切り替えるよう、順次ＬＥＤブロックの点灯を遷移させることができる。加えて、ＬＥＤブロックを流れる電流値を、点灯時間の長いＬＥＤブロック程低く抑えることができるので、発熱量を抑制して発光ダイオード素子のライフ特性を改善できる利点も得られる。
【００２１】
さらにまた第６の側面に係る発光ダイオード駆動装置によれば、さらに前記電流制限手段とアースとの間に接続される電流検出手段を備え、前記第一電流検出制御手段、第二電流検出制御手段、第三電流検出制御手段が、前記電流検出手段の通電量に基づいて、各々前記第一ＬＥＤブロック、第二ＬＥＤブロック、第三ＬＥＤブロックへの通電量の制限を行うことができる。これにより、各電流検出制御手段は共通の通電量に基づいて各々ＬＥＤブロックや電流制御手段への通電量を制御できるため、専用の電流検出手段を個別に設ける必要がなく、回路構成を簡素化できる利点が得られる。
【００２２】
さらにまた第７の側面に係る発光ダイオード駆動装置によれば、さらに前記整流回路の出力側とアースとの間に接続されたコンデンサを備えることができる。これにより、脈流電圧の低い領域で発光ダイオードがすべて消灯するいわゆるストロボ現象を回避できる。
【００２３】
さらにまた第８の側面に係る発光ダイオードの点灯制御方法によれば、交流電源を整流した脈流電圧を得る工程と、該脈流電圧を、相互に直列に接続された、複数の発光ダイオードを相互に直列に接続した第一ＬＥＤブロックと、第二ＬＥＤブロックと、第三ＬＥＤブロックとに印加する工程と、前記第二ＬＥＤブロックと並列に接続されて該第二ＬＥＤブロックをバイパスする第一バイパス経路をＯＮ／ＯＦＦ可能な第一電流制御手段が、前記第一ＬＥＤブロックの通電量に基づき、該通電量が所定値以下の場合は第一バイパス経路をＯＮとし、該通電量が所定値を超えると第一バイパス経路をＯＦＦに切り替える工程と、前記第一バイパス経路がＯＦＦに切り替えられて前記第二ＬＥＤブロックが通電された状態において、前記第三ＬＥＤブロックと並列に接続されて該第三ＬＥＤブロックをバイパスする第二バイパス経路をＯＮ／ＯＦＦ可能な第二電流制御手段が、前記第二ＬＥＤブロックの通電量に基づき、該通電量が所定値以下の場合は第二バイパス経路をＯＮとし、該通電量が所定値を超えると第二バイパス経路をＯＦＦに切り替える工程とを含むことができる。これにより、ＬＥＤブロックへの通電量に基づいて各ＬＥＤブロックへの通電量、すなわち点灯／消灯を切り替えることができるので、脈流電圧の変化によらず電力を効率よく利用してＬＥＤ利用効率及び力率を向上できる。さらに、電流制御によってＬＥＤの点灯を制御するため、ＬＥＤ素子毎の順方向電圧Ｖｆや温度特性のばらつきに依存しない、最適な動作が実現できる。さらに、複雑な制御を要せず回路構成をシンプルにでき、安価で信頼性の高いＬＥＤ駆動装置を得ることができる。加えて、ノイズの発生を抑制できる効果も得られる。
【００２４】
さらにまた第９の側面に係る発光ダイオードの点灯制御方法によれば、さらに前記第二バイパス経路がＯＦＦに切り替えられて前記第三ＬＥＤブロックが通電された状態において、前記第三ＬＥＤブロックと直列に接続された電流制限手段と並列に接続されて、該電流制限手段をバイパスする第三バイパス経路をＯＮ／ＯＦＦ可能な第三電流制御手段が、前記第三ＬＥＤブロックの通電量に基づき、該通電量が所定値以下の場合は第三バイパス経路をＯＮとし、該通電量が所定値を超えると第三バイパス経路をＯＦＦに切り替える工程を含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施の形態１に係る発光ダイオード駆動装置を示すブロック図である。
【図２】実施例１に係る発光ダイオード駆動装置を示す回路図である。
【図３】脈流電圧を図２の回路に入力した場合の電流波形を示すグラフである。
【図４】実施例２に係る発光ダイオード駆動装置の電流波形を示すグラフである。を示す回路図である。
【図５】実施例３に係る発光ダイオード駆動装置を示す回路図である。
【図６】実施例４に係る発光ダイオード駆動装置を示す回路図である。
【図７】実施例５に係る発光ダイオード駆動装置を示す回路図である。
【図８】従来のＬＥＤ駆動回路を示すブロック図である。
【図９】従来の他のＬＥＤ駆動回路を示すブロック図である。
【図１０】交流電圧を整流した脈流電圧の波形を示すグラフである。
【図１１】全波整流電源によるＬＥＤ駆動電圧を示すグラフである。
【図１２】マイクロコンピュータを使用したＬＥＤ点灯回路例を示す回路図である。
【図１３】図１２のＬＥＤ点灯回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図１４】マイクロコンピュータを使用しないＬＥＤ点灯回路例を示す回路図である。
【図１５】図１４のＬＥＤ点灯回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図１６】フィルムコンデンサを用いた発光ダイオード駆動装置を示す回路図である。
【図１７】図１６の回路における入力電圧波形を示すグラフである。
【図１８】図１６の回路による光束の時間変化を示すグラフである。
【図１９】実施例６に係る発光ダイオード駆動装置を示す回路図である。
【図２０】図１９の回路における入力電圧波形を示すグラフである。
【図２１】図１９の回路による光束の時間変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光ダイオード駆動装置及び発光ダイオードの点灯制御方法を例示するものであって、本発明は発光ダイオード駆動装置及び発光ダイオードの点灯制御方法を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
【００２７】
図１に、実施の形態に係る発光ダイオード駆動装置のブロック図を示す。この図に示す発光ダイオード駆動装置１００は、交流電源ＡＰに接続されて、交流電圧を整流した脈流電圧を得るための整流回路２と、複数のＬＥＤブロックで構成されたＬＥＤブロック群１と、電流制限手段３と、電流検出手段４とを、各々直列に接続している。ここではＬＥＤブロックを３つ使用しており、第一ＬＥＤブロック１１、第二ＬＥＤブロック１２、第三ＬＥＤブロック１３を直列に接続してＬＥＤブロック群１を構成している。なお本明細書において要素を「直列」に接続するとは、特に規定しない限り接続の順序を問わず、また間に追加の要素を介在させる形態も、直列の接続形態が維持されている限り含むことは言うまでもない。例えば第一ＬＥＤブロック１１、第二ＬＥＤブロック１２、第三ＬＥＤブロック１３、電流制限手段３、電流検出手段４の順に接続する他、第一ＬＥＤブロック１１、第二ＬＥＤブロック１２、電流検出手段４、第三ＬＥＤブロック１３、電流制限手段３の順に接続してもよい。
【００２８】
また第二ＬＥＤブロック１２、第三ＬＥＤブロック１３、電流制限手段３には、各々両端に通電量を制限するための電流制御手段が接続される。各電流制御手段は、それぞれＬＥＤブロック又は電流制限手段３に対して並列に設けられているため、通電量を調整するバイパス経路を構成する。すなわち各電流制御手段によってバイパスされる電流量を調整できるので、結果的に各ＬＥＤブロックの通電量を制限できる。図１の例では、第二ＬＥＤブロック１２と並列に第一電流制御手段２１が接続され、第一バイパス経路ＢＰ１を形成する。また第三ＬＥＤブロック１３と並列に第二電流制御手段２２が接続され、第二バイパス経路ＢＰ２を形成する。さらに電流制限手段３と並列に第三電流制御手段２３が接続され、第三バイパス経路ＢＰ３を形成する。
【００２９】
なお電流制限手段３は、図１の例では抵抗器であるＬＥＤ電流制限抵抗を使用しており、ＬＥＤの保護抵抗として機能する。また電流検出手段４も抵抗器が使用でき、この電流検出手段４でＬＥＤブロックを直列接続したＬＥＤブロック群１に通電される電流を電圧降下などによる検出することによって、ＬＥＤブロックを構成するＬＥＤ素子の定電流駆動を行う。また定電流駆動を行うため、定電流回路の制御用に電流検出制御手段が設けられる。この回路例では電流制御手段と電流検出制御手段で、一種の定電流回路が構成される。
【００３０】
電流検出制御手段は電流制御手段と接続されており、電流制御手段のＯＮ／ＯＦＦや電流量連続可変といった動作を制御する。具体的には、第一電流制御手段２１の動作を制御する第一電流検出制御手段３１と、第二電流制御手段２２の動作を制御する第二電流検出制御手段３２と、第三電流制御手段２３の動作を制御する第三電流検出制御手段３３とが設けられる。各電流検出制御手段は、ＬＥＤの電流量をモニタし、その値に基づいて電流制御手段の制御量を切り替える。
【００３１】
ＬＥＤブロックは、複数のＬＥＤ素子を直列及び／又は並列に接続したブロックである。ＬＥＤ素子は、表面実装型（ＳＭＤ）や砲弾型のＬＥＤが適宜利用できる。またＳＭＤタイプのＬＥＤ素子のパッケージは、用途に応じて外形を選択でき、平面視が矩形状のタイプ等が利用できる。さらに、複数のＬＥＤ素子をパッケージ内で直列及び／又は並列に接続したＬＥＤをＬＥＤブロックとして使用することも可能であることは言うまでもない。
【００３２】
各ＬＥＤブロックに含まれるＬＥＤ素子の順方向電圧の加算値である小計順方向電圧は、直列接続されたＬＥＤ素子の個数によって決まる。例えば順方向電圧３．６ＶのＬＥＤ素子を８個使用する場合の小計順方向電圧は、３．６×８＝２８．８Ｖとなる。ただし、ＬＥＤ素子は個体毎に特性のばらつきがあるため、その加算値である小計順方向電圧も一般に一定しない。このためＬＥＤブロック毎の小計順方向電圧も、ばらつきがある。
【００３３】
この発光ダイオード駆動装置１００は、電流検出手段４が検出した電流値に基づいて各ＬＥＤブロックに対する通電のＯＮ／定電流制御／ＯＦＦを切り替える。いいかえると、整流電圧の電圧値でなく、現実に通電される電流量に基づいた電流制御であるため、ＬＥＤ素子の順方向電圧のばらつきに左右されず、適切なタイミングで正確なＬＥＤブロックの切り替えが実現され、信頼性の高い安定した動作が見込まれる。
【００３４】
具体的に図１の例では、第一電流検出制御手段３１が第一ＬＥＤブロック１１の通電量に基づいて、第一電流制御手段２１による第一ＬＥＤブロック１１への通電制限量を制御する。具体的には、通電量が予め設定された第一基準電流値よりも高いときに第二ＬＥＤブロック１２をＯＮにし、定電流動作に入り、低いときにＯＦＦに、各々切り替える。さらに第二電流検出制御手段３２が第二ＬＥＤブロック１２の通電量に基づいて、第二電流制御手段２２による第二ＬＥＤブロック１２への通電制限量を制御するよう、予め設定された第二基準電流値で第二ＬＥＤブロック１２のＯＮ／定電流制御／ＯＦＦを切り替える。同様に第三電流検出制御手段３３も、第三ＬＥＤブロック１３の通電量に基づいて、第三電流制御手段２３による第三ＬＥＤブロック１３への通電制限量を制御するよう、予め設定された第三基準電流値で第三ＬＥＤブロック１３への通電ＯＮ／定電流制御／ＯＦＦを切り替える。
【００３５】
ここで、第一基準電流値＜第二基準電流値＜第三基準電流値となるよう設定することで、第一ＬＥＤブロック１１から第二ＬＥＤブロック１２、第三ＬＥＤブロック１３、電流制限手段３への順で、ＯＮ／定電流制御／ＯＦＦを順次切り替えることができる。
【００３６】
以上のように発光ダイオード駆動装置は、家庭用電源などの交流電源を用いて、その交流を全波整流した後に得られる周期的に変化する脈流電圧に合わせて、直列に配置されたＬＥＤ素子を適切な個数だけ点灯させるように構成した複数の定電流回路を備えており、各定電流回路を各々適切に動作させるように複数のＬＥＤ電流検出回路を動作させることができる。
【００３７】
このように発光ダイオード駆動装置は、第１の電流値で第１ＬＥＤブロック１１を通電させ、第１の電流値よりも大きい第２の電流値で第１ＬＥＤブロック１１及び第２ＬＥＤブロック１２を通電させ、さらに第２の電流値よりも大きい第３の電流値で第１ＬＥＤブロック１１、第２ＬＥＤブロック１２、第３ＬＥＤブロック１３を通電させる。特に各ＬＥＤブロックへの通電量を定電流制御によって制限することで、電流量に応じてＬＥＤブロックのＯＮ／定電流制御／ＯＦＦを切り替えることができ、脈流電圧に対して効率よくＬＥＤを点灯駆動できる。
【００３８】
なおＬＥＤブロックはそれぞれ、複数の発光ダイオード素子を相互に直列に接続して構成できる。これにより、脈流電圧を複数の発光ダイオード素子で効果的に分圧できる上、発光ダイオード素子毎の順方向電圧Ｖｆや温度特性のばらつきをある程度吸収してブロック単位での制御を均一化できる。ただ、ＬＥＤブロックの数や各ＬＥＤブロックを構成する発光ダイオード素子数等は、要求される明るさや入力電圧等によって任意に設定でき、例えばＬＥＤブロックを一の発光ダイオード素子で構成したり、ＬＥＤブロックの数を多くしてより細かな制御を行うこと、あるいは逆にＬＥＤブロックを２つのみとして制御をシンプルにすることも可能であることは言うまでもない。
（実施例１）
【００３９】
次に、図１の構成を半導体素子を用いて実現した具体的な回路の構成例を、実施例１として図２に示す。この図に示す発光ダイオード駆動装置２００では、交流電源ＡＰに接続された整流回路２としてダイオードブリッジが用いられる。また交流電源ＡＰと整流回路２との間には、保護抵抗１７が設けられる。さらに整流回路２の出力側には、バイパスコンデンサ１９が接続される。
（交流電源ＡＰ）
【００４０】
交流電源ＡＰは、１００Ｖの商用電源が好適に利用できる。この商用電源の１００Ｖは実効値であり、全波整流された整流波形の最大電圧は約１４１Ｖとなる。
（ＬＥＤブロック）
【００４１】
各ＬＥＤブロックは、相互に直列に接続すると共に、複数のブロックに分け、ブロック同士の境界からは端子を引き出して、電流制御手段と接続している。図２の例では、第一ＬＥＤブロック１１、第二ＬＥＤブロック１２、第三ＬＥＤブロック１３の３つのグループでＬＥＤブロック群１を構成している。なお各ＬＥＤブロックを、図２では一のＬＥＤで表示しているが、各ＬＥＤブロックは複数の発光ダイオードを直列接続して構成している。各ＬＥＤブロックの発光ダイオード接続数、あるいはＬＥＤブロックの接続数は、順方向電圧の加算値、すなわち直列接続されたＬＥＤ素子の総数と、使用する電源電圧とで決定される。例えば商用電源を使用する場合は、各ＬＥＤブロックのＶｆの合計である合計順方向電圧Ｖfallが、１４１Ｖ程度、またはそれ以下となるように設定される。
【００４２】
なお図２の例では、３つのＬＥＤブロックのＶｆを同一となるように設計している。ただこの例に限られず、ＬＥＤブロック数を２、あるいは４以上としてもよい。さらに各ＬＥＤブロックのＶｆは同一でなくても良い。
（電流制御手段）
【００４３】
電流制御手段は、各ＬＥＤブロックに対応して、定電流駆動するための部材である。このような電流制御手段としては、トランジスタなどのスイッチング素子で構成される。特にＦＥＴは、ソース−ドレイン間飽和電圧がほぼゼロであるため、ＬＥＤブロックへの通電量を阻害することがなく好ましい。ただ、電流制御手段はＦＥＴに限定されるものでなく、バイポーラトランジスタやコンパレータ、オペアンプ、可変抵抗等でも構成可能であるのはいうまでもない。
【００４４】
図２の例では、電流制御手段を構成するＬＥＤ電流制御トランジスタとして、ＦＥＴを使用している。このＦＥＴには、ゲート端子とソース端子間に、各々ゲート保護ツェナーダイオードが接続される。具体的には、第一ＬＥＤ電流制御トランジスタ２１Ａのゲート−ソース間には、第一ゲート保護ツェナーダイオード２４が、第二ＬＥＤ電流制御トランジスタ２２Ａのゲート−ソース間には、第二ゲート保護ツェナーダイオード２５が、第三ＬＥＤ電流制御トランジスタ２３Ａのゲート−ソース間には、第三ゲート保護ツェナーダイオード２６が、各々接続される。
【００４５】
また各ＬＥＤ電流制御トランジスタのゲート端子には、各々ゲート抵抗が接続される。具体的には、第一ＬＥＤ電流制御トランジスタ２１Ａのゲート端子には、第一ゲート抵抗２７が、第二ＬＥＤ電流制御トランジスタ２２Ａのゲート端子には、第二ゲート抵抗２８が、第三ＬＥＤ電流制御トランジスタ２３Ａのゲート端子には、第三ゲート抵抗２９が、各々接続される。これら各ＬＥＤ電流制御トランジスタは、それぞれ組み合わされている電流検出トランジスタのコレクタ電圧により制御される。
【００４６】
なお、第一ＬＥＤ電流制御トランジスタ２１Ａや第二ＬＥＤ電流制御トランジスタ２２Ａを用いて、ＬＥＤブロック単位でＯＮ／ＯＦＦの切り替えを制御する構成では、各段のＬＥＤ電流制御トランジスタを構成するＦＥＴ等の制御用半導体素子が各々ＬＥＤブロックの両端に接続されているため、制御用半導体素子の耐圧はＬＥＤブロックの小計順方向電圧にて保護されることとなる。このため、耐圧の低い小型の半導体素子を使用できる利点が得られる。
（電流検出制御手段）
【００４７】
電流検出制御手段は、ＬＥＤブロックと対応する電流制御手段が、適切なタイミングで定電流駆動を行うよう制御する部材である。電流検出制御手段としても、トランジスタなどのスイッチング素子が利用できる。特にバイポーラトランジスタは、電流量の検出に好適に利用できる。この例では第一電流検出制御手段３１は第一電流検出トランジスタ３１Ａ、第二電流検出制御手段３２は第二電流検出トランジスタ３２Ａ、第三電流検出制御手段３３は第三電流検出トランジスタ３３Ａで、各々構成される。なお電流検出制御手段も、バイポーラトランジスタに限定されるものでなく、ＭＯＳＦＥＴ、コンパレータ、オペアンプ、可変抵抗等でも構成可能であるのはいうまでもない。
【００４８】
図２の例では、電流検出制御手段を電流検出トランジスタで構成している。各電流検出トランジスタは、各々ＬＥＤ電流制御トランジスタの動作を制御する。すなわち、各電流検出トランジスタがＯＮ／定電流制御／ＯＦＦすることで、ＬＥＤ電流制御トランジスタをＯＦＦ／定電流制御／ＯＮに切り替える。
【００４９】
一方、電流検出手段４を構成するＬＥＤ電流検出抵抗４Ａは、各電流検出トランジスタのベース端子とベース抵抗を介して接続される。具体的には第一電流検出トランジスタ３１Ａのベース端子には、第一ベース抵抗４１が、第二電流検出トランジスタ３２Ａのベース端子には第二ベース抵抗４２が、第三電流検出トランジスタ３３Ａのベース端子には第三ベース抵抗４３が、各々ＬＥＤ電流検出抵抗４Ａとの間に接続されている。
【００５０】
また第二電流検出トランジスタ３２Ａのベース端子とアース間には、第二ベース分圧抵抗３４が、さらに第三電流検出トランジスタ３３Ａのベース端子とアース間には、第三ベース分圧抵抗３５が、各々接続されている。これら第二、第三電流検出トランジスタの動作は、ベース電流すなわちベース抵抗及びベース分圧抵抗により設定される。なお本明細書においてアースとは、所謂グランドへの接地に限られず、仮想接地点を含むことはいうまでもない。例えば、照明装置の金属製ケースを仮想接地点として利用する。
【００５１】
各ベース抵抗、ベース分圧抵抗及びＬＥＤ電流検出抵抗４Ａの抵抗値は、各電流検出トランジスタのＯＮ／ＯＦＦをどの電流のタイミングで行うかを規定する。ここでは、第一電流検出トランジスタ３１Ａ、第二電流検出トランジスタ３２Ａ、第三電流検出トランジスタ３３Ａの順でＯＮされるよう、各ベース抵抗及びベース分圧抵抗の抵抗値が設定されている。
（基準電流値）
【００５２】
ここでは、第一電流検出トランジスタ３１Ａが第一ＬＥＤ電流制御トランジスタ２１ＡをＯＮからＯＦＦに切り替える第一基準電流値を、第二電流検出トランジスタ３２Ａが第二ＬＥＤ電流制御トランジスタ２２ＡをＯＮからＯＦＦに切り替える第二基準電流値よりも低く設定する。また第三電流検出トランジスタ３３Ａが第三ＬＥＤ電流制御トランジスタ２３ＡをＯＮからＯＦＦに切り替える第三基準電流値を、第二基準電流値よりも高く設定する。このように第一基準電流値＜第二基準電流値＜第三基準電流値と設定することで、上述の通り第一ＬＥＤブロック１１、第二ＬＥＤブロック１２、第三ＬＥＤブロック１３、電流制限手段３であるＬＥＤ電流制限抵抗３Ａへの順で、ＯＦＦからＯＮに切り替えると共に、ＯＮからＯＦＦの際は逆順となる。
【００５３】
なおこの例では、各ＬＥＤブロック及び電流制限手段３が直列に接続されているため、これらを流れる電流量は一致する。よって、これらと直列接続された電流検出手段４であるＬＥＤ電流検出抵抗４Ａの通電量に基づいて、各段のＬＥＤ電流制御トランジスタのＯＮ／ＯＦＦ切り替えを実行する。
【００５４】
さらに各電流検出トランジスタのコレクタ端子には、各々トランジスタ負荷抵抗が接続される。具体的には、第一電流検出トランジスタ３１Ａのコレクタ端子には第一トランジスタ負荷抵抗３６が、第二電流検出トランジスタ３２Ａのコレクタ端子には第二トランジスタ負荷抵抗３７が、第三電流検出トランジスタ３３Ａのコレクタ端子には第三トランジスタ負荷抵抗３８が、各々接続される。これらトランジスタ負荷抵抗３６、３７、３８は、脈流電圧が第一ＬＥＤブロック１１の小計順方向電圧ＶfB1付近まで上昇するまでには、各ＬＥＤ電流制御トランジスタ２１Ａ、２２Ａ、２３ＡＯＮとなるように、その抵抗値が設定される。
（動作説明）
【００５５】
この発光ダイオード駆動装置２００は、電源効率９０％以上を維持しつつ、ＬＥＤ利用効率及び力率を改善し、しかも半導体素子を主体とする回路で構成できるので、ＬＥＤ利用環境下で小型、耐熱性に優れた装置を実現することができる。以下、図２の回路例において、図１０の脈流電圧を入力する場合の電流検出制御手段及び電流制御手段の動作を、図３の電流波形を参照しながら説明する。ＬＥＤブロック群１に印加される入力電圧は、商用電源の交流を整流回路２で整流した図１０の脈流電圧となる。ここで、１周期分の動作について検討する。まず電圧が０Ｖから第一ＬＥＤブロック１１の小計順方向電圧ＶfB1まで上昇する間は、第一ＬＥＤブロック１１によって電流は阻止される。したがって図３に示すように、電流が流れない区間が生じる。上述した順方向電圧３．６ＶのＬＥＤ素子を８個使用する場合、小計順方向電圧ＶfB1は３．６×８＝２８．８Ｖとなるので、脈流電圧が０Ｖ〜２８．８Ｖの間は通電しない。
【００５６】
次に脈流電圧が第一ＬＥＤブロック１１の小計順方向電圧ＶfB1付近まで上昇すると、図２の回路図における第一ＬＥＤ電流制御トランジスタ２１Ａ、第二ＬＥＤ電流制御トランジスタ２２Ａ、第三ＬＥＤ電流制御トランジスタ２３Ａは全てＯＮとなっているので、第一バイパス経路ＢＰ１、第二バイパス経路ＢＰ２、第三バイパス経路ＢＰ３はすべて開通される。この結果、電流が第一ＬＥＤブロック１１→第一ＬＥＤ電流制御トランジスタ２１Ａ→第二ＬＥＤ電流制御トランジスタ２２Ａ→第三ＬＥＤ電流制御トランジスタ２３Ａ→電流検出抵抗４０の経路で流れ始める。脈流電圧の上昇に伴って、第一ＬＥＤブロック１１を流れる電流も増えるので、図３に示すように電流量は徐々に増加する。さらに電流量の増加に伴い、第一ＬＥＤブロック１１から第一バイパス経路ＢＰ１、第二バイパス経路ＢＰ２、第三バイパス経路ＢＰ３を通じてＬＥＤ電流検出抵抗４Ａに流れる電流量も上昇する。
【００５７】
さらに脈流電圧が上がり、ＬＥＤ電流検出抵抗４Ａで設定された電流に達すると、第一ベース抵抗４１を通じてベース端子と接続された第一電流検出トランジスタ３１ＡがＯＮとなり、通電を開始する。脈流電圧の上昇と共に第一電流検出トランジスタ３１Ａのコレクタ電流が徐々に増加される結果、第一トランジスタ負荷抵抗３６の電圧降下が大きくなり第一電流検出トランジスタのコレクタ電圧が下がる。このため、第一ＬＥＤ電流制御トランジスタ２１Ａのゲート電圧が低下して、ＯＮからＯＦＦに切り替わる。この結果、第一バイパス経路ＢＰ１が遮断されて第二ＬＥＤブロック１２への通電が開始される。この際、第一電流制御トランジスタ２１ＡがＯＮからＯＦＦに切り替わる遷移期間、すなわち脈流電圧が第一ＬＥＤブロック１１と第二ＬＥＤブロック１２の小計順方向電圧ＶfB1＋ＶfB2に達するまでの間は、第二ＬＥＤブロック１２は点灯されず、第一ＬＥＤブロック１１は定電流駆動される。この結果、図３におけるＩ−１のレベルとなる。
【００５８】
この状態で脈流電圧が上昇し続けて第一ＬＥＤブロック１１と第二ＬＥＤブロック１２の小計順方向電圧ＶfB1＋ＶfB2に達すると、第二ＬＥＤブロック１２の点灯が開始され、図３に示すように電流値の上昇が再開される。そして徐々に電流が増加し、ＬＥＤ電流検出抵抗４Ａに流れる電流量も上昇する結果、第二ベース抵抗４２と第二ベース分圧抵抗３４で設定された電流値に達すると、第二電流検出トランジスタ３２Ａが動作を開始する。この結果、第二電流検出トランジスタ３２Ａのコレクタ電流が徐々に増加される結果、第二トランジスタ負荷抵抗３７の電圧降下が増大する。これにより第二ＬＥＤ電流制御トランジスタ２２Ａのゲート電圧が低下して、ＯＮからＯＦＦに切り替わり、第二バイパス経路ＢＰ２が遮断されて第三ＬＥＤブロック１３への通電が開始される。この際、脈流電圧が第一ＬＥＤブロック１１〜第三ＬＥＤブロック１３の小計順方向電圧ＶfB1＋ＶfB2＋ＶfB3に達するまでの間は、第三ＬＥＤブロック１３は点灯されず、第二ＬＥＤブロック１２は定電流駆動される。この結果、図３におけるＩ−２のレベルとなる。
【００５９】
同様に第三ＬＥＤブロック１３に対しても、ＯＮ／ＯＦＦの切り替えと定電流駆動が行われる。すなわち、脈流電圧が第一ＬＥＤブロック１１〜第三ＬＥＤブロック１３の小計順方向電圧ＶfB1＋ＶfB2＋ＶfB3に達すると、第三ＬＥＤブロック１３の点灯が開始されて、図３に示すように電流値の上昇が再開される。そしてＬＥＤ電流検出抵抗４Ａに流れる電流量が上昇し、第三ベース抵抗４３と第三ベース分圧抵抗３５で設定された電流値に達すると、第三電流検出トランジスタ３３Ａが動作を開始する。そして第三電流検出トランジスタ３３Ａのコレクタ電流が徐々に増加され、第三トランジスタ負荷抵抗３８の電圧降下が増大する。これにより第三ＬＥＤ電流制御トランジスタ２３Ａのゲート電圧が低下して、ＯＮからＯＦＦに切り替わり、第三バイパス経路ＢＰ３が遮断されてＬＥＤ電流制限抵抗３Ａへの通電が開始される。この際、脈流電圧が第一ＬＥＤブロック１１〜ＬＥＤ電流制限抵抗３Ａの電圧ＶfB1＋ＶfB2＋ＶfB3＋Ｖ3A達するまでの間は、ＬＥＤ電流制限抵抗３Ａは通電されず、第三ＬＥＤブロック１３は定電流駆動される。この結果、図３におけるＩ−３のレベルが実現される。
【００６０】
また脈流電圧が最大電圧となる付近では、すべてのＬＥＤ電流制御トランジスタ２１Ａ、２２Ａ、２３Ａは完全にＯＦＦとなり、ＬＥＤ電流制限抵抗３ＡとＬＥＤ電流検出抵抗４Ａを通して、すべてのＬＥＤに電流が流れる。これにより、最大電圧付近の電力を有効に利用できる。ただ、最終段の電流制御手段については必ずしもＯＦＦさせる必要はなく、例えばＬＥＤ電流制御トランジスタ２３ＡをＯＮさせたままでも、すべてのＬＥＤに電流が通電できる。この場合、ＬＥＤ電流制御トランジスタ２３ＡをＯＦＦしないことで、入力電圧のピーク部分で定電流制御をかけて電流値を制限することも可能である。
【００６１】
なお脈流電圧が最大電圧１４１Ｖに達すると、電圧値が減少に転じ、上記と逆の動作パターンを示す。さらに脈流電圧が最小電圧である０Ｖに達した後は、再び上昇に転じるため、上記動作が繰り返される。
【００６２】
このように、ＬＥＤ電流検出抵抗４Ａと電流検出トランジスタのベース分圧抵抗の設定により、定電流駆動するレベルを自由に設定できる。また上記回路例では、コイルや大容量コンデンサを使用しないことで、小型、安価、軽量、高性能なＬＥＤ駆動装置を実現できる。さらに高周波スイッチングをしないことで、高調波ノイズの抑制も期待できる。
【００６３】
また、上記の方法では実際にＬＥＤブロック等に流れる電流量に応じた制御であるため、ＬＥＤ素子毎の特性のばらつき、とくにＶｆの個体差に依存せず、正確な点灯制御が可能となる。さらに、制御自体は極めて簡単な回路構成で実現できるため、マイクロコンピュータのような高価な制御素子は不要で、半導体素子のみで構成可能であり、コストも安価に抑えることができる利点も得られる。
【００６４】
図３に示すようなＬＥＤ電流波形となるよう回路定数を構成した場合の実測値は、電源効率＝９０％、ＬＥＤ利用効率＝５０％、力率９８％となり、定電流回路に対してＬＥＤ利用効率と力率が改善されたことが確認された。
【００６５】
なお、上記構成では、３つのＬＥＤブロックの利用効率が異なる。最も利用効率の高い第一ＬＥＤブロックを１００とした場合の各ＬＥＤブロックの電力比は、第一ＬＥＤブロック：第二ＬＥＤブロック：第三ＬＥＤブロック＝１００：９５：７４となる。ただ、ＬＥＤブロック間に照度差が生じるといっても、明確に目視で確認できるレベルではなく、寧ろＬＥＤ素子の配置を工夫することによって影響を回避できるレベルであり、実用上の問題とはならない。
【００６６】
上記構成では、従来例である図１４の回路と比べ、発光ダイオード素子のＶｆのばらつきやＶｆの温度特性のばらつきに対応可能な動作を実現できる利点が得られる。すなわち、図１４の回路例では、入力電圧で各ＬＥＤブロックの点灯を切り替えている。このため、ＬＥＤブロックの点灯を切り替える切り替え電圧値と、各ＬＥＤブロックを構成するＬＥＤ素子のＶｆ値とを、正確に一致させる必要がある。しかしながら、ＬＥＤ素子は個体差があり、各素子間のＶｆや温度特性にばらつきがあるため、切り替え電圧を正確にＬＥＤ素子のＶｆに合わせることは、現実には非常に困難となる。
【００６７】
これに対して上記実施例では、各ＬＥＤブロックの切り替えを電圧でなく電流によって行っている。すなわち、各ＬＥＤブロックを定電流制御しつつ、その切り替えの電流値をＬＥＤブロック毎に変更することで、ＬＥＤブロックの点灯を順次切り替えている。言い換えると、図１４では各ＬＥＤブロックの定電流制御を同じ電流値に設定しているのに対し、本実施例では各ＬＥＤブロックの定電流制御の電流値を異ならせているのである。この方法であれば、結果的にＬＥＤ電流制御トランジスタであるＦＥＴのＶｄｓ電圧が広がり、ＦＥＴで定電流制御しながら電流をバイパスしていた他のＬＥＤブロックへの通電を開始している。このように本実施例によれば、Ｖｆや温度特性のばらつきを吸収した動作を容易に実現できるため、極めて実用的で有用な回路構成を提供できる。
【００６８】
加えて、図１４の回路例ではＬＥＤブロックの通電量が一定であるのに対し、上記構成では異なる定電流制御によって、電流値を変化させている。これにより、点灯時間の長いＬＥＤブロックの電流量を抑えて、長寿命化が図られる。具体的には、点灯時間が最も長くなる第一ＬＥＤブロックの定電流制御量すなわち通電制御量を最も小さくし、点灯時間が最も短い第三ＬＥＤブロックの通電制御量を最も大きくしている。この結果、第三ＬＥＤブロック消灯時に第一ＬＥＤブロックを点灯する際の電流値が小さくなるので、その発熱量（電流値×点灯時間）も抑制できる。すなわち、第三ＬＥＤブロックと対比した場合の第一ＬＥＤブロックの劣化を抑制できる。同様のことは第二ＬＥＤブロックとの関係においても言える。このように、定電流制御の電流量を一定とせず、点灯時間の長いＬＥＤブロック程低くなるように変化させることにより、発光ダイオード素子のライフ特性の不均一化を緩和して、より長期にわたって安定して使用可能な発光ダイオードの点灯制御が実現される。
【００６９】
さらに加えて、図１４の回路例のように電流値を一定とすると力率が悪化するが、図３等に示すように電流波形を入力電圧波形に近付けることで力率を改善できるという効果も得られる。
（実施例２）
【００７０】
以上の動作は、力率を考慮した制御とした。特に図２の回路例では、ＬＥＤブロック群１を一本のラインで直列に接続している構成のため、各ＬＥＤブロック毎に異なる電流値で定電流制御を行うことにより、電流波形を図３のグラフで示されるように階段状としている。一方、図２の回路を利用して力率よりも利用効率を重視した制御の例を、実施例２として図４の電圧波形に示す。この制御例では、各ＬＥＤブロックの定電流制御を、図３の例よりも相互に近付けるよう、抵抗値などを設定しており、全体の電流量を大きくすることでより出力を高め、明るい照明光を得ることが可能となる。図４に示すＬＥＤ電流波形として回路定数を構成した場合の実測値は、電源効率＝９０％、ＬＥＤ利用効率＝５３％、力率９５％となり、実施例１と比較して力率が若干低下するものの、ＬＥＤ利用効率を改善できたことが確認された。このように、回路構成を同様としても回路定数を選択することで、要求される仕様に対応させた照明装置を構成できる。
（実施例３）
【００７１】
以上の例では、ＬＥＤ電流検出抵抗を各ＬＥＤブロック等で共通とした。すなわち、各電流検出制御手段が、共通の電流検出手段の電流量に基づいて制御を行うことにより、回路構成を簡素化できる。ただ、各ＬＥＤブロック等毎にＬＥＤ電流検出抵抗を個別に設ける構成も採用できる。このような例を、実施例３として図５の回路図に示す。この図に示す発光ダイオード駆動装置３００では基本構成や動作は実施例１とほぼ同様としつつ、ＬＥＤ電流検出抵抗を３つのＬＥＤブロック各々に対して設けている。具体的には、第二ＬＥＤブロック１２の電流検出を第一ＬＥＤ電流検出抵抗４Ｂで、第三ＬＥＤブロック１３の電流検出を第二ＬＥＤ電流検出抵抗４Ｃで、ＬＥＤ電流制限抵抗３Ｂの電流検出を第三ＬＥＤ電流検出抵抗４Ｄで、それぞれ行う。またこの例では、電流制御手段を構成するＬＥＤ電流制御トランジスタとして、ＦＥＴでなくパイポーラトランジスタを使用し、さらに２つのバイポーラトランジスタをダーリントン接続したダーリントントランジスタとしている。
【００７２】
図５の回路においても、その電流波形を図３や図４となるように制御できる。ここで図５の回路を用いて図３の電流波形となるように制御する例を説明すると、商用電源の交流電圧が保護抵抗１７、整流回路２で整流され、図１０の脈流電圧となる点は実施例１と同様である。なお図５の回路例では、バイパスコンデンサを使用していない。電圧が０Ｖから第一ＬＥＤブロック１１の小計順方向電圧ＶfB1まで上昇する間は、第一ＬＥＤブロック１１によって電流は阻止され、電流は流れない。脈流電圧が小計順方向電圧ＶfB1付近まで上昇すると、図５の回路図における第一ＬＥＤ電流制御トランジスタ２１Ｂ、第二ＬＥＤ電流制御トランジスタ２２Ｂ、第三ＬＥＤ電流制御トランジスタ２３Ｂは全てＯＮとなっているので、第一バイパス経路ＢＰ１、第二バイパス経路ＢＰ２、第三バイパス経路ＢＰ３はすべて開通され、電流が第一ＬＥＤブロック１１→第一ＬＥＤ電流制御トランジスタ２１Ｂ→第一ＬＥＤ電流検出抵抗４Ｂ→第二ＬＥＤ電流制御トランジスタ２２Ｂ→第二ＬＥＤ電流検出抵抗４Ｃ→第三ＬＥＤ電流制御トランジスタ２３Ｂ→第三ＬＥＤ電流検出抵抗４Ｄの経路で流れ始める。脈流電圧の上昇に伴って、第一ＬＥＤブロック１１を流れる電流が増加し、第一ＬＥＤ電流検出抵抗４Ｂに流れる電流量も上昇する。
【００７３】
さらに脈流電圧が上がり、第一ＬＥＤ電流検出抵抗４Ｂで設定された電流に達すると、第一ベース抵抗４１Ｂを通じてベース端子と接続された第一電流検出トランジスタ３１ＢがＯＮとなり、通電を開始する。脈流電圧の上昇と共に第一電流検出トランジスタ３１Ｂのコレクタ電流が徐々に増加される結果、第一トランジスタ負荷抵抗３６Ｂから第一電流制御トランジスタ２１Ｂに流れていたベース電流が減少し、ＯＮからＯＦＦに切り替わる。この結果、第一バイパス経路ＢＰ１が遮断されて第二ＬＥＤブロック１２への通電が開始される。この際、脈流電圧が第一ＬＥＤブロック１１と第二ＬＥＤブロック１２の小計順方向電圧ＶfB1＋ＶfB2に達するまでの間は、第二ＬＥＤブロック１２は点灯されず、第一ＬＥＤブロック１１は定電流駆動される。
【００７４】
この状態で脈流電圧が上昇して第一ＬＥＤブロック１１と第２ＬＥＤブロック１２の小計順方向電圧ＶfB1＋ＶfB2に達すると、第二ＬＥＤブロック１２の点灯が開始される。さらに第二ＬＥＤ電流検出抵抗４Ｃに通電される電流量も徐々に上昇する結果、第二ベース抵抗４２Ｂで設定された電流値に達すると、第二電流検出トランジスタ３２Ｂが動作を開始する。そして第二電流検出トランジスタ３２Ｂのコレクタ電流が徐々に増加される結果、第二トランジスタ負荷抵抗３７Ｂから第二ＬＥＤ電流制御トランジスタ２２Ｂ側に分岐されていた電流が減少し、第二ＬＥＤ電流制御トランジスタ２２Ｂのベース電流が低下して、ＯＮからＯＦＦに切り替わり、第二バイパス経路ＢＰ２が遮断されて第三ＬＥＤブロック１３への通電が開始される。この際、脈流電圧が第一ＬＥＤブロック１１〜第三ＬＥＤブロック１３の小計順方向電圧ＶfB1＋ＶfB2＋ＶfB3に達するまでの間は、第三ＬＥＤブロック１３は点灯されず、第二ＬＥＤブロック１２は定電流駆動される。
【００７５】
同様に脈流電圧が第一ＬＥＤブロック１１〜第三ＬＥＤブロック１３の小計順方向電圧ＶfB1＋ＶfB2＋ＶfB3に達すると、第三ＬＥＤブロック１３の点灯が開始され、電流値の上昇が再開される。そして第三ＬＥＤ電流検出抵抗４Ｄに流れる電流量が上昇し、第三ベース抵抗４３Ｂで設定された電流値に達すると、第三電流検出トランジスタ３３Ｂが動作を開始する。そして第三電流検出トランジスタ３３Ｂのコレクタ電流が徐々に増加され、第三トランジスタ負荷抵抗３８Ｂから第三ＬＥＤ電流制御トランジスタ２３Ｂに流れていた電流が第三電流検出トランジスタ３３Ｂ側に分岐されて、第三ＬＥＤ電流制御トランジスタ２３Ｂのベース電流が減少し、ＯＮからＯＦＦに切り替わり、第三バイパス経路ＢＰ３が遮断されてＬＥＤ電流制限抵抗３Ｂへの通電が開始される。
【００７６】
脈流電圧が最大電圧となる付近では、すべてのＬＥＤ電流制御トランジスタ２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂは完全にＯＦＦとなり、第三ＬＥＤ電流検出抵抗４Ｄを通して、すべてのＬＥＤに電流が流れる。これにより、最大電圧付近の電力を有効に利用できる。また脈流電圧が最大電圧１４１Ｖに達すると、電圧値が減少に転じ、上記と逆の動作が生じる。
【００７７】
この回路例では、各ＬＥＤブロック及び電流制限手段３を動作させる電流値を、各ＬＥＤ電流検出抵抗で個別に調整し易くできる。反面、ＬＥＤ電流検出抵抗を複数用いることによって、これらによる熱損失が増大する上、ＬＥＤブロックがモジュールとして分断されてしまうデメリットがある。一方でメリットとして、図２等と異なり配線の交差が無く、立体配線が不要で回路構成が容易になる点が挙げられる。なお以上の回路では、第一電流制御手段２１と、第一電流検出制御手段３１と、第一電流検出手段４Ｂとで、第一ＬＥＤブロック１１の通電量に基づいて第一バイパス経路ＢＰ１のＯＮ／ＯＦＦを切り替える第一切り替え手段を構成し、また第二電流制御手段２２と、第二電流検出制御手段３２と、第二電流検出手段４Ｃとで、第一ＬＥＤブロック１１及び第二ＬＥＤブロック１２の通電量に基づいて第二バイパス経路ＢＰ２のＯＮ／ＯＦＦを切り替える第二切り替え手段を構成する。
【００７８】
以上の実施例１〜３では、いずれも第一ＬＥＤブロックから第二ＬＥＤブロック、第三ＬＥＤブロックの順にＯＮに切り替え、さらに第三ＬＥＤブロックから第二ＬＥＤブロック、第一ＬＥＤブロックの順にＯＦＦに切り替えている。このため、各ＬＥＤブロックの点灯時間が異なる。よって消灯期間の長い第三ＬＥＤブロック等が目立たないよう、ＬＥＤ素子の配置は、ＬＥＤブロック毎の塊とせず、分散させるように配置することが好ましい。例えば後述する図６の照明装置においては、行毎に第一ＬＥＤブロックに属するＬＥＤ素子、第二ＬＥＤブロックに属するＬＥＤ素子、第三ＬＥＤブロックに属するＬＥＤ素子、さらに第一、第二、第三、、、と、交互にＬＥＤ素子を配置する。あるいは行単位でなく点単位で、左上から右に、第一ＬＥＤブロックに属するＬＥＤ素子、第二ＬＥＤブロックに属するＬＥＤ素子、第三ＬＥＤブロックに属するＬＥＤ素子、さらに第一、第二、第三、、、と、順次右下に向かって一個ずつ、属するＬＥＤブロックの異なるＬＥＤ素子を配置していく。また一個ずつに限らず、２個ずつ、３個以上ずつの単位としたり、周期的な配列でなくばらばらに配置する構成など、適宜ＬＥＤブロックを分散させてＬＥＤ素子を配置することにより、点灯時間の相違を目立たなくできる。これにより、商用電源の６０Ｈｚ周期で点灯を繰り返しても、ユーザに点滅を意識させることなく、ＬＥＤ素子が連続点灯しているのと同様に利用できる。また、別途インバータ回路などを使用し、点灯周期を速くすることでも同様の効果が得られる。
【００７９】
なお、上記構成ではＬＥＤ素子毎の使用時間がＬＥＤブロック毎に異なる。具体的には第一ＬＥＤブロックの点灯時間が最も長く、第三ＬＥＤブロックの点灯時間が最も短くなる。このため、使用頻度による素子寿命のばらつき抑制を考慮することもできる。上記回路構成ではＬＥＤブロック同士を直列接続しているため、ＬＥＤブロック毎の電圧のコントロールが困難である。このため、使用頻度の高いＬＥＤブロックについては接続するＬＥＤ素子数を増やし、直列のみならず並列に接続することで、１素子あたりの電流量を小さくして、熱損失を抑えることができる。
【００８０】
また、上記構成ではＬＥＤブロック数を３としたが、上述の通りＬＥＤブロック数は２とすることも、あるいは４以上とすることもできることは言うまでもない。例えば図１の発光ダイオード駆動装置において、さらに第三ＬＥＤブロックと電流制限手段との間に接続される、複数の発光ダイオードからなる第四ＬＥＤブロックと、電流制限手段と並列に接続される、第一ＬＥＤブロック、第二ＬＥＤブロック、第三ＬＥＤブロック及び第四ＬＥＤブロックへの通電量を制限するための第四電流制御手段と、第四電流制御手段による第一ＬＥＤブロック、第二ＬＥＤブロック、第三ＬＥＤブロック及び第四ＬＥＤブロックへの通電制限量を制御するための第四電流検出制御手段とを備えることができる。ここで第三電流制御手段は、電流制限手段に代えて、第四ＬＥＤブロックと並列に接続される。これにより、ＬＥＤブロックの数を増やしてより細かなＬＥＤブロック間の点灯切り替え制御が可能となり、ＬＥＤ利用効率を一層改善できる。また、ＬＥＤブロック数は５以上に増やすこともでき、これによってさらに細かな点灯切り替え制御が可能となる。
（実施例４）
【００８１】
このようなＬＥＤブロック数を４とした発光ダイオード駆動装置４００を実施例４として、図６にその回路図を示す。この図に示す発光ダイオード駆動装置は、図１等と異なり、第三ＬＥＤブロック１３と電流制限手段３との間に第四ＬＥＤブロック１４を設けている。またこの結果、第三電流制御手段２３は、電流制限手段３に代えて、第四ＬＥＤブロック１４と並列に接続される。また電流制限手段３には新たに第四電流制御手段１５が並列に接続され、さらにこの第四電流制御手段１５には第四電流検出制御手段１６が接続される。第四電流制御手段１５は第一ＬＥＤブロック１１、第二ＬＥＤブロック１２、第三ＬＥＤブロック１３及び第四ＬＥＤブロック１４への通電量を制限する。また第四電流検出制御手段１６は、第四電流制御手段１５による第一ＬＥＤブロック１１、第二ＬＥＤブロック、第三ＬＥＤブロック１３及び第四ＬＥＤブロック１４への通電制限量を制御する。このようにＬＥＤブロック数を増やすことで、定電流制御の数を増やしてより細かなＬＥＤブロック間の点灯切り替え制御が可能となる。
（実施例５）
【００８２】
さらに多段回路で波高率を向上させることを目的とした発光ダイオード駆動装置を、実施例５として図７に示す。図７の発光ダイオード駆動装置５００は、図２の回路例とコンデンサ１８を除きほぼ同じ構成を採用しているので、同じ部材については同じ符号を付して詳細説明を省略する。
【００８３】
図７に示す発光ダイオード駆動装置５００は、脈流電圧の低い領域で発光ダイオードがすべて消灯する、いわゆるストロボ現象を回避できる。ストロボ現象とは、交流駆動による脈流電圧が０Ｖになる近傍で、ＬＥＤ素子に印加できる順方向電圧が低くなって、ついには滅灯に至る区間が生じ、この滅灯周期と同期した動作をするような対象を照明する場合、ストップモーションのように見えたり、止まって見えたりする現象である。例えば、工場等で使用される上下運動するスタンプ金型装置を、交流駆動するＬＥＤ照明装置で照らした場合、上下動するスタンプ金型の周期とＬＥＤ照明の滅灯周期がたまたま同期してしまうと、スタンプ金型が止まっているように見えてしまうことがある。またこのような場合以外にも、照明にちらつきを感じて目が疲れる、あるいは不自然に動作しているように見えるなどの問題があった。
【００８４】
また一方、ストロボ現象に関する数値的な評価指標としては、波高率（波高値）が挙げられる。波高率は（光束のピーク）÷（光束の実効値）で定義される。この波高率は、１．０に近づく程安定した良い値とされている。直流で動作している場合には、波高率は１．０となるが、周期的に変化する本願のような場合には１以上の値を示すこととなる。ＪＩＳ規格によれば、蛍光灯などでは１．２以下になるよう規定されている。言い換えると、波高率が１．０に近づく程ストロボ現象が発生しなくなり、汎用性の高い光源になるといえる。また現状では、ＬＥＤ照明装置に関しては特に規定はないものの、１．３以下であれば実用に耐え得ると考えられる。上述した図３で示すような電流波形を多段回路で実現すると、波高率は１．４〜１．６となる。一方、図４で示すような電流波形を限界まで推し進めると、１．３４程度まで波高率を低減できることが可能であることが判明した。
【００８５】
このように、上述した多段回路でも波高率１．３程度までは対応が可能であり、波高率が問題となる分野、用途であっても十分対応可能となる。
【００８６】
ここで、波高率をさらに１．０に近付けるためには、図４において電流が０近傍の区間においてもＬＥＤを点灯させる必要がある。しかしながら、この区間では元々入力電圧自体が低下しており、ＬＥＤ素子に十分な電圧を供給できない。このため、十分な電圧を供給できる構成に回路を変更する必要があるが、これには別の素子等の部材を追加する必要があって、回路構成の複雑化や消費電力の増加、回路の大型化や製造コストのアップといった問題が生じる。
【００８７】
これに対して、実施例５に係る発光ダイオード駆動装置５００は、図７に示すように整流回路２の出力側でアースとの間にコンデンサ１８を追加している。このように整流回路２の出力側にコンデンサ１８を並列接続することで、電圧降下時にコンデンサ１８から電流が供給されるので、この区間でも第一ＬＥＤブロック１１のＬＥＤ素子が給電されて、これらを点灯させることができる。この結果、第一ＬＥＤブロック１１のＬＥＤ素子を常時点灯させることができるので、ストロボ現象を回避できる。本発明者らが行った実験によれば、静電容量が１０μＦの電解コンデンサを挿入することによって、波高率を１．２程度まで抑えられることが判明した。ただ、さらに静電容量の小さなコンデンサを用いて、波高率を１．２レベルに抑えることも可能である。
【００８８】
一般的な定電流回路や抵抗のみの回路で用いるコンデンサの静電容量は、１００〜３００μＦ程度が必要となる。このような大容量は、現状では電解コンデンサでしか実現できず、かつサイズの大きなコンデンサとなる。サイズの大きなコンデンサをＬＥＤ素子と同一の基板上に実装すると、ＬＥＤ素子からの配光をコンデンサが阻害する可能性がある上、コンパクトな設計を著しく阻害する。加えて電解コンデンサは一定の寿命があり、この寿命はＬＥＤ素子の寿命に対して著しく小さいため、製品寿命を電解コンデンサが決めてしまうこととなり、長寿命というＬＥＤ素子本来の利点が生かせなくなる。
【００８９】
これに対して、実施例５のような多段回路では静電容量が１０μＦ程度で足りるため、フィルムコンデンサなどの寿命の極めて長い部品で構成することが可能となる。このように静電容量が小さくて済む理由は、本来的に多段回路では低い入力電圧のときに、直列接続されたＬＥＤ素子群の一部を点灯させるという発想で構成されているためである。いいかえると、ある程度低い電圧でもＬＥＤ素子を駆動できるため、コンデンサで維持すべき電圧が低くても足りるからである。
【００９０】
このように、実施例５に係る発光ダイオード駆動装置５００は、交流駆動されるＬＥＤ照明装置に関して、良好な波高率を達成することができる。また、製品寿命をコンデンサで決定されることなく、波高率の最適化を図ることが可能となる。
（実施例６）
【００９１】
さらに、実施例６に係る発光ダイオード駆動装置６００を、図１９に示す。この図に示す発光ダイオード駆動装置６００は、入力電圧が所定のコンデンサ放電開始電圧に降下するまで放電を開始しない平滑化回路５０を備えている。一般に脈流電圧の低い領域で発光ダイオードがすべて消灯する、いわゆるストロボ現象を回避するため、整流回路２の出力側に、全波整流した入力電圧を平滑化する平滑コンデンサを接続している。しかしながら、平滑コンデンサは容量が大きいものが要求される。例えば出力１０Ｗの光源を得る場合、９．４μＦのコンデンサが用いられる。大容量のコンデンサとして電解コンデンサを使用すると、耐久性が問題となる。また図１６に示すように平滑コンデンサ７３としてフィルムコンデンサを複数並列接続して容量を稼ぐ場合は、コストやスペースが増えるという問題があった。そこで、図１９に示す実施例６の回路では、平滑コンデンサに貯えられた電荷が入力電圧の低い期間で放電を開始されるような構成を採用している。
【００９２】
上記の動作を、図１６に示す回路構成と比較しながら説明する。図１６の回路における、コンデンサで平滑化された入力電圧波形を図１７に示す。この図に示すように、入力電圧である全波整流された整流波形（破線）がピークを過ぎた時点から、平滑コンデンサの放電が自然に開始される。この結果、実線で示すように放電期間が長くなり、大容量のコンデンサが必要となる。また、ピーク電圧に耐え得る高耐圧も要求される。図１６のような多段構成のＬＥＤブロックを常時点灯するには、すなわち入力電圧が低い領域でも第一ＬＥＤブロック１１を消灯させないようにするには、ＬＥＤを点灯させる最低の電圧、すなわち順方向電圧が最も低いＬＥＤブロックの最低順方向電圧（図１６の回路例では第一ＬＥＤブロック１１が該当し、８０Ｖに設定されている）を入力電圧が下回らないよう、平滑コンデンサ７３で８０Ｖ以上の電圧に維持する必要がある。これによって、ＬＥＤブロックの点灯による光束の波形は、図１８のようになる（消費電力９．５Ｗ、光束７６８ｌｍ、波高率１．１７、力率５８％）。
【００９３】
これに対して図１９に示すような平滑化回路５０を整流回路２の出力側に追加することで、平滑用コンデンサの容量を低く抑えることが可能となる。平滑化回路５０は、平滑用コンデンサ５１と、平滑用コンデンサ５１に接続された、これを充電するための充電経路と、放電するための放電経路を備える。充電経路は、整流回路２と、該整流回路２と平滑用コンデンサ５１（＋側）との間に、直列に介在された抵抗５２及び放電阻止ダイオード５３で構成される。また放電経路は、接続点ＣＰに関して、上記抵抗５２及び放電阻止ダイオード５３と並列に接続された放電用トランジスタ５５（図１９の例ではＦＥＴ）と放電用ダイオード５６、並びに平滑用コンデンサ５１と上記抵抗５２及び放電阻止ダイオード５３との接続点ＣＰに関して、平滑用コンデンサ５１と並列に接続されたバイパス用トランジスタ５４（図１９の例ではバイポーラトランジスタ）で構成される。このバイパス用トランジスタ５４は、放電用トランジスタ５５の動作を制御する。例えば、入力電圧が８０Ｖを越えると、バイパス用トランジスタ５４がＯＮし、放電用トランジスタ５５がＯＦＦとなる。一方入力電圧が８０Ｖ以下になると、バイパス用トランジスタ５４がＯＦＦとなり、放電用トランジスタ５５がＯＮとなって放電が開始される。またバイパス用トランジスタ５４のベース端子は、ツェナーダイオードと抵抗を介して入力電圧側に接続されている。このツェナーダイオードは、入力電圧が８０Ｖを越えて降伏電圧に達すると、逆方向電流が流れ、すなわちバイパス用トランジスタ５４にベース電流が流れ、バイパス用トランジスタ５４をＯＮにする。
【００９４】
この平滑化回路５０を用いた入力電圧の平滑化の様子を、図２０に示す。この図に示すように、入力電圧が低い状態からピーク電圧までは、充電経路を構成する抵抗５２及び放電阻止ダイオード５３を通じて平滑用コンデンサ５１が充電される。この抵抗５２は、電源投入時に平滑用コンデンサ５１に急激に電流が流れ込むのを緩和するための、突入電流緩和抵抗である。
【００９５】
入力電圧がピーク電圧付近を過ぎて降下を始めても、平滑用コンデンサ５１は放電阻止ダイオード５３により放電を阻まれ、放電用トランジスタ５５がＯＮとなるまで放電されない。そして入力電圧がさらに降下して所定のコンデンサ放電開始電圧に達すると、放電用トランジスタ５５がＯＮとなると、放電用トランジスタ５５及び放電用ダイオード５６で構成される放電経路を通じて、平滑用コンデンサ５１の放電が開始される。放電される期間は、再び入力電圧が上昇して、順方向電圧が最も低いＬＥＤブロックの順方向電圧（最低順方向電圧）を超えるまでとする。これにより、常時いずれかのＬＥＤブロック（図１９の回路例では第一ＬＥＤブロック１１）が点灯されることとなり、ストロボ現象が抑制できる。
【００９６】
この平滑化回路５０によれば、コンデンサ放電開始電圧を、図１６のような入力電圧のピーク（１４１Ｖ）よりも低くできるので、図１７及び図２０に示すように放電期間を短くできる。また放電期間を短くできることは、必要な静電容量を小さくできることに繋がるため、平滑用コンデンサの容量を削減可能となり、フィルムコンデンサなど、容量の小さいコンデンサが使用可能となる上、必要な個数を削減してコンデンサの占めるスペースを低減でき、装置の小型化に寄与できるという利点が得られる。
【００９７】
コンデンサ放電開始電圧は、最低順方向電圧と同じか、これよりも高く設定する。これによって、ＬＥＤブロックが消灯する期間を無くし、常時いずれかのＬＥＤブロックが点灯するように構成してストロボ現象を低減できる。図１９の回路例では、図２０に示すように、平滑コンデンサが放電を開始するタイミングが、ピーク電圧以降直ちにでなく、入力電圧が第一ＬＥＤブロックの点灯に必要な電圧（８０Ｖ）を下回った時点となるよう、コンデンサ放電開始電圧を設定している。またこれによって得られるＬＥＤの光束波形は図２１のようになり、一部電圧が８０Ｖを下回る領域が生じているものの（図２１中、谷間の部分）、ごく短期間であり視認上はストロボ現象が解消されていることが確認できた。さらに消費電力９．５Ｗ（ＬＥＤ電力８Ｗ）、電源効率８４％、力率８２％、平均光束７４５ｌｍ、発光効率７８ｌｍ／Ｗ、ＬＥＤ利用率５５％、波高率１．２３となり、図１６とほぼ同程度の光束を得た。さらにまた波高率は図１６の例よりも若干低下しているが、回路構成に必要な平滑コンデンサの容量は図１６の半分で済み、製造コスト、設置スペース等の面で有利となる。
（照明装置）
【００９８】
以上のような発光ダイオード駆動装置は、ＬＥＤ素子を備えているため、ＬＥＤ素子とその駆動回路を同一の配線基板に配置することで、家庭用交流電源を投入して点灯可能な照明装置や照明器具として利用できる。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明の発光ダイオード駆動装置及び発光ダイオードの点灯制御方法は、照明装置やＬＥＤディスプレイ、レーザディスプレイなどに好適に応用できる。特にパワーＬＥＤや半導体レーザの駆動にも、本発明は好適に利用できる。
【符号の説明】
【０１００】
１００、２００、３００、４００、５００、６００…発光ダイオード駆動装置
１…ＬＥＤブロック群
２…整流回路
３…電流制限手段
３Ａ、３Ｂ…ＬＥＤ電流制限抵抗
４…電流検出手段
４Ａ…ＬＥＤ電流検出抵抗
４Ｂ…第一ＬＥＤ電流検出抵抗
４Ｃ…第二ＬＥＤ電流検出抵抗
４Ｄ…第三ＬＥＤ電流検出抵抗
１１…第一ＬＥＤブロック
１２…第二ＬＥＤブロック
１３…第三ＬＥＤブロック
１４…第四ＬＥＤブロック
１５…第四電流制御手段
１６…第四電流検出制御手段
１７…保護抵抗
１８…コンデンサ
１９…バイパスコンデンサ
２１…第一電流制御手段
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ…第一ＬＥＤ電流制御トランジスタ
２２…第二電流制御手段
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ…第二ＬＥＤ電流制御トランジスタ
２３…第三電流制御手段
２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ…第三ＬＥＤ電流制御トランジスタ
２４…第一ゲート保護ツェナーダイオード
２５…第二ゲート保護ツェナーダイオード
２６…第三ゲート保護ツェナーダイオード
２７…第一ゲート抵抗
２８…第二ゲート抵抗
２９…第三ゲート抵抗
３１…第一電流検出制御手段
３１Ａ、３１Ｂ…第一電流検出トランジスタ
３２…第二電流検出制御手段
３２Ａ、３２Ｂ…第二電流検出トランジスタ
３３…第三電流検出制御手段
３３Ａ、３３Ｂ…第三電流検出トランジスタ
３４…第二ベース分圧抵抗
３５…第三ベース分圧抵抗
３６、３６Ｂ…第一トランジスタ負荷抵抗
３７、３７Ｂ…第二トランジスタ負荷抵抗
３８、３８Ｂ…第三トランジスタ負荷抵抗
４１、４１Ｂ…第一ベース抵抗
４２、４２Ｂ…第二ベース抵抗
４３、４３Ｂ…第三ベース抵抗
５０…平滑化回路
５１…平滑用コンデンサ
５２…抵抗
５３…放電阻止ダイオード
５４…バイパス用トランジスタ
５５…放電用トランジスタ
５６…放電用ダイオード
６１、６２、６３、６４、６５、６６…ＬＥＤブロック
６７…スイッチ制御部
７１…交流電源
７２…ブリッジ回路
７３…平滑コンデンサ
７４…駆動回路
７５…ＬＥＤ群
８１…交流電源
８２…ブリッジ回路
８４…定電流回路
８５…ＬＥＤ群
８６…フイードバック抵抗
８７…電流検出トランジスタ
８８…電流制御トランジスタ
８９…電流検出抵抗
９１、９２、９３…ＬＥＤブロック
９４…ツェナーダイオード
９５…抵抗
ＡＰ…交流電源
ＢＰ１…第一バイパス経路
ＢＰ２…第二バイパス経路
ＢＰ３…第三バイパス経路
【図１】
0005471330.tif 000002
【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】
0005471330.tif 000009
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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