(57)【要約】【課題】ＬＥＤの明るさのムラ及び効率を改善でき、しかも部品点数を少なくすることができるＬＥＤ駆動回路。【解決手段】交流入力電圧を所定の直流出力電圧に変換してＬＥＤに供給するＬＥＤ駆動回路であって、直流出力電圧に含まれるリップルを検出するリップル検出回路１１と、リップル検出回路１１で検出されたリップルにより直流出力電圧に含まれるリップルを低減させるリップル制御部１４，１５とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流入力電圧を所定の直流出力電圧に変換してＬＥＤに供給するＬＥＤ駆動回路であって、
前記直流出力電圧に含まれるリップルを検出するリップル検出回路と、
前記リップル検出回路で検出されたリップルにより前記直流出力電圧に含まれるリップルを低減させるリップル制御部と、
を備えることを特徴とするＬＥＤ駆動回路。
【請求項２】
前記リップル制御部は、一方の入力端子に前記リップル検出回路からの出力信号を基準電圧として入力し、前記リップル制御部の出力信号が前記リップル制御部の他方の入力端子に負帰還で入力されることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項３】
前記リップル制御部は、前記ＬＥＤと直列に接続される可変インピーダンス素子を備え、
前記リップル検出回路により検出されたリップル電圧の値と、前記ＬＥＤと前記可変インピーダンス素子との接続点における電圧の値とに基づき、前記可変インピーダンス素子を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項４】
前記リップル検出回路で検出されたリップル電圧の位相と前記直流出力電圧に含まれるリップル電圧の位相とを同相にさせる位相整合部を備え、
前記リップル制御部は、前記位相整合部からの出力信号により前記直流出力電圧に含まれるリップルを低減させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項５】
前記リップル検出回路は、第１コンデンサと第１抵抗とを有する第１直列回路を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項６】
前記位相整合部は、第２コンデンサと第２抵抗とを有する積分回路を備えることを特徴とする請求項４又は請求項５記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項７】
前記リップル検出回路は、前記直流出力電圧の最大値と最小値との差電圧値を求め、前記最大値及び前記最小値間の時間に基づき前記直流出力電圧の周波数を求め、前記差電圧値と前記周波数に基づき前記直流出力電圧に含まれるリップルを検出することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のＬＥＤ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９は、従来のＬＥＤ駆動回路の例１を示す回路図である。このＬＥＤ駆動回路は、交流電源ＡＣからの交流電圧をリアクトルＬ１を介して整流回路ＢＤで整流し、整流された電圧をトランスＴの１次巻線Ｐを介してＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１でスイッチングし、トランスＴの二次巻線Ｓに発生した交流電圧をダイオードＤ１とコンデンサＣ２とで整流平滑して得られた直流出力電圧をＬＥＤ１に印加し、ＬＥＤ１を点灯させることができる。
【０００３】
また、ＬＥＤ１に流れる電流と抵抗Ｒ２とで生ずる電圧と基準電圧Ｖｒｅｆとの差電圧が増幅されて、増幅された差電圧が抵抗Ｒ１の一端に印加される。この増幅された差電圧により、フォトカプラＰＣのフォトダイオードと抵抗Ｒ１とを流れる電流が制御され、フィードバック信号としてフォトカプラＰＣのフォトトランジスタを介して集積回路からなる制御回路ＩＣ１に帰還される。制御回路ＩＣ１は、直流出力電圧が基準電圧になるようにスイッチング素子Ｑ１のオンオフを制御する。
【０００４】
しかしながら、図９に示すＬＥＤ駆動回路は、ＬＥＤ１に交流電源ＡＣの商用のリップル電圧が印加され、ＬＥＤの電圧−電流特性によってリップルが拡大され、ＬＥＤに明るさのムラが生ずる。
【０００５】
そこで、明るさのムラを改善する回路として、例えば、図１０に示すようなＬＥＤ駆動回路の例２が用いられている。例２のＬＥＤ駆動回路は、図９に示すＬＥＤ駆動回路に、さらに、抵抗Ｒ２〜Ｒ６、トランジスタＱ２、集積回路からなるコンパレータＩＣ３とからなる定電流回路を設けている。この定電流回路により、ＬＥＤ１に定電流が流れるので、商用周波数の明るさのムラを改善することができる。
【０００６】
しかしながら、（コンデンサＣ２の両端電圧Ｖｏ−ＬＥＤ１の順方向電圧Ｖｆ）×ＬＥＤ１に流れる電流Ｉｏの損失が発生する。
【０００７】
また、明るさのムラを改善する回路として、例えば、図１１に示すようなＬＥＤ駆動回路の例３が用いられている。例３のＬＥＤ駆動回路は、図１０に示すＬＥＤ駆動回路で且つＬＥＤ１の前段に、ダイオードＤ２、リアクトルＬ２、コンデンサＣ３とを有する定電流の降圧のスイッチング回路を設けている。
【０００８】
この駆動回路によれば、明るさのムラを改善でき、しかも損失を少なくする、即ち、効率を良くすることができる。この効率は、電源効率×定電流スイッチング効率で求められる。効率は、図１０に示す回路よりも改善されるが、８０％弱となる。ここで、電源効率は８７％であり、定電流スイッチング効率は９２％であり、総合効率は８０％である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−６２０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、図１１に示すＬＥＤ駆動回路は、部品点数が多くなるという課題を有していた。
【００１１】
本発明は、ＬＥＤの明るさのムラ及び効率を改善でき、しかも部品点数を少なくすることができるＬＥＤ駆動回路を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るＬＥＤ駆動回路は、上記課題を解決するために、交流入力電圧を所定の直流出力電圧に変換してＬＥＤに供給するＬＥＤ駆動回路であって、前記直流出力電圧に含まれるリップルを検出するリップル検出回路と、前記リップル検出回路で検出されたリップルにより前記直流出力電圧に含まれるリップルを低減させるリップル制御部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、リップル検出回路が直流出力電圧に含まれるリップルを検出すると、リップル制御部は、リップル検出回路で検出されたリップルにより直流出力電圧に含まれるリップルを低減させるので、ＬＥＤの明るさのムラ及び効率を改善でき、しかも部品点数を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１のＬＥＤ駆動回路の構成を示す回路図である。
【図２】平滑コンデンサにおける商用周波数の電圧リップルの電圧Ｖ１を示す図である。
【図３】電圧リップル低減回路の詳細な構成を示す図である。
【図４】リップル検出回路により検出された電圧Ｖ３、基準電圧Ｖ２、基準電圧Ｖ２と電圧Ｖ３とを加算した加算電圧Ｖ４を示す図である。
【図５】直流出力電圧Ｖ１と加算器からの加算電圧Ｖ４と位相整合回路の位相整合電圧Ｖ５とを示す図である。
【図６】ＬＥＤ１の両端電圧Ｖ６を示す図である。
【図７】具体的な電圧リップル低減回路を搭載したＬＥＤ駆動回路を示す図である。
【図８】本発明の実施例２のＬＥＤ駆動回路に設けられたリップル低減回路の構成を示す回路図である。
【図９】従来のＬＥＤ駆動回路の例１を示す回路図である。
【図１０】従来のＬＥＤ駆動回路の例２を示す回路図である。
【図１１】従来のＬＥＤ駆動回路の例３を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明のＬＥＤ駆動回路の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の実施例１のＬＥＤ駆動回路の構成を示す回路図である。図１に示す実施例１のＬＥＤ駆動回路は、図９に示す従来のＬＥＤ駆動回路に、さらに、リップル検出回路１１、基準電源Ｖ２、加算器１２、位相整合回路１３、差動増幅器１４、トランジスタ１５（可変インピーダンス素子に対応）とを備えた電圧リップル低減回路を設けたことを特徴とする。
【００１７】
図２は、平滑コンデンサにおける商用周波数の電圧リップルの電圧Ｖ１を示す図である。図２に示す電圧リップルの電圧Ｖ１は、コンデンサＣ２の直流出力電圧であり、この直流出力電圧は、直流成分と交流成分（リップル成分）とを含む。図３は、電圧リップル低減回路の詳細な構成を示す図である。
【００１８】
リップル検出回路１１は、コンデンサＣ２の直流出力電圧に含まれる交流成分であるリップルを検出する。図４（ａ）は、図３に示すリップル検出回路１１により検出されたリップルの電圧Ｖ３を示す図である。
【００１９】
加算器１２は、リップル検出器１１により検出された直流出力電圧に含まれるリップルの電圧Ｖ３と図４（ｂ）に示す基準電源の基準電圧Ｖ２とを加算し、図４（ｃ）に示すような加算電圧Ｖ４を得る。例えば、基準電圧Ｖ２は、リップル電圧の（Ｖｐ−ｐ）／２より０．５Ｖ〜１Ｖ程度大きい電圧に設定される。
【００２０】
（Ｖｐ−ｐ）は、リップル電圧の最大値と最小値との差電圧である。０．５Ｖ〜１Ｖは、集積回路からなる加算器１２のオフセット電圧などに影響を受けないための電圧マージンとする。
【００２１】
位相整合回路１３は、図５に示すように、加算器１２からのリップルの加算電圧Ｖ４の位相を、コンデンサＣ２の直流出力電圧Ｖ１に含まれるリップル電圧Ｖ１ＡＣ分の位相と同相にさせて、位相整合電圧Ｖ５を差動増幅器１４の反転入力端子に出力する。
【００２２】
差動増幅器１４の反転入力端子は位相整合回路１３の出力端子に接続され、差動増幅器１４の非反転入力端子はＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ１５のコレクタに接続され、差動増幅器１４の出力端子はバイポーラトランジスタ１５のベースに接続されている。トランジスタ１５のエミッタは基準電源Ｖ２の負極と抵抗Ｒ２の一端とに接続されている。トランジスタ１５のコレクタはＬＥＤ１を介してコンデンサＣ２の一端に接続されている。
【００２３】
差動増幅器１４は、バイポーラトランジスタ１５のコレクタ−エミッタ間の電圧Ｖ７が位相整合回路１３からの位相整合電圧Ｖ５と等しくなるように、トランジスタ１５を制御する。差動増幅器１４とトランジスタ１５とは、負帰還で制御され、リップル検出回路１１で検出されたリップルによりＬＥＤ１に印加される電圧に含まれるリップルを低減させるリップル制御部を構成する。
【００２４】
ＬＥＤ１の両端電圧Ｖ６は、図６に示すように、（直流出力電圧Ｖ１−バイポーラトランジスタ１５のコレクタ−エミッタ間の電圧Ｖ７）となり、商用リップルのない直流電圧となる。
【００２５】
図７は、具体的な電圧リップル低減回路を搭載したＬＥＤ駆動回路を示す図である。図７において、リップル検出回路１１は、コンデンサＣ１１と抵抗Ｒ１１とからなる直列回路からなり、コンデンサＣ１１と抵抗Ｒ１１とによる微分回路により直流出力電圧Ｖ１に含まれるリップルを検出して、差動増幅器１８の反転入力端子に出力する。
【００２６】
差動増幅器１８は、加算器１２に対応し、反転入力端子と出力端子とに抵抗Ｒ１２が接続され、コンデンサＣ１１と抵抗Ｒ１１とにより検出されたリップルの電圧Ｖ３と基準電圧Ｖ２とを加算して、加算電圧Ｖ４を位相整合回路１３に出力する。
【００２７】
位相整合回路１３は、抵抗Ｒ１３とコンデンサＣ１２からなる積分回路と、差動増幅器１９と、抵抗Ｒ１４，Ｒ１５とを有する。差動増幅器１８の出力端子には抵抗Ｒ１３の一端と抵抗Ｒ１４の一端とが接続され、抵抗Ｒ１３の他端は差動増幅器１９の非反転入力端子とコンデンサＣ１２の一端とに接続されている。
【００２８】
抵抗Ｒ１４の他端は抵抗Ｒ１５の一端と差動増幅器１９の反転入力端子とに接続され、抵抗Ｒ１５の他端は差動増幅器１９の出力端子と差動増幅器１４の反転入力端子に接続されている。
【００２９】
位相整合回路１３において、リップルの電圧Ｖ３と基準電圧Ｖ２とが加算された加算電圧Ｖ４の位相が抵抗Ｒ１３とコンデンサＣ１２による積分回路により、直流出力電圧Ｖ１のリップルの位相と同相にされて、差動増幅器１４の反転入力端子に出力される。即ち、コンデンサＣ１１と抵抗Ｒ１１とによる微分回路により直流出力電圧Ｖ１の位相をシフトした分だけ、抵抗Ｒ１３とコンデンサＣ１２による積分回路により加算電圧Ｖ４の位相をシフトすることにより、加算電圧Ｖ４の位相を直流出力電圧Ｖ１のリップルの位相と同相にすることができる。
【００３０】
ＬＥＤ駆動回路１７は、差動増幅器１４、抵抗Ｒ１６〜Ｒ２０、コンデンサＣ１３，Ｃ１４、ＭＯＳＦＥＴ１５ａ（可変インピーダンス素子に対応）を有している。
【００３１】
直流出力電圧Ｖ１の正極とＭＯＳＦＥＴ１５ａのドレインとの間にはＬＥＤ１〜ＬＥＤ７が直列に接続されている。差動増幅器１４の非反転入力端子は、抵抗Ｒ２０を介してＬＥＤ７のカソードとＭＯＳＦＥＴ１５ａのドレインとに接続されている。
【００３２】
差動増幅器１４の出力端子は、コンデンサＣ１３の一端と抵抗Ｒ１６の一端とに接続され、コンデンサＣ１３の他端は抵抗Ｒ１９を介して差動増幅器１４の非反転入力端子に接続されている。
【００３３】
抵抗Ｒ１６の他端はコンデンサＣ１４の一端と抵抗Ｒ１７の一端と抵抗Ｒ１８の一端とに接続され、抵抗Ｒ１８の他端はＭＯＳＦＥＴ１５ａのゲートに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１５ａのソースは抵抗Ｒ１７の他端とコンデンサＣ１４の他端とに接続されている。
【００３４】
このように実施例１のＬＥＤ駆動回路によれば、リップル検出回路１１が直流出力電圧に含まれるリップルを検出すると、リップル制御部である差動増幅器１４及びトランジスタ１５は、リップル検出回路１１で検出されたリップルによりＬＥＤ１〜ＬＥＤ７に印加される電圧に含まれるリップルを低減させるので、ＬＥＤの明るさのムラ及び効率を改善でき、しかも部品点数を少なくすることができる。
【実施例２】
【００３５】
図８は、本発明の実施例２のＬＥＤ駆動回路に設けられたリップル低減回路の構成を示す回路図である。図８に示す実施例２のリップル低減回路は、Ａ／Ｄ２１、Ｄ／Ａ２２、差動増幅器１４、抵抗Ｒ７、トランジスタ１５を備えることを特徴とする。
【００３６】
Ｄ／Ａ２２の出力端子は、差動増幅器１４の反転入力端子に接続され、差動増幅器１４の非反転入力端子は、抵抗Ｒ７を介してトランジスタ１５のコレクタに接続されている。差動増幅器１４の出力端子は、トランジスタ１５のベースに接続されている。
【００３７】
Ａ／Ｄ２１は、直流出力電圧Ｖ１をデジタル信号に変換するとともに、直流出力電圧Ｖ１の最大値と最小値との差Ｖｐ−ｐ値、即ち波高値を求め、Ｖｐ−ｐ値の時間から直流出力電圧Ｖ１の周波数を求める。これにより、直流出力電圧Ｖ１のリップルを検出することができる。
【００３８】
次に、Ｄ／Ａ２２は、Ａ／Ｄ２１からのリップルからなるデジタル信号をアナログ信号に変換し、そのリップルからなるアナログ信号を差動増幅器１４の反転入力端子に出力する。
【００３９】
差動増幅器１４は、バイポーラトランジスタ１５のコレクタ−エミッタ間の電圧Ｖ７がＤ／Ａ２２からのアナログ電圧Ｖ５と等しくなるように、トランジスタ１５を制御する。差動増幅器１４とトランジスタ１５とは、負帰還で制御され、リップル検出回路１１で検出されたリップルによりＬＥＤ１に印加される電圧に含まれるリップルを低減させるリップル制御部を構成する。
【００４０】
このとき、バイポーラトランジスタ１５のコレクタ−エミッタ間の電圧Ｖ７は、直流出力電圧Ｖ１のリップルに従って電圧が変化するが、ＬＥＤ１の両端電圧Ｖ６は、図６に示すように、（直流出力電圧Ｖ１−バイポーラトランジスタ１５のコレクタ−エミッタ間の電圧Ｖ７）となり、商用リップルのない直流電圧となる。
【００４１】
このように、実施例２のＬＥＤ駆動回路によれば、リップル制御部であるＤ／Ａ２２、差動増幅器１４及びトランジスタ１５は、Ａ／Ｄ２１で検出されたリップルにより直流出力電圧に含まれるリップルを低減させるので、ＬＥＤの明るさのムラ及び効率を改善でき、しかも部品点数を少なくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明に係るＬＥＤ駆動回路は、ＬＥＤ点灯回路に利用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１１  リップル検出回路
１２  加算器
１３  位相整合回路
１４  差動増幅器
１５  トランジスタ
ＡＣ  交流電源
Ｌ１，Ｌ２  リアクトル
ＢＤ  整流回路
Ｔ  トランス
Ｐ  １次巻線
Ｓ  ２次巻線
ＩＣ１  制御回路
ＰＣ  フォトカプラ
Ｃ１，Ｃ２  コンデンサ
ＩＣ２  コンパレータ
Ｒ１〜Ｒ６  抵抗
Ｖｒｅｆ  基準電源
【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】
2014150208.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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