(57)【要約】  ＬＥＤ列を脈流電圧で駆動し、フリッカの少ない点灯が可能で、しかも調光が可能なＬＥＤ照明装置を、簡単な回路構成で実現することを目的とする。ＬＥＤ照明装置４００は、直列接続される複数のＬＥＤ２１１を含むＬＥＤ列２１０と、交流電源２０２が入力され、ＬＥＤ列２１０に脈流電圧を出力する整流器４６０と、ＬＥＤ列２１０に直列接続され、且つ抵抗素子４２４〜４２６を有する電流制限回路４２０と、抵抗素子４２４〜４２６を制御することによって、ＬＥＤ列２１０を流れる電流を制御し、ＬＥＤ列２１０の調光を行う制御回路２５０と、を備える。
2013051658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続される複数のＬＥＤを含むＬＥＤ列と、
交流電源が入力され、前記ＬＥＤ列に脈流電圧を出力する整流器と、
前記ＬＥＤ列に直列接続され、且つ抵抗素子を有する電流制限回路と、
前記抵抗素子を制御することによって、前記ＬＥＤ列を流れる電流を制御し、前記ＬＥＤ列の調光を行う制御回路と、
を備えることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項２】
前記ＬＥＤ列が、第１ＬＥＤ列及び第２ＬＥＤ列を含み、
前記第１ＬＥＤ列と前記第２ＬＥＤ列との間に接続されるバイパス第１入力端子と、前記電流制限回路の出力端子に接続されるバイパス第２入力端子とを有するバイパス回路を更に有し、
前記バイパス回路は、前記整流器から出力される脈流電圧が前記第１ＬＥＤ列の閾値電圧と前記第１ＬＥＤ列及び第２ＬＥＤ列の合計閾値電圧との間である場合には前記バイパス第１入力端子を介して定電流を流し、脈流電圧が前記合計閾値電圧を超えた場合には前記バイパス第１入力端子を介した電流を遮断する、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項３】
電源のオン又はオフを検出して検出信号を出力する検出回路と、
電源がオフになっても、一定時間電圧を保持する電圧保持回路と、を更に有し、
前記電流制限回路は、スイッチを更に有し、
前記抵抗素子は、前記スイッチにそれぞれ接続される複数の抵抗から形成され、
前記制御回路は、前記電圧保持回路の出力を電源とし、前記検出回路からの前記検出信号に応じて、前記スイッチを制御して、前記複数の抵抗を切り替える、請求項１又は２に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項４】
前記整流器がブリッジ整流器である、請求項３に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項５】
前記整流器から出力される出力電圧を降下させる電圧降下回路を更に備え、
前記電圧降下回路から出力される出力電圧が前記電圧保持回路及び前記検出回路に入力される、請求項３又は４に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項６】
前記電流制限回路は、前記複数の抵抗が直列接続された抵抗列を有し、前記複数の抵抗の少なくとも１つは、前記スイッチにより短絡される、請求項３〜５の何れか一項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項７】
前記複数の抵抗は、電流制限値の異なる複数の定電流ダイオードである、請求項３〜５の何れか一項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項８】
前記ＬＥＤ列が、第１ＬＥＤ列及び第２ＬＥＤ列を含み、
前記第１ＬＥＤ列と前記第２ＬＥＤ列との間に接続されるバイパス第１入力端子と、バイパス電流制御端子と、バイパス可変抵抗素子を有するバイパス回路を更に有し、
前記バイパス回路は、前記整流器から出力される脈流電圧が前記第１ＬＥＤ列の閾値電圧と前記第１及び第２ＬＥＤ列の閾値電圧との合計閾値電圧との間である場合には前記バイパス第１入力端子を介して定電流を流し、脈流電圧が前記合計閾値電圧を超えた場合には前記バイパス第１入力端子を介した電流を遮断し、
前記制御回路は、前記バイパス電流制御端子に、前記バイパス可変抵抗素子を制御して、前記バイパス第１入力端子を介して流れる定電流の電流値を制御するためのバイパス電流制御信号を入力する、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項９】
前記抵抗素子は可変抵抗素子であり、
前記電流制限回路は、前記第２ＬＥＤ列と接続される制限回路入力端子と、制限回路制御端子とを更に有し、
前記電流制限回路は、脈流電圧が前記合計閾値電圧を超えた場合には前記制限回路入力端子を介して定電流を流し、
前記制御回路は、前記制限回路制御端子に、前記可変抵抗素子を制御して、前記制限回路入力端子を介して流れる定電流の電流値を制御するための制限回路制御信号を入力する、請求項８に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１０】
前記バイパス電流制御信号と前記制限回路制御信号は同じ信号である、請求項９に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１１】
前記バイパス回路は、第１バイポーラトランジスタと、エンハンスメント型の第１電界効果型トランジスタと、第１プルアップ抵抗と、前記電流制限回路の出力端子である制限回路出力端子と接続されたバイパス第２入力端子と、バイパス出力端子とを更に有し、
前記バイパス第１入力端子は、前記第１プルアップ抵抗の一方の端子と、前記第１電界効果型トランジスタのドレインとに接続され、
前記第１プルアップ抵抗の他方の端子は、前記第１電界効果型トランジスタのゲートと、前記第１バイポーラトランジスタのコレクタとに接続され、
前記バイパス第２入力端子は、前記第１電界効果型トランジスタのソースと、前記第１バイポーラトランジスタのベースと、前記バイパス可変抵抗素子の一方の端子とに接続され、
前記バイパス出力端子は、前記第１バイポーラトランジスタのエミッタと、前記バイパス可変抵抗素子の他方の端子とに接続される請求項９又は１０に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１２】
前記電流制限回路は、第２バイポーラトランジスタと、エンハンスメント型の第２電界効果型トランジスタと、第２プルアップ抵抗と、制限回路入力端子とを更に有し、
前記制限回路入力端子は、前記第２プルアップ抵抗の一方の端子と、前記第２電界効果型トランジスタのドレインとに接続され、
前記第２プルアップ抵抗の他方の端子は、前記第２電界効果型トランジスタのゲートと、前記バイポーラトランジスタのコレクタとに接続され、
前記電界効果型トランジスタのソースは、前記バイポーラトランジスタのベースと、前記バイパス可変抵抗素子の一方の端子とに接続され、
前記制限回路出力端子は、前記第２バイポーラトランジスタのエミッタと、前記バイパス可変抵抗素子の他方の端子とに接続される請求項１１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１３】
前記バイパス回路は、ディプレッション型の第３電界効果型トランジスタと、前記電流制限回路の出力端子である制限回路出力端子と接続されたバイパス第２入力端子と、バイパス出力端子とを更に有し、
前記バイパス第１入力端子は、前記第３電界効果型トランジスタのドレインに接続され、
前記バイパス第２入力端子は、前記第３電界効果型トランジスタのソースと、前記バイパス可変抵抗素子の一方の端子とに接続され、
前記バイパス出力端子は、前記第３電界効果型トランジスタのゲートと、前記バイパス可変抵抗素子の他方の端子とに接続される請求項９又は１０に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１４】
前記電流制限回路は、ディプレッション型の第４電界効果型トランジスタを更に有し、
前記制限回路入力端子は、前記第４電界効果型トランジスタのドレインに接続され、
前記第４電界効果型トランジスタのソースは、前記可変抵抗素子の一方の端子に接続され、
前記制限回路出力端子は、前記第４電界効果型トランジスタのゲートと、前記可変抵抗素子の他方の端子とに接続される請求項１３の何れか一項に記載のＬＥＤ照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode、発光ダイオード）照明装置に関する。より詳細には、本発明は、脈流電圧で駆動されるＬＥＤ列に流れる電流を制限する回路に含まれる抵抗素子を制御して、ＬＥＤ列を流れる電流を制御し、ＬＥＤ列の調光を行うＬＥＤ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、照明ランプとして、ＬＥＤを光源とするＬＥＤ照明装置が普及し始めている。これまで、ＬＥＤを照明用ランプ以外の用途に使用する場合には、ＤＣ電源で点灯するのが一般的であり、ＬＥＤの調光は、デジタル信号処理により、例えばデューティ比またはパルス数を変化させることなどにより行われていた。【０００３】
しかし、ＬＥＤ照明装置は、白熱球または蛍光灯の代替品として使用することが想定されており、商用交流電源を利用して点灯できることが望ましい。さらには、ＬＥＤ照明装置を使用するＬＥＤ照明装置は、調光機能を有することが望まれている。【０００４】
商用交流電源から得られる全波整流波形をＬＥＤ列に直接的に印加し、ＬＥＤを点灯させるＬＥＤ照明装置が知られている。このＬＥＤ列は複数のＬＥＤが直列接続したもので、高い電圧に耐えられるようにしている。商用交流電源から一定電圧を生成しＬＥＤを点灯させる他の方式のＬＥＤ照明装置に比べ、全波整流波形をＬＥＤ列に直接的に印加するＬＥＤ照明装置は、回路構成が簡単且つ小型であるという特徴がある。【０００５】
しかしながら、ＬＥＤ列に脈流電圧が印加されると、ＬＥＤは、脈流電圧がＬＥＤ列の持つ閾値を越えた期間だけ点灯することになる。例えば、ＬＥＤの順方向電圧Ｖｆが３Ｖで、ＬＥＤ列として４０個のＬＥＤが直列接続している場合、ＬＥＤ列の閾値は１２０Ｖとなる。商用交流電源の実効値が１００Ｖであるとき、このＬＥＤ照明装置では、ＬＥＤは、脈流電圧が１２０Ｖを超える短い期間のみ点灯する。このため、ＬＥＤ列に脈流電圧が印加されると、暗くなったりちらつきが目立ったりするばかりでなく、力率や歪率も悪化する。【０００６】
これに対して、点灯期間を長くする手法として、ＬＥＤ列を複数のＬＥＤ列に分割し、脈流電圧の電圧が低い位相では一部のＬＥＤ列のみを点灯させ、脈流電圧の電圧が高い位相では点灯するＬＥＤ列の数を増加させる手法が知られている。点灯するＬＥＤ列の数は、ＬＥＤ列の接続点に接続されるバイパス回路によって調整される。バイパス回路は、脈流電圧の低電圧位相でオン（導通）され、脈流電圧の高電圧位相でオフ（非導通）される。バイパス回路は、脈流電圧の電圧又はＬＥＤ列に流れる電流値に応じてオン−オフ制御される。【０００７】
特許文献１の図２６を、ＬＥＤ列に流れる電流値によりバイパス回路を制御するＬＥＤ照明装置の例として図１に示す。【０００８】
図１では、特許文献１の図２６の趣旨を逸脱しないようにして描き直している。図１に示すように、ＬＥＤ照明装置９００は、ブリッジ整流器９０５と、第１及び第２ＬＥＤ列９１０及び９３０と、バイパス回路９２０と、電流制限抵抗９３３とを有する。商用交流電源９０６は、ブリッジ整流器９０５の入力端子に接続される。【０００９】
ブリッジ整流器９０５は、４つのダイオード９０１、９０２、９０３及び９０４を有し、端子Ａは全波整流波形の出力端子であり、端子Ｂは基準電圧を与える端子である。第１ＬＥＤ列９１０内では、ＬＥＤ９１１及び９１２を含む多数のＬＥＤが直列接続され、第２ＬＥＤ列９３０内では、ＬＥＤ９３１及び９３２を含む多数のＬＥＤが直列接続される。バイパス回路９２０は、プルアップ抵抗９２１と、バイパス抵抗９２４と、電界効果型トランジスタ９２２（以下、ＦＥＴとも称する）と、バイポーラトランジスタ９２３（以下、トランジスタとも称する）とを有する。バイパス回路９２０は、バイパス第１入力端子９２７と、バイパス第２入力端子９２８と、バイパス出力端子９２９とを更に有する。バイパス第１入力端子９２７は、第１ＬＥＤ列９１０の最終段のＬＥＤのカソード（以下、第１ＬＥＤ列９１０のカソードとも称する）と第２ＬＥＤ列９３０の初段のＬＥＤのアノード（以下第２ＬＥＤ列９３０のアノードとも称する）とに接続される。バイパス第２入力端子９２８は、電流制限抵抗９３３を介して第２ＬＥＤ列９３０の最終段のＬＥＤのカソード（以下、第２ＬＥＤ列９３０のカソードとも称する）に接続される。ＦＥＴ９２２はエンハンスメント型ｎＭＯＳ−ＦＥＴである。【００１０】
図２を参照して、ＬＥＤ照明装置９００の動作を説明する。図２（ａ）は、ブリッジ整流器９０５の出力信号の一部を示す図であり、具体的には、ブリッジ整流器９０５の出力信号の全波整流波形電圧信号を示す図である。図２（ｂ）は、ＬＥＤ照明装置９００に流れる電流Ｉの波形を示す図である。図２（ａ）及び２（ｂ）の横軸は時間を示し、図２（ａ）の縦軸は電圧値を示し、図２（ｂ）の縦軸は電流値を示す。図２（ａ）及び２（ｂ）の横軸における時間は同一である。期間ｔ１では、ブリッジ整流器９０５の出力電圧が第１ＬＥＤ列９１０の閾値電圧Ｖth1に達しないため回路電流Ｉが流れない。【００１１】
ブリッジ整流器９０５の出力電圧の低電圧位相である期間ｔ２では、ブリッジ整流器９０５の出力電圧は、第１ＬＥＤ列９１０の閾値電圧Ｖth1を越えているが、第１ＬＥＤ列９１０の閾値電圧Ｖth1と第２ＬＥＤ列９３０の閾値電圧Ｖth2との合計閾値電圧は超えていない。期間ｔ２では、回路電流Ｉは、バイパス回路９２０を介してブリッジ整流器９０５に戻る。期間ｔ２では、トランジスタ９２３のベース−エミッタ間電圧を０．６Ｖに保つようにフィードバックが掛かり、バイパス回路９２０は定電流動作する。
次いで、期間ｔ２の最後の短い期間では、ブリッジ整流器９０５の出力電圧が第１ＬＥＤ列９１０の閾値電圧Ｖth1と第２ＬＥＤ列９３０の閾値電圧Ｖth2との合計閾値電圧より大きくなり、第２ＬＥＤ列９３０を介してバイパス第２入力端子９２８に電流が流れ始める。【００１２】
次いで、期間ｔ３では、ブリッジ整流器９０５の出力電圧は、第１ＬＥＤ列９１０の閾値電圧Ｖth1と第２ＬＥＤ列９３０の閾値電圧Ｖth2との合計閾値電圧を越えて、第１及び第２ＬＥＤ列９１０及び９３０を介してバイパス第２入力端子９２８に電流が流れる。バイパス第２入力端子９２８に電流が流れるとトランジスタ９２３が飽和し、ＦＥＴ９２２のゲート―ソース間電圧がゼロ又は負になり、ＦＥＴ９２２はオフされる。ＦＥＴ９２２がオフされると、バイパス回路９２０のバイパス第１入力端子９２７から入力される電流は、高抵抗値を有するプルアップ抵抗９２１を介する微小電流のみとなり、ほとんどの電流Ｉは第１及び第２ＬＥＤ列９１０及び９３０を介して流れる。ブリッジ整流器９０５の出力電圧が下降する期間では、全波整流波形の電圧が上昇する期間と逆の動作を順次していく。【００１３】
このように、図１に示した従来のＬＥＤ照明装置９００は、ＬＥＤ列に流れる電流によりバイパス回路９２０をオン−オフ制御するので、回路規模が小さくなるうえ、回路電流Ｉが滑らかに変化することからノイズが少ないという特徴がある。しかしながら、図１に示した従来のＬＥＤ照明装置９００は、使用環境によりＬＥＤ列の発光量を調節する機能、すなわち調光機能に対応できていないという問題を有する。【００１４】
一方、トライアック（登録商標）調光器を使用して、白熱電球の調光を実施することが知られている。しかしながら、トライアック（登録商標）調光器から出力される交流波形は、一部が欠落した波形となるため、ＬＥＤ照明装置を点灯させる場合、フリッカが目立つおそれがある。【００１５】
そこで、特許文献２では、ＡＣ電源をＤＣ電源に変換する整流器を有し、ＬＥＤをＤＣ電圧で点灯し且つ調光することが記載されている。具体的には、特許文献２には、ＬＥＤ照明装置に供給されるＡＣ電源の電圧を変化させて調光するＬＥＤ照明装置（例えば、特許文献２の図６を参照）が記載されている。また、特許文献２には、プロセッサベースのコントローラを使用して、パルス変調又はパルス幅変調などの各種のデジタル制御により調光するＬＥＤ調光コントローラが記載されている。（例えば、特許文献２の図７を参照）。特許文献２に記載されたＬＥＤ調光コントローラを含むＬＥＤ照明装置では、フリッカの目立たない点灯及び調光が可能である。【００１６】
しかしながら、特許文献２に記載されたＬＥＤ調光コントローラを含むＬＥＤ照明装置は、良好なＤＣ電源を生成する必要がある上、調光回路が複雑になるという問題がある。整流回路を簡単にするには、特許文献１に記載したように、商用交流電源から得られる全波整流波形等の脈流電圧を直接ＬＥＤに印加して点灯できることが望ましい。【００１７】
また、トライアック（登録商標）調光器を使用して白熱電球を調光する場合、トライアック（登録商標）調光器が壁に埋め込まれることが多く、トライアック（登録商標）調光器を壁に埋め込むための追加的な工事が必要なため不便なことがある。そこで、トライアック（登録商標）調光器を使わずに調光量を設定する方法が提案されており、例えば壁スイッチのＯＮ−ＯＦＦ制御を利用する（例えば、特許文献３を参照）。【００１８】
特許文献３の図１には、ランプ負荷Ｌを点灯させるインバータ回路１と、インバータ制御回路４と、電源遮断検出回路２と、時間判定回路３とを備えた照明装置が示されている。インバータ制御回路４は、インバータ回路１の動作を制御してランプ負荷Ｌの点灯状態を変える。電源遮断検出回路２は、スイッチＳＷ１の操作による電源の遮断を検出する。時間判定回路３は、電源遮断検出回路２の電源遮断時間検出信号にて電源を遮断している時間を判定し、この時間が予め設定した所定時間以内である場合にインバータ制御回路４を制御しランプ負荷Ｌの点灯状態を選択する。しかしながら、特許文献３に記載されている制御は、白熱ランプの点灯に関するものであり、ＬＥＤの点灯に関する技術については何ら記載していない。さらに、特許文献３に記載された照明装置は、インバータ回路を使用しているが、インバータ回路は大型且つ高価であるという問題がある。【００１９】
特許文献４の図７には、ブリッジ整流器１０２と、トグル検出器７４と、維持電圧供給回路７１と、カウンタ９６と、ＬＥＤ照明ドライバ８０とを備える調光可能なＬＥＤ照明装置が示される。ブリッジ整流器１０２は、壁スイッチを介して印加されるＡＣ電圧を整流しＤＣ電圧を提供する。トグル検出器７４は、壁スイッチ９８のトグル動作を監視する。維持電圧供給回路７１は維持電圧を提供し、カウンタ９６はトグル動作を計数する。ＬＥＤ照明ドライバ８０は計数値に基づいてＬＥＤ光源をマルチレベルで調光する。【００２０】
特許文献４に記載されている構成では、ブリッジ整流器１０２の出力をリップルの少ない直流電圧に変換してからパルス幅変調を行う。このパルス幅変調で必要となるリップルの少ない直流電圧を生成するには、耐圧が高く容量の大きな電解コンデンサが必要になるが、この電解コンデンサはサイズが大きくなるばかりでなく、ＬＥＤ照明装置のように高温になる環境下では寿命が短くなる。またＬＥＤ照明ドライバ８０は、ほとんどの構成素子がＩＣ化されているが、発振回路などさまざまな回路が内蔵されていて、回路構成が複雑になり易い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】ＷＯ２０１１／０２０００７号公報
【特許文献２】特開２００５−５２４９６０号公報
【特許文献３】実開平４−１１５７９９号公報
【特許文献４】特開２０１１−１０３２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明は、ＬＥＤ列を脈流電圧で駆動し、フリッカの少ない点灯及び、調光が可能であり、簡単な回路構成で実現することを可能とするＬＥＤ照明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】
【００２３】
本発明に係るＬＥＤ照明装置は、直列接続される複数のＬＥＤを含むＬＥＤ列と、交流電源が入力され、ＬＥＤ列に脈流電圧を出力する整流器と、ＬＥＤ列に直列接続され、且つ抵抗素子を有する電流制限回路と、抵抗素子を制御することによって、ＬＥＤ列を流れる電流を制御し、ＬＥＤ列の調光を行う制御回路と、を備えることを特徴とする。【００２４】
さらに、本発明に係るＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤ列が、第１ＬＥＤ列及び第２ＬＥＤ列を含み、第１ＬＥＤ列と第２ＬＥＤ列との間に接続されるバイパス第１入力端子と、電流制限回路の出力端子に接続されるバイパス第２入力端子とを有するバイパス回路を更に有し、バイパス回路は、整流器から出力される脈流電圧が第１ＬＥＤ列の閾値電圧と第１ＬＥＤ列及び第２ＬＥＤ列の合計閾値電圧との間である場合にはバイパス第１入力端子を介して定電流を流し、脈流電圧が合計閾値電圧を超えた場合にはバイパス第１入力端子を介した電流を遮断することが好ましい。【００２５】
さらに、本発明に係るＬＥＤ照明装置では、電源のオン又はオフを検出して検出信号を出力する検出回路と、電源がオフになっても、一定時間電圧を保持する電圧保持回路と、を更に有し、電流制限回路は、スイッチを更に有し、抵抗素子は、スイッチにそれぞれ接続される複数の抵抗から形成され、制御回路は、電圧保持回路の出力を電源とし、検出回路からの検出信号に応じて、スイッチを制御して、複数の抵抗を切り替えることが好ましい。【００２６】
さらに、本発明に係るＬＥＤ照明装置では、整流器がブリッジ整流器であることが好ましい。【００２７】
さらに、本発明に係るＬＥＤ照明装置では、整流器から出力される出力電圧を降下させる電圧降下回路を更に備え、電圧降下回路から出力される出力電圧が電圧保持回路及び検出回路に入力されることが好ましい。【００２８】
さらに、本発明に係るＬＥＤ照明装置では、電流制限回路は、複数の抵抗が直列接続された抵抗列を有し、複数の抵抗の少なくとも１つは、スイッチにより短絡されることが好ましい。【００２９】
さらに、本発明に係るＬＥＤ照明装置では、複数の抵抗は、電流制限値の異なる複数の定電流ダイオードであることが好ましい。【００３０】
また、本発明に係るＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤ列が、第１ＬＥＤ列及び第２ＬＥＤ列を含み、第１ＬＥＤ列と第２ＬＥＤ列との間に接続されるバイパス第１入力端子と、バイパス電流制御端子と、バイパス可変抵抗素子を有するバイパス回路を更に有し、バイパス回路は、整流器から出力される脈流電圧が第１ＬＥＤ列の閾値電圧と第１及び第２ＬＥＤ列の閾値電圧との合計閾値電圧との間である場合にはバイパス第１入力端子を介して定電流を流し、脈流電圧が合計閾値電圧を超えた場合にはバイパス第１入力端子を介した電流を遮断し、制御回路は、バイパス電流制御端子に、バイパス可変抵抗素子を制御して、バイパス第１入力端子を介して流れる定電流の電流値を制御するためのバイパス電流制御信号を入力することが好ましい。【００３１】
さらに、本発明に係るＬＥＤ照明装置では、抵抗素子は可変抵抗素子であり、電流制限回路は、第２ＬＥＤ列と接続される制限回路入力端子と、制限回路制御端子とを更に有し、電流制限回路は、脈流電圧が合計閾値電圧を超えた場合には制限回路入力端子を介して定電流を流し、制御回路は、制限回路制御端子に、可変抵抗素子を制御して、制限回路入力端子を介して流れる定電流の電流値を制御するための制限回路制御信号を入力することが好ましい。【００３２】
さらに、本発明に係るＬＥＤ照明装置では、バイパス電流制御信号と制限回路制御信号は同じ信号であることが好ましい。【００３３】
さらに、本発明に係るＬＥＤ照明装置では、バイパス回路は、第１バイポーラトランジスタと、エンハンスメント型の第１電界効果型トランジスタと、第１プルアップ抵抗と、電流制限回路の出力端子である制限回路出力端子と接続されたバイパス第２入力端子と、バイパス出力端子とを更に有し、バイパス第１入力端子は、第１プルアップ抵抗の一方の端子と、第１電界効果型トランジスタのドレインとに接続され、第１プルアップ抵抗の他方の端子は、第１電界効果型トランジスタのゲートと、第１バイポーラトランジスタのコレクタとに接続され、バイパス第２入力端子は、第１電界効果型トランジスタのソースと、第１バイポーラトランジスタのベースと、バイパス可変抵抗素子の一方の端子とに接続され、バイパス出力端子は、第１バイポーラトランジスタのエミッタと、バイパス可変抵抗素子の他方の端子とに接続されることが好ましい。【００３４】
さらに、本発明に係るＬＥＤ照明装置では、電流制限回路は、第２バイポーラトランジスタと、エンハンスメント型の第２電界効果型トランジスタと、第２プルアップ抵抗と、制限回路入力端子とを更に有し、制限回路入力端子は、第２プルアップ抵抗の一方の端子と、第２電界効果型トランジスタのドレインとに接続され、第２プルアップ抵抗の他方の端子は、第２電界効果型トランジスタのゲートと、バイポーラトランジスタのコレクタとに接続され、電界効果型トランジスタのソースは、バイポーラトランジスタのベースと、バイパス可変抵抗素子の一方の端子とに接続され、制限回路出力端子は、第２バイポーラトランジスタのエミッタと、バイパス可変抵抗素子の他方の端子とに接続されることが好ましい。【００３５】
さらに、本発明に係るＬＥＤ照明装置では、バイパス回路は、ディプレッション型の第３電界効果型トランジスタと、電流制限回路の出力端子である制限回路出力端子と接続されたバイパス第２入力端子と、バイパス出力端子とを更に有し、バイパス第１入力端子は、第３電界効果型トランジスタのドレインに接続され、バイパス第２入力端子は、第３電界効果型トランジスタのソースと、バイパス可変抵抗素子の一方の端子とに接続され、バイパス出力端子は、第３電界効果型トランジスタのゲートと、バイパス可変抵抗素子の他方の端子とに接続されることが好ましい。【００３６】
さらに、本発明に係るＬＥＤ照明装置では、電流制限回路は、ディプレッション型の第４電界効果型トランジスタを更に有し、制限回路入力端子は、第４電界効果型トランジスタのドレインに接続され、第４電界効果型トランジスタのソースは、可変抵抗素子の一方の端子に接続され、制限回路出力端子は、第４電界効果型トランジスタのゲートと、可変抵抗素子の他方の端子とに接続されることが好ましい。
【発明の効果】
【００３７】
本発明に係るＬＥＤ照明装置によれば、ＬＥＤ列に直列接続され、且つ抵抗素子を有する電流制限回路と、抵抗素子を制御することによって、ＬＥＤ列を流れる電流を制御し、ＬＥＤ列の調光を行う制御回路とを有するので、フリッカの少ない点灯及び調光可能な構成を、簡単な回路構成で実現することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】従来例として示したＬＥＤ照明装置の回路図である。
【図２】図１のＬＥＤ照明装置の動作を説明するための波形図である。
【図３】ＬＥＤ照明装置の一例を示す回路図である。
【図４】ＬＥＤ照明装置の他の例を示す回路図である。
【図５】図４に示すＬＥＤ照明装置の回路電流の波形図である。
【図６】ＬＥＤ照明装置の他の例を示す回路図である。
【図７】ＬＥＤ照明装置の他の例を示す回路図である。
【図８】図７に示すＬＥＤ照明装置の回路電流の波形図である。
【図９】ＬＥＤ照明装置の他の例を示す回路図である。
【図１０】図９のＬＥＤ照明装置の動作を説明するための波形図である。
【図１１】ＬＥＤ照明装置の他の例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、図３〜１１を参照して、ＬＥＤ照明装置について詳細に説明する。なお図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また説明のため波形等の部分的な縮尺は適宜変更している。さらに特許請求の範囲に記載した発明特定事項との関係をカッコ内に記載している。
【００４０】
図３を参照して、ＬＥＤ照明装置１００を説明する。図３は、ＬＥＤ照明装置１００を示す回路図である。
【００４１】
ＬＥＤ照明装置１００は、ＬＥＤ列１１０と、電流制限回路１２０と、電圧保持回路１３０と、検出回路１４０と、制御回路１５０とを有する。ＬＥＤ照明装置１００の外部には、直流電流を供給する直流電源１０２と、ＬＥＤ照明装置１００と直流電源１０２との間の電気的な接続をオンオフする電源スイッチ１０１とが配置される。ＬＥＤ列１１０、電圧保持回路１３０及び検出回路１４０を駆動する電力は、直流電源１０２から電源スイッチ１０１を介して供給される。なお本願の図面において、白抜きで下を向いた三角形は、接地、グランド、又はＶＳＳとも称される基準電圧配線を示す。
【００４２】
ＬＥＤ列１１０は、単数又は直列接続される複数のＬＥＤ１１１を有する。ＬＥＤ列１１０のアノードは、電源スイッチ１０１を介して直流電源１０２に接続される。ＬＥＤ列１１０に含まれるＬＥＤの個数は、ＬＥＤの順方向電圧及び電源スイッチ１０１から供給される電圧値に基づいて決める。ＬＥＤ１１１の順方向電圧が３Ｖ程度であり、且つ電源スイッチ１０１から供給される電圧値がハロゲンランプに使用される１２Ｖの直流電圧である場合、ＬＥＤ列１１０に含まれるＬＥＤ１１１の数は、３個又は４個である。
【００４３】
電流制限回路１２０は、３つの抵抗１２１、１２２及び１２３と、２つのｎＭＯＳ電界効果トランジスタ１２４及び１２５（スイッチ、以下ＦＥＴとも称する）とを有する。３つの抵抗１２１、１２２及び１２３は直列接続され、抵抗１２１の上方の端子はＬＥＤ列１１０のカソードに接続され、抵抗１２３の下方の端子は基準電圧配線に接続される。ＦＥＴ１２４のドレインは、抵抗１２１と１２２との間の接続部に接続され、ＦＥＴ１２４のソースは、基準電圧配線に接続される。ＦＥＴ１２５のドレインは抵抗１２２と１２３との間の接続部に接続され、ＦＥＴ１２５のソースは基準電圧配線に接続される。
【００４４】
電圧保持回路１３０は、ダイオード１３１と、コンデンサ１３２と、抵抗１３３とを有する。ダイオード１３１のアノードは、電源スイッチ１０１を介して直流電源１０２に接続される。ダイオード１３１のカソードは、コンデンサ１３２の上方の端子及び抵抗１３３の上方の端子に接続される。コンデンサ１３２の下方の端子及び抵抗１３３の下方の端子は、基準電圧配線に接続される。コンデンサ１３２の容量値及び抵抗１３３の抵抗値は、コンデンサ１３２の容量値及び抵抗１３３の抵抗値で規定される時定数が、電源スイッチ１０１が瞬時にオフされオンされる時間よりも充分長くなるように決める。
【００４５】
検出回路１４０は、抵抗１４１と、コンデンサ１４２と、抵抗１４３とを有する。抵抗１４１の一方の端子は、電源スイッチ１０１を介して直流電源１０２に接続される。抵抗１４１の他方の端子は、コンデンサ１４２及び抵抗１４３の上方の端子に接続される。コンデンサ１４２及び抵抗１４３の下方の端子は、基準電圧配線に接続される。コンデンサ１４２の容量値及び抵抗１４３の抵抗値は、コンデンサ１４２の容量値及び抵抗１４３の抵抗値で規定される時定数が、電源スイッチ１０１が瞬時にオンオフされる時間よりも小さくなるように決める。
【００４６】
制御回路１５０は、カウンタ１５１を有する。カウンタ１５１の＋側電源端子Ｖｄｄは逆流防止用素子であるダイオード１３１のカソードに接続され、−側電源端子Ｖｓｓは基準電圧配線に接続される。カウンタ１５１のクロック端子ｃｋは、抵抗１４１の一方の端子に接続される。カウンタ１５１の２ビット出力端子Ｑ１及びＱ２はそれぞれ、ＦＥＴ１２４及び１２５のゲートに接続される。制御回路１５０は、抵抗１２１及び１２２の間にドレインが接続されるＦＥＴ１２４並びに抵抗１２２及び１２３の間にドレインが接続されるＦＥＴ１２５を制御して、ＬＥＤ列１１０を流れる電流を制御し、ＬＥＤ列１１０の調光を行う。カウンタ１５１は、クロック端子ｃｋに立ち上がり信号が入力されると、カウントアップした出力信号を順次２ビット出力端子Ｑ１及びＱ２に出力するように形成される。すなわち、カウンタ１５１は、クロック端子ｃｋに立ち上がり信号が入力される毎に、２ビット出力端子Ｑ１及びＱ２に００、０１及び１０を順次出力する。２ビット出力端子Ｑ１及びＱ２が１０になった後に、クロック端子ｃｋに立ち上がり信号が入力されると、２ビット出力端子Ｑ１及びＱ２は００に戻る。カウンタ１５１がＣＭＯＳトランジスタで形成される場合、カウンタ１５１で消費される消費電流は無視できる程度の大きさになる。
【００４７】
ＬＥＤ照明装置１００における調光制御の制御フローについて説明する。
まず、電源スイッチ１０１がオン（導通）されると、ダイオード１３１を介してカウンタ１５１の＋側電源端子Ｖｄｄに電源電圧が印加される。カウンタ１５１のクロック端子ｃｋの入力信号は、抵抗１４１の抵抗値とコンデンサ１４２容量値とで決定される時定数程度の遅延時間の経過後にハイレベルになる。クロック端子ｃｋの入力信号が、ハイレベルになると、カウンタ１５１の出力端子Ｑ１及びＱ２から出力される信号は００となる（カウンタ１５１は正論理であるので、０はローレベルに相当する。以下の説明は、カウンタ１５１が正論理であることを前提とする）。カウンタ１５１の出力端子Ｑ１及びＱ２が両方ともにローレベルとなるため、ＦＥＴ１２４及び１２５の双方はオフ状態となる。ＦＥＴ１２４及び１２５の双方がオフ状態となると、矢印で示される電流Ｉは、３つの抵抗１２１、１２２及び１２３を介して基準電圧配線に流れる。
【００４８】
直流電源１０２の出力電圧をＶ０（Ｖ）、ＬＥＤ列１１０に含まれるＬＥＤ１１１の個数をｎ（個）、ＬＥＤ１１１の順方向電圧をＶｆ（Ｖ）、３つの抵抗１２１、１２２及び１２３からなる抵抗列の合成抵抗値をＲ３（Ω）としたとき、電流Ｉは、
Ｉ＝（Ｖ０−ｎ・Ｖｆ）／Ｒ３
となる。上式に示すように、電流Ｉは、３つの抵抗１２１、１２２及び１２３の合成抵抗値により制限される。
【００４９】
次いで、電源スイッチ１０１がオフ（開放）され、コンデンサ１３２の端子間の電圧が所定の電圧以上の電圧に保持されているような短時間のうちに再びオンされる。すなわち、電源スイッチ１０１がオフしている間、電圧保持回路１３０はコンデンサ１３２により所定の電圧以上の電圧を維持続ける。一方、検出回路１４０のコンデンサ１４２は、コンデンサ１４２の容量値及び抵抗１４３の抵抗値で規定される時定数が小さいので、電源スイッチ１０１がオフしている間に放電して、コンデンサ１４２の上方の端子の電圧は０Ｖ（ローレベル）になる。
【００５０】
電源スイッチ１０１がオフされた後にオンされると、カウンタ１５１のクロック端子ｃｋの信号は立ち上がる。クロック端子ｃｋの信号が立ち上がると、カウンタ１５１の出力Ｑ１及びＱ２の出力信号は００から０１になる。出力Ｑ２の出力信号がハイレベルになるので、ＦＥＴ１２５がオンする。ＦＥＴ１２５がオンすると、電流Ｉは抵抗１２１及び１２２とＦＥＴ１２５とを介して基準電圧配線に流れる。抵抗１２１及び１２２からなる抵抗列の合成抵抗値は、抵抗１２１、１２２及び１２３からなる抵抗列の合成抵抗値よりも小さくなる。このため、瞬時にオフされオンされた後の電流Ｉは、瞬時にオフされオンされる前の電流Ｉ（電源スイッチ１０１をオフする前、すなわち抵抗１２１、１２２、１２３に電流Ｉが流れていたときの電流）よりも大きな値になる。電流Ｉの値が大きくなるので、瞬時にオフされオンされた後のＬＥＤ列１１０の明るさは、瞬時にオフされオンされる前のＬＥＤ列１１０の明るさよりも明るくなる。
【００５１】
さらに電源スイッチ１０１がオフされ、短時間のうちに再びオンされる。電源スイッチ１０１がオンされると、カウンタ１５１の出力端子Ｑ１及びＱ２の出力信号は１０となり、ＦＥＴ１２５がオフされ、ＦＥＴ１２４がオンされる。ＦＥＴ１２５がオフされ、ＦＥＴ１２４がオンされると、電流Ｉは、抵抗１２１及びＦＥＴ１２４を介して基準電圧配線に流れる。この場合、電流Ｉが流れる経路の抵抗値は抵抗１２１の抵抗値になるので、電流Ｉは、最初に電源スイッチ１０１がオンされたとき、及び次いで電源スイッチが瞬時にオフされオンされたときよりも大きな値になる。電流Ｉの値が最も大きくなると、この場合のＬＥＤ列１１０の明るさは、最も明るくなる。
【００５２】
さらに電源スイッチ１０１がオフされ、短時間のうちに再びオンされると、カウンタ１５１の出力端子Ｑ１及びＱ２の出力信号は００に戻る。カウンタ１５１の出力端子Ｑ１及びＱ２の出力信号は００に戻ると、ＬＥＤ列１１０の明るさは最も暗い状態に戻る。ＬＥＤ照明装置１００は、ダイオード１３１のカソードとカウンタ１５１の不図示のリセット端子との間にパワーオンリセット回路を挿入することにより、電源スイッチ１０１が最初にオンされたときカウンタ１５１をリセットする機能が追加されてもよい。また、ＬＥＤ照明装置１００において制御回路１５０はカウンタ１５１を有するが、制御回路１５０は検出回路１４０の出力信号によりＦＥＴ１２４及び１２５を順次切り替える機能を有すればよいので、制御回路は他の回路で代替することもできる。例えば、制御回路１５０は、カウンタとデコーダを組合せた回路、又はシフトレジスタを有する構成としてもよい。
【００５３】
図４は、ＬＥＤ照明装置２００を示す回路図である。図３に示すＬＥＤ照明装置１００は直流電源１０２を電源としている。ＬＥＤ照明装置１００では、電流制限をする素子として抵抗１２１、１２２及び１２３が使用されている。抵抗素子を使用して電流制限する回路構成は、単純な回路構成とすることができるが、電源電圧の変動に従ってＬＥＤに流れる電流値が変動するので、ＬＥＤの明るさが不安定になりやすい。このような問題を解決するために、電流制限のための回路構成として、定電流素子又は定電流回路が採用される。図４及び５を参照して、電力を供給する電源が交流電源であり、且つ電流制限のための回路構成として定電流素子が採用されるＬＥＤ照明装置２００を説明する。本明細書では、半波整流回路及び全波整流回路等により交流電力を整流した電流又は電圧であって、平滑回路によりろ波（filtering）されていない電流及び電圧をそれぞれ脈流電流及び脈流電圧と称する。
【００５４】
ＬＥＤ照明装置２００は、ＬＥＤ列２１０と、電流制限回路２２０と、電圧保持回路２３０と、検出回路２４０と、制御回路２５０と、電圧降下回路２７０と、整流回路２６０とを有する。
【００５５】
ＬＥＤ列２１０は、単数又は直列接続された複数のＬＥＤ２１１を有する。実効値が１２Ｖの交流電源を電源として使用する場合、直列接続されるＬＥＤ２１１の段数は３又は４段である。実効値が１００Ｖの交流電源を電源として使用する場合、直列接続されるＬＥＤ２１１の段数は３０〜４０段程度である。また、実効値が２４０Ｖの交流電源を電源として使用する場合、直列接続されるＬＥＤ２１１の段数を８０段程度である。
【００５６】
電流制限回路２２０は、３つの定電流ダイオード２２１、２２２及び２２３と３つのＦＥＴ２２４、２２５及び２２６とを有する。定電流ダイオード２２１に流れる電流は、定電流ダイオード２２２に流れる電流よりも大きい。また、定電流ダイオード２２２に流れる電流は、定電流ダイオード２２３に流れる電流よりも大きい。３つの定電流ダイオード２２１、２２２及び２２３のアノードは、ＬＥＤ列２１０のカソードに接続される。３つの定電流ダイオード２２１、２２２及び２２３のカソードはそれぞれ、ＦＥＴ２２４、２２５及び２２６のドレインに接続される。ＦＥＴ２２４、２２５及び２２６のソースは基準電圧配線に接続される。
【００５７】
電圧保持回路２３０は、ダイオード２３１と、コンデンサ２３２と、抵抗２３３とを有する。ダイオード２３１のアノードは、抵抗２７１及び２７２の間の接続部に接続される。電圧保持回路２３０の構成は、ダイオード２３１のアノードの接続先を除いて、電圧保持回路１３０と同等である。しかしながら、電圧保持回路２３０のコンデンサ２３２の耐圧は、電圧保持回路１３０のコンデンサ１３２の耐圧と相違させてもよい。
【００５８】
検出回路２４０は、抵抗２４１と、コンデンサ２４２と、抵抗２４３と、ダイオード２４４とを有する。ダイオード２４４は、逆流防止用であり、アノードが抵抗２７１及び２７２の間の接続部に接続される。検出回路２４０の構成は、抵抗２４１の一方の端子にダイオード２４４のカソードが接続されることを除いて、検出回路１４０の構成と同等である。しかしながら、検出回路２４０のコンデンサ２４２の耐圧は、検出回路１４０のコンデンサ１４２の耐圧と相違させてもよい。
【００５９】
制御回路２５０は、カウンタ２５１と、デコーダ２５２とを有する。カウンタ２５１の構成は先に説明したカウンタ１５１の構成と同一である。デコーダ２５２の２ビットの出力端子Ｑ１及びＱ２は、デコーダ２５２の入力端子Ｄ１及びＤ２に接続される。デコーダ２５２の出力端子Ｑ１、Ｑ２及びＱ３は、ＦＥＴ２２４、２２５及び２２６のゲートにそれぞれ接続される。デコーダ２５２の出力端子Ｑ１、Ｑ２及びＱ３の出力信号は、入力端子Ｄ１、Ｄ２の状態に応じて１つの出力信号のみがハイレベルになる。カウンタ２５１及びデコーダ２５２は、後述するように電圧降下回路２７０と電圧保持回路２３０により低電圧化した電源で動作するため素子を小型化できる。
【００６０】
整流回路２６０は、ダイオード２６１を有する。ダイオード２６１のアノードは、電源スイッチ２０１を介して交流電源２０２に接続され、カソードはＬＥＤ列２１０のアノード及び抵抗２７１の上方の端子に接続される。図４では下方に示される交流電源２０２の他方の端子は基準電圧配線に接続される。整流回路２６０は、交流電源２０２から入力される電圧を整流して、脈流電圧を出力する。
【００６１】
電圧降下回路２７０は、直列接続される抵抗２７１及び２７２を有する。抵抗２７１の上方の端子は、ダイオード２６１のカソードに接続され、抵抗２７２の下方の端子は基準電圧配線に接続される。電圧降下回路２７０は、電源スイッチ２０１がオン（導通）されたときにダイオード２６１から出力される半波整流波形の信号を分圧することにより、低電圧化された半波整流波形を有する信号を出力する。
【００６２】
電圧保持回路２３０は、逆流防止用ダイオード２３１と、コンデンサ２３２と、抵抗２３３とを有する。電圧保持回路２３０の出力端子は、カウンタ２５１及びデコーダ２５２の＋側電源端子Ｖｄｄ端子に接続される。電圧保持回路２３０は、電圧降下回路２７０から出力される低電圧化された半波整流波形の信号を平滑化して、平滑化された信号をカウンタ２５１及びデコーダ２５２の＋側電源端子Ｖｄｄに出力する。
【００６３】
検出回路２４０は、抵抗２４１と、コンデンサ２４２と、抵抗２４３とを有する。検出回路２４０の出力端子は、カウンタ２５１のクロック端子ｃｋに接続される。検出回路２４０の出力信号は、抵抗２４１とコンデンサ２４２とにより規定される時定数の遅延時間が経過した後に立ち上がる。
【００６４】
ＬＥＤ照明装置２００における調光制御の制御フローについて説明する。
まず、電源スイッチ２０１がオン（導通）されると、カウンタ２５１及びデコーダ２５２の＋側電源端子Ｖｄｄに電圧が印加される。カウンタ２５１のクロック端子ｃｋの入力信号は、抵抗２４１の抵抗値とコンデンサ２４２容量値とで決定される時定数程度の遅延時間の経過後にハイレベルになり、カウンタ２５１の出力端子Ｑ１及びＱ２の出力信号は００になる。デコーダ２５２の出力端子Ｑ１の出力信号がハイレベルになり、デコーダ２５２の出力Ｑ２及びＱ３の出力信号はローレベルになる。２５２の出力端子Ｑ１の出力信号がハイレベルになると、ＦＥＴ２２４はオン状態になり、ＦＥＴ２２５及び２２６はオフ状態になるので、電流Ｉは、定電流ダイオード２２１を介して流れ、ＬＥＤ列２１０の明るさが最も明るくなる。
【００６５】
次いで、電源スイッチ２０１がオフされ、短時間のうちに再びオンされる。電源スイッチ２０１がオフされる間、電圧保持回路２３０の＋側電源端子Ｖｄｄの電圧は、コンデンサ２３２により維持される。一方、検出回路２４０のコンデンサ２４２は放電され、上方の端子の電圧は０Ｖ（ローレベル）になる。コンデンサ２３２と抵抗２３３とで決定される時定数、及びコンデンサ２４２と抵抗２４３とで決定される時定数、並びに制御回路２５０の消費電流は、先に説明した電圧保持回路１３０及び検出回路１４０並びに制御回路１５０と同様である。
【００６６】
次いで、電源スイッチ２０１が瞬時にオフされオンされるとカウンタ２５１の出力端子Ｑ１及びＱ２の出力信号は０１になる。デコーダ２５２の入力端子Ｄ１及びＤ２に０１の入力信号が入力されると、デコーダ２５２の出力端子Ｑ２の出力信号はハイレベルになり、デコーダ２５２の出力端子Ｑ１及びＱ３はローレベルになる。デコーダ２５２の出力端子Ｑ２の出力信号はハイレベルになると、ＦＥＴ２２５はオン状態になり、ＦＥＴ２２４及び２２６はオフ状態になるので、電流Ｉは、定電流ダイオード２２２を介して流れ、ＬＥＤ列２１０の明るさが中間の明るさになる。
【００６７】
次いで、電源スイッチ２０１が瞬時にオフされオンされるとカウンタ２５１の出力端子Ｑ１及びＱ２の出力信号は１０になる。デコーダ２５２の入力端子Ｄ１及びＤ２に１０の入力信号が入力されると、デコーダ２５２の出力Ｑ３はハイレベルになり、デコーダ２５２の出力端子Ｑ１及びＱ２はローレベルになる。ＦＥＴ２２６がオンする。デコーダ２５２の出力Ｑ３はハイレベルになると、ＦＥＴ２２６はオン状態になり、ＦＥＴ２２４及び２２５はオフ状態になるので、電流Ｉは、定電流ダイオード２２３を介して流れ、ＬＥＤ列２１０の明るさが最も暗くなる。そして、さらに電源スイッチ２０１が瞬時にオフされオンされると、カウンタ２５１は初期状態に戻り、ＬＥＤ列２１０の明るさが最も明るくなる。
【００６８】
図５を用いて図４に示したＬＥＤ照明装置２００の動作を説明する。図５（ａ）は、整流回路２６０の出力信号の一部を示す図であり、具体的には、整流回路２６０の出力信号の半波整流波形の電圧が存在する周期を示す図である。図５（ｂ）は、ＬＥＤ照明装置２００の明るさが最も明るくなるときに流れる電流Ｉの波形を示す図である。図５（ｃ）は、ＬＥＤ照明装置２００の明るさが中間の明るさになるときに流れる電流Ｉの波形を示す図である。図５（ｄ）は、ＬＥＤ照明装置２００の明るさが最も暗くなるときに流れる電流Ｉの波形を示す図である。ここで、図５（ａ）〜５（ｄ）の横軸は時間を示し、図５（ａ）の縦軸は電圧値を示し、図５（ｂ）〜５（ｄ）の縦軸は電流値を示す。図５（ａ）〜５（ｄ）の横軸における時間は同一であり、図５（ｂ）〜５（ｃ）の縦軸の電流値の絶対値は同一である。以下の説明では、図４の符号及び端子名等が参照される。
【００６９】
ＬＥＤ列２１０に含まれるＬＥＤ２１１の個数をｎ（個）、ＬＥＤ２１１の順方向電圧をＶｆ（Ｖ）とすると、ＬＥＤ列２１０の閾値はｎ・Ｖｆ（Ｖ）になる。このため、図５（ａ）に示す整流回路２６０の出力信号の電圧が閾値電圧Ｖthに達するまでの期間、及び閾値電圧Ｖth未満になった後の期間では、図５（ｂ）、５（ｃ）及び５（ｄ）に示すように電流Ｉは流れない。図５（ｂ）では、整流回路２６０の出力信号の電圧が閾値電圧Ｖthを越えると電流Ｉが急速に増加し、定電流ダイオード２２１の制限電流値Ｉmaxに達すると一定の値になる。その後、図５（ａ）に示す整流回路２６０の出力信号の電圧が下降して、閾値電圧Ｖthに近づくと電流Ｉが急速に減少する。同様に図５（ｃ）及び５（ｄ）において、整流回路２６０の出力信号の電圧が閾値電圧Ｖthを越えると電流Ｉが急速に増加して、定電流ダイオード２２２及び２２３の制限電流値Ｉmid及びＩminにそれぞれ達すると一定の値になる。その後、整流回路２６０の出力信号の電圧が下降して、閾値電圧Ｖthに近づくと電流Ｉが急速に減少する。
【００７０】
図６は、ＬＥＤ照明装置４００を示す回路図である。図４に示すＬＥＤ照明装置２００の整流回路２６０は、単一のダイオードで形成されているが、整流回路は４つのダイオードからなるブリッジ整流器で形成し、全波整流することにより効率を向上させることができる。また、ＬＥＤ照明装置２００では、電流制限値を制御する抵抗素子として定電流ダイオード２２１、２２２及び２２３が採用されているが、電流制限回路として定電流回路が使用される場合がある。図６を参照して、整流回路としてブリッジ整流器が採用され、電流制限回路として定電流回路が採用されるＬＥＤ照明装置４００を説明する。
【００７１】
ＬＥＤ照明装置４００は、ＬＥＤ列２１０と、電流制限回路４２０と、電圧保持回路２３０と、検出回路２４０と、制御回路２５０と、電圧降下回路２７０と、ブリッジ整流器４６０とを有する。ＬＥＤ列２１０、電圧保持回路２３０、検出回路２４０、制御回路２５０及び電圧降下回路２７０は、図４を参照して説明された回路と同一の回路である。
【００７２】
ブリッジ整流器４６０は４つのダイオード４６１を有し、ブリッジ整流器４６０の交流入力端子は、電源スイッチ２０１を介して交流電源２０２に接続される。ブリッジ整流器４６０の端子Ａは、電流が出力される端子であり、ＬＥＤ列２１０のアノード及び電圧降下回路２７０の内部に配置される抵抗２７１の上方の端子に接続される。ブリッジ整流器４６０の端子Ｂは、電流が流入する端子であり、基準電圧配線に接続される。ブリッジ整流器４６０は、交流電源２０２から入力される電圧を整流して、脈流電圧を出力する。
【００７３】
電流制限回路４２０は、抵抗４２１、４２４、４２５及び４２６と、ＦＥＴ４２２、４２７、４２８及び４２９と、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ４２３（以下、単にトランジスタとも称する）とを有する。抵抗４２４、４２５及び４２６は電流制限値を制御する素子であり、ＦＥＴ４２７、４２８及び４２９は電流制限値を制御する素子を切り替えるスイッチである。抵抗４２１の上方の端子とＦＥＴ４２２のドレインとは、ＬＥＤ列２１０のカソードに接続される。トランジスタ４２３のエミッタとＦＥＴ４２７、４２８及び４２９のソースとは、基準電圧配線に接続される。抵抗４２１の下方の端子は、トランジスタ４２３のコレクタとＦＥＴ４２２のゲートとに接続される。ＦＥＴ４２２のソースは、トランジスタ４２３のベースと抵抗４２４、４２５及び４２６の上方の端子とに接続される。抵抗４２４、４２５及び４２６の下方の端子はそれぞれ、ＦＥＴ４２７、４２８及び４２９のドレインに接続される。
【００７４】
電流制限回路４２０では、トランジスタ４２３のベース−エミッタ間電圧を０．６Ｖに保つようにフィードバックが掛かることによって、ＦＥＴ４２２に流れる電流は制限される。
【００７５】
具体的には、ブリッジ整流器９０５の出力電圧が上昇すると、第１及び第２ＬＥＤ列５１０ａ及び５１０ｂを介して電流制限回路４２０に流れる電流が上昇する。抵抗４２４、４２５又は４２６に流れる電流が上昇すると、抵抗４２４、４２５又は４２６の端子間の電圧、すなわちトランジスタ４２３のベース―エミッタ間電圧が０．６Ｖから上昇し、トランジスタ４２３のベース電流が流れる。トランジスタ４２３のベース電流が流れることにより、トランジスタ４２３のコレクタ―エミッタ間に電流が流れ、抵抗４２１の端子間に電位差が生じる。抵抗４２１の端子間に電位差が生じると、ＦＥＴ４２２のゲートーソース間電圧が低下してＦＥＴ４２２のドレイン電流、すなわち抵抗４２４、４２５又は４２６を流れる電流が低下する。抵抗４２４、４２５又は４２６を流れる電流が、トランジスタ４２３のベース―エミッタ間電圧が０．６Ｖになるまで低下すると、トランジスタ４２３のベース電流はゼロになる。これによって、トランジスタ４２３のベース−エミッタ間電圧を０．６Ｖに保つようにフィードバックが掛かる。
【００７６】
抵抗４２４、抵抗４２５、抵抗４２６の抵抗値は、抵抗４２４、抵抗４２５、抵抗４２６の順番で抵抗値が大きくなるようにそれぞれ設定される。ＦＥＴ４２７がオン状態になったときに電流Ｉが最も大きくなり、ＬＥＤ列２１０の明るさは最も明るくなる。ＦＥＴ４２８がオン状態になったときに電流Ｉが中間の値となり、ＬＥＤ列２１０の明るさは中間の明るさになる。ＦＥＴ４２９がオン状態になったときに電流Ｉが最も小さくなり、ＬＥＤ列２１０の明るさは最も暗くなる。
【００７７】
電源スイッチ２０１の操作フロー及び出力電流波形は図４を参照して説明されたＬＥＤ照明装置２００と同様である。ＬＥＤ照明装置４００では、ブリッジ整流器４６０は、交流電源２０２が出力する交流電流を全波整流するので、点灯周期が半分になり点灯回数が２倍になるため明るさが明るくなる。また、ＬＥＤ照明装置４００では、図５（ａ）の電圧波形は、全波整流波形の一周期に相当する。
【００７８】
図７は、ＬＥＤ照明装置５００を示す回路図である。図６に示すＬＥＤ照明装置４００では、ＬＥＤ列が点灯する期間は、全波整流波形がＬＥＤ列２１０の閾値電圧を越える期間のみである。ＬＥＤ列が点灯しない期間が長くなると、ＬＥＤ照明装置４００の輝度が低下するおそれがある。またＬＥＤ列が点灯しない期間が長くなると、フリッカ、及び移動する物体が飛び飛びに見えるモーションブレークが目立つおそれもある。これらの問題の対策として、ＬＥＤ列を複数に分割し、非点灯期間を短くすることが考えられる。図７及び図８を参照して、ＬＥＤ列を分割して非点灯期間を短くしたＬＥＤ照明装置５００を説明する。
【００７９】
ＬＥＤ照明装置５００は、第１ＬＥＤ列５１０ａと、第２ＬＥＤ列５１０ｂと、電流制限回路４２０と、電圧保持回路２３０と、検出回路２４０と、制御回路２５０と、電圧降下回路２７０と、ブリッジ整流器４６０と、バイパス回路５８０とを有する。第１及び第２ＬＥＤ列５１０ａ及び５１０ｂはそれぞれ、単数又は直列接続される複数のＬＥＤ５１１及び５１２を有し、図６に示すＬＥＤ列２１０が分割された回路に相当する。電流制限回路４２０、電圧保持回路２３０、検出回路２４０、制御回路２５０、電圧降下回路２７０及びブリッジ整流器４６０はそれぞれ、図６に示す回路と同等の回路である。
【００８０】
バイパス回路５８０は、プルアップ抵抗５８１と、バイパス抵抗５８４と、ＦＥＴ５８２と、トランジスタ５８３とを有する。プルアップ抵抗５８１の上方の端子とＦＥＴ５８２のドレインとは、第１ＬＥＤ列５１０ａのカソード及び第２ＬＥＤ列５１０ｂのアノードに接続される。トランジスタ５８３のエミッタとバイパス抵抗５８４の下方の端子とは基準電圧配線に接続される。ＦＥＴ５８２のソースとトランジスタ５８３のベースとバイパス抵抗５８４の上方の端子が接続される接続部は、電流制限回路４２０のトランジスタ４２３のエミッタ並びにＦＥＴ４２７、４２８及び４２９のソースに接続される。この接続部には、電流制限回路４２０から電流が流入する。プルアップ抵抗５８１の下方の端子とトランジスタ５８３のコレクタとＦＥＴ５８２のゲートとは互いに接続される。
【００８１】
電源スイッチ２０１の操作フロー及びＬＥＤ照明装置５００の明るさの順番等の点灯状態は図６に示すＬＥＤ照明装置４００と同様である。図８を参照して、ＬＥＤ照明装置５００の電流波形について説明する。図８（ａ）は、ブリッジ整流器４６０の出力信号の一部を示す図であり、具体的には、ブリッジ整流器４６０で全波整流された出力信号の一周期を示す図である。図８（ｂ）は、ＬＥＤ照明装置５００の明るさが最も明るくなるときに流れる電流Ｉの波形を示す図である。図８（ｃ）は、ＬＥＤ照明装置５００の明るさが中間の明るさになるときに流れる電流Ｉの波形を示す図である。図８（ｄ）は、ＬＥＤ照明装置５００の明るさが最も暗くなるときに流れる電流Ｉの波形を示す図である。図８（ａ）〜８（ｄ）の横軸は時間を示し、図８（ａ）の縦軸は電圧値を示し、図８（ｂ）〜８（ｄ）の縦軸は電流値を示す。図８（ａ）〜８（ｄ）の横軸における時間は同一であり、図８（ｂ）〜８（ｃ）の縦軸の電流値の絶対値は同一である。以下の説明では、図７の符号及び端子名等が参照される。
【００８２】
図８（ｂ）を参照して、バイパス回路５８０の回路動作を説明する。ブリッジ整流器４６０の出力電圧が第１ＬＥＤ列５１０ａの閾値電圧Ｖth1に達しない期間ｔ１において、電流Ｉはゼロである。次いで、期間ｔ２に示すように、ブリッジ整流器４６０の出力電圧が第１ＬＥＤ列５１０ａの閾値電圧Ｖth1に達すると電流Ｉが急激に増加する。電流Ｉが急激に増加すると、バイパス回路５８０において、トランジスタ５８３のベース−エミッタ間電圧を０．６Ｖに保つようにフィードバックが掛かることによって、一定の期間ｔ３の間、一定の電流が流れる。次いで、期間ｔ３の最後の部分では、ブリッジ整流器４６０の出力電圧が第１ＬＥＤ列５１０ａの閾値電圧Ｖth1と第２ＬＥＤ列５１０ｂの閾値電圧Ｖth2との合計閾値電圧よりも大きくなる。期間ｔ３の最後の部分では、電流Ｉの一部が第２ＬＥＤ列５１０ｂ及び電流制限回路４２０を介してバイパス回路５８０に流れる。期間ｔ３の最後の部分では、バイパス回路５８０は、流入する電流とＦＥＴ５８２に流れる電流との合計の電流が一定になる。
【００８３】
次いで、ブリッジ整流器４６０の出力電圧がさらに上昇するとＬＥＤ列５１０ｂに流れる電流が増加するため、期間ｔ４の最初の部分では、ゲート―ソース間電圧がゼロ又は負になり、ＦＥＴ５８２がオフされる。ＦＥＴ５８２がオフされると、バイパス第１入力端子を介して流れる電流は遮断され、電流Ｉは第１及び第２ＬＥＤ列５１０ａ及び５１０ｂを介して流れる。次いで、期間ｔ４の中央部分に示すように、電流制限回路４２０は電流Ｉの上限値を制限電流値Ｉmaxに制限する。そして、ブリッジ整流器４６０の出力電圧が下降する。ブリッジ整流器４６０の出力電圧が下降する期間では、バイパス回路５８０の回路動作は、ブリッジ整流器４６０の出力電圧が上昇する期間と逆の動作を順次していく。
【００８４】
図８（ｃ）は、電流Ｉが抵抗４２５及びＦＥＴ４２８を流れる場合を示す図であり、電流波形の中央部のピークである制限電流値Ｉmidは、図８（ｂ）に示すに制限電流値Ｉmaxよりも低くなっている。また、図８（ｄ）は電流Ｉが抵抗４２６及びＦＥＴ４２９を流れる場合を示す図であり、電流波形の中央部のピークである制限電流値Ｉminは、図８（ｃ）に示すに制限電流値Ｉmidよりもさらに低くなっている。なお図８（ｄ）に示すように、バイパス回路５８０が定電流動作する電流値は、電流制限回路４２０が制限する上限の電流値に一致している。
【００８５】
なお、バイパス回路５８０は電流制限回路として動作しているので、電流制限回路４２０と同様にバイパス抵抗５８４をスイッチで切り替え可能な複数の抵抗に置き換えて、調光させる構成を採用してもよい。
【００８６】
図９及び１０を参照して、ＬＥＤ照明装置６００を説明する。先ず図９を参照して、ＬＥＤ照明装置６００の回路構成を説明する。図９は、ＬＥＤ照明装置６００の回路図である。ＬＥＤ照明装置６００は、ブリッジ整流器６６０と、第１ＬＥＤ列６１０ａと、第２ＬＥＤ列６１０ｂと、バイパス回路６８０と、電流制限回路６２０と、制御回路６５０とを有する。交流電源２０２はブリッジ整流器６６０の入力端子に接続している。
【００８７】
ブリッジ整流器６６０は、４つのダイオード６６１、６６２、６６３及び６６４を有する。ブリッジ整流器６６０の端子Ａは、全波整流波形信号を出力する出力端子であり、ブリッジ整流器６６０の端子Ｂは基準電圧配線に接続される。ブリッジ整流器６６０は、交流電源２０２から入力される電圧を整流して、脈流電圧を出力する。
ＬＥＤ照明装置６００に含まれるＬＥＤ列は、第１ＬＥＤ列６１０ａと第２ＬＥＤ列６２０ｂとからなる。第１ＬＥＤ列６１０ａと第２ＬＥＤ列６２０ｂとは直列接続され、第１ＬＥＤ列６１０ａ内ではＬＥＤ６１１及び６１２を含む複数のＬＥＤが直列接続され、第２ＬＥＤ列６２０ｂ内ではＬＥＤ６１３及び６１４を含む複数のＬＥＤが直列接続される。第１ＬＥＤ列６１０ａの初段のＬＥＤのアノード（以下、第１ＬＥＤ列６１０ａのアノードとも称する）はブリッジ整流器６６０のＡ端子に接続される。第１ＬＥＤ列６１０ａの最終段のＬＥＤのカソード（以下、第１ＬＥＤ列６１０ａのカソードとも称する）と第２ＬＥＤ列６２０ｂの初段のＬＥＤのアノード（以下、第２ＬＥＤ列６１０ｂのアノードとも称する）とは、バイパス回路６８０のバイパス第１入力端子６８７に接続される。第２ＬＥＤ列６２０ｂの最終段のＬＥＤのカソード（以下、第２ＬＥＤ列６１０ｂのカソードとも称する）は電流制限回路６２０の制限回路入力端子６２７に接続される。
【００８８】
バイパス回路６８０は、バイパス第１入力端子６８７と、バイパス第２入力端子６８８と、バイパス出力端子６８９とを有する。バイパス第２入力端子６８８は、電流制限回路６２０の出力端子である制限回路出力端子６２９に接続される。バイパス出力端子６８９は、ブリッジ整流器６６０のＢ端子とともに基準電圧配線に接続される。バイパス回路６８０では、バイパス第２入力端子６８８を介して電流が流れると、バイパス第１入力端子６８７を介して流れる電流は遮断される。
【００８９】
バイパス回路６８０は、第１プルアップ抵抗６８１と、バイパス可変抵抗６８４と、第１電界効果型トランジスタ６８２（以下、第１ＦＥＴとも称する）と、第１バイポーラトランジスタ６８３（以下、第１トランジスタとも称する）とを更に有する。バイパス第１入力端子６８７は、第１プルアップ抵抗６８１の一方の端子と第１ＦＥＴ６８２のドレインとに接続される。第１プルアップ抵抗６８１の他方の端子は、第１ＦＥＴ６８２のゲートと第１トランジスタ６８３のコレクタとに接続される。バイパス第２入力端子６８８は、第１ＦＥＴ６８２のソースと、第１トランジスタ６８３のベースと、バイパス可変抵抗６８４の一方の端子とに接続される。バイパス出力端子６８９は、第１トランジスタ６８３のエミッタと、バイパス可変抵抗６８４の他方の端子とに接続される。バイパス可変抵抗６８４は、制御端子に印加される電圧により抵抗値が変化する可変抵抗である。バイパス可変抵抗６８４の制御端子であるバイパス電流制御端子は、可変抵抗制御電圧配線６５２を介して制御回路６５０に接続される。
【００９０】
電流制限回路６２０は、バイパス回路６８０と略同一の回路構成を有し、バイパス回路６８０のバイパス第２入力端子６８８に相当する端子がないことがバイパス回路６８０と相違する。第２プルアップ抵抗６２１、可変抵抗６２４、第２ＦＥＴ６２２及び第２トランジスタ６２３のそれぞれの結線は、バイパス回路６８０の内部の結線と同様な構成である。可変抵抗６２４は、バイパス可変抵抗６８４と同様に制御端子に印加される電圧により抵抗値が変化する可変抵抗であり、可変抵抗６２４の制御端子である制限回路制御端子は可変抵抗制御電圧配線６５２を介して制御回路６５０に接続される。可変抵抗６２４の抵抗値は、バイパス可変抵抗６８４の抵抗値よりも小さい。
【００９１】
第１及び第２ＦＥＴ６８２及び６２２はエンハンスメント型のｎＭＯＳ−ＦＥＴである。
【００９２】
制御回路６５０は、入力される制御信号６５１に基づいて、バイパス可変抵抗６８４及び可変抵抗６２４の抵抗値を調整する信号（すなわち、可変抵抗制御電圧配線６５２に印加される信号）を出力する。制御回路６５０は、可変抵抗６２４を制御して、第１及び第２ＬＥＤ列６１０ａ及び６１０ｂを流れる電流を制御し、第１及び第２ＬＥＤ列６１０ａ及び６１０ｂの調光を行う。制御信号６５１は、ＤＡＬＩ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）に対応したデジタル信号でも良く、またリモコンから発せられた赤外線信号でも良い。制御信号６５１がデジタル信号である場合、制御回路６５０はデジタル信号を基準電圧系に変換する不図示のホトカプラを有する。一方、制御信号６５１が赤外線信号である場合、制御回路６５０は不図示の赤外線センサーを有する。制御回路６５０の基準電圧系はブリッジ整流器６６０のＢ端子に印加される電圧であり、制御回路６５０は、降圧機能及び整流平滑機能等を備える電源回路を有する。また、制御回路６５０は、マイクロコンピュータを有し、様々な演算処理を実行する。可変抵抗制御電圧配線６５２に出力される電圧信号は、マイクロコンピュータから出力される出力信号をＤ／Ａ変換して出力される信号である。
【００９３】
図１０を参照して、ＬＥＤ照明装置６００の動作を説明する。図１０（ａ）及び１０（ｂ）はそれぞれ、ＬＥＤ照明装置６００の波形図である。図１０（ａ）はブリッジ整流器６６０の端子Ａから出力される全波整流波形電圧信号を示す図である。図１０（ｂ）は、図９において矢印で示されるＬＥＤ照明装置６００の電流Ｉの波形を示す図である。図１０（ａ）の縦軸は電圧値を示し、図１０（ｂ）の縦軸は電流値を示す。図１０（ａ）及び１０（ｂ）の横軸における時間は同一である。以下の説明では、図９の符号及び端子名等が参照される。
【００９４】
図１０（ｂ）に示すブリッジ整流器６６０の出力電圧が第１ＬＥＤ列６１０ａの閾値電圧Ｖth1に達しない期間ｔ１では、電流Ｉはゼロである。
【００９５】
図１０（ｂ）の期間ｔ２では、ブリッジ整流器６６０の出力電圧は、第１ＬＥＤ列６１０ａの閾値電圧Ｖth1を越えているが、第１ＬＥＤ列６１０ａの閾値電圧Ｖth1と第２ＬＥＤ列６１０ｂの閾値電圧Ｖth2との合計閾値電圧は超えていない。期間ｔ２では、回路電流Ｉはバイパス回路６８０を介してブリッジ整流器６６０に戻る。期間ｔ２では、第１トランジスタ６８３のベース−エミッタ間電圧を０．６Ｖに保つようにフィードバックが掛かり、バイパス回路６８０は定電流動作する。期間ｔ２でバイパス回路６８０が定電流動作しているときの回路電流Ｉは、バイパス回路６８０のバイパス第１入力端子６８７を介して流れる電流の最大値である。次いで、期間ｔ２の最後の短期間では、ブリッジ整流器６６０の出力電圧は、第１ＬＥＤ列６１０ａの閾値電圧Ｖth1と第２ＬＥＤ列６１０ｂの閾値電圧Ｖth2との合計閾値電圧を越えて、第２ＬＥＤ列６１０ｂに電流が流れ始める。
【００９６】
次いで、期間ｔ３では、ブリッジ整流器６６０の出力電圧は、第１ＬＥＤ列６１０ａの閾値電圧Ｖth1と第２ＬＥＤ列６１０ｂの閾値電圧Ｖth2との合計閾値電圧よりも大きくなる。ブリッジ整流器６６０の出力電圧が、第１ＬＥＤ列６１０ａの閾値電圧Ｖth1と第２ＬＥＤ列６１０ｂの閾値電圧Ｖth2との合計閾値電圧よりも大きくなると、電流Ｉは、第２ＬＥＤ列６１０ｂ及び電流制限回路６２０を介してバイパス第２入力端子６８８に流れる。電流Ｉがバイパス第２入力端子６８８に流れると、ゲート―ソース間電圧がゼロ又は負になり、ＦＥＴ６８２はオフされる。ＦＥＴ６８２がオフされると、回路電流Ｉは、バイパス回路６８０を介して流れなくなり、第２ＬＥＤ列６１０ｂを介して全て流れる。ゲート―ソース間電圧がゼロになる直前にバイパス第２入力端子６８８を介して流れる電流が、バイパス第１入力端子６８７を介して流入する電流を制限する又はカットオフする電流の最小値となる。この最小値は、前述のバイパス回路６８０のバイパス第１入力端子６８７を介して流れる電流の最大値と等しい。電流制限回路６２０では、第２トランジスタ６２３のベース−エミッタ間電圧を０．６Ｖに保つようにフィードバックが掛かることによって、回路電流Ｉは電流制限回路６２０により定電流化される。期間ｔ３の間に流れる回路電流Ｉは電流制限回路６２０を介して流れる電流の最大値である。
【００９７】
ブリッジ整流器６６０の出力電圧が下降する期間では、バイパス回路６８０及び電流制限回路６２０の回路動作は、ブリッジ整流器６６０の出力電圧が上昇する期間と逆の動作を順次していく。またＬＥＤ照明装置６００は、期間ｔ２、ｔ３の切り替わり時に、バイパス回路６８０のバイパス第１入力端子６８７を介して流れる電流と、バイパス第２入力端子６８８を介して流れる電流との合計が一定になる。このため、回路電流Ｉが滑らかで連続的に変化するので、ノイズが少ない。
【００９８】
図１０（ｂ）において、Ｃは明るい状態に調節したときの回路電流Ｉの波形であり、Ｄは暗い状態に調節したときの回路電流Ｉの波形である。バイパス可変抵抗６８４と可変抵抗６２４を同時に同じ電圧で制御しているため電流波形Ｃと電流波形Ｄは相似的になる。なお実際の調光のダイナミックレンジは、明暗の比として２０：１程度にする。また明るさは回路電流Ｉと点灯しているＬＥＤ（ＬＥＤ６１１等）の個数の積に比例する。
【００９９】
回路電流Ｉはバイパス可変抵抗６８４及び可変抵抗６２４の抵抗値を調節することにより調節される。例えばバイパス可変抵抗６８４及び可変抵抗６２４の抵抗値が増加すると回路電流Ｉは減少する。ＬＥＤ照明装置６００では、バイパス可変抵抗６８４及び可変抵抗６２４の制御端子は単一の可変抵抗制御電圧配線６５２に接続されるので、バイパス可変抵抗６８４及び可変抵抗６２４の制御端子には同一の電圧が印加される。しかしながら、制御回路６５０の内部に不図示の複数のＤ／Ａ変換器を配置し、バイパス可変抵抗６８４及び可変抵抗６２４の制御端子に別々の信号を印加し、バイパス可変抵抗６８４及び可変抵抗６２４の抵抗値を個別に制御しても良い。
【０１００】
以上、説明してきたように、ＬＥＤ照明装置６００は構成素子が少ないので、回路規模を小さくできる。また、バイパス可変抵抗６８４及び可変抵抗６２４の制御端子に同一の電圧が印加され、バイパス可変抵抗６８４及び可変抵抗６２４の抵抗値の比が一定になる。このため、図１０（ｂ）の符号Ｃ及びＤで示すように、ブリッジ整流器６６０の出力電圧の変化に応じて、電流値が相似的に変化する。この場合、ノイズの周波数成分が同じ分布形状を維持しながら強度だけが変化するようになりノイズ対策が容易になる。バイパス可変抵抗６８４の下方の端子の端子電圧と可変抵抗６２４の下方の端子の端子電圧は厳密には一致しないが、以上の説明ではこの不一致は無視している。また第１プルアップ抵抗６８１を介して流れる電流は、バイパス可変抵抗６８４及び可変抵抗６２４を介して流れる電流と比べると微量であるため無視している。
【０１０１】
図１１は、ＬＥＤ照明装置７００の回路図である。図９に示すＬＥＤ照明装置６００のバイパス回路６８０、電流制限回路６２０はエンハンスメント型のＦＥＴ６８２及び６２２を有する。しかしながら、エンハンスメント型の第１及び第２ＦＥＴ６８２及び６２２の代わりに、ディプレッション型のＦＥＴを使用することにより、同等の機能を有するバイパス回路及び電流制限回路を、より簡素化された回路構成で実現できる。そこで図１１を参照して、ディプレッション型のＦＥＴを使ったＬＥＤ照明装置７００を示す。
【０１０２】
先ず図１１を参照して、ＬＥＤ照明装置７００の回路構成を説明する。ＬＥＤ照明装置７００は、ブリッジ整流器６６０と、第１ＬＥＤ列６１０ａと、第２ＬＥＤ列６１０ｂと、バイパス回路７８０と、電流制限回路７２０と、制御回路６５０とを有する。ブリッジ整流器６６０、第１ＬＥＤ列６１０ａ、第２ＬＥＤ列６１０ｂ及び制御回路６５０は図９に示されるＬＥＤ照明装置６００の構成素子と同一の構成を有する。交流電源２０２は、ブリッジ整流器６６０の入力端子に接続される。
【０１０３】
ＬＥＤ照明装置７００のＬＥＤ列は、第１ＬＥＤ列６１０ａと、第２ＬＥＤ列６１０ｂとを含む。第１ＬＥＤ列６１０ａのアノードは、ブリッジ整流器６６０のＡ端子に接続される。第１ＬＥＤ列６１０ａのカソードと第２ＬＥＤ列６１０ｂのアノードとの間の接続部は、バイパス回路７８０のバイパス第１入力端子７８７に接続される。第２ＬＥＤ列６１０ｂのカソードは、電流制限回路７２０の制限回路入力端子７２７に接続される。
【０１０４】
バイパス回路７８０は、バイパス第１入力端子７８７と、バイパス第２入力端子７８８と、バイパス出力端子７８９とを有する。バイパス第２入力端子７８８は、電流制限回路７２０の出力端子である制限回路出力端子７２９に接続される。バイパス出力端子７８９は、ブリッジ整流器６６０のＢ端子に接続される。バイパス回路７８０では、バイパス第１入力端子７８７を介して流れる電流は、バイパス第２入力端子７８８を介して流れる電流により制限される。
【０１０５】
バイパス回路７８０は、第３電界効果型トランジスタ７８２（以下、第３ＦＥＴとも称する）と、バイパス可変抵抗７８４とを有する。バイパス第１入力端子７８７は、第３ＦＥＴ７８２のドレインに接続される。バイパス第２入力端子７８８は、第３ＦＥＴ７８２のソースとバイパス可変抵抗７８４の一方の端子とに接続される。バイパス出力端子７８９は、第３ＦＥＴ７８２のゲートとバイパス可変抵抗７８４の他方の端子とに接続される。バイパス可変抵抗７８４は、バイパス可変抵抗７８４の制御端子に印加される電圧により抵抗値が変化する可変抵抗であり、バイパス可変抵抗７８４の制御端子であるバイパス電流制御端子は可変抵抗制御電圧配線６５２を介して制御回路６５０に接続される。
【０１０６】
電流制限回路７２０は、略同一の回路構成を有し、バイパス回路７８０のバイパス第２入力端子７８８に相当する端子がないことがバイパス回路７８０と相違する。第４ＦＥＴ７２２及び可変抵抗７２４のそれぞれの結線は、バイパス回路７８０の内部の結線と同様な結線である。可変抵抗７２４は、バイパス可変抵抗７８４と同様に制御端子に印加される電圧により抵抗値が変化する可変抵抗であり、可変抵抗７２４の制御端子である制限回路制御端子は可変抵抗制御電圧配線６５２を介して制御回路６５０に接続される。可変抵抗７２４の抵抗値は、バイパス可変抵抗７８４の抵抗値よりも小さい。
【０１０７】
第３及び第４ＦＥＴ６８２及び６２２はディプレッション型のｎＭＯＳ−ＦＥＴである。
【０１０８】
図１０を参照して、ＬＥＤ照明装置７００の動作を説明する。図１0はＬＥＤ照明装置６００の波形図であるが、ＬＥＤ照明装置７００でも同等の波形となるので同一の図面を参照して説明する。以下の説明では、図１１の符号及び端子名等が参照される。
【０１０９】
図１０（ｂ）に示すブリッジ整流器６６０の出力電圧が第１ＬＥＤ列６１０ａの閾値電圧Ｖth1に達しない期間ｔ１では、電流Ｉはゼロである。
【０１１０】
図１０（ｂ）の期間ｔ２では、ブリッジ整流器６６０の出力電圧は、第１ＬＥＤ列６１０ａの閾値電圧Ｖth1を越えているが、第１ＬＥＤ列６１０ａの閾値電圧Ｖth1と第２ＬＥＤ列６１０ｂの閾値電圧Ｖth2との合計閾値電圧は超えていない。期間ｔ２では、回路電流Ｉはバイパス回路７８０を介してブリッジ整流器７６０に戻る。また期間ｔ２では、バイパス可変抵抗７８４からＦＥＴ７８２のソースにフィードバックが掛かり、バイパス回路７８０は定電流動作する。期間ｔ２でバイパス回路７８０が定電流動作しているときの回路電流Ｉは、バイパス回路７８０のバイパス第１入力端子７８７を介して流れる電流の最大値である。期間ｔ２の最後の短期間では、ブリッジ整流器６６０の出力電圧は、第１ＬＥＤ列６１０ａの閾値電圧Ｖth1と第２ＬＥＤ列６１０ｂの閾値電圧Ｖth2との合計閾値電圧を越えて、第２ＬＥＤ列６１０ｂに電流が流れ始める。第２ＬＥＤ列６１０ｂに電流が流れ始めると、バイパス第２入力端子７８８を介して流れる電流と同一の電流がＦＥＴ７８２を流れる電流から減少するので、回路電流Ｉは定電流化される。
【０１１１】
次いで、期間ｔ３では、ブリッジ整流器６６０の出力電圧は、第１ＬＥＤ列６１０ａの閾値電圧Ｖth1と第２ＬＥＤ列６１０ｂの閾値電圧Ｖth2との合計閾値電圧よりも大きくなる。ブリッジ整流器６６０の出力電圧が、第１ＬＥＤ列６１０ａの閾値電圧Ｖth1と第２ＬＥＤ列６１０ｂの閾値電圧Ｖth2との合計閾値電圧よりも大きくなると、電流Ｉは、第２ＬＥＤ列６１０ｂ及び電流制限回路７２０を介してバイパス第２入力端子７８８に流れる。電流Ｉがバイパス第２入力端子７８８に流れると、ＦＥＴ７８２のソースの電圧が上昇し、ソース−ゲート間の電圧が広がるため、ＦＥＴ７８２はオフされる。ＦＥＴ７８２がオフされると、回路電流Ｉは、バイパス回路７８０を介して流れなくなり、第２ＬＥＤ列６１０ｂを介して全て流れる。ＦＥＴ７８２がオフする直前にバイパス第２入力端子７８８を介して流れる電流が、バイパス第１入力端子７８７を介して流入する電流を制限する又はカットオフする電流の最小値となる。この最小値は、前述のバイパス回路７８０のバイパス第１入力端子７８７に流せる電流の最大値と等しい。回路電流Ｉは電流制限回路７２０により定電流化される。ブリッジ整流器６６０の出力電圧が下降する期間では、バイパス回路７８０及び電流制限回路７２０の回路動作は、ブリッジ整流器６６０の出力電圧が上昇する期間と逆の動作を順次していく。またＬＥＤ照明装置７００は、期間ｔ２、ｔ３の切り替わり時に、バイパス回路７８０のバイパス第１入力端子７８７を介して流れる電流と、バイパス第２入力端子７８８を介して流れる電流との合計が一定になる。このため、回路電流Ｉが滑らかで連続的に変化するので、ノイズが少ない。
【０１１２】
回路電流Ｉはバイパス可変抵抗７８４及び可変抵抗７２４の抵抗値を調節することにより調節される。例えばバイパス可変抵抗７８４及び可変抵抗７２４の抵抗値が増加すると回路電流Ｉは減少する。ＬＥＤ照明装置７００では、バイパス可変抵抗７８４及び可変抵抗７２４の制御端子は単一の可変抵抗制御電圧配線６５２に接続されるので、バイパス可変抵抗７８４及び可変抵抗７２４の制御端子には同一の電圧が印加される。しかしながら、制御回路６５０の内部に不図示の複数のＤ／Ａ変換器を配置し、バイパス可変抵抗７８４及び可変抵抗７２４の制御端子に別々の電圧を印加し、バイパス可変抵抗７８４及び可変抵抗７２４の抵抗値を個別に制御しても良い。
【０１１３】
以上、説明してきたように、ＬＥＤ照明装置７００は構成素子が少ないので、回路規模を小さくできる。また、バイパス可変抵抗７８４及び可変抵抗７２４の制御端子に同一の電圧が印加され、バイパス可変抵抗７８４及び可変抵抗７２４の抵抗値の比が一定になる。このため、図１０（ｂ）の符号Ｃ及びＤで示すように、ブリッジ整流器６６０の出力電圧の変化に応じて、電流値が相似的に変化する。この場合、ノイズの周波数成分が同じ分布形状を維持しながら強度だけが変化するようになりノイズ対策が容易になる。バイパス可変抵抗７８４の下方の端子の端子電圧と可変抵抗７２４の下方の端子の端子電圧は一致しないが、以上の説明ではこの不一致は無視している。また、バイパス回路７８０のバイパス出力端子７８９とＦＥＴ７８２のゲートの間、及び電流制限回路７２０の制限回路出力端子７２９とＦＥＴ７２２のゲートの間に、サージによるゲート破壊を防止するための保護抵抗を挿入しても良い。
【０１１４】
ＬＥＤ照明装置６００及び７００では、ＬＥＤ列には２つの第１ＬＥＤ列６１０ａと第２ＬＥＤ列６２０ｂが含まれる。ＬＥＤ照明装置６００のバイパス回路６８０と電流制限回路６２０とはバイパス第２入力端子６８８の有無を除き同一の構成を有する。ＬＥＤ照明装置７００のバイパス回路７８０と電流制限回路７２０とはバイパス第２入力端子７８８の有無を除き同一の構成を有する。このため、第１ＬＥＤ列６１０ａとバイパス回路６８０又は７８０とを有するブロックをカスケード状又ははしご状に接続して多段化することが可能となる。複数の第１ＬＥＤ列６１０ａそれぞれの間を接続する接続部にバイパス回路６８０又は７８０が接続される。また、前段のバイパス回路６８０又は７８０のバイパス第２入力端子６８８又は７８８は、後段のバイパス回路６８０又は７８０のバイパス出力端子６８９又は７８９に接続される。カスケード接続して多段化すると輝度向上や歪率改善を達成しやすくなる。それぞれのブロックに含まれるバイパス可変抵抗６８４又は７８４は、ブリッジ整流器６６０側から離れるにつれて、段々と小さくなるように配置される。複数のバイパス可変抵抗６８４又は７８４の抵抗値は、単一の可変抵抗制御電圧配線６５２に接続されることにより、同時に調節される。
【符号の説明】
【０１１５】
１００、２００、４００、５００、６００、７００    ＬＥＤ照明装置
１０１、２０１    電源スイッチ
１０２    直流電源
１１０、２１０    ＬＥＤ列
１１１、２１１、５１１、５１２    ＬＥＤ
１２０、２２０、４２０、６２０、７２０    電流制限回路
１２１、１２２、１２３、４２４、４２５、４２６    抵抗
１２４、１２５、２２４、２２５、２２６、４２７、４２８、４２９    ＦＥＴ
１３０、２３０    電圧保持回路
１３１、２３１、２４４、２６１、４６１、６６１、６６２、６６３、６６４    ダイオード
１３２、１４２、２３２、２４２    コンデンサ
１３３、１４１、１４３、２３３、２４１、２４３、２７１、２７２、４２１、５８１、５８４，６２１、６８１    抵抗
１４０、２４０    検出回路
１５０、２５０    制御回路
１５１、２５１    カウンタ
２０２    交流電源
２２１、２２２、２２３    定電流ダイオード
２５２    デコーダ
２６０    整流回路
２７０    電圧降下回路
４２２、５８２、６２２、６８２、７２２、７８２    ＦＥＴ
４２３、５８３、６２３、６８３    トランジスタ
４６０、６６０    ブリッジ整流器（整流回路）
５１０ａ、５１０ｂ、６１０ａ、６１０ｂ    ＬＥＤ列（第１及び第２ＬＥＤ列）
５８０、６８０、７８０    バイパス回路
６２４、６８４、７２４、７８４    可変抵抗
６５０    制御回路
ｔ１〜ｔ４    期間
【図１】
2013051658.tif 000003
【図２】
2013051658.tif 000004
【図３】
2013051658.tif 000005
【図４】
2013051658.tif 000006
【図５】
2013051658.tif 000007
【図６】
2013051658.tif 000008
【図７】
2013051658.tif 000009
【図８】
2013051658.tif 000010
【図９】
2013051658.tif 000011
【図１０】
2013051658.tif 000012
【図１１】
2013051658.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成25年2月22日(2013.2.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続される複数のＬＥＤを含むＬＥＤ列と、
交流電源が入力され、前記ＬＥＤ列に脈流電圧を出力する整流器と、
前記ＬＥＤ列に直列接続される電流制限回路と、
抵抗素子を制御することによって、前記ＬＥＤ列を流れる電流を制御し、前記ＬＥＤ列の調光を行う制御回路と、
を備えるＬＥＤ照明装置において、
前記ＬＥＤ列が、直列接続される第１ＬＥＤ列及び第２ＬＥＤ列を含み、
前記第１ＬＥＤ列と前記第２ＬＥＤ列との間に接続されるバイパス第１入力端子を備えるバイパス回路を有し、
前記バイパス回路は、前記整流器から出力される脈流電圧が前記第１ＬＥＤ列の閾値電圧と前記第１ＬＥＤ列及び第２ＬＥＤ列の合計閾値電圧との間である場合には前記バイパス第１入力端子を介して定電流を流し、脈流電圧が前記合計閾値電圧を超えた場合には前記バイパス第１入力端子を介した電流を遮断することを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項２】
前記バイパス回路が前記電流制限回路の出力端子に接続されるバイパス第２入力端子を有する、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項３】
電源のオン又はオフを検出して検出信号を出力する検出回路と、
電源がオフになっても、一定時間電圧を保持する電圧保持回路と、を更に有し、
前記電流制限回路は、スイッチを更に有し、
前記抵抗素子は、前記スイッチにそれぞれ接続される複数の抵抗から形成され、
前記制御回路は、前記電圧保持回路の出力を電源とし、前記検出回路からの前記検出信号に応じて、前記スイッチを制御して、前記複数の抵抗を切り替える、請求項１又は２に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項４】
前記整流器がブリッジ整流器である、請求項３に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項５】
前記整流器から出力される出力電圧を降下させる電圧降下回路を更に備え、
前記電圧降下回路から出力される出力電圧が前記電圧保持回路及び前記検出回路に入力される、請求項３又は４に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項６】
前記電流制限回路は、前記複数の抵抗が直列接続された抵抗列を有し、前記複数の抵抗の少なくとも１つは、前記スイッチにより短絡される、請求項３〜５の何れか一項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項７】
前記複数の抵抗は、電流制限値の異なる複数の定電流ダイオードである、請求項３〜５の何れか一項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項８】
前記バイパス回路は、バイパス電流制御端子と、バイパス可変抵抗素子を有し、
前記制御回路は、前記バイパス電流制御端子に、前記バイパス可変抵抗素子を制御して、前記バイパス第１入力端子を介して流れる定電流の電流値を制御するためのバイパス電流制御信号を入力する、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項９】
前記抵抗素子は可変抵抗素子であり、
前記電流制限回路は、前記第２ＬＥＤ列と接続される制限回路入力端子と、制限回路制御端子とを更に有し、
前記電流制限回路は、脈流電圧が前記合計閾値電圧を超えた場合には前記制限回路入力端子を介して定電流を流し、
前記制御回路は、前記制限回路制御端子に、前記可変抵抗素子を制御して、前記制限回路入力端子を介して流れる定電流の電流値を制御するための制限回路制御信号を入力する、請求項８に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１０】
前記バイパス電流制御信号と前記制限回路制御信号は同じ信号である、請求項９に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１１】
前記バイパス回路は、第１バイポーラトランジスタと、エンハンスメント型の第１電界効果型トランジスタと、第１プルアップ抵抗と、前記電流制限回路の出力端子である制限回路出力端子と接続されたバイパス第２入力端子と、バイパス出力端子とを更に有し、
前記バイパス第１入力端子は、前記第１プルアップ抵抗の一方の端子と、前記第１電界効果型トランジスタのドレインとに接続され、
前記第１プルアップ抵抗の他方の端子は、前記第１電界効果型トランジスタのゲートと、前記第１バイポーラトランジスタのコレクタとに接続され、
前記バイパス第２入力端子は、前記第１電界効果型トランジスタのソースと、前記第１バイポーラトランジスタのベースと、前記バイパス可変抵抗素子の一方の端子とに接続され、
前記バイパス出力端子は、前記第１バイポーラトランジスタのエミッタと、前記バイパス可変抵抗素子の他方の端子とに接続される請求項９又は１０に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１２】
前記電流制限回路は、第２バイポーラトランジスタと、エンハンスメント型の第２電界効果型トランジスタと、第２プルアップ抵抗と、制限回路入力端子とを更に有し、
前記制限回路入力端子は、前記第２プルアップ抵抗の一方の端子と、前記第２電界効果型トランジスタのドレインとに接続され、
前記第２プルアップ抵抗の他方の端子は、前記第２電界効果型トランジスタのゲートと、前記バイポーラトランジスタのコレクタとに接続され、
前記電界効果型トランジスタのソースは、前記バイポーラトランジスタのベースと、前記バイパス可変抵抗素子の一方の端子とに接続され、
前記制限回路出力端子は、前記第２バイポーラトランジスタのエミッタと、前記バイパス可変抵抗素子の他方の端子とに接続される請求項１１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１３】
前記バイパス回路は、ディプレッション型の第３電界効果型トランジスタと、前記電流制限回路の出力端子である制限回路出力端子と接続されたバイパス第２入力端子と、バイパス出力端子とを更に有し、
前記バイパス第１入力端子は、前記第３電界効果型トランジスタのドレインに接続され、
前記バイパス第２入力端子は、前記第３電界効果型トランジスタのソースと、前記バイパス可変抵抗素子の一方の端子とに接続され、
前記バイパス出力端子は、前記第３電界効果型トランジスタのゲートと、前記バイパス可変抵抗素子の他方の端子とに接続される請求項９又は１０に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１４】
前記電流制限回路は、ディプレッション型の第４電界効果型トランジスタを更に有し、
前記制限回路入力端子は、前記第４電界効果型トランジスタのドレインに接続され、
前記第４電界効果型トランジスタのソースは、前記可変抵抗素子の一方の端子に接続され、
前記制限回路出力端子は、前記第４電界効果型トランジスタのゲートと、前記可変抵抗素子の他方の端子とに接続される請求項１３の何れか一項に記載のＬＥＤ照明装置。
【国際調査報告】
2013051658.tif 000014
2013051658.tif 000015
2013051658.tif 000016
2013051658.tif 000017