(57)【要約】  本発明は、ＤＣ入力端子（１０）の電流から駆動電流を形成するスイッチングモード段（１２）と、該駆動電流の強度を表すフィードバック信号を形成するＬＥＤ（Ｌ）と、該駆動電流を測定する電流センサ（１８）と、前記スイッチングモード段を制御する制御信号を測定する制御回路（２６，２８，３０）とが設けられており、前記フィードバック信号がユーザの要求電流を表す基準値と比較され、当該の要求電流が得られるように前記制御回路が駆動される、ＬＥＤ駆動回路に関する。本発明によれば、さらに、前記駆動電流が最小値に達したときに飽和する光カプラ（３４）が設けられており、前記制御回路に対する補助給電電圧（Ｖａｕｘ１）が前記スイッチングモード段の磁気デバイスの補助巻線から導出され、該補助給電電圧は前記光カプラが飽和した場合に前記光カプラおよび関連するバイアス回路（３４１，３４２）によって最小値の上方で保持される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣ入力端子（１０）の電流から少なくとも１つのＬＥＤ（Ｌ）に対する駆動電流を形成するスイッチングモード段（１２）と、
前記少なくとも１つのＬＥＤに対する駆動電流を測定して該駆動電流の強度を表すフィードバック信号を形成する電流センサ（１８）と、
前記フィードバック信号とユーザの要求するＬＥＤ電流を表す基準値とを比較して制御信号（３２）を形成する誤差増幅器（２４）と、
前記制御信号に応じて、前記少なくとも１つのＬＥＤに対する前記駆動電流が前記ユーザの要求するＬＥＤ電流に対応するように前記スイッチングモード段を制御する制御回路（２６，２８，３０）と
を有している、
ＬＥＤ駆動装置において、
さらに前記制御信号を前記制御回路へ供給する光カプラ（３４）が設けられており、
該光カプラは、前記ユーザの要求するＬＥＤ電流が低下したときに内部の電流を増大させるバイアス回路（３４１，３４２）を有しており、かつ、前記駆動電流が最小値に達したときに飽和するように構成されており、
前記光カプラが飽和した場合にも前記制御回路に対する補助給電電圧（Ｖａｕｘ１）が前記光カプラおよび前記バイアス回路により最小値の上方で保持される
ことを特徴とするＬＥＤ駆動装置。
【請求項２】
前記スイッチングモード段は磁気デバイスを有しており、前記補助給電電圧は該磁気デバイスの補助巻線（１２２）によって形成される、請求項１記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項３】
前記光カプラは光出力トランジスタを有しており、該光出力トランジスタのコレクタが相応の抵抗を介して前記補助給電電圧に接続され、エミッタが相応の抵抗を介してグラウンドに接続されており、該エミッタの電圧は前記制御信号として前記制御回路へ伝送される、請求項１または２記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項４】
前記誤差増幅器は前記駆動電流の強度と前記ユーザの要求するＬＥＤ電流の強度との差の積分を表す前記制御信号を形成する積分素子を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項５】
前記スイッチングモード段はバック型、ブースト型およびバック‐ブースト型ならびに関連する絶縁型から選択されたトポロジを有する、請求項１から４までのいずれか１項記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項６】
前記スイッチングモード段と前記少なくとも１つのＬＥＤとのあいだにブリーダ回路（１６）が挿入されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項７】
前記電流センサは前記少なくとも１つのＬＥＤに直列に接続されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項８】
前記ユーザの要求するＬＥＤ電流を選択的に設定するためのユーザインタフェース（２０）が設けられている、請求項１から７までのいずれか１項記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項９】
前記制御回路は、前記スイッチングモード段を前記制御信号にしたがって駆動する連続伝導モード／不連続伝導モードコントローラ（２６）および発振器（３０）のうち少なくとも１つを有している、請求項１から８までのいずれか１項記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項１０】
前記制御回路は前記連続伝導モード／不連続伝導コントローラおよび前記発振器の双方と該連続伝導モード／不連続伝導コントローラおよび該発振器に結合された論理回路（２８）とを有しており、該論理回路は前記ユーザの要求するＬＥＤ電流に基づいて前記スイッチングモード段を該連続伝導モード／不連続伝導コントローラまたは該発振器によって選択的に駆動する、請求項９記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項１１】
スイッチングモード段（１２）により、ＤＣ入力端子（１０）の電流から少なくとも１つのＬＥＤ（Ｌ）に対する駆動電流を形成し、
電流センサ（１８）により、前記少なくとも１つのＬＥＤに対する駆動電流を測定して該駆動電流の強度を表すフィードバック信号を形成し、
誤差増幅器（２４）により、前記フィードバック信号とユーザの要求するＬＥＤ電流を表す基準値とを比較して制御信号（３２）を形成し、
制御回路（２６，２８，３０）により、前記制御信号に基づいて前記駆動電流を制御し、前記少なくとも１つのＬＥＤに対する前記駆動電流を前記ユーザの要求するＬＥＤ電流に対応させる、
ＬＥＤ駆動方法において、
光カプラ（３４）により前記制御信号を前記制御回路へ供給し、
該光カプラのバイアス回路（３４１，３４２）により、前記ユーザの要求するＬＥＤ電流が低下したときに内部の電流を増大させ、かつ、前記駆動電流が最小値に達したときに前記光カプラを飽和させ、前記光カプラが飽和した場合にも前記制御回路に対する補助給電電圧（Ｖａｕｘ１）を前記光カプラおよび前記バイアス回路により最小値の上方で保持する
ことを特徴とするＬＥＤ駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードすなわちＬＥＤを駆動する技術、特にＬＥＤの放出する放射の強度または出力を調整する技術に関連する。この調整動作はＬＥＤの調光動作（ディミング）とも称される。特に本発明は、光源として用いられるいわゆる高線束ＬＥＤの駆動手段に関する。
【０００２】
関連技術の説明
ＬＥＤから放出された光の強度を調光する手段として２つの基本的なアプローチが存在する。第１のアプローチはＬＥＤを通る直流電流を制御する方式であり、第２のアプローチは一定のピーク値を有する負荷電流をパルス幅変調する方式である。この２つのアプローチは低い調光レベルでのパフォーマンスを改善するために組み合わせて用いられることもある。
【０００３】
第１のアプローチは一般に構成が簡単であり、特に低コストかつコンパクトな電源に組み込まれる場合に有利である。この第１のアプローチは、直流電流をＬＥＤモジュールで許容される最大値に合わせて調整し、光源の耐用期間を保証して定格電流の超過を回避するために用いられる。これに対して、第２のアプローチは、一定のピーク電流をともなうパルス幅変調により、調光レベルから独立に光の波長を維持しなければならない場合に用いられる。
【０００４】
こんにち、サイズおよびコストを低減するために、ＬＥＤに対する電源は、１つまたは複数の磁気デバイスの電流を２つ以上の電流路へ転送する所定数のスイッチを含む。このことは、定電圧源に接続されたバック型、ブースト型、バック‐ブースト型または絶縁型などの非共振式のスイッチングモード電源のトポロジにおいて特に有利である。典型的なスイッチング周波数は数１０ｋＨｚのオーダーにある。
【０００５】
直列に接続された１組のＬＥＤの光出力の量を低減するために重要なのは、ＬＥＤ接合領域の電圧‐電流特性に基づいて、出力電圧を一定に保持し、出力電流ひいては出力電力を低減することである。当該の回路装置が連続伝導モードＣＣＭで動作しており、入力電圧が一定である場合、デューティ比はほぼ一定に保持される。効率をほぼ一定とすると、出力電力の低下により磁気デバイスでの平均電流は低下し、回路装置はやがて不連続伝導モードＤＣＭへ移行する。このレベルでは、当該の回路装置は、遷移モードＴＭすなわち連続伝導モードと不連続伝導モードとの境界で動作する。出力電力が低下するときには、電磁障害ＥＭＩおよび効率の制約に対応するため、スイッチング周波数を設計者の定めたレベルまで増大しなければならない。
【０００６】
こうした遷移モードで動作する従来技術のＬＥＤ駆動装置の例として、ON-Semiconductor社のNCP1207，Philips社のTEA1507,TEA1533またはSTMicroelectronics社のL6565などが挙げられる。
【０００７】
したがって、調光レベルがきわめて低いときには、回路は不連続伝導モードＤＣＭで動作する。市販されている多くの現行の駆動装置では、こうした条件、つまり所定のレベルより下方では、出力電力を正確に制御することができない。低いレベルでは駆動装置はいわゆるバーストモードで動作しはじめる。これは、駆動装置がバースト期間の第１の部分において所定量の電力を過剰に送出し、その後、バースト期間の第２の部分において不連続な切り換え動作を行い、低い平均電力を送出することを意味する。このような動作モードはＬＥＤにとっては許容不能であり、出力電力が低い周波数で脈動して光源の光にフリッカが認められるようになってしまう。ヒトの目の感度は対数的であるので、見かけの光強度が高い場合には、調光されたとしても、望ましくないフリッカが認められる。
【０００８】
発明の概要
本発明の課題は、上述した問題を解決する手段を提供することである。特に、１つまたは複数のＬＥＤの駆動装置ないし制御装置において、低い直流電流レベルでも調光を行えるようにすることが望ましい。
【０００９】
この課題は、本発明の独立請求項の特徴を有する装置および方法により解決される。本発明の個々の特徴は単独でも任意に組み合わせても特許請求の範囲となりうる。
【００１０】
本発明の有利な実施形態によれば、定電圧源（例えばキャパシタから成る直流リンク）に接続された非共振式のスイッチングモード電源のトポロジ、すなわち、バック型、ブースト型、バック‐ブースト型または絶縁型のトポロジが用いられる。当該のトポロジは単段型の電源の形態または多段型の電源の最終段（出力段）の形態を有する。
【００１１】
本発明の有利な実施形態によれば、低電圧ロックアウトＵＶＬＯの閾値の上方に補助最小電圧を設定する手段が用いられる。当該の手段は２つの抵抗と、飽和可能な光カプラと、低い調光レベルでＬＥＤ電流を低減する付加的なブリーダ回路とから成る。
【００１２】
本発明によって得られる基本的な利点は、ＬＥＤに対する電源の調光能力が電流のゼロ値まで得られること、ならびに、電源が単純化されコンパクトになることである。
【００１３】
図面の簡単な説明
本発明を以下に図示の実施例に則して詳細に説明する。図１には従来技術によるＬＥＤ駆動装置のブロック図が示されている。図２には本発明のＬＥＤ駆動装置の有利な実施例のブロック図が示されている。図３には本発明のＬＥＤ駆動装置で形成された信号の時間特性のグラフが示されている。
【００１４】
本発明の実施例の説明
図１のブロック図には、直列に接続された１つまたは複数のＬＥＤ駆動装置に対する単段型の定電流源または多段型の定電流源の最終段（出力段）が示されている。特にことわりのないかぎり、図１の要素は図２の要素に相当する。
【００１５】
図示されている回路には、定電圧へ接続された入力端子１０が設けられている。当該の定電圧は、例えば電源の上流段、他の定電圧源、バッテリまたは主電圧源に接続されたろ波整流器から、図示されていない直流リンクを介して供給される。
【００１６】
直流リンクの入力端子１０に続いて第１のモジュールまたは第１のブロックとしてスイッチングモード段１２が示されており、これはバック型、ブースト型、バック‐ブースト型または絶縁型のトポロジによって構成されている。
【００１７】
スイッチングモード段１２には出力フィルタ１４がカスケード接続されているが、この出力フィルタ１４はスイッチングモード段１２に含まれていてもよい。ついで、出力フィルタ１４の出力のうち所定量を消費するブリーダ回路１６が付加的に配置されている。ブリーダ回路１６は単なる抵抗であるよりは能動消費回路であるほうが有利である。
【００１８】
さらに、スイッチングモード段１２からＬＥＤの駆動のために供給され出力フィルタ１４およびブリーダ回路１６を通った駆動電流を測定する周知のタイプの電流センサ１８が設けられている。電流センサ１８はＬＥＤに対するその時点の駆動電流に比例するフィードバック信号を形成する。図示の実施例では、電流センサ１８は１つまたは複数のＬＥＤに直接に直列接続されている。ただし、当分野の技術者であれば、電流センサ１８を回路装置内の他の位置に配置してもよいことは容易に理解できるはずである。
【００１９】
本発明の回路装置はさらにユーザからの調光命令を電気的な制御信号へ変換するユーザインタフェース２０を含む。当該のユーザインタフェース２０は標準プロトコルに準拠した全ての電気的要求を満足するように構成されている。また、本発明の回路装置は、ユーザインタフェース２０からの制御信号を変換してユーザの要求するＬＥＤ電流の強度を表す基準信号を形成する可変基準信号発生器２２を含む。ついで、誤差増幅器２４が可変基準値発生器２２からの基準信号と電流センサ１８からのその時点での出力信号とを比較し、１つまたは複数のＬＥＤへ供給される電力を制御する制御信号３２を形成する。
【００２０】
ここで、連続伝導モード／不連続伝導モードコントローラ（ＣＣＭ／ＤＣＭコントローラ）２６は、論理回路２８を介して、スイッチングモード段１２内の１つまたは複数の電子スイッチ１２を駆動する信号を形成する。また、発振器３０は、論理回路２８を介して、スイッチングモード段１２内の１つまたは複数の電子スイッチ１２０を駆動する固定周波数の信号を形成する。これらの連続伝導モード／不連続伝導モードコントローラ２６，発振器３０および論理回路２８はともに線路を介して制御信号３２を受け取る。
【００２１】
特に、論理回路２８は、線路を介して受信された制御信号３２にしたがって、スイッチングモード段１２の１つまたは複数のスイッチ１２０が連続伝導モード／不連続伝導モードコントローラ２６または発振器３０のいずれによって駆動されるかを判別する。
【００２２】
１つまたは複数のＬＥＤに対する駆動電流は電流センサ１８によって測定され、誤差増幅器２４において基準信号と比較される。基準信号は、可変基準信号発生器２２により、ユーザの要求する調光レベルに応じて可変に設定される。誤差増幅器２４は１つまたは複数のＬＥＤに要求される電力量に関連する制御信号３２を形成する。
【００２３】
調光レベルが高く、ＬＥＤ電流が高い領域に設定されている場合には、論理回路２８はスイッチングモード段１２の１つまたは複数のスイッチ１２０を連続伝導モード／不連続伝導モードコントローラ２６の形成した信号にしたがって駆動し、通常の閉ループスイッチング電源と同様の制御が行われる。調光レベルが低く、ＬＥＤ電流が低い領域に設定されている場合には、論理回路２８はスイッチングモード段１２の１つまたは複数のスイッチ１２０を発振器３０の形成した固定周波数の信号にしたがって駆動する。こうして、低い調光レベルであっても、回路装置は不連続伝導モードで動作し、バーストモードでは動作しない。スイッチング周波数が低下すると、１つまたは複数のＬＥＤへ供給される電力も相応に低下する。約１００Ｈｚを上回るスイッチング周波数では、１つまたは複数のＬＥＤの光にはフリッカが認められなくなる。
【００２４】
図３には、本発明の最終段（出力段）が不連続伝導モードで動作する場合の磁気デバイスの電流波形が示されている。低い調光レベルでは、切換周期ＴＳＷは、発振器３０により、線路を介して供給される制御信号３２にしたがって、低出力に対して増大するように調整され、主スイッチのオン時間ｔｏｎは一定にとどまる。この関数は市販されている既存のコントローラに含まれている。
【００２５】
簡単に言えば、発振器３０は線路の制御信号３２によって制御される周波数を有する信号を形成し、フィードバック制御により、当該の周波数は要求された出力を得るための適切な値へ自動的に調整される。
【００２６】
従来技術による図１の回路装置では、誤差増幅器２４からの信号が直接に連続伝導モード／不連続伝導モードコントローラ２６および発振器３０へ供給されるが、本発明による図２の回路装置では、誤差増幅器２４からの信号は光カプラ３４を介して連続伝導モード／不連続伝導モードコントローラ２６および発振器３０へ供給される。図２の回路装置では、光カプラ３４には受信部および送信部に対する２つの給電電圧Ｖａｕｘ１，Ｖａｕｘ２が供給される。ここでは、光カプラ３４の送信部はＬＥＤを含み、受信部は抵抗３４１，３４２を備えた光トランジスタを含む。特に、抵抗３４１は第１の電圧Ｖａｕｘ１と光トランジスタのコレクタとのあいだに接続され、抵抗３４２はグラウンドと光トランジスタのエミッタとのあいだに接続され、前述の線路からは分離されている。
【００２７】
なお、わかりやすくするために図２には明示していないが、第１の電圧Ｖａｕｘ１は連続伝導モード／不連続伝導モードコントローラ２６，発振器３０および論理回路２８から成る制御回路の給電にも用いられる。
【００２８】
少なくとも幾つかのケースでは、直流リンクの電圧が高くなりすぎ、低いほうの第１の電圧Ｖａｕｘ１が効率的に得られなくなることがある。このため、第１の電圧Ｖａｕｘ１は本発明の最終段（出力段）の磁気デバイスの補助巻線１２２から取り出される。
【００２９】
この場合、スイッチング周波数はきわめて低く、制御回路を一定に保持することができない。これはスイッチングモード段１２から送出された最小電力がゼロより大きく、最小調光レベルを有することを意味する。このとき、１つまたは複数のＬＥＤでの電流を低減して最小調光レベルとするために、所望されていない電力をブリーダ回路１６に吸収させることができる。定格電力での良好な効率を達成するには、ブリーダ回路１６は単純な抵抗であるよりも能動消費回路であったほうがよい。
【００３０】
図２の実施例では、連続伝導モード／不連続伝導モードコントローラ２６および発振器３０へ供給される制御信号３２の電圧が出力電力の低下に相応に増大される。また、光カプラ３４により、当該の制御信号３２の電圧が光カプラ３４からの出力電流の低下に相応に増大される。
【００３１】
結果として、光カプラ１４の電流が低下すると出力は増大し、逆に光カプラの電流が増大すると出力は低下する。
【００３２】
出力を低減するために、線路の制御信号３２の電圧は最大レベルへ達し、制御回路によって定められ、基準信号として用いられる。２つの抵抗３４１，３４２から成る回路は当該の基準信号を用いて補助給電電圧を最小値の上方に設定する。当該の最小値は出力電力が最小調光レベルへ低下されたとき、制御回路をオンに保持するのに必要な電圧値である。ここから、最小スイッチング周波数ひいては最小電力が間接的に定められる。
【００３３】
調光レベルが最小値に達すると光カプラ３４は飽和し、補助給電電圧Ｖａｕｘ１は１）線路の制御信号３２の電圧（最大値に近い値）と、２）飽和している光カプラ３４を介した電圧と、３）分岐路の電流によって定められる抵抗３４１を介した電圧降下との和に等しくなる。当該の電流は線路の制御信号３２の電圧を抵抗３４２の抵抗値で除算した値に等しい。したがって、最小補助電圧はＣＴＲ（Current Transfer Ratio）から独立に、主として線路の制御信号３２の電圧の最大値、すなわち制御回路、例えば連続伝導モード／不連続伝導モードコントローラ２６および発振器３０によって定められる値に基づいて変化する。
【００３４】
本発明を図示の実施例に則して説明したが、本発明は実施例に限定されるものではない。特許請求の範囲に規定された本発明の範囲から離れることなく、実施例に種々の修正ないし変更を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来技術によるＬＥＤ駆動装置のブロック図である。
【図２】発明のＬＥＤ駆動装置のブロック図である。
【図３】本発明のＬＥＤ駆動装置で形成された信号の時間特性のグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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