(57)【要約】  ＬＥＤドライバ（１０）を開示する。ＬＥＤドライバ（１０）は高周波インバータ（２０）及びインピーダンス回路（３０）を含む。高周波インバータ（２０）は高周波電圧を発生すべく作動して、インピーダンス回路（３０）が、１つ以上の逆並列ＬＥＤ対、１つ以上の逆並列ＬＥＤストリング及び/又は１つ以上の逆並列ＬＥＤマトリックスを含むＬＥＤアレイ（４０）を経て流れる交流電流の流れを方向付けるようにする。交流電流の流れをＬＥＤアレイ（４０）から方向転換させるか、又はＬＥＤアレイ（４０）を経て流れる交流電流の流れを変えるためにトランジスタ（Ｔ３）を用いることができる。
2005513819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆並列構成のＬＥＤアレイを接続するための接続端子と；
交流電圧をスイッチング周波数で供給すべく作動し得るインバータと；
前記交流電圧に応答して前記ＬＥＤアレイを経て流れる交流電流の流れを方向付けるべく作動し得るインピーダンス回路と；
を具えていることを特徴とするＬＥＤドライバ。
【請求項２】
前記ＬＥＤアレイを接続するための前記接続端子が、前記ＬＥＤアレイを経て流れる交流電流の流れを制御すべく作動し得るスイッチを接続することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤドライバ。
【請求項３】
前記インピーダンス回路が前記ＬＥＤアレイを接続するための前記接続端子に直列に結合された第１コンデンサを含み；且つ
前記ＬＥＤアレイが、ＬＥＤの対、一対のＬＥＤストリング又はＬＥＤマトリックスを含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤドライバ
【請求項４】
前記インピーダンス回路が前記インバータと前記インピーダンス回路との間に直列に結合されたインダクタも含むことを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤドライバ。
【請求項５】
前記ＬＥＤアレイを接続するための前記接続端子がさらに、前記ＬＥＤアレイを経て流れる交流電流の流れを変えるか、又は方向転換すべく作動し得るスイッチを接続することを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤドライバ。
【請求項６】
前記インピーダンス回路がさらに、前記第１コンデンサに直列に結合された第２コンデンサも含み、且つ
前記ＬＥＤアレイを接続するための前記接続端子が、前記ＬＥＤアレイを経て流れる交流電流の流れを変えるか、又は方向転換すべく作動し得るスイッチを接続することを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤドライバ。
【請求項７】
逆並列の構成を有し、ＬＥＤドライバの一体部分とするＬＥＤアレイと；
交流電圧を供給する手段と；
前記交流電圧に応答して前記ＬＥＤアレイを経て流れる交流電流の流れを制御するための手段と；
を具えていることを特徴とするＬＥＤドライバ。
【請求項８】
逆並列構成のＬＥＤアレイと；
交流電圧を供給すべく作動し得るインバータと；
前記交流電圧に応答して前記ＬＥＤアレイを経て流れる交流電流の流れを方向付けるべく作動し得るインピーダンス回路と；
を具えている請求項１に記載のＬＥＤドライバにおいて、
前記ＬＥＤアレイが該ＬＥＤアレイを経て流れる交流電流の流れを制御すべく作動し得るスイッチを含むことを特徴とするＬＥＤドライバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、発光ダイオード（“ＬＥＤ”）アレイを作動させるためのドライバに関する。本発明は特に、高周波インバータ回路によって供給される交流電流により附勢されるＬＥＤアレイ、及び調光とスイッチング機能を果すべく切り換えることのできるインピーダンス回路によって制御されるＬＥＤアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤは、電流がこれらのＬＥＤに供給されると光を発生する半導体デバイスである。ＬＥＤは元来ＤＣデバイスであり、一極性の電流しか通さず、また歴史的にはこれらのＬＥＤを経て流れる電流を制限する抵抗を用いるＤＣ電圧源によって駆動されている。コントローラの或るものは、コンパクトで、抵抗制御モードよりも有効な電流制御モードでデバイスを作動させ、且つパルス幅変調により光出力を“線形”制御する。しかしながら、この方法は一度に１つのアレイを作動させるだけであり、その作動が厄介である。
【０００３】
ＬＥＤは、ＷＯ９８／０２０２０及びＪＰ１１／３３０５６１の特許によって示されるように、これらのＬＥＤを“逆並列”構成で接続する場合には、ＡＣ源により作動させることができる。このような操作によれば、低周波ＡＣ線路で作動させることの外に、ＬＥＤアレイを簡単に制御することができる。しかしながら、この方法は多数の構成部品を用い、しかも光出力を制御する対策は何ら採られていない。
【発明の開示】
【０００４】
本発明は上述したような従来の諸問題に対処することにある。
【０００５】
本発明は発光ダイオードドライバにある。本発明の様々な要点は新規なものであって、自明なものではなく、しかも様々な利点を提供する。ここに網羅する本発明の実際の本質は添付した請求の範囲を参照してのみ決めることができるも、ここに開示する実施例の特徴である所定の要部を以下簡単に説明する。
【０００６】
本発明の一形態は、ＬＥＤアレイと、インバータと、インピーダンス回路を接続する接続端子を具えているＬＥＤドライバにある。ＬＥＤアレイは逆並列の構成を有している。インバータは交流電圧をスイッチング周波数で供給すべく作動し得る。インピーダンス回路は、前記ＬＥＤアレイを接続するための前記接続端子を経て流れる交流電流の流れを交流電圧に応答して方向付けるべく作動し得る。一見地では、インピーダンス回路がコンデンサを含み、且つＬＥＤアレイが前記コンデンサに直列に結合される逆並列のＬＥＤ対、逆並列のＬＥＤストリング及び/又はＬＥＤマトリックスを含むようにする。他の見地では、ＬＥＤアレイを接続する接続端子にトランジスタを並列に結合させ、該トランジスタがＬＥＤアレイを経て流れる交流電流の流れを制御（例えば、流れを変えるか、方向転換）すべく作動し得るようにする。
【０００７】
本発明の前記のものや、他のもの、特徴及び利点は、添付の図面に関連して読まれる当面の好適実施例についての下記の詳細な説明からも明らかとなろう。この詳細な説明及び図面は、添付した請求の範囲によって規定される本発明及びその同等なものの範囲を限定するのではなくて、本発明を単に例証したに過ぎない。
【０００８】
図１はＬＥＤアレイ４０を駆動するための本発明によるＬＥＤドライバ１０を示す。ＬＥＤドライバ１０は高周波（“ＨＦ“）インバータ２０及びインピーダンス回路３０を具えている。直流電圧源ＶDＣからの直流電流ＩDＣに応答して、ＨＦインバータ２０は交流電圧ＶAＣをスイッチング周波数（例えば、２０kHz〜１００kHz）でインピーダンス回路３０に伝え、これに引き続いてインピーダンス回路３０が交流電流ＩAＣをＬＥＤアレイ４０に伝える。ＨＦインバータ２０は、ＬＥＤアレイ４０への電流をコンパクトで、しかも効率的に制御する。高周波では、限流コンポーネントのサイズがコンパクトになる。ＨＦインバータ２０はまた、直流電圧源ＶDＣからの電流を効率的に制御する。ＨＦインバータ２０には、電圧供給半ブリッジ、電流供給半ブリッジ及び電流供給プッシュプル形式のものが含まれるが、これらに限定されることはない。従来既知の技術を採用し、周波数変調を用いて出力電流を制御することにより、提案した本発明の調整をさらに向上させることができる
【０００９】
図２は本発明によるＬＥＤドライバ１０（図１）の第１実施例を示す。ＨＦインバータ２０ａは、MOSFETの形態のトランジスタＴ１とＴ２とから成る半ブリッジを制御するための半ブリッジコントローラ２１を含む。ＨＦインバータ２０ａは通常通りトランジスタＴ１及びＴ２を交互に逆の態様で作動及び不作動にして、トランジスタＴ１とＴ２との間にＤＣパルス化電圧（図示せず）を発生する。このＤＣパルス化電圧はコンデンサＣ１間にドロップされて、インピーダンス回路３０ａに方形波電圧（図示せず）を発生する。
【００１０】
インピーダンス回路３０ａはコンデンサＣ１に直列に結合されたインダクタＬ１とコンデンサＣ２を具えている。インダクタＬ１及びコンデンサＣ２は接続端子４０１，４０２によって駆動回路に結合されたＬＥＤアレイ４０ａを経て流れる交流電流ＩＡＣの流れを方向付け、ＬＥＤアレイ４０ａは逆並列（即ち、反対極性）に結合された発光ダイオードＬＥＤ１とＬＥＤ２とを有している。交流電流ＩＡＣは、この電流が正極性である時は発光ダイオードＬＥＤ１を経て流れ、また交流電流ＩＡＣが負極性である時は発光ダイオードＬＥＤ２を経て流れる。インピーダンス素子Ｌ１及びＣ２は発光ダイオードＬＥＤ１及びＬＥＤ２に“直列共振、直列負荷”構成で接続される。このような構成にすれば、循環電流を最小にすることができ、且つトランジスタＴ１及びＴ２の“零電圧スイッチング”を実現でき、効率的でコンパクトな回路になる。
【００１１】
斯かる構成の他の利点は、半ブリッジの周波数を変えることによってそれぞれのＬＥＤに流れる電流を変えられることにある。斯様な構成では一般に、周波数が増えるにつれてＬＥＤに流れる電流が低下し、周波数が低下するにつれてＬＥＤに流れる電流が増加するようになる。半ブリッジに周波数制御を加えれば、ＬＥＤからの光出力を可変とすることができる。
【００１２】
図３は、“逆並列”構成に接続した単一ＬＥＤの代わりにＬＥＤストリングを有するＬＥＤアレイ４０ｂを駆動するＨＦインバータ２０ａ（図２）及びインピーダンス回路３０ａ（図２）を示す。交流電流ＩＡＣは、この電流が正極性を有している時は発光ダイオードＬＥＤ１、発光ダイオードＬＥＤ３及び発光ダイオードＬＥＤ５を経て流れる。これに対し、交流電流ＩＡＣが負極性を有している時は、その交流電流は発光ダイオードＬＥＤ２、発光ダイオードＬＥＤ４及び発光ダイオードＬＥＤ６を経て流れる。変形例では、ＬＥＤストリングの直列ＬＥＤの個数を要件が請け合えば異なる数にすることができ、またＬＥＤストリングは電気的に等価な構成、あるいは当業者に分かる“マトリックス構成”で接続することができる
【００１３】
図４はＬＥＤドライバ１０（図１）の第２実施例を示す。インピーダンス回路３０ｂは並列結合のコンデンサＣ２、コンデンサＣ３及びコンデンサＣ４に直列に結合されたインダクタＬ１を具えている。インピーダンス回路３０ｂはＬＥＤアレイ４０ｃを経て流れる交流電流ＩＡＣの流れを方向付ける。逆並列結合の発光ダイオードＬＥＤ１及び発光ダイオードＬＥＤ２はコンデンサＣ２に直列に結合される。逆並列結合の発光ダイオードＬＥＤ３及び発光ダイオードＬＥＤ４はコンデンサＣ３に直列に結合される。逆並列結合の発光ダイオードＬＥＤ５及び発光ダイオードＬＥＤ６はコンデンサＣ４に直列に結合される。交流電流ＩＡＣの分離した部分は、この交流電流ＩＡＣが正極性にある時は発光ダイオードＬＥＤ１、発光ダイオードＬＥＤ３及び発光ダイオードＬＥＤ５を経て流れる。交流電流ＩＡＣの分離した部分は、この交流電流ＩＡＣが負極性にある時は発光ダイオードＬＥＤ２、発光ダイオードＬＥＤ４及び発光ダイオードＬＥＤ６を経て流れる。コンデンサＣ２、コンデンサＣ３及びコンデンサＣ４の容量値は同一として、交流電流ＩＡＣが逆並列結合のＬＥＤ間に同等に分けられるようにする。
【００１４】
コンデンサＣ２、コンデンサＣ３及びコンデンサＣ４は、低コストでコンパクトな表面装着タイプのものとすることができ、またこれらのコンデンサはサブアセンブリとしてＬＥＤアレイ４０ｃに直接取付けることができる。このようにしてＬＥＤの対を駆動させることによる駆動法の利点は、１個のＬＥＤが故障して“開”状態になっても、他の駆動法の場合に有り得るように、全ストリングが暗くなるのではなくて、僅か一対のＬＥＤが暗くなるだけであると云うことにある。３対の逆並列接続したＬＥＤから成るＬＥＤアレイ４０ｃを示しているも、図３に示したように逆並列に接続したＬＥＤ“ストリング”を電流分割コンデンサに対応する数で、任意数のＬＥＤ対／ストリング／マトリックスと同じ態様で接続することもできることは当業者に明らかである。さらに、種々のＬＥＤ対／ストリング／マトリックスにて種々のレベルの電流を望む場合に、これは、所望される電流の比に反比例する種々の容量値のコンデンサを選定することにより達成することができる。
【００１５】
図５はＬＥＤドライバ１０（図１）の第３実施例を示す。インピーダンス回路３０ｃは、並列結合のコンデンサＣ２、コンデンサＣ３及びコンデンサＣ４に直列に結合されるコンデンサＣ５に直列に結合されたインダクタＬ１を含む。インピーダンス回路３０ｃは、接続端子４０１，４０２によって接続されたＬＥＤアレイ４０ｄを経て流れる交流電流ＩＡＣの流れを方向付ける。逆並列結合の発光ダイオードＬＥＤ１と発光ダイオードＬＥＤ２はコンデンサＣ２に直列に結合される。逆並列結合の発光ダイオードＬＥＤ３と発光ダイオードＬＥＤ４はコンデンサＣ３に直列に結合される。逆並列結合の発光ダイオードＬＥＤ５と発光ダイオードＬＥＤ６はコンデンサＣ４に直列に結合される。トランジスタＴ３の形態のスイッチは逆並列結合のＬＥＤに並列に結合される。トランジスタＴ３を他の形態のスイッチで代用することができることは当業者に明らかである。図示の例のトランジスタＴ３はＬＥＤドライバの一部を成す。ＬＥＤアレイ４０ｄには別のトランジスタＴ３を組み込むこともできる。
【００１６】
交流電流ＩＡＣの分離した部分は、この交流電流ＩＡＣが正極性にある時には、発光ダイオードＬＥＤ１、発光ダイオードＬＥＤ３及び発光ダイオードＬＥＤ５を経て流れることができる。交流電流ＩＡＣの分離した部分は、この交流電流ＩＡＣが負極性にある時には、発光ダイオードＬＥＤ２、発光ダイオードＬＥＤ４及び発光ダイオードＬＥＤ６を経て流れることができる。コンデンサＣ２、コンデンサＣ３及びコンデンサＣ４の容量値は、交流電流ＩＡＣをＬＥＤ対に所望される比率に分離すべく調整することができる。トランジスタＴ３の作動は、交流電流ＩＡＣを逆並列結合のＬＥＤから方向転換させて、ＬＥＤをターンオフさせる働きをする。本例に含まれるコンデンサＣ５は、半ブリッジ２０ａから見た実効インピーダンスの変化、従ってトランジスタＴ３がスイッチオン及びスイッチオフされる際の電流レベルＩＡＣの変化を最小にするが、回路はコンデンサＣ２、コンデンサＣ３及びコンデンサＣ４だけで作られる直列共振キャパシタンスでも作動し得る。ＬＥＤ対の代わりに、図３に示したようなＬＥＤストリング又はＬＥＤのマトリックス接続を代用することもできる。
【００１７】
本例では実証目的のために３つのＬＥＤ対及びコンデンサを示したが、任意数のＬＥＤ対、ＬＥＤストリング及び/又はＬＥＤマトリックスを適当なコンデンサと一緒に使用し、これらのＬＥＤを半ブリッジ２０ａにより駆動し、且つトランジスタＴ３により切り換えることができることは当業者に自明である。
【００１８】
図６はＬＥＤドライバ１０（図１）の第４実施例を示す。インピーダンス回路３０ｄは、並列結合のコンデンサＣ２、コンデンサＣ３、コンデンサＣ４及びコンデンサＣ６に直列に結合されるコンデンサＣ５に直列に結合されたインダクタＬ１を含む。インピーダンス回路３０ｄは、ＬＥＤアレイ４０ｄを経て流れる交流電流ＩＡＣの流れを方向付ける。逆並列結合の発光ダイオードＬＥＤ１と発光ダイオードＬＥＤ２はコンデンサＣ２に直列に結合される。逆並列結合の発光ダイオードＬＥＤ３と発光ダイオードＬＥＤ４はコンデンサＣ３に直列に結合される。逆並列結合の発光ダイオードＬＥＤ５と発光ダイオードＬＥＤ６はコンデンサＣ４に直列に結合される。トランジスタＴ３はコンデンサＣ６に直列に結合される。
【００１９】
交流電流ＩＡＣの分離した部分は、この交流電流ＩＡＣが正極性にある時には、発光ダイオードＬＥＤ１、発光ダイオードＬＥＤ３及び発光ダイオードＬＥＤ５を経て流れることができる。交流電流ＩＡＣの分離した部分は、この交流電流ＩＡＣが負極性にある時には、発光ダイオードＬＥＤ２、発光ダイオードＬＥＤ４及び発光ダイオードＬＥＤ６を経て流れることができる。コンデンサＣ２、コンデンサＣ３及びコンデンサＣ４の容量値は、交流電流ＩＡＣをＬＥＤ対に所望される比率に分離すべく調整することができる。トランジスタＴ３の作動は、コンデンサＣ６を経て電流を分離することにより逆並列結合のＬＥＤを経て流れる交流電流ＩＡＣの分離した部分のアンペアレベルを低下させる働きをする。
【００２０】
ＬＥＤ対の代わりに、図３に示したようなＬＥＤストリング又はＬＥＤマトリックスを代用することもできる。
【００２１】
本例では実証目的のために３つのＬＥＤ対及びコンデンサを示したが、任意数のＬＥＤ対、ＬＥＤストリング又はＬＥＤマトリックスを適当なコンデンサと一緒に使用し、これらのＬＥＤを半ブリッジ２０ａにより駆動し、且つこれらのＬＥＤに流れる電流の振幅をトランジスタＴ３及び適当なコンデンサＣ６により切り換えることができることは当業者に明らかである。
【００２２】
図５及び図６にて実証したスイッチング法の組み合わせを用い、且つ図６のように構成される多数のスイッチとコンデンサを用いることにより、所定のＬＥＤアレイに対して多数の照明レベルを実現できることも当業者に明らかである。追加のコンデンサ及びスイッチを図６のＣ６及びＴ３によって教えられるように構成する場合に、多数の照明レベルを達成することができる。図５によるトランジスタＴ３によって教えられるようにスイッチングトランジスタを追加する場合には、オン/オフ機能も同様に追加することができる。
【００２３】
他の例では、トランジスタＴ３を“パルス幅変調”態様で切り換えるものとする場合には、図５及び図６によって教えられるようないずれの構成のものにも、“線形”の調光制御を加えることもできる。トランジスタＴ３を斯様な方法で切り換える場合には、トランジスタＴ３の“フルオン”及び“フルオフ”状態によって決定される最大レベルと最小レベルとの中間における全光レベルにわたり、光出力をトランジスタＴ３のオンタイムに係わるデューティサイクルの関数として最大レベル及び最小レベルから直線的に制御することができる。
【００２４】
図７は、図５にて実証したようなオン/オフのスイッチング特徴と図６にて実証したような振幅制御特徴とを組み合わせた本発明による照明システムの第１実施例を示す。自動車の後部照明システムは斯様な要件に対する用途の一例である。自動車の後部照明システムでは、方向指示機能用にオン/オフ要件が用いられ、また尾灯及びブレーキライト機能用に２レベルの光出力が用いられる。
【００２５】
ＨＦインバータ２０、インピーダンス回路３０ｃ及び接続したＬＥＤアレイ４０ｃは方向指示デバイスを構成し、これは、図５につき前述したようなトランジスタＴ３の動作によってＬＥＤアレイ４０ｃからの光の点滅放射を促進する。ＨＦインバータ２０、インピーダンス回路３０ｄ及び接続したＬＥＤアレイ４０ｄはブレーキ指示デバイスを構成し、これは、図６につき前述したようなトランジスタＴ３の動作によってＬＥＤアレイ４０ｄからの光の明／暗交互放射を促進する。このように、単一の半ブリッジ駆動段を用いて、２組のＬＥＤを照明の度合いを変えて互いに独立して制御することができる。
【００２６】
図７は１個の半ブリッジで２組のＬＥＤアレイを作動させる例を示しているも、任意数の可変構成のアレイを接続して、これらのアレイを添付図面に示し、且つ前述したような制御法によって互いに独立して制御することができることは当業者に明らかである。
【００２７】
図８は、図５にて実証したようなオン/オフのスイッチング特徴と図６にて実証したような振幅制御特徴とを組み合わせ、自動車の後部照明システムとして用いることができる本発明による照明システムの第２実施例を示す。インピーダンス回路３０ｅは、図５の説明によって教えられるようなコンデンサＣ２、コンデンサＣ３、コンデンサＣ４及びコンデンサＣ５から成る容量性のアレイ３１ａに直列に結合されたインダクタＬ１を具えている。インダクタＬ１は、図６の説明によって教えられるようなコンデンサＣ２、コンデンサＣ３、コンデンサＣ４、コンデンサＣ５及びコンデンサＣ６から成る容量性のアレイ３１ｂにも直列に結合される。ＨＦインバータ２０、インピーダンス回路３０ｅ及び接続したＬＥＤアレイ４０ｃは方向指示デバイスを構成し、これは、図５につき前述したようなトランジスタＴ３の動作によってＬＥＤアレイ４０ｃからの光の点滅放射を促進する。ＨＦインバータ２０、インピーダンス回路３０ｅ及び接続したＬＥＤアレイ４０ｄはブレーキ指示デバイスを構成し、これは、図５につき前述したようなトランジスタＴ３の動作によってＬＥＤアレイ４０ｄからの光の明／暗交互放射を促進する。この実施例では、単一のインダクタＬ１を用いることにより制御回路の大きさ及びコストを最小にする。
【００２８】
図１〜図８につきここで述べた本発明において、ＨＦインバータ及びその実施例は、小型及び高効率化のために適切に組み合わせることは当業者に明らかである。さらに、インピーダンス回路３０、ＬＥＤアレイ４０及びそれらの実施例は、簡単な多重アレイ能力に基づいて可変周波数の“線形”光出力制御に利用することができる。さらに、ＬＥＤアレイ４０ａ及びその変形例によって、単一ドライバから多重ＬＥＤの“段階的”光出力及びオン/オフスイッチング制御を可能にする。このタイプの制御は自動車の走行/停止/方向指示信号、又は他の用途としての信号機の停止／注意／進めの信号に有用である。
【００２９】
ここで述べた本発明の実施例は好適例であって、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく幾多の変更を成すことができる。本発明の範囲は添付した請求の範囲に示してあり、同等の意味及び範囲内でのあらゆる変更はここに包含されるものとする。
【００３０】
従って詳述した実施例の代わりに、ＬＥＤアレイ４０をＬＥＤドライバの一体部分とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明によるＬＥＤドライバのブロック図である。
【図２】本発明によるＬＥＤアレイの第１実施例で運用する図１のＬＥＤドライバの第１実施例を示す図である。
【図３】本発明によるＬＥＤアレイの第２実施例で運用する図１のＬＥＤドライバを示す図である。
【図４】本発明によるＬＥＤアレイの第３実施例で運用する図１のＬＥＤドライバの第２実施例を示す図である。
【図５】本発明によるＬＥＤアレイの第４実施例で運用する図１のＬＥＤドライバの第２実施例を示す図である。
【図６】本発明によるＬＥＤアレイの第５実施例で運用する図１のＬＥＤドライバの第３実施例を示す図である。
【図７】本発明による照明システムの第１実施例を示す図である。
【図８】本発明による照明システムの第２実施例を示す図である。
【図１】
2005513819.tif 000003
【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】
2005513819.tif 000009
【図８】
2005513819.tif 000010
【国際調査報告】
2005513819.tif 000011
2005513819.tif 000012