(57)【要約】【課題】発光素子の調光を行うための制御回路の力率を向上させる。【解決手段】交流電源を全波整流する整流部３０と、スイッチング素子３８と、基準電圧Ｖｒｅｆを生成する基準電圧発生部４０と、整流部３０において整流された電圧Ｓｒｅｃを受けてＬＥＤ１０２に流れる電流に応じた比較電圧Ｖｃｍｐと基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、その比較結果に応じてスイッチング素子３８のスイッチングを制御する比較器４２とを備え、基準電圧発生部４０は、整流部３０で整流された電圧に応じてソース−ドレイン間の抵抗値を変化させるトランジスタＱ１を含む分圧回路を備え、分圧回路によって整流部３０で整流された電圧Ｓｒｅｃに応じて基準電圧Ｖｒｅｆを出力する。【選択図】図１
2011233450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子の制御回路であって、
交流電源を全波整流する整流部と、
スイッチング素子と、
基準電圧を生成する基準電圧発生部と、
前記整流部において整流された電圧を受けて前記発光素子に流れる電流に応じた比較電圧と前記基準電圧とを比較し、その比較結果に応じて前記スイッチング素子のスイッチングを制御する比較器と、
を備え、
前記基準電圧発生部は、
前記整流部で整流された電圧に応じてソース−ドレイン間の抵抗値を変化させるトランジスタを含む分圧回路を備え、前記分圧回路によって前記整流部で整流された電圧に応じて前記基準電圧を出力することを特徴とする発光素子の制御回路。
【請求項２】
請求項１に記載の発光素子の制御回路であって、
前記基準電圧発生部は、前記整流部で整流された電圧が高くなるにつれて、当該電圧の増加に応じた前記基準電圧の増加の割合を小さくすることを特徴とする発光素子の制御回路。
【請求項３】
発光素子の制御回路であって、
交流電源を全波整流する整流部と、
スイッチング素子と、
基準電圧を生成する基準電圧発生部と、
前記整流部において整流された電圧を受けて前記発光素子に流れる電流に応じた比較電圧と前記基準電圧とを比較し、その比較結果に応じて前記スイッチング素子のスイッチングを制御する比較器と、
を備え、
前記基準電圧発生部は、前記整流部で整流された電圧に応じて前記基準電圧を変化させる比較器を備えることを特徴とする発光素子の制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子の制御を行う制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、白熱電球を照明として用いる場合に発光強度（明るさ）を調光するために、交流電源の導通角を制御して、白熱電球に流れる電流の平均値を低下させることによって発光強度を制御するシステムが用いられている。
【０００３】
一方で、省エネルギー等の観点から白熱電球に代わって発光ダイオード（ＬＥＤ）を照明用の発光素子として利用することが望まれている。ＬＥＤを照明に用いる場合、既にインフラとして用いられている白熱電球用の調光システムを流用することが望まれる。
【０００４】
図４は、従来の照明システムの制御回路１００を示す。制御回路１００は、整流部１０、整流用コンデンサ１２、チョークコイル１４、回生用ダイオード１６、スイッチング素子１８、基準電圧発生部２０及び比較器２２を含んで構成される。
【０００５】
整流部１０にＡＣ電源を供給すると、ＡＣ電源が全波整流される。全波整流された電圧は整流用コンデンサ１２によって平滑化され、ＬＥＤ１０２のアノード端子へ駆動電圧として供給される。ＬＥＤ１０２のカソードは、チョークコイル１４、スイッチング素子１８及び抵抗素子Ｒ１の直列接続を介して接地される。抵抗Ｒ１の端子電圧は比較電圧Ｖｃｍｐとして比較器２２の反転入力端子に入力される。一方、基準電圧発生部２０は、抵抗Ｒ２、ツェナーダイオードＺＤ及び抵抗Ｒ３の直列接続からなり、整流部１０で整流された電圧を分圧して比較電圧Ｖｒｅｆを比較器２２の非反転入力端子に入力する。比較器２２による基準電圧Ｖｒｅｆと比較電圧Ｖｃｍｐとの比較結果に基づいてスイッチング素子１８のスイッチングが制御され、チョークコイル１４、スイッチング素子１８及び抵抗素子Ｒ１を介してＬＥＤ１０２へ電流し、ＬＥＤ１０２を発光させる。ここで、比較電圧Ｖｃｍｐが基準電圧Ｖｒｅｆより小さい場合にはスイッチング素子１８をオンにしてＬＥＤ１０２へ電流を流し、比較電圧Ｖｃｍｐが基準電圧Ｖｒｅｆより大きくなった場合にはスイッチング素子１８をオフにしてＬＥＤ１０２への電流を遮断する。このようにして、ＬＥＤ１０２に流れる電流を制御し、ＬＥＤ１０２の平均的な発光強度を制御することができる。また、スイッチング素子１８がオフになった際に、チョークコイル１４に蓄えられているエネルギーをＬＥＤ１０２へ回生させる回生用ダイオード１６がＬＥＤ１０２及びチョークコイル１４に並列に設けられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の制御回路１００では、図５に示すように、調光器からの入力電圧Ｖｉｎに対して全波整流された電圧Ｓｒｅｃが生成され、この電圧Ｓｒｅｃに応じた基準電圧Ｖｒｅｆが基準電圧発生部２０において生成される。
【０００７】
ところで、家庭用の交流電源の電圧は、家庭毎や国毎に異なり、例えば、１００Ｖ〜２００Ｖの範囲で変動する。従来の制御回路１００では、交流電源の電圧が上がり、全波整流された電圧Ｓｒｅｃによって発生する抵抗Ｒ２及びＲ３の端子電圧の和がツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧Ｖｚｄより高くなると、図６に示すように、基準電圧Ｖｒｅｆがツェナー電圧Ｖｚｄにおいてクランプされ、電圧Ｓｒｅｃの波形に沿ったスイッチング素子１８のスイッチングの制御が行われなくなる。このため、システム全体の力率が低下し、効率が下がるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの態様は、発光素子の制御回路であって、交流電源を全波整流する整流部と、スイッチング素子と、基準電圧を生成する基準電圧発生部と、前記整流部において整流された電圧を受けて前記発光素子に流れる電流に応じた比較電圧と前記基準電圧とを比較し、その比較結果に応じて前記スイッチング素子のスイッチングを制御する比較器と、を備え、前記基準電圧発生部は、前記整流部で整流された電圧に応じてソース−ドレイン間の抵抗値を変化させるトランジスタを含む分圧回路を備え、前記分圧回路によって前記整流部で整流された電圧に応じて前記基準電圧を出力することを特徴とする。
【０００９】
ここで、前記基準電圧発生部は、前記整流部で整流された電圧が高くなるにつれて、当該電圧の増加に応じた前記基準電圧の増加の割合を小さくすることが好適である。
【００１０】
本発明の１つの態様は、発光素子の制御回路であって、交流電源を全波整流する整流部と、スイッチング素子と、基準電圧を生成する基準電圧発生部と、前記整流部において整流された電圧を受けて前記発光素子に流れる電流に応じた比較電圧と前記基準電圧とを比較し、その比較結果に応じて前記スイッチング素子のスイッチングを制御する比較器と、を備え、前記基準電圧発生部は、前記整流部で整流された電圧に応じて前記基準電圧を変化させる比較器を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、発光素子の調光を行うための制御回路の力率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施の形態における発光素子の制御回路の構成を示す図である。
【図２】実施の形態における発光素子の制御回路の作用を示す図である。
【図３】第２の実施の形態における発光素子の制御回路の構成を示す図である。
【図４】従来のＬＥＤの発光の制御回路の構成を示す図である。
【図５】従来の発光素子の制御回路の作用を示す図である。
【図６】従来の発光素子の制御回路の作用を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜第１の実施の形態＞
第１の実施の形態における発光素子の制御回路２００は、図１に示すように、整流部３０、平滑用コンデンサ３２、チョークコイル３４、回生用ダイオード３６、スイッチング素子３８、基準電圧発生部４０及び比較器４２を含んで構成される。図２は、制御回路２００の各部の信号の時間的変化の例を示す図である。
【００１４】
制御回路２００は、発光素子の発光の制御を行う。例えば、照明用の発光ダイオード（ＬＥＤ）１０２に接続され、ＬＥＤ１０２への電流の制御を行う。また、制御回路２００は、白熱電球の調光システムに用いられる交流電源の導通角を制御する調光回路に接続されて使用される。調光回路は、制御回路２００の整流部３０に接続される。すなわち、調光回路は、交流電源を受けて、調光ボリューム等の調整信号に応じて交流電源の導通角を調整して調整交流電圧Ｖｉｎを制御回路２００に入力する。
【００１５】
整流部３０は、整流ブリッジ回路３０ａを含んで構成される。整流部３０は、調整交流電圧Ｖｉｎを受けて、調整交流電圧Ｖｉｎを全波整流して全波整流電圧Ｓｒｅｃとして出力する。整流部３０には、図１に示すように、保護用のフューズ３０ｂやノイズ除去のためのフィルタ３０ｃを設けてもよい。
【００１６】
整流部３０の後段には、ダイオードＤ１を介してＬＥＤ１０２のアノード端子が接続される。ＬＥＤ１０２のアノード端子には平滑用コンデンサ３２も接続される。また、ＬＥＤ１０２のカソード端子は、チョークコイル３４、スイッチング素子３８及び電圧検出用抵抗Ｒ１を介して接地される。ＬＥＤ１０２には、全波整流電圧Ｓｒｅｃを平滑用コンデンサ３２で平滑化した電圧Ｓｄｒｖが印加される。
【００１７】
チョークコイル３４は、ＬＥＤ１０２及びスイッチング素子３８を流れる電流を断続したものにするために設けられる。チョークコイル３４には、制御部４０への電源電圧も供給できるようにフォワード巻線を設けてもよい。
【００１８】
回生用ダイオード３６は、フライホイールダイオードであり、ＬＥＤ１０２及びチョークコイル３４に並列に接続される。回生用ダイオード３６は、スイッチング素子３８が遮断されたときにチョークコイル３４に蓄えられているエネルギーをＬＥＤ１０２へ回生する。
【００１９】
スイッチング素子３８は、ＬＥＤ１０２への電流を供給・遮断するために設けられる。スイッチング素子３８は、ＬＥＤ１０２の消費電力に応じた容量を有する素子とし、例えば、大電力パワー電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等が用いられる。スイッチング素子３８は、比較器４２の制御信号Ｖｃｎｔによってスイッチング制御される。
【００２０】
基準電圧発生部４０は、抵抗Ｒ２〜Ｒ７、ツェナーダイオードＺＤ、トランジスタＱ１を含んで構成される。基準電圧発生部４０は、整流部３０で整流された全波整流電圧Ｓｒｅｃを受けて、比較電圧Ｖｒｅｆを生成し、比較電圧Ｖｒｅｆを比較器４２の非反転入力端子に入力する。
【００２１】
基準電圧発生部４０は、抵抗Ｒ３及びＲ４の直列接続部と抵抗Ｒ６及びトランジスタＱ１のソース−ドレイン間の抵抗ＲＱ１の直列接続部とを並列し、さらにその並列接続部に抵抗Ｒ２を直列に接続した分圧回路を含んで構成される。これにより、基準電圧Ｖｒｅｆは、数式（１）によって表される。
【数１】
2011233450.tif 000003
【００２２】
また、抵抗Ｒ５及びＲ７により全波整流電圧Ｓｒｅｃが分圧され、抵抗Ｒ７の端子電圧がトランジスタＱ１のゲートに入力される。これによって、トランジスタＱ１のソース−ドレイン間の抵抗ＲＱ１は、全波整流電圧Ｓｒｅｃの変動に応じて変動する。すなわち、全波整流電圧Ｓｒｅｃが高くなるにつれてトランジスタＱ１のソース−ドレイン間の抵抗ＲＱ１は低くなり、全波整流電圧Ｓｒｅｃが低くなるにつれてトランジスタＱ１のソース−ドレイン間の抵抗ＲＱ１は高くなる。したがって、全波整流電圧Ｓｒｅｃが高くなるにつれて、抵抗Ｒ６及びトランジスタＱ１へ引き込まれる電流が大きくなり、全波整流電圧Ｓｒｅｃの増加に対する抵抗Ｒ４の端子電圧である基準電圧Ｖｒｅｆの増加の割合は小さくなり、基準電圧Ｖｒｅｆは上昇が抑えられる。このようにして、基準電圧ＶｒｅｆがツェナーダイオードＺＤによってクランプされるまでの全波整流電圧Ｓｒｅｃの波高値をより高めることができる。
【００２３】
図２は、全波整流電圧Ｓｒｅｃの波高値が大きくなった場合の基準電圧Ｖｒｅｆの時間変化の例を示す図である。図２に示すように、全波整流電圧Ｓｒｅｃの波高値が大きくなった場合であっても、基準電圧ＶｒｅｆがツェナーダイオードＺＤによってクランプされことなく、基準電圧Ｖｒｅｆを全波整流電圧Ｓｒｅｃの時間的な変化に追従させることができる。
【００２４】
比較器４２は、ＬＥＤ１０２を流れる電流によって電圧検出抵抗Ｒ１の両端に発生する比較電圧Ｖｃｍｐを反転入力端子に受ける。また、比較器４２は、基準電圧発生部４０によって得られた基準電圧Ｖｒｅｆを非反転入力端子に受ける。比較器４２は、比較電圧Ｖｃｍｐと基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、比較電圧Ｖｃｍｐと基準電圧Ｖｒｅｆとの差に応じた制御信号Ｖｃｎｔを出力する。比較器４２は、比較電圧Ｖｃｍｐが基準電圧Ｖｒｅｆより小さくなるほどスイッチング素子３８に流れる電流を低下させるような制御信号Ｖｃｎｔを出力する。また、比較電圧Ｖｃｍｐが基準電圧Ｖｒｅｆより大きくなるほどスイッチング素子３８に流れる電流を増加させるような制御信号Ｖｃｎｔを出力する。
【００２５】
比較器４２からの制御信号Ｖｃｎｔに応じて、スイッチング素子３８は、比較電圧Ｖｃｍｐが基準電圧Ｖｒｅｆに上昇するまでオンされ、基準電圧Ｖｒｅｆを超えるとオフされる状態を繰り返す。これにより、ＬＥＤ１０２の定格電流を超えることなく、全波整流電圧Ｓｒｅｃに応じた電流Ｉを流すことができる。したがって、交流電源の導通角を調整して得られた入力電圧Ｖｉｎの平均値を反映した駆動電圧Ｓｄｒｖに応じた強度でＬＥＤ１０２を発光させることができる。
【００２６】
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態における発光素子の制御回路３００は、図３に示すように、整流部３０、平滑用コンデンサ３２、チョークコイル３４、回生用ダイオード３６、スイッチング素子３８、基準電圧発生部４４及び比較器４２を含んで構成される。
【００２７】
制御回路３００は、第１の実施の形態における制御回路２００の基準電圧発生部４０の代りに基準電圧発生部４４を設けたものである。したがって、基準電圧発生部４４以外の構成については説明を省略する。
【００２８】
基準電圧発生部４４は、抵抗Ｒ２〜Ｒ５並びに比較器Ａｍｐを含んで構成される。抵抗Ｒ４及びＲ５により全波整流電圧Ｓｒｅｃが分圧され、抵抗Ｒ５の端子電圧が比較器Ａｍｐの非反転入力端子に入力される。比較器Ａｍｐの反転入力端子には直流電圧ＲＥＦが印加される。比較器Ａｍｐは、抵抗Ｒ５の端子電圧と直流電圧ＲＥＦとの差に応じた基準電圧Ｖｒｅｆを出力する。すなわち、全波整流電圧Ｓｒｅｃが高くなるにつれて比較器Ａｍｐの出力する基準電圧Ｖｒｅｆは高くなり、全波整流電圧Ｓｒｅｃが低くなるにつれて比較器Ａｍｐの出力する基準電圧Ｖｒｅｆは低くなる。
【００２９】
したがって、図２に示したのと同様に、全波整流電圧Ｓｒｅｃの波高値が大きくなった場合であっても、基準電圧Ｖｒｅｆがクランプされることなく、基準電圧Ｖｒｅｆを全波整流電圧Ｓｒｅｃの時間的な変化に追従させることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１０  整流部、１２  整流用コンデンサ、１４  チョークコイル、１６  回生用ダイオード、１８  スイッチング素子、２０  基準電圧発生部、２２  比較器、３０  整流部、３０ａ  整流ブリッジ回路、３０ｂ  フューズ、３０ｃ  フィルタ、３２  平滑用コンデンサ、３４  チョークコイル、３６  回生用ダイオード、３８  スイッチング素子、４０，４４  基準電圧発生部、４２  比較器、１００，２００，３００  制御回路。
【図１】
2011233450.tif 000004
【図２】
2011233450.tif 000005
【図３】
2011233450.tif 000006
【図４】
2011233450.tif 000007
【図５】
2011233450.tif 000008
【図６】
2011233450.tif 000009