(57)【要約】      （修正有）【課題】電解コンデンサやリアクトルを使用せず、スイッチと限流素子を付加しただけの簡単な構成のＬＥＤ照明回路を提供する。【解決手段】ＬＥＤ４１を少なくとも１つ以上接続した直列ＬＥＤ回路６１とＬＥＤ４２を少なくとも１つ以上接続した回路にスイッチ５２を並列接続したＬＥＤスイッチ回路６２、限流素子７、対となる整流素子２１、２２にて構成される。スイッチをオンオフすることで、ＬＥＤアーム回路３を構成するＬＥＤの対の直流端子から見た順方向電圧を変化させることができる。直流端子に印加される電圧に対してスイッチを切り替えることで、所望の交流電流波形を得ることができる。このとき、ＬＥＤアーム回路を流れる電流は限流素子によって制限されるため、直列ＬＥＤ回路やＬＥＤスイッチ回路を構成するＬＥＤやスイッチは同じ特性の素子を用いることができる。【選択図】図１
2015115594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤを点灯させるＬＥＤ照明回路であって、対の直流端子と、少なくとも１つの交流端子と、少なくとも第１および第２の整流素子と、１つ以上のＬＥＤ素子と１つ以上のスイッチと、少なくとも１つ以上の限流素子を有し、前記第１および第２の整流素子の直列回路が前記対の直流端子間に接続され、前記交流端子が前記第１および第２の整流素子の相互接続点に接続され、１つ以上の前記ＬＥＤ素子を直列に接続した第１の直列ＬＥＤ回路を有し、１つ以上の前記ＬＥＤ素子を直列に接続した第２の直列ＬＥＤ回路と、該第２の直列ＬＥＤ回路の順方向と並列に前記スイッチを接続したＬＥＤスイッチ回路を有し、前記対の直流端子の一方と他方の間に、少なくとも１つの第１の直列ＬＥＤ回路と、少なくとも１つの該ＬＥＤスイッチ回路と、少なくとも１つの前記限流素子が接続された少なくとも１つのＬＥＤアーム回路を有し、スイッチをオンオフすることによって、交流端子の電流高調波を変化させることを特徴とする小型・低ノイズ化を実現するＬＥＤ照明回路。
【請求項２】
請求項１に記載したＬＥＤ照明回路において、前記ＬＥＤアーム回路において、少なくとも１つの前記ＬＥＤ直列回路と、少なくとも１つの前記限流素子を有することを特徴とする小型・低ノイズ化を実現するＬＥＤ照明回路。
【請求項３】
請求項１に記載したＬＥＤ照明回路において、前記ＬＥＤアーム回路において、少なくとも１つの前記ＬＥＤスイッチ回路と、少なくとも１つの前記限流素子を有することを特徴とする小型・低ノイズ化を実現するＬＥＤ照明回路。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載したＬＥＤ照明回路において、少なくとも１つ以上の電流制限抵抗器と、少なくとも１つ以上のツェナーダイオードと、前記スイッチ回路１つに対して２つのツェナーダイオードと、１つの抵抗器を有し、前記電流制限抵抗器とツェナーダイオードの直列回路が、前記対の直流端子間に接続され、前記抵抗器が電流制限抵抗器とツェナーダイオードの相互接続点と前記スイッチの駆動端子間に接続され、前記２つのツェナーダイオードが逆直列に接続された回路が、前記スイッチ駆動端子と前記スイッチ回路の接続点の間に接続され、前記対の直流端子間電圧から前記スイッチをオンオフする信号を生成するドライブ回路を有することを特徴とする小型・低ノイズ化を実現するＬＥＤ照明回路。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載したＬＥＤ照明回路において、交流電圧のひずみを考慮し、前記スイッチをオンオフすることで、交流電圧ひずみを改善する高調波電流を発生させることを特徴とすることを特徴とする小型・低ノイズ化を実現するＬＥＤ照明装置。
【請求項６】
請求項１〜４の何れか１項に記載したＬＥＤ照明回路において、交流電圧のひずみを考慮し、前記スイッチをオンオフすることで、交流電圧ひずみを改善する高調波電流を発生させながら、ＬＥＤ照明にフリッカを発生させることを特徴とする小型・低ノイズ化を実現するＬＥＤ照明装置。
【請求項７】
請求項１〜４の何れか１項に記載したＬＥＤ照明回路を単一の基板に実装したことを特徴とする小型・低ノイズ化を実現するＬＥＤ照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、交流電源からＬＥＤを点灯させる回路を劇的に小型化および低ノイズ化するＬＥＤ照明回路と、そのＬＥＤ照明回路を組み込んだＬＥＤ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  ＬＥＤ照明は、従来の白熱電球と比較して５倍の発光効率を持ち、蛍光灯に対して４倍の寿命を持つがＬＥＤを駆動する点灯回路の寿命が短いため、ＬＥＤ本来の利点である長寿命化を生かせない。これは、点灯回路に用いられる電解コンデンサの寿命が短いためである。また、電解コンデンサの寿命はＬＥＤ照明が発生する熱の影響により劣化が早くなるため、熱源となるＬＥＤとは別の基板上に配置することが望ましい。【０００３】  また、従来の点灯回路は大型で高コストである。これは、交流電源からの交流電圧をダイオードブリッジで整流し、その整流出力を昇圧回路で昇圧して、複数のＬＥＤを直列接続した直列ＬＥＤ回路に昇圧した直流電圧を供給する構成となっているためである。昇圧回路はエネルギー蓄積や放出のために大型のリアクトルや電解コンデンサを必要とし、それ以外にもトランジスタなどのスイッチや当該スイッチを制御するための制御ＩＣなど多数の電子回路を含むために、点灯回路全体の大型化や高コスト化を避けられない。【０００４】  さらに別な問題として、点灯回路に使用される昇圧回路は交流電源の力率改善を目的としているが、高周波でスイッチをスイッチングさせる必要があるため、点灯回路から交流電源にノイズが伝搬して、テレビやラジオなどの電子機器に電波障害などの悪影響を及ぼす恐れがある。【０００５】  上記問題に対処するために、特許文献１ではダイオードブリッジと直列ＬＥＤ回路の間に昇圧回路なしに、抵抗や限流素子だけで力率を改善し得るＬＥＤ照明回路を提案している。【０００６】  図９は、特許文献１で提案された回路図を示している。同図において、１は交流電源、２は交流電源からの交流電圧を整流するダイオードブリッジ整流器である。これにより、ダイオードブリッジの出力端子１３、１４間には交流電圧１が全波整流された波形が出力される。【０００７】  ４はＬＥＤ照明回路に接続されるＬＥＤで、複数個のＬＥＤ４を直列接続した直列ＬＥＤ回路４Ａ、４Ｂを複数備えている。本図では、便宜上、ｎ個のＬＥＤ４からなる直列ＬＥＤ回路４Ａと、（ｎ＋ａ）個のＬＥＤ４からなる直列ＬＥＤ回路４Ｂがあるものとする。また、２０１Ａ、２０１Ｂは抵抗器、２０２Ａ、２０２Ｂは限流素子である。【０００８】  直列ＬＥＤ回路４Ａに着目すると、直列ＬＥＤ回路４Ａは固定抵抗器２０１Ａと直列接続され、ダイオードブリッジの出力１３、１４間に並列接続される。さらに、限流素子２０２Ａが設けられ、その接点２０４Ａとダイオードブリッジ出力１３が接続され、接点２０５Ａが直列ＬＥＤ回路４Ａを構成する何れか２つのＬＥＤ４、４の間に接続される。【０００９】  また、直列ＬＥＤ回路４Ｂにも直列ＬＥＤ回路４Ａと同様に抵抗器２０１Ｂと限流素子２０２Ｂの回路構成が設けられる。ただしこのとき、直列ＬＥＤ回路４Ａを構成するＬＥＤ４の数と直列ＬＥＤ回路４Ｂを構成するＬＥＤ４の数は異なる。【００１０】  図１０は上記ＬＥＤ照明回路の動作原理を説明するために、交流電源１から直列ＬＥＤ回路に供給される正弦波Ｓを分割した状態の模式図を示している。ここに示すのは、ダイオードブリッジで整流された正電圧の半周期の正弦波Ｓであり、正弦波Ｓが多数の領域ｂに分割される。【００１１】  図９に示す回路において、直列ＬＥＤ回路４Ａを構成するＬＥＤ４の数が直列ＬＥＤ回路４Ｂを構成するＬＥＤ４の数よりも少ないとき、正弦波Ｓの電圧が０から上昇するに従って、まず領域ｂ１に対応した直列ＬＥＤ回路４Ａが点灯し、その後、領域ｂ２に対応した直列ＬＥＤ回路４Ｂが点灯する。したがって、図８には図示していないが、直列ＬＥＤ回路４ＢよりもＬＥＤ４の数を増やした別な直列ＬＥＤ回路がダイオードブリッジ出力１３、１４間に並列接続されていれば、当該直列ＬＥＤ回路が領域ｂ３に対応して、直列ＬＥＤ回路４Ｂの後に点灯する。同様な考えで別な直列ＬＥＤ回路を順次点灯させることが可能となる。このように、正弦波Ｓの電圧が高くなるほど、点灯される直列ＬＥＤ回路４Ａ、４Ｂ、…の数が多くなり、これらの直列ＬＥＤ回路４Ａ、４Ｂ、…を流れる電流量も増加していく。したがって、従来のような昇圧回路を組み込んだことによる諸問題を解決して、力率を効果的に改善することが可能になる。
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】  特開２０１０−２７２８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】  しかし、上記図９に示すＬＥＤ照明回路では次のような問題点がある。【００１４】  直列ＬＥＤ回路４Ａには抵抗器２０１Ａを通してダイオードブリッジ２から電流ｉ１が流れる。また、限流素子２０２Ａを通してダイオードブリッジ２から電流ｉ２が流れる。そのため、直列ＬＥＤ回路４Ａで発生する損失が電流制限を受けていない限流素子２０２Ａに集中する。【００１５】  また、限流素子２０２Ａの接点２０５Ａとダイオードブリッジ２の出力１４との間に接続されるＬＥＤ４には、抵抗器２０１Ａと限流素子２０５Ａに流れる電流を換算した電流ｉ１＋ｉ２が流れる。【００１６】  したがって、図９に示すＬＥＤ照明回路では、限流素子２０３Ａや接点２０５Ａとダイオードブリッジ２の出力１４との間に接続されるＬＥＤ４で発生する損失が他のＬＥＤ４や抵抗器２０１Ａの損失よりも大きくなり、回路を構成する素子の発熱が不均一なものとなり、負荷を含めた放熱設計が難しいものとなる。【００１７】  さらに、直列ＬＥＤ回路４Ａにおいて、電流ｉ１のみが流れるＬＥＤ４と電流ｉ１＋ｉ２が流れるＬＥＤ４が存在するため、同じ特性のＬＥＤ４を使用することができない。【００１８】  正弦波Ｓの電圧が高くなるほど、点灯される直列ＬＥＤ回路４Ａ、４Ｂ、…の数が多くなり、これらの直列ＬＥＤ回路４Ａ、４Ｂ、…を流れる電流量も増加していくため、力率を効果的に改善するためには、正弦波Ｓに対して直列ＬＥＤ回路４Ａ、４Ｂ、…を構成するＬＥＤの数を適切に割り振る必要があるため、回路構成が固定される。【００１９】  つまり、交流電源１に流れる電流波形を変更するには直列ＬＥＤ回路４Ａ、４Ｂ、…の構成を変更する必要がある。【００２０】  本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、同一特性のＬＥＤや素子を利用でき、かつ簡単な構成で放熱設計を簡素化することが可能であり、入力電流を所望の波形に制御できるＬＥＤ照明回路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】
【００２１】  請求項１に係る発明のＬＥＤ照明回路は、対の直流端子と、少なくとも１つの交流端子と、少なくとも第１および第２の整流素子と、１つ以上のＬＥＤ素子と１つ以上のスイッチと、少なくとも１つ以上の限流素子を有し、前記第１および第２の整流素子の直列回路が前記対の直流端子間に接続され、前記交流端子が前記第１および第２の整流素子の相互接続点に接続され、１つ以上の前記ＬＥＤ素子を直列に接続した第１の直列ＬＥＤ回路を有し、１つ以上の前記ＬＥＤ素子を直列に接続した第２の直列ＬＥＤ回路と、該第２の直列ＬＥＤ回路の順方向と並列に前記スイッチを接続したＬＥＤスイッチ回路を有し、前記対の直流端子の一方と他方の間に、少なくとも１つの第１の直列ＬＥＤ回路と、少なくとも１つの該ＬＥＤスイッチ回路と、少なくとも１つの前記限流素子が接続された少なくとも１つのＬＥＤアーム回路を有し、スイッチをオンオフすることによって、交流端子の電流高調波を変化させることを特徴とする。【００２２】  この場合のスイッチは、それぞれのＬＥＤに一つずつ並列接続してもよいし、複数の直列接続したＬＥＤを跨いで一つのスイッチを並列接続してもよい。【００２３】  また、スイッチを駆動するには、マイクロプロセッサなどを用いてもよいし、交流電源１を利用して受動的にスイッチングさせる回路を装置に組み込んでもよい。【００２４】  なお、限流素子とは抵抗や半導体で構成された素子を示し、整流素子とはダイオードや半導体スイッチで構成されたものを示し、スイッチとは半導体スイッチを示し、ＩＧＢＴ、ＭＯＳ‐ＦＥＴ、トランジスタなどを示す。【００２５】  直列ＬＥＤ回路、ＬＥＤスイッチ回路、ＬＥＤアーム回路を構成するＬＥＤ、限流素子、半導体スイッチは同一パッケージでもよいし、別のパッケージを組み合わせてもよい。【００２６】  請求項２に係る発明のＬＥＤ照明回路は、前記ＬＥＤアーム回路において、少なくとも１つの前記ＬＥＤ直列回路と、少なくとも１つの前記限流素子を有することを特徴とする。【００２７】  請求項３に係る発明のＬＥＤ照明回路は、前記ＬＥＤアーム回路において、少なくとも１つの前記ＬＥＤスイッチ回路と、少なくとも１つの前記限流素子を有することを特徴とする。【００２８】  請求項４に係る発明のＬＥＤ照明回路は、請求項１〜３の何れか１項に記載したＬＥＤ照明回路において、少なくとも１つ以上の電流制限抵抗器と、少なくとも１つ以上のツェナーダイオードと、前記スイッチ回路１つに対して２つのツェナーダイオードと、１つの抵抗器を有し、前記電流制限抵抗器とツェナーダイオードの直列回路が、前記対の直流端子間に接続され、前記抵抗器が電流制限抵抗器とツェナーダイオードの相互接続点と前記スイッチの駆動端子間に接続され、前記２つのツェナーダイオードが逆直列に接続された回路が、前記スイッチ駆動端子と前記スイッチ回路の接続点の間に接続され、前記対の直流端子間電圧から前記スイッチをオンオフする信号を生成するドライブ回路を有することを特徴とする。【００２９】  請求項５に係る発明のＬＥＤ照明回路は、請求項１〜４の何れか１項に記載したＬＥＤ照明回路において、交流電圧のひずみを考慮し、前記スイッチをオンオフすることで、交流電圧ひずみを改善する高調波電流を発生させることを特徴とする。【００３０】  請求項６に係る発明のＬＥＤ照明回路は、請求項１〜４の何れか１項に記載したＬＥＤ照明回路において、交流電圧のひずみを考慮し、前記スイッチをオンオフすることで、交流電圧ひずみを改善する高調波電流を発生させながら、ＬＥＤ照明にフリッカを発生させることを特徴とする。【００３１】  請求項７に係る発明のＬＥＤ照明回路は、請求項１〜４の何れか１項に記載したＬＥＤ照明回路を単一の基板に実装して構成される。
【発明の効果】
【００３２】  請求項１〜３の発明によれば、線形動作する電流バイパス回路である前記直列ＬＥＤ回路と前記ＬＥＤスイッチ回路を多段直列接続し、印加される交流電圧または整流電圧に対してスイッチをオンオフすることで点灯するＬＥＤを制御することができる。したがって、電解コンデンサやリアクトルを使用せず、スイッチと限流素子を付加しただけの簡単な構成でＬＥＤ照明回路を実現することが可能となる。【００３３】  また、各々の前記ＬＥＤアーム回路において、ＬＥＤもしくはスイッチを流れる電流は共通の限流素子により電流を制限される。したがって、ＬＥＤアーム回路を構成する全てのＬＥＤと全てのスイッチはそれぞれ同一特性のものを利用でき、ＬＥＤを含めた放熱設計を簡素化することが可能になる。【００３４】  請求項４の発明によれば、抵抗器とツェナーダイオードのみで構成される前記ドライブ回路を前記ＬＥＤアーム回路に並列接続することで、前記対の直流端子に印加される電圧波形に近似した電流波形を前記ＬＥＤアーム回路に流すことが可能となる。したがって、交流端子の電流高調波を小さくでき、低ノイズなＬＥＤ照明装置を提供できる。また、前記整流素子と、前記ＬＥＤアーム回路と、前記ドライブ回路を全て同一基板に実装でき、部品の配置自由度を向上でき、放熱設計を簡素化することができる。【００３５】  請求項５の発明によれば、交流電源１のひずみを考慮してスイッチをオンオフすることで、前記ＬＥＤアーム回路に流れる電流を制御し、交流電圧ひずみを改善する高調波電流を発生させることが可能となる。したがって、常に低ノイズなＬＥＤ照明装置を提供できる。【００３６】  請求項６の発明によれば、交流電源１のひずみを考慮し、スイッチをオンオフすることで、交流電圧ひずみを改善する高調波電流を発生させながら、ＬＥＤ照明にフリッカを発生させることができる。ＬＥＤ照明のフリッカは広告灯などに利用することで注目を集めることができる。【００３７】  請求項７の発明によれば、基板の片面または両面に沿って部品を配置することで、ＬＥＤ照明回路としての薄型化を達成できる。
【発明を実施するための最良な形態】
【００３８】  以下、本発明で提案するＬＥＤ照明回路およびＬＥＤ照明装置の好適な実施例について、添付図面を参照しながら説明する。なお、背景技術で示した図９の回路と共通するものには共通の符号を付し、その説明については重複を避けるために極力省略する。
【００３９】  図１は、本発明の実施形態を最も簡素化したＬＥＤ照明回路の回路図である。ＬＥＤ４１を少なくとも１つ以上接続した直列ＬＥＤ回路６１とＬＥＤ４２を少なくとも１つ以上接続した回路にスイッチを並列接続したＬＥＤスイッチ回路６２、限流素子７、対となる整流素子２１、２２にて構成される。直列ＬＥＤ回路やＬＥＤスイッチ回路を構成するＬＥＤの数については何れも特に限定されず、また、それぞれの直列ＬＥＤ回路やＬＥＤスイッチ回路を構成するＬＥＤの個数を全て同一にする必要もない。
【００４０】  ＬＥＤアーム回路３に着目すると、スイッチ５２をオンオフすることで、ＬＥＤアーム回路を構成するＬＥＤの対の直流端子から見た順方向電圧を変化させることができる。直流端子に印加される電圧に対してスイッチを切り替えることで、所望の交流電流波形を得ることができる。このとき、ＬＥＤアーム回路３を流れる電流は限流素子７によって制限されるため、直列ＬＥＤ回路やＬＥＤスイッチ回路を構成するＬＥＤやスイッチは同じ特性の素子を用いることができる。したがって、スイッチと限流素子を負荷しただけの簡単な構成でＬＥＤ照明装置を実現することができる。
【００４１】  図２は、本発明の実施形態の一例を示すＬＥＤ照明回路の回路図である。ここで駆動するＬＥＤは、ＬＥＤ４１Ａ〜４５Ａ、４１Ｂ〜４５Ｂ、４１Ｃ〜４５Ｃ、４１Ｄ〜４５Ｄ、４１Ｅ〜４１Ｅである。ＬＥＤアーム回路３Ａ〜３Ｅを構成するＬＥＤの数については何れも特に限定されず、また各ＬＥＤアーム回路３Ａ〜３Ｅを構成するＬＥＤの個数を全て同一にする必要もない。
【００４２】  図２のＬＥＤ照明回路は、交流電源１とダイオードブリッジ２の他に、個々のＬＥＤアーム回路３Ａ〜３Ｅにおいて直列接続される限流素子７Ａ〜７Ｅと、ＬＥＤアーム回路３Ａのなかで、ＬＥＤ４１Ａで構成される直列ＬＥＤ回路６１Ａと、ＬＥＤ４２Ａ〜４５Ａにスイッチ５２Ａ〜５５Ａを並列接続して構成されるＬＥＤスイッチ回路６２Ａ〜６５Ａ、ＬＥＤアーム回路３Ｂのなかで、ＬＥＤ４１Ｂ、４２Ｂで構成される直列ＬＥＤ回路６１Ｂ、６２Ｂと、ＬＥＤ４３Ｂ〜４５Ｂにスイッチ５３Ｂ〜５５Ｂを並列接続して構成されるＬＥＤスイッチ回路６３Ｂ〜６５Ｂ、ＬＥＤアーム回路３Ｃのなかで、ＬＥＤ４１Ｃ〜４３Ｃで構成される直列ＬＥＤ回路６１Ｃ〜６３Ｃと、ＬＥＤ４４Ｃ、４５Ｃにスイッチ５４Ｃ、５５Ｃを並列接続して構成されるＬＥＤスイッチ回路６４Ｃ、６５Ｃ、ＬＥＤアーム回路３Ｄのなかで、ＬＥＤ４１Ｄ〜４４Ｄで構成される直列ＬＥＤ回路６１Ｄ〜６４Ｄと、ＬＥＤ４５Ｄにスイッチ５５Ｄを並列接続して構成されるＬＥＤスイッチ回路６５Ｄ、ＬＥＤアーム回路３Ｅのなかで、ＬＥＤ４１Ｅ〜４５Ｅで構成される直列ＬＥＤ回路６１Ｅ〜６５Ｅからなり、リアクトルや電解コンデンサなどの大型な部品を用いない構成となっている。
【００４３】  ここで、前記ＬＥＤアーム回路３Ａに着目すると、スイッチ５２Ａ〜５５Ａによる電流バイパス回路は整流電圧が最低の状態ではすべて導通しており、電圧の上昇に伴って、５２Ａから順にスイッチオフし、動作点を切り替える。このとき、ＬＥＤアーム回路を流れる電流は限流素子７Ａにより制限されるため、ＬＥＤアーム回路を構成するＬＥＤ４１Ａ〜４５Ａ、スイッチ５２Ａ〜５５Ａには同じ特性の素子を用いることができる。したがって、スイッチと限流素子を付加しただけの簡単な構成でＬＥＤ照明回路を実現することが可能となる。
【００４４】  図２の回路において、スイッチをオンオフすることで交流電流波形を正弦波状にできることを図３と図４を用いて説明する。交流電源１からの交流電圧は、ダイオードブリッジ２によって全波整流され、その整流された電圧が、対の直流端子１３、１４間から前記ＬＥＤアーム回路３Ａ〜３Ｅへそれぞれ印加される。
【００４５】  ダイオードブリッジ２で整流された電圧は、図４の正弦波電圧Ｖｒｅｃに示すように、時間ｔの経過に伴って増減を繰り返す。ここで、整流電圧のレベルを領域１〜領域５の５つの領域に分割して考える。また、スイッチによる電流バイパス回路は整流電圧が最低の状態ではすべて導通しているとする。
【００４６】  整流電圧がゼロから次第に上昇する領域１では、ＬＥＤアーム回路３Ａにおいて、ＬＥＤ４１Ａ、スイッチ５２Ａ〜５５Ａ、限流素子７Ａを通じて電流が流れ、ＬＥＤ４１Ａが点灯する。ＬＥＤアーム回路３Ｂ〜３Ｅに配置されたＬＥＤ回路はＬＥＤの順方向電圧が整流電圧よりも高いため点灯しない。
【００４７】  整流電圧が領域１よりも高い領域２に上昇するとき、電流バイパス回路であるスイッチ５２Ａをオフすると、この領域では、ＬＥＤアーム回路３Ａにおいて、ＬＥＤ４１Ａ、４２Ａ、スイッチ５３Ａ〜５５Ａ、限流素子６Ａを通じて電流が流れ、ＬＥＤ４１ＡとＬＥＤ４２Ａが点灯する。また、ＬＥＤアーム回路３Ｂにおいて、ＬＥＤ４１Ｂ、４２Ｂ、スイッチ５３Ｂ〜５５Ｂ、限流素子６Ｂを通じて電流が流れ、ＬＥＤ４１ＢとＬＥＤ４２Ｂが点灯する。
【００４８】  整流電圧が領域２よりも高い領域３に上昇するとき、電流バイパス回路であるスイッチ５３Ａ、５３Ｂをオフすると、この領域では、ＬＥＤアーム回路３Ａにおいて、ＬＥＤ４１Ａ〜４３Ａ、スイッチ５４Ａ、５５Ａ、限流素子６Ａを通じて電流が流れ、ＬＥＤ４１Ａ〜４３Ａが点灯する。また、ＬＥＤアーム回路３Ｂにおいて、ＬＥＤ４１Ｂ〜４３Ｂ、スイッチ５４Ｂ、５５Ｂ、限流素子６Ｂを通じて電流が流れ、ＬＥＤ４１Ｂ〜ＬＥＤ４３Ｂが点灯する。さらに、ＬＥＤアーム回路３Ｃにおいて、ＬＥＤ４１Ｃ〜４３Ｃ、スイッチ５４Ｃ、５５Ｃ、限流素子６Ｃを通じて電流が流れ、ＬＥＤ４１Ｃ〜ＬＥＤ４３Ｃが点灯する。
【００４９】  整流電圧が上昇していき、最も電圧が高くなる領域５では、全てのスイッチをオフすることで、全てのＬＥＤが点灯する。
【００５０】  図４を用いて上述した一連の動作を説明する。前記整流電圧の正弦波が領域１にあるとき、電流ｉ１がＬＥＤアーム回路３Ａに流れこむ。正弦波電圧が領域２に上昇すると、ＬＥＤアーム回路３Ａの電流ｉ１に加えて電流ｉ２がＬＥＤアーム回路３Ｂに流れこむ。正弦波電圧が領域３に上昇すると、ＬＥＤアーム回路３Ａの電流ｉ１とＬＥＤアーム回路３Ｂの電流ｉ２に加えて、電流ｉ３がＬＥＤアーム回路３Ｃに流れこむ。正弦波電圧が領域４に上昇すると、ＬＥＤアーム回路３Ａの電流ｉ１とＬＥＤアーム回路３Ｂの電流ｉ２、ＬＥＤアーム回路３Ｃの電流ｉ３に加えて、電流ｉ４がＬＥＤアーム回路３Ｄに流れこむ。そして、正弦波電圧が領域５に上昇すると、全てのＬＥＤ４１Ａ〜４５Ａ、４１Ｂ〜４５Ｂ、４１Ｃ〜４５Ｃ、４１Ｄ〜４５Ｄ、４１Ｅ〜４５Ｅが点灯する。
【００５１】  このように、本実施例のＬＥＤ駆動回路では、交流電源１からの交流電圧が上昇するにしたがって、並列に接続されたＬＥＤアーム回路３Ａ〜３Ｅに順次電流を流すことができる。このため、図４に示すような電圧波形に近似した正弦波状の電流波形が得られ、低ノイズの達成と力率の改善を行うことができる。なお、交流電圧の正弦波が下降する場合は逆の動作をたどる。
【００５２】  したがって、前記ＬＥＤアーム回路３Ａ〜３Ｅは電流値が同一で、通流開始電圧が一定間隔で異なるとすると、整流電圧と通流するＬＥＤ回路の並列数を比例して変化させることで、交流電流を正弦波化する。例えば、ＬＥＤ回路を増加させて閾値の間隔を狭めることで、電流波形は正弦波に近づく。
【００５３】  この場合の整流電圧に応じてスイッチをオンオフする信号は、マイクロプロセッサなどを用いてもよいし、交流電源１を利用して自動的にスイッチングさせる回路を装置に組み込んでもよい。
【００５４】  図５は、交流電圧の上昇、下降に応じて自動的にスイッチを駆動するドライブ回路を図１の回路と組み合わせた回路である。ドライブ回路を図１のＬＥＤ照明に組みこむことで構成を簡素化することができる。
【００５５】  図５において、少なくとも１つ以上の電流制限抵抗器１０１と、少なくとも１つ以上のツェナーダイオード１０２と、前記スイッチ回路１つに対して２つの逆直列に接続されたツェナーダイオード８２と、１つの抵抗器９２を有し、前記電流制限抵抗器とツェナーダイオードの直列回路が、前記対の直流端子間に接続され、前記抵抗器が電流制限抵抗器とツェナーダイオードの相互接続点と前記スイッチの駆動端子間に接続され、前記ツェナーダイオードの逆直列回路が、前記スイッチ駆動端子と前記スイッチ回路の接続点の間に接続することで前記対の直流端子間電圧から前記スイッチをオンオフする信号を生成するドライブ回路を構成する。
【００５６】  図６は図２のＬＥＤ照明回路に、交流電圧の上昇、下降に応じて自動的にスイッチを駆動する回路１００Ａ〜１００Ｄを付加したものである。これは、図２のＬＥＤ照明回路において対の直流端子に電流制限抵抗器１０１Ａ〜１０１Ｄとツェナーダイオード１０２Ａ〜１０２Ｄの直列回路と、ＬＥＤアーム回路３Ａにおけるスイッチの駆動端子に接続される抵抗器９２Ａ〜９５Ａと逆直列接続されたツェナーダイオード８２Ａ〜８５Ａ、ＬＥＤアーム回路３Ｂにおけるスイッチの駆動端子に接続される抵抗器９３Ｂ〜９５Ｂ、逆直列接続されたツェナーダイオード８３Ｂ〜８５ＢとＬＥＤアーム回路３Ｃにおけるスイッチの駆動端子に接続される抵抗器９４Ｃ、９５Ｃ、逆直列接続されたツェナーダイオード８４Ｃ、８５Ｃ、ＬＥＤアーム回路３Ｄにおけるスイッチの駆動端子に接続される抵抗器９５Ｄ、逆直列接続されたツェナーダイオード８５Ｄからなる。したがって、図２の回路に抵抗器とツェナーダイオードを追加するだけの簡単な構成で交流電流を正弦波にすることができる。
【００５７】  図６に示す回路の動作を以下に説明する。ただし、説明ではＬＥＤアーム回路３Ａに着目し、図４のＬＥＤアーム回路３Ａを抜粋した図７を用いる。また、整流電圧はゼロから徐々に立ち上がる場合を想定する。交流電圧がゼロの状態では、全てのスイッチ５２Ａ〜５５Ａは全てオフ状態であり、ＬＥＤは点灯していない。
【００５８】  交流電圧が上昇し、ツェナーダイオード１０２Ａのツェナー電圧を超えると、スイッチ５２Ａ〜５５Ａの駆動端子電圧ｖｇｓ２〜ｖｇｓ５が抵抗器７２Ａ〜７５Ａと逆直列接続されたツェナーダイオード８２Ａ〜８５Ａによりバイアスされるため、スイッチ５２Ａ〜５５Ａは全てオン状態となる。
【００５９】  交流電圧がＬＥＤ４Ａの順方向電圧ｖＦ１を超えると、ＬＥＤ４１Ａ、スイッチ５２Ａ〜５５Ａ、限流素子７Ａを通して電流が流れるため、ＬＥＤ４１Ａが点灯する。
【００６０】  交流電圧がＬＥＤ４１Ａの順方向電圧ｖＦ１とＬＥＤ４２Ａの順方向電圧ｖＦ２を加算した電圧以上になると、スイッチ５２Ａの駆動端子電圧ｖｇｓ２のバイアスが解除され、スイッチ５２Ａはオフとなる。そのため、ＬＥＤ４１Ａ、４２Ａ、スイッチ５３Ａ〜５５Ａ、限流素子７Ａを通して電流が流れるため、ＬＥＤ４１Ａ、４２Ａが点灯する。
【００６１】  交流電圧がＬＥＤ４１Ａの順方向電圧ｖＦ１とＬＥＤ４２Ａの順方向電圧ｖＦ２とＬＥＤ４３Ａの順方向電圧ｖＦ３を加算した電圧以上になると、スイッチ５３Ａの駆動端子電圧ｖｇｓ３のバイアスが解除され、スイッチ５３Ａはオフとなる。そのため、ＬＥＤ４１Ａ〜４３Ａ、スイッチ５４Ａ、５５Ａ、限流素子７Ａを通して電流が流れるため、ＬＥＤ４１Ａ〜４３Ａが点灯する。
【００６２】  交流電圧が上昇していき、ＬＥＤ４１Ａ〜４５Ａの順方向電圧ｖＦ１〜ｖＦ５を全て加算した電圧以上になると、ＬＥＤ４１Ａ〜４５Ａ、限流素子７Ａを通して電流が流れ、全てのＬＥＤが点灯する。
【００６３】  したがって、図２の回路に抵抗器とツェナーダイオードによる駆動回路を追加するだけの簡単な構成で交流電流を正弦波にすることができ、これらは全て同一基板上に実装できるため、簡単な構成のＬＥＤ照明回路を実現でき、放熱設計を簡素化することができる。
【００６４】  図１の回路において、交流電圧１を基準にスイッチをオンオフすることで正弦波状の交流電流を得ることができる。しかし、交流電圧１にひずみが発生した場合においても、ひずみを打ち消すような電流波形を発生させることで、電圧ひずみを改善することが可能となる。
【００６５】  図１の回路において、交流電圧１を基準にスイッチをオンオフすることで電流を制御することができる。ＬＥＤは流れる電流に比例して発光量が変化するため、スイッチのオンオフ制御により電流を制御することで、ＬＥＤ照明にフリッカを発生させることができる。ＬＥＤ照明のフリッカは目をひくため、広告灯などに利用することで注目を集めることができる。
【００６６】  図８は図１に示すＬＥＤ照明回路３００を基板３１１に実装した状態を示している。同図において、３００は放熱性脳に優れたヒートシンク付きの基板であり、前述したような複数のＬＥＤ回路４Ａ〜４Ｅや、スイッチ５２Ａ〜５５Ａ、５３Ｂ〜５５Ｂ、５４Ｃ、５５Ｃ、５５Ｄなどの全部品を、共通する基板３１１にマウントした組み立て体としてＬＥＤ照明装置３１０が構成される。本実施例では、従来の昇圧回路のようなリアクトルや電解コンデンサを含まないため、部品の配置自由度が向上して、基板３００の片側に全ての部品を実装することができる。また、ＬＥＤ照明装置３１０としての厚さ寸法を劇的に減少させることができる。
【００６７】  なお、本実施例では一枚の基板３００の片面に、ＬＥＤ照明回路３００を集中的に実装することで放熱設計の自由度を高めているが、基板３１１の両面にＬＥＤ照明回路３００を分散して配置してもよい。
【００６８】  なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６９】  本発明によれば、電源の電流歪みやノイズを少なくし、電波障害や電圧フリッカを生じない負荷駆動装置を提供できる。また複雑な制御回路や、リアクトルや、電解コンデンサが不要であり、回路全体の体積を大幅に小型かつ軽量化した負荷駆動装置を提供できる。そのうえ製造現場に於いても、回路部品の種類が少なく、装置全体も簡素化でき量産効果によるコスト低減効果も多大である。さらに、基板の片面に全部品を集中的に実装できることから、放熱設計の自由度が高く、産業の広い範囲で利用が見込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施形態を最も簡素化したＬＥＤ照明回路の回路図である。
【図２】本発明の一実施例を示すＬＥＤ照明回路の回路図である。
【図３】図２に示す回路の動作イメージを示す説明図である。
【図４】図２に示す回路の電流と電圧を示す図である。
【図５】図１の回路にスイッチを駆動するドライブ回路を付加した回路図である。
【図６】図２の回路にスイッチを駆動するドライブ回路を付加した回路図である。
【図７】図６におけるＬＥＤアーム回路３Ａの拡大図である。
【図８】図６に示すＬＥＤ照明回路を基板に実装した状態の平面図、正面図および側面図の一例である。
【図９】従来例を示すＬＥＤ照明回路の回路図である。
【図１０】従来例に示すＬＥＤ照明回路に供給される正弦波を分割した状態の模式図である。
【符号の説明】
【００７１】１：交流電源
２：ダイオードブリッジ（整流器）
２１〜２４：ダイオード
１１、１２：交流端子
１３、１４：直流端子
３Ａ〜３Ｅ：ＬＥＤアーム回路
４Ａ〜４Ｅ：ＬＥＤ
４１Ａ〜４５Ａ、４１Ｂ〜４５Ｂ、４１Ｃ〜４５Ｃ、４１Ｄ〜４５Ｄ、４１Ｅ〜４５Ｅ：ＬＥＤ
５２Ａ〜５５Ａ、５３Ｂ〜５５Ｂ、５４Ｃ、５５Ｃ、５５Ｄ：スイッチ
６１Ａ、６１Ｂ、６２Ｂ、６１Ｃ〜６３Ｃ、６１Ｄ〜６４Ｄ、６１Ｅ〜６５Ｄ：直列ＬＥＤ回路
６２Ａ〜６５Ａ、６３Ｂ〜６５Ｂ、６４Ｃ、６５Ｃ、６５Ｄ：ＬＥＤスイッチ回路
７Ａ〜７Ｅ：限流素子
ｖｒｅｃ：整流電圧
ｉ１〜ｉ５：ＬＥＤ回路に流れる電流
７２Ａ〜７５Ａ、７３Ｂ〜７５Ｂ、７４Ｃ、７５Ｃ、７５Ｄ：電流制限抵抗器
８２Ａ〜８５Ａ、８３Ｂ〜８５Ｂ、８４Ｃ、８５Ｃ、８５Ｄ：ツェナーダイオード
１００Ａ〜１００Ｄ：ドライブ回路
１０１Ａ〜１０１Ｄ：抵抗器
１０２Ａ〜１０２Ｄ：ツェナーダイオード
２０１Ａ、２０１Ｂ：抵抗器
２０２Ａ、２０２Ｂ：限流素子
３００：ＬＥＤ照明回路
３０１：ドライブ回路を付加したＬＥＤ照明回路
３１０：基板
３１１：ＬＥＤ照明装置
【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】
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【図１０】
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