(57)【要約】【課題】ＬＥＤを点灯させないスタンバイ時にマイコン用の電源を供給することができるＬＥＤ駆動回路を提供する。【解決手段】リアクトルＬに流れるリアクトル電流に応じた定電流制御信号を出力する定電流制御信号出力回路（電流検出抵抗Ｒｓ）と、出力電圧Ｖｏｕｔに応じた定電圧制御信号を出力する定電圧制御信号出力回路ＣＶと、スタンバイ信号が入力されない通常動作時には、定電流制御信号によってＬＥＤ電流を定電流制御し、スタンバイ信号が入力されたスタンバイ動作時には、定電圧制御信号によってＬＥＤアレイＬＤの点灯電圧よりも低い出力電圧Ｖｏｕｔに定電圧制御する制御回路Ｔａとを備えている。【選択図】図１
2015053225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノーマリーオンタイプのスイッチング素子のオンオフ動作によるリアクトルの充放電によって生成した直流出力によってＬＥＤを定電流で点灯させるＬＥＤ駆動回路であって、
前記リアクトルに流れるリアクトル電流に応じた定電流制御信号を出力する定電流制御信号出力回路と、
出力電圧に応じた定電圧制御信号を出力する定電圧制御信号出力回路と、
スタンバイ信号が入力されない通常動作時には、前記定電流制御信号によって前記ＬＥＤを流れるＬＥＤ電流を定電流制御し、スタンバイ信号が入力されたスタンバイ動作時には、前記定電圧制御信号によって前記ＬＥＤの点灯電圧よりも低い出力電圧に定電圧制御する制御回路とを具備することを特徴とするＬＥＤ駆動回路。
【請求項２】
前記制御回路は、前記定電流制御信号と基準電圧との差電圧によって前記リアクトル電流の平均値を検出する平均値検出回路を具備し、前記平均値検出回路によって検出した前記リアクトル電流の平均値に基づいて前記ＬＥＤ電流を定電流制御することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項３】
前記定電圧制御信号出力回路は、前記スタンバイ信号が入力されたスタンバイ動作時には、定電圧制御する前記ＬＥＤの点灯電圧よりも低い出力電圧で、前記平均値検出回路の前記基準電圧と一致する前記定電圧制御信号を出力し、
前記制御回路は、前記平均値検出回路によって前記定電圧制御信号と前記基準電圧とが一致するように出力電圧に定電圧制御することを特徴とする請求項２記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項４】
前記定電圧制御信号出力回路は、出力電圧が予め設定された過電圧に到達すると、前記平均値検出回路の前記基準電圧と一致する電圧を前記定電圧制御信号として出力し、
前記制御回路は、前記平均値検出回路によって前記定電圧制御信号と前記基準電圧とが一致するように出力電圧を定電圧制御することを特徴とする請求項２又は３記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項５】
前記制御回路の電源を前記ＬＥＤのアノード側からブートストラップ構成で供給する電力供給回路を具備し、
定電圧制御信号出力回路は、前記制御回路の電源電圧に応じた前記定電圧制御信号を出力することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のＬＥＤ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノーマリーオンタイプのスイッチング素子を用いてＬＥＤを定電流で点灯するＬＥＤ駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体基板にＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＳｉＣ（炭化珪素）等を用いた低損失なワイドバンドギャップ半導体素子を、スイッチン電源回路のスイッチング素子として用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。スイッチング素子としてワイドバンドギャップ半導体素子を用いることで、電源効率を下げることなく、動作周波数を上げることができ、装置の小型化を実現することができ、スイッチング素子やインダクタンスを同一パッケージに封入した超小型の非絶縁チョッパモジュール電源が構成できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１９９０２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、シーリングライト等の照明機器では、調光や調色といった動作用にマイコンを使用しているため、ＬＥＤ駆動回路として使用する超小型の非絶縁チョッパモジュール電源以外に、マイコン用の専用電源（５Ｖ１０ｍＡ程度）が必要となってしまう。特に、２５Ｗを越える照明機器は、高調波対応が必要であり、力率改善回路も使う場合は、力率改善回路とＬＥＤ駆動回路とマイコン用の専用電源と３コンバータ構成となってしまい、煩雑な回路構成になり、コストアップにつながってしまう。
【０００５】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、従来技術の問題を解決し、ＬＥＤを点灯させないスタンバイ時にマイコン用の電源を供給することができるＬＥＤ駆動回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のＬＥＤ駆動回路は、ノーマリーオンタイプのスイッチング素子のオンオフ動作によるリアクトルの充放電によって生成した直流出力によってＬＥＤを定電流で点灯させるＬＥＤ駆動回路であって、前記リアクトルに流れるリアクトル電流に応じた定電流制御信号を出力する定電流制御信号出力回路と、出力電圧に応じた定電圧制御信号を出力する定電圧制御信号出力回路と、スタンバイ信号が入力されない通常動作時には、前記定電流制御信号によって前記ＬＥＤを流れるＬＥＤ電流を定電流制御し、スタンバイ信号が入力されたスタンバイ動作時には、前記定電圧制御信号によって前記ＬＥＤの点灯電圧よりも低い出力電圧に定電圧制御する制御回路とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ＬＥＤを点灯させないスタンバイ時にマイコン用の電源を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係るＬＥＤ駆動回路の第１の実施の形態の構成を示す回路構成図である。
【図２】図１に示す定電圧制御信号出力回路ＣＶの構成例を示す回路構成図である。
【図３】本発明に係るＬＥＤ駆動回路の第１の実施の形態の動作を説明するための波形図である。
【図４】本発明に係るＬＥＤ駆動回路の第２の実施の形態の構成を示す回路構成図である。
【図５】本発明に係るＬＥＤ駆動回路の第３の実施の形態の構成を示す回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。なお、各図において、同一の構成には、同一の符号を付して一部説明を省略している。
【００１０】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態のＬＥＤ駆動回路１０ａは、図１を参照すると、ノーマリーオンタイプのワイドバンドギャップ半導体素子を用いた自励式の降圧チョッパ回路である。ＬＥＤ駆動回路１０ａは、整流回路ＤＢと、ノーマリーオンタイプのワイドバンドギャップ半導体素子であるスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、スイッチング素子Ｑ２を定電流制御する制御回路Ｔａと、バイパスコンデンサＣ１と、リアクトルＬと、巻き線ＡＷと、回生ダイオードＤ１と、出力コンデンサＣ２と、ツェナーダイオードＺＤ１と、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３と、ダイオードＤ２と、電流検出抵抗Ｒｓと、コンデンサＣｃｏｍｐ、定電圧制御信号出力回路ＣＶと、定電圧レギュレータ回路Ｒｅｇとを備えている。そして、ＬＥＤ駆動回路１０ａは、負荷回路であるＬＥＤアレイＬＤを定電流で駆動すると共に、調光制御や調色制御を行うマイコンＭＣＵに電源を供給する。以下、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２とを区別するために、スイッチング素子Ｑ１を第１のスイッチング素子Ｑ１と称し、スイッチング素子Ｑ２を第２のスイッチング素子Ｑ２と称す。
【００１１】
ＬＥＤ駆動回路１０ａの入力端子Ｖ＋と、入力端子Ｖ０とには、ダイオードがブリッジ構成された整流回路ＤＢの整流出力正極端子と、接地された整流出力負極端子とがそれぞれ接続されている。整流回路ＤＢの交流入力端子ＡＣｉｎ１、ＡＣｉｎ２には商用交流電源ＡＣ１が接続され、商用交流電源ＡＣ１からのＡＣ入力電圧が全波整流されて整流回路ＤＢから出力される。
【００１２】
入力端子Ｖ＋、すなわち整流回路ＤＢの整流出力正極端子と、入力端子Ｖ０、すなわち整流回路ＤＢの整流出力負極端子との間には、第１のスイッチング素子Ｑ１と、第２のスイッチング素子Ｑ２と、リアクトルＬと、出力コンデンサＣ２と、電流検出抵抗Ｒｓとからなる直列回路と、バイパスコンデンサＣ１とが並列に接続されている。入力端子Ｖ＋には第１のスイッチング素子Ｑ１のドレイン端子が接続され、第１のスイッチング素子Ｑ１のソース端子には第２のスイッチング素子Ｑ２のドレイン端子が、そして、第２のスイッチング素子Ｑ２のソース端子にはリアクトルＬの一方の端子に接続されている。リアクトルＬの他方の端子には出力コンデンサＣ２の正電極が接続され、出力コンデンサＣ２の負電極が電流検出抵抗Ｒｓの一方の端子と接続されている。
【００１３】
出力コンデンサＣ２の両端が、ＬＥＤ駆動回路１０ａの出力となり、出力コンデンサＣ２の正電極が出力端子Ｖｏｕｔ＋に、出力コンデンサＣ２の負電極が出力端子Ｖｏｕｔ−となる。この出力端子Ｖｏｕｔ＋、Ｖｏｕｔ−に負荷であるＬＥＤアレイＬＤが、アノードが出力端子Ｖｏｕｔ＋側になるように接続される。また、出力端子Ｖｏｕｔ＋と、入力端子Ｖ０との間には、定電圧制御信号出力回路ＣＶが接続されていると共に、定電圧レギュレータ回路Ｒｅｇを介してマイコンＭＣＵが接続されている。なお、定電圧レギュレータ回路Ｒｅｇは、出力端子Ｖｏｕｔ＋の電圧を、マイコンＭＣＵの動作電圧に変換して供給する回路である。
【００１４】
第２のスイッチング素子Ｑ２のソース端子とリアクトルＬの一方の端子との接続点と、入力端子Ｖ０との間には、回生ダイオードＤ１が接続されている。第２のスイッチング素子Ｑ２のソース端子とリアクトルＬの一方の端子との接続点には、回生ダイオードＤ１のカソードが接続され、入力端子Ｖ０には、回生ダイオードＤ１のアノードが接続されている。これにより、第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２との両方がＯＮのときに、リアクトルＬとＬＥＤアレイＬＤとに電圧がかかり、リアクトルＬに電力が蓄積される。そして、第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とのいずれか一方でもＯＦＦのときに、リアクトルＬと出力コンデンサＣ２とが並列に接続された状態となって、リアクトルＬに蓄積された電力がＬＥＤアレイＬＤに供給される。
【００１５】
ハイサイド側の第１のスイッチング素子Ｑ１は、リアクトルＬに磁気結合されている巻線ＡＷに誘起される負電圧を用いてオフ制御される。リアクトルＬに磁気結合されている巻線ＡＷは、一端がリアクトルＬと第２のスイッチング素子Ｑ２のソース端子との接続点に接続され、他端がカップリングコンデンサＣ３を介して第１のスイッチング素子Ｑ１のゲート端子に接続されている。これにより、リアクトルＬの電圧極性が反転すると、巻線ＡＷには第１のスイッチング素子Ｑ１のゲート端子が負電位になる電圧が誘起され、第１のスイッチング素子Ｑ１がオフ状態に維持される。また、第１のスイッチング素子Ｑ１のゲート端子と、入力端子Ｖ０との間には、ダイオードＤ２が接続されている。第１のスイッチング素子Ｑ１のゲート端子には、ダイオードＤ２のカソードが、入力端子Ｖ０には、ダイオードＤ２のアノードがそれぞれ接続されている。これにより、第１のスイッチング素子Ｑ１のゲート端子がダイオードＤ２の順方向電圧ＶＦで電圧クランプされる。
【００１６】
ローサイド側の第２のスイッチング素子Ｑ２のゲート端子とソース端子との間には、ツェナーダイオードＺＤ１と抵抗Ｒ１とが並列に接続されている。ツェナーダイオードＺＤ１は、アノードが第２のスイッチング素子Ｑ２のゲート端子に、カソードが第２のスイッチング素子Ｑ２のソース端子にそれぞれ接続されている。
【００１７】
制御回路Ｔａは、第２のスイッチング素子Ｑ２を定電流制御するためのＩＣ回路であり、トランスコンダクタンスアンプ(電圧-電流変換アンプ）ＯＴＡと、バッファＢＦと、基準電圧Ｖｒｅｆ１と、バイポーラトランジスタＱ３と、ダイオードＤ３と、コモン端子ＣＯＭと、電流フィードバック端子Ｉｓｅｎｓｅと、外部位相補償端子ＣＯＭＰと、駆動信号出力端子ＯＵＴと、起動電流入力端子ＳＴと、スタンバイ端子Ｓｔｂｙとを備えている。
【００１８】
制御回路Ｔａのコモン端子ＣＯＭは、接地された入力端子Ｖ０に、電流フィードバック端子Ｉｓｅｎｓｅは出力端子Ｖｏｕｔ−、すなわちＬＥＤアレイＬＤと電流検出抵抗Ｒｓとの接続点に、外部位相補償端子ＣＯＭＰはコンデンサＣｃｏｍｐを介して接地端子に、駆動信号出力端子ＯＵＴは抵抗Ｒ２を介してローサイド側の第２のスイッチング素子Ｑ２のゲート端子に、起動電流入力端子ＳＴは抵抗Ｒ３を介して入力端子Ｖ＋にそれぞれ接続されている。
【００１９】
制御回路Ｔａにおいて、電流フィードバック端子ＩｓｅｎｓｅはトランスコンダクタンスアンプＯＴＡの第１の反転入力端子に、スタンバイ端子ＳｔｂｙはトランスコンダクタンスアンプＯＴＡの第２の反転入力端子にそれぞれ接続され、トランスコンダクタンスアンプＯＴＡの非反転入力端子は基準電圧Ｖｒｅｆ１の正極端子に接続され、基準電圧Ｖｒｅｆ１の負極端子はコモン端子ＣＯＭに接続されている。また、トランスコンダクタンスアンプＯＴＡの出力端子は、外部位相補償端子ＣＯＭＰに接続されている。トランスコンダクタンスアンプＯＴＡは、第１の反転入力端子と第２の反転入力端子とにそれぞれ入力される電圧のうち高い方の電圧と、非反転入力端子に入力される基準電圧Ｖｒｅｆ１との差電圧を電流に変換して出力する。従って、リアクトルＬを流れるリアクトル電流として検出される電流検出抵抗Ｒｓの両端間電圧（第１の反転入力端子の電圧）と、スタンバイ端子Ｓｔｂｙに入力される電圧（第２の反転入力端子の電圧）との高い方の電圧が、基準電圧Ｖｒｅｆ１と比較され、その差電圧が電流に変換されてトランスコンダクタンスアンプＯＴＡから出力される。
【００２０】
また、トランスコンダクタンスアンプＯＴＡの出力端子はバッファＢＦを介してバイポーラトランジスタＱ３のベースに接続され、バイポーラトランジスタＱ３のコレクタはダイオードＤ３を介して駆動信号出力端子ＯＵＴに、バイポーラトランジスタＱ３のエミッタはコモン端子ＣＯＭにそれぞれ接続されている。なお、ダイオードＤ３は、カソードがバイポーラトランジスタＱ３のコレクタに、アノードが駆動信号出力端子ＯＵＴに接続されている。
【００２１】
これにより、リアクトルＬを流れるリアクトル電流として検出される電流検出抵抗Ｒｓの両端間電圧（第１の反転入力端子の電圧）が、スタンバイ端子Ｓｔｂｙに入力される電圧（第２の反転入力端子の電圧）よりも高い場合には、バイポーラトランジスタＱ３のコレクタ電流は、外部位相補償端子ＣＯＭＰに接続されたコンデンサＣｃｏｍｐの充電量、すなわちリアクトル電流の平均値に応じた値となる。従って、ノーマリーオンタイプのワイドバンドギャップ半導体素子であるスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が共にオン状態である場合に、第２のスイッチング素子Ｑ２のゲート端子とソース端子との間に接続された抵抗Ｒ１の電圧降下によって、第２のスイッチング素子Ｑ２のゲート・ソース間電圧であるＶｇｓが決まるため、Ｖｇｓを外部位相補償端子ＣＯＭＰに接続されたコンデンサＣｃｏｍｐの充電量に応じたマイナス電位に制御することができる。このように制御されるＶｇｓを、ワイドバンドギャップ半導体素子を定電流素子として動作させる範囲に設定しておくことで、第２のスイッチング素子Ｑ２は、リアクトル電流の平均値に応じた定電流値の定電流素子として機能する。
【００２２】
定電圧制御信号出力回路ＣＶは、図２を参照すると、出力端子Ｖｏｕｔ＋と、入力端子Ｖ０（接地端子）との間に抵抗Ｒ１０、抵抗Ｒ１１と、抵抗Ｒ１２とが直列に接続され、抵抗Ｒ１０と抵抗Ｒ１１との接続点Ａが制御回路Ｔａのスタンバイ端子Ｓｔｂｙに接続されている。また、抵抗Ｒ１２と並列に外部からのスタンバイ信号によってオンオフされるスイッチ素子Ｑ４とを備えている。
【００２３】
次に、第１の実施の形態のＬＥＤ駆動回路１０ａの動作について図３を参照して詳細に説明する。以下、定電圧制御信号出力回路ＣＶにおける各抵抗Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２の抵抗値が、かっこ内に示すように、２３９ｒ：１ｒ：５ｒに設定されていると共に、通常出力時（ＮＯＭ）において出力端子Ｖｏｕｔ＋から出力される電圧Ｖｏｕｔがほぼ６０Ｖとし、基準電圧Ｖｒｅｆ１＝０．３Ｖとする。
【００２４】
直流電源が投入されると、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２がオンしているため、リアクトル電流が流れ出して、直線的に増加する。これにより、リアクトルＬに電力が蓄積されると共に、外部位相補償端子ＣＯＭＰに接続されたコンデンサＣｃｏｍｐに充電が行われる。スタンバイ信号が入力されていない通常出力時（ＮＯＭ）は、スイッチ素子Ｑ４はオン状態であり、出力電圧Ｖｏｕｔ＝６０Ｖとすると、定電圧制御信号出力回路ＣＶから制御回路Ｔａのスタンバイ端子Ｓｔｂｙに入力される電圧は、基準電圧Ｖｒｅｆ１＝０．３Ｖよりも低い０．２５Ｖが入力される。これにより、リアクトルＬを流れるリアクトル電流として検出される電流検出抵抗Ｒｓの両端間電圧（第１の反転入力端子の電圧）と、基準電圧Ｖｒｅｆ１＝０．３Ｖと比較され、その差電圧が電流に変換されてトランスコンダクタンスアンプＯＴＡから出力され、バイポーラトランジスタＱ３のコレクタ電流は、外部位相補償端子ＣＯＭＰに接続されたコンデンサＣｃｏｍｐの充電量、すなわちリアクトル電流の平均値に応じた値となる。そして、外部位相補償端子ＣＯＭＰに接続されたコンデンサＣｃｏｍｐの充電量、すなわちリアクトル電流の平均値に応じた第２のスイッチング素子Ｑ２の定電流値に、増加するリアクトル電流が達すると、リアクトル電流がさらに増加しようとするので、スイッチング素子Ｑ１のドレイン端子、すなわちスイッチング素子Ｑ１のソース端子の電圧が急激に立ち上がる。これにより、スイッチング素子Ｑ１のＶｇｓが閾値Ｖｔｈ（負電圧）よりも低いマイナス電位となり、スイッチング素子Ｑ１はオフする。
【００２５】
スイッチング素子Ｑ１がオフすると、リアクトルＬの電圧極性が反転し、巻線ＡＷには第１のスイッチング素子Ｑ１のゲート端子が負電位になる電圧が誘起され、第１のスイッチング素子Ｑ１がオフ状態に維持され、リアクトルＬに蓄積された電力が放出される回生期間となる。そして、回生期間において電力が放出によってリアクトルＬにリアクトル電流が流れなくなると、スイッチング素子Ｑ１のゲート端子に負電位になる電圧が誘起されなくなり、再び、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２がオンし、以後上述したのと同様な動作が繰り返され、図３に示すように、ＬＥＤ電流が例えば１００ｍＡで定電流制御される定電流制御期間となる。
【００２６】
スタンバイ信号が入力されるスタンバイ時（Ｓｔｂｙ）は、スイッチ素子Ｑ４はオフ状態になる。この場合、出力電圧Ｖｏｕｔ＝１２．２５Ｖで、定電圧制御信号出力回路ＣＶから制御回路Ｔａのスタンバイ端子Ｓｔｂｙに入力される電圧は、基準電圧Ｖｒｅｆ１＝０．３Ｖとなる。出力電圧Ｖｏｕｔ＝１２．２５Ｖは、ＬＥＤアレイＬＤの点灯開始電圧より充分低い値であり、スタンバイ端子Ｓｔｂｙに入力される電圧（第２の反転入力端子の電圧）に基づいて、図３に示すように、出力電圧が１２．２５Ｖで定電圧制御される定電圧制御期間となる。また、出力電圧Ｖｏｕｔ＝１２．２５Ｖは、マイコンＭＣＵの動作電圧より高い電圧に設定されており、定電圧レギュレータ回路Ｒｅｇによって動作電圧に変換されてマイコンＭＣＵに供給される。
【００２７】
また、定電圧制御信号出力回路ＣＶは、二次側過電圧保護回路としても機能する。すなわち、出力電圧Ｖｏｕｔ＝７２Ｖになると、定電圧制御信号出力回路ＣＶから制御回路Ｔａのスタンバイ端子Ｓｔｂｙに入力される電圧は、基準電圧Ｖｒｅｆ１＝０．３Ｖと一致する電圧に上昇する。これにより、出力電圧Ｖｏｕｔが７２Ｖ以上に上昇することを防止することができる。
【００２８】
以上説明したように、第１の実施の形態によれば、リアクトルＬに流れるリアクトル電流に応じた定電流制御信号を出力する定電流制御信号出力回路（電流検出抵抗Ｒｓ）と、出力電圧Ｖｏｕｔに応じた定電圧制御信号を出力する定電圧制御信号出力回路ＣＶと、スタンバイ信号が入力されない通常動作時（ＮＯＭ）には、定電流制御信号によってＬＥＤ電流を定電流制御し、スタンバイ信号が入力されたスタンバイ動作時（Ｓｔｂｙ）には、定電圧制御信号によってＬＥＤアレイＬＤの点灯電圧よりも低い出力電圧Ｖｏｕｔに定電圧制御する制御回路Ｔａとを備えている。
この構成により、ＬＥＤアレイＬＤを点灯させないスタンバイ時に定電圧制御によってマイコン用の電源を供給することができるため、マイコン用の専用電源を設ける必要がなく、回路構成を簡略化することができ、コストダウンを実現することができるという効果を奏する。また、シーリングライト等で複数のモジュール電源を使った場合には、スタンバイ動作時（Ｓｔｂｙ）の出力電圧Ｖｏｕｔによって並列冗長運転させることも可能である。
【００２９】
さらに、第１の実施の形態によれば、制御回路Ｔａは、定電流制御信号（電流検出抵抗Ｒｓの両端間電圧：第１の反転入力端子の電圧）と基準電圧Ｖｒｅｆ１との差電圧によってリアクトル電流の平均値を検出する平均値検出回路（トランスコンダクタンスアンプＯＴＡと、トランスコンダクタンスアンプＯＴＡの出力端子に接続されたコンデンサＣｃｏｍｐ）を備え、平均値検出回路によって検出したリアクトル電流の平均値に基づいてＬＥＤ電流を定電流制御するように構成されている。
この構成により、通常動作時（ＮＯＭ）には、スイッチング素子としてワイドバンドギャップ半導体を用いて高周波化した降圧チョッパ回路において、等価的にＬＥＤ電流の平均値制御を行うことができ、入力電圧変動があっても定電流特性を維持できるため、ワールドワイド入力対応の超小型ＬＥＤ駆動装置を提供することができる。
【００３０】
さらに、第１の実施の形態によれば、定電圧制御信号出力回路ＣＶは、スタンバイ信号が入力されたスタンバイ動作時（Ｓｔｂｙ）には、定電圧制御するＬＥＤアレイＬＤの点灯電圧よりも低い出力電圧で、平均値検出回路の基準電圧Ｖｒｅｆ１と一致する定電圧制御信号を出力し、制御回路Ｔａは、平均値検出回路によって定電圧制御信号と基準電圧とが一致するように出力電圧Ｖｏｕｔに定電圧制御するように構成されている。
この構成により、複雑な切り換え回路を設けることなく、ＬＥＤアレイＬＤの点灯電圧よりも低い出力電圧で定電圧制御することができる。
【００３１】
さらに、第１の実施の形態によれば、定電圧制御信号出力回路ＣＶは、出力電圧Ｖｏｕｔが予め設定された過電圧に到達すると、平均値検出回路の基準電圧Ｖｒｅｆ１と一致する電圧を定電圧制御信号として出力し、制御回路Ｔａは、平均値検出回路によって定電圧制御信号と基準電圧Ｖｒｅｆ１とが一致するように出力電圧Ｖｏｕｔを定電圧制御するように構成されている。
この構成により、定電圧制御信号出力回路ＣＶを二次側過電圧保護回路として使用することができる。
【００３２】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態のＬＥＤ駆動回路１０ｂは、図４を参照すると、ノーマリーオンタイプのワイドバンドギャップ半導体素子を用いた他励式の降圧チョッパ回路である。第１の実施の形態のＬＥＤ駆動回路１０では、ローサイド側の第２のスイッチング素子Ｑ２を定電流素子として用いたが、第２の実施の形態のＬＥＤ駆動回路１０ｂでは、ローサイド側の第２のスイッチング素子Ｑ２を制御回路Ｔｂによってオンオフ制御する。
【００３３】
ローサイド側の第２のスイッチング素子Ｑ２のゲート端子とソース端子との間には、ツェナーダイオードＺＤ２が接続されている。ツェナーダイオードＺＤ２は、アノードが第２のスイッチング素子Ｑ２のゲート端子に、カソードが第２のスイッチング素子Ｑ２のソース端子にそれぞれ接続されている。また、第２のスイッチング素子Ｑ２のゲート端子と入力端子Ｖ０との間には、十分に高抵抗の抵抗Ｒ２が接続されている。ツェナーダイオードＺＤ２と抵抗Ｒ２とは、制御回路Ｔａが動作するまでの間、第２のスイッチング素子Ｑ２のソース端子の電位に応じて、第２のスイッチング素子Ｑ２をオフ動作させる自己バイアス回路として機能する。すなわち、直列に接続された第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とは、Ｖｇｓ＝０Ｖでオン、Ｖｇｓ＝マイナス電位でオフといった特性を持つノーマリーオンタイプであるため、電源投入時などで制御回路Ｔａｂが動作するまでの間に、第１のスイッチング素子Ｑ１及び第２のスイッチング素子Ｑ２のゲート電圧がソース電位と同電位であると、オン状態となってしまい大電流が流れてしまう。そこで、第２のスイッチング素子Ｑ２のゲート電圧が、ゲート端子とソース端子との間に接続されたツェナーダイオードＺＤ２のツェナー電圧Ｖｚまで充分にマイナス電圧で自己バイアスされ、第２のスイッチング素子Ｑ２がオフされるように、高抵抗の抵抗Ｒ１をゲート端子と入力端子Ｖ０（接地端子）との間に接続している。これにより、制御回路Ｔｂが動作していなくても、電源投入時に第２のスイッチング素子Ｑ２をオフ動作させることができるので、制御回路Ｔｂが動作するまでは、第２のスイッチング素子Ｑ２をノーマリーオフタイプの半導体素子として安定に扱えるようになる。
【００３４】
制御回路Ｔｂは、第２のスイッチング素子Ｑ２をオンオフ制御するためのＩＣ回路であり、トランスコンダクタンスアンプ(電圧-電流変換アンプ）ＯＴＡと、基準電圧Ｖｒｅｆ１と、三角波発振器ＯＳＣと、比較器Ｔｏｎと、バッファＢＦと、コモン端子ＣＯＭと、電流フィードバック端子Ｉｓｅｎｓｅと、外部位相補償端子ＣＯＭＰと、駆動信号出力端子ＯＵＴと、起動電流入力端子ＳＴと、制御部電源端子Ｖｃｃと、スタンバイ端子Ｓｔｂｙとを備えている。
【００３５】
第２の実施の形態のＬＥＤ駆動回路１０ｂでは、電流検出抵抗Ｒｓが第２のスイッチング素子Ｑ２のソース端子とリアクトルＬとの接続点との間に接続されており、制御回路Ｔａのコモン端子ＣＯＭは電流検出抵抗ＲｓとリアクトルＬとの接続点に、電流フィードバック端子Ｉｓｅｎｓｅは第２のスイッチング素子Ｑ２のソース端子と電流検出抵抗Ｒｓと接続点に接続されている。そして、外部位相補償端子ＣＯＭＰはコンデンサＣｃｏｍｐを介して電流検出抵抗ＲｓとリアクトルＬとの接続点に、駆動信号出力端子ＯＵＴはカップリングコンデンサＣ４を介してローサイド側の第２のスイッチング素子Ｑ２のゲート端子に、起動電流入力端子ＳＴは抵抗Ｒ３を介して入力端子Ｖ＋にそれぞれ接続されている。
【００３６】
制御回路Ｔｂにおいて、電流フィードバック端子ＩｓｅｎｓｅはトランスコンダクタンスアンプＯＴＡの第１の反転入力端子に、スタンバイ端子ＳｔｂｙはトランスコンダクタンスアンプＯＴＡの第２の反転入力端子にそれぞれ接続され、トランスコンダクタンスアンプＯＴＡの非反転入力端子は基準電圧Ｖｒｅｆ１の正極端子に接続され、基準電圧Ｖｒｅｆ１の負極端子はコモン端子ＣＯＭに接続されている。また、トランスコンダクタンスアンプＯＴＡの出力端子は、外部位相補償端子ＣＯＭＰに接続されている。トランスコンダクタンスアンプＯＴＡは、第１の反転入力端子と第２の反転入力端子とにそれぞれ入力される電圧のうち高い方の電圧と、非反転入力端子に入力される基準電圧Ｖｒｅｆ１との差電圧を電流に変換して出力する。従って、リアクトルＬを流れるリアクトル電流として検出される電流検出抵抗Ｒｓの両端間電圧（第１の反転入力端子の電圧）と、スタンバイ端子Ｓｔｂｙに入力される電圧（第２の反転入力端子の電圧）との高い方の電圧が、基準電圧Ｖｒｅｆ１と比較され、その差電圧が電流に変換されてトランスコンダクタンスアンプＯＴＡから出力される。
【００３７】
また、トランスコンダクタンスアンプＯＴＡの出力端子は比較器Ｔｏｎの非反転入力端子に接続されており、比較器Ｔｏｎの反転入力端子には三角波発振器ＯＳＣの出力端子が接続されている。そして、比較器Ｔｏｎの出力端子はバッファＢＦを介して駆動信号出力端子ＯＵＴに接続されている。なお、三角波発振器ＯＳＣには、ＬＥＤアレイＬＤのアノード側から逆流防止用のダイオードＤ５を介して臨界動作信号が入力される構成になっており、回生期間においてリアクトル電流Ｌが０になった後に、三角波が立ち上がるようなっている。
【００３８】
これにより、リアクトルＬを流れるリアクトル電流として検出される電流検出抵抗Ｒｓの両端間電圧（第１の反転入力端子の電圧）が、スタンバイ端子Ｓｔｂｙに入力される電圧（第２の反転入力端子の電圧）よりも高い場合には、三角波発振器ＯＳＣから出力される三角波が外部位相補償端子ＣＯＭＰに接続されたコンデンサＣｃｏｍｐの充電量、すなわちリアクトル電流の平均値に応じた電圧を超えると、比較器Ｔｏｎの出力がＬｏｗレベルに反転する。これにより、バッファ回路ＢＦからの出力は方形波となり、バッファ回路ＢＦからの出力をカップリングコンデンサＣ４によってコンデンサカップリングすると、元の波形の面積を上下に分割したプラス電圧とマイナス電圧とに変換される。従って、ターンオフ時に急峻なマイナス電圧が第２のスイッチング素子Ｑ２のゲート端子に印加されるため、第２のスイッチング素子Ｑ２を急速にオフさせ、オフ状態に維持することができる。すなわち、カップリングコンデンサＣ４は、バッファ回路ＢＦから出力されたパルス信号をコモン電位からマイナスの波形に変換し、変換したパルス信号を第２のスイッチング素子Ｑ２のゲート端子に出力するパルス信号変換回路として機能する。なお、プラス電圧は第２のスイッチング素子Ｑ２のゲート耐圧オーバーとなるが、ツェナーダイオードＺＤ２の順方向電圧ＶＦで電圧クランプされるため、第２のスイッチング素子Ｑ２の破壊に至ることがなく、第２のスイッチング素子Ｑ２をオンさせることができる。
【００３９】
なお、ＬＥＤ駆動回路１０ｂにおいて、第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とがカスコード接続されているため、第１のスイッチング素子Ｑ１は高耐圧、第２のスイッチング素子Ｑ２は低耐圧素子とすることで、第２のスイッチング素子Ｑ２のオンオフ制御により第１のスイッチング素子Ｑ１で耐圧を持たせている。従って、動作上、第１のスイッチング素子Ｑ１は低耐圧のＳｉＭＯＳＦＥＴ等に置き換えることもできる。
【００４０】
また、制御部電源端子Ｖｃｃとコモン端子ＣＯＭとの間には、コンデンサＣ５が接続されていると共に、出力端子Ｖｏｕｔ＋と、制御回路Ｔａの制御部電源端子Ｖｃｃとの間にダイオードＤ２が接続されている。ダイオードＤ２は、アノードが出力端子Ｖｏｕｔ＋に、カソードが制御部電源端子Ｖｃｃにそれぞれ接続されている。この構成により、制御回路Ｔａの起動後は、制御回路Ｔｂに動作電力を供給するコンデンサＣ５に負荷回路であるＬＥＤアレイＬＤからブートストラップ構成で電力が供給される。
【００４１】
そして、定電圧制御信号出力回路ＣＶは、制御回路Ｔｂの制御部電源端子Ｖｃｃと、コモン端子ＣＯＭとの間に接続され、出力電圧Ｖｏｕｔの検出をブートストラップ回路で行っている。これにより、ハイサイド側に定電圧制御信号出力回路ＣＶを配置して定電圧制御を行うことができ、高圧のレベルシフト等が不要となる。
【００４２】
以上説明したように、第２の実施の形態によれば、制御回路Ｔｂの電源をＬＥＤアレイＬＤのアノード側からブートストラップ構成で供給する電力供給回路（ダイオードＤ４）を備え、定電圧制御信号出力回路ＣＶは、制御回路Ｔｂの電源電圧に応じた定電圧制御信号を出力するように構成されている。
この構成により、ハイサイド側に定電圧制御信号出力回路ＣＶを配置して定電圧制御を行うことができ、高圧のレベルシフト等が不要となる。
【００４３】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態のＬＥＤ駆動回路１０ｃは、図５を参照すると、第２の実施の形態のＬＥＤ駆動回路１０ｂからハイサイド側の第１のスイッチング素子Ｑ１と、巻線ＡＷと、コンデンサＣ３とが取り除かれ、第２のスイッチング素子Ｑ２のみを制御回路Ｔｂによってオンオフ制御することで直流出力を生成している。このように、第２のスイッチング素子Ｑ２を他励式で制御することで、他のスイッチング素子や定電流回路を第２のスイッチング素子Ｑ２と直列に接続する必要がないため、回路構成を簡略化させることができる。
【００４４】
なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。
【符号の説明】
【００４５】
１０ａ  ＬＥＤ駆動回路（第１の実施の形態）
１０ｂ  ＬＥＤ駆動回路（第２の実施の形態）
１０ｃ  ＬＥＤ駆動回路（第３の実施の形態）
ＢＦ  バッファ回路
Ｃ１  バイパスコンデンサ
Ｃ２  出力コンデンサ
Ｃ３、Ｃ４  カップリングコンデンサ
Ｃｃｏｍｐ、Ｃ５  コンデンサ
ＭＣＵ  マイコン
ＣＶ  定電圧制御信号出力回路
Ｄ１  回生ダイオード
Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４  ダイオード
Ｌ  リアクトル
ＬＤ  ＬＥＤアレイ
ＯＴＡ  トランスコンダクタンスアンプ
ＯＳＣ  三角波発振器
Ｑ１  スイッチング素子（第１のスイッチング素子）
Ｑ２  スイッチング素子（第２のスイッチング素子）
Ｑ３  バイポーラトランジスタ
Ｑ４  スイッチ素子
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ１０，Ｒ１１、Ｒ１２  抵抗
Ｒｅｇ  定電圧レギュレータ回路
Ｒｓ  電流検出抵抗
Ｔａ  制御回路（第１の実施の形態）
Ｔｂ  制御回路（第２、第３の実施の形態）
Ｔｏｎ  比較器
Ｖｒｅｆ１  基準電圧
ＺＤ１、ＺＤ２  ツェナーダイオード
【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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