(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧を整流するとともに平滑して直流電圧を出力する入力整流平滑回路と、
前記入力整流平滑回路から出力される直流電圧をオン・オフして交流電圧に変換し、その交流電圧を所定の交流電圧に変圧する一方、変圧後の交流電圧を整流するとともに平滑して直流電圧を出力するＤＣ−ＤＣ変換回路と、
前記ＤＣ−ＤＣ変換回路から出力された直流電圧を所定電圧値に保持し出力する定電圧回路と、
前記定電圧回路から出力される直流電圧をＬＥＤに印加するとともに、前記ＬＥＤに流れる直流電流が一定値になるよう制御を行うスイッチング素子を有する定電流回路とを備え、
この定電流回路は、前記スイッチング素子のソース側の電圧と基準電圧とを比較して、前記ソース側の電圧と基準電圧とが等しくなるように前記スイッチング素子のゲートにゲート信号を出力して該スイッチング素子に流れる電流を一定にする第１比較器を有するＬＥＤ点灯装置であって、
前記ＬＥＤの点灯中、前記スイッチング素子における損失を検出し、当該損失が所定値を超えた場合に、前記定電圧回路における前記所定電圧値の大きさを低下させる損失低減回路を設け、
前記損失低減回路は、前記スイッチング素子のドレイン電圧が該スイッチング素子がオンしたときのみ非反転端子に入力され、予め設定された目標電圧が反転端子に入力される第２比較器を有し、
該第２比較器は、非反転端子に入力されるドレイン電圧と、反転端子に入力される目標電圧とを比較して、前記ドレイン電圧が目標電圧以上になったとき、前記定電圧回路の所定電圧値の大きさを低下させるように該定電圧回路を制御することを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
【請求項２】
前記損失低減回路は、前記定電圧回路と定電流回路との間に設けられたことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置。
【請求項３】
前記スイッチング素子のドレイン電圧は、抵抗及び前記損失低減回路の保護用のダイオードを介して前記第２比較器の反転端子に入力することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＬＥＤ点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードであるＬＥＤを点灯させるためのＬＥＤ点灯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、商用交流電源からの交流電圧を直流電圧に整流し、その直流電圧をＤＣ−ＤＣ変換してからＬＥＤに印加するようにしたＬＥＤ点灯装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、ＬＥＤ点灯装置において、ＤＣ−ＤＣ変換後の直流電圧を定電圧に保持する定電圧回路と、この定電圧回路からの直流電圧をＬＥＤに印加するとともに、ＬＥＤに流れる直流電流を定電流に保持する定電流回路とを有するものが提案されている。例えば、図４に示すように、入力端子部１に印加された交流電圧からノイズ除去、又は当該交流電圧にノイズが入り込むのを防止する入力フィルタ回路２と、入力フィルタ回路２から出力される交流電圧を整流・平滑して直流電圧にする入力整流平滑回路３と、入力整流平滑回路３から出力される直流電圧をＤＣ−ＤＣ変換するＤＣ−ＤＣ変換回路４と、ＤＣ−ＤＣ変換後の直流電圧を定電圧に保持する定電圧回路５と、定電圧回路５から出力される直流電圧をＬＥＤに印加するとともに、ＬＥＤに流れる直流電流を定電流に保持する定電流回路６とを備えたＬＥＤ点灯装置が提案されている。
【０００４】
入力フィルタ回路２は、コンデンサＣ１とラインフィルタＬ１などから構成されている。
【０００５】
入力整流平滑回路３は、脈流電圧を全波整流する整流回路７と、全波整流された脈流電圧を平滑するコンデンサＣ２とを有している。
【０００６】
ＤＣ−ＤＣ変換回路４は、トランスＴと、このトランスＴの一次巻線Ｔ１に直列接続されたトランジスタＱ１と、トランジスタＱ１を所定周期でオン・オフする駆動回路８とを有する。駆動回路８の入力端子８ａには、フォトカプラ９のフォトトランジスタ９ａが接続され、駆動回路８は、入力端子８ａの電圧に応じてトランジスタＱ１のオン時間を制御する。
【０００７】
また、ＤＣ−ＤＣ変換回路４は、トランスＴの二次巻線Ｔ２から出力される交流電圧を半波整流するダイオードＤ１と、このダイオードＤ１で半波整流された電圧を平滑するコンデンサＣ３とを有している。
【０００８】
定電圧回路５は、フォトカプラ９の発光ダイオード９ｂと、この発光ダイオード９ｂに直列に設けられた定電圧ＩＣ１０とを有している。
【０００９】
定電流回路６は、比較器１１と、この比較器１１の出力信号によって駆動され、ＬＥＤに流れる直流電流を制御するトランジスタＱ２とを有している。そして、比較器１１の非反転入力端子にはＬＥＤに流れる直流電流値を決める基準電圧Ｒef が抵抗Ｒ７を介して入力され、比較器１１の反転入力端子にはトランジスタＱ２のソース側の電圧が入力されるようになっている。
【００１０】
ＬＥＤは順方向降下電圧（ＶＦ）のバラツキが大きいため、定電圧回路５は、ＬＥＤに印加する電圧が最大の順方向降下電圧（ＶＦ）の値以上になるように、設定されていなければならない。定電流回路６は、抵抗Ｒ９に流れる電流値（＝ＬＥＤ電流値）が基準電圧Ｒef と等しくなるように、比較器１１でトランジスタＱ２をオン・オフ制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１１−３３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来の技術では、ＬＥＤの順方向降下電圧（ＶＦ）が大きくばらついた場合、定電流回路に数Ｗ〜数十Ｗの損失が発生する。つまり、定電流回路においては、（（定電圧回路５の電圧値−順方向降下電圧（ＶＦ））×定電流値）がトランジスタＱ２での損失となり、この損失が数Ｗ〜数十Ｗになる。
【００１３】
このような損失が発生すると、本来、高効率であるはずのＬＥＤの優位性が失われてしまうことになる。
【００１４】
本発明の課題は、定電流回路における損失を低減することのできるＬＥＤ点灯装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、交流電圧を整流するとともに平滑して直流電圧を出力する入力整流平滑回路と、
前記入力整流平滑回路から出力される直流電圧をオン・オフして交流電圧に変換し、その交流電圧を所定の交流電圧に変圧する一方、変圧後の交流電圧を整流するとともに平滑して直流電圧を出力するＤＣ−ＤＣ変換回路と、
前記ＤＣ−ＤＣ変換回路から出力された直流電圧を所定電圧値に保持し出力する定電圧回路と、
前記定電圧回路から出力される直流電圧をＬＥＤに印加するとともに、前記ＬＥＤに流れる直流電流が一定値になるよう制御を行うスイッチング素子を有する定電流回路とを備え、
この定電流回路は、前記スイッチング素子のソース側の電圧と基準電圧とを比較して、前記ソース側の電圧と基準電圧とが等しくなるように前記スイッチング素子のゲートにゲート信号を出力して該スイッチング素子に流れる電流を一定にする第１比較器を有するＬＥＤ点灯装置であって、
前記ＬＥＤの点灯中、前記スイッチング素子における損失を検出し、当該損失が所定値を超えた場合に、前記定電圧回路における前記所定電圧値の大きさを低下させる損失低減回路を設け、
前記損失低減回路は、前記スイッチング素子のドレイン電圧が該スイッチング素子がオンしたときのみ非反転端子に入力され、予め設定された目標電圧が反転端子に入力される第２比較器を有し、
該第２比較器は、非反転端子に入力されるドレイン電圧と、反転端子に入力される目標電圧とを比較して、前記ドレイン電圧が目標電圧以上になったとき、前記定電圧回路の所定電圧値の大きさを低下させるように該定電圧回路を制御することを特徴としている。
【００１６】
上記構成によれば、スイッチング素子での損失が大きくなったとき、定電圧回路における所定電圧値の大きさが変更され、これによって、スイッチ素子に発生する電圧を下げることができる。その結果、定電流回路における損失を低減することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、定電流回路における損失を低減することが可能となり、高効率のＬＥＤ点灯装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係るＬＥＤ点灯装置の回路図である。
【図２】本発明の作用を説明するための回路図である。
【図３】本発明の作用を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】従来技術によるＬＥＤ点灯装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。なお、従来技術と同一の箇所については同一符号を記すこととする。
【実施例】
【００２２】
図１は、本発明に係るＬＥＤ点灯装置を示している。このＬＥＤ点灯装置２０は、入力端子部１に印加された交流電圧からノイズ除去したり、又は当該交流電圧にノイズが入り込むのを防止する入力フィルタ回路２と、入力フィルタ回路２から出力される交流電圧を整流・平滑して直流電圧にする入力整流平滑回路３と、入力整流平滑回路３から出力される直流電圧をＤＣ−ＤＣ変換するＤＣ−ＤＣ変換回路４と、ＤＣ−ＤＣ変換後の直流電圧を定電圧に保持する定電圧回路５と、定電圧回路５から出力される直流電圧をＬＥＤに印加するとともに、ＬＥＤに流れる直流電流を定電流に保持する定電流回路６とを有している。ここでは、ＬＥＤは３個設けられ、これらＬＥＤは直列に接続されている。
【００２３】
本実施例のＬＥＤ点灯装置２０においては、定電圧回路５及び定電流回路６に損失低減回路２１が接続されている。
【００２４】
入力フィルタ回路２には入力端子部１が接続され、この入力端子部１と入力フィルタ回路２との間にはフューズＦ１が設けられている。入力フィルタ回路２は、コンデンサＣ１とラインフィルタＬ１などから構成されている。なお、Ｚ１はバリスタである。
【００２５】
入力整流平滑回路３は、脈流電圧を全波整流する整流回路７と、全波整流された脈流電圧を平滑するコンデンサＣ２とを有している。
【００２６】
ＤＣ−ＤＣ変換回路４は、トランスＴと、このトランスＴの一次巻線Ｔ１に直列接続されたトランジスタＱ１と、トランジスタＱ１を所定周期でオン・オフする駆動回路８とを有する。駆動回路８の入力端子８ａには、フォトカプラ９のフォトトランジスタ９ａが接続され、駆動回路８は、入力端子８ａの電圧に応じてトランジスタＱ１のオン時間を制御する。また、トランスＴの一次巻線Ｔ１には抵抗Ｒ１が直列に接続されている。
【００２７】
また、ＤＣ−ＤＣ変換回路４は、トランスＴの二次巻線Ｔ２から出力される交流電圧を半波整流するダイオードＤ１と、このダイオードＤ１で半波整流された電圧を平滑するコンデンサＣ３とを有している。
【００２８】
定電圧回路５には、プラス・マイナスの両極間に、直列に接続された抵抗Ｒ２、フォトカプラ９の発光ダイオード９ｂ、及び定電圧ＩＣ１０が設けられている。また、発光ダイオード９ｂには抵抗Ｒ３が並列に接続されている。
【００２９】
また、定電圧回路５には、プラス・マイナスの両極間に、直列に接続された抵抗Ｒ４及び抵抗Ｒ５が設けられている。そして、発光ダイオード９ｂと定電圧ＩＣ１０との中間点と、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５との中間点とは、コンデンサＣ４及び抵抗Ｒ６を介して互いに接続されている。
【００３０】
定電流回路６は、比較器１１と、この比較器１１の出力信号によって駆動され、ＬＥＤに流れる直流電流を制御するトランジスタＱ２（スイッチング素子）とを有している。比較器１１の非反転入力端子には、ＬＥＤに流れる直流電流値を決める基準電圧Ｒef が抵抗Ｒ７を介して入力され、比較器１１の反転入力端子にはトランジスタＱ２のソース側の電圧が入力される。また、比較器１１の出力端子は抵抗Ｒ８を介してトランジスタＱ２のゲートに接続され、トランジスタＱ２のソース側には抵抗Ｒ９が設けられている。
【００３１】
定電流回路６は、抵抗Ｒ９に流れる電流値（＝ＬＥＤ電流値）が基準電圧Ｒef と等しくなるように、比較器１１でトランジスタＱ２をオン・オフ制御している。
【００３２】
損失低減回路２１には、プラス・マイナスの両極間に、直列に接続された抵抗Ｒ１０及び抵抗Ｒ１１が設けられ、また直列に接続された抵抗Ｒ１２及びコンデンサＣ５が設けられている。また、損失低減回路２１には比較器２２が設けられている。比較器２２の非反転入力端子は、抵抗Ｒ１３を介して抵抗Ｒ１２とコンデンサＣ５との中間点に接続され、比較器２２の反転入力端子は、抵抗Ｒ１４を介してマイナス側のラインに接続されている。
【００３３】
比較器２２の出力端子は、抵抗Ｒ１５及び抵抗Ｒ１６、さらには抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５の中間点を介して、定電圧ＩＣ１０に接続されている。また、抵抗Ｒ１５と抵抗Ｒ１６の中間点は、コンデンサＣ６を介してマイナス側のラインに接続されている。
【００３４】
比較器２２の反転入力端子と出力端子とは、抵抗Ｒ１７及びコンデンサＣ７を介して互いに接続され、さらに前記両端子は、抵抗Ｒ１７及びコンデンサＣ７に並列に配置されたコンデンサＣ８によって互いに接続されている。
【００３５】
また、損失低減回路２１においては、抵抗Ｒ１２とコンデンサＣ５との中間点と、定電流回路６におけるトランジスタＱ２のドレイン側とが、ダイオードＤ２と抵抗Ｒ１８を介して互いに接続されている。
【００３６】
次に、上記構成のＬＥＤ点灯装置の作用について説明する。
【００３７】
入力端子部１に印加された交流電圧は、入力フィルタ回路２において、ノイズ除去（又は当該交流電圧にノイズが入り込むのが防止）されてから、入力整流平滑回路３に入力される。
【００３８】
入力整流平滑回路３では、入力フィルタ回路２から入力された交流電圧が、整流回路７で直流電圧に整流され、その直流電圧はコンデンサＣ２で平滑された後、ＤＣ−ＤＣ変換回路４に入力される。
【００３９】
ＤＣ−ＤＣ変換回路４に入力された直流電圧は、トランスＴの一次巻線Ｔ１に印加される。そして、駆動回路８は、所定周期でトランジスタＱ１をオン・オフさせる。このオン・オフにより、トランスＴの一次巻線Ｔ１に印加された直流電圧は断続され、この断続によりトランスＴの二次巻線Ｔ２に交流電圧が誘起される。この二次巻線Ｔ２の交流電圧は、トランスＴの一次巻線Ｔ１に印加される電圧に比例する。
【００４０】
上記交流電圧は、ダイオードＤ１により半波整流され、さらにコンデンサＣ３により平滑されて、直流電圧となる。この直流電圧は、損失低減回路２１を経由して３個のＬＥＤに印加され、各ＬＥＤに電流が流れて各ＬＥＤが発光する。
【００４１】
定電流回路６においては、トランジスタＱ２のソース側の電圧と基準電圧Ｒef とが等しくなるように、比較器１１でトランジスタＱ２をオン・オフ制御する。これによって、抵抗Ｒ９に流れる電流（つまり、ＬＥＤを流れる電流）は定電流となる。
【００４２】
損失低減回路２１においては、ＬＥＤが点灯している間は常時、トランジスタＱ２における損失を検出し、当該損失が所定値を超えた場合に、定電圧回路５から出力される直流電圧の電圧値が低下するよう定電圧回路５を制御する。
【００４３】
ここで、抵抗Ｒ１２、コンデンサＣ５、ダイオードＤ２、抵抗Ｒ１８、トランジスタＱ２のドレイン側の電圧（ドレイン電圧）、及びマイナス側のラインだけに着目すると、図２のような回路が得られる。
【００４４】
抵抗Ｒ１８は、トランジスタＱ２がオンした際に、コンデンサＣ５の放電電流がトランジスタＱ２のドレイン側に流れるため、その制限用である（検出誤差となるため、抵抗Ｒ１８の値は小さい方が良い。）。ダイオードＤ２は、定電圧回路５からの定電圧（これを定電圧４という）の値が高く、且つトランジスタＱ２がオフしているときの損失低減回路２１の保護用である（検出誤差となるため、ダイオードＤ２の順方向降下電圧ＶＦ’は小さい方が望ましい。）。
【００４５】
ドレイン電圧（定電圧値−ＶＦ値）×ドレイン電流（ＬＥＤ電流値）＝損失であるから、トランジスタＱ２のドレイン電圧値を検出したい。トランジスタＱ２がオンすると、コンデンサＣ５の電圧ＶC5は定電圧４の値から次のように変わる（図３も参照）。
【００４６】
【数１】
0005803004.tif 000002
【００４７】
ここで、抵抗Ｒ１８≒０Ω、ダイオードＤ２のＶＦ’≒０Ｖと仮定すれば、「コンデンサＣ５の電圧ＶC5≒ドレイン電圧」となる。これで、ドレイン電圧を検出できたので、損失目標値を抵抗Ｒ１０，Ｒ１１で決め、この２値を比較器２２で比較し、損失量の大小が判定できる。この判定を、定電圧回路５の値を決める定電圧ＩＣ１０にフィードバックして、損失が大きい場合には定電圧回路５の値を下げる。定電圧回路５の値が下がると、ドレイン電圧も下がり、損失低減を実現することができる。
【００４８】
また、比較器２２の反転入力端子には、損失を決める目標電圧の信号が入力されている。この目標電圧は、抵抗Ｒ１７、コンデンサＣ７及びコンデンサＣ８によって予め設定されている。
【００４９】
そして、比較器２２は、非反転入力端子に入力された電圧（この電圧は、トランジスタＱ２に発生した電圧にほぼ等しい）と、反転入力端子に入力された目標電圧とを比較し、非反転入力端子に入力された電圧（つまり、トランジスタＱ２に発生した電圧）が目標電圧以上となったとき、定電圧ＩＣ１０に対して制御信号を出力し、定電圧回路５の電圧値が低下するよう定電圧回路５を制御する。
【００５０】
本実施例によれば、トランジスタＱ２で発生する電圧が目標電圧以上になったとき、定電圧回路５の直流電圧の大きさが低下し、これによって、トランジスタＱ２に発生する電圧を下げることができる。その結果、定電流回路６における損失を低減することができる。
【００５１】
以上、本発明の実施例を図面により詳述してきたが、上記実施例は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は上記実施例の構成にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれることは勿論である。
【符号の説明】
【００５２】
２  入力フィルタ回路
３  入力整流平滑回路
４  ＤＣ−ＤＣ変換回路
５  定電圧回路
６  定電流回路
１１  比較器
２０  ＬＥＤ点灯回路
２１  損失低減回路
２２  比較器
Ｑ２  トランジスタ（スイッチング素子）
ＬＥＤ  発光ダイオード
【図１】
0005803004.tif 000003
【図２】
0005803004.tif 000004
【図３】
0005803004.tif 000005
【図４】
0005803004.tif 000006