(57)【要約】【課題】ＬＥＤ光源の調光が任意に可能で、しかも電力損失、発熱が極めて少ない電力効率に優れ、またＬＥＤを過電流から保護できる学校教材用に使用して好適なＬＥＤ駆動回路を提供する。【解決手段】単数または複数のＬＥＤを含む発光源６、入力直流電源１の電圧を上記ＬＥＤの通常の順方向電圧―順方向電流特性上の所定の制限電流値の電流が流れた時の合計順方向電圧値以下の所定の直流電圧値となるように電圧変換する直流電圧変換回路４、この直流電圧変換回路の直流電圧出力を所定周期でオンオフ時間比が任意に可変できるＰＷＭ電圧パルスに変換し、このパルス電圧を上記発光源に印加するパルス電圧発生回路５、及び上記発光源の電流を検出しこの電流値が上記ＬＥＤの所定の制限電流値に達するとその制限電流値に制限する電流制限回路８を備えて成ることを特徴とする。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
単数または複数のＬＥＤを含む発光源、
入力直流電源の電圧を上記ＬＥＤの通常の順方向電圧―順方向電流特性上の所定の制限電流値の電流が流れた時の順方向電圧値以下の所定の直流電圧値となるように電圧変換する直流電圧変換回路、
この直流電圧変換回路の直流電圧出力を所定周期でオンオフ時間比が任意に可変できるＰＷＭ電圧パルスに変換し、このパルス電圧を上記発光源に印加するパルス電圧発生回路、及び
上記発光源の電流を検出しこの電流値が上記ＬＥＤの所定の制限電流値に達するとその制限電流値に制限する電流制限回路を備えた
ＬＥＤ駆動回路
【請求項２】
発光源は複数のＬＥＤを直列接続して成り、直流電圧変換回路の出力電圧はこの直列接続の複数のＬＥＤの通常の順方向電圧―順方向電流特性上の所定の制限電流値の電流が流れた時の合計順方向電圧値以下の所定の電圧値に設定されている請求項１記載のＬＥＤ駆動回路
【請求項３】
直流電圧変換回路は、入力電源から給電されるインダクタの給電電流を高周波数でオンオフし、そのオフ時に誘起する上記インダクタの電圧によってダイオードを介してコンデンサを充電し、更にコンデンサの充電電圧を検出しこれが上記所定の電圧になるように上記オンオフ状態を制御して上記所定の出力電圧を発生する昇圧回路によって構成されている請求項１記載のＬＥＤ駆動回路
【請求項４】
パルス電圧発生回路は、人為操作によって任意にＰＷＭ電圧パルスのオンオフ時間比が調整可能である請求項１記載のＰＷＭ駆動回路
【請求項５】
入力直流電源は、スマホ充電用などの交流アダプタが使用され、そのアダプタの直流電圧出力を受ける端子を有している請求項１記載のＬＥＤ駆動回路
【請求項６】
発光源は育成用植物の照射に使用されるものである請求項１記載のＬＥＤ駆動回路
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この考案は、学校教材用照明器具に使用して好適なＬＥＤ駆動回路に関し、より詳しくは、ＬＥＤを光源とした照明器具教材として、組み立てを行ったり、光源を点燈させたり調光させたりすることを通じて、電気や光の学習に供し得るＬＥＤ駆動回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  ＬＥＤ照明は、学校教材に限らず各種の用途に使用されており、そのＬＥＤ駆動回路としては、例えば特許文献１及び特許文献２のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４５０６５９３号公報
【特許文献２】特開２０１５−８８４１２号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】  上記特許文献１に記載のＬＥＤ駆動回路は、入力直流電源の電圧を電圧昇圧回路によって、互いに直列接続された複数のＬＥＤの駆動に適した直流電圧値に昇圧して複数のＬＥＤを駆動し、更にこのＬＥＤに流れる電流を定電流回路によって定電流化し、ＬＥＤの発光輝度の安定化を図ると共にＬＥＤを過電流から保護している。
ところが、この特許文献１のものでは、ＬＥＤ輝度の調整機能が無く、その輝度を任意に調整することができないことから、学校教材用としては、生徒に対し調光についての知識を与えるための学習教材とはならず、不十分で不適であるという問題がある。
更に、ＬＥＤを駆動する昇圧回路の出力電圧は、ＬＥＤに流れる電流を定電流回路によって定電流化するために通常ＬＥＤの順方向電圧より大きく設定され、その差分電圧が定電流回路で電圧降下となり、電力損失、それに伴う発熱が大きいという問題もある。【０００５】  また、上記特許文献２に記載のＬＥＤ駆動回路は、ＬＥＤを所定周期のオンオフパルス電圧で駆動し、そのオンオフ時間比を調整することにより、ＬＥＤの輝度を調整できるものである。
ところが、この特許文献２のものでは、ＬＥＤに直列に電流制限抵抗を接続してＬＥＤの過電流保護のための電流制限を行っており、この場合、通常、ＬＥＤ駆動の直流電源には、バッテリや市販のＡＣアダプタなどの直流電源が使用されるため、その電圧は、ＬＥＤの順方向電圧ＶＦに対し高い値で大きな電圧差がある。このためこのＬＥＤの順方向電圧ＶＦとの電圧差分は上記電流制限抵抗で電圧降下となり、大きな電力損失、それに伴う大きな発熱を生じるという問題がある。【０００６】  この考案の目的は、上記のような問題に鑑み、ＬＥＤ光源の調光が任意に可能で、しかも電力損失、発熱が極めて少ない電力効率に優れ、またＬＥＤを過電流から保護できる学校教材用に使用して好適な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】
【０００７】  この考案の請求項１によるＬＥＤ駆動回路は、単数または複数のＬＥＤを含む発光源、入力直流電源の電圧を上記ＬＥＤの通常の順方向電圧―順方向電流特性上の所定の制限電流値の電流が流れた時の順方向電圧値以下の所定の直流電圧値となるように電圧変換する直流電圧変換回路、この直流電圧変換回路の直流電圧出力を所定周期でオンオフ時間比が任意に可変できるＰＷＭ電圧パルスに変換し、このパルス電圧を上記発光源に印加するパルス電圧発生回路、及び上記発光源の電流を検出しこの電流値が上記ＬＥＤの所定の制限電流値に達するとその制限電流値に制限する電流制限回路を備えて成ることを特徴とする。【０００８】  請求項２によるＬＥＤ駆動回路は、請求項１において、発光源は複数のＬＥＤを直列接続して成り、直流電圧変換回路の出力電圧はこの直列接続の複数のＬＥＤの通常の順方向電圧―順方向電流特性上の所定の制限電流値の電流が流れた時の合計順方向電圧値以下の所定の直流電圧値に設定されている。【０００９】  請求項３によるＬＥＤ駆動回路は、請求項１において、直流電圧変換回路は、入力電源から給電されるインダクタの給電電流を高周波数でオンオフし、そのオフ時に誘起する上記インダクタの昇圧電圧によってダイオードを介してコンデンサを充電し、更にコンデンサの充電電圧を検出してこれが上記所定の電圧になるように上記オンオフ状態を制御して上記所定の出力電圧を発生する昇圧回路によって構成されている。【００１０】  請求項４によるＬＥＤ駆動回路は、請求項１において、パルス電圧発生回路は、人為操作によって任意にＰＷＭ電圧パルスのオンオフ時間比が調整可能である。【００１１】  請求項５によるＬＥＤ駆動回路は、請求項１において、入力直流電源はスマホ充電用などの交流アダプタが使用され、そのアダプタの直流電圧出力を受ける端子を有している。【００１２】  請求項６によるＬＥＤ駆動回路は、請求項１において、発光源は育成用植物の照射に使用されるものである。
【考案の効果】
【００１３】  この考案の請求項１のＬＥＤ駆動回路によれば、入力直流電源の電圧をＬＥＤの通常の順方向電圧―順方向電流特性上の所定の制限電流値の電流が流れた時の順方向電圧値以下の所定の直流電圧値となるように電圧変換する直流電圧変換回路を備えたことによって、ＬＥＤには、基本的に制限電流を超えない範囲内に電流を制限できる直流電圧を与えることができるようになり、電流制限回路部分での電力損失、発熱が極めて少なく、電力効率に優れたものとすることができる。【００１４】  しかも、この直流電圧変換回路の直流電圧出力を所定周期でオンオフ時間比が任意に可変できるＰＷＭ電圧パルスに変換し、このパルス電圧をＬＥＤ発光源に印加するパルス電圧発生回路をも備えたことによって、ＬＥＤ発光源の平均電流を任意に調整してＬＥＤ発光源の輝度を任意に調整することができる。【００１５】  また、ＬＥＤ発光源の電流を検出してこの電流値が上記ＬＥＤの所定の制限電流値に達するとその制限電流値に制限する電流制限回路を備えているため、例えば、ＬＥＤの順方向電圧―電流特性のバラツキや上記電圧パルスの電圧変動などで仮に、その電圧がＬＥＤの所定の順方向電圧を超え過電流が流れようとすれば、ＬＥＤの許容制限範囲の電流値に制限し、ＬＥＤを過電流から保護することができる。【００１６】  従って、ＬＥＤ光源の調光が任意に可能で、しかも電力損失、発熱が極めて少ない電力効率に優れ、更にＬＥＤの過電流破壊からも保護できる学校教材用に使用して好適なＬＥＤ駆動回路を提供することができる。【００１７】  請求項２のＬＥＤ駆動回路によれば、発光源が複数のＬＥＤを直列接続して成る場合にも、直流電圧変換回路の出力電圧はこの直列接続の複数のＬＥＤの通常の順方向電圧―順方向電流特性上の所定の制限電流値の電流が流れた時の合計順方向電圧値以下の所定の直流電圧値に設定されることにより、上記請求項１と同様の機能、効果を奏し得る。【００１８】  請求項３のＬＥＤ駆動回路によれば、直流電圧変換回路は、入力電源から給電されるインダクタの給電電流を高周波数でオンオフし、そのオフ時に誘起する上記インダクタの電圧によってコンデンサを充電し、更にコンデンサの充電電圧を検出してこれが上記所定の電圧になるように上記オンオフ状態を制御して上記所定の出力電圧を発生する昇圧回路によって構成されていることにより、安定した所定の出力電圧を発生させることができるため、ＬＥＤ印加電圧をＬＥＤの所定の順方向電圧を超えない値の電圧に安定させて電流制限回路部分での電力損失をより低減させることができる。【００１９】  請求項４のＬＥＤ駆動回路によれば、パルス電圧発生回路は、人為操作によって任意にＰＷＭ電圧パルスのオンオフ時間比が調整可能であることにより、学校教材用として使用された場合、生徒は自由にＬＥＤの輝度調整が可能で、ＬＥＤの電流と輝度との関係を学ぶことができる。【００２０】  請求項５のＬＥＤ駆動回路によれば、入力直流電源は、スマホ充電用などの交流アダプタが使用され、そのアダプタの直流電圧出力を受ける端子を有していることにより、多くの利用者がいるスマホの充電用などの交流アダプタからこれを手軽に電源として利用することができる。【００２��】  請求項６のＬＥＤ駆動回路によれば、発光源は育成用植物の照射に使用されるものであることにより、上述のように発光源の電力損失による発熱が少ないため、発熱源から育成用植物に不要な発熱による過熱が与えられず、育成用植物の育成に対する加熱による悪影響を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この考案の実施例１のＬＥＤ駆動回路の電気回路図
【考案を実施するための形態】
【００２３】  以下、この考案の実施例について、図を用いて説明する。
【実施例１】
【００２４】  図１はこの考案の実施例１を示すもので、図１において、この実施例の基本構成としては、入力直流電源１の電圧を発光源６のＬＥＤ６１、６２の通常の順方向電圧―順方向電流特性上の所定の制限電流値の電流が流れた時の合計順方向電圧値以下の所定の直流電圧値となるように電圧変換する直流電圧変換回路４、この直流電圧変換回路の直流電圧出力を所定周期でンオフ時間比が任意に可変できるＰＷＭ電圧パルスに変換し、このパルス電圧を上記発光源６に印加するパルス電圧発生回路５、及び上記発光源６の電流を検出しこの電流値が上記ＬＥＤ６１、６２の所定の制限電流値に達するとその制限電流値に制限する電流制限回路８を備えて構成されている。【００２５】  この各回路の詳細構成について説明する。
上記直流電源１は、乾電池やスマホ充電用の交流アダプタの直流電圧（例えば、乾電池４個直列６Ｖ、スマホ充電用アダプタ５Ｖ）出力が使用され、コネクタ２を介して外部から電力を供給する。なお、スマホ充電用の交流アダプタの直流電圧出力を電力供給する場合、図のコネクタ２とは別にこれに並列接続した専用のＵＳＢ端子を設け、スマホ充電用の交流アダプタの直流電圧出力のリード線端子と接続可能とする。
なお、図中３は電源スイッチであり、外部直流電源１からの給電を任意にオンオフさせる。【００２６】  直流電圧変換回路４は、電源ノイズ除去用コンデンサ４０１、及び直流電源１から給電されるインダクタ４０２の給電電流を高周波数（数ＫＨＺから数ＭＨＺ）でオンオフし、そのオフ時に誘起する上記インダクタ４０２の昇圧電圧によりダイオード４０３を介してコンデンサ４０４に充電させるとともにコンデンサ４０４の充電電圧を分圧抵抗４０５、４０６を介して検出し、これが所定の電圧（２個のＬＥＤ駆動に適した上記合計順方向電圧より若干低い電圧例えば、６．２Ｖ）になるように上記オンオフの時間比を制御する昇圧制御回路素子４０７を有し、上記コンデンサ４０４から所定の出力電圧を発生させる昇圧回路によって構成されている。【００２７】  パルス電圧発生回路５は、上記電圧変換回路４の直流出力電圧を分圧して比較電圧を発生する分圧抵抗５０１，５０２と、図のように互いに接続された抵抗５０３、オペアンプ５０４、抵抗５０５及びコンデンサ５０６を含んで成り、上記オペアンプ５０４の出力レベルＨ，Ｌに応動して上記抵抗５０３を分圧回路の抵抗５０１と５０２に対して交互に並列接続させることにより上記比較レベルを２つの比較レベルＬ１、Ｌ２（出力ＨでＬ１、出力ＬでＬ２）に交互に切り替え、このオペアンプ５０４において、この切り替えられる２つの比較電圧レベルＬ１、Ｌ２と、上記オペアンプ５０４の出力Ｈの期間中上記抵抗５０５を介して徐々に充電され、オペアンプ５０４の出力Ｌの期間中上記抵抗５０５を介して徐々に放電されるコンデンサ５０６の電圧との比較により、コンデンサ５０６から所定周波数の三角波電圧ＶＣを発生させる。なお、この周波数は、人間の視覚でＬＥＤの発光にチラツキを感じない程度の周波数に設定される。【００２８】  更に、パルス電圧発生回路５は、互いに直列接続された抵抗５０７、５０８の中間に直列接続され人為的に操作されて分圧抵抗値が調整可能な可変抵抗５０９、その可調整抵抗５０９からの可調整比較電圧ＶＯと上記コンデンサ５０６の三角波出力電圧ＶＣを比較し所定周波数でオンオフ時間比が可調整のＰＷＭオンオフパルス出力を発生するオペアンプ５１６、このオンオフパルス出力によって抵抗５１０，５１１を介してオンオフ駆動されるトランジスタ５１２，５１３、そのコレクタ抵抗５１４、及び駆動トランジスタ５１３の電流を検出するための電流検出抵抗５１５を有している。【００２９】  発光源６は、互いに直列接続された２個のＬＥＤ６１、６２を有し、コネクタ７を介して上記トランジスタ５１３に接続され、このトランジスタ５１３のオンオフに対応して上記昇圧された電圧で給電駆動される。なお、このＬＥＤの個数は２個に限らず、単数または３個以上の複数の所定数であってもよい。更には単数ＬＥＤの並列接続、または２個以上の複数の直列接続されたＬＥＤを並列接続して構成することも可能であるが、並列接続される各ＬＥＤ間の個数は同数にする必要がある。【００３０】  電流制限回路８は、抵抗８０１と定電圧ダイオード８０２によって定電圧化された電圧を分圧して上記電流検出抵抗５１５の検出電流と比較される制限電流比較電圧レベルＬ３をオペアンプ８��５に与える分圧抵抗８０３、８０４、及び上記オペアンプ８０５の出力により抵抗８０６を介して駆動され、上記トランジスタ５１２、５１３のベース電流を制御するトランジスタ８０７を備えている。【００３１】  次に、このように構成されたＬＥＤ駆動回路の実施例の機能、動作について説明する。
電源スイッチ３がオンされると、入力直流電源１（例えば、電圧６Ｖまたは５Ｖ）からのインダクタ４に対する給電が昇圧制御回路素子４０７によって高周波数で断続され、その給電オフ時にインダクタ４に誘起する昇圧電圧によってダイオード４０３を介してコンデンサ４０４が充電される。このコンデンサ４０４の充電電圧は抵抗４０５，４０６を介して昇圧制御回路素子４０７に与えられ、昇圧制御回路素子４０７において、コンデンサ４０４の電圧が設定された上記所定値（例えば、６．２Ｖ）になるように高周波数のオンオフ状態を制御してコンデンサ４０４の電圧を上記所定値に制御する。【００３２】  このコンデンサ４０４の昇圧電圧が発光源６に対する駆動電圧となり、その設定された所定電圧値は、この実施例の場合、ＬＥＤの素子間の特性のバラツキも考慮して、２個のＬＥＤ６１，６２各々の通常の順方向電圧ＶＦ―順方向電流ＩＦ特性上の所定の制限電流値の電流が流れた時の順方向電圧値ＶＦ（Ｍａｘ）値の合計値以下のその付近の値（例えば、６．２Ｖ）に設定されている。【００３３】  この所定値の昇圧直流電圧は、パルス電圧発生回路５において、所定周波数のパルス電圧に変換されて発光源６を駆動するものであるが、この動作について説明すると、分圧抵抗５０１，５０２により上記電圧変換回路４の直流出力電圧を分圧して比較電圧を発生し、オペアンプ５０４の出力レベルＨの時は、抵抗５０３を分圧回路の抵抗５０１に並列接続させ、オペアンプ５０４の出力レベルＬの時は、抵抗５０３を分圧回路の抵抗５０２に並列接続させることにより上記比較レベルを２つの比較レベルＬ１、Ｌ２（出力ＨでＬ１、出力ＬでＬ２）に交互に切り替え、オペアンプ５０４の比較レベルとして与えられる。【００３４】  コンデンサ５０６は、このオペアンプ５０４の出力Ｈの期間中抵抗５０５を介して徐々に充電され、この充電電圧が上記比較電圧レベルＬ１に達すると、オペアンプ５０４は出力Ｌとなり、上記比較レベルもレベルＬ２に切り替わり、コンデンサ５０６は、上記抵抗５０５を介して徐々に放電し、この電圧が比較レベルＬ２まで低下すればオペアンプ５０４は出力Ｈに反転し、コンデンサ５０６は再び充電に転じる。このようなコンデンサ５０６の充放電の反転、繰り返しにより、コンデンサ５０６から所定周波数の三角波電圧ＶＣを発生する。【００３５】  この所定周波数の三角波電圧ＶＣは、後段のオペアンプ５１６に与えられ、このオペアンプ５１６は、抵抗５０７、５０８の中間に直列接続され人為的に操作されて分圧抵抗値が調整可能な可変抵抗５０９からの可調整比較電圧ＶＯと上記三角波電圧ＶＣとを比較し、所定周波数のオンオフ時間比が可調整のＰＷＭオンオフパルス出力を発生する。トランジスタ５１２，５１３は、抵抗５１０、５１１を介してこのオンオフパルス出力によってオンオフ駆動され、発光源６のＬＥＤ６１、６２は、これに応動してオンオフ駆動され、そのオン期間中上記直流電圧変換回路４の昇圧電圧が印加され、そのオフ期間中電圧印加はない。【００３６】  ここで、この印加電圧は、上述の通り、ＬＥＤの素子間の特性のバラツキも考慮して、２個のＬＥＤ６１、６２の各々の通常の順方向電圧ＶＦ―順方向電流ＩＦ特性上の所定��制限電流値の電流が流れた時の順方向電圧値ＶＦ（Ｍａｘ）値の合計値以下のその付近の値（例えば、６．２Ｖ）に設定されているため、上記駆動用トランジスタ５１３は、そのオン期間中においても、電流制限の必要はなく完全導通となりその電圧降下は最低値となって、そのオンオフ駆動中トランジスタ５１３による電圧降下及びそれに伴う発熱もほとんど無く、電力効率に優れたものとなる。【００３７】  ところで、ＬＥＤの素子間バラツキも考慮して印加電圧の設定値が低めに設定されているとしても、稀に素子間バラつきによりその印加電圧でも制限電流値を超えて電流が流れるＬＥＤが使用された場合や、あるいは何らかの原因で一時的にも印加電圧が上昇変動してＬＥＤ６１，６２に制限電流値を超えて電流が流れようとすることがあれば、この電流は検出抵抗５１５の電流検出出力から、ＬＥＤの６１，６２の制限電流値に対応した設定レベルＬ３を超えたことをオペアンプ８０５によって検出し、トランジスタ８０７を介して駆動用トランジスタ５１２，５１３をオフ方向に制御してＬＥＤ６１，６２の電流を制限電流値に制限する。このため、ＬＥＤ６１，６２は、仮に制限値を超える電流が流れるような状況が生じても、過電流から保護される。【００３８】  このような場合には、駆動用トランジスタ５１３で電圧降下が生じ幾分の電力損失が生じることになるが、このようなケースは、稀なケースであり、通常、ほとんどの場合、駆動用トランジスタ５１３の電流制限による電圧降下に基づく電力損失は生じない。【００３９】  また、上記パルス電圧発生回路５のオンオフパルス電圧出力は、人為的に操作されて分圧抵抗値が調整可能な可変抵抗５０９によって、所定周波数のオンオフ時間比が調整可能であり、ＬＥＤ６１，６２の電流平均値は、そのオンオフ時間比によって決定され、ＬＥＤの輝度調整が可能とり、学校教材に使用された場合、生徒はＬＥＤの輝度を自由に調整でき、輝度と電流との関係の知識をも学ぶことができ、学校教材として適したものとなる。
【実施例２】
【００４０】  この考案のＬＥＤ駆動回路は、学校教材用に限らず、育成植物の育成のための照射用に使用すれば、電力損失による発熱が小さいため、発熱源から育成用植物に不要な発熱による過熱が与えられず、育成用植物の育成に対する加熱による悪影響を防止できる。
【産業上の利用分野】
【００４１】  この考案は、照明あるいは点灯を必要とする各種の用途に利用可能である。
【符号の説明】
【００４２】  １  入力直流電源
２、７  コネクタ
３  電源スイッチ
４  直流電圧変換回路
５  パルス電圧発生回路
６  発光源          ６１、６２  ＬＥＤ
８  電流制限回路
【図１】
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