(57)【要約】【課題】平滑コンデンサのサイズを小さくして駆動回路の規模を縮小する。【解決手段】交流電圧を整流する整流部（整流ダイオードブリッジ回路ＲＤＢ）と、整流ダイオードブリッジ回路ＲＤＢと発光素子（ＬＥＤ１０１）との間に接続され、ほぼ直流の電圧により一方電極が充電される平滑コンデンサＣ２を含み、このほぼ直流の電圧を平滑化してＬＥＤ１０１に出力する電圧平滑部（Ｃ２とＲ１）と、平滑コンデンサＣ２の一方電極を放電するための放電素子（ＭＯＳトランジスタＱ１）と、この一方電極の電圧が所定電圧に達したときにＭＯＳトランジスタＱ１をオンする放電トリガ部２１と、放電開始から遅れてＭＯＳトランジスタＱ１をオフする放電停止制御部２２とを有する。【選択図】図４
2007287617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの発光素子を直流電圧で駆動する発光素子の駆動回路であって、
電圧の入力端子と前記発光素子との間に接続され、前記入力端子からの電圧により一方電極が充電される平滑コンデンサを含み、前記入力端子からの電圧を平滑化して前記発光素子に出力する電圧平滑部と、
前記平滑コンデンサの一方電極を放電するための放電素子と、
前記平滑コンデンサの一方電極の電圧が所定電圧に達したときに前記放電素子をオンする放電トリガ部と、
前記放電トリガ部による放電開始から遅れて前記放電素子をオフする放電停止制御部と、
を有する発光素子の駆動回路。
【請求項２】
入力する交流電圧を直流電圧に変換し、当該直流電圧で、少なくとも１つの発光素子を駆動する発光素子の駆動回路であって、
前記交流電圧を整流する整流部と、
前記整流部と前記発光素子との間に接続され、前記整流部から出力されるほぼ直流の電圧により一方電極が充電される平滑コンデンサを含み、前記整流部からの前記ほぼ直流の電圧を平滑化して前記発光素子に出力する電圧平滑部と、
前記平滑コンデンサの一方電極を放電するための放電素子と、
前記平滑コンデンサの一方電極の電圧が所定電圧に達したときに前記放電素子をオンする放電トリガ部と、
前記放電トリガ部による放電開始から遅れて前記放電素子をオフする放電停止制御部と、
を有する発光素子の駆動回路。
【請求項３】
前記放電トリガ部は、
アノードが前記平滑コンデンサの一方電極に接続され、カソードが前記放電制御部に接続されている３端子サイリスタと、
前記３端子サイリスタの制御ゲートにアノードが接続され、カソードが前記平滑コンデンサの一方電極に接続されている定電圧ダイオードと、
を有する請求項１または２に記載の発光素子の駆動回路。
【請求項４】
電界効果トランジスタからなる前記放電素子が前記平滑コンデンサと並列に接続され、
前記放電トリガ部と前記放電停止制御部が前記放電素子と並列に接続され、前記放電トリガ部がオンして前記平滑コンデンサから電荷が蓄積される放電停止制御部の電荷蓄積ノードに前記放電素子のゲートが電気的に接続されている
請求項１〜３の何れかに記載の発光素子の駆動回路。
【請求項５】
前記放電停止制御部が、前記電荷蓄積ノードと前記放電素子の放電端子との間に互いに並列接続されているコンデンサと放電抵抗とを有する
請求項４に記載の発光素子の駆動回路。
【請求項６】
前記放電素子のゲートにアノードが接続され、前記放電停止制御部の前記電荷蓄積ノードにカソードが接続されている定電圧ダイオードを有する
請求項４または５に記載の発光素子の駆動回路。
【請求項７】
前記放電トリガ部にアノードが接続され、前記放電停止制御部の前記電荷蓄積ノードにカソードが接続されている逆流防止ダイオードを有する
請求項４〜６の何れかに記載の発光素子の駆動回路。
【請求項８】
少なくとも１つの発光素子を内蔵する発光部と、
前記発光部の片側に接し、前記発光素子に供給する直流電圧の接点を備えるプラグ部と、を備え、
前記プラグ部内に、前記発光素子を前記直流電圧で駆動する駆動回路を内蔵し、
前記駆動回路が、
前記接点と前記発光素子との間に接続され、前記接点からの前記直流電圧により一方電極が充電される平滑コンデンサを含み、前記接点からの前記直流電圧を平滑化して前記発光素子に出力する電圧平滑部と、
前記平滑コンデンサの一方電極を放電するための放電素子と、
前記平滑コンデンサの一方電極の電圧が所定電圧に達したときに前記放電素子をオンする放電トリガ部と、
前記放電トリガ部による放電開始から遅れて前記放電素子をオフする放電停止制御部と、
を有する照明装置。
【請求項９】
少なくとも１つの発光素子を内蔵する発光部と、
前記発光部の片側に接し、前記発光素子に供給する交流電圧の接点を備えるプラグ部と、を備え、
前記プラグ部内に、前記発光素子を直流電圧で駆動する駆動回路を内蔵し、
前記駆動回路が、
前記交流電圧を整流する整流部と、
前記整流部と前記発光素子との間に接続され、前記整流部から出力されるほぼ直流の電圧により一方電極が充電される平滑コンデンサを含み、前記整流部からの前記ほぼ直流の電圧を平滑化して前記発光素子に出力する電圧平滑部と、
前記平滑コンデンサの一方電極を放電するための放電素子と、
前記平滑コンデンサの一方電極の電圧が所定電圧に達したときに前記放電素子をオンする放電トリガ部と、
前記放電トリガ部による放電開始から遅れて前記放電素子をオフする放電停止制御部と、
を有する照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの発光素子を直流電圧で駆動する駆動回路と、当該駆動回路をプラグ部内に内蔵する照明装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１および図２に、発光ＬＥＤ（以下、単にＬＥＤ称する）と、その駆動回路を示す。
図１に示す駆動回路１００は、コンデンサＣ１と、４つのダイオードＤ１１,Ｄ１２,Ｄ１３,Ｄ１４からなる整流ダイオードブリッジ回路ＲＤＢとを有している。そして、駆動回路１００が、縦続接続されているＬＥＤ１０１の両端に接続されている。
入力端子対ＴinA,ＴinBに、交流（ＡＣ）電圧、たとえば、電圧値が１００[Ｖ]または２００[Ｖ]で周波数が５０［Hz］または６０［Hz］の商用ＡＣ電源電圧（以下、単にＡＣ電圧という）が印加される。すると、整流ダイオードブリッジ回路ＲＤＢによりＡＣ電圧が全波整流されてＬＥＤ１０１のカソードとアノード間に、ほぼ直流の直流電圧（ＤＣ電圧）が発生し、このＤＣ電圧でＬＥＤ１０１を駆動する。このとき、コンデンサＣ１により、ＬＥＤ駆動電流が制限され、また、入力端子対ＴinA,ＴinBからの直流成分がカットされる。
【０００３】
図２に示す基本ドライブ回路１１０は、図１の駆動回路１００に、リップル等を除去または抑圧する平滑回路１０２を付加したものである。
本例の平滑回路１０２は、いわゆるＲＣフィルタまたはＲＣ積分回路として良く知られた構成を有し、整流ダイオードブリッジ回路ＲＤＢの正極側出力ノードＮＤ０(＋)とＬＥＤ１０１のアノードとの間に接続されている抵抗Ｒ１と、ＬＥＤ１０１のアノードとカソードとの間に接続されている平滑コンデンサＣ２とを備える。ここでＬＥＤ１０１のカソードは、整流ダイオードブリッジ回路ＲＤＢの負極側ノードＮＤ(−)と電位的に共通になっている。また、平滑コンデンサＣ２は、通常、電解コンデンサからなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１の回路は簡単な構成を有するが、落雷などが原因で商用電源ラインから電圧サージが入力された場合に、コンデンサＣ１や整流ダイオードブリッジ回路ＲＤＢ自身に、電圧変化が急峻なサージを除去する能力がないため、ＬＥＤ１０１に大きなサージ電流を流してしまう。このため、ＬＥＤ１０１が破壊しやすくなる。
【０００５】
図１の駆動回路１００の出力電圧はリップルが大きい場合がある。そこで、図２に破線で囲む付加回路（平滑回路１０２）は、リップルを除去し出力電圧を平滑化すること等を目的とする。このリップル除去を目的とする限りにおいては、平滑コンデンサＣ２の耐圧は余り大きくする必要がない。
【０００６】
平滑コンデンサＣ２に、雷サージを吸収する役目を持たせることができる。
入力ＡＣラインからのサージノイズ（波高値が非常に高く急峻に変換する電圧）が整流ダイオードブリッジ回路ＲＤＢに入力されるとする。このとき、瞬時に非常に高く（または低く）変化する急峻な電圧が入力されると、整流ダイオードブリッジ回路ＲＤＢは、その電圧をほぼそのまま通してしまう。このため、入力電圧のピーク値に近いレベルの電圧が平滑コンデンサＣ２に印加されることがある。
このサージノイズ印加時に平滑コンデンサＣ２の容量値が小さいと、ノイズを十分吸収できないため、ＬＥＤ１０１が破壊することがある。また、平滑コンデンサＣ２の耐圧が小さいと、平滑コンデンサＣ２自体が破損してしまう。
よって、安全上の理由から平滑コンデンサＣ２として電解コンデンサ等を用い、その耐圧を入力電圧のピーク値以上に設計しなければならない。
【０００７】
また、何らかの理由でＬＥＤ１０１側の配線が断線し、あるいは、ＬＥＤ１０１の接点が外れた場合、平滑コンデンサＣ２のＬＥＤアノード側の電極に、ＬＥＤ駆動電圧を超えて電荷が溜まり始め、やがて、この電圧が平滑コンデンサＣ２の耐圧を越えてしまう。その結果、当該平滑コンデンサＣ２が破損する可能性がある。
その意味でも、平滑コンデンサＣ２の容量および耐圧を大きくする必要がある。
【０００８】
以上の２つの理由から、電解コンデンサ（平滑コンデンサＣ２）のサイズおよび容量値を非常に大きくする必要がある。
たとえば、数十[Ｖ]のＬＥＤ１０１の電圧に対して、数百[Ｖ]耐圧のコンデンサを使用する必要があり、回路のコストが高くなる。
また、大きな平滑コンデンサＣ２を備えることから、駆動回路モジュールの回路基板面積および高さのサイズが大きくなる。
【０００９】
ＬＥＤを商用ＡＣ電源で駆動する用途としては、ＬＥＤ照明灯（ＬＥＤランプ）がある。ＬＥＤランプは、寿命が長く低消費電力のため、既存の蛍光灯、発熱電灯のバルブ形ランプを置き換えて普及しつつある。
しかし、既存の蛍光灯、発熱電灯のランプに比べＬＥＤランプがサージノイズに弱いからといって、雷サージ対策のためノイズ除去フィルタを電灯線が敷設された家屋内に設けることを、ユーザに要求することはできない。
したがって、雷サージ対策をＬＥＤランプに施すために、図２に示す回路のモジュール（駆動回路モジュール）をランプ自身に内蔵させる必要がある。バルブ形のＬＥＤランプでは、その口金(base)と称されるプラグ部に当該駆動回路モジュールを収容するしか場所がない。
しかし、口金の大きさはランプの規格で決められており、その内部のスペースに，上述したサイズが大きな平滑コンデンサＣ２を有する駆動回路モジュールを収容することは一般に困難である。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、平滑コンデンサや発光素子の破損に対する保護機能を備え、平滑コンデンサのサイズを小さくして他の部品とともに基板にモジュール化したときに、全体のサイズを小さくできる発光素子の駆動回路と、当該駆動回路のモジュールを備える照明装置（バルブ形ランプ）とを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る発光素子の駆動回路は、少なくとも１つの発光素子を直流電圧で駆動する発光素子の駆動回路であって、前記駆動回路は、電圧の入力端子と前記発光素子との間に接続され、前記入力端子からの電圧により一方電極が充電される平滑コンデンサを含み、前記入力端子からの電圧を平滑化して前記発光素子に出力する電圧平滑部と、前記平滑コンデンサの一方電極を放電するための放電素子と、前記平滑コンデンサの一方電極の電圧が所定電圧に達したときに前記放電素子をオンする放電トリガ部と、前記放電トリガ部による放電開始から遅れて前記放電素子をオフする放電停止制御部とを有する（第１の構成）。
【００１２】
本発明に係る他の発光素子の駆動回路は、入力する交流電圧を直流電圧に変換し、当該直流電圧で、少なくとも１つの発光素子を駆動する発光素子の駆動回路であって、前記駆動回路は、前記交流電圧を整流する整流部と、前記整流部と前記発光素子との間に接続され、前記整流部から出力されるほぼ直流の電圧により一方電極が充電される平滑コンデンサを含み、前記整流部からの前記ほぼ直流の電圧を平滑化して前記発光素子に出力する電圧平滑部と、前記平滑コンデンサの一方電極を放電するための放電素子と、前記平滑コンデンサの一方電極の電圧が所定電圧に達したときに前記放電素子をオンする放電トリガ部と、前記放電トリガ部による放電開始から遅れて前記放電素子をオフする放電停止制御部とを有する（第２の構成）。
【００１３】
本発明では好適に、前記放電トリガ部は、アノードが前記平滑コンデンサの一方電極に接続され、カソードが前記放電制御部に接続されている３端子サイリスタと、前記３端子サイリスタの制御ゲートにアノードが接続され、カソードが前記平滑コンデンサの一方電極に接続されている定電圧ダイオードとを有する。
本発明では好適に、電界効果トランジスタからなる前記放電素子が前記平滑コンデンサと並列に接続され、前記放電トリガ部と前記放電停止制御部が前記放電素子と並列に接続され、前記放電トリガ部がオンして前記平滑コンデンサから電荷が蓄積される放電停止制御部の電荷蓄積ノードに前記放電素子のゲートが電気的に接続されている。
【００１４】
本発明に係る照明装置は、少なくとも１つの発光素子を内蔵する発光部と、前記発光部の片側に接し、前記発光素子に供給する直流電圧の接点を備えるプラグ部と、を備え、前記プラグ部内に、前記発光素子を前記直流電圧で駆動する駆動回路を内蔵している。
この駆動回路が、上述した本発明に係る第１または第２の構成を有している。
【００１５】
上記構成によれば、発光素子を駆動する直流（または、ほぼ直流）の電圧が平滑コンデンサの一方電極に伝達される。発光素子が正常に接続されているときは、その電圧により発光素子の電流が流れるが、その一部の電流が平滑コンデンサを充電するために用いられる。
この平滑コンデンサの一方電極の電圧が所定電圧に達すると放電トリガ部が動作して、平滑コンデンサの電圧の放電を開始する。放電トリガ部の動作に基づいて放電素子がオンし、放電電流は放電素子を通って放電され、平滑コンデンサの電圧が低下する。
放電停止制御部は、この放電開始から遅れて（たとえば所定の時定数で）放電素子をオフする制御を行う。
上記動作によって、平滑コンデンサの電圧が一定値以上にならないため、当該平滑コンデンサに定格電圧より大きい過電圧が印加されない。また、発光素子に素子劣化や破壊に至るような大きな過電流が流れない。このため、平滑コンデンサの定格電圧は比較的小さく、サイズも小さい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の発光素子の駆動回路は、平滑コンデンサや発光素子の破損に対する保護機能を備え、平滑コンデンサのサイズを小さくして他の部品とともに基板にモジュール化したときに、全体のサイズを小さくできるという利点がある。
また、本発明の照明装置は、サイズが小さい駆動回路を、たとえばプラグ部内に収容できるため、いわゆる蛍光灯や白熱灯の電球（バルブ）等のバルブ形ランプと置き換えて使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、入力するＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換して平滑化し、または、ＤＣ電圧を入力して平滑化し、当該平滑化後のＤＣ電圧で、少なくとも１つの発光素子を駆動するための駆動回路と、当該駆動回路を用いた照明装置に広く適用できる。ＤＣ電圧で駆動される発光素子としては、ＬＥＤやレーザダイオード等があり、その何れでもよい。また、用途に限定はないが、一般照明または画像表示パネルのバックライトに好適である。
以下、発光素子としてＬＥＤを備え、商用ＡＣ電源電圧で駆動される一般照明用のバルブ形ランプを例として、本発明の実施形態を説明する。
【００１８】
図３に、バルブ形ランプの概観図を示す。
図解したバルブ型ランプ１０は、たとえば数個から十数個のＬＥＤが縦続接続されて内蔵されている発光部１１と、発光部１１の片側に設けられて、接点１２Ａを備えるプラグ部としての口金１２とを有する。
口金１２は、一般照明用の電球（バルブ）と同じねじ込み式の外形を有しており、その外形（大きさ等）および接点１２Ａの仕様等は規格で決められている。
この限られた大きさの口金１２に、直列接続されているＬＥＤにＤＣ電圧を印加して電流を流して駆動するための駆動回路が内蔵されている。駆動回路は、通常、コンデンサ、抵抗、ダイオード等の部品を基板に実装したモジュールとして口金１２内に収容される。
【００１９】
図４に、本発明が適用されている本実施形態の駆動回路の回路図を示す。
この駆動回路１は、図４に示すように、平滑化のための平滑コンデンサＣ２を含む基本ドライブ回路１１０と、ＬＥＤ１０１と並列に設けられ、平滑コンデンサＣ２の対過電圧保護とサージ吸収のための保護回路２（点線部分）との２つブロックにより構成されている。
【００２０】
本実施形態における基本ドライブ回路１１０は、コンデンサＣ１と、４つのダイオードＤ１１,Ｄ１２,Ｄ１３,Ｄ１４からなる整流ダイオードブリッジ回路ＲＤＢと、リップル等を除去する平滑回路１０２とを有している。そして、基本ドライブ回路１１０が、縦続接続されているＬＥＤ１０１の両端に接続されている。
【００２１】
平滑回路１０２は、抵抗Ｒ１と平滑用の平滑コンデンサＣ２とを有している。
抵抗Ｒ１は、縦続接続されているＬＥＤ１０１のアノードが接続されているノードＮＤ１(＋)と、整流ダイオードブリッジ回路ＲＤＢの正極側出力ノードＮＤ０(＋)との間に接続されている。
平滑コンデンサＣ２は、ノードＮＤ１(＋)と、縦続接続されているＬＥＤ１０１のカソードが接続されている整流ダイオードブリッジ回路ＲＤＢの負極側ノードＮＤ(−)との間に接続されている。以下、平滑コンデンサＣ２のノードＮＤ１(＋)の蓄積電荷（または電圧）を、「平滑コンデンサＣ２の蓄積電荷（または電圧）」と称する。平滑コンデンサＣ２は、通常、電解コンデンサからなる。
【００２２】
整流ダイオードブリッジ回路ＲＤＢ内のダイオードＤ１１が、入力端子ＴinAからコンデンサＣ１を介して正極側出力ノードＮＤ０(＋)に順方向電流を流す向きに接続されている。
ダイオードＤ１３が、負極側ノードＮＤ(−)からコンデンサＣ１を介して入力端子ＴinAに順方向電流を流す向きに接続されている。
ダイオードＤ１２が、入力端子ＴinBから正極側出力ノードＮＤ０(＋)に順方向電流を流す向きに接続されている。
ダイオードＤ１４が、負極側ノードＮＤ(−)から入力端子ＴinBに順方向電流を流す向きに接続されている。
なお、入力端子ＴinAは、たとえば図３における接点１２Ａであり、入力端子ＴinBは、接点１２Ａと電気的に絶縁されている口金１２の筐体をなす導電体である。
【００２３】
このような構成の基本ドライブ回路１１０において、入力端子対ＴinA,ＴinBに、交流（ＡＣ）電圧、たとえば、電圧値が１００[Ｖ]または２００[Ｖ]で周波数が５０［Hz］または６０［Hz］の商用ＡＣ電源電圧が印加される。
すると、整流ダイオードブリッジ回路ＲＤＢによりＡＣ電圧が全波整流されてＬＥＤ１０１のカソードとアノード間に、ほぼ直流のＤＣ電圧が発生し、このＤＣ電圧でＬＥＤ１０１を駆動する。このとき、コンデンサＣ１は、ＬＥＤ駆動電流を制限する働きと、入力端子対ＴinA,ＴinBからの直流成分をカットする働きがある。
【００２４】
整流ダイオードブリッジ回路ＲＤＢの負極側ノードＮＤ(−)の電位を基準とする正極側出力ノードＮＤ０(＋)に出現する電圧は通常、脈流である。そのため、平滑回路１０２を設けることによってリップルを除去または抑圧する。このため、負極側ノードＮＤ(−)の電位を基準としたノードＮＤ１(＋)の電圧は、リップルが除去されたＤＣ電圧、または、リップルが十分抑圧されたほぼ直流の電圧となる。このＤＣ電圧によって、ＬＥＤ１０１が駆動される。
抵抗Ｒ１と平滑コンデンサＣ２からなる平滑回路１０２は、入力ＡＣラインからサージ電圧を吸収して、ＬＥＤ１０１をドライブする電流ピークを制限する回路としても働く。
電圧サージが発生した場合に、抵抗Ｒ１と平滑コンデンサＣ２がＲＣローパスフィルタとしての役割を果たす。このとき、まずＬＥＤ１０１のドライブ電圧が上昇しながら、平滑コンデンサＣ２も充電する。言い換えると、平滑コンデンサＣ２は、ノードＮＤ１(＋)からＬＥＤ１０１に流す電流の一部を分流して平滑コンデンサＣ２の充電に用いる。このため、平滑コンデンサＣ２によってＬＥＤ１０１に流す電流量の急ピッチな上昇を抑制できる。
【００２５】
保護回路２は、ノードＮＤ１(＋)と、負極側ノードＮＤ(−)との間に接続され、平滑コンデンサＣ２の電圧が一定レベル以上となると、平滑コンデンサＣ２の電圧をグランドレベルに放電し、放電開始から暫くして（所定時間後に）放電解除を行う回路である。保護回路２は、この放電と放電解除とを自動で繰り返すことが可能な構成となっている。
保護回路２は、この動作によって、サージ印加やＬＥＤの接点不良または断線があってもＬＥＤおよび平滑コンデンサＣ２を保護する働きがある。なお、この動作については後で詳述する。
【００２６】
具体的に保護回路２は、放電素子としてのＮチャネル型のＭＯＳトランジスタＱ１と、３端子のサイリスタＱ２とツェナーダイオードＤ２からなる自動復帰機能を有する放電トリガ部２１と、コンデンサＣ３と抵抗Ｒ２とからなる放電停止制御部としての時定数回路２２と、逆流防止用の逆流防止ダイオードＤ３、ならびに、放電素子をドライブする際の過電圧防止のためのツェナーダイオードＤ４とを有する。
【００２７】
ＭＯＳトランジスタＱ１は、そのドレインがノードＮＤ１(＋)に接続され、そのソースが負極側ノードＮＤ(−)に接続されている。
サイリスタＱ２のアノードは、ノードＮＤ１(＋)と、ツェナーダイオードＤ２のカソードとに接続されている。サイリスタＱ２のカソードは、逆流防止ダイオードＤ３のアノードに接続されている。サイリスタＱ２の制御ゲートは、所定の正電圧で当該サイリスタをオンするトリガを与えるために、サイリスタ内のＰ型半導体領域に接続されているＰ型ゲートとなっている。当該Ｐ型ゲートは、ツェナーダイオードＤ２のアノードに接続されている。
【００２８】
このような放電トリガ部２１は、ツェナーダイオードＤ２のツェナー電圧で規定される電圧に、平滑コンデンサＣ２の電圧（ノードＮＤ１(＋)の電圧）が達すると、当該サイリスタＱ２がオンするようになっている。
たとえば、平滑コンデンサＣ２の絶対最大定格を６３[Ｖ]とすると、それよりマージンをもって低い、たとえば６０[Ｖ]でサイリスタＱ２がオンするように、ツェナーダイオードＤ２のツェナー電圧が決められている。
【００２９】
逆流防止ダイオードＤ３のカソードと、ＭＯＳトランジスタＱ１のソース（負極側ノードＮＤ(−)）との間に、時定数回路２２を構成するコンデンサＣ３と抵抗Ｒ２とが並列に接続されている。
また、逆流防止ダイオードＤ３のカソードがツェナーダイオードＤ４のカソードに接続され、ツェナーダイオードＤ４のアノードがＭＯＳトランジスタＱ１のゲートに接続されている。
【００３０】
なお、ＭＯＳトランジスタＱ１のゲート耐圧が、想定されるサージ電圧に対して十分な場合は、ツェナーダイオードＤ４を省略することができる。
ただし、ＭＯＳトランジスタＱ１の耐圧を大きくすると、そのサイズが大きくなり高価な素子となるため、適度な耐圧のＭＯＳトランジスタＱ１と、そのゲート電圧の急激な上昇を一定値以上でクリップするためのツェナーダイオードＤ４とを組み合わせて用いることが望ましい。また、大きなサージ電圧にも対応できるようにする意味でもツェナーダイオードＤ４を設ける図示の構成が望ましい。
たとえば、ツェナーダイオードＤ２によるゲートトリガ電圧を６０[Ｖ]とした場合、４０[Ｖ]程度のツェナー電圧を有するツェナーダイオードＤ４を選択することができる。ＭＯＳトランジスタＱ１としては、その耐圧がツェナーダイオードＤ４のツェナー電圧に対応したものを選択する。
【００３１】
また、ツェナーダイオードＤ２とＤ４のツェナー電圧差が余りないなど、条件によっては、時定数回路２２から放電トリガ部２１への逆流電流が流れないように設計することも可能である。その場合には、逆流防止ダイオードＤ３を省略することもできる。
ただし、ツェナーダイオードＤ４のツェナー電圧を余り大きくするとＭＯＳトランジスタＱ１がオンし難くなることから、ツェナーダイオードＤ４のツェナー電圧を適度な大きさにして、逆流防止のための逆流防止ダイオードＤ３を設ける図示の構成が望ましい。
【００３２】
つぎに、図５と図６とを用いて、本実施形態の駆動回路の動作を説明する。
【００３３】
動作説明に先立って、まず、下記のように各種電圧を定義する。
ＶＦ(RDB)：整流ダイオードブリッジ回路ＲＤＢ内で、入力端子対ＴinA,ＴinBの一方から他方、または、他方から一方の向きに２つ縦続接続されたダイオードの順方向オン電圧の和、
ＶＦ(LED)：    縦続接続されたＬＥＤ１０１全体の順方向オン電圧の総和、
ＶＦ(D2)：ツェナーダイオードＤ２の順方向オン電圧、
ＶＦ(D3)：逆流防止ダイオードＤ３の順方向オン電圧、
ＶＦ(D4)：ツェナーダイオードＤ４の順方向オン電圧、
ＶＺ(D2)：ツェナーダイオードＤ２のツェナー電圧、
ＶＺ(D4)：ツェナーダイオードＤ４のツェナー電圧、
Ｖgs(ｔ)：時刻ｔにおける、ＭＯＳトランジスタＱ１のゲートとソース間のゲートドライブ電圧、
ＶGS(on)：ＭＯＳトランジスタＱ１をターンオンできる最小ゲート電圧（ターンオン電圧）
ＶGT(Q2)：サイリスタＱ２のゲートトリガ電圧、
ＶTM(Q2)：サイリスタＱ２にゲートトリガ電圧が入力されてオンしたときの、サイリスタＱ２のオン電圧（アノードとカソード間の電圧）、
Ｖin(ｔ)：時刻ｔに入力された商用ＡＣ電圧の瞬時値。
【００３４】
また、以下の条件が成り立つと仮定する。
定常動作時に抵抗Ｒ１に発生する電圧を無視できる。
ＭＯＳトランジスタＱ１がターンオンされたとき、オン抵抗は小さいことから、そのオン時のドレインとソース間電圧Ｖdsを無視できる。
また、ツェナーダイオードＤ２は理想的なツェナー動作（定電圧動作）が可能であり、その動作中の内部抵抗を無視できる。
【００３５】
図５は、図４の回路に、動作時に充放電される素子の寄生キャパシタ等を付加したものである。
図６（Ａ）〜図６（Ｇ）は、ＬＥＤの端子がオープンとなった場合の、各種電圧や電流の波形変化を示すタイミングチャートである。
ここで図６（Ａ）に、図５の入力端子対ＴinA,ＴinBに交流ラインから入力されるＡＣ電圧Ｖin(ｔ)の波形を示す。図６（Ｂ）に、ＬＥＤ１０１の端子がオープンとなるタイミングを示す。図６（Ｃ）に、ノードＮＤ１(＋)の電圧、すなわち平滑コンデンサＣ２の電圧Ｖ(C2)の波形を示す。図６（Ｄ）に、ＬＥＤ駆動電流Ｉ(LED)を示す。図６（Ｅ）に、サイリスタＱ２のアノードとカソード間を瞬時に流れるオン電流（以下、トリガ電流Ｉtrig.）を示す。図６（Ｆ）に、コンデンサＣ３に逆流防止ダイオードＤ３から充電されて保持される電圧Ｖ(C3)を示す。また、図６（Ｇ）に、ＭＯＳトランジスタＱ１のゲートとソース間の電圧ＶGSを示す。
【００３６】
最初に、定常時動作を説明する。
定常時動作は、図６の時刻ｔ１より前の動作である。
図６（Ａ）に示すＡＣ電圧Ｖin(ｔ)が入力されると、理想的には、図６（Ｄ）に示すＲＭＳ電流のような直流電流（ＬＥＤ駆動電流Ｉ(LED)）が流れる。なお、図６（Ｄ）には参考のためＡＣ電圧Ｖin(ｔ)も重ねて示している。
【００３７】
このときツェナーダイオードＤ２のツェナー電圧ＶＺ(D2)は、ＬＥＤ１０１の順方向オン電圧の総和ＶＦ(LED)よりやや大きく設定されている。このため、定常時にツェナーダイオードＤ２は動作しない。よって、サイリスタＱ２、ＭＯＳトランジスタＱ１も動作しない。つまり、図５の点線で示す保護回路２はオープンのような待機状態になる。
ＡＣ電圧Ｖin(ｔ)はコンデンサＣ１を通って、整流ダイオードブリッジ回路ＲＤＢに入力され、そこで整流される。整流後の電圧により電流がＬＥＤ１０１に流れる。この整流後の電圧は、図６（Ｄ）に示すＲＭＳ電流のような理想的な直流電流とならないことがある。たとえば図６（Ｃ）に示すように、平滑コンデンサＣ２の電圧Ｖ(C2)にリップルが完全に除去されずに多少、交流成分が残存することがある。ただし、この程度のリップルの残存ではＬＥＤ１０１の駆動は正常に行われる。
【００３８】
このとき、整流ダイオードブリッジ回路ＲＤＢとＬＥＤ１０１は、ダイオードの正方向にバイアスされることから、時刻ｔにおいてコンデンサＣ１の電圧は理想的には、「Ｖin(ｔ)のＲＭＳ値−ＶＦ(RDB)−ＶＦ(LED)」である。
したがって、コンデンサＣ１の容量を調整することにより、ＬＥＤ１０１に流す実効的なＬＥＤ駆動電流を設定できる。
【００３９】
また、このとき抵抗Ｒ１と平滑コンデンサＣ２がＲＣローパスフィルタとして機能する。
このためＡＣ電圧（入力瞬時電圧）Ｖin(ｔ)のＲＭＳ値＜ＶＦ(RDB)＋ＶＦ(LED)の場合に、ＬＥＤ１０１が点灯できない。そして、ＬＥＤ１０１のドライブ電圧は図６（Ｃ）に示す時刻ｔ１の前のように、電圧Ｖ(C2)が平滑コンデンサＣ２に印加されている。
一方、ＡＣ電圧Ｖin(ｔ)のＲＭＳ値≧ＶＦ(RDB)＋ＶＦ(LED)の場合、ＬＥＤ１０１に電流が流れ、その残りの電流で平滑コンデンサＣ２が充電されて、この場合も図６（Ｃ）に示す時刻ｔ１の前のように、電圧Ｖ(C2)が平滑コンデンサＣ２に印加される。
ただし、ＬＥＤ１０１が点灯している場合とそうでない場合では、平滑コンデンサＣ２の電圧Ｖ(C2)の値が異なる。
【００４０】
この定常時動作中に、図６の時刻ｔ１にて、ＬＥＤ１０１が破損し、あるいは、ＬＥＤ１０１の接点が外れ、このため、ＬＥＤ１０１に電流が流れなくなったとする。
ＬＥＤ１０１に電流が流れなくなると、ＬＥＤ１０１は、そのダイオード順方向の電圧で、平滑コンデンサＣ２の電圧をクランプする機能が働かなくなる。よって、図６（Ｃ）に示すように、時刻ｔ１から平滑コンデンサＣ２の電圧Ｖ(C2)が上昇し始める。
【００４１】
この電圧Ｖ(C2)の上昇によって、その値が次式(1)の条件を満足するようになると、図５の点線で示す保護回路２が動作する。
【００４２】
［数１］
Ｖ(C2)＞ＶＺ(D2)＋ＶGT(Q2)＋ＶＦ(D3)＋Ｖ(C3)    …(1)
【００４３】
時刻ｔ２より前では、コンデンサＣ３の電圧Ｖ(C3)は抵抗Ｒ２によって十分に放電されていることから、Ｖ(C3)＝０[Ｖ]となっている。
時刻ｔ２で、一旦サイリスタＱ２にトリガ電流Ｉtrig.を流して動作させることができれば、平滑コンデンサＣ２に溜まっている電荷の一部が、サイリスタＱ２および逆流防止ダイオードＤ３を介して素早くコンデンサＣ３の電荷蓄積ノードＮＤ(C3)に流れる。これにより、図６（Ｆ）に示すように、コンデンサＣ３の電圧Ｖ(C3)はいきなり「Ｖ(C2)−ＶTM(Q2)−ＶＦ(D3)」にまで急激に上昇する。
このときのコンデンサＣ３の電圧Ｖ(C3)は、ツェナーダイオードＤ４のツェナー電圧ＶＺ(D4)とＭＯＳトランジスタＱ１のターンオン電圧ＶGS(on)との和より大きい。よって、図６（Ｇ）に示すように、ＭＯＳトランジスタＱ１のゲートとソース間電圧Ｖgs(t2)が、次式(2)を満たす。
【００４４】
［数２］
Ｖgs(t2)＝Ｖ(C3)−ＶＺ(D4)＞ＶGS(on)    …(2)
【００４５】
この式が成立すると、ＭＯＳトランジスタＱ１がターンオンされ、平滑コンデンサＣ２に残っていた一部の電荷が、ＭＯＳトランジスタＱ１に経由してグランドレベルに放電される。また、図５に示すように、ツェナーダイオードＤ４は寄生キャパシタＣ(D4)を有するため、ツェナー動作した後、寄生キャパシタＣ(D4)の保持電圧はＶＺ(D4)になる。ツェナーダイオードＤ４の寄生キャパシタＣ(D4)を充電した後、さらに余った電荷が、図５に示すように、ＭＯＳトランジスタＱ１のゲートとソース間の寄生キャパシタＣ(Q1)を充電する。
【００４６】
コンデンサＣ３、寄生キャパシタＣ(D4)およびＣ(Q1)の充電が終わったら、サイリスタＱ２のアノードとカソード間の電圧が、サイリスタＱ２をオンする電圧より下回るため、すぐにサイリスタＱ２がオフする。このサイリスタＱ２のオン時間は瞬時であり、図６（Ｅ）に示すように、サイリスタＱ２には極短い時間だけトリガ電流Ｉtrig.が流れて、その後はコンデンサＣ３に流す電流はゼロとなり、サイリスタＱ２が自然にオフされる。このように、放電トリガ部のリセットをサイリスタの特性を利用して自動で行う（自動復帰機能）。
【００４７】
逆流防止ダイオードＤ３があるため、コンデンサＣ３に溜まった電荷は、サイリスタＱ２側に逆流する経路では放電ができない。コンデンサＣ３の電圧Ｖ(C3)は、抵抗Ｒ２を経由して放電される。
このときコンデンサＣ３と抵抗Ｒ２の各値によって決められる時定数を調整することで、コンデンサＣ３の電圧Ｖ(C3)が低下する速度を希望の通りに設定できる。その結果、コンデンサＣ３の電圧Ｖ(C3)は比較的ゆっくりと下がっていく。
【００４８】
コンデンサＣ３が放電して電圧Ｖ(C3)が下がっていくにつれ、ツェナーダイオードＤ４の寄生キャパシタＣ(D4)も放電する。
ツェナーダイオードＤ４の寄生キャパシタＣ(D4)が完全に放電し、その寄生キャパシタの電極間の電圧がゼロになる。
【００４９】
その後、電圧Ｖ(C3)がさらに下がると、時刻ｔ３にて、ツェナーダイオードＤ４に、それがオン可能な順方向電圧が加わることになるので、ツェナーダイオードＤ４がオンする。これによりＭＯＳトランジスタＱ１のゲートとソース間の寄生キャパシタＣ(Q1)に溜まっていた電荷が、ツェナーダイオードＤ４および抵抗Ｒ２を介して放電され始める。
そのため、図６（Ｇ）に示すように、ＭＯＳトランジスタＱ１のゲート-ソース間電圧（ゲート電圧）Ｖgs(ｔ)も徐々に下がっていく。このゲート電圧低下において、その電圧がＭＯＳトランジスタＱ１の閾値電圧（ターンオン電圧ＶGS(on)）に達するまでは、ＭＯＳトランジスタＱ１がオンしていることから、平滑コンデンサＣ２の電圧はゼロに維持されている。
【００５０】
時刻ｔ４にて、ＭＯＳトランジスタＱ１のゲート電圧がターンオン電圧ＶGS(on)に達する。そのときからＭＯＳトランジスタＱ１がオフされる。
したがって、ＡＣ電圧Ｖin(ｔ)の整流後の電圧が平滑コンデンサＣ２に入力され、その電圧Ｖ(C2)は、図６（Ｃ）に示すようにゼロから上昇し始める。しかし、平滑コンデンサＣ２の電圧が上昇し始めてからしばらく（時刻ｔ５まで）は、その電圧が小さいため、未だサイリスタＱ２をトリガ動作させることができない。
一方、この間にツェナーダイオードＤ４および抵抗Ｒ４を経由した放電が続くため、ＭＯＳトランジスタＱ１のゲート電圧はさらに低下し続ける。
【００５１】
時刻ｔ５にて、平滑コンデンサＣ２の電圧について、前述した式(1)に示すサイリスタＱ２のトリガ条件が再び成立すると、サイリスタＱ２が再びオンする。
よって、コンデンサＣ３は、オン状態のサイリスタＱ２を経由して再び充電され始め、ツェナーダイオードＤ４がツェナー動作して、ＭＯＳトランジスタＱ１が再度、ターンオンされる。
【００５２】
時刻ｔ２〜時刻ｔ５までを１サイクルとする動作が、時刻ｔ５〜時刻ｔ８、・・・と繰り返される。これにより、平滑コンデンサＣ２の間欠的な放電と充電が繰り返され、これによって平滑コンデンサＣ２の充電電圧が所定値を超えないように制御される。
【００５３】
この間欠的な放電と充電の繰り返しサイクル時間は、主に、コンデンサＣ３と抵抗Ｒ２による時定数で調整できる。
この時定数で主に決まる間欠動作の周期が長くなればなるほど、平滑コンデンサＣ２に溜まっていた時間単位のエネルギーは少なくなることから、図５の点線で示す保護回路２で消費される電力損失は小さくなる。
一方、時定数を余り大きくし過ぎると、抵抗Ｒ２やコンデンサＣ３の占有面積が大きくなる。
よって、この部分に放熱および電力損失の不利益と、駆動回路モジュールの大きさとの兼ね合いから適切なサイクル時間となるように、上記時定数が決定される。
【００５４】
外部からＡＣラインを介して、あるいは他の経路を介してサージ電圧が入力された場合、基本的な動作は上記と同じである。また、前述した式(1)および式(2)も同様に適用できる。
この動作では、図６（Ｃ）および図６（Ｅ）に示すように、平滑コンデンサＣ２の電圧Ｖ(C2)が所定値より大きくなった瞬間に保護回路２が働き、極めて短い時間だけトリガ電流Ｉtrig.が流れる。このことは、持続時間(duration time)が短いサージ電圧が入力された場合でも、保護回路２による確実な動作が可能なことを意味する。
このサージ入力時には、平滑コンデンサＣ２とＬＥＤ１０１が接続されているが、保護回路２が瞬時に動作することから、サージ電圧がＬＥＤ１０１に印加することを防止できる。よって、平滑コンデンサＣ２の対過電圧保護に加え、サージ電圧からＬＥＤ１０１を保護する能力が高い駆動回路１を実現できる。
サージ電圧の印加がなくなったら、ＬＥＤ１０１の順方向オン電圧のクランプ効果で、平滑コンデンサＣ２の電圧が正常に復帰する。このため、サージ電圧の印加がなくなった時点から直ぐに、図５の保護回路２は待機状態（オープン状態）に復帰する。
【００５５】
本実施形態によれば、以下の利益が得られる。
電流を制限するコンデンサＣ１を用いた基本ドライブ回路１１０（図２）に比べ、保護回路２が追加され、これにより、平滑コンデンサＣ２の対過電圧保護と、ＬＥＤ１０１のサージ電圧に対する保護（サージ吸収）とが両立でき、より安全なＬＥＤ１０１の駆動回路１が実現できる。
【００５６】
具体的に、保護回路２は、定常時動作については、オープンのような待機状態になるが、常に平滑コンデンサＣ２の過電圧状態とＬＥＤ１０１の過電流駆動状態を監視している。
ＬＥＤ１０１の破壊、断線などの異常時に、保護回路２は前述した間欠動作状態に入り、時定数回路２２を構成する抵抗Ｒ２とコンデンサＣ３の各値を調整（適切に設定）することにより、回路で消費される電力損失を最小限にまでコントロールできる。
この保護回路２はサイリスタＱ２によって瞬間的に動作し、ＬＥＤの接点が断続的にオン、オフするチャタリングを起こしてもＬＥＤ１０１が破損しない。
【００５７】
一方、ＬＥＤ１０１が正常な場合に雷サージ等が入力されると、保護回路２が瞬時に働き、雷サージがＬＥＤ１０１に印加されることを防止できる。この雷サージの印加がなくなると、直ぐに保護回路２が待機状態（オープンのような状態）に復帰する。よって、この場合は間欠動作ではなく、サージ入力ごとの動作となる。
【００５８】
さらに、間欠動作またはサージ入力ごとの動作によって、保護回路２の発熱損失が小さくできることから、平滑コンデンサＣ２等の大きな外付け部品を除く他の素子を１チップ、たとえばＡＳＩＣで実現して、より小型化することができる。
また、１チップ化ができない場合でも、モジュール全体として小型化できる。
【００５９】
ＬＥＤ１０１の断線などを含む異常時に、電解コンデンサ（平滑コンデンサＣ２）にかかる電圧は、正常時のＬＥＤ駆動電圧よりやや高いが、保護回路２がない場合と比べると相当小さくできる。したがって、電解コンデンサの耐圧値を、その分小さくできる。これによっても、小型かつ安価で確実に動作する実用的なＬＥＤ駆動回路が実現できる。
この保護回路２は、サイリスタＱ２とツェナーダイオードＤ２を組み合わせた放電トリガ部２１を有し、ＬＥＤ異常時やサージ入力時に動作した後は直ぐに待機状態に自己復帰ができる。このため、複雑な制御を不要とし、その意味でも小型で安定し、かつ安価な駆動回路となっている。
【００６０】
なお、本実施形態は商用ＡＣ電源で駆動されるＬＥＤランプへの適用を前提としたため、図４および図５に示すように、基本ドライブ回路１１０にコンデンサＣ１や整流ダイオードブリッジ回路ＲＤＢを設けて、ＡＣ電圧をほぼ直流に変換する機能を持たせている。
ただし、整流回路は整流ダイオードブリッジ回路ＲＤＢに限定されない。
また本発明は、その他の用途、たとえばスイッチングレギュレータから供給されるＤＣ電圧により画像表示パネルのバックライトを駆動する用途にも適用できる。その場合、ＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する機能、すなわち、コンデンサＣ１や整流ダイオードブリッジ回路ＲＤＢは不要となる。入力端子と、ＬＥＤ等の発光素子との間にローパスフィルタを構成する抵抗Ｒ１と平滑コンデンサＣ２を設けた簡素で基本ドライブ回路を実現できる。
また、抵抗Ｒ１に変えてインダクタを設けてもよい。
【００６１】
また、本実施形態のバルブ形ランプ１０（図３）は、上述したように電解コンデンサの対過電圧保護とＬＥＤの対サージ保護の機能を有する駆動回路１を小型にできたことから、そのような高機能の駆動回路１を口金１２内の小さい空間に収容している。
本実施形態によって、小型かつ安全で確実に保護動作が働く機能を有するバルブ形ランプが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】背景技術に関するＬＥＤ駆動回路の回路図である。
【図２】背景技術に関する他のＬＥＤ駆動回路の回路図である。
【図３】実施形態のバルブ形ランプの概観図である。
【図４】実施形態のＬＥＤ駆動回路の回路図である。
【図５】図４の回路に寄生素子等を付加して示す回路図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｇ）は、ＬＥＤ端子がオープンとなった場合の、各種電圧や電流の波形変化を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１…駆動回路、２…保護回路、１０…バルブ型ランプ、１１…発光部、１２…口金、１２Ａ…接点、２１…放電トリガ部、２２…時定数回路、１０１…ＬＥＤ、Ｃ２…平滑コンデンサ、Ｑ１…ＭＯＳトランジスタ（放電素子）、Ｄ３…逆流防止ダイオード、Ｄ４…ツェナーダイオード、ＲＤＢ…整流ダイオードブリッジ回路（整流部）、ＴinA,ＴinB…入力端子
【図１】
2007287617.tif 000003
【図２】
2007287617.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007287617.tif 000006
【図５】
2007287617.tif 000007
【図６】
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