(57)【要約】【課題】  ＬＥＤを効率良く点灯させるとともに、回路自体を簡易な構造にできるＬＥＤ点灯方法及びＬＥＤ点灯回路【解決手段】    ＬＥＤ駆動信号を発信する発振回路１６と、位相反転回路１８と、デットタイム生成回路２０と、ＬＥＤ点灯のスイッチング操作を行う出力回路２２、中間タップ付きリアクターＬ１と、コンデンサＣ１とを備えるＬＥＤ駆動回路１２により生成される疑似正弦波が、多数のＬＥＤ直列回路を並列に接続し、かつ、隣接するＬＥＤ直列回路を逆並列に接続されたＬＥＤ接続回路１４に流れ、ＬＥＤを点灯する。 【選択図】  図１
2007221025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＬＥＤを直接に接続するＬＥＤ直列回路が並列に多数接続され、かつ、隣接する前記ＬＥＤ直列回路が逆並列回路を形成するＬＥＤ接続回路に、疑似正弦波のＬＥＤ駆動信号を供給することを特徴とするＬＥＤ点灯方法。
【請求項２】
発振回路と、前記発振回路から出力されるＬＥＤ駆動信号を位相反転し２分する位相反転回路と、前記位相反転回路により２分されたＬＥＤ駆動信号にデットタイムを設けるデットタイム生成回路と、前記デットタイム生成回路によりデットタイムが生成された２つのＬＥＤ駆動信号に基づいてＬＥＤ点灯のスイッチング操作を行う出力回路と、前記出力回路から出力されるＬＥＤ駆動信号を基に疑似正弦波を生成する中間タップ付きリアクターと、前記疑似正弦波の立ち上がり部分を制御するコンデンサとを備えるＬＥＤ駆動回路と、
前記ＬＥＤ駆動回路に接続し、複数のＬＥＤを直接に接続するＬＥＤ直列回路が並列に多数接続され、かつ、隣接するＬＥＤ直列回路が逆並列回路を形成するものであって、前記ＬＥＤ駆動回路から供給される疑似正弦波のＬＥＤ駆動信号によってＬＥＤが点灯されるＬＥＤ接続回路と
を有することを特徴とするＬＥＤ点灯回路。
【請求項３】
前記発振回路に発振周波数コントローラを備えることを特徴とする請求項２記載のＬＥＤ点灯回路。
【請求項４】
前記ＬＥＤ接続回路のＬＥＤのリード線の間に当該リード線接続部材を備えることを特徴とする請求項２又は請求項３記載のＬＥＤ点灯回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数個のＬＥＤを点灯させるＬＥＤ点灯方法及びＬＥＤ点灯回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電源を用いてＬＥＤを駆動するＬＥＤ点灯回路において、多数個のＬＥＤ（発光ダイオード）を同じ明るさで点灯させるには、ＬＥＤは定電流で駆動することが必要である。多数のＬＥＤを点灯させる方法としては、すべてのＬＥＤに同じ電流が流れる直列接続が一般的である。ＬＥＤの順電圧にはバラツキがあるが、ＬＥＤを直列接続にすることにより、そのバラツキに関係なく同じ明るさでＬＥＤを点灯できる。
一方、ＬＥＤに過大な電流が流れると、ＬＥＤは回復不能なダメージを受ける。そのため最大定格電流を超えないような手段を講じる必要があった。従来のＬＥＤ点灯回路では、ＬＥＤに直列に抵抗器を接続する方法や定電流ダイオード（ＣＲＤ）を接続する方法によって最大定格電流を超えないように電流を制限していた（例えば、非特許文献１）。
【０００３】
【非特許文献１】「トランジスタ技術  ２００６  ２月号」、ＣＱ出版社、平成１８年２月１日、Ｐ１３２頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記抵抗器による電流制限方法では、抵抗による電力のロスが起こるという欠点があった。また、ＣＲＤによる電流制限方法では、ＣＲＤが定電流動作を行うには一定以上の電圧がかかるように電源電圧を設定しなければならないため、電源電圧が高めに設定される。この場合、ＣＲＤが消費する電力ロスが起こるという欠点があった。
【０００５】
本発明は、上述の問題を解決するものであって、ＬＥＤ点灯回路において消費電力のロスが生じないＬＥＤ駆動方法及びＬＥＤ駆動回路並びにＬＥＤ点灯回路を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のＬＥＤ点灯方法は、複数のＬＥＤを直接に接続するＬＥＤ直列回路が並列に多数接続され、かつ、隣接する前記ＬＥＤ直列回路が逆並列回路を形成するＬＥＤ接続回路に、疑似正弦波のＬＥＤ駆動信号を供給するようにしたものである。
【０００７】
本発明のＬＥＤ点灯回路は、発振回路と、前記発振回路から出力されるＬＥＤ駆動信号を位相反転し２分する位相反転回路と、前記位相反転回路により２分されたＬＥＤ駆動信号にデットタイムを設けるデットタイム生成回路と、前記デットタイム生成回路によりデットタイムが生成された２つのＬＥＤ駆動信号に基づいてＬＥＤ点灯のスイッチング操作を行う出力回路と、前記出力回路から出力されるＬＥＤ駆動信号を基に疑似正弦波を生成する中間タップ付きリアクターと、前記疑似正弦波の立ち上がり部分を制御するコンデンサとを備えるＬＥＤ駆動回路と、前記ＬＥＤ駆動回路に接続し、複数のＬＥＤを直接に接続するＬＥＤ直列回路が並列に多数接続され、かつ、隣接するＬＥＤ直列回路が逆並列回路を形成するものであって、前記ＬＥＤ駆動回路から供給される疑似正弦波のＬＥＤ駆動信号によってＬＥＤが点灯されるＬＥＤ接続回路とを有するようにしたものである。
また、前記発振回路に発振周波数コントローラを備えるようにしたものである。
また、本発明のＬＥＤ点灯回路は、前記ＬＥＤ接続回路のＬＥＤのリード線の間に当該リード線接続部材を備えるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、多数のＬＥＤを直並列に接続し、かつ、隣接するＬＥＤ直列回路を逆並列に接続されるＬＥＤ接続回路に、疑似正弦波を生成するＬＥＤ駆動回路を用いて疑似正弦波を流すものである。これにより、従来のような抵抗器やＣＲＤによる電流制限を用いることなく、電流制限を行うことができ、抵抗器やＣＲＤによる消費電力のロスを排除でき、ＬＥＤを効率よく点灯させることができる。
また、回路全体を簡易にでき、回路のコストダウンが図れる。
さらには、発振回路の発振周波数を変えることによりＬＥＤの輝度（明るさ）を無段階で変化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、直流電源の電圧によってＬＥＤを点灯するものであって、直並列に接続された多数のＬＥＤに疑似正弦波を流すことにより、ＬＥＤを効率良く点灯させるとともに、回路のコストダウンを実現するものである。
【実施例１】
【００１０】
本発明のＬＥＤ点灯回路を図に基づいて説明する。図１は、本発明のＬＥＤ点灯回路のブロック図である。
ＬＥＤ点灯回路１０は、ＬＥＤ駆動回路１２とＬＥＤ接続回路１４とから構成される。ＬＥＤ駆動回路１２は、発振回路１６と、位相反転回路１８と、デットタイム生成回路２０と、出力回路２２と、中間タップ付きリアクターＬ１、コンデンサＣ１とを備える。ＬＥＤ接続回路１４は、直並列に接続された多数のＬＥＤを備える。ＬＥＤ点灯回路１０は、直流電源の入力電圧Ｖｃｃ１が印加されるとＬＥＤ駆動回路１２によって生成されるＬＥＤ駆動信号（擬似正弦波）がＬＥＤ接続回路１４に流れ、ＬＥＤを点灯させるようになっている。
【００１１】
次に、ＬＥＤ駆動回路１２を図１乃至図４に基づいて説明する。図２は、図１のＬＥＤ駆動回路１２を示す回路図の一例である。図３は、ＬＥＤ駆動回路１２各部の信号電圧の波形を示す図である。図４は、基板上に接続される多数個のＬＥＤ接続回路１４を示す図である。なお、図２中の１６ａ、１８ａ、２０ａは、ＣＭＯＳデジタル集積回路である。
発振回路１６は、図３（ａ）に示す方形波の電気信号、Ｘ信号（ＬＥＤ駆動信号）を発生させ、位相反転回路１８に出力するものである（図１）。発振回路１６は、発振周波数コントローラＶＲ１を備え、発振周波数を可変できるようになっている。発振周波数を可変することにより、ＬＥＤ接続回路１４のＬＥＤの明るさ（輝度）を変化させることができる。
なお、ＬＥＤを点灯させるための発振周波数としては、発振回路の安定性を担保するため、１００Ｈｚ〜５ｋＨｚの範囲が好ましいが、発振周波数はこれに限定されるものではない。また、位相反転回路１８に分周回路２４を設けて、１／２分周で５０％のデューティーの周波数を得るようにしてもよい。
【００１２】
位相反転回路１８は、Ｘ信号を１８０度の位相反転して２つの電気信号、Ａ信号，Ｂ信号に分ける（図３（ｂ））。位相反転により形成されたＡ信号，Ｂ信号は、デットタイム生成回路２０に入力される（図１）。
デットタイム生成回路２０は、電気信号（Ａ信号，Ｂ信号）に所定のデットタイムを設けるものである。たとえば、デットタイム生成回路２０に入力されたＡ信号，Ｂ信号は、図３（ｃ）に示すデットタイムｔを有する波形にそれぞれ波形整形され、出力回路２２に入力される（図１）。デットタイム生成後、出力回路２２が駆動される。
【００１３】
出力回路２２は、図２に示すように、２個のＭＯＳ型電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ２から構成される。図２において、デットタイム生成回路２０から出力される波形整形後の図１及び図３（ｃ）のＡ信号はＦＥＴ１のゲートに、同Ｂ信号はＦＥＴ２のゲートにそれぞれ入力される。また、出力回路２２のＦＥＴ１，ＦＥＴ２のドレンは、中間タップ付きリアクターＬ１、コンデンサＣ１を介して図１及び図４に示すＬＥＤ接続回路１４に接続されている。
【００１４】
図３（ｃ）に示すＡ信号，Ｂ信号の電圧がＨｉレベルに達した時に各ドレン電流がＬＥＤ接続回路１４に流れ（即ちオン状態になる）、Ｌｏレベル時は流れない（オフ状態になる）。また、図３（ｃ）のＡ信号，Ｂ信号はデットタイムｔを有するため、ＦＥＴ１，ＦＥＴ２が同時にオン状態になることはない。これにより、ＦＥＴ１，ＦＥＴ２のショートによる破損を防止することができる。
【００１５】
また、出力回路２２は、ＦＥＴ１，ＦＥＴ２を用いてプッシュプル動作させている。ＦＥＴ１からＡ信号、ＦＥＴ２からＢ信号がそれぞれ中間タップ付きＬ１に出力され（図１）、図３（ｄ）に示す擬似正弦波が生成される。このとき、ＬＥＤ接続回路１４に出力される電気信号（ＬＥＤ駆動信号）の電圧波形は、図３（ｄ）に示すデットタイムｔを有する擬似正弦波となる。また、中間タップ付きリアクターＬ１、コンデンサＣ１（特に、Ｌ１）の値を変えることにより、多数個のＬＥＤを点灯させる最適な疑似正弦波を形成することができる。
なお、中間タップ付きリアクターＬ１、コンデンサＣ１は、ＬＥＤの個数に応じて変更される。また、コンデンサＣ１は、図３（ｄ）の波形の立ち上がり部分を制御するものである。
【００１６】
本発明に係るＬＥＤ駆動回路１２は、ＬＥＤの接続個数を増やす場合でも、新たな駆動回路を設ける必要はない。例えば、数十個のＬＥＤ点灯から数百個のＬＥＤ点灯に変更する場合、ＬＥＤ接続回路１４に大電流を供給する必要があるが、本発明によると、出力回路２２（ＦＥＴ１，ＦＥＴ２）及び中間タップ付きリアクターＬ１をＬＥＤに供給する電流値に対応するものに交換するだけ大電流を供給することができる。従って、発振回路１６からデットタイム生成回路２０までの駆動回路をそのまま使用でき、大電流を供給するための新た駆動回路を設ける必要はない。
【００１７】
次に、本発明に係るＬＥＤ接続回路１４を図４に基づいて説明する。なお、図４において、並列に接続されたＬＥＤは同一特性のＬＥＤである。
ＬＥＤ接続回路１４は、ｎ個のＬＥＤが直列に接続された複数のＬＥＤ直列回路（図４の接続端子側から順にＤ１，Ｄ２，・・・，Ｄｍ、ｍは奇数）をｍ列に並列に接続されているものである。すなわち、ＬＥＤ接続回路１４には、ｍ×ｎ個（数十個乃至数百個以上）のＬＥＤｄ１１、・・・、ｄｍｎがマトリックス状に接続されている。
また、隣接するＬＥＤ直列回路Ｄ１，Ｄ２、・・・、Ｄｍ-1，Ｄｍ（Ｄｍ-1は図示せず）は逆並列回路となっており、隣接するＬＥＤ直列回路Ｄ１，Ｄ２等には電流が逆向きに流れるように接続されている。即ち、図４において、電流が接続端子１から接続端子２に流れる場合に、Ｄ１、・・・、Ｄｍ等の奇数列のＬＥＤ直列回路が点灯する。他方、Ｄ２、・・・、Ｄｍ-1等の偶数列のＬＥＤ直列回路は、電流が接続端子２から接続端子１に流れる場合に点灯する。
【００１８】
次に、図４に基づいて、上記ＬＥＤ接続回路１４に疑似正弦波を流した場合について説明する。
ＬＥＤ接続回路１４に、図３（ｄ）の正の周期の疑似正弦波が流れた場合、入力電圧Ｖｃｃ１は、図４中の奇数列のＬＥＤ直列回路Ｄ１、・・・、Ｄｍ等に印加され、同ＬＥＤ直列回路のＬＥＤが点灯する。このとき、偶数列のＬＥＤ直列回路Ｄ２、・・・、Ｄｍ-1等には逆電圧が印加されるため電流は流れず、同ＬＥＤ直列回路のＬＥＤは点灯しない。逆に、図３（ｄ）の負の周期の疑似正弦波が流れた場合、入力電圧Ｖｃｃ１は、図４中の偶数列のＬＥＤ直列回路Ｄ２、・・・、Ｄｍ-1等に印加され、同ＬＥＤ直列回路のＬＥＤが点灯する。このとき、奇数列のＬＥＤ直列回路Ｄ１、・・・、Ｄｍ等には電流が流れず、同ＬＥＤ直列回路のＬＥＤは点灯しない。
なお、本実施例では、奇数列のＬＥＤ直列回路を並列に接続した場合を説明するが、これに限定するものではない。偶数列の場合も同様の説明となる。
以上のように、ＬＥＤ接続回路１４では、すべてのＬＥＤが同時に点灯することはない。また、ＬＥＤ接続回路１４に供給される疑似正弦波は、図３（ｄ）に示すデットタイムｔを有するものであるため、デットタイムｔ時はすべてのＬＥＤが点灯しない。多数のＬＥＤを点灯する場合は、ＬＥＤの特性としての自己発熱に注意する必要があるが、デットタイムｔを有する疑似正弦波をＬＥＤに流すことにより、ＬＥＤ接続回路１４自体及びＬＥＤ接続回路１４に接続されたＬＥＤｄ１１、・・・、ｄｍｎの温度上昇を防ぐことができる。
【００１９】
また、多数のＬＥＤを点灯する場合は、前述のとおり、ＬＥＤの特定としての自己発熱を考慮する必要があるが、図４に示すように逆並列回路の隣接するＬＥＤｄ１１のカソード（−）のリード線と、ｄ２１のアノード（＋）のリード線間等をリード線接続部材２６で格子状に接続することにより、放熱効果を得ることができる。この場合、リード線接続部材２６はヒートシンクと同様の役割を果たす。
以上のように、本発明によると、デットタイムｔを有する疑似正弦波を用いてＬＥＤを点灯させること及び異なるＬＥＤのリード線間をリード線接続部材２６で接続することにより、ＬＥＤ接続回路（又はＬＥＤｄ１１、・・・、ｄｍｎ）の温度上昇を防止する効果（自己発熱対策）を得ることができ、ＬＥＤの劣化を防止できる。
なお、リード線接続部材２６にはＬＥＤのリード線を用いることが可能であるが、これに限定されるものではない。また、リード線接続部材２６によって接続されるリード線は、アノード・カソード間に限定されるものではなく、ＬＥＤのアノード（＋）同士又はカソード（−）間を接続してもよい。また、隣接しないＬＥＤのリード線間を接続するようにしてもよい。
【００２０】
また、図４のように、多数のＬＥＤを点灯させる場合、ＬＥＤの電圧（電流）のバラツキに対する対応策が必要になる。しかし、本発明の実験では、リード線接続部材２６を備えることにより、すべてのＬＥＤが同じ明るさで点灯し、ＬＥＤの電圧・電流のバラツキの影響は確認されず、バラツキ対応策は不要であった。
【００２１】
本発明のＬＥＤ点灯回路では、ＬＥＤ接続回路１４への接続端子１，２両端間の電圧は入力電圧Ｖｃｃ１の２倍の電圧（実効値）になる。多数個のＬＥＤを点灯の場合、多数のＬＥＤを直列接続でき、所定の数のＬＥＤを点灯する場合ＬＥＤ接続の回路数が少なくて済み、省エネ効果を得ることができる。
【００２２】
ＬＥＤ接続回路１４にパルス波を流す場合は、ノイズが発生するが、本発明を用いたＬＥＤ点灯実験ではノイズはほとんど確認できなかった。よって、本発明によるとノイズ対策が不要になり、ノイズ対策にかかる費用を削減できる。さらには、ＬＥＤ駆動回路１２も簡易な構造であるため、ＬＥＤ点灯回路を低コストで提供できる。
また、本発明のＬＥＤ点灯回路は、集積回路化が可能なものである。
【００２３】
本発明によると、発振回路の発振周波数コントローラＶＲ１を用いて発振周波数を変えることにより、ＬＥＤの輝度を無段階で変化させることができる。よって、ＬＥＤを用途に応じた輝度で点灯させることができるため、汎用性の広いＬＥＤ点灯回路を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のＬＥＤ点灯回路のブロック図である。
【図２】図１のＬＥＤ駆動回路を示す回路図の一例である。
【図３】図１のＬＥＤ駆動回路各部の信号電圧の波形を示す図である。
【図４】基板上に接続される多数個のＬＥＤ接続回路を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  ＬＥＤ点灯回路
１２  ＬＥＤ駆動回路
１４  ＬＥＤ接続回路
１６  発振回路
１８  位相反転回路
２０  デットタイム生成回路
２２  出力回路
２６  リード線接続部材
Ｃ１  コンデンサ
Ｌ１  中間タップ付きリアクター
ＶＲ１  発振周波数コントローラ
【図１】
2007221025.tif 000003
【図２】
2007221025.tif 000004
【図３】
2007221025.tif 000005
【図４】
2007221025.tif 000006