(57)【要約】【課題】ＬＥＤ駆動回路における部品点数の削減を実現すると共に、ＬＥＤに障害が発生した場合の全体への影響を低く抑えることが可能なＬＥＤ駆動回路および駆動方法を提供することを目的とする。【解決手段】ＬＥＤ駆動回路であって、複数のＬＥＤと少なくとも１つの抵抗が直列接続されたＬＥＤ列と、ＬＥＤ列を複数並列接続したＬＥＤユニットと、ＬＥＤユニットを駆動するための電流を供給するＬＥＤ駆動部と、ＬＥＤ駆動部に流れる電流を所定の電流値に設定する機能部と、を備える構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＬＥＤと少なくとも１つの抵抗が直列接続されたＬＥＤ列と、
前記ＬＥＤ列を複数並列接続したＬＥＤユニットと、
前記ＬＥＤユニットを駆動するための電流を供給するＬＥＤ駆動部と、
前記ＬＥＤ駆動部に流れる電流を所定の電流値に設定する機能部と、
を備えることを特徴とする、ＬＥＤ駆動回路。
【請求項２】
複数のＬＥＤと少なくとも１つの抵抗が直列接続されたＬＥＤ列と、
前記ＬＥＤ列を複数並列接続したＬＥＤユニットと、
前記ＬＥＤユニットを複数直列接続したＬＥＤブロックと、
前記ＬＥＤブロックを駆動するための電流を供給するＬＥＤ駆動部と、
前記ＬＥＤ駆動部に流れる電流を所定の電流値に設定する機能部と、
を備えることを特徴とする、ＬＥＤ駆動回路。
【請求項３】
前記抵抗の値は、前記複数のＬＥＤ列に流れる電流の差を抑えるよう、前記ＬＥＤ列内の複数のＬＥＤの個体差による順電圧の差に基づいて設定されることを特徴とする、請求項１または２に記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項４】
前記抵抗の値は、該抵抗による電圧降下値が、（前記ＬＥＤの最大順電圧値−前記ＬＥＤの最小順電圧値）×前記ＬＥＤの直列数  で求められる電圧値のｋ倍となるよう設定されることを特徴とする請求項１または２に記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項５】
前記ｋは、３から１０のいずれかに設定されることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項６】
前記ｋは、５に設定されることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項７】
前記機能部は、帰還型定電流回路を備えることを特徴とする。請求項１から６のいずれか一項に記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項８】
前記ＬＥＤ駆動回路は、前記ＬＥＤ列における前記複数のＬＥＤが、それぞれ白色、青色、緑色、赤色ＬＥＤである、複数の前記ＬＥＤユニットと、
前記複数のＬＥＤユニットをそれぞれ駆動するための電流を供給する複数のＬＥＤ駆動部と、
前記複数のＬＥＤ駆動部に流れる電流をそれぞれ所定の電流値に設定する複数の機能部と、を備えることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項９】
前記赤色ＬＥＤを含むＬＥＤ列における前記赤色ＬＥＤの直列数は、その他の色のＬＥＤを含むＬＥＤ列におけるＬＥＤの直列数よりも多いことを特徴とする、請求項８に記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項１０】
複数のＬＥＤと少なくとも１つの抵抗を直列接続したＬＥＤ列を、複数並列接続してＬＥＤユニットとすること、
前記ＬＥＤユニットを駆動するための電流を供給すること、および
前記ＬＥＤユニットに流れる電流を所定の電流値に設定すること、
を含むことを特徴とする、ＬＥＤ駆動方法。
【請求項１１】
前記ＬＥＤユニットを、複数直列接続してＬＥＤブロックとすること、
前記ＬＥＤブロックを駆動するための電流を供給すること、および
前記ＬＥＤブロックに流れる電流を所定の電流値に設定すること、
をさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載のＬＥＤ駆動方法。
【請求項１２】
前記抵抗の値を、該抵抗による電圧降下値が、（前記ＬＥＤの最大順電圧値−前記ＬＥＤの最小順電圧値）×前記ＬＥＤの直列数  で求められる電圧値のｋ倍となるよう設定すること、をさらに含むことを特徴とする、請求項１０または１１に記載のＬＥＤ駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という）の駆動回路、および駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
疑似白色ＬＥＤの出現と技術進歩に伴う発光効率の向上に伴い、ＬＥＤを光源に用いた照明装置の製品化に向けた各種試みがなされている。ＬＥＤを光源として用いることで、従来光源として多用されてきた白熱電球よりも、高いエネルギー効率を実現することができ、さらに装置の小型・軽量化や長寿命化が可能となる。
【０００３】
ＬＥＤは、電圧駆動される白熱電球と異なり、ＬＥＤに流れる電流を制御することにより、輝度や色調が調節される。そのため、白熱電球を光源とする照明装置の駆動回路とは異なる、ＬＥＤならではの駆動回路が必要となる。ＬＥＤの一般的な駆動回路としては、複数のＬＥＤと電流制限抵抗とを直列接続した直列回路を、複数並列接続して駆動する抵抗型駆動回路が知られている。この抵抗型駆動回路では、直列回路内のＬＥＤに定格電流が流れるよう、電流制限抵抗の値が設定される。
【０００４】
また、その他に、複数のＬＥＤと定電流回路とを直列接続してＬＥＤを定電流駆動する回路も知られている。特許文献１には、定電流回路を用いた駆動回路の一例が開示されている。特許文献１の駆動回路は、複数のＬＥＤと、ＬＥＤに定電流を流すための定電流ドライバが直列接続されたＬＥＤユニットを、複数並列接続して構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３１９５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＬＥＤを光源に用いることで様々なメリットがあるものの、ＬＥＤは半導体であるがゆえに、その電気的・光学的特性には個体差がある。そのため、製造された製品の良否判断のみを行ってそのまま使用すれば、個々の製品に輝度や色調の差異が生じてしまう。具体的には、ＬＥＤの順電圧（以下、「Ｖｆ」という）にはばらつきがあるため、上記の抵抗型駆動回路においては、直列回路内のＬＥＤを流れる電流にばらつきが生じ、列によって輝度の差異が生じたり、場合によっては駆動回路自体が動作しないこともある。このようなばらつきを抑えるために、使用するＬＥＤの特性を厳密に選別することも考えられるが、このような厳密な選別を行った場合には、生産性が低下し、製品原価の大幅な上昇を招く恐れがある。
【０００７】
また、特許文献１に記載されるように、定電流回路を用いてＬＥＤを列毎に駆動する場合は、上記のようなばらつきはほとんど問題なくなるが、ＬＥＤ列の数と同数の定電流回路が必要となる。特に、多数のＬＥＤを用いるＬＥＤ照明装置においては、ＬＥＤの列数の増加に伴う部品点数の増加が顕著であり、上記の場合と同様に製品原価の大幅な上昇を招く恐れがある。また、列内のいずれかのＬＥＤに障害が発生すると、列内の全てのＬＥＤが点灯しなくなってしまい、照明装置の輝度に影響を与えてしまう。ＬＥＤの列数を減らすために（すなわち定電流回路の数を減らすために）、ＬＥＤの直列数を増やした場合には、影響を受けるＬＥＤの数も多くなってしまう。
【０００８】
本発明は上記の課題を鑑みてなされたものであり、ＬＥＤ駆動回路における部品点数の削減を実現すると共に、ＬＥＤに障害が発生した場合の全体への影響を低く抑えることが可能なＬＥＤ駆動回路および駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明により、複数のＬＥＤと少なくとも１つの抵抗が直列接続されたＬＥＤ列と、ＬＥＤ列を複数並列接続したＬＥＤユニットと、ＬＥＤユニットを駆動するための電流を供給するＬＥＤ駆動部と、ＬＥＤ駆動部に流れる電流を所定の電流値に設定する機能部と、を備えることを特徴とする、ＬＥＤ駆動回路が提供される。
【００１０】
また、本発明により、複数のＬＥＤと少なくとも１つの抵抗が直列接続されたＬＥＤ列と、ＬＥＤ列を複数並列接続したＬＥＤユニットと、ＬＥＤユニットを複数直列接続したＬＥＤブロックと、ＬＥＤブロックを駆動するための電流を供給するＬＥＤ駆動部と、ＬＥＤ駆動部に流れる電流を所定の電流値に設定する機能部と、を備えることを特徴とする、ＬＥＤ駆動回路が提供される。
【００１１】
上記本発明の駆動回路における抵抗の値は、複数のＬＥＤ列に流れる電流の差を抑えるよう、ＬＥＤ列内の複数のＬＥＤの個体差による順電圧の差に基づいて設定されても良い。より具体的には、上記抵抗の値は、該抵抗による電圧降下値が、（ＬＥＤの最大順電圧値−ＬＥＤの最小順電圧値）×ＬＥＤの直列数  で求められる電圧値のｋ倍となるよう設定されても良い。また、上記ｋは、３から１０のいずれかに設定されることが好ましく、より好適にはｋは、５に設定されることが望ましい。
【００１２】
また、上記機能部は、帰還型定電流回路を備える構成であっても良い。
【００１３】
また、本発明のＬＥＤ駆動回路は、ＬＥＤ列における複数のＬＥＤが、それぞれ白色、青色、緑色、赤色ＬＥＤである、複数のＬＥＤユニットと、該複数のＬＥＤユニットをそれぞれ駆動するための電流を供給する複数のＬＥＤ駆動部と、複数のＬＥＤ駆動部に流れる電流を所定の電流値に設定する複数の機能部と、を備える構成としても良い。
【００１４】
また、赤色ＬＥＤを含むＬＥＤ列における赤色ＬＥＤの直列数は、その他の色のＬＥＤを含むＬＥＤ列におけるＬＥＤの直列数よりも多い構成としても良い。
【００１５】
さらに、本発明により、複数のＬＥＤと少なくとも１つの抵抗を直列接続したＬＥＤ列を、複数並列接続してＬＥＤユニットとすること、該ＬＥＤユニットを駆動するための電流を供給すること、ＬＥＤユニットに流れる電流を所定の電流値に設定すること、を含むことを特徴とする、ＬＥＤ駆動方法が提供される。
【００１６】
また、上記本発明のＬＥＤ駆動方法は、ＬＥＤユニットを複数直列接続してＬＥＤブロックとすること、該ＬＥＤブロックを駆動するための電流を供給すること、およびＬＥＤブロックに流れる電流を所定の電流値に設定すること、または、抵抗の値を、該抵抗による電圧降下値が、（ＬＥＤの最大順電圧値−ＬＥＤの最小順電圧値）×ＬＥＤの直列数  で求められる電圧値のｋ倍となるよう設定すること、を含んでも良い。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の駆動回路では、下記のような効果を得ることができる。
（１）直並列接続したＬＥＤをユニットまたはブロック毎に駆動するため、ＬＥＤを駆動するための回路の数を削減することができ、製品原価を抑えることが可能となる。
（２）複数のＬＥＤが直列接続されたＬＥＤ列内のＬＥＤの一つに障害が発生した場合も、並列接続されたその他のＬＥＤ列に対する影響が少ないため、装置全体への影響を低く抑えることができる。
（３）直並列接続したＬＥＤユニットをさらに任意数直列に、あるいは並列に、あるいは直並列に接続することで、容易にシステムの拡大が可能となる。
（４）使用するＬＥＤの特性を厳密に選別することなく、ＬＥＤの明るさのばらつきを抑えることが可能となるため、生産性の向上に寄与するとともに、製品原価の上昇を防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態におけるＬＥＤ駆動回路を示す回路図である。
【図２】実施形態におけるＬＥＤ駆動回路の応用例を示す回路図である。
【図３】実施形態におけるＬＥＤ駆動回路の具体例を示す回路図である。
【図４】図３のＬＥＤ駆動回路の応用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係るＬＥＤ駆動回路について説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態におけるＬＥＤ駆動回路１００を示す回路図である。図１に示されるように、本実施形態におけるＬＥＤ駆動回路１００は、複数のＬＥＤ１を含むＬＥＤユニット１０、ＬＥＤユニット１０を駆動するための電流を供給するＬＥＤ駆動部２０、およびＬＥＤ駆動部２０に流れる電流を所定の値に設定する電流制御部３０からなる。また、図１に示されるＶＤはＬＥＤ用電源、ＶＥは駆動部用電源である。
【００２１】
本実施形態では電流制御部３０として、帰還型定電流回路を用いる。詳しくは、電流制御部３０は、電流値を設定するための基準電圧設定部３５を備えている。基準電圧設定部３５は、可変抵抗Ｒｖを備えており、可変抵抗Ｒｖの値を変更することにより、基準電圧を変更することができる。すなわち、可変抵抗Ｒｖによって、ＬＥＤユニット１０に流す電流が所望の値となるよう設定される。また、電流制御部３０は、増幅器３１を備え、増幅器３１は、基準電圧設定部３５で設定される基準電圧を一方の入力とし、ＬＥＤユニット１０に接続されたＬＥＤ駆動部２０の電流値の情報を、帰還用抵抗Ｒｆ１およびＲｆ２からなる帰還回路を経由して他方の入力とする。
【００２２】
ＬＥＤ駆動部２０は、駆動用トランジスタＴｒを備え、駆動用トランジスタＴｒのエミッタにエミッタ抵抗Ｒｅが、ベースにベース抵抗Ｒｂがそれぞれ接続される。ＬＥＤユニット１０に流れた電流値の情報は、エミッタ抵抗Ｒｅに発生する電圧として検出される。そして、検出された電圧値を増幅器３１に入力することにより、ＬＥＤユニット１０に流れる電流が制御される。
【００２３】
ＬＥＤユニット１０は、複数のＬＥＤ１および１個の抵抗Ｒ１０が直列接続されたＬＥＤ列２が、複数、並列に接続されて構成される。ＬＥＤ列２内のＬＥＤ１の直列数およびＬＥＤ列２の並列数は２段以上であれば良く、装置に要求される輝度およびＬＥＤの数に基づいて適宜設定される。ただし、ＬＥＤ１の直列数および並列数を増やすことにより電源電圧値が高くなるため、安全性の観点からは、電源電圧値が所定の値以下（例えば５０〜６０Ｖ）となるよう、直列数および並列数を設定することが望ましい。
【００２４】
上述したように、ＬＥＤのＶｆ（順電圧）には、個体差によるばらつきがあるため、単純にＬＥＤを直並列に接続して定電流駆動を行った場合には、Ｖｆの合計値が最も少ないＬＥＤ列に電流が集中して流れてしまう。そして、これにより、一部のＬＥＤ列だけが明るく点灯する一方、一部のＬＥＤ列は殆ど光らない状態となってしまう。このような問題を防ぐため、本実施形態においては、抵抗Ｒ１０を各ＬＥＤ列２に挿入することで、各ＬＥＤ列２に流れる電流の差が発生するのを抑えている。
【００２５】
本実施形態の抵抗Ｒ１０の値は、次のように算出される。まず、ＬＥＤがｎ段直列接続された場合、各ＬＥＤ列２において、最大で（Ｖｆｍａｘ−Ｖｆｍｉｎ）×ｎの電圧の差が生じる。ここで、Ｖｆｍａｘは、ＬＥＤ１のＶｆの最大値であり、ＶｍｉｎはＬＥＤのＶｆの最小値である。そのため、直列接続する抵抗Ｒ１０の電圧降下値が上記電圧の差のｋ倍となるよう設定することにより、Ｖｆのばらつきを吸収することができる。ここで、ｋは、少なくとも３以上の値に設定することが望ましく、より大きく（例えば１０前後に）することで、ばらつきがほとんど無視できるようになる。ただし、ｋを大きく設定することにより、抵抗Ｒ１０による電圧の損失が大きくなることから、ばらつきの吸収と損失とのバランスを考慮し、ｋを５前後の値に設定することが最も望ましい。
【００２６】
上記のように、本実施形態では、直並列接続した複数のＬＥＤ１を含むＬＥＤユニット１０を、一つのＬＥＤ駆動部２０で駆動するため、列毎に定電流駆動を行う場合に比べ、駆動のための回路数を削減することができる。また、ＬＥＤ１のＶｆのばらつきを抵抗Ｒ１０によって吸収することにより、各ＬＥＤ列２に流れる電流の差を抑えることができ、明るさのばらつきを抑えることも可能となる。また、抵抗Ｒ１０によってＬＥＤ１のＶｆのばらつきを吸収することができるため、事前にＬＥＤを厳密に選別する必要もない。さらに、ＬＥＤ列内のいずれか一つのＬＥＤに障害が発生した場合も、障害が発生したＬＥＤが接続されるＬＥＤ列以外のＬＥＤ列に含まれるＬＥＤは、障害の影響を受けることなく点灯し続けるため、装置全体に対しての影響を低く抑えることができる。
【００２７】
また、本発明は、図１に示される回路構成に限定されるものではなく、図２に示されるＬＥＤ駆動回路１１０のように、複数のＬＥＤユニット１０を直列接続し、一つのブロックとしてＬＥＤ駆動部２０にて駆動することも可能である。このような構成とした場合には、図１のＬＥＤ駆動回路１００と同様の効果を有するとともに、より一層の部品点数の削減が可能となる。
【００２８】
また、図３は、本発明のより具体的なＬＥＤ駆動回路１２０を示す回路図である。図３に示すＬＥＤ駆動回路１２０は、複数の白色ＬＥＤ１Ｗが直並列接続された白色ＬＥＤユニット１０Ｗ、複数の青色ＬＥＤ１Ｂが直並列接続された青色ＬＥＤユニット１０Ｂ、複数の緑色ＬＥＤ１Ｇが直並列接続された緑色ＬＥＤユニット１０Ｇおよび複数の赤色ＬＥＤ１Ｒが直並列接続された赤色ＬＥＤユニット１０Ｒを駆動するための回路である。各ＬＥＤユニット１０Ｗ、１０Ｂ、１０Ｇおよび１０Ｒは、それぞれ、白色ＬＥＤ２５個、青色ＬＥおよび緑色ＬＥＤそれぞれ１０個、ならびに赤色ＬＥＤ１４個からなり、各ＬＥＤユニットの「ＬＥＤの直列数×ＬＥＤ列の並列数」は、それぞれ５×５、５×２、５×２、７×２となっている。
【００２９】
一般に、赤色ＬＥＤのＶｆは、その材質によりその他の色のＬＥＤのＶｆに比べて低い。そこで、図３のＬＥＤ駆動回路１２０では、各ＬＥＤユニットにおけるＶｆ値のバランスをとるために、赤色ＬＥＤの直列数がその他の色のＬＥＤの直列数（すなわち５段）に比べて多く（すなわち７段）設定されている。また、このように直列数の設定を行うことで、電流制御部３０において負担する無駄な電力についても削減することが可能となる。
【００３０】
各ＬＥＤユニット１０Ｗ、１０Ｂ、１０Ｇおよび１０Ｒは、白色ＬＥＤ駆動部２０Ｗ、青色ＬＥＤ駆動部２０Ｂ、緑色ＬＥＤ駆動部２０Ｇおよび赤色ＬＥＤ駆動部２０Ｒによってそれぞれ駆動され、電流制御部３０Ｗ、電流制御部３０Ｂ、電流制御部３０Ｇおよび電流制御部３０Ｒによって、色ごとに各ＬＥＤに供給される電流が設定される。また、各ＬＥＤユニット１０Ｗ、１０Ｂ、１０Ｇおよび１０Ｒにおける直列抵抗Ｒ１０Ｗ、Ｒ１０Ｂ、Ｒ１０Ｇ、Ｒ１０Ｒの値は、上記実施形態において説明したように、各色ＬＥＤのＶｆのばらつきを吸収できるような値に設定される。このような構成とした場合にも、図１のＬＥＤ駆動回路１００と同様の効果を有する。
【００３１】
さらに、図４は、図３に示されるＬＥＤ駆動回路１２０の応用例を示す図である。図４に示されるＬＥＤパッケージ２００は、図３に示される白色ＬＥＤユニット１０Ｗ、青色ＬＥＤユニット１０Ｂ、緑色ＬＥＤユニット１０Ｇおよび赤色ＬＥＤユニット１０Ｒが実装されるＬＥＤ基板である。また、制御部５００は、図３に示される白色ＬＥＤ駆動部２０Ｗ、青色ＬＥＤ駆動部２０Ｂ、緑色ＬＥＤ駆動部２０Ｇおよび赤色ＬＥＤ駆動部２０Ｒ、電流制御部３０Ｗ、３０Ｂ、３０Ｇおよび３０Ｒ、ＬＥＤ用電源ＶＤ、ならびに駆動部用電源ＶＥを含む駆動部である。
【００３２】
本応用例では、ＬＥＤパッケージ２００を４枚直列に接続したものを１ブロックとし、ブロック毎に制御部５００により駆動される。図４の例では、制御部５００により４つのブロック（１６枚のＬＥＤパッケージ２００）が駆動される。すなわち、制御部５００には、各ＬＥＤ駆動部２０Ｗ、２０Ｂ、２０Ｇおよび２０Ｒが、それぞれ４個ずつ備えられている。尚、ＬＥＤパッケージ２００の直列枚数は４枚に限定されるものではなく、システムに要求される輝度に応じて、より多いまたは少ない枚数を直列接続して１ブロックとすることも可能である。
【００３３】
このように、本発明では、ＬＥＤユニット単体において、多数のＬＥＤを安定してかつ電流のばらつきを低減しつつ駆動することが可能となる。そのため、ＬＥＤユニットを複数直列接続してブロックとして駆動した場合においても、ＬＥＤユニット単体の場合と同様に安定してかつばらつきを低減しつつ駆動することができる。そのため、ＬＥＤユニットの接続数を任意に増やすことにより、容易にシステムの拡大を実現することが可能となる。
【００３４】
以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態の具体的態様は、上記に説明したものに限定されず、特許請求の範囲の記載により表現された技術的思想の範囲内で任意に変更することができる。例えば、上記実施形態では、電流制御部３０として、帰還型定電流回路を用いる構成としたが、これに限定されるものではなく、その他の既知の回路を電流制御部として用いることが可能である。また、上記実施形態では、ＬＥＤ列２において１個の抵抗Ｒ１０を直列接続する構成としたが、２個以上の抵抗Ｒ１０を直列または並列接続する構成としても良い。
【符号の説明】
【００３５】
１  ＬＥＤ
２  ＬＥＤ列
Ｒ１０  抵抗
１０  ＬＥＤユニット
２０  ＬＥＤ駆動部
３０  電流制御部
３１  増幅器
３５  基準電圧設定部
１００  ＬＥＤ駆動回路
【図１】
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【図２】
2012253285.tif 000004
【図３】
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【図４】
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