(57)【要約】【課題】本発明はＬＥＤ駆動装置に関する。【解決手段】少なくとも１つのＬＥＤを備える発光部と、外部電源から印加された交流電圧を整流する整流部と、上記発光部に駆動電源を供給し、上記発光部の出力端と接続されるインダクターを含む電源供給部と、上記整流部から出力された電圧が印加されて上記整流部から出力された電圧に比例する基準電圧を生成し、上記基準電圧と上記インダクターに流れる電流を検出して生成された入力電圧を比較して、電圧が互いに一致した時点でスイッチをオフにし上記インダクターに流れる電流のピークを連結する波形が、上記入力電圧が示す波形と比例するようにスイッチをオン／オフ制御するスイッチ制御部と、上記スイッチ制御部と接続されて上記発光部に入力される電源を制御するスイッチとを含むＬＥＤ駆動装置を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのＬＥＤを備える発光部と、
外部電源から印加された交流電圧を整流する整流部と、
前記発光部に駆動電源を供給し、前記発光部の出力端と接続されるインダクターを含む電源供給部と、
前記電源供給部と接続されて、前記発光部に入力される電流を制御するスイッチと、
前記スイッチと接続されて、前記整流部から出力された電圧が印加されて当該電圧に比例する基準電圧を生成し、前記インダクターに流れる電流を検出して生成された入力電圧と前記基準電圧とを比較して、当該入力電圧と当該基準電圧とが一致した時点で前記スイッチをオフにし、前記スイッチがオンの期間の前記インダクターに流れる電流のピークを連結した波形が、前記基準電圧の波形と比例するように前記スイッチをオン／オフ制御するスイッチ制御部と
を含むＬＥＤ駆動装置。
【請求項２】
前記スイッチ制御部は、前記整流部の出力端に直列に接続された複数の抵抗を備え、前記複数の抵抗を通して電圧分配された基準電圧を生成することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項３】
前記整流部の出力端と接続され、前記複数の抵抗と並列に接続された積層セラミックキャパシター（ＭＬＣＣ）またはフィルムキャパシターをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項４】
前記電源供給部は、ダイオード、インダクター及びキャパシターで構成されたことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項５】
前記スイッチと直列に接続された電流検出部をさらに含み、前記電流検出部は、前記インダクターに流れる電流を検出して前記スイッチ制御部に入力される入力信号を生成することを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項６】
前記電流検出部は、一端が前記スイッチと接続され、他端が整流部のマイナス側と接続される抵抗を含むことを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項７】
前記スイッチ制御部は、前記基準電圧の入力端に接続されたツェナーダイオードをさらに含むことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項８】
前記発光部は複数のＬＥＤを含み、
前記複数のＬＥＤは直列接続、並列接続及び直列と並列の接続が混用された形態のうち少なくとも何れか１つの電気的接続構造を有することを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載のＬＥＤ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力率の改善が可能で、トライアック調光器に対応可能な非絶縁型のステップダウンＡＣ−ＤＣコンバータＬＥＤ駆動装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
発光素子（ＬＥＤ，Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ）とは、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＧａＩｎＰなどの化合物半導体（ｃｏｍｐｏｕｎｄ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）材料の変更により発光源を構成することによって、多様な色の光を具現できる半導体素子のことをいう。このような発光素子は、優れた単色性ピーク波長を有し、光効率性に優れ、小型化が可能であるという長所と、環境にやさしく低消費という観点からＴＶ、パソコン、照明、自動車などの様々な分野で広く使用されており、その活用分野も拡大されつつある。
【０００３】
このようなＬＥＤモジュールを駆動するためには、入力交流電圧を直流電圧に変換するためのＡＣ−ＤＣ変換器と、変換された直流電圧をＬＥＤモジュールの駆動に適する電流に変換して供給するＤＣ−ＤＣ変換器がＬＥＤモジュールと接続される。例えば、入力電圧がＬＥＤ電圧より高い場合に使用される降圧型（バック；Ｂｕｃｋ）変換器、入力電圧がＬＥＤ電圧より低い場合に使用される昇圧型（ブースト；Ｂｏｏｓｔ）変換器、入力電圧がＬＥＤ電圧より高いかまたは低い場合に使用される昇降圧型のバックブースト（Ｂｕｃｋ−Ｂｏｏｓｔ）変換器などを使用することができる。
【０００４】
比較的低コストで、力率を改善できるＬＥＤ駆動回路には、従来のＰＦＣフライバック（Ｆｌｙｂａｃｋ）方式がある。しかしながら、この方式は２次側から１次側にＬＥＤの電流情報を伝達するためのフォトカプラー（Ｐｈｏｔｏ  Ｃｏｕｐｌｅｒ）と、１次側から２次側に電力を供給するためのトランスフォーマー（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）を必要とするため、回路の小型化が困難であるという問題がある。
【０００５】
また、従来の力率改善回路は、一定の電流を供給するために１００Ｈｚ〜１２０Ｈｚの周波数変化に応答しないように、フィードバックの帯域を１０Ｈｚ〜２０Ｈｚ以下に設定しているため、応答が非常に遅く、トライアック調光器対応を難しくしている要因となる。従来の力率改善回路は、回路起動時にブリッジダイオードを使って商用電源を整流した後の電圧からブリーダー（Ｂｌｅｅｄｅｒ）抵抗を通して電源を供給しているものが一般的である。しかし、この際、トライアック調光器で、輝度を低くした場合には電圧も下がるため、フリッカー（Ｆｌｉｃｋｅｒｉｎｇ）現象が発生し、あるいは、点灯に長い時間がかかったり、点灯しない等の問題が発生する原因となる。また、トランスフォーマーは、基本的に標準部品がないため、開発コストと開発時間が多く必要になるという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一目的は、非絶縁型の簡単な回路構造により力率の改善が可能で、トライアック調光器に対応でき、経済的で小型化が可能なＬＥＤ駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面は、少なくとも１つのＬＥＤを備える発光部と、外部電源から印加された交流電圧を整流する整流部と、上記発光部に駆動電源を供給し、上記発光部の出力端と接続されるインダクターを含む電源供給部と、上記整流部から出力された電圧が印加されて上記整流部から出力された電圧に比例する基準電圧を生成し、上記基準電圧と上記インダクターに流れる電流を検出して生成された入力電圧を比較して、電圧が互いに一致した時点でスイッチをオフにし上記インダクターに流れる電流のピークを連結する波形が、上記入力電圧が示す波形と比例するようにスイッチをオン／オフ制御するスイッチ制御部と、上記スイッチ制御部と接続されて上記発光部に入力される電源を制御するスイッチとを含むＬＥＤ駆動装置を提供する。
【０００８】
本発明の一実施例において、上記スイッチ制御部は、上記整流部の出力端に直列に接続された複数の抵抗を備え、上記複数の抵抗を通して電圧分配された基準電圧を生成することができる。
【０００９】
この場合、上記整流部の出力端と接続され、上記複数の抵抗と並列に接続された積層セラミックキャパシター（ＭＬＣＣ）またはフィルムキャパシター（ｆｉｌｍ  ｃａｐａｃｉｔｏｒ）をさらに含むことができる。
【００１０】
本発明の一実施例において、上記電源供給部は、ダイオード、インダクター及びキャパシターで構成されることができる。
【００１１】
この場合、上記スイッチと直列に接続された電流検出部をさらに含み、上記電流検出部は、上記インダクターに流れる電流を検出して上記スイッチ制御部の入力信号を生成することができる。
【００１２】
また、上記電流検出部は、一端が上記スイッチと接続され、他端が整流部のマイナス側と接続される抵抗を含むことができる。
【００１３】
本発明の一実施例において、上記スイッチ制御部は、上記基準電圧入力端に接続されたツェナーダイオードをさらに含むことができる。
【００１４】
本発明の一実施例において、上記発光部は複数のＬＥＤを含み、上記複数のＬＥＤは直列接続、並列接続及び直列と並列の接続が混用された形態のうち少なくとも何れか１つの電気的接続構造を有することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一実施形態によるＬＥＤ駆動装置によると、非絶縁型の簡単な回路により力率を改善できるＬＥＤ駆動装置を提供することができる。
【００１６】
また、回路の構成が簡単なため装置の小型化が可能であり、使用部品数を減らして、より経済的で効率の良いＬＥＤ駆動装置を提供することができ、かつ、応答時間が非常に速くて瞬間的であることから、トライアック調光器（Ｔｒｉａｃ  Ｄｉｍｍｅｒ）に対応できるＬＥＤ駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態によるＬＥＤ駆動装置の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態によるＬＥＤ駆動装置の回路図である。
【図３】本発明の一実施形態によるＬＥＤ駆動装置のスイッチがオン（ｏｎ）状態のときの電流の流れを示す図面である。
【図４】本発明の一実施形態によるＬＥＤ駆動装置のスイッチがオフ（ｏｆｆ）状態のときの電流の流れを示す図面である。
【図５】本発明の一実施形態によるスイッチ制御部内の制御回路を示す図面である。
【図６】本発明の一実施形態によるスイッチ制御部の制御回路に入力される電圧波形とＩ１（＝Ｉｄ）とゲート波形を示す。
【図７】本発明の他の実施形態によるＬＥＤ駆動装置の回路図である。
【図８】クランプがない場合の基準電圧波形の概略図である。
【図９】クランプ設定時の基準電圧波形の概略図である。
【図１０】本発明の一実施形態によるＬＥＤの電流波形を示す。
【図１１】本発明の一実施形態によるＬＥＤの電流波形を示す。
【図１２】本発明の一実施形態によるＬＥＤ駆動装置をトライアック調光器に適用する場合のＬＥＤの電流波形を示す。
【図１３】本発明のさらに他の実施形態によるＬＥＤ駆動装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付の図面を参考して、本発明のより好ましい実施形態を説明する。
【００１９】
しかし、本発明の実施形態は、様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲が以下で説明する実施形態のみに限定されるわけではない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野において通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。従って、図面における構成要素の形状及びサイズなどは、より明確な説明のために誇張することもあり、図面上において同一の符号で示される構成要素は同一の構成要素である。
【００２０】
図１は本発明の一実施形態によるＬＥＤ駆動装置の構成図である。また、図２は本発明の一実施形態によるＬＥＤ駆動装置の回路図である。図１及び図２を参照すると、一端が外部から供給される交流電源と接続され、他端がスイッチ制御部２０と接続される整流部１０、上記整流部１０から整流された電圧が供給されるスイッチ制御部２０、上記スイッチ制御部２０と接続されて動作が制御されるスイッチＱ１、上記スイッチＱ１と接続された電源供給部３０及び上記電源供給部３０から複数のＬＥＤ４１を駆動するための電源の伝達を受けて光を放出する発光部４０からなることができる。この際、上記スイッチ制御部２０は第３抵抗Ｒ３から入力された電圧と基準電圧を比較してスイッチＱ１の制御信号を出力する制御回路Ｕを含むことができる。また、図２に示すように、上記整流部１０の後段で上記スイッチ制御部２０と並列に接続される小容量のキャパシターＣ１、例えば、ＭＬＣＣまたはフィルムキャパシターをさらに含むことができる。
【００２１】
整流部１０の一端は外部電源Ｖｉｎと接続され、他端はスイッチ制御部２０と接続されている。上記外部電源Ｖｉｎは、例えば１００ＶＡＣまたは、２２０ＶＡＣの商用交流電源であることができ、図２に示すように、整流器１０としてブリッジダイオードが適用された場合、入力交流電圧は全波整流された電圧Ｖ１を出力するようになる。上記整流部１０から整流された電圧Ｖ１はスイッチ制御部２０に入力され、スイッチ制御部２０によりスイッチＱ１を制御し、発光部４０に電流を適切に供給することができる。
【００２２】
上記電源供給部３０はその一端がスイッチＱ１と接続され、他端が発光部４０と接続されており、上記スイッチＱ１により制御されることで出力される電流を発光部４０に供給する。上記電源供給部３０はダイオードＤ１、インダクターＬ及びキャパシターＣ２で構成されることができ、降圧型（Ｂｕｃｋ）コンバータと同じ構造を有する。
【００２３】
上記電源供給部３０を構成するキャパシターＣ２と並列に接続された発光部４０は、少なくとも１つのＬＥＤを含む光源であり、多様な個数と電気的接続関係を有するＬＥＤを含むことができる。図２では上記発光部４０を構成する複数のＬＥＤが直列に接続された形態で示されたが、上記発光部４０はＬＥＤを適用するアプリケーションによって、直列接続または並列接続、または直列と並列の接続が混用された形態の電気的接続構造で接続された複数のＬＥＤを含むことができる。
【００２４】
上記スイッチ制御部２０は、一端が整流部１０の出力端と接続され、他端がスイッチＱ１と接続されており、上記スイッチＱ１により発光部４０に入力される電流を制御する。上記スイッチ制御部２０内の制御回路Ｕは整流部１０で変換された電圧を分配して基準電圧Ｖｒｅｆを受ける。図１を参照すると、上記基準電圧Ｖｒｅｆは全波整流された電圧Ｖ１を第１及び第２の抵抗Ｒ１、Ｒ２を用いて電圧分配することで生成されることができる。上記スイッチ制御部２０内の制御回路Ｕは、生成された基準電圧ＶｒｅｆとインダクターＬに流れる電流により測定された電圧（ＩＬ×Ｒ３）を比較してゲートに出力することで、上記スイッチＱ１をオン／オフ（ｏｎ／ｏｆｆ）制御することができる。インダクターＬに流れる電流は、スイッチＱ１と直列に接続された電流検出部（図示省略）に検出される。電流検出部は、インダクターＬに流れた電流を検出して、スイッチ制御部２０へ入力される入力信号を生成する。また、電流検出部は、一端がスイッチＱ１と接続され、他端が整流部１０のマイナス側と接続される第３抵抗Ｒ３を含んでいる。
【００２５】
図３は本発明の一実施形態によるＬＥＤ駆動装置のスイッチがオン（ｏｎ）状態のときの電流の流れを示す図面であり、図４は本発明の一実施形態によるＬＥＤ駆動装置のスイッチがオフ（ｏｆｆ）状態のときの電流の流れを示す図面である。先ず、図３を参照すると、スイッチがオンのときに、上記整流部１０から整流された電圧Ｖ１により発光部４０側に流れる電流Ｉ１が発光部４０を経て上記電源供給部３０を構成するインダクターＬとスイッチＱ１を順に通過するようになる。この際、上記発光部４０を通過する電流をＩｆとし、上記インダクターＬ及びスイッチＱ１を通過する電流をＩｄとするとき、上記整流された電圧Ｖ１による電流Ｉ１はＩｄと同じ値を有するようになる。即ち、スイッチがオンのとき、Ｉ１＝Ｉｄを満たす。
【００２６】
ＩｆはＣ２によりインダクターＬに流れる電流が平滑化された波形を示す。平均値で見ると、インダクターＬに流れる電流ＩｄとＩｆは等しい。スイッチング周波数は、例えば、１００ｋＨｚのように高周波数であるため、第２キャパシターＣ２は小容量であってもＩｆを平滑化することができる。このように小容量のＭＬＣＣが適用され得るが、１２０Ｈｚ（または１００Ｈｚ）成分は平滑化されず、Ｉｆのリップル（ｒｉｐｐｌｅ）成分として残る。本実施形態によるＬＥＤ駆動装置は、アルミ（Ａｌｕｍｉ）電解キャパシターを必要としないためＬＥＤ駆動装置の寿命を延長する効果が得られる。
【００２７】
次いで、図４を参照すると、スイッチＱ１が一時的にオフになる場合、スイッチＱ１がオンのときに上記電源供給部３０内のインダクターＬに保存された磁気電源供給部により上記電源供給部３０及び発光部４０に電流Ｉｆが流れる。即ち、矢印で示すように、上記発光部４０を構成する複数のＬＥＤ４１を介して流れる電流Ｉｆが上記電源供給部３０のインダクターＬ及びダイオードＤ１を通過する。この際、上記Ｉ１とＩｄに流れる電流はいずれも０になる。即ち、図３及び図４に示すように、スイッチのオン／オフ状態に関わらず、上記整流部１０から出力された電圧Ｖ１により上記発光部４０に向かって流れる電流Ｉ１は上記スイッチＱ１に流れる電流Ｉｄと同じ大きさであることが分かる。（Ｉ１＝Ｉｄ）
【００２８】
図５は本発明の一実施形態によるスイッチ制御部２０内の制御回路Ｕを示す図面である。図５を参照すると、上記制御回路Ｕは上記整流部１０から出力された電圧Ｖ１から得られた基準電圧Ｖｒｅｆと第３抵抗Ｒ３の両端に加わる電圧ＶＩＬを比較して、基準電圧Ｖｒｅｆが上記第３抵抗Ｒ３に加わる電圧ＶＩＬより大きい状態でゲートＧＡＴＥをハイ（Ｈ）にしてスイッチＱ１をオンにし、基準電圧Ｖｒｅｆが上記第３抵抗Ｒ３に加わる電圧ＶＩＬより小さいか、または同じ場合は、次のＳＥＴ信号がハイ（Ｈ）になるまでゲートにロー（Ｌ）状態を維持させ、スイッチＱ１をオフにすることができる。この際、上記基準電圧Ｖｒｅｆは上記整流部１０から出力された電圧Ｖ１から決定される。
【００２９】
図３を参照すると、上記整流部１０から出力された電圧Ｖ１が第１及び第２の抵抗Ｒ１、Ｒ２により分配されて上記制御回路Ｕに入力されるが、上記第１及び第２の抵抗Ｒ１、Ｒ２は直列に接続されているため、上記基準電圧Ｖｒｅｆ値は、
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を満たすようになる。従って、上記基準電圧Ｖｒｅｆの波形は上記整流部１０から整流された出力電圧Ｖ１の波形と比較して、その大きさが小さく、類似する形態の相似形の波形を有するようになる。但し、図５は本発明の一実施形態による制御回路Ｕの論理回路図であり、制御回路Ｕの内部の論理回路は多様に変形できる。
【００３０】
図６は本発明の一実施形態によるスイッチ制御部２０の制御回路Ｕに入力される電圧波形を示す。図６の上部に示す図面を参照すると、上記制御回路Ｕに入力される基準電圧Ｖｒｅｆは、上述したように、上記整流部１０から全波整流されて出力された電圧Ｖ１と同じ形態の波形を示し、上記スイッチＱ１により制御され、スイッチがオンのときにのみ出力を生成する制御回路Ｕのさらに他の電圧ＶＩＬのピーク（ｐｅａｋ）もこれと類似した波形を示すようになる。この際、上記整流部１０から上記電源供給部３０に向かって流れる電流Ｉ１はスイッチを通過する電流Ｉｄと同じ大きさを有し（Ｉ１＝Ｉｄ）、
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を満たすため、Ｉ１はＶＩＬに比例する。従って、Ｉ１のピークを連結する波形もＶｒｅｆ、Ｖ１と類似する形態を有するようになる。図６の下部に示す図面はＶＩＬの波形の一部を拡大した図面である。この場合、Ｉ１はＶＩＬに比例するため、ここでは図６の下部に示す波形をＩ１の波形と見なす。
【００３１】
図６の下部に示す波形を参照すると、上記制御回路Ｕにより制御されるスイッチＱ１がオンになる時間をＴｏｎ、スイッチＱ１がオフになる時間をＴｏｆｆとする時、Ｔｏｆｆ＝ｋ＊Ｔｏｎ（ｋ＝定数）とする。この際、Ｉ１の平均を求めると、Ｔという時間のうちＴｏｎの間だけＩ１値が存在し、Ｔｏｎの間にＩ１の平均値はピーク電流であるＩｐの１／２になるため、Ｉ１の平均値は
2012114410.tif 000005
を満たすようになり、よって、Ｉ１の平均はＩｐに比例することが分かる。即ち、Ｔｏｆｆ＝ｋ＊ＴｏｎになるようＴｏｆｆの時間を制御することで、Ｉ１の平均値もＩｐと類似する波形を示すようになる。
【００３２】
本実施形態の場合、Ｔｏｎは定められた値ではなく、上記電源供給部３０を構成するインダクターＬに流れる電流により決定される。Ｔｏｆｆは多様な方法により決定されることができ、例えば、スイッチや電流源を用いたり、発光部４０に加わる電圧Ｖｆが整流部１０から整流された電圧Ｖ１ピークより極めて小さい場合、外部の抵抗を通して独立に調整してＴｏｆｆを一定時間に制御しても、近似的にほぼ同一効果を得ることができ、力率を改善できる。
【００３３】
具体的には、整流部１０の後段に小容量のキャパシター（Ｆｉｌｍ  ｃａｐａｃｉｔｏｒまたは、ＭＬＣＣ）を使用するため、整流部１０により整流された電圧Ｖ１は全波整流された波形とほぼ同一である。従来の降圧型コンバータ（Ｂｕｃｋ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）は整流部１０の後段に大容量のアルミ電解キャパシターを使用して全波整流された波形のリップルを小さくしているが、高容量キャパシターにより力率が悪くなる。また、高容量のアルミ電解キャパシターを使用する場合、ＬＥＤ駆動回路の寿命が低下する問題が発生するが、本発明はこのような問題を解決することができる。
【００３４】
本実施形態によると、整流部１０により整流された電圧Ｖ１に比例する電圧を基準電圧Ｖｒｅｆとし、スイッチＱ１がオンのときに電源供給部３０を構成するインダクターＬに流れる電流に比例する電圧（Ｉｄ×Ｒ３）を比較し、一致したタイミング（ｔｉｍｉｎｇ）でスイッチＱ１をオフすることで、上記インダクターＬに流れる電流のピークを連結した波形（ｅｎｖｅｌｏｐｅ）を全波整流された波形に比例させる。一致したタイミングでスイッチＱ１をオフすることは集積回路ＩＣの特性であり、従来から用いられていたが、従来の降圧型コンバータにおいて基準電圧Ｖｒｅｆが時間的に変化せず一定である点で本発明とは異なる。従って、従来はインダクターＬの電流ピークが示される波形も一定になり、力率を改善する効果が得られなかった。
【００３５】
スイッチ制御部２０ではＴｏｆｆ＝ｋ＊Ｔｏｎを満たすように制御し、上記整流部１０から整流された電圧Ｖ１により発光部４０側に流れる電流Ｉ１も上記整流部１０から整流された電圧Ｖ１の波形に比例するようになるため、力率が改善され得る。従来は、スイッチ制御の方式を「Ｔ＝Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ＝一定」にすることが一般的であり、試作に使用したＩＣは「Ｔｏｆｆ＝一定」であるが、本実施形態では、ＬＥＤを含む発光部４０の駆動電圧Ｖｆが整流された電圧Ｖ１のピークに比べて非常に小さい場合は近似でＴｏｆｆ＝ｋ＊Ｔｏｎと等価に近い状態になる。このように、Ｔｏｆｆ＝ｋ＊Ｔｏｎにすれば、さらに精度良く、力率が改善できる。
【００３６】
即ち、本発明の一実施形態によると、上記電源供給部３０を構成するインダクターＬに流れる電流のピークを連結した波形を、整流部１０から出力された電圧Ｖ１の波形に一致させることで発光部４０に流れる電流は入力電圧と同じ形態を有するようになり、力率を改善できる。また、トランスフォーマーを含まない非絶縁型回路により力率の改善が可能であるため、回路構成が簡単で装置の小型化が可能であり、ＬＥＤの電流情報を２次側から１次側に絶縁された状態で伝達するためのフォトカプラーを用いてフィードバックすることで力率を改善するフライバックコンバータに比べて使用部品数を減らして、より経済的で効率の良いＡＣ−ＤＣコンバータを提供することができる。
【００３７】
従来のＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ  Ｆａｃｔｏｒ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路、即ち、力率改善回路は、力率を改善するために１００Ｈｚまたは１２０Ｈｚに応答しないようにフィードバックループ（Ｆｅｅｄｂａｃｋ  ｌｏｏｐ）の帯域が約１０Ｈｚ〜２０Ｈｚ以下であり、応答速度が遅い。また、電圧印加の初期にブリーダー抵抗（Ｂｌｅｅｄｅｒ  ｒｅｓｉｓｔｏｒ）から制御回路に電源を供給する構造からなるため、トライアック調光器対応が難しいという問題がある。トライアック調光器とは、電流の供給を調節して使用者の便宜に適うように明るさを設定するデバイスのことで、従来の一般的な照明製品は、ＬＥＤ照明に換える場合、トライアックの動作特性上ＬＥＤの明るさを低くしたときにフリッカー（ｆｌｉｃｋｅｒ）現象が発生したり、回路が駆動しなかったり、駆動に長時間かかる問題があったため、既存のトライアック調光器に接続された照明器具をＬＥＤに換えることが困難であった。
【００３８】
しかし、本実施形態では、制御回路ＵによりインダクターＬに流れる電流ＩＬにより測定された電圧と基準電圧Ｖｒｅｆを比較してスイッチのオン／オフ時間を決定し、上記インダクターＬの電流検出は第３抵抗Ｒ３だけで可能であるため、回路の構成が簡単になる。また、本実施形態によると、応答時間がマイクロ秒（ｍｉｃｒｏｓｅｃ）単位またはそれ以下であり、応答が非常に速くて瞬間的である。よって、トライアック調光器とのマッチング性も優れる。
【００３９】
本発明の一実施形態において、上記制御回路Ｕの内部ではクランプレベル（ｃｌａｍｐ  ｌｅｖｅｌ）を設定することができる。図７は本発明の他の実施形態による回路図である。図７を参照すると、制御回路Ｕの内部でクランプレベルを設定するためのツェナーダイオードＤｚをさらに含むことができる。上記ツェナーダイオードＤｚの一端は整流部のマイナス側と接続され、他端は基準電圧Ｖｒｅｆ及び制御回路Ｕと接続されることができる。上記ツェナーダイオードＤｚは逆方向に一定値以上の降伏電圧が加わると、逆方向に電流が流れるようになる。即ち、上記ツェナーダイオードＤｚのツェナー電圧Ｖｚ以上の電圧が加わると、逆方向に電流が流れるようになり、上記制御回路Ｕ内の比較器にクランプレベル以下の値のみが入力され得る。一方、図７では、説明の便宜上、入力部の比較器以外の回路は省略した。
【００４０】
具体的には、上記ツェナーダイオードＤｚのツェナー電圧をＶｚとするとき、
2012114410.tif 000006
である時
2012114410.tif 000007
になり、
2012114410.tif 000008
である時
2012114410.tif 000009
になり、基準電圧ＶｒｅｆはＶｚにクランプされる。この際、Ｖｚは、入力電圧とは無関係に一定の値を有するため、入力電源の変動に対する発光部４０のレギュレーション（ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ）を改善することができる。このとき、クランプする電圧の大きさ及びクランプするか否かは第１及び第２の抵抗Ｒ１、Ｒ２の大きさを調節することで制御できる。例えば、
2012114410.tif 000010
になるように設定すると、基準電圧Ｖｒｅｆは常にツェナー電圧Ｖｚより小さい値を有するためクランプ作用をしなくなる。クランプレベルを設定しない場合は、入力電源の電圧変動が発光部４０に流れる電流Ｉｆにそのまま反映されるが、この場合でも、実用的な目的として大きく問題にならない範囲内の変動に該当する。
【００４１】
しかし、Ｉｆレギュレーションを改善しようとする場合、制御回路Ｕの内部でクランプレベルを設定することができる。上記クランプレベルは、入力電圧Vinの電源電圧変動とは無関係な基準電圧Ｖｒｅｆから定められるため、Ｉｆレギュレーションを改善し得る。また、クランプレベルを設定しない場合、発光部４０に流れる電流ＩｆのピークがＬＥＤの絶対最大定格電流を超えると、発光部４０に並列に大容量のアルミ電解キャパシターを配置して電流Ｉｆのリップルを減少させなければならないが、クランプレベルを設定する場合、同一の平均電流Ｉｆ（ａｖｅｒａｇｅ）に対してもピークレベル（ｐｅａｋ  ｌｅｖｅｌ）が減少するためＩｆピーク値がＬＥＤの絶対最大定格以下になるように小容量のＭＬＣＣを使うことができるため、回路の小型化及び経済的に有利である。
【００４２】
一方、発光部４０を構成するＬＥＤ４１に流れる電流Ｉｆの大きさは第３抵抗Ｒ３により制御できる。即ち、第３抵抗Ｒ３の値を大きくすると、ＬＥＤに流れる電流Ｉｆは小さくなり、第３抵抗Ｒ３の値を小さくすると、ＬＥＤに流れる電流Ｉｆは大きくなる。この際、電源供給部３０を構成するインダクターＬに流れる電流ＩＬは電源供給部３０を構成する第２キャパシターＣ２により平滑化されて発光部４０に供給されるため、上記発光部４０に流れる電流ＩｆはインダクターＬに流れる電流より滑らかな電流波形を示すようになる。
【００４３】
図８は、クランプがない場合の基準電圧とインダクターＬに流れる電流ＩＬの波形の概略図である。ＩＬはＶｒｅｆとの関係を示すために、ここではＩＬ×Ｒ３で演算して、電圧単位に変換した。ここで、インダクターＬに流れる電流ＩＬは、Ｑ１のｏｆｆ期間が図６のＩ１とＩｄの波形とは異なる。上述したように、
2012114410.tif 000011
になるように第１及び第２の抵抗Ｒ１、Ｒ２の値を設定すると、クランプ作用はしなくなる。従って、図８に示すように、基準電圧Ｖｒｅｆは
2012114410.tif 000012
になるため、整流部１０から整流された電圧Ｖ１に比べて大きさのみ異なるだけで、形態は類似した波形を示すようになる。また、上記スイッチ制御部２０に入力される電圧はＩＬ×Ｒ３になり、（スイッチＱ１がオンのときにＩｄ＝ＩＬ、スイッチＱ１がオフのときにＩｄ＝０）、そのピークは基準電圧Ｖｒｅｆと同じ形態の波形を有する。但し、図８では説明の便宜上、基準電圧Ｖｒｅｆの１周期Ｔ０当たりの電圧ＩＬ×Ｒ３は６パルス（ｐｕｌｓｅ）のみを示したが、実際に基準電圧Ｖｒｅｆと電圧ＩＬ×Ｒ３の周期Ｔを、例えば、
2012114410.tif 000013
とすると、基準電圧Ｖｒｅｆの１周期当たりの電圧ＩＬ×Ｒ３のパルスは、電源周波数が５０Ｈｚであるときに１０００個になる。
【００４４】
図９は、クランプ設定時の基準電圧とインダクターに流れる電流ＩＬの波形の概略図である。即ち、
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になるように第１及び第２の抵抗Ｒ１、Ｒ２を設定した場合に該当する。図９を参照すると、
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を満たす区間で
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になり、
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を満たす区間で
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になる。図９に示す波形も、図８と同様に説明の便宜上波形の形態を簡略に示したもので、実際にＩＬの波形はＶ１＜Ｖｆの区間（Ｖ１が０になる付近）で整流部１０のダイオードによりＩＬ＝０になるが、電流全体に比べて小さい部分を占めるため力率に及ぼす影響は少ない。また、図１及び図２に示すように、整流部１０とスイッチ制御部２０の間、第１及び第２の抵抗Ｒ１、Ｒ２と並列に接続された小容量のキャパシターＣ１が配置されることができるため、上記インダクターＬに流れる電流ＩＬが０になる区間で、全波整流された電圧Ｖ１は発光部４０に加わる電圧Ｖｆにクランプされることができる。
【００４５】
図１０及び図１１は本発明の一実施形態による電流波形を示す。具体的には、図２に示すＬＥＤ駆動装置１００において、複数のＬＥＤ４１を含む発光部４０の電流Ｉｆの波形を示す。この際、スイッチのＴｏｎは入力電圧ＶｒｅｆとインダクターＬに流れる電流ＩＬを検出して測定された電圧ＶＩＬを比較して決定され、Ｔｏｆｆは一定である。また、制御回路Ｕの内部にツェナーダイオードＤｚを用いてクランプレベルを設定した。先ず、図１０を参照すると、入力外部電源はＡＣ１００Ｖ、５０Ｈｚであり、発光部４０を構成する複数のＬＥＤ４１を通過する電流Ｉｆの平均は２３９ｍＡ、上記ＬＥＤ４１に加わる電圧Ｖｆは２５．８Ｖである。図１０に示すように、電流クランプ部分は、回路に理想的でない部分があり、僅かな変化を示すが、大体一定であることが分かる。本実施形態によると、回路効率は８７．５％、交流入力外部電源（ＡＣ１００Ｖ）が＋／−１０％変化する場合に、ＬＥＤを通過する電流Ｉｆの平均レギュレーションは＋６．４％から−７．５％になり、力率ＰＦは０．９１以上である。
【００４６】
図１１は、図１０に示す実施形態において、クランプレベルのみを変更した電流波形を示す。即ち、図１０に示す実施形態と同様に、入力外部電源はＡＣ１００Ｖ、５０Ｈｚ、発光部４０に流れる電流Ｉｆの平均は２４０ｍＡ、発光部４０に加わる電圧Ｖｆは２５．９Ｖに設定した。本実施形態によると、回路効率は８８．３％、交流入力電源（ＡＣ１００Ｖ）が＋／−１０％変動する場合、ＬＥＤに流れる電流Ｉｆの平均レギュレーションは＋４．２％から−４．７％になる。即ち、図１０に示す実施形態と比較すると、ＬＥＤに流れる電流Ｉｆのレギュレーションが改善されたことが分かる。但し、力率ＰＦが０．８１以上とやや低いが、高調波電流に対するＥＭＩ規格ＥＮ６１０００−３−２（２５Ｗ以下）で検証すると、電源電流の３次高調波は５０％（規格は８６％以下）、５次高調波は２３％（規格は６１％以下）と、実用上の規格を十分に満たす。
【００４７】
図１２は、本発明の一実施形態によるＬＥＤ駆動装置をトライアック調光器に適用する場合の電流波形を示す。図１２（ａ）はトライアック調光器に適用しない状態の電流波形であり、図１２（ｂ）はトライアック調光器に適用した後の電流波形を示す。図１２（ｂ）の緑色波形はトライアック調光器対応時に発光部４０に流れる電流Ｉｆを示し、赤色波形はトライアック調光器の出力電圧を示す。本発明の一実施形態によると、ブリッジダイオードで構成された整流部１０の前端に抵抗とキャパシターを追加するだけで簡単にトライアック調光器に対応可能なＬＥＤ駆動回路を提供することができる。
【００４８】
図１３は本発明のさらに他の実施形態によるＬＥＤ駆動装置の電流の流れを示す図面である。前述した実施形態では、基本的に電圧供給部３０を降圧型コンバータと想定しているため、Ｖ１＜Ｖｆの区間でＩｆ＝０になり、理想的な状態でも力率ＰＦは１．０になれない。但し、２５Ｗ以下でＥＮ６１０００−３−２を満たすには十分である。力率ＰＦをさらに改善するために、図１３に示すように、電圧供給部３１を反転形のバックブーストコンバータ（Ｂｕｃｋ−Ｂｏｏｓｔ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）で構成することができる。この場合、降圧型コンバータに比べて高耐圧の部品を必要とするが、Ｖ１＜Ｖｆの区間でも、即ち、全区間でインダクターＬの電流ピークは整流部で全波整流された波形に比例し、回路が理想的ならば、原理的に、力率が１．０になることができる。
【００４９】
本実施形態において、力率を改善する原理は、上述したように、基準電圧Ｖｒｅｆにクランプレベルを設定することで電源電圧変動に対するＩｆレギュレーションを改善できる。具体的には、整流部で全波整流された電圧Ｖ１を分割して基準電圧Ｖｒｅｆとする。この際、基準電圧Ｖｒｅｆは全波整流された電圧波形に比例する。上記インダクターＬの電流ＩＬを第３抵抗Ｒ３により電圧値に変換した後に基準電圧Ｖｒｅｆと比較することでスイッチＱ１のオフタイミングを決定し、インダクターＬに流れる電流ＩＬのピークを連結した波形を全波整流された波形と同じ波形になるようにする。この際、Ｔｏｆｆ＝ｋ＊Ｔｏｎ（ｋ：整数）になるようにＴｏｆｆを制御すれば、さらに精度良く力率を改善することができる。ここで、ＩｏｎはスイッチＱ１がオンのときの電流を、ＩｏｆｆはスイッチＱ１がオフのときの電流を示す。
【００５０】
本発明は、上述した実施形態及び添付の図面により限定されるものではなく、添付の請求範囲により限定する。従って、請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で当技術分野の通常の知識を有する者により多様な形態の置換、変形及び変更が可能であり、これも本発明の範囲に属する。
【符号の説明】
【００５１】
１００：ＬＥＤ駆動装置  
１０：整流部
２０：スイッチ制御部
３０：電源供給部
４０：発光部
４１：ＬＥＤ  
Ｕ：制御回路
Ｑ１：スイッチ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３：第１、第２、第３抵抗
Ｄ１：ダイオード  
Ｌ：インダクター
Ｃ１、Ｃ２：第１、第２キャパシター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１３】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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