(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ユニットを複数格子状に直並列接続した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、を備える構成とした。【選択図】図１
2013004586.tif 000002
【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ユニットを複数格子状に直並列接続した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２】
前記ＬＥＤ駆動部および機能部を複数備えることを特徴とする、請求項１に記載の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】
複数のＬＥＤと少なくとも１つの抵抗が直列接続されたＬＥＤ列を、複数並列接続したＬＥＤユニットを、さらに複数格子状に直並列接続してＬＥＤブロックとすることと、
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ことと、
を含む、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ユニットを複数格子状に直並列接続した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。
【００１０】
また、本発明のＬＥＤ駆動回路は、ＬＥＤ駆動部および機能部を複数備える構成としても良い。
【００１１】
また、本発明のＬＥＤ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。
【００１２】
さらに、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列を、複数並列接続したＬＥＤユニットを、さらに複数格子状に直並列接続してＬＥＤブロックとすることと、ＬＥＤブロックを駆動するための電流を供給することと、ＬＥＤ駆動部に流れる電流を所定の電流値に設定することと、を含む、ＬＥＤ駆動方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
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）複数のＬＥＤユニットの一つに何らかの障害が発生した場合も、その他のＬＥＤユニットに対する影響を少なく抑えることができ、耐障害性の高い装置を実現可能である。
（２）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。
（３）直並列接続される複数のＬＥＤユニットを１つのＬＥＤブロックとして駆動するため、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。
（４）ＬＥＤユニットおよびその駆動回路を任意数直列に、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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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を含む複数のＬＥＤユニット１０１〜１２ｎ、ＬＥＤユニット１０１〜１２ｎ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。
【００１７】
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１０１〜１２ｎ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１０１〜１２ｎ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。
【００１８】
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１０１〜１２ｎ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帰還回路を経由して増幅器３１に入力することにより、ＬＥＤユニット１０１〜１２ｎに流れる電流が制御される。
【００１９】
各ＬＥＤユニット１０１〜１２ｎ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。
【００２０】
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。
【００２１】
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、Ｖｆｍｉｎ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実用的である。
【００２２】
また、本実施形態では、図１に示すようにＬＥＤユニット１０１〜１２ｎが、格子状に直並列接続され、一つのＬＥＤブロックとしてＬＥＤ駆動部２０により駆動される。具体的には、まず、複数のＬＥＤユニット１０１〜１０ｎが直列接続された列と、複数のＬＥＤユニット１１１〜１１ｎが直列接続された列と、複数のＬＥＤユニット１２１〜１２ｎが直列接続された列とが並列接続され、さらに、隣接する列のＬＥＤユニット（例えばＬＥＤユニット１０２、１１２および１２２）がさらに接続される。これにより、各ＬＥＤユニット１０１〜１２ｎの接続点が格子状に配置される。
【００２３】
ＬＥＤ駆動回路１００におけるＬＥＤユニットの数は、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得るが、ＬＥＤユニットの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４８Ｖ以下）となるよう設定しても良い。また、本実施形態では、上記のように、抵抗Ｒ１０によってＬＥＤ１のＶｆのばらつきが吸収されるため、各ＬＥＤユニット１０１〜１２ｎ内では、ＬＥＤ１に安定して電流が流れる。そのため、ＬＥＤユニット１０１〜１０ｎの列と、ＬＥＤユニット１１１〜１１ｎの列と、ＬＥＤユニット１２１〜１２ｎの列との間にはほとんど電位差がなく、複数のＬＥＤユニット１０１〜１２ｎが、バランス良く駆動される。
【００２４】
ここで、複数のＬＥＤユニット１０１〜１２ｎを単純に直列接続して駆動する場合には、直列接続されたＬＥＤユニットのいずれか一つにおいて、基板の配線が切れるなどの障害が発生すると、その影響は直列接続された全てのＬＥＤユニットに及び、全てのＬＥＤユニットにおけるＬＥＤが点灯しなくなってしまう。これに対し、本実施形態では、複数のＬＥＤユニット１０１〜１２ｎを格子状に直並列接続することにより、このような問題を防ぐことができる。例えば、ＬＥＤユニット１１２において障害が発生した場合、ＬＥＤ駆動部２０から供給される電流は、ＬＥＤユニット１０２および１２２に分流し、ＬＥＤユニット１０２および１２２を介してＬＥＤユニット１１１に供給される。このように、本実施形態では、障害が発生したＬＥＤユニット以外のＬＥＤユニットへの影響を抑えることができるため、装置の耐障害性および信頼性が向上する。
【００２５】
また、各ＬＥＤユニット１０１〜１２ｎにおいて、ＬＥＤ列内のいずれか一つのＬＥＤに障害が発生した場合にも、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ことも可能である。さらに、複数のＬＥＤユニット１０１〜１２ｎ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。
【００２６】
さらに、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。これにより、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。
【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１０１〜１２ｎを、並列接続される複数のＬＥＤ駆動部２０および電流制御部３０で駆動することも可能である。このような構成とすることにより、ＬＥＤユニット１０１〜１２ｎに供給する電流を増やすことができ、より多くのＬＥＤユニットを駆動することが可能となる。さらに、何れかのＬＥＤ駆動部２０または電流制御部３０に障害が発生した場合にも、その他のＬＥＤ駆動部２０および電流制御部３０によって、ＬＥＤユニット１０１〜１２ｎを駆動し続けることができ、装置の耐障害性が向上する。
【００２８】
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、定電流回路に替えて定電圧回路を用いたり、その他の既知の回路を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】
【００２９】
１  ＬＥＤ
２  ＬＥＤ列
Ｒ１０  抵抗
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
１０１〜１２ｎ  ＬＥＤユニット
【図１】
2013004586.tif 000003
【図２】
2013004586.tif 000004