JP5564239B2

JP5564239B2 - Ｌｅｄ駆動回路

Info

Publication number: JP5564239B2
Application number: JP2009282444A
Authority: JP
Inventors: 伸一鈴木
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2009-12-14
Filing date: 2009-12-14
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2029-12-14
Also published as: US20110140622A1; US8816597B2; JP2011124163A

Description

本発明は、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと略記する。）の駆動回路に関し、詳しくは、位相制御式の調光回路を用いてＬＥＤを定電流駆動するＬＥＤ駆動回路に関する。

従来、白熱灯を照明用光源とする照明装置において、トライアック（双方向サイリスタ）を用いて調光を実施する位相制御式の調光回路が広く用いられている。この調光回路は、典型的には、その制御部によりトライアックの導通角を制御することで、調光回路に供給される商用交流電源電圧のデューティ比を変化させることにより、光源に供給する電力量を変化させ、調光を実施するものである。

近年、ＬＥＤを照明用光源とする照明装置においても、このような位相制御式の調光回路での調光を可能とする調光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、商用交流電源から供給される交流の導通角を制御することにより、ＬＥＤに供給される電流を位相制御する調光回路と、調光回路から出力される交流の電圧波形を整流して直流電圧とする整流回路と、整流回路から出力される直流電圧を平滑してＬＥＤに出力する平滑回路と、調光回路から出力される交流の電圧波形をデジタル電圧信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、デジタル電圧信号から調光回路で設定された導通角を求め、この導通角に対して予め設定された調光のデューティーサイクルとなるようにＬＥＤに供給される電流の通電時間を第１のパルス幅変調（ＰＷＭ）で制御するためのＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号発生回路と、ＬＥＤに供給される電流のオン／オフを切り換える第１のスイッチング回路と、ＬＥＤに一定の電流が流れるように前記第１のスイッチング回路のスイッチング動作を第２のＰＷＭで制御するＰＷＭ制御回路と、ＰＷＭ信号発生回路から出力されるＰＷＭ信号のＰＷＭ波形がハイ（Ｈ）となる期間中に、ＰＷＭ制御回路による前記第１のスイッチング回路のスイッチング動作をオンにする第２のスイッチング回路と、を備えるＬＥＤ用調光装置が開示されている。

特開２００９−２６５４４号公報

しかしながら、特許文献１のような、従来の位相制御式の調光回路でＬＥＤ調光を行う調光装置には次のような問題がある。
従来から、一般住宅用照明として白熱灯の調光用としてトライアックによる調光回路が広く普及しており、白熱灯の代替用としてＬＥＤ照明器具に置き換えられることが多いため、トライアックを用いた調光回路とＬＥＤ照明器具との不整合によるチラツキやフラッシュが発生する可能性がある。言い換えれば、トライアックを用いた調光回路は、本来、白熱灯を負荷として設計されているため、ＬＥＤの照明は高効率なため、トライアックに流れる電流が小さくなり、外来ノイズあるいは調光回路間の干渉によるノイズによって調光回路の誤動作が発生する可能性があるという問題がある。この問題を解決するため、調光回路の導通状態を維持するためにトライアックの保持電流特性に応じたブリーダ電流（保持電流）を流す方法が考えられるが、ブリーダ電流を流すことでＬＥＤ駆動回路のブリーダ回路部の電力損失が大きくなるとともに大きな温度上昇が生じるという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、簡単な回路構成でありながら、大きな電力損失を伴わずに外来ノイズあるいは調光回路間の干渉によるノイズによって生じる調光回路の誤動作を回避可能なＬＥＤ駆動回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明によるＬＥＤ駆動回路は、商用交流電源から供給される交流の導通角を制御することによって発光ダイオード（ＬＥＤ）に供給される電流を位相制御する調光回路と、該調光回路から出力される交流電圧を整流する整流回路と、該整流回路から出力される直流電圧を平滑化する平滑回路と、前記ＬＥＤに直列に接続されるスイッチング素子と、前記スイッチング素子に高周波パルスを出力して前記ＬＥＤに流れる電流が一定になるように前記スイッチング素子をオン／オフ制御する定電流制御回路とを有し、前記ＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動回路において、前記整流回路の出力端とグランド間に配置されて、直列に接続されたブリーダ抵抗とブリーダスイッチを有するブリーダ回路を備え、前記高周波パルスが前記ブリーダスイッチに入力されて、前記ブリーダ抵抗に高周波パルス状のブリーダ電流が流れることを特徴とする（請求項１）。

また、本発明によるＬＥＤ駆動回路は、商用交流電源から供給される交流の導通角を制御することによって発光ダイオード（ＬＥＤ）に供給される電流を位相制御する調光回路と、該調光回路から出力される交流電圧を整流する整流回路と、該整流回路から出力される直流電圧を平滑化する平滑回路と、前記ＬＥＤに直列に接続されるスイッチング素子と、前記スイッチング素子に高周波パルスを出力して前記ＬＥＤに流れる電流が一定になるように前記スイッチング素子をオン／オフ制御する定電流制御回路とを有し、前記ＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動回路において、前記整流回路の出力端とグランド間に配置されて、直列に接続されたブリーダ抵抗とブリーダスイッチを有するブリーダ回路を備え、発振回路から出力される高周波パルスが前記ブリーダスイッチに入力されて、前記ブリーダ抵抗に高周波パルス状のブリーダ電流が流れることを特徴とする（請求項２）。

本発明によるＬＥＤ駆動回路は、以上のように構成したため、簡単な回路構成でありながら、大きな電力損失を伴わずに外来ノイズあるいは調光回路間の干渉によるノイズによって生じる調光回路の誤動作を回避可能なＬＥＤ駆動回路を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態におけるＬＥＤ駆動回路を示す回路構成図である。（ａ）〜（ｇ）は、図１に示す回路上の各部の電圧波形あるいは電流波形を模式的に示す図である。本発明の別の実施形態におけるＬＥＤ駆動回路を示す回路構成図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ駆動回路を示す回路構成図、図２（ａ）〜（ｇ）は、図１に示す回路上の各部の電圧波形あるいは電流波形を模式的に示す図である。

図１に示すように、ＬＥＤ駆動回路１は、商用交流電源Ｖａｃから供給される交流の導通角を制御することにより、ＬＥＤモジュール５に供給される電流を位相制御する調光回路２と、調光回路２から出力される交流電圧を整流する整流回路３と、整流回路３から出力される直流電圧を平滑化する平滑回路４とを備え、照明用光源である発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュール５を駆動照明する。また、ＬＥＤ駆動回路１は、ＬＥＤモジュール５に流れる電流が一定に流れるように制御する定電流制御回路６が備えている。尚、本実施形態において、ＬＥＤモジュール５は、複数の個別のＬＥＤ素子を直列に接続してなるものであるが、本発明に係るＬＥＤ駆動回路１におけるＬＥＤモジュール５の構成は、この態様に限定されるものではなく、１つ以上のＬＥＤ素子から構成される任意の照明用光源を含むものである。尚、ＬＥＤモジュール５に並列に接続された出力コンデンサＣ２は、電流リップルを低減させるためのものである。

ここで、調光回路２は、トライアックＱ０を備え、さらに、典型的には、商用交流電源Ｖａｃの所定の導通角でトライアックＱ０に対してトリガを供給し、トライアックＱ０をオン状態にするための制御部（図示は省略する）、及び、その所定の導通角を様々に設定することによりＬＥＤモジュール５の調光の度合いを変えるための可変抵抗等を含んでいる。

また、整流回路３は、４つのダイオードＤ１〜Ｄ４からなる周知のダイオードブリッジとして構成された全波整流回路であり、平滑回路４は、ダイオードＤ５とコンデンサＣ１とから構成されている。

ＬＥＤモジュール５とグランドとの間には、インダクタＬ１と、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１と、電流検出抵抗Ｒ１とが直列に接続されている。スイッチング素子Ｑ１がオン動作をしているときは、平滑回路４によって平滑された平滑電流はＬＥＤモジュール５，インダクタＬ１，スイッチング素子Ｑ１を通り、電流検出抵抗Ｒ１を介してグランドに流れる。ＬＥＤモジュール５に流れる電流は電流検出抵抗Ｒ１によって検出されて電圧信号に変換され、定電流制御回路６にフィードバックされる。定電流制御回路６は、フィードバックされる電圧信号の値が第１の基準電圧を超えたときに、抵抗素子Ｒ２を介してスイッチング素子Ｑ１のゲート端子にオフ動作信号を出力する。そして、スイッチング素子Ｑ１がオフ期間の間はインダクタＬ１に充電された電流がＬＥＤモジュール５とインダクタＬ１との直列回路に並列に接続されたダイオードＤ６を経由してＬＥＤモジュール５に流れる。その後、定電流制御回路６は、スイッチング素子Ｑ１のオフ時間を固定しているため、所定のオフ時間経過後、抵抗素子Ｒ２を介してスイッチング素子Ｑ１のゲート端子にオン動作信号を出力する。以上の動作が繰り返されることにより、定電流制御回路６によって、ＬＥＤモジュール５に一定の電流が流れるように制御される。尚、定電流制御回路６から出力される高周波パルス信号は例えば４０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの周波数が用いられる。

本実施形態におけるＬＥＤ駆動回路１には、整流回路３の出力端とグランドとの間に配置されて、定電流制御回路５から出力される高周波パルス信号が入力されてブリーダ電流が流れるブリーダ回路７が備えられている。ブリーダ回路７は、直列に接続されたブリーダ抵抗Ｒ３とＭＯＳ
ＦＥＴからなるブリーダスイッチＱ２を有している。ブリーダ回路７は、調光回路２に必要なブリーダ電流（保持電流）を流すとともに、外来ノイズあるいは調光回路２間の干渉によるノイズによって調光回路２の調光電流に重畳されるマイナス方向の電流を高周波パルス状のブリーダ電流でキャンセルする役割を担っている。

ブリーダ回路７の動作について、図２を用いて具体的に説明する。
図２に示すように、商用交流電源Ｖａｃから供給される交流電圧Ａの電圧波形（ａ）は、調光回路２で設定された導通角（図２の例では、９０°〜１８０°、及び、２７０°〜３６０°）を有する電圧Ｂの電圧波形（ｂ）に変換され、さらに、整流回路３によって、同一の導通角を有する脈流電圧Ｃの電圧波形（ｃ）に変換される。そして、ブリーダ回路７においては、定電流制御回路６から出力される電圧Ｄの電圧波形（ｄ）を示す高周波パルス信号が抵抗素子Ｒ４を介してブリーダスイッチＱ２のゲート端子に入力される。ブリーダスイッチＱ２が高周波パルス信号でスイッチングされることにより、ブリーダ抵抗Ｒ３の電圧Ｅの電圧波形（ｅ）は高周波パルス状となり、ブリーダ抵抗Ｒ３に流れるブリーダ電流Ｉ２の電流波形（ｇ）も高周波パルス状となる。

ブリーダ回路７によって高周波パルス状のブリーダ電流Ｉ２が流れることにより、調光回路２から出力される調光電流Ｉ１の電流波形（ｆ）には、高周波パルス状のブリーダ電流が重畳される。

以上の動作により、もし、調光回路２に外来ノイズあるいは調光回路２間の干渉によるノイズ（通常、ノイズの周波数は２０ｋＨｚ程度）が印加されたとき、ＬＥＤ駆動回路にブリーダ回路が備えられておらず、ブリーダ電流が流れていない場合には、ノイズによるマイナス方向の電流が調光回路の調光電流Ｉ１に重畳されることにより、特に、Ｔ１およびＴ２の期間では、調光電流Ｉ１が低下して調光回路の誤動作が発生する可能性がある。これに対して、本実施形態のように、ブリーダ回路７に高周波パルス状のブリーダ電流Ｉ２が流れている場合、特に、Ｔ１およびＴ２の期間において、ノイズによって調光回路２の調光電流Ｉ１に重畳されるマイナス方向の電流が、調光電流Ｉ１にプラス方向に重畳されるノイズよりも高い周波数の高周波パルス状のブリーダ電流Ｉ２によってキャンセルされるため、調光電流Ｉ１の低下が抑えられ、調光回路２の誤動作を回避できる。

以上のように、本実施形態におけるＬＥＤ駆動回路１は、整流回路３の出力端とグランド間に配置されて、直列に接続されたブリーダ抵抗Ｒ３とブリーダスイッチＱ２を有するブリーダ回路７を備え、定電流制御回路６から出力される高周波パルス信号がブリーダスイッチＱ２に入力されてブリーダ抵抗Ｒ３に高周波パルス状のブリーダ電流Ｉ２が流れるようにし、外来ノイズあるいは調光回路２間の干渉によるノイズによって調光回路２の調光電流Ｉ１にマイナス方向の電流が重畳されたときには、このマイナス方向の電流を調光電流Ｉ１にプラス方向に重畳される高周波パルス状のブリーダ電流Ｉ２によってキャンセルされるにしたため、外来ノイズあるいは調光回路間の干渉によるノイズによる調光回路の誤動作を回避することが可能となる。

また、ＬＥＤ駆動回路１では、ブリーダスイッチＱ２に入力される高周波パルス信号は、ＬＥＤモジュール５に流れる電流を一定にするために用いられるスイッチング素子Ｑ１に定電流制御回路６から出力される高周波パルス信号が兼用されているため、高周波パルス信号を発生させる発振回路を特別に設ける必要が無く、ＬＥＤ駆動回路の簡素化が可能となる。

また、ＬＥＤ駆動回路１では、ブリーダ抵抗Ｒ３に流れるブリーダ電流Ｉ２が高周波パルス状であり、オンデューティが小さいため、ＬＥＤ駆動回路１全体の電力損失を少なくすることが可能であり、また、大きな温度上昇が生じることもない。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ駆動回路１ａについて説明するが、以下では、上述した第１実施形態におけるＬＥＤ駆動回路１の構成要素に対応する構成要素には、同一の符号を付して参照し、第１実施形態におけるＬＥＤ駆動装置１と共通する部分の説明は適宜省略して、主として相違点について説明する。

図３は、本発明の第２の実施形態におけるＬＥＤ駆動回路１ａを示す回路構成図である。
図３に示すように、本実施形態におけるＬＥＤ駆動装置１ａにおいて、発振回路８が備えられている。ブリーダ回路７に入力される高周波パルス信号は、第１実施形態とは異なり、定電流制御回路６からではなく、発振回路８から出力される。上記以外の構成は、第１実施形態と同様な回路構成である。

本実施形態おけるＬＥＤ駆動回路１ａにおいては、発振回路８から出力される高周波パルス信号がブリーダ回路７のブリーダスイッチＱ２に入力され、ブリーダスイッチＱ２が高周波でスイッチングされることにより、ブリーダ抵抗Ｒ３に流れるブリーダ電流は高周波パルス状の電流波形となる。そして、調光回路２から出力される調光電流には高周波パルス信号が重畳される。

本実施形態におけるＬＥＤ駆動回路１ａは、上述した第１実施形態におけるＬＥＤ駆動回路１と同様に、外来ノイズあるいは調光回路間の干渉によるノイズによって調光回路２の調光電流に重畳されるマイナス方向の電流が、調光電流にプラス方向に重畳されるノイズよりも高い周波数の高周波パルス状のブリーダ電流によってキャンセルされるため、調光電流の低下が抑えられ、調光回路２の誤動作を回避することができる。

また、本実施形態におけるＬＥＤ駆動回路１ａでは、ブリーダ回路７に入力する高周波パルス信号は、第１実施形態におけるＬＥＤ駆動回路１で用いた定電流制御回路６からスイッチング素子Ｑ１に出力される高周波パルス信号ではなく、発振回路８で生成される高周波パルス信号を用いているため、必要に応じて、周波数やオンデューティなどを自由に設定することが可能となる。

以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態の回路構成のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

たとえば、上述した第１，第２実施形態におけるＬＥＤ駆動回路１，１ａにおいて、スイッチング素子Ｑ１およびブリーダスイッチＱ２はＭＯＳ
ＦＥＴとしたが、これに限定されるものではなく、たとえば、バイポーラ型トランジスタを用いたものであってもよい。

また、整流回路３は、ダイオードブリッジとして構成された全波整流回路としたが、これに限定されるものではなく、他の整流回路であってもよい。

また、調光回路２で設定される導通角は、図２に示した波形に限定されるものではなく、本発明は、任意の導通角が設定された調光回路に対して適用可能である。

１，１ａ：ＬＥＤ駆動回路、２：調光回路、３：整流回路、４：平滑回路、５：ＬＥＤモジュール、６：定電流制御回路、７：ブリーダ回路、８：発振回路、Ｄ１〜Ｄ６:ダイオード、Ｌ１：インダクタ、Ｃ１：コンデンサ，Ｃ２：出力コンデンサ、Ｒ１：電流検出抵抗、Ｒ２，Ｒ４：抵抗素子、Ｒ３：ブリーダ抵抗、Ｑ０：トライアック、Ｑ１：スイッチング素子（ＭＯＳ
ＦＥＴ）、Ｑ２：ブリーダスイッチ（ＭＯＳＦＥＴ）、Ｖａｃ：交流電源

Claims

商用交流電源から供給される交流の導通角を制御することによって発光ダイオード（ＬＥＤ）に供給される電流を位相制御する調光回路と、該調光回路から出力される交流電圧を整流する整流回路と、該整流回路から出力される直流電圧を平滑化する平滑回路と、前記ＬＥＤに直列に接続されるスイッチング素子と、前記スイッチング素子に高周波パルス信号を出力して前記ＬＥＤに流れる電流が一定になるように前記スイッチング素子をオン／オフ制御する定電流制御回路とを有し、前記ＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動回路において、
前記整流回路の出力端とグランド間に配置されて、直列に接続されたブリーダ抵抗とブリーダスイッチを有するブリーダ回路を備え、前記高周波パルス信号が前記ブリーダスイッチに入力されて、前記ブリーダ抵抗に高周波パルス状のブリーダ電流が流れることを特徴とするＬＥＤ駆動回路。
商用交流電源から供給される交流の導通角を制御することによって発光ダイオード（ＬＥＤ）に供給される電流を位相制御する調光回路と、該調光回路から出力される交流電圧を整流する整流回路と、該整流回路から出力される直流電圧を平滑化する平滑回路と、前記ＬＥＤに直列に接続されるスイッチング素子と、前記スイッチング素子に高周波パルス信号を出力して前記ＬＥＤに流れる電流が一定になるように前記スイッチング素子をオン／オフ制御する定電流制御回路とを有し、前記ＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動回路において、
前記整流回路の出力端とグランド間に配置されて、直列に接続されたブリーダ抵抗とブリーダスイッチを有するブリーダ回路を備え、発振回路から出力される高周波パルス信号が前記ブリーダスイッチに入力されて、前記ブリーダ抵抗に高周波パルス状のブリーダ電流が流れることを特徴とするＬＥＤ駆動回路。