JP5815387B2 - Ｌｅｄ点灯装置およびｌｅｄ点灯装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、照明等に用いられるＬＥＤ点灯装置およびＬＥＤ点灯装置の制御方法に関する。

従来の照明用のＬＥＤ電球（ＬＥＤ点灯装置）は、交流電源から供給された交流電圧を直流電圧に変換するスイッチング電源を備え、変換された直流電圧を、直列接続された複数のＬＥＤで構成されたＬＥＤ素子に供給している（例えば、特許文献１参照）。

しかし、スイッチング電源は高価である。また、スイッチング電源は電解コンデンサを有しているが、電解コンデンサは耐熱性が低く且つ寿命がＬＥＤ素子より短い。従って、電解コンデンサの寿命がＬＥＤ電球の寿命を決定している。さらには、スイッチング電源はノイズ対策も必要であるが、ＬＥＤ電球の限られたスペースで行うことは容易ではない。

一方、図５に示すように、スイッチング電源を用いない安価なＬＥＤ電球が知られている。このＬＥＤ電球は、交流電源から供給された交流電圧をブリッジダイオードＢ１で全波整流して、整流された整流電圧ＶｒをＬＥＤ素子１１に加えることで、ＬＥＤ素子１１を点灯させる。また、ＬＥＤ素子１１に直列接続された抵抗Ｒ１０が、ＬＥＤ素子１１に流れる電流を制御する。抵抗Ｒ１０の代わりに定電流源を用いてもよい。

特開２０１０−２８７４３０号公報

上述したスイッチング電源を用いないＬＥＤ電球において、Ｎ個のＬＥＤ（ＬＥＤ１〜ＬＥＤＮ）を点灯させるには順方向電圧Ｖｆ×Ｎの電圧が必要である。整流電圧Ｖｒは、例えば、０Ｖから１４０Ｖの間で周期的に変化するため、ＬＥＤ素子１１に電流が流れてＬＥＤ素子１１が点灯する期間（つまり、ＬＥＤ素子１１が導通する導通幅）は、整流電圧ＶｒがＶｆ×Ｎ以上になっている期間に限られる。この導通幅は、Ｎ等に依存するが、図６に示すように、例えば交流電圧が供給されている期間の６０％程度である。即ち、ＬＥＤ素子１１が点灯と消灯を交互に繰り返すフリッカ（ちらつき）とよばれる現象が生じる。図７に示すように、抵抗Ｒ１０の代わりに定電流源を用いたＬＥＤ電球においても、導通幅は図６の例と同様であり、フリッカが生じる。フリッカは、スイッチング電源を用いるＬＥＤ電球には現れない。このフリッカは、ＬＥＤ電球の使用者に悪影響を及ぼすという問題がある。

ブリッジダイオードＢ１の出力端子間に例えば約１０μＦの電解コンデンサを接続することで、ＬＥＤ素子１１に連続電流を流して、ＬＥＤ電球の使用者にフリッカによる悪影響を及ぼさないようにできる。

しかしながら、このような約１０μＦの電解コンデンサは大型であるため、ＬＥＤ電球のケースに収まらないという問題がある。また、前述のように、電解コンデンサは耐熱性が低く且つ寿命がＬＥＤ素子１１より短いという問題がある。

そこで、本発明は、スイッチング電源および大容量のコンデンサを用いることなく、使用者に悪影響を及ぼさないＬＥＤ点灯装置およびＬＥＤ点灯装置の制御方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る実施例に従ったＬＥＤ点灯装置は、
交流電源から供給された交流電圧を整流して第１端子及び第２端子間から整流電圧を出力する第１の整流素子と、
前記第１端子に一端が接続されたＬＥＤ素子と、
前記ＬＥＤ素子の他端と前記第２端子との間に接続され、前記ＬＥＤ素子に流れる電流を制御する電流制御部と、
前記第１端子に一端が接続された第１の容量素子と、
前記第１の容量素子の他端に入力端子が接続され、前記第２端子に出力端子が接続され、前記入力端子から前記出力端子に電流を流す第２の整流素子と、
前記ＬＥＤ素子の他端と前記第２の整流素子の入力端子との間に接続され、オン時に前記ＬＥＤ素子に電流を流す電流源回路と、
前記電流源回路をオン又はオフに制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記電流制御部に流れる電流が予め定められた基準電流値未満の時に前記電流源回路をオンに制御し、前記電流制御部に流れる電流が前記基準電流値以上の時に前記電流源回路をオフに制御する
ことを特徴とする。

また、前記ＬＥＤ点灯装置において、
前記電流源回路は、定電流を流してもよい。

また、前記ＬＥＤ点灯装置において、
前記電流源回路は、
前記ＬＥＤ素子の他端に一端が接続された電流制御トランジスタと、
前記電流制御トランジスタの他端と前記第２の整流素子の入力端子との間に接続された第１の抵抗と、
前記電流制御トランジスタの制御端子に基準電圧を供給する基準電圧回路と、
前記制御部の制御に基づいて、前記電流制御トランジスタの制御端子と前記第２の整流素子の入力端子との間を短絡または解放するスイッチ部と、を含んでもよい。

また、前記ＬＥＤ点灯装置において、
前記基準電圧回路は、
前記第１端子に一端が接続された第２の抵抗と、
前記第２の抵抗の他端にカソードが接続され、前記第２の整流素子の入力端子にアノードが接続され、前記カソードから前記基準電圧を供給するツェナーダイオードと、を含んでもよい。

また、前記ＬＥＤ点灯装置において、
前記制御部は、
前記ＬＥＤ素子の他端にアノードが接続された第１のダイオードと、
前記第１のダイオードのカソードと前記第２端子との間に接続された第２の容量素子と、
前記第２の容量素子の両端間の電圧を分圧して分圧電圧を出力する分圧回路と、
前記ＬＥＤ素子の他端にカソードが接続された第２のダイオードと、
前記第２のダイオードのアノードにベースが接続され、前記分圧電圧がエミッタに供給され、前記電流源回路を制御する制御信号をコレクタから出力するＰＮＰ型トランジスタと、を有してもよい。

また、前記ＬＥＤ点灯装置において、
前記スイッチ部は、
前記ＰＮＰ型トランジスタのコレクタにベースが接続され、前記第１のダイオードのカソードにコレクタが接続され、前記第２の整流素子の入力端子にエミッタが接続された第１のＮＰＮ型トランジスタと、
前記第１のＮＰＮ型トランジスタのベースとエミッタとの間に接続された第３の抵抗と、
前記第１のＮＰＮ型トランジスタのコレクタにベースが接続され、前記電流制御トランジスタの制御端子にコレクタが接続され、前記第２の整流素子の入力端子にエミッタが接続された第２のＮＰＮ型トランジスタと、を含んでもよい。

また、前記ＬＥＤ点灯装置において、
前記電流制御部は、前記ＬＥＤ素子の他端と前記第２端子との間に接続された電流制御抵抗から構成され、
前記制御部は、前記電流制御抵抗の両端間の電圧に基づいて、前記電流制御部に流れる電流が前記基準電流値未満か否か判定してもよい。

また、前記ＬＥＤ点灯装置において、
前記ＬＥＤ素子は、直列接続された複数のＬＥＤから構成されていてもよい。

また、前記ＬＥＤ点灯装置において、
前記分圧電圧は、第４の抵抗を介して前記ＰＮＰ型トランジスタのエミッタに供給されてもよい。

また、前記ＬＥＤ点灯装置において、
前記スイッチ部は、前記第１のダイオードのカソードと、前記第１のＮＰＮ型トランジスタのコレクタとの間に接続された第５の抵抗を有してもよい。

また、前記ＬＥＤ点灯装置において、
前記電流源回路は、前記基準電流値未満の電流を流してもよい。

本発明の一態様に係る実施例に従ったＬＥＤ点灯装置の制御方法は、
交流電源から供給された交流電圧を整流して第１端子及び第２端子間から整流電圧を出力する第１の整流素子と、
前記第１端子に一端が接続されたＬＥＤ素子と、
前記ＬＥＤ素子の他端と前記第２端子との間に接続され、前記ＬＥＤ素子に流れる電流を制御する電流制御部と、
前記第１端子に一端が接続された第１の容量素子と、
前記第１の容量素子の他端に入力端子が接続され、前記第２端子に出力端子が接続され、前記入力端子から前記出力端子に電流を流す第２の整流素子と、
前記ＬＥＤ素子の他端と前記第２の整流素子の入力端子との間に接続され、オン時に前記ＬＥＤ素子に電流を流す電流源回路と、
前記電流源回路をオン又はオフに制御する制御部と、を備えるＬＥＤ点灯装置の制御方法であって、
前記制御部により、前記電流制御部に流れる電流が予め定められた基準電流値未満の時に前記電流源回路をオンに制御し、前記電流制御部に流れる電流が前記基準電流値以上の時に前記電流源回路をオフに制御する
ことを特徴とする。

本発明によれば、第１の整流素子の第１端子に一端が接続された第１の容量素子と、第１の容量素子の他端に入力端子が接続され、第１の整流素子の第２端子に出力端子が接続された第２の整流素子と、を備えるようにしているので、第２の整流素子に電流が流れることにより、第１の整流素子からの整流電圧で第１の容量素子を充電できる。また、ＬＥＤ素子の他端と第２の整流素子の入力端子との間に接続された電流源回路を備えるようにしているので、この電流源回路が電流を流すことにより、第１の容量素子の充電電圧を用いてＬＥＤ素子に電流を流すことができる。

その上で、整流電圧によってＬＥＤ素子が点灯可能である、整流電圧が高く電流制御部に流れる電流が基準電流値以上の時に、電流源回路をオフに制御するようにしている。これにより、この時、第１の容量素子は電流源回路を介して放電されないため、整流電圧が最大値から低下しても、第１の容量素子の充電電圧はほぼ整流電圧の最大値を保持できる。

一方、整流電圧が低く、電流制御部に流れる電流が基準電流値未満の時に、電流源回路をオンに制御するようにしている。これにより、この時、低下した整流電圧よりも高い充電電圧を、第１の容量素子から電流源回路を介してＬＥＤ素子に供給できる。従って、ＬＥＤ素子に電流を流し、整流電圧が低い期間にもＬＥＤ素子を点灯させ続けることができる。

このように、第１の容量素子に充電された電荷を必要なタイミングまで放電しないようにしているため、小容量の第１の容量素子でもＬＥＤ素子に効率的に電荷を供給して連続電流を流すことができる。すなわち、スイッチング電源および大容量のコンデンサを用いることなく、ＬＥＤ素子を点灯させ続けて、使用者に悪影響を及ぼさないようにできる。

実施例１に係るＬＥＤ点灯装置の回路図である。 実施例１に係るＬＥＤ点灯装置の波形図である。 実施例１に係るＬＥＤ点灯装置と従来のＬＥＤ点灯装置の交流電圧と入力電流の関係を示す図である。 実施例１に係るＬＥＤ点灯装置と従来のＬＥＤ点灯装置の交流電圧と効率の関係を示す図である。 従来のＬＥＤ点灯装置の回路図である。 従来のＬＥＤ点灯装置の波形図である。 抵抗の代わりに定電流源を用いた従来のＬＥＤ点灯装置の波形図である。

以下、本発明に係る各実施例について図面に基づいて説明する。

図１は、実施例１に係るＬＥＤ点灯装置の回路図である。図１に示すように、ＬＥＤ点灯装置は、ブリッジダイオード（第１の整流素子）Ｂ１と、ＬＥＤ素子１１と、電流制御部１２と、第１の容量素子Ｃ１と、ダイオード（第２の整流素子）Ｄｂと、電流源回路１３と、制御部１４と、を備える。ＬＥＤ点灯装置は、例えば、照明用や情報表示用等のＬＥＤ電球である。

ブリッジダイオードＢ１は、４つのダイオードで構成され、交流電源から供給された交流電圧を全波整流して第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２間から整流電圧Ｖｒを出力する。

ＬＥＤ素子１１は、ブリッジダイオードＢ１の第１端子Ｔ１にアノード（一端）が接続され、整流電圧Ｖｒが供給される。ＬＥＤ素子１１は、直列接続されたＮ（Ｎは正の整数）個のＬＥＤ（ＬＥＤ１〜ＬＥＤＮ）で構成されている。なお、１番目のＬＥＤ（ＬＥＤ１）のアノードをＬＥＤ素子１１のアノードと称し、Ｎ番目のＬＥＤ（ＬＥＤＮ）のカソードをＬＥＤ素子１１のカソード（他端）と称する。

電流制御部１２は、ＬＥＤ素子１１のカソードとブリッジダイオードＢ１の第２端子Ｔ２との間に接続され、ＬＥＤ素子１１に流れる電流を制御する。本実施例では、電流制御部１２は、ＬＥＤ素子１１のカソードと第２端子Ｔ２との間に接続された電流制御抵抗Ｒ１から構成されている。電流制御抵抗Ｒ１の抵抗値は、例えば、数十Ωである。

第１の容量素子Ｃ１は、第１端子Ｔ１に一端が接続されている。第１の容量素子Ｃ１の容量値は、例えば、約２μＦである。

ダイオードＤｂは、第１の容量素子Ｃ１の他端にアノード（入力端子）が接続され、第２端子Ｔ２にカソード（出力端子）が接続されている。

電流源回路１３は、ＬＥＤ素子１１のカソードとダイオードＤｂのアノードとの間に電流経路が接続されている。電流源回路１３は、オン又はオフに切り替えられ、オン時にＬＥＤ素子１１に電流を流し、オフ時に電流を流さない。本実施例では、電流源回路１３は、ＬＥＤ素子１１に定電流を流す定電流源回路である。

制御部１４は、電流源回路１３をオン又はオフに制御する。具体的には、制御部１４は、電流制御部１２に流れる電流が予め定められた基準電流値未満の時に電流源回路１３をオンに制御する。また、制御部１４は、電流制御部１２に流れる電流がこの基準電流値以上の時に電流源回路１３をオフに制御する。

本実施例では、制御部１４は、電流制御抵抗Ｒ１の両端間の電圧に基づいて、電流制御部１２に流れる電流が基準電流値未満か否か判定する。電流源回路１３は、この基準電流値未満の電流を流してもよく、基準電流値以上の電流を流してもよい。

次に、制御部１４と電流源回路１３の具体的な回路構成の一例について説明する。

制御部１４は、第１のダイオードＤ１と、第２のダイオードＤ２と、第２の容量素子Ｃ２と、ＰＮＰ型トランジスタＱ１と、抵抗Ｒ２，Ｒ３と、抵抗（第４の抵抗）Ｒ４と、を有する。

第１のダイオードＤ１は、ＬＥＤ素子１１のカソードにアノードが接続されている。第２の容量素子Ｃ２は、第１のダイオードＤ１のカソードと第２端子Ｔ２との間に接続されている。第２の容量素子Ｃ２の容量値は、例えば、約０．１μＦである。

抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３は、第２の容量素子Ｃ２の両端間に直列接続されている。抵抗Ｒ２，Ｒ３は、第２の容量素子Ｃ２の両端間の電圧を分圧して分圧電圧を出力する分圧回路を構成している。

第２のダイオードＤ２は、ＬＥＤ素子１１のカソードにカソードが接続されている。ＰＮＰ型トランジスタＱ１は、第２のダイオードＤ２のアノードにベースが接続され、分圧電圧が抵抗Ｒ４を介してエミッタに供給され、電流源回路１３を制御する制御信号ＣＳをコレクタから出力する。

電流源回路１３は、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ（電流制御トランジスタ）Ｑ２と、抵抗（第１の抵抗）Ｒ５と、基準電圧回路１３ａと、スイッチ部１３ｂと、を有する。

Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ２は、ＬＥＤ素子１１のカソードにドレイン（一端）が接続されている。抵抗Ｒ５は、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ２のソース（他端）とダイオードＤｂのアノードとの間に接続されている。

基準電圧回路１３ａは、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ２のゲート（制御端子）に基準電圧を供給する。スイッチ部１３ｂは、制御部１４の制御に基づいて、即ち制御信号ＣＳに基づいて、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ２のゲートとダイオードＤｂのアノードとの間を短絡または解放する。

基準電圧回路１３ａは、抵抗（第２の抵抗）Ｒ６と、ツェナーダイオードＺＤ１と、を含む。抵抗Ｒ６は、第１端子Ｔ１に一端が接続されている。ツェナーダイオードＺＤ１は、抵抗Ｒ６の他端にカソードが接続され、ダイオードＤｂのアノードにアノードが接続され、カソードから基準電圧を供給する。基準電圧は、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧にほぼ等しい。

スイッチ部１３ｂは、第１のＮＰＮ型トランジスタＱ３と、第２のＮＰＮ型トランジスタＱ４と、抵抗（第３の抵抗）Ｒ７と、抵抗（第５の抵抗）Ｒ８と、を含む。

第１のＮＰＮ型トランジスタＱ３は、ＰＮＰ型トランジスタＱ１のコレクタにベースが接続され、第１のダイオードＤ１のカソードに抵抗Ｒ８を介してコレクタが接続され、ダイオードＤｂのアノードにエミッタが接続されている。

抵抗Ｒ７は、第１のＮＰＮ型トランジスタＱ３のベースとエミッタとの間に接続されている。

第２のＮＰＮ型トランジスタＱ４は、第１のＮＰＮ型トランジスタＱ３のコレクタにベースが接続され、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ２のゲートにコレクタが接続され、ダイオードＤｂのアノードにエミッタが接続されている。

次に、図２の波形図を参照して、ＬＥＤ点灯装置の動作を説明する。図２は、本発明の実施例１に係るＬＥＤ点灯装置の波形図である。

まず、図２の時刻ｔ１において、交流電圧（図示せず）の絶対値が最大値であり、整流電圧Ｖｒも最大値となっている。この時、整流電圧Ｖｒにより、ＬＥＤ素子１１及び電流制御抵抗Ｒ１に電流が流れて、ＬＥＤ素子１１は点灯している。ＬＥＤ素子１１に流れる電流ＩＬＥＤは、最大値になっている。

また、この時、ダイオードＤｂのアノードからカソードに電流が流れることにより、整流電圧Ｖｒで第１の容量素子Ｃ１を充電できる。

さらに、整流電圧Ｖｒが高く電流制御抵抗Ｒ１に流れる電流ＩＲ１が基準電流値以上であるため、制御部１４は電流源回路１３をオフに制御している。これにより、第１の容量素子Ｃ１は電流源回路１３を介して放電されない。

より詳細な制御部１４及び電流源回路１３の動作としては、次の通りである。電流制御抵抗Ｒ１の両端の電圧ＶＲ１により、第１のダイオードＤ１を介して第２の容量素子Ｃ２が充電されている。電圧ＶＲ１は、第２の容量素子Ｃ２の両端の電圧ＶＣ２が抵抗Ｒ２，Ｒ３で分圧された分圧電圧より高い。そのため、ＰＮＰ型トランジスタＱ１はオフである。従って、第１のＮＰＮ型トランジスタＱ３のベース−エミッタ間電圧はほぼ０であり、第１のＮＰＮ型トランジスタＱ３はオフである。電圧ＶＣ２によって第２のＮＰＮ型トランジスタＱ４のベース−エミッタ間に電圧が供給されるため、第２のＮＰＮ型トランジスタＱ４はオンである。よって、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ２のゲート−ソース間電圧はほぼ０であり、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ２に流れる電流ＩＱ２はほぼゼロである。

時刻ｔ１の後、交流電圧の絶対値が低下して整流電圧Ｖｒも低下する。これに伴い、電流ＩＬＥＤも減少し、電圧ＶＲ１も減少する。時刻ｔ２までは、電流源回路１３はオフに制御されているため、第１の容量素子Ｃ１はＬＥＤ素子１１及び電流源回路１３を介して放電されない。また、ダイオードＤｂが存在することにより、第１の容量素子Ｃ１はＬＥＤ素子１１及び電流制御抵抗Ｒ１を介しても放電されない。そのため、整流電圧Ｖｒが最大値から低下しても、第１の容量素子Ｃ１の充電電圧はほぼ整流電圧Ｖｒの最大値を保持できる。つまり、第１の容量素子Ｃ１はピーク充電されている。

このように第１の容量素子Ｃ１の充電電圧が保持されていることにより、整流電圧Ｖｒが低下を始めると、ダイオードＤｂのアノードの電圧は、ダイオードＤｂのカソードの電圧より低くなる。

時刻ｔ２において、電流制御抵抗Ｒ１に流れる電流が基準電流値未満になる（即ち、電圧ＶＲ１が基準電流値に対応する電圧値未満になる）と、制御部１４は電流源回路１３をオンに制御する。

より詳細には、電圧ＶＲ１が基準電流値に対応する電圧値未満になると、電圧ＶＲ１は、電圧ＶＣ２が分圧された分圧電圧より低くなる。そのため、電圧ＶＣ２により、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ４、ＰＮＰ型トランジスタＱ１のエミッタ−ベース、第２のダイオードＤ２及び電流制御抵抗Ｒ１の経路に電流が流れる。これにより、ＰＮＰ型トランジスタＱ１はオンになり、ＰＮＰ型トランジスタＱ１のコレクタから抵抗Ｒ７に電流が流れる。そして、第１のＮＰＮ型トランジスタＱ３のベース−エミッタにも電流が流れて第１のＮＰＮ型トランジスタＱ３はオンになる。よって、第２のＮＰＮ型トランジスタＱ４のベース−エミッタ間の電圧はほぼ０になり第２のＮＰＮ型トランジスタＱ４はオフになる。従って、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ２のゲートと、抵抗Ｒ５及びツェナーダイオードＺＤ１のアノードの接続点との間に、ツェナーダイオードＺＤ１で生成された基準電圧が供給されて、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ２は電流ＩＱ２を流す。

電流ＩＱ２は、第１の容量素子Ｃ１の充電電圧により、ＬＥＤ素子１１、Ｎ型ＭＯＳトランジスタＱ２、抵抗Ｒ５に流れる。これにより、電流ＩＬＥＤは、時刻ｔ２において増加する。

時刻ｔ２の後、整流電圧Ｖｒがさらに低下すると、電流制御抵抗Ｒ１に流れる電流ＩＲ１もさらに減少する。そして、時刻ｔ３において、整流電圧ＶｒはＬＥＤ素子１１の順方向電圧より低くなり、電流ＩＲ１はゼロになり、電圧ＶＲ１はゼロになる。従って、電流ＩＬＥＤは、電流ＩＱ２と等しくなる。

時刻ｔ４において、整流電圧Ｖｒがゼロになっても、電流ＩＬＥＤとして、電流ＩＱ２が流れている。

その後、整流電圧Ｖｒはゼロから増加し、時刻ｔ５において、整流電圧ＶｒはＬＥＤ素子１１の順方向電圧より高くなり、電流ＩＲ１は流れ始め、電圧ＶＲ１は増加し始める。電流ＩＲ１が流れることで、電流ＩＬＥＤは増加し始める。

時刻ｔ６において、電流制御抵抗Ｒ１に流れる電流が基準電流値以上になる（即ち、電圧ＶＲ１が基準電流値に対応する電圧値以上になる）と、制御部１４は電流源回路１３をオフに制御する。これにより、電流ＩＱ２はゼロになり、電流ＩＬＥＤは電流ＩＲ１と等しくなる。

時刻ｔ７において、時刻ｔ１と同様に、整流電圧Ｖｒは最大値となる。

このように、整流電圧ＶｒがＬＥＤ素子１１の順方向電圧より低く、整流電圧ＶｒによってはＬＥＤ素子１１を点灯させることができない時刻ｔ３からｔ５において、第１の容量素子Ｃ１の充電電圧によって電流ＩＱ２をＬＥＤ素子１１に流し、ＬＥＤ素子１１を点灯させることができる。

時刻ｔ７以降も、時刻ｔ１からｔ７と同様の動作を繰り返す。これにより、ＬＥＤ素子１１に連続電流を流すことができ、ＬＥＤ素子１１を点灯させ続けることができる。

なお、電流ＩＬＥＤの最大値は、電流制御抵抗Ｒ１の値を変更することで任意の値に設定できる。また、電流ＩＱ２は、電流源回路１３の各素子の値を変更することで任意の値に設定できる。但し、連続電流を流すために、電流ＩＱ２は、少なくとも時刻ｔ５まで流れるように設定する必要がある。即ち、電流ＩＱ２の設定可能な最大値は、電流ＩＱ２を流すための第１の容量素子Ｃ１の値に応じて決定される。

さらに、電流源回路１３がオン又はオフに制御される基準電流値は、抵抗Ｒ２，Ｒ３によって決まる分圧比を変更することで、任意の値に設定できる。

また、抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ８の抵抗値は、第２の容量素子Ｃ２が、ＰＮＰ型トランジスタＱ１をオンさせる電圧ＶＣ２を時刻ｔ２からｔ６の間保持できるように、設定されている。

次に、図５の従来のＬＥＤ点灯装置と比較して、実施例１のＬＥＤ点灯装置の他の特徴について説明する。

図３は、実施例１に係るＬＥＤ点灯装置と従来のＬＥＤ点灯装置の交流電圧と入力電流の関係を示す図である。図３の縦軸は入力電流の実効値（ｍＡｒｍｓ）を表し、横軸は交流電圧の実効値（Ｖｒｍｓ）を示す。入力電流は、交流電源からブリッジダイオードＢ１に流れる電流である。

特性ａは、実施例１のＬＥＤ点灯装置の特性を示す。特性ｂは、図５の従来のＬＥＤ点灯装置の特性を示す。特性ｃは、図５の従来のＬＥＤ点灯装置において抵抗Ｒ１０を定電流源に置き換えた場合の特性を示す。これらの特性は、交流電圧が１００Ｖｒｍｓの時のＬＥＤ素子１１の消費電力がほぼ等しくなるように、各素子の値を設定した場合のものである。

特性ａ，ｂから、交流電圧が１００Ｖｒｍｓの時、本実施例では、図５の従来のＬＥＤ点灯装置と比較して、入力電流が約１３％減少していることが分かる。特性ｃに比べても入力電流は減少している。

つまり、本実施例では、従来のＬＥＤ点灯装置とＬＥＤ素子１１の消費電力がほぼ等しい条件で、入力電流を減らすことができる。このことから、図４を参照して次に説明するように、本実施例では電源効率を改善できる。

また、入力電流が減少しているということは、ＬＥＤ素子１１に流れる電流が従来のＬＥＤ点灯装置よりも減少していることを意味する。一般的に、ＬＥＤ素子１１は、電流が減少すると発光効率が向上する。そのため、本実施例では、ＬＥＤ素子１１の消費電力が従来のＬＥＤ点灯装置とほぼ等しい条件において、発光効率を向上することができる。

図４は、実施例１に係るＬＥＤ点灯装置と従来のＬＥＤ点灯装置の交流電圧と効率の関係を示す図である。図４の縦軸は効率（η）を表し、横軸は交流電圧の実効値を示す。効率は、（ＬＥＤ素子１１の消費電力）／（ブリッジダイオードＢ１への入力電力）である。

特性ｄは、実施例１のＬＥＤ点灯装置の特性を示す。特性ｅは、図５の従来のＬＥＤ点灯装置の特性を示す。特性ｆは、図５の従来のＬＥＤ点灯装置において抵抗Ｒ１０を定電流源に置き換えた場合の特性を示す。

特性ｄ，ｅ，ｆから、交流電圧が１００Ｖｒｍｓの時、本実施例では、従来のＬＥＤ点灯装置と比較して、効率が約６０％から約７０％に約１０％改善していることが分かる。このことは、ＬＥＤ素子１１の消費電力が同じ条件であれば、本実施例では入力電流が小さくてよいことに起因する。

以上で説明した様に、本実施例によれば、ブリッジダイオードＢ１の第１端子Ｔ１に一端が接続された第１の容量素子Ｃ１と、第１の容量素子Ｃ１の他端にアノードが接続され、ブリッジダイオードの第２端子Ｔ２にカソードが接続されたダイオードＤｂと、を備えるようにしているので、ダイオードＤｂに電流が流れることにより、ブリッジダイオードＢ１からの整流電圧Ｖｒで第１の容量素子Ｃ１を充電できる。また、ＬＥＤ素子１１のカソードとダイオードＤｂのアノードとの間に接続された電流源回路１３を備えるようにしているので、この電流源回路１３が電流を流すことにより、第１の容量素子Ｃ１の充電電圧を用いてＬＥＤ素子１１に電流を流すことができる。

その上で、整流電圧ＶｒによってＬＥＤ素子１１が点灯可能である、整流電圧Ｖｒが高く電流制御抵抗Ｒ１に流れる電流が基準電流値以上の時に、電流源回路１３をオフに制御するようにしている。これにより、この時、第１の容量素子Ｃ１は電流源回路１３を介して放電されないため、整流電圧Ｖｒが最大値から低下しても、第１の容量素子Ｃ１の充電電圧はほぼ整流電圧Ｖｒの最大値を保持できる。

一方、整流電圧Ｖｒが低く、電流制御抵抗Ｒ１に流れる電流が基準電流値未満の時に、電流源回路１３をオンに制御するようにしている。これにより、この時、低下した整流電圧Ｖｒよりも高い充電電圧を、第１の容量素子Ｃ１から電流源回路１３を介してＬＥＤ素子に供給できる。従って、ＬＥＤ素子１１に電流を流し、整流電圧Ｖｒが低い期間にもＬＥＤ素子１１を点灯させ続けることができる。

このように、第１の容量素子Ｃ１に充電された電荷を必要なタイミングまで放電しないようにしているため、小容量（例えば２μＦ程度）の第１の容量素子Ｃ１でもＬＥＤ素子１１に効率的に電荷を供給して連続電流を流すことができる。すなわち、スイッチング電源および大容量のコンデンサを用いることなく、ＬＥＤ素子１１を点灯させ続けて、使用者に悪影響を及ぼさないようにできる。

また、第１の容量素子Ｃ１は、充放電できればよく、且つ、小容量でよいため、寿命の短い電解コンデンサを用いる必要がない。例えば、電解コンデンサよりも寿命が長いセラミックコンデンサを用いることができる。従って、従来のＬＥＤ点灯装置よりも高温で動作可能となると共に、ＬＥＤ点灯装置の寿命を長くすることもできる。このような効果は、ＬＥＤ点灯装置をＬＥＤ電球として用いる場合に、特に有用である。また、ＬＥＤ点灯装置を、歩行者用信号機などの高温で動作する必要がある装置に組み込む場合にも、有用である。

さらに、本実施例のＬＥＤ点灯装置では、部品数が比較的少ない。また、電流制御抵抗Ｒ１以外は、高価格な高電力・高耐圧の部品を用いずに構成できる。これらのことにより、ＬＥＤ点灯装置を低価格で構成できる。さらには、電流源回路１３及び制御部１４を集積回路化することも容易であり、その際、高耐圧プロセスを用いることなく、安価な汎用のプロセスを用いることができる。

以上、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変形して実施することができる。
例えば、電流制御部１２として、電流制御抵抗Ｒ１の代わりに定電流源を用いてもよい。

１１ ＬＥＤ素子
１２ 電流制御部
１３ 電流源回路
１３ａ 基準電圧回路
１３ｂ スイッチ部
１４ 制御部
Ｂ１ ブリッジダイオード（第１の整流素子）
Ｄｂ ダイオード（第２の整流素子）
Ｄ１ 第１のダイオード
Ｄ２ 第２のダイオード
Ｃ１ 第１の容量素子
Ｃ２ 第２の容量素子
Ｒ１ 電流制御抵抗
Ｒ２，Ｒ３ 抵抗
Ｒ４ 抵抗（第４の抵抗）
Ｒ５ 抵抗（第１の抵抗）
Ｒ６ 抵抗（第２の抵抗）
Ｒ７ 抵抗（第３の抵抗）
Ｒ８ 抵抗（第５の抵抗）
Ｑ１ ＰＮＰ型トランジスタ
Ｑ２ Ｎ型ＭＯＳトランジスタ（電流制御トランジスタ）
Ｑ３ 第１のＮＰＮ型トランジスタ
Ｑ４ 第２のＮＰＮ型トランジスタ
ＺＤ１ ツェナーダイオード

Claims (12)

1. 交流電源から供給された交流電圧を整流して第１端子及び第２端子間から整流電圧を出力する第１の整流素子と、
   前記第１端子に一端が接続されたＬＥＤ素子と、
   前記ＬＥＤ素子の他端と前記第２端子との間に接続され、前記ＬＥＤ素子に流れる電流を制御する電流制御部と、
   前記第１端子に一端が接続された第１の容量素子と、
   前記第１の容量素子の他端に入力端子が接続され、前記第２端子に出力端子が接続され、前記入力端子から前記出力端子に電流を流す第２の整流素子と、
   前記ＬＥＤ素子の他端と前記第２の整流素子の入力端子との間に接続され、オン時に前記ＬＥＤ素子に電流を流す電流源回路と、
   前記電流源回路をオン又はオフに制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記電流制御部に流れる電流が予め定められた基準電流値未満の時に前記電流源回路をオンに制御し、前記電流制御部に流れる電流が前記基準電流値以上の時に前記電流源回路をオフに制御し、これにより前記ＬＥＤ素子に連続電流を流し、
   前記第１の容量素子の容量値は、前記第２の整流素子と前記電流源回路とが設けられず前記第１の容量素子の他端が前記第２端子に接続されていると仮定した場合に前記ＬＥＤ素子に連続電流を流すために必要な容量値より小さい、
   ことを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
2. 前記電流源回路は、定電流を流す
   ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置。
3. 前記電流源回路は、
   前記ＬＥＤ素子の他端に一端が接続された電流制御トランジスタと、
   前記電流制御トランジスタの他端と前記第２の整流素子の入力端子との間に接続された第１の抵抗と、
   前記電流制御トランジスタの制御端子に基準電圧を供給する基準電圧回路と、
   前記制御部の制御に基づいて、前記電流制御トランジスタの制御端子と前記第２の整流素子の入力端子との間を短絡または解放するスイッチ部と、を含む
   ことを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ点灯装置。
4. 前記基準電圧回路は、
   前記第１端子に一端が接続された第２の抵抗と、
   前記第２の抵抗の他端にカソードが接続され、前記第２の整流素子の入力端子にアノードが接続され、前記カソードから前記基準電圧を供給するツェナーダイオードと、を含む
   ことを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ点灯装置。
5. 前記制御部は、
   前記ＬＥＤ素子の他端にアノードが接続された第１のダイオードと、
   前記第１のダイオードのカソードと前記第２端子との間に接続された第２の容量素子と、
   前記第２の容量素子の両端間の電圧を分圧して分圧電圧を出力する分圧回路と、
   前記ＬＥＤ素子の他端にカソードが接続された第２のダイオードと、
   前記第２のダイオードのアノードにベースが接続され、前記分圧電圧がエミッタに供給され、前記電流源回路を制御する制御信号をコレクタから出力するＰＮＰ型トランジスタと、を有する
   ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のＬＥＤ点灯装置。
6. 前記スイッチ部は、
   前記ＰＮＰ型トランジスタのコレクタにベースが接続され、前記第１のダイオードのカソードにコレクタが接続され、前記第２の整流素子の入力端子にエミッタが接続された第１のＮＰＮ型トランジスタと、
   前記第１のＮＰＮ型トランジスタのベースとエミッタとの間に接続された第３の抵抗と、
   前記第１のＮＰＮ型トランジスタのコレクタにベースが接続され、前記電流制御トランジスタの制御端子にコレクタが接続され、前記第２の整流素子の入力端子にエミッタが接続された第２のＮＰＮ型トランジスタと、を含む
   ことを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤ点灯装置。
7. 前記電流制御部は、前記ＬＥＤ素子の他端と前記第２端子との間に接続された電流制御抵抗から構成され、
   前記制御部は、前記電流制御抵抗の両端間の電圧に基づいて、前記電流制御部に流れる電流が前記基準電流値未満か否か判定する
   ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載のＬＥＤ点灯装置。
8. 前記ＬＥＤ素子は、直列接続された複数のＬＥＤから構成されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載のＬＥＤ点灯装置。
9. 前記分圧電圧は、第４の抵抗を介して前記ＰＮＰ型トランジスタのエミッタに供給される
   ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載のＬＥＤ点灯装置。
10. 前記スイッチ部は、前記第１のダイオードのカソードと、前記第１のＮＰＮ型トランジスタのコレクタとの間に接続された第５の抵抗を有する
    ことを特徴とする請求項６に記載のＬＥＤ点灯装置。
11. 前記電流源回路は、前記基準電流値未満の電流を流す
    ことを特徴とする請求項１から請求項１０の何れかに記載のＬＥＤ点灯装置。
12. 交流電源から供給された交流電圧を整流して第１端子及び第２端子間から整流電圧を出力する第１の整流素子と、
    前記第１端子に一端が接続されたＬＥＤ素子と、
    前記ＬＥＤ素子の他端と前記第２端子との間に接続され、前記ＬＥＤ素子に流れる電流を制御する電流制御部と、
    前記第１端子に一端が接続された第１の容量素子と、
    前記第１の容量素子の他端に入力端子が接続され、前記第２端子に出力端子が接続され、前記入力端子から前記出力端子に電流を流す第２の整流素子と、
    前記ＬＥＤ素子の他端と前記第２の整流素子の入力端子との間に接続され、オン時に前記ＬＥＤ素子に電流を流す電流源回路と、
    前記電流源回路をオン又はオフに制御する制御部と、を備え、
    前記第１の容量素子の容量値は、前記第２の整流素子と前記電流源回路とが設けられず前記第１の容量素子の他端が前記第２端子に接続されていると仮定した場合に前記ＬＥＤ素子に連続電流を流すために必要な容量値より小さい、ＬＥＤ点灯装置の制御方法であって、
    前記制御部により、前記電流制御部に流れる電流が予め定められた基準電流値未満の時に前記電流源回路をオンに制御し、前記電流制御部に流れる電流が前記基準電流値以上の時に前記電流源回路をオフに制御し、これにより前記ＬＥＤ素子に連続電流を流す
    ことを特徴とするＬＥＤ点灯装置の制御方法。

Images