JP2001351789A - 発光ダイオード駆動装置 - Google Patents

発光ダイオード駆動装置

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JP2001351789A
JP2001351789A JP2000166629A JP2000166629A JP2001351789A JP 2001351789 A JP2001351789 A JP 2001351789A JP 2000166629 A JP2000166629 A JP 2000166629A JP 2000166629 A JP2000166629 A JP 2000166629A JP 2001351789 A JP2001351789 A JP 2001351789A
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light emitting
resonance
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Yuji Takahashi
雄治 高橋
Keiichi Shimizu
恵一 清水
Toshihiko Sasai
敏彦 笹井
Kazutoshi Mita
一敏 三田
Masahiko Kamata
征彦 鎌田
Shinichiro Matsumoto
晋一郎 松本
Hideo Kozuka
日出夫 小塚
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Toshiba Lighting and Technology Corp
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Toshiba Lighting and Technology Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高周波インバータのスイッチング手段に流れる
電流が小さくてスイッチング損失が低減して回路効率が
向上し、または簡単な回路で調光または調色を行えたり
する発光ダイオード駆動装置を提供する。 【解決手段】整流化直流電源ＲＤＣに接続する高周波イ
ンバータＨＦＩの高周波出力端に、直列共振回路ＳＲＣ
１、ＳＲＣ２および直列共振回路の共振電圧が印加され
るように接続された発光ダイオード対ＬＥＤ１、ＬＥＤ
２を含む複数の負荷回路ＬＣ１、ＬＣ２を並列的に接続
するとともに、複数の負荷回路が少なくとも異なる２以
上の共振特性に分類される。たとえば、複数の負荷回路
の共振回路の共振周波数がｆ１、ｆ２で、高周波インバ
ータＨＦＩの動作周波数が中間の周波数ｆであれば、遅
れ電流と進み電流とが負荷回路に流れ、スイッチング手
段Ｑ１、Ｑ２にはそれらの差の低減されたＳ電流が流れ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオードを
高周波インバータで駆動する発光ダイオード駆動装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】発光ダイオードを駆動する場合、発光ダ
イオードと直列に電流制限要素を接続するのが一般的で
ある。従来、抵抗器からなる電流制限要素を介して発光
ダイオードを電源に接続した駆動装置がある。また、コ
ンデンサを電流制限要素とする駆動装置もある。さら
に、高周波インバータやチョッパ回路を用いる駆動回路
も知られている。この場合のチョッパ回路には、昇圧チ
ョッパ、降圧チョッパまたは両者を組み合わせた構成を
採用している。
【０００３】しかし、従来の発光ダイオード駆動装置に
おいては、電流制限要素による電力損失、入力電流のゼ
ロクロス付近の休止期間が生じることによる高調波歪の
発生、または回路構成の複雑化などの問題がある。以
下、高周波インバータおよびチョッパを用いた従来技術
の一例について説明する。
【０００４】図１７は、高周波インバータを用いた従来
の発光ダイオード駆動装置を示す回路図である。
【０００５】この発光ダイオード駆動装置は、低周波交
流を全波整流器１１４および平滑コンデンサ１１５によ
り平滑化された直流に変換し、さらに高周波インバータ
１１６によって直流を高周波に変換して、発光ダイオー
ド群１１２を高周波で駆動する。電流制限要素１１３に
はインダクタを用いている。なお、１１７は高周波フィ
ルタ、１１８は直流カットコンデンサである。また、高
周波インバータ１１６は、一対のスイッチング素子１１
６ａ、１１６ｂおよびゲートドライブ回路１１６ｃを主
体として構成されたハーフブリッジ形インバータからな
る。
【０００６】図１８は、昇圧チョッパおよび降圧チョッ
パを組み合わせた従来の発光ダイオード駆動装置を示す
回路図である。
【０００７】この発光ダイオード駆動装置は、昇圧チョ
ッパ１１９および降圧チョッパ１２０を用いている。加
えて、発光ダイオード群１１２´に流れる電流を抵抗器
１２１で検出し、これを演算増幅器１２２で基準電圧源
１２３と比較してパルス幅変調（ＰＷＭ）回路１２４に
制御入力させることによって降圧チョッパ１２０を電流
帰還制御する構成である。このため、安定化された直流
によって発光ダイオード群１１２´を直流駆動できる。
なお、発光ダイオード群１１２´は、直流駆動のため逆
極性に接続されていない。また、昇圧チョッパ１１９
は、インダクタ１１９ａ、スイッチング素子１１９ｂ、
ダイオード１１９ｃ、平滑コンデンサ１１５およびゲー
トドライブ回路１１９ｄを主体として構成されている。
さらに、降圧チョッパ１２０は、スイッチング素子１２
０ａ、ダイオード１２０ｂ、インダクタ１２０ｃおよび
ゲートドライブ回路１２０ｄを主体として構成されてい
る。
【０００８】上述した図１７に示す従来技術は、電流限
流要素１１３に電力損失のないリアクタンス素子を用い
ることができるとともに、入力電流の位相を電源電圧の
位相と同相にすることができる。しかしながら、入力電
流のゼロクロス付近に休止期間が生じてしまい、したが
って、高調波が多くなるという問題がある。
【０００９】また、図18に示す従来技術は、昇圧チョッ
パ１１９が力率改善（ＰＦＣ）回路として作用させるよ
うに構成することができるので、入力電流波形を電源電
圧波形とほぼ相似させることができるが、直流出力を用
いて発光ダイオードを駆動している。
【００１０】これに対して、逆並列接続された発光ダイ
オードを直列共振回路を介して高周波インバータの高周
波出力端間に接続することにより、発光ダイオードを交
流で駆動しながら電流制限要素による電力損失が少なく
て、高調波歪の問題を解決することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ところが、高周波イン
バータの動作周波数の設定如何によっては高周波インバ
ータのスイッチング手段に流れる電流が大きくなってス
イッチング損失が増大し、回路効率が低下するという問
題がある。
【００１２】また、発光ダイオードを簡単な回路で調光
または調色したいという要求があるが、これに応える技
術が見当たらなかった。
【００１３】本発明は、高周波インバータのスイッチン
グ手段に流れる電流が小さくなってスイッチング損失が
低減し、回路効率が向上する発光ダイオード駆動装置を
提供することを目的とする。
【００１４】また、本発明は、簡単な回路で調光または
調色を行う発光ダイオード駆動装置を提供することを他
の目的とする。
【００１５】
【課題を達成するための手段】請求項１の発明の発光ダ
イオード駆動装置は、交流入力端が低周波交流電源に接
続する整流化直流電源と；直流入力端が整流化直流電源
の直流出力端間に接続される高周波インバータと；それ
ぞれ共振回路および直列共振回路の共振出力電圧が印加
されるように接続された発光ダイオード対を含み、高周
波インバータの高周波出力端に並列的に接続されるとと
もに、複数の直列共振回路が少なくとも異なる2以上の
共振特性に分類される複数の負荷回路と；を具備してい
ることを特徴としている。
【００１６】本発明および以下の各発明において、特に
指定しない限り用語の定義および技術的意味は次によ
る。
【００１７】＜整流化直流電源について＞整流化直流電
源は、交流を入力して直流を出力するもので、代表的に
は全波整流回路を用いることができるが、これに限定さ
れない。
【００１８】また、所望により直流出力を平滑化するこ
とができる。平滑化手段としては、直流出力端管に平滑
コンデンサを接続した構成、整流回路の直流出力端に部
分平滑回路またはチョッパ回路を接続した構成などを用
いることができる。チョッパ回路を用いる構成におい
て、チョッパ回路として昇圧チョッパ回路を用いるとと
もに、入力電源電圧の瞬時値に応じて昇圧チョッパのス
イッチング素子のオン、オフ時間を適切に変化するよう
に制御回路を構成することにより、電源電圧波形に相似
した入力電流波形を得て、高力率および低高調波歪を実
現することができる。
【００１９】＜高周波インバータについて＞高周波イン
バータは、種々の回路方式があるが、そのいずれを用い
てもよい。そして、その直流入力端が整流化直流電源の
直流出力端間に接続され、高周波出力端間に高周波出力
を生じる。高周波インバータの回路方式の一例を示せ
ば、ハーフブリッジ形、フルブリッジ形、一石形、並列
形などである。
【００２０】また、高周波インバータは、一般にスイッ
チング手段およびドライブ信号発生回路を備えている。
スイッチング手段は、直流電圧を高周波でスイッチング
して高周波電圧を発生するように作用する。ドライブ信
号発生回路は、スイッチング手段をドライブするための
信号を発生してスイッチング手段に供給する。また、ド
ライブ信号発生回路は、負荷回路に流れる電流を帰還し
てドライブ信号を発生する自励形と、発振回路を備えて
いてその発振出力に基づいてドライブ信号を発生する他
励形とに大別されるが、本発明はそのいずれであっても
よい。
【００２１】さらに、高周波インバータからの高周波出
力は、絶縁出力トランスや直流カットコンデンサを介し
て取り出すことができる。
【００２２】さらにまた、本発明において、「高周波」
とは、１ｋＨｚ以上の周波数をいう。また、「低周波」
とは、高周波に対して明らかに低い周波数をいい、たと
えば５０Ｈｚ、６０Hｚなどの商用周波数を含む。
【００２３】＜負荷回路について＞負荷回路は、その複
数が高周波インバータの高周波出力端に並列接続してい
て、それぞれ直列共振回路および直列共振回路の共振出
力電圧が印加されるように接続された発光ダイオード対
を含んでいる。また、複数の負荷回路が少なくとも２以
上に分類される共振特性を備えている。
【００２４】（直列共振回路について）負荷回路の共振
特性は、共振周波数および選択度Ｑにより定まる。本発
明においては、共振周波数および選択度Ｑのいずれか一
方または両方が異なる２以上に分類されていれば、少な
くとも２以上の共振特性を備えていることに該当するも
のとする。たとえば、一方の負荷回路が相対的に高い共
振周波数を有していて、他方の負荷回路が相対的に低い
共振周波数を有している態様を採用することができる。
また、一方の負荷回路が相対的に大きな選択度Ｑを有し
ていて、他方の負荷回路が相対的に小さな選択度Ｑを有
している態様であってもよい。さらに、共振周波数およ
び選択度Ｑがともに変化している態様であってもよい。
【００２５】ところで、共振周波数は、直列共振回路の
場合、インダクタンスおよび静電容量により決定され
る。インダクタンスをL、静電容量をＣ、共振周波数を
ｆＲとすると、共振周波数ｆＲは下式のようになる。
【００２６】ｆＲ＝１／２π√ＬＣ これに対して、選択度Ｑは、インダクタンスＬおよび静
電容量Ｃに加えて直列共振回路に対して直列接続される
抵抗Ｒにより変化し、下式のようになる。
【００２７】Ｑ＝２πｆＲＬ／Ｒ なお、共振特性は、２以上の複数たとえば３つに分類さ
れているのであってもよい。
【００２８】（発光ダイオード対について）本発明にお
いて、「発光ダイオード対」とは、負荷として交流の一
方の極性となる半波に対して順方向となる極性に接続さ
れた発光ダイオードと、他方の極性となる半波に対して
順方向となる極性に接続された発光ダイオードとを備え
ていることを意味する。したがって、逆並列接続された
一組の発光ダイオードを複数組直列接続した構成と、同
一極性の複数の発光ダイオードからなる直列接続回路の
複数組を逆極性に並列接続してなる構成とを包含する概
念であることを理解できるであろう。
【００２９】また、発光ダイオード対は、その特性、た
とえば光色、温度特性、電圧−電流特性などが同一のも
のを用いるのが好ましいが、特段限定されない。
【００３０】さらに、発光ダイオード対は、直列共振回
路の共振出力電圧が印加されるように接続される。直列
共振回路のインダクタンスおよび静電容量の両端間に直
列共振電圧が現れるので、インダクタンスおよび静電容
量のいずれかの両端間に接続すればよい。 ＜本発明の作用について＞直列共振回路においては、共
振周波数より低い周波数の電圧が印加されると、進み電
流が流れる。反対に共振周波数より高い周波数の電圧が
印加されると、遅れ電流が流れる。そこで、本発明にお
いては、複数の負荷回路に対して高周波インバータの動
作周波数を適切に設定することにより、ある負荷回路に
は遅れ電流が流れ、また他のある負荷回路には進み電流
が流れるようにすることができる。その結果、遅れ電流
と進み電流とが打ち消しあって高周波インバータに流れ
るので、高周波インバータのスイッチング手段に流れる
スイッチング電流を負荷電流の絶対値の総和より低減さ
せることが可能になる。
【００３１】また、複数の負荷回路のそれぞれの共振周
波数が異なっている場合、高周波インバータの動作周波
数を負荷回路の２以上の共振特性に対して、ともにその
遅れ領域および進み領域のいずれかに位置するように設
定すると、負荷の発光ダイオード対に印加される負荷電
圧が負荷回路によって異なることになる。このため、負
荷回路ごとに発光ダイオードへの印加電圧を異ならせ
て、その発光量を変えることが可能になる。このこと
は、高周波インバータの動作周波数を変化させることに
より、調光が可能であることを意味する。また、負荷回
路ごとに発光ダイオードの光色の異なるものを用いれ
ば、調色も可能であることをも意味する。
【００３２】さらに、上記の作用に加えて高周波インバ
ータを、その動作周波数より十分に低いが、視感できな
い程度の調光周波数に応じて、間欠的に作動させること
により、調光することも可能になる。
【００３３】さらにまた、負荷回路の共振特性および高
周波インバータの動作周波数の設定次第では、スイッチ
ング電流の低減および調光または調色の両方を同時に行
わせることができる。
【００３４】さらにまた、複数の負荷回路の共振回路の
共振周波数が同一であったとしても、それぞれの選択度
Ｑが相違している場合、負荷回路にはその選択度に応じ
た負荷電圧が印加される。したがって、負荷回路ごとに
最適な負荷電流を流すことができる。
【００３５】請求項２の発明の発光ダイオード駆動装置
は、交流入力端が低周波交流電源に接続する整流化直流
電源と；直流入力端が整流化直流電源の直流出力端間に
接続される高周波インバータと；それぞれ共振回路およ
び直列共振回路の共振出力電圧が印加されるように接続
された発光ダイオード対を含み、高周波インバータの高
周波出力端に並列的に接続されるとともに、複数の直列
共振回路が少なくとも異なる2以上の共振周波数に分類
される複数の負荷回路と；を具備していることを特徴と
している。
【００３６】本発明は、負荷回路の共振特性のうち共振
周波数を変化させる構成を規定している。すなわち、共
振周波数を2以上に分類できるように複数の負荷回路を
設定することにより、スイッチング電流を負荷回路に流
れる負荷電流の絶対値の総和より低減したり、またはお
よび調光・調色を行わせたりすることができる。しか
し、本発明の実施に際しては、共振周波数に加えて選択
度Ｑが複数に分類されるように変化してもよい。
【００３７】請求項３の発明の発光ダイオード駆動装置
は、請求項2記載の発光ダイオード駆動装置において、
高周波インバータは、その動作周波数が複数の負荷回路
の異なる共振周波数の中間の値に設定されることを特徴
としている。
【００３８】本発明は、負荷回路の共振周波数を2以上
に分類されるように設定する場合における高周波インバ
ータの動作周波数の好適な設定態様を規定している。す
なわち、高周波インバータの動作周波数より共振周波数
が高い負荷回路には進みの負荷電流が流れる。反対に、
高周波インバータの動作周波数より共振周波数が低い負
荷回路には遅れの負荷電流が流れる。
【００３９】そうして、高周波インバータのスイッチン
グ手段には、進みの負荷電流と遅れの負荷電流とが相殺
されて、それらの差の電流が流れるので、スイッチング
電流は各負荷回路に流れる負荷電流の絶対値の総和より
小さくなる。そのため、その分スイッチング損失が低減
して回路効率が向上する。
【００４０】請求項４の発明の発光ダイオード駆動装置
は、交流入力端が低周波交流電源に接続する整流化直流
電源と；直流入力端が整流化直流電源の直流出力端間に
接続される高周波インバータと；それぞれ共振回路およ
び直列共振回路の共振出力電圧が印加されるように接続
された発光ダイオード対を含み、高周波インバータの高
周波出力端に並列的に接続されるとともに、少なくとも
一部は遅れ電流が流れ、他の一部は進み電流が流れ、負
荷電流全体として無効電流が著しく低下する複数の負荷
回路と；を具備していることを特徴としている。
【００４１】本発明は、負荷回路に流れる負荷電流の位
相を遅れと進みとに分けてスイッチング電流を低減する
構成を規定している。遅れ電流と進み電流とが互いにほ
ぼ１８０°の位相差を有しているために、高周波インバ
ータ内のスイッチング電流は、無効電流が相殺されて低
減し、実質的に実効電流の多い電流となる。
【００４２】請求項５の発明の発光ダイオード駆動装置
は、請求項１ないし４のいずれか一記載の発光ダイオー
ド駆動装置において、高周波インバータは、その動作周
波数が可変であることを特徴としている。
【００４３】本発明は、高周波インバータの動作周波数
を可変にして調光およびまたは調色を行えるようにした
構成を規定している。すなわち、高周波インバータの動
作周波数を変化させることにより、負荷回路に印加され
る負荷電圧が変化するので、ある負荷回路の発光ダイオ
ードに注目すれば、調光が行われることになる。また、
負荷回路ごとに異なる光色の発光ダイオードを接続すれ
ば、負荷電圧の変化に伴って調色が行われることにな
る。
【００４４】請求項６の発明の発光ダイオード駆動装置
は、請求項１ないし５のいずれか一記載の発光ダイオー
ド駆動装置において、発光ダイオード対は、一つの負荷
回路に対して実質的に単一の特性を備えているととも
に、負荷回路全体として異なる光色の発光ダイオードが
用いられていることを特徴としている。
【００４５】本発明は、調色を可能にする負荷回路の構
成を発光ダイオード対の点から規定している。すなわ
ち、複数の光色の発光ダイオードが負荷回路ごとに分か
れて接続されていることで、負荷回路ごとに負荷電流を
変化させると、結果として調色が行われる。たとえば、
負荷回路を赤色発光の発光ダイオード、緑色発光の発光
ダイオードおよび青色発光の発光ダイオードごとに分け
て構成し、それぞれの負荷回路の共振周波数を相互に変
えて構成し、高周波インバータの動作周波数を変化させ
ると、ある動作周波数のときに赤色発光の発光ダイオー
ドが接続されている負荷回路の負荷電流が相対的に最大
となり、他の負荷回路の負荷電流が最小になると、赤色
の強い光色が得られる。同様に緑色および青色の強い光
色を選択的に得ることもできる。
【００４６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
【００４７】図１は、本発明の発光ダイオード駆動装置
の第１の実施形態を示す回路図である。
【００４８】図において、ＡＳは低周波交流電源、ＨＦ
は高周波フィルタ、ＲＤＣは整流化直流電源、ＨＦＩは
高周波インバータ、ＬＣ１は第１の負荷回路、ＬＣ２は
第２の負荷回路である。
【００４９】＜低周波交流電源ＡＳについて＞低周波交
流電源ＡＳは、商用交流電源からなる。
【００５０】＜高周波フィルタＨＦについて＞高周波フ
ィルタＨＦは、線路に直列に挿入されたインダクタＬ
ＨＦおよび線路間に接続されたコンデンサＣＨＦによっ
て構成された高周波阻止形のフィルタ回路からなる。そ
して、高周波インバータＨＦＩの高周波スイッチング動
作によって発生した高周波が低周波交流電源ＡＳに流出
しないように阻止するように作用する。
【００５１】＜整流化直流電源ＲＤＣについて＞整流化
直流電源ＲＤＣは、全波整流回路ＦＢＲおよび平滑コン
デンサＣＳにより構成されている。そして、低周波交流
電圧を全波整流回路ＦＢＲにより全波整流し、平滑コン
デンサＣＳにより平滑化直流電圧を出力する。
【００５２】＜高周波インバータＨＦＩについて＞高周
波インバータＨＦＩは、ハーフブリッジ形インバータか
らなり、第１および第２のスイッチング手段Ｑ１、Ｑ２
およびドライブ信号発生回路ＤＳＣを備えている。すな
わち、第１および第２のスイッチング手段Ｑ１、Ｑ２
は、それぞれＭＯＳＦＥＴからなり、平滑コンデンサＣ
Ｓの両端間に直列接続されている。ドライブ信号発生回
路ＤＳＣは、第１および第２のスイッチング手段Ｑ１、
Ｑ２のゲート・ソース間にゲートドライブ信号を交互に
供給する。
【００５３】そうして、高周波インバータＨＦＩは、動
作周波数ｆで作動し、第２のスイッチング手段Ｑ２のド
レイン・ソース間から周波数ｆの高周波出力電圧が得ら
れる。
【００５４】＜第１および第２の負荷回路ＬＣ１、ＬＣ
２について＞第１の負荷回路ＬＣ１は、直流カットコン
デンサＣＤＣ、第１の直列共振回路ＳＲＣ１および第１
の発光ダイオード対ＬＥＤ１からなる。同様に、第２の
負荷回路ＬＣ２は、直流カットコンデンサＣＤＣ、第２
の直列共振回路ＳＲＣ２および第２の発光ダイオード対
ＬＥＤ２からなる。
【００５５】直流カットコンデンサＣＤＣは、第１およ
び第２の負荷回路ＬＣ１、ＬＣ２にそれぞれ直列に挿入
されて、高周波インバータＨＦＩから直流成分が負荷回
路ＬＣ１、ＬＣ２側に流入しないように阻止する。
【００５６】第１の直列共振回路ＳＲＣ１は、インダク
タンスＬ１および静電容量Ｃ１の直列回路からなり、そ
の共振周波数がｆ１で、直流カットコンデンサＣＤＣを
介して高周波インバータＨＦＩの高周波出力端間に接続
している。同様に、第２の直列共振回路ＳＲＣ２もイン
ダクタンスＬ２および静電容量Ｃ２の直列回路からな
り、その共振周波数がｆ２で、直流カットコンデンサＣ
ＤＣを介して高周波インバータＨＦＩの高周波出力端間
に接続している。したがって、第１および第２の直列共
振回路ＳＲＣ１、ＳＲＣ２は高周波インバータＨＦＩに
対して並列接続している。
【００５７】発光ダイオード対ＬＥＤ１は、逆並列接続
した一対の発光ダイオードを複数組直列接続してなり、
第１の直列共振回路ＳＲＣ１の静電容量Ｃ１の両端間に
接続している。同様に、発光ダイオード対ＬＥＤ２は、
逆並列接続した一対の発光ダイオードを複数直列接続し
てなり、第１の直列共振回路ＳＲＣ２の静電容量Ｃ２の
両端間に接続している。
【００５８】＜回路動作について＞低周波交流電源ＡＳ
を投入すると、整流化直流電源ＲＤＣで整流し、平滑化
された直流電圧が高周波インバータＨＦＩの直流入力端
間に印加されるので、高周波インバータＨＦＩは、その
作動を開始して高周波出力端間に周波数ｆの高周波電圧
が生じる。そのため、第１および第２の負荷回路ＬＣ
１、ＬＣ２に周波数ｆの高周波電圧が印加される。
【００５９】第１の負荷回路ＬＣ１における第１の直列
共振回路ＳＲＣ１の共振周波数ｆ１および第２の負荷回
路ＬＣ２における第２の直列共振回路ＳＲＣ２の共振周
波数ｆ２と、高周波電圧の周波数ｆとの関係は、下式の
ように設定されているとともに、第１の直列共振回路Ｓ
ＲＣ１および第２の直列共振回路ＳＲＣ２は、図２に示
すような共振特性が付与されている。
【００６０】ｆ１＜ｆ＜ｆ２ 図２は、本発明の発光ダイオード駆動装置の第１の実施
形態における第１および第２の直列共振回路の共振特性
を示すグラフである。
【００６１】図において、横軸は周波数を、縦軸は負荷
電圧を、それぞれ示す。また、曲線ＳＲＣ１は第１の直
列共振回路ＳＲＣ１の共振特性、曲線ＳＲＣ２は第２の
直列共振回路ＳＲＣ２の共振特性、をそれぞれ示す。
【００６２】すなわち、第１の負荷回路ＬＣ１は、第１
の直列共振回路ＳＲＣ１の共振周波数ｆ１が高周波電圧
の周波数ｆより低いので、遅れ電流で動作する。これに
対して、第２の負荷回路ＬＣ２は、第２の直列共振回路
ＳＲＣ２の共振周波数ｆ２が高周波電圧の周波数ｆより
高いので、進み電流で動作する。その結果、高周波イン
バータＨＦＩ内部においては、第１および第２の負荷回
路ＬＣ１、ＬＣ２に流れる負荷電流のベクトル差である
低減された電流のみが流れる。
【００６３】図３は、本発明の発光ダイオード駆動装置
の第１の実施形態における負荷電流およびスイッチング
電流を示す波形図である。
【００６４】図において、（ＩＬＣ１）は第１の負荷回
路ＬＣ１に流れる負荷電流、（ＩＬ Ｃ２）は第２の負荷
回路ＬＣ２に流れる負荷電流、（ＩＱ１）は第１のスイ
ッチング手段Ｑ１に流れるスイッチング電流、
（ＩＱ２）は第２のスイッチング手段Ｑ２に流れるスイ
ッチング電流、の波形をそれぞれ示す。
【００６５】図４は、本発明の発光ダイオード駆動装置
の第２の実施形態における発光ダイオード対を示す回路
図である。
【００６６】本実施形態は、同一極性の複数の発光ダイ
オードを直列接続してから、それらの一対を逆並列接続
することによって発光ダイオード対ＬＥＤを構成してい
る。
【００６７】以下、本発明の第３ないし第９の実施形態
を図５ないし図１６を参照して説明する。各図におい
て、図１ないし図３と同一部分については同一符号を付
して説明は省略する。また、先行して説明した図と同一
符号についても同一符号を付して説明は省略する。
【００６８】図５は、本発明の発光ダイオード駆動装置
の第３の実施形態を示す回路図である。
【００６９】図６は、同じく複数の直列共振回路の共振
特性を示すグラフである。
【００７０】図７は、同じく負荷電流およびスイッチン
グ電流を示す波形図である。
【００７１】本実施形態は、図５に示すように、整流化
直流電源ＲＤＣが昇圧チョッパＢＵＴを備えているとと
もに、整流化直流電源ＲＤＣおよび２ｎ個の負荷回路Ｌ
Ｃ１〜ＬＣ２ｎを備えている点で主として異なる。
【００７２】整流化直流電源ＲＤＣは、全波整流回路Ｆ
ＢＲおよび昇圧チョッパＢＵＴからなる。昇圧チョッパ
ＢＵＴは、インダクタＬＴ、スイッチング手段ＱＴ、ダ
イオードＤ１および平滑コンデンサＣＳからなる。イン
ダクタＬＴは、その一端が全波整流回路ＦＢＲの正極に
接続している。スイッチング手段ＱＴは、インダクタＬ
Ｔの他端と全波整流回路ＦＢＲの負極との間に接続され
ている。ダイオードＤ１は、インダクタＬＴおよびスイ
ッチング手段ＱＴの接続点にアノードが接続している。
平滑コンデンサＣＳは、ダイオードＤを介してスイッチ
ング手段ＱＴに並列接続している。
【００７３】そうして、平滑コンデンサＣＳの両端間に
昇圧された平滑化直流電圧が得られる。
【００７４】次に、負荷回路について説明する。図６に
示すように、多数の負荷回路ＬＣ１〜ＬＣ２ｎは、その
半数ＬＣ１〜ＬＣｎ（図はＬＣ１、ＬＣ２のみを示して
いる。）がそれぞれ共振周波数ｆ１であり、残余の半数
ＬＣｎ＋１〜ＬＣ２ｎ（図はＬＣ２ｎ−１、ＬＣ２ｎの
みを示している。）がそれぞれ共振周波数ｆ２である。
そして、負荷回路ＬＣ１〜ＬＣｎおよびＬＣｎ＋１〜Ｌ
Ｃ２ｎの直列共振回路ＳＲＣ１、ＳＲＣ２、ＳＲＣ３、
ＳＲＣｎ、…、ＳＲＣｎ＋１、ＳＲＣｎ＋２、ＳＲＣｎ
＋３、…、ＳＲＣ２ｎは、図６に示すように、選択度Ｑ
がそれぞれ異なっている。
【００７５】その結果、図７に示すように、半数の負荷
回路ＬＣ１〜ＬＣｎに流れる負荷電流ＩＬＣ１、Ｉ
ＬＣ２ＩＬＣ３、ＩＬＣｎが遅れの電流となり、残余の
半数ＬＣｎ＋１〜ＬＣ２ｎに流れる負荷電流Ｉ
ＬＣｎ＋１、ＩＬＣｎ＋２、ＩＬＣ２ｎが進みの電流と
なる。このため、第１のスイッチング手段Ｑ１に流れる
スイッチング電流（ＩＱ１）および第２のスイッチング
手段Ｑ２に流れるスイッチング電流（ＩＱ２）は遅れの
電流と進みの電流との差からなる低減された電流とな
る。
【００７６】図８は、本発明の発光ダイオード駆動装置
の第４の実施形態を示す回路図である。
【００７７】本実施形態は、整流化直流電源ＲＤＣが部
分平滑回路ＰＳＣを備えているとともに、高周波インバ
ータＨＦＩが一石形インバータによって構成されている
点で主として異なる。
【００７８】すなわち、部分平滑回路ＰＳＣは、平滑コ
ンデンサＣＳ、インダクタＬＰおよびダイオードＤ２の
直列回路と、小容量のコンデンサＣＰとを全波整流回路
ＦＢＲの直流出力端間に並列接続し、直列回路のインダ
クタＬＰおよびダイオードＤ２の接続点をダイオードＤ
３を介して後述するスイッチング手段Ｑ３のコレクタに
接続してなる。
【００７９】高周波インバータＨＦＩは、出力トランス
Ｔ、スイッチング手段Ｑ３およびコンデンサＣ３、Ｃ４
からなる。出力トランスＴは、１次巻線ｐ、一対の２次
巻線Ｓ１、Ｓ２を備え、１次巻線ｐはバイポーラトラン
ジスタからなるスイッチング手段Ｑ３のコレクタ・エミ
ッタを介して全波整流回路ＦＢＲの直流出力端間に接続
している。コンデンサＣ３は、トランスＴの１次巻線ｐ
に並列接続している。コンデンサＣ４は、スイッチング
手段Ｑ３のコレクタ・エミッタに並列接続している。
【００８０】第１の負荷回路ＬＣ１は、出力トランスＴ
の一方の２次巻線Ｓ１間に接続している。同様に、第２
の負荷回路ＬＣ２は、他方の２次巻線Ｓ２間に接続して
いる。
【００８１】そうして、部分平滑回路ＰＳＣは、全波整
流回路ＦＢＲの非平滑直流電圧の瞬時値が平滑コンデン
サＣＳの端子電圧より高い期間にインダクタＬＰ、ダイ
オードＤ３およびスイッチング手段Ｑ３の経路で平滑コ
ンデンサＣＳを充電し、全波整流回路ＦＢＲの非平滑直
流電圧の瞬時値が平滑コンデンサＣＳの端子電圧より低
い期間に平滑コンデンサＣＳの電荷を高周波インバータ
ＨＦＩのスイッチング手段Ｑ３およびコンデンサＣ５の
閉回路内を高周波共振して高周波電圧に変換するので、
高周波出力電圧の包絡曲線がいわゆる谷埋め波形とな
る。
【００８２】また、高周波インバータＨＦＩは、出力ト
ランスＴの１次巻線ｐから見たインダクタンスとコンデ
ンサＣ３、Ｃ４とが共振するので、２次巻線Ｓ１、Ｓ２
の両端間に現れる高周波電圧は、正弦波交流波形とな
る。
【００８３】図９は、本発明の発光ダイオード駆動装置
の第５の実施形態を示す回路図である。
【００８４】本実施形態は、高周波インバータＨＦＩが
降圧チョッパを複合したハーフブリッジ形インバータに
よって構成されている点で図８に示す実施形態とは異な
る。すなわち、整流化直流電源ＲＤＣは、全波整流回路
ＦＢＲのみから構成されているが、高周波インバータＨ
ＦＩは、第１および第２のスイッチング手段Ｑ１、Ｑ２
の直列回路に対してコンデンサＣ５、Ｃ６の直列回路が
並列に接続している。そして、第１および第２のスイッ
チング手段Ｑ１、Ｑ２の接続点と、コンデンサＣ５、Ｃ
６の接続点との間に出力トランスTの１次巻線ｐの両端
が接続している。コンデンサＣ６は、静電容量が大きく
て平滑コンデンサとして作用する。
【００８５】そうして、コンデンサＣ６は、全波整流回
路ＦＢＲの非平滑直流出力電圧の瞬時値がコンデンサＣ
６の端子電圧より高い期間に第１のスイッチング手段Ｑ
１がオンしたときに充電される。また、全波整流回路Ｆ
ＢＲの非平滑直流出力電圧の瞬時値がコンデンサＣ６の
端子電圧より高い期間において、第２のスイッチング手
段Ｑ２がオンしたときにコンデンサＣ５と出力トランス
Ｔの１次巻線から見たインダクタンスとが共振して高周
波電圧を発生していわゆる谷埋めを行う。
【００８６】図１０は、本発明の発光ダイオード駆動装
置の第６の実施形態を示す回路図である。
【００８７】図１１は、同じく第１ないし第３の直列共
振回路の共振特性を示すグラフである。
【００８８】本実施形態は、図５に示すように、整流化
直流電源ＲＤＣが昇圧チョッパＢＵＴを備えているとと
もに、３個の負荷回路ＬＣ１〜ＬＣ３を備えている点で
異なる。３個の負荷回路ＬＣ１〜ＬＣ３のそれぞれの直
列共振回路ＳＲＣ１〜ＳＲＣ３は、選択度Ｑはほぼ同様
であるが、共振周波数ｆＲ１、ｆＲ２、ｆＲ３が順次ず
れている。
【００８９】そうして、高周波インバータＨＦＩの動作
周波数をｆ１とすると、それぞれの共振特性曲線の周波
数ｆ１における共振出力電圧が異なるため、各負荷回路
の発光ダイオード対ＬＥＤ１〜ＬＥＤ３に印加される負
荷電圧が異なる。このため、高周波インバータＨＦＩの
動作周波数を変えることにより、発光ダイオード対ＬＥ
Ｄ１〜ＬＥＤ３を調光することができる。
【００９０】図１２は、本発明の発光ダイオード駆動装
置の第７の実施形態を示す回路図である。
【００９１】図１３は、同じく第１ないし第３の直列共
振回路の共振特性を示すグラフである。
【００９２】本実施形態は、負荷回路の直列共振回路Ｓ
ＲＣ１〜ＳＲＣ３の構成は図１０と同様であるが、発光
ダイオード対ＬＥＤＲ、ＬＥＤＧ、ＬＥＤＢが異なると
ともに、外部信号に応じて高周波インバータＨＦＩの動
作周波数を制御するように構成している点で異なる。
【００９３】すなわち、発光ダイオード対ＬＥＤＲは光
色が赤色、ＬＥＤＧは緑色、ＬＥＤＢは青色である。ま
た、図において、ｔ１、ｔ２は外部信号端子、ＲＥＣは
外部信号受信回路、Ｖ／ｆは電圧−周波数変換回路、Ｄ
ＳＣはドライブ信号発生回路である。なお、外部信号と
しては、パルス幅制御信号、赤外線リモコン信号、マイ
コンからの信号などを用いることができる。
【００９４】そうして、外部信号端子ｔ１、ｔ２に到来
した外部信号は、外部信号受信回路ＲＥＣにて受信さ
れ、電圧−周波数変換回路Ｖ／ｆで周波数に変換され、
ドライブ信号発生回路ＤＳＣの周波数を制御する。その
ため、外部信号に応じて高周波インバータＨＦＩの動作
周波数が変化する。たとえば、動作周波数がｆ３である
と、発光ダイオード対ＬＥＤＢの負荷電圧が相対的に高
くなるので、青色が強くなる。また、動作周波数がｆ２
であると、発光ダイオード対ＬＥＤＧの負荷電圧が高く
なるので,緑色が強くなる。さらに、動作周波数がｆ１
であると、発光ダイオード対ＬＥＤＲの負荷電圧が高く
なるので、赤色が強くなる。以上を要するに、本実施形
態おいては、外部信号によって発光ダイオード対の調色
を行うことができる。
【００９５】また、高周波インバータＨＦＩの動作周波
数をｆ１以上に高くすれば、各光色を同時に調光するこ
とができる。
【００９６】図１４は、本発明の発光ダイオード駆動装
置の第８の実施形態を示す回路図である。
【００９７】図１５は、同じく外部信号波形を示すグラ
フである。
【００９８】本実施形態は、負荷回路の構成は図１に示
す第１の実施形態と同様であるが、高周波インバータＨ
ＦＩを間欠駆動することで調光を行うように構成してい
る点で異なる。すなわち、外部信号受信回路ＲＥＣとド
ライブ信号発生回路ＤＳＣとの間に間欠動作制御回路Ｉ
ＣＣが介在している。
【００９９】そうして、外部信号端子ｔ１、ｔ２に到来
する外部信号が図１５の（ａ）の場合は、高周波インバ
ータＨＦＩが連続的に動作して負荷回路ＬＣ１、ＬＣ２
を駆動する。次に、外部信号が同じく（ｂ）の場合は、
高周波インバータＨＦＩが間欠的に動作するので、負荷
回路ＬＣ１、ＬＣ２に供給されるエネルギーが絞られる
ので、調光される。さらに、外部信号が同じく（ｃ）の
場合は、高周波インバータＨＦＩがより一層休止期間が
長い状態で間欠的に動作するので、さらに深く調光され
る。もちろん、休止期間の周期は、（ｂ）、（ｃ）いず
れにおいても目視による明るさのちらつきを生じない範
囲に設定する必要がある。
【０１００】図１６は、本発明の発光ダイオード駆動装
置の第９の実施形態を示す回路図である。
【０１０１】本実施形態は、図１２および図１４に示す
第７および第８の実施形態の構成を合わせて備えてい
る。すなわち、外部信号を受けて高周波インバータＨＦ
Ｉの動作周波数を制御するとともに、間欠動作をも行う
ように構成している。これにより、調光またはおよび調
色の範囲を拡張するとともに、これらを円滑に行うこと
ができるようになる。
【０１０２】
【発明の効果】請求項１ないし６の各発明によれば、整
流化直流電源に直流入力端が接続する高周波インバータ
の高周波出力端に、直列共振回路および直列共振回路の
共振電圧が印加されるように接続された発光ダイオード
対を含む複数の負荷回路を並列的に接続するとともに、
複数の負荷回路が少なくとも異なる２以上の共振特性に
分類されることにより、高周波インバータのスイッチン
グ手段に流れる電流が小さくなってスイッチング損失が
低減して回路効率を向上したり、または簡単な回路で調
光または調色を行えたりする発光ダイオード駆動装置を
提供することができる。
【０１０３】請求項２の発明によれば、加えて複数の負
荷回路の共振回路が少なくとも異なる２以上の共振周波
数に分類されることにより、スイッチング損失が低減
し、回路効率が向上したり、または簡単な回路で調光ま
たは調色を行えたりする発光ダイオード駆動装置を提供
することができる。
【０１０４】請求項３の発明によれば、加えて高周波イ
ンバータの動作周波数が負荷回路の異なる共振周波数の
中間の値に設定されていることにより、負荷回路に流れ
る電流が遅れ電流と進み電流とになって、スイッチング
手段には、それらの差の低減された電流が流れてスイッ
チング損失が低減し回路効率が向上する発光ダイオード
駆動装置を提供することができる。
【０１０５】請求項４の発明によれば、加えて複数の負
荷回路の一部には遅れ電流が流れ、他の一部には進み電
流が流れて、スイッチング手段には、それらの差の低減
された電流が流れ流れてスイッチング損失が低減し回路
効率が向上する発光ダイオード駆動装置を提供すること
ができる。
【０１０６】請求項５の発明によれば、加えて高周波イ
ンバータの動作周波数が可変であることにより、発光ダ
イオード対を調光およびまたは調色を行う発光ダイオー
ド駆動装置を提供することができる。
【０１０７】請求項６の発明によれば、加えて発光ダイ
オード対が一つの負荷回路に対して実質的に単一の特性
を備えていることにより、発光ダイオード対を調色およ
び調光を行う発光ダイオード駆動装置を提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光ダイオード駆動装置の第１の実施
形態を示す回路図
【図２】本発明の発光ダイオード駆動装置の第１の実施
形態における第１および第２の直列共振回路の共振特性
を示すグラフ
【図３】本発明の発光ダイオード駆動装置の第１の実施
形態における負荷電流およびスイッチング電流を示す波
形図
【図４】本発明の発光ダイオード駆動装置の第２の実施
形態における発光ダイオード対を示す回路図
【図５】本発明の発光ダイオード駆動装置の第３の実施
形態を示す回路図
【図６】同じく複数の直列共振回路の共振特性を示すグ
ラフ
【図７】同じく負荷電流およびスイッチング電流を示す
波形図
【図８】本発明の発光ダイオード駆動装置の第４の実施
形態を示す回路図
【図９】本発明の発光ダイオード駆動装置の第５の実施
形態を示す回路図
【図１０】本発明の発光ダイオード駆動装置の第６の実
施形態を示す回路図
【図１１】同じく第１ないし第３の直列共振回路の共振
特性を示すグラフ
【図１２】本発明の発光ダイオード駆動装置の第７の実
施形態を示す回路図
【図１３】同じく第１ないし第３の直列共振回路の共振
特性を示すグラフ
【図１４】本発明の発光ダイオード駆動装置の第８の実
施形態を示す回路図
【図１５】同じく外部信号波形を示すグラフ
【図１６】本発明の発光ダイオード駆動装置の第９の実
施形態を示す回路図
【図１７】高周波インバータを用いた従来の発光ダイオ
ード駆動装置を示す回路図
【図１８】昇圧チョッパおよび降圧チョッパを組み合わ
せた従来の発光ダイオード駆動装置を示す回路図
【符号の説明】
ＡＳ…低周波交流電源 ＨＦ…高周波フィルタ ＬＨＦ…インダクタ ＣＨＦ…コンデンサ ＲＤＣ…整流化直流電源 ＦＢＲ…全波整流回路 ＣＳ…平滑コンデンサ ＨＦＩ…高周波インバータ Ｑ１…第１のスイッチング手段 Ｑ２…第２のスイッチング手段 ＤＳＣ…ドライブ信号発生回路 ＬＣ１…第１の負荷回路 ＬＣ２…第２の負荷回路 ＣＤＣ…直流カットコンデンサ ＳＲＣ１…第１の直列共振回路 ＳＲＣ２…第２の直列共振回路 Ｌ１…インダクタンス Ｌ２…インダクタンス Ｃ１…静電容量 Ｃ２…静電容量 ＬＥＤ１…第１の発光ダイオード対 ＬＥＤ２…第２の発光ダイオード対
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笹井 敏彦 東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ラ イテック株式会社内 (72)発明者 三田 一敏 東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ラ イテック株式会社内 (72)発明者 鎌田 征彦 東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ラ イテック株式会社内 (72)発明者 松本 晋一郎 東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ラ イテック株式会社内 (72)発明者 小塚 日出夫 東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ラ イテック株式会社内 Ｆターム(参考） 3K072 AA19 AB04 BA05 BB03 CA11 DD04 FA05 GA03 GB04 GB12 GC04 HA06 HB06 3K073 AA16 AA52 AB01 CG11 CJ17 CM06 3K098 CC38 CC40 CC62 5F041 AA14 AA21 BB06 BB23 BB24 BB25 BB27

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】交流入力端が低周波交流電源に接続する整
    流化直流電源と；直流入力端が整流化直流電源の直流出
    力端間に接続される高周波インバータと；それぞれ直列
    共振回路および直列共振回路の共振出力電圧が印加され
    るように接続された発光ダイオード対を含み、高周波イ
    ンバータの高周波出力端に並列的に接続されるととも
    に、複数の直列共振回路が少なくとも異なる2以上の共
    振特性に分類される複数の負荷回路と；を具備している
    ことを特徴とする発光ダイオード駆動装置。
  2. 【請求項２】交流入力端が低周波交流電源に接続する整
    流化直流電源と；直流入力端が整流化直流電源の直流出
    力端間に接続される高周波インバータと；それぞれ直列
    共振回路および直列共振回路の共振出力電圧が印加され
    るように接続された発光ダイオード対を含み、高周波イ
    ンバータの高周波出力端に並列的に接続されるととも
    に、複数の直列共振回路が少なくとも異なる2以上の共
    振周波数に分類される複数の負荷回路と；を具備してい
    ることを特徴とする発光ダイオード駆動装置。
  3. 【請求項３】高周波インバータは、その動作周波数が複
    数の負荷回路の異なる共振周波数の中間の値に設定され
    ることを特徴とする請求項2記載の発光ダイオード駆動
    装置。
  4. 【請求項４】交流入力端が低周波交流電源に接続する整
    流化直流電源と；直流入力端が整流化直流電源の直流出
    力端間に接続される高周波インバータと；それぞれ共振
    回路および直列共振回路の共振出力電圧が印加されるよ
    うに接続された発光ダイオード対を含み、高周波インバ
    ータの高周波出力端に並列的に接続されるとともに、少
    なくとも一部は遅れ電流が流れ、他の一部は進み電流が
    流れ、負荷電流全体として無効電流が著しく低下する複
    数の負荷回路と；を具備していることを特徴とする発光
    ダイオード駆動装置。
  5. 【請求項５】高周波インバータは、その動作周波数が可
    変であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか
    一記載の発光ダイオード駆動装置。
  6. 【請求項６】発光ダイオード対は、一つの負荷回路に対
    して実質的に単一の特性を備えているとともに、負荷回
    路全体として異なる光色の発光ダイオードが用いられて
    いることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一記
    載の発光ダイオード駆動装置。
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