JP2006202855A

JP2006202855A - 発光ダイオード駆動用半導体装置および発光ダイオード駆動装置

Info

Publication number: JP2006202855A
Application number: JP2005010786A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kunimatsu; 崇國松
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-01-18
Filing date: 2005-01-18
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2025-01-18
Also published as: JP4061312B2

Abstract

【課題】照明光の光度と色度を調整できちらつきが少なく、かつ電力損失の小さい発光ダイオード駆動用半導体装置を提供する。
【解決手段】複数列のＬＥＤアレイ５、チョークコイル３、ダイオード４Ａ、４Ｂ、整流回路２、及びスイッチング駆動回路６を備えた発光ダイオード駆動装置におけるスイッチング駆動回路を構成する半導体装置は、ＬＥＤアレイ毎に接続される主スイッチング素子１０Ａ、及び接合型ＦＥＴ９を含むスイッチング素子ブロック７と、入力電圧検出回路２１、入力電圧検出回路の出力電圧が所定値以上になると、主スイッチング素子に対するオンオフ制御に基づくオン動作を開始し、所定値未満になると停止する起動／停止回路１２、主スイッチング素子の電流を検出する電流検出回路１８Ａ、及び電流検出回路による検出信号に応じて、主スイッチング素子の電流が一定となるようにオフ動作を制御する制御回路を含む制御回路ブロック８とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード駆動用半導体装置、特に、発光ダイオードを並列接続して使用するＬＥＤ照明装置に適した発光ダイオード駆動用半導体装置に関する。また、それを用いた発光ダイオード駆動装置に関する

発光ダイオードを並列接続して駆動した場合、各発光ダイオードにおける順方向電圧のばらつきによって発生する出力輝度のばらつきが、重要な課題となる。このばらつきを低減する方法として、カレントミラー回路による定電流回路が主に使用されていた。

図１８は、特許文献１に開示された従来例の発光ダイオード駆動装置を示す回路図である。この回路は、複数の発光ダイオード１０２、１０３、電流制限抵抗１０１、及びバイポーラトランジスタ１０４をそれぞれ直列接続してなる複数のＬＥＤアレイ回路１００を備える。更に、各ＬＥＤアレイ回路１００のバイポーラトランジスタ１０４と共に各カレントミラー回路を構成するバイポーラトランジスタ１２１を有する定電流回路１２０と、各ＬＥＤアレイ回路１００のバイポーラトランジスタ１０４を共にスイッチング作動させるように各カレントミラー回路に接続されたバイポーラトランジスタ１３１を有するスイッチング手段１３０とを備える。定電流回路１２０へは、定電圧回路１１０から定電圧が供給される。

定電流回路１２０のバイポーラトランジスタ１２１が各ＬＥＤアレイ回路１００のバイポーラトランジスタ１０４と共に構成するカレントミラー回路の動作により、各ＬＥＤアレイ回路１００には、定電流回路１２０の定電流と同一の電流が流れて、各ＬＥＤアレイ回路１００の両発光ダイオード１０２、１０３を発光駆動する。スイッチング回路１３０は、各カレントミラー回路に接続されたバイポーラトランジスタ１３１が、調光回路１４０からの調光制御出力によりスイッチング制御されることにより、各バイポーラトランジスタ１０４を共にスイッチング作動させる。

この従来例による発光ダイオード駆動装置によれば、各カレントミラー回路のカレントミラー作用のもとに、定電流回路１２０のバイポーラトランジスタ１２１及び各並列接続されたＬＥＤアレイ回路１００のバイポーラトランジスタ１０４をスイッチング作動させることにより、並列接続された各ＬＥＤアレイ回路１００は定電流で駆動されるため、各発光ダイオード１０２、１０３の順方向電圧にバラツキが生じても、発光輝度にバラツキが生じない。

図１９は、特許文献２に開示された、他の従来例の発光ダイオード駆動装置を示す回路図である。この従来例は、複数個のＬＥＤが直列接続されたＬＥＤ直列回路２０２を２並列以上接続して形成されたＬＥＤアレイ回路２０１と、各々のＬＥＤ直列回路２０２に直列接続された定電流回路２０３とを備える。定電流回路２０３は、各々のＬＥＤ直列回路２０２の入力電圧の大きさに関係なく、そのＬＥＤ列に一定電流を流す。単相交流電源２０４、整流器２０５、および定電圧レギュレータ２０６により電源部が構成され、単相交流電源２０４の電源電圧を整流器２０５で整流し定電圧レギュレータ２０６で調整された直流電圧が、ＬＥＤアレイ回路２０１に印加される。電源部は、定電流回路２０３の負担電圧がＬＥＤ直列回路２０２のＬＥＤ列の順方向電圧よりも小さくなるように、制御手段２０７により制御される。

定電圧レギュレータ２０６は昇圧チョッパ付きの昇圧型であり、制御手段２０７により制御され、ＬＥＤアレイ回路２０１に供給する一定電圧を調整して出力する。比較手段２０８は、各々のＬＥＤ直列回路２０２の回路要素２０３の負担電圧のうちの最小値を検出し、その検出した最小値を制御手段２０７に出力する。

制御手段２０７は、定電流回路２０３の負担電圧がＬＥＤ直列回路２０２のＬＥＤ列の順方向電圧よりも小さくなるように定電圧レギュレータ２０６を制御する。この場合、各々の定電流回路２０３の負担電圧にはばらつきがあるので、比較手段２０８で検出された各々の定電流回路２０３の入力電圧のうちの最小値がＬＥＤ直列回路２０２のＬＥＤ列の順方向電圧よりも小さくなるように、定電圧レギュレータ２０６が制御される。また、制御手段２０７は、ＬＥＤ列の順方向電圧が確立し各々のＬＥＤ直列回路２０２が点灯したときは、定電流回路２０３の負担電圧の最小値を実質的に零に制御する。
特開２００３−１００４７２号公報特開２００２−８４０９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された発光ダイオード駆動装置には、以下の課題がある。すなわち、各ＬＥＤアレイ回路に電流制限抵抗が接続されているため、電力損失が大きい。また各発光ダイオード回路にバイポーラトランジスタを接続し、カレントミラー回路による定電流回路を形成しているため、各ＬＥＤアレイ回路のバイポーラトランジスタで電力損失が発生し、発光効率が低くなる。

また、特許文献２に開示された発光ダイオード駆動装置には、以下の課題がある。すなわち、各ＬＥＤアレイ回路に接続された回路要素の負担電圧の内、最小値が実質的に零になるように制御しているが、他のＬＥＤアレイに接続された回路要素には負担電圧が発生しているため、これらの回路要素で電力損失が発生する。また、交流電圧を直流に変換する際にチョッパ回路を使用しているため、この回路で電力損失が発生する。さらに各ＬＥＤアレイ回路に流れる電流値を変更する手段を備えていないため、調光機能を有しない。

本発明は、上記課題に鑑み、ＬＥＤアレイによって順方向電圧のばらつきなどがあっても、簡便な構成で光度と色度を制御することができ、かつ電力損失の小さい発光ダイオード駆動用半導体装置を提供することを目的とする。

本発明の発光ダイオード駆動用半導体装置は、複数個の発光ダイオードを直列接続して形成された発光ダイオードアレイを複数列備えた発光ダイオードブロックと、前記発光ダイオードブロックに直列に接続されたチョークコイルと、前記チョークコイルに生じる逆起電力を前記複数の発光ダイオードアレイに供給するための複数のダイオードと、交流電源の交流電圧を整流して前記発光ダイオードブロックと前記チョークコイルに印加する整流回路と、前記発光ダイオードブロックへ電流を供給するためのスイッチング駆動回路とを備えた発光ダイオード駆動装置における前記スイッチング駆動回路を構成する。

上記課題を解決するため、本発明の発光ダイオード駆動用半導体装置は、スイッチング素子ブロックと制御回路ブロックとを備え、前記スイッチング素子ブロックは、前記発光ダイオードアレイ毎に直列接続される複数の主スイッチング素子と、前記主スイッチング素子に対応して接続された少なくとも１つの接合型ＦＥＴとを備え、前記制御回路ブロックは、前記接合型ＦＥＴの他端に接続された入力端子と、前記入力端子に接続され基準電圧を出力する基準電圧端子と、前記交流電圧を整流した電圧を検出する入力電圧検出回路と、前記入力電圧検出回路の出力電圧が所定値以上になると、前記複数の主スイッチング素子に対する所定の発振周波数での断続的なオンオフ制御に基づくオン動作を開始し、前記入力電圧検出回路の出力電圧が所定値未満になると停止する起動／停止回路と、前記複数の主スイッチング素子に流れる電流をそれぞれ検出する複数の電流検出回路と、前記各電流検出回路による検出信号に応じて、前記主スイッチング素子に流れる電流が一定となるようにオフ動作を制御する制御回路とを備える。

以上のように構成することにより、各発光ダイオードアレイには、スイッチング素子がオン状態にあるときは、チョークコイル→発光ダイオード→スイッチング素子の向きに電流が流れ、スイッチング素子がオフ状態にあるときは、チョークコイルと発光ダイオードとダイオードで構成される回路ループをチョークコイル→発光ダイオード→ダイオードの向きに電流が流れ、降圧チョッパのような動作をする。従って、電力変換効率が高く、部品点数が少なく小型で、入力電圧の変動や各発光ダイオードアレイの順方向電圧ばらつきに依存せずに各発光ダイオードアレイに流れる電流を定電流で制御できので、色度を一定にした発光ダイオード駆動装置を実現できる。また駆動回路が起動／停止する電圧が、整流された入力電圧の任意の電圧で規定されるので、１周期中で電流が流れる期間と流れない期間との比率を調整できるので、光度を一定にした発光ダイオード駆動装置を実現できる。

本発明によれば、高電力変換効率で、ＬＥＤアレイによって順方向電圧のばらつきなどがあっても、簡便な構成で光度及び色度の制御が可能な小型の発光ダイオード駆動装置を実現することができる。

上記構成の発光ダイオード駆動用半導体装置において、前記スイッチング素子ブロックは、複数の制御端子、複数の高電位側端子、及び低電位側端子を有し、前記接合型ＦＥＴの出力端子と対をなす前記主スイッチング素子の一方の出力端子が接続され、前記各制御端子に前記制御回路ブロックの各出力端子と前記複数の主スイッチング素子の各制御端子が接続され、前記高電位側端子に前記接合型ＦＥＴの入力端子が接続され、前記接合型ＦＥＴの出力端子と前記対をなす主スイッチング素子の出力端子の接続部に前記制御回路ブロックの入力端子が接続され、前記低電位側端子に前記複数の主スイッチング素子の他方の出力端子と前記制御回路ブロックのグランド端子が接続された構成とすることができる。

あるいは、前記スイッチング素子ブロックは、複数の制御端子、複数の高電位側端子、及び低電位側端子を有し、前記各制御端子に前記制御回路ブロックの各出力端子と前記複数の主スイッチング素子の各制御端子が接続され、前記各高電位側端子に前記複数の主スイッチング素子の一方の出力端子が接続され、前記高電位側端子の一つに前記接合型ＦＥＴの入力端子が接続され、前記接合型ＦＥＴの出力端子に前記制御回路ブロックの入力端子が接続され、前記低電位端子に前記複数の主スイッチング素子の他方の出力端子と前記制御回路ブロックのグランド端子が接続された構成とすることができる。

あるいは、前記スイッチング素子ブロックは、複数の制御端子、整流電圧源端子、複数の高電位側端子、及び低電位側端子を有し、前記各制御端子に前記制御回路ブロックの各出力端子と前記複数の主スイッチング素子の各制御端子が接続され、前記整流電源端子に前記整流回路の出力端子と前記接合型ＦＥＴの入力端子が接続され、前記接合型ＦＥＴの出力端子に前記制御回路ブロックの入力端子が接続され、前記各高電位側端子に前記複数の主スイッチング素子の一方の出力端子が接続され、前記低電位端子に前記複数の主スイッチング素子の他方の出力端子と前記制御回路ブロックのグランド端子が接続された構成とすることができる。

以上のような構成によれば、接合型ＦＥＴによるピンチオフ効果により、接合型ＦＥＴの高電位側に印加される高電圧は接合型ＦＥＴの低電位側では低い電圧でピンチオフされる。それにより、スイッチング素子ブロックから制御回路への電力供給が可能となるため、起動抵抗等による電力損失が少なくなり、電力変換効率が高い発光ダイオード駆動装置を実現できる。

以上のいずれかの構成の発光ダイオード駆動用半導体装置において、前記制御回路ブロックは、その入力端子と基準電圧端子の間に挿入されたレギュレータを有することが好ましい。

この構成により、制御回路動作中の基準電圧を一定に保つことが出来るため、安定したスイッチング素子の制御を実現できる。

以上のいずれかの構成の発光ダイオード駆動用半導体装置において、前記複数の電流検出回路は、前記複数の主スイッチング素子のオン電圧を検出基準電圧と比較することにより前記各スイッチング素子に流れる電流を検出することが好ましい。

このようにスイッチング素子ブロックの各スイッチング素子のオン電圧を検出することにより、電力損失を低減した各スイッチング素子の電流検出、すなわち各発光ダイオードアレイに流れる電流ピーク値の検出を実現でき、電力変換効率が高い発光ダイオード駆動装置を実現できる。

以上のいずれかの構成の発光ダイオード駆動用半導体装置において、前記複数の電流検出回路は、前記複数の主スイッチング素子に対して制御端子と高電位側端子が並列接続されて各々一対をなす複数の副スイッチング素子と、前記各副スイッチング素子の低電位側に直列接続された抵抗とを備え、前記副スイッチング素子に流れる電流は、前記主スイッチング素子に流れる電流よりも小さく、且つ前記主スイッチング素子に流れる電流に対して一定の電流比となるように設定され、前記各抵抗の両端電圧を検出基準電圧と比較することにより前記各主スイッチング素子の電流を検出することが好ましい。

この構成によれば、抵抗により直接大電流を検出しないため、電力損失を低減したスイッチング素子の電流検出、すなわち各発光ダイオードアレイに流れる電流ピーク値の検出を実現でき、電力変換効率が高い発光ダイオード駆動装置を実現できる。

以上のいずれかの構成の発光ダイオード駆動用半導体装置において、前記複数の電流検出回路に接続された外部検出端子を更に有し、前記外部検出端子に入力される前記検出基準電圧の値を変えることにより、前記主スイッチング素子の断続的なオンオフ制御におけるオン期間を外部信号により変更可能な構成を有し、それにより前記発光ダイオードブロックに流れる定電流レベルを調整可能であることが好ましい。

この構成により、発光ダイオードブロック全体の光度及び色度を制御する機能を有する電力変換効率が高い発光ダイオード駆動装置を実現できる。

あるいは、前記複数の電流検出回路に接続された各々の外部検出端子を更に有し、前記複数の外部検出端子に入力される前記検出基準電圧の値をそれぞれ変えることにより、前記主スイッチング素子の断続的なオンオフ制御におけるオン期間を外部信号により変更可能な構成を有し、前記発光ダイオードアレイに流れる定電流レベルを個別に調整可能であることが好ましい。

この構成によれば、発光ダイオードアレイ別の光度及び色度を制御する機能を有するため、より複雑な調光機能を有した電力変換効率が高い発光ダイオード駆動装置を実現できる。

以上のいずれかの構成の発光ダイオード駆動用半導体装置において、前記入力電圧検出回路は、前記整流回路によって整流された電圧が入力される整流電源端子と前記制御回路ブロックのグランド端子間に直列に接続された２つの抵抗と、前記２つの抵抗による抵抗分割によって分圧された直流電圧が＋端子に入力され、予め設定された基準電圧が−端子に入力されるコンパレータとを備えることが好ましい。

この構成により、交流電源の周波数の倍周期中（一般商用電源を使用した場合は１００Ｈｚ／１２０Ｈｚ）で発光させる期間と消光させる期間を正確に規定できる発光ダイオード駆動装置を実現できる。

あるいは、前記入力電圧検出回路は、前記整流回路によって整流された電圧が入力される整流電源端子と前記制御回路ブロックのグランド端子間に直列に接続された２つの抵抗と、前記２つの抵抗による抵抗分割によって分圧された直流電圧が＋端子に入力され、基準電圧が−端子に入力されるコンパレータとを備え、前記基準電圧を外部信号により変更することにより、前記スイッチング素子が起動／停止する電圧を調整可能であることが好ましい。

この構成により、簡単に起動／停止電圧を調整可能となり、光度の調整可能な電力変換効率が高い発光ダイオード駆動装置を実現できる。

あるいは、前記入力電圧検出回路は、前記整流回路によって整流された電圧が入力される整流電源端子と前記制御回路ブロックのグランド端子間に直列に接続された２つの抵抗と、前記２つの抵抗による抵抗分割によって分圧された直流電圧がそれぞれ一方の入力端子に入力される第１及び第２のコンパレータと、前記第１及び第２のコンパレータの他方の入力端子に各々接続された外部端子であるＨＩレベル入力端子及びＬＯＷレベル入力端子と、前記第１及び第２のコンパレータの出力端子が接続されたＮＯＲ回路とを備え、前記第１のコンパレータは、＋端子に前記ＬＯＷレベル入力端子が接続され、−端子に前記抵抗分割によって分圧された直流電圧が入力されて、前記起動／停止回路の起動レベルの下限を規定する入力電圧ＶＬに対する比較結果を出力し、前記第２のコンパレータは、−端子に前記ＨＩレベル入力端子が接続され、＋端子に前記抵抗分割によって分圧された直流電圧が入力されて、前記起動／停止回路の起動レベルの上限を規定する入力電圧ＶＨに対する比較結果を出力し、任意の電圧ＶＨ及びＶＬにより起動／停止を制御可能であることが好ましい。

この構成により、１周期中における起動電圧と停止電圧のレベルを個別に設定できるため、より複雑な光度調整が可能な電力変換効率が高い発光ダイオード駆動装置を実現できる。

上記構成の発光ダイオード駆動用半導体装置において、前記接合型ＦＥＴの低電位側出力端子が前記制御回路ブロックの入力端子に接続され、前記入力電圧検出回路は、前記接合型ＦＥＴの低電位側出力端子が＋端子に接続され、予め設定された基準電圧が−端子に入力されるコンパレータを備えた構成とすることができる。

この構成によれば、抵抗による直接的な入力電圧の検出ではないため、電力変換効率が高い入力電圧検出機能を有した発光ダイオード駆動装置を実現できる。

あるいは、前記接合型ＦＥＴの低電位側出力端子が前記制御回路ブロックの入力端子に接続され、前記入力電圧検出回路は、前記接合型ＦＥＴの低電位側出力端子が＋端子に接続され、基準電圧が−端子に入力されるコンパレータで構成され、前記基準電圧を外部信号により変更することにより、前記スイッチング素子が起動／停止する電圧を調整可能である構成とすることができる。

あるいは、前記接合型ＦＥＴの低電位側出力端子が前記制御回路ブロックの入力端子に接続され、前記入力電圧検出回路は、前記接合型ＦＥＴの低電位側出力端子が一方の入力端子に接続された第１及び第２のコンパレータと、前記第１及び第２のコンパレータの他方の入力端子に各々接続された外部端子であるＨＩレベル入力端子及びＬＯＷレベル入力端子と、前記第１及び第２のコンパレータの出力端子が接続されたＮＯＲ回路とを備え、前記第１のコンパレータは、＋端子に前記ＬＯＷレベル入力端子が接続され、−端子に前記接合型ＦＥＴの低電位側出力端子が接続されて、前記起動／停止回路の起動レベルの下限を規定する入力電圧ＶＬに対する比較結果を出力し、前記第２のコンパレータは、−端子に前記ＨＩレベル入力端子が接続され、＋端子に前記接合型ＦＥＴの低電位側出力端子が接続されて、前記起動／停止回路の起動レベルの上限を規定する入力電圧ＶＨに対する比較結果を出力し、任意の電圧ＶＨ及びＶＬにより起動／停止を制御可能である構成とすることができる。

上記構成の発光ダイオード駆動用半導体装置において、前記発光ダイオードアレイの各々に対応させて前記入力電圧検出回路と前記起動／停止回路とを備え、任意の電圧ＶＨ及びＶＬで起動／停止を制御可能である構成とすることができる。

この構成により、１周期中における起動電圧と停止電圧のレベルを発光ダイオードアレイ毎に個別に設定できるため、より複雑な光度調整が可能な電力変換効率が高い発光ダイオード駆動装置を実現できる。

以上のいずれかの構成の発光ダイオード駆動用半導体装置において、前記外部検出端子と前記電流検出回路との間にソフトスタート回路を備え、前記ソフトスタート回路は、前記起動／停止回路から起動信号を入力すると、前記検出基準電圧を一定値に至るまで徐々に増加するように出力する構成とすることが好ましい。

この構成により、起動時に発生する突入電流を防止でき、各発光ダイオードアレイの光度を徐々に高くすることができる発光ダイオード駆動装置を実現できる。

また、過熱保護機能を備えることが好ましい。

この構成により、発光ダイオード駆動装置の安全性を向上することができる。

本発明の発光ダイオード駆動装置は、複数個の発光ダイオードを直列接続して形成された発光ダイオードアレイを複数列備えた発光ダイオードブロックと、前記発光ダイオードブロックに直列に接続されたチョークコイルと、前記チョークコイルに生じる逆起電力を前記複数の発光ダイオードアレイに供給するための複数のダイオードと、交流電源の交流電圧を整流して前記発光ダイオードブロックと前記チョークコイルに印加する整流回路と、前記発光ダイオードブロックへ電流を供給するためのスイッチング駆動回路とを備え、前記スイッチング駆動回路は、上記いずれかの構成の発光ダイオード駆動用半導体装置により構成されたことを特徴とする。

この構成により、上述の発光ダイオード駆動用半導体装置により得られる効果と同様、電力変換効率が高く、部品点数が少なく小型で、入力電圧の変動や各発光ダイオードアレイの順方向電圧ばらつきに依存せずに各発光ダイオードアレイに流れる電流を定電流で制御でき、色度を自由に制御可能な発光ダイオード駆動装置を実現できる。また駆動回路が起動／停止する電圧が整流された入力電圧の任意の電圧で規定されるので、１周期中で電流が流れる期間と流れない期間との比率を調整でき、光度を自由に制御可能な発光ダイオード駆動装置を実現できる。

この構成の発光ダイオード駆動装置において、前記ダイオードの逆回復時間（Ｔｒｒ）が１００ｎｓｅｃ以下であることが好ましい。

この構成により、スイッチング素子がオフ状態からオン状態に移行する過渡状態において、スイッチング素子での電力損失が低減することが可能となる。

また、前記発光ダイオードブロックは、前記発光ダイオードアレイ毎に発光色の異なる前記発光ダイオードが複数個直接接続された３列以上の前記発光ダイオードアレイを備え、前記発光ダイオードアレイ毎に、前記主スイッチング素子、前記電流検出回路、及び前記主スイッチング素子の断続的なオンオフ制御におけるオン期間を外部信号により制御するための外部端子を備え、前記各発光ダイオードアレイに流れる定電流レベルをそれぞれ制御して、前記発光ダイオードブロックの色度を制御可能であることが好ましい。

この構成により、発光ダイオードアレイ別に赤色、緑色、青色の発光ダイオードを配置すれば、赤、青、緑の各色の発光ダイオードアレイ別に流れる定電流レベルを調整し色毎の光度が制御できるため、より複雑な調光機能を有した電力変換効率が高い発光ダイオード駆動装置を実現できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

（実施の形態１）
図１に、本発明の実施の形態１における発光ダイオード駆動用の半導体装置６Ａを用いた発光ダイオード駆動装置を示す。本実施の形態では、複数の発光ダイオードが直列接続された２つのＬＥＤアレイ５Ａ、５Ｂを、並列に接続して構成された発光ダイオードブロック５を発光させる場合について説明する。半導体装置６Ａは、スイッチング素子ブロック７Ａと、制御回路ブロック８Ａとから構成されている。

交流電源１に接続された全波整流回路２の高電位側には、チョークコイル３の一端と、ダイオード４Ａ，４Ｂのカソード端子が接続されている。チョークコイル３の他端には、発光ダイオードブロック５のＬＥＤアレイ５Ａ，５Ｂのアノード端子側が接続されている。ＬＥＤアレイ５Ａのカソード端子には、ダイオード４Ａのアノード端子と、スイッチング素子ブロック７Ａの高電位側端子ＶＤ１がそれぞれ接続されている。ＬＥＤアレイ５Ｂのカソード端子側には、ダイオード４Ｂのアノード端子と、スイッチング素子ブロック７Ａの高電位側端子ＶＤ２がそれぞれ接続されている。

スイッチング素子ブロック７Ａは、接合型ＦＥＴ９と、２つのスイッチング素子１０Ａ，１０Ｂで構成される。接合型ＦＥＴ９とスイッチング素子１０Ａは直列接続され、接合型ＦＥＴ９の高電位側が高電位側端子ＶＤ１に接続されている。低電位側端子にはスイッチング素子１０Ａの低電位側出力端子と制御回路ブロック８Ａのグランド端子が接続されている。接合型ＦＥＴ９とスイッチング素子１０Ａの接続点には、制御回路ブロック８Ａの入力端子ＶＪが、スイッチング素子１０Ａの制御端子には制御回路ブロック８Ａの出力端子ＧＡＴＥ１がそれぞれ接続されている。また高電位側端子ＶＤ２には、スイッチング素子１０Ｂの高電位側出力端子が接続されている。スイッチング素子１０Ｂの低電位側出力端子は低電位端子に接続されている。スイッチング素子１０Ｂの制御端子には、制御回路ブロック８Ａの出力端子ＧＡＴＥ２が接続されている。

制御回路ブロック８Ａは、整流電圧端子ＩＮ、入力端子ＶＪ、出力端子ＧＡＴＥ１、ＧＡＴＥ２、グランド端子ＧＮＤ、及び基準電圧端子Ｖｃｃを有する。整流電圧端子ＩＮは、全波整流回路２の高電位側と、入力電圧検出回路２１に接続されている。基準電圧端子Ｖｃｃには、コンデンサ２４が接続されている。入力端子ＶＪにはレギュレータ１１の一端が接続され、レギュレータ１１の他端は基準電圧端子Ｖｃｃに接続されている。

出力端子ＧＡＴＥ１は対応するスイッチング素子１０Ａの制御端子に、出力端子ＧＡＴＥ２は対応するスイッチング素子１０Ｂの制御端子に接続されるとともに、以下のような構成の駆動回路と接続されている。

スイッチング素子１０Ａ，１０Ｂの高電位側出力端子は、共通の検出基準電圧Ｖｓｎを有するドレイン電流検出回路１８Ａ，１８Ｂの検出端子に接続される。

出力端子ＧＡＴＥ１には、ＡＮＤ回路１３Ａの出力端子と、オン時ブランキングパルス発生器１４の入力端子が接続されている。ＡＮＤ回路１３Ａの入力端子には、起動／停止回路１２の出力端子と、発振器１９のＭＡＸＤＵＴＹ信号出力端子と、ＲＳフリップフロップ回路１５Ａの出力端子Ｑが接続されている。ＡＮＤ回路１７Ａの入力端子には、ドレイン電流検出回路１８Ａの出力端子と、オン時ブランキングパルス発生器１４の出力端子が接続されている。ＯＲ回路１６Ａの入力には、ＡＮＤ回路１７Ａの出力信号と発振器１９のＭＡＸＤＵＴＹ信号の反転信号が入力され、ＯＲ回路１６Ａの出力信号は、ＲＳフリップフロップ回路１５Ａのリセット信号端子Ｒに入力される。

出力端子ＧＡＴＥ２には、ＡＮＤ回路１３Ｂの出力端子が接続される。ＡＮＤ回路１３Ｂの入力端子には、起動／停止回路１２の出力信号と、発振器１９のＭＡＸＤＵＴＹ信号出力端子と、ＲＳフリップフロップ回路１５Ｂの出力端子Ｑが接続されている。ＡＮＤ回路１７Ｂの入力端子には、ドレイン電流検出回路１８Ｂの出力端子と、オン時ブランキングパルス発生器１４の出力端子が接続されている。ＯＲ回路１６Ｂの入力には、ＡＮＤ回路１７Ｂの出力信号と、発振器１９のＭＡＸＤＵＴＹ信号の反転信号が入力され、ＯＲ回路１６Ｂの出力信号は、ＲＳフリップフロップ回路１５Ｂのリセット信号端子Ｒに入力される。

入力電圧検出回路２１は、検出基準電圧Ｖｓｔが−端子に入力されるコンパレータ２０と、直列に接続された２つの抵抗２２，２３とで構成されている。直列接続抵抗２２，２３は、高電位側が制御回路ブロック８Ａの整流電圧端子ＩＮに接続され、低電位側が制御回路ブロック８Ａのグランド端子ＧＮＤ／ＳＯＵＲＣＥに接続され、中間端子がコンパレータ２０の＋端子に接続されている。コンパレータ２０の出力端子は、起動／停止回路１２の入力端子に接続されている。

次に、図２、及び図３を参照して、上記構成の発光ダイオード駆動装置の動作を説明する。図２（ａ）は、発光ダイオード駆動装置におけるＶｉｎ端子電圧波形、（ｂ）は、ＬＥＤアレイ５Ａ，５Ｂに流れる定電流ＩＬ０の波形、（ｃ）は、制御回路ブロック８Ａの基準電圧端子Ｖｃｃの電圧Ｖｃｃを示す。

全波整流回路２から出力された電圧Ｖｉｎは、図２（ａ）に示すように交流電圧を全波整流した波形となる。全波整流電圧Ｖｉｎは、チョークコイル３とＬＥＤアレイ５Ａを介して、スイッチング素子ブロック７Ａの接合型ＦＥＴ９の高電位側に印加され、図３のＶＤで示すように徐々に上昇する。接合型ＦＥＴ９の高電位側電圧ＶＤ１と低電位側電圧ＶＪは、図３に示すように、ＶＤの上昇とともに上昇する（領域Ａ）。但し、ピンチオフにより、ＶＤ≧ＶＤＰ以上では、ＶＪ＝ＶＪＰとなる（領域Ｂ）。

そして、接合型ＦＥＴ９の低電位側に接続されたレギュレータ１１により、制御回路ブロック８Ａの基準電圧端子Ｖｃｃの電圧Ｖｃｃも上昇する。高電位側電圧ＶＤがＶＤＳＴＡＲＴになり、低電位側電圧ＶＪが起動電圧Ｖｃｃ０に達すると、電圧Ｖｃｃは、図２（ｃ）に示すように、レギュレータにより常に一定電圧Ｖｃｃ０となるように制御され、制御回路ブロック８Ａの発振器１９の出力が開始される。基準電圧端子Ｖｃｃの電圧がＶｃｃ０を下回ると発振器１９の出力は停止される。

さらに、全波整流電圧Ｖｉｎは、整流電源端子ＩＮを通して入力電圧検出回路２１中の抵抗２２の高電位側に印加され、抵抗２２，２３で分圧された電圧Ｖｉｎ’がコンパレータ２０の＋端子に印加される。コンパレータ２０の−端子には基準電圧Ｖｓｔが印加されており、抵抗２２，２３で分圧された電圧Ｖｉｎ’が基準電圧Ｖｓｔに達すると、コンパレータ２０は起動／停止回路１２に起動信号を送る。

図２（ａ）に示すように、抵抗２２，２３で分圧された電圧Ｖｉｎ’が基準電圧Ｖｓｔに達する時のＶｉｎ電圧（Ｖｉｎ１）は、ＶＪ電圧がＶｃｃ０電圧に達する時のＶｉｎ電圧（Ｖｉｎ２）よりも高くなるように設定されている。そのため、電圧Ｖｉｎ’が基準電圧Ｖｓｔに達したときから、制御回路ブロック８Ａによるスイッチング素子１０Ａ，１０Ｂの断続的なオンオフ制御が開始される。抵抗２２，２３で分圧された電圧Ｖｉｎ’が基準電圧Ｖｓｔを下回ると、コンパレータ２０は起動／停止回路１２に停止信号を送り、制御回路ブロック８Ａはスイッチング素子１０Ａ，１０Ｂをオフ状態に保つ。

このように、電圧Ｖｉｎ’が基準電圧Ｖｓｔ以上の電圧の期間Ｔ１に、スイッチング素子１０Ａ，１０Ｂの断続的なオンオフ制御が実行され、ＬＥＤアレイ５Ａ，５Ｂに定電流ＩＬ０が流れる。電圧Ｖｉｎ’が基準電圧Ｖｓｔ以下の電圧の期間Ｔ２は、スイッチング素子１０Ａ，１０Ｂはオフ状態を保ち、発光ダイオード５に電流が流れない。

次に図４を参照して、本実施の形態の発光ダイオード駆動装置における定電流出力動作について説明する。図４（ａ）は高電位側端子ＶＤ１の電圧、（ｂ）は高電位側端子ＶＤ２の電圧、（ｃ）はスイッチング素子１０Ａ、１０Ｂに流れる電流、（ｄ）はＬＥＤアレイ５Ａ、５Ｂに流れる電流を示す。

まず、ＬＥＤアレイ５Ａに流れる電流ＩＬについて説明する。起動／停止回路１２によって、制御回路ブロック８Ａによるスイッチング素子１０Ａの断続的なオンオフ制御が開始されると、スイッチング素子１０Ａの発振周波数、及びＭＡＸオンデューティーは、それぞれ発振器１９のＣＬＯＣＫ信号、及びＭＡＸＤＵＴＹ信号により規定される。一方、スイッチング素子１０Ａに流れる電流が、スイッチング素子１０Ａのオン電圧を、ドレイン電流検出回路１８Ａの検出基準電圧Ｖｓｎと比較することにより検出される。スイッチング素子１０Ａのオン電圧がＶｓｎに達すると、発振器１９からの次のＣＬＯＣＫ信号がＲＳフリップフロップ１５Ａの入力Ｓに入るまで、スイッチング素子１０Ａはオフ状態にされる。即ち、スイッチング素子１０Ａのオンデューティーは、発振器１９のＭＡＸＤＵＴＹ信号の反転信号と、ドレイン電流検出回路１８Ａの出力信号が入力されたＯＲ回路１６Ａの出力信号により規定される。スイッチング素子１０Ａの制御端子にはオン時ブランキングパルス発生器１４が接続され、このオン時ブランキングパルス発生器１４の出力信号と、ドレイン電流検出回路１８Ａの出力信号をＡＮＤ回路１７Ａに入力することで、スイッチング素子１０Ａのオフ状態からオン状態になるときに発生するリンギングによるスイッチング素子１０Ａのオンオフ制御の誤動作を防いでいる。

以上のように、制御回路ブロック８Ａによるスイッチング素子１０Ａの断続的なオンオフ制御がなされ、スイッチング素子１０Ａに流れる電流ＩＤは、図４（ｃ）に示すような波形になる。このＩＤＰをピークとする電流ＩＤが、スイッチング素子１０Ａがオン状態にあるとき、チョークコイル３→ＬＥＤアレイ５Ａ→スイッチング素子１０Ａの向きに流れ、スイッチング素子１０Ａがオフ状態にあるとき、チョークコイル３→ＬＥＤアレイ５Ａ→ダイオード４Ａの閉ループを流れる。そのためＬＥＤアレイ５Ａに流れる電流ＩＬは、図４（ｄ）に示すような波形となり、ＬＥＤアレイ５Ａに流れる電流の平均電流は、図４（ｄ）に示すＩＬ０となる。

次にＬＥＤアレイ５Ｂに流れる電流ＩＬ’について説明する。起動／停止回路１２によって、制御回路ブロック８Ａによるスイッチング素子１０Ｂの断続的なオンオフ制御が開始されると、スイッチング素子１０Ｂの発振周波数、及びＭＡＸオンデューティーは、スイッチング素子１０Ａと同様に、それぞれ発振器１９のＣＬＯＣＫ信号、及びＭＡＸＤＵＴＹ信号により規定される。一方、スイッチング素子１０Ｂに流れる電流が、スイッチング素子１０Ｂのオン電圧を、ドレイン電流検出回路１８Ｂの検出基準電圧Ｖｓｎと比較することにより検出される。スイッチング素子１０Ｂのオン電圧がＶｓｎに達すると、発振器１９からの次のＣＬＯＣＫ信号がＲＳフリップフロップ１５Ｂの入力Ｓに入るまで、スイッチング素子１０Ｂはオフ状態にされる。即ち、スイッチング素子１０Ｂのオンデューティーは、発振器１９のＭＡＸＤＵＴＹ信号の反転信号と、ドレイン電流検出回路１８Ｂの出力信号が入力されたＯＲ回路１６Ｂの出力信号により規定される。この際、ドレイン電流検出回路１０Ａ，１０Ｂは、同じ検出基準電圧Ｖｓｎにより動作するため、スイッチング素子１０Ａに流れるドレインピーク電流値とスイッチング素子１０Ｂに流れるドレインピーク電流値は同値になる。

以上のように、制御回路ブロック８Ａによるスイッチング素子１０Ｂの断続的なオンオフ制御がなされ、スイッチング素子１０Ｂに流れる電流ＩＤ’は、図４（ｃ）に示すような波形になる。このＩＤＰをピークとする電流ＩＤ’が、スイッチング素子１０Ｂがオン状態にあるとき、チョークコイル３→ＬＥＤアレイ５Ｂ→スイッチング素子１０Ｂの向きに流れ、スイッチング素子１０Ｂがオフ状態にあるとき、チョークコイル３→ＬＥＤアレイ５Ｂ→ダイオード４Ｂの閉ループを流れる。

ＬＥＤアレイ５Ａ，５Ｂ間の順方向電圧の違いによって、各スイッチング素子１０Ａ，１０Ｂのドレイン電流がピーク電流に達するまでの時間、すなわち各スイッチング素子のオン期間に、図４（ａ）、（ｂ）に示すようにな差が発生する。しかし、各スイッチング素子１０Ａ，１０Ｂに流れるドレインピーク電流、及び次のオン状態になるタイミングが同等であるため、各ＬＥＤアレイに流れる平均電流ＩＬ０は略同等になる。

本実施の形態の半導体装置を用いた発光ダイオード駆動装置を使用した場合、以下の効果が得られる。

まず、発光ダイオード駆動装置の起動時の電力損失がない。一般的に、半導体装置に対する電力供給は、入力電圧（高電圧）から直流的に抵抗を介して行われ、この電力供給は起動・停止のみならず、通常動作中も同じように行われるため、抵抗での電力損失が発生する。しかし、本実施の形態によれば、このような抵抗は不要である。

次に、スイッチング素子１０Ａ、１０Ｂに流れる定電流は、スイッチング素子１０Ａ，１０Ｂのオン電圧をドレイン電流検出回路１８Ａ，１８Ｂによりそれぞれ検出して決定されるため、従来例のような電流制限抵抗等を接続する必要がなく、発光ダイオードに直列に接続された回路要素による電力損失は発生しない。

また、接合型ＦＥＴ９を使用することにより、入力電源として低電圧から高電圧まで、部品点数が少なく、小型で安定した発光輝度を得ることができる発光ダイオード駆動装置を実現できる。

また、一般的に白色発光ダイオードは、駆動電流によって青色を発光する青色発光ダイオードと、青色を黄色に変換するＹＡＧ系の蛍光体とから構成され、青色発光ダイオードからの青色光で蛍光体が蛍光発光することにより白色光を射出する。このような白色発光ダイオードは、その順方向電流値と色度及び光度に関して相関があることが知られている。すなわち、順方向電流値が増えると相対光度が上がるだけでなく、色度が変化してしまう。そこで、色度を一定にして光度を調整するためには、発光ダイオードの順方向電流値を一定にし、かつ電流が流れる期間を一定期間中に調整する必要がある。

本実施の形態の半導体装置を用いた駆動装置により発光ダイオードを駆動した場合、発光ダイオードの順方向電流値は、ドレイン電流検出回路１８Ａ、１８Ｂの検出基準電圧Ｖｓｎを変えることで簡単に調整できる。さらに、起動／停止電圧を、基準電圧Ｖｓｔを変更することにより簡単に調整できる。そのため、交流電源１として商用電源を使用した場合、倍周期中（１００Ｈｚ／１２０Ｈｚ）で発光させる期間と消光させる期間を簡単に調整でき、簡単に白色発光ダイオードの色度と光度を調整できる発光ダイオード駆動装置を実現できる。

尚、図１の回路において、半導体装置６Ａを、スイッチング素子ブロック７Ａと制御回路ブロック８Ａを同一基板上に形成した構成とすることで、発光ダイオード駆動装置を小型化することができる。これは、以降に示す実施の形態においても同様である。

また、図１の構成において、ダイオード４Ａ，４Ｂの逆回復時間が１００ｎｓ以下であるダイオードを使用することにより、スイッチング素子１０Ａ、１０Ｂがオフ状態からオン状態に移行する過渡状態において、スイッチング素子での電力損失を実用上十分な程度に低減することが可能となる。

また、図１の構成において、交流電圧を整流する手段として全波整流回路２を使用したが、半波整流回路を使用しても同様の効果が得られるのは明白である。これは、以降に示す実施の形態においても同様である。

さらに図１には図示していないが、スイッチング素子ブロック７Ａの高電位側と低電位側に、並列接続されたツェナーダイオードなどのクランプ回路を接続してもよい。

制御回路ブロック８Ａによるスイッチング素子１０Ａ，１０Ｂの断続的なオンオフ制御において、スイッチング素子１０Ａ，１０Ｂがオン状態からオフ状態へ移行するときに、スイッチング素子ブロック７Ａの高電圧側端子電圧が、配線容量や配線インダクタンスで生ずるリンギングにより、スイッチング素子１０Ａ，１０Ｂの耐圧を超える電圧となる場合があり、それがスイッチング素子１０Ａ，１０Ｂの破壊につながる可能性がある。

このような場合に、スイッチング素子１０Ａ，１０Ｂの耐圧よりも低いクランプ電圧を有するクランプ回路を接続することで、スイッチング素子ブロック７Ａの高電圧側端子電圧ＶＤをこのクランプ電圧でクランプし、スイッチング素子１０Ａ，１０Ｂの破壊を防ぐことが可能であり、安全性の高い発光ダイオード駆動装置を実現できる。

以下の実施形態においても、クランプ回路を追加することで同様の効果を得ることが可能である。

（実施の形態２）
図５に、本発明の実施の形態２における発光ダイオード駆動用の半導体装置６Ｂを用いた発光ダイオード駆動装置を示す。この発光ダイオード駆動装置は、スイッチング素子ブロック７Ｂの接合型ＦＥＴ９の接続が異なり、制御回路ブロック８Ｂにおけるドレイン電流検出回路１８Ａ，１８Ｂによるドレイン電流の検出方法、及び構成が異なる以外は、図１に示した実施の形態１の回路と同様の構成である。

スイッチング素子１０Ａに対して、スイッチング素子１０Ａに流れる電流よりも小さく、且つ一定の電流比の電流が流れるスイッチング素子２５Ａを並列接続し、スイッチング素子２５Ａの低電位側端子に抵抗２６Ａを直列接続した構成とする。スイッチング素子２５Ａに流れる電流を抵抗２６Ａの両端電圧で検出し、ドレイン電流検出回路１８Ａの入力とする。ドレイン電流検出回路１８Ｂの検出方法も同様である。

以上のような構成にすることにより、抵抗により直接大電流を検出しないため、電力損失を低減したスイッチング素子の電流検出が可能となる。

（実施の形態３）
図６に、本発明の実施の形態３における発光ダイオード駆動用の半導体装置６Ｃを用いた発光ダイオード駆動装置を示す。この発光ダイオード駆動装置は、制御回路ブロック８ＣにおけるＡＮＤ回路１３Ａ，１３Ｂの入力端子に過熱保護回路３８を追加した以外は、図５に示した実施の形態２の回路と同様の構成である。

過熱保護回路３８を追加することにより、スイッチング素子１０Ａ，１０Ｂの温度を検出する。特に、スイッチング素子ブロック７Ｂと制御回路ブロック８Ｃが同一基板上に形成された半導体装置で構成された場合、温度検出精度が高くなる。過熱保護回路３８により、スイッチング素子１０Ａ，１０Ｂの異常な温度上昇を検出した場合、過熱保護回路３８よりＡＮＤ回路１３Ａ，１３Ｂの入力に、スイッチング素子１０Ａ，１０Ｂを強制的にオフさせる信号を出力し、スイッチング素子１０Ａ，１０Ｂの温度を下げる。

ここで、スイッチング素子１０Ａ，１０Ｂの強制的なオフ状態の解除動作は、発光ダイオード駆動装置への電源供給を一端停止し、再度開始するまでこのオフ状態を保持するラッチモードと、過熱保護回路３８により規定された温度以下になるまでスイッチング素子１０Ａ，１０Ｂをオフ状態に保持し、この規定された温度以下になれば自動的にオフ状態を解除する自己復帰モード、の２通りを採用可能である。

本実施の形態の発光ダイオード駆動装置を使用した場合、実施の形態１および２について示した効果に加えて、異常な温度上昇によるスイッチング素子１０Ａ，１０Ｂの破壊を回避することができるため、安全性の高い発光ダイオード駆動装置を実現できる。

以下の実施の形態においても、過熱保護回路３８を追加することで同様の効果を得ることができる。

（実施の形態４）
図７に、本発明の実施の形態４における発光ダイオード駆動用の半導体装置６Ｄを用いた発光ダイオード駆動装置を示す。この発光ダイオード駆動装置は、スイッチング素子ブロック７Ｃの接合型ＦＥＴ９の接続が異なり、制御回路ブロック８Ｄのドレイン電流検出回路１８Ａ，１８Ｂの検出基準電圧Ｖｓｎを決める端子ＳＮを外部端子としたこと以外は、図５に示した実施の形態２の回路と同様の構成である。

図８を参照して、ＬＥＤアレイ５Ａに流れる電流ＩＬが変化する際の動作を説明する。本実施の形態の発光ダイオード駆動装置の起動・停止動作は、基本的に実施の形態１の発光ダイオード駆動装置と同様である。

ドレイン電流検出回路１８Ａ，１８Ｂの検出基準電圧Ｖｓｎは、外部端子ＳＮに入力される電圧により可変である。ここで、例えば、図８（ｅ）に示すように、ＳＮ端子電圧Ｖｓｎを３段階で徐々に低下させた場合、ドレイン電流検出レベルも３段階で徐々に低下するため、スイッチング素子１０Ａに流れる電流も３段階で徐々に低下する。これにより、スイッチング素子１０Ａには、図８（ｃ）に示すようにＰＷＭ制御された電流ＩＤが流れ、ＬＥＤアレイ５Ａには、図８（ｄ）に示すような電流ＩＬが流れ、ＬＥＤアレイ５Ａの平均電流ＩＬＯは図８（ｄ）に示すようになる。即ち、Ｖｓｎ電圧により、ＬＥＤアレイ５Ａの平均電流が変化する。

なお、ドレイン電流検出回路１８Ａの動作を、検出基準電圧Ｖｓｎの変動に対して発光ダイオード５Ａの平均電流が比例して変化するものとして説明したが、ドレイン電流検出回路１８Ａの検出基準電圧変動に対してＬＥＤアレイ５Ａの平均電流が反比例して変化するように動作させてもよい。

本実施の形態の発光ダイオード駆動装置を使用した場合、実施の形態３について示した効果に加えて、以下の効果が得られる。

ドレイン電流検出回路の検出基準電圧を決める端子を外部端子ＳＮとして出すことにより、外部より容易に発光ダイオードの順方向電流値を調整することができる。すなわち白色発光ダイオードの色度を調整できる。

以下の実施の形態においても、本実施の形態と同様の構成を適用して同様の効果を得ることが可能である。

（実施の形態５）
図９に、本発明の実施の形態５における発光ダイオード駆動用の半導体装置６Ｅを用いた発光ダイオード駆動装置を示す。この発光ダイオード駆動装置は、制御回路ブロック８Ｅにおける、ドレイン電流検出回路１８Ａ，１８Ｂの検出基準電圧をそれぞれ決める端子ＳＮ１、ＳＮ２を外部端子とすること以外は、図７に示した実施の形態４の回路と同様の構成である。

本実施の形態の発光ダイオード駆動装置を使用した場合、実施の形態３について示した効果に加えて以下の効果が得られる。

ドレイン電流検出回路１８Ａ，１８Ｂの検出基準電圧を決める端子を外部端子ＳＮ１，ＳＮ２として出すことにより、外部より容易にＬＥＤアレイ５Ａ，５Ｂの順方向電流値を個別に調整することができる。すなわち白色発光ダイオードの色度を調整できる。

また、図９の回路ではＬＥＤアレイを２並列接続した例を示したが、３列以上の発光ダイオードアレイを備え、発光ダイオードアレイ毎に赤色、緑色、青色の発光ダイオードを配置し、発光ダイオードアレイ毎にスイッチング素子、電流検出回路、及びスイッチング素子の断続的なオンオフ制御におけるオン期間を外部信号により制御できる外部端子を備えた構成にすることもできる。それにより、各ＬＥＤアレイに流れる定電流レベルをそれぞれ制御できるため、ＬＥＤ光源として色度を自由に設定可能になる。

（実施の形態６）
図１０に、本発明の実施の形態６における発光ダイオード駆動用の半導体装置６Ｆを用いた発光ダイオード駆動装置を示す。この発光ダイオード駆動装置は、図７に示す実施の形態４の構成に対して、制御回路ブロック８Ｆの構成が以下のように異なる。

すなわち、発振器３５からは、ＭＡＸＤＵＴＹ信号およびＣＬＯＣＫ信号に加えて、のこぎり波ＳＡＷＴＯＯＴＨ信号を供給する。このＳＡＷＴＯＯＴＨ信号と外部端子ＳＮの電圧信号Ｖｓｎを、コンパレータ３４により比較する。そして、図７におけるＯＲ回路１６Ａ、１６Ｂに対応するＯＲ回路３７Ａ、３７Ｂに対し、ＭＡＸＤＵＴＹ信号の反転信号に代えてコンパレータ３４の出力信号を入力する。ＯＲ回路３７Ａ、３７Ｂのもう一つの入力として、図７におけるＡＮＤ回路１７Ａ、１７Ｂに対応する、ＡＮＤ回路３６Ａ、３６Ｂの出力が入力される。

この制御回路ブロック８Ｆによる、スイッチング素子１０Ａの駆動制御について説明する。ドレイン電流検出回路１８Ａにおいて、スイッチング素子２５Ａに流れる電流を抵抗２６Ａの両端電圧で検出させるが、検出基準電圧は一定であり、従ってスイッチング素子１０Ａに流れる電流の最大値は常に一定である。

コンパレータ３４により、ＳＡＷＴＯＯＴＨ信号と外部端子ＳＮの電圧信号Ｖｓｎを比較した出力信号と、ＡＮＤ回路３６Ａの出力信号が入力されたＯＲ回路３７Ａの出力信号が、ＲＳフリップフロップ回路１５Ａのリセット信号端子Ｒに入力される。従って、外部端子ＳＮへの入力電圧を変化させれば、スイッチング素子１０Ａのオンデューティーが変化し、ＰＷＭ制御されることになる。スイッチング素子１０Ｂの制御も同様である。

本実施の形態の発光ダイオード駆動装置を使用した場合、上記のような構成に違いはあるが、各端子の電流・電圧波形は図８と同じであり、図７に示す実施の形態４の構成と同様の効果が得られる。

（実施の形態７）
図１１に、本発明の実施の形態７における発光ダイオード駆動用の半導体装置６Ｇを用いた発光ダイオード駆動装置を示す。この発光ダイオード駆動装置は、図７に示す実施の形態４の構成に対して、制御回路ブロック８Ｇの入力電圧検出回路２１に関する構成が以下のように異なる。

すなわち、入力電圧検出回路２１の検出基準電圧Ｖｓｔを決める端子が、外部端子ＳＴとして構成されている。

入力電圧検出回路２１の検出基準電圧Ｖｓｔを、外部端子ＳＴに入力される電圧によって可変にできるので、起動／停止電圧を簡単に調整可能である。従って、交流電源１に商用電源を使用した場合、倍周期中（１００Ｈｚ／１２０Ｈｚ）で発光させる期間と消光させる期間を簡単に調整でき、簡単に白色発光ダイオードの色度と光度を調整できる。

（実施の形態８）
図１２に、本発明の実施の形態８における発光ダイオード駆動用の半導体装置６Ｈを用いた発光ダイオード駆動装置を示す。この発光ダイオード駆動装置は、図１１に示す実施の形態７に対して、制御回路ブロック８Ｈの入力電圧検出回路２１に関する構成が以下のように異なる。

入力電圧検出回路２１は、全波整流回路２によって全波整流された電圧が入力される整流電源端子ＩＮと制御回路ブロック８Ｈのグランド端子間に直列に接続された２つの抵抗２２，２３と、抵抗分割によって分圧された直流電圧ｖｉｎ’がそれぞれ一方の入力端子に入力される第１及び第２のコンパレータ２８，２９と、第１及び第２のコンパレータ２８，２９の他方の入力端子にそれぞれ接続される２つの外部端子（ＬＯＷレベル入力端子、ＨＩレベル入力端子）と、第１及び第２のコンパレータ２８，２９の出力端子が接続されるＮＯＲ回路２７で構成される。

第１のコンパレータ２８の＋端子にはＬＯＷレベル入力端子ＩＮＬが接続され、−端子には直流電圧Ｖｉｎ’が入力される。第２のコンパレータ２９の−端子にはＨＩレベル入力端子ＩＮＨが接続され、＋端子には直流電圧Ｖｉｎ’が入力される。第１及び第２のコンパレータ２８，２９の出力信号は、ＮＯＲ回路２７を通して起動／停止回路１２に入力される。入力端子ＩＮＨ、ＩＮＬには３つの直列接続された抵抗３０，３１，３２で分圧された電圧（ＶＨ、ＶＬ）がそれぞれ入力され、ＶＨ＞ＶＬの関係がある。

本実施の形態の発光ダイオード駆動装置の動作について、図１２、図１３を参照して説明する。

２つの抵抗２２、２３によって分圧されたＶｉｎ’がＶＬに達すると、入力電圧検出回路２１は起動／停止回路１２に起動信号を送り、制御回路ブロック８Ｈによるスイッチング素子１０Ａ，１０Ｂの断続的なオンオフ制御が開始される。Ｖｉｎ’がＶＨに達すると、入力電圧検出回路２１は起動／停止回路１２に停止信号を送り、制御回路ブロック８Ｈはスイッチング素子１０Ａ，１０Ｂをオフ状態に保つ。

すなわち図１３に示すように、Ｖｉｎ’電圧がＶＬ以上、ＶＨ以下の期間にスイッチング素子１０Ａ，１０Ｂは断続的なオンオフ制御を行い、発光ダイオードが発光する。Ｖｉｎ’電圧がＶＨ以上、ＶＬ以下の期間には、スイッチング素子１０Ａ，１０Ｂはオフ状態を保持し、発光ダイオードは消光する。

ここでＶＨ，ＶＬの電圧は３つの直列接続された抵抗３０，３１，３２で分圧され決定される構成としたが、これに限定されるものではない。ＶＨ＞ＶＬの関係があり、全波整流電圧Ｖｉｎの変化に対して、Ｖｉｎ’がＶＬよりも低い電圧からＶＨよりも高い電圧に変化する関係が達成できる信号であればよい。

以上のような構成により、１周期中における起動電圧と停止電圧のレベルを個別に設定できるため、より複雑な光度調整が可能な電力変換効率が高い発光ダイオード駆動装置を実現できる。

（実施の形態９）
図１４に、本発明の実施の形態９における発光ダイオード駆動用の半導体装置６Ｉを用いた発光ダイオード駆動装置を示す。この発光ダイオード駆動装置は、制御回路ブロック８Ｉにおける入力電圧検出回路２１の直列接続抵抗２２，２３の高電位側が、スイッチング素子ブロック７Ｃの接合型ＦＥＴ９の低電位側に接続されていること以外は、図７に示した実施の形態４と同様の構成である。

このように、全波整流電圧Ｖｉｎを直接抵抗分割せず、接合型ＦＥＴ９の低電位側電圧ＶＪを抵抗分割することにより、抵抗２２，２３で発生する電力損失を少なくすることができる。

（実施の形態１０）
図１５に、本発明の実施の形態１０における発光ダイオード駆動用の半導体装置６Ｊを用いた発光ダイオード駆動装置を示す。この発光ダイオード駆動装置は、制御回路ブロック８Ｊにおける入力電圧検出回路２１の直列接続抵抗２２，２３の高電位側が、スイッチング素子ブロック７Ｃの接合型ＦＥＴ９の低電位側に接続されていること以外は、図１１に示した実施の形態７と同様の構成であり、得られる効果は実施の形態９と同様である。

（実施の形態１１）
図１６は、本発明の実施の形態１１における発光ダイオード駆動用の半導体装置６Ｋを用いた発光ダイオード駆動装置を示す。この発光ダイオード駆動装置は、制御回路ブロック８Ｋにおける入力電圧検出回路２１の直列接続抵抗２２，２３の高電位側が、スイッチング素子ブロック７Ｃの接合型ＦＥＴ９の低電位側に接続されていること以外は、図１２に示した実施の形態８と同様の構成であり、得られる効果は実施の形態９と同様である。

なお、図１２、図１６に示す構成では、スイッチング素子１０Ａ，１０Ｂの起動電圧と停止電圧のレベルはそれぞれ同じであるが、スイッチング素子１０Ａ，１０Ｂのそれぞれに入力電圧検出回路と起動／停止回路を備えた構成として、スイッチング素子１０Ａ，１０Ｂのそれぞれを任意の電圧ＶＨ，ＶＬで起動／停止を制御可能としてもよい。

（実施の形態１２）
図１７に、本発明の実施の形態１２における発光ダイオード駆動用の半導体装置６Ｌを用いた発光ダイオード駆動装置を示す。この発光ダイオード駆動装置は、制御回路ブロック８Ｌにおける外部検出端子ＳＮとドレイン電流検出回路１８との間にソフトスタート回路３３を備えていること以外は、図１６に示した実施の形態１１と同様の構成である。

ソフトスタート回路３３は、起動／停止回路１２とも接続される。ソフトスタート回路３３は起動信号を入力されると、検出基準電圧Ｖｓｎを一定値に至るまで徐々に増加するように出力する。

このような構成にすることにより、起動時に発生する突入電流を防止でき、発光ダイオードに流れる順方向電流を徐々に高くして、発光ダイオードの光度を徐々に上げることが可能となる。

発光ダイオードを使用した装置・機器全般に利用可能であり、特に、ＬＥＤ照明機器として有用である。

本発明の実施の形態１における発光ダイオード駆動装置の回路図図１の発光ダイオード駆動装置の動作を示す波形図図１の発光ダイオード駆動装置における接合型ＦＥＴの動作を説明する波形図図１の発光ダイオード駆動装置の定電流出力動作を示す波形図本発明の実施の形態２における発光ダイオード駆動装置の回路図本発明の実施の形態３における発光ダイオード駆動装置の回路図本発明の実施の形態４における発光ダイオード駆動装置の回路図図７の発光ダイオード駆動装置の定電流出力動作を示す波形図本発明の実施の形態５における発光ダイオード駆動装置の回路図本発明の実施の形態６における発光ダイオード駆動装置の回路図本発明の実施の形態７における発光ダイオード駆動装置の回路図本発明の実施の形態８における発光ダイオード駆動装置の回路図図１２の発光ダイオード駆動装置の動作を示す波形図本発明の実施の形態９における発光ダイオード駆動装置の回路図本発明の実施の形態１０における発光ダイオード駆動装置の回路図本発明の実施の形態１１における発光ダイオード駆動装置の回路図本発明の実施の形態１２における発光ダイオード駆動装置の回路図従来例の発光ダイオード駆動装置の概略構成を示す回路図他の従来例の発光ダイオード駆動装置の概略構成を示す回路図

符号の説明

１，２０４交流電源
２，２０５整流回路
３チョークコイル
４Ａ，４Ｂダイオード
５発光ダイオードブロック
５Ａ，５ＢＬＥＤアレイ
６Ａ〜６Ｌ半導体装置
７Ａ〜Ｃスイッチング素子ブロック
８Ａ〜８Ｌ制御回路ブロック
９接合型ＦＥＴ
１０Ａ，１０Ｂスイッチング素子
１１レギュレータ
１２起動／停止回路
１３Ａ，１３ＢＡＮＤ回路
１４オン時ブランキングパルス発生器
１５Ａ，１５ＢＲＳフリップフロップ回路
１６Ａ，１６Ｂ，３７Ａ，３７ＢＯＲ回路
１７Ａ，１７Ｂ，３６Ａ，３６ＢＡＮＤ回路
１８Ａ，１８Ｂドレイン電流検出回路
１９，３５発振器
２０，２８，２９，３４コンパレータ
２１入力電圧検出回路
２２，２３，２６Ａ，２６Ｂ，３０，３１，３２抵抗
２４コンデンサ
２５Ａ，２５ＢＮ型ＭＯＳＦＥＴ
２７ＮＯＲ回路
３３ソフトスタート回路
１００，２０１ＬＥＤアレイ回路
１０１電流制限抵抗
１０２，１０３発光ダイオード
１０４，１２１，１３１バイポーラトランジスタ
１１０定電圧回路
１２０定電流回路
１３０スイッチング手段
１４０調光回路
２０２ＬＥＤ直列回路
２０３定電流回路
２０６定電圧レギュレータ
２０７制御手段
２０８比較手段

Claims

複数個の発光ダイオードを直列接続して形成された発光ダイオードアレイを複数列備えた発光ダイオードブロックと、前記発光ダイオードブロックに直列に接続されたチョークコイルと、前記チョークコイルに生じる逆起電力を前記複数の発光ダイオードアレイに供給するための複数のダイオードと、交流電源の交流電圧を整流して前記発光ダイオードブロックと前記チョークコイルに印加する整流回路と、前記発光ダイオードブロックへ電流を供給するためのスイッチング駆動回路とを備えた発光ダイオード駆動装置における前記スイッチング駆動回路を構成する発光ダイオード駆動用半導体装置であって、
スイッチング素子ブロックと制御回路ブロックとを備え、
前記スイッチング素子ブロックは、前記発光ダイオードアレイ毎に直列接続される複数の主スイッチング素子と、
前記主スイッチング素子に対応して接続された少なくとも１つの接合型ＦＥＴとを備え、
前記制御回路ブロックは、
前記接合型ＦＥＴの他端に接続された入力端子と、
前記入力端子に接続され基準電圧を出力する基準電圧端子と、
前記交流電圧を整流した電圧を検出する入力電圧検出回路と、
前記入力電圧検出回路の出力電圧が所定値以上になると、前記複数の主スイッチング素子に対する所定の発振周波数での断続的なオンオフ制御に基づくオン動作を開始し、前記入力電圧検出回路の出力電圧が所定値未満になると停止する起動／停止回路と、
前記複数の主スイッチング素子に流れる電流をそれぞれ検出する複数の電流検出回路と、
前記各電流検出回路による検出信号に応じて、前記主スイッチング素子に流れる電流が一定となるようにオフ動作を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする発光ダイオード駆動用半導体装置。
前記スイッチング素子ブロックは、複数の制御端子、複数の高電位側端子、及び低電位側端子を有し、
前記接合型ＦＥＴの出力端子と対をなす前記主スイッチング素子の一方の出力端子が接続され、
前記各制御端子に前記制御回路ブロックの各出力端子と前記複数の主スイッチング素子の各制御端子が接続され、
前記高電位側端子に前記接合型ＦＥＴの入力端子が接続され、前記接合型ＦＥＴの出力端子と前記対をなす主スイッチング素子の出力端子の接続部に前記制御回路ブロックの入力端子が接続され、
前記低電位側端子に前記複数の主スイッチング素子の他方の出力端子と前記制御回路ブロックのグランド端子が接続された請求項１記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。
前記スイッチング素子ブロックは、複数の制御端子、複数の高電位側端子、及び低電位側端子を有し、
前記各制御端子に前記制御回路ブロックの各出力端子と前記複数の主スイッチング素子の各制御端子が接続され、
前記各高電位側端子に前記複数の主スイッチング素子の一方の出力端子が接続され、
前記高電位側端子の一つに前記接合型ＦＥＴの入力端子が接続され、前記接合型ＦＥＴの出力端子に前記制御回路ブロックの入力端子が接続され、
前記低電位端子に前記複数の主スイッチング素子の他方の出力端子と前記制御回路ブロックのグランド端子が接続された請求項１記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。
前記スイッチング素子ブロックは、複数の制御端子、整流電圧源端子、複数の高電位側端子、及び低電位側端子を有し、
前記各制御端子に前記制御回路ブロックの各出力端子と前記複数の主スイッチング素子の各制御端子が接続され、
前記整流電源端子に前記整流回路の出力端子と前記接合型ＦＥＴの入力端子が接続され、前記接合型ＦＥＴの出力端子に前記制御回路ブロックの入力端子が接続され、
前記各高電位側端子に前記複数の主スイッチング素子の一方の出力端子が接続され、
前記低電位端子に前記複数の主スイッチング素子の他方の出力端子と前記制御回路ブロックのグランド端子が接続された請求項１記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。
前記制御回路ブロックは、その入力端子と基準電圧端子の間に挿入されたレギュレータを有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。
前記複数の電流検出回路は、前記複数の主スイッチング素子のオン電圧を検出基準電圧と比較することにより前記各スイッチング素子に流れる電流を検出する請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。
前記複数の電流検出回路は、
前記複数の主スイッチング素子に対して制御端子と高電位側端子が並列接続されて各々一対をなす複数の副スイッチング素子と、
前記各副スイッチング素子の低電位側に直列接続された抵抗とを備え、
前記副スイッチング素子に流れる電流は、前記主スイッチング素子に流れる電流よりも小さく、且つ前記主スイッチング素子に流れる電流に対して一定の電流比となるように設定され、
前記各抵抗の両端電圧を検出基準電圧と比較することにより前記各主スイッチング素子の電流を検出する請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。
前記複数の電流検出回路に接続された外部検出端子を更に有し、前記外部検出端子に入力される前記検出基準電圧の値を変えることにより、前記主スイッチング素子の断続的なオンオフ制御におけるオン期間を外部信号により変更可能な構成を有し、それにより前記発光ダイオードブロックに流れる定電流レベルを調整可能である請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。
前記複数の電流検出回路に接続された各々の外部検出端子を更に有し、前記複数の外部検出端子に入力される前記検出基準電圧の値をそれぞれ変えることにより、前記主スイッチング素子の断続的なオンオフ制御におけるオン期間を外部信号により変更可能な構成を有し、前記発光ダイオードアレイに流れる定電流レベルを個別に調整可能である請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。
前記入力電圧検出回路は、前記整流回路によって整流された電圧が入力される整流電源端子と前記制御回路ブロックのグランド端子間に直列に接続された２つの抵抗と、前記２つの抵抗による抵抗分割によって分圧された直流電圧が＋端子に入力され、予め設定された基準電圧が−端子に入力されるコンパレータとを備えた請求項１〜９のいずれか１項に記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。
前記入力電圧検出回路は、前記整流回路によって整流された電圧が入力される整流電源端子と前記制御回路ブロックのグランド端子間に直列に接続された２つの抵抗と、前記２つの抵抗による抵抗分割によって分圧された直流電圧が＋端子に入力され、基準電圧が−端子に入力されるコンパレータとを備え、前記基準電圧を外部信号により変更することにより、前記スイッチング素子が起動／停止する電圧を調整可能である請求項１〜９のいずれか１項に記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。
前記入力電圧検出回路は、
前記整流回路によって整流された電圧が入力される整流電源端子と前記制御回路ブロックのグランド端子間に直列に接続された２つの抵抗と、
前記２つの抵抗による抵抗分割によって分圧された直流電圧がそれぞれ一方の入力端子に入力される第１及び第２のコンパレータと、
前記第１及び第２のコンパレータの他方の入力端子に各々接続された外部端子であるＨＩレベル入力端子及びＬＯＷレベル入力端子と、
前記第１及び第２のコンパレータの出力端子が接続されたＮＯＲ回路とを備え、
前記第１のコンパレータは、＋端子に前記ＬＯＷレベル入力端子が接続され、−端子に前記抵抗分割によって分圧された直流電圧が入力されて、前記起動／停止回路の起動レベルの下限を規定する入力電圧ＶＬに対する比較結果を出力し、
前記第２のコンパレータは、−端子に前記ＨＩレベル入力端子が接続され、＋端子に前記抵抗分割によって分圧された直流電圧が入力されて、前記起動／停止回路の起動レベルの上限を規定する入力電圧ＶＨに対する比較結果を出力し、
任意の電圧ＶＨ及びＶＬにより起動／停止を制御可能である請求項１〜１０のいずれか１項に記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。
前記接合型ＦＥＴの低電位側出力端子が前記制御回路ブロックの入力端子に接続され、
前記入力電圧検出回路は、前記接合型ＦＥＴの低電位側出力端子が＋端子に接続され、予め設定された基準電圧が−端子に入力されるコンパレータを備えた請求項４記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。
前記接合型ＦＥＴの低電位側出力端子が前記制御回路ブロックの入力端子に接続され、
前記入力電圧検出回路は、前記接合型ＦＥＴの低電位側出力端子が＋端子に接続され、基準電圧が−端子に入力されるコンパレータで構成され、
前記基準電圧を外部信号により変更することにより、前記スイッチング素子が起動／停止する電圧を調整可能である請求項４に記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。
前記接合型ＦＥＴの低電位側出力端子が前記制御回路ブロックの入力端子に接続され、
前記入力電圧検出回路は、
前記接合型ＦＥＴの低電位側出力端子が一方の入力端子に接続された第１及び第２のコンパレータと、
前記第１及び第２のコンパレータの他方の入力端子に各々接続された外部端子であるＨＩレベル入力端子及びＬＯＷレベル入力端子と、
前記第１及び第２のコンパレータの出力端子が接続されたＮＯＲ回路とを備え、
前記第１のコンパレータは、＋端子に前記ＬＯＷレベル入力端子が接続され、−端子に前記接合型ＦＥＴの低電位側出力端子が接続されて、前記起動／停止回路の起動レベルの下限を規定する入力電圧ＶＬに対する比較結果を出力し、
前記第２のコンパレータは、−端子に前記ＨＩレベル入力端子が接続され、＋端子に前記接合型ＦＥＴの低電位側出力端子が接続されて、前記起動／停止回路の起動レベルの上限を規定する入力電圧ＶＨに対する比較結果を出力し、
任意の電圧ＶＨ及びＶＬにより起動／停止を制御可能である請求項４に記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。
前記発光ダイオードアレイの各々に対応させて前記入力電圧検出回路と前記起動／停止回路とを備え、任意の電圧ＶＨ及びＶＬで起動／停止を制御可能である請求項１２または１５に記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。
前記外部検出端子と前記電流検出回路との間にソフトスタート回路を備え、前記ソフトスタート回路は、前記起動／停止回路から起動信号を入力すると、前記検出基準電圧を一定値に至るまで徐々に増加するように出力することを特徴する請求項１〜１６のいずれか１項に記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。
過熱保護回路を備えた請求項１〜１７のいずれか１項に記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。
複数個の発光ダイオードを直列接続して形成された発光ダイオードアレイを複数列備えた発光ダイオードブロックと、
前記発光ダイオードブロックに直列に接続されたチョークコイルと、
前記チョークコイルに生じる逆起電力を前記複数の発光ダイオードアレイに供給するための複数のダイオードと、
交流電源の交流電圧を整流して前記発光ダイオードブロックと前記チョークコイルに印加する整流回路と、
前記発光ダイオードブロックへ電流を供給するためのスイッチング駆動回路とを備え、
前記スイッチング駆動回路は、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の発光ダイオード駆動用半導体装置により構成されたことを特徴とする発光ダイオード駆動装置。
前記ダイオードの逆回復時間（Ｔｒｒ）が１００ｎｓｅｃ以下である請求項１９記載の発光ダイオード駆動装置。
前記発光ダイオードブロックは、前記発光ダイオードアレイ毎に発光色の異なる前記発光ダイオードが複数個直接接続された３列以上の前記発光ダイオードアレイを備え、
前記発光ダイオードアレイ毎に、前記主スイッチング素子、前記電流検出回路、及び前記主スイッチング素子の断続的なオンオフ制御におけるオン期間を外部信号により制御するための外部端子を備え、前記各発光ダイオードアレイに流れる定電流レベルをそれぞれ制御して、前記発光ダイオードブロックの色度を制御可能である請求項１９記載の発光ダイオード駆動装置。