JP2007123562A

JP2007123562A - Ｌｅｄ駆動回路およびｌｅｄ駆動方法

Info

Publication number: JP2007123562A
Application number: JP2005313845A
Authority: JP
Inventors: Mitsutaka Kato; 充孝加藤; Ko Miyazawa; 航宮澤; Yasuharu Tateno; 康晴舘野
Original assignee: Terada Electric Works Co Ltd
Current assignee: Terada Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2007-05-17
Anticipated expiration: 2025-10-28
Also published as: JP5099661B2

Abstract

【課題】商用電源を使用した照明装置に使用可能であり、寿命が長く、かつ効率のよいＬＥＤ駆動回路を提供すること。
【解決手段】ＬＥＤ駆動回路は、複数のＬＥＤを直列に接続したＬＥＤ直列回路１０〜１３、ＬＥＤ直列回路と並列に接続された電子的スイッチング回路１５〜１８とからなる単位回路を複数個直列に接続したＬＥＤ回路と、ＬＥＤ回路と直列に接続された定電流回路１９、商用電源を整流した脈流を印加する整流回路２１、印加電圧を検出し、最も多くのＬＥＤが点灯するように電子的スイッチング回路を制御するコントローラとを備える。ＬＥＤの個数がｍ×２のｎ乗のいずれかであってもよい。ＬＥＤを効率良く駆動可能であり、ＬＥＤ以外の部分で消費される無駄な電力を最小限にすることが可能であり、同じ輝度を得るための消費電力を低減できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）駆動回路およびＬＥＤ駆動方法に関するものであり、特に、商用電源を使用した効率のよいＬＥＤ駆動回路およびＬＥＤ駆動方法に関するものである。

従来、商用電源を使用したＬＥＤ点灯回路として各種の装置が提案されている。例えば商用交流電源を整流、平滑して直流に変換し、スイッチングレギュレータ等で一定の電圧にして点灯する方法がある。この方式ではＬＥＤの定格に対して最適の電圧又は電流の設定が出来る。しかし、整流回路、スイッチングレギュレータには電解コンデンサを多数使用しており、電解コンデンサにはその性質上一定の寿命がある。また、照明器具にスイッチングレギュレータを使用した場合は高温多湿の環境下に設置される場合もあり、ＬＥＤの寿命より先に駆動回路が故障する可能性が高くなる。

交流電源をブリッジ整流後、抵抗で電流制限をしてＬＥＤを点灯する回路も考えられるが、抵抗で電力が消費されるために効率が良くない。また、ブリッジ整流後、平滑用のコンデンサをつけて直流にする場合は、前記と同様に電解コンデンサーを使用することとなり、寿命の問題が存在する。

そこで、平滑用コンデンサを使用せず、整流後の脈流波形でＬＥＤを駆動し、一定以上の電流が流れたら一旦スイッチにより電流を遮断し、電圧が下がって一定の電流以下になる電圧になったら再度スイッチをＯＮにする方法がある。下記の特許文献１には、消費電力が少なく、且つ周波数に影響されない商用電源で利用可能な交流用ＬＥＤ点灯回路が開示されている。この交流用ＬＥＤ点灯回路はＬＥＤ１を整流ダイオード２、半導体スイッチ４を介して交流電源３に接続される。ＬＥＤは、半導体スイッチにより決まる交流半波の任意の電流以下の間だけ、ＬＥＤに電流が流れ、１つの交流半波で２回点灯する。
特開平０８−１４８７２１号公報

上記した従来のＬＥＤ点灯回路においては、電源電圧が一定値以下の短い時間しか点灯せず、フリッカが発生してしまい、また有効に使える電力が減少して照明装置に適用した場合に十分な輝度が得られないという問題点があった。
本発明は、上記した課題を解決し、商用電源を使用した照明装置に使用可能であり、寿命が長く、かつ効率のよいＬＥＤ駆動回路およびＬＥＤ駆動方法を提供することを目的とする。

本発明のＬＥＤ駆動回路は、複数のＬＥＤを直列に接続したＬＥＤ直列回路と、前記ＬＥＤ直列回路と並列に接続された電子的スイッチング回路とからなる単位回路を複数個直列に接続したＬＥＤ回路と、前記ＬＥＤ回路の途中あるいは前記ＬＥＤ回路の端部に直列に接続された電流制限回路と、前記ＬＥＤ回路と前記電流制限回路との直列回路に印加される電圧を検出し、検出された電圧に基づいて最も多くのＬＥＤが点灯するように前記電子的スイッチング回路を制御するコントローラとを備えたことを主要な特徴とする。

また、前記したＬＥＤ駆動回路は、前記直列回路に商用電源を整流した脈流を印加する整流回路を備えた点にも特徴がある。また、前記したＬＥＤ駆動回路は、ｍを１以上の整数、ｎを０以上の整数とするとき、前記ＬＥＤ直列回路のＬＥＤの個数がｍ×２のｎ乗のいずれかである点にも特徴がある。

また、前記したＬＥＤ駆動回路は、電流制限回路は定電流回路あるいは抵抗のいずれかである点にも特徴がある。また、前記したＬＥＤ駆動回路は、更に、前記直列回路に電子的スイッチング回路を備えないＬＥＤ直列回路を備えた点にも特徴がある。

本発明のＬＥＤ駆動方法は、複数のＬＥＤを直列に接続したＬＥＤ直列回路と、前記ＬＥＤ直列回路と並列に接続された電子的スイッチング回路とからなる単位回路を複数個直列に接続したＬＥＤ回路と、前記ＬＥＤ回路の途中あるいは前記ＬＥＤ回路の端部に直列に接続された電流制限回路と、前記電子的スイッチング回路を制御するコントローラとを備えたＬＥＤ駆動回路において、前記コントローラにおいて、前記ＬＥＤ回路と前記電流制限回路との直列回路に印加される電圧を検出するステップ、前記コントローラにおいて、検出された電圧に基づいて最も多くのＬＥＤが点灯するためのスイッチの状態を決定するステップ、前記コントローラにおいて、決定したスイッチの状態に基づいてスイッチを制御するステップを繰り返すことを主要な特徴とする。

本発明の装置は上記のような特徴によって、以下のような効果がある。
（１）ＬＥＤを効率良く駆動可能であり、ＬＥＤ以外の部分で消費される無駄な電力を最小限にすることが可能であり、同じ輝度を得るための消費電力を低減できる。
（２）複数のＬＥＤの点灯デューティー比をほぼ同じにすることができるので、各ＬＥＤにおいて発生する熱量をほぼ等しくでき、各ＬＥＤを最大輝度で使用可能となると共にＬＥＤの寿命の均一化を図ることができる。

（３）ほぼ電源電圧に応じた輝度が得られるので従来例と較べてフリッカが軽減される。
（４）整流回路に平滑用の電解コンデンサを使用しないので、駆動回路の寿命を長くすることができ、照明装置全体の寿命を延ばすことができる。

以下、図面を参照して実施例について説明する。

図１は、本発明の基本的な機能を示す機能ブロック図である。商用交流電源ＡＣ１００Ｖはダイオードブリッジ整流回路２１によって整流され、脈流電源となる。直列に接続された複数のＬＥＤグループＡ１０〜Ｄ１３はそれぞれ複数個のＬＥＤを直列に接続したＬＥＤ直列回路からなる。

なお、本発明において基本的にはＬＥＤグループ数および各ＬＥＤグループのＬＥＤ個数はそれぞれ任意であるが、各グループのＬＥＤ個数は、ｍを１以上の整数、ｎを０以上の整数とするとき、ＬＥＤの個数がｍ×２のｎ乗のいずれかであることが好ましい。従って、例えばＬＥＤグループＡ１０は２個、ＬＥＤグループＢ１１は４個、ＬＥＤグループＣ１２は８個、ＬＥＤグループＤ１３は１６個のＬＥＤを備えていてもよい。

各ＬＥＤグループＡ１０〜Ｄ１３にはそれぞれ並列にスイッチＡ１５〜Ｄ１８が接続されている。スイッチは高速にスイッチングする必要があるので、ＭＯＳＦＥＴ等の電子的スイッチング素子を使用する。ＬＥＤの直列回路には更に直列に定電流回路１９が接続されており、ＬＥＤ直列回路と定電流回路１９の直列回路の両端は整流回路に接続されており、脈流電源が印加される。

コントローラ２０は例えば公知の１チップコンピュータに後述する処理を実行するプログラムを実装することにより実現される。コントローラ２０は脈流電圧を入力してＡ／Ｄ変換する機能を内蔵しており、また、スイッチＡ１５〜Ｄ１８を制御するデジタル出力端子を備えている。

コントローラ２０は以下のような基本動作を行う。即ち脈流電源の電圧をＡ／Ｄ変換して読み取り、現在の電圧に対して最適なＬＥＤの点灯個数を算出する。そして、スイッチＡ１５〜Ｄ１８を制御することにより、選択可能なＬＥＤ直列個数の中から、当該最適点灯個数以下で最大の個数を選択し、その個数になるようにスイッチＡ１５〜Ｄ１８を制御する。

例えばＬＥＤグループＡ１０は２個、ＬＥＤグループＢ１１は４個、ＬＥＤグループＣ１２は８個、ＬＥＤグループＤ１３は１６個のＬＥＤを備えている場合に、電圧が低く、最適点灯個数が２あるいは３の場合は、スイッチＢ１６〜Ｄ１８をオンとし、ＬＥＤグループＢ１１〜Ｄ１３を短絡する。従ってＬＥＤグループＡ１０のみに電圧がかかり、点灯するＬＥＤの個数は２個となる。コントローラ２０は常時電圧を読み込み、最適な個数のＬＥＤが点灯するようにスイッチ制御を繰り返す。

上記したグループ構成では４回路のスイッチＡ１５〜Ｄ１８を制御することにより、点灯するＬＥＤ個数０個〜３０個を２個ステップで自由に選択出来る。もう１グループＬＥＤ１個のグループを増やせば５回路のスイッチを制御することにより０〜３１個のＬＥＤを１個ステップで自由に選択出来る。

図２は、本発明の実施例の基本的構成を示すブロック図である。実施例においては、ＬＥＤ回路として、２組の同じ構成の定電流回路２７、２８を備え、更に、それぞれの定電流回路２７、２８と直列に同じＬＥＤ個数であるスイッチングしないＬＥＤグループＥ２５、Ｆ２６を備えている。また、コントローラ２０と関連する回路として、分圧回路２２、安定化電源２３、設定スイッチ２４を備えている。

スイッチングするグループのＬＥＤの個数は２のｎ乗とし、コストと効果を考慮してスイッチを４回路とし、実際に使う白色ＬＥＤの順方向電圧は３〜３．６Ｖ近辺であるのでグループ構成は例えば、スイッチングしないグループ：４個＋４個、グループＡ：２個、グループＢ：４個、グループＣ：８個、グループＤ：１６個とする。この場合の全ＬＥＤ個数は３８個であり、グループＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄのスイッチングによる点灯個数は０、２、４…２８、３０個の１６段階となる。

図１に示す基本構成においては、例えばＬＥＤの順方向電圧を３．４Ｖとした場合には、スイッチングするＬＥＤグループのＬＥＤ３０個を全て点灯させても１０２Ｖの順方向電圧となり、脈流のピーク値はほぼ１４１Ｖであるので、電圧の差分は定電流回路において消費され、熱となってしまう。そこで、図２の構成においては、スイッチングしないＬＥＤグループＥ２５、Ｆ２６を設けることにより、効率を向上させる。

スイッチングしないグループとして同じ回路を２個並列に設ける理由を以下に記す。スイッチングするＬＥＤグループのデューティー比は、グループのＬＥＤ個数やＬＥＤの順方向電圧等によって変化するが、概ね５０％程度に設定することが可能であるのに対し、スイッチングしないＬＥＤグループはほぼ１００％となる。

従って、スイッチングしないグループを１回路のみ設けた場合には、スイッチングしないＬＥＤグループのＬＥＤの発熱量のみが増加してしまうので、ＬＥＤ全体を効率よく駆動できない。そこで、ＬＥＤの発熱量が概ね等しくなるようにするために、スイッチングしないＬＥＤグループの同じ回路を２個並列に設けている。

定電流回路２７、２８はＬＥＤにに流れる電流をなるべく定格いっぱいで使うために設けられており、それぞれの定電流回路２７、２８がＬＥＤに流す電流の１／２の電流値に設定されている。なお、効率は低下するが、定電流回路２７、２８の代わりに抵抗を使用することも可能である。

分圧回路２２は、脈流電圧をコントローラ２０が入力可能な電圧に分圧する回路である。安定化電源２３は脈流電源からコントローラ２０に必要な例えば５Ｖの直流電源を供給する回路である。

設定スイッチ２４は、状態をコントローラ２０が読み込み可能なスイッチであり、ＬＥＤの順方向電圧の違い（品種変更、バラツキ）、回路構成の違い、電源電圧の違い等の情報を設定する。例えば、スイッチングしないグループのＬＥＤ個数の違いを設定しておき、コントローラはこの設定値を読み込んで、スイッチングを行う設定電圧を切替える等の処理を行う。

例えばスイッチ２４として４回路使用し、１回路はＬＥＤ順方向電圧の切替（０：３．２Ｖ、１：３．４Ｖ）、３回路はスイッチングしないグループのＬＥＤ個数を設定するようにしてもよい。なお、このスイッチ２４は例えばＤＩＰスイッチでもよいが、製造後操作しない為、信頼性の点を考慮してスイッチとせず、ジャンパー線あるいはカット可能な配線パターンとしてもよい。

図３は、本発明の実施例の構成例を示す回路図である。コントローラ２０としては、Ａ／Ｄ変換器を内蔵し、必要数のデジタル入出力端子備えたものであれば、市販の任意の１チップマイクロコンピュータを使用可能である。なお図示されていないが、電源オン時のコントローラリセット回路も備えている。安定化電源２３には電解コンデンサを使用するが、コントローラの消費電力は僅かであるので、寿命の長い個体電解コンデンサ等を使用する。

図１、２のスイッチ１５〜１８のそれぞれに相当するＦＥＴ駆動回路６１、ＦＥＴ６０は同じ回路が４組設けられている。コントローラ２０のスイッチ制御用デジタル出力端子が０（例えば０Ｖ）から１（例えば５Ｖ）に変化すると、ＦＥＴ駆動回路６１のトランジスタＱ１がオフからオンに変化し、トランジスタＱ２はオンからオフに変化する。すると、ＰチャネルパワーＭＯＳＦＥＴ６０（１８）はオフからオンに変化する。

ＬＥＤとしては例えば順方向電圧３．４Ｖ、定格電流３００ｍＡのＬＥＤをグループＤ１３は１６個、グループＣ１２は８個、グループＢ１１は４個、グループＡ１０は２個、グループＥ２５、グループＦ２６はそれぞれ４個直列に接続したものを使用する。２つの定電流回路２７、２８は同一の周知の定電流回路であり、電流値は例えば１５０ｍＡに設定してある。

図４、５は、コントローラにおける処理内容例を示すフローチャートである。電源オンされると、Ｓ１０においては、初期化処理が実行され、各ＦＥＴ駆動回路６１に接続されたデジタル出力端子群にコード００００が出力される。このコードの意味は１桁目がスイッチＡ１５の制御ビットであり、順に４桁目がスイッチＤ１８の制御ビットとなっている。各桁の０はＦＥＴをオフし、従ってＦＥＴと並列接続されているＬＥＤを点灯させる。１はＦＥＴをオンし、ＬＥＤを消灯させる。従ってコード００００を出力すると、全てのＦＥＴがオフとなり、全てのＬＥＤが直列に接続された状態となる。これは、電源オン時に任意の電圧が印加される可能性があるためである。

図６は、脈流電源の電圧とスイッチングする電圧、ＬＥＤの点灯状態等の関係を示す説明図である。なお、グループＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、ＦのＬＥＤ個数がそれぞれ２、４、８、１６、４、４であり、ＬＥＤの順方向電圧が３．４Ｖである場合について説明する。なお、定電流回路における最低限必要な電圧分が存在するが、僅かであるので無視する。電圧Ｌ０はグループＥ、ＦのＬＥＤが点灯可能な電圧であり、Ｌ０＝１３．６Ｖとなる。

電圧Ｌ１は、グループＥ、Ｆ＋グループＡのＬＥＤが点灯可能な電圧であり、Ｌ１＝３．４×６＝２０．４Ｖとなる、以下同様にＬ１５までがＬＥＤ２個分（グループＡの個数）の電圧６．８Ｖ間隔で配列されており、Ｌ１５＝３．４×３４＝１１５．６Ｖとなる。図６の下方には各電圧範囲においてコントローラ２０から出力される制御コードが示されている。例えば電圧Ｌ１３とＬ１４の間においては、コントローラ２０からコード００１０が出力され、グループＡ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、ＦのＬＥＤが点灯する。

なお、実際には、コントローラ２０においてＡ／Ｄ変換するために時間がかかり、スイッチングするまでに遅延が生じる。電圧上昇時にはスイッチングするタイミングが遅延してもＬＥＤが消灯することはなく、正常に動作する。しかし、電圧下降時においては、スイッチングが遅れると脈流電源の電圧が下がってしまい、ＬＥＤの順方向電圧の合計以下になってしまうとＬＥＤが消灯してしまう。従って、このような状態にならないように、電圧下降時には判定する電圧レベルに２Ｖを加算した電圧値で判定するようにしている。

図４に戻って、Ｓ１１においては、１００ミリ秒待つ。Ｓ１２においては、分圧された脈流電源の電圧をＡ／Ｄ変換する。Ｓ１３においては、変換値が電圧Ｌ０以下か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ１２に移行するが、肯定の場合にはＳ１４に移行する。Ｌ０はグループＥ、ＦのＬＥＤ直列回路の順方向電圧であり、脈流電源がＬ０以下では全てのＬＥＤは消灯する。

Ｓ１４においては、ＦＥＴ駆動回路にコード１１１１を出力する。これにより全てのＦＥＴがオンとなり、グループＥ、ＦのＬＥＤ直列回路のみが電源に接続された状態となる。Ｓ１５においては、ウォッチドッグ（ＷＤ）タイマに所定値を設定し、起動する。このＷＤタイマは一定の周期でダウンカウントし、０になるとコントローラをリセットする。所定値は、例えば脈流の１周期（商用電源の周波数５０Ｈｚであれば１０ミリ秒）より少し長い時間に相当する値とする。

Ｓ１６においては、分圧された脈流電源の電圧をＡ／Ｄ変換する。Ｓ１７においては、変換値が電圧Ｌ１以上か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ１６に移行するが、肯定の場合にはＳ１８に移行する。電圧Ｌ１はグループＥ、ＦのＬＥＤ直列回路の順方向電圧とグループＡのＬＥＤ直列回路の順方向電圧を加算した値である。

Ｓ１８においては、コード１１１０を出力する。このコードによりスイッチＡ１５に相当するＦＥＴのみがオフし、グループＥ、Ｆに加えてグループＡのＬＥＤが点灯開始する。Ｓ１９においては、分圧された脈流電源の電圧をＡ／Ｄ変換する。Ｓ２０においては、変換値が電圧Ｌ２以上か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ２１に移行するが、肯定の場合にはＳ２２に移行する。

Ｓ２１においては、変換値がＬ１未満か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ１９に移行するが、肯定の場合には図５のＳ５５に移行する。Ｓ２１の判定処理は定格電圧よりも大幅に低い電圧でも点灯するようにするためのものであり、定格電圧の最低値以下では点灯しなくてもよければ、Ｓ２０の判定結果が否定の場合にはＳ１９に移行するようにしてもよい。

Ｓ２２においてはコード１１０１を出力する。このコードによりスイッチＢ１６に相当するＦＥＴのみがオフし、グループＥ、Ｆに加えてグループＢのＬＥＤが点灯開始する。Ｓ２３においては、分圧された脈流電源の電圧をＡ／Ｄ変換する。Ｓ２４においては、変換値が電圧Ｌ３以上か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ２５に移行するが、肯定の場合にはＳ２６に移行する。

Ｓ２５においては、変換値がＬ２未満か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ２３に移行するが、肯定の場合には図５のＳ５２に移行する。Ｓ２６においては、コード１１００を出力する。このコードによりスイッチＡ１５、Ｂ１６に相当するＦＥＴがオフし、グループＥ、Ｆに加えてグループＡおよびグループＢのＬＥＤが点灯する。以下脈流電源の電圧の上昇に伴って同様の処理を繰り返し、Ｓ３０へと移行する。

Ｓ３０においては、分圧された脈流電源の電圧をＡ／Ｄ変換する。Ｓ３１においては、変換値が電圧Ｌ１５以上か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ３２に移行するが、肯定の場合にはＳ３３に移行する。Ｓ３２においては、変換値がＬ１４未満か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ３０に移行するが、肯定の場合にはＳ４２に移行する。Ｓ３３においては、コード００００を出力する。このコードにより全てのスイッチ１５〜１８に相当するＦＥＴがオフし、全てのグループのＬＥＤが点灯する。

Ｓ３４においては、分圧された脈流電源の電圧をＡ／Ｄ変換する。Ｓ３５においては、変換値が電圧Ｌ１５＋２Ｖ（２ボルト）以上か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ３６に移行するが、肯定の場合にはＳ３７に移行する。Ｓ３６においては、変換値がＬ１５未満か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ３４に移行するが、肯定の場合にはＳ３９に移行する。

Ｓ３４〜Ｓ３６の処理において変換値が電圧Ｌ１５＋２Ｖ（２ボルト）以上になってから次の処理に移行する理由は、Ｓ３７以降の電圧下降モードにおいては、Ｓ１６〜Ｓ３３までの電圧上昇モードの時より高めの電圧（＋２Ｖ）でスイッチングのタイミングを決定するので、Ｓ３３からＳ３７に移行すると正常に点灯しないためである。

Ｓ３７〜Ｓ５７は電圧下降モードである。Ｓ３７においては、分圧された脈流電源の電圧をＡ／Ｄ変換する。Ｓ３８においては、変換値が電圧Ｌ１５＋２Ｖ以下か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ３７に移行するが、肯定の場合にはＳ３９に移行する。Ｓ３９においては、コード０００１を出力する。

Ｓ４０においては、分圧された脈流電源の電圧をＡ／Ｄ変換する。Ｓ４１においては、変換値が電圧Ｌ１４＋２Ｖ以下か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ４０に移行するが、肯定の場合にはＳ４２に移行する。Ｓ４２においては、コード００１０を出力する。以下、電圧の降下に従って同様の処理を繰り返し、図５のＳ５０に移行する。

Ｓ５０においては、分圧された脈流電源の電圧をＡ／Ｄ変換する。Ｓ５１においては、変換値が電圧Ｌ２＋２Ｖ以下か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ５０に移行するが、肯定の場合にはＳ５２に移行する。Ｓ５２においては、コード１１１０を出力する。

Ｓ５３においては、分圧された脈流電源の電圧をＡ／Ｄ変換する。Ｓ５４においては、変換値が電圧Ｌ１＋２Ｖ以下か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ５３に移行するが、肯定の場合にはＳ５５に移行する。Ｓ５５においては、コード１１１１を出力する。

Ｓ５６においては、分圧された脈流電源の電圧をＡ／Ｄ変換する。Ｓ５７においては、変換値が電圧Ｌ１未満か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ５６に移行するが、肯定の場合にはＳ５８に移行する。Ｓ５８においては、ＷＤタイマに所定値を設定し直し、図４のＳ１６に移行する。以上のような処理を繰り返すことにより、各ＬＥＤグループが図６に示すような点灯／消灯を繰り返す。

図７は、ＬＥＤに流れる電流の一部をコントローラの電源に利用した実施例２を示すブロック図である。図３に示す実施例１の回路においては、脈流電源から抵抗を介して定電圧電源に電流を供給しているが、コントローラ用電源のほとんどの電力はこの抵抗で消費され、熱となる。そこで、スイッチングしないＬＥＤグループのＬＥＤの数を減らし、減少したＬＥＤの順方向電圧の分を例えば５Ｖのツェナーダイオード３０およびコンデンサ３１を使用して取り出し、コントローラ２０の電源に当てる。

図８は、ＬＥＤに流れる電流の一部をコントローラの電源に利用した実施例３を示すブロック図である。実施例２の回路においては、ＬＥＤ数が減少し、ツェナーダイオード３０による発熱も大きくなるが、例えばＬＥＤグループ２５と定電流回路２７の直列接続順序を入れ替え、ＬＥＤグループ２５の両端に発生する電圧を例えば、抵抗３５、ダイオード３６、５Ｖのツェナーダイオード３７およびコンデンサ３８を使用して取り出し、コントローラ２０の電源に当てる。コントローラ２０に必要な電流は、定電流回路２７の設定電流値と較べて僅かであるので、ＬＥＤの輝度はほとんど低下せず、余分な電力消費も減少する。

図９は、各ＬＥＤグループ毎にＬＥＤ直列回路を複数個並列に接続して使用する場合の実施例４の構成を示すブロック図である。なおこの図はＬＥＤ回路部分のみを示している。この場合には、ＬＥＤの直列回路を単に並列に接続するとＬＥＤの特性の僅かな差異により、片方のＬＥＤ直列回路のみに多くの電流が流れてしまう。そこで、各グループの複数のＬＥＤ直列回路のそれぞれに直列に定電流回路４０を接続する。

スイッチングしないグループについては、スイッチングするグループの２倍の数のＬＥＤ直列回路を備え、それぞれに定電流回路２７、２８を直列に接続する。なお、カレントミラー回路を使用して複数のＬＥＤ直列回路に流れる電流を均等に分流してもよい。また、定電流回路の代わりに抵抗を直列に接続してもある程度の電流の均一化は図れる。

図１０は、実施例５のコントローラにおける処理内容を示すフローチャートである。この実施例は、Ａ／Ｄ変換した電圧値に基づき、電圧値−コード変換テーブルからコード値を読み出してスイッチの制御を行うものであり、ハードウェアは実施例１と同一である。

電源オンされると、Ｓ６０においては、初期化処理後、スイッチの制御を行うためのコード００００を出力する。Ｓ６１においては、設定スイッチ２４の状態を読み込む。この設定スイッチ２４には、例えば使用されたＬＥＤの順方向電圧の違い、およびスイッチングしないグループのＬＥＤ個数の情報が設定されている。

Ｓ６２においては、読み込んだスイッチ状態に基づいてコードテーブルを設定する。コントローラ２０内のＲＯＭには予め、使用されたＬＥＤの順方向電圧の違い、およびスイッチングしないグループのＬＥＤ個数別に複数のテーブルが記憶されており、コントローラは読み込んだ設定値と対応するテーブルを例えばＲＡＭにコピーするか、あるいはＲＯＭにおける使用するテーブルの先頭アドレスを記憶する。

Ｓ６３においては、１００ミリ秒待つ。Ｓ６４においては、脈流電源が分圧された電圧を例えば８ビットデータにＡ／Ｄ変換する。Ｓ６５においては、変換値を保存する。

Ｓ６６においては、前回Ａ／Ｄ変換された値より小さいか否かが判定され、判定結果が否定（電圧上昇時）の場合にはＳ６８に移行するが、肯定（電圧下降時）の場合にはＳ６７に移行する。Ｓ６７においては、変換値から所定の補正値を減算する。

この実施例では電圧上昇モードと電圧下降モードにおいて同じテーブルを使用するので、電圧上昇モード用のテーブルを記憶しておき、電圧下降時にはＳ６７において補正値を減算することにより、電圧下降時にも適切なタイミングでスイッチングされるようにする。

Ｓ６８においては、Ｓ６２において選択した変換テーブルを使用して変換値をコード値に変換する。変換テーブルは、例えばＡ／Ｄ変換値の８ビットデータに相当する２５６アドレス毎に対応する４ビットのコード情報が記憶されているものであってもよい。

Ｓ６９においては、読み出したコードをＦＥＴ駆動回路に出力する。Ｓ７０においては、出力したコードが前回出力したものと同一か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ７１に移行するが、肯定の場合にはＳ６４に移行する。Ｓ７１においては、今回読み出したコードを記憶する。Ｓ７２においては、所定時間タイマ処理を行い、Ｓ６４に移行する。
以上のような処理を繰り返すことにより、実施例１と同様に各ＬＥＤグループが図６に示すような点灯／消灯を繰り返す。

以上実施例を説明したが、本発明には以下のような変形例も考えられる。実施例としては整流回路にコンデンサを使用しない例を開示したが、整流回路の出力に寿命の長いコンデンサを付加してもよい。こうすればフリッカがより低減されると共に、ＬＥＤグループの段数を少なくすることもできる。

実施例において、定電流回路を制御して電流をオフする機能を備えるか、あるいは別に直列にスイッチ回路を設けてもよい。このようにすれば、所定値以上の電圧を検出した場合にコントローラが電流を切ることが可能となり、照明装置の入力電圧の幅を広くすることができる。また、定電流回路における電力消費量を削減することができる。更に、直列に設けたスイッチをコントローラーで制御することにより照度コントロールも可能となる。

実施例においては、ＬＥＤ個数をｍ×２のｎ乗とする例を開示したが、例えばＬＥＤの順方向電圧が３．４Ｖである場合に、日本の商用電源のピーク値１４１Ｖでちょうど全てのＬＥＤが点灯するように個数を決定することはできない。しかし、本発明において各ＬＥＤグループのＬＥＤ個数は任意であり、例えば各ＬＥＤグループの個数を多い順に２２、１１、６、３個の合計４２個あるいは、２０、１０、５、２個の合計３７個などとしてもよい。このようにした場合には、スイッチングする電圧値の間隔が均等ではなくなるが、スイッチングしないグループを設けなくてもよくなる。

本発明の基本的な機能を示す機能ブロック図である。本発明の実施例の基本的構成を示すブロック図である。本発明の実施例の構成例を示す回路図である。コントローラにおける処理内容例を示すフローチャートである。コントローラにおける処理内容例を示すフローチャート（２）である。脈流電源の電圧とスイッチングする電圧、ＬＥＤの点灯状態等の関係を示す説明図である。ＬＥＤに流れる電流をコントローラ電源に利用した実施例２を示すブロック図である。ＬＥＤに流れる電流をコントローラ電源に利用した実施例３を示すブロック図である。ＬＥＤ直列回路を複数個並列に接続して使用する場合の実施例４の構成を示すブロック図である。実施例５のコントローラにおける処理内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…ＬＥＤグループＡ
１１…ＬＥＤグループＢ
１２…ＬＥＤグループＣ
１３…ＬＥＤグループＤ
１５…スイッチＡ
１６…スイッチＢ
１７…スイッチＣ
１８…スイッチＤ
１９…定電流回路
２０…コントローラ
２１…ダイオードブリッジ整流回路

Claims

複数のＬＥＤを直列に接続したＬＥＤ直列回路と、前記ＬＥＤ直列回路と並列に接続された電子的スイッチング回路とからなる単位回路を複数個直列に接続したＬＥＤ回路と、
前記ＬＥＤ回路の途中あるいは前記ＬＥＤ回路の端部に直列に接続された電流制限回路と、
前記ＬＥＤ回路と前記電流制限回路との直列回路に印加される電圧を検出し、検出された電圧に基づいて最も多くのＬＥＤが点灯するように前記電子的スイッチング回路を制御するコントローラと
を備えたことを特徴とするＬＥＤ駆動回路。
前記直列回路に商用電源を整流した脈流を印加する整流回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
ｍを１以上の整数、ｎを０以上の整数とするとき、前記ＬＥＤ直列回路のＬＥＤの個数がｍ×２のｎ乗のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
電流制限回路は定電流回路あるいは抵抗のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
更に、前記直列回路に電子的スイッチング回路を備えないＬＥＤ直列回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
複数のＬＥＤを直列に接続したＬＥＤ直列回路と、前記ＬＥＤ直列回路と並列に接続された電子的スイッチング回路とからなる単位回路を複数個直列に接続したＬＥＤ回路と、前記ＬＥＤ回路の途中あるいは前記ＬＥＤ回路の端部に直列に接続された電流制限回路と、前記電子的スイッチング回路を制御するコントローラとを備えたＬＥＤ駆動回路において、
前記コントローラにおいて、前記ＬＥＤ回路と前記電流制限回路との直列回路に印加される電圧を検出するステップ、
前記コントローラにおいて、検出された電圧に基づいて最も多くのＬＥＤが点灯するためのスイッチの状態を決定するステップ、
前記コントローラにおいて、決定したスイッチの状態に基づいてスイッチを制御するステップ
を繰り返すことを特徴とするＬＥＤ駆動方法。