JP2008130295A - Ｌｅｄ点灯回路およびそれを用いる照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】照明器具などに用いられるＬＥＤ点灯回路において、多数のＬＥＤからの光出力を均一化するとともに、その均一化のための消費電力を抑える。
【解決手段】ＤＤコン３５からＬＥＤモジュール３２へ流れる電流を電流検知抵抗Ｒ２によって検知し、比較回路３７で基準電圧源３８からの基準電圧Ｖｒｅｆと比較し、その比較結果に応答して制御回路３６がＤＤコン３５を制御することで、ＬＥＤモジュール３２へ流れる電流を一括して定電流制御する。さらに、ＬＥＤモジュール３２を構成する各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３には、カレントミラー回路を構成する制御素子Ｑ１〜Ｑ３を直列に設け、制御マイコン４１は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３をＯＮしてみて、ＬＥＤのＯＮ電圧の総和が最も高い回路（Ｕ１）を判定し、それを基準として、残余の回路（Ｕ２，Ｕ３）の通電電流値を連動させることで、各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３間のバランスを取る。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤの点灯回路およびそれを用いる照明器具に関し、特に複数並列に設けられるＬＥＤの電流を均等にするための手法に関する。

前記ＬＥＤ（発光ダイオード）を前記照明器具に用いる場合のように、必要な光出力を得るために多数のＬＥＤを用いる場合、また少電流のＬＥＤは効率が高く同じ光出力を得るにもチップを細分化する場合、それらを相互に直列に接続して点灯させるには、過大な電源電圧が必要になる。一方、前記多数のＬＥＤを相互に並列に接続して点灯させると、過大な電流が必要になる。したがって、現実的には用途に応じた適当な直並列構成が採用される。しかしながら、青色ＬＥＤの場合、そのＯＮ電圧Ｖｆは３〜３．５Ｖ程度で、ばらつきが大きく、前記直並列に組合わせると、相互に並列な各直列回路間の分流比に差が生じ易く、すなわち各直列回路間の明るさに差が生じ易いという問題がある。

詳しくは、ＬＥＤの光出力は通電電流値に依存するとされ、この観点からすれば、直列構成の場合は、個々のＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆにばらつきがあったとしても、通電電流値は同じであるので、個々のＬＥＤの光出力ばらつきも小さい。これに対して、並列構成の場合は、直列構成のＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆの和が異なれば、点灯回路（電源回路）の一括出力から各直列回路に流れる電流値は前記ＯＮ電圧Ｖｆの低い回路に集中することになり、直列回路毎に光出力ばらつきは大きくなる。

図９は、典型的な従来技術のＬＥＤ点灯回路１の構成を示すブロック図である。この従来技術は、特許文献１に示されたものである。このＬＥＤ点灯回路１では、ＬＥＤ負荷を多数直列に接続したＬＥＤ負荷回路ｕ１〜ｕ３を３回路並列に接続してＬＥＤモジュール２が構成されている。そのＬＥＤモジュール２には、商用電源３からの電圧Ｖａｃを、ノイズカット用のコンデンサｃ１から整流ブリッジ４にて直流化し、ＤＣ−ＤＣコンバータ５を介して電圧変換した直流電圧ＶＤＣが与えられる。

ＤＣ−ＤＣコンバータ５は、前記整流ブリッジ４の直流出力電圧をスイッチングするスイッチング素子ｑ０と、前記のスイッチングによる励磁エネルギーを蓄積／放出するチョークコイルｌと、前記チョークコイルｌからの出力電流を整流・平滑化するダイオードｄおよび平滑コンデンサｃ２と、前記スイッチング素子ｑ０を流れる電流を電圧に変換して検知するための抵抗ｒ１と、前記スイッチング素子ｑ０のスイッチングを制御する制御回路６とを備えて構成される昇圧チョッパー回路から成る。

一方、各ＬＥＤ負荷回路ｕ１〜ｕ３には、それらを流れる通電電流値を相互に等しくするための定電流回路ｑ１〜ｑ３が各々直列に挿入されている。そして、前記定電流回路ｑ１〜ｑ３の印加電圧（負担電圧）は、比較回路７において、基準電圧源８からの基準電圧Ｖｒｅｆと比較され、比較結果が前記制御回路６に与えられており、制御回路６は、前記各定電流回路ｑ１〜ｑ３の印加電圧が直列ＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆの総和よりも小さくなるように上記ＤＣ−ＤＣコンバータ５の定電圧出力を制御する。これによって、各定電流回路ｑ１〜ｑ３での損失抑制が図られている。しかしながら、この従来技術では、前記ＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆのばらつきが大きい程、全体の光出力レベルが変動し、定電流回路ｑ１〜ｑ３での損失も大きいなどの課題を有する。

図１０は、他の従来技術のＬＥＤ点灯回路１１の構成を示すブロック図である。この従来技術は、特許文献２に示されたものである。このＬＥＤ点灯回路１１では、各ＬＥＤ負荷回路ｕ１〜ｕ３への総通電電流値を抵抗ｒ２で電圧変換して検出し、比較器１７において、その電圧を基準電圧Ｖｒｅｆと比較した結果が一定値になるように、ＰＷＭ制御回路１６を介してＤＣ−ＤＣコンバータ１５を制御するように構成されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１５は、直流電源１３からの電圧Ｖｄｃをスイッチング素子ｑ０によってスイッチングしてトランスｔの１次側に与え、２次側出力を整流平滑回路１４にて整流・平滑化した直流電圧ＶＤＣを前記各ＬＥＤ負荷回路ｕ１〜ｕ３へ与えることで、電源側と負荷側とを絶縁する１石フライバックコンバータで構成されている。そして、このＬＥＤ点灯回路１１でも、各ＬＥＤ負荷回路ｕ１〜ｕ３に定電流回路ｄ１〜ｄ３がそれぞれ直列に設けられている。

図１１は、前記定電流回路ｄ１〜ｄ３の具体例を示す電気回路図である。この定電流回路ｄ１〜ｄ３は、前記ＬＥＤ負荷回路ｕ１〜ｕ３に直列に接続されるトランジスタｑ１１および抵抗ｒ１１と、前記トランジスタｑ１１のコレクタ−ベース間を接続する抵抗ｒ１２と、前記トランジスタｑ１１のベース−エミッタ間に介在されるツェナダイオードｄｚとを備えて構成される。そして、抵抗ｒ１１の電圧降下とトランジスタｑ１１のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅとの和がツェナダイオードｄｚのツェナ電圧と略一致する条件で、トランジスタｑ１１のコレクタ電流が定電流化される。

これによって、各ＬＥＤ負荷回路ｕ１〜ｕ３の電流は個々に定電流化され、しかもＤＣ−ＤＣコンバータ１５の一括出力電流も上述のように定電流制御されるので、ＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆのばらつきによる光出力のばらつきはかなり抑制できる。しかしながら、ＦＥＴのソースホロワ回路から成る簡単な前記定電流回路ｑ１〜ｑ３に比べて、この定電流回路ｄ１〜ｄ３は、損失が大きいという問題がある。

そこで、本件発明者は、図１２で示すようなＬＥＤ点灯回路２１を、特許文献３で提案した。その従来技術によれば、各ＬＥＤ負荷回路ｕ１，ｕ２と直列にトランジスタｑ２１，ｑ２２および抵抗ｒ２１，ｒ２２をそれぞれ接続するとともに、前記トランジスタｑ２１，ｑ２２とカレントミラー回路を構成するトランジスタｑ２０を抵抗ｒ２３，ｒ２４，ｒ２０によって直流電源２３の端子間に接続している。そして、直流電源２３からの電圧ＶＤＣおよび抵抗ｒ２３，ｒ２４，ｒ２０などによって定まる基準電流がトランジスタｑ２０に流れ、その基準電流にトランジスタｑ２１，ｑ２２を流れる電流をバランスさせることで、光出力のばらつきを抑制するようになっている。なお、何れかの抵抗（この例ではｒ２４）と並列に設けたバイパススイッチｓｗによって該抵抗ｒ２４を短絡することで、前記基準電流を増加させ、光出力を増加させられるようにもなっている。
特開２００２−８４０９号公報 特開２００４−３１９５８３号公報 特開２００４−３９２９０号公報

上述のようなミラー回路による方法は、各ＬＥＤ負荷回路ｕ１，ｕ２間の電流のバランスを取るのに都合が良いものの、電源電圧ＶＤＣの変動によって基準電流が変動し、また前記基準電流を作成する抵抗ｒ２３，ｒ２４，ｒ２０およびトランジスタｑ２０での損失が発生するという問題もある。

本発明の目的は、多数のＬＥＤの光出力を、低損失で均一化することができるＬＥＤ点灯回路およびそれを用いる照明器具を提供することである。

本発明のＬＥＤ点灯回路は、１または直列複数段のＬＥＤから成るＬＥＤ負荷回路が相互に並列に複数配置されて成るＬＥＤモジュールに対して、直流電源から通電を行うようにしたＬＥＤ点灯回路において、前記各ＬＥＤ負荷回路に直列に設けられ、カレントミラー回路を構成する制御素子と、前記制御素子をダイオード接続に切換えることができる短絡手段と、前記短絡手段によって前記制御素子がダイオード接続に切換わった状態で、前記各ＬＥＤ負荷回路におけるＬＥＤのＯＮ電圧または通電電流値の少なくとも一方を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に応答し、前記ＯＮ電圧が最も高いＬＥＤ負荷回路または前記通電電流値が最も小さいＬＥＤ負荷回路に対応した制御素子のみ前記ダイオード接続とする切換え制御手段とを含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、照明器具などに用いられるＬＥＤ点灯回路において、１または直列複数段のＬＥＤから成るＬＥＤ負荷回路が相互に並列に複数配置されて成るＬＥＤモジュールに対して、直流電源から通電を行うにあたって、前記各ＬＥＤ負荷回路に直列に、カレントミラー回路を構成する制御素子を設け、それらの制御素子において、何れかをダイオード構造として、その通電電流値を、前記制御素子が、トランジスタである場合には制御端子であるベースを共通に接続することで、またＭＯＳ型トランジスタである場合には制御端子であるゲートを共通に接続することで、残余の制御素子を介して他のＬＥＤ負荷回路に連動させ、各ＬＥＤ負荷回路間のバランスを取るようにする。

そして、どのＬＥＤ負荷回路を基準電流源として、対応する制御素子をダイオード構造とするかは、たとえば電源投入時において、切換え制御手段が一斉に各制御素子を、該制御素子が、トランジスタである場合には制御端子であるベースとコレクタとを短絡し、ＭＯＳ型トランジスタである場合には制御端子であるゲートとドレインとを短絡することでダイオード構造としてみて、そのときの各ＬＥＤ負荷回路におけるＬＥＤのＯＮ電圧または通電電流値の少なくとも一方を検出手段で検出し、その検出結果に応答して、切換え制御手段が、前記ＯＮ電圧が最も高いＬＥＤ負荷回路または前記通電電流値が最も小さいＬＥＤ負荷回路に対応した制御素子のみをＯＮし、他の制御素子をＯＦＦすることで行う。

したがって、各ＬＥＤ負荷回路間の電流バランスはカレントミラー回路によって均等に制御されるので、多数のＬＥＤからの光出力を均一化することができるとともに、前記カレントミラー回路の基準電流を作成する回路にも何れかのＬＥＤ負荷回路を用いているので、基準電流のみを作成する回路が不要で、その分の回路損失を無くすことができる。また、前記基準電流を作成する回路として、各制御素子をダイオード構造としてみて、そのときの各ＬＥＤ負荷回路におけるＬＥＤのＯＮ電圧が最も高いＬＥＤ負荷回路または通電電流値が最も小さいＬＥＤ負荷回路を選択するので、ＬＥＤのＯＮ電圧（Ｖｆ）が極端にばらついても、複数並列の各ＬＥＤ負荷回路を流れる電流を均一化することができ、光出力のばらつきが少ない良質の照明を得ることができる。

また、本発明のＬＥＤ点灯回路では、前記切換え制御手段は、予め定める周期で前記検出手段に検出動作を行わせ、前記ダイオード接続としたＬＥＤ負荷回路に断線が生じた場合には、残余のＬＥＤ負荷回路の内で、前記ＯＮ電圧が最も高いＬＥＤ負荷回路または前記通電電流値が最も小さいＬＥＤ負荷回路に対応した制御素子を前記ダイオード接続に切換えることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記切換え制御手段は、上述のようにＯＮ電圧が最も高いＬＥＤ負荷回路または通電電流値が最も小さいＬＥＤ負荷回路を探索するだけでなく、各ＬＥＤ負荷回路に現れる端子電圧を検出するなどして、ＬＥＤの断線を検知しており、基準電流源となるＬＥＤ負荷回路に断線が生じると、断線が生じていない他のＬＥＤ負荷回路の内で、前記のようにＯＮ電圧が最も高いＬＥＤ負荷回路または通電電流値が最も小さいＬＥＤ負荷回路を探索し、それに対応した制御素子を前記ダイオード接続に切換える。

したがって、前記基準電流源となるＬＥＤ負荷回路のＬＥＤに断線が生じても、全消灯してしまうことを防止することができる。

さらにまた、本発明のＬＥＤ点灯回路では、前記直流電源は、ＤＣ−ＤＣコンバータであり、前記各ＬＥＤ負荷回路を流れる総電流値または前記ダイオード接続された制御素子に対応するＬＥＤ負荷回路を流れる電流値を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段からの検出結果を比較するための基準電圧源および比較器と、前記比較器からの出力に応じて、前記ＬＥＤモジュールへの通電電流値の総和が予め定める値となるように前記直流電源をフィードバック制御する制御手段とを備えて構成されることを特徴とする。

上記の構成によれば、直流電源から前記各ＬＥＤ負荷回路への通電電流値を検出し、その検出結果に基づいて、前記通電電流値の総和が予め定める値となるように、フィードバックによって前記直流電源を定電流制御するので、定電圧制御に比べて、制御素子での損失が小さく、低損失化することができる。

また、本発明の照明器具は、前記のＬＥＤ点灯回路を用いることを特徴とする。

上記の構成によれば、ＬＥＤのＯＮ電圧（Ｖｆ）が極端にばらついても、多数のＬＥＤからの光出力を均一化することができるとともに、低損失な照明器具を実現することができる。

本発明のＬＥＤ点灯回路は、以上のように、照明器具などに用いられるＬＥＤ点灯回路において、１または直列複数段のＬＥＤから成るＬＥＤ負荷回路が相互に並列に複数配置されて成るＬＥＤモジュールに対して、直流電源から通電を行うにあたって、前記各ＬＥＤ負荷回路に直列に、カレントミラー回路を構成する制御素子を設け、それらの制御素子において、何れかをダイオード構造として、その通電電流値を残余の制御素子を介して他のＬＥＤ負荷回路に連動させることで、各ＬＥＤ負荷回路間のバランスを取るようにし、どのＬＥＤ負荷回路を基準電流源として、対応する制御素子をダイオード構造とするかは、たとえば電源投入時において、切換え制御手段が一斉に各制御素子をダイオード構造としてみて、そのときの各ＬＥＤ負荷回路におけるＬＥＤのＯＮ電圧または通電電流値の少なくとも一方を検出手段で検出し、その検出結果に応答して、切換え制御手段が、前記ＯＮ電圧が最も高いＬＥＤ負荷回路または前記通電電流値が最も小さいＬＥＤ負荷回路に対応した制御素子のみをＯＮし、他の制御素子をＯＦＦすることで行う。

それゆえ、各ＬＥＤ負荷回路間の電流バランスはカレントミラー回路によって均等に制御されるので、多数のＬＥＤからの光出力を均一化することができるとともに、前記カレントミラー回路の基準電流を作成する回路にも何れかのＬＥＤ負荷回路を用いているので、基準電流のみを作成する回路が不要で、その分の回路損失を無くすことができる。また、前記基準電流を作成する回路として、各制御素子をダイオード構造としてみて、そのときの各ＬＥＤ負荷回路におけるＬＥＤのＯＮ電圧が最も高いＬＥＤ負荷回路または通電電流値が最も小さいＬＥＤ負荷回路を選択するので、ＬＥＤのＯＮ電圧（Ｖｆ）が極端にばらついても、複数並列の各ＬＥＤ負荷回路を流れる電流を均一化することができ、光出力のばらつきが少ない良質の照明を得ることができる。

また、本発明のＬＥＤ点灯回路は、以上のように、前記切換え制御手段は、上述のようにＯＮ電圧が最も高いＬＥＤ負荷回路または通電電流値が最も小さいＬＥＤ負荷回路を探索するだけでなく、各ＬＥＤ負荷回路に現れる端子電圧を検出するなどして、ＬＥＤの断線を検知しており、基準電流源となるＬＥＤ負荷回路に断線が生じると、断線が生じていない他のＬＥＤ負荷回路の内で、前記のようにＯＮ電圧が最も高いＬＥＤ負荷回路または通電電流値が最も小さいＬＥＤ負荷回路を探索し、それに対応した制御素子を前記ダイオード接続に切換える。

それゆえ、前記基準電流源となるＬＥＤ負荷回路のＬＥＤに断線が生じても、全消灯してしまうことを防止することができる。

さらにまた、本発明のＬＥＤ点灯回路は、以上のように、直流電源から前記各ＬＥＤ負荷回路への通電電流値を検出し、その検出結果に基づいて、前記通電電流値の総和が予め定める値となるように、フィードバックによって前記直流電源を定電流制御する。

それゆえ、定電圧制御に比べて、制御素子での損失が小さく、低損失化することができる。

また、本発明の照明器具は、以上のように、前記のＬＥＤ点灯回路を用いる。

それゆえ、ＬＥＤのＯＮ電圧（Ｖｆ）が極端にばらついても、多数のＬＥＤからの光出力を均一化することができるとともに、低損失な照明器具を実現することができる。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の一形態に係るＬＥＤ点灯回路３１の構成を示すブロック図である。このＬＥＤ点灯回路１では、ＬＥＤＤ１を多数直列に接続したＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３を３回路並列に接続してＬＥＤモジュール３２が構成されている。各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３における直列ＬＥＤ負荷の段数は任意であり、単一のＬＥＤから構成されていてもよい。

各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３は、ＬＥＤＤ１が共通の放熱板に搭載されてボンディングされ、波長変換用の蛍光体や光拡散用のレンズ等も取付けられて構成されている。このＬＥＤモジュール３２およびＬＥＤ点灯回路３１は、照明器具として用いられ、前記ＬＥＤ負荷としては青または紫外光を放出し、そのＬＥＤ負荷からの光を前記蛍光体で波長変換して白色光として放射する。前記ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３の並列回路数も任意であり、たとえばＲＧＢの３原色で発光させた光を合成するなどの白色光を得るための手法も任意である。

前記ＬＥＤモジュール３２には、商用電源３３からの電圧Ｖａｃを、ノイズカット用のコンデンサＣ１から整流ブリッジ３４にて直流化し、ＤＣ−ＤＣコンバータ３５を介して電圧変換した直流電圧ＶＤＣが与えられる。ＤＣ−ＤＣコンバータ３５は、前記整流ブリッジ３４の直流出力電圧をスイッチングするスイッチング素子Ｑ０と、前記のスイッチングによる励磁エネルギーを蓄積／放出するチョークコイルＬと、前記チョークコイルＬからの出力電流を整流・平滑化するダイオードＤおよび平滑コンデンサＣ２と、前記スイッチング素子Ｑ０を流れる電流を電圧に変換して検知するための抵抗Ｒ１と、前記スイッチング素子Ｑ０のスイッチングを制御する制御回路３６とを備えて構成される昇圧チョッパー回路から成る。

そして直流電源であるそのＤＣ−ＤＣコンバータ３５からＬＥＤモジュール３２へ流れる電流は、電流検知抵抗Ｒ２によって電圧値に変換されて、比較回路３７において、基準電圧源３８からの基準電圧Ｖｒｅｆと比較され、その比較結果が前記制御回路３６にフィードバックされる。制御回路３６は、前記抵抗Ｒ１，Ｒ２の検知結果に応答して、前記スイッチング素子Ｑ０のスイッチング周波数やデューティを制御する。こうして、前記電圧ＶＤＣの定電圧制御およびＬＥＤモジュール３２へ流れる電流の定電流制御が行われるようになっている。

注目すべきは、本実施の形態では、各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３には、それらを流れる通電電流値を相互に等しくするために、カレントミラー回路を構成する制御素子Ｑ１〜Ｑ３が直列に設けられており、それらの制御素子Ｑ１〜Ｑ３の内で、対応するＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３におけるＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆの総和が最も高い回路（図１の例ではＵ１）を基準として、その回路における前記制御素子（図１の例ではＱ１）をダイオード構造とし、制御端子を介して残余の回路（図１の例ではＵ２，Ｕ３）の制御素子（図１の例ではＱ２，Ｑ３）の通電電流値を連動させることで、各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３間のバランスを取ることである。

具体的には、前記制御素子Ｑ１〜Ｑ３がこの図１のようにトランジスタである場合には、制御端子であるベースと、コレクタとを短絡するとともに、ベースを共通に接続する。また、前記制御素子がＭＯＳ型トランジスタである場合には、制御端子であるゲートと、ドレインとを短絡するとともに、ゲートを共通に接続する。

さらに注目すべきは、各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３の内、何れが前記ＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆの総和が最も高い回路であっても前記カレントミラー回路の基準電流を作成可能なように、各制御素子Ｑ１〜Ｑ３が、図１で示すようにトランジスタである場合には制御端子であるベースとコレクタとを短絡し、ＭＯＳ型トランジスタである場合には制御端子であるゲートとドレインとを短絡するようにスイッチＳＷ１〜ＳＷ３が設けられており、制御マイコン４１がそれらのスイッチＳＷ１〜ＳＷ３をＯＮさせてみて各制御素子Ｑ１〜Ｑ３をダイオード接続とし、その結果から前記ＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆの総和が最も高い回路を探索することである。

具体的には、前記制御マイコン４１は、切換え制御回路４２を介して、短絡手段である前記スイッチＳＷ１〜ＳＷ３をＯＮさせて各制御素子Ｑ１〜Ｑ３をダイオード接続とし、各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３に現れる端子電圧をマルチプレクサ４３を介して順次取込み、さらにアナログ／デジタル変換器４４でデジタル値に変換して読込み、その読込んだ結果から、前記切換え制御回路４２を介して、前記ＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆの総和が最も高い回路（図１の例ではＵ１）のスイッチ（図１の例ではＳＷ１）のみをＯＮさせ、残余の回路（図１の例ではＵ２，Ｕ３）のスイッチ（図１の例ではＳＷ２，ＳＷ３）をＯＦＦさせる。したがって、前記マルチプレクサ４３およびアナログ／デジタル変換器４４は検出手段を構成し、切換え制御回路４２および制御マイコン４１は切換え制御手段を構成する。

図２〜図４は、前記制御マイコン４１によるそのような探索動作の一例を説明するためのフローチャートである。図２は、ステップＳ１で電源投入された後に、ステップＳ２では、総てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ３をＯＮさせて各制御素子Ｑ１〜Ｑ３をダイオード接続とし、ステップＳ３でＯＮ電圧Ｖｆの総和の比較を行い、その結果に基づいて、ステップＳ４でＶｆ＝ｍａｘの回路が基準回路になるように設定している。その後、ステップＳ５で設定された回路を基準回路として定常点灯を行い、ステップＳ６で電源が遮断されると処理を終了する。

これに対して、図３では、前記ステップＳ１で電源投入された後に、ステップＳ２ａでは、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３の何れか１つをＯＮさせて各制御素子Ｑ１〜Ｑ３の内対応するものだけをダイオード接続とし、ステップＳ３ａではその回路のＯＮ電圧Ｖｆの総和を過去の検出結果と比較を行っている。そして、ステップＳ１１で、今回の回路がＶｆ＝ｍａｘの回路であると判定されると、ステップＳ１２でその回路を新たな基準回路に更新した後ステップＳ１３に移り、そうでないときにはそのままステップＳ１３に移る。ステップＳ１３では、総ての回路についてＯＮ電圧Ｖｆの探索が終了したか否かが判断され、終了していないときには前記ステップＳ２ａに戻って次のスイッチをＯＮさせて探索を継続し、終了しているときには前記ステップＳ５に移って、前記ステップＳ１２で設定された回路を基準回路として定常点灯を行い、ステップＳ６で電源が遮断されると処理を終了する。

また、図４では、点灯時に定期的に前記ＯＮ電圧Ｖｆの探索を行っている。具体的には、前記ステップＳ１で電源投入された後に、ステップＳ２０でＶｆ＝ｍａｘの回路を基準回路に設定してステップＳ５で定常点灯を行い、ステップＳ６で電源が遮断されると処理を終了し、遮断されなければ前記ステップＳ４に戻る。こうして、メイン処理では定常点灯動作を行っている。一方、予め定める時間毎には、タイマ割込み処理が発生し、ステップＳ２１でタイマがカウント動作を行い、ステップＳ２２では、そのカウント値が予め定める時間、たとえば数分が経過したか否かが判断され、経過していないときには次の割込みタイミングまで待機し、経過すると、前記ステップＳ２に移る。ステップＳ２では、前述のように一旦総てのスイッチＳＷ１〜ＳＷ３をＯＮさせて各制御素子Ｑ１〜Ｑ３をダイオード接続とし、ステップＳ３でＯＮ電圧Ｖｆの総和の比較を行い、その結果に基づいて、ステップＳ４でＶｆ＝ｍａｘの回路が基準回路になるように設定する。その設定値が、前記ステップＳ２０での選択に用いられる。その後、ステップＳ２３ではタイマがリセットされて割込みを終了する。

このように構成することで、前記抵抗Ｒ２の検知結果による一括定電流制御によってＤＣ−ＤＣコンバータ３５から各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３への通電電流値の総和が一定となるように制御されるとともに、各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３間の電流バランスはカレントミラー回路によって均等に制御されるので、多数のＬＥＤＤ１からの光出力を、均一化することができる。また、前記カレントミラー回路の基準電流を作成する回路（図１の例ではＱ１）には、ＬＥＤＤ１のＯＮ電圧Ｖｆの総和が最も高いＬＥＤ負荷回路（図１の例ではＵ１）を用いているので、基準電流のみを作成する回路が不要で、その分の回路損失を無くすことができる。さらにまた、トランジスタなどの制御素子Ｑ１〜Ｑ３の１つをダイオード構造とするとともに、ミラー回路に構成するだけであるので、安価な構成で実現することができる。

たとえば、ＬＥＤ負荷回路の数を前記Ｕ１〜Ｕ３の３つとし、その各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３を５段のＬＥＤＤ１で構成し、前記ＯＮ電圧Ｖｆのばらつきを±５％とするとき、前記抵抗Ｒ２の検知結果による一括定電流制御のみの場合、すなわち制御素子Ｑ１〜Ｑ３が設けられていない場合には、各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３間の電流ばらつきは、１７．５〜２２．７ｍＡ（前記一括定電流制御の電流値は６０ｍＡ）となるのに対して、前記制御素子Ｑ１〜Ｑ３を設け、前記のようにＯＮ電圧Ｖｆの総和が最も高いＬＥＤ負荷回路Ｕ１に対応した制御素子Ｑ１を基準として他の制御素子Ｑ２，Ｑ３にミラー動作を行わせることで、電流ばらつきは、２０．０〜２０．１ｍＡに抑えることができる。同様に、前記ＯＮ電圧Ｖｆのばらつきを±１０％とした場合には、一括定電流制御のみで１５．２〜２５．８ｍＡ、ミラー動作を行わせることで、２０．０〜２０．１ｍＡとすることができる。

さらにまた、各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３の内、どれを基準電流源として、対応する制御素子Ｑ１〜Ｑ３の内、どれをダイオード構造とするかは、実際に各制御素子Ｑ１〜Ｑ３をＯＮさせてみて、各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３の端子電圧を測定することで判定するので、ＬＥＤＤ１のＯＮ電圧Ｖｆが極端にばらついても、また経時変化に対しても、複数並列の各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３を流れる電流を均一化することができ、光出力のばらつきが少ない良質の照明を得ることができる。

このＬＥＤ点灯回路３１の直流電源は、前述の図９で示すＬＥＤ点灯回路と同様に、チョークコイルＬを有するＤＣ−ＤＣコンバータ３５であるけれども、図１０で示すトランスｔを有する絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータであってもよく、特にＬＥＤモジュール３２に対する直流電源は任意である。しかしながら、前記制御素子Ｑ１〜Ｑ３を用いるカレントミラー動作による定電流制御を行うにあたって、直流電源には、定電圧制御と、定電流制御とでは、定電流制御を用いる方が好ましい。

図５には、ＤＣ−ＤＣコンバータ３５が、上述のような抵抗Ｒ２の検知結果による定電流制御のみを行った場合と、前記図１０で示すような電圧ＶＤＣの定電圧制御のみを行った場合とにおける前記制御素子Ｑ１〜Ｑ３による損失について、詳しく示す。また、図５には、前述の図１０および図１１で示す定電流回路ｄ１〜ｄ３を用いた場合において、定電流制御を行った場合と、定電圧制御を行った場合とにおける損失についても詳しく示す。試算の条件は、各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３を流れる電流、すなわちＬＥＤＤ１の定格電流を２０ｍＡ、ＬＥＤＤ１のＯＮ電圧Ｖｆを３．２Ｖ、そのばらつきを±１０％、制御素子（トランジスタ）Ｑ１〜Ｑ３のｈｆｅを１００とする。

図５から明らかなように、本実施の形態のカレントミラー回路による電流バランス制御では、ＯＮ電圧Ｖｆのばらつきが無い方が損失が小さいものの、ＯＮ電圧Ｖｆのばらつきの有無に拘わらず、定電流制御の方が、定電圧制御に比べて、損失が小さいことが理解される。これに対して、前述の図１０および図１１で示す定電流回路ｄ１〜ｄ３を用いた電流バランス制御でも、ＯＮ電圧Ｖｆのばらつきの有無に拘わらず、定電流制御の方が、定電圧制御に比べて、損失が小さいけれど、定電流制御では、総電流量が制限されているので、ＯＮ電圧Ｖｆのばらつきが有っても無くても、損失が同じであることが理解される。したがって、本実施の形態のカレントミラー回路による電流バランス制御に対しては、定電流制御が好ましく、何れの条件でも、定電流回路ｄ１〜ｄ３を用いる場合に比べて、電流バランスを確保するにあたっての損失を大幅に削減できることが理解される。

上述の説明では、制御素子（トランジスタ）Ｑ１〜Ｑ３のエミッタ面積比、すなわち各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３におけるＬＥＤＤ１の定格電流は、各相互に等しかったけれども、相互に異なるように構成されてもよく、その場合、制御素子Ｑ１〜Ｑ３は、その異なる設定電流比を維持するように制御を行う。また、本発明におけるＬＥＤＤ１には、有機ＥＬ（オーガニックＬＥＤ）も適用可能である。

［実施の形態２］
図６は、本発明の実施の他の形態に係るＬＥＤ点灯回路５１の構成を示すブロック図である。このＬＥＤ点灯回路５１において、前述のＬＥＤ点灯回路３１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、このＬＥＤ点灯回路５１では、各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３の内、何れを基準回路とすべきかを、対応する制御素子Ｑ１〜Ｑ３をダイオード接続してみて、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３によって、そのＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３を実際に流れる通電電流値を測定し、その通電電流値が最も小さいＬＥＤ負荷回路（図６の例ではＵ１）を選択することである。このように各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３の通電電流値と、前述のＯＮ電圧Ｖｆの総和との何れから基準回路が判定されてもよい。

［実施の形態３］
図７は、本発明の実施のさらに他の形態に係るＬＥＤ点灯回路６１の構成を示すブロック図である。このＬＥＤ点灯回路６１において、前述のＬＥＤ点灯回路３１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、このＬＥＤ点灯回路６１では、ＤＣ−ＤＣコンバータ３５に定電流のフィードバック制御を行うにあたって、その電流検知抵抗Ｒ２を、各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３の内、何れか１つ（図７の例ではＵ１）に挿入することである。この場合、前記抵抗Ｒ２による損失を削減することができる（図７の例では、図１の例に対して、略１／３）。また、基準となるＬＥＤ負荷回路以外でＬＥＤＤ１に断線が生じても、残余の回路は、一定の電流値のままで点灯を続けることができる。

［実施の形態４］
図８は、本発明の実施の他の形態に係るＬＥＤ点灯回路７１の構成を示すブロック図である。このＬＥＤ点灯回路７１において、前述のＬＥＤ点灯回路３１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、このＬＥＤ点灯回路７１では、制御マイコン８１は、前記図２〜図４で示す探索動作などでＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆの総和が最も高い回路を探索するだけでなく、予め定める周期で各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３に現れる端子電圧をマルチプレクサ４３を介して順次取込み、さらにアナログ／デジタル変換器４４でデジタル値に変換して読込み、その読込んだ結果から、ＬＥＤの断線（図８では参照符号Ｄ１０で示す）を検知し、基準電流回路を、断線したＬＥＤ負荷回路（図８ではＵ１）から、断線が生じていない他のＬＥＤ負荷回路（図８ではＵ２，Ｕ３）の内で、ＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆの総和が最も高い回路（図８ではＵ２）に切換えることである。したがって、図８の例では、スイッチＳＷ１をＯＦＦさせて、スイッチＳＷ２をＯＮさせている。

このように構成することで、基準電流のみを作成する回路が不要で、その分の回路損失を無くすことができるとともに、基準となるＬＥＤ負荷回路Ｕ１のＬＥＤＤ１０に断線が生じても、全消灯してしまうことを防止することができる。なお、制御マイコン８１は、一旦断線が検知されると、そのＬＥＤ負荷回路（図８ではＵ１）に対応したスイッチ（図８ではＳＷ１）を常時ＯＦＦとしたまま、前記ＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆの探索などを省略するようにしてもよい。

本発明の実施の一形態に係るＬＥＤ点灯回路の構成を示すブロック図である。 カレントミラーによる定電流制御を行うにあたって、どのＬＥＤ負荷回路を基準回路とするかの探索動作の一例を説明するためのフローチャートである。 カレントミラーによる定電流制御を行うにあたって、どのＬＥＤ負荷回路を基準回路とするかの探索動作の他の例を説明するためのフローチャートである。 カレントミラーによる定電流制御を行うにあたって、どのＬＥＤ負荷回路を基準回路とするかの探索動作のさらに他の例を説明するためのフローチャートである。 図１で示す本発明の一実施形態と図１０および図１１で示す従来技術とで、並列のＬＥＤ負荷回路へ供給する電流のバランス制御に要する損失計算の結果を示す図である。 本発明の実施の他の形態に係るＬＥＤ点灯回路の構成を示すブロック図である。 本発明の実施のさらに他の形態に係るＬＥＤ点灯回路の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の他の形態に係るＬＥＤ点灯回路の構成を示すブロック図である。 典型的な従来技術のＬＥＤ点灯回路の構成を示すブロック図である。 他の従来技術のＬＥＤ点灯回路の構成を示すブロック図である。 図１０で示すＬＥＤ点灯回路における定電流回路の具体例を示す電気回路図である。 さらに他の従来技術のＬＥＤ点灯回路の構成を示すブロック図である。

符号の説明

３１，５１，６１，７１ ＬＥＤ点灯回路
３２ ＬＥＤモジュール
３３ 商用電源
３４ 整流ブリッジ
３５ ＤＣ−ＤＣコンバータ
３６ 制御回路
３７ 比較回路
３８ 基準電圧源
４１，８１ 制御マイコン
４２ 切換え制御回路
４３ マルチプレクサ
４４ アナログ／デジタル変換器
Ｃ２ 平滑コンデンサ
Ｄ ダイオード
Ｄ１ ＬＥＤ
Ｌ チョークコイル
Ｑ０ スイッチング素子
Ｑ１〜Ｑ３ 制御素子
Ｒ１，Ｒ２；Ｒ１１〜Ｒ１３ 抵抗
ＳＷ１〜ＳＷ３ スイッチ
Ｕ１〜Ｕ３ ＬＥＤ負荷回路

Claims (4)

1. １または直列複数段のＬＥＤから成るＬＥＤ負荷回路が相互に並列に複数配置されて成るＬＥＤモジュールに対して、直流電源から通電を行うようにしたＬＥＤ点灯回路において、
   前記各ＬＥＤ負荷回路に直列に設けられ、カレントミラー回路を構成する制御素子と、
   前記制御素子をダイオード接続に切換えることができる短絡手段と、
   前記短絡手段によって前記制御素子がダイオード接続に切換わった状態で、前記各ＬＥＤ負荷回路におけるＬＥＤのＯＮ電圧または通電電流値の少なくとも一方を検出する検出手段と、
   前記検出手段の検出結果に応答し、前記ＯＮ電圧が最も高いＬＥＤ負荷回路または前記通電電流値が最も小さいＬＥＤ負荷回路に対応した制御素子のみ前記ダイオード接続とする切換え制御手段とを含むことを特徴とするＬＥＤ点灯回路。
2. 前記切換え制御手段は、予め定める周期で前記検出手段に検出動作を行わせ、前記ダイオード接続としたＬＥＤ負荷回路に断線が生じた場合には、残余のＬＥＤ負荷回路の内で、前記ＯＮ電圧が最も高いＬＥＤ負荷回路または前記通電電流値が最も小さいＬＥＤ負荷回路に対応した制御素子を前記ダイオード接続に切換えることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯回路。
3. 前記直流電源は、ＤＣ−ＤＣコンバータであり、
   前記各ＬＥＤ負荷回路を流れる総電流値または前記ダイオード接続された制御素子に対応するＬＥＤ負荷回路を流れる電流値を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段からの検出結果を比較するための基準電圧源および比較器と、
   前記比較器からの出力に応じて、前記ＬＥＤモジュールへの通電電流値の総和が予め定める値となるように前記直流電源をフィードバック制御する制御手段とを備えて構成されることを特徴とする請求項１または２記載のＬＥＤ点灯回路。
4. 前記請求項１〜３のいずれか１項に記載のＬＥＤ点灯回路を用いることを特徴とする照明器具。

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