JP2008283206A - Ｌｅｄ点灯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 点灯させるＬＥＤの個数に応じた消費電力となるようＬＥＤへの出力を調整する。
【解決手段】 本発明のＬＥＤ点灯装置は、ＬＥＤ２と、ＬＥＤ２に電力を供給すると共に、その際ＬＥＤ２に流れる出力電流Ｉｏに応じてＬＥＤ２への印加電圧としての出力電圧Ｖｏを調整するして点灯させる点灯ユニット５とを備える。これにより、発熱や損失の問題となる定電流素子を設けなくても定電流制御が可能となる。また、定電流制御回路と定電圧制御回路とを組み合わせて具備し、最大接続可能数以下の数のＬＥＤがＬＥＤ直列回路に接続されているときは、ＬＥＤ直列回路に供給する電力を定電流制御し、一方、最大接続可能数よりも多いＬＥＤがＬＥＤ直列回路に接続されているとき又はＬＥＤ直列回路に断線が生じたときは、ＬＥＤ直列回路に供給する電力を定電圧制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば照明器具や液晶のバックライト等に使用されるＬＥＤ（発光ダイオード）を点灯させるためのＬＥＤ点灯装置に関する。

近年、青色ＬＥＤの出現により、白色光の生成が可能になり、照明業界でも第三光源としてＬＥＤが注目されている。このＬＥＤを、照明器具や大型のＬＥＤディスプレー等に使用する場合には、特許文献１のように、多数個のＬＥＤが直列接続されるのが一般的である。特許文献１では、駆動電源に対して定電流回路と複数のＬＥＤとからなる直列回路を複数並列接続している。

図３は、従来のＬＥＤ点灯装置の回路構成を概略図示したものである。当該回路は、直流電源１に、ＬＥＤ２と定電流素子３とを直列に接続して構成される。同図では、ＬＥＤ２はＬＥＤ２ａ〜２ｎまでのｎ（ｎは任意の数）個のＬＥＤが複数直列接続されてなる。一方、定電流素子３はＬＥＤ２へ流れる電流を一定にする、すなわち定電流制御するために設けられており、例えば定電流ダイオードやトランジスタなどの電流制限が可能な素子からなる。

直流電源１から流れ出る電流を、定電流素子３により制限してＬＥＤ２に定電流を流すことによりＬＥＤ２が良好に点灯する。
特開２００５−１０９０２５号公報

しかし、上記従来のＬＥＤ点灯装置では、定電流素子３によりＬＥＤ電流を一定にしているため、等価的に考えれば、抵抗値をＬＥＤ２の個数により変化させていることになり、ＬＥＤ２を最大個数点灯した時と１個点灯させた時とでその消費電力（直流電源１の電圧ＶとＬＥＤ電流との積により決定）が同じ量になる。すなわち、ＬＥＤ２の個数が少ない時は、全体の消費電力の大部分を定電流素子３が占めることになり、発熱の問題となる。

また、発熱の問題が無いにしても、ＬＥＤ２を数個点灯する場合と１個点灯する場合の消費電力が同じであるということは、１個点灯する時は無駄な電力を消費しており不経済となる。

そこで本発明は上記問題点に鑑み、点灯させるＬＥＤの個数に応じた消費電力となるようＬＥＤへの出力を調整するＬＥＤ点灯装置を提供することを目的とする。

本発明は、直列接続された複数のＬＥＤを具備したＬＥＤ直列回路と、このＬＥＤ直列回路に電力を供給して点灯させる点灯制御部と、を備えたＬＥＤ点灯装置であって、前記点灯制御部は、前記ＬＥＤ直列回路への電力供給を制御するためのスイッチング素子と、前記ＬＥＤ直列回路に供給される出力電流をフィードバックし、該フィードバックされる出力電流値と前記ＬＥＤ直列回路におけるＬＥＤ駆動電流として予め設定された定電流値とを比較して該出力電流値が該定電流値を超えないようにするために電流設定用フィードバック信号を発生する定電流制御回路と、前記ＬＥＤ直列回路に印加される出力電圧をフィードバックし、該フィードバックされる出力電圧値と前記ＬＥＤ直列回路における前記ＬＥＤの最大接続可能数に対応して予め設定された定電圧値とを比較して該出力電圧値が該定電圧値を超えないようにするために電圧設定用フィードバック信号を発生する定電圧制御回路と、前記電流設定用フィードバック信号と前記電圧設定用フィードバック信号とによって前記スイッチング素子を駆動するスイッチング制御回路と、を備え、前記最大接続可能数以下の数のＬＥＤが前記ＬＥＤ直列回路に接続されているときは、前記定電流制御回路により前記ＬＥＤ直列回路に供給する電力を定電流制御し、前記最大接続可能数よりも多いＬＥＤが前記ＬＥＤ直列回路に接続されているとき又は前記ＬＥＤ直列回路に断線が生じたときは、前記定電圧制御回路により前記ＬＥＤ直列回路に供給する電力を定電圧制御することを特徴とする。

このようにすると、点灯制御部に接続されたＬＥＤの個数に応じてＬＥＤへの印加電圧が最適な値に調整されるため、発熱や損失の問題となる定電流素子を設けなくても定電流制御が可能となり、消費電力をＬＥＤの個数に応じた最小限の値にすることができる。また、定電流制御回路と定電圧制御回路とを組み合わせて具備し、最大接続可能数以下の数のＬＥＤがＬＥＤ直列回路に接続されているときは、定電流制御回路によりＬＥＤ直列回路に供給する電力を定電流制御し、一方、最大接続可能数よりも多いＬＥＤがＬＥＤ直列回路に接続されているとき又はＬＥＤ直列回路に断線が生じたときは、定電圧制御回路によりＬＥＤ直列回路に供給する電力を定電圧制御するようにしているので、最大接続可能数よりも多いＬＥＤがＬＥＤ直列回路に接続されているとき又はＬＥＤ直列回路に断線が生じたときに、ＬＥＤ直列回路に印加される電圧が所定の定電圧よりも高くなるような異常電圧が発生することを抑制することができる。

本発明の請求項１によると、点灯させるＬＥＤの個数に応じた消費電力となるようＬＥＤへの出力を調整する一方で、ＬＥＤ直列回路に印加される電圧が所定の定電圧よりも高くなるような異常電圧の発生を抑制することができるＬＥＤ点灯装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明におけるＬＥＤ点灯装置の好ましい実施例を説明する。なお、従来例と同一箇所には同一符号を付し、共通する部分の説明は重複するため極力省略する。

図１は、本実施例のＬＥＤ点灯装置の回路構成を概略図示したものである。当該回路は、点灯制御部としての点灯ユニット５の入力側に直流電源１を接続し、一方、点灯ユニット５の出力側にＬＥＤ２を接続して構成される。ＬＥＤ２は、従来例と同様にＬＥＤ２ａ〜２ｎまでのｎ（ｎは任意の数）個のＬＥＤを複数直列接続したものである。なお、Ｖｉは直流電源１から点灯ユニット５へ入力される入力電圧であり、Ｖｏは点灯ユニット５から出力されＬＥＤ２へ印加される出力電圧であり、Ｉｏは点灯ユニット５から出力されＬＥＤ２を流れる出力電流（ＬＥＤ電流）であり、ＶｆはＬＥＤ２ａ等の順方向電圧となるＬＥＤ電圧である。

本発明の特徴部となる点灯ユニット５の内部回路について図２を参照しながら説明する。入力側には、直流電源１が接続される一対の入力端子10，10が設けられる一方、出力側には、ＬＥＤ２が接続される一対の出力端子17，17が設けられている。入力端子10，10間には、ダイオード11とコンデンサ12との直列回路が接続される。このとき、ダイオード11は、入力端子10側がアノード、コンデンサ12側がカソードとなる。ここで、コンデンサ12と接続された一の入力端子10とＬＥＤ−出力となる出力端子17とを接続する線路を、以下、共通ラインという。ダイオード11のカソードとコンデンサ12との接続点には、スイッチング素子としてのＰＮＰ型のトランジスタ13のエミッタが接続されており、このトランジスタ13のコレクタはチョークコイル15を介してＬＥＤ＋出力となる出力端子17に接続されている。トランジスタ13のコレクタと共通ラインの間には、転流ダイオード14が接続されている。このとき、転流ダイオード14は、コレクタ側がカソード、共通ライン側がアノードとなる。また、出力端子17，17間には、平滑コンデンサ16が接続されている。これらにより、いわゆる降圧チョッパ回路19が構成されている。

トランジスタ13のベースには、当該スイッチング動作（オン・オフ動作）を制御するためのスイッチング制御回路18が接続されている。以下、スイッチング制御回路18の具体的な構成について説明する。トランジスタ13のエミッタ−ベース間に抵抗20が接続され、トランジスタ13のベースは、抵抗21とＮＰＮ型のトランジスタ22のコレクタ−エミッタを介して接地（共通ラインに接続）されている。トランジスタ22のベースには、コンパレータ23の出力端子が接続されており、このコンパレータ23から出力される駆動信号によりトランジスタ22ひいてはトランジスタ13がスイッチング動作することとなる。コンパレータ23は、反転入力端子に三角波発信器としてのＯＳＣ24から入力される三角波と、非反転入力端子に入力されるフィードバック信号とを比較して、三角波の電圧が閾値としてのフィードバック信号の電圧レベル以上となる時間をパルス幅とするパルス状の駆動信号を出力する。

本実施例では、コンパレータ23の非反転入力端子に入力されるフィードバック信号として二つの信号をワイヤードＯＲ接続して入力している。

一つ目の信号は、出力電圧Ｖｏに関する電圧設定用フィードバック信号であり、オペアンプ32の出力端子から逆流防止用のダイオード34を通じてコンパレータ23に入力される。なお、ダイオード34は、オペアンプ32側がアノード、コンパレータ23側がカソードとなるよう接続されている。オペアンプ32の入力側では、出力電圧ＶｏをＬＥＤ２へ出力する出力端子17，17のそれぞれに接続された抵抗30と抵抗31との接続点がオペアンプ32の非反転入力端子へ接続される一方、基準電圧Ｖｒｅｆを有する基準電圧源33がオペアンプ32の反転入力端子へ接続される。すなわち、オペアンプ32には、出力電圧Ｖｏを抵抗30，31で分圧した電圧と、基準電圧Ｖｒｅｆとが入力される。

二つ目の信号は、出力電流ＩｏすなわちＬＥＤ２へ流れるＬＥＤ電流に関する電流設定用フィードバック信号であり、オペアンプ42の出力端子から逆流防止用のダイオード44を通じてコンパレータ23に入力される。なお、ダイオード44は、オペアンプ42側がアノード、コンパレータ23側がカソードとなるよう接続されている。本実施例では、出力電流Ｉｏの検出のために、転流ダイオード14のアノードと平滑コンデンサ16の間となる共通ラインに電流検出抵抗40が挿入されている。この電流検出抵抗40に出力電流Ｉｏが流れることにより、当該電流値に比例した検出電圧Ｖｄが発生することとなる。オペアンプ42の入力側では、ＬＥＤ−出力側の出力端子17がオペアンプ42の非反転入力端子へ接続される一方、基準電圧源33が抵抗43を介してオペアンプ42の反転入力端子へ接続される。また、オペアンプ42の反転入力端子は抵抗41を介して共通ラインに接続されている。すなわち、オペアンプ42には、検出電圧Ｖｄと、基準電圧Ｖｒｅｆを抵抗41，43で分圧した電圧とが入力される。

次に、上記のように構成された点灯ユニット５の動作について説明する。

点灯ユニット５は、トランジスタ13のスイッチング動作により、入力端子10，10に接続された直流電源１から電力を取り出し、出力端子17，17に接続されたＬＥＤ２へ出力する。トランジスタ13のオン時には、直流電源１の電力をトランジスタ13を通じてチョークコイル15と平滑コンデンサ16により平均化して出力端子17，17へ出力する。このとき、チョークコイル15に電流が流れることにより励磁エネルギーが蓄えられる。トランジスタ13のオフ時には、転流ダイオード14がターンオンし、チョークコイル15に蓄えられた前記励磁エネルギーが放出され、放電電力として出力端子17，17へ出力される。なお、出力電圧Ｖｏは入力電圧Ｖｉより低い電圧となる。

スイッチング制御回路18は、トランジスタ22を前記駆動信号によりスイッチング動作させることにより、トランジスタ13のエミッタ−ベース間に電圧を間欠的に印加する。具体的には、駆動信号がＨレベルのときに、トランジスタ22がターンオンし、抵抗20，21に電流が流れることにより、抵抗20の電圧降下分の電圧がトランジスタ13のエミッタ−ベース間に発生し、トランジスタ13がターンオンする一方、駆動信号がＬレベルのときに、トランジスタ22がターンオフし、トランジスタ13のエミッタとベースが略同電位となり、トランジスタ13がターンオフする。当該駆動信号は前述の２つのフィードバック信号に基づいてＰＷＭ制御されており、出力電圧Ｖｏに対する定電圧制御と出力電流Ｉｏに対する定電流制御が選択的に行われる。

ここで、例えば、出力電圧Ｖｏの設定値を１８Ｖ、出力電流Ｉｏの設定値を２０ｍＡとなるよう基準電圧Ｖｒｅｆ等が設計され、ＬＥＤ２の点灯時（このときのＬＥＤ電流は２０ｍＡ）のＬＥＤ電圧Ｖｆが３．６Ｖであるとする。

点灯ユニット５で１個のＬＥＤ２（例えばＬＥＤ２ａ）のみを点灯する場合には、ＬＥＤ２全体としてのＬＥＤ電圧は３．６Ｖであり、前記設定値１８Ｖに満たないため、オペアンプ32は駆動信号のパルス幅を広げようと、負の電圧を出力する。しかし、出力電圧Ｖｏの上昇に伴い、出力電流ＩｏがＬＥＤ電圧が３．６Ｖとなる２０ｍＡを超えると、オペアンプ42は駆動信号のパルス幅を狭めようと正の電圧を出力する。当該正の電圧は、検出電圧Ｖｄと基準電圧Ｖｒｅｆの分圧値との差分を増幅したものとなる。従って、ワイヤードＯＲによりコンパレータ23へはオペアンプ42から出力された正の電圧が入力されるため、出力電流Ｉｏに対する定電流制御が支配的になる。同様に、ＬＥＤ２全体としてのＬＥＤ電圧が１８Ｖとなるまで、すなわち点灯するＬＥＤ２が５個までは出力電流Ｉｏに対する定電流制御が行われることとなる。

これに対して、ＬＥＤ２が６個以上のときは、出力電流Ｉｏが２０ｍＡに到達する前にＬＥＤ２全体としてのＬＥＤ電圧が１８Ｖを超えてしまうため、出力電圧Ｖｏが前記設定値１８Ｖを超えないように、オペアンプ32は駆動信号のパルス幅を狭めようと正の電圧を出力する。当該正の電圧は、出力電圧Ｖｏの分圧値と基準電圧Ｖｒｅｆとの差分を増幅したものとなる。このとき、出力電流Ｉｏは２０ｍＡを下回っているため、オペアンプ42は駆動信号のパルス幅を広げようと、負の電圧を出力する。従って、ワイヤードＯＲによりコンパレータ23へはオペアンプ32から出力された正の電圧が入力されるため、出力電圧Ｖｏに対する定電圧制御が支配的になる。当該定電圧制御は、例えばＬＥＤ２がオープンモードで故障した場合や断線などが発生した場合に、出力電流Ｉｏが流れなくなることにより生じる出力電圧Ｖｏの異常電圧を抑制する作用効果も奏する。

このようにして、点灯ユニット５に接続されたＬＥＤ２の個数に応じてＬＥＤ２への印加電圧たる出力電圧Ｖｏを最適な電圧に調整することにより、ＬＥＤ２を定電流で駆動して点灯させることができる。定電流制御時では、出力電圧Ｖｏは（ＬＥＤ電圧Ｖｆ）ラ（ＬＥＤ２の個数）で求まる値となり、消費電力を当該個数に応じた最小限の値にすることができる。すなわち、点灯ユニット５により、発熱や損失の問題となる定電流素子３を設けなくても定電流制御が可能となり、ＬＥＤ２に関して、１個は１個の消費電力、数個は数個の消費電力となる構成を実現している。点灯ユニット５によるＬＥＤ２の最大点灯個数は、入力電圧Ｖｉにより決まり、（ＬＥＤの最大点灯個数）＝（入力電圧Ｖｉ−回路素子電圧）／（ＬＥＤ電圧Ｖｆ）という式で表せる。なお、本実施例の回路では回路素子電圧は約３Ｖ程度となる。

以上のように本実施例では、ＬＥＤ２と、このＬＥＤ２に電力を供給して点灯させる点灯制御部としての点灯ユニット５とを備えたＬＥＤ点灯装置であって、点灯ユニット５は、ＬＥＤ２に流れる出力電流Ｉｏに応じてＬＥＤ２への印加電圧としての出力電圧Ｖｏを調整するものであることを特徴とする。

このようにすると、点灯ユニット５に接続されたＬＥＤ２の個数に応じてＬＥＤ２への出力電圧Ｖｏが最適な値に調整されるため、発熱や損失の問題となる定電流素子３を設けなくても定電流制御が可能となり、消費電力をＬＥＤ２の個数に応じた最小限の値にすることができる。従って、点灯させるＬＥＤ２の個数に応じた消費電力となるようＬＥＤ２への出力を調整するＬＥＤ点灯装置を提供することができる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。点灯ユニット５に使用される降圧チョッパ回路19に代えて、例えば昇圧チョッパ回路やフォワードコンバータなどのスイッチング電源とすることも可能である。

本発明の実施例におけるＬＥＤ点灯装置の回路構成を示すブロック図である。 同上、ＬＥＤ点灯装置を構成する点灯ユニットの内部構成を示す回路図である。 従来例におけるＬＥＤ点灯装置の回路構成を示すブロック図である。

符号の説明

２ ＬＥＤ
５ 点灯ユニット（点灯制御部）

Claims (2)

1. 直列接続された複数のＬＥＤを具備したＬＥＤ直列回路と、このＬＥＤ直列回路に電力を供給して点灯させる点灯制御部と、を備えたＬＥＤ点灯装置であって、
   前記点灯制御部は、
   前記ＬＥＤ直列回路への電力供給を制御するためのスイッチング素子と、
   前記ＬＥＤ直列回路に供給される出力電流をフィードバックし、該フィードバックされる出力電流値と前記ＬＥＤ直列回路におけるＬＥＤ駆動電流として予め設定された定電流値とを比較して該出力電流値が該定電流値を超えないようにするために電流設定用フィードバック信号を発生する定電流制御回路と、
   前記ＬＥＤ直列回路に印加される出力電圧をフィードバックし、該フィードバックされる出力電圧値と前記ＬＥＤ直列回路における前記ＬＥＤの最大接続可能数に対応して予め設定された定電圧値とを比較して該出力電圧値が該定電圧値を超えないようにするために電圧設定用フィードバック信号を発生する定電圧制御回路と、
   前記電流設定用フィードバック信号と前記電圧設定用フィードバック信号とによって前記スイッチング素子を駆動するスイッチング制御回路と、
   を備え、前記最大接続可能数以下の数のＬＥＤが前記ＬＥＤ直列回路に接続されているときは、前記定電流制御回路により前記ＬＥＤ直列回路に供給する電力を定電流制御し、前記最大接続可能数よりも多いＬＥＤが前記ＬＥＤ直列回路に接続されているとき又は前記ＬＥＤ直列回路に断線が生じたときは、前記定電圧制御回路により前記ＬＥＤ直列回路に供給する電力を定電圧制御することを特徴とするＬＥＤ点灯装置。
2. 前記スイッチング制御回路は、一方の入力に駆動信号源を印加し、他方の入力に前記電流設定用フィードバック信号又は前記電圧設定用フィードバック信号を印加するコンパレータを含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ点灯装置。

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