JP2010123804A - Ｌｅｄ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
パルス制御でＬＥＤを点灯させる場合に、点灯時にその立上時間を短縮させ、消灯時にはＬＥＤに電流を一切流さず、定電流電源回路で生ずる発熱量を抑えるようにした。
【解決手段】
ＬＥＤユニット（４）に並列に接続したバイパス回路（１１）に、その閾値電圧より低い所定の待機電圧を降伏電圧とする電子負荷（９）を介装させ、このバイパス回路（１１）を点灯時に遮断し消灯時に導通することにより、消灯時にＬＥＤユニット（４）の両端に印加される電圧を待機電圧に維持させて、再点灯時の立上時間を短縮させた。また、定電流回路（５）により、点灯時には電源回路（３）を流れる電流をＬＥＤユニット（４）の点灯電流に維持し、消灯時には定電流回路（５）で消費される電力量が点灯時に消費される電力量以下になるように設定された待機電流まで低下させることにより、無駄な電力消費による発熱を解消する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源となる発光ダイオード（ＬＥＤ）を点灯させるＬＥＤ駆動装置に関し、特に、製品検査用画像処理装置のような高速応答性を要求されるＬＥＤ照明装置に用いて好適である。

近年、各種工業製品の製造ラインにおいては、画像を用いた製品識別装置や製品検査装置が組み込まれており、画像処理の高速化に伴って、高速で流れる全ての製品について、瞬時に形状判断を行うことも可能となってきている。
このような場合に、画像を短時間で連続的に取り込む必要があり、そのためにＬＥＤ（発光ダイオード）を光源とした照明装置を用いている。
ＬＥＤを連続点灯させると、撮像していない間点灯させることによるエネルギーロスがあるだけでなく、連続点灯によりＬＥＤ発熱するという問題がある。
このため、通常は、例えば製品が撮像位置に到来するタイミングでシャッターが切られるデジタルカメラに同期させて、ＬＥＤをパルス発光させることにより、エネルギーロスや発熱を抑えて、高速で画像取込をしている。

図４はこのようなＬＥＤ照明装置の一般的な駆動装置を示すもので、画像処理で用いられるＬＥＤ照明の場合、ＬＥＤの輝度値の均一性を担保するために定電流回路を用いて制御を行うことが多い。
１以上のＬＥＤを配列して成るＬＥＤユニット４１を点灯させる駆動装置４２は、主電源４３から電源を供給する電源回路４４に定電流回路４５が介装されている。
この定電流回路４５は、電源回路４４を流れる電流に応じた検出電圧を出力する電流検出抵抗４６と、ＬＥＤユニット４１を点灯させる点灯電流を目標電流とし、これに応じた基準電圧を発声する基準電圧発生器４７と、前記検出電圧と基準電圧を比較して検出電圧が基準電圧と一致するように電界効果トランジスタでなる電流制御素子４８に制御信号を出力する比較回路４９を備えている。
そして、ＬＥＤユニット４１を所定のタイミングで点滅させるため、電源回路４４及び定電流回路４５のいずれか一方にスイッチＳ_１又はＳ_２を設けている。
これによれば、スイッチＳ_１及びＳ_２のいずれか一方を設け、これをデジタルカメラ（図示せず）のシャッターのタイミングに合わせてオンオフすることにより、ＬＥＤユニット４１を点滅させることができる。

しかしながら、電源回路４４に設けたスイッチＳ_１をオンオフさせてＬＥＤを点滅させる場合は、スイッチＳ_１が遮断されて電源回路４４に電流を流していないときでも、定電流回路４５の比較回路４９が常時駆動状態にあり、検出電圧が０に維持されて基準電圧まで上昇しないことから、比較回路４９から電流制御素子４８に対して最大制御電圧が印加されることとなる。
この状態で、スイッチＳ_１を導通させてＬＥＤを点灯させると、電流制御素子４８により過大電流（ラッシュ電流）が流されるため、ＬＥＤの寿命を縮める原因となり好ましくない。また、安定にも時間がかかるため、高速応答にも限界がある。

また、定電流回路４５に設けたスイッチＳ_２をオンオフさせて、電流制御用素子４８のゲート／ソース間を短絡することにより電流制御素子４８のスイッチングを行い、ＬＥＤを点滅させることもできるが、この場合も、比較回路４９を常時駆動させた状態でＬＥＤを点滅させるため、過大電流については解消できない。

そこで、図５に示すように、定電流電源回路５１に介装されたＬＥＤ５２の両端子間にＬＥＤ５２の閾値電圧よりも低い定電圧を順方向に印加する定電圧回路５３を接続して、この定電圧回路５３にスイッチ５４を介装すると共に、スイッチ５４の導通時の定電圧回路５３の回路抵抗が、ＬＥＤ５２の回路抵抗よりも小さく設計したものが提案されている。
特開昭６３−２５０８７３

これによれば、スイッチ５４を遮断させたときに、定電流電源回路５１からＬＥＤ５２を点灯させる点灯電流が供給されるのでＬＥＤ５２が点灯し、消灯時にスイッチ５４を導通させれば、定電流電源回路５１から供給される電流は回路抵抗の小さい定電圧回路５３に流れ込むためＬＥＤ５２は消灯され、これと同時にＬＥＤ５２の両端には定電圧回路５３よりに閾値電圧より低い待機電圧が印加されてＬＥＤ５２に浮遊容量が蓄積されるので、ＬＥＤ５１の点灯時に立上時間を短縮させることができる。

しかしながら、これによれば定電流電源回路５１と定電圧回路５３で閉回路が形成されており、定電圧回路５３により定電流電源回路５１に対し逆バイアス電圧が印加されるので、その時点における定電流電源回路５１の電圧と定電圧回路５３の電圧との差圧分が定電流電源回路５１に印加され、発熱の原因となる。
この特許文献１は光通信用光源としてのＬＥＤ５２のドライバ回路であり、１個のＬＥＤの点滅制御を行えば足りるから、差圧も少なく、ＬＥＤ５２に流す電流もせいぜい１００ｍＡ程度と小さいから、定電流電源回路５１における発熱量も無視し得るが、この回路を証明用として用いた場合は、ＬＥＤの個数が多くなり、電流も電圧も数倍〜数十倍高くなることが予想される。
特に、照明装置として、多数のＬＥＤを接続して使用する場合に、ＬＥＤの特性として順方向電圧に個体差が生じたり、ＬＥＤの熱により順方向電圧が変化するため、定電圧回路５３の電圧とＬＥＤの閾値電圧との差分が小さいと誤動作を起こすおそれがある。
このため、照明用として用いる場合は、定電圧回路５３の電圧とＬＥＤの閾値電圧との差分を大きくとらなければならず、その分、ＬＥＤの消灯時に定電流電源回路に印加される逆バイアス電圧が高くなり、発熱の原因となる。

このため、ＬＥＤユニットに対して点灯開始電流（動作電流）より低い待機電流を流しておき、点灯電流を流したときにＬＥＤの点灯立ち上がり時間を短縮させる装置も提案されている。
特開２００８−２７８７４号公報

この場合に、待機電流を常時供給する方法と、ＬＥＤの点灯開始直前に供給開始する二つの方法が考えられる。
しかし、常時供給する場合は、消灯時もＬＥＤに電流が流れて常に発熱状態にあるのでＬＥＤの寿命が縮まるという問題がある。
また、ＬＥＤの点灯開始直前に供給させる場合は、ＬＥＤを点灯させるタイミング制御の他に、それより僅かに早い所定時間で待機電流を供給開始させるタイミング制御を行わなければならないので、制御が複雑で面倒になるという問題がある。

そこで本発明は、パルス制御でＬＥＤを点滅させる場合に、点灯時にはその立上時間を短縮させることができると同時に、ＬＥＤの消灯時にはＬＥＤに電流を一切流さず、また、定電流電源回路で生ずる発熱量を抑えることを技術的課題としている。

この課題を解決するために、本発明は、電源から電力を供給する電源回路に、１以上のＬＥＤを配列して成るＬＥＤユニット及び当該電源回路を流れる電源電流を一定に維持する定電流回路が直列に接続されて閉回路が形成されると共に、前記定電流回路は、電源回路に介装された電流検出抵抗で検出された電源電流に応じた降下電圧と、予め設定された目標電流に応じた基準電圧とを比較して電源電流を目標電流に維持する電流制御素子を備えて成るＬＥＤ駆動装置において、前記電源回路には、前記ＬＥＤユニットの閾値電圧より低い所定の待機電圧を降伏電圧とする電子負荷及びスイッチング素子が直列に接続されたバイパス回路が当該ＬＥＤユニットに対して並列に接続されて成り、前記ＬＥＤユニットの点灯及び消灯のタイミングに応じて前記定電流回路及びバイパス回路をコントロールする点灯制御装置を備え、当該点灯制御装置は、所定のタイミングでＬＥＤユニットの点灯信号及び消灯信号を出力するトリガー回路と、当該トリガー回路から点灯信号が出力されたときにバイパス回路に介装されたスイッチング素子を導通させ、消灯信号が出力されたときに遮断させるバイパス回路コントロールドライバと、前記トリガー回路から点灯信号が出力されたときはＬＥＤユニットを点灯させる点灯電流を目標電流としてこれに応じた点灯時基準電圧を定電流回路に対して出力し、消灯信号が出力されたときは定電流回路で消灯時に消費される電力量が点灯時に消費される電力量以下に設定された待機電流を目標電流としてこれに応じた消灯時基準電圧を定電流回路に対して出力する基準電圧発生器とを備えたことを特徴としている。

本発明によれば、トリガー回路から点灯信号が出力されると、バイパス回路コントロールドライバによりスイッチング素子が遮断されてバイパス回路が非導通状態となるので、電源回路を流れる電流はＬＥＤユニットに供給される。
このとき、基準電圧発生器から定電流回路に対してＬＥＤユニットの点灯電流に応じた点灯時基準電圧が出力されているので、電源回路を流れる電流が点灯電流に一致するように制御されることとなる。

また、トリガー回路から消灯信号が出力されると、バイパス回路コントロールドライバによりスイッチング素子が導通されてバイパス回路が導通状態となる。バイパス回路には、ＬＥＤユニットの閾値電圧より低い所定の待機電圧を降伏電圧とする電子負荷が介装されているので、電源回路を流れる電流はＬＥＤユニットに供給されずに、バイパス回路に流れ、ＬＥＤユニットは消灯される。
このとき、基準電圧発生器からは、消灯時に定電流回路で消費される電力量が点灯時に消費される電力量以下になるように設定された待機電流に応じた消灯時基準電圧が出力される。
これにより、電源電流が電流検出抵抗を流れることにより生ずる電圧降下が、消灯時基準電圧より高ければこれを低下させるように電流制御素子が働くので、電源電流をＬＥＤ点灯電流より小さい待機電流に維持することができ、したがって、消灯時に定電流回路で生ずる発熱量を、点灯時に定電流回路で生ずる発熱量よりも小さく抑えることができる。
この消灯状態で、電流制御素子に無駄な制御信号が印加されていないので、再点灯させたときに電源回路ひいてはＬＥＤユニットに過大なラッシュ電流が流れることもない。
さらに、ＬＥＤユニットの両側には閾値電圧より低い待機電圧が印加されているため、ＬＥＤユニットを点灯させるためにトリガー回路から点灯信号が出力されたときの立上時間が短い。

本例のＬＥＤ駆動装置は、パルス制御でＬＥＤを点灯させる場合に、点灯時にはその立上時間を短縮させることができると同時に、ＬＥＤの消灯時にはＬＥＤに電流を一切流さず、また、定電流電源回路で生ずる発熱量を抑えるという目的を達成するために、電源回路には、前記ＬＥＤユニットの閾値電圧より低い所定の待機電圧を降伏電圧とする電子負荷及びスイッチング素子が直列に接続されたバイパス回路が当該ＬＥＤユニットに対して並列に接続されて成り、前記ＬＥＤユニットの点灯及び消灯のタイミングに応じて前記定電流回路及びバイパス回路をコントロールする点灯制御装置を備え、当該点灯制御装置は、所定のタイミングでＬＥＤユニットの点灯信号及び消灯信号を出力するトリガー回路と、当該トリガー回路から点灯信号が出力されたときにバイパス回路に介装されたスイッチング素子を導通させ、消灯信号が出力されたときに遮断させるバイパス回路コントロールドライバと、前記トリガー回路から点灯信号が出力されたときはＬＥＤユニットを点灯させる点灯電流を目標電流としてこれに応じた点灯時基準電圧を定電流回路に対して出力し、消灯信号が出力されたときは定電流回路で消灯時に消費される電力量が点灯時に消費される電力量以下に設定された待機電流を目標電流としてこれに応じた消灯時基準電圧を定電流回路に対して出力する基準電圧発生器とを備えた。

図１は本発明に係るＬＥＤ駆動装置の一例を示す回路図、図２は本発明の効果を示すグラフ、図３は他の実施例を示す回路図である。

図１に示すＬＥＤ駆動装置１は、電源２から電力を供給する電源回路３に、１以上のＬＥＤを配列して成るＬＥＤユニット４及び当該電源回路３を流れる電源電流を一定に維持する定電流回路５が直列に接続されて閉回路が形成されている。
本例では、電源２の電源電圧Ｖ_Ｅ＝１５Ｖに設定されている。
また、ＬＥＤユニット４として、白色ＬＥＤを３個直列に接続したＬＥＤ群を３０列並列に接続して構成し、個々の白色ＬＥＤは、閾値電圧３.６Ｖ、点灯電流６００ｍＡのものを用いている。したがって、ＬＥＤユニット４全体の閾値電圧Ｖ_Ｔ＝約１１Ｖ、点灯電流Ｉ_Ｔ＝１８Ａに設計されている。

定電流回路５は、電源回路３に介装された電流検出抵抗６で検出された電流に応じた検出電圧Ｖ_Ｓと、予め設定された目標電流に応じた基準電圧Ｖ_０とを比較して、その差に応じた電流制御信号を出力するオペアンプなどを備えた比較回路７と、その電流制御信号が電源回路３に介装された電界効果トランジスタなどの電流制御素子８に入力されて電源電流を目標電流に維持するようになされている。

前記電源回路３には、ＬＥＤユニット４の閾値電圧Ｖ_Ｔより低い所定の待機電圧Ｖ_Ｂを降伏電圧とするツェナーダイオードなどの電子負荷９と、スイッチング素子１０とを直列に接続したバイパス回路１１が、ＬＥＤユニット４に対して並列に接続されている。
本例では、電子負荷９の待機電圧Ｖ_Ｂ＝７Ｖに設定されている。
この待機電圧Ｖ_Ｂは、点灯時にＬＥＤユニット４の両端に印加されている電圧を閾値電圧Ｖ_Ｔまで昇圧する時間を短縮させるものであるので、差が大きすぎると立上時間の短縮効果が薄れ、差が小さくなりすぎるとＬＥＤユニット４の発熱に伴う閾値電圧の変化により誤動作を起こすおそれがあるので、誤動作を起こさない範囲ででき得る限り大きく設定することが好ましい。

前記定電流回路５及びバイパス回路１１は、ＬＥＤユニット４の点灯及び消灯のタイミングをコントロールする点灯制御装置１２により制御され、その結果、ＬＥＤユニット４の点滅制御が行われる。
点灯制御回路１２は、ＬＥＤユニット４の点灯及び消灯のタイミングに応じたトリガー信号を出力するトリガー回路１３と、バイパス回路１１に介装されたスイッチング素子１０を駆動させるバイパス回路コントロールドライバ１４と、定電流回路５の比較回路７に対して点灯時基準電圧と消灯時基準電圧の２種類の基準電圧を出力する基準電圧発生器１５を備えている。

トリガー回路１３は、トリガー信号として、点灯時に点灯信号を、消灯時に消灯信号を出力する。これらの信号は、一つの信号線を介して点灯信号「１」、消灯信号「０」という二値信号を出力する場合であっても、点灯信号線及び消灯信号線の個別の信号線を通じて出力される信号であってもよい。

バイパス回路コントロールドライバ１４は、トリガー回路１３から点灯信号が入力されたときに、バイパス回路１１のスイッチング素子１０を遮断させる制御信号を出力し、トリガー回路１３から消灯信号が入力されたときに、スイッチング素子１０を導通させる制御信号を出力する。
これにより、点灯信号に応じてバイパス回路１１が遮断されると、電源２から電源回路３を介して供給される電流がＬＥＤユニット４に流れ、ＬＥＤユニット４は点灯状態となる。
また、消灯信号に応じてバイパス回路１１が導通すると、その電子負荷９はＬＥＤユニット４の閾値電圧よりも低いので、電源２から電源回路３を介して供給される電流はＬＥＤユニット４を通らずにバイパス回路１１に逃げるので、ＬＥＤユニット４は消灯状態となる。

基準電圧発生器１５は、トリガー回路１３から点灯信号が出力されたときはＬＥＤ点灯電流Ｉ_Ｔを目標電流としてこれに応じた点灯時基準電圧Ｖ_Ｈを定電流回路５に対して出力し、消灯信号が出力されたときはＬＥＤ点灯電流Ｉ_Ｔより小さい所定の待機電流Ｉ_Ｂを目標電流としてこれに応じた消灯時基準電圧Ｖ_Ｌを定電流回路５に対して出力する。
この待機電流Ｉ_Ｂは、消灯時に定電流回路５で消費される電力量Ｗ_Ｌが点灯時に定電流回路５で消費される電力量Ｗ_Ｈ以下になるように設定されている。

本例では、点灯時に電源回路３には点灯電流Ｉ_Ｔ＝１８Ａが流れており、そのときの電源２の電源電圧Ｖ_Ｅ＝１５Ｖ、ＬＥＤユニット４の閾値電圧Ｖ_Ｔ＝１１Ｖであるので、定電流回路５にはその差分である４Ｖの電圧が印加されていることとなり、定電流回路５での消費電力はＷ_Ｈは、
Ｗ_Ｈ＝（Ｖ_Ｅ−Ｖ_Ｔ）×Ｉ_Ｔ＝４（Ｖ）×１８（Ａ）＝７２（Ｗ）
となる。

また、消灯時は、電源２の電源電圧Ｖ_Ｅ＝１５Ｖ、ＬＥＤユニット４の両端にはバイパス回路１１の降伏電圧に等しい待機電圧Ｖ_Ｂ＝７Ｖしか印加されないため、ＬＥＤユニット４は消灯状態に維持される。
このとき、定電流回路５には８Ｖの電圧が印加されることになるので、点灯時と同じ点灯電流Ｉ_Ｔ＝１８Ａが電源回路３に供給されると、定電流回路５での消費電力Ｗ_Ｌは、
Ｗ_Ｌ＝（Ｖ_Ｅ−Ｖ_Ｂ）×Ｉ_Ｔ＝８（Ｖ）×１８（Ａ）＝１４４（Ｗ）
と２倍になるため、発熱量も倍になる。

このため、消灯時は、定電流回路５に印加される電圧が高くなっても消費電力が少なくなるように、電源回路３を流れる電流値を低くしている。
上述の例では、定電流回路５に印加される電圧が倍になっているので、電源回路３を流れる電流を１／２以下にすれば、点灯時以下の発熱量に維持することができ、したがって、消灯時基準電圧を点灯時基準電圧の１／２以下に設定すれば良いことになる。
本例では、消灯時に電源回路３を流れる待機電流Ｉ_Ｂ＝２０ｍＡを目標電流としてこれに応じた消灯時基準電圧Ｖ_Ｌを基準電圧発生器１５から定電流回路５に対して出力するようにした。
この場合、定電流回路５での消費電力Ｗ_Ｌは、
Ｗ_Ｌ＝（Ｖ_Ｅ−Ｖ_Ｂ）×Ｉ_Ｂ＝８（Ｖ）×２０（ｍＡ）＝１６０（ｍＷ）
となり、定電流回路５での発熱量を約１／１０００に低減できる。
仮に、バイパス回路１１の電子負荷９の待機電圧Ｖ_Ｂ＝０に近似させた場合は、定電流回路５に電源２の電圧１５Ｖがそのまま印加されることになるが、この場合でも待機電流Ｉ_Ｂを低下させることにより、定電流回路５での消費電力Ｗ_Ｌは、
Ｗ_Ｌ＝（Ｖ_Ｅ−Ｖ_Ｂ）×Ｉ_Ｂ＝１５（Ｖ）×２０（ｍＡ）＝３００（ｍＷ）
となり、定電流回路５での発熱量を約１／５００に低減できる。

以上が本発明の一構成例であって、次にその作用について説明する。
点灯時は、点灯制御装置１２のトリガー回路１３から点灯信号が出力され、バイパス回路１１のスイッチング素子１０が遮断されると共に、基準電圧発生器１５からＬＥＤユニット４の点灯電流Ｉ_Ｔを目標電流としてこれに応じた点灯時基準電圧Ｖ_Ｈが出力され、定電流回路５の比較回路７に入力される。
一方、電源回路３を流れる電流は電流検出抵抗６で検出され、その電流に応じた検出電圧Ｖ_Ｓが比較回路７に入力されて点灯時基準電圧Ｖ_Ｈと比較される。
比較回路７では、検出電圧Ｖｓが点灯時基準電圧Ｖ_Ｈより低ければ、電流制御素子８に対し電源回路を流れる電流を上昇させるように制御信号が出力され、検出電圧Ｖｓが点灯時基準電圧Ｖ_Ｈより高ければ、電流制御素子８に対し電源回路３を流れる電流を抑えるように制御信号が出力される。
すなわち、電源回路３を流れる電流が、ＬＥＤユニット４の点灯電流Ｉ_Ｔより高ければ点灯電流Ｉ_Ｔまで下げるようにコントロールされ、点灯電流Ｉ_Ｔより低ければ点灯電流Ｉ_Ｔまで上昇するようにコントロールされて、電源回路３を流れる電流が点灯電流Ｉ_Ｔに維持され、これがＬＥＤユニット４に供給されることとなるので、ＬＥＤユニット４は一定の輝度で点灯される。

次いで、消灯時は、点灯制御装置１２のトリガー回路１３から消灯信号が出力され、バイパス回路１１のスイッチング素子１０が導通される。
このとき、バイパス回路１１の電子負荷９の降伏電圧が、ＬＥＤユニット４の閾値電圧Ｖ_Ｔより低い所定の待機電圧Ｖ_Ｂに設定されているので、ＬＥＤユニット４の両端にはその待機電圧Ｖ_Ｂしか印加されず、したがって、ＬＥＤユニット４には電流が流れず消灯される。
また、基準電圧発生器１５から待機電流Ｉ_Ｂを目標電流としてこれに応じた消灯時基準電圧Ｖ_Ｌが出力され、定電流回路５の比較回路７に入力され、電源回路３を流れる電流は電流検出抵抗６で検出され、その電流に応じた検出電圧Ｖ_Ｓが比較回路７に入力されて、消灯時基準電圧Ｖ_Ｌと比較される。

比較回路７では、検出電圧Ｖｓと消灯時基準電圧Ｖ_Ｈを比較することにより、電源回路３を流れる電流が待機電流Ｉ_Ｂに維持されるようにコントロールされる。
この待機電流Ｉ_Ｂは、消灯することにより定電流回路５に印加される電圧が高くなることがあっても、定電流回路５での消灯時の消費電力を点灯時の消費電力より低減させることができるように低く設定されている。
したがって、消灯時に定電流回路５が発熱することがなく、無駄なエネルギー消費が抑えられる。

また、消灯状態においては、電流制御素子８に対し、電源回路３の電流を待機電流Ｉ_Ｂに維持するように制御信号が出力され、実際に待機電流Ｉ_Ｂが流されるので、無駄な制御信号が印加されることがなく、再点灯させたときに電源回路３ひいてはＬＥＤユニット４に過大なラッシュ電流が流れることもない。
さらに、ＬＥＤユニット４の両端には閾値電圧Ｖ_Ｔより低い待機電圧Ｖ_Ｂが印加されているため、ＬＥＤユニット４を点灯させるためにトリガー回路１３から点灯信号が出力されたときに、待機電圧Ｖ_Ｂから閾値電圧Ｖ_Ｔまで昇圧する時間で点灯されるので、電圧０から昇圧する場合に比して、電圧０から待機電圧Ｖ_Ｂまでの昇圧に要する時間分が短縮されるので、立上時間を短くすることができ、高速応答性に優れる。

図２（ａ）は、本発明の効果を示すグラフであって、トリガー回路１３から出力された点灯信号／消灯信号と、比較回路７から出力された電流制御信号と、電源回路３を流れる電流値の変化を示す。
トリガー回路１３から低レベルの消灯信号が出力されている間、基準電圧発生器１５から待機電流Ｉ_Ｂ（２０ｍＡ）に応じた消灯時基準電圧Ｖ_Ｌが出力され、これと電源回路３の電流検出抵抗６で検出された電圧値Ｖ_Ｓが比較されて、比較器７から待機電流Ｉ_Ｂ（２０ｍＡ）に応じた電圧値（約３.２Ｖ）の電流制御信号が出力され、その結果、電源回路３を流れる電流は待機電流Ｉ_Ｂ（２０ｍＡ）に維持されている。
電流制御信号は、電流制御素子８の特性に応じて設定され、本例では電流制御信号として３.２Ｖの電圧が電流制御素子８に印加されたときに、当該電流制御素子８により電源回路３に電流を流し始め、３.２Ｖより僅かに高い値の電圧が印加されたときに電源回路３を流れる電流を待機電流Ｉ_Ｂ（２０ｍＡ）に維持するように電流制御する。

そして、時刻Ｔ_１でトリガー回路１３から高レベルの点灯信号が出力されると、基準電圧発生器１５から点灯電流Ｉ_Ｔ（１８Ａ）に応じた点灯時基準電圧Ｖ_Ｈが出力され、これと電源回路３の電流検出抵抗６で検出された電圧値Ｖ_Ｓが比較されて、比較器７から点灯電流Ｉ_Ｔ（１８Ａ）に応じた電圧値（約４Ｖ）の電流制御信号が出力され、その結果、電源回路３を流れる電流は上昇していき、約２μｓ後の時刻Ｔ_２で点灯電流Ｉ_Ｔ（１８Ａ）に達する。
なお、ＬＥＤユニット４の消灯時において、電流制御素子８に対しその動作開始電圧に略等しい値の電圧が印加されているので、点灯信号が出力されたときに、電流制御素子８は即座に電流を上昇させるように応答し、そのタイムラグは極めて少ない。

なお、図２（ｂ）は、消灯時の待機電流を０Ａに設定した場合の動作を比較のために実験的に調べたグラフである。
トリガー回路１３から低レベルの消灯信号が出力されている間、基準電圧発生器１５からは待機電流Ｉ_Ｂ（＝０Ａ）に応じた消灯時基準電圧Ｖ_Ｌ（＝０Ｖ）が出力され、比較器７から出力される電流制御信号も０Ｖに維持される。したがって、電源回路３には電流が流れていない。

そして、時刻Ｔ_１１でトリガー回路１３から高レベルの点灯信号が出力されると、基準電圧発生器１５から点灯電流Ｉ_Ｔ（１８Ａ）に応じた点灯時基準電圧Ｖ_Ｈが出力され、これと電源回路３の電流検出抵抗６で検出された電圧値Ｖ_Ｓが比較されて、比較器７から出力される電流制御信号は、点灯電流Ｉ_Ｔ（１８Ａ）に応じた電圧値（約４Ｖ）まで徐々に上昇して行く。
電流制御素子８は一定の動作開始電圧（３.２Ｖ）に達しないと電流を流さず、その結果、３.５μｓ後の時刻Ｔ_１２に達したときに動作開始電圧まで上昇され、電源回路３の電流が流れ出し、その後さらに０.５μｓ経過した時刻Ｔ_１３で、電源回路３を流れる電流が点灯電流Ｉ_Ｔ（１８Ａ）に達する。
したがって、点灯電流Ｉ_Ｔに達するまでのタイムラグが大きい。

図３は本発明の他の実施例を示す。
本例のＬＥＤ駆動装置２１は、コネクタを介して係脱可能に接続されるＬＥＤユニット４に電力を供給するタイプで、ＬＥＤユニット４の係脱状態をモニタする接続検知回路２２と、ＬＥＤの玉切れなどに起因してＬＥＤユニット４に印加される電圧が急激に変化したことを検知する故障検知回路２３とを備えたセーフティ回路２４が形成されており、さらに、電源２の電圧を可変調整することにより定電流回路５で発生する熱をより減少させて省電力化を図る電圧調整回路２５を備えている。
なお、図１と共通する部分については同一符号を付して、詳細説明は省略する。

ＬＥＤ駆動装置２１は、ＬＥＤユニット４のプラグ２６に接続されるコネクタ２７を備え、ＬＥＤユニット４を接続したときに、プラグ２６に形成された接点Ｐ_１、Ｐ_２と、コネクタ２７側に形成された接点Ｑ_１、Ｑ_２が接続されて、電源回路３の閉回路が構成される。

セーフティ回路２４の接続検知回路２２は、ＬＥＤユニット４を接続したときに、プラグ２６に形成された接点Ｐ_３、Ｐ_４と、コネクタ２７側に形成された接点Ｑ_３、Ｑ_４が接続されて閉回路となるセンシング回路２８を備えている。
接続検知回路２２はセンシング回路２８の回路抵抗を検出することにより、センシング回路２８が導通状態にあるか、非導通状態にあるかを検知して、非導通状態となったときにＬＥＤユニット４が外されたと判断して、緊急停止信号を出力する。

セーフティ回路２４の故障検知回路２３は、コネクタ２７の接点Ｑ_１、Ｑ_２間の電圧をモニタすることにより、コネクタ２７に接続されているＬＥＤユニット４のＬＥＤが玉切れなどに起因して接点Ｑ_１、Ｑ_２の抵抗が変化したときに、故障が発生したと判断して、緊急停止信号を出力する。
なお、誤動作を防止するため、この緊急停止信号は、検出電圧が変化した後、所定時間内に電圧値が元に戻らなかったときに出力される。

そして、セーフティ回路２４では、接続検知回路２２及び故障検知回路２３のいずれか一方から緊急停止信号が出力されたときに、電源２をオフする制御信号が出力される。

電圧調整回路２５は、ＬＥＤユニット４の点灯時に定電流回路５の電流制御素子８に印加される電圧を、その駆動電圧（本例では２Ｖ）に維持することにより、さらに省電力化を図ろうとするものである。
ＬＥＤユニット４の電源２の上限電圧が、ＬＥＤを安定的に駆動させるため余裕を持って１５Ｖに設計されており、ＬＥＤユニット４の閾値電圧Ｖ_Ｔ＝１１Ｖであった場合に、電流制御素子８には約４Ｖの電圧が印加されていることになり、その駆動電圧２Ｖとの差圧分は余剰電圧となる。
そこで、本例では、電源２として、外部からの電圧制御信号により出力電圧を調整することのできる定電圧電源を用いて、電圧調整回路２５により電圧制御することとした。

この電圧調整回路２５は、電流制御素子８に印加される電圧をセンシングポイントＱ_５で検出された電圧を、電流制御素子８の駆動電圧に等しい基準電圧（２Ｖ）と比較するオペアンプなどの比較器２９と、その出力信号に応じて電源電圧を昇圧/高圧させる電圧制御信号を出力するデジタルポテンショメータ３０を備え、その制御信号によって、主電源の電圧がコントロールされるようになっている。
また、電圧調整回路２５には、点灯制御装置１２のトリガー回路１３から点灯信号及び消灯信号が入力され、点灯信号が入力されている間のみ電圧制御を行うようになされている。

これによれば、例えば、点灯時に、電源２から電源電圧Ｖ_Ｅ＝１５Ｖが供給されている場合、ＬＥＤユニット４の閾値電圧Ｖ_Ｔ＝１１Ｖであるから、電流制御素子８に約４Ｖの電圧が印加される。
電圧調整回路２５は、センシングポイントＱ_５で検出された電圧（４Ｖ）と、電流制御素子８の駆動電圧に等しい基準電圧（２Ｖ）とを比較器２９で比較し、その大小に応じてデジタルポテンショメータ３０が操作され、電源電圧を２Ｖ低下させるように電源２に電圧制御信号が出力され、その結果、電源２から出力される電源電圧が調整されてＶ_Ｅ＝１３Ｖに維持される。

消灯時は、トリガー回路１３から消灯信号が出力されてバイパス回路１１が導通されると、ＬＥＤユニット４の両端に印加される電圧が待機電圧Ｖ_Ｂ（本例では、７Ｖ）に低下され、電源電圧Ｖ_Ｅ＝１３Ｖであるため、電流制御素子８に６Ｖの電圧が印加されることとなるが、消灯信号が入力されることにより電圧調整回路２５もオフされるので、電流制御素子８に印加される電圧が２Ｖに維持されるように電源電圧が調整されることはなく、電源電圧が１３Ｖに維持される。
この場合、定電流回路５により電源回路を流れる電流値が制限されるため、電流制御素子８にその駆動電圧を大きく超える電圧が印加されても発熱は無視し得る程度である。
また、消灯時に電流制御素子８に印加される電圧を２Ｖまで低下すると、電源電圧Ｖ_Ｅ＝９Ｖとなり、ＬＥＤユニット４の閾値電圧Ｖ_Ｔ以下となり再点灯の際に閾値電圧ＶＴまで昇圧する時間がかかり高速応答性に問題を生ずるが、本例の場合は、消灯時に電源電圧を低下させないので、そのような問題を生ずることがない。

なお、ＬＥＤユニット４を閾値電圧の異なるものに交換しても、電源２の電源電圧Ｖ_Ｅが調整されて電流制御素子８に印加される電圧は２Ｖに維持されるので、無駄な電力消費及び発熱が抑えられる。

以上述べたように、本発明は、製品検査用画像処理装置に用いられる照明装置のような高速応答性を要求されるＬＥＤ照明の用途に適用される。

本発明に係るＬＥＤ駆動装置の一例を示す回路図。 本発明の効果を示すグラフ。 他の実施例を示す回路図。 従来装置を示す回路図。 従来装置を示す回路図。

符号の説明

１ ＬＥＤ駆動装置
２ 電源
３ 電源回路
４ ＬＥＤユニット
５ 定電流回路
６ 電流検出抵抗
８ 電流制御素子
９ 電子負荷
１０ スイッチング素子
１１ バイパス回路
１２ 点灯制御装置
１３ トリガー回路
１４ バイパス回路コントロールドライバ
１５ 基準電圧発生器

Claims (3)

1. 電源から電力を供給する電源回路に、１以上のＬＥＤを配列して成るＬＥＤユニット及び当該電源回路を流れる電源電流を一定に維持する定電流回路が直列に接続されて閉回路が形成されると共に、前記定電流回路は、電源回路に介装された電流検出抵抗で検出された電源電流に応じた降下電圧と、予め設定された目標電流に応じた基準電圧とを比較して電源電流を目標電流に維持する電流制御素子を備えて成るＬＥＤ駆動装置において、
   前記電源回路には、前記ＬＥＤユニットの閾値電圧より低い所定の待機電圧を降伏電圧とする電子負荷及びスイッチング素子が直列に接続されたバイパス回路が当該ＬＥＤユニットに対して並列に接続されて成り、
   前記ＬＥＤユニットの点灯及び消灯のタイミングに応じて前記定電流回路及びバイパス回路をコントロールする点灯制御装置を備え、
   当該点灯制御装置は、所定のタイミングでＬＥＤユニットの点灯信号及び消灯信号を出力するトリガー回路と、当該トリガー回路から点灯信号が出力されたときにバイパス回路に介装されたスイッチング素子を導通させ、消灯信号が出力されたときに遮断させるバイパス回路コントロールドライバと、前記トリガー回路から点灯信号が出力されたときはＬＥＤユニットを点灯させる点灯電流を目標電流としてこれに応じた点灯時基準電圧を定電流回路に対して出力し、消灯信号が出力されたときは定電流回路で消灯時に消費される電力量が点灯時に消費される電力量以下に設定された待機電流を目標電流としてこれに応じた消灯時基準電圧を定電流回路に対して出力する基準電圧発生器とを備えたことを特徴とするＬＥＤ駆動装置。
   
2. 前記電源回路にＬＥＤユニットを接続するコネクタが形成され、
   当該コネクタに対するＬＥＤユニットの接続の有無を検知して非接続状態となったときに緊急停止信号を出力する接続検知回路と、当該コネクタに接続されたＬＥＤユニットに印加される電圧の変化をモニタすることによりＬＥＤユニットの故障が検知されたときに緊急停止信号を出力する故障検知回路とを備え、いずれか一方から緊急停止信号が出力されたときに電源をオフする制御信号を出力するセーフティ回路を備えた請求項１記載のＬＥＤ駆動装置。
   
3. 前記電源として外部からの電圧制御信号により出力電圧を調整可能な定電圧電源が用いられ、
   ＬＥＤユニットの点灯時に、前記定電流回路の電流制御素子に印加される電圧と、電流制御素子の駆動電圧とを比較して、電流制御素子に印加される電圧が前記駆動電圧に維持されるように電源に対して電圧制御信号を出力する電圧調整回路を備えた請求項１記載のＬＥＤ駆動装置。
   

Images