JP2012138279A

JP2012138279A - Ｌｅｄ駆動装置

Info

Publication number: JP2012138279A
Application number: JP2010290321A
Authority: JP
Inventors: Kengo Kimura; 研吾木村
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2012-07-19
Also published as: CN102573222A; US20120161640A1; TW201230862A

Abstract

【課題】ＬＥＤ照明装置から発生されるノイズを低減できるＬＥＤ駆動装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ駆動装置は、所定の入力電力を直流電力に変換してＬＥＤユニットに供給するＬＥＤ駆動装置であって、ＬＥＤユニットに流れる電流をオンオフする第１トランジスタと、ＬＥＤユニットに流れる電流を検出するためのＬＥＤ電流検出部と、ＬＥＤ電流検出部によって得られる検知電圧と基準電圧との誤差と、ＬＥＤユニットを調光するためのバースト調光信号とに基づいてＬＥＤユニットに供給する電力を制御する制御信号を出力する制御部と、制御部から出力される制御信号に基づいてＬＥＤユニットに供給する電力を制御する第２トランジスタとを有し、第１トランジスタは、バースト調光信号に基づいてオンし、バースト調光信号よりも所定時間遅れた信号に基づいてオフする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ駆動装置に関し、特に、バースト調光を行うＬＥＤ駆動装置に関するものである。

近年、エコロジーと省エネルギーの観点から電球型蛍光灯や直管型蛍光灯に代わる照明器具として、比較的長寿命かつ低消費電力という特徴を有するＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）照明が注目され、その開発が進められている。ＬＥＤ照明装置は、入力電力を所望の直流電力に変換してＬＥＤ群負荷に供給する電源ユニット（ＬＥＤ駆動装置）と、複数のＬＥＤが直列接続されたＬＥＤ群負荷と、を備えている。電源ユニットは、ＬＥＤ群負荷に電力を供給するためのスイッチング素子と、ＬＥＤ群負荷に直列接続された調光用スイッチング素子と、を備えている。従来のＬＥＤ駆動装置では、外部から入力されるバースト調光信号に同期して、ＬＥＤ群負荷に直列接続された調光用スイッチング素子と、ＬＥＤ群負荷に電力を供給するためのスイッチング素子と、がオンオフ制御される（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１４７４３５号公報

ＬＥＤ照明装置は、上記のように優れた特性を有している一方で、蛍光灯からの置き換えは積極的に進められていない。その原因の１つは、ＬＥＤ照明装置からノイズが発生してしまうことであり、そのノイズにより、周囲の電気機器が動作不良を起こしてしまうというトラブルが発生する可能性があるということである。従来のＬＥＤ照明装置においても、調光用スイッチング素子のオンオフ時のスイッチングノイズや、ＬＥＤ群負荷に流れる電流が導通・遮断される際のノイズ発生が懸念される。

本発明の目的は、上記の課題に鑑み、ＬＥＤ照明装置から発生されるノイズを低減できるＬＥＤ駆動装置を提供することにある。

本発明に係るＬＥＤ駆動装置は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
第１のＬＥＤ駆動装置（請求項１に対応）は、所定の入力電力を直流電力に変換してＬＥＤユニットに供給するＬＥＤ駆動装置であって、前記ＬＥＤユニットに流れる電流をオンオフする第１トランジスタと、前記ＬＥＤユニットに流れる電流を検出するためのＬＥＤ電流検出部と、前記ＬＥＤ電流検出部によって得られる検知電圧と基準電圧との誤差と、前記ＬＥＤユニットを調光するためのバースト調光信号とに基づいて前記ＬＥＤユニットに供給する電力を制御する制御信号を出力する制御部と、前記制御部から出力される制御信号に基づいて前記ＬＥＤユニットに供給する電力を制御する第２トランジスタとを有し、前記第１トランジスタは、前記バースト調光信号に基づいてオンし、前記バースト調光信号よりも所定時間遅れた信号に基づいてオフすることを特徴とする。
第２のＬＥＤ駆動装置（請求項２に対応）は、上記の構成において、好ましくは、前記制御部は、前記バースト調光信号のオフ指令時には、前記第２トランジスタがオフするタイミングよりも所定時間遅れて前記第１トランジスタをオフさせるターンオフ遅延回路を備えることを特徴とする。
第３のＬＥＤ駆動装置（請求項３に対応）は、上記の構成において、好ましくは、前記制御部は、三角波信号発生部から発生する三角波信号と前記差電圧とに基づいてＰＷＭ信号を発生するＰＷＭコンパレータと、前記バースト調光信号と前記ＰＷＭコンパレータから出力される信号のＡＮＤを演算し出力するＡＮＤ回路からなることを特徴とする。
第４のＬＥＤ駆動装置（請求項４に対応）は、上記の構成において、好ましくは、前記所定時間は、第２トランジスタがオフした後、出力端子に接続されたコンデンサに充電された電荷が前記ＬＥＤユニットを介して放電し、出力電圧が前記ＬＥＤユニットの消光してしまう電圧よりは大きな電圧であるように保たれるような時間であることを特徴とする。

本発明によれば、ＬＥＤ照明装置から発生されるノイズを低減できるＬＥＤ駆動装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係るＬＥＤ駆動装置を示す回路図である。本発明の実施形態に係るＬＥＤ駆動装置の制御回路の回路図である。本発明の実施形態に係るＬＥＤ駆動装置のターンオフ遅延回路の回路図である。ターンオフ遅延回路による動作波形を示す図である。本発明の実施形態に係るＬＥＤ駆動装置による動作波形を示す図である。

以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るＬＥＤ駆動装置を示す回路図である。ＬＥＤ駆動装置１１は、入力電力を所望の直流電力に変換し、ＬＥＤユニット（ＬＥＤ群負荷）１２に供給するために、少なくとも１つのＬＥＤ１２ａからなるＬＥＤユニット１２と接続される。ＬＥＤ駆動装置１１とＬＥＤユニット１２とは、ＬＥＤ照明装置１０を構成する。

ＬＥＤユニット１２は、ＬＥＤ駆動装置１１に接続される。ＬＥＤユニット１２は、複数のＬＥＤ１２ａが直列に接続されて構成される。なお、ＬＥＤユニット１２は、ＬＥＤ１２ａが一個であってもよい。また、ＬＥＤ１２ａの代わりに、流れる直流電流に応じて発光する素子であれば、ＬＥＤ以外の発光負荷を用いてもよい。

ＬＥＤ駆動装置１１は、電力変換部１４、制御部１５を備えて構成されている。

電力変換部１４は、図示しない入力端子で受電された交流電圧を整流するダイオードブリッジからの入力電圧を平滑するコンデンサＣ１と、トランスＴ１の一次巻線ｎ１と第２トランジスタＴｒ２との直列回路と、トランスＴ１の二次巻線ｎ２の一端にアノードが接続され、カソードが出力端子１３に接続されたダイオードＤ１と、ダイオードＤ１のカソードと二次巻線ｎ２の他端との間に接続された平滑用のコンデンサＣ２とを備えている。そして、第２ランジスタＴｒ２が、制御回路１８からの制御信号に応じてオンオフすることで、当該制御信号のパルス幅に応じた出力電圧（コンデンサＣ２の両端電圧）が、ＬＥＤユニット１２に印加される。

なお、例えば商用の交流電圧とダイオードブリッジで構成される整流回路とは、電池等の直流電圧源に置き換えられてもよい。電力変換部１４は、当該直流電源から供給された直流電力を変換して、ＬＥＤユニット１２の発光用の直流電力を生成するように構成されていてもよい。また、電源の方式としてはトランスＴ１を介した構成を示しているが、電力変換部１４におけるトランスの有無や回路方式を特に限定するものではない。

制御部１５は、第１トランジスタＴｒ１とＬＥＤ電流検出部としてＬＥＤ電流検出用抵抗Ｒ１と誤差増幅器１６と制御回路１８とターンオフ遅延回路１９とを備えている。

第１トランジスタＴｒ１は、ＬＥＤユニット１２に流れる電流をＬＥＤ駆動装置１１の外部から入力されるバースト調光信号に基づいてオンオフする。ＬＥＤ電流検出用抵抗Ｒ１（以下、抵抗Ｒ１）は、ＬＥＤユニット１２に流れる電流を検出する。電力変換部１４の出力電圧によりＬＥＤユニット１２に流れる負荷電流ＩＬは、ＬＥＤユニット１２に直列に接続された抵抗Ｒ１を流れるので、抵抗Ｒ１による電圧降下すなわち検知電圧ＶＲ１は、負荷電流ＩＬに応じた電圧となる。なお、ＬＥＤ電流検出部として、カレントトランスを用いてもよい。

誤差増幅器１６は、抵抗Ｒ１による検知電圧ＶＲ１と基準電圧Ｖｒｅｆとの差電圧Ｖ１を制御回路１８に出力する。バースト調光信号は、例えば、ＬＥＤ駆動装置１１の外部に設置された調光器から出力される１００Ｈｚ〜１ｋＨｚの周波数のパルス信号である。制御回路１８は、誤差増幅器１６からの差電圧Ｖ１とバースト調光信号に基づいてＬＥＤユニット１２に供給される電力を制御するための制御信号を出力する。第２トランジスタＴｒ２は、制御回路１８から出力される制御信号に基づいてＬＥＤユニット１２に供給する電力を制御する。ターンオフ遅延回路１９は、第１トランジスタＴｒ１の制御端子に接続され、外部から入力されるバースト調光信号を遅延させ、第１トランジスタＴｒ１に出力する。ターンオフ遅延回路１９は、第１トランジスタＴｒ１を、バースト調光信号に基づいてオンオフさせ、バースト調光信号がオフの指令時（立ち下がり時）には、第２トランジスタＴｒ２がオフするタイミングよりも所定時間遅れて第１トランジスタＴｒ１がオフするようバースト調光信号を所定時間遅延させる。また、ターンオフ遅延回路１９は、バースト調光信号がオンの指令時（立ち上がり時）には、バースト調光信号をそのまま第１トランジスタＴｒ１に出力する。

図２は、制御回路１８の回路図である。制御回路１８は、三角波信号発生部２１から発生する三角波信号と差電圧Ｖ１とに基づいてＰＷＭ信号を発生するＰＷＭコンパレータ２２とバースト調光信号とＰＷＭコンパレータ２２から出力される信号のＡＮＤを演算し出力するＡＮＤ回路２３からなる。上記ＰＷＭコンパレータ２２から発生されるＰＷＭ信号は、例えば５０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの周波数の信号である。ＰＷＭコンパレータ２２は、誤差増幅器１６から非反転端子に入力された差電圧Ｖ１が三角波生成部２１から発生され反転端子に入力される三角波以上のときにＨレベル、三角波未満のときにＬレベルとなるパルスをＡＮＤ回路２３に出力する。そして、ＡＮＤ回路２３は、その信号とバースト調光信号とのＡＮＤを取ったときの信号を第２トランジスタＴｒ２に制御信号として出力する。第２トランジスタＴｒ２は、バースト調光信号がＨレベルのとき、ＰＷＭコンパレータ２２から出力されるＰＷＭ信号に応じてオンオフ制御され、バースト調光信号がＬレベルのとき、オフされる。それによって電力変換部１４の出力電圧が調節される。

図３は、ターンオフ遅延回路１９の一例を示す回路図である。ターンオフ遅延回路１９は、スイッチング素子３１と定電流源３２とコンデンサ３３とＮＯＴ回路３４とを備える。ターンオフ遅延回路１９の外部から入力されるバースト調光信号は、スイッチング素子３１のゲート端子に入力される。スイッチング素子３１のドレイン端子は、定電流源３２の出力に接続され、ソース端子は接地される。コンデンサ３３の一端はスイッチング素子３１と定電流源３２の接続点に接続され、他端は接地される。ＮＯＴ回路３４の入力端子はコンデンサ３３の一端に接続され、出力端子は第１トランジスタＴｒ１のゲート端子に接続される。ＮＯＴ回路３４は、コンデンサ３３の両端電圧が所定値よりも大きいときにＬレベルの信号を出力するように構成される。

図４は、ターンオフ遅延回路１９の動作波形を示す図である。図４（ａ）の方形波（バースト調光信号）がＬレベルのとき、スイッチング素子３１はオフし、コンデンサ３３は定電流源３２により充電される。コンデンサ３３の両端電圧Ｖａは、図４（ｂ）に示すように所定の傾きをもって立ち上がる。バースト調光信号がＨレベルの時、スイッチング素子３１はオンし、コンデンサ３３は瞬時に放電される。ＮＯＴ回路３４は、図４（ｃ）に示すようにコンデンサ３３の両端電圧が所定値よりも大きくなるとＬレベルの信号ＯＵＴを出力する。従って、ターンオフ遅延回路１９の出力は、バースト調光信号の立ち上がりのタイミングから所定の時間遅れて立ち下がる。

次に、上述のように構成されたＬＥＤ駆動装置１０の動作について図１、図２及び図５を参照して説明する。まず、ＬＥＤ駆動装置１１の図示しないスイッチによりＬＥＤ駆動装置１１が動作を開始したとき、ＬＥＤユニット１２及び抵抗Ｒ１に負荷電流ＩＬが流れて検知電圧ＶＲ１が制御部１５に送られる。誤差増幅器１６は、検知電圧ＶＲ１と基準電圧Ｖｒｅｆとの差電圧Ｖ１を制御回路１８に出力する。制御回路１８のＰＷＭコンパレータ２２は、誤差増幅器１６から出力される差電圧Ｖ１と三角波生成部２１から発生される三角波によってＰＷＭ信号を形成し、ＡＮＤ回路２３に出力する。そして、その信号とバースト調光信号とのＡＮＤを取ったときの信号を第２トランジスタＴｒ２に出力する。第２トランジスタＴｒ２は、バースト調光信号がＨレベルの期間、ＰＷＭ信号に応じてスイッチング動作を行う。従って、負荷電流ＩＬが所望の大きさになるように、出力電圧が制御される。また、このとき、バースト調光信号がターンオフ遅延回路１９を介して第１トランジスタＴｒ１に入力され、電流を断続することにより、ＬＥＤユニット１２の発光を調整することができる。

このとき、図５（ａ）のバースト調光信号が入力されると、ＰＷＭコンパレータ２２から出力されるＰＷＭ信号とバースト調光信号のＡＮＤを取ることにより得られる信号としての第２トランジスタＴｒ２のゲート電圧が図５（ｂ）のようにＡＮＤ回路２３から出力される。また、第１トランジスタＴｒ１のゲート電圧は、ターンオフ遅延回路１９によりターンオフが所定時間（Ｔｄ）遅れたバースト調光信号が入力されることにより、図５（ｃ）のようにターンオフが所定時間Ｔｄ遅れる。それにより、コンデンサＣ２に充電された電荷が、遅れ時間である所定時間Ｔｄの間、ＬＥＤユニット１２を通して放電される。すなわち、ターンオフ遅延回路１９が無い場合に比べ、第１トランジスタＴｒ１がオフする瞬間のＬＥＤ駆動装置１１の出力電圧が低下する。また、第１トランジスタＴｒ１がターンオンした直後、コンデンサＣ２は、充電され、コンデンサＣ２間の電圧はＬＥＤユニット１２に所望の電流ＩＬが流れるように維持される。そして、出力電圧は、図５（ｄ）のようになり、立ち上がりの部分は、勾配を持ち、立ち上がり時に瞬間的な急激な増加がなくソフトに立ち上がり、立ち下がりは、放電するときに瞬間的な急激な減少がなくソフトに立ち下がる。所定時間Ｔｄは、定電流源３２とコンデンサ３３との時定数により決定される。所定時間Ｔｄは、第２トランジスタＴｒ２がオフした後、ＬＥＤ駆動装置１１のコンデンサＣ２に充電された電荷がＬＥＤユニット１２を介して放電され、出力電圧がＬＥＤユニット１２の消光してしまう電圧よりも大きくなるような時間に、設定されることが好ましい。それにより、図５（ｅ）に示すように、ＬＥＤ電流は、突入電流のような瞬間的な急激に立ち上がる電流のないソフトオン動作と瞬間的な急激に立ち下がる電流のないソフトオフ動作をする。

これにより、ＬＥＤユニット１２に流れる電流の急激な変化が抑制されるため、ＬＥＤユニット１２から発生されるノイズ及び第１トランジスタＴｒ１のスイッチングノイズが低減される。また、ＬＥＤユニット１２に流れる突入電流が低減されるため、ＬＥＤに過度のストレスを与えないＬＥＤ駆動装置を提供することができる。

以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

本発明に係るＬＥＤ駆動装置は、調光可能なＬＥＤ照明の駆動装置として利用される。

１０ＬＥＤ照明装置
１１ＬＥＤ駆動装置
１２ＬＥＤユニット（ＬＥＤ群負荷）
１２ａＬＥＤ
１３出力端子
１４電力変換部
１５制御部
１６誤差増幅器
１８制御回路
１９ターンオフ遅延回路
２１三角波信号発生部
２２ＰＷＭコンパレータ
２３ＡＮＤ回路
３１スイッチング素子
３２定電流源
３３コンデンサ
３４ＮＯＴ回路
Ｔｒ１第１トランジスタ
Ｔｒ２第２トランジスタ
Ｔ１トランス
Ｄ１ダイオード
Ｃ１コンデンサ
Ｃ２コンデンサ
ｎ１一次巻線
ｎ２二次巻線
Ｒ１抵抗
Ｖｒｅｆ基準電圧
ＶＲ１検知電圧
Ｖａ両端電圧
Ｔｄ所定時間

Claims

所定の入力電力を直流電力に変換してＬＥＤユニットに供給するＬＥＤ駆動装置であって、
前記ＬＥＤユニットに流れる電流をオンオフする第１トランジスタと、
前記ＬＥＤユニットに流れる電流を検出するためのＬＥＤ電流検出部と、
前記ＬＥＤ電流検出部によって得られる検知電圧と基準電圧との誤差と、前記ＬＥＤユニットを調光するためのバースト調光信号とに基づいて前記ＬＥＤユニットに供給する電力を制御する制御信号を出力する制御部と、
前記制御部から出力される制御信号に基づいて前記ＬＥＤユニットに供給する電力を制御する第２トランジスタとを有し、
前記第１トランジスタは、前記バースト調光信号に基づいてオンし、前記バースト調光信号よりも所定時間遅れた信号に基づいてオフすることを特徴とするＬＥＤ駆動装置。
前記制御部は、前記バースト調光信号のオフ指令時には、前記第２トランジスタがオフするタイミングよりも所定時間遅れて前記第１トランジスタをオフさせるターンオフ遅延回路を備えることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動装置。
前記制御部は、三角波信号発生部から発生する三角波信号と差電圧とに基づいてＰＷＭ信号を発生するＰＷＭコンパレータと、前記バースト調光信号と前記ＰＷＭコンパレータから出力される信号のＡＮＤを演算し出力するＡＮＤ回路からなることを特徴とする請求項１又は２記載のＬＥＤ駆動装置。
前記所定時間は、第２トランジスタがオフした後、出力端子に接続されたコンデンサに充電された電荷が前記ＬＥＤユニットを介して放電し、出力電圧が前記ＬＥＤユニットの消光してしまう電圧よりは大きな電圧であるように保たれるような時間であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＬＥＤ駆動装置。