JP2013179288A - 発光ダイオード駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動回路の動作切り替えを適切なタイミングで行い、かつ回路構成を簡素化する。
【課題手段】第一ＬＥＤ部１１と直列に接続され、第一ＬＥＤ部１１への通電量を制御するための第一バイパス手段２１と、第二ＬＥＤ部１２と直列に接続され、第一ＬＥＤ部１１及び第二ＬＥＤ部１２への通電量を制御するための第四バイパス手段２４と、第一ＬＥＤ部１１及び第二ＬＥＤ部１２が直列に接続される出力ラインＯＬ上を流れる電流量に基づく電流検出信号を検出するための電流検出手段４と、電流検出手段４によって検出された電流検出信号に応じて、第一バイパス手段２１及び第四バイパス手段２４の動作を制御する動作制御信号を出力するための電流制御手段３０と、を備えており、電流制御手段３０が、該動作制御信号を出力するための一の出力を備えており、第一バイパス手段２１と第四バイパス手段２４とを、該一の出力に対して並列に接続する。
【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、発光ダイオードを点灯駆動させる駆動回路に関し、特に交流電源を用いて駆動させる発光ダイオード駆動装置に関する。

近年、照明用の光源として、白熱電球や蛍光灯に比べ低消費電力で駆動可能な発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」ともいう。）が注目されている。ＬＥＤは小型で耐衝撃性にも強く、球切れの心配がないといった利点がある。

このような照明機器用の電源としては、家庭用電源等交流を電源として用いることが望まれる。一方、ＬＥＤは直流駆動素子であり、順方向の電流でのみ発光する。また、照明用途として現在多用されているＬＥＤの順方向電圧Ｖfは３．５Ｖ程度である。ＬＥＤはＶfに達しなければ発光せず、逆にＶfを超えると過度の電流が流れてしまう特性を有する。したがってＬＥＤに対しては直流による駆動が適しているといえる。

この相反する条件に応えるため、交流電源を用いたＬＥＤの駆動回路が、種々提案されている。例えば、変化する電圧値に応じてＶfの合計値を変化させるようにＬＥＤを切り替える方法が提案されている（特許文献１）。この方法では、図１４の回路図に示すように、多段に直列接続されたＬＥＤをブロック１６１、１６２、１６３、１６４、１６５、１６６に分け、整流波形の入力電圧の電圧値に応じてＬＥＤブロック１６１〜１６６の接続を、マイクロコンピュータで構成されたスイッチ制御部１６７で切り替えることで、段階的にＶfの合計値を変化させる。この結果、図１５のタイミングチャートに示す電圧波形のように、整流波形に対して複数の方形波でＬＥＤを点灯できるため、単一の方形波のみでのＯＮデューティに比べ、ＬＥＤの利用効率を改善できる。

一方で本出願人は、複数のＬＥＤ素子を直列接続してブロック化したＬＥＤブロックを複数段、直列に接続した多段回路を、交流の全波整流で駆動するＡＣ多段回路を開発した（特許文献２）。このＡＣ多段回路１６００は、図１６に示すように、交流電源ＡＰをブリッジ回路１６０２で全波整流し、ＬＥＤブロックの多段回路に対して印加する。ＬＥＤブロックの多段回路は、第一ＬＥＤブロック１６１１と、第二ＬＥＤブロック１６１２と、第三ＬＥＤブロック１６１３とを直列に接続している。第一ＬＥＤブロック１６１１の通電量に基づいて、第二ＬＥＤブロック１６１２をバイパスする第一バイパス経路ＢＰ１６０１のＯＮ／ＯＦＦを第一ＬＥＤ電流制御トランジスタ１６２１Ａで切り替え、また第一ＬＥＤブロック１６１１及び第二ＬＥＤブロック１６１２の通電量に基づいて、第三ＬＥＤブロック１６１３をバイパスする第二バイパス経路ＢＰ１６０２のＯＮ／ＯＦＦを第二ＬＥＤ電流制御トランジスタ１６２２Ａで切り替える。さらに第三ＬＥＤ電流制御トランジスタ１６２３ＡがＯＮからＯＦＦに切り替わり、第三ＬＥＤブロック１６１３をバイパスする第三バイパス経路ＢＰ１６０３が遮断されてＬＥＤ電流制限抵抗１６０３Ａへの通電が開始される。このＡＣ多段回路１６００は、電源効率を維持しつつ、ＬＥＤ利用効率及び力率を改善することができる。

この発光ダイオード駆動装置では、第一ＬＥＤ電流制御トランジスタ１６２１ＡのＯＮ／ＯＦＦを制御するために第一電流検出トランジスタ１６３１Ａを、第二ＬＥＤ電流制御トランジスタ１６２２Ａを制御するために第二電流検出トランジスタ１６３２Ａを、第三ＬＥＤ電流制御トランジスタ１６２３Ａを制御するために第三電流検出トランジスタ１６３３Ａを、それぞれ用いている。このため、部品点数が増え回路構成が複雑になる等の問題があった。また第一電流検出トランジスタ１６３１Ａ、第二電流検出トランジスタ１６３２Ａ、第三電流検出トランジスタ１６３３Ａはそれぞれ別個に動作するため、各トランジスタの動作が所望のタイミングで切り替わるよう、動作点を厳密に規定する必要が生じる。特にノイズの影響などによって動作点が変化することもあり、信頼性の高い回路設計が容易でないという問題があった。

特開２００６−１４７９３３号公報 特開２０１１−４０７０１号公報

本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものである。本発明の主な目的は、駆動回路の動作切り替えを適切なタイミングで行える、回路構成を簡素化した発光ダイオード駆動装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

以上の目的を達成するために、第１の側面に係る発光ダイオード駆動装置によれば、交流電源ＡＰに接続可能で、該交流電源ＡＰの交流電圧を整流した整流電圧を得るための整流回路と、前記整流回路の出力側と直列に接続される、少なくとも一のＬＥＤ素子を含む第一ＬＥＤ部と、前記第一ＬＥＤ部と直列に接続される、少なくとも一のＬＥＤ素子を含む第二ＬＥＤ部と、前記第二ＬＥＤ部と並列に接続され、かつ前記第一ＬＥＤ部と直列に接続され、前記第一ＬＥＤ部への通電量を制御するための第一バイパス手段と、前記第二ＬＥＤ部と直列に接続され、前記第一ＬＥＤ部及び第二ＬＥＤ部への通電量を制御するための第四バイパス手段と、前記第一ＬＥＤ部及び第二ＬＥＤ部が直列に接続される出力ラインＯＬ上を流れる電流量に基づく電流検出信号を検出するための電流検出手段と、前記電流検出手段によって検出された電流検出信号に応じて、前記第一バイパス手段及び第四バイパス手段の動作を制御する動作制御信号を出力するための電流制御手段と、を備えており、前記電流制御手段が、該動作制御信号を出力するための一の出力を備えており、前記第一バイパス手段と第四バイパス手段とを、該一の出力に対して並列に接続することができる。
上記構成により、第一バイパス手段と第四バイパス手段を、共通の電流制御手段の共通の動作制御信号で制御することができるので、発光ダイオードの駆動回路を簡素化できる。また電流制御手段の動作を共通化したことでノイズ耐性を向上させ、信頼性に優れた安定的な動作が得られる。

また、第２の側面に係る発光ダイオード駆動装置によれば、前記電流制御手段が、前記整流回路で整流された整流電圧を基準電圧として、前記第一バイパス手段及び第四バイパス手段の動作を制御する動作制御信号を出力することができる。
上記構成により、電流検出手段で検出する出力ライン上の電流量を、整流電圧と比例した値に制御することができる。これにより、回路全体の入力電流は交流入力電圧に比例した波形となり、高調波の抑制が可能となる。

さらに、第３の側面に係る発光ダイオード駆動装置によれば、さらに前記第一ＬＥＤ部及び第二ＬＥＤ部と直列に接続され、整流電圧の変動を検出する電圧変動抑制信号生成手段と、を備えており、前記電圧変動抑制信号生成手段で検出された平均整流電圧の変動と、前記電流検出手段によって検出された電流検出信号との和に基づいて、前記電流制御手段を、前記第一バイパス手段及び第四バイパス手段の動作を制御するよう構成できる。このように構成することで、平均整流電圧が低いときに第一及び第二ＬＥＤ部に流れる電流を増大し、逆に平均整流電圧が高いときは第一及び第二ＬＥＤ部に流れる電流を減少させることにより、平均電源電圧変動による光出力の変動を低減できる。

さらにまた、第４の側面に係る発光ダイオード駆動装置によれば、さらに前記第一ＬＥＤ部及び第二ＬＥＤ部の直列接続と、並列に接続される第一充放電コンデンサを備えることができる。
上記構成により、第一ＬＥＤ部及び第二ＬＥＤ部の消灯期間を充放電コンデンサで低減できる。すなわち、整流電圧が高いときに、第一ＬＥＤ部及び第二ＬＥＤ部へ通電すると共に、充放電コンデンサに充電し、整流電圧が低いときに、第一ＬＥＤ部及び第二ＬＥＤ部へ充放電コンデンサからの放電電流を通電することにより、不点灯期間をなくすことができ、良好な光質が得られる。

さらにまた、第５の側面に係る発光ダイオード駆動装置によれば、さらに前記第二ＬＥＤ部と直列に接続される、少なくとも一のＬＥＤ素子を含む第三ＬＥＤ部と、前記第三ＬＥＤ部と並列に接続され、かつ前記第二ＬＥＤ部と直列に接続され、前記第一ＬＥＤ部及び第二ＬＥＤ部への通電量を制御するための第二バイパス手段と、を備えており、前記第一バイパス手段、第二バイパス手段、第四バイパス手段が、互いに並列に接続されており、前記第二バイパス手段が、前記電流制御手段によって動作を制御されており、前記第四バイパス手段が、前記第一ＬＥＤ部、第二ＬＥＤ部、及び第三ＬＥＤ部への通電量を制御できる。
上記構成により、第一バイパス手段と第四バイパス手段に加えて第二バイパス手段も、共通の電流制御手段で制御することができ、回路構成の簡素化が一層図られる。

さらにまた、第６の側面に係る発光ダイオード駆動装置によれば、前記電流制御手段を、オペアンプで構成できる。
上記構成により、回路構成を簡素化することが可能であり、また第一バイパス手段と第四バイパス手段の動作の切り替えを確実に行うと共に、出力ライン上の電流量を整流電圧に比例した値に、正確に制御することが可能となる。

さらにまた、第７の側面に係る発光ダイオード駆動装置によれば、前記電流制御手段と第一バイパス手段との間、及び電流制御手段と第四バイパス手段の間に、それぞれ電流制御信号付与手段を介在させることができる。
上記構成により、第一バイパス手段と第四バイパス手段の動作の切り替えを確実に行うことが可能となる。

さらにまた、第８の側面に係る発光ダイオード駆動装置によれば、前記電流制御信号付与手段を、ツェナーダイオード又は抵抗器とできる。
上記構成により、第一バイパス手段に付与する動作制御信号と第四バイパス手段に付与する動作制御信号間に電位差が生じるので、第一バイパス手段と第四バイパス手段の動作の切り替えを確実に行うことが可能となる。

さらにまた、第９の側面に係る発光ダイオード駆動装置によれば、さらに前記第二ＬＥＤ部と直列に接続される、前記第一ＬＥＤ部及び第二ＬＥＤ部への通電を制御するＬＥＤ駆動手段を備え、前記第四バイパス手段を、前記ＬＥＤ駆動手段と並列に接続できる。
上記構成により、第一ＬＥＤ部及び第二ＬＥＤ部への通電量を制限するとともに、第四バイパス手段の負荷を軽減することが可能である。

さらにまた、第１０の側面に係る発光ダイオード駆動装置によれば、電流制御手段は、定電圧電源により駆動させることができる。

実施の形態１に係る発光ダイオード駆動装置を示すブロック図である。 変形例に係る発光ダイオード駆動装置を示すブロック図である。 図１Ａの発光ダイオード駆動装置の一回路例を示す回路図である。 実施の形態１に係る発光ダイオード駆動装置のコンデンサ充放電電流及び電圧波形を示すグラフである。 実施例１に係る発光ダイオード駆動装置における第一ＬＥＤ部の電流波形を示すグラフである。 実施例１で得られた光出力の波形を示すグラフである。 実施例２に係る発光ダイオード駆動装置を示すブロック図である。 図６の発光ダイオード駆動装置の一回路例を示す回路図である。 図１Ｂの発光ダイオード駆動装置の一回路例を示す回路図である。 実施例２に係る発光ダイオード駆動装置の第一充放電コンデンサの電流及び電圧波形を示すグラフである。 実施例２に係る発光ダイオード駆動装置の第二充放電コンデンサの電流及び電圧波形を示すグラフである。 実施例２に係る発光ダイオード駆動装置における第一ＬＥＤ部の電流波形を示すグラフである。 実施例２で得られた光出力の波形を示すグラフである。 実施例３の発光ダイオード駆動装置の一回路例を示す回路図である。 実施例４の発光ダイオード駆動装置の一回路例を示す回路図である。 マイクロコンピュータを使用したＬＥＤ点灯回路例を示す回路図である。 図１４のＬＥＤ点灯回路の動作を示すタイミングチャートである。 従来の発光ダイオード駆動装置を示す回路図である。 本出願人が先に開発した発光ダイオード駆動装置を示す回路図である。 変形例に係る発光ダイオード駆動装置を示す回路図である。 図１８の発光ダイオード駆動装置の入力電流波形を示すグラフである。 図１８の発光ダイオード駆動装置における第一ＬＥＤ部の電流波形を示すグラフである。 図１８の発光ダイオード駆動装置の光出力波形を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光ダイオード駆動装置を例示するものであって、本発明は発光ダイオード駆動装置を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。

発光ダイオード駆動装置を高調波電流規格に適合させるためには、白熱電球と同様に正弦波の電流波形になるよう設計することが望まれる。そこで本実施の形態に係る発光ダイオード駆動装置では、ＬＥＤ電流制御手段の基準電圧に正弦波を重畳させることで、ＬＥＤ駆動電流波形を正弦波に近似した波形とし、２５Ｗ超の高調波電流規格に適合させた安価でコンパクトな発光ダイオード駆動装置を提供するものである。

図１Ａに実施例１に係る発光ダイオード駆動装置１００のブロック図を示す。この発光ダイオード駆動装置１００は、整流回路２と、ＬＥＤ集合体１０と、第一バイパス手段２１〜第四バイパス手段２４と、電流制御手段３０と、電流検出手段４とを備える。この発光ダイオード駆動装置１００は、交流電源ＡＰに接続されて、交流電圧を整流した整流電圧（脈流電圧）を得るための整流回路２と、複数のＬＥＤ部で構成されたＬＥＤ集合体１０とを、出力ラインＯＬ上で各々直列に接続している。ここではＬＥＤ部を４つ使用しており、第一ＬＥＤ部１１、第二ＬＥＤ部１２、第三ＬＥＤ部１３、第四ＬＥＤ部１４を直列に接続して、ＬＥＤ集合体１０を構成している。さらに出力ラインＯＬには、ＬＥＤ集合体１０と、ＬＥＤ駆動手段３と、電流検出手段４とを直列に接続している。

また第二ＬＥＤ部１２、第三ＬＥＤ部１３、第四ＬＥＤ部１４には、各々一端に通電量を制御するための第一バイパス手段２１、第二バイパス手段２２、第三バイパス手段２３が接続される。第一バイパス手段２１、第二バイパス手段２２、第三バイパス手段２３は、それぞれＬＥＤ部に対して並列に設けられ、他端を電流検出手段４の上流側と接続しており、各ＬＥＤ部への通電量を調整するバイパス経路を構成する。すなわち、第一バイパス手段２１、第二バイパス手段２２、第三バイパス手段２３によってバイパスされる電流量を調整できるので、結果的に各ＬＥＤ部の通電量を制御できる。図１Ａの例では、第二ＬＥＤ部１２と並列に第一バイパス手段２１が接続され、第一バイパス経路ＢＰ１を形成する。また第三ＬＥＤ部１３と並列に第二バイパス手段２２が接続され、第二バイパス経路ＢＰ２を形成する。さらに第四ＬＥＤ部１４と並列に第三バイパス手段２３が接続され、第三バイパス経路ＢＰ３を形成する。なおここでいう並列接続とは、各ＬＥＤ部の両端と各バイパス手段が接続されていることを要さず、各バイパス手段の一端が各ＬＥＤ部の一端と接続されており、電流が分岐されるように構成されていれば足りる。例えば図１Ａの例では、第一バイパス手段はその一端を第二ＬＥＤの上流側と接続し、他端を出力ラインＯＬ上で、電流検出手段の上流側と接続している。このように各バイパス手段の並列接続とは、出力ラインＯＬ上に接続された各ＬＥＤ部の電流を分岐させるような接続形態を指す意味で使用する。
（電流制御回路）

またＬＥＤ部の電流駆動を行う電流回路の制御用に電流制御回路が設けられる。図１Ａの回路例では、第一バイパス手段２１、第二バイパス手段２２、第三バイパス手段２３、第四バイパス手段２４と、電流制御手段３０、電流制御信号付与手段５とで、一種の定電流回路が構成されており、この電流回路の制御は電流制御手段３０と電流制御信号付与手段５とで行われる。
（電流制御手段３０）

電流制御手段３０は、電流制御信号付与手段５を介して第一バイパス手段２１、第二バイパス手段２２、第三バイパス手段２３、第四バイパス手段２４と接続されており、第一バイパス手段２１、第二バイパス手段２２、第三バイパス手段２３、第四バイパス手段２４のＯＮ／ＯＦＦや電流量連続可変といった動作を制御する。電流制御手段３０は、電流検出手段４に接続されてＬＥＤ集合体１０の電流量をモニタし、その値に基づいて第一バイパス手段２１、第二バイパス手段２２、第三バイパス手段２３、第四バイパス手段２４の制御量を切り替える。
（第一ＬＥＤ部１１〜第四ＬＥＤ部１４）

一方、各ＬＥＤ部は、一又は複数のＬＥＤ素子を直列及び／又は並列に接続したブロックである。ＬＥＤ素子は、表面実装型（ＳＭＤ）や砲弾型のＬＥＤが適宜利用できる。またＳＭＤタイプのＬＥＤ素子のパッケージは、用途に応じて外形を選択でき、平面視が矩形状のタイプ等が利用できる。さらに、複数のＬＥＤ素子をパッケージ内で直列及び／又は並列に接続したＬＥＤをＬＥＤ部として使用することも可能であることは言うまでもない。

各ＬＥＤ部に含まれるＬＥＤ素子の順方向電圧の加算値である小計順方向電圧は、直列接続されたＬＥＤ素子の個数によって決まる。例えば順方向電圧３．６ＶのＬＥＤ素子を６個使用する場合の小計順方向電圧は、３．６×６＝２１．６Ｖとなる。

この発光ダイオード駆動装置１００は、電流検出手段４で検出した電流値に基づいて、各ＬＥＤ部に対する通電量の制御を行う。いいかえると、整流電圧の電圧値でなく、現実に通電される電流量に基づいた電流制御であるため、ＬＥＤ素子の順方向電圧のばらつきに左右されず、適切なタイミングで正確なＬＥＤ部の切り替えが実現され、信頼性の高い安定した動作が見込まれる。なお電流値の検出には、電流検出手段４等が利用できる。電流検出手段４には、抵抗器等が好適に利用できる。

図１Ａの例では、電流制御手段３０が第一ＬＥＤ部１１の通電量に基づいて、第一バイパス手段２１による第一ＬＥＤ部１１への通電制限量を制御する。具体的には、第一バイパス手段２１及び第二バイパス手段２２、第三バイパス手段２３、第四バイパス手段２４がＯＮの状態で、通電量に応じて、第一バイパス手段２１は第一ＬＥＤ部１１を電流駆動する。その後入力電圧が上昇して、第一ＬＥＤ部１１と第二ＬＥＤ部１２を共に駆動できる電圧に達すると、第二ＬＥＤ部１２に電流が流れ始め、さらにその電流値が一定量を超えると、第一バイパス手段２１はＯＦＦとなる。さらに電流制御手段３０が第一ＬＥＤ部１１及び第二ＬＥＤ部１２の通電量に基づいて、第二バイパス手段２２による第一ＬＥＤ部１１及び第二ＬＥＤ部１２への通電制限量を制御する。具体的には、通電量に応じて第二バイパス手段２２は第一ＬＥＤ部１１と第二ＬＥＤ部１２を電流駆動する。その後入力電圧が上昇して、第一ＬＥＤ部１１と第二ＬＥＤ部１２と第三ＬＥＤ部１３とを共に駆動できる電圧に達すると、第三ＬＥＤ部１３に電流が流れ始め、さらにその電流値が一定量を超えると、第二バイパス手段２２はＯＦＦとなる。

さらに電流制御手段３０が第一ＬＥＤ部１１、第二ＬＥＤ部１２、第三ＬＥＤ部１３の通電量に基づいて、第三バイパス手段２３による第一ＬＥＤ部１１、第二ＬＥＤ部１２、第三ＬＥＤ部１３への通電制限量を制御する。具体的には、通電量に応じて第三バイパス手段２３は第一ＬＥＤ部１１と第二ＬＥＤ部１２と第三ＬＥＤ部１３とを電流駆動する。その後入力電圧が上昇して、第一ＬＥＤ部１１と第二ＬＥＤ部１２と第三ＬＥＤ部１３と第四ＬＥＤ部１４を共に駆動できる電圧に達すると、第四ＬＥＤ部１４に電流が流れ始め、さらにその電流値が一定量を超えると、第三バイパス手段２３はＯＦＦとなる。最後に第四バイパス手段２４及び電流制御手段３０は、第一ＬＥＤ部１１、第二ＬＥＤ部１２、第三ＬＥＤ部１３、第四ＬＥＤ部１４を通電量に応じて電流駆動させる。

以上のように発光ダイオード駆動装置１００は、家庭用電源等の交流電源ＡＰを用いて、その交流を全波整流した後に得られる周期的に変化する脈流電圧に合わせて、直列に配置されたＬＥＤ素子を適切な個数だけ点灯させるように構成した複数のバイパス回路を備えており、各バイパス回路を各々適切に動作させるように電流制御手段を動作させることができる。

この発光ダイオード駆動装置１００は、電流値の上昇に伴って第一ＬＥＤ部１１、第二ＬＥＤ部１２、第三ＬＥＤ部１３、第四ＬＥＤ部１４を順次通電させる。特に各ＬＥＤ部への通電量を電流制御によって制限することで、電流量に応じてＬＥＤ部の通電量の制御を行うことができ、脈流電圧に対して効率よくＬＥＤを点灯駆動できる。

さらに図１Ａの例では、第四バイパス手段２４と並列にＬＥＤ駆動手段３が接続されており、第四バイパス手段２４に流れる電流の一部をＬＥＤ駆動手段３で分岐させることによってＬＥＤ駆動手段３が第四バイパス手段２４の負荷を低減している。
（高調波抑制信号生成手段６）

さらに電流制御手段３０は、高調波抑制信号生成手段６と接続される。高調波抑制信号生成手段６は、整流回路２から出力される整流電圧に基づいて、高調波抑制信号電圧を生成する。ここでは、高調波抑制信号生成手段６は、整流回路２で整流された整流電圧を適当な大きさに圧縮し、電流制御手段３０に送出する。電流制御手段３０は、高調波抑制信号生成手段６から送られた信号を参照信号とし、電流検出手段４で検出された電流検出信号と比較する。電流制御手段３０はこの比較結果を基に、それぞれの第一バイパス手段２１〜第四バイパス手段２４を介して適切なタイミングと電流で、それぞれのＬＥＤ部を駆動する。
（平滑化回路）

さらに図１Ａに示す発光ダイオード駆動装置は、ＬＥＤ集合体１０と並列に接続された平滑化回路を備えることもできる。平滑化回路は、ＬＥＤ集合体１０の消灯期間を低減するための部材である。この平滑化回路は、例えば第一充放電コンデンサ１１１で構成される。
（第一充放電コンデンサ１１１への充電）

第一充放電コンデンサ１１１の端子間電圧は、定常動作状態においては第一ＬＥＤ部１１〜第四ＬＥＤ部１４の全ＬＥＤの順方向電圧の和Ｖfallに等しくなる。従って、入力電圧が第一ＬＥＤ部１１〜第四ＬＥＤ部１４が駆動される電圧に達すると充電が開始され、入力電圧が第一ＬＥＤ部１１〜第四ＬＥＤ部１４を、電流制御手段３０より指示される電流値で駆動できない電圧まで下降（第一ＬＥＤ部１１〜第三ＬＥＤ部１３を駆動する状態に移行）すると充電を終了する。充電期間中、充電によりコンデンサ端子電圧が上昇するとＶfallも上昇するため、ＬＥＤ駆動電流が増加し、第一充放電コンデンサ１１１への充電電流は徐々に減少する。このコンデンサ充電電流とＬＥＤ駆動電流が合成されて、電流制御手段３０で正弦波電流に制御される。これにより、元来正弦波に近似した電流波形で制御されている発光ダイオード駆動装置全体の電流に影響することなく、第一充放電コンデンサ１１１の充電が行える。
（第一充放電コンデンサ１１１からの放電）

一方で第一充放電コンデンサ１１１は、ここに溜まった電荷を、接続された第一ＬＥＤ部１１〜第四ＬＥＤ部１４に放電する。なお第一充放電コンデンサ１１１の充電電圧は、ＬＥＤ集合体１０を構成する直列接続された第一ＬＥＤ部１１〜第四ＬＥＤ部１４の順方向電圧の和Ｖf1-4となるので、コンデンサ充電時にＬＥＤ集合体１０に流れる電流以上の電流で第一充放電コンデンサ１１１が放電されることはない。

なお以上の例では、ＬＥＤ部を第一ＬＥＤ部１１〜第四ＬＥＤ部１４の４個用いた発光ダイオード駆動装置を説明した。ただ、本発明はこの構成に限られず、ＬＥＤ部の数は複数であれば３以下、又は５以上の任意の数に設定できる。例えば図１Ｂに示す変形例に係る発光ダイオード駆動装置１００Ｂでは、ＬＥＤ部を第一ＬＥＤ部１１と第二ＬＥＤ部１２の２個とし、第一バイパス手段２１と第四バイパス手段２４でこれらの点灯を制御している。このように、要求される光量や波高率などの品質、消費電力やコストなどに応じて、適切な数のＬＥＤ部が選択できる。
（実施例１の回路例）

次に、図１Ａの発光ダイオード駆動装置１００を半導体素子を用いて実現した具体的な回路の構成例を、図２に示す。この発光ダイオード駆動装置１００’は、交流電源ＡＰに接続された整流回路２としてダイオードブリッジを用いている。また交流電源ＡＰと整流回路２との間には、保護抵抗８１が設けられる。さらに整流回路２の出力側には、バイパスコンデンサ８２が接続される。なお交流電源ＡＰと整流回路２との間には、図示しないが過電流阻止のためのヒューズとサージ防護回路を設けてもよい。
（交流電源ＡＰ）

交流電源ＡＰは、１００Ｖや２００Ｖの商用電源が好適に利用できる。この商用電源の１００Ｖ又は２００Ｖは実効値であり、全波整流された整流波形の最大電圧は約１４１Ｖ又は２８２Ｖとなる。
（ＬＥＤ集合体１０）

ＬＥＤ集合体１０を構成する各ＬＥＤ部は、相互に直列に接続すると共に、複数のブロックに分け、ブロック同士の境界からは端子を引き出して、第一バイパス手段２１、第二バイパス手段２２、第三バイパス手段２３、第四バイパス手段２４と接続している。図２の例では、第一ＬＥＤ部１１、第二ＬＥＤ部１２、第三ＬＥＤ部１３、第四ＬＥＤ部１４の４つのグループでＬＥＤ集合体１０を構成している。

図２に示す各ＬＥＤ部１１〜１４は、一のＬＥＤシンボルが複数のＬＥＤチップを実装したＬＥＤパッケージ１を表している。この例では、各ＬＥＤパッケージ１は、１０個のＬＥＤチップを実装している。各ＬＥＤ部の発光ダイオード接続数、あるいはＬＥＤ部の接続数は、順方向電圧の加算値、すなわち直列接続されたＬＥＤ素子の総数と、使用する電源電圧とで決定される。例えば商用電源を使用する場合は、各ＬＥＤ部のＶfの合計である合計順方向電圧Ｖfallが、１４１Ｖ程度、又はそれ以下となるように設定される。

なおＬＥＤ部は、一以上の任意の数のＬＥＤ素子を備えている。ＬＥＤ素子は、一個のＬＥＤチップや、複数個のＬＥＤチップを一パッケージに纏めたものを利用できる。この例では、図示する一のＬＥＤ素子として、それぞれ１０個のＬＥＤチップを含むＬＥＤパッケージ１を使用している。

また図２の例では、４つのＬＥＤ部のＶfを同一となるように設計している。ただこの例に限られず、上述の通りＬＥＤ部数を３以下、あるいは５以上としてもよい。ＬＥＤ部数を増やすことで、電流制御の数を増やしてより細かなＬＥＤ部間の点灯切り替え制御が可能となる。さらに各ＬＥＤ部のＶfは同一としなくとも良い。
（第一バイパス手段２１〜第四バイパス手段２４）

第一バイパス手段２１、第二バイパス手段２２、第三バイパス手段２３、第四バイパス手段２４は、各ＬＥＤ部に対応して、電流駆動するための部材である。このような第一バイパス手段２１〜第四バイパス手段２４としては、トランジスタ等のスイッチング素子で構成される。特にＦＥＴは、ソース−ドレイン間飽和電圧がほぼゼロであるため、ＬＥＤ部への通電量を阻害することがなく好ましい。ただ、第一バイパス手段２１〜第四バイパス手段２４はＦＥＴに限定されるものでなく、バイポーラトランジスタ等でも構成できることはいうまでもない。

図２の例では、第一バイパス手段２１〜第四バイパス手段２４として、ＬＥＤ電流制御トランジスタを利用している。具体的には、第二ＬＥＤ部１２、第三ＬＥＤ部１３、第四ＬＥＤ部１４、ＬＥＤ駆動手段３には、それぞれ第一バイパス手段２１〜第四バイパス手段２４である第一ＬＥＤ電流制御トランジスタ２１Ｂ、第二ＬＥＤ電流制御トランジスタ２２Ｂ、第三ＬＥＤ電流制御トランジスタ２３Ｂが接続される。各ＬＥＤ電流制御トランジスタは、その前段のＬＥＤ部の電流量に応じて、ＯＮ状態や電流制御が切り替わる。ＬＥＤ電流制御トランジスタがＯＦＦになると、バイパス経路に電流が流れなくなって、ＬＥＤ部に通電される。すなわち、各第一バイパス手段２１〜第四バイパス手段２４によってバイパスされる電流量を調整できるので、結果的に各ＬＥＤ部の通電量を制御できることになる。図２の例では、第二ＬＥＤ部１２と並列に第一バイパス手段２１が接続され、第一バイパス経路ＢＰ１を形成する。また第三ＬＥＤ部１３と並列に第二バイパス手段２２が接続され、第二バイパス経路ＢＰ２を形成する。さらに第四ＬＥＤ部１４と並列に第三バイパス手段２３が接続され、第三バイパス経路ＢＰ３を形成する。さらにまた第四ＬＥＤ電流制御トランジスタ２４ＢがＬＥＤ駆動手段３と並列に接続され、第四バイパス経路ＢＰ４を形成し、第一ＬＥＤ部１１、第二ＬＥＤ部１２、第三ＬＥＤ部１３及び第四ＬＥＤ部１４への通電量を制御する。
（逆流防止ダイオード）

また各バイパス経路には、逆流防止ダイオードが設けられている。具体的には、第一バイパス経路ＢＰ１には第一逆流防止ダイオード１２１が、第二バイパス経路ＢＰ２には第二逆流防止ダイオード１２２が、第三バイパス経路ＢＰ３には第三逆流防止ダイオード１２３が、第四バイパス経路ＢＰ４には第四逆流防止ダイオード１２４が、それぞれ設けられる。

ここで第一ＬＥＤ部１１は、並列に接続されたバイパス経路やバイパス手段を設けていない。第二ＬＥＤ部１２と並列に接続された第一バイパス手段２１が、第一ＬＥＤ部１１の電流量を制御するからである。また第四ＬＥＤ部１４については、第四ＬＥＤ電流制御トランジスタ２４Ｂが電流制御を行う。
（ＬＥＤ駆動手段３）

また図２の例では、ＬＥＤ駆動手段３として抵抗器を設けている。この例では、第四バイパス手段である第四ＬＥＤ電流制御トランジスタ２４Ｂと並列にＬＥＤ駆動手段３を接続することで、電流量が大きくなる際に第四バイパス手段に通電される電流をＬＥＤ駆動手段３にバイパスして、第四バイパス手段への負荷を軽減するよう構成している。ただ、第四バイパス手段に十分な電流耐性を持たせた場合は、ＬＥＤ駆動手段を省略してもよい。
（電流制御手段３０Ｂ）

電流制御手段は、各ＬＥＤ部と対応する第一バイパス手段２１〜第四バイパス手段２４が、適切なタイミングで電流駆動を行うよう制御する部材である。この電流制御手段は、整流回路２で整流された整流電圧を基準電圧として、バイパス手段の動作を制御する動作制御信号を出力する。これにより、電流検出手段４で検出する出力ラインＯＬ上の電流量を、整流電圧と比例した値に制御できる。この結果、回路全体の入力電流は交流入力電圧に比例した波形となり、高調波の抑制が可能となる。

図２の電流制御手段３０Ｂにも、トランジスタ等のスイッチング素子が利用できる。特にバイポーラトランジスタは、電流量の検出に好適に利用できる。この例では電流制御手段３０Ｂを、オペアンプ３０Ｂで構成している。なお電流制御手段は、オペアンプに限定されるものでなく、コンパレータ、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ等でも構成可能であるのはいうまでもない。

図２の例では、電流制御手段３０Ｂは、各ＬＥＤ電流制御トランジスタ２１Ｂ〜２４Ｂの動作を制御する。すなわち、各電流検出オペアンプが通電量の制御を行うことで、ＬＥＤ電流制御トランジスタをＯＦＦ／電流制御／ＯＮにそれぞれ切り替える。
（電流検出手段４）

電流検出手段４は、ＬＥＤ部を直列接続したＬＥＤ集合体１０に通電される電流を電圧降下等により検出するための部材である。電流検出手段４で電流検出を行うことで、ＬＥＤ集合体１０を構成する各ＬＥＤ部の電流駆動を行う。またこの電流検出手段４は、ＬＥＤの保護抵抗としても機能する。さらに電流検出手段４で検出された電流検出信号に基づいて電流駆動を行うため、電流検出手段４は、電流回路の制御を行う電流制御手段３０Ｂであるオペアンプ３０Ｂと接続されている。この回路例では、第一バイパス手段２１、第二バイパス手段２２、第三バイパス手段２３、第四バイパス手段２４と電流制御手段３０Ｂで、一種の定電流回路が構成される。
（電流制御信号付与手段５）

さらに電流制御手段３０Ｂと各バイパス手段との間には、電流制御信号付与手段５が介在されている。例えば第一バイパス手段２２に付与する動作制御信号と第四バイパス手段２４に付与する動作制御信号間には電位差が生じるので、電流制御信号付与手段５を設けることで第一バイパス手段２２と第四バイパス手段２４の動作の切り替えを確実に行うことが可能となる。各電流制御信号付与手段５は、各ＬＥＤ電流制御トランジスタのＯＮ／ＯＦＦをどの電流のタイミングで行うかを規定する。ここでは、入力電圧の上昇に伴い、第一〜第四ＬＥＤ電流制御トランジスタ２１Ｂ〜２４Ｂの順でＯＦＦされるよう、各電流制御信号付与手段５として電流制御信号付与ツェナーダイオード５Ｅ、５Ｆ、５Ｇが設定、配置されている。なお図２の例では、電流制御信号付与手段５をツェナーダイオードで構成しているが、抵抗器、ダイオード等とすることもできる。

図２の回路例では、整流回路２で整流された入力電圧の上昇に伴い、第一ＬＥＤ部１１から第二ＬＥＤ部１２、第三ＬＥＤ部１３、第四ＬＥＤ部１４への順で、通電量の制御を行うことができる。また入力電圧の下降時には、逆の順序でＬＥＤが消灯される。
（高調波抑制信号生成抵抗６０、６１）

一方図２の回路例では、電流制御手段３０Ｂをオペアンプ３０Ｂで構成しており、このオペアンプ３０Ｂは、高調波抑制信号生成手段６により制御される。高調波抑制信号生成手段６は、高調波抑制信号生成抵抗６０、６１で構成される。高調波抑制信号生成抵抗６０、６１は、整流回路２で整流された整流電圧を分圧する。いいかえると、整流電圧を適当な大きさに圧縮する。電流制御手段であるオペアンプ３０Ｂの＋側入力端子には、高調波抑制信号生成抵抗６０、６１から出力される、圧縮された正弦波である高調波抑制信号が入力される。
（定電圧電源７）

オペアンプ３０Ｂは、定電圧電源７により駆動される。定電圧電源７は、オペアンプ電源用トランジスタ７０、ツェナーダイオード７１、ツェナー電圧設定抵抗７２で構成される。この定電圧電源７は、交流電源ＡＰを整流回路２で整流した後の整流電圧が、ツェナーダイオード７１のツェナー電圧を超えている期間だけ、オペアンプ３０Ｂに電源を供給する。この期間は、ＬＥＤ集合体１０の点灯期間を包含するよう設定される。すなわち、ＬＥＤ集合体１０の点灯中にオペアンプ３０Ｂを動作させて、点灯を制御する。

一方、各オペアンプ３０Ｂの−側入力端子には、電流検出抵抗４で検出された電流検出信号である電圧が入力される。電流検出抵抗４の電圧は、オペアンプ３０Ｂの＋側入力端子に印加される正弦波に沿って電流制御されるよう制御される。このように、正弦波に沿って電流制御動作を行うため、ＬＥＤ駆動電流が正弦波に近似された波形となる。

なおＬＥＤ部はそれぞれ、複数の発光ダイオード素子を相互に直列に接続して構成できる。これにより、整流電圧を複数の発光ダイオード素子で効果的に分圧できる上、発光ダイオード素子毎の順方向電圧Ｖfや温度特性のばらつきをある程度吸収して、ブロック単位での制御を均一化できる。ただ、ＬＥＤ部の数や各ＬＥＤ部を構成する発光ダイオード素子数等は、要求される明るさや入力電圧等によって任意に設定でき、例えばＬＥＤ部を一の発光ダイオード素子で構成したり、ＬＥＤ部の数を多くしてより細かな制御を行うこと、あるいは逆にＬＥＤ部を２つのみとして制御をシンプルにすることも可能であることは言うまでもない。

また、上記構成ではＬＥＤ部の構成数を４としたが、ＬＥＤ部の数を２又は３としたり、又は５以上とすることもできることはいうまでもない。特に、ＬＥＤ部の数を増やすことで、正弦波状の電流波形をより低い電源電圧から形成することが可能となり、一層の高調波成分の抑制が可能となる。また図２の例では、各ＬＥＤ部がＯＮ／ＯＦＦされる切り替え動作を、入力電流に対してほぼ均等に分割しているが、均等にする必要は必ずしも無く、異なる電流でＬＥＤ部を切り替えてもよい。

さらに上記の例では、ＬＥＤを４つのＬＥＤ部に分け、各ＬＥＤ部がそれぞれ同一のＶfとなるよう構成しているが、同一のＶfでなくても良い。例えばＬＥＤ部１のＶfをできるだけ低く、すなわちＬＥＤ一個分の３．６Ｖ程度に設定できれば、電流の立ち上がりタイミングを早く、立下りタイミングを遅くできる。このことは、高調波を減少させるのにさらに有利となる。またこの方法を使用すれば、ＬＥＤ部の数とＶf設定を自由に選択でき、さらに電流波形を正弦波に近似できるため、より柔軟性を高めて高調波抑制を実現することが容易となる。
（電圧変動抑制信号生成手段８）

さらに発光ダイオード駆動装置は、電圧変動抑制信号を生成して電流制御手段へ送出する電圧変動抑制信号生成手段８を付加することもできる。電圧変動抑制信号生成手段８は、充放電コンデンサ１１１と直列に接続されており、整流電圧の変動を検出する。

この電圧変動抑制信号生成手段８で検出された整流電圧の変動と、電流検出手段４によって検出された電流検出信号との和に基づいて、電流制御手段３０が、各バイパス手段の動作を制御する。これにより、電流検出手段４で検出する出力ラインＯＬ上の電流量は、整流電圧と比例するため、整流電圧の平均値が変化すると、出力ラインＯＬ上の電流量の平均値も比例して変化する。そこで、電流検出信号に整流電圧抑制信号を加えて制御することにより、整流電圧の平均値が変化しても、出力ラインＯＬ上の電流量の平均値が一定に保たれるようにして、安定した光出力が得られる。

図２の回路例では、電圧変動抑制信号生成手段８は破線で囲んだ領域で構成され、電圧変動抑制信号を積分した上で、電流検出信号に加算している。これにより、整流電圧が変動しても平均電流が一定になるように制御される。
（第一充放電コンデンサ１１１への充電）

図２に示す発光ダイオード駆動装置１００’の電流波形は、図１９で示した電流波形と同じである。ここで図１９は、図２の発光ダイオード駆動装置１００’から第一充放電コンデンサ１１１を省いた、変形例に係る発光ダイオード駆動装置１８００（図１８の回路図）の電流波形を示している。図１８の各部材は、第一充放電コンデンサ１１１を除いて図２と同じであるため、詳細説明を省略する。

図２の発光ダイオード駆動装置１００’における第一充放電コンデンサ１１１への充電は、電源ラインから第一充放電コンデンサ１１１、第四逆流防止ダイオード１２４、第四ＬＥＤ電流制御トランジスタ２４Ｂを通じて行われる。その充電が行われるタイミングは、第四ＬＥＤ電流制御トランジスタ２４Ｂによって、ＬＥＤ集合体１０が点灯制御されるときとなる。そして充電電流は、上述の通り、コンデンサ端子電圧とＬＥＤ集合体１０の全Ｖfとが互いに等しくなるよう充電され、なおかつこの充電電流は、ＬＥＤ集合体１０を流れるＬＥＤ電流と合成され、この合成電流が第四電流制御トランジスタ２４Ｂにより正弦波となるよう電流制御される。これによって、図１８の回路例１８００で実現される高調波歪抑制機能を阻害することなく、第一充放電コンデンサ１１１への充電を行うことができる。

一方で、コンデンサ充電中のＬＥＤ電流は、コンデンサ充電電流を差し引かれる分だけ、減少する。第四ＬＥＤ電流制御トランジスタ２４Ｂが正弦波電流制御する期間は、図２の回路例では、第一ＬＥＤ部１１から第四ＬＥＤ部１４までのすべてのＬＥＤ部が点灯される期間、すなわち電源電圧のピーク近傍の期間となる。また、この期間において光出力もピークとなる。この期間のＬＥＤ電流を削減できれば、光出力のピークを抑えることができ、光出力のリップル率を低減できる。したがって、この期間に第一充放電コンデンサ１１１に充電することで、光出力のピークを抑え、かつコンデンサに蓄えた電力を電源電圧の低いときに放電し光出力を得ることで、光出力のリップル率の改善効果が二重に得られる。
（リップル率の改善）

発光ダイオード駆動装置において正弦波に近似した入力電流波形を乱すことなく、消灯期間を低減してリップル率を改善することは、出力光の品質向上の面で重要となる。以下、リップル率の改善について、図１７〜図２１に基づいて説明する。出願人は、当初図１７に示すようにＬＥＤを多段に接続しつつ、高調波成分を抑制した発光ダイオード駆動装置１７００を開発した。この回路では、第一電流制御手段１７３１、第二電流制御手段１７３２、第三電流制御手段１７３３、第四電流制御手段１７３４として、それぞれオペアンプを用いている。また出願人はこの装置を改良し、図１８に示す発光ダイオード駆動装置１８００も開発した。この発光ダイオード駆動装置１８００で得られる電源入力電流波形のグラフを図１９に、第一ＬＥＤブロック１１での電流波形を図２０に、それぞれ示す。図１９のグラフに示すように、電源入力電流の高調波歪の発生が抑制され、正弦波に近い電流波形でＬＥＤを駆動できる。一方、発光素子にＬＥＤでなく従来の白熱電球を用いた場合の電流波形も、同様にほぼ正弦波となる。ただ白熱電球の場合は、フィラメントの白熱による発光のため、電源周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）に応答せず明滅が生じない。これに対して、発光素子にＬＥＤを用いる場合は、ＬＥＤの高い応答性によって電源周波数に対応した明滅を繰り返すという問題がある。この様子を、図２１の正弦波多段駆動回路の光出力波形に示す。これらの客観的評価の指標としては、リップル率（＝（最大値−最小値）／平均値）が用いられており、０に近いほど優れている。図２１の光出力のリップル率を計算すると、リップル率＝２．０以上となり、他の発光素子のリップル率と比べると、白熱電球の０．１以下、蛍光灯の０．９、インバーター蛍光灯の０．２程度と比較して劣る。このことは、人によっては光の明滅によってちらつきを感じたり、照明品質を落とすことになる。したがって、図１８の発光ダイオード駆動装置をさらに高品質な照明に用いるには、消灯期間をなくし、リップル率を改善する必要がある。点滅期間を無くすには、コンデンサを用いた平滑化が考えられる。すなわち、電源電圧の高い期間にコンデンサに充電し、電圧の低い期間に放電させることが考えられる。しかしながら、コンデンサを用いると短い充電期間中に急速充電されることとなるため、充電電流が大きくなる。充電電流は、一般にコンデンサの容量が大きくなるほど大きくなる傾向にあるため、このような平滑化の用途に適う大容量のコンデンサの場合は、充電電流が一層大きくなって力率の悪化を招くと共に、高調波歪の規格に不適合となる。また、力率改善のためのアクティブフィルタＩＣ等を使用する場合もあるが、このような素子は高価であり、また高周波スイッチングによるノイズが発生する等の弊害もある。このような問題に対して、実施例１では上述の通り充放電コンデンサ１１１を用いて、ＬＥＤ集合体１０に印加される整流電圧が高いときに充電した電荷を、整流電圧が低いときに放電してＬＥＤ集合体１０に通電することで、ＬＥＤ集合体１０への電流量の高低差を抑制して、リップル率を改善することに成功したものである。また充電経路上にＬＥＤ駆動手段３や第一バイパス手段２１〜第四バイパス手段２４を設けることで、充放電コンデンサ１１１への突入電流を抑制して、力率の低下も回避できる。
（第一充放電コンデンサ１１１からの放電）

次に第一充放電コンデンサ１１１からの放電について説明する。図２の発光ダイオード駆動装置１００’において、第一充放電コンデンサ１１１の放電回路は、第一ＬＥＤ部１１〜第四ＬＥＤ部１４で構成されるＬＥＤ集合体１０で構成される。このようにすべてのＬＥＤ部が放電対象となるが、放電電流は正弦波多段駆動回路に流れず、その動作には影響を与えない。

第一充放電コンデンサ１１１へのコンデンサ充放電電流及び電圧波形を図３に示す。この図において、コンデンサ充放電電流をＩ、コンデンサ充放電電圧波形をＶで、それぞれ示している。コンデンサの端子電圧は、上述のようにすべてのＬＥＤ部が点灯された状態でのＬＥＤ電流、すなわち第四ＬＥＤ電流制御トランジスタ２４Ｂによる制御電流からコンデンサ充電電流を差し引いた電流ＩfaによるＬＥＤ端子電圧Ｖfaにほぼ等しく充電される。したがって、第一充放電コンデンサ１１１の放電を電流制御しなくても、ＬＥＤ端子電圧Ｖfaによって制限され、Ｉfaより大きな放電電流は流れないことになる。

コンデンサ充電終了直後は、充電電流がなくなりＬＥＤ駆動電流が上がり、ＬＥＤ端子電圧も上昇するため放電は起こらない。電源電圧がさらに下がり、正弦波多段駆動回路による第一ＬＥＤ部１１、第二ＬＥＤ部１２の２グループのＬＥＤ群を正弦波電流駆動（正弦波多段駆動回路では第三ＬＥＤ部１３、第四ＬＥＤ部１４は消灯）に移る付近から、ＬＥＤ端子電圧をコンデンサ端子電圧が上回り、放電を開始する。この放電電流は、図２０の正弦波電流駆動に重畳されＬＥＤに流れるため、ＬＥＤ端子電圧は上昇し、放電電流を抑える方向に働き、過度な電流がＬＥＤには流れることはない。電源電圧が下降するのに伴い、正弦波多段駆動回路により駆動されるＬＥＤ部は減少し、駆動電流によるＬＥＤ端子電圧変動分も減少する。

このように、ＬＥＤ端子電圧は駆動電流の増減に伴って増減する。すなわち、多段駆動回路により駆動されているＬＥＤ部の端子電圧は、駆動されていないときよりも上昇する。したがって、より多くのＬＥＤ部が多段駆動回路により駆動されている期間は、ＬＥＤ端子電圧が高くなり、この結果コンデンサ端子電圧を上回る期間は、第一充放電コンデンサ１１１は放電されない。その一方、第一充放電コンデンサ１１１は多段駆動回路と分け合った電流で充電されるため、そのときのＬＥＤ駆動電流は第一充放電コンデンサ１１１がない場合よりも低いＩfaとなる。すなわち、充電完了したコンデンサ端子電圧は、すべてのＬＥＤ部に対して最大Ｉfaで放電できる電圧Ｖfaでしか充電されていない。電源電圧が下降し、多段駆動回路で駆動されるＬＥＤ部が減ると、ＬＥＤ端子電圧は減少し、第一充放電コンデンサ１１１の放電が開始される。なお多段駆動回路で駆動されるＬＥＤ部の数が少ないほどＬＥＤ端子電圧は下がり、第一充放電コンデンサ１１１からの放電電流は上がるが、上記のように充電期間のＬＥＤ駆動電流Ｉfaを超えることはない。

このようにＬＥＤ部の駆動状況に応じて第一充放電コンデンサ１１１は逐次放電され、図２１のような正弦波多段駆動回路のみでは消灯している期間でも、ＬＥＤ部を点灯することができる。また、コンデンサの放電は正弦波多段駆動回路と無関係に、すなわち高調波歪抑制効果や高力率を毀損することなく行われる。このため、高調波抑制と高力率を維持しつつも、正弦波多段駆動回路の追加によって消灯期間を低減して、光出力のリップル率を大幅に改善することが可能となる。

ここで、実施例１に係る発光ダイオード駆動装置における第一ＬＥＤ部の電流波形を、図４に示すと共に、対比のため本出願人が先に開発した図１８の発光ダイオード駆動装置１８００における第一ＬＥＤ部の電流波形を、図２０に示す。図１８の構成では電圧が低い領域、図２０において矢印で示す区間では、第一ＬＥＤ部が消灯していた。また第一ＬＥＤ部の駆動波形は、ほぼ正弦波に近い波形を示している。これに対し、実施例１では図４に示すように電源電圧ピーク時（図４において水平方向の矢印で示す区間）に、コンデンサ充電を行うことでＬＥＤ電流を削減させる一方、正弦波多段駆動回路により駆動されるＬＥＤ部の電流が減少するのに応じてコンデンサ放電電流を増加させる（図４において縦方向の矢印）。これによって、従来は消灯されていた区間でも第一ＬＥＤ部を点灯させて光出力を得ることができ、この結果ＬＥＤ部が完全に消灯される期間を無くしていることが確認できた。このように、ピークカットした分の電流を本来の消灯期間に回すことで、点灯量を平滑化してちらつきを抑えた高品質なＬＥＤ部の発光が可能となる。

さらに実施例１で得られた光出力の波形を図５のグラフに示す。この図に示すように、光出力のピーク時に対する暗い時の割合は約６０％まで向上させることができ、リップル率が０．６以下となって蛍光灯を上回り、照明品質が大きく向上したことが確認できる。

またこの構成によれば、大容量の第一充放電コンデンサ１１１を搭載しているにもかかわらず、第一充放電コンデンサ１１１への充電電流が、ＬＥＤ集合体１０の駆動電流と合わせて、正弦波電流駆動されることで大きな突入電流の発生を回避できる。さらに、コンデンサ充電電流が正弦波電流駆動で制御されるので、急速充電と比較してコンデンサリップル電流が非常に小さい。このため、ＬＥＤ素子の寿命に比較して短寿命とされるアルミ電解コンデンサを第一充放電コンデンサ１１１として使用しても長寿命を確保でき、発光ダイオード駆動装置の品質と信頼性を向上できる。
（実施例２）

以上の例では、平滑化回路として第一充放電コンデンサ１１１を１個接続した例を説明した。ただ本発明は、複数のコンデンサを接続することもでき、これによって波形改善効果をさらに高めることができる。このような例を実施例２として、第二充放電コンデンサ１１２を接続した発光ダイオード駆動装置２００のブロック図を図６に、具体的な回路図の例を図７Ａに、またこの回路例における第一充放電コンデンサ１１１の電流及び電圧波形を図８に、第二充放電コンデンサ１１２の電流及び電圧波形を図９に、それぞれ示す。第二充放電コンデンサ１１２は、第一ＬＥＤ部１１と並列で、かつ第四ＬＥＤ部１４と直列に接続されている。この発光ダイオード駆動装置２００の電流波形は、図１９で示した電流波形と同じである。

図７Ａに示す発光ダイオード駆動装置２００は、図２で示した発光ダイオード駆動装置１００に対して、第二充放電コンデンサ１１２と第二放電ダイオード１２５を付加したものであり、他の部材は図２とほぼ同様であって、詳細説明は適宜省略する。また、単純化のため、ＬＥＤ部を第一ＬＥＤ部１１と第四ＬＥＤ部１４の２個とし、第一バイパス手段２１と第四バイパス手段２４でこれらの点灯を制御するよう構成した発光ダイオード駆動装置２００Ｂを、図７Ｂに示す。この図に示す発光ダイオード駆動装置２００Ｂは、第一ＬＥＤ部１１と直列に接続され、かつ第一ＬＥＤ部１１から見て第四ＬＥＤ部１４と並列に接続されており、第一ＬＥＤ部１１への通電量を制御するための第一バイパス手段２１と、第四ＬＥＤ部１４と直列に接続され、第一ＬＥＤ部１１及び第四ＬＥＤ部１４への通電量を制御するための第四バイパス手段２４と、第一ＬＥＤ部１１と第四ＬＥＤ部１４の直列接続体と、並列に接続される第一充放電コンデンサ１１１と、第一ＬＥＤ部１１と並列で、かつ第四ＬＥＤ部１４と直列に接続される第二充放電コンデンサ１１２とを備えている。この第一充放電コンデンサ１１１は、整流電圧が、第一ＬＥＤ部１１及び第四ＬＥＤ部１４の順方向電圧の和よりも大きい場合に充電される。また第一ＬＥＤ部１１及び第四ＬＥＤ部１４の順方向電圧の和よりも小さい場合に放電される。一方で第二充放電コンデンサ１１２は、整流電圧が第一ＬＥＤ部１１の順方向電圧よりも大きい場合に充電され、また第一ＬＥＤ部１１の順方向電圧の和よりも小さい場合に放電される。このように構成することで、出力光のリップルの抑制でき、高品質な発光を得ることができる。また、第一充放電コンデンサ１１１に加えて、第二充放電コンデンサ１１２を追加したことで、充放電コンデンサで充電されない期間においても、第二充放電コンデンサ１１２に充電できるため、電流波形の一時的な増加を抑えて、綺麗な波形に近付けることが可能となる。特に第二充放電コンデンサ１１２を用いて、第二ＬＥＤ部１２に印加される整流電圧が高いときに充電した電荷を、整流電圧が低いときに放電して第二ＬＥＤ部１２に通電することで、第二ＬＥＤ部１２への電流量の高低差を抑制して、リップル率を改善できる利点が得られる。また、充電経路に第一バイパス手段２１を設けることで、第二充放電コンデンサ１１２への突入電流を抑制して、力率の低下を回避できる。

また図７Ａに示すように、第二放電ダイオード１２５は、第二充放電コンデンサ１１２からの放電電流が第一ＬＥＤ部１１〜第三ＬＥＤ部１３に流れる放電経路を構成すると共に、第二充放電コンデンサ１１２への充電電流が第四ＬＥＤ部１４に通電することを阻止する。この第二放電ダイオード１２５は、第三逆流防止ダイオード１２３と直列に接続され、さらにこれらの間に第二充放電コンデンサ１１２の一端が接続される。この第二充放電コンデンサ１１２は、第三逆流防止ダイオード１２３を介して第三バイパス手段である第三ＬＥＤ電流制御トランジスタ２３Ｂと接続されている。第二充放電コンデンサ１１２への充電は、第三ＬＥＤ電流制御トランジスタ２３Ｂが電流制御を行っている期間にのみ行われるので、より効果的に光出力のリプルを抑制することが可能となる。
（第二充放電コンデンサ１１２への充電）

第二充放電コンデンサ１１２への充電は、電源ラインから第二充放電コンデンサ１１２、第三逆流防止ダイオード１２３、第三ＬＥＤ電流制御トランジスタ２３Ｂを通じて行われる。その充電が行われるタイミングは第三ＬＥＤ電流制御トランジスタ２３Ｂによって、第一ＬＥＤ部１１、第二ＬＥＤ部１２及び第三ＬＥＤ部１３が点灯制御されるときとなる。そして充電電流は、コンデンサ端子電圧と第一〜第三ＬＥＤ部の合計Ｖfとが互いに等しくなるよう充電され、なおかつこの充電電流は、第一〜第三ＬＥＤ部を流れるＬＥＤ電流と合成され、この合成電流が第三ＬＥＤ電流制御トランジスタ２３Ｂにより正弦波となるよう電流制御される。これによって、図１８の回路例１８００で実現される高調波歪抑制機能を阻害することなく、第二充放電コンデンサ１１２への充電を行うことができる。

一方で、コンデンサ充電中のＬＥＤ電流は、コンデンサ充電電流が差し引かれる分、減少する。第三ＬＥＤ電流制御トランジスタ２３Ｂが正弦波電流制御する期間は、図７Ａの回路例では、第一ＬＥＤ部１１から第三ＬＥＤ部１３までのＬＥＤが点灯される期間となる。また図２の回路例では、この期間は図５において光出力もピークとなる。この期間のＬＥＤ電流を削減できれば、光出力のピークを抑えることができ、リップル率を低減できる。したがって、この期間に第二充放電コンデンサ１１２に充電することで、光出力のピークを抑え、かつコンデンサに蓄えた電力を電源電圧の低い時に放電し光出力を得ることで、リップル率の改善効果が二重に得られる。
（第二充放電コンデンサ１１２からの放電）

次に第二充放電コンデンサ１１２からの放電について説明する。図７Ａの発光ダイオード駆動装置２００において、第二充放電コンデンサ１１２の放電回路は、第一ＬＥＤ部１１〜第三ＬＥＤ部１３で構成される。放電電流は正弦波多段駆動回路に流れず、その動作には影響を与えない。また第一充放電コンデンサ１１１の放電の説明で示したのと同様、ＬＥＤに対して過度な電流で放電することはない。

ここで、実施例２に係る発光ダイオード駆動装置２００における第一ＬＥＤ部１１の電流波形を、図１０に示すと共に、実施例１の発光ダイオード駆動装置１００における第一ＬＥＤ部１１の電流波形を示す図４と比較する。図２に示した実施例１の構成では、第一ＬＥＤ部１１〜第三ＬＥＤ部１３が点灯している時期に、光出力のピークが存在する。これに対し、図１０に示す実施例２では、電源電圧ピーク時（図１０において水平方向の矢印で示す区間）に、第二充放電コンデンサ１１２に充電を行うことでＬＥＤ電流を削減させる一方、正弦波多段駆動回路により駆動されるＬＥＤ部の電流が減少するのに応じて、コンデンサ放電電流を増加させることで（図１０において縦方向の矢印）、より一層のリップル率改善が可能となる。また、第一充放電コンデンサ１１１と同様、電流リップルが小さく、アルミ電解コンデンサを使用しても長寿命を確保できる。

また、実施例２に係る発光ダイオード駆動装置２００で得られる光出力波形を、図１１に示す。この図から、図５で示した実施例１の光出力よりもリップル率が抑えられていることが確認できる。

なお図７Ａの例では、ＬＥＤ部を第一ＬＥＤ部１１〜第四ＬＥＤ部１４の４個用いた発光ダイオード駆動装置を説明した。ただ、本発明はこの構成に限られず、上述の通りＬＥＤ部の数は複数であれば３以下、又は５以上の任意の数に設定できる。例えば図７Ｂに示した発光ダイオード駆動装置２００Ｂのように、ＬＥＤ部を第一ＬＥＤ部１１と第四ＬＥＤ部１４の２個でも、効果的なＡＣ多段回路が構築できることは上述の通りである。ＬＥＤ部の数は、要求される光量や波高率などの品質、消費電力やコストなどに応じて、適切に選択される。
（実施例３）

さらに充放電コンデンサは、２個に限らず３個以上付加することもできる。このような例として、充放電コンデンサを３個用いた実施例３に係る発光ダイオード駆動装置３００の回路図を、図１２に示す。この図に示すように、第一ＬＥＤ部１１と第二ＬＥＤ部１２と並列に第三充放電コンデンサ１１３を接続している。このような構成によって、実施例１、実施例２と同様にリップル率を改善できる。

特に第三充放電コンデンサ１１３を用いて、第三ＬＥＤ部１３に印加される整流電圧が高いときに充電した電荷を、整流電圧が低いときに放電して第三ＬＥＤ部１３に通電することで、第三ＬＥＤ部１３への電流量の高低差を抑制して、リップル率を改善できる利点が得られる。また、充電経路に第二バイパス手段２２を設けることで、第三充放電コンデンサ１１３への突入電流を抑制して、力率の低下を回避できる利点も得られる。

また第三放電ダイオード１２６は、図１２に示すように第三充放電コンデンサ１１３からの放電電流が第一ＬＥＤ部１１と第二ＬＥＤ部１２に流れる放電経路を構成すると共に、第三充放電コンデンサ１１３への充電電流が第三ＬＥＤ部１４側に通電することを阻止する。この第三放電ダイオード１２６は、第二逆流防止ダイオード１２２と直列に接続され、さらにこれらの間に第三充放電コンデンサ１１３の一端が接続される。この第三充放電コンデンサ１１３は、第二逆流防止ダイオード１２２を介して第二バイパス手段である第二ＬＥＤ電流制御トランジスタ２２Ｂと接続されている。第三充放電コンデンサ１１３への充電は、第二ＬＥＤ電流制御トランジスタ２２Ｂが電流制御を行っている期間にのみ行われるので、より効果的に光出力のリプルを抑制することが可能となる。
（実施例４）

さらに充放電コンデンサを４個用いた例を実施例４として、図１３に示す。この図は実施例４に係る発光ダイオード駆動装置４００の回路図を示している。ここでは、第一ＬＥＤ部と並列に第四充放電コンデンサ１１４を接続している。この構成でも、リップル率の改善が期待できる。第四放電ダイオード１２７は、第四充放電コンデンサ１１４からの放電電流が第一ＬＥＤ部１１に流れる放電経路を構成すると共に、第四充放電コンデンサ１１４への充電電流が第二ＬＥＤ部１２側に通電することを阻止する。この第四放電ダイオード１２７は、第一逆流防止ダイオード１２１と直列に接続され、さらにこれらの間に第四充放電コンデンサ１１４の一端が接続される。この第四充放電コンデンサ１１４は、第一逆流防止ダイオード１２１を介して第一バイパス手段である第一ＬＥＤ電流制御トランジスタ２１Ｂと接続されている。第四充放電コンデンサ１１４への充電は、第一ＬＥＤ電流制御トランジスタ２１Ｂが電流制御を行っている期間にのみ行われるので、より効果的に光出力のリプルを抑制することが可能となる。

以上の発光ダイオード駆動装置は、ＬＥＤ素子を備えているため、ＬＥＤ素子とその駆動回路を同一の配線基板に配置することで、家庭用交流電源を投入して点灯可能な照明装置や照明器具として利用できる。

１００、１００Ｂ、１００’、２００、２００Ｂ、３００、４００、１７００、１８００…発光ダイオード駆動装置；１６００…ＡＣ多段回路
２…整流回路
３…ＬＥＤ駆動手段
４…電流検出手段
５…電流制御信号付与手段；５Ｅ、５Ｆ、５Ｇ…電流制御信号付与ツェナーダイオード
６…高調波抑制信号生成手段
７…定電圧電源
８…電圧変動抑制信号生成手段
１０…ＬＥＤ集合体
１１…第一ＬＥＤ部
１２…第二ＬＥＤ部
１３…第三ＬＥＤ部
１４…第四ＬＥＤ部
２１…第一バイパス手段；２１Ｂ…第一ＬＥＤ電流制御トランジスタ
２２…第二バイパス手段；２２Ｂ…第二ＬＥＤ電流制御トランジスタ
２３…第三バイパス手段；２３Ｂ…第三ＬＥＤ電流制御トランジスタ
２４…第四バイパス手段；２４Ｂ…第四ＬＥＤ電流制御トランジスタ
３０…電流制御手段；３０Ｂ…電流制御手段（オペアンプ）
６０、６１…高調波抑制信号生成抵抗
７０…オペアンプ電源用トランジスタ
７１…ツェナーダイオード
７２…ツェナー電圧設定抵抗
８１…保護抵抗；８２…バイパスコンデンサ
１１１…第一充放電コンデンサ
１１２…第二充放電コンデンサ
１１３…第三充放電コンデンサ
１１４…第四充放電コンデンサ
１２１…第一逆流防止ダイオード
１２２…第二逆流防止ダイオード
１２３…第三逆流防止ダイオード
１２４…第四逆流防止ダイオード
１２５…第二放電ダイオード
１２６…第三放電ダイオード
１２７…第四放電ダイオード
１６１、１６２、１６３、１６４、１６５、１６６…ＬＥＤブロック
１６７…スイッチ制御部
１６０２…ブリッジ回路
１６０３Ａ…ＬＥＤ電流制限抵抗
１６１１…第一ＬＥＤブロック
１６１２…第二ＬＥＤブロック
１６１３…第三ＬＥＤブロック
１６２１Ａ…第一電流制御トランジスタ
１６２２Ａ…第二電流制御トランジスタ
１６２３Ａ…第三電流制御トランジスタ
１６３１Ａ…第一電流検出トランジスタ
１６３２Ａ…第二電流検出トランジスタ
１６３３Ａ…第三電流検出トランジスタ
１７３１…第一電流制御手段
１７３２…第二電流制御手段
１７３３…第三電流制御手段
１７３４…第四電流制御手段
ＡＰ…交流電源
ＢＰ１…第一バイパス経路；ＢＰ２…第二バイパス経路；ＢＰ３…第三バイパス経路
ＢＰ４…第四バイパス経路
ＢＰ１６０１…第一バイパス経路
ＢＰ１６０２…第二バイパス経路
ＢＰ１６０３…第三バイパス経路
ＯＬ…出力ライン

Claims (10)

1. 交流電源に接続可能で、該交流電源の交流電圧を整流した整流電圧を得るための整流回路と、
   前記整流回路の出力側と直列に接続される、少なくとも一のＬＥＤ素子を含む第一ＬＥＤ部と、
   前記第一ＬＥＤ部と直列に接続される、少なくとも一のＬＥＤ素子を含む第二ＬＥＤ部と、
   前記第二ＬＥＤ部と並列に接続され、かつ前記第一ＬＥＤ部と直列に接続され、前記第一ＬＥＤ部への通電量を制御するための第一バイパス手段と、
   前記第二ＬＥＤ部と直列に接続され、前記第一ＬＥＤ部及び第二ＬＥＤ部への通電量を制御するための第四バイパス手段と、
   前記第一ＬＥＤ部及び第二ＬＥＤ部が直列に接続される出力ライン上を流れる電流量に基づく電流検出信号を検出するための電流検出手段と、
   前記電流検出手段によって検出された電流検出信号に応じて、前記第一バイパス手段及び第四バイパス手段の動作を制御する動作制御信号を出力するための電流制御手段と、
   を備えており、
   前記電流制御手段が、該動作制御信号を出力するための一の出力を備えており、前記第一バイパス手段と第四バイパス手段とが、該一の出力に対して並列に接続されてなることを特徴とする発光ダイオード駆動装置。
2. 請求項１に記載の発光ダイオード駆動装置であって、
   前記電流制御手段が、前記整流回路で整流された整流電圧を基準電圧として、前記第一バイパス手段及び第四バイパス手段の動作を制御する動作制御信号を出力することを特徴とする発光ダイオード駆動装置。
3. 請求項１又は２に記載の発光ダイオード駆動装置であって、さらに、
   前記第一ＬＥＤ部及び第二ＬＥＤ部に直列に接続され、整流電圧の変動を検出する電圧変動抑制信号生成手段を備えており、
   前記電圧変動抑制信号生成手段で検出された平均整流電圧の変動と、前記電流検出手段によって検出された電流検出信号との和に基づいて、前記電流制御手段が、前記第一バイパス手段及び第四バイパス手段の動作を制御するよう構成されてなることを特徴とする発光ダイオード駆動装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一に記載の発光ダイオード駆動装置であって、さらに
   前記第一ＬＥＤ部及び第二ＬＥＤ部の直列接続と、並列に接続される第一充放電コンデンサを備えることを特徴とする発光ダイオード駆動装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一に記載の発光ダイオード駆動装置であって、さらに、
   前記第二ＬＥＤ部と直列に接続される、少なくとも一のＬＥＤ素子を含む第三ＬＥＤ部と、
   前記第三ＬＥＤ部と並列に接続され、かつ前記第二ＬＥＤ部と直列に接続され、前記第一ＬＥＤ部及び第二ＬＥＤ部への通電量を制御するための第二バイパス手段と、
   を備えており、
   前記第一バイパス手段、第二バイパス手段、第四バイパス手段が、互いに並列に接続されており、
   前記第二バイパス手段が、前記電流制御手段によって動作を制御されており、
   前記第四バイパス手段が、前記第一ＬＥＤ部、第二ＬＥＤ部、及び第三ＬＥＤ部への通電量を制御してなることを特徴とする発光ダイオード駆動装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一に記載の発光ダイオード駆動装置であって、
   前記電流制御手段が、オペアンプで構成されてなることを特徴とする発光ダイオード駆動装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一に記載の発光ダイオード駆動装置であって、
   前記電流制御手段と第一バイパス手段との間、及び電流制御手段と第四バイパス手段の間に、それぞれ電流制御信号付与手段を介在させてなることを特徴とする発光ダイオード駆動装置。
8. 請求項７に記載の発光ダイオード駆動装置であって、
   前記電流制御信号付与手段が、ツェナーダイオード又は抵抗器であることを特徴とする発光ダイオード駆動装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一に記載の発光ダイオード駆動装置であって、さらに、
   前記第二ＬＥＤ部と直列に接続される、前記第一ＬＥＤ部及び第二ＬＥＤ部への通電を制御するＬＥＤ駆動手段を備え、
   前記第四バイパス手段が、前記ＬＥＤ駆動手段と並列に接続されてなることを特徴とする発光ダイオード駆動装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一に記載の発光ダイオード駆動装置であって、
    前記電流制御手段は、定電圧電源により駆動させることを特徴とする発光ダイオード駆動装置。

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