JP2014170747A - 発光ダイオード照明装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】改善された電圧レギュレーション特性を確保し、商用電源の高調波歪みを低減できる照明装置を提供する。
【解決手段】交流を変換して整流電圧として提供する電源部と、１つ以上の発光ダイオードを含む複数の発光ダイオードチャネルＬＥＤ１〜ＬＥＤ３から構成され、前記整流電圧の印加によって発光する光源１２と、前記複数の発光ダイオードチャネルごとに接続される複数のスイッチング回路３１〜３３を介して前記整流電圧のレベル変化に応じた電流経路を選択的に提供し、パルス幅の変動する制御パルスを用いて、チャネルごとの前記電流経路の電流を独立して制御する制御回路１４とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置に関するものであって、より詳細には、発光ダイオード照明装置およびその制御方法に関するものである。

エネルギー節減のために、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源とする照明技術の開発が継続的に行われている。

特に、高輝度発光ダイオードは、エネルギー消費量、寿命および光質などのような多様な要素において他の光源と差別化されるという利点がある。

しかし、発光ダイオードを光源とする照明装置は、発光ダイオードが電流によって駆動される特性により追加的な回路が多く必要になる問題がある。

このような問題を解決するために開発された一例が、交流ダイレクト方式（ＡＣ ＤＩＲＥＣＴ ＴＹＰＥ）の照明である。

交流ダイレクト方式の発光ダイオード照明は、商用交流電源から整流電圧を生成して発光ダイオードを駆動するものであり、インダクタおよびキャパシタを用いることなく、整流電圧を入力電圧として直接使用するため、力率（ＰＯＷＥＲ ＦＡＣＴＯＲ）が良好である特性がある。

上記の交流ダイレクト方式の発光ダイオード装置の一例が、韓国登録特許第１０−１１２８６８０号に開示されている。

しかし、発光ダイオード照明が次第に普及するにつれ、発光ダイオードを光源とする照明装置は、低消費電力と改善された力率を保障するように要求され、部品の簡素化と簡単な構造を有することとが要求されている。

韓国登録特許第１０−１１２８６８０号公報

本発明の目的は、改善された力率を有する発光ダイオードを光源として含む照明装置を提供することである。

本発明の他の目的は、整流電圧の状態をモニタリングして照明を制御し、発光に必要な電流を制御するように電流レギュレーションを改善する発光ダイオード照明装置およびその制御方法を提供することである。

上記の課題を解決するための、本発明に係る発光ダイオード照明装置は、１つ以上の発光ダイオードを含む複数の発光ダイオードチャネルから構成され、交流が変換された整流電圧の印加によって発光する光源と、前記発光ダイオードチャネルごとに接続される複数のスイッチング回路を介して前記整流電圧のレベル変化に応じた電流経路を選択的に提供し、前記光源に供給される電流が前記整流電圧の波形に沿うように前記スイッチング回路に提供される制御パルスのパルス幅を制御する制御回路とを含むことを特徴とする。

また、本発明に係る発光ダイオード照明装置の制御方法は、複数の発光ダイオードチャネルを提供するステップと、前記複数の発光ダイオードチャネルごとに電流経路を提供するための基準電圧を提供するステップと、前記整流電圧の変化をモニタリングし、モニタリング電圧を提供するステップと、前記モニタリング電圧と前記基準電圧とを比較した結果に基づいて、前記発光ダイオードチャネルの中から選択された前記発光ダイオードチャネルに前記電流経路を提供し、パルス幅の変動する制御パルスを用いて、前記光源に供給される電流が前記整流電圧の波形に沿うように制御するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、整流電圧の変化に応じて照明のための電流の供給が制御されることにより、改善された電流レギュレーション特性を確保することができるという効果がある。
また、本発明によれば、商用電源（ＡＣ電源）に流れる電流の高調波の歪みが低減可能で、電流波形がよりスムーズ（Ｓｍｏｏｔｈ）に電圧波形に沿って形成されるため、電流波形の歪みが緩和されるという効果がある。

本発明に係る発光ダイオード照明装置の好ましい実施形態を示す回路図である。 図１の実施形態の動作特性を説明する波形図である。 図１の変形実施形態を示す回路図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。本明細書および特許請求の範囲に使用された用語は、通常的または辞書的な意味に限定されて解釈されるのではなく、本発明の技術的事項に符合する意味および概念で解釈されなければならない。

本明細書に記載された実施形態および図面に示された構成は、本発明の好ましい実施形態であり、本発明の技術的思想をすべて代弁するものではないので、本出願時点においてこれらを代替可能な多様な均等物および変形例があり得る。

本発明に係る発光ダイオード照明装置の実施形態は、交流ダイレクト方式で駆動される。本発明に係る実施形態は、整流電圧の変化をモニタリング電圧で検出して光源の発光を制御し、光源に供給される電流はセンシング電圧による制御パルスで制御する構成を開示する。

図１を参照すると、本発明に係る実施形態は、電源装置と、光源１２と、制御回路１４とを含む。

電源装置は、交流電圧を変換して整流電圧を出力し、交流電圧を供給する交流電源ＶＡＣと、交流電圧を整流して整流電圧を出力する整流回路１０とを含む。ここで、交流電源ＶＡＣは、商用交流電源であり得る。

整流回路１０は、交流電源ＶＡＣの正弦波波形を有する交流電圧を電波整流した波形を有するように整流電圧を出力する。したがって、整流電圧は、商用交流電圧の半周期単位で電圧レベルが昇下降するリップル成分を有する特性がある。

光源１２は、直列接続された複数の発光ダイオードチャネルを含み、本発明に係る実施形態として、発光ダイオードチャネルは３つで構成したことを例示する。

各発光ダイオードチャネルＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３はそれぞれ、１つ以上の直列接続された発光ダイオードを含むことができ、本発明に係る実施形態は、各発光ダイオードチャネルＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３が複数の直列接続された発光ダイオードを含むことを例示する。図面において、複数の直列接続された発光ダイオードは、１番目の段と最後の段のものだけを示し、中間の接続関係は省略して破線で示した。

そして、制御回路１４は、発光ダイオードチャネルＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３ごとの発光電圧に対応するように、整流電圧の可変幅を複数の区間に区分する。制御回路１４は、整流電圧の変化をモニタリングして上記の区間ごとに光源１２の発光を制御し、現在の整流電圧によって発光ダイオードチャネルＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３に流れる電流をセンシングして、発光のための電流を制御する機能を有する。本発明に係る実施形態は、制御回路１４によって定電流を制御することができ、制御回路１４によって形成される電流経路も定電流経路として提供できる。

制御回路１４の制御によって、光源１２の各発光ダイオードチャネルＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３は発光する。

より具体的には、発光ダイオードチャネルＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３は、整流電圧が上昇する場合、整流電圧の印加される方から始まって遠い所に順次に発光し、その結果、発光する発光ダイオードチャネルの数が増加する。

これとは逆に、発光ダイオードチャネルＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３は、整流電圧が下降する場合、整流電圧の印加される方から遠い所から始まって整流電圧の印加される方に順次に消光し、その結果、発光するチャネルの数が減少する。

この時、制御回路１４は、発光ダイオードチャネルＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３のうち、現在の整流電圧状態に対応するチャネルに電流経路を提供して発光を制御する。

光源１２の発光は、上述のように、制御回路１４によって制御可能であり、制御回路１４は、基準電圧生成回路２０と、電流センシング抵抗Ｒｓと、モニタリング回路２４と、パルス生成部２６と、スイッチング回路３１,３２,３３とを含む。

ここで、基準電圧生成回路２０は、定電圧Ｖｒｅｆが印加される、直列接続された多数の抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４を含む。

抵抗Ｒ１は接地に接続され、抵抗Ｒ４には定電圧Ｖｒｅｆが印加される。このうち、抵抗Ｒ４は、出力を調整するための負荷抵抗として作用する。

抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、互いに異なるレベルの基準電圧ＶＲＥＦ１、ＶＲＥＦ２、ＶＲＥＦ３を出力するためのものである。基準電圧ＶＲＥＦ１、ＶＲＥＦ２、ＶＲＥＦ３のうち、基準電圧ＶＲＥＦ１が最も低い電圧レベルを有し、基準電圧ＶＲＥＦ３が最も高い電圧レベルを有する。

すなわち、各抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、図２のように、発光ダイオードチャネルＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３に印加される整流電圧の上昇に対応して次第に高いレベルを有する基準電圧ＶＲＥＦ１、ＶＲＥＦ２、ＶＲＥＦ３を出力するように設定されることが好ましい。

より具体的には、基準電圧ＶＲＥＦ１、ＶＲＥＦ２、ＶＲＥＦ３は、スイッチング回路３１,３２,３３ごとに接続される各発光ダイオードチャネルＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３の発光電圧に対応するように設定できる。

ここで、発光ダイオードチャネルＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３ごとの発光電圧は、チャネルごとの発光に必要な電圧として定義できる。

より具体的に説明すれば、発光ダイオードチャネルＬＥＤ１の発光に必要な電圧が発光ダイオードチャネルＬＥＤ１の発光電圧であり、発光ダイオードチャネルＬＥＤ１の発光電圧は、発光ダイオードチャネルＬＥＤ１に備えられた発光ダイオードが発光可能なレベルを有するものとして定義できる。発光ダイオードチャネルＬＥＤ１、ＬＥＤ２の発光に必要な電圧が発光ダイオードチャネルＬＥＤ２の発光電圧であり、発光ダイオードチャネルＬＥＤ２の発光電圧は、発光ダイオードチャネルＬＥＤ１、ＬＥＤ２に備えられた発光ダイオードが発光可能なレベルを有するものとして定義できる。発光ダイオードチャネルＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３の発光に必要な電圧が発光ダイオードチャネルＬＥＤ３の発光電圧であり、発光ダイオードチャネルＬＥＤ３の発光電圧は、発光ダイオードチャネルＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３に備えられた発光ダイオードが発光可能なレベルを有するものとして定義できる。

ここで、整流電圧は、発光電圧を基準として複数の区間に区分されるとよく、基準電圧は、区間ごとの発光電圧に対応するレベルを有するように設定されるとよく、整流電圧が上昇または下降して上記の特定区間に進入すると、当該区間に対応する発光ダイオードチャネルが発光または消光可能である。

一方、モニタリング回路２４は、整流回路１０から出力される整流電圧を分圧するために、直列に接続された抵抗Ｒｄ１、Ｒｄ２を含み、抵抗Ｒｄ１、Ｒｄ２の間のノードを介してモニタリング電圧ＶＭＯＮが出力される。モニタリング電圧ＶＭＯＮは、整流電圧の変化に応じたレベルを有する。

パルス発生回路は、パルス生成部２６と、電流センシング抵抗Ｒｓとを含む。

電流センシング抵抗Ｒｓは、ターンオンされたスイッチング回路から流入する電流を受け、流れる電流によるセンシング電圧が印加される。

パルス生成部２６は、電流センシング抵抗Ｒｓのセンシング電圧を受信し、電流経路が変更される時点でリセットされ、整流電圧の上昇または下降に対応してパルス幅が次第に増加または減少する制御パルスを各スイッチング回路３１,３２,３３に提供する構成を有する。

より具体的には、パルス生成部２６は、スイッチング回路３１,３２,３３ごとに電流経路が変更される時点で出力される制御パルスをリセットする。電流経路が変更される時点は、センシング電圧の変化を参照して判断することができる。この時、パルス生成部２６は、区間ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３ごとにパルス幅の異なる複数の制御パルスを提供することができ、整流電圧が上昇することに対応して区間ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３ごとに最小パルス幅が等しく設定可能であり、整流電圧が下降することに対応して区間ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３ごとに最大幅が等しく設定可能である。そして、各区間ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３内において、パルス生成部２６は、整流電圧の上昇に対応してパルス幅が次第に大きくなり、整流電圧の下降に対応してパルス幅が次第に減少するように制御パルスを生成する。

パルス生成部２６は、整流電圧の上昇に対応して区間ごとに制御パルスのパルス幅がリセットされた状態で次第に増加するように出力する場合、初期制御パルスを基準として次に順次に出力される制御パルスの幅を、初期制御パルスのパルス幅の２倍、３倍および４倍などのように増加させるか、２倍、４倍および８倍のように増加させることができる。

もちろん、上記のパルス幅の設定は例示的なものであり、発光ダイオードチャネルの数が増加すると、その分パルス幅を変更して実現することができ、これは、製作者の意図によって多様に実施可能である。

これとは逆に、パルス生成部２６は、整流電圧の下降に対応して区間ごとに制御パルスのパルス幅がリセットされた状態で次第に減少するように出力する場合、初期制御パルスを基準として次に順次に出力される制御パルスのパルス幅を、初期制御パルスのパルス幅の１／２倍、１／３倍および１／４倍などのように減少させるか、１／２倍、１／４倍および１／８倍のように減少させることができる。

ここで、パルス生成部２６は、整流電圧の上昇に対応する初期制御パルスと、下降に対応する初期制御パルスのパルス幅とは異なるように提供することが好ましい。

一方、スイッチング回路３１,３２,３３は、光源１２を発光させるための電流経路をスイッチングによって提供する。

各スイッチング回路３１,３２,３３は、比較部５０と、スイッチング部とを含む。スイッチング部は、ＮＭＯＳトランジスタ５２から構成できる。

比較部５０は、モニタリング電圧ＶＭＯＮと基準電圧ＶＲＥＦ１、ＶＲＥＦ２、ＶＲＥＦ３とを比較し、比較した結果に対応するスイッチングパルスを出力する。この時、比較部５０は、パルス生成部２６から提供される制御パルスのパルス幅に対応するパルス幅を有するようにスイッチングパルスを出力する。そして、ＮＭＯＳトランジスタ５２は、比較部５０のスイッチングパルスによって電流経路を提供するためのスイッチング動作を行う。

具体的に図示しないが、比較部５０は、基準電圧とモニタリング電圧とを比較し、比較結果を出力する比較器（図示せず）と、比較器の出力をパルス生成部２６の制御パルスでスイッチングしてスイッチングパルスを出力するスイッチングパルス駆動部（図示せず）とを含む構成を有することができる。スイッチングパルス駆動部は、電流リミッタ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｌｉｍｉｔｅｒ）を用いて構成できる。

基準電圧ＶＲＥＦ１、ＶＲＥＦ２、ＶＲＥＦ３は、整流電圧の印加される位置から遠い発光ダイオードチャネルＬＥＤ１、ＬＥＤ２・・・ＬＥＤｎに接続されたスイッチング回路３１,３２,３３であるほど、高いレベルで提供される。さらに説明すれば、光源１２に備えられる発光ダイオードチャネルの個数がＮ個の時、Ｎ−１番目の発光ダイオードチャネルに対応するスイッチング回路に提供される基準電圧のレベルよりも、Ｎ番目の発光ダイオードチャネルに対応するスイッチング回路に提供される基準電圧のレベルのほうが高い。

上記の構成により、スイッチング回路３１,３２,３３は、基準電圧と、整流電圧によって変化するモニタリング電圧ＶＭＯＮとを比較する。

スイッチング回路３１,３２,３３の比較器５０は、モニタリング電圧ＶＭＯＮが各基準電圧よりも低ければ、制御パルスによって駆動されるスイッチングパルスをＮＭＯＳトランジスタ５２に出力し、ＮＭＯＳトランジスタ５２は、スイッチングパルスに応答して電流経路を提供する。

これとは逆に、モニタリング電圧ＶＭＯＮが各基準電圧以上に上昇すると、比較器５０は、スイッチングパルスを出力せず、それに応答して、ＮＭＯＳトランジスタ５２は、ターンオフされて電流経路を提供しない。

図１のように構成される本発明に係る実施形態の具体的な動作を、図２を参照して説明する。

図２は、３つの発光ダイオードチャネルＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３を駆動する場合を例示した波形図である。

図２において、整流電圧は、発光ダイオードチャネルＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３が発光する時点の電圧値すなわち、発光電圧を基準として区間ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３に区分され、区間ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３ごとに互いに異なるレベルの基準電圧ＶＲＥＦ１、ＶＲＥＦ２、ＶＲＥＦ３が設定されることが分かる。そして、図２において、区間ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３を細分化すると、基準電圧のレベルは実質的に整流電圧の変化に応じるように設計できる。

整流電圧は、交流電圧ＶＡＣを電波整流した波形を有するため、この交流電圧ＶＡＣの半周期単位でレベルの上昇および下降が繰り返されるリップル成分を有する。

各スイッチング回路３１,３２,３３は、基準電圧ＶＲＥＦ１、ＶＲＥＦ２、ＶＲＥＦ３とモニタリング電圧ＶＭＯＮとを比較して電流経路を選択的に提供し、モニタリング電圧ＶＭＯＮが基準電圧ＶＲＥＦ１、ＶＲＥＦ２、ＶＲＥＦ３よりも高くなるとターンオフされる。

初期状態の整流電圧に応じたモニタリング電圧ＶＭＯＮは、基準電圧ＶＲＥＦ１、ＶＲＥＦ２、ＶＲＥＦ３よりも低い状態である。そのため、各スイッチング回路３１,３２,３３は、ターンオン状態を維持する。

整流電圧が上昇して発光ダイオードチャネルＬＥＤ１の発光電圧に到達すると、発光ダイオードチャネルＬＥＤ１は発光する。発光ダイオードチャネルＬＥＤ１が発光すると、スイッチング回路３１による電流経路が提供され、電流センシング抵抗Ｒｓには、スイッチング回路３１から流入した電流が供給され、センシング電圧が形成される。

整流電圧が上昇すると、モニタリング回路２４のモニタリング電圧ＶＭＯＮも上昇し、整流電圧が発光ダイオードチャネルＬＥＤ２を発光可能な発光電圧に到達すると、モニタリング電圧ＶＭＯＮも基準電圧ＶＲＥＦ１以上に上昇する。

すなわち、スイッチング回路３１の比較部５０は、ＮＭＯＳトランジスタ５２のターンオン状態を、発光ダイオードチャネルＬＥＤ２が発光する前まで維持し、整流電圧の上昇に応じて基準電圧ＶＲＥＦ１よりモニタリング電圧ＶＭＯＮが高くなると、ＮＭＯＳトランジスタ５２をターンオフする。ＮＭＯＳトランジスタ５２のターンオンおよびターンオフは、スイッチング回路３１のターンオンおよびターンオフを意味する。これは、後述するスイッチング回路３２,３３にも同様に適用可能である。

スイッチング回路３１がターンオンされた状態で、パルス生成部２６は、電流センシング抵抗Ｒｓの電流の流れによって形成されるセンシング電圧を受信し、制御パルスを生成してスイッチング回路３１の比較部５０のパルス入力端ＰＷＭに提供する。

スイッチング回路３１の比較部５０は、パルス入力端ＰＷＭの制御パルスに対応するパルス幅を有するスイッチングパルスをＮＭＯＳトランジスタ５２に提供する。すると、図２のＣＨ１区間のスイッチングパルスによってＮＭＯＳトランジスタ５２が駆動され、電流経路上の電流の流れを制御する。

すなわち、発光ダイオードチャネルＬＥＤ１は、整流電圧が自身の発光電圧以上に上昇すると発光し、この時、整流電圧の上昇に対応するパルス幅を有するスイッチングパルスによって電流経路上の電流の流れが制御される。

上記の電流の流れを制御する制御パルスのパルス幅は、上述のように、整流電圧の上昇に対応してＣＨ１区間内で次第に増加することが好ましい。

上記のパルス幅の増加は、電流を線形的に増加させることで電流効率を改善するためのものである。

一方、発光ダイオードチャネルＬＥＤ１が発光した後、整流電圧が上昇し続けて発光ダイオードチャネルＬＥＤ２の発光電圧に到達すると、発光ダイオードチャネルＬＥＤ１、ＬＥＤ２が発光する。発光ダイオードチャネルＬＥＤ２が発光すると、スイッチング回路３２による電流経路が提供され、電流センシング抵抗Ｒｓには、スイッチング回路３２から流入した電流が供給される。この時、スイッチング回路３１は、モニタリング電圧ＶＭＯＮが基準電圧ＶＲＥＦ１より高くなった状態であるのでターンオフされる。

整流電圧の上昇に応じてモニタリング回路２４のモニタリング電圧ＶＭＯＮも上昇し、整流電圧が発光ダイオードチャネルＬＥＤ３を発光可能な発光電圧に到達すると、モニタリング電圧ＶＭＯＮも基準電圧ＶＲＥＦ２以上に上昇する。

すなわち、スイッチング回路３２において、比較部５０は、ＮＭＯＳトランジスタ５２のターンオン状態を、発光ダイオードチャネルＬＥＤ３が発光する前まで維持し、基準電圧ＶＲＥＦ２よりモニタリング電圧ＶＭＯＮが高くなると、ＮＭＯＳトランジスタ５２をターンオフする。

スイッチング回路３２がターンオンされた状態で、パルス生成部２６は、整流電圧の上昇に対応して、上述のように区間内でパルス幅が次第に増加する制御パルスを生成し、スイッチング回路３２の比較部５０のパルス入力端ＰＷＭに提供する。

スイッチング回路３２の比較部５０は、パルス入力端ＰＷＭの制御パルスに対応するパルス幅を有するスイッチングパルスをＮＭＯＳトランジスタ５２に提供する。すると、図２のＣＨ２区間のスイッチングパルスによってＮＭＯＳトランジスタ５２が駆動され、電流経路上の電流の流れを制御する。

すなわち、発光ダイオードチャネルＬＥＤ２は、整流電圧が自身の発光電圧以上に上昇すると発光し、この時、整流電圧の上昇に対応するパルス幅を有するスイッチングパルスによって電流経路上の電流の流れが制御される。

発光ダイオードチャネルＬＥＤ１、ＬＥＤ２が発光した後、整流電圧が上昇し続けて発光ダイオードチャネルＬＥＤ３の発光電圧に到達すると、発光ダイオードチャネルＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３が発光する。発光ダイオードチャネルＬＥＤ３が発光すると、スイッチング回路３３による電流経路が提供され、電流センシング抵抗Ｒｓには、スイッチング回路３３から流入した電流が供給される。スイッチング回路３２は、モニタリング電圧ＶＭＯＮが基準電圧ＶＲＥＦ２より高くなった状態であるのでターンオフされる。

電流センシング抵抗Ｒｓは、スイッチング回路３３による電流経路を介して電流が流れ、パルス生成部２６は、電流センシング抵抗Ｒｓのセンシング電圧の印加によって駆動されて制御パルスを生成し、スイッチング回路３３の比較部５０のパルス入力端ＰＷＭに提供する。

スイッチング回路３３の比較部５０は、ターンオンされた状態で、パルス入力端ＰＷＭの制御パルスに対応するパルス幅を有するスイッチングパルスをＮＭＯＳトランジスタ５２に提供する。すると、図２のＣＨ３区間のスイッチングパルスによってＮＭＯＳトランジスタ５２が駆動され、電流経路上の電流の流れを制御する。

すなわち、発光ダイオードチャネルＬＥＤ３は、整流電圧が自身の発光電圧以上に上昇すると発光し、この時、電流経路上の電流に対応するセンシング電圧のレベルに応じたパルス幅を有するスイッチングパルスによって電流の流れが制御される。

本発明に係る図１の実施形態は、整流電圧の上昇に対応してスイッチング回路３１からスイッチング回路３３の順に電流経路が変更される。すなわち、電流経路が、整流電圧の印加される位置から遠い方にシフトされる。

そして、整流電圧が上昇するに伴ってセンシング電圧のレベルが上昇し、パルス生成部２６は、整流電圧の上昇に対応して、区間ごとに、上述のようにパルス幅（デューティー：Ｄｕｔｙ）が次第に大きくなる制御パルスを提供し、制御パルスの幅が大きいほど、ＮＭＯＳトランジスタ５２に印加されるスイッチングパルスのパルス幅も次第に大きくなる。

一方、発光ダイオードチャネルＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３がすべて発光した後、整流電圧は下降する。

整流電圧の下降が始まると、発光ダイオードチャネルは、ＬＥＤ３、ＬＥＤ２、ＬＥＤ１の順に消光する。そして、その消光に対応して、スイッチング回路３１,３２,３３による電流経路も、整流電圧の印加される位置から遠い方から近い方に順次にシフトされる。また、整流電圧の下降に応じて、パルス生成部２６は、整流電圧の上昇の場合とは逆に、区間ごとに広いパルス幅を有する制御パルスを初期パルスとして次第にパルス幅が減少する制御パルスを提供し、それにより、スイッチングパルスのパルス幅も可変する。

上述のように、図１の実施形態は、整流電圧が上昇または下降すると、発光ダイオードチャネルＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３が順次に発光または消光する。

そして、整流電圧の上昇または下降に応じて電流を制御するスイッチングパルスの幅が可変することにより、発光ダイオードチャネルを発光するための電流の変化も整流電圧の変化に応じた効果を得る。すなわち、多数の発光ダイオードを発光するためには多量の電流が供給され、少数の発光ダイオードを発光するためには少量の電流が供給される。

上述のように、本発明に係る実施形態は、インダクタやキャパシタ要素を用いない上に、チャネルごとに整流電圧に沿ったモニタリング電圧を適用することにより、最適な力率が保障され、十分な電流レギュレーション特性を確保することができる。

また、本発明に係る実施形態は、１つの電流センシング抵抗を用いて発光ダイオードチャネルごとに電流経路を提供することにより、発光ダイオード駆動回路をなす部品が簡素化され、それにより、簡単な構造で回路が実現できる。

一方、本発明に係る実施形態は、図３のように、スイッチング回路３１,３２,３３ごとに独立してパルス発生回路を構成するものとして実施されてもよく、各パルス発生回路は、電流センシング抵抗Ｒｓ１、Ｒｓ２、Ｒｓ３と、パルス生成部２６１,２６２,２６３とを含む。

図３の実施形態は、図１の実施形態と比較して、各スイッチング回路３１,３２,３３にパルス生成部２６１,２６２,２６３および電流センシング抵抗Ｒｓ１、Ｒｓ２、Ｒｓ３をそれぞれ含む独立したパルス発生回路を採用した構成が異なり、残りの構成要素は図１と同一であるので、これに関する重複した構成の説明および動作の説明は省略する。

図３の構成において、各電流センシング抵抗Ｒｓ１、Ｒｓ２、Ｒｓ３は、スイッチング回路３１,３２,３３ごとのターンオン条件を満足するように均一な抵抗値を有することが好ましい。

図３の実施形態は、図１の実施形態のように、整流電圧の上昇および下降に応じて発光ダイオードチャネルＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３が１つずつ増加して発光するか、１つずつ減少して消光する。

初期状態のスイッチング回路３１,３２,３３は、モニタリング電圧ＶＭＯＮと基準電圧ＶＲＥＦ１、ＶＲＥＦ２、ＶＲＥＦ３との差に応じてターンオン状態を維持する。

整流電圧の上昇に応じて発光ダイオードチャネルＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３が順次に発光すると、それにより、電流経路もスイッチング回路３１、３２、３３によってシフトされながら順次に提供される。

発光ダイオードチャネルＬＥＤ１が発光すると、電流経路がスイッチング回路３１によって提供され、電流が電流センシング抵抗Ｒｓ１に供給される。発光ダイオードチャネルＬＥＤ１、ＬＥＤ２が発光すると、電流経路がスイッチング回路３２によって提供され、電流が電流センシング抵抗Ｒｓ２に供給される。そして、発光ダイオードチャネルＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３が発光すると、電流経路がスイッチング回路３３によって提供され、電流が電流センシング抵抗Ｒｓ３に供給される。

各パルス生成部２６１,２６２,２６３は、自身の電流センシング抵抗Ｒｓ１、Ｒｓ２、Ｒｓ３に形成されたセンシング電圧によって動作しながら、電流経路が提供される時点でパルスの発生がリセットされ、電流経路が変更される区間内で次第にパルス幅が増加または減少する制御パルスを出力する。

結局、整流電圧の増加に応じて電流経路がスイッチング回路３１,３２,３３によって順次に提供され、各スイッチング回路３１,３２,３３は、自身に該当するパルス生成部２６１,２６２,２６３の、図２の制御パルスのパルス幅に対応するパルス幅を有するスイッチングパルスで電流の流れをスイッチングする。

これとは逆に、整流電圧が下降すると、整流電圧の印加される位置から遠い方から近い方に電流経路がシフトされ、結局、光源１２の発光を制御するスイッチングパルスは、整流電圧の下降に応じて電流経路が変更される各区間内で次第にパルス幅が減少するパルスを含む。

図１および図３の実施形態は、スイッチング回路３１,３２,３３の比較部５０から出力されるスイッチングパルスのパルス幅が、整流電圧の変化に応じて区間内で段階的に可変することにより、チャネルごとの電流経路の電流を独立して制御し、電流値が、図２のように入力される整流電圧に沿う特性を有する。

１０：整流回路
１２：光源
１４：制御回路
２０：基準電圧発生回路
２４：モニタリング回路
２６,２６１,２６２,２６３：パルス生成部
３１,３２,３３：スイッチング回路
５０：比較器
５２：ＮＭＯＳトランジスタ

Claims (13)

1. １つ以上の発光ダイオードを含む複数の発光ダイオードチャネルから構成され、交流が変換された整流電圧の印加によって発光する光源と、
   前記複数の発光ダイオードチャネルごとに接続される複数のスイッチング回路を介して前記整流電圧のレベル変化に応じた電流経路を選択的に提供し、前記光源に供給される電流が前記整流電圧の波形に沿うように前記スイッチング回路に提供される制御パルスのパルス幅を制御する制御回路と、を含むことを特徴とする、発光ダイオード照明装置。
2. 前記制御回路は、前記電流経路の電流を独立して制御することを特徴とする、請求項１に記載の発光ダイオード照明装置。
3. 前記制御回路は、
   前記整流電圧の変化に対応するモニタリング電圧を提供するモニタリング回路と、
   前記複数のスイッチング回路ごとに互いに異なるレベルの基準電圧を提供する基準電圧生成回路と、
   前記モニタリング電圧と、提供された前記基準電圧との比較結果に基づいて前記電流経路を提供し、前記制御パルスを用いて前記電流を制御する前記複数のスイッチング回路と、
   前記電流経路が提供される時点でリセットされ、前記整流電圧の上昇に対応して前記パルス幅が次第に増加し、前記整流電圧の下降に対応して前記パルス幅が次第に減少する前記制御パルスを前記複数のスイッチング回路に提供するパルス発生回路と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の発光ダイオード照明装置。
4. 前記パルス発生回路は、
   前記複数のスイッチング回路に共通に接続され、前記電流に対応するセンシング電圧を提供する電流センシング抵抗を含み、前記センシング電圧を受けて前記制御パルスを生成するパルス生成部を含むことを特徴とする、請求項３に記載の発光ダイオード照明装置。
5. 前記制御回路は、
   前記整流電圧に対応するモニタリング電圧を提供するモニタリング回路と、
   前記複数のスイッチング回路ごとに互いに異なるレベルの基準電圧を提供する基準電圧生成回路と、
   前記モニタリング電圧と、提供された前記基準電圧との比較結果に基づいて前記電流経路を提供し、制御パルスを用いて前記電流を制御する前記複数のスイッチング回路と、
   前記電流経路が提供される時点でリセットされ、前記整流電圧の上昇に対応して前記パルス幅が次第に増加し、前記整流電圧の下降に対応して前記パルス幅が次第に減少する前記制御パルスを生成し、それぞれの前記スイッチング回路に提供する複数のパルス発生回路と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の発光ダイオード照明装置。
6. 前記各パルス発生回路は、
   前記複数のスイッチング回路ごとに接続され、前記電流に対応するセンシング電圧を提供する複数の電流センシング抵抗を含み、前記センシング電圧を受けて前記制御パルスを生成するパルス生成部を含むことを特徴とする、請求項５に記載の発光ダイオード照明装置。
7. 前記パルス発生回路の前記複数の電流センシング抵抗は、同じ抵抗値を有することを特徴とする、請求項６に記載の発光ダイオード照明装置。
8. 前記基準電圧生成回路は、
   前記複数の発光ダイオードチャネルのうち、相対的に発光電圧の高い発光ダイオードチャネルに接続されたスイッチング回路に対して高い基準電圧を提供し、前記発光電圧が相対的に低い前記発光ダイオードチャネルに接続されたスイッチング回路に対して低い基準電圧を提供することを特徴とする、請求項３または５に記載の発光ダイオード照明装置。
9. 前記スイッチング回路は、
   前記モニタリング電圧と前記基準電圧とを比較した結果に基づいて出力レベルを決定し、前記制御パルスのパルス幅に対応するパルス幅を有するスイッチングパルスを出力する比較部と、
   前記スイッチングパルスに応答して前記電流経路を選択的に提供しながら、前記パルス幅に応じて前記電流を制御するスイッチング素子と、を含むことを特徴とする、請求項３または５に記載の発光ダイオード照明装置。
10. 前記パルス発生回路は、前記電流経路が変更される時点を、前記スイッチングパルスによって判断するように構成されることを特徴とする、請求項９に記載の発光ダイオード照明装置。
11. 電圧のレベルが昇下降する整流電圧を用いる発光ダイオード照明装置の制御方法において、
    複数の発光ダイオードチャネルを提供するステップと、
    前記複数の発光ダイオードチャネルごとに電流経路を提供するための基準電圧を提供するステップと、
    前記整流電圧の変化をモニタリングし、モニタリング電圧を提供するステップと、
    前記モニタリング電圧と前記基準電圧とを比較した結果に基づいて、前記発光ダイオードチャネルの中から選択された発光ダイオードチャネルに電流経路を提供し、パルス幅の変動する制御パルスを用いて、前記光源に供給される電流が前記整流電圧の波形に沿うように制御するステップとを含むことを特徴とする、発光ダイオード照明装置の制御方法。
12. 前記電流経路の電流は、独立して制御することを特徴とする、請求項１１に記載の発光ダイオード照明装置の制御方法。
13. 前記制御パルスは、前記電流経路が提供される時点でリセットし、前記整流電圧の上昇に対応して前記パルス幅が次第に増加し、前記整流電圧の下降に対応して前記パルス幅が次第に減少するように生成して提供することを特徴とする、請求項１１に記載の発光ダイオード照明装置の制御方法。
    

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