JP2015513177A - 効率改善機能を有したｌｅｄ駆動回路 - Google Patents

Abstract

本発明は、負荷側に定電流回路を使用するＬＥＤ照明用駆動回路において効率を改善することに関するものであり、本発明による交流電源と連結される効率改善機能を有したＬＥＤ駆動回路は、前記交流電源を整流する整流回路と、該整流回路の出力に連結される制御回路と、該制御回路の出力に直列で連結されるＬＥＤ負荷と定電流回路と、前記直列で連結されたＬＥＤ負荷と定電流回路に対して並列で連結されて前記整流回路の出力を平滑化するコンデンサーと、前記ＬＥＤ負荷がオンされた時に前記ＬＥＤ負荷にかかる電圧と前記ＬＥＤ負荷がオンされ始める時点に前記定電流回路にかかる電圧の和以上のあらかじめ設定された特定電圧値を前記整流された電圧が超過するかどうかを検出する検出回路を含んで、前記制御回路は、前記検出回路の検出結果、前記整流された電圧が前記特定電圧値を超過しなかったら前記整流回路の出力をそのまま通過させるように制御して、前記整流された電圧が前記特定電圧値を超過したら前記整流回路の出力を遮断する第１動作と前記整流回路の出力をそのまま通過させる第２動作が繰り返されるように制御することを特徴とする。

Description

本発明は、負荷側に定電流回路を使用するＬＥＤ照明用駆動回路において、効率を改善するものに関する。

各家庭や事務室または工場で既存に使っていた白熱灯は、消費電力が大きくて自体発熱もひどくて寿命が短いという短所があって、このような白熱灯の短所を補う蛍光ランプの場合には白熱電球に比べては消費電力が低いが相変らず寿命が短くて、最近には白熱電球に比べて消費電力が低く寿命が大幅に増加したＬＥＤを使用するＬＥＤ照明装置が広く普及されている。

また、ＬＥＤ負荷に一定な電流が流れるとＬＥＤ負荷での明るさが一定になるので、ＬＥＤ駆動回路ではＬＥＤ負荷に一定な電流が流れるようにすることが重要である。

ところが、従来技術では図１のようにＳＭＰＳ方式が主に利用されるが、ＳＭＰＳ方式は交流電源１０をブリッジ回路などの整流回路１１によって整流した後にＳＭＰＳ１２を経って再びコンデンサー（Ｃ）によって平滑でＬＥＤ負荷１４に供給して、この時抵抗（Ｒｓ）にかかる電圧によって負荷電流を感知して、この抵抗（Ｒｓ）にかかる電圧がＰＷＭ駆動部１３に印加されて、スイッチ（ＳＷ）がオン／オフされるデューティー比を調節して所望の明るさに対応する一定な負荷電流が流れるようにする方式である。

しかし、このようなＳＭＰＳ方式のＬＥＤ駆動回路では複雑な構成のＳＭＰＳ１２とＰＷＭ駆動部１３が必要であるために、ＬＥＤランプのように小型のＬＥＤ照明器具ではこのような回路用部品らをＬＥＤランプの狭い空間に設置しにくくて、特に、パルス方式でこれら回路らが動作するので多くの高調波が発生して、このような高調波による電磁波放出を抑制する装置が追加で必要になる。勿論、図１のＳＭＰＳ方式のＬＥＤ駆動回路はインダクター（Ｌ）によって昇圧が可能であるので、より多いＬＥＤを駆動することができるという長所があって、入力電流が鋸歯方式で入力電圧を追従するようになって、入力電流が流れる期間が増加して力率が改善される長所がある。

一方、前記のＳＭＰＳ方式のＬＥＤ駆動装置の問題点を勘案して他の従来技術では、図２でのように、アナログ回路方式の定電流回路２３を設置してＬＥＤ負荷２２に一定電流が流れるようにする定電流回路方式のＬＥＤ駆動回路が使用されるが、この方式の定電流回路２３は図３のような簡単なアナログ回路（図３ではトランジスターを使用したが、ＯＰアンプを使用することも存在する）を使用するので回路構成が簡単で、アナログ回路方式の定電流回路２３を使用するので、高調波による電磁波発生のおそれもないという長所がある。

しかし、図２の定電流回路方式のＬＥＤ駆動回路は、フリッカー（Flicker）が発生するので汎用（general purpose）照明装置としては不向きである。

このような図２のＬＥＤ駆動回路のフリッカー発生の問題点を解決するために、また他の従来技術の定電流回路方式のＬＥＤ駆動回路では、図４のように、コンデンサー（Ｃ）を追加してフリッカーをとり除く。

ところが、例えば、図２のような定電流回路方式のＬＥＤ駆動回路では、入力交流電圧２０（Ｖｉｎ）が２２０Ｖｒｍｓ（ピーク値はおおよそ３１０Ｖ）であり、ＬＥＤ負荷２２がオンされる時にＬＥＤ負荷２２にかかる負荷電圧（出力電圧）（ＶＬ）が２３５Ｖとすれば、入力電圧（Ｖｉｎ）及び入力電流（Ｉｉｎ）の波形は、図５でのような波形を有する。ここで、出力電流（ＩＬ）は回路が単一ルーフであるので、入力電流（Ｉｉｎ）と同じである。

それで、ＬＥＤ負荷２２がオンされ始める時の定電流源２３にかかる電圧を５Ｖであるとすれば、入力電圧（Ｖｉｎ）が２３５＋５＝２４０ボルト以上になる区間でＬＥＤ負荷２２がオンされて、この時には定電流源２３に設定された一定電流である負荷電流（ＩＬ）がＬＥＤ負荷２２に流れるようになる。

ところが、一般に、効率は入力端での入力電力（Ｐｉｎ）＝［入力電流（Ｉｉｎ）×入力電圧（Ｖｉｎ）］に対する出力端での出力電力（ＰＬ）＝［出力電流（ＩＬ）×出力電圧（ＶＬ）］で定義されるが、図２の駆動回路の場合には単一ルーフであるので、ＬＥＤ負荷２２に流れる出力電流（ＩＬ）と入力電流（Ｉｉｎ）も一定電流であり、入力電流（Ｉｉｎ）＝出力電流（ＩＬ）になる。

この時、ＬＥＤ負荷２２にかかる出力電圧（ＶＬ）は２３５Ｖで一定であるが、入力電圧（Ｖｉｎ）の波形は図５のような曲線を描くので、図５を斟酌して近似的に効率を計算すれば、効率は下の数学式のようにおおよそ８６％水準になる。すなわち、供給電力の８６％だけＬＥＤ負荷２２で光を放出することに使用されるようになって、１４％程度の電力損失が発生する。

効率＝［（ＩＬ）×（２３５＋２３５＋２３５＋２３５）］／［（Ｉｉｎ）×（２４０＋２６０＋２８０＋３１０）］＝９４０／１０９０＝８６．２％
一般な照明装置分野では、このような８６％程度の効率は高い水準であるが、節電型を追い求めるＬＥＤ照明装置ではさらに高い効率を有するＬＥＤ駆動装置が必要である。

ところが、８６％水準の比較的高い水準の効率をより向上させて、９０％以上になるようにすることは一般的によほど難しい技術である。

本発明は、前記の問題点らを解決するために創案されたものであり、従来の定電流回路方式のＬＥＤ駆動回路で効率を向上させた新しい定電流回路方式のＬＥＤ駆動回路を提供することをその目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明による交流電源と連結される効率改善機能を有したＬＥＤ駆動回路は、前記交流電源を整流する整流回路と、該整流回路の出力に連結される制御回路と、該制御回路の出力に直列で連結されるＬＥＤ負荷と定電流回路と、前記直列で連結されたＬＥＤ負荷と定電流回路に対して並列で連結されて前記整流回路の出力を平滑化するコンデンサーと、前記ＬＥＤ負荷がオンされた時に前記ＬＥＤ負荷にかかる電圧と前記ＬＥＤ負荷がオンされ始める時点に前記定電流回路にかかる電圧の和以上のあらかじめ設定された特定電圧値を前記整流された電圧が超過するかどうかを検出する検出回路を含んで、前記制御回路は、前記検出回路の検出結果、前記整流された電圧が前記特定電圧値を超過しなかったら前記整流回路の出力をそのまま通過させるように制御して、前記整流された電圧が前記特定電圧値を超過したら、前記整流回路の出力を遮断する第１動作と前記整流回路の出力をそのまま通過させる第２動作が繰り返されるように制御することを特徴とする。

また、前記の目的を達成するために、本発明による交流電源と連結される効率改善機能を有したＬＥＤ駆動回路は、前記交流電源を整流する整流回路と、該整流回路の出力に連結される制御回路と、該制御回路の出力に直列で連結されるＬＥＤ負荷と定電流回路と、前記整流回路の出力に連結されて、設定された電流以下の電流だけ流れるように制御する電流リミッティング回路と、前記直列で連結されたＬＥＤ負荷と定電流回路に対して並列で連結されて、前記整流回路の出力を平滑化するコンデンサーと、前記ＬＥＤ負荷がオンされた時に前記ＬＥＤ負荷にかかる電圧と前記ＬＥＤ負荷がオンされ始める時点に前記定電流回路にかかる電圧の和以上のあらかじめ設定された特定電圧値を前記整流された電圧が超過するかどうかを検出する検出回路を含んで、前記制御回路は、前記検出回路の検出結果、前記整流された電圧が前記特定電圧値を超過しなかったら、前記電流リミッティング回路によってあらかじめ設定された電流以下の電流だけ通過させるように制御して、前記整流された電圧が前記特定電圧値を超過したら、前記電流リミッティング回路の出力を遮断する第１動作と前記電流リミッティング回路によってあらかじめ設定された電流以下の電流だけ通過させる第２動作が繰り返されるように制御することを特徴とする。

また、前記の目的を達成するために、本発明による交流電源と連結される効率改善機能を有したＬＥＤ駆動回路は、前記交流電源を整流する整流回路と、該整流回路の出力に連結される制御回路と、該制御回路の出力に直列で連結されるＬＥＤ負荷と定電流回路と、前記直列で連結されたＬＥＤ負荷と定電流回路に対して並列で連結されて前記整流回路の出力を平滑化するコンデンサーと、前記ＬＥＤ負荷がオンされた時に前記ＬＥＤ負荷にかかる電圧と前記ＬＥＤ負荷がオンされ始める時点に前記定電流回路にかかる電圧の和以上のあらかじめ設定された特定電圧値を前記整流された電圧が超過するかどうかを検出して、該当電圧超過程度による制御信号を前記制御回路に伝達する検出回路を含んで、前記制御回路は複数個の電流制限部を含むように構成されて、前記検出回路の検出結果前記整流された電圧が前記特定電圧値を超過しなかったら前記複数個の電流制限部すべてが前記整流回路の出力をそのまま通過させるように制御して、前記整流された電圧が前記特定電圧値を超過したら該当超過した程度に対応する制御信号による個数の電流制限部がスイチング動作によって前記整流回路の出力を遮断するように制御することを特徴とする。

本発明は、従来の定電流回路方式のＬＥＤ駆動回路で効率をより改善させた定電流回路方式のＬＥＤ駆動回路を提供する。

従来技術でＳＭＰＳを使用したＬＥＤ駆動回路である。 従来技術で定電流回路を使用したＬＥＤ駆動回路である。 従来技術で使用される定電流回路の一実施例を示す。 図２の従来技術で発生するフリッカーを改善するためにコンデンサーを使用した他の従来技術のＬＥＤ駆動回路である。 従来技術である図２での入力電圧と入力電流波形を示す。 本発明で使用される入力電圧と入力電流波形を示す。 本発明の原理による効率を単純計算するための階段式Ｍ字形入力電流波形を示す。 本発明の原理による効率向上を達成するための入力電流のデューティー比波形を示す。 従来技術である図４に本発明の原理を適用した本発明の第１実施例である。 従来技術である図４に本発明の原理を適用した本発明の第２実施例である。 図９のＬＥＤ駆動回路を改良した本発明の第３実施例である。 図９のＬＥＤ駆動回路で示される実際入力電流波形を示す。 図９のＬＥＤ駆動回路と図１１のＬＥＤ駆動回路での入力電流波形を比べた図面である。 本発明の第４実施例による概略構成図である。 図１４を具体的に示した図面である。 図１４を具体的に示した図面である。

以下では、添付図面を参照して本発明の望ましい実施例らに対して詳しく説明する。

先ず、本発明で効率を改善する原理に対して説明することにする。

従来技術である図２の駆動回路では図５のような入力電圧と入力電流波形を有するが、図６のような入力電流波形（連続式Ｍ字形パターン）を有するようにする場合の効率が概略的にどのような値を有するかを詳しく見ることにする。この時、前記で説明したところのように入力電流（Ｉｉｎ）＝出力電流（ＩＬ）である。

図６に示された入力電流（Ｉｉｎ）及び出力電流（ＩＬ）による効率向上効果を簡単に計算するために図６の入力電流（Ｉｉｎ）及び出力電流（ＩＬ）のＭ字形パターンを簡略化すれば、図７のような階段式Ｍ字形パターンになる。

これから、図２の駆動回路で効率を計算した方式を適用して図７の入力電流（Ｉｉｎ）及び出力電流（ＩＬ）波形による効率を計算して見れば下のようである。

効率＝（１０×２３５＋７×２３５＋４×２３５＋１×２３５）／（１０×２４０＋７×２６０＋４×２８０＋１×３１０）＝５１７０／５６５０＝９１．５％
結局、図２の駆動回路で一定な入力電流及び出力電流（１０ｍＡ）がなるようにする場合に比べて、図６及び図７のようにＭ字形出力電流パターン（ＬＥＤ負荷がオンされて入力電圧が上昇することによって、入力電流がますます小くなってから再び入力電圧がピークを通ることによって、再び入力電流が増加するようにするパターン）を有するようにしたら、おおよそ５％程度の効率向上を得ることができるということが分かる。

すなわち、ＬＥＤ負荷がオンされる入力電圧下で、入力電圧の増減と反対方向に出力電流（入力電流）が増減されるようにしたら、効率が改善されるということが分かる。

ところが、図７のような階段式Ｍ字形パターンの入力電流及び出力電流パターンは、各電流区間（１０ｍＡ区間、７ｍＡ区間、４ｍＡ区間、１ｍＡ区間）での一定電流（１０ｍＡ、７ｍＡ、４ｍＡ、１ｍＡ）の代りに、各区間が多くのパルスらで構成される場合には、図８のように各区間でのパルスのデューティー比（オン時間／オフ時間で定義される）を１００％、７０％、４０％、１０％にするものと同一な結果を得るようになる。

すなわち、ＬＥＤ負荷がオンされる入力電圧下で入力電流及び出力電流のデューティー比がＭ字形パターンを有するようにする場合にも前記のような効率向上の効果を達成するようになる。

結局、従来技術である図２の定電流方式のＬＥＤ駆動回路は、ＬＥＤ負荷がオンされる入力電圧区間で入力電圧の変化と反比例される入力電流が流れるように制御されると、効率が相当に向上するということが分かる。

そして、図６に示されたＭ字形パターンで、一定入力電流区間（区間Ｂ）をふやすほど効率向上度が低下されるが、図２の定電流方式のＬＥＤ駆動回路より向上された効率を得ることができる。

また、図６のＭ字形パターンで、区間Ｃで入力電圧が上昇することによる入力電流の減少傾きを大きくするほど効率向上度は大きくなるようになる。

一方、以上では図２のＬＥＤ駆動回路に対して効率改善の効果を達成するための入力電流のＭ字形パターンに対して説明した。

しかし、図４のようにコンデンサー（Ｃ）を追加する場合には、コンデンサーの充放電のため、入力電流は出力電流と同じではない。

ところが、コンデンサー（Ｃ）が存在すると言っても、定電流回路３３のためにＬＥＤ負荷３２に流れる電流が一定で、ＬＥＤ負荷３２にかかる電圧も一定である。

結局、出力電力は入力電流が図５のように一定な場合と図６のようにＭ字の模様をする場合にかかわらずほとんど一定であるということが分かる。

したがって、図４のＬＥＤ駆動回路も図２のＬＥＤ駆動回路と等しく、入力電力の変化として効率を計算することができるので、以下の説明にはコンデンサーによる出力電流変動はないものとして仮定して説明するようにする。

これから、図４の定電流方式のＬＥＤ駆動回路で前記の図８に示されたＭ字形デューティー比を有する出力電流パターンを達成するように制御する本発明の第１実施例を図９を参照にして説明することにする。

図９に示されたところのように本発明の第１実施例によるＬＥＤ駆動回路で入力交流電源が２２０ボルト電源であり、前で説明したところのようにＬＥＤ負荷４２がオンされた時ＬＥＤ負荷４２にかかる電圧、すなわち、ＬＥＤ負荷４２の端子電圧が２３５Ｖであり、ＬＥＤ負荷４２がオンされ始める時点に定電流源４３にかかる電圧を５Ｖであると仮定すれば、２４０Ｖ以上の入力電圧（Ｖｉｎ）でＬＥＤ負荷４２がオンされる。

電圧検出回路４４にはＬＥＤ負荷４２がオンされ始める時の定電流源４３にかかる電圧（５Ｖ）より大きい降伏電圧（Ｖｚ）を有するジェンナーダイオード（Ｄｚ）が設置されるが、例えば、降伏電圧（Ｖｚ）＝１５Ｖであると仮定する。

入力電圧（Ｖｉｎ）が２３５Ｖ＋５Ｖ＝２４０Ｖになる前（図６の区間Ａ）には、ＬＥＤ負荷４２がオフ状態であるので、検出回路４４のジェンナーダイオード（Ｄｚ）と抵抗（Ｒ４）には降伏電圧（Ｖｚ）より小さな電圧がかかるので、ジェンナーダイオード（Ｄｚ）が遮られてトランジスター（ＴＲ３）のベースには０ボルトが印加されるので、トランジスター（ＴＲ３）はオフ状態になる。

そうすると、トランジスター（ＴＲ２）のベースには、整流回路４１の出力が抵抗（Ｒ２）と抵抗（Ｒ３）に分圧された電圧がかかるので、トランジスター（ＴＲ２）はオン状態になって、ＰＮＰトランジスター（ＴＲ１）のベースに電流が流れるようになって、トランジスター（ＴＲ１）がオン状態になってトランジスター（ＴＲ１）が導通状態になる。

しかし、現在は入力電圧（Ｖｉｎ）が２４０Ｖより小さいので、まだはＬＥＤ負荷４２がオンされなくて、図６の区間Ａのように電流が流れない。

これから、入力電圧（Ｖｉｎ）が２４０Ｖから２５０Ｖの間（図６の区間Ｂ）では、相変らずジェンナーダイオード（Ｄｚ）と抵抗（Ｒ４）には降伏電圧（Ｖｚ）（１５Ｖ）より小さな電圧がかかるので、トランジスター（ＴＲ１）が導通状態になって、入力電圧（Ｖｉｎ）がＬＥＤ負荷４２のオン電圧（２３５Ｖ）とＬＥＤ負荷４２のターンオン開始時の定電流回路４３にかかる電圧（５Ｖ）の和である２４０Ｖを超過するので、ＬＥＤ負荷４２はオンされて図６の区間Ｂでのように一定な電流が流れるようになって、コンデンサー（Ｃ）に電荷が蓄積される。

次に、入力電圧（Ｖｉｎ）が２５０Ｖを超過（図６の区間Ｃ）し始めれば、定電流回路４３には１５Ｖ以上の電圧がかかり始めてジェンナーダイオード（Ｄｚ）の降伏電圧（Ｖｚ）である１５Ｖを超過するようになるので、ジェンナーダイオード（Ｄｚ）には降伏電圧（Ｖｚ）（１５Ｖ）程度電圧がかかって、残りの電圧は抵抗（Ｒ４）にかかってトランジスター（ＴＲ３）はオン状態になる。

それでは、トランジスター（ＴＲ２）のベースには低い電圧がかかって、これによってトランジスター（ＴＲ２）はオフ状態になってトランジスター（ＴＲ１）のベースに電流が流れなくなって、トランジスター（ＴＲ１）がオフ状態になる。

それでは、コンデンサー（Ｃ）に充電された電荷が放電されてＬＥＤ負荷２３側に供給され始める。

これから、コンデンサー（Ｃ）に充電された電荷が減って定電流回路４３にかかる電圧が低くなれば、再びトランジスター（ＴＲ１）がオンされてコンデンサー（Ｃ）に電荷が充電されながら再び定電流回路４３に降伏電圧（Ｖｚ）である１５Ｖ以上の電圧が印加される。

それでは、再びトランジスター（ＴＲ１）が遮られて、コンデンサー（Ｃ）に充電された電荷が放電されてＬＥＤ負荷４２側に供給される過程が再び開始されるようになる。

結局、図９のＬＥＤ駆動回路では、入力電圧（Ｖｉｎ）が２５０Ｖを超過すれば、トランジスター（ＴＲ１）がオンオフを繰り返す現象が示されるということが分かる。このようなオンオフ繰り返し現象を発振現象と言える。

この時、入力電圧（Ｖｉｎ）が増加するほど、コンデンサー（Ｃ）の充電がさらに迅速になされて（トランジスター（ＴＲ１）のオン時間が短くなって）、コンデンサー（Ｃ）に充電時の電圧はさらに高くなる。

コンデンサー（Ｃ）充電時の電圧が高くなるほど、コンデンサー（Ｃ）に充電された電荷が放電されて、再びトランジスター（ＴＲ１）をオンさせる時までかかる時間（トランジスター（ＴＲ１）のオフ時間）はさらに長くなる。

したがって、入力電圧（Ｖｉｎ）が増加する区間では、トランジスター（ＴＲ１）のオン時間／オフ時間に該当するデューティー比は、図８の左側区間のようにますます小くなるようになる。

勿論、反対に入力電圧（Ｖｉｎ）が減少する区間では、トランジスター（ＴＲ１）のデューティー比は図８の右側区間のようにますます大きくなるようになる。

結局、図９による定電流回路方式のＬＥＤ駆動回路を利用すれば、入力電流パターンが図６、７、８のようなＭ字形パターンを有するので、従来技術である図２に比べて効率が相当に改善するようになる。

この時、仮に降伏電圧（Ｖｚ）＝５Ｖで決めれば、入力電圧（Ｖｉｎ）が２４０Ｖ以上で図６の区間Ｂがなしにすぐ区間Ｃに進入するようになる。

一方、図９では検出回路４３が定電流回路４３で電圧を検出したが、図１０のように整流回路５１出力で電圧を検出して制御する実施例（第２実施例）も可能である。もちろん、図９で検出回路がＬＥＤ負荷４２の入力側で電圧を検出することも可能である。

これから、図９による本発明のＬＥＤ回路を改善した本発明の第３実施例に対して図１１を参照にして説明する。

以上の図９に対する動作説明では図６の区間Ｃで入力電圧が上昇することによって線形的に入力電流が減少するものとして説明したが、実際では内部コンデンサー成分などの影響で入力電流のオン／オフ時間には遅延時間が存在して実際に計測器で測定をして見れば、図１２のように図６に示された区間Ｃでの直線的な入力電流パターンを中心に上下で震動する入力電流パターンを有するようになる。

一方、以上で説明したところのように本発明では入力電圧が上昇することによる入力電流の減少傾きを大きくするほど効率の向上度は大きくなる。

それで、図９の駆動回路の効率をさらに向上させるためには、図１２の上下振動入力電流パターンで一定入力電流である１０ｍＡを超過する部分(点線を超過する部分)を切り取って平均的な入力電流曲線が図１３のようにさらに下におりるようにしなければならないが、このようにすることが図１１のＬＥＤ駆動回路である。

これから、図１１のＬＥＤ駆動回路の動作を簡単に説明することにする。図１１のＬＥＤ駆動回路では、ジェンナーダイオード（Ｄｚ）と抵抗（Ｒ２）が検出回路６５を構成して、ＦＥＴ、トランジスター（ＴＲ２）、抵抗（Ｒ１、Ｒ４）は電流リミッティング回路６２を構成する。

電流リミッティング回路６２は、抵抗（Ｒ１）値を調整してトランジスター（ＴＲ１）がオフ時に入力電流（Ｉｉｎ）が一定電流である１０ｍＡを超過することができないようにする。すなわち、抵抗（Ｒ１）に流れる電流が１０ｍＡを超過すれば、トランジスター（ＴＲ２）のベースにはトランジスター（ＴＲ２）をオンさせる電圧が印加されて、トランジスター（ＴＲ２）がオンされると、ＦＥＴのゲートに印加される電圧が減少して入力電流が小くなるようになって、結局入力電流が１０ｍＡを超過することができなくなる。

それで、入力電圧が２４０Ｖから２５０Ｖまでの区間Ｂではトランジスター（ＴＲ３）がオフになって、これによってトランジスター（ＴＲ１）がオフされれば入力電流（Ｉｉｎ）は一定な電流（１０ｍＡ）が流れるようになって、コンデンサー（Ｃ）に電荷が充電される。

これから、入力電圧が２５０Ｖを超過する区間Ｃに進入すれば、トランジスター（ＴＲ３）はオンされ、これによってトランジスター（ＴＲ１）がオンされると共にＦＥＴがオフされて、入力電流（Ｉｉｎ）が流れなくなって、コンデンサー（Ｃ）に充電された電荷がＬＥＤ負荷６３側で放電される。

そして、コンデンサー（Ｃ）に充電された電荷が放電することによって定電流回路６４にかかる電圧が下落すれば、再びトランジスター（ＴＲ３）がオフされて、これによってトランジスター（ＴＲ１）がオフされると共に入力電流（Ｉｉｎ）がＬＥＤ負荷６３側に供給されて、コンデンサー（Ｃ）に再び電荷が充電される。

この時、再び定電流回路２３に降伏電圧（Ｖｚ）である１５Ｖ以上の電圧が印加されて、それで再びトランジスター（ＴＲ３）がオンされてトランジスター（ＴＲ１）がオンされるとＦＥＴがオフされて、コンデンサー（Ｃ）に充電された電荷が放電されてＬＥＤ負荷６３側に供給される過程が再び開始されるようになる。

結局、図１１のＬＥＤ駆動回路も同様に、入力電圧（Ｖｉｎ）が２５０Ｖを超過すれば、ＦＥＴがオンオフを繰り返す発振現象が示されるということが分かる。

この時、電流リミッティング回路６２は、入力電流（Ｉｉｎ）が設定された１０ｍＡを超過することができないようにするので、図１２の発振区間で１０ｍＡを超過する部分（点線の上部分）を切り取る効果を達成して、図１３のように入力電圧（Ｖｉｎ）が上昇することによって入力電流（Ｉｉｎ）の平均値である減少曲線の傾きをさらに大きくして、図９の駆動回路に比べて図１１の駆動回路の効率がさらに優秀になる。

そして、図１１では定電流回路６４の両端に検出回路６５が連結されるものとして記載したが、図１１を変形して図１０のように整流回路６１の出力に検出回路が連結されるようにすることも可能である。もちろん、図１１で検出回路がＬＥＤ負荷６３の入力側で電圧を検出することも可能である。

次に、本発明の第４実施例によるＬＥＤ駆動回路は、図１４に示されたところのようである。

図１４の負荷端は、所定のＬＥＤ負荷と定電流回路及びこれらと並列で連結されるコンデンサーを含むように構成されることができるし、検出回路７０の前端には交流電源を整流する整流回路が具備されることができるが、これらは前述した実施例で説明したところのようで便宜上その図示を略した。もちろん、図１４で検出回路７０の前端と負荷端は多様な実施例に変更されることができる。

同図面に示されたところのようにＬＥＤ駆動回路は、検出回路７０と制御回路８０を含んで構成されることができるが、ここで検出回路７０は既設定された特定電圧値を整流された電圧が超過するかどうかを検出して、該当電圧超過程度による制御信号を制御回路８０に伝達する機能を遂行する。

ここで既設定された特定電圧値はＬＥＤ負荷がオン（ＯＮ）になった時にＬＥＤ負荷にかかる電圧とＬＥＤ負荷がオン（ＯＮ）になり始める時点に定電流回路にかかる電圧の和より大きい値に該当する。

一方、制御回路８０は整流回路の出力及び検出回路７０と連結されることができるが、特に、複数個の電流制限部８２_１〜８２_ｎを含むように構成されることができる。ここで、各電流制限部８２_１〜８２_ｎは図１４に示されたところのように負荷に対してお互いに並列で連結されることができる。

また、制御回路８０はスイチング部８１_１〜８１_ｎを含むように構成されることができるが、ここで各スイチング部８１_１〜８１_ｎはそれぞれの電流制限部８２_１〜８２_ｎと連結されて、電流制限部８２_１〜８２_ｎの動作をオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）する機能を遂行する。

具体的な動作を詳しく見れば、制御回路８０は検出回路７０の検出結果整流された電圧が既設定された特定電圧値（例えば、Ｖ１）を超過しなかったら複数個の電流制限部８２_１〜８２_ｎすべてが整流回路９１の出力をそのまま通過させるように制御して、整流された電圧が特定電圧値を超過したら該当超過した程度に対応する制御信号による個数の電流制限部８２_１〜８２_ｎがスイチング動作によって整流回路９１の出力を遮断するように制御する機能を遂行する。

図１５は、図１４の構成に整流回路９１と整流回路９１の出力を平滑化するコンデンサー９２、ＬＥＤ負荷９３と定電流回路９４が加えられた構造の一例を示したものである。

図１５に示されたところのように検出回路７０では整流された電圧の大きさによってスイチング部８１_１〜８１_ｎにそれぞれ他の制御信号を印加するようになって、このような制御信号によってスイチング部８１_１〜８１_ｎが動作して各電流制限部８２_１〜８２_ｎらが整流回路９１の出力をそのまま通過させるか、または遮断させるようになるものである。

図１６は、図１５の検出回路７０と制御回路８０の具体的な回路構成及び結線の一例を示している。

図１６を参照すれば、スイチング部Ｑ３（８１_１）とＱ６（８１_２）がオフ状態である時に各電流制限部８２_１、８２_２は整流回路９１の出力、すなわち、出力電流をそのまま通過させるようになるが、本実施例では、すなわち、各電流制限部８２_１、８２_２は整流回路９１の出力電流を１０ｍＡで制限して通過させると仮定する。したがって、全体電流制限部８２_１、８２_２によって通過される出力電流は２０ｍＡになる。

検出回路７０のＱ５は分配抵抗Ｒ１１、Ｒ１２とジェンナーダイオードＤ４の降伏電圧によって整流された電圧の大きさが既設定された大きさ（Ｖ１）以上になる場合オン（ＯＮ）状態になる。

同じく検出回路７０のＱ８は、分配抵抗Ｒ１１、Ｒ１２とジェンナーダイオードＤ５の降伏電圧によって整流された電圧の大きさが既設定された大きさ（Ｖ２）以上になる場合オン（ＯＮ）状態になる。

整流回路９１の出力電圧が増加して既設定された大きさＶ１に到逹することによってＱ５がオン状態になれば、スイチング部Ｑ３（８１_１）がオン状態になる。この時点ではまだＱ８（８１_２）はオン状態にならなかったと仮定する。

Ｑ３がオン状態になれば電流制限部１（８２_１）は、整流回路９１の出力電流の通過を遮断するようになる。したがって、この状態で全体電流制限部８２_１、８２_２によって通過される出力電流は、電流制限部２（８２_２）による効果だけ残るようになって１０ｍＡになる。

次に、整流回路９１の出力電圧が続いて増加して既設定された他の大きさＶ２に到逹することによって、Ｑ８がオン状態になれば追加でスイチング部Ｑ６（８１_２）がオン状態になって、Ｑ６（８１_２）がオン状態になれば電流制限部２（８２_２）は整流回路９１の出力電流の通過を遮断するようになる。したがって、この状態で全体電流制限部８２_１、８２_ｎによって通過される電流の大きさはすべての電流制限部８２_１、８２_ｎが出力電流を遮断しているので０ｍＡになる。

反対に、整流回路９１の出力電圧が下降して既設定された大きさＶ２未満に到逹することによって、Ｑ８がオフ状態になればスイチング部Ｑ６（８１_２）がオフ状態になって、Ｑ６（８１_２）がオフ状態になれば電流制限部２（８２_２）は、整流回路９１の出力電流を通過させるようになる。したがって、この状態で全体電流制限部８２_１、８２_２によって通過される全体電流の大きさは、電流制限部２（８２_２）によって１０ｍＡになる。

また、整流回路９１の出力電圧がさらに下降して既設定された大きさＶ１未満に到逹することによってＱ５がオフ状態になれば、スイチング部Ｑ３（８１_１）がオフ状態になって、Ｑ３（８１_１）がオフ状態になれば追加で電流制限部１（８２_１）は整流回路９１の出力電流を通過させるようになる。したがって、この状態で全体電流制限部８２_１、８２_２によって通過される出力電流は電流制限部１（８２_１）及び電流制限部２（８２_２）によって２０ｍＡになる。

図１６では、スイチング部８１_１、８１_２と電流制限部８２_１、８２_２をそれぞれ２個ずつだけを示したがスイチング部と電流制限部の個数はさらに追加させることができるし、前述した方式に従って制御がなされる場合に図７に示されたところのようにＬＥＤ負荷に供給される電流の全体量を段階的に変化させることができることは勿論である。

以上、説明したところのように本発明は、従来の定電流回路方式のＬＥＤ駆動回路で効率をより改善させた定電流回路方式のＬＥＤ駆動回路を提供するようになる。

Claims (9)

1. 交流電源と連結される効率改善機能を有したＬＥＤ駆動回路において、
   前記交流電源を整流する整流回路と、
   前記整流回路の出力に連結される制御回路と、
   前記制御回路の出力に直列で連結されるＬＥＤ負荷と定電流回路と、
   前記直列で連結されたＬＥＤ負荷と定電流回路に対して並列で連結されて前記整流回路の出力を平滑化するコンデンサーと、
   前記ＬＥＤ負荷がオンされた時に前記ＬＥＤ負荷にかかる電圧と前記ＬＥＤ負荷がオンされ始める時点に前記定電流回路にかかる電圧の和以上のあらかじめ設定された特定電圧値を前記整流された電圧が超過するかどうかを検出する検出回路を含んで、
   前記制御回路は、前記検出回路の検出結果、前記整流された電圧が前記特定電圧値を超過しなかったら前記整流回路の出力をそのまま通過させるように制御して、前記整流された電圧が前記特定電圧値を超過したら前記整流回路の出力を遮断する第１動作と前記整流回路の出力をそのまま通過させる第２動作が繰り返されるように制御することを特徴とする効率改善機能を有したＬＥＤ駆動回路。
2. 前記検出回路は、前記定電流回路の入力で前記の検出をすることを特徴とする請求項１に記載の効率改善機能を有したＬＥＤ駆動回路。
3. 前記検出回路は、前記整流回路の出力で前記の検出をすることを特徴とする請求項１に記載の効率改善機能を有したＬＥＤ駆動回路。
4. 前記検出回路は、前記ＬＥＤ負荷入力で前記の検出をすることを特徴とする請求項１に記載の効率改善機能を有したＬＥＤ駆動回路。
5. 交流電源と連結される効率改善機能を有したＬＥＤ駆動回路において、前記交流電源を整流する整流回路と、
   前記整流回路の出力に連結される制御回路と、
   前記制御回路の出力に直列で連結されるＬＥＤ負荷と定電流回路と、
   前記整流回路の出力に連結されて、設定された電流以下の電流だけ流れるように制御する電流リミッティング回路と、
   前記直列で連結されたＬＥＤ負荷と定電流回路に対して並列で連結されて前記整流回路の出力を平滑化するコンデンサーと、
   前記ＬＥＤ負荷がオンされた時に前記ＬＥＤ負荷にかかる電圧と前記ＬＥＤ負荷がオンされ始める時点に前記定電流回路にかかる電圧の和以上のあらかじめ設定された特定電圧値を前記整流された電圧が超過するかどうかを検出する検出回路を含んで、
   前記制御回路は、前記検出回路の検出結果、前記整流された電圧が前記特定電圧値を超過しなかったら前記電流リミッティング回路によってあらかじめ設定された電流以下の電流だけ通過させるように制御して、前記整流された電圧が前記特定電圧値を超過したら前記電流リミッティング回路の出力を遮断する第１動作と前記電流リミッティング回路によってあらかじめ設定された電流以下の電流だけ通過させる第２動作が繰り返されるように制御することを特徴とする効率改善機能を有したＬＥＤ駆動回路。
6. 前記検出回路は、前記定電流回路の入力で前記の検出をすることを特徴とする請求項５に記載の効率改善機能を有したＬＥＤ駆動回路。
7. 前記検出回路は、前記整流回路の出力で前記の検出をすることを特徴とする請求項５に記載の効率改善機能を有したＬＥＤ駆動回路。
8. 前記検出回路は、前記ＬＥＤ負荷の入力で前記の検出をすることを特徴とする請求項５に記載の効率改善機能を有したＬＥＤ駆動回路。
9. 交流電源と連結される効率改善機能を有したＬＥＤ駆動回路において、前記交流電源を整流する整流回路と、
   前記整流回路の出力に連結される制御回路と、
   前記制御回路の出力に直列で連結されるＬＥＤ負荷と定電流回路と、
   前記直列で連結されたＬＥＤ負荷と定電流回路に対して並列で連結されて前記整流回路の出力を平滑化するコンデンサーと、
   前記ＬＥＤ負荷がオンされた時に前記ＬＥＤ負荷にかかる電圧と前記ＬＥＤ負荷がオンされ始める時点に前記定電流回路にかかる電圧の和以上のあらかじめ設定された特定電圧値を前記整流された電圧が超過するかどうかを検出して該当電圧超過程度による制御信号を前記制御回路に伝達する検出回路を含んで、
   前記制御回路は複数個の電流制限部を含むように構成されて、前記検出回路の検出結果前記整流された電圧が前記特定電圧値を超過しなかったら前記複数個の電流制限部すべてが前記整流回路の出力をそのまま通過させるように制御して、前記整流された電圧が前記特定電圧値を超過したら該当超過した程度に対応する制御信号による個数の電流制限部がスイチング動作によって前記整流回路の出力を遮断するように制御することを特徴とする効率改善機能を有したＬＥＤ駆動回路。

Images