JP4888082B2 - Ｌｅｄ点灯回路およびそれを用いる照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤの点灯回路およびそれを用いる照明器具に関し、特に複数並列に設けられるＬＥＤの電流を均等にするための手法に関する。

前記ＬＥＤ（発光ダイオード）を前記照明器具に用いる場合のように、必要な光出力を得るために多数のＬＥＤを用いる場合、また少電流のＬＥＤは効率が高く同じ光出力を得るにもチップを細分化する場合、それらを相互に直列に接続して点灯させるには、過大な電源電圧が必要になる。一方、前記多数のＬＥＤを相互に並列に接続して点灯させると、過大な電流が必要になる。したがって、現実的には用途に応じた適当な直並列構成が採用される。しかしながら、青色ＬＥＤの場合、そのＯＮ電圧Ｖｆは３〜３．５Ｖ程度で、ばらつきが大きく、前記直並列に組合わせると、相互に並列な各直列回路間の分流比に差が生じ易く、すなわち各直列回路間の明るさに差が生じ易いという問題がある。

詳しくは、ＬＥＤの光出力は通電電流値に依存するとされ、この観点からすれば、直列構成の場合は、個々のＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆにばらつきがあったとしても、通電電流値は同じであるので、個々のＬＥＤの光出力ばらつきも小さい。これに対して、並列構成の場合は、直列構成のＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆの和が異なれば、点灯回路（電源回路）の一括出力から各直列回路に流れる電流値は前記ＯＮ電圧Ｖｆの低い回路に集中することになり、直列回路毎に光出力ばらつきは大きくなる。

図９は、典型的な従来技術のＬＥＤ点灯回路１の構成を示すブロック図である。この従来技術は、特許文献１に示されたものである。このＬＥＤ点灯回路１では、ＬＥＤ負荷を多数直列に接続したＬＥＤ負荷回路ｕ１〜ｕ３を３回路並列に接続してＬＥＤモジュール２が構成されている。そのＬＥＤモジュール２には、商用電源３からの電圧Ｖａｃを、ノイズカット用のコンデンサｃ１から整流ブリッジ４にて直流化し、ＤＣ−ＤＣコンバータ５を介して電圧変換した直流電圧ＶＤＣが与えられる。

ＤＣ−ＤＣコンバータ５は、前記整流ブリッジ４の直流出力電圧をスイッチングするスイッチング素子ｑ０と、前記のスイッチングによる励磁エネルギーを蓄積／放出するチョークコイルｌと、前記チョークコイルｌからの出力電流を整流・平滑化するダイオードｄおよび平滑コンデンサｃ２と、前記スイッチング素子ｑ０を流れる電流を電圧に変換して検知するための抵抗ｒ１と、前記スイッチング素子ｑ０のスイッチングを制御する制御回路６とを備えて構成される昇圧チョッパー回路から成る。

一方、各ＬＥＤ負荷回路ｕ１〜ｕ３には、それらを流れる通電電流値を相互に等しくするための定電流回路ｑ１〜ｑ３が各々直列に挿入されている。そして、前記定電流回路ｑ１〜ｑ３の印加電圧（負担電圧）は、比較回路７において、基準電圧源８からの基準電圧Ｖｒｅｆと比較され、比較結果が前記制御回路６に与えられており、制御回路６は、前記各定電流回路ｑ１〜ｑ３の印加電圧が直列ＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆの総和よりも小さくなるように上記ＤＣ−ＤＣコンバータ５の定電圧出力を制御する。これによって、各定電流回路ｑ１〜ｑ３での損失抑制が図られている。しかしながら、この従来技術では、前記ＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆのばらつきが大きい程、全体の光出力レベルが変動し、定電流回路ｑ１〜ｑ３での損失も大きいなどの課題を有する。

図１０は、他の従来技術のＬＥＤ点灯回路１１の構成を示すブロック図である。この従来技術は、特許文献２に示されたものである。このＬＥＤ点灯回路１１では、各ＬＥＤ負荷回路ｕ１〜ｕ３への総通電電流値を抵抗ｒ２で電圧変換して検出し、比較器１７において、その電圧を基準電圧Ｖｒｅｆと比較した結果が一定値になるように、ＰＷＭ制御回路１６を介してＤＣ−ＤＣコンバータ１５を制御するように構成されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１５は、直流電源１３からの電圧Ｖｄｃをスイッチング素子ｑ０によってスイッチングしてトランスｔの１次側に与え、２次側出力を整流平滑回路１４にて整流・平滑化した直流電圧ＶＤＣを前記各ＬＥＤ負荷回路ｕ１〜ｕ３へ与えることで、電源側と負荷側とを絶縁する１石フライバックコンバータで構成されている。そして、このＬＥＤ点灯回路１１でも、各ＬＥＤ負荷回路ｕ１〜ｕ３に定電流回路ｄ１〜ｄ３がそれぞれ直列に設けられている。

図１１は、前記定電流回路ｄ１〜ｄ３の具体例を示す電気回路図である。この定電流回路ｄ１〜ｄ３は、前記ＬＥＤ負荷回路ｕ１〜ｕ３に直列に接続されるトランジスタｑ１１および抵抗ｒ１１と、前記トランジスタｑ１１のコレクタ−ベース間を接続する抵抗ｒ１２と、前記トランジスタｑ１１のベース−エミッタ間に介在されるツェナダイオードｄｚとを備えて構成される。そして、抵抗ｒ１１の電圧降下とトランジスタｑ１１のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅとの和がツェナダイオードｄｚのツェナ電圧と略一致する条件で、トランジスタｑ１１のコレクタ電流が定電流化される。

これによって、各ＬＥＤ負荷回路ｕ１〜ｕ３の電流は個々に定電流化され、しかもＤＣ−ＤＣコンバータ１５の一括出力電流も上述のように定電流制御されるので、ＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆのばらつきによる光出力のばらつきはかなり抑制できる。しかしながら、ＦＥＴのソースホロワ回路から成る簡単な前記定電流回路ｑ１〜ｑ３に比べて、この定電流回路ｄ１〜ｄ３は、損失が大きいという問題がある。

そこで、本件発明者は、図１２で示すようなＬＥＤ点灯回路２１を、特許文献３で提案した。その従来技術によれば、各ＬＥＤ負荷回路ｕ１，ｕ２と直列にトランジスタｑ２１，ｑ２２および抵抗ｒ２１，ｒ２２をそれぞれ接続するとともに、前記トランジスタｑ２１，ｑ２２とカレントミラー回路を構成するトランジスタｑ２０を抵抗ｒ２３，ｒ２４，ｒ２０によって直流電源２３の端子間に接続している。そして、直流電源２３からの電圧ＶＤＣおよび抵抗ｒ２３，ｒ２４，ｒ２０などによって定まる基準電流がトランジスタｑ２０に流れ、その基準電流にトランジスタｑ２１，ｑ２２を流れる電流をバランスさせることで、光出力のばらつきを抑制するようになっている。なお、何れかの抵抗（この例ではｒ２４）と並列に設けたバイパススイッチｓｗによって該抵抗ｒ２４を短絡することで、前記基準電流を増加させ、光出力を増加させられるようにもなっている。
特開２００２−８４０９号公報 特開２００４−３１９５８３号公報 特開２００４−３９２９０号公報

上述のようなミラー回路による方法は、各ＬＥＤ負荷回路ｕ１，ｕ２間の電流のバランスを取るのに都合が良いものの、電源電圧ＶＤＣの変動によって基準電流が変動し、また前記基準電流を作成する抵抗ｒ２３，ｒ２４，ｒ２０およびトランジスタｑ２０での損失が発生するという問題もある。

本発明の目的は、多数のＬＥＤの光出力を、低損失で均一化することができるＬＥＤ点灯回路およびそれを用いる照明器具を提供することである。

本発明のＬＥＤ点灯回路は、１または直列複数段のＬＥＤから成るＬＥＤ負荷回路が相互に並列に複数配置されて成るＬＥＤモジュールに対して、直流電源から通電を行うようにしたＬＥＤ点灯回路において、前記各ＬＥＤ負荷回路に直列に設けられ、カレントミラー回路を構成して前記各ＬＥＤ負荷回路における通電電流値を連動させる制御素子であって、いずれか１つが前記カレントミラーの基準電流回路となるようにダイオード構造とされるそのような制御素子と、前記ダイオード構造の制御素子の回路に直列に挿入され、ＬＥＤのＯＮ電圧をＶｆとし、そのばらつきをσとし、直列段数をｎとするとき、定格電流でＶｆ×ｎ×σ以上の電圧降下を生じるインピーダンス素子とを含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、照明器具などに用いられるＬＥＤ点灯回路において、１または直列複数段のＬＥＤから成るＬＥＤ負荷回路が相互に並列に複数配置されて成るＬＥＤモジュールに対して、直流電源が点灯駆動するにあたって、前記各ＬＥＤ負荷回路に直列に、カレントミラー回路を構成する制御素子を設け、それらの制御素子において、いずれか１つを前記カレントミラーの基準電流回路となるようにダイオード構造とし、制御端子を介して残余の回路の制御素子の通電電流値を連動させることで、各ＬＥＤ負荷回路間のバランスを取るようにする。具体的には、前記制御素子がトランジスタである場合には、制御端子であるベースと、コレクタとを短絡するとともに、ベースを共通に接続する。また、前記制御素子がＭＯＳ型トランジスタである場合には、制御端子であるゲートと、ドレインとを短絡するとともに、ゲートを共通に接続する。さらに、前記ダイオード構造とした制御素子の回路に直列に、ダイオードなどで実現することができるインピーダンス素子を挿入し、そのインピーダンス素子が、ＬＥＤのＯＮ電圧をＶｆとし、そのばらつきをσとし、直列段数をｎとするとき、定格電流でＶｆ×ｎ×σ以上の電圧降下を生じるようにする。

したがって、ＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆにばらつきがあっても、前記カレントミラー回路の基準電流を作成する回路は、ＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆの総和を含めて、ＬＥＤ電流による電圧降下が最も高い回路となっており、各ＬＥＤ負荷回路における電流値を均等に制御し、多数のＬＥＤからの光出力を均一化することができる。また、基準電流のみを作成する回路が不要で、その分の回路損失を無くすこともできる。

また、本発明のＬＥＤ点灯回路では、前記インピーダンス素子は、ＬＥＤであることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記カレントミラーの基準電流回路となるＬＥＤ負荷回路の直列ＬＥＤ段数を多く設定するだけで、前記ＯＮ電圧Ｖｆの総和が最も高くなるように設定することができ、容易に構成できるとともに、インピーダンス素子による消費電力を有効に活用することもできる。

さらにまた、本発明のＬＥＤ点灯回路は、前記インピーダンス素子の端子間を短絡することができる短絡スイッチと、前記短絡スイッチが開成され、前記制御素子がカレントミラー動作を行っている状態で、前記各ＬＥＤ負荷回路におけるＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆの総和を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に応答し、制御素子が前記ダイオード構造となっているＬＥＤ負荷回路のＯＮ電圧Ｖｆの総和が最も高い場合には前記短絡スイッチを閉成し、そうでない場合には前記短絡スイッチを開成する切換え制御手段とを含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、上述のようにカレントミラーによって電流均一化動作を行おうとすると、ＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆの総和が最も高い回路が基準電流回路とならなければならないのに対し、前記インピーダンス素子の端子間を短絡する短絡スイッチを予め設けておき、実際に検出手段が各ＬＥＤ負荷回路におけるＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆの総和を測定してみて、切換え制御手段が、制御素子がダイオード構造となっているＬＥＤ負荷回路のＯＮ電圧Ｖｆの総和が最も高い場合には前記短絡スイッチを閉成してインピーダンス素子を機能させず、そうでない場合には前記短絡スイッチを開成してインピーダンス素子を機能させる。

したがって、経年変化などに対して、必要な場合だけインピーダンス素子を機能させることができ、該インピーダンス素子での損失を抑えることができる。

また、本発明のＬＥＤ点灯回路は、１または直列複数段のＬＥＤから成るＬＥＤ負荷回路が相互に並列に複数配置されて成るＬＥＤモジュールに対して、直流電源から通電を行うようにしたＬＥＤ点灯回路において、前記各ＬＥＤ負荷回路に直列に設けられ、カレントミラー回路を構成して前記各ＬＥＤ負荷回路における通電電流値を連動させる制御素子であって、いずれか１つが前記カレントミラーの基準電流回路となるようにダイオード構造とされるそのような制御素子と、前記ダイオード構造の制御素子の回路以外の回路に並列に挿入され、そのＬＥＤ負荷回路のインピーダンスを低減するインピーダンス素子とを含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、照明器具などに用いられるＬＥＤ点灯回路において、１または直列複数段のＬＥＤから成るＬＥＤ負荷回路が相互に並列に複数配置されて成るＬＥＤモジュールに対して、直流電源が点灯駆動するにあたって、前記各ＬＥＤ負荷回路に直列に、カレントミラー回路を構成する制御素子を設け、それらの制御素子において、いずれか１つを前記カレントミラーの基準電流回路となるようにダイオード構造とし、制御端子を介して残余の回路の制御素子の通電電流値を連動させることで、各ＬＥＤ負荷回路間のバランスを取るようにする。具体的には、前記制御素子がトランジスタである場合には、制御端子であるベースと、コレクタとを短絡するとともに、ベースを共通に接続する。また、前記制御素子がＭＯＳ型トランジスタである場合には、制御端子であるゲートと、ドレインとを短絡するとともに、ゲートを共通に接続する。さらに、前記ダイオード構造とした制御素子の回路以外の回路に、そのＬＥＤ負荷回路のインピーダンスを低減するインピーダンス素子を並列に挿入する。

したがって、ＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆにばらつきがあっても、前記カレントミラー回路の基準電流を作成する回路は、ＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆの総和を含めて、ＬＥＤ電流による電圧降下が最も高い回路となっており、各ＬＥＤ負荷回路における電流値を均等に制御し、多数のＬＥＤからの光出力を、均一化することができる。また、基準電流のみを作成する回路が不要で、その分の回路損失を無くすこともできる。

さらにまた、本発明のＬＥＤ点灯回路では、前記直流電源は、ＤＣ−ＤＣコンバータであり、前記各ＬＥＤ負荷回路を流れる総電流値または前記ダイオード接続された制御素子に対応するＬＥＤ負荷回路を流れる電流値を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段からの検出結果を比較するための基準電圧源および比較器と、前記比較器からの出力に応じて、前記ＬＥＤモジュールへの通電電流値の総和が予め定める値となるように前記直流電源をフィードバック制御する制御手段とを備えて構成されることを特徴とする。

上記の構成によれば、直流電源から前記各ＬＥＤ負荷回路への通電電流値を検出し、その検出結果に基づいて、前記通電電流値の総和が予め定める値となるように、フィードバックによって前記直流電源を定電流制御するので、定電圧制御に比べて、制御素子での損失が小さく、低損失化することができる。

また、本発明の照明器具は、前記のＬＥＤ点灯回路を用いることを特徴とする。

上記の構成によれば、ＬＥＤのＯＮ電圧（Ｖｆ）が極端にばらついても、多数のＬＥＤからの光出力を均一化することができるとともに、低損失な照明器具を実現することができる。

本発明のＬＥＤ点灯回路は、以上のように、照明器具などに用いられるＬＥＤ点灯回路において、１または直列複数段のＬＥＤから成るＬＥＤ負荷回路が相互に並列に複数配置されて成るＬＥＤモジュールに対して、直流電源が点灯駆動するにあたって、前記各ＬＥＤ負荷回路に直列に、カレントミラー回路を構成する制御素子を設け、それらの制御素子において、いずれか１つを前記カレントミラーの基準電流回路となるようにダイオード構造とし、制御端子を介して残余の回路の制御素子の通電電流値を連動させることで、各ＬＥＤ負荷回路間のバランスを取るようにするとともに、前記ダイオード構造とした制御素子の回路に直列にインピーダンス素子を挿入し、そのインピーダンス素子が、ＬＥＤのＯＮ電圧をＶｆとし、そのばらつきをσとし、直列段数をｎとするとき、定格電流でＶｆ×ｎ×σ以上の電圧降下を生じるようにする。

それゆえ、ＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆにばらつきがあっても、前記カレントミラー回路の基準電流を作成する回路は、ＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆの総和を含めて、ＬＥＤ電流による電圧降下が最も高い回路となっており、各ＬＥＤ負荷回路における電流値を均等に制御し、多数のＬＥＤからの光出力を均一化することができる。また、基準電流のみを作成する回路が不要で、その分の回路損失を無くすこともできる。

また、本発明のＬＥＤ点灯回路は、以上のように、前記インピーダンス素子をＬＥＤとする。

それゆえ、前記カレントミラーの基準電流回路となるＬＥＤ負荷回路の直列ＬＥＤ段数を多く設定するだけで、前記ＯＮ電圧Ｖｆの総和が最も高くなるように設定することができ、容易に構成できるとともに、インピーダンス素子による消費電力を有効に活用することもできる。

さらにまた、本発明のＬＥＤ点灯回路は、以上のように、上述のようにカレントミラーによって電流均一化動作を行おうとすると、ＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆの総和が最も高い回路が基準電流回路とならなければならないのに対し、前記インピーダンス素子の端子間を短絡する短絡スイッチを予め設けておき、実際に検出手段が各ＬＥＤ負荷回路におけるＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆの総和を測定してみて、切換え制御手段が、制御素子がダイオード構造となっているＬＥＤ負荷回路のＯＮ電圧Ｖｆの総和が最も高い場合には前記短絡スイッチを閉成してインピーダンス素子を機能させず、そうでない場合には前記短絡スイッチを開成してインピーダンス素子を機能させる。

それゆえ、経年変化などに対して、必要な場合だけインピーダンス素子を機能させることができ、該インピーダンス素子での損失を抑えることができる。

また、本発明のＬＥＤ点灯回路は、以上のように、照明器具などに用いられるＬＥＤ点灯回路において、１または直列複数段のＬＥＤから成るＬＥＤ負荷回路が相互に並列に複数配置されて成るＬＥＤモジュールに対して、直流電源が点灯駆動するにあたって、前記各ＬＥＤ負荷回路に直列に、カレントミラー回路を構成する制御素子を設け、それらの制御素子において、いずれか１つを前記カレントミラーの基準電流回路となるようにダイオード構造とし、制御端子を介して残余の回路の制御素子の通電電流値を連動させることで、各ＬＥＤ負荷回路間のバランスを取るようにするとともに、前記ダイオード構造とした制御素子の回路以外の回路に、そのＬＥＤ負荷回路のインピーダンスを低減するインピーダンス素子を並列に挿入する。

それゆえ、ＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆにばらつきがあっても、前記カレントミラー回路の基準電流を作成する回路は、ＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆの総和を含めて、ＬＥＤ電流による電圧降下が最も高い回路となっており、各ＬＥＤ負荷回路における電流値を均等に制御し、多数のＬＥＤからの光出力を、均一化することができる。また、基準電流のみを作成する回路が不要で、その分の回路損失を無くすこともできる。

さらにまた、本発明のＬＥＤ点灯回路は、以上のように、直流電源から前記各ＬＥＤ負荷回路への通電電流値を検出し、その検出結果に基づいて、前記通電電流値の総和が予め定める値となるように、フィードバックによって前記直流電源を定電流制御する。

それゆえ、定電圧制御に比べて、制御素子での損失が小さく、低損失化することができる。

また、本発明の照明器具は、以上のように、前記のＬＥＤ点灯回路を用いる。

それゆえ、ＬＥＤのＯＮ電圧（Ｖｆ）が極端にばらついても、多数のＬＥＤからの光出力を均一化することができるとともに、低損失な照明器具を実現することができる。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の一形態に係るＬＥＤ点灯回路３１の構成を示すブロック図である。このＬＥＤ点灯回路１では、ＬＥＤＤ１を多数直列に接続したＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３を３回路並列に接続してＬＥＤモジュール３２が構成されている。各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３における直列ＬＥＤ負荷の段数は任意であり、単一のＬＥＤから構成されていてもよい。

各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３は、ＬＥＤＤ１が共通の放熱板に搭載されてボンディングされ、波長変換用の蛍光体や光拡散用のレンズ等も取付けられて構成されている。このＬＥＤモジュール３２およびＬＥＤ点灯回路３１は、照明器具として用いられ、前記ＬＥＤ負荷としては青または紫外光を放出し、そのＬＥＤ負荷からの光を前記蛍光体で波長変換して白色光として放射する。前記ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３の並列回路数も任意であり、たとえばＲＧＢの３原色で発光させた光を合成するなどの白色光を得るための手法も任意である。

前記ＬＥＤモジュール３２には、商用電源３３からの電圧Ｖａｃを、ノイズカット用のコンデンサＣ１から整流ブリッジ３４にて直流化し、ＤＣ−ＤＣコンバータ３５を介して電圧変換した直流電圧ＶＤＣが与えられる。ＤＣ−ＤＣコンバータ３５は、前記整流ブリッジ３４の直流出力電圧をスイッチングするスイッチング素子Ｑ０と、前記のスイッチングによる励磁エネルギーを蓄積／放出するチョークコイルＬと、前記チョークコイルＬからの出力電流を整流・平滑化するダイオードＤおよび平滑コンデンサＣ２と、前記スイッチング素子Ｑ０を流れる電流を電圧に変換して検知するための抵抗Ｒ１と、前記スイッチング素子Ｑ０のスイッチングを制御する制御回路３６とを備えて構成される昇圧チョッパー回路から成る。

そして直流電源であるそのＤＣ−ＤＣコンバータ３５からＬＥＤモジュール３２へ流れる電流は、電流検知抵抗Ｒ２によって電圧値に変換されて、比較回路３７において、基準電圧源３８からの基準電圧Ｖｒｅｆと比較され、その比較結果が前記制御回路３６にフィードバックされる。制御回路３６は、前記抵抗Ｒ１，Ｒ２の検知結果に応答して、前記スイッチング素子Ｑ０のスイッチング周波数やデューティを制御する。こうして、前記電圧ＶＤＣの定電圧制御およびＬＥＤモジュール３２へ流れる電流の定電流制御が行われるようになっている。

注目すべきは、本実施の形態では、各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３には、それらを流れる通電電流値を相互に等しくするために、カレントミラー回路を構成する制御素子Ｑ１〜Ｑ３が直列に設けられており、それらの制御素子Ｑ１〜Ｑ３の内のいずれか１つ（図１の例ではＱ１）を前記カレントミラーの基準電流回路となるようにダイオード構造とし、制御端子を介して残余の制御素子（図１の例ではＱ２，Ｑ３）の通電電流値を連動させることで、各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３間のバランスを取ることである。

具体的には、前記制御素子Ｑ１〜Ｑ３がこの図１のようにトランジスタである場合には、制御端子であるベースと、コレクタとを短絡するとともに、ベースを共通に接続する。また、前記制御素子がＭＯＳ型トランジスタである場合には、制御端子であるゲートと、ドレインとを短絡するとともに、ゲートを共通に接続する。

さらに注目すべきは、前記ダイオード構造とした制御素子Ｑ１のＬＥＤ負荷回路Ｕ１に直列にインピーダンス素子Ａを挿入し、そのインピーダンス素子Ａが、ＬＥＤＤ１のＯＮ電圧をＶｆとし、そのばらつきをσとし、直列段数をｎとするとき、定格電流でＶｆ×ｎ×σ以上の電圧降下Ｖａを生じるようにすることである。

前記インピーダンス素子Ａは、たとえば図２（ａ）で示すような１または複数段のダイオード、図２（ｂ）で示すようなツェナダイオード、図２（ｃ）で示すような抵抗などから実現することができる。前記図２（ａ）で示すダイオードを用いる場合、たとえば１つで０．７Ｖの細かなばらつきに対応することができ、図２（ｂ）で示すツェナダイオードを用いる場合、前記ＯＮ電圧Ｖｆの総和で２Ｖ以上の大きなばらつきに対応することができ、図２（ｃ）で示すような抵抗を用いる場合、常時損失が発生するものの、前記ダイオードよりも細かなばらつきに対応することができ、ＯＮ電圧Ｖｆのばらつきが小さい場合や、ＬＥＤＤ１が少数段の場合に好適である。

このように構成することで、ＬＥＤＤ１のＯＮ電圧Ｖｆにばらつきがあっても、前記カレントミラー回路の基準電流を作成する回路は、ＬＥＤＤ１のＯＮ電圧Ｖｆの総和を含めて、ＬＥＤ電流による電圧降下が最も高い回路となっており、各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３における電流値を均等に制御し、多数のＬＥＤＤ１からの光出力を均一化することができる。また、基準電流のみを作成する回路が不要で、その分の回路損失を無くすこともできる。さらにまた、トランジスタなどの制御素子Ｑ１〜Ｑ３の１つをダイオード構造とするとともに、ミラー回路に構成するだけであるので、安価な構成で実現することができる。

たとえば、ＬＥＤ負荷回路の数を前記Ｕ１〜Ｕ３の３つとし、その各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３を５段のＬＥＤＤ１で構成し、前記ＯＮ電圧Ｖｆのばらつきを±５％とするとき、前記抵抗Ｒ２の検知結果による一括定電流制御のみの場合、すなわち制御素子Ｑ１〜Ｑ３が設けられていない場合には、各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３間の電流ばらつきは、１７．５〜２２．７ｍＡ（前記一括定電流制御の電流値は６０ｍＡ）となるのに対して、前記制御素子Ｑ１〜Ｑ３を設け、前記のようにＯＮ電圧Ｖｆの総和が最も高いＬＥＤ負荷回路Ｕ１に対応した制御素子Ｑ１を基準として他の制御素子Ｑ２，Ｑ３にミラー動作を行わせることで、電流ばらつきは、２０．０〜２０．１ｍＡに抑えることができる。同様に、前記ＯＮ電圧Ｖｆのばらつきを±１０％とした場合には、一括定電流制御のみで１５．２〜２５．８ｍＡ、ミラー動作を行わせることで、２０．０〜２０．１ｍＡとすることができる。

このＬＥＤ点灯回路３１の直流電源は、前述の図９で示すＬＥＤ点灯回路と同様に、チョークコイルＬを有するＤＣ−ＤＣコンバータ３５であるけれども、図１０で示すトランスｔを有する絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータであってもよく、特にＬＥＤモジュール３２に対する直流電源は任意である。しかしながら、前記制御素子Ｑ１〜Ｑ３を用いるカレントミラー動作による定電流制御を行うにあたって、直流電源には、定電圧制御と、定電流制御とでは、定電流制御を用いる方が好ましい。

図３には、ＤＣ−ＤＣコンバータ３５が、上述のような抵抗Ｒ２の検知結果による定電流制御のみを行った場合と、前記図１０で示すような電圧ＶＤＣの定電圧制御のみを行った場合とにおける前記制御素子Ｑ１〜Ｑ３による損失について、詳しく示す。また、図３には、前述の図１０および図１１で示す定電流回路ｄ１〜ｄ３を用いた場合において、定電流制御を行った場合と、定電圧制御を行った場合とにおける損失についても詳しく示す。試算の条件は、各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３を流れる電流、すなわちＬＥＤＤ１の定格電流を２０ｍＡ、ＬＥＤＤ１のＯＮ電圧Ｖｆを３．２Ｖ、そのばらつきを±１０％、制御素子（トランジスタ）Ｑ１〜Ｑ３のｈｆｅを１００とする。

図３から明らかなように、本実施の形態のカレントミラー回路による電流バランス制御では、ＯＮ電圧Ｖｆのばらつきが無い方が損失が小さいものの、ＯＮ電圧Ｖｆのばらつきの有無に拘わらず、定電流制御の方が、定電圧制御に比べて、損失が小さいことが理解される。これに対して、前述の図１０および図１１で示す定電流回路ｄ１〜ｄ３を用いた電流バランス制御でも、ＯＮ電圧Ｖｆのばらつきの有無に拘わらず、定電流制御の方が、定電圧制御に比べて、損失が小さいけれど、定電流制御では、総電流量が制限されているので、ＯＮ電圧Ｖｆのばらつきが有っても無くても、損失が同じであることが理解される。したがって、本実施の形態のカレントミラー回路による電流バランス制御に対しては、定電流制御が好ましく、何れの条件でも、定電流回路ｄ１〜ｄ３を用いる場合に比べて、電流バランスを確保するにあたっての損失を大幅に削減できることが理解される。

上述の説明では、制御素子（トランジスタ）Ｑ１〜Ｑ３のエミッタ面積比、すなわち各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３におけるＬＥＤＤ１の定格電流は、各相互に等しかったけれども、相互に異なるように構成されてもよく、その場合、制御素子Ｑ１〜Ｑ３は、その異なる設定電流比を維持するように制御を行う。また、本発明におけるＬＥＤＤ１には、有機ＥＬ（オーガニックＬＥＤ）も適用可能である。

また、前記インピーダンス素子Ａは、ＬＥＤで実現することもでき、その場合、図４のＬＥＤ点灯回路３１ａで示すように、ＬＥＤモジュール３２ａのＬＥＤ負荷回路Ｕ１ａにおいて、余分なＬＥＤＤ１０を設け、該ＬＥＤ負荷回路Ｕ１ａの直列ＬＥＤ段数を残余のＬＥＤ負荷回路Ｕ２，Ｕ３よりも多く設定するだけでよい。たとえば、σ＝１０％程度であるときには、ｎ＝１０程度までは追加のＬＥＤＤ１０を１つ、ｎ＝２０程度までは追加のＬＥＤＤ１０を２つというように、ばらつきをσと直列段数をｎとに対応して、常にそのＬＥＤ負荷回路Ｕ１ａのＯＮ電圧Ｖｆの総和が最も高くなるように設定すればよい。このように構成することで、前記ＯＮ電圧Ｖｆの総和を最も高くする構成を、容易に構成することができるとともに、インピーダンス素子Ａによる消費電力を有効に活用することもできる。

［実施の形態２］
図５は、本発明の実施の他の形態に係るＬＥＤ点灯回路５１の構成を示すブロック図である。このＬＥＤ点灯回路５１において、前述のＬＥＤ点灯回路３１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、このＬＥＤ点灯回路５１では、前記インピーダンス素子Ａの端子間に短絡スイッチＳＷが設けられるとともに、その短絡スイッチＳＷが開成され、前記制御素子Ｑ１〜Ｑ３がカレントミラー動作を行っている状態で、Ｖｆ検出回路５２が前記各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３におけるＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆの総和を検出し、その検出結果から、切換え制御回路５３が、制御素子Ｑ１が前記ダイオード構造となっているＬＥＤ負荷回路Ｕ１のＯＮ電圧Ｖｆの総和が最も高い場合には前記短絡スイッチＳＷを閉成し、そうでない場合には前記短絡スイッチＳＷを開成することである。

図６は、前記Ｖｆ検出回路５２および切換え制御回路５３の一構成例を示すブロック図である。Ｖｆ検出回路５２は、２つの比較器ＣＰ１，ＣＰ２と、それらの出力を加算するＡＮＤゲートＧとを備えて構成される。各比較器ＣＰ１，ＣＰ２の非反転入力端には共通に前記インピーダンス素子Ａが設けられているＬＥＤ負荷回路Ｕ１の端子電圧が与えられ、非反転入力端には前記インピーダンス素子Ａが設けられていないＬＥＤ負荷回路Ｕ２，Ｕ３の端子電圧がそれぞれ与えられる。したがって、各比較器ＣＰ１，ＣＰ２からは、ＬＥＤ負荷回路Ｕ１の端子電圧の方が低い場合、すなわちＤＣ−ＤＣコンバータ３５の出力電圧ＶＤＣからの電圧降下量が大きい場合にハイレベルが出力され、ＡＮＤゲートＧからは、ＬＥＤ負荷回路Ｕ１の電圧降下量が最も大きい場合にハイレベルが出力される。

前記切換え制御回路５３は、前記ＡＮＤゲートＧの出力がベースに与えられるトランジスタＴＲ１と、そのベース抵抗Ｒ１１およびコレクタ抵抗Ｒ１２と、前記コレクタ抵抗Ｒ１２を介してトランジスタＴＲ１によって駆動されるフォトカプラＰＣとを備えて構成される。したがって、前記ＡＮＤゲートＧからハイレベルが出力されると、トランジスタＴＲ１がＯＮし、フォトカプラＰＣのフォトダイオードＤ１１が点灯して前記短絡スイッチＳＷを構成するフォトトランジスタＴＲ２がＯＮし、インピーダンス素子Ａをバイパスする。

このように構成することで、前述のようにカレントミラーによって電流均一化動作を行おうとすると、ＬＥＤＤ１のＯＮ電圧Ｖｆの総和が最も高い回路が基準電流回路とならなければならないのに対し、実際にＶｆ検出回路５２が各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３におけるＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆの総和を測定してみて、インピーダンス素子Ａが必要な場合にだけ、切換え制御回路５３が挿入するので、経年変化などに対して、必要な場合だけインピーダンス素子Ａを機能させることができ、該インピーダンス素子Ａでの損失を抑えることができる。

［実施の形態３］
図７は、本発明の実施の他の形態に係るＬＥＤ点灯回路６１の構成を示すブロック図である。このＬＥＤ点灯回路６１において、前述のＬＥＤ点灯回路３１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、このＬＥＤ点灯回路６１では、ＬＥＤモジュール３２ｂにおいて、制御素子Ｑ２，Ｑ３が前記ダイオード構造となっていないＬＥＤ負荷回路Ｕ２，Ｕ３の端子間に並列にインピーダンス素子Ａ２，Ａ３が設けられることである。そして、このインピーダンス素子Ａ２，Ａ３は、対応するＬＥＤ負荷回路Ｕ２，Ｕ３のインピーダンスを低減し、端子間電圧を前記ＬＥＤ負荷回路Ｕ１の端子間電圧よりも低くクランプするものであり、たとえば図７で示すようにツェナダイオードから成り、或いはツェナダイオードと直列にさらに抵抗素子を備える構成なども用いることができる。

このように構成してもまた、ＬＥＤＤ１のＯＮ電圧Ｖｆにばらつきがあっても、前記カレントミラー回路の基準電流を作成するＬＥＤ負荷回路Ｕ１は、ＬＥＤＤ１のＯＮ電圧Ｖｆの総和を含めて、ＬＥＤ電流による電圧降下が最も高い回路となっており、各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３における電流値を均等に制御し、多数のＬＥＤＤ１からの光出力を、均一化することができる。また、基準電流のみを作成する回路が不要で、その分の回路損失を無くすこともできる。

［実施の形態４］
図８は、本発明の実施の他の形態に係るＬＥＤ点灯回路７１の構成を示すブロック図である。このＬＥＤ点灯回路７１において、前述のＬＥＤ点灯回路３１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、このＬＥＤ点灯回路７１では、ＤＣ−ＤＣコンバータ３５に定電流のフィードバック制御を行うにあたって、その電流検知抵抗Ｒ２を、各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３の内、何れか１つ（図８の例ではＵ１）に挿入することである。この場合、前記抵抗Ｒ２による損失を削減することができる（図８の例では、図１の例に対して、略１／３）。また、基準となるＬＥＤ負荷回路以外でＬＥＤＤ１に断線が生じても、残余の回路は、一定の電流値のままで点灯を続けることができる。

ここで、特開２００６−２０３０４４号公報には、ＯＮ電圧Ｖｆが異なる並列ＬＥＤの電流調整を行うにあたって、直列にトランジスタを接続するとともに、そのゲートを共通に駆動し、さらに前記ＯＮ電圧Ｖｆが小さいＬＥＤに対しては、直列にダミーのダイオードを接続し、前記ＯＮ電圧Ｖｆの差を小さくすることが示されている。しかしながら、この先行技術では、カレントミラーの基準電流は別途に作成しており、前記ＯＮ電圧Ｖｆの差を小さくするためにダイオードが挿入されるのに対して、本実施の形態では、カレントミラーの基準電流が作成できるように、前記ＯＮ電圧Ｖｆの差が大きくなるように挿入される。したがって、この先行技術のようにＲＧＢ発光で白色光を発生する場合、この先行技術ではＯＮ電圧Ｖｆの小さい（２Ｖ程度）Ｒの素子の系統にダイオードを挿入することになるが、本実施の形態では、ＯＮ電圧Ｖｆの大きい（３〜３．５Ｖ程度）Ｂの素子の系統にダイオードを挿入することになり、全く異なるものである。

本発明の実施の一形態に係るＬＥＤ点灯回路の構成を示すブロック図である。 図１で示す点灯回路におけるインピーダンス素子の一例を示す図である。 図１で示す本発明の一実施形態と図１０および図１１で示す従来技術とで、並列のＬＥＤ負荷回路へ供給する電流のバランス制御に要する損失計算の結果を示す図である。 本発明の実施の一形態に係るＬＥＤ点灯回路における他の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の他の形態に係るＬＥＤ点灯回路の構成を示すブロック図である。 図１で示す点灯回路におけるＶｆ検出回路および切換え制御回路の一構成例を示すブロック図である。 本発明の実施のさらに他の形態に係るＬＥＤ点灯回路の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の他の形態に係るＬＥＤ点灯回路の構成を示すブロック図である。 典型的な従来技術のＬＥＤ点灯回路の構成を示すブロック図である。 他の従来技術のＬＥＤ点灯回路の構成を示すブロック図である。 図１０で示すＬＥＤ点灯回路における定電流回路の具体例を示す電気回路図である。 さらに他の従来技術のＬＥＤ点灯回路の構成を示すブロック図である。

符号の説明

３１，３１ａ，５１，６１，７１ ＬＥＤ点灯回路
３２，３２ａ，３２ｂ ＬＥＤモジュール
３３ 商用電源
３４ 整流ブリッジ
３５ ＤＣ−ＤＣコンバータ
３６ 制御回路
３７ 比較回路
３８ 基準電圧源
５２ Ｖｆ検出回路
５３ 切換え制御回路
Ａ，Ａ２，Ａ３ インピーダンス素子
Ｃ２ 平滑コンデンサ
ＣＰ１，ＣＰ２ 比較器
Ｄ ダイオード
Ｄ１，Ｄ１０ ＬＥＤ
Ｄ１１ フォトダイオード
Ｇ ＡＮＤゲート
Ｌ チョークコイル
ＰＣ フォトカプラ
Ｑ０ スイッチング素子
Ｑ１〜Ｑ３ 制御素子
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗
Ｒ１１ ベース抵抗
Ｒ１２ コレクタ抵抗
ＳＷ 短絡スイッチ
ＴＲ１ トランジスタ
ＴＲ２ フォトトランジスタ
Ｕ１，Ｕ１ａ，Ｕ２，Ｕ３ ＬＥＤ負荷回路

Claims (6)

1. １または直列複数段のＬＥＤから成るＬＥＤ負荷回路が相互に並列に複数配置されて成るＬＥＤモジュールに対して、直流電源から通電を行うようにしたＬＥＤ点灯回路において、
   前記各ＬＥＤ負荷回路に直列に設けられ、カレントミラー回路を構成して前記各ＬＥＤ負荷回路における通電電流値を連動させる制御素子であって、いずれか１つが前記カレントミラーの基準電流回路となるようにダイオード構造とされるそのような制御素子と、
   前記ダイオード構造の制御素子の回路に直列に挿入され、ＬＥＤのＯＮ電圧をＶｆとし、そのばらつきをσとし、直列段数をｎとするとき、定格電流でＶｆ×ｎ×σ以上の電圧降下を生じるインピーダンス素子とを含むことを特徴とするＬＥＤ点灯回路。
2. 前記インピーダンス素子は、ＬＥＤであることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯回路。
3. 前記インピーダンス素子の端子間を短絡することができる短絡スイッチと、
   前記短絡スイッチが開成され、前記制御素子がカレントミラー動作を行っている状態で、前記各ＬＥＤ負荷回路におけるＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆの総和を検出する検出手段と、
   前記検出手段の検出結果に応答し、制御素子が前記ダイオード構造となっているＬＥＤ負荷回路のＯＮ電圧Ｖｆの総和が最も高い場合には前記短絡スイッチを閉成し、そうでない場合には前記短絡スイッチを開成する切換え制御手段とを含むことを特徴とする請求項１または２記載のＬＥＤ点灯回路。
4. １または直列複数段のＬＥＤから成るＬＥＤ負荷回路が相互に並列に複数配置されて成るＬＥＤモジュールに対して、直流電源から通電を行うようにしたＬＥＤ点灯回路において、
   前記各ＬＥＤ負荷回路に直列に設けられ、カレントミラー回路を構成して前記各ＬＥＤ負荷回路における通電電流値を連動させる制御素子であって、いずれか１つが前記カレントミラーの基準電流回路となるようにダイオード構造とされるそのような制御素子と、
   前記ダイオード構造の制御素子の回路以外の回路に並列に挿入され、そのＬＥＤ負荷回路のインピーダンスを低減するインピーダンス素子とを含むことを特徴とするＬＥＤ点灯回路。
5. 前記直流電源は、ＤＣ−ＤＣコンバータであり、
   前記各ＬＥＤ負荷回路を流れる総電流値または前記ダイオード接続された制御素子に対応するＬＥＤ負荷回路を流れる電流値を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段からの検出結果を比較するための基準電圧源および比較器と、
   前記比較器からの出力に応じて、前記ＬＥＤモジュールへの通電電流値の総和が予め定める値となるように前記直流電源をフィードバック制御する制御手段とを備えて構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＬＥＤ点灯回路。
6. 前記請求項１〜５のいずれか１項に記載のＬＥＤ点灯回路を用いることを特徴とする照明器具。

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