JP5439512B2 - 発光ダイオード駆動装置及びその方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気的光源の回路装置の技術分野に属し、特に、三極双方向サイリスタ（Ｔｒｉ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ＡＣ Ｓｗｉｔｃｈ，ＴＲＩＡＣ）及び制御回路を利用して、安定直流の駆動電流の大きさを調整することによって発光ダイオードの輝度を直線性調整する発光ダイオード駆動装置及びその方法に関するものである。

近年では、舞台、映画館あるいは会議室などの場所に対して照明光線の変化要求に応じる、もしくは省エネルギー・節電の環境保護への関心を満たすように、各種の照明設備やシステム中には、照明光線分布量を自動的もしくは多段式に調整する効果が達成できるように、既に調光装置が数多く応用されている。一例を挙げれば、一般の発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ，ＬＥＤ）灯具は、三極双方向サイリスタにより入力電圧の導通角を切り換え、そして抵抗体に起因する電圧降下を検知することによって発光ダイオードの駆動電流を検知し、電圧降下と入力電圧とを比較器により比較し、入力電圧が電圧降下より大きい場合には、高レベル電圧を出力し、逆の場合には、低レベル電圧を出力し、また、トランジスタを導通もしくは遮断することによってパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ＰＷＭ）信号のデューティー比を調整し、それにより、出力される駆動電圧の大きさが調整されることで、駆動電流の大きさを制御できると同時に発光ダイオードの発光輝度を制御することができる。

しかしながら、発光ダイオードの電流／電圧（Ｉ／Ｖ）特性曲線から分かるように、発光ダイオードは非直線性部品、即ち、電圧に対する電流の比に正比例していない。そのため、上記の調光方法では駆動電圧と駆動電流の変化量が一致していないため、調光効果が正確に把握できないという問題があった。又、例えば１００ヘルツ（Ｈｅｒｔｚ，Ｈｚ）又は１２０ヘルツのように電圧周波数が低すぎる場合、三極双方向サイリスタにより発光ダイオードではフリッカ現象が発生しやいため、利用者に視感上の不快感を与えてしまう。一方、電圧周波数が高すぎる場合、パルス幅変調信号の高・低レベル電圧の変化が急激であることに起因するノイズ干渉が生じ、発光ダイオードの動作異常を引き起こして実用性を低下させた。

本発明は従来技術の問題を鑑みなされたもので、本発明の目的は、制御回路及び駆動回路を介して生成される定電流により発光ダイオードの輝度を直線性調整することができ、これにより、調光周波数が低すぎる、もしくは高すぎるに起因するフリッカ又はノイズ干渉問題の発生を回避することができる発光ダイオード駆動装置及びその方法を提供することにある。

上述した目的に従って、該発光ダイオード駆動装置は、少なくとも１つの発光ダイオードの照明輝度の駆動又は直線性調整に適用されており、かつ変調回路と、積分回路と、制御回路と、フィルタ回路と、駆動回路とを備えている。該変調回路は、電源と電気的に接続されているとともに、交流電圧を受け、可変直流の変調電圧として出力する。該積分回路は、該変調回路と接続されているとともに、該変調電圧を受け、安定直流の積分電圧として出力する。また、該制御回路は、該積分回路と接続されているとともに、比較器と、フリップフロップとを有しており、比較器は、該積分電圧と検知電圧とを比較し、その比較結果に基づいて、該フリップフロップに制御信号を出力させる。なお、該フィルタ回路は、該変調回路と接続されているとともに、該変調電圧を受け、定電圧のフィルタ電圧として出力する。該駆動回路は、該フィルタ回路及び該制御回路と接続されているとともに、該検知電圧を該制御回路にフィードバックするための感応抵抗体を有している。該駆動回路は、該制御信号に基づいて、前記フィルタ電圧を調整することにより、前記発光ダイオードを駆動するための駆動電流として変換して生成される。

なお、該変調回路は、三極双方向サイリスタと、ブリッジ型全波整流器とを備えており、該三極双方向サイリスタは、該交流電圧を受けて該交流電圧の導通位相角を調整した後、該ブリッジ型全波整流器を介して整流して該変調電圧が生成される。該制御回路には、発振器が設けられており、該発振器は、該フリップフロップと接続されており、該制御信号を即時出力するように該フリップフロップを定期的にトリガーする。

また、該発光ダイオード駆動装置には、保持電流回路をさらに備えている、この保持電流回路は、該変調回路と該駆動回路との間に接続されており、かつ２つのトランジスタを有しており、これらのトランジスタのゲートを該駆動回路に接続され、かつ該変調回路が調光を行い、該駆動回路を作動させた時に、これらのトランジスタの導通による三極双方向サイリスタに供給するための保持電流（Ｈｏｌｄｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）が出力され、該変調回路を正常に稼働させる。

さらに、本発明の別の目的に従って、該発光ダイオード駆動方法は、発光ダイオード駆動装置を駆動するとともに、少なくとも１つの発光ダイオードの照明輝度を直線性調整する発光ダイオード駆動方法であって、該発光ダイオード駆動装置は、変調回路と、積分回路と、制御回路と、フィルタ回路と、駆動回路とを備えており、以下のステップ：該変調回路により、電源の交流電圧を受け、可変直流の変調電圧として出力するステップと、該積分回路に該変調電圧を受けさせ、安定直流の積分電圧として出力するステップと、該制御回路の比較器を利用して該積分電圧と検知電圧とを比較し、その比較結果に基づいて、該制御回路のフリップフロップに制御信号を出力させ、かつ該検知電圧は該駆動回路の感応抵抗体によりフィードバックして出力するステップと、該フィルタ回路を介して該積分電圧を電圧安定化・フィルタし、定電圧のフィルタ電圧として出力するステップと、該駆動回路は、該制御信号に基づいて、該フィルタ電圧を調整することにより、該発光ダイオードを駆動するための駆動電流として変換して生成されるようにさせるステップとを含む。

なお、さらに、以下のステップ：該変調回路の三極双方向サイリスタにより、該交流電圧を受けて該交流電圧の導通位相角を調整した後、該変調回路のブリッジ型全波整流器を介して整流して該変調電圧が生成されるステップと、該変調回路が調光を行い、該駆動回路を作動させた時に、保持電流回路内の２つのトランジスタが導通されることによって保持電流を該三極双方向サイリスタに供給して、該変調回路を正常に稼働させるステップと、該制御回路の発振器により、該制御信号を即時出力するように該フリップフロップを定期的にトリガーするステップとを含む。

本発明の好適な実施例の流れ図である。 本発明の好適な実施例の一実施態様のブロック図である。 本発明の好適な実施例の一実施態様の回路図である。 本発明の好適な実施例の別の実施態様のブロック図である。 本発明の好適な実施例の別の実施態様の回路図である。

図１に示す本発明の好適な実施例の流れ図を参照する。この図に示されるように、該発光ダイオード駆動方法は、発光ダイオード駆動装置を駆動するとともに、少なくとも１つの発光ダイオードの照明輝度を直線性調整する発光ダイオード駆動方法であって、該発光ダイオード駆動装置は、変調回路と、保持電流回路と、積分回路と、制御回路と、フィルタ回路と、駆動回路とを備えており、以下のステップを含むように適用されることができる。

ステップＳ１において、該変調回路の三極双方向サイリスタにより、電源の交流電圧を受けて該交流電圧の導通位相角を調整した後、直に該変調回路のブリッジ型全波整流器を介して整流して可変直流の変調電圧として出力することができる。また、該変調回路が調光を行い、該駆動回路を作動させた時に、保持電流回路内の２つのトランジスタが導通されることによって保持電流を該三極双方向サイリスタに供給して、該変調回路を正常に稼働させるようにする。

ステップＳ２において、該変調電圧を該積分回路までに伝送して、該積分回路を介して電圧安定化して安定直流の積分電圧として出力することができる。特に、該積分回路はデジタル回路又はアナログ回路のいずれで構成してもよい。もしくは、ルックアップテーブル（Ｌｏｏｋ Ｕｐ Ｔａｂｌｅ）方式を用いることにより実現されてもよい。

ステップＳ３において、該制御回路の比較器を利用して該積分電圧と検知電圧とを比較し、その出力に基づいて、該制御回路のフリップフロップに制御信号を出力させ、かつ該検知電圧は該駆動回路の感応抵抗体によりフィードバックして出力することができる。また、該フリップフロップを発振器による定期的にトリガーするようにさせているため、該制御信号を即時出力することができる。

ステップＳ４において、該フィルタ回路のフィルタコンデンサを介して該積分電圧をフィルタすることにより、該フィルタ回路をより安定化することとなり、定電圧のフィルタ電圧として生成されることができる。

最後、ステップＳ５に進み、該制御信号に基づいて、該駆動回路は、該フィルタ電圧の電圧値の大きさを調整することにより、該発光ダイオードを駆動するための安定した駆動電流として変換して生成されるようにすることができる。そのため、位相カット調光を定電流調光方式に変更すように構成される本発明によれば、該三極双方向サイリスタにより調光周波数が低すぎるによるフリッカ問題が解決でき、また、調光周波数が高すぎるによる該駆動回路への干渉が生じて該駆動回路が異常信号を出力することの発生を回避することができる。

上述したとおり、図２及び図３を参照し、それぞれが本発明の好適な実施例の一実施態様のブロック図及び回路図である。これらの図に示すように、該発光ダイオード駆動装置２は複数個の発光ダイオード３の照明輝度の駆動又は直線性調整に適用されており、かつ変調回路２０と、積分回路２１と、フィルタ回路２２と、制御回路２３と、駆動回路２４とを備えている。該変調回路２０は、三極双方向サイリスタ２００と、可変抵抗体２０１と、ブリッジ型全波整流器２０２とを備えるように構成されていってもよく、かつ該三極双方向サイリスタ２００は、例えば商用電源のような電源１と接続されており、交流電圧１０を受けて該交流電圧１０の導通位相角を調整した後、該ブリッジ型全波整流器２０２を介して整流して可変直流の変調電圧２０３として生成し、生成された変調電圧２０３を該積分回路２１及び該フィルタ回路２２に出力する。それによって、該可変抵抗体２０１の抵抗値を調整すれば、該導通位相角を調整することができることから、該変調電圧２０３の大きさを制御することで、それらの発光ダイオード３の発光輝度を制御することが可能となる。

該積分回路２１はＲＣ積分器（ＲＣ Ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ ）であってもよい。積分コンデンサ２１０の充放電により、該変調電圧２０３を安定直流の積分電圧２１１として形成させ、形成された積分電圧２１１を該制御回路２３に出力する。該制御回路２３は制御チップであってもよい。該制御回路２３には、比較器２３０及びフリップフロップ２３１が設けられており、該比較器２３０は、該積分電圧２１１と検知電圧とを比較して比較結果を出力し、そして該フリップフロップ２３１は、該比較結果に基づいて、例えば石英発振器のような発振器（図示しない）により、定期的にトリガーして制御信号を該駆動回路２４に即時出力するようにしている。

同時に、該フィルタ回路２２はさらに他のコンデンサを介して充放電することができ、該変調電圧２０３をフィルタ・電圧安定化し、定電圧のフィルタ電圧２２０を該駆動回路２４に出力する。このようにすれば、該変調電圧２０３の増大または減少により、該積分電圧２１１が該検知電圧より大きい又は小さい時には、該制御信号に基づいて、該駆動回路２４がそれらの発光ダイオード３を駆動させるように該フィルタ電圧２２０の大きさが調整される。ここで注意すべき点として、該駆動回路２４は、該制御信号に基づいて、該フィルタ電圧２２０の電圧値の大きさを段階的に調整することにより、段階的な変化を呈している駆動電流２４０に変換してそれらの発光ダイオード３の光輝度を直線性調整することができ、その駆動電流の例としては、５ミリアンペア毎の目盛りに従って変化する安定直流の駆動電流が挙げられる。

本実施例において、該駆動回路２４には、該駆動電流２４０の即時検出に用い、該検知電圧を生成するための検知素子２４１を設けることができ、その検知素子の例としては、抵抗体が挙げられる。さらに、それらの発光ダイオード３は、低駆動電流２４０・高発光効率といった特性を有しているので、該発光ダイオード駆動装置２は、制御信号に基づいて、該駆動電流２４０を正確な低電流値までに段階的に調整することができるため、エネルギー消耗を低く抑えることができる。

そして、図４及び図５を合わせて参照し、それぞれが本発明の好適な実施例の別の実施態様のブロック図及び回路図である。これらの図に示すように、該三極双方向サイリスタ２００が導通状態に維持することができないことから、それらの発光ダイオード３にちらつきが生じてしまうことを回避するために、該発光ダイオード駆動装置２には、さらに該変調回路２０を正常に稼働させるように保持電流を該三極双方向サイリスタ２００に供給する保持電流回路２５を設けることができる。該保持電流回路２５は、該変調回路２０と該駆動回路２４との間に接続され、かつ第１のトランジスタ２５０及び第２のトランジスタ２５１を有しており、該変調電圧２０３の電圧値の大きさと該第１のトランジスタ２５０の電流の大きさとは正比例しており、一方、該第２のトランジスタ２５１の電流の大きさとは反比例しているので、該保持電流回路２５はそれらのトランジスタ２５０，２５１の作動により安定した該保持電流を提供することができる。

さらに、該発光ダイオード駆動装置２は、さらに赤色発光ダイオード３０と、緑色発光ダイオード３１と、青色発光ダイオード３２と、を同時に接続することができ、これらの発光ダイオード３０，３１，３２の輝度を同時に調整することもできるので、混光効果が図られる。

１・・・・・・電源
１０・・・・・交流電圧
２・・・・・・発光ダイオード駆動装置
２０・・・・・変調回路
２００・・・・三極双方向サイリスタ
２０１・・・・可変抵抗体
２０２・・・・ブリッジ型全波整流器
２０３・・・・変調電圧
２１・・・・・積分回路
２１０・・・・積分コンデンサ
２１１・・・・積分電圧
２２・・・・・フィルタ回路
２２０・・・・フィルタ電圧
２３・・・・・制御回路
２３０・・・・比較器
２３１・・・・フリップフロップ
２４・・・・・駆動回路
２４０・・・・駆動電流
２４１・・・・検知素子
２５・・・・・保持電流回路
２５０・・・・第１のトランジスタ
２５１・・・・第２のトランジスタ
３・・・・・・発光ダイオード
３０・・・・・赤色発光ダイオード
３１・・・・・緑色発光ダイオード
３２・・・・・青色発光ダイオード
Ｓ１〜Ｓ５・・ステップ

Claims (4)

1. 発光ダイオード駆動装置であって、
   三極双方向サイリスタと、ブリッジ型全波整流器とを有し、電源から供給された交流電圧を前記三極双方向サイリスタにより導通位相角の調整を行った後に前記ブリッジ型全波整流器により整流して可変直流の変調電圧を生成し、当該可変直流の変調電圧を出力する変調回路と、
   前記変調回路から入力された前記変調電圧に基づいて安定直流の積分電圧を出力する積分回路と、
   前記積分回路から入力された前記積分電圧と発光ダイオードに供給される駆動電流に応じた検知電圧とを比較する比較器と、前記比較器の比較結果に基づいて、制御信号を出力するフリップフロップとを有する制御回路と、
   前記変調回路から入力された前記変調電圧に基づいて定電圧のフィルタ電圧を出力するフィルタ回路と、
   前記検知電圧を前記制御回路にフィードバックするための感応抵抗体を有し、前記制御回路から入力された前記制御信号に基づいて、前記フィルタ回路から入力された前記フィルタ電圧を調整することにより、前記発光ダイオードを安定駆動するための前記駆動電流を、前記フィルタ電圧を変換して生成する駆動回路と、
   前記変調回路と前記駆動回路との間に接続されるとともに、各々のゲートが前記駆動回路に接続された２つのトランジスタを有し、前記変調回路が調光を行い前記駆動回路が作動するとき、前記２つのトランジスタの導通を通じて、前記変調回路を正常に稼働させるための保持電流を前記三極双方向サイリスタに供給する保持電流回路と、
   を備えたことを特徴とする発光ダイオード駆動装置。
2. 前記制御回路は、前記制御信号を即時出力するように前記フリップフロップを定期的にトリガーする発振器をさらに有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駆動装置。
3. 発光ダイオード駆動方法であって、
   変調回路が、電源から供給された交流電圧の導通位相角を三極双方向サイリスタによって調整した後、前記導通位相角を調整した交流電圧をブリッジ型全波整流器によって整流して可変直流の変調電圧を生成し、当該可変直流の変調電圧を出力するステップと、
   積分回路が、前記変調回路から入力された前記変調電圧に基づいて安定直流の積分電圧を出力するステップと、
   駆動回路が、感応抵抗体を通じて検知された発光ダイオードに供給される駆動電流に応じた検知電圧を制御回路にフィードバックし、前記制御回路が、前記積分回路から入力された前記積分電圧と前記駆動回路からフィードバックされた前記検知電圧とを比較器によって比較し、前記比較器の比較結果に基づいて、制御信号をフリップフロップから出力するステップと、
   フィルタ回路が、前記積分回路から入力された前記積分電圧をフィルタするとともに電圧安定化し、定電圧のフィルタ電圧として出力するステップと、
   駆動回路が、前記制御回路から入力された前記制御信号に基づいて、前記フィルタ回路から入力された前記フィルタ電圧を調整することにより、前記発光ダイオードを安定駆動するための駆動電流を、前記フィルタ電圧を変換して生成するステップと、
   保持電流回路が、前記変調回路が調光を行い前記駆動回路が作動するとき、各々のゲートが前記駆動回路に接続された２つのトランジスタの導通を通じて、前記変調回路を正常に稼働させるための保持電流を前記三極双方向サイリスタに供給するステップと、
   を備えたことを特徴とする発光ダイオード駆動方法。
4. 前記駆動回路が前記検知電圧を前記制御回路にフィードバックし、前記制御回路が前記制御信号を前記フリップフロップから出力するステップにおいて、
   前記制御回路は、さらに、前記制御信号を即時出力するように発振器によって前記フリップフロップを定期的にトリガーする
   ことを特徴とする請求項３に記載の発光ダイオード駆動方法。

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