JP5528883B2

JP5528883B2 - Ｌｅｄ駆動回路

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Inventors: 伸一鈴木
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Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ
Ｄｉｏｄｅ；以下、ＬＥＤと略記する。）の駆動回路に関し、詳しくは、位相制御式の調光回路を用いてＬＥＤを定電流駆動するＬＥＤ駆動回路に関する。

従来、白熱灯を照明用光源とする照明装置において、トライアック（双方向サイリスタ）を用いて調光を実施する位相制御式の調光回路が広く用いられている。この調光回路は、典型的には、その制御部によりトライアックの導通角を制御することで、調光回路に供給される商用交流電源電圧のデューティ比を変化させることにより、光源に供給する電力量を変化させ、調光を実施するものである。

近年、ＬＥＤを照明用光源とする照明装置においても、このような位相制御式の調光回路での調光を可能とする調光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このような位相制御式の調光回路は、従来、白熱灯用の調光回路として広く用いられているが、ＬＥＤのように負荷電流が小さい照明用光源に対して適用する場合、次のような問題が生じることが知られている。すなわち、サイリスタは、トリガが入力されてオン状態になった後、そのオン状態を維持するために、主端子間に所定の最小保持電流以上の電流が流れている必要がある。したがって、ＬＥＤのように負荷電流が小さい照明用光源の照明装置にこの調光回路を適用した場合、光源の負荷電流によってサイリスタのオン状態を安定に維持することが困難となり、調光回路の誤動作が発生して照明がちらつく等の問題が生じる。特に、調光回路に外来ノイズあるいは調光回路間の干渉によるノイズが印加されたときには、ノイズによるマイナス方向の電流が調光回路の調光電流に重畳されることにより、特に保持電流が小さい期間では、調光電流が低下して調光回路の誤動作や照明の立ち消えなどの不具合が発生する可能性がある。

このような問題に対処するために、従来、定電流回路を用いてサイリスタの最小保持電流を維持するようにした照明装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２には、流れる電流が所定の保持電流を下回るとオフするスイッチング素子を用いて交流電源電圧をオン、オフすることによりオン位相角を制御する位相制御調光回路によって、オン位相角が調整された交流電源電圧を受電するための第１及び第２受電端子と、第１及び第２受電端子間に接続されたコンデンサと、コンデンサと並列に予め設定された定電流を流す定電流回路と、コンデンサの両端電圧におけるデューティ比に応じた電力を出力する電力制御部と、電力制御部から出力された電力を外部に接続された発光部へ供給するための第１及び第２出力端子とを備えることを特徴とする照明用電源回路が開示されている。

特開２００４−３２７１５２号公報特開２００７−２２７１５５号公報

しかしながら、特許文献２に記載されたような定電流回路を用いた構成では、負荷電流によってサイリスタの最小保持電流が維持されている場合でも、常に定電流回路に電流が流れているため、装置の消費電力が増加してしまう、あるいは、部品の発熱が大きくなるなどの問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、簡易な回路構成でありながら、調光回路によって位相制御される交流電圧のオン位相角に応じて、調光回路の適切な最小保持電流を維持することが可能なＬＥＤ駆動回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１の発明によるＬＥＤ駆動回路は、商商用交流電源から供給される交流電圧の導通角を制御することによって発光ダイオード（ＬＥＤ）に供給される電流を位相制御する調光回路と、該調光回路から出力される交流電圧を整流するブリッジ回路と、該ブリッジ回路から出力される交流電圧の波形を整形してパルス信号を生成する波形整形回路と、前記商用交流電源から前記調光回路、前記ブリッジ回路、前記波形整形回路を介して前記ＬＥＤに流れる調光電流を一定に保つように制御する定電流制御回路とを備えたＬＥＤ駆動回路において、前記波形整形回路は、前記調光回路によって制御されるオン位相角に応じた前記パルス信号を出力し、前記波形整形回路に保持電流制御回路を接続し、該保持電流制御回路は、前記波形整形回路から入力された前記パルス信号に応じて、前記商用交流電源から前記調光回路、前記ブリッジ回路、前記波形整形回路を通して流れる保持電流を制御する制御信号を生成し、該制御信号に応じて前記調光回路から出力される前記調光電流に重畳するパルス状の前記保持電流を流すことを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路において、前記保持電流制御回路は、前記パルス信号を入力して前記調光回路によって制御されるオン位相角に応じて前記保持電流を流す時間を調整可能とする制御信号を生成する保持電流制御信号生成回路と、前記制御信号を入力してオン／オフ動作を行う第１のスイッチング素子とを備えることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１または２に記載のＬＥＤ駆動回路において、前記保持電流制御回路は、商用交流電源から供給される交流電圧が正電圧から負電圧へ移行する時に０Ｖとなる位相角を０°とした場合に、この位相角を基準として、前記調光回路によって制御されるオン位相角が−９０°〜０°及び９０°〜１８０°の範囲に有る場合に前記保持電流を流す時間を任意に設定するように制御することを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項３に記載のＬＥＤ駆動回路において、前記保持電流制御回路は、前記オン位相角の負の領域におけるオン位相角よりも遅れた任意の位相角〜０°の範囲及び前記オン位相角の正の領域におけるオン位相角よりも遅れた任意の位相角〜１８０°の範囲の期間に前記保持電流を流すように制御することを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項３に記載のＬＥＤ駆動回路において、前記保持電流制御回路は、前記オン位相角の負の領域におけるオン位相角〜０°の範囲及び前記オン位相角の正の領域におけるオン位相角〜１８０°の範囲の期間に前記保持電流を流すように制御することを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項２乃至５のいずれか１つに記載のＬＥＤ駆動回路において、前記保持電流制御信号生成回路から前記第１のスイッチング素子に出力される制御信号がパルス信号であることを特徴とする。

また、請求項７の発明は、請求項２乃至５のいずれか１つに記載のＬＥＤ駆動回路において、前記保持電流制御信号生成回路から前記第１のスイッチング素子に出力される制御信号が直流信号であることを特徴とする。

また、請求項８の発明は、請求項７に記載のＬＥＤ駆動回路において、前記保持電流制御信号生成回路は、前記波形整形回路から入力されたパルス信号の信号レベルを反転する第２のスイッチング素子と、反転された前記パルス信号のパルス幅に応じた直流信号に変換する積分回路と、該積分回路から出力される直流信号の大きさを調整して前記第１のスイッチング素子がオン動作して保持電流を制御する位相角の範囲を調整する制御位相角調整回路とを備えることを特徴とする。

本発明は、以上のように構成したことにより、簡易な回路構成でありながら、調光回路によって位相制御される交流電圧のオン位相角に応じて、調光回路の適切な最小保持電流を維持することが可能なＬＥＤ駆動回路を提供することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ駆動回路の構成を示す回路図である。図１に示すＬＥＤ駆動回路における保持電流制御回路の動作の一実施例を示す信号波形図である。図１に示すＬＥＤ駆動回路における保持電流制御回路の動作の別の実施例を示す信号波形図である。本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ駆動回路の構成を示す回路図である。図４に示すＬＥＤ駆動回路における保持電流制御回路の動作の一実施例を示す信号波形図である。図４に示すＬＥＤ駆動回路における波形整形回路で生成されるパルス信号のパルス幅と保持電流制御回路で生成される直流信号との関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ駆動回路の構成を示す回路図である。

図１に示すように、ＬＥＤ駆動回路１は、商用交流電源Ｖａｃから供給される交流の導通角を制御することにより、ＬＥＤモジュール５に供給される電流を位相制御する調光回路２と、調光回路２から出力される交流電圧を整流するブリッジ回路３と、ブリッジ回路３から出力される交流電圧の波形を整形してパルス信号を生成する波形整形回路４とを備え、照明用光源であるＬＥＤモジュール５を駆動照明する。また、ＬＥＤ駆動回路１は、ＬＥＤモジュール５に流れる電流が一定に流れるように制御する定電流制御回路６を備えている。尚、本実施形態において、ＬＥＤモジュール５は、複数の個別のＬＥＤ素子を直列に接続してなるものであるが、本発明に係るＬＥＤ駆動回路１におけるＬＥＤモジュール５の構成は、この態様に限定されるものではなく、１つ以上のＬＥＤ素子から構成される任意の照明用光源を含むものである。また、ＬＥＤモジュール５に並列に接続された出力コンデンサＣ１は、電流リップルを低減させるためのものである。

ここで、調光回路２は、トライアックＱ０を備え、さらに、典型的には、商用交流電源Ｖａｃの所定の導通角でトライアックＱ０に対してトリガを供給し、トライアックＱ０をオン状態にするための制御部（図示は省略する）、及び、その所定の導通角を様々に設定することによりＬＥＤモジュール５の調光の度合いを変えるための可変抵抗等を含んでいる。

また、ブリッジ回路３は、４つのダイオードＤ１〜Ｄ４からなる周知のダイオードブリッジとして構成されたフルブリッジ回路である。

波形整形回路４は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）からなるスイッチング素子Ｑ２と、ツェナーダイオードＤ６と、抵抗素子Ｒ２，Ｒ３とを備えている。抵抗素子Ｒ２の一端はツェナーダイオードＤ６のカソード端子とともにスイッチング素子Ｑ２のゲート端子に接続され、抵抗素子Ｒ２の他端はスイッチング素子Ｑ２のドレイン端子に接続されている。また、抵抗素子Ｒ３は、一端がスイッチング素子Ｑ２のソース端子に、他端がツェナーダイオードＤ６のアノード端子に接続されている。

ＬＥＤモジュール５とグランド（ＧＮＤ）との間には、インダクタＬ１と、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１と、電流検出抵抗Ｒ１とが直列に接続されている。スイッチング素子Ｑ１がオン動作をしているときは、波形整形回路４によって波形整形されたパルス電流がＬＥＤモジュール５，インダクタＬ１，スイッチング素子Ｑ１を通り、電流検出抵抗Ｒ１を介してＧＮＤに流れる。ＬＥＤモジュール５に流れる電流は電流検出抵抗Ｒ１によって検出されて電圧信号に変換され、定電流制御回路６にフィードバックされる。定電流制御回路６は、フィードバックされた電圧信号の値が所定の基準電圧を超えたときに、スイッチング素子Ｑ１のベース端子にオフ動作信号を出力する。そして、スイッチング素子Ｑ１がオフ期間の間はインダクタＬ１に充電された電流がＬＥＤモジュール５とインダクタＬ１との直列回路に並列に接続されたダイオードＤ５を経由してＬＥＤモジュール５に流れる。その後、定電流制御回路６は、スイッチング素子Ｑ１のオフ時間を固定しているため、所定のオフ時間経過後、スイッチング素子Ｑ１のベース端子にオン動作信号を出力する。以上の動作が繰り返されることにより、定電流制御回路６によって、ＬＥＤモジュール５に一定の電流が流れるように制御される。

本実施形態に係るＬＥＤ駆動回路１は、波形整形回路４の定電流制御回路６との間に接続された保持電流制御回路７を備えている。

保持電流制御回路７は、波形整形回路４により生成されたパルス信号を入力して調光回路２によって制御されるオン位相角に応じて任意の保持電流を設定可能とする制御信号を生成する保持電流制御信号生成回路８と、バイポーラ型トランジスタからなるスイッチング素子（第１のスイッチング素子）Ｑ３とを備えている。スイッチング素子Ｑ３は、そのベース端子が保持電流制御信号生成回路８の出力端子に接続され、コレクタ端子が抵抗素子Ｒ４を介しては波形整形回路４の出力端子に接続され、エミッタ端子がＧＮＤに接続されている。尚、本発明におけるオン位相角とは、調光回路２のトライアックＱ０がターンオンする位相角を指すものである。

保持電流制御回路７の動作について、図２及び図３を用いて具体的に説明する。図２は、ＬＥＤ駆動回路１における保持電流制御回路７の動作の一実施例を示す信号波形図、図３は、ＬＥＤ駆動回路１における保持電流制御回路７の動作の別の実施例を示す信号波形図である。

まず、図２に示した保持電流制御回路７の動作の一実施例について説明する。
図２に示すように、商用交流電源Ｖａｃから調光回路２には正弦波状の電圧波形である交流電圧Ａが供給される。交流電圧Ａは、調光回路２により設定された導通角を有する交流電圧に変換される。本実施例では、交流電圧Ａが正電圧から負電圧に移行する時に０Ｖとなる位相角を０°とした場合、交流電圧Ａは調光回路２によって制御されて、−４５°〜０°及び１３５°〜１８０°の導通角を有する調光信号（交流電圧）Ｂに変換される。そして、調光回路２からブリッジ回路３に入力された調光信号Ｂは、ブリッジ回路３で整流され、調光信号Ｂと同じ導通角を有する正電圧のみの整流信号（交流電圧）Ｃに変換される。そして、整流信号Ｃは、ブリッジ回路３から波形整形回路４に入力し、波形整形回路４で波形整形され、導通角に準じて位相角が−４５°〜０°及び１３５°〜１８０°の期間にハイ（Ｈｉｇｈ）レベルとなるパルス信号Ｄが生成される。つまり、パルス信号Ｄのパルス幅は調光回路２により設定される交流電圧の導通角によって決定される。

波形整形回路４で生成されたパルス信号Ｄは、保持電流制御回路７が備える保持電流制御信号生成回路８に入力される。保持電流制御信号生成回路８は、パルス信号Ｄのオン期間（図２ではｔ１〜ｔ２及びｔ３〜ｔ４）にハイレベルとなるパルス信号（制御信号）Ｅ（図２のＥ１）を生成してスイッチング素子Ｑ３のベース端子に出力する。尚、保持電流制御信号生成回路８は、特に、回路構成を限定されるものではないが、例えば、マイコンなどにより構成できる。

スイッチング素子Ｑ３は、保持電流制御信号生成回路８からの制御信号Ｅ１がベース端子に入力されると、制御信号Ｅ１のハイレベルの期間（位相角が−４５°〜０°及び１３５°〜１８０°の期間）にオン動作して、所定の大きさのパルス電流が抵抗素子Ｒ４を介してスイッチング素子Ｑ３からＧＮＤに流れる。

その結果、スイッチング素子Ｑ３に所定の大きさのパルス電流が流れる位相角が−４５°〜０°及び１３５°〜１８０°の期間では、調光回路２から出力される調光電流にパルス電流が重畳される。

本実施形態に係るＬＥＤ駆動回路１では、調光回路２によって制御される交流電圧のオン位相角が−９０°〜０°及び９０°〜１８０の範囲に有る場合において、調光回路２により設定される交流電圧の導通角に応じて、保持電流制御信号生成回路８は、オン位相角の負の領域におけるオン位相角〜０°の範囲及びオン位相角の正の領域におけるオン位相角〜１８０°の範囲でハイレベルとなる制御信号Ｅを生成し、スイッチング素子Ｑ３は、この制御信号Ｅのハイレベルの期間にオン動作して、調光回路２から出力される調光電流にパルス電流が重畳されるように作用する。

もし、ＬＥＤ駆動回路に保持電流制御回路７が備えられていない場合には、調光回路２に外来ノイズあるいは調光回路２間の干渉によるノイズが印加されたとき、ノイズによるマイナス方向の電流が調光回路２の調光電流に重畳されることにより、ＬＥＤモジュール５に流れる調光電流が少ない期間、特に、ｔ１〜ｔ２の期間及びｔ３〜ｔ４の期間では、調光回路２から出力される調光電流が低下して調光回路２の誤動作や照明の立ち消えなどの不具合が発生する可能性がある。

これに対して、本実施形態に係るＬＥＤ駆動回路１では、調光回路２に外来ノイズあるいは調光回路２間の干渉によるノイズが印加されても、ｔ１〜ｔ２の期間及びｔ３〜ｔ４の期間において、調光回路２の調光電流に保持電流制御回路７に流れる所定の大きさのパルス電流がプラス方向に重畳されるため、調光回路２から出力される調光電流の低下が抑えられ、調光回路２の誤動作や照明の立ち消えなどの不具合を回避することができる。

尚、保持電流制御信号生成回路８で生成される制御信号Ｅは、図２に示したように、オン位相角の負の領域におけるオン位相角〜０°の範囲及びオン位相角の正の領域におけるオン位相角〜１８０°の範囲でハイレベルとなる制御信号に限定されるものではなく、調光回路２によって制御されるオン位相角が−９０°〜０°及び９０°〜１８０°の範囲に有る場合において、制御信号Ｅのハイレベルの期間を調整することにより、調光回路２の保持電流を任意に設定することができる。

例えば、制御信号Ｅが上記のＥ１とは異なる具体例として、図３を用いて、保持電流制御回路７の動作の別の実施例について説明する。
図３に示すように、商用交流電源Ｖａｃから調光回路２には正弦波状の電圧波形である交流電圧Ａが供給される。交流電圧Ａは、調光回路２により設定された導通角を有する交流電圧に変換される。本実施例では、交流電圧Ａが正電圧から負電圧に移行する時に０Ｖとなる位相角を０°とした場合、交流電圧Ａは調光回路２によって制御されて、−９０°〜０°及び９０°〜１８０°の導通角を有する調光信号（交流電圧）Ｂに変換される。そして、調光回路２からブリッジ回路３に入力された調光信号Ｂは、ブリッジ回路３で整流され、調光信号Ｂと同じ導通角を有する正電圧のみの整流信号（交流電圧）Ｃに変換される。そして、整流信号Ｃは、ブリッジ回路３から波形整形回路４に入力し、波形整形回路４で波形整形され、導通角に準じて位相角が−９０°〜０°及び９０°〜１８０°の期間にハイレベルとなるパルス信号Ｄが生成される。ここまでは、図２に示した実施例と同様な動作を行う。

波形整形回路４で生成されたパルス信号Ｄは、保持電流制御回路７が備える保持電流制御信号生成回路８に入力される。保持電流制御信号生成回路８は、位相角が−９０°〜０°及び９０°〜１８０°の期間にハイレベルとなるパルス信号Ｄが入力されると、位相角がオン位相角−９０°よりも遅れた任意の位相角〜０°及びオン位相角９０°よりも遅れた任意の位相角〜１８０°の範囲（図３に示すｔ１ａ〜ｔ２の期間及びｔ３ａ〜ｔ４の期間）にハイレベルとなる制御信号Ｅ（図３のＥ２）を生成してスイッチング素子Ｑ３のベース端子に出力する。

本実施例では、調光回路２によって制御される交流電圧のオン位相角が−９０°〜０°及び９０°〜１８０°の範囲内において、調光回路２によって制御される交流電圧のオン位相角に対して、保持電流制御信号生成回路８は、オン位相角が負の領域におけるオン位相角よりも遅れた任意の位相角〜０°及びオン位相角が正の領域におけるオン位相角よりも遅れた任意の位相角〜１８０°の範囲でハイレベルとなる制御信号Ｅ２を生成し、スイッチング素子Ｑ３は、この制御信号Ｅ２のハイレベルの期間にオン動作して、調光回路２から出力される調光電流にパルス電流が重畳されるように作用する。

以上のように、本実施形態に係るＬＥＤ駆動回路１は、波形整形回路４と定電流制御回路６との間に保持電流制御回路７を接続し、保持電流制御回路７は、波形整形回路４で生成されたパルス信号Ｄを入力して調光回路２によって制御されるオン位相角に応じて調光回路２の保持電流を制御する制御信号Ｅを生成し、制御信号Ｅに応じて調光回路２から出力される調光電流に重畳するパルス電流を流すことで調光回路２の保持電流を制御するようにしたため、簡易な回路構成でありながら、調光回路２によって位相制御される交流電圧のオン位相角に応じて、調光回路２の適切な最小保持電流を維持することが可能なＬＥＤ駆動回路を提供することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ駆動回路１ａについて説明するが、以下では、上述した第１実施形態に係るＬＥＤ駆動回路１の構成要素に対応する構成要素には、同一の符号を付して参照し、第１実施形態に係るＬＥＤ駆動回路１と共通する部分の説明は適宜省略して、主として相違点について説明する。

図４は、本発明の第２の実施形態に係るＬＥＤ駆動回路１ａの構成を示す回路図である。
図４に示すように、本実施形態に係るＬＥＤ駆動装置１ａにおいて、保持電流制御回路７ａは、波形整形回路４にて生成されたパルス信号Ｄを入力して、スイッチング素子Ｑ３にパルス信号Ｄのパルス幅に反比例した値の直流電流Ｆを出力する保持電流制御信号生成回路８ａを備えている。保持電流制御信号生成回路８ａは、波形整形回路４から入力されたパルス信号Ｄの信号レベルを反転するスイッチング素子（第２のスイッチング素子）Ｑ４と、信号レベルが反転されたパルス信号のパルス幅に比例した直流信号Ｆに変換する積分回路９と、積分回路９から出力される直流信号Ｆの大きさが調整された制御信号Ｇをスイッチング素子Ｑ３に出力して調光回路２の保持電流を制御する位相角の範囲を調整可能とする制御位相角調整回路１０とを備える。上記以外の構成は、第１実施形態に係るＬＥＤ駆動回路１と同様な回路構成である。

保持電流制御信号生成回路８ａにおいて、スイッチング素子Ｑ４は、バイポーラ型トランジスタにより構成されており、コレクタ端子が抵抗素子Ｒ５を介して二次電源（直流電源）Ｖｃｃに接続され、エミッタ端子がＧＮＤに接続されている。積分回路９は、抵抗素子Ｒ６とコンデンサＣ２とにより構成され、それぞれの一端同士が接続されて出力端とされ、抵抗素子Ｒ６の他端がスイッチング素子Ｑ４のコレクタ端子に接続され、コンデンサＣ２の他端がＧＮＤに接続されている。制御位相角調整回路１０は、抵抗素子Ｒ７と可変抵抗ＶＲ１とにより構成され、それぞれの一端同士が接続されて出力端とされ、抵抗素子Ｒ７の他端が積分回路９の出力端に接続され、可変抵抗ＶＲ１の他端がＧＮＤに接続されている。

次に、保持電流制御回路７ａの動作について、図５及び図６を用いて具体的に説明する。図５は、ＬＥＤ駆動回路１ａにおける保持電流制御回路７ａの動作の一実施例を示す信号波形図、図６は、ＬＥＤ駆動回路１ａにおける波形整形回路４で生成されるパルス信号Ｄのパルス幅ｄと保持電流制御回路７ａで生成される直流信号Ｆとの関係を示す図である。

図５において、符号Ａは、商用交流電源Ｖａｃから調光回路２に供給される正弦波状の電圧波形である交流電圧を示している。尚、本実施形態においても、交流電圧Ａが正電圧から負電圧に移行する時に０Ｖとなる位相角を０°とする。波形整形回路４で生成されて保持電流制御回路７ａに出力されるパルス信号Ｄのパルス幅ｄは、調光回路２によって制御される交流電圧の導通角によって決定される。具体的には、図５に示すように（調光信号および整流信号の波形は図示省略）、調光回路２によって制御される交流電圧の導通角が−１３５°〜０°及び４５°〜１８０°の範囲のときは、パルス信号Ｄは、位相角が−１３５°〜０°及び４５°〜１８０°の期間でハイレベルとなるパルス幅ｄ１のパルス信号Ｄ１となり、調光回路２によって制御される交流電圧の導通角が−９０°〜０°及び９０°〜１８０°の範囲のときに、パルス信号Ｄは、位相角が−９０°〜０°及び９０°〜１８０°の期間でハイレベルとなるパルス幅ｄ２のパルス信号Ｄ２となり、調光回路２によって制御される交流電圧の導通角が−４５°〜０°及び１３５°〜１８０°の範囲のときに、パルス信号Ｄは、位相角が−４５°〜０°及び１３５°〜１８０°の期間でハイレベルとなるパルス幅ｄ３のパルス信号Ｄ３となる。

波形整形回路４で生成されたパルス信号Ｄは、保持電流制御回路７ａに入力し、保持電流制御信号生成回路８ａを構成するスイッチング素子Ｑ４のベース端子に印加される。そして、パルス信号Ｄの信号レベルを反転したパルス信号がスイッチング素子Ｑ４のコレクタ端子から積分回路９に出力される。

積分回路９に入力したパルス信号はパルス信号のパルス幅に比例した直流信号Ｆに変換され、制御位相角調整回路１０に出力される。結果として、波形整形回路４で生成されるパルス信号Ｄのパルス幅と積分回路９で生成される直流信号Ｆの大きさとは反比例の関係になり、波形整形回路４で生成されるパルス信号Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３に対応する直流信号Ｆをそれぞれ、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３とすると、パルス信号Ｄのパルス幅ｄ１，ｄ２，ｄ３と直流信号Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３との関係は、図６に示すように、パルス信号Ｄのパルス幅が大きいほど（ｄ３＞ｄ２＞ｄ１）、直流信号Ｆの値は小さくなる（Ｆ３＜Ｆ２＜Ｆ１）。

積分回路９から出力された直流信号Ｆは、制御位相角調整回路１０に入力する。直流信号Ｆは、制御位相角調整回路１０にて分圧され、所定の大きさの直流電圧（制御信号）Ｇがスイッチング素子Ｑ３のベース端子に出力される。

スイッチング素子Ｑ３は、ベース端子がオン可能な閾値以上の制御信号Ｇが入力されるとオン状態となり、調光回路２から出力される調光電流に直流電流が重畳されるように作用する。制御位相角調整回路１０では、可変抵抗ＶＲ１の抵抗値を調整することで入力する直流信号Ｆに対して出力する制御信号Ｇの大きさを変化させることができ、例えば、直流信号Ｆ２が入力した時に出力される制御信号Ｇがスイッチング素子Ｑ３のベース端子がオンする閾値となるように設定した場合、直流信号Ｆの値がＦ２以上の時、すなわち、パルス信号Ｄのパルス幅がｄ２以下の時にスイッチング素子Ｑ３がオン動作となり、直流信号Ｆの値がＦ２を下回る場合、すなわち、パルス信号Ｄのパルス幅がｄ２より大きい時にスイッチング素子Ｑ３はオフ状態となる。言い換えれば、調光回路２によって制御される交流電圧のオン位相角が−９０°〜０°及び９０°〜１８０°の範囲内にあるときにスイッチング素子Ｑ３がオン動作となり、オン位相角がそれ以外の範囲のときは、スイッチング素子Ｑ３はオフ状態となる。スイッチング素子Ｑ３がオン動作している期間は、調光回路２から出力される調光電流にパルス電流が重畳される。

尚、スイッチング素子３がオン動作する期間は、上記に示した調光回路２によって制御される交流電圧のオン位相角の範囲に限定されるものではなく、制御位相角調整回路１０の可変抵抗ＶＲ１の抵抗値を可変して制御信号Ｇの大きさを調整することにより、ＬＥＤ駆動回路の各種設計仕様に応じて、スイッチング素子３がオン動作する期間、すなわち、保持電流を流す時間を適宜設定することができる。

以上のように、本実施形態に係るＬＥＤ駆動回路１ａにおいては、調光回路２によって位相制御される交流電圧の導通角に応じたパルス信号Ｄを波形整形回路４にて生成し、保持電流制御回路７ａにてパルス信号Ｄのパルス幅ｄに反比例する直流電圧を生成して所定の大きさの直流電圧である制御信号Ｇを出力してスイッチング素子Ｑ３のオン／オフ動作を制御するようにしたため、調光回路２によって制御される交流電圧のオン位相角が所定の範囲のときに、調光回路２より出力される調光電流に直流電流を重畳するようにして、保持電流を流す時間を任意に設定することが可能となる。

本実施形態に係るＬＥＤ駆動回路１ａは、上述した第１実施形態に係るＬＥＤ駆動回路１と同様に、簡易な回路構成でありながら、調光回路２によって位相制御される交流電圧のオン位相角に応じて、調光回路２の適切な最小保持電流を維持することが可能なＬＥＤ駆動回路を提供することが可能となる。また、本実施形態では、実際の使用環境において、制御位相角調整回路１０が備える可変抵抗ＶＲ１の抵抗値を調整することにより、電源ラインのラインインピーダンスに応じた保持電流を流す時間の適切な設定が可能となる。

以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態の回路構成のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

たとえば、上述した第１，第２実施形態に係るＬＥＤ駆動回路１，１ａにおけるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３及び第２実施形態に係るＬＥＤ駆動回路１ａにおけるスイッチング素子Ｑ４はバイポーラ型トランジスタとしたが、これに限定されるものではなく、たとえば、ＭＯＳＦＥＴを用いたものであってもよい。また、スイッチング素子Ｑ２も、上記の実施形態に示したＭＯＳＦＥＴに限定されるものではなく、バイポーラ型トランジスタであってもよい。

また、整流回路３は、ダイオードブリッジとして構成された全波整流回路としたが、これに限定されるものではなく、他の整流回路であってもよい。

また、調光回路２で設定される導通角は、上述の第１，第２実施形態で示したものに限定されるものではなく、本発明は、任意の導通角が設定された調光回路に対して適用可能である。

１，１ａ：ＬＥＤ駆動回路、２：調光回路、３：ブリッジ回路、４：波形整形回路、５：ＬＥＤモジュール、６：定電流制御回路、７，７ａ：保持電流制御回路、８，８ａ：保持電流制御信号生成回路、９：積分回路、１０：制御位相角調整回路、Ｄ１〜Ｄ５:ダイオード、Ｄ６：ツェナーダイオード、Ｌ１：インダクタ、Ｃ１：出力コンデンサ、Ｃ２：コンデンサ、Ｒ１：電流検出抵抗、Ｒ２〜Ｒ７：抵抗素子、ＶＲ１：可変抵抗、Ｑ０：トライアック、Ｑ１：スイッチング素子、Ｑ２：スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）、Ｑ３：スイッチング素子（第１のスイッチング素子）、Ｑ４：スイッチング素子（第２のスイッチング素子）、Ｖａｃ：商用交流電源、Ｖｃｃ：二次電源（直流電源）

Claims

商用交流電源から供給される交流電圧の導通角を制御することによって発光ダイオード（ＬＥＤ）に供給される電流を位相制御する調光回路と、該調光回路から出力される交流電圧を整流するブリッジ回路と、該ブリッジ回路から出力される交流電圧の波形を整形してパルス信号を生成する波形整形回路と、前記商用交流電源から前記調光回路、前記ブリッジ回路、前記波形整形回路を介して前記ＬＥＤに流れる調光電流を一定に保つように制御する定電流制御回路とを備えたＬＥＤ駆動回路において、
前記波形整形回路は、前記調光回路によって制御されるオン位相角に応じた前記パルス信号を出力し、
前記波形整形回路に保持電流制御回路を接続し、該保持電流制御回路は、前記波形整形回路から入力された前記パルス信号に応じて、前記商用交流電源から前記調光回路、前記ブリッジ回路、前記波形整形回路を通して当該保持電流制御回路内に流れる保持電流を制御する制御信号を生成し、該制御信号に応じて前記調光回路から出力される前記調光電流に重畳するパルス状の前記保持電流を流すことを特徴とするＬＥＤ駆動回路。
前記保持電流制御回路は、前記パルス信号を入力して前記調光回路によって制御されるオン位相角に応じて前記保持電流を流す時間を調整可能とする制御信号を生成する保持電流制御信号生成回路と、前記制御信号を入力してオン／オフ動作を行う第１のスイッチング素子とを備えることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動回路。
前記保持電流制御回路は、商用交流電源から供給される交流電圧が正電圧から負電圧へ移行する時に０Ｖとなる位相角を０°とした場合に、この位相角を基準として、前記調光回路によって制御されるオン位相角が−９０°〜０°及び９０°〜１８０°の範囲に有る場合に前記保持電流を流す時間を任意に設定するように制御することを特徴とする請求項１または２に記載のＬＥＤ駆動回路。
前記保持電流制御回路は、前記オン位相角の負の領域におけるオン位相角よりも遅れた任意の位相角〜０°の範囲及び前記オン位相角の正の領域におけるオン位相角よりも遅れた任意の位相角〜１８０°の範囲の期間に前記保持電流を流すように制御することを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ駆動回路。
前記第保持電流制御回路は、前記オン位相角の負の領域におけるオン位相角〜０°の範囲及び前記オン位相角の正の領域におけるオン位相角〜１８０°の範囲の期間に前記保持電流を流すように制御することを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ駆動回路。
前記保持電流制御信号生成回路から前記第１のスイッチング素子に出力される制御信号がパルス信号であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１つに記載のＬＥＤ駆動回路。
前記保持電流制御信号生成回路から前記第１のスイッチング素子に出力される制御信号が直流信号であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１つに記載のＬＥＤ駆動回路。
前記保持電流制御信号生成回路は、前記波形整形回路から入力されたパルス信号の信号レベルを反転する第２のスイッチング素子と、反転された前記パルス信号のパルス幅に応じた直流信号に変換する積分回路と、該積分回路から出力される直流信号の大きさを調整して前記第１のスイッチング素子がオン動作して保持電流を制御する位相角の範囲を調整する制御位相角調整回路とを備えることを特徴とする請求項７記載のＬＥＤ駆動回路。