JP5796175B2 - Ｌｅｄ点灯回路 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ点灯回路に関するものである。

従来、発光ダイオードからなるＬＥＤ光源を点灯させるＬＥＤ点灯回路が提供されている。従来例１のＬＥＤ点灯回路は、交流電源ＡＣと、ダイオードブリッジＤＢと、ＤＣ／ＤＣコンバータ１と、ＬＥＤ光源部２と、制御部３とで構成されている。従来例１の回路構成図を図２に示す。

交流電源ＡＣは商用電源である。本従来例では、交流電源ＡＣは１００Ｖの交流電圧Ｖ１をダイオードブリッジＤＢに出力する。ダイオードブリッジＤＢは全波整流回路で構成されており、出力端間に電解コンデンサからなるコンデンサＣ１が接続されている。ダイオードブリッジＤＢは、交流電圧Ｖ１を平滑し、コンデンサＣ１の両端に略１４０Ｖの直流電圧Ｖ２ａを生成する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、ダイオードＤ１と、コンデンサＣ２と、インダクタＬ１と、スイッチング素子Ｑ１とで降圧チョッパ回路を形成している。コンデンサＣ２は電解コンデンサで構成されており、スイッチング素子Ｑ１はｎチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成されている。

コンデンサＣ１と並列に、コンデンサＣ２とインダクタＬ１とスイッチング素子Ｑ１と抵抗Ｒ１の直列回路が接続されている。コンデンサＣ２は、正極がコンデンサＣ１の正極に接続され、負極がインダクタＬ１に接続されている。スイッチング素子Ｑ１は、ドレインがインダクタＬ１に接続され、ゲートが制御部３に接続され、ソースが抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１の負極に接続されている。また、コンデンサＣ２およびインダクタＬ１と並列に、ダイオードＤ１が接続されている。ダイオードＤ１は、アノードがインダクタＬ１とスイッチング素子Ｑ１との接続点に接続され、カソードがコンデンサＣ２の正極に接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、上記の構成によって降圧チョッパ回路を形成している。ＤＣ／ＤＣコンバータ１は、スイッチング素子Ｑ１が制御部３によってオン・オフされることで、直流電圧Ｖ２ａを変換して直流電圧Ｖ３をコンデンサＣ２の両端に生成している。

ＬＥＤ光源部２は、複数の発光ダイオードで構成されており、コンデンサＣ２と並列に接続されている。そして、コンデンサＣ２の両端に生成される直流電圧Ｖ３によってＬＥＤ電流が流れてＬＥＤ光源部２が流れて点灯する。

制御部３は、直流電源Ｅを入力電源としており、ＬＥＤ光源部２に所定のＬＥＤ電流が流れるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１のスイッチング素子Ｑ１のオン・オフを制御している。制御部３は、抵抗Ｒ１の両端電圧を検出することで、スイッチング素子Ｑ１に流れる電流を検出している。また、制御部３は、インダクタＬ１に流れる電流を検出している。そして、制御部３は、スイッチング素子Ｑ１に流れる電流が所定値を上回るとスイッチング素子Ｑ１をオフし、インダクタＬ１に流れる電流が所定値を下回るとスイッチング素子Ｑ１をオンする。それによって、制御部３は、ＬＥＤ光源部２に流れる電流が略一定となるように制御している。

従来例１のＬＥＤ点灯回路において、ＬＥＤ光源部２が接続されていない無負荷状態について説明する。ＬＥＤ光源部２が接続されていないと、スイッチング素子Ｑ１に電流が流れないため、制御部３はスイッチング素子Ｑ１をオンし続けることとなる。それによって、コンデンサＣ１の負極とコンデンサＣ２の負極とが略同電位となり、コンデンサＣ２の両端に直流電圧Ｖ２が印加されることとなる。したがって、従来例１のＬＥＤ点灯回路では、コンデンサＣ３にも高耐圧の電解コンデンサを選定する必要があり、コストが高くなる問題があった。

そこで、発光ダイオードが取り外された無負荷状態では制御部が始動しないＬＥＤ点灯回路が提供されている（例えば、特許文献１）。

特開２００８−２７８６４１号公報

しかし、特許文献１のＬＥＤ点灯回路は、点灯中に発光ダイオードが取り外された場合、制御部は駆動し続けることとなる。したがって、制御部が発光ダイオードに流れる電流を検出して定電流制御をしている場合、発光ダイオードの点灯中に発光ダイオードが取り外されると出力電圧が上昇する問題があった。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力端に設けられるコンデンサに高耐圧の電解コンデンサを選定する必要があり、コストが高くなる問題があった。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、発光ダイオードの点灯時であっても、無負荷となった時にＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の上昇を防止するＬＥＤ点灯回路を提供することにある。

上記課題を解決するために第１の発明のＬＥＤ点灯回路は、第１の直流電圧を出力する直流電源と、前記直流電源の出力端間に直列接続されたスイッチング素子、コンデンサ、およびインダクタを有し、前記スイッチング素子がオン・オフされることによって前記第１の直流電圧を変換して第２の直流電圧を前記コンデンサの両端に生成するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記コンデンサに並列接続された複数の発光ダイオードで構成され、前記第２の直流電圧によってＬＥＤ電流が流れることで点灯するＬＥＤ光源部と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータから前記ＬＥＤ光源部に供給される前記ＬＥＤ電流が一定となるように、前記スイッチング素子のオン・オフを制御する制御部と、前記制御部を駆動するための駆動電源を供給する電源供給部とを備え、前記直流電源の出力端間において前記電源供給部および前記ＬＥＤ光源部を構成する前記複数の発光ダイオードのすべては直列接続され、且つ前記電源供給部は前記インダクタと前記スイッチング素子の直列回路と並列接続され、前記ＬＥＤ光源部は前記直流電源の高電圧ライン側に接続し、前記電源供給部は前記直流電源の低電圧ライン側に接続し、少なくとも点灯時において、前記電源供給部は前記ＬＥＤ光源部を介して前記直流電源から電源供給され、前記駆動電源を生成することを特徴とするものである。

第２の発明のＬＥＤ点灯回路は、第１の発明において、前記制御部は、集積回路で構成されることを特徴とするものである。

第３の発明のＬＥＤ点灯回路は、第１または第２の発明において、前記直流電源は、昇圧チョッパ回路で構成されることを特徴とするものである。

以上説明したように、本発明では、発光ダイオードの点灯時であっても、無負荷となった時にＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の上昇を防止することができるという効果がある。

本発明の実施形態のＬＥＤ点灯回路の概略回路構成を示す図である。 従来例１のＬＥＤ点灯回路の概略回路構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態）
本発明の実施形態の概略回路構成図を図１に示す。本実施形態は、交流電源ＡＣと、ダイオードブリッジＤＢと、ＤＣ／ＤＣコンバータ１と、ＬＥＤ光源部２と、制御部３と、力率改善回路ＰＦＣと、電源供給部４とで構成されている。なお、従来例１と同様の構成には、同一符号を付して説明は省略する。

本実施形態のＬＥＤ点灯回路は、ダイオードブリッジＤＢの後段に力率改善回路ＰＦＣ（直流電源）が接続されている。力率改善回路ＰＦＣは昇圧チョッパ回路で構成されており、ダイオードブリッジＤＢからの整流電圧を所望の直流電圧に昇圧し、当該直流電圧をコンデンサＣ１で平滑して、コンデンサＣ１の両端に直流電圧Ｖ２（第１の直流電圧）を生成する。また、力率改善回路ＰＦＣは、入力電流を正弦波に近づけることで入力電流の力率を改善する。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１は従来例１と同様に、直流電圧Ｖ２を降圧してコンデンサＣ２の両端に直流電圧Ｖ３（第２の直流電圧）を生成する。

制御部３は、ＬＥＤ光源部２に所定のＬＥＤ電流が流れるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１のスイッチング素子Ｑ１のオン・オフを制御している。制御部３は、スイッチング素子Ｑ１に流れる電流を検出している。スイッチング素子Ｑ１のソースとコンデンサＣ１の負極との間に接続された抵抗Ｒ１と並列に、抵抗Ｒ２〜Ｒ４の直列回路が接続されている。そして、制御部３は、抵抗Ｒ２とＲ３との接続点に発生する電圧Ｖ４を検出することで、スイッチング素子Ｑ１に流れる電流を検出している。そして、スイッチング素子Ｑ１がオンされて、スイッチング素子Ｑ１に電流が流れ、電圧Ｖ４が所定値Ｖ４ａを上回ると、制御部３はスイッチング素子Ｑ１をオフする。なお、抵抗Ｒ３は可変抵抗で構成されており、抵抗Ｒ３の抵抗値を変更することによって、所定値Ｖ４ａを変動させることができる。

また、制御部３はインダクタＬ１とダイオードＤ１との接続点に接続し、インダクタＬ１に流れるインダクタ電流を検出している。スイッチング素子Ｑ１がオンされ、インダクタＬ１に電流が流れている状態から、スイッチング素子Ｑ１がオフされると、インダクタＬ１に逆起電圧が発生する。そして、発生した逆起電圧によって、インダクタＬ１からダイオードＤ１を介してＬＥＤ光源部２に流れる電流が発生する。制御部３はインダクタＬ１に流れるインダクタ電流を検出しており、インダクタ電流が所定値を下回るとスイッチング素子Ｑ１をオンする。上記の構成によって、制御部３はスイッチングＱ１のオン・オフを繰り返すことによって、ＬＥＤ光源部２に流れるＬＥＤ電流が略一定となるように制御している。

また、電源供給部４は、ＬＥＤ光源部２と直列回路を形成しており、コンデンサＣ１に並列接続されている。ＬＥＤ光源部２のアノード側はコンデンサＣ１の正極に接続させる高電圧ラインに接続し、電源供給部４の一端はコンデンサＣ１の負極に接続される低電圧ラインに接続している。電源供給部４は、抵抗Ｒ５と電解コンデンサからなるコンデンサＣ３とが直列接続されることで構成されている。抵抗Ｒ５の一端がＬＥＤ光源部２のカソード側に接続し、抵抗Ｒ５の他端がコンデンサＣ３の正極に接続し、コンデンサＣ３の負極がコンデンサＣ１の負極に接続されている。そして、力率改善回路ＰＦＣが出力する直流電圧Ｖ２によって、ＬＥＤ光源部２および抵抗Ｒ５を介してコンデンサＣ３が充電され、コンデンサＣ３の両端に直流電圧Ｖ５が生成される。

また、コンデンサＣ３と並列に制御部３が接続されており、コンデンサＣ３の両端に生成される直流電圧Ｖ５が制御部３の駆動電源となる。

上記の構成で、ＬＥＤ点灯回路の始動時において、電源供給部４の高電圧側に直列接続されるＬＥＤ光源部２が取り外されていたり、ＬＥＤ光源部２の故障による無負荷状態である場合、コンデンサＣ３は充電経路が遮断され充電されない。そのため、コンデンサＣ３の両端に直流電圧Ｖ５が生成されないので、制御部３が駆動することはない。また、ＬＥＤ光源部２の点灯中に、ＬＥＤ光源部２が取り外されたり、ＬＥＤ光源部２の故障によって無負荷状態となった場合、上記同様にコンデンサＣ３は充電されなくなり、制御部３が停止する。制御部３が停止すると、スイッチング素子Ｑ１に駆動信号が出力されず、スイッチング素子Ｑ１はオフ状態を維持する。

したがって、始動時およびＬＥＤ光源部２の点灯中に関わらず、ＬＥＤ光源部２が無負荷状態となると、スイッチング素子Ｑ１がオフ状態を維持するため、制御部３の定電流制御によるＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧の上昇を防止することができる。そのため、コンデンサＣ２に高耐圧の電解コンデンサを選定する必要がなく、コストを低下させることができる。

また、本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ１は、降圧チョッパ回路を形成しているが、ハーフブリッジ回路や昇降圧チョッパ回路で形成されていてもよい。

また、制御部３は、スイッチング素子Ｑ１や抵抗Ｒ１〜Ｒ４を内蔵した集積回路（所謂ＩＰＤ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｖｉｃｅ））で構成されていてもよい。それによって、ＬＥＤ点灯回路の構成を簡易化することができる。

１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２ ＬＥＤ光源部
３ 制御部
４ 電源供給部
Ｃ１〜Ｃ３ コンデンサ
Ｄ１ ダイオード
Ｌ１ インダクタ
Ｒ１〜Ｒ５ 抵抗
Ｑ１ スイッチング素子
ＰＦＣ 力率改善回路
ＤＢ ダイオードブリッジ
ＡＣ 交流電源

Claims (3)

1. 第１の直流電圧を出力する直流電源と、
   前記直流電源の出力端間に直列接続されたスイッチング素子、コンデンサ、およびインダクタを有し、前記スイッチング素子がオン・オフされることによって前記第１の直流電圧を変換して第２の直流電圧を前記コンデンサの両端に生成するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記コンデンサに並列接続された複数の発光ダイオードで構成され、前記第２の直流電圧によってＬＥＤ電流が流れることで点灯するＬＥＤ光源部と、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータから前記ＬＥＤ光源部に供給される前記ＬＥＤ電流が一定となるように、前記スイッチング素子のオン・オフを制御する制御部と、
   前記制御部を駆動するための駆動電源を供給する電源供給部とを備え、
   前記直流電源の出力端間において前記電源供給部および前記ＬＥＤ光源部を構成する前記複数の発光ダイオードのすべては直列接続され、且つ前記電源供給部は前記インダクタと前記スイッチング素子の直列回路と並列接続され、前記ＬＥＤ光源部は前記直流電源の高電圧ライン側に接続し、前記電源供給部は前記直流電源の低電圧ライン側に接続し、少なくとも点灯時において、前記電源供給部は前記ＬＥＤ光源部を介して前記直流電源から電源供給され、前記駆動電源を生成することを特徴とするＬＥＤ点灯回路。
2. 前記制御部は、集積回路で構成されることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯回路。
3. 前記直流電源は、昇圧チョッパ回路で構成されることを特徴とする請求項１または２記載のＬＥＤ点灯回路。

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