JP5848046B2

JP5848046B2 - Ｌｅｄ電源

Info

Publication number: JP5848046B2
Application number: JP2011150137A
Authority: JP
Inventors: 功一石川; 真宏橋田
Original assignee: Eye Lighting Systems Corp
Current assignee: Eye Lighting Systems Corp
Priority date: 2011-07-06
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2016-01-27
Anticipated expiration: 2031-07-06
Also published as: JP2013016433A

Description

本発明は、発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（ Light Emitting Diode ）と呼ぶ。）を点灯するために用いられるＬＥＤ電源に関する。

近年、ＬＥＤ素子の性能が高くなってきておりＬＥＤを用いた照明器具は寿命が長いなどの理由により従来の光源から置き換えられる状態にある。今後ＬＥＤの性能がますます向上して行けば、さらに汎用の照明器具分野で採用されると考えられる。

ＬＥＤ照明は、ＨＩＤ照明（ High Intensity Discharge Lamp：高輝度放電灯）のようにある程度限られた電力範囲内で駆動するものと違って、ＬＥＤの接続数（使用数）が増えることで、電力範囲が無限に広がるという特徴を持つ。そのため、ＬＥＤ素子の配列、使用数、特性が多岐に渡るようになり、使用電力も幅広い電力範囲から設定されるようになっている。

ＬＥＤを安定点灯させるためには、ＬＥＤ電源（定電流制御、定電圧制御等を実行できる電源回路）を使用することが主流である。しかし、前述のように制御対象のＬＥＤ電力の設定範囲が様々であるため、ＬＥＤ照明の特性に合った電源をその都度提供しなければならず、その製品群はかなりの数になっている。また、ＬＥＤ素子自体の発光効率は日々向上している。このような実状により、ＬＥＤ照明の電源に要求される仕様は、多岐に渡っており、しかも変更されやすく、製品後数ヶ月単位で仕様変更が実施されることもある。このように、ＬＥＤ電源の製品サイクルはかなり短くなっている。

今までのＬＥＤ電源としては、例えば、ＬＥＤの駆動電圧に基づいて、定電流制御から定電力制御への切り替えを行う制御方式を備えたものがある（特許文献１参照）。

特許第４１００４００号

しかし、特許文献１のＬＥＤ電源は、要求仕様の多様化や、使用電力の幅広い設定範囲等に対応できるものでは無かった。このようなニーズを満たすＬＥＤ電源を短期間で効率よく設計・製造・販売するためには、１台のＬＥＤ電源で数種類の出力特性を兼ね備えたものが必要になる。

更に、ＬＥＤの順方向電圧については、素子個体差によって、ばらつきがあり、また、周囲温度環境に応じて変化する。一般的には周囲温度が低いほど、順方向電圧が上昇する傾向にある。従って、数種類の出力特性を兼ね備えたＬＥＤ電源を生み出すことができたとしても、電源を単なる定電流制御だけで制御する場合には、過電力によるＬＥＤ電源装置の故障や、ＬＥＤ電源に電源供給する電源系統への悪影響（ブレーカのトリップ等）を未然に防止して照明設備全体の安全性を確保する必要もある。

本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、１台のＬＥＤ電源に数種類の出力特性を持たせて、出力特性の異なる数種類のＬＥＤを点灯させることが可能なＬＥＤ電源を提供することを目的とする。更に、照明設備全体の安全性を確保できるＬＥＤ電源を提供することを目的とする。

すなわち、本発明に係るＬＥＤ電源は、検出されるＬＥＤ駆動電圧の電圧範囲に、低電圧側から第１ＬＥＤ用の第１電圧範囲と、中間の移行範囲と、前記第１ＬＥＤとは異なる電気的特性を有する第２ＬＥＤ用の第２電圧範囲とを連続して設けて、前記第１ＬＥＤを前記第１電圧範囲で第１電流基準値に基づいて定電流制御し、前記第２ＬＥＤを前記第２電圧範囲で第２電流基準値に基づいて定電流制御することによって、前記第１および第２ＬＥＤを別々の電圧範囲においてそれぞれ所望の出力特性で点灯制御するＬＥＤ電源であって、電源供給手段と、電流検出手段と、電圧検出手段と、制御手段とを備える。まず、電源供給手段は、外部電源を駆動電力（駆動電圧及び駆動電流）に変換してＬＥＤに供給する。電流検出手段は、前記電源供給手段からの駆動電力の電流値を検出し、電圧検出手段は、前記電源供給手段からの駆動電力の電圧値を検出する。そして、制御手段は、検出された前記電流値及び電圧値に基づいて前記電源供給手段を制御する。

前記制御手段は、駆動電流の検出値が電流基準値と一致するように電源供給手段を制御する定電流制御部と、定電力制御部と、設定テーブルとを有する。そして、前記設定テーブルは、第１電圧範囲に設定された第１電流基準値、第２電圧範囲に設定された第２電流基準値、および、移行範囲に設定された電力基準値を記憶する。

そして、前記定電流制御部は、第１電圧範囲および第２電圧範囲で、前記設定テーブルを参照して駆動電圧の検出値に対応する前記電流基準値を読み出して、読み出された電流基準値と電流検出値とが一致するように、電源供給手段を制御する。第１および第２電流基準値は、移行範囲の上端において出力される駆動電力および移行範囲の下端において出力される駆動電力が同じになるように設定されている。
ここで、電源供給対象は、ＬＥＤ素子の配列、使用数、特性などの異なる複数のＬＥＤである。また、ＬＥＤ素子列に限られず、単一のＬＥＤ素子からなるＬＥＤも含む。

なお、前記電圧検出手段の複数に区分された検出領域の少なくとも２つの範囲に、電流基準値が設定され、更に、前記電流基準値が設定された２つの範囲の間に移行範囲が設けられていてもよい。この場合、前記移行範囲の上端において出力される駆動電力の大きさが前記移行範囲の下端において出力される駆動電力の大きさよりも低くなるように、前記２つの範囲の電流基準値が設定される。

そして、定電力制御部は、前記移行範囲で、前記設定テーブルを参照して駆動電圧の検出値に対応する前記電力基準値を読み出して、該電力基準値を用いて前記第１ＬＥＤおよび前記第２ＬＥＤの点灯を定電力制御を実行するようになっている。

また、前記設定テーブルには、前記駆動電圧の検出値が上昇すると定電流制御から定電力制御に切り替わるように、前記電圧検出領域の低い方の範囲に前記電流基準値が設定され、高い方の範囲に前記電力基準値が設定されている。

本発明に係る別のＬＥＤ電源は、前記ＬＥＤ電源と同様に、電源供給手段と、電流検出手段と、電圧検出手段と、制御手段とを備える。前記制御手段は、駆動電流の検出値及び駆動電圧の検出値の積を算出する電力演算部と、前記駆動電圧の検出値が電圧基準値と一致するように前記電源供給手段を制御する定電圧制御部と、前記電力基準値を記憶する設定テーブルと、を有する。前記設定テーブルは、前記電力演算部の電力算出領域を複数に区分して、少なくとも１の範囲に設定された電圧基準値を記憶する。

そして、前記定電圧制御部は、前記設定テーブルを参照して駆動電力の算出値に対応する前記電圧基準値を読み出して、該電圧基準値を用いて定電圧制御を実行するようになっている。

前記制御手段は、更に、過電圧保護制御部を有する。過電圧保護制御部は、予め決められた電圧以上の駆動電圧がＬＥＤへ印加されるのを防止する。また、前記制御手段は、過電流保護制御部を有する。過電流保護制御部は、予め決められた電流以上の駆動電流がＬＥＤへ供給されるのを防止する。

本発明によれば、電流基準値や電力基準値等の基準値を記憶する設定テーブルを設けて、電圧検出の範囲毎に基準値を設定テーブルに記憶させることによって、電圧検出値がその範囲内の場合に、記憶された基準値を用いて定電流制御または定電力制御を実行するようにした。すなわち、異なる電圧範囲において異なる基準値を用いた制御を実行できる。この結果、１つのＬＥＤ電源において、使用するＬＥＤ素子の配列、使用数、特性に応じた数種類の出力特性を複数設定することが可能になる。そして、数種類のＬＥＤを点灯可能な多機能化したＬＥＤ電源を提供できる。また、設定テーブルの基準値や検出領域の範囲を適宜書き換えることにより、仕様変更されたＬＥＤを点灯させる場合であっても、同じＬＥＤ電源を用いることが可能となり、製品の量産効果が得られやすい。

また、ＬＥＤの順方向電圧（Ｖ_Ｆ）の範囲が異なることを利用して、順方向電圧の範囲ごとに電圧検出領域を区分してもよい。これにより、異なるＬＥＤを別々の駆動電圧の範囲で所望の出力特性によって点灯制御することができる。

同様に、電圧基準値を記憶する設定テーブルを設けて、駆動電力の算出範囲毎に電圧基準値を設定テーブルに記憶させることによって、電圧検出手段及び電流検出手段の各検出値に基づく駆動電力の算出値がその範囲内である場合に、記憶された電圧基準値を用いて定電圧制御を実行するようにした。この結果、異なる電力範囲において異なる電圧基準値を用いた制御を実行できて、前述と同様の効果が得られる。

更に、過電圧保護制御部または過電流保護制御部を設けることで、過電力によるＬＥＤ電源装置の故障や、ブレーカのトリップ等の電源系統への悪影響を未然に防止して照明設備全体の安全性を確保することもできる。

本発明に係るＬＥＤ電源を用いた照明器具の全体構成図である。前記ＬＥＤ電源に含まれる電源供給手段の一例を示す構成図である。前記電源供給手段の第二の例を示す構成図である。前記電源供給手段の第三の例を示す構成図である。前記電源供給手段の第四の例を示す構成図である。前記電源供給手段の第五の例を示す構成図である。前記ＬＥＤ電源が保有する数種類の出力特性を説明するための図である。第1実施例に係るＬＥＤ電源の２種類の定電流特性を説明するための図。第２実施例に係るＬＥＤ電源の定電力特性と２種類の定電流特性を説明するための図である。第３実施例に係るＬＥＤ電源の定電流特性と２種類の定電力特性を説明するための図である。第４実施例に係るＬＥＤ電源の２種類の定電圧特性を説明するための図。

以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態について説明する。図１に本実施形態に係るＬＥＤ照明器具の全体構成を示す。ＬＥＤ照明器具は、ＬＥＤ素子列２と、このＬＥＤ素子列２に直流電源を供給するＬＥＤ電源４とを有して構成されている。なお、交流電源ＡＣは、ＬＥＤ電源４へ交流電源を供給する。

＜ＬＥＤ電源の全体構成＞
ＬＥＤ電源４は、電源供給手段８と、電圧検出手段（Ｒ_１、Ｒ_２）と、電流検出手段（Ｒ_３）とを備える。電源供給手段８へは、交流電源ＡＣからの入力電力Ｐ_１（入力電圧Ｖ_１及び入力電流Ｉ１）が供給される。

電源供給手段８は、入力電力Ｐ_１を変換してＬＥＤ素子列２の点灯に必要な駆動電力Ｐ_２を生成するもので、例えば、フライバック・コンバータ、昇圧チョッパ回路や降圧チョッパ回路などで構成される。本実施形態では電源供給手段８にＩＣチップ（制御回路１２）及びメモリ（設定テーブル１４）が内蔵されている。なお、制御回路１２及び設定テーブル１４としては、電源供給手段８から独立して設けられたものでも構わない。

電圧検出手段は、抵抗Ｒ_１、Ｒ_２の直列接続を有する。この直列接続は、電源供給手段８の一対の出力端子を結んでいる。そして、抵抗Ｒ_１の端子間電圧を駆動電圧の分圧Ｖ_３として検出し、このＶ_３値を電源供給手段８の制御回路１２に与える。制御回路１２では、抵抗Ｒ_１、Ｒ_２の抵抗値に基づいて、分圧Ｖ_３の検出値より駆動電圧Ｖ_２を算出する。従って、電圧検出手段は実質的に電源供給手段８の出力部からの駆動電圧Ｖ_２を検出している。

電流検出手段は、抵抗Ｒ_３を有し、電源供給手段８の負側の出力端子とＬＥＤ素子列２の負側端子とを結んでいる。そして、抵抗Ｒ_３の端子間電圧Ｖ_４を検出し、このＶ_４値を制御回路１２へ与える。制御回路１２では、抵抗Ｒ_３の抵抗値に基づいて、抵抗Ｒ_３の電圧Ｖ_４の検出値より駆動電流Ｉ_２を算出する。従って、電流検出手段は実質的に電源供給手段８の出力部からの駆動電流Ｉ_２を検出している。

制御回路１２は、与えられた駆動電圧Ｖ_２値、及び、駆動電流Ｉ_２値に基づいて電源供給手段８を制御する。

＜電源供給手段の制御システム＞
図２に基づいて電源供給手段８の制御システムの一例に関して詳しく説明する。電源供給手段８は、交流電力の入力部、その電力の変換部、及び、駆動電力の出力部に大別される。入力部は、ダイオードブリッジなどで構成される全波整流回路ＤＢと、バイパスコンデンサＣ_１とを有する。バイパスコンデンサＣ_１は、全波整流回路ＤＢの出力端同士を結ぶもので、全波整流回路ＤＢからの整流電流を部分平滑するため、および、スイッチング素子Ｑ_１のオンオフ駆動により断続された電流の影響がＡＣ電源側に及ぶことを防止するために設けられている。

出力部は、ＬＥＤ素子列２に対して並列接続された出力コンデンサＣ_３（電解コンデンサ）によって構成される。そして、出力コンデンサＣ_３に蓄えられたエネルギーを用いて、ＬＥＤ素子列２に安定した駆動電力Ｐ_２を供給する。

変換部は、全波整流回路ＤＢの後段に接続され、整流電流を電力変換して出力コンデンサＣ_３を充電する。本実施形態の変換部は、フライバック・コンバータと呼ばれ、出力コンデンサＣ_３を介して一定電流をＬＥＤ素子列２に供給する。また、変換部は、力率改善回路としても機能し、全波整流回路ＤＢに入力される交流電流を歪みのない正弦波に整形することができる回路である。

変換部は、具体的にフライバック・トランスＴ_１と、スイッチング素子Ｑ_１と、ダイオードＤ_２と、スイッチング素子Ｑ_１を制御する制御回路１２とを有する。トランスＴ_１は、全波整流後の整流電圧を一次電圧として二次電圧を出力コンデンサＣ_３に印加するように設けられている。

スイッチング素子Ｑ_１は、トランスＴ_１の一次巻線Ｔ_１ａに直列接続されていて、オンオフ駆動により二次巻線Ｔ_１ｂに二次電圧を誘起させる。スイッチング素子Ｑ_１のドレイン側端子は、一次巻線Ｔ_１ａに接続され、Ｑ_１のソース側端子は、全波整流回路ＤＢの負極端子側であるグラウンドラインに接続されている。スイッチング素子Ｑ_１にはＮチャネルのエンハンスメント形のＭＯＳＦＥＴを使用する。制御回路１２に設けられている駆動回路からスイッチング素子Ｑ_１のゲートに駆動電流が供給されてゲート電圧が生じると、ドレイン−ソース間に電流が流れる。この状態をスイッチング素子Ｑ_１のオン状態という。一方、ゲートに駆動電流が供給されず、ドレイン電流が流れない状態をオフ状態という。ダイオードＤ_２は、二次巻線Ｔ_１ｂに直列接続されて二次電流を整流し、整流後の二次電流を出力コンデンサＣ_３の正極に供給する。

変換部には更に、ノイズ除去回路が設けられている。ノイズ除去回路は、ダイオードＤ_１およびノイズ除去コンデンサＣ_２の直列回路と、抵抗Ｒ_４とを有して構成されている。直列回路（Ｄ_１およびＣ_２）は、トランスＴ_１の一次巻線の両端子を結ぶように接続されている。ここで、ダイオードＤ_１のアノード側端子は、一次巻線Ｔ_１ａとスイッチング素子Ｑ_１の接続点につながれ、カソード側端子はノイズ除去コンデンサＣ_２に接続される。ノイズ除去コンデンサＣ_２および抵抗Ｒ_４は並列回路を形成している。

変換部は以上のように構成され、出力コンデンサＣ_３に整流電流に基づくエネルギーを蓄積する。そして出力コンデンサＣ_３に蓄積されたエネルギーによってＬＥＤ素子列２に駆動電流Ｉ_２が供給されるようになっている。

制御回路１２は、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）と、電圧等の検出用のＡＤコンバータと、スイッチング素子Ｑ_１に駆動電流を供給するＦＥＴ駆動回路と、ＲＯＭおよびＲＡＭを有し、スイッチング素子Ｑ_１の駆動制御システムを構築している。制御回路１２を機能ブロックで表現すると、図２のように、定電流制御部２２、電力演算部２４、定電力制御部２６、及び、定電圧制御部２８を有する。更に、制御回路１２は、過電圧保護制御部３２、過電流保護制御部３４、及び、保護制御選択部３６を有する。

ＣＰＵでは、例えば、力率改善を行うために全波整流後の電圧の分圧値に基づいて、スイッチング周期を決定するとともに、抵抗Ｒ_３を介して検出されるＬＥＤ素子列２の駆動電流Ｉ_２値に基づいてオン幅（オン状態の時間）を決定する。ＣＰＵは、決定されたスイッチング周期とオン幅の指令信号をスイッチング素子Ｑ_１用のＭＯＳＦＥＴ駆動回路に送る。Ｑ_１用の駆動回路は、指令信号に基づく駆動電流をＱ_１へ供給し、これをオンオフ駆動させる。

ＲＯＭには、設定テーブル１４が読み書き可能に記憶されている。この設定テーブル１４は、駆動電圧の範囲Ａ〜Ｅと、範囲ごとに設定された各種基準値とを含むデータテーブルである。各種基準値とは、定電流制御の電流基準値（Ｉ_Ａ等）、定電力制御の電力基準値（Ｐ_Ａ等）、及び、定電圧制御の電圧基準値（Ｖ_Ａ等）の中から選択された1種類または2種類以上の基準値である。制御回路１２の電力演算部２４は、駆動電流の検出値Ｉ_２と、駆動電圧の検出値Ｖ_２の積を算出して、これを駆動電力Ｐ_２の算出値にする。具体的な駆動電力Ｐ_２の算出方法は、まず、瞬時電力値（Ｖ_２×Ｉ_２）を計算し、一周期分の瞬時電力値を加算し、そして、合計値を一周期の加算個数で割って得られる数値を駆動電力Ｐ_２とする方法である。

図２に示す設定テーブル１４の一例について説明すると、範囲Ａ〜Ｄは、電圧検出手段の電圧検出領域を複数に区分したものであり、各範囲に１つの基準値が設定されている。また、範囲Ｅは、駆動電圧が一定（例えばＶ_Ｃ）の場合に、所定の駆動電力の算出範囲（Ｐ_Ｅ１〜Ｐ_Ｅ２）を定めたものである。

駆動電圧の範囲Ａには電流基準値Ｉ_Ａが設定され、範囲Ｂには電力基準値Ｐ_Ｂが設定され、範囲Ｃには電流基準値Ｉ_Ｃが設定され、範囲Ｄには電流基準値Ｉ_Ｄが設定されている。３つの電流基準値Ｉ_Ａ、Ｉ_Ｃ、Ｉ_Ｄは互いに異なる値である。また、駆動電力の範囲Ｅには電圧基準値Ｖ_Ｅが設定されている。

なお、設定テーブル１２の範囲及び各種基準値を必要に応じて書き換えられるように、書換用の入力手段を備えてもよい。

そして、制御回路１２の定電流制御部２２は、設定テーブル１４を参照して駆動電圧の検出値Ｖ_２に対応する電流基準値（Ｉ_Ａ、Ｉ_Ｃ、Ｉ_Ｄのいずれか）を読み出して、この電流基準値を用いて定電流制御を実行する。駆動電圧の検出値Ｖ_２が他の範囲に該当するときは、定電流制御は停止される。

同様に、定電力制御部２６は、設定テーブル１４を参照して駆動電圧の検出値Ｖ_２に対応する電力基準値を読み出して、この電力基準値を用いて定電力制御を実行する。図２の例では、駆動電圧の検出値が範囲Ｂに該当するときだけ、電力基準値Ｐ_Ｂを用いた定電力制御が実行される。なお、定電力制御では、電力演算部２４で算出された駆動電力の算出値Ｐ_２が、設定テーブルから読み出した電力基準値Ｐ_Ｂと一致するように、電圧供給手段８が制御されるようになっている。

また、同様に、定電圧制御部２８は、設定テーブル１４を参照して駆動電力の算出値Ｐ_２に対応する電圧基準値を読み出して、この電圧基準値を用いて定電圧制御を実行する。図２の例では、駆動電圧がＶ_Ｃで一定の場合にのみ、駆動電力の算出値が範囲Ｅに該当するかどうかを判断する。そして、該当するときは、範囲Ｅの電圧基準値Ｖ_Ｅを用いた定電圧制御が実行される。なお、定電圧制御では、電圧検出手段の検出値Ｖ _２が、設定テーブルから読み出した電圧基準値Ｖ_Ｅと一致するように、電圧供給手段８が制御されるようになっている。

＜定電流制御について＞
駆動電圧が範囲Ａに該当する際に、定電流制御部２２が電流基準値Ｉ_Ａを用いて実行する定電流制御について詳しく説明する。

定電流制御部２２は、スイッチング素子Ｑ_１を駆動させることにより、ＬＥＤ素子列２に流れる電流の定電流制御を行ないつつ力率改善制御も同時に実行するようにスイッチング素子Ｑ_１のスイッチングを高周波数制御する。すなわち、制御回路１２は、検出された駆動電流Ｉ_２値が予め設定されている電流基準値Ｉ_Ａに近づくようにスイッチング素子Ｑ_１のスイッチングのオン幅（変換率）を制御する。スイッチング素子Ｑ_１のオン状態では、全波整流電流がトランスＴ_１の磁性体に磁場のエネルギーとして蓄積され、オフ状態では二次側に誘起される二次電圧に基づいて電流が流れ、出力コンデンサＣ_３が充電される。制御回路１２によるオン幅の調整により、駆動電流Ｉ_２の定電流制御が実行され、ＬＥＤ素子列２の駆動電流値を安定させている。

また、制御回路１２は、交流電源ＡＣから流れ込む入力電流Ｉ_１の電流波形を正弦波に近似させるために、スイッチング素子Ｑ_１のスイッチングの周期（スイッチングのオン幅＋スイッチングのオフ幅）を例えば、整流電圧の瞬時値に比例するように制御することで力率改善を行なっている。

なお、制御回路１２の過電圧保護制御部３２は、予め決められた電圧以上の駆動電圧Ｖ_２がＬＥＤ素子列２へ印加されるのを防止する。いずれかの制御モードの実行中に、ＬＥＤ素子列２への駆動電圧Ｖ_２が突発的に大きくなった場合に、電源供給手段８を強制的に停止させて、ＬＥＤ素子列２を保護するようになっている。

また、過電流保護制御部３４は、予め決められた電流以上の駆動電流Ｉ_２がＬＥＤ素子列２へ供給されるのを防止する。過電圧保護制御部３２と同様に、いずれかの制御モードの実行中に、ＬＥＤ素子列２への駆動電流Ｉ_２が突発的に大きくなった場合に、電源供給手段８を強制的に停止させて、ＬＥＤ素子列２を保護するようになっている。

＜電源供給手段の例＞
本発明のＬＥＤ電源には、図２のフライバック・コンバータに限らず、図３〜図６に示すような各種回路などを電源供給手段として内蔵するものが含まれる。図３は、電源供給手段の第２の例であり、フライバック電源と降圧チョッパ回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ）とを組み合せた電源供給手段１０８である。

図３の電源供給手段１０８において、降圧チョッパ回路は、フライバック電源の出力端に接続されており、次のように各素子が接続されて構成されている。まず、フライバック電源の正極側の出力端にスイッチング素子Ｑ_２の一端を接続し、フライバック電源の負極側の出力端とスイッチング素子Ｑ_２の他端の間にインダクタＬ_２およびコンデンサＣ_４の直列回路を接続し、コンデンサＣ_４の端子間にＬＥＤ２を並列に接続する。スイッチング素子Ｑ_２は、数十ｋＨｚの高い周波数でオンオフする。

スイッチング素子Ｑ_２がオン状態である期間に、このスイッチング素子Ｑ_２を流れる直流電流によってインダクタＬ_２に磁気エネルギーが蓄積される。そして、スイッチング素子Ｑ_２がオンからオフに切り替わった際、インダクタＬ_２の磁気エネルギーの放出によってインダクタＬ_２には電流が連続して流れようとする。降圧チョッパ回路には、スイッチング素子Ｑ_２がオフに切り替わった後、インダクタＬ_２からの電流が、ＬＥＤ２を経由して再びインダクタＬ_２に戻るような閉ループの電流経路が形成されている。すなわち、インダクタＬ_２とコンデンサＣ_４の直列回路の両端間が、インダクタＬ_２に戻る方向のみに電流を流すダイオードＤ_３によって接続されている。

このように降圧チョッパ回路では、高周波で切り替わるスイッチング素子Ｑ_２がオンになると、フライバック電源の正極の端子からの直流電流が、スイッチング素子Ｑ_２→インダクタＬ_２→ＬＥＤ２の順番でフライバック電源の負極の端子に流れて、インダクタＬ_２に磁気エネルギーが蓄積される。また、スイッチング素子Ｑ_２がオフになると、直流電流の供給が遮断され、スイッチング素子Ｑ_２とインダクタＬ_２の接続点における電圧が略零になる。そして、インダクタＬ_２の磁気エネルギーが電流となって放出され、ＬＥＤ２→ダイオードＤ_３の順番でインダクタＬ_２に戻るようになっている。

また、降圧チョッパ回路は、スイッチング素子Ｑ_２のオンオフをＰＷＭ制御する制御回路１１２を有している。この制御回路１１２は図２の制御回路１２と共通し、また、制御回路１１２には図示しないＲＯＭが接続され、図２と共通する設定テーブルが記憶されている。また、制御回路１１２へは、抵抗Ｒ_１、Ｒ_２により検出された駆動電圧Ｖ_２、および、抵抗Ｒ_３により検出された駆動電流Ｉ_２が送られる。

制御回路１１２をマイクロコンピータ（ＣＰＵ）により構成し、ＣＰＵでスイッチング素子Ｑ_２を直接制御させてもよい。または、ＣＰＵとアナログＩＣとを組み合せて制御回路１１２を構成してもよい。この場合、主な制御をアナログＩＣが実施し、ＣＰＵ側は駆動電圧の検出値情報等に基づいて擬似信号を生成する。そして、ＣＰＵがアナログＩＣに擬似信号を送ることにより、ＬＥＤへの駆動電流を駆動電圧の閾値基準で切り替えることができる。

制御回路１１２は、設定テーブルを参照して駆動電圧の検出値Ｖ_２に対応する電流基準値を読み出して、この電流基準値を用いて定電流制御を実行する。また、駆動電圧の検出値Ｖ_２が電圧基準値の設定された範囲にある場合は、設定テーブルを参照して検出値Ｖ_２に対応する電力基準値を読み出して、この電力基準値を用いて定電力制御を実行することもできる。定電力制御では、駆動電圧Ｖ_２と駆動電流Ｉ_２とを乗算し、ＬＥＤ２への駆動電力Ｐ_２を計算し、目標とする電力値となるようにオンデューティを決定する制御を行っている。また、設定テーブルを参照して駆動電力の算出値Ｐ_２に対応する電圧基準値を読み出して、この電圧基準値を用いて定電圧制御を実行することもできる。

図４は、電源供給手段の第３の例であり、力率改善回路と降圧チョッパ回路とを組み合せた電源供給手段２０８である。力率改善回路は、全波整流器ＤＢの正極の端子に一端部が接続されたインダクタＬ_１と、このインダクタＬ_１の他端部と全波整流器ＤＢの負極端子との間にドレインおよびソースが接続されたスイッチング素子Ｑ_１と、該スイッチング素子Ｑ_１のスイッチングに伴う高周波成分通流用フィルタとしての平滑コンデンサＣ_１と、前記インダクタＬ_１とスイッチング素子Ｑ_１間の接続点にアノードが接続されたダイオードＤ_２と、このダイオードＤ_２のカソードと全波整流器ＤＢの負極端子との間に接続された電解コンデンサＣ_３を備えている。

そして、力率改善回路は、全波整流回路ＤＢに入力される交流電流を歪みのない正弦波に整形し、振幅一定の安定化した直流電流を高効率で生成し、電解コンデンサＣ_３に静電エネルギーを充電する。電解コンデンサＣ_３は、該コンデンサの両端子間に降圧チョッパ回路を介して接続されたＬＥＤ２へ点灯電流を供給する。

力率改善回路のアクティブフィルタ制御回路は、全波整流器ＤＢの全波整流電圧の振幅レベルの監視と、スイッチング素子Ｑ_１を流れる電流レベルの監視とに基づいて全波整流電圧の振幅レベルに応じてスイッチング素子Ｑ_１のオン期間を制御することで、入力交流電流を入力交流電圧の位相に一致させる力率改善の制御を行っている。これによって、力率改善回路は、全波整流電圧を高力率で安定化直流電圧に変換し、後段の降圧チョッパ回路に直流電力を供給する。グランドレベルを流れる電流レベルの監視に基づくスイッチング素子Ｑ_１の制御方式でもよい。なお、降圧チョッパ回路の具体的な構成は図３に共通する。

図５は、電源供給手段の第４の例であり、直流電源に接続された降圧チョッパ回路からなる電源供給手段３０８である。降圧チョッパ回路の具体的な構成は図３に共通する。

図６は、電源供給手段の第５の例であり、力率改善回路に３つの降圧チョッパ回路を並列接続させた電源供給手段４０８である。各回路は、図４の力率改善回路および降圧チョッパ回路に共通する。この電源供給手段は、異なる特性の複数のＬＥＤ（２Ａ〜２Ｃ）を同時に点灯制御でき、ＲＧＢフルカラーの表示装置などに適用される。

なお、本発明の電源供給手段は以上の回路例に限定されるものではない。電源供給手段には、入力電圧よりも出力電圧（ＬＥＤへの駆動電圧）の方が高い昇圧チョッパ回路を用いてもよい。

＜本実施形態の効果＞
図７に基づいて本実施形態の効果について説明する。同図は、図２〜図６のＬＥＤ電源４の出力特性を示すもので、横軸が駆動電圧（ＬＥＤの順方向電圧）Ｖ_２であり、縦軸が駆動電力Ｐ_２である。

まず、駆動電圧が範囲Ａに属する場合の出力特性は、Ｉ_Ａを電流基準値とする定電流制御モードになる。駆動電力Ｐ_２と駆動電圧Ｖ_２は比例関係になり、範囲Ａのグラフの傾きは電流基準値Ｉ_Ａを示している。駆動電圧Ｖ_２が上昇して範囲Ｂに属する場合の出力特性は、Ｐ_Ｂを電力基準値とする定電力制御モードに移行する。範囲Ｂでは、算出される駆動電力Ｐ_２が一定になる。更に駆動電圧Ｖ_２が高い範囲Ｃでの出力特性は、Ｉ_Ｃを電流基準値とする定電流制御モードになる。範囲Ｃのグラフの傾きは電流基準値Ｉ_Ｃを示し、電流基準値Ｉ_Ａより小さい。

駆動電圧がＶ_Ｃに達すると、定電流制御モードから、Ｖ_Ｅ（＝Ｖ_Ｃ）を電圧基準値とする定電圧制御モードに切り替わる。算出される駆動電力がＰ_Ｅ１〜Ｐ_Ｅ２の範囲Ｅにある場合に、駆動電圧がＶ_Ｅで一定に維持される。

駆動電圧がＶ_Ｃである場合に駆動電力がＰ_Ｅ１まで低下すると、定電力制御モードから定電流制御モードに切り替わる。駆動電圧が範囲Ｄに属する場合の出力特性は、Ｉ_Ｄを電流基準値とする定電流制御モードである。この電流基準値Ｉ_Ｄは、電流基準値Ｉ_Ｃより小さい。駆動電圧が範囲Ｄよりも上昇する場合は、駆動電力Ｐ_２が徐々にゼロまで低下して、電源供給手段８が停止する。

以上のように、本実施形態によれば、異なる電圧範囲において異なる基準値を用いた様々な制御を実行することができる。この結果、１つのＬＥＤ電源４において、使用するＬＥＤ素子の配列、使用数、特性に応じた数種類の出力特性を複数設定することが可能になる。例えば、ＬＥＤの順方向電圧（Ｖ_Ｆ）の範囲が異なることを利用して、順方向電圧の範囲ごとに電圧検出領域を区分してもよい。異なるＬＥＤ（２Ａ、２Ｂ）を別々の駆動電圧の範囲で所望の出力特性によって点灯制御すること等ができる。

ＬＥＤ電源の出力特性として、定電流特性、定電力特性、定電圧特性などから所望の出力特性を選択することができる。また、検出電圧や算出電力について区分する範囲も幾つでも設定することができる。そして、区分された範囲に対して、いずれかの種類の出力特性を自由に設定することができる。また、複数の出力特性を選択する場合は、定電流と定電力の組合せや、定電圧と定電力の組合せ等、その組み合わせも自由に選択できる。同じ出力特性を選択する場合には、その基準値（電流基準値、電圧基準値、電力基準値など）を変えて、それぞれの範囲に設定することもできる。

このように、数種類のＬＥＤを点灯可能な多機能化したＬＥＤ電源４を提供できる。また、設定テーブル１４の基準値や検出領域の範囲を適宜書き換えることにより、仕様変更されたＬＥＤを点灯させる場合であっても、同じＬＥＤ電源４を用いることが可能となり、製品の量産効果が得られやすくなる。

更に、過電圧保護制御部３２または過電流保護制御部３４を設けることで、過電力によるＬＥＤ電源４の故障や、ブレーカのトリップ等の電源系統への悪影響を未然に防止して照明設備全体の安全性を確保することもできる。

（実施例１）
図８にＬＥＤ電源の具体的な出力特性を示す。駆動電圧の検出領域に範囲Ａ、Ｂを設けて、範囲Ａを電流基準値Ｉ_Ａによる定電流制御モードにして、範囲Ｂを電流基準値Ｉ_Ｂによる定電流制御モードにする。そして、電気的特性がＡタイプであるＬＥＤを点灯させる場合は、範囲Ａの出力特性を使用し、電気的特性がＢタイプであるＬＥＤを点灯させる場合は、範囲Ｂの出力特性を使用する。このように、駆動電圧Ｖ_２に応じて定電流制御の電流基準値を切り替えることができるので、１つのＬＥＤ電源を用いて数種類の出力特性を実現することができる。電流基準値Ｉ_Ａ、Ｉ_Ｂについては任意に増減させることもできる。また、駆動電圧Ｖ_２の範囲Ａ、Ｂについても任意に設定できる。

なお、実施例１では、２つの定電流制御モードの実行範囲Ａ、Ｂの間に移行範囲Ｔを設けている。移行範囲Ｔについては、異なる電気的特性のＬＥＤ同士が干渉しないような出力特性にしたり、あるいは、不点灯にしたりしてもよい。また、図８のように移行範囲ＴにおいてＬＥＤ駆動電力を下げてもよい。すなわち、範囲Ｂの下限での駆動電力が、範囲Ａの上限での駆動電力よりも低くなるように、各電流基準値Ｉ_Ａ、Ｉ_Ｂを定めている。

（実施例２）
図９は、２つの定電流制御モードの実行範囲Ａ、Ｃの間に、定電圧制御モードの実行範囲Ｂを設けた場合の出力特性を示す。例えば、電気的特性がＡタイプであるＬＥＤを点灯させる場合は、範囲Ａと範囲Ｂの出力特性を使用し、電気的特性がＢタイプであるＬＥＤを点灯させる場合は、範囲Ｃの出力特性を使用する。つまり、ＡタイプのＬＥＤについては、範囲Ａにて定電流制御を行う。そして、周囲温度や個体差等によりＡタイプのＬＥＤの駆動電圧が上昇して、その検出値が範囲Ｂになったとしても、定電流制御モードから定電力制御モードに切り替わることで、ＬＥＤ電源の供給電力（Ｐ_２）が過大になるのを防止できる。当然、範囲Ａと範囲Ｂにて異なる特性のＬＥＤを使用してもよい。

（実施例３）
図１０のように、１種類の定電流特性と２種類の定電力特性とを具備させることもできる。範囲Ａ、Ｂについては実施例２に共通する。実施例３では、さらに範囲Ｃを設けて、範囲Ｃを電力基準値Ｐ_Ｃによる定電力制御モードにする。例えば、範囲Ａ、ＢにおいてＡタイプのＬＥＤを点灯制御し、範囲ＣにおいてＢタイプのＬＥＤを定電力制御モードで点灯制御するようにしてもよい。なお、２つの定電力制御モードの実行範囲Ｂ、Ｃの間に移行範囲Ｔを設けている。

（実施例４）
図１１は、ＬＥＤ電源に、実施例１〜３とは異なる出力特性を具備させる例を示すもので、横軸が駆動電力Ｐ_２であり、縦軸が駆動電圧Ｖ_２である。範囲Ｆ、Ｇは、駆動電力Ｐ_２の算出領域を複数に区分したものであり、各々の範囲に１つの電圧基準値（Ｖ_Ｆ、Ｖ_Ｇ）が設定されている。２つの電圧基準値は互いに異なる値である。

ＬＥＤを定電圧制御にて点灯させる場合には、駆動電流の検出値Ｉ_２と駆動電圧の検出値Ｖ_２の積であるＬＥＤの駆動電力Ｐ_２を監視して、定電圧制御モードの電圧基準値を切り替えることができる。すなわち、制御回路１２の定電圧制御部２８は、設定テーブル１４を参照して駆動電力の算出値Ｐ_２に対応する電圧基準値（Ｖ_Ｆ、Ｖ_Ｇのいずれか）を読み出して、この電圧基準値を用いて定電圧制御を実行する。なお、２つの定電圧制御モードの実行範囲Ｆ、Ｇの間に移行範囲Ｔを設けている。

＜変形例＞
交流電源ＡＣの代わりに直流電源ＤＣを用いたＬＥＤ照明器具に対しても、本発明のＬＥＤ電源を適用できる。この場合、電源供給手段８の入力部の構成として、ダイオードブリッジＤＢを省略してバイパスコンデンサＣ_１のみとすることができる。

２ＬＥＤ素子列（ＬＥＤに相当）
４ＬＥＤ電源
８電源供給手段
１２制御回路（制御手段に相当）
１４設定テーブル
２２定電流制御部
２４電力演算部
２６定電力制御部
２８定電圧制御部
３２過電圧保護制御部
３４過電流保護制御部
３６保護制御選択部
Ｒ_１、Ｒ_２電圧検出手段の抵抗
Ｒ_３電流検出手段の抵抗

Claims

検出されるＬＥＤ駆動電圧の電圧範囲に、低電圧側から第１ＬＥＤ用の第１電圧範囲と、中間の移行範囲と、前記第１ＬＥＤとは異なる電気的特性を有する第２ＬＥＤ用の第２電圧範囲とを連続して設けて、前記第１ＬＥＤを前記第１電圧範囲で第１電流基準値に基づいて定電流制御し、前記第２ＬＥＤを前記第２電圧範囲で第２電流基準値に基づいて定電流制御することによって、前記第１および第２ＬＥＤを別々の電圧範囲においてそれぞれ所望の出力特性で点灯制御するＬＥＤ電源であって、
外部電源を駆動電力に変換してＬＥＤに供給する電源供給手段と、
前記電源供給手段からの駆動電力の電流値を検出する電流検出手段と、
前記電源供給手段からの駆動電力の電圧値を検出する電圧検出手段と、
検出された電流検出値及び電圧検出値に基づいて前記電源供給手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、
定電流制御部と、
定電力制御部と、
前記第１電圧範囲に設定された第１電流基準値、前記第２電圧範囲に設定された第２電流基準値、および、前記移行範囲に設定された電力基準値を記憶する設定テーブルと、を有し、
前記定電流制御部は、前記第１電圧範囲および前記第２電圧範囲で、前記設定テーブルを参照して前記電圧検出値に対応する前記電流基準値を読み出して、読み出された電流基準値と前記電流検出値とが一致するように、前記電源供給手段を制御し、前記第１および第２電流基準値は、前記移行範囲の上端において出力される駆動電力および前記移行範囲の下端において出力される駆動電力が同じになるように設定され、
前記定電力制御部は、前記移行範囲で、前記設定テーブルを参照して前記電力基準値を読み出して、該電力基準値を用いて前記第１ＬＥＤおよび前記第２ＬＥＤの点灯を定電力制御することを特徴とするＬＥＤ電源。
請求項１記載のＬＥＤ電源において、
前記制御手段は、更に、過電圧保護制御部を有し、該過電圧保護制御部は、予め決められた電圧以上の駆動電圧がＬＥＤへ印加されるのを防止することを特徴とするＬＥＤ電源。
請求項１または２記載のＬＥＤ電源において、
前記制御手段は、更に、過電流保護制御部を有し、該過電流保護制御部は、予め決められた電流以上の駆動電流がＬＥＤへ供給されるのを防止することを特徴とするＬＥＤ電源。