JP7353784B2 - ドライバおよび発光ダイオード装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオードを駆動するドライバ、および発光ダイオード装置に関する。

ＬＥＤ（発光ダイオード）を用いた照明装置は、電源からの電力によりドライバがＬＥＤを駆動して発光させるものである。上記電源としては、定電流または定電圧の電源が使用される。上記電源と上記ドライバとが別体である場合、上記ドライバは、上記定電流および上記定電圧の何れの電源であっても対応できることが望ましい。

特許文献１には、ＬＥＤの調光を行う調光器であって、電流源または電圧源に接続可能である調光器が開示されている。上記調光器は、上記ＬＥＤに直列接続された抵抗の電圧を測定する。該電圧が最大閾値を上回る場合、高電圧かつ定電圧の電源が接続されていると判定する。また、上記電圧が最小値を上回りかつ最大閾値を下回る場合、定電流の電源が接続されていると判定する。そして、上記電圧が最小値を下回る場合、低電圧かつ定電圧の電源が接続されていると判定する。この場合、電源からの電圧を昇圧する昇圧用コンバータが動作する。

特表２０１７－５３４１３９号公報

上記調光器では、例えば、電源との電気接点におけるチャタリング、電源との再接続、電力供給可能な状態の電源との接続、回路内のノイズ、外部からのノイズ等により上記電源の種類を誤判定する虞がある。特に、定電流の電源が接続されているにもかかわらず、低電圧かつ定電圧の電源が接続されていると動作開始時または動作中に誤判定した場合、上記昇圧用コンバータの故障、上記ＬＥＤの不点灯および明滅などの不具合が発生する虞がある。

本発明の一態様は、接続されている電源の種類を誤判定しても、不具合の発生を抑制できるドライバ等を実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るドライバは、発光ダイオードを駆動するドライバであって、電源からの電圧を昇圧して前記発光ダイオードに印加するコンバータと、該コンバータを制御するコントローラと、前記発光ダイオードを流れる電流を検知するセンサと、を備えており、前記コントローラは、前記コンバータを動作させるオンモードと、前記コンバータを停止させるオフモードとを有しており、動作開始時に前記オフモードとし、前記オフモードにおいて、前記センサが検知した値がオン用閾値よりも小さい場合に、前記オンモードに遷移する一方、前記オンモードにおいて、前記センサが検知した値が、前記オン用閾値よりも大きいオフ用閾値よりも小さい場合に、前記オフモードに遷移し、前記オフモードおよび前記オンモードにおけるモード遷移の判定を繰り返すことを特徴としている。

本発明の一態様によれば、接続されている電源の種類を誤判定しても、不具合の発生を抑制できるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る照明装置のコントローラにおける処理の流れを示すフローチャートである。 上記照明装置の概略構成を示す回路図である。 本発明の別の実施形態に係る照明装置の概略構成を示す回路図である。 本発明のさらに別の実施形態に係る照明装置の概略構成を示す回路図である。 本発明の他の実施形態に係る照明装置の概略構成を示す回路図である。

以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。なお、説明の便宜上、各実施形態に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付記し、適宜その説明を省略する。

〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、図１および図２を参照して説明する。

図２は、本実施形態に係る照明装置の概略構成を示す回路図である。図２に示すように、照明装置１は、電源１０、ＬＥＤ１１（発光ダイオード）、およびドライバ１２を含む。ＬＥＤ１１およびドライバ１２によりＬＥＤ装置（発光ダイオード装置）を構成する。

電源１０は、定電流または定電圧の電源である。電源１０とＬＥＤ１１との間にドライバ１２が設けられている。なお、ＬＥＤ１１は、１つでもよいし複数でもよい。また、複数のＬＥＤ１１が、直列接続された構成でもよいし、並列接続された構成でもよいし、直並列接続された構成でもよい。また、ＬＥＤ１１は、無機化合物によって形成されてもよいし、有機化合物によって形成されてもよい。なお、電源１０およびＬＥＤ１１は、公知のものを利用できるので、その詳細は省略する。

ドライバ１２は、ＬＥＤ１１を駆動するものであり、昇圧用コンバータ２０（コンバータ）、平滑用コンデンサ２１、センサ用抵抗２２（センサ）、およびコントローラ２３を含む。

昇圧用コンバータ２０は、スイッチング素子２４、チョークコイル２５、およびダイオード２６を含むチョッパ方式の昇圧用コンバータである。昇圧用コンバータ２０は、スイッチング素子２４におけるオン・オフを繰り返すことにより動作する。平滑用コンデンサ２１は、昇圧用コンバータ２０からの電圧および電流を平滑化するためのものである。センサ用抵抗２２は、ＬＥＤ１１を流れる電流の値を電圧の値として検知するためのものであり、ＬＥＤ１１に直列接続される。

コントローラ２３は、電源１０からの電圧により動作し、昇圧用コンバータ２０を制御するものである。本実施形態では、コントローラ２３は、センサ用抵抗２２の電圧に基づいて、定電圧および定電流の何れの電源１０が接続されているかを判断する。

定電圧の電源１０が接続されている場合、コントローラ２３は、オンモードとなり、昇圧用コンバータ２０を動作させる。これにより、電源１０からの所定の電圧が昇圧（変換）され、平滑用コンデンサ２１にて平滑されて、ＬＥＤ１１およびセンサ用抵抗２２に印加される。その結果、ＬＥＤ１１に所望の電流が流れて発光させることができる。

一方、定電流の電源１０が接続されている場合、コントローラ２３は、オフモードとなり、スイッチング素子２４を常にオフとすることにより、昇圧用コンバータ２０を停止させる。この場合、電源１０からの所定の電流がＬＥＤ１１に流れて発光させることができる。

コントローラ２３は、ＡＤ（Analog to Digital）変換器、マイクロコンピュータ、およびスイッチング素子用ドライバを含むことにより、上記動作を実現することができる。

本実施形態では、コントローラ２３は、動作開始時にオフモードとしている。これにより、ドライバ１２は、動作開始時において、定電圧の電源が接続されていると誤判定したとしても、オフモードで動作を開始しており、昇圧用コンバータ２０が停止している。従って、上記誤判定による昇圧用コンバータ２０の故障、ＬＥＤ１１の不点灯および明滅などの不具合の発生を抑制することができる。

図１は、上記構成のコントローラ２３における処理の流れを示すフローチャートである。図１に示すように、コントローラ２３は、まず、オフモードで動作を開始する（Ｓ１０）。次に、所定のタイミングで、センサ用抵抗２２の電圧Ｖrを測定する（Ｓ１１）。

ところで、定電圧の電源１０が接続されて、昇圧用コンバータ２０が動作している場合（オンモード）にＬＥＤ１１を発光させる電流の範囲と、定電流の電源１０が接続されて、昇圧用コンバータ２０が停止している場合（オフモード）にＬＥＤ１１を発光させる電流の範囲とは異なっている。具体的には、オフモードで発光する場合には、電圧Ｖrは最小値Ｖmin以上である。また、オンモードで発光する場合には、電圧Ｖrは閾値Ｖth以上である。なお、オンモードでは昇圧用コンバータ２０が動作しているので、Ｖmin＜Ｖthとなる。

そこで、電圧Ｖrが最小値Ｖmin（オン用閾値）よりも小さいか否かを判断する（Ｓ１２）。電圧Ｖrが最小値Ｖmin以上である場合、定電流の電源１０が接続されていると判断して、ステップＳ１０に戻って上記動作を繰り返す。

一方、電圧Ｖrが最小値Ｖminよりも小さい場合、定電圧の電源１０が接続されていると判断して、オンモードで動作する（Ｓ１３）。次に、所定のタイミングで、センサ用抵抗２２の電圧Ｖrを測定し（Ｓ１４）、電圧Ｖrが閾値Ｖth（オフ用閾値）よりも小さいか否かを判断する（Ｓ１５）。電圧Ｖrが閾値Ｖth以上である場合、定電圧の電源１０が接続されていると判断して、ステップＳ１３に戻って上記動作を繰り返す。一方、電圧Ｖrが閾値Ｖthよりも小さい場合、ステップＳ１０に戻って上記動作を繰り返す。

従って、各モードにおける電圧Ｖrの最小値Ｖminおよび閾値Ｖthに基づいて、適切なモードに遷移することができるので、接続されている電源の種類を動作中に誤判定しても、上記不具合の発生を抑制することができる。

〔実施形態２〕
本発明の別の実施形態について、図３を参照して説明する。

図３は、本実施形態に係る照明装置の概略構成を示す回路図である。本実施形態の照明装置１は、図１および図２に示す照明装置１に比べて、コントローラ２３の機能を回路にて実現している点が異なり、その他の構成は同様である。

図３に示すように、コントローラ２３は、コンパレータＣa・Ｃb、トランジスタＱ1～Ｑ3、抵抗Ｒ1～Ｒ3、およびＰＷＭ（Pulse Width Modulation）コントローラ４０を含む。なお、コントローラ２３には、抵抗その他の回路素子が適所に設けられている。

コンパレータＣaは、正側の入力端子が、直列接続された抵抗Ｒ1・Ｒ2の間に接続され、負側の入力端子が、センサ用抵抗２２のＬＥＤ１１側の一端に接続される。出力端子が、ＰＷＭコントローラ４０に接続され、抵抗を介してトランジスタＱ1のベースに接続される。

直列接続された抵抗Ｒ1・Ｒ2は、抵抗Ｒ1側の端部は、抵抗を介してトランジスタＱ1・Ｑ2のコレクタに接続され、抵抗Ｒ2側の端部は、センサ用抵抗２２の他端に接続される。直列接続された抵抗Ｒ1・Ｒ2には、電源電圧Ｖccが印加される。

コンパレータＣaの出力端子および正側の入力端子の間に抵抗Ｒ3が接続される。抵抗Ｒ1～Ｒ3により、コンパレータＣaは、センサ用抵抗２２の電圧Ｖrに対し２つの閾値Ｖmin・Ｖmaxを有するヒステリシスコンパレータとなる。なお、Ｖmaxは、センサ用抵抗２２の電圧Ｖrの上限値である。

トランジスタＱ1・Ｑ2のエミッタはセンサ用抵抗２２の他端に接続される。トランジスタＱ2のコレクタは、トランジスタＱ3のベースに接続され、抵抗を介してコンパレータＣbの出力端子に接続される。

コンパレータＣbは、正側の入力端子には、閾値Ｖthの電圧が印加され、負側の入力端子が、センサ用抵抗２２のＬＥＤ１１側の一端に接続される。従って、コンパレータＣbは、センサ用抵抗２２の電圧Ｖrに対し閾値Ｖthを有するコンパレータとなる。トランジスタＱ3は、エミッタがセンサ用抵抗２２の他端に接続され、コレクタがコンパレータＣaの正側の入力端子に接続される。

ＰＷＭコントローラ４０は、昇圧用コンバータ２０のスイッチング素子２４に印加するパルス信号を調整するものである。本実施形態では、ＰＷＭコントローラ４０は、コンパレータＣaの出力がＨ（高）レベルである場合、上記パルス信号を生成して、昇圧用コンバータ２０を動作させる。一方、コンパレータＣaの出力がＬ（低）レベルである場合、スイッチング素子２４がオフとなるような信号を生成して、昇圧用コンバータ２０を停止させる。すなわち、コンパレータＣaの出力がＨレベルである場合にオンモードとなり、該出力がＬレベルである場合にオフモードとなる。

上記構成のコントローラ２３について、コンパレータＣaの出力がＬレベルである場合、すなわちオフモードの場合、トランジスタＱ1がオフとなり、トランジスタＱ2がオンとなるため、トランジスタＱ3はオフとなる。これにより、コンパレータＣaの動作は、コンパレータＣbの出力に無関係となる。そして、センサ用抵抗２２の電圧Ｖrが閾値Ｖminよりも小さくなると、コンパレータＣaの出力がＨレベルとなって、オンモードとなる。

コンパレータＣaの出力がＨレベルである場合、トランジスタＱ1がオンとなり、トランジスタＱ2がオフとなる。従って、センサ用抵抗２２の電圧Ｖrが閾値Ｖthよりも小さくなると、コンパレータＣbの出力がＨレベルとなって、トランジスタＱ3はオンとなる。これにより、コンパレータＣaの出力がＬレベルとなって、オフモードとなる。一方、センサ用抵抗２２の電圧Ｖrが閾値Ｖmaxよりも大きくなると、コンパレータＣaは、出力がＬレベルとなって、オフモードとなる。これにより、センサ用抵抗２２の電圧Ｖrが上限値Ｖmaxよりも大きくなると、昇圧用コンバータ２０が停止し、電圧Ｖrを低下するので、回路の故障を防止することができる。

〔実施形態３〕
本発明のさらに別の実施形態について、図４を参照して説明する。

図４は、本実施形態に係る照明装置の概略構成を示す回路図である。本実施形態の照明装置１は、図１および図２に示す照明装置１に比べて、コントローラ２３の電源側に保護回路５０が設けられている点が異なり、その他の構成は同様である。

保護回路５０は、ヒューズ５１、逆電圧保護用ダイオード５２、および過電圧保護回路５３を含む。ヒューズ５１は、ドライバ１２に対し直列に接続され、逆電圧保護用ダイオード５２および過電圧保護回路５３は、ドライバ１２に対し並列に接続される。過電圧保護回路５３は、過電圧が印加された場合に電圧をクランプするものである。なお、ヒューズ５１、逆電圧保護用ダイオード５２、および過電圧保護回路５３は、公知のものを利用できるので、その詳細を省略する。また、ヒューズ５１は、リセッタブルヒューズであってもよい。

ところで、図１および図２に示す照明装置１について、定電圧の電源１０が動作している状態でドライバ１２およびＬＥＤ１１に接続した場合、接続時における昇圧用コンバータ２０のチョークコイル２５を流れる電流はゼロであるため、コントローラ２３に過電圧が印加されて、コントローラ２３が故障する虞がある。

これに対し、本実施形態の照明装置１では、コントローラ２３の電源側に保護回路５０が設けられているので、コントローラ２３に過電圧が印加されることを防止でき、その結果、上記過電圧からコントローラ２３を保護することができる。また、電源１０を逆接続した場合でも、保護回路５０によって、ドライバ１２およびＬＥＤ１１に逆電圧が印加されることを防止でき、その結果、ドライバ１２およびＬＥＤ１１が故障することを防止できる。

なお、本実施形態では、電源１０が定電流の電源である場合、動作開始時には保護回路５０によってドライバ１２およびＬＥＤ１１に定電圧が印加され、電源１０が定電圧の電源であると誤判定する虞がある。しかしながら、本実施形態では、コントローラ２３が動作開始時にオフモードとしているので、上記誤判定による上記不具合の発生を抑制することができる。

〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について、図５を参照して説明する。

図５は、本実施形態に係る照明装置の概略構成を示す回路図である。本実施形態の照明装置１は、図１および図２に示す照明装置１に比べて、コントローラ２３が、昇圧用コンバータ２０の出力電圧によって動作する点が異なり、その他の構成は同様である。

上記の構成によると、上記過電圧が発生しても、ＬＥＤ１１の定電圧特性により、上記出力電圧が所定の電圧となり、コントローラ２３に上記過電圧が印加されることを防止できる。従って、上記過電圧からコントローラ２３を保護することができる。

〔ソフトウェアによる実現例〕
コントローラ２３の制御ブロックは、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、コントローラ２３は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば少なくとも１つのプロセッサ（制御装置）を備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な少なくとも１つの記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係るドライバは、発光ダイオードを駆動するドライバであって、電源からの電圧を変換して前記発光ダイオードに印加するコンバータと、該コンバータを制御するコントローラとを備えており、前記コントローラは、前記コンバータを動作させるオンモードと、前記コンバータを停止させるオフモードとを有しており、動作開始時に前記オフモードとしている。

上記の構成によると、ドライバは、動作開始時において、定電圧の電源が接続されていると誤判定したとしても、動作開始時にはオフモードであり、コンバータが停止している。従って、上記誤判定によるコンバータの故障、ＬＥＤの不点灯および明滅などの不具合の発生を抑制することができる。

ところで、定電圧の電源が接続されて、前記コンバータが動作している場合に前記発光素子を発光させる電流の範囲と、定電流の電源が接続されて、前記コンバータが停止している場合に前記発光素子を発光させる電流の範囲とは異なっている。具体的には、前記コンバータが動作している場合の上記電流の下限値は、前記コンバータが停止している場合の上記電流の下限値よりも大きい。

そこで、本発明の態様２に係るドライバは、上記態様１において、前記発光ダイオードを流れる電流を検知するセンサをさらに備えており、前記コントローラは、前記オフモードにおいて、前記センサが検知した値がオン用閾値よりも小さい場合に、前記オンモードに遷移する一方、前記オンモードにおいて、前記センサが検知した値が、前記オン用閾値よりも大きいオフ用閾値よりも小さい場合に、前記オフモードに遷移してもよい。この場合、各モードにおける上記電流の範囲に基づいて、適切なモードに遷移することができるので、接続されている電源の種類を動作中に誤判定しても、上記不具合の発生を抑制することができる。

ところで、定電流の前記電源が出力可能な状態で、前記ドライバに接続した場合、前記コンバータに設けられるチョークコイルにより前記コントローラに過電圧が印加される虞がある。

そこで、本発明の態様３に係るドライバは、上記態様１または２において、前記コントローラは、前記電源からの電圧の印加により動作しており、前記コントローラを保護するための保護回路をさらに備えてもよい。この場合、前記保護回路により前記コントローラを過電圧から保護することができる。

また、本発明の態様４に係るドライバは、上記態様１または２において、前記コントローラは、前記コンバータからの電圧の印加により動作してもよい。この場合、前記コンバータに設けられるダイオードにより、前記コントローラに過電圧が印加されることを防止できる。

本発明の態様５に係る発光ダイオード装置は、発光ダイオードと、該発光ダイオードを駆動するドライバとを備える発光ダイオード装置であって、前記ドライバは、上記態様１から４のドライバである。この場合、上述の効果を奏する。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１ 照明装置
１０ 電源
１１ ＬＥＤ（発光ダイオード）
１２ ドライバ
２０ 昇圧用コンバータ（コンバータ）
２１ 平滑用コンデンサ
２２ センサ用抵抗（センサ）
２３ コントローラ
２４ スイッチング素子
２５ チョークコイル
２６ ダイオード
４０ ＰＷＭコントローラ
５０ 保護回路

Claims (4)

1. 発光ダイオードを駆動するドライバであって、
   電源からの電圧を昇圧して前記発光ダイオードに印加するコンバータと、
   該コンバータを制御するコントローラと、
   前記発光ダイオードを流れる電流を検知するセンサと、を備えており、
   前記コントローラは、
   前記コンバータを動作させるオンモードと、
   前記コンバータを停止させるオフモードとを有しており、
   動作開始時に前記オフモードとし、
   前記オフモードにおいて、前記センサが検知した値がオン用閾値よりも小さい場合に、前記オンモードに遷移する一方、
   前記オンモードにおいて、前記センサが検知した値が、前記オン用閾値よりも大きいオフ用閾値よりも小さい場合に、前記オフモードに遷移し、
   前記オフモードおよび前記オンモードにおけるモード遷移の判定を繰り返すことを特徴とするドライバ。
2. 前記コントローラは、前記電源からの電圧の印加により動作しており、
   前記コントローラを保護するための保護回路をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のドライバ。
3. 前記コントローラは、前記コンバータからの電圧の印加により動作することを特徴とする請求項１に記載のドライバ。
4. 発光ダイオードと、該発光ダイオードを駆動するドライバとを備える発光ダイオード装置であって、
   前記ドライバは、請求項１から３までの何れか１項に記載のドライバであることを特徴とする発光ダイオード装置。

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