JPWO2016163533A1

JPWO2016163533A1 - Ｌｅｄ駆動回路

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Publication number: JPWO2016163533A1
Application number: JP2017511099A
Authority: JP
Inventors: 秋山　貴; 貴秋山
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2015-04-08
Filing date: 2016-04-08
Publication date: 2018-02-01
Anticipated expiration: 2036-04-08
Also published as: US20180069483A1; EP3282491B1; US10044289B2; EP3282491A1; CN107431102A; WO2016163533A1; EP3282491A4; JP6656226B2; CN107431102B

Abstract

消灯期間が無く且つ高周波歪率が低いＬＥＤ駆動回路を提供する。ＬＥＤ駆動回路１は、交流電圧を整流して全波整流電圧を出力する整流回路１５と、直列接続された複数のＬＥＤ１０１〜１０ｎを含むＬＥＤ列１０と、ＬＥＤ列１０の最終段のＬＥＤ１０ｎのカソードに一端が接続された第１スイッチ１１と、第１スイッチ１１の他端に一端が接続されたコンデンサ１４と、コンデンサ１４の一端とＬＥＤ列の初段のＬＥＤ１０１のアノードとの間に接続された第２スイッチ１２と、ＬＥＤ列１０の最終段のＬＥＤ１０ｎのカソードと整流回路１５の第２端子との間に接続され、全波整流電圧が充電開始電圧未満のときにオンし、全波整流電圧が充電開始電圧以上のときにオフする第３スイッチ１３と、コンデンサ１４の他端に接続された電流制限回路３４とを有する。

Description

本発明は、交流電圧を整流した整流電圧でＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動回路に関し、さらに詳しくは、複数のＬＥＤが直列接続して構成されたＬＥＤ列の閾値電圧より整流電圧が低いとき、ＬＥＤ列に含まれる複数のＬＥＤを点灯可能なＬＥＤ駆動回路に関する。

商用交流電源から入力される交流電圧を全波整流した全波整流波形の電圧（以下全波整流電圧と呼ぶ）を、直列接続された複数のＬＥＤを含むＬＥＤ列に印加して、ＬＥＤ列に含まれるＬＥＤを発光させるＬＥＤ発光装置が知られる。このようなＬＥＤ発光装置では、ＬＥＤ列に印加される全波整流電圧が、ＬＥＤが発光し始める閾値電圧に達しない期間では、ＬＥＤ列に電流が流れず、ＬＥＤ列に含まれるＬＥＤは点灯しない。ＬＥＤ発光装置が、ＬＥＤが点灯する点灯期間とＬＥＤが点灯しない消灯期間とを含むとき、フリッカ、及び移動する物体がとびとびに見えるモーションブレークなど不都合な現象が発生するおそれがある。

点灯期間にコンデンサを充電し、全波整流電圧がＬＥＤ列の発光閾値電圧に達しない期間に、コンデンサから放電してＬＥＤを点灯させることで、消灯期間を無くす又は消灯期間を短くするＬＥＤ駆動回路が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

図１０Ａは従来のＬＥＤ駆動回路の一例の回路図であり、図１０Ｂは従来のＬＥＤ駆動回路の他の例の回路図である。

ＬＥＤ駆動回路９０１は、整流部９１０と、ＬＥＤアレイ９１２と、第１スイッチ９１３と、第２スイッチ９１４と、スイッチ制御部９１５とを備える。ＬＥＤ駆動回路９０２は、整流部９１０、ＬＥＤアレイ９１２、第１スイッチ９１３、第２スイッチ９１４、及びスイッチ制御部９１５に加えて光出力補償部９１１を備える。光出力補償部９１１は、コンデンサＣ１及びＣ２、並びにダイオードＤ１、Ｄ２及びＤ３を備え、バレイフィル（valley-fill）回路を構成する。ＬＥＤアレイ９１２は、第１ＬＥＤ群９２１と、第２ＬＥＤ群９２２とを含む。

ＬＥＤ駆動回路９０１は、整流部９１０から供給される全波整流電圧をＬＥＤアレイ９１２に供給して、ＬＥＤアレイ９１２に含まれるＬＥＤを点灯する。全波整流電圧が０〔Ｖ〕から上昇して、第１ＬＥＤ群９２１が発光し始める第１閾値電圧に達するまでの間は、ＬＥＤアレイ９１２に電流が流れず、ＬＥＤアレイ９１２に含まれるＬＥＤは点灯しない。第１閾値電圧は、第１ＬＥＤ群９２１に含まれる直列接続したＬＥＤの順方向ドロップ電圧と、第１ＬＥＤ群９２１に含まれるＬＥＤの直列段数の積である。全波整流電圧が第１閾値電圧以上であり且つ第１閾値電圧と第２ＬＥＤ群９２２が発光し始める第２閾値電圧との合計の閾値電圧である合計閾値電圧より低い間では、第１スイッチ９１３がオンして、第１ＬＥＤ群９２１に含まれるＬＥＤが点灯する。なお、第２閾値電圧は、第２ＬＥＤ群９２２に含まれる直列接続したＬＥＤの順方向ドロップ電圧と、第２ＬＥＤ群９２２に含まれるＬＥＤの直列段数の積である。全波整流電圧が合計閾値電圧以上のときは、第１スイッチ９１３がオフし且つ第２スイッチ９１４がオンすることにより、第１ＬＥＤ群９２１及び第２ＬＥＤ群９２２の双方に含まれるＬＥＤが点灯して、ＬＥＤアレイ９１２に含まれるＬＥＤが全て点灯する。全波整流電圧が下降するときは、全波整流電圧が上昇するときと逆の過程を辿る。

ＬＥＤ駆動回路９０１では、全波整流電圧が第１閾値電圧より低い期間は、ＬＥＤアレイ９１２に含まれるＬＥＤが点灯しない消灯期間となる。

一方、光出力補償部９１１を備えるＬＥＤ駆動回路９０２は、消灯期間がない。全波整流電圧が第１ＬＥＤ群９２１の第１閾値電圧よりも低いとき、コンデンサＣ１及びＣ２から第１ＬＥＤ群９２１に第１閾値電圧以上の電圧が印加され、第１ＬＥＤ群９２１に含まれるＬＥＤが点灯し続ける。

光出力補償部９１１を説明する。ここで、光出力補償部９１１が備えるダイオードＤ１、Ｄ２及びＤ３は、アノード電圧がカソード電圧より高く、順方向バイアスがかかるときにオンし、アノード電圧がカソード電圧より低く、逆方向バイアスがかるときにオフする。ダイオードＤ１、Ｄ２及びＤ３の順方向ドロップ電圧は便宜的に０〔Ｖ〕とし、コンデンサＣ１及びＣ２の容量は同一であるとする。

全波整流電圧が０〔Ｖ〕から上昇してピーク電圧Ｖｐに達するまでの間では、ダイオードＤ１がオンし、コンデンサＣ１及びＣ２が充電される。全波整流電圧がピーク電圧Ｖｐ〔Ｖ〕からピーク電圧の半分の電圧Ｖｐ／２〔Ｖ〕まで下降する間では、ダイオードＤ１、Ｄ２及びＤ３がオフし、コンデンサＣ１及びＣ２がフローティング状態となる。フローティング状態となるときのコンデンサＣ１及びＣ２の充電電圧はＶｐ／２〔Ｖ〕である。すなわち全波整流電圧がＶｐ／２〔Ｖ〕から０〔Ｖ〕まで下降する間及び０〔Ｖ〕からＶｐ／２〔Ｖ〕まで上昇する間では、ダイオードＤ１がオフし且つダイオードＤ２及びＤ３がオンして、コンデンサＣ１及びＣ２は放電する。第１ＬＥＤ群９２１が発光し始める第１閾値電圧がＶｐ／２〔Ｖ〕より低いとき、全波整流電圧がＶｐ／２〔Ｖ〕から０〔Ｖ〕まで下降する間及び０〔Ｖ〕からＶｐ／２〔Ｖ〕まで上昇する間では、コンデンサＣ１及びＣ２から第１ＬＥＤ群９２１に電流が供給されて、第１ＬＥＤ群９２１は発光し続ける。

ＬＥＤ駆動回路９０２は、全波整流電圧が第１閾値電圧より低いときに、光出力補償部９１１が備えるコンデンサＣ１及びＣ２から第１ＬＥＤ群９２１に電流が供給されて、第１ＬＥＤ群９２１に含まれるＬＥＤが点灯するので、消灯期間を無くすことができる。

特表２０１５−５０６１０５号公報

しかしながら、ＬＥＤ駆動回路９０２では、コンデンサＣ１及びＣ２は、全波整流電圧が上昇する間に充電されるが、全波整流電圧が下降する間は充電されない。ＬＥＤ駆動回路９０２は、商用交流電源から供給される交流電流が、全波整流電圧が上昇する期間と全波整流電圧が下降する期間との間で相違して、交流電流の波形が正弦波から歪むおそれがある。ＬＥＤ駆動回路９０２は、交流電流の波形が正弦波から歪むため、高調波歪率（total harmonic distortion、ＴＨＤ）を低くできない。

本発明は、全波整流電圧が、ＬＥＤ列に含まれるＬＥＤが発光し始める閾値電圧より低いときに、コンデンサから電流をＬＥＤ列に供給して、ＬＥＤを発光させることで、消灯期間が無く且つ高周波歪率を低くできるＬＥＤ駆動回路を提供することを目的とする。

本発明のＬＥＤ駆動回路は、交流電圧を整流して全波整流電圧を出力する整流回路と、直列接続された複数のＬＥＤを含み、ＬＥＤのうち初段のＬＥＤのアノードが整流回路の第１端子と接続するＬＥＤ列と、ＬＥＤ列の最終段のＬＥＤのカソードに一端が接続された第１スイッチと、第１スイッチの他端に一端が接続されたコンデンサと、コンデンサの一端とＬＥＤ列の初段のＬＥＤのアノードとの間に接続された第２スイッチと、ＬＥＤ列の最終段のＬＥＤのカソードと整流回路の第２端子との間に接続され、全波整流電圧が充電開始電圧未満のときにオンし、全波整流電圧が充電開始電圧以上のときにオフする第３スイッチと、電流入力端子がコンデンサの他端に接続され、電流出力端子が整流回路の第２端子に接続された電流制限回路とを有することを特徴とする。

さらに、本発明のＬＥＤ駆動回路では、第１スイッチは、アノードがＬＥＤ列の最終段のＬＥＤのカソードに接続され、カソードがコンデンサの一端に接続されたダイオードを含み、第２スイッチは、アノードがコンデンサの一端に接続され、カソードがＬＥＤ列の初段のＬＥＤのアノードに接続されたダイオードを含むことが好ましい。

さらに、本発明のＬＥＤ駆動回路では、電流制限回路は、ドレインがコンデンサの他端に接続された第１ＦＥＴと、一端が第１ＦＥＴのソースに接続された第１抵抗とを有し、第３スイッチは、ドレインがＬＥＤ列の最終段のＬＥＤのカソードに接続された第３ＦＥＴと、一端が第３ＦＥＴのソースに接続された第３抵抗とを含み、第１抵抗の他端が第３抵抗の一端に接続され、第３抵抗の他端が整流回路の第２端子に接続されたことが好ましい。

さらに、本発明のＬＥＤ駆動回路は、第１抵抗の他端と第３抵抗の一端の間に挿入され、アノードが第１抵抗の他端に接続され且つカソードが第３抵抗の一端に接続された充電ダイオードと、アノードが第３抵抗の他端に接続され且つカソードがコンデンサの他端に接続された放電ダイオードを更に有することが好ましい。

さらに、本発明のＬＥＤ駆動回路では、ＬＥＤ列は、第１部分ＬＥＤ列と、第１部分ＬＥＤ列の最終段のＬＥＤのカソードに初段のＬＥＤのアノードが接続された第２部分ＬＥＤ列とを含み、第１部分ＬＥＤ列の最終段のＬＥＤのカソード及び第２部分ＬＥＤ列の初段のＬＥＤのアノードに一端が接続され且つ整流回路の第２端子に他端が接続された第４スイッチを更に有することが好ましい。

さらに、本発明のＬＥＤ駆動回路では、ＬＥＤ列は、整流回路の第１端子と初段のＬＥＤのアノードとが接続された第３部分ＬＥＤ列と、第２スイッチ及び第３部分ＬＥＤ列の最終段のＬＥＤのカソードと初段のＬＥＤのアノードとが接続された第４部分ＬＥＤ列とを含み、第３部分ＬＥＤ列に並列接続された第２コンデンサを更に有することが好ましい。

整流回路からコンデンサに電流が流れ込む期間は、閾値電圧とコンデンサの両端間電圧の和である充電開始電圧を超えている期間である。また、本発明のＬＥＤ駆動回路は、ＬＥＤ列に含まれるＬＥＤが発光し始める閾値電圧より全波整流電圧が低いとき、コンデンサがＬＥＤ列に電流を供給しているだけで、商用交流電源から電流が流れ込まない。すなわち、整流回路からコンデンサに電流が流れ込む期間が全波整流電圧の上昇する期間と全波整流電圧の下降する期間の双方を含み定電流化されていると共に、全波整流電圧が閾値電圧より低い期間は商用交流電源から電流が流れ込まないため、商用交流電源からＬＥＤ駆動回路に流れ込む電流の波形が全波整流電圧のピークを軸として対称になる。

以上のように本発明のＬＥＤ駆動回路は、全波整流電圧の全ての期間でＬＥＤ列に電流を流すことができるうえ、外部から流入する電流波形を正弦波に近似させるため、消灯期間が無く且つ高周波歪率を低く抑え込むことができる。

本発明に係るＬＥＤ駆動回路の回路図である。図１に示す全波整流電圧の１周期に亘る経時的な変化を示す図である。図１に示す全波整流電圧の変化に応じた整流電流の経時的な変化を示す図である。図１に示す全波整流電圧の変化に応じた発光電流の経時的な変化を示す図である。図１に示す全波整流電圧の変化に応じたコンデンサ電圧の経時的な変化を示す図である。図２Ａに示す期間ｔ１及び期間ｔ５におけるＬＥＤ駆動回路１の動作状態を示す図である。図２Ａに示す期間ｔ２及び期間ｔ４におけるＬＥＤ駆動回路１の動作状態を示す図である。図２Ａに示す期間ｔ３におけるＬＥＤ駆動回路１の動作状態を示す図である。第１実施形態に係るＬＥＤ駆動回路の回路図である。第２実施形態として示すＬＥＤ駆動回路のブロック図である。図５Ａに示すＬＥＤ駆動回路の回路図である。第３実施形態として示すＬＥＤ駆動回路の回路図である。図６に示す全波整流電圧の１周期に亘る経時的な変化を示す図である。図６に示す全波整流電圧の変化に応じた整流電流の経時的な変化を示す図である。図６に示す全波整流電圧の変化に応じた発光電流の経時的な変化を示す図である。図６に示す全波整流電圧の変化に応じたコンデンサ電圧の経時的な変化を示す図である。第４実施形態として示すＬＥＤ駆動回路の回路図である。図８に示す整流回路から出力される全波整流電圧の１周期に亘る経時的な変化と、図９に示す第１ポイント〜第３ポイントの電圧との関係を示す図である。従来のＬＥＤ駆動回路の一例の構成図である。従来のＬＥＤ駆動回路の他の例の構成図である。

以下、添付図１〜９を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明に係るＬＥＤ駆動回路の回路図である。

ＬＥＤ駆動回路１は、ＬＥＤ列１０と、第１スイッチ１１〜第３スイッチ１３と、コンデンサ１４と、商用交流電源１００から入力される交流電圧を整流して第１端子１５６と第２端子１５７との間に全波整流電圧Ｖ０を出力する整流回路１５とを有する。ＬＥＤ列１０は、直列接続されたＬＥＤ１０１〜１０ｎを含み、閾値電圧Ｖ１以上のときに発光電流Ｉ２が流れてＬＥＤ１０１〜１０ｎが発光する。ここで、用語「接続する」又は「接続された」は、第１素子と第２素子とが直接接続された状態だけでなく、第１素子と第２素子とが第３素子を介して接続された状態を含む（以下同様）。また、全波整流電圧Ｖ０は、ＬＥＤ駆動回路１の動作について時間的な基準等として示した概念的なものであり、ＬＥＤ駆動回路１のいずれの配線上にもあらわれない。

第１スイッチ１１は、ＬＥＤ列１０の最終段のＬＥＤ１０ｎのカソードとコンデンサ１４の一端との間に接続され、全波整流電圧Ｖ０が充電開始電圧Ｖ２より低いときにオフし、全波整流電圧Ｖ０が充電開始電圧Ｖ２以上のときにオンする。第１スイッチ１１は、オンしているあいだ、第２定電流Ｉ１２（図２Ｂ参照）を流す電流制限機能を有する。ここで充電開始電圧Ｖ２とは、閾値電圧Ｖ１とコンデンサ１４の両端間電圧Ｖ３（以下コンデンサ電圧Ｖ３と呼ぶ）の和を言い、ＬＥＤ駆動回路１では閾値電圧Ｖ１の少なくとも２倍の値を有する。第２スイッチ１２は、コンデンサ１４の一端とＬＥＤ列１０の初段のＬＥＤ１０１のアノードとの間に接続され、全波整流電圧Ｖ０が閾値電圧Ｖ１より低いときにオンし、全波整流電圧Ｖ０が閾値電圧Ｖ１以上のときにオフする。第３スイッチ１３は、ＬＥＤ列１０の最終段のＬＥＤ１０ｎのカソードと整流回路１５の第２端子１５７との間に接続され、全波整流電圧Ｖ０が充電開始電圧Ｖ２より低いときにオンし、全波整流電圧Ｖ０が充電開始電圧Ｖ２以上のときにオフする。第３スイッチ１３は、オンしているあいだ、第１スイッチ１１がオンしているあいだに流れる第２定電流Ｉ１２よりも低い第１定電流Ｉ１１（図２Ｂ参照）を流す電流制限機能を有する。

コンデンサ１４の一端は、第１スイッチ１１を介してＬＥＤ列１０の最終段のＬＥＤ１０ｎのカソードに接続されると共に、第２スイッチ１２を介してＬＥＤ列１０の初段のＬＥＤ１０１のアノードに接続される。コンデンサ１４の他端は、整流回路１５の第２端子１５７に接続される。ＬＥＤ駆動回路１が定常動作しているとき、コンデンサ電圧Ｖ３は、閾値電圧Ｖ１よりも高い。コンデンサ１４は、第１スイッチ１１がオンするときに充電され、第２スイッチ１２がオンするときに放電される。

整流回路１５は、第１整流ダイオード１５１〜第４整流ダイオード１５４と、第１端子１５６と、第２端子１５７とを有する。第１整流ダイオード１５１のアノードは第２端子１５７に接続され、第１整流ダイオード１５１のカソードは第２整流ダイオード１５２のアノードと共に商用交流電源１００の一端に接続される。第２整流ダイオード１５２のカソードは、第４整流ダイオード１５４のカソードと共に第１端子１５６に接続される。第３整流ダイオード１５３のアノードは第２端子１５７に接続され、第３整流ダイオード１５３のカソードは第４整流ダイオード１５４のアノードと共に商用交流電源１００の他端に接続される。第１端子１５６はＬＥＤ列１０の初段のＬＥＤ１０１のアノードに接続され、第２端子１５７は第３スイッチ１３を介してＬＥＤ列１０の最終段のＬＥＤ１０ｎのカソードに接続される。整流回路１５は、交流電圧を整流して、第１端子１５６と第２端子１５７との間に、ピーク電圧Ｖｐが充電開始電圧Ｖ２よりも高い全波整流電圧Ｖ０を出力する。整流回路１５は、第１端子１５６から整流電流Ｉ１を出力する。整流電流Ｉ１は、全波整流電圧Ｖ０に応じて変化する。

図２Ａは、整流回路１５の第１端子１５６と第２端子１５７との間に出力される全波整流電圧Ｖ０の１周期に亘る経時的な変化を示す図である。図２Ｂは全波整流電圧Ｖ０の変化に応じた整流電流Ｉ１の経時的な変化を示す図であり、図２Ｃは全波整流電圧Ｖ０の変化に応じた発光電流Ｉ２の経時的な変化を示す図であり、図２Ｄは全波整流電圧Ｖ０の変化に応じたコンデンサ電圧Ｖ３の経時的な変化を示す図である。図２Ａ〜２Ｄにおいて横軸は時間を示し、図２Ａ及び２Ｄにおいて縦軸は電圧を示し、図２Ｂ及び２Ｃにおいて縦軸は電流を示す。図２Ｂ〜２Ｄの横軸の時間は、図２Ａの横軸の時間と同一の長さを有する。図２Ａの横軸は、期間ｔ１〜ｔ５及び時刻ｔ６を含む。期間ｔ１は全波整流電圧Ｖ０が０〔Ｖ〕から閾値電圧Ｖ１まで上昇する期間であり、期間ｔ２は全波整流電圧Ｖ０が閾値電圧Ｖ１から充電開始電圧Ｖ２まで上昇する期間であり、期間ｔ３は全波整流電圧Ｖ０が充電開始電圧Ｖ２以上である期間である。期間ｔ４は全波整流電圧Ｖ０が充電開始電圧Ｖ２から閾値電圧Ｖ１まで下降する期間であり、期間ｔ５は全波整流電圧Ｖ０が閾値電圧Ｖ１から０〔Ｖ〕まで下降する期間であり、時刻ｔ６は全波整流電圧Ｖ０がピーク電圧Ｖｐに達する時刻である。なお、充電開始電圧Ｖ２はコンデンサ１４の充放電により変動するが、この変動は全波整流電圧Ｖ０に比べて小さい。またコンデンサ電圧Ｖ３は閾値電圧Ｖ１より僅かに高いだけである。そこで説明の便宜のため、図２Ａにおいて充電開始電圧Ｖ２を一定値（２×Ｖ１）として取り扱っている（以下同様）。

図３Ａは図２Ａに示す期間ｔ１及び期間ｔ５におけるＬＥＤ駆動回路１の動作状態を示す図であり、図３Ｂは図２Ａに示す期間ｔ２及び期間ｔ４におけるＬＥＤ駆動回路１の動作状態を示す図であり、図３Ｃは図２Ａに示す期間ｔ３におけるＬＥＤ駆動回路１の動作状態を示す図である。

図２Ａに示す期間ｔ１及び期間ｔ５では、第１スイッチ１１はオフし、第２スイッチ１２及び第３スイッチ１３はオンする。第２スイッチ１２がオンするので、コンデンサ１４の一端とＬＥＤ列１０の初段のＬＥＤ１０１のアノードとが接続される。また、第３スイッチ１３がオンするので、コンデンサ１４の他端とＬＥＤ列１０の最終段のＬＥＤ１０ｎのカソードとが接続される。コンデンサ１４の一端とＬＥＤ列１０の初段のＬＥＤ１０１のアノードが接続され且つコンデンサ１４の他端とＬＥＤ列１０の最終段のＬＥＤ１０ｎのカソードとが接続されるので、ＬＥＤ列１０の両端にはコンデンサ電圧Ｖ３が印加される。コンデンサ電圧Ｖ３は、ＬＥＤ列１０が発光し始める閾値電圧Ｖ１よりも高いので、第３スイッチ１３により上限が制限される第１定電流Ｉ１１がＬＥＤ列１０に流れて、ＬＥＤ列１０に含まれるＬＥＤ１０１〜１０ｎのそれぞれは発光する。

図２Ａに示す期間ｔ２及び期間ｔ４では、第１スイッチ１１及び第２スイッチ１２はオフし、第３スイッチ１３はオンする。第３スイッチ１３がオンすることで、整流回路１５の第２端子１５７とＬＥＤ列１０の最終段のＬＥＤ１０ｎのカソードとが接続される。この結果、ＬＥＤ列１０の両端には全波整流電圧Ｖ０が印加される。図２Ａに示す期間ｔ２及び期間ｔ４では、全波整流電圧Ｖ０は、ＬＥＤ列１０が発光し始める閾値電圧Ｖ１よりも高いので、第３スイッチ１３により上限が制限される第１定電流Ｉ１１がＬＥＤ列１０に流れて、ＬＥＤ列１０に含まれるＬＥＤ１０１〜１０ｎのそれぞれは発光する。

図２Ａに示す期間ｔ３では、第１スイッチ１１はオンし、第２スイッチ１２及び第３スイッチ１３はオフする。第１スイッチ１１がオンすることで、コンデンサ１４の一端とＬＥＤ列１０の最終段のＬＥＤ１０ｎのカソードとが接続される。コンデンサ１４の他端は整流回路１５の第２端子１５７に接続されるので、ＬＥＤ列１０の最終段のＬＥＤ１０ｎのカソードは、コンデンサ１４を介して整流回路１５の第２端子１５７に接続される。整流回路１５の第２端子１５７とＬＥＤ列１０の最終段のＬＥＤ１０ｎのカソードとがコンデンサ１４及び第１スイッチ１１を介して接続されるので、ＬＥＤ列１０の両端には全波整流電圧Ｖ０からコンデンサ電圧Ｖ３と第１スイッチ１１による電圧降下を減じた電圧が印加される。前述のように、充電開始電圧Ｖ２は閾値電圧Ｖ１と閾値電圧Ｖ１よりも高いコンデンサ電圧Ｖ３との合計電圧であり、第１スイッチ１１による電圧降下はその電流経路中の電流値を定電流化するために自動的に設定されるものである。また期間ｔ３では全波整流電圧Ｖ０は充電開始電圧Ｖ２より高い。この結果、期間ｔ３においてＬＥＤ列１０の両端間電圧はＬＥＤ列１０が発光し始める閾値電圧Ｖ１よりも高くなる。したがって第１スイッチ１１を介して流れる第２定電流Ｉ１２がＬＥＤ列１０に流れ、ＬＥＤ列１０に含まれるＬＥＤ１０１〜１０ｎのそれぞれは発光する。また、図２Ａに示す期間ｔ３において第２定電流Ｉ１２が第１スイッチ１１を介してコンデンサ１４に流れることで、コンデンサ１４は充電される。なお第１スイッチ１１が電流制限しているためコンデンサ１４は全波整流電圧Ｖ０のピーク（時刻ｔ６）を過ぎても充電され続ける。

ＬＥＤ駆動回路１は、ＬＥＤ列１０に含まれるＬＥＤ１０１〜１０ｎが発光し始める閾値電圧Ｖ１よりも全波整流電圧Ｖ０が低いときに、コンデンサ１４から第２スイッチ１２を介して第１定電流Ｉ１１をＬＥＤ列に流すことで、ＬＥＤ１０１〜１０ｎを発光させる。また、ＬＥＤ駆動回路１は、閾値電圧Ｖ１とコンデンサ電圧Ｖ３の合計の電圧である充電開始電圧Ｖ２よりも全波整流電圧Ｖ０が高いときに、第２定電流Ｉ１２をＬＥＤ列１０及びコンデンサ１４に流すことで、ＬＥＤ１０１〜１０ｎを発光させ且つコンデンサ１４を充電する。

図２Ａに示す期間ｔ１及び期間ｔ５では、整流電流Ｉ１が流れずにコンデンサ１４から電流が供給されることで、発光電流Ｉ２が流れる。図２Ａに示す期間ｔ２及び期間ｔ４では、整流電流Ｉ１が発光電流Ｉ２として第３スイッチ１３を介して流れる。図２Ａに示す期間ｔ２及び期間ｔ４では、発光電流Ｉ２は、発光電流Ｉ２を第１定電流Ｉ１１に制限する電流制限機能を有する第３スイッチ１３を介して流れるので、第１定電流Ｉ１１になる。図２Ａに示す期間ｔ３では、整流電流Ｉ１が発光電流Ｉ２として第１スイッチ１１を介してコンデンサ１４に流れて、コンデンサ１４は充電される。図２Ａに示す期間ｔ３では、発光電流Ｉ２は、発光電流Ｉ２を第２定電流Ｉ１２に制限する電流制限機能を有する第１スイッチ１１を介して流れるので、第２定電流Ｉ１２になる。

（第１実施形態）
図４は、第１実施形態に係るＬＥＤ駆動回路の回路図である。

ＬＥＤ駆動回路２は、第１スイッチ１１〜第３スイッチ１３の代わりに第１スイッチ２１〜第３スイッチ２３が配置されることがＬＥＤ駆動回路１と相違する。また、ＬＥＤ駆動回路２は、交流信号、及び整流回路１５の出力信号、コンデンサ１４の電圧に基づいて第１〜３スイッチを制御する制御回路２７を有することがＬＥＤ駆動回路１と更に相違する。第１スイッチ２１〜第３スイッチ２３、制御回路２７以外のＬＥＤ駆動回路２の構成要素及びその機能は、同一符号が付されたＬＥＤ駆動回路１の構成要素及びその機能と同一である。第１スイッチ２１〜第３スイッチ２３、及び制御回路２７以外のＬＥＤ駆動回路２の構成要素については、ここでは詳細な説明は省略する。

第１スイッチ２１〜第３スイッチ２３のそれぞれは、制御回路２７から入力される制御信号に応じてオンオフする。第１スイッチ２１及び第３スイッチ２３のそれぞれは、第１スイッチ２１及び第３スイッチ２３のそれぞれを流れる電流を制限する電流制限機能を有してもよい。

制御回路２７は、商用交流電源１００から交流電圧及び全波整流電圧Ｖ０を取得して、図２Ａに示される期間ｔ１〜ｔ５のそれぞれで、ＬＥＤ駆動回路２が図２Ｂ〜２Ｄを参照して説明した動作をするように、第１スイッチ２１〜第３スイッチ２３をオンオフする。

（第２実施形態）
図５Ａは第２実施形態に係るＬＥＤ駆動回路のブロック図であり、図５Ｂは図５Ａに示すＬＥＤ駆動回路のより詳細な回路図である。

ＬＥＤ駆動回路３は、第１スイッチ１１〜第３スイッチ１３の代わりに第１スイッチ３１〜第３スイッチ３３が配置されることがＬＥＤ駆動回路１と相違する。また、ＬＥＤ駆動回路３は、電流制限回路３４と、充電ダイオード３５と、放電ダイオード３６とを有することがＬＥＤ駆動回路１と更に相違する。第１スイッチ３１〜第３スイッチ３３、電流制限回路３４、充電ダイオード３５及び放電ダイオード３６以外のＬＥＤ駆動回路３の構成要素及びその機能は、同一符号が付されたＬＥＤ駆動回路１の構成要素及びその機能と同一である。

整流回路１５の一対の入力端子は商用交流電源１００に接続され、整流回路１５の第１端子１５６はＬＥＤ列１０の初段のＬＥＤ１０１のアノードに接続される。ＬＥＤ列１０の最終段のＬＥＤ１０ｎのカソードは第３スイッチ３３の電流入力端子に接続され、第３スイッチ３３の電流出力端子は整流回路１５の第２端子１５７及び放電ダイオード３６のアノードに接続される。電流制限回路３４の電流出力端子は充電ダイオード３５を介して、第３スイッチ３３において電流検出素子として機能する第３抵抗３３２に接続される。コンデンサ１４の一端はダイオードである第２スイッチ３２のアノード、及びダイオードである第１スイッチ３１のカソードに接続され、コンデンサ１４の他端は電流制限回路３４の電流入力端子及び放電ダイオード３６のカソードに接続される。第２スイッチ３２のカソードはＬＥＤ列１０の初段のＬＥＤ１０１のアノードに接続され、第１スイッチ３１のアノードはＬＥＤ列１０の最終段のＬＥＤ１０ｎのカソードに接続される。

整流回路１５は４個の第１整流ダイオード１５１〜第４整流ダイオード１５４を有し、商用交流電源１００が入力端子に接続される。整流回路１５において、第２整流ダイオード１５２及び第４整流ダイオード１５４のカソードは、電流を出力する第１端子１５６に接続される。第１整流ダイオード１５１及び第３整流ダイオード１５３のアノードは、電流が戻ってくる第２端子１５７（グランド端子）に接続される。なお以下の説明では、第２端子１５７の電圧を０〔Ｖ〕とする。

第３スイッチ３３は、ディプレッション型の第３ＦＥＴ３３１及び第３抵抗３３２を有し、ＬＥＤ列１０を流れる電流を制限する。第３スイッチ３３において、第３ＦＥＴ３３１のドレインが電流入力端子であり、第３抵抗３３２の左端が電流出力端子である。ＬＥＤ列１０の初段のＬＥＤ１０１のアノードは、整流回路１５の第１端子１５６に接続され、ＬＥＤ１０の最終段のＬＥＤ１０ｎのカソードは第３ＦＥＴ３３１のドレインに接続される。第３ＦＥＴ３３１のソースは第３抵抗３３２の右端に接続され、ゲートは第３抵抗３３２の左端及び整流回路１５の第２端子１５７に接続される。

電流制限回路３４において、ディプレッション型の第１ＦＥＴ３４１のドレインが電流入力端子、第１抵抗３４２の左端子が電流出力端子である。コンデンサ１４の一端は第２スイッチ３２のアノードと第１スイッチ３１のカソードに接続され、コンデンサ１４の他端は第１ＦＥＴ３４１のドレインと放電ダイオード３６のカソードに接続される。第１ＦＥＴ３４１のソースは第１抵抗３４２の右端に接続され、ゲートは第１抵抗３４２の左端子と充電ダイオード３５のアノードに接続される。第２スイッチ３２のカソードはＬＥＤ列１０の初段のＬＥＤ１０１のアノードに接続され、第１スイッチ３１のアノードはＬＥＤ列１０の最終段のＬＥＤ１０ｎのカソードに接続される。充電ダイオード３５のカソードは第３抵抗３３２の右端に接続され、放電ダイオード３６のアノードは第３抵抗３３２の左端子及び整流回路１５の第２端子１５７に接続される。電流制限回路３４は、第１スイッチ３１及びコンデンサ１４を流れる電流を制限し、コンデンサ１４が瞬時に充電されることを防止する。

図２Ａ〜２Ｄを再び参照してＬＥＤ駆動回路３の動作を説明する。図２Ａ〜２Ｄの説明において、特別な明示なしに図５Ａ及び５Ｂに示した部品等を参照する。

図２Ａは全波整流電圧Ｖ０の一周期を示す図である。なお全波整流電圧Ｖ０の一周期は正弦波の半周期であり、商用交流電源１００の出力電圧を全波整流して得られるものである。しかしながら全波整流電圧Ｖ０は、ＬＥＤ駆動回路３の動作について時間的な基準等として示した概念的なものであり、ＬＥＤ駆動回路３の何れの配線上にも現れない。

全波整流電圧Ｖ０が０〔Ｖ〕からＬＥＤ列１０の閾値電圧Ｖ１に達するまでの期間ｔ１では、図２Ｂに示すように整流回路１５からＬＥＤ列１０に整流電流Ｉ１は流れ込まない。一方、コンデンサ１４のコンデンサ電圧Ｖ３はＬＥＤ列１０の閾値電圧Ｖ１より僅かに高い（図２Ｄ）。このため、コンデンサ１４の放電により第２スイッチ３２、ＬＥＤ列１０、第３スイッチ３３、放電ダイオード３６を介してコンデンサ１４に戻る発光電流Ｉ２が流れ（図２Ｃ）、コンデンサ１４のコンデンサ電圧Ｖ３が低くなる（図２Ｄ）。

ここで用語等を説明する。閾値電圧Ｖ１は、ＬＥＤ列１０内で直列接続するＬＥＤ１０１〜１０ｎの順方向ドロップ電圧ＶｄとＬＥＤ１０１〜１０ｎの直列段数Ｎの積（Ｖｄ×Ｎ）である。第３スイッチ３３は、電流検出用の第３抵抗３３２の電圧降下を第３ＦＥＴ３３１にフィードバックすることにより第３ＦＥＴ３３１のソース−ドレイン間電流の上限値を第１定電流Ｉ１１に設定する。電流制限回路３４は電流検出用の第１抵抗３４２の電圧降下を第１ＦＥＴ３４１にフィードバックすることにより第１ＦＥＴ３４１のソース−ドレイン間電流の上限値を第２定電流Ｉ１２に設定する。また第３抵抗３３２の右端から所定値以上の電流が流入すると第３ＦＥＴ３３１がカットオフして、第３スイッチ３３がオフする。以下の説明において第１スイッチ３１及び第２スイッチ３２の順方向ドロップ電圧は無視する。第３抵抗３３２及び第１抵抗３４２の電圧降下も、第３ＦＥＴ３３１及び第１ＦＥＴ３４１のフィードバック制御に言及する場合を除き無視する。

全波整流電圧Ｖ０が閾値電圧Ｖ１から充電開始電圧Ｖ２に達するまで期間ｔ２では、整流回路１５から、ＬＥＤ列１０、第３スイッチ３３を通り整流回路１５に戻る整流電流Ｉ１が流れる（図２Ｂ）。期間ｔ２において整流電流Ｉ１として流れる第１定電流Ｉ１１は、第３スイッチ３３の上限電流である。また期間ｔ２ではコンデンサ１４の充放電が起こらないためコンデンサ電圧Ｖ３は一定である（図２Ｄ）。

全波整流電圧Ｖ０が閾値電圧Ｖ１に達したとき、ＬＥＤ列１０の初段１０１のアノードの電圧はコンデンサ電圧Ｖ３であり、コンデンサ電圧Ｖ３は閾値電圧Ｖ１より若干高い値である（図２Ｄ）。すなわち期間ｔ２において、最初のタイミングではＬＥＤ列１０の初段１０１のアノードにコンデンサ電圧Ｖ３が印加される。このため、第２スイッチ３２がオフするタイミング、すなわち整流回路１５からＬＥＤ列１０に向かって整流電流Ｉ１が流れ始めるタイミングは、全波整流電圧Ｖ０が閾値電圧Ｖ１より若干高くなるときである。しかしながら、説明を簡単にするため、整流電流Ｉ１は、全波整流電圧Ｖ０が閾値電圧Ｖ１に達したとき（期間ｔ２の最初のタイミング）に流れ始めるものとした（図２Ｂ）。

現実の回路では、期間ｔ２において、整流電流Ｉ１が流れるとき、コンデンサ電圧Ｖ３は、閾値電圧Ｖ１より若干高い（図２Ｄ）。一方、期間ｔ２の最初のタイミングを除いてＬＥＤ列１０の初段のＬＥＤ１０１のアノードの電圧はコンデンサ電圧Ｖ３より高い。ＬＥＤ列１０の初段のＬＥＤ１０１のアノードがコンデンサ電圧Ｖ３より高くなると、ダイオードである第２スイッチ３２に逆バイアスがかかり、第２スイッチ３２はオフする。また、ＬＥＤ列１０の最終段のＬＥＤ１０ｎのカソードの電圧は、コンデンサ電圧Ｖ３より低いため、ダイオードである第１スイッチ３１は逆バイアスがかかりオフする。第１スイッチ３１及び第２スイッチ３２の双方がオフするので、期間ｔ２では、コンデンサ１４は充放電されない（図２Ｄ）。

全波整流電圧Ｖ０が充電開始電圧Ｖ２を超える期間ｔ３では、整流回路１５からＬＥＤ列１０、第１スイッチ３１、コンデンサ１４、電流制限回路３４、充電ダイオード３５、第３抵抗３３２を通り整流回路１５に戻る整流電流Ｉ１が流れる（図２Ｂ）。期間ｔ３において整流電流Ｉ１として流れる第２定電流Ｉ１２は、電流制限回路３４の上限電流である。また期間ｔ３では、コンデンサ１４が充電され、コンデンサ電圧Ｖ３が上昇する（図２Ｄ）。なお期間ｔ３では電流制限されているため、コンデンサ１４は瞬時に充電されることがない。この結果、時刻ｔ６を過ぎても整流電流Ｉ１が流れ続け、コンデンサ１４は充電され続ける。

期間ｔ３では、第２スイッチ３２及び放電ダイオード３６はオフする。さらに充電ダイオード３５を介して電流制限回路３４から第３抵抗３３２に電流が流れ込むと第３ＦＥＴ３３１のソース−ドレイン間電流は遮断され、第３スイッチ３３はオフする。なお、期間ｔ３の説明を簡単にするため電流制限とコンデンサ１４の容量が適切に設定されているものとしてコンデンサ電圧Ｖ３は直線的に増加するものとした（図２Ｄ）。

全波整流電圧Ｖ０が充電開始電圧Ｖ２から閾値電圧Ｖ１まで下降する期間ｔ４では、期間ｔ２と同様に、整流回路１５からＬＥＤ列１０、第３スイッチ３３を通り整流回路１５に戻る整流電流Ｉ１が流れる（図２Ｂ）。期間ｔ４において整流電流Ｉ１として流れる第１定電流Ｉ１１は第３スイッチ３３の上限電流である。期間ｔ４では、コンデンサ１４に電流が流れないため、コンデンサ電圧Ｖ３は一定である（図２Ｄ）。

期間ｔ４において、整流回路１５から出力される整流電流Ｉ１は、全波整流電圧Ｖ０が、閾値電圧Ｖ１より若干高い電圧であるコンデンサ電圧Ｖ３に一致したときに停止する。しかしながら、説明を簡単にするため全波整流電圧Ｖ０が閾値電圧Ｖ１になったときに整流電流Ｉ１が停止するものとした（図２Ｂ）。

全波整流電圧Ｖ０が閾値電圧Ｖ１から０〔Ｖ〕まで下降する期間ｔ５では、整流回路１５からＬＥＤ列１０に電流が流れ込まない（図２Ｂ）。その一方で、コンデンサ１４の放電により、コンデンサ１４を発し、第２スイッチ３２、及びＬＥＤ列１０、第３スイッチ３３、放電ダイオード３６を経てコンデンサ１４に戻る発光電流Ｉ２が流れる（図２Ｃ）。発光電流Ｉ２として流れる第１定電流Ｉ１１は、第３スイッチ３３の上限電流である。コンデンサ１４が放電されるので、コンデンサ電圧Ｖ３は低下する（図２Ｄ）。

ＬＥＤ駆動回路３では、コンデンサ１４は、ＬＥＤ列１０の最終段のＬＥＤ１０ｎのカソードから流出する電流によって充電される。コンデンサ１４の一端に印加される電圧は、全波整流電圧Ｖ０がＬＥＤ列１０により電圧降下するので、最大でも（Ｖｐ−Ｖ１）〔Ｖ〕であり、コンデンサ電圧Ｖ３は、全波整流電圧Ｖ０のピーク電圧Ｖｐよりも低く、コンデンサ１４の容量が充分に大きければ閾値電圧Ｖ１より僅かに高い電圧となる。ＬＥＤ駆動回路３は、全波整流電圧Ｖ０が周期的に変動することと、コンデンサ電圧Ｖ３が閾値電圧Ｖ１より僅かに高いという特性とを利用して、第１スイッチ３１〜第３スイッチ３３等によりコンデンサ１４の充放電を制御している。また、第１及び第２定電流Ｉ１１、Ｉ１２とコンデンサ１４の容量値を適切に設定することにより、ＬＥＤ列１０に含まれるＬＥＤの消灯期間を無くすことができる。

さらにＬＥＤ駆動回路３は、電流制限回路３４により全波整流電圧Ｖ０が充電開始電圧Ｖ２を超える期間ｔ３の全体に亘ってコンデンサ１４を第２定電流Ｉ１２で充電する。コンデンサ１４を充電する電流（第２定電流Ｉ１２）は全波整流電圧Ｖ０のピーク電圧Ｖｐを通る時刻ｔ６に対し対称になる。コンデンサ１４を充電する電流が時刻ｔ６に対し対称になるので、整流回路１５から出力される整流電流Ｉ１は、時刻ｔ６に対し対称になる（図２Ｂ）。

すなわちＬＥＤ駆動回路３は、消灯期間を無くしながら、商用交流電源１００から引き出す電流波形を、商用交流電源１００の電圧波形とピークを一致させ、さらに正弦波に近い形状にするので、高周波歪率を低く抑えることが可能となる。またＬＥＤ駆動回路３では、全ての期間でＬＥＤ列１０に含まれるＬＥＤ１０１〜１０ｎが点灯するばかりでなく、全波整流電圧Ｖ０のピーク電圧Ｖｐを含む期間ｔ３で発光電流Ｉ２が増加するため、ＬＥＤ列１０を効率良く利用できる。ＬＥＤ列１０を効率良く利用できるので、ＬＥＤ列１０が比較的少数のＬＥＤ１０１〜１０ｎを含む場合でも、明るい照明が可能になる。

ＬＥＤ駆動回路３では、充電ダイオード３５及び放電ダイオード３６は、省略されても良い。充電ダイオード３５及び放電ダイオード３６が省略されると、期間ｔ１、ｔ５において第３抵抗３３２の電圧降下が０〔Ｖ〕となり発光電流Ｉ２が第３FET３３１の電流制限を実質的に受けることなくコンデンサ１４に戻るため、コンデンサ１４の放電量は増加する。したがって充電ダイオード３５及び放電ダイオード３６が省略されるとコンデンサ１４の放電量が増加するため、消灯期間を無くすにはコンデンサ１４の容量を大きく必要がある。これに対し、コンデンサ１４の容量を大きくしないために、充電ダイオード３５及び放電ダイオード３６を設け、期間ｔ１、ｔ５において充電ダイオード３５により電流制限回路３４への電流の侵入を防ぐ一方、放電ダイオード３６により電流制限された放電経路を確保することが好ましい。

また、ＬＥＤ駆動回路３では、充電ダイオード３５及び放電ダイオード３６を省略し、ＬＥＤ列１０の最終段のＬＥＤ１０ｎのカソードとコンデンサ１４の一端との間にダイオードと抵抗からなる直列回路を挿入してコンデンサ１４の放電経路を確保しても良い。しかしながら、ＬＥＤ列１０の最終段のＬＥＤ１０ｎのカソードとコンデンサ１４の一端との間にダイオードと抵抗を挿入すると、コンデンサ１４の放電電流は、コンデンサ１４と抵抗の値によって決まる時定数によって経時的に変化したり、充電時の損失が発生したりする。

ＬＥＤ駆動回路３では、第３スイッチ３３及び電流制限回路３４の代わりに抵抗を配置しても良い。しかしながら、このようにするとコンデンサ１４の充放電に際し損失が大きくなる。また、発光電流Ｉ２を一定にするために、第３スイッチ３３及び電流制限回路３４に流れる電流は、上限値を制限されると良い。ＬＥＤ駆動回路３では、第３スイッチ３３及び電流制限回路３４の代わりに、エンハンスメント型のＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、電流検出抵抗及びプルアップ抵抗からなる良く知られた定電流回路又は定電流素子を配置しても良い。

ＬＥＤ駆動回路３はダイオードである第１スイッチ３１、第２スイッチ３２、充電ダイオード３５及び放電ダイオード３６のスイッチング特性を利用するが、スイッチング特性を示すものはダイオードに限られない。第１スイッチ３１、第２スイッチ３２、充電ダイオード３５及び放電ダイオード３６は良く知られたアナログスイッチに置き換えることが可能である。

現実のＬＥＤ駆動回路３ではコンデンサ電圧Ｖ３（図２Ｄ参照）の変動幅を、約１０Ｖ程度と小さくし、完全に消灯期間を無くすようにしていた。ＬＥＤ駆動回路３は消灯期間が無いので、コンデンサ１４は容量が比較的大きい。例えば、期間ｔ１と期間ｔ５の和の期間を２．５ｍｓとし、期間ｔ１及び期間ｔ４におけるコンデンサ１４から流れる発光電流Ｉ２を１００ｍＡとすると、コンデンサ１４の容量は、２２〜１００μＦである。コンデンサ１４の容量を小さくすると、これまで無視していた現象が顕著になる。例えば、コンデンサ電圧Ｖ３の変動が大きくなり、期間ｔ３において充電開始電圧Ｖ２が大きく変動する。また期間ｔ３の途中で充電が完了してしまうと、第２定電流Ｉ１２が時刻ｔ６に対して対象でなくなるため高周波歪率の増加を招く。

また消灯期間を短くするだけで良い場合もある。消灯期間を短くするだけで良い場合、さらにコンデンサ１４の容量を小さくできる。なお消灯期間では、ＬＥＤ列１０に電流が流れず、コンデンサ電圧Ｖ３は、閾値電圧Ｖ１とほぼ等しくなる。なお上述の不具合を招く場合がある。

（第３実施形態）
単純にＬＥＤ列に全波整流電圧を印加して、ＬＥＤ列に含まれるＬＥＤを点灯するＬＥＤ駆動回路では、ＬＥＤ列が発光し始める閾値電圧よりも全波整流波電圧が低いとき、ＬＥＤ列に含まれるＬＥＤは何れも点灯しない。ＬＥＤ列に含まれるＬＥＤの直列段数を多くすると消灯期間は長くなる。一方、消灯期間を短くするためにＬＥＤ列に含まれるＬＥＤの直列段数を少なくすると、電流制限回路による電力損失の割合が増大する。これらに対してＬＥＤ列を複数の部分ＬＥＤ列に分割し、全波整流電圧がＬＥＤ列の閾値電圧より低く且つ部分ＬＥＤ列の閾値電圧以上のときに、部分ＬＥＤ列に含まれるＬＥＤを点灯させることで、消灯期間を短くすることができるＬＥＤ駆動回路が知られている。

図６は第３実施形態に係るＬＥＤ駆動回路の回路図である。

ＬＥＤ駆動回路４は、ＬＥＤ列１０の代わりに第１部分ＬＥＤ列４１及び第２部分ＬＥＤ列４２を含むＬＥＤ列４０が配置されることがＬＥＤ駆動回路３と相違する。また、ＬＥＤ駆動回路４は、第３スイッチ３３の代わりに第３スイッチ４３及び第４スイッチ４４が配置されることがＬＥＤ駆動回路３と更に相違する。さらに、ＬＥＤ駆動回路４は、電流制限回路３４の代わりに電流制限回路４５が配置されることがＬＥＤ駆動回路３と更に相違する。第１部分ＬＥＤ列４１、及び第２部分ＬＥＤ列４２、第３スイッチ４３、第４スイッチ４４、電流制限回路４５以外のＬＥＤ駆動回路４の構成要素及びその機能は、同一符号が付されたＬＥＤ駆動回路３の構成要素及びその機能と同一である。第１部分ＬＥＤ列４１、第２部分ＬＥＤ列４２、第３スイッチ４３、第４スイッチ４４及び電流制限回路４５以外のＬＥＤ駆動回路４の構成要素については、ここでは詳細な説明は省略する。

第１部分ＬＥＤ列４１は直列接続された複数のＬＥＤ４１１〜４１ｍを含み、第２部分ＬＥＤ列４２は直列接続された複数のＬＥＤ４２１〜４２ｎを含む。第１部分ＬＥＤ列４１の最終段のＬＥＤ４１ｍのカソードは、第２部分ＬＥＤ列４２の初段のＬＥＤ４２１のアノード及び第４スイッチ４４の電流入力端子に接続される。第２部分ＬＥＤ列４２の最終段のＬＥＤ４２ｎのカソードは、第１スイッチ３１のアノード及び第３スイッチ４３の電流入力端子に接続される。第１部分ＬＥＤ列４１の初段のＬＥＤ４１１のアノードは、整流回路１５の第１端子１５６及び第２スイッチ３２のカソードに接続される。

第３スイッチ４３は、ディプレッション型の第３ＦＥＴ４３１と、第３抵抗４３２と、ゲート保護抵抗４３３とを有し、第２定電流Ｉ４２を流す電流制限回路として機能する。第３スイッチ４３において、第３ＦＥＴ４３１のドレインは電流入力端子であり、第３抵抗４３２の左端は電流出力端子である。第４スイッチ４４は、ディプレッション型の第４ＦＥＴ４４１と、第４抵抗４４２と、ゲート保護抵抗４４３とを有し、第１定電流Ｉ４１を流すバイパス回路として機能する。第４スイッチ４４において、第４ＦＥＴ４４１のドレインは電流入力端子であり、第４抵抗４４２の左端は電流出力端子である。

第３ＦＥＴ４３１のソースは充電ダイオード３５のカソード及び第３抵抗４３２の右端に接続され、第３ＦＥＴ４３１のゲートはゲート保護抵抗４３３を介して第３抵抗４３２の左端に接続される。第４ＦＥＴ４４１のソースは第４抵抗４４２の右端及び第３抵抗４３２の左端に接続され、第４ＦＥＴ４４１のゲートはゲート保護抵抗４４３を介して第４抵抗４４２の左端及び整流回路１５の第２端子１５７に接続される。

電流制限回路４５は、ディプレッション型の第１ＦＥＴ４５１と、第１抵抗４５２、ゲート保護抵抗４５３とを有し、第３定電流Ｉ４３を流す電流制限回路である。第１ＦＥＴ４５１のドレインは電流入力端子であり、第１抵抗４５２の左端は電流出力端子である。

電流制限回路４５の電流入力端子である第１ＦＥＴのドレインは、コンデンサ１４の他端及び放電ダイオード３６のカソードに接続される。電流制限回路４５の電流出力端子である第１抵抗４５２の左端は、充電ダイオード３５のアノードに接続される。

次に図７Ａ〜７Ｄを参照してＬＥＤ駆動回路４の動作を説明する。図７Ａ〜７Ｄの説明において、特別な明示なしに図６に示した部品等を参照する。

図７Ａは、整流回路１５の第１端子１５６と第２端子１５７との間に出力される全波整流電圧Ｖ０の１周期に亘る経時的な変化を示す図である。全波整流電圧Ｖ０は、ＬＥＤ駆動回路４の動作について時間的な基準等として示した概念的なものであり、ＬＥＤ駆動回路４の何れの配線上にもあらわれない。図７Ｂは全波整流電圧Ｖ０の変化に応じた整流電流Ｉ１の経時的な変化を示す図であり、図７Ｃは全波整流電圧Ｖ０の変化に応じた発光電流Ｉ２の経時的な変化を示す図であり、図７Ｄは全波整流電圧Ｖ０の変化に応じたコンデンサ電圧Ｖ３の経時的な変化を示す図である。図７Ａ〜７Ｄにおいて横軸は時間を示し、図７Ａ及び７Ｄにおいて縦軸は電圧を示し、図７Ｂ及び７Ｃにおいて縦軸は電流を示す。図７Ｂ〜７Ｄの横軸の時間は、図７Ａの横軸の時間と同一の長さを有する。図７Ａの横軸は、期間ｔ３１〜ｔ３７及び時刻ｔ６を含む。

期間ｔ３１は、全波整流電圧Ｖ０が０〔Ｖ〕から第１部分ＬＥＤ列４１の閾値電圧Ｖ４１に達するまでの期間である。期間ｔ３１では、図７Ｂに示すように整流回路１５から第１部分ＬＥＤ列４１に整流電流Ｉ１は流れ込まない。一方、コンデンサ電圧Ｖ３は、第１部分ＬＥＤ列４１の閾値電圧Ｖ４１より僅かに高い（図７Ｄ）。期間ｔ３１では、コンデンサ１４の放電により第２スイッチ３２、第１部分ＬＥＤ列４１、第４スイッチ４４、放電ダイオード３６を介してコンデンサ１４に戻る発光電流Ｉ２が流れる（図７Ｃ）。コンデンサ１４の放電に伴って、コンデンサ電圧Ｖ３は低下する（図７Ｄ）。

ここで用語等を説明する。第１部分ＬＥＤ列４１の閾値電圧Ｖ４１は、第１部分ＬＥＤ列４１含まれるＬＥＤ４１１〜４１ｍの順方向ドロップ電圧ＶｄとＬＥＤ４１１〜４１ｍの直列段数Ｍの積（Ｖｄ×Ｍ）である。同様に、第２部分ＬＥＤ列４２の閾値電圧Ｖ４２（Ｖ４０−Ｖ４１）は、第２部分ＬＥＤ列４２含まれるＬＥＤ４２１〜４２ｎの順方向ドロップ電圧ＶｄとＬＥＤ４２１〜４２ｎの直列段数Ｎの積（Ｖｄ×Ｎ）である。また、ＬＥＤ列４０の閾値電圧Ｖ４０は、ＬＥＤ列４０含まれるＬＥＤ４１１〜４１ｍ及び４２１〜４２ｎの順方向ドロップ電圧ＶｄとＬＥＤ４１１〜４１ｍ及び４２１〜４２ｎの直列段数（Ｎ＋Ｍ）の積（Ｖｄ×（Ｎ＋Ｍ））である。第３スイッチ４３は、第３抵抗４３２の電圧降下を第３ＦＥＴ４３１にフィードバックすることにより第３ＦＥＴ４３１のソース−ドレイン間電流の上限値を第２定電流Ｉ４２に設定する。第４スイッチ４４は、第４抵抗４４２の電圧降下を第４ＦＥＴ４４１にフィードバックすることにより第４ＦＥＴ４４１のソース−ドレイン間電流の上限値を第１定電流Ｉ４１に設定する。電流制限回路４５は、第１抵抗４５２の電圧降下を第１ＦＥＴ４５１にフィードバックすることにより第１ＦＥＴ４５１のソース−ドレイン間電流の上限値を第３定電流Ｉ４３に設定する。また、第３スイッチ４３は、第３抵抗４３２の右端から所定値以上の電流が流入すると、第３ＦＥＴ４３１がカットオフすることでオフする。第４スイッチ４４は、第４抵抗４４２の右端から所定値以上の電流が流入すると、第４ＦＥＴ４４１がカットオフすることでオフする。以下の説明においてダイードである第１スイッチ３１及び第２スイッチ３２、充電ダイオード３５及び放電ダイオード３６の順方向ドロップ電圧は無視する。第３抵抗４３２、第４抵抗４４２及び第１抵抗４５２の電圧降下は、第３ＦＥＴ４３１、第４ＦＥＴ４４１及び第１ＦＥＴ４５１のフィードバック制御に言及する場合を除き無視する。充電開始電圧Ｖ４３は、コンデンサ電圧Ｖ３とＬＥＤ列の閾値電圧Ｖ４０の和であり、充放電によって変動する。しかしながらコンデンサＶ３の変動幅及び閾値電圧Ｖ４１からのずれは全波整流電圧Ｖ０に比べて小さい。そこで説明を簡単にするため、図７Ａでは充電開始電圧Ｖ４３を閾値電圧４０と閾値電圧４１の和として図示した。

期間ｔ３２は、全波整流電圧Ｖ０が第１部分ＬＥＤ列４１の閾値電圧Ｖ４１からＬＥＤ列４０の閾値電圧Ｖ４０（第１部分ＬＥＤ列４１の閾値電圧Ｖ４１と第２部分ＬＥＤ列４２の閾値電圧Ｖ４２の和）に達するまでの期間である。期間ｔ３２では、整流回路１５から、第１部分ＬＥＤ列４１、第４スイッチ４４を通り整流回路１５に戻る整流電流Ｉ１が流れる（図７Ｂ）。期間ｔ３２において整流電流Ｉ１として流れる第１定電流Ｉ４１は、第４スイッチ４４の上限電流である。また、期間ｔ３２では、コンデンサ１４は充放電されないため、コンデンサ電圧Ｖ３は一定である（図７Ｄ）。

全波整流電圧Ｖ０が第１部分ＬＥＤ列４１の閾値電圧Ｖ４１に達したとき（期間ｔ３２の先頭）、第１部分ＬＥＤ列４１の初段のＬＥＤ４１１のアノードの電圧であるコンデンサ電圧Ｖ３は、第１部分ＬＥＤ列４１の閾値電圧Ｖ４１より若干高い（図７Ｄ）。つまり、第１部分ＬＥＤ列４１の初段のＬＥＤ４２１のアノードにコンデンサ電圧Ｖ３が印加されるので、整流回路１５から第１部分ＬＥＤ列４１に整流電流Ｉ１が流れ始めるタイミングは、全波整流電圧Ｖ０が閾値電圧Ｖ４１より若干高くなるときである。しかしながら、説明を簡単にするため、全波整流電圧Ｖ０が第１部分ＬＥＤ列４１の閾値電圧Ｖ４１に達したときに整流電流Ｉ１が流れ始めるものとした（図７Ｂ）。

期間ｔ３２において、整流電流Ｉ１が流れるときに、コンデンサ電圧Ｖ３は、第１部分ＬＥＤ列４１の閾値電圧Ｖ４１より若干高い（図７Ｄ）。一方、期間ｔ３２の最初のタイミングを除いて第１部分ＬＥＤ列４１のアノードの電圧は、コンデンサ電圧Ｖ３より高い。第１部分ＬＥＤ列４１の初段のＬＥＤ４１１のアノードがコンデンサ電圧Ｖ３より高くなると、ダイオードである第２スイッチ３２に逆バイアスがかかるので、第２スイッチ３２はオフする。また、第２部分ＬＥＤ列４２の最終段のＬＥＤ４２ｎのカソードの電圧は、コンデンサ電圧Ｖ３より低いため、第１スイッチ３１は逆バイアスがかかりオフする。第１スイッチ３１及び第２スイッチ３２の双方がオフするので、期間ｔ３２では、コンデンサ１４は充放電されないので、コンデンサ電圧Ｖ３は一定である（図７Ｄ）。

期間ｔ３３は、全波整流電圧Ｖ０がＬＥＤ列４０の閾値電圧Ｖ４０から充電開始電圧Ｖ４３に達するまでの期間である。期間ｔ３３では、整流回路１５から、第１部分ＬＥＤ列４１、第２部分ＬＥＤ列４２、第３スイッチ４３、第４抵抗４４２を通り整流回路１５に戻る整流電流Ｉ１が流れる（図７Ｂ）。このとき第４抵抗４４２の電圧降下が大きくなるため、第４スイッチ４４に含まれる第４ＦＥＴ４４１はソース−ドレイン間電流が遮断されオフする。期間ｔ３３において整流電流Ｉ１として流れる第２定電流Ｉ４２は、第３スイッチ４３の上限電流である。また、期間ｔ３３では、期間ｔ３２と同様に、コンデンサ１４は充放電されないため、コンデンサ電圧Ｖ３は一定である（図７Ｄ）。

期間ｔ３４は、全波整流電圧Ｖ０が充電開始電圧Ｖ４３を超える期間である。期間ｔ３４では、整流回路１５からＬＥＤ列４０、第１スイッチ３１、コンデンサ１４、電流制限回路４５、充電ダイオード３５、第３抵抗４３２及び第４抵抗４４２を通り整流回路１５に戻る整流電流Ｉ１が流れる（図７Ｂ）。期間ｔ３４において整流電流Ｉ１として流れる第３定電流Ｉ４３は、電流制限回路４５の上限電流である。また、期間ｔ３４では、整流電流Ｉ１が電流制限されているため、時刻ｔ６を過ぎてもコンデンサ１４は充電され続け、コンデンサ電圧Ｖ３は上昇する（図７Ｄ）。

期間ｔ３４では、第２スイッチ３２及び放電ダイオード３６はオフする。充電ダイオード３５を介して電流制限回路４５から第３抵抗４３２に電流が流れ込むと第３ＦＥＴ４３１はオフする。また、期間ｔ３４において、全波整流電圧Ｖ０がピーク電圧Ｖｐに達した後でも、コンデンサ１４の容量と第３定電流Ｉ４３を適切に設定することによりコンデンサ電圧Ｖ３は直線的に増加する（図７Ｄ）。

期間ｔ３５は、全波整流電圧Ｖ０が充電開始電圧Ｖ４３からＬＥＤ列４０の閾値電圧Ｖ４０まで下降する期間である。期間ｔ３５では、期間ｔ３３と同様に、整流回路１５からＬＥＤ列４０、第３スイッチ４３、第４抵抗４４２を通り整流回路１５に戻る整流電流Ｉ１が流れる（図７Ｂ）。期間ｔ３５において整流電流Ｉ１として流れる第２定電流Ｉ４２は、第３スイッチ４３の上限電流である。期間ｔ３５では、コンデンサ１４に電流が流れないため、コンデンサ電圧Ｖ３は一定である（図７Ｄ）。

期間ｔ３６は、全波整流電圧Ｖ０がＬＥＤ列４０の閾値電圧Ｖ４０から第１部分ＬＥＤ列４１の閾値電圧Ｖ４１まで下降する期間である。期間ｔ３６では、期間ｔ３２と同様に、整流回路１５から第１部分ＬＥＤ列４１、第４スイッチ４４を通り整流回路１５に戻る整流電流Ｉ１が流れる（図７Ｂ）。期間ｔ３６における電流Ｉ１の値Ｉ２１は、第４スイッチ４４の上限電流である。また、期間ｔ３６では、コンデンサ１４に電流が流れないため、コンデンサ電圧Ｖ３は一定である（図７Ｄ）。

期間ｔ３６において整流回路１５から出力される整流電流Ｉ１は、全波整流電圧Ｖ０が、第１部分ＬＥＤ列４１の閾値電圧Ｖ４１より若干高い電圧であるコンデンサ電圧Ｖ３に一致したときに停止する。しかしながら、説明を簡単にするために全波整流電圧Ｖ０が第１部分ＬＥＤ列４１の閾値電圧Ｖ４１に一致したとき整流電流Ｉ１が停止するものとした（図７Ｂ）。

期間ｔ３７は、全波整流電圧Ｖ０が第１部分ＬＥＤ列４１の閾値電圧Ｖ４１から０〔Ｖ〕まで下降する期間である。期間ｔ３７では、整流回路１５から第１部分ＬＥＤ列４１に電流が流れ込まない（図７Ｂ）。一方、コンデンサ１４が放電することにより第２スイッチ３２、第１部分ＬＥＤ列４１、第４スイッチ４４、及び放電ダイオード３６を介してコンデンサ１４に戻る発光電流Ｉ２が流れる（図７Ｄ）。発光電流Ｉ２として流れる第１定電流Ｉ４１は、第４スイッチ４４の上限電流である。コンデンサ１４が放電するので、コンデンサ電圧Ｖ３は低下する（図７Ｄ）。

ＬＥＤ駆動回路４では、第１部分ＬＥＤ列４１の閾値電圧Ｖ４１がＬＥＤ駆動回路３に含まれるＬＥＤ列１０の閾値電圧Ｖ１よりも低い。さらにＬＥＤ駆動回路４では、コンデンサ１４が放電している期間（ｔ３１＋ｔ３７）が、図２Ａに示す期間（ｔ１＋ｔ５）より短い。この結果、ＬＥＤ駆動回路４は、ＬＥＤ駆動回路３にくらべコンデンサ１４のサイズ及び容量を小さくできる。

ＬＥＤ駆動回路４では、コンデンサ１４は、第２部分ＬＥＤ列４２の最終段のＬＥＤ４２ｎのカソードから流出する電流で充電される。コンデンサ電圧Ｖ３は、全波整流電圧Ｖ０がＬＥＤ列４０により電圧降下するので最大でも（Ｖｐ−Ｖ４０）〔Ｖ〕であり、第１部分ＬＥＤ列４１の閾値電圧V４１より僅かに高い。ＬＥＤ駆動回路４は、全波整流電圧Ｖ０が周期的に変動することとコンデンサ電圧Ｖ３が閾値電圧Ｖ４１より僅かに高いという特性とを利用して、第１スイッチ３１、及び第２スイッチ３２、第３スイッチ４３、第４スイッチ４４等によりコンデンサ１４の充放電を制御する。またＬＥＤ駆動回路４は、コンデンサ１４の容量を充分に大きくするとともに第１及び第３定電流Ｉ４１、Ｉ４３を適切に設定することでＬＥＤ列４０の消灯期間を無くすことができる。

ＬＥＤ駆動回路４は、電流制限回路４５により全波整流電圧Ｖ０が充電開始電圧Ｖ４３を超える期間ｔ３４の全体に亘ってコンデンサ１４を第３定電流Ｉ４３で充電する。この結果、コンデンサ１４を充電する充電電流は全波整流電圧Ｖ０のピーク電圧Ｖｐを通る時間軸（時刻ｔ６）に対し対称になる。コンデンサ１４を充電する充電電流が時刻ｔ６に対し対称になるので、整流回路１５から出力される整流電流Ｉ１は時間軸（時刻ｔ６）に対し対称になる（図７Ｂ）。

すなわちＬＥＤ駆動回路４は、消灯期間を無くしながら、商用交流電源１００から引き出す電流波形を、商用交流電源１００の電圧波形のピークに一致させ且つ正弦波に近い形状にするため、高周波歪率を低く抑えることが可能となる。

ＬＥＤ駆動回路４では、ＬＥＤ駆動回路３と同様に、充電ダイオード３５及び放電ダイオード３６を省くことができる。ＬＥＤ駆動回路４では、充電ダイオード３５及び放電ダイオード３６を省略し、第２部分ＬＥＤ列４２の最終段のＬＥＤ４２ｎのカソードとコンデンサ１４の他端との間にダイオードと抵抗を挿入してコンデンサ１４の放電経路を確保しても良い。同様に第３スイッチ４３、第４スイッチ４４及び電流制限回路４５は抵抗であっても良く、良く知られた定電流回路や定電流素子で代替しても良い。同様に第１スイッチ３１、第２スイッチ３２、充電ダイオード３５及び放電ダイオード３６は良く知られたアナログスイッチに置き換えることが可能である。

ＬＥＤ駆動回路４では、ＬＥＤ駆動回路３と同様に、コンデンサ電圧Ｖ３（図７Ｄ参照）の変動幅を小さくして、完全に消灯期間を無くすようにしていた。ＬＥＤ駆動回路３は消灯期間が無いので、コンデンサ１４は容量が比較的大きい。コンデンサ１４の容量を小さくすると、コンデンサ電圧Ｖ３の変動が大きくなり、説明のため無視していた現象が顕著になる。例えば、コンデンサ電圧Ｖ３の変動が大きくなり、期間ｔ３４において充電開始電圧Ｖ２が大きく変動する。また期間ｔ３４の途中で充電が完了してしまうと、第３定電流Ｉ４３が時刻ｔ６に対して対象でなくなるため高周波歪率の増加を招く。

また消灯期間を短くするだけで良い場合、さらにコンデンサ１４の容量を小さくできる。なお消灯期間では、第２部分ＬＥＤ列４２に電流が流れず、コンデンサ電圧Ｖ３は第１部分ＬＥＤ列４１の閾値電圧Ｖ４１とほぼ等しくなる。なお上述の不具合を招く場合がある。

（第４実施形態）
図８は第４実施形態に係るＬＥＤ駆動回路の回路図である。

ＬＥＤ駆動回路５は、第３部分ＬＥＤ列５３と第４部分ＬＥＤ列５４が直列接続したＬＥＤ列５２及び第３部分ＬＥＤ列５３に並列接続する第２コンデンサ５１が配置されることがＬＥＤ駆動回路３と相違する。ＬＥＤ列５２及び第２コンデンサ５１以外のＬＥＤ駆動回路５の構成要素及びその機能は、同一符号が付されたＬＥＤ駆動回路３の構成要素及びその機能と同一である。ＬＥＤ列５２及び第２コンデンサ５１以外のＬＥＤ駆動回路５の構成要素については、ここでは詳細な説明は省略する。

第３部分ＬＥＤ列５３は、直列接続された複数のＬＥＤ５３１〜５３ｐを含む。第４部分ＬＥＤ列５４は、直列接続された複数のＬＥＤ５４１〜５４ｑを含む。第３部分ＬＥＤ列５３の初段のＬＥＤ５３１のアノードは整流回路１５の第１端子１５６に接続され、第３部分ＬＥＤ列５３の最終段のＬＥＤ５３ｐのカソードは、第４部分ＬＥＤ列５４の初段のＬＥＤ５４１のアノード及び第２スイッチ３２のカソードに接続される。

第２コンデンサ５１は、第３部分ＬＥＤ列５３に並列接続され、第２コンデンサ５１の端子間電圧である第２コンデンサ電圧ＶＣ２は、第３部分ＬＥＤ列５３に含まれるＬＥＤ５３１〜５３ｐが発光し始める閾値電圧Ｖ５３以上の電圧である。第２コンデンサ５１は、整流回路１５から出力される全波整流電圧Ｖ０がＬＥＤ列５２の閾値電圧Ｖ５２より低いときに、第３部分ＬＥＤ列５３に発光電流を供給して、第３部分ＬＥＤ列５３に含まれるＬＥＤ５３１〜５３ｐを発光させる。なお、第２コンデンサ電圧ＶＣ２の最大値は、全波整流電圧Ｖ０のピーク付近で第３部分ＬＥＤ列５３に最大の電流が流れているときの第３部分ＬＥＤ列の両端間電圧となり、閾値電圧Ｖ５３に対して数Ｖ大きい値になる。第２コンデンサ５１の容量は、第３部分ＬＥＤ列５３の発光電流を充分に供給できる大きさにする。

第１ポイントＰ１の電圧ＶＰ１は、整流回路１５の第１端子１５６及び第３部分ＬＥＤ列５３の初段のＬＥＤ５３１のアノードの電圧である。第２ポイントＰ２の電圧ＶＰ２は、第３部分ＬＥＤ列５３の最終段のＬＥＤ５３ｐのカソード及び第４部分ＬＥＤ列５４の初段のＬＥＤ５４１のアノードの電圧であり、第１ポイントＰ１の電圧ＶＰ１に対して第２コンデンサ電圧ＶＣ２だけ低い。第３ポイントＰ３の電圧ＶＰ３は、ＬＥＤ列５２の最終段のＬＥＤ５４ｑのカソード及び第１スイッチ３１のアノードの電圧であり、第２ポイントＰ２の電圧ＶＰ２に対して概ね第４部分ＬＥＤ列５４の閾値電圧Ｖ５４だけ低い。なお、閾値電圧５４は、第４部分ＬＥＤ列５４の両端間に電圧を印加したとき、ＬＥＤ５４１〜５４ｑが発光し始める電圧である。

図９は、整流回路１５から出力される全波整流電圧Ｖ０の１周期に亘る経時的な変化と、第１ポイントＰ１〜第３ポイントＰ３の電圧ＶＰ１〜ＶＰ３との関係を示す図である。図９において、横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。図９において、破線は全波整流電圧Ｖ０の波形を示し、波形Ｗ１は第１ポイントＰ１の電圧ＶＰ１の経時的な変化を示し、波形Ｗ２は第２ポイントＰ２の電圧ＶＰ２の経時的な変化を示し、波形Ｗ３は第３ポイントＰ３の電圧ＶＰ３の経時的な変化を示す。なお第１コンデンサ電圧ＶＣ１及び第２コンデンサ電圧ＶＣ２は充放電に伴って変動するが、全波整流電圧Ｖ０に対して変動が小さく、その値がそれぞれ閾値電圧Ｖ５４及び閾値電圧Ｖ５３に近い。そこで説明の便宜のため、図９では第１コンデンサ電圧ＶＣ１及び第２コンデンサ電圧ＶＣ２は、それぞれ閾値電圧Ｖ５４及び閾値電圧Ｖ５３としている。

期間ｔ４１は、全波整流電圧Ｖ０が０〔Ｖ〕からＬＥＤ列５２の閾値電圧Ｖ５２まで上昇する期間である。期間ｔ４１では、第１スイッチ３１がオフし且つ第２スイッチ３２及び第３スイッチ３３がオンして、第４部分ＬＥＤ列５４は、コンデンサ１４から発光電流Ｉ２が供給され、第４部分ＬＥＤ列５４に含まれるＬＥＤ５４１〜５４ｑが発光する。同時に第３部分ＬＥＤ列５３は、第２コンデンサ５１から発光電流が供給され、第３部分ＬＥＤ列５３に含まれるＬＥＤ５３１〜５３ｐが発光する。

期間ｔ４２は、全波整流電圧Ｖ０がＬＥＤ列５２の閾値電圧Ｖ５３から充電開始電圧Ｖ５５まで上昇する期間である。充電開始電圧Ｖ５５はＬＥＤ列５２の閾値電圧Ｖ５２とコンデンサ電圧ＶＣ１の和であり、充放電で変化する。しかしながら充電開始電圧Ｖ５５の変化量は全波整流電圧Ｖ０に比べ小さく、概ね閾値電圧５２と閾値電圧Ｖ５４の和程度であるため、図９では一定値の電圧（Ｖ５２＋Ｖ５４）としている。期間ｔ４２では、第１スイッチ３１及び第２スイッチ３２がオフし且つ第３スイッチ３３がオンする。このときＬＥＤ列５２は、整流回路１５から整流電流Ｉ１が供給され、ＬＥＤ５３１〜５３ｐ、５４１〜５４ｑが発光する。コンデンサ１４は、第１スイッチ３１及び第２スイッチ３２がオフするので、充放電されない。また整流電流Ｉ１の一部で第２コンデンサ５１が充電される。

期間ｔ４３は、全波整流電圧Ｖ０が充電開始電圧Ｖ５５を超える期間である。期間ｔ４３では、第１スイッチ３１がオンし且つ第２スイッチ３２及び第３スイッチ３３がオフする。このときＬＥＤ列５２は、整流回路１５から整流電流Ｉ１が供給され、ＬＥＤ５３１〜５３ｐ、５４１〜５４ｑが発光する。コンデンサ１４は、第１スイッチ３１がオンするので、整流電流Ｉ１によって充電される。また整流電流Ｉ１の一部で第２コンデンサ５１は充電される。

期間ｔ４４は、全波整流電圧Ｖ０が充電開始電圧Ｖ５５から閾値電圧Ｖ５２まで下降する期間である。期間ｔ４５は、全波整流電圧Ｖ０が閾値電圧Ｖ５２から０〔Ｖ〕まで下降する期間である。ＬＥＤ駆動回路５は、期間ｔ４４では期間ｔ４２と同様に動作し（なおコンデンサ５１は僅かに放電する）、期間ｔ４５では期間ｔ４１と同様に動作する。

ＬＥＤ駆動回路３では、コンデンサ１４を充電できる期間が、概ね閾値電圧Ｖ１の２倍を超える期間に限られていた。全波整流電圧Ｖ０のピーク電圧Ｖｐとこの制限の関係からＬＥＤ列１０の直列段数の上限が決まる。ＬＥＤ駆動回路５は、ＬＥＤ列５２を第３部分ＬＥＤ列と第４部分ＬＥＤ列に分割したことで、ＬＥＤ駆動回路３におけるＬＥＤ列１０の直列段数よりもＬＥＤ列５２の直列段数を大きくすることができる。この結果、ＬＥＤ駆動回路３よりも明るく高効率で発光できる。

直列段数の違いについて例を示す。商用交流電源１００から整流回路１５に入力される交流電圧の実効値が１００〔Ｖ〕であるとき、全波整流電圧の最大値Ｖ０は、１４１〔Ｖ〕である。また、一例では、ＬＥＤ１０１〜１０ｎ及びＬＥＤ５３１〜５３ｐ、５４１〜５４ｑの順方向ドロップ電圧Ｖｄが３〔Ｖ〕である。ＬＥＤ駆動回路３では、ＬＥＤ列１０の直列段数が２３段であるとき、充電開始電圧Ｖ２は、１３６〔Ｖ〕（＝２３×３〔Ｖ〕×２）となる。コンデンサ１４は、１３６〔Ｖ〕である充電開始電圧Ｖ２と全波整流電圧Ｖ０の最大値Ｖｐ（１４１〔Ｖ〕）との間で充電される。一方、ＬＥＤ駆動回路５では、第４部分ＬＥＤ列５４の直列段数が１０段、第３部分ＬＥＤ列５３の直列段数が２５段であるとき、充電開始電圧Ｖ５５（Ｖ５４×２＋Ｖ５３）は、１３５〔Ｖ〕（＝１０×３〔Ｖ〕×２＋２５×３〔Ｖ〕）となる。コンデンサ１４は、１３５〔Ｖ〕である充電開始電圧Ｖ５５（Ｖ５４×２＋Ｖ５３）と全波整流電圧Ｖ０の最大値Ｖｐ（１４１〔Ｖ〕）との間で充電される。

すなわち、整流回路１５に入力される交流電圧の実効値が１００〔Ｖ〕であるとき、ＬＥＤ駆動回路３はＬＥＤ列１０の直列段数が２３段であるのに対し、ＬＥＤ駆動回路５はＬＥＤ列５２の直列段数を３５段にできる。

本発明に係るＬＥＤ駆動回路は、以下に示す態様としてもよい。

例えば、本発明のＬＥＤ駆動回路は、全波整流電圧がＬＥＤ列の閾値電圧より低い位相にあるとき予めコンデンサに蓄積しておいた電荷でＬＥＤ列を点灯させるＬＥＤ駆動回路において、
整流回路と、発光回路と、補助回路とを有し、
前記発光回路は、複数のＬＥＤが直列接続したＬＥＤ列と、第１電流制限回路とを備え、前記ＬＥＤ列のアノードが前記整流回路の出力端子と接続し、前記ＬＥＤ列のカソードが前記第１電流制限回路の電流入力端子と接続し、前記第１電流制限回路の電流出力端子が前記整流回路又は前記コンデンサに向かって電流を出力し、
前記補助回路は、前記コンデンサと、第１ダイオードと、第２ダイオードと、第２電流制限回路とを備え、前記コンデンサの一端が前記第１ダイオードのアノード及び前記第２ダイオードのカソードと接続し、前記コンデンサの他端が前記第２電流制限回路の電流入力端子と接続し、前記第１ダイオードのカソードが前記ＬＥＤ列の前記アノードと接続し、前記第２ダイオードのアノードが前記ＬＥＤ列の前記カソードと接続し、前記第２電流制限回路の電流出力端子が前記第１電流制限回路に含まれる電流検出素子と接続する、
態様としても良い。

全波整流電圧が０〔Ｖ〕から第１電圧まで上昇する位相では、整流回路からＬＥＤ列に電流が流れ込まない。この一方でコンデンサの放電により第２ダイオード、ＬＥＤ列を介してコンデンサに戻る電流が流れる。

全波整流電圧が第１電圧から第２電圧まで上昇する位相では、整流回路からＬＥＤ列及び第１電流制限回路を通り整流回路に戻る電流が流れる。この一方でコンデンサに電流は流れない。

全波整流電圧が第２電圧を超えている位相では、整流回路からＬＥＤ列、第２ダイオード、コンデンサ、第２電流制限回路を通り整流回路に戻る電流が流れる。このときコンデンサが充電される。

全波整流電圧が第１電圧から第２電圧まで下降する位相では、整流回路からＬＥＤ列、第１電流制限回路を通り整流回路に戻る電流が流れる。この一方でコンデンサに電流は流れない。

全波整流電圧が第１電圧から０〔Ｖ〕まで下降する位相では、整流回路からＬＥＤ列に電流が流れ込まない。この一方でコンデンサの放電により第２ダイオード、ＬＥＤ列介してコンデンサに戻る電流が流れる。

前記第２電流制限回路の前記電流出力端子と前記第１電流制限回路に含まれる前記電流検出素子の間に挿入された第３ダイオードと、カソードが前記コンデンサの他端と接続し、前記コンデンサの放電経路を形成する第４ダイオードとを備えていても良い。

前記第１電流制限回路は前記第２電流制限回路の出力電流によりカットオフされても良い。

前記発光回路において、前記ＬＥＤ列が複数に分割され、分割されたＬＥＤ列同士の接続点にバイパス回路を備えていても良い。

１〜５ＬＥＤ駆動回路
１０、４０、５２ＬＥＤ列
１１、２１、３１第１スイッチ
１２、２２、３２第２スイッチ
１３、２３、３３、４３第３スイッチ
１４コンデンサ
１５整流回路
２７制御回路
３４、４５電流制限回路
３５充電ダイオード
３６放電ダイオード
４１第１部分ＬＥＤ列
４２第２部分ＬＥＤ列
４４第４スイッチ
５１第２コンデンサ
５３第３部分ＬＥＤ列
５４第４部分ＬＥＤ列

Claims

交流電圧を整流して全波整流電圧を出力する整流回路と、
直列接続された複数のＬＥＤを含み、前記ＬＥＤのうち初段のＬＥＤのアノードが前記整流回路の第１端子と接続するＬＥＤ列と、
前記ＬＥＤ列の最終段のＬＥＤのカソードに一端が接続された第１スイッチと、
前記第１スイッチの他端に一端が接続されたコンデンサと、
前記コンデンサの一端と前記ＬＥＤ列の初段のＬＥＤのアノードとの間に接続された第２スイッチと、
前記ＬＥＤ列の最終段のＬＥＤのカソードと前記整流回路の第２端子との間に接続され、前記全波整流電圧が充電開始電圧未満のときにオンし、前記全波整流電圧が前記充電開始電圧以上のときにオフする第３スイッチと、
電流入力端子がコンデンサの他端に接続され、電流出力端子が前記整流回路の第２端子に接続された電流制限回路と、
を有することを特徴とするＬＥＤ駆動回路。
前記第１スイッチは、アノードが前記ＬＥＤ列の最終段のＬＥＤのカソードに接続され、カソードが前記コンデンサの一端に接続されたダイオードを含み、
前記第２スイッチは、アノードが前記コンデンサの一端に接続され、カソードが前記ＬＥＤ列の初段のＬＥＤのアノードに接続されたダイオードを含む、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
前記電流制限回路は、ドレインが前記コンデンサの他端に接続された第１ＦＥＴと、一端が前記第１ＦＥＴのソースに接続された第１抵抗とを有し、
前記第３スイッチは、ドレインが前記ＬＥＤ列の最終段のＬＥＤのカソードに接続された第３ＦＥＴと、一端が前記第３ＦＥＴのソースに接続された第３抵抗とを含み、前記第１抵抗の他端が前記第３抵抗の一端に接続され、前記第３抵抗の他端が前記整流回路の第２端子に接続された、請求項１又は２に記載のＬＥＤ駆動回路。
前記第１抵抗の他端と前記第３抵抗の一端の間に挿入され、アノードが前記第１抵抗の他端に接続され且つカソードが前記第３抵抗の一端に接続された充電ダイオードと、アノードが前記第３抵抗の他端に接続され且つカソードが前記コンデンサの他端に接続された放電ダイオードを更に有する、請求項３に記載のＬＥＤ駆動回路。
前記ＬＥＤ列は、第１部分ＬＥＤ列と、前記第１部分ＬＥＤ列の最終段のＬＥＤのカソードに初段のＬＥＤのアノードが接続された第２部分ＬＥＤ列とを含み、
前記第１部分ＬＥＤ列の最終段のＬＥＤのカソード及び前記第２部分ＬＥＤ列の初段のＬＥＤのアノードに一端が接続され且つ前記整流回路の第２端子に他端が接続された第４スイッチを更に有する、請求項１〜４の何れか一項に記載のＬＥＤ駆動回路。
前記ＬＥＤ列は、前記整流回路の第１端子と初段のＬＥＤのアノードとが接続された第３部分ＬＥＤ列と、
前記第２スイッチ及び前記第３部分ＬＥＤ列の最終段のＬＥＤのカソードと初段のＬＥＤのアノードとが接続された第４部分ＬＥＤ列とを含み
前記第３部分ＬＥＤ列に並列接続された第２コンデンサを更に有する、請求項１〜４の何れか一項に記載のＬＥＤ駆動回路。