説明

LED電源

【課題】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。
【解決手段】電源供給手段8、電流検出手段、電圧検出手段及び制御手段12を備える。電源供給手段8は外部電源を駆動電力に変換してLEDに供給する。電流検出手段は電源供給手段8からの電流値を検出し、電圧検出手段は電源供給手段8からの電圧値を検出する。制御手段12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8を制御する定電流制御部22と、電流基準値を記憶する設定テーブル14とを有する。設定テーブル14は、電圧検出領域を複数に区分して、各範囲に設定された電流基準値を記憶する。そして、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に対応する電流基準値を読み出して定電流制御を実行するようになっている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特許第4100400号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【課題を解決するための手段】
【0010】
すなわち、本発明に係るLED電源は、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。
【0011】
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前記電源供給手段を制御する定電流制御部と、前記電流基準値を記憶する設定テーブルとを有する。そして、前記設定テーブルは、前記電圧検出手段の検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流基準値を記憶する。
【0012】
そして、前記定電流制御部は、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、該電流基準値を用いて定電流制御を実行するようになっている。
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。
【0013】
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。
【0014】
また、前記設定テーブルは、更に、前記電流基準値の未設定範囲において少なくとも1の範囲に設定された電力基準値を記憶する。また、前記制御手段は、更に、電力演算部と、定電力制御部とを有する。電力演算部は、前記駆動電流の検出値及び前記駆動電圧の検出値の積を算出する。そして、定電力制御部は、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定電力制御を実行するようになっている。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【発明の効果】
【0019】
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。
【0020】
また、LEDの順方向電圧(V)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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】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。
【図2】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。
【図3】前記電源供給手段の第二の例を示す構成図である。
【図4】前記電源供給手段の第三の例を示す構成図である。
【図5】前記電源供給手段の第四の例を示す構成図である。
【図6】前記電源供給手段の第五の例を示す構成図である。
【図7】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。
【図8】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。
【図9】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。
【図10】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。
【図11】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。
【発明を実施するための形態】
【0024】
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。
【0025】
<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、R)と、電流検出手段(R)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(入力電圧V及び入力電流I1)が供給される。
【0026】
電源供給手段8は、入力電力Pを変換してLED素子列2の点灯に必要な駆動電力P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。
【0027】
電圧検出手段は、抵抗R、R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の端子間電圧を駆動電圧の分圧Vとして検出し、このV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、Rの抵抗値に基づいて、分圧Vの検出値より駆動電圧V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を検出している。
【0028】
電流検出手段は、抵抗R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の端子間電圧Vを検出し、このV値を制御回路12へ与える。制御回路12では、抵抗Rの抵抗値に基づいて、抵抗Rの電圧Vの検出値より駆動電流I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を検出している。
【0029】
制御回路12は、与えられた駆動電圧V値、及び、駆動電流I値に基づいて電源供給手段8を制御する。
【0030】
<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とを有する。バイパスコンデンサC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。
【0031】
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(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を供給する。
【0032】
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。
【0033】
変換部は、具体的にフライバック・トランスTと、スイッチング素子Qと、ダイオードDと、スイッチング素子Qを制御する制御回路12とを有する。トランスT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に印加するように設けられている。
【0034】
スイッチング素子Qは、トランスTの一次巻線T1aに直列接続されていて、オンオフ駆動により二次巻線T1bに二次電圧を誘起させる。スイッチング素子Qのドレイン側端子は、一次巻線T1aに接続され、Q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は、二次巻線T1b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の正極に供給する。
【0035】
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およびノイズ除去コンデンサCの直列回路と、抵抗Rとを有して構成されている。直列回路(DおよびC)は、トランスT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のアノード側端子は、一次巻線T1aとスイッチング素子Q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に接続される。ノイズ除去コンデンサCおよび抵抗Rは並列回路を形成している。
【0036】
変換部は以上のように構成され、出力コンデンサC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が供給されるようになっている。
【0037】
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。
【0038】
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を介して検出されるLED素子列2の駆動電流I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用のMOSFET駆動回路に送る。Q用の駆動回路は、指令信号に基づく駆動電流をQへ供給し、これをオンオフ駆動させる。
【0039】
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等)、定電力制御の電力基準値(P等)、及び、定電圧制御の電圧基準値(V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と、駆動電圧の検出値Vの積を算出して、これを駆動電力Pの算出値にする。具体的な駆動電力Pの算出方法は、まず、瞬時電力値(V×I)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とする方法である。
【0040】
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)の場合に、所定の駆動電力の算出範囲(PE1〜PE2)を定めたものである。
【0041】
駆動電圧の範囲Aには電流基準値Iが設定され、範囲Bには電力基準値Pが設定され、範囲Cには電流基準値Iが設定され、範囲Dには電流基準値Iが設定されている。3つの電流基準値I、I、I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が設定されている。
【0042】
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。
【0043】
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に対応する電流基準値(I、I、I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が他の範囲に該当するときは、定電流制御は停止される。
【0044】
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が、設定テーブルから読み出した電力基準値P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。
【0045】
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Pが、設定テーブルから読み出した電圧基準値V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。
【0046】
<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を用いて実行する定電流制御について詳しく説明する。
【0047】
定電流制御部22は、スイッチング素子Q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値が予め設定されている電流基準値Iに近づくようにスイッチング素子Q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のオン状態では、全波整流電流がトランスT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。
【0048】
また、制御回路12は、交流電源ACから流れ込む入力電流I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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
<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。
【0052】
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の他端の間にインダクタLおよびコンデンサCの直列回路を接続し、コンデンサCの端子間にLED2を並列に接続する。スイッチング素子Qは、数十kHzの高い周波数でオンオフする。
【0053】
スイッチング素子Qがオン状態である期間に、このスイッチング素子Qを流れる直流電流によってインダクタL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がオンからオフに切り替わった際、インダクタLの磁気エネルギーの放出によってインダクタL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がオフに切り替わった後、インダクタLからの電流が、LED2を経由して再びインダクタL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とコンデンサCの直列回路の両端間が、インダクタLに戻る方向のみに電流を流すダイオードDによって接続されている。
【0054】
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→インダクタL→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とインダクタL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の順番でインダクタLに戻るようになっている。
【0055】
また、降圧チョッパ回路は、スイッチング素子Q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、Rにより検出された駆動電圧V、および、抵抗Rにより検出された駆動電流Iが送られる。
【0056】
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。
【0057】
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と駆動電流Iとを乗算し、LED2への駆動電力P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。
【0058】
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と、このインダクタL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と、該スイッチング素子Q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と、前記インダクタLとスイッチング素子Q間の接続点にアノードが接続されたダイオードDと、このダイオードD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を備えている。
【0059】
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に静電エネルギーを充電する。電解コンデンサC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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
<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であり、縦軸が駆動電力Pである。
【0065】
まず、駆動電圧が範囲Aに属する場合の出力特性は、I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と駆動電圧V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を示している。駆動電圧Vが上昇して範囲Bに属する場合の出力特性は、P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が一定になる。更に駆動電圧Vが高い範囲Cでの出力特性は、I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を示し、電流基準値Iより小さい。
【0066】
駆動電圧がVに達すると、定電流制御モードから、V(=V)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PE1〜PE2の範囲Eにある場合に、駆動電圧がVで一定に維持される。
【0067】
駆動電圧がVである場合に駆動電力がPE1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は、電流基準値I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が徐々にゼロまで低下して、電源供給手段8が停止する。
【0068】
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)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。
【0069】
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。
【0070】
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。
【0071】
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。
【0072】
(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による定電流制御モードにして、範囲Bを電流基準値I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、I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の範囲A、Bについても任意に設定できる。
【0073】
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、Iを定めている。
【0074】
(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)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。
【0075】
(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。
【0076】
(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であり、縦軸が駆動電圧Vである。範囲F、Gは、駆動電力P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、V)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。
【0077】
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と駆動電圧の検出値Vの積であるLEDの駆動電力P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に対応する電圧基準値(V、V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。
【0078】
<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のみとすることができる。
【符号の説明】
【0079】
2 LED素子列(LEDに相当)
4 LED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 電圧検出手段の抵抗
電流検出手段の抵抗

【特許請求の範囲】
【請求項1】
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制御手段と、を備えるLED電源であって、
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前記電源供給手段を制御する定電流制御部と、前記電流基準値を記憶する設定テーブルとを有し、
前記設定テーブルは、前記電圧検出手段の検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流基準値を記憶しており、
前記定電流制御部は、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、該電流基準値を用いて定電流制御を実行することを特徴とするLED電源。
【請求項2】
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制御手段と、を備えるLED電源であって、
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、を有し、
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しており、
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ことを特徴とするLED電源。
【請求項3】
請求項1記載のLED電源において、
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、
前記移行範囲の上端において出力される駆動電力が前記移行範囲の下端において出力される駆動電力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ていることを特徴とするLED電源。
【請求項4】
請求項1記載のLED電源において、
前記設定テーブルは、更に、前記電流基準値の未設定範囲において少なくとも1の範囲に設定された電力基準値を記憶しており、
前記制御手段は、更に、
前記駆動電流の検出値及び前記駆動電圧の検出値の積を算出する電力演算部と、
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定電力制御を実行する定電力制御部と、を有することを特徴とするLED電源。
【請求項5】
請求項4記載のLED電源において、
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ことを特徴とするLED電源。
【請求項6】
請求項1〜5のいずれかに記載の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7】
請求項1〜5のいずれかに記載の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。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【公開番号】特開2013−16433(P2013−16433A)
【公開日】平成25年1月24日(2013.1.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−150137(P2011−150137)
【出願日】平成23年7月6日(2011.7.6)
【出願人】(000126274)株式会社アイ・ライティング・システム (56)
【Fターム(参考)】