ＬＥＤ駆動回路
【課題】 ＡＣ入力で直接駆動できるような構成でありながらもフリッカーが抑制されるよう構成されたＬＥＤ駆動回路を提供する。
【解決手段】 直列接続された複数のＬＥＤを有するＬＥＤユニットを駆動するＬＥＤ駆動回路であって、交流入力を整流する整流器と、オペアンプと該オペアンプの出力段に分圧抵抗を介して接続された複数の駆動用トランジスタとを有する定電流回路と、を備え、記整流器の出力側の一端をＬＥＤユニットの入力側に接続し、複数のトランジスタの出力側の一端をそれぞれ、ＬＥＤユニットにおける異なるＬＥＤ段数の接続ポイントに接続することにより、交流入力の電圧に応じて複数のトランジスタが選択的にＬＥＤユニットを駆動するように構成する。
【解決手段】 直列接続された複数のＬＥＤを有するＬＥＤユニットを駆動するＬＥＤ駆動回路であって、交流入力を整流する整流器と、オペアンプと該オペアンプの出力段に分圧抵抗を介して接続された複数の駆動用トランジスタとを有する定電流回路と、を備え、記整流器の出力側の一端をＬＥＤユニットの入力側に接続し、複数のトランジスタの出力側の一端をそれぞれ、ＬＥＤユニットにおける異なるＬＥＤ段数の接続ポイントに接続することにより、交流入力の電圧に応じて複数のトランジスタが選択的にＬＥＤユニットを駆動するように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ列を駆動するためのＬＥＤ駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
省エネルギーと環境への配慮の両立する照明機器として、ＬＥＤを用いた照明機器が注目を集めている。しかしながら、白熱電球や蛍光照明装置からＬＥＤ照明への移行は未だ進んでいないのが現状である。この要因の一つは、大多数のＬＥＤ照明装置は交流を直流に一旦変換、内部は直流で動作している事等から、ＬＥＤ照明装置の駆動回路が比較的複雑となり、それによってコストが高くなっていることである。下記特許文献１は、このような従来のＬＥＤ照明装置の構成の一例を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１３４９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＬＥＤ照明装置の普及を促す為には、従来のＬＥＤ駆動方式を基本的な側面から見直し、駆動回路構成をシンプルなものとすることが求められる。特に、ＡＣ入力で直接駆動できるような駆動回路構成とすることが、ＬＥＤ照明装置の普及を大きく促進させる観点で極めて有益であると考えられる。ただし、単純にＡＣ入力でＬＥＤ列を駆動するよう回路を構成したのみでは、特に多段のＬＥＤ列を駆動する場合、ＡＣ入力電圧の変動によりＬＥＤ列が点灯しない期間が多く生じ、フリッカーが生じることとなる。よって、フリッカーの抑制を実現できる駆動方式を実現することが求められる。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、ＡＣ入力で直接駆動できるような構成でありながらもフリッカーが抑制されるよう構成されたＬＥＤ駆動回路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】
【０００６】
本発明の一つの側面によれば、直列接続された複数のＬＥＤを有するＬＥＤユニットを駆動するＬＥＤ駆動回路であって、交流入力を整流する整流器と、オペアンプと該オペアンプの出力段に分圧抵抗を介して接続された複数の駆動用トランジスタとを有する定電流回路と、を備え、整流器の出力側の一端をＬＥＤユニットの入力側に接続し、複数のトランジスタの出力側の一端をそれぞれ、ＬＥＤユニットにおける異なるＬＥＤ段数の接続ポイントに接続することにより、交流入力の電圧に応じて複数のトランジスタが選択的にＬＥＤユニットを駆動するように構成したこと、を特徴とするＬＥＤ駆動回路が提供される。
【０００７】
上記ＬＥＤ駆動回路の構成によれば、ＡＣ入力で直接駆動できるような構成でありながらもフリッカーを抑制することができる。
【０００８】
複数のトランジスタの各々はバイポーラトランジスタであっても良い。この場合には、該複数のバイポーラトランジスタのコレクタ端子が、それぞれ、ＬＥＤユニットにおける異なるＬＥＤ段数の接続ポイントに接続される。
【０００９】
複数のバイポーラトランジスタのベースには、それぞれベース抵抗が配置される構成であっても良い。
【００１０】
複数のトランジスタの各々はＭＯＳトランジスタであっても良い。この場合、オペアンプの出力段は分圧抵抗を介して複数のＭＯＳトランジスタのゲートに接続され、複数のＭＯＳトランジスタのドレイン端子が、それぞれ、ＬＥＤユニットにおける異なるＬＥＤ段数の接続ポイントに接続される。
【００１１】
ＬＥＤユニットは、複数のＬＥＤ列を有する構成であっても良い。この場合、複数の駆動用トランジスタは、複数のＬＥＤ列ごとに並列的に配置される。
【００１２】
定電流回路は、複数の駆動用トランジスタが夫々ＬＥＤユニットを駆動する電流値が少なくとも２種類の異なる値となるよう構成され、それによってＬＥＤユニットを駆動する電流波形の立ち上がり及び立ち下がり部分の波形が階段状に変化するよう構成されていても良い。
【００１３】
複数の駆動用トランジスタのエミッタ端子に接続される駆動電流検出用の抵抗の抵抗値が少なくとも２種類の異なる値であり、それによって、ＬＥＤユニットを駆動する電流波形の立ち上がり及び立ち下がり部分の波形が階段状に変化するよう構成されていても良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＡＣ入力で直接駆動できるような構成でありながらもフリッカーを抑制することができるＬＥＤ駆動回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態によるＬＥＤ駆動回路の回路図である。
【図２】図１のＬＥＤ駆動回路の動作を説明するための信号波形を表す図である。
【図３】複数のＬＥＤ列を駆動する場合のＬＥＤ駆動回路の構成を表す回路図である。
【図４】図１のＬＥＤ駆動回路における電流波形を表す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態としてＬＥＤ駆動回路における負帰還回路の回路図である。
【図６】図５の負帰還回路における電流波形を表す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態としてＬＥＤ駆動回路における負帰還回路の別の例を表す回路図である。
【図８】図７の負帰還回路における電流波形を表す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態としてＬＥＤ駆動回路における負帰還回路の更に別の例を表す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
第１の実施形態
図１は、本発明の第１の実施形態としてのＬＥＤ駆動回路１０の回路図である。以下に詳細に説明するように、ＬＥＤ駆動回路１０は、交流入力で直接ＬＥＤ列１５を点灯させることができる構成となっている。
【００１８】
初めに、ＬＥＤ駆動回路１０の構成について説明する。図１に示すように、ＬＥＤ駆動回路１０には、全波整流器ＦＲ１を有し、交流入力は、全波整流器ＦＲ１を介してＬＥＤ列１５の入力側の一端に入力される。オペアンプＯＰ１、トランジスタＴＲ１〜ＴＲ３、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２およびＲ１３は、ＬＥＤ列１５を定電流駆動する定電流駆動回路を構成している。定電流駆動用のトランジスタＴＲ１〜ＴＲ３のエミッタから抵抗Ｒ１２及びＲ１３を介してオペアンプＯＰ１への帰還回路が構成されている。オペアンプＯＰ１のもう一つの入力端（＋）には、基準電圧Ｖｒｅｆが入力される。
【００１９】
上述のように、ＬＥＤ駆動回路１０は、ＬＥＤ列１５を駆動する為のトランジスタを複数（本実施形態では３つ）有している。図１の例では、ＬＥＤ列１５は合計８段のＬＥＤを有し、トランジスタＴＲ３のコレクタは、ＬＥＤ列１５の出力側の一端に接続されている。他方、トランジスタＴＲ１、ＴＲ２のコレクタは、ＬＥＤ列１５中の所定の段数の位置から取り出された端子にそれぞれ接続されている。図１の例では、トランジスタＴＲ１のコレクタは、ＬＥＤ列１５の２段目の接続ポイントに接続されており、トランジスタＴＲ２のコレクタは、ＬＥＤ列１５の５段目の接続ポイントに接続されている。
【００２０】
オペアンプＯＰ１の出力は、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３によって分圧され、定電流駆動用のトランジスタＴＲ１〜ＴＲ３は、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３によって分圧された電圧で駆動されるように構成される。具体的には、オペアンプＯＰ１の出力電圧が、抵抗Ｒ２３を介してトランジスタＴＲ３のベースに入力され、抵抗Ｒ１とＲ２間の電圧が、抵抗Ｒ２２を介してトランジスタＴＲ２のベースに入力され、抵抗Ｒ２とＲ３間の電圧が、抵抗Ｒ２１を介してトランジスタＴＲ３のベースに入力される。
【００２１】
次に、ＬＥＤ駆動回路１０の動作について説明する。ＬＥＤ駆動回路１０は、交流入力がＬＥＤ列１５を駆動できる十分に高い電圧である場合には、ＬＥＤ列１５の全段数のＬＥＤ（Ｄ１〜Ｄ８）を点灯させるよう動作すると共に、交流入力の電圧がＬＥＤ列１５の全段数を駆動するに十分な電圧よりも低くなっても、トランジスタＴＲ１またはＴＲ２によって、段数の少ない数でＬＥＤ列１５中のＬＥＤを点灯させるように動作する。この構成により、交流入力の電圧が低くなった場合でもＬＥＤ列の点灯状態を維持できることとなる。すなわち、ＬＥＤ列１５が消灯する期間を極力短くすることができるので、ヒトの目に感じるフリッカーを解消することができる。
【００２２】
図２は、ＬＥＤ駆動回路１０の動作を信号波形として表した図である。図２において、一番上の信号波形は、交流入力Ｖｉｎを表し、符号５２はオペアンプＯＰ１の出力端の電圧を表す。まあ、符号５３、５４、５５は、トランジスタＴＲ１、ＴＲ２及びＴＲ３のベース・エミッタ間のオン／オフ状態を表している。図２の符号５６で示す網掛け部分は、ＬＥＤ列１５の発光期間を表している。
【００２３】
図２に示すように、交流入力Ｖｉｎが十分に高い状態（Ｖｉｎ≧Ｖ３）にあるときは（状態Ｓ１）、ＬＥＤ列１５の全てのＬＥＤ（Ｄ１〜Ｄ８）を駆動できる電圧がトランジスタＴＲ３のコレクタ・エミッタ間にかかっている。したがって、この状態では、トランジスタＴＲ３がＬＥＤ列１５を駆動する。このとき、オペアンプＯＰ１、抵抗Ｒ２３、トランジスタＴＲ３、抵抗Ｒ１１および負帰還回路によって定電流回路が形成され、ＬＥＤ列１５の駆動が行われる。なお、この場合、抵抗Ｒ１〜Ｒ３でオペアンプＯＰ１の出力電圧が分圧されることにより、トランジスタＴＲ１、ＴＲ２のベース電圧は、トランジスタＴＲ１、ＴＲ２のベース・エミッタ間がスイッチング出来ない状態に設定される。すなわち、この状態Ｓ１では、トランジスタＴＲ３のみがＬＥＤの駆動を行っている状態となっている。
【００２４】
次に、交流入力Ｖｉｎが次第に低下し、ＬＥＤ列１５の全段数のＬＥＤを駆動できる電圧Ｖ３よりも低くなると（状態Ｓ２）、トランジスタＴＲ３のコレクタ・エミッタ間の電圧の低下により、トランジスタＴＲ３のコレクタ・エミッタ間は電流が駆動されない状態となる。この場合、オペアンプＯＰ１は定電流を駆動しようとするため、オペアンプＯＰ１の出力電圧は上昇し、トランジスタＴＲ２のベース・エミッタ間がＯＮし、トランジスタＴＲ２がＬＥＤ列１５を駆動し始める。なお、トランジスタＴＲ２が駆動するのは、Ｄ１〜Ｄ５の５段分のＬＥＤである。なお、この状態Ｓ２では、分割抵抗Ｒ１〜Ｒ３でオペアンプＯＰ１の出力電圧が分圧されることにより、トランジスタＴＲ１のベース電圧は、トランジスタＴＲ１のベース・エミッタ間がスイッチング出来ない状態に設定される。すなわち、この状態Ｓ２では、トランジスタＴＲ２のみがＬＥＤの駆動を行っている状態となる。
【００２５】
そして、更に交流入力Ｖｉｎが低下し、ＬＥＤ列１５のＤ１〜Ｄ５の５段分のＬＥＤを駆動できる電圧Ｖ２よりも低くなると（状態Ｓ３）、トランジスタＴＲ２のコレクタ・エミッタ間の電圧の低下により、トランジスタＴＲ２のコレクタ・エミッタ間は電流が駆動されない状態となる。この場合、オペアンプＯＰ１は定電流を駆動しようとするため、オペアンプＯＰ１の出力電圧はさらに上昇し、トランジスタＴＲ１のベース・エミッタ間がＯＮし、トランジスタＴＲ１がＬＥＤ列１５を駆動し始める。なお、トランジスタＴＲ１が駆動するのは、Ｄ１〜Ｄ２の２段分のＬＥＤである。すなわち、この状態Ｓ３では、トランジスタＴＲ１のみがＬＥＤの駆動を行っている状態となる。
【００２６】
交流電圧Ｖｉｎが、ＬＥＤ列１５のＤ１、Ｄ２の２段分のＬＥＤを駆動できる電圧Ｖ１よりも低くなった場合には（状態Ｓ４）、トランジスタＴＲ１もＬＥＤ列１５を駆動できない状態となり、ＬＥＤ列１５は消灯することになる。なお、この状態Ｓ４では、電源が供給されている場合には、オペアンプＯＰ１の出力は、出力可能な最大電圧となる。なお、電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、概ねＬＥＤの段数に応じた値となり、電圧Ｖ１は、（ＬＥＤ２段分＋定電流回路出力が動作するために必要な電圧）となり、電圧Ｖ２は、（ＬＥＤ５段分＋定電流回路出力が動作するために必要な電圧）となり、電圧Ｖ３は、（ＬＥＤ８段分＋定電流回路出力が動作するために必要な電圧）となる。
【００２７】
交流入力Ｖｉｎが上昇すると（マイナス方向に電圧の絶対値が増加する場合も同じ）、上述の状態Ｓ１〜Ｓ３と逆の順番で各トランジスタＴＲ１〜ＴＲ３が動作することになる。すなわち、交流入力ＶｉｎがＶ１以上となると、トランジスタＴＲ１のコレクタ・エミッタ間で２段分のＬＥＤ（Ｄ１，Ｄ２）が駆動されはじめ、さらに、交流入力ＶｉｎがＶ２以上となると、トランジスタＴＲ２のコレクタ・エミッタ間で５段分のＬＥＤ（Ｄ１〜Ｄ５）が駆動されはじめる。そして、さらに交流入力Ｖｉｎが上昇し、Ｖ３以上となると、トランジスタＴＲ３のコレクタ・エミッタ間で全段数のＬＥＤ（Ｄ１〜Ｄ８）が駆動され始める。以下、交流入力Ｖｉｎの電圧の変動により、このような動作が繰り返される。
【００２８】
上述のようにＬＥＤ駆動回路１０は、交流入力がＬＥＤ列の全段数を駆動できない電圧に低下しても、ＬＥＤ列１５の全段数よりも少ないＬＥＤの段数でＬＥＤ列１５を駆動することができる。したがってＬＥＤ駆動回路１０によれば、交流入力でＬＥＤ列を駆動する場合であっても、ＬＥＤ列が消灯状態となる期間を極力短くすることができる。結果として、ＬＥＤ光源として実質的にフリッカーが生じないようにすることができる。点灯期間を長くすることができるので、ＬＥＤ照明装置としての輝度を高くできることになる。また、ＬＥＤ駆動回路１０は、ＬＥＤはＡＣを整流後直接駆動可能であるが、ＡＣ整流後の脈流をＬＥＤ駆動回路の動作に必要な電圧に降圧して用いる事により制御回路用の専用電源も不要に出来るという大きなメリットがある。
【００２９】
なお、ＬＥＤ列１５のＬＥＤの段数は、図１では、一例として８段としてあるが、ＬＥＤの段数は交流入力に応じて様々な段数に設定することができる。例えば、概略的な目安としては、交流入力が１００Ｖである場合にはＬＥＤ列の段数は約４０段とし、交流入力が２００Ｖである場合にはＬＥＤ列の段数は約８０段としても良い。
【００３０】
以上が本発明の第１の実施形態についての説明である。上述の実施形態については、本発明の範囲内で様々な変形を行うことができる。たとえば、図１で示した、ＬＥＤ列１５のＬＥＤの段数は、交流入力の大きさに応じて様々な段数を用いることができる。トランジスタＴＲ１、ＴＲ２のコレクタに接続するＬＥＤの段数についても、様々な段数を考慮することができる。図１のＬＥＤ駆動回路１０では、合計３つの駆動用のトランジスタ（ＴＲ１〜ＴＲ３）を用いて、ＬＥＤ列の３つの接続ポイントをそれぞれ駆動するように構成されているが、駆動用のトランジスタの数（すなわち、ＬＥＤ列への接続ポイントの数）は、２つ、４つその他様々な構成を実現することができる。
【００３１】
また、図１のＬＥＤ駆動回路１０は、一列のＬＥＤ列を駆動するように構成されているが、複数のＬＥＤ列を駆動する回路構成も実現することが可能である。複数のＬＥＤ列を駆動する場合には、駆動用トランジスタをオペアンプＯＰ１の出力に並列に接続する構成となる。図３は、２列のＬＥＤ列１５、２５を駆動するよう構成した場合のＬＥＤ駆動回路の構成例を示す回路図である。図３に示すＬＥＤ駆動回路３０では、オペアンプＯＰ１の出力に、トランジスタベース抵抗Ｒ３３及びトランジスタＴＲ１３からなる駆動部を、ベース抵抗Ｒ２３及びトランジスタＴＲ３からなる駆動部に並列に接続する。また、オペアンプＯＰ１の出力を分圧した抵抗Ｒ１及びＲ２間の接続ポイントに、トランジスタベース抵抗Ｒ３２及びトランジスタＴＲ１２からなる駆動部を、ベース抵抗Ｒ２２及びトランジスタＴＲ２からなる駆動部に並列に接続する。また、オペアンプＯＰ１の出力を分圧した抵抗Ｒ２及びＲ３間の接続ポイントに、トランジスタベース抵抗Ｒ３１及びトランジスタＴＲ１１からなる駆動部を、ベース抵抗Ｒ２１及びトランジスタＴＲ１からなる駆動部に並列に接続する。トランジスタＴＲ１３のコレクタは、ＬＥＤ列２５の出力側の端部に接続され、トランジスタＴＲ１２のコレクタはＬＥＤ列２５のＬＥＤの段数が５段目の位置に接続され、トランジスタＴＲ１１のコレクタはＬＥＤ列２５のＬＥＤの段数が２段目の位置に接続される。トランジスタＴＲ１１〜ＴＲ１３のエミッタは、抵抗Ｒ４１に共通に接続される。この構成により、複数のＬＥＤ列を図２に示したように動作させることができる。
【００３２】
図１のＬＥＤ駆動回路１０では、オペアンプＯＰ１の基準電圧用のバッテリーが設けられているが、交流入力の整流回路から基準電圧を生成する構成としても良い。この場合、基準電圧用のバッテリーを設ける必要が無いというメリットがある。
【００３３】
図１のＬＥＤ駆動回路１０では、バイポーラトランジスタを用いる構成となっているが、バイポーラトランジスタに換えてＭＯＳトランジスタを用いても良い。図１のＬＥＤ駆動回路においてＭＯＳトランジスタを用いる場合には、抵抗Ｒ２１〜Ｒ２３は省略されても良い。また、上述の実施形態ではＬＥＤ駆動回路を構成する負帰還増幅回路に正相増幅回路を用いるものとして説明を行ったが、負帰還増幅回路に反転増幅回路を用いても、あるいは差動増幅回路を用いても同様の効果を得ることができる。
【００３４】
次に本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、ＬＥＤ列（第１実施形態におけるＬＥＤ列１５）を駆動する電流波形の改良に関するものである。図１に示したＬＥＤ駆動回路１０では、トランジスタＴＲ１〜ＴＲ３のいずれがＬＥＤ列１５を駆動する場合でも抵抗Ｒ１１によって定電流駆動の電流値が決定されることとなるため、ＬＥＤ列１５に対する駆動電流は一定の値となり、ＬＥＤ列１５は矩形波状の電流波形で駆動されることになる。図４にこの場合の電流波形を、入力電圧の波形である脈流波形（整流後の入力電圧波形に相当）と共に示す。すなわち、図１のＬＥＤ駆動回路１０の場合には、各脈流毎の電流波形は、矩形波状になる。
【００３５】
ここで図４に示すような矩形波状の電流波形でＬＥＤ光源（ＬＥＤ列）を駆動する場合、駆動信号、即ち入力に流れる電流は高調波成分を含むため、入力に流れる高調波を極力低減すると言う観点では改善の余地があることになる。第２の実施形態では、電流波形を正弦波に近づけることにより、高調波電流を低減すると共に不要放射ノイズの低減を実現することを目的としている。
【００３６】
図５は、第２の実施形態による負帰還回路１０１の構成を表す回路図である。負帰還回路１０１は、図１の点線四角で囲った部分に対応している。また、図６は、図５の負帰還回路１０１を採用した場合の駆動電流波形を入力電圧としての脈流波形と共に示す図である。なお、図５、６（及び以下説明する図）おいて、図１に示された第１の実施形態と同等の要素には同等の符号を付し、その説明を省略する。図５に示すように負帰還回路１０１では、３つのトランジスタＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３に共通して用いられる電流検出用の抵抗Ｒ１０１に加えて、トランジスタＴＲ１のエミッタに抵抗Ｒ１０２が設けられている。したがって、トラジスタＴＲ３（ＬＥＤ列１５のうちの全ＬＥＤであるＤ１〜Ｄ８を駆動）が駆動される場合、およびトランジスタＴＲ２（ＬＥＤ列１５のうちのＤ１〜Ｄ５を駆動）が駆動され場合には、抵抗Ｒ１０１のみが駆動電流検出用の抵抗として機能し、比較的大きな駆動電流がながれる。他方、トランジスタＴＲ１（ＬＥＤ列１５のうちのＤ１〜Ｄ２を駆動）が駆動される場合には、抵抗Ｒ１０１及びＲ１０２を合計した抵抗が駆動電流検出用の抵抗となるため、駆動電流は比較的小さな値となる。
【００３７】
上記のような駆動電流の状態が図６に示されている。すなわち、図６に示されるように、入力の脈流波形の立ち上がり部分では、最初に、ＬＥＤ列１５はトランジスタＴＲ１のみで駆動されるので（図６の符号１１１の箇所）、駆動電流値は比較的小さな値となる。入力の脈流電圧がさらに上昇し、ＬＥＤ列１５がトランジスタＴＲ２で駆動されるようになると（図６の符号１１２の箇所）、駆動電流は増加する。入力の脈流電圧がさらに上昇し、ＬＥＤ列１５がトランジスタＴＲ３で駆動される状態の場合も、駆動電流値は、トランジスタＴＲ２で駆動する場合と同じである。すなわち、ＬＥＤ列１５に対する駆動電流波形は、図６に示すように立ち上がり立ち下がり部分で階段状に変化する波形となる。これによって、駆動電流の波形は、単一の矩形波から、より正弦波に近い階段波形となり、入力に流れる電流の高調波成分が減少すると共に不要放射ノイズも低減される。
【００３８】
図７に、第２の実施形態による負帰還回路の別の例を示す。図７に示す負帰還回路１５１は、図５に示した負帰還回路１０１に、トランジスタＴＲ３１、抵抗Ｒ１１１、Ｒ１１２からなる駆動部１３１が付加された構成を有する。この構成の場合、入力脈流電圧が十分に高くトランジスタＴＲ３が駆動される状態のときには、トランジスタＴＲ３１を有する駆動部１３１もＬＥＤ列１５を駆動することになるため、駆動電流はさらに上昇することになる。
【００３９】
図８は、この場合の駆動電流波形を入力電圧としての脈流波形と共に示している。図８に示されるように、入力の脈流波形の立ち上がり部分では、最初に、ＬＥＤ列１５はトランジスタＴＲ１のみで駆動されるので（図８の符号１１１の箇所）、駆動電流値は比較的小さな値となる。入力の脈流電圧がさらに上昇し、ＬＥＤ列１５がトランジスタＴＲ２で駆動されるようになると（図８の符号１１２の箇所）、駆動電流は増加する。入力の脈流電圧がさらに上昇し、ＬＥＤ列１５がトランジスタＴＲ３で駆動される状態となると、ＬＥＤ列１５は、トランジスタＴＲ３に加えてトランジスタＴＲ３１でも駆動されるため、駆動電流はさらに上昇する（図８の符号１１３の箇所）。すなわち、ＬＥＤ列１５に対する駆動電流波形は、図８に示すように３段階に変化する波形となる。この場合、駆動電流波形の立ち上がり立ち下がり箇所は、より正弦波に近くなるので、入力に流れる電流に含まれる高調波は更に少なくなり、これに伴い不要放射ノイズがさらに低減されることになる。
【００４０】
図９に第２の実施形態による負帰還回路のさらに別の例を示す。図９に示す負帰還回路１７１は、図７の負帰還回路１５１を変形したものと位置づけることもできる。駆動電流波形の観点では、図９の負帰還回路１７１も図７の負帰還回路１５１と同様の駆動電流波形を生成するように動作する。図９に示すように、負帰還回路１７１では、トランジスタＴＲ３のエミッタが抵抗Ｒｓ３を介して接地レベルに接続され、トランジスタＴＲ２のエミッタは、抵抗Ｒｓ２を介して抵抗Ｒｓ３の一端（すなわち、トランジスタＴＲ３のエミッタ）と接続される。また、トランジスタＴＲ１のエミッタは、抵抗Ｒｓ１を介して抵抗Ｒｓ２の一端（すなわち、トランジスタＴＲ２のエミッタ）と接続される。なお、抵抗（Ｒｓ１＋Ｒｓ２＋Ｒｓ３）の値は、負帰還抵抗（Ｒ１２、Ｒ１３）に対して十分小さな値とすることとする。
【００４１】
上記構成によれば、トランジスタＴＲ１に流れる電流値（定電流駆動の電流値）に関しては、抵抗値（Ｒｓ１＋Ｒｓ２＋Ｒｓ３）×電流値という電圧値が定電流制御用の電圧値として検出されることなる。トランジスタＴＲ２に流れる電流値（定電流駆動の電流値）に関しては、抵抗値（Ｒｓ２＋Ｒｓ３）×電流値という電圧値が定電流制御用の電圧値として検出されることになる。また、トランジスタＴＲ３に流れる電流値（定電流駆動の電流値）に関しては、抵抗値（Ｒｓ３）×電流値という電圧値が定電流制御用の電圧値として検出されることなる。この構成により、各トランジスタに流れる電流は、ＴＲ３＞ＴＲ２＞ＴＲ１という関係となり、図８に示すような電流波形を簡単に実現することができる。
【００４２】
すなわち、入力の脈流電圧の立ち上がり箇所で、トランジスタＴＲ１が駆動される段階では、駆動電流検出用の抵抗値は（Ｒｓ１＋Ｒｓ２＋Ｒｓ３）であるため、駆動電流は低い値となる（図８の電流波形における符号１１１の箇所）。次に、入力の脈流電圧が上昇し、トランジスタＴＲ２が駆動される段階になると、駆動電流検出用の抵抗値は（Ｒｓ２＋Ｒｓ３）と減少し、よって駆動電流は増加することになる（図８の電流波形における符号１１２の箇所）。そして、さらに入力の脈流電圧が上昇し、トランジスタＴＲ３が駆動される段階になると、駆動電流検出用の抵抗値はＲｓ１にまで減少し、よって駆動電流はさらに増加することになる（図８の電流波形における符号１１３の箇所）。
【００４３】
なお、図９に示した例では電流値を３段に分けて駆動する事を説明したが、電流値を検出する抵抗を複数に分割する事で電流波形を複数の階段波形にしてＬＥＤ駆動する上記方式には、各抵抗値を実用的な範囲内の値に留める限りにおいて、その階段の数に制約は無い。すなわち、４段、或いはそれ以上の階段の数の駆動波形を実現することができる。
【００４４】
以上述べたように、第２の実施形態による負帰還回路の構成によれば、ＬＥＤ光源（ＬＥＤ列）の駆動電流波形をより正弦波に近似する事が出来、よって駆動電流に含まれる高調波成分を低減することができる。したがって、ＬＥＤ照明装置の入力電流に含まれる高調波電流を低減すると共に、ＬＥＤ光源の駆動に伴う不要放射ノイズを低減することができる。以上述べた第２の実施形態の構成によれば、ＬＥＤ照明装置の入力電流に含まれる高調波電流の低減に対しても容易に対応が可能となる。
【００４５】
以上述べた第２の実施形態に関しても、上述の第１の実施形態に関して述べた様々な観点での変形を行うことができることは言うまでもない。
【００４６】
なお、第２の実施形態の構成によれば、次のような効果も実現される。ＬＥＤ列に流す電流が一定であれば、交流点灯時の平均輝度は、（ＬＥＤの平均点灯数）×（ＬＥＤの輝度）÷（脈流の周期）に相当する値となり、直流点灯の輝度である（ＬＥＤ数）×（ＬＥＤの輝度）よりも低下することが考えられる。この点に関しては、第２の実施形態の構成によれば、ＬＥＤ列に流す電流を、ＬＥＤ点灯数が多い時には大きくし、ＬＥＤ点灯数が少ない時には少なくし、且つ平均電流は直流点灯と同じにすれば、輝度を直流点灯の場合と同等にすることが可能である。このような構成は、例えば電流値を検出する抵抗（図９の構成においてＲｓ１、Ｒｓ２、Ｒｓ３）の値を適宜選択することによって実現することができる。すなわち、第２の実施形態の構成によれば、ＬＥＤ列を交流駆動する場合の輝度を上げるという効果も達成することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０ ＬＥＤ駆動回路
ＦＲ１ 全波整流器
１５ ＬＥＤ列
ＴＲ１〜ＴＲ３、ＴＲ３１ トランジスタ
Ｒ１〜Ｒ３ 抵抗
Ｒ１１〜Ｒ１３ 抵抗
Ｒ２１〜Ｒ２３ 抵抗
ＯＰ１ オペアンプ
Ｖｒｅｆ 基準電圧
Ｒ１０１、Ｒ１０２ 抵抗
１０１ 負帰還回路
１５１ 負帰還回路
１７１ 負帰還回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ列を駆動するためのＬＥＤ駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
省エネルギーと環境への配慮の両立する照明機器として、ＬＥＤを用いた照明機器が注目を集めている。しかしながら、白熱電球や蛍光照明装置からＬＥＤ照明への移行は未だ進んでいないのが現状である。この要因の一つは、大多数のＬＥＤ照明装置は交流を直流に一旦変換、内部は直流で動作している事等から、ＬＥＤ照明装置の駆動回路が比較的複雑となり、それによってコストが高くなっていることである。下記特許文献１は、このような従来のＬＥＤ照明装置の構成の一例を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１３４９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＬＥＤ照明装置の普及を促す為には、従来のＬＥＤ駆動方式を基本的な側面から見直し、駆動回路構成をシンプルなものとすることが求められる。特に、ＡＣ入力で直接駆動できるような駆動回路構成とすることが、ＬＥＤ照明装置の普及を大きく促進させる観点で極めて有益であると考えられる。ただし、単純にＡＣ入力でＬＥＤ列を駆動するよう回路を構成したのみでは、特に多段のＬＥＤ列を駆動する場合、ＡＣ入力電圧の変動によりＬＥＤ列が点灯しない期間が多く生じ、フリッカーが生じることとなる。よって、フリッカーの抑制を実現できる駆動方式を実現することが求められる。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、ＡＣ入力で直接駆動できるような構成でありながらもフリッカーが抑制されるよう構成されたＬＥＤ駆動回路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】
【０００６】
本発明の一つの側面によれば、直列接続された複数のＬＥＤを有するＬＥＤユニットを駆動するＬＥＤ駆動回路であって、交流入力を整流する整流器と、オペアンプと該オペアンプの出力段に分圧抵抗を介して接続された複数の駆動用トランジスタとを有する定電流回路と、を備え、整流器の出力側の一端をＬＥＤユニットの入力側に接続し、複数のトランジスタの出力側の一端をそれぞれ、ＬＥＤユニットにおける異なるＬＥＤ段数の接続ポイントに接続することにより、交流入力の電圧に応じて複数のトランジスタが選択的にＬＥＤユニットを駆動するように構成したこと、を特徴とするＬＥＤ駆動回路が提供される。
【０００７】
上記ＬＥＤ駆動回路の構成によれば、ＡＣ入力で直接駆動できるような構成でありながらもフリッカーを抑制することができる。
【０００８】
複数のトランジスタの各々はバイポーラトランジスタであっても良い。この場合には、該複数のバイポーラトランジスタのコレクタ端子が、それぞれ、ＬＥＤユニットにおける異なるＬＥＤ段数の接続ポイントに接続される。
【０００９】
複数のバイポーラトランジスタのベースには、それぞれベース抵抗が配置される構成であっても良い。
【００１０】
複数のトランジスタの各々はＭＯＳトランジスタであっても良い。この場合、オペアンプの出力段は分圧抵抗を介して複数のＭＯＳトランジスタのゲートに接続され、複数のＭＯＳトランジスタのドレイン端子が、それぞれ、ＬＥＤユニットにおける異なるＬＥＤ段数の接続ポイントに接続される。
【００１１】
ＬＥＤユニットは、複数のＬＥＤ列を有する構成であっても良い。この場合、複数の駆動用トランジスタは、複数のＬＥＤ列ごとに並列的に配置される。
【００１２】
定電流回路は、複数の駆動用トランジスタが夫々ＬＥＤユニットを駆動する電流値が少なくとも２種類の異なる値となるよう構成され、それによってＬＥＤユニットを駆動する電流波形の立ち上がり及び立ち下がり部分の波形が階段状に変化するよう構成されていても良い。
【００１３】
複数の駆動用トランジスタのエミッタ端子に接続される駆動電流検出用の抵抗の抵抗値が少なくとも２種類の異なる値であり、それによって、ＬＥＤユニットを駆動する電流波形の立ち上がり及び立ち下がり部分の波形が階段状に変化するよう構成されていても良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＡＣ入力で直接駆動できるような構成でありながらもフリッカーを抑制することができるＬＥＤ駆動回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態によるＬＥＤ駆動回路の回路図である。
【図２】図１のＬＥＤ駆動回路の動作を説明するための信号波形を表す図である。
【図３】複数のＬＥＤ列を駆動する場合のＬＥＤ駆動回路の構成を表す回路図である。
【図４】図１のＬＥＤ駆動回路における電流波形を表す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態としてＬＥＤ駆動回路における負帰還回路の回路図である。
【図６】図５の負帰還回路における電流波形を表す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態としてＬＥＤ駆動回路における負帰還回路の別の例を表す回路図である。
【図８】図７の負帰還回路における電流波形を表す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態としてＬＥＤ駆動回路における負帰還回路の更に別の例を表す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
第１の実施形態
図１は、本発明の第１の実施形態としてのＬＥＤ駆動回路１０の回路図である。以下に詳細に説明するように、ＬＥＤ駆動回路１０は、交流入力で直接ＬＥＤ列１５を点灯させることができる構成となっている。
【００１８】
初めに、ＬＥＤ駆動回路１０の構成について説明する。図１に示すように、ＬＥＤ駆動回路１０には、全波整流器ＦＲ１を有し、交流入力は、全波整流器ＦＲ１を介してＬＥＤ列１５の入力側の一端に入力される。オペアンプＯＰ１、トランジスタＴＲ１〜ＴＲ３、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２およびＲ１３は、ＬＥＤ列１５を定電流駆動する定電流駆動回路を構成している。定電流駆動用のトランジスタＴＲ１〜ＴＲ３のエミッタから抵抗Ｒ１２及びＲ１３を介してオペアンプＯＰ１への帰還回路が構成されている。オペアンプＯＰ１のもう一つの入力端（＋）には、基準電圧Ｖｒｅｆが入力される。
【００１９】
上述のように、ＬＥＤ駆動回路１０は、ＬＥＤ列１５を駆動する為のトランジスタを複数（本実施形態では３つ）有している。図１の例では、ＬＥＤ列１５は合計８段のＬＥＤを有し、トランジスタＴＲ３のコレクタは、ＬＥＤ列１５の出力側の一端に接続されている。他方、トランジスタＴＲ１、ＴＲ２のコレクタは、ＬＥＤ列１５中の所定の段数の位置から取り出された端子にそれぞれ接続されている。図１の例では、トランジスタＴＲ１のコレクタは、ＬＥＤ列１５の２段目の接続ポイントに接続されており、トランジスタＴＲ２のコレクタは、ＬＥＤ列１５の５段目の接続ポイントに接続されている。
【００２０】
オペアンプＯＰ１の出力は、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３によって分圧され、定電流駆動用のトランジスタＴＲ１〜ＴＲ３は、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３によって分圧された電圧で駆動されるように構成される。具体的には、オペアンプＯＰ１の出力電圧が、抵抗Ｒ２３を介してトランジスタＴＲ３のベースに入力され、抵抗Ｒ１とＲ２間の電圧が、抵抗Ｒ２２を介してトランジスタＴＲ２のベースに入力され、抵抗Ｒ２とＲ３間の電圧が、抵抗Ｒ２１を介してトランジスタＴＲ３のベースに入力される。
【００２１】
次に、ＬＥＤ駆動回路１０の動作について説明する。ＬＥＤ駆動回路１０は、交流入力がＬＥＤ列１５を駆動できる十分に高い電圧である場合には、ＬＥＤ列１５の全段数のＬＥＤ（Ｄ１〜Ｄ８）を点灯させるよう動作すると共に、交流入力の電圧がＬＥＤ列１５の全段数を駆動するに十分な電圧よりも低くなっても、トランジスタＴＲ１またはＴＲ２によって、段数の少ない数でＬＥＤ列１５中のＬＥＤを点灯させるように動作する。この構成により、交流入力の電圧が低くなった場合でもＬＥＤ列の点灯状態を維持できることとなる。すなわち、ＬＥＤ列１５が消灯する期間を極力短くすることができるので、ヒトの目に感じるフリッカーを解消することができる。
【００２２】
図２は、ＬＥＤ駆動回路１０の動作を信号波形として表した図である。図２において、一番上の信号波形は、交流入力Ｖｉｎを表し、符号５２はオペアンプＯＰ１の出力端の電圧を表す。まあ、符号５３、５４、５５は、トランジスタＴＲ１、ＴＲ２及びＴＲ３のベース・エミッタ間のオン／オフ状態を表している。図２の符号５６で示す網掛け部分は、ＬＥＤ列１５の発光期間を表している。
【００２３】
図２に示すように、交流入力Ｖｉｎが十分に高い状態（Ｖｉｎ≧Ｖ３）にあるときは（状態Ｓ１）、ＬＥＤ列１５の全てのＬＥＤ（Ｄ１〜Ｄ８）を駆動できる電圧がトランジスタＴＲ３のコレクタ・エミッタ間にかかっている。したがって、この状態では、トランジスタＴＲ３がＬＥＤ列１５を駆動する。このとき、オペアンプＯＰ１、抵抗Ｒ２３、トランジスタＴＲ３、抵抗Ｒ１１および負帰還回路によって定電流回路が形成され、ＬＥＤ列１５の駆動が行われる。なお、この場合、抵抗Ｒ１〜Ｒ３でオペアンプＯＰ１の出力電圧が分圧されることにより、トランジスタＴＲ１、ＴＲ２のベース電圧は、トランジスタＴＲ１、ＴＲ２のベース・エミッタ間がスイッチング出来ない状態に設定される。すなわち、この状態Ｓ１では、トランジスタＴＲ３のみがＬＥＤの駆動を行っている状態となっている。
【００２４】
次に、交流入力Ｖｉｎが次第に低下し、ＬＥＤ列１５の全段数のＬＥＤを駆動できる電圧Ｖ３よりも低くなると（状態Ｓ２）、トランジスタＴＲ３のコレクタ・エミッタ間の電圧の低下により、トランジスタＴＲ３のコレクタ・エミッタ間は電流が駆動されない状態となる。この場合、オペアンプＯＰ１は定電流を駆動しようとするため、オペアンプＯＰ１の出力電圧は上昇し、トランジスタＴＲ２のベース・エミッタ間がＯＮし、トランジスタＴＲ２がＬＥＤ列１５を駆動し始める。なお、トランジスタＴＲ２が駆動するのは、Ｄ１〜Ｄ５の５段分のＬＥＤである。なお、この状態Ｓ２では、分割抵抗Ｒ１〜Ｒ３でオペアンプＯＰ１の出力電圧が分圧されることにより、トランジスタＴＲ１のベース電圧は、トランジスタＴＲ１のベース・エミッタ間がスイッチング出来ない状態に設定される。すなわち、この状態Ｓ２では、トランジスタＴＲ２のみがＬＥＤの駆動を行っている状態となる。
【００２５】
そして、更に交流入力Ｖｉｎが低下し、ＬＥＤ列１５のＤ１〜Ｄ５の５段分のＬＥＤを駆動できる電圧Ｖ２よりも低くなると（状態Ｓ３）、トランジスタＴＲ２のコレクタ・エミッタ間の電圧の低下により、トランジスタＴＲ２のコレクタ・エミッタ間は電流が駆動されない状態となる。この場合、オペアンプＯＰ１は定電流を駆動しようとするため、オペアンプＯＰ１の出力電圧はさらに上昇し、トランジスタＴＲ１のベース・エミッタ間がＯＮし、トランジスタＴＲ１がＬＥＤ列１５を駆動し始める。なお、トランジスタＴＲ１が駆動するのは、Ｄ１〜Ｄ２の２段分のＬＥＤである。すなわち、この状態Ｓ３では、トランジスタＴＲ１のみがＬＥＤの駆動を行っている状態となる。
【００２６】
交流電圧Ｖｉｎが、ＬＥＤ列１５のＤ１、Ｄ２の２段分のＬＥＤを駆動できる電圧Ｖ１よりも低くなった場合には（状態Ｓ４）、トランジスタＴＲ１もＬＥＤ列１５を駆動できない状態となり、ＬＥＤ列１５は消灯することになる。なお、この状態Ｓ４では、電源が供給されている場合には、オペアンプＯＰ１の出力は、出力可能な最大電圧となる。なお、電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、概ねＬＥＤの段数に応じた値となり、電圧Ｖ１は、（ＬＥＤ２段分＋定電流回路出力が動作するために必要な電圧）となり、電圧Ｖ２は、（ＬＥＤ５段分＋定電流回路出力が動作するために必要な電圧）となり、電圧Ｖ３は、（ＬＥＤ８段分＋定電流回路出力が動作するために必要な電圧）となる。
【００２７】
交流入力Ｖｉｎが上昇すると（マイナス方向に電圧の絶対値が増加する場合も同じ）、上述の状態Ｓ１〜Ｓ３と逆の順番で各トランジスタＴＲ１〜ＴＲ３が動作することになる。すなわち、交流入力ＶｉｎがＶ１以上となると、トランジスタＴＲ１のコレクタ・エミッタ間で２段分のＬＥＤ（Ｄ１，Ｄ２）が駆動されはじめ、さらに、交流入力ＶｉｎがＶ２以上となると、トランジスタＴＲ２のコレクタ・エミッタ間で５段分のＬＥＤ（Ｄ１〜Ｄ５）が駆動されはじめる。そして、さらに交流入力Ｖｉｎが上昇し、Ｖ３以上となると、トランジスタＴＲ３のコレクタ・エミッタ間で全段数のＬＥＤ（Ｄ１〜Ｄ８）が駆動され始める。以下、交流入力Ｖｉｎの電圧の変動により、このような動作が繰り返される。
【００２８】
上述のようにＬＥＤ駆動回路１０は、交流入力がＬＥＤ列の全段数を駆動できない電圧に低下しても、ＬＥＤ列１５の全段数よりも少ないＬＥＤの段数でＬＥＤ列１５を駆動することができる。したがってＬＥＤ駆動回路１０によれば、交流入力でＬＥＤ列を駆動する場合であっても、ＬＥＤ列が消灯状態となる期間を極力短くすることができる。結果として、ＬＥＤ光源として実質的にフリッカーが生じないようにすることができる。点灯期間を長くすることができるので、ＬＥＤ照明装置としての輝度を高くできることになる。また、ＬＥＤ駆動回路１０は、ＬＥＤはＡＣを整流後直接駆動可能であるが、ＡＣ整流後の脈流をＬＥＤ駆動回路の動作に必要な電圧に降圧して用いる事により制御回路用の専用電源も不要に出来るという大きなメリットがある。
【００２９】
なお、ＬＥＤ列１５のＬＥＤの段数は、図１では、一例として８段としてあるが、ＬＥＤの段数は交流入力に応じて様々な段数に設定することができる。例えば、概略的な目安としては、交流入力が１００Ｖである場合にはＬＥＤ列の段数は約４０段とし、交流入力が２００Ｖである場合にはＬＥＤ列の段数は約８０段としても良い。
【００３０】
以上が本発明の第１の実施形態についての説明である。上述の実施形態については、本発明の範囲内で様々な変形を行うことができる。たとえば、図１で示した、ＬＥＤ列１５のＬＥＤの段数は、交流入力の大きさに応じて様々な段数を用いることができる。トランジスタＴＲ１、ＴＲ２のコレクタに接続するＬＥＤの段数についても、様々な段数を考慮することができる。図１のＬＥＤ駆動回路１０では、合計３つの駆動用のトランジスタ（ＴＲ１〜ＴＲ３）を用いて、ＬＥＤ列の３つの接続ポイントをそれぞれ駆動するように構成されているが、駆動用のトランジスタの数（すなわち、ＬＥＤ列への接続ポイントの数）は、２つ、４つその他様々な構成を実現することができる。
【００３１】
また、図１のＬＥＤ駆動回路１０は、一列のＬＥＤ列を駆動するように構成されているが、複数のＬＥＤ列を駆動する回路構成も実現することが可能である。複数のＬＥＤ列を駆動する場合には、駆動用トランジスタをオペアンプＯＰ１の出力に並列に接続する構成となる。図３は、２列のＬＥＤ列１５、２５を駆動するよう構成した場合のＬＥＤ駆動回路の構成例を示す回路図である。図３に示すＬＥＤ駆動回路３０では、オペアンプＯＰ１の出力に、トランジスタベース抵抗Ｒ３３及びトランジスタＴＲ１３からなる駆動部を、ベース抵抗Ｒ２３及びトランジスタＴＲ３からなる駆動部に並列に接続する。また、オペアンプＯＰ１の出力を分圧した抵抗Ｒ１及びＲ２間の接続ポイントに、トランジスタベース抵抗Ｒ３２及びトランジスタＴＲ１２からなる駆動部を、ベース抵抗Ｒ２２及びトランジスタＴＲ２からなる駆動部に並列に接続する。また、オペアンプＯＰ１の出力を分圧した抵抗Ｒ２及びＲ３間の接続ポイントに、トランジスタベース抵抗Ｒ３１及びトランジスタＴＲ１１からなる駆動部を、ベース抵抗Ｒ２１及びトランジスタＴＲ１からなる駆動部に並列に接続する。トランジスタＴＲ１３のコレクタは、ＬＥＤ列２５の出力側の端部に接続され、トランジスタＴＲ１２のコレクタはＬＥＤ列２５のＬＥＤの段数が５段目の位置に接続され、トランジスタＴＲ１１のコレクタはＬＥＤ列２５のＬＥＤの段数が２段目の位置に接続される。トランジスタＴＲ１１〜ＴＲ１３のエミッタは、抵抗Ｒ４１に共通に接続される。この構成により、複数のＬＥＤ列を図２に示したように動作させることができる。
【００３２】
図１のＬＥＤ駆動回路１０では、オペアンプＯＰ１の基準電圧用のバッテリーが設けられているが、交流入力の整流回路から基準電圧を生成する構成としても良い。この場合、基準電圧用のバッテリーを設ける必要が無いというメリットがある。
【００３３】
図１のＬＥＤ駆動回路１０では、バイポーラトランジスタを用いる構成となっているが、バイポーラトランジスタに換えてＭＯＳトランジスタを用いても良い。図１のＬＥＤ駆動回路においてＭＯＳトランジスタを用いる場合には、抵抗Ｒ２１〜Ｒ２３は省略されても良い。また、上述の実施形態ではＬＥＤ駆動回路を構成する負帰還増幅回路に正相増幅回路を用いるものとして説明を行ったが、負帰還増幅回路に反転増幅回路を用いても、あるいは差動増幅回路を用いても同様の効果を得ることができる。
【００３４】
次に本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、ＬＥＤ列（第１実施形態におけるＬＥＤ列１５）を駆動する電流波形の改良に関するものである。図１に示したＬＥＤ駆動回路１０では、トランジスタＴＲ１〜ＴＲ３のいずれがＬＥＤ列１５を駆動する場合でも抵抗Ｒ１１によって定電流駆動の電流値が決定されることとなるため、ＬＥＤ列１５に対する駆動電流は一定の値となり、ＬＥＤ列１５は矩形波状の電流波形で駆動されることになる。図４にこの場合の電流波形を、入力電圧の波形である脈流波形（整流後の入力電圧波形に相当）と共に示す。すなわち、図１のＬＥＤ駆動回路１０の場合には、各脈流毎の電流波形は、矩形波状になる。
【００３５】
ここで図４に示すような矩形波状の電流波形でＬＥＤ光源（ＬＥＤ列）を駆動する場合、駆動信号、即ち入力に流れる電流は高調波成分を含むため、入力に流れる高調波を極力低減すると言う観点では改善の余地があることになる。第２の実施形態では、電流波形を正弦波に近づけることにより、高調波電流を低減すると共に不要放射ノイズの低減を実現することを目的としている。
【００３６】
図５は、第２の実施形態による負帰還回路１０１の構成を表す回路図である。負帰還回路１０１は、図１の点線四角で囲った部分に対応している。また、図６は、図５の負帰還回路１０１を採用した場合の駆動電流波形を入力電圧としての脈流波形と共に示す図である。なお、図５、６（及び以下説明する図）おいて、図１に示された第１の実施形態と同等の要素には同等の符号を付し、その説明を省略する。図５に示すように負帰還回路１０１では、３つのトランジスタＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３に共通して用いられる電流検出用の抵抗Ｒ１０１に加えて、トランジスタＴＲ１のエミッタに抵抗Ｒ１０２が設けられている。したがって、トラジスタＴＲ３（ＬＥＤ列１５のうちの全ＬＥＤであるＤ１〜Ｄ８を駆動）が駆動される場合、およびトランジスタＴＲ２（ＬＥＤ列１５のうちのＤ１〜Ｄ５を駆動）が駆動され場合には、抵抗Ｒ１０１のみが駆動電流検出用の抵抗として機能し、比較的大きな駆動電流がながれる。他方、トランジスタＴＲ１（ＬＥＤ列１５のうちのＤ１〜Ｄ２を駆動）が駆動される場合には、抵抗Ｒ１０１及びＲ１０２を合計した抵抗が駆動電流検出用の抵抗となるため、駆動電流は比較的小さな値となる。
【００３７】
上記のような駆動電流の状態が図６に示されている。すなわち、図６に示されるように、入力の脈流波形の立ち上がり部分では、最初に、ＬＥＤ列１５はトランジスタＴＲ１のみで駆動されるので（図６の符号１１１の箇所）、駆動電流値は比較的小さな値となる。入力の脈流電圧がさらに上昇し、ＬＥＤ列１５がトランジスタＴＲ２で駆動されるようになると（図６の符号１１２の箇所）、駆動電流は増加する。入力の脈流電圧がさらに上昇し、ＬＥＤ列１５がトランジスタＴＲ３で駆動される状態の場合も、駆動電流値は、トランジスタＴＲ２で駆動する場合と同じである。すなわち、ＬＥＤ列１５に対する駆動電流波形は、図６に示すように立ち上がり立ち下がり部分で階段状に変化する波形となる。これによって、駆動電流の波形は、単一の矩形波から、より正弦波に近い階段波形となり、入力に流れる電流の高調波成分が減少すると共に不要放射ノイズも低減される。
【００３８】
図７に、第２の実施形態による負帰還回路の別の例を示す。図７に示す負帰還回路１５１は、図５に示した負帰還回路１０１に、トランジスタＴＲ３１、抵抗Ｒ１１１、Ｒ１１２からなる駆動部１３１が付加された構成を有する。この構成の場合、入力脈流電圧が十分に高くトランジスタＴＲ３が駆動される状態のときには、トランジスタＴＲ３１を有する駆動部１３１もＬＥＤ列１５を駆動することになるため、駆動電流はさらに上昇することになる。
【００３９】
図８は、この場合の駆動電流波形を入力電圧としての脈流波形と共に示している。図８に示されるように、入力の脈流波形の立ち上がり部分では、最初に、ＬＥＤ列１５はトランジスタＴＲ１のみで駆動されるので（図８の符号１１１の箇所）、駆動電流値は比較的小さな値となる。入力の脈流電圧がさらに上昇し、ＬＥＤ列１５がトランジスタＴＲ２で駆動されるようになると（図８の符号１１２の箇所）、駆動電流は増加する。入力の脈流電圧がさらに上昇し、ＬＥＤ列１５がトランジスタＴＲ３で駆動される状態となると、ＬＥＤ列１５は、トランジスタＴＲ３に加えてトランジスタＴＲ３１でも駆動されるため、駆動電流はさらに上昇する（図８の符号１１３の箇所）。すなわち、ＬＥＤ列１５に対する駆動電流波形は、図８に示すように３段階に変化する波形となる。この場合、駆動電流波形の立ち上がり立ち下がり箇所は、より正弦波に近くなるので、入力に流れる電流に含まれる高調波は更に少なくなり、これに伴い不要放射ノイズがさらに低減されることになる。
【００４０】
図９に第２の実施形態による負帰還回路のさらに別の例を示す。図９に示す負帰還回路１７１は、図７の負帰還回路１５１を変形したものと位置づけることもできる。駆動電流波形の観点では、図９の負帰還回路１７１も図７の負帰還回路１５１と同様の駆動電流波形を生成するように動作する。図９に示すように、負帰還回路１７１では、トランジスタＴＲ３のエミッタが抵抗Ｒｓ３を介して接地レベルに接続され、トランジスタＴＲ２のエミッタは、抵抗Ｒｓ２を介して抵抗Ｒｓ３の一端（すなわち、トランジスタＴＲ３のエミッタ）と接続される。また、トランジスタＴＲ１のエミッタは、抵抗Ｒｓ１を介して抵抗Ｒｓ２の一端（すなわち、トランジスタＴＲ２のエミッタ）と接続される。なお、抵抗（Ｒｓ１＋Ｒｓ２＋Ｒｓ３）の値は、負帰還抵抗（Ｒ１２、Ｒ１３）に対して十分小さな値とすることとする。
【００４１】
上記構成によれば、トランジスタＴＲ１に流れる電流値（定電流駆動の電流値）に関しては、抵抗値（Ｒｓ１＋Ｒｓ２＋Ｒｓ３）×電流値という電圧値が定電流制御用の電圧値として検出されることなる。トランジスタＴＲ２に流れる電流値（定電流駆動の電流値）に関しては、抵抗値（Ｒｓ２＋Ｒｓ３）×電流値という電圧値が定電流制御用の電圧値として検出されることになる。また、トランジスタＴＲ３に流れる電流値（定電流駆動の電流値）に関しては、抵抗値（Ｒｓ３）×電流値という電圧値が定電流制御用の電圧値として検出されることなる。この構成により、各トランジスタに流れる電流は、ＴＲ３＞ＴＲ２＞ＴＲ１という関係となり、図８に示すような電流波形を簡単に実現することができる。
【００４２】
すなわち、入力の脈流電圧の立ち上がり箇所で、トランジスタＴＲ１が駆動される段階では、駆動電流検出用の抵抗値は（Ｒｓ１＋Ｒｓ２＋Ｒｓ３）であるため、駆動電流は低い値となる（図８の電流波形における符号１１１の箇所）。次に、入力の脈流電圧が上昇し、トランジスタＴＲ２が駆動される段階になると、駆動電流検出用の抵抗値は（Ｒｓ２＋Ｒｓ３）と減少し、よって駆動電流は増加することになる（図８の電流波形における符号１１２の箇所）。そして、さらに入力の脈流電圧が上昇し、トランジスタＴＲ３が駆動される段階になると、駆動電流検出用の抵抗値はＲｓ１にまで減少し、よって駆動電流はさらに増加することになる（図８の電流波形における符号１１３の箇所）。
【００４３】
なお、図９に示した例では電流値を３段に分けて駆動する事を説明したが、電流値を検出する抵抗を複数に分割する事で電流波形を複数の階段波形にしてＬＥＤ駆動する上記方式には、各抵抗値を実用的な範囲内の値に留める限りにおいて、その階段の数に制約は無い。すなわち、４段、或いはそれ以上の階段の数の駆動波形を実現することができる。
【００４４】
以上述べたように、第２の実施形態による負帰還回路の構成によれば、ＬＥＤ光源（ＬＥＤ列）の駆動電流波形をより正弦波に近似する事が出来、よって駆動電流に含まれる高調波成分を低減することができる。したがって、ＬＥＤ照明装置の入力電流に含まれる高調波電流を低減すると共に、ＬＥＤ光源の駆動に伴う不要放射ノイズを低減することができる。以上述べた第２の実施形態の構成によれば、ＬＥＤ照明装置の入力電流に含まれる高調波電流の低減に対しても容易に対応が可能となる。
【００４５】
以上述べた第２の実施形態に関しても、上述の第１の実施形態に関して述べた様々な観点での変形を行うことができることは言うまでもない。
【００４６】
なお、第２の実施形態の構成によれば、次のような効果も実現される。ＬＥＤ列に流す電流が一定であれば、交流点灯時の平均輝度は、（ＬＥＤの平均点灯数）×（ＬＥＤの輝度）÷（脈流の周期）に相当する値となり、直流点灯の輝度である（ＬＥＤ数）×（ＬＥＤの輝度）よりも低下することが考えられる。この点に関しては、第２の実施形態の構成によれば、ＬＥＤ列に流す電流を、ＬＥＤ点灯数が多い時には大きくし、ＬＥＤ点灯数が少ない時には少なくし、且つ平均電流は直流点灯と同じにすれば、輝度を直流点灯の場合と同等にすることが可能である。このような構成は、例えば電流値を検出する抵抗（図９の構成においてＲｓ１、Ｒｓ２、Ｒｓ３）の値を適宜選択することによって実現することができる。すなわち、第２の実施形態の構成によれば、ＬＥＤ列を交流駆動する場合の輝度を上げるという効果も達成することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０ ＬＥＤ駆動回路
ＦＲ１ 全波整流器
１５ ＬＥＤ列
ＴＲ１〜ＴＲ３、ＴＲ３１ トランジスタ
Ｒ１〜Ｒ３ 抵抗
Ｒ１１〜Ｒ１３ 抵抗
Ｒ２１〜Ｒ２３ 抵抗
ＯＰ１ オペアンプ
Ｖｒｅｆ 基準電圧
Ｒ１０１、Ｒ１０２ 抵抗
１０１ 負帰還回路
１５１ 負帰還回路
１７１ 負帰還回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された複数のＬＥＤを有するＬＥＤユニットを駆動するＬＥＤ駆動回路であって、
交流入力を整流する整流器と、
オペアンプと該オペアンプの出力段に分圧抵抗を介して接続された複数の駆動用トランジスタとを有する定電流回路と、を備え、
前記整流器の出力側の一端を前記ＬＥＤユニットの入力側に接続し、前記複数のトランジスタの出力側の一端をそれぞれ、前記ＬＥＤユニットにおける異なるＬＥＤ段数の接続ポイントに接続することにより、前記交流入力の電圧に応じて前記複数のトランジスタが選択的に前記ＬＥＤユニットを駆動するように構成したこと、を特徴とするＬＥＤ駆動回路。
【請求項２】
前記複数のトランジスタの各々はバイポーラトランジスタであり、該複数のバイポーラトランジスタのコレクタ端子が、それぞれ、前記ＬＥＤユニットにおける異なるＬＥＤ段数の接続ポイントに接続されること、を特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項３】
前記複数のバイポーラトランジスタのベースには、それぞれベース抵抗が配置されることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項４】
前記複数のトランジスタの各々はＭＯＳトランジスタであり、前記オペアンプの出力段は前記分圧抵抗を介して前記複数のＭＯＳトランジスタのゲートに接続され、前記複数のＭＯＳトランジスタのドレイン端子が、それぞれ、前記ＬＥＤユニットにおける異なるＬＥＤ段数の接続ポイントに接続されること、を特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項５】
前記ＬＥＤユニットは、複数のＬＥＤ列を有し、
前記複数の駆動用トランジスタは、前記複数のＬＥＤ列ごとに並列的に配置されること、を特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項６】
前記定電流回路は、前記複数の駆動用トランジスタが夫々前記ＬＥＤユニットを駆動する電流値が少なくとも２種類の異なる値となるよう構成され、それによって前記ＬＥＤユニットを駆動する電流波形の立ち上がり及び立ち下がり部分の波形が階段状に変化すること、を特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項７】
前記複数の駆動用トランジスタのエミッタ端子に接続される駆動電流検出用の抵抗の抵抗値が少なくとも２種類の異なる値であり、それによって、前記ＬＥＤユニットを駆動する電流波形の立ち上がり及び立ち下がり部分の波形が階段状に変化すること、を特徴とする請求項６に記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項１】
直列接続された複数のＬＥＤを有するＬＥＤユニットを駆動するＬＥＤ駆動回路であって、
交流入力を整流する整流器と、
オペアンプと該オペアンプの出力段に分圧抵抗を介して接続された複数の駆動用トランジスタとを有する定電流回路と、を備え、
前記整流器の出力側の一端を前記ＬＥＤユニットの入力側に接続し、前記複数のトランジスタの出力側の一端をそれぞれ、前記ＬＥＤユニットにおける異なるＬＥＤ段数の接続ポイントに接続することにより、前記交流入力の電圧に応じて前記複数のトランジスタが選択的に前記ＬＥＤユニットを駆動するように構成したこと、を特徴とするＬＥＤ駆動回路。
【請求項２】
前記複数のトランジスタの各々はバイポーラトランジスタであり、該複数のバイポーラトランジスタのコレクタ端子が、それぞれ、前記ＬＥＤユニットにおける異なるＬＥＤ段数の接続ポイントに接続されること、を特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項３】
前記複数のバイポーラトランジスタのベースには、それぞれベース抵抗が配置されることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項４】
前記複数のトランジスタの各々はＭＯＳトランジスタであり、前記オペアンプの出力段は前記分圧抵抗を介して前記複数のＭＯＳトランジスタのゲートに接続され、前記複数のＭＯＳトランジスタのドレイン端子が、それぞれ、前記ＬＥＤユニットにおける異なるＬＥＤ段数の接続ポイントに接続されること、を特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項５】
前記ＬＥＤユニットは、複数のＬＥＤ列を有し、
前記複数の駆動用トランジスタは、前記複数のＬＥＤ列ごとに並列的に配置されること、を特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項６】
前記定電流回路は、前記複数の駆動用トランジスタが夫々前記ＬＥＤユニットを駆動する電流値が少なくとも２種類の異なる値となるよう構成され、それによって前記ＬＥＤユニットを駆動する電流波形の立ち上がり及び立ち下がり部分の波形が階段状に変化すること、を特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のＬＥＤ駆動回路。
【請求項７】
前記複数の駆動用トランジスタのエミッタ端子に接続される駆動電流検出用の抵抗の抵抗値が少なくとも２種類の異なる値であり、それによって、前記ＬＥＤユニットを駆動する電流波形の立ち上がり及び立ち下がり部分の波形が階段状に変化すること、を特徴とする請求項６に記載のＬＥＤ駆動回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−２０９２９（Ｐ２０１３−２０９２９Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２６３２６（Ｐ２０１１−２２６３２６）
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（３１００１６７９５）株式会社ブリンツテクノロジー (17)
【出願人】（５０３４５５８０２）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（３１００１６７９５）株式会社ブリンツテクノロジー (17)
【出願人】（５０３４５５８０２）
【Ｆターム（参考）】
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