JP2006278526A - 発光ダイオード駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光ダイオードの温度が上昇した時、発光ダイオードの許容順方向電流値が変化し、発光ダイオードの破損を起こす問題がある。
【解決手段】発光ダイオードに電流を供給するスイッチング駆動回路は、スイッチング素子と接合型ＦＥＴからなるスイッチング素子ブロックと、発光ダイオードの温度変化による許容順方向電流の変動に対してスイッチング素子の電流を制御する保護回路を含む制御回路からなる制御回路ブロックを備える。制御回路ブロックは、発光ダイオードの温度が上昇した時、スイッチング素子ブロックのオンデューティー比を減少させ平均電流を減少させる。そのため過大な電流が発光ダイオードを流れるのを防ぎ、発光ダイオードの破損を防ぐ。
【選択図】図１

Description

本発明は発光ダイオード駆動装置に関するものであり、特に発光ダイオードを用いた照明装置に関する。

発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）は高い発光効率と長寿命を有することから、各種の照明装置に広く使用されている。以下にＬＥＤを点灯するための発光ダイオードの駆動装置の従来例について説明する。図１１は、特許文献１に示されている第１の従来例の発光ダイオードの駆動装置の回路図である。図１１の発光ダイオード駆動装置では、交流電源ＡＣに接続された全波整流回路ＤＢにより交流を全波整流し、直流をスイッチ接点Ｓ２（＋）と回路グランドＧ（−）間に出力している。また交流ＡＣを半波整流した直流をスイッチ接点Ｓ１（＋）と回路グランドＧ（−）間に出力している。スイッチ接点Ｓ１、Ｓ２に離接する多数のスイッチ接点Ａ１、Ａ２・・・Ａｍのそれぞれと回路グランドＧ間には、複数のＬＥＤを直列に接続したＬＥＤアレイ１〜ｍに限流素子Ｚ１〜Ｚｍをそれぞれ直列に接続した直列接続体が接続されている。すなわち直列接続体は１からｍ（ｍは２以上の整数）までのものがスイッチ接点Ａ１〜Ａｍと回路グランドＧ間に接続されている。
この従来例の発光ダイオード駆動装置では、ｍが２の場合、すなわち２つのＬＥＤアレイ１及び２がスイッチ接点Ａ１、Ａ２にそれぞれ接続されている場合には、スイッチ接点Ａ１、Ａ２をスイッチ接点Ｓ１、Ｓ２に離接する組合せにより、４段階の光量に調節（調光）することができる。

図１２は特許文献２に示されている第２の従来例の発光ダイオード駆動装置の回路図である。
図１２の発光ダイオード駆動装置は、直流の供給により発光する電流駆動素子としてのＬＥＤ１０１と、ＬＥＤ１０１に直列接続されたコイル１０２とを有している。また、ＬＥＤ１０１とコイル１０２に対して逆並列にダイオード１０３が接続されている。ダイオード１０３は、コイル１０２に生じた逆起電力をＬＥＤ１０１に供給するために設けられている。
ＬＥＤ１０１、コイル１０２、及びダイオード１０３にパルス電圧を印加するための電源部として、直流電源１０５と、直流電源１０５の出力を断続するスイッチとして機能するスイッチング素子１０４とを有している。スイッチング素子１０４は、図示を省略した例えばスイッチング・トランジスタと発振器とから構成されている。ダイオード１０３は、カソードが直流電源１０５の正の出力端に接続されている。

この第２の従来例の発光ダイオード駆動装置においては、ＬＥＤ１０１を発光させる所望の発光タイミングに応じてスイッチング素子１０４をオンオフ動作させると、直流電源１０５の出力電圧がコイル１０２及びＬＥＤ１０１に断続的に印加される。図１３の（ａ）は、スイッチング素子１０４に印加される制御パルス（スイッチング・パルス）ＳＷを示し、同（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれコイル１０２を流れる電流Ｉ_L及びＬＥＤ１０１を流れる電流Ｉ_LEDを示している。図１３の（ａ）に示すように、スイッチング素子１０４は、スイッチング素子１０４に入力するスイッチング・パルスＳＷの立ち下がりエッジでオンになる。スイッチング素子１０４がオンになると、直流電源１０５からの直流電圧ＶＤＤがコイル１０２とダイオード１０３に印加される。ダイオード１０３は逆バイアスされているため電流は流れない。図１３の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、スイッチング・パルスＳＷが“Ｌ”状態で、コイル１０２に電流Ｉ_Lが流れ、コイル１０２に直列接続されたＬＥＤ１０１にも同量の電流Ｉ_LEDが流れてＬＥＤ１０１が発光する。電流Ｉ_L及び電流Ｉ_LEDの電流値は時間ｔと共に変化する。コイル１０２の電流Ｉ_Lは０〜ｉ０まで増加し、ＬＥＤ１０１に流れる電流Ｉ_LEDも０〜ｉ０まで増加する。

次に図１３の（ａ）に示すように、スイッチング素子１０４がスイッチング・パルスＳＷの立ち上がりエッジでオフになると、直流電源１０５からの電圧の印加が遮断され、コイル１０２に逆起電力が発生する。この逆起電力によりコイル１０２には電流Ｉ_Lが流れる。電流Ｉ_Lは時間ｔと共に変化してｉ０から０まで減少する。回路に生じる逆起電圧は、ＬＥＤ１０１及びダイオード１０３に順方向に印加されるので、コイル１０２の電流Ｉ_LはＬＥＤ１０１及びダイオード１０３を流れる。従って、図１３の（ｃ）に示すように、ＬＥＤ１０１には電流Ｉ_LEDがｉ０〜０まで減少しつつ流れ、この電流によりＬＥＤ１０１は発光する。

この第２の従来例の発光ダイオード駆動装置によれば、スイッチング素子１０４によるスイッチがオンになっているときには、直流電源１０５からの出力電圧の印加によりＬＥＤ１０１を発光させ、スイッチがオフになっているときにはコイル１０２の逆起電力を利用してＬＥＤ１０１を発光させるようにしている。
特開２０００−３０８７７号公報 特開２００１−８４４３号公報

特許文献１に示されている第１の従来例の発光ダイオード駆動装置においては以下の問題がある。各ＬＥＤアレイ１〜ｍの電流値は抵抗などの限流素子Ｚ１〜Ｚｍの値で決定される。そのため、ＬＥＤの温度が上昇してＬＥＤの順方向抵抗が減少すると電流が増加し、限流素子とＬＥＤの温度特性の不一致が起こると、ＬＥＤアレイ１〜ｍの電流値の変化によっては、許容順方向電流を超える電流がＬＥＤを流れてＬＥＤが破損することがある。

また、特許文献２に示されている従来の発光ダイオード駆動装置においても同様の問題がある。スイッチング素子１０４が単にスイッチング・トランジスタと発振器との組み合わせであるので、ＬＥＤ１０１の温度及びスイッチング・トランジスタの温度が上昇した時、ＬＥＤ１０１の順方向電流が増加する。そのためＬＥＤ１０１が破損することがある。

本発明は、通電電流が温度により変化してもＬＥＤが破損しにくい発光ダイオード駆動装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明の発光ダイオード駆動装置は、少なくとも１つの発光ダイオードを有する発光ダイオードブロック、前記発光ダイオードブロックに直列に接続されたチョークコイル、前記直列接続されたチョークコイルと発光ダイオードブロックに並列に接続され、前記チョークコイルに生じる逆起電力を前記発光ダイオードブロックに供給するダイオード、前記発光ダイオードブロックと前記チョークコイルに直流電流を供給する直流電源、及び前記発光ダイオードブロックに供給する直流電流をオンオフするスイッチング回路を備え、
前記スイッチング回路は、少なくとも１つのスイッチング素子を有するスイッチング素子ブロック、前記発光ダイオードの温度変化に基づいて、前記スイッチング素子のオンデューティー比を変えるオンデューティー比変更回路、前記直流電源の出力電圧が所定値以上のとき、前記スイッチング素子を所定の発振周波数でオンオフ制御し、前記出力電圧が前記所定値より低いときは前記オンオフ制御を停止する起動／停止回路、前記スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出回路、及び前記電流検出回路からの検出信号を受けて、前記スイッチング素子を流れる平均電流を所定のオンデューティー比において一定となるようにオンオフ制御する制御回路を有する制御回路ブロック、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、スイッチング素子がオン状態にあるときは、チョークコイル→発光ダイオード→スイッチング素子の向きに電流が流れる。またスイッチング素子がオフ状態にあるときは、チョークコイル、発光ダイオード及びダイオードで構成される回路ループをチョークコイル→発光ダイオード→ダイオードの向きに電流が流れて、降圧チョッパに類似の動作をする。従って、電力変換効率が高く、入力電圧が変動しても発光ダイオードブロックに流れる平均電流を一定に制御できる。この発明の発光ダイオード駆動装置は所定のオンデューティー比を有する電圧でオンオフ動作をするので、１周期中で電流が流れる期間と流れない期間との比率を調整できる。すなわち発光ダイオードの温度の変化に対してスイッチング素子に流れる電流を制御できるので、温度が変化した場合でもＬＥＤの破損を防ぐ発光ダイオード駆動装置が実現できる。

請求項２の発明の発光ダイオード駆動装置は、前記オンデューティー比変更回路が、前記発光ダイオードの順方向電圧の温度による変化に基づいて、前記スイッチング素子のオンデューティー比を変えることを特徴とする。
この発明によれば、発光ダイオードの順方向電圧の温度による変化に基づいてオンデューティー比を変えることにより、温度が変化したときの発光ダイオードの電流を制御する。

請求項３の発明の発光ダイオード駆動装置は、前記オンデューティー比変更回路が、前記発光ダイオードブロックの温度を検出する温度検出手段を有することを特徴とする。
この発明によれば、温度の変化を温度検出手段により検出し、その検出出力で、オンデューティー比を変更して発光ダイオードの電流を制御する。これにより温度が上昇したときに発光ダイオードに過大な電流が流れて破壊されるのを防止する。

請求項４の発明の発光ダイオード駆動装置は、前記スイッチング素子ブロックは制御端子、高電位側端子及び低電位側端子を有し、前記制御端子に前記制御回路ブロックの出力端子と前記スイッチング素子の制御端子が接続され、前記低電位側端子に前記スイッチング素子の一方の出力端子と前記制御回路ブロックのグランド端子が接続され、前記高電位側端子に前記接合型ＦＥＴの入力端子が接続され、前記接合型ＦＥＴの出力端子に前記スイッチング素子の他方の出力端子と前記制御回路ブロックの入力端子が接続されたことを特徴とする。

請求項５の発明の発光ダイオード駆動装置は、前記スイッチング素子ブロックは、制御端子、高電位側端子及び低電位側端子を有し、前記制御端子に前記制御回路ブロックの出力端子と前記スイッチング素子の制御端子が接続され、前記低電位端子に前記スイッチング素子の一方の出力端子と前記制御回路ブロックのグランド端子が接続され、前記高電位側端子に前記接合型ＦＥＴの入力端子と前記スイッチング素子の他方の出力端子が接続され、前記接合型ＦＥＴの出力端子に前記制御回路ブロックの入力端子が接続されたことを特徴とする。

請求項６の発明の発光ダイオード駆動装置は、前記スイッチング素子ブロックは、制御端子、整流電圧源端子、高電位側端子及び低電位側端子を有し、前記制御端子に前記制御回路ブロックの出力端子と前記スイッチング素子の制御端子が接続され、前記低電位端子に前記スイッチング素子の一方の出力端子と前記制御回路ブロックのグランド端子が接続され、前記高電位側端子に前記スイッチング素子の他方の出力端子が接続され、前記整流電源端子に交流電圧を整流する前記整流回路の出力端子と接合型ＦＥＴの入力端子が接続され、前記接合型ＦＥＴの出力端子に前記制御回路ブロックの入力端子が接続されることを特徴とする。

請求項３、４、５及び６の発明によれば、上記の効果に加えて接合型ＦＥＴによるピンチオフ効果により、接合型ＦＥＴの高電位側に印加される高電圧は接合型ＦＥＴの低電位側では低い電圧でピンチオフされる。そのため、スイッチング素子ブロックから制御回路への電力供給が可能となり起動抵抗等による電力損失が少なくなる。また、温度上昇による発光ダイオードの許容順方向電流の変化に応じて電流を加減することで発光ダイオードの破壊を防止できる。

本発明によれば、発光ダイオードの温度が変化して許容順方向電流が変化したとき、温度変化に応じて発光ダイオードを流れる平均電流を段階的に変化させる。これにより温度変化による過大な電流が発光ダイオードを流れるのを防ぎ、発光ダイオードが破損するのを防ぐことのできる。

以下、本発明の発光ダイオード駆動装置の好適な実施の形態について図１から図１０を参照して説明する。
《実施の形態１》

本発明の実施の形態１の発光ダイオード駆動装置を図１から図５を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態１の発光ダイオード駆動装置の回路図である。
交流電源１に接続された全波整流回路２の高電位側（正端子２ａ）にはチョークコイル３の一端とダイオード４のカソード端子が接続されている。チョークコイル３の他端には発光ダイオードアレイ５の図において最上部の発光ダイオード５ａのアノード端子が接続されている。発光ダイオードアレイ５は１つあるいは複数のダイオードが直列接続された発光ダイオードブロックである。最下部の発光ダイオード５ｂのカソード端子には、制御回路６内のスイッチング素子ブロック７の高電位側の入力端子ＶＤとダイオード４のアノード端子が接続されている。

スイッチング素子ブロック７は、接合型ＦＥＴのスイッチング素子９（以下、接合型ＦＥＴ９という）とＦＥＴのスイッチング素子１０の直列接続体で構成され、その高電位側の入力端子ＶＤに接合型ＦＥＴ９のドレイン端子が接続され、低電位側端子の接続点７ａには接合型ＦＥＴ９のソース端子が接続され、制御端子はグランド端子Ｇに接続されている。接合型ＦＥＴ９とスイッチング素子１０の接続点７ａには制御回路ブロック８の入力端子ＶＪが接続されている。スイッチング素子１０の制御端子には制御回路ブロック８の出力端子８ａが接続されている。

制御回路ブロック８は、整流電圧端子ＩＮ１、入力端子ＶＪ、入力端子ＶＤ、出力端子８ａ、グランド端子Ｇ、基準電圧端子３６、及びＶＦ電圧端子ＩＮ２を有している。整流電圧端子ＩＮ１は入力電圧検出回路２１に接続されている。基準電圧端子３６とグランド端子Ｇ間にはコンデンサ２４が接続されている。入力端子ＶＪには、レギュレータ１１の一端と、検出基準電圧Ｖｓｎが入力されるドレイン電流検出回路１８（電流検出回路）の検出端子が接続されている。基準電圧端子３６にはレギュレータ１１の他端が接続されている。入力端子ＶＤにはＶＦ電圧検出回路２７の第１の端子２７ａが接続され、ＶＦ電圧端子ＩＮ２にはＶＦ電圧検出回路２７の第２の端子２７ｂが接続されている。ＶＦ電圧検出回路２７の第１及び第２の端子２７ａ、２７ｂは、それぞれ発光ダイオード５ｂの両端子に接続され、その順方向の電圧ＶＦ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｆｏｒｗａｒｄの頭文字）を検出する。ＶＦ電圧検出回路２７の出力は、詳細な回路構成を図１０に示すオンデューティー比変更回路３５に入力される。オンデューティー比変更回路３５には、ＭＡＸ ＤＵＴＹ信号１９ａ、ＶＦ電圧検出回路２７の出力信号２７ｃ、クロック信号１９ｂ、入力電圧ＶＪ及びオン時ブランキングパルス発生器の出力信号１４ａが入力され、出力信号３５ａがＡＮＤ回路１３に出力される。

ＡＮＤ回路１３の出力端子８ａは、スイッチング素子ブロック７のスイッチング素子１０の制御端子とオン時ブランキングパルス発生器１４の入力端子に接続されている。ＡＮＤ回路１３の４つの入力端子には、起動／停止回路１２の出力信号が出る出力端子、発振器１９のＭＡＸ ＤＵＴＹ信号出力端子、ＲＳフリップフロップ回路１５の出力端子Ｑ及びオンデューティー比変更回路３５の出力端子３５ａが接続されている。ＡＮＤ回路１７の入力端子には、ドレイン電流検出回路１８の出力端子とオン時ブランキングパルス発生器１４の出力端子が接続されている。ＯＲ回路１６の２つの入力端子にはそれぞれＡＮＤ回路１７の出力信号と発振器１９のＭＡＸ ＤＵＴＹ信号の反転信号が入力され、出力信号はＲＳフリップフロップ回路１５のリセット信号端子Ｒに入力される。

入力電圧検出回路２１は検出基準電圧Ｖｓｔが（−）端子に入力されるコンパレータ２０と、直列に接続された２つの抵抗２２、２３で構成される。直列接続の抵抗２２、２３の高電位側は制御回路ブロック８の整流電圧端子ＩＮ１に接続され、低電位側は制御回路ブロック８のグランド端子Ｇに接続されている。抵抗２２、２３の接続点はコンパレータ２０の（＋）端子に接続されている。コンパレータ２０の出力端子は起動／停止回路１２の入力端子に接続されている。

図２の（ａ）は図１に示す発光ダイオード駆動装置における正端子２ａの電圧Ｖｉｎの電圧波形を示し、同（ｂ）は発光ダイオードアレイ５を流れる電流波形（ＩＬ）を示している。図２の（ｃ）は基準電圧Ｖｃｃの電圧波形である。
図３は、横軸に入力電圧ＶＤをとり、縦軸に入力電圧ＶＪをとった、両入力電圧の関係を示すグラフである。図１、図２及び図３を用いて、本発明の実施の形態１の発光ダイオード駆動装置の動作を説明する。

全波整流回路２から出力された電圧Ｖｉｎは図２の（ａ）のように交流電圧を全波整流した波形となる。全波整流の電圧Ｖｉｎは、チョークコイル３と発光ダイオードアレイ５を経て入力端子ＶＤからスイッチング素子ブロック７の接合型ＦＥＴ９の高電位側に印加される。図３の横軸の入力電圧ＶＤが徐々に上昇すると、入力電圧ＶＤの上昇と共に低電位側の入力電圧ＶＪも上昇する（領域Ａ）。更に入力電圧ＶＤが上昇して、ピンチオフ電圧ＶＤＰ以上になると、ＦＥＴ９はピンチオフして、入力電圧ＶＪは電圧ＶＪＰと等しくなる（領域Ｂ）。

接合型ＦＥＴ９の低電位側に接続されたレギュレータ１１から供給される電流により、制御回路ブロック８の基準電圧端子３６の電圧Ｖｃｃも上昇する。高電位側の入力電圧ＶＤが電圧ＶＤＳＴＡＲＴ（図３）になり、低電位側入力電圧ＶＪが起動電圧Ｖｃｃ０（図２の（ｃ））に達すると、電圧Ｖｃｃはレギュレータ１１により常に一定の起動電圧Ｖｃｃ０となるように制御され、制御回路ブロック８の発振器１９の発振が開始される。基準電圧端子３６の電圧が起動電圧Ｖｃｃ０を下回ると発振器１９の発振は停止するようになされている。

電圧Ｖｉｎは整流電源端子ＩＮ１を通って入力電圧検出回路２１中の抵抗２２の高電位側に印加され、抵抗２２、２３で分圧された電圧Ｖｉｎ’がコンパレータ２０の（＋）端子に印加される。コンパレータ２０の（−）端子には所定の基準電圧Ｖｓｔが印加されており、抵抗２２、２３で分圧された電圧Ｖｉｎ’が基準電圧Ｖｓｔに達すると、コンパレータ２０は起動／停止回路１２に起動信号を送る。起動信号はＡＮＤ回路１３を経てスイッチング素子１０のゲートに印加され、スイッチング素子１０の起動を制御する。

この際、図２の（ａ）に示すように、入力電圧ＶＪが起動電圧Ｖｃｃ０に達する時の電圧Ｖｉｎ２よりも、電圧Ｖｉｎ’が基準電圧Ｖｓｔに達する時の電圧Ｖｉｎ１のほうが高くなるように設定されているため、制御回路ブロック８によるスイッチング素子１０の断続的なオンオフ制御が開始される。抵抗２２、２３で分圧された電圧Ｖｉｎ’が基準電圧Ｖｓｔを下回ると、コンパレータ２０は起動／停止回路１２に停止信号を送り、制御回路ブロック８はスイッチング素子１０をオフ状態に保つ。

すなわち、図２の（ｂ）に示すように、電圧Ｖｉｎ’が基準電圧Ｖｓｔ以上の期間Ｔ１はスイッチング素子１０のオンオフ制御が行われ、発光ダイオードアレイ５に定電流ＩＬが流れる。電圧Ｖｉｎ’が基準電圧Ｖｓｔより小さい期間Ｔ２はスイッチング素子１０はオフ状態を保ち、発光ダイオードアレイ５には電流が流れない。

本実施の形態１の発光ダイオード駆動装置の、ダイオードアレイ５の温度が一定の場合の、定電流出力動作について図４を参照して説明する。
起動／停止回路１２の起動信号によってＡＮＤ回路１３から発振器１９の出力が出て制御回路ブロック８によるスイッチング素子１０のオンオフ制御が開始される。スイッチング素子１０のスイッチング周波数及びオンデューティー比（スイッチング素子１０がオンになる期間のデューティー比）は、それぞれ発振器１９のＣＬＯＣＫ信号及びＭＡＸ ＤＵＴＹ信号により定まる。スイッチング素子１０を流れる電流は、スイッチング素子１０のオン電圧（入力電圧ＶＪ）をドレイン電流検出回路１８の検出基準電圧Ｖｓｎと比較することにより検出される。スイッチング素子１０のオン電圧が検出基準電圧Ｖｓｎに達すると、発振器１９の次のＣＬＯＣＫ信号がＲＳフリップフロップ１５の入力Ｓに入るまで、スイッチング素子１０はオフ状態になる。即ち、スイッチング素子１０のオンデューティー比は、発振器１９の出力のＭＡＸ ＤＵＴＹ信号の反転信号と、ドレイン電流検出回路１８の出力信号が入力されたＯＲ回路１６の出力信号により定まる。

スイッチング素子１０の制御端子にはオン時ブランキングパルス発生器１４が接続されており、このオン時ブランキングパルス発生器１４の出力信号とドレイン電流検出回路１８の出力信号がＡＮＤ回路１７に入力される。ＡＮＤ回路１７の出力とＭＡＸ ＤＵＴＹ信号をＯＲ回路１６に入力し、ＯＲ回路の出力をＲＳフリップフロップ１５の入力Ｒに印加することにより、スイッチング素子１０がオフ状態からオン状態になるときに発生するリンギングによるスイッチング素子１０のオンオフ制御の誤動作を防いでいる。ＶＦ電圧検出回路２７は、ＶＦ電圧入力端子ＩＮ２と入力端子ＶＤとの間に接続された１個（あるいは複数個）の発光ダイオード５ｂの電圧ＶＦを検出してオンデューティー比変更回路３５に入力する。オンデューティー比変更回路３５はＶＦ電圧に応じてオンデューティー比を変化させる信号をＡＮＤ回路１３に出力する。これによりＡＮＤ回路１３の出力のオンデューティー比が変わるので、スイッチング素子１０のオンデューティー比も変化して、スイッチング素子１０に流れる電流が制御される。
上記の動作を図４を参照して詳細に説明する。図４の（ａ）は入力電圧ＶＤの波形であり、図４の（ｂ）は一定レベルの基準の電圧Ｖｃｃを示す。

制御回路ブロック８によってスイッチング素子１０はオンオフ制御され、スイッチング素子１０に流れる電流ＩＤは図４の（ｃ）に示すようになる。すなわち、スイッチング素子１０がオン状態にあるとき、ピーク電流ＩＤＰをピークとする電流ＩＤが、チョークコイル３→発光ダイオードアレイ５→接合型ＦＥＴ９→スイッチング素子１０を矢印の向きに流れる。またスイッチング素子１０がオフ状態にあるとき、電流はチョークコイル３→発光ダイオードアレイ５→ダイオード４の閉ループを矢印の向きに流れる。その結果、チョークコイル３を流れる電流ＩＬ（即ち、発光ダイオードアレイ５に流れる電流）は図４の（ｄ）に示すようなピーク値がＩＤＰののこぎり歯状の波形となり、発光ダイオードアレイ５を流れる平均電流は図４の（ｄ）の電流ＩＬ０となる。これにより、ダイオードアレイ５はほぼ一定の光度で点灯する。図４の（ｅ）は電圧ＶＪ及び電圧Ｖｓｎのレベルを示す。図４の（ｆ）はダイオードアレイ５の温度Ｔを示す。

次に本実施の形態１の発光ダイオード駆動装置において、発光ダイオードアレイ５の温度が上昇する時の動作を図５を参照して説明する。図５の（ｆ）に示すように、発光ダイオードアレイ５の温度Ｔが時間ｔの経過と共に上昇すると、発光ダイオード５ｂの順方向抵抗が低下するので、電圧ＶＦも時間ｔの経過と共に低下する。電圧ＶＦはＶＦ電圧検出回路２７で検出され、検出出力がオンデューティー比変更回路３５に印加される。オンデューティー比変更回路３５は、前記検出出力のレベルに応じて、例えば３段階にオンデューティー比を変化させるパルス出力を接続線３５ａを経てＡＮＤ回路１３に印加する。これによりＡＮＤ回路１３の出力でオンオフ制御されるスイッチング素子１０を流れる電流ＩＤは図５の（ｃ）のようになり、電圧ＶＤは図５の（ａ）のようになる。

図５において、温度Ｔが温度Ｔ１以下である時刻ｔ０からｔ１はオンデューティー比が「大」である。温度ＴがＴ１を超えて上昇すると、時刻ｔ２でオンデューティー比は「中」に変化し、温度Ｔが温度Ｔ２以下である時刻ｔ３まではこのオンデューティー比を保つ。温度Ｔが更に上昇してＴ２を超えると、時刻ｔ４でオンデューティー比は「小」に変化する。上記の例では温度Ｔが上昇するときオンデューティー比を３段階に変化させたが、この変化は３段階に限られるものではなく、より多段階に変化させてもよい。また段階的に変化させるのではなく、連続的に変化させてＰＷＭ制御してもよい。

オンデューティー比の減少により、図５の（ｃ）に示すように、電流ＩＤの波高値ＩＤＰも３段階に減少する。これはオンデューティー比の減少により、コイル３に蓄えられる電磁エネルギーも減少するからである。発光ダイオードアレイ５を流れる電流ＩＬは図５の（ｄ）に示す波形の平均電流ＩＬＯになる。
本実施の形態によれば、発光ダイオードアレイ５の温度が上昇して、順方向抵抗が低下するとき、発光ダイオードアレイ５を流れる平均電流ＩＬＯを減少させて、発光ダイオードアレイ５に過大な電流が流れないようにする。従って本実施の形態の発光ダイオード駆動装置は、温度変化の大きい用途、例えば日中は太陽光が当たって相当の高温（例えば８０℃）になり、夜間は温度が大幅に低下する（例えば１０℃）ような屋外での使用においても、発光ダイオードが破壊されるのを防ぐことができる。

上記の説明では、ＶＦ電圧検出回路２７で検出する発光ダイオード５ｂの電圧ＶＦの温度による変化に対して発光ダイオードアレイ５の平均電流が小さくなるものとして説明したが、ＶＦ電圧検出回路２７で検出する電圧ＶＦの変動に対して発光ダイオードアレイ５の平均電流が大きくなるように動作させてもよい。また発光ダイオード５ｂの電圧ＶＦの変化に対して、発光ダイオードアレイ５の平均電流をリニアに変化させても良く、これらは以後の各実施の形態においても同様である。

実施の形態１の発光ダイオード駆動装置の効果を以下に詳細に説明する。
通常の発光ダイオードは、温度が上昇すると、順方向抵抗が減少するとともに、許容順方向電流が減少する。従来の発光ダイオード駆動装置では、発光ダイオードの温度が上昇して、順方向抵抗が減少し発光ダイオードの電流が増加した時、電流値が発光ダイオードの許容順方向電流値を超えて発光ダイオードが破壊されることがある。
本実施の形態１の発光ダイオード駆動装置では、温度上昇で変化する発光ダイオードの電圧ＶＦの変化を検出して、電圧ＶＦに応じてスイッチング素子１０に流れる電流のオンデューティー比を小さくし、平均電流ＩＬＯを低減することにより発光ダイオードの破損を防ぐことができる。

また、発光ダイオードの種類によって温度上昇により発光ダイオードの許容順方向電流が増加する場合には、スイッチング素子１０に流れる電流値を大きくすることで、発光ダイオードの光度の調整を行なうこともできる。

本実施の形態１の発光ダイオード駆動装置では、図１に示すスイッチング素子ブロック７と制御回路ブロック８を同一基板上に形成して制御装置６を構成しているので、発光ダイオード駆動装置が小型化される。この構成は以下の各実施の形態においても同様である。
図１の回路では、交流電源１の交流を整流するために全波整流回路２を用いているが、半波整流回路を用いても同様の効果が得られる。この点については以下の各実施の形態においても同様である。

制御回路ブロック８によるスイッチング素子１０のオンオフ動作において、スイッチング素子１０がオン状態からオフ状態へ移行するときに、スイッチング素子ブロック７の高電圧側端子の入力電圧ＶＤが、配線の静電容量やインダクタンスによって生ずるリンギングによりスイッチング素子１０の耐圧を超える場合がある。このような場合スイッチング素子１０が破壊されるおそれがある。

本実施の形態では、スイッチング素子１０の破壊を防ぐために、図１に示すように、スイッチング素子ブロック７の高電位側の入力端子ＶＤと低電位側の回路グランドＧ間に並列にツェナーダイオード４０などのクランプ回路を接続するのが望ましい。クランプ回路のクランプ電圧はスイッチング素子１０の耐圧よりも低く設定しておけば、スイッチング素子ブロック７の入力電圧ＶＤはこのクランプ電圧でクランプされる。従って、スイッチング素子１０の破壊を防ぐことができ、安全性の高い発光ダイオード駆動装置を実現できる。
以下の各実施の形態においても、同様にクランプ回路を追加することで同様の効果を得ることができる。
《実施の形態２》

本発明の実施の形態２の発光ダイオード駆動装置を、図６の回路図を参照して説明する。
図６に示す実施の形態２の発光ダイオード駆動装置では、図１に示すＶＦ電圧検出回路２７の代わりに温度検出回路２８を設けている。その他の構成は図１に示す前記実施の形態１の回路構成と同じである。

温度検出回路２８は温度センサ２８ａを有し、発光ダイオードアレイ５又は発光ダイオード駆動装置の周囲温度を検出する。温度検出回路２８の出力はオンデューティー比変更回路３５に印加されている。オンデューティー比変更回路３５の動作は前記実施の形態１において説明したものと同様であり、温度検出回路２８の検出出力によりオンデューティー比が変わる。オンデューティー比変更回路３５の出力はＡＮＤ回路１３に印加される。温度検出回路２８の出力によって、ＡＮＤ回路１３の出力であるスイッチング素子１０のゲート電圧のオンデューティー比が変化して、スイッチング素子１０を流れる電流を変化させる。

図５と実質的に同じ図である図７を参照して、実施の形態２の発光ダイオード駆動装置の動作を説明する。図７の（ｆ）に示すように温度が変化すると、温度の変化に応じて図７の（ａ）に示すように例えば３段階でオンデューティー比を変化させる。これにより、図７の（ｃ）に示すように、スイッチング素子１０を流れる電流ＩＤも３段階で変化する。スイッチング素子１０には、図７の（ｃ）に示すＰＷＭ制御された電流ＩＤが流れるので、チョークコイル３に流れる電流は図７の（ｄ）に示す電流ＩＬになる。発光ダイオードアレイ５の平均電流ＩＬＯは図７の（ｄ）に示すようになる。

本実施の形態では、発光ダイオード駆動装置、もしくは発光ダイオードアレイ５の温度変化に対して発光ダイオードアレイ５の平均電流が小さくなるものとして説明したが、発光ダイオードアレイ５の平均電流が大きくなるように動作させてもよい。また温度の変化に対して、発光ダイオードアレイ５の平均電流をリニアに変化させても良い。

本実施の形態２の発光ダイオード駆動装置の効果を以下に説明する。本実施の形態２では、発光ダイオードアレイ５の温度又は発光ダイオード駆動装置の周囲温度に応じて発光ダイオードアレイ５を流れる電流を制御する。従って発光ダイオードアレイ５の個々の発光ダイオードの電圧ＶＦにばらつきが存在する場合でも、その影響を受けるおそれはない。そのため、周囲温度の変化により発光ダイオードの許容順方向電流が減少した場合においても発光ダイオードの破壊を防ぐことができる。
《実施の形態３》

本発明の実施の形態３の発光ダイオード駆動装置と図８の回路図を参照して説明する。
図８に示す本発明の実施の形態３の発光ダイオード駆動装置では、スイッチング素子ブロック７ａの接合型ＦＥＴ９の接続方法が図１に示す回路と異なっている。図８において、接合型ＦＥＴ９はゲートがグランドＧに接続され、ソース、ドレインがそれぞれ入力端子ＶＤとレギュレータ１１に接続されている。さらにスイッチング素子１０にもう１つのスイッチング素子２５が並列に接続されている。スイッチング素子２５のドレインは、抵抗２６を介してグランドＧに接続されるとともにドレイン電流検出回路１８に接続されている。これによりドレイン電流検出回路１８の検出方法は、図１に示す前記実施の形態１と異なるが、本実施の形態３の発光ダイオード駆動装置の動作は、実質的に前記実施の形態１と同様である。
実施の形態３におけるドレイン電流検出回路１８の入力は、スイッチング素子１０に流れる電流よりも小さく、且つ一定の電流比の電流が流れるスイッチング素子２５と抵抗２６の直列接続体の接続点２６ａの電圧である。すなわち、スイッチング素子２５を流れる電流により抵抗２６の両端に生じる電圧である。このような構成にすると、抵抗２６に直接大電流が流れないため、電力損失が低減される。
《実施の形態４》

本発明の実施の形態４の発光ダイオード駆動装置を図９の回路図を参照して説明する。
図９に示す実施の形態４の発光ダイオード駆動装置では、スイッチング素子ブロック７の接合型ＦＥＴ９の接続が異なること以外は、図８に示す実施の形態３の回路構成と同じである。

実施の形態４におけるドレイン電流検出回路１８の入力は、スイッチング素子１０に流れる電流よりも小さく、且つ一定の電流比の電流が流れるスイッチング素子２５と抵抗２６の直列接続体の接続点２６ａの電圧である。すなわち、スイッチング素子２５を流れる電流により抵抗２６の両端に生じる電圧である。このような構成にすると、抵抗２６に直接大電流が流れないため、電力損失が低減される。
実施の形態３及び実施の形態４は、ＶＦ電圧検出回路２７を有する構成を図示したが、ＶＦ電圧検出回路２７を実施の形態２のように温度検出回路２８に代えても同様の効果が得られる。

ＬＥＤ照明機器等の発光ダイオード使用した装置及び機器に利用可能である。

本発明の実施の形態１の発光ダイオード駆動装置の回路図 図１の発光ダイオード駆動装置の動作を示す波形図 接合型ＦＥＴの動作を説明するグラフ 図１の発光ダイオード駆動装置の温度一定のときの動作を示す波形図 図１の発光ダイオード駆動装置の温度が上昇する時の動作を示す波形図 本発明の実施の形態２の発光ダイオード駆動装置の回路図 図６の発光ダイオード駆動装置の温度が上昇するときの動作を示す波形図 本発明の実施の形態３の発光ダイオード駆動装置の回路図 本発明の実施の形態４の発光ダイオード駆動装置の回路図 オンデューティー比変更回路３５の内部の構成を示す回路図 従来の技術による発光ダイオード駆動装置の構成を示す回路図 従来の別の発光ダイオード駆動装置の構成を示す回路図 図１２の発光ダイオード駆動装置において、スイッチング素子１０４に印加されるスイッチング・パルスＳＷと、コイル１０２及びＬＥＤ１０１に流れる電流の波形図

符号の説明

１ 交流電源
２ 整流回路
３ チョークコイル
４ ダイオード
５ 発光ダイオードアレイ
７ スイッチング素子ブロック
８ 制御回路ブロック
９ 接合型ＦＥＴ
１０ スイッチング素子
１１ レギュレータ
１２ 起動／停止回路
１３ ＡＮＤ回路
１４ オン時ブランキングパルス発生器
１５ ＲＳフリップフロップ回路
１６ ＯＲ回路
１７ ＡＮＤ回路
１８ ドレイン電流検出回路
１９ 発振器
２０ コンパレータ
２１ 入力電圧検出回路
２２、２３、２６ 抵抗
２４ コンデンサ
２５ Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ
２７ ＶＦ電圧検出回路
２８ 温度検出回路
３５ オンデューティー比変更回路
１０１ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
１０２ コイル
１０３ ダイオード
１０４ スイッチング素子
１０５ 直流電源

Claims (6)

1. 少なくとも１つの発光ダイオードを有する発光ダイオードブロック、
   前記発光ダイオードブロックに直列に接続されたチョークコイル、
   前記直列に接続されたチョークコイルと発光ダイオードブロックに並列に接続され、前記チョークコイルに生じる逆起電力を前記発光ダイオードブロックに供給するダイオード、
   前記発光ダイオードブロックと前記チョークコイルに直流電流を供給する直流電源、及び
   前記発光ダイオードブロックに供給する直流電流をオンオフするスイッチング回路を備え、
   前記スイッチング回路は、
   少なくとも１つのスイッチング素子を有するスイッチング素子ブロック、
   前記発光ダイオードの温度変化に基づいて、前記スイッチング素子のオンデューティー比を変えるオンデューティー比変更回路、
   前記直流電源の出力電圧が所定値以上のとき、前記スイッチング素子を所定の発振周波数でオンオフ制御し、前記出力電圧が前記所定値より低いときは前記オンオフ制御を停止する起動／停止回路、
   前記スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出回路、及び
   前記電流検出回路からの検出信号を受けて、前記スイッチング素子を流れる平均電流を所定のオンデューティー比において一定となるようにオンオフ制御する制御回路を有する制御回路ブロック、
   を備えたことを特徴とする発光ダイオード駆動装置。
2. 前記オンデューティー比変更回路は、前記発光ダイオードの順方向電圧の温度による変化に基づいて、前記スイッチング素子のオンデューティー比を変えることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード駆動装置。
3. 前記オンデューティー比変更回路は、前記発光ダイオードブロックの温度を検出する温度検出手段の出力に基づいてオンデューティー比を変えることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード駆動装置。
4. 前記スイッチング素子ブロックは制御端子、低電位側端子及び高電位側端子を有し、
   前記制御端子に、前記制御回路ブロックの出力端子と前記スイッチング素子の制御端子が接続され、
   前記低電位側端子に、前記スイッチング素子の一方の出力端子と前記制御回路ブロックのグランド端子が接続され、
   前記高電位側端子に、接合型ＦＥＴの入力端子が接続され、
   前記接合型ＦＥＴの出力端子に前記スイッチング素子の他方の出力端子と前記制御回路ブロックの入力端子が接続されたことを特徴とする請求項１、２または３記載の発光ダイオード駆動装置。
5. 前記スイッチング素子ブロックは、制御端子、低電位側端子及び高電位側端子を有し、
   前記制御端子に、前記制御回路ブロックの出力端子と前記スイッチング素子の制御端子が接続され、
   前記低電位側端子に、前記スイッチング素子の一方の出力端子と前記制御回路ブロックのグランド端子が接続され、
   前記高電位側端子に、前記接合型ＦＥＴの入力端子と前記スイッチング素子の他方の出力端子が接続され、
   前記接合型ＦＥＴの出力端子に、前記制御回路ブロックの入力端子が接続されたことを特徴とする請求項１、２または３記載の発光ダイオード駆動装置。
6. 前記スイッチング素子ブロックは、制御端子、低電位側端子、高電位側端子及び整流電圧源端子を有し、
   前記制御端子に、前記制御回路ブロックの出力端子と前記スイッチング素子の制御端子が接続され、
   前記低電位側端子に、前記スイッチング素子の一方の出力端子と前記制御回路ブロックのグランド端子が接続され、
   前記高電位側端子に、前記スイッチング素子の他方の出力端子が接続され、
   前記整流電圧源端子に、交流電圧を整流する前記整流回路の出力端子と接合型ＦＥＴの入力端子が接続され、
   前記接合型ＦＥＴの出力端子に、前記制御回路ブロックの入力端子が接続されることを特徴とする請求項１、２または３記載の発光ダイオード駆動装置。
   

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