JP2008235530A - 発光ダイオード駆動装置、及びそれを用いた照明装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】1個以上の発光ダイオードで構成されたLED光源2と、発光ダイオード2nのカソード端子と接続されたチョークコイル5と、アノード端子をチョークコイル5に接続され、カソード端子を発光ダイオード2aに接続されて、チョークコイル5に生じる逆起電力をLED光源2に供給するためのダイオード4と、発光ダイオード2aのアノード端子に接続され、LED光源2及びチョークコイル5に電圧を印加するための電源部1と、チョークコイル5とダイオード4のアノード端子の共通接続部と回路基準電位の間に接続され、LED光源2に流れる電流を定電流制御するためのスイッチング駆動回路8と、LED光源の両端子間に接続された容量素子、を備えた発光ダイオード駆動装置。
【選択図】図1
Description
前記整流ダイオードのカソード端子は前記電圧源と前記チョークコイルの一端に接続され、前記チョークコイルの他端は前記発光ダイオードのアノード端子に接続され、前記容量素子は前記発光ダイオードのアノード端子とカソード端子に接続され、前記スイッチング駆動回路は、前記チョークコイルの他端と基準電位に接続されても良い。
図1から図4を用いて、本発明の第1の実施形態の発光ダイオード駆動装置について説明する。図1に、第1の実施形態の発光ダイオード駆動装置を示す。第1の実施形態の発光ダイオード駆動装置は、1つ以上の発光ダイオードで構成されたLED光源2と、発光ダイオード2nのカソード端子に一端を接続されたチョークコイル5、及びアノード端子をチョークコイル5の他端に接続され、カソード端子を直流電源1の高電位端子と発光ダイオード2aのアノード端子とに接続された整流ダイオード4を有する。整流ダイオード4は、チョークコイル5に発生する逆起電力をLED光源2に供給する。この整流ダイオード4には逆回復時間の短い(例えば100ns以下である)高速整流ダイオード(FRD,Fast Recovery Diode)を使用することが望ましい。またLED光源2の両端子間には容量素子3が接続される。この容量素子3の定格電圧(耐電圧)はLED光源2で使用している発光ダイオードの順方向電圧の合計値よりも高い必要がある。そして発光ダイオード2aのアノード端子は、電圧源である直流電源1の高電位端子に接続される。LED光源2は、複数個の発光ダイオードが直列接続された発光ダイオード群である。しかし、発光ダイオードの数は図1に限定されず、1個以上の発光ダイオードであれば良い。
ILED=Icoil−IC
容量素子3の静電容量値が大きいほど容量素子3に蓄積できる電荷エネルギーは大きくなる。その結果、容量素子3に流れる電流ICの増加分は大きくなり、LED光源2に流れる電流ILEDの増加分は少なくなる。その結果、ILEDの電流波形は、電流ICがマイナス方向からプラス方向に流れる時に最小値となり、その後は緩やかに増加する波形となる。
ΔIL=IPL−IBL
また容量素子3に流れる電流ICのピーク値をIPC、ボトム値をIBCとすると、リップル電流幅ΔICは次式で表せる。
ΔIC=IPC−IBC
容量素子3の静電容量を大きくするとスイッチング素子6がオンしている期間に蓄積できる電荷エネルギーが増大する。またスイッチング素子6がオフしている期間に放電できる電荷エネルギーも増大する。容量素子3の充放電能力が十分であると、チョークコイル5に流れる電流Icoilのリップル電流幅ΔILと容量素子3に流れる電流ICのリップル電流幅ΔICは略同一となり、またチョークコイル5に流れる電流Icoilと容量素子3に流れる電流ICの電流波形の傾きも略同一となる。その結果、LED光源2に流れる電流ILEDの波形は平坦化される。
図6を用いて、本発明の第2の実施形態の発光ダイオード駆動装置について説明する。本発明の第2の実施形態の発光ダイオード駆動装置に含まれる構成要素は、第1の実施形態の発光ダイオード駆動装置に含まれる構成要素と同一であるが、各構成要素の接続関係が以下のように異なる。以降の説明において、同様の構成要素については同一の符号を付して説明は省略する。
図7から図9を用いて、本発明の第3の実施形態の発光ダイオード駆動装置について説明する。図7に、第3の実施形態の発光ダイオード駆動装置を示す。
図10を用いて、本発明の第4の実施形態の発光ダイオード駆動装置について説明する。図10に、第4の実施形態の発光ダイオード駆動装置を示す。第4の実施形態の発光ダイオード駆動装置に含まれる構成要素は、第3の実施形態の発光ダイオード駆動装置に含まれる構成要素と同一であるが、各構成要素の接続関係が以下のように異なる。
図11及び図12を用いて、本発明の第5の実施形態の発光ダイオード駆動装置について説明する。図11に、第5の実施形態の発光ダイオード駆動装置を示す。第5の実施形態は、第1の実施形態の制御回路ブロック7の一例を具体的に示すものである。
図13を用いて、本発明の第6の実施形態の発光ダイオード駆動装置について説明する。図13に、第6の実施形態の発光ダイオード駆動装置を示す。第6の実施形態は、第2の実施形態の制御回路ブロック7の一例を具体的に示すものである。すなわち、スイッチング駆動回路8の高電位側端子DRNと入力端子INは、整流回路9の高電位側に接続され、スイッチング駆動回路8の低電位側端子GND−SRCEはチョークコイル5の一端に接続され、チョークコイル5の他端は発光ダイオード2aのアノード端子に接続される。第6の実施形態の制御回路ブロック7の内部回路は、第5の実施形態の制御回路ブロック7の内部回路と同一である。
図14及び図15を用いて、本発明の第7の実施形態の発光ダイオード駆動装置について説明する。図14に、第7の実施形態の発光ダイオード駆動装置を示す。本実施形態の発光ダイオード駆動装置は、図11に示す第5の実施形態と比較して、以下の点が異なる。
図16に、本発明の第8の実施形態の発光ダイオード駆動装置を示す。本発明の第8の実施形態の発光ダイオード駆動装置は、第3の実施形態の発光ダイオード駆動装置のスイッチング駆動回路8の一例を具体的に示すものである。
図17に、本発明の第9の実施形態の発光ダイオード駆動装置を示す。本発明の第9の実施形態の発光ダイオード駆動装置は、第4の実施形態の発光ダイオード駆動装置のスイッチング駆動回路8の一例を具体的に示すものである。
本発明の第10の実施形態の照明装置は、本発明の第1から第9の実施形態の発光ダイオード駆動装置を使用した照明装置の一例を具体的に示すものである。
2 LED光源
2a、2n 発光ダイオード
3 容量素子
4 整流ダイオード
5 チョークコイル
6、26 スイッチング素子
7 制御回路ブロック
8 スイッチング駆動回路
9 整流回路
10 交流電源
11 起動/停止回路
12 電流検出回路
13 発振器
14 定電流源
15、16、27、29、30、31,35,36,37 抵抗
38 可変抵抗
17、32、33 コンパレータ
18、28 入力電圧検出回路
19 レギュレータ
20、24、34 AND回路
21 オン時ブランキングパルス発生器
22 RSフリップフロップ回路
23 OR回路
25 コンデンサ
39 調光用制御回路
40 照明装置
41 LED光源モジュール
42 本体
43 発光ダイオード駆動装置部
44 レセプタクル
45 配線
46a 電流入力端子
46b 電流供給端子
47 実装基板
48 樹脂ケース
49 レンズ
50 制御回路
Claims (22)
- 少なくとも1つ以上の発光ダイオードで構成されたLED光源と、
チョークコイルと、
前記チョークコイルに発生する逆起電力を前記LED光源に供給する整流ダイオードと、
前記発光ダイオードへの電流の印加/非印加を決定するスイッチング素子と、前記スイッチング素子のオン/オフのタイミングを制御して前記発光ダイオードに流れる電流を制御する制御回路ブロックとを備えたスイッチング駆動回路と、
を有し、
前記LED光源の両端子間に容量素子を並列に接続することを特徴とする発光ダイオード駆動装置。 - 前記発光ダイオードのアノード端子は電圧源に接続され、
前記チョークコイルは、一端を前記発光ダイオードのカソード端子に接続され、
前記整流ダイオードは、アノード端子を前記チョークコイルの他端に接続され、カソード端子を前記発光ダイオードのアノード端子に接続され、
前記容量素子は前記発光ダイオードのアノード端子とカソード端子に接続され、
前記スイッチング駆動回路は、前記チョークコイルの他端と基準電位との間に接続される、
ことを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記発光ダイオードのカソード端子は基準電位に接続され、
前記チョークコイルは、一端を前記発光ダイオードのアノード端子に接続され、
前記整流ダイオードは、カソード端子を前記チョークコイルの他端に接続され、アノード端子を前記発光ダイオードのカソード端子に接続され、
前記容量素子は前記発光ダイオードのアノード端子とカソード端子に接続され、
前記スイッチング駆動回路は、電圧源と前記チョークコイルの他端との間に接続される、
ことを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記発光ダイオードのカソード端子は前記整流ダイオードのアノード端子に接続され、
前記整流ダイオードのカソード端子は前記電圧源と前記チョークコイルの一端に接続され、
前記チョークコイルの他端は前記発光ダイオードのアノード端子に接続され、
前記容量素子は前記発光ダイオードのアノード端子とカソード端子に接続され、
前記スイッチング駆動回路は、前記チョークコイルの他端と基準電位に接続される、
ことを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記発光ダイオードはアノード端子を基準電位に接続され、カソード端子を前記整流ダイオードのアノード端子に接続され、
前記整流ダイオードのカソード端子は前記チョークコイルの一端に接続され、
前記チョークコイルの他端は前記発光ダイオードのアノード端子に接続され、
前記容量素子は前記発光ダイオードのアノード端子とカソード端子に接続され、
前記スイッチング駆動回路は、電圧源と前記整流ダイオードのカソード端子との間に接続される、
ことを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記容量素子は、少なくとも前記発光ダイオードの順方向電圧の総和以上の耐電圧を有し、少なくとも前記スイッチ素子がオン/オフする際に発生するノイズ電流を吸収するための静電容量値を有し、前記発光ダイオードにノイズ電流が流れることを防止する、
ことを特徴とする請求項1から5に記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記容量素子は0.01uF以上の静電容量値を有する
ことを特徴とする請求項6記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記容量素子は、少なくとも前記発光ダイオードの順方向電圧の総和以上の耐電圧を有し、前記発光ダイオードに流れる電流の急激な増加/減少を抑制するために必要な充放電能力を備えている、
ことを特徴とする請求項1から5に記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記容量素子は1μF以上の静電容量値を有する
ことを特徴とする請求項8記載の発光ダイオード駆動装置。 - 電圧源が交流電圧を出力する交流電源の場合は、前記交流電圧を整流する整流回路を更に有する請求項1に記載の発光ダイオード駆動装置。
- 前記交流電源と前記整流回路の間に、少なくともリアクタンス素子と容量素子から成る雑音電圧低減回路が接続されていることを特徴とする、
請求項10に記載の発光ダイオード駆動装置 - 前記整流回路の出力部は整流後の入力電圧を平滑するための平滑コンデンサが接続されている、
ことを特徴とする請求項10記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記制御回路ブロックは、
前記整流回路の出力部に一端を接続された定電流源と、
前記定電流源の他端に接続され、前記定電流源の出力電圧が所定値以上であれば起動信号を出力し、前記定電流源の出力電圧が所定値未満であれば停止信号を出力するレギュレータと、
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と、
前記発光ダイオードに流れる電流が一定になるように、前記電流検出回路の出力信号に基づいて前記スイッチング素子を所定の発振周波数で断続的にオン/オフ制御する制御回路と、
前記レギュレータからの起動信号及び停止信号に基づいて、前記制御回路の起動と停止を制御する起動/停止回路と、
を有することを特徴とする請求項10に記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記レギュレータに一端を接続され、他端を前記整流回路の基準電位又は前記チョークコイルに接続されたコンデンサを更に有することを特徴とする請求項13に記載の発光ダイオード駆動装置。
- 前記整流回路の出力部から出力された電圧を検出し、検出した電圧を所定値と比較することにより、前記発光ダイオードの発光または消光を制御する発光信号又は消光信号を出力する入力電圧検出回路を更に有し、
前記起動/停止回路は、前記レギュレータが停止信号を出力している場合は前記停止信号を出力し、前記レギュレータが起動信号を出力している場合は、前記入力電圧検出回路の発光信号又は消光信号を出力することを特徴とする請求項13記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記入力電圧検出回路は、前記整流回路の出力電圧が直接、又は前記整流回路の高電位側と前記入力電圧検出回路の間に挿入された抵抗、又は前記整流回路の高電位側と低電位側に接続された複数の抵抗のうちの一箇所を介して印加され、
直列に接続された複数の抵抗と、
前記複数の抵抗によって分圧された直流電圧をプラス入力端子に入力され、基準となる入力基準電圧をマイナス入力端子に入力されるコンパレータと、
を有することを特徴とする請求項15に記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記入力電圧検出回路は、前記整流回路の出力電圧が直接、又は前記整流回路の高電位側と前記入力電圧検出回路の間に挿入された抵抗、又は前記整流回路の高電位側と低電位側に接続された複数の抵抗のうちの一箇所を介して印加され、
第1の分圧電圧及び前記第1の分圧電圧よりも低い第2の分圧電圧を出力する複数の抵抗と、
前記第1の分圧電圧をプラス入力端子に入力し、基準となる入力基準電圧をマイナス入力端子に入力する第1のコンパレータと、
前記第2の分圧電圧をマイナス入力端子に入力し、前記入力基準電圧をプラス入力端子に入力する第2のコンパレータと、
前記第1及び第2のコンパレータの出力信号を入力するAND回路と、
を有することを特徴とする請求項15に記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記電流検出回路は、前記スイッチング素子のオン電圧を基準となる検出基準電圧と比較することにより前記スイッチング素子に流れる電流を検出することを特徴とする請求項13に記載の発光ダイオード駆動装置。
- 前記スイッチング駆動回路は、
前記スイッチング素子の高電圧印加端子に一端を接続され、前記制御回路から前記スイッチング素子と同一の制御をされてスイッチング動作し、前記スイッチング素子に流れる電流よりも小さく、且つ前記スイッチング素子に流れる電流に対して一定の電流比の電流が流れる他のスイッチング素子と、
前記他のスイッチング素子の他端と基準電位との間に直列接続された抵抗と、
を更に有し、
前記電流検出回路は、前記抵抗の両端電圧を基準となる検出基準電圧と比較することにより前記スイッチング素子の電流を検出する
ことを特徴とする請求項13に記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記スイッチング駆動回路は、前記電流検出回路に接続された外部検出端子を更に有し、前記外部検出端子に入力される前記検出基準電圧の値を変えることにより、前記スイッチング素子の断続的なオン・オフ制御におけるオン期間を変えて、前記発光ダイオードに流れる定電流レベルを調整することを特徴とする請求項18又は請求項19に記載の発光ダイオード駆動装置。
- 請求項1から20の何れかに記載の発光ダイオード駆動装置を備えていることを特徴とする照明装置。
- 前記少なくとも1つ以上の発光ダイオードで構成されたLED光源と前記LED光源の両端子間に並列に接続した容量素子でモジュールを形成し、前記発光ダイオード駆動装置の他の部分と脱着が可能である、
ことを特徴とした請求項21記載の照明装置。
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