JP2008130513A - Ｌｅｄ点灯回路およびそれを用いる照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】照明器具などに用いられるＬＥＤ点灯回路において、多数のＬＥＤからの光出力を均一化するとともに、その均一化のための消費電力を抑える。
【解決手段】ＤＤコン３５からＬＥＤモジュール３２への電流を電流検知抵抗Ｒ２によって検知し、比較回路３７で基準電圧源３８からの基準電圧Ｖｒｅｆと比較し、それに応じて第１の制御回路３６がＤＤコン３５を制御することでＬＥＤモジュール３２へ流れる電流を一括して定電流制御し、さらに各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３にはカレントミラー回路を構成する制御素子Ｑ１〜Ｑ３を直列に設けて光出力を均一化するとともに、その基準電流をＬＥＤ負荷回路Ｕ１で作成して低消費電力とする。また制御素子Ｑ１〜Ｑ３の端子電圧から、比較器ＣＰ１１〜ＣＰ３１がＬＥＤの断線を検知し、比較器ＣＰ１２〜ＣＰ３２が短絡を検知し、それに応答してスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ３によって異常回路を切離す。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤの点灯回路およびそれを用いる照明器具に関し、特に複数並列に設けられるＬＥＤの電流を均等にするための手法に関する。

前記ＬＥＤ（発光ダイオード）を前記照明器具に用いる場合のように、必要な光出力を得るために多数のＬＥＤを用いる場合、また少電流のＬＥＤは効率が高く同じ光出力を得るにもチップを細分化する場合、それらを相互に直列に接続して点灯させるには、過大な電源電圧が必要になる。一方、前記多数のＬＥＤを相互に並列に接続して点灯させると、過大な電流が必要になる。したがって、現実的には用途に応じた適当な直並列構成が採用される。しかしながら、青色ＬＥＤの場合、そのＯＮ電圧Ｖｆは３〜３．５Ｖ程度で、ばらつきが大きく、前記直並列に組合わせると、相互に並列な各直列回路間の分流比に差が生じ易く、すなわち各直列回路間の明るさに差が生じ易いという問題がある。

詳しくは、ＬＥＤの光出力は通電電流値に依存するとされ、この観点からすれば、直列構成の場合は、個々のＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆにばらつきがあったとしても、通電電流値は同じであるので、個々のＬＥＤの光出力ばらつきも小さい。これに対して、並列構成の場合は、直列構成のＬＥＤのオン電圧Ｖｆの和が異なれば、点灯回路（電源回路）の一括出力から各直列回路に流れる電流値は前記ＯＮ電圧Ｖｆの低い回路に集中することになり、直列回路毎に光出力ばらつきは大きくなる。

図５は、典型的な従来技術のＬＥＤ点灯回路１の構成を示すブロック図である。この従来技術は、特許文献１に示されたものである。このＬＥＤ点灯回路１では、ＬＥＤ負荷を多数直列に接続したＬＥＤ負荷回路ｕ１〜ｕ３を３回路並列に接続してＬＥＤモジュール２が構成されている。そのＬＥＤモジュール２には、商用電源３からの電圧Ｖａｃを、ノイズカット用のコンデンサｃ１から整流ブリッジ４にて直流化し、ＤＣ−ＤＣコンバータ５を介して電圧変換した直流電圧ＶＤＣが与えられる。

ＤＣ−ＤＣコンバータ５は、前記整流ブリッジ４の直流出力電圧をスイッチングするスイッチング素子ｑ０と、前記のスイッチングによる励磁エネルギーを蓄積／放出するチョークコイルｌと、前記チョークコイルｌからの出力電流を整流・平滑化するダイオードｄおよび平滑コンデンサｃ２と、前記スイッチング素子ｑ０を流れる電流を電圧に変換して検知するための抵抗ｒ１と、前記スイッチング素子ｑ０のスイッチングを制御する制御回路６とを備えて構成される昇圧チョッパー回路から成る。

一方、各ＬＥＤ負荷回路ｕ１〜ｕ３には、それらを流れる通電電流値を相互に等しくするための定電流回路ｑ１〜ｑ３が各々直列に挿入されている。そして、前記定電流回路ｑ１〜ｑ３の印加電圧（負担電圧）は、比較回路７において、基準電圧源８からの基準電圧Ｖｒｅｆと比較され、比較結果が前記制御回路６に与えられており、制御回路６は、前記各定電流回路ｑ１〜ｑ３の印加電圧が直列ＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆの総和よりも小さくなるように上記ＤＣ−ＤＣコンバータ５の定電圧出力を制御する。これによって、各定電流回路ｑ１〜ｑ３での損失抑制が図られている。しかしながら、この従来技術では、前記ＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆのばらつきが大きい程、全体の光出力レベルが変動し、定電流回路ｑ１〜ｑ３での損失も大きいなどの課題を有する。

図６は、他の従来技術のＬＥＤ点灯回路１１の構成を示すブロック図である。この従来技術は、特許文献２に示されたものである。このＬＥＤ点灯回路１１では、各ＬＥＤ負荷回路ｕ１〜ｕ３への総通電電流値を抵抗ｒ２で電圧変換して検出し、比較器１７において、その電圧を基準電圧Ｖｒｅｆと比較した結果が一定値になるように、ＰＷＭ制御回路１６を介してＤＣ−ＤＣコンバータ１５を制御するように構成されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ１５は、直流電源１３からの電圧Ｖｄｃをスイッチング素子ｑ０によってスイッチングしてトランスｔの１次側に与え、２次側出力を整流平滑回路１４にて整流・平滑化した直流電圧ＶＤＣを前記各ＬＥＤ負荷回路ｕ１〜ｕ３へ与えることで、電源側と負荷側とを絶縁する１石フライバックコンバータで構成されている。そして、このＬＥＤ点灯回路１１でも、各ＬＥＤ負荷回路ｕ１〜ｕ３に定電流回路ｄ１〜ｄ３がそれぞれ直列に設けられている。

図７は、前記定電流回路ｄ１〜ｄ３の具体例を示す電気回路図である。この定電流回路ｄ１〜ｄ３は、前記ＬＥＤ負荷回路ｕ１〜ｕ３に直列に接続されるトランジスタｑ１１および抵抗ｒ１１と、前記トランジスタｑ１１のコレクタ−ベース間を接続する抵抗ｒ１２と、前記トランジスタｑ１１のベース−エミッタ間に介在されるツェナダイオードｄｚとを備えて構成される。そして、抵抗ｒ１１の電圧降下とトランジスタｑ１１のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅとの和がツェナダイオードｄｚのツェナ電圧と略一致する条件で、トランジスタｑ１１のコレクタ電流が定電流化される。

これによって、各ＬＥＤ負荷回路ｕ１〜ｕ３の電流は個々に定電流化され、しかもＤＣ−ＤＣコンバータ１５の一括出力電流も上述のように定電流制御されるので、ＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆのばらつきによる光出力のばらつきはかなり抑制できる。しかしながら、ＦＥＴのソースホロワ回路から成る簡単な前記定電流回路ｑ１〜ｑ３に比べて、この定電流回路ｄ１〜ｄ３は、損失が大きいという問題がある。

そこで、本件発明者は、図８で示すようなＬＥＤ点灯回路２１を、特許文献３で提案した。その従来技術によれば、各ＬＥＤ負荷回路ｕ１，ｕ２と直列にトランジスタｑ２１，ｑ２２および抵抗ｒ２１，ｒ２２をそれぞれ接続するとともに、前記トランジスタｑ２１，ｑ２２とカレントミラー回路を構成するトランジスタｑ２０を抵抗ｒ２３，ｒ２４，ｒ２０によって直流電源２３の端子間に接続している。そして、直流電源２３からの電圧ＶＤＣおよび抵抗ｒ２３，ｒ２４，ｒ２０などによって定まる基準電流がトランジスタｑ２０に流れ、その基準電流にトランジスタｑ２１，ｑ２２を流れる電流をバランスさせることで、光出力のばらつきを抑制するようになっている。なお、何れかの抵抗（この例ではｒ２４）と並列に設けたバイパススイッチｓｗによって該抵抗ｒ２４を短絡することで、前記基準電流を増加させ、光出力を増加させられるようにもなっている。
特開２００２−８４０９号公報 特開２００４−３１９５８３号公報 特開２００４−３９２９０号公報

上述のようなミラー回路による方法は、各ＬＥＤ負荷回路ｕ１，ｕ２間の電流のバランスを取るのに都合が良いものの、電源電圧ＶＤＣの変動によって基準電流が変動し、また前記基準電流を作成する抵抗ｒ２３，ｒ２４，ｒ２０およびトランジスタｑ２０での損失が発生するという問題もある。

本発明の目的は、多数のＬＥＤの光出力を、低損失で均一化することができるＬＥＤ点灯回路およびそれを用いる照明器具を提供することである。

本発明のＬＥＤ点灯回路は、１または直列複数段のＬＥＤから成るＬＥＤ負荷回路が相互に並列に複数配置されて成るＬＥＤモジュールに対して、直流電源が定電流で点灯駆動するようにしたＬＥＤ点灯回路において、前記各ＬＥＤ負荷回路に直列に設けられ、カレントミラー回路を構成して前記各ＬＥＤ負荷回路における通電電流値を連動させる制御素子であって、各ＬＥＤ負荷回路におけるＬＥＤのＯＮ電圧の総和を含めて、ＬＥＤ電流による電圧降下が最も高いＬＥＤ負荷回路が前記カレントミラーの基準電流回路となるように、対応するものがダイオード構造とされるそのような制御素子と、前記各ＬＥＤ負荷回路の系統における異常を検出する検出手段と、前記検出手段で異常が検出されると、対応するＬＥＤ負荷回路を切離す切離し手段と、前記直流電源に前記切離し手段によって切離された回路分の負荷電流を減少させる電源制御手段とを含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、照明器具などに用いられるＬＥＤ点灯回路において、１または直列複数段のＬＥＤから成るＬＥＤ負荷回路が相互に並列に複数配置されて成るＬＥＤモジュールに対して、直流電源が定電流で点灯駆動するにあたって、前記各ＬＥＤ負荷回路に直列に、カレントミラー回路を構成する制御素子を設け、それらの制御素子において、前記各ＬＥＤ負荷回路におけるＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆの総和を含めて、ＬＥＤ電流による電圧降下が最も高い回路を基準として、そのＬＥＤ負荷回路に対応した制御素子をダイオード構造とし、制御端子を介して残余の回路の制御素子の通電電流値を連動させることで、各ＬＥＤ負荷回路間のバランスを取るようにする。具体的には、前記制御素子がトランジスタである場合には、制御端子であるベースと、コレクタとを短絡するとともに、ベースを共通に接続する。また、前記制御素子がＭＯＳ型トランジスタである場合には、制御端子であるゲートと、ドレインとを短絡するとともに、ゲートを共通に接続する。さらに、各ＬＥＤ負荷回路の系統における異常の有無を検出手段によって監視しており、異常が検出されると、制御手段は、対応するＬＥＤ負荷回路を切離すとともに、前記直流電源に切離された回路分の負荷電流を減少させる。

したがって、各ＬＥＤ負荷回路間の電流バランスはカレントミラー回路によって均等に制御されるので、多数のＬＥＤからの光出力を、均一化することができる。また、前記カレントミラー回路の基準電流を作成する回路には、ＯＮ電圧Ｖｆの総和が最も高いＬＥＤ負荷回路を用いているので、基準電流のみを作成する回路が不要で、その分の回路損失を無くすことができる。さらにまた、何れかのＬＥＤ負荷回路に断線や短絡などの異常が生じたことが検出手段によって検出されると、切離し手段がそのＬＥＤ負荷回路を切離すととともに、電源制御手段がその切離された回路分の負荷電流を減少させて前記直流電源に定電流動作を行わせるので、残されたＬＥＤ負荷回路に過剰な電流が流れ込んで過負荷状態で点灯し、故障が連鎖的に拡がってしまうことを防止することができる。

また、本発明のＬＥＤ点灯回路では、前記検出手段は、前記制御素子の端子間電圧の上昇から、対応するＬＥＤ負荷回路内のＬＥＤの短絡を検知することを特徴とする。

上記の構成によれば、前記直流電源の出力端間にＬＥＤ負荷回路および対応する制御素子から成る直列回路が接続されるので、ＬＥＤ負荷回路内のＬＥＤが短絡すると、対応する制御素子が分担すべき電圧が上昇するので、そのことから前記短絡を検知することができる。

さらにまた、本発明のＬＥＤ点灯回路では、前記検出手段は、前記制御素子の温度上昇から、対応するＬＥＤ負荷回路内のＬＥＤの短絡を検知することを特徴とする。

上記の構成によれば、前記直流電源の出力端間にＬＥＤ負荷回路および対応する制御素子から成る直列回路が接続されるので、ＬＥＤ負荷回路内のＬＥＤが短絡すると、対応する制御素子が分担すべき電圧が上昇し、該制御素子での電力損失が増大するので、それによる温度上昇から前記短絡を検知することができる。

また、本発明のＬＥＤ点灯回路では、前記検出手段は、前記制御素子とＬＥＤ負荷回路との間の接続点がオープン電圧となったことから、対応するＬＥＤ負荷回路内のＬＥＤの断線を検知することを特徴とする。

上記の構成によれば、前記直流電源の出力端間にＬＥＤ負荷回路および対応する制御素子から成る直列回路が接続されるので、それらの接続点がオープン電圧となったことから、対応するＬＥＤ負荷回路内のＬＥＤの断線を検知することができる。

さらにまた、本発明のＬＥＤ点灯回路では、前記切離し手段は、前記各ＬＥＤ負荷回路と直列に接続されるスイッチ素子から成ることを特徴とする。

上記の構成によれば、異常が検知されると、そのＬＥＤ負荷回路の系統に直列に介在されるスイッチ素子が開放されるので、異常が生じたＬＥＤ負荷回路に負荷電流を流れなくして、該ＬＥＤ負荷回路を他のＬＥＤ負荷回路から切離すことができる。

また、本発明のＬＥＤ点灯回路では、前記切離し手段は、カレントミラーの基準となる制御素子の制御端子と残余の制御素子の制御端子との間に介在されるスイッチ素子から成ることを特徴とする。

上記の構成によれば、異常が検知されると、そのＬＥＤ負荷回路の系統に対応するスイッチ素子が開放され、前記制御素子がトランジスタの場合にはベース電流が流れず、ＭＯＳ型トランジスタである場合にはゲート電圧が印加されず、こうして異常が生じたＬＥＤ負荷回路に負荷電流を流れなくして、該ＬＥＤ負荷回路を他のＬＥＤ負荷回路から切離すことができる。

さらにまた、本発明のＬＥＤ点灯回路では、前記直流電源は、ＤＣ−ＤＣコンバータであり、前記各ＬＥＤ負荷回路を流れる総電流値を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段からの検出結果を比較するための基準電圧源および比較器と、前記比較器からの出力に応じて、前記ＬＥＤモジュールへの通電電流値の総和が予め定める値となるように前記直流電源をフィードバック制御する制御手段とを備えて構成されることを特徴とする。

上記の構成によれば、直流電源から前記各ＬＥＤ負荷回路への通電電流値を検出し、その検出結果に基づいて、前記通電電流値の総和が予め定める値となるように、フィードバックによって前記直流電源を定電流制御するので、定電圧制御に比べて、制御素子での損失が小さく、低損失化することができる。

また、本発明の照明器具は、前記のＬＥＤ点灯回路を用いることを特徴とする。

上記の構成によれば、多数のＬＥＤからの光出力を均一化することができるとともに、低損失で、断線や短絡などの異常が生じてもそれが連鎖的に拡がってしまうことを防止することができる照明器具を実現することができる。

本発明のＬＥＤ点灯回路は、以上のように、照明器具などに用いられるＬＥＤ点灯回路において、１または直列複数段のＬＥＤから成るＬＥＤ負荷回路が相互に並列に複数配置されて成るＬＥＤモジュールに対して、直流電源が定電流で点灯駆動するにあたって、前記各ＬＥＤ負荷回路に直列に、カレントミラー回路を構成する制御素子を設け、それらの制御素子において、前記各ＬＥＤ負荷回路におけるＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆの総和を含めて、ＬＥＤ電流による電圧降下が最も高い回路を基準として、そのＬＥＤ負荷回路に対応した制御素子をダイオード構造とし、制御端子を介して残余の回路の制御素子の通電電流値を連動させることで、各ＬＥＤ負荷回路間のバランスを取るようにするとともに、各ＬＥＤ負荷回路の系統における異常の有無を検出手段によって監視しており、異常が検出されると、制御手段は、対応するＬＥＤ負荷回路を切離すとともに、前記直流電源に切離された回路分の負荷電流を減少させる。

それゆえ、各ＬＥＤ負荷回路間の電流バランスはカレントミラー回路によって均等に制御されるので、多数のＬＥＤからの光出力を、均一化することができる。また、前記カレントミラー回路の基準電流を作成する回路には、ＯＮ電圧Ｖｆの総和が最も高いＬＥＤ負荷回路を用いているので、基準電流のみを作成する回路が不要で、その分の回路損失を無くすことができる。さらにまた、何れかのＬＥＤ負荷回路に断線や短絡などの異常が生じたことが検出手段によって検出されると、切離し手段がそのＬＥＤ負荷回路を切離すととともに、電源制御手段がその切離された回路分の負荷電流を減少させて前記直流電源に定電流動作を行わせるので、残されたＬＥＤ負荷回路に過剰な電流が流れ込んで過負荷状態で点灯し、故障が連鎖的に拡がってしまうことを防止することができる。

さらにまた、本発明のＬＥＤ点灯回路は、以上のように、前記直流電源を、ＤＣ−ＤＣコンバータとし、前記各ＬＥＤ負荷回路を流れる総電流値を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段からの検出結果を比較するための基準電圧源および比較器と、前記比較器からの出力に応じて、前記ＬＥＤモジュールへの通電電流値の総和が予め定める値となるように前記直流電源をフィードバック制御する制御手段とを備えて構成する。

それゆえ、直流電源から前記各ＬＥＤ負荷回路への通電電流値を検出し、その検出結果に基づいて、前記通電電流値の総和が予め定める値となるように、フィードバックによって前記直流電源を定電流制御するので、定電圧制御に比べて、制御素子での損失が小さく、低損失化することができる。

また、本発明の照明器具は、以上のように、前記のＬＥＤ点灯回路を用いる。

それゆえ、多数のＬＥＤからの光出力を均一化することができるとともに、低損失で、断線や短絡などの異常が生じてもそれが連鎖的に拡がってしまうことを防止することができる照明器具を実現することができる。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の一形態に係るＬＥＤ点灯回路３１の構成を示すブロック図である。このＬＥＤ点灯回路３１では、ＬＥＤＤ１を多数直列に接続したＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３を３回路並列に接続してＬＥＤモジュール３２が構成されている。各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３における直列ＬＥＤ負荷の段数は任意であり、単一のＬＥＤから構成されていてもよい。

各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３は、ＬＥＤＤ１が共通の放熱板に搭載されてボンディングされ、波長変換用の蛍光体や光拡散用のレンズ等も取付けられて構成されている。このＬＥＤモジュール３２およびＬＥＤ点灯回路３１は、照明器具として用いられ、前記ＬＥＤ負荷としては青または紫外光を放出し、そのＬＥＤ負荷からの光を前記蛍光体で波長変換して白色光として放射する。前記ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３の並列回路数も任意であり、たとえばＲＧＢの３原色で発光させた光を合成するなどの白色光を得るための手法も任意である。

前記ＬＥＤモジュール３２には、商用電源３３からの電圧Ｖａｃを、ノイズカット用のコンデンサＣ１から整流ブリッジ３４にて直流化し、ＤＣ−ＤＣコンバータ３５を介して電圧変換した直流電圧ＶＤＣが与えられる。ＤＣ−ＤＣコンバータ３５は、前記整流ブリッジ３４の直流出力電圧をスイッチングするスイッチング素子Ｑ０と、前記のスイッチングによる励磁エネルギーを蓄積／放出するチョークコイルＬと、前記チョークコイルＬからの出力電流を整流・平滑化するダイオードＤおよび平滑コンデンサＣ２と、前記スイッチング素子Ｑ０を流れる電流を電圧に変換して検知するための抵抗Ｒ１と、前記スイッチング素子Ｑ０のスイッチングを制御する第１の制御回路３６とを備えて構成される昇圧チョッパー回路から成る。

そして直流電源であるそのＤＣ−ＤＣコンバータ３５からＬＥＤモジュール３２へ流れる電流は、電流検知抵抗Ｒ２によって電圧値に変換されて、比較回路３７において、基準電圧源３８からの基準電圧Ｖｒｅｆと比較され、その比較結果が前記第１の制御回路３６にフィードバックされる。第１の制御回路３６は、前記抵抗Ｒ１，Ｒ２の検知結果に応答して、前記スイッチング素子Ｑ０のスイッチング周波数やデューティを制御する。こうして、前記電圧ＶＤＣの定電圧制御およびＬＥＤモジュール３２へ流れる電流の定電流制御が行われるようになっている。

注目すべきは、本実施の形態では、各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３には、それらを流れる通電電流値を相互に等しくするために、カレントミラー回路を構成する制御素子Ｑ１〜Ｑ３が直列に設けられており、それらの制御素子Ｑ１〜Ｑ３の内で、対応するＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３におけるＬＥＤのＯＮ電圧Ｖｆの総和を含めて、ＬＥＤ電流による電圧降下が最も高い回路（図１の例ではＵ１）を基準として、その回路における前記制御素子（図１の例ではＱ１）をダイオード構造とし、制御端子を介して残余の回路（図１の例ではＵ２，Ｕ３）の制御素子（図１の例ではＱ２，Ｑ３）の通電電流値を連動させることで、各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３間のバランスを取ることである。

具体的には、前記制御素子Ｑ１〜Ｑ３がこの図１のようにトランジスタである場合には、制御端子であるベースと、コレクタとを短絡するとともに、ベースを共通に接続する。また、前記制御素子がＭＯＳ型トランジスタである場合には、制御端子であるゲートと、ドレインとを短絡するとともに、ゲートを共通に接続する。

また注目すべきは、各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３と直列にスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ３が接続されるとともに、各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３の系統の断線や短絡などの異常の有無が比較器ＣＰ１１〜ＣＰ３１；ＣＰ１２〜ＣＰ３２によって監視されており、異常が検出されると、第２の制御回路３９は、前記スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ３を遮断して対応するＬＥＤ負荷回路を切離すとともに、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ３５に切離された回路分の負荷電流を減少させることである。

具体的には、前記制御素子Ｑ１〜Ｑ３の端子間電圧（分担電圧）が、比較器ＣＰ１１〜ＣＰ３１の反転入力端と比較器ＣＰ１２〜ＣＰ３２の非反転入力端とに共通に入力されており、また比較器ＣＰ１１〜ＣＰ３１の非反転入力端には基準電圧源４１からの基準電圧Ｖｒｅｆ１が共通に入力されており、比較器ＣＰ１２〜ＣＰ３２の反転入力端には基準電圧源４２からの基準電圧Ｖｒｅｆ２が共通に入力されている。

ここで、ＬＥＤＤ１を青色で、そのＯＮ電圧Ｖｆを３．２Ｖとし、各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３における直列ＬＥＤＤ１の段数を５段とし、ＤＣ−ＤＣコンバータ３５の定電流出力を６０ｍＡ、すなわち各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３を流れる電流を２０ｍＡとした場合に、ＬＥＤＤ１の短絡個数に対する制御素子Ｑ１〜Ｑ３の端子間電圧（分担電圧）および電力損失の関係を表１に示す。

したがって、断線検知のための基準電圧Ｖｒｅｆ１を、たとえば０．５Ｖとし、短絡検知のための基準電圧を、たとえばＶｒｅｆ２＝３．５Ｖとすると、制御素子Ｑ１〜Ｑ３の端子間電圧（分担電圧）がオープン電圧で基準電圧Ｖｒｅｆ１以下となると、比較器ＣＰ１１〜ＣＰ３１は対応するＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３に断線が生じているものと判定し、第２の制御回路３９へハイレベルを出力する。また、制御素子Ｑ１〜Ｑ３の端子間電圧（分担電圧）がＬＥＤＤ１の短絡によってハイ側に吊上がり、基準電圧Ｖｒｅｆ２以上となると、比較器ＣＰ１２〜ＣＰ３２は対応するＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３に短絡が生じているものと判定し、第２の制御回路３９へハイレベルを出力する。

これに応答して、第２の制御回路３９は、異常が生じている系統のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ３を遮断するとともに、前記比較器３７に対する基準電圧Ｖｒｅｆを切換える。具体的には、前記基準電圧源３８からの基準電圧Ｖｒｅｆは分圧抵抗Ｒ０１，Ｒ０２，Ｒ０３による直列回路に印加されており、各端の電圧が切換えスイッチ４３の個別接点４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄに入力され、その切換えスイッチ４３の共通接点４３ｅは前記比較器３７の基準電圧入力端に基準電圧Ｖｒｅｆ’として入力される。ここで、Ｒ０１＝Ｒ０２＝Ｒ０３である。

第２の制御回路３９は、異常が生じている系統が無い場合には、切換えスイッチ４３を個別接点４３ａに導通させ、前記基準電圧Ｖｒｅｆ’として基準電圧源３８からの基準電圧Ｖｒｅｆをそのまま出力させ、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ３５に定格の６０ｍＡを出力させる。これに対して、異常が生じている系統が有る場合には、その系統数に応じて、切換えスイッチ４３を個別接点４３ｂまたは４３ｃに導通させ、前記基準電圧Ｖｒｅｆ’として基準電圧源３８からの基準電圧Ｖｒｅｆの２／３または１／３の電圧を出力させる。ここで、断線検知と短絡検知とが同じ系統で同時に生じることはなく、上述のように第２の制御回路３９は、異常が生じている系統数（比較器ＣＰ１１〜ＣＰ３１；ＣＰ１２〜ＣＰ３２のハイ出力の数）に応じて、切換えスイッチ４３を切換えればよい。

ただし、基準電流作成回路であるＬＥＤ負荷回路Ｕ１に断線が生じる（ＣＰ１１出力がハイ）と、カレントミラー動作によって全消灯するので、第２の制御回路３９は、切換えスイッチ４３を個別接点４３ｄに導通させ、前記基準電圧Ｖｒｅｆ’としてＧＮＤレベルを出力させ、ＤＣ−ＤＣコンバータ３５の電流出力を停止させる。また、基準電流作成回路であるＬＥＤ負荷回路Ｕ１に短絡が生じた（ＣＰ１２出力がハイ）場合には、前記表１で示すようにこのＬＥＤ負荷回路Ｕ１の制御素子Ｑ１での電力損失が増加し、発熱が生じるので、スイッチ素子ＳＷ１を遮断して全消灯させてもよく、或いはスイッチ素子ＳＷ１を遮断せずにそのまま点灯させ、基準電圧Ｖｒｅｆ’も該ＬＥＤ負荷回路Ｕ１分の短絡に対しては低下させないようにしてもよい。

このように構成することで、前記抵抗Ｒ２の検知結果による一括定電流制御によってＤＣ−ＤＣコンバータ３５から各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３への通電電流値の総和が一定となるように制御されるとともに、各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３間の電流バランスはカレントミラー回路によって均等に制御されるので、多数のＬＥＤＤ１からの光出力を、均一化することができる。また、前記カレントミラー回路の基準電流を作成する回路には、ＬＥＤＤ１のＯＮ電圧Ｖｆの総和が最も高いＬＥＤ負荷回路（図１の例ではＵ１）を用いているので、基準電流のみを作成する回路が不要で、その分の回路損失を無くすことができる。さらにまた、トランジスタなどの制御素子Ｑ１〜Ｑ３の１つをダイオード構造とするとともに、ミラー回路に構成するだけであるので、安価な構成で実現することができる。

たとえば、ＬＥＤ負荷回路の数を前記Ｕ１〜Ｕ３の３つとし、その各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３を５段のＬＥＤＤ１で構成し、前記ＯＮ電圧Ｖｆのばらつきを±５％とするとき、前記抵抗Ｒ２の検知結果による一括定電流制御のみの場合、すなわち制御素子Ｑ１〜Ｑ３が設けられていない場合には、各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３間の電流ばらつきは、１７．５〜２２．７ｍＡ（前記一括定電流制御の電流値は６０ｍＡ）となるのに対して、前記制御素子Ｑ１〜Ｑ３を設け、前記のようにＯＮ電圧Ｖｆの総和が最も高いＬＥＤ負荷回路Ｕ１に対応した制御素子Ｑ１を基準として他の制御素子Ｑ２，Ｑ３にミラー動作を行わせることで、電流ばらつきは、２０．０〜２０．１ｍＡに抑えることができる。同様に、前記ＯＮ電圧Ｖｆのばらつきを±１０％とした場合には、一括定電流制御のみで１５．２〜２５．８ｍＡ、ミラー動作を行わせることで、２０．０〜２０．１ｍＡとすることができる。

このＬＥＤ点灯回路３１の直流電源は、前述の図６で示すＬＥＤ点灯回路と同様に、チョークコイルＬを有するＤＣ−ＤＣコンバータ３５であるけれども、図７で示すトランスｔを有する絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータであってもよく、特にＬＥＤモジュール３２に対する直流電源は任意である。しかしながら、前記制御素子Ｑ１〜Ｑ３を用いるカレントミラー動作による定電流制御を行うにあたって、直流電源には、定電圧制御と、定電流制御とでは、定電流制御を用いる方が好ましい。

図２には、ＤＣ−ＤＣコンバータ３５が、上述のような抵抗Ｒ２の検知結果による定電流制御のみを行った場合と、前記図７で示すような電圧ＶＤＣの定電圧制御のみを行った場合とにおける前記制御素子Ｑ１〜Ｑ３による損失について、詳しく示す。また、図２には、前述の図７および図８で示す定電流回路ｄ１〜ｄ３を用いた場合において、定電流制御を行った場合と、定電圧制御を行った場合とにおける損失についても詳しく示す。試算の条件は、各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３を流れる電流、すなわちＬＥＤＤ１の定格電流を２０ｍＡ、ＬＥＤＤ１のＯＮ電圧Ｖｆを３．２Ｖ、そのばらつきを±１０％、制御素子（トランジスタ）Ｑ１〜Ｑ３のｈｆｅを１００とする。

図２から明らかなように、本実施の形態のカレントミラー回路による電流バランス制御では、ＯＮ電圧Ｖｆのばらつきが無い方が損失が小さいものの、ＯＮ電圧Ｖｆのばらつきの有無に拘わらず、定電流制御の方が、定電圧制御に比べて、損失が小さいことが理解される。これに対して、前述の図７および図８で示す定電流回路ｄ１〜ｄ３を用いた電流バランス制御でも、ＯＮ電圧Ｖｆのばらつきの有無に拘わらず、定電流制御の方が、定電圧制御に比べて、損失が小さいけれど、定電流制御では、総電流量が制限されているので、ＯＮ電圧Ｖｆのばらつきが有っても無くても、損失が同じであることが理解される。したがって、本実施の形態のカレントミラー回路による電流バランス制御に対しては、定電流制御が好ましく、何れの条件でも、定電流回路ｄ１〜ｄ３を用いる場合に比べて、電流バランスを確保するにあたっての損失を大幅に削減できることが理解される。

上述の説明では、制御素子（トランジスタ）Ｑ１〜Ｑ３のエミッタ面積比、すなわち各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３におけるＬＥＤＤ１の定格電流は、各相互に等しかったけれども、相互に異なるように構成されてもよく、その場合、制御素子Ｑ１〜Ｑ３は、その異なる設定電流比を維持するように制御を行う。また、本発明におけるＬＥＤＤ１には、有機ＥＬ（オーガニックＬＥＤ）も適用可能である。

さらにまた、ＬＥＤ負荷回路Ｕ１〜Ｕ３の何れか、たとえばＵ２に断線や短絡などの異常が生じたことが比較器ＣＰ１２，ＣＰ２２によって検出されると、第２の制御回路３９が、対応するスイッチ素子ＳＷ２を遮断してその異常が生じたＬＥＤ負荷回路Ｕ２を切離すととともに、ＤＣ−ＤＣコンバータ３５にその切離されたＬＥＤ負荷回路Ｕ２分の負荷電流を減少させて定電流動作を行わせるので、残されたＬＥＤ負荷回路Ｕ１，Ｕ３に過剰な電流が流れ込んで過負荷状態で点灯し、故障が連鎖的に拡がってしまうことを防止することができる。

したがって、前記比較器ＣＰ１１〜ＣＰ３１；ＣＰ１２〜ＣＰ３２、基準電圧源４１，４２および第２の制御回路３９は異常の検出手段を構成し、スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ３は切離し手段を構成し、前記第２の制御回路３９、分圧抵抗Ｒ０１，Ｒ０２，Ｒ０３およびスイッチ４３は電源制御手段を構成する。

［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の他の形態に係るＬＥＤ点灯回路５１の構成を示すブロック図である。このＬＥＤ点灯回路５１において、前述のＬＥＤ点灯回路３１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、このＬＥＤ点灯回路５１では、前記短絡検知が温度センサＳ２，Ｓ３によって行われることである。すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータ３５の出力端間にＬＥＤ負荷回路Ｕ２，Ｕ３および対応する制御素子Ｑ２，Ｑ３から成る直列回路が接続されるので、ＬＥＤ負荷回路Ｕ２，Ｕ３内のＬＥＤＤ１が短絡すると、対応する制御素子Ｑ２，Ｑ３が分担すべき電圧が上昇し、該制御素子Ｑ２，Ｑ３での電力損失が増大するので、第２の制御回路５９は、それによる温度上昇から前記短絡を検知する。

なお、前述のように基準電流作成回路であるＬＥＤ負荷回路Ｕ１に断線が生じると、カレントミラー動作によって全消灯するので、また短絡が生じても全消灯しないように、本実施の形態では前記スイッチ素子ＳＷ１は設けられておらず、また対応する制御素子Ｑ１には温度センサは設けられていない。さらに、切換えスイッチ４３’には、全消灯させるＧＮＤの個別接点４３ｄは設けられていない。

このように短絡による温度上昇から異常を検知することもできる。

［実施の形態３］
図４は、本発明の実施のさらに他の形態に係るＬＥＤ点灯回路６１の構成を示すブロック図である。このＬＥＤ点灯回路６１において、前述のＬＥＤ点灯回路３１，５１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、このＬＥＤ点灯回路６１では、異常検知によるＬＥＤ負荷回路Ｕ２，Ｕ３の切離しが、カレントミラー動作の停止によって行われることである。具体的には、ＬＥＤ負荷回路Ｕ２，Ｕ３と制御素子Ｑ２，Ｑ３との間には前記スイッチ素子ＳＷ２，ＳＷ３は設けられておらず、代りに制御素子Ｑ１のベースおよびコレクタと制御素子Ｑ２，Ｑ３のベースとの間に前記スイッチ素子ＳＷ２，ＳＷ３が設けられ、異常発生時に第２の制御回路６９は、これらのスイッチ素子ＳＷ２，ＳＷ３を遮断することで、制御素子Ｑ２，Ｑ３のベース電流が流れなくなり、対応するＬＥＤ負荷回路Ｕ２，Ｕ３を切離すことができる。

このように構成してもまた、異常回路を切離すことができる。

本発明の実施の一形態に係るＬＥＤ点灯回路の構成を示すブロック図である。 図１で示す本発明の一実施形態と図６および図７で示す従来技術とで、並列のＬＥＤ負荷回路へ供給する電流のバランス制御に要する損失計算の結果を示す図である。 本発明の実施の他の形態に係るＬＥＤ点灯回路の構成を示すブロック図である。 本発明の実施のさらに他の形態に係るＬＥＤ点灯回路の構成を示すブロック図である。 典型的な従来技術のＬＥＤ点灯回路の構成を示すブロック図である。 他の従来技術のＬＥＤ点灯回路の構成を示すブロック図である。 図７で示すＬＥＤ点灯回路における定電流回路の具体例を示す電気回路図である。 さらに他の従来技術のＬＥＤ点灯回路の構成を示すブロック図である。

符号の説明

３１，５１，６１ ＬＥＤ点灯回路
３２ ＬＥＤモジュール
３３ 商用電源
３４ 整流ブリッジ
３５ ＤＣ−ＤＣコンバータ
３６ 第１の制御回路
３７ 比較回路
３８，４１，４２ 基準電圧源
３９，５９，６９ 第２の制御回路
４３，４３’ 切換えスイッチ
Ｃ２ 平滑コンデンサ
ＣＰ１１，ＣＰ２１，ＣＰ３１；ＣＰ１２，ＣＰ２２，ＣＰ３２ 比較器
Ｄ ダイオード
Ｄ１ ＬＥＤ
Ｌ チョークコイル
Ｑ０ スイッチング素子
Ｑ１〜Ｑ３ 制御素子
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗
Ｒ０１，Ｒ０２，Ｒ０３ 分圧抵抗
Ｒ２１〜Ｒ２３ 電流電圧変換抵抗
Ｓ２，Ｓ３ 温度センサ
ＳＷ１〜ＳＷ３ スイッチ素子
Ｕ１〜Ｕ３ ＬＥＤ負荷回路

Claims (8)

1. １または直列複数段のＬＥＤから成るＬＥＤ負荷回路が相互に並列に複数配置されて成るＬＥＤモジュールに対して、直流電源が定電流で点灯駆動するようにしたＬＥＤ点灯回路において、
   前記各ＬＥＤ負荷回路に直列に設けられ、カレントミラー回路を構成して前記各ＬＥＤ負荷回路における通電電流値を連動させる制御素子であって、各ＬＥＤ負荷回路におけるＬＥＤのＯＮ電圧の総和を含めて、ＬＥＤ電流による電圧降下が最も高いＬＥＤ負荷回路が前記カレントミラーの基準電流回路となるように、対応するものがダイオード構造とされるそのような制御素子と、
   前記各ＬＥＤ負荷回路の系統における異常を検出する検出手段と、
   前記検出手段で異常が検出されると、対応するＬＥＤ負荷回路を切離す切離し手段と、
   前記直流電源に前記切離し手段によって切離された回路分の負荷電流を減少させる電源制御手段とを含むことを特徴とするＬＥＤ点灯回路。
2. 前記検出手段は、前記制御素子の端子間電圧の上昇から、対応するＬＥＤ負荷回路内のＬＥＤの短絡を検知することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯回路。
3. 前記検出手段は、前記制御素子の温度上昇から、対応するＬＥＤ負荷回路内のＬＥＤの短絡を検知することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯回路。
4. 前記検出手段は、前記制御素子とＬＥＤ負荷回路との間の接続点がオープン電圧となったことから、対応するＬＥＤ負荷回路内のＬＥＤの断線を検知することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＬＥＤ点灯回路。
5. 前記切離し手段は、前記各ＬＥＤ負荷回路と直列に接続されるスイッチ素子から成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＬＥＤ点灯回路。
6. 前記切離し手段は、カレントミラーの基準となる制御素子の制御端子と残余の制御素子の制御端子との間に介在されるスイッチ素子から成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＬＥＤ点灯回路。
7. 前記直流電源は、ＤＣ−ＤＣコンバータであり、
   前記各ＬＥＤ負荷回路を流れる総電流値を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段からの検出結果を比較するための基準電圧源および比較器と、
   前記比較器からの出力に応じて、前記ＬＥＤモジュールへの通電電流値の総和が予め定める値となるように前記直流電源をフィードバック制御する制御手段とを備えて構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のＬＥＤ点灯回路。
8. 前記請求項１〜７のいずれか１項に記載のＬＥＤ点灯回路を用いることを特徴とする照明器具。

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