JP4519613B2

JP4519613B2 - Ｌｅｄ点灯装置

Info

Publication number: JP4519613B2
Application number: JP2004332118A
Authority: JP
Inventors: 雅広薮田; 孝大澤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-11-16
Filing date: 2004-11-16
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2024-11-16
Also published as: JP2006147184A

Description

この発明は、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと記載する）を点灯させるＬＥＤ点灯装置に関するものである。

ＬＥＤを光源として例えば車両用のヘッドランプなどに応用する場合、個々のＬＥＤは発光量が小さいことから複数のＬＥＤを同時に点灯させ、ヘッドランプに適した明るさを得ている。
従来のＬＥＤ点灯装置は、複数のＬＥＤにより構成された発光ユニットに、定電流回路を直列接続し、この直列接続された両端に電源としてコンバータ回路を接続している。コンバータ回路は、電源が接続されたコイル、スイッチングトランジスタ、及びコンデンサを備え、スイッチングトランジスタをオン・オフさせたときコイルに生じる逆起電圧をコンデンサに蓄積し、このコンデンサの両端電圧を出力する。また、コンバータ回路は発光ユニットと定電流回路との接続点の電圧を検出して定電流回路の端子間電圧が一定になるように出力電圧を制御し、定電流回路に安定化した電圧を供給する。定電流回路は通過する電流の値が一定になるように電流制御を行う。これにより発光ユニットを通過する電流が一定になり、複数のＬＥＤが定電流駆動される。発光ユニットには、複数のＬＥＤを直列接続したものや、複数のＬＥＤを直列接続したものを複数個並列に接続したものがある。これらは、全てのＬＥＤに一つの定電流回路を接続して同様な電流が流れるように構成されたものである。（例えば、特許文献１参照）。

また、従来のＬＥＤ点灯装置として、複数のＬＥＤを直列接続したＬＥＤユニットに、電源電圧を昇圧回路によって昇圧して印加するものがある。ＬＥＤユニットは、一端に昇圧した電圧を印加する昇圧回路が接続され、また他端に定電流回路が接続され、この定電流回路によってＬＥＤユニットに流れる電流が制御される。定電流回路には当該定電流回路に流れる電流から電圧を検出する電圧検出回路が接続される。電圧検出回路は検出した電圧と電源から取り込んだ基準電圧とを比較し、昇圧制御信号を生成する。昇圧回路は、電源が接続されたコイル、トランジスタ、整流用ダイオード、及び平滑用コンデンサを備え、トランジスタを高速でＯＮ，ＯＦＦさせるチョッパ方式により電源電圧を昇圧する。このとき、昇圧制御信号に基づいてＬＥＤユニットへ印加する電圧を調整し、ＬＥＤユニットに流れる電流を一定に保つようにしている。（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−２１５９１３号公報（第２〜５頁、図２，図３，図７）特開２００３−１８７６１４号公報（第３，４頁、図２）

従来のＬＥＤ点灯装置は以上のように構成されているので、一つの定電流回路によって全てのＬＥＤを点灯させていることから容量の大きな定電流回路が必要になる。ＬＥＤの消費電力が比較的小さいことから定電流回路にスイッチング電源が用いられているが、多くのＬＥＤを点灯させるために大容量のスイッチング電源を使用すると電流にリップルが重畳し、電源ノイズが増大するという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、スイッチング動作による電流リップルを低減し、電源ノイズを小さくして複数のＬＥＤを安定して点灯させることができるＬＥＤ点灯装置を得ることを目的とする。

この発明に係るＬＥＤ点灯装置は、一個または複数のＬＥＤを直列接続したＬＥＤ回路と、コイルおよびスイッチング素子を直列接続したＬＥＤ点灯回路とを複数備え、前記複数のＬＥＤ回路およびＬＥＤ点灯回路を電源に対し並列に接続した構成のＬＥＤ点灯装置において、前記各々のＬＥＤ点灯回路のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ切り替えタイミングが重ならないように、前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作を切替える比較回路の出力電流に対応する電圧値と比較する基準値を隣接するＬＥＤ点灯回路の動作状態に対応して変化させて、ＯＮ／ＯＦＦ切り替えタイミングをずらすタイミング調整回路をそれぞれの前記ＬＥＤ点灯回路に対応して備えたものである。

この発明によれば、電源に対し並列に接続した複数のＬＥＤ点灯回路のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ切り替えタイミングが重ならないように、前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作を切替える比較回路の出力電流に対応する電圧値と比較する基準値を隣接するＬＥＤ点灯回路の動作状態に対応して変化させて、ＯＮ／ＯＦＦ切り替えタイミングをずらすタイミング調整回路をそれぞれの前記ＬＥＤ点灯回路に対応して設けたので、電流リップルが低減して、電源フイルタを小容量にすることができ、電源ノイズの発生を小さくすることができるという効果がある。

以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるＬＥＤ点灯装置の構成を示す回路図である。図１に例示したものはｎ個（ｎは０及び１を除いた自然数）のＬＥＤ回路ａ〜ｎを、電源１からみて並列に接続して構成したものである。
ダイオード２ａのアノードには電源１の電圧ＶＢが印加される。ダイオード２ａのカソードは、抵抗４ａ及びコンデンサ５ａの一端に接続される。抵抗４ａの他端は、スイッチング素子のＦＥＴ３ａのゲート及びトランジスタ２０ａのコレクタに接続される。コンデンサ５ａの他端は、フライホイールダイオード６ａのカソード、ＦＥＴ３ａのソース、及びコイル７ａの一端に接続される。フライホイールダイオード６ａのアノードは接地される。ＦＥＴ３ａは、ＮチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタからなり、ドレインに電源１の電圧ＶＢが印加され、電源１とコイル７ａとの接続をＯＮ／ＯＦＦするスイッチング素子である。このように接続されたダイオード２ａ、抵抗４ａ、及びコンデンサ５ａによりＦＥＴ３ａを駆動するブートストラップ式の駆動回路が構成される。

コイル７ａの他端は、ＬＥＤ９ａのアノードが接続され、ＬＥＤ９ａのカソードにはＬＥＤ１０ａのアノードが接続される。即ち、コイル７ａとＬＥＤ９ａとＬＥＤ１０ａは直列接続され、ＬＥＤ回路を構成する。なお、コイル７ａに直列接続されるＬＥＤの個数は、ここで説明した二つに限定されない。
ＬＥＤ１０ａのカソードは、シャント抵抗１１ａ及び抵抗１２ａの一端が接続される。シャント抵抗１１ａの他端は接地される。抵抗１２ａの他端は、抵抗１３ａの一端およびコンパレータ１５ａの正入力端子に接続される。抵抗１３ａの他端は、コンパレータ１５ａの出力端子に接続され、抵抗１３ａはコンパレータ１５ａに正帰還をかける帰還抵抗である。コンパレータ１５ａの反転入力端子は、抵抗１６ａ及び抵抗１８ａの一端が接続される。抵抗１６ａの他端は電圧ＶＢが印加され、抵抗１８ａの他端は接地される。また、コンパレータ１５ａの出力端子には、抵抗１９ａ及び抵抗１４ａの一端が接続される。抵抗１４ａの他端には電源ＶＢが印加され、抵抗１４ａはコンパレータ１５ａの出力信号をプルアップする抵抗である。抵抗１９ａの他端は、トランジスタ２０ａのベースに接続される。トランジスタ２０ａはＮＰＮ型バイポーラトランジスタからなり、エミッタが接地される。
上記コンパレータ１５ａは、ヒステリシス特性を有し、隣接するＬＥＤ回路に流れる電流によって上記ヒステリシス特性を変化させるもので、複数の抵抗との組み合わせによってタイミング調整回路を構成している。

ここまで説明したように接続された各素子により、ＬＥＤ回路ａが構成される。各符号の末尾の「ａ」を「ｂ」に置き換えるとＬＥＤ回路ｂを構成する各素子を表すものとなる。即ち、ＬＥＤ回路ｂは、ＬＥＤ回路ａと同様に構成されたものである。また、さらに図１に示したＬＥＤ回路ｎもＬＥＤ回路ａ，ｂと同様に構成されたもので、前述の説明に用いた各符号の末尾を「ｎ」とした素子により構成される。これらＬＥＤ回路ａと同様に構成される図示を省略したＬＥＤ回路を含むＬＥＤ回路ｂ〜ｎの各構成の説明を省略する。

各ＬＥＤ回路は、例えばＬＥＤ回路ａとＬＥＤ回路ｂは次のように接続される。ＬＥＤ回路ａのコンパレータ１５ａの反転入力端子に抵抗１７ａの一端を接続し、当該抵抗１７ａの他端をＬＥＤ回路ｂのコンパレータ１５ｂの出力端子へ接続する。また、ＬＥＤ回路ｂのコンパレータ１５ｂの反転入力端子へ抵抗１７ｂの一端を接続し、当該抵抗１７ｂの他端をＬＥＤ回路ｂの隣に設けられた図示を省略したＬＥＤ回路のコンパレータの出力端子へ接続する。同様に各ＬＥＤ回路を接続し、図示を省略したＬＥＤ回路と接続されたＬＥＤ回路ｎは、コンパレータ１５ｎの反転入力端子に抵抗１７ｎの一端を接続し、当該抵抗１７ｎの他端をＬＥＤ回路ａのコンパレータ１５ａの出力端子へ接続する。このように電源１からみて並列接続された各ＬＥＤ回路の内、両端に設けられたＬＥＤ回路ａとＬＥＤ回路ｎとを接続する。

次に動作について説明する。
各ＬＥＤ回路ａ〜ｎはいずれも同様に構成され、また同様に動作する。ここではＬＥＤ回路ａの動作を例示して説明する。
前述のようにＦＥＴ３ａにはダイオード２ａ、抵抗４ａ、及びコンデンサ５ａからなるブートストラップ式の駆動回路が接続されている。ＮチャネルのＦＥＴ３ａをＯＮ状態へ遷移するときには、電圧ＶＢよりも高い電圧をゲートへ印加する必要がある。電源１の電圧ＶＢは、ダイオード２ａを介してコンデンサ５ａに印加され、当該コンデンサ５ａに電圧エネルギが蓄積される。ＦＥＴ３ａをＯＮ状態とするため、トランジスタ２０ａがＯＦＦ状態に制御されると、電源１の電圧ＶＢが印加されているダイオード２ａから抵抗４ａを介してトランジスタ２０ａへ流れていた電流が遮断され、電源１からダイオード２ａ及び抵抗４ａを介してＦＥＴ３ａのゲートに電圧が印加される。このとき、コンデンサ５ａに蓄積されている電圧エネルギが抵抗４ａを介してＦＥＴ３ａのゲートへ移動し、ＦＥＴ３ａのゲート電圧をさらに上昇させ、当該ＦＥＴ３ａは正常なＯＮ状態になる。

ＦＥＴ３ａがＯＮ状態になると、電源１の電圧ＶＢはＦＥＴ３ａを介してコイル７ａの一端に印加される。この電圧が印加されたコイル７ａには、後述するような電流が流れ、この電流はコイル７ａに直列接続されているＬＥＤ９ａ及びＬＥＤ１０ａ（以下、直列接続されているＬＥＤ９ａ及びＬＥＤ１０ａをＬＥＤ９ａ，１０ａと記載し、また、直列接続されている二つのＬＥＤを同様に記載する）に流れる。ＬＥＤ９ａ，１０ａに流れた電流は、概ねシャント抵抗１１ａを介して電源１へ回帰する。シャント抵抗１１ａの両端にはＬＥＤ回路ａに接続されているＬＥＤ９ａ，１０ａに流れた電流量を表す電圧が生じる。この電圧、即ち図１に示した接続点Ｂの電圧はコンパレータ１５ａの正入力端子へ入力される。

コイルにパルス電圧を加えると、コイルに流れる電流は三角波状に変化し、詳しくは時間と共に増大する積分波形のように変化する。ＦＥＴ３ａがスイッチング動作を繰り返しているとき、コイル７ａにはＦＥＴ３ａからパスル電圧が供給され、コイル７ａに流れる電流、即ちＬＥＤ９ａ，１０ａに流れる電流はＦＥＴ３ａがＯＮ状態となっている間増加する。ＬＥＤ９ａ，１０ａに流れる電流は、ＦＥＴ３ａのＯＮ時間を制御することにより、任意の値に調整することができる。ＬＥＤ９ａ，１０ａが直列に接続されたコイル７ａの通電電流は、次の式（１）で表される。
通電電流＝（コイル７ａに印加される電圧−ＬＥＤ９ａ，１０ａの順方向電圧）
×ＯＮ時間／コイル７ａのインダクタンス …（１）
上記式（１）の「ＬＥＤ９ａ，１０ａの順方向電圧」は、直列接続されたＬＤＥ９ａとＬＥＤ１０ａとの両端電圧、即ちＬＥＤ９ａのアノードとＬＥＤ１０ａのカソードの間の電圧である。このようにＬＥＤ９ａ，１０ａに流れる電流は、ＦＥＴ３ａがＯＮ状態となっている経過時間に伴って上昇し、ＯＮ時間が長くなるほど大きくなる。

フライホイールダイオード６ａは、ＦＥＴ３ａがＯＮ状態からＯＦＦ状態へ遷移したとき、ＬＥＤ９ａ，１０ａから流れ出た電流をコイル７ａへ還流させるもので、ＬＥＤ９ａ，１０ａに流れる電流が急峻に減少することを抑制している。フライホイールダイオード６ａによって還流される電流は時間経過と共に減少する．

コンパレータ１５ａは、シャント抵抗１１ａにより変換されたＬＥＤ９ａ，１０ａに流れる電流量を表す電圧と、抵抗１６ａと抵抗１８ａにより電圧ＶＢを分圧した基準電圧（基準値）とを比較する。その比較結果は後述するように高電位あるいは低電位の出力信号として出力される。コンパレータ１５ａの出力端子は、抵抗１４ａによりプルアップされる。ＬＥＤ９ａ，１０ａに流れる電流を表した電圧は、抵抗１２ａを介してコンパレータ１５ａの正入力端子へ入力され、抵抗１３ａによって正帰還がかけられる。このようにコンパレータ１５ａは正帰還をかけていることからヒステリシス特性を有する。
コンパレータ１５ａの反転入力端子には、前述のように抵抗１６ａと抵抗１８ａにより電圧ＶＢを分圧させて生成した基準電圧が入力される。コンパレータ１５ａは正入力端子へ入力されている電圧と基準電圧との比較により出力信号を決定する。

例えば、ＦＥＴ３ａがＯＮ状態になっているとき、即ちトランジスタ２０ａがオープン状態となってＦＥＴ３ａのゲートの接地接続がオープンされ、当該ゲート電圧が高電位となるときには、トランジスタ２０ａのベースが低電位となるようにコンパレータ１５ａから低電位の出力信号が出力されている。このようにＦＥＴ３ａがＯＮ状態になるとコイル７ａに電流が流れ、この電流は時間の経過に伴って増大する。ＬＥＤ９ａ，１０ａにも同様な電流が流れ、この電流の大きさはシャント抵抗１１ａにより電圧の大きさに変換される。コンパレータ１５ａは、この電圧を抵抗１２ａを介して正入力端子へ入力し、当該正入力端子の電圧と反転入力端子へ入力されている基準電圧とを比較する。このとき、コンパレータ１５ａの出力信号は低電位なので、正帰還をかけている正入力端子の電圧は下に引き下げられている。このように正帰還により電圧が引き下げられた状態においてＬＥＤ９ａ，１０ａに流れる電流を表す電圧が上昇し、正入力端子の電圧が上昇する。

ＬＥＤ９ａ，１０ａに流れる電流の増大に応じてコンパレータ１５ａの正入力端子へ入力されている電圧が上昇し、基準電圧より大きくなると、コンパレータ１５ａは出力信号を低電位から高電位へ反転させる。このとき、正帰還をかけている正入力端子の電圧が引き上げられ、またトランジスタ２０ａのベース電圧は高電位へ遷移し、当該トランジスタ２０ａがＯＮ状態になってＦＥＴ３ａのゲートが接地される。ＦＥＴ３ａはＯＦＦ状態へ遷移し、ＦＥＴ３ａからコイル７ａへ供給されていた電流が遮断される。コイル７ａにはフライホイールダイオード６ａから供給された電流が流れ、ＬＥＤ９ａ，１０ａに流れる電流は徐々に減少する。この電流変化は、シャント抵抗１１ａによって電圧変化として表され、この電圧は前述のように抵抗１２ａを介してコンパレータ１５ａの正入力端子へ入力される。

このとき、正入力端子の電圧は前述のように正帰還によって引き上げられており、この状態にＬＥＤ９ａ，１０ａに流れる電流量を示す電圧が加えられることから、当該ＬＥＤ９ａ，１０ａに流れる電流の減少に応じて正入力端子の電圧が下降する。正入力端子の電圧が徐々に減少して基準電圧より小さくなると、コンパレータ１５ａは出力信号を高電位から低電位へ反転させる。
コンパレータ１５ａは、正入力端子へＬＥＤ９ａ，１０ａに流れた電流量を示す電圧を入力していることから、正帰還によって基準電圧より上に引き上げられ、また基準電圧より下に引き下げられて当該基準電圧と比較される。この比較動作は、コンパレータ１５ａのヒステリシス特性によって生じる高電位と低電位の二つの基準電圧を交互に用いて、ＬＥＤ９ａ，１０ａに流れた電流を示す電圧と比較する動作と同様な作用効果が得られる。
このように、コイル７ａに流れる電流とコンパレータ１５ａのヒステリシス特性とを用いた動作により、ＬＥＤ回路ａはＦＥＴ３ａのスイッチング動作を繰り返し、自励の発振動作を行う。

スイッチング動作を行っている全てのＬＥＤ回路ａ〜ｎが同時にＯＮ状態になると、このときの瞬間的な消費電力が大きくなる。また、ＯＮ状態からＯＦＦ状態へ遷移するときや、ＯＦＦ状態からＯＮ状態へ遷移するときはスイッチングノイズが大きくなる。瞬間的な消費電力を抑制するため、全てのＬＥＤ回路ａ〜ｎのスイッチング動作が同期しないように、ＬＥＤ回路ａではコンパレータ１５ａの反転入力端子へ入力される基準電圧を変化させ、ＦＥＴ３ａのスイッチング動作のタイミングをずらしている。前述のようにコンパレータ１５ａの反転入力端子には抵抗１６ａと抵抗１８ａによって電圧ＶＢを分圧した電圧が入力され、さらに抵抗１７ａを介してコンパレータ１５ｂの出力信号が入力される。

図２は、実施の形態１によるＬＥＤ点灯装置の動作を示す説明図である。この図は、図１に示した接続点Ａの電圧、接続点Ｂに流れる電流、及びＦＥＴ３ａのＯＮ／ＯＦＦ状態の経時変化を示すタイミングチャートである。図中上段の波形は図１に示した接続点Ａの電圧で、ＬＥＤ回路ｂのコンパレータ１５ｂの出力信号である。この電圧は、トランジスタ２０ｂのベースへ入力されるものなので、高電位がＦＥＴ３ｂのＯＦＦ状態を示し、低電位がＯＮ状態を示す。図２の中段の波形は、図１に示した接続点Ｂの電流、即ちシャント抵抗１１ａの両端電圧の変化を示し、ＬＥＤ回路ａのＬＥＤ９ａ，１０ａに流れる電流の変化を示すものである。図２の下段の波形は、ＦＥＴ３ａのＯＮ／ＯＦＦ状態を示すもので、高電位がＯＮ状態を示し、低電位がＯＦＦ状態を示す。なお、図２の中段に示した波形に付記した一点破線は、コンパレータ１５ａのスレッシュホールド電圧を当該波形に対応させて示したもので、接続点Ｂの電流の増減が反転するときの当該電流の大小を判り易くしたものである。

ＬＥＤ９ａ，１０ａに流れる電流、即ち接続点Ｂにおいてシャント抵抗１１ａへ流れる電流は、コイル７ａの作用により図２の中段に示したように三角波状に変化する。この電流を表すシャント抵抗１１ａの両端に生じる電圧を、抵抗１２ａを介してコンパレータ１５ａの正入力端子へ入力する。一方、コンパレータ１５ａの反転入力端子には、基準電圧及びコンパレータ１５ｂの出力信号が入力される。ＬＥＤ回路ａの動作説明で述べたように、接続点Ｂの電流即ちシャント抵抗１１ａの両端電圧は、ＦＥＴ３ａがＯＮ状態のときに増大し、ＦＥＴ３ａがＯＦＦ状態のときに減少する。また、ＦＥＴ３ａがＯＦＦ状態からＯＮ状態へ遷移するとき、接続点Ｂの電流は減少から増大へ反転し、ＦＥＴ３ａがＯＮ状態からＯＦＦ状態へ遷移するとき、接続点Ｂの電流は増大から減少へ反転する。

ＬＥＤ回路ａの隣に設けられたＬＥＤ回路ｂのＦＥＴ３ｂがＯＮ状態のとき、コンパレータ１５ｂの出力信号、即ち接続点Ａの電圧は低電位となっている。ＬＥＤ回路ａのコンパレータ１５ａの反転入力端子には、低電位となっている接続点Ａの電圧が抵抗１７ａを介して入力され、当該反転入力端子の電圧が引き下げられる。即ち、反転入力端子へ入力されていた抵抗１６ａ及び抵抗１８ａにより生成される基準電圧が引き下げられる。
このとき、ＦＥＴ３ａがＯＦＦ状態となっており、接続点Ｂの電流が減少している場合には、コンパレータ１５ａへ入力されている基準電圧がこれまでよりも引き下げられたことによって、コンパレータ１５ａはスレッシュホールド電圧Ｌ１において出力信号を反転させるようになり、接続点Ｂの電流が長い時間下降することになる。また、コンパレータ１５ａが出力信号を反転するタイミングが遅くなり、ＦＥＴ３ａがＯＦＦ状態からＯＮ状態へ遷移するタイミングが遅くなる。
また、ＦＥＴ３ａがＯＮ状態となっており、接続点Ｂの電流が増大している場合には、コンパレータ１５ａへ入力されている基準電圧がこれまでよりも引き下げられたことによって、コンパレータ１５ａはスレッシュホールド電圧Ｈ１において出力信号を反転させるようになり、接続点Ｂの電流が上昇する時間が短くなる。また、コンパレータ１５ａが出力信号を反転するタイミングが早くなり、ＦＥＴ３ａがＯＮ状態からＯＦＦ状態へ遷移するタイミングが早くなる。

ＦＥＴ３ｂがＯＦＦ状態のとき、コンパレータ１５ｂの出力信号、即ち接続点Ａの電圧は高電位となっている。ＬＥＤ回路ａのコンパレータ１５ａの反転入力端子には、高電位となっている接続点Ａの電圧が抵抗１７ａを介して入力され、当該反転入力端子の電圧が引き上げられる。即ち、反転入力端子へ入力されていた抵抗１６ａ及び抵抗１８ａにより生成される基準電圧が引き上げられる。
このとき、ＦＥＴ３ａがＯＦＦ状態となっており、接続点Ｂの電流が減少している場合には、コンパレータ１５ａへ入力されている基準電圧がこれまでよりも引き上げられたことによって、コンパレータ１５ａはスレッシュホールド電圧Ｌ２において出力信号を反転するようになり、接続点Ｂの電流が下降する時間が短くなる。また、コンパレータ１５ａが出力信号を反転するタイミングが早くなり、ＦＥＴ３ａがＯＦＦ状態からＯＮ状態へ遷移するタイミングが早くなる。
また、ＦＥＴ３ａがＯＮ状態となっており、接続点Ｂの電流が増大している場合には、コンパレータ１５ａへ入力されている基準電圧がこれまでよりも引き上げられたことによって、コンパレータ１５ａはスレッシュホールド電圧Ｈ２において出力信号を反転するようになり、接続点Ｂの電流が上昇する時間が長くなる。また、コンパレータ１５ａが出力信号を反転するタイミングが遅くなり、ＦＥＴ３ａがＯＮ状態からＯＦＦ状態へ遷移するタイミングが遅くなる。
なお、コンパレータ１５ａのスレッシュホールド電圧Ｈ１はスレッシュホールド電圧Ｈ２よりも低く、またスレッシュホールド電圧Ｌ１はスレッシュホールド電圧Ｌ２よりも低い。

このように隣に設けられたＬＥＤ回路ｂのコンパレータ１５ｂの出力信号を用いて、コンパレータ１５ａへ入力する基準電圧を引き上げる、あるいは引き下げることにより、コンパレータ１５ａのヒステリシス特性が変化してコンパレータ１５ａの出力信号の反転するタイミングが変化する。このようなことからＬＥＤ回路ａのＦＥＴ３ａは、ＬＥＤ回路ｂのＦＥＴ３ｂのスイッチングタイミングと同期することなくスイッチング動作を行うようになる。同様に各ＬＥＤ回路において、隣に設けられたＬＥＤ回路のコンパレータの出力信号を用いて、当該隣のＬＥＤ回路とスイッチングタイミングが同期することなく動作するように構成する。なお、図１に示した末端のＬＥＤ回路ｎは、先端のＬＥＤ回路ａのコンパレータの出力信号を入力してＦＥＴ３ｎのスイッチングタイミングを調整する。

なお、ＦＥＴ３ａ〜ＦＥＴ３ｎの動作タイミングをずらす構成及び動作は、ここで説明したものに限定されない。
また、各ＬＥＤ回路ａ〜ｎがスイッチングタイミングをずらして動作することにより、電源電流や回路電流に重畳するリップルが低減して電源ノイズが小さくなることから、図１に図示を省略した電源ノイズ等を除去するために備えられる電源フィルタは、容量の小さなものを使用することができる。

以上のように実施の形態１によれば、ＬＥＤ回路ａ〜ｎを並列接続し、各ＬＥＤ回路ａ〜ｎのＦＥＴ３ａ〜ＦＥＴ３ｎのスイッチングタイミングが同期しないようにずらして動作するように構成したので、電流リップルが低減して電源ノイズを小さくすることができるという効果がある。
また、例えばＦＥＴ３ｂがＯＮ状態のとき、ＦＥＴ３ａのＯＮ状態からＯＦＦ状態へ遷移するタイミングを早め、ＦＥＴ３ｂがＯＦＦ状態のときＦＥＴ３ａのＯＮ状態からＯＦＦ状態へ遷移するタイミングを遅らせるようにしたので、ＦＥＴ３ａとＦＥＴ３ｂが同時にＯＮ／ＯＦＦする確率を低減させることができるという効果がある。

実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２によるＬＥＤ点灯装置の構成を示す回路図である。図１に示したものと同様あるいは相当する部分に同じ符号を使用し、その説明を省略する。図３は、実施の形態２によるＬＥＤ点灯装置のＬＥＤ回路ａを示し、当該ＬＥＤ回路ａと同様に構成されるＬＥＤ回路ｂ〜ｎの図示を省略している。ここではＬＥＤ回路ａの構成を例示して説明し、他のＬＥＤ回路ｂ〜ｎの構成の説明を省略する。また、図１に示したものと同様に構成される部分の説明を省略し、実施の形態２によるＬＥＤ点灯装置の特徴となる部分の構成を説明する。

抵抗３０ａの一端は、電源１の電圧ＶＢが印加される。抵抗３０ａの他端には、抵抗３１ａの一端とコンパレータ３４ａの反転入力端子に接続される。抵抗３２ａの一端は電源１の電圧ＶＢが印加される。抵抗３２ａの他端にはツェナーダイオード３３ａのカソードとコンパレータ３４ａの正入力端子に接続される。抵抗３１ａの他端とツェナーダイオード３３ａのアノードは接地される。コンパレータ３４ａの出力端子は、抵抗３５ａの一端とトランジスタ３６ａのベースに接続される。抵抗３５ａの他端には電圧ＶＢが印加される。この抵抗３５ａはコンパレータ３４ａの出力端子に接続されたプルアップ抵抗である。トランジスタ３６ａは、例えばＮＰＮ型バイポーラトランジスタからなり、コレクタをＦＥＴ３ａのゲート、抵抗４ａの他端、及びトランジスタ２０ａのコレクタに接続し、エミッタを接地する。抵抗３０ａ，３１ａ，３２ａ、ツェナーダイオード３３ａ、コンパレータ３４ａ、抵抗３５ａ、及びトランジスタ３６ａにより電源電圧検出回路（電源電圧検出手段）が構成される。
また、抵抗３０ａ〜３２ａは、電圧ＶＢをコンパレータ３４ａが入力できる電圧範囲に降下させるもので、電圧ＶＢが通常電圧の時に、抵抗３０ａと抵抗３１ａによって分圧した電圧は、同じ電圧ＶＢを入力した抵抗３２ａを介したツェナーダイオード３３ａのツェナー電圧よりも高くなるように、それぞれの抵抗値を有する。この他の部分は、図１に示したＬＥＤ回路ａと同様に構成される。

次に動作について説明する。
図１に示したＬＥＤ点灯装置と同様な動作について説明を省略し、実施の形態２によるＬＥＤ点灯装置の特徴となる動作を説明する。電源１の電圧ＶＢが低下すると、ＬＥＤ９ａ，１０ａに流れる電流が減少する。この電流を表すシャント抵抗１１ａの両端電圧は、コンパレータ１５ａの出力信号が反転する電圧まで上昇することができず、コンパレータ１５ａの比較結果が一定になって出力信号が反転されなくなり、トランジスタ２０ａのベースには低電位の出力信号が入力された状態が続くことになる。ＦＥＴ３ａのゲートは、常に接地接続がオープンされた状態となる。このような状態になると、抵抗４ａやコンデンサ５ａ等から成るブートストラップ式の駆動回路も正常に動作することができなくなってＦＥＴ３ａが不完全なＯＮ状態になり、発熱や消費電力増大などの障害が発生する。

図３に示したＬＥＤ装置は、このような状態になることを避けるため、コンパレータ３４ａ等を用いた電源電圧検出回路により電圧ＶＢが所定の値より低い電圧となったときＦＥＴ３ａをＯＦＦさせるものである。コンパレータ３４ａの反転入力端子には、電圧ＶＢを抵抗３０ａと抵抗３１ａによって分圧した電圧が入力される。コンパレータ３４ａの正入力端子には、電圧ＶＢから抵抗３２ａを介したツェナーダイオード３３ａのツェナー電圧が基準電圧として入力される。

抵抗３０ａと抵抗３１ａにより分圧された電圧をＶ−とし、ツェナーダイオード３３ａのツェナー電圧をＶ＋とすると、コンパレータ３４ａは、正入力端子の入力電圧Ｖ＋が反転入力端子の入力電圧Ｖ−よりも小さいとき、出力電圧は低電位に飽和する。また、入力電圧Ｖ＋が入力電圧Ｖ−よりも大きいとき、出力電圧は高電位に飽和する。電圧ＶＢが所定の値以上であれば、電圧Ｖ−は、ツェナーダイオード３３ａにより接地されている正入力端子の電圧Ｖ＋よりも大きく、コンパレータ３４ａから低電位の出力信号がトランジスタ３６ａのベースへ出力される。このときトランジスタ３６ａはＯＦＦ状態となり、ＦＥＴ３ａのゲート電圧はトランジスタ２０ａのＯＮ／ＯＦＦ動作によって制御される。

電圧ＶＢが低下し、所定の値を下回るようになると、抵抗３０ａと抵抗３１ａにより分圧された電圧も低下する。コンパレータ３４ａは、このとき入力している電圧Ｖ−と電圧Ｖ＋とを比較し、電圧Ｖ−が電圧Ｖ＋がよりも小さくなると、高電位の出力信号をトランジスタ３６ａのベースへ出力する。するとトランジスタ３６ａはＯＮ状態となって、ＦＥＴ３ａのゲートが接地接続され、当該ＦＥＴ３ａがＯＦＦ状態となる。
また、ここで説明したＬＥＤ回路ａと同様に他のＬＥＤ回路ｂ〜ｎを構成することにより、そのＬＥＤ回路も同様に動作し、また同様な作用効果が得られる。

以上のように実施の形態２によれば、例えばＬＥＤ回路ａを、電源１の電圧ＶＢが所定の値より小さくなったとき、ツェナーダイオード３３ａを接続したコンパレータ３４ａによってＦＥＴ３ａをＯＦＦするように構成したので、電源１の電圧ＶＢが低下してＦＥＴ３ａのスイッチング動作が停止したとき、ＬＥＤ９ａ，１０ａに供給する電流を遮断することができ、ＬＥＤ回路ａと同様に構成された各ＬＥＤ回路は発熱等の障害発生を防ぐことができるという効果がある。

実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３によるＬＥＤ装置の構成を示す回路図である。図１に示したものと同様あるいは相当する部分に同じ符号を使用し、その説明を省略する。この図はＬＥＤ回路ａと同様に構成されるＬＥＤ回路ｂ〜ｎの図示を省略している。ここではＬＥＤ回路ａの構成を例示して説明し、他のＬＥＤ回路ｂ〜ｎの構成の説明を省略する。また、図１に示したＬＥＤ回路ａと同様に構成される部分の説明を省略し、実施の形態３によるＬＥＤ点灯装置の特徴となる部分の構成を説明する。
図４のＬＥＤ点灯装置は、図１に示したコイル７ａに代えてＦＥＴ３ａのドレインに複数のコイル７ａ１〜７ａｍ（ｍは０及び１以外の自然数）を並列接続し、図１に示したＬＥＤ９ａに相当するＬＥＤ９ａ１〜９ａｍ、またＬＥＤ１０ａに相当するＬＥＤ１０ａ１〜１０ａｍを備えたもので、その他は図１に示したものと同様に構成される。

例えば、コイル７ａ１の一端はＦＥＴ３ａのソースへ接続され、コイル７ａ１の他端にはＬＥＤ９ａ１のアノードが接続され、ＬＥＤ９ａ１のカソードにＬＥＤ１０ａ１のアノードが接続される。即ちコイル７ａ１とＬＥＤ９ａ１とＬＥＤ１０ａ１は直列接続され、またコイル７ａ２とＬＥＤ９ａ２とＬＥＤ１０ａ２も同様に直列接続され、コイル７ａ３〜７ａｍ、ＬＥＤ９ａ３〜９ａｍ、及びＬＥＤ１０ａ３〜１０ａｍも同様に直列接続され、それぞれＬＥＤ回路を成す。
また、ＬＥＤ１０ａ１〜１０ａｍのカソードは全て接続点Ｂに接続され、シャント抵抗１１ａ及び抵抗１２ａに接続される。ＬＥＤ９ａ１，１０ａ１とＬＥＤ９ａ２，１０ａ２は並列接続されたことになり、同様に図示を省略した各ＬＥＤを含め、ＬＥＤ９ａｍ，１０ａｍまで全ての直列接続されている二つのＬＥＤが並列接続された構成になる。なお、直列接続されているＬＥＤの個数は二つに限定されない。

次に動作について説明する。
図１に示したＬＥＤ装置と同様な動作について説明を省略し、実施の形態３によるＬＥＤ装置の特徴となる動作を説明する。
ＬＥＤ９ａ１，１０ａ１〜ＬＥＤ９ａｍ，１０ａｍに流れる電流は概ねシャント抵抗１１ａに流れ込み、全ＬＥＤ９ａ１，１０ａ１〜ＬＥＤ９ａｍ，１０ａｍに流れる総電流量を表す電圧がシャント抵抗１１ａの両端に生じる。コンパレータ１５ａは、この電圧を抵抗１２ａを介して正入力端子へ入力する。その他の動作は実施の形態１によるＬＥＤ点灯装置と同様に動作する。
また、図４のＬＥＤ回路ａと同様に図示を省略したＬＥＤ回路ｂ〜ｎを構成すると、これらのＬＥＤ回路ｂ〜ｎも同様に動作する。
なお、図４には図１に示したＬＥＤ点灯装置のコイル７ａ、ＬＥＤ９ａ、及びＬＥＤ１０ａに代えてコイル７ａ１〜７ａｍ、ＬＥＤ９ａ１〜９ａｍ、及びＬＥＤ１０ａ１〜１０ａｍを備えたものを示しているが、図３に示したＬＥＤ点灯装置のコイル７ａ、ＬＥＤ９ａ、及びＬＥＤ１０ａに代えてコイル７ａ１〜７ａｍ、ＬＥＤ９ａ１〜９ａｍ、及びＬＥＤ１０ａ１〜１０ａｍを備えて構成してもよく、動作も同様なものになる。

以上のように実施の形態３によれば、例えばＦＥＴ３ａにコイル７ａ１〜７ａｍを並列接続し、各コイル７ａ１〜７ａｍにそれぞれＬＥＤ９ａ１，１０ａ１〜ＬＥＤ９ａｍ，１０ａｍを接続して構成したので、少数のＬＥＤ回路によって多数のＬＥＤを点灯させることができるという効果がある。
なお、実施の形態１〜３では、隣接するＬＥＤ回路に流れる電流の状態よって自らの比較用基準値を変化させて、自らのＬＥＤ回路におけるスイッチング素子の動作タイミングをずらすように構成しているが、例えば別途タイミング信号発生回路を設け、このタイミング信号発生回路で発生させた信号によって電源に対して並列に接続された複数のＬＥＤ回路のスイッチング素子の動作タイミングを所定時間ずらせて順次にＯＮ／ＯＦＦさせるように構成することもできる。

実施の形態４．
図５は、光源を構成する多数のＬＥＤの点灯制御に、実施形態１〜３によるこの発明のＬＥＤ点灯装置を適用した天井照明、スタンド等の照明器具を示す説明図である。図１，３，４に示したものと同一あるいは相当する部分に同じ符号を使用し、その説明を省略する。照明装置４０は、例えばＬＥＤ９ａ，１０ａ〜ＬＥＤ９ｎ，１０ｎ等の複数のＬＥＤを光源として備えた照明灯本体４１と、実施の形態１ないし実施の形態３のいずれかで説明したＬＥＤ点灯装置と同様な回路を有する制御部４２とを備える。
この制御部４２は、実施の形態１ないし実施の形態３のいずれかで説明したＬＥＤ点灯装置と同様に動作し、多数のＬＥＤ９ａ，１０ａ〜ＬＥＤ９ｎ，１０ｎ等を点灯制御する。

図６は、バックライトとしてＬＥＤを使用した液晶表示装置を示した説明図である。図１、図３〜図５に示したものと同一あるいは相当する部分に同じ符号を使用し、その説明を省略する。液晶表示装置５０は、液晶パネル５１と、液晶パネル５１の後方にバックライト５２とを備える。バックライト５２は、例えばＬＥＤ９ａ，１０ａ〜ＬＥＤ９ｎ，１０ｎ等の複数のＬＥＤと、制御部４２とから成り、ＬＥＤ９ａ，１０ａ〜ＬＥＤ９ｎ，１０ｎは、液晶パネル５１を万遍なく照らすように配置される。制御部４２は、実施の形態１ないし実施の形態３のいずれかで説明したものと同様に動作し、ＬＥＤ９ａ，１０ａ〜ＬＥＤ９ｎ，１０ｎを点灯制御する。

図７は、光源として多数のＬＥＤを使用した車両のヘッドランプを示した説明図で、例えばヘッドランプユニット６０を側方視したときの各構成部材の配置を示したものである。図１、図３〜図６に示したものと同一あるいは相当する部分に同じ符号を使用し、その説明を省略する。ヘッドランプユニット６０は、例えば反射鏡６１、遮光壁６２、レンズ６３、及び光源としてのＬＥＤ９ａ，１０ａ〜ＬＥＤ９ｎ，１０ｎをその内部に備える。ヘッドランプユニット６０の深奥部には制御部４２が備えられ、この制御部４２に接続されたＬＥＤ９ａ，１０ａ〜ＬＥＤ９ｎ，１０ｎ等の複数のＬＥＤは、ヘッドランプとして要求される照射範囲に光が照射されるように向き等を調整して反射鏡６１の内部に配置される。

制御部４２に備えられたＬＥＤ点灯装置は、実施の形態１ないし実施の形態３のいずれかで説明したものと同様に反射鏡６１の内部に配置された光源としての多数のＬＥＤ９ａ，１０ａ〜ＬＥＤ９ｎ，１０ｎ等を点灯制御する。
また、上記と同様に多数のＬＥＤ９ａ，１０ａ〜ＬＥＤ９ｎ，１０ｎ等を光源として交通信号灯に用いてもよい。

以上のように実施の形態４によれば、光源として多数のＬＥＤ９ａ，１０ａ〜ＬＥＤ９ｎ，１０ｎ等を使用し、この多数のＬＥＤを制御部４２に設けたこの発明のＬＥＤ点灯装置で点灯制御することにより、スイッチング動作による電流リップルを低減し、電源ノイズを小さくして複数のＬＥＤを安定して点灯させることができるという効果がある。
また、一つのＬＥＤが断線した場合でも、全てのＬＥＤが同時に消灯することがなく、突発的に消灯が発生することによる危険を回避することができるという効果がある。

この発明の実施の形態１によるＬＥＤ点灯装置の構成を示す回路図である。実施の形態１によるＬＥＤ点灯装置の動作を示す説明図である。この発明の実施の形態２によるＬＥＤ点灯装置の構成を示す回路図である。この発明の実施の形態３によるＬＥＤ点灯装置の構成を示す回路図である。光源を構成する多数のＬＥＤの点灯制御に実施形態１〜３によるこの発明のＬＥＤ点灯装置を適用した照明器具を示す説明図である。バックライトとしてＬＥＤを使用した液晶表示装置を示した説明図である。光源として多数のＬＥＤを使用した車両のヘッドランプを示した説明図である。

符号の説明

１電源、２ａ〜２ｎダイオード、３ａ〜３ｎＦＥＴ、４ａ〜４ｎ抵抗、５ａ〜５ｎコンデンサ、６ａ〜６ｎフライホイールダイオード、７ａ〜７ｎコイル、９ａ〜９ｎ，１０ａ〜１０ｎＬＥＤ、１１ａ〜１１ｎシャント抵抗、１２ａ〜１２ｎ抵抗、１３ａ〜１３ｎ抵抗、１４ａ〜１４ｎ抵抗、１５ａ〜１５ｎコンパレータ、１６ａ〜１６ｎ抵抗、１７ａ〜１７ｎ抵抗、１８ａ〜１８ｎ抵抗、１９ａ〜１９ｎ抵抗、２０ａ〜２０ｎトランジスタ、３０ａ〜３２ａ抵抗、３３ａツェナーダイオード、３４ａコンパレータ、３５ａ抵抗、３６ａトランジスタ、４０照明装置、４１照明灯本体、４２制御部、５０液晶表示装置、５１液晶パネル、５２バックライト、６０ヘッドランプユニット、６１反射鏡、６２遮光壁、６３レンズ。

Claims

一個または複数のＬＥＤを直列接続したＬＥＤ回路と、
コイルおよびスイッチング素子を直列接続したＬＥＤ点灯回路とを複数備え、
前記複数のＬＥＤ回路およびＬＥＤ点灯回路を電源に対し並列に接続した構成のＬＥＤ点灯装置において、
前記各々のＬＥＤ点灯回路のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ切り替えタイミングが重ならないように、前記スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作を切替える比較回路の出力電流に対応する電圧値と比較する基準値を隣接するＬＥＤ点灯回路の動作状態に対応して変化させて、ＯＮ／ＯＦＦ切り替えタイミングをずらすタイミング調整回路をそれぞれの前記ＬＥＤ点灯回路に対応して備えたＬＥＤ点灯装置。
タイミング調整回路は、隣接するＬＥＤ回路に流れる電流の状態によって比較用基準値を変化させて、対応するＬＥＤ回路におけるスイッチング素子の動作タイミングをずらすことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯装置。
スイッチング素子はＮチャネルの電界効果トランジスタを用い、この電界効果トランジスタを駆動するブートストラップ式の駆動回路を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のＬＥＤ点灯装置。
電源電圧を検出し当該電圧が所定の値よりも低下するとスイッチング素子をＯＦＦ状態に制御する電源電圧検出手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のＬＥＤ点灯装置。
スイッチング素子に対し複数のＬＥＤ回路を並列に接続したことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のＬＥＤ点灯装置。
複数のＬＥＤ回路からなるＬＥＤの集合は、車両のヘッドライトの光源を構成していることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載のＬＥＤ点灯装置。