一般照明や道路灯、街路灯などの大電力用途に向けたＬＥＤ照明器具を設計する際の技術的なポイントは大きく分けて２つある。１つは、ＬＥＤの接続方法である。直列接続と並列接続という２つの選択肢があるが、大電力用途では信頼性を高められる直列接続が適している。もう１つは、駆動回路の構成方法だ。これもスイッチング方式とリニア方式という２つの選択肢がある。ただし、それぞれにメリットとデメリットがあり、現状ではどちらの方式が適していると断言するのは難しい（表１）。

入出力電圧差を最小限に抑える
　 こうした中、米ナショナル　セミコンダクター社は、リニア方式を採用しながらも、９８％と高い変換効率を得られるＬＥＤドライバーＩＣ「ＬＭ３４６４」を開発した（図１）。写真は、このＩＣを採用したＬＥＤ照明器具向けデモ機である。出力電力は約１２０Ｗである。

　 一般に「リニア方式は変換効率が低い」とされているその理由は、入力電圧と出力電圧の差に相当するエネルギーをパワー・トランジスタなどで消費させて、出力電圧を安定化している点にある。例えば、入力が５Ｖで出力が２．５Ｖであれば、変換効率は２．５/５×１００＝５０％しか得られない。

　 ただし、入力電圧と出力電圧の差を極めて小さくすればどうだろうか。この点に着目して開発したのがＬＭ３４６４である。ナショナル　セミコンダクターは、入力電圧と出力電圧の差を最小限に抑えるダイナミック・ヘッドルーム・コントロール（ＤＨＣ：Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｈｅａｄｒｏｏｍ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）と呼ぶ方式を採用することで、９８％と高い変換効率を実現した。

　 ＬＭ３４６４は４つの列（ストリング）の供給電流を独立に駆動できるＬＥＤドライバーＩＣであり、それぞれの列にスイッチング素子（パワーＭＯＳＦＥＴなど）を接続して使う。そして、各スイッチング素子のカソード電圧をＬＭ３４６４にフィードバックする。カソード電圧を受け取ったＬＭ３４６４は、４つの電圧値のうち最も低い値に対応する信号をＡＣマイナスＤＣコンバータ（スイッチング電源）用制御ＩＣに送る。そうすると、ＡＣマイナスＤＣコンバータ用制御ＩＣは、ＬＥＤの駆動に最小限必要な電圧値になるように２次側電圧を微調整する。こうして入力電圧と出力電圧の差が極めて小さくなるように調整する。

　 例えば、出力電圧が５０Ｖで、スイッチング素子のオン抵抗（電流調整用抵抗を含む）が１Ω、直列に接続したＬＥＤの端子電圧が４９Ｖであれば、４９/５０×１００＝９８％と極めて高い変換効率が得られる。

低ノイズ、低コストのメリットはそのまま
　 ＬＥＤドライバーＩＣの入力電圧と出力電圧を最小限に抑えることで、リニア方式でもスイッチング方式並みの高い効率を得ることが可能になる。しかも、ノイズが少ないことや、コイルやダイオードなどが不要なためコストが比較的低く、実装面積も小さくできるというリニア方式のメリットも当然ながら享受できる。

　 ただし、ＬＭ３４６４が出力信号を受け取るために、ＡＣマイナスＤＣコンバータ（スイッチング電源）に端子が必要になる。一般的なＡＣマイナスＤＣコンバータには、こうした端子は付いてない。従って、専用端子を設けなければならない。

　 今回、ナショナル　セミコンダクター　ジャパンが試作したＬＥＤ照明器具向けデモ機では、新電元工業と共同で開発した、専用端子を備えるＡＣマイナスＤＣコンバータを採用した。ただし、ＡＣマイナスＤＣコンバータに専用端子を設けることは、技術的に難しいことではない。しかも、コスト上昇分は非常に小さい。

　 このほかＬＭ３４６４には、道路灯や街路灯などの大電力用途に向けた各種の機能を搭載している。その１つがマスター/スレーブ機能である。複数のＬＭ３４６４をカスケード接続することで、極めて出力が大きなＬＥＤ照明器具にも対応できるようになる。１つのＬＭ３４６４で駆動できるのは、１２０〜１３０Ｗ程度。従って、５個のＬＭ３４６４をカスケード接続すれば、６５０Ｗ程度と大きなＬＥＤ照明器具の駆動も可能になる。

　 ２つ目の機能は、保護回路である。ショート（短絡）やオープン（開放）などの故障が発生すると、それを検出してフォールト・フラグを立てる機能を用意した。このフラグが立つと、故障が発生したストリングへの電力供給を止める。こうして、故障したストリングに接続されたほかのＬＥＤを守るわけだ。なお、故障したストリングへの電力供給を再開するには、システムをリセットすればよい。

　 さらに、調光機能も用意している。ＰＷＭ信号を外部から入力することで実現可能である。

　　＜ナショナル　セミコンダクター　ジャパン（株）＞