JP2006202855A - 発光ダイオード駆動用半導体装置および発光ダイオード駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数列のLEDアレイ5、チョークコイル3、ダイオード4A、4B、整流回路2、及びスイッチング駆動回路6を備えた発光ダイオード駆動装置におけるスイッチング駆動回路を構成する半導体装置は、LEDアレイ毎に接続される主スイッチング素子10A、及び接合型FET9を含むスイッチング素子ブロック7と、入力電圧検出回路21、入力電圧検出回路の出力電圧が所定値以上になると、主スイッチング素子に対するオンオフ制御に基づくオン動作を開始し、所定値未満になると停止する起動/停止回路12、主スイッチング素子の電流を検出する電流検出回路18A、及び電流検出回路による検出信号に応じて、主スイッチング素子の電流が一定となるようにオフ動作を制御する制御回路を含む制御回路ブロック8とを備える。
【選択図】図1
Description
図1に、本発明の実施の形態1における発光ダイオード駆動用の半導体装置6Aを用いた発光ダイオード駆動装置を示す。本実施の形態では、複数の発光ダイオードが直列接続された2つのLEDアレイ5A、5Bを、並列に接続して構成された発光ダイオードブロック5を発光させる場合について説明する。半導体装置6Aは、スイッチング素子ブロック7Aと、制御回路ブロック8Aとから構成されている。
図5に、本発明の実施の形態2における発光ダイオード駆動用の半導体装置6Bを用いた発光ダイオード駆動装置を示す。この発光ダイオード駆動装置は、スイッチング素子ブロック7Bの接合型FET9の接続が異なり、制御回路ブロック8Bにおけるドレイン電流検出回路18A,18Bによるドレイン電流の検出方法、及び構成が異なる以外は、図1に示した実施の形態1の回路と同様の構成である。
図6に、本発明の実施の形態3における発光ダイオード駆動用の半導体装置6Cを用いた発光ダイオード駆動装置を示す。この発光ダイオード駆動装置は、制御回路ブロック8CにおけるAND回路13A,13Bの入力端子に過熱保護回路38を追加した以外は、図5に示した実施の形態2の回路と同様の構成である。
図7に、本発明の実施の形態4における発光ダイオード駆動用の半導体装置6Dを用いた発光ダイオード駆動装置を示す。この発光ダイオード駆動装置は、スイッチング素子ブロック7Cの接合型FET9の接続が異なり、制御回路ブロック8Dのドレイン電流検出回路18A,18Bの検出基準電圧Vsnを決める端子SNを外部端子としたこと以外は、図5に示した実施の形態2の回路と同様の構成である。
図9に、本発明の実施の形態5における発光ダイオード駆動用の半導体装置6Eを用いた発光ダイオード駆動装置を示す。この発光ダイオード駆動装置は、制御回路ブロック8Eにおける、ドレイン電流検出回路18A,18Bの検出基準電圧をそれぞれ決める端子SN1、SN2を外部端子とすること以外は、図7に示した実施の形態4の回路と同様の構成である。
図10に、本発明の実施の形態6における発光ダイオード駆動用の半導体装置6Fを用いた発光ダイオード駆動装置を示す。この発光ダイオード駆動装置は、図7に示す実施の形態4の構成に対して、制御回路ブロック8Fの構成が以下のように異なる。
図11に、本発明の実施の形態7における発光ダイオード駆動用の半導体装置6Gを用いた発光ダイオード駆動装置を示す。この発光ダイオード駆動装置は、図7に示す実施の形態4の構成に対して、制御回路ブロック8Gの入力電圧検出回路21に関する構成が以下のように異なる。
図12に、本発明の実施の形態8における発光ダイオード駆動用の半導体装置6Hを用いた発光ダイオード駆動装置を示す。この発光ダイオード駆動装置は、図11に示す実施の形態7に対して、制御回路ブロック8Hの入力電圧検出回路21に関する構成が以下のように異なる。
図14に、本発明の実施の形態9における発光ダイオード駆動用の半導体装置6Iを用いた発光ダイオード駆動装置を示す。この発光ダイオード駆動装置は、制御回路ブロック8Iにおける入力電圧検出回路21の直列接続抵抗22,23の高電位側が、スイッチング素子ブロック7Cの接合型FET9の低電位側に接続されていること以外は、図7に示した実施の形態4と同様の構成である。
図15に、本発明の実施の形態10における発光ダイオード駆動用の半導体装置6Jを用いた発光ダイオード駆動装置を示す。この発光ダイオード駆動装置は、制御回路ブロック8Jにおける入力電圧検出回路21の直列接続抵抗22,23の高電位側が、スイッチング素子ブロック7Cの接合型FET9の低電位側に接続されていること以外は、図11に示した実施の形態7と同様の構成であり、得られる効果は実施の形態9と同様である。
図16は、本発明の実施の形態11における発光ダイオード駆動用の半導体装置6Kを用いた発光ダイオード駆動装置を示す。この発光ダイオード駆動装置は、制御回路ブロック8Kにおける入力電圧検出回路21の直列接続抵抗22,23の高電位側が、スイッチング素子ブロック7Cの接合型FET9の低電位側に接続されていること以外は、図12に示した実施の形態8と同様の構成であり、得られる効果は実施の形態9と同様である。
図17に、本発明の実施の形態12における発光ダイオード駆動用の半導体装置6Lを用いた発光ダイオード駆動装置を示す。この発光ダイオード駆動装置は、制御回路ブロック8Lにおける外部検出端子SNとドレイン電流検出回路18との間にソフトスタート回路33を備えていること以外は、図16に示した実施の形態11と同様の構成である。
2,205 整流回路
3 チョークコイル
4A,4B ダイオード
5 発光ダイオードブロック
5A,5B LEDアレイ
6A〜6L 半導体装置
7A〜C スイッチング素子ブロック
8A〜8L 制御回路ブロック
9 接合型FET
10A,10B スイッチング素子
11 レギュレータ
12 起動/停止回路
13A,13B AND回路
14 オン時ブランキングパルス発生器
15A,15B RSフリップフロップ回路
16A,16B,37A,37B OR回路
17A,17B,36A,36B AND回路
18A,18B ドレイン電流検出回路
19,35 発振器
20,28,29,34 コンパレータ
21 入力電圧検出回路
22,23,26A,26B,30,31,32 抵抗
24 コンデンサ
25A,25B N型MOSFET
27 NOR回路
33 ソフトスタート回路
100,201 LEDアレイ回路
101 電流制限抵抗
102,103 発光ダイオード
104,121,131 バイポーラトランジスタ
110 定電圧回路
120 定電流回路
130 スイッチング手段
140 調光回路
202 LED直列回路
203 定電流回路
206 定電圧レギュレータ
207 制御手段
208 比較手段
Claims (21)
- 複数個の発光ダイオードを直列接続して形成された発光ダイオードアレイを複数列備えた発光ダイオードブロックと、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と、前記チョークコイルに生じる逆起電力を前記複数の発光ダイオードアレイに供給するための複数のダイオードと、交流電源の交流電圧を整流して前記発光ダイオードブロックと前記チョークコイルに印加する整流回路と、前記発光ダイオードブロックへ電流を供給するためのスイッチング駆動回路とを備えた発光ダイオード駆動装置における前記スイッチング駆動回路を構成する発光ダイオード駆動用半導体装置であって、
スイッチング素子ブロックと制御回路ブロックとを備え、
前記スイッチング素子ブロックは、前記発光ダイオードアレイ毎に直列接続される複数の主スイッチング素子と、
前記主スイッチング素子に対応して接続された少なくとも1つの接合型FETとを備え、
前記制御回路ブロックは、
前記接合型FETの他端に接続された入力端子と、
前記入力端子に接続され基準電圧を出力する基準電圧端子と、
前記交流電圧を整流した電圧を検出する入力電圧検出回路と、
前記入力電圧検出回路の出力電圧が所定値以上になると、前記複数の主スイッチング素子に対する所定の発振周波数での断続的なオンオフ制御に基づくオン動作を開始し、前記入力電圧検出回路の出力電圧が所定値未満になると停止する起動/停止回路と、
前記複数の主スイッチング素子に流れる電流をそれぞれ検出する複数の電流検出回路と、
前記各電流検出回路による検出信号に応じて、前記主スイッチング素子に流れる電流が一定となるようにオフ動作を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする発光ダイオード駆動用半導体装置。 - 前記スイッチング素子ブロックは、複数の制御端子、複数の高電位側端子、及び低電位側端子を有し、
前記接合型FETの出力端子と対をなす前記主スイッチング素子の一方の出力端子が接続され、
前記各制御端子に前記制御回路ブロックの各出力端子と前記複数の主スイッチング素子の各制御端子が接続され、
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の出力端子と前記対をなす主スイッチング素子の出力端子の接続部に前記制御回路ブロックの入力端子が接続され、
前記低電位側端子に前記複数の主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グランド端子が接続された請求項1記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。 - 前記スイッチング素子ブロックは、複数の制御端子、複数の高電位側端子、及び低電位側端子を有し、
前記各制御端子に前記制御回路ブロックの各出力端子と前記複数の主スイッチング素子の各制御端子が接続され、
前記各高電位側端子に前記複数の主スイッチング素子の一方の出力端子が接続され、
前記高電位側端子の一つに前記接合型FETの入力端子が接続され、前記接合型FETの出力端子に前記制御回路ブロックの入力端子が接続され、
前記低電位端子に前記複数の主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グランド端子が接続された請求項1記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。 - 前記スイッチング素子ブロックは、複数の制御端子、整流電圧源端子、複数の高電位側端子、及び低電位側端子を有し、
前記各制御端子に前記制御回路ブロックの各出力端子と前記複数の主スイッチング素子の各制御端子が接続され、
前記整流電源端子に前記整流回路の出力端子と前記接合型FETの入力端子が接続され、前記接合型FETの出力端子に前記制御回路ブロックの入力端子が接続され、
前記各高電位側端子に前記複数の主スイッチング素子の一方の出力端子が接続され、
前記低電位端子に前記複数の主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グランド端子が接続された請求項1記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。 - 前記制御回路ブロックは、その入力端子と基準電圧端子の間に挿入されたレギュレータを有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。
- 前記複数の電流検出回路は、前記複数の主スイッチング素子のオン電圧を検出基準電圧と比較することにより前記各スイッチング素子に流れる電流を検出する請求項1〜5のいずれか1項に記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。
- 前記複数の電流検出回路は、
前記複数の主スイッチング素子に対して制御端子と高電位側端子が並列接続されて各々一対をなす複数の副スイッチング素子と、
前記各副スイッチング素子の低電位側に直列接続された抵抗とを備え、
前記副スイッチング素子に流れる電流は、前記主スイッチング素子に流れる電流よりも小さく、且つ前記主スイッチング素子に流れる電流に対して一定の電流比となるように設定され、
前記各抵抗の両端電圧を検出基準電圧と比較することにより前記各主スイッチング素子の電流を検出する請求項1〜5のいずれか1項に記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。 - 前記複数の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、前記主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外部信号により変更可能な構成を有し、それにより前記発光ダイオードブロックに流れる定電流レベルを調整可能である請求項1〜7のいずれか1項に記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。
- 前記複数の電流検出回路に接続された各々の外部検出端子を更に有し、前記複数の外部検出端子に入力される前記検出基準電圧の値をそれぞれ変えることにより、前記主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外部信号により変更可能な構成を有し、前記発光ダイオードアレイに流れる定電流レベルを個別に調整可能である請求項1〜7のいずれか1項に記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。
- 前記入力電圧検出回路は、前記整流回路によって整流された電圧が入力される整流電源端子と前記制御回路ブロックのグランド端子間に直列に接続された2つの抵抗と、前記2つの抵抗による抵抗分割によって分圧された直流電圧が+端子に入力され、予め設定された基準電圧が−端子に入力されるコンパレータとを備えた請求項1〜9のいずれか1項に記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。
- 前記入力電圧検出回路は、前記整流回路によって整流された電圧が入力される整流電源端子と前記制御回路ブロックのグランド端子間に直列に接続された2つの抵抗と、前記2つの抵抗による抵抗分割によって分圧された直流電圧が+端子に入力され、基準電圧が−端子に入力されるコンパレータとを備え、前記基準電圧を外部信号により変更することにより、前記スイッチング素子が起動/停止する電圧を調整可能である請求項1〜9のいずれか1項に記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。
- 前記入力電圧検出回路は、
前記整流回路によって整流された電圧が入力される整流電源端子と前記制御回路ブロックのグランド端子間に直列に接続された2つの抵抗と、
前記2つの抵抗による抵抗分割によって分圧された直流電圧がそれぞれ一方の入力端子に入力される第1及び第2のコンパレータと、
前記第1及び第2のコンパレータの他方の入力端子に各々接続された外部端子であるHIレベル入力端子及びLOWレベル入力端子と、
前記第1及び第2のコンパレータの出力端子が接続されたNOR回路とを備え、
前記第1のコンパレータは、+端子に前記LOWレベル入力端子が接続され、−端子に前記抵抗分割によって分圧された直流電圧が入力されて、前記起動/停止回路の起動レベルの下限を規定する入力電圧VLに対する比較結果を出力し、
前記第2のコンパレータは、−端子に前記HIレベル入力端子が接続され、+端子に前記抵抗分割によって分圧された直流電圧が入力されて、前記起動/停止回路の起動レベルの上限を規定する入力電圧VHに対する比較結果を出力し、
任意の電圧VH及びVLにより起動/停止を制御可能である請求項1〜10のいずれか1項に記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。 - 前記接合型FETの低電位側出力端子が前記制御回路ブロックの入力端子に接続され、
前記入力電圧検出回路は、前記接合型FETの低電位側出力端子が+端子に接続され、予め設定された基準電圧が−端子に入力されるコンパレータを備えた請求項4記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。 - 前記接合型FETの低電位側出力端子が前記制御回路ブロックの入力端子に接続され、
前記入力電圧検出回路は、前記接合型FETの低電位側出力端子が+端子に接続され、基準電圧が−端子に入力されるコンパレータで構成され、
前記基準電圧を外部信号により変更することにより、前記スイッチング素子が起動/停止する電圧を調整可能である請求項4に記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。 - 前記接合型FETの低電位側出力端子が前記制御回路ブロックの入力端子に接続され、
前記入力電圧検出回路は、
前記接合型FETの低電位側出力端子が一方の入力端子に接続された第1及び第2のコンパレータと、
前記第1及び第2のコンパレータの他方の入力端子に各々接続された外部端子であるHIレベル入力端子及びLOWレベル入力端子と、
前記第1及び第2のコンパレータの出力端子が接続されたNOR回路とを備え、
前記第1のコンパレータは、+端子に前記LOWレベル入力端子が接続され、−端子に前記接合型FETの低電位側出力端子が接続されて、前記起動/停止回路の起動レベルの下限を規定する入力電圧VLに対する比較結果を出力し、
前記第2のコンパレータは、−端子に前記HIレベル入力端子が接続され、+端子に前記接合型FETの低電位側出力端子が接続されて、前記起動/停止回路の起動レベルの上限を規定する入力電圧VHに対する比較結果を出力し、
任意の電圧VH及びVLにより起動/停止を制御可能である請求項4に記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。 - 前記発光ダイオードアレイの各々に対応させて前記入力電圧検出回路と前記起動/停止回路とを備え、任意の電圧VH及びVLで起動/停止を制御可能である請求項12または15に記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。
- 前記外部検出端子と前記電流検出回路との間にソフトスタート回路を備え、前記ソフトスタート回路は、前記起動/停止回路から起動信号を入力すると、前記検出基準電圧を一定値に至るまで徐々に増加するように出力することを特徴する請求項1〜16のいずれか1項に記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。
- 過熱保護回路を備えた請求項1〜17のいずれか1項に記載の発光ダイオード駆動用半導体装置。
- 複数個の発光ダイオードを直列接続して形成された発光ダイオードアレイを複数列備えた発光ダイオードブロックと、
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と、
前記チョークコイルに生じる逆起電力を前記複数の発光ダイオードアレイに供給するための複数のダイオードと、
交流電源の交流電圧を整流して前記発光ダイオードブロックと前記チョークコイルに印加する整流回路と、
前記発光ダイオードブロックへ電流を供給するためのスイッチング駆動回路とを備え、
前記スイッチング駆動回路は、請求項1〜18のいずれか1項に記載の発光ダイオード駆動用半導体装置により構成されたことを特徴とする発光ダイオード駆動装置。 - 前記ダイオードの逆回復時間(Trr)が100nsec以下である請求項19記載の発光ダイオード駆動装置。
- 前記発光ダイオードブロックは、前記発光ダイオードアレイ毎に発光色の異なる前記発光ダイオードが複数個直接接続された3列以上の前記発光ダイオードアレイを備え、
前記発光ダイオードアレイ毎に、前記主スイッチング素子、前記電流検出回路、及び前記主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外部信号により制御するための外部端子を備え、前記各発光ダイオードアレイに流れる定電流レベルをそれぞれ制御して、前記発光ダイオードブロックの色度を制御可能である請求項19記載の発光ダイオード駆動装置。
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