JP2009200257A - Led駆動回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】調光可能で且つ電源電圧が変動した場合などでもLEDに一定以上の電流が流れることを防止し、高効率化することができるLED駆動回路を提供する。
【解決手段】LEDモジュール3に定電流を供給してLEDモジュール3を駆動する定電流回路B21と、サイリスタ4と、サイリスタ4の点弧角を調整する位相角制御回路A11とを備え、LEDモジュール3と定電流回路B21とサイリスタ4とが直列接続されるLED駆動回路。
【選択図】図1
【解決手段】LEDモジュール3に定電流を供給してLEDモジュール3を駆動する定電流回路B21と、サイリスタ4と、サイリスタ4の点弧角を調整する位相角制御回路A11とを備え、LEDモジュール3と定電流回路B21とサイリスタ4とが直列接続されるLED駆動回路。
【選択図】図1
Description
本発明は、LED(Light Emitting Diode)を駆動するLED駆動回路に関する。
LEDは低消費電流で長寿命などの特徴を有し、表示装置だけでなく照明器具等にもその用途が広がりつつある。なお、LED照明器具では、所望の照度を得るために、複数個のLEDを使用する場合が多い。
また、LEDは定格電流値を越える電流を流すと寿命が短くなるため、LEDを定電流で駆動するか、電流制限をかけてLEDに一定以上の電流が流れないようにしなければならない。
一般的な照明器具は商用AC100V電源を使用することが多く、白熱球などに代えてLED照明器具を使用する場合などを考慮すると、LED照明器具も一般的な照明器具と同様に商用AC100V電源を使用する構成であることが望ましい。
ここで、LED照明器具に用いることができる従来のLED駆動回路の一構成例(特許文献1参照)を図4に示す。図4に示す従来のLED駆動回路は、電流制限をかけてLEDに一定以上の電流が流れないようにしているLED駆動回路であって、ブリッジダイオード2と、抵抗R1〜R3と、位相角制御回路A11と、SBS(Silicon Bilateral Switch)やダイアックなどのトリガー素子5と、サイリスタ4とによって構成されている。
ブリッジダイオード2の入力側には商用AC100V電源1が接続され、ブリッジダイオード2の出力側には、抵抗R3、複数のLEDの直列接続体であるLEDモジュール3、及びサイリスタ4が、ブリッジダイオード2の正極側出力端から抵抗R3、LEDモジュール3、サイリスタ4の順に直列接続されている。抵抗R3とLEDモジュール3との接続点に抵抗R2の一端が接続され、LEDモジュール3とサイリスタ4のアノードとの接続点に抵抗R2の他端が接続される。
位相角制御回路A11は、抵抗R2の他端に一端が接続される抵抗R11と、抵抗R11の他端に一端が接続され他端が容量C11の一端とトリガー素子5を介してサイリスタ4のゲートとに接続される可変抵抗VR11、他端がサイリスタ4のカソードに接続され抵抗R1を介してサイリスタ4のゲートに接続される容量C11とを備えている。
このような構成によると、商用AC100V電源1から出力されるAC電圧がブリッジダイオード2によって全波整流され、約141Vピークの脈流電圧が得られる。位相角制御回路A11は、可変抵抗VR11の抵抗値を調整することにより、サイリスタ4の点弧角を調整することができる。これにより、サイリスタ4のオン期間が調整でき、その調整したオン期間の範囲で上記脈流電圧をLEDモジュール3に供給でき、調光が可能となる。
なお、図4に示す従来のLED駆動回路は、抵抗R3によって電流制限をかけてLEDモジュール3に一定以上の電流が流れないようにしている。
次に、LED照明器具に用いることができる従来のLED駆動回路の他の構成例(特許文献2参照)を図5に示す。図5に示す従来のLED駆動回路は、LEDを定電流で駆動するLED駆動回路であって、ブリッジダイオード2と、抵抗R5と、定電流回路B11とによって構成されている。定電流回路B11は、NPNトランジスタQ1と、抵抗R4と、ツェナーダイオードZD11からなる。
ブリッジダイオード2の入力側には商用AC100V電源1が接続され、ブリッジダイオード2の出力側には、複数のLEDの直列接続体であるLEDモジュール3、NPNトランジスタQ1、及び抵抗R4が、ブリッジダイオード2の正極側出力端からLEDモジュール3、NPNトランジスタQ1、抵抗R4の順に直列接続されている。ブリッジダイオード2とLEDモジュール3との接続点に抵抗R5の一端が接続され、NPNトランジスタQ1のベースに抵抗R5の他端及びツェナーダイオードZD11のカソードが接続され、抵抗R4とブリッジダイオード2との接続点にツェナーダイオードZD11のアノードが接続される。
このような構成によると、商用AC100V電源1から出力されるAC電圧がブリッジダイオード2によって全波整流され、約141Vピークの脈流電圧が得られる。定電流回路B11では、NPNトランジスタQ1のベース電位はツェナーダイオードZD11のツェナー電圧VZでクランプされ一定であるので、NPNトランジスタQ1のベース−エミッタ間電圧をVBEQ1とすると、抵抗R4の両端電圧は(VZ−VBEQ1)となり、抵抗R4の抵抗値をR4とすると、抵抗R4に流れる電流は(VZ−VBEQ1)/R4で一定となる。すなわち、LEDモジュール3に流れる電流は(VZ−VBEQ1)/R4で一定となる。
図4に示す従来のLED駆動回路は、サイリスタ4の位相角制御により調光することは可能であるものの、抵抗R3によって電流制限を行っているため、商用AC100V電源1から出力されるAC電圧が変動すると、そのままLEDモジュール3に流れる電流も変動してしまい、明るさが変化してしまう。また、図4に示す従来のLED駆動回路において、電流制限を行う抵抗R3の抵抗値を変えないままで、LEDモジュール3の直列接続の段数を変えると、LEDモジュール3に流れる電流値が大きく変動してしまう。
図5に示す従来のLED駆動回路は、調光を行うことができないが、商用AC100V電源1から出力されるAC電圧が変動する場合やLEDモジュール3の直列接続の段数を変えた場合でも、NPNトランジスタQ1の耐圧が許す範囲でLEDモジュール3は定電流駆動される。また、LEDモジュール3に流れる電流は、LED1個当りの順方向電圧をVF、LEDモジュール3の直列接続の段数をNとした場合、商用AC100V電源1から出力されるAC電圧の波高値がVF×Nを越えたときに流れ始め、VF×Nを下回っている間は流れない。そして、商用AC100V電源1から出力されるAC電圧の波高値がVF×Nを下回っている場合、LEDモジュール3に電流が流れないので、商用AC100V電源1から出力されるAC電圧の波高値がツェナーダイオードZD1のツェナー電圧VFを越えると、ブリッジダイオード2→抵抗R5→NPNトランジスタQ1のベース→NPNトランジスタQ1のエミッタ→抵抗R4の経路で電流が流れ、定電流回路B11は、NPNトランジスタQ1のベースからエミッタへと流れる電流で定電流を流そうとしてしまう。さらに、一般的に、ツェナーダイオードの電圧の温度特性は正(温度が高くなると電圧が上がる)であり、トランジスタのベース-エミッタ間電圧の温度特性は負(温度が高くなると電圧が下がる)であり、抵抗の温度特性は正(温度が高くなると抵抗値が上がる)であるので、定電流回路B11の温度特性は正(温度が高くなると定電流値が上がる)となってしまう。したがって、図5に示す従来のLED駆動回路では、温度が上昇するとLEDに一定以上の電流が流れるおそれがある。
本発明は、上記の状況に鑑み、調光可能で且つ電源電圧が変動した場合などでもLEDに一定以上の電流が流れることを防止することができ、高効率化が可能なLED駆動回路を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明に係るLED駆動回路は、LEDに定電流を供給して前記LEDを駆動する定電流回路と、サイリスタ、トライアック、フォトサイリスタ、又はフォトトライアックと、前記サイリスタ、トライアック、フォトサイリスタ、又はフォトトライアックの点弧角を調整する位相角制御回路とを備え、前記LEDと前記定電流回路と前記サイリスタ又はトライアックを直列接続している。
このような構成によると、位相角制御回路によりサイリスタ、トライアック、フォトサイリスタ、又はフォトトライアックの点弧角が調整されるので、LEDの調光が可能である。また、このような構成によると、定電流回路がLEDに定電流を供給してLEDを駆動するので、LEDに流れる電流のピーク値は定電流回路で設定された値を越えない。これにより、電源電圧が変動する場合やLEDを複数直列接続する構成においてその段数を変えた場合でも、LEDに一定以上の電流が流れることを防止することができる。
また、前記定電流回路をトランジスタと抵抗のみによって構成してもよい。さらに、前記トランジスタをバイポーラトランジスタにしてもよい。
また、前記位相制御回路が、容量と抵抗とを有し、前記サイリスタ、トライアック、フォトサイリスタ、又はフォトトライアックの点弧角を前記容量の静電容量と前記抵抗の抵抗値によって定まる時定数に応じた角度にするようにしてもよい。
また、前記LEDと前記定電流回路と前記サイリスタ、トライアック、フォトサイリスタ、又はフォトトライアックとの直列接続回路に交流電源電圧に基づく電圧が印加され、前記位相制御回路が、前記交流電源電圧のゼロクロス点を検出し、前記交流電源電圧のゼロクロス点から一定時間後に前記サイリスタ、トライアック、フォトサイリスタ、又はフォトトライアックを点弧し、前記一定時間が変更可能であるようにしてもよい。
本発明に係るLED駆動回路によると、位相角制御回路によりサイリスタ、トライアック、フォトサイリスタ、又はフォトトライアックの点弧角が調整されるので、LEDの調光が可能である。また、本発明に係るLED駆動回路によると、定電流回路がLEDに定電流を供給してLEDを駆動するので、LEDに流れる電流のピーク値は定電流回路で設定された値を越えない。これにより、電源電圧が変動する場合やLEDを複数直列接続する構成においてその段数を変えた場合でも、LEDに一定以上の電流が流れることを防止することができる。更に、図6A、図6B、図7A、図7Bに従来の制限抵抗による場合のLED電流波形と本願の定電流回路でのLED電流の比較を記載しているが、制限抵抗によるものに比べ、定電流回路での電流制限の方がLED以外(電流制限回路)での電力消費が少なく、特に図7A、図7Bの場合の様な暗い調光の場合はLED以外での電力消費が殆ど無い為、非常に効率の良い調光回路を提供できるものである。
本発明に係るLED駆動回路の実施形態について図面を参照して以下に説明する。本発明に係るLED駆動回路の一構成例を図1に示す。なお、図1において図4と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。
図1に示す本発明に係るLED駆動回路は、図4に示す従来のLED駆動回路から抵抗R3を取り除き、LEDモジュール3とサイリスタ4のアノードとの間に定電流回路B21を新たに設けた構成である。
定電流回路B21は、抵抗R21と、抵抗R22と、NPNトランジスタQ21と、NPNトランジスタQ22とによって構成される。抵抗R21の一端とNPNトランジスタQ21のコレクタとがLEDモジュール3に接続され、抵抗R22の一端とNPNトランジスタQ22のエミッタとがサイリスタ4のアノードに接続され、抵抗R21の他端がNPNトランジスタQ21のベースとNPNトランジスタQ22のコレクタとに接続され、抵抗R22の他端がNPNトランジスタQ21のエミッタとNPNトランジスタQ22のベースとに接続される。
このような構成によると、商用AC100V電源1から出力されるAC電圧がブリッジダイオード2によって全波整流され、約141Vピークの脈流電圧が得られる。位相角制御回路A11は、可変抵抗VR11の抵抗値を調整することにより、抵抗R11の抵抗値と可変抵抗VR11の抵抗値と容量C11の静電容量値とで定まる時定数を変化させてサイリスタ4の点弧角を調整することができる。これにより、サイリスタ4のオン期間が調整でき、その調整したオン期間の範囲で上記脈流電圧をLEDモジュール3に供給でき、調光が可能となる。
定電流回路B21では、NPNトランジスタQ22のベースとエミッタの間に設けられた抵抗R22の両端にNPNトランジスタQ22のベース−エミッタ間電圧VBEQ22がかかるので、抵抗値R22の抵抗R22にVBEQ22/R22の一定電流が流れ、この一定電流がNPNトランジスタQ21のエミッタ電流IEQ21となる。NPNトランジスタQ21のベース電流を無視すれば、このエミッタ電流IEQ21でLEDモジュール3は駆動される。
LEDモジュール3、定電流回路B21、及びサイリスタ4の直列回路に、上述した約141Vピークの脈流電圧が印加され、LED1個当りの順方向電圧をVF、LEDモジュール3の直列接続の段数をNとした場合、商用AC100V電源1から出力されるAC電圧の波高値がVF×Nを越えたときにLEDモジュール3に電流が流れ始め、VF×Nを下回っている間は流れないので、LEDモジュール3に流れる電流も脈流となるが、LEDモジュール3に流れる電流のピーク値は定電流回路B21で設定された値(VBEQ22/R22)を越えない。これにより、商用AC100V電源1から出力されるAC電圧が変動する場合やLEDモジュール3の直列接続の段数を変えた場合でも、LEDモジュール3に一定以上の電流が流れることを防止することができる。また、定電流回路B21は、NPNトランジスタQ22のベースとエミッタの間に抵抗R22が挿入されているので、その温度特性は負(温度が高くなると定電流値が下がる)となる。したがって、図1に示す本発明に係るLED駆動回路では、温度が上昇してもLEDモジュール3に一定以上の電流が流れるおそれがない。
次に、本発明に係るLED駆動回路の他の構成例を図2に示す。なお、図2において図4と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。
図2に示す本発明に係るLED駆動回路は、図4に示す従来のLED駆動回路から抵抗R3を取り除き、その取り除いた抵抗R3の代わりに定電流回路B31を新たに設けた構成である。
定電流回路B31は、抵抗R31と、抵抗R32と、PNPトランジスタQ31と、PNPトランジスタQ32とによって構成される。抵抗R31の一端とPNPトランジスタQ31のエミッタとがブリッジダイオード2の正極側出力端に接続され、抵抗R32の一端とPNPトランジスタQ32のコレクタとがLEDモジュール3と抵抗R2との接続点に接続され、抵抗R31の他端がPNPトランジスタQ31のベースとPNPトランジスタQ32のエミッタとに接続され、抵抗R32の他端がPNPトランジスタQ31のコレクタとPNPトランジスタQ32のベースとに接続される。
このような構成によると、商用AC100V電源1から出力されるAC電圧がブリッジダイオード2によって全波整流され、約141Vピークの脈流電圧が得られる。位相角制御回路A11は、可変抵抗VR11の抵抗値を調整することにより、抵抗R11の抵抗値と可変抵抗VR11の抵抗値と容量C11の静電容量値とで定まる時定数を変化させてサイリスタ4の点弧角を調整することができる。これにより、サイリスタ4のオン期間が調整でき、その調整したオン期間の範囲で上記脈流電圧をLEDモジュール3に供給でき、調光が可能となる。
定電流回路B31では、PNPトランジスタQ31のベースとエミッタの間に設けられた抵抗R31の両端にPNPトランジスタQ31のベース−エミッタ間電圧VBEQ31がかかるので、抵抗値R31の抵抗R31にVBEQ31/R31の一定電流が流れ、この一定電流がPNPトランジスタQ32のエミッタ電流IEQ32となる。PNPトランジスタQ32のベース電流を無視すれば、このエミッタ電流IEQ32でLEDモジュール3は駆動される。
定電流回路B31、LEDモジュール3、及びサイリスタ4の直列回路に、上述した約141Vピークの脈流電圧が印加され、LED1個当りの順方向電圧をVF、LEDモジュール3の直列接続の段数をNとした場合、商用AC100V電源1から出力されるAC電圧の波高値がVF×Nを越えたときにLEDモジュール3に電流が流れ始め、VF×Nを下回っている間は流れないので、LEDモジュール3に流れる電流も脈流となるが、LEDモジュール3に流れる電流のピーク値は定電流回路B31で設定された値(VBEQ31/R31)を越えない。これにより、商用AC100V電源1から出力されるAC電圧が変動する場合やLEDモジュール3の直列接続の段数を変えた場合でも、LEDモジュール3に一定以上の電流が流れることを防止することができる。また、定電流回路B31は、PNPトランジスタQ31のベースとエミッタの間に抵抗R31が挿入されているので、その温度特性は負(温度が高くなると定電流値が下がる)となる。したがって、図2に示す本発明に係るLED駆動回路では、温度が上昇してもLEDモジュール3に一定以上の電流が流れるおそれがない。
次に、本発明に係るLED駆動回路の更に他の構成例を図3に示す。なお、図3において図2と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。
図3に示す本発明に係るLED駆動回路は、図2に示す本発明に係るLED駆動回路から抵抗R2、位相角制御回路A11、トリガー素子5、及び抵抗R1を取り除き、定電圧回路7、位相角制御回路A21、及び位相角制御回路A21と商用AC100V電源1の間に配置される抵抗を新たに設けた構成である。
ブリッジダイオード2の出力側には、定電流回路B31、LEDモジュール3、及びサイリスタ4が、ブリッジダイオード2の正極側出力端から定電流回路B31、LEDモジュール3、及びサイリスタ4の順に直列接続されている。
そして、定電圧回路7の入力端がブリッジダイオード2の正極側出力端に接続され、定電圧回路7のグランド端がブリッジダイオード2の負極側出力端及びマイクロコンピュータ8のポート84に接続され、定電圧回路7の出力端がマイクロコンピュータ8のポート81に接続される。
位相角制御回路A21は、フォトカプラ6と、マイクロコンピュータ8と、抵抗R6と、可変抵抗VR1とによって構成される。フォトカプラ6は発光部である互いに逆方向に接続された2つのLEDと受光部であるフォトトランジスタからなり、フォトカプラ6の発光部である互いに逆方向に接続された2つのLEDは抵抗を介して商用AC100V電源1に接続され、フォトカプラ6の受光部であるフォトトランジスタのエミッタは定電圧回路7のグランド端に接続され、フォトカプラ6の受光部であるフォトトランジスタのコレクタはマイクロコンピュータ8のポート83に接続され抵抗R6を介して定電圧回路7の出力端に接続される。また、マイクロコンピュータ8のポート82は、定電圧回路7の出力端とグランド端との間に挿入される可変抵抗VR1の電圧をマイクロコンピュータ8が読むためのポートであり、マイクロコンピュータ8のポート85はサイリスタ4のゲートに接続される。
このような構成によると、商用AC100V電源1から出力されるAC電圧がブリッジダイオード2によって全波整流され、約141Vピークの脈流電圧が得られる。定電圧回路7は、入力端−グランド端間に入力される上記脈流電圧を定電圧に変換し、その定電圧を出力端−グランド端間電圧として出力する。マイクロコンピュータ8は、定電圧回路7から出力されポート81−ポート84間に印加される定電圧によって駆動する。マイクロコンピュータ8は、ポート83に入力されるフォトカプラ6の出力信号に基づいて商用AC100V電源1から出力されるAC電圧のゼロクロス点を検出し、可変抵抗VR1の電圧をポート82から読み取って、商用AC100V電源1から出力されるAC電圧のゼロクロス点から一定時間(可変抵抗VR1の電圧に対応する時間)後にパルス信号をポート85から出力してサイリスタ4のゲートに供給する。したがって、可変抵抗VR1の抵抗値を調整することにより、サイリスタ4の点弧角を調整することができる。これにより、サイリスタ4のオン期間が調整でき、その調整したオン期間の範囲で上記脈流電圧をLEDモジュール3に供給でき、調光が可能となる。
定電流回路B31では、PNPトランジスタQ31のベースとエミッタの間に設けられた抵抗R31の両端にPNPトランジスタQ31のベース−エミッタ間電圧VBEQ31がかかるので、抵抗値R31の抵抗R31にVBEQ31/R31の一定電流が流れ、この一定電流がPNPトランジスタQ32のエミッタ電流IEQ32となる。PNPトランジスタQ32のベース電流を無視すれば、このエミッタ電流IEQ32でLEDモジュール3は駆動される。
定電流回路B31、LEDモジュール3、及びサイリスタ4の直列回路に、上述した約141Vピークの脈流電圧が印加され、LED1個当りの順方向電圧をVF、LEDモジュール3の直列接続の段数をNとした場合、商用AC100V電源1から出力されるAC電圧の波高値がVF×Nを越えたときにLEDモジュール3に電流が流れ始め、VF×Nを下回っている間は流れないので、LEDモジュール3に流れる電流も脈流となるが、LEDモジュール3に流れる電流のピーク値は定電流回路B31で設定された値(VBEQ31/R31)を越えない。これにより、商用AC100V電源1から出力されるAC電圧が変動する場合やLEDモジュール3の直列接続の段数を変えた場合でも、LEDモジュール3に一定以上の電流が流れることを防止することができる。また、定電流回路B31は、PNPトランジスタQ31のベースとエミッタの間に抵抗R31が挿入されているので、その温度特性は負(温度が高くなると定電流値が下がる)となる。したがって、図3に示す本発明に係るLED駆動回路では、温度が上昇してもLEDモジュール3に一定以上の電流が流れるおそれがない。
図8A、図8Bに示す実施例は、トランジスタ1個とツェナーダイオード1個と抵抗2個とによって構成される他の定電流回路B41又はB51を使用した場合の実施例である。
なお、上述したいずれの実施形態においても、サイリスタ4はトライアック、フォトサイリスタ、又はフォトトライアックに置き換えることが可能である。サイリスタ4をフォトサイリスタ又はフォトトライアックに置き換える場合は、フォトサイリスタ又はフォトトライアックを制御するための光信号を出力する発光部も設けるようにする。また、本発明に係るLED駆動回路は、例えば照明機器や電光表示機器に使用される。
1 商用AC100V電源
2 ブリッジダイオード
3 LEDモジュール
4 サイリスタ
5 トリガー素子
6 フォトカプラ
7 定電圧回路
8 マイクロコンピュータ
81〜85 ポート
A11、A21 位相角制御回路
B11、B21、B31、B41、B51 定電流回路
C11 容量
Q1、Q21、Q22 NPNトランジスタ
Q31、Q32 PNPトランジスタ
R1〜R6、R11、R21、R22、R31、R32 抵抗
VR1、VR11 可変抵抗
ZD11 ツェナーダイオード
2 ブリッジダイオード
3 LEDモジュール
4 サイリスタ
5 トリガー素子
6 フォトカプラ
7 定電圧回路
8 マイクロコンピュータ
81〜85 ポート
A11、A21 位相角制御回路
B11、B21、B31、B41、B51 定電流回路
C11 容量
Q1、Q21、Q22 NPNトランジスタ
Q31、Q32 PNPトランジスタ
R1〜R6、R11、R21、R22、R31、R32 抵抗
VR1、VR11 可変抵抗
ZD11 ツェナーダイオード
Claims (5)
- LEDに定電流を供給して前記LEDを駆動する定電流回路と、
サイリスタ、トライアック、フォトサイリスタ、又はフォトトライアックと、
前記サイリスタ、トライアック、フォトサイリスタ、又はフォトトライアックの点弧角を調整する位相角制御回路とを備え、
前記LEDと前記定電流回路と前記サイリスタ、トライアック、フォトサイリスタ、又はフォトトライアックとが直列接続されることを特徴とするLED駆動回路。 - 前記定電流回路がトランジスタと抵抗のみによって構成される請求項1に記載のLED駆動回路。
- 前記トランジスタがバイポーラトランジスタである請求項2に記載のLED駆動回路。
- 前記位相制御回路が、容量と抵抗とを有し、前記サイリスタ、トライアック、フォトサイリスタ、又はフォトトライアックの点弧角を前記容量の静電容量と前記抵抗の抵抗値によって定まる時定数に応じた角度にする請求項1〜3のいずれか1項に記載のLED駆動回路。
- 前記LEDと前記定電流回路と前記サイリスタ、トライアック、フォトサイリスタ、又はフォトトライアックとの直列接続回路に交流電源電圧に基づく電圧が印加され、
前記位相制御回路が、前記交流電源電圧のゼロクロス点を検出し、前記交流電源電圧のゼロクロス点から一定時間後に前記サイリスタ、トライアック、フォトサイリスタ、又はフォトトライアックを点弧し、前記一定時間が変更可能である請求項1〜3のいずれか1項に記載のLED駆動回路。
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