JP2010003810A - 発光ダイオード駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】発光ダイオードのオープン故障を未然に防止できる発光ダイオード駆動回路を提供すること。
【解決手段】
電流が流れると発光する発光ダイオード１１と、発光ダイオード１１と並列に設けられ、予め設定した一定の電気抵抗を発生する並列回路２０と、発光ダイオード１１に流れる電流と並列回路２０に流れる電流との和が一定になるような電流を付与する定電流回路２００と、を備え、発光ダイオード１１の内部抵抗が大きくなると、並列回路２０に流れる電流の割合が大きくなり、相対的に発光ダイオード１１に流れる電流が減少することによって、発光ダイオード１１の負荷を低減するため、定電流回路においてもオープン故障を未然に防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）を用いた照明装置等における発光ダイオードの駆動回路に関するものである。

従来より、白熱電球や蛍光灯と比べて消費電力の小さい発光ダイオードが照明装置に用いられている。通常、発光ダイオードは同じ製品でも内部抵抗にばらつきがあるため、輝度のばらつきを防止するために定電流回路を用いて点灯する。発光ダイオードは、使用しているうちに駆動回路の発熱などに起因して徐々に内部抵抗が上昇し、やがてオープン故障に至る。定電流回路では常に一定の電流が流れるため、発光ダイオードが劣化しオープン故障に至ることを阻止できなかった。

特許文献１には、発光ダイオードがオープン故障したときに電流をバイパスさせる発光ダイオード照明装置が開示されている。
特開２００７−１６５１６１号公報

しかしながら、特許文献１のようなバイパス回路では発光ダイオードがオープン故障した後で電流をバイパスさせるのみで、直列に接続された他の発光ダイオードまで点灯しなくなることは防止できても、発光ダイオードのオープン故障自体を防止することはできなかった。

そこで、本発明は劣化の始まった発光ダイオードのオープン故障を未然に防止する発光ダイオード駆動回路を提供することを目的とする。

本発明は、電流が流れると発光する発光ダイオードと、前記発光ダイオードと並列に設けられ、予め設定した一定の電気抵抗を発生する並列回路と、前記発光ダイオードに流れる電流と前記並列回路に流れる電流との和が一定になるような電流を付与する定電流回路と、を備え、前記発光ダイオードの内部抵抗が大きくなると、前記並列回路に流れる電流の割合が大きくなり、相対的に前記発光ダイオードに流れる電流が減少することによって、前記発光ダイオードの負荷を低減することを特徴とする。

本発明によれば、発光ダイオードが劣化して内部抵抗が増加してくると、発光ダイオードと並列に設けられ一定の電気抵抗を発生する並列回路に流れる電流の割合が大きくなり、発光ダイオードに流れる電流は減少する。よって、劣化した発光ダイオードに無理な電流を流すことはなく、発光ダイオードのオープン故障を未然に防止できる発光ダイオード駆動回路を得ることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態に係る発光ダイオード駆動回路について説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る発光ダイオード駆動回路の回路図、図２は発光ダイオードを駆動する定電流回路の一例の回路図である。

発光ダイオード駆動回路１００は、発光ダイオード１１と、発光ダイオード１１と並列に設けられる並列回路２０とを備える。

発光ダイオード１１は、順方向に電圧を印加すると発光する半導体素子である。発光ダイオード１１は可視光のみを発するため、白熱電球や蛍光灯のように赤外線を発光することによって発熱することはない。しかし、発光ダイオード１１の内部の配線や駆動回路は電流が流れることで発熱する。よって、発光ダイオード１１は使用を続けるうちに駆動回路等の発した熱によって徐々に劣化する。発光ダイオード１１の素子自体は半永久的に使用できるが、このように熱，衝撃，電極部分の劣化等によって内部の配線が断線し、いわゆるオープン故障の状態になって使用できなくなることがある。発光ダイオード１１は内部抵抗を有し、その内部抵抗は劣化と共に大きくなり、やがて内部の配線が断線すると内部抵抗は無限大になる。

発光ダイオード１１には、赤，緑，青などの可視光を発光するものや、赤外線，紫外線を発光するもの、又はこれらを組み合わせて白色に発光するものなどがある。発光ダイオード１１は、水銀等の有害物質を含有せず消費電力も小さいことから、白熱電球や蛍光灯に替えて用いられることが多い。

並列回路２０は、発光ダイオード１１と並列に設けられ、予め設定した一定の電気抵抗を付与する回路である。並列回路２０は、二つのダイオード２１と抵抗器２２とを備える。

ダイオード２１は電流を片方向にしか流さない半導体素子である。ダイオード２１は電流を順方向へは流すが、整流作用によって電流を逆方向にはほとんど流さない。ダイオード２１は、並列に備えられた発光ダイオード１１と同じ方向にのみ電流を流す向きで配置される。ダイオード２１は、回路内で電流が逆流することを防止する。

抵抗器２２は、一定の電気抵抗により電気を流れにくくすることができる受動素子である。

本実施形態では、並列回路２０はダイオード２１を二つと抵抗器２２を一つ備えるが、この組み合わせに限られずダイオード２１の内部抵抗と抵抗器２２との合計が、設定した抵抗値になるようにすればよい。具体的には、ダイオード２１と抵抗器２２とを組み合わせた並列回路２０の全体としての抵抗値が、発光ダイオード１１の初期の内部抵抗値よりも大きな抵抗値になるように、ダイオード２１の個数や抵抗器２２の抵抗値の大きさを決定する。

発光ダイオード１１と並列回路２０に付与される電流の和が一定になるように電流を供給する定電流回路２００は、オペアンプ５０とトランジスタ６０とを備える。図２のＲＬは負荷を意味し、本実施形態ではＲＬには発光ダイオード駆動回路１００が直列に多数設けられる。こうすることで多数の発光ダイオード１１を等しい電流で発光させることができる。

負荷ＲＬに流れる出力電流Ｉｃは抵抗器Ｒ１を通じてアースされる。つまり、オペアンプ５０の−（マイナス）端子にはＩｃ×Ｒ１の電圧が生じ、この電圧とオペアンプ５０の＋（プラス）端子の電圧とが等しくなるようにオペアンプ５０が動作する。よって、電気抵抗の大きさが変化しても常に一定の電流がこの回路には流れることとなる。

オペアンプ５０は、＋（プラス：非反転入力）と−（マイナス：反転入力）との二つの入力と一つの出力を備え、二つの入力間の電位差によって動作する差動増幅回路である。

トランジスタ６０は、増幅やスイッチの役割を果たす半導体素子である。トランジスタ６０にベース電流が流れると、それがスイッチとなり大きな出力電流Ｉｃが流れる。本実施形態ではトランジスタ６０にＮＰＮ型のバイポーラトランジスタを用いたが、ジャンクション型のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を用いてもよい。ジャンクション型のＦＥＴを用いた場合には、出力電流Ｉｃがベース電流分だけ少なくなることを防止できる。

通常、発光ダイオード１１を駆動する場合には定電流回路２００のように流れる電流を一定に保つ定電流回路が用いられる。例えば白色発光ダイオードについて考えてみると、白色発光ダイオードの順方向電圧Ｖｆは、他の色の光を発する発光ダイオードと比して高く、Ｖｆ＝３．６Ｖ程度である。この順方向電圧は、それぞれの白色発光ダイオードで個体差があり全く同じ値ではないため、同じだけの電圧を印加しても同じように発光しない場合がある。そこで白色発光ダイオードを直列に接続して、それを定電流回路で駆動する方法が用いられる。

定電流回路２００は、オペアンプ５０を用いた吸い込み型の定電流回路である。しかし、この形態に限られず吐き出し型の定電流回路やトランジスタを利用した定電流回路を用いてもよい。

以下では、本発明の実施の形態に係る発光ダイオード駆動回路１００の動作を説明する。

定電流回路２００から電流が流されると、抵抗値の小さい発光ダイオード１１側の回路に多く電流が流れる。発光ダイオード１１は、電流が流れることによって固有の色に発光する。

発光ダイオード１１と並列に設けられ、ダイオード２１と抵抗器２２とを備える並列回路２０に流れる電流は、発光ダイオード１１の内部抵抗が小さなうちは少ないが、発光ダイオード１１の劣化により発光ダイオード１１の内部抵抗が大きくなってくると徐々に増加する。それに伴い、発光ダイオード１１に流れる電流は徐々に減少する。そうなると、発光ダイオード１１自体に流れる電流は劣化する前よりも少なくなるため、その発光の輝度は低くなる。しかし、発光ダイオード１１には無理に大きな電流を流さないため、オープン故障に至る可能性はそのまま大きな電流を流し続けた場合よりも低くなる。発光ダイオード１１がやがてオープン故障に至っても、そこで電流の流れが断たれることはなく、並列回路２０に全ての電流が流れるため、直列に接続された他の発光ダイオード１１の発光までも阻害することはない。

以上の実施の形態によれば、以下の効果を奏する。

発光ダイオード１１が劣化して内部抵抗が増加してくると、並列に設けられたダイオード２１と抵抗器２２とを備える回路に流れる電流の割合が大きくなり、発光ダイオード１１に流れる電流は減少する。よって、劣化した発光ダイオード１１に無理な電流を流すことはなく、発光ダイオード１１のオープン故障を未然に防止でき、発光ダイオード１１を長寿命にする発光ダイオード駆動回路を得ることができる。

例えば、内照式看板は一般に高い場所に取り付けられており、内部に設けられた照明ユニットを交換することは困難である。しかし、本発明に係る発光ダイオード駆動回路１００を内照式看板の照明ユニットに用いた場合には、発光ダイオード１１の交換の回数を減らすことができる。

このように、本発明に係る発光ダイオード駆動回路１００は発光ダイオード１１の交換が困難であるなど、交換の回数を少なくしたい場合に用いることが有効である。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明に係る発光ダイオード駆動回路は、照明装置など発光ダイオードを用いる機器に利用することができる。

本発明の実施の形態に係る発光ダイオード駆動回路の回路図である。 発光ダイオードを駆動する定電流回路の一例の回路図である。

符号の説明

１００ 発光ダイオード駆動回路
１１ 発光ダイオード
２０ 並列回路
２１ ダイオード
２２ 抵抗器
５０ オペアンプ
６０ トランジスタ
２００ 定電流回路

Claims (2)

1. 電流が流れると発光する発光ダイオードと、
   前記発光ダイオードと並列に設けられ、予め設定した一定の電気抵抗を発生する並列回路と、
   前記発光ダイオードに流れる電流と前記並列回路に流れる電流との和が一定になるような電流を付与する定電流回路と、
   を備え、
   前記発光ダイオードの内部抵抗が大きくなると、前記並列回路に流れる電流の割合が大きくなり、相対的に前記発光ダイオードに流れる電流が減少することによって、前記発光ダイオードの負荷を低減することを特徴とする発光ダイオード駆動回路。
2. 前記並列回路は、前記発光ダイオードと同方向にのみ電流を流すダイオードと、
   前記ダイオードと直列に設けられ、一定の電気抵抗を付与する抵抗器と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード駆動回路。