JP2012048866A - Led駆動回路及びこれを用いたled照明灯具 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(スイッチング電流検出部2の出力電圧IDET1−基準電圧SENS)>(スイッチング電流制限設定電圧ILIM−第1オフセット電圧VOS1)となった場合にスイッチ素子M1はスイッチングを停止されスイッチング電流が制限され、(LED電流検出部3の出力電圧IDET2−基準電圧SENS)=(LED電流設定電圧ILED−第2オフセット電圧VOS2)=0となるようスイッチング素子M1がスイッチング制御される構成としている。
【選択図】図2
Description
前記スイッチング電流検出部の出力から一定値を減算する第1減算部と、
スイッチング電流の制限目標値を外部からの複数の入力電圧の演算により決定する第1決定部と、
前記LED電流検出部の出力から一定値を減算する第2減算部と、
LED電流の目標値を外部からの複数の入力電圧の演算により決定する第2決定部と、
前記第1減算部の減算結果が前記第1決定部の決定結果を超えた場合、前記スイッチング素子をオフしてスイッチング電流を制限するスイッチング電流制限部と、
前記第2減算部の減算結果と前記第2決定部の決定結果とが一致するように前記スイッチング素子を駆動してLED電流を制御するLED電流制御部と、を備えた構成とする(第1の構成)。
前記第1決定部は、スイッチング電流制限設定電圧と第1オフセット電圧との差分をとる第2エラーアンプであり、
前記第2減算部は、前記LED電流検出部の出力電圧と前記基準電圧との差分をとる第3エラーアンプであり、
前記第2決定部は、LED電流設定電圧と第2オフセット電圧との差分をとる第4エラーアンプであり、
前記スイッチング電流制限部は、前記第1エラーアンプの出力と前記第2エラーアンプの出力とを比較するコンパレータを有し、前記コンパレータの出力に基づき前記スイッチング素子をオフし、
前記LED電流制限部は、前記第3エラーアンプの出力と前記第4エラーアンプの出力との差分をとる第5エラーアンプと、前記第5エラーアンプの出力に応じてPWM信号を発生するPWM信号発生部と、を有し、前記PWM信号に基づき前記スイッチング素子を駆動する構成としてもよい(第3の構成)。
(IDET1−SENS)>(ILIM−VOS1)
になった時に、コンパレータCMP1の出力がハイレベルになり、RSフリップフロップSRFF1がセットされることでAND回路AND1の出力がローレベルとなり、スイッチング素子M1のゲートがローレベルになりスイッチング素子M1がオフにされスイッチングが停止され、スイッチング電流が制限されることになる。
(IDET2−SENS)=(ILED−VOS2)
になるようにフィードバックがかかり、LED電流が一定に保たれることとなる。
ΔI1=(2/gm+R2)×(IDET1−SENS)
但し、gm=MOSトランジスタM11、M13のトランスコンダクタンス
となり、抵抗R4で変換される電圧は、
ΔV1=R4×ΔI1
=R4×(2/gm+R2)×(IDET1−SENS)
となる。
ΔI2=(2/gm+R7)×(ILIM−VOS1)
但し、gm=MOSトランジスタM19、M21のトランスコンダクタンス
となり、抵抗R9で変換される電圧は、
ΔV2=R9×ΔI2
=R9×(2/gm+R7)×(ILIM−VOS1)
となる。
ΔV1=RC×(2/gm+RE)×(IDET1−SENS)
ΔV2=RC×(2/gm+RE)×(ILIM−VOS1)
となり、ΔV1とΔV2はコンパレータCMP1で比較される。図2に示す構成では、
ΔV1>ΔV2、即ち、(IDET1−SENS)>(ILIM−VOS1)
になるとコンパレータCMP1の出力がハイレベルになり、スイッチング素子M1のゲートがローレベルになることにより、スイッチング電流が制限される。
ΔI3=(2/gm+R12)×(IDET2−SENS)
但し、gm=MOSトランジスタM19、M21のトランスコンダクタンス
となり、抵抗R14で変換される電圧は、
ΔV3=R14×ΔI3
=R14×(2/gm+R12)×(IDET2−SENS)
となる。
ΔI4=(2/gm+R17)×(ILED−VOS2)
但し、gm=MOSトランジスタM27、M29のトランスコンダクタンス
となり、抵抗R19で変換される電圧は、
ΔV4=R19×ΔI4
=R19×(2/gm+R17)×(ILED−VOS2)
となる。
ΔV3=RC×(2/gm+RE)×(IDET2−SENS)
ΔV4=RC×(2/gm+RE)×(ILED−VOS2)
となる。
VOUT=VREF+(R23/R21)(ΔV4−ΔV3)
=1V+(R23/R21)×RC×(2/gm+RE)×((ILED−VOS2)−(IDET2−SENS))
となる。
ΔV3=ΔV4、即ち、(ILED−VOS2)=(IDET2−SENS)
となるように昇圧スイッチング動作でフィードバックがかかり、LED電流を一定に制御することができる。
平均電圧=Vo(1+cos(θ))/π
となり、位相制御式調光器の位相角と平均電圧の関係をグラフ化すると図7のようになる。この平均電圧に比例した電圧をLED電流設定電圧ILEDとして入力端子T4に入力することにより(第2オフセット電圧VOS2はグランドレベルとする)、LED電流が入力電圧の平均値に追随することになり、調光器の位相角に合わせて、LEDを調光することができる。このときの調光カーブを図10の点線に示す。この調光カーブを図18で示した従来のLED照明システムの調光カーブと比較すると、位相角θがより広い範囲で調光が可能となることが分かる。ここで、入力電圧の平均値に比例した電圧をLED電流設定電圧ILEDとして出力する構成としては、図8に示すよう、入力電圧VINを抵抗R25、R26で分圧してコンデンサC9で平滑化すればよい。
エッジ電圧=Vo×sin(θ)と表され、これに比例した電圧は、
A×エッジ電圧=A×Vo×sin(θ)と表される(Aは比例定数)。
よって、調光カーブは、
(Vo×(1+cos(θ))/π)−(A×Vo×sin(θ))に比例することとなる。図9に、A=0.15、Vo=141.4Vとした場合の入力電圧平均値、エッジ電圧に比例した電圧並びにこれらの差と位相角との関係を示す。また、図10の実線に、エッジ電圧に比例した電圧を用いる場合の調光カーブを示す。これから、白熱灯の調光カーブにより近い特性が得られていることが分かる。
(Vo×(1+cos(θ))/π)−(A×Vo×sin(θ))2に比例することとなる。図12に、A2=0.15/141.4、Vo=141.4Vとした場合の入力電圧平均値、エッジ電圧に比例した電圧の2乗値並びにこれらの差と位相角との関係を示す。また、図13の実線に、エッジ電圧に比例した電圧の2乗値を用いる場合の調光カーブを示す。これを見ると、図10の実線で示した調光カーブと較べて、位相角が大きい低照度での調光カーブが白熱灯の調光カーブにより近づいていることが分かる。
200 位相制御式調光器
300 LED駆動回路
400 LEDアレイ
500、500’ LED駆動回路
T0〜T5 入力端子
AMP1〜AMP5 エラーアンプ
CMP1、CMP2 コンパレータ
OS1 発振器
SRFF1 RSフリップフロップ
AND1 AND回路
1 スイッチング電源部
2 スイッチング電流検出部
3 LED電流検出部
4 スイッチング制御部
5 エッジ検出回路
6 サンプルホールド回路
7 2乗回路
8 電流引抜部
9 回路電流検出部
10 平均電圧検出部
Claims (10)
- 位相制御式調光器を介して交流電源と接続可能でありLED負荷を駆動するLED駆動回路において、スイッチング素子を有するスイッチング電源部と、スイッチング電流を検出するスイッチング電流検出部と、LED電流を検出するLED電流検出部と、
前記スイッチング電流検出部の出力から一定値を減算する第1減算部と、
スイッチング電流の制限目標値を外部からの複数の入力電圧の演算により決定する第1決定部と、
前記LED電流検出部の出力から一定値を減算する第2減算部と、
LED電流の目標値を外部からの複数の入力電圧の演算により決定する第2決定部と、
前記第1減算部の減算結果が前記第1決定部の決定結果を超えた場合、前記スイッチング素子をオフしてスイッチング電流を制限するスイッチング電流制限部と、
前記第2減算部の減算結果と前記第2決定部の決定結果とが一致するように前記スイッチング素子を駆動してLED電流を制御するLED電流制御部と、を備えたことを特徴とするLED駆動回路。 - 前記スイッチング電源部は、昇圧回路で構成されることを特徴とする請求項1に記載のLED駆動回路。
- 前記第1減算部は、前記スイッチング電流検出部の出力電圧と基準電圧との差分をとる第1エラーアンプであり、
前記第1決定部は、スイッチング電流制限設定電圧と第1オフセット電圧との差分をとる第2エラーアンプであり、
前記第2減算部は、前記LED電流検出部の出力電圧と前記基準電圧との差分をとる第3エラーアンプであり、
前記第2決定部は、LED電流設定電圧と第2オフセット電圧との差分をとる第4エラーアンプであり、
前記スイッチング電流制限部は、前記第1エラーアンプの出力と前記第2エラーアンプの出力とを比較するコンパレータを有し、前記コンパレータの出力に基づき前記スイッチング素子をオフし、
前記LED電流制限部は、前記第3エラーアンプの出力と前記第4エラーアンプの出力との差分をとる第5エラーアンプと、前記第5エラーアンプの出力に応じてPWM信号を発生するPWM信号発生部と、を有し、前記PWM信号に基づき前記スイッチング素子を駆動する、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のLED駆動回路。 - 回路全体の電流を検出する回路電流検出部と、電流を引抜く電流引抜部と、を備え、前記回路電流検出部の出力は前記基準電圧となり、前記電流引抜部は、前記回路電流検出部の出力に基づき回路全体の電流が一定となるよう電流を引抜くことを特徴とする請求項3に記載のLED駆動回路。
- 前記回路電流検出部は、回路電流を電圧に変換する抵抗素子と、変換された電圧を平均化する平均電圧検出部と、を有し、前記電流引抜部は、前記平均電圧検出部の出力が基準電圧になるよう電流を引抜くことを特徴とする請求項4に記載のLED駆動回路。
- 前記スイッチング電流制限設定電圧は、LED駆動回路の入力電圧に比例する電圧であることを特徴とする請求項3〜請求項5のいずれかに記載のLED駆動回路。
- 前記LED電流設定電圧は、LED駆動回路の入力電圧の平均電圧に比例した電圧であることを特徴とする請求項3〜請求項6のいずれかに記載のLED駆動回路。
- 前記第2オフセット電圧は、LED駆動回路の入力電圧のエッジ電圧に比例する電圧であることを特徴とする請求項7に記載のLED駆動回路。
- 前記第2オフセット電圧は、LED駆動回路の入力電圧のエッジ電圧に比例する電圧を二乗した電圧であることを特徴とする請求項7に記載のLED駆動回路。
- 請求項1〜請求項9のいずれかに記載のLED駆動回路と、前記LED駆動回路の出力側に接続されたLED負荷と、を備えたことを特徴とするLED照明灯具。
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