JP2012054461A - Led駆動回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】LED調光用のスイッチを高周波でオンオフさせる場合でもLEDに一定レベルのパルス電流を出力できるLED駆動回路。
【解決手段】入力電圧を別の電圧に変換する電圧変換部1、複数のLEDを直列接続してなる第1LED群LED1〜LEDn、LED調光用信号に応じてスイッチングすることにより電圧変換部から第1LED群に印加される別の電圧を断続させるスイッチング素子Q1、第1LED群に流れるLED電流のパルス波高値に対応した基準電圧をLED調光用信号によりPWM変調するPWM変調部2、LED電流に対応した電圧を平均化する第1平均化部3、PWM変調部でPWM変調された電圧を平均化する第2平均化部4、第1平均化部で平均化された電圧と第2平均化部で平均化された電圧とに基づき第1LED群に印加される別の電圧を制御する制御部6とを有する。
【選択図】図1
【解決手段】入力電圧を別の電圧に変換する電圧変換部1、複数のLEDを直列接続してなる第1LED群LED1〜LEDn、LED調光用信号に応じてスイッチングすることにより電圧変換部から第1LED群に印加される別の電圧を断続させるスイッチング素子Q1、第1LED群に流れるLED電流のパルス波高値に対応した基準電圧をLED調光用信号によりPWM変調するPWM変調部2、LED電流に対応した電圧を平均化する第1平均化部3、PWM変調部でPWM変調された電圧を平均化する第2平均化部4、第1平均化部で平均化された電圧と第2平均化部で平均化された電圧とに基づき第1LED群に印加される別の電圧を制御する制御部6とを有する。
【選択図】図1
Description
本発明は、直列に接続された複数のLEDを駆動するLED駆動回路に関し、特に、LED調光の技術に関する。
従来、直列に接続された複数のLED(Light Emitting Diode)を点灯させるLED駆動回路として、例えば特許文献1が知られている。
図4に示す特許文献1には、温度や電源電圧の変動、素子ばらつきの影響を抑えて一定レベルのパルス電流を出力できるLED等の発光素子の駆動回路が開示されている。この駆動回路において、MOSトランジスタ100(LED調光用のスイッチ)がオンしたとき、スイッチング電源600からLED71〜7nへ電力が供給され、LED71〜7nの電流が抵抗200により検出される。この検出信号Sfbと目標信号Srefとの誤差信号Serrが誤差信号生成部300において生成され、信号保持部400において平均化される。
平均化された誤差信号SerrAに応じて、LED71〜7nへの供給電力が制御される。MOSトランジスタ100がオンからオフへ変化するとき、LED71〜7nへの電力供給が停止され、誤差信号SerrAが信号保持部400において保持される。MOSトランジスタ100がオフからオンへ変化するとき、保持された誤差信号SerrAの信号レベルを初期レベルとして、誤差信号SerrAの平均化が開始される。
特許文献1では、MOSトランジスタ601のスイッチング周波数は、MOSトランジスタ100のスイッチング周波数よりも十分に高くなるように制御される。
しかしながら、前述したLED駆動回路を液晶テレビジョンのバックライトなどに使用する場合には、ノイズ対策などにより、MOSトランジスタ100を高周波(例えば数十kHz)で制御する場合がある。
このような場合には、MOSトランジスタ601はMOSトランジスタ100を制御している高周波以上の高周波によってオンオフ動作させる必要がある。このため、半導体素子の特性上、MOSトランジスタ601を高周波でオンオフ動作させることが不可能となる場合がある。
本発明の課題は、LED調光用のスイッチを高周波でオンオフさせる場合でもLEDに一定レベルのパルス電流を出力できるLED駆動回路を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のLED駆動回路は、入力電圧を別の電圧に変換する電圧変換部と、複数のLEDを直列接続してなる第1LED群と、LED調光用信号に応じてスイッチングすることにより、前記電圧変換部から前記第1LED群に印加される前記別の電圧を断続させるスイッチング素子と、前記第1LED群に流れるLED電流のパルス波高値に対応した基準電圧を前記LED調光用信号によりPWM変調するPWM変調部と、前記LED電流に対応した電圧を平均化する第1平均化部と、前記PWM変調部でPWM変調された電圧を平均化する第2平均化部と、前記第1平均化部で平均化された電圧と前記第2平均化部で平均化された電圧とに基づき前記第1LED群に印加される前記別の電圧を制御する制御部とを有することを特徴とする。
本発明によれば、LED電流に対応した電圧を第1平均化部で平均化し、PWM変調部でPWM変調された電圧を第2平均化部で平均化するので、制御部に入力される電圧は、LED調光用信号の周波数に依存しない。このため、周波数が高い場合でも、LEDに印加される電圧を正しく制御することができる。従って、LED調光用のスイッチを高周波でオンオフさせる場合でもLEDに一定レベルのパルス電流を出力できる。
以下、本発明の実施の形態のLED駆動回路を図面を参照しながら詳細に説明する。本発明は、2つの平均化部を用いてLED電流のパルス波高値を制御するようにしたことを特徴とする。
図1は本発明の実施例1に係るLED駆動回路の構成図である。図1において、電圧変換部1は、入力電圧を昇圧して別の電圧に変換するもので、昇圧リアクトルL0とMOSFETからなるスイッチング素子Q0とダイオードD0と平滑コンデンサC0とから構成されている。
昇圧リアクトルL0の一端には直流電源Vinの電圧が印加され、昇圧リアクトルL0の他端にはダイオードD0のアノードとスイッチング素子Q0のドレインとが接続されている。スイッチング素子Q0のソースは接地され、ゲートはコンパレータCMPの出力端子に接続されている。ダイオードD0のカソードはコンデンサC0の一端とLED1のアノードに接続され、コンデンサC0の他端は接地されている。スイッチング素子Q0は、PWM制御部6によりオンオフされて、直流電源Vinの電圧は昇圧されて、直列接続されたLED1〜LEDnに印加される。
LEDnのカソードは、MOSFETからなるスイッチング素子Q1を介して電流検出抵抗Rsに接続される。スイッチング素子Q1は、パルス信号からなるLED調光用信号Vpulseに応じてスイッチングすることにより、電圧変換部1からLED1〜LEDnに印加される別の電圧を断続させる。基準電源Vrefは、LED1〜LEDnに流れるLED電流のパルス波高値に対応した基準電圧をPWM変調部2に出力する。
PWM変調部2は、基準電源Vrefからの基準電圧をLED調光用信号VpulseによりPWM変調する。PWM変調部2において、増幅器AMP2は、一方の入力端子と出力端子とが接続され、他方の入力端子には基準電源Vrefが接続されている。
電源Vccと接地との間に抵抗R3とMOSFETからなるスイッチング素子Q3との直列回路が接続されている。スイッチング素子Q3のゲートにはLED調光用信号Vpulseが印加される。増幅器AMP2の出力端子にはスイッチング素子Q2のドレインが接続され、ソースは接地され、ゲートは抵抗R3の一端とスイッチング素子Q3のドレインとに接続されている。
PWM変調部2は、以下のように動作する。基準電源Vrefの電圧が増幅器AMP2を介してスイッチング素子Q2のドレインに出力される。HレベルのLED調光用信号Vpulseがスイッチング素子Q3のゲートに印加されると、スイッチング素子Q3がオンするため、スイッチング素子Q2がオフする。このため、基準電源Vrefの電圧が抵抗R2に出力される。
また、LパルスのLED調光用信号Vpulseがスイッチング素子Q3のゲートに印加されると、スイッチング素子Q3がオフするため、スイッチング素子Q2がオンする。このため、基準電位(接地電位)が抵抗R2に出力される。即ち、基準電源Vrefの電圧がLED調光用信号Vpulseのパルス幅によりPWM変調される。
第1平均化部3は、抵抗R1とコンデンサC1とから構成され、LED電流が流れる電流検出抵抗Rsに発生する電圧を抵抗R1とコンデンサC1とにより平均化する。第2平均化部4は、抵抗R2とコンデンサC2とから構成され、PWM変調部2でPWM変調された電圧を抵抗R2とコンデンサC2とにより平均化する。
なお、第1平均化部3の過渡応答特性と第2平均化部4の過渡応答特性とは、同一特性を有している。ここでは、抵抗R1とコンデンサC1とによる時定数と抵抗R2とコンデンサC2とによる時定数とが同一値である。
電圧比較部5は、増幅器AMP1で構成され、増幅器AMP1は、第1平均化部3で平均化された電圧と第2平均化部4で平均化された電圧との誤差電圧を増幅してPWM制御部6に出力する。
PWM制御部6は、三角波発生器STとコンパレータCMPとから構成されている。コンパレータCMPは、増幅器AMP1からの誤差電圧と三角波発生器STで発生した三角波信号とを比較してパルス信号を生成してスイッチング素子Q0のゲートに印加する。
また、コンパレータCMPは、増幅器AMP1からの誤差電圧の値に応じてスイッチング素子Q0に印加されるパルス信号のオンオフのデューティ比を制御することにより、LED1〜LEDnに印加される電圧を制御する。
このように構成された実施例1のLED駆動回路によれば、PWM変調部2が、LED1〜LEDnに流れるLED電流のパルス波高値に対応した基準電圧をLED調光用信号VpulseによりPWM変調すると、第1平均化部3は、LED電流に対応した電圧を平均化して電圧比較部5に出力し、第2平均化部4は、PWM変調部2でPWM変調された電圧を平均化して電圧比較部5に出力する。
従って、電圧比較部5に入力される電圧は、平均化されたものであるから、LED調光用信号Vpulseの周波数に依存しない。このため、周波数が高い場合でも、LED1〜LEDnに印加される電圧を正しく制御することができる。従って、LED調光用のスイッチング素子Q1を高周波でオンオフさせる場合でもLEDに一定レベルのパルス電流を出力できる。
また、2つの平均化部3,4の過渡応答特性を同一特性としたので、LED調光用信号Vpulseのデューティ比が変化した場合でも、過渡時に電圧比較部5に入力される一方の平均電圧と他方の平均電圧との差分電圧を一定値にすることができる。このため、電圧変換部1の出力電圧が変化しないため、過渡時にLED電流の波高値を一定値に保持することができる。
図2は本発明の実施例2のLED駆動回路の構成図である。図2に示す実施例2のLED駆動回路は、図1に示す実施例1のLED駆動回路の構成に、さらに、電力供給手段10、バランス用トランスT1を設けたことを特徴とする。
電力供給手段10は、正弦波状の交番電流を供給するために、直流電源Vinの両端に、MOSFETからなるスイッチング素子QHとMOSFETからなるスイッチング素子QLとの直列回路が接続されている。
スイッチング素子QHとスイッチング素子QLとの接続点にトランスTの1次巻線Npと電流共振コンデンサCriとの直列共振回路が接続されている。トランスTは、漏れインダクタンスLr1,Lr2を有する。LpはトランスTの励磁インダクタンスである。スイッチング素子QLとスイッチング素子QHとが交互にオンオフすることでトランスTの2次巻線Ns1から漏れインダクタンスLr1と電流共振コンデンサCri又はLr1、LpとCriで共振した正弦波状の交番電流を供給することができる。
トランスTは、1次巻線Npと第1の2次巻線Ns1と第2の2次巻線Ns2とを有している。第1の2次巻線Ns1の一端にはバランス用トランスT1の第1巻線N1の一端が接続され、第1巻線N1の他端にはダイオードD1を介してコンデンサC3の一端と直列接続されたLED11〜LED1n(第1LED群)とが接続される。ダイオードD1(第1整流素子)とコンデンサC3(第1平滑素子)とは第1整流平滑回路を構成する。
第1の2次巻線Ns1の一端にはバランス用トランスT1の第2巻線N2の一端が接続され、第2巻線N2の他端にはダイオードD2を介してコンデンサC4の一端と直列接続されたLED21〜LED2n(第2LED群)とが接続される。ダイオードD2(第2整流素子)とコンデンサC4(第2平滑素子)とは第2整流平滑回路を構成する。LED1n,2nのカソードは、スイッチング素子Q1を介して電流検出抵抗Rsに接続されている。
第2の2次巻線Ns2の両端には、ダイオードD30とコンデンサC30とからなる整流平滑回路が接続されている。ダイオードD30とコンデンサC30との接続点における直流電圧は、電圧変換部1の昇圧リアクトルL0の一端に供給されている。ダイオードD0とコンデンサC0との接続点は、コンデンサC3の他端とコンデンサC4の他端と第1の2次巻線Ns1の他端とに接続されている。
電圧変換部1は、PWM制御部6からのオンオフ信号に応じてスイッチング素子Q0をオンオフさせることによりコンデンサC0の両端電圧を昇圧し、LED11〜LED1n、LED21〜LED2nに印加される電圧を制御する。
なお、その他の構成は、実施例1のLED駆動回路の構成と同一であるので、同一部分には同一符号を付する。
このように実施例2のLED駆動回路によれば、実施例1のLED駆動回路の構成と同一構成を有するので、同様な効果が得られる。
また、バランス用トランスT1の第1巻線N1と第2巻線N2とはそれぞれに流れる電流が均衡するように磁気結合されているので、コンデンサC3とコンデンサC4とには同一の電流が充電される。従って、コンデンサC3に接続されるLED11〜LED1nとコンデンサC4に接続されるLED21〜LED2nは、インピーダンスが異なる場合でも均衡化された電流が流れることになる。即ち、LED11〜LED1n,LED21〜LED2nに流れる電流のばらつきを抑制することができる。
図3は本発明の実施例3のLED駆動回路の構成図である。図3に示す実施例3のLED駆動回路は、図2に示す実施例2のLED駆動回路の構成に対して、ダイオードD1,D2、コンデンサC3,C4、LED11〜LED1n、LED21〜LED2nの極性が逆向きである点、電圧変換部1のコンデンサC0の出力をLED1n,LED2nのアノードに接続し、スイッチング素子Q1のドレインをコンデンサC3の他端とコンデンサC4の他端と2次巻線Ns1の他端とに接続した点が異なる。
このような実施例3のLED駆動回路によっても、実施例2のLED駆動回路と同様な動作及び効果が得られる。また、実施例3のLED駆動回路では、電圧変換部1により正の電圧を生成し、2次巻線Ns1で負の電圧を生成できるため、LED11〜LED1n,LED21〜LED2nには正負の電圧を印加することができる。
本発明は、LEDを点灯させるためのLED点灯装置やLED照明に適用可能である。
1 電圧変換部
2 PWM変調部
3 第1平均化部
4 第2平均化部
5 電圧比較部
6 PWM制御部
Vin 直流電源
Q0,Q1,Q2,Q3,QL,QH スイッチング素子
D0,D1,D2,DL,DH ダイオード
Cri 電流共振コンデンサ
C0,C1,C2,C3,C4 コンデンサ
R1,R2,R3,Rs 抵抗
T トランス
T1 バランス用トランス
Np 1次巻線
Ns1,Ns2 2次巻線
N1,N2 巻線
Lp 励磁インダクタンス
Lr1 漏れインダクタンス
LED1〜LEDn,LED11〜LED1n,LED21〜LED2n 発光ダイオード
CMP コンパレータ
ST 三角波発生器
AMP2 増幅器
Vref 基準電源
Vpulse LED調光用信号
2 PWM変調部
3 第1平均化部
4 第2平均化部
5 電圧比較部
6 PWM制御部
Vin 直流電源
Q0,Q1,Q2,Q3,QL,QH スイッチング素子
D0,D1,D2,DL,DH ダイオード
Cri 電流共振コンデンサ
C0,C1,C2,C3,C4 コンデンサ
R1,R2,R3,Rs 抵抗
T トランス
T1 バランス用トランス
Np 1次巻線
Ns1,Ns2 2次巻線
N1,N2 巻線
Lp 励磁インダクタンス
Lr1 漏れインダクタンス
LED1〜LEDn,LED11〜LED1n,LED21〜LED2n 発光ダイオード
CMP コンパレータ
ST 三角波発生器
AMP2 増幅器
Vref 基準電源
Vpulse LED調光用信号
Claims (4)
- 入力電圧を別の電圧に変換する電圧変換部と、
複数のLEDを直列接続してなる第1LED群と、
LED調光用信号に応じてスイッチングすることにより、前記電圧変換部から前記第1LED群に印加される前記別の電圧を断続させるスイッチング素子と、
前記第1LED群に流れるLED電流のパルス波高値に対応した基準電圧を前記LED調光用信号によりPWM変調するPWM変調部と、
前記LED電流に対応した電圧を平均化する第1平均化部と、
前記PWM変調部でPWM変調された電圧を平均化する第2平均化部と、
前記第1平均化部で平均化された電圧と前記第2平均化部で平均化された電圧とに基づき前記第1LED群に印加される前記別の電圧を制御する制御部と、
を有することを特徴とするLED駆動回路。 - 前記第1平均化部で平均化された電圧と前記第2平均化部で平均化された電圧とを比較する電圧比較部を有し、
前記電圧変換部は、電圧変換用スイッチング素子を有し、
前記制御部は、前記電圧比較部の出力に応じて前記電圧変換用スイッチング素子のデューティ比を制御することにより前記別の電圧を制御することを特徴とする請求項1記載のLED駆動回路。 - 前記第1平均化部の過渡応答特性と前記第2平均化部の過渡応答特性とは、同一特性を有することを特徴とする請求項1又は請求項2記載のLED駆動回路。
- 1次巻線と第1の2次巻線と第2の2次巻線とを有するトランスを有し、交番電流を出力する共振型の電力供給手段と、
前記トランスの第1の2次巻線の一端に各々の一端が接続される第1巻線及び第2巻線を有するバランス用トランスと、
複数のLEDを直列接続してなる第2LED群と、
前記バランス用トランスの前記第1巻線の他端と前記第1LED群との間に接続され、第1整流素子と第1平滑素子とを有する第1整流平滑回路と、
前記バランス用トランスの前記第2巻線の他端と前記第2LED群との間に接続され、第2整流素子と第2平滑素子を有する第2整流平滑回路とを有し、
前記電圧変換部は、前記トランスの第2の2次巻線に発生する電圧を整流平滑した電圧を前記入力電圧として入力し、前記別の電圧を前記第1平滑素子及び前記第2平滑素子の各々の一端に印加することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載のLED駆動回路。
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