JP3191537U

JP3191537U - 発光ダイオードの定電流ドライブ

Info

Publication number: JP3191537U
Application number: JP2014001981U
Authority: JP
Inventors: 勝栄荘; 文夏陳; 徳啓石; 明君張
Original assignee: 聯寶電子股▲ふん▼有限公司; 東莞聯寶光電科技有限公司
Priority date: 2014-04-16
Filing date: 2014-04-16
Publication date: 2014-06-26
Anticipated expiration: 2024-04-16

Abstract

【課題】過電流によって発光ダイオード（ＬＥＤ）の使用寿命を縮めることがない発光ダイオードの定電流ドライブの構造を提供する。【解決手段】主に整流回路１、スイッチング回路２及びフィードバック回路３で構成する発光ダイオードの定電流ドライブの構造である。整流回路１は一つの交流電力と接続し、且つ直流電力を出力する。スイッチング回路２は整流回路１の直流電力に接続し、且つパルス幅変調(ＰＷＭ)の方法を持って直流電力に切り替え、且つ一つの出力端子を具有して負荷４と接続する。フィードバック回路３はスイッチング回路２の出力端子とスイッチング回路２の間に接続し、出力端子が出力する電流の量に基づき、スイッチング回路２のデューティサイクルを制御することで、負荷４にまで出力する電流を一定にコントロールすることができる。【選択図】図２

Description

本考案はドライブの構造に関し、特に並列に設けられた多回路のＬＥＤ負荷に定電流源を提供し、発光を駆動する電子ドライブの構造に関する。

発光ダイオード(ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ, ＬＥＤ)は使用寿命が長く、省エネに優れるなどの特徴を具有し、今の時代において既に多くの消費性電子製品或いはライト光源の主流となっている。

ＬＥＤを発光させるのに、ドライブを通じて順方向電流を発生させて該部品を通過する。一般的にＬＥＤクラスタを一つのモジュールとしてドライブの負荷となる。実際応用する際に、該ドライブは通常並列に設けられた多回路の負荷(ＬＥＤモジュール)を駆動しなければならないため、駆動回路をデザインする際には、各ＬＥＤ負荷端に同じ発光光度を照射させることを考慮しなければならず、この役割は定電圧源或いは定電流源を介して達成できる。

一般的に定電圧源を提供する駆動回路は最もローコストの解決方案であり、ＬＥＤ負荷の先端に直列繋ぎで一つの電流制限抵抗を繋ぎ、更に回路の両端に定電圧源を加える。しかし、このような方法では欠点がある。電流制限抵抗は通過する電流を制限し、負荷端のＬＥＤ非線形V−I曲線もこの方法での電流を安定させる力が大変弱い。この他、印加電圧、或いはＬＥＤの順方向電圧に如何なる変動があると、ＬＥＤを通る電流が変わる。仮に定格の順方向電圧が３.６Ｖとすると、２０ｍＡの電流がＬＥＤを流れる。温度或いは製造過程の変化により電圧が３Ｖとなった場合(尚も正常の３Ｖから４Ｖの許容範囲内)、順方向電流は１４ｍＡにまで下がる。つまり順方向電圧が１１％変わるだけで、順方向電流は３０％の大幅な変動が起きる。このように電流が極端に変化すると、直接ＬＥＤの発光光度に影響を与え、その度合いは多くの応用設備が受け入れがたいものである。

従来の定電流源ドライブでは、当該回路構造の設計は複雑であり、構成部品が多く、全てのドライブが相同するデューティ特性を要求すれば、厳格にこれらの電子部品の品質に目を光らせる必要がある。ドライブのクォリティを上げにくいだけでなく、製造コストが高く、体積の縮減に不利など、尚も多くの改善すべき点がある。また、特に並列に設けられた多回路のＬＥＤ負荷を駆動するとき、訳あって如何なる一つの並列する負荷を除去或いは切断すると、該ドライブによって供給する電流は直接その他残りの負荷に分配するため、過電流によってＬＥＤの使用寿命を縮める恐れがあることを鑑みて、更なる改善が必要であった。

特開２００７−８２３４７号公報

前記公知構造の欠点を解決するため、本考案は簡単な電子回路の設計を利用し、並列に設けられる多回路負荷の定電流源の駆動を完成する。安定性が高いだけでなく、製造コストが低く、より小型化の応用に有利である。最も重要なのは、並列に設けられた多回路のＬＥＤ負荷を一つ除去或いは切断しても、回路はフィードバック信号の比較及び検出により、自らその他の負荷に対して定電流制御を行うため、過電流によってＬＥＤの使用寿命を縮めることがない発光ダイオードの定電流ドライブの構造を提供することを主な課題とする。

前記課題を解決するために、本考案は発光ダイオードの定電流ドライブの構造を提供するものである。本考案に含まれるのは整流回路、スイッチング回路及びフィードバック回路である。該整流回路は一つの交流電力と接続し、且つ直流電力を出力する。該スイッチング回路は該整流回路の直流電力に接続し、且つパルス幅変調(ＰＷＭ)の方法を持って該直流電力に切り替えるほか、負荷と接続する一つの出力端子及び一つのフィードバック制御端子を具有する。該フィードバック回路は該スイッチング回路の出力端子と該フィードバック制御端子との間に接続し、該出力端子が出力する電流の量に基づき、スイッチング回路のデューティサイクルを制御することで、出力する電流を一定にコントロールできる。

本考案は簡単な電子回路を設計し、並列に設けられる多回路負荷の定電流源の駆動を完成する。最も重要なのは、並列に設けられた多回路のＬＥＤ負荷を一つ除去或いは切断しても、回路はフィードバック信号の比較及び検出により、自らその他の負荷に対して定電流制御を行うため、過電流によってＬＥＤの使用寿命を縮めることがない。

本考案における回路ブロック図である。本考案における詳細回路図である。

以下、本考案の構造と特徴および効果を、最良実施例と図面を参照しながら詳細に説明する。

図１に示すのは、本考案の回路ブロック図である。本考案の発光ダイオード(ＬＥＤ)の定電流ドライブによって発光ダイオードを駆動して安定して発光する。それに含まれるのは整流回路１、スイッチング回路２及びフィードバック回路３である。該整流回路１は一つの交流電力と接続し、直流電力を出力する。該スイッチング回路２は該整流回路１が出力する直流電力に接続し、パルス幅変調(ＰＷＭ)の方法で該直流電力を切り替える。それに一つの出力端子２１及び一つのフィードバック制御端子２２を具有し、該出力端子２１は一つのＬＥＤ負荷４と接続する。該フィードバック回路３は該スイッチング回路２の出力端子２１とスイッチング回路のフィードバック制御端子２２との間に接続し、出力端子２１の出力する電流の量に基づき、スイッチング回路２のデューティサイクルを制御することで、出力電流を一定にコントロールする。

図２に示すのは、本考案の詳細回路図である。本考案のドライブは交流電力を直流電力に転換し、発光ダイオードの発光を駆動する。またフィードバック回路を設けて出力電流を一定に制御する。当該整流回路１は主に一つのブリッジタイプの整流回路であり、図に示す整流回路１はブリッジ整流子ＢＤ１、コンデンサＣＸ１、Ｃ１及び電気抵抗Ｒ１などの部品で構成する。もちろんその他の形態の整流器とすることもできる。

整流回路１は交流電力を直流電力に変換し、当該出力する直流電力はスイッチング回路２にまで送られる。該スイッチング回路２は一つの高周波スイッチングのＤＣ-ＤＣコンバータ(ＤＣ−ｔｏ−ＤＣＣｏｎｖｅｒｔｅｒ)であり、主に一つの高周波トランスＴＲ１、一つの電子スイッチＱ１及び一つのパルス幅変調ＰＷＭコントローラーＵ１で構成する。該高周波トランスＴＲ１の一段側は整流回路１の直流電力の出力端子と接続し、該電子スイッチＱ１のスイッチ端子は高周波トランスＴＲ１の一段側とアースの間に直列接続し、その間に或いは更に一つの電気抵抗Ｒ２を直列に接続する。電子スイッチＱ１の制御端子はＰＷＭコントローラーＵ１と接続することで、電子スイッチＱ１はＰＷＭコントローラーの制御を受けて該スイッチング周波数及びデューティサイクル(ｄｕｔｙｃｙｃｌｅ)を変えることができる。電子スイッチＱ１は金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(ＭＯＳＦＥＴ)、バイポーラジャンクショントランジスタ(ＢＪＴ)或いは絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(ＩＧＢＴ)などとすることができるが、それによって制限されない。ＰＷＭコントローラーＵ１のフィードバック制御端子２２はフィードバック信号のインプットを受けることができ、それをもって電子スイッチＱ１のデューティサイクルを変える。

スイッチング回路２の出力端子２１が出力する直流電力は負荷４にまで接続し、且つフィードバック回路３にまで並列接続する。該負荷４はＬＥＤモジュールであり、且つ一つ或いは多回路を並列する。図に示すのは多回路並列の形態である。最良実施例としては、各回路の負荷４とスイッチング回路２の出力端子２１との間に一つのチョークコイルＬ１、Ｌ２・・・・・ＬＸを直列接続することで、電流をより安定して駆動することができる。

スイッチング回路２と各回路の負荷４が形成する回路の中で、それぞれ一つの変換抵抗ＲＴ１、ＲＴ２・・・・ＲＴＸを直列接続し、該変換抵抗の電気抵抗値は全て同じである。該変換抵抗ＲＴ１、ＲＴ２・・・・ＲＴＸの両端はそれぞれオペアンプによって構成する一つのコンパレーターＵ２の入力端子と接続する。該変換抵抗ＲＴ１、ＲＴ２・・・・ＲＴＸと負荷４は直列接続であるため、流れる電流を電圧信号に変換できる。変換抵抗ＲＴ１、ＲＴ２・・・・ＲＴＸに流れるのは即ち負荷４に流れる出力電流であるため、コンパレーターＵ２は負荷の電流の量を比較することができる。該コンパレーターＵ２の出力端子は一つのフォトカプラＰＣ１の入力端子(即ち発光ダイオード側)と接続し、該フォトカプラＰＣ１の出力端子は即ちＰＷＭコントローラーＵ１のフィードバック制御端子２２と接続することで、フィードバック信号をＰＷＭコントローラーＵ１に出力する。各回路の変換抵抗ＲＴ１、ＲＴ２・・・・ＲＴＸの電気抵抗値は全て同じであるため、仮に如何なる一つのＬＥＤ負荷が訳あって除去或いは切断されると、ほかの回路の負荷が接続する変換抵抗ＲＴ１、ＲＴ２・・・・ＲＴＸにかかる電圧が予定値より大きい(即ち異常発生)とき、コンパレーターＵ２即ちフォトカプラＰＣ１はシャットダウンの操作を行い、直ちにフィードバック信号を変えてＰＷＭコントローラーＵ１のデューティサイクルを調整することで、電子スイッチＱ１の導通時間を変えて出力電流を調整するため、各回路の負荷がいずれも定電流を提供できる目的に達する。且つ該切断された負荷の回路電流がゼロであり、当該と直列接続する変換抵抗にある電圧も必ずゼロであるため、コンパレーターＵ２の正常操作を妨害或いは不良な影響を与えることがない。

以上の実施例による本考案の詳細な説明は本考案の範囲を制限するものではない。本技術に熟知する者が、本考案の範囲内にて行う変更や調整を行っても、本考案の重要な意義は失われず、本考案の範囲に含まれる。

１整流回路
２スイッチング回路
２１スイッチング回路の出力端子
２２スイッチング回路のフィードバック制御端子
３フィードバック回路
４負荷
Ｑ１電子スイッチ
Ｕ１ＰＷＭコントローラー
ＴＲ１高周波トランス
Ｌ１、Ｌ２….ＬＸ…チョークコイル
ＲＴ１、ＲＴ２…ＲＴＸ…変換抵抗
Ｕ２コンパレーター
ＰＣ１フォトカプラ

Claims

整流回路、スイッチング回路及びフィードバック回路を含み、
該整流回路は一つの交流電力と接続し、且つ直流電力を出力し、
該スイッチング回路は該整流回路の直流電力に接続し、且つパルス幅変調(ＰＷＭ)の方法を持って該直流電力に切り替え、それは負荷と接続する一つの出力端子及び一つのフィードバック制御端子を具有し、及び
該フィードバック回路は該スイッチング回路の出力端子と該スイッチング回路の間に接続し、該出力端子が出力する電流の量に基づき、スイッチング回路のデューティサイクルを制御することで、出力する電流を一定にコントロールできることを特徴とする発光ダイオードの定電流ドライブの構造。
該スイッチング回路に含まれるのは一つの電子スイッチ、一つの高周波トランス及び一つのＰＷＭコントローラーであり、該高周波トランスの一段側は該整流回路の直流電力出力端子と接続し、該電子スイッチのスイッチ端子は高周波トランスの一段側とアースの間に直列接続し、電子スイッチの制御端子はＰＷＭコントローラーと接続することで、電子スイッチはＰＷＭコントローラーの制御を受けて該スイッチング周波数及びデューティサイクル(ｄｕｔｙｃｙｃｌｅ)を変えることを特徴とする請求項１記載の発行ダイオードの定電流ドライブの構造。
前記電子スイッチは金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(ＭＯＳＦＥＴ)、バイポーラジャンクショントランジスタ(ＢＪＴ)或いは絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(ＩＧＢＴ)などとすることを特徴とする請求項２記載の発光ダイオードの定電流ドライブの構造。
前記フィードバック回路は一つの変換抵抗、一つのコンパレーター及び一つのフォトカプラを含み、
該スイッチング回路と負荷が形成する回路の中で、変換抵抗を直列接続し、該変換抵抗の両端はそれぞれコンパレーターの入力端子と接続し、
コンパレーターの出力端子はフォトカプラの入力端子と接続し、
該フォトカプラの出力端子はスイッチング回路のフィードバック制御端子と接続することで、フィードバック信号をスイッチング回路にアウトプットし、変換抵抗の電圧が異常発生すると、コンパレーターはフォトカプラを制御してシャットダウンの操作を行うことを特徴とする請求項２記載の発光ダイオードの定電流ドライブの構造。
前記コンパレーターはオペアンプによって構成することを特徴とする請求項４記載の発光ダイオードの定電流ドライブの構造。
前記スイッチング回路の出力端子が多回路の負荷と並列接続する際、各回路の負荷はいずれも一つの変換抵抗を直列接続し、且つ各一つの変換抵抗の電気抵抗値は全て同じであり、如何なる一つの回路の負荷が除去或いは切断されると、ほかの回路の負荷が接続する変換抵抗にかかる電圧が予定値より大きい(即ち異常発生)とき、コンパレーター即ちフォトカプラはシャットダウンの操作を行い、直ちにフィードバック信号を変えてＰＷＭコントローラーのデューティサイクルを調整することで、電子スイッチの導通時間を変えて出力電流を調整するため、各回路の負荷がいずれも定電流を提供できることを特徴とする請求項４記載の発光ダイオードの定電流ドライブの構造。