JP5644169B2 - Ｌｅｄ駆動回路 - Google Patents

Description

この発明は、複数のＬＥＤが直列接続されたＬＥＤ回路が複数並列接続された状態で駆動するＬＥＤ駆動回路に関する。

従来のＬＥＤ駆動回路は、図４に示すように、複数のＬＥＤを直列に接続したＬＥＤユニット１１ａ〜１１ｎを複数並列接続し、ＬＥＤユニット１１ａ〜１１ｎには定電圧回路からの電圧を供給して点灯させ、このときＬＥＤユニット１１ａ〜１１ｎに流れる総電流を検出し、検出された総電流またはＬＥＤユニット１１ａ〜１１ｎ単位の平均電流が一定になるように制御している。（例えば、特許文献１）

特開２００７−１３４４３０公報

上記した特許文献１の技術は、列または複数列のＬＥＤユニットがオープン状態となり電流が流れなくなった場合、流れなくなった分の電流が正常な他の列のＬＥＤユニットに過大電流となって流れ、ＬＥＤの温度が上昇して短寿命の原因になってしまう、という問題があった。

この発明の目的は、ＬＥＤユニットの列がオープン状態となった場合に、正常なＬＥＤユニットの列に過大な電流が流れないようにしてＬＥＤの温度上昇を抑えて、ＬＥＤの寿命の維持が図れるＬＥＤ駆動回路を提供することにある。

上記した課題を解決するために、この発明のＬＥＤ駆動回路は、スイッチング信号に基づき、入力直流電圧を降圧または昇圧させ、所望の直流電圧に変換して出力するコンバータと、前記コンバータの出力電圧を供給する複数のＬＥＤを直列接続した第１のＬＥＤユニットと、前記第１のＬＥＤユニットと並列接続し、前記コンバータの出力電圧を供給する複数のＬＥＤを直列接続した第２のＬＥＤユニットと、前記第１および第２のＬＥＤユニットに流れる電流を電圧に変換し、それぞれ電圧のオアをとって、前記第１および第２のＬＥＤユニットに流れる電流が一定となるように前記コンバータの出力電圧を制御する制御手段と、を具備したことを特徴とする。

この発明によれば、ＬＥＤユニットの列がオープン状態となった場合でも、正常なＬＥＤユニットの列に過大な電流が流れないようにしたことでＬＥＤの寿命を維持することが可能となる。

この発明のＬＥＤ駆動回路に関する一実施形態について説明するための回路構成図である。 この発明のＬＥＤ駆動回路に関する他の実施形態について説明するための回路構成図である。 この発明の一実施形態の変形例について説明するための回路構成図である。 従来のＬＥＤ駆動回路について説明するための回路構成図である。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、この発明のＬＥＤ駆動回路に関する一実施形態について説明するための回路構成図である。

図１において、１１は直流電源であり、この電源１１の正極は、ＭＯＳ型のスイッチング用トランジスタＱのソースを接続する。トランジスタＱのドレインは、電源１１から供給されるエネルギーを蓄えるインダクタＬの一端に接続するとともに、アノードが基準電位点に接続された整流用のダイオードＤ１のカソードに接続する。インダクタＬの他端は、平滑用のコンデンサＣを介して基準電位点に接続する。トランジスタＱ、インダクタＬ、ダイオードＤ１、コンデンサＣは、トランジスタＱのオン・オフに基づき入力直流電圧を降圧させ、所望の直流電圧に変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータ１２を構成している。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力は、直列接続のＬＥＤ（発光ダイオード）１３１〜１３１ｎから構成のＬＥＤユニット１３の最上の電圧が印加されるＬＥＤ１３１ｎのアノードに、ＬＥＤユニット１３に並列接続される直列接続のＬＥＤ１４１〜１４１ｎから構成のＬＥＤユニット１４の最上の電圧が印加されるＬＥＤ１４１ｎのアノードにそれぞれ接続される。

ＬＥＤユニット１３の最下の電圧が印加されるＬＥＤ１３１のカソードは、抵抗Ｒ１を介して基準電位点に、ＬＥＤユニット１４の最下の電圧が印加されるＬＥＤ１４１のカソードは、抵抗Ｒ２を介して基準電位点にそれぞれ接続される。

１５は演算増幅器であり、この演算増幅器１５の非反転入力＋は、基準電圧Ｖｒｅｆを介して基準電位点に接続される。演算増幅器１５の反転入力−には、ＬＥＤユニット１３のＬＥＤ１３１のカソードと抵抗Ｒ１との接続点にアノードが接続されたダイオードＤ２のカソードおよびＬＥＤユニット１４のＬＥＤ１４１のカソードと抵抗Ｒ２との接続点にアノードが接続されたダイオードＤ３のカソードがそれぞれ接続される。

ところで、ダイオードＤ２，Ｄ３は、ＯＲ回路１６を構成しており、いずれか一方の出力が演算増幅器１５の反転入力−に供給されている状態での演算増幅器１５の出力は、負荷であるＬＥＤユニット１３，１４は通常の状態にあると判断し、制御回路１７に出力を供給する。

そして演算増幅器１５の出力は、制御回路１７に供給し、ここで演算増幅器１５の出力情報に基づいた制御パルスを生成し、パルス幅変調回路１８に供給し、制御パルスのパルス幅に基づいたスイッチング信号をトランジスタＱのゲートに供給する。

なお、ＬＥＤユニット１３，１４の電流を電圧にそれぞれ変換し、これらをＯＲ回路１６でオアをとった電圧と基準電位Ｖｒｅｆとの演算を演算増幅器１５で行い、演算増幅器１５の出力情報に基づいた制御信号を制御回路１７からパルス幅変調回路１８に供給し、ここで制御信号に基づいたデューティのスイッチングパルスを生成し、トランジスタＱのゲートに供給するルーチンで制御手段を構成している。

ここで、図１の動作について説明する。トランジスタＱは、電源１１の直流電圧をパルス幅変調回路１８の出力に基づいてスイッチングし、スイッチング出力を所定の直流電圧に変換して出力する。インダクタＬは、トランジスタＱがオンのときに電源１１から電流が流れてエネルギーが蓄積される。トランジスタＱがオフのとき、ダイオードＤ１を介してインダクタＬに電流が流れ込み、一定の出力電圧Ｖｄが維持される。また、コンデンサＣにより、出力電圧Ｖｄが平滑される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖｄは、ＬＥＤユニット１３，１４に供給して電流を流し、これらを点灯する。ＬＥＤユニット１３の１３１〜１３１ｎに流れた電流は、抵抗Ｒ１により電圧に変換し、ダイオードＤ２に介して演算増幅器１５の反転入力−に、ＬＥＤユニット１４の１４１〜１４１ｎに流れた電流は、抵抗Ｒ２により電圧に変換し、ダイオードＤ３に介して演算増幅器１５の反転入力−にそれぞれ供給する。演算増幅器１５は、反転入力−のＯＲ回路１６の出力電圧と非反転入力＋の基準電圧Ｖｒｅｆとの比較を行い、演算増幅器１５の出力が基準電圧Ｖｒｅｆに相当する定電圧が制御回路１７に供給される。

演算増幅器１５の出力が供給された制御回路１７では、演算増幅器１５の出力情報に基づいた制御信号をパルス幅変調回路１８に供給する。パルス幅変調回路１８では制御信号に基づいたデューティのスイッチングパルスを生成し、トランジスタＱのゲートに供給し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖｄを決定する。つまり、出力電圧Ｖｄは、基準電圧Ｖｒｅｆで決まる定電圧を、ＬＥＤユニット１３，１４にそれぞれ供給し、それぞれのＬＥＤを点灯する。

ここで、例えばＬＥＤユニット１４がオープンになった場合は、ＬＥＤユニット１４には電流が流れなくなり、抵抗Ｒ２により電圧が発生しない。しかし、オープン状態にないＬＥＤユニット１３に流れた電流は、抵抗Ｒ１により変換された電圧がダイオードＤ２を介して演算増幅器１５の反転入力−に供給される。このときに演算増幅器１５には、基準電圧Ｖｒｅｆに相当する定電圧が制御回路１７に供給される。

従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖｄとしては変化がないことから、結果としてＬＥＤユニット１３に過大な電流が流れることがなく、ＬＥＤユニット１３の発熱を抑え、ＬＥＤの寿命を維持させることができる。

図２は、この発明のＬＥＤ駆動回路に関する他の実施形態について説明するための回路構成図である。上記実施形態と同一の機能部分には同一の符号を付し、ここでの説明は省略する。

この実施形態は、演算増幅器１５の基準電圧Ｖｒｅｆと直列に、ＯＲ回路１６のダイオードＤ２，Ｄ３と同じ温度特性を有するダイオードＤ４を接続した構成部分が、図１と異なる。

演算増幅器１５の反転入力−に接続されたダイオードＤ２，Ｄ３は、ダイオードＤ２，Ｄ３の順方向電圧が温度により変化する特性を有している。演算増幅器１５の非反転入力＋に接続されたダイオードＤ４は、ダイオードＤ２，Ｄ３と同じように順方向電圧が温度により変化する特性を有している。従って、温度変化に対して、演算増幅器１５の反転入力−と非反転入力＋は同条件となる。

従って、温度が上昇すると順方向電圧が下がるため検出抵抗Ｒ１、Ｒ２で検出された電流が変化していないにもかかわらず演算増幅器に入力する電圧は低下する。基準電圧Ｖｒｅｆも下げることでＬＥＤユニット１３，１４の定電流を保持する。

すなわち、ダイオードＤ２，Ｄ３と同じ温度特性のダイオードＤ４は、ダイオードＤ２，Ｄ３の温度特性による順方向電圧の変化によるＬＥＤユニット１３，１４を流れる電流の誤検出を、温度によるＬＥＤユニット１３，１４の照度の変化を抑えることが可能となる。

この実施形態では、温度変化があっても、それに対応して基準電圧を変化させることができ、ＬＥＤユニットに流す電流を定電流に保持できることから温度による影響を軽減させることが可能となる。

図３は、この発明の一実施形態の変形例について説明するための回路構成図である。上記した各実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２から出力される駆動電圧Ｖｄが電源１１に対して降圧される例について説明した。この変形例は、図１の回路構成のＤＣ／ＤＣコンバータ１２を、昇圧させるＤＣ／ＤＣコンバータ１２１で構成したものである。

すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２１は、電源１１とＤＣ／ＤＣコンバータ１２１のライン間に、インダクタＬとダイオードＤ１を直列の状態で介装接続し、インダクタＬとダイオードＤ１の接続点と基準電位点との間にスイッチングトランジスタＱのドレインとソース間を介装接続している。

トランジスタＱのゲートをパルス幅変調回路１８から出力されるスイッチングパルスに基づいてスイッチングすることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２１の出力からは、電源１１の直流電圧値よりも昇圧された出力電圧Ｖｄを導出でき、ＬＥＤユニット１３，１４のそれぞれの最上の電圧で動作するＬＥＤの点灯させることができる。

なお、図３の変形例では、演算増幅器１４の基準電圧Ｖｒｅｆに直列に、図２の実施形態のように、ダイオードＤ２，Ｄ３の温度特性による順方向電圧の変化による検出電圧の誤検出を防止するために、ダイオードＤ２，Ｄ３と同特性のダイオードを接続しても構わない。

この発明は、上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、ＬＥＤユニットは説明を簡単にするために２列だけを図示したが、ＬＥＤユニット３列以上であっても、追加のＬＥＤユニットに電圧変換用の抵抗とこの抵抗により検出された電圧をダイオードを介して演算増幅器の反転入力に供給する構成にすればよい。

また、ＬＥＤユニットに直列に接続された電圧変換用の抵抗を可変抵抗とし、演算増幅器の出力が基準電圧に基づくように調整することで、ＬＥＤユニットの通常の点灯時における出力電圧Ｖｄの一定化させることで、ＬＥＤユニットの照度の一定化を図ることができる。

１１ 電源
１２、１２１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１３，１４ ＬＥＤユニット
１３１〜１３ｎ，１４１〜１４ｎ ＬＥＤ
１５ 演算増幅器
１６ ＯＲ回路
１７ 制御回路
１８ パルス幅変調回路
Ｑ スイッチングトランジスタ
Ｖｒｅｆ 基準電圧
Ｄ２〜Ｄ３ ダイオード

Claims (1)

1. スイッチング信号に基づき、入力直流電圧を降圧または昇圧させ、所望の直流電圧に変換して出力するコンバータと、
   前記コンバータの出力電圧が供給される複数のＬＥＤを直列接続した第１のＬＥＤユニットと、
   前記第１のＬＥＤユニットと並列に接続され、前記コンバータの出力電圧が供給される複数のＬＥＤを直列接続した第２のＬＥＤユニットと、
   前記第１および第２のＬＥＤユニットにそれぞれ流れる電流を電圧に変換する電圧変換手段と、
   前記電圧変換手段の出力をオア出力する第1のダイオードを有するＯＲ回路と、
   該ＯＲ回路の出力が反転入力部に供給され、基準電位が非反転入力部に供給された演算増幅器と、
   該演算増幅器の出力情報に基づき制御信号を生成する制御回路と、
   該制御回路からの制御信号に基づいたデューティのスイッチング信号を生成して、前記コンバータに出力するパルス幅変調回路と、
   前記非反転入力部及び基準電位に直列に接続され、前記第1のダイオードの順方向の温度特性と同じ特性を有する第２のダイオードと、
   を具備したことを特徴とするＬＥＤ駆動回路。

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