KR20220116431A

KR20220116431A - 광원 장치

Info

Publication number: KR20220116431A
Application number: KR1020227015853A
Authority: KR
Inventors: 다이스케 모리; 히로노부 시바타; 료스케 모리; 마사키 오모리; 히데키 콘도
Original assignee: 니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2020-12-08
Publication date: 2022-08-23
Also published as: EP4080995A1; EP4080995A4; JP7513909B2; CN114830828A; WO2021124994A1; JPWO2021124994A1; US11956870B2; US20230023001A1

Abstract

복수의 발광 소자를 동시에 점등하여 발광 출력을 크게 하면서, 어느 발광 소자의 장해가 다른 발광 소자에 유발되는 것을 억제할 수 있는 광원 장치를 제공한다. 광원 장치는, 복수의 발광 소자(1)가 직렬로 접속된 다이오드 부하(10)에 일정한 전류를 흐르게 하는 광원 장치로서, 다이오드 부하(10)에 접속되도록 구성되는 전원 회로(20)와, 다이오드 부하(10)와 직렬로 접속되도록 구성되는 피크 전류 제한 회로(30)를 구비한다. 또한, 피크 전류 제한 회로(30)는, 다이오드 부하(10)와 직렬로 접속하도록 구성되는 전류 검출기(31)와, 전류 검출기(31)의 검출 전압에 의해 다이오드 부하(10)의 전류를 제어하는 전류 조정 회로(32)를 구비한다. 나아가, 전류 검출기(31)는, 저항기(4)와 코일(5)의 직렬 회로로 이루어진다.

Description

광원 장치

본 개시는, 복수의 발광 소자가 직렬로 접속되어 있는 광원 장치에 관한 것이다.

발광 다이오드를 광원으로 사용하는 광원 장치는, 발광 다이오드가 전압 또는 전류에 의해 전기 저항이 변화하여, 전압-전류 특성이 직선적으로 변화하지 않기 때문에, 정전류 회로에 접속하여 점등되는 경우가 있다. 또한, 이 광원 장치는 발광 출력을 크게 하기 위해, 복수의 발광 다이오드를 직렬로 접속하여 동시에 점등하고 있다. 이 광원 장치는, 직렬로 접속되어 있는 각각의 발광 다이오드에 일정한 전류를 흘려 점등시키기 위해, 정전류 회로를 구비한다(특허문헌 1 참조).

특허문헌 1: 일본특허공개 2016-129129호 공보

정전류 회로는, 전류의 증가를 검출하여 전류를 일정한 전류로 제어하도록 동작하지만, 전류의 증가를 검출하여 일정한 전류로 제어할 때까지 시간 지연이 생길 우려가 있다. 시간 지연은, 순간적으로 과대한 피크 전류를 흐르게 하는 원인이 되고, 피크 전류는 정상적인 발광 소자에 과전류로 인한 장해를 줄 우려가 있다.

본 개시는, 어떠한 발광 소자의 장해가 다른 발광 소자에 유발되는 것을 억제할 수 있는 광원 장치를 제공하는 것에 있다.

본 개시의 광원 장치는, 복수의 발광 소자를 직렬로 접속하여 이루어지는 다이오드 부하에 일정한 전류를 흐르게 하는 광원 장치로서, 다이오드 부하에 접속하도록 구성되는 전원 회로와, 다이오드 부하와 직렬로 접속하도록 구성되는 피크 전류 제한 회로를 구비한다. 또한, 피크 전류 제한 회로가, 다이오드 부하와 직렬로 접속하도록 구성되는 전류 검출기와, 전류 검출기의 검출 전압에 의해 다이오드 부하의 전류를 제어하는 전류 조정 회로를 구비한다. 나아가, 전류 검출기가, 저항기와 코일의 직렬 회로로 이루어진다.

본 개시에 의하면, 어떠한 발광 소자의 장해가 다른 발광 소자에 유발되는 것을 억제할 수 있다.

도 1은 실시형태 1에 따른 광원 장치의 블록도이다.
도 2는 실시형태 2에 따른 광원 장치의 블록도이다.
도 3은 실시형태 3에 따른 광원 장치의 블록도이다.
도 4는 실시형태 4에 따른 광원 장치의 블록도이다.
도 5는 피크 전류 제한 회로를 설치하지 않는 광원 장치의 전류 파형을 나타내는 도면이다.
도 6은 실시형태에 따른 피크 전류 제한 회로가 설치된 광원 장치의 전류 파형을 나타내는 도면이다.

일 실시형태에 따른 광원 장치에 의하면, 복수의 발광 소자가 직렬로 접속된 다이오드 부하에 일정한 전류를 흐르게 하는 광원 장치로서, 다이오드 부하에 접속하도록 구성되는 전원 회로와, 다이오드 부하와 직렬로 접속하도록 구성되는 피크 전류 제한 회로를 구비하고 있고, 피크 전류 제한 회로가, 다이오드 부하와 직렬로 접속하도록 구성되는 전류 검출기와, 전류 검출기의 검출 전압에 의해 다이오드 부하의 전류를 제어하는 전류 조정 회로를 구비하고, 전류 검출기가, 저항기와 코일의 직렬 회로로 이루어진다.

이상의 광원 장치는, 복수의 발광 소자가 직렬로 접속되어 이루어지는 다이오드 부하와 직렬로 접속되어 있는 피크 전류 제한 회로를 구비하고 있고, 이 피크 전류 제한 회로에는, 다이오드 부하와 직렬로 접속되어 있는 전류 검출기와, 전류 검출기의 검출 전압에 의해 다이오드 부하의 전류를 제어하는 전류 조정 회로를 설치한다. 나아가, 전류 검출기에는, 저항기와 직렬로 코일을 접속하고 있기 때문에, 발광 소자 중 어느 하나가 내부 쇼트 등의 고장으로 다이오드 부하의 전기 저항이 급격하게 저하되어, 전류가 순간적으로 증가하면, 전류 검출기의 코일에는, 다이오드 부하의 급격한 전류 변동과 코일의 인덕턴스에 비례하여 순간적으로 피크 전압이 유도된다. 순간적으로 유도되는 피크 전압은, 전류 조정 회로를 제어하여, 출력 전류인 다이오드 부하의 전류를 순간적으로 감소시킨다. 따라서, 어느 발광 소자가 고장나 다이오드 부하의 전기 저항이 순간적으로 작아지는 상태에서도, 매우 빠른 응답 속도로 다이오드 부하의 전류를 제어하여, 전류의 증가를 억제할 수 있다.

특히, 이상의 광원 장치는, 전류 검출기의 저항기와 직렬로 코일을 접속하고, 이 코일에 유도되는 피크 전압으로 전류 조정 회로를 제어하여, 즉, 피크 전압을 전류 조정 회로의 입력측에 부귀환(negative feedback)하여 다이오드 부하의 전류를 제한하기 때문에, 매우 작은 인덕턴스의 코일로, 다이오드 부하 전류의 순간적인 증가를 억제할 수 있다. 예를 들면, 이하의 실시예의 광원 장치에서는, 저항기와 직렬로 접속되는 코일의 인덕턴스가 0.9μＨ로 극히 작다. 특히, 이상의 광원 장치는, 다이오드 부하의 전류를 일정한 전류로 안정화시키기 위해 설치하고 있는 피크 전류 제한 회로의 전류 검출기에, 극히 작은 인덕턴스의 코일을 접속한다고 하는 간단한 회로 구성으로 하면서, 다이오드 부하의 전류가 순간적으로 증가하는 것을 제한할 수 있다.

또한, 코일의 인덕턴스로 순간적인 피크 전류를 억제한 후에는, 전류 검출기의 저항기로, 다이오드 부하를 일정한 전류값으로 안정화할 수 있다. 이 때문에, 복수의 발광 소자가 직렬로 접속되어 있는 광원 장치에 있어서, 어느 발광 소자가 내부 쇼트 등의 고장으로 전기 저항이 저하되더라도, 다른 발광 소자를 과전류의 폐해로부터 보호하면서, 그 이후는 발광 소자가 고장나기 이전과 마찬가지로 사전에 설정되어 있는 일정한 전류를 다이오드 부하에 흐르게 할 수 있다. 따라서, 이상의 광원 장치는, 어느 발광 소자가 고장나더라도 다른 발광 소자에 순간적으로 흐르는 피크 전류로부터 보호하고, 나아가, 직렬로 접속되어 있는 발광 소자의 개수가 적게 되더라도, 미리 설정되어 있는 일정한 전류값으로 안정화하여, 다이오드 부하의 발광 소자를 점등할 수 있다.

또한, 다른 실시형태에 따른 광원 장치에 의하면, 전류 조정 회로가, 다이오드 부하 및 전류 검출기와 직렬로 접속하도록 구성되는 트랜지스터와, 트랜지스터의 입력측에 접속하도록 구성되는 비교기와, 비교기의 제1 입력 단자에 기준 전압을 입력하는 기준 전압 회로를 구비하고, 전류 검출기에 유도되는 검출 전압이 비교기의 제2 입력 단자에 입력되고, 비교기의 출력이 트랜지스터에 입력되어, 트랜지스터가 다이오드 부하의 전류를 제어할 수 있다.

나아가, 다른 실시형태에 따른 광원 장치에 의하면, 트랜지스터를 FET로 할 수 있다. 또한, 다른 실시형태에 따른 광원 장치에 의하면, 복수의 FET를 병렬로 접속할 수 있다.

또한, 다른 실시형태에 따른 광원 장치에 의하면, 기준 전압 회로는, 기준 전압을 변경할 수 있는 회로로 할 수 있다.

또한, 다른 실시형태에 따른 광원 장치에 의하면, 전류 검출기에 유도되는 전압을 증폭하는 서브 앰프를 구비하고, 서브 앰프의 출력 전압을 비교기의 입력의 입력 단자에 입력할 수 있다.

또한, 다른 실시형태에 따른 광원 장치에 의하면, 비교기의 출력측과 트랜지스터의 입력측의 사이에, 비교기의 출력 임피던스를 저하시켜 출력하는 버퍼 앰프를 접속할 수 있다.

또한, 다른 실시형태에 따른 광원 장치에 의하면, 전원 회로를 정전류 전원으로 할 수 있다.

또한, 다른 실시형태에 따른 광원 장치에 의하면, 저항기를 권선 저항기로 할 수 있다.

또한, 다른 실시형태에 따른 광원 장치에 의하면, 발광 소자를 레이저 다이오드로 할 수 있다.

이하, 도면에 기초하여 본 개시를 상세하게 설명한다. 한편, 이하의 설명에서는, 필요에 따라 특정한 방향이나 위치를 나타내는 용어(예를 들면, 「위」, 「아래」, 및 이들 용어를 포함하는 별도의 용어)를 사용하지만, 이들 용어의 사용은 도면을 참조한 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로, 이들 용어의 의미에 의해 본 발명의 기술적 범위가 제한되는 것은 아니다. 또한, 복수의 도면에 나타나는 동일 부호의 부분은 동일 또는 동등한 부분 또는 부재를 나타낸다.

나아가 이하에 나타내는 실시형태는, 본 발명의 기술 사상의 구체예를 나타내는 것으로, 본 개시를 이하로 한정하는 것은 아니다. 또한, 이하에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은, 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 이에 한정하는 취지는 아니고, 예시하는 것을 의도한 것이다. 또한, 일 실시형태, 실시예에 있어서 설명하는 내용은, 다른 실시형태, 실시예에도 적용 가능하다. 또한, 도면이 나타내는 부재의 크기나 위치 관계 등은, 설명을 명확하게 하기 위하여, 과장하고 있는 경우가 있다.

도 1∼도 4는, 본 실시형태에 따른 광원 장치(100, 200, 300, 400)의 블록도이다. 발광 소자(1)는, 복수개를 직렬로 접속하여 다이오드 부하(10)로 하고 이 다이오드 부하(10)를 정전류 전원(2)에 접속하여, 미리 설정되어 있는 정격 전류를 흐르게 하여 점등된다. 발광 소자(1)는, 예를 들면, 발광 다이오드(LED)나 레이저 다이오드(LD)이다. 다이오드 부하(10)는, 복수의 발광 소자(1)를 직렬로 접속하여 회로 기판(도시하지 않음)에 실장하고 있는 다이오드 어레이, 또는 복수의 발광 소자(1)를 탈착할 수 있도록 전기 접속한 것이 사용된다. 광원 장치(100, 200, 300, 400)는, 직렬로 접속하는 발광 소자(1)의 개수를 많게 하여, 다수의 발광 소자(1)를 점등하여 발광 출력을 크게 할 수 있다. 모든 발광 소자(1)가 정상인 동작 상태에서는, 모든 발광 소자(1)가 정전류 전원(2)으로부터 공급되는 일정한 설정 전류로 구동된다. 그러나, 복수의 발광 소자(1)를 직렬로 접속하여 점등하고 있는 타이밍에서, 어떠한 발광 소자(1)가 내부 쇼트되거나, 또는 어떠한 발광 소자(1)의 동작 전압이 급격하게 저하되면, 다이오드 부하(10)의 전기 저항이 저하하기 때문에, 다이오드 부하(10)의 전류가 증가한다. 정전류 전원(2)은, 전류의 증가를 검출하여 설정값으로 제어하지만, 증가된 전류를 설정값으로 제어할 때까지 시간 지연이 있다. 응답 시간의 지연은, 고장나지 않은 발광 소자(1)에 과대한 전류를 흐르게 하여 전류에 의한 장해를 준다. 예를 들면, 어떠한 발광 소자의 장해가 다른 발광 소자에 유발된다. 특히, 발광 소자를 레이저 다이오드로 하는 광원 장치는, 레이저 다이오드의 응답 특성이 좋기 때문에, 과전류나 레이저광에 의한 과출력으로 고장나기 쉽다.

정전류 전원(2)은, 출력측에 직렬로 반도체 스위칭 소자를 접속하고, 이 반도체 스위칭 소자의 내부 저항을 조정하여, 반도체 스위칭 소자의 전압 강하 값을 컨트롤하여 출력 전류를 제어하는 아날로그 방식과, DC/DC 컨버터로 출력 전류를 제어하는 스위칭 방식이 있다. 스위칭 방식은, 반도체 스위칭 소자를 온 오프로 스위칭하는 듀티(duty)에 의해 정전류 특성을 실현하여 높은 전력 효율을 실현할 수 있다. 스위칭 방식은, 출력 전압의 리플을 적게 하여 깨끗한 직류로 하기 위해, 출력측에 큰 정전 용량의 전해 콘덴서가 접속되는데, 이 전해 콘덴서는, 출력 전류를 일정 값으로 컨트롤하는 응답 속도를 느리게 하는 원인이 된다. 전해 콘덴서의 방전과 충전의 시간 지연이, 출력 전류의 응답 시간을 지연시키기 때문이다. 높은 전력 효율의 스위칭 방식의 정전류 전원은, 반도체 스위칭 소자의 전력 손실을 감소시킬 수 있지만, 출력측에 접속되어 있는 대용량의 전해 콘덴서에 의한 응답 시간의 지연이, 고장나지 않은 발광 소자에 과전류나 레이저광의 과출력으로 인한 손상을 준다.

1. 실시형태 1

(광원 장치)

도 1은, 실시형태 1에 따른 광원 장치(100)의 블록도이다. 광원 장치(100)는, 복수의 발광 소자(1)가 직렬로 접속되어 있는 다이오드 부하(10)에 전류를 흘리는 전원 회로(20)와, 다이오드 부하(10)와 직렬로 접속되어 있는 피크 전류 제한 회로(30)를 구비한다. 또한, 피크 전류 제한 회로(30)는, 다이오드 부하(10)와 직렬로 접속되어 있는 전류 검출기(31)와, 전류 검출기(31)의 양단에 출력되는 검출 전압으로 다이오드 부하(10)의 전류를 제어하는 전류 조정 회로(32)를 구비한다. 전류 검출기(31)는, 저항기(4)와 코일(5)의 직렬 회로이다.

(전원 회로)

전원 회로(20)는, 다이오드 부하(10)에 미리 제어되고 있는 전류를 흘리는 정전류 전원(2)을 구비한다. 전원 회로(20)는, 바람직하게는 정전압 정전류 전원을 사용한다. 정전압 정전류 전원은, 출력 전압을 설정값 이하로 공급하면서, 다이오드 부하(10)의 전류를 설정값으로 제어한다. 정전류 전원(2)은, 바람직하게는, 다이오드 부하(10)에 흘리는 전류값을 변경하는 회로를 구비하고 있다. 전류값을 변경할 수 있는 정전류 전원(2)은, 다이오드 부하(10)에 흐르게 하는 전류값, 즉 출력 전류를, 예를 들면 1A∼10A의 범위에서 변경하여, 발광 소자(1)에 최적인 전류를 흐르게 하여 점등한다. 정전류 전원(2)은, DC/DC 컨버터의 출력 전압과 스위칭 방식 또는 아날로그 방식이다. 스위칭 방식의 정전류 전원(2)은, 전력 효율을 높이면서, 경량화할 수 있는 특징이 있다. 경량화는, 무거운 전원 트랜스를 생략함으로써 실현된다. 이 정전류 전원(2)은, 온 오프로 스위칭하는 반도체 스위칭 소자의 듀티에 의해, 출력 전류를 설정값으로 제어하기 때문에, 설정 전류를 대폭으로 변경할 수 있고, 또한 발열량도 적게 할 수 있다.

(피크 전류 제한 회로)

피크 전류 제한 회로(30)의 전류 조정 회로(32)는, 어느 발광 소자(1)가 내부 쇼트, 또는 어느 발광 소자(1)의 동작 전압이 급격하게 저하되어, 다이오드 부하(10)의 전류가 순간적으로 증가하는 것을 제한하고, 발광 소자(1)의 과전류나 레이저광의 과출력에 의한 폐해를 방지한다. 전원 회로(20)를 정전류 전원(2)으로 하는 광원 장치(100)는, 피크 전류 제한 회로(30)의 설정 전류를, 전원 회로(20)의 정전류 전원(2)과 같은 설정 전류로 하거나 또는 거의 같은 설정 전류로 한다. 이 광원 장치(100)는, 정전류 전원(2)으로부터 다이오드 부하(10)에 설정된 일정한 전류를 공급하고, 어느 발광 소자(1)가 내부 쇼트, 또는 어느 발광 소자(1)의 동작 전압이 급격하게 저하되어, 정전류 전원(2)의 응답 시간의 지연이 원인이 되어, 다이오드 부하(10)에 피크 전류가 흐르면, 이 피크 전류를 피크 전류 제한 회로(30)가 억제한다.

도 5의 전류 특성은, 피크 전류 제한 회로를 설치하지 않는 광원 장치의 전류 파형을 나타내고 있다. 이 도면은, 복수(예를 들면 20개)의 발광 소자(1)를 직렬로 하고, 특정한 발광 소자(1)의 양단을 단락하여, 다이오드 부하(10)에 흐르는 전류가 변화되는 상태를 나타내고 있다. 특정한 발광 소자(1)가 단락되면, 다이오드 부하(10)의 전기 저항이 감소하여 피크 전류가 흐른다. 도 5의 전류 특성에 있어서, 피크 전류의 시간폭, 즉 피크 전류가 감쇠할 때까지의 시간폭은 약 20msec 가까이 된다. 피크 전류가 흐르는 시간은, 정전류 전원(2)의 응답 시간의 지연에 따라 변화하는데, 발광 소자(1)는 과전류나 레이저광에 의한 과출력의 장해를 받는다.

피크 전류 제한 회로(30)는, 피크 전류를 억제하여 과전류나 레이저광에 의한 과출력으로 인한 발광 소자(1)의 장해를 억제한다. 피크 전류 제한 회로(30)의 전류 조정 회로(32)는, 전류 검출기(31)가 피크 전류를 검출하는 타이밍에서 내부 저항을 증가시켜 피크 전류를 억제하는 트랜지스터(3)와, 전류 검출기(31)가 피크 전류를 검출하는 타이밍에서 트랜지스터(3)의 내부 저항을 크게 하는 비교기(33)를 구비하고 있다. 비교기(33)는, 전류 검출기(31)로부터 입력되는 검출 전압을 기준 전압과 비교하고, 전류 검출기(31)가 피크 전류를 검출하여 검출 전압이 높아지는 타이밍에서 트랜지스터(3)의 내부 저항을 크게 하는 신호를 트랜지스터(3)에 출력한다.

(전류 검출기)

전류 검출기(31)는, 저항기(4)와 코일(5)이 직렬로 접속되어 있다. 도 1의 전류 검출기(31)는, 저항기(4)와 직렬로 코일(5)을 접속하고 있다. 이 전류 검출기(31)는, 저항기(4)의 전기 저항과, 코일(5)의 인덕턴스를 최적값으로 조정할 수 있다. 저항기(4)에는, 저항선을 애자(碍子) 등의 절연재의 표면에 코일 형상으로 감은 권선 저항기를 사용할 수 있다. 권선 저항기에는 인덕턴스가 있고, 저항선의 저항율과 길이로 전기 저항을 조정하고, 저항선의 감은 회수로 인덕턴스를 조정한다. 권선 저항기는, 저항기와 코일이 일체 구조이지만, 등가 회로에 있어서, 저항기와 코일은 직렬로 접속된다.

저항기(4)는, 흐르는 전류에 비례하여 양단의 전압이 높아진다. 코일(5)은, 피크 전류가 흘러 전류가 급격하게 변화되는 타이밍에서, 전류 검출기(31)의 검출 전압을 높게 하여, 다이오드 부하(10)의 피크 전류를 억제한다. 코일(5)은, 피크 전류가 발생하는 타이밍에서 양단의 유도 전압을 높게 한다. 특히, 피크 전류의 상승 시에 있어서 검출 전압을 높게 한다. 피크 전류가 코일(5)의 양단에 유도하는 전압(E)이, 이하의 식 (I)로 나타낸 바와 같이, 코일(5)의 인덕턴스(L)에 비례하여 커지기 때문이다.

E=L×di/dt 식 (I)

단, 식 (I)에 있어서, di는 전류의 변화량, dt는 전류가 변화되는 시간으로, di/dt는 피크 전류가 단위 시간에 증가하는 비율을 나타내고 있다. 피크 전류는, 상승 시에 급격하게 전류가 증가하기 때문에, 이 타이밍에서 di/dt가 매우 커지게 되어, 유도 전압이 상당히 높아진다. 따라서, 저항기(4)와 직렬로 코일(5)을 접속하고 있는 전류 검출기(31)는, 피크 전류가 흐르는 순간, 특히 피크 전류의 상승 타이밍에서, 코일(5)의 양단 유도 전압이 높아져서, 검출 전압이 높아진다. 순간적으로 커진 검출 전압은, 비교기(33)의 입력 단자에 입력된다. 코일(5)의 인덕턴스는, 직렬로 접속되어 있는 저항기(4)의 전기 저항, 다이오드 부하(10)에 흐르는 전류, 트랜지스터(3), 요구되는 응답 속도 등을 고려하여 최적값으로 설정되지만, 예를 들면, 다이오드 부하(10)의 전류를 1A∼10A, 저항기(4)의 전기 저항을 0.2Ω∼0.5Ω로 하는 회로 구성에서, 0.5μＨ∼5μＨ로 설정한다.

(전류 조정 회로)

전류 조정 회로(32)는, 전류 검출기(31)로부터 입력되는 검출 전압으로 다이오드 부하(10)에 흐르는 전류를 제어한다. 전류 조정 회로(32)는, 다이오드 부하(10)에 피크 전류가 흘러, 전류 검출기(31)로부터 입력되는 검출 전압이 순간적으로 높아지면, 전류를 제한하여 피크 전류를 억제한다. 전류 검출기(31)는, 피크 전류의 상승 시에 검출 전압을 높이기 때문에, 전류 조정 회로(32)는, 검출 전압이 높아지는 타이밍, 즉 다이오드 부하(10)에 피크 전류가 흐르는 타이밍에서 효과적으로 전류를 억제한다. 전류 조정 회로(32)는, 트랜지스터(3)의 내부 저항을 크게 하여 다이오드 부하(10)의 피크 전류를 억제한다. 따라서, 다이오드 부하(10)와 직렬로 접속되어 있는 트랜지스터(3)를 구비하고, 나아가 전류 검출기(31)로부터 입력되는 검출 전압으로 트랜지스터(3)의 내부 저항을 제어하는 비교기(33)를 구비한다.

(트랜지스터)

트랜지스터(3)는, 바람직하게는 FET를 사용한다. 특히, 우수한 대전류 특성의 MOSFET가 적합하다. FET는 입력 저항이 크고, 온 저항이 작아서 효율적으로 전류를 컨트롤 할 수 있기 때문이다. 다만, 트랜지스터(3)는 FET에 한하지 않고 입력 신호로 내부 저항을 컨트롤 할 수 있는 모든 트랜지스터, 예를 들면 바이폴라 트랜지스터나 IGBT 등도 사용할 수 있다. FET는 입력 전압으로 내부 저항이 컨트롤된다. FET는, 입력 전압을 높여 내부 저항을 작게 하고, 입력 전압을 낮추어 내부 저항을 크게 할 수 있다. 나아가, 도 4에 나타내는 광원 장치(400)의 전류 조정 회로(32C)는, FET를 복수 구비하고 있고, 복수의 FET끼리를 병렬 접속함으로써 FET의 병렬수에 비례하여 최대 허용 전류를 증가시키는 것을 가능하게 하고 있다.

(비교기)

비교기(33)는, 전류 검출기(31)로부터 입력되는 검출 전압을 기준 전압과 비교하여, 트랜지스터(3)의 내부 저항을 컨트롤한다. 도 1의 비교기(33)는 차동 앰프(6)를 구비하고 있다. 차동 앰프(6)는, 출력측을 트랜지스터(3)의 입력측에 접속하고, 출력 전압으로 트랜지스터(3)의 내부 저항을 컨트롤한다. 차동 앰프(6)는, 제1 입력 단자(6A)에는 기준 전압을 입력하는 기준 전압 회로(34)를 접속하고, 제2 입력 단자(6B)에는 전류 검출기(31)의 검출 전압을 입력하고 있다. 차동 앰프(6)는, 제1 입력 단자(6A)와 제2 입력 단자(6B)의 차이 전압을 증폭하거나, 또는 증폭하지 않고 트랜지스터(3)에 출력한다. 차동 앰프(6)는, 제1 입력 단자(6A)를 +측 입력 단자, 제2 입력 단자(6B)를 -측 입력 단자로 하고 있다. 기준 전압 회로(34)는, 기준 전압을 변경할 수 있는 회로로서, 피크 전류 제한 회로(30)의 설정 전류를 변경할 수 있다.

이상의 피크 전류 제한 회로(30)는, 이하의 동작을 하여 다이오드 부하(10)의 피크 전류를 억제한다.

1. 다이오드 부하(10)에 피크 전류가 흐르면, 피크 전류에 대응하여 전류 검출기(31)의 검출 전압이 상승한다.

특히, 피크 전류의 상승 시에 전류의 변화 값이 커지게 되기 때문에, 이 타이밍에서 코일(5)에 유도되는 전압이 높아져, 검출 전압은 순간적으로 높아진다.

2. 순간적으로 상승한 검출 전압은 비교기(33)인 차동 앰프(6)에 설치되어 있는 제2 입력 단자(6B)에 입력된다.

3. 차동 앰프(6)는, 제2 입력 단자(6B)의 전압을 제1 입력 단자(6A)의 기준 전압과 비교하고, 제2 입력 단자(6B)의 전압이 높아지면, 출력 전압을 -측으로 변화시킨다.

4. -측으로 변화된 출력 전압은, 트랜지스터(3)의 입력측에 입력된다.

5. 입력 전압이 -측으로 변화된 트랜지스터(3)는, 내부 저항을 증가시킨다.

6. 내부 저항이 증가된 트랜지스터(3)는, 다이오드 부하(10)의 전류를 감소시켜, 피크 전류를 억제한다.

피크 전류 제한 회로(30)는, 이상의 동작을 하여 다이오드 부하(10)의 피크 전류를 억제하는데, 저항기(4)에 직렬로 접속되어 있는 코일(5)이, 피크 전류의 상승 시에 검출 전압을 순간적으로 높게 하여, 이 타이밍에서 트랜지스터(3)의 내부 저항을 순간적으로 증가시킨다. 내부 저항이 순간적으로 증가된 트랜지스터(3)는, 다이오드 부하(10)에 흐르는 피크 전류를 신속하게 억제한다.

도 6은, 전류 검출기(31)에서, 코일(5)이 저항기(4)에 직렬로 접속되어 있는 광원 장치(100)에 있어서의 다이오드 부하(10)에 흐르는 전류 특성을 나타내고 있다. 도 5는 코일을 접속하지 않은 저항기만의 전류 검출기를 사용하는 광원 장치에 있어서의 다이오드 부하에 흐르는 전류 파형을 나타내고 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 전류 검출기에서 코일을 접속하지 않은 저항기만으로 이루어지는 광원 장치는, 피크 전류가 흐르는 시간폭이 약 20msec으로 상당히 길어져서, 발광 소자가 과전류나 레이저광의 과출력에 의한 장해를 받는다. 이에 대해, 전류 검출기(31)에서 코일(5)을 접속하고 있는 광원 장치(100)는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 피크 전류가 흐르는 시간폭이 약 100μsec가 되어, 약 1/200로 단축되고, 또한 피크 전류의 최대 전류도 작아져서, 발광 소자(1)의 과전류나 레이저광의 과출력에 의한 장해를 방지할 수 있다. 여기서, 도 6은 다이오드 부하의 전류를 2A, 저항기의 전기 저항을 0.5Ω, 코일의 인덕턴스를 0.9μＨ로 하여 측정한 전류 특성을 나타내고 있다.

2. 실시형태 2

도 2은, 실시형태 2에 따른 광원 장치(200)의 블록도이다. 이 도면의 광원 장치(200)의 전류 조정 회로(32A)는, 전류 검출기(31)에 유도되는 전압을 증폭하는 서브 앰프(7)를 구비한다. 이 광원 장치(200)는, 전류 검출기(31)의 주울 열에 의한 발열을 작게 하여, 전류 검출기(31)의 온도 변화에 의한 검출 오차를 작게 할 수 있는 특징이 있다. 서브 앰프(7)가, 전류 검출기(31)의 전압을 증폭하여 비교기(33)에 입력하기 때문에, 전류 검출기(31)의 전기 저항과 인덕턴스를 작게 하여, 전류 검출기(31)의 검출 전압을 낮게 하면서, 비교기(33)에는 소정의 전압을 입력할 수 있기 때문이다. 예를 들면, 서브 앰프(7)의 증폭율을 10배로 하면, 전류 검출기(31)의 전기 저항과 인덕턴스를 1/10로 하여, 전류 검출기(31)의 주울 열에 의한 발열량을 1/10로 할 수 있다. 비교기(33)는, 입력되는 기준 전압과 검출 전압이 지나치게 작으면, 높은 정밀도로 전류를 컨트롤하는 것이 어렵게 된다. 예를 들면, 저항기(4)의 전기 저항을 0.2Ω라고 가정하면, 다이오드 부하(10)의 전류값 2A에서 검출 전압은 0.4V가 되고, 이 전압이 비교기(33)에 입력된다. 저항기(4)의 전기 저항을 1/10로 저하시켜 0.02Ω로 하여, 주울 열의 발열량은 작게 할 수 있지만, 비교기(33)의 입력 전압이 0.04V로 저하되어, 트랜지스터(3)의 내부 저항을 고정밀도로 컨트롤하는 것이 어렵게 된다. 전류 검출기(31)의 검출 전압을 10배로 증폭하여 비교기(33)에 입력하면, 비교기(33)의 입력 전압은 0.4V가 되어, 전류를 높은 정밀도로 컨트롤 할 수 있다.

3. 실시형태 3

도 3은, 실시형태 3에 따른 광원 장치(300)의 블록도이다. 이 도면의 광원 장치(300)의 전류 조정 회로(32B)는, 비교기(33)의 출력측과 트랜지스터의 입력측의 사이에 버퍼 앰프(8)를 접속하고 있다. 버퍼 앰프(8)는, 100% 부귀환(negative feedback)의 증폭 회로로 출력 임피던스를 낮출 수 있다. 버퍼 앰프(8)는, 비교기(33)의 출력을 임피던스 변환하여 트랜지스터(3)에 입력한다. 이 광원 장치(300)는, 버퍼 앰프(8)로 비교기(33)의 출력 임피던스를 저하시켜 트랜지스터(3)에 입력하기 때문에, 트랜지스터(3)의 입력 용량을 신속하게 충전한다. 따라서, 비교기(33)의 출력 신호로 트랜지스터(3)의 내부 저항을 신속하게 컨트롤하고, 피크 전류의 증가에 단시간에 응답하여, 더욱 효율적으로 억제한다.

전류 용량이 큰 트랜지스터, 예를 들면 MOSFET나 IGBT는 입력 용량이 크다. 따라서, 트랜지스터(3)를 MOSFET나 IGBT로 하는 피크 전류 제한 회로는, 다이오드 부하의 전류를 크게 하여 발광 출력을 크게 할 수 있지만, 트랜지스터(3)의 큰 입력 용량이, 응답 시간을 지연시키는 원인이 된다. 도 3의 피크 전류 제한 회로(30)는, 100% 부귀환의 버퍼 앰프(8)의 출력 임피던스가 작아, 입력 용량이 큰 트랜지스터(3)의 응답 시간 지연을 단축할 수 있다. 따라서, 이 피크 전류 제한 회로(30)는, 다이오드 부하(10)의 전류를 크게 하여 발광 출력을 크게 하면서, 다이오드 부하(10)의 피크 전류를 신속하게 억제할 수 있다.

이상, 본 발명에 따른 몇 개의 실시형태에 대해 예시했으나, 본 발명은 상술한 실시형태로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 한 임의의 것으로 할 수 있음은 말할 필요도 없다.

[산업상 이용가능성]

본 개시에 따른 광원 장치는, 복수의 발광 소자를 직렬로 접속하여 발광 출력을 크게 하는 광원 장치로서 효율적으로 이용할 수 있다.

100, 200, 300, 400: 광원 장치
1: 발광 소자
2: 정전류 전원
3: 트랜지스터
4: 저항기
5: 코일
6: 차동 앰프
6A: 제1 입력 단자
6B: 제2 입력 단자
7: 서브 앰프
8: 버퍼 앰프
10: 다이오드 부하
20: 전원 회로
30: 피크 전류 제한 회로
31: 전류 검출기
32, 32A, 32B, 32C: 전류 조정 회로
33: 비교기
34: 기준 전압 회로

Claims

복수의 발광 소자가 직렬로 접속된 다이오드 부하에 일정한 전류를 흐르게 하는 광원 장치로서,
상기 다이오드 부하에 접속되도록 구성되는 전원 회로와,
상기 다이오드 부하와 직렬로 접속되도록 구성되는 피크 전류 제한 회로를 구비하고 있고,
상기 피크 전류 제한 회로가,
상기 다이오드 부하와 직렬로 접속되도록 구성되는 전류 검출기와,
상기 전류 검출기의 검출 전압에 의해 상기 다이오드 부하의 전류를 제어하는 전류 조정 회로를 구비하고,
상기 전류 검출기가, 저항기와 코일의 직렬 회로로 이루어지는 것을 특징 하는 광원 장치.
제1항에 있어서,
상기 전류 조정 회로가,
상기 다이오드 부하 및 상기 전류 검출기와 직렬로 접속하도록 구성되는 트랜지스터와,
상기 트랜지스터의 입력측에 접속하도록 구성되는 비교기와,
상기 비교기의 제1 입력 단자에 기준 전압을 입력하는 기준 전압 회로를 구비하고,
상기 전류 검출기에 유도되는 검출 전압이 상기 비교기의 제2 입력 단자에 입력되고,
상기 비교기의 출력이 상기 트랜지스터에 입력되며,
상기 트랜지스터가 상기 다이오드 부하의 전류를 제어하도록 구성되는 광원 장치.
제2항에 있어서,
상기 트랜지스터가 FET인 것을 특징으로 하는 광원 장치.
제3항에 있어서,
상기 FET를 복수 구비하고, 상기 복수의 FET가 병렬로 접속되어 구성되는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기준 전압 회로가, 기준 전압을 변경할 수 있는 회로인 것을 특징으로 하는 광원 장치.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전류 검출기에 유도되는 전압을 증폭하는 서브 앰프를 구비하고,
상기 서브 앰프의 출력 전압이 상기 비교기의 입력 단자에 입력되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 비교기의 출력측과 상기 트랜지스터 입력측의 사이에, 상기 비교기의 출력 임피던스를 저하시켜 출력하는 버퍼 앰프를 접속하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전원 회로가 정전류 전원인 것을 특징으로 하는 광원 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저항기가 권선 저항기인 것을 특징으로 하는 광원 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발광 소자는 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 광원 장치.