DE112006000214T5

DE112006000214T5 - LED-Betriebshalbleitervorrichtung und LED-Betriebsvorrichtung mit derselben

Info

Publication number: DE112006000214T5
Application number: DE112006000214T
Authority: DE
Inventors: Ryutaro Arakawa; Yoshiaki Hachiya; Takashi Kunimatsu; Minoru Fukui
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2006-01-12
Publication date: 2007-11-22
Also published as: US20080018267A1; KR20070097060A; JP4564363B2; WO2006075652A8; JP2006196697A; WO2006075652A1; US7834828B2; CN100459197C; CN101103468A

Abstract

LED-Betriebshalbleitervorrichtung zum Betreiben wenigstens einer LED, die in Serie angeschlossen und mit einem Ausgabeanschluss über eine Spule verbunden ist, wobei die LED-Betriebshalbleitervorrichtung umfasst:
einen Eingabeanschluss, der mit einer Hochspannungsseite einer Gleichrichterschaltung verbunden ist, die eine Wechselspannung gleichrichtet, die von einer Wechselspannungsquelle eingegeben wird, und eine Gleichspannung ausgibt, wobei der Eingabeanschluss zum Eingeben der Spannung von der Gleichrichterschaltung vorgesehen ist,
einen Ausgabeanschluss, der mit einem Ende der Spule verbunden ist, wobei der Ausgabeanschluss vorgesehen ist, einen Strom für die zumindest eine LED bereitzustellen,
einen Schaltelementblock, der zwischen dem Eingabeanschluss und dem Ausgabeanschluss angeschlossen ist, wobei der Schaltelementblock ein erstes Schaltelement aufweist, und
einen Kontroller mit einem Regler und einem Abgabestromdetektor, wobei der Regler die Spannung an dem Eingabeanschluss als eine Eingabespannung eingibt und eine Leistungsspannung zum Betreiben und Steuern des Schaltelementblocks unter Verwendung der Eingabespannung erzeugt, wobei der Abgabestromdetektor einen Abgabestrom des Schaltelementblocks erfasst, wobei der Kontroller...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine LED-Betriebshalbleitervorrichtung und eine LED-Betriebsvorrichtung mit derselben und bezieht sich insbesondere auf eine LED-Betriebshalbleitervorrichtung, die eine größere elektrische Leistungsumsetzungseffizienz aufweist und zur Miniaturisierung geeignet ist, sowie eine LED-Betriebshalbleitervorrichtung, die eine solche aufweist.
Technischer Hintergrund
In den letzten Jahren wurden LED-Betriebshalbleitervorrichtungen zum Betreiben einer lichtemittierenden Diode (im Folgenden als LED bezeichnet) und eine eine solche verwendende LED-Betriebsvorrichtung verwendet. Die LED-Betriebsvorrichtung entsprechend einem Stand der Technik wird mit Bezug auf 10 beschrieben. 10 ist ein Schaltungsdiagramm, das die LED-Betriebsvorrichtung entsprechend dem Stand der Technik zeigt.
Die LED-Betriebsvorrichtung nach dem Stand der Technik, die in 10 gezeigt ist, weist eine Gleichrichterschaltung 2 zum Gleichrichten einer Wechselspannung von einer Wechselspannungsquelle 10, einen Glättungskondensator 103, eine LED 110, ein Schaltstromerfassungselement 111, eine Drosselwiderstandsstromerfassungsschaltung 112, einen Booster-Chopper 120, eine Rückkopplungsschaltung 130 und eine Eingabespannungserfassungsschaltung 140 auf. Der Booster-Chopper 120 weist einen Drosselwiderstand 104, eine Diode 105 (die LED kann ebenso als die Diode dienen), ein Schaltelement 108 und ein Steuerschaltung 106 auf und betreibt die LED 110 mit einer erhöhten Gleichstromausgabe.
Die Rückkopplungsschaltung 130 erfasst einen LED-Strom, der durch die LED 110 fließt, und steuert die Steuerschaltung 106 zum Steuern des Schaltelements 108 des Booster-Choppers 120 in Antwort auf das erfasste Signal. Zu diesem Zeitpunkt wird die Steuerschaltung 106 gesteuert, um den LED-Strom bei einer Betrachtung in einer Zeitdomäne, die größer ist als ein Zyklus eines niederfrequenten Wechselstroms, zu mitteln.
Das Schaltelement 108 wird gesteuert, um in einen Ein-Zustand zu sein, wenn der Drosselwiderstand 104 Energie abgibt. Das Schaltelement 108 wird gesteuert, um in einen Aus-Zustand in Antwort auf einen Schaltschaltstromwert zu sein, oder wird gesteuert, um in einen Aus-Zustand zu sein, wenn eine vorbestimmte Zeit vergangen ist, nachdem das Schaltelement 108 gesteuert wurde, um in einen Ein-Zustand zu sein.
Die obige LED-Betriebsvorrichtung entsprechend dem Stand der Technik wurde vorgesehen, um durch die obige SchaltungsKonfiguration einen konstanten LED-Strom zu erhalten, eine geringere Eingabestrombelastung zu haben und vergleichsweise geringere Kosten aufzuweisen.
Das Patentdokument 1 ist die Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2001-313423.
Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Aufgaben
Die obige LED-Betriebsvorrichtung entsprechend dem Stand der Technik benötigt jedoch verschiedene Widerstände, die zu einem elektrischen Leistungsverlust führen, wie beispielsweise einen Anlasswiderstand zum Heruntertransformieren einer Eingabehochspannung. Insbesondere besteht in der LED-Beleuchtungsvorrichtung ein Problem darin, das ein Strom, der durch die LED fließt, erhöht werden muss, um die Emissionsleuchtdichte der LED zu erhöhen. Der elektrische Leistungsverlust infolge des Widerstandes erhöht sich jedoch mit einer Erhöhung des Stroms, was zu einer ineffizienten elektrischen Leistungsumsetzung führt.
Zusätzlich besteht ein solches Problem, dass eine Miniaturisierung der LED-Betriebsvorrichtung schwierig ist, da die Anzahlen der Schaltungskomponenten sich durch Vorsehen solcher Widerstände erhöhen. Die LED-Betriebsvorrichtung, deren Größe nicht klein genug ist, ist nicht für eine lampenartige LED-Beleuchtungsvorrichtung geeignet.
Angesichts der vorstehenden Probleme ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine LED-Betriebshalbleitervorrichtung, die eine größere elektrische Leistungsumsetzungseffizienz aufweist und die für eine Miniaturisierung geeignet ist, und eine eine solche verwendende LED-Betriebsvorrichtung vorzustellen.
Mittel zum Lösen der Aufgaben
Eine Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung hat die folgende Konfiguration, um die vorstehenden Probleme zu lösen. Entsprechend einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine LED-Betriebshalbleitervorrichtung zum Betreiben wenigstens einer LED vorgesehen, die in Serie angeschlossen und mit einem Ausgabeanschluss über eine Spule verbunden ist. Die LED-Betriebshalbleitervorrichtung umfasst einen Eingabeanschluss, einen Ausgabeanschluss, einen Schaltelementblock und einen Kontroller. Der Eingabeanschluss ist mit einer Hochspannungsseite einer Gleichrichterschaltung verbunden, die eine Wechselspannung gleichrichtet, die von einer Wechselspannungsquelle eingegeben wird, und eine Gleichspannung ausgibt. Der Eingabeanschluss ist zum Eingeben der Spannung von der Gleichrichterschaltung vorgesehen. Der Ausgabeanschluss ist mit einem Ende der Spule verbunden. Der Ausgabeanschluss ist vorgesehen, um einen Strom für die zumindest eine LED bereitzustellen. Der Schaltelementblock ist zwischen dem Eingabeanschluss und dem Ausgabeanschluss angeschlossen. Der Schaltelementblock weist ein erstes Schaltelement auf. Der Kontroller umfasst einen Regler und einen Abgabestromdetektor. Der Regler gibt die Spannung an dem Eingabeanschluss als eine Eingabespannung ein und erzeugt eine Leistungsspannung zum Betreiben und Steuern des Schaltelementblocks unter Verwendung der Eingabespannung. Der Abgabestromdetektor erfasst einen Abgabestrom des Schaltelementblocks. Der Kontroller führt eine Ein-/Aus-Steuerung des ersten Schaltelements mit einer vorbestimmten Frequenz aus, um den Abgabestrom des Schaltelementblocks zu blockieren, wenn der Abgabestrom eine vorbestimmte Schwelle erreicht.
Entsprechend diesem Aspekt der Erfindung wird ein Anlasswiderstand oder etwas ähnliches zum Heruntertransformieren der Eingabehochspannung nicht benötigt, da eine Hochspannung, die an dem Eingabeanschluss angelegt ist, durch den Regler zu einer Leistungsspannung umgesetzt wird, die den Schaltelementblock betreibt und steuert. Entsprechend kann eine LED-Betriebshalbleitervorrichtung mit einer größeren elektrischen Leistungsumsetzungseffizienz mit einer geringeren Größe realisiert werden.
Entsprechend einem zweiten Aspekt einer LED-Betriebshalbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung weist der Schaltelementblock in der obigen LED-Betriebshalbleitervorrichtung ferner einen Sperrschicht-FET auf, dessen eines Ende mit dem Eingabeanschluss verbunden ist. Das erste Schaltelement ist zwischen dem anderen Ende des Sperrschicht-FET und dem Ausgabeanschluss angeschlossen. Der Kontroller gibt als eine Eingabespannung eine Spannung der Niederpotentialseite des Sperrschicht-FETs anstelle der Spannung des Eingabeanschlusses ein.
Entsprechend diesem Aspekt der Erfindung wird eine Hochspannung, die an einer Hochpotentialseite des Sperrschicht-FET angelegt wird, von einer Niederspannung an einer Niederpotentialseite des Sperrschicht-FET abgeschnürt. Daher können der Regler und der Kontroller eine elektrische Leistungsversorgung von der Niederpotentialseite des Sperrschicht-FETs erhalten und ein Anlasswiderstand oder ähnliches zum Heruntertransformieren der Eingabehochspannung wird nicht benötigt. Entsprechend kann eine LED-Betriebshalbleitervorrichtung mit einer größeren elektrischen Leistungsumsetzungseffizienz mit einer geringeren Größe realisiert werden.
Entsprechend einem dritten Aspekt einer LED-Betriebshalbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung weist der Kontroller in der obigen LED-Betriebshalbleitervorrichtung ferner eine Start-und-Stop-Beurteilungseinheit auf, die ein Startsignal ausgibt, wenn die Leistungsspannung eine vorbestimmte Spannung überschreitet und die ein Stopsignal ausgibt, wenn die Leistungsspannung gleich oder geringer als die vorbestimmte Spannung ist. Der Kontroller führt eine Ein-/Aus-Steuerung des ersten Schaltelements durch, wenn die Start-und-Stop-Beurteilungseinheit das Startsignal ausgibt und steuert das erste Schaltelement so, dass es in einem Aus-Zustand gehalten wird, wenn die Start-und-Stop-Beurteilungseinheit das Stopsignal ausgibt.
Entsprechend diesem Aspekt der Erfindung kann eine LED-Betriebshalbleitervorrichtung in einem stabilen Betrieb mit höherer Verlässlichkeit betrieben werden, wobei ein Spannungsabfall infolge einer LED-Last oder ähnlichem beachtet wird. Zusätzlich, da kein Widerstand zur Erfassung einer Spannung an Anschlusspunkten verwendet wird, ist deren elektrischer Leistungsverlust gering. Daher kann eine LED-Betriebshalbleitervorrichtung mit einer größeren elektrischen Leistungsumsetzungseffizienz mit einer geringeren Größe realisiert werden.
Entsprechend einem vierten Aspekt einer LED-Betriebshalbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung erfasst der Abgabestromdetektor in der obigen LED-Betriebshalbleitervorrichtung den Abgabestrom des Schaltelements durch Vergleichen einer Ein-Spannung des ersten Schaltelements mit einer Erfassungsreferenzspannung. Die Ein-Spannung kann durch Messen der Abgabespannung während des Ein-Zustands des ersten Schaltelements gemessen werden.
Entsprechend diesem Aspekt der Erfindung wird der Abgabestrom des Schaltelementblocks, d.h. der Strom, der durch die LED fließt, durch Erfassen der Ein-Spannung des ersten Schaltelements des Schaltelementblocks erfasst, sodass kein Widerstand verwendet wird, um den durch die LED fließenden Strom zu erfassen, der einen elektrischen Leistungsverlust verursachen würde. Daher kann eine LED-Betriebshalbleitervorrichtung mit einer größeren elektrischen Leistungsumsetzungseffizienz mit einer geringeren Größe realisiert werden.
Entsprechend einem fünften Aspekt einer LED-Betriebshalbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung weist der Abgabestromdetektor in der obigen LED-Betriebshalbleitervorrichtung ein zweites Schaltelement und einen Widerstand auf. Das Schaltelement ist parallel zu dem ersten Schaltelement angeschlossen. Das zweite Schaltelement führt einen Strom, der geringer als ein Strom ist, der durch das erste Schaltelement fließt und der ein konstantes Stromverhältnis des Stroms, der durch das zweite Schaltelement fließt, zu dem Strom aufweist, der durch das erste Schaltelement fließt. Der Widerstand ist in Serie zu einer Niederpotentialseite des zweiten Schaltelements angeschlossen. Der Abgabestromdetektor erfasst einen Abgabestrom des Schaltelementblocks durch Vergleichen einer Spannung, die an dem Widerstand angelegt wird, mit einer Erfassungsreferenzspannung.
Entsprechend diesem Aspekt der Erfindung kann ein Strom, der durch das erste Schaltelement fließt, unter Verwenden eines Stroms erfasst werden, der kleiner ist als der Strom, der durch das erste Schaltelement fließt. Daher kann der Abgabestrom des Schaltelementblocks, d.h. der Strom, der durch die LED fließt, mit einem geringen elektrischen Leistungsverlust erfasst werden, auch wenn ein Widerstand vorgesehen ist. Daher kann eine LED-Betriebshalbleitervorrichtung mit einer größeren elektrischen Leistungsumsetzungseffizienz realisiert werden.
Entsprechend einem sechsten Aspekt einer LED-Betriebshalbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung weist der Kontroller in der obigen LED- Betriebshalbleitervorrichtung ferner einen Erfassungsreferenzspannungsanschluss auf. Der Erfassungsreferenzspannungsanschluss gibt die Erfassungsreferenzspannung von außen ein. Der Kontroller ändert die Schwelle des Abgabestroms des Schaltelementblocks in Antwort auf die von dem Erfassungsreferenzspannungsanschluss eingegebene Erfassungsreferenzspannung.
Ein mittlerer Stromwert, der durch die LED fließt, wird durch Ändern der Schwelle des Abgabestroms des Schaltelementblocks vergrößert oder verringert, was dazu führt, dass die Emissionsleuchtdichte der LED angepasst werden kann. Entsprechend diesem Aspekt der Erfindung kann eine LED-Betriebshalbleitervorrichtung mit einer Lichtsteuerfunktion realisiert werden, bei der die Emissionsleuchtdichte der LED durch eine Steuerung von außen angepasst werden kann.
Entsprechend einem siebten Aspekt einer LED-Betriebshalbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst der Kontroller in der obigen LED-Betriebshalbleitervorrichtung ferner eine Überhitzungsschutzeinheit, die eine Vorrichtungstemperatur erfasst und das erste Schaltelement in einem Aus-Zustand hält, wenn die Vorrichtungstemperatur eine vorbestimmte Temperatur überschreitet.
Entsprechend diesem Aspekt der Erfindung wird die Vorrichtungstemperatur durch erzwungenes Halten des ersten Schaltelementes in einem Aus-Zustand verringert, wenn sich die Vorrichtungstemperatur infolge von Schaltungsverlusten oder ähnlichem des ersten Schaltelementes anomal erhöht. Entsprechend kann eine LED-Betriebshalbleitervorrichtung mit höherer Sicherheit und höherer Verlässlichkeit realisiert werden.
Entsprechend einem achten Aspekt einer LED-Betriebshalbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist in der obigen LED-Betriebshalbleitervorrichtung das erste Schaltelement ein bipolarer Transistor oder ein MOSFET.
Entsprechend diesem Aspekt der Erfindung kann eine Hochgeschwindigkeits-LED-Betriebshalbleitervorrichtung mit höherer Vielseitigkeit durch Verwenden eines bipolaren Transistors, wie einem Biopolartransistor mit isolierter Gate- Elektrode (im Folgenden als IGBT (von insulated gate bipolar transistor) bezeichnet) oder ähnlichem, oder einem MOSFET, der einen Schaltvorgang mit hoher Geschwindigkeit durchführen kann, als das erste Schaltelement realisiert werden.
Entsprechend einem neunten Aspekt einer LED-Betriebshalbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung weist der Kontroller in der obigen LED-Betriebshalbleitervorrichtung ferner ein drittes Schaltelement, einen Kommunikationssignaleingabeanschluss, eine Signalsynchronisationseinheit und eine Niveauverschiebeschaltung auf. Das dritte Schaltelement ist parallel zu der zumindest einen LED angeschlossen. Der Kommunikationssignaleingabeanschluss gibt ein Kommunikationssignal ein. Die Signalsynchronisationseinheit ist zwischen dem Kommunikationssignaleingabeanschluss und einem Gate-Anschluss des dritten Schaltelements angeschlossen. Die Signalsynchronisationseinheit gibt ein Signal zum Steuern des ersten Schaltelements und des dritten Schaltelements in Synchronisation mit dem Kommunikationssignal aus. Die Niveauverschiebeschaltung verschiebt das Niveau des von der Signalsynchronisationseinheit eingegebenen Signals und gibt das resultierende niveauverschobene Signal aus.
Entsprechend diesem Aspekt der Erfindung ist das dritte Schaltelement parallel zu der zumindest einen LED angeschlossen, um eine Ein-/Aus-Steuerung des dritten Schaltelements in Synchronisation mit einem Kommunikationssignal durchzuführen, das von dem Kommunikationssignaleingabeanschluss eingegeben wird. Wenn das dritte Schaltelement umgeschaltet wird, um in einem Ein-Zustand zu sein, wenn sich das erste Schaltelement in dem Aus-Zustand befindet, wird der durch die LED fließende Strom begrenzt, so dass der emittierende Zustand und der Löschungszustand der LED in Synchronisation mit dem eingegebenen Kommunikationssignal umgeschaltet werden können. Entsprechend kann eine LED-Betriebshalbleitervorrichtung realisiert werden, die zum Ausführen einer Kommunikation mittels sichtbarem Licht über die LED fähig ist, wenn ein Kommunikationssignal, dem Daten bezüglich des Eingabesignals aufgeprägt sind, von dem Kommunikationssignaleingabeanschluss eingegeben wird.
Entsprechend einem zehnten Aspekt einer LED-Betriebshalbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist das dritte Schaltelement in der obigen LED-Betriebshalbleitervorrichtung ein bipolarer Transistor oder ein MODFET.
Entsprechend diesem Aspekt der Erfindung kann eine Hochgeschwindigkeits-LED-Betriebshalbleitervorrichtung mit höherer Vielseitigkeit realisiert werden, indem ein bipolarer Transistor wie ein IGBT oder ein MOSFET, der einen Schaltvorgang mit höherer Geschwindigkeit ausführen kann, als das dritte Schaltelement verwendet wird.
Entsprechend einem elften Aspekt einer LED-Betriebshalbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung weist das Kommunikationssignal in der obigen LED-Betriebshalbleitervorrichtung eine Frequenz eines Signalzyklus auf, die gleich oder größer als 1 kHz und gleich oder geringer als 1 MHz ist.
Entsprechend diesem Aspekt der Erfindung kann mittels sichtbarem Licht Information durch Eingeben eines Kommunikationssignals übermittelt werden, dessen Frequenz des Signalzyklus einen Bereich von 1 kH bis 1 MHz aufweist, wenn das erste Schaltelement und das dritte Schaltelement, die einen Hochgeschwindigkeitsschaltungsvorgang ausführen können, verwendet werden. Entsprechend kann eine LED-Betriebshalbleitervorrichtung realisiert werden, die zur Ausführung einer Kommunikation mittels sichtbarem Licht mit höherer Geschwindigkeit geeignet ist.
Entsprechend einem zwölften Aspekt einer LED-Betriebshalbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist eine LED-Betriebsvorrichtung mit einer Gleichrichterschaltung, der oben erwähnten LED-Betriebshalbleitervorrichtung, einer Spule und einer Diode vorgesehen. Die Gleichrichterschaltung richtet eine von einer Wechselspannungsquelle eingegebene Wechselspannung gleich und gibt eine Gleichspannung aus. Die Spule weist ein Ende auf, das mit einem Ausgabeanschluss der LED-Betriebshalbleitervorrichtung verbunden ist, und ein anderes Ende, das mit wenigstens einer in Serie angeordneten LED verbunden ist. Die Diode ist zwischen dem einen Ende der Spule und einem Erdpotential angeschlossen.
Entsprechend diesem Aspekt der Erfindung kann eine LED-Betriebsvorrichtung realisiert werden, die die gleichen vorteilhaften Wirkungen zeigt, wie die der obigen LED-Betriebshalbleitervorrichtung.
Entsprechend einem dreizehnten Aspekt einer LED-Betriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung weist die Diode in der obigen LED-Betriebsvorrichtung eine Sperrverzögerungszeit auf, die gleich oder geringer als 100 Nanosekunden (ns) ist.
Entsprechend diesem Aspekt der Erfindung ist die Sperrverzögerungszeit gleich oder geringer als 100 ns eingestellt, und dies führt zu einer Reduktion in einem elektrischen Leistungsverlust in der Diode und einem Schaltverlust in dem ersten Schaltelement, womit eine LED-Betriebsvorrichtung mit hoher Effizienz realisiert werden kann.
Wirkungen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung zeigt solche vorteilhafte Wirkungen, dass eine LED-Betriebshalbleitervorrichtung, die eine größere elektrische Leistungsumsetzungseffizienz aufweist und für eine Miniaturisierung geeignet ist, und eine LED-Betriebsvorrichtung, die diese benutzt, vorgesehen werden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer LED-Betriebsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt,
2 ist ein Betriebswellenformdiagramm eines jeden Teils der LED-Betriebsvorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung,
3 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer Hochpotenzialseitenspannung V_D eines Sperrschicht-FET und einer Niederpotenzialseitenspannung V_J zeigt,
4 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer LED-Betriebsvorrichtung entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt,
5 ist ein Betriebswellenformdiagramm eines jeden Teils der LED-Betriebsvorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung,
6 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer LED-Betriebsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt,
7 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer LED-Betriebsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt,
8 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer LED-Betriebsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt,
9 ist ein Betriebswellenformdiagramm eines jeden Teils der LED-Betriebsvorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung und
10 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer LED-Betriebsvorrichtung gemäß einem Stand der Technik zeigt.

1: Wechselspannungsquelle,
2: Gleichrichterschaltung,
3: Glättungskondensator,
4: Spule,
5: Schwungrad-Diode,
6: LED-Block,
7: Schaltelementblock,
8: Sperrschicht-FET,
9, 24, 28: Schaltelement,
10, 40, 60, 70, 80: Kontroller,
11: Kondensator,
12: Regler,
13 und 73: Abgabestromdetektor,
14: Start- und Stop-Beurteilungseinheit,
15, 19, 65 und 85: UND-Schaltung,
16: Ein-Zustand-Unterdrückungspulsgenerator,
17: Oszillator,
18: RS-Flipflop-Schaltung,
20: ODER-Schaltung,
21, 51, 71, 81 und 91: LED-Betriebshalbleitervorrichtung (Betriebs-IC),
23: Komparator,
25: Widerstand,
26: Signalsynchronisationseinheit,
27: Niveauverschiebeeinheit,
30: Eingabeanschluss,
31: Ausgabeanschluss,
32: Referenzspannungsanschluss,
52: Erfassungsreferenzspannungsanschluss,
61: Überhitzungsschutzeinheit, und
84: Kommunikationssignaleingabeanschluss.

Beste Ausführungsweise der Erfindung
Im Folgenden werden mit Bezug auf die Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, die insbesondere die beste Ausführungsweise der vorliegenden Erfindung zeigen.
Bevorzugte Ausführungsform 1
Eine LED-Betriebshalbleitervorrichtung und eine LED-Betriebsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer LED-Betriebsvorrichtung mit einer LED-Betriebshalbleitervorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
Mit Bezug auf 1 ist die LED-Betriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform zum Betreiben eines LED-Blocks 6 vorgesehen, der mit einer Wechselspannungsquelle 1 zum Anlegen einer Wechselspannung verbunden ist. Die LED-Betriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform weist eine Gleichrichterschaltung 2, einen Glättungskondensator 3, eine Spule 4, eine Schwungrad-Diode 5, einen Kondensator 11 und eine LED-Betriebshalbleitervorrichtung 21 (im Folgenden als „Betriebs-IC" bezeichnet) auf.
Die Gleichrichterschaltung 2 ist eine Ganzwellengleichrichterschaltung vom Brückentyp, die die von der Wechselspannungsquelle 1 angelegte Wechselspannung gleichrichtet. Der Glättungskondensator 3 glättet eine von der Gleichrichterschaltung 2 gleichgerichtete pulsierende Spannung. Die Wechselspannung, die von der Wechselspannungsquelle 1 angelegt wird, wird durch die Gleichrichterschaltung 2 und den Glättungskondensator 3 in eine Gleichspannung umgewandelt.
Eine Stabilisierungsgleichspannungsquelle kann anstelle der Wechselspannungsquelle 1, der Gleichrichterschaltung 2 und dem Glättungskondensator 3 verwendet werden. Hinzu kommt, dass der Glättungskondensator 3 nicht unverzichtbar ist.
Der LED-Block 6 besteht aus wenigstens einer in Serie angeschlossenen LED. Eine Kathode des LED-Blocks 6 ist mit einem Erdpotenzial verbunden. Eine Anode des LED-Blocks 6 ist in Serie an ein Ende der Spule 4 angeschlossen.
Ein Eingabeanschluss 30 des Betriebs-IC 21 ist mit einer Hochpotenzialseite der Gleichrichterschaltung 2 verbunden, ein Ausgabeanschluss 31 davon ist mit dem anderen Ende der Spule 4 und einer Kathode der Schwungrad-Diode 5 verbunden und ein Referenzspannungsanschluss 32 davon ist mit einem Ende des Kondensators 11 verbunden. Der Betriebs-IC 21 ist zum Betreiben der LEDs des LED-Blocks 6 vorgesehen. Der Betriebs-IC 21 gibt eine Gleichspannung ein, die von der Gleichrichterschaltung 2 und dem Glättungskondensator 3 als eine Eingabespannung erhalten wird, und steuert einen durch die Spule 4 fließenden Strom, die mit dem Ausgabeanschluss 31 verbunden ist.
Ein Ende des Kondensators 11 ist mit dem Referenzspannungsanschluss 32 des Betriebs-IC 21 verbunden und das andere Ende davon ist mit dem Ausgabeanschluss 31 des Betriebs-IC, dem anderen Ende der Spule 4 und der Kathode der Schwungrad-Diode 5 verbunden. Der Kondensator 11 ist vorgesehen, elektrische Steuerleistung für den Betriebs-IC 21 zu speichern.
Der Betriebs-IC 21 weist einen Schaltelementblock 7 und einen Kontroller 10 auf. Der Schaltelementblock 7 besitzt einen Sperrschicht-Feldeffekt-Transistor 8 (im Folgenden als FET bezeichnet) und ein erstes Schaltelement 9. Ein Hochpotenzialseitenanschluss des Sperrschicht-FET 8 ist mit dem Eingabeanschluss 30 des Betriebs-IC 21 verbunden und eine Niederpotenzialseite davon ist mit einem Drain-Anschluss des ersten Schaltelements 9 verbunden.
Das erste Schaltelement 9 ist beispielsweise ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistor (im Folgenden als MOSFET bezeichnet) vom N-Typ. Ein Drain-Anschluss davon ist mit der Niederpotenzialseite des Sperrschicht-FET 8 verbunden, ein Source-Anschluss davon ist mit dem Ausgabeanschluss 31 verbunden und ein Gate-Anschluss davon ist mit dem Kontroller 10 verbunden.
Der Kontroller 10 ist mit einem Anschlusspunkt von Sperrschicht-FET 8 und erstem Schaltelement 9, einem Gate-Anschluss des ersten Schaltelements 9 und dem Referenzspannungsanschluss 32 verbunden. Der Kontroller 10 gibt eine Spannung des Anschlusspunktes von Sperrschicht-FET 8 und erstem Schaltelement 9 ein und führt eine Ein-/Aus-Steuerung des Schaltelements 9 durch.
Der Kontroller 10 weist einen Regler 12, einen Abgabestromdetektor 13, eine Start-und-Stop-Beurteilungseinheit 14, UND-Schaltungen 15 und 19, einen Ein-Zustand-Unterdrückungspulsgenerator 16, einen Oszillator 17, einen Reset-Set- Flipflop (im Folgenden als RS-Flipflop bezeichnet) 18 und eine ODER-Schaltung 20 auf.
Ein Eingabeende des Reglers 12 ist mit dem Anschlusspunkt von Sperrschicht-FET 8 und erstem Schaltelement 9 verbunden und ein Ausgabeende davon ist mit dem Referenzspannungsanschluss 32 und der Start-und-Stop-Beurteilungseinheit 14 verbunden. Der Regler 12 erzeugt zusammen mit dem Kondensator 11 eine Spannung von konstantem Wert unter Verwendung einer Spannung, die von dem Eingabeende eingegeben wird, und gibt diese als eine Schaltungsleistungsspannung des Kontrollers 10 aus.
Ein Eingabeende der Start- und Stop-Beurteilungseinheit 14 ist mit dem Ausgabeende des Reglers verbunden. Ein Ausgabeende davon ist mit einem Eingabeende der UND-Schaltung 15 verbunden.
Der Abgabestromdetektor 13 weist einen Komparator 23 auf. Ein Positiv-Eingabeanschluss des Komparators 23 ist mit dem Anschlusspunkt von Sperrschicht-FET 8 und erstem Schaltelement 9 verbunden, ein Negativ-Eingabeanschluss davon ist an eine Erfassungsreferenzspannung V_sn angeschlossen und das Ausgabeende davon ist mit einem Eingabeende der UND-Schaltung 19 verbunden.
Ein Ausgabeende (ein MAX DUTY-Signalausgabeanschluss) des Oszillators 17 ist mit dem anderen Eingabeende der UND-Schaltung 15 und einem Inversions-Eingabeanschluss der ODER-Schaltung 20 verbunden und das andere Ausgabeende (ein Takt-Signalausgabeanschluss) davon ist mit einem SET-Anschluss (S) des RS-Flipflop 18 verbunden.
Ein Eingabeende der UND-Schaltung 19 ist mit dem Ausgabeende des Komparators 23 des Abgabestromdetektors 13 verbunden, das andere Eingabeende davon ist mit einem Ausgabeende des Ein-Zustand-Unterdrückungspulsgenerators 16 verbunden und ein Ausgabeende davon ist mit einem Nicht-Inversions-Eingabeanschluss der ODER-Schaltung 20 verbunden.
Der Nicht-Inversionseingabeanschluss der ODER-Schaltung 20 ist mit dem Ausgabeende der UND-Schaltung 19 verbunden, der Inversionseingabeanschluss davon ist mit dem MAX DUTY-Signalausgabeanschluss des Oszillators 17 verbunden und ein Ausgabeanschluss davon ist mit einem RESET-Anschluss (R) des RS-Flipflop 18 verbunden.
Der SET-Anschluss (S) des RS-Flipflop 18 ist mit dem Takt-Signalausgabeanschluss des Oszillators 17 verbunden, der RESET-Anschluss (R) davon ist mit Ausgabeende der ODER-Schaltung 20 verbunden und ein Nicht-Inversionsausgabeanschluss (Q) davon ist mit einem weiteren anderen Eingabeende der UND-Schaltung 15 verbunden.
Ein Eingabeende der UND-Schaltung 15 ist mit dem Ausgabeende der Start-und-Stop-Beurteilungseinheit 14 verbunden. Das andere Eingabeende davon ist mit dem MAX-DUTY-Signalausgabeanschluss des Oszillators 17 verbunden, das weitere andere Eingabeende davon ist mit dem Nicht-Inversionsausgabeanschluss (Q) des RS-Flipflop verbunden und ein Ausgabeende davon ist mit einem Eingabeende des Ein-Zustand-Unterdrückungspulsgenerators 16 und dem Gate-Anschluss des Schaltelements 9 verbunden.
Das Eingabeende des Ein-Zustand-Unterdrückungspulsgenerators 16 ist mit dem Ausgabeende der UND-Schaltung 15 verbunden. Das Ausgabeende davon ist mit dem anderen Eingabeende der UND-Schaltung 19 verbunden.
Als Nächstes wird unter Verwendung der 2 und 3 der Betrieb der LED-Betriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform beschrieben. 2 ist ein Betriebswellenformdiagramm, das eine Spannung (V_in) am Eingabeanschluss 30, eine Spannung (V_out) am Ausgabeanschluss 31, eine Spannung (V_cc) am Referenzspannungsanschluss 32, einen Abgabestrom (I_D) des ersten Schaltelementes 9, einen Strom (I_L), der durch die Spule 4 fließt, und eine Erfassungsreferenzspannung (V_sn), die in den Komparator 23 des Abgabestromdetektors 13 eingegeben wird, in der LED-Betriebsvorrichtung zeigt, die in 1 gezeigt ist. Ferner ist die Spannung V_in am Eingabeanschluss 30 gleich zu einer Hochpotentialseitenspannung V_D des Sperrschicht-FETs 8 und der Strom I_L, der durch die Spule 4 fließt, ist gleich dem Strom, der durch den LED-Block 6 fließt. Die horizontale Achse von 2 zeigt die Zeit an.
Zusätzlich ist 3 eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen der Hochpotentialseitenspannung V_D des Sperrschicht-FETs und einer Niederpotentialseitenspannung V_J zeigt. Die horizontale Achse von 3 zeigt die Hochpotentialseitenspannung V_D und eine vertikale Achse davon zeigt die Niederpotentialseitenspannung V_J an.
Die Spannung V_in am Eingabeanschluss 30 ist eine Gleichspannung, die an den Eingabeanschluss 30 des Betriebs-IC 21 durch die Wechselspannungsquelle 1, die Gleichrichterschaltung 2 und den Glättungskondensator 3 angelegt wird. Die Spannung V_in wird an die Hochpotentialseite des Sperrschicht-FET 8 des Schaltelementblocks 7 angelegt.
Wenn eine in der Zeichnung der LED-Betriebsvorrichtung nicht gezeigte Spannungsquelle an der LED-Betriebsvorrichtung eingeschaltet wird, steigen die Spannung V_in und die Hochpotentialseitenspannung V_D allmählich an. Wie in 3 gezeigt, steigt die Niederpotentialseitenspannung V_J des Sperrschicht-FETs 8 mit dem Ansteigen der Hochpotentialseitenspannung V_D (Region A). Wenn die Hochpotentialseitenspannung V_D weiter ansteigt und eine Spannung gleich oder größer als einen vorbestimmten Wert V_DP erreicht (V_D ≥ V_DP), wird die Niederpotentialseitenspannung V_J durch den Sperrschicht-FET 8 abgeschnürt und dann wird die Niederpotentialseitenspannung V_J an einem vorbestimmten Wert V_JP gehalten (V_J = V_JP) (Region B).
Zusätzlich steigt ein Ausgabesignal des Reglers 12, der mit der Niederpotentialseite des Sperrschicht-FET 8 verbunden ist, d. h. die Spannung V_cc des Referenzspannungsanschlusse 32, mit dem Ansteigen der Niederpotentialseitenspannung V_J des Sperrschicht-FET 8 an. Wenn die Hochpotentialseitenspannung V_D V_DSTART erreicht, wird die Spannung V_cc des Referenzspannungsanschlusses 32 eine Spannung V_cc0. Der Regler 12 steuert die Spannung V_cc des Referenzspannungsanschlusses 32, sodass sie während des Betriebs der LED-Betriebsvorrichtung durchgehend die Spannung V_cc0 ist.
Die Start-und-Stop-Beurteilungseinheit 14 gibt das Ausgabesignal von dem Regler 12, d. h. die Spannung V_cc des Referenzspannungsanschlusses 32 ein, vergleicht die Spannung V_cc mit einer vorbestimmten Startspannung und gibt ein Stopsignal oder ein Startsignal in Antwort auf das Vergleichsergebnis aus. Die Start-und-Stop-Beurteilungseinheit 14 gibt das Stopsignal mit dem Niederpegel aus, wenn die eingegebene Spannung V_cc unterhalb der Startspannung (beispielsweise Spannung V_cc0) ist, und gibt das Startsignal mit dem Hochpegel aus, wenn die Spannung V_cc gleich oder größer als die Startspannung wird.
Wenn das Stopsignal von der Start-und-Stop-Beurteilungseinheit 14 ausgegeben wird, wird eines der in die UND-Schaltung 15 eingegebenen Signale das Niederpegelsignal, sodass das erste Schaltelement 9 durchgehend im Aus-Zustand gehalten wird. Die Ein-/Aus-Steuerung des ersten Schaltelements 9 erfolgt intermittierend gemäß den anderen in die UND-Schaltung 15 eingegebenen Signale, wenn das Startsignal von der Start-und-Stop-Beurteilungseinheit 14 ausgegeben wird.
Der Strom I_D, der durch das erste Schaltelement 9 fließt, wird durch Vergleichen der Niederpotentialseitenspannung V_J während des Ein-Zustands des ersten Schaltelements 9 mit der Erfassungsreferenzspannung V_sn (Wellenform wie beispielsweise in 2 gezeigt) durch den Abgabestromdetektor 13 erfasst. Der Abgabestromdetektor 13 gibt das Niederpegelsignal aus, wenn die Niederpotentialseitenspannung V_J während des Ein-Zustands des ersten Schaltelements 9 unterhalb der Erfassungsreferenzspannung V_sn ist (V_J < V_sn). Zusätzlich gibt der Abgabestromdetektor 13 das Hochpegelsignal aus, wenn die Niederpotentialseitenspannung V_J während des Ein-Zustands des ersten Schaltelements 9 gleich oder größer als die Erfassungsreferenzspannung V_sn ist (V_J ≥ V_sn).
Der Oszillator 17 gibt ein MAX DUTY-Signal MXD mit einer vorbestimmten Frequenz zum Einstellen des maximalen Wertes des Verhältnisses des Schaltelements 9 von dem MAX-DUTY-Signalausgabeanschluss aus und gibt ein Taktsignal CLK von dem Taktsignalausgabeanschluss aus, das ein Pulssignal mit einer vorbestimmten Frequenz ist.
Wenn das Ausgabesignal von der UND-Schaltung 19 und das Ausgabesignal von der ODER-Schaltung 20 durch das Eingabesignal von dem Abgabestromdetektor 13 den Hochpegel annehmen, wird das RS-Flipflop 18 zurückgesetzt und zum gleichen Zeitpunkt nimmt das Ausgabesignal von der UND-Schalung 15 den Niederpegel an und das Schaltelement 9 wird so gesteuert, um im Aus-Zustand zu sein. Zu diesem Zeitpunkt ist der Strom I_D ein vorbestimmter Spitzenwert I_DP. Das Schaltelement 9 wird in dem Aus-Zustand gehalten, bis das folgende Hochpegeltaktsignal CLK vom Oszillator 17 in den SET-Anschluss (S) des RS-Flipflop 18 eingegeben wird.
Das heißt, dass die Oszillationsfrequenz des ersten Schaltelements 9 durch das Taktsignal CLK eingestellt wird, das von dem Oszillator 17 ausgegeben wird, und dass das Verhältnis des ersten Schaltelements 9 durch das Ausgabesignal der von der ODER-Schaltung 20 eingestellt wird, in die ein invertiertes Signal des MAX-DUTY-Signals MXD des Oszillators 17 und ein Ausgabesignal von dem Abgabestromdetektor 13 eingegeben werden.
Der Ein-Zustand-Unterdrückungspulsgenerator 16 gibt das Ausgabesignal von der UND-Schaltung 15 ein und gibt das Niederpegelsignal während eines Zeitintervalls aus, von einem Zeitpunkt, zu dem das Ausgabesignal von der UND-Schaltung 15 vom Niederpegel zum Hochpegel umgeschaltet wird (d. h. das Schaltelement wird vom Aus-Zustand in den Ein-Zustand umgeschaltet), zu einem Zeitpunkt, zu dem ein vorbestimmter Zeitabschnitt (beispielsweise etwa 100 ns) abgelaufen ist. Im anderen Fall gibt der Ein-Zustand-Unterdrückungspulsgenerator 16 direkt das eingegebene Signal aus.
Dieses Ausgabesignal von dem Ein-Zustandspulsgenerator 16 und das Ausgabesignal von dem Abgabestromdetektor 13 werden in die UND-Schaltung 19 eingegeben und dann kann der fehlerhafte Betrieb während der Ein-/Aus-Steuerung des ersten Schaltelementes infolge einer Nachschwingstörung verhindert werden, die erzeugt wird, wenn das erste Schaltelement 9 von dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand umgeschaltet wird.
Durch den obigen Betrieb wird das erste Schaltelement 9 so gesteuert, dass es zu dem Zeitpunkt in einem Aus-Zustand ist, zu dem der Strom I_D, der durch das erste Schaltelement 9 fließt, den vorbestimmten Spitzenwert I_DP annimmt, und ist so gesteuert, dass es zu dem Zeitpunkt des folgenden Taktsignals CLK vom Oszillator 17 im Ein-Zustand ist. Der Strom I_D ändert sich wie in 2 gezeigt. Eine wie in 2 gezeigte Spannung V_out wird von dem Ausgabeanschluss 31 gemäß des Ein-/Aus-Betriebs des Schaltelements 9 ausgegeben.
Zusätzlich fließt der Strom I_D in eine Richtung des Schaltelements 9 → der Spule 4 → des LED-Blocks 6, wenn das erste Schaltelement im Ein-Zustand ist, während der Strom I_D in einem geschlossenen Kreis der Spule 4 → des LED-Blocks 6 → der Schwungrad-Diode 5 fließt, wenn sich das erste Schaltelement im Aus-Zustand befindet. Daher nimmt der Strom I_L, der durch die Spule 4 fließt (d. h. der Strom, der durch den LED-Block 6 fließt) eine Wellenform wie in 2 gezeigt an und der mittlere Strom, der durch den LED-Block 6 fließt, wird zu I_L0, wie in 2 gezeigt. Jede LED des LED-Blocks emittiert Licht mit einer Emissionsleuchtdichte in Antwort auf den Strom I_L0.
Durch Verwenden der LED-Betriebshalbleitervorrichtung und der LED-Betriebsvorrichtung der obigen vorliegenden bevorzugten Ausführungsform, können die folgenden vorteilhaften Wirkungen erzielt werden.
Die elektrische Leistungszuführung für eine Halbleitervorrichtung in einer herkömmlich verwendeten Spannungsquellenschaltung wird von einer Eingabespannung (Hochspannung) über einen Anlasswiderstand geleistet. Da die elektrische Leistungszuführung nicht nur, wenn die Halbleitervorrichtung gestartet oder gestoppt wird, auf ähnliche Weise durchgeführt wird, sondern auch während des normalen Betriebs, wird ein elektrischer Leistungsverlust am Anlasswiderstand erzeugt. Andererseits ist in der LED-Betriebshalbleitervorrichtung und der LED-Betriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform der Sperrschicht-FET 8 vorgesehen und als ein Ergebnis wird eine an die Hochpotentialseite des Sperrschicht-FET 8 angelegte Hochspannung zu einer Niederspannung an der Niederpotentialseite des Sperrschicht-FET 8 abgeschnürt. Daher kann der Kontroller 10 die elektrische Leistungszuführung von der Niederpotentialseite des Sperrschicht-FET 8 erhalten und jeglicher Anlasswiderstand oder ähnliches zum Heruntertransformieren der Eingabehochspannung wird nicht mehr benötigt. Daher wird, wenn die LED-Betriebsvorrichtung startet, der elektrische Leistungsverlust, der von dem Anlasswiderstand im Stand der Technik verbraucht wird, eliminiert. Die LED-Betriebshalbleitervorrichtung und die LED-Betriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform weisen in der Schaltung einen geringen elektrischen Leistungsverlust auf und sind für eine Miniaturisierung geeignet. Zusätzlich kann durch Verwenden des Sperrschicht-FET 8 ein weiter Spannungsbereich von einer Niederspannung bis zu einer Hochspannung als Eingabespannungsquelle verwendet werden.
Zusätzlich wird kein Stromerfassungswiderstand zum Erfassen des Abgabestroms I_D benötigt, da der Abgabestrom I_D, der durch das erste Schaltelement 9 fließt, durch den Abgabestromdetektor 13 unter Verwendung der Ein-Spannung des ersten Schaltelements 9 erfasst wird (die Niederpotentialseitenspannung V_J des Sperrschicht-FET 8 während des Ein-Zustands des Schaltelements 9). Daher wird ein elektrischer Leistungsverlust infolge des Stromerfassungswiderstands nicht erzeugt.
Da die Start-und-Stop-Beurteilungseinheit 14 vorgesehen ist, kann zusätzlich die LED-Betriebshalbleitervorrichtung in einem stabileren Betrieb mit höherer Verlässlichkeit betrieben werden, wobei ein Spannungsabfall infolge einer LED-Last oder ähnlichem in Betracht gezogen wird. Ferner kann die Emissionsleuchtdichte der LEDs auf einfache Weise durch Ändern der Erfassungsreferenzspannung V_sn des Abgabestromdetektors 13 gesteuert werden.
Eine weitere Miniaturisierung der LED-Betriebsvorrichtung kann durch Bilden des Schaltelementblocks 7 und des Kontrollers 10 auf dem gleichen Substrat realisiert werden, siehe 1. Dies gilt ebenso für die weiter unten zu zeigenden bevorzugten Ausführungsformen.
Zudem ist in 1 die Gleichrichterschaltung 2 eine Ganzwellen-Gleichrichterschaltung zum Gleichrichten der Wechselspannung. Es ist jedoch klar zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt ist, sondern das die gleichen vorteilhaften Wirkungen erhalten werden können, auch wenn eine Halbwellen-Gleichrichterschaltung verwendet wird. Dies gilt ebenso für die weiter unten zu zeigenden bevorzugten Ausführungsformen.
In der LED-Betriebshalbleitervorrichtung und der LED-Betriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform wird zudem ein N-Typ MOSFET für das erste Schaltelement 9 verwendet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt, da stattdessen kann ein IGBT, ein anderer bipolarer Transistor und ähnliches verwendet werden können. Eine LED-Betriebshalbleitervorrichtung mit hoher Geschwindigkeit und mit höher Vielseitigkeit kann durch Verwenden solcher Schaltelemente realisiert werden, die einen Schaltbetrieb mit hoher Geschwindigkeit leisten können. Dies gilt ebenso für die weiter unten zu zeigenden bevorzugten Ausführungsformen.
Ferner, wenn die Sperrverzögerungszeit (T_rr) der Schwungrad-Diode 9 relativ länger ist, steigt der elektrische Leistungsverlust in einem derartigen Übergangszustand an, in dem das erste Schaltelement 9 von dem Ein-Zustand zu dem Aus-Zustand übergeht. Daher kann der elektrische Leistungsverlust der Schwungrad-Diode 5 und der Schaltverlust des ersten Schaltelements 9 durch Einstellen der Sperrverzögerungszeit (T_rr) der Schwundraddiode 5 auf einen kleinen Wert, beispielsweise gleich oder kürzer als 100 ns, reduziert werden. Dies gilt ebenso für die weiter unten zu zeigenden bevorzugten Ausführungsformen.
Bevorzugte Ausführungsform 2
Eine LED-Betriebshalbleitervorrichtung und eine LED-Betriebsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 4 und 5 beschrieben werden. 4 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration der LED-Betriebsvorrichtung mit der LED-Betriebshalbleitervorrichtung (dem Betriebs-IC) gemäß der bevorzugten Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
Mit Bezug auf 4 unterscheidet sich die bevorzugte Ausführungsform 2 von der bevorzugten Ausführungsform 1, die in 1 gezeigt ist, darin, dass ein Betriebs-IC 51 anstelle des Betriebs-IC 21 vorgesehen ist.
Der Betriebs-IC 51 unterscheidet sich von dem Betriebs-IC 21 der bevorzugten Ausführungsform 1, die in 1 gezeigt ist, darin, dass ein Kontroller 40 anstelle des Kontrollers 10 vorgesehen ist, und dadurch, dass ferner ein Erfassungsreferenzspannungsanschluss 52 hinzugefügt ist. Da die bevorzugte Ausführungsform 2 in anderen Hinsichten die gleiche wie die bevorzugte Ausführungsform 1 ist, wird die detaillierte Beschreibung von Bauteilen, die mit den gleichen Bezugszeichen wie die in 1 bezeichnet sind, ausgelassen werden.
Der Erfassungsreferenzspannungsanschluss 52 ist ein Anschluss, der mit dem Negativ-Eingabeanschluss des Komparators 23 des Abgabestromdetektors 13 verbunden ist und der vorgesehen ist, die Erfassungsreferenzspannung V_sn von einer externen Vorrichtung einzugeben, die nicht in der Zeichnung gezeigt ist.
Die Erfassungsreferenzspannung V_sn des Abgabestromdetektors 13 ist eine variable Spannung, die in Antwort auf ein Spannungssignal änderbar ist, das an den Erfassungsreferenzspannungsanschluss 52 von außen eingegeben wird.
5 ist ein Betriebswellenformdiagramm, das die Spannung (V_in) am Eingabeanschluss 30, die Spannung (V_out) am Ausgabeanschluss 31, die Spannung (V_cc) am Referenzspannungsanschluss 32, einen Abgabestrom (I_D) des ersten Schaltelements 9, den Strom (I_L), der durch die Spule 4 fließt, und die Erfassungsreferenzspannung (V_sn), die in den Komparator 23 des Abgabestromdetektors 13 eingegeben wird, in der in 4 gezeigten LED-Betriebsvorrichtung zeigt. Ferner ist die Spannung V_in am Eingabeanschluss 30 gleich der Hochpotentialseitenspannung V_D des Sperrschicht-FET 8 und der Strom I_L, der durch die Spule 4 fließt, ist gleich dem Strom, der durch den LED-Block 6 fließt. Die horizontale Achse von 5 zeigt die Zeit an.
Wenn beispielsweise, wie in 5 gezeigt, die Erfassungsreferenzspannung V_sn in drei Stufen allmählich reduziert wird, verringert sich der Spitzenwert I_DP des Abgabestroms I_D, bei dem das erste Schaltelement 9 gesteuert wird, um in einem Aus-Zustand zu sein, ebenso allmählich in drei Stufen mit der Verringerung der Erfassungsreferenzspannung V_sn. Der Abgabestrom I_D, bei dem eine Pulsweitenmodulationssteuerung (im Folgenden als PWM bezeichnet) durchgeführt wird, fließt in das erste Schaltelement 9, wie in 5 gezeigt. Der Strom I_L, der durch die Spule 4 fließt (d. h. der Strom, der durch den LED-Block 6 fließt), nimmt Werte an, wie in 5 gezeigt, und der mittlere Strom I_LO des LED-Blocks 6 verringert sich allmählich in drei Stufen.
Daher ändert sich der mittlere Strom I_LO des LED-Blocks 6 in Antwort auf die Änderung der Erfassungsreferenzspannung V_sn und die Emissionsleuchtdichte der LEDs, die den LED-Block 6 bilden, kann geändert werden. Daher können die LEDs durch externe Steuerung lichtgesteuert werden.
Durch Verwenden der LED-Betriebshalbleitervorrichtung und der Betriebsvorrichtung in der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform wie oben beschrieben können die folgenden vorteilhaften Wirkungen zusätzlich zu den in der bevorzugten Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung gezeigten Wirkungen erreicht werden.
Die Emissionsleuchtdichte der LEDs kann auf einfache Weise von außen durch Vorsehen eines Erfassungsreferenzspannungseingabeanschlusses zum Eingeben der Erfassungsreferenzspannung in den Abgabestromdetektor angepasst werden. Dass heißt, dass eine Lichtsteuerfunktion erreicht werden kann.
Ferner ist in der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform der Betrieb des Abgabestromdetektors 13 beschrieben, so dass der mittlere Strom I_LO des LED-Blocks 6 sich im Verhältnis zur Änderung der Erfassungsreferenzspannung V_sn ändert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, da der mittlere Strom I_LO des LED-Blocks 6 so betrieben werden kann, dass er sich entsprechend einer anderen vorbestimmten Funktion (beispielsweise in umgekehrtem Verhältnis) zur Änderung der Erfassungsreferenzspannung V_sn des Abgabestromdetektors 13 ändert. Dies gilt ebenso für die weiter unten zu zeigenden bevorzugten Ausführungsformen.
Bevorzugte Ausführungsform 3
Eine LED-Betriebshalbleitervorrichtung und eine LED-Betriebsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf 6 beschrieben werden. 6 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration der LED-Betriebsvorrichtung mit der LED-Betriebshalbleitervorrichtung (dem Betriebs-IC) gemäß der bevorzugten Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt. Mit Bezug auf 6 unterscheidet sich die bevorzugte Ausführungsform 3 von der bevorzugten Ausführungsform 1, die in 1 gezeigt ist, darin, dass ein Betriebs-IC 71 anstelle des Betriebs-IC 21 vorgesehen ist.
Der Betriebs-IC 71 unterscheidet sich von dem Betriebs-IC 21 der bevorzugten Ausführungsform 1, die in 1 gezeigt ist, darin, dass ein Kontroller 60 anstelle des Kontrollers 10 vorgesehen ist. Der Kontroller 60 unterscheidet sich von dem Kontroller 10 in der bevorzugten Ausführungsform 1, die in 1 gezeigt ist, darin, dass eine UND-Schaltung 65 anstelle der UND-Schaltung 15 vorgesehen ist und dass ferner eine Überhitzungsschutzeinheit 61 hinzugefügt ist. Da die bevorzugte Ausführungsform 3 in anderen Hinsichten die gleiche wie die bevorzugte Ausführungsform 1 ist, wird die detaillierte Beschreibung von Bauteilen, die mit den gleichen Bezugszeichen wie die in 1 bezeichnet sind, ausgelassen werden.
Die Überhitzungsschutzeinheit 61 erfasst die Temperatur des Schaltelements 9. Die Überhitzungsschutzeinheit 61 gibt das Niederpegelsignal aus, wenn die Temperatur des Schaltelements 9 eine vorbestimmte Temperatur überschreitet, da das erste Schaltelement 9 infolge von Schaltverlusten Wärme oder ähnliches erzeugt, und andernfalls gibt die Überhitzungsschutzeinheit 61 das Hochpegelsignal aus. Da das Ausgabesignal von der UND-Schaltung 65 den Niederpegel in Antwort auf das Niederpegelsignal, das von der Überhitzungsschutzeinheit 61 ausgegeben wird, annimmt, wird das erste Schaltelement 9 zwangsweise gesteuert, um in einem Aus-Zustand zu sein (im Folgenden als „Zwangs-Aus-Zustand"). Dies erlaubt es, den Schaltbetrieb des ersten Schaltelements 9 zu stoppen und die Temperatur des Schaltelements 9 zu verringern.
Beispielsweise können die folgenden Modi als Erholungsverfahren für den Fall vorläufig eingestellt sein, dass sich das erste Schaltelement 9 in dem Zwangs-Aus-Zustand befindet.
Es kann ein Modus (Sperrmodus), in dem eine Zuführung von der Gleichspannungsquelle zu der LED-Betriebsvorrichtung zeitweise gestoppt wird und dieser Zwangs-Aus-Zustand bis zur Wiederzuführung der Spannungsquelle gehalten wird, oder ein Modus (Auto-Erholungsmodus) oder ähnliches in Betracht gezogen werden, bei dem das erste Schaltelement in dem Zwangs-Aus-Zustand gehalten wird, während die Temperatur des Schaltelements 9 die vorbestimmte Temperatur überschreitet, die von der Überhitzungsschutzeinheit 61 eingestellt ist, und der Zwangs-Aus-Zustand automatisch aufgehoben wird, wenn die Temperatur des Schaltelements 9 gleich oder geringer als die vorbestimmte Temperatur wird.
Wie oben beschrieben, können die LED-Betriebshalbleitervorrichtung und die LED-Betriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform eine thermische Zerstörung des ersten Schaltelements 9 infolge eines anomalen Anstiegs der Temperatur vermeiden. Daher können eine LED-Betriebshalbleitervorrichtung und eine LED-Betriebsvorrichtung mit höherer Sicherheit und höherer Verlässlichkeit realisiert werden. Die gleichen vorteilhaften Wirkungen können ebenso durch Hinzufügen der Überhitzungsschutzeinheit zu der Konfiguration der anderen bevorzugten Ausführungsformen erhalten werden.
Auch wenn in der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform die Überhitzungsschutzeinheit 61 die Temperatur des Schaltelements 9 erfasst, ist die vorliegende Erfindung ferner nicht hierauf beschränkt und die gleichen vorteilhaften Wirkungen können ebenso erreicht werden, wenn eine Temperatur von anderen elektronischen Bauteilen (eine Vorrichtungstemperatur) erfasst wird.
Zusätzlich wird die LED-Betriebshalbleitervorrichtung und die LED-Betriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform bevorzugt insbesondere in der LED-Betriebshalbleitervorrichtung verwendet, bei der der Schaltelementblock 7 und der Kontroller 10 auf dem gleichen Substrat gebildet sind, da die Erfassungsgenauigkeit der Temperatur des Schaltelements 9 verbessert werden kann.
Bevorzugte Ausführungsform 4
Eine LED-Betriebshalbleitervorrichtung und eine LED-Betriebsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 7 beschrieben werden. 7 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration der LED-Betriebsvorrichtung mit der LED-Betriebshalbleitervorrichtung (dem Betriebs-IC) gemäß der bevorzugten Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt. Mit Bezug auf 7 unterscheidet sich die bevorzugte Ausführungsform 4 von der bevorzugten Ausführungsform 3, die in 6 gezeigt ist, darin, dass ein Betriebs-IC 81 anstelle des Betriebs-IC 71 vorgesehen ist.
Der Betriebs-IC 81 unterscheidet sich von dem Betriebs-IC 71 der bevorzugten Ausführungsform 3, die in 6 gezeigt ist, darin, dass ein Kontroller 70 anstelle des Kontrollers 60 vorgesehen ist. Der Kontroller 70 unterscheidet sich von dem Kontroller 60 in der bevorzugten Ausführungsform 3, die in 6 gezeigt ist, darin, dass ein Abgabestromdetektor 73 anstelle des Abgabestromdetektors 13 vorgesehen ist. Der Abgabestromdetektor 73 unterscheidet sich von dem Abgabestromdetektor 13 in der bevorzugten Ausführungsform 3, die in 6 gezeigt ist, darin, dass ferner ein zweites Schaltelement 24 und ein Widerstand 25 hinzugefügt sind. Da die bevorzugte Ausführungsform 4 in anderen Hinsichten die gleiche wie die bevorzugte Ausführungsform 3 ist, wird die detaillierte Beschreibung von Bauteilen, die mit den gleichen Bezugszeichen wie die in 6 bezeichnet sind, ausgelassen werden.
Das zweite Schaltelement 24 ist beispielsweise ein N-Typ MOSFET. Ein Drain-Anschluss des zweiten Schaltelements 24 ist mit dem Anschlusspunkt von Sperrschicht-FET 8 und erstem Schaltelement 9 verbunden, ein Source-Anschluss davon ist mit dem Widerstand 25 verbunden und ein Gate-Anschluss davon ist mit dem Ausgabeende der UND-Schaltung 65 verbunden. Das zweite Schaltelement 24 führt einen Strom, der deutlich geringer als der Strom I_L ist, der durch das erste Schaltelement 9 fließt, und der ein konstantes Stromverhältnis gegenüber dem Strom I_L aufweist. Ein Ende des Widerstands 25 ist mit einem Source-Anschluss des zweiten Schaltelements 24 verbunden und das andere Ende davon ist mit dem Ausgabeanschluss 31 verbunden.
Der Positiv-Eingabeanschluss des Komparators 23 des Abgabestromdetektors 73 ist mit dem Anschlusspunkt von zweitem Schaltelement 24 und Widerstand 25 verbunden und der Negativ-Eingabeanschluss ist mit einem Potential der Erfassungsreferenzspannung V_sn verbunden.
Der Abgabestromdetektor 73 erfasst mittels der obigen Konfiguration einen Strom, der durch das zweite Schaltelement 24 fließt, von einer Spannung, die an den Widerstand 25 angelegt ist, um den Abgabestrom I_D zu erfassen, der durch das erste Schaltelement 9 fließt.
Wie oben beschrieben, sehen die LED-Betriebshalbleitervorrichtung und die LED-Betriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsformen das zweite Schaltelement 24 und den Widerstand 25 vor, und dann kann der Abgabestrom, der durch das erste Schaltelement 9 fließt, d. h. der Strom, der durch die LED fließt, unter Verwendung des Stroms erfasst werden, der geringer ist, als der Strom der durch das erste Schaltelement 9 fließt. Auch wenn ein Widerstand zum Erfassen des Abgabestroms vorgesehen ist, kann daher die LED-Betriebshalbleitervorrichtung realisiert werden, die im Vergleich mit denen des Standes der Technik einen geringeren elektrischen Leistungsverlust und eine höhere elektrische Leistungsumsetzungseffizienz aufweist.
Bevorzugte Ausführungsform 5
Eine LED-Betriebshalbleitervorrichtung und eine LED-Betriebsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die 8 und 9 beschrieben. 8 ist ein Blockdiagramm, dass eine Konfiguration der LED-Betriebsvorrichtung mit der LED-Betriebshalbleitervorrichtung (dem Betriebs-IC) gemäß der bevorzugten Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt. Mit Bezug auf 8 unterscheidet sich die bevorzugte Ausführungsform 5 von der bevorzugten Ausführungsform 1, die in 1 gezeigt ist, darin, dass ein Betriebs-IC 91 anstelle des Betriebs-IC 21 vorgesehen ist.
Der Betriebs-IC 21 unterscheidet sich von dem Betriebs-IC 21 in der bevorzugten Ausführungsform 1, die in 1 gezeigt ist, in dem Folgenden: Eine Signalsynchronisationseinheit 26, eine Niveauverschiebeeinheit 27 und ein drittes Schaltelement 28 sind vorgesehen; ein Kontroller 80 ist anstelle des Kontrollers 10 vorgesehen; und ferner ist ein Kommunikationssignaleingabeanschluss 84 hinzugefügt: Der Kontroller 80 unterscheidet sich von dem Kontroller 10 in der bevorzugten Ausführungsform 1, die in 1 gezeigt ist, darin, dass eine UND-Schaltung 85 anstelle der UND-Schaltung 15 vorgesehen ist. Da die bevorzugte Ausführungsform 5 in anderen Hinsichten die gleiche wie die bevorzugte Ausführungsform 1 ist, wird die detaillierte Beschreibung von Bauteilen, die mit den gleichen Bezugszeichen wie die in 1 bezeichnet sind, ausgelassen werden.
Das dritte Schaltelement 28 ist beispielsweise ein N-Typ MOSFET und ist zwischen einem Anschlusspunkt von Spule 4 und LED-Block und dem Erdpotential angeschlossen, um parallel zum LED-Block 6 zu sein.
Der Kommunikationssignaleingabeanschluss 84 ist ein Anschluss zum Eingeben eines binären Kommunikationssignals (beispielsweise Hoch- und Niederpegel) von außen.
Ein Eingabeende der Signalsynchronisationseinheit 26 ist mit dem Kommunikationssignaleingabeanschluss 84 verbunden und ein Ausgabeende davon ist mit dem Gate-Anschluss des dritten Schaltelements 28 verbunden. Die Signalsynchronisationseinheit 26 gibt das Kommunikationssignal über den Kommunikationssignaleingabeanschluss 84 von außen ein, führt eine Synchronisation zu einer vorbestimmten Frequenz durch und gibt dann ein Steuersignal an die Niveauverschiebeeinheit 27 ebenso wie an den Gate-Anschluss des dritten Schaltelements 28 aus.
Ein Eingabeende der Niveauverschiebeeinheit 27 ist mit der Signalsynchronisationseinheit 26 verbunden und ein Ausgabeende davon ist mit einem Eingabeende der UND-Schaltung 85 verbunden. Die Niveauverschiebeeinheit 27 verschiebt das Niveau des Steuersignals, dass von der Signalsynchronisationseinheit 26 eingegeben wird und gibt das resultierende niveauverschobene Signal aus.
Als nächstes wird mit Bezug auf 9 der Betrieb der LED-Betriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform beschrieben werden. 9 ist ein Betriebswellenformdiagramm, das das binäre Kommunikationssignal, das von dem Kommunikationssignaleingabeanschluss 84 eingegeben wird, die Spannung (V_out) am Ausgabeanschluss 31, den Abgabestrom (I_D) des ersten Schaltelements 9, und den Strom (I_L), der durch die Spule 4 fließt, in der in 8 gezeigten LED-Betriebsvorrichtung zeigt. Ferner ist der Strom I_L, der durch die Spule 4 fließt, gleich dem Strom, der durch den LED-Block 6 fließt. Die horizontale Achse von 9 zeigt die Zeit an.
Da der Betrieb zum Emittieren der LEDs des LED-Blocks 6 durch Durchführen einer Ein-/Aus-Steuerung des ersten Schaltelements 9 der gleiche wie bei der bevorzugten Ausführungsform 1 ist, wird eine Beschreibung davon ausgelassen werden.
Das binäre Kommunikationssignal, das von dem Kommunikationssignaleingabeanschluss 84 eingegeben wird, ist zu der vorbestimmten Frequenz synchronisiert und das resultierende Signal wird über die Signalsynchronisationseinheit 26 und die Niveauverschiebeeinheit 27 an die UND-Schaltung 85 übermittelt, um das erste Schaltelement 9 zu steuern. Zusätzlich wird das binäre Kommunikationssignal, das von dem Kommunikationssignaleingabeanschluss 84 eingegeben wird, ebenso an den Gate-Anschluss des dritten Schaltelement 28 übermittelt, um das dritte Schaltelement 28 zu steuern.
Zu diesem Zeitpunkt werden das erste Schaltelement 9 und das dritte Schaltelement 28 so gesteuert, dass sie nicht zum gleichen Zeitpunkt im Ein-Zustand sind. Beispielsweise in der Konfiguration der LED-Betriebsvorrichtung, die in 8 gezeigt ist, führt die Signalsynchronisationseinheit 26 eine Verarbeitung zum Invertieren eines Steuersignals von der Niveauverschiebeschaltung 27 oder eines Steuersignals von dem dritten Schaltelement 28 oder ähnlichem durch, so dass das Steuersignal von der Niveauverschiebeeinheit 27 und das Steuersignal vom dritten Schaltelement 28 eine komplementäre Beziehung aufweisen.
Wenn das Hochpegelkommunikationssignal in den Kommunikationssignaleingabeanschluss 84 in einem Zustand eingegeben wird, bei dem die LED-Licht durch Durchführen einer Ein-/Aus-Steuerung des ersten Schaltelements 9 in einer Weise des zuvor erwähnten Verfahrens Licht emittiert, gibt die Kommunikationssynchronisationseinheit 26 das synchronisierte Steuersignal (mit dem Hochpegel) an den Gate-Anschluss des Schaltelements 28 aus. Das dritte Schaltelement 28 wird gesteuert, um in einem Ein-Zustand zu sein. Zusätzlich gibt die Signalsynchronisationseinheit 26 das invertierte Signal (mit dem Niederpegel) des synchronisierten Steuersignals an die Niveauverschiebeeinheit 27. Das erste Schaltelement 9 wird gesteuert, um in einem Aus-Zustand zu sein.
Wenn ein Kommunikationssignal mit dem Niederpegel in den Kommunikationssignaleingabeanschluss 84 eingegeben wird, gibt die Signalsynchronisationseinheit 26 das synchronisierte Steuersignal (mit dem Niederpegel) an den Gate-Anschluss des Schaltelements 28 aus. Das dritte Schaltelement 28 wird gesteuert, um in dem Aus-Zustand zu sein. Zusätzlich gibt die Signalsynchronisationseinheit 26 ein invertiertes Signal (mit dem Hochpegel) des synchronisierten Steuersignals an die Niveauverschiebeeinheit 27 aus. Das erste Schaltelement 9 wird in Antwort auf ein Signal Ein-/Aus-gesteuert, das ein anderes ist als das Signal, das von der Niveauverschiebeschaltung 27 in die UND-Schaltung 85 eingegeben wird.
Wenn das erste Schaltelement 9 sich im Ein-Zustand befindet und das dritte Schaltelement 28 sich im Aus-Zustand befindet, fließt der Strom in einer Richtung von dem ersten Schaltelement 9 → der Spule 4 → dem LED-Block 6. Die LEDs des LED-Blocks 6 befinden sich in einem emittierenden Zustand.
Wenn das erste Schaltelement 9 sich im Aus-Zustand befindet und das dritte Schaltelement 28 sich im Aus-Zustand befindet, fließt der Strom im geschlossenen Kreis, der von der Spule 4, dem LED-Block 6 und der Schwungrad-Diode 5 gebildet wird, in einer Richtung von der Spule 4 → dem LED-Block 6 → der Schwungrad-Diode 5. Die LEDs des LED-Blocks 6 befinden sich in dem emittierenden Zustand.
Wenn das erste Schaltelement 9 sich im Aus-Zustand befindet und das dritte Schaltelement 28 sich im Ein-Zustand befindet, fließt der Strom in einer Richtung von der Spule 4 → dem dritten Schaltelement 28 → der Schwungrad-Diode 5. Zu diesem Zeitpunkt verringert sich eine Spannung zwischen beiden Enden des LED-Blocks 6 auf die Ein-Zustandsspannung des dritten Schaltelements 28 und entsprechend fließt der Strom nicht zu dem LED-Block 6. Die LEDs des LED-Blocks 6 befinden sich in einem Löschungszustand.
Durch Wiederholen eines solchen Betriebs in Antwort auf die Hoch- und die Niederpegel des angegebenen Kommunikationssignals können der emittierende Zustand und der Löschungszustand der LEDs im Zusammenhang mit dem Kommunikationssignal umgeschaltet werden.
Zusätzlich können der emittierende Zustand und der Löschungszustand der LEDs mit höherer Effizienz umgeschaltet werden, indem ein MOSFET, ein IGBT und das andere Schaltelement oder ähnliches verwendet werden, die jeweils zur Durchführung eines Schaltvorgangs mit hoher Geschwindigkeit geeignet sind, wobei diese als erstes Schaltelement 9 und drittes Schaltelement 28 dienen.
Wenn die LED-Betriebshalbleitervorrichtung und die LED-Betriebsvorrichtung der vorliegenden bevorzugten Ausführungsformen wie oben beschrieben verwendet werden, haben sie die folgenden vorteilhaften Wirkungen.
Durch Vorsehen des dritten Schaltelements 28 und Steuern des Stromes, der durch die LED fließt, in Synchronisation mit dem Kommunikationssignal, können der emittierende Zustand und der Löschungszustand des LED-Blocks 6 von einer einfachen Schaltungskonfiguration in Antwort auf das Kommunikationssignal umgeschaltet werden, das von außen eingegeben wird. Daher kann eine Kommunikation mit sichtbarem Licht durch die LEDs realisiert werden, wenn das Kommunikationssignal, dem Daten überlagert sind, von dem Kommunikationssignaleingabeanschluss eingegeben wird.
Wenn die LED-Betriebshalbleitervorrichtung und die LED-Betriebsvorrichtung in der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform zur LED-Kommunikation mit sichtbarem Licht verwendet werden, ist ferner die Frequenz des Signalzyklus des Kommunikationssignals gleich oder größer 1 kHz und gleich oder kleiner als 1 MHZ und zum Übermitteln von Information mittels sichtbarem Licht zu bevorzugen. Durch Verwenden eines bipolaren Transistors wie einem IGBT oder eines MOSFET, die beide zur Durchführung eines Schaltungsvorgangs mit hoher Geschwindigkeit in der Lage sind, als erstes Schaltelement 9 und drittes Schaltelement 28, kann zusätzlich eine Kommunikation mit sichtbarem Licht mit höherer Geschwindigkeit realisiert werden.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die LED-Betriebshalbleitervorrichtung und die LED-Betriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können in generellen Vorrichtungen verwendet werden, die eine LED oder LEDs verwenden. Genauer können die LED-Betriebshalbleitervorrichtung und die LED-Betriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer LED-Beleuchtungsvorrichtung, einer LED-Kommunikationsvorrichtung und ähnlichem verwendet werden.
Zusammenfassung
Es sind eine LED-Betriebshalbleitervorrichtung, die eine größere elektrische Leistungsumsetzungseffizienz aufweist und die für eine Miniaturisierung geeignet ist, und eine LED-Betriebsvorrichtung, die diese nutzt, vorgesehen. Die LED-Betriebshalbleitervorrichtung zum Betreiben wenigstens einer LED umfasst einen Eingabeanschluss, einen Ausgabeanschluss, einen Schaltelementblock und einen Kontroller. Der Eingabeanschluss ist mit einer Hochspannungsseite einer Gleichrichterschaltung zum Gleichrichten einer Wechselspannung verbunden und gibt die Spannung von der Gleichrichterschaltung ein. Der Ausgabeanschluss ist vorgesehen, einen Strom für die LED bereitzustellen. Der Schaltelementblock ist zwischen dem Eingabeanschluss und dem Ausgabeanschluss angeschlossen und weist ein erstes Schaltelement auf. Der Kontroller weist einen Regler zum Erzeugen einer Leistungsspannung zum Betreiben und Steuern des Schaltelementblocks und einen Abgabestromdetektor zum Erfassen eines Abgabestroms des Schaltelementblocks auf und führt eine Ein-/Aus-Steuerung des ersten Schaltelements aus, um den Abgabestrom des Schaltelementblocks zu blockieren, wenn der Abgabestrom eine vorbestimmte Schwelle erreicht.

Claims

LED-Betriebshalbleitervorrichtung zum Betreiben wenigstens einer LED, die in Serie angeschlossen und mit einem Ausgabeanschluss über eine Spule verbunden ist, wobei die LED-Betriebshalbleitervorrichtung umfasst: einen Eingabeanschluss, der mit einer Hochspannungsseite einer Gleichrichterschaltung verbunden ist, die eine Wechselspannung gleichrichtet, die von einer Wechselspannungsquelle eingegeben wird, und eine Gleichspannung ausgibt, wobei der Eingabeanschluss zum Eingeben der Spannung von der Gleichrichterschaltung vorgesehen ist, einen Ausgabeanschluss, der mit einem Ende der Spule verbunden ist, wobei der Ausgabeanschluss vorgesehen ist, einen Strom für die zumindest eine LED bereitzustellen, einen Schaltelementblock, der zwischen dem Eingabeanschluss und dem Ausgabeanschluss angeschlossen ist, wobei der Schaltelementblock ein erstes Schaltelement aufweist, und einen Kontroller mit einem Regler und einem Abgabestromdetektor, wobei der Regler die Spannung an dem Eingabeanschluss als eine Eingabespannung eingibt und eine Leistungsspannung zum Betreiben und Steuern des Schaltelementblocks unter Verwendung der Eingabespannung erzeugt, wobei der Abgabestromdetektor einen Abgabestrom des Schaltelementblocks erfasst, wobei der Kontroller eine Ein-/Aus-Steuerung des ersten Schaltelements mit einer vorbestimmten Frequenz ausführt, um den Abgabestrom des Schaltelementblocks zu blockieren, wenn der Abgabestrom eine vorbestimmte Schwelle erreicht.
LED-Betriebshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Schaltelementblock ferner einen Sperrschicht-FET aufweist, dessen eines Ende mit dem Eingabeanschluss verbunden ist, wobei das erste Schaltelement zwischen dem anderen Ende des Sperrschicht-FET und dem Ausgabeanschluss angeschlossen ist, und wobei der Kontroller als eine Eingabespannung eine Spannung an der Niederpotentialseite des Sperrschicht-FET anstelle der Spannung des Eingabeanschlusses eingibt.
LED-Betriebshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kontroller ferner eine Start-und-Stop-Beurteilungseinheit aufweist, die ein Startsignal ausgibt, wenn die Leistungsspannung eine vorbestimmte Spannung überschreitet, und ein Stopsignal ausgibt, wenn die Leistungsspannung gleich oder geringer als die vorbestimmte Spannung ist, und wobei der Kontroller eine Ein-/Aus-Steuerung des ersten Schaltelementes durchführt, wenn die Start-und-Stop-Beurteilungseinheit das Startsignal ausgibt, und das erste Schaltelement so steuert, dass es in einem Aus-Zustand gehalten wird, wenn die Start-und-Stop-Beurteilungseinheit das Stopsignal ausgibt.
LED-Betriebshalbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Kontroller ferner eine Start-und-Stop-Beurteilungseinheit aufweist, die ein Startsignal ausgibt, wenn die Leistungsspannung eine vorbestimmte Spannung überschreitet, und ein Stopsignal ausgibt, wenn die Leistungsspannung gleich oder geringer als die vorbestimmte Spannung ist, und wobei der Kontroller eine Ein-/Aus-Steuerung des ersten Schaltelementes durchführt, wenn die Start-und-Stop-Beurteilungseinheit das Startsignal ausgibt und das erste Schaltelement so steuert, dass es in einem Aus-Zustand gehalten wird, wenn die Start-und-Stop-Beurteilungseinheit das Stopsignal ausgibt.
LED-Betriebshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Abgabestromdetektor den Abgabestrom des Schaltelementblocks durch Vergleichen einer Ein-Spannung des ersten Schaltelements mit einer Erfassungsreferenzspannung erfasst.
LED-Betriebshalbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Abgabestromdetektor den Abgabestrom des Schaltelementblocks durch Vergleichen einer Ein-Spannung des ersten Schaltelements mit einer Erfassungsreferenzspannung erfasst.
LED-Betriebshalbleitervorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Abgabestromdetektor den Abgabestrom des Schaltelementblocks durch Vergleichen einer Ein-Spannung des ersten Schaltelements mit einer Erfassungsreferenzspannung erfasst.
LED-Betriebshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Abgabestromdetektor aufweist: ein zweites Schaltelement, das parallel zu dem ersten Schaltelement angeschlossen ist, wobei das zweite Schaltelement einen Strom führt, der geringer als ein Strom ist, der durch das erste Schaltelement fließt und der ein konstantes Stromverhältnis des Stroms, der durch das zweite Schaltelement fließt, zu dem Strom aufweist, der durch das erste Schaltelement fließt, und einen Widerstand, der in Serie zu einer Niederpotentialseite des zweiten Schaltelements angeschlossen ist, und wobei der Abgabestromdetektor einen Abgabestrom des Schaltelements durch Vergleichen einer Spannung, die an dem Widerstand angelegt wird, mit einer Erfassungsreferenzspannung erfasst.
LED-Betriebshalbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Abgabestromdetektor aufweist: ein zweites Schaltelement, das parallel zu dem ersten Schaltelement angeschlossen ist, wobei das zweite Schaltelement einen Strom führt, der geringer als ein Strom ist, der durch das erste Schaltelement fließt und der ein konstantes Stromverhältnis des Stroms, der durch das zweite Schaltelement fließt, zu dem Strom aufweist, der durch das erste Schaltelement fließt, und einen Widerstand, der in Serie zu einer Niederpotentialseite des zweiten Schaltelements angeschlossen ist, und wobei der Abgabestromdetektor einen Abgabestrom des Schaltelements durch Vergleichen einer Spannung, die an dem Widerstand angelegt wird, mit einer Erfassungsreferenzspannung erfasst.
LED-Betriebshalbleitervorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Abgabestromdetektor aufweist: ein zweites Schaltelement, das parallel zu dem ersten Schaltelement angeschlossen ist, wobei das zweite Schaltelement einen Strom führt, der geringer als ein Strom ist, der durch das erste Schaltelement fließt und der ein konstantes Stromverhältnis des Stroms, der durch das zweite Schaltelement fließt, zu dem Strom aufweist, der durch das erste Schaltelement fließt, und einen Widerstand, der in Serie zu einer Niederpotentialseite des zweiten Schaltelements angeschlossen ist, und wobei der Abgabestromdetektor einen Abgabestrom des Schaltelements durch Vergleichen einer Spannung, die an dem Widerstand angelegt wird, mit einer Erfassungsreferenzspannung erfasst.
LED-Betriebshalbleitervorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Kontroller ferner einen Erfassungsreferenzspannungsanschluss zum Eingeben der Erfassungsreferenzspannung von außen aufweist und die Schwelle des Abgabestroms des Schaltelementblocks in Antwort auf die von dem Erfassungsreferenzspannungsanschluss eingegebene Erfassungsreferenzspannung ändert.
LED-Betriebshalbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Kontroller ferner einen Erfassungsreferenzspannungsanschluss zum Eingeben der Erfassungsreferenzspannung von außen aufweist und die Schwelle des Abgabestroms des Schaltelementblocks in Antwort auf die von dem Erfassungsreferenzspannungsanschluss eingegebene Erfassungsreferenzspannung ändert.
LED-Betriebshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kontroller ferner eine Überhitzungsschutzeinheit aufweist, die eine Vorrichtungstemperatur erfasst und das erste Schaltelement in einem Aus-Zustand hält, wenn die Vorrichtungstemperatur eine vorbestimmte Temperatur überschreitet.
LED-Betriebshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Schaltelement ein bipolarer Transistor oder ein MOSFET ist.
LED-Betriebshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kontroller ferner aufweist: ein drittes Schaltelement, das parallel zu der zumindest einen LED angeschlossen ist, einen Kommunikationssignaleingabeanschluss zum Eingeben eines Kommunikationssignals, eine Signalsynchronisationseinheit, die zwischen dem Kommunikationssignaleingabeanschluss und einem Gate-Anschluss des dritten Schaltelements angeschlossen ist, wobei die Signalsynchronisationseinheit ein Signal zum Steuern des ersten Schaltelements und des dritten Schaltelements in Synchronisation mit dem Kommunikationssignal ausgibt, und eine Niveauverschiebeschaltung, die das Niveau des von der Signalsynchronisationseinheit eingegebenen Signals verschiebt und das resultierende niveauverschobene Signal ausgibt.
LED-Betriebshalbleitervorrichtung nach Anspruch 15, wobei das dritte Schaltelement ein bipolarer Transistor oder ein MOSFET ist.
LED-Betriebshalbleitervorrichtung nach Anspruch 16, wobei das Kommunikationssignal eine Frequenz eines Signalzyklus aufweist, die gleich oder größer als 1 kHz und gleich oder geringer als 1 MHz ist.
LED-Betriebsvorrichtung mit: einer Gleichrichterschaltung, die eine von einer Wechselspannungsquelle eingegebene Wechselspannung gleichrichtet und eine Gleichspannung ausgibt, der LED-Betriebshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, eine Spule, deren eines Ende mit einem Ausgabeanschluss der LED-Betriebshalbleitervorrichtung verbunden ist und deren anderes Ende mit wenigstens einer in Serie angeordneten LED verbunden ist, und einer Diode, die zwischen dem einen Ende der Spule und einem Erdpotential angeschlossen ist.
LED-Betriebsvorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Diode eine Sperrverzögerungszeit aufweist, die gleich oder geringer als 100 ns ist.