JP2004134580A

JP2004134580A - 発光ダイオード用駆動回路

Info

Publication number: JP2004134580A
Application number: JP2002297665A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Watanabe; 渡辺　章博
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-10-10
Filing date: 2002-10-10
Publication date: 2004-04-30

Abstract

【課題】駆動回路側の電気的負担を軽減すると共に、電源電圧の変動や外来ノイズ等に対して発光ダイオードの輝度を安定可能にする。
【解決手段】発光ダイオード４１，４２、電流制限抵抗４４およびトランジスタ４３を直列接続してなる発光ダイオード回路４０Ａ，４０Ｂを複数備え、複数の発光ダイオード回路４０Ａ，４０Ｂが互いに並列接続されて、バッテリーに共通接続されると共に、トランジスタ４３の各々に対し共通のベース電圧を印加する発光ダイオード用駆動回路であって、トランジスタ３４と定電圧により駆動されこのトランジスタ３４を駆動する駆動回路２０とを備え、トランジスタ３４のコレクタ側はバッテリーの一方に接続され、そのベースは駆動回路２０の出力側に接続され、そのエミッタはトランジスタ４３の各ベースに各々第１の抵抗４５を介して接続される。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両に搭載された計器盤の照明用の複数の発光ダイオードの点灯作動を制御する発光ダイオード用駆動回路に関するもので、電源電圧の変動や外来ノイズ等に対して発光ダイオードによる輝度の安定性を向上可能にする。
【０００２】
【従来の技術】
この種の発光ダイオード用駆動回路として、本出願人が先に出願した、例えば特願２００１−３４７３８４号明細書に記載したように、発光ダイオード、電流制限抵抗および第１のトランジスタを直列接続してなる複数の発光ダイオード回路と、定電圧により駆動される駆動回路を設け、この駆動回路により駆動される第２のトランジスタの出力側を、発光ダイオード回路側の各第１のトランジスタのベースに直接接続する回路構成を提案してきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
それにより、第２のトランジスタで増幅した出力により発光ダイオード回路を駆動できるため、駆動回路側の電気的負担を軽減することができる。
【０００４】
しかしながら、第２のトランジスタのエミッタを第１のトランジスタのベースに直接接続する構成のため、このエミッタから第１のトランジスタのベースへのインピーダンスが高くなり、例えば外部より高周波ノイズ等がこのエミッターベース間の信号線に侵入した場合には、第１、第２のトランジスタの動作が不安定になる可能性があった。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑みてなされたものであって、駆動回路側の電気的負担を軽減すると共に、電源電圧の変動や外来ノイズ等に対して発光ダイオードの輝度を安定可能にする発光ダイオード用駆動回路を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項６に記載の技術的手段を採用する。
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、１個もしくは複数個の発光ダイオード、電流制限抵抗および第１のトランジスタを直列接続してなる発光ダイオード回路を複数備え、
複数の発光ダイオード回路が互いに並列接続されて、所定の電源に共通接続されると共に、第１のトランジスタの各々に対し共通のベース電圧を印加する発光ダイオード用駆動回路であって、
第２のトランジスタと、定電圧により駆動され第２のトランジスタを駆動する駆動回路とを備え、
この第２のトランジスタの第１端子は電源の一方もしくは定電圧側に接続され、
第２のトランジスタのベースは駆動回路の出力側に接続され、
第２のトランジスタの第２端子は第１のトランジスタの各ベースに各々第１の抵抗を介して接続されたことを特徴とする。
【０００８】
それにより、第２のトランジスタを介さない場合に比べて、駆動回路の出力電流を小さくできると共にこの駆動回路の電気的負担を軽減できる。また、定電圧により駆動回路が駆動される構成とすることで、電源電圧の変動に対してもその出力電流を安定にでき、第２のトランジスタの作動も安定化可能になる。
【０００９】
しかも、第２のトランジスタの第２端子と第１のトランジスタの各ベースとの間の信号線に、例えば高周波ノイズ等の外来ノイズが侵入した場合でも、第１の抵抗の作用によって外来ノイズによるベース側の電圧変動を抑制し、第１のトランジスタが、例えば発振動作等の異常動作することを防止することが可能となる。
【００１０】
また、請求項２記載の発明によれば、第２のトランジスタの第２端子は、第２の抵抗を介して電源の他方に接続されたことで、第１のトランジスタのＯＦＦ時に、そのベース・エミッタ接合部の接合容量に蓄積される電荷の放電経路を確保でき、この第１のトランジスタを速やかにＯＦＦさせることが可能になる。
【００１１】
また、請求項３記載の発明によれば、第２のトランジスタの第１端子は、第３の抵抗を介して電源の一方もしくは定電圧側に接続されたことで、第２のトランジスタのコレクタ電流を制限してこの第２のトランジスタの保護が可能になる。
【００１２】
また、請求項４記載の発明によれば、第２のトランジスタのベースは、第４の抵抗を介して駆動回路の出力側に接続されると共に、第５の抵抗を介して電源の他方に接続されたことで、第４、５の抵抗により第２のトランジスタのベース電圧を所望の値に精度良く設定することが可能になる。
【００１３】
また、請求項５記載の発明によれば、駆動回路は、発光ダイオードの輝度を調整するデューティ制御信号を出力する構成とすることで、電流調整を容易にし、発光ダイオードの発光輝度の調整が容易になる。
【００１４】
さらに、請求項６記載の発明によれば、複数の前記発光ダイオード回路は少なくとも第１、第２のグループに分けられており、第２のトランジスタの第２端子の出力を、第１のグループに対し遅延させて第２のグループに伝達するスイッチ回路を備えたことで、第１、第２のグループの発光ダイオードの発光タイミングを異ならせることができ、発光ダイオードによる表示方法に変化を与えることが可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図を用いて説明する。
以下の例では本発明回路を、自動車の計器盤照明用光源として発光ダイオードの点灯作動を制御する駆動回路に適用した例について説明する。本発明は自動車の計器盤の表示指針や表示部用の光源として適用でき、また自動車に限らずバッテリー等を電源とする汎用的表示装置の照明用もしくは表示用の光源にも適用できる。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態による発光ダイオード用駆動回路の回路図を示している。
【００１７】
この発光ダイオード用駆動回路１は、定電圧回路１０、駆動回路をなす調光回路２０、スイッチング回路３０、複数の発光ダイオード回路４０Ａ、４０Ｂ、時差点灯回路５０、およびスイッチ回路８０を備えている。また、自動車用計器盤の照明および表示を制御する表示制御回路９０は、種々の外部情報を得て、調光回路２０および時差点灯回路５０を介してこの発光ダイオード用駆動回路１を制御する構成である。
【００１８】
定電圧回路１０は、自動車のイグニッションスイッチ６０を介してバッテリー７０から直流電圧Ｖ_Ｂ（例えば１２Ｖ）を受けて定電圧Ｖ_Ｃ（例えば５Ｖ）を発生する。なお、本実施形態では、バッテリー７０は、自動車の計器盤照明用光源以外の電気負荷、例えば前照灯、エンジンの燃料ポンプその他の電気負荷の直流電源をも兼用している。
【００１９】
調光回路２０は、第２のトランジスタであるトランジスタ３４を駆動するための駆動回路を構成し、定電圧回路１０より定電圧Ｖ_Ｃを受けて作動し、表示制御回路９０からの輝度調整指示を受けて、各発光ダイオード回路４０Ａ、４０Ｂの発光ダイオード４１、４２の輝度を調整するデューティ制御出力（調光制御出力）を出力端子２１から出力する。
【００２０】
スイッチング回路３０は、トランジスタ３４、第３の抵抗である抵抗３１、第４の抵抗である抵抗３２、第５の抵抗である抵抗３３、および第２の抵抗である抵抗３５を有している。ここで、トランジスタ３４の第１の端子であるコレクタは第３の抵抗である抵抗３１、イグニッションスイッチ６０を介して電源の一方、つまりバッテリー７０の＋極端子に接続されている。抵抗３１は、トランジスタ３４のための保護用抵抗である。トランジスタ３４のベースは抵抗３２を介して調光回路２０の出力側に接続されると共に、抵抗３３を介して電源の他方、つまりバッテリー７０の−極端子に接続されている。
【００２１】
従って、トランジスタ３４のベース電圧は、（調光回路２０の出力電圧）×（抵抗３３の抵抗値）／（抵抗３２の抵抗値＋抵抗３３の抵抗値）に固定されている。両抵抗３２、３３によりトランジスタ３４のベース電圧を設定しているので、発光ダイオード用駆動回路１の作動中において、トランジスタ３４のベース電圧を、定電圧Ｖ_Ｃにより駆動される調光回路２０の出力電圧と両抵抗３２、３３に応じて決定される電圧に維持することができる。また、両抵抗３２、３３の抵抗値を適当な値とすることにより、トランジスタ３４のベース電圧を必要に応じて変更することができる。
【００２２】
また、トランジスタ３４の第２端子であるエミッタ側は、第２の抵抗である抵抗３５を介して電源の他方、つまりバッテリー７０の−極端子に接続されている。それにより、後述する第１のトランジスタを構成するトランジスタ４３のベース・エミッタ接合部の接合容量に蓄積される電荷の放電経路を形成している。
【００２３】
そこで、トランジスタ３４、４３が共にＯＮからＯＦＦに変化するとき、トランジスタ４３のベース・エミッタ接合容量に蓄積された電荷を、抵抗３５を介して直ちに放電させることで、トランジスタ４３を速やかにＯＦＦさせることができる。
【００２４】
さらに同じエミッタ側は、各トランジスタ４３のベースに各々第１の抵抗である作動安定化用の抵抗４５を介して接続されている。この抵抗４５は、通常電流制限用（例えば２００〜３００Ω）の抵抗４４より低い抵抗値が設定され、トランジスタ３４のエミッタとトランジスタ４３のベースとの間の信号線Ｌに、外部より例えば高周波ノイズ等の外来ノイズが侵入してきた場合に、両トランジスタ３４、４３を含む回路が発振動作するのを防止する働きをする。
【００２５】
その際、抵抗４５の抵抗値は、発光ダイオード４１、４２の要求発光輝度の関係から必要とされるベース電流値の確保と、両トランジスタ３４、４３のＯＮ中に外来ノイズが信号線Ｌに侵入したとき、両トランジスタ３４、４３間に正帰還ループができないようにトランジスタ４３のベース電位の変化を抑制する時定数の確保とを考慮して、設定される。
【００２６】
また、複数の発光ダイオード回路４０Ａ、４０Ｂは、互いに並列接続されており、各回路４０Ａ、４０Ｂには、１個もしくは複数個の発光ダイオード４１、４２、トランジスタ４３および電流制限用の抵抗４４が直列接続されると共に、抵抗４５がトランジスタ４３のベース側に接続されている。また、トランジスタ４３のエミッタは、抵抗４４を介して電源の他方、つまりバッテリー７０の−極端子に接続されている。
【００２７】
発光ダイオード４１は、そのアノードにて、イグニッションスイッチ６０を介してバッテリー７０の＋極端子に接続されている。また、発光ダイオード４２は、そのアノードにて、発光ダイオード４１のカソードに接続されている。発光ダイオード４２のカソードは、トランジスタ４３のコレクタに接続されている。
【００２８】
それにより、トランジスタ３４は、抵抗３２を介して調光回路２０からデューティ制御出力（調光制御出力）を受けて所定デューティ比にてスイッチング作動する。その際、定電圧を電源とする調光回路２０の出力を利用するため、バッテリー電圧ＶＢの変動に対しても安定したベース電圧（ベース電流）を提供できる。その結果、安定化したトランジスタ３４のコレクタ電流により発光ダイオード回路４０Ａ、４０Ｂのトランジスタ４３を駆動でき、発光ダイオード４１、４２の発光輝度が安定に調整される。
【００２９】
また、スイッチ回路８０は、互いに隣合う発光ダイオード回路４０Ａ、４０Ｂの両トランジスタ４３のベース間に配置されると共に、表示制御回路９０からの時差点灯指示を受けて動作する時差点灯回路５０に接続される。それにより、この回路５０からの時差点灯信号出力に応じてトランジスタ８２、８３をＯＮ、ＯＦＦし、実質同一のベース電圧（ベース電流）を、後段回路４０Ｂのトランジスタ４３のベース側に供給する。そこで、両発光ダイオード回路４０Ａ、４０Ｂを所定の時差をもって点灯駆動させることができる。
【００３０】
次に、以上説明した本発明の一実施形態による発光ダイオード用駆動回路１の作動について説明する。
【００３１】
イグニッションスイッチ６０がＯＮされると、定電圧回路１０はバッテリー７０から直流電圧Ｖ_Ｂ（たとえば１２Ｖ）を受けて定電圧Ｖ_Ｃ（たとえば５Ｖ）を発生し、この定電圧Ｖ_Ｃは調光回路２０、時差点灯回路５０、および表示制御回路９０に印加される。また、上述のようにイグニッションスイッチ６０がＯＮされると、スイッチング回路３０、各発光ダイオード回路４０Ａ、４０Ｂはイグニッションスイッチ６０を介してバッテリー７０から直流電圧Ｖ_Ｂが印加される。
【００３２】
このような状態において、表示制御回路９０からの輝度調整指示を受け、調光回路２０からのデューティ制御出力である調光制御出力がスイッチング回路３０のトランジスタ３４のベースに入力されると、トランジスタ３４はこの調光制御出力によりデューティ制御されてスイッチング作動する。これに伴ってトランジスタ３４にコレクタ電流が流れ、このコレクタ電流が各発光ダイオード回路４０Ａ、４０Ｂのトランジスタ４３のベースに印加される。
【００３３】
これにより、バッテリー７０からの直流電圧Ｖ_Ｂに基づき、コレクタ電流が各発光ダイオード回路４０Ａ、４０Ｂの両発光ダイオード４１、４２、トランジスタ４３および抵抗４４を通り流れる。このため、各発光ダイオード回路４０Ａ、４０Ｂの両発光ダイオード４１、４２は共に、略同一の輝度にて発光する。
【００３４】
ここで、両トランジスタ３４、４３のＯＮ動作中に、信号線Ｌに高周波ノイズが侵入すると、トランジスタ４３のベース電位を高め、両トランジスタ３４、４３を含む回路が発振する可能性があったが、予め設定した抵抗値を持つ抵抗４５の追加により発振を防止できるようになった。これは、この回路の高周波に対するゲイン（利得）を低下させ、正帰還ループの形成を抑制することで、発振を防止しているものと推測される。
【００３５】
次に、時差点灯回路５０の作用について説明する。
【００３６】
時差点灯回路５０は、イグニッションスイッチ６０のＯＮ後に定電圧回路１０より定電圧Ｖ_Ｃを受け、また表示制御回路９０からの時差点灯指示を受けて作動を開始する。イグニッションスイッチ６０のＯＮ直後はまだ時差点灯回路５０から時差点灯信号は出力されないので、スイッチ回路８０はＯＦＦ状態であり、互いに隣合う両発光ダイオード回路４０Ａ、４０Ｂの各トランジスタ４３のベース間は開放されている。
【００３７】
従って、各発光ダイオード回路４０Ａの両発光ダイオード４１、４２は発光するが、各発光ダイオード回路４０Ｂの両発光ダイオード４１、４２は発光しない。そして、イグニッションスイッチ６０がＯＮされて所定時間経過後に、時差点灯回路５０から時差点灯信号が出力されると、スイッチ回路８０がＯＮ状態となり、互いに隣合う両発光ダイオード回路４０Ａ、４０Ｂの各トランジスタ４３のベース間が導通される。これにより、各発光ダイオード回路４０Ｂの両発光ダイオード４１、４２が所定時間遅れて発光する。
【００３８】
なお、時差点灯回路５０から出力される時差点灯信号をデューティ制御出力とすれば、各発光ダイオード回路４０Ｂの両発光ダイオード４１、４２を所定時間遅れて発光させると共に、それらの発光輝度を、各発光ダイオード回路４０Ａの両発光ダイオード４１、４２の発光輝度と異なる輝度とすることが可能である。
【００３９】
さらに、時差点灯信号であるデューティ制御出力において、デューティ比を徐々に変化させることにより、各発光ダイオード回路４０Ｂの両発光ダイオード４１、４２の発光輝度を徐々に変化、例えば、徐々に明るくなるように発光させることも可能である。
【００４０】
また、表示制御回路９０および調光回路２０を組み合せ、調光回路２０の調光制御出力のデューティ比を変化させることにより、各発光ダイオード回路４０Ａ、４０Ｂの各トランジスタ４３のベース電流値を変化させて、各発光ダイオード回路４０Ａ、４０Ｂの両発光ダイオード４１、４２を流れる電流の大きさ、言換えると発光輝度を変化させることができる。
【００４１】
例えば、イグニッションスイッチ６０のＯＮ後、両発光ダイオード４１、４２の発光輝度を徐々に明るくしたり、あるいは、自動車の計器盤周囲の明るさに対応して計器盤の視認性を最適化するように、両発光ダイオード４１、４２の発光輝度を制御することもできる。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態においては、トランジスタ３４を介さない場合に比べて調光回路２０の出力電流値を小さくできる。このことは、定電圧により駆動される調光回路２０の電気的負担を軽減でき、また、調光回路２０の出力段に用いる出力トランジスタを小電力の小型のものにでき、発熱抑制やコストを低減することができる。また、調光回路２０の放熱手段を不要にすることが可能になる。
【００４３】
また、調光回路２０に電力を供給している定電圧回路１０の電気的負担を軽減することができる。
【００４４】
また、トランジスタ３４のベース電圧が、調光回路２０の出力電圧×抵抗３３の抵抗値／（抵抗３２の抵抗値＋抵抗３３の抵抗値）で決まるので、トランジスタ３４のベース電圧を所望の値に精度良く設定することができる。
【００４５】
次に、上述した実施形態の第１変形例を図２に示す。この第１変形例では、図１中の抵抗３３をツェナーダイオード３６に置き換えている。すなわち、ツェナーダイオード３６の定電圧作用によりトランジスタ３４のベース電圧を一定に維持している。
【００４６】
また、上述した実施形態の第２変形例を図３に示す。この第２変形例では、スイッチング回路３０Ａに示すように、調光回路２０の出力によりトランジスタ３４を直接駆動せずに、駆動制御用の抵抗２１、２２およびトランジスタ２３を追加して、このトランジスタ２３を調光回路２０の出力により制御し、トランジスタ３４より出力されたエミッタ電流が、実際にトランジスタ４３のベース側に供給される量を調整している。
【００４７】
図３の回路では、第２のトランジスタであるトランジスタ３４を駆動する駆動回路と、発光ダイオードを調光する調光回路とを分離し、駆動回路は一定電圧を出力する定電圧回路１０としている。この第２変形例においても、上述した実施形態と同様に、駆動回路の出力をトランジスタ３４で増幅して各発光ダイオード回路４０Ａ、４０Ｂを駆動する構成となっている。これにより、駆動回路である定電圧回路１０の発光ダイオード駆動に要する電流値を小さくして、そのための出力トランジスタの小型化、発熱抑制が実現できる。
【００４８】
また、上述した実施形態の第３変形例を図４に示す。この第３変形例では、第２のトランジスタであるトランジスタ３４のコレクタ側を、バッテリー７０側に代えて、定電圧回路１０側に接続するようにしている。それによって、バッテリー電圧の変動に対してトランジスタ３４の出力をより安定させることができる。
【００４９】
なお、本例では定電圧Ｖ_Ｃを調光回路２０等と共通利用しているが、定電圧回路１０として２種類の定電圧Ｖ_Ｃ１、Ｖ_Ｃ２を発生する構成とし、調光回路２０向けより高い定電圧をトランジスタ３４に供給するようにすれば、トランジスタ３４の出力の安定化と出力確保を両立でき、従って発光ダイオード４１、４２の輝度をバッテリー電圧変動に対しても良好に維持可能になる。
【００５０】
また、上述した実施形態の第４変形例を図５に示す。この第４変形例では、図２に示す回路中の第３の抵抗である抵抗３１を省略することで、トランジスタ３４の出力電流を大きくすることを可能にしている。なお、トランジスタ３４のコレクタ側を、バッテリー７０側に代えて、図５中の破線で示すように定電圧回路１０側に接続するように構成してもよい。
【００５１】
なお、上述した一実施形態、および第１変形例〜第４変形例においては、発光ダイオード回路４０Ａ、４０Ｂ一つ毎の発光ダイオード数を２個としているが、１個あるいは３個以上であってもよい。また、いずれの例でも時差点灯回路８０を設けているが、これを廃止してもよい。また、バッテリー電圧を１２Ｖ、定電圧回路１０の出力電圧を５Ｖとしているが、それぞれ別の電圧であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による発光ダイオード用駆動回路１の回路図である。
【図２】本発明の一実施形態の第１変形例を示す回路図である。
【図３】本発明の一実施形態の第２変形例を示す回路図である。
【図４】本発明の一実施形態の第３変形例を示す回路図である。
【図５】本発明の一実施形態の第４変形例を示す回路図である。
【符号の説明】
１０　　定電圧回路（駆動回路）
２０　　調光回路（駆動回路）
３０　　スイッチング回路
３１　　抵抗（第３の抵抗）
３２　　抵抗（第４の抵抗）
３３　　抵抗（第５の抵抗）
３４　　トランジスタ（第２のトランジスタ）
３５　　抵抗（第２の抵抗）
４０Ａ、４０Ｂ　　発光ダイオード回路
４３　　トランジスタ（第１のトランジスタ）
４４　　抵抗（電流制限抵抗）
４５　　抵抗（第１の抵抗）
５０　　時差点灯回路
８０　　スイッチ回路

Claims

１個もしくは複数個の発光ダイオード、電流制限抵抗および第１のトランジスタを直列接続してなる発光ダイオード回路を複数備え、
複数の前記発光ダイオード回路が互いに並列接続されて、所定の電源に共通接続されると共に、前記第１のトランジスタの各々に対し共通のベース電圧を印加する発光ダイオード用駆動回路であって、
第２のトランジスタと、
定電圧により駆動され前記第２のトランジスタを駆動する駆動回路とを備え、
前記第２のトランジスタの第１端子は前記電源の一方もしくは前記定電圧側に接続され、
前記第２のトランジスタのベースは前記駆動回路の出力側に接続され、
前記第２のトランジスタの第２端子は前記第１のトランジスタの各ベースに各々第１の抵抗を介して接続されたことを特徴とする発光ダイオード用駆動回路。
前記第２のトランジスタの第２端子は、第２の抵抗を介して前記電源の他方に接続されたことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード用駆動回路。
前記第２のトランジスタの第１端子は、第３の抵抗を介して前記電源の一方もしくは前記定電圧側に接続されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光ダイオード用駆動回路。
前記第２のトランジスタのベースは、第４の抵抗を介して前記駆動回路の出力側に接続されると共に、第５の抵抗を介して前記電源の他方に接続されたことを特徴とする請求項３に記載の発光ダイオード用駆動回路。
前記駆動回路は、前記発光ダイオードの輝度を調整するデューティ制御信号を出力することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光ダイオード用駆動回路。
複数の前記発光ダイオード回路は少なくとも第１、第２のグループに分けられており、
前記第２のトランジスタの第２端子の出力を前記第１のグループに対し遅延させて前記第２のグループに伝達するスイッチ回路を備えたことを特徴とする請求項５に記載の発光ダイオード用駆動回路。