JP2005347133A

JP2005347133A - Ｌｅｄ点灯駆動回路

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Publication number: JP2005347133A
Application number: JP2004166479A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Nakase; 浩明中瀬
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-06-04
Filing date: 2004-06-04
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2024-06-04
Also published as: JP4420745B2

Abstract

【課題】本発明は、ＤＣ電流レベルによる調光時の色温度の変化を防止し、ＰＷＭ調光と同等の調光性能を有するとともに、パワースイッチの部品点数を削減できるＬＥＤ点灯駆動回路を提供する。
【解決手段】単数又は複数個設けた照明用ＬＥＤ２の点灯駆動回路において、ＤＣ電流レベルの電流増減で調光を行い、その時の電流の増減によるＬＥＤ２の色温度の変化を防止する為、調光ＤＣ電流レベルの電流にピーク電流レベルの電流を一定に設定したパルス電流を重畳させるように制御回路１０を設けてある事を特徴とするＬＥＤ点灯駆動回路。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明用ＬＥＤの点灯駆動回路に関するものであり、特にＤＣ電流レベルによる調光時の色温度の変化を防止する調光機能を有するＬＥＤ点灯駆動回路に関するものである。

従来のＬＥＤ点灯駆動回路の一例を図４に示す。また、ＬＥＤの電流波形図を図５に示す。このＬＥＤ点灯駆動回路は、降圧チョッパ型のスイッチング回路１で構成し、この回路１の出力部に複数のＬＥＤを直列に接続し、さらにこのＬＥＤ群を並列に接続して、ＬＥＤ群２を構成してある。このＬＥＤ群２の調光を制御する制御回路６０と、制御回路６０から発する調光信号に同期させてＬＥＤをＰＷＭ駆動させる照明用外部調光器２０とを備え、制御回路２０から出力される調光信号によりスイッチング回路に設けたスイッチTr1をオン・オフさせてＬＥＤの点灯駆動をするようにしてある。具体的には以下の通りである。

このＬＥＤ点灯駆動回路の照明用外部調光器２０は、ＰＷＭ発振部２１とフォトカプラPC1とを備え、ＰＷＭ発振部２１から出力されるＰＷＭ調光信号を発振し、フォトカプラPC1を介して、制御回路６０に出力するように構成してある。

制御回路６０は、ＰＷＭ調光信号を受けてオン・オフ信号を出力するドライバDr2を備え、このドライバDr2はスイッチTr4のゲート端子に接続し、このスイッチTr4はＰＷＭ調光信号を受けてオン・オフするようにしてある。

ＬＥＤ点灯駆動回路を構成するインダクタL1とＬＥＤ群２との間に電流検出抵抗R11を接続してある。この電流検出抵抗R11の入力側に定電流制御エラーアンプEA3のプラス端子を、電流検出抵抗R11の出力側に定電流制御エラーアンプEA3のマイナス端子をそれぞれ接続してある。この定電流制御エラーアンプEA3の出力端子を第二の定電流制御エラーアンプEA4のマイナス端子に接続してある。また、この定電流制御エラーアンプEA4のプラス端子には、スイッチTr4がオフしているときに定電流設定を最小に制御する為、レファレンス電圧Vrefを引き摺り下ろすスイッチTr5のコレクタを接続してある。このスイッチTr5のエミッタをフォトトランジスタに接続してある（その他の例として、特許文献１参照）。
特開２００３−１５２２２４公報

このＬＥＤ点灯駆動回路は、各ラインを時間分割で順番にドライブし、図５に示すように、調光時はその照明用外部調光器２０から出力されるパルス幅を減らせていく。

しかし、照度を確保する為にＤＣ点灯に比べて、大きな電流をＬＥＤに流す必要があり、その為ＬＥＤの順方向電圧ＶＦも増大し、自身の温度上昇も大きくなり寿命が短くなる問題が生じる。その為ＬＥＤ電流を下げる事ができるＤＣ電流レベル点灯にすると、ＬＥＤ電流はダイナミック点灯時より電流は半分以下で照度を確保できるが、そのままＤＣ制御で調光を行うと、ＬＥＤの発光の色温度は流れる電流によって変化する為、照明器具にとっては好ましくない問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ＤＣ電流レベルによる調光時の色温度の変化を防止し、ＰＷＭ調光と同等の調光性能を有するとともに、パワースイッチの部品点数を削減できるＬＥＤ点灯駆動回路を提供する。

上記課題を解決するために、本発明に係るＬＥＤ点灯駆動回路は、単数又は複数個設けた照明用ＬＥＤの点灯駆動回路において、ＤＣ電流レベルの電流増減で調光を行い、その時の電流の増減によるＬＥＤの色温度の変化を防止する為、調光ＤＣ電流レベルの電流にピーク電流レベルの電流を一定に設定したパルス電流を重畳させるように制御回路を設けてある事を特徴とする。

前記制御回路は定電流検出エラーアンプを設けてあり、この定電流検出エラーアンプはレファレンスレベルにピーク電流レベルとＤＣ電流レベルの２つのレベルを設定できる様に構成してあることを特徴とする。

前記ピーク電流レベルを設定するパルス発生回路を設けてあり、このパルス発生回路により発生するパルスの出力に同期してピーク電流レベルとＤＣ電流レベルとを切り換えるように構成してあることを特徴とする。

前記制御回路に照明用外部調光器を接続し、この照明用外部調光器により発生するパルスのオン幅に同期して、前記ＤＣ電流レベルの電流を増減するように構成してあることを特徴とする。

前記制御回路にＤ／Ａコンバータを接続し、このＤ／Ａコンバータにより発生するアナログ電圧により前記ＤＣ電流レベルの電流を増減するように構成してあることを特徴とする。

本発明によれば、調光時もピーク電流レベル設定電流が流れる期間が照明用外部調光器により生成されるので、ＬＥＤに流れる電流変化による色温度の変化を防止でき、また色温度の調整はこのピーク電流レベルを調整する事により調整可能となると共にスイッチも一段で実現でき、ＰＷＭ調光方式よりシンプルになり効率も上昇する効果がある。また、Ｄ／Ａコンバータを用いてＤＣ電流レベルの電流を増減させることにより、マイコン制御による調光をすることができる効果がある。

発明を実施するための最良の形態の回路図を図１に示す。図１図示のＬＥＤ点灯駆動回路は、降圧チョッパ型のスイッチング回路１で構成し、この回路１の出力部に複数のＬＥＤを直列に接続し、さらにこのＬＥＤ群を並列に接続して、ＬＥＤ群２を構成してある。このＬＥＤ群２の調光を制御する制御回路１０と、制御回路１０から発する調光信号に同期させてＬＥＤをＰＷＭ駆動させる照明用外部調光器２０とを備え、制御回路１０から出力される調光信号によりスイッチング回路に設けたスイッチTr1をオン・オフさせてＬＥＤの点灯駆動をするようにしてある。具体的には以下の通りである。

このＬＥＤ点灯駆動回路の照明用外部調光器２０は、ＰＷＭ発振部２１とフォトカプラPC1とを備え、ＰＷＭ発振部２１から出力されるＰＷＭ調光信号を発振し、フォトカプラPC1を介して、制御回路１０に出力するように構成してある。

制御回路１０は、ＬＥＤ群２の出力部に接続してある。制御回路１０はＬＥＤ群２に流れる電流を検出する電流検出抵抗R1を備えてある。また、ＬＥＤ群２の出力部に定電流検出エラーアンプEA2のマイナス端子に接続してある。この定電流検出エラーアンプEA2は設定基準電圧V2を有し、設定基準電圧V2に設けた抵抗R5とピーク電流レベル設定用抵抗R3により分圧された電圧信号と、ＬＥＤ群２に流れる電流信号とを比較するようにしてある。なお、設定基準電圧V2に設けた抵抗R5とピーク電流レベル設定用抵抗R3により分圧された電圧によって決まる基準電圧レベルがＬＥＤ群２に流れる電流の最大値となる。定電流検出エラーアンプEA2の出力端子をドライバDr1に接続し、このドライバDr1はスイッチング回路１に設けたスイッチTr1のベースに接続してあり、定電流検出エラーアンプEA2の出力によりスイッチTr1はスイッチングされて、ＬＥＤ群２に定電流が流れるように構成してある。

制御回路１０は、フォトカプラPC1へ出力されたＰＷＭ調光信号によりオン・オフするスイッチTr4を備えてある。このスイッチTr4のコレクタ・エミッタ間に、ダイオードD1とコンデンサC1との直列回路で構成したレベル変換回路１２を接続してある。このレベル変換回路１２は照明用外部調光器２０より発生するＰＷＭ調光信号をＤＣ電流レベルに変換する回路であり、このレベル変換回路１２を構成するダイオードD1のアノードをスイッチTr4のコレクタに、ダイオードD1のカソードをコンデンサC1にそれぞれ接続してある。ダイオードD1のカソードを調光制御エラーアンプEA1のマイナス端子に接続し、この調光制御エラーアンプEA1のプラス端子を基準設定電圧V1を設けてあり、コンデンサC1の電圧が基準設定電圧V1と比較されて出力されるように構成してある。また、調光制御エラーアンプEA1の出力端子をダイオードD2のカソードに接続してある。

ダイオードD2のアノードは調光レベル設定用トランジスタTr2のベースに接続してあるとともに、調光レベル最小値設定抵抗R4の一端にも接続してある。また、この調光レベル最小値設定抵抗R4を定電流検出エラーアンプEA2のプラス端子に接続してあり、調光レベル設定用トランジスタTr2がオンした際に、調光レベル設定用トランジスタTr2のバイアス電流をダイオードD2が引き摺り下ろすようにしてある。この調光レベル設定用トランジスタTr2のエミッタをスイッチTr3のコレクタに接続し、このスイッチTr3のベースはパルス発生器１１に接続してある。このパルス発生器１１では、タイマーＩＣ５５５などの汎用ＩＣで構成され、ピーク電流レベルを設定するＰＷＭ信号が出力される。ここでは、ＯＮデューティ１０％以下のＰＷＭ信号を発生させ、スイッチTr3はこのＰＷＭ信号に同期してオン・オフし、ピーク電流レベルとＤＣ電流レベルとを切り換えるように構成してある。

スイッチTr3のコレクタにはＤＣ電流レベル設定抵抗R2の一端を接続してある。このＤＣ電流レベル設定抵抗の他端を定電流検出エラーアンプEA2のプラス端子に接続してあり、スイッチTr3がオンした時には、ＤＣ電流レベル設定抵抗R2が導通するので、定電流検出エラーアンプEA2のレファレンス電圧Vrefは下がり、ＬＥＤ群２に流れる電流がＤＣ電流レベルまで下がるように構成してある。

以上のように構成してあるＬＥＤ点灯駆動回路は以下のような作用をする。なお、ＬＥＤの電流波形図を図２に示す。先ず、通常の場合は、ＬＥＤ群２に流れる電流は電流検出抵抗R1にて検出され、定電流検出エラーアンプEA2に入力される。定電流検出エラーアンプEA2でＬＥＤ群２に流れる電流信号と、基準設定電圧V2に設けた抵抗R5とピーク電流レベル設定用抵抗R3により分圧された電圧信号とを比較する。定電流検出エラーアンプEA2の出力によってスイッチTr1がスイッチングされて、ＬＥＤ群２に定電流が流れる。

また、パルス発生器１１から発生するＰＷＭ信号によりスイッチTr3はオン・オフする。このスイッチTr3がオンした時、ＤＣレベル設定抵抗R2が導通するため、定電流検出エラーアンプEA2のレファレンス電圧Vrefは下がりＬＥＤ群２に流れる電流は、図２の実線で示すように、ＤＣ電流レベルまで下がる。

続いて、調光する場合について説明する。調光を多く入れようとする場合、照明用外部調光器３０で通常よりＯＮデューティが大きいＰＷＭ調光信号を出力する。例えば、ＯＮデューティが１００％であったとする時、フォトカプラPC1の受光側トランジスタが連続してオンする。従って、スイッチTr4はオフになり、コンデンサC1には、調光制御エラーアンプEA1の基準設定電圧V1とダイオードD1の電圧との差分電圧が充電される。コンデンサC1の電圧は調光制御エラーアンプEA1のマイナス端子側に入力され、基準設定電圧V1との比較により出力される。この場合、ロウレベルで出力するため、調光レベル設定用トランジスタTr2のベース電流はロウレベルに制限される。

パルス発生器１１からＰＷＭ信号が出力されて、スイッチTr3がオンになった時に、調光レベル設定用トランジスタTr2に電流が流れる。これにより、定電流検出エラーアンプEA2のレファレンス電圧Vrefが調光レベル設定用トランジスタTr2の電流増減によって変化する事により、図２の点線で示すように、ＤＣ電流レベルが下がって調光を行い、調光ＤＣ電流上にピーク電流を一定に設定したパルス電流を重畳させることができる。これにより、ＬＥＤの色温度の変化を防止することができる。なお、ＯＮデューティが１００％の時にはほとんど調光しない。また、ＯＮデューティが比較的小さい場合は、それに応じてコンデンサC1の電圧が減ずるので、調光制御エラーアンプEA1の出力が大きくなり、調光レベル設定用トランジスタTr2に流れる電流が増加して、定電流検出エラーアンプEA2のレファレンス電圧Vrefの電圧が低くなり調光率が高まる。

以上より、ＬＥＤ群２に流れる電流はピーク電流レベルとＤＣ電流レベルの電流値に定電流制御されることになる。この電流はピーク電流レベルを設けたことにより、色温度を防止することができ、また、色温度の調整はこのピーク電流レベルを調整することにより、調整することができる。

実施例１の回路図を図３に示す。図３図示のＬＥＤ点灯駆動回路は、図１図示のＬＥＤ点灯駆動回路と同様に、降圧チョッパ型のスイッチング回路１で構成し、この回路の出力部に複数のＬＥＤを直列に接続し、さらにこのＬＥＤ群を並列に接続して、ＬＥＤ群２を構成してある。このＬＥＤ群２の調光を制御する制御回路３０とを備えてある。

本実施例では、照明用外部調光器２０の代わりに、調光制御を行うＤ／Ａコンバータ４０を設けてある。このＤ／Ａコンバータ４０はマイコンのＩＯポートからデジタル信号を入力し、アナログ電圧に変換する回路である。実施例では、Ｂ１〜Ｂ８に８ｂｉｔの信号がマイコンより入力され、その１，０の信号に応じてＶoutから出力されるように構成してある。例えば、入力が全て０の場合は、Ｖout＝０Vとなり、入力が全て１の場合はＤ／Aコンバータ４０のリファレンス電圧は固定される。この場合、８ｂｉｔなので、分解能は２５６段階となり、後述する調光レベル設定用トランジスタTr2のバイアスを２５６段階に設定できることになり、理論上２５６段階の調光が可能になる。なお、これに伴い制御回路１０も前記実施形態とは一部構成が異なる。具体的には以下の通りである。

Ｄ／Ａコンバータ４０はダイオードD2のカソードに接続してある。このダイオードD2のアノードは調光レベル設定用トランジスタTr2のベースに接続してあるとともに、調光レベル最小値設定抵抗R4の一端にも接続してある。また、この調光レベル最小値設定抵抗R4を定電流検出エラーアンプEA2のプラス端子に接続してあり、調光レベル設定用トランジスタTr2がオンした際に、調光レベル設定用トランジスタTr2のバイアス電流をダイオードD2が引き摺り下ろすようにしてある。

調光レベル設定用トランジスタTr2のコレクタをスイッチTr3のコレクタに接続し、このスイッチTr3のベースにパルス発生器１１を接続してある。ここでは、ＯＮデューティ１０％以下のＰＷＭ信号を発生させ、スイッチTr3はこのＰＷＭ信号に同期してオン・オフし、ピーク電流レベルとＤＣ電流レベルとを切り換えるように構成してある。スイッチTr3のコレクタにはＤＣ電流レベル設定抵抗R2の一端を接続してある。このＤＣ電流レベル設定抵抗R2の他端を定電流検出エラーアンプEA2のプラス端子に接続してあり、スイッチTr3がオンした時には、ＤＣ電流レベル設定抵抗R2が導通するので、定電流検出エラーアンプEA2のレファレンス電圧Vrefは下がり、ＬＥＤ群２に流れる電流がＤＣ電流レベルまで下がるように構成してある。

実施例１に係るＬＥＤ点灯駆動回路は以上のように構成してあるが、作用については、前記実施形態と概ね同様である。この実施例ではＤ／Ａコンバータ４０を用いたことにより、前記実施形態と異なる部分のみ説明する。先ず、通常の場合は、前記実施形態をほぼ同様に、定電流検出エラーアンプEA2の作用により、ＬＥＤ群２に定電流が流れる。また、パルス発生器１１から発生するＰＷＭ信号によりスイッチTr3はオン・オフする。このスイッチTr3がオンした時、ＤＣレベル設定抵抗R2が導通するため、定電流検出エラーアンプEA2のレファレンス電圧Vrefは下がりＬＥＤ群２に流れる電流は、図２の実線で示すように、ＤＣ電流レベルまで下がる。

続いて、調光する場合について説明する。Ｄ／Ａコンバータ４０がマイコンのＩＯポートからデジタル信号を入力し、アナログ電圧に変換する。具体的には、Ｂ１〜Ｂ８に８ｂｉｔの信号がマイコンより入力され、その１，０の信号に応じてＶoutから出力される。例えば、入力が全て０の場合は、Ｖout＝０Vとなり、入力が全て１の場合はＤ／Aコンバータのリファレンス電圧に固定される。この場合、８ｂｉｔなので、分解能は２５６段階となり、調光レベル設定用トランジスタTr2のバイアスを２５６段階に設定できることになり、理論上２５６段階の調光が可能になる。その後の作用については、前記実施形態とほぼ同様になる。これにより、図２の点線で示すように、ＤＣ電流レベルが下がって調光を行い、調光ＤＣ電流上にピーク電流を一定に設定したパルス電流を重畳させることができ、ＬＥＤの色温度の変化を防止することができる。

前記実施例並びに従来例において、スイッチング回路１として降圧チョッパ回路を取り上げたが、その他に例えば、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータでも本発明に係るＬＥＤ点灯駆動回路を構成することは可能である。また、いずれの実施例においても、スイッチング回路１の出力部に複数のＬＥＤを直列に接続し、さらにこのＬＥＤ群を並列に接続して、ＬＥＤ群２を構成してあるが、ＬＥＤの構成についてもこれに限定されない。

本発明によれば、調光時もピーク電流レベル設定電流が流れる期間が照明用外部調光器により生成されるので、ＬＥＤに流れる電流変化による色温度の変化を防止でき、また色温度の調整はこのピーク電流レベルを調整する事により調整可能となると共にスイッチも一段で実現でき、ＰＷＭ調光方式よりシンプルになり効率も上昇する。また、Ｄ／Ａコンバータを用いてＤＣ電流レベルの電流を増減させることにより、マイコン制御による調光をすることができる。

本発明に係るＬＥＤ点灯駆動回路における発明を実施するための最良の形態の回路図である。本発明に係るＬＥＤ点灯駆動回路におけるＬＥＤ群２の電流波形図である。本発明に係るＬＥＤ点灯駆動回路における実施例１の回路図である。従来のＬＥＤ点灯駆動回路の回路図である。従来のＬＥＤ点灯駆動回路におけるＬＥＤ群２の電流波形図ある。

符号の説明

１スイッチング回路
２ＬＥＤ群
１０，３０，６０制御回路
１１パルス発生器
１２レベル変換回路
２０照明用外部調光器
４０Ｄ／Ａコンバータ
Tr スイッチ
L インダクタ
R 抵抗
C コンデンサ
D ダイオード
V1，V2 基準設定電圧
EA エラーアンプ
Dr ドライバ
PC フォトカプラ

Claims

単数又は複数個設けた照明用ＬＥＤの点灯駆動回路において、ＤＣ電流レベルの電流増減で調光を行い、その時の電流の増減によるＬＥＤの色温度の変化を防止する為、調光ＤＣ電流レベルの電流にピーク電流レベルの電流を一定に設定したパルス電流を重畳させるように制御回路を設けてある事を特徴とするＬＥＤ点灯駆動回路。
前記制御回路は定電流検出エラーアンプを設けてあり、この定電流検出エラーアンプはレファレンスレベルにピーク電流レベルとＤＣ電流レベルの２つのレベルを設定できる様に構成してあることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯駆動回路。
前記ピーク電流レベルを設定するパルス発生回路を設けてあり、このパルス発生回路により発生するパルスの出力に同期してピーク電流レベルとＤＣ電流レベルとを切り換えるように構成してあることを特徴とする請求項２記載のＬＥＤ点灯駆動回路。
前記制御回路に照明用外部調光器を接続し、この照明用外部調光器により発生するパルスのオン幅に同期して、前記ＤＣ電流レベルの電流を増減するように構成してあることを特徴とする請求項２又は３記載のＬＥＤ点灯駆動回路。
前記制御回路にＤ／Ａコンバータを接続し、このＤ／Ａコンバータにより発生するアナログ電圧により前記ＤＣ電流レベルの電流を増減するように構成してあることを特徴とする請求項２又は３記載のＬＥＤ点灯駆動回路。