JP2006216304A - Driving circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光素子の輝度を一定に保持する駆動回路に関する。 The present invention relates to a drive circuit that keeps the luminance of a light emitting element constant.
従来より、発光ダイオード(LED)が、車両の車室内の照明や夜間における計器類の照明等に用いられている。図4は、車両のスイッチ類にLEDが設置された状態を示した図である。図4のように、車載用の照明においては、車両電源であるバッテリから電源を得て、そのバッテリ電圧に基づいてLEDを点灯させている。 Conventionally, light emitting diodes (LEDs) have been used for illumination in the interior of a vehicle or illumination of instruments at night. FIG. 4 is a diagram showing a state in which LEDs are installed in the switches of the vehicle. As shown in FIG. 4, in in-vehicle lighting, a power source is obtained from a battery that is a vehicle power source, and an LED is turned on based on the battery voltage.
しかしながら、車両の走行状態や補器類(ブレーキ、A/C、ウィンカーなど)の作動状態によってバッテリ電圧が変動する。一般に、LEDの輝度は、LEDに流れる電流の値に対してほぼリニアに変化する。このため、バッテリから電源を得ているLEDの照明輝度(明るさ)もバッテリ電圧の変動に応じて変化してしまう。 However, the battery voltage varies depending on the running state of the vehicle and the operating state of auxiliary devices (brake, A / C, blinker, etc.). In general, the luminance of an LED changes substantially linearly with respect to the value of the current flowing through the LED. For this reason, the illumination brightness (brightness) of the LED that obtains the power from the battery also changes according to the fluctuation of the battery voltage.
さらに、複数個のLEDを直列接続する場合、以下のような問題が生じる。まず、複数のLEDを直列接続した場合において、図5(a)は車両電源とLEDの輝度との関係を示した図であり、図5(b)はLEDの順方向電圧VfとLEDの輝度との関係を示した図である。 Further, when a plurality of LEDs are connected in series, the following problems occur. First, when a plurality of LEDs are connected in series, FIG. 5A is a diagram showing the relationship between the vehicle power supply and the luminance of the LED, and FIG. 5B is a diagram illustrating the forward voltage Vf of the LED and the luminance of the LED. It is the figure which showed the relationship.
図5(a)に示されるように、わずかな車両電源の変動(例えばウインカーの点滅や、ヘッドライトのON/OFFなど)であってもLEDに流れる電流の値が大きく変化し、それに伴ってLEDの輝度も大きく変化してしまう。これは、直列接続するLEDの数が多いほど、顕著に現れる。 As shown in FIG. 5 (a), the value of the current flowing through the LED changes greatly even if there is a slight change in the vehicle power supply (for example, blinking of the blinker, ON / OFF of the headlight, etc.). The brightness of the LED also changes greatly. This becomes more noticeable as the number of LEDs connected in series increases.
上述のバッテリ電圧の変動に加え、図5(b)に示されるように、LEDの順方向電圧(Vf)のばらつきも問題になる。すなわち、個々のLEDそれぞれの順方向電圧の差は小さくても、複数のLEDが直列に接続されることで、順方向電圧のばらつきが大きくなる。これにより、LEDの輝度もばらついてしまう。 In addition to the above-described fluctuations in battery voltage, as shown in FIG. 5B, variations in the forward voltage (Vf) of the LEDs also become a problem. That is, even if the difference in forward voltage between individual LEDs is small, the variation in forward voltage is increased by connecting a plurality of LEDs in series. Thereby, the brightness | luminance of LED also varies.
そこで、バッテリ電圧の変動を検出してLEDの輝度を補正するようにしたLED駆動回路が車両に搭載された。図6は、従来のLED駆動回路を示した図である。図6に示されるように、LED駆動回路は、LEDを点灯させるためのILLスイッチ100と、車両電源の電圧を検出する車両電源入力回路110と、検出された車両電源の電圧を補正して出力するIC120と、複数のLEDが直列接続されたLED群130と、ICから入力されるスイッチング信号に基づきLED群130を駆動するトランジスタ140と、を備えて構成されている。
Therefore, an LED drive circuit that detects the fluctuation of the battery voltage and corrects the brightness of the LED is mounted on the vehicle. FIG. 6 is a diagram illustrating a conventional LED driving circuit. As shown in FIG. 6, the LED driving circuit includes an
このような回路において、ILLスイッチ100がオン状態とされると、車両電源入力回路110を介して車両電源の電圧値がIC120に入力される。そして、IC120にて車両電源に応じてLED群130に平均電流が流れるようにするためのスイッチング信号が生成され出力される。この後、トランジスタ140にスイッチング信号が入力されると、その信号に応じてLED群130が駆動される。このようにして、車両電源の変動をフィードバックさせてLED群130に平均電流が流れるようにし、LED群130の輝度のばらつきを低減させている。
In such a circuit, when the
しかしながら、上記従来の技術では、車両電源入力回路120にて車両電源をモニタすることはできるものの、LED群130において各LEDの順方向電圧Vfのばらつきによる輝度を補正することはできない。すなわち、図5(b)に示されるように、多くのLEDが直列接続されると、各LEDの順方向電圧Vfのばらつきの和がより大きくなってしまうが、このばらつきの和によって生じるLED群130の輝度が一定となるように補正することはできない。
However, although the vehicle power source can be monitored by the vehicle power
例えば、赤、黄、そして緑のLEDでは、順方向電圧Vfは2.0Vと規定されているが、実際には個々のLEDによって順方向電圧Vfにばらつき(±0.3V程度)がある。したがって、直列接続されるLEDの数が増えるほど、Vfのばらつきの和が大きくなってしまう。その結果、LED群130の輝度にばらつきが生じてしまう。
For example, in the red, yellow, and green LEDs, the forward voltage Vf is defined as 2.0 V, but actually the forward voltage Vf varies (about ± 0.3 V) depending on the individual LEDs. Therefore, as the number of LEDs connected in series increases, the sum of variations in Vf increases. As a result, the brightness of the
本発明は、上記点に鑑み、複数の発光素子が直列接続される場合において、各発光素子の順方向電圧のばらつきによって生じる発光素子群の輝度のばらつきを補正することができる駆動回路を提供することを目的とする。 In view of the above points, the present invention provides a drive circuit capable of correcting a variation in luminance of a light emitting element group caused by a variation in forward voltage of each light emitting element when a plurality of light emitting elements are connected in series. For the purpose.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、発光素子群のカソード側の電圧値をローサイド電圧とすると、制御部は、スイッチング素子に出力したスイッチング信号のハイに同期させてローサイド電圧を読み込み、そのローサイド電圧を用いて発光素子群に印加される電位差を求め、発光素子群に平均電流が流れるようにデューティー比を演算してスイッチング信号を生成し、生成したスイッチング信号をスイッチング素子に出力するようになっていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, when the voltage value on the cathode side of the light emitting element group is the low side voltage, the control unit synchronizes with the high of the switching signal output to the switching element. The low-side voltage is used to determine the potential difference applied to the light emitting element group, the duty ratio is calculated so that the average current flows through the light emitting element group, and the switching signal is generated. It is characterized by output.
このように、ローサイド電圧をスイッチング信号のハイ状態に同期させて読み込み、発光素子群に平均電流が流れるようなスイッチング信号を生成および出力する。これにより、発光素子群に常に平均電流が流れるようにすることができる。発光素子の輝度は電流値にリニアに変化するため、発光素子群に流れる電流を一定にすることで、発光素子群の輝度を一定に保つことができる。このようにして、車両電源の電圧変動ばかりでなく、発光素子群の各発光素子の順方向電圧のばらつきをも考慮した輝度のばらつきを補正することができる。 In this way, the low side voltage is read in synchronization with the high state of the switching signal, and a switching signal is generated and output so that an average current flows through the light emitting element group. As a result, an average current can always flow through the light emitting element group. Since the luminance of the light emitting element linearly changes to the current value, the luminance of the light emitting element group can be kept constant by making the current flowing through the light emitting element group constant. In this way, it is possible to correct not only the voltage variation of the vehicle power supply but also the luminance variation in consideration of the forward voltage variation of each light emitting element of the light emitting element group.
なお、スイッチング信号の一周期は、人の眼が認識することができない時間間隔(例えばミリ秒のオーダー)になっているため、スイッチング素子によって発光素子群がオンまたはオフされることによる発光素子群の輝度は平均輝度となる。このため、スイッチング信号のデューティー比を変えても、人の眼には発光素子の平均輝度が認識されるため、デューティー比を変えることで輝度のばらつきを補正することができる。 Since one cycle of the switching signal is a time interval (for example, on the order of milliseconds) that cannot be recognized by human eyes, the light emitting element group is turned on or off by the switching element. Is the average luminance. For this reason, even if the duty ratio of the switching signal is changed, the average luminance of the light emitting element is recognized by human eyes, and therefore, variation in luminance can be corrected by changing the duty ratio.
請求項2に記載の発明では、スイッチング素子は、発光素子群のアノード側もしくはカソード側に設けられていることを特徴としている。このように、スイッチング素子を発光素子群のアノード側もしくはカソード側のどちらに設けても、発光素子群を駆動することができる。
The invention according to
請求項3に記載の発明では、発光素子群のアノード側に定電圧回路が設けられていることを特徴としている。このように、定電圧回路を設けても、発光素子の順方向電圧Vfのばらつきを補正することができ、常に一定の電流値を発光素子群に供給することができる。
The invention described in
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について図を参照して説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1実施形態に係るLED駆動回路を示した図である。図1に示されるように、駆動回路は、ILLスイッチ10と、車両電源入力回路20と、LED群30と、抵抗R1と、トランジスタTRと、電圧入力回路40と、IC50と、を備えて構成されている。
FIG. 1 is a diagram illustrating an LED driving circuit according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the drive circuit includes an
ILLスイッチ10は、後述するLED群30を点灯させるための夜間照明スイッチである。このようなILLスイッチ10は、例えば車両のスモールライトの点灯または消灯に応じてオンまたはオフされる。
The
車両電源入力回路20は、上記ILLスイッチ10がオンされると、その信号をIC50に入力するためのインターフェイスである。車両電源入力回路20は、複数の抵抗R5、R6およびダイオードD2を備えて構成されている。
The vehicle
LED群30は、発光素子であるLEDを複数個有し、各LEDを直列接続したものである。LED群30の各LEDは、個々が例えばスイッチ類に配置されるようになっており(図4参照)、上記ILLスイッチ10がオンされることで、点灯するようになっている。また、抵抗R1は、LED群30に流れる電流を制限するものである。
The
なお、LEDは本発明の発光素子に相当し、LED群30は本発明の発光素子群に相当する。また、LED群30のアノード側とは、直列接続された複数のLEDのうち、もっともハイサイド側のLEDにおけるアノード側のことを指す。同様に、LED群30のカソード側とは、直列接続された複数のLEDのうち、もっともローサイド側のLEDにおけるカソード側のことを指す。
The LED corresponds to the light emitting element of the present invention, and the
トランジスタTRは、後述するIC50から入力されるスイッチング信号に応じて上記LED群30の各LEDをオンまたはオフさせるスイッチング素子である。なお、トランジスタTRは、本発明のスイッチング素子に相当する。
The transistor TR is a switching element that turns on or off each LED of the
ここで、LED群30と抵抗R1との接続点をAとし、この接続点における電圧値をA電圧とする。このA点は、車両の車両電源の電圧値からLED群30での電圧降下値(LEDの数×Vf)を引いた電圧値になる。なお、A電圧は、本発明のローサイド電圧に相当する。
Here, a connection point between the
そして、電圧入力回路40は、上記A電圧をIC50に入力するためのインターフェイスである。本実施形態では、電圧入力回路40は、複数の抵抗R2、R3やコンデンサC、ダイオードD3により構成されており、LED群30のカソード側のA電圧をIC50に入力する。
The
このように、電圧入力回路40にてA電圧値をIC50に入力することで、車両電源の変動およびLED群30の順方向電圧Vfのばらつきを同時にモニタできるようになる。
Thus, by inputting the A voltage value to the
IC50は、LED群30に流れる電流の平均値を一定に保持する機能を有する制御回路である。IC50には、車室内の照明輝度を調整するイルミコントロール信号(以下、イルミコン信号という)が入力されるようになっている。イルミコンは、ILLスイッチ10がオン時に有効になるようにIC50で制御されている。そして、IC50は、LED群30に平均電流を流すようにA電圧の値をイルミコン信号の出力にフィードバックするためのPWM制御を行う論理回路もしくはソフトウェアを備えて構成されている。なお、IC50は、本発明の制御部に相当する。
The
このようなIC50は、他の制御用部品として既に車両に搭載されているものであり、図1に示されるLED駆動回路に用いるようにしている。これにより、部品の共有化を図ることができ、新たな部品を必要とせず、部品点数を増加させることなく安価にLED駆動回路を構成することができる。
Such an
以上が、LED駆動回路の構成である。 The above is the configuration of the LED drive circuit.
次に、上記LED駆動回路の作動について説明する。まず、イルミコン信号がIC50に入力される。そして、IC50では、このイルミコン信号に基づき、LED群30の各LEDの輝度が設定され、その輝度を実現するためにLED群30に流れる電流値が求められる。
Next, the operation of the LED drive circuit will be described. First, an illuminator signal is input to the
また、LED群30に流す電流の電流値に応じたデューティー比のスイッチング信号がIC50にて生成され、トランジスタTRに出力される。トランジスタTRにおいては、入力されるスイッチング信号のデューティー比に応じてLED群30に電流が流れるようにされる。こうして、LED群30の各LEDが点灯される。
Further, a switching signal having a duty ratio corresponding to the current value of the current flowing through the
上記のようにILLスイッチ10がオン状態にあって、LEDが点灯される際、各LEDの輝度のばらつきの補正は、以下のようなPWM制御によってなされる。
As described above, when the
まず、ユーザによってILLスイッチ10がオンにされると、車両電源の電圧値が車両電源入力回路20を介してIC50に入力される。一方、A電圧の値は、トランジスタTRがオンになっているときに値を有するため、トランジスタTRのハイ状態、すなわちIC50から出力されるスイッチング信号のハイ状態に同期してA電圧が電圧入力回路40を介してIC50に読み込まれる。
First, when the
図1に示される回路のA点におけるA電圧は、車両電源の電圧値からLED群30の各Vfの合計値を引いた電圧になるため、車両電源の変動とLED群30の順方向電圧Vfのバラツキとを同時にモニタすることができるのである。
The voltage A at the point A of the circuit shown in FIG. 1 is a voltage obtained by subtracting the total value of each Vf of the
このため、LED群30の各LEDの規格値の合計の値を基準としたとき、IC50に入力されたA電圧の値がこの基準より小さい場合、トランジスタTRのオン時間を長くしたスイッチング信号を生成する。一方、A電圧の値が基準より大きい場合、トランジスタTRのオン時間を短くしたスイッチング信号を生成する。
For this reason, when the total value of the standard values of each LED of the
以上のように、A電圧の値に応じてデューティー比が変えられたスイッチング信号が生成されると、そのスイッチング信号はトランジスタTRに出力される。このようして、LED群30に流れる平均電流が変わらないように制御する、すなわちスイッチング信号のデューティー比を変えることで、車両電源の変動とLED群30の順方向電圧Vfのバラツキとを補正し、LED群30の輝度を一定に保つようにしている。
As described above, when a switching signal whose duty ratio is changed according to the value of the A voltage is generated, the switching signal is output to the transistor TR. In this way, control is performed so that the average current flowing through the
なお、スイッチング信号の一周期は、人の眼が認識することができない時間間隔(例えばミリ秒のオーダー)になっている。このため、人の眼には、トランジスタTRによってLED群30がオンまたはオフされることによるLED群30の平均輝度が認識されることとなる。したがって、スイッチング信号のデューティー比を変えたとしても、人の眼には各LEDの平均輝度が認識されるため、デューティー比を変えることで平均輝度を実現させることができる。
Note that one cycle of the switching signal is a time interval (for example, on the order of milliseconds) that cannot be recognized by human eyes. For this reason, the human eye recognizes the average luminance of the
図2は、複数のLEDを直列接続したときの電流変化率を表にした図である。図2は、特に、車両電源が13Vから12Vに変化した場合、LED群30に流れる電流変化を示している。図2に示されるように、LEDの接続数が増えると、Vfのばらつきにより、電流変化率も大きく変化するため、LED群30に平均電流を流すように制御することで、LED群30の輝度を一定に保つことができる。
FIG. 2 is a table showing current change rates when a plurality of LEDs are connected in series. FIG. 2 shows a change in current flowing through the
以上、説明したように、本実施形態では、A電圧をスイッチング信号のハイ状態に同期させて読み込み、車両電源およびA電圧の各電圧値に基づきLED群30に平均電流が流れるようなスイッチング信号を生成および出力する。これにより、LED群30に平均電流が流れるようにすることができる。
As described above, in the present embodiment, the A voltage is read in synchronization with the high state of the switching signal, and a switching signal that causes the average current to flow through the
各LEDの輝度は電流値にリニアに変化するため、LED群30に流れる電流を一定にすることで、LED群30の輝度を一定に保つことができる。このようにして、車両電源の電圧変動ばかりでなく、LED群30の各LEDの順方向電圧Vfのばらつきをも考慮した輝度のばらつきを補正することができる。したがって、上記のような構成をとることで、LEDを多数直列接続した場合でも、輝度変化のない駆動ができる。
Since the luminance of each LED linearly changes to the current value, the luminance of the
(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図3は、本発明の第2実施形態に係るLED駆動回路を示した図である。なお、図3において、図1に示されるLED駆動回路図に同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図3中、同一符号を付してある。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, only different parts from the first embodiment will be described. FIG. 3 is a diagram illustrating an LED driving circuit according to a second embodiment of the present invention. 3, parts that are the same as or equivalent to the LED drive circuit diagram shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals in FIG. 3 for the sake of simplicity.
本実施形態では、図3に示されるように、第1LED群31と第2LED群32とが回路中に列をなしている。第1LED群31には、直列に第1抵抗R11、第1トランジスタTR1が接続されている。また、第2LED群32には、直列に第2抵抗R12、第2トランジスタTR2が接続されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the
なお、第1および第2LED群31、32は、第1実施形態のLED群30と同等のものである。また、第1および第2抵抗R11、R12は、第1実施形態の抵抗R1に相当するものである。さらに、第1および第2トランジスタTR1、TR2は第1実施形態のトランジスタTRと同等のものである。
The first and
本実施形態では、第1LED群31と抵抗R11との接続点をA1とし、このA1点の電圧値をA1電圧とする。また、第2LED群32と抵抗R12との接続点をA2とし、このA2点の電圧値をA2電圧とする。そして、A1およびA2電圧はそれぞれ電圧入力回路40を介してIC50に入力されるようになっている。
In the present embodiment, the connection point between the
したがって、IC50は、各LED群31、32をそれぞれ独立してPWM制御するようになっている。なお、本実施形態では、電圧入力回路40が、各LED群31、32に共有されているため、いずれか一方のスイッチング信号がオンのとき、他方のスイッチング信号はオフになるような各スイッチング信号が生成される。つまり、例えば第1LED群31のA1電圧が読み込まれる際、第2LED群32はオフ状態となる。
Therefore, the
このように、LED群が複数列ある場合であっても、各LED群31、32の列ごとのLEDの輝度のばらつきを押さえることができる。
Thus, even when there are a plurality of LED groups, it is possible to suppress variations in the luminance of the LEDs for each
(他の実施形態)
上記第1、第2実施形態で示されたLED駆動回路は一例を示すものであって、これらに限定されるものではない。
(Other embodiments)
The LED drive circuits shown in the first and second embodiments are examples, and are not limited to these.
上記第1、第2実施形態では、A電圧、A1電圧、もしくはA2電圧の読み込みのタイミングは、各トランジスタTR、TR1、TR2がオンになっている間の中心値付近(各トランジスタTR、TR1、TR2をオンにしA電圧、A1電圧もしくはA2電圧が安定する時間であればよい)で、オルタネータや他のコンポーネントとの作動による過渡的な影響を避けるため、回路中にコンデンサを設けることや、IC50においてサンプリング回数を多くし平均化処理をしてもよい。 In the first and second embodiments, the timing of reading the A voltage, the A1 voltage, or the A2 voltage is around the center value while the transistors TR, TR1, and TR2 are turned on (each transistor TR, TR1, In order to avoid transient effects due to the operation of the alternator and other components at the time when TR2 is turned on and the A voltage, A1 voltage, or A2 voltage is stabilized), a capacitor is provided in the circuit, or IC50 The number of samplings may be increased and averaging processing may be performed.
第2実施形態では、電圧入力回路40が各LED群31、32に共有されているが、各LED群31、32に対してそれぞれ電圧入力回路40を用意しても構わない。
In the second embodiment, the
上記第1、第2実施形態において、LED群のアノード側に定電圧回路を設けてLED群に印加される電圧を一定にすることにより、車両電源の変動を一定にすることができる。これにより、IC50においては、LED群の順方向電圧Vfのばらつきのみを補正すれば良い。
In the first and second embodiments, by providing a constant voltage circuit on the anode side of the LED group to make the voltage applied to the LED group constant, the fluctuation of the vehicle power supply can be made constant. Thereby, in the
また、上記第1および第2実施形態では、各トランジスタTR、TR1、TR2は、各LED群30〜32のカソード側に設けられているが、各LED群30〜32のアノード側に設けるようにしても良い。
In the first and second embodiments, the transistors TR, TR1, and TR2 are provided on the cathode side of the
上記第2実施形態では、発光素子群は2列用意されているが、この発光素子群の列の数は、何列あっても構わない。 In the second embodiment, two light emitting element groups are prepared. However, the number of light emitting element groups may be any number.
10…ILLスイッチ、20…車両電源入力回路、30…LED群、
31…第1LED群、32…第2LED群、40…電圧入力回路、50…IC、
TR…トランジスタ、TR1…第1トランジスタ、TR2…第2トランジスタ。
DESCRIPTION OF
31 ... 1st LED group, 32 ... 2nd LED group, 40 ... Voltage input circuit, 50 ... IC,
TR ... transistor, TR1 ... first transistor, TR2 ... second transistor.
Claims (3)
前記複数の発光素子をオンまたはオフさせるスイッチング素子(TR)と、
前記発光素子群に供給される車両電源の電圧を読み込むと共に、前記スイッチング素子を制御するスイッチング信号を生成して出力する制御部(50)と、を有して構成されており、
前記発光素子群のカソード側の電圧値をローサイド電圧とすると、前記制御部は、前記スイッチング素子に出力した前記スイッチング信号のハイに同期させて前記ローサイド電圧を読み込み、そのローサイド電圧を用いて前記発光素子群に印加される電位差を求め、前記発光素子群に平均電流が流れるようにデューティー比を演算してスイッチング信号を生成し、前記生成したスイッチング信号を前記スイッチング素子に出力するようになっていることを特徴とする駆動回路。 A light emitting element group (30) in which a plurality of light emitting elements are connected in series;
A switching element (TR) for turning on or off the plurality of light emitting elements;
A controller (50) configured to read a voltage of a vehicle power source supplied to the light emitting element group and generate and output a switching signal for controlling the switching element.
When the voltage value on the cathode side of the light emitting element group is a low side voltage, the control unit reads the low side voltage in synchronization with the high of the switching signal output to the switching element, and uses the low side voltage to perform the light emission. A potential difference applied to the element group is obtained, a duty ratio is calculated so that an average current flows through the light emitting element group, a switching signal is generated, and the generated switching signal is output to the switching element. A drive circuit characterized by that.
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