JP2007201470A - 温度補償機能を有するｌｅｄ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光センサやＣＰＵなどを必要とせずに温度変化によるＬＥＤの輝度変動を補償することのできるＬＥＤ駆動装置を提供する。
【解決手段】本発明の温度補償機能を有するＬＥＤ駆動装置は、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１を生成する基準電圧生成部１００と、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１と順方向電圧Ｖｆとの差を予め設定された利得Ａｖで非反転増幅する非反転増幅部２００と、非反転増幅部２００の出力電圧に応じて駆動電流を調節してＬＥＤ部４００に供給する駆動部３００と、ＬＥＤ部４００の順方向電圧Ｖｆを検出して非反転増幅部２００に供給する順方向電圧検出部５００とを含むことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＣＤバックライトに適用できるＬＥＤ駆動装置に関するものであり、より詳細にはＬＥＤの順方向電圧を用いて温度変化による輝度変動を補償することにより、ＬＥＤの順方向電圧と周囲温度の目標電流値を連動制御し、光センサや温度センサを必要とすることなくＣＰＵなどのメモリ手段や判断手段も必要とせずに、占有空間の減少及び製作費用の節減が可能で、器具の設計を容易にすることができるＬＥＤ駆動装置に関する。

一般に、ＬＣＤバックライトや照明装置に用いられるＬＥＤは、その特性上、温度によって接合抵抗が変化するので、ＬＥＤ駆動装置は温度補償手段を備えている必要がある。

図１は、従来のＬＥＤ駆動装置の構成を示した回路図である。

図１に示す従来のＬＥＤ駆動装置は、動作電圧Ｖｃｃ及びフィードバック電圧Ｖｆｄによって駆動を制御する駆動制御部１０と、前記駆動制御部１０の駆動制御によって駆動電流を供給する駆動部２０と、前記駆動部２０の駆動電流によって点灯する複数のＬＥＤを含むＬＥＤ部３０と、前記ＬＥＤ部３０の複数のＬＥＤから発光される光を検出する光センサ４０と、前記光センサ４０により検出された信号によって前記フィードバック電圧Ｖｆｄを前記駆動制御部１０に供給するフィードバック回路部５０とから構成されている。

ここで、前記駆動部２０は、前記駆動制御部１０の駆動制御電圧によって駆動電流を調節するトランジスタＱ１を備えている。

上述した従来のＬＥＤ駆動装置において、前記フィードバック回路部５０は、前記光センサ４０によって検出された信号と基準信号とを比較して、その誤差信号に該当するフィードバック電圧Ｖｆｄを前記駆動制御部１０に供給する。前記駆動制御部１０は、前記フィードバック電圧Ｖｆｄによって出力電圧を変化させて前記ＬＥＤの駆動を制御する。

前記従来のＬＥＤ駆動装置は、自動パワー制御(Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ)を使用する。

例えば、外部温度の上昇などの要因でＬＥＤ光量が減少すると、ＰＤのモニタリング電流も減少し、基準電圧との比較出力もそれに比例した出力がフィードバックされる。この場合、前記駆動制御部１０は、フィードバック電圧Ｖｆｄによって駆動を制御し、前記駆動部２０のトランジスタＱ１のコレクタ電流を増加させることで一定の光量を維持している。

しかしながら、従来のＬＥＤ駆動装置は、ＬＥＤの光量を直接モニタリングする光センサ４０の価格が高いなどの利用で、低価格のセット製品に適用する場合には費用の負担が大きく、さらにＲＧＢ−ＬＥＤ駆動を利用する製品においては、各波長に対するモニタリングが全て必要であるため、費用の負担がさらに重くなるという問題点があった。

本発明は、上述したような問題点を解消するためのものであって、その目的は、ＬＥＤの順方向電圧を用いて温度変化による輝度変動を補償することにより、ＬＥＤの順方向電圧と周囲温度の目標電流値を連動制御し、光センサや温度センサを必要とすることなくＣＰＵなどのメモリ手段や判断手段も必要とせずに、占有空間の減少及び製作費用の節減が可能で、器具の設計を容易にすることのできるＬＥＤ駆動装置を提供することにある。

上述した目的を達成するために、本発明の温度補償機能を有するＬＥＤ駆動装置は、ＬＥＤの順方向電圧に応じて前記ＬＥＤの駆動を制御するＬＥＤ駆動装置であって、第１基準電圧を生成する基準電圧生成部と、前記基準電圧生成部からの第１基準電圧と前記順方向電圧との差の電圧を、予め設定された利得で非反転増幅する非反転増幅部と、前記非反転増幅部からの出力電圧に応じて前記ＬＥＤに供給される駆動電流を調節する駆動部と、前記ＬＥＤのアノードから前記順方向電圧を検出して前記非反転増幅部に供給する順方向電圧検出部とを含むことを特徴とする。

前記基準電圧生成部は、前記第１基準電圧が使用者の選択によって調節可能であることを特徴とする。

前記非反転増幅部は、前記第１基準電圧が入力される端子に連結された反転入力端と、前記順方向電圧が入力される端子に連結された非反転入力端とを有する非反転演算増幅器からなることを特徴とする。

前記反転入力端は、第１抵抗を介して前記第１基準電圧が入力される端子に連結されているとともに、第２抵抗を介して前記非反転演算増幅器の出力に連結され、前記非反転入力端は第３抵抗を介して前記順方向電圧が入力される端子に連結されていることを特徴とする。

また、本発明のＬＥＤ駆動装置は、前記非反転入力端と動作電圧との間の連結をスイッチングして、前記ＬＥＤの動作をオン／オフする動作オン／オフスイッチと、前記非反転増幅部の出力電圧が予め設定された第２基準電圧より低い場合には前記出力電圧の代わりに前記第２基準電圧を前記駆動部に出力して前記駆動部の駆動電流を制限する電流制限部をさらに含むことを特徴とする。

前記電流制限部は、前記非反転増幅部の出力電圧と前記第２基準電圧とを比較する比較器と、前記比較器の比較結果に基づいて前記非反転増幅部の出力電圧が大きい場合には前記非反転増幅部の出力電圧を選択し、前記第２基準電圧が大きい場合には前記第２基準電圧を選択するスイッチとを含むことを特徴とする。

前記順方向電圧検出部は、前記ＬＥＤのアノードから前記順方向電圧を検出して前記非反転増幅部に供給するバッファ演算増幅機器からなることを特徴とする。

前記駆動部は、前記非反転増幅部の出力電圧が入力される端子に連結されたベースと、動作電圧が入力される端子に抵抗を介して連結されたエミッタと、前記ＬＥＤのアノードに連結されたコレクタとを有するトランジスタと、前記トランジスタのベースと前記動作電圧が入力される端子との間に連結され、前記トランジスタのスイッチング動作による過度の電圧を抑制するキャパシタと、前記トランジスタのベースに連結されたカソードと、接地に連結されたアノードとを有するダイオードとを含むことを特徴とする。

本発明のＬＥＤ駆動装置によれば、ＬＣＤバックライトに適用できるＬＥＤ駆動装置において、ＬＥＤの順方向電圧を用いて温度変化による輝度変動を補償することにより、ＬＥＤの順方向電圧と周囲温度の目標電流値を連動制御し、光センサや温度センサを必要とすることなくＣＰＵなどのメモリ手段や判断手段も必要とせずに、占有空間の減少及び製作費用の節減が可能で器具の設計を容易にする効果が得られる。

以下、本発明の好ましい実施例を、添付した図面を参照してより詳しく説明する。本発明に添付した図面において、実質的に同一な構成と機能を持つ構成要素については、同一な符号を使用する。

図２は、本発明に係るＬＥＤ駆動装置の構成を示す回路図である。

図２を参照すると、本発明に係るＬＥＤ駆動装置は、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１を生成する基準電圧生成部１００と、前記基準電圧生成部１００からの第１基準電圧Ｖｒｅｆ１と順方向電圧Ｖｆとの差を予め設定された利得Ａｖで非反転増幅する非反転増幅部２００と、前記非反転増幅部２００からの出力電圧に応じて駆動電流を調節してＬＥＤ部４００に供給する駆動部３００と、前記ＬＥＤ部４００を構成するＬＥＤのアノードから前記順方向電圧Ｖｆを検出して前記非反転増幅部２００に供給する順方向電圧検出部５００とを含んでいる。

また、本発明のＬＥＤ駆動装置は、前記非反転増幅部２００の非反転入力端ＩＮ＋と動作電圧Ｖｃｃとの間を連結してスイッチングし、前記ＬＥＤ部４００の動作をオン／オフする動作オン／オフスイッチＳＷと、前記非反転増幅部２００の出力電圧が予め設定されている第２基準電圧Ｖｒｅｆ２より低い場合に、前記出力電圧の代わりに前記第２基準電圧Ｖｒｅｆ２を前記駆動部３００に出力して前記駆動部３００の駆動電流を制限する電流制限部６００とをさらに含むことが可能である。

前記基準電圧生成部１００は、生成される第１基準電圧Ｖｒｅｆ１を、使用者の選択によって調節できるように設計されているが、ここで第１基準電圧Ｖｒｅｆ１を調節するには、動作電圧Ｖｃｃを分割する割合を調節できる可変抵抗を利用することが可能である。

前記非反転増幅部２００は、前記基準電圧生成部１００からの第１基準電圧Ｖｒｅｆ１が入力される端子に連結された反転入力端ＩＮ−と、前記順方向電圧検出部５００の順方向電圧Ｖｆが入力される端子に連結された非反転入力端ＩＮ＋とを有する非反転演算増幅器ＯＰ１を含んでいる。

前記非反転増幅部２００において、前記反転入力端ＩＮ−は、第１抵抗Ｒ１１を介して前記第１基準電圧Ｖｒｅｆ１が入力される端子に連結されているとともに、第２抵抗Ｒ１２を介して前記非反転演算増幅器ＯＰ１の出力に連結されている。また、前記非反転入力端ＩＮ＋は、第３抵抗Ｒ１３を介して前記順方向電圧Ｖｆが入力される端子に連結されている。

図３は、図２の電流制限部６００の回路図である。

図２及び図３を参照すると、前記電流制限部６００は、前記非反転増幅部２００の出力電圧と前記第２基準電圧Ｖｒｅｆ２とを比較する比較器６１０と、前記比較器６１０の比較結果に基づいて、前記非反転増幅部２００の出力電圧が大きかった場合には前記非反転増幅部２００の出力電圧を選択し、前記第２基準電圧Ｖｒｅｆ２が大きかった場合には前記第２基準電圧Ｖｒｅｆ２を選択するスイッチ６２０とを含んでいる。ただし、電流制限部６００は設置しなくてもよく、その場合には非反転増幅部２００の出力電圧が直接駆動部３００に供給される。

前記順方向電圧検出部５００は、前記ＬＥＤ部４００に含まれるＬＥＤのアノードから前記順方向電圧Ｖｆを検出して前記非反転増幅部２００に供給するバッファ演算増幅機器ＯＰ２を備えている。
また、前記駆動部３００は、前記非反転増幅部２００の出力電圧が入力される端子に連結されたベースと、動作電圧Ｖｃｃが入力される端子に抵抗Ｒ３０を介して連結されたエミッタと、前記ＬＥＤ部４００に含まれるＬＥＤのアノードに連結されたコレクタとを有するトランジスタＱ３０と、前記トランジスタＱ３０のベースと前記動作電圧Ｖｃｃが入力される端子との間に連結され、前記トランジスタＱ３０のスイッチング動作による過度の電圧を抑制するキャパシタＣ３０と、前記トランジスタＱ３０のベースに連結されたカソードと、接地に連結されたアノードとを有するダイオードＤ３０とを含んでいる。

図４は、 本発明及び従来のＬＥＤ駆動装置における輝度変化率−温度特性を示すグラフである。

図４に示すように、従来のＬＥＤ駆動装置における温度−輝度変化率に比べて、本発明のＬＥＤ駆動装置における温度−輝度変化率は改善されていることが分かる。

以下、本発明の作用及び効果を添付の図面に基づいて詳しく説明する。

図２乃至図４を参照して本発明のＬＥＤ駆動装置について説明すると、まず図２に示すように、基準電圧生成部１００は、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１を生成して非反転増幅部２００に供給する。前記基準電圧生成部１００の第１基準電圧Ｖｒｅｆ１は、使用者によって調節できる。

そして、本発明の非反転増幅部２００は、前記基準電圧生成部１００からの第１基準電圧Ｖｒｅｆ１と順方向電圧Ｖｆとの差の電圧を、予め設定された利得Ａｖで非反転増幅し、駆動部３００に供給して前記駆動部３００の駆動電流を調節する。

このとき、本発明の順方向電圧検出部５００は、ＬＥＤ部４００に含まれるＬＥＤのアノードから前記順方向電圧Ｖｆを検出し、前記非反転増幅部２００に供給している。ここで、前記ＬＥＤ部４００は複数のＬＥＤを含むが、このような複数のＬＥＤの各アノードから、順方向電圧Ｖｆが前記順方向電圧検出部５００によって検出される。

以下、前記非反転増幅部２００について、より具体的に説明する。

前記非反転増幅部２００は、非反転演算増幅器ＯＰ１に反転入力端ＩＮ−を介して入力される第１基準電圧Ｖｒｅｆ１と、非反転入力端ＩＮ＋を介して入力される前記順方向電圧検出部５００からの順方向電圧Ｖｆとを非反転増幅する。

すなわち、前記非反転増幅部２００において、前記非反転演算増幅器ＯＰ１は、反転入力端ＩＮ−に連結された第１抵抗Ｒ１１と、出力に連結された第２抵抗Ｒ１２と、非反転入力端ＩＮ＋に連結された第３抵抗Ｒ１３とによって決定される非反転増幅利得Ａｖで、前記第１基準電圧Ｖｒｅｆ１と順方向電圧Ｖｆとの差の電圧を増幅する。ここで、前記第１基準電圧Ｖｒｅｆ１は可変であり、前記非反転増幅利得及び非反転増幅された出力電圧Ｖｏは、下記の式（１）によって示すことができる。

ここで、Ｖｏは前記非反転増幅部２００の出力電圧であり、Ｖｆは順方向電圧、Ｖｒｅｆ１は第１基準電圧である。

また、前記動作オン／オフスイッチＳＷを用いて、使用者はＬＥＤの駆動をオンまたはオフすることができる。以下、これについて説明する。

まず、前記動作オン／オフスイッチＳＷによって前記非反転増幅部２００の非反転入力端ＩＮ＋と動作電圧Ｖｃｃとを連結すると、前記駆動部３００のトランジスタＱ３０のベースにハイレベルの電圧が印加され、ＰＮＰタイプの前記トランジスタＱ３０はオフされ、本発明のＬＥＤ部４００は動作オフとなる。

一方、前記動作オン／オフスイッチＳＷによって前記非反転増幅部２００の非反転入力端ＩＮ＋と動作電圧Ｖｃｃとを分離すると、前記駆動部３００のトランジスタＱ３０のベースに前記非反転増幅部２００の出力電圧が印加され、ＰＮＰタイプの前記トランジスタＱ３０は、前記非反転増幅部２００の出力電圧に応じて動作し、前記駆動部３００の駆動電流を調節して前記ＬＥＤ部４００の輝度を制御する。

また、図２に図示した本発明の電流制限部６００は、前記非反転増幅部２００の出力電圧Ｖｏが予め設定された第２基準電圧Ｖｒｅｆ２よりも低い場合に、前記出力電圧Ｖｏの代わりに前記第２基準電圧Ｖｒｅｆ２を前記駆動部３００に出力して、前記駆動部３００の駆動電流を制限する。以下、これについて図３を参照して詳しく説明する。

図３を参照すると、前記電流制限部６００の比較器６１０は、前記非反転増幅部２００の出力電圧と前記第２基準電圧Ｖｒｅｆ２とを比較して、その比較結果の信号をスイッチ６２０に対してスイッチング制御信号として供給する。前記スイッチ６２０は、前記比較器６１０の比較結果に基づいて前記非反転増幅部２００の出力電圧が大きい場合には前記非反転増幅部２００の出力電圧を選択し、前記第２基準電圧Ｖｒｅｆ２が大きい場合には前記第２基準電圧Ｖｒｅｆ２を選択する。

一方、前記順方向電圧検出部５００は、電圧フォロワー（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｆｏｌｌｏｗｅｒ）であるバッファ演算増幅機器ＯＰ２から構成され、前記ＬＥＤ部４００に含まれるＬＥＤのアノードから前記順方向電圧Ｖｆを検出して前記非反転増幅部２００に供給している。前記バッファ演算増幅機器ＯＰ２は、前記順方向電圧Ｖｆを信号増幅せず、そのまま前記非反転増幅部２００に供給しており、このようなバッファ演算増幅機器ＯＰ２は、信号増幅よりは信号分離（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）のために用いられている。

また、前記駆動部３００のＰＮＰ型トランジスタＱ３０は、ベースに印加される前記非反転増幅部２００の出力電圧Ｖｏに応じて、動作電圧Ｖｃｃから接地に向かって流れる駆動電流を調節する。

また、前記トランジスタＱ３０のエミッタに連結された抵抗Ｒ３０の値を調節することにより、低温において目標とする輝度と電流によってＬＥＤを駆動することができる。

前記トランジスタＱ３０のベースと前記動作電圧Ｖｃｃが入力される端子との間に連結されたキャパシタＣ３０は、前記トランジスタＱ３０のスイッチング動作による過度の電圧を抑制することができる。尚、前記トランジスタＱ３０のベースに連結されたカソードと、接地に連結されたアノードとを有するダイオードＤ３０は、前記非反転増幅部２００の出力に予想していなかった負（−）電圧が発生した場合に、前記トランジスタＱ３０のベースに印加される電圧が急に低くなり、過電流が流れることを防止する。すなわち、このダイオードの順方向電圧（略０．７Ｖ）の分だけクリップされるようになっている。

したがって、本発明のＬＥＤ駆動装置では、基準電圧の設定とトランジスタのエミッタ抵抗Ｒ３０の値を調整することにより、求める駆動特性を得ることができる。尚、本発明のＬＥＤ駆動装置によれば、別の光センサがなくても温度変化を補償してＬＥＤの輝度を一定に制御することができる。

例えば、周囲温度が上昇した場合に、この温度上昇によりＬＥＤの輝度が低くなり、駆動電流が減少する。

これによって順方向電圧Ｖｆが減少し、前記式（１）に示すように、前記非反転増幅部２００の出力電圧も減少する。前記非反転増幅部２００の出力電圧は前記駆動部３００のトランジスタＱ３０のベースに印加され、低くなったベース電圧により、前記トランジスタＱ３０のエミッタ電圧も低くなるので、結局エミッタ電流は高くなる。このように、エミッタ電流はコレクタ電流とほぼ同一なので、ＬＥＤは増加された電流で駆動される。

このような過程により、周囲温度が上昇する場合に、ＬＥＤの特性により輝度が低くなろうとするが、本発明の制御によって、駆動電流が上昇するように動作が行われる。したがって、図４に示すように、従来の装置に比べて本発明の装置では、周囲温度変化が補償されて常に一定の輝度を維持することができる。

上述したように本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から外れない範囲内において本発明を多様に修正及び変更できることは理解できるであろう。

従来のＬＥＤ駆動装置の構成を示す回路図である。 本発明に係るＬＥＤ駆動装置の構成を示す回路図である。 図２の電流制限部の構成を示す回路図である。 本発明及び従来のＬＥＤ駆動装置における輝度変化率―温度特性を示すグラフである。

符号の説明

１００ 基準電圧生成部
２００ 非反転増幅部
３００ 駆動部
４００ ＬＥＤ部
５００ 順方向電圧検出部
６００ 電流制限部
６１０ 比較器
６２０ スイッチ
Ｖｒｅｆ２ 第２基準電圧
Ｖｒｅｆ１ 第１基準電圧
Ｖｆ 順方向電圧
ＳＷ 動作オン／オフスイッチ
ＯＰ１ 非反転演算増幅器
ＯＰ２ バッファ演算増幅機器

Claims (9)

1. ＬＥＤの順方向電圧に応じて前記ＬＥＤの駆動を制御するＬＥＤ駆動装置であって、
   第１基準電圧を生成する基準電圧生成部と、
   前記基準電圧生成部からの第１基準電圧と前記順方向電圧との差の電圧を、予め設定された利得で非反転増幅する非反転増幅部と、
   前記非反転増幅部からの出力電圧に応じて前記ＬＥＤに供給される駆動電流を調節する駆動部と、
   前記ＬＥＤのアノードから前記順方向電圧を検出して前記非反転増幅部に供給する順方向電圧検出部と
   を含むことを特徴とする温度補償機能を有するＬＥＤ駆動装置。
2. 前記基準電圧生成部は、前記第１基準電圧が使用者の選択によって調節可能であることを特徴とする請求項１に記載の温度補償機能を有するＬＥＤ駆動装置。
3. 前記非反転増幅部は、前記第１基準電圧が入力される端子に連結された反転入力端と、前記順方向電圧が入力される端子に連結された非反転入力端とを有する非反転演算増幅器からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の温度補償機能を有するＬＥＤ駆動装置。
4. 前記反転入力端は、第１抵抗を介して前記第１基準電圧が入力される端子に連結されているとともに、第２抵抗を介して前記非反転演算増幅器の出力に連結され、
   前記非反転入力端は第３抵抗を介して前記順方向電圧が入力される端子に連結されていることを特徴とする請求項３に記載の温度補償機能を有するＬＥＤ駆動装置。
5. 前記非反転入力端と動作電圧との間の連結をスイッチングして、前記ＬＥＤの動作をオン／オフする動作オン／オフスイッチをさらに含むことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の温度補償機能を有するＬＥＤ駆動装置。
6. 前記非反転増幅部の出力電圧が予め設定された第２基準電圧より低い場合には前記出力電圧の代わりに前記第２基準電圧を前記駆動部に出力して前記駆動部の駆動電流を制限する電流制限部をさらに含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の温度補償機能を有するＬＥＤ駆動装置。
7. 前記電流制限部は、
   前記非反転増幅部の出力電圧と前記第２基準電圧とを比較する比較器と、
   前記比較器の比較結果に基づいて前記非反転増幅部の出力電圧が大きい場合には前記非反転増幅部の出力電圧を選択し、前記第２基準電圧が大きい場合には前記第２基準電圧を選択するスイッチと
   を含むことを特徴とする請求項６に記載の温度補償機能を有するＬＥＤ駆動装置。
8. 前記順方向電圧検出部は、前記ＬＥＤのアノードから前記順方向電圧を検出して前記非反転増幅部に供給するバッファ演算増幅機器からなることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の温度補償機能を有するＬＥＤ駆動装置。
9. 前記駆動部は、
   前記非反転増幅部の出力電圧が入力される端子に連結されたベースと、動作電圧が入力される端子に抵抗を介して連結されたエミッタと、前記ＬＥＤのアノードに連結されたコレクタとを有するトランジスタと、
   前記トランジスタのベースと前記動作電圧が入力される端子との間に連結され、前記トランジスタのスイッチング動作による過度の電圧を抑制するキャパシタと、
   前記トランジスタのベースに連結されたカソードと、接地に連結されたアノードとを有するダイオードと
   を含むことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の温度補償機能を有するＬＥＤ駆動装置。

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