JP2007299928A - 発光ダイオード定電流駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】トランジスタがオフした時にトランジスタに印加される電圧を抑制し、低耐圧トランジスを適用しても、過電流による発光ダイオードモジュールの破壊を回避できる、低コストの定電流駆動回路を提供する。
【解決手段】直列接続した複数個の発光ダイオード４と、直列接続発光ダイオード４と直列接続されるトランジスタ７と、を直流電源に接続される第１線路Ｌと第２線路Ｈとの間に備え、トランジスタ７のベースと直列接続発光ダイオード４のトランジスタの接続された側とは反対側の間に第１抵抗６を接続し、ベースと第１線路Ｌとの間にツェナーダイオード８を接続し、トランジスタの第１線路Ｌ側端子と第１線路Ｌとの間に第２抵抗５を接続し、トランジスタの発光ダイオード４側端子と第２抵抗５の第１線路Ｌ側端子との間に第３抵抗９を接続した。
【選択図】図１

Description

本発明は直列に接続した複数個の発光ダイオードに定電流を供給する回路におけるトランジスタの耐圧を低減することにより、低消費電力を特長とする発光ダイオードを用いた機器の低コスト化に寄与できる発光ダイオード定電流駆動回路に関するものである。

発光ダイオードは消費電力が少なく、長寿命、低温動作が可能などの特長を有しており、今後ますます種々の照明器具分野などで採用されていくものと考えられる。特に照明器具に発光ダイオードを用いる場合は複数個の発光ダイオードが必要になるので、複数個の発光ダイオードを直列に接続した発光ダイオードモジュールを使用することが多い（特許文献１参照）。
発光ダイオードは電流駆動素子であり、一般の発光ダイオードの駆動電流は信頼性を考慮し、発熱の観点から２０〜２５ｍＡ（一般的に絶対最大定格は３０ｍＡ）となるように設計されている。
特開２００５−２８５３６９号公報

これまでは発光ダイオードの電源として定電圧スイッチング電源が適用され、抵抗を用いて発光ダイオードの駆動電流が２０〜２５ｍＡとなるように抵抗値を決めているのが一般的である。

抵抗を用いて駆動電流を規定する場合は、発光ダイオードの順方向電圧降下のバラツキの影響を受けて、発光ダイオードモジュール毎に駆動電流が異なるので、抵抗での損失が増加したり発光ダイオードの輝度に差が生ずるなどの問題があるため、最近では定電流駆動方式を採用する方向にある。

定電流化するために、定電圧スイッチング電源の代わりに定電流電源を適用するか、あるいは電源と発光ダイオードモジュールとの間に定電流素子を直列接続して、発光ダイオードの駆動電流が２０〜２５ｍＡとなるように定電流素子の電流を設定している。

一般的な照明器具は商用電源のＡＣ１００Ｖを使用することが多いので、ＡＣ１００Ｖを用いた本出願人の先行発明に係る発光ダイオードモジュールとトランジスタで構成した定電流回路を図９に示す。１は商用電源、２はブリッジダイオード、３はコンデンサ、４は複数個の発光ダイオードを直列に接続した発光ダイオードモジュール、５、６は抵抗、７はトランジスタ、８はツェナーダイオードである。

次に、図９に示す回路の動作を説明する。
商用電源１のＡＣ１００Ｖをブリッジダイオード２で全波整流し、コンデンサ３で平滑すると約１４０Ｖの直流電圧Ｖ０が得られる。抵抗５、６、トランジスタ７、ツェナーダイオード８で構成される定電流回路１−１を接続し、発光ダイオードモジュール４の発光ダイオードを発光させる。トランジスタ７のベース電圧はツェナーダイオード８のツェナー電圧にクランプされ一定になる。ツェナー電圧をＶｚ、トランジスタ７のベース・エミッタ間電圧をＶｂｅとすると、抵抗５の電圧はＶｚ−Ｖｂｅとなる。抵抗５の抵抗値をＲ５とすれば、抵抗５を流れる電流は（Ｖｚ−Ｖｂｅ）／ Ｒ５で与えられる。ツェナー電圧Ｖｚ、ベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅが一定とすれば、抵抗５の電流（Ｖｚ−Ｖｂｅ）／ Ｒ５も一定になる。すなわち、直流電圧Ｖ０あるいは発光ダイオードモジュール４の電圧降下が変化しても、発光ダイオードモジュール４の電流が一定になるようにトランジスタ７のコレクタ−エミッタ間電圧が変化する。

商用電源１のＡＣ１００Ｖをブリッジダイオード２で全波整流してコンデンサ３で平滑した直流電圧Ｖ０を１４０Ｖ、発光ダイオードモジュール４の発光ダイオード個数を４０、発光ダイオードモジュール４の駆動電流を２０ｍＡ、順方向電流２０ｍＡ時の発光ダイオード順方向電圧降下を３．２Ｖ、ツェナーダイオード８のツェナー電圧を５Ｖ、トランジスタ７のベース−エミッタ間電圧を０．７Ｖと仮定する。

発光ダイオードモジュール４の電圧降下は３．２×４０＝１２８Ｖ、抵抗５の電圧は５−０．７＝４．３Ｖであるから、トランジスタ７に印加される電圧は１４０−１２８−４．３＝７．７Ｖ、ベース電流を無視すれば抵抗５は４．３／０．０２＝２１５Ωになる。ここで発光ダイオードモジュール４の電圧降下に変化がなく、直流電圧Ｖ０が例えば１５０Ｖに増加したとすると、抵抗５の電圧は変化しないので、発光ダイオードモジュール４の電流は２０ｍＡで一定に保たれ、トランジスタ７に印加される電圧は１５０−１２８−４．３＝１７．７Ｖに増加する。

また、直流電圧Ｖ０を１４０Ｖに変化がなく、発光ダイオードモジュール４の電圧降下が例えば１３０Ｖに増加したとすると、抵抗５の電圧は変化しないので、発光ダイオードモジュール４の電流は２０ｍＡで一定に保たれ、トランジスタ７に印加される電圧は１４０−１３０−４．３＝５．７Ｖに減少する。これらの状況から回路が正常に動作している場合はトランジスタ７の耐圧は３０Ｖ程度で十分である。

図１０に本出願人の先行発明に係る発光ダイオードモジュールとトランジスタで構成した定電流回路の他の例を示す。抵抗６をトランジスタ７のコレクタに接続している点が図９とは異なるだけで、動作上は図９と同じである。
以上のような回路動作によって、発光ダイオードの順方向電圧降下や電源電圧が変化しても発光ダイオードモジュール４の駆動電流は一定に保たれる。

複数個の発光ダイオードを直列に接続した発光ダイオードモジュール４を点灯させるのに使用する定電流駆動回路のトランジスタ７に印加される電圧は、回路が正常に動作していれば２０Ｖ程度であり、比較的耐圧の低いトランジスタを適用できる。
しかし、抵抗６が何らかの原因でオープンになったり、ツェナーダイオード８がショートになったりするとトランジスタ７のベース電流が０になるので、トランジスタ７はオープン状態になる。この時は発光ダイオードモジュール４の電流は０になるので、発光ダイオードモジュール４の電圧降下を期待できない。したがって、トランジスタ７には直流電圧Ｖ０が印加されることになる。トランジスタ７の耐圧が３０Ｖ程度しかないと、トランジスタ７はブレークダウンを起こしショート状態になる可能性がある。トランジスタ７がショート状態になると、発光ダイオードモジュール４の電流は電流制限要素がなくなるので非常に大きくなり、発光ダイオードモジュール４は破壊されることとなる。
このような状況でも高価な発光ダイオードモジュール４を破壊から保護するには、直流電圧Ｖ０が１４０Ｖとすれば、トランジスタ７の耐圧を２００Ｖ程度にする必要がある。

したがって、本発明の目的は発光ダイオードを複数個直列に接続して使用する発光ダイオードモジュールに定電流を供給する定電流駆動回路おいて、定電流駆動回路のトランジスタがオープン状態になっても、印加電圧の上昇を抑制し安価な低耐圧のトランジスタが使用できるようにして、低コストの発光ダイオードモジュール定電流駆動回路を提供することである。

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、発光ダイオード定電流駆動回路に係り、直列接続した複数個の発光ダイオードと、該直列接続発光ダイオードと直列接続されるトランジスタと、を直流電源に接続される第１線路と第２線路との間に備え、該トランジスタのベースと前記直列接続発光ダイオードの該トランジスタの接続された側とは反対側の間に第１抵抗を接続し、前記ベースと前記第１線路との間にツェナーダイオードを接続し、前記トランジスタの前記第１線路側端子と前記第１線路との間に第２抵抗を接続し、前記トランジスタの前記発光ダイオード側端子と前記第２抵抗の前記第１線路側端子との間に第３抵抗を接続して成ることを特徴とする。

また、請求項２記載の発明は、発光ダイオード定電流駆動回路に係り、直列接続した複数個の発光ダイオードと、該直列接続発光ダイオードと直列接続されるトランジスタと、を直流電源に接続される第１線路と第２線路との間に備え、該トランジスタのベースと前記直列接続発光ダイオードの該トランジスタの接続された側とは反対側の間に第１抵抗を接続し、前記ベースと前記第１線路との間にツェナーダイオードを接続し、前記トランジスタの前記第１線路側端子と前記第１線路との間に第２抵抗を接続し、前記トランジスタの前記発光ダイオード側端子と前記第２抵抗側端子との間に第３抵抗を接続して成ることを特徴とする。

さらに、請求項３記載の発明は、発光ダイオード定電流駆動回路に係り、直列接続した複数個の発光ダイオードと、該直列接続発光ダイオードと直列接続されるトランジスタと、を直流電源に接続される第１線路と第２線路との間に備え、該トランジスタのベースと前記直列接続発光ダイオードの該トランジスタの接続された側の間に第１抵抗を接続し、前記ベースと前記第１線路との間にツェナーダイオードを接続し、前記トランジスタの前記第１線路側端子と前記第１線路との間に第２抵抗を接続し、前記トランジスタの前記発光ダイオード側端子と前記第２抵抗の前記第１線路側端子との間に第３抵抗を接続して成ることを特徴とする。

そして、請求項４記載の発明は、発光ダイオード定電流駆動回路に係り、直列接続した複数個の発光ダイオードと、該直列接続発光ダイオードと直列接続されるトランジスタと、を直流電源に接続される第１線路と第２線路との間に備え、該トランジスタのベースと前記直列接続発光ダイオードの該トランジスタの接続された側の間に第１抵抗を接続し、前記ベースと前記第１線路との間にツェナーダイオードを接続し、前記トランジスタの前記第１線路側端子と前記第１線路との間に第２抵抗を接続し、前記トランジスタの前記発光ダイオード側端子と前記第２抵抗側端子との間に第３抵抗を接続して成ることを特徴とする。

本発明によれば、複数の発光ダイオードを直列に接続した発光ダイオードモジュールを一定の電流で駆動するトランジスタ、抵抗、ツェナーダイオードで構成される定電流駆動回路において、発光ダイオードモジュールの電圧降下を利用して、トランジスタのベース電流が０になって、トランジスタがオフした時にトランジスタに印加される電圧を抑制し、低耐圧トランジスを適用しても、過電流による発光ダイオードモジュールの破壊を回避できる、低コストの定電流駆動回路を実現することが可能となる。

〈実施例１〉
本発明に関わる発光ダイオードモジュールの定電流駆動回路の実施例１を図１に示す。図１において、１は商用電源、２はブリッジダイオード、３は平滑コンデンサ、４は電源のプラス側線路Ｈに設けられた複数個の発光ダイオードを直列に接続した発光ダイオードモジュール、７は発光ダイオードモジュールに直列接続されたトランジスタ、５はトランジスタ７のエミッタとマイナス側線路Ｌ間に挿入された抵抗、６は発光ダイオードモジュール４のアノード側とトランジスタ７のベース間に挿入された抵抗、９はトランジスタ７のコレクタとマイナス側線路Ｌ間に接続された抵抗、８はトランジスタ７のベースとマイナス側線路Ｌ間に挿入されたツェナーダイオードである。

次に図１に示す回路の動作を説明する。
商用電源１のＡＣ１００Ｖをブリッジダイオード２で全波整流し、コンデンサ３で平滑すると約１４０Ｖの直流電圧Ｖ０が得られる。抵抗５、６、トランジスタ７、ツェナーダイオード８で構成される定電流回路１−１を発光ダイオードモジュール４と直列に接続し、発光ダイオードを発光させる。抵抗９は定電流回路１−１に並列に接続されている。トランジスタ７のベース電圧はツェナーダイオード８のツェナー電圧にクランプされ、ツェナー電圧をＶｚ、トランジスタ７のベース・エミッタ間電圧をＶｂｅとすると、抵抗５の電圧はＶｚ−Ｖｂｅとなり、抵抗５の抵抗値をＲ５とすれば、抵抗５を流れる電流は（Ｖｚ−Ｖｂｅ）／ Ｒ５で与えられる。ツェナー電圧Ｖｚ、ベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅを一定とすれば、抵抗５の電流は（Ｖｚ−Ｖｂｅ）／ Ｒ５となり一定になる。すなわち、直流電圧Ｖ０あるいは発光ダイオードモジュール４の電圧降下が変化しても、発光ダイオードモジュール４の電流が一定になるようにトランジスタ７のコレクタ−エミッタ間電圧が変化する。
直流電圧Ｖ０を１４０Ｖ、発光ダイオードモジュール４の発光ダイオード個数を４０、発光ダイオードモジュール４の駆動電流を２０ｍＡ、順方向電流２０ｍＡ時の発光ダイオード順方向電圧降下を３．２Ｖ、ツェナーダイオード８のツェナー電圧を５Ｖ、トランジスタ７のベース−エミッタ間電圧を０．７Ｖと仮定する。
発光ダイオードモジュール４の電圧降下は３．２×４０＝１２８Ｖ、抵抗５の電圧は５−０．７＝４．３Ｖであるから、トランジスタ７に印加される電圧は１４０−１２８−４．３＝７．７Ｖである。ここで発光ダイオードモジュール４の電圧降下に変化がなく、直流電圧Ｖ０が例えば１４０Ｖから１５０Ｖに増加したとすると、抵抗５の電圧は変化しないので、発光ダイオードモジュール４の電流は２０ｍＡで一定に保たれ、トランジスタ７に印加される電圧は１５０−１２８−４．３＝１７．７Ｖに増加する。また、直流電圧Ｖ０を１４０Ｖに変化がなく、発光ダイオードモジュール４の電圧降下が例えば１２８Ｖから１３０Ｖに増加したとすると、抵抗５の電圧は変化しないので、発光ダイオードモジュール４の電流は２０ｍＡで一定に保たれ、トランジスタ７に印加される電圧は１４０−１３０−４．３＝５．７Ｖに減少する。これらの状況から回路が正常に動作している場合はトランジスタ７の耐圧は３０Ｖ程度で十分である。

ここで何らかの原因で抵抗６がオープンになったり、ツェナーダイオード８がショートになったりすると、トランジスタ７のベース電流が０になるので、トランジスタ７はオフ状態になる。この時は従来の定電流駆動回路では発光ダイオードモジュール４の電流は０になるので、発光ダイオードモジュール４の電圧降下を期待できないが、図１の実施例１では定電流駆動回路と並列に接続された抵抗９に発光ダイオードモジュール４を通して電流が流れるので、発光ダイオードモジュール４の電圧降下として１２０Ｖ程度が期待できる。したがって、トランジスタ７には直流電圧Ｖ０＝１４０Ｖから発光ダイオードモジュール４の電圧降下１２０Ｖを差し引いた電圧２０Ｖが印加されることになる。したがって、３０Ｖ程度の耐圧のトランジスタでもブレークダウンを起こすことはないので、発光ダイオードモジュール４に過電流は流れず破壊を回避できる。
定電流回路１−１の電圧が変化すると抵抗９の電流も変化するが、抵抗９の電流は１ｍＡ以下で定電流回路１−１の電流２０ｍＡに比較し十分小さくできるので、発光ダイオードモジュール４の定電流駆動特性に影響を与えることはない。

〈実施例２〉
本発明に関わる発光ダイオードモジュールの定電流駆動回路の実施例２を図２に示す。図２において、１は商用電源、２はブリッジダイオード、３は平滑コンデンサ、４は電源のプラス側線路Ｈに設けられた複数個の発光ダイオードを直列に接続した発光ダイオードモジュール、７は発光ダイオードモジュールに直列接続されたトランジスタ、５はトランジスタ７のエミッタとマイナス側線路Ｌ間に挿入された抵抗、６は発光ダイオードモジュール４のアノード側とトランジスタ７のベース間に挿入された抵抗、９’はトランジスタ７のコレクタとエミッタ間に接続された抵抗、８はトランジスタ７のベースとマイナス側線路Ｌ間に挿入されたツェナーダイオードである。

次に図２に示す回路の動作を説明する。
商用電源１のＡＣ１００Ｖをブリッジダイオード２で全波整流し、コンデンサ３で平滑すると約１４０Ｖの直流電圧Ｖ０が得られる。抵抗５、６、トランジスタ７、ツェナーダイオード８で構成される定電流回路１−１を発光ダイオードモジュール４と直列に接続し、発光ダイオードを発光させる。抵抗９’がトランジスタ７のコレクタとエミッタ間に接続されている点が図１の実施例と異なっている。
トランジスタ７のベース電圧はツェナーダイオード８のツェナー電圧にクランプされ、ツェナー電圧をＶｚ、トランジスタ７のベース・エミッタ間電圧をＶｂｅとすると、抵抗５の電圧はＶｚ−Ｖｂｅとなり、抵抗５の抵抗値をＲ５とすれば、抵抗５を流れる電流は（Ｖｚ−Ｖｂｅ）／ Ｒ５で与えられる。抵抗９の電流は抵抗５を流れるが、ツェナー電圧Ｖｚ、ベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅを一定とすれば、抵抗５の電流は（Ｖｚ−Ｖｂｅ）／ Ｒ５となり一定になる。すなわち、直流電圧Ｖ０あるいは発光ダイオードモジュール４の電圧降下が変化しても、発光ダイオードモジュール４の電流が一定になるようにトランジスタ７のコレクタ−エミッタ間電圧が変化する。トランジスタ７のコレクタ−エミッタ間電圧が変化すると抵抗９を流れる電流も変化するが、抵抗５の電圧は一定なので、抵抗９を流れる電流が増加するとトランジスタ７を流れる電流が減少し一定になる。逆に抵抗９’を流れる電流が減少するとトランジスタ７を流れる電流が増加し一定になる。したがって、発光ダイオードモジュール４の電流は一定である。

直流電圧Ｖ０を１４０Ｖ、発光ダイオードモジュール４の発光ダイオード個数を４０、発光ダイオードモジュール４の駆動電流を２０ｍＡ、順方向電流２０ｍＡ時の発光ダイオード順方向電圧降下を３．２Ｖ、ツェナーダイオード８のツェナー電圧を５Ｖ、トランジスタ７のベース−エミッタ間電圧を０．７Ｖと仮定する。発光ダイオードモジュール４の電圧降下は３．２×４０＝１２８Ｖ、抵抗５の電圧は５−０．７＝４．３Ｖであるから、トランジスタ７に印加される電圧は１４０−１２８−４．３＝７．７Ｖである。ここで発光ダイオードモジュール４の電圧降下に変化がなく、直流電圧Ｖ０が例えば１４０Ｖから１５０Ｖに増加したとすると、抵抗５の電圧は変化しないので、発光ダイオードモジュール４の電流は２０ｍＡで一定に保たれ、トランジスタ７に印加される電圧は１５０−１２８−４．３＝１７．７Ｖに増加する。また、直流電圧Ｖ０を１４０Ｖに変化がなく、発光ダイオードモジュール４の電圧降下が例えば１２８Ｖから１３０Ｖに増加したとすると、抵抗５の電圧は変化しないので、発光ダイオードモジュール４の電流は２０ｍＡで一定に保たれ、トランジスタ７に印加される電圧は１４０−１３０−４．３＝５．７Ｖに減少する。これらの状況から回路が正常に動作している場合はトランジスタ７の耐圧は３０Ｖ程度で十分である。

ここで何らかの原因で抵抗６がオープンになったり、ツェナーダイオード８がショートになったりすると、トランジスタ７のベース電流が０になるので、トランジスタ７はオフ状態になる。この時は従来の定電流駆動回路では発光ダイオードモジュール４の電流は０になるので、発光ダイオードモジュール４の電圧降下を期待できないが、図２に示す本発明の定電流駆動回路では抵抗９’に発光ダイオードモジュール４を通して電流が流れるので、発光ダイオードモジュール４の電圧降下として１２０Ｖ程度が期待できる。
したがって、トランジスタ７には直流電圧Ｖ０＝１４０Ｖから発光ダイオードモジュール４の電圧降下１２０Ｖを差し引いた電圧２０Ｖが印加されることになる。したがって、３０Ｖ程度の耐圧のトランジスタでもブレークダウンを起こすことはないので、発光ダイオードモジュール４に過電流は流れず破壊を回避できる。また、抵抗５に発生する電圧は抵抗９の電流を１ｍＡ以下にすれば、トランジスタ７のベース・エミッタ間に印加される逆電圧は極めて小さいので問題ない。

〈実施例３〉
本発明に関わる発光ダイオードモジュールの定電流駆動回路の実施例２を図３に示す。図３において、１は商用電源、２はブリッジダイオード、３は平滑コンデンサ、４は電源のプラス側線路Ｈに設けられた複数個の発光ダイオードを直列に接続した発光ダイオードモジュール、７は発光ダイオードモジュールに直列接続されたトランジスタ、５はトランジスタ７のエミッタとマイナス側線路Ｌ間に挿入された抵抗、６’はトランジスタ７のコレクタとベース間に接続された抵抗、９はトランジスタ７のコレクタとマイナス側線路Ｌ間に接続された抵抗、８はトランジスタ７のベースとマイナス側線路Ｌ間に挿入されたツェナーダイオードである。

次に図３に示す回路の動作を説明する。
商用電源１のＡＣ１００Ｖをブリッジダイオード２で全波整流し、コンデンサ３で平滑すると約１４０Ｖの直流電圧Ｖ０が得られる。抵抗５、６、トランジスタ７、ツェナーダイオード８で構成される定電流回路１−１を発光ダイオードモジュール４と直列に接続し、発光ダイオードを発光させる。抵抗９は定電流回路１−１に並列に接続されている。トランジスタ７のベース電圧はツェナーダイオード８のツェナー電圧にクランプされ、ツェナー電圧をＶｚ、トランジスタ７のベース・エミッタ間電圧をＶｂｅとすると、抵抗５の電圧はＶｚ−Ｖｂｅとなり、抵抗５の抵抗値をＲ５とすれば、抵抗５を流れる電流は（Ｖｚ−Ｖｂｅ）／ Ｒ５で与えられる。ツェナー電圧Ｖｚ、ベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅを一定とすれば、抵抗５の電流は（Ｖｚ−Ｖｂｅ）／ Ｒ５となり一定になる。すなわち、直流電圧Ｖ０あるいは発光ダイオードモジュール４の電圧降下が変化しても、発光ダイオードモジュール４の電流が一定になるようにトランジスタ７のコレクタ−エミッタ間電圧が変化する。

直流電圧Ｖ０を１４０Ｖ、発光ダイオードモジュール４の発光ダイオード個数を４０、発光ダイオードモジュール４の駆動電流を２０ｍＡ、順方向電流２０ｍＡ時の発光ダイオード順方向電圧降下を３．２Ｖ、ツェナーダイオード８のツェナー電圧を５Ｖ、トランジスタ７のベース−エミッタ間電圧を０．７Ｖと仮定する。発光ダイオードモジュール４の電圧降下は３．２×４０＝１２８Ｖ、抵抗５の電圧は５−０．７＝４．３Ｖであるから、トランジスタ７に印加される電圧は１４０−１２８−４．３＝７．７Ｖである。ここで発光ダイオードモジュール４の電圧降下に変化がなく、直流電圧Ｖ０が例えば１４０Ｖから１５０Ｖに増加したとすると、抵抗５の電圧は変化しないので、発光ダイオードモジュール４の電流は２０ｍＡで一定に保たれ、トランジスタ７に印加される電圧は１５０−１２８−４．３＝１７．７Ｖに増加する。また、直流電圧Ｖ０を１４０Ｖに変化がなく、発光ダイオードモジュール４の電圧降下が例えば１２８Ｖから１３０Ｖに増加したとすると、抵抗５の電圧は変化しないので、発光ダイオードモジュール４の電流は２０ｍＡで一定に保たれ、トランジスタ７に印加される電圧は１４０−１３０−４．３＝５．７Ｖに減少する。これらの状況から回路が正常に動作している場合はトランジスタ７の耐圧は３０Ｖ程度で十分である。

ここで何らかの原因で抵抗６がオープンになったり、ツェナーダイオード８がショートになったりすると、トランジスタ７のベース電流が０になるので、トランジスタ７はオフ状態になる。この時は従来の定電流駆動回路では発光ダイオードモジュール４の電流は０になるので、発光ダイオードモジュール４の電圧降下を期待できないが、本発明では定電流駆動回路と並列に接続された抵抗９に発光ダイオードモジュール４を通して電流が流れるので、発光ダイオードモジュール４の電圧降下として１２０Ｖ程度が期待できる。したがって、トランジスタ７には直流電圧Ｖ０＝１４０Ｖから発光ダイオードモジュール４の電圧降下１２０Ｖを差し引いた電圧２０Ｖが印加されることになる。したがって、３０Ｖ程度の耐圧のトランジスタでもブレークダウンを起こすことはないので、発光ダイオードモジュール４に過電流は流れず破壊を回避できる。
定電流回路１−１の電圧が変化すると抵抗９の電流も変化するが、抵抗９の電流は１ｍＡ以下で定電流回路１−１の電流２０ｍＡに比較し十分小さくできるので、発光ダイオードモジュール４の定電流駆動特性に影響を与えることはない。

〈実施例４〉
本発明に関わる発光ダイオードモジュールの定電流駆動回路の実施例４を図４に示す。図４において、１は商用電源、２はブリッジダイオード、３は平滑コンデンサ、４は電源のプラス側線路Ｈに設けられた複数個の発光ダイオードを直列に接続した発光ダイオードモジュール、７は発光ダイオードモジュールに直列接続されたトランジスタ、５はトランジスタ７のエミッタとマイナス側線路Ｌ間に挿入された抵抗、６’はトランジスタ７のコレクタとベース間に接続された抵抗、９’はトランジスタ７のコレクタとエミッタ間に接続された抵抗、８はトランジスタ７のベースとマイナス側線路Ｌ間に挿入されたツェナーダイオードである。

次に図４に示す回路の動作を説明する。
商用電源１のＡＣ１００Ｖをブリッジダイオード２で全波整流し、コンデンサ３で平滑すると約１４０Ｖの直流電圧Ｖ０が得られる。抵抗５、６、トランジスタ７、ツェナーダイオード８で構成される定電流回路１−１を発光ダイオードモジュール４と直列に接続し、発光ダイオードを発光させる。抵抗９’がトランジスタ７のコレクタとエミッタ間に接続されている点が図３の実施例と異なっている。トランジスタ７のベース電圧はツェナーダイオード８のツェナー電圧にクランプされ、ツェナー電圧をＶｚ、トランジスタ７のベース・エミッタ間電圧をＶｂｅとすると、抵抗５の電圧はＶｚ−Ｖｂｅとなり、抵抗５の抵抗値をＲ５とすれば、抵抗５を流れる電流は（Ｖｚ−Ｖｂｅ）／ Ｒ５で与えられる。抵抗９’の電流は抵抗５を流れるが、ツェナー電圧Ｖｚ、ベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅを一定とすれば、抵抗５の電流は（Ｖｚ−Ｖｂｅ）／ Ｒ５となり一定になる。
すなわち、直流電圧Ｖ０あるいは発光ダイオードモジュール４の電圧降下が変化しても、発光ダイオードモジュール４の電流が一定になるようにトランジスタ７のコレクタ−エミッタ間電圧が変化する。トランジスタ７のコレクタ−エミッタ間電圧が変化すると抵抗９’を流れる電流も変化するが、抵抗５の電圧は一定なので、抵抗９’を流れる電流が増加するとトランジスタ７を流れる電流が減少し一定になる。逆に抵抗９’を流れる電流が減少するとトランジスタ７を流れる電流が増加し一定になる。したがって、発光ダイオードモジュール４の電流は一定である。

直流電圧Ｖ０を１４０Ｖ、発光ダイオードモジュール４の発光ダイオード個数を４０、発光ダイオードモジュール４の駆動電流を２０ｍＡ、順方向電流２０ｍＡ時の発光ダイオード順方向電圧降下を３．２Ｖ、ツェナーダイオード８のツェナー電圧を５Ｖ、トランジスタ７のベース−エミッタ間電圧を０．７Ｖと仮定する。発光ダイオードモジュール４の電圧降下は３．２×４０＝１２８Ｖ、抵抗５の電圧は５−０．７＝４．３Ｖであるから、トランジスタ７に印加される電圧は１４０−１２８−４．３＝７．７Ｖである。ここで発光ダイオードモジュール４の電圧降下に変化がなく、直流電圧Ｖ０が例えば１４０Ｖから１５０Ｖに増加したとすると、抵抗５の電圧は変化しないので、発光ダイオードモジュール４の電流は２０ｍＡで一定に保たれ、トランジスタ７に印加される電圧は１５０−１２８−４．３＝１７．７Ｖに増加する。また、直流電圧Ｖ０を１４０Ｖに変化がなく、発光ダイオードモジュール４の電圧降下が例えば１２８Ｖから１３０Ｖに増加したとすると、抵抗５の電圧は変化しないので、発光ダイオードモジュール４の電流は２０ｍＡで一定に保たれ、トランジスタ７に印加される電圧は１４０−１３０−４．３＝５．７Ｖに減少する。これらの状況から回路が正常に動作している場合はトランジスタ７の耐圧は３０Ｖ程度で十分である。

ここで何らかの原因で抵抗６がオープンになったり、ツェナーダイオード８がショートになったりすると、トランジスタ７のベース電流が０になるので、トランジスタ７はオフ状態になる。この時は従来の定電流駆動回路では発光ダイオードモジュール４の電流は０になるので、発光ダイオードモジュール４の電圧降下を期待できないが、本発明の定電流駆動回路では抵抗９’に発光ダイオードモジュール４に電流が流れるので、発光ダイオードモジュール４の電圧降下として１２０Ｖ程度が期待できる。したがって、トランジスタ７には直流電圧Ｖ０＝１４０Ｖから発光ダイオードモジュール４の電圧降下１２０Ｖを差し引いた電圧２０Ｖが印加されることになる。
したがって、３０Ｖ程度の耐圧のトランジスタでもブレークダウンを起こすことはないので、発光ダイオードモジュール４に過電流は流れず破壊を回避できる。また、抵抗５に発生する電圧は抵抗９’の電流を１ｍＡ以下にすれば、トランジスタ７のベース・エミッタ間に印加される逆電圧は極めて小さいので問題ない。

以上のように、本発明によれば、複数の発光ダイオードを直列に接続した発光ダイオードモジュールを一定の電流で駆動するトランジスタ、抵抗、ツェナーダイオードで構成される定電流駆動回路において、発光ダイオードモジュールの電圧降下を利用して、トランジスタのベース電流が０になって、トランジスタがオフした時にトランジスタに印加される電圧を抑制し、低耐圧トランジスを適用しても、過電流による発光ダイオードモジュールの破壊を回避できる、低コストの定電流駆動回路を実現することが可能となる。

なお、実施例１〜実施例４においては、トランジスタ７はＮＰＮトランジスタを用いた例で説明したが、ＰＮＰトランジスタを用いても（ただし、プラス方向とマイナス方向が逆になるけれども）同じような考えで実現することは可能である。以下に、ＰＮＰトランジスタを用いた実施例５〜８をそれぞれ実施例１〜４に対応させて簡単に説明する。
本発明に関わる発光ダイオードモジュールの定電流駆動回路をＰＮＰトランジスタを用いて実現した実施例５を図５に示す。図５において、５１は商用電源、５２はブリッジダイオード、５３は平滑コンデンサ、５４は電源のマイナス側線路Ｌに設けられた複数個の発光ダイオードを直列に接続した発光ダイオードモジュール、５７は発光ダイオードモジュールに直列接続されたＰＮＰトランジスタ、５５はトランジスタ５７のエミッタとプラス側線路Ｈ間に挿入された抵抗、５６は発光ダイオードモジュール５４のカソード側とトランジスタ５７のベース間に挿入された抵抗、５９はトランジスタ５７のコレクタとプラス側線路Ｈ間に接続された抵抗、５８はトランジスタ５７のベースとプラス側線路Ｈ間に挿入されたツェナーダイオードである。

次に図５に示す回路の動作を説明する。
商用電源５１のＡＣ１００Ｖをブリッジダイオード５２で全波整流し、コンデンサ５３で平滑すると約１４０Ｖの直流電圧Ｖ０が得られる。抵抗５５、５６、トランジスタ５７、ツェナーダイオード５８で構成される定電流回路１−１を発光ダイオードモジュール５４と直列に接続し、発光ダイオードを発光させる。抵抗５９は定電流回路１−１に並列に接続されている。トランジスタ５７のベース電圧はツェナーダイオード５８のツェナー電圧にクランプされ、ツェナー電圧をＶｚ、トランジスタ７のベース・エミッタ間電圧をＶｂｅとすると、抵抗５５の電圧はＶｚ−Ｖｂｅとなり、抵抗５５の抵抗値をＲ５とすれば、抵抗５５を流れる電流は（Ｖｚ−Ｖｂｅ）／ Ｒ５で与えられる。ツェナー電圧Ｖｚ、ベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅを一定とすれば、抵抗５５の電流は（Ｖｚ−Ｖｂｅ）／ Ｒ５となり一定になる。すなわち、直流電圧Ｖ０あるいは発光ダイオードモジュール４の電圧降下が変化しても、発光ダイオードモジュール５４の電流が一定になるようにトランジスタ５７のコレクタ−エミッタ間電圧が変化する。
直流電圧Ｖ０を１４０Ｖ、発光ダイオードモジュール５４の発光ダイオード個数を４０、発光ダイオードモジュール５４の駆動電流を２０ｍＡ、順方向電流２０ｍＡ時の発光ダイオード順方向電圧降下を３．２Ｖ、ツェナーダイオード５８のツェナー電圧を５Ｖ、トランジスタ５７のベース−エミッタ間電圧を０．７Ｖと仮定する。
発光ダイオードモジュール４の電圧降下は３．２×４０＝１２８Ｖ、抵抗５５の電圧は５−０．７＝４．３Ｖであるから、トランジスタ５７に印加される電圧は１４０−１２８−４．３＝７．７Ｖである。ここで発光ダイオードモジュール５４の電圧降下に変化がなく、直流電圧Ｖ０が例えば１４０Ｖから１５０Ｖに増加したとすると、抵抗５５の電圧は変化しないので、発光ダイオードモジュール５４の電流は２０ｍＡで一定に保たれ、トランジスタ５７に印加される電圧は１５０−１２８−４．３＝１７．７Ｖに増加する。また、直流電圧Ｖ０を１４０Ｖに変化がなく、発光ダイオードモジュール５４の電圧降下が例えば１２８Ｖから１３０Ｖに増加したとすると、抵抗５５の電圧は変化しないので、発光ダイオードモジュール５４の電流は２０ｍＡで一定に保たれ、トランジスタ５７に印加される電圧は１４０−１３０−４．３＝５．７Ｖに減少する。これらの状況から回路が正常に動作している場合はトランジスタ５７の耐圧は３０Ｖ程度で十分である。

ここで何らかの原因で抵抗５６がオープンになったり、ツェナーダイオード５８がショートになったりすると、トランジスタ５７のベース電流が０になるので、トランジスタ５７はオフ状態になる。この時は従来の定電流駆動回路では発光ダイオードモジュール５４の電流は０になるので、発光ダイオードモジュール５４の電圧降下を期待できないが、図５の実施例５では定電流駆動回路と並列に接続された抵抗５９に発光ダイオードモジュール５４を通る電流が流れるので、発光ダイオードモジュール５４の電圧降下として１２０Ｖ程度が期待できる。したがって、トランジスタ５７には直流電圧Ｖ０＝１４０Ｖから発光ダイオードモジュール５４の電圧降下１２０Ｖを差し引いた電圧２０Ｖが印加されることになる。したがって、３０Ｖ程度の耐圧のトランジスタでもブレークダウンを起こすことはないので、発光ダイオードモジュール５４に過電流は流れず破壊を回避できる。
定電流回路１−１の電圧が変化すると抵抗５９の電流も変化するが、抵抗５９の電流は１ｍＡ以下で定電流回路１−１の電流２０ｍＡに比較し十分小さくできるので、発光ダイオードモジュール４の定電流駆動特性に影響を与えることはない。

〈実施例６〉
本発明に関わる発光ダイオードモジュールの定電流駆動回路をＰＮＰトランジスタを用いて実現した実施例６を図６に示す。図６において、５１は商用電源、５２はブリッジダイオード、５３は平滑コンデンサ、５４は電源のマイナス側線路Ｌに設けられた複数個の発光ダイオードを直列に接続した発光ダイオードモジュール、５７は発光ダイオードモジュールに直列接続されたＰＮＰトランジスタ、５５はトランジスタ５７のエミッタとプラス側線路Ｈ間に挿入された抵抗、５６は発光ダイオードモジュール５４のカソード側とトランジスタ５７のベース間に挿入された抵抗、５９’はトランジスタ５７のコレクタとエミッタ間に接続された抵抗、５８はトランジスタ５７のベースとプラス側線路Ｈ間に挿入されたツェナーダイオードである。
正常時の回路動作は上記説明と実質同じなので説明は割愛する。

そこで、図６に示す回路において、何らかの原因で抵抗５６がオープンになったり、ツェナーダイオード５８がショートになったりすると、トランジスタ５７のベース電流が０になるので、トランジスタ５７はオフ状態になる。この時は従来の定電流駆動回路では発光ダイオードモジュール５４の電流は０になるので、発光ダイオードモジュール５４の電圧降下を期待できないが、図６に示す本発明の定電流駆動回路では抵抗５９’に発光ダイオードモジュール５４を通る電流が流れるので、発光ダイオードモジュール５４の電圧降下として１２０Ｖ程度が期待できる。
したがって、トランジスタ５７には直流電圧Ｖ０＝１４０Ｖから発光ダイオードモジュール５４の電圧降下１２０Ｖを差し引いた電圧２０Ｖが印加されることになる。したがって、３０Ｖ程度の耐圧のトランジスタでもブレークダウンを起こすことはないので、発光ダイオードモジュール５４に過電流は流れず破壊を回避できる。また、抵抗５５に発生する電圧は抵抗５９’の電流を１ｍＡ以下にすれば、トランジスタ７のベース・エミッタ間に印加される逆電圧は極めて小さいので問題ない。

〈実施例７〉
本発明に関わる発光ダイオードモジュールの定電流駆動回路をＰＮＰトランジスタを用いて実現した実施例７を図７に示す。図７において、５１は商用電源、５２はブリッジダイオード、５３は平滑コンデンサ、５４は電源のマイナス側線路Ｌに設けられた複数個の発光ダイオードを直列に接続した発光ダイオードモジュール、５７は発光ダイオードモジュールに直列接続されたＰＮＰトランジスタ、５５はトランジスタ５７のエミッタとプラス側線路Ｈ間に挿入された抵抗、５６’は発光ダイオードモジュール５４のアノード側とトランジスタ５７のベース間に挿入された抵抗、５９はトランジスタ５７のコレクタと抵抗５５のプラス線路側端子間に接続された抵抗、５８はトランジスタ５７のベースとプラス側線路Ｈ間に挿入されたツェナーダイオードである。
正常時の回路動作は上記説明と実質同じなので説明は割愛する。

そこで、図７に示す回路において、何らかの原因で抵抗５６がオープンになったり、ツェナーダイオード５８がショートになったりすると、トランジスタ５７のベース電流が０になるので、トランジスタ５７はオフ状態になる。この時は従来の定電流駆動回路では発光ダイオードモジュール５４の電流は０になるので、発光ダイオードモジュール５４の電圧降下を期待できないが、本発明では定電流駆動回路と並列に接続された抵抗５９に発光ダイオードモジュール５４を通る電流が流れるので、発光ダイオードモジュール５４の電圧降下として１２０Ｖ程度が期待できる。したがって、トランジスタ５７には直流電圧Ｖ０＝１４０Ｖから発光ダイオードモジュール５４の電圧降下１２０Ｖを差し引いた電圧２０Ｖが印加されることになる。したがって、３０Ｖ程度の耐圧のトランジスタでもブレークダウンを起こすことはないので、発光ダイオードモジュール５４に過電流は流れず破壊を回避できる。
定電流回路１−１の電圧が変化すると抵抗５９の電流も変化するが、抵抗５９の電流は１ｍＡ以下で定電流回路１−１の電流２０ｍＡに比較し十分小さくできるので、発光ダイオードモジュール４の定電流駆動特性に影響を与えることはない。

〈実施例８〉
本発明に関わる発光ダイオードモジュールの定電流駆動回路をＰＮＰトランジスタを用いて実現した実施例８を図８に示す。図８において、５１は商用電源、５２はブリッジダイオード、５３は平滑コンデンサ、５４は電源のマイナス側線路Ｌに設けられた複数個の発光ダイオードを直列に接続した発光ダイオードモジュール、５７は発光ダイオードモジュールに直列接続されたＰＮＰトランジスタ、５５はトランジスタ５７のエミッタとプラス側線路Ｈ間に挿入された抵抗、５６’は発光ダイオードモジュール５４のアノード側とトランジスタ５７のベース間に挿入された抵抗、５９’はトランジスタ５７のコレクタと抵抗５５のプラス線路側端子間に接続された抵抗、５８はトランジスタ５７のベースとプラス側線路Ｈ間に挿入されたツェナーダイオードである。
正常時の回路動作は上記説明と実質同じなので説明は割愛する。

そこで、図８に示す回路において、何らかの原因で抵抗５６がオープンになったり、ツェナーダイオード５８がショートになったりすると、トランジスタ５７のベース電流が０になるので、トランジスタ５７はオフ状態になる。この時は従来の定電流駆動回路では発光ダイオードモジュール５４の電流は０になるので、発光ダイオードモジュール５４の電圧降下を期待できないが、本発明の定電流駆動回路では抵抗５９’に発光ダイオードモジュール５４に電流が流れるので、発光ダイオードモジュール５４の電圧降下として１２０Ｖ程度が期待できる。したがって、トランジスタ７には直流電圧Ｖ０＝１４０Ｖから発光ダイオードモジュール５４の電圧降下１２０Ｖを差し引いた電圧２０Ｖが印加されることになる。
したがって、３０Ｖ程度の耐圧のトランジスタでもブレークダウンを起こすことはないので、発光ダイオードモジュール５４に過電流は流れず破壊を回避できる。また、抵抗５５に発生する電圧は抵抗５９’の電流を１ｍＡ以下にすれば、トランジスタ５７のベース・エミッタ間に印加される逆電圧は極めて小さいので問題ない。

以上のように、本発明によれば、複数の発光ダイオードを直列に接続した発光ダイオードモジュールを一定の電流で駆動するトランジスタ、抵抗、ツェナーダイオードで構成される定電流駆動回路において、発光ダイオードモジュールの電圧降下を利用して、トランジスタのベース電流が０になって、トランジスタがオフした時にトランジスタに印加される電圧を抑制し、低耐圧トランジスを適用しても、過電流による発光ダイオードモジュールの破壊を回避できる、低コストの定電流駆動回路を実現することが可能となる。

発光ダイオードモジュールの電圧降下を利用した定電流駆動回路のトランジスタに印加される電圧を抑制する回路の実施例１である。 発光ダイオードモジュールの電圧降下を利用した定電流駆動回路のトランジスタの印加される電圧を抑制する回路の実施例２である。 発光ダイオードモジュールの電圧降下を利用した定電流駆動回路のトランジスタの印加される電圧を抑制する回路の実施例３である。 発光ダイオードモジュールの電圧降下を利用した定電流駆動回路のトランジスタの印加される電圧を抑制する回路の実施例４である。 実施例１をＰＮＰトランジスタで実現した実施例５である。 実施例２をＰＮＰトランジスタで実現した実施例６である。 実施例３をＰＮＰトランジスタで実現した実施例７である。 実施例４をＰＮＰトランジスタで実現した実施例８である。 商用電源を整流した電源を用いた発光ダイオードモジュール定電流駆動回路の先行発明１である。 商用電源を整流した電源を用いた発光ダイオードモジュール定電流駆動回路の先行発明２である。

符号の説明

１、５１ 商用電源
２、５２ ブリッジダイオード
３、５３ 平滑コンデンサ
４、５４ 発光ダイオードモジュール
５、６、６’、９、９’、５５、５６、５６’、５９、５９’ 抵抗
７ トランジスタ（ＮＰＮ）
５７ トランジスタ（ＰＮＰ）
８、５８ ツェナーダイオード
Ｈ 電源のプラス側線路
Ｌ 電源のマイナス側線路

Claims (4)

1. 直列接続した複数個の発光ダイオード（４，５４）と、該直列接続発光ダイオード（４，５４）と直列接続されるトランジスタ（７，５７）と、を直流電源に接続される第１線路（Ｌ，Ｈ）と第２線路（Ｈ，Ｌ）との間に備え、
   該トランジスタ（７，５７）のベースと前記直列接続発光ダイオード（４，５４）の該トランジスタの接続された側とは反対側の間に第１抵抗（６、５６）を接続し、
   前記ベースと前記第１線路（Ｌ，Ｈ）との間にツェナーダイオード（８，５８）を接続し、
   前記トランジスタの前記第１線路（Ｌ，Ｈ）側端子と前記第１線路（Ｌ，Ｈ）との間に第２抵抗（５，５５）を接続し、
   前記トランジスタの前記発光ダイオード（４，５４）側端子と前記第２抵抗（５，５５）の前記第１線路（Ｌ，Ｈ）側端子との間に第３抵抗（９，５９）を接続して成ることを特徴とする発光ダイオード定電流駆動回路。
2. 直列接続した複数個の発光ダイオード（４，５４）と、該直列接続発光ダイオード（４，５４）と直列接続されるトランジスタ（７，５７）と、を直流電源に接続される第１線路（Ｌ，Ｈ）と第２線路（Ｈ，Ｌ）との間に備え、
   該トランジスタ（７，５７）のベースと前記直列接続発光ダイオード（４，５４）の該トランジスタの接続された側とは反対側の間に第１抵抗（６、５６）を接続し、
   前記ベースと前記第１線路（Ｌ，Ｈ）との間にツェナーダイオード（８，５８）を接続し、
   前記トランジスタの前記第１線路（Ｌ，Ｈ）側端子と前記第１線路（Ｌ，Ｈ）との間に第２抵抗（５，５５）を接続し、
   前記トランジスタの前記発光ダイオード（４，５４）側端子と前記第２抵抗（５，５５）側端子との間に第３抵抗（９’，５９’）を接続して成ることを特徴とする発光ダイオード定電流駆動回路。
3. 直列接続した複数個の発光ダイオード（４，５４）と、該直列接続発光ダイオード（４，５４）と直列接続されるトランジスタ（７，５７）と、を直流電源に接続される第１線路（Ｌ，Ｈ）と第２線路（Ｈ，Ｌ）との間に備え、
   該トランジスタ（７，５７）のベースと前記直列接続発光ダイオード（４，５４）の該トランジスタの接続された側の間に第１抵抗（６、５６）を接続し、
   前記ベースと前記第１線路（Ｌ，Ｈ）との間にツェナーダイオード（８，５８）を接続し、
   前記トランジスタの前記第１線路（Ｌ，Ｈ）側端子と前記第１線路（Ｌ，Ｈ）との間に第２抵抗（５，５５）を接続し、
   前記トランジスタの前記発光ダイオード（４，５４）側端子と前記第２抵抗（５，５５）の前記第１線路（Ｌ，Ｈ）側端子との間に第３抵抗（９，５９）を接続して成ることを特徴とする発光ダイオード定電流駆動回路。
4. 直列接続した複数個の発光ダイオード（４，５４）と、該直列接続発光ダイオード（４，５４）と直列接続されるトランジスタ（７，５７）と、を直流電源に接続される第１線路（Ｌ，Ｈ）と第２線路（Ｈ，Ｌ）との間に備え、
   該トランジスタ（７，５７）のベースと前記直列接続発光ダイオード（４，５４）の該トランジスタの接続された側の間に第１抵抗（６、５６）を接続し、
   前記ベースと前記第１線路（Ｌ，Ｈ）との間にツェナーダイオード（８，５８）を接続し、
   前記トランジスタの前記第１線路（Ｌ，Ｈ）側端子と前記第１線路（Ｌ，Ｈ）との間に第２抵抗（５，５５）を接続し、
   前記トランジスタの前記発光ダイオード（４，５４）側端子と前記第２抵抗（５，５５）側端子との間に第３抵抗（９’，５９’）を接続して成る
   ことを特徴とする発光ダイオード定電流駆動回路。

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