JP2009231580A - Ｌｅｄ駆動モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤの駆動電圧以上の電源電圧を確保するだけで電源電圧変動、ＬＥＤの諸特性及び使用環境に影響されることなく安定した駆動電流を維持できるＬＥＤ駆動モジュールを提供することにある。
【解決手段】ＬＥＤ駆動モジュールの構成を、該ＬＥＤ駆動モジュールに印加される電圧の安定化を図る電圧安定化部２、安定化電圧に基づき所定の基準電圧を生成する基準電圧生成部３、及び基準電圧生成部からの基準電圧に基づいてＬＥＤに定電流を供給する定電流源部４からなるものとし、ＬＥＤ駆動モジュールを構成するＬＥＤを同様にＬＥＤ駆動モジュールを構成する定電流回路により定電流駆動するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明はＬＥＤ駆動モジュールに関するものであり、詳しくは、回路構成、電源電圧変動などの電気的環境条件、及び、周囲温度、自己発熱などの温度環境条件が変わってもＬＥＤを一定の明るさに維持することが可能なＬＥＤ駆動モジュールに関する。

複数個のＬＥＤを1個の電源で駆動する場合、ＬＥＤの結線方法として主に、（１）全ＬＥＤを直列接続する方法、（２）全ＬＥＤを並列接続する方法、（３）複数のＬＥＤを直列接続したものを並列接続する方法がある。

（１）の結線方法は比較的電源電圧が高い場合、（２）の結線方法は比較的電源電圧が低い場合、（３）の結線方法は電源電圧が比較的高く且つ電源容量が比較的大きい場合に用いられる。

ところで、ＬＥＤの電圧―電流特性は温度依存性を有すると共に個々のＬＥＤによってばらつきが生じる。また、印加電圧の変動によってＬＥＤを駆動する電流値も変化する。そのため、上記いずれの結線方法においてもＬＥＤ駆動電流の安定化のための何らかの手段が施される。

最も簡単で且つ安価な方法は、ＬＥＤの直列接続回路毎に電流制限抵抗を設け、電源電圧の変動分及び熱による電圧―電流特性の変化分を電流制限抵抗の電力消費で緩和して、ＬＥＤ駆動電流の変動を抑制する方法である。

但し、この方法は、電流制限抵抗も温度依存性を有すること、及び電流制限抵抗による電力損失があること、等の問題を含んでいる。

そこで、図４に示すように、電流制限抵抗に替えてＬＥＤ５０の直列接続回路毎に定電流回路５１を設け、ＬＥＤの諸特性及び使用環境に影響されることなく安定したＬＥＤ駆動電流を維持できるような回路構成としたものもある（例えば、特許文献１参照。）。

実用新案登録第３１０５３０２号公報

ただし、上記回路構成においては、電源５２の電圧及び直列接続回路を構成するＬＥＤ５０の数が固定されている場合は同一の定電流回路５１で対応できるが、電源５２の電圧、及び／又は、ＬＥＤ５０の個数の変更に伴って定電流回路５１に印加される電圧が変わるため、最適な定電流回路５１を確保するためには設計変更及び新規作製を行う必要がある。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、ＬＥＤの駆動電圧以上の電源電圧を確保するだけで電源電圧変動、ＬＥＤの諸特性及び使用環境に影響されることなく安定したＬＥＤ駆動電流を維持できるＬＥＤ駆動モジュールを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、電源電圧を安定化する電圧安定化部と、前記電圧安定化部で安定化された電圧に基づき所定の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で生成された前記基準電圧に基づいて定電流を供給する定電流源部と、前記定電流源部から供給された前記定電流で駆動されるＬＥＤを備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記定電流源部は、前記ＬＥＤに対して直列に設けられた電流検出抵抗にＬＥＤ駆動電流が供給されたときの該電流検出抵抗における降下電圧と前記基準電圧がオペアンプに入力され、前記オペアンプの出力によって前記降下電圧と前記基準電圧が一致するように前記ＬＥＤ駆動電流が定電流化されることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１または２のいずれか１項において、前記ＬＥＤ駆動電流は前記オペアンプの出力に接続されたトランジスタを介して制御されることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１〜３のいずれか１項において、前記基準電圧は、抵抗分圧により生成されることを特徴とするものである。

本発明のＬＥＤ駆動モジュールは、光源となるＬＥＤと該ＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動電流を定電流化する定電流源部を備えている。そして、ＬＥＤ駆動モジュールが電源に対してフローティング状態にあっても所定の電位差があればＬＥＤの定電流駆動が可能となる。

ＬＥＤの諸特性及び使用環境に影響されることなくＬＥＤの安定した駆動電流を維持することができる。また、ＬＥＤ駆動モジュールの直列接続数及び／又は並列接続数は限定されることがなくＬＥＤの必要個数及び電源電圧・容量に基づくＬＥＤ駆動モジュールの接続の自由度を高めることができる。更に、単独のＬＥＤ駆動モジュール及び複数のＬＥＤ駆動モジュールからなる回路構成において、特別にＬＥＤ駆動電流の安定化手段を設ける必要がなく、回路構成の変更に対して容易に且つ迅速に対応することができる。などの優れた効果を奏するものである。

以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図３を参照しながら、詳細に説明する。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。

図１は本発明のＬＥＤ駆動モジュール１を構成する回路図である。ＬＥＤ駆動モジュール１は該ＬＥＤ駆動モジュール１に印加される電圧の安定化を図る電圧安定化部２、安定化電圧に基づき所定の基準電圧を生成する基準電圧生成部３、及び基準電圧生成部からの基準電圧に基づいてＬＥＤに定電流を供給する定電流源部４を有している。

電圧安定化部２は、ＮＰＮトランジスタＱ１のコレクタ端子Ｃが高電位入力端子（電圧入力端子の高電位側）Ｖ_Ｈに接続されると共に、抵抗Ｒ１及びツェナーダイオードＺＤを介して低電位入力端子（電圧入力端子の低電位側）Ｖ_Ｌに接続されている。

ベース端子Ｂは抵抗Ｒ１とツェナーダイオードＺＤの接続点ａに接続されると共に、コンデンサＣ１を介して低電位入力端子Ｖ_Ｌに接続されている。

この場合、電圧入力端子（Ｖ_Ｈ−Ｖ_Ｌ）間に印加される電圧を６Ｖと想定しており、ツェナー電圧が５．６ＶのツェナーダイオードＺＤによってトランジスタＱ１のベースの電位を低電位入力端子Ｖ_Ｌの電位に対して５．６Ｖ高い電位にクランプしている。

これにより、電圧安定化部２を構成するトランジスタＱ１のエミッタ端子Ｅ及びコンデンサＣ２を介して５Ｖの安定化電圧が基準電圧生成部３及び定電流源部４に印加される。

基準電圧生成部３は、直列接続された抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の両端に安定化電圧（５Ｖ）が印加され、両抵抗の接続点ｂの電位が基準電位Ｖ_ｒｅｆとして定電流源部４に供給される。

定電流源部４は、安定化電圧（５Ｖ）がオペアンプＯＰの電源端子と、直列接続されたＬＥＤ、ＭＯＳＦＥＴ（ドレインＤ−ソースＳ）Ｑ２、及び電流検出抵抗Ｒ４の両端に印加され、オペアンプＯＰの出力端子がＭＯＳＦＥＴＱ２のゲート端子Ｇに接続されている。

ＭＯＳＦＥＴの非反転入力端子（＋）は基準電圧生成部３の抵抗接続点ｂに接続されて基準電圧Ｖ_ｒｅｆが印加され、反転入力端子（−）は一方の端子が低電位入力端子Ｖ_Ｌに接続された電流検出抵抗Ｒ４の他方の端子に帰還抵抗Ｒ５を介して接続されている。

このとき、基準電圧Ｖ_ｒｅｆは抵抗Ｒ２の抵抗値と抵抗Ｒ３の抵抗値の比により、電流検出抵抗Ｒ４に所望のＬＥＤ駆動電流Ｉ_Ｌが流れたときに該電流検出抵抗Ｒ４の両端に発生する電圧Ｖ_Ｒ４と同じになるように設定されている。

そこで、上記回路構成のＬＥＤ駆動モジュール１の低電位入力端子Ｖ_Ｌと高電位入力端子Ｖ_Ｈの間接に電圧（６Ｖ）を印加すると、電圧安定化部２で安定化された電圧５Ｖが基準電圧生成部３及び定電流源部４に供給される。

すると、オペアンプＯＰの出力により作動したＭＯＳＦＥＴＱ２を介してＬＥＤ及び電流検出抵抗Ｒ４にＬＥＤ駆動電流Ｉ_Ｌが供給され、電流検出抵抗４の電圧Ｖ_Ｒ４が帰還抵抗Ｒ５を介してオペアンプＯＰの反転入力端子（−）にフィードバックされる。

そして、オペアンプＯＰの非反転入力端子（＋）に供給された基準電圧Ｖ_ｒｅｆと反転入力端子（−）にフィードバックされた電流検出抵抗Ｒの電圧Ｖ_Ｒ４が等しくなった時点でＬＥＤ駆動電流Ｉ_Ｌは一定となり、ＬＥＤが定電流駆動されて安定した明るさが維持される。

このように、本発明のＬＥＤ駆動モジュール１は低電位入力端子Ｖ_Ｌと高電位入力端子Ｖ_Ｈを必ずしも直接電源端子に接続する必要はなく、低電位入力端子Ｖ_Ｌと高電位入力端子Ｖ_Ｈの間に電位差を設けることによりフローティング状態でもＬＥＤを定電流駆動することができる。

従って、例えばＬＥＤ駆動モジュールを図２のような結線で使用することができる。図２の回路は、３つのＬＥＤ駆動モジュール１ａ、１ｂ、１ｃを直列接続して両端に電源５からの１８Ｖを印加したものである。

つまり、３つのＬＥＤ駆動モジュール１ａ、１ｂ、１ｃのうち、第１のＬＥＤ駆動モジュール１ａの低電位入力端子Ｖ_Ｌの電位は電源の（−）側の電位０Ｖ、高電位入力端子Ｖ_Ｈの電位は６Ｖとなり、第２のＬＥＤ駆動モジュール１ｂの低電位入力端子Ｖ_Ｌの電位は第１のＬＥＤ駆動モジュール１ａの高電位入力端子Ｖ_Ｈと同電位の６Ｖ、高電位入力端子Ｖ_Ｈの電位は１２Ｖとなり、第３のＬＥＤ駆動モジュール１ｃの低電位入力端子Ｖ_Ｌの電位は第２のＬＥＤ駆動モジュール１ｂの高電位入力端子Ｖ_Ｈと同電位の１２Ｖ、高電位入力端子Ｖ_Ｈの電位は電源の（＋）側の電位１８Ｖとなる。

このとき、第１のＬＥＤ駆動モジュール１ａ、第２のＬＥＤ駆動モジュール１ｂ、及び第３のＬＥＤ駆動モジュール１ｃの夫々の両端間の電位差は６Ｖとなり、特に第２のＬＥＤ駆動モジュール１ｂは両端とも電源５には直接接続されておらず、電源に対してフローティング状態となっている。

しかしながら、第２のＬＥＤ駆動モジュール１ｂは、低電位入力端子Ｖ_Ｌの電源に対する電位は６Ｖであり高電位入力端子Ｖ_Ｈは１２Ｖであるが、低電位入力端子Ｖ_Ｌの電位を基準電位とすると低電位入力端子Ｖ_Ｌに対する高電位入力端子Ｖ_Ｈの電位は６Ｖとなり、６Ｖの電源で駆動したと同じ定電流回路の機能を果たすことができる。当然、第１のＬＥＤ駆動モジュール１ａ及び第３のＬＥＤ駆動モジュール１ｃについても同様である。

従って、ＬＥＤ駆動モジュール１の個数を増やして図３のような結線で使用することもできる。図３の回路は、ｎ個のＬＥＤ駆動モジュール（１ａ〜１ｎ）を直列接続した直列回路６をｍ個（６ａ〜６ｍ）並列接続した構成となっている。この場合も、夫々のＬＥＤ駆動モジュール（１ａ〜１ｎ）が６Ｖの電源で駆動するのと同じ定電流回路の機能を果たすことができる。

なお、ＬＥＤをパルス点灯する場合は、ＬＥＤモジュールの直列回路中にスイッチング素子を挿入し、該スイッチング素子をパルス信号でＯＮ／ＯＦＦ制御することによりＬＥＤ駆動電流の供給／停止が繰り返され、ＬＥＤがパルス点灯する。

以上説明したように、本発明のＬＥＤ駆動モジュールは光源となるＬＥＤと該ＬＥＤの駆動電流を一定に維持する定電流回路を備えている。そのため、電源電圧変動、ＬＥＤの諸特性及び使用環境に影響されることなくＬＥＤの安定したＬＥＤ駆動電流を維持することができる。

また、各ＬＥＤ駆動モジュールに必要な電位差を生じるための電源電圧が確保できるのであれば、ＬＥＤ駆動モジュールの直列接続数及び／又は並列接続数は限定されることはない。そのため、ＬＥＤの必要個数及び電源電圧・容量に基づくＬＥＤ駆動モジュールの接続の自由度を高めることができる。

また、単独のＬＥＤ駆動モジュール及び複数のＬＥＤ駆動モジュールからなる回路構成において、特別にＬＥＤ駆動電流の安定化手段を設ける必要がない。そのため、ＬＥＤ駆動モジュールからなる回路構成の変更に対して容易に且つ迅速に対応することができる。

本発明のＬＥＤ駆動モジュールの回路図である。 本発明のＬＥＤ駆動モジュールによる結線図である。 本発明のＬＥＤ駆動モジュールによる他の結線図である。 従来例の回路図である。

符号の説明

１ ＬＥＤ駆動モジュール
１ａ 第１のＬＥＤ駆動モジュール
１ｂ 第２のＬＥＤ駆動モジュール
１ｃ 第３のＬＥＤ駆動モジュール
２ 電圧安定化部
３ 基準電圧生成部
４ 定電流源部
５ 電源
６ 直列回路

Claims (4)

1. 電源電圧を安定化する電圧安定化部と、
   前記電圧安定化部で安定化された電圧に基づき所定の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で生成された前記基準電圧に基づいて定電流を供給する定電流源部と、
   前記定電流源部から供給された前記定電流で駆動されるＬＥＤを備えたことを特徴とするＬＥＤ駆動モジュール。
2. 前記定電流源部は、前記ＬＥＤに対して直列に設けられた電流検出抵抗にＬＥＤ駆動電流が供給されたときの該電流検出抵抗における降下電圧と前記基準電圧がオペアンプに入力され、前記オペアンプの出力によって前記降下電圧と前記基準電圧が一致するように前記ＬＥＤ駆動電流が定電流化されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ駆動モジュール。
3. 前記ＬＥＤ駆動電流は前記オペアンプの出力に接続されたトランジスタを介して制御されることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のＬＥＤ駆動モジュール。
4. 前記基準電圧は、抵抗分圧により生成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＬＥＤ駆動モジュール。

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