JP2009231713A - 発光ダイオード駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】発光ダイオードのスイッチングに用いるトランジスタ素子に定電流回路の機能を付与することにより、省スペース、省コストな定電流方式の発光ダイオード駆動回路を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る発光ダイオード駆動回路５０は、トランジスタ素子Ｑとエミッタ抵抗Ｒとの極めて簡素な回路構成でありながら、発光ダイオードＤに対し十分に安定した定電流を供給することができる。また、本発明に係る発光ダイオード駆動回路５０は、発光ダイオードＤのスイッチングに用いるトランジスタ素子Ｑを同時に定電流回路として用いるため、定電流回路のためのスペース及び部品がほとんど不要となり、省スペース化と省コスト化を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードを駆動させる発光ダイオード駆動回路に関し、特に定電流方式により発光ダイオードを駆動させる発光ダイオード駆動回路に関するものである。

近年、電気電子機器、特に車載用電子機器等の操作部における操作状態の表示等に、長寿命、低消費電力で発熱が少なくかつ小型化が可能な発光ダイオードが多く用いられている。そして、発光ダイオードを操作状態の表示等に用いる場合には、操作部の個々のスイッチや操作状態表示ごとに発光ダイオードを設けることが多く、このため、個別に点灯制御される発光ダイオードの数は増加する傾向にある。これら発光ダイオードを点灯させるための一般的な駆動方式としては、一定の電圧を印加して発光ダイオードを点灯させる定電圧方式と、一定の電流を印加して発光ダイオードを点灯させる定電流方式とが存在する。ここで、従来の定電圧方式による発光ダイオード駆動回路の例を図４に示す。

図４に示す従来の発光ダイオード駆動回路では、マイクロコンピュータ等の制御素子１０のポートＰと発光ダイオードＤに対するスイッチング素子として機能するトランジスタＱ１のベースとがベース抵抗Ｒ２を介して接続されている。そして、トランジスタＱ１のコレクタと発光ダイオードＤのカソードとが接続され、トランジスタＱ１のエミッタとＧＮＤとが接続されている。また、発光ダイオードＤのアノードは、電源からの供給電圧Ｂを定電圧化する定電圧回路１２の出力と接続されている。

そして、特定の発光ダイオードＤを点灯させる場合、制御素子１０はその発光ダイオードＤが接続されているトランジスタＱ１のベースに対し、ポートＰを介して所定の制御電圧を出力する。トランジスタＱ１のベースに制御電圧が出力されるとトランジスタＱ１がオン動作し、オン動作したトランジスタＱ１に接続されている発光ダイオードＤに定電圧回路１２から電流が流れることにより発光ダイオードＤが点灯する。

しかしながら、発光ダイオードＤにはその順方向電圧にばらつきが存在するため、定電圧回路１２から定電圧を印加しても発光ダイオードＤに流れる電流にばらつきが生じる。これにより、個々の発光ダイオードＤの照度が異なることとなる。よって、この発光ダイオードＤの順方向電圧のばらつきに伴う電流ばらつきの影響を低減するために、比較的抵抗値の大きい抵抗Ｒ１を発光ダイオードＤのアノードと定電圧回路１２の出力との間に設ける必要がある。ただし、この抵抗Ｒ１を設けることにより電圧ロスが増大し、発光ダイオードＤの直列接続数が制限される他、省電力化の観点からも好ましいものではない。

この点、定電流方式による発光ダイオード駆動回路は、発光ダイオードＤの順方向電圧のばらつきによらず一定の電流が発光ダイオードＤに流れるため、発光ダイオードＤの照度を同等とすることができる。このような定電流方式による発光ダイオード駆動回路の例として、下記［特許文献１］に開示された発明が挙げられる。

特開２００７−２９９９２８号公報

しかしながら、多数の発光ダイオードのオン・オフを個別に制御する場合、［特許文献１］に示されるような定電流方式による発光ダイオード駆動回路では、個々の発光ダイオード毎に定電流回路が必要となり、定電流回路の占めるスペースの増大や部品コストの増加を招くという問題点がある。特に、［特許文献１］に開示された発明では、定電流の生成に比較的高価なツェナーダイオードを用いているため、多数の発光ダイオードのオン・オフを個別に制御する場合、部品コストの増加が顕著となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、発光ダイオードのスイッチングに用いるトランジスタ素子に定電流回路の機能を付与することにより、省スペース、省コストな定電流方式の発光ダイオード駆動回路を提供することを目的とする。

本発明は、
制御素子１０のポートＰから出力する制御電圧によって発光ダイオードＤのスイッチングを行う発光ダイオード駆動回路において、
前記ポートＰとベースとが接続されるとともにコレクタに発光ダイオードＤもしくは複数の発光ダイオードＤを点灯させる第２の駆動回路１６が接続されたトランジスタ素子Ｑと、
当該トランジスタ素子ＱのエミッタとＧＮＤ間に接続されたエミッタ抵抗Ｒと、を有し、
前記トランジスタ素子Ｑが制御電圧により前記発光ダイオードＤのスイッチングを行うとともに、前記トランジスタ素子Ｑと前記エミッタ抵抗Ｒとが前記発光ダイオードＤに流れる電流を定電流化することを特徴とする発光ダイオード駆動回路５０を提供することにより、上記課題を解決する。

本発明に係る発光ダイオード駆動回路は、上記のような構成のため、
発光ダイオードＤのスイッチングに用いるトランジスタ素子Ｑにエミッタ抵抗Ｒを設けることで定電流回路の機能を付与する。これにより、定電流方式の発光ダイオード駆動回路の省スペース化、省コスト化を図ることができる。

本発明に係る発光ダイオード駆動回路の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る発光ダイオード駆動回路の一実施の形態を示す回路図である。図２、図３は本発明に係る発光ダイオード駆動回路の使用例を示す回路図である。尚、図１〜図３においては、ポートの数が３つの例を用いたが、特にこの数に限定されるものではない。また、図１〜図３における発光ダイオードの数も、図１〜図３の例に特に限定されるものではなく、任意の数だけ設置することが可能である。さらに、図１においては、１つの発光ダイオード駆動回路で１つの発光ダイオードを駆動する例を示しているが、１つの発光ダイオード駆動回路に複数の発光ダイオードを直列に接続しても良い。

図１に示す、本発明に係る発光ダイオード駆動回路５０は、トランジスタ素子Ｑと所定の抵抗値を有するエミッタ抵抗Ｒとを有している。そして、トランジスタ素子Ｑのベースはマイクロコンピュータ等の制御素子１０のポートＰと接続され、コレクタは発光ダイオードＤのカソードと接続され、エミッタは発光ダイオード駆動回路５０を構成するエミッタ抵抗Ｒを介してＧＮＤと接続されている。また、発光ダイオードＤのアノードは電源等からの供給電圧Ｂと接続されている。尚、図１及び後述する図２、図３においては、ポートＰとトランジスタ素子Ｑのベース間及び、トランジスタ素子Ｑのベース―エミッタ間にバイアス抵抗を設置しても良い。

上記の制御素子１０には、図示しない定電圧回路から５Ｖ、もしくは３．３Ｖ等の所定の定電圧Ｖｄｄが供給され、この定電圧Ｖｄｄにより制御素子１０が動作する。尚、一般的に制御素子１０が要求する定電圧の範囲は通常の電子機器回路よりも狭いため、制御素子１０に供給される定電圧Ｖｄｄは高精度の定電圧回路により生成された極めて安定した定電圧である。

また、制御電圧を出力する制御電圧出力部１４は、例えば図１に示すようなＣＭＯＳ回路で構成されており、よって制御電圧出力部１４からポートＰを介して出力する制御電圧も定電圧Ｖｄｄと同等の極めて安定した定電圧となる。

ここで、制御素子１０の図示しない制御部が特定の発光ダイオードＤの点灯を指示すると、その発光ダイオードＤの発光ダイオード駆動回路５０と接続した制御電圧出力部１４から制御電圧が出力する。出力した制御電圧はポートＰを介してトランジスタ素子Ｑのベースに入力し、トランジスタ素子Ｑがオン動作する。これにより、供給電圧Ｂから発光ダイオードＤにコレクタ電流が流れて発光ダイオードＤが点灯する。

ここで仮に、供給電圧Ｂからのコレクタ電流がなんらかの要因により増加したとすると、エミッタ抵抗Ｒに流れるエミッタ電流も増加する。エミッタ電流が増加するとエミッタ抵抗Ｒにかかる電圧Ｖｒが上昇する。制御電圧（ベース電圧）は安定した定電圧であるから、エミッタ抵抗Ｒにかかる電圧Ｖｒが上昇するとトランジスタ素子Ｑのベースエミッタ間電圧Ｖｂｅが減少する。ベースエミッタ間電圧Ｖｂｅが減少するとベース電流が減少し、それに伴ってコレクタ電流が減少する。その結果、発光ダイオードＤに流れる電流は一定となる。反対に、コレクタ電流が減少したとすると、エミッタ抵抗Ｒに流れるエミッタ電流も減少する。エミッタ電流が減少するとエミッタ抵抗Ｒにかかる電圧Ｖｒが減少し、これに伴ってトランジスタ素子Ｑのベースエミッタ間電圧Ｖｂｅが上昇する。ベースエミッタ間電圧Ｖｂｅが上昇するとベース電流が増加し、それに伴ってコレクタ電流が増加する。その結果、発光ダイオードＤに流れる電流は一定となる。

また、前述のようにトランジスタ素子Ｑのベースに入力する制御電圧は極めて安定した定電圧であるため、制御電圧（ベース電圧）の変動によるコレクタ電流の増減もほとんど生じることが無い。よって、本発明に係る発光ダイオード駆動回路５０は、トランジスタ素子Ｑとエミッタ抵抗Ｒとの極めて簡素な回路構成でありながら、発光ダイオードＤに対し十分に安定した定電流を供給することができる。また、本発明に係る発光ダイオード駆動回路５０は、発光ダイオードＤのスイッチングに用いるトランジスタ素子Ｑを同時に定電流回路として用いるため、定電流回路のためのスペース及び部品がほとんど不要となり、省スペース化と省コスト化を図ることができる。

尚、発光ダイオードＤに流れるコレクタ電流は、接続するエミッタ抵抗Ｒの抵抗値を変えることで容易に変更することができる。また、本発明に係る発光ダイオード駆動回路５０はエミッタホロワ回路を構成しているため入力インピーダンスが高く、制御素子１０の制御電圧出力部１４を構成するトランジスタのロス分を小さくすることができる。

また、本発明に係る発光ダイオード駆動回路５０は、図２、図３に示すように、トランジスタ素子Ｑのコレクタに、複数の発光ダイオードＤの点灯を行う第２の駆動回路１６を接続しても良い。

図２に示す本発明に係る発光ダイオード駆動回路５０の使用例では、発光ダイオード駆動回路５０を構成するトランジスタ素子Ｑのコレクタに、第２の駆動回路１６を構成するトランジスタＱ２のベース及びコレクタとＱ３のベースとが接続されている。そして、トランジスタＱ３のコレクタにはそれぞれ発光ダイオードＤのアノードが接続され、発光ダイオードＤのカソードはＧＮＤに接続されている。また、トランジスタＱ２、Ｑ３のエミッタには抵抗Ｒ３を介して供給電圧Ｂに接続される。尚、抵抗Ｒ３はトランジスタＱ２、Ｑ３の順方向抵抗のばらつきによる影響を低減するためのものである。

図２に示す第２の駆動回路１６はトランジスタＱ２とトランジスタＱ３とが、カレントミラー回路を構成しているため、発光ダイオード駆動回路５０に定電流化されたコレクタ電流が流れると、トランジスタＱ３にもその定電流化されたコレクタ電流と同等のコレクタ電流が流れる。これにより、トランジスタＱ３に接続された複数の発光ダイオードＤを定電流方式で駆動することができる。

尚、図３に示すように、複数の発光ダイオードＤを直列に接続するなどして多数の発光ダイオードＤを点灯させる場合には、発光ダイオード駆動回路５０を構成するトランジスタ素子ＱのコレクタとトランジスタＱ２、Ｑ３のベースとの間にトランジスタＱ４を設け、トランジスタＱ２、Ｑ３のベース電流を増幅することが好ましい。

以上のことから、本発明に係る発光ダイオード駆動回路５０によれば、発光ダイオードＤのスイッチングに用いるトランジスタ素子Ｑにエミッタ抵抗Ｒを設けることで定電流回路の機能を付与し、定電流方式の発光ダイオード駆動回路の省スペース化、省コスト化を図ることができる。

また、発光ダイオード駆動回路５０は定電流方式であるため、図３に示すように複数の発光ダイオードＤを直列に接続した場合でも、それぞれの発光ダイオードＤの順方向抵抗のばらつきの影響を受けることは無い。また、定電圧方式の発光ダイオード駆動回路とは異なり、発光ダイオードＤへ定電圧を供給する定電圧回路１２が不要となる他、熱の集中が生じないために放熱板が不要となるなど、更なる部品コストの削減が可能となる。

尚、本発明は本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することが可能である。

本発明に係る発光ダイオード駆動回路の一実施の形態を示す回路図である。 本発明に係る発光ダイオード駆動回路の使用例を示す回路図である。 本発明に係る発光ダイオード駆動回路の使用例を示す回路図である。 従来の定電圧方式の発光ダイオード駆動回路を示す回路図である。

符号の説明

１０ 制御素子
１６ 第２の駆動回路
５０ 発光ダイオード駆動回路
Ｄ 発光ダイオード
Ｐ ポート
Ｑ トランジスタ素子
Ｒ エミッタ抵抗

Claims (1)

1. 制御素子のポートから出力する制御電圧によって発光ダイオードのスイッチングを行う発光ダイオード駆動回路において、
   前記ポートとベースとが接続されるとともにコレクタに発光ダイオードもしくは複数の発光ダイオードを点灯させる第２の駆動回路が接続されたトランジスタ素子と、
   当該トランジスタ素子のエミッタとＧＮＤ間に接続されたエミッタ抵抗と、を有し、
   前記トランジスタ素子が制御電圧により前記発光ダイオードのスイッチングを行うとともに、前記トランジスタ素子と前記エミッタ抵抗とが前記発光ダイオードに流れる電流を定電流化することを特徴とする発光ダイオード駆動回路。

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