JP2010062515A - 発光ダイオード駆動回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】交流電源を直流電源に変換するための交流/直流変換回路と、交流/直流変換回路に接続される入力接点を有するスイッチング要素と、第一抵抗がその電力接点とスイッチング要素の入力接点の間に位置し、スイッチング要素をオンまたはオフするために制御信号をスイッチング要素に所定の周波数で出力するための制御ユニットと、制御ユニットが直流電源のハーフサイクル電圧を検知できるための第二抵抗と、制御ユニットの電力接点に接続される第一端末及び接地接点に接続される第二端末を有するコンデンサと、及び接地接点に接続される第一端末及びコンデンサの第二端末に接続される第二端末を有し、第二端末が発光ダイオードに接続される誘導器とを備える。
【選択図】図6
Description
このように、応用機器をデザインするに際しては、製品開発者は、スクリーンのバックライトを制御するために、駆動回路及び集積回路(ICs)を通してLEDの電流を如何に制御するか考慮しなければならない。
電圧差が所定の値より低い場合は、負荷電流はオンになり、電圧差が所定の値より高い場合は負荷電流はオフになる。このようにして負荷電流は効果的に制限される。
該交流/直流変換回路は交流電力を直流電力に変換する。該スイッチング要素は入力接点、出力接点、及び制御接点を備え、スイッチング要素の該入力接点は交流/直流変換回路に接続される。該制御ユニットは電力接点、制御接点、検出接点及び接地接点を備え、第一抵抗が制御ユニットの電力接点とスイッチング要素の入力接点の間に位置し、該制御ユニットがスイッチング要素をオン・オフするために制御信号を制御接点からスイッチング要素の制御接点に設定された周波数で出力する。第二抵抗は、該制御ユニットが直流電源のハーフサイクル電位差を検知できるように、制御ユニットの検出接点と接地接点の間に位置する。該第一コンデンサは第一端末及び第二端末を備え、第一コンデンサの該第一端末は電力接点に接続され、第一コンデンサの第二端末は接地接点に接続されている。該第一誘導器は第一端末及び第二端末を備え、第一誘導器の該第一端末は接地接点と第一コンデンサの第二端末に接続され、第一誘導器の第二端末は負荷に接続される。
第一実施形態において、スイッチング要素MswはN−MOSFETであり、スイッチング要素Mswの入力接点はN−MOSFETのドレインに相当し、スイッチング要素Mswの出力接点はN−MOSFETのソースに相当し、スイッチング要素Mswの制御接点はN−MOSFETのゲートに相当する。
制御ユニット20の該制御接点GDRVはスイッチング要素Mswの制御接点に接続されている。
制御ユニット20の該検知接点Vsenはスイッチング要素Mswの出力接点に接続されている。
第一抵抗R1は制御ユニット20の電力接点Vccとスイッチング要素Mswの入力接点の間に位置する。
第一抵抗R1は第一端末と第二端末を備える。第一抵抗R1の第一端末はスイッチング要素Mswの入力接点と交流/直流変換回路10に接続される。
第一抵抗R1の該第二端末は制御ユニット20の電力接点Vccに接続される。
該制御ユニット20は、スイッチング要素Mswをオン・オフするように、制御信号を制御接点GDRVからスイッチング要素Mswの制御接点に所定の周波数にて出力する。
該第二抵抗R2は第一端末及び第二端末を備える。
第二抵抗R2の第一端末は制御ユニット20の検知接点Vsen及びスイッチング要素Mswの出力接点に接続される。
第二抵抗R2の該第二端末は制御ユニット20の接地接点Gndに接続される。
該第二抵抗R2は制御ユニット20が直流電源のハーフサイクル電位差を検知するのを可能にする。
さらに、第二抵抗R2のインピーダンスは第一抵抗R1のそれより小さい、即ち、第一抵抗R1のインピーダンスは第二抵抗R2のそれの約106倍である。
第一コンデンサC1の該第一端末は電力接点Vccに接続される。
第一コンデンサC1の該第二端末は接地接点Gndに接続される。
第一誘導器L1の該第一端末は接地接点Gnd及び第一コンデンサC1の第二端末に接続される。
第一誘導器L1の該第二端末は負荷に接続される。
該負荷は直列に連結された複数個のLEDsを含む直列のLEDsである。
第一LED LED1の陽極は第一誘導器L1の第二端末に接続され、第一LED LED1の陰極は隣のLEDの陽極に接続され、以下同様に続く。
n番目のLED LEDnの陰極は接地される。
第一実施形態において、出力コンデンサCoutの電気容量は第一コンデンサC1のそれにほぼ等しい。
図2Aにおいて、横軸は時間(t)であり、縦軸IR1は第一抵抗の電流であり、縦軸Vc1は第一コンデンサC1の電位差であり、縦軸GDRVは制御ユニット20の制御接点の電位差であり、縦軸GndFは接点GndFの電位差である。
図2Bにおいて、横軸は時間(t)であり、縦軸GndFは接点GndFの電位差であり、縦軸IL1は第一誘導器L1の電流であり、縦軸IDr1は第一ショットキーダイオードDr1の電流であり、縦軸ILEDはLEDの電流である。次に、回路の動作原理は次のように記述される。
ハーフサイクル検知ができるLED駆動回路の初期においては、該スイッチング要素Mswがオフ(OFF)状態にあり、交流/直流変換回路10の出力電流IR1は直列LEDsに、第一抵抗R1、第一コンデンサC1、及び第一誘導器L1を通って流れる。
出力電流IR1の値はVA/R1であり、VAは第一抵抗R1の2つの端末間の電圧降下である。この時点で、出力電流IR1は第一コンデンサC1を充電する。
第一コンデンサC1の充電状態に従って、出力電流IR1は次第に減少する。
第一コンデンサC1が飽和状態まで充電された後は、制御ユニット20が作動し始める。
ここで、制御ユニット20の作動電圧は17Vである。
次に、スイッチング要素Mswをオン(ON)するように、制御ユニット20は制御信号を制御接点GDRVからスイッチング要素Mswに出力する。
図4Aにおいて、横軸は時間(t)であり、縦軸Vsenは制御ユニット20の検知接点の電位差であり、縦軸GDRVは制御ユニット20の制御接点の電位差であり、縦軸GndFは接点GndFの電位差であり、縦軸IMswはスイッチング要素の電流である。
図4Bにおいて、横軸は時間(t)であり、縦軸IMswはスイッチング要素の電流であり、縦軸IL1は第一誘導器L1の電流であり、縦軸IDr1は第一ショットキーダイオードDr1の電流であり、縦軸ILEDはLEDの電流である。
次に、回路の動作原理は以下のようである。制御信号の正のハーフサイクルにおいて該電流IMswは、第一誘導器L1を充電し、制御信号の負のハーフサイクルにおいて、第一誘導器L1は放電し、同時に第一コンデンサC1を充電する。
図5に示すように、本発明の第一実施形態にしたがう制御ユニット20は発信機201、デューティサイクルリミット(duty cycle limit)202、パルス幅変調(PWM)ラッチ203、ANDゲート204、送信回路205、低電圧安全装置206、先端ブランキングエレメント(leading edge blanking element)207、第一比較回路208、ORゲート209、NORゲート210、過電圧保護装置211、及び基準電圧V1、を備える。
先端ブランキングエレメント207の出力端末は第一比較回路208の第一入力端末に接続される。
第一比較回路208の第二入力端末は基準電圧V1の第一端末に接続される。基準電圧V1の第二端末は接地される。第一比較回路208の出力端末はORゲート209の第一入力端末に接続される。ORゲート209の出力端末はPWMラッチ203の第二入力端末に接続される。
イネーブル(enabling)接点ENはNORゲート210の第二入力端末に接続される。NORゲート210の出力端末はORゲート209の第二入力端末に接続される。接地接点Gndは接地される。
電力接点Vccが入力電力を有するとき、低電圧安全装置206の出力端末は高レベル信号をANDゲート204の第三入力端末に出力する。発信機201はパルス信号をデューティサイクルリミット202とPWMラッチ203に出力する。
図6によると、本発明のフルサイクル検知を実行可能なLED駆動回路は交流/直流変換回路10、第一抵抗R1、スイッチング要素Msw、制御ユニット20、第二抵抗R2、第一コンデンサC1、第一誘導器L1、第三抵抗R3、第一ショットキーダイオードDr1、及び第二ショットキーダイオードDr2、を備える。本明細書にいう「接続」は電気的接続のことである。
制御ユニット20の検知接点Vsenは第二抵抗R2の第一端末に接続される。制御ユニット20の接地接点Gndはスイッチング要素Mswの出力接点に接続される。第一抵抗R1は制御ユニット20の電力接点Vccとスイッチング要素Mswの入力接点の間に位置する。第一抵抗R1は第一端末及び第二端末を備える。第一抵抗R1の第一端末はスイッチング要素Mswの入力接点及び交流/直流変換回路10に接続される。第一抵抗R1の第二端末は制御ユニット20の電力接点Vccに接続される。制御ユニット20は、スイッチング要素Mswをオン・オフするように、制御信号を制御接点GDRVからスイッチング要素Mswの制御接点に所定の周波数で出力する。
図7Aにおいて、横軸は時間(t)であり、縦軸Vsenは制御ユニット20の検知接点の電位差であり、縦軸GDRVは制御ユニット20の制御接点の電位差であり、縦軸GndFは接点GndFの電位差であり、縦軸IMswはスイッチング要素の電流である。
図7Bにおいて、横軸は時間(t)であり、縦軸IMswはスイッチング要素の電流であり、縦軸IL1は第一誘導器L1の電流であり、縦軸IDr1は第一ショットキーダイオードDr1の電流であり、縦軸ILEDはLEDの電流である。次に、回路の動作原理は以下に述べられる。制御信号の正のハーフサイクルにおいて、電流IMswは、第一誘導器L1を充電し、制御信号の負のハーフサイクルにおいては第一誘導器L1は放電し同時に第一コンデンサC1を充電する。
第一半導体素子Q1の出力接点は第一演算増幅器215の第二入力端末に接続される。第一半導体素子Q1の入力接点は第二半導体素子Q2の出力接点に接続される。第二半導体素子Q2の入力接点は電力接点Vccに接続される。第二半導体素子Q2の制御接点は第三半導体素子Q3の制御接点と第二半導体素子Q2の出力接点に接続される。
第三半導体素子Q3の出力接点は第一比較回路208の第二入力端末に接続される。
第一比較回路208の出力端末はANDゲート204の第一入力端末に接続される。
第五抵抗R5の第一端末は第一比較回路208の第二入力端末に接続される。
第五抵抗R5の第二端末は第六抵抗R6の第一端末に接続される。
第六抵抗R6の第二端末は接地される。
図9に示すように、本発明の第三及び第二実施形態の違いは、第三実施形態においては検知接点Vsenと接地接点Gndの位置が交換されている点にある。第二実施形態では検知接点Vsenは負の電圧を得るのに対し、第三実施形態では検知接点は正の電圧を得る。第二及び第三実施形態の他の動作原理及び回路の機能は同じである。
第一誘導器L1の第一端末は第二抵抗R2の第一端末及び第一コンデンサC1の第二端末に接続される。
第一誘導器L1の第二端末は負荷に接続される。負荷は直列に連結される複数個のLEDsからなる直列のLEDsである。
第一LED LED1の陽極は第一誘導器L1の第二端末に接続され、第一LED LED1の陰極は隣のLEDの陽極に接続され、以下同様である。
n番目のLED LEDnの陰極は接地される。
図10Aにおいて、横軸は時間(t)であり、縦軸Vsenは制御ユニット20の検知接点の電位差であり、縦軸GDRVは制御ユニット20の制御接点の電位差であり、縦軸GndFは接点GndFの電圧であり、縦軸IMswはスイッチング要素の電流である。
図10Bにおいて、横軸は時間(t)であり、縦軸IMswはスイッチング要素の電流であり、縦軸IL1は第一誘導器L1の電流であり、縦軸IDr1は第一ショットキーダイオードDr1の電流であり、縦軸ILEDはLEDの電流である。次に、回路の動作原理は以下に述べる通りである。制御信号の正のハーフサイクルにおいて、電流IMswは第一誘導器L1を充電し、制御信号の負のハーフサイクルにおいて第一誘導器L1は放電し、同時に第一コンデンサC1を充電する。
20 制御ユニット
201 発信機
202 デューティサイクルリミット
203 パルス幅変調(PWM)ラッチ
204 ANDゲート
205 送信回路
206 低電圧安全装置
207 先端ブランキングエレメント
208 第一比較回路
209 ORゲート
210 NORゲート
211 過電圧保護装置
212 基準電圧発生器
213 電圧/電流基準信号発生器
214 電圧安定装置
215 第一演算増幅器
216 過熱時電力オフコントローラ
C1 第一コンデンサ
Cin 入力コンデンサ
Cout 出力コンデンサ
Dr1 第一ショットキーダイオード
Dr2 第二ショットキーダイオード
GDRV 制御接点
Gnd 接地接点
IDr1 縦軸
ILED 縦軸
IL1 縦軸
IMsw 縦軸
IR1 縦軸
L1 第一誘導器
R1 第一抵抗
R2 第二抵抗
R3 第三抵抗
R4 第四抵抗
R5 第五抵抗
R6 第六抵抗
Msw スイッチング要素
Q1 第一半導体素子
Q2 第二半導体素子
Q3 第三半導体素子
Q4 第四半導体素子
V1 基準電圧
Vc1 縦軸
Vcc 電力接点
Vin 直流電源
Vsen 検知接点
Claims (20)
- 交流電源を直流電源に変換する、交流/直流変換回路と、
入力接点が前記交流/直流変換回路に接続される、入力接点、出力接点、及び制御接点を有する、スイッチング要素と、
第一抵抗が制御ユニットの電力接点と前記スイッチング要素の前記入力接点の間に位置し、前記スイッチング要素をオン・オフするように、制御ユニットが制御信号を前記スイッチング要素の前記制御接点に制御接点から所定の周波数に従って出力する、電力接点、制御接点、検知接点、及び接地接点を有する、制御ユニットと、
前記制御ユニットが前記直流電源の電圧を検知出来るために、前記制御ユニットの前記検知接点と前記接地接点の間に位置する、第二抵抗と、
第一コンデンサの第一端末が前記電力接点に接続され、第一コンデンサの第二接点が前記接地接点に接続される、第一端末及び第二端末を有する、第一コンデンサと、
第一誘導器の第一端末が前記接地接点及び前記第一コンデンサの前記第二端末に接続され、第一誘導器の第二端末がLEDに接続される、第一端末及び第二端末を有する、第一誘導器と、
第三抵抗の第一端末が前記第一コンデンサの前記第一端末に接続される、第一端末及び第二端末を有する、第三抵抗、及び、
第一ショットキーダイオードの陰極が前記第三抵抗の前記第二端末に接続され、第一ショットキーダイオードの陽極が前記第一誘導器の前記第二端末に接続される、陰極及び陽極を有する、第一ショットキーダイオード、
からなる事を特徴とする、LEDを駆動する発光ダイオード(LED)駆動回路。 - 前記交流/直流変換回路が全波ブリッジ整流器を構成する、請求項1に記載のLED駆動回路。
- 前記交流/直流変換回路が半波ブリッジ整流器を構成する、請求項1に記載のLED駆動回路。
- 前記第一誘導器の前記第二端末が前記LEDの陽極に接続され、前記LEDの陰極が接地される、請求項1に記載のLED駆動回路。
- 前記接地接点が第二ショットキーダイオードの陰極に接続され、前記第二ショットキーダイオードの陽極が接地される、請求項1に記載のLED駆動回路。
- 出力コンデサの第一端末が前記第一ショットキーダイオードの陽極に接続され、前記出力コンデンサの第二端末が接地される、第一端末及び第二端末を有する出力コンデンサを更に備える、請求項1に記載のLED駆動回路。
- 交流電源を直流電源に変換するための、交流/直流変換回路と、
入力接点が前記交流/直流変換回路に接続される、入力接点、出力接点、及び制御接点を有する、スイッチング要素と、
第一抵抗が制御ユニットの電力接点と前記スイッチング要素の前記入力接点間に位置し、制御ユニットが、前記スイッチング要素をオン・オフするように、制御信号を前記スイッチング要素の前記制御接点に制御接点から出力する、電力接点、制御接点、検知接点、及び接地接点を有する、制御ユニットと、
前記制御信号を出力するかどうか決定するように、前記制御ユニットが前記直流電源の電圧を検知できるために、第一端末及び第二端末を有し、前記制御ユニットの前記検知接点と前記接地接点の間に位置する、第二抵抗と、
第一コンデンサの第一端末が前記電力接点に接続され、第一コンデンサの第二端末が前記接地接点と前記第二抵抗の前記第二端末に接続される、第一端末及び第二端末を有する、第一コンデンサと、
第一誘導器の第一端末が前記第二抵抗の前記第一端末に接続され、第一誘導器の第二端末がLEDに接続される、第一端末及び第二端末を有する、第一誘導器と、
第三抵抗の第一端末が前記第一コンデンサの前記第一端末に接続される、第一端末及び第二端末を有する、第三抵抗、及び、
第一ショットキーダイオードの陰極が前記第三抵抗の前記第二端末に接続され、第一ショットキーダイオードの陽極が前記第一誘導器の前記第二端末に接続される、陰極及び陽極を有する、第一ショットキーダイオード、
からなる事を特徴とする、LEDを駆動する発光ダイオード(LED)駆動回路。 - 前記交流/直流変換回路が全波ブリッジ整流器を構成する、請求項7に記載のLED駆動回路。
- 前記交流/直流変換回路が半波ブリッジ整流器を構成する、請求項7に記載のLED駆動回路。
- 前記第一誘導器の前記第二端末が前記LEDの陽極に接続され、前記LEDの陰極が接地される、請求項7に記載のLED駆動回路。
- 前記第三抵抗と前記第一ショットキーダイオードが前記第一コンデンサの前記第一端末と前記第一誘導器の前記第二端末の間で直列に連結される、請求項7に記載のLED駆動回路。
- 前記接地接点が第二ショットキーダイオードの陰極に接続され、前記第二ショットキーダイオードの陽極が接地される、請求項7に記載のLED駆動回路。
- 出力コンデンサの第一端末が前記第一ショットキーダイオードの陽極に接続され、前記出力コンデンサの第二端末が接地される、第一端末及び第二端末を有する出力コンデンサをさらに備える、請求項7に記載のLED駆動回路。
- 交流電源を直流電源に変換するための、交流/直流変換回路と、
入力接点が前記交流/直流変換回路に接続される、入力接点、出力接点、及び制御接点を有する、スイッチング要素と、
第一抵抗が制御ユニットの電力接点と前記スイッチング要素の前記入力接点の間に位置し、制御ユニットが、前記スイッチング要素をオン・オフするよう、制御信号を前記スイッチング要素の前記制御接点に制御接点から出力する、電力接点、制御接点、検知接点、及び接地接点を有する、制御ユニットと、
前記制御信号を出力するかどうか決定するために、前記制御ユニットが前記直流電源の電圧を検知することができるよう、第一端末及び第二端末を有し、前記制御ユニットの前記検知接点と前記接地接点の間に位置する、第二抵抗と、
第一コンデンサの第一端末が前記電力接点に接続され、第一コンデンサの第二端末が前記第二抵抗の前記接地接点及び第一端末に接続される、第一端末及び第二端末を有する、第一コンデンサと、
第一誘導器の第一端末が前記第二抵抗の前記第一端末に接続され、第一誘導器の第二端末がLEDに接続される、第一端末及び第二端末を有する、第一誘導器と、
第三抵抗の第一端末が第一コンデンサの第一端末に接続される、第一端末及び第二端末を有する、第三抵抗、及び、
第一ショットキーダイオードの陰極が前記第三抵抗の前記第二端末に接続され、第一ショットキーダイオードの陽極が前記第一誘導器の前記第二端末に接続される、陰極及び陽極を有する、第一ショットキーダイオード、
からなる事を特徴とする、LEDを駆動するための発光ダイオード(LED)駆動回路。 - 前記交流/直流変換回路が全波ブリッジ整流器を構成する、請求項14に記載のLED駆動回路。
- 前記交流/直流変換回路が半波ブリッジ整流器を構成する、請求項14に記載のLED駆動回路。
- 前記第一誘導器の前記第二端末が前記LEDの陽極に接続され、前記LEDの陰極が接地される、請求項14に記載のLED駆動回路。
- 第三抵抗と前記第一ショットキーダイオードが前記第一コンデンサの前記第一端末と前記第一誘導器の前記第二端末の間で直列に連結される、請求項14に記載のLED駆動回路。
- 前記検知接点が第二ショットキーダイオードの陰極及び前記第二抵抗の前記第二端末に接続され、前記第二ショットキーダイオードの陽極が接地される、請求項14に記載のLED駆動回路。
- 出力コンデンサの第一端末が前記第一ショットキーダイオードの前記陽極に接続され、出力コンデンサの第二端末が接地される、第一端末及び第二端末を有する出力コンデンサをさらに備える、請求項14に記載のLED駆動回路。
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