JP2010212369A - Ｌｅｄ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ列への電流供給を停止させることなく、装置としての損失を効果的に低減できるＬＥＤ駆動装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ列３Ａを構成するＬＥＤ２１Ａがショート故障すると、故障したＬＥＤ２１Ａの順方向電圧ＶF1に相当する電圧がＦＥＴ３１Ａに印加され、その消費電力が一定値以上に上昇する。このとき電力制限回路６Ａは、ＦＥＴ３１Ａの実際の損失Ｐが許容損失よりも小さくなるように、定電流回路７Ａの基準値である分圧抵抗４６Ａ，４７Ａの接続点の電位を変化させると共に、故障していない残りのＬＥＤ２２Ａ〜２６Ａが点灯し続けるように、ある程度の電流ＩF1をＬＥＤ列３Ａに供給する。そのため、ＬＥＤ２１Ａのショート故障時において、ＬＥＤ列３Ａに対する電流供給が停止する弊害を一掃できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を使用したＬＥＤ照明装置，該ＬＥＤ照明装置を用いたＬＥＤバックライト装置，および該ＬＥＤバックライト装置を使用して画像表示を行なう画像表示装置などに組み込まれ、特にＬＥＤの故障時において好適に動作するＬＥＤ駆動装置に関する。

従来、複数のＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動装置において、例えば特許文献１には、ＬＥＤ標識灯を構成する個々のＬＥＤが異常状態であるか否かを検出して、その数をカウントし、異常状態の数量が設定値以上である場合に、報知装置が異常状態を報知して、ＬＥＤ標識灯の交換を促すものが開示されている。これは、多数のＬＥＤの一個乃至数個に故障が生じても、ユニットとしての照明は損なわれにくく、そうした状況でユニットの交換や補修をいちいち行なうことは、却って不経済であるとの観点から提案されたものである。

また特許文献２には、電源電圧が供給される直列接続されたＬＥＤ列に対して、何れか一つ以上のＬＥＤがオープン（開放）故障したときに、一乃至複数のＬＥＤ毎に並列接続した電流バイパス手段としての例えばツェナーダイオードに電流を流して、ＬＥＤ列全体が消灯するのを防止するものが提案されている。

特開２００４−１２６０８２号公報 特開２００７−１６５１６１号公報

上記従来技術において、特許文献１に開示されるものは、ある程度の個数のＬＥＤが故障するまで、報知装置による異常状態の報知が行なわれず、特にＬＥＤがショート（短絡）故障した状態におけるＬＥＤ駆動装置の保護について、引用文献１では何等考慮されていない。

また、引用文献２におけるバイパス手段は、ＬＥＤのオープン故障時に対して、該ＬＥＤの電流をバイパスさせ、他の正常なＬＥＤ列を点灯させ続けようとするものであるが、ＬＥＤのショート故障時に対してバイパス手段は動作せず、結果的にＬＥＤ駆動装置の損失が増加する可能性がある。そのため引用文献１と同様に、ＬＥＤのショート故障時において、ＬＥＤ駆動装置を効果的に保護できない懸念を生じる。

こうした問題に対して、一般のＬＥＤ駆動装置に相当するＬＥＤ駆動用ＩＣには、ＬＥＤ列を構成する何れかのＬＥＤについて、何らかの原因でショート故障が発生した場合に、該当するＬＥＤ列の順方向電圧Ｖfが減少し、その分に見合う損失がＬＥＤ駆動用ＩＣに発生するのを利用した保護回路が内蔵されている。具体的には、ＬＥＤ駆動用ＩＣの外殻をなすパッケージの温度判定に基づく加熱保護機能を備えたものや、該当するＬＥＤ列を駆動するＩＣ内部回路の電圧を検出して、動作を停止させる過電圧保護機能を備えたものがある。

しかし、上記加熱保護機能や過電圧保護機能は、何れも該当するＬＥＤ列への電流供給を停止させてしまうものであるため、ＬＥＤ照明装置全体としての総合的な輝度が落ちてしまう問題があった。

本発明は上記問題点に着目してなされたもので、ＬＥＤ列への電流供給を停止させることなく、装置としての損失を効果的に低減できるＬＥＤ駆動装置を提供することを、その目的とする。

本発明のＬＥＤ駆動装置は、上記目的を達成するために、複数のＬＥＤを直列接続してなるＬＥＤ列に駆動電圧を印加するＬＥＤ駆動装置において、前記ＬＥＤ列に直列接続する半導体素子を有し、前記ＬＥＤ列に流れる電流を検出して得た検出値と基準値との比較により前記半導体素子を制御して、前記ＬＥＤ列に流れる電流を一定に保つ定電流回路と、前記半導体素子の消費電力が一定値以上になると、前記ＬＥＤの点灯を維持させつつ、前記半導体素子の許容損失よりも小さくなるように前記基準値を変化させる電力制限回路と、を備えている。

何らかの原因でＬＥＤ列を構成するＬＥＤがショート故障すると、そのＬＥＤ列に接続する半導体素子に対して、故障したＬＥＤの順方向電圧に相当する電圧が印加され、半導体素子の消費電力が一定値以上に上昇する。このとき電力制限回路は、半導体素子の実際の損失が許容損失よりも小さくなるように、定電流回路の基準値を変化させるので、半導体素子ひいては装置としての損失を効果的に低減できる。しかも該電力制限回路は、そのＬＥＤ列中で故障していない残りのＬＥＤが点灯し続けるように、ある程度の電流をＬＥＤ列に供給するので、ＬＥＤのショート故障時において、ＬＥＤ列に対する電流供給が停止する弊害を一掃することができる。

また、この場合の電力制限回路は、前記半導体素子への消費電力が一定値以上になると、前記半導体素子の許容損失よりも小さい範囲内で、前記半導体素子に最大の電流を流すことができるように、前記基準値を変化させる構成であることが好ましい。

これにより、ＬＥＤ列を構成するＬＥＤがショート故障した場合に、電力制限回路は半導体素子の実際の損失が許容損失よりも小さくなる範囲内で、該半導体素子ひいてはＬＥＤ列を流れる電流が最大となるように、定電流回路の基準値を変化させる。そのため、故障していない残りのＬＥＤは、極力最大の輝度で点灯し続けることが可能になる。

また上記ＬＥＤ駆動装置は、前記ＬＥＤ列が複数接続され、前記複数のＬＥＤ列の各々に前記定電流回路と前記電力制限回路が設けられる構成とするのが好ましい。

これにより、特定のＬＥＤ列におけるＬＥＤがショート故障した場合でも、そのＬＥＤ列における残りのＬＥＤは点灯を維持し続けるので、複数のＬＥＤ列からなるＬＥＤユニット全体としての輝度の低下を最小限に抑えることができる。

本発明のＬＥＤ駆動装置によれば、ＬＥＤ列への電流供給を停止させることなく、装置としての損失を効果的に低減できる
また、好ましい電力制限回路の構成を採用することで、故障していない残りのＬＥＤを極力最大の輝度で点灯し続けることが可能になる。

さらに、複数のＬＥＤ列からなるＬＥＤユニットにおいて、特定のＬＥＤ列におけるＬＥＤがショート故障した場合でも、ＬＥＤユニット全体としての輝度の低下を最小限に抑制できる。

本発明の一実施例を示すＬＥＤ駆動装置のブロック構成図である。 同上、理想的なＬＥＤ駆動装置の回路図である。 同上、実際のＬＥＤ駆動装置の回路図である。 従来例と本発明との比較結果を示すもので、ＬＥＤのショート故障数と装置の総合出力との関係を示すグラフである。 本発明における別な変形例を示す回路図である。 本発明におけるさらに別な変形例を示す回路図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施例について説明する。図１は、本発明で提案するＬＥＤ駆動装置の概略構成を示すもので、同図において、１は出力端子２を有するＬＥＤ駆動装置で、ここではＮ個の出力端子２Ａ，２Ｂ…２Ｎと接地ラインとの間に、複数個のＬＥＤを直列接続してなるＮ個のＬＥＤ列３（３Ａ，３Ｂ…３Ｎ）が各々接続される。

ＬＥＤ駆動装置１の内部は、基準電圧生成回路５と、電力制限回路６と、定電流回路７とを備えて構成される。基準電圧生成回路５は、前記ＬＥＤ列３を構成する各ＬＥＤが点灯可能となるような駆動電圧すなわち基準電圧を生成するもので、当該基準電圧は各出力端子２Ａ，２Ｂ…２Ｎを通してＬＥＤ列３Ａ，３Ｂ…３Ｎに供給される。また、基準電圧生成回路５と出力端子２Ａ，２Ｂ…２Ｎとの間には、電力制限回路６と定電流回路７が直列に接続される。本実施例では、共通する基準電圧生成回路５に対して、電力制限回路６Ａ，６Ｂ…６Ｎ，定電流回路７Ａ，７Ｂ…７ＮおよびＬＥＤ列３Ａ，３Ｂ…３Ｎからなる直列回路を、並列に接続した構成を有する。なお、これらの電力制限回路６Ａ，６Ｂ…６Ｎ，定電流回路７Ａ，７Ｂ…７ＮおよびＬＥＤ列３Ａ，３Ｂ…３Ｎは、図１と異なる順に接続されていてもよい。

電力制限回路６は本実施例で追加された新規な構成で、ここではＬＥＤ列３Ａ，３Ｂ…３Ｎ毎にＮ個の電力制限回路６Ａ，６Ｂ…６Ｎが設けられる。該電力制限回路６Ａ，６Ｂ…６Ｎは、対応する個々のＬＥＤ列３Ａ，３Ｂ…３Ｎの故障状態を監視し、その故障状態に応じてＬＥＤ列３Ａ，３Ｂ…３Ｎに対する電力を制限するものである。また定電流回路７は、ＬＥＤ列３への供給電流を一定にするもので、前述の電力制限回路６Ａ，６Ｂ…６Ｎと同様に、ＬＥＤ列３Ａ，３Ｂ…３Ｎ毎にＮ個の定電流回路７Ａ，７Ｂ…７Ｎが設けられる。

特に本実施例では、複数のＬＥＤ列３Ａ，３Ｂ…３Ｎのなかで、例えばＬＥＤ列３Ａにおける一乃至複数個のＬＥＤがショート故障したり、他のＬＥＤに比べてその特性がバラついたりした場合に、該ＬＥＤ列３Ａに接続する定電流回路７Ａの損失が増大したのを検出して、他のＬＥＤが消灯しないように維持しつつも、該定電流回路７Ａの損失が予め設定した定電流回路７Ａの許容損失よりも小さくなるように、ＬＥＤ列３Ａを流れる電流を減少させる構成を、定電流回路７Ａに接続する電力制限回路６Ａが備えている。そしてこのような構成は、ＬＥＤ駆動装置１に組み込まれた他の電力制限回路６Ｂ…６Ｎも同様に備えている。

次に、上記ＬＥＤ駆動装置１の詳細な回路構成を、図２および図３に基づき説明する。図２は理想回路としてのＬＥＤ駆動装置１を示しており、同図において、１１は図示しない電源からの入力電圧が印加される入力端子、１２は該入力端子１１からの入力電圧を基準電圧である昇圧電圧に変換する昇圧コンバータ回路であり、この昇圧コンバータ回路１２は前記基準電圧生成回路５に相当する。昇圧コンバータ回路１２は周知のように、入力電圧ラインに接続するインダクタ１３およびダイオード１４の直列回路と、該インダクタ１３およびダイオード１４の接続点と接地ラインとの間に接続するスイッチ素子１５とにより構成され、スイッチ素子１５のオン期間中に前記入力電圧をインダクタ１３に印加して、該インダクタ１３にエネルギーを蓄え、スイッチ素子１５のオフ期間中に、それまで蓄えていたインダクタ１３のエネルギーを前記電源からのエネルギーに重畳させてダイオード１４に送り出し、入力電圧よりも高い昇圧電圧をダイオード１４のカソードと接地ラインとの間に発生させるものである。

なお、前記スイッチ素子１５は、好ましくはトランジスタやＭＯＳ型ＦＥＴなどの制御端子付き半導体素子とすることができる。また、昇圧電圧のリプル成分を減少させるために、ダイオード１４のカソードと接地ラインとの間に平滑用のコンデンサを接続してもよい。さらに、昇圧電圧に応じた導通幅を有するパルス駆動信号を、スイッチ素子１５の制御端子に供給して、昇圧電圧の安定化を図るような制御回路（図示せず）を、ＬＥＤ駆動装置１に組み込んでもよい。

基準電圧生成回路５は、要は全てのＬＥＤ列３Ａ，３Ｂ…３Ｎの所望の基準電圧を供給できるものであればよく、例えば図２に示す昇圧コンバータ回路１２に代わって、降圧型や昇降圧型などの各種コンバータ回路を採用することもできる。また、ＬＥＤ駆動装置１が基準電圧生成回路５を備えておらず、該基準電圧生成回路５をＬＥＤ駆動装置１に外付けする構成でもよい。

図２では、ＬＥＤ駆動装置１の負荷として、２個のＬＥＤ列３Ａ，３Ｂが示されている。勿論、ＬＥＤ列３の個数はそれに限定されるものではない。ここでは、ＬＥＤ列３Ａとして６個の直列接続されたＬＥＤ２１Ａ〜２６Ａが示され、別なＬＥＤ列３Ｂとして６個の直列接続されたＬＥＤ２１Ｂ〜２６Ｂが示されているが、各ＬＥＤ列３Ａ，３ＢにおけるＬＥＤの個数も特に限定されない。

前記ＬＥＤ列３Ａと定電流回路７Ａとの直列回路は、ダイオード１４のカソードと接地ラインとの間に接続される。同様に、別なＬＥＤ列３Ｂと定電流回路７Ｂとの直列回路も、ダイオード１４のカソードと接地ラインとの間に接続される。したがって、これらの各直列回路に、前記昇圧コンバータ回路１２で生成した昇圧電圧が印加される構成となる。定電流回路７Ａは、制御端子付き半導体素子で構成され、ＬＥＤ列３Ａに流れ込む電流を制御するＭＯＳ型ＦＥＴ３１Ａと、ＬＥＤ列３Ａを流れる電流を検出して、これをＬＥＤ電流の検出電圧に変換する電流検出抵抗３２Ａとの直列回路を、ＬＥＤ列３Ａと接地ラインとの間に接続すると共に、前記電流検出抵抗３２Ａで得た検出電圧値と後述する電力制限回路６Ａで得られる電圧値との比較結果を、ＦＥＴ３１Ａの制御電圧すなわちゲート電圧として生成し、このＦＥＴ３１ＡによってＬＥＤ３Ａを定電流駆動させる差動増幅回路のオペアンプ３３Ａを備えて構成される。また別な電力制限回路６Ｂも、制御端子付き半導体素子で構成され、ＬＥＤ列３Ｂに流れ込む電流を制御するＭＯＳ型ＦＥＴ３１Ｂと、ＬＥＤ列３Ｂを流れる電流を検出して、これをＬＥＤ電流の検出電圧に変換する電流検出抵抗３２Ｂとの直列回路を、ＬＥＤ列３Ｂと接地ラインとの間に接続すると共に、前記電流検出抵抗３２Ｂで得た検出電圧値と後述する電力制限回路６Ｂで得られる電圧値との比較結果を、ＦＥＴ３１Ｂの制御電圧すなわちゲート電圧として生成し、このＦＥＴ３１ＢによってＬＥＤ３Ａを定電流駆動させる差動増幅回路のオペアンプ３３Ｂを備えて構成される。

前記定電流回路７Ａ，７Ｂには、電力制限回路６Ａ，６Ｂがそれぞれ接続される。電力制限回路６Ａは、ＦＥＴ３１Ａの両端間すなわちドレイン・ソース間の電圧値Ｖds1とＦＥＴ３１Ａを流れる電流値とを乗算する乗算回路４１Ａと、基準電圧ＶREF1を分圧するための分圧抵抗４２Ａ，４３Ａと、乗算回路４１Ａからの出力値と分圧抵抗４２Ａ，４３Ａの接続点に発生する電圧値とを比較するオペアンプ４４Ａと、オペアンプ４４Ａの出力端子にカソードを接続するダイオード４５Ａと、基準電圧ＶREF1ラインに一端を接続し、他端に前記ダイオード４５Ａのアノードを接続してなる抵抗４６Ａとからなり、抵抗４６Ａの他端に発生する電圧をオペアンプ３３Ａの入力端子に供給して構成される。これにより、ＦＥＴ３１Ａひいては定電流回路７Ａの損失を検出するために、乗算回路４１ＡがＦＥＴ３１Ａのドレイン・ソース間電圧Ｖds1とＦＥＴ３１Ａを流れる電流値とを乗算し、この乗算した電力値が分圧抵抗４２Ａ，４３Ａの値で決められる設定値を越えたときに、抵抗４６Ａの他端に発生する電圧レベルをオペアンプ４４Ａが変えることにより、ＬＥＤ２１Ａ〜２６Ａの何れかがショート故障した場合に、ＬＥＤ列３Ａに流れ込む電流ＩF1を減らすようになっている。

また、別な電力制限回路６Ｂも同様に、ＦＥＴ３１Ｂの両端間すなわちドレイン・ソース間の電圧値Ｖds2とＦＥＴ３１Ｂを流れる電流値とを乗算する乗算回路４１Ｂと、基準電圧ＶREF2を分圧するための分圧抵抗４２Ｂ，４３Ｂと、乗算回路４１Ｂからの出力値と分圧抵抗４２Ｂ，４３Ｂの接続点に発生する電圧値とを比較するオペアンプ４４Ｂと、オペアンプ４４Ｂの出力端子にカソードを接続するダイオード４５Ｂと、基準電圧ＶREF1ラインに一端を接続し、他端に前記ダイオード４５Ｂのアノードを接続してなる抵抗４６Ｂとからなり、抵抗４６Ｂの他端に発生する電圧をオペアンプ３３Ｂの入力端子に供給して構成される。これにより、ＦＥＴ３１Ｂひいては定電流回路７Ｂの損失を検出するために、乗算回路４１ＢがＦＥＴ３１Ｂのドレイン・ソース間電圧Ｖds2とＦＥＴ３１Ｂを流れる電流値とを乗算し、この乗算した電力値が分圧抵抗４２Ｂ，４３Ｂの値で決められる設定値を越えたときに、抵抗４６Ａの他端に発生する電圧レベルをオペアンプ４４Ａが変えることにより、ＬＥＤ２１Ｂ〜２６Ｂの何れかがショート故障した場合に、ＬＥＤ列３Ｂに流れ込む電流ＩF2を減らすようになっている。

なお、上記電力制限回路６Ａ，６Ｂの構成において、ＦＥＴ３１Ａ，３１Ｂの電力損失を算出する演算器としての乗算回路４１Ａ，４１Ｂは、例えばマイクロコンピュータの演算手段などを利用してもよい。

本実施例におけるＬＥＤ駆動装置１は、一乃至複数個のＬＥＤ列３と共に、被照明物（図示せず）に光を照射するＬＥＤ照明装置として組み込むことが可能である。したがってＬＥＤ照明装置の構成は、前記ＬＥＤ駆動装置１とＬＥＤ列３とを含むものとなる。また、こうしたＬＥＤ照明装置を、液晶パネルなどの光変調素子を背面から照明するＬＥＤバックライト装置として適用できる他、該ＬＥＤバックライト装置を用いた画像表示装置にも適用できる。

次に上記構成について、その作用を説明すると、入力端子１１に印加された入力電圧は、昇圧コンバータ回路１２を構成するスイッチ素子１５のスイッチング動作によって昇圧され、この昇圧した電圧が昇圧コンバータ回路１２から各々のＬＥＤ列３Ａ，３Ｂに対し、各ＬＥＤ２１Ａ〜２６ＡおよびＬＥＤ２１Ｂ〜２６Ｂを駆動する基準電圧として供給される。

ここで、ＬＥＤ列３Ａ，３Ｂがそれぞれ６個直列接続時を通常の接続として，ＬＥＤ列３Ａの各ＬＥＤ２１Ａ〜２６Ａ，並びにＬＥＤ列３Ｂの各ＬＥＤ２１Ｂ〜２６Ｂが全て正常な通常動作時には、ＬＥＤ列３Ａを構成する各ＬＥＤ２１Ａ〜２６Ａの合計した順方向電圧ＶF1と、ＬＥＤ列３Ｂを構成する各ＬＥＤ２１Ｂ〜２６Ｂの合計した順方向電圧ＶF2がほぼ等しく、ＦＥＴ３１Ａのドレイン・ソース間電圧Ｖds1およびＦＥＴ３１Ｂのドレイン・ソース間電圧Ｖds2は何れもほぼ０Ｖとなって、ＦＥＴ３１Ａ，３１Ｂにおける損失は殆ど発生しない。このとき電力制限回路６Ａでは、乗算回路４１Ａの出力値が分圧抵抗４２Ａ，４３Ａの接続点の電位よりも低く、オペアンプ４４Ａの出力はＨ（高）レベルとなってダイオード４５Ａが非導通状態になり、基準電圧ＶREF1から抵抗４６Ａを介して発生する電圧そのものが、定電流回路７Ａに供給される。定電流回路７Ａは、ＬＥＤ列３Ａを流れる電流を電流検出抵抗３２Ａで検出して電圧値に変換し、この電圧値と電力制限回路６Ａから供給された電圧値との比較結果に応じて、ＦＥＴ３１Ａのゲート電圧を制御する。これにより、ＬＥＤ列３Ａの各ＬＥＤ２１Ａ〜２６Ａには、該ＬＥＤ２１Ａ〜２６Ａの何れかが故障などを起こさない限り、基準電圧ＶREF1により予め決められた一定の電流ＩF1が流れ込むこととなる。

また別な電力制限回路６Ｂも、乗算回路４１Ｂの出力値が分圧抵抗４２Ｂ，４３Ｂの接続点の電位よりも低く、オペアンプ４４Ｂの出力はＨレベルとなってダイオード４５Ａが非導通状態になり、基準電圧ＶREF2から抵抗４６Ｂを介して発生する電圧そのものが、定電流回路７Ｂに供給される。定電流回路７Ｂは、ＬＥＤ列３Ｂを流れる電流を電流検出抵抗３２Ｂで検出して電圧値に変換し、この電圧値と電力制限回路６Ｂから供給された電圧値との比較結果に応じて、ＦＥＴ３１Ｂのゲート電圧を制御する。これにより、ＬＥＤ列３Ｂの各ＬＥＤ２１Ｂ〜２６Ｂには、該ＬＥＤ２１Ｂ〜２６Ｂの何れかが故障などを起こさない限り、基準電圧ＶREF2により予め決められた一定の電流ＩF2が流れ込むこととなる。

一方、複数のＬＥＤ列３Ａ，３Ｂのなかで、例えばＬＥＤ列３ＢのＬＥＤ２５Ｂ及び２６Ｂがショート故障した場合には、該ＬＥＤ列３Ｂにおける合計の順方向電圧ＶF2が減少する。このＬＥＤ列３Ｂに対応する定電流回路７Ｂは、ＬＥＤ列３Ｂを流れる電流ＩF2が一定となるようにＦＥＴ３１Ｂを制御していることから、該ＦＥＴ３１Ｂのドレイン・ソース間電圧Ｖds2が上昇する。このときＦＥＴ３１Ｂには、ＦＥＴ３１Ｂのドレイン・ソース間電圧Ｖds2と、ＬＥＤ列３Ｂを流れる電流ＩF2との積で表わされる損失Ｐが発生する（Ｐ＝Ｖds2×ＩF2）。

そこで本実施例では、ＦＥＴ３１Ｂで発生する実際の損失Ｐが、ＦＥＴ３１Ｂの許容する損失未満となるように、電力制限回路６Ｂが定電流回路７Ｂのオペアンプ３３Ｂに供給する電圧値のレベルを下げ、ＬＥＤ列３Ｂに流れ込む電流ＩF2を減らす。より具体的には、ＦＥＴ３１Ｂのドレイン・ソース間電圧Ｖds2が上昇すると、損失Ｐに相当する出力値が乗算回路４１Ｂから発生し、この乗算回路４１Ｂからの出力値が分圧抵抗４２Ｂ，４３Ｂの接続点の電位よりも高くなると、オペアンプ４４Ｂの出力値が下がるのに伴いダイオード４５Ｂが導通して、抵抗４６Ｂの他端の電位が低下する。そして、抵抗４６Ｂの他端の電圧値を受けた定電圧回路７Ｂは、電流検出抵抗３２Ｂで得た検出電圧値との比較において、ＦＥＴ３１Ｂの許容損失よりも小さく、且つ好ましくはＦＥＴ３１Ｂに流すことができる最大の値となるように、前記ＬＥＤ列３Ｂに流れ込む電流ＩF2を絞る。

これによって、複数のＬＥＤ列３Ａ，３Ｂのなかで、或るＬＥＤ列３Ｂに接続するＦＥＴ３１Ｂのドレイン・ソース間電圧Ｖds2が一定値以上になると、該ドレイン・ソース間電圧Ｖds2に従って、定電圧回路７Ｂへの基準値電圧をそのＬＥＤ列３Ｂのみ変化させることが可能になる。しかもここでは、ＬＥＤ列３Ｂを構成するＬＥＤ２１Ｂ〜２６Ｂが複数個ショート故障した場合でも、ＦＥＴ３１Ｂの損失を許容損失未満の一定値に抑え、熱によるＦＥＴ３１Ｂの破壊を防止できる。しかも、ＦＥＴ３１Ｂの損失が許容範囲内にある状態で、ＬＥＤ列３Ｂの電流ＩF2は０にはならず、ある程度のレベルで電流ＩF2が流れるため、ＬＥＤ列３Ｂにおいて故障を起こしていないＬＥＤ２１Ａ〜２１Ｄを点灯させ続けることができ、ＬＥＤ列３全体として従来のものよりも明るく点灯させることが可能になる。

図３は、実際のＬＥＤ駆動装置１の一例を示す回路図である。同図において、電力制限回路６Ａは、ＦＥＴ３１Ａ及び電流検出抵抗３２Ａの直列回路間に接続される分圧抵抗５１Ａ，５２Ａと、基準電圧ＶREF1を分圧するための分圧抵抗５３Ａ，５４Ａと、分圧抵抗５３Ａ，５４Ａの直列回路に挿入接続されるトランジスタ５５Ａと、分圧抵抗５１Ａ，５２Ａとトランジスタ５５Ａのベースとの間に接続する抵抗５６Ａおよびダイオード５７Ａの直列回路と、電流検出抵抗３２Ａの一端とトランジスタ５５Ａのベースとの間に接続する抵抗５８Ａとからなり、トランジスタ５５Ａのコレクタと分圧抵抗５４Ａとの接続点に発生する電圧をオペアンプ３３Ａの入力端子に供給して構成される。これにより、ＦＥＴ３１Ａひいては定電流回路７Ａの損失を検出するために、分圧抵抗５１Ａ，５２ＡがＦＥＴ３１Ａのドレイン・ソース間電圧Ｖds1を分圧し、この分圧した電圧値に応じて、トランジスタ５５Ａのベースにおける電圧レベルを変えることにより、ＬＥＤ２１Ａ〜２６Ａの何れかが故障した場合に、ＬＥＤ列３Ａに流れ込む電流ＩF1を減らすようになっている。

また、別な電力制限回路６Ｂも同様に、ＦＥＴ３１Ｂ及び電流検出抵抗３２Ｂの直列回路間に接続される分圧抵抗５１Ｂ，５２Ｂと、基準電圧ＶREF2を分圧するための分圧抵抗５３Ｂ，５４Ｂと、分圧抵抗５３Ｂ，５４Ｂの直列回路に挿入接続されるトランジスタ５５Ｂと、分圧抵抗５１Ｂ，５２Ｂとトランジスタ５５Ｂのベースとの間に接続する抵抗５６Ｂおよびダイオード５７Ｂの直列回路と、電流検出抵抗３２Ｂの一端とトランジスタ５５Ｂのベースとの間に接続する抵抗５８Ｂとからなり、トランジスタ５５Ｂのコレクタと分圧抵抗５４Ｂとの接続点に発生する電圧をオペアンプ３３Ｂの入力端子に供給して構成される。これにより、ＦＥＴ３１Ｂひいては定電流回路７Ｂの損失を検出するために、分圧抵抗５１Ｂ，５２ＢがＦＥＴ３１Ｂのドレイン・ソース間電圧Ｖds2を分圧し、この分圧した電圧値に応じて、トランジスタ５５Ｂのベースにおける電圧レベルを変えることにより、ＬＥＤ２１Ｂ〜２６Ｂの何れかが故障した場合に、ＬＥＤ列３Ｂに流れ込む電流ＩF2を減らすようになっている。

次に、図３におけるＬＥＤ駆動装置１の動作について説明すると、ＬＥＤ列３Ａの各ＬＥＤ２１Ａ〜２６Ａ，並びにＬＥＤ列３Ｂの各ＬＥＤ２１Ｂ〜２６Ｂが全て正常な通常動作時には、前述のようにＦＥＴ３１Ａ，３１Ｂにおける損失は殆ど発生しない。このとき電力制限回路６Ａでは、分圧抵抗５１Ａ，５２Ａの接続点の電位がほぼ０Ｖとなって、基準電圧ＶREF1を予め設定した分圧抵抗５３Ａ，５４Ａで分圧して得た電圧そのものが、定電流回路７Ａに供給される。定電流回路７Ａは、ＬＥＤ列３Ａを流れる電流を電流検出抵抗３２Ａで検出して電圧値に変換し、この電圧値と電力制限回路６Ａから供給された電圧値との比較結果に応じて、ＦＥＴ３１Ａのゲート電圧を制御する。これにより、ＬＥＤ列３Ａの各ＬＥＤ２１Ａ〜２６Ａには、該ＬＥＤ２１Ａ〜２６Ａの何れかが故障などを起こさない限り、基準電圧ＶREF1と分圧抵抗４６Ａ，４７Ａとにより予め決められた一定の電流ＩF1が流れ込むこととなる。

また別な電力制限回路６Ｂも、分圧抵抗５１Ｂ，５２Ｂの接続点の電位がほぼ０Ｖとなって、基準電圧ＶREF2を予め設定した分圧抵抗５３Ｂ，５４Ｂで分圧して得た電圧そのものが、定電流回路７Ｂに供給される。定電流回路７Ｂは、ＬＥＤ列３Ｂを流れる電流を電流検出抵抗３２Ｂで検出して電圧値に変換し、この電圧値と電力制限回路６Ｂから供給された電圧値との比較結果に応じて、ＦＥＴ３１Ｂのゲート電圧を制御する。これにより、ＬＥＤ列３Ｂの各ＬＥＤ２１Ｂ〜２６Ｂには、該ＬＥＤ２１Ｂ〜２６Ｂの何れかが故障などを起こさない限り、基準電圧ＶREF2と分圧抵抗４６Ｂ，４７Ｂとにより予め決められた一定の電流ＩF2が流れ込むこととなる。

一方、複数のＬＥＤ列３Ａ，３Ｂのなかで、例えばＬＥＤ列３ＢのＬＥＤ２５Ｂ及び２６Ｂがショート故障した場合には、ＦＥＴ３１Ｂで発生する実際の損失Ｐが、ＦＥＴ３１Ｂの許容する損失未満となるように、電力制限回路６Ｂが定電流回路７Ｂのオペアンプ３３Ｂに供給する電圧値のレベルを下げ、ＬＥＤ列３Ｂに流れ込む電流ＩF2を減らす。より具体的には、ＦＥＴ３１Ｂのドレイン・ソース間電圧Ｖds2と共に、分圧抵抗５１Ｂ，５２Ｂの接続点の電位が上昇すると、ダイオード５７Ａが導通してトランジスタ５５Ａのベース電圧が上昇するため、トランジスタ５５Ａのコレクタと分圧抵抗５４Ａとの接続点の電圧値が、上述した通常動作時よりも下がってくる。この接続点の電圧値を受けた定電圧回路７Ｂは、電流検出抵抗３２Ｂで得た検出電圧値との比較において、ＦＥＴ３１Ｂの許容損失よりも小さく、且つ好ましくはＦＥＴ３１Ｂに流すことができる最大の値となるように、前記ＬＥＤ列３Ｂに流れ込む電流ＩF2を絞ることができる。

このように、図２の理想回路のような乗算回路を用いず、図３のようにＦＥＴ３１Ｂのドレイン・ソース間電圧Ｖds2と、ＬＥＤ列３に流れ込む電流ＩFにより抵抗３２Ａに発生する電圧とを分圧・加算することで簡易的に電力制限回路を構成できる。

次に、従来のＬＥＤ駆動用ＩＣと本実施例におけるＬＥＤ駆動装置１との違いを、図４に示すグラフを参照しながら説明する。なお同図中、Ｐｏは従来例において、またＰｏ’は本実施例において、何れもＬＥＤショート故障数とＬＥＤ駆動装置の総合出力との関係を示している。

前述したように、本実施例で提案する図２や図３のＬＥＤ駆動装置１は、ＬＥＤ列３Ａ，３Ｂが正常な通常動作時において、ＦＥＴ３１Ａのドレイン・ソース間電圧Ｖds1およびＦＥＴ３１Ｂのドレイン・ソース間電圧Ｖds2が共にほぼ０Ｖとなる。ここで例えばＬＥＤ列３Ｂを構成する１個のＬＥＤ２１Ｂがショート故障すると、対応するＦＥＴ３１Ｂのドレイン・ソース間電圧Ｖds2は、１個のＬＥＤ２１Ｂの順方向電圧ＶF2分が上昇する。このとき、ＬＥＤ列３Ｂを流れる電流ＩF2が180ｍＡであり、ＬＥＤ２１Ｂの順方向電圧ＶF2が3.8Ｖであるとすると、ＦＥＴ３１Ｂの損失Ｐは前述の式（Ｐ＝Ｖds2×ＩF2）から0.684Ｗと算出される。ＦＥＴ３１Ｂの許容損失が仮に１Ｗであるとすると、ＬＥＤ列３Ｂで２個の例えばＬＥＤ２１Ｂ，２２Ｂがショート故障した場合に、電流ＩF2をそのまま流し続けるとすれば、ＦＥＴ３１Ｂの損失Ｐが許容損失を超えることになる。

従来のＬＥＤ駆動用ＩＣは、こうした損失Ｐの超過を検出すると、故障したＬＥＤ２１Ｂ，２２Ｂを有するＬＥＤ列３Ｂへの電流供給を遮断し、ＬＥＤ駆動用ＩＣを保護する。図３に示すグラフでは、そうした従来のＬＥＤ駆動用ＩＣを想定した総合の出力電力Ｐｏの特性が示されている。故障したＬＥＤ列３Ｂに対して電流供給を遮断するので、２個のＬＥＤ２１Ｂ，２２Ｂがショート故障すると、ＬＥＤ駆動用ＩＣとして総合の出力電力Ｐｏが半減し、ひいてはＬＥＤ列３Ａ，３Ｂ全体の輝度も半分に低下してしまう。

それに対して本実施例のＬＥＤ駆動装置１は、仮に２個のＬＥＤ２１Ｂ，２２Ｂがショート故障した場合でも、ＬＥＤ列３Ａ，３Ｂ全体の輝度は半減せず、ＦＥＴ３１Ｂの許容損失内でできるだけ多くの電流ＩF2を流して、ＬＥＤ列３Ｂの残っている正常なＬＥＤ２３Ｂ〜２６Ｂを点灯させようとする。図４では、そうしたＬＥＤ駆動装置１の動作状態が、総合の出力電力Ｐｏ’として示されている。結果的に本実施例では、ＬＥＤ列３Ａ，３Ｂ全体の輝度が従来のものよりも高くなり、２個のＬＥＤ２１Ｂ，２２Ｂがショート故障した場合では、従来に比べて58.5％も輝度が高くなる。

以上のように本実施例では、複数のＬＥＤ２１Ａ〜２６Ａを直列接続してなるＬＥＤ列３Ａに、基準電圧生成回路５からの基準電圧を駆動電圧として印加するＬＥＤ駆動装置１において、前記ＬＥＤ列３Ａに直列接続する半導体素子としてのＦＥＴ３１Ａを有し、ＬＥＤ列Ａに流れる電流を検出して得た電流検出抵抗３２Ａからの検出値と、Ｖref1で与えられる基準値との比較により、前記ＦＥＴ３１Ａのドレインからソースに流れる電流を制御して、ＬＥＤ列３Ａに流れる電流ＩF1を一定に保つ定電流回路７Ａと、ＬＥＤ列３Ａを構成する例えばＬＥＤ２１Ａがショート故障したのに伴い、ＦＥＴ３１Ａの消費電力が一定値以上になると、前記ＬＥＤ列３Ａの故障していないＬＥＤ２２Ａ〜２６Ａの点灯を維持させつつ、ＦＥＴ３１Ａの許容損失よりも小さくなるように、定電流回路７Ａの基準値を変化させる電力制限回路６Ａと、を備えている。

こうすると、何らかの原因でＬＥＤ列３Ａを構成する例えばＬＥＤ２１Ａがショート故障すると、そのＬＥＤ列３Ａに接続するＦＥＴ３１Ａに対して、故障したＬＥＤ２１Ａの順方向電圧ＶF1に相当する電圧が印加され、その消費電力が一定値以上に上昇する。このとき電力制限回路６Ａは、ＦＥＴ３１Ａの実際の損失Ｐが許容損失よりも小さくなるように、定電流回路７Ａの基準値である抵抗４６Ａの接続点の電位を変化させるので、ＦＥＴ３１ＡひいてはこのＦＥＴ３１Ａを構成要素とするＬＥＤ駆動装置１の損失を効果的に低減できる。しかも、ここでの電流制限回路６は、故障していない残りのＬＥＤ２２Ａ〜２６Ａが点灯し続けるように、ある程度の電流ＩF1をＬＥＤ列３Ａに供給するので、ＬＥＤ２１Ａのショート故障時において、ＬＥＤ列３Ａに対する電流供給が停止する弊害を一掃することができる。

また、本実施例における電力制限回路６は、ＬＥＤ列３Ａを構成する例えばＬＥＤ２１Ａがショート故障したのに伴い、ＦＥＴ３１Ａの消費電力が一定値以上になると、ＦＥＴ３１Ａの実際の損失Ｐが許容損失よりも小さい範囲内となり、且つＦＥＴ３１Ａに最大の電流を流すことができるように、定電流回路７Ａの基準値を変化させる構成を有している。

こうすると、例えばＬＥＤ列３Ａを構成するＬＥＤ２１Ａがショート故障した場合に、それに対応する電力制限回路６Ａは、ＬＥＤ列３Ａに接続するＦＥＴ３１Ａの実際の損失Ｐが許容損失よりも小さくなる範囲内で、該ＦＥＴ３１ＡひいてはＬＥＤ列３Ａを流れる電流ＩF1が最大となるように、定電流回路７Ａの基準値である抵抗４６Ａの接続点の電位を変化させる。そのため、故障していない残りのＬＥＤ２２Ａ〜２６Ａは、極力最大の輝度で点灯し続けることが可能になる。

また、本実施例におけるＬＥＤ駆動装置１は、ＬＥＤ列３Ａ，３Ｂが複数接続され、複数のＬＥＤ列３Ａ，３Ｂの各々に定電流回路７Ａ，７Ｂと電力制限回路６Ａ，６Ｂが設けられている。

こうすると、特定の例えばＬＥＤ列３ＡにおけるＬＥＤ２１Ａがショート故障した場合でも、そのＬＥＤ列３Ａにおける残りのＬＥＤ２２Ａ〜２６Ａは点灯を維持し続けるので、複数のＬＥＤ列３Ａ，３ＢからなるＬＥＤユニット全体としての輝度の低下を最小限に抑えることができる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。実施例では複数個のＬＥＤ列３Ａ，３Ｂ…３Ｎを示したが、単独のＬＥＤ列３を負荷としたＬＥＤ駆動装置１にも、本発明の概念を適用できる。

また定電圧回路７は、ＬＥＤ列３に流れる電流を一定に制御する半導体素子を、少なくとも一つ以上備えていればよい。例えば図２に示す定電流回路７Ａでは、電流検出抵抗３３で得た検出値を、基準となる出力制限回路６Ａからの電圧値と、オペアンプ３３Ａで比較する構成を採用したが、オペアンプ３３Ａに代わってコンパレータによる構成でもよい。或いは図５に示すように、ベースどうしを接続した２個のＮＰＮ型トランジスタ６１，６２と、トランジスタ６１，６２のエミッタと接地ラインとの間にそれぞれ接続する２個の抵抗６３，６４とを備え、トランジスタ６１のベースとコレクタとの間を短絡し、基準電流が流れ込む入力端子６５をトランジスタ６１のコレクタに接続すると共に、基準電流に比例した出力電流を流す出力端子６６を、トランジスタ６２のコレクタに接続してなるカレントミラー回路６７を、定電圧回路７に組み込んでもよい。

また別なカレントミラー回路６７の例として、図６に示すように、ベースどうしを接続した２個のＰＮＰ型トランジスタ６１，６２と、トランジスタ６１，６２のエミッタと動作電圧Ｖccラインとの間にそれぞれ接続する２個の抵抗６３，６４とを備え、トランジスタ６１のベースとコレクタとの間を短絡し、基準電流が流れ込む入力端子６５をトランジスタ６１のコレクタに接続すると共に、基準電流に比例した出力電流を流す出力端子６６を、トランジスタ６２のエミッタに接続したものでもよい。

図５および図６の何れの回路例においても、ＬＥＤ列３を流れる電流と半導体素子の損失分を反映した基準電流が入力端子６５に流れると、出力端子６６に接続したＬＥＤ列３Ａ，３Ｂに、基準電流に比例した電流が流れる。従ってこの場合は、図２や図３に示す電圧駆動のＦＥＴ３１Ａ，３１Ｂではなく、出力端子６６に接続するトランジスタ６２が定電流回路７Ａ，７Ｂの半導体素子となる。

その他、電流検出器としての抵抗３２Ａ，３２Ｂは、より損失の少ないカレントトランスなどを用いることも可能である。また電流制限回路７についても、図２や図３に示す回路構成に限定されることはなく、同様の機能を達成するあらゆる回路構成を許容する。本実施例におけるＬＥＤ駆動装置１は、例えば従来のＬＥＤ駆動用ＩＣのようにパッケージ化された形態でも、或いは図２に示す回路素子をプリント基板に搭載した形態でも構わない。

１ ＬＥＤ駆動装置
３，３Ａ，３Ｂ ＬＥＤ列
６，６Ａ，６Ｂ 電力制限回路
７，７Ａ，７Ｂ 定電流回路
２１Ａ〜２６Ａ，２１Ｂ〜２６Ｂ ＬＥＤ
３１Ａ，３１Ｂ ＭＯＳ型ＦＥＴ（半導体素子）

Claims (3)

1. 複数のＬＥＤを直列接続してなるＬＥＤ列に駆動電圧を印加するＬＥＤ駆動装置において、
   前記ＬＥＤ列に直列接続する半導体素子を有し、前記ＬＥＤ列に流れる電流を検出して得た検出値と基準値との比較により前記半導体素子を制御して、前記ＬＥＤ列に流れる電流を一定に保つ定電流回路と、
   前記半導体素子の消費電力が一定値以上になると、前記ＬＥＤの点灯を維持させつつ、前記半導体素子の許容損失よりも小さくなるように前記基準値を変化させる電力制限回路と、を備えたことを特徴とするＬＥＤ駆動装置。
2. 前記電力制限回路は、前記半導体素子への消費電力が一定値以上になると、前記半導体素子の許容損失よりも小さい範囲内で、前記半導体素子に最大の電流を流すことができるように、前記基準値を変化させるものであることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動装置。
3. 前記ＬＥＤ列が複数接続され、
   前記複数のＬＥＤ列の各々に前記定電流回路と前記電力制限回路が設けられることを特徴とする請求項１または２記載のＬＥＤ駆動装置。

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