JP2011003649A - 点灯装置及び照明装置及び表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】効率的にカレントミラー回路のトランジスタのベース電流を確保する。
【解決手段】点灯装置200のカレントミラー回路を構成する複数のトランジスタ302a〜302dは、それぞれのコレクタ端子を、並列に接続された複数のLEDユニット301a〜301dに1対1で接続し、ベース端子を、基準ユニットとなるLEDユニット301aに共通に接続している。ベース電流補償回路400は、基準ユニットと基準ユニットに接続されたトランジスタ302a〜302dのベース端子との間に接続され、基準ユニットからトランジスタ302a〜302dのベース端子に流れる電流を補償する。電圧補償回路500は、ベース電流補償回路400と基準ユニットに接続されたトランジスタ302a〜302dのベース端子との間で、ベース電流補償回路400と直列に接続され、所定レベルの電圧降下を発生させる。
【選択図】図3
【解決手段】点灯装置200のカレントミラー回路を構成する複数のトランジスタ302a〜302dは、それぞれのコレクタ端子を、並列に接続された複数のLEDユニット301a〜301dに1対1で接続し、ベース端子を、基準ユニットとなるLEDユニット301aに共通に接続している。ベース電流補償回路400は、基準ユニットと基準ユニットに接続されたトランジスタ302a〜302dのベース端子との間に接続され、基準ユニットからトランジスタ302a〜302dのベース端子に流れる電流を補償する。電圧補償回路500は、ベース電流補償回路400と基準ユニットに接続されたトランジスタ302a〜302dのベース端子との間で、ベース電流補償回路400と直列に接続され、所定レベルの電圧降下を発生させる。
【選択図】図3
Description
本発明は、点灯装置、及び、この点灯装置を備える照明装置及び表示装置に関するものである。本発明は、特に、発光ダイオード(LED)を光源とする点灯装置に関するものである。
従来技術として、直列となる関係により接続された所定数のLEDを含んで形成される複数の直列駆動回路部と、これら複数の直列駆動回路部のうちで基準となる直列駆動回路部に対して一定量の電流を出力するようにして動作し、複数の直列駆動回路部が上記電流の出力に対して並列に接続される定電流回路と、複数の直列駆動回路部の各々に流れる電流量が同じとなるようにして形成されるカレントミラー回路と、基準となる直列駆動回路部において、所定レベルの電圧降下が生じるようにして、この基準となる直列駆動回路部を形成するLEDに対して直列となる関係により挿入される電圧降下発生回路とを備えてLEDの駆動回路を構成したものがある(例えば、特許文献1参照)。
従来技術では、カレントミラー回路のトランジスタのベース電流を確保するために、定電流回路から多量の電流を出力する必要があった。
本発明は、例えば、効率的にカレントミラー回路のトランジスタのベース電流を確保することを目的とする。
本発明の一の態様に係る点灯装置は、
並列に接続された複数のLEDユニットのそれぞれに電流を供給する電源回路と、
それぞれのコレクタ端子を前記複数のLEDユニットに1対1で接続した複数のトランジスタを有し、前記複数のトランジスタのベース端子を前記複数のLEDユニットの1つである基準ユニットに共通に接続して、前記電源回路から前記基準ユニット以外のLEDユニットに流れる電流が前記電源回路から前記基準ユニットに流れる電流と略同一となるように構成されたカレントミラー回路と、
前記基準ユニットと前記基準ユニットに接続されたトランジスタのベース端子との間に接続され、前記基準ユニットから前記複数のトランジスタのベース端子に流れる電流を補償するベース電流補償回路と、
前記基準ユニットと前記ベース電流補償回路との間、又は、前記ベース電流補償回路と前記基準ユニットに接続されたトランジスタのベース端子との間で、前記ベース電流補償回路と直列に接続され、所定レベルの電圧降下を発生させる電圧補償回路とを備えることを特徴とする。
並列に接続された複数のLEDユニットのそれぞれに電流を供給する電源回路と、
それぞれのコレクタ端子を前記複数のLEDユニットに1対1で接続した複数のトランジスタを有し、前記複数のトランジスタのベース端子を前記複数のLEDユニットの1つである基準ユニットに共通に接続して、前記電源回路から前記基準ユニット以外のLEDユニットに流れる電流が前記電源回路から前記基準ユニットに流れる電流と略同一となるように構成されたカレントミラー回路と、
前記基準ユニットと前記基準ユニットに接続されたトランジスタのベース端子との間に接続され、前記基準ユニットから前記複数のトランジスタのベース端子に流れる電流を補償するベース電流補償回路と、
前記基準ユニットと前記ベース電流補償回路との間、又は、前記ベース電流補償回路と前記基準ユニットに接続されたトランジスタのベース端子との間で、前記ベース電流補償回路と直列に接続され、所定レベルの電圧降下を発生させる電圧補償回路とを備えることを特徴とする。
本発明の一の態様によれば、点灯装置が、並列に接続された複数のLEDユニットのそれぞれに接続した複数のトランジスタのベース端子を前記複数のLEDユニットの1つである基準ユニットに共通に接続して、電源回路から前記基準ユニット以外のLEDユニットに流れる電流が前記電源回路から前記基準ユニットに流れる電流と略同一となるように構成されたカレントミラー回路と、前記基準ユニットと前記基準ユニットに接続されたトランジスタのベース端子との間に接続され、前記基準ユニットから前記複数のトランジスタのベース端子に流れる電流を補償するベース電流補償回路と、前記基準ユニットと前記ベース電流補償回路との間、又は、前記ベース電流補償回路と前記基準ユニットに接続されたトランジスタのベース端子との間で、前記ベース電流補償回路と直列に接続され、所定レベルの電圧降下を発生させる電圧補償回路とを備えることにより、効率的に前記複数のトランジスタのベース電流を確保することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
実施の形態1.
図1は、本実施の形態に係る誘導灯100(表示装置)の外観を示す三面図である。
図1は、本実施の形態に係る誘導灯100(表示装置)の外観を示す三面図である。
図1において、誘導灯100は、例えば、天井等に取り付けて使用する両面タイプの誘導灯であり、本体110、電源ユニット120、2枚のパネルユニット130を有する。
本体110及び電源ユニット120は、天井に埋め込まれる部分であり、LEDの点灯装置やバッテリ等を内蔵する。パネルユニット130は、室内から目視できる部分であり、非常口等、避難誘導を示す図柄が描かれている。2枚のパネルユニット130は、互いに背中合わせに配置され、誘導灯100の前方及び後方の双方から、避難誘導の図柄を見ることができる。パネルユニット130は、LEDを内蔵し、内蔵したLEDによって照らされて、発光する。
図2は、パネルユニット130の内部構造を示す分解図である。
図2において、パネルユニット130は、2つのLEDユニット131、導光板132、誘導灯表示板133(表示部)を有する。
LEDユニット131は、1つのLED、又は、直列接続した複数のLEDを有する。LEDユニット131のLEDは、下向きに発光するよう配置されている。導光板132は、LEDユニット131のLEDが発光した下向きの光を導いて、誘導灯表示板133を照らす横向きの光に変換する。誘導灯表示板133は、避難誘導の図柄が描かれた樹脂製の板であり、導光板132が導いた光に照らされて発光する。
本実施の形態において、誘導灯100は、後述する点灯装置と複数のLEDユニット131とを備える照明装置と、照明装置の複数のLEDユニット131によって照らされる表示部とを備える表示装置の例である。本実施の形態は、誘導灯100以外の表示灯にも適用可能である。また、モニタ等、表示灯以外の表示装置にも適用可能である。
図3は、点灯装置200の回路構成を示す回路図である。
図3において、点灯装置200は、定電流を出力する定電流電源210(電源回路)と、この定電流電源210に接続される複数の直列回路部300a〜300dと、直列回路部300aと定電流電源210に接続されるベース電流補償回路400と、このベース電流補償回路400と複数の直列回路部300a〜300dに接続される電圧補償回路500と、複数の直列回路部300a〜300dに接続され、これら複数の直列回路部300a〜300dに流れる電流の総和を検出して一定の電流となるように定電流電源210に制御信号を出力する電流フィードバック回路600とを備える。
定電流電源210は、外部からの電源、例えば交流電源や直流電源を入力して、所望の電圧の直流電圧に変換し、電流フィードバック回路600の制御信号に基づいて、略一定の定電流を発生する。
直列回路部300aは、LEDユニット301a(前述したLEDユニット131)と、このLEDユニット301aにコレクタ端子が接続されるトランジスタ302aと、このトランジスタ302aのエミッタ端子に接続されるエミッタ抵抗303aとを備える。トランジスタ302aのコレクタ端子は、ベース電流補償回路400に接続される。
直列回路部300bは、LEDユニット301b(前述したLEDユニット131)と、このLEDユニット301bにコレクタ端子が接続されるトランジスタ302bと、このトランジスタ302bのエミッタ端子に接続されるエミッタ抵抗303bとを備える。直列回路部300cは、同様に、LEDユニット301c(前述したLEDユニット131)と、トランジスタ302cと、エミッタ抵抗303cとを備える。また、直列回路部300dは、同様に、LEDユニット301d(前述したLEDユニット131)と、トランジスタ302dと、エミッタ抵抗303dとを備える。
エミッタ抵抗303a〜303dは、エミッタ抵抗303a〜303dに流れる電流によって発生する電位をもつことで、トランジスタ302a〜302dのベース−エミッタ間電圧Vbeのばらつきを吸収し、各ラインに流れる電流のばらつきを抑制する効果がある。
トランジスタ302a〜302dとエミッタ抵抗303a〜303dは、カレントミラー回路を構成する。一般に、カレントミラー回路とは、あたかも鏡に映されたかのように、入力した電流と同じ電流が出力される回路で、従来から2つ以上の回路電流を同じ値にする手段として用いられている。本実施の形態におけるカレントミラー回路はベース電流補償型と呼ばれる回路で、ベース電流を別に供給することにより、主電流が流れるトランジスタ302a〜302dのベース電流の影響を小さくできるものである。
ベース電流補償回路400は、直列回路部300aに接続されるベース抵抗401と、定電流電源210に接続されるベース電流補償抵抗402と、ベース抵抗401にベース端子が接続され、ベース電流補償抵抗402にコレクタ端子が接続されるベース電流補償トランジスタ403とを備える。
電圧補償回路500は、一端がベース電流補償トランジスタ403のエミッタ端子に接続され、他端がトランジスタ302a〜302dのそれぞれのベース端子に接続される。
電流フィードバック回路600は、一端がエミッタ抵抗303a〜303dに接続され、他端が定電流電源210に接続される電流フィードバック抵抗601と、この電流フィードバック抵抗601に接続され、定電流電源210に制御信号を出力する定電流制御回路602とを備える。定電流制御回路602は、電流フィードバック抵抗601に発生する電圧から、直列回路部300a〜300dに流れる電流の総和に相当する総和電流を検知し、この総和電流が略一定の定電流となるように、定電流電源210を制御する。
次に、点灯装置200の動作について説明する。
定電流電源210は、直列回路部300a〜300d、ベース電流補償回路400に電流を供給すると、LEDユニット301a、ベース抵抗401を介してベース電流補償トランジスタ403のベースに電流が流れる。そして、電圧補償回路500を介して、トランジスタ302a〜302dのベースに電流が流れ、エミッタ抵抗303a〜303d、電流フィードバック抵抗601を介して定電流電源210に電流が流れる。また、ベース電流補償トランジスタ403にベース電流が流れるので、ベース電流補償抵抗402に電流が流れる。さらに、トランジスタ302a〜302dにベース電流が流れるので、定電流電源210が供給する電流は、LEDユニット301b〜301dにも流れる。このとき、ベース電流補償回路400を介して、トランジスタ302a〜302dに同じ電流値の電流が流れるので、直列回路部300a〜300dには略同じ電流が流れることになる。
このように、本実施の形態において、定電流電源210は、並列に接続された複数のLEDユニット301a〜301dのそれぞれに電流を供給する。カレントミラー回路を構成する複数のトランジスタ302a〜302dは、それぞれのコレクタ端子を複数のLEDユニット301a〜301dに1対1で接続している。また、トランジスタ302a〜302dは、ベース端子を、複数のLEDユニット301a〜301dのうち、基準ユニットとなるLEDユニット301aに共通に接続している。これにより、定電流電源210から基準ユニット以外のLEDユニット301b〜301dに流れる電流が、定電流電源210から基準ユニットに流れる電流と略同一となるようにカレントミラー回路を構成している。
また、本実施の形態において、ベース電流補償回路400は、基準ユニットであるLEDユニット301aとLEDユニット301aに接続されたトランジスタ302a〜302dのベース端子との間に接続され、LEDユニット301aからトランジスタ302a〜302dのベース端子に流れる電流を補償する。これにより、カレントミラー回路のトランジスタ302a〜302dのベース電流を確保するために、定電流電源210からLEDユニット301a〜301dに多量の電流を出力する必要がなくなる。即ち、効率的にカレントミラー回路のトランジスタ302a〜302dのベース電流を確保することが可能となる。
また、本実施の形態において、電圧補償回路500は、ベース電流補償回路400と基準ユニットであるLEDユニット301aに接続されたトランジスタ302a〜302dのベース端子との間で、ベース電流補償回路400と直列に接続され、所定レベルの電圧降下を発生させる。
通常、LEDユニット301a〜301dがもつ順方向電圧Vf(オン電圧)のばらつきは大きく、例えば、日亜化学(株)製発光ダイオード(型名:NFSW036CT)のVfの最小値(実力値)は3.0V(ボルト)、Vfの最大値(カタログ値)は3.8Vである。仮に、LEDユニット301aのVfが最小値3.0Vで、LEDユニット301b〜301dのいずれかのVfが最大値3.8Vであり、しかもベース電流補償トランジスタ403のVbe(ベース−エミッタのオン電圧)等が0.8Vに満たないとすると、電圧補償回路500による電圧降下がなければ、LEDユニット301aのVfとベース電流補償トランジスタ403のVbe等を加算した電圧よりも、LEDユニット301b〜LEDユニット301dのVfの方が低くなる。この場合、Vfが3.8VのLEDユニット301b〜301dには基準ユニットであるLEDユニット301aと同じ電流が流れない。
そこで、上記のように、ベース電流補償回路400と直列に電圧補償回路500を介在させることによって、LEDユニット301a〜301dのVfがばらついても、LEDユニット301aのVfとベース電流補償トランジスタ403のVbe等と電圧補償回路500の電圧とを加算した電圧が、LEDユニット301b〜301dのVfを下回ることがないようにして、Vfが3.8VのLEDユニット301b〜301dに基準ユニットであるLEDユニット301aと同じ電流が流れるようにしている。
また、本実施の形態において、定電流制御回路602は、エミッタ抵抗303a〜303dから出力される電流の総和(LEDユニット301a〜301dに流れる電流の総和)を検出し、検出した電流の総和が一定となるように定電流電源210を制御する。
以上説明したように、本実施の形態に係る点灯装置200は、複数のLEDユニット301a〜301dが並列に接続され、これら複数のLEDユニット301a〜301dに定電流を供給する定電流回路(定電流電源210)と、複数のLEDユニット301a〜301dにそれぞれのコレクタ端子が接続されるとともに、互いのベース端子が共通に接続されるトランジスタ302a〜302dを有し、複数のLEDユニット301a〜301dのうち、1つのLEDユニット301aに流れる電流を基準電流とし、他のLEDユニット301b〜301dに流れる電流が基準電流と略同一になるように制御するカレントミラー回路とを備える。これにより、複数のLEDユニット301a〜301dの発光輝度を一定化することができる。
さらに、点灯装置200は、基準となるLEDユニット301aに接続されるトランジスタ302aのコレクタ端子とベース端子との間に接続され、カレントミラー回路を構成するトランジスタ302a〜302dのベース電流を補償するベース電流補償回路400を備える。これにより、カレントミラー回路を構成するトランジスタ302a〜302dのベース電流を効率的に確保することができる。
さらに、点灯装置200は、ベース電流補償回路400に対して直列となるように接続され、所定レベルの電圧降下を発生させる電圧補償回路500を備える。これにより、LEDのVfのばらつきにより点灯装置200が動作しないという事態を避けることができる。また、LEDユニット301a〜301dが複数のLEDを直列に接続したもの(LEDアレイ)である場合、LEDのVfのばらつきが大きいため、電圧補償回路500による電圧降下がなければ、元々Vfが低いLEDユニットの電圧と、元々Vfが高いLEDユニットでLEDが1個短絡故障した場合の当該LEDユニットの電圧との差が小さく、LEDの短絡故障なのか、それとも、元々Vfが低いLEDユニットなのかを判別するのが困難であるが、本実施の形態によれば、このような問題を回避できる。
実施の形態2.
本実施の形態について、主に実施の形態1との差異を説明する。
本実施の形態について、主に実施の形態1との差異を説明する。
本実施の形態は、実施の形態1に係る点灯装置200の電圧補償回路500を備える位置を変更したものである。
図4は、本実施の形態に係る点灯装置200の回路構成を示す回路図である。
図4において、電圧補償回路500は、一端が直列回路部300aに接続され、他端がベース抵抗401に接続される。
このように、本実施の形態において、電圧補償回路500は、基準ユニットであるLEDユニット301aとベース電流補償回路400との間で、ベース電流補償回路400と直列に接続され、所定レベルの電圧降下を発生させる。効果については、実施の形態1と同様である。
なお、ベース抵抗401と電圧補償回路500は直列に接続されるため、配置を入れ換えても構わない。即ち、電圧補償回路500は、一端がベース抵抗401に接続され、他端がベース電流補償トランジスタ403のベース端子に接続されるようにしてもよい。
実施例1.
本実施例は、実施の形態1に係る点灯装置200の具体例である。
本実施例は、実施の形態1に係る点灯装置200の具体例である。
図5は、本実施例に係る点灯装置200の回路構成を示す回路図である。
図5において、点灯装置200は、図3(実施の形態1)に示した電圧補償回路500として、ダイオード500aを用いている。即ち、本実施例では、電圧補償回路500がダイオード500aを有する。効果については、実施の形態1の説明で述べた通りである。
なお、本実施例と同様に、実施の形態2における電圧補償回路500として、ダイオード500aを用いてもよい。また、ダイオード500aを複数用いたり、シャントレギュレータや抵抗等、他の素子とともに用いたりしてもよい。
実施例2.
本実施例は、実施の形態1に係る点灯装置200の具体例である。
本実施例は、実施の形態1に係る点灯装置200の具体例である。
図6は、本実施例に係る点灯装置200の回路構成を示す回路図である。
図6において、点灯装置200は、図3(実施の形態1)に示した電圧補償回路500として、シャントレギュレータ500bを用いている。即ち、本実施例では、電圧補償回路500がシャントレギュレータ500bを有する。
LEDユニット301aが複数のLEDを直列に接続したもの(LEDアレイ)である場合、シャントレギュレータ500bの基準電圧を変更することで異なるLED数に対応できる。このとき、他のLEDユニット301b〜301dにも同じ数のLEDを接続して、LEDユニット301a〜301dの間で、直列接続されるLED群の総和したVfの差が大きくならないようにするか、他の方法(LEDの代わりにダイオード等を接続する)を用いて、LEDユニット301a〜301dの間で、Vfの差が大きくならないようにすることが望ましい。
なお、本実施例と同様に、実施の形態2における電圧補償回路500として、シャントレギュレータ500bを用いてもよい。また、シャントレギュレータ500bを複数用いたり、ダイオードや抵抗等、他の素子とともに用いたりしてもよい。
実施例3.
本実施例は、実施の形態1に係る点灯装置200の具体例である。
本実施例は、実施の形態1に係る点灯装置200の具体例である。
図7は、本実施例に係る点灯装置200の回路構成を示す回路図である。
図7において、点灯装置200は、図3(実施の形態1)に示した電圧補償回路500として、抵抗500cを用いている。即ち、本実施例では、電圧補償回路500が抵抗500cを有する。効果については、実施の形態1の説明で述べた通りである。
なお、本実施例と同様に、実施の形態2における電圧補償回路500として、抵抗500cを用いてもよい。また、抵抗500cを複数用いたり、ダイオードやシャントレギュレータ等、他の素子とともに用いたりしてもよい。
実施例4.
本実施例は、実施の形態1に係る点灯装置200の具体例である。
本実施例は、実施の形態1に係る点灯装置200の具体例である。
図8は、本実施例に係る点灯装置200の回路構成を示す回路図である。
図8において、点灯装置200は、図3(実施の形態1)に示した電圧補償回路500として、ツェナーダイオード500d(定電圧ダイオード)を用いている。即ち、本実施例では、電圧補償回路500がツェナーダイオード500dを有する。効果については、実施の形態1の説明で述べた通りである。
なお、本実施例と同様に、実施の形態2における電圧補償回路500として、ツェナーダイオード500dを用いてもよい。また、ツェナーダイオード500dを複数用いたり、シャントレギュレータや抵抗等、他の素子とともに用いたりしてもよい。
実施例5.
本実施例は、実施の形態1に係る点灯装置200の具体例である。
本実施例は、実施の形態1に係る点灯装置200の具体例である。
図9は、本実施例に係る点灯装置200の回路構成を示す回路図である。
図9において、点灯装置200は、図3(実施の形態1)に示した電圧補償回路500として、LED500eを用いている。即ち、本実施例では、電圧補償回路500がLED500eを有する。効果については、実施の形態1の説明で述べた通りである。
なお、本実施例と同様に、実施の形態2における電圧補償回路500として、LED500eを用いてもよい。また、LED500eを複数用いたり、ダイオードやシャントレギュレータや抵抗等、他の素子とともに用いたりしてもよい。
実施の形態3.
本実施の形態について、主に実施の形態1との差異を説明する。
本実施の形態について、主に実施の形態1との差異を説明する。
本実施の形態は、実施の形態1に係る点灯装置200のベース電流補償回路400及び電圧補償回路500をそれぞれ複数備えるようにしたものである。
図10は、本実施の形態に係る点灯装置200の回路構成を示す回路図である。
図10において、点灯装置200は、実施の形態1と同様に、定電流電源210と複数の直列回路部300a〜300dと電流フィードバック回路600とを備えるほか、2つのベース電流補償回路400,400fと2つの電圧補償回路500,500fとを備える。
直列回路部300aのトランジスタ302aのコレクタ端子は、実施の形態1と同様に、ベース電流補償回路400に接続される。本実施の形態では、直列回路部300cのトランジスタ302cのコレクタ端子が、ベース電流補償回路400fに接続される。
トランジスタ302a〜302dとエミッタ抵抗303a〜303dは、カレントミラー回路を構成する。
ベース電流補償回路400は、実施の形態1と同様に、直列回路部300aに接続されるベース抵抗401と、定電流電源210に接続されるベース電流補償抵抗402と、ベース抵抗401にベース端子が接続され、ベース電流補償抵抗402にコレクタ端子が接続されるベース電流補償トランジスタ403とを備える。ベース電流補償回路400fは、同様に構成されており、直列回路部300cに接続されるベース抵抗401fと、定電流電源210に接続されるベース電流補償抵抗402fと、ベース抵抗401fにベース端子が接続され、ベース電流補償抵抗402fにコレクタ端子が接続されるベース電流補償トランジスタ403fとを備える。
電圧補償回路500は、一端がベース電流補償トランジスタ403のエミッタ端子に接続され、他端がトランジスタ302a〜302dのそれぞれのベース端子に接続される。電圧補償回路500fは、一端がベース電流補償トランジスタ403fのエミッタ端子に接続され、他端が、ダイオード501を介してトランジスタ302a〜302dのそれぞれのベース端子に接続される。ベース電流補償トランジスタ403から電圧補償回路500に電流が流れる場合、ベース電流補償トランジスタ403fから電圧補償回路500fに電流が流れていても、電圧補償回路500と電圧補償回路500fとの電位関係からダイオード501を電流が流れないため、電圧補償回路500からトランジスタ302a〜302dのそれぞれのベース端子に電流が流れる。LEDユニット301aの故障等でベース電流補償トランジスタ403から電圧補償回路500に電流が流れなくなった場合、ベース電流補償トランジスタ403fから電圧補償回路500f及びダイオード501を介してトランジスタ302a〜302dのそれぞれのベース端子に電流が流れる。つまり、2つの電圧補償回路500,500fが出力する電流のいずれかが、トランジスタ302a〜302dのベース端子に流れるが、ダイオード501があることにより、通常は、電圧補償回路500が出力する電流がトランジスタ302a〜302dのベース端子に流れる(LEDユニット301aが基準ユニットとなる)。そして、LEDユニット301aの故障等があった場合のみ、電圧補償回路500fが出力する電流がトランジスタ302a〜302dのベース端子に流れる(LEDユニット301cが基準ユニットとなる)。
電流フィードバック回路600については、エミッタ抵抗303a〜303dに接続される2つの電流フィードバック抵抗601,601fを備える点を除き、実施の形態1と同様である。
本実施の形態によれば、直列回路部300a〜300dのいずれかが外されたり、故障したりしても、ベース電流補償回路400,400fが2つあるので、他の直列回路部300a〜300dに影響を与えることがない。
実施の形態4.
本実施の形態について、主に実施の形態3との差異を説明する。
本実施の形態について、主に実施の形態3との差異を説明する。
本実施の形態は、実施の形態3に係る点灯装置200の電流フィードバック回路600の構成を変更したものである。
図11は、本実施の形態に係る点灯装置200の回路構成を示す回路図である。
図11において、電流フィードバック回路600は、定電流電源210に接続される可変抵抗である電流フィードバック抵抗601aと、コレクタ端子がエミッタ抵抗303a,303bに接続され、エミッタ端子が電流フィードバック抵抗601aに接続されるトランジスタ603と、コレクタ端子がエミッタ抵抗303c,303dに接続され、エミッタ端子が電流フィードバック抵抗601aに接続されるトランジスタ603fと、電流フィードバック抵抗601a及びトランジスタ603,603fのベース端子に接続され、定電流電源210に制御信号を出力する定電流制御回路602とを備える。定電流制御回路602は、トランジスタ603,603fのオン/オフを切り替えることにより、直列回路部300a,300bのLEDユニット301a,301bのみを点灯したり、直列回路部300c,300dのLEDユニット301c,301dのみを点灯したり、あるいは、直列回路部300a〜300dのLEDユニット301a〜301d全てを点灯したりすることができる。このとき、定電流制御回路602は、電流フィードバック抵抗601aの抵抗値を、点灯するLEDユニット301a〜301dの数に応じて変更する。
実施例6.
本実施例は、実施の形態4に係る点灯装置200の具体例である。
本実施例は、実施の形態4に係る点灯装置200の具体例である。
図12は、本実施例に係る点灯装置200の回路構成を示す回路図である。
図12において、点灯装置200は、直流電源211と、DC−DCコンバータ212と、入力スイッチ310,310fと、LEDユニット301a〜301dと、カレントミラー回路320,320fと、出力スイッチ610,610fと、電流検出回路620と、AND回路630と、制御回路700とを有する。
LEDユニット301a,301bのアノード側は接続され、入力スイッチ310を介してDC−DCコンバータ212の出力端子(+)213に接続される。同様に、LEDユニット301c,301dのアノード側は接続され、入力スイッチ310fを介してDC−DCコンバータ212の出力端子(+)213に接続される。入力スイッチ310,310fは、例えばトランジスタ等を用い、ベース端子に電圧を印加するとオンになるよう動作する。
カレントミラー回路320は、トランジスタ302a,302b及びエミッタ抵抗303a,303bを有しており、LEDユニット301a,301bのカソード側と接続され、LEDユニット301a,301bに流れる電流が同一になるよう動作する。同様に、カレントミラー回路320fは、トランジスタ302c,302d及びエミッタ抵抗303c,303dを有しており、LEDユニット301c,301dのカソード側と接続され、LEDユニット301c,301dに流れる電流が同一になるよう動作する。カレントミラー回路320fのベース電流補償トランジスタ403fに直列にダイオード501が接続されているため、前述したように、通常は、カレントミラー回路320内のベース電流補償トランジスタ403からトランジスタ302a〜302dのベース電流が供給される。そして、カレントミラー回路320fが単独で動作するときのみ、カレントミラー回路320f内のベース電流補償トランジスタ403fからダイオード501を経由してトランジスタ302c,302dのベース電流が供給される。
出力スイッチ610は、カレントミラー回路320の出力端、即ち、カレントミラー回路320を構成するトランジスタ302aのエミッタ端子とトランジスタ302bのエミッタ端子とからエミッタ抵抗303a,303bを介して接続点に接続される。出力スイッチ610には、MOS−FETが用いられる。同様に、出力スイッチ610fは、カレントミラー回路320fの出力端、即ち、カレントミラー回路320fを構成するトランジスタ302cのエミッタ端子とトランジスタ302dのエミッタ端子とからエミッタ抵抗303c,303dを介して接続点に接続される。出力スイッチ610fにも、MOS−FETが用いられる。さらに、出力スイッチ610と出力スイッチ610fとの電流出力が集中するよう1点で接続される。即ち、2つのMOS−FETのソース端子が互いに接続され、電流検出回路620を介してDC−DCコンバータ212の帰還端子215に接続される。
電流検出回路620は、検出抵抗621と、この検出抵抗621と並列接続される検出抵抗622及びMOS−FET623の直列回路とから構成され、MOS−FET623のゲート端子はAND回路630の出力端子に接続される。
制御回路700は、LEDユニット301b,301dの故障検出入力とLEDユニット301a〜301dの点灯スイッチとを制御するもので、例えばマイコンで実装される。制御回路700は、LEDユニット301bの故障検出入力にA/D(アナログ/デジタル)変換機能をもつ故障検出端子(B)701を使用し、LEDユニット301dの故障検出入力に同様の故障検出端子(D)701fを使用する。故障検出端子(B)701はLEDユニット301bのカソード側とトランジスタ302bのコレクタ端子との接続点電圧を入力する。同様に、故障検出端子(D)701fはLEDユニット301dのカソード側とトランジスタ302dのコレクタ端子との接続点電圧を入力する。また、制御回路700は、LEDユニット301a,301bの点灯制御に点灯スイッチ端子(AB)702を使用し、LEDユニット301c,301dの点灯制御に点灯スイッチ端子(CD)702fを使用する。点灯スイッチ端子(AB)702は入力スイッチ310と出力スイッチ610とのON/OFFを制御し、点灯スイッチ端子(CD)702fは入力スイッチ310fと出力スイッチ610fとのON/OFFを制御する。点灯スイッチ端子(AB)702と点灯スイッチ端子(CD)702fとが出力レベル“H”(High)になると、入力スイッチ310及び出力スイッチ610、入力スイッチ310f及び出力スイッチ610fがONとなる。また、点灯スイッチ端子(AB)702と点灯スイッチ端子(CD)702fとはAND回路630の入力端子に接続される。AND回路630は2つの入力信号が“H”のときのみ、その出力が“H”となる。
次に、点灯装置200の動作について説明する。
制御回路700の故障検出端子(B)701、故障検出端子(D)701fに入力される電圧が正常電圧範囲の場合、制御回路700は点灯スイッチ端子(AB)702と点灯スイッチ端子(CD)702fとから入力スイッチ310及び出力スイッチ610、入力スイッチ310f及び出力スイッチ610fがそれぞれONとなる信号を出力する。この状態で、直流電源211の電圧はDC−DCコンバータ212によって昇圧又は降圧され、一定電圧がLEDユニット301a〜301dに印加される。DC−DCコンバータ212は、直流電源211がバッテリ等、低い電圧を入力するものの場合は昇圧型コンバータであり、直流電源211が商用電源を整流平滑して得られた高い電圧を入力するものの場合は降圧型コンバータである。なお、直流電源211、DC−DCコンバータ212からなる部分は、図11(実施の形態4)に示した定電流電源210に相当する。
DC−DCコンバータ212から入力スイッチ310を介してLEDユニット301a,301bに電流が流れ、当該2つの電流はカレントミラー回路320により略等しい電流値になり、出力スイッチ610で合成される。また、DC−DCコンバータ212から入力スイッチ310fを介してLEDユニット301c,301dに電流が流れ、当該2つの電流はカレントミラー回路320fにより略等しい電流値になり、出力スイッチ610fで合成される。
さらに、カレントミラー回路320とカレントミラー回路320fとのベース回路が共通になっているので、出力スイッチ610に流れる電流と出力スイッチ610fに流れる電流が等しくなる。
出力スイッチ610,610fに流れる電流は電流検出回路620を経由してDC−DCコンバータ212に回生される。AND回路630の2つの入力が“H”のとき、電流検出回路620内のMOS−FET623がONとなり、検出抵抗621と検出抵抗622との合成抵抗に主電流が流れることになる。なお、検出抵抗621と検出抵抗622とは同抵抗値の抵抗で構成されている。電流検出回路620の検出電圧はDC−DCコンバータ212の帰還端子215に入力され、帰還端子215が所定電圧になるようDC−DCコンバータ212の出力電圧、即ち、DC−DCコンバータ212の出力端子(+)213からの電圧が制御される。なお、DC−DCコンバータ212の一部、出力スイッチ610,610f、電流検出回路620、AND回路630からなる部分は、やや構成が異なるが、図11(実施の形態4)に示した電流フィードバック回路600に相当する。
LEDユニット301bが故障した場合には、制御回路700の故障検出端子(B)701の電圧が正常電圧範囲から外れ、制御回路700は点灯スイッチ端子(AB)702を“L”(Low)にして入力スイッチ310及び出力スイッチ610をOFFにする。また、AND回路630の出力も“L”となるため、電流検出回路620内のMOS−FET623もOFFとなり、LEDユニット301c,301dに流れる電流はカレントミラー回路320f、出力スイッチ610fを経由して電流検出回路620内の検出抵抗622に流れる。カレントミラー回路320fが単独で動作するため、前述のように電流の基準はLEDユニット301cに流れる電流となり、ベース電流補償トランジスタ403からダイオード501を介してトランジスタ302c,302dにベース電流が流れることになる。
LEDユニット301c又はLEDユニット301dが故障した場合は、制御回路700の故障検出端子(D)701fの電圧が正常電圧範囲から外れ、制御回路700は点灯スイッチ端子(CD)702fを“L”にして入力スイッチ310f及び出力スイッチ610fをOFFにし、LEDユニット301c,301dに流れる電流を停止する。
LEDユニット301a〜301dのいずれが故障した場合も、AND回路630の出力により電流検出回路620の抵抗が2倍になるため、DC−DCコンバータ212では全てのLEDユニット301a〜301dが正常である場合に比べて出力電流が1/2になるよう制御され、点灯を継続するLEDユニットに通常の電流の2倍の電流が流れ続けるということはない。
前述したように、LED素子はその構成より、Vfの値のばらつきが大きい。例えば、同じ素子でもVfの低いもの(Vf(MIN))で3.0V、Vfの高いもの(Vf(MAX))で3.8Vといったばらつきがある。VfのばらつきのないLEDを選定する方法もあるが、狭い範囲のVfを指定しての納入は、手間がかかり、コスト的、デリバリー的にも問題が生じる。
ここで、カレントミラー回路320に接続され、基準となる電流を流すLEDユニット301aがVfの低い(3.0Vとする)LEDを6個直列に接続したものとし、LEDユニット301bがVfの高い(3.8Vとする)LEDを6個直列に接続したものとして、LEDユニット301aのVf(A)とLEDユニット301bのVf(B)とを比較した場合、LEDユニット301aのVf(A)は3.0V×6個=18.0Vとなり、LEDユニット301bのVf(B)は3.8V×6個=22.8Vとなる。即ち、Vf(A)とVf(B)の電圧差は4.8Vであり、LED素子1個分のVfより大きな値となる。こうなると、2つのLEDユニット301a,301bの間でVfに差がある場合、この差が、LEDユニット301a,301bいずれかの中の素子が1個短絡故障したことによるものなのか、VfにばらつきのあるLEDを組み合わせたことによるものなのか判断することが困難となる。
また、基準となるLEDユニット301aのVfが低いときは、電流値が一定になるように動作するDC−DCコンバータ212の帰還端子215に入力した電圧により、DC−DCコンバータ212の出力が制御されるが、LEDユニット301bに接続するトランジスタ302bのコレクタ−エミッタ間電圧Vceがマイナス電位となってしまい、カレントミラー回路320の動作領域を外れてしまう可能性がある。
そこで、本実施例のように、ベース電流補償トランジスタ403に、基準電位Vrefを加える電圧補償回路500を直列に接続し、電圧の差を補っておくことでLEDユニット301bに対するカレントミラー動作をさせることが可能となる。
しかしながら、このとき、Vrefの値が大きいほど、LEDユニット301a,301bのVfのばらつきに対して有効であるが、むやみに大きくすると、単純にVref分の電圧がDC−DCコンバータ212の出力に上乗せされる状態となるため、回路効率が悪化する。また、逆にLEDユニット301aのVf(A)が高く、LEDユニット301bのVf(B)が低いときは、ベース電流補償トランジスタ403のVbeとベース抵抗401とに、さらに電圧補償回路500の電圧Vrefを足した電位をそのままトランジスタ302bが請け負うことになり、トランジスタ302bの損失が大きくなってしまう。そのため、LEDユニット301a,301bのVfのばらつきをなくすのに必要最小限のVrefを選定することが望ましい。これにより、点灯回路の損失、特にカレントミラー回路を構成するトランジスタ302a〜302dの損失を少なくすることができる。なお、LEDのVfは、LEDに流す電流によっても変化するため、本実施例では、LEDに流す電流に応じたVrefを選定する。
Vfのばらつきが3.0V〜3.4VのLEDを使用して実験を行ったところ、LEDの電流を100mAに設定した際に、Vrefを1.0〜1.3Vに設定することにより、Vfのばらつきがどのような組み合わせになっても、LEDの故障を故障検出端子(B)701又は故障検出端子(D)701fで検出することができ、万一1個のLEDの短絡故障を検出できず、カレントミラー回路320のトランジスタ302a,302bの電圧が高く保たれた場合でも、紙フェノール基板に実装したトランジスタ302a,302bに適当な放熱手段を施すことで、トランジスタ302a,302bの温度をジャンクション温度以下にすることができ、また、Vrefを挿入したことによって、回路効率を2%アップさせることができた。
本実施例では、Vrefの電圧をもたせる手段(電圧補償回路500,500f)として、実施例2のように、シャントレギュレータを用いているため、精度のよい回路が実現できる。なお、実施例1のように、ダイオードを1個又は数個直列にしてVrefを生成しても、略同様の効果が得られるし、それ以外の実施例と同様の構成を採用しても構わない。
本実施例では、制御回路700のマイコンを大きなものにしたり、外付けのコンパレータ等の比較器を設けたりしないため、部品の数が増えることがなく、基板面積やサイズ、基板の両面化等をせずに、LEDの故障を検出し、それによる回路の破損がない点灯装置200を提供できる。即ち、LEDユニット301a〜301dのラインが多数あっても、故障判定する際に、検出回路が複雑にならず、部品数、回路のサイズ、コストを抑えることができる。
また、LEDの故障を明確にするため、LEDアレイ(LEDユニット)内の1つのLEDがオープン故障した場合、オープン故障したLEDアレイ(LEDユニット)を消灯することができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、これらのうち、2つ以上の実施の形態を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらのうち、1つの実施の形態を部分的に実施しても構わない。あるいは、これらのうち、2つ以上の実施の形態を部分的に組み合わせて実施しても構わない。
100 誘導灯、110 本体、120 電源ユニット、130 パネルユニット、131 LEDユニット、132 導光板、133 誘導灯表示板、200 点灯装置、210 定電流電源、211 直流電源、212 DC−DCコンバータ、213 出力端子(+)、214 出力端子(−)、215 帰還端子、300a〜300d 直列回路部、301a〜301d LEDユニット、302a〜302d トランジスタ、303a〜303d エミッタ抵抗、310,310f 入力スイッチ、320,320f カレントミラー回路、400,400f ベース電流補償回路、401,401f ベース抵抗、402,402f ベース電流補償抵抗、403,403f ベース電流補償トランジスタ、500,500f 電圧補償回路、500a ダイオード、500b シャントレギュレータ、500c 抵抗、500d ツェナーダイオード、500e LED、501 ダイオード、600 電流フィードバック回路、601,601a,601f 電流フィードバック抵抗、602 定電流制御回路、603,603f トランジスタ、610,610f 出力スイッチ、620 電流検出回路、621,622 検出抵抗、623 MOS−FET、630 AND回路、700 制御回路、701 故障検出端子(B)、701f 故障検出端子(D)、702 点灯スイッチ端子(AB)、702f 点灯スイッチ端子(CD)。
Claims (5)
- 並列に接続された複数のLEDユニットのそれぞれに電流を供給する電源回路と、
それぞれのコレクタ端子を前記複数のLEDユニットに1対1で接続した複数のトランジスタを有し、前記複数のトランジスタのベース端子を前記複数のLEDユニットの1つである基準ユニットに共通に接続して、前記電源回路から前記基準ユニット以外のLEDユニットに流れる電流が前記電源回路から前記基準ユニットに流れる電流と略同一となるように構成されたカレントミラー回路と、
前記基準ユニットと前記基準ユニットに接続されたトランジスタのベース端子との間に接続され、前記基準ユニットから前記複数のトランジスタのベース端子に流れる電流を補償するベース電流補償回路と、
前記基準ユニットと前記ベース電流補償回路との間、又は、前記ベース電流補償回路と前記基準ユニットに接続されたトランジスタのベース端子との間で、前記ベース電流補償回路と直列に接続され、所定レベルの電圧降下を発生させる電圧補償回路とを備えることを特徴とする点灯装置。 - 前記電圧補償回路は、ダイオードとシャントレギュレータと抵抗と定電圧ダイオードとLEDとの少なくともいずれかを有することを特徴とする請求項1に記載の点灯装置。
- 前記点灯装置は、さらに、
前記複数のLEDユニットに流れる電流の総和を検出し、検出した電流の総和が一定となるように前記電源回路を制御する定電流制御回路を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の点灯装置。 - 請求項1から3までのいずれかに記載の点灯装置と、
前記複数のLEDユニットとを備え、
前記複数のLEDユニットは、複数のLEDを直列に接続したものであることを特徴とする照明装置。 - 請求項4に記載の照明装置と、
前記照明装置の複数のLEDユニットによって照らされる表示部とを備えることを特徴とする表示装置。
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