JP2011018691A - Ｌｅｄ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＦＥＴ等の定電流素子における電力損失を可及的に抑制して発熱を小さくすると共に、高速応答可能であり、種々のＬＥＤ回路部に対して精度良く調光可能なＬＥＤ駆動装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ素子２Ａに直列接続され、電源電圧Ｖ_０を昇圧又は降圧して素子印加電圧Ｖ_ＸとしてＬＥＤ素子２Ａに印加する昇降圧回路部３と、ＬＥＤ素子２Ａに直列接続され、ＬＥＤ素子２Ａを流れる電流を一定にする定電流回路部４と、昇降圧回路部３及び定電流回路部４を制御する制御部５とを備え、制御部５が、定電流回路部４に印加される電圧を所定値以下とするために素子印加電圧Ｖ_Ｘと定電流回路部４により得られる定電流Ｉ_Ｃとが関連付けられた制御テーブルに基づいて、昇降圧回路部３を制御して素子印加電圧Ｖ_Ｘを調整するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、１又は複数のＬＥＤ素子を有するＬＥＤ回路部が接続されて、そのＬＥＤ素子を定電流駆動するＬＥＤ駆動装置に関するものである。

従来のＬＥＤ駆動装置としては、図２に示すように、ＬＥＤ回路部に直列に接続された電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）と、当該ＦＥＴを制御するオペアンプとを備え、ＬＥＤ回路部を定電流制御するものがある。

しかしながら、電源電圧が一定（例えば２４Ｖ）であるため、ＦＥＴのドレイン−ソース間の電圧が大きくなってしまい、ＦＥＴでの電力損失が大きくなってしまう。そうすると、ＦＥＴでの発熱が問題となってしまう。

また、他のＬＥＤ駆動装置として、特許文献１に示すように、上記構成に加えてＤＣＤＣコンバータによって電源電圧を降圧してＬＥＤ回路に印加するものであって、ＤＣＤＣコンバータ及びＬＥＤ回路部との間にＦＥＴ等のスイッチング素子を設けたものがある。

しかしながら、このＬＥＤ駆動装置は、ＤＣＤＣコンバータをフィードバック制御することによってＬＥＤ回路部に一定電流を流すように構成されており、フィードバック制御における位相補償回路が複雑であり、応答速度が遅くなるだけでなく、その設計及び評価に時間がかかってしまうという問題がある。

さらに、ＬＥＤ駆動装置に接続されるＬＥＤ回路は、ＬＥＤ素子のばらつきや、回路ケーブルなど種々の要因によって、その電流−電圧特性が異なるという問題もある。

特表２００８−５０４６５４号公報

そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、ＦＥＴ等の定電流素子における電力損失を可及的に抑制して発熱を小さくすると共に、高速応答可能であり、種々のＬＥＤ回路部に対して精度良く調光可能なＬＥＤ駆動装置を提供することをその主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に係るＬＥＤ駆動装置は、１又は複数のＬＥＤ素子を有するＬＥＤ回路部が接続されて、そのＬＥＤ素子を定電流駆動するＬＥＤ駆動装置であって、前記ＬＥＤ素子に直列接続され、電源電圧を昇圧又は降圧して素子印加電圧として前記ＬＥＤ素子に印加する昇降圧回路部と、前記ＬＥＤ素子に直列接続され、前記ＬＥＤ素子を流れる電流を一定にする電界効果トランジスタを有する定電流回路部と、前記昇降圧回路部及び前記定電流回路部を制御する制御部と、を備え、前記制御部が、接続されたＬＥＤ回路部毎に求められるものであって、前記電界効果トランジスタのドレイン及びソース間の電圧を所定値以下とするために、前記素子印加電圧と前記定電流回路部により得られる定電流とが関連付けられた制御テーブルに基づいて、前記昇降圧回路部を制御して前記素子印加電圧を調整するものであることを特徴とする。

このようなものであれば、制御部が、電界効果トランジスタに印加される電圧を所定値以下となるように素子印加電圧を調整しているので、電界効果トランジスタにおける電力損失を抑えることができ、電界効果トランジスタにおける発熱を抑えることができる。また、電界効果トランジスタを有する定電流回路部によってＬＥＤ素子に流れる電流を一定にしているので、ＬＥＤ回路部の調光制御を高速に行うことができる。さらに、制御部が、接続されたＬＥＤ回路毎に求められる制御テーブルによって素子印加電圧を調整するものであり、接続されたＬＥＤ回路部の電流−電圧特性に応じて調光制御することができ、調光性能を向上させることができる。

またＬＥＤ回路部をＬＥＤ駆動装置に実際に接続した状態におけるＬＥＤ回路部の電流−電圧特性を考慮して制御テーブルを作成することより、ＬＥＤ回路部の調光性能をさらに向上させるためには、前記制御部が、接続されたＬＥＤ回路部毎に制御テーブルを作成するものであることが望ましい。

定常時におけるＬＥＤ素子の駆動に影響を与えることなく、制御テーブルを作成するためには、前記制御テーブル作成のタイミングが、電源立ち上げ時であることが望ましい。また同様に、前記制御テーブル作成のタイミングが、光量レベル変更時であることが望ましい。

定電流回路部の具体的な実施の態様としては、前記定電流回路部が、前記ＬＥＤ素子に直列接続される電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）と、前記調光制御信号により定まる所定電流に応じた電圧に基づいて、前記電界効果トランジスタのゲート電圧を制御するオペアンプと、を備えることが考えられる。

電界効果トランジスタの損失を可及的に低減するためには、前記制御部が、前記電界効果トランジスタのドレイン−ソース間の電圧が電界効果トランジスタの非飽和領域での最小値近傍となるように昇降圧回路部を制御するものであることが望ましい。

ＤＣＤＣコンバータ等の昇降圧回路部を制御してＬＥＤ素子をストロボ発光させようとすると、その構成から高速化に限界がある。このとき、前記制御部が、前記ＬＥＤ素子をストロボ発光させるための制御信号を前記定電流回路部に出力するものであるので、高速制御化可能になり、ストロボ発光を高速化することができる。

このように構成した本発明によれば、ＦＥＴ等の定電流素子における電力損失を可及的に抑制して発熱を小さくすると共に、高速応答可能であり、種々のＬＥＤ回路部に対して精度良く調光可能なＬＥＤ駆動装置を提供することができる。

本実施形態のＬＥＤ駆動装置の模式的構成を示す図である。 従来の定電流方式の一例を示す図である。

以下に本発明に係るＬＥＤ駆動装置の一実施形態について図面を参照して説明する。

＜装置構成＞
本実施形態に係るＬＥＤ駆動装置１００は、図１に示すように、１又は複数のＬＥＤ素子２Ａを有するＬＥＤ回路部２００が接続されて、そのＬＥＤ素子２Ａを定電流駆動するものである。

具体的にこのものは、ＬＥＤ素子２Ａに直列接続され、電源電圧Ｖ_０を昇圧又は降圧して素子印加電圧Ｖ_ＸとしてＬＥＤ素子２Ａに印加する昇降圧回路部３と、ＬＥＤ素子２Ａに直列接続され、ＬＥＤ素子２Ａを流れる電流を一定にする定電流回路部４と、昇降圧回路部３及び定電流回路部４を制御する制御部５と、を備えている。

本実施形態の昇降圧回路部３はＤＣＤＣコンバータであり、制御部５によって出力される電圧制御信号を受信して、電源電圧Ｖ_０（例えば２４Ｖ）を電圧制御信号が示す電圧Ｖ_Ｘに降圧（又は昇圧）してＬＥＤ素子２Ａに印加するものである。

定電流回路部４は、ＬＥＤ素子２Ａに直列接続される電界効果トランジスタ４１及び抵抗４２と、電界効果トランジスタ４１を駆動するオペアンプ４３とを備え、ＬＥＤ回路部２００に流れる電流を連続的又は離散的に変更すると共に、その電流を一定に保つものである。なお、ＬＥＤ素子２Ａ、電界効果トランジスタ４１及び抵抗４２は、この順で直列接続されている。

オペアンプ４３は、制御部５によって出力される調光制御信号を受信して、その調光制御信号により定まる所定電流Ｉ_Ｃに応じた電圧に基づいて、電界効果トランジスタ４１のゲート電圧を制御する。オペアンプ４３には、ＦＥＴ４１及び抵抗４２の間の電流を検出する電流検出部６からの電流検出信号が入力される。また、オペアンプ４３には、ＬＥＤ素子２Ａをストロボ発光させるための制御信号が制御部５から出力される。これにより、定電流回路部４によってＬＥＤ素子２Ａがストロボ発光されることになる。

制御部５は、昇降圧回路部であるＤＣＤＣコンバータ３に電圧制御信号を出力して、ＤＣＤＣコンバータを制御することによりＬＥＤ素子２Ａに印加される素子印加電圧Ｖ_Ｘを調整する電圧制御部５１と、外部から入力される調光信号に基づいて定電流回路部４のオペアンプ４３に調光制御信号を出力して、ＬＥＤ素子２Ａに流れる電流を指示する電流制御部５２と、を有する。この制御部５は、例えばＣＰＵ等により構成されている。

また、制御部５には、電流検出部６からの電流検出信号が入力されると共に、ＬＥＤ回路部２００とＦＥＴ４１の間の電流を検出する電流検出部７からの電流検出信号が入力される。なお、電流検出部６からの電流検出信号により、ＦＥＴ４１のソース電圧が算出され、電流検出部７からの電流検出信号によりＦＥＴ４１のドレイン電圧が算出される。

しかして本実施形態の制御部５は、接続されたＬＥＤ回路部２００毎に求められるものであって、定電流回路部４により得られる定電流Ｉ_ＣとＦＥＴ４１のドレイン−ソース間の電圧Ｖ_Ｄ−Ｓを所定値とするための素子印加電圧Ｖ_Ｘとが対応付けられた制御テーブルを作成する制御テーブル作成部５３をさらに有する。

この制御テーブル作成部５３は、定電流回路部４によって得られる定電流Ｉ_Ｃ（具体的には電流検出部６の検出値）を０〜１００ｍＡとした場合に、その各電流値において、ＦＥＴ４１に印加される電圧（具体的には、ドレイン−ソース間の電圧Ｖ_Ｄ−Ｓ）が電界効果トランジスタの非飽和領域での最小値近傍、例えば１Ｖとなる素子印加電圧Ｖ_Ｘを求め、その素子印加電圧Ｖ_Ｘをそのときの定電流に対応付けて制御テーブルを作成する。なお、この制御テーブル作成部５３により作成された制御テーブルデータは、図示しないメモリ内に格納される。

また、この制御テーブル作成部５３が制御テーブルを作成するタイミングは、ＬＥＤ素子２Ａの調光性能に影響を与えないタイミング、つまり、ＬＥＤ駆動装置１００の電源立ち上げ時である。つまり、ＬＥＤ駆動装置１００の電源スイッチＯＮから定常状態に至るまでである。

そして、電圧制御部５１は、制御テーブル作成部５３によって得られた制御テーブルを用いて、外部からの調光信号に対応する定電流値に基づき、素子印加電圧Ｖ_Ｘを決定する。そして、電圧制御部５１は、その素子印加電圧Ｖ_Ｘとなるように、ＤＣＤＣコンバータ３を制御する。

次に、ＬＥＤ駆動装置１００にＬＥＤ回路部２００を接続してから、当該ＬＥＤ回路部２００を制御テーブル作成までの手順及び装置動作を説明する。

まず、ユーザがＬＥＤ駆動装置１００にＬＥＤ回路部２００を接続する。その後、ＬＥＤ駆動装置１００の電源スイッチをＯＮにする。ＬＥＤ駆動装置１００の電源スイッチがＯＮされると、ＬＥＤ駆動装置１００が立ち上がるが、その際に、電圧制御部５１及び電流制御部５２それぞれが、昇降圧回路部３及び定電流回路部４を制御して、各定電流毎（例えば０−１００ｍＡの各値毎）に、素子印加電圧Ｖ_Ｘを例えば０Ｖ〜２４Ｖの範囲で変化させる。このとき、制御テーブル作成部５３は、各制御部５１、５２により制御された素子印加電圧Ｖ_Ｘ及び定電流Ｉ_Ｃを取得するとともに、電流検出部６、７により得られたドレイン電圧及びソース電圧を検出する。そして、ドレイン−ソース間の電圧Ｖ_Ｄ−Ｓが１Ｖとなるときの素子印加電圧Ｖ_Ｘを選択し、各電流毎にドレイン−ソース間の電圧Ｖ_Ｄ−Ｓが１Ｖとなる素子印加電圧Ｖ_Ｘを対応付けて制御テーブルを作成する。

＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係るＬＥＤ駆動装置１００によれば、電圧制御部５１が、電界効果トランジスタ４１に印加される電圧を１Ｖ以下となるように素子印加電圧Ｖ_Ｘを調整しているので、電界効果トランジスタ４１における電力損失を抑えることができ、電界効果トランジスタ４１における発熱を抑えることができる。また、電界効果トランジスタ４１を有する定電圧回路部４によってＬＥＤ素子２Ａに流れる電流を一定にしているので、ＬＥＤ回路部２００の調光制御を高速に行うことができる。さらに、電圧制御部５１が、接続されたＬＥＤ回路２００毎に求められる制御テーブルによって素子印加電圧Ｖ_Ｘを調整するものであり、接続されたＬＥＤ回路部２００の電流−電圧特性に応じて調光制御することができ、調光性能を向上させることができる。

＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記実施形態の制御テーブル作成部における制御テーブルの作成タイミングは、電源立ち上げ時であったが、外部から調光信号が与えられてから所定時間内の光量レベル変更時であっても良い。
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・ＬＥＤ駆動装置
２Ａ ・・・ＬＥＤ素子
２００・・・ＬＥＤ回路部
Ｖ_０ ・・・電源電圧
Ｖ_Ｘ ・・・素子印加電圧
３ ・・・昇降圧回路部
４１ ・・・電界効果トランジスタ
４ ・・・定電流回路部
５ ・・・制御部
６ ・・・制御テーブル作成部

Claims (7)

1. １又は複数のＬＥＤ素子を有するＬＥＤ回路部が接続されて、そのＬＥＤ素子を定電流駆動するＬＥＤ駆動装置であって、
   前記ＬＥＤ素子に直列接続され、電源電圧を昇圧又は降圧して素子印加電圧として前記ＬＥＤ素子に印加する昇降圧回路部と、
   前記ＬＥＤ素子に直列接続され、前記ＬＥＤ素子を流れる電流を一定にする電界効果トランジスタを有する定電流回路部と、
   前記昇降圧回路部及び前記定電流回路部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部が、接続されたＬＥＤ回路部毎に求められるものであって、前記定電流回路部により得られる定電流と前記電界効果トランジスタのドレイン−ソース間の電圧を所定値以下とするための素子印加電圧とが対応付けられた制御テーブルに基づいて、前記昇降圧回路部を制御して前記素子印加電圧を調整するものであるＬＥＤ駆動装置。
2. 前記制御部が、接続されたＬＥＤ回路部毎に制御テーブルを作成するものである請求項１記載のＬＥＤ駆動装置。
3. 前記制御テーブル作成のタイミングが、電源立ち上げ時である請求項２記載のＬＥＤ駆動装置。
4. 前記制御テーブル作成のタイミングが、光量レベル変更時である請求項２記載のＬＥＤ駆動装置。
5. 前記定電流回路部が、前記制御部からの調光制御信号により定まる所定電流に応じた電圧に基づいて、前記電界効果トランジスタのゲート電圧を制御するオペアンプと、を有する請求項１、２、３又は４記載のＬＥＤ駆動装置。
6. 前記制御部が、前記電界効果トランジスタのドレイン−ソース間の電圧が電界効果トランジスタの非飽和領域での最小値近傍となるように昇降圧回路部を制御するものである請求項１、２、３、４又は５記載のＬＥＤ駆動装置。
7. 前記制御部が、前記ＬＥＤ素子をストロボ発光させるための制御信号を前記定電流回路部に出力するものである請求項１、２、３、４、５又は６記載のＬＥＤ駆動装置。