JP2011114217A - Ｌｅｄドライブ回路 - Google Patents

Abstract

【課題】入力直流電源がショートとした場合に、ＬＥＤアレーに瞬間的に過大な電流が流れることを防止したＬＥＤドライブ回路を実現する。
【解決手段】複数のＬＥＤが直列接続されたＬＥＤアレー１４に、バッテリー１１の直流電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ１２で昇圧させて供給する。ＬＥＤアレー１４は、基準電位点に接続されたスイッチング素子Ｑ２を駆動させることにより点灯させる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧は、制御回路１３に供給されるコンデンサＣ３、抵抗Ｒ３で構成する時定数回路の時定数調整により制御可能で、この制御はＬＥＤアレー１４に供給される検出電圧Ｖｄおよび検出電流Ｉｄに基づき調整される。スイッチング素子Ｑ２のゲートは、バッテリー１１から直接駆動させるようにしたことから、バッテリー１１がショートした場合と同時にスイッチング素子Ｑ２もオフさせ、ＬＥＤアレー１４にショートに伴う過電流が流れることを防止できる。
【選択図】図１

Description

この発明は、入力直流電源がショートとした場合に、バッテリーにより駆動される直列接続された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）に過大な電流が流れないようにしたＬＥＤドライブ回路に関する。

従来のＬＥＤを駆動させるための回路は、入力電圧を昇圧回路で直列接続された数に対応させた昇圧を行い、昇圧された直流電圧をＬＥＤアレーに供給している。ＬＥＤアレーの駆動は、入力電圧から内部電源を生成することで定電流用駆動ＩＣから出力される制御信号に基づき、ＬＥＤアレーに電流を流し、ＬＥＤアレーを点灯させている。（例えば、特許文献１）
図６は、特許文献１のＬＥＤドライバ回路を示している。図６に示す直流の入力電圧は、入力制御用トランジスタＴｒ０を介して昇圧回路で所望の電圧に昇圧させる。昇圧された直流電圧は、複数のＬＥＤが直列に接続されたＬＥＤアレーに供給している。このＬＥＤアレーは、駆動ＩＣのトランジスタＴｒ２を駆動させることにより電流を流して点灯させている。

特開２００８−２０５０３６号公報

上記した特許文献１の技術は、入力電圧を生成させる手段としてバッテリーを使用し、プラス、マイナスが何らかの異常でショートしたとき、ＬＥＤを駆動させる駆動ＩＣの動作の停止に伴いスイッチング素子Ｔｒ２もオフする。このためインダクタＬとコンデンサＣに蓄えられたエネルギーはＬＥＤに流れる。このとき、電流検出抵抗による定電流制御の機能がないためＬＥＤに瞬間的に過大な電流が流れＬＥＤのパルス電流規格を超えた値となり、ＬＥＤが壊れたり、寿命が短くなったりする、という問題があった。

この発明の目的は、入力直流電源がショートとした場合に、ＬＥＤアレーに瞬間的に過大な電流が流れることを防止したＬＥＤドライブ回路を提供することにある。

上記した課題を解決するために、この発明のＬＥＤドライブ回路は、直流電源と、複数のＬＥＤが直列に接続されたＬＥＤアレーと、前記電源に基づき前記ＬＥＤアレーを駆動し、該ＬＥＤアレーを点灯させるスイッチング素子と、前記直流電源に基づき前記スイッチング素子を駆動させる駆動手段と、を備えてなることを特徴とする。

この発明によれば、制御機能の少ない制御用のＩＣを使用した場合でもＬＥＤに過大な電流が流れることを防止させることができる。

この発明のＬＥＤドライブ回路に関する第１の実施形態について説明するための回路構成図である。 この発明の効果について説明するための説明図である。 この発明のＬＥＤドライブ回路に関する第２の実施形態について説明するための回路構成図である。 この発明のＬＥＤドライブ回路に関する第３の実施形態について説明するための回路構成図である。 図４の一部の構成をマイクロコンピュータで処理した場合の処理例について説明するためのフローチャートである。 従来のＬＥＤドライバ回路について説明するための回路構成図である。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、この発明のＬＥＤドライバ回路に関する第１の実施形態について説明するための回路構成図である。

図１において、１１はバッテリーであり、負極が基準電位点に接続されたこのバッテリー１１の正極は、電源スイッチＳＷを介して、チョークコイルＬ、整流用ダイオードＤ、平滑用コンデンサＣ１から構成し、バッテリー１１の直流電圧を昇圧させるＤＣ／ＤＣコンバータ１２のコイルＬの一端に接続するとともに、コンデンサＣ２、抵抗Ｒ１，Ｒ２の直列回路を介してそれぞれ基準電位点に接続する。抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点に得られる電圧は、バッテリー１１の検出電圧として制御回路１３に供給する。この検出電圧を制御回路１３では図示しない比較電圧と比較し、比較電圧以上であった場合に制御回路１３を起動させることで電流の還流を抑えている。

コンデンサＣ２は、電源ライン上に重畳されるスパイクノイズ等の除去や制御回路１３に供給される抵抗Ｒ１とＲ２に接続点で発生させたバッテリー電圧の検出電圧の安定化を図るためのものである。

制御回路１３に接続されたコンデンサＣ３と抵抗Ｒ３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧を制御する、例えばＭＯＳ型ＦＥＴによるスイッチング素子Ｑ１のゲートに供給される制御信号のデューティを設定するための時定数回路を構成している。スイッチング素子Ｑ１のドレインは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２のコイルＬとダイオードＤの接続点に、ソースは抵抗Ｒ４を介して基準電位点にそれぞれ接続する。抵抗Ｒ４は、この抵抗Ｒ４を流れる過電流情報を検出し、制御回路１３に供給する保護抵抗である。

抵抗Ｒ５，Ｒ６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧の情報を、制御回路１３にフィードバックさせるための電圧検出回路を構成し、抵抗Ｒ７はＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電流の情報を制御回路１３にフィードバックさせるための電流検出回路を構成している。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力は、直列接続されたｎ個のＬＥＤ１４１〜１４ｎから構成されるＬＥＤアレー１４のＬＥＤ１４ｎのアノードに接続する。ＬＥＤ１４１のカソードは、例えばＭＯＳ型ＦＥＴによるソースが基準電位点に接続されたスイッチング素子Ｑ２のドレインに接続する。

スイッチング素子Ｑ２のゲートは、バッテリー１１から電源スイッチＳＷ、過電流保護用のゲート抵抗Ｒ８を介して接続する。スイッチング素子Ｑ２のゲート・ソース間に接続されたツェナーダイオードＺＤは、スイッチング素子Ｑ２への過電圧の印加を抑えるための保護用である。

バッテリー１１から抵抗Ｒ８を介してスイッチング素子Ｑ２のゲートに駆動電圧が供給される径路は、スイッチング素子Ｑ２を駆動させＬＥＤアレー１４を点灯させる駆動手段を構成している。

次に、図１の動作について説明する。

先ず、電源スイッチＳＷをオンすると、制御回路１３に電源が供給されるとともに、コンデンサＣ２に充電が開始され、このコンデンサＣ２の充電がされると、制御回路１３では、コンデンサＣ３、抵抗Ｒ３の時定数回路の時定数に基づく発振が行われ、制御回路１３からスイッチング素子Ｑ１をオン・オフする制御信号がゲートに供給される。この制御信号のデューティに基づき、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２から出力される昇圧された直流電圧が決定する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力は、抵抗Ｒ７を介してＬＥＤアレー１４に直流電圧を供給する。ＬＥＤアレー１４に供給されるＬＥＤ電圧を検出する電圧検出回路である抵抗Ｒ５，Ｒ６の接続点の検出電圧Ｖｄを制御回路１３に、ＬＥＤ電流を検出する抵抗Ｒ７による検出電流Ｉｄを制御回路１３にそれぞれ供給する。

制御回路１３では、ＬＥＤアレー１４に流れる電圧Ｖｄと電流Ｉｄをモニターすることにより、ＬＥＤアレー１４に流れる電流の安定化を図り、安定したＬＥＤアレー１４の点灯を実現させている。

このとき、スイッチング素子Ｑ２のゲートには、抵抗Ｒ８を介して直流電圧が供給され、既にスイッチング素子Ｑ２はオン状態にあることから、ＬＥＤアレー１４は点灯を開始する。

ここで、バッテリー１１がショートし、電源が急激にショートした場合を考える。ショートに伴い電源ラインの電圧は零となることから、スイッチング素子Ｑ２も同時にオフとなる。スイッチング素子Ｑ２のオフに伴い、制御回路１３による定電流機能がなくなった場合でも、インダクタとコンデンサに蓄えられた過大なエネルギーが電流となってＬＥＤアレー１４に流れることはない。

図２は、この発明の効果について説明するための説明図である。図２は、バッテリー１１の入力電圧（ａ）、ＬＥＤアレー１４に印加される電圧（ｂ）、ＬＥＤアレー１４に流れる電流（ｃ）、一般的にＬＥＤドライバ回路の構成でＬＥＤアレー１４に流れる電流（ｄ）を示している。

図２において、破線に示す時間においてバッテリー１１がショートしたとする。従来の制御回路１３からの制御信号の基づき、スイッチング素子Ｑ２を制御してＬＥＤアレー１４を駆動させる従来の電流は、ショートに伴いスイッチング素子Ｑ２をオフする。しかし、スイッチング素子Ｑ２がオフする間に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２のコイルＬと平滑用のコンデンサＣ１に蓄えられたエネルギーがダイオードＤを介してＬＥＤアレー１４に流れるため、ショート直後に図２（ｄ）に示すような過電流が流れる。

これに対し、この発明では、バッテリー１１がショートした場合、スイッチング素子Ｑ２も同時にオフする。このため、コイルＬと平滑用のコンデンサＣ１に蓄えられたエネルギーがダイオードＤを介してＬＥＤアレー１４に流れることはなく、図２（ｃ）に示すように極く小さな電流が流れる程度である。

図２において、バッテリー１１がショートした後に、ＬＥＤアレー１４に流れるこの発明と従来の電流を比較した結果、従来が約２Ａであったのに対し、この発明は０．８Ａ程度であった。

この実施形態では、調光機能がない廉価な制御回路で使用するバッテリーがショートした場合、ＬＥＤと直列に接続されたスイッチング素子を同時にオフするようにしたため、ＬＥＤアレーに過電流が流れることがない。このため、ＬＥＤにかかる過度の電気的ストレスを抑え、長寿命化を図ることができる。

図３は、この発明のＬＥＤドライブ回路に関する第２の実施形態について説明するための回路構成図である。上記した実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。

この実施形態は、図１のＬＥＤアレー１４と基準電位点にドレインとソースが直列に接続されたスイッチング素子Ｑ２を削除し、スイッチング素子Ｑ２の削除にともないゲートに接続された過電流保護用のゲート抵抗Ｒ８、ツェナーダイオードＺＤを削除した。

これらの削除した構成に換えて、ＬＥＤアレー１４のＬＥＤ１４１のカソードを基準電位点に接続する。さらに、電源スイッチＳＷの出力から抵抗Ｒ９を介して例えばＭＯＳ型ＦＥＴによるスイッチング素子Ｑ３のゲートに接続する。スイッチング素子Ｑ３のドレインは抵抗Ｒ１０を介して基準電位点に、抵抗Ｒ１１を介してゲートと接続されたソースはＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力にそれぞれ接続する。

このように、構成された場合にコンデンサＣ１と並列に接続されたスイッチング素子Ｑ３と抵抗１０の直列回路は、入力電源が瞬時に切断された場合に、スイッチング素子Ｑ３のゲート電圧がローレベルとなり、スイッチング素子Ｑ３はオンする。このため、コンデンサＣ１、チョークコイルＬに蓄えられたエネルギーは、スイッチング素子Ｑ３を介して放電することになる。このため、ＬＥＤアレー１４には過大な電流が流れないことになり、ＬＥＤアレー１４に対するストレスを抑えることができる。

この実施形態においても、調光機能がない廉価な制御回路で使用するバッテリーがショートした場合、ＬＥＤと並列に接続されたスイッチング素子を同時にオンするようにしたため、ＬＥＤアレーに過電流が流れずにＬＥＤにかかる過度の電気的ストレスを抑え、長寿命化を図ることができる。

図４、図５は、この発明のＬＥＤドライブ回路に関する第３の実施形態について説明するための、図４は回路構成図、図５は図４の一部の構成をマイクロコンピュータで処理した場合の処理例について説明するためのフローチャートである。なお、上記した実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付して説明する。

この実施形態は、制御回路１３をマイクロコンピュータとしたもので、バッテリー１１が所定の値にあるかどうかを検出する抵抗Ｒ１，Ｒ２、それにスイッチング素子Ｑ１を制御する信号のデューティを決定するコンデンサＣ３、抵抗Ｒ３の時定数回路を削減している。

図４の動作について、図５のフローチャートとともに説明する。

まず、制御回路１３は電源スイッチＳＷがオンされているかを判断する（Ｓ１）。オンされていれば、制御回路１３はバッテリー１１の電圧が制御回路１３を駆動させるための所定の値かを判断する（Ｓ２）。所定値以上であれば、バッテリー１１の電圧値に応じたデューティの制御信号を、制御回路１３の図示しないＲＯＭに記録された内容から読み出し、スイッチング素子Ｑ１のゲートを供給する（Ｓ３）。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、ゲートに供給される制御信号によりオンオフされるスイッチング素子Ｑ１に基づいて出力から昇圧された直流電圧を生成する。この直流電圧を抵抗Ｒ７を介してＬＥＤアレー１４に供給し、電源スイッチＳＷのオンと同時にオンされたスイッチング素子Ｑ２を介してＬＥＤアレー１４に電流が流れ、ＬＥＤアレー１４を点灯させることができる。

制御回路１３は、ＬＥＤアレー１４に供給される直流電圧を検出した検出電圧Ｖｄと電流を検出した検出電流Ｉｄの情報を読み取り（Ｓ４，Ｓ５）、検出電圧Ｖｄおよび検出電流Ｉｄに基づいた制御信号でＤＣ／ＤＣコンバータ１２を制御するとともに、検出電圧Ｖｄおよび検出電流Ｉｄが所定値がどうかを判断する（Ｓ６）。

ステップＳ６において、検出電圧Ｖｄおよび検出電流Ｉｄが所定値よりも小さい場合は、オフデューティの狭い制御信号をスイッチング素子Ｑ１を制御し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧を上げる（Ｓ７）。逆に、検出電圧Ｖｄおよび検出電流Ｉｄが所定値よりも大きい場合は、オフデューティの広い制御信号をスイッチング素子Ｑ１を制御し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧を上げる（Ｓ８）。

このようにして、制御回路１３をマイクロコンピュータよる制御としたことにより、電源電圧の検出やスイッチング素子Ｑ１の制御信号を生成するためのコンデンサＣ３、抵抗Ｒ３による時定数回路を削減することができる。

この場合も、バッテリー１１がショートした場合に、このショートと同時にスイッチング素子Ｑ２をオフにできることから、ショート以降のＬＥＤ電流は図２の（ｃ）に示すような特性を示す。

この実施形態では、バッテリーショート後にＬＥＤアレーに印加される電源を切断させることができることから、ＬＥＤアレーに過電流が印加されることを極力抑えることができ、ＬＥＤアレーに過度な負荷がかかることがないことから長寿命化を実現することができる。

この発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、例えばＬＥＤアレーを構成するＬＥＤの数少なく、これらの順方向電圧の和が電源電圧を下回る場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータは電源電圧を降圧させる構成とする。電源電圧とＬＥＤアレーのＬＥＤ数のバランスが取れている場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータを省略することも考えられる。

１１ バッテリー
１２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１３ 制御回路
１４ ＬＥＤアレー
１４１〜１４ｎ ＬＥＤ
ＳＷ 電源スイッチ
Ｃ１〜Ｃ３ コンデンサ
Ｒ１〜Ｒ８ 抵抗
Ｑ１〜Ｑ３ スイッチング素子
ＺＤ ツェナーダイオード

Claims (4)

1. 直流電源と、
   複数のＬＥＤが直列に接続されたＬＥＤアレーと、
   前記電源に基づき前記ＬＥＤアレーを駆動し、該ＬＥＤアレーを点灯させるスイッチング素子と、
   前記直流電源に基づき前記スイッチング素子を駆動させる駆動手段と、を備えてなることを特徴とするＬＥＤドライバ回路。
2. 前記スイッチング素子は、前記ＬＥＤアレーに直列あるいは並列的に接続したことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤドライバ回路。
3. 前記ＬＥＤアレーを構成する前記ＬＥＤの順方向電圧の和が前記電源の電圧よりも低い場合は、前記電源と前記ＬＥＤアレーとの間に、前記電源の電圧を降圧させるＤＣ／ＤＣコンバータを設置したことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤドライバ回路。
4. 前記ＬＥＤアレーを構成する前記ＬＥＤの順方向電圧の和が前記電源の電圧よりも高い場合は、前記電源と前記ＬＥＤアレーとの間に、前記電源の電圧を昇圧させるＤＣ／ＤＣコンバータを設置したことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤドライバ回路。

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