JP2011253957A - Light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光ダイオードのような固体発光素子を光源とする発光装置に関する。 The present invention relates to a light emitting device using a solid light emitting element such as a light emitting diode as a light source.
従来、固体発光素子の1種である発光ダイオードを光源とした発光装置が種種提供されている。例えば、特許文献1には、バッテリの容量を点灯表示するLED表示装置が記載されている。この従来装置は、バッテリの正負両極間に複数個の発光ダイオードの直列回路が接続されるとともに、バッテリの正極と各発光ダイオードのカソードの間にそれぞれスイッチが接続され、同時にオンするスイッチの個数を切り換えて発光ダイオードの発光個数を増減することにより、バッテリの容量を表示するものである。なお、特許文献1には、バッテリの電圧を安定化するための電源回路を設ける代わりに、発光ダイオードの直列回路に限流用の抵抗を直列接続することにより、発光ダイオードに流れる電流の安定化を図るようにした実施形態も開示されている。
Conventionally, various types of light emitting devices using light emitting diodes, which are one type of solid state light emitting elements, as light sources have been provided. For example,
しかしながら、特許文献1記載の従来装置では、発光ダイオードに流す電流(駆動電流)を安定化するために電源回路や限流抵抗が必要である。近年、発光ダイオードの高出力化に伴って駆動電流も増加する傾向に有り、駆動電流の増加に伴って、電源回路に使用される電子部品(特に、インダクタやトランスなどの受動部品)が大型化するとともに電源回路の回路構成が複雑化するといった問題や、電源電圧変動によって限流抵抗の損失が大きく変化するといった問題があった。
However, the conventional device described in
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、電源電圧の変動に対する損失の変化を抑制するとともに回路構成の簡素化を図ることができる発光装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a light emitting device capable of suppressing a change in loss with respect to fluctuations in power supply voltage and simplifying a circuit configuration.
本発明の発光装置は、直列接続された複数個の固体発光素子からなる光源と、前記光源において駆動電流を流す固体発光素子と当該駆動電流を流さない固体発光素子を選択する選択手段と、前記光源の状態を検出する検出手段と、当該検出手段の検出結果に変動が生じたときに当該検出結果の変動を抑制するように前記選択手段を制御して、駆動電流を流す固体発光素子と当該駆動電流を流さない固体発光素子を選択させる制御手段とを備えたを特徴とする。 The light-emitting device of the present invention comprises a light source comprising a plurality of solid-state light-emitting elements connected in series, a solid-state light-emitting element that causes a driving current to flow in the light source, and a selection unit that selects a solid-state light-emitting element that does not pass the driving current; A detection unit that detects a state of the light source; a solid-state light-emitting element that controls the selection unit so as to suppress a change in the detection result when a change occurs in the detection result of the detection unit; And a control means for selecting a solid state light emitting element that does not pass a driving current.
この発光装置において、前記検出手段は、前記駆動電流を検出し、前記制御手段は、前記検出手段が検出する前記駆動電流の変動を抑制するように前記選択手段を制御することが好ましい。 In the light emitting device, it is preferable that the detection unit detects the drive current, and the control unit controls the selection unit so as to suppress fluctuations in the drive current detected by the detection unit.
この発光装置において、前記検出手段は、前記光源の光出力を検出し、前記制御手段は、前記検出手段が検出する前記光出力の変動を抑制するように前記選択手段を制御することが好ましい。 In this light-emitting device, it is preferable that the detection unit detects a light output of the light source, and the control unit controls the selection unit so as to suppress a variation in the light output detected by the detection unit.
この発光装置において、前記検出手段は、前記光源に入力される入力電圧を検出し、前記制御手段は、前記検出手段が検出する前記入力電圧の変動を抑制するように前記選択手段を制御することが好ましい。 In this light emitting device, the detection means detects an input voltage input to the light source, and the control means controls the selection means so as to suppress fluctuations in the input voltage detected by the detection means. Is preferred.
この発光装置において、前記検出手段は、前記光源に入力される入力電力を検出し、前記制御手段は、前記検出手段が検出する前記入力電力の変動を抑制するように前記選択手段を制御することが好ましい。 In the light emitting device, the detection unit detects input power input to the light source, and the control unit controls the selection unit so as to suppress fluctuations in the input power detected by the detection unit. Is preferred.
この発光装置において、前記選択手段は、前記固体発光素子の両端を各別に短絡する1乃至複数のスイッチ要素を有し、前記制御手段は、前記スイッチ要素をオン・オフ制御して駆動電流を流す固体発光素子と当該駆動電流を流さない固体発光素子を選択させることが好ましい。 In this light-emitting device, the selection means has one or more switch elements for short-circuiting both ends of the solid-state light-emitting element, and the control means controls on / off of the switch elements to flow a driving current. It is preferable to select a solid light-emitting element and a solid light-emitting element that does not pass the driving current.
この発光装置において、前記スイッチ要素が全ての前記固体発光素子毎に設けられていることが好ましい。 In this light emitting device, it is preferable that the switch element is provided for every solid light emitting element.
この発光装置において、前記選択手段は、前記光源の一端と前記固体発光素子の一端に接続されて当該固体発光素子の両端を短絡する1乃至複数のスイッチ要素を有し、前記制御手段は、前記スイッチ要素をオン・オフ制御して駆動電流を流す固体発光素子と当該駆動電流を流さない固体発光素子を選択させることが好ましい。 In this light-emitting device, the selection unit includes one or more switch elements that are connected to one end of the light source and one end of the solid-state light-emitting element and short-circuit both ends of the solid-state light-emitting element, and the control unit includes the control unit It is preferable to select a solid-state light-emitting element that allows a drive current to flow by controlling on / off of the switch element and a solid-state light-emitting element that does not flow the drive current.
この発光装置において、前記光源と直列に接続されるインダクタを備え、前記選択手段は、直列接続された複数の前記固体発光素子を一括して短絡する1乃至複数のスイッチ要素を有し、前記制御手段は、前記スイッチ要素をオン・オフ制御して駆動電流を流す固体発光素子と当該駆動電流を流さない固体発光素子を選択させることが好ましい。 The light-emitting device includes an inductor connected in series with the light source, and the selection unit includes one or more switch elements that collectively short-circuit the plurality of solid-state light-emitting elements connected in series. It is preferable that the means select a solid light-emitting element that allows a drive current to flow by controlling on / off of the switch element and a solid light-emitting element that does not flow the drive current.
この発光装置において、前記光源を構成する前記固体発光素子の個数は、当該固体発光素子の順電圧の総和が入力電圧の最大値よりも大きくなる個数であることが好ましい。 In this light-emitting device, the number of the solid-state light-emitting elements constituting the light source is preferably a number that makes the total forward voltage of the solid-state light-emitting elements larger than the maximum value of the input voltage.
この発光装置において、前記スイッチ要素で一括して短絡される前記固体発光素子の個数は、当該固体発光素子の順電圧の総和が入力電圧の変動値よりも大きくなる個数であることが好ましい。 In this light emitting device, the number of the solid state light emitting elements that are collectively short-circuited by the switch element is preferably such that the total forward voltage of the solid state light emitting elements is larger than the fluctuation value of the input voltage.
この発光装置において、前記固体発光素子が実装される実装基板を備え、前記スイッチ要素で一括して短絡される前記固体発光素子と、前記スイッチ要素で一括して短絡されない前記固体発光素子とが前記実装基板の実装面に略均等に配置されることが好ましい。 In this light-emitting device, the solid-state light-emitting element includes a mounting substrate on which the solid-state light-emitting element is mounted, the solid-state light-emitting element that is collectively short-circuited by the switch element, and the solid-state light-emitting element that is not short-circuited collectively by the switch element It is preferable that the mounting surfaces of the mounting substrate are arranged substantially evenly.
この発光装置において、前記インダクタは、前記固体発光素子と直列に接続された複数のインダクタンス要素からなることが好ましい。 In this light emitting device, it is preferable that the inductor includes a plurality of inductance elements connected in series with the solid state light emitting element.
この発光装置において、前記制御手段は、複数の前記スイッチ要素を時分割でオン・オフ制御することが好ましい。 In the light emitting device, it is preferable that the control unit performs on / off control of the plurality of switch elements in a time division manner.
この発光装置において、前記制御手段は、複数の前記スイッチ要素のオン期間の総和が略一定となるようにオン・オフ制御することが好ましい。 In the light emitting device, it is preferable that the control unit performs on / off control so that a sum of ON periods of the plurality of switch elements is substantially constant.
この発光装置において、前記スイッチ要素は、前記制御手段から出力される光信号によってオン・オフすることが好ましい。 In this light emitting device, it is preferable that the switch element is turned on / off by an optical signal output from the control means.
この発光装置において、前記制御手段は、前記スイッチ要素のオンデューティ比を制御することが好ましい。 In this light emitting device, it is preferable that the control means controls an on-duty ratio of the switch element.
この発光装置において、前記制御手段は、オン・オフ制御する前記スイッチ要素を逐次交替させることが好ましい。 In this light emitting device, it is preferable that the control means sequentially replaces the switch elements to be turned on / off.
この発光装置において、前記制御手段は、オン・オフ制御する前記スイッチ要素をランダムに切り換えることが好ましい。 In this light emitting device, it is preferable that the control means randomly switches the switch elements to be turned on / off.
この発光装置において、前記制御手段は、複数の前記スイッチ要素のオン期間の総和が略一定となるようにオン・オフ制御することが好ましい。 In the light emitting device, it is preferable that the control unit performs on / off control so that a sum of ON periods of the plurality of switch elements is substantially constant.
この発光装置において、前記制御手段は、1乃至複数個の前記固体発光素子の両端から整流素子を介して動作電源を得ることが好ましい。 In this light-emitting device, it is preferable that the control means obtains an operating power source from both ends of the one or more solid-state light-emitting elements via rectifier elements.
この発光装置において、外部電源の電源電圧を変換して前記光源の入力電圧とする電圧変換手段を備えたことが好ましい。 This light-emitting device preferably includes voltage conversion means for converting a power supply voltage of an external power supply into an input voltage of the light source.
この発光装置において、前記電圧変換手段は、前記外部電源によって充電される1乃至複数のキャパシタと、当該キャパシタへの充電経路と当該キャパシタからの放電経路をそれぞれ開閉する開閉素子と、前記開閉素子を開閉制御する開閉制御手段とを有し、前記キャパシタの放電電圧を前記光源の入力電圧とすることが好ましい。 In this light emitting device, the voltage converting means includes one or more capacitors charged by the external power source, a switching element that opens and closes a charging path to the capacitor and a discharging path from the capacitor, and the switching element. It is preferable that an open / close control means for performing open / close control is provided, and a discharge voltage of the capacitor is used as an input voltage of the light source.
この発光装置において、前記電圧変換手段は、前記外部電源によって充電される1乃至複数のキャパシタと、当該キャパシタへの充電経路と当該キャパシタからの放電経路をそれぞれ開閉する開閉素子と、前記開閉素子を開閉制御する開閉制御手段とを有し、前記キャパシタの放電電圧を前記外部電源の電源電圧に重畳した電圧を前記光源の入力電圧とすることが好ましい。 In this light emitting device, the voltage converting means includes one or more capacitors charged by the external power source, a switching element that opens and closes a charging path to the capacitor and a discharging path from the capacitor, and the switching element. It is preferable that an open / close control means for performing open / close control is provided, and a voltage obtained by superimposing a discharge voltage of the capacitor on a power supply voltage of the external power supply is used as an input voltage of the light source.
この発光装置において、前記キャパシタは、充電時に前記外部電源に対して前記光源と直列に接続されることが好ましい。 In this light emitting device, the capacitor is preferably connected in series with the light source with respect to the external power source during charging.
本発明の発光装置は、電源電圧の変動に対する損失の変化を抑制するとともに回路構成の簡素化を図ることができるという効果がある。 The light-emitting device of the present invention has an effect of suppressing a change in loss with respect to a fluctuation in power supply voltage and simplifying a circuit configuration.
以下、固体発光素子として発光ダイオードを用いた実施形態について説明する。但し、光源を構成する固体発光素子は発光ダイオードに限定されるものではなく、例えば、有機EL素子などであっても構わない。 Hereinafter, an embodiment using a light emitting diode as a solid state light emitting device will be described. However, the solid state light emitting element constituting the light source is not limited to the light emitting diode, and may be, for example, an organic EL element.
(実施形態1)
本実施形態の発光装置は、図1(a)に示すように直列接続された複数個の発光ダイオードLD1,LD2,…,LDn-1,LDnからなる光源1と、光源1において駆動電流ILDを流す発光ダイオードLDi(i=1,2,…,n-1,n)と駆動電流ILDを流さない発光ダイオードLDj(j=1,2,…,n-1,n、但し、i+j≦n)を選択する選択手段2と、光源1の状態を検出する検出手段3と、検出手段3の検出結果に変動が生じたときに検出結果3の変動を抑制するように選択手段2を制御して、駆動電流ILDを流す発光ダイオードLDiと駆動電流ILDを流さない発光ダイオードLDjを選択させる制御手段4とを備えている。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1A, the light emitting device of the present embodiment includes a
光源1は、直流電源からなる外部電源PSの正極に、一方の末端の発光ダイオードLDnのアノードが接続され、外部電源PSの負極に、他方の末端の発光ダイオードLD1のカソードが接続されている。但し、これら複数個の発光ダイオードLD1〜LDnは、全て同一定格のものを使用することが望ましい。また、外部電源PSは、例えば、商用交流電源を整流平滑して作成されるものであって、商用交流電源の電源電圧変動に伴って電源電圧Vsが変動する。
In the
選択手段2は、複数個(図示例では4個)の発光ダイオードLD1〜LD4の両端(アノードとカソード)を各別に短絡する複数(図示例では4つ)のスイッチ要素S1〜S4を有している。なお、本実施形態におけるスイッチ要素S1〜S4はフォトトランジスタで構成されており、後述するように制御手段4から出力される光信号によってオン・オフされる。 The selection means 2 includes a plurality (four in the illustrated example) of switch elements S1 to S4 for short-circuiting both ends (anode and cathode) of the plurality of (four in the illustrated example) light emitting diodes LD1 to LD4. Yes. Note that the switch elements S1 to S4 in the present embodiment are configured by phototransistors and are turned on / off by an optical signal output from the control means 4 as will be described later.
検出手段3は光源1に流れる駆動電流ILDの大きさを検出するものであって、例えば、外部電源PSの負極と光源1との間に挿入される微少な抵抗(図示せず)で構成されている。すなわち、前記抵抗の両端には駆動電流ILDの大きさに比例した電圧降下が生じるので、検出手段3では前記電圧降下を検出電圧として制御手段4に出力している。
The detection means 3 detects the magnitude of the drive current I LD flowing through the
制御手段4は制御部40と、制御部40によって点滅制御される複数(図示例では4つ)の発光素子(発光ダイオード)41とを具備している。これら4つの発光素子41は、選択手段2のスイッチ要素S1〜S4とそれぞれ光結合されている。
The control means 4 includes a
制御部40は、図1(b)に示すように検出手段3の検出電圧を増幅する増幅器と、マイクロコントローラ(以下、マイコンと略す。)MCと、複数(図示例では4つ)の論理回路(アンドゲート)G1〜G4とを具備している。増幅器はオペアンプOPと抵抗R1,R2からなる反転増幅器である。増幅器で増幅された検出電圧は、マイコンMCの入力ポートP0に入力される。マイコンMCの出力ポートP1〜P4にはそれぞれアンドゲートG1〜G4の一方の入力端が接続されている。また、アンドゲートG1〜G4の他方の入力端にはマイコンMCのタイマ出力ポートP5が接続され、アンドゲートG1〜G4の出力端にそれぞれ発光素子41が接続されている。つまり、アンドゲートG1〜G4の出力がLレベルのときは発光素子41が発光せず、アンドゲートG1〜G4の出力がHレベルのときにのみ発光素子41が発光する。そして、発光素子41が発する光が光信号としてスイッチ要素S1〜S4に入力され、光信号が入力されたスイッチ要素S1〜S4がオンして発光ダイオードLD1〜LD4の両端を短絡する。
As shown in FIG. 1B, the
次に、検出手段3の検出結果(検出電圧)に応じた制御手段4の制御動作について説明する。
Next, the control operation of the
本実施形態の発光装置においては、外部電源PSの電源電圧Vsが低下すると、光源1の入力電圧も低下し、その結果、光源1に流れる駆動電流ILDが減少して検出手段3の検出電圧も低下する。ここで、外部電源PSの電源電圧Vsが定格電圧に等しいときの検出手段3の検出電圧をV0とし、電源電圧Vsが変動して定格電圧よりも低下するにつれて検出電圧がV1、V2、V3、V4と低下すると想定する(但し、V0>V1>V2>V3>V4)。制御手段4は、検出手段3の検出電圧が低下すると、その低下の度合いに応じた個数のスイッチ要素S1〜S4をオンする。具体的には、制御手段4のマイコンMCは、図2の真理値表に示すように検出電圧がV0のときは全ての出力ポートP1〜P4をLレベルとし、検出電圧がV1のときは出力ポートP1のみをHレベルとし、検出電圧がV2のときは出力ポートP1,P2をHレベルとし、検出電圧がV3のときは出力ポートP1,P2,P3をHレベルとし、検出電圧がV4のときは全ての出力ポートP1〜P4をHレベルとする。
In the light emitting device of this embodiment, when the power supply voltage Vs of the external power supply PS decreases, the input voltage of the
而して、電源電圧Vsが変動(低下)すると光源1に流れる駆動電流ILDが減少するが、上述のように電源電圧Vsの変動量(定格電圧に対する低下量)が大きくなるにつれて、制御手段4が選択手段2によって駆動電流ILDを流さない方に選択(短絡)する発光ダイオードLDiの個数を増やすとともに駆動電流ILDを流す方に選択する発光ダイオードLDjの個数を減らしている。つまり、本実施形態の発光装置では、発光ダイオードLDに内在する抵抗成分を限流要素として活用し、上述のように入力電圧(電源電圧Vs)の変動量に応じて駆動電流ILDが流れる発光ダイオードLDjの個数を減らしているので、電源電圧Vsの変動に対する損失の変化(増大)を抑制するとともに回路構成の簡素化を図ることができる。
Thus, when the power supply voltage Vs fluctuates (decreases), the drive current I LD flowing through the
また、本実施形態では選択手段2のスイッチ要素S1〜S4を制御手段4から出力する光信号でオン・オフ制御する構成とし、選択手段2と制御手段4との間を電気的に絶縁しているので、駆動電流ILDが誤って制御手段4に流れてマイコンMCが破壊されてしまうような不具合の発生を防ぐことができる。 In this embodiment, the switch elements S1 to S4 of the selection means 2 are controlled to be turned on / off by the optical signal output from the control means 4, and the selection means 2 and the control means 4 are electrically insulated. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of the problem that the drive current I LD flows into the control means 4 by mistake and the microcomputer MC is destroyed.
ところで、本実施形態における選択手段2は、光源1を構成する発光ダイオードLD1〜LDnの一部(4個の発光ダイオードLD1〜LD4)のみにスイッチ要素S1〜S4を接続して選択の対象としている。しかしながら、図3に示すように光源1を構成する全ての発光ダイオードLD1〜LDnにスイッチ要素S1〜Snを接続してもよい。このように選択手段2が全ての発光ダイオードLD1〜LDnを選択対象とすれば、より大きな電源電圧変動に対処することができる。
By the way, the selection means 2 in the present embodiment is selected by connecting the switch elements S1 to S4 to only a part of the light emitting diodes LD1 to LDn (four light emitting diodes LD1 to LD4) constituting the
また、本実施形態における選択手段2は、スイッチ要素Siと発光ダイオードLDiとを1対1に対応させて各発光ダイオードLDi毎に短絡させるか否かを選択している。しかしながら、この構成においては複数の発光ダイオードLDiを短絡するためにそれと同数のスイッチ要素Siをオンし続けなければならない。そこで、図4に示すようにスイッチ要素S1〜S4の一端を光源1の一端(発光ダイオードLD1のカソード)に接続するとともに、スイッチ要素S1〜S4の他端を発光ダイオードLD1〜LD4のアノードにそれぞれ接続してもよい。この構成であれば、複数の発光ダイオードLDiを短絡する場合でもスイッチ要素S2〜S4の何れか1つのみをオンすればよいので、制御手段4や選択手段2における電力消費が削減できるという利点がある。 Further, the selection means 2 in the present embodiment selects whether or not to short-circuit each light emitting diode LDi in a one-to-one correspondence with the switch element Si and the light emitting diode LDi. However, in this configuration, in order to short-circuit the plurality of light emitting diodes LDi, the same number of switch elements Si must be kept on. Therefore, as shown in FIG. 4, one end of the switch elements S1 to S4 is connected to one end of the light source 1 (the cathode of the light emitting diode LD1), and the other end of the switch elements S1 to S4 is connected to the anode of the light emitting diodes LD1 to LD4, respectively. You may connect. With this configuration, even when a plurality of light emitting diodes LDi are short-circuited, only one of the switch elements S2 to S4 needs to be turned on, so that the power consumption in the control means 4 and the selection means 2 can be reduced. is there.
ところで、図1(a)や図3に示すように選択手段2のスイッチ要素Siが複数個の発光ダイオードLDiの両端(アノード−カソード間)に各別に接続されている場合において、例えば、検出手段3の検出電圧に応じて2つのスイッチ要素Siをオンするとき、所定時間(例えば、数秒間)毎にオンするスイッチ要素Siを交替させてもよい。つまり、最初にスイッチ要素S1,S2をオンした後、所定時間が経過したら、スイッチ要素S1,S2に替えてスイッチ要素S3,S4をオンし、同様に所定時間が経過する毎に、スイッチ要素S5,S6、S7,S8、…というように順番に交替させればよい。このようにすれば、発光ダイオードLDi間並びにスイッチ要素Si間の寿命のばらつきを抑えることができる。なお、上述のようにスイッチ要素Siを順番にオンする代わりに、マイコンMCで発生させた乱数に応じて、オンするスイッチ要素Siをランダムに切り換えても構わない。但し、所定時間毎にオンするスイッチ要素Siを交替させる代わりに、任意の時間でオンするスイッチ要素Siを交替させるとともに単位時間当たりにスイッチ要素Siがオンしている期間の総和が略一定となるように制御手段4が選択手段2をオン・オフ制御しても構わない。
By the way, in the case where the switch element Si of the selection means 2 is separately connected to both ends (between the anode and the cathode) of the plurality of light emitting diodes LDi as shown in FIG. When the two switch elements Si are turned on according to the detected
さらに、制御手段4によってスイッチ要素Siのオンデューティ比を制御しても構わない。例えば、図5に示すように横軸を検出電圧、縦軸をタイマ出力ポートP5のオンデューティ比としたとき、検出電圧が低下するにつれてタイマ出力ポートP5のオンデューティ比を高くする、すなわち、スイッチ要素Siをオンして発光ダイオードLDiに駆動電流ILDを流さない期間を長くすればよい。このようにすれば、単純にスイッチ要素Siをオンするだけの場合と比較して、スイッチ要素Siのオンデューティ比に応じて駆動電流ILDを細かく調整することができる。 Furthermore, the on-duty ratio of the switch element Si may be controlled by the control means 4. For example, as shown in FIG. 5, when the horizontal axis is the detection voltage and the vertical axis is the on-duty ratio of the timer output port P5, the on-duty ratio of the timer output port P5 is increased as the detection voltage decreases. What is necessary is just to lengthen the period when the element Si is turned on and the drive current I LD does not flow through the light emitting diode LDi. In this way, it is possible to finely adjust the drive current I LD according to the on-duty ratio of the switch element Si, compared to the case where the switch element Si is simply turned on.
ここで、制御手段4を構成するマイコンMCの動作電源を、1乃至複数個の発光ダイオードLDiの両端から整流素子を介して得るようにすれば、別途動作電源を設ける必要が無く、回路構成を簡素化することができる。 Here, if the operation power supply of the microcomputer MC constituting the control means 4 is obtained from both ends of one or a plurality of light emitting diodes LDi via rectifier elements, there is no need to provide a separate operation power supply, and the circuit configuration can be reduced. It can be simplified.
(実施形態2)
本実施形態の発光装置は、図6に示すように光源1と直列に接続されるインダクタLを備えた点に特徴がある。但し、本実施形態の基本構成は実施形態1とほぼ共通であるから、共通の構成要素には同一の符号を付して説明及び図示は適宜省略する。
(Embodiment 2)
The light emitting device of this embodiment is characterized in that it includes an inductor L connected in series with the
本実施形態における選択手段2は、図6に示すように5個の発光ダイオードLD1〜LD5を一括して短絡するスイッチ要素Sで構成されている。このスイッチ要素Sは電界効果トランジスタからなり、制御手段4(マイコンMC)によってオン・オフ制御される。 As shown in FIG. 6, the selection means 2 in the present embodiment is composed of a switch element S that collectively short-circuits the five light emitting diodes LD1 to LD5. The switch element S is composed of a field effect transistor and is controlled to be turned on / off by the control means 4 (microcomputer MC).
マイコンMCは、電源電圧Vsの変動(低下)によって検出手段3の検出電圧が所定のしきい値を下回ると、選択手段2のスイッチ要素Sをオンして5個の発光ダイオードLD1〜LD5の両端を短絡する。このとき、外部電源Vsと光源1の間に挿入されているインダクタLの作用により、駆動電流ILDは徐々に増加する。一方、電源電圧Vsの変動が収まって検出手段3の検出電圧が所定のしきい値を下回ると、マイコンMCは、選択手段2のスイッチ要素Sをオンして5個の発光ダイオードLD1〜LD5に駆動電流ILDを流す。このとき、外部電源Vsと光源1の間に挿入されているインダクタLの作用により、駆動電流ILDは徐々に減少する。
When the detection voltage of the detection means 3 falls below a predetermined threshold due to the fluctuation (decrease) in the power supply voltage Vs, the microcomputer MC turns on the switch element S of the selection means 2 and ends the five light emitting diodes LD1 to LD5. Short circuit. At this time, the drive current I LD gradually increases due to the action of the inductor L inserted between the external power source Vs and the
上述のように光源1と直列にインダクタLを接続したことにより、選択手段2のスイッチ要素Sをオンからオフ及びオフからオンに切り換えたときに駆動電流ILDを緩やかに変化させて光源1の発光量の変化を目立ちにくくすることができる。但し、図7に示すように光源1を構成する全ての発光ダイオードLD1〜LD18を6個ずつ3つのグループに振り分け、それぞれのグループ毎に一括して短絡する3つのスイッチ要素S1,S2,S3を設けてもよい。また、図7に示すように制御手段4がこれら3つのスイッチ要素S1,S2,S3を光信号でオン・オフ制御するようにしても構わない。
By connecting the inductor L in series with the
ここで、光源1を構成する発光ダイオードLDの個数nは、発光ダイオードLDの順電圧(順方向電圧)の総和が入力電圧(電源電圧Vs)の最大値よりも大きくなる個数とすることが望ましい。また、1つのスイッチ要素Sで一括して短絡される発光ダイオードLDの個数は、これら一括して短絡される発光ダイオードLDの順電圧の総和が入力電圧(電源電圧Vs)の変動値(定格値と最小値との差分)よりも大きくなる個数とすることが望ましい。
Here, the number n of the light emitting diodes LD constituting the
ところで、図7に示すように選択手段2が複数(図示例では3つ)のスイッチ要素S1〜S3を有している場合において、検出手段3の検出電圧に応じて制御手段4が1つ又は2つのスイッチ要素S1〜S3をオンするときに所定時間(例えば、数秒間)毎にオンするスイッチ要素S1〜S3を交替させてもよい。あるいは、スイッチ要素S1〜S3を順番にオンする代わりに、マイコンMCで発生させた乱数に応じて、オンするスイッチ要素S1〜S3をランダムに切り換えても構わない。但し、所定時間毎にオンするスイッチ要素S1〜S3を交替させる代わりに、任意の時間でオンするスイッチ要素S1〜S3を交替させるとともに単位時間当たりにスイッチ要素S1〜S3がオンしている期間の総和が略一定となるように制御手段4が選択手段2をオン・オフ制御しても構わない。 Incidentally, as shown in FIG. 7, when the selection means 2 has a plurality (three in the illustrated example) of switch elements S1 to S3, one control means 4 or one control means 4 according to the detection voltage of the detection means 3 or When the two switch elements S1 to S3 are turned on, the switch elements S1 to S3 that are turned on every predetermined time (for example, several seconds) may be changed. Alternatively, instead of sequentially turning on the switch elements S1 to S3, the switch elements S1 to S3 to be turned on may be switched randomly according to a random number generated by the microcomputer MC. However, instead of switching the switch elements S1 to S3 that are turned on every predetermined time, the switch elements S1 to S3 that are turned on at an arbitrary time are replaced and the switch elements S1 to S3 are turned on per unit time. The control means 4 may perform on / off control of the selection means 2 so that the sum is substantially constant.
なお、本実施形態では1つのインダクタLを光源1と外部電源PSの間に接続したが、図7に示す構成において、光源1を構成する発光ダイオードLDi間にそれぞれインダクタンス要素(インダクタ)を接続しても構わない。この場合、それぞれのインダクタンス要素のインダクタンス値は、その合成インピーダンスが1つのインダクタLと等しくなる値とすることが望ましい。このことにより、個々のインダクタンス要素の形状を小型化し、より薄型の回路実装が実現できる。
In the present embodiment, one inductor L is connected between the
ところで、光源1は複数の発光ダイオードLD1〜LDnが実装基板(図示せず)に実装されて構成されている。この場合、選択手段2のスイッチ要素Sが並列に接続されている発光ダイオードLDのグループ(以下、第1グループと呼ぶ。)と、選択手段2のスイッチ要素Sが並列に接続されていない発光ダイオードLDのグループ(以下、第2グループと呼ぶ。)とが、実装基板の実装面に略均等に配置されることが望ましい。例えば、全ての発光ダイオードLDが実装面に縦横に並べて配置される場合、第1グループの発光ダイオードLDの縦横両隣には第2グループの発光ダイオードLDを配置し、斜め両隣には同じグループの発光ダイオードLDを配置すればよい。このようにすれば、第1グループの発光ダイオードLDがスイッチ要素Sによって短絡されたとき、実装基板の実装面における発光輝度を均斉化することができる。
Meanwhile, the
ところで上述した実施形態1,2では、検出手段3が光源1の状態として駆動電流ILDの大きさを検出しているが、光源1に印加される入力電圧の大きさや光源1に入力される入力電力の大きさ、あるいは光源1の光出力(輝度あるいは照度)を検出するようにしても構わない。
In the first and second embodiments described above, the
(実施形態3)
本実施形態の発光装置は、図8に示すように外部電源PSの電源電圧Vsを変換(昇圧又は降圧)して光源1の入力電圧とする電圧変換手段5を備えた点に特徴がある。但し、光源1や選択手段2、検出手段3、制御手段4については、実施形態1又は2と共通であるから、共通する構成要素には同一の符号を付して適宜図示並びに説明を省略する。
(Embodiment 3)
As shown in FIG. 8, the light emitting device of this embodiment is characterized in that it includes voltage conversion means 5 that converts (boosts or steps down) the power supply voltage Vs of the external power supply PS to obtain the input voltage of the
本実施形態における電圧変換手段5は、外部電源PSの正負両極間に直列接続された一対の開閉素子SW1,SW2と、外部電源PSの正極と開閉素子SW1の接続点にアノードが接続されたダイオードD1と、ダイオードD1のカソードと開閉素子SW1,SW2の接続点の間に挿入されたキャパシタ(コンデンサ)C1とを具備した昇圧(倍電圧)型のスイッチトキャパシタ回路(以下、SC回路と略す。)からなる。開閉素子SW1,SW2はトランジスタなどの半導体スイッチング素子からなり、開閉制御手段によって各別に開閉制御される。但し、この開閉制御手段は、制御手段4を構成するマイコンMCで兼用できるため、図示は省略している。 The voltage conversion means 5 in this embodiment includes a pair of switching elements SW1 and SW2 connected in series between the positive and negative electrodes of the external power source PS, and a diode having an anode connected to the connection point between the positive electrode of the external power source PS and the switching element SW1. A step-up (double voltage) type switched capacitor circuit (hereinafter abbreviated as SC circuit) comprising D1 and a capacitor (capacitor) C1 inserted between the connection point of the cathode of diode D1 and switching elements SW1 and SW2. Consists of. The open / close elements SW1 and SW2 are composed of semiconductor switching elements such as transistors, and are individually controlled to open and close by the open / close control means. However, since the opening / closing control means can be shared by the microcomputer MC constituting the control means 4, the illustration thereof is omitted.
次に、電圧変換手段5の動作を説明する。まず、開閉制御手段がハイサイドの開閉素子SW1を開いた状態でローサイドの開閉素子SW2を閉じる(オンする)と、外部電源PSの正極→ダイオードD1→キャパシタC1→開閉素子SW2→外部電源PSの負極の閉回路(充電経路)が形成される。そして、この閉回路を流れる電流(直流電流)によってキャパシタC1が充電される。続いて、開閉制御手段がハイサイドの開閉素子SW1を閉じる(オンする)とともにローサイドの開閉素子SW2を開く(オフする)と、キャパシタC1→光源1→外部電源PS→開閉素子SW1→キャパシタC1の閉回路(放電経路)が形成される。このとき、キャパシタC1の充電電圧は外部電源PSの電源電圧Vsと等しいので、光源1の両端には外部電源PSの電源電圧VsにキャパシタC1の充電電圧が重畳された電圧、すなわち、電源電圧Vsの2倍の電圧(入力電圧)が印加されることになる。以降、開閉制御手段が一対の開閉素子SW1,SW2を交互に開閉することにより、電源電圧Vsの2倍の入力電圧を光源1に安定して供給することができる。
Next, the operation of the voltage conversion means 5 will be described. First, when the open / close control means closes (turns on) the low-side open / close element SW2 with the high-side open / close element SW1 open, the positive electrode of the external power supply PS → diode D1 → capacitor C1 → open / close element SW2 → external power supply PS A closed circuit (charging path) of the negative electrode is formed. The capacitor C1 is charged by the current (direct current) flowing through the closed circuit. Subsequently, when the switching control means closes (turns on) the high-side switching element SW1 and opens (turns off) the low-side switching element SW2, the capacitor C1 →
上述のように本実施形態によれば、電圧変換手段5によって電源電圧Vsを2倍に昇圧して光源1に印加しているので、光源1を構成する発光ダイオードLDの個数を、発光ダイオードLDの順方向電圧の総和が外部電源PSの電源電圧Vsよりも高くなる(最大2倍)まで増やすことができる。なお、図9に示すように電圧変換手段5と光源1との間にインダクタLを挿入しても構わない。また、選択手段2の構成は図示したものに限定する趣旨ではなく、実施形態1,2で説明した何れの選択手段2の構成でも適用可能である。
As described above, according to the present embodiment, the voltage conversion means 5 doubles the power supply voltage Vs and applies it to the
(実施形態4)
本実施形態における電圧変換手段5は、外部電源PSの正負両極間にカソードを正極側として直列接続された一対のダイオードD2,D3と、外部電源PSの負極とローサイドのダイオードD3のアノードの間に直列接続された一対の開閉素子SW3,SW4と、ダイオードD2,D3の接続点と開閉素子SW3,SW4の接続点の間に挿入されたキャパシタ(コンデンサ)C2とを具備した降圧型のSC回路からなる。開閉素子SW3,SW4はトランジスタなどの半導体スイッチング素子からなり、開閉制御手段によって各別に開閉制御される。但し、この開閉制御手段は、制御手段4を構成するマイコンMCで兼用できるため、図示は省略している。
(Embodiment 4)
The voltage conversion means 5 in this embodiment includes a pair of diodes D2 and D3 connected in series between the positive and negative electrodes of the external power supply PS with the cathode as the positive electrode side, and between the negative electrode of the external power supply PS and the anode of the low-side diode D3. A step-down SC circuit comprising a pair of switch elements SW3 and SW4 connected in series, and a capacitor (capacitor) C2 inserted between a connection point of the diodes D2 and D3 and a connection point of the switch elements SW3 and SW4. Become. The open / close elements SW3 and SW4 are composed of semiconductor switching elements such as transistors, and are individually controlled to open and close by the open / close control means. However, since the opening / closing control means can be shared by the microcomputer MC constituting the control means 4, the illustration thereof is omitted.
次に、電圧変換手段5の動作を説明する。まず、開閉制御手段が開閉素子SW4を開いた状態で開閉素子SW3を閉じる(オンする)と、外部電源PSの正極→光源1→ダイオードD3→キャパシタC2→開閉素子SW3→外部電源PSの負極の閉回路(充電経路)が形成される。そして、この閉回路を流れる電流(駆動電流ILD)によってキャパシタC2が充電される。このとき、キャパシタC2は、電源電圧Vsから光源1を構成する発光ダイオードLD1〜LD18の順電圧の総和を差し引いた電圧まで充電される。続いて、開閉制御手段が開閉素子SW4を閉じる(オンする)とともに開閉素子SW3を開く(オフする)と、キャパシタC2→ダイオードD2→光源1→開閉素子SW4→キャパシタC2の閉回路(放電経路)が形成され、キャパシタC2の充電電圧が入力電圧として光源1に印加される。このとき、キャパシタC2から光源1に駆動電流ILDを流すためには、キャパシタC2の充電電圧が発光ダイオードLD1〜LD18の順電圧の総和よりも高いことが必要である。したがって、外部電源PSの電源電圧Vsは発光ダイオードLD1〜LD18の順電圧の総和の2倍以上であることが必要である。以降、開閉制御手段が一対の開閉素子SW3,SW4を交互に開閉することにより、電源電圧Vsの略半分の入力電圧を光源1に安定して供給することができる。
Next, the operation of the voltage conversion means 5 will be described. First, when the switching control means closes (turns on) the switching element SW3 with the switching element SW4 opened, the positive polarity of the external power supply PS →
なお、図11に示すように電圧変換手段5と光源1との間にインダクタLを挿入しても構わない。また、選択手段2の構成は図示したものに限定する趣旨ではなく、実施形態1,2で説明した何れの選択手段2の構成でも適用可能である。
Note that an inductor L may be inserted between the voltage conversion means 5 and the
(実施形態5)
本実施形態における電圧変換手段5は、キャパシタC3とダイオードD3の直列回路と、ダイオードD4とキャパシタC4の直列回路と、これら2つの直列回路の中点間に挿入されたダイオードD5と、外部電源PSの正極とキャパシタC3の一端及びダイオードD4のカソードの間に挿入された開閉素子SW5と、光源1の一端とキャパシタC3の一端及びダイオードD4のカソードの間に挿入された開閉素子SW6とを具備し、ダイオードD3のアノードとキャパシタC4の一端が外部電源PSの負極及び光源1の他端に接続された降圧型のSC回路で構成されている。開閉素子SW5,SW6はトランジスタなどの半導体スイッチング素子からなり、開閉制御手段によって各別に開閉制御される。但し、この開閉制御手段は、制御手段4を構成するマイコンMCで兼用できるため、図示は省略している。
(Embodiment 5)
The voltage conversion means 5 in this embodiment includes a series circuit of a capacitor C3 and a diode D3, a series circuit of a diode D4 and a capacitor C4, a diode D5 inserted between the midpoints of these two series circuits, and an external power source PS. And a switching element SW5 inserted between one end of the capacitor C3 and the cathode of the diode D4, and a switching element SW6 inserted between one end of the
次に、電圧変換手段5の動作を説明する。まず、開閉制御手段が開閉素子SW6を開いた状態で開閉素子SW5を閉じる(オンする)と、外部電源PSの正極→開閉素子SW5→キャパシタC3→ダイオードD5→キャパシタC4→外部電源PSの負極の閉回路(充電経路)が形成される。そして、この閉回路を流れる電流によってキャパシタC3,C4が充電される。このとき、キャパシタC3,C4は互いに静電容量値が等しいので、電源電圧Vsを2等分した電圧までそれぞれ充電される。続いて、開閉制御手段が開閉素子SW6を閉じる(オンする)とともに開閉素子SW5を開く(オフする)と、キャパシタC3→開閉素子SW6→光源1→ダイオードD3→キャパシタC3の閉回路(放電経路)と、キャパシタC4→ダイオードD4→開閉素子SW6→光源1→キャパシタC4の閉回路(放電経路)とが形成され、キャパシタC3,C4の充電電圧がそれぞれ入力電圧として光源1に印加される。このとき、キャパシタC3,C4から光源1に駆動電流ILDを流すためには、キャパシタC3,C4の充電電圧が発光ダイオードLD1〜LD18の順電圧の総和よりも高いことが必要である。したがって、外部電源PSの電源電圧Vsは発光ダイオードLD1〜LD18の順電圧の総和の2倍以上であることが必要である。以降、開閉制御手段が一対の開閉素子SW5,SW6を交互に開閉することにより、電源電圧Vsの半分の入力電圧を光源1に安定して供給することができる。
Next, the operation of the voltage conversion means 5 will be described. First, when the switching control means closes (turns on) the switching element SW5 with the switching element SW6 opened, the positive polarity of the external power supply PS → the switching element SW5 → the capacitor C3 → the diode D5 → the capacitor C4 → the negative polarity of the external power supply PS A closed circuit (charging path) is formed. The capacitors C3 and C4 are charged by the current flowing through the closed circuit. At this time, since the capacitors C3 and C4 have the same capacitance value, they are charged to voltages obtained by dividing the power supply voltage Vs into two equal parts. Subsequently, when the switching control means closes (turns on) the switching element SW6 and opens (turns off) the switching element SW5, the closed circuit (discharge path) of the capacitor C3 → the switching element SW6 → the
なお、図13に示すように電圧変換手段5と光源1との間にインダクタLを挿入しても構わない。また、選択手段2の構成は図示したものに限定する趣旨ではなく、実施形態1,2で説明した何れの選択手段2の構成でも適用可能である。
Note that an inductor L may be inserted between the voltage conversion means 5 and the
1 光源
2 選択手段
3 検出手段
4 制御手段
LD 発光ダイオード(固体発光素子)
PS 外部電源
DESCRIPTION OF
LD light emitting diode (solid state light emitting device)
PS External power supply
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