JP2012038937A - Ｌｅｄ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で安価なトランスを用いて、自由な回路設計ができるＬＥＤ駆動装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ駆動装置１は、可視光通信用のＬＥＤ３に電流を供給する定電流電源２と、変調された通信データに応じて前記ＬＥＤ３の発光量を制御する駆動制御回路２０とを備える。駆動制御回路２０は、変調された通信データに対応したパルスを発生するパルス発生回路２４と、前記ＬＥＤ３と定電流電源２との間に接続されたスイッチング素子（ＦＥＴ）２１と、前記パルス発生回路２４とスイッチング素子２１との間に接続されたトランス２５とを備える。トランス２５を介して、スイッチング素子２１のゲートに前記パルス発生回路２４からのパルスが供給され、このパルスに伴う前記ゲート電圧の制御に応じて、前記ＬＥＤ３への供給電流を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、可視光通信用のＬＥＤを定電流電源と駆動制御回路とを用いて、変調された通信データに応じて点滅させるＬＥＤ駆動装置に関する。

可視光通信は、電波を使用しないことより秘匿性が高く、また、電波使用を制限されている場所での利用が可能である。可視光通信は、電波よりも混信の可能性が低く、他の電子機器との誤動作を回避することができるなどの特徴がある。

可視光通信の光源としては、一般にＬＥＤが使用される。可視光通信時において、ＬＥＤ駆動装置は、送信する変調信号に応じてＬＥＤに流れる電流を制御して、ＬＥＤを高速に点滅させている。

このＬＥＤ駆動装置は、例えば、通信用データの変調信号に対応したパルスを発生するパルス発生回路を有する。パルス発生回路からの信号は、スイッチング素子である電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという）のゲートに印加される。このゲートに印加される電圧に応じて、ＦＥＴのドレインからソースに流れる電流が変化し、ＬＥＤを流れる電流が変化する。このようなＦＥＴでＬＥＤを流れる電流を制御する技術を用いた可視光通信システムは、引用文献１に開示されている。

一方、ＬＥＤを点灯するための、定電流電源としては、特許文献２，３に記載のものが知られている。これらの従来技術は、商用交流とＬＥＤとの間にトランスを配置することで、定電圧・定電流の直流電源を得ている。

特開２００９−００５１９２号公報 特開２００９−２００１４６号公報 特開２００８−２１０６４７号公報

ところで、電気用品安全法（電安法と略称される）の規定によれば、商用交流に対して絶縁された部分と非絶縁の部分とでは、構成部品に要求される絶縁耐力、絶縁距離などの条件が大きく異なる。特許文献２，３に記載の技術では、定電流電源に内蔵されたトランスによって商用電源との絶縁が確保されるので、トランスの２次側に接続されたＬＥＤやスイッチング素子等に対する絶縁条件は、厳しくない。

最近、ＬＥＤの省エネ性能が着目されると共に、その電源についても効率の向上が要求されている。効率化を達成する一つの手段として、半導体素子を利用したスイッチング電源等を使用することで、低効率のトランスを使用しない技術が提案されている。しかし、この従来技術は、トランスを使用しないため定電流電源部分での絶縁ができず、ＬＥＤやその駆動装置側に対する絶縁条件が厳しくなり、自由な回路設定ができない。

本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたもので、定電流電源としてはトランスを使用しない効率の良いものを採用しつつ、パルス発生回路やこれに変調信号を供給する変調回路側は絶縁条件等が緩やかで自由な回路設計ができるＬＥＤ駆動装置を提供することを目的とする。

本発明は、可視光通信用のＬＥＤに電流を供給する定電流電源と、変調された通信データに応じて前記ＬＥＤの発光量を制御する駆動制御回路とを備える。
前記駆動制御回路は、変調された通信データに対応したパルスを発生するパルス発生回路と、前記ＬＥＤと定電流電源との間に接続されたスイッチング素子と、前記パルス発生回路とスイッチング素子との間に接続されたトランスとを備える。前記トランスを介して、スイッチング素子のゲートに前記パルス発生回路からのパルスが供給され、このパルスに伴う前記ゲート電圧の制御に応じて、前記ＬＥＤへの供給電流を制御する。

前記駆動制御回路が、スイッチング素子のゲート電圧を安定させる自己バイアス抵抗を有すること、前記駆動制御回路が、スイッチング素子のゲート電圧を制御し、前記電流のデューティー比を一定に維持する信号処理回路を有することも、本発明の一態様である。

本発明によれば、ＬＥＤの駆動制御回路に小型で安価なトランスを用いることができ、自由な回路設計ができるＬＥＤ駆動装置の提供ができる。

本発明の第一実施形態に係るＬＥＤ駆動装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第二実施形態に係るＬＥＤ駆動装置の構成を示すブロック図である。 第二実施形態における電流検出用抵抗両端の波形を示す波形図である。

[第一実施形態]
本発明の第一実施形態を図１に従って説明する。本実施形態のＬＥＤ駆動装置１は、定電流電源１０と駆動制御回路２０とを有する。定電流電源１０は、商用電源２からの電力を定電流に変換し、この定電流を用いて複数のＬＥＤ３を点灯する。駆動制御回路２０は、可視光通信の対象となる通信データの変調回路４からの出力に基づいて、ＬＥＤ３に供給される定電流を制御し、ＬＥＤ３の発光量を制御する。

前記定電流電源１０は、一例としてダイオードブリッジ１１、コンデンサ１２及び電流制御回路１３を有する。商用電源２からの交流電圧は、ダイオードブリッジ１１とコンデンサ１２とからなる全波整流回路を用いて直流電圧に変換される。この整流回路については、これに限定されず、交流電圧を直流電圧に変換するものであれば良い。また、本実施形態は、電源として商用電源を使用する構成であるが、これに限定されず、例えば、整流回路を必要としない直流電源を用いても良い。

電流制御回路１３は、この変換された直流電圧を制御して、定電流をＬＥＤ３に供給する。例えば、電流制御回路１３は、ＬＥＤ３に供給される平均電流を検出して、この平均電流が定電流となるように、直流電圧を制御する。この直流電圧の制御により、電流制御回路１３は、例えば温度変化、経年変化などによる内部抵抗の変化に対しても、ＬＥＤ３に供給する電流値を一定に保つことができる。

なお、本発明で用いる定電流電源１０としては、その内部にトランスを用いることがなく、ＬＥＤ３や駆動制御回路２０と商用電源２との間で絶縁を確保できないものであれば、図示以外のものを適宜使用できる。

前記駆動制御回路２０は、ＦＥＴ２１、自己バイアス抵抗２２、コンデンサ２３、パルス発生回路２４及びトランス２５を有している。

ＦＥＴ２１は、本発明のスイッチング素子に相当する部材で、例えば、ＭＯＳＦＥＴである。ＭＯＳＦＥＴは、ゲートに電圧をかけることで、ソースとドレインとの端子間の電流を制御する。ＦＥＴ２１のゲートはコンデンサ２３と接続され、ドレインはＬＥＤ３と接続され、ソースは電流制御回路１３およびトランス２５の二次巻線の一端とに接続されている。

自己バイアス抵抗２２は、ＦＥＴ２１のゲート電圧が温度変化などで変化し、応答特性に問題が生じる場合であっても、負帰還作用によりゲート電圧を安定にするものである。自己バイアス抵抗２２の一端はＬＥＤ３とＦＥＴ２１のドレインとに接続され、他の一端はＦＥＴ２１のゲートとコンデンサ２３の一端とに接続されている。

コンデンサ２３は、トランス２５の二次巻線からＦＥＴ２１のゲートへの直流成分を遮断するためのものである。コンデンサ２３は、トランス２５の二次巻線に発生する変調されたパルス電圧をＦＥＴ２１のゲートに供給するものであり、交流結合の機能を有している。コンデンサ２３の一端はＦＥＴ２１のゲートに接続され、他の一端はトランス２５の二次巻線の一端に接続されている。

パルス発生回路２４は、ＬＥＤ３が可視光通信で送信する変調された信号を、パルスとして発生する機能を有している。すなわち、パルス発生回路２４は、変調回路４から供給された信号に対応したパルスを発生し、このパルスをパルス電圧としてトランス２５の一次巻線に供給する。従って、トランス２５として本実施形態では、高周波であるパルス波の変圧に対応できるパルストランスを用いている。トランス２５の二次巻線は、一端がコンデンサ２３の一端に接続され、他の一端がＦＥＴ２１のソースと電流制御回路１３とに接続されている。

以上の通り、本実施形態では、ＬＥＤ３やその点滅を制御するスイッチング素子であるＦＥＴ２１と、ＦＥＴ２１を制御するパルス発生回路２４とがトランス２５を介して接続されている。そのため、このトランス２５によってＬＥＤ３やＦＥＴ２１側とパルス発生回路２４側との絶縁が確保される。その結果、パルス発生回路２４やこれに接続された変調回路４などの設計に当たって、求められる絶縁条件が商用電源と非絶縁の場合に比較して緩和されるので、回路設計や使用する部品の自由度が向上する。その上、ＦＥＴ２１のゲートに印加される電流値は、定電流電源１０からＬＥＤ３に印加される電流値と比較すると格段に小さいので、従来の定電流電源に使用されていたものに比較して、小型で安価なトランス２５を使用することができる。

[第二実施形態]
図２は、本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ駆動装置１の構成を示す図である。本実施形態において、駆動制御回路２０は、ＦＥＴ２１のゲート電圧を制御し、ＬＥＤ３に流れる電流のデューティー比を安定に維持するための信号処理回路２６を有している。また、電流検出抵抗２７及びゲート電圧調整抵抗２８が追加されている。なお、本実施形態では前記信号処理回路２６がＦＥＴ２１のゲート電圧を制御することができることより、自己バイアス抵抗２２は用いられていない。

信号処理回路２６は、電流検出抵抗２７の電圧を監視することにより、定電流電源１０からＬＥＤ３に供給される電流のピーク電圧値と平均電圧値とを検知する。信号処理回路２６は、この検知結果からピーク電圧値と平均電圧値の比が、予め定められている値、例えば「２：１」になるように、ＦＥＴ２１のゲート電圧を、ゲート電圧調整抵抗２８を用いて調整する。

具体的には、図３の波形図に示すように、次のようにゲート電圧を制御する。
・ピーク電圧／２ ＞平均電圧 の場合、ゲート電圧を上昇。
・ピーク電圧／２ ＜平均電圧 の場合、ゲート電圧を下降。
・ピーク電圧／２ ＝平均電圧 の場合、ゲート電圧を操作しない。
なお、ＬＥＤ３に流れる平均電流は定電流電源１０が制御するため、本実施形態の信号処理部２６はＦＥＴ２１による電流のオンとオフのデューティー比のみを制御する。

このような構成を有する本実施形態においても、前記第１実施形態と同様に、トランス２５によってＬＥＤ３やＦＥＴ２１側とパルス発生回路２４側との絶縁が確保される。その結果、駆動制御回路や変調回路などトランスの一次側に接続される各機器の設計の自由度が向上する。

その上、本実施形態では、信号処理回路２６は、実際のピーク電流値と平均電流値とを検知することで、予め定められた上記の比を一定にするようにゲート電圧を調整し、安定したデューティー比を維持することができる。これにより、ＬＥＤ３に流れるピーク電流値と平均電流値との比率（例えば、２：１）は一定の値に保持され、ＬＥＤ３の発光量が一定範囲内に収まることになる。その結果、ＬＥＤの発光量を可視光通信の変調信号に応じて変動させても、照明装置の使用者に発光量の増減によるチラツキなどを感じさせないで済む利点がある。

１…ＬＥＤ駆動装置、２…商用電源、３…ＬＥＤ、４…情報処理装置、１０…定電流電源、１１…ダイオードブリッジ、１２…コンデンサ、１３…電流制御回路、２０…駆動制御回路、２１…ＦＥＴ、２２…自己バイアス抵抗、２３…コンデンサ、２４…パルス発生回路、２５…トランス、２６…信号処理回路、２７…電流検出抵抗、２８…ゲート電圧調整抵抗

Claims (3)

1. 可視光通信用のＬＥＤに電流を供給する定電流電源と、変調された通信データに応じて前記ＬＥＤの発光量を制御する駆動制御回路とを備えたＬＥＤ駆動装置において、
   前記駆動制御回路が、変調された通信データに対応したパルスを発生するパルス発生回路と、前記ＬＥＤと定電流電源との間に接続されたスイッチング素子と、前記パルス発生回路とスイッチング素子との間に接続されたトランスとを備え、
   前記トランスを介して、スイッチング素子のゲートに前記パルス発生回路からのパルスが供給され、このパルスに伴う前記ゲート電圧の制御に応じて、前記ＬＥＤへの供給電流を制御することを特徴とするＬＥＤ駆動装置。
2. 前記駆動制御回路が、スイッチング素子のゲート電圧を安定させる自己バイアス抵抗を有することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ駆動装置。
3. 前記駆動制御回路が、スイッチング素子のゲート電圧を制御し、前記電流のデューティー比を一定に維持する信号処理回路を有することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ駆動装置。

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