JP2012043768A - 新規のｌｅｄドライバコントローラ - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤモジュールの電流を調整するときに力率補正も実行可能なＬＥＤドライバ回路用の新規のＬＥＤドライバコントローラを提案すること。
【解決手段】入力電圧信号の振幅を検出して、入力電圧信号を振幅で除することによって生成される、正規化されている信号を出力する自動利得制御部と、正規化されている信号と電流検知信号との電圧比較を実施する比較器と、ゲーティング信号を供給する駆動回路とを有し、ゲーティング信号はターンオン信号がアクティブであるときにアクティブであって、ターンオフ信号がアクティブの時にインアクティブであることからなる。
【選択図】図２

Description

本発明はＬＥＤドライバコントローラに関し、特にＬＥＤ照明用途に対して力率補正とゼロ電流スイッチングとを提供できるＬＥＤドライバコントローラに関する。

交流電源を利用しているＬＥＤ照明用途において、ＬＥＤモジュールに対する負荷電流は、安定した照明を提供するためだけでなく、ＬＥＤモジュールを保護するためにも調整しなければならない。

図１は、従来技術のＬＥＤドライバ回路を示している。図１に示しているように、直流電圧であるライン電圧Ｖ_ＤＣによって電源が供給されているＬＥＤドライバ回路は、ＬＥＤドライバコントローラ１００、ＮＭＯＳトランジスタ１０１、インダクタ１０２、ダイオード１０３、抵抗１０４、キャパシタ１０５、およびＬＥＤモジュール１１０を有している。

Ｖ_ＤＣによってバイアスがかけられているＬＥＤドライバコントローラ１００は、電流検知信号Ｖ_ＣＳに応答してゲーティング信号Ｖ_Ｇを生成するために使用されている。ゲーティング信号Ｖ_Ｇのデューティー比は、電流検出信号Ｖ_ＣＳが下降／上昇するとより大きく／より小さくなるようになっている。

ＮＭＯＳトランジスタ１０１は、ＬＥＤドライバ回路の電力変換を制御するためにゲーティング信号Ｖ_Ｇによって駆動される。

インダクタ１０２は、ＮＭＯＳトランジスタ１０１がオンの時に磁気エネルギーを保存するために使用され、ダイオード１０３はＮＭＯＳトランジスタ１０１がオフの時に磁気エネルギーをＬＥＤモジュール１１０に対して解放するために使用される。

抵抗１０４は、負荷電流Ｉ_Ｌに応じて電流検知信号Ｖ_ＣＳを生成するために使用される。

フィルタキャパシタであるキャパシタ１０５は、直流電圧Ｖ_ＤＣを供給するために、全波整流器（図１には不図示）と連動して使用される。

動作中は、負荷電流Ｉ_Ｌのピークは、一定の値に調整され、ＬＥＤモジュール１１０はそれによって、調整された照明を行うことになる。

しかし、従来技術のＬＥＤドライバ回路にはいくつかの欠点がある。まず、全波整流器からの全波整流電圧の交流成分は、キャパシタ１０５によってフィルタ処理されて取り除かれるので、力率補正を実施する方法がない。第２に、ＬＥＤドライバコントローラ１００は、インダクタ１０２の放電の終了時間の情報を得ることができないため、ＮＭＯＳトランジスタ１０１のソフトスイッチングを実施することができず、これがＥＭＩ問題の原因となることがある。

従来技術のＬＥＤドライバ回路の欠点を考慮して、本発明は、ＬＥＤモジュールの電流を調整する場合に、力率補正だけでなくゼロ電流スイッチングも実施できるＬＥＤドライバ回路用の新規のＬＥＤドライバコントローラを提案する。

本発明の目的は、ＬＥＤモジュールの電流を調整するときに力率補正も実行可能なＬＥＤドライバ回路用の新規のＬＥＤドライバコントローラを提案することである。

本発明の他の目的は、ＬＥＤモジュールの電流を調整するときにゼロ電流スイッチングも実行可能なＬＥＤドライバ回路用の新規のＬＥＤドライバコントローラを提案することである。

本発明の前述の目的を達成するために、新規のＬＥＤドライバコントローラが提案され、コントローラは、境界検出部、ターンオン信号発生器、ＯＲゲート、自動利得制御部、比較器、駆動回路、およびＮＭＯＳトランジスタを有している。

境界検出部は、ライン電圧に由来している入力電圧信号に結合されている入力端部と、入力電圧信号と閾値信号との電圧比較に応じて生成される第１のターンオフ信号を供給する出力端部とを有しており、閾値信号はターンオフ信号の立ち上がりエッジの位置でサンプリングされた入力電圧信号の電圧の比率であって、第１のターンオン信号は入力電圧信号が閾値信号未満に低下したときにインアクティブからアクティブへと状態を変化させることになる。

ターンオン信号発生器は、一定周波数信号または一定オフ時間信号とすることができる第２のターンオン信号を生成するために使用され、一定オフ時間信号はターンオフ信号を参照して生成される。

ＯＲゲートは、第１のターンオン信号に結合されている第１の入力端部と、第２のターンオン信号に結合されている第２の入力端部と、ターンオン信号を供給する出力端部とを有している。

自動利得制御部は、入力電圧信号に結合されている入力端部と、正規化されている信号を供給する出力端部とを有し、正規化されている信号は、入力電圧信号の振幅を検出して、入力電圧信号を振幅で除することによって生成される。そのため、入力電圧信号の振幅にかかわらず、正規化されている信号の振幅は一定である。

比較器は、ターンオフ信号を生成するように正規化されている信号と電流検知信号との電圧比較を実施するために使用され、ターンオフ信号は電流検知信号が正規化されている信号に到達したときにインアクティブからアクティブへと状態を変化させることになる。

駆動回路は、ターンオン信号に結合されているセット入力端部と、ターンオフ信号に結合されているリセット入力端部と、ゲーティング信号を供給する出力端部とを有し、ゲーティング信号はターンオン信号がアクティブであるときにアクティブであって、ターンオフ信号がアクティブの時にインアクティブである。

ＮＭＯＳトランジスタは、ゲーティング信号に結合されているゲート端子と、ライン電圧によって供給される負荷電流の流入のためのドレイン端子と、電流検知信号に結合されているソース端子とを有し、電流検知信号は負荷電流に比例している。

本発明のＬＥＤドライバコントローラがＬＥＤドライバ回路内で動作している場合、電流検知信号のピークと、従って負荷電流のピークとは、正規化された信号に調整されることになる。ライン電圧がＡＣ電力の全波整流の結果であって、入力電圧信号がライン電圧に比例している場合、負荷電流のピークは、正規化されている信号に従うことになり、そのため、入力電圧信号の変動に従うことになり、その結果、力率が良好になる。ライン電圧がＡＣ電力の全波整流の結果であって、入力電圧信号がＬＥＤドライバ回路内のダイオードのアノードから供給される場合、良好な力率だけでなく、ゼロ電流スイッチングも実現できる。理由は、ダイオードのアノードの位置の電圧は、ＬＥＤドライバ回路内のインダクタの電流がゼロに放電されたときに下降し始め、これによって、入力電圧信号が閾値信号未満に下降し、第１のターンオン信号がアクティブになって、ＮＭＯＳトランジスタをオンにするからである。ライン電圧がＤＣ電圧であって、入力電圧信号がＬＥＤドライバ回路内のダイオードのアノードから供給される場合、力率補正は利用できないが、ＮＭＯＳトランジスタのゼロ電流スイッチングは依然として実施することができる。

審査官が本発明の目的、その構造、新規の特徴、および性能をより容易に理解できるようにするために、添付の図面と共に好ましい実施形態を使用して本発明を詳細に説明する。

従来技術のＬＥＤドライバ回路の図である。 本発明の好ましい実施形態のＬＥＤドライバコントローラのブロック図である。 本発明の好ましい実施形態の図２に示しているＬＥＤドライバコントローラの境界検出部のブロック図である。 図２に示しているＬＥＤドライバコントローラを利用しているＬＥＤドライバ回路の回路図である。 図２に示しているＬＥＤドライバコントローラを利用している他のＬＥＤドライバ回路の回路図である。

本発明を、本発明の好ましい実施形態を示している添付の図面を参照して以降でより詳細に説明する。

図２を参照すると、本発明の好ましい実施形態のＬＥＤドライバコントローラのブロック図を示している。図２に示しているように、ＬＥＤドライバコントローラ２００は、境界検出部２０１、ターンオン信号発生器２０２と、ＯＲゲート２０３と、自動利得制御部２０４と、比較器２０５と、駆動回路２０６と、ＮＭＯＳトランジスタ２０７とを有している。

境界検出部２０１は、ライン電圧に由来している入力電圧信号Ｖ_Ｘに結合されている入力端部と、入力電圧信号Ｖ_Ｘと閾値信号との電圧比較に応じて生成される第１のターンオフ信号Ｖ_ＯＮ１を供給する出力端部とを有しており、閾値信号はターンオフ信号Ｖ_ＯＦＦの立ち上がりエッジの位置でサンプリングされた入力電圧信号Ｖ_Ｘの電圧の比率であって、第１のターンオン信号Ｖ_ＯＮ１は入力電圧信号Ｖ_Ｘが閾値信号未満に低下したときにインアクティブからアクティブへと状態を変化させることになる。境界検出部２０１の好ましい実施形態を図３に示しており、サンプル／ホールド回路３０１と、抵抗３０２、３０３と、比較器３０４とを有している。サンプル／ホールド回路３０１は、入力電圧信号Ｖ_Ｘの電圧をターンオフ信号Ｖ_ＯＦＦの立ち上がりエッジの位置でサンプル／ホールドする。抵抗３０２、３０３は、サンプル／ホールド回路３０１の出力電圧を分圧して閾値信号Ｖ_ＴＨを生成する分圧器として使用される。比較器３０４は、第１のターンオン信号Ｖ_ＯＮ１を生成するために閾値信号Ｖ_ＴＨと入力電圧信号Ｖ_Ｘとの電圧比較を実施するために使用される。

ターンオン信号発生器２０２は、一定周波数信号または一定オフ時間信号とすることができる第２のターンオン信号Ｖ_ＯＮ２を生成するために使用され、一定オフ時間信号はターンオフ信号Ｖ_ＯＦＦを参照して生成される。

ＯＲゲート２０３は、第１のターンオン信号Ｖ_ＯＮ１に結合されている第１の入力端部と、第２のターンオン信号Ｖ_ＯＮ２に結合されている第２の入力端部と、ターンオン信号Ｖ_ＯＮを供給する出力端部とを有している。

自動利得制御部２０４は、入力電圧信号Ｖ_Ｘに結合されている入力端部と、正規化されている信号Ｖ_ＮＯＲＭを供給する出力端部とを有し、正規化されている信号Ｖ_ＮＯＲＭは、入力電圧信号Ｖ_Ｘの振幅を検出して、入力電圧信号Ｖ_Ｘを振幅で除することによって生成される。そのため、入力電圧信号Ｖ_Ｘの振幅にかかわらず、正規化されている信号Ｖ_ＮＯＲＭの振幅は一定である。

比較器２０５は、ターンオフ信号Ｖ_ＯＦＦを生成するように正規化されている信号Ｖ_ＮＯＲＭと電流検知信号Ｖ_ＣＳとの電圧比較を実施するために使用され、ターンオフ信号Ｖ_ＯＦＦは電流検知信号Ｖ_ＣＳが正規化されている信号Ｖ_ＮＯＲＭに到達したときにインアクティブからアクティブへと状態を変化させることになる。

駆動回路２０６は、ターンオン信号Ｖ_ＯＮに結合されているセット入力端部と、ターンオフ信号Ｖ_ＯＦＦに結合されているリセット入力端部と、ゲーティング信号Ｖ_Ｇを供給する出力端部とを有し、ゲーティング信号Ｖ_Ｇはターンオン信号Ｖ_ＯＮがアクティブであるときにアクティブであって、ターンオフ信号Ｖ_ＯＦＦがアクティブの時にインアクティブである。

ＮＭＯＳトランジスタ２０７は、ゲーティング信号Ｖ_Ｇに結合されているゲート端子と、負荷電流Ｉ_Ｌの流入のためのドレイン端子ＤＲＡＩＮと、電流検知信号Ｖ_ＣＳに結合されているソース端子ＣＳとを有し、電流検知信号Ｖ_ＣＳは負荷電流Ｉ_Ｌに比例している。

本発明のＬＥＤドライバコントローラ２００がＬＥＤドライバ回路内で動作している場合、電流検知信号Ｖ_ＣＳのピークと、従って負荷電流Ｉ_Ｌのピークとは、正規化された信号Ｖ_ＮＯＲＭに調整されることになる。ライン電圧がＡＣ電力の全波整流の結果であって、入力電圧信号Ｖ_Ｘがライン電圧に比例している場合、負荷電流Ｉ_Ｌのピークは、正規化されている信号Ｖ_ＮＯＲＭに従うことになり、そのため、入力電圧信号Ｖ_Ｘの変動に従うことになり、その結果、力率が良好になる。ライン電圧がＡＣ電力の全波整流の結果であって、入力電圧信号Ｖ_ＸがＬＥＤドライバ回路内のダイオードのアノードから供給される場合、良好な力率だけでなく、ゼロ電流スイッチングも実現できる。理由は、ダイオードのアノードの位置の電圧は、ＬＥＤドライバ回路内のインダクタの電流がゼロに放電されたときに下降し始め、これによって、入力電圧信号Ｖ_Ｘが閾値信号未満に下降し、第１のターンオン信号Ｖ_ＯＮ１がアクティブになって、ＮＭＯＳトランジスタ２０７をオンにするからである。ライン電圧がＤＣ電圧であって、入力電圧信号Ｖ_ＸがＬＥＤドライバ回路内のダイオードのアノードから供給される場合、力率補正は利用できないが、ＮＭＯＳトランジスタ２０７のゼロ電流スイッチングは依然として実施することができる。

図４を参照すると、図２に示しているＬＥＤドライバコントローラを利用しているＬＥＤドライバ回路の回路図を示している。図４に示しているように、ＬＥＤドライバ回路は、図２に示しているＬＥＤドライバコントローラ２００と、抵抗４０１と、インダクタ４０２と、ダイオード４０３と、抵抗４０５、４０６と、ＬＥＤモジュール４１０とを有している。

ＬＥＤドライバコントローラ２００にはライン電圧Ｖ_ＩＮによってバイアスがかけられており、入力電圧信号Ｖ_Ｘはダイオード４０３のアノードの位置で抵抗４０５と抵抗４０６とによって生じる電圧の比率であって、ドレイン端子ＤＲＡＩＮはダイオード４０３のアノードに結合されており、ＣＳ端子は抵抗４０１に結合されている。

ＬＥＤドライバ回路が動作中は、電流検知信号Ｖ_ＣＳのピークと、従って負荷電流Ｉ_Ｌのピークとは、正規化された信号に調整されることになる。ライン電圧Ｖ_ＩＮがＡＣ電力の全波整流の結果である場合、負荷電流Ｉ_Ｌのピークは、正規化されている信号に従うことになり、そのため、入力電圧信号Ｖ_Ｘの変動に従うことになり、力率を良好にすることができる。それ以外にも、ダイオード４０３のアノードの位置の電圧と、従って入力電圧信号Ｖ_Ｘとは、インダクタ４０２の電流がゼロに放電されたときに下降し始め、ＬＥＤドライバコントローラ２００は、この現象を使用することによって、ゼロ電流スイッチングを実現することもできる。

図５を参照すると、図２に示しているＬＥＤドライバコントローラを利用している他のＬＥＤドライバ回路の回路図を示している。図５に示しているように、ＬＥＤドライバ回路は、図２に示しているＬＥＤドライバコントローラ２００と、抵抗５０１と、インダクタ５０２と、ダイオード５０３と、抵抗５０５、５０６と、ＬＥＤモジュール５１０とを有している。

ＬＥＤドライバコントローラ２００にはライン電圧Ｖ_ＩＮによってバイアスがかけられており、入力電圧信号Ｖ_Ｘは抵抗５０５と抵抗５０６とによるライン電圧Ｖ_ＩＮの比率であって、ドレイン端子ＤＲＡＩＮはダイオード５０３のアノードに結合されており、ＣＳ端子は抵抗５０１に結合されている。

ＬＥＤドライバ回路が動作中は、電流検知信号Ｖ_ＣＳのピークと、従って負荷電流Ｉ_Ｌのピークとは、正規化された信号に調整されることになる。ライン電圧Ｖ_ＩＮがＡＣ電力の全波整流の結果である場合、負荷電流Ｉ_Ｌのピークは、正規化されている信号に従うことになり、そのため、入力電圧信号Ｖ_Ｘの変動に従うことになり、力率を良好にすることができる。

前述の明細書からわかるように、本発明の新規のＬＥＤドライバコントローラは、負荷電流を調整できるだけでなく、力率補正および／またはゼロ電流スイッチングも実現することができる。そのため、本発明は、従来技術のＬＥＤドライバコントローラを改良する。

本発明を、例として、そして好ましい実施形態に関して説明してきたが、当然、本発明はそれらには限定されていない。逆に、様々な修正および同様な構成と手順を網羅することを意図しており、添付の特許請求の範囲は、そのような修正および同様な構成と手順を含むように、最も広く解釈されなければならない。

前述の説明を要約すると、本明細書の本発明は、従来の構造よりも性能を向上させ、さらに特許出願要件に合致し、審査と相応な特許権の付与のために特許庁に提出される。

Claims (10)

1. ライン電圧に由来している入力電圧信号に結合されている入力端部と、正規化されている信号を供給する出力端部とを有し、前記正規化されている信号は、前記入力電圧信号の振幅を検出して、前記入力電圧信号を前記振幅で除することによって生成される自動利得制御部と、
   ターンオフ信号を生成するように前記正規化されている信号と電流検知信号との電圧比較を実施するために使用され、前記ターンオフ信号は前記電流検知信号が前記正規化されている信号に到達したときにインアクティブからアクティブへと状態を変化させることになる比較器と、
   セット入力端部と、リセット入力端部と、出力端部とを有し、前記セット入力端部は前記ターンオン信号に結合されており、前記リセット入力端部は前記ターンオフ信号に結合されており、前記出力端部はゲーティング信号を供給するために使用され、前記ゲーティング信号は前記ターンオン信号がアクティブであるときにアクティブであって、前記ターンオフ信号がアクティブの時にインアクティブである駆動回路と、
   を有する、新規のＬＥＤドライバコントローラ。
2. 前記入力電圧信号に結合されている入力端部と、前記入力電圧信号と閾値信号との電圧比較に応じて生成される第１のターンオフ信号を供給する出力端部とを有しており、前記閾値信号は前記ターンオフ信号の立ち上がりエッジの位置でサンプリングされた前記入力電圧信号の電圧の比率であって、前記第１のターンオン信号は前記入力電圧信号が前記閾値信号未満に低下したときにインアクティブからアクティブへと状態を変化させることになる境界検出部と、
   一定周波数信号と一定オフ時間信号とからなるグループから選択される信号である第２のターンオン信号を生成するために使用され、前記一定オフ時間信号は前記ターンオフ信号を参照して生成される、ターンオン信号発生器と、
   前記第１のターンオン信号に結合されている第１の入力端部と、前記第２のターンオン信号に結合されている第２の入力端部と、前記ターンオン信号を供給する出力端部とを有するＯＲゲートと、
   をさらに有する、請求項１に記載の新規のＬＥＤドライバコントローラ。
3. 前記ゲーティング信号に結合されているゲート端子と、前記ライン電圧によって供給される負荷電流の流入のためのドレイン端子と、前記電流検知信号に結合されているソース端子とを有し、前記電流検知信号は前記負荷電流に比例しているＮＭＯＳトランジスタをさらに有する、請求項２に記載の新規のＬＥＤドライバコントローラ。
4. 前記境界検出部は、
   前記入力電圧信号の電圧を前記ターンオフ信号の立ち上がりエッジの位置でサンプル／ホールドするサンプル／ホールド回路と、
   前記サンプル／ホールド回路の出力電圧を分圧して前記閾値信号を生成するために使用される分圧器と、
   前記第１のターンオン信号を生成するために前記閾値信号と前記入力電圧信号との電圧比較を実施するために使用される比較器と、
   を有する、請求項３に記載の新規のＬＥＤドライバコントローラ。
5. 前記ライン電圧は、全波整流信号である、請求項４に記載の新規のＬＥＤドライバコントローラ。
6. 前記入力電圧信号は前記ライン電圧の比率である、請求項５に記載の新規のＬＥＤドライバコントローラ。
7. 前記入力電圧信号はＬＥＤドライバ回路内のアノードの位置での電圧の比率である、請求項５に記載の新規のＬＥＤドライバコントローラ。
8. ライン電圧に由来している入力電圧信号に結合されている入力端部と、正規化されている信号を供給する出力端部とを有し、前記正規化されている信号は、前記入力電圧信号の振幅を検出して、前記入力電圧信号を前記振幅で除することによって生成される自動利得制御部と、
   ターンオフ信号を生成するように前記正規化されている信号と電流検知信号との電圧比較を実施するために使用され、前記ターンオフ信号は前記電流検知信号が前記正規化されている信号に到達したときにインアクティブからアクティブへと状態を変化させることになる比較器と、
   セット入力端部と、リセット入力端部と、出力端部とを有し、前記セット入力端部はターンオン信号に結合されており、前記リセット入力端部は前記ターンオフ信号に結合されており、前記出力端部はゲーティング信号を供給するために使用され、前記ゲーティング信号は前記ターンオン信号がアクティブであるときにアクティブであって、前記ターンオフ信号がアクティブの時にインアクティブである駆動回路と、
   前記入力電圧信号に結合されている入力端部と、前記入力電圧信号と閾値信号との電圧比較に応じて生成される第１のターンオフ信号を供給する出力端部とを有しており、前記閾値信号は前記ターンオフ信号の立ち上がりエッジの位置でサンプリングされた前記入力電圧信号の電圧の比率であって、前記第１のターンオン信号は前記入力電圧信号が前記閾値信号未満に低下したときにインアクティブからアクティブへと状態を変化させることになる境界検出部と、
   一定周波数信号と一定オフ時間信号とからなるグループから選択される信号である第２のターンオン信号を生成するために使用され、前記一定オフ時間信号は前記ターンオフ信号を参照して生成される、ターンオン信号発生器と、
   前記第１のターンオン信号に結合されている第１の入力端部と、前記第２のターンオン信号に結合されている第２の入力端部と、前記ターンオン信号を供給する出力端部とを有するＯＲゲートと、
   前記ゲーティング信号に結合されているゲート端子と、前記ライン電圧によって供給される負荷電流の流入のためのドレイン端子と、前記電流検知信号に結合されているソース端子とを有し、前記電流検知信号は前記負荷電流に比例しているＮＭＯＳトランジスタと、
   を有する新規のＬＥＤドライバコントローラ。
9. 前記境界検出部は、
   前記入力電圧信号の電圧を前記ターンオフ信号の立ち上がりエッジの位置でサンプル／ホールドするサンプル／ホールド回路と、
   前記サンプル／ホールド回路の出力電圧を分圧して前記閾値信号を生成するために使用される分圧器と、
   前記第１のターンオン信号を生成するために前記閾値信号と前記入力電圧信号との電圧比較を実施するために使用される比較器と、
   を有する、請求項８に記載の新規のＬＥＤドライバコントローラ。
10. 前記入力電圧信号はＬＥＤドライバ回路内のアノードの位置での電圧の比率である、請求項９に記載の新規のＬＥＤドライバコントローラ。

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