JP2012054461A - Ｌｅｄ駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ調光用のスイッチを高周波でオンオフさせる場合でもＬＥＤに一定レベルのパルス電流を出力できるＬＥＤ駆動回路。
【解決手段】入力電圧を別の電圧に変換する電圧変換部1、複数のＬＥＤを直列接続してなる第１ＬＥＤ群LED1〜LEDn、ＬＥＤ調光用信号に応じてスイッチングすることにより電圧変換部から第１ＬＥＤ群に印加される別の電圧を断続させるスイッチング素子Q1、第１ＬＥＤ群に流れるＬＥＤ電流のパルス波高値に対応した基準電圧をＬＥＤ調光用信号によりＰＷＭ変調するＰＷＭ変調部2、ＬＥＤ電流に対応した電圧を平均化する第１平均化部3、ＰＷＭ変調部でＰＷＭ変調された電圧を平均化する第２平均化部4、第１平均化部で平均化された電圧と第２平均化部で平均化された電圧とに基づき第１ＬＥＤ群に印加される別の電圧を制御する制御部6とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、直列に接続された複数のＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動回路に関し、特に、ＬＥＤ調光の技術に関する。

従来、直列に接続された複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）を点灯させるＬＥＤ駆動回路として、例えば特許文献１が知られている。

図４に示す特許文献１には、温度や電源電圧の変動、素子ばらつきの影響を抑えて一定レベルのパルス電流を出力できるＬＥＤ等の発光素子の駆動回路が開示されている。この駆動回路において、ＭＯＳトランジスタ１００（ＬＥＤ調光用のスイッチ）がオンしたとき、スイッチング電源６００からＬＥＤ７１〜７ｎへ電力が供給され、ＬＥＤ７１〜７ｎの電流が抵抗２００により検出される。この検出信号Ｓｆｂと目標信号Ｓｒｅｆとの誤差信号Ｓｅｒｒが誤差信号生成部３００において生成され、信号保持部４００において平均化される。

平均化された誤差信号ＳｅｒｒＡに応じて、ＬＥＤ７１〜７ｎへの供給電力が制御される。ＭＯＳトランジスタ１００がオンからオフへ変化するとき、ＬＥＤ７１〜７ｎへの電力供給が停止され、誤差信号ＳｅｒｒＡが信号保持部４００において保持される。ＭＯＳトランジスタ１００がオフからオンへ変化するとき、保持された誤差信号ＳｅｒｒＡの信号レベルを初期レベルとして、誤差信号ＳｅｒｒＡの平均化が開始される。

特許文献１では、ＭＯＳトランジスタ６０１のスイッチング周波数は、ＭＯＳトランジスタ１００のスイッチング周波数よりも十分に高くなるように制御される。

特開２００４−１４７４３５号公報

しかしながら、前述したＬＥＤ駆動回路を液晶テレビジョンのバックライトなどに使用する場合には、ノイズ対策などにより、ＭＯＳトランジスタ１００を高周波（例えば数十ｋＨｚ）で制御する場合がある。

このような場合には、ＭＯＳトランジスタ６０１はＭＯＳトランジスタ１００を制御している高周波以上の高周波によってオンオフ動作させる必要がある。このため、半導体素子の特性上、ＭＯＳトランジスタ６０１を高周波でオンオフ動作させることが不可能となる場合がある。

本発明の課題は、ＬＥＤ調光用のスイッチを高周波でオンオフさせる場合でもＬＥＤに一定レベルのパルス電流を出力できるＬＥＤ駆動回路を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のＬＥＤ駆動回路は、入力電圧を別の電圧に変換する電圧変換部と、複数のＬＥＤを直列接続してなる第１ＬＥＤ群と、ＬＥＤ調光用信号に応じてスイッチングすることにより、前記電圧変換部から前記第１ＬＥＤ群に印加される前記別の電圧を断続させるスイッチング素子と、前記第１ＬＥＤ群に流れるＬＥＤ電流のパルス波高値に対応した基準電圧を前記ＬＥＤ調光用信号によりＰＷＭ変調するＰＷＭ変調部と、前記ＬＥＤ電流に対応した電圧を平均化する第１平均化部と、前記ＰＷＭ変調部でＰＷＭ変調された電圧を平均化する第２平均化部と、前記第１平均化部で平均化された電圧と前記第２平均化部で平均化された電圧とに基づき前記第１ＬＥＤ群に印加される前記別の電圧を制御する制御部とを有することを特徴とする。

本発明によれば、ＬＥＤ電流に対応した電圧を第１平均化部で平均化し、ＰＷＭ変調部でＰＷＭ変調された電圧を第２平均化部で平均化するので、制御部に入力される電圧は、ＬＥＤ調光用信号の周波数に依存しない。このため、周波数が高い場合でも、ＬＥＤに印加される電圧を正しく制御することができる。従って、ＬＥＤ調光用のスイッチを高周波でオンオフさせる場合でもＬＥＤに一定レベルのパルス電流を出力できる。

本発明の実施例１のＬＥＤ駆動回路の構成図である。 本発明の実施例２のＬＥＤ駆動回路の構成図である。 本発明の実施例３のＬＥＤ駆動回路の構成図である。 従来のＬＥＤ駆動回路の具体例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態のＬＥＤ駆動回路を図面を参照しながら詳細に説明する。本発明は、２つの平均化部を用いてＬＥＤ電流のパルス波高値を制御するようにしたことを特徴とする。

図１は本発明の実施例１に係るＬＥＤ駆動回路の構成図である。図１において、電圧変換部１は、入力電圧を昇圧して別の電圧に変換するもので、昇圧リアクトルＬ０とＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ０とダイオードＤ０と平滑コンデンサＣ０とから構成されている。

昇圧リアクトルＬ０の一端には直流電源Ｖｉｎの電圧が印加され、昇圧リアクトルＬ０の他端にはダイオードＤ０のアノードとスイッチング素子Ｑ０のドレインとが接続されている。スイッチング素子Ｑ０のソースは接地され、ゲートはコンパレータＣＭＰの出力端子に接続されている。ダイオードＤ０のカソードはコンデンサＣ０の一端とＬＥＤ１のアノードに接続され、コンデンサＣ０の他端は接地されている。スイッチング素子Ｑ０は、ＰＷＭ制御部６によりオンオフされて、直流電源Ｖｉｎの電圧は昇圧されて、直列接続されたＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに印加される。

ＬＥＤｎのカソードは、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１を介して電流検出抵抗Ｒｓに接続される。スイッチング素子Ｑ１は、パルス信号からなるＬＥＤ調光用信号Ｖpulseに応じてスイッチングすることにより、電圧変換部１からＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに印加される別の電圧を断続させる。基準電源Ｖrefは、ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに流れるＬＥＤ電流のパルス波高値に対応した基準電圧をＰＷＭ変調部２に出力する。

ＰＷＭ変調部２は、基準電源Ｖrefからの基準電圧をＬＥＤ調光用信号ＶpulseによりＰＷＭ変調する。ＰＷＭ変調部２において、増幅器ＡＭＰ２は、一方の入力端子と出力端子とが接続され、他方の入力端子には基準電源Ｖrefが接続されている。

電源Ｖｃｃと接地との間に抵抗Ｒ３とＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ３との直列回路が接続されている。スイッチング素子Ｑ３のゲートにはＬＥＤ調光用信号Ｖpulseが印加される。増幅器ＡＭＰ２の出力端子にはスイッチング素子Ｑ２のドレインが接続され、ソースは接地され、ゲートは抵抗Ｒ３の一端とスイッチング素子Ｑ３のドレインとに接続されている。

ＰＷＭ変調部２は、以下のように動作する。基準電源Ｖrefの電圧が増幅器ＡＭＰ２を介してスイッチング素子Ｑ２のドレインに出力される。ＨレベルのＬＥＤ調光用信号Ｖpulseがスイッチング素子Ｑ３のゲートに印加されると、スイッチング素子Ｑ３がオンするため、スイッチング素子Ｑ２がオフする。このため、基準電源Ｖrefの電圧が抵抗Ｒ２に出力される。

また、ＬパルスのＬＥＤ調光用信号Ｖpulseがスイッチング素子Ｑ３のゲートに印加されると、スイッチング素子Ｑ３がオフするため、スイッチング素子Ｑ２がオンする。このため、基準電位（接地電位）が抵抗Ｒ２に出力される。即ち、基準電源Ｖrefの電圧がＬＥＤ調光用信号Ｖpulseのパルス幅によりＰＷＭ変調される。

第１平均化部３は、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１とから構成され、ＬＥＤ電流が流れる電流検出抵抗Ｒｓに発生する電圧を抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１とにより平均化する。第２平均化部４は、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２とから構成され、ＰＷＭ変調部２でＰＷＭ変調された電圧を抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２とにより平均化する。

なお、第１平均化部３の過渡応答特性と第２平均化部４の過渡応答特性とは、同一特性を有している。ここでは、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１とによる時定数と抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２とによる時定数とが同一値である。

電圧比較部５は、増幅器ＡＭＰ１で構成され、増幅器ＡＭＰ１は、第１平均化部３で平均化された電圧と第２平均化部４で平均化された電圧との誤差電圧を増幅してＰＷＭ制御部６に出力する。

ＰＷＭ制御部６は、三角波発生器ＳＴとコンパレータＣＭＰとから構成されている。コンパレータＣＭＰは、増幅器ＡＭＰ１からの誤差電圧と三角波発生器ＳＴで発生した三角波信号とを比較してパルス信号を生成してスイッチング素子Ｑ０のゲートに印加する。

また、コンパレータＣＭＰは、増幅器ＡＭＰ１からの誤差電圧の値に応じてスイッチング素子Ｑ０に印加されるパルス信号のオンオフのデューティ比を制御することにより、ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに印加される電圧を制御する。

このように構成された実施例１のＬＥＤ駆動回路によれば、ＰＷＭ変調部２が、ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに流れるＬＥＤ電流のパルス波高値に対応した基準電圧をＬＥＤ調光用信号ＶpulseによりＰＷＭ変調すると、第１平均化部３は、ＬＥＤ電流に対応した電圧を平均化して電圧比較部５に出力し、第２平均化部４は、ＰＷＭ変調部２でＰＷＭ変調された電圧を平均化して電圧比較部５に出力する。

従って、電圧比較部５に入力される電圧は、平均化されたものであるから、ＬＥＤ調光用信号Ｖpulseの周波数に依存しない。このため、周波数が高い場合でも、ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに印加される電圧を正しく制御することができる。従って、ＬＥＤ調光用のスイッチング素子Ｑ１を高周波でオンオフさせる場合でもＬＥＤに一定レベルのパルス電流を出力できる。

また、２つの平均化部３，４の過渡応答特性を同一特性としたので、ＬＥＤ調光用信号Ｖpulseのデューティ比が変化した場合でも、過渡時に電圧比較部５に入力される一方の平均電圧と他方の平均電圧との差分電圧を一定値にすることができる。このため、電圧変換部１の出力電圧が変化しないため、過渡時にＬＥＤ電流の波高値を一定値に保持することができる。

図２は本発明の実施例２のＬＥＤ駆動回路の構成図である。図２に示す実施例２のＬＥＤ駆動回路は、図１に示す実施例１のＬＥＤ駆動回路の構成に、さらに、電力供給手段１０、バランス用トランスＴ１を設けたことを特徴とする。

電力供給手段１０は、正弦波状の交番電流を供給するために、直流電源Ｖｉｎの両端に、ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子ＱＨとＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子ＱＬとの直列回路が接続されている。

スイッチング素子ＱＨとスイッチング素子ＱＬとの接続点にトランスＴの１次巻線Ｎｐと電流共振コンデンサＣｒｉとの直列共振回路が接続されている。トランスＴは、漏れインダクタンスＬｒ１，Ｌｒ２を有する。ＬｐはトランスＴの励磁インダクタンスである。スイッチング素子ＱＬとスイッチング素子ＱＨとが交互にオンオフすることでトランスＴの２次巻線Ｎｓ１から漏れインダクタンスＬｒ１と電流共振コンデンサＣｒｉ又はＬｒ１、ＬｐとＣｒｉで共振した正弦波状の交番電流を供給することができる。

トランスＴは、１次巻線Ｎｐと第１の２次巻線Ｎｓ１と第２の２次巻線Ｎｓ２とを有している。第１の２次巻線Ｎｓ１の一端にはバランス用トランスＴ１の第１巻線Ｎ１の一端が接続され、第１巻線Ｎ１の他端にはダイオードＤ１を介してコンデンサＣ３の一端と直列接続されたＬＥＤ１１〜ＬＥＤ１ｎ（第１ＬＥＤ群）とが接続される。ダイオードＤ１（第１整流素子）とコンデンサＣ３（第１平滑素子）とは第１整流平滑回路を構成する。

第１の２次巻線Ｎｓ１の一端にはバランス用トランスＴ１の第２巻線Ｎ２の一端が接続され、第２巻線Ｎ２の他端にはダイオードＤ２を介してコンデンサＣ４の一端と直列接続されたＬＥＤ２１〜ＬＥＤ２ｎ（第２ＬＥＤ群）とが接続される。ダイオードＤ２（第２整流素子）とコンデンサＣ４（第２平滑素子）とは第２整流平滑回路を構成する。ＬＥＤ１ｎ，２ｎのカソードは、スイッチング素子Ｑ１を介して電流検出抵抗Ｒｓに接続されている。

第２の２次巻線Ｎｓ２の両端には、ダイオードＤ３０とコンデンサＣ３０とからなる整流平滑回路が接続されている。ダイオードＤ３０とコンデンサＣ３０との接続点における直流電圧は、電圧変換部１の昇圧リアクトルＬ０の一端に供給されている。ダイオードＤ０とコンデンサＣ０との接続点は、コンデンサＣ３の他端とコンデンサＣ４の他端と第１の２次巻線Ｎｓ１の他端とに接続されている。

電圧変換部１は、ＰＷＭ制御部６からのオンオフ信号に応じてスイッチング素子Ｑ０をオンオフさせることによりコンデンサＣ０の両端電圧を昇圧し、ＬＥＤ１１〜ＬＥＤ１ｎ、ＬＥＤ２１〜ＬＥＤ２ｎに印加される電圧を制御する。

なお、その他の構成は、実施例１のＬＥＤ駆動回路の構成と同一であるので、同一部分には同一符号を付する。

このように実施例２のＬＥＤ駆動回路によれば、実施例１のＬＥＤ駆動回路の構成と同一構成を有するので、同様な効果が得られる。

また、バランス用トランスＴ１の第１巻線Ｎ１と第２巻線Ｎ２とはそれぞれに流れる電流が均衡するように磁気結合されているので、コンデンサＣ３とコンデンサＣ４とには同一の電流が充電される。従って、コンデンサＣ３に接続されるＬＥＤ１１〜ＬＥＤ１ｎとコンデンサＣ４に接続されるＬＥＤ２１〜ＬＥＤ２ｎは、インピーダンスが異なる場合でも均衡化された電流が流れることになる。即ち、ＬＥＤ１１〜ＬＥＤ１ｎ，ＬＥＤ２１〜ＬＥＤ２ｎに流れる電流のばらつきを抑制することができる。

図３は本発明の実施例３のＬＥＤ駆動回路の構成図である。図３に示す実施例３のＬＥＤ駆動回路は、図２に示す実施例２のＬＥＤ駆動回路の構成に対して、ダイオードＤ１，Ｄ２、コンデンサＣ３，Ｃ４、ＬＥＤ１１〜ＬＥＤ１ｎ、ＬＥＤ２１〜ＬＥＤ２ｎの極性が逆向きである点、電圧変換部１のコンデンサＣ０の出力をＬＥＤ１ｎ，ＬＥＤ２ｎのアノードに接続し、スイッチング素子Ｑ１のドレインをコンデンサＣ３の他端とコンデンサＣ４の他端と２次巻線Ｎｓ１の他端とに接続した点が異なる。

このような実施例３のＬＥＤ駆動回路によっても、実施例２のＬＥＤ駆動回路と同様な動作及び効果が得られる。また、実施例３のＬＥＤ駆動回路では、電圧変換部１により正の電圧を生成し、２次巻線Ｎｓ１で負の電圧を生成できるため、ＬＥＤ１１〜ＬＥＤ１ｎ，ＬＥＤ２１〜ＬＥＤ２ｎには正負の電圧を印加することができる。

本発明は、ＬＥＤを点灯させるためのＬＥＤ点灯装置やＬＥＤ照明に適用可能である。

１ 電圧変換部
２ ＰＷＭ変調部
３ 第１平均化部
４ 第２平均化部
５ 電圧比較部
６ ＰＷＭ制御部
Ｖｉｎ 直流電源
Ｑ０，Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，ＱＬ，ＱＨ スイッチング素子
Ｄ０，Ｄ１，Ｄ２，ＤＬ，ＤＨ ダイオード
Ｃｒｉ 電流共振コンデンサ
Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４ コンデンサ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒｓ 抵抗
Ｔ トランス
Ｔ１ バランス用トランス
Ｎｐ １次巻線
Ｎｓ１，Ｎｓ２ ２次巻線
Ｎ１，Ｎ２ 巻線
Ｌｐ 励磁インダクタンス
Ｌｒ１ 漏れインダクタンス
ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎ，ＬＥＤ１１〜ＬＥＤ１ｎ，ＬＥＤ２１〜ＬＥＤ２ｎ 発光ダイオード
ＣＭＰ コンパレータ
ＳＴ 三角波発生器
ＡＭＰ２ 増幅器
Ｖref 基準電源
Ｖpulse ＬＥＤ調光用信号

Claims (4)

1. 入力電圧を別の電圧に変換する電圧変換部と、
   複数のＬＥＤを直列接続してなる第１ＬＥＤ群と、
   ＬＥＤ調光用信号に応じてスイッチングすることにより、前記電圧変換部から前記第１ＬＥＤ群に印加される前記別の電圧を断続させるスイッチング素子と、
   前記第１ＬＥＤ群に流れるＬＥＤ電流のパルス波高値に対応した基準電圧を前記ＬＥＤ調光用信号によりＰＷＭ変調するＰＷＭ変調部と、
   前記ＬＥＤ電流に対応した電圧を平均化する第１平均化部と、
   前記ＰＷＭ変調部でＰＷＭ変調された電圧を平均化する第２平均化部と、
   前記第１平均化部で平均化された電圧と前記第２平均化部で平均化された電圧とに基づき前記第１ＬＥＤ群に印加される前記別の電圧を制御する制御部と、
   を有することを特徴とするＬＥＤ駆動回路。
2. 前記第１平均化部で平均化された電圧と前記第２平均化部で平均化された電圧とを比較する電圧比較部を有し、
   前記電圧変換部は、電圧変換用スイッチング素子を有し、
   前記制御部は、前記電圧比較部の出力に応じて前記電圧変換用スイッチング素子のデューティ比を制御することにより前記別の電圧を制御することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動回路。
3. 前記第１平均化部の過渡応答特性と前記第２平均化部の過渡応答特性とは、同一特性を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のＬＥＤ駆動回路。
4. １次巻線と第１の２次巻線と第２の２次巻線とを有するトランスを有し、交番電流を出力する共振型の電力供給手段と、
   前記トランスの第１の２次巻線の一端に各々の一端が接続される第１巻線及び第２巻線を有するバランス用トランスと、
   複数のＬＥＤを直列接続してなる第２ＬＥＤ群と、
   前記バランス用トランスの前記第１巻線の他端と前記第１ＬＥＤ群との間に接続され、第１整流素子と第１平滑素子とを有する第１整流平滑回路と、
   前記バランス用トランスの前記第２巻線の他端と前記第２ＬＥＤ群との間に接続され、第２整流素子と第２平滑素子を有する第２整流平滑回路とを有し、
   前記電圧変換部は、前記トランスの第２の２次巻線に発生する電圧を整流平滑した電圧を前記入力電圧として入力し、前記別の電圧を前記第１平滑素子及び前記第２平滑素子の各々の一端に印加することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のＬＥＤ駆動回路。

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