JP2012054462A - Led駆動回路 - Google Patents
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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群に流れる電流を検出する電流検出抵抗Rs、スイッチング素子Q1に同期してオンオフ動作するスイッチング素子Q2と整流素子D1とが並列接続され、各々の一端が電流検出抵抗に接続される並列回路、スイッチング素子Q2と整流素子D1の各々の他端が接続され、電流検出抵抗に発生した電圧を保持する電圧保持部C1、電圧保持部で保持された電圧に基づき第1LED群に印加される別の電圧を制御する制御部6を有する。
【選択図】図1
【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群に流れる電流を検出する電流検出抵抗Rs、スイッチング素子Q1に同期してオンオフ動作するスイッチング素子Q2と整流素子D1とが並列接続され、各々の一端が電流検出抵抗に接続される並列回路、スイッチング素子Q2と整流素子D1の各々の他端が接続され、電流検出抵抗に発生した電圧を保持する電圧保持部C1、電圧保持部で保持された電圧に基づき第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5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。
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第1スイッチング素子と、前記第1LED群に流れる電流を検出する電流検出抵抗と、前記第1スイッチング素子に同期してオンオフ動作する第2スイッチング素子と整流素子とが並列接続され、各々の一端が前記電流検出抵抗に接続される並列回路と、前記第2スイッチング素子と前記整流素子の各々の他端が接続され、前記電流検出抵抗に発生した電圧を保持する電圧保持部と、前記電圧保持部で保持された電圧に基づき前記第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、第1及び第2スイッチング素子が共にオンしたときには、第1及び第2スイッチング素子に電流が流れ、電圧保持部には電流検出抵抗に印加される電圧が充電される。第1及び第2スイッチング素子が共にオフしたときには、整流素子は逆バイアス状態となるため、電圧保持部に充電された電圧は保持される。即ち、第1及び第2スイッチング素子のオン/オフに関わらず、電圧保持部には電流検出抵抗に印加される電圧のピーク値が保持される。
このため、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。
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、PWM調光用のスイッチング素子に同期したスイッチング素子と、このスイッチング素子に並列接続されたダイオードとを用いて、電圧ピークを保持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。オフ遅延回路2は、パルス信号からなるLED調光用信号Vpulseのオフ時間を第1所定時間遅延させてスイッチング素子Q1(第1スイッチング素子)のゲートに出力する。
スイッチング素子Q1は、LEDのPWM調光用のスイッチであり、オフ遅延回路2でオフ時間が遅延された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。
スイッチング素子Q1のソースと電流検出抵抗Rsとの間にはMOSFETからなるスイッチング素子Q2(第2スイッチング素子)のソースとダイオードD1(整流素子)のアノードとが接続され、スイッチング素子Q2のドレインとダイオードD1のカソードとはコンデンサC1(電圧保持部)の一端と増幅器AMPの一方の入力端子に接続される。
スイッチング素子Q2のゲートにはオン遅延回路3が接続される。オン遅延回路3は、パルス信号からなるLED調光用信号Vpulseのオン時間を所定時間遅延させてスイッチング素子Q2のゲートに出力する。スイッチング素子Q2は、オン遅延回路3でオン時間が遅延されたLED調光用信号Vpulseに応じてスイッチングすることにより、コンデンサC1の電圧ピークを保持させる。
電圧比較部5は、増幅器AMPと基準電源Vrefとで構成され、増幅器AMPは、基準電源Vrefの基準電圧とコンデンサC1の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(制御部)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AMP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AMP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。
なお、本発明はオフ遅延回路2、オン遅延回路3を設けず、スイッチング素子Q2をスイッチング素子Q1と同期させてオンオフ動作させても良い。
次に、実施例1のLED駆動回路の動作を説明する。最初に、オフ遅延回路2、オン遅延回路3を設けず、スイッチング素子Q2をスイッチング素子Q1と同期させてオンオフ動作させる場合について説明する。
まず、スイッチング素子Q1,Q2が共にオンしたときには、スイッチング素子Q1,Q2に電流が流れ、コンデンサC1には電流検出抵抗Rsに印加される電圧が充電される。
スイッチング素子Q1,Q2が共にオフしたときには、ダイオードD1は逆バイアス状態となり、コンデンサC1に充電された電圧は保持される。即ち、スイッチング素子Q1,Q2のオン/オフに関わらず、コンデンサC1には電流検出抵抗Rsに印加される電圧のピーク値が保持される。このため、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。
次に、オフ遅延回路2、オン遅延回路3を設けた実施例1のLED駆動回路の動作を説明する。
オフ遅延回路2は、LED調光用信号Vpulseのオフ時間を所定時間遅延させてスイッチング素子Q1のゲートに出力し、オン遅延回路3は、LED調光用信号Vpulseのオン時間を所定時間遅延させてスイッチング素子Q2のゲートに出力する。
このため、図2(a)に示すように、スイッチング素子Q2のオン幅(スイッチング素子Q2のゲート信号Q2g)は、スイッチング素子Q1のオン幅(スイッチング素子Q1のゲート信号Q1g)よりも少し短く制御される。
即ち、スイッチング素子Q2がオンで、スイッチング素子Q1がオフの状態になることを防止することで、コンデンサC1の電荷が放電されて電圧ピークが保持できなくなるのを防止することができる。
このようにスイッチング素子Q2のオン幅は、スイッチング素子Q1のオン幅よりも短く制御されるため、LED調光用信号Vpulseの周波数が高くなると、図2(b)に示すように、スイッチング素子Q2は常にオフ状態となり、コンデンサC1への充電が行えなくなる。
これを防止するために、スイッチング素子Q2に並列にダイオードD1が接続されている。あるいは、ダイオードD1の代わりに、スイッチング素子Q2がMOSFETである場合には、スイッチング素子Q2の寄生ダイオードを用いても良い。
これにより、スイッチング素子Q2が常にオフである場合でもコンデンサC1への充電が行える。また、LED調光用信号Vpulseのデューティ比が小さくなった場合でもスイッチング素子Q2は常にオフとなるが、この場合にもダイオードD1を介してコンデンサC1へ充電が行われる。
さらに、電圧比較部5は、コンデンサC1に印加される電圧と、LED電流のパルス波高値に対応する基準電源Vrefの基準電圧との誤差電圧を増幅する。PWM制御部6は、電圧比較部5からの誤差電圧に基づき、スイッチング素子Q0のPWM制御を行い、LED1〜LEDnに印加される電圧を制御する。即ち、LED調光用信号Vpulseの周波数に関係なく動作するため、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。
さらに、電圧比較部5は、コンデンサC1に印加される電圧と、LED電流のパルス波高値に対応する基準電源Vrefの基準電圧との誤差電圧を増幅する。PWM制御部6は、電圧比較部5からの誤差電圧に基づき、スイッチング素子Q0のPWM制御を行い、LED1〜LEDnに印加される電圧を制御する。即ち、LED調光用信号Vpulseの周波数に関係なく動作するため、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。
図3は本発明の実施例2のLED駆動回路の構成図である。図3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D2を介してコンデンサC2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D2(第1整流素子)とコンデンサC2(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D3を介してコンデンサC3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D3(第2整流素子)とコンデンサC3(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C2の他端とコンデンサC3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C2とコンデンサC3とには同一の電流が充電される。従って、コンデンサC2に接続されるLED11〜LED1nとコンデンサC3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4は本発明の実施例3のLED駆動回路の構成図である。図4に示す実施例3のLED駆動回路は、図3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D2,D3、コンデンサC2,C3、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C2の他端とコンデンサC3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 オフ遅延回路
3 オン遅延回路
5 電圧比較部
6 PWM制御部
Vin 直流電源
Q0,Q1,Q2,QL,QH スイッチング素子
D0,D1,D2,D3,DL,DH ダイオード
Cri 電流共振コンデンサ
C0,C1,C2,C3 コンデンサ
Rs 電流検出抵抗
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
AMP 増幅器
Vref 基準電源
Vpulse LED調光用信号
2 オフ遅延回路
3 オン遅延回路
5 電圧比較部
6 PWM制御部
Vin 直流電源
Q0,Q1,Q2,QL,QH スイッチング素子
D0,D1,D2,D3,DL,DH ダイオード
Cri 電流共振コンデンサ
C0,C1,C2,C3 コンデンサ
Rs 電流検出抵抗
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
AMP 増幅器
Vref 基準電源
Vpulse LED調光用信号
Claims (4)
- 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第1スイッチング素子と、
前記第1LED群に流れる電流を検出する電流検出抵抗と、
前記第1スイッチング素子に同期してオンオフ動作する第2スイッチング素子と整流素子とが並列接続され、各々の一端が前記電流検出抵抗に接続される並列回路と、
前記第2スイッチング素子と前記整流素子の各々の他端が接続され、前記電流検出抵抗に発生した電圧を保持する電圧保持部と、
前記電圧保持部で保持された電圧に基づき前記第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。 - 前記LED調光用信号のオフ時間を第1所定時間遅延させて前記第1スイッチング素子に印加するオフ遅延回路と、
前記LED調光用信号のオン時間を第2所定時間遅延させて前記第2スイッチング素子に印加するオン遅延回路と、
を有することを特徴とする請求項1記載のLED駆動回路。 - 前記整流素子は、前記第2スイッチング素子の内部に有する寄生ダイオードからな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。
- 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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