JP2012253006A

JP2012253006A - Ｌｅｄ駆動回路

Info

Publication number: JP2012253006A
Application number: JP2012012640A
Authority: JP
Inventors: Yuan-Hung Lo; ローユアン−フン; Hui Wang Yan; ワンイェン−フイ; Su Wei-Chuan; スーウェイ−チュアン
Original assignee: Immense Advance Tech Corp
Current assignee: Immense Advance Tech Corp
Priority date: 2011-06-02
Filing date: 2012-01-25
Publication date: 2012-12-20
Also published as: US20120306404A1; EP2531005A1

Abstract

【課題】ライン電圧の変動に応答してＬＥＤ負荷抵抗を調整することができる新規なＬＥＤ駆動回路を提案する。
【解決手段】ＬＥＤ駆動回路が、上端部、中端部および下端部を有するＬＥＤ負荷であって、上端部はライン電圧に接続するＬＥＤ負荷と、第１の入力端部、第２の入力端部および出力端部を有する可変負荷装置であって、第１の入力端部はＬＥＤ負荷の中端部に接続して第１の電流を受け、第２の入力端部はＬＥＤ負荷の下端部に接続して第２の電流を受け、出力端部は出力電流を供給し、この出力電流は第１の電流と第２の電流との和に等しく、ライン電圧のレベルの高／低によって第２の電流を増大／減少させると、第１の電流が減少／増大して出力電流を継続的に調節する可変負荷装置とを備えることからなる。
【選択図】図２

Description

本発明はＬＥＤ駆動回路に関し、特に、ライン電圧の変動に応答してＬＥＤ負荷抵抗を調整することができるＬＥＤ駆動回路に関する。

図１は、先行技術によるＬＥＤ駆動回路を示す。図１に示すように、先行技術によるＬＥＤ駆動回路は、ブリッジ整流器１１０、増幅器１２０、電流検出抵抗器１３０、ＮＭＯＳトランジスタ１４０、およびＬＥＤ負荷１５０を備える。

ブリッジ整流器１１０は、ＡＣ電源Ｖ_ＡＣを整流してライン電圧Ｖ_ＬＩＮＥを生成するのに使用する。

増幅器１２０は、基準電圧Ｖ_ＲＥＦと帰還信号Ｖ_ＦＢとの差を増幅してゲート信号Ｖ_Ｇを生成するのに使用し、ここでの基準電圧Ｖ_ＲＥＦはＤＣ電圧である。

電流検出抵抗器１３０は、出力電流Ｉ_Ｏに応答して帰還信号Ｖ_ＦＢを生成するのに使用する。

ＮＭＯＳトランジスタ１４０は、ゲート信号Ｖ_Ｇに応答して出力電流Ｉ_Ｏを制御するのに使用し、ゲート信号Ｖ_Ｇが高いほど出力電流Ｉ_Ｏは大きくなる。

ライン電圧Ｖ_ＬＩＮＥを印加されるＬＥＤ負荷１５０は、出力電流Ｉ_Ｏに応じて光を放出し、出力電流Ｉ_Ｏが大きいほど光の強度は高くなる。

動作時には、帰還信号Ｖ_ＦＢは、この回路の負帰還のメカニズムによって基準電圧Ｖ_ＲＥＦで調節され、ＮＭＯＳトランジスタ１４０のドレイン−ソース間電圧Ｖ_ＤＳは、出力電流Ｉ_Ｏを一定に保つようにライン電圧Ｖ_ＬＩＮＥに応じて変動する。しかしながら、ライン電圧Ｖ_ＬＩＮＥが、先行技術によるＬＥＤ駆動回路の許容範囲の最低レベルから最高レベルに変化すると（例えば許容範囲が８５Ｖ〜１３５Ｖの場合、ライン電圧Ｖ_ＬＩＮＥは８５Ｖから１３５Ｖに変化）、ＮＭＯＳトランジスタ１４０のドレイン−ソース間電圧Ｖ_ＤＳは５０Ｖ増大し、ライン電圧Ｖ_ＬＩＮＥからＬＥＤ負荷１５０に変換される電力効率が低下することによって大量の熱が発生する。

前述の課題に鑑みて、本発明は、ライン電圧の変動に応答してＬＥＤ負荷抵抗を調整することができる新規なＬＥＤ駆動回路を提案する。

本発明の主な目的は、ライン電圧に応答してＬＥＤ負荷抵抗を調整することができるＬＥＤ駆動回路を提案することである。

本発明のもう一つの目的は、ライン電圧のレベルに関係なく、調節した出力電流を高効率で供給できるＬＥＤ駆動回路を提案することである。

本発明のさらにもう一つの目的は、ライン電圧のレベルに関係なく、パワートランジスタへの熱消失を低く抑え、調節した出力電流を供給できるＬＥＤ駆動回路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、ＬＥＤ駆動回路であって、
上端部、中端部および下端部を有するＬＥＤ負荷であって、上端部はライン電圧に接続するＬＥＤ負荷と、
第１の入力端部、第２の入力端部および出力端部を有する可変負荷装置であって、第１の入力端部はＬＥＤ負荷の中端部に接続して第１の電流を受け、第２の入力端部はＬＥＤ負荷の下端部に接続して第２の電流を受け、出力端部は出力電流を供給し、この出力電流は第１の電流と第２の電流との和に等しく、ライン電圧のレベルの高／低によって第２の電流を増大／減少させると、第１の電流が減少／増大して出力電流を継続的に調節する可変負荷装置と
を備えるＬＥＤ駆動回路を提案する。

ライン電圧は、ＡＣ電源を整流するブリッジ整流器によって生成することが好ましい。

好適な実施形態では、可変負荷装置は、
上端子、制御端子および下端子を有するトランジスタであって、上端子は第１の入力端部に接続して第１の電流を受け、制御端子はゲート電圧に接続し、第１の電流を送出する下端子は第２の入力端部に接続するトランジスタと、
出力電流を帰還電圧に変圧する電流検出抵抗器と、
基準電圧と帰還電圧との差を増幅してゲート電圧を生成する増幅器と
を備える。

もう一つの好適な実施形態では、可変負荷装置は、
第１の上端子、第１の制御端子および第１の下端子を有する第１のトランジスタであって、第１の上端子は第１の入力端部に接続して第１の電流を受け、第１の制御端子はバイアス電圧に接続し、第１の電流を送出する第１の下端子は第２の入力端部に接続するトランジスタと、
第２の上端子、第２の制御端子および第２の下端子を有する第２のトランジスタであって、第２の上端子は第１の下端子に接続して出力電流を受け、第２の制御端子はゲート電圧に接続し、第２の下端子は出力電流の送出に使用される第２のトランジスタと、
出力電流を帰還電圧に変圧する電流検出抵抗器と、
基準電圧と帰還電圧との差を増幅してゲート電圧を生成する増幅器と
を備える。

本発明の前述の目的を達成するため、ＬＥＤ駆動回路であって、
１つの上端部、複数の中端部および１つの下端部を有するＬＥＤ負荷であって、上端部は好ましくはＡＣ電源を整流するブリッジ整流器によって生成されるライン電圧に接続し、下端部はアースに接続するＬＥＤ負荷と、
制御電圧に接続する制御端部、および制御電圧に応じてＬＥＤ負荷抵抗を調整する、中端部に接続する複数の接続端部を有する接続回路と、
ライン電圧に接続する上端部、制御電圧を供給する中端部、およびアースに接続する下端部を有する電圧分圧器と
を備えるもう一つのＬＥＤ駆動回路を提案する。

本発明の目的、構造、革新的特徴および性能を審査官が理解しやすいように、添付の図を用いて好適な実施形態を使用し、本発明を詳細に説明する。

先行技術によるＬＥＤ駆動回路の図である。本発明の好適な実施形態によるＬＥＤ駆動回路の図である。好適な負帰還設計の回路で実装した可変負荷装置を備える図２のＬＥＤ駆動回路の図である。もう一つの好適な負帰還設計の回路で実装した可変負荷装置を備える図２のＬＥＤ駆動回路の図である。さらにもう一つの好適な負帰還設計の回路で実装した可変負荷装置を備える図２のＬＥＤ駆動回路の図である。さらにもう一つの好適な負帰還設計の回路で実装した可変負荷装置を備える図２のＬＥＤ駆動回路の図である。本発明のもう一つの好適な実施形態によるＬＥＤ駆動回路の図である。図５の回路で測定した効率図である。

本発明を、本発明の好適な実施形態を示す添付の図面を参照し、以下に詳細に説明する。

図２は、本発明の好適な実施形態によるＬＥＤ駆動回路を示す。図２に示すように、ＬＥＤ駆動回路は、ブリッジ整流器２１０、可変負荷装置２２０およびＬＥＤ負荷２５０を備える。

ブリッジ整流器２１０は、ＡＣ電源Ｖ_ＡＣを整流してライン電圧Ｖ_ＬＩＮＥを生成するのに使用する。

可変負荷装置２２０は、第１の入力端部、第２の入力端部および出力端部を有し、第１の入力端部は第１の電流Ｉ_１を受けるのに使用し、第２の入力端部は第２の電流Ｉ_２を受けるのに使用し、出力端部は出力電流Ｉ_Ｏを供給するのに使用し、この出力電流は第１の電流Ｉ_１と第２の電流Ｉ_２との和に等しい。ライン電圧Ｖ_ＬＩＮＥのレベルの高／低によって第２の電流Ｉ_２を増大／減少させると、可変負荷装置２２０は第１の入力端部と第２の入力端部との間のチャネル抵抗を減少／増大させて第１の電流Ｉ_１を減少／増大させ、出力電流Ｉ_Ｏを継続的に調節する。

ＬＥＤ負荷２５０は、上端部、中端部および下端部を有し、上端部はライン電圧Ｖ_ＬＩＮＥに接続し、中端部は可変負荷装置２２０の第１の入力端部に接続し、下端部は可変負荷装置２２０の第２の入力端部に接続する。

図３は、好適な負帰還設計の回路で実装した可変負荷装置２２０を備える図２のＬＥＤ駆動回路を示す。図３に示すように、可変負荷装置２２０はＮＭＯＳトランジスタ２２１、電流検出抵抗器２２２および増幅器２２３を備える。

ＮＭＯＳトランジスタ２２１は、上端子としてドレイン端子、制御端子としてゲート端子、下端子としてソース端子を有し、上端子は第１の入力端部に接続して第１の電流Ｉ_１を受け、制御端子はゲート電圧Ｖ_Ｇに接続し、第１の電流Ｉ_１を送出する下端子は第２の入力端部に接続する。

電流検出抵抗器２２２は、出力電流Ｉ_Ｏを帰還電圧Ｖ_ＦＢに変圧するのに使用する。

増幅器２２３は、基準電圧Ｖ_ＲＥＦと帰還電圧Ｖ_ＦＢとの差を増幅してゲート電圧Ｖ_Ｇを生成するのに使用する。

動作時には、負帰還の設計により、帰還電圧Ｖ_ＦＢは基準電圧Ｖ_ＲＥＦに従い、出力電流Ｉ_Ｏを調節してライン電圧Ｖ_ＬＩＮＥの変動に影響されないようにする。すなわち、ライン電圧Ｖ_ＬＩＮＥが高く／低くなると、出力電流Ｉ_Ｏは最初大きく／小さくなる。しかし、負帰還の効果により、ゲート電圧Ｖ_Ｇは低く／高くなって第１の電流Ｉ_１を減少／増大させ、出力電流Ｉ_Ｏを一定の値に戻す。

図４は、もう一つの好適な負帰還設計の回路で実装した可変負荷装置を備える図２のＬＥＤ駆動回路を示す。図４に示すように、可変負荷装置２２０は、ＮＭＯＳトランジスタ２２１、電流検出抵抗器２２２、増幅器２２３および負帰還抵抗器２２４を備える。

図４の回路は、負帰還抵抗器２２４を含めることによって図３の回路から派生したものであるため、図４の仕様では負帰還抵抗器２２４が焦点となる。負帰還抵抗器２２４は、ライン電圧Ｖ_ＬＩＮＥの範囲を拡大できるように可変負荷装置２２０の線形動作範囲を広げるのに使用する。

図５は、さらにもう一つの好適な負帰還設計の回路で実装した可変負荷装置２２０を備える図２のＬＥＤ駆動回路の図である。図５に示すように、可変負荷装置２２０は、第２のＮＭＯＳトランジスタ２２１、電流検出抵抗器２２２、増幅器２２３および第１のＮＭＯＳトランジスタ２２５を備える。

第２のＮＭＯＳトランジスタ２２１は、第２の上端子としてドレイン端子、第２の制御端子としてゲート端子、および第２の下端子としてソース端子を有し、第２の上端子は第２の入力端部および第１のＮＭＯＳトランジスタ２２５に接続して出力電流Ｉ_Ｏを受け、第２の制御端子はゲート電圧Ｖ_Ｇに接続し、第２の下端子は出力電流Ｉ_Ｏを送出するのに使用する。

第１のＮＭＯＳトランジスタ２２５は、第１の上端子としてドレイン端子、第１の制御端子としてゲート端子、および第１の下端子としてソース端子を有し、第１の上端子は第１の入力端部に接続して第１の電流Ｉ_１を受け、第１の制御端子はバイアス電圧Ｖ_Ｂに接続し、第１の電流Ｉ_１を送出する第１の下端子は第２のＮＭＯＳトランジスタ２２１の第２の上端子および第２の入力端部に接続する。

動作時には、負帰還の設計により、帰還電圧Ｖ_ＦＢは基準電圧Ｖ_ＲＥＦに従い、出力電流Ｉ_Ｏを調節してライン電圧Ｖ_ＬＩＮＥの変動に影響されないようにする。すなわち、ライン電圧Ｖ_ＬＩＮＥが高く／低くなると、出力電流Ｉ_Ｏは最初大きく／小さくなる。しかし、負帰還の効果により、ゲート電圧Ｖ_Ｇは低く／高くなって第１のＮＭＯＳトランジスタ２２５のソース電圧を高く／低くなるように変化させ、それによって第１のＮＭＯＳトランジスタ２２５のゲート−ソース間電圧を減少／増大させる。その結果、第１の電流Ｉ_１は減少／増大して出力電流Ｉ_Ｏは一定の値に戻る。

図６は、さらにもう一つの好適な負帰還設計の回路で実装した可変負荷装置を備える図２のＬＥＤ駆動回路を示す。図６に示すように、可変負荷装置２２０は、第２のＮＭＯＳトランジスタ２２１、電流検出抵抗器２２２、増幅器２２３、第１のＮＭＯＳトランジスタ２２５および負帰還抵抗器２２６を備える。

図６の回路は、負帰還抵抗器２２６を追加することによって図５の回路から派生したものであるため、図６の仕様では負帰還抵抗器２２６が焦点となる。負帰還抵抗器２２６は、ライン電圧Ｖ_ＬＩＮＥの範囲を拡大できるように可変負荷装置２２０の線形動作範囲を広げるのに使用する。

図７は、本発明のもう一つの好適な実施形態によるＬＥＤ駆動回路を示す。図７に示すように、ＬＥＤ駆動回路は、ブリッジ整流器２１０、ＬＥＤ負荷２５０、接続回路７００、抵抗器７１０および抵抗器７２０を備える。

ＬＥＤ負荷２５０は、１つの上端部、複数の中端部および１つの下端部を有し、上端部はライン電圧Ｖ_ＬＩＮＥに接続して生成された電流Ｉ_Ｏを受け、この電流は中端部の最上端部でＩ_１およびＩ_２に分割され、下端部は接続回路７００に接続する。

接続回路７００は、制御電圧Ｖ_Ｘに接続する制御端部、および制御電圧Ｖ_Ｘに応じてＬＥＤ負荷抵抗２５０を調整する、中端部に接続する複数の接続端部（接続回路７００を複数のセクタに分割）を有する。

抵抗器７１０および抵抗器７２０は電圧分圧器として作動し、ライン電圧Ｖ_ＬＩＮＥに接続する上端部、制御電圧Ｖ_Ｘを供給する中端部、およびアースに接続する下端部を有する。

動作時には、接続回路７００は、制御電圧Ｖ_Ｘが高く／低くなるにつれてセクタの抵抗を増大／減少させて接続回路７００を流れる電流（例えばＩ_１）を減少／増大させ、電流Ｉ_Ｏを継続的に調節する。

結論として、本発明のＬＥＤ駆動回路は、ライン電圧に応答してＬＥＤ負荷抵抗を調整することができ、調節した出力電流をライン電圧のレベルに関係なく、高効率かつパワートランジスタへの熱消失を低く抑えて供給することができる。図８は、図５の回路で測定した効率図を示す。図８からわかるように、この効率（ライン電圧Ｖ_ＬＩＮＥから送出された電力に対するＬＥＤ負荷に消失した電力の比率）の範囲は８２％から９６％であり、これは先行技術によるＬＥＤ駆動回路の効率よりもはるかに高い。したがって、本発明は先行技術によるＬＥＤ駆動回路を改善するものである。

本発明は、例として、また好適な実施形態の観点から説明したが、本発明はこれに限定されるものではないと理解すべきである。逆に、本発明は、さまざまな修正および同等の構成ならびに方法（例えば、トランジスタ２２１またはトランジスタ２２５は、ＮＭＯＳトランジスタ、ＰＭＯＳトランジスタ、バイポーラ接合トランジスタ、およびこれらの組み合わせからなるグループから選択したものであってもよい）も範囲に含むものとする。したがって、添付の特許請求の範囲は最大限に解釈すべきであり、前述のような修正および同等の構成ならびに方法はすべて範囲に含まれる。

上記の説明から明らかなように、本発明は、従来の構造よりも性能を向上させるものである。

Claims

ＬＥＤ駆動回路であって、
上端部、中端部および下端部を有するＬＥＤ負荷であって、前記上端部はライン電圧に接続するＬＥＤ負荷と、
第１の入力端部、第２の入力端部および出力端部を有する可変負荷装置であって、前記第１の入力端部は前記ＬＥＤ負荷の前記中端部に接続して第１の電流を受け、前記第２の入力端部は前記ＬＥＤ負荷の前記下端部に接続して第２の電流を受け、前記出力端部は出力電流を供給し、該出力電流は前記第１の電流と前記第２の電流との和に等しく、前記第２の電流が減少／増大するにつれ前記第１の電流は増大／減少する可変負荷装置と
を備えるＬＥＤ駆動回路。
前記ＬＥＤ駆動回路はさらに、ＡＣ電源を整流して前記ライン電圧を生成するブリッジ整流器を備えている、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
前記可変負荷装置は、
上端子、制御端子および下端子を有するトランジスタであって、前記上端子は前記第１の入力端部に接続して前記第１の電流を受け、前記制御端子はゲート電圧に接続し、前記第１の電流を送出する前記下端子は前記第２の入力端部に接続するトランジスタと、
前記出力電流を帰還電圧に変圧する電流検出抵抗器と、
基準電圧と前記帰還電圧との差を増幅して前記ゲート電圧を生成する増幅器と
を備える、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
前記可変負荷装置は、
上端子、制御端子および下端子を有するトランジスタであって、前記上端子は前記第１の入力端部に接続して前記第１の電流を受け、前記制御端子はゲート電圧に接続し、前記第１の電流を送出する前記下端子は抵抗器を介して前記第２の入力端部に接続するトランジスタと、
前記出力電流を帰還電圧に変圧する電流検出抵抗器と、
基準電圧と前記帰還電圧との差を増幅して前記ゲート電圧を生成する増幅器と
を備える、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
前記可変負荷装置は、
第１の上端子、第１の制御端子および第１の下端子を有する第１のトランジスタであって、前記第１の上端子は前記第１の入力端部に接続して前記第１の電流を受け、前記第１の制御端子はバイアス電圧に接続し、前記第１の電流を送出する前記第１の下端子は前記第２の入力端部に接続するトランジスタと、
第２の上端子、第２の制御端子および第２の下端子を有する第２のトランジスタであって、前記第２の上端子は前記第２の入力端部および前記第１の下端子に接続して前記出力電流を受け、前記第２の制御端子はゲート電圧に接続し、前記第２の下端子は前記出力電流の送出に使用される第２のトランジスタと、
前記出力電流を帰還電圧に変圧する電流検出抵抗器と、
基準電圧と前記帰還電圧との差を増幅して前記ゲート電圧を生成する増幅器と
を備える、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
前記可変負荷装置は、
第１の上端子、第１の制御端子および第１の下端子を有する第１のトランジスタであって、前記第１の上端子は前記第１の入力端部に接続して前記第１の電流を受け、前記第１の制御端子はバイアス電圧に接続し、前記第１の電流を送出する前記第１の下端子は抵抗器を介して前記第２の入力端部に接続するトランジスタと、
第２の上端子、第２の制御端子および第２の下端子を有する第２のトランジスタであって、前記第２の上端子は前記第１の下端子に接続して前記出力電流を受け、前記第２の制御端子はゲート電圧に接続し、前記第２の下端子は前記出力電流の送出に使用される第２のトランジスタと、
前記出力電流を帰還電圧に変圧する電流検出抵抗器と、
基準電圧と前記帰還電圧との差を増幅して前記ゲート電圧を生成する増幅器と
を備える、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
ＬＥＤ駆動回路であって、
１つの上端部、複数の中端部および１つの下端部を有するＬＥＤ負荷であって、前記上端部はライン電圧に接続し、前記下端部はアースに接続するＬＥＤ負荷と、
制御電圧に接続する制御端部、および前記制御電圧に応じて前記ＬＥＤ負荷抵抗を調整する、前記中端部に接続する複数の接続端部を有する接続回路と、
前記ライン電圧に接続する上端部、前記制御電圧を供給する中端部、および前記アースに接続する下端部を有する電圧分圧器と
を備えるＬＥＤ駆動回路。
前記ＬＥＤ駆動回路はさらに、ＡＣ電源を整流して前記ライン電圧を生成するブリッジ整流器を備える、請求項７に記載のＬＥＤ駆動回路。