JP2015032580A - 過温度保護装置およびその過温度保護方法 - Google Patents

Abstract

【課題】過温度保護装置とその過温度保護方法が提供される。【解決手段】過温度保護方法は次を含む。調節信号を取得し制御用集積回路の電流検出ピンへ出力するため、過温度保護装置の温度を検出する。電流検出ピンにより受け取られた調節信号に基づき、ゲート出力ピンから出力されたＰＷＭ信号のデューティ比を制御用集積回路により調節する。【選択図】図１

Description

本発明は、保護装置に関するものであり、特に、過温度保護装置およびその過温度保護方法に関するものである。

照明産業における日々の開発に伴い、ＬＥＤ（light-emitting diode）バルブは従来のハロゲンランプに徐々に置き換わり、現在の照明分野において主要な役割を果たしている。一般的なＬＥＤについて、それ自体は発光しないことから、発光機能を達成するための電力を供給するため、駆動回路モジュールを使用しなければならない。ＬＥＤは長寿命、高効率および低環境汚染を特徴とする。

しかし、駆動されたＬＥＤは光を放射し、それ自体の温度を上昇させる熱を発する。このとき、もしＬＥＤ駆動回路がＬＥＤの温度を検知できなければ、ＬＥＤ駆動回路は温度変化に対応する調節を実施することができない。その結果、ＬＥＤの温度上昇時に、駆動電圧とＬＥＤを流れる電流が変化しないままとなり、過温度がＬＥＤの電気的性能を悪化させるか、又はその寿命を縮める可能性がある。

ＬＥＤの電気的性能悪化と寿命短縮を抑えるため、現在のＬＥＤ駆動回路のほとんどは、制御用チップの温度検知電圧ピンに接続されたＮＴＣ（負温度係数、negative temperature-coefficient）サーミスタを使用しており、制御用チップが温度変化に基づきＬＥＤへの電流出力を調節でき、これによりＬＥＤの輝度を調節する。このような構成がＬＥＤの温度を効果的に調節できるとはいえ、このような調節は、温度検知電圧に基づきＬＥＤへ出力される電流を調節するために制御用チップを制御する段階的調節であり、ＬＥＤが光源となるバルブでは顕著な明暗のちらつき状態が容易に起こり、照明品質が著しく影響を受ける。

制御用チップが温度検知電圧に基づきＬＥＤへ出力される電流を段階的に調節することにより、ＬＥＤが光源となるバルブでは明暗のちらつき状態が容易に起こり、照明品質が著しく影響を受ける。

過温度保護装置は制御用チップと、変換ユニットと、検出ユニットとを含む。
制御用チップは電流検出ピンとゲート出力ピンとを有する。ゲート出力ピンはＰＷＭ（パルス幅変調、pulse-width modulated）信号を出力するために設けられる。変換ユニットは、動作電圧を受け取るためにゲート出力ピンと接続され、ＬＥＤユニットを駆動するためＰＷＭ信号に基づき動作電圧を駆動電流に変換する。検出ユニットは、過温度保護装置の温度を検出し、それに基づき電流検出ピンへ調節信号を出力するため、電流検出ピンと変換ユニットとに接続され、その後、制御用チップが調節信号に基づきＰＷＭ信号のデューティ比（duty ratio）を調節する。

本発明の過温度保護装置の過温度保護方法において、過温度保護装置は制御用チップを含む。過温度保護装置の過温度保護方法は、過温度保護装置の温度を検出し、それに基づき制御用チップの電流検出ピンへ調節信号を出力することと、調節信号に基づき制御用チップから出力されたＰＷＭ信号のデューティ比を調節することと、ＬＥＤユニットを駆動するためＰＷＭ信号に基づき動作電圧を駆動電流に変換することと、を含む。

上記の描写に基づき、本発明は、過温度保護装置の温度を検出することにより得られた調節信号を制御用チップの電流検出ピンへ出力するために検出ユニットを使用しており、これにより制御用チップはその電流検出ピンによって受け取られた電圧に基づき変換ユニットへ出力するＰＷＭ信号のデューティ比を調節しており、これはＬＥＤユニットへの電流出力が顕著な段階的変化となることを避けることができ、さらにはＬＥＤの顕著な明暗のちらつきを避ける。

本発明の１つの実施形態による過温度保護装置の概要図である。 本発明の別の実施形態による過温度保護装置の概要図である。 本発明の別の実施形態による過温度保護装置の概要図である。 本発明の１つの実施形態による過温度保護方法のフローチャートである。

図１は、本発明の１つの実施形態による過温度保護装置の概要図である。図１について、過温度保護装置１００は、制御用チップ１０２と、変換ユニット１０４と、検出ユニット１０６とを含む。制御用チップ１０２はｉＷａｔｔ ３６１Ｘシリーズに用いられているチップといったものであってもよいが、本発明はこれに限定されない。制御用チップ１０２は、電圧入力ピンＶＩＮと、接地ピンＧＮＤと、電流検出ピンＣＳと、ゲート出力ピンＧＡＴＥとを有する。変換ユニット１０４は、制御用チップ１０２のゲート出力ピンＧＡＴＥと、検出ユニット１０６と、ＬＥＤユニット１０８とに接続される。検出ユニット１０６は制御用チップ１０２の電流検出ピンＣＳと接続される。加えて、制御用チップ１０２の電圧入力ピンＶＩＮは動作電圧ＶＤＤと接続され、接地ピンＧＮＤはアース端子と接続される。

制御用チップ１０２のゲート出力ピンＧＡＴＥはＰＷＭ信号ＰＷＭ１を出力し、変換ユニット１０４は、それ自体に接続されたＬＥＤユニット１０８を駆動させるため、ＰＷＭ信号ＰＷＭ１に基づき、受け取った動作電圧ＶＤＤを駆動電流ＩＤへと変換する。検出ユニット１０６は過温度保護装置１００の温度を検出し、過温度保護装置１００の温度に基づき調節信号Ｓ１を制御用チップ１０２の電流検出ピンＣＳへ出力するよう設けられる。つまり、制御用チップ１０２は、調節信号Ｓ１に基づき制御用チップ１０２から出力されるＰＷＭ信号ＰＷＭ１のデューティ比を調節することができ、さらにはＬＥＤユニット１０８の輝度を調節する。ここでの調節信号Ｓ１の電圧は、過温度保護装置１００の温度の上昇に伴い小さくなり、過温度保護装置１００の温度の低下に伴い大きくなる。その間、制御用チップ１０２は、調節信号Ｓ１の電圧の上昇に伴いＰＷＭ信号ＰＷＭ１のデューティ比を増加させ、調節信号Ｓ１の電圧の低下に伴いＰＷＭ信号ＰＷＭ１のデューティ比を減少させる。

このように、検出ユニット１０６により過温度保護装置１００の温度を検出し、調節信号Ｓ１を取得し制御用チップ１０２の電流検出ピンＣＳへ出力することで、制御用チップ１０２はその電流検出ピンＣＳにより受け取られた電圧に基づき、変換ユニット１０４へ出力されるＰＷＭ信号ＰＷＭ１のデューティ比を調節することができる。先行技術と比較し、このような調節方法はより直線的でなだらかな出力電流調整曲線を有し、ＬＥＤユニット１０８への電流出力の顕著な段階的変化を避けることができ、さらにはＬＥＤの顕著な明暗のちらつきを避けることができる。

図２は本発明の別の実施形態による過温度保護装置の概要図である。図２について、より詳細には、過温度保護装置１００の変換ユニット１０４は、例えば、降圧回路（buck circuit）である。変換ユニット１０４は、電力用トランジスタＭ１と、整流ダイオードＤ１と、インダクタＬ１と、抵抗Ｒ１とを含む。整流ダイオードＤ１のカソードは、動作電圧ＶＤＤと、ＬＥＤユニット１０８とに接続され、整流ダイオードＤ１のアノードは、電力用トランジスタＭ１のドレインに接続され、インダクタＬ１は、電力用トランジスタＭ１のドレインと、ＬＥＤユニット１０８との間に接続される。本実施形態において、ＬＥＤユニット１０８は単一のＬＥＤにより実装されるが、実際の応用はこれに限定されない。ＬＥＤユニット１０８はＬＥＤストリングまたは並列に接続された複数のＬＥＤストリング等であってもよい。電力用トランジスタＭ１のゲートは制御用チップ１０２のゲート出力ピンＧＡＴＥに接続され、ソースは抵抗Ｒ１の一端に接続され、抵抗Ｒ１の他端はアース端子と接続される。注意すべきこととして、本実施形態の変換ユニット１０４が降圧回路（buck circuit）であり得るとはいえ、実際の応用はこれに制限されない。変換ユニット１０４は昇圧回路（boost circuit）、昇降圧回路（boost-buck circuit）、プッシュプル回路（push-pull circuit）、フォワードコンバータ回路（forward converter circuit）またはフライバックコンバータ回路（flyback converter circuit）であってもよい。

本実施形態の検出ユニット１０６は、ＰＴＣ（正温度係数、positive temperature-coefficient）サーミスタＰＲと、抵抗Ｒ２とを含んでおり、抵抗Ｒ２は制御用チップ１０２の電流検出ピンＣＳと電力用トランジスタＭ１のソースとの間に接続され、ＰＴＣサーミスタＰＲは電力用トランジスタＭ１のソースとアース端子との間に接続される。

図２に示されるように、電力用トランジスタＭ１は、その導通状態を変えることにより変換ユニット１０４の出力端子にて駆動電流ＩＤを生成しＬＥＤユニット１０８を駆動させるため、制御用チップ１０２のゲート出力ピンＧＡＴＥから出力されるＰＷＭ信号ＰＷＭ１により制御される。ＰＷＭ信号ＰＷＭ１のデューティ比が大きいほど、ＬＥＤユニット１０８の輝度が高い。逆に、ＰＷＭ信号ＰＷＭ１のデューティ比が小さいほど、ＬＥＤユニット１０８の輝度が低い。従って、電力用トランジスタＭ１のゲートに入力されるＰＷＭ信号ＰＷＭ１のデューティ比を変えることにより、ＬＥＤユニット１０８の輝度が調節される。

電力用トランジスタＭ１のソースはフィードバック電流信号ＦＢを提供でき、フィードバック電流信号ＦＢは検出ユニット１０６を流れた後、制御用チップ１０２の電流検出ピンＣＳへ入力されるために調節信号Ｓ１へと変換される。図２に示されるように、過温度保護装置１００の温度が上昇するとき、ＰＴＣサーミスタＰＲの抵抗も増大する。抵抗Ｒ２は固定抵抗であり、従って、制御用チップ１０２の電流検出ピンＣＳへと流れる電圧信号は小さくなり、これが制御用チップ１０２にその電流検出ピンＣＳの電圧信号に基づきＰＷＭ信号ＰＷＭ１のデューティ比を減少させ、さらには過温度保護の目的を達成するためＬＥＤユニット１０８の駆動電流ＩＤを低下させる。

同様に、過温度保護装置１００の温度が下降するとき、ＰＴＣサーミスタＰＲの抵抗も低下する。そのとき、制御用チップ１０２の電流検出ピンＣＳへと流れる電圧信号は大きくなり、これが制御用チップ１０２にその電流検出ピンＣＳの電圧信号に基づきＰＷＭ信号ＰＷＭ１のデューティ比を増加させ、さらにはＬＥＤユニット１０８の駆動電流ＩＤを増加させる。

図３は本発明の別の実施形態による過温度保護装置の概要図である。図３について、本実施形態の過温度保護装置３００の、図２の実施形態の過温度保護装置１００からの差異は、本実施形態の過温度保護装置３００の検出ユニット３０２が、ＮＴＣサーミスタＮＲと、抵抗Ｒ３とを含むことにある。ＮＴＣサーミスタＮＲは制御用チップ１０２の電流検出ピンＣＳと電力用トランジスタＭ１のソースとの間に接続され、抵抗Ｒ３は電力用トランジスタＭ１のソースとアース端子との間に接続される。

図３に示されるように、過温度保護装置３００の温度が上昇するとき、ＮＴＣサーミスタＮＲの抵抗は低下する。抵抗Ｒ３は固定抵抗であり、従って、制御用チップ１０２の電流検出ピンＣＳへと流れる電圧信号は小さくなり、これが制御用チップ１０２にその電流検出ピンＣＳの電圧信号に基づきＰＷＭ信号ＰＷＭ１のデューティ比を減少させ、さらに過温度保護の目的を達成するためＬＥＤユニット１０８の駆動電流ＩＤを低下させる。

同様に、過温度保護装置３００の温度が下降するとき、ＮＴＣサーミスタＮＲの抵抗は増大する。そのとき、制御用チップ１０２の電流検出ピンＣＳへと流れる電圧信号は大きくなり、これが制御用チップ１０２にその電流検出ピンＣＳの電圧信号に基づきＰＷＭ信号ＰＷＭ１のデューティ比を増加させ、さらにＬＥＤユニット１０８の駆動電流ＩＤを増加させる。

図４は本発明の１つの実施形態による過温度保護方法のフローチャートである。図４について、過温度保護装置の前記過温度保護方法は以下を含む。先ず、過温度保護装置の温度が検出され、調節信号が制御用チップの電流検出ピンへ出力され（ステップＳ４０２）、ここで調節信号の電圧は過温度保護装置の温度上昇に伴い小さくなり、過温度保護装置の温度下降に伴い大きくなる。次に、制御用チップから出力されるＰＷＭ信号のデューティ比が、調節信号に基づき調節され（ステップＳ４０４）、ここでのＰＷＭ信号のデューティ比の調節方法は、例えば、調節信号の電圧が上昇したときＰＷＭ信号のデューティ比を増加させ、調節信号の電圧が下降したときＰＷＭ信号のデューティ比を減少させることができる。最後に、ＬＥＤユニットを駆動させるため、動作電圧がＰＷＭ信号に基づき駆動電流へと変換される（ステップＳ４０６）。

まとめると、本発明は、過温度保護装置の温度を検出することにより得られた調節信号を、制御用チップの電流検出ピンへと出力するため、検出ユニットを使用し、これにより制御用チップは、その電流検出ピンにより受け取られた電圧に基づき、変換ユニットへ出力されるＰＷＭ信号のデューティ比を調節し、これはＬＥＤユニットへの電流出力が顕著な段階的変化となることを避けることができ、さらにはＬＥＤの顕著な明暗ちらつきを避けることができる。

本開示は、ＬＥＤの顕著な明暗のちらつき状態を避けることのできる過温度保護装置とその過温度保護方法に関するものである。

１００、３００ 過温度保護装置
１０２ 制御用チップ
１０４ 変換ユニット
１０６、３０６ 検出ユニット
１０８ ＬＥＤユニット
ＶＩＮ 電圧入力ピン
ＧＮＤ 接地ピン
ＣＳ 電流検出ピン
ＧＡＴＥ ゲート出力ピン
ＶＤＤ 動作電圧
ＰＷＭ１ ＰＷＭ信号
ＩＤ 駆動電流
Ｓ１ 調節信号
Ｍ１ 電力用トランジスタ
Ｄ１ 整流ダイオード
Ｌ１ インダクタ
Ｒ１〜Ｒ３ 抵抗
ＰＲ ＰＴＣサーミスタ
ＦＢ フィードバック電流信号
ＮＲ ＮＴＣサーミスタ
Ｓ４０２〜Ｓ４０６ 過温度保護方法のステップ

Claims (12)

1. 電流検出ピンとＰＷＭ信号を出力するために設けられるゲート出力ピンとを有する制御用集積回路と、
   前記ゲート出力ピンに接続され、ＬＥＤユニットを駆動させるために、動作電圧を受け取り、前記ＰＷＭ信号に基づき前記動作電圧を駆動電流へと変換する変換ユニットと、
   前記電流検出ピンと前記変換ユニットに接続され、前記過温度保護装置の温度を検出し、それに基づき調節信号を前記電流検出ピンへ出力し、その後、前記制御用集積回路が前記調節信号に基づき前記ＰＷＭ信号のデューティ比を調節する検出ユニットと
   を備える過温度保護装置。
2. 前記変換ユニットが降圧回路であり、
   前記変換ユニットは、
   ゲートが前記ゲート出力ピンに接続され、自身の導電状態を変えるため前記ＰＷＭ信号により制御される電力用トランジスタと、
   カソードとアノードがそれぞれ前記動作電圧と前記電力用トランジスタのドレインに接続される整流ダイオードと、
   前記整流ダイオードの前記アノードと前記ＬＥＤユニットとの間に接続されるインダクタと、
   アース端子と前記電力用トランジスタのソースとの間に接続される第１の抵抗と
   を備える請求項１に記載の過温度保護装置。
3. 前記検出ユニットが、
   前記アース端子と前記電力用トランジスタの前記ソースとの間に接続されるＰＴＣサーミスタと、
   前記電力用トランジスタの前記ソースと前記電流検出ピンとの間に接続される第２の抵抗と
   を備える請求項２に記載の過温度保護装置。
4. 前記検出ユニットが、
   前記電力用トランジスタの前記ソースと前記電流検出ピンとの間に接続されるＮＴＣサーミスタと、
   前記アース端子と前記電力用トランジスタの前記ソースとの間に接続される第２の抵抗と
   を備える請求項２に記載の過温度保護装置。
5. 前記制御用集積回路が、
   前記調節信号の電圧の上昇に伴い前記ＰＷＭ信号の前記デューティ比を増加させ、
   前記調節信号の電圧の低下に伴い前記ＰＷＭ信号の前記デューティ比を減少させる
   請求項１〜４のいずれか1項に記載の過温度保護装置。
6. 前記調節信号の電圧が、前記過温度保護装置の温度の上昇に伴い小さくなる
   請求項１〜４のいずれか1項に記載の過温度保護装置。
7. 前記調節信号の電圧が、前記過温度保護装置の温度の上昇に伴い小さくなる
   請求項５に記載の過温度保護装置。
8. 前記変換ユニットが、降圧回路、昇圧回路、昇降圧回路、プッシュプル回路、フォワードコンバータ回路、またはフライバックコンバータ回路から選択される1つである請求項７に記載の過温度保護装置。
9. 過温度保護装置の過温度保護方法であって、
   前記過温度保護装置は制御用集積回路を含み、
   前記過温度保護装置の前記過温度保護方法が、
   前記過温度保護装置の温度を検出し、それに基づき前記制御用集積回路の電流検出ピンへ調節信号を出力することと、
   前記調節信号に基づき、前記制御用集積回路から出力されるＰＷＭ信号のデューティ比を調節することと、
   前記ＰＷＭ信号に基づき、動作電圧を駆動電流へと変換することと
   を備える過温度保護装置の過温度保護方法。
10. 前記調節信号に基づき、前記制御用集積回路から出力される前記ＰＷＭ信号の前記デューティ比を調節することが、
    前記調節信号の電圧の上昇に伴い前記ＰＷＭ信号の前記デューティ比を増加させることと、
    前記調節信号の電圧の下降に伴い前記ＰＷＭ信号の前記デューティ比を減少させることと
    を含む、請求項９に記載の過温度保護装置の過温度保護方法。
11. 前記過温度保護装置の温度の上昇に伴い前記調節信号の電圧が小さくなり、
    前記過温度保護装置の温度の下降に伴い前記調節信号の電圧が大きくなる
    請求項９に記載の過温度保護装置の過温度保護方法。
12. 前記過温度保護装置の温度の上昇に伴い前記調節信号の電圧が小さくなり、
    前記過温度保護装置の温度の下降に伴い前記調節信号の電圧が大きくなる
    請求項１０に記載の過温度保護装置の過温度保護方法。