JP4519613B2 - LED lighting device - Google Patents
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Description
この発明は、発光ダイオード(以下、LEDと記載する)を点灯させるLED点灯装置に関するものである。 The present invention relates to an LED lighting device for lighting a light emitting diode (hereinafter referred to as LED).
LEDを光源として例えば車両用のヘッドランプなどに応用する場合、個々のLEDは発光量が小さいことから複数のLEDを同時に点灯させ、ヘッドランプに適した明るさを得ている。
従来のLED点灯装置は、複数のLEDにより構成された発光ユニットに、定電流回路を直列接続し、この直列接続された両端に電源としてコンバータ回路を接続している。コンバータ回路は、電源が接続されたコイル、スイッチングトランジスタ、及びコンデンサを備え、スイッチングトランジスタをオン・オフさせたときコイルに生じる逆起電圧をコンデンサに蓄積し、このコンデンサの両端電圧を出力する。また、コンバータ回路は発光ユニットと定電流回路との接続点の電圧を検出して定電流回路の端子間電圧が一定になるように出力電圧を制御し、定電流回路に安定化した電圧を供給する。定電流回路は通過する電流の値が一定になるように電流制御を行う。これにより発光ユニットを通過する電流が一定になり、複数のLEDが定電流駆動される。発光ユニットには、複数のLEDを直列接続したものや、複数のLEDを直列接続したものを複数個並列に接続したものがある。これらは、全てのLEDに一つの定電流回路を接続して同様な電流が流れるように構成されたものである。(例えば、特許文献1参照)。
When an LED is used as a light source, for example, in a headlamp for a vehicle, since each LED has a small light emission amount, a plurality of LEDs are simultaneously turned on to obtain brightness suitable for the headlamp.
In a conventional LED lighting device, a constant current circuit is connected in series to a light emitting unit composed of a plurality of LEDs, and a converter circuit is connected as a power source to both ends connected in series. The converter circuit includes a coil to which a power supply is connected, a switching transistor, and a capacitor, stores a back electromotive voltage generated in the coil when the switching transistor is turned on / off, and outputs a voltage across the capacitor. The converter circuit also detects the voltage at the connection point between the light emitting unit and the constant current circuit, controls the output voltage so that the voltage between the terminals of the constant current circuit is constant, and supplies a stabilized voltage to the constant current circuit. To do. The constant current circuit controls the current so that the value of the passing current is constant. As a result, the current passing through the light emitting unit becomes constant, and the plurality of LEDs are driven with a constant current. Some light emitting units have a plurality of LEDs connected in series, and a plurality of LEDs connected in series are connected in parallel. These are configured such that a similar current flows when one constant current circuit is connected to all LEDs. (For example, refer to Patent Document 1).
また、従来のLED点灯装置として、複数のLEDを直列接続したLEDユニットに、電源電圧を昇圧回路によって昇圧して印加するものがある。LEDユニットは、一端に昇圧した電圧を印加する昇圧回路が接続され、また他端に定電流回路が接続され、この定電流回路によってLEDユニットに流れる電流が制御される。定電流回路には当該定電流回路に流れる電流から電圧を検出する電圧検出回路が接続される。電圧検出回路は検出した電圧と電源から取り込んだ基準電圧とを比較し、昇圧制御信号を生成する。昇圧回路は、電源が接続されたコイル、トランジスタ、整流用ダイオード、及び平滑用コンデンサを備え、トランジスタを高速でON,OFFさせるチョッパ方式により電源電圧を昇圧する。このとき、昇圧制御信号に基づいてLEDユニットへ印加する電圧を調整し、LEDユニットに流れる電流を一定に保つようにしている。(例えば、特許文献2参照)。 Further, as a conventional LED lighting device, there is one in which a power supply voltage is boosted by a boosting circuit to an LED unit in which a plurality of LEDs are connected in series. The LED unit is connected to a booster circuit that applies a boosted voltage at one end, and a constant current circuit is connected to the other end, and the current flowing through the LED unit is controlled by the constant current circuit. The constant current circuit is connected to a voltage detection circuit that detects a voltage from the current flowing through the constant current circuit. The voltage detection circuit compares the detected voltage with a reference voltage taken from the power supply, and generates a boost control signal. The booster circuit includes a coil to which a power supply is connected, a transistor, a rectifying diode, and a smoothing capacitor, and boosts the power supply voltage by a chopper method that turns the transistor on and off at high speed. At this time, the voltage applied to the LED unit is adjusted based on the boost control signal, and the current flowing through the LED unit is kept constant. (For example, refer to Patent Document 2).
従来のLED点灯装置は以上のように構成されているので、一つの定電流回路によって全てのLEDを点灯させていることから容量の大きな定電流回路が必要になる。LEDの消費電力が比較的小さいことから定電流回路にスイッチング電源が用いられているが、多くのLEDを点灯させるために大容量のスイッチング電源を使用すると電流にリップルが重畳し、電源ノイズが増大するという課題があった。 Since the conventional LED lighting device is configured as described above, a constant current circuit having a large capacity is required because all LEDs are lit by one constant current circuit. Switching power supplies are used in constant current circuits because the power consumption of LEDs is relatively small, but if a large-capacity switching power supply is used to turn on many LEDs, ripples are superimposed on the current and power supply noise increases. There was a problem to do.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、スイッチング動作による電流リップルを低減し、電源ノイズを小さくして複数のLEDを安定して点灯させることができるLED点灯装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and obtains an LED lighting device that can reduce a current ripple due to a switching operation, reduce power supply noise, and stably light a plurality of LEDs. For the purpose.
この発明に係るLED点灯装置は、一個または複数のLEDを直列接続したLED回路と、コイルおよびスイッチング素子を直列接続したLED点灯回路とを複数備え、前記複数のLED回路およびLED点灯回路を電源に対し並列に接続した構成のLED点灯装置において、前記各々のLED点灯回路のスイッチング素子のON/OFF切り替えタイミングが重ならないように、前記スイッチング素子のON/OFF動作を切替える比較回路の出力電流に対応する電圧値と比較する基準値を隣接するLED点灯回路の動作状態に対応して変化させて、ON/OFF切り替えタイミングをずらすタイミング調整回路をそれぞれの前記LED点灯回路に対応して備えたものである。 The LED lighting device according to the present invention includes a plurality of LED circuits in which one or a plurality of LEDs are connected in series, and LED lighting circuits in which a coil and a switching element are connected in series, and the plurality of LED circuits and the LED lighting circuits are used as a power source. Corresponding to the output current of the comparison circuit that switches the ON / OFF operation of the switching element so that the ON / OFF switching timing of the switching element of each LED lighting circuit does not overlap in the LED lighting device configured to be connected in parallel A timing adjustment circuit that shifts the ON / OFF switching timing by changing the reference value to be compared with the voltage value to be operated in accordance with the operation state of the adjacent LED lighting circuit is provided for each of the LED lighting circuits. is there.
この発明によれば、電源に対し並列に接続した複数のLED点灯回路のスイッチング素子のON/OFF切り替えタイミングが重ならないように、前記スイッチング素子のON/OFF動作を切替える比較回路の出力電流に対応する電圧値と比較する基準値を隣接するLED点灯回路の動作状態に対応して変化させて、ON/OFF切り替えタイミングをずらすタイミング調整回路をそれぞれの前記LED点灯回路に対応して設けたので、電流リップルが低減して、電源フイルタを小容量にすることができ、電源ノイズの発生を小さくすることができるという効果がある。
According to this invention, it corresponds to the output current of the comparison circuit that switches the ON / OFF operation of the switching elements so that the ON / OFF switching timings of the switching elements of the plurality of LED lighting circuits connected in parallel to the power source do not overlap. Since the reference value to be compared with the voltage value to be changed is changed corresponding to the operation state of the adjacent LED lighting circuit, and the timing adjustment circuit for shifting the ON / OFF switching timing is provided corresponding to each of the LED lighting circuits, The current ripple is reduced, the power supply filter can be reduced in capacity, and the generation of power supply noise can be reduced.
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1によるLED点灯装置の構成を示す回路図である。図1に例示したものはn個(nは0及び1を除いた自然数)のLED回路a〜nを、電源1からみて並列に接続して構成したものである。
ダイオード2aのアノードには電源1の電圧VBが印加される。ダイオード2aのカソードは、抵抗4a及びコンデンサ5aの一端に接続される。抵抗4aの他端は、スイッチング素子のFET3aのゲート及びトランジスタ20aのコレクタに接続される。コンデンサ5aの他端は、フライホイールダイオード6aのカソード、FET3aのソース、及びコイル7aの一端に接続される。フライホイールダイオード6aのアノードは接地される。FET3aは、NチャネルMOS型電界効果トランジスタからなり、ドレインに電源1の電圧VBが印加され、電源1とコイル7aとの接続をON/OFFするスイッチング素子である。このように接続されたダイオード2a、抵抗4a、及びコンデンサ5aによりFET3aを駆動するブートストラップ式の駆動回路が構成される。
An embodiment of the present invention will be described below.
1 is a circuit diagram showing a configuration of an LED lighting device according to
The voltage VB of the
コイル7aの他端は、LED9aのアノードが接続され、LED9aのカソードにはLED10aのアノードが接続される。即ち、コイル7aとLED9aとLED10aは直列接続され、LED回路を構成する。なお、コイル7aに直列接続されるLEDの個数は、ここで説明した二つに限定されない。
LED10aのカソードは、シャント抵抗11a及び抵抗12aの一端が接続される。シャント抵抗11aの他端は接地される。抵抗12aの他端は、抵抗13aの一端およびコンパレータ15aの正入力端子に接続される。抵抗13aの他端は、コンパレータ15aの出力端子に接続され、抵抗13aはコンパレータ15aに正帰還をかける帰還抵抗である。コンパレータ15aの反転入力端子は、抵抗16a及び抵抗18aの一端が接続される。抵抗16aの他端は電圧VBが印加され、抵抗18aの他端は接地される。また、コンパレータ15aの出力端子には、抵抗19a及び抵抗14aの一端が接続される。抵抗14aの他端には電源VBが印加され、抵抗14aはコンパレータ15aの出力信号をプルアップする抵抗である。抵抗19aの他端は、トランジスタ20aのベースに接続される。トランジスタ20aはNPN型バイポーラトランジスタからなり、エミッタが接地される。
上記コンパレータ15aは、ヒステリシス特性を有し、隣接するLED回路に流れる電流によって上記ヒステリシス特性を変化させるもので、複数の抵抗との組み合わせによってタイミング調整回路を構成している。
The other end of the
One end of the
The
ここまで説明したように接続された各素子により、LED回路aが構成される。各符号の末尾の「a」を「b」に置き換えるとLED回路bを構成する各素子を表すものとなる。即ち、LED回路bは、LED回路aと同様に構成されたものである。また、さらに図1に示したLED回路nもLED回路a,bと同様に構成されたもので、前述の説明に用いた各符号の末尾を「n」とした素子により構成される。これらLED回路aと同様に構成される図示を省略したLED回路を含むLED回路b〜nの各構成の説明を省略する。 The LED circuit a is comprised by each element connected as described so far. When “a” at the end of each symbol is replaced with “b”, each element constituting the LED circuit b is represented. That is, the LED circuit b is configured similarly to the LED circuit a. Further, the LED circuit n shown in FIG. 1 is also configured in the same manner as the LED circuits a and b, and is configured by an element having “n” at the end of each symbol used in the above description. Description of each structure of LED circuit b-n including the LED circuit which abbreviate | omitted illustration comprised similarly to these LED circuit a is abbreviate | omitted.
各LED回路は、例えばLED回路aとLED回路bは次のように接続される。LED回路aのコンパレータ15aの反転入力端子に抵抗17aの一端を接続し、当該抵抗17aの他端をLED回路bのコンパレータ15bの出力端子へ接続する。また、LED回路bのコンパレータ15bの反転入力端子へ抵抗17bの一端を接続し、当該抵抗17bの他端をLED回路bの隣に設けられた図示を省略したLED回路のコンパレータの出力端子へ接続する。同様に各LED回路を接続し、図示を省略したLED回路と接続されたLED回路nは、コンパレータ15nの反転入力端子に抵抗17nの一端を接続し、当該抵抗17nの他端をLED回路aのコンパレータ15aの出力端子へ接続する。このように電源1からみて並列接続された各LED回路の内、両端に設けられたLED回路aとLED回路nとを接続する。
In each LED circuit, for example, the LED circuit a and the LED circuit b are connected as follows. One end of the
次に動作について説明する。
各LED回路a〜nはいずれも同様に構成され、また同様に動作する。ここではLED回路aの動作を例示して説明する。
前述のようにFET3aにはダイオード2a、抵抗4a、及びコンデンサ5aからなるブートストラップ式の駆動回路が接続されている。NチャネルのFET3aをON状態へ遷移するときには、電圧VBよりも高い電圧をゲートへ印加する必要がある。電源1の電圧VBは、ダイオード2aを介してコンデンサ5aに印加され、当該コンデンサ5aに電圧エネルギが蓄積される。FET3aをON状態とするため、トランジスタ20aがOFF状態に制御されると、電源1の電圧VBが印加されているダイオード2aから抵抗4aを介してトランジスタ20aへ流れていた電流が遮断され、電源1からダイオード2a及び抵抗4aを介してFET3aのゲートに電圧が印加される。このとき、コンデンサ5aに蓄積されている電圧エネルギが抵抗4aを介してFET3aのゲートへ移動し、FET3aのゲート電圧をさらに上昇させ、当該FET3aは正常なON状態になる。
Next, the operation will be described.
Each of the LED circuits a to n is similarly configured and operates in the same manner. Here, the operation of the LED circuit a will be described as an example.
As described above, the bootstrap drive circuit including the
FET3aがON状態になると、電源1の電圧VBはFET3aを介してコイル7aの一端に印加される。この電圧が印加されたコイル7aには、後述するような電流が流れ、この電流はコイル7aに直列接続されているLED9a及びLED10a(以下、直列接続されているLED9a及びLED10aをLED9a,10aと記載し、また、直列接続されている二つのLEDを同様に記載する)に流れる。LED9a,10aに流れた電流は、概ねシャント抵抗11aを介して電源1へ回帰する。シャント抵抗11aの両端にはLED回路aに接続されているLED9a,10aに流れた電流量を表す電圧が生じる。この電圧、即ち図1に示した接続点Bの電圧はコンパレータ15aの正入力端子へ入力される。
When the
コイルにパルス電圧を加えると、コイルに流れる電流は三角波状に変化し、詳しくは時間と共に増大する積分波形のように変化する。FET3aがスイッチング動作を繰り返しているとき、コイル7aにはFET3aからパスル電圧が供給され、コイル7aに流れる電流、即ちLED9a,10aに流れる電流はFET3aがON状態となっている間増加する。LED9a,10aに流れる電流は、FET3aのON時間を制御することにより、任意の値に調整することができる。LED9a,10aが直列に接続されたコイル7aの通電電流は、次の式(1)で表される。
通電電流=(コイル7aに印加される電圧−LED9a,10aの順方向電圧)
×ON時間/コイル7aのインダクタンス …(1)
上記式(1)の「LED9a,10aの順方向電圧」は、直列接続されたLDE9aとLED10aとの両端電圧、即ちLED9aのアノードとLED10aのカソードの間の電圧である。このようにLED9a,10aに流れる電流は、FET3aがON状態となっている経過時間に伴って上昇し、ON時間が長くなるほど大きくなる。
When a pulse voltage is applied to the coil, the current flowing through the coil changes like a triangular wave, and specifically changes like an integrated waveform that increases with time. When the
Energizing current = (voltage applied to
× ON time / inductance of
The “forward voltage of the
フライホイールダイオード6aは、FET3aがON状態からOFF状態へ遷移したとき、LED9a,10aから流れ出た電流をコイル7aへ還流させるもので、LED9a,10aに流れる電流が急峻に減少することを抑制している。フライホイールダイオード6aによって還流される電流は時間経過と共に減少する.
The
コンパレータ15aは、シャント抵抗11aにより変換されたLED9a,10aに流れる電流量を表す電圧と、抵抗16aと抵抗18aにより電圧VBを分圧した基準電圧(基準値)とを比較する。その比較結果は後述するように高電位あるいは低電位の出力信号として出力される。コンパレータ15aの出力端子は、抵抗14aによりプルアップされる。LED9a,10aに流れる電流を表した電圧は、抵抗12aを介してコンパレータ15aの正入力端子へ入力され、抵抗13aによって正帰還がかけられる。このようにコンパレータ15aは正帰還をかけていることからヒステリシス特性を有する。
コンパレータ15aの反転入力端子には、前述のように抵抗16aと抵抗18aにより電圧VBを分圧させて生成した基準電圧が入力される。コンパレータ15aは正入力端子へ入力されている電圧と基準電圧との比較により出力信号を決定する。
The
The reference voltage generated by dividing the voltage VB by the
例えば、FET3aがON状態になっているとき、即ちトランジスタ20aがオープン状態となってFET3aのゲートの接地接続がオープンされ、当該ゲート電圧が高電位となるときには、トランジスタ20aのベースが低電位となるようにコンパレータ15aから低電位の出力信号が出力されている。このようにFET3aがON状態になるとコイル7aに電流が流れ、この電流は時間の経過に伴って増大する。LED9a,10aにも同様な電流が流れ、この電流の大きさはシャント抵抗11aにより電圧の大きさに変換される。コンパレータ15aは、この電圧を抵抗12aを介して正入力端子へ入力し、当該正入力端子の電圧と反転入力端子へ入力されている基準電圧とを比較する。このとき、コンパレータ15aの出力信号は低電位なので、正帰還をかけている正入力端子の電圧は下に引き下げられている。このように正帰還により電圧が引き下げられた状態においてLED9a,10aに流れる電流を表す電圧が上昇し、正入力端子の電圧が上昇する。
For example, when the
LED9a,10aに流れる電流の増大に応じてコンパレータ15aの正入力端子へ入力されている電圧が上昇し、基準電圧より大きくなると、コンパレータ15aは出力信号を低電位から高電位へ反転させる。このとき、正帰還をかけている正入力端子の電圧が引き上げられ、またトランジスタ20aのベース電圧は高電位へ遷移し、当該トランジスタ20aがON状態になってFET3aのゲートが接地される。FET3aはOFF状態へ遷移し、FET3aからコイル7aへ供給されていた電流が遮断される。コイル7aにはフライホイールダイオード6aから供給された電流が流れ、LED9a,10aに流れる電流は徐々に減少する。この電流変化は、シャント抵抗11aによって電圧変化として表され、この電圧は前述のように抵抗12aを介してコンパレータ15aの正入力端子へ入力される。
When the voltage input to the positive input terminal of the
このとき、正入力端子の電圧は前述のように正帰還によって引き上げられており、この状態にLED9a,10aに流れる電流量を示す電圧が加えられることから、当該LED9a,10aに流れる電流の減少に応じて正入力端子の電圧が下降する。正入力端子の電圧が徐々に減少して基準電圧より小さくなると、コンパレータ15aは出力信号を高電位から低電位へ反転させる。
コンパレータ15aは、正入力端子へLED9a,10aに流れた電流量を示す電圧を入力していることから、正帰還によって基準電圧より上に引き上げられ、また基準電圧より下に引き下げられて当該基準電圧と比較される。この比較動作は、コンパレータ15aのヒステリシス特性によって生じる高電位と低電位の二つの基準電圧を交互に用いて、LED9a,10aに流れた電流を示す電圧と比較する動作と同様な作用効果が得られる。
このように、コイル7aに流れる電流とコンパレータ15aのヒステリシス特性とを用いた動作により、LED回路aはFET3aのスイッチング動作を繰り返し、自励の発振動作を行う。
At this time, the voltage of the positive input terminal is pulled up by positive feedback as described above, and a voltage indicating the amount of current flowing through the
Since the
As described above, the LED circuit a repeats the switching operation of the
スイッチング動作を行っている全てのLED回路a〜nが同時にON状態になると、このときの瞬間的な消費電力が大きくなる。また、ON状態からOFF状態へ遷移するときや、OFF状態からON状態へ遷移するときはスイッチングノイズが大きくなる。瞬間的な消費電力を抑制するため、全てのLED回路a〜nのスイッチング動作が同期しないように、LED回路aではコンパレータ15aの反転入力端子へ入力される基準電圧を変化させ、FET3aのスイッチング動作のタイミングをずらしている。前述のようにコンパレータ15aの反転入力端子には抵抗16aと抵抗18aによって電圧VBを分圧した電圧が入力され、さらに抵抗17aを介してコンパレータ15bの出力信号が入力される。
When all the LED circuits a to n performing the switching operation are simultaneously turned on, instantaneous power consumption at this time increases. Also, switching noise increases when transitioning from the ON state to the OFF state or when transitioning from the OFF state to the ON state. In order to suppress instantaneous power consumption, the LED circuit a changes the reference voltage input to the inverting input terminal of the
図2は、実施の形態1によるLED点灯装置の動作を示す説明図である。この図は、図1に示した接続点Aの電圧、接続点Bに流れる電流、及びFET3aのON/OFF状態の経時変化を示すタイミングチャートである。図中上段の波形は図1に示した接続点Aの電圧で、LED回路bのコンパレータ15bの出力信号である。この電圧は、トランジスタ20bのベースへ入力されるものなので、高電位がFET3bのOFF状態を示し、低電位がON状態を示す。図2の中段の波形は、図1に示した接続点Bの電流、即ちシャント抵抗11aの両端電圧の変化を示し、LED回路aのLED9a,10aに流れる電流の変化を示すものである。図2の下段の波形は、FET3aのON/OFF状態を示すもので、高電位がON状態を示し、低電位がOFF状態を示す。なお、図2の中段に示した波形に付記した一点破線は、コンパレータ15aのスレッシュホールド電圧を当該波形に対応させて示したもので、接続点Bの電流の増減が反転するときの当該電流の大小を判り易くしたものである。
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating the operation of the LED lighting device according to the first embodiment. This figure is a timing chart showing the temporal change of the voltage at the connection point A, the current flowing through the connection point B, and the ON / OFF state of the
LED9a,10aに流れる電流、即ち接続点Bにおいてシャント抵抗11aへ流れる電流は、コイル7aの作用により図2の中段に示したように三角波状に変化する。この電流を表すシャント抵抗11aの両端に生じる電圧を、抵抗12aを介してコンパレータ15aの正入力端子へ入力する。一方、コンパレータ15aの反転入力端子には、基準電圧及びコンパレータ15bの出力信号が入力される。LED回路aの動作説明で述べたように、接続点Bの電流即ちシャント抵抗11aの両端電圧は、FET3aがON状態のときに増大し、FET3aがOFF状態のときに減少する。また、FET3aがOFF状態からON状態へ遷移するとき、接続点Bの電流は減少から増大へ反転し、FET3aがON状態からOFF状態へ遷移するとき、接続点Bの電流は増大から減少へ反転する。
The current flowing through the
LED回路aの隣に設けられたLED回路bのFET3bがON状態のとき、コンパレータ15bの出力信号、即ち接続点Aの電圧は低電位となっている。LED回路aのコンパレータ15aの反転入力端子には、低電位となっている接続点Aの電圧が抵抗17aを介して入力され、当該反転入力端子の電圧が引き下げられる。即ち、反転入力端子へ入力されていた抵抗16a及び抵抗18aにより生成される基準電圧が引き下げられる。
このとき、FET3aがOFF状態となっており、接続点Bの電流が減少している場合には、コンパレータ15aへ入力されている基準電圧がこれまでよりも引き下げられたことによって、コンパレータ15aはスレッシュホールド電圧L1において出力信号を反転させるようになり、接続点Bの電流が長い時間下降することになる。また、コンパレータ15aが出力信号を反転するタイミングが遅くなり、FET3aがOFF状態からON状態へ遷移するタイミングが遅くなる。
また、FET3aがON状態となっており、接続点Bの電流が増大している場合には、コンパレータ15aへ入力されている基準電圧がこれまでよりも引き下げられたことによって、コンパレータ15aはスレッシュホールド電圧H1において出力信号を反転させるようになり、接続点Bの電流が上昇する時間が短くなる。また、コンパレータ15aが出力信号を反転するタイミングが早くなり、FET3aがON状態からOFF状態へ遷移するタイミングが早くなる。
When the FET 3b of the LED circuit b provided next to the LED circuit a is in the ON state, the output signal of the
At this time, when the
Further, when the
FET3bがOFF状態のとき、コンパレータ15bの出力信号、即ち接続点Aの電圧は高電位となっている。LED回路aのコンパレータ15aの反転入力端子には、高電位となっている接続点Aの電圧が抵抗17aを介して入力され、当該反転入力端子の電圧が引き上げられる。即ち、反転入力端子へ入力されていた抵抗16a及び抵抗18aにより生成される基準電圧が引き上げられる。
このとき、FET3aがOFF状態となっており、接続点Bの電流が減少している場合には、コンパレータ15aへ入力されている基準電圧がこれまでよりも引き上げられたことによって、コンパレータ15aはスレッシュホールド電圧L2において出力信号を反転するようになり、接続点Bの電流が下降する時間が短くなる。また、コンパレータ15aが出力信号を反転するタイミングが早くなり、FET3aがOFF状態からON状態へ遷移するタイミングが早くなる。
また、FET3aがON状態となっており、接続点Bの電流が増大している場合には、コンパレータ15aへ入力されている基準電圧がこれまでよりも引き上げられたことによって、コンパレータ15aはスレッシュホールド電圧H2において出力信号を反転するようになり、接続点Bの電流が上昇する時間が長くなる。また、コンパレータ15aが出力信号を反転するタイミングが遅くなり、FET3aがON状態からOFF状態へ遷移するタイミングが遅くなる。
なお、コンパレータ15aのスレッシュホールド電圧H1はスレッシュホールド電圧H2よりも低く、またスレッシュホールド電圧L1はスレッシュホールド電圧L2よりも低い。
When the FET 3b is in the OFF state, the output signal of the
At this time, when the
Further, when the
Note that the threshold voltage H1 of the
このように隣に設けられたLED回路bのコンパレータ15bの出力信号を用いて、コンパレータ15aへ入力する基準電圧を引き上げる、あるいは引き下げることにより、コンパレータ15aのヒステリシス特性が変化してコンパレータ15aの出力信号の反転するタイミングが変化する。このようなことからLED回路aのFET3aは、LED回路bのFET3bのスイッチングタイミングと同期することなくスイッチング動作を行うようになる。同様に各LED回路において、隣に設けられたLED回路のコンパレータの出力信号を用いて、当該隣のLED回路とスイッチングタイミングが同期することなく動作するように構成する。なお、図1に示した末端のLED回路nは、先端のLED回路aのコンパレータの出力信号を入力してFET3nのスイッチングタイミングを調整する。
As described above, by using the output signal of the
なお、FET3a〜FET3nの動作タイミングをずらす構成及び動作は、ここで説明したものに限定されない。
また、各LED回路a〜nがスイッチングタイミングをずらして動作することにより、電源電流や回路電流に重畳するリップルが低減して電源ノイズが小さくなることから、図1に図示を省略した電源ノイズ等を除去するために備えられる電源フィルタは、容量の小さなものを使用することができる。
Note that the configuration and operation for shifting the operation timing of the
Further, since each LED circuit an operates by shifting the switching timing, the power supply current and the ripple superimposed on the circuit current are reduced and the power supply noise is reduced. Therefore, the power supply noise not shown in FIG. A power filter having a small capacity can be used as the power supply filter provided for removing the power.
以上のように実施の形態1によれば、LED回路a〜nを並列接続し、各LED回路a〜nのFET3a〜FET3nのスイッチングタイミングが同期しないようにずらして動作するように構成したので、電流リップルが低減して電源ノイズを小さくすることができるという効果がある。
また、例えばFET3bがON状態のとき、FET3aのON状態からOFF状態へ遷移するタイミングを早め、FET3bがOFF状態のときFET3aのON状態からOFF状態へ遷移するタイミングを遅らせるようにしたので、FET3aとFET3bが同時にON/OFFする確率を低減させることができるという効果がある。
As described above, according to the first embodiment, the LED circuits a to n are connected in parallel, and the operation is performed so that the switching timings of the FETs 3a to 3n of the LED circuits a to n are not synchronized. There is an effect that current ripple can be reduced and power supply noise can be reduced.
Also, for example, when the FET 3b is in the ON state, the timing of transition from the ON state of the
実施の形態2.
図3は、この発明の実施の形態2によるLED点灯装置の構成を示す回路図である。図1に示したものと同様あるいは相当する部分に同じ符号を使用し、その説明を省略する。図3は、実施の形態2によるLED点灯装置のLED回路aを示し、当該LED回路aと同様に構成されるLED回路b〜nの図示を省略している。ここではLED回路aの構成を例示して説明し、他のLED回路b〜nの構成の説明を省略する。また、図1に示したものと同様に構成される部分の説明を省略し、実施の形態2によるLED点灯装置の特徴となる部分の構成を説明する。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of an LED lighting device according to
抵抗30aの一端は、電源1の電圧VBが印加される。抵抗30aの他端には、抵抗31aの一端とコンパレータ34aの反転入力端子に接続される。抵抗32aの一端は電源1の電圧VBが印加される。抵抗32aの他端にはツェナーダイオード33aのカソードとコンパレータ34aの正入力端子に接続される。抵抗31aの他端とツェナーダイオード33aのアノードは接地される。コンパレータ34aの出力端子は、抵抗35aの一端とトランジスタ36aのベースに接続される。抵抗35aの他端には電圧VBが印加される。この抵抗35aはコンパレータ34aの出力端子に接続されたプルアップ抵抗である。トランジスタ36aは、例えばNPN型バイポーラトランジスタからなり、コレクタをFET3aのゲート、抵抗4aの他端、及びトランジスタ20aのコレクタに接続し、エミッタを接地する。抵抗30a,31a,32a、ツェナーダイオード33a、コンパレータ34a、抵抗35a、及びトランジスタ36aにより電源電圧検出回路(電源電圧検出手段)が構成される。
また、抵抗30a〜32aは、電圧VBをコンパレータ34aが入力できる電圧範囲に降下させるもので、電圧VBが通常電圧の時に、抵抗30aと抵抗31aによって分圧した電圧は、同じ電圧VBを入力した抵抗32aを介したツェナーダイオード33aのツェナー電圧よりも高くなるように、それぞれの抵抗値を有する。この他の部分は、図1に示したLED回路aと同様に構成される。
The voltage VB of the
The
次に動作について説明する。
図1に示したLED点灯装置と同様な動作について説明を省略し、実施の形態2によるLED点灯装置の特徴となる動作を説明する。電源1の電圧VBが低下すると、LED9a,10aに流れる電流が減少する。この電流を表すシャント抵抗11aの両端電圧は、コンパレータ15aの出力信号が反転する電圧まで上昇することができず、コンパレータ15aの比較結果が一定になって出力信号が反転されなくなり、トランジスタ20aのベースには低電位の出力信号が入力された状態が続くことになる。FET3aのゲートは、常に接地接続がオープンされた状態となる。このような状態になると、抵抗4aやコンデンサ5a等から成るブートストラップ式の駆動回路も正常に動作することができなくなってFET3aが不完全なON状態になり、発熱や消費電力増大などの障害が発生する。
Next, the operation will be described.
Description of operations similar to those of the LED lighting device shown in FIG. 1 is omitted, and operations that characterize the LED lighting device according to
図3に示したLED装置は、このような状態になることを避けるため、コンパレータ34a等を用いた電源電圧検出回路により電圧VBが所定の値より低い電圧となったときFET3aをOFFさせるものである。コンパレータ34aの反転入力端子には、電圧VBを抵抗30aと抵抗31aによって分圧した電圧が入力される。コンパレータ34aの正入力端子には、電圧VBから抵抗32aを介したツェナーダイオード33aのツェナー電圧が基準電圧として入力される。
In order to avoid such a state, the LED device shown in FIG. 3 turns off the
抵抗30aと抵抗31aにより分圧された電圧をV−とし、ツェナーダイオード33aのツェナー電圧をV+とすると、コンパレータ34aは、正入力端子の入力電圧V+が反転入力端子の入力電圧V−よりも小さいとき、出力電圧は低電位に飽和する。また、入力電圧V+が入力電圧V−よりも大きいとき、出力電圧は高電位に飽和する。電圧VBが所定の値以上であれば、電圧V−は、ツェナーダイオード33aにより接地されている正入力端子の電圧V+よりも大きく、コンパレータ34aから低電位の出力信号がトランジスタ36aのベースへ出力される。このときトランジスタ36aはOFF状態となり、FET3aのゲート電圧はトランジスタ20aのON/OFF動作によって制御される。
When the voltage divided by the
電圧VBが低下し、所定の値を下回るようになると、抵抗30aと抵抗31aにより分圧された電圧も低下する。コンパレータ34aは、このとき入力している電圧V−と電圧V+とを比較し、電圧V−が電圧V+がよりも小さくなると、高電位の出力信号をトランジスタ36aのベースへ出力する。するとトランジスタ36aはON状態となって、FET3aのゲートが接地接続され、当該FET3aがOFF状態となる。
また、ここで説明したLED回路aと同様に他のLED回路b〜nを構成することにより、そのLED回路も同様に動作し、また同様な作用効果が得られる。
When the voltage VB decreases and falls below a predetermined value, the voltage divided by the
Further, by configuring the other LED circuits b to n in the same manner as the LED circuit a described here, the LED circuit also operates in the same manner, and similar operational effects can be obtained.
以上のように実施の形態2によれば、例えばLED回路aを、電源1の電圧VBが所定の値より小さくなったとき、ツェナーダイオード33aを接続したコンパレータ34aによってFET3aをOFFするように構成したので、電源1の電圧VBが低下してFET3aのスイッチング動作が停止したとき、LED9a,10aに供給する電流を遮断することができ、LED回路aと同様に構成された各LED回路は発熱等の障害発生を防ぐことができるという効果がある。
As described above, according to the second embodiment, for example, the LED circuit a is configured so that the
実施の形態3.
図4は、この発明の実施の形態3によるLED装置の構成を示す回路図である。図1に示したものと同様あるいは相当する部分に同じ符号を使用し、その説明を省略する。この図はLED回路aと同様に構成されるLED回路b〜nの図示を省略している。ここではLED回路aの構成を例示して説明し、他のLED回路b〜nの構成の説明を省略する。また、図1に示したLED回路aと同様に構成される部分の説明を省略し、実施の形態3によるLED点灯装置の特徴となる部分の構成を説明する。
図4のLED点灯装置は、図1に示したコイル7aに代えてFET3aのドレインに複数のコイル7a1〜7am(mは0及び1以外の自然数)を並列接続し、図1に示したLED9aに相当するLED9a1〜9am、またLED10aに相当するLED10a1〜10amを備えたもので、その他は図1に示したものと同様に構成される。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of an LED device according to Embodiment 3 of the present invention. The same reference numerals are used for the same or corresponding parts as those shown in FIG. 1, and the description thereof is omitted. In this figure, illustration of LED circuits b to n configured similarly to the LED circuit a is omitted. Here, the configuration of the LED circuit a will be described as an example, and the description of the configurations of the other LED circuits b to n will be omitted. Also, the description of the parts configured in the same manner as the LED circuit a shown in FIG. 1 is omitted, and the configuration of the parts that characterize the LED lighting device according to Embodiment 3 will be described.
The LED lighting device of FIG. 4 has a plurality of coils 7a1 to 7am (m is a natural number other than 0 and 1) connected in parallel to the drain of the
例えば、コイル7a1の一端はFET3aのソースへ接続され、コイル7a1の他端にはLED9a1のアノードが接続され、LED9a1のカソードにLED10a1のアノードが接続される。即ちコイル7a1とLED9a1とLED10a1は直列接続され、またコイル7a2とLED9a2とLED10a2も同様に直列接続され、コイル7a3〜7am、LED9a3〜9am、及びLED10a3〜10amも同様に直列接続され、それぞれLED回路を成す。
また、LED10a1〜10amのカソードは全て接続点Bに接続され、シャント抵抗11a及び抵抗12aに接続される。LED9a1,10a1とLED9a2,10a2は並列接続されたことになり、同様に図示を省略した各LEDを含め、LED9am,10amまで全ての直列接続されている二つのLEDが並列接続された構成になる。なお、直列接続されているLEDの個数は二つに限定されない。
For example, one end of the coil 7a1 is connected to the source of the
Further, the cathodes of the LEDs 10a1 to 10am are all connected to the connection point B and connected to the
次に動作について説明する。
図1に示したLED装置と同様な動作について説明を省略し、実施の形態3によるLED装置の特徴となる動作を説明する。
LED9a1,10a1〜LED9am,10amに流れる電流は概ねシャント抵抗11aに流れ込み、全LED9a1,10a1〜LED9am,10amに流れる総電流量を表す電圧がシャント抵抗11aの両端に生じる。コンパレータ15aは、この電圧を抵抗12aを介して正入力端子へ入力する。その他の動作は実施の形態1によるLED点灯装置と同様に動作する。
また、図4のLED回路aと同様に図示を省略したLED回路b〜nを構成すると、これらのLED回路b〜nも同様に動作する。
なお、図4には図1に示したLED点灯装置のコイル7a、LED9a、及びLED10aに代えてコイル7a1〜7am、LED9a1〜9am、及びLED10a1〜10amを備えたものを示しているが、図3に示したLED点灯装置のコイル7a、LED9a、及びLED10aに代えてコイル7a1〜7am、LED9a1〜9am、及びLED10a1〜10amを備えて構成してもよく、動作も同様なものになる。
Next, the operation will be described.
Description of operations similar to those of the LED device shown in FIG. 1 will be omitted, and operations that characterize the LED device according to Embodiment 3 will be described.
The current flowing through the LEDs 9a1, 10a1 to LED9am, 10am generally flows into the
Further, when the LED circuits b to n not shown are configured in the same manner as the LED circuit a in FIG. 4, these LED circuits b to n operate in the same manner.
FIG. 4 shows the LED lighting device shown in FIG. 1 having coils 7a1 to 7am, LEDs 9a1 to 9am, and LEDs 10a1 to 10am instead of the
以上のように実施の形態3によれば、例えばFET3aにコイル7a1〜7amを並列接続し、各コイル7a1〜7amにそれぞれLED9a1,10a1〜LED9am,10amを接続して構成したので、少数のLED回路によって多数のLEDを点灯させることができるという効果がある。
なお、実施の形態1〜3では、隣接するLED回路に流れる電流の状態よって自らの比較用基準値を変化させて、自らのLED回路におけるスイッチング素子の動作タイミングをずらすように構成しているが、例えば別途タイミング信号発生回路を設け、このタイミング信号発生回路で発生させた信号によって電源に対して並列に接続された複数のLED回路のスイッチング素子の動作タイミングを所定時間ずらせて順次にON/OFFさせるように構成することもできる。
As described above, according to the third embodiment, for example, the coils 7a1 to 7am are connected in parallel to the
In the first to third embodiments, the comparison reference value is changed according to the state of the current flowing in the adjacent LED circuit, and the operation timing of the switching element in the LED circuit is shifted. For example, a separate timing signal generation circuit is provided, and the operation timing of the switching elements of the plurality of LED circuits connected in parallel to the power supply is shifted by a predetermined time by the signal generated by the timing signal generation circuit, and sequentially turned ON / OFF It is also possible to configure it.
実施の形態4.
図5は、光源を構成する多数のLEDの点灯制御に、実施形態1〜3によるこの発明のLED点灯装置を適用した天井照明、スタンド等の照明器具を示す説明図である。図1,3,4に示したものと同一あるいは相当する部分に同じ符号を使用し、その説明を省略する。照明装置40は、例えばLED9a,10a〜LED9n,10n等の複数のLEDを光源として備えた照明灯本体41と、実施の形態1ないし実施の形態3のいずれかで説明したLED点灯装置と同様な回路を有する制御部42とを備える。
この制御部42は、実施の形態1ないし実施の形態3のいずれかで説明したLED点灯装置と同様に動作し、多数のLED9a,10a〜LED9n,10n等を点灯制御する。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing lighting fixtures such as ceiling lighting and a stand in which the LED lighting device according to the first to third embodiments is applied to lighting control of a large number of LEDs constituting the light source. The same reference numerals are used for parts that are the same as or correspond to those shown in FIGS. The illuminating
The
図6は、バックライトとしてLEDを使用した液晶表示装置を示した説明図である。図1、図3〜図5に示したものと同一あるいは相当する部分に同じ符号を使用し、その説明を省略する。液晶表示装置50は、液晶パネル51と、液晶パネル51の後方にバックライト52とを備える。バックライト52は、例えばLED9a,10a〜LED9n,10n等の複数のLEDと、制御部42とから成り、LED9a,10a〜LED9n,10nは、液晶パネル51を万遍なく照らすように配置される。制御部42は、実施の形態1ないし実施の形態3のいずれかで説明したものと同様に動作し、LED9a,10a〜LED9n,10nを点灯制御する。
FIG. 6 is an explanatory view showing a liquid crystal display device using LEDs as a backlight. The same reference numerals are used for portions that are the same as or correspond to those shown in FIGS. 1 and 3 to 5, and descriptions thereof are omitted. The liquid
図7は、光源として多数のLEDを使用した車両のヘッドランプを示した説明図で、例えばヘッドランプユニット60を側方視したときの各構成部材の配置を示したものである。図1、図3〜図6に示したものと同一あるいは相当する部分に同じ符号を使用し、その説明を省略する。ヘッドランプユニット60は、例えば反射鏡61、遮光壁62、レンズ63、及び光源としてのLED9a,10a〜LED9n,10nをその内部に備える。ヘッドランプユニット60の深奥部には制御部42が備えられ、この制御部42に接続されたLED9a,10a〜LED9n,10n等の複数のLEDは、ヘッドランプとして要求される照射範囲に光が照射されるように向き等を調整して反射鏡61の内部に配置される。
FIG. 7 is an explanatory view showing a headlamp of a vehicle using a number of LEDs as a light source. For example, the arrangement of each component when the
制御部42に備えられたLED点灯装置は、実施の形態1ないし実施の形態3のいずれかで説明したものと同様に反射鏡61の内部に配置された光源としての多数のLED9a,10a〜LED9n,10n等を点灯制御する。
また、上記と同様に多数のLED9a,10a〜LED9n,10n等を光源として交通信号灯に用いてもよい。
The LED lighting device provided in the
Moreover, you may use many LED9a, 10a-LED9n, 10n etc. for a traffic signal light as a light source similarly to the above.
以上のように実施の形態4によれば、光源として多数のLED9a,10a〜LED9n,10n等を使用し、この多数のLEDを制御部42に設けたこの発明のLED点灯装置で点灯制御することにより、スイッチング動作による電流リップルを低減し、電源ノイズを小さくして複数のLEDを安定して点灯させることができるという効果がある。
また、一つのLEDが断線した場合でも、全てのLEDが同時に消灯することがなく、突発的に消灯が発生することによる危険を回避することができるという効果がある。
As described above, according to the fourth embodiment, a large number of
In addition, even when one LED is disconnected, all the LEDs are not turned off at the same time, and there is an effect that it is possible to avoid a danger caused by sudden turn-off.
1 電源、2a〜2n ダイオード、3a〜3n FET、4a〜4n 抵抗、5a〜5n コンデンサ、6a〜6n フライホイールダイオード、7a〜7n コイル、9a〜9n,10a〜10n LED、11a〜11n シャント抵抗、12a〜12n 抵抗、13a〜13n 抵抗、14a〜14n 抵抗、15a〜15n コンパレータ、16a〜16n 抵抗、17a〜17n 抵抗、18a〜18n 抵抗、19a〜19n 抵抗、20a〜20n トランジスタ、30a〜32a 抵抗、33a ツェナーダイオード、34a コンパレータ、35a 抵抗、36a トランジスタ、40 照明装置、41 照明灯本体、42 制御部、50 液晶表示装置、51 液晶パネル、52 バックライト、60 ヘッドランプユニット、61 反射鏡、62 遮光壁、63 レンズ。 1 power supply, 2a-2n diode, 3a-3n FET, 4a-4n resistor, 5a-5n capacitor, 6a-6n flywheel diode, 7a-7n coil, 9a-9n, 10a-10n LED, 11a-11n shunt resistor, 12a-12n resistor, 13a-13n resistor, 14a-14n resistor, 15a-15n comparator, 16a-16n resistor, 17a-17n resistor, 18a-18n resistor, 19a-19n resistor, 20a-20n transistor, 30a-32a resistor, 33a Zener diode, 34a Comparator, 35a Resistor, 36a Transistor, 40 Illumination device, 41 Illumination lamp body, 42 Control unit, 50 Liquid crystal display device, 51 Liquid crystal panel, 52 Backlight, 60 Headlamp unit, 61 Reflection , 62 light shielding wall, 63 lenses.
Claims (6)
コイルおよびスイッチング素子を直列接続したLED点灯回路とを複数備え、
前記複数のLED回路およびLED点灯回路を電源に対し並列に接続した構成のLED点灯装置において、
前記各々のLED点灯回路のスイッチング素子のON/OFF切り替えタイミングが重ならないように、前記スイッチング素子のON/OFF動作を切替える比較回路の出力電流に対応する電圧値と比較する基準値を隣接するLED点灯回路の動作状態に対応して変化させて、ON/OFF切り替えタイミングをずらすタイミング調整回路をそれぞれの前記LED点灯回路に対応して備えたLED点灯装置。 An LED circuit in which one or more LEDs are connected in series;
A plurality of LED lighting circuits in which a coil and a switching element are connected in series;
In the LED lighting device configured to connect the plurality of LED circuits and the LED lighting circuit in parallel to the power source,
Adjacent LEDs that have a reference value to be compared with the voltage value corresponding to the output current of the comparison circuit that switches the ON / OFF operation of the switching element so that the ON / OFF switching timing of the switching element of each LED lighting circuit does not overlap. LED lighting devices each provided with a timing adjustment circuit corresponding to each of the LED lighting circuits, which is changed corresponding to the operating state of the lighting circuit to shift the ON / OFF switching timing.
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