JP4527316B2 - 発光ダイオード点灯回路及び発光ダイオード点灯方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード点灯回路及び発光ダイオード点灯方法、なかでも、複数の発光ダイオードを点灯するための発光ダイオード点灯回路及び発光ダイオード点灯方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオード点灯回路として、一般に、図２及び図３に示す回路が知られている。
【０００３】
図２は、定電圧方式による発光ダイオード点灯回路である。定電圧方式では、発光ダイオードＤ１〜１０はそれぞれ電源ラインＶＤＤに並列に接続され、発光ダイオードＤ１〜１０には一定の電圧が印加される。また、各発光ダイオードＤ１〜１０には、電流制限用の抵抗器Ｒ１〜１０と、点灯及び消灯用のトランジスタＴｒ１〜１０が直列に接続される。またトランジスタＴｒ１〜１０のベースには、点灯信号ＬＥＤ１〜１０を入力するための入力抵抗器ｒ１１〜１０１及びｒ１２〜１０２が接続されている。
【０００４】
この点灯回路では、点灯信号ＬＥＤ１〜１０がトランジスタＴｒ１〜１０に入力されると、トランジスタＴｒ１〜１０が導通し、発光ダイオードＤ１〜１０に電流が流れ、発光ダイオードＤ１〜１０が点灯する。
【０００５】
図３は、定電流方式による発光ダイオード点灯回路である。定電流方式では、発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０が直列に接続され、各発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０には一定の電流が流される。また各発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０には、点灯及び消灯用のトランジスタＴｒ１〜１０が並列に接続される。また、ダイオードＤ１〜Ｄ１０には、電源ラインＶＤＤと、定電流源回路としてのＴｒ１１及びＴｒ１２、抵抗器Ｒ１１及びＲ１２とが接続されている。
【０００６】
この点灯回路では、消灯信号＜ＬＥＤ１〜１０＞がトランジスタＴｒ１〜１０に入力されると、トランジスタＴｒ１〜１０が導通し、発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０が消灯する。また、発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０の点灯数が変化しても、トランジスタＴｒ１１及びＴｒ１２によって電流が一定に保たれる。即ち、発光ダイオードＤ１〜１０の点灯数が減少し、流れる電流が増加した場合は、トランジスタＴｒ１２のベースの電位が高くなり、トランジスタＴｒ１２のベース電流が増加する。これにより、トランジスタＴｒ１２のコレクタ電流が増加し、トランジスタＴｒ１１のベース電流が減少する。トランジスタＴｒ１１のベース電流が減少すると、コレクタ電流が制限され、発光ダイオードＤ１〜１０の電流が一定に保たれる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記定電圧方式の点灯回路では、点灯時に発光ダイオードＤ１〜１０に直列に接続される抵抗器Ｒ１〜１０に電流が流れ、抵抗器Ｒ１〜１０で常に電力損失が発生する。従って、点灯数が多い程、抵抗器Ｒ１〜１０での電力損失が大きくなり、効率が悪くなる。また、温度変化により、各発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０を流れる電流値が変わり、輝度が変化してしまうことがある。
【０００８】
前記定電流方式の点灯回路では、発光ダイオードＤ１〜１０、トランジスタＴｒ１１及び抵抗器Ｒ１１にかかる電圧が一定であり、回路全体の消費電力は点灯数に依らない。そのため、発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０の点灯数が少ない程トランジスタＴｒ１１での電力損失が大きくなり、電力損失が大きくなる。また、発光ダイオードＤ１から１０の順方向電圧の和以上に電源電圧ＶＤＤを高くする必要がある。
【０００９】
本発明の目的は、効率が良く、輝度が安定した発光ダイオード点灯回路を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発明１に係る発光ダイオード点灯回路は、複数の発光ダイオードを点灯するための発光ダイオード点灯回路であって、直列に接続された前記複数の発光ダイオードと、前記直列に接続された複数の発光ダイオードと直列に接続された電流検出用の抵抗器と、前記複数の発光ダイオードと前記電流検出用の抵抗器とからなる直列回路に接続され、直流の出力電圧から変換された定電流を前記直列回路へ出力する定電流電源回路と、前記発光ダイオードの各々に並列に接続され、オン又はオフすることにより前記定電流電源回路と発光ダイオードとの接続を導通又は遮断し、前記発光ダイオードのそれぞれを独立に点灯又は消灯するように切り替える第１トランジスタと、前記第１トランジスタの切替を制御する切替制御手段と、を含み、前記電流検出用の抵抗器は、前記発光ダイオードの点灯数に応じて電流が変化するように接続されており、前記定電流電源回路は、前記電流検出用の抵抗器に流れる電流が一定値となるよう前記出力電圧を前記発光ダイオードの点灯数に応じて制御する電源電圧制御手段を備え、前記各第１トランジスタのベース電流は定電流変化するように構成されている。
【００１１】
発明１に係る発光ダイオード点灯回路では、第１トランジスタにより発光ダイオードの点灯数が変更されると、定電流電源回路は点灯数に必要な電圧を発光ダイオードに供給する。これにより、電源電圧を低減し、電力損失を低減することができる。
さらに、この発光ダイオード点灯回路では、点灯数が変化しても発光ダイオードを流れる電流が一定になるように電源電圧を制御することにより、発光ダイオードの点灯数に応じた電源電圧を出力するようにする。この場合、発光ダイオードの点灯数に応じて必要な電源電圧を演算する必要がなく、回路構成が簡単である。
【００１５】
発明２に係る発光ダイオード点灯回路は、発明１に係る発光ダイオード点灯回路において、定電流電源回路はＤＣ／ＤＣコンバータを有している。ＤＣ／ＤＣコンバータは、スイッチング回路に印加するパルスの幅を可変させることにより出力電圧を変化させるＰＷＭ方式や、スイッチング回路に印加するパルスの周波数を可変させることにより出力電圧を変化させるＰＦＭ方式等を採用することができる。この場合、スイッチング回路に印加するパルスの幅又は周波数を変化させることにより、出力電圧を広い範囲で可変することができ、電源回路での電力損失も少ない。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータは、昇降圧型、昇圧型、昇降圧型のいずれでもよい。
【００１６】
発明３に係る発光ダイオード点灯回路は、発明１又は２に係る発光ダイオード点灯回路において、各第１トランジスタは、エミッタが各発光ダイオードのアノードおよび各第１抵抗器の一端に接続され、コレクタがそれぞれ第２抵抗器を介して各発光ダイオードのカソードに接続されるとともに、ベースが各第２トランジスタのコレクタおよび各第１抵抗器の他端に接続されており、各第２トランジスタは、エミッタが接地され、ベースが切替制御手段に接続されている。
【００１７】
この発光ダイオード点灯回路では、例えば、発光ダイオードを消灯する場合には、第１トランジスタが導通する。第１トランジスタが導通すると、並列に接続される発光ダイオードには流れなくなり、発光ダイオードが消灯される。このとき、第２トランジスタのコレクタ電流は一定となり、第１トランジスタのエミッタとベースの間に接続された抵抗器に一定電流が流れる。このため、抵抗器に並列に接続されている第１トランジスタのエミッタとベース間の電圧も一定となり、第１トランジスタのベース電流は一定となる。
【００１８】
発明４に係る発光ダイオード点灯回路は、発明３に係る発光ダイオード点灯回路において、電源電圧制御手段は、数式Ｖｆ×ｎ＋Ｒ×Ｉｒｅｆ×（Ｎ−ｎ）＋Ｒ３１×Ｉｒｅｆで求められる電圧となるよう前記出力電圧を制御する。ここで、Ｖｆは１個の発光ダイオードの順方向電圧、Ｎは複数の発光ダイオードの個数、ｎは発光ダイオードの点灯数、Ｒは、第２抵抗器の抵抗値、Ｒ３１は抵抗器の抵抗値、Ｉｒｅｆは複数の発光ダイオードの直列回路を順方向に流れる設定された一定電流である。
【００１９】
発明５に係る発光ダイオード点灯方法は、複数の発光ダイオードを点灯する方法であって、直列に接続された前記複数の発光ダイオードと直列に接続された抵抗器とからなる直列回路に、直流の出力電圧から変換された定電流を出力する段階と、前記発光ダイオードの各々に並列に接続されたトランジスタをオン又はオフすることにより前記定電流電源回路と発光ダイオードとの接続を導通又は遮断し、前記発光ダイオードのそれぞれを独立に点灯又は消灯する段階と、前記トランジスタの切替を制御する段階と、を含み、前記抵抗器は、前記発光ダイオードの点灯数に応じて電流が変化するように接続されているとともに、前記各トランジスタのベース電流は定電流変化するように構成され、前記定電流を出力する段階では、前記抵抗器に流れる電流が一定値となるよう前記出力電圧を前記発光ダイオードの点灯数に応じて制御する。
【００２０】
この点灯方法では、点灯する発光ダイオードを選択すると、点灯数に必要な電圧を発光ダイオードに供給する。これにより、電源電圧を低減し、電力損失を低減することができる。
【００２２】
この点灯方法では、点灯数が変化しても発光ダイオードを流れる電流が一定になるように電圧を調節することにより、発光ダイオードの点灯数に必要な電圧に調節する。この場合、発光ダイオードの点灯数に応じて必要な電源電圧を演算する必要がなく、簡単な方法で電圧を調節できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る発光ダイオード点灯回路について、実施形態例を挙げて具体的に説明する。
【００２４】
図１は、本発明の第１実施形態例が採用される発光ダイオード点灯回路である。この点灯回路１は、電源回路としてのＤＣ／ＤＣコンバータ２と、互いに直列に接続された発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０と、切替手段としてのトランジスタＱ１１〜Ｑ２０及びＲ１〜Ｒ１０と、トランジスタＱ１〜Ｑ１０のそれぞれに消灯信号＜ＬＥＤ１〜１０＞を供給する切替制御手段（図示せず）とを備えている。また点灯回路１は、発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０に直列に接続される電流検出手段としての抵抗器Ｒ３１と、抵抗器Ｒ３１により検出される電流に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧を調節する電源電圧制御手段としての比較器３とを備えている。
【００２５】
〔電源回路〕
次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２について説明する。このＤＣ／ＤＣコンバータ２は、ドライバ回路４からトランジスタＱ２１に供給する駆動パルスの幅を調節することにより、コンデンサＣ１に蓄積される電荷量を調節し、出力電圧Ｖｏｕｔを調節する。
【００２６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２の入力側は、コンデンサＣ２に接続されている。コンデンサＣ２は、電圧を供給するためのアルミ電解コンデンサであり、電圧ＶＤＤをＤＣ／ＤＣコンバータ２に供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力側は、発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０及び抵抗Ｒ３１に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、コンデンサＣ２から供給される電圧ＶＤＤを所定の直流電圧に昇圧し、発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０及び抵抗Ｒ３１に出力する。
【００２７】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、スイッチング素子としてのトランジスタＱ２１と、昇圧用のインダクタＬ１と、整流及び平滑のためのダイオードＤ１１及びコンデンサＣ１とを備えている。トランジスタＱ２１は、コンデンサＣ２側からの電流をダイオードＤ１１側に導通又は遮断する。トランジスタＱ２１のコレクタは、インダクタＬ１を介してコンデンサＣ２の陽極に接続されており、エミッタは、コンデンサＣ２の陰極に接続されている。トランジスタＱ２１のベースにはドライバ回路４が接続されており、ドライバ回路４から駆動パルスの供給を受ける。
【００２８】
ドライバ回路４は、駆動パルスの幅を変更してトランジスタＱ２１の導通時間を調節するＰＷＭ（パルス幅変調）方式の駆動回路である。トランジスタＱ２１は、駆動回路５から駆動パルスを入力されると、コレクタ及びエミッタ間を導通又は遮断することにより、コンデンサＣ２側からの電流をダイオードＤ１１側に導通又は遮断する。
【００２９】
インダクタＬ１は、コンデンサＣ２の陽極とトランジスタＱ２１のコレクタとに接続されている。インダクタＬ１は、トランジスタＱ２１が導通している間にエネルギーを蓄積し、トランジスタＱ２１の遮断時に高い逆起電力をダイオードＤ１１側に供給する。ダイオードＤ１１及びコンデンサＣ１は、トランジスタＱ２１により導通又は遮断される電流を整流及び平滑し、コンデンサＣ１から直流電圧Ｖｏｕｔを出力する。ここで、コンデンサＣ１は、電圧を供給するためのアルミ電界コンデンサである。
【００３０】
〔発光ダイオード〕
ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力側には、発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０が接続されている。発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０は互いに直列に接続されており、発光ダイオードＤ１のアノードはコンデンサＣ１の陽極に接続されており、発光ダイオードＤ１０のカソードは抵抗器Ｒ３１を介してコンデンサＣ１の陰極に接続されている。
【００３１】
〔切替手段〕
トランジスタＱ１１〜Ｑ２０は、発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０のそれぞれに並列に接続されている。トランジスタＱ１１〜Ｑ２０のエミッタは、それぞれダイオードＤ１〜Ｄ１０のアノードに接続されている。トランジスタＱ１１〜Ｑ２０のコレクタは、それぞれ抵抗器Ｒ２１〜Ｒ３０を介してダイオードＤ１〜Ｄ１０のカソードに接続されている。またトランジスタＱ１１〜Ｑ２０のエミッタは、それぞれ抵抗器Ｒ１１〜Ｒ２０を介してベースに接続されている。
【００３２】
トランジスタＱ１〜Ｑ１０のコレクタは、トランジスタＱ１１〜Ｑ２０のベースに接続されている。トランジスタＱ１〜Ｑ１０のエミッタは、それぞれ抵抗器Ｒ１〜Ｒ１０を介して接地されている。またトランジスタＱ１〜Ｑ１０のベースは、図示しない切替制御手段に接続されており、切替制御手段から消灯信号＜ＬＥＤ１〜１０＞が入力される。切替制御手段は、マイクロコンピュータやＣＰＵ等により構成される。
【００３３】
トランジスタＱ１１〜Ｑ２０は、それぞれ発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０を点灯及び消灯する。例えば、トランジスタＱ１１が導通している場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２からの電流はトランジスタＱ１１を流れ、発光ダイオードＤ１には流れず、発光ダイオードＤ１は消灯される。一方、トランジスタＱ１１が遮断している場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２からの電流はトランジスタＱ１１を流れず、発光ダイオードＤ１に流れ、発光ダイオードＤ１は点灯する。トランジスタＱ１〜Ｑ１０は、発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０の点灯又は消灯時に、発光ダイオードＤ１〜１０又はトランジスタＱ１１〜Ｑ２０に流れる電流の変動を抑えるための素子である。
【００３４】
例えば、点灯されている発光ダイオードＤ１を消灯する場合を考える。消灯信号＜ＬＥＤ１＞が入力されると、トランジスタＱ１が導通し、トランジスタＱ１１のコレクタからベース、トランジスタＱ１のコレクタからエミッタへの電流の経路が形成され、トランジスタＱ１１のベース電流が流れ、トランジスタＱ１１が導通する。トランジスタＱ１１が導通すると、並列に接続されている発光ダイオードＤ１には電流が流れなくなり、発光ダイオードＤ１が消灯される。このとき、トランジスタＱ１のコレクタ電流は一定となり、抵抗器Ｒ１１がトランジスタＱ１１のベース電流を一定に保つ。即ち、トランジスタＱ１１のベース電流が増加すると、抵抗器Ｒ１１に流れる電流が減少して抵抗器Ｒ１１の両端の電位差も減少する。これにより、抵抗器Ｒ１１に並列に接続されているトランジスタＱ１１のエミッタ及びベース間の電位差も減少し、トランジスタＱ１１のベース電流は減少し、一定に保たれる。この場合、点灯される発光ダイオードＤ１〜１０の数が変わり、ＤＣ／ＤＣコンバータ２からの出力電圧Ｖｏｕｔが変動し、発光ダイオードＤ１のアノード電圧が広い範囲で変化した場合にも、トランジスタＱ１１のベース電流は一定であるので、直列に接続された他の発光ダイオードＤ２〜Ｄ１０に流れる電流の変化を小さくできる。これにより、他の発光ダイオードＤ２〜Ｄ１０の輝度が変化するのを防止できる。
【００３５】
他の発光ダイオードＤ２〜Ｄ１０を消灯する場合も同様である。
〔電流検出手段、電源電圧制御手段〕
抵抗器Ｒ３１は、発光ダイオードＤ１０とコンデンサＣ１の陰極の間に接続されており、発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０に流れる電流Ｉｏｕｔを検出する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２から出力電圧Ｖｏｕｔが出力されると、発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０に電流Ｉｏｕｔが流れる。抵抗器Ｒ３１は、電流Ｉｏｕｔにより両端に発生する電位差Ｒ３１×Ｉｏｕｔを比較器３に出力する。
【００３６】
比較器３は、抵抗器Ｒ３１に発生する電位差Ｒ３１×Ｉｏｕｔが設定電圧Ｖｒｅｆ＝Ｒ３１×Ｉｒｅｆになるように、即ち、電流Ｉｏｕｔが設定電流Ｉｒｅｆになるように、駆動回路５が出力する駆動パルスの幅を調節する。ここで、発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０に流す順方向電流を設定電流Ｉｒｅｆとし、設定電圧Ｖｒｅｆ＝Ｉｒｅｆ×Ｒ３１と設定する。
【００３７】
〔電源電圧制御〕
ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧Ｖｏｕｔは、比較器３により、発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０を流れる電流が設定値Ｉｒｅｆになるように制御される。
【００３８】
ここで、抵抗器Ｒ２１〜Ｒ３１の抵抗値は全て等しくＲとし、ｎ個の発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０を点灯する場合にＶｏｕｔの大きさを検討する。
点灯しているｎ個の発光ダイオードで必要な電圧は、発光ダイオードの順方向電圧降下Ｖｆ×ｎである。また、消灯している１０−ｎ個の発光ダイオードで必要な電圧は、抵抗器Ｒ２１〜Ｒ３０での電圧降下であり、抵抗器Ｒ２１〜Ｒ３０には設定電流Ｉｒｅｆが流れるように制御するので、Ｒ×Ｉｒｅｆ×（１０−ｎ）である。また、電流検出用の抵抗器Ｒ３１での電圧降下Ｒ３１×Ｉｒｅｆを考慮すると、出力電圧Ｖｏｕｔは下式（１）のようになる。
Ｖｏｕｔ＝Ｖｆ×ｎ＋Ｒ×Ｉｒｅｆ×（１０−ｎ）＋Ｒ３１×Ｉｒｅｆ（１）
ここで、出力電圧Ｖｏｕｔは、発光ダイオードが全て点灯した場合に下式（２）のようになり最大となる。一方、出力電圧Ｖｏｕｔは、発光ダイオードが全て消灯した場合に下式（３）のようになり最小となる。
Ｖｏｕｔ，ｍａｘ＝Ｖｆ×１０＋Ｒ３１×Ｉｒｅｆ（２）
Ｖｏｕｔ，ｍｉｎ＝Ｒ×Ｉｒｅｆ×１０＋Ｒ３１×Ｉｒｅｆ（３）
ＤＣ／ＤＣコンバータ２は昇圧型であるため、出力電圧Ｖｏｕｔが最小となる発光ダイオードが全て消灯する場合でも、出力電圧ＶｏｕｔがコンデンサＣ２の電圧ＶＤＤより大きくなるようにする必要がある。具体的には、（３）式で与えられる最小電圧Ｖｏｕｔ，ｍｉｎ＝Ｒ×Ｉｒｅｆ×１０＋Ｒ３１×ＩｒｅｆがＶＤＤより大きくなるように抵抗値Ｒを選択する。
【００３９】
この点灯回路１では、ｎ個の発光ダイオードを点灯させると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２は（１）式で与えられる電圧を出力し、発光ダイオードに流れる電流がＩｒｅｆになるように制御する。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、発光ダイオードの点灯数に応じた電圧を供給すればよく、常時高い電圧を出力する必要がない。このため、発光ダイオード以外で消費される電力を大幅に低減することができる。また、上述したように、トランジスタＱ１１〜２０及びＱ１〜Ｑ１０を用いて、点灯数の変化による発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０の電流の変化を抑え、輝度が変化するのを防止できる。この場合、高価なＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を用いて電流の変動を抑える場合に比べて、コストダウンを図れる。
【００４０】
〔実験例〕
ここでは、全ての発光ダイオードＤ１から１０を点灯した場合の消費電力及び効率を測定する実験を行った。上記実施形態例（図１）において、定数を以下のように設定する。
抵抗器Ｒ１〜Ｒ１０ ２７ｋΩ
抵抗器Ｒ１１〜Ｒ２０ ２．２ＭΩ
抵抗器Ｒ２１〜Ｒ３０ １０Ω
抵抗器Ｒ３１ １００Ω
また、図２及び図３に示した回路において、それぞれ図中のように各定数を設定する。
【００４１】
本実験では、ＬＥＤの平均的な順方向電圧降下を２．１（Ｖ）とし、また最悪値を２．８（Ｖ）とした。従って、図２の定電圧方式の場合、発光ダイオードＤ１〜１０での電圧降下を２．８（Ｖ）、抵抗器Ｒ１〜１０での電圧降下を１．２Ｖとし、これらの和をとって電源電圧をＶＤＤ＝４．０（Ｖ）とした。また、図３の定電流方式の場合、発光ダイオードＤ１〜１０での電圧降下を２．８（Ｖ）×１０、トランジスタＴｒ１１での電圧降下を１（Ｖ）、抵抗器Ｒ１０での電圧降下を０．６（Ｖ）とし、これらの和をとってＶＤＤを２９．６（Ｖ）とした。また、図１に示すＤＣ／ＤＣコンバータ２での電力変換効率を８５％とした。
【００４２】
上記のように設定した各回路での実験結果を図４に示す。同図に示すように、本実施形態例による点灯回路１が最も消費電力が小さく、定電流方式の場合よりも４０ｍＷ低減されている。また、効率も本実施形態例による点灯回路１が最も良く、定電流方式の場合よりも約１０％向上している。
【００４３】
〔他の実施形態〕
上記実施形態では、昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ２を用いたが、昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いることもできる。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をＶＤＤよりも大きくする必要がないので、電圧確保のための抵抗器Ｒ２１〜Ｒ３０を省略することができる。従って、抵抗器Ｒ２１〜Ｒ３０で消費される電力を削減し、さらに低電圧化及び省エネルギー化を図ることができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、発光ダイオード点灯回路において、効率が良くなり、輝度も安定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係る発光ダイオード点灯回路。
【図２】従来の定電圧方式の発光ダイオード点灯回路。
【図３】従来の定電流方式の発光ダイオード点灯回路。
【図４】点灯実験例。
【符号の説明】
１ 発光ダイオード点灯回路
２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
３ 比較器
４ ドライバ
Ｄ１〜Ｄ１０ 発光ダイオード
Ｑ１１〜Ｑ２０ トランジスタ
Ｑ１〜Ｑ１０ トランジスタ
Ｒ３１ 電流検出用の抵抗器
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード点灯回路及び発光ダイオード点灯方法、なかでも、複数の発光ダイオードを点灯するための発光ダイオード点灯回路及び発光ダイオード点灯方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオード点灯回路として、一般に、図２及び図３に示す回路が知られている。
【０００３】
図２は、定電圧方式による発光ダイオード点灯回路である。定電圧方式では、発光ダイオードＤ１〜１０はそれぞれ電源ラインＶＤＤに並列に接続され、発光ダイオードＤ１〜１０には一定の電圧が印加される。また、各発光ダイオードＤ１〜１０には、電流制限用の抵抗器Ｒ１〜１０と、点灯及び消灯用のトランジスタＴｒ１〜１０が直列に接続される。またトランジスタＴｒ１〜１０のベースには、点灯信号ＬＥＤ１〜１０を入力するための入力抵抗器ｒ１１〜１０１及びｒ１２〜１０２が接続されている。
【０００４】
この点灯回路では、点灯信号ＬＥＤ１〜１０がトランジスタＴｒ１〜１０に入力されると、トランジスタＴｒ１〜１０が導通し、発光ダイオードＤ１〜１０に電流が流れ、発光ダイオードＤ１〜１０が点灯する。
【０００５】
図３は、定電流方式による発光ダイオード点灯回路である。定電流方式では、発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０が直列に接続され、各発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０には一定の電流が流される。また各発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０には、点灯及び消灯用のトランジスタＴｒ１〜１０が並列に接続される。また、ダイオードＤ１〜Ｄ１０には、電源ラインＶＤＤと、定電流源回路としてのＴｒ１１及びＴｒ１２、抵抗器Ｒ１１及びＲ１２とが接続されている。
【０００６】
この点灯回路では、消灯信号＜ＬＥＤ１〜１０＞がトランジスタＴｒ１〜１０に入力されると、トランジスタＴｒ１〜１０が導通し、発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０が消灯する。また、発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０の点灯数が変化しても、トランジスタＴｒ１１及びＴｒ１２によって電流が一定に保たれる。即ち、発光ダイオードＤ１〜１０の点灯数が減少し、流れる電流が増加した場合は、トランジスタＴｒ１２のベースの電位が高くなり、トランジスタＴｒ１２のベース電流が増加する。これにより、トランジスタＴｒ１２のコレクタ電流が増加し、トランジスタＴｒ１１のベース電流が減少する。トランジスタＴｒ１１のベース電流が減少すると、コレクタ電流が制限され、発光ダイオードＤ１〜１０の電流が一定に保たれる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記定電圧方式の点灯回路では、点灯時に発光ダイオードＤ１〜１０に直列に接続される抵抗器Ｒ１〜１０に電流が流れ、抵抗器Ｒ１〜１０で常に電力損失が発生する。従って、点灯数が多い程、抵抗器Ｒ１〜１０での電力損失が大きくなり、効率が悪くなる。また、温度変化により、各発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０を流れる電流値が変わり、輝度が変化してしまうことがある。
【０００８】
前記定電流方式の点灯回路では、発光ダイオードＤ１〜１０、トランジスタＴｒ１１及び抵抗器Ｒ１１にかかる電圧が一定であり、回路全体の消費電力は点灯数に依らない。そのため、発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０の点灯数が少ない程トランジスタＴｒ１１での電力損失が大きくなり、電力損失が大きくなる。また、発光ダイオードＤ１から１０の順方向電圧の和以上に電源電圧ＶＤＤを高くする必要がある。
【０００９】
本発明の目的は、効率が良く、輝度が安定した発光ダイオード点灯回路を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発明１に係る発光ダイオード点灯回路は、複数の発光ダイオードを点灯するための発光ダイオード点灯回路であって、直列に接続された前記複数の発光ダイオードと、前記直列に接続された複数の発光ダイオードと直列に接続された電流検出用の抵抗器と、前記複数の発光ダイオードと前記電流検出用の抵抗器とからなる直列回路に接続され、直流の出力電圧から変換された定電流を前記直列回路へ出力する定電流電源回路と、前記発光ダイオードの各々に並列に接続され、オン又はオフすることにより前記定電流電源回路と発光ダイオードとの接続を導通又は遮断し、前記発光ダイオードのそれぞれを独立に点灯又は消灯するように切り替える第１トランジスタと、前記第１トランジスタの切替を制御する切替制御手段と、を含み、前記電流検出用の抵抗器は、前記発光ダイオードの点灯数に応じて電流が変化するように接続されており、前記定電流電源回路は、前記電流検出用の抵抗器に流れる電流が一定値となるよう前記出力電圧を前記発光ダイオードの点灯数に応じて制御する電源電圧制御手段を備え、前記各第１トランジスタのベース電流は定電流変化するように構成されている。
【００１１】
発明１に係る発光ダイオード点灯回路では、第１トランジスタにより発光ダイオードの点灯数が変更されると、定電流電源回路は点灯数に必要な電圧を発光ダイオードに供給する。これにより、電源電圧を低減し、電力損失を低減することができる。
さらに、この発光ダイオード点灯回路では、点灯数が変化しても発光ダイオードを流れる電流が一定になるように電源電圧を制御することにより、発光ダイオードの点灯数に応じた電源電圧を出力するようにする。この場合、発光ダイオードの点灯数に応じて必要な電源電圧を演算する必要がなく、回路構成が簡単である。
【００１５】
発明２に係る発光ダイオード点灯回路は、発明１に係る発光ダイオード点灯回路において、定電流電源回路はＤＣ／ＤＣコンバータを有している。ＤＣ／ＤＣコンバータは、スイッチング回路に印加するパルスの幅を可変させることにより出力電圧を変化させるＰＷＭ方式や、スイッチング回路に印加するパルスの周波数を可変させることにより出力電圧を変化させるＰＦＭ方式等を採用することができる。この場合、スイッチング回路に印加するパルスの幅又は周波数を変化させることにより、出力電圧を広い範囲で可変することができ、電源回路での電力損失も少ない。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータは、昇降圧型、昇圧型、昇降圧型のいずれでもよい。
【００１６】
発明３に係る発光ダイオード点灯回路は、発明１又は２に係る発光ダイオード点灯回路において、各第１トランジスタは、エミッタが各発光ダイオードのアノードおよび各第１抵抗器の一端に接続され、コレクタがそれぞれ第２抵抗器を介して各発光ダイオードのカソードに接続されるとともに、ベースが各第２トランジスタのコレクタおよび各第１抵抗器の他端に接続されており、各第２トランジスタは、エミッタが接地され、ベースが切替制御手段に接続されている。
【００１７】
この発光ダイオード点灯回路では、例えば、発光ダイオードを消灯する場合には、第１トランジスタが導通する。第１トランジスタが導通すると、並列に接続される発光ダイオードには流れなくなり、発光ダイオードが消灯される。このとき、第２トランジスタのコレクタ電流は一定となり、第１トランジスタのエミッタとベースの間に接続された抵抗器に一定電流が流れる。このため、抵抗器に並列に接続されている第１トランジスタのエミッタとベース間の電圧も一定となり、第１トランジスタのベース電流は一定となる。
【００１８】
発明４に係る発光ダイオード点灯回路は、発明３に係る発光ダイオード点灯回路において、電源電圧制御手段は、数式Ｖｆ×ｎ＋Ｒ×Ｉｒｅｆ×（Ｎ−ｎ）＋Ｒ３１×Ｉｒｅｆで求められる電圧となるよう前記出力電圧を制御する。ここで、Ｖｆは１個の発光ダイオードの順方向電圧、Ｎは複数の発光ダイオードの個数、ｎは発光ダイオードの点灯数、Ｒは、第２抵抗器の抵抗値、Ｒ３１は抵抗器の抵抗値、Ｉｒｅｆは複数の発光ダイオードの直列回路を順方向に流れる設定された一定電流である。
【００１９】
発明５に係る発光ダイオード点灯方法は、複数の発光ダイオードを点灯する方法であって、直列に接続された前記複数の発光ダイオードと直列に接続された抵抗器とからなる直列回路に、直流の出力電圧から変換された定電流を出力する段階と、前記発光ダイオードの各々に並列に接続されたトランジスタをオン又はオフすることにより前記定電流電源回路と発光ダイオードとの接続を導通又は遮断し、前記発光ダイオードのそれぞれを独立に点灯又は消灯する段階と、前記トランジスタの切替を制御する段階と、を含み、前記抵抗器は、前記発光ダイオードの点灯数に応じて電流が変化するように接続されているとともに、前記各トランジスタのベース電流は定電流変化するように構成され、前記定電流を出力する段階では、前記抵抗器に流れる電流が一定値となるよう前記出力電圧を前記発光ダイオードの点灯数に応じて制御する。
【００２０】
この点灯方法では、点灯する発光ダイオードを選択すると、点灯数に必要な電圧を発光ダイオードに供給する。これにより、電源電圧を低減し、電力損失を低減することができる。
【００２２】
この点灯方法では、点灯数が変化しても発光ダイオードを流れる電流が一定になるように電圧を調節することにより、発光ダイオードの点灯数に必要な電圧に調節する。この場合、発光ダイオードの点灯数に応じて必要な電源電圧を演算する必要がなく、簡単な方法で電圧を調節できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る発光ダイオード点灯回路について、実施形態例を挙げて具体的に説明する。
【００２４】
図１は、本発明の第１実施形態例が採用される発光ダイオード点灯回路である。この点灯回路１は、電源回路としてのＤＣ／ＤＣコンバータ２と、互いに直列に接続された発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０と、切替手段としてのトランジスタＱ１１〜Ｑ２０及びＲ１〜Ｒ１０と、トランジスタＱ１〜Ｑ１０のそれぞれに消灯信号＜ＬＥＤ１〜１０＞を供給する切替制御手段（図示せず）とを備えている。また点灯回路１は、発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０に直列に接続される電流検出手段としての抵抗器Ｒ３１と、抵抗器Ｒ３１により検出される電流に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧を調節する電源電圧制御手段としての比較器３とを備えている。
【００２５】
〔電源回路〕
次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２について説明する。このＤＣ／ＤＣコンバータ２は、ドライバ回路４からトランジスタＱ２１に供給する駆動パルスの幅を調節することにより、コンデンサＣ１に蓄積される電荷量を調節し、出力電圧Ｖｏｕｔを調節する。
【００２６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２の入力側は、コンデンサＣ２に接続されている。コンデンサＣ２は、電圧を供給するためのアルミ電解コンデンサであり、電圧ＶＤＤをＤＣ／ＤＣコンバータ２に供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力側は、発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０及び抵抗Ｒ３１に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、コンデンサＣ２から供給される電圧ＶＤＤを所定の直流電圧に昇圧し、発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０及び抵抗Ｒ３１に出力する。
【００２７】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、スイッチング素子としてのトランジスタＱ２１と、昇圧用のインダクタＬ１と、整流及び平滑のためのダイオードＤ１１及びコンデンサＣ１とを備えている。トランジスタＱ２１は、コンデンサＣ２側からの電流をダイオードＤ１１側に導通又は遮断する。トランジスタＱ２１のコレクタは、インダクタＬ１を介してコンデンサＣ２の陽極に接続されており、エミッタは、コンデンサＣ２の陰極に接続されている。トランジスタＱ２１のベースにはドライバ回路４が接続されており、ドライバ回路４から駆動パルスの供給を受ける。
【００２８】
ドライバ回路４は、駆動パルスの幅を変更してトランジスタＱ２１の導通時間を調節するＰＷＭ（パルス幅変調）方式の駆動回路である。トランジスタＱ２１は、駆動回路５から駆動パルスを入力されると、コレクタ及びエミッタ間を導通又は遮断することにより、コンデンサＣ２側からの電流をダイオードＤ１１側に導通又は遮断する。
【００２９】
インダクタＬ１は、コンデンサＣ２の陽極とトランジスタＱ２１のコレクタとに接続されている。インダクタＬ１は、トランジスタＱ２１が導通している間にエネルギーを蓄積し、トランジスタＱ２１の遮断時に高い逆起電力をダイオードＤ１１側に供給する。ダイオードＤ１１及びコンデンサＣ１は、トランジスタＱ２１により導通又は遮断される電流を整流及び平滑し、コンデンサＣ１から直流電圧Ｖｏｕｔを出力する。ここで、コンデンサＣ１は、電圧を供給するためのアルミ電界コンデンサである。
【００３０】
〔発光ダイオード〕
ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力側には、発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０が接続されている。発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０は互いに直列に接続されており、発光ダイオードＤ１のアノードはコンデンサＣ１の陽極に接続されており、発光ダイオードＤ１０のカソードは抵抗器Ｒ３１を介してコンデンサＣ１の陰極に接続されている。
【００３１】
〔切替手段〕
トランジスタＱ１１〜Ｑ２０は、発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０のそれぞれに並列に接続されている。トランジスタＱ１１〜Ｑ２０のエミッタは、それぞれダイオードＤ１〜Ｄ１０のアノードに接続されている。トランジスタＱ１１〜Ｑ２０のコレクタは、それぞれ抵抗器Ｒ２１〜Ｒ３０を介してダイオードＤ１〜Ｄ１０のカソードに接続されている。またトランジスタＱ１１〜Ｑ２０のエミッタは、それぞれ抵抗器Ｒ１１〜Ｒ２０を介してベースに接続されている。
【００３２】
トランジスタＱ１〜Ｑ１０のコレクタは、トランジスタＱ１１〜Ｑ２０のベースに接続されている。トランジスタＱ１〜Ｑ１０のエミッタは、それぞれ抵抗器Ｒ１〜Ｒ１０を介して接地されている。またトランジスタＱ１〜Ｑ１０のベースは、図示しない切替制御手段に接続されており、切替制御手段から消灯信号＜ＬＥＤ１〜１０＞が入力される。切替制御手段は、マイクロコンピュータやＣＰＵ等により構成される。
【００３３】
トランジスタＱ１１〜Ｑ２０は、それぞれ発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０を点灯及び消灯する。例えば、トランジスタＱ１１が導通している場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２からの電流はトランジスタＱ１１を流れ、発光ダイオードＤ１には流れず、発光ダイオードＤ１は消灯される。一方、トランジスタＱ１１が遮断している場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２からの電流はトランジスタＱ１１を流れず、発光ダイオードＤ１に流れ、発光ダイオードＤ１は点灯する。トランジスタＱ１〜Ｑ１０は、発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０の点灯又は消灯時に、発光ダイオードＤ１〜１０又はトランジスタＱ１１〜Ｑ２０に流れる電流の変動を抑えるための素子である。
【００３４】
例えば、点灯されている発光ダイオードＤ１を消灯する場合を考える。消灯信号＜ＬＥＤ１＞が入力されると、トランジスタＱ１が導通し、トランジスタＱ１１のコレクタからベース、トランジスタＱ１のコレクタからエミッタへの電流の経路が形成され、トランジスタＱ１１のベース電流が流れ、トランジスタＱ１１が導通する。トランジスタＱ１１が導通すると、並列に接続されている発光ダイオードＤ１には電流が流れなくなり、発光ダイオードＤ１が消灯される。このとき、トランジスタＱ１のコレクタ電流は一定となり、抵抗器Ｒ１１がトランジスタＱ１１のベース電流を一定に保つ。即ち、トランジスタＱ１１のベース電流が増加すると、抵抗器Ｒ１１に流れる電流が減少して抵抗器Ｒ１１の両端の電位差も減少する。これにより、抵抗器Ｒ１１に並列に接続されているトランジスタＱ１１のエミッタ及びベース間の電位差も減少し、トランジスタＱ１１のベース電流は減少し、一定に保たれる。この場合、点灯される発光ダイオードＤ１〜１０の数が変わり、ＤＣ／ＤＣコンバータ２からの出力電圧Ｖｏｕｔが変動し、発光ダイオードＤ１のアノード電圧が広い範囲で変化した場合にも、トランジスタＱ１１のベース電流は一定であるので、直列に接続された他の発光ダイオードＤ２〜Ｄ１０に流れる電流の変化を小さくできる。これにより、他の発光ダイオードＤ２〜Ｄ１０の輝度が変化するのを防止できる。
【００３５】
他の発光ダイオードＤ２〜Ｄ１０を消灯する場合も同様である。
〔電流検出手段、電源電圧制御手段〕
抵抗器Ｒ３１は、発光ダイオードＤ１０とコンデンサＣ１の陰極の間に接続されており、発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０に流れる電流Ｉｏｕｔを検出する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２から出力電圧Ｖｏｕｔが出力されると、発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０に電流Ｉｏｕｔが流れる。抵抗器Ｒ３１は、電流Ｉｏｕｔにより両端に発生する電位差Ｒ３１×Ｉｏｕｔを比較器３に出力する。
【００３６】
比較器３は、抵抗器Ｒ３１に発生する電位差Ｒ３１×Ｉｏｕｔが設定電圧Ｖｒｅｆ＝Ｒ３１×Ｉｒｅｆになるように、即ち、電流Ｉｏｕｔが設定電流Ｉｒｅｆになるように、駆動回路５が出力する駆動パルスの幅を調節する。ここで、発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０に流す順方向電流を設定電流Ｉｒｅｆとし、設定電圧Ｖｒｅｆ＝Ｉｒｅｆ×Ｒ３１と設定する。
【００３７】
〔電源電圧制御〕
ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧Ｖｏｕｔは、比較器３により、発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０を流れる電流が設定値Ｉｒｅｆになるように制御される。
【００３８】
ここで、抵抗器Ｒ２１〜Ｒ３１の抵抗値は全て等しくＲとし、ｎ個の発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０を点灯する場合にＶｏｕｔの大きさを検討する。
点灯しているｎ個の発光ダイオードで必要な電圧は、発光ダイオードの順方向電圧降下Ｖｆ×ｎである。また、消灯している１０−ｎ個の発光ダイオードで必要な電圧は、抵抗器Ｒ２１〜Ｒ３０での電圧降下であり、抵抗器Ｒ２１〜Ｒ３０には設定電流Ｉｒｅｆが流れるように制御するので、Ｒ×Ｉｒｅｆ×（１０−ｎ）である。また、電流検出用の抵抗器Ｒ３１での電圧降下Ｒ３１×Ｉｒｅｆを考慮すると、出力電圧Ｖｏｕｔは下式（１）のようになる。
Ｖｏｕｔ＝Ｖｆ×ｎ＋Ｒ×Ｉｒｅｆ×（１０−ｎ）＋Ｒ３１×Ｉｒｅｆ（１）
ここで、出力電圧Ｖｏｕｔは、発光ダイオードが全て点灯した場合に下式（２）のようになり最大となる。一方、出力電圧Ｖｏｕｔは、発光ダイオードが全て消灯した場合に下式（３）のようになり最小となる。
Ｖｏｕｔ，ｍａｘ＝Ｖｆ×１０＋Ｒ３１×Ｉｒｅｆ（２）
Ｖｏｕｔ，ｍｉｎ＝Ｒ×Ｉｒｅｆ×１０＋Ｒ３１×Ｉｒｅｆ（３）
ＤＣ／ＤＣコンバータ２は昇圧型であるため、出力電圧Ｖｏｕｔが最小となる発光ダイオードが全て消灯する場合でも、出力電圧ＶｏｕｔがコンデンサＣ２の電圧ＶＤＤより大きくなるようにする必要がある。具体的には、（３）式で与えられる最小電圧Ｖｏｕｔ，ｍｉｎ＝Ｒ×Ｉｒｅｆ×１０＋Ｒ３１×ＩｒｅｆがＶＤＤより大きくなるように抵抗値Ｒを選択する。
【００３９】
この点灯回路１では、ｎ個の発光ダイオードを点灯させると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２は（１）式で与えられる電圧を出力し、発光ダイオードに流れる電流がＩｒｅｆになるように制御する。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、発光ダイオードの点灯数に応じた電圧を供給すればよく、常時高い電圧を出力する必要がない。このため、発光ダイオード以外で消費される電力を大幅に低減することができる。また、上述したように、トランジスタＱ１１〜２０及びＱ１〜Ｑ１０を用いて、点灯数の変化による発光ダイオードＤ１〜Ｄ１０の電流の変化を抑え、輝度が変化するのを防止できる。この場合、高価なＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を用いて電流の変動を抑える場合に比べて、コストダウンを図れる。
【００４０】
〔実験例〕
ここでは、全ての発光ダイオードＤ１から１０を点灯した場合の消費電力及び効率を測定する実験を行った。上記実施形態例（図１）において、定数を以下のように設定する。
抵抗器Ｒ１〜Ｒ１０ ２７ｋΩ
抵抗器Ｒ１１〜Ｒ２０ ２．２ＭΩ
抵抗器Ｒ２１〜Ｒ３０ １０Ω
抵抗器Ｒ３１ １００Ω
また、図２及び図３に示した回路において、それぞれ図中のように各定数を設定する。
【００４１】
本実験では、ＬＥＤの平均的な順方向電圧降下を２．１（Ｖ）とし、また最悪値を２．８（Ｖ）とした。従って、図２の定電圧方式の場合、発光ダイオードＤ１〜１０での電圧降下を２．８（Ｖ）、抵抗器Ｒ１〜１０での電圧降下を１．２Ｖとし、これらの和をとって電源電圧をＶＤＤ＝４．０（Ｖ）とした。また、図３の定電流方式の場合、発光ダイオードＤ１〜１０での電圧降下を２．８（Ｖ）×１０、トランジスタＴｒ１１での電圧降下を１（Ｖ）、抵抗器Ｒ１０での電圧降下を０．６（Ｖ）とし、これらの和をとってＶＤＤを２９．６（Ｖ）とした。また、図１に示すＤＣ／ＤＣコンバータ２での電力変換効率を８５％とした。
【００４２】
上記のように設定した各回路での実験結果を図４に示す。同図に示すように、本実施形態例による点灯回路１が最も消費電力が小さく、定電流方式の場合よりも４０ｍＷ低減されている。また、効率も本実施形態例による点灯回路１が最も良く、定電流方式の場合よりも約１０％向上している。
【００４３】
〔他の実施形態〕
上記実施形態では、昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ２を用いたが、昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いることもできる。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をＶＤＤよりも大きくする必要がないので、電圧確保のための抵抗器Ｒ２１〜Ｒ３０を省略することができる。従って、抵抗器Ｒ２１〜Ｒ３０で消費される電力を削減し、さらに低電圧化及び省エネルギー化を図ることができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、発光ダイオード点灯回路において、効率が良くなり、輝度も安定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係る発光ダイオード点灯回路。
【図２】従来の定電圧方式の発光ダイオード点灯回路。
【図３】従来の定電流方式の発光ダイオード点灯回路。
【図４】点灯実験例。
【符号の説明】
１ 発光ダイオード点灯回路
２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
３ 比較器
４ ドライバ
Ｄ１〜Ｄ１０ 発光ダイオード
Ｑ１１〜Ｑ２０ トランジスタ
Ｑ１〜Ｑ１０ トランジスタ
Ｒ３１ 電流検出用の抵抗器
Claims (5)
- 複数の発光ダイオードを点灯するための発光ダイオード点灯回路であって、
直列に接続された前記複数の発光ダイオードと、
前記直列に接続された複数の発光ダイオードと直列に接続された電流検出用の抵抗器と、
前記複数の発光ダイオードと前記電流検出用の抵抗器とからなる直列回路に接続され、直流の出力電圧から変換された定電流を前記直列回路へ出力する定電流電源回路と、
前記発光ダイオードの各々に並列に接続され、オン又はオフすることにより前記定電流電源回路と発光ダイオードとの接続を導通又は遮断し、前記発光ダイオードのそれぞれを独立に点灯又は消灯するように切り替える第１トランジスタと、
前記第１トランジスタの切替を制御する切替制御手段と、を含み、
前記電流検出用の抵抗器は、前記発光ダイオードの点灯数に応じて電流が変化するように接続されており、
前記定電流電源回路は、
前記電流検出用の抵抗器に流れる電流が一定値となるよう前記出力電圧を前記発光ダイオードの点灯数に応じて制御する電源電圧制御手段を備え、
前記各第１トランジスタのベース電流は定電流変化するように構成されている、
発光ダイオード点灯回路。 - 前記定電流電源回路はＤＣ／ＤＣコンバータを有する、請求項１に記載の発光ダイオード点灯回路。
- 前記各第１トランジスタは、
エミッタが前記各発光ダイオードのアノードおよび各第１抵抗器の一端に接続され、コレクタがそれぞれ第２抵抗器を介して前記各発光ダイオードのカソードに接続されるとともに、ベースが各第２トランジスタのコレクタおよび前記各第１抵抗器の他端に接続されており、
前記各第２トランジスタは、
エミッタが接地され、ベースが前記切替制御手段に接続されている、請求項１又は２に記載の発光ダイオード点灯回路。 - 前記電源電圧制御手段は、
数式Ｖｆ×ｎ＋Ｒ×Ｉｒｅｆ×（Ｎ−ｎ）＋Ｒ３１×Ｉｒｅｆ
ここで、Ｖｆは、１個の発光ダイオードの順方向電圧、
Ｎは、複数の発光ダイオードの個数、
ｎは、発光ダイオードの点灯数、
Ｒは、第２抵抗器の抵抗値、
Ｒ３１は、電流検出用の抵抗器の抵抗値、
Ｉｒｅｆは、複数の発光ダイオードの直列回路を順方向に流れる設定された一定電流、
で求められる電圧となるよう前記出力電圧を制御する、請求項３に記載の発光ダイオード点灯回路。 - 複数の発光ダイオードを点灯する方法であって、
直列に接続された前記複数の発光ダイオードと直列に接続された抵抗器とからなる直列回路に、直流の出力電圧から変換された定電流を出力する段階と、
前記発光ダイオードの各々に並列に接続されたトランジスタをオン又はオフすることにより前記定電流電源回路と発光ダイオードとの接続を導通又は遮断し、前記発光ダイオードのそれぞれを独立に点灯又は消灯する段階と、
前記トランジスタの切替を制御する段階と、を含み、
前記抵抗器は、前記発光ダイオードの点灯数に応じて電流が変化するように接続されているとともに、前記各トランジスタのベース電流は定電流変化するように構成され、
前記定電流を出力する段階では、前記抵抗器に流れる電流が一定値となるよう前記出力電圧を前記発光ダイオードの点灯数に応じて制御する、
発光ダイオード点灯方法。
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