JP4818350B2 - 発光ダイオード駆動回路 - Google Patents

Description

本発明は駆動回路、とりわけハーフサイクル又はフルサイクル検波が可能な発光ダイオード（ＬＥＤ）駆動回路に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤｓ）は小型、軽量及び耐衝撃性であり、優れた電力効率、寿命性及び低価格性を有する。それ故、ＬＥＤｓは液晶ディスプレーのバックライトのための重要な要素の１つである。

操作特性の点では、ＬＥＤの輝度は電流によって変化するゆえ技術的には、ＬＥＤは電流一定で駆動されることが多い。各ＬＥＤの輝度及び色はＬＥＤを流れる電流に直接関連しているために、ＬＥＤｓの最高の性能を実現するには、電流が精密に制御されなければならない。
このように、応用機器をデザインするに際しては、製品開発者は、スクリーンのバックライトを制御するために、駆動回路及び集積回路（ＩＣｓ）を通してＬＥＤの電流を如何に制御するか考慮しなければならない。

本発明の特許出願人は、中華民国特許公開番号００５３３６７２における変圧器のない交流／直流変換回路を提供する。該変圧器のない交流／直流変換回路は安定な定常電流を出力することができ、発光要素（例えば、ＬＥＤｓ）のような安定供給電流を必要とする負荷機器に応用できる。変圧器のない交流／直流変換回路の技術的な意義は、安定な範囲内に負荷電流を制限するために電流スイッチング回路を使うことであり、制御回路が電流スイッチング回路のＯＮ／ＯＦＦ操作を制御回路の出力と入力の電圧差にしたがって決める。
電圧差が所定の値より低い場合は、負荷電流はオンになり、電圧差が所定の値より高い場合は負荷電流はオフになる。このようにして負荷電流は効果的に制限される。

上述の特許は電流スイッチング回路を使うことによって安定な範囲内に負荷電流を制限するが、ＬＥＤｓの駆動回路がより効果的に制御されるならばスクリーンのバックライト性能はさらに良くなる可能性がある。それ故、ＬＥＤｓの駆動電流を精密に制御できる駆動回路を提供することは研究者の職務である。

従って、本発明は、該ＬＥＤの駆動電流を精密に制御するように、現下のＬＥＤの電流駆動電流を検出する制御ユニットを使い、該ＬＥＤの電流駆動電流の対応するスイッチング回路を制御する、発光ダイオード（ＬＥＤ）駆動回路を対象にしている。

本発明は、交流／直流変換回路、スイッチング要素、制御ユニット、第二抵抗、第一コンデンサ、及び第一誘導器を備えるＬＥＤ駆動回路を提供する。
該交流／直流変換回路は交流電力を直流電力に変換する。該スイッチング要素は入力接点、出力接点、及び制御接点を備え、スイッチング要素の該入力接点は交流／直流変換回路に接続される。該制御ユニットは電力接点、制御接点、検出接点及び接地接点を備え、第一抵抗が制御ユニットの電力接点とスイッチング要素の入力接点の間に位置し、該制御ユニットがスイッチング要素をオン・オフするために制御信号を制御接点からスイッチング要素の制御接点に設定された周波数で出力する。第二抵抗は、該制御ユニットが直流電源のハーフサイクル電位差を検知できるように、制御ユニットの検出接点と接地接点の間に位置する。該第一コンデンサは第一端末及び第二端末を備え、第一コンデンサの該第一端末は電力接点に接続され、第一コンデンサの第二端末は接地接点に接続されている。該第一誘導器は第一端末及び第二端末を備え、第一誘導器の該第一端末は接地接点と第一コンデンサの第二端末に接続され、第一誘導器の第二端末は負荷に接続される。

さらに、本発明は、交流／直流変換回路、スイッチング要素、制御ユニット、第二抵抗、第一コンデンサ、及び第一誘導器を備えるＬＥＤ駆動回路を提供する。該交流／直流変換回路は交流電源を直流電源に変換する。該スイッチング要素は入力接点、出力接点、及び制御接点を備え、入力接点は交流／直流変換回路に接続される。該制御ユニットは電力接点、検知接点、及び接地接点を備え、該第一抵抗は制御ユニットの電力接点とスイッチング要素の入力接点の間に位置し、該制御ユニットは制御信号をスイッチング要素をオン・オフするために制御接点からスイッチング要素の制御接点に出力する。該第二抵抗は第一端末及び第二端末を備え、制御ユニットが直流電源のハーフサイクル電位差を検知し制御信号を出力するかどうか決定できるように、検知接点と制御ユニットの接地接点の間に位置する。第一コンデンサは第一端末及び第二端末を備え、第一コンデンサの該第一端末は電力接点に接続され、第一コンデンサの第二端末は接地接点及び第二抵抗の第一端末に接続されている。該第一誘導器は第一端末及び第二端末を備え、第一誘導器の該第一端末は第二抵抗の第二端末に接続され、第一誘導器の第二端末は負荷に接続される。

該ＬＥＤ駆動回路はハーフサイクルまたはフルサイクルの直流電源の駆動電位差を得るために第二抵抗及び制御ユニットによって構成される検知閉回路を使い、得た駆動電位差を所定の目標電位差と比較する。比較結果に従って、ＬＥＤの駆動電流を精密に制御するように、該制御ユニットはＬＥＤに駆動電流を入力する電流スイッチング回路をオン・オフする。

本発明の特徴と実施例については、好ましい実施形態が添付の図面とともに詳細に説明される。

図１は本発明の第一実施形態の初期における概略の回路図である。図１によると、本発明のハーフサイクル検知可能な発光ダイオード（ＬＥＤ）駆動回路は交流／直流変換回路１０、第一抵抗Ｒ１、スイッチング要素Ｍｓｗ、制御ユニット２０、第二抵抗Ｒ２、第一コンデンサＣ１、第一誘導器Ｌ１、第三抵抗Ｒ３、第一ショットキーダイオードＤｒ１、及び第二ショットキーダイオードＤｒ２を備える。本明細書に言う「接続」は電気的接続のことである。

該交流／直流変換回路１０は交流電源を受け、交流電源を直流電源Ｖｉｎに変換する。交流／直流変換回路１０の出力端末は入力コンデンサＣｉｎに接続される。該交流／直流変換回路１０は全波ブリッジ整流器または半波長ブリッジ整流器を備える。

該スイッチング要素Ｍｓｗは入力接点、出力接点、及び制御接点を備える。スイッチング要素Ｍｓｗの入力接点は交流／直流変換回路１０に接続される。スイッチング要素Ｍｓｗは、例えば、Ｎ−型金属酸化物半導体電解効果トランジスタ（Ｎ−ＭＯＳＦＥＴ）またはバイポーラトランジスタである。
第一実施形態において、スイッチング要素ＭｓｗはＮ−ＭＯＳＦＥＴであり、スイッチング要素Ｍｓｗの入力接点はＮ−ＭＯＳＦＥＴのドレインに相当し、スイッチング要素Ｍｓｗの出力接点はＮ−ＭＯＳＦＥＴのソースに相当し、スイッチング要素Ｍｓｗの制御接点はＮ−ＭＯＳＦＥＴのゲートに相当する。

該制御ユニット２０は電力接点Ｖｃｃ、制御接点ＧＤＲＶ、検知接点Ｖｓｅｎ、及び接地接点Ｇｎｄを備える。
制御ユニット２０の該制御接点ＧＤＲＶはスイッチング要素Ｍｓｗの制御接点に接続されている。
制御ユニット２０の該検知接点Ｖｓｅｎはスイッチング要素Ｍｓｗの出力接点に接続されている。
第一抵抗Ｒ１は制御ユニット２０の電力接点Ｖｃｃとスイッチング要素Ｍｓｗの入力接点の間に位置する。
第一抵抗Ｒ１は第一端末と第二端末を備える。第一抵抗Ｒ１の第一端末はスイッチング要素Ｍｓｗの入力接点と交流／直流変換回路１０に接続される。
第一抵抗Ｒ１の該第二端末は制御ユニット２０の電力接点Ｖｃｃに接続される。
該制御ユニット２０は、スイッチング要素Ｍｓｗをオン・オフするように、制御信号を制御接点ＧＤＲＶからスイッチング要素Ｍｓｗの制御接点に所定の周波数にて出力する。

該第二抵抗Ｒ２は検知接点Ｖｓｅｎと制御ユニット２０の接地接点Ｇｎｄの間に位置する。
該第二抵抗Ｒ２は第一端末及び第二端末を備える。
第二抵抗Ｒ２の第一端末は制御ユニット２０の検知接点Ｖｓｅｎ及びスイッチング要素Ｍｓｗの出力接点に接続される。
第二抵抗Ｒ２の該第二端末は制御ユニット２０の接地接点Ｇｎｄに接続される。
該第二抵抗Ｒ２は制御ユニット２０が直流電源のハーフサイクル電位差を検知するのを可能にする。
さらに、第二抵抗Ｒ２のインピーダンスは第一抵抗Ｒ１のそれより小さい、即ち、第一抵抗Ｒ１のインピーダンスは第二抵抗Ｒ２のそれの約１０⁶倍である。

該第一コンデンサＣ１は第一端末及び第二端末を備える。
第一コンデンサＣ１の該第一端末は電力接点Ｖｃｃに接続される。
第一コンデンサＣ１の該第二端末は接地接点Ｇｎｄに接続される。

該第一誘導器Ｌ１は第一端末及び第二端末を備える。
第一誘導器Ｌ１の該第一端末は接地接点Ｇｎｄ及び第一コンデンサＣ１の第二端末に接続される。
第一誘導器Ｌ１の該第二端末は負荷に接続される。
該負荷は直列に連結された複数個のＬＥＤｓを含む直列のＬＥＤｓである。
第一ＬＥＤ ＬＥＤ１の陽極は第一誘導器Ｌ１の第二端末に接続され、第一ＬＥＤ ＬＥＤ１の陰極は隣のＬＥＤの陽極に接続され、以下同様に続く。
ｎ番目のＬＥＤ ＬＥＤｎの陰極は接地される。

出力コンデンサＣｏｕｔは第一端末と第二端末を備える。出力コンデンサＣｏｕｔの第一端末は第一誘導器Ｌ１の第二端末に接続される。出力コンデンサＣｏｕｔの第二端末は接地される。
第一実施形態において、出力コンデンサＣｏｕｔの電気容量は第一コンデンサＣ１のそれにほぼ等しい。

第三抵抗Ｒ３は第一端末及び第二端末を備える。第三抵抗Ｒ３の第一端末は第一コンデンサＣ１の第一端末に接続される。第三抵抗Ｒ３の第二端末は第一ショットキーダイオードＤｒ１の陰極に接続され、第一ショットキーダイオードＤｒ１の陽極は出力コンデンサＣｏｕｔの第一端末に接続される。

第二ショットキーダイオードＤｒ２の陰極は制御ユニット２０の接地接点Ｇｎｄに接続され、第二ショットキーダイオードＤｒ２の陽極は接地される。

図２Ａ及び２Ｂは本発明の第一実施形態の初期における信号タイミングダイアグラムである。
図２Ａにおいて、横軸は時間（ｔ）であり、縦軸ＩＲ１は第一抵抗の電流であり、縦軸Ｖｃ１は第一コンデンサＣ１の電位差であり、縦軸ＧＤＲＶは制御ユニット２０の制御接点の電位差であり、縦軸ＧｎｄＦは接点ＧｎｄＦの電位差である。
図２Ｂにおいて、横軸は時間（ｔ）であり、縦軸ＧｎｄＦは接点ＧｎｄＦの電位差であり、縦軸ＩＬ１は第一誘導器Ｌ１の電流であり、縦軸ＩＤｒ１は第一ショットキーダイオードＤｒ１の電流であり、縦軸ＩＬＥＤはＬＥＤの電流である。次に、回路の動作原理は次のように記述される。
ハーフサイクル検知ができるＬＥＤ駆動回路の初期においては、該スイッチング要素Ｍｓｗがオフ（ＯＦＦ）状態にあり、交流／直流変換回路１０の出力電流ＩＲ１は直列ＬＥＤｓに、第一抵抗Ｒ１、第一コンデンサＣ１、及び第一誘導器Ｌ１を通って流れる。
出力電流ＩＲ１の値はＶＡ／Ｒ１であり、ＶＡは第一抵抗Ｒ１の２つの端末間の電圧降下である。この時点で、出力電流ＩＲ１は第一コンデンサＣ１を充電する。
第一コンデンサＣ１の充電状態に従って、出力電流ＩＲ１は次第に減少する。
第一コンデンサＣ１が飽和状態まで充電された後は、制御ユニット２０が作動し始める。
ここで、制御ユニット２０の作動電圧は１７Ｖである。
次に、スイッチング要素Ｍｓｗをオン（ＯＮ）するように、制御ユニット２０は制御信号を制御接点ＧＤＲＶからスイッチング要素Ｍｓｗに出力する。

図３は本発明の第一実施形態の安定期における概略の回路図である。図３の回路接続は図１のものとまったく同じであり、ここではくりかえさない。

図４Ａ及び４Ｂは本発明の第一実施形態の安定期における信号タイミングダイアグラムである。
図４Ａにおいて、横軸は時間（ｔ）であり、縦軸Ｖｓｅｎは制御ユニット２０の検知接点の電位差であり、縦軸ＧＤＲＶは制御ユニット２０の制御接点の電位差であり、縦軸ＧｎｄＦは接点ＧｎｄＦの電位差であり、縦軸ＩＭｓｗはスイッチング要素の電流である。
図４Ｂにおいて、横軸は時間（ｔ）であり、縦軸ＩＭｓｗはスイッチング要素の電流であり、縦軸ＩＬ１は第一誘導器Ｌ１の電流であり、縦軸ＩＤｒ１は第一ショットキーダイオードＤｒ１の電流であり、縦軸ＩＬＥＤはＬＥＤの電流である。
次に、回路の動作原理は以下のようである。制御信号の正のハーフサイクルにおいて該電流ＩＭｓｗは、第一誘導器Ｌ１を充電し、制御信号の負のハーフサイクルにおいて、第一誘導器Ｌ１は放電し、同時に第一コンデンサＣ１を充電する。

該スイッチング要素Ｍｓｗがオンになると、電流ＩＭｓｗが直列のＬＥＤｓにスイッチング要素Ｍｓｗ、第二抵抗Ｒ２、及び第一誘導器Ｌ１を通って流れ、直列のＬＥＤｓが発光するよう駆動させる。この時点で、該検知接点Ｖｓｅｎは第二抵抗Ｒ２の電位差を得る。第二抵抗Ｒ２の該電位差が制御ユニット２０により定められる電位差（０．５Ｖ）に達するときに、制御ユニット２０は、スイッチング要素Ｍｓｗをオフにするように、制御信号を制御接点ＧＤＲＶからスイッチング要素Ｍｓｗに出力する。

次いで、該制御ユニット２０は、所定の周波数に従って制御信号を制御接点ＧＤＲＶから出力する時間を決定する。第一誘導器Ｌ１のインダクタンスは制御信号を制御接点ＧＤＲＶから出力する時間に影響する可能性がある。

図５は本発明の第一実施形態における制御ユニットの回路のブロックダイアグラムである。
図５に示すように、本発明の第一実施形態にしたがう制御ユニット２０は発信機２０１、デューティサイクルリミット（ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ ｌｉｍｉｔ）２０２、パルス幅変調（ＰＷＭ）ラッチ２０３、ＡＮＤゲート２０４、送信回路２０５、低電圧安全装置２０６、先端ブランキングエレメント（ｌｅａｄｉｎｇ ｅｄｇｅ ｂｌａｎｋｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）２０７、第一比較回路２０８、ＯＲゲート２０９、ＮＯＲゲート２１０、過電圧保護装置２１１、及び基準電圧Ｖ１、を備える。

発信機２０１の出力端末はデューティサイクルリミット２０２の第一入力端末及びＰＷＭラッチ２０３の第一入力端末に繋がる。ＰＷＭラッチ２０３の出力端末はＡＮＤゲート２０４の第一入力端末に接続される。デューティサイクルリミット２０２の出力端末はＡＮＤゲート２０４の第二入力端末に接続される。ＡＮＤゲート２０４の出力端末は送信回路２０５の入力端末に接続される。送信回路２０５の出力端末は制御接点ＧＤＲＶに接続される。電力接点Ｖｃｃは低電圧安全装置２０６の入力端末及び過電圧保護装置２１１の入力端末に接続される。低電圧安全装置２０６の出力端末はＡＮＤゲート２０４の第三入力端末に接続される。検知接点Ｖｓｅｎは先端ブランキングエレメント２０７の入力端末に接続される。
先端ブランキングエレメント２０７の出力端末は第一比較回路２０８の第一入力端末に接続される。
第一比較回路２０８の第二入力端末は基準電圧Ｖ１の第一端末に接続される。基準電圧Ｖ１の第二端末は接地される。第一比較回路２０８の出力端末はＯＲゲート２０９の第一入力端末に接続される。ＯＲゲート２０９の出力端末はＰＷＭラッチ２０３の第二入力端末に接続される。

インバータは過電圧保護装置２１１の出力端末に位置し、過電圧保護装置２１１の出力端末はＮＯＲゲート２１０の第一入力端末に接続される。
イネーブル（ｅｎａｂｌｉｎｇ）接点ＥＮはＮＯＲゲート２１０の第二入力端末に接続される。ＮＯＲゲート２１０の出力端末はＯＲゲート２０９の第二入力端末に接続される。接地接点Ｇｎｄは接地される。

次に、回路の動作原理は以下に述べる。
電力接点Ｖｃｃが入力電力を有するとき、低電圧安全装置２０６の出力端末は高レベル信号をＡＮＤゲート２０４の第三入力端末に出力する。発信機２０１はパルス信号をデューティサイクルリミット２０２とＰＷＭラッチ２０３に出力する。

第一比較回路２０８は検知接点Ｖｓｅｎによって得られる電位差と基準電圧Ｖ１の電圧（０．５Ｖ）を比較し、ロジックレベル信号をＯＲゲート２０９に出力する。ＯＲゲート２０９はその第一入力端末及び第二入力端末によって受信される信号にしたがってＯＲ演算を実行し、ＰＷＭラッチ２０３に対応するロジックレベル信号を出力する。

ＡＮＤゲート２０４はその第一入力端末、第二入力端末、及び第三入力端末によって受けられる信号に従ってＡＮＤ演算を実行し、対応するロジックレベル信号を送信回路２０５に出力する。送信回路２０５は、スイッチング要素Ｍｓｗのオンまたはオフの状態を制御するよう、制御信号をスイッチング要素Ｍｓｗに出力する。

図６は本発明の第二実施形態の概略図である。
図６によると、本発明のフルサイクル検知を実行可能なＬＥＤ駆動回路は交流／直流変換回路１０、第一抵抗Ｒ１、スイッチング要素Ｍｓｗ、制御ユニット２０、第二抵抗Ｒ２、第一コンデンサＣ１、第一誘導器Ｌ１、第三抵抗Ｒ３、第一ショットキーダイオードＤｒ１、及び第二ショットキーダイオードＤｒ２、を備える。本明細書にいう「接続」は電気的接続のことである。

該交流／直流変換回路１０は交流電源を受取り、交流電源を直流電源Ｖｉｎに変換する。交流／直流変換回路１０の出力端末は入力コンデンサＣｉｎに接続される。交流／直流変換回路１０は全波ブリッジ整流器または半波ブリッジ整流器を備える。

該スイッチング要素Ｍｓｗは入力接点、出力接点及び制御接点を備える。スイッチング要素Ｍｓｗの該入力接点は交流／直流変換回路１０に接続される。該スイッチング要素Ｍｓｗは、例えば、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴまたはバイポーラトランジスタである。第二実施形態においては、該スイッチング要素ＭｓｗはＮ−ＭＯＳＦＥＴであり、従ってスイッチング要素Ｍｓｗの入力接点はＮ−ＭＯＳＦＥＴのドレインに相当し、スイッチング要素Ｍｓｗの出力接点はＮ−ＭＯＳＦＥＴのソースに相当し、スイッチング要素Ｍｓｗの制御接点はＮ−ＭＯＳＦＥＴのゲートに相当する。

該制御ユニット２０は電力接点Ｖｃｃ、制御接点ＧＤＲＶ、検知接点Ｖｓｅｎ、及び接地接点Ｇｎｄ、を備える。制御ユニット２０の制御接点ＧＤＲＶはスイッチング要素Ｍｓｗの制御接点に接続される。
制御ユニット２０の検知接点Ｖｓｅｎは第二抵抗Ｒ２の第一端末に接続される。制御ユニット２０の接地接点Ｇｎｄはスイッチング要素Ｍｓｗの出力接点に接続される。第一抵抗Ｒ１は制御ユニット２０の電力接点Ｖｃｃとスイッチング要素Ｍｓｗの入力接点の間に位置する。第一抵抗Ｒ１は第一端末及び第二端末を備える。第一抵抗Ｒ１の第一端末はスイッチング要素Ｍｓｗの入力接点及び交流／直流変換回路１０に接続される。第一抵抗Ｒ１の第二端末は制御ユニット２０の電力接点Ｖｃｃに接続される。制御ユニット２０は、スイッチング要素Ｍｓｗをオン・オフするように、制御信号を制御接点ＧＤＲＶからスイッチング要素Ｍｓｗの制御接点に所定の周波数で出力する。

第二抵抗Ｒ２は検知接点Ｖｓｅｎと制御ユニット２０の接地接点Ｇｎｄの間に位置する。第二抵抗Ｒ２は第一端末及び第二端末を備える。第二抵抗の第二端末は制御ユニット２０の接地接点Ｇｎｄ及び第一コンデンサＣ１の第二端末に接続される。該第二抵抗Ｒ２は制御ユニット２０が直流電源のフルサイクル電圧を検知できるようにする。さらに、第二抵抗Ｒ２のインピーダンスは第一抵抗Ｒ１のそれより小さい、即ち、第一抵抗Ｒ１のインピーダンスは第二抵抗Ｒ２のそれの約１０⁶倍である。

該第一コンデンサＣ１は第一端末及び第二端末を備える。第一コンデンサＣ１の第一端末は電力接点Ｖｃｃに接続される。第一コンデンサＣ１の第二端末は第二抵抗Ｒ２の第二端末に連結される。

第一誘導器Ｌ１は第一端末及び第二端末を備える。第一誘導器Ｌ１の第一端末は第二抵抗Ｒ２の第一端末及び制御ユニット２０の検知接点Ｖｓｅｎに接続される。第一誘導器Ｌ１の第二端末は負荷に接続される。該負荷は直列に連結される複数個のＬＥＤｓからなる直列ＬＥＤｓである。第一ＬＥＤ ＬＥＤ１の陽極は第一誘導器Ｌ１の第二端末に接続され、第一ＬＥＤ ＬＥＤ１の陰極は隣のＬＥＤの陽極に接続され、以下同様である。ｎ番目のＬＥＤ ＬＥＤｎの陰極は接地される。

出力コンデンサＣｏｕｔは第一端末及び第二端末を備える。出力コンデンサＣｏｕｔの第一端末は第一誘導器Ｌ１の第二端末に接続される。出力コンデンサＣｏｕｔの第二端末は接地される。第二の実施形態において、出力コンデンサＣｏｕｔの電気容量は第一コンデンサＣ１のそれにほぼ等しい。

第三抵抗Ｒ３は第一端末及び第二端末を備える。第三抵抗Ｒ３の第一端末は第一コンデンサーＣ１の第一端末に接続される。第三抵抗Ｒ３の第二端末は第一ショットキーダイオードＤｒ１の陰極に接続され、第一ショットキーダイオードＤｒ１の陽極は出力コンデンサＣｏｕｔの第一端末に接続される。

第二ショットキーダイオードＤｒ２の陰極は制御ユニット２０の接地接点Ｇｎｄに接続され、第二ショットキーダイオードＤｒ２の陽極は接地される。

図７Ａ及び７Ｂは本発明の第二実施形態の安定期における信号タイミングダイアグラムである。
図７Ａにおいて、横軸は時間（ｔ）であり、縦軸Ｖｓｅｎは制御ユニット２０の検知接点の電位差であり、縦軸ＧＤＲＶは制御ユニット２０の制御接点の電位差であり、縦軸ＧｎｄＦは接点ＧｎｄＦの電位差であり、縦軸ＩＭｓｗはスイッチング要素の電流である。
図７Ｂにおいて、横軸は時間（ｔ）であり、縦軸ＩＭｓｗはスイッチング要素の電流であり、縦軸ＩＬ１は第一誘導器Ｌ１の電流であり、縦軸ＩＤｒ１は第一ショットキーダイオードＤｒ１の電流であり、縦軸ＩＬＥＤはＬＥＤの電流である。次に、回路の動作原理は以下に述べられる。制御信号の正のハーフサイクルにおいて、電流ＩＭｓｗは、第一誘導器Ｌ１を充電し、制御信号の負のハーフサイクルにおいては第一誘導器Ｌ１は放電し同時に第一コンデンサＣ１を充電する。

スイッチング要素Ｍｓｗがオンされるときには、電流ＩＭｓｗがスイッチング要素Ｍｓｗ、第二抵抗Ｒ２、及び第一誘導器Ｌ１を通って直列ＬＥＤｓに流れ、直列ＬＥＤｓが発光するように駆動する。このとき、検出接点Ｖｓｅｎは第二抵抗Ｒ２の電位差を得る。第二抵抗Ｒ２の電位差が制御ユニット２０によって設定される電圧（−２３０ｍＶ）に達するとき、制御ユニット２０は、スイッチング要素Ｍｓｗをオフするように、制御信号を制御接点ＧＤＲＶからスイッチング要素Ｍｓｗに出力する。

次に、制御ユニット２０は制御信号を制御接点ＧＤＲＶから第二抵抗Ｒ２の電位差（−１７０ｍＶ）に従って出力する時間を決定する。第一誘導器Ｌ１のインダクタンスは制御信号を制御接点ＧＤＲＶから出力する時間に影響する可能性がある。

図８は本発明の第二実施形態にしたがう制御ユニットの回路のブロックダイアグラムである。図８に示すように、本発明の第二実施形態の制御ユニット２０はＡＮＤゲート２０４、送信回路２０５、低電圧安全装置２０６、第一比較回路２０８、基準電圧発生器２１２、電圧／電流基準信号発生器２１３、電圧安定装置２１４、第一演算増幅器２１５、過熱時電力オフコントローラ２１６、第一半導体素子Ｑ１、第二半導体素子Ｑ２、第三半導体素子Ｑ３、第四半導体素子Ｑ４、第四抵抗Ｒ４、第五抵抗Ｒ５、及び第六抵抗Ｒ６、を備える。

基準電圧発生器２１２の出力端末は電圧安定装置２１４の入力端末及び電圧／電流基準信号発生器２１３の入力端末に接続される。電圧／電流基準信号発生器２１３の出力端子は第一比較回路２０８の第一入力端末に接続される。

第一演算増幅器２１５の第一入力端末は接地される。第一演算増幅器２１５の第二入力端末は第四抵抗Ｒ４の第一端末に接続される。第四抵抗Ｒ４の第二端末は検知接点Ｖｓｅｎに接続される。第一演算増幅器２１５の出力端末は第一半導体素子Ｑ１の制御接点に接続される。
第一半導体素子Ｑ１の出力接点は第一演算増幅器２１５の第二入力端末に接続される。第一半導体素子Ｑ１の入力接点は第二半導体素子Ｑ２の出力接点に接続される。第二半導体素子Ｑ２の入力接点は電力接点Ｖｃｃに接続される。第二半導体素子Ｑ２の制御接点は第三半導体素子Ｑ３の制御接点と第二半導体素子Ｑ２の出力接点に接続される。

第三半導体素子Ｑ３の入力接点は電力接点Ｖｃｃに接続される。
第三半導体素子Ｑ３の出力接点は第一比較回路２０８の第二入力端末に接続される。
第一比較回路２０８の出力端末はＡＮＤゲート２０４の第一入力端末に接続される。
第五抵抗Ｒ５の第一端末は第一比較回路２０８の第二入力端末に接続される。
第五抵抗Ｒ５の第二端末は第六抵抗Ｒ６の第一端末に接続される。
第六抵抗Ｒ６の第二端末は接地される。

第二実施形態において、第二半導体素子Ｑ２と第三半導体素子Ｑ３はＰ−型金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（Ｐ−ＭＯＳＦＥＴｓ）である。 第二半導体素子Ｑ２及び第三半導体素子Ｑ３の入力接点 はＰ−ＭＯＳＦＥＴｓのソースに相当する。第二半導体素子Ｑ２及び第三半導体素子Ｑ３の出力接点はＰ−ＭＯＳＦＥＴｓのドレインに相当する。第二半導体素子Ｑ２及び第三半導体素子Ｑ３の制御接点はＰ−ＭＯＳＦＥＴｓのゲートに相当する。

第四半導体素子Ｑ４の入力接点は第六抵抗Ｒ６の第一端末に接続される。第四半導体素子Ｑ４の出力接点は接地される。第四半導体素子Ｑ４の制御接点はＡＮＤゲート２０４の第一入力端末に接続される。 第二実施形態においては、第四半導体素子Ｑ４はＮ−ＭＯＳＦＥＴ である。第一半導体素子Ｑ１及び第四半導体素子Ｑ４の入力接点はＮ−ＭＯＳＦＥＴｓのドレインに相当する。第一半導体素子Ｑ１及び第四半導体素子Ｑ４の出力接点はＮ−ＭＯＳＦＥＴｓのソースに相当する。第一半導体素子Ｑ１及び第四半導体素子Ｑ４の制御接点はＮ−ＭＯＳＦＥＴｓのゲートに相当する。

ＡＮＤゲート２０４の第二入力端末はイネーブル（ｅｎａｂｌｉｎｇ）接点ＥＮに接続される。ＡＮＤゲート２０４の第三入力端末は過熱時電力オフコントローラ２１６の出力端末に接続される。ＡＮＤゲート２０４の第四入力端末は低電圧安全装置２０６の出力端末に接続される。ＡＮＤゲート２０４の出力端末は送信回路２０５の入力端末に接続される。送信回路２０５の出力端末は制御接点ＧＤＲＶに接続される。

図９は本発明の第三実施形態の概略図である。
図９に示すように、本発明の第三及び第二実施形態の違いは、第三実施形態においては検知接点Ｖｓｅｎと接地接点Ｇｎｄの位置が交換されている点にある。第二実施形態では検知接点Ｖｓｅｎは負の電圧を得るのに対し、第三実施形態では検知接点は正の電圧を得る。第二及び第三実施形態の他の動作原理及び回路の機能は同じである。

第三実施形態の回路接続は以下に記述される。

交流／直流変換回路１０は交流電源を受け、交流電源を直流電源Ｖｉｎに変換する。交流／直流変換回路１０の出力端末は入力コンデンサＣｉｎに接続される。交流／直流変換回路１０は全波ブリッジ整流器又は半波ブリッジ整流器を備える。

スイッチング要素Ｍｓｗは入力接点、出力接点及び制御接点を備える。スイッチング要素Ｍｓｗの入力接点は交流／直流変換回路１０に接続される。スイッチング要素Ｍｓｗは、例えば、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴまたはバイポーラトランジスタである。第三実施形態においては、スイッチング要素ＭｓｗはＮ−ＭＯＳＦＥＴであり、従ってスイッチング要素Ｍｓｗの入力接点はＮ−ＭＯＳＦＥＴのドレインに相当し、スイッチング要素Ｍｓｗの出力接点はＮ−ＭＯＳＦＥＴのソースに相当し、スイッチング要素Ｍｓｗの制御接点はＮ−ＭＯＳＦＥＴのゲートに相当する。

制御ユニット２０は電力接点Ｖｃｃ、制御接点ＧＤＲＶ、検知接点Ｖｓｅｎ、及び接地接点Ｇｎｄを備える。制御ユニット２０の制御接点ＧＤＲＶはスイッチング要素Ｍｓｗの制御接点に接続される。制御ユニット２０の検知接点Ｖｓｅｎは第二抵抗Ｒ２の第二端末及びスイッチング要素Ｍｓｗの出力接点に接続される。

制御ユニット２０の接地接点Ｇｎｄは第二抵抗Ｒ２の第一端末及び第一コンデンサＣ１の第二端末に接続される。第一抵抗Ｒ１は制御ユニット２０の電力接点Ｖｃｃとスイッチング要素Ｍｓｗの入力接点の間に位置する。第一抵抗Ｒ１は第一端末及び第二端末を備える。第一抵抗Ｒ１の第一端末はスイッチング要素Ｍｓｗの入力接点及び交流／直流変換回路１０に接続される。 第一抵抗Ｒ１の第二端末は制御ユニット２０の電力接点Ｖｃｃに接続される。制御ユニット２０は、スイッチング要素Ｍｓｗをオン・オフするように、制御信号を制御接点ＧＤＲＶからスイッチング要素Ｍｓｗの制御接点に所定の周波数で出力する。

第二抵抗Ｒ２は制御ユニット２０の検知接点Ｖｓｅｎと接地接点Ｇｎｄの間に位置する。第二抵抗Ｒ２は第一端末及び第二端末を備える。第二抵抗の第一端末は制御ユニット２０の接地接点Ｇｎｄ及び第一コンデンサＣ１の第二端末に接続される。第二抵抗Ｒ２は、制御ユニット２０が直流電源のフルサイクル電位差を検知することを可能にする。さらに、第二抵抗Ｒ２のインピーダンスは第一抵抗Ｒ１のそれより小さい、即ち、第一抵抗Ｒ１のインピーダンスは第二抵抗Ｒ２のそれの約１０⁶倍である。

第一コンデンサＣ１は第一端末及び第二端末を備える。第一コンデンサＣ１の第一端末は電力接点Ｖｃｃに接続される。第一コンデンサＣ１の第二端末は第二抵抗Ｒ２の第一端末及び制御ユニット２０の接地接点Ｇｎｄに連結される。

第一誘導器Ｌ１は第一端末及び第二端末を備える。
第一誘導器Ｌ１の第一端末は第二抵抗Ｒ２の第一端末及び第一コンデンサＣ１の第二端末に接続される。
第一誘導器Ｌ１の第二端末は負荷に接続される。負荷は直列に連結される複数個のＬＥＤｓからなる直列のＬＥＤｓである。
第一ＬＥＤ ＬＥＤ１の陽極は第一誘導器Ｌ１の第二端末に接続され、第一ＬＥＤ ＬＥＤ１の陰極は隣のＬＥＤの陽極に接続され、以下同様である。
ｎ番目のＬＥＤ ＬＥＤｎの陰極は接地される。

出力コンデンサＣｏｕｔは第一端末及び第二端末を備える。出力コンデンサＣｏｕｔの第一端末は第一誘導器Ｌ１の第二端末に接続される。 出力コンデンサＣｏｕｔの第二端末は接地される。第三実施形態においては、出力コンデンサＣｏｕｔの電気容量は第一コンデンサＣ１のそれにほぼ等しい。

第三抵抗Ｒ３は第一端末及び第二端末を備える。第三抵抗Ｒ３の第一端末は第一コンデンサＣ１の第一端末に接続される。第三抵抗Ｒ３の第二端末は第一ショットキーダイオードＤｒ１の陰極に接続され、第一ショットキーダイオードＤｒ１の陽極は出力コンデンサＣｏｕｔの第一端末に接続される。

第二ショットキーダイオードＤｒ２の陰極は検知接点Ｖｓｅｎ及び第二抵抗の第二端末に接続され、第二ショットキーダイオードＤｒ２の陽極は接地される。

図１０Ａ及び１０Ｂは本発明の第三実施形態の安定期における信号タイミングダイアグラムである。
図１０Ａにおいて、横軸は時間（ｔ）であり、縦軸Ｖｓｅｎは制御ユニット２０の検知接点の電位差であり、縦軸ＧＤＲＶは制御ユニット２０の制御接点の電位差であり、縦軸ＧｎｄＦは接点ＧｎｄＦの電圧であり、縦軸ＩＭｓｗはスイッチング要素の電流である。
図１０Ｂにおいて、横軸は時間（ｔ）であり、縦軸ＩＭｓｗはスイッチング要素の電流であり、縦軸ＩＬ１は第一誘導器Ｌ１の電流であり、縦軸ＩＤｒ１は第一ショットキーダイオードＤｒ１の電流であり、縦軸ＩＬＥＤはＬＥＤの電流である。次に、回路の動作原理は以下に述べる通りである。制御信号の正のハーフサイクルにおいて、電流ＩＭｓｗは第一誘導器Ｌ１を充電し、制御信号の負のハーフサイクルにおいて第一誘導器Ｌ１は放電し、同時に第一コンデンサＣ１を充電する。

スイッチング要素Ｍｓｗがオンのとき、電流ＩＭｓｗは、スイッチング要素Ｍｓｗ、第二抵抗Ｒ２、及び第一誘導器Ｌ１を通って直列ＬＥＤｓに流れ、直列ＬＥＤｓが発光するよう駆動させる。 この時、検知接点Ｖｓｅｎは第二抵抗Ｒ２の電位差を得る。第二抵抗Ｒ２の電位差が制御ユニット２０によって設定される電圧（＋２３０Ｖ）に達するとき、制御ユニット２０は、スイッチング要素Ｍｓｗをオフにするよう、制御信号をスイッチング要素Ｍｓｗに制御接点ＧＤＲＶから出力する。

次に、制御ユニット２０は、第二抵抗Ｒ２の電位差（＋１７０ｍＶ）に従って、制御信号を制御接点ＧＤＲＶから出力する時間を決定する。第一誘導器Ｌ１のインダクタンスは制御信号を制御接点ＧＤＲＶから出力する時間に影響する。

要約すると、本発明のハーフサイクルまたはフルサイクル検知を実行できるＬＥＤ駆動回路は、直列電源のハーフサイクルまたはフルサイクルの駆動電圧を得るために第二抵抗及び制御ユニットによって構成される検知ループを使用し、得られる駆動電圧と所定のターゲット電圧を比較する。比較結果に従って、制御ユニットは、ＬＥＤの駆動電流を精密に制御するように、ＬＥＤに駆動電流を入力する電流スイッチング回路をオン・オフする。

本発明の第一実施形態の初期にある概略の回路図。 本発明の第一実施形態の初期の信号のタイミングダイアグラム。 本発明の第一実施形態の初期の信号のタイミングダイアグラム。 本発明の第一実施形態の安定期にある概略の回路図。 本発明の第一実施形態の安定期にある信号のタイミングダイアグラム。 本発明の第一実施形態の安定期にある信号のタイミングダイアグラム。 本発明の第一実施形態における制御ユニットの回路のブロックダイアグラム。 本発明の第二実施形態の回路図。 本発明の第二実施形態の安定期における信号タイミングダイアグラム。 本発明の第二実施形態の安定期における信号タイミングダイアグラム。 は本発明の第二実施形態における制御ユニットのブロックダイアグラム。 は本発明の第三実施形態の回路図。 本発明の第三実施形態の安定期にある信号タイミングダイアグラム。 本発明の第三実施形態の安定期にある信号タイミングダイアグラム。

符号の説明

１０ 交流／直流変換回
２０ 制御ユニット
２０１ 発信機
２０２ デューティサイクルリミット
２０３ パルス幅変調（ＰＷＭ）ラッチ
２０４ ＡＮＤゲート
２０５ 送信回路
２０６ 低電圧安全装置
２０７ 先端ブランキングエレメント
２０８ 第一比較回路
２０９ ＯＲゲート
２１０ ＮＯＲゲート
２１１ 過電圧保護装置
２１２ 基準電圧発生器
２１３ 電圧／電流基準信号発生器
２１４ 電圧安定装置
２１５ 第一演算増幅器
２１６ 過熱時電力オフコントローラ
Ｃ１ 第一コンデンサ
Ｃｉｎ 入力コンデンサ
Ｃｏｕｔ 出力コンデンサ
Ｄｒ１ 第一ショットキーダイオード
Ｄｒ２ 第二ショットキーダイオード
ＧＤＲＶ 制御接点
Ｇｎｄ 接地接点
ＩＤｒ１ 縦軸
ＩＬＥＤ 縦軸
ＩＬ１ 縦軸
ＩＭｓｗ 縦軸
ＩＲ１ 縦軸
Ｌ１ 第一誘導器
Ｒ１ 第一抵抗
Ｒ２ 第二抵抗
Ｒ３ 第三抵抗
Ｒ４ 第四抵抗
Ｒ５ 第五抵抗
Ｒ６ 第六抵抗
Ｍｓｗ スイッチング要素
Ｑ１ 第一半導体素子
Ｑ２ 第二半導体素子
Ｑ３ 第三半導体素子
Ｑ４ 第四半導体素子
Ｖ１ 基準電圧
Ｖｃ１ 縦軸
Ｖｃｃ 電力接点
Ｖｉｎ 直流電源
Ｖｓｅｎ 検知接点

Claims (20)

1. 交流電源を直流電源に変換する、交流／直流変換回路と、
   入力接点が前記交流／直流変換回路に接続される、入力接点、出力接点、及び制御接点を有する、スイッチング要素と、
   第一抵抗が制御ユニットの電力接点と前記スイッチング要素の前記入力接点の間に位置し、前記スイッチング要素をオン・オフするように、制御ユニットが制御信号を前記スイッチング要素の前記制御接点に制御接点から所定の周波数に従って出力する、電力接点、制御接点、検知接点、及び接地接点を有する、制御ユニットと、
   前記制御ユニットが前記直流電源の電圧を検知出来るために、前記制御ユニットの前記検知接点と前記接地接点の間に位置する、第二抵抗と、
   第一コンデンサの第一端末が前記電力接点に接続され、第一コンデンサの第二接点が前記接地接点に接続される、第一端末及び第二端末を有する、第一コンデンサと、
   第一誘導器の第一端末が前記接地接点及び前記第一コンデンサの前記第二端末に接続され、第一誘導器の第二端末がＬＥＤに接続される、第一端末及び第二端末を有する、第一誘導器と、
   第三抵抗の第一端末が前記第一コンデンサの前記第一端末に接続される、第一端末及び第二端末を有する、第三抵抗、及び、
   第一ショットキーダイオードの陰極が前記第三抵抗の前記第二端末に接続され、第一ショットキーダイオードの陽極が前記第一誘導器の前記第二端末に接続される、陰極及び陽極を有する、第一ショットキーダイオード、
   からなる事を特徴とする、ＬＥＤを駆動する発光ダイオード（ＬＥＤ）駆動回路。
2. 前記交流／直流変換回路が全波ブリッジ整流器を構成する、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
3. 前記交流／直流変換回路が半波ブリッジ整流器を構成する、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
4. 前記第一誘導器の前記第二端末が前記ＬＥＤの陽極に接続され、前記ＬＥＤの陰極が接地される、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
5. 前記接地接点が第二ショットキーダイオードの陰極に接続され、前記第二ショットキーダイオードの陽極が接地される、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
6. 出力コンデサの第一端末が前記第一ショットキーダイオードの陽極に接続され、前記出力コンデンサの第二端末が接地される、第一端末及び第二端末を有する出力コンデンサを更に備える、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
7. 交流電源を直流電源に変換するための、交流／直流変換回路と、
   入力接点が前記交流／直流変換回路に接続される、入力接点、出力接点、及び制御接点を有する、スイッチング要素と、
   第一抵抗が制御ユニットの電力接点と前記スイッチング要素の前記入力接点間に位置し、制御ユニットが、前記スイッチング要素をオン・オフするように、制御信号を前記スイッチング要素の前記制御接点に制御接点から出力する、電力接点、制御接点、検知接点、及び接地接点を有する、制御ユニットと、
   前記制御信号を出力するかどうか決定するように、前記制御ユニットが前記直流電源の電圧を検知できるために、第一端末及び第二端末を有し、前記制御ユニットの前記検知接点と前記接地接点の間に位置する、第二抵抗と、
   第一コンデンサの第一端末が前記電力接点に接続され、第一コンデンサの第二端末が前記接地接点と前記第二抵抗の前記第二端末に接続される、第一端末及び第二端末を有する、第一コンデンサと、
   第一誘導器の第一端末が前記第二抵抗の前記第一端末に接続され、第一誘導器の第二端末がＬＥＤに接続される、第一端末及び第二端末を有する、第一誘導器と、
   第三抵抗の第一端末が前記第一コンデンサの前記第一端末に接続される、第一端末及び第二端末を有する、第三抵抗、及び、
   第一ショットキーダイオードの陰極が前記第三抵抗の前記第二端末に接続され、第一ショットキーダイオードの陽極が前記第一誘導器の前記第二端末に接続される、陰極及び陽極を有する、第一ショットキーダイオード、
   からなる事を特徴とする、ＬＥＤを駆動する発光ダイオード（ＬＥＤ）駆動回路。
8. 前記交流／直流変換回路が全波ブリッジ整流器を構成する、請求項７に記載のＬＥＤ駆動回路。
9. 前記交流／直流変換回路が半波ブリッジ整流器を構成する、請求項７に記載のＬＥＤ駆動回路。
10. 前記第一誘導器の前記第二端末が前記ＬＥＤの陽極に接続され、前記ＬＥＤの陰極が接地される、請求項７に記載のＬＥＤ駆動回路。
11. 前記第三抵抗と前記第一ショットキーダイオードが前記第一コンデンサの前記第一端末と前記第一誘導器の前記第二端末の間で直列に連結される、請求項７に記載のＬＥＤ駆動回路。
12. 前記接地接点が第二ショットキーダイオードの陰極に接続され、前記第二ショットキーダイオードの陽極が接地される、請求項７に記載のＬＥＤ駆動回路。
13. 出力コンデンサの第一端末が前記第一ショットキーダイオードの陽極に接続され、前記出力コンデンサの第二端末が接地される、第一端末及び第二端末を有する出力コンデンサをさらに備える、請求項７に記載のＬＥＤ駆動回路。
14. 交流電源を直流電源に変換するための、交流／直流変換回路と、
    入力接点が前記交流／直流変換回路に接続される、入力接点、出力接点、及び制御接点を有する、スイッチング要素と、
    第一抵抗が制御ユニットの電力接点と前記スイッチング要素の前記入力接点の間に位置し、制御ユニットが、前記スイッチング要素をオン・オフするよう、制御信号を前記スイッチング要素の前記制御接点に制御接点から出力する、電力接点、制御接点、検知接点、及び接地接点を有する、制御ユニットと、
    前記制御信号を出力するかどうか決定するために、前記制御ユニットが前記直流電源の電圧を検知することができるよう、第一端末及び第二端末を有し、前記制御ユニットの前記検知接点と前記接地接点の間に位置する、第二抵抗と、
    第一コンデンサの第一端末が前記電力接点に接続され、第一コンデンサの第二端末が前記第二抵抗の前記接地接点及び第一端末に接続される、第一端末及び第二端末を有する、第一コンデンサと、
    第一誘導器の第一端末が前記第二抵抗の前記第一端末に接続され、第一誘導器の第二端末がＬＥＤに接続される、第一端末及び第二端末を有する、第一誘導器と、
    第三抵抗の第一端末が第一コンデンサの第一端末に接続される、第一端末及び第二端末を有する、第三抵抗、及び、
    第一ショットキーダイオードの陰極が前記第三抵抗の前記第二端末に接続され、第一ショットキーダイオードの陽極が前記第一誘導器の前記第二端末に接続される、陰極及び陽極を有する、第一ショットキーダイオード、
    からなる事を特徴とする、ＬＥＤを駆動するための発光ダイオード（ＬＥＤ）駆動回路。
15. 前記交流／直流変換回路が全波ブリッジ整流器を構成する、請求項１４に記載のＬＥＤ駆動回路。
16. 前記交流／直流変換回路が半波ブリッジ整流器を構成する、請求項１４に記載のＬＥＤ駆動回路。
17. 前記第一誘導器の前記第二端末が前記ＬＥＤの陽極に接続され、前記ＬＥＤの陰極が接地される、請求項１４に記載のＬＥＤ駆動回路。
18. 第三抵抗と前記第一ショットキーダイオードが前記第一コンデンサの前記第一端末と前記第一誘導器の前記第二端末の間で直列に連結される、請求項１４に記載のＬＥＤ駆動回路。
19. 前記検知接点が第二ショットキーダイオードの陰極及び前記第二抵抗の前記第二端末に接続され、前記第二ショットキーダイオードの陽極が接地される、請求項１４に記載のＬＥＤ駆動回路。
20. 出力コンデンサの第一端末が前記第一ショットキーダイオードの前記陽極に接続され、出力コンデンサの第二端末が接地される、第一端末及び第二端末を有する出力コンデンサをさらに備える、請求項１４に記載のＬＥＤ駆動回路。

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