JP4924916B2 - LED driving device - Google Patents

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Description

この発明は、発光ダイオード駆動装置に関する。   The present invention relates to a light emitting diode driving device.

特開平8−78731号公報JP-A-8-78731

近年、発光ダイオード(Light Emitting Diode:以下、LEDともいう)はインジケータの他、照明などにも広範囲に用いられるようになっている。従来のLED駆動回路例を図14に示す(文献による実例として、特許文献1の図1)。+Vは電源電圧、SigはLEDのON,OFF及び調光制御のための信号である。Sigに電圧が加わると抵抗R1を通じてトランジスタTrのベース電流が流れトランジスタTrがONする。LEDには電流制限抵抗R2を介して電流が流れて発光する。LEDの輝度は流れる電流iにほぼ比例するので、LEDの順方向電圧降下をV、トランジスタON時のコレクタ−エミッタ間電圧をVceとするとLEDの発光強度Iは以下のように表わすことができる。
I≒Ai=A(+V−V−Vce)/R2 ‥(0)
通常、発光強度Iは、電源電圧+Vと電流制限抵抗R2の電気抵抗値とを設定することで決定される。
In recent years, light emitting diodes (hereinafter also referred to as LEDs) have been widely used for lighting as well as indicators. An example of a conventional LED driving circuit is shown in FIG. 14 (FIG. 1 of Patent Document 1 as an example based on the literature). + V is a power supply voltage, and Sig is a signal for LED ON / OFF and dimming control. When a voltage is applied to Sig, the base current of the transistor Tr flows through the resistor R1, and the transistor Tr is turned on. The LED emits light when a current flows through the current limiting resistor R2. Since the luminance of the LED is substantially proportional to the flowing current i, the emission intensity I of the LED can be expressed as follows, assuming that the forward voltage drop of the LED is V F and the collector-emitter voltage when the transistor is ON is Vce. .
I≈Ai = A (+ V−V F −Vce) / R2 (0)
Usually, the emission intensity I is determined by setting the power supply voltage + V and the electric resistance value of the current limiting resistor R2.

しかし、上記のような駆動回路では必ず電流制限抵抗R2により電力が消費されるため効率は良くない。特に、多数のLEDを用いる場合は放熱量が大きくなり、回路基板や筐体の設計上問題となる。電流制限抵抗R2を小さくして該電流制限抵抗R2による電圧降下量を減少させれば、LEDの駆動効率自体は改善されるが、LEDの製造上不可避的に生ずる特性値のバラツキ、特に順方向電圧降下Vのバラツキや変動の影響を大きく受けることになるので、電流制限抵抗R2を小さくするには限界がある。 However, the drive circuit as described above is not efficient because power is always consumed by the current limiting resistor R2. In particular, when a large number of LEDs are used, the amount of heat radiation increases, which causes a problem in designing a circuit board and a housing. If the current limiting resistor R2 is reduced to reduce the amount of voltage drop due to the current limiting resistor R2, the LED driving efficiency itself is improved. it means that largely affected by the variation or fluctuation of the voltage drop V F, to reduce the current limiting resistor R2 is limited.

本発明の課題は、電流制限抵抗による電力損失を大幅に軽減できる高効率の発光ダイオード駆動装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a high-efficiency light-emitting diode driving device that can significantly reduce power loss due to a current limiting resistor.

課題を解決するための手段及び発明の効果Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

上記の課題を解決するために、本発明の発光ダイオード駆動装置は、
発光ダイオードを駆動するための主駆動ラインと、
該主駆動ライン上に発光ダイオードに対し直列に挿入されるインダクタと、
発光ダイオードに駆動電源からの主駆動電流を供給する電源ラインと、
発光ダイオードに対する電源ラインを含まない補助閉電流路を、主駆動ラインとともに形成す補助閉電流路形成ラインと、
発光ダイオードに対する通電状態を、電源ラインから主駆動ラインに対し、インダクタに磁気エネルギーを蓄えつつ主駆動電流を供給する第一通電状態と、主駆動電流の主駆動ラインへの供給を遮断しつつ、インダクタに蓄えられた磁気エネルギーを発光ダイオードの補助駆動電流として補助閉電流路を介して放出させる第二通電状態との間で交互に切り替える通電状態切り替え手段とを備え
前記インダクタが複数用意され、それらインダクタの1ないし2以上のものを、合計インダクタンスが互いに異なる組み合わせにて前記主駆動ラインに切り替え可能に接続するインダクタ切り替え機構を有してなることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a light-emitting diode driving device of the present invention includes:
A main drive line for driving the light emitting diode;
An inductor inserted in series with the light emitting diode on the main drive line;
A power supply line for supplying a main drive current from the drive power supply to the light emitting diode;
An auxiliary closed current path forming line that forms an auxiliary closed current path that does not include a power supply line for the light emitting diode together with the main drive line; and
While the energization state for the light emitting diode is from the power supply line to the main drive line, the first energization state for supplying the main drive current while accumulating magnetic energy in the inductor, and the supply of the main drive current to the main drive line is cut off, An energization state switching means for alternately switching between a second energization state in which the magnetic energy stored in the inductor is discharged through the auxiliary closed current path as an auxiliary drive current of the light emitting diode ;
A plurality of the inductors are prepared, and an inductor switching mechanism is provided that connects one or two or more of the inductors to the main drive line so that the total inductances can be switched in different combinations .

上記本発明の発光ダイオード駆動装置によれば、主駆動ライン上の発光ダイオードにインダクタを直列接続し、インダクタに磁気エネルギーを蓄えつつ主駆動電流を供給する第一通電状態と、主駆動電流の主駆動ラインへの供給を遮断しつつ、インダクタに蓄えられた磁気エネルギーを発光ダイオードの補助駆動電流として補助閉電流路を介して放出させる第二通電状態とを交互に切り替えることで、発光ダイオードを発光駆動する。第一通電状態では、主駆動ラインを流れる電流エネルギーの一部がインダクタに磁気エネルギーとして蓄えられることにより、発光ダイオードの駆動電流を制限することができる。そして、第二通電状態では、第一通電状態で電流制限のためにインダクタに蓄えたエネルギーを、補助駆動電流の形で発光ダイオードの駆動に無駄なく使用することができる。つまり、従来の回路では電流制限抵抗で無駄に消費されていた電力を、第一通電状態においてインダクタに一旦蓄えて電流制限し、そのインダクタに蓄えられたエネルギーは第二通電状態で発光ダイオードの駆動に使用するので極めて効率がよい。その結果、無駄な電力消費が抑えられるので発熱も少なく、回路基板や筐体の放熱設計も簡単にできる。   According to the light emitting diode driving device of the present invention, an inductor is connected in series to the light emitting diodes on the main driving line, the first energization state for supplying the main driving current while storing the magnetic energy in the inductor, and the main driving current Light-emitting diodes emit light by alternately switching to the second energized state where the magnetic energy stored in the inductor is released through the auxiliary closed current path as the auxiliary drive current of the light-emitting diodes while cutting off the supply to the drive line To drive. In the first energized state, a part of current energy flowing through the main drive line is stored as magnetic energy in the inductor, so that the drive current of the light emitting diode can be limited. In the second energization state, the energy stored in the inductor for current limitation in the first energization state can be used for driving the light emitting diode in the form of an auxiliary drive current without waste. In other words, the power that was wasted in the current limiting resistor in the conventional circuit is temporarily stored in the inductor in the first energization state to limit the current, and the energy stored in the inductor drives the light emitting diode in the second energization state. Is extremely efficient. As a result, wasteful power consumption is suppressed, so there is little heat generation, and the heat dissipation design of the circuit board and the housing can be simplified.

上記本発明の構成であれば、発光ダイオードへの通電電流を調整するための電流調整抵抗を、電源ライン、主駆動ライン及び補助閉電流路形成ラインを含む該発光ダイオードの通電経路から排除することができる。これにより、電流調整抵抗での無駄な電力消費は本質的に生じなくなる。   According to the configuration of the present invention, the current adjustment resistor for adjusting the energization current to the light emitting diode is excluded from the energization path of the light emitting diode including the power supply line, the main drive line, and the auxiliary closed current path forming line. Can do. This essentially eliminates wasted power consumption at the current adjustment resistor.

次に、通電状態切り替え手段は、電源ラインと主駆動ラインとを接続状態と切り離し状態との間で切り替える駆動スイッチを備えたものとして構成できる。この場合、発光ダイオード及びインダクタのいずれよりも該駆動スイッチに近い側にて主駆動ラインから補助閉電流路形成ラインを分岐させ、該補助閉電流路形成ライン上には、駆動スイッチにより電源ラインが主駆動ラインに接続された状態では、該補助閉電流路形成ラインに主駆動電流が流れることを阻止し、電源ラインが主駆動ラインから切り離された状態では、該補助閉電流路形成ラインに補助駆動電流が流れることを許容する整流素子(例えばダイオード)を設けることができる。駆動スイッチと整流素子とを組み合わせた簡単な回路構成により、上記の第一通電状態と第二通電状態とを切り替える機構を容易にかつ安価に実現できる。   Next, the energization state switching means can be configured to include a drive switch that switches the power supply line and the main drive line between a connected state and a disconnected state. In this case, the auxiliary closed current path forming line is branched from the main drive line on the side closer to the drive switch than either the light emitting diode or the inductor, and the power line is connected to the auxiliary closed current path forming line by the drive switch. When connected to the main drive line, the main drive current is prevented from flowing through the auxiliary closed current path forming line, and when the power supply line is disconnected from the main drive line, the auxiliary closed current path forming line is assisted. A rectifying element (for example, a diode) that allows a drive current to flow can be provided. A mechanism for switching between the first energized state and the second energized state can be easily and inexpensively realized by a simple circuit configuration in which the drive switch and the rectifying element are combined.

駆動スイッチはトランジスタスイッチにて構成することができる。該トランジスタスイッチの駆動端子に駆動信号を入力することにより、電源ラインを介した発光ダイオード及びインダクタへの主駆動電流の供給を周期的にスイッチングすることで、第一通電状態と第二通電状態との切り替えを容易にかつ高速に行なうことができる。一方、駆動電源が、予め定められた周期の方形波電源出力を電源ラインに供給するものである場合は、駆動スイッチを、主駆動ラインへの主駆動電流の導通は許容し、電源ライン側への補助駆動電流の導通を遮断するダイオードにより、より安価に構成することができる。   The drive switch can be composed of a transistor switch. By inputting a drive signal to the drive terminal of the transistor switch, the supply of the main drive current to the light emitting diode and the inductor via the power line is periodically switched, so that the first energized state and the second energized state Can be easily and rapidly switched. On the other hand, when the drive power supply supplies a square wave power supply output with a predetermined cycle to the power supply line, the drive switch allows the main drive current to be conducted to the main drive line and to the power supply line side. The diode that cuts off the conduction of the auxiliary drive current can be configured at a lower cost.

次に、本発明においては、通電状態切り替え手段による第一通電状態と第二通電状態との1回の切り替え周期にて発光ダイオードに生ずる発光パルス強度を、当該切り替え周期における第一通電状態の継続時間を変更することにより調整するパルス強度調整手段を設けることができる。この構成によると、例えば駆動電源電圧が一定の場合、第一通電状態の継続時間を長くすることで、1回の切り替え周期にて発光ダイオードに生ずる発光パルスの強度を大きくすることができる。また、駆動電源電圧が変動する場合は、駆動電源電圧による発光パルス強度の変動を打ち消す向きに変化させる(例えば、駆動電源電圧が増加方向に変動する場合は、第一通電状態の継続時間を短くするように変化させる)ことで、発光ダイオードの発光強度の安定化を図ることができる。   Next, in the present invention, the intensity of the light emission pulse generated in the light emitting diode in one switching period between the first energized state and the second energized state by the energized state switching means is the continuation of the first energized state in the switching period. A pulse intensity adjusting means that adjusts by changing the time can be provided. According to this configuration, for example, when the drive power supply voltage is constant, the intensity of the light emission pulse generated in the light emitting diode in one switching cycle can be increased by increasing the duration of the first energization state. Further, when the drive power supply voltage fluctuates, the light emission pulse intensity fluctuation due to the drive power supply voltage is changed to cancel (for example, when the drive power supply voltage fluctuates in the increasing direction, the duration of the first energization state is shortened). The light emission intensity of the light emitting diode can be stabilized.

通電状態切り替え手段による第一通電状態と第二通電状態との切り替え周波数が固定されている場合、パルス強度調整手段は、1回の切り替え周期における第一通電状態のデューティ比を変更することにより発光ダイオードの平均的な発光強度を調整する調光手段として機能させることができる。また、駆動電源の電圧を検出する電圧検出手段を設ければ、前述のパルス強度調整手段を、該検出された電圧が高くなるほど、同じ発光強度を得るための、1回の切り替え周期における第一通電状態のデューティ比を小さく設定する発光強度安定化手段として機能させることができる。これらの構成では、第一通電状態と第二通電状態との切り替え制御を、周知のPWM制御信号に基づいて簡単に行なうことができ、その制御信号のデューティ比の変更により調光制御あるいは発光強度安定化制御を精度よく実施することができる。   When the switching frequency between the first energized state and the second energized state by the energized state switching unit is fixed, the pulse intensity adjusting unit emits light by changing the duty ratio of the first energized state in one switching cycle. It can function as a light control means for adjusting the average light emission intensity of the diode. In addition, if a voltage detection means for detecting the voltage of the drive power supply is provided, the above-described pulse intensity adjustment means causes the first emission period in one switching cycle to obtain the same emission intensity as the detected voltage increases. It can function as a light emission intensity stabilizing means for setting the duty ratio in the energized state small. In these configurations, switching control between the first energization state and the second energization state can be easily performed based on a known PWM control signal, and dimming control or light emission intensity can be achieved by changing the duty ratio of the control signal. Stabilization control can be performed with high accuracy.

他方、本発明においては、通電状態切り替え手段による第一通電状態と第二通電状態との切り替え周波数を変更することにより、発光ダイオードに生ずる単位時間当たりの発光パルス数を調整するパルス数調整手段を設けることもできる。この構成も発光ダイオードの調光制御ないし発光強度安定化制御等に有効に活用することができる。例えば、前者の場合は、パルス数調整手段を、切り替え周波数の変更により発光ダイオードの平均的な発光強度を調整する調光手段として機能させればよい。また、後者においては、駆動電源の電圧を検出する電圧検出手段を設けるとともに、パルス数調整手段を、該検出された電圧が高くなるほど切り替え周波数を小さく設定する発光強度安定化手段として機能させればよい。   On the other hand, in the present invention, there is provided pulse number adjusting means for adjusting the number of light emitting pulses per unit time generated in the light emitting diode by changing the switching frequency between the first energized state and the second energized state by the energized state switching means. It can also be provided. This configuration can also be effectively used for dimming control of light emitting diodes or emission intensity stabilization control. For example, in the former case, the pulse number adjusting unit may function as a dimming unit that adjusts the average light emission intensity of the light emitting diode by changing the switching frequency. In the latter case, if voltage detection means for detecting the voltage of the drive power supply is provided, and the pulse number adjustment means functions as light emission intensity stabilization means for setting the switching frequency to be smaller as the detected voltage is higher. Good.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図1は、本発明の発光ダイオード駆動装置の一例を概念的に示すものである。該発光ダイオード駆動装置1は、次の要件を備えて構成されている。
・主駆動ライン3:発光ダイオードLED2が設けられる。
・インダクタL1:該主駆動ライン3上に発光ダイオードLED2に対し直列に挿入される。
・電源ライン6:発光ダイオードLED2に駆動電源5からの主駆動電流を供給する。
・補助閉電流路形成ライン4:発光ダイオードLED2に対する電源ライン6を含まない補助閉電流路7を、主駆動ライン3とともに形成する。
・通電状態切り替え手段:発光ダイオードLED2に対する通電状態を、電源ライン6から主駆動ライン3に対し、インダクタL1(符号「L1,L2」は、各インダクタのインダクタンスを表わすものともする)に磁気エネルギーを蓄えつつ主駆動電流を供給する第一通電状態S1と、主駆動電流の主駆動ライン3への供給を遮断しつつ、インダクタL1に蓄えられた磁気エネルギーを発光ダイオードLED2の補助駆動電流として補助閉電流路7を介して放出させる第二通電状態S2との間で交互に切り替える。図1では、この機能を概念的に実現するためのスイッチ(ここではSPDTスイッチとしているが、全体としての機能が等価であれば、スイッチ形態はこれに限られるものではない)10と、その切り替え制御主体となる図示しないCPU(図7にて符号8により示すもの)とにより実現している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 conceptually shows an example of a light emitting diode driving device of the present invention. The light emitting diode driving device 1 is configured with the following requirements.
Main drive line 3: A light emitting diode LED2 is provided.
Inductor L1: The light emitting diode LED2 is inserted in series on the main drive line 3.
Power supply line 6: The main drive current from the drive power supply 5 is supplied to the light emitting diode LED2.
Auxiliary closed current path forming line 4: An auxiliary closed current path 7 that does not include the power supply line 6 for the light emitting diode LED2 is formed together with the main drive line 3.
Energization state switching means: The energization state of the light emitting diode LED2 is transmitted from the power supply line 6 to the main drive line 3, and magnetic energy is applied to the inductor L1 (the symbols “L1 and L2” represent inductances of the inductors) The first energized state S1 for supplying the main drive current while storing it, and closing the supply of the main drive current to the main drive line 3 while assisting the magnetic energy stored in the inductor L1 as an auxiliary drive current for the light emitting diode LED2 It switches alternately with 2nd electricity supply state S2 discharged | emitted via the current path 7. FIG. In FIG. 1, a switch for conceptually realizing this function (in this case, an SPDT switch is used, but if the function as a whole is equivalent, the switch form is not limited to this) 10 and its switching This is realized by a CPU (not shown) (noted by reference numeral 8 in FIG. 7) which is a control main body.

駆動ライン3は第一端がスイッチ10を介して電源ライン6に接続される一方、第二端側は接地されている。電源ライン6には駆動電源5(本実施形態では、電源電圧が+Vの車載バッテリーである)が接続されている。また、補助閉電流路形成ライン4の末端も接地されている。スイッチ10は、主駆動ライン3を電源ライン6(S1側)と補助閉電流路形成ライン4(S2側)とのいずれかに切り替え可能に接続する役割を果たす。そして、スイッチ10が補助閉電流路形成ライン4側に倒れているときは、補助閉電流路形成ライン4と主駆動ライン3とが接地を介して環状につながり、補助閉電流路7を形成することとなる。発光ダイオードLED2はアノード側が接地されるように駆動ライン3上に接続されているが、電源5の極性は反転することもでき、この場合は発光ダイオードLED2の駆動ライン3への挿入方向も逆となる。 The drive line 3 has a first end connected to the power supply line 6 via the switch 10 and a second end connected to the ground. The power supply line 6 (in the present embodiment, the power supply voltage is an in-vehicle battery + V B) drive power source 5 is connected. Further, the end of the auxiliary closed current path forming line 4 is also grounded. The switch 10 serves to connect the main drive line 3 to either the power supply line 6 (S1 side) or the auxiliary closed current path forming line 4 (S2 side) in a switchable manner. When the switch 10 is tilted toward the auxiliary closed current path forming line 4, the auxiliary closed current path forming line 4 and the main drive line 3 are connected in a ring shape through the ground, thereby forming the auxiliary closed current path 7. It will be. The light emitting diode LED2 is connected on the drive line 3 so that the anode side is grounded. However, the polarity of the power source 5 can be reversed. In this case, the direction of insertion of the light emitting diode LED2 into the drive line 3 is also reversed. Become.

図1において明らかなごとく、電源ライン6、主駆動ライン3及び補助閉電流路形成ライン4を含む該発光ダイオードLED2の通電経路からは、発光ダイオードLED2への通電電流を調整するための電流調整抵抗が完全に排除されている。   As apparent from FIG. 1, a current adjusting resistor for adjusting the energization current to the light emitting diode LED <b> 2 from the energization path of the light emitting diode LED <b> 2 including the power supply line 6, the main drive line 3 and the auxiliary closed current path forming line 4. Has been completely eliminated.

図1の回路の動作概要について説明する。
まず、スイッチ10がS1側に倒れて第一通電状態になると、発光ダイオードLED2には電源からの直接駆動電流である主駆動電流が流れ始める。電流調整抵抗を省略した状態で発光ダイオードLED2を駆動電源5に直結して連続通電すると、(0)式からも明らかな通り、発光ダイオードLED2を流れる電流値Iは瞬時にして非常に大きな値となり、発光ダイオードLED2を破壊することにつながる。
An outline of the operation of the circuit of FIG. 1 will be described.
First, when the switch 10 falls to the S1 side and enters the first energization state, a main drive current, which is a direct drive current from the power source, starts to flow through the light emitting diode LED2. When the light emitting diode LED2 is directly connected to the drive power supply 5 and the current adjustment resistor is omitted, and continuously energized, the current value I flowing through the light emitting diode LED2 instantaneously becomes a very large value as is apparent from the equation (0). This leads to destruction of the light emitting diode LED2.

しかし、図1では、発光ダイオードLED2にインダクタL1が直列接続されている。インダクタンスL1と抵抗R0と順方向電圧降下Vの発光ダイオードLED2とを電圧Vの電源に接続したときの、回路を流れる電流Iの過渡方程式は、以下の数1に示す通りである。 However, in FIG. 1, the inductor L1 is connected in series with the light emitting diode LED2. When connecting a light emitting diode LED2 of the inductance L1 resistor R0 and the forward voltage drop V F to the supply voltage V, the transient equations of the current flowing through the circuit I, is shown in the following equation (1).

Figure 0004924916
Figure 0004924916

電流調整抵抗が省略されている場合、回路に含まれる抵抗R0は、発光ダイオードLED2の通電経路が固有に有する直流抵抗のみとなるが、この直流抵抗の値は、例えば従来の回路における式(1)の電流調整抵抗の値からみて無視できる程度(例えば1/100以下)に小さい。そこで、R0を近似的にゼロとし、通電開始時の電流値I0をゼロとして数1を解くことにより、発光ダイオードLED2に流れる電流I(主駆動電流)は、下記(1)式のごとく得られる。発光ダイオードLED2に流れる主駆動電流Iは、インダクタL1への磁気エネルギーの蓄積により、図2に示すように通電時間tの経過とともにゼロからリニアに増加する。   When the current adjusting resistor is omitted, the resistor R0 included in the circuit is only the direct current resistance inherently provided in the energization path of the light emitting diode LED2, and the value of the direct current resistance is, for example, an expression (1 in the conventional circuit). ) Is small enough to be ignored (for example, 1/100 or less). Therefore, by setting R0 to approximately zero and solving the equation 1 by setting the current value I0 at the start of energization to zero, the current I (main drive current) flowing through the light emitting diode LED2 is obtained as in the following equation (1). . The main drive current I flowing through the light emitting diode LED2 increases linearly from zero as the energization time t elapses as shown in FIG. 2 due to the accumulation of magnetic energy in the inductor L1.

Figure 0004924916
Figure 0004924916

第一通電状態の維統間をτonとすると、最大電流値Ipは次の(2)式で表される。 When the interval between the first energized states is τon, the maximum current value Ip is expressed by the following equation (2).

Figure 0004924916
Figure 0004924916

次に、上記の状態からスイッチ10がS2側に倒れて第二通電状態になると、すぐには電流Iはゼロとはならず、インダクタL1に蓄えられた磁気エネルギーが放出されて補助閉電流路7に、下記(3)式にて表される補助駆動電流I’(t)が減衰しつつ流れる。   Next, when the switch 10 falls to the S2 side from the above state and enters the second energized state, the current I does not immediately become zero, but the magnetic energy stored in the inductor L1 is released and the auxiliary closed current path is released. 7, the auxiliary drive current I ′ (t) represented by the following equation (3) flows while being attenuated.

Figure 0004924916
Figure 0004924916

(2)式から明らかな通り、補助駆動電流Ipは時間tとともにリニアに減少し(図2)、第二通電状態に切り替えたあと、下記(4)式で表される臨界時間τkが経過すればゼロとなる。   As apparent from the equation (2), the auxiliary drive current Ip decreases linearly with time t (FIG. 2), and after switching to the second energization state, the critical time τk represented by the following equation (4) passes. Will be zero.

Figure 0004924916
Figure 0004924916

発光ダイオードLED2の発光強度ILは流れる電流の積分値に比例するので、第一通電状態と第二通電状態(S1/S2)との切り替え周波数をFとすると、輝度ILは下記(5)式にて表される。すなわち、発光ダイオードLED2の発光強度ILは電源電圧V、インダクタンスL1、第一通電状態の継続時間τon及び切り替え周波数Fで制御できることがわかる。   Since the light emission intensity IL of the light emitting diode LED2 is proportional to the integral value of the flowing current, if the switching frequency between the first energization state and the second energization state (S1 / S2) is F, the luminance IL is expressed by the following equation (5). It is expressed as That is, it can be seen that the light emission intensity IL of the light emitting diode LED2 can be controlled by the power supply voltage V, the inductance L1, the duration τon of the first energization state, and the switching frequency F.

Figure 0004924916
Figure 0004924916

なお、理論上は、通電経路の固有直流抵抗に応じた電流飽和値が存在するが、その値は、一般的な発光ダイオードにおける通電可能な最大電流値よりもはるかに大きい。従って、第一通電状態から第二通電状態への切り替えは、発光ダイオードLED2を流れる電流Iが該最大電流値に到達する前に行なう必要がある。逆にいえば、該切り替えを上記最大電流値に到達する前に行なうからこそ、電流調整抵抗が排除されているにも拘わらず、発光ダイオードLED2の通電電流の制限ができるわけである。   Theoretically, there is a current saturation value corresponding to the inherent DC resistance of the energization path, but this value is much larger than the maximum current value that can be energized in a general light emitting diode. Therefore, switching from the first energized state to the second energized state needs to be performed before the current I flowing through the light emitting diode LED2 reaches the maximum current value. In other words, because the switching is performed before reaching the maximum current value, the current flowing through the light emitting diode LED2 can be limited even though the current adjustment resistor is eliminated.

図3は、より具体的な回路例を示すものである。該回路では、電源ライン6と主駆動ライン3とを接続状態と切り離し状態との間で切り替える駆動スイッチTr1が設けられている。また、発光ダイオードLED2及びインダクタL1のいずれよりも該駆動スイッチTr1に近い側にて主駆動ライン3から補助閉電流路形成ライン4が分岐している。そして、該補助閉電流路形成ライン4上には、駆動スイッチTr1により電源ライン6が主駆動ライン3に接続された状態では、該補助閉電流路形成ライン4に主駆動電流が流れることを阻止し、電源ライン6が主駆動ライン3から切り離された状態では、該補助閉電流路形成ライン4に補助駆動電流が流れることを許容する整流素子Di1(ここではダイオード)が設けられている。   FIG. 3 shows a more specific circuit example. The circuit is provided with a drive switch Tr1 for switching the power supply line 6 and the main drive line 3 between a connected state and a disconnected state. Further, the auxiliary closed current path forming line 4 branches from the main drive line 3 on the side closer to the drive switch Tr1 than either the light emitting diode LED2 or the inductor L1. Then, when the power supply line 6 is connected to the main drive line 3 by the drive switch Tr1 on the auxiliary closed current path forming line 4, the main drive current is prevented from flowing through the auxiliary closed current path forming line 4. In the state where the power supply line 6 is disconnected from the main drive line 3, a rectifying element Di 1 (here, a diode) that allows the auxiliary drive current to flow through the auxiliary closed current path forming line 4 is provided.

図3において、駆動スイッチTr1はトランジスタスイッチとされている(ここでは、バイポーラトランジスタであるが、FETでもよい:なお、リレー等の機械式スイッチでも代用できる)。該トランジスタスイッチTr1の駆動端子に駆動信号SCを入力することにより、電源ライン6を介した発光ダイオードLED2及びインダクタL1への主駆動電流の供給を周期的にスイッチングすることで、第一通電状態と第二通電状態とを切り替えることができる。駆動スイッチTr1をなすバイポーラトランジスタは、補助トランジスタTr2を介して駆動信号SCによりスイッチング駆動される。なお、抵抗R1,R3は各トランジスタTr2,Tr1の駆動入力電圧を調整するためのものであり、抵抗R2は補助トランジスタTr2の残留電荷を引き抜いてスイッチング速度を向上させる働きをなす。   In FIG. 3, the drive switch Tr1 is a transistor switch (here, it is a bipolar transistor, but it may be an FET: a mechanical switch such as a relay can be substituted). By inputting the drive signal SC to the drive terminal of the transistor switch Tr1, the supply of the main drive current to the light emitting diode LED2 and the inductor L1 via the power supply line 6 is periodically switched, so that The second energized state can be switched. The bipolar transistor constituting the drive switch Tr1 is driven to be switched by the drive signal SC through the auxiliary transistor Tr2. The resistors R1 and R3 are for adjusting the drive input voltages of the transistors Tr2 and Tr1, and the resistor R2 functions to extract the residual charge of the auxiliary transistor Tr2 and improve the switching speed.

例えば、電源電圧Vを12V、発光ダイオードLED2の順方向電圧降下Vを2V、インダクタL1のインダクタンスを2mHとすると、Tr1がオンして(第一通電状態)10μs後には発光ダイオードLED2の電流は50mAまで増加する。ここで制御信号SCを“L”としてTr1をオフにするとインダクタL1に蓄えられたエネルギーによりダイオードDi1、インダクタL1、発光ダイオードLED2が作る補助閉電流路7に補助駆動電流が流れる。式(4)からわかるように、この補助駆動電流は約50μs(臨界時間τk)後にゼロになる。制御信号SCの“H/L(第一通電状態/第二通電状態)”の切り替え周波数Fを10KHzに固定し、第一通電状態の継続時間τonが10μs(デューティ比ηは0.1)の時の輝度を100%とすると、式(5)からτonを1μsから10μsまで(つまり、デューティ比ηを0.01から0.1まで)制御することにより、輝度を1%から100%まで制御できる。 For example, the power supply voltage V 12V, 2V forward voltage drop V F of the light-emitting diodes LED2, when the inductance of the inductor L1 and 2 mH, after Tr1 is turned on (first energized state) 10 [mu] s light emitting diode LED2 of the current Increase to 50 mA. Here, when the control signal SC is set to “L” and Tr1 is turned off, the auxiliary drive current flows through the auxiliary closed current path 7 formed by the diode Di1, the inductor L1, and the light emitting diode LED2 by the energy stored in the inductor L1. As can be seen from equation (4), this auxiliary drive current becomes zero after about 50 μs (critical time τk). The switching frequency F of the control signal SC “H / L (first energization state / second energization state)” is fixed to 10 KHz, and the duration τon of the first energization state is 10 μs (duty ratio η is 0.1). When the luminance at the time is 100%, the luminance is controlled from 1% to 100% by controlling τon from 1 μs to 10 μs (that is, the duty ratio η is from 0.01 to 0.1) from the equation (5). it can.

図4に示すごとく、第一通電状態と第二通電状態との切り替え周波数がF0に固定されている場合、1回の切り替え周期T0における第一通電状態のデューティ比ηを変更することにより、発光ダイオードLED2の平均的な発光強度ILを調整することができる。η=τon・F0だから、これを前述の(5)式に代入すれば明らかな通り、発光強度ILは、駆動電源電圧Vが一定であればデューティ比ηの2乗に比例して大きくなる。また、目標発光強度ILが与えられたときのデューティ比ηは、下記(6)式により算出できる。   As shown in FIG. 4, when the switching frequency between the first energized state and the second energized state is fixed at F0, the light emission is obtained by changing the duty ratio η of the first energized state in one switching cycle T0. The average light emission intensity IL of the diode LED2 can be adjusted. Since η = τon · F 0, the light emission intensity IL increases in proportion to the square of the duty ratio η if the drive power supply voltage V is constant, as is apparent from substituting this into the above equation (5). Further, the duty ratio η when the target light emission intensity IL is given can be calculated by the following equation (6).

Figure 0004924916
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一方、駆動電源5の電圧V(ここでは、車載バッテリー電圧Vである)が変動する場合は、該電源電圧Vを検出し、該検出された電圧が高くなるほど、同じ発光強度ILを得るための、1回の切り替え周期T0における第一通電状態のデューティ比ηを小さく設定するように制御すれば、発光強度ILを安定化させることができる。この場合は、発光強度ILを固定値とする形で、検出された電源電圧Vに対応するデューティ比ηを、上記の式(6)により算出することができる。 On the other hand, the voltage V (here, car battery voltage is V B) of the drive power source 5 when the fluctuating detects the power supply voltage V, the more the detected voltage becomes higher, to obtain the same luminous intensity IL If the control is performed so that the duty ratio η in the first energization state in one switching cycle T0 is set to be small, the light emission intensity IL can be stabilized. In this case, the duty ratio η corresponding to the detected power supply voltage V can be calculated by the above equation (6) with the light emission intensity IL being a fixed value.

次に、別の方式としては、第一通電状態と第二通電状態との切り替え周波数Fを変更することにより、発光ダイオードLED2に生ずる単位時間当たりの発光パルス数を調整することもできる。図5の(A),(B)及び図6の(C)に示すように、第一通電状態の継続時間τonが一定であり、かつ、第二通電状態の継続時間τoffを前述の臨界時間τk以上に設定しておけば、1パルス当たりの発光量を一定にでき、切り替え周波数Fに比例した調光が可能となる。なお、第二通電状態の継続時間τoffは図6の(C)に示すように、臨界時間τkと等しくなるように設定することも可能であり、三角波状の発光パルスを連続発生させることで発光強度を高めることができる。第一通電状態の継続時間がτon0に固定されるとき、目標発光強度ILが与えられたときの切り替え周波数Fは、下記(7)式により算出できる。   Next, as another method, the number of light emission pulses per unit time generated in the light emitting diode LED2 can be adjusted by changing the switching frequency F between the first energization state and the second energization state. As shown in FIGS. 5A, 5B, and 6C, the duration τon of the first energized state is constant, and the duration τoff of the second energized state is set to the critical time described above. If it is set to τk or more, the amount of emitted light per pulse can be made constant, and light control in proportion to the switching frequency F is possible. Note that the duration τoff of the second energized state can be set to be equal to the critical time τk, as shown in FIG. 6C, and light is emitted by continuously generating a triangular wave-like light emission pulse. Strength can be increased. When the duration of the first energization state is fixed at τon0, the switching frequency F when the target light emission intensity IL is given can be calculated by the following equation (7).

Figure 0004924916
Figure 0004924916

駆動電源5の電圧V(ここでは、車載バッテリー電圧Vである)が変動する場合は該電源電圧Vを検出し、該検出された電圧が高くなるほど、同じ発光強度ILを得るための上記周波数Fを小さく設定するように制御すれば、発光強度ILを安定化させることができる。この場合は、発光強度ILを固定値とする形で、検出された電源電圧Vに対応する切り替え周波数Fを、上記の式(7)により算出することができる。すなわち、目標発光強度ILに対応する切り替え周波数Fは、電源電圧(例えば、検出される車載バッテリー電圧+V)から発光ダイオードLED2の順方向電圧降下Vを減じた値に逆比例するよう設定すればよいことがわかる。 Voltage V of the drive power source 5 (in this case, the vehicle-mounted battery voltage is V B) if varies detects the power supply voltage V, the more the detected voltage becomes higher, the frequency for obtaining the same emission intensity IL If the F is controlled to be set small, the emission intensity IL can be stabilized. In this case, the switching frequency F corresponding to the detected power supply voltage V can be calculated by the above equation (7) with the emission intensity IL as a fixed value. That is, the switching frequency F corresponding to the target light emission intensity IL is the power supply voltage (e.g., detected vehicle battery voltage + V B) is set as inversely proportional to the value obtained by subtracting the forward voltage drop V F of the light emitting diode LED2 from I understand that

なお、第二通電状態の継続時間τoffを臨界時間τkよりも短く設定することも可能であり、この場合は、図6の(D)に示すように、発光ダイオードを一定レベル以上の発光強度で連続点灯させることができる。この場合、前回のサイクルの第二通電状態期間でインダクタに蓄えられた磁気エネルギーが完全に放出されないうちに、次のサイクルの第一通電状態へと移行する形となるので、当該第一通電状態期間にて到達する通電電流値が、発光ダイオードLED2の許容最大電流値を超えないように、デューティ比ηを定める必要がある。   Note that the duration τoff of the second energized state can be set shorter than the critical time τk. In this case, as shown in FIG. Can be lit continuously. In this case, since the magnetic energy stored in the inductor in the second energized state period of the previous cycle is not completely released, the first energized state is transferred to the next cycle. It is necessary to determine the duty ratio η so that the energization current value reached in the period does not exceed the allowable maximum current value of the light emitting diode LED2.

図7は、以上の機能をCPUによるソフトウェア処理により実現するようにした回路の例である。駆動電源電圧(車載バッテリー電圧)+VはCPU8のA/D変換ポートに入力され、他方、目標発光強度ILもCPU8の別のポートに入力される。CPU8は、図8に示すプログラム処理の流れに従い、発光駆動制御を行なう。まず、U1、U2では、入力されている駆動電源電圧+Vと目標発光強度ILとの各値を読み取り、PWM制御の場合はデューティ比ηを前記の(6)式に従い算出する。また、周波数制御の場合は、設定周波数Fを前述の(7)式に従い算出する。そして、U4で、指定されたポートから、算出されたデューティ比ηないし切り替え周波数Fを有する方形波制御信号SCを出力する。なお、図9に示すように、目標発光強度ILと駆動電源電圧Vとの値の組み合わせに応じて、設定デューティ比ηないし切り替え周波数Fを二次元テーブルB1あるいはB2として記憶しておき、取得した目標発光強度ILと駆動電源電圧Vとに対応するデューティ比ηないし切り替え周波数Fを該テーブルB1あるいはB2から取得するようにしてもよい。 FIG. 7 shows an example of a circuit in which the above functions are realized by software processing by the CPU. The drive power supply voltage (vehicle battery voltage) + V B is input to the A / D conversion port of the CPU 8, while the target light emission intensity IL is also input to another port of the CPU 8. The CPU 8 performs light emission drive control according to the program processing flow shown in FIG. First, in U1 and U2, each value of the input drive power supply voltage + V B and the target light emission intensity IL is read, and in the case of PWM control, the duty ratio η is calculated according to the above equation (6). In the case of frequency control, the set frequency F is calculated according to the aforementioned equation (7). In U4, a square wave control signal SC having the calculated duty ratio η or switching frequency F is output from the designated port. As shown in FIG. 9, the set duty ratio η or the switching frequency F is stored as the two-dimensional table B1 or B2 in accordance with the combination of the values of the target light emission intensity IL and the drive power supply voltage V B and acquired. The duty ratio η or the switching frequency F corresponding to the target emission intensity IL and the drive power supply voltage V B may be acquired from the table B1 or B2.

また、目標発光強度ILが常に一定の場合は、図8のステップU2を省略し、U3において目標発光強度ILを定数としてデューティ比ηないし切り替え周波数Fを算出すればよい(テーブルを用いる場合も、これに対応する一次元のテーブルを用いればよい)。他方、安定化電源を使用できる場合など、駆動電源電圧+Vが一定の場合は、図8のステップU1を省略し、U3において駆動電源電圧Vを定数としてデューティ比ηないし切り替え周波数Fを算出すればよい(テーブルを用いる場合も、これに対応する一次元のテーブルを用いればよい)。 If the target light emission intensity IL is always constant, step U2 in FIG. 8 is omitted, and the duty ratio η or the switching frequency F may be calculated in U3 with the target light emission intensity IL as a constant (even if a table is used). A one-dimensional table corresponding to this may be used). Calculating the other hand, such as when the stabilized power supply may be used, if the drive power supply voltage + V B is constant, omitting the step U1 in FIG. 8, the duty ratio η to switching frequency F the drive power supply voltage V B as a constant in the U3 (If a table is used, a corresponding one-dimensional table may be used).

また、別の方式として、目標発光強度ILの設定に対してはデューティ比ηの変更により対応し、駆動電源電圧+Vに対応した輝度安定化については切り替え周波数Fの変更により対応したり、あるいはその逆とするなど、周波数制御とデューティ比制御とを組み合わせた複合制御方式を採用することも可能である。 As another method, the target emission intensity IL is set by changing the duty ratio η, and the luminance stabilization corresponding to the drive power supply voltage + V B is handled by changing the switching frequency F, or It is also possible to employ a composite control method that combines frequency control and duty ratio control, such as the reverse.

次に、図10は、デューティ比制御を行なうための制御信号SCの発生部をアナログハードウェアで構成した例を示すものである。この場合、駆動電源電圧+Vと目標発光強度ILとの各入力値に基づいて、(6)式に従いデューティ比ηを演算し、アナログ値として出力する専用ICで構成された信号変換部を設け、そのデューティ比ηの指示電圧と、のこぎり波発生回路26からの発振出力をコンパレータ27に入力してPWM制御信号SCを出力させることができる。 Next, FIG. 10 shows an example in which a control signal SC generation unit for performing duty ratio control is configured by analog hardware. In this case, a signal conversion unit configured by a dedicated IC that calculates the duty ratio η according to the equation (6) based on each input value of the drive power supply voltage + V B and the target light emission intensity IL and outputs it as an analog value is provided. The instruction voltage of the duty ratio η and the oscillation output from the sawtooth wave generation circuit 26 can be input to the comparator 27 to output the PWM control signal SC.

また、図3、図7及び図10においては、駆動スイッチをトランジスタスイッチTr1(バイポーラトランジスタでも、FETでもいずれでもよい)にて構成していたが、図11に示すごとく、駆動電源5が方形波電源電圧波形として予めスイッチングされた状態で電源ライン6に入力される場合は、駆動スイッチを、主駆動ライン3への主駆動電流の導通は許容し、電源ライン6側への補助駆動電流の導通を遮断するダイオードDi2により構成することも可能である。電源入力が+VとなるとダイオードDi2、インダクタL1を通じて主駆動電流が流れる。この主駆動電流はダイオードの順方向電圧降下Di2を無視すれば式(2)で表される。一定時間後に電源電圧がゼロとなるとインダクタL1に蓄えられたエネルギーによりDi2、L1、発光ダイオードLED2が作る補助閉電流路に補助駆動電流が流れる。つまり、方形波出力の電源があればダイオードDi2だけで同じ動作が実現できる。電源が+Vの期間が第一通電状態の継続時間τonであり、0Vの期間が第一通電状態の継続時間τoffに対応する。この場合、方形波電源電圧の周波数をFとすれば、発光ダイオードLED2の発光強度は、式(5)により全く同様に表わされる。 In FIGS. 3, 7 and 10, the drive switch is constituted by a transistor switch Tr1 (which may be either a bipolar transistor or an FET). However, as shown in FIG. 11, the drive power supply 5 is a square wave. When the power supply voltage waveform is input to the power supply line 6 in a pre-switched state, the drive switch allows the main drive current to be connected to the main drive line 3, and the auxiliary drive current is supplied to the power supply line 6 side. It is also possible to configure with a diode Di2 that cuts off. When the power input is + V B diode Di2, the main drive current flows through the inductor L1. This main drive current is expressed by equation (2) if the forward voltage drop Di2 of the diode is ignored. When the power supply voltage becomes zero after a certain time, the auxiliary drive current flows through the auxiliary closed current path formed by Di2, L1, and the light emitting diode LED2 by the energy stored in the inductor L1. That is, if there is a square wave output power source, the same operation can be realized only by the diode Di2. The period when the power source is + V is the duration τon of the first energized state, and the period of 0 V corresponds to the duration τoff of the first energized state. In this case, if the frequency of the square wave power supply voltage is F, the light emission intensity of the light emitting diode LED2 is expressed in exactly the same manner by the equation (5).

また、図12及び図13のように、インダクタを複数用意し、それらインダクタの1ないし2以上のものを、合計インダクタンスが互いに異なる組み合わせにて主駆動ライン3に切り替え可能に接続するインダクタ切り替え機構を付加することもできる。これにより、主駆動ラインに接続されるインダクタンスを可変とする構成が簡便に実現でき、発光駆動制御の自由度をより高めることができる。例えば、インダクタンスを第一のインダクタンスL1と、該第一のインダクタンスL1よりも大きい第二のインダクタンス(図12ではL1+L2、図13ではL2)との間で切り替え可能としておくと、第一通電状態の継続時間τonないし第一通電状態/第二通電状態の切り替え周波数Fの可変範囲が同一に設定されている場合、第一のインダクタンスと第二のインダクタンスとの一方において不能な調光範囲を、他方において可能な調光範囲にてカバーすることができ、装置全体として可能な調光範囲を効果的に拡大することができる。   Also, as shown in FIGS. 12 and 13, there is provided an inductor switching mechanism in which a plurality of inductors are prepared and one or two or more of these inductors are connected to the main drive line 3 so as to be switchable in combinations with different total inductances. It can also be added. Thereby, the structure which makes the inductance connected to a main drive line variable is easily realizable, and the freedom degree of light emission drive control can be raised more. For example, if the inductance can be switched between the first inductance L1 and the second inductance larger than the first inductance L1 (L1 + L2 in FIG. 12, L2 in FIG. 13), When the variable range of the switching frequency F of the duration τon or the first energization state / second energization state is set to be the same, the dimming range that is impossible in one of the first inductance and the second inductance is set to the other Can be covered with a dimming range that is possible, and the dimming range that is possible for the entire apparatus can be effectively expanded.

図12の構成では、第一のインダクタL1と、該第一のインダクタL1よりもインダクタンスの大きい第二のインダクタL2とが主駆動ライン3に直列に挿入されている。インダクタ切り替え機構は、第ニのインダクタL2の両端を短絡させるバイパスライン18と、該バイパスライン18上に設けられ、該バイパスライン18の導通/遮断を切り替える切り替えスイッチSWとを有する。切り替えスイッチSWの作動により第ニのインダクタL2の両端を短絡させれば、発光ダイオードLED2に接続されるインダクタンスは第一のインダクタL1に由来した値のみとなる一方、バイパスライン18を開放して第ニのインダクタL2の短絡状態を解消すれば、発光ダイオードLED2に接続されるインダクタンスは第一のインダクタL1と第二のインダクタL2とを直列合成した場合の値となり、インダクタンスの変更を簡単に行なうことができる。また、この構成では、スイッチSWを、バイパスライン18をオープンとショートの間で切り替える機能があればよく、SPSTスイッチなどで単純に構成できる利点がある。図12においては、スイッチSWを、2個のトランジスタTr3,Tr4と周辺の抵抗R5,R4にて構成され、切り替え制御信号SKの入力レベルにより切り替えがなされる。   In the configuration of FIG. 12, a first inductor L1 and a second inductor L2 having an inductance larger than that of the first inductor L1 are inserted in series with the main drive line 3. The inductor switching mechanism includes a bypass line 18 that short-circuits both ends of the second inductor L2, and a changeover switch SW that is provided on the bypass line 18 and switches conduction / cutoff of the bypass line 18. If both ends of the second inductor L2 are short-circuited by the operation of the changeover switch SW, the inductance connected to the light emitting diode LED2 is only a value derived from the first inductor L1, while the bypass line 18 is opened to open the second inductor L2. If the short-circuit state of the second inductor L2 is eliminated, the inductance connected to the light emitting diode LED2 becomes the value when the first inductor L1 and the second inductor L2 are combined in series, and the inductance can be easily changed. Can do. In this configuration, the switch SW only needs to have a function of switching the bypass line 18 between open and short, and there is an advantage that it can be simply configured by an SPST switch or the like. In FIG. 12, the switch SW is composed of two transistors Tr3 and Tr4 and peripheral resistors R5 and R4, and is switched according to the input level of the switching control signal SK.

スイッチSWがオン状態のときの動作特性は、図3の構成と同じである。第一通電状態の継続時間τonを10μsとしたときの発光強度を100%とすると、式(5)からτonを1μsから10μsまで制御することにより、輝度を1%から100%まで制御できる。ここでより発光強度を減少するためにはτonを短くすれば良いが、トランジスタやダイオードの周波数特性、特にTr1、Tr2のオン/オフ時間や、ダイオードDi1のオン/オフ時間が無視できなくなり、効率が低下することにつながる。また高い周波数でスイッチングさせるのでノイズが問題となる場合がある。そこでインダクタL2のインダクタンスをインダクタL1の、例えば99倍に設定してスイッチSWを開くと、合成インダクタンスが100倍となる。式(5)からわかるように、τon=10μsでも発光強度(IL)は1/100に減光する。この状態からτonを1μsまで減少させると発光強度はさらに1/100に減光するので、最初の発光強度の1/10000まで減光できる。このように、インダクタ切り替え機構を追加することで調光範囲を大幅に拡大できるうえ、τon(デューティ比η)や周波数Fのみによる制御と比較して効率低下やノイズの問題を回避することが可能になる。   The operating characteristics when the switch SW is in the on state are the same as the configuration of FIG. Assuming that the emission intensity when the duration τon of the first energization state is 10 μs is 100%, the luminance can be controlled from 1% to 100% by controlling τon from 1 μs to 10 μs from the equation (5). Here, in order to further reduce the emission intensity, τon may be shortened. However, the frequency characteristics of the transistors and diodes, particularly the on / off times of Tr1 and Tr2, and the on / off time of the diode Di1 cannot be ignored. Leads to a decline. Further, since switching is performed at a high frequency, noise may be a problem. Therefore, if the inductance of the inductor L2 is set to 99 times that of the inductor L1, for example, and the switch SW is opened, the combined inductance becomes 100 times. As can be seen from the equation (5), the emission intensity (IL) is reduced to 1/100 even when τon = 10 μs. If τon is decreased to 1 μs from this state, the emission intensity is further reduced to 1/100, so that it can be reduced to 1/10000 of the initial emission intensity. In this way, by adding an inductor switching mechanism, the dimming range can be greatly expanded, and efficiency problems and noise problems can be avoided compared with control using only τon (duty ratio η) and frequency F. become.

なお、図13に示すように、主駆動ライン上に複数のインダクタL1,L2を互いに並列に設け、スイッチSXにより、それらインダクタを電源ラインに択一的に切り替えて接続するように構成してもよい。この場合、スイッチSXは、切り替え可能なインダクタL1,L2の数に応じた多投型スイッチを用いる必要がある。図13では、スイッチSXを、各インダクタL1,L2に対応したアナログ半導体スイッチσ1,σ2を用いたSPDTスイッチとして構成している。スイッチ制御のためのレベル信号SKは、一方のアナログ半導体スイッチσ1には直接入力され、他方のアナログ半導体スイッチσ2にはインバータ9によりレベル反転して入力されるようになっている。   As shown in FIG. 13, a plurality of inductors L1 and L2 may be provided in parallel with each other on the main drive line, and the inductors may be selectively switched and connected to the power line by the switch SX. Good. In this case, the switch SX needs to use a multi-throw switch corresponding to the number of switchable inductors L1 and L2. In FIG. 13, the switch SX is configured as an SPDT switch using analog semiconductor switches σ1 and σ2 corresponding to the inductors L1 and L2. The level signal SK for switch control is directly input to one analog semiconductor switch σ1, and is input to the other analog semiconductor switch σ2 with its level inverted by an inverter 9.

本発明の発光ダイオード駆動装置の一実施形態を示す概念図。The conceptual diagram which shows one Embodiment of the light-emitting-diode drive device of this invention. 図1の発光ダイオード駆動装置の動作概念を示すタイミング図。The timing diagram which shows the operation | movement concept of the light emitting diode drive device of FIG. 図1の発光ダイオード駆動装置をより具体化した第一例を示す回路図。The circuit diagram which shows the 1st example which actualized the light emitting diode drive device of FIG. 1 more. 図3の発光ダイオード駆動装置をPWM制御する場合の説明図。Explanatory drawing in the case of carrying out PWM control of the light emitting diode drive device of FIG. 図3の発光ダイオード駆動装置を周波数制御する場合の第一の説明図。FIG. 4 is a first explanatory diagram when the frequency of the light emitting diode driving device of FIG. 3 is controlled. 同じく第二の説明図。Similarly second explanatory diagram. 図3の発光ダイオード駆動装置をさらに具体化した例を示す回路図。FIG. 4 is a circuit diagram showing an example in which the light emitting diode driving device of FIG. 3 is further embodied. 図7の発光ダイオード駆動装置における制御フローの一例を示す図。The figure which shows an example of the control flow in the light emitting diode drive device of FIG. 図7の発光ダイオード駆動装置にて使用するデューティ比ないし周波数の変換用テーブルの概念図。FIG. 8 is a conceptual diagram of a duty ratio or frequency conversion table used in the light emitting diode driving device of FIG. 7. 図3の発光ダイオード駆動装置をさらに具体化した別例を示す回路図。FIG. 4 is a circuit diagram showing another example in which the light emitting diode driving device of FIG. 3 is further embodied. 図1の発光ダイオード駆動装置をより具体化した第二例を示す回路図。The circuit diagram which shows the 2nd example which actualized the light emitting diode drive device of FIG. 1 more. 図1の発光ダイオード駆動装置をより具体化した第三例を示す回路図。The circuit diagram which shows the 3rd example which actualized the light emitting diode drive device of FIG. 1 more. 図1の発光ダイオード駆動装置をより具体化した第四例を示す回路図。The circuit diagram which shows the 4th example which actualized the light emitting diode drive device of FIG. 1 more. 従来の発光ダイオード駆動装置の回路図。The circuit diagram of the conventional light emitting diode drive device.

符号の説明Explanation of symbols

1 発光ダイオード駆動装置
2 発光ダイオード
3 主駆動ライン
4 補助閉電流路形成ライン
6 電源ライン
7 補助閉電流路
8 CPU(通電状態切り替え手段、パルス強度調整手段、発光強度安定化手段、パルス数調整手段、調光手段)
18 バイパスライン
L1,L2 インダクタ
Tr1,Tr2,Di2 駆動スイッチ
SW 切り替えスイッチ(インダクタ切り替え機構)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light emitting diode drive device 2 Light emitting diode 3 Main drive line 4 Auxiliary closed current path formation line 6 Power supply line 7 Auxiliary closed current path 8 CPU (energization state switching means, pulse intensity adjusting means, emission intensity stabilizing means, pulse number adjusting means , Dimming means)
18 Bypass line L1, L2 Inductor Tr1, Tr2, Di2 Drive switch SW changeover switch (inductor changeover mechanism)

Claims (13)

発光ダイオードを駆動するための主駆動ラインと、
該主駆動ライン上に前記発光ダイオードに対し直列に挿入されるインダクタと、
前記発光ダイオードに駆動電源からの主駆動電流を供給する電源ラインと、
前記発光ダイオードに対する前記電源ラインを含まない補助閉電流路を、前記主駆動ラインとともに形成する補助閉電流路形成ラインと、
前記発光ダイオードに対する通電状態を、前記電源ラインから前記主駆動ラインに対し、前記インダクタに磁気エネルギーを蓄えつつ前記主駆動電流を供給する第一通電状態と、前記主駆動電流の前記主駆動ラインへの供給を遮断しつつ、前記インダクタに蓄えられた磁気エネルギーを前記発光ダイオードの補助駆動電流として前記補助閉電流路を介して放出させる第二通電状態との間で交互に切り替える通電状態切り替え手段と、を備え
前記インダクタが複数用意され、それらインダクタの1ないし2以上のものを、合計インダクタンスが互いに異なる組み合わせにて前記主駆動ラインに切り替え可能に接続するインダクタ切り替え機構を有してなることを特徴とする発光ダイオード駆動装置。
A main drive line for driving the light emitting diode;
An inductor inserted in series with the light emitting diode on the main drive line;
A power supply line for supplying a main drive current from a drive power supply to the light emitting diode;
An auxiliary closed current path forming line that forms an auxiliary closed current path not including the power supply line for the light emitting diode together with the main drive line; and
The energization state of the light emitting diode is changed from the power supply line to the main drive line, the first energization state for supplying the main drive current while storing magnetic energy in the inductor, and the main drive current to the main drive line. Energization state switching means for alternately switching between the second energization state in which the magnetic energy stored in the inductor is released through the auxiliary closed current path as the auxiliary drive current of the light emitting diode , equipped with a,
A light emitting device comprising: an inductor switching mechanism that includes a plurality of the inductors, and that connects one or more of the inductors to the main drive line in a switchable combination with different total inductances. Diode drive device.
前記インダクタは、第一のインダクタと、該第一のインダクタよりもインダクタンスの大きい第二のインダクタとが前記主駆動ラインに直列に挿入され、前記インダクタ切り替え機構は、前記第二のインダクタの両端を短絡させるバイパスラインと、該バイパスライン上に設けられ、該バイパスラインの導通/遮断を切り替える切り替えスイッチとを有してなる請求項1記載の発光ダイオード駆動装置。 In the inductor, a first inductor and a second inductor having an inductance larger than that of the first inductor are inserted in series with the main drive line, and the inductor switching mechanism is configured to connect both ends of the second inductor. 2. The light emitting diode driving device according to claim 1 , further comprising: a bypass line that is short-circuited; and a changeover switch that is provided on the bypass line and switches between conduction and interruption of the bypass line . 前記主駆動ライン上に複数の前記インダクタが互いに並列に設けられており、
前記インダクタ切り替え機構は、複数の前記インダクタを前記電源ラインに択一的に切り替えて接続するスイッチである請求項1記載の発光ダイオード駆動装置。
A plurality of the inductors are provided in parallel with each other on the main drive line,
2. The light emitting diode driving device according to claim 1, wherein the inductor switching mechanism is a switch that selectively switches and connects the plurality of inductors to the power supply line .
前記発光ダイオードへの通電電流を調整するための電流調整抵抗が、前記電源ライン、前記主駆動ライン及び前記補助閉電流路形成ラインを含む該発光ダイオードの通電経路から排除されてなる請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の発光ダイオード駆動装置。 The current adjustment resistor for adjusting the energization current to the light emitting diode is excluded from the energization path of the light emitting diode including the power line, the main drive line, and the auxiliary closed current path forming line. The light-emitting-diode drive device of any one of Claim 3 . 前記通電状態切り替え手段は、前記電源ラインと前記主駆動ラインとを接続状態と切り離し状態との間で切り替える駆動スイッチを備え、前記発光ダイオード及び前記インダクタのいずれよりも前記駆動スイッチに近い側にて前記主駆動ラインから前記補助閉電流路形成ラインが分岐するとともに、該補助閉電流路形成ライン上には、前記駆動スイッチにより前記電源ラインが前記主駆動ラインに接続された状態では、該補助閉電流路形成ラインに前記主駆動電流が流れることを阻止し、前記電源ラインが前記主駆動ラインから切り離された状態では、該補助閉電流路形成ラインに前記補助駆動電流が流れることを許容する整流素子を有してなる請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の発光ダイオード駆動装置。 The energization state switching means includes a drive switch for switching the power supply line and the main drive line between a connected state and a disconnected state, and is closer to the drive switch than either the light emitting diode or the inductor. The auxiliary closed current path forming line branches off from the main drive line, and the auxiliary closed current path forming line is on the auxiliary closed current path forming line when the power switch is connected to the main drive line by the drive switch. Rectification that prevents the main drive current from flowing through the current path forming line and allows the auxiliary drive current to flow through the auxiliary closed current path forming line when the power supply line is disconnected from the main drive line. The light-emitting diode driving device according to claim 1, further comprising an element . 前記駆動スイッチがトランジスタスイッチにて構成され、該トランジスタスイッチの駆動端子に駆動信号を入力することにより、前記電源ラインを介した前記発光ダイオード及び前記インダクタへの前記主駆動電流の供給を周期的にスイッチングする請求項5に記載の発光ダイオード駆動装置。 The drive switch is configured by a transistor switch, and by inputting a drive signal to the drive terminal of the transistor switch, the supply of the main drive current to the light emitting diode and the inductor through the power supply line is periodically performed. 6. The light emitting diode driving device according to claim 5, which performs switching . 前記駆動電源は、予め定められた周期の方形波電源出力を前記電源ラインに供給するものであり、前記駆動スイッチは、前記主駆動ラインへの前記主駆動電流の導通は許容し、前記電源ライン側への前記補助駆動電流の導通を遮断するダイオードである請求項5に記載の発光ダイオード駆動装置。 The drive power supply supplies a square wave power output having a predetermined period to the power supply line, and the drive switch allows conduction of the main drive current to the main drive line, and the power supply line 6. The light emitting diode driving device according to claim 5, wherein the light emitting diode driving device is a diode that blocks conduction of the auxiliary driving current to the side . 前記通電状態切り替え手段による前記第一通電状態と前記第二通電状態との1回の切り替え周期にて前記発光ダイオードに生ずる発光パルス強度を、当該切り替え周期における前記第一通電状態の継続時間を変更することにより調整するパルス強度調整手段を有する請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の発光ダイオード駆動装置。 The light emission pulse intensity generated in the light emitting diode in one switching cycle between the first energized state and the second energized state by the energized state switching means is changed, and the duration of the first energized state in the switching cycle is changed. The light-emitting diode driving device according to claim 1, further comprising a pulse intensity adjusting unit that adjusts by performing the adjustment . 前記通電状態切り替え手段による前記第一通電状態と前記第二通電状態との切り替え周波数が固定され、前記パルス強度調整手段は、前記1回の切り替え周期における前記第一通電状態のデューティ比を変更することにより前記発光ダイオードの平均的な発光強度を調整する調光手段として機能する請求項8記載の発光ダイオード駆動装置。 The switching frequency between the first energized state and the second energized state by the energized state switching unit is fixed, and the pulse intensity adjusting unit changes the duty ratio of the first energized state in the one switching cycle. 9. The light emitting diode driving device according to claim 8 , wherein the light emitting diode driving device functions as dimming means for adjusting an average light emission intensity of the light emitting diode. 前記駆動電源の電圧を検出する電圧検出手段を有し、前記パルス強度調整手段は、該検出された電圧が高くなるほど、同じ発光強度を得るための、前記1回の切り替え周期における前記第一通電状態のデューティ比を小さく設定する発光強度安定化手段として機能する請求項8に記載の発光ダイオード駆動装置。 Voltage detection means for detecting the voltage of the drive power supply, and the pulse intensity adjustment means is configured to perform the first energization in the one switching cycle to obtain the same light emission intensity as the detected voltage increases. 9. The light emitting diode driving device according to claim 8, wherein the light emitting diode driving device functions as light emission intensity stabilizing means for setting a state duty ratio to a small value . 前記通電状態切り替え手段による前記第一通電状態と前記第二通電状態との切り替え周波数を変更することにより、前記発光ダイオードに生ずる単位時間当たりの発光パルス数を調整するパルス数調整手段を有する請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の発光ダイオード駆動装置。 The pulse number adjusting means for adjusting the number of light emitting pulses per unit time generated in the light emitting diode by changing a switching frequency between the first energized state and the second energized state by the energized state switching means. The light emitting diode driving device according to claim 1 . 前記パルス数調整手段は、前記切り替え周波数の変更により前記発光ダイオードの平均的な発光強度を調整する調光手段として機能する請求項11に記載の発光ダイオード駆動装置。 12. The light emitting diode driving device according to claim 11, wherein the pulse number adjusting unit functions as a dimming unit that adjusts an average light emission intensity of the light emitting diode by changing the switching frequency . 前記駆動電源の電圧を検出する電圧検出手段を有し、前記パルス数調整手段は、該検出された電圧が高くなるほど前記切り替え周波数を小さく設定する発光強度安定化手段として機能する請求項11又は請求項12に記載の発光ダイオード駆動装置。 The voltage detection means for detecting the voltage of the drive power supply, wherein the pulse number adjustment means functions as a light emission intensity stabilization means for setting the switching frequency to be smaller as the detected voltage is higher. Item 13. A light-emitting diode driving device according to Item 12 .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008218150A (en) * 2007-03-02 2008-09-18 Nec Lighting Ltd Illumination device and control circuit
US8665922B2 (en) 2008-10-31 2014-03-04 Sanyo Electric Co., Ltd. Driver circuit of light-emitting element
WO2010073437A1 (en) 2008-12-26 2010-07-01 三菱電機株式会社 Led operation device and head lamp led operation device
JP2013519988A (en) * 2010-04-01 2013-05-30 ジーエルピー・ジャーマン・ライト・プロダクツ・ゲーエムベーハー Apparatus and method for generating driving signal for lighting apparatus
KR101057684B1 (en) * 2011-03-31 2011-08-18 주식회사 동운아나텍 Light driving apparatus
JP5891454B2 (en) * 2011-04-18 2016-03-23 パナソニックIpマネジメント株式会社 Semiconductor light-emitting element lighting device and lighting fixture using the same
JP5373016B2 (en) * 2011-08-26 2013-12-18 シャープ株式会社 LED driving circuit and LED driving method

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0974224A (en) * 1995-09-05 1997-03-18 Canon Inc Lighting circuit
JP2001008443A (en) * 1999-06-22 2001-01-12 Tdk Corp Current drive circuit
JP4123886B2 (en) * 2002-09-24 2008-07-23 東芝ライテック株式会社 LED lighting device

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