JP4975856B2 - 照明装置用集積回路および照明装置 - Google Patents

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Description

本発明は、LED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)のような発光素子を複数集合させて1つの光源を構成し、この光源を照明灯として、任意の明るさに点灯制御できるようにした照明装置用集積回路および照明装置に関する。
近年のLEDは、その性能アップが急速に進むとともに、照明に不可欠な白色のLEDが開発され、また明るさにおいても照明として十分に使用できる輝度で発光できるようになってきた。
しかしながら、LEDの集合体からなる照明灯を構成する個々のLEDは、順方向電圧にばらつきがあるため、その駆動電流がばらつき、ひいては明るさにもばらつきが生じてしまう。また、LEDの明るさがばらつくと、照明灯の発光面に部分的な輝度むらが生じ、照明灯としての品質を低下させるという問題がある。
そこで、従来、発光ダイオード点灯システム(照明装置)においては、LED毎に、またはLEDを複数個(6個程度)直列に接続してなる直列回路毎に、定電流回路を設ける構成が知られている。この各定電流回路は、対応するそれぞれのLEDの電流を一定に制御することにより、LEDの明るさのばらつきを低減する。
図4に、従来の発光ダイオード点灯システムの回路構成例を示す。
点灯回路1001では、LED1を6個直列に接続したLEDアレイ1011を点灯させるための、電源Vdd1および定電流回路1003が接続されている。各LED1は、順方向降下電圧(Vf)が3.6V(typ.:標準値)であり、白色の発光を行うものである。定電流回路1003は、基準電圧Vrefの電圧値と抵抗1004の抵抗値とで決まる電流が、安定して、接続されているLEDアレイに流れるように、トランジスタ1006を制御する。なお、このようなLEDの点灯回路の動作については、特許文献1に記載されている。ここにおいて、LEDアレイ1011での降下電圧は、各LED1のVfの総和である21.6Vである。このため、Vdd1の電圧値は、LED1のVfのバラツキおよび電源の変動等を考慮して、30Vとしている。
点灯回路1002では、LED2を6個直列に接続したLEDアレイ1012を点灯させるための、電源Vdd2および定電流回路1003が接続されている。各LED2は、順方向降下電圧(Vf)が2.1V(typ.)であり、橙色の発光を行うものである。ここにおいて、LEDアレイ1012での降下電圧は、各LED2のVfの総和である12.6Vである。このため、Vdd2の電圧値は、LED2のVfのバラツキおよび電源の変動等を考慮して、20Vとしている。
しかしながら、発光色の異なる複数のLEDの点灯を行い、調色を行う場合、図4に示す従来の回路方式では、多数の電源が必要になり、コスト高になるという問題がある。
ここで、LEDアレイ1011のアノードと、LEDアレイ1012のアノードとを共通にして、同一の電源に接続すれば、コスト高の問題は解決できる。
しかしながら、アノードを共通にした場合、電源電圧は、Vdd1とVdd2とで、同じ30Vにする必要がある。この場合、点灯回路1002側の定電流回路1003に印加される電圧は、単純に10V上昇する。このため、定電流回路1003は、抵抗1004に流れる電流が変化しないように、比較器1005としてのオペアンプの出力電圧を変更して、トランジスタ1006のゲート電圧を変更することにより、トランジスタ1006のオン抵抗を大きくする。結果、トランジスタ1006で消費される電流が多くなり、発熱が増加する。このようにVfの異なるLEDのアノードを共通にした、上記システムでは、無駄な電力消費が発生するという問題が発生する。また、LEDは、熱に弱いため、上記システムでは、高温による劣化を防ぐためのさらなる放熱対策が必要になるという問題もさらに発生する。カソードを共通にした場合についても同様の問題が発生する。
なお、図4の構成の一例については、特許文献1の図15を参照されたい。
上記発熱の問題を解決するために、例えば特許文献2では、R・G・BのLEDを順次点灯させる、色順次式LED駆動回路において、アノード電圧が共通なため、熱として消費される無駄な電力を防止する技術が開示されている。特許文献2に開示された色順次式LED駆動回路は、電源回路とLEDのアノードとの間に、点灯LEDに最適なアノード電圧を出力できる回路を設け、点灯するLEDによりこの回路を切り替えることより、上記発熱の問題を解決している。
特開2002−319707号公報(2002年10月31日公開) 特開2006−301027号公報(2006年11月2日公開)
しかしながら、特許文献2のような切り替え回路を設ける場合は、電源を高度に安定化している回路が必要であるため、高コスト化が問題になる。また、LED照明等で調色を行う場合は、切り替え回路を用いた切替自体を行うことができない場合もあり、切り替え回路を使用できないという問題も発生する。
本発明は、上記の問題に鑑みて為された発明であり、その目的は、Vfの異なるLEDをアノード電圧共通で点灯させたときの発熱を、低コストで抑制することを可能とする、照明装置用集積回路および照明装置を提供することにある。
本発明の照明装置用集積回路は、上記の問題を解決するために、1つの発光ダイオードから成るか、または複数の発光ダイオードが直列接続されて成る第1の発光ダイオード系統と、1つの発光ダイオードから成るか、または複数の発光ダイオードが直列接続されて成る第2の発光ダイオード系統とを少なくとも備え、上記第1の発光ダイオード系統のアノード側の端部は、上記第2の発光ダイオード系統のアノード側の端部と共通化されており、上記第1の発光ダイオード系統を構成する各発光ダイオードの発光波長は、上記第2の発光ダイオード系統を構成する各発光ダイオードの発光波長と異なっている発光ダイオード群を駆動する集積回路であって、上記第1の発光ダイオード系統を駆動する電流を制御する第1の定電流駆動回路と、上記第2の発光ダイオード系統を駆動する電流を制御する第2の定電流駆動回路とを備え、上記第1の定電流駆動回路は、上記第1の発光ダイオード系統を、定常電流により駆動し、上記第2の定電流駆動回路は、上記第2の発光ダイオード系統を、間欠電流と回生電流とにより駆動し、上記第1の定電流駆動回路は、駆動すべき上記第1の発光ダイオード系統を構成する各発光ダイオードの点灯時間を調節することにより、これらの各発光ダイオードの輝度を調節することが可能であり、上記第2の定電流駆動回路は、駆動すべき上記第2の発光ダイオード系統を構成する各発光ダイオードの点灯時間を調節することにより、これらの各発光ダイオードの輝度を調節することが可能であることを特徴としている。
本発明の照明装置は、上記の問題を解決するために、第1の電源ラインと、第2の電源ラインと、1つの発光ダイオードから成るか、または複数の発光ダイオードが直列接続されて成る第1の発光ダイオード系統と、1つの発光ダイオードから成るか、または複数の発光ダイオードが直列接続されて成る第2の発光ダイオード系統と、第1の端子および第2の端子を備えるインダクタンスと、還流ダイオードと、上記第1の発光ダイオード系統を駆動する電流を制御する第1の定電流駆動回路と、上記第2の発光ダイオード系統を駆動する電流を制御する第2の定電流駆動回路とを備え、上記第1の定電流駆動回路は、ソース、ドレイン、およびゲートを備える第1のトランジスタと、上記第1のトランジスタのソースに接続されている第1の端子と、上記第2の電源ラインに接続されている第2の端子とを備える第1の抵抗と、上記第1のトランジスタのソースで検知される電圧値と、第1の基準電圧とを入力とし、出力端が上記第1のトランジスタのゲートに接続されている第1のアンプとを備え、上記第2の定電流駆動回路は、ソース、ドレイン、およびゲートを備える第2のトランジスタと、上記第2のトランジスタのソースに接続されている第1の端子と、上記第2の電源ラインに接続されている第2の端子とを備える第2の抵抗と、上記第2のトランジスタのソースで検知される電圧値と、第2の基準電圧とを入力とし、出力端が上記第2のトランジスタのゲートに接続されている第2のアンプと、上記第2のアンプを動作させるか否かを制御するパルスを生成し、上記第2のアンプに供給するパルス波発生回路とを備え、上記第1の電源ラインは、上記第1の発光ダイオード系統のアノード側の端部、上記第2の発光ダイオード系統のアノード側の端部、および上記還流ダイオードのカソードに接続されており、上記第1の発光ダイオード系統のカソード側の端部は、上記第1のトランジスタのドレインに接続されており、上記第2の発光ダイオード系統のカソード側の端部は、上記インダクタンスの第1の端子に接続されており、上記インダクタンスの第2の端子は、上記第2のトランジスタのドレイン、および上記還流ダイオードのアノードに接続されており、上記第1の発光ダイオード系統を構成する各発光ダイオードの発光波長は、上記第2の発光ダイオード系統を構成する各発光ダイオードの発光波長と異なっており、上記第1のアンプ、上記第2のアンプ、および上記パルス波発生回路は、集積回路に設けられており、上記集積回路は、上記第1の発光ダイオード系統を構成する各発光ダイオードの点灯時間を調節することにより、これらの各発光ダイオードの輝度を調節することが可能であり、上記第2の発光ダイオード系統を構成する各発光ダイオードの点灯時間を調節することにより、これらの各発光ダイオードの輝度を調節することが可能であることを特徴としている。
上記の構成によれば、本発明の照明装置は、複数の発光ダイオード系統のアノード側の端部が共通化されており、複数の発光ダイオード系統を駆動することが可能な回路が設けられている。
上記回路は、発光ダイオード系統の駆動回路を2つ備える構成となっている。そして、2つの駆動回路のうち、一方は、発光ダイオード系統の定電流駆動による駆動を行い、他方は、発光ダイオード系統の定電流駆動かつパルス駆動を行う。
上記の構成によれば、互いに順方向降下電圧Vfの異なる複数の発光ダイオード系統を、アノード側の端部を共通化して(すなわち、同じ電源電圧を印加して)駆動するときに、Vfが高い方の発光ダイオード系統を直流により駆動する一方、Vfが低い方の発光ダイオード系統は定電流駆動かつパルス駆動を行うことができる。このパルス駆動に応じて、第2のトランジスタが開放している間は、発熱が生じないため、本発明の照明装置は、発熱を抑制することができる。
また、上記の構成によれば、電源を高度に安定化する必要がないため、低コスト化を図ることが可能となる。
中でも、本発明の照明装置用集積回路は、発光ダイオード系統の駆動回路を2つ備える構成となっている。そして、2つの駆動回路のうち、一方は、発光ダイオード系統の定電流駆動による駆動を行い、他方は、発光ダイオード系統の定電流駆動かつパルス駆動を行う。
従って、上記の構成によれば、複数の発光ダイオード系統を備える照明装置において、本発明の照明装置用集積回路を適用することにより、低コストで、発熱を抑制することを可能とする、照明装置を実現することが可能となる。
また、本発明の照明装置用集積回路は、上記第1の定電流駆動回路には、集積回路の外部から、パワーMOSFETおよび抵抗が接続可能であり、上記第2の定電流駆動回路には、集積回路の外部から、パワーMOSFET、抵抗、インダクタンス、およびダイオードが接続可能であるのが好ましい。
また、本発明の照明装置用集積回路は、各上記発光ダイオード系統のショートを検出するショート検出回路を備えることを特徴としている。
上記の構成によれば、集積回路は、各発光ダイオード系統のショートを検出することができる。
また、本発明の照明装置用集積回路は、各上記発光ダイオード系統のオープン状態を検出するオープン検出回路を備えることを特徴としている。
上記の構成によれば、集積回路は、各発光ダイオード系統のオープン状態を検出することができる。
以上のとおり、本発明の照明装置用集積回路は、1つの発光ダイオードから成るか、または複数の発光ダイオードが直列接続されて成る第1の発光ダイオード系統と、1つの発光ダイオードから成るか、または複数の発光ダイオードが直列接続されて成る第2の発光ダイオード系統とを少なくとも備え、上記第1の発光ダイオード系統のアノード側の端部は、上記第2の発光ダイオード系統のアノード側の端部と共通化されており、上記第1の発光ダイオード系統を構成する各発光ダイオードの発光波長は、上記第2の発光ダイオード系統を構成する各発光ダイオードの発光波長と異なっている発光ダイオード群を駆動する集積回路であって、上記第1の発光ダイオード系統を駆動する電流を制御する第1の定電流駆動回路と、上記第2の発光ダイオード系統を駆動する電流を制御する第2の定電流駆動回路とを備え、上記第1の定電流駆動回路は、上記第1の発光ダイオード系統を、定常電流により駆動し、上記第2の定電流駆動回路は、上記第2の発光ダイオード系統を、間欠電流と回生電流とにより駆動し、上記第1の定電流駆動回路は、駆動すべき上記第1の発光ダイオード系統を構成する各発光ダイオードの点灯時間を調節することにより、これらの各発光ダイオードの輝度を調節することが可能であり、上記第2の定電流駆動回路は、駆動すべき上記第2の発光ダイオード系統を構成する各発光ダイオードの点灯時間を調節することにより、これらの各発光ダイオードの輝度を調節することが可能である。
また、本発明の照明装置は、第1の電源ラインと、第2の電源ラインと、1つの発光ダイオードから成るか、または複数の発光ダイオードが直列接続されて成る第1の発光ダイオード系統と、1つの発光ダイオードから成るか、または複数の発光ダイオードが直列接続されて成る第2の発光ダイオード系統と、第1の端子および第2の端子を備えるインダクタンスと、還流ダイオードと、上記第1の発光ダイオード系統を駆動する電流を制御する第1の定電流駆動回路と、上記第2の発光ダイオード系統を駆動する電流を制御する第2の定電流駆動回路とを備え、上記第1の定電流駆動回路は、ソース、ドレイン、およびゲートを備える第1のトランジスタと、上記第1のトランジスタのソースに接続されている第1の端子と、上記第2の電源ラインに接続されている第2の端子とを備える第1の抵抗と、上記第1のトランジスタのソースで検知される電圧値と、第1の基準電圧とを入力とし、出力端が上記第1のトランジスタのゲートに接続されている第1のアンプとを備え、上記第2の定電流駆動回路は、ソース、ドレイン、およびゲートを備える第2のトランジスタと、上記第2のトランジスタのソースに接続されている第1の端子と、上記第2の電源ラインに接続されている第2の端子とを備える第2の抵抗と、上記第2のトランジスタのソースで検知される電圧値と、第2の基準電圧とを入力とし、出力端が上記第2のトランジスタのゲートに接続されている第2のアンプと、上記第2のアンプを動作させるか否かを制御するパルスを生成し、上記第2のアンプに供給するパルス波発生回路とを備え、上記第1の電源ラインは、上記第1の発光ダイオード系統のアノード側の端部、上記第2の発光ダイオード系統のアノード側の端部、および上記還流ダイオードのカソードに接続されており、上記第1の発光ダイオード系統のカソード側の端部は、上記第1のトランジスタのドレインに接続されており、上記第2の発光ダイオード系統のカソード側の端部は、上記インダクタンスの第1の端子に接続されており、上記インダクタンスの第2の端子は、上記第2のトランジスタのドレイン、および上記還流ダイオードのアノードに接続されており、上記第1の発光ダイオード系統を構成する各発光ダイオードの発光波長は、上記第2の発光ダイオード系統を構成する各発光ダイオードの発光波長と異なっており、上記第1のアンプ、上記第2のアンプ、および上記パルス波発生回路は、集積回路に設けられており、上記集積回路は、上記第1の発光ダイオード系統を構成する各発光ダイオードの点灯時間を調節することにより、これらの各発光ダイオードの輝度を調節することが可能であり、上記第2の発光ダイオード系統を構成する各発光ダイオードの点灯時間を調節することにより、これらの各発光ダイオードの輝度を調節することが可能である。
従って、本発明は、Vfの異なるLEDをアノード電圧共通で点灯させたときの発熱を、低コストで抑制することが可能であるという効果を奏する。
本発明の一実施の形態に係る、照明装置の構成を示す回路図である。 本発明の別の実施の形態に係る、照明装置の構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態に係る照明装置用集積回路を備える、照明装置の詳細な構成を示す回路ブロック図である。 従来技術に係る、照明装置の構成を示す回路図である。
以下、説明の便宜上、図4に示す発光ダイオード点灯システム(照明装置)を構成する部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、場合によってはその説明を省略する。
〔実施の形態1〕
図1は、本実施の形態に係る発光ダイオード点灯システム(照明装置)100の構成を示す回路図である。
発光ダイオード点灯システム100は、点灯回路101、および点灯回路102を備える構成である。
点灯回路101は、6個のLED1が直列接続されて成るLEDアレイ(第1の発光ダイオード系統)1011、および定電流回路(第1の定電流駆動回路)1003を備えている。点灯回路102は、6個のLED2が直列接続されて成るLEDアレイ(第2の発光ダイオード系統)1012、および定電流制御回路(第2の定電流駆動回路)3を備えている。
ここで、上記LEDアレイは、隣り合う2個のLEDに関して、一方のLEDのアノードと、他方のLEDのカソードとが接続されたものである。従って、LEDアレイの一方の端部は、カソードのみが他のLEDに接続されたLEDのアノードに対応しており、以下では、この端部を「アノード側の端部」と称する。同様に、LEDアレイの他方の端部は、アノードのみが他のLEDに接続されたLEDのカソードに対応しており、以下では、この端部を「カソード側の端部」と称する。
図4に示す発光ダイオード点灯システムと同様に、各LED1は例えば、順方向降下電圧(Vf)が3.6V(typ.)であり、白色の発光を行うものである。各LED2は例えば、順方向降下電圧(Vf)が2.1V(typ.)であり、橙色の発光を行うものである。
LEDアレイ1011のアノード側の端部は、電源(第1の電源ライン)Vddに接続されている。また、LEDアレイ1012のアノード側の端部も、電源Vddに接続されている。つまり、LEDアレイ1011およびLEDアレイ1012は、アノード側の端部が互いに共通化されており、共通の電源Vddからの電源電圧(例えば30V)が印加される。
LEDアレイ1011のカソード側の端部は、定電流回路1003に接続されている。
定電流回路1003は、抵抗(第1の抵抗)1004、比較器(第1のアンプ)1005、およびトランジスタ(第1のトランジスタ)1006を備えている。ここで、各トランジスタ1006は、nチャネル型のパワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ)であり、ソース(第1の端子)、ドレイン(第2の端子)、およびゲート(第3の端子)を備えている。LEDアレイ1011のカソード側の端部は、具体的に、トランジスタ1006のドレインに接続されている。
トランジスタ1006のソースは、抵抗1004の一端(第1の端子)に接続されている(第1のトランジスタおよび第1の抵抗の直列回路)。抵抗1004の他端(第2の端子)は、電源Vddからの電源電圧よりも低電位である第2の電源ラインに接続されている。なお、本実施の形態において、抵抗1004の他端は、接地されており、この接地を以って第2の電源ラインへの接続が達成されている。
トランジスタ1006のソースはさらに、比較器1005の一方の入力端に接続されている。比較器1005の他方の入力端は、基準電圧Vrefを発生する電源ラインに接続されている。比較器1005の出力端は、トランジスタ1006のゲートに接続されている。
定電流回路1003は、図4のそれと同様に、基準電圧Vrefの電圧値と抵抗1004の抵抗値とで決まる電流が、安定してLEDアレイ1011に流れるように、トランジスタ1006を制御する。
LEDアレイ1012のカソード側の端部は、定電流制御回路3に接続されている。
定電流制御回路3は、抵抗(第2の抵抗)1004、トランジスタ(第2のトランジスタ)1006、オペアンプ(第2のアンプ)5、コイル(インダクタンス)6、ダイオード(還流ダイオード)7、およびパルス波発生回路8を備えている。LEDアレイ1012のカソード側の端部は、具体的に、コイル6の一端(第1の端子)に接続されている。
コイル6の他端(第2の端子)は、nチャネル型のパワーMOSFETであるトランジスタ1006のドレイン、およびダイオード7のアノードに接続されている。ダイオード7のカソードは、電源Vddに接続されている。
定電流制御回路3は、定電流回路1003の構成と同様に、トランジスタ1006のソースが、抵抗1004の一端(第1の端子)に接続されており(第2のトランジスタおよび第2の抵抗の直列回路)、抵抗1004の他端(第2の端子)が、第2の電源ラインに接続されている(ここでは接地されている)。
トランジスタ1006のソースはさらに、オペアンプ5の一方の入力端に接続されている。オペアンプ5の他方の入力端は、基準電圧Vrefを発生する電源ラインに接続されている。オペアンプ5の出力端は、トランジスタ1006のゲートに接続されている。
さらに、オペアンプ5には、パルス波発生回路8が接続されている。パルス波発生回路8は、オペアンプ5の動作状態と停止状態とを切り替えるパルスを生成し、オペアンプ5に供給する。オペアンプ5は例えば、ハイレベルのパルスがパルス波発生回路8から入力されると動作する一方、ローレベルのパルスがパルス波発生回路8から入力されると、このパルス入力の間トランジスタ1006をオフすることにより、動作を停止する構成である。動作状態にあるオペアンプ5の動作は、上述した比較器1005の動作と同様である。オペアンプ5およびパルス波発生回路8の組み合わせの一例としては、周知のチョッピング型PWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)発生回路が挙げられる。
定電流制御回路3は、定電流回路1003の動作に、パルス波発生回路8が生成するパルスの周波数に基づく時分割駆動(すなわち、このパルスの論理に応じて、オペアンプ5の動作状態と停止状態とを切り替える動作)を付与した回路である。つまり、定電流制御回路3は、パルス波発生回路8が生成するパルスに応じて、オペアンプ5の出力をパルス信号とし、このパルス信号に基づいて、トランジスタ1006の開閉(オンオフ)を制御するものである。
電源Vddの電圧値を30Vにした場合、点灯回路101は、図4に示した点灯回路1001に電源Vdd1からの電源電圧が印加された場合と同じ状態であるので、発熱の問題は発生しない。一方、この場合、点灯回路102においては、定電流発生回路に必要(20V)以上の電圧が印加されるため、該定電流発生回路として定電流回路1003を用いると、発熱の問題が発生する。
そこで、発光ダイオード点灯システム100では、パルス波発生回路8からオペアンプ5に、パルスを供給する。そして、オペアンプ5は、該パルスに基づいて、トランジスタ1006の開閉をパルス信号により制御することで、トランジスタ1006が開放する時間を一定期間発生させる。
定電流制御回路3のトランジスタ1006が開放している間、定電流制御回路3には定電流が流れず、この定電流が流れない期間においては発熱が起こらないため、発光ダイオード点灯システム100では、全体として発熱の温度を低下させることができる。
また、点灯回路102には、コイル6およびダイオード7が設けられている。コイル6は、定電流制御回路3のトランジスタ1006の動作時に、エネルギーを蓄積し、該トランジスタ1006の開放時に、該エネルギーを放出することで回生電流を発生する。この回生電流は、LEDアレイ1012に流れ、LEDアレイ1012を駆動する。
点灯回路102では、トランジスタ1006が開放される状態でも、コイル6に蓄えられたエネルギーによって各LED2を点灯させることができるため、各LED2は、点滅すること無く点灯できる。
ここで、コイル6に蓄積されるエネルギーは、図4に示す従来の発光ダイオード点灯システムにおいて、電流制限に起因して無駄に消費されていた電力である。一方、発光ダイオード点灯システム100は、このような従来無駄に消費されていた電力を、LEDアレイ1012の駆動に使用しているため、低消費電力で低発熱な点灯回路102を実現することが可能である。
なお、定電流制御回路3を動作させる期間と動作させない期間との周期、すなわち、パルス波発生回路8からのパルスの1周期は、コイル6の回生電流による各LED2の点灯が行われる期間よりも短く設定にする必要がある。発光ダイオード点灯システム100では、パルス波発生回路8からのパルスの周波数を、150kHzから300kHzまでの間としている。
また、定電流回路1003および定電流制御回路3は、1つの集積回路上にて実現することができる。この場合、集積回路は、以下のように配置された、第1〜第4の端子を備える。
第1の端子:定電流回路1003における、トランジスタ1006のゲートと、比較器1005の出力端との間。
第2の端子:定電流回路1003における、トランジスタ1006のソースと、比較器1005の一方の入力端との間。
第3の端子:定電流制御回路3における、トランジスタ1006のゲートと、オペアンプ5の出力端との間。
第4の端子:定電流制御回路3における、トランジスタ1006のソースと、オペアンプ5の一方の入力端との間。
上記集積回路の詳細な説明については、〔実施の形態3〕にて後述する。
なお、本実施の形態では、第1の発光ダイオード系統として、6個のLED1が直列接続されたLEDアレイ1011を用いた。しかしながら、第1の発光ダイオード系統におけるLED1の個数は、6個に限定されず、1個以上であれば何個であってもよい(後述する実施の形態においても同様)。
同様に、本実施の形態では、第2の発光ダイオード系統として、6個のLED2が直列接続されたLEDアレイ1012を用いた。しかしながら、第2の発光ダイオード系統におけるLED2の個数は、6個に限定されず、1個以上であれば何個であってもよい(後述する実施の形態においても同様)。
但し、発光ダイオード系統が1個のLEDから成る場合、アノード側の端部は、該LEDのアノードそのものであり、カソード側の端部は、該LEDのカソードそのものであることは言うまでも無い。
なお、本実施の形態および後述する実施の形態において、トランジスタ1006は、nチャネル型のパワーMOSFETのかわりに、pチャネル型のパワーMOSFET、またはバイポーラトランジスタ等であってもよい。
また、本実施の形態および後述する実施の形態において、トランジスタ1006は、対応する(互いに同一のブロック内に存在する)抵抗1004と、第2の電源ラインとの間に設けられてもよい。
また、本実施の形態および後述する実施の形態において、コイル6は、電源Vdd、ダイオード7、およびLEDアレイ1012の間でループを形成していればよく、図示の接続以外にも、例えば電源VddとLEDアレイ1012との間に接続されてもよい。
〔実施の形態2〕
図2は、本実施の形態に係る発光ダイオード点灯システム(照明装置)120の構成を示す回路図である。
発光ダイオード点灯システム120は、以下の点で、発光ダイオード点灯システム100(図1参照)と異なる構成である。
発光ダイオード点灯システム120は、発光ダイオード点灯システム100の点灯回路101および102のかわりに、点灯回路121および122を備える。
点灯回路121は、点灯回路101の定電流回路1003のかわりに、定電流回路24を備える。点灯回路122は、点灯回路102の定電流制御回路3のかわりに、定電流制御回路23を備える。
定電流回路24は、比較器1005のかわりに、オペアンプ26およびPWM波発生回路29を備える点で、定電流回路1003と異なる構成である。オペアンプ26は、一方の入力端がトランジスタ1006のソースに接続されており、他方の入力端が基準電圧Vrefを発生する電源ラインに接続されており、出力端がトランジスタ1006のゲートに接続されている。さらに、PWM波発生回路29は、オペアンプ26に接続されている。
定電流制御回路23は、オペアンプ5およびパルス波発生回路8のかわりに、オペアンプ25およびPWM波発生回路(パルス波発生回路)28を備える点で、定電流制御回路3と異なる構成である。オペアンプ25は、一方の入力端がトランジスタ1006のソースに接続されており、他方の入力端が基準電圧Vrefを発生する電源ラインに接続されており、出力端がトランジスタ1006のゲートに接続されている。さらに、PWM波発生回路28は、オペアンプ25に接続されている。
PWM波発生回路28および29は、パルス幅変調が施されたパルス(以下、PWM信号と称する)を生成し、それぞれオペアンプ25および26に供給する。オペアンプ25および26は、供給されたPWM信号の論理に応じて、動作状態(例えば、PWM信号がハイレベルの場合)と停止状態(例えば、PWM信号がローレベルの場合)とが切り替えられる。
発光ダイオード点灯システム120は、発光ダイオード点灯システム100と同様に、LEDアレイ1011および1012のアノード側の端部が共通であり、2系統のLEDを点灯させる回路であるが、発光輝度を調節して調色を行うことが可能なものである。
点灯回路121は、図1の点灯回路101と同様に、白色の発光を行うLED1で構成されたLEDアレイ1011を、定電流回路24による制御に従って点灯させる。
定電流回路24は、図1の定電流回路1003と異なり、PWM波発生回路29が設けられている。PWM波発生回路29は、ハイレベルの信号のパルス幅とローレベルの信号のパルス幅とを設定できるPWM信号を発生し、オペアンプ26に供給する。
オペアンプ26は、PWM信号がハイレベルのとき、通常の定電流駆動を行うが、PWM信号がローレベルのとき、トランジスタ1006を開放させて、定電流回路24に電流が流れないようにする。
このため、LEDアレイ1011は、PWM信号がハイレベルのときに点灯し、PWM信号がローレベルのときに消灯する。PWM信号の論理に基づく、LED1の点灯と消灯との周期が短い場合(図2の発光ダイオード点灯システム120では、200Hzから1kHzの間に設定される)、LED1の点滅は人の目では認識できず、LED1の発光輝度が変化したように感じる。
点灯回路122は、図1の点灯回路102と同様に、橙色の発光を行うLED2で構成されたLEDアレイ1012を、定電流制御回路23による制御に従って点灯させる。
定電流制御回路23は、図1の定電流制御回路3と異なり、パルス波発生回路8に換えて、PWM波発生回路28が設けられている。PWM波発生回路28は、図1のパルス波発生回路8によるパルス発生に加え、パルス信号を発生する期間(以下、「PWMH期間」と称する)と、パルス信号を発生しない期間(以下、「PWML期間」と称する)とを、一定の周期で繰り返す。
PWMH期間では、図1の場合と同様に、LEDアレイ1012は点灯されるが、PWML期間では、トランジスタ1006は開放された状態であり続けるため、LEDアレイ1012は消灯する。
そして、PWMH期間とPWML期間とを繰り返す周期が短い場合(図2の発光ダイオード点灯システム120では、200Hzから1kHzの間に設定される)、LED2の点滅は人の目では認識できず、LED2の発光輝度が変化したように感じる。
上記のように、LEDアレイ1011および1012はそれぞれ、PWM波発生回路29とPWM波発生回路28とにより点灯期間を調整することができ、この点灯期間を調節することにより調色を行うことができる。
例えば、LEDアレイ1011のみを点灯した場合の白色に加え、LEDアレイ1011を減光しつつ、LEDアレイ1012の橙色を徐々に加えていく。これにより、発光ダイオード点灯システム120では、白色の昼白色から電球色に徐々に変化する、といった色設定を行うことができる。
〔実施の形態3〕
図3は、本実施の形態に係るLEDドライバ(照明装置用集積回路)31を備える、発光ダイオード点灯システム(照明装置)の構成を示す回路ブロック図である。
つまり、図3は、発光ダイオード系統の点灯を行う定電流回路(定電流制御回路)を3系統備えたLEDドライバIC(Integrated Circuit:集積回路)を使用することにより、3系統の各発光ダイオード系統の調色を可能とした、LED照明装置の構成例である。
LEDドライバ31は、LED点灯用の、定電流制御アンプ(第1の定電流駆動回路)32を1回路(CH1:第1系統)と、LED点灯用の、チョッピング型PWM発生回路+定電流制御アンプ(第2の定電流駆動回路)33を2回路(CH2:第2系統、およびCH3:第3系統)とを備えた集積回路である。なお、以下では便宜上、チョッピング型PWM発生回路+定電流制御アンプ33を単に、回路33と称する。
端子VOUT1(第1の端子)は、CH1の定電流制御アンプ32の出力端子であり、端子VOP_SENSE1(第2の端子)は、CH1のオープン状態検出用信号の入力端子である。端子VOUT2(第3の端子)は、CH2の回路33の出力端子であり、端子VOP_SENSE2(第4の端子)は、CH2のオープン状態検出用信号の入力端子である。端子VOUT3は、CH3の回路33の出力端子であり、端子VOP_SENSE3は、CH3のオープン状態検出用信号の入力端子である。
図3のように、図2と同様の接続要領により、トランジスタ(第1のトランジスタ)1006のゲートを端子VOUT1に接続し、トランジスタ1006のソースとGND(第2の電源ライン)との間に、センス抵抗である抵抗(第1の抵抗)1004を挿入する。そして、これらトランジスタ1006のソースと抵抗1004との接続点を、端子VOP_SENSE1に接続することにより、LEDアレイ1011に対して、定電流を流すことが可能となる(CH1)。CH2およびCH3についても同様である。
各発光ダイオード系統のアノード電圧を共通化し、CH1とCH2とに、互いに順方向降下電圧Vfが異なる、複数系統のLEDをそれぞれ接続する場合の発熱対策として、CH2の回路33には、チョッピング型PWM発生回路を内蔵している。このため、LEDドライバ31は、ワンチップで調色用途への対応が可能となっている。チョッピング型PWM発生回路の動作については、図2の発光ダイオード点灯システム120で説明した、PWM波発生回路28の動作と同様である。
LEDドライバ31は、LED点灯用の、チョッピング型PWM発生回路+定電流制御アンプを、発光ダイオード点灯システム120(図2参照)と比較して1系統分(CH3)多く備えている。CH1およびCH2が通常の照明の制御を行う一方、CH3を常夜灯用LEDの点灯制御に使用する等の用途が考えられる。
LEDアレイ1011および1012、ならびに1個のLED3(説明の便宜上、符号1013を付している)を駆動するための各電流値は、各端子VOP_SENSE1〜VOP_SENSE3に接続されたセンス抵抗、すなわち、各抵抗1004で設定する。LED駆動電流が各抵抗1004に流れることで発生する、各端子VOP_SENSE1〜VOP_SENSE3の各電圧が、規定の電圧レベル200mVになるように、定電流制御アンプ32ならびに回路33は、その出力を調整している。
上記規定の電圧レベルは、端子RSET0〜3にそれぞれ接続される、抵抗RSET(x1)および抵抗RSET(x3)の抵抗値で規定される。端子RSET0の抵抗RSET(x1)を625Ωとし、端子RSET1〜3(図3では、RSET(1,2,3)と表記)の抵抗RSET(x3)を10Ωとしたとき、上記規定の電圧レベルは、下記の式で表される。但し、下記抵抗値は一例であり、下記の関係が成立する値であればよい。
各端子VOP_SENSE1〜VOP_SENSE3の規定の電圧レベル
=基準電流×RSET1〜3(10Ω)
=(1.25V/RSET0(625Ω))×RSET1〜3(10Ω)
=200mV
また、CH2およびCH3のチョッピング周波数は、回路33に内蔵している発振回路である、三角波発生回路34で生成している。三角波発生回路34の周波数レンジは、150kHzから300kHzまでに対応しており、端子FOSC1と端子FOSC2との間に接続された抵抗Rfreqにより、周波数が変更可能である。
定電流制御アンプ32および回路33は、PWM_IN入力端子(図示しない)を備え、パルス幅変調により得られたPWM調光信号を、外部より個別に入力することができる。この機能により、定電流制御アンプ32および回路33は、直列接続されたLEDアレイ1011および1012のカソード側の端部、ならびにLED1013のカソードにそれぞれ接続されたトランジスタ1006をパルス駆動する。結果、定電流制御アンプ32および回路33は、電流値を変えることなく、対応するLEDアレイ1011および1012、ならびにLED1013の調光を行うことができる。LEDドライバ31が対応可能な、PWM調光信号の仕様は以下の通りである。
PWM調光周波数範囲:200Hz〜1kHz
PWM On duty:1.0%〜100%
また、LEDドライバ31は、エラー検出および保護機能として、サーマルエラー検出機能、各発光ダイオード系統のオープン状態の検出機能、および各発光ダイオード系統のショートの検出機能を備えている。
上記サーマルエラー検出機能は、LEDドライバ31内部の加熱検知回路35が、温度が125℃(typ.)以上になったことを検知すると、制御ロジック36がサーマルエラー状態と判断し、全ての電流ドライバをOFFする機能を含む。また、上記サーマルエラー検出機能は、制御ロジック36がサーマルエラー状態と判断したときに、エラーアンプ37の出力電圧V_FBOUTを0Vにする機能を含む。なお、LEDドライバ31内部の温度が80℃にまで低下すると、全ての電流ドライバおよびエラーアンプ37は、自動的に通常動作に復帰する。
上記発光ダイオード系統のオープン状態の検出機能は、定電流制御アンプ32および回路33が動作している期間(LED点灯状態)に、端子VOP_SENSE1〜3の少なくとも1つに入力される電圧が、一定電圧を下回る場合に機能する。なお、本実施の形態では例えば、この一定電圧を、100mV(typ.)に設定する。この場合、電圧の低下は、LED列オープン検出回路(オープン検出回路)38にて検知される。LED列オープン検出回路38は、この電圧の低下の検知によって、発光ダイオード系統がオープン状態になったと判断し、制御ロジック36にエラーの検出を知らせる。そして、制御ロジック36は、CH1(LEDアレイ1011)のオープン状態検出時に、全CHの定電流ドライバをOFFとし、エラーアンプ37もOFFとする。また、制御ロジック36は、CH2(LEDアレイ1012)またはCH3(LED3)のオープン状態検出時に、オープン状態にあるCHの定電流ドライバのみをOFFとし、エラーアンプ37についてはON状態のまま(出力継続)とする。
上記発光ダイオード系統のショートの検出機能は、定電流制御アンプ32および回路33が動作している期間(LED点灯状態)に、端子VSH_SENSE(1,2,3)に入力される電圧が、一定電圧を上回る場合に機能する。なお、本実施の形態では例えば、この一定電圧を、3.25V(typ.)に設定する。この場合、電圧の上昇は、LED列ショート検出回路(ショート検出回路)39にて検知される。LED列ショート検出回路39は、この電圧の上昇の検知によって、発光ダイオード系統がショートしたと判断し、制御ロジック36にエラーの検出を知らせる。そして、制御ロジック36は、ショート検出時に、全CHの定電流ドライバをOFFとし、エラーアンプ37もOFFとする。
なお、LEDドライバ31は、LED列オープン検出回路38およびLED列ショート検出回路39のいずれか一方のみを備える構成であってもよい。
出力電圧V_FBOUTは、端子VSH_SENSE(1,2,3)を入力とする、外部のDC/DCコンバータ(図示しない)へのフィードバック制御用の、エラーアンプ37の出力電圧である。端子VSH_SENSE(1,2,3)には、外部のDC/DCコンバータから供給されるアノード電圧を分圧して生成した電圧(本実施の形態では2Vに設定する)が入力される。エラーアンプは、端子VSH_SENSE(1,2,3)の入力電圧をそのまま、出力電圧V_FBOUTの値として出力するので、外部のDC/DCコンバータは、この値をフィードバック値とした制御を行うことができる。また、上記のように、エラー検出および保護機能が働いて、LEDドライバ31の異状が検出された場合にはエラーアンプ37の出力である出力電圧V_FBOUTが0になるのを検出して、外部のDC/DCコンバータは各発光ダイオード系統に与えるアノード電圧の発生を停止するように制御する。
このように、LEDドライバ31は、アノード側の端部が共通化され、かつ、LEDの発光波長が互いに異なる、LEDアレイ1011および1012を少なくとも備える発光ダイオード群を駆動するものである。
そして、LEDドライバ31は、LEDアレイ1011を定常電流により駆動する定電流制御アンプ32と、LEDアレイ1012を間欠電流と回生電流とにより駆動する回路33とを備える。さらに、定電流制御アンプ32および回路33は、各々対応するLEDアレイ1011または1012を構成する各発光ダイオードの点灯時間を調節することにより、容易にこれらの各発光ダイオードの輝度を調節することが可能である。
複数の発光ダイオード系統を備える発光ダイオード点灯システム120(発光ダイオード点灯システム100であってもよい)において、LEDドライバ31を適用することにより、低コストで、発熱を抑制することを可能とする、発光ダイオード点灯システムを実現することが可能となる。
発光ダイオード点灯システム100において、LEDドライバ31を適用する場合、定電流制御アンプ32は比較器1005に対応し、回路33はオペアンプ5およびパルス波発生回路8に対応する構成とすればよい。発光ダイオード点灯システム120において、LEDドライバ31を適用する場合、定電流制御アンプ32はオペアンプ26に対応し、回路33はオペアンプ25ならびにPWM波発生回路28および29に対応する構成とすればよい。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は、LEDのような発光素子を複数集合させて1つの光源を構成し、この光源を照明灯として、任意の明るさに点灯制御できるようにした照明装置、および照明装置用集積回路に利用可能である。
3 定電流制御回路(第2の定電流駆動回路)
5 オペアンプ(第2のアンプ)
6 コイル(インダクタンス)
7 ダイオード(還流ダイオード)
8 パルス波発生回路
25 オペアンプ(第2のアンプ)
26 オペアンプ(第1のアンプ)
28 PWM波発生回路(パルス波発生回路)
31 LEDドライバ(照明装置用集積回路)
32 定電流制御アンプ(第1の定電流駆動回路)
33 チョッピング型PWM発生回路+定電流制御アンプ(第2の定電流駆動回路)
38 LED列オープン検出回路(オープン検出回路)
39 LED列ショート検出回路(ショート検出回路)
100 発光ダイオード点灯システム(照明装置)
120 発光ダイオード点灯システム(照明装置)
1003 定電流回路(第1の定電流駆動回路)
1004 抵抗(第1の抵抗、第2の抵抗)
1005 比較器(第1のアンプ)
1006 トランジスタ(第1のトランジスタ、第2のトランジスタ、パワーMOSFET)
1011 LEDアレイ(第1の発光ダイオード系統)
1012 LEDアレイ(第2の発光ダイオード系統)

Claims (5)

  1. 1つの発光ダイオードから成るか、または複数の発光ダイオードが直列接続されて成る第1の発光ダイオード系統と、
    1つの発光ダイオードから成るか、または複数の発光ダイオードが直列接続されて成る第2の発光ダイオード系統とを少なくとも備え、
    上記第1の発光ダイオード系統を構成する発光ダイオードは、上記第2の発光ダイオード系統を構成する発光ダイオードより、順方向降下電圧が大きく、
    上記第1の発光ダイオード系統のアノード側の端部は、上記第2の発光ダイオード系統のアノード側の端部と共通化されており、
    上記第1の発光ダイオード系統を構成する各発光ダイオードの発光波長は、上記第2の発光ダイオード系統を構成する各発光ダイオードの発光波長と異なっている発光ダイオード群を駆動する集積回路であって、
    上記第1の発光ダイオード系統を駆動する電流を制御する第1の定電流駆動回路と、
    上記第2の発光ダイオード系統を駆動する電流を制御する第2の定電流駆動回路とを備え、
    上記第1の定電流駆動回路は、上記第1の発光ダイオード系統を、定常電流により駆動し、
    上記第2の定電流駆動回路は、上記第2の発光ダイオード系統を、間欠電流と回生電流とにより駆動し、
    上記第1の定電流駆動回路は、駆動すべき上記第1の発光ダイオード系統を構成する各発光ダイオードの点灯時間を調節することにより、これらの各発光ダイオードの輝度を調節することが可能であり、
    上記第2の定電流駆動回路は、駆動すべき上記第2の発光ダイオード系統を構成する各発光ダイオードの点灯時間を調節することにより、これらの各発光ダイオードの輝度を調節することが可能であり、
    上記第2の定電流駆動回路は、インダクタンスおよびパワーMOSFETを備えており、
    上記インダクタンスは、上記パワーMOSFETの動作時に、エネルギーを蓄積し、該パワーMOSFETの開放時に、該エネルギーを放出することで上記回生電流を発生することを特徴とする集積回路。
  2. 上記第1の定電流駆動回路、集積回路の外部、パワーMOSFETおよび抵抗を備えており
    上記第2の定電流駆動回路、集積回路の外部、パワーMOSFET、抵抗、インダクタンス、およびダイオードを備えていることを特徴とする請求項1に記載の集積回路。
  3. 各上記発光ダイオード系統のショートを検出するショート検出回路を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の集積回路。
  4. 各上記発光ダイオード系統のオープン状態を検出するオープン検出回路を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の集積回路。
  5. 第1の電源ラインと、第2の電源ラインと、
    1つの発光ダイオードから成るか、または複数の発光ダイオードが直列接続されて成る第1の発光ダイオード系統と、1つの発光ダイオードから成るか、または複数の発光ダイオードが直列接続されて成る第2の発光ダイオード系統と、
    第1の端子および第2の端子を備えるインダクタンスと、
    還流ダイオードと、
    上記第1の発光ダイオード系統を駆動する電流を制御する第1の定電流駆動回路と、
    上記第2の発光ダイオード系統を駆動する電流を制御する第2の定電流駆動回路とを備え、
    上記第1の発光ダイオード系統を構成する発光ダイオードは、上記第2の発光ダイオード系統を構成する発光ダイオードより、順方向降下電圧が大きく、
    上記第1の定電流駆動回路は、
    ソース、ドレイン、およびゲートを備える第1のトランジスタと、
    上記第1のトランジスタのソースに接続されている第1の端子と、上記第2の電源ラインに接続されている第2の端子とを備える第1の抵抗と、
    上記第1のトランジスタのソースで検知される電圧値と、第1の基準電圧とを入力とし、出力端が上記第1のトランジスタのゲートに接続されている第1のアンプとを備え、
    上記第2の定電流駆動回路は、
    ソース、ドレイン、およびゲートを備える第2のトランジスタと、
    上記第2のトランジスタのソースに接続されている第1の端子と、上記第2の電源ラインに接続されている第2の端子とを備える第2の抵抗と、
    上記第2のトランジスタのソースで検知される電圧値と、第2の基準電圧とを入力とし、出力端が上記第2のトランジスタのゲートに接続されている第2のアンプと、
    上記第2のアンプを動作させるか否かを制御するパルスを生成し、上記第2のアンプに供給するパルス波発生回路とを備え、
    上記第1の電源ラインは、上記第1の発光ダイオード系統のアノード側の端部、上記第2の発光ダイオード系統のアノード側の端部、および上記還流ダイオードのカソードに接続されており、
    上記第1の発光ダイオード系統のカソード側の端部は、上記第1のトランジスタのドレインに接続されており、
    上記第2の発光ダイオード系統のカソード側の端部は、上記インダクタンスの第1の端子に接続されており、
    上記インダクタンスの第2の端子は、上記第2のトランジスタのドレイン、および上記還流ダイオードのアノードに接続されており、
    上記第1の発光ダイオード系統を構成する各発光ダイオードの発光波長は、上記第2の発光ダイオード系統を構成する各発光ダイオードの発光波長と異なっており、
    上記第1のアンプ、上記第2のアンプ、および上記パルス波発生回路は、集積回路に設けられており、
    上記集積回路は、
    上記第1の発光ダイオード系統を構成する各発光ダイオードの点灯時間を調節することにより、これらの各発光ダイオードの輝度を調節することが可能であり、
    上記第2の発光ダイオード系統を構成する各発光ダイオードの点灯時間を調節することにより、これらの各発光ダイオードの輝度を調節することが可能であることを特徴とする照明装置。
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