JP4978547B2 - Ｌｅｄ駆動回路およびｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、所定の温度まではＬＥＤ電流を一定とし、所定の温度を超えるとＬＥＤ電流を減少させるＬＥＤ駆動回路に関する。

ＬＥＤには、使用できる最大の温度として最大ジャンクション温度が規定されており、ジャンクション温度が最大ジャンクション温度を超えないようにある程度のマージンを持たせて設計を行うのが一般的である。このように最大ジャンクション温度を基準として設計するため、それ以下の温度では許容される電流値よりも低い値の電流がＬＥＤに流れることになり、ＬＥＤの性能を十分に引き出せていなかった。

そこで、温度補償回路を設けることにより、ＬＥＤに流れる電流を温度上昇によって低下させるＬＥＤ駆動回路が特許文献１に示されている。

特許文献１では、サーミスタを用いて構成され、ＬＥＤ電流に対して負の温度特性を有した負温度特性回路をＬＥＤ駆動回路に設け、ある温度以下では、トランジスタのベースエミッタ間電圧のＬＥＤ電流に対する正の温度特性を、負温度特性回路による負の温度特性によって打ち消してＬＥＤ電流を一定とし、ある温度を超えると、負温度特性回路の動作を優勢にしてＬＥＤ電流を低下させている。
特開平１１−２９８０４４

図４のように、ＬＥＤに許容される電流値は、所定の温度までは一定であり、その所定の温度を超えると線形に減少する。しかし、特許文献１に示されたＬＥＤ駆動回路では、ある温度以下において温度特性を打ち消すように動作させることが難しく、実際にはある温度以下においてもＬＥＤ電流が単調減少してしまう。そのため、所定の温度以下の温度範囲においてＬＥＤ電流を一定とすることができず、許容される電流値よりも低い値となっていた。

そこで本発明の目的は、所定の温度までは定電流であり、所定の温度以上ではＬＥＤ電流を温度増加に対して減少させることができるＬＥＤ駆動回路を実現することである。

第１の発明は、コレクタ／ドレインにＬＥＤが接続されるトランジスタと、トランジスタのエミッタ／ソースに接続された第１抵抗とを有し、トランジスタのベース／ゲート電圧の制御によって定電流駆動する定電流回路を備えたＬＥＤ駆動回路において、第１の辺は複数の抵抗が直列に接続され、第２の辺は抵抗とＮＴＣサーミスタとが直列に接続され、第１の辺と第２の辺とが並列に接続され、ブリッジ間電圧がＮＴＣサーミスタによって温度変化するブリッジ回路と、カソードは第２の辺側に接続され、アノードは第１の辺側およびトランジスタのベース／ゲートに接続されたダイオードと、ブリッジ回路の第１の辺および第２の辺に並列接続されたツェナーダイオードと、ツェナーダイオードに直列接続された第２抵抗と、を有し、所定の温度以下の温度範囲においては、ダイオードを導通させず、ツェナーダイオードのツェナー電圧の第１の辺における分圧をトランジスタのベース／ゲート電圧とすることにより、ＬＥＤを流れる電流を一定にし、所定の温度より大きい温度範囲においては、ブリッジ回路のブリッジ間電圧によりダイオードを導通させ、トランジスタのベース／ゲート電圧を温度の増加に対して減少させることにより、ＬＥＤを流れる電流を減少させる、ことを特徴とするＬＥＤ駆動回路である。

トランジスタにはバイポーラトランジスタを用いてもよいし、ＦＥＴを用いてもよい。

第２の発明は、第１の発明において、第１の辺は、第３、第４抵抗であり、第２の辺は、第５抵抗とＮＴＣサーミスタであり、ダイオードのアノードは、第３抵抗と第４抵抗との間、およびトランジスタのベース／ゲートに接続され、ダイオードのカソードは、第５抵抗とＮＴＣサーミスタとの間に接続され、ツェナーダイオードのアノードは、第１抵抗、第４抵抗、およびＮＴＣサーミスタに接続され、ツェナーダイオードのカソードは、第３抵抗、および第５抵抗に接続されている、ことを特徴とするＬＥＤ駆動回路である。

第３の発明は、第１の発明または第２の発明のＬＥＤ駆動回路と、そのＬＥＤ駆動回路に接続されたＬＥＤとを備えたＬＥＤ照明装置である。

本発明によると、ＬＥＤに流す電流を所定の温度までは一定とし、ある温度以上では、温度増加に対して減少させることができる。そのため、ＬＥＤ電流をＬＥＤの温度特性に追従させて、各温度におけるＬＥＤ電流を、その温度において許容される電流値に近づけることができ、広い温度範囲においてＬＥＤの能力を十分に引き出すことができる。

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

実施例１は、ＬＥＤ駆動回路と、そのＬＥＤ駆動回路に接続されたＬＥＤ１とを備えたＬＥＤ照明装置である。図１は、そのＬＥＤ照明装置の構成を示した図である。ＬＥＤ駆動回路は、トランジスタＴＲ１と、抵抗Ｒ１〜Ｒ５と、ＮＴＣサーミスタＴＨ１と、ダイオードＤ１と、ツェナーダイオードＺ１と、で構成されている。抵抗Ｒ１は本発明の第１抵抗、抵抗Ｒ２は本発明の第２抵抗、抵抗Ｒ３は本発明の第３抵抗、抵抗Ｒ４は本発明の第４抵抗、抵抗Ｒ５は本発明の第５抵抗にそれぞれ対応している。トランジスタＴＲ１はバイポーラトランジスタでもよいし、ＦＥＴでもよい。ＦＥＴを用いる場合には、以下の説明においてコレクタをドレイン、ベースをゲート、エミッタをソース、と読み替えればよい。

トランジスタＴＲ１と抵抗Ｒ１とにより定電流回路２０が形成されている。トランジスタＴＲ１のコレクタにはＬＥＤ１のカソードが接続し、エミッタには抵抗Ｒ１が接続している。また、ＬＥＤ１のアノードは電源に接続し、トランジスタＴＲ１のエミッタは抵抗Ｒ１を介して接地されている。

抵抗Ｒ３〜Ｒ５とＮＴＣサーミスタによってブリッジ回路１０が形成されている。抵抗Ｒ３とＲ４が直列接続され、抵抗Ｒ５とＮＴＣサーミスタＴＨ１とが直列接続され、直列接続された抵抗Ｒ３、Ｒ４と、直列接続された抵抗Ｒ５、ＮＴＣサーミスタＴＨ１とが並列接続されている。ＮＴＣサーミスタＴＨ１は、図２に示すように、温度上昇によって抵抗値が単調に減少する特性を有している。抵抗Ｒ３とＲ４との直列接続部分が本発明の第１の辺に相当し、抵抗Ｒ５とＮＴＣサーミスタＴＨ１との直列接続部分が本発明の第２の辺に相当している。

ダイオードＤ１は、ブリッジ回路１０のブリッジ部に接続している。ダイオードＤ１のカソードは抵抗Ｒ５とＮＴＣサーミスタＴＨ１との間に接続され、アノードは抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との間に接続されている。また、ダイオードＤ１のアノードはトランジスタＴＲ１のベースに接続されている。ダイオードＤ１は、温度がＴ２以下の場合には導通しないような動作電圧のものが使用される。この動作電圧については後述する。

ツェナーダイオードＺ１のカソードは、抵抗Ｒ２を介して電源に接続している。ブリッジ回路１０にはツェナーダイオードＺ１が並列接続されていて、ツェナーダイオードＺ１のカソード側に抵抗Ｒ３、Ｒ５が接続されている。また、ツェナーダイオードＺ１のアノード、抵抗Ｒ４、ＮＴＣサーミスタＴＨ１はいずれも接地されている。抵抗Ｒ３とＲ４との直列接続部分、および抵抗Ｒ５とＮＴＣサーミスタＴＨ１との直列接続部分にかかる電圧は、それぞれツェナー電圧となる。

次に、ＬＥＤ駆動回路の動作について説明する。図３は、温度とＬＥＤ電流Ｉ_LED の関係について示したグラフである。横軸は温度、縦軸はＬＥＤ電流Ｉ_LED を示している。この図３のように、ＬＥＤ駆動回路は、温度がＴ２に達するまではＩ_LED を一定とし、Ｔ２を超えるとＩ_LED を線形に減少させるように動作する。以下、このように動作する理由について説明する。

ＬＥＤ１を流れるＬＥＤ電流Ｉ_LED は、Ｉ_LED ＝（Ｖ_R4−Ｖ_BE）／Ｒ１で定まる。Ｖ_R4は、抵抗Ｒ４にかかる電圧であり、トランジスタＴＲ１のベース電圧である。Ｖ_BEはトランジスタＴＲ１のベースエミッタ間電圧である。そのため、Ｖ_R4を変化させることでＩ_LED を制御することができる。そこで、以下のようにしてＶ_R4を制御する。

まず、温度が所定の温度Ｔ２よりも低いＴ１である場合には、ダイオードＤ１が導通しないようにする。すなわち、ブリッジ間電圧であるＶ_R4とＶ_THの電位差が、Ｔ２まではダイオードＤ１の動作電圧以下となるようにする。温度Ｔ１において、Ｖ_R4は、ツェナーダイオードＺ１のツェナー電圧のＲ３、Ｒ４による分圧であり、Ｖ_THは、ツェナーダイオードＺ１のツェナー電圧のＲ５、ＮＴＣサーミスタＴＨ１による分圧である。したがって、温度Ｔ２におけるＶ_R4とＶ_THの電位差がダイオードＤ１の動作電圧となるようにＲ３〜５、ＮＴＣサーミスタＴＨ１の特性を決定するか、もしくは動作電圧が温度Ｔ２におけるＶ_R4とＶ_THの電位差に等しいダイオードＤ１を使用するようにすればよい。ダイオードＤ１を導通させていない場合、Ｖ_R4は一定の値であり、Ｉ_LED はＴ２までは一定の値となる。つまり、ＬＥＤ駆動回路はＴ２の温度までは定電流回路として動作する。

ＮＴＣサーミスタＴＨ１の抵抗値Ｒ_THは、温度上昇により低下する。そのため、Ｖ_THは温度上昇によって低下し、Ｖ_R4とＶ_THの電位差は次第に大きくなる。温度がＴ２に達すると、Ｖ_R4とＶ_THの電位差がダイオードＤ１の動作電圧となり、ダイオードＤ１は導通する。

温度が所定の温度Ｔ２よりも高いＴ３であり、ダイオードＤ１が導通していると、電流がダイオードＤ１からＮＴＣサーミスタＴＨ１方向に流れるので、抵抗Ｒ４を流れる電流Ｉ_R4は、ダイオードＤ１が導通していない場合よりも減少する。そのため、Ｖ_R4も減少し、その結果Ｉ_LED は減少する。また、ブリッジ回路１０を形成しているためＮＴＣサーミスタＴＨ１の温度特性は線形化される。したがって、温度がＴ２よりも大きい場合において、Ｖ_R4は温度の上昇によって線形に減少し、Ｉ_LED もまた線形に減少する。

以上のように、実施例１のＬＥＤ照明装置によると、所定の温度まではＬＥＤ電流を一定とし、所定の温度を超えるとＬＥＤ電流を温度に対して線形に減少するように動作させることができる。これにより、ＬＥＤ電流を図４に示されるＬＥＤの温度特性に追従させることができ、ＬＥＤの性能を十分に引き出すことが可能となる。

なお、実施例ではＬＥＤは１つのみであるが、複数個直列に接続されていてもよく、定電流回路に接続されたＬＥＤが並列に複数接続されていてもよい。

本発明は、ＬＥＤ照明等に用いることができる。

実施例１のＬＥＤ照明装置の構成を示した図。 ＮＴＣサーミスタＴＨ１の温度特性を示したグラフ。 温度とＬＥＤ電流の関係について示したグラフ。 ＬＥＤの温度特性を示したグラフ。

符号の説明

１：ＬＥＤ
ＴＲ１：トランジスタ
Ｒ１〜５：抵抗
ＴＨ１：ＮＴＣサーミスタ
Ｄ１：ダイオード
Ｚ１：ツェナーダイオード
１０：ブリッジ回路
２０：定電流回路

Claims (3)

1. コレクタ／ドレインにＬＥＤが接続されるトランジスタと、前記トランジスタのエミッタ／ソースに接続された第１抵抗とを有し、前記トランジスタのベース／ゲート電圧の制御によって定電流駆動する定電流回路を備えたＬＥＤ駆動回路において、
   第１の辺は複数の抵抗が直列に接続され、第２の辺は抵抗とＮＴＣサーミスタとが直列に接続され、第１の辺と第２の辺とが並列に接続され、ブリッジ間電圧が前記ＮＴＣサーミスタによって温度変化するブリッジ回路と、
   カソードは前記第２の辺側に接続され、アノードは前記第１の辺側および前記トランジスタのベース／ゲートに接続された、前記第１の辺と前記第２の辺をブリッジ接続するダイオードと、
   前記ブリッジ回路の前記第１の辺および前記第２の辺に並列接続されたツェナーダイオードと、
   前記ツェナーダイオードに直列接続された第２抵抗と、
   を有し、
   所定の温度以下の温度範囲においては、前記ダイオードを導通させず、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧の前記第１の辺における分圧を前記トランジスタのベース／ゲート電圧とすることにより、前記ＬＥＤを流れる電流を一定にし、
   所定の温度より大きい温度範囲においては、前記ブリッジ回路のブリッジ間電圧により前記ダイオードを導通させ、前記トランジスタのベース／ゲート電圧を温度の増加に対して減少させることにより、ＬＥＤを流れる電流を減少させる、
   ことを特徴とするＬＥＤ駆動回路。
2. 前記第１の辺は、第３、第４抵抗であり、
   前記第２の辺は、第５抵抗とＮＴＣサーミスタであり、
   前記ダイオードのアノードは、前記第３抵抗と前記第４抵抗との間、および前記トランジスタのベース／ゲートに接続され、
   前記ダイオードのカソードは、前記第５抵抗と前記ＮＴＣサーミスタとの間に接続され、
   前記ツェナーダイオードのアノードは、前記第１抵抗、前記第４抵抗、および前記ＮＴＣサーミスタに接続され、
   前記ツェナーダイオードのカソードは、前記第３抵抗、および前記第５抵抗に接続されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
3. 請求項１または請求項２に記載のＬＥＤ駆動回路と、前記ＬＥＤ駆動回路に接続されたＬＥＤと、を備えたＬＥＤ照明装置。

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