JP5149458B1 - LED lighting device - Google Patents
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Abstract
【課題】ＬＥＤドライバの性能によらず、また、誤動作することなく、ＬＥＤに流す最大電流と最小電流とを目標の比率にする。
【解決手段】ＬＥＤ点灯装置１は、ＬＥＤ（１〜５）を含むＬＥＤ回路５と、ＬＥＤ（１〜５）と並列に挿入されたバイパス手段６と、ＬＥＤ（１〜５）およびバイパス手段６に電流を供給するＬＥＤドライバ４とを備える。バイパス手段６は、トランジスタ素子ＴMからなる。ＬＥＤ（１〜５）に所定の最小電流を流す場合、トランジスタ素子ＴMを動作させ、ＬＥＤドライバ４は、所定の最小電流にバイパス手段６に流れる電流分を加算した電流を供給する。加算した電流は、ＬＥＤ（１〜５）とバイパス手段６に直列に接続されたスイッチング素子ＴＲ１によって制御される。
【選択図】図１A maximum current and a minimum current that flow through an LED are set to a target ratio regardless of the performance of the LED driver and without malfunction.
An LED lighting device includes an LED circuit including an LED (1-5), a bypass means (6) inserted in parallel with the LED (1-5), an LED (1-5) and a bypass means (6). And an LED driver 4 for supplying current. Bypass means 6 is composed of transistor elements T M. When a predetermined minimum current is allowed to flow through the LEDs (1 to 5), the transistor element TM is operated, and the LED driver 4 supplies a current obtained by adding the current flowing through the bypass means 6 to the predetermined minimum current. The added current is controlled by the switching element TR1 connected in series with the LED (1-5) and the bypass means 6.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、ＬＥＤ点灯装置に関し、より詳細には、液晶表示装置のバックライト光源などに用いられるＬＥＤ（Light Emitting Diode）を点灯させるためのＬＥＤ点灯装置に関する。 The present invention relates to an LED lighting device, and more particularly to an LED lighting device for lighting an LED (Light Emitting Diode) used for a backlight light source of a liquid crystal display device.
近年、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）をバックライト光源とした液晶表示装置が各メーカから発売されている。このＬＥＤは、順方向に電圧を加えた際に発光する半導体素子であり、アノードに正、カソードに負の電圧をかけると、数ボルトの電圧で電流が流れ、発光する。ＬＥＤをバックライト光源として用いることで、バックライトの点灯／消灯の制御や、明るさの制御を領域ごとに行うことができるため、コントラストを大きく改善することができる。また、ＬＥＤは、従来の蛍光管と比べて、長寿命であり、消費電力が小さいため、省エネ効果も高いという利点もある。 In recent years, liquid crystal display devices using LEDs (Light Emitting Diodes) as backlight light sources have been released by various manufacturers. This LED is a semiconductor element that emits light when a voltage is applied in the forward direction. When a positive voltage is applied to the anode and a negative voltage is applied to the cathode, a current flows at a voltage of several volts and emits light. By using the LED as a backlight light source, it is possible to control turning on / off the backlight and controlling brightness for each region, so that the contrast can be greatly improved. In addition, the LED has a longer life than a conventional fluorescent tube, and also has an advantage of high energy saving effect because of low power consumption.
ＬＥＤをバックライト光源、特に大画面ディスプレイのバックライト光源として用いる場合には、多数のＬＥＤに対して電流を供給する必要があるため、ＬＥＤ電源をスイッチング電源とし、ＬＥＤに流れる電流を一定にするようフィードバック制御（電流フィードバック）が行われている（例えば、特許文献１を参照）。 When an LED is used as a backlight light source, particularly as a backlight light source for a large-screen display, it is necessary to supply current to a large number of LEDs. Feedback control (current feedback) is performed (see, for example, Patent Document 1).
図４は、従来のＬＥＤ点灯装置の構成を示す図で、図中、１００はＬＥＤ点灯装置を示す。ＬＥＤ点灯装置１００は、スイッチング電源３を含むコンバータ回路２と、ＬＥＤ回路５の各ＬＥＤ（１〜５）を駆動させるためのＬＥＤドライバ４と、複数のＬＥＤ（１〜５）を含むＬＥＤ回路５とを備えている。ＬＥＤドライバ４は、例えば、周知のマイクロコンピュータおよび周辺回路を含むＩＣ（Integrated Circuit）チップとして実装される。ＬＥＤドライバ４から外部回路への信号の出力はマイクロコンピュータにより制御される。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a conventional LED lighting device, in which 100 denotes the LED lighting device. The
ＬＥＤドライバ４は、図示しないメイン制御部から、所定の調光用デューティ比に制御するための調光制御信号を受信する。そして、ＬＥＤドライバ４は、調光用デューティ比に基づくデューティ信号をフィードバック出力端子からコンバータ回路２に出力し、スイッチング電源３の動作／停止を制御して、調光用デューティ比に応じた電圧Ｖ１を生成させる。また、ＬＥＤドライバ４は、このデューティ信号に基づいて、ＬＥＤ回路５と接地線ＧＮＤとの間に挿入されたスイッチング素子ＴＲ１をスイッチング駆動させ、ＬＥＤ回路５に対して電圧Ｖ１の印加を継続して行うことで、ＬＥＤ（１〜５）を点灯させる。スイッチング素子ＴＲ１は、例えば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）で構成される。
The LED driver 4 receives a dimming control signal for controlling to a predetermined dimming duty ratio from a main control unit (not shown). Then, the LED driver 4 outputs a duty signal based on the dimming duty ratio from the feedback output terminal to the converter circuit 2 to control the operation / stop of the
コンバータ回路２は、例えば、バッテリ等の電源電圧（＋Ｂ）から生成される基準電圧Ｖに基づきＬＥＤ回路５に含まれるＬＥＤ（１〜５）を点灯させるための電圧Ｖ１を生成する。コンバータ回路２は、コンデンサＣを含む所謂降圧型のコンバータとして構成されるが、降圧型、昇圧型、昇降圧型のいずれであってもよい。 For example, the converter circuit 2 generates a voltage V1 for lighting the LEDs (1 to 5) included in the LED circuit 5 based on a reference voltage V generated from a power supply voltage (+ B) such as a battery. The converter circuit 2 is configured as a so-called step-down converter including the capacitor C, but may be any of a step-down type, a step-up type, and a step-up / step-down type.
ＬＥＤ回路５は、１つ以上のＬＥＤを含んで構成される。図示の例では、ＬＥＤ（１〜５）の５個のＬＥＤを含んでいる。また、ＬＥＤ回路５を流れる電流ｉは、電流検出抵抗Ｒ１により電流−電圧変換され、その電圧がＬＥＤドライバ４の電流検出端子に入力される。ＬＥＤドライバ４は、電流検出端子に入力された電圧の値をフィードバック出力端子からコンバータ回路２に出力し、コンバータ回路２によりＬＥＤ（１〜５）を定電流駆動させる。
The LED circuit 5 includes one or more LEDs. In the example shown in the figure, five LEDs of LEDs (1 to 5) are included. Further, the current i flowing through the LED circuit 5 is subjected to current-voltage conversion by the current
ここで、最近の液晶表示装置は、益々高画質化され、より鮮明な画質を得るためにコントラスト比をできるだけ大きくしたいという要求がある。ＬＥＤをバックライト光源とした場合には、このコントラスト比は、ＬＥＤの最大輝度と最小輝度との比で決まる。すなわち、コントラスト比を大きくすることは、ＬＥＤを流れる最大電流（定格電流）と最小電流との比を大きくすることと同義である。 Here, recent liquid crystal display devices have been increasingly improved in image quality, and there is a demand to increase the contrast ratio as much as possible in order to obtain a clearer image quality. When the LED is a backlight light source, the contrast ratio is determined by the ratio between the maximum luminance and the minimum luminance of the LED. That is, increasing the contrast ratio is synonymous with increasing the ratio between the maximum current (rated current) flowing through the LED and the minimum current.
そして、ＬＥＤを流れる電流は、図４で説明したようにＬＥＤドライバにより供給される電流によって決まる。液晶表示装置の各メーカは、所望のコントラスト比を実現するために、ＬＥＤに流す最大電流と最小電流とに対して目標の比率を設定している。例えば、この目標比率を２０００：１に設定している。具体的には、ＬＥＤドライバにより供給される最大電流が２５０ｍＡであれば、最小電流の目標値は０.１２５ｍＡとなる。 The current flowing through the LED is determined by the current supplied by the LED driver as described with reference to FIG. Each manufacturer of the liquid crystal display device sets a target ratio with respect to the maximum current and the minimum current flowing in the LED in order to realize a desired contrast ratio. For example, this target ratio is set to 2000: 1. Specifically, if the maximum current supplied by the LED driver is 250 mA, the target value of the minimum current is 0.125 mA.
上記したＬＥＤに流す最小電流（以下、ＬＥＤ最小電流という）を実現するために、従来２つの方法が用いられている。第１の方法として、メイン制御部側で調光制御信号（調光用デューティ）を調整し、調整後の調光用デューティに基づきＬＥＤドライバによりＬＥＤ最小電流を生成する方法がある。しかし、この場合、メイン制御部側での複雑な信号調整が必要とされ、さらに、ＬＥＤドライバの性能、すなわち、ＬＥＤドライバが対応できる調光用デューティの範囲によってＬＥＤ最小電流が制限されてしまうという問題がある。これについて以下の図５に基づき説明する。 Conventionally, two methods are used in order to realize the minimum current (hereinafter referred to as LED minimum current) that flows through the LED. As a first method, there is a method of adjusting a dimming control signal (dimming duty) on the main control unit side and generating an LED minimum current by an LED driver based on the adjusted dimming duty. However, in this case, complicated signal adjustment on the main control side is required, and further, the LED minimum current is limited by the performance of the LED driver, that is, the range of the light control duty that the LED driver can handle. There's a problem. This will be described with reference to FIG.
図５は、ＬＥＤに流れる電流と調光用デューティとの関係を示す図で、図中、縦軸はＬＥＤに流れる電流（単位：ｍＡ）、横軸は調光用デューティ（％）を示す。グラフＬ１は、調光用デューティとＬＥＤに流れる電流（すなわち、ＬＥＤドライバにより供給される電流）との対応関係を示すものである。図５に示すように、調光用デューティが０.１％以下の場合（図中、Ｘの範囲の場合）には、ＬＥＤドライバの性能により動作が保証されず、目標の０.１２５ｍＡを達成できないことが分かる。すなわち、このＬＥＤドライバの性能では、調光用デューティが０.１％のときにＬＥＤに流れる電流（最小電流）が０.２００ｍＡとなるため、目標の０.１２５ｍＡを達成することができない。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the current flowing through the LED and the dimming duty. In the figure, the vertical axis represents the current flowing through the LED (unit: mA), and the horizontal axis represents the dimming duty (%). The graph L1 shows the correspondence between the dimming duty and the current flowing through the LED (that is, the current supplied by the LED driver). As shown in FIG. 5, when the light control duty is 0.1% or less (in the range of X in the figure), the operation is not guaranteed by the performance of the LED driver, and the target of 0.125 mA is achieved. I understand that I can't. That is, in the performance of this LED driver, the current (minimum current) flowing through the LED is 0.200 mA when the light control duty is 0.1%, and thus the target of 0.125 mA cannot be achieved.
また、第２の方法として、ＬＥＤドライバの外部回路によりＬＥＤ最小電流を実現する方法がある。しかし、この場合、ＬＥＤドライバを停止させて外部回路によりＬＥＤ最小電流を生成するため、ＬＥＤドライバの動作復帰時に誤動作する恐れがある。具体的には、停止状態にあるＬＥＤドライバを急峻に動作復帰させると、ＬＥＤ電圧が上昇する。このため、ＬＥＤ電圧の上昇を過電圧エラーとして誤検出してしまう。 As a second method, there is a method of realizing the LED minimum current by an external circuit of the LED driver. However, in this case, since the LED driver is stopped and the LED minimum current is generated by an external circuit, there is a risk of malfunction when the LED driver returns to operation. Specifically, when the LED driver in a stopped state is suddenly returned to operation, the LED voltage increases. For this reason, an increase in the LED voltage is erroneously detected as an overvoltage error.
なお、特許文献１に記載の技術では、ＬＥＤ回路と並列にバイパス手段が挿入されているが、これは、ＬＥＤが点灯するために要する時間を短縮することを目的とし、プレデューティ比でスイッチング電源を駆動する場合にはバイパス手段に電力を供給してＬＥＤの点灯を防止し、調光用デューティ比でスイッチング電源を駆動する場合にはＬＥＤに電力を供給してバイパス手段を動作させないようにしたものである。従って、特許文献１に記載の技術は、所望のコントラスト比を得るために、ＬＥＤに流す最大電流と最小電流とを目標の比率にできるものではない。
In the technique described in
本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、ＬＥＤドライバの性能によらず、また、誤動作することなく、ＬＥＤに流す最大電流と最小電流とを目標の比率にすることができるＬＥＤ点灯装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and can set the target current ratio between the maximum current and the minimum current flowing in the LED without depending on the performance of the LED driver and without malfunctioning. An object of the present invention is to provide an LED lighting device.
上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、少なくとも１つのＬＥＤを含むＬＥＤ回路と、該ＬＥＤ回路と並列に挿入されたバイパス手段と、前記ＬＥＤ回路および前記バイパス手段に電流を供給するＬＥＤドライバとを備え、前記バイパス手段は、半導体素子からなり、前記ＬＥＤ回路に所定の最小電流を流す場合、前記半導体素子を動作させ、前記ＬＥＤドライバは、前記所定の最小電流に前記バイパス手段に流れる電流分を加算した電流を供給し、前記加算した電流を、前記ＬＥＤ回路と前記バイパス手段に直列に接続されたスイッチング手段によって制御することを特徴としたものである。 In order to solve the above-mentioned problems, a first technical means of the present invention includes an LED circuit including at least one LED, bypass means inserted in parallel with the LED circuit, current to the LED circuit and the bypass means. An LED driver for supplying the LED circuit, wherein the bypass means comprises a semiconductor element, and when the predetermined minimum current flows through the LED circuit, the semiconductor element is operated, and the LED driver is set to the predetermined minimum current. A current obtained by adding the amount of current flowing through the bypass means is supplied, and the added current is controlled by switching means connected in series to the LED circuit and the bypass means.
第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記ＬＥＤ回路に所定の最大電流を流す場合、前記半導体素子を停止させ、前記ＬＥＤドライバは、前記所定の最大電流を供給することを特徴としたものである。 According to a second technical means, in the first technical means, when a predetermined maximum current is allowed to flow through the LED circuit, the semiconductor element is stopped, and the LED driver supplies the predetermined maximum current. It is a thing.
第３の技術手段は、第１又は第２の技術手段において、前記半導体素子は、電界効果トランジスタであり、該電界効果トランジスタのゲート−ソース電圧を制御することで、前記バイパス手段に流れる電流を制御することを特徴としたものである。 According to a third technical means, in the first or second technical means, the semiconductor element is a field effect transistor, and a current flowing through the bypass means is controlled by controlling a gate-source voltage of the field effect transistor. It is characterized by controlling.
第４の技術手段は、第１〜第３のいずれか１の技術手段において、前記ＬＥＤ回路に流す所定の最大電流と最小電流とは、所定の比率になることを特徴としたものである。 According to a fourth technical means, in any one of the first to third technical means, the predetermined maximum current and the minimum current flowing in the LED circuit are in a predetermined ratio.
第５の技術手段は、第１〜第４のいずれか１の技術手段において、前記ＬＥＤドライバは、デューティ制御により電流を供給することを特徴としたものである。 According to a fifth technical means, in any one of the first to fourth technical means, the LED driver supplies current by duty control.
本発明によれば、ＬＥＤと並列にバイパス手段を挿入し、ＬＥＤに流す電流が目標の最小電流になるように、ＬＥＤドライバにより供給される電流をバイパス手段に分岐させることができるため、ＬＥＤドライバの性能によらず、また、ＬＥＤドライバを停止させることがないため、誤動作することがなく、ＬＥＤに流す最大電流と最小電流とを目標の比率にすることができる。 According to the present invention, the bypass means is inserted in parallel with the LED, and the current supplied by the LED driver can be branched to the bypass means so that the current flowing through the LED becomes the target minimum current. Since the LED driver is not stopped regardless of the performance, the maximum current and the minimum current flowing through the LED can be set to a target ratio without malfunction.
以下、添付図面を参照しながら、本発明のＬＥＤ点灯装置に係る好適な実施の形態について説明する。このＬＥＤ点灯装置は、例えば、バックライト光源としてＬＥＤを用いた液晶表示装置に内蔵され、ＬＥＤの点灯制御を行うものである。 Hereinafter, preferred embodiments according to the LED lighting device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. This LED lighting device is, for example, incorporated in a liquid crystal display device using LEDs as a backlight light source, and performs LED lighting control.
図１は、本発明によるＬＥＤ点灯装置の構成例を示す図で、図中、１はＬＥＤ点灯装置を示す。ＬＥＤ点灯装置１は、前述の図４に示したＬＥＤ点灯装置１００と比較して、ＬＥＤ回路５と並列に挿入されたバイパス手段６と、バイパス手段６の動作を制御する制御回路７とを備える点が異なる。なお、図１において、図４で示した構成要素と同じ符号を付した構成要素は同じ機能を有する。以下ではＬＥＤ点灯装置１の動作例について簡単に説明する。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an LED lighting device according to the present invention, in which 1 denotes the LED lighting device. The
前述したように、ＬＥＤドライバ４は、図示しないメイン制御部から、所定の調光用デューティ比に制御するための調光制御信号を受信する。そして、ＬＥＤドライバ４は、調光用デューティ比に基づくデューティ信号をフィードバック出力端子からコンバータ回路２に出力し、スイッチング電源３の動作／停止を制御して、調光用デューティ比に応じた電圧Ｖ１を生成させる。また、ＬＥＤドライバ４は、このデューティ信号に基づいて、ＬＥＤ回路５と接地線ＧＮＤとの間に挿入されたスイッチング素子ＴＲ１（スイッチング手段に相当）をスイッチング駆動させ、ＬＥＤ回路５に対して電圧Ｖ１の印加を継続して行うことで、ＬＥＤ（１〜５）を点灯させる。スイッチング素子ＴＲ１は、例えば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）で構成される。
As described above, the LED driver 4 receives a dimming control signal for controlling to a predetermined dimming duty ratio from a main control unit (not shown). Then, the LED driver 4 outputs a duty signal based on the dimming duty ratio from the feedback output terminal to the converter circuit 2 to control the operation / stop of the switching
コンバータ回路２は、例えば、バッテリ等の電源電圧（＋Ｂ）から生成される基準電圧Ｖに基づきＬＥＤ回路５に含まれるＬＥＤ（１〜５）を点灯させるための電圧Ｖ１を生成する。コンバータ回路２は、コンデンサＣを含む所謂降圧型のコンバータとして構成されるが、降圧型、昇圧型、昇降圧型のいずれであってもよい。 For example, the converter circuit 2 generates a voltage V1 for lighting the LEDs (1 to 5) included in the LED circuit 5 based on a reference voltage V generated from a power supply voltage (+ B) such as a battery. The converter circuit 2 is configured as a so-called step-down converter including the capacitor C, but may be any of a step-down type, a step-up type, and a step-up / step-down type.
ＬＥＤ回路５は、少なくとも１つのＬＥＤを含んで構成される。図示の例では、ＬＥＤ（１〜５）の５個のＬＥＤを含んでいる。また、ＬＥＤ（１〜５）を流れる電流ｉLEDとバイパス手段６を流れる電流ｉMとを加算した電流ｉは、電流検出抵抗Ｒ１により電流−電圧変換され、その電圧がＬＥＤドライバ４の電流検出端子に入力される。ＬＥＤドライバ４は、電流検出端子に入力された電圧の値をフィードバック出力端子からコンバータ回路２に出力し、コンバータ回路２によりＬＥＤ（１〜５）を定電流駆動させる。 The LED circuit 5 includes at least one LED. In the example shown in the figure, five LEDs of LEDs (1 to 5) are included. The current i obtained by adding the current i LED flowing through the LEDs (1 to 5) and the current i M flowing through the bypass means 6 is subjected to current-voltage conversion by the current detection resistor R1, and the voltage is detected by the LED driver 4. Input to the terminal. The LED driver 4 outputs the value of the voltage input to the current detection terminal from the feedback output terminal to the converter circuit 2, and the converter circuit 2 drives the LEDs (1 to 5) at a constant current.
本発明の主たる目的は、ＬＥＤドライバの性能によらず、また、誤動作することなく、ＬＥＤに流す最大電流と最小電流とを目標の比率にすることにある、このための構成として、ＬＥＤ点灯装置１は、ＬＥＤ（１〜５）を含むＬＥＤ回路５と、ＬＥＤ回路５と並列に挿入されたバイパス手段６と、ＬＥＤ回路５およびバイパス手段６に例えばデューティ制御により電流を供給するＬＥＤドライバ４とを備える。ＬＥＤドライバ４は、ＬＥＤ回路５に所定の最小電流を流す場合、この最小電流にバイパス手段６に流れる電流分を加算した電流を供給する。そして、この加算した電流は、ＬＥＤ回路５とバイパス手段６に直列に接続されたスイッチング素子ＴＲ１によって制御される。
The main object of the present invention is to achieve a target ratio between the maximum current and the minimum current flowing through the LED without malfunctioning without depending on the performance of the LED driver.
つまり、ＬＥＤ（１〜５）に流す最大電流と最小電流とが所定の比率（目標比率ともいう）になるときの最小電流を目標値とし、ＬＥＤ（１〜５）に流す電流が目標値になるように、ＬＥＤドライバ４により供給される電流をバイパス手段６に分岐させる。この目標比率は、実現したいコントラスト比やＬＥＤの仕様などに応じて定めればよく、特に限定されるものではないが、例えば、２０００：１とすることができる。 That is, the minimum current when the maximum current and the minimum current flowing through the LEDs (1 to 5) become a predetermined ratio (also referred to as a target ratio) is set as the target value, and the current flowing through the LEDs (1 to 5) is set as the target value. Thus, the current supplied by the LED driver 4 is branched to the bypass means 6. This target ratio may be determined according to the contrast ratio to be realized, the specification of the LED, and the like, and is not particularly limited, but can be, for example, 2000: 1.
上記において、ＬＥＤドライバ４は、外部から入力される調光制御信号（調光用デューティ比）に基づいて、スイッチング電源３の動作／停止を制御して、調光用デューティ比に応じた電圧Ｖ１に基づく電流ｉを供給する。この電流ｉは、ＬＥＤ（１〜５）とバイパス手段６との接続点で分岐され、ＬＥＤ（１〜５）に電流ｉLEDが、バイパス手段６に電流ｉMがそれぞれ流れる。なお、ここでは、ＬＥＤドライバ４がデューティ制御により電流を供給する場合を例示して説明するが、このデューティ制御に限らず、例えば、電流制御を適用した場合でも同様の制御を行うことができる。
In the above, the LED driver 4 controls the operation / stop of the switching
次に、バイパス手段６の構成例について説明する。このバイパス手段６は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）などの半導体素子、より望ましくは、ＦＥＴの一種であるＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）などで構成される。図１の例では、バイパス手段６がＦＥＴ素子ＴMにより構成されているものとして説明する。 Next, a configuration example of the bypass unit 6 will be described. The bypass means 6 is composed of a semiconductor element such as an FET (Field Effect Transistor), more preferably a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) which is a kind of FET. In the example of FIG. 1, the bypass means 6 is described as being constituted by FET elements T M.
ここで、ＬＥＤドライバ４から出力される電流をｉ、ＬＥＤ（１〜５）を流れる電流をｉLED、バイパス手段６に流れる電流をｉMとすると、以下の式が成り立つ。
ｉ＝ｉLED＋ｉM 但し、ｉM＝ｇｍ・ＶGS …式（１）
ｇｍはトランスコンダクタンス、ＶGSはＦＥＴ素子ＴMのゲート−ソース電圧を示す。
Here, when the current output from the LED driver 4 is i, the current flowing through the LEDs (1 to 5) is i LED , and the current flowing through the bypass means 6 is i M , the following equation is established.
i = i LED + i M where i M = gm · V GS (1)
gm is the transconductance, V GS is the gate of the FET element T M - indicating the source voltage.
制御回路７は、ＦＥＴ素子ＴMに接続されており、ＦＥＴ素子ＴMのオン／オフ（動作／停止）と、ＦＥＴ素子ＴMに印加するゲート−ソース電圧ＶGSとを制御する。例えば、ＦＥＴ素子ＴMをオンにした場合、式（１）より、ＬＥＤ（１〜５）を流れる電流は、ｉLED＝ｉ−ｉMとなる。そして、バイパス手段６に流れる電流ｉMは、ＦＥＴ素子ＴMのゲート−ソース電圧ＶGSにより制御される。また、ＦＥＴ素子ＴMをオフにした場合、ＬＥＤ（１〜５）を流れる電流は、ｉLED＝ｉとなる。 Control circuit 7 is connected to the FET element T M, the FET element T M on / off (operation / stop), the gate is applied to the FET element T M - controlling the source voltage V GS. For example, when the FET element T M is turned on, the current flowing through the LEDs (1 to 5) becomes i LED = i−i M from the equation (1). The current i M flowing through the bypass means 6 is controlled by the gate-source voltage V GS of the FET element T M. When the FET element T M is turned off, the current flowing through the LEDs (1 to 5) is i LED = i.
図１において、例えば、ＬＥＤ（１〜５）に流す最大電流と最小電流との目標比率が２０００：１で、最大電流（定格電流）が２５０ｍＡである場合について想定する。この場合、最小電流の目標値は０.１２５ｍＡとなる。そして、最小電流を流す場合に、例えば、ＦＥＴ素子ＴMをオンに制御するものとする。すなわち、最小電流を流す場合、ｉLED＝ｉ−ｉMの関係が成立する。本例のＬＥＤドライバ４の性能は、図５に示したように、調光用デューティが０.１％以下の場合には、動作が保証されておらず、調光用デューティが例えば０.１％のときにはＬＥＤ（１〜５）には０.２００ｍＡが供給される。つまりこのＬＥＤドライバ４の性能では、最小電流の目標値である０.１２５ｍＡを達成することができない。 In FIG. 1, for example, it is assumed that the target ratio between the maximum current and the minimum current flowing through the LEDs (1 to 5) is 2000: 1 and the maximum current (rated current) is 250 mA. In this case, the target value of the minimum current is 0.125 mA. When passing the minimum current, for example, and controls to turn on the FET element T M. That is, when a minimum current is passed, the relationship of i LED = i−i M is established. As shown in FIG. 5, the performance of the LED driver 4 in this example is not guaranteed when the dimming duty is 0.1% or less, and the dimming duty is, for example, 0.1. In the case of%, 0.200 mA is supplied to the LEDs (1 to 5). In other words, in the performance of the LED driver 4, it is not possible to achieve 0.125 mA which is the target value of the minimum current.
上述の式（１）において、ｉ＝０.２００ｍＡ、ｉLED＝０.１２５ｍＡとすると、ＦＥＴ素子ＴMに流れるべき電流ｉMは、０.０７５ｍＡとなる。この電流ｉMを流すために必要なゲート−ソース電圧ＶGSは、後述の図３に示す制御関数により求めることができる。ここで、電圧Ｖ１はＦＥＴ素子ＴM（およびＬＥＤ回路５）に印加される電圧で既知である。このように、ＦＥＴ素子ＴMをオンし、ゲート−ソース電圧ＶGSを制御することで、ＬＥＤドライバ４により供給される電流ｉ（＝０.２００ｍＡ）のうち、ＦＥＴ素子ＴMに電流ｉM（＝０.０７５ｍＡ）だけ分岐させることができる。このため、ＬＥＤ（１〜５）には目標の最小電流ｉLED（＝０.１２５ｍＡ）を流すことができる。 In the above equation (1), i = 0.200mA, When i LED = 0.125 mA, current i M to be passed through FET element T M becomes 0.075MA. The gate-source voltage V GS necessary for flowing this current i M can be obtained by a control function shown in FIG. Here, the voltage V1 is known as a voltage applied to the FET element T M (and the LED circuit 5). Thus, by turning on the FET element T M and controlling the gate-source voltage V GS , the current i M is supplied to the FET element T M out of the current i (= 0.200 mA) supplied by the LED driver 4. (= 0.075 mA) can be branched. Therefore, the target minimum current i LED (= 0.125 mA) can be passed through the LEDs (1-5).
なお、ＬＥＤ（１〜５）に最大電流（例えば、２５０ｍＡ）を流す場合、ＦＥＴ素子ＴMをオフに制御する。すなわち、ＦＥＴ素子ＴMには電流が流れないため、ｉLED＝ｉの関係が成立する。このため、ＬＥＤドライバ４は、最大電流をそのまま供給すればよい。これにより、ＬＥＤ（１〜５）には目標の最大電流ｉLED（＝２５０ｍＡ）が流れることになる。 In the case draw up the LED (1 to 5) current (e.g., 250 mA), and controls to turn off the FET element T M. That is, since no current flows through the FET element T M , the relationship of i LED = i is established. For this reason, the LED driver 4 may supply the maximum current as it is. As a result, the target maximum current i LED (= 250 mA) flows through the LEDs (1 to 5).
ここで、バイパス手段６を抵抗のみで構成した場合、バイパス手段６には常に電流が流れてしまう。このため、ＬＥＤ（１〜５）に最大電流を流す場合でも、ＬＥＤドライバ４は、この最大電流に、バイパス手段６に供給する電流分を加算した電流を供給する必要があり、この分がロスになっていた。これに対して、本発明では、バイパス手段６をＦＥＴ素子により構成したため、ＬＥＤ（１〜５）に最大電流を流す場合、ＦＥＴ素子をオフにして、ＦＥＴ素子に電流が流れないようにすることができる。これにより、ＬＥＤドライバ４は、最大電流をそのまま供給すればよいため、上記のロスが発生することはない。 Here, when the bypass means 6 is composed of only a resistor, a current always flows through the bypass means 6. For this reason, even when the maximum current is supplied to the LEDs (1 to 5), the LED driver 4 needs to supply a current obtained by adding the current supplied to the bypass means 6 to the maximum current. It was. On the other hand, in the present invention, since the bypass means 6 is composed of an FET element, when the maximum current flows through the LEDs (1 to 5), the FET element is turned off so that no current flows through the FET element. Can do. Thereby, since the LED driver 4 should just supply the maximum electric current as it is, said loss does not generate | occur | produce.
図２は、ＬＥＤに流れる電流と調光用デューティとの対応関係の一例を示す図で、図中、縦軸はＬＥＤに流れる電流（単位：ｍＡ）、横軸は調光用デューティ（％）を示す。グラフＬ１は、前述の図５に示した従来のものと同様である。グラフＬ２は、本発明の回路構成におけるＬＥＤ（１〜５）に流れる電流と調光用デューティとの対応関係を示すもので、グラフＬ１を電流ｉM分だけ低くシフトさせたものである。本発明の回路構成によれば、上記で説明したように、ＬＥＤドライバ４により供給される電流ｉのうち、ＦＥＴ素子ＴMに電流ｉMだけ分岐させることができる。このため、ＬＥＤ（１〜５）に流す電流ｉLEDの最大電流と最小電流の比率を目標比率（例えば、２０００：１）にすることができる。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a correspondence relationship between the current flowing through the LED and the dimming duty. In the drawing, the vertical axis indicates the current flowing through the LED (unit: mA), and the horizontal axis indicates the dimming duty (%). Indicates. The graph L1 is similar to the conventional one shown in FIG. The graph L2 shows the correspondence between the current flowing through the LEDs (1 to 5) and the dimming duty in the circuit configuration of the present invention, and the graph L1 is shifted lower by the current i M. According to the circuit configuration of the present invention, as described above, the current i M supplied from the LED driver 4 can be branched to the FET element T M by the current i M. For this reason, the ratio of the maximum current and the minimum current of the current i LED flowing through the LEDs (1-5) can be set to a target ratio (for example, 2000: 1).
図３は、半導体素子のゲート−ソース電圧と電流との関係を表す制御関数の一例を示す図である。以下、前述の図１に基づき本発明による他の実施例について説明する。本例の場合、通常時、ＬＥＤ（１〜５）に流れる電流ｉLEDの最大電流を例えば２００ｍＡとし、ＬＥＤドライバ４で制御可能な最小電流を例えば１ｍＡとする。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a control function representing the relationship between the gate-source voltage and current of the semiconductor element. Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the case of this example, it is assumed that the maximum current i LED flowing through the LEDs (1-5) normally is 200 mA, for example, and the minimum current that can be controlled by the LED driver 4 is 1 mA, for example.
なお、ＬＥＤ（１〜５）に流す電流ｉLEDの最大電流と最小電流との目標比率を２０００：１とする。本例の場合、最大電流が２００ｍＡであるため、ＬＥＤ（１〜５）に流すべき最小電流は０.１ｍＡとなる。従って、上述の式（１）より、ｉM＝ｉ−ｉLEDであるから、ＦＥＴ素子ＴMに流す電流は、ｉM＝１ｍＡ−０.１ｍＡ＝０.９ｍＡとなる。そして、このｉM＝０.９ｍＡを実現するためのゲート−ソース電圧ＶGSは、図３の制御関数から求めることができる。すなわち、ｉM＝０.９ｍＡに対して、ゲート−ソース電圧ＶGS＝１.４Ｖと求まる。 In addition, the target ratio of the maximum current and the minimum current of the current i LED flowing through the LEDs (1 to 5) is set to 2000: 1. In this example, since the maximum current is 200 mA, the minimum current to be passed through the LEDs (1 to 5) is 0.1 mA. Therefore, from the above equation (1), since i M = i−i LED , the current flowing through the FET element T M is i M = 1 mA−0.1 mA = 0.9 mA. The gate-source voltage V GS for realizing this i M = 0.9 mA can be obtained from the control function of FIG. That is, for i M = 0.9 mA, the gate-source voltage V GS = 1.4 V is obtained.
制御回路７は、ＦＥＴ素子ＴMに対して、上記で求めたゲート−ソース電圧ＶGSとして、１.４Ｖを印加する。これにより、ＦＥＴ素子ＴMには０.９ｍＡの電流ｉMが流れる。すなわち、ＬＥＤドライバ４により供給される最小電流ｉ（＝１ｍＡ）のうち、ＦＥＴ素子ＴMに電流ｉM（＝０.９ｍＡ）だけ分岐させ、ＬＥＤ（１〜５）に最小電流ｉLED（＝０.１ｍＡ）を流すことができる。 The control circuit 7 applies 1.4 V to the FET element T M as the gate-source voltage V GS obtained above. As a result, a current i M of 0.9 mA flows through the FET element T M. That is, among the minimum current i (= 1 mA) supplied by the LED driver 4, the FET element T M is branched by the current i M (= 0.9 mA), and the minimum current i LED (= 0.1 mA) can be applied.
上記のようにして、ＦＥＴ素子ＴMのゲート−ソース電圧を制御することにより、２０００：１などの所望の電流比（最大電流と最小電流との比）を実現することができる。 As described above, the gate of the FET element T M - by controlling the source voltage, 2000: it is possible to realize a desired current ratio (such as the ratio between the maximum current and the minimum current).
このように本発明によれば、ＬＥＤ（１〜５）と並列にバイパス手段６を挿入することで、ＬＥＤ（１〜５）に流す電流ｉLEDが目標の最小電流になるように、ＬＥＤドライバ４により供給される電流ｉをバイパス手段６に分岐させることができる。このため、ＬＥＤドライバ４の性能によらず、また、ＬＥＤドライバ４を停止させることがないため、誤動作することがなく、ＬＥＤ（１〜５）に流す最大電流と最小電流とを目標の比率にすることができる。 Thus, according to the present invention, by inserting the bypass means 6 in parallel with the LEDs (1 to 5), the LED driver is configured so that the current i LED flowing through the LEDs (1 to 5) becomes the target minimum current. The current i supplied by 4 can be branched to the bypass means 6. For this reason, it does not depend on the performance of the LED driver 4 and the LED driver 4 is not stopped. can do.
１，１００…ＬＥＤ点灯装置、２…コンバータ回路、３…スイッチング電源、４…ＬＥＤドライバ、５…ＬＥＤ回路、６…バイパス手段、７…制御回路。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100 ... LED lighting device, 2 ... Converter circuit, 3 ... Switching power supply, 4 ... LED driver, 5 ... LED circuit, 6 ... Bypass means, 7 ... Control circuit.
Claims (5)
前記バイパス手段は、半導体素子からなり、
前記ＬＥＤ回路に所定の最小電流を流す場合、前記半導体素子を動作させ、前記ＬＥＤドライバは、前記所定の最小電流に前記バイパス手段に流れる電流分を加算した電流を供給し、
前記加算した電流を、前記ＬＥＤ回路と前記バイパス手段に直列に接続されたスイッチング手段によって制御することを特徴とするＬＥＤ点灯装置。 An LED circuit including at least one LED, bypass means inserted in parallel with the LED circuit, and an LED driver for supplying current to the LED circuit and the bypass means,
The bypass means comprises a semiconductor element,
When a predetermined minimum current is allowed to flow through the LED circuit, the semiconductor element is operated, and the LED driver supplies a current obtained by adding a current flowing through the bypass means to the predetermined minimum current,
The LED lighting device, wherein the added current is controlled by switching means connected in series to the LED circuit and the bypass means.
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