JP5150742B2 - Ｌｅｄ駆動回路 - Google Patents

Description

本発明は、液晶パネルのバックライト等に用いられるＬＥＤストリング（複数のＬＥＤを直列に接続したもの）を複数個同時に駆動するためのＬＥＤ駆動回路に関するものである。

近年、液晶パネルのバックライトに発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（Light Emitting Diode））が用いられるようになってきている。液晶パネルのバックライトにＬＥＤを用いる場合、複数のＬＥＤを直列に接続したもの（以下、ＬＥＤストリングという）を１セットとして、複数のＬＥＤストリング１１を配置して液晶パネルに均一に光が照射されるように構成するものが増えてきている。

複数のＬＥＤストリング１１を駆動させるための駆動回路としては、例えば、図２に示すようなものが従来から存在する。この図２に示す駆動回路は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２で直流に変換したものを昇圧コンバータ１３で昇圧して、並列に接続した複数のＬＥＤストリング（図２の例では、８つのＬＥＤストリング１１ａ〜１１ｈ）に対して電力を供給するものである。
また、複数のＬＥＤストリング１１を駆動させるための駆動回路の他の従来例としては、図３に示すものが挙げられる。この図３に示す駆動回路では、１つの昇圧コンバータ１３で１つのＬＥＤストリング１１のみを駆動するようにしたものであり、図３の例では、８つの昇圧コンバータ１３ａ〜１３ｈを用いて８つのＬＥＤストリング１１ａ〜１１ｈをそれぞれ駆動するようにしたものである。

このような従来のＬＥＤ駆動回路としては、例えば、特許文献１及び特許文献２に示すようなものが既に提案されている。特許文献１に記載のＬＥＤ駆動回路は、昇圧式ＤＣ／ＤＣコンバータと電圧検出回路とＰＷＭ制御回路とを備え、電圧検出回路で検出したフィードバック電圧が所定電圧となるようにＰＷＭ信号を制御することで、定電圧制御を実現している。
また、特許文献２には、予め設定された内部基準電圧と電圧検出用抵抗によって検出された検出電圧に応じて決定されるデューティ比を有するスイッチングパルスでスイッチのオン／オフを制御するＰＷＭ制御部を有することによって、ＬＥＤの駆動電流を一定の定電流に制御することが可能なバックライト用ＬＥＤ駆動回路が開示されている。
特開２００９−１０４８４８号公報 特開２００７−１３１８３号公報

ここで、ＬＥＤには順方向電圧降下Ｖｆが存在し、これは同一規格の製品であってもＬＥＤ毎に異なりばらつきの生じる要素であるため、同じ電流を流したとしても同じ明るさを得られるとは限らないという特性がある。これはＬＥＤストリング同士を比較した場合も同様であり、ＬＥＤストリング全体としてのＶｆにもばらつきが生じてしまう。

ここで、図２に示した従来の駆動回路は、１つの昇圧コンバータ１３によって並列に接続された複数のＬＥＤストリング１１ａ〜１１ｈをそれぞれに直列に接続されたＦＥＴ１４ａ〜１４ｈによって駆動する方式である。この場合、昇圧コンバータ１３の出力電圧はトータルのＶｆが最も高いＬＥＤストリング１１ａに合わされてしまうので、低いＶｆのＬＥＤストリング１１ｈは駆動しているＦＥＴ１４ｈに電圧を背負わせる必要があり、ＦＥＴ１４ｈのロスが大きくなり効率低下を招いていた。また、低いＶｆのＬＥＤストリング１１ｈは光量が下がってしまっていた。

また、図３に示した従来の駆動回路は、１つのＬＥＤストリング１１に対して１つの昇圧コンバータ１３を設ける構成としているため、図２の駆動回路における効率低下という問題点は解消できるが、ＬＥＤストリング１１間に生じる光量のばらつきの問題は改善されず、また、ＬＥＤストリング１１の数だけ昇圧コンバータ１３を必要とするためコストが上昇してしまうという問題がある。

これらの従来の駆動回路におけるＬＥＤストリング１１間に生じる光量のばらつきという問題点については、特許文献１、特許文献２に示す駆動回路を用いても解決することができない。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、複数のＬＥＤストリングを駆動する場合に、順方向電圧降下Ｖｆを原因としてＬＥＤストリング間に生じる光量のばらつきを無くし、かつ、駆動効率の良いＬＥＤ駆動回路を提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１は、複数のＬＥＤストリングを同時に駆動するためのＬＥＤ駆動回路であって、入力直流電力をパルス幅変調制御によって正側と負側にスイッチング素子のスイッチングを行って交流電力を生成するハーフブリッジ回路と、このハーフブリッジ回路におけるスイッチングのパルス幅変調を制御するためのコントロールＩＣと、前記複数のＬＥＤストリングと同数の同一規格で同一巻数比のトランスとを設けてなり、前記複数のトランスの一次側を直列に接続したところに前記ハーフブリッジ回路からの出力の交流電力を供給し、各トランスの二次側には、整流平滑化回路を介して１つのＬＥＤストリングを接続することで、全てのトランスに同一の電力が供給され、かつ、各トランスの二次側においてＬＥＤストリングの順方向電圧降下Ｖｆの値に応じて流れる電流値が変動して一定電力値となる定電力制御がなされるようにしたことを特徴とするＬＥＤ駆動回路である。

本発明の請求項２は、請求項１に加えて、前記ＬＥＤストリングの前段において電流値、電圧値を検出するための手段を設け、検出した電流値、電圧値を前記コントロールＩＣにフィードバックして、出力電流及び出力電圧が一定となるようにパルス幅変調を制御するようにしたことを特徴とするＬＥＤ駆動回路である。

本発明の請求項３は、請求項１又は２に加えて、前記ハーフブリッジ回路とコントロールＩＣとの間にパルストランスを設け、パルストランスを介してハーフブリッジ回路におけるスイッチング素子をスイッチングするようにしたことを特徴とするＬＥＤ駆動回路である。

請求項１記載の発明によれば、同一規格で同一巻数比の複数のトランスの一次側を直列に接続したところに前記ハーフブリッジ回路からの出力の交流電力を供給し、各トランスの二次側には、整流平滑化回路を介して１つのＬＥＤストリングを接続することで、全てのトランスに同一の電力が供給され、かつ、各トランスの二次側においてＬＥＤストリングの順方向電圧降下Ｖｆの値に応じて流れる電流値が変動して一定電力値となる定電力制御がなされるようにしたので、一次側は直列に接続しているため、複数のトランスに対して均等に電力が供給され、これにより、二次側に対する電力供給も均等なものとなり、また、トランス（変圧器）の特性上、二次側においては一定電力となるように機能するため、ＬＥＤストリングの順方向電圧降下Ｖｆの値に応じて二次側に流れる電流が変動、即ち、低いＶｆの場合には駆動電流が上昇し、逆に高いＶｆの場合には駆動電流が下降するようにして電力値が一定となるように機能する。これにより、複数のＬＥＤストリングのＶｆの値にばらつきがあったとしても、定電力制御によって全てのＬＥＤストリングの光量が均一化し安定する。

請求項２記載の発明によれば、ＬＥＤストリングの前段において電流値、電圧値を検出するための手段を設け、検出した電流値、電圧値を前記コントロールＩＣにフィードバックして、出力電流及び出力電圧が一定となるようにパルス幅変調を制御するようにしたので、入力電圧の変動等が生じたとしても出力が一定電力となるように制御することが可能となるため、ＬＥＤストリングの光量を一定に制御することができる。

請求項３記載の発明によれば、ハーフブリッジ回路とコントロールＩＣとの間にパルストランスを設け、パルストランスを介してハーフブリッジ回路におけるスイッチング素子をスイッチングするようにしたので、コントロールＩＣとハーフブリッジ回路との間は、パルストランスが設けられて絶縁されているため、コントロールＩＣに高電圧がかかる心配がない。また、各ＬＥＤストリングが接続されるのはトランスのそれぞれの二次側であり、高電圧が印加される一次側とは絶縁されているため、安全にＬＥＤストリングを駆動することができる。

本発明によるＬＥＤ駆動回路の構成を表したブロック図である。 従来のＬＥＤ駆動回路の構成を表したブロック図である。 従来のＬＥＤ駆動回路の構成を表したブロック図である。

本発明によるＬＥＤ駆動回路は、複数のＬＥＤストリングを同時に駆動するためのＬＥＤ駆動回路であって、入力直流電力をパルス幅変調制御によって正側と負側にスイッチング素子のスイッチングを行って交流電力を生成するハーフブリッジ回路と、このハーフブリッジ回路におけるスイッチングのパルス幅変調を制御するためのコントロールＩＣと、前記複数のＬＥＤストリングと同数の同一規格で同一巻数比のトランスとを設けてなり、前記複数のトランスの一次側を直列に接続したところに前記ハーフブリッジ回路からの出力の交流電力を供給し、各トランスの二次側には、整流平滑化回路を介して１つのＬＥＤストリングを接続することで、全てのトランスに同一の電力が供給され、かつ、各トランスの二次側においてＬＥＤストリングの順方向電圧降下Ｖｆの値に応じて流れる電流値が変動して一定電力値となる定電力制御がなされるようにしたことを特徴とするものである。以下、詳細に説明を行う。

本発明によるＬＥＤ駆動回路について図１に基づいて説明を行う。図１において、１５はＤＣ入力端子であり、１６はＧＮＤ端子である。このＤＣ入力端子１５とＧＮＤ端子１６との間に直流電源を接続する。この場合の直流電源は、例えば、従来回路として示した図２又は図３のように、交流電源をＡＣ／ＤＣコンバータによって直流に変換し、かつ、昇圧コンバータで昇圧したもの等を用いる。この直流電源はハーフブリッジ回路１７に接続される。

前記ハーフブリッジ回路１７は、２つのスイッチング素子をハーフブリッジ型に接続してなるものであり、また、このハーフブリッジ回路１７には、パルストランス１８及び１９が接続されており、このパルストランス１８及び１９によって前記２つのスイッチング素子をスイッチングすることによって、正側と負側にそれぞれ直流入力をパルス状に出力し、かつ、そのパルス幅をＰＷＭ制御によって制御し、これを平滑化することによって、交流電力を生成する。このＰＷＭ制御は、前記パルストランス１８及び１９に接続されたコントロールＩＣ２０によって行われる。
なお、このハーフブリッジ回路１７は一例であり、フルブリッジ回路であってもよく、適宜変更可能なものである。また、このハーフブリッジ回路１７は、直流を交流に変換するための構成であるから、ＰＷＭ制御等によって最終的な出力を制御可能なインバータ回路であればよく、広くそのようなインバータ回路を含んでいるものとする。

前記ハーフブリッジ回路１７において生成した交流電力は、トランスＴ１〜Ｔ８の一次側に供給される。これら８つのトランスは全て同一規格で同一の巻数比のものであり、これらトランスＴ１〜Ｔ８の一次側巻線を直列に接続したところに交流電力が供給される。これにより、全てのトランスに流れる電流は同一となり、同一規格であるから各トランスの一次側巻線に生じる電圧も同一となる。すなわち、全てのトランスに同一の電力が供給されることになる。なお、図１に示した本実施例においてトランスの個数を８個としたのは、８つのＬＥＤストリング１１ａ〜１１ｈを同時に駆動するＬＥＤ駆動回路の場合にこれらの８つのＬＥＤストリングの個数に合わせてトランスの個数を設定したからである。当然これは一例に過ぎず、ＬＥＤストリングをいくつ同時に駆動するかは適宜設計変更可能なものであり、これに応じてトランスの個数も適宜変更され、この場合には、入力される直流電圧の値も適宜変更されることになる。また、トランスの巻数比については、一次側において１つのトランスに印加される電圧量、二次側において望まれる電流量、電圧量等によって適宜決定されるものである。

トランスＴ１〜Ｔ８のそれぞれの二次側には、２つの整流ダイオード、インダクタ及びコンデンサからなる整流平滑回路２１が接続されており、正負交互に生じる電力を直流化してそれぞれＬＥＤストリング１１ａ〜１１ｈに供給する。
また、整流平滑回路２１の後段において電流電圧検出手段２２を用いて電流値、電圧値を検出して、これをコントロールＩＣ２０にフィードバックする。コントロールＩＣ２０では、電流電圧検出手段２２からフィードバックされた電流値、電圧値に基づいてパルストランス１８及び１９のパルス幅を制御することで、出力が一定となるように制御する。

このような構成における本発明の作用について説明する。図１に示すように、トランスＴ１〜Ｔ８の一次側は直列に接続しているため、各トランスＴ１〜Ｔ８に対して均等に電力が供給され、これにより、二次側に対する電力供給も均等なものとなる。ここで、トランス（変圧器）の特性上、二次側においては一定電力となるように機能するため、ＬＥＤストリング１１の順方向電圧降下Ｖｆの値に応じて二次側に流れる電流が変動することになる。即ち、低いＶｆの場合には駆動電流が上昇し、逆に高いＶｆの場合には駆動電流が下降するようにして電力値が一定となるように機能する。これにより、８つのＬＥＤストリング１１ａ〜１１ｈのＶｆの値にばらつきがあったとしても、定電力制御によって全てのＬＥＤストリングの光量が均一化し安定する。また、従来技術である図２、図３の駆動回路には、無駄な電圧分を背負わせるＦＥＴが存在したため効率が低下していたが、本発明では二次側のＬＥＤストリング１１の駆動部分にＦＥＴが存在しないため、高効率化が図れる。

複数のＬＥＤストリング１１ａ〜１１ｈを駆動するために、ＤＣ入力端子１５には、例えば、４００Ｖという高い電圧が印加され、これが複数のトランスＴ１〜Ｔ８の一次側に供給される。しかし、各ＬＥＤストリング１１ａ〜１１ｈが接続されるのはトランスＴ１〜Ｔ８のそれぞれの二次側であり、高電圧が印加される一次側とは絶縁されているため、安全にＬＥＤストリング１１ａ〜１１ｈを駆動することができる。
また、コントロールＩＣ２０とハーフブリッジ回路１７との間は、パルストランス１８及び１９が設けられて絶縁されているため、コントロールＩＣ２０に高電圧がかかる心配がない。

前記実施例においては、８つのＬＥＤストリング１１ａ〜１１ｈを駆動するための回路として説明を行ったが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。本発明のＬＥＤ駆動回路は、トランスの一次側を直列に接続することで各トランスに均一に電力を供給し、二次側においてはその一次側に印加されるエネルギーに応じて定電力制御がなされることを利用して、各ＬＥＤストリング１１のＶｆが異なるとしても同じ電力値となるように制御されることを特徴とするものである。よって、ＬＥＤストリング１１を複数駆動する場合には適用可能であり、その個数については、必要に応じて適宜設定可能なものである。

前記実施例においては、絶縁を保ちながらハーフブリッジ回路１７におけるスイッチングタイミングをコントロールする手段として、パルストランス１８及び１９を用いているが、これに限定されるものではなく、例えば、動作速度の速いフォトカプラ等も代用可能である。

１１，１１ａ〜１１ｈ…ＬＥＤストリング、１２…ＡＣ／ＤＣコンバータ、１３，１３ａ〜１３ｈ…昇圧コンバータ、１４ａ〜１４ｈ…ＦＥＴ、１５…ＤＣ入力端子、１６…ＧＮＤ端子、１７…ハーフブリッジ回路、１８…パルストランス、１９…パルストランス、２０…コントロールＩＣ、２１…整流平滑化回路、２２…電流電圧検出手段。

Claims (3)

1. 複数のＬＥＤストリングを同時に駆動するためのＬＥＤ駆動回路であって、入力直流電力をパルス幅変調制御によって正側と負側にスイッチング素子のスイッチングを行って交流電力を生成するハーフブリッジ回路と、このハーフブリッジ回路におけるスイッチングのパルス幅変調を制御するためのコントロールＩＣと、前記複数のＬＥＤストリングと同数の同一規格で同一巻数比のトランスとを設けてなり、前記複数のトランスの一次側を直列に接続したところに前記ハーフブリッジ回路からの出力の交流電力を供給し、各トランスの二次側には、整流平滑化回路を介して１つのＬＥＤストリングを接続することで、全てのトランスに同一の電力が供給され、かつ、各トランスの二次側においてＬＥＤストリングの順方向電圧降下Ｖｆの値に応じて流れる電流値が変動して一定電力値となる定電力制御がなされるようにしたことを特徴とするＬＥＤ駆動回路。
2. 前記ＬＥＤストリングの前段において電流値、電圧値を検出するための手段を設け、検出した電流値、電圧値を前記コントロールＩＣにフィードバックして、出力電流及び出力電圧が一定となるようにパルス幅変調を制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動回路。
3. 前記ハーフブリッジ回路とコントロールＩＣとの間にパルストランスを設け、パルストランスを介してハーフブリッジ回路におけるスイッチング素子をスイッチングするようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載のＬＥＤ駆動回路。

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