JP5179548B2 - 発光素子のドライバ回路 - Google Patents

Description

本発明は発光素子のドライバ回路に関する。

従来のＬＥＤドライバ回路は駆動効率を高めるために接続された複数のＬＥＤへの動作電圧を高めるが、交流電源の電圧は正弦波として存在するため、前記ＬＥＤへの動作電圧を高めるとドライバ回路のパワーファクターは逆に低下してしまう。パワーファクターが低下するということは、電力の多くを無駄に消費しているということである

そこで本発明の発明者は従来のＬＥＤの駆動方式のロスに鑑みて、早急に新しい発光素子のドライバ回路を発明する思いに至った。

ON Semiconductor、"Offline High Power Factor Triac Dimmable LED Driver Intended for ENERGY STAR Commercial and Residential LED Luminaires"、[online]、平成２２年２月、インターネット＜URL:http://www.onsemi.jp/pub_link/Collateral/TND398-D.PDF＞

本発明は、高効率でパワーファクターが高く安定度の高い、発光素子のドライバ回路を提供することを目的とする。

前述の発明の目的を達するため、本発明は整流器、過電流保護装置及び負荷を備える発光素子のドライバ回路を提供する。負荷は第一発光素子、逆起電圧発生ユニット及び第二発光素子をこの順番で直列に接続したものを含む。整流器は外部電源から受け取った交流電圧を直流電圧に整流する。過電流保護装置は整流器に接続され、直流電圧を基に直流電流を流す。負荷は過電圧保護装置と整流器との間に接続される。直流電流が第一発光素子或いは第二発光素子を通過する際に、第一発光素子或いは第二発光素子の両端で電圧降下が起こる。逆起電圧発生ユニットは、起こった電圧降下と極性が相反する逆電圧を起こす。本発明では、上述の方法により各発光素子の動作電圧を下げ、発光素子の駆動効率とパワーファクターを高めることができる。

このように、本発明は、特に負荷部分に逆起電圧発生ユニットを備えるものである。この逆起電圧発生ユニットが起こす逆電圧により発光素子の動作電圧を下げることができるため、発光素子の駆動効率とパワーファクターを高めることができる。

本発明の実施例１の発光素子のドライバ回路の構成を示す説明図である。 本発明の実施例２の発光素子のドライバ回路の構成を示す説明図である。 本発明の実施例３の発光素子のドライバ回路の構成を示す説明図である。 本発明の実施例４の発光素子のドライバ回路の構成を示す説明図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

本発明の実施例１の発光素子のドライバ回路の構成を図１に示す。本実施例の発光素子のドライバ回路は、整流器２、過電流保護装置３及び負荷を備える。前記負荷は第一発光素子、逆起電圧発生ユニット及び第二発光素子をこの順番で直列に接続したものを含む。各素子の電気的な接続関係は図１に表示されている通りである。

整流器２は外部電源１から受け取った交流電圧を直流電圧に整流する。過電流保護装置３は整流器２に接続され、整流器２から受け取った直流電圧を基に直流電流を流し、第一発光素子４及び第二発光素子５を駆動させる。第一発光素子４と第二発光素子５は有機発光ダイオード、発光ダイオード或いはエレクトロルミネッセンスであり、本実施例では発光ダイオードＬＥＤである。

直流電流が第一発光素子４或いは第二発光素子５に流れる際、第一発光素子４或いは第二発光素子５の両端で電圧降下が起こる。逆起電圧発生ユニット６の設置目的は前記の電圧降下が起こった電圧と極性が相反する逆電圧を起こすことである。逆起電圧発生ユニット６は一次電池であることが望ましい。

整流器２によって整流された直流電源は、過電流保護装置３によって一定の電力に制限され、第一発光素子４或いは第二発光素子５に流される。その電流によって第一発光素子４及び第二発光素子５が発光する。逆起電圧発生ユニット６は、ＬＥＤの駆動効率＝出力効率／入力効率＝（出力電圧×出力電流）／（入力電圧×入力電流）となるように、リバースバイアスを発生させる。出力電流と入力電流が等しくなると、第一発光素子４、逆起電圧発生ユニット６及び第二発光素子５の降圧の和が電圧降下となる。上述の理由により、逆起電圧発生ユニット６が発生させるリバースバイアスによって、負荷全体の電圧降下を軽減させることができる。そして負荷全体の電圧降下を軽減させることによりＬＥＤの駆動効率とパワーファクターとを高めることができる。

本発明の実施例２の発光素子のドライバ回路の構成を図２に示す。本実施例は整流器２、過電流保護装置３、第一発光素子４１、一次電池６１及び第二発光素子５１を含む。整流器２は過電流保護装置３と電気的に接続されており、一次電池６１の両端はそれぞれ第一発光素子４１と第二発光素子５１に接続されており、第二発光素子５１は整流器２に電気的に接続されている。交流電源１は、整流器２によって直流電源に整流された後、過電流保護装置３によって一定の電力に制限され、第一発光素子４１或いは第二発光素子５１に流される。その電流によって第一発光素子４１及び第二発光素子５１が発光する。一次電池６１はリバースバイアスを発生させ、負荷全体の電圧降下を軽減させることができる。そして負荷全体の電圧降下を軽減させることにより、ＬＥＤの駆動効率とパワーファクターとを高めることができる。

本発明の実施例３の発光素子のドライバ回路の構成を図３に示す。本実施例は整流器としてブリッジ整流回路２１を使用し、過電流保護装置３、第一発光素子４１、第二発光素子５１、コンデンサ６２、ダイオード６３、制御ユニット７、第一スイッチ７１及び第二スイッチ７２を含む。制御ユニット７はブリッジ整流回路２１の電圧を監視し、第一スイッチ７１と第二スイッチ２を制御する。

ブリッジ整流回路２１の一端は過電流保護装置３と電気的に接続されており、過電流保護装置３のもう一端は第一発光素子４１及び第一スイッチ７１と電気的に接続されている。第一発光素子４１、コンデンサ６２、ダイオード６３及び第二スイッチ７２は、第一接点を介し電気的に接続されている。第二発光素子５１の一端、コンデンサ６２のもう一端、ダイオード６３のもう一端及び第一スイッチ７１のもう一端は、第二接点を介して電気的に接続されている。第二発光素子５１のもう一端はブリッジ整流回路２１と電気的に接続されている。制御ユニット７とブリッジ整流回路２１は電気的に接続されており、また第一スイッチ７１、第二スイッチ７２とも電気的に接続されている。制御ユニット７はブリッジ整流回路２１が出力した直流電圧を監視し、その直流電圧を基に第一スイッチ７１及び第二スイッチ７２の開閉を制御する。

交流電圧は正弦波として流され、ブリッジ整流回路２１に流される電圧Ｖが設定値である電圧Ｖｓを下回る時（Ｖ＜Ｖｓ）、制御ユニット７は第一スイッチ７１及び第二スイッチ７２をオンにし、導通させる。するとほとんどの電流がコンデンサ６２へと流され、コンデンサ６２は電力を蓄え始める。ブリッジ整流回路２１に流される電圧Ｖが設定値である電圧Ｖｓを上回る時（Ｖ＞Ｖｓ）、制御ユニット７は第一スイッチ７１及び第二スイッチ７２をオフにする。するとほとんどの電流は第一発光素子４１及び第二発光素子５１へと流される。そしてコンデンサ６２には蓄えられた電力があるので、前記負荷全体にリバースバイアスを発生させ、前記負荷全体の電圧降下を軽減することができる。これによりＬＥＤの駆動効率とパワーファクターを高めることができる。

上述の第一スイッチ７１及び第二スイッチ７２はモスフェット（ＭＯＳＦＥＴ）、リレー（Ｒｅｌａｙ）或いはバイポーラジャンクショントランジスタ（ＢＪＴ）であり、本実施例ではＭＯＳＦＥＴである。制御ユニット７は、監視している直流電圧の大きさに基づいてＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を変更し、ＭＯＳＦＥＴの導通或いは非導通を制御することができる。

本発明の実施例４の発光素子のドライバ回路の構成を図４に示す。本実施例は整流器２、過電流保護装置３、第一発光素子４１、第二発光素子５１、二次電池６４、ダイオード６３、制御ユニット７、第一スイッチ７１及び第二スイッチ７２を含む。制御ユニット７は整流器２の電圧を監視し、整流器２に流れる電圧に基づいて第一スイッチ７１と第二スイッチ７２とを制御する。

実施例３と同様に、整流器２と過電流保護装置３の一端は電気的に接続され、過電流保護装置３のもう一端は第一発光素子４１及び第一スイッチ７１と電気的に接続されている。第一発光素子４１と二次電池６４の一端は電気的に接続されており、ダイオード６３と第二スイッチ７２も電気的に接続されている。第二発光素子５１の一端は二次電池６４のもう一端と接続されており、第二発光素子５１のもう一端は整流器２と電気的に接続されている。制御ユニット７は整流器２、第一スイッチ７１及び第二スイッチ７２と電気的に接続されている。制御ユニット７は整流器２の出力電圧を監視し、第一スイッチ７１及び第二スイッチ７２を制御している。

交流電圧は正弦波として流され、整流器２に流される電圧Ｖが設定値である電圧Ｖｓを下回る時（Ｖ＜Ｖｓ）、制御ユニット７は第一スイッチ７１及び第二スイッチ７２をオンにし、導通させる。するとほとんどの電流が二次電池６４へと流され、二次電池６４は電力を蓄え始める。整流器２に流される電圧Ｖが設定値である電圧Ｖｓを下回る時（Ｖ＞Ｖｓ）、制御ユニット７は第一スイッチ７１及び第二スイッチ７２をオフにする。するとほとんどの電流は第一発光素子４１及び第二発光素子５１へと流される。そして二次電池６４には蓄えられた電力があるので、前記負荷全体にリバースバイアスを発生させ、前記負荷全体の電圧降下を軽減することができる。これによりＬＥＤの駆動効率とパワーファクターを高めることができる。

上述において、本発明の説明の利便性のために最良の実施例を挙げて説明したが、これらの実施例は本発明の請求の範囲を限定するものではなく、本発明に基づく本発明の要旨を逸脱しないあらゆる変更は本発明の特許請求の範囲に含まれる。

１ 交流電源
２ 整流器
２１ ブリッジ整流回路
３ 過電流保護装置
４ 第一発光素子
４１ 第一発光素子
５ 第二発光素子
５１ 第二発光素子
６ 逆起電圧発生ユニット
６１ 一次電池
６２ コンデンサ
６３ ダイオード
６４ 二次電池
７ 制御ユニット
７１ 第一スイッチ
７２ 第二スイッチ

Claims (10)

1. 外部からの交流電圧を受け取り、直流電圧に整流する整流器と、
   前記整流器と接続され、前記整流器から受け取った直流電圧を基に直流電流を流す過電流保護装置と、
   直流電流が第一発光素子或いは第二発光素子を通過する際に、前記第一発光素子或いは前記第二発光素子の両端で電圧降下が起こり、前記第一発光素子或いは前記第二発光素子の両端で起こった電圧降下と極性が相反するリバースバイアスを発生させる前記逆起電圧発生ユニットと、
   前記過電流保護装置と前記整流器との間に接続され、前記第一発光素子と、前記逆起電圧発生ユニットと、前記第二発光素子との順番で直列に接続されたものを含む負荷と、
   を備える発光素子のドライバ回路。
2. 請求項１に記載の発光素子のドライバ回路において、
   前記整流器にブリッジ整流器を使うことを特徴とする発光素子のドライバ回路。
3. 請求項１に記載の発光素子のドライバ回路において、
   前記第一発光素子及び前記第二発光素子に有機発光ダイオード、発光ダイオード或いはエレクトロルミネッセンスを使うことを特徴とする発光素子のドライバ回路。
4. 請求項１に記載の発光素子のドライバ回路において、
   前記逆起電圧発生ユニットが一次電池であることを特徴とする発光素子のドライバ回路。
5. 発光素子のドライバ回路であって、
   外部からの交流電圧を受け取り、直流電圧に整流する整流器と、
   前記整流器と接続され、前記整流器から受け取った直流電圧を基に直流電流を流す過電流保護装置と、
   第一発光素子と逆起電圧発生ユニットが第一接点で接続されており、逆起電圧発生ユニットと第二発光素子が第二接点で接続されており、直流電流が前記第一発光素子或いは前記第二発光素子を通過する際に、前記第一発光素子或いは前記第二発光素子の両端で電圧降下が起こり、前記第一発光素子或いは前記第二発光素子の両端で起こった降下電圧と極性が相反するリバースバイアスを発生させる前記逆起電圧発生ユニットと、
   前記過電流保護装置と前記整流器との間に接続され、前記第一発光素子と、前記逆起電圧発生ユニットと、前記第二発光素子との順番で直列に接続されたものを含む負荷と、
   過電流保護装置と第二接点との間に接続された第一スイッチと、
   整流器と第一接点との間に接続された第二スイッチと、
   整流器と第二発光素子との間に接続され、直流電圧を監視し、その電圧に基づいて第一スイッチ及び第二スイッチを制御する制御ユニットと、
   を備える発光素子のドライバ回路。
6. 請求項５に記載の発光素子のドライバ回路において、
   前記整流器にブリッジ整流器を使うことを特徴とする発光素子のドライバ回路。
7. 請求項５に記載の発光素子のドライバ回路において、
   前記第一発光素子と前記第二発光素子に有機発光ダイオード、発光ダイオード或いはエレクトロルミネッセンスを使うことを特徴とする発光素子のドライバ回路。
8. 請求項５に記載の発光素子のドライバ回路において、
   前記第一スイッチ及び前記第二スイッチが、モスフェット（ＭＯＳＦＥＴ）、リレー（Ｒｅｌａｙ）或いはバイポーラジャンクショントランジスタ（ＢＪＴ）であることを特徴とする発光素子のドライバ回路。
9. 請求項５に記載の発光素子のドライバ回路において、
   前記逆起電圧発生ユニットに二次電池或いはコンデンサを使うことを特徴とする発光素子のドライバ回路。
10. 請求項５に記載の発光素子のドライバ回路において、
    前記第一接点及び前記第二接点との間に接続されたダイオードを含むことを特徴とする発光素子のドライバ回路。

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