JP5225919B2 - Ｌｅｄ駆動回路 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動回路に関し、より詳しくは、スイッチングレギュレータＩＣを用いた定電流回路によるＬＥＤ駆動回路に関する。

ＬＥＤは、様々な電子機器で用いられている。ＬＥＤ駆動回路は、様々な駆動回路があるが、スイッチングレギュレータＩＣを用いた定電流回路によるものも用いられている（例えば、非特許文献１参照）。

図７に、従来の降圧型のスイッチングレギュレータＩＣを用いたＬＥＤ駆動回路の回路図を示す。従来の降圧型のスイッチングレギュレータＩＣを用いたＬＥＤ駆動回路１は、降圧型のスイッチングレギュレータＩＣ２Ａと、出力端子ＶＯＵＴに接続されたＬＥＤ１０の電流を検出する抵抗回路３と、スイッチングレギュレータＩＣ２Ａの外付け素子であるスイッチングトランジスタ４とコイル５とダイオード６と容量７及び８とからなる。この回路の場合は、ＬＥＤ１０の電流を端子ＶＲＥＴ側で検出する構成を例に示した。

図８に、従来の昇圧型のスイッチングレギュレータＩＣを用いて、電源電圧を降圧してＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動回路の回路図を示す。従来の昇圧型のスイッチングレギュレータＩＣを用いたＬＥＤ駆動回路１は、昇圧型のスイッチングレギュレータＩＣ２Ｂと、出力端子ＶＯＵＴに接続されたＬＥＤ１０の電流を検出する抵抗回路３と、スイッチングレギュレータＩＣ２Ｂの外付け素子であるスイッチングトランジスタ４とコイル５とダイオード６と容量７及び８とからなる。この回路の場合は、ＬＥＤ１０の電流を出力端子ＶＯＵＴ側で検出する構成を例に示した。

上述したようなＬＥＤ駆動回路１は、以下のように動作してＬＥＤを発光させる。

例えば図７のＬＥＤ駆動回路１は、スイッチングレギュレータＩＣ２Ａがスイッチングトランジスタ４のオンオフを制御して、コイル５に発生した電流を、出力端子ＶＯＵＴからＬＥＤ１０に流す。この出力端子ＶＯＵＴの出力電流は、抵抗回路３に流れることによって電圧を発生する。この出力電流に比例した電圧は、スイッチングレギュレータＩＣ２ＡのＦＢ端子に入力される。スイッチングレギュレータＩＣ２Ａは、この電圧が一定になるようにスイッチングトランジスタ４のオンオフを制御する。従って、ＬＥＤ１０は一定の輝度で発光する。

図８のＬＥＤ駆動回路１も、同様の動作をしてＬＥＤ１０を一定の輝度で発光させる。

Dhananjay V Gadre、"白色LEDの出力を光フィードバック回路で安定化"、[online]、EDNJapanNews2008年02月号、[2008年2月8日検索]、インターネット（URL: http://www.ednjapan.com/issue/2008/02/u3eqp3000001m7dx.html）

ＬＥＤ駆動回路は市場において、商用交流電源を直接整流した電源、例えばＡＣ１００Ｖから変換したＤＣ１００Ｖの電源で駆動したい、という要求がある。

しかしながら上述のＬＥＤ駆動回路１は、電源電圧がスイッチングレギュレータＩＣの電源端子Ｖｄｄに直接印加されるような回路構成となっている。従って、従来のＬＥＤ駆動回路１では、ＩＣの耐圧以上の電源電圧でＬＥＤ１０を駆動することは出来ない。例えば、電源電圧１００Ｖで駆動する回路の場合、耐圧５ＶのスイッチングレギュレータＩＣを使用することは出来ない。この場合は、耐圧の高いスイッチングレギュレータＩＣを使用するか、電源電圧を降圧することになる。前者はスイッチングレギュレータＩＣが高価であり、後者は電力効率が悪くなる、という課題がある。

本発明は、以上のような課題を解決するために考案されたものであり、スイッチングレギュレータＩＣの耐圧を超える電源電圧であっても、電力効率を損なうことなくＬＥＤを駆動することが出来るようにするものである。

従来の課題を解決するために、本発明のスイッチングレギュレータＩＣを用いたＬＥＤ駆動回路は以下のような構成とした。

電源電圧をスイッチングレギュレータＩＣの動作電圧にクランプする電圧クランプ回路と、ＬＥＤに流れる電流を検出し、スイッチングレギュレータＩＣの動作電圧の範囲内の電圧に変換した電圧を出力する電流検出回路と、を備えたことを特徴とするＬＥＤ駆動回路とした。

本発明のＬＥＤ駆動回路は、上述のような構成とすることで、電源の電圧が１００Ｖであったとしても、電圧クランプ回路によってスイッチングレギュレータＩＣの動作電圧の範囲内の電圧にでき、電流検出回路の出力する電圧をスイッチングレギュレータＩＣの動作電圧の範囲内の電圧にできる。従って、ＬＥＤ駆動回路は耐圧の低いスイッチングレギュレータＩＣを用いることが出来るので、低コストで構成することが出来る、という効果がある。

第１の実施形態の降圧型のスイッチングレギュレータＩＣを用いたＬＥＤ駆動回路の回路図である。 第１の実施形態の図１のＬＥＤ駆動回路に用いられる電流検出回路の、一例を示した回路図である。 第１の実施形態の降圧型のスイッチングレギュレータＩＣを用いたＬＥＤ駆動回路の具体例を示した回路図である。 第２の実施形態の昇圧型のスイッチングレギュレータＩＣを用いたＬＥＤ駆動回路の回路図である。 第２の実施形態の図４のＬＥＤ駆動回路に用いられる電流検出回路の、一例を示した回路図である。 第２の実施形態の昇圧型のスイッチングレギュレータＩＣを用いたＬＥＤ駆動回路の具体例を示した回路図である。 従来の降圧型のスイッチングレギュレータＩＣを用いたＬＥＤ駆動回路の回路図である。 従来の昇圧型のスイッチングレギュレータＩＣを用いたＬＥＤ駆動回路の回路図である。

図１は、本実施形態の降圧型のスイッチングレギュレータＩＣを用いたＬＥＤ駆動回路の回路図である。

本実施形態のＬＥＤ駆動回路１は、電源９と、降圧型のスイッチングレギュレータＩＣ２Ａと、スイッチングレギュレータＩＣ２Ａの外付け素子であるコイル５とダイオード６とコンデンサ７及び８と、スイッチングトランジスタ４と、ＬＥＤ１０と、電圧クランプ回路１１と、電流検出回路１３Ａとを備えている。

電源９は、電源入力端子Ｖｉｎ及びＧＮＤの間に接続されている。スイッチングレギュレータＩＣ２Ａは、電源端子Ｖｄｄが電源入力端子Ｖｉｎと接続し、電源端子Ｖｓｓが電圧クランプ回路１１の出力端子と接続し、出力端子ＥＸＴがスイッチングトランジスタ４のゲートと接続し、ＦＢ端子が電流検出回路１３Ａの出力端子と接続している。スイッチングトランジスタ４とコイル５は、電源入力端子Ｖｉｎと出力端子ＶＯＵＴの間に直列に接続されている。ＬＥＤ１０は、出力端子ＶＯＵＴと端子ＶＲＥＴの間に接続されている。電流検出回路１３Ａは、端子ＶＲＥＴと電源入力端子ＧＮＤの間に接続されている。電圧クランプ回路１１は、電源入力端子Ｖｉｎ及びＧＮＤの間に接続されている。

スイッチングレギュレータＩＣ２Ａ及び外付け素子は、出力端子ＶＯＵＴの出力電流に基づいたフィードバック電圧をＦＢ端子に入力し、ＬＥＤ１０に流れる電流が一定になるようにスイッチングトランジスタ４を制御する。電圧クランプ回路１１は、スイッチングレギュレータＩＣ２Ａの電源端子ＶｄｄとＶｓｓの間にかかる電圧をクランプする。すなわち、電源端子ＶｄｄとＶｓｓの間には、ツェナーダイオードによるクランプ電圧しか印加されない。電流検出回路１３Ａは、ツェナーダイオードによるクランプ電圧で動作するスイッチングレギュレータＩＣ２ＡのＦＢ端子に、出力電流を制御するための電圧を入力するための機能を有する。

電圧クランプ回路１１は、ＬＥＤ駆動回路１の電源９の電源入力端子ＶｉｎとＧＮＤ間に直列に接続したツェナーダイオードと抵抗を備えている。例えば、電源９の電圧が１００Ｖで、スイッチングレギュレータＩＣ２Ａの動作電圧が５Ｖであるとする。図１の電圧クランプ回路１１の場合、スイッチングレギュレータＩＣ２Ａの電源端子Ｖｄｄには１００Ｖが入力されているが、電源端子Ｖｓｓには電圧クランプ回路１１によってクランプされた電圧９５Ｖが入力される。すなわち、スイッチングレギュレータＩＣ２Ａの電源端子ＶｄｄとＶｓｓ間には、電圧５Ｖが掛かることになる。従って、電源電圧が１００Ｖであっても、動作電圧５ＶのスイッチングレギュレータＩＣ２Ａを用いてＬＥＤ駆動回路１を構成することが出来る。

ここで、電流検出回路１３Ａは、ＬＥＤ１０に流れた電流が戻ってくる端子ＶＲＥＴと電源入力端子ＧＮＤの間に設けられている。スイッチングレギュレータＩＣ２Ａは電源入力端子Ｖｉｎの電圧を基準に動作しているので、電流検出回路１３ＡはＬＥＤ１０に流れる電流を検出し、電源入力端子Ｖｉｎの電圧を基準とした電圧に変換して出力する。

図２に、図１のＬＥＤ駆動回路に用いられる電流検出回路の一例を示す。電流検出回路１３Ａは、電流検出抵抗２１と、電流検出抵抗２１の両端にエミッタとベースが接続されたＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ２２Ａと、バイポーラトランジスタ２２Ａのコレクタと電源入力端子Ｖｉｎの間に接続された抵抗２３を備える。

電流検出回路１３Ａをこのように構成すると、バイポーラトランジスタ２２Ａのコレクタとエミッタの間に高い電源電圧が掛かるように出来る。従って、電流検出回路１３Ａは、出力する電圧を、１００Ｖを基準として、スイッチングレギュレータＩＣ２Ａの動作電圧の範囲内の電圧に変換して出力することが出来る。

図３に、本実施形態の、降圧型のスイッチングレギュレータＩＣ２Ａを用いた、ＬＥＤ駆動回路１の具体例を示す。図３の電流検出回路１３Ａは、図２の電流検出回路１３Ａをより具体的に記載した例である。図３の電流検出回路１３Ａは、バイアス回路２４と電圧設定回路２５を有している。バイアス回路２４は、ダイオードと抵抗を備え、バイポーラトランジスタ２２Ａのベースにバイアス電圧を与える。電圧設定回路２５は、ダイオードと抵抗を備えている。ダイオードは、アノード端子が電源端子Ｖｓｓに接続され、電流検出回路１３Ａの出力する電圧の電圧範囲を正確に設定する機能を有する。

ＬＥＤ駆動回路１は、このような構成とすることで、電源９の電圧が１００Ｖであったとしても、電圧クランプ回路１１によってスイッチングレギュレータＩＣ２Ａの動作電圧の範囲内の電圧にできる。また、電流検出回路１３Ａの出力する電圧をスイッチングレギュレータＩＣ２Ａの動作電圧の範囲内の電圧にできる。従って、ＬＥＤ駆動回路１は耐圧の低いスイッチングレギュレータＩＣ２Ａを用いることが出来るので、低コストで構成することが出来る。

図４は、本実施形態の昇圧型のスイッチングレギュレータＩＣを用いたＬＥＤ駆動回路の回路図である。

本実施形態のＬＥＤ駆動回路１は、電源９と、昇圧型のスイッチングレギュレータＩＣ２Ｂと、スイッチングレギュレータＩＣ２Ｂの外付け素子であるコイル５とダイオード６とコンデンサ７及び８と、スイッチングトランジスタ４と、ＬＥＤ１０と、電圧クランプ回路１１と、電流検出回路１３Ｂとを備えている。

電源９は、電源入力端子Ｖｉｎ及びＧＮＤの間に接続されている。スイッチングレギュレータＩＣ２Ｂは、電源端子Ｖｄｄが電圧クランプ回路１１の出力端子と接続し、電源端子Ｖｓｓが電源入力端子ＧＮＤと接続し、出力端子ＥＸＴがスイッチングトランジスタ４のゲートと接続し、ＦＢ端子が電流検出回路１３Ｂの出力端子と接続している。ダイオード６とスイッチングトランジスタ４は、電源入力端子Ｖｉｎ及びＧＮＤの間に直列に接続されている。電流検出回路１３Ｂは、電源入力端子Ｖｉｎと出力端子ＶＯＵＴの間に接続されている。ＬＥＤ１０は、出力端子ＶＯＵＴと端子ＶＲＥＴの間に接続されている。コイル５は、スイッチングトランジスタ４とダイオード６の接続点と端子ＶＲＥＴの間に接続されている。電圧クランプ回路１１は、電源入力端子Ｖｉｎ及びＧＮＤの間に接続されている。

スイッチングレギュレータＩＣ２Ｂ及び外付け素子は、出力端子ＶＯＵＴの出力電流に基づいたフィードバック電圧をＦＢ端子に入力し、ＬＥＤ１０に流れる電流が一定になるようにスイッチングトランジスタ４を制御する。電圧クランプ回路１１は、スイッチングレギュレータＩＣ２Ｂの電源端子ＶｄｄとＶｓｓの間にかかる電圧をクランプする。すなわち、電源端子ＶｄｄとＶｓｓの間には、ツェナーダイオードによるクランプ電圧しか印加されない。電流検出回路１３Ｂは、ツェナーダイオードによるクランプ電圧で動作するスイッチングレギュレータＩＣ２ＢのＦＢ端子に、出力電流を制御するための電圧を入力するための機能を有する。

電圧クランプ回路１１は、ＬＥＤ駆動回路１の電源入力端子ＶｉｎとＧＮＤ間に直列に接続した抵抗とツェナーダイオードを備えている。例えば、電源９の電圧が１００Ｖで、スイッチングレギュレータＩＣ２Ｂの動作電圧が５Ｖであるとする。図４の電圧クランプ回路１１の場合、スイッチングレギュレータＩＣ２Ｂの電源端子Ｖｓｓには０Ｖが入力されているが、電源端子Ｖｄｄには電圧クランプ回路１１によってクランプされた電圧５Ｖが入力される。すなわち、スイッチングレギュレータＩＣ２Ｂの電源端子ＶｄｄとＶｓｓ間には、電圧５Ｖが掛かることになる。従って、電源電圧が１００Ｖであっても、動作電圧５ＶのスイッチングレギュレータＩＣ２Ｂを用いてＬＥＤ駆動回路１を構成することが出来る。

ここで、電流検出回路１３Ｂは、電源入力端子ＶｉｎとＬＥＤ１０に電流を出力する出力端子ＶＯＵＴの間に設けられている。スイッチングレギュレータＩＣ２Ｂは電源入力端子ＧＮＤの電圧を基準に動作しているので、電流検出回路１３ＢはＬＥＤ１０に流れる電流を検出し、電源入力端子ＧＮＤの電圧を基準とした電圧に変換して出力する。

図５に、図４のＬＥＤ駆動回路に用いられる電流検出回路１３Ｂの一例を示す。電流検出回路１３Ｂは、電流検出抵抗２１と、電流検出抵抗２１の両端にエミッタとベースが接続されたＰＮＰ型のバイポーラトランジスタ２２Ｂと、バイポーラトランジスタ２２Ｂのコレクタと電源入力端子ＧＮＤの間に接続された抵抗２３を備える。

電流検出回路１３Ｂをこのように構成すると、バイポーラトランジスタ２２Ｂのコレクタとエミッタの間に高い電源電圧が掛かるように出来る。従って、電流検出回路１３Ｂは、出力する電圧を、０Ｖを基準として、スイッチングレギュレータＩＣ２Ｂの動作電圧の範囲内の電圧に変換して出力することが出来る。

図６に、本実施形態の、昇圧型のスイッチングレギュレータＩＣ２Ｂを用いた、ＬＥＤ駆動回路１の具体例を示す。図６の電流検出回路１３Ｂは、図５の電流検出回路１３Ｂをより具体的に記載した例である。図６の電流検出回路１３Ｂは、バイアス回路２４と電圧設定回路２５を有している。バイアス回路２４は、ダイオードと抵抗を備え、バイポーラトランジスタ２２Ｂのベースにバイアス電圧を与える。電圧設定回路２５は、ダイオードと抵抗を備えている。ダイオードは、カソード端子が電源端子Ｖｄｄに接続され、電流検出回路１３Ｂの出力する電圧の電圧範囲を正確に設定する機能を有する。

ＬＥＤ駆動回路１は、このような構成とすることで、電源９の電圧が１００Ｖであったとしても、電圧クランプ回路１１によってスイッチングレギュレータＩＣ２Ｂの動作電圧の範囲内の電圧にできる。また、電流検出回路１３Ｂの出力する電圧をスイッチングレギュレータＩＣ２Ｂの動作電圧の範囲内の電圧にできる。従って、ＬＥＤ駆動回路１は耐圧の低いスイッチングレギュレータＩＣ２Ｂを用いることが出来るので、低コストで構成することが出来る。

なお、実施例１において、電流検出抵抗２１を電源入力端子ＧＮＤと端子ＶＲＥＴの間に設けた例を示したが、実施例２のように電源入力端子Ｖｉｎと出力端子ＶＯＵＴの間に設けた構成でも同様の効果を得られる。その場合は、電流検出回路１３Ａを実施例２の構成とすればよい。また、実施例２において、電流検出抵抗２１を電源入力端子ＧＮＤと端子ＶＲＥＴの間に設けても、同様である。

１ ＬＥＤ駆動回路
２Ａ、２Ｂ スイッチングレギュレータＩＣ
１０ ＬＥＤ
１３Ａ、１３Ｂ 電流検出回路
２３ 電圧設定回路
２４ バイアス回路

Claims (2)

1. 電源入力端子に入力される電源電圧よりも耐圧の低いスイッチングレギュレータＩＣを有し、前記スイッチングレギュレータＩＣによって制御される出力電流でＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動回路であって、
   前記電源電圧を前記スイッチングレギュレータＩＣの動作電圧にクランプする電圧クランプ回路と、
   前記ＬＥＤに流れる電流を検出し、前記スイッチングレギュレータＩＣの動作電圧の範囲内の電圧に変換した電圧を出力する電流検出回路と、を備え
   前記スイッチングレギュレータＩＣは、一方の電源端子を同極の前記電源入力端子に接続され、他方の電源端子を前記電圧クランプ回路の出力端子に接続され、フィードバック電圧入力端子を前記電流検出回路の出力端子と接続され、
   前記電流検出回路は、電流検出抵抗と、前記電流検出抵抗の両端にベースとエミッタを接続したバイポーラトランジスタと、前記バイポーラトランジスタのコレクタに接続した電圧設定回路と、前記バイポーラトランジスタのベースに接続したバイアス回路とを備えた
   ことを特徴とするＬＥＤ駆動回路。
2. 前記電圧設定回路は、
   前記電圧設定回路の出力端子と前記バイポーラトランジスタのコレクタの間に直列に接続した第１抵抗及び第２抵抗と、
   前記第１抵抗及び第２抵抗の接続端子と前記電圧クランプ回路の出力端子の間に接続されたダイオードと、を備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。

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