JP5389165B2

JP5389165B2 - 少なくとも第１ｌｅｄおよび第２ｌｅｄを作動するための回路装置および方法

Info

Publication number: JP5389165B2
Application number: JP2011515131A
Authority: JP
Inventors: ヒューイングラルフ
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2028-07-04
Also published as: ATE536081T1; KR101531838B1; EP2298028A1; TW201010504A; EP2298028B1; US8547031B2; US20110109246A1; JP2011528168A; WO2010000333A1; TWI483650B; KR20110026520A; CN102084717A

Description

本発明は、少なくとも第１ＬＥＤおよび第２ＬＥＤを作動するための回路装置に関し、ここでこの装置は、プラス入力側、マイナス入力側および出力側を有するオペアンプと、このオペアンプのプラス入力側に結合されている目標値設定装置と、第１ＬＥＤ用の少なくとも第１端子および第２端子と、第２ＬＥＤ用の第１端子および第２端子とを有しており、各第１端子は、給電直流電圧用の端子に接合されており、各第２端子は、結合点を形成して互いに結合されており、上記の装置はさらにこれらの第２端子の結合点と、基準電位と間に直列に結合された電流測定抵抗とを有しており、この電流測定抵抗の両端で降下する電圧が上記のオペアンプのマイナス入力側に結合されている。本発明はさらに、少なくとも第１ＬＥＤおよび第２ＬＥＤを作動するため相応の方法に関する。

従来の技術
このような回路装置は、例えばフロントプロジェクションおよびリアプロジェクション用のマイクロディスプレイ応用分野に使用される。ここではＬＥＤを通って流れる電流ひいてはこのＬＥＤから出力される光をμｓ範囲でオンおよびオフ切換する必要である。絶対的なハイエンド領域に属するのではないプロジェクトシステムにおいて有利であるのは、種々異なる色に相応する種々異なるチャネルを時間的に相前後して、すなわち順次に駆動制御することである。これによって装置コストを格段に低減させることができる。それはチャネル毎に電流源を設ける必要はなく、全体で１つの電流源をすべてのチャネルに対して使用できるからである。できるかぎり最適な光効率を達成するために有利であるのは、この電流源を極めて高速なスイッチ過程に対して設計することである。

図１には、従来技術から公知の冒頭で述べた形式の回路装置の概略図が示されている。ここでは電流源として線形レギュレータが使用される。このレギュレータは、オペアンプＯＰＡＭＰ_lin、このオペアンプＯＰＡＭＰ_linの出力側とそのマイナス入力側との間に配置されたフィードバック抵抗Ｒ_lin,FB、およびオペアンプＯＰＡＭＰ_linの出力側と、電流強度調整に使用されかつ線形に作動するパワートランジスタＴ_linとの間に配置されている抵抗Ｒ_lin,gateを有する。オペアンプＯＰＡＭＰ_linのプラス入力側は、制御電圧Ｕ_inに結合されており、この制御電圧によって確定されるのは、トランジスタＴ_linによってイネーブルされ、それぞれ接続されたスイッチＳ₁〜Ｓ_nを通り、またそれぞれ対応するダイオードＤ₁〜Ｄ_nを通って流れる電流がどの程度の大きさになるかである。スイッチＳ₁〜Ｓ_nは、飽和状態で作動され、ＬＥＤを流れるフルの電流を切り換えることができなければならない。アノード側においてダイオードＤ₁〜Ｄ_nは共通の給電電圧Ｕ_supplyに結合可能であるのに対し、カソード側においては各ダイオードＤ₁〜Ｄ_nのカソードと、基準電位との間に電流測定抵抗Ｒ_shuntが結合されている。電流測定抵抗Ｒ_Shuntにおいて降下する電圧は、オペアンプＯＰＡＭＰ_linのマイナス入力側に結合される。

スイッチＳ₁〜Ｓ_nは、図示しない制御回路によって順次スイッチオンされる。

図１に示した回路装置において不利であるのは、熱を排出するためにコストのかかる手段を必要とすることである。

発明の説明
したがって本発明の課題は、冒頭に述べた形式の回路装置ないしは冒頭に述べた形式の方法を発展させて、熱を排出するために講じられる手段が簡単かつコスト的に有利になるようにすることである。

この課題は、請求項１の特徴部分に記載された特徴的構成を有する回路装置と、請求項１２の特徴部分に記載された特徴的構成を有する方法とによって解決される。

本発明の基礎にある知識は、上記の課題は、つぎのような場合に解決できることである。すなわち、各ＬＥＤ分岐路にパワートランジスタが設けられ、このパワートランジスタが、所属する各スイッチＳ₁〜Ｓ_nを介して、上記の線形レギュレータ用の縦型制御トランジスタとして使用される場合に解決できることである。ここではスイッチＳ₁〜Ｓ_nに対して小信号トランジスタを使用することができる。それは、これらのトランジスタは、パワートランジスタＴ_lin,1〜Ｔ_lin,nの制御電極に流れる電流だけに対して設計すればよいからである。スイッチＳ₁〜Ｓ_nの順次のスイッチングは、従来技術と同じタイミングで、また同じソースから行うことができる。

従来技術において重要かつコストのかかる熱設計およびその結果生じる損失電力は実質的に縦型制御トランジスタＴ_linにおいて発生し、ひいては１つの点において集中的に発生するのに対し、本発明による回路装置ではこの損失電力は複数の点に分割され、しかもパワートランジスタＴ_lin,1，Ｔ_lin,2等々に分割されるのである。別の重要な利点は、アクティブな各分岐路においてつねに１つずつのトランジスタだけがあることによって得られる。これに対して従来技術ではアクティブな各分岐路においてＬＥＤを通る電流は２つのトランジスタを流れていたのである。スイッチＳ₁〜Ｓ_nのコレクタエミッタ飽和電圧は約５００ｍＶであり、ＬＥＤを流れる電流は３０Ａにまでなり得ることを念頭に入れると、スイッチＳ₁〜Ｓ_nにおいてどの程度の大きい損失電力が形成されるかが明らかである。さらに、３つのＬＥＤないしはＬＥＤアレイを使用する際には従来技術から公知の回路装置は４つのパワートランジスタが必要であり、これに対して本発明による回路装置は３つのパワートランジスタだけで間に合うのである。

したがって本発明によって損失電力を排出するための手段を格段に少なくすることができるだけでなく、さらに格段に高い効率を有する点で優れており、また構成部材コストが低減される。さらに損失電力が低減されることにより、回路装置の寿命が長くなることが予想される。

有利な実施形態において上記の第１ＬＥＤは、アナログに作動可能な第１トランジスタの基準電極と基準電位との間に結合され、また第２ＬＥＤは、アナログに作動可能な第２トランジスタの基準電極と基準電位との間に結合される。これによっていわゆるカソードコモン配置構成が得られる。択一的には給電電圧用の端子と、アナログに作動可能な第１トランジスタの作用電極との間に第１ＬＥＤを結合し、また給電電圧用の端子と、アナログに作動可能な第２トランジスタの作用電極との間に第２ＬＥＤを結合することができる。これによっていわゆるアノードコモン配置構成が得られる。

有利には上記の第１電子スイッチおよび／または第２電子スイッチを小信号トランジスタとして実施する。これが可能になるのは、上記の第１電子スイッチおよび第２電子スイッチにより、有利には電界効果トランジスタとして実現されかつアナログに作動可能なトランジスタに対するゲート電流だけが供給されればよいからである。これによって構成部材のコストをさらに低減することができる。

これに対して上記のアナログに作動可能な第１トランジスタおよび／または第２トランジスタは有利にはパワートランジスタとして実施される。

殊に有利には上記のアナログに作動可能な第１トランジスタおよび第２トランジスタは、２ｃｍ以上の空間距離、殊に５cm以上の距離で取り付けられる。この結果、上記の損失電力が少なくとも２つの異なる個所において発生し、これらの個所においては、アナログに作動可能な２つのトランジスタが直に並んで取り付けられている場合に比べ、それぞれ別のトランジスタの損失電力による影響が格段に少ない。これによって損失出力を排出するための手段をさらに少なくすることができる。例えば上記のアナログに作動可能な第１トランジスタおよび第２トランジスタにわたって共通の冷却体を取り付ける場合、上記の距離によって冷却体の大きな面積が得られ、この面積によって良好な熱排出が行われる。

上記のオペアンプの出力側とマイナス入力との間には有利には結合回路が結合される。この結合回路により、このオペアンプの適当な増幅が調整される。

簡略化された実施形態では、給電直流電圧を接続するために少なくとも２つの端子が互いに結合される。これは、実質的に従来技術における手法に相応しており、またこれによって１つの給電直流電圧だけを供給すればよいという利点が得られる。しかしながら殊に有利であるのは、給電直流電圧を接続するために少なくとも２つの端子を互いに接続せずにこれらを異なる給電直流電圧に結合可能にする場合である。これによって考慮することができるのは、ふつうは各ダイオードが異なる順方向電圧を有することである。例えば赤色ＬＥＤの順方向電圧Ｕ_Frotは約４Ｖであり、青色ＬＥＤの順方向電圧Ｕ_Fblauは約６Ｖであり、また緑色ＬＥＤの順方向電圧Ｕ_Fgrunも同様に約６Ｖである。従来技術のように１つの給電直流電圧しか利用できない場合、この電圧は約６．５Ｖに設計しなければならないことになる。いま順次の切り換えの枠内において赤色ＬＥＤをスイッチオンしようとする場合、この赤色ＬＥＤに相応する順方向電圧を供給するためにはこれに割り当てられたアナログに作動可能なトランジスタにおいて少なくとも２Ｖが降下することになるはずである。この赤色ＬＥＤを通って３０Ａの電流が流れる場合、これによって６０Ｗの付加的な損失電力が発生する。上記のＬＥＤに割り当てられた給電電圧に接続するための端子が、各ＬＥＤに調整させた給電電圧に結合される場合、この損失電力は上記の有利な実施形態では省略することができる。この場合には、例えば赤色ＬＥＤに割り当てられる端子は、４．５Ｖの給電電圧に結合することになり、これに対して赤色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤに割り当てられる端子は有利にも６．５Ｖの給電電圧に共通に結合されるのである。

当然のことながら、少なくとも１つの第１ＬＥＤは、それぞれ多数のＬＥＤを有する第１ＬＥＤモジュールとし、少なくとも１つの第２ＬＥＤは、それぞれ多数のＬＥＤを有する第２ＬＥＤモジュールとすることが可能である。有利には少なくとも１つのＬＥＤモジュールにそれぞれ少なくとも１つのＬＥＤを有する多数の個別チップが含まれており、ここでこの個別チップは有利には並列および／または直接に接続される。

別の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。

本発明による回路装置に関連して述べてきた有利な実施形態およびそれらの利点は、適用可能であるかぎり、本発明による方法にも相応にあてはまる。

さて以下では添付の図面を参照して本発明による回路装置の実施例を詳しく説明する。

従来技術から公知の冒頭で述べた形式の回路装置を示す図である。本発明による回路装置の第１実施例を示す図である。本発明による回路装置の第２実施例を示す図である。

発明の有利な実施形態
図１に関連して示した参照符号は、同じまたは類似の構成部分である場合には図２および３に示した実施形態に対してもそのまま引き継がれるのものとする。したがってこれらの参照符号については再度示すことはせず、一般的な回路装置との違いだけについて説明する。

図２に示した本発明による回路装置の第１実施例においてダイオードＤ₁〜Ｄ_nのカソードは、結合点Ｐが形成されて互いに接続されている。各ダイオードＤ₁〜Ｄ_nのアノードと、各ダイオードに割り当てられた給電電圧Ｕ_supply1〜Ｕ_supplyn用の端子との間には、パワートランジスタＴ_lin,1〜Ｔ_lin,nの作用電極−基準電極区間が配置されている。各パワートランジスタＴ_lin,1〜Ｔ_lin,nの制御電極は、それぞれ割り当てられたスイッチＳ₁〜Ｓ_nを介して線形レギュレータのオペアンプＯＰＡＭＰ_linの出力側に接続可能である。図示しない制御装置により、必要に応じてスイッチＳ₁〜Ｓ_nが順次に駆動制御される。スイッチＳ₁〜Ｓ_nは、小信号トランジスタとして実現される。

図３には概略図で本発明による回路装置の第２実施形態が示されている。ここではダイオードＤ₁〜Ｄ_nは、給電電圧Ｕ_supply1〜Ｕ_supply2用のそれぞれ対応する端子と、それぞれ対応するパワートランジスタＴ_lin,1〜Ｔ_lin,nの作用電極との間に配置されている。ダイオードＤ₁〜Ｄ_nのアノードと共通の給電電圧とが結合される場合、すなわちＵ_supply1〜Ｕ_supply2とが同じ場合、いわゆるアノードコモン配置構成が得られる。しかしながら有利には異なる給電電圧Ｕ_supply1〜Ｕ_supply2が上記の端子に結合され、この給電電圧は、各ダイオードＤ₁〜Ｄ_nの順方向電圧に調整される。

当然のことながら、わかりやすくするために個別のダイオードとして示したＬＥＤＤ₁〜Ｄ_nは多数の発光ダイオードを有する完全なＬＥＤアレイとすることが可能である。

Claims

少なくとも第１ＬＥＤ（Ｄ１）および第２ＬＥＤ（Ｄ２）を作動する回路装置において、
該回路装置は、
− プラス入力側およびマイナス入力側ならびに出力側を有するオペアンプ（ＯＰＡＭＰ_lin）と、
− 前記のオペアンプ（ＯＰＡＭＰ_lin）のプラス入力側に結合されている目標設定値装置（Ｕ_in）と、
− 少なくとも第１ＬＥＤ（Ｄ１）用の第１端子および第２端子と、第２ＬＥＤ（Ｄ２）用の第１端子および第２端子とを有しており、ただし各第１端子は、給電直流電圧（Ｕ_supply2，Ｕ_supply1）用の端子に結合されており、各第２端子は、接続点（Ｐ）を形成して互いに結合されており、
− 前記の回路装置は、さらに前記の第２端子の接続点（Ｐ）と、基準電位との間に直列に結合された電流測定抵抗（Ｒ_shunt）を有しており、当該の電流測定抵抗（Ｒ_shunt）の両端で降下する電圧は、前記のオペアンプ（ＯＰＡＭＰ_lin）のマイナス入力側に結合されている形式の回路装置において、
該回路装置はさらに、
− 制御電極、基準電極および作用電極を有しかつアナログに作動可能な第１トランジスタ（Ｔ_lin,1）を有しており、ただし当該トランジスタの作用電極−基準電極区間は、給電電圧（Ｕ_supply1；Ｕ_supply2）用の端子と基準電位との間で、第１ＬＥＤ（Ｄ１）用の第１端子および第２端子に直列に結合されており、
− 制御電極、基準電極および作用電極を有しかつアナログに作動可能な第２トランジスタ（Ｔ_lin,2）を有しており、ただし当該トランジスタの作用電極−基準電極区間は、給電電圧（Ｕ_supply1；Ｕ_supply2）用の端子と基準電位との間で、第２ＬＥＤ（Ｄ２）用の第１端子および第２端子に直列に結合されており、
− 前記のオペアンプ（ＯＰＡＭＰ_lin）の出力側と、前記のアナログに作動可能な第１トランジスタ（Ｔ_lin,2）の制御電極との間に直列に結合された第１電子スイッチ（Ｓ１）と、
− 前記のオペアンプ（ＯＰＡＭＰ_lin）の出力側と、前記のアナログに作動可能な第２トランジスタ（Ｔ_lin,2）の制御電極との間に直列に結合された第２電子スイッチ（Ｓ２）とを有することを特徴とする、
少なくとも第１ＬＥＤ（Ｄ１）および第２ＬＥＤ（Ｄ２）を作動する回路装置。
前記の第１ＬＥＤ（Ｄ１）は、前記のアナログに作動可能な第１トランジスタ（Ｔ_lin,1）の基準電極と、前記の基準電位との間に結合されており、
前記の第２ＬＥＤ（Ｄ２）は、前記のアナログに作動可能な第２トランジスタ（Ｔ_lin,2）の基準電極と、前記の基準電位との間に結合されている、
請求項１に記載の回路装置。
前記の第１ＬＥＤ（Ｄ１）は、給電電圧用の端子と、アナログに作動可能な第１トランジスタ（Ｔ_lin,1）の作用電極との間に結合されており、
前記の第２ＬＥＤ（Ｄ２）は、給電電圧用の端子と、アナログに作動可能な第２トランジスタ（Ｔ_lin,2）の作用電極との間に結合されている、
請求項１に記載の回路装置。
前記の第１電子スイッチ（Ｓ１）および／または第２電子スイッチ（Ｓ２）は小信号トランジスタとして実施されている、
請求項１から３までのいずれか１項記載の回路装置。
前記のアナログに作動可能な第１トランジスタ（Ｔ_lin,1）および／または第２トランジスタ（Ｔ_lin,2）は、パワートランジスタとして実装されている、
請求項１から４までのいずれか１項に記載の回路装置。
前記のアナログに作動可能な第１トランジスタ（Ｔ_lin,1）および第２トランジスタ（Ｔ_lin,2）は、２センチメートル以上の空間距離で、殊に５センチメートル以上の空間距離で取り付けられている、
請求項１から５までのいずれか１項に記載の回路装置。
前記のオペアンプ（ＯＰＡＭＰ_lin）の出力側とマイナス入力側との間にフィードバック回路（Ｒ_lin,FB）が結合されている、
請求項１から６までのいずれか１項に記載の回路装置。
給電直流電圧（Ｕ_supply）を接続するための少なくとも２つの端子は、互いに結合されている、
請求項１から７までのいずれか１項に記載の回路装置。
給電直流電圧（Ｕ_supply1，Ｕ_supply2）を接続するための少なくとも２つの端子は互いに結合されておらず、当該の端子は、異なる給電直流電圧（Ｕ_supply1，Ｕ_supply2）に結合可能である、
請求項１から８までのいずれか１項に記載の回路装置。
前記の少なくとも１つの第１ＬＥＤ（Ｄ１）は、第１ＬＥＤモジュールであり、
前記の少なくとも１つの第２ＬＥＤ（Ｄ２）は、第２ＬＥＤモジュールである、
請求項１から９までのいずれか１項に記載の回路装置。
少なくとも１つのＬＥＤモジュールには、それぞれ少なくとも１つのＬＥＤ（Ｄ１）を有する複数の個別チップが含まれており、
当該の個別チップは並列および／または直接に接続されている、
請求項１０に記載の回路装置。
回路装置における少なくとも第１ＬＥＤ（Ｄ１）および第２ＬＥＤ（Ｄ２）を作動するための方法であって、
前記回路装置は、
プラス入力側、マイナス入力側および出力側を有するオペアンプ（ＯＰＡＭＰ_lin）と、
当該オペアンプ（ＯＰＡＭＰ_lin）のプラス入力側に結合されている目標値設定装置（Ｕ_in）と、
少なくとも第１ＬＥＤ（Ｄ１）用の第１端子および第２端子と、第２ＬＥＤ（Ｄ２）用の第１端子および第２端子とを有しており、各第１端子は、給電直流電圧（Ｕ_supply1；Ｕ_supply2）用の端子に結合されており、各第２端子は、結合点（Ｐ）を形成して互いに結合されており、
前記の回路装置はさらに
前記の第２端子の接続点（Ｐ）と基準電位との間に直列に結合された電流測定抵抗（Ｒ_shunt）を有しており、
当該の電流測定抵抗（Ｒ_shunt）の両端で降下する電圧は、前記のオペアンプ（ＯＰＡＭＰ_lin）のマイナス入力側に結合されている形式の、回路装置を作動するための方法において、
− 給電直列電圧（Ｕ_supply1；Ｕ_supply2）用の端子と前記基準電位との間で、制御電極、基準電極および作用電極を有するアナログに作動可能な第１トランジスタ（Ｔ_lin,1）の作用電極-基準電極区間と、前記の第１ＬＥＤ（Ｄ１）用の第１端子および第２端子とを直列に結合し、
− 給電直列電圧（Ｕ_supply1；Ｕ_supply2）用の端子と前記の基準電位との間で、制御電極、基準電極および作用電極を有するアナログに作動可能な第２トランジスタ（Ｔ_lin,2）の作用電極-基準電極区間と、前記の第２ＬＥＤ（Ｄ２）用の第１端子および第２端子とを直列に結合し、
− 前記のオペアンプ（ＯＰＡＭＰ_lin）の出力側と、前記のアナログに作動可能な第１トランジスタ（Ｔ_lin,1）の制御電極との間に第１電子スイッチ（Ｓ１）を直列に結合し、
− 前記のオペアンプ（ＯＰＡＭＰ_lin）の出力側と、前記のアナログに作動可能な第２トランジスタ（Ｔ_lin,2）の制御電極との間に第２電子スイッチ（Ｓ２）を直列に結合することを特徴とする、
回路装置の少なくとも第１ＬＥＤ（Ｄ１）および第２ＬＥＤ（Ｄ２）を作動するための方法。