JP6102293B2 - LED drive circuit - Google Patents
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Description
本発明は、LEDを駆動するLED駆動回路に関する。 The present invention relates to an LED drive circuit for driving an LED.
図9は、従来のLED駆動回路の例1を示す回路図である。このLED駆動回路は、交流電源ACからの交流電圧をリアクトルL1を介して整流回路BDで整流し、整流された電圧をトランスTの1次巻線Pを介してMOSFETからなるスイッチング素子Q1でスイッチングし、トランスTの二次巻線Sに発生した交流電圧をダイオードD1とコンデンサC2とで整流平滑して得られた直流出力電圧をLED1に印加し、LED1を点灯させることができる。 FIG. 9 is a circuit diagram showing Example 1 of a conventional LED driving circuit. This LED drive circuit rectifies an AC voltage from an AC power supply AC by a rectifier circuit BD via a reactor L1, and switches the rectified voltage by a switching element Q1 comprising a MOSFET via a primary winding P of a transformer T. Then, a DC output voltage obtained by rectifying and smoothing the AC voltage generated in the secondary winding S of the transformer T with the diode D1 and the capacitor C2 can be applied to the LED 1 to light the LED 1.
また、LED1に流れる電流と抵抗R2とで生ずる電圧と基準電圧Vrefとの差電圧が増幅されて、増幅された差電圧が抵抗R1の一端に印加される。この増幅された差電圧により、フォトカプラPCのフォトダイオードと抵抗R1とを流れる電流が制御され、フィードバック信号としてフォトカプラPCのフォトトランジスタを介して集積回路からなる制御回路IC1に帰還される。制御回路IC1は、直流出力電圧が基準電圧になるようにスイッチング素子Q1のオンオフを制御する。 Further, the difference voltage between the current flowing through the LED 1 and the voltage generated by the resistor R2 and the reference voltage Vref is amplified, and the amplified difference voltage is applied to one end of the resistor R1. The amplified differential voltage controls the current flowing through the photodiode of the photocoupler PC and the resistor R1, and the feedback signal is fed back to the control circuit IC1 formed of an integrated circuit via the phototransistor of the photocoupler PC. The control circuit IC1 controls on / off of the switching element Q1 so that the DC output voltage becomes the reference voltage.
しかしながら、図9に示すLED駆動回路は、LED1に交流電源ACの商用のリップル電圧が印加され、LEDの電圧−電流特性によってリップルが拡大され、LEDに明るさのムラが生ずる。 However, in the LED drive circuit shown in FIG. 9, a commercial ripple voltage of the AC power supply AC is applied to the LED 1, the ripple is expanded by the voltage-current characteristics of the LED, and uneven brightness occurs in the LED.
そこで、明るさのムラを改善する回路として、例えば、図10に示すようなLED駆動回路の例2が用いられている。例2のLED駆動回路は、図9に示すLED駆動回路に、さらに、抵抗R2〜R6、トランジスタQ2、集積回路からなるコンパレータIC3とからなる定電流回路を設けている。この定電流回路により、LED1に定電流が流れるので、商用周波数の明るさのムラを改善することができる。 Thus, for example, LED driving circuit example 2 as shown in FIG. 10 is used as a circuit for improving unevenness in brightness. In the LED driving circuit of Example 2, a constant current circuit including resistors R2 to R6, a transistor Q2, and a comparator IC3 including an integrated circuit is further provided in the LED driving circuit shown in FIG. Since this constant current circuit causes a constant current to flow through the LED 1, unevenness in brightness at commercial frequencies can be improved.
しかしながら、(コンデンサC2の両端電圧Vo−LED1の順方向電圧Vf)×LED1に流れる電流Ioの損失が発生する。 However, a loss of the current Io flowing through (LED V1 across the capacitor C2−forward voltage Vf of LED1) × LED1 occurs.
また、明るさのムラを改善する回路として、例えば、図11に示すようなLED駆動回路の例3が用いられている。例3のLED駆動回路は、図10に示すLED駆動回路で且つLED1の前段に、ダイオードD2、リアクトルL2、コンデンサC3とを有する定電流の降圧のスイッチング回路を設けている。 Further, as a circuit for improving unevenness in brightness, for example, an LED drive circuit example 3 as shown in FIG. 11 is used. The LED drive circuit of Example 3 is the LED drive circuit shown in FIG. 10 and includes a constant current step-down switching circuit having a diode D2, a reactor L2, and a capacitor C3 in front of LED1.
この駆動回路によれば、明るさのムラを改善でき、しかも損失を少なくする、即ち、効率を良くすることができる。この効率は、電源効率×定電流スイッチング効率で求められる。効率は、図10に示す回路よりも改善されるが、80%弱となる。ここで、電源効率は87%であり、定電流スイッチング効率は92%であり、総合効率は80%である。 According to this drive circuit, unevenness in brightness can be improved, and loss can be reduced, that is, efficiency can be improved. This efficiency is obtained by power supply efficiency × constant current switching efficiency. The efficiency is improved over the circuit shown in FIG. 10, but is less than 80%. Here, the power supply efficiency is 87%, the constant current switching efficiency is 92%, and the total efficiency is 80%.
しかしながら、図11に示すLED駆動回路は、部品点数が多くなるという課題を有していた。 However, the LED drive circuit shown in FIG. 11 has a problem that the number of parts increases.
本発明は、LEDの明るさのムラ及び効率を改善でき、しかも部品点数を少なくすることができるLED駆動回路を提供することを課題とする。 It is an object of the present invention to provide an LED drive circuit that can improve unevenness in brightness and efficiency of LEDs and can reduce the number of components.
本発明に係るLED駆動回路は、上記課題を解決するために、交流入力電圧を所定の直流出力電圧に変換してLEDに供給するLED駆動回路であって、前記直流出力電圧に含まれるリップルを検出するリップル検出回路と、前記リップル検出回路で検出されたリップルにより前記直流出力電圧に含まれるリップルを低減させるリップル制御部と、前記リップル検出回路で検出されたリップル電圧の位相と前記直流出力電圧に含まれるリップル電圧の位相とを同相にさせる位相整合部とを備え、前記リップル制御部は、前記位相整合部からの出力信号により前記直流出力電圧に含まれるリップルを低減させることを備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, an LED drive circuit according to the present invention is an LED drive circuit that converts an alternating current input voltage into a predetermined direct current output voltage and supplies the converted direct current output voltage to the LED. A ripple detection circuit to detect; a ripple control unit that reduces a ripple contained in the DC output voltage by the ripple detected by the ripple detection circuit; a phase of the ripple voltage detected by the ripple detection circuit; and the DC output voltage A phase matching unit that makes the phase of the ripple voltage included in the same phase, and the ripple control unit includes reducing a ripple included in the DC output voltage by an output signal from the phase matching unit. Features.
本発明によれば、リップル検出回路が直流出力電圧に含まれるリップルを検出すると、位相整合部は、リップル検出回路で検出されたリップル電圧の位相と直流出力電圧に含まれるリップル電圧の位相とを同相にさせ、リップル制御部は、位相整合部からの出力信号により直流出力電圧に含まれるリップルを低減させるので、LEDの明るさのムラ及び効率を改善でき、しかも部品点数を少なくすることができる。 According to the present invention, when the ripple detection circuit detects a ripple included in the DC output voltage, the phase matching unit calculates the phase of the ripple voltage detected by the ripple detection circuit and the phase of the ripple voltage included in the DC output voltage. Since the ripple control unit reduces the ripple included in the DC output voltage by the output signal from the phase matching unit , the brightness unevenness and efficiency of the LED can be improved, and the number of components can be reduced. .
以下、本発明のLED駆動回路の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of an LED drive circuit of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1のLED駆動回路の構成を示す回路図である。図1に示す実施例1のLED駆動回路は、図9に示す従来のLED駆動回路に、さらに、リップル検出回路11、基準電源V2、加算器12、位相整合回路13、差動増幅器14、トランジスタ15(可変インピーダンス素子に対応)とを備えた電圧リップル低減回路を設けたことを特徴とする。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of an LED drive circuit according to Embodiment 1 of the present invention. The LED driving circuit according to the first embodiment shown in FIG. 1 is similar to the conventional LED driving circuit shown in FIG. 9 and further includes a
図2は、平滑コンデンサにおける商用周波数の電圧リップルの電圧V1を示す図である。図2に示す電圧リップルの電圧V1は、コンデンサC2の直流出力電圧であり、この直流出力電圧は、直流成分と交流成分(リップル成分)とを含む。図3は、電圧リップル低減回路の詳細な構成を示す図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating the voltage V1 of the commercial frequency voltage ripple in the smoothing capacitor. The voltage V1 of the voltage ripple shown in FIG. 2 is a DC output voltage of the capacitor C2, and this DC output voltage includes a DC component and an AC component (ripple component). FIG. 3 is a diagram showing a detailed configuration of the voltage ripple reduction circuit.
リップル検出回路11は、コンデンサC2の直流出力電圧に含まれる交流成分であるリップルを検出する。図4(a)は、図3に示すリップル検出回路11により検出されたリップルの電圧V3を示す図である。
The
加算器12は、リップル検出器11により検出された直流出力電圧に含まれるリップルの電圧V3と図4(b)に示す基準電源の基準電圧V2とを加算し、図4(c)に示すような加算電圧V4を得る。例えば、基準電圧V2は、リップル電圧の(Vp−p)/2より0.5V〜1V程度大きい電圧に設定される。
The
(Vp−p)は、リップル電圧の最大値と最小値との差電圧である。0.5V〜1Vは、集積回路からなる加算器12のオフセット電圧などに影響を受けないための電圧マージンとする。
(Vp−p) is a difference voltage between the maximum value and the minimum value of the ripple voltage. 0.5V to 1V is a voltage margin for not being affected by the offset voltage of the
位相整合回路13は、図5に示すように、加算器12からのリップルの加算電圧V4の位相を、コンデンサC2の直流出力電圧V1に含まれるリップル電圧V1AC分の位相と同相にさせて、位相整合電圧V5を差動増幅器14の反転入力端子に出力する。
As shown in FIG. 5, the
差動増幅器14の反転入力端子は位相整合回路13の出力端子に接続され、差動増幅器14の非反転入力端子はNPN型のバイポーラトランジスタ15のコレクタに接続され、差動増幅器14の出力端子はバイポーラトランジスタ15のベースに接続されている。トランジスタ15のエミッタは基準電源V2の負極と抵抗R2の一端とに接続されている。トランジスタ15のコレクタはLED1を介してコンデンサC2の一端に接続されている。
The inverting input terminal of the
差動増幅器14は、バイポーラトランジスタ15のコレクタ−エミッタ間の電圧V7が位相整合回路13からの位相整合電圧V5と等しくなるように、トランジスタ15を制御する。差動増幅器14とトランジスタ15とは、負帰還で制御され、リップル検出回路11で検出されたリップルによりLED1に印加される電圧に含まれるリップルを低減させるリップル制御部を構成する。
The
LED1の両端電圧V6は、図6に示すように、(直流出力電圧V1−バイポーラトランジスタ15のコレクタ−エミッタ間の電圧V7)となり、商用リップルのない直流電圧となる。 As shown in FIG. 6, the both-ends voltage V6 of LED1 becomes (DC output voltage V1-voltage V7 between the collector and the emitter of the bipolar transistor 15), which is a DC voltage without commercial ripple.
図7は、具体的な電圧リップル低減回路を搭載したLED駆動回路を示す図である。図7において、リップル検出回路11は、コンデンサC11と抵抗R11とからなる直列回路からなり、コンデンサC11と抵抗R11とによる微分回路により直流出力電圧V1に含まれるリップルを検出して、差動増幅器18の反転入力端子に出力する。
FIG. 7 is a diagram showing an LED drive circuit equipped with a specific voltage ripple reduction circuit. In FIG. 7, the
差動増幅器18は、加算器12に対応し、反転入力端子と出力端子とに抵抗R12が接続され、コンデンサC11と抵抗R11とにより検出されたリップルの電圧V3と基準電圧V2とを加算して、加算電圧V4を位相整合回路13に出力する。
The
位相整合回路13は、抵抗R13とコンデンサC12からなる積分回路と、差動増幅器19と、抵抗R14,R15とを有する。差動増幅器18の出力端子には抵抗R13の一端と抵抗R14の一端とが接続され、抵抗R13の他端は差動増幅器19の非反転入力端子とコンデンサC12の一端とに接続されている。
The
抵抗R14の他端は抵抗R15の一端と差動増幅器19の反転入力端子とに接続され、抵抗R15の他端は差動増幅器19の出力端子と差動増幅器14の反転入力端子に接続されている。
The other end of the resistor R14 is connected to one end of the resistor R15 and the inverting input terminal of the
位相整合回路13において、リップルの電圧V3と基準電圧V2とが加算された加算電圧V4の位相が抵抗R13とコンデンサC12による積分回路により、直流出力電圧V1のリップルの位相と同相にされて、差動増幅器14の反転入力端子に出力される。即ち、コンデンサC11と抵抗R11とによる微分回路により直流出力電圧V1の位相をシフトした分だけ、抵抗R13とコンデンサC12による積分回路により加算電圧V4の位相をシフトすることにより、加算電圧V4の位相を直流出力電圧V1のリップルの位相と同相にすることができる。
In the
LED駆動回路17は、差動増幅器14、抵抗R16〜R20、コンデンサC13,C14、MOSFET15a(可変インピーダンス素子に対応)を有している。
The
直流出力電圧V1の正極とMOSFET15aのドレインとの間にはLED1〜LED7が直列に接続されている。差動増幅器14の非反転入力端子は、抵抗R20を介してLED7のカソードとMOSFET15aのドレインとに接続されている。
LEDs 1 to LED7 are connected in series between the positive electrode of the DC output voltage V1 and the drain of the
差動増幅器14の出力端子は、コンデンサC13の一端と抵抗R16の一端とに接続され、コンデンサC13の他端は抵抗R19を介して差動増幅器14の非反転入力端子に接続されている。
The output terminal of the
抵抗R16の他端はコンデンサC14の一端と抵抗R17の一端と抵抗R18の一端とに接続され、抵抗R18の他端はMOSFET15aのゲートに接続されている。MOSFET15aのソースは抵抗R17の他端とコンデンサC14の他端とに接続されている。
The other end of the resistor R16 is connected to one end of the capacitor C14, one end of the resistor R17, and one end of the resistor R18, and the other end of the resistor R18 is connected to the gate of the
このように実施例1のLED駆動回路によれば、リップル検出回路11が直流出力電圧に含まれるリップルを検出すると、リップル制御部である差動増幅器14及びトランジスタ15は、リップル検出回路11で検出されたリップルによりLED1〜LED7に印加される電圧に含まれるリップルを低減させるので、LEDの明るさのムラ及び効率を改善でき、しかも部品点数を少なくすることができる。
As described above, according to the LED drive circuit of the first embodiment, when the
図8は、本発明の実施例2のLED駆動回路に設けられたリップル低減回路の構成を示す回路図である。図8に示す実施例2のリップル低減回路は、A/D21、D/A22、差動増幅器14、抵抗R7、トランジスタ15を備えることを特徴とする。
FIG. 8 is a circuit diagram illustrating a configuration of a ripple reduction circuit provided in the LED drive circuit according to the second embodiment of the present invention. The ripple reduction circuit according to the second embodiment illustrated in FIG. 8 includes A /
D/A22の出力端子は、差動増幅器14の反転入力端子に接続され、差動増幅器14の非反転入力端子は、抵抗R7を介してトランジスタ15のコレクタに接続されている。差動増幅器14の出力端子は、トランジスタ15のベースに接続されている。
The output terminal of the D /
A/D21は、直流出力電圧V1をデジタル信号に変換するとともに、直流出力電圧V1の最大値と最小値との差Vp−p値、即ち波高値を求め、Vp−p値の時間から直流出力電圧V1の周波数を求める。これにより、直流出力電圧V1のリップルを検出することができる。
The A /
次に、D/A22は、A/D21からのリップルからなるデジタル信号をアナログ信号に変換し、そのリップルからなるアナログ信号を差動増幅器14の反転入力端子に出力する。
Next, the D /
差動増幅器14は、バイポーラトランジスタ15のコレクタ−エミッタ間の電圧V7がD/A22からのアナログ電圧V5と等しくなるように、トランジスタ15を制御する。差動増幅器14とトランジスタ15とは、負帰還で制御され、リップル検出回路11で検出されたリップルによりLED1に印加される電圧に含まれるリップルを低減させるリップル制御部を構成する。
The
このとき、バイポーラトランジスタ15のコレクタ−エミッタ間の電圧V7は、直流出力電圧V1のリップルに従って電圧が変化するが、LED1の両端電圧V6は、図6に示すように、(直流出力電圧V1−バイポーラトランジスタ15のコレクタ−エミッタ間の電圧V7)となり、商用リップルのない直流電圧となる。
At this time, the voltage V7 between the collector and the emitter of the
このように、実施例2のLED駆動回路によれば、リップル制御部であるD/A22、差動増幅器14及びトランジスタ15は、A/D21で検出されたリップルにより直流出力電圧に含まれるリップルを低減させるので、LEDの明るさのムラ及び効率を改善でき、しかも部品点数を少なくすることができる。
As described above, according to the LED drive circuit of the second embodiment, the ripple control unit D /
本発明に係るLED駆動回路は、LED点灯回路に利用可能である。 The LED drive circuit according to the present invention can be used for an LED lighting circuit.
11 リップル検出回路
12 加算器
13 位相整合回路
14 差動増幅器
15 トランジスタ
AC 交流電源
L1,L2 リアクトル
BD 整流回路
T トランス
P 1次巻線
S 2次巻線
IC1 制御回路
PC フォトカプラ
C1,C2 コンデンサ
IC2 コンパレータ
R1〜R6 抵抗
Vref 基準電源
11
Claims (4)
前記直流出力電圧に含まれるリップルを検出するリップル検出回路と、
前記リップル検出回路で検出されたリップルにより前記直流出力電圧に含まれるリップルを低減させるリップル制御部と、
前記リップル検出回路で検出されたリップル電圧の位相と前記直流出力電圧に含まれるリップル電圧の位相とを同相にさせる位相整合部とを備え、
前記リップル制御部は、前記位相整合部からの出力信号により前記直流出力電圧に含まれるリップルを低減させることを特徴とするLED駆動回路。 An LED drive circuit that converts an AC input voltage into a predetermined DC output voltage and supplies the converted voltage to an LED,
A ripple detection circuit for detecting ripples included in the DC output voltage;
A ripple control unit that reduces a ripple included in the DC output voltage due to a ripple detected by the ripple detection circuit;
A phase matching unit that makes the phase of the ripple voltage detected by the ripple detection circuit and the phase of the ripple voltage included in the DC output voltage in phase;
The LED drive circuit , wherein the ripple control unit reduces a ripple included in the DC output voltage by an output signal from the phase matching unit .
前記リップル検出回路により検出されたリップル電圧の値と、前記LEDと前記可変インピーダンス素子との接続点における電圧の値とに基づき、前記可変インピーダンス素子を制御することを特徴とする請求項1又は請求項2記載のLED駆動回路。 The ripple control unit includes a variable impedance element connected in series with the LED,
The variable impedance element is controlled based on a value of a ripple voltage detected by the ripple detection circuit and a voltage value at a connection point between the LED and the variable impedance element. Item 3. The LED drive circuit according to Item 2.
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