JP6206001B2 - Ｌｅｄ駆動回路 - Google Patents

Description

本発明は、ノーマリーオンタイプのスイッチング素子を用いてＬＥＤを定電流で点灯するＬＥＤ駆動回路に関する。

近年、半導体基板にＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＳｉＣ（炭化珪素）等を用いた低損失なワイドバンドギャップ半導体素子を、スイッチン電源回路のスイッチング素子として用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。スイッチング素子としてワイドバンドギャップ半導体素子を用いることで、電源効率を下げることなく、動作周波数を上げることができ、装置の小型化を実現することができる。

ワイドバンドギャップ半導体素子は、通常ノーマリーオンタイプであり、ゲートソース間電圧であるＶｇｓが０Ｖでオン、Ｖｇｓがゲート電圧の閾値をＶｔｈ（負電圧）よりも低いマイナス電位でオフといった特性を持ち、特許文献１では、リアクトルに流れる増加電流が所定値に達したときにスイッチング素子（ワイドバンドギャップ半導体素子）をオフさせる自励式のチョッパ回路が開示されている。

特開２０１１−１９９０２４号公報

しかしながら、従来技術では、自励方式でスイッチング素子（ワイドバンドギャップ半導体素子）オンオフさせているため、最適なスイッチング動作が行えないという問題点がある。すなわち、ターンオン、ターンオフのスピードやタイミングを強制的に速くすることや合わせることが難しく、スイッチング損失が減らないことが考えられる。また、保護機能の内蔵が難しく、外付け部品が増える方向にある。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、従来技術の問題を解決し、ノーマリーオンタイプのワイドバンドギャップ半導体素子をスイッチング素子として用いた他励方式のＬＥＤ駆動回路を提供することにある。

本発明のＬＥＤ駆動回路は、ノーマリーオンタイプのスイッチング素子のオンオフ動作で生成した直流出力によってＬＥＤを定電流で点灯させるＬＥＤ駆動回路であって、前記スイッチング素子の出力端子の電位をコモン電位としたプラスのパルス信号を出力するパルス発生回路と、該パルス発生回路から出力された前記パルス信号を前記コモン電位からマイナスの波形に変換し、変換した前記パルス信号を前記スイッチング素子の制御端子に出力するパルス信号変換回路と、前記スイッチング素子の出力端子の電位に応じて、前記スイッチング素子をオフ動作させる自己バイアス回路とを具備することを特徴とする。
また、本発明のＬＥＤ駆動回路は、ノーマリーオンタイプのスイッチング素子のオンオフ動作によって生成した直流出力によってＬＥＤを定電流で点灯させるＬＥＤ駆動回路であって、前記スイッチング素子の出力端子の電位をコモン電位としたプラスのパルス信号を出力するパルス発生回路と、該パルス発生回路から出力された前記パルス信号を前記コモン電位からマイナスの波形に変換し、変換した前記パルス信号を前記スイッチング素子の制御端子に出力するパルス信号変換回路とを具備し、前記スイッチング素子は、直列に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とからなり、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とを前記パルス信号変換回路によってマイナスの波形に変換した前記パルス信号でオンオフ動作させること特徴とする。

本発明によれば、ノーマリーオンタイプのワイドバンドギャップ半導体をスイッチング素子として用いて、他励制御を行うことができ、スイッチング特性を悪化させることなく、発振周波数を高周波化することができるという効果を奏する。

本発明に係るＬＥＤ駆動回路の第１の実施の形態の構成を示す回路構成図である。 本発明に係るＬＥＤ駆動回路の第２の実施の形態の構成を示す回路構成図である。 本発明に係るＬＥＤ駆動回路の第３の実施の形態の構成を示す回路構成図である。 本発明に係るＬＥＤ駆動回路の第４の実施の形態の構成を示す回路構成図である。 本発明に係るＬＥＤ駆動回路の第５の実施の形態の構成を示す回路構成図である。 本発明に係るＬＥＤ駆動回路の第６の実施の形態の構成を示す回路構成図である。 本発明に係るＬＥＤ駆動回路の第７の実施の形態の構成を示す回路構成図である。

次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。なお、各図において、同一の構成には、同一の符号を付して一部説明を省略している。

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態のＬＥＤ駆動回路１０ａは、図１を参照すると、ノーマリーオンタイプのワイドバンドギャップ半導体素子を用いた昇降圧チョッパ回路であり、整流回路ＤＢと、ノーマリーオンタイプのワイドバンドギャップ半導体素子であるスイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ１をオンオフ制御する制御回路Ｔａと、バイパスコンデンサＣ１と、リアクトルＬと、回生ダイオードＤ１と、出力コンデンサＣ２と、ツェナーダイオードＺＤ１と、抵抗Ｒ１、Ｒ２と、電流検出抵抗Ｒｓとを備え、負荷回路であるＬＥＤアレイＬＤを定電流で駆動する。

ＬＥＤ駆動回路１０ａの入力端子Ｖ＋と、入力端子Ｖ０とには、ダイオードがブリッジ構成された整流回路ＤＢの整流出力正極端子と、接地された整流出力負極端子とがそれぞれ接続されている。整流回路ＤＢの交流入力端子ＡＣｉｎ１、ＡＣｉｎ２には商用交流電源ＡＣ１が接続され、商用交流電源ＡＣ１からのＡＣ入力電圧が全波整流されて整流回路ＤＢから出力される。

入力端子Ｖ＋、すなわち整流回路ＤＢの整流出力正極端子と、入力端子Ｖ０、すなわち整流回路ＤＢの整流出力負極端子との間には、スイッチング素子Ｑ１とリアクトルＬとからなる直列回路と、バイパスコンデンサＣ１とが並列に接続されている。入力端子Ｖ＋にはスイッチング素子Ｑ１のドレイン端子が接続され、スイッチング素子Ｑ１のソース端子にはリアクトルＬの一方の端子に接続され、リアクトルＬの他方の端子は入力端子Ｖ０に接続されている。これにより、スイッチング素子Ｑ１がＯＮのときに、リアクトルＬが充電される。

また、スイッチング素子Ｑ１のゲート端子とソース端子との間には、ツェナーダイオードＺＤ１が接続されている。ツェナーダイオードＺＤ１は、アノードがスイッチング素子Ｑ１のゲート端子に、カソードがスイッチング素子Ｑ１のソース端子にそれぞれ接続されている。スイッチング素子Ｑ１のゲート端子と入力端子Ｖ０との間には、十分に高抵抗の抵抗Ｒ１が接続されている。ツェナーダイオードＺＤ１と抵抗Ｒ１とは、制御回路Ｔａが動作するまでの間、スイッチング素子Ｑ１のソース端子の電位に応じて、スイッチング素子Ｑ１をオフ動作させる自己バイアス回路として機能する。すなわち、スイッチング素子Ｑ１は、Ｖｇｓ＝０Ｖでオン、Ｖｇｓ＝マイナス電位でオフといった特性を持つノーマリーオンタイプであるため、電源投入時などで制御回路Ｔａが動作するまでの間に、スイッチング素子Ｑ１のゲート電圧がソース電位と同電位であると、オン状態となってしまい大電流が流れてしまう。そこで、スイッチング素子Ｑ１のゲート電圧が、ゲート端子とソース端子との間に接続されたツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧Ｖｚまで充分にマイナス電圧で自己バイアスされ、スイッチング素子Ｑ１がオフされるように、高抵抗の抵抗Ｒ１をゲート端子と入力端子Ｖ０（接地端子）との間に接続している。これにより、電源投入時にスイッチング素子Ｑ１をオフ動作させることができるので、制御回路Ｔａが動作するまでは、スイッチング素子Ｑ１をノーマリーオフタイプの半導体素子として安定に扱えるようになる。

リアクトルＬには、出力コンデンサＣ２と回生ダイオードＤ１とからなる直列回路が並列に接続されている。スイッチング素子Ｑ１のソース端子とリアクトルＬの一方の端子との接続点に回生ダイオードＤ１のカソードが接続され、回生ダイオードＤ１のアノードが出力コンデンサＣ２の負電極に接続され、出力コンデンサＣ２の正電極がリアクトルＬの他方の端子に接続されている。出力コンデンサＣ２の両端が、ＬＥＤ駆動回路１０の出力となり、出力コンデンサＣ２の正電極が出力端子Ｖｏｕｔ＋に、出力コンデンサＣ２の負電極が出力端子Ｖｏｕｔ−となる。この出力端子Ｖｏｕｔ＋、Ｖｏｕｔ−に負荷であるＬＥＤアレイＬＤが、アノードが出力端子Ｖｏｕｔ＋側になるように接続される。これにより、スイッチング素子Ｑ１がＯＦＦのときに、リアクトルＬに蓄えられた電力がＬＥＤアレイＬＤと出力コンデンサＣ２とに供給され、スイッチング素子Ｑ１がＯＦＦのときに、出力コンデンサＣ２に蓄えられた電力がＬＥＤアレイＬＤに供給される。

出力端子Ｖｏｕｔ−と出力コンデンサＣ２との間には、ＬＥＤアレイＬＤを流れるＬＥＤ電流を検出するための電流検出抵抗Ｒｓが接続され、電流検出抵抗Ｒｓの両端電位が制御回路Ｔａに入力されている。

制御回路Ｔａは、スイッチング素子Ｑ１のソース端子の電位をコモン電位として、スイッチング素子Ｑ１を他励方式でオンオフ動作させるＩＣ回路であり、差分回路Ｔ１と、オペアンプＯＰ１と、基準電圧Ｖｒｅｆ１と、パルス発生器Ｔ２と、バッファ回路ＢＦ１と、カップリングコンデンサＣ３と、駆動信号出力端子ＯＵＴ１と、制御部電源端子Ｖｃｃと、コモン端子ＣＯＭと、起動電流入力端子ＳＴと、電流フィードバック端子ＦＢ＋、ＦＢ−とを備えている。

電流検出抵抗Ｒｓの両端が電流フィードバック端子ＦＢ＋、ＦＢ−を介して差分回路Ｔ１に接続され、差分回路Ｔ１に電流検出抵抗Ｒｓの両端電位が入力される。差分回路Ｔ１は、電流検出抵抗Ｒｓの両端電位差に応じた電圧値を検出された出力電流値としてオペアンプＯＰ１の反転入力端子に出力する。オペアンプＯＰ１の非反転入力端子には目標電流値である基準電圧Ｖｒｅｆ１が接続されている。これにより、そして、オペアンプＯＰ１の出力端子からは、出力電流値と目標電流値との差分信号が出力される。

パルス発生器Ｔ２は、オペアンプＯＰ１の出力端子から出力される差分信号に基づくデューティー比のパルス信号を出力する。また、パルス発生器Ｔ２から出力されるパルス信号は、スイッチング素子Ｑ１の出力端子の電位をコモン電位としており、ノーマーオフタイプのスイッチング素子のオンオフ制御に用いられるプラスのパルス信号である。パルス発生器Ｔ２は、出力電流値と目標電流値とが一致するように、出力電流値が目標電流値よりも小さい場合には、デューティー比を上げたパルス信号を出力し、出力電流値が目標電流値よりも小さい場合には、デューティー比を下げたパルス信号を出力する。

パルス発生器Ｔ２の出力端子は、バッファ回路ＢＦ１と、カップリングコンデンサＣ３とを介して駆動信号出力端子ＯＵＴ１に接続され、駆動信号出力端子ＯＵＴ１はスイッチング素子Ｑ１のゲート端子に接続されている。また、バッファＢＦ１の負電源が接続されたコモン端子ＣＯＭは、スイッチング素子Ｑ１のソース端子に接続されている。

バッファ回路ＢＦ１からの出力は方形波であり、バッファ回路ＢＦ１からの出力をカップリングコンデンサＣ３によってコンデンサカップリングすると、元の波形の面積を上下に分割したプラス電圧とマイナス電圧とに変換される。従って、ターンオフ時に急峻なマイナス電圧がスイッチング素子Ｑ１のゲート端子に印加されるため、スイッチング素子Ｑ１を急速にオフさせ、オフ状態に維持することができる。すなわち、カップリングコンデンサＣ３は、パルス発生回路Ｔ２（バッファ回路ＢＦ１）から出力されたパルス信号をコモン電位からマイナスの波形に変換し、変換したパルス信号をスイッチング素子Ｑ１のゲート端子に出力するパルス信号変換回路として機能する。なお、プラス電圧はスイッチング素子Ｑ１のゲート耐圧オーバーとなるが、ツェナーダイオードＺＤ１の順方向電圧ＶＦで電圧クランプされるため、スイッチング素子Ｑ１の破壊に至ることがなく、スイッチング素子Ｑ１をオンさせることができる。

また、制御回路Ｔａの起動電流入力端子ＳＴは、抵抗Ｒ２を介して入力端子Ｖ＋に接続されていると共に、制御部電源端子Ｖｃｃとコモン端子ＣＯＭとの間には、コンデンサＣ４が接続されている。コンデンサＣ４は、制御回路Ｔａに動作電力を供給する制御回路用コンデンサであり、起動時には、起動電流入力端子ＳＴから入力される起動電流によって充電され、制御回路Ｔａの動作後には、リアクトルＬに磁気結合された図示しない補助巻き線に誘起される電流によって充電される。

以上のように、第１の実施の形態によれば、ノーマリーオンタイプのスイッチング素子Ｑ１のオンオフ動作で生成した直流出力によってＬＥＤアレイＬＤを定電流で点灯させるＬＥＤ駆動回路１０ａであって、スイッチング素子Ｑ１のソース端子（出力端子）の電位をコモン電位としたプラスのパルス信号を出力するパルス発生回路Ｔ２と、パルス発生回路Ｔ２から出力されたパルス信号をコモン電位からマイナスの波形に変換し、変換したパルス信号をスイッチング素子Ｑ１のゲート端子（制御端子）に出力するパルス信号変換回路（カップリングコンデンサＣ３）とを備えている。
この構成により、ノーマリーオンタイプのワイドバンドギャップ半導体をスイッチング素子Ｑ１として用いて、他励制御を行うことができ、スイッチング特性を悪化させることなく、発振周波数を高周波化することができる。なお、カップリングコンデンサＣ３は制御回路Ｔａに内蔵していなくても良い。

さらに、第１の実施の形態によれば、スイッチング素子Ｑ１のソース端子（出力端子）の電位に応じて、スイッチング素子Ｑ１をオフ動作させる自己バイアス回路（ツェナーダイオードＺＤ１、抵抗Ｒ１）を備えている。この構成により、電源起動時の無制御動作を自己バイアス回路によって防止することができ、制御回路Ｔａが動作するまでは、スイッチング素子Ｑ１をノーマリーオフタイプの半導体素子として扱うことができる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態のＬＥＤ駆動回路１０ｂは、図２を参照すると、第１の実施の形態のカップリングコンデンサＣ３を備えた制御回路Ｔａに代えて、バッファ回路ＢＦ１の出力端子がマイナス電源回路Ｔ３を介して駆動信号出力端子ＯＵＴ１に接続されている制御回路Ｔｂが設けられている。マイナス電源回路Ｔ３は、例えば、負電圧を生成するチャージポンプ回路で構成することができる。すなわち、マイナス電源回路Ｔ３は、パルス発生回路Ｔ２（バッファ回路ＢＦ１）から出力されたパルス信号をコモン電位からマイナスの波形に変換し、変換したパルス信号をスイッチング素子Ｑ１のゲート端子に出力するパルス信号変換回路として機能する。この構成により、第１の実施の形態と同様に、スイッチング素子Ｑ１をオンオフ動作させることができる。

以上のように、第２の実施の形態によれば、パルス発生回路Ｔ２から出力されたパルス信号を前記コモン電位からマイナスの波形に変換し、変換したパルス信号をスイッチング素子Ｑ１のゲート端子（制御端子）に出力するパルス信号変換回路（マイナス電源回路Ｔ３）を備えている。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態のＬＥＤ駆動回路１０ｃは、図３を参照すると、スイッチング素子Ｑ１とリアクトルＬとの間に、ノーマリーオンタイプのワイドバンドギャップ半導体素子であるスイッチング素子Ｑ２が接続されていると共に、第１の実施の形態の制御回路Ｔａの構成に加えて、スイッチング素子Ｑ２の駆動信号を出力する駆動信号出力端子ＯＵＴ２を備えた制御回路Ｔｃが設けられている。以下、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２とを区別するために、スイッチング素子Ｑ１を第１のスイッチング素子Ｑ１と称し、スイッチング素子Ｑ２を第２のスイッチング素子Ｑ２と称す。

入力端子Ｖ＋と、入力端子Ｖ０との間には、第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とリアクトルＬとからなる直列回路と、バイパスコンデンサＣ１とが並列に接続されている。入力端子Ｖ＋には第１のスイッチング素子Ｑ１のドレイン端子が接続され、第１のスイッチング素子Ｑ１のソース端子には第２のスイッチング素子Ｑ２のドレイン端子が接続され、第２のスイッチング素子Ｑ２のソース端子にはリアクトルＬの一方の端子に接続され、リアクトルＬの他方の端子は入力端子Ｖ０に接続されている。これにより、第１のスイッチング素子Ｑ１がＯＮで、且つ第２のスイッチング素子Ｑ２がオンのときに、リアクトルＬが充電される。

また、第１の実施の形態おいて、第１のスイッチング素子Ｑ１のゲート端子とソース端子との間に接続されているツェナーダイオードＺＤ１は、第３の実施の形態では、第１のスイッチング素子Ｑ１のゲート端子と、第２のスイッチング素子Ｑ２のソース端子との間に接続されている。この構成により、制御回路Ｔｃが動作するまでの間、第１の実施の形態と同様の動作で、第１のスイッチング素子Ｑ１のゲート電圧が、ゲート端子と第２のスイッチング素子Ｑ２ソース端子との間に接続されたツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧Ｖｚまで充分にマイナス電圧で自己バイアスされ、第１のスイッチング素子Ｑ１がオフされる。また、第２のスイッチング素子Ｑ２もツェナーダイオードＺＤ２と抵抗Ｒ４によって同様にオフされる。なお、ツェナーダイオードＺＤ１やツェナーダイオードＺＤ２は、第１のスイッチング素子Ｑ１や第２のスイッチング素子Ｑ２のゲート端子にそれぞれ接続されるＥＳＤ保護素子の特性で代用しても良い。

制御回路Ｔｃにおいて、バッファ回路ＢＦ１の出力は、駆動信号出力端子ＯＵＴ２に直接接続されており、駆動信号出力端子ＯＵＴ２と第２のスイッチング素子Ｑ２のゲート端子とが抵抗Ｒ３を介して接続されている。また、第２のスイッチング素子Ｑ２のゲート端子とソース端子との間には、ツェナーダイオードＺＤ２が接続されている。ツェナーダイオードＺＤ２は、アノードが第２のスイッチング素子Ｑ２のゲート端子に、カソードが第２のスイッチング素子Ｑ２のソース端子にそれぞれ接続されている。第２のスイッチング素子Ｑ２のゲート端子と入力端子Ｖ０との間には、抵抗Ｒ３に比べて十分に高抵抗の抵抗Ｒ４が接続されている。抵抗Ｒ３に比べて抵抗Ｒ４が十分に高抵抗に設定されているため、バッファ回路ＢＦ１の出力がＬＯＷレベルである場合には、ツェナーダイオードＺＤ２の順方向電圧ＶＦによって、第２のスイッチング素子Ｑ２のＶｇｓがマイナス電位になって、第２のスイッチング素子Ｑ２をオフさせることができる。すなわち、ツェナーダイオードＺＤ２と抵抗Ｒ４とは、第２のスイッチング素子Ｑ２のソース端子の電位に応じて、第２のスイッチング素子Ｑ２をオフ動作させる自己バイアス回路として機能する。他方、バッファ回路ＢＦ１の出力がＨＩレベルである場合には、ツェナーダイオードＺＤ１の順方向電位Ｖｆによってツェナー電圧Ｖｚによって第２のスイッチング素子Ｑ２のＶｇｓがプラス電位になって、第２のスイッチング素子Ｑ２をオンさせることができる。すなわち、自己バイアス回路であるツェナーダイオードＺＤ２と抵抗Ｒ４とによる第２のスイッチング素子Ｑ２のオフ動作をパルス発生回路Ｔ２（バッファ回路ＢＦ１）から出力されたパルス信号によって解消させることでオン動作させることができる。なお、ツェナーダイオードＺＤ１やツェナーダイオードＺＤ２は、第１のスイッチング素子Ｑ１や第２のスイッチング素子Ｑ２のゲート端子にそれぞれ接続されるＥＳＤ保護素子の特性で代用しても良い。

以上のように、第３の実施の形態によれば、第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とが直列に接続されており、ハイサイド側の第１のスイッチング素子Ｑ１は、パルス信号変換回路（カップリングコンデンサＣ３）によってマイナスの波形に変換したパルス信号でオンオフ動作させ、ローサイド側の第２のスイッチング素子Ｑ２は、自己バイアス回路（ツェナーダイオードＺＤ２、抵抗３）による第２のスイッチング素子Ｑ２のオフ動作をパルス発生回路Ｔ２から出力されたパルス信号によって解消させることでオンオフ動作させるように構成されている。
この構成により、ノーマリーオンタイプのワイドバンドギャップ半導体を、直列に接続された第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２としてそれぞれ用いて、第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とを他励制御でそれぞれオンオフ動作させることができる。

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態のＬＥＤ駆動回路１０ｄは、図４を参照すると、第３の実施の形態のＬＥＤ駆動回路１０ｃと同様に第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とが直列に接続されており、第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とをマイナスバッファＢＦ２を備えた制御回路Ｔｄから出力されるマイナス出力波形によって駆動している。

パルス発生器Ｔ２の出力端子は、マイナスバッファ回路ＢＦ２を介して駆動信号出力端子ＯＵＴ３に接続されている。そして、駆動信号出力端子ＯＵＴ３は、カップリングコンデンサＣ５を介して第１のスイッチング素子Ｑ１のゲート端子に接続されていると共に、第２のスイッチング素子Ｑ２のゲート端子に直接接続されている。

マイナスバッファＢＦ２を備えた制御回路Ｔｄを用いることで、マイナス出力波形で１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とを駆動することができるため、スイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２のオフ状態を維持することができる。なお、マイナス電圧でも制御回路Ｔｄ内部の寄生素子が動作しないように、制御回路Ｔｄは誘電体分離構造に代表されるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）で構成されることが好ましい。

以上のように、第４の実施の形態によれば、第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とが直列に接続されており、第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とをマイナスバッファＢＦ２によってマイナスの波形に変換した前記パルス信号でオンオフ動作させるように構成されている。
この構成により、ノーマリーオンタイプのワイドバンドギャップ半導体を、直列に接続された第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２としてそれぞれ用いて、第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とを他励制御でそれぞれオンオフ動作させることができる。

（第５の実施の形態）
第５の実施の形態のＬＥＤ駆動回路１０ｅは、図５を参照すると、第３の実施の形態のＬＥＤ駆動回路１０ｃと同様に第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とが直列に接続されており、ハイサイド側の第１のスイッチング素子Ｑ１を、リアクトルＬに磁気結合されている巻線ＡＷに誘起される負電圧を用いてオフ制御している。

リアクトルＬに磁気結合されている巻線ＡＷは、一端がリアクトルＬと第２のスイッチング素子Ｑ２のソース端子との接続点に接続され、他端がカップリングコンデンサＣ６を介して第１のスイッチング素子Ｑ１のゲート端子に接続されている。これにより、リアクトルＬの電圧極性が反転すると、巻線ＡＷには第１のスイッチング素子Ｑ１のゲート端子が負電位になる電圧が誘起され、第１のスイッチング素子Ｑ１がオフ状態に維持される。

以上のように、第５の実施の形態によれば、第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とリアクトルにＬとが直列に接続されており、ハイサイド側の第１のスイッチング素子Ｑ１は、リアクトルＬに磁気結合された巻線ＡＷに誘起される電圧を用いてオフ動作させ、ローサイド側の第２のスイッチング素子Ｑ２は、自己バイアス回路（ツェナーダイオードＺＤ２、抵抗Ｒ３）による第２のスイッチング素子Ｑ２のオフ動作をパルス発生回路Ｔ２から出力されたパルス信号によって解消させることでオンオフ動作させるように構成されている。
この構成により、ノーマリーオンタイプのワイドバンドギャップ半導体を、直列に接続された第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２としてそれぞれ用いて、ハイサイド側の第１のスイッチング素子Ｑ１を自励制御で、ローサイド側の第２のスイッチング素子Ｑ２を他励制御でそれぞれオンオフ動作させることができる。

（第６の実施の形態）
第６の実施の形態のＬＥＤ駆動回路１０ｆは、図６を参照すると、第１の実施の形態の構成に加え、出力端子Ｖｏｕｔ＋と、制御回路Ｔａの制御部電源端子Ｖｃｃとの間にダイオードＤ２が接続されている。ダイオードＤ２は、アノードが出力端子Ｖｏｕｔ＋に、カソードが制御部電源端子Ｖｃｃにそれぞれ接続されている。この構成により、制御回路Ｔａの起動後は、制御回路Ｔａに動作電力を供給するコンデンサＣ４に負荷回路であるＬＥＤアレイＬＤからブートストラップ構成で電力が供給される。

以上のように、第６の実施の形態によれば、パルス発生回路Ｔ２及びパルス信号変換回路（制御回路Ｔａ）の電源をＬＥＤアレイＬＤのアノード側からブートストラップ構成で供給する電力供給回路（ダイオードＤ２）を備えている。
この構成により、リアクトルＬに制御回路Ｔａに電力を供給する補助巻線を設ける必要がなく、リアクトルＬとして２端子型の既製部品を使用することができ、コストを大幅に低減することができる。

（第７の実施の形態）
第７の実施の形態のＬＥＤ駆動回路１０ｇは、図７を参照すると、第３の実施の形態のＬＥＤ駆動回路１０ｃと同様に第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２とが直列に接続されており、ハイサイド側の第１のスイッチング素子Ｑ１のゲート端子には、制御回路Ｔｇに設けられた定電圧回路Ｔ４によって定電圧（０Ｖ）が印加されている。そして、ローサイド側の第２のスイッチング素子Ｑ２のゲート端子には、オペアンプＯＰ１からの差分信号がバッファＢＦ３を介して印加されている。バッファＢＦ３の負電源は、ＬＥＤ駆動回路１０ｇの接地端子に接続されており、バッファＢＦ３は、差分信号を第２のスイッチング素子Ｑ２を定電流素子として制御可能な範囲のマイナス電圧に変換する。この構成により、なお、リアクトルＬを流れる電流が第２のスイッチング素子Ｑ２の定電流値に到達すると、第２のスイッチング素子Ｑ２のドレイン端子、すなわち第１のスイッチング素子Ｑ１のソース端子の電圧が急激に立ち上がる。これにより、第１のスイッチング素子Ｑ１のＶｇｓがマイナス電位になって、第１のスイッチング素子Ｑ１がオフされる。その後、第２のスイッチング素子Ｑ２を流れる電流が定電流値以下となるため、再び第１のスイッチング素子Ｑ１がオン動作となってしまうので、回生ダイオードＤ１が導通している回生期間は、第１のスイッチング素子Ｑ１のオフ動作を維持する必要がある。図５に示す第５の実施の形態では、リアクトルＬに磁気結合されている巻線ＡＷから、第１のスイッチング素子Ｑ１のオフ信号を得ているが、回生ダイオードＤ１の導通期間に発生する臨界動作信号でも同様のオフ信号とすることができる。例えば、出力電圧Ｖｏｕｔ＋側から、図７には図示しないブートストラップ回路を接続することで、臨界動作信号を得られる。この信号が発生している期間に、オペアンプＯＰ１の基準電圧Ｖｒｅｆ１を下げることで、第２のスイッチング素子Ｑ２のオフ状態が維持されるので、同時に第１のスイッチング素子Ｑ１のオフ状態も維持することができる。なお、ＬＥＤ駆動回路１０ｇの接地端子に接続される素子や回路は、ＡＣ入力電圧の整流後電圧１４０Ｖ〜４００Ｖ程度の高耐圧に耐えうる設計が必要になる。

なお、本実施の形態では、昇降圧チョッパ回路について説明したが、本発明は、降圧チョッパ回路にも適用可能である。

なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。

１０ａ ＬＥＤ駆動回路（第１の実施の形態）
１０ｂ ＬＥＤ駆動回路（第２の実施の形態）
１０ｃ ＬＥＤ駆動回路（第３の実施の形態）
１０ｄ ＬＥＤ駆動回路（第４の実施の形態）
１０ｅ ＬＥＤ駆動回路（第５の実施の形態）
１０ｆ ＬＥＤ駆動回路（第６の実施の形態）
１０ｇ ＬＥＤ駆動回路（第７の実施の形態）
ＢＦ１、ＢＦ３ バッファ回路
ＢＦ２ マイナスバッファ回路
Ｃ１ バイパスコンデンサ
Ｃ２ 出力コンデンサ
Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６ カップリングコンデンサ
Ｄ１ 回生ダイオード
Ｄ２ ダイオード
Ｌ リアクトル
ＬＤ ＬＥＤアレイ
Ｑ１ スイッチング素子（第１のスイッチング素子）
Ｑ２ スイッチング素子（第２のスイッチング素子）
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ 抵抗
Ｒｓ 電流検出抵抗
Ｔａ 制御回路（第１の実施の形態）
Ｔｂ 制御回路（第２の実施の形態）
Ｔｃ 制御回路（第３の実施の形態）
Ｔｄ 制御回路（第４の実施の形態）
Ｔｅ 制御回路（第５の実施の形態）
Ｔｇ 制御回路（第７の実施の形態）
Ｔ１ 差分回路
Ｔ２ パルス発生回路
Ｔ３ マイナス電源回路
Ｔ４ 定電圧回路
ＺＤ１、ＺＤ２ ツェナーダイオード

Claims (10)

1. ノーマリーオンタイプのスイッチング素子のオンオフ動作によって生成した直流出力によってＬＥＤを定電流で点灯させるＬＥＤ駆動回路であって、
   前記スイッチング素子の出力端子の電位をコモン電位としたプラスのパルス信号を出力するパルス発生回路と、
   該パルス発生回路から出力された前記パルス信号を前記コモン電位からマイナスの波形に変換し、変換した前記パルス信号を前記スイッチング素子の制御端子に出力するパルス信号変換回路と、
   前記スイッチング素子の出力端子の電位に応じて、前記スイッチング素子をオフ動作させる自己バイアス回路とを具備することを特徴とするＬＥＤ駆動回路。
2. 前記パルス信号変換回路は、カップリングコンデンサであることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動回路。
3. 前記パルス信号変換回路は、マイナス電源であることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動回路。
4. 前記スイッチング素子は、直列に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とからなり、
   ハイサイド側の前記第１のスイッチング素子は、前記パルス信号変換回路によってマイナスの波形に変換した前記パルス信号でオンオフ動作させ、
   ローサイド側の前記第２のスイッチング素子は、前記自己バイアス回路による前記第２のスイッチング素子のオフ動作を前記パルス発生回路から出力された前記パルス信号によって解消させることでオンオフ動作させること特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動回路。
5. 前記スイッチング素子は、リアクトルに直列に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とからなり、
   ハイサイド側の前記第１のスイッチング素子は、前記リアクトルに磁気結合された巻線に誘起される電圧を用いてオフ動作させ、
   ローサイド側の前記第２のスイッチング素子は、前記自己バイアス回路による前記第２のスイッチング素子のオフ動作を前記パルス発生回路から出力された前記パルス信号によって解消させることでオンオフ動作させること特徴とする請求項２記載のＬＥＤ駆動回路。
6. 前記パルス発生回路及び前記パルス信号変換回路の電源を前記ＬＥＤのアノード側からブートストラップ構成で供給する電力供給回路を具備することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のＬＥＤ駆動回路。
7. 前記スイッチング素子はゲート端子とソース端子とドレイン端子とを備え、前記出力端子は前記ソース端子であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のＬＥＤ駆動回路。
8. 前記自己バイアス回路は、電源投入時に前記スイッチング素子をオフ動作させることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のＬＥＤ駆動回路。
9. 前記自己バイアス回路は、ツェナーダイオードを含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のＬＥＤ駆動回路。
10. ノーマリーオンタイプのスイッチング素子のオンオフ動作によって生成した直流出力によってＬＥＤを定電流で点灯させるＬＥＤ駆動回路であって、
    前記スイッチング素子の出力端子の電位をコモン電位としたプラスのパルス信号を出力するパルス発生回路と、
    該パルス発生回路から出力された前記パルス信号を前記コモン電位からマイナスの波形に変換し、変換した前記パルス信号を前記スイッチング素子の制御端子に出力するパルス信号変換回路とを具備し、
    前記スイッチング素子は、直列に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とからなり、
    前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とを前記パルス信号変換回路によってマイナスの波形に変換した前記パルス信号でオンオフ動作させること特徴とするＬＥＤ駆動回路。

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