JP6351800B2 - Ｌｅｄ調光回路 - Google Patents

Description

本発明は、LED調光回路に関し、特に、LEDが受信する電流と調光信号に放物線状の非線形曲線を呈させるLED調光回路に関する。

発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)は、体積が小さく、消費電力が低く、発光効率が高く、寿命が長い等の利点を有するため、様々な電子製品の表示装置に広く応用されている。一般的に、LEDは、LED調光回路により調光をする必要があり、LED調光回路に様々な調光方式があり、そのうち、PWM調光方式が最も常用されている調光方式の1つである。

PWM調光方式では、従来のLED調光回路内に単一のスイッチモジュールを有し、PWM調光はLED調光回路が受信するPWM調光信号のデューティ比を変化することで、該スイッチモジュールの動作を制御し、LED調光回路が出力したLED電流基準信号を調整することにより、LED駆動回路に、LED電流基準信号に基づいて、対応する出力電流を出力させ、LED輝度を調整する目的を達成する。つまり、LED駆動回路が出力する出力電流がLED電流基準信号と対応関係にある。

図1は、従来のLED調光回路がPWM調光方式にて調光する際に、従来のLED調光回路が受信するPWM調光信号とLEDに提供される出力電流の調光曲線図である。図1に示すように、従来のLED調光回路が受信するPWM調光信号とLEDに提供される出力電流の理想的な調光曲線は逆線形関係にある。つまり、従来のLED調光回路は、比較器によりPWM調光信号を逆方向にした後スイッチモジュールに供給することにより、PWM調光信号のデューティ比が0%となった場合に、LEDは、LED駆動回路が出力した100%の出力電流を対応して受信する一方、PWM調光信号が90%である場合に、LEDは、10%の出力電流を対応して受信する。しかし、実際的には、図1に示すように、従来のLED調光回路が受信するPWM調光信号のデューティ比が0%〜5%で変化する場合に、他の回路機能が追加されたため、実際の出力電流は100%であり、PWM調光信号が5%〜100%で変化する場合に、出力電流は100%〜0%で変化し、こういう段階は、逆線形関係である。

しかし、図1から分かるように、従来のLED調光回路が受信するPWM調光信号とLEDに提供される出力電流の調光曲線が逆線形関係の曲線であるため、ユーザがノブ式調光器等のデバイスによりLED輝度を調整する必要がある際に、調光器が送信したPWM調光信号のデューティが比較的小さく、出力電流が比較的大きい場合に、LEDの輝度変化は遅すぎる一方、PWM調光信号のデューティが比較的大きく、出力電流が比較的小さい場合に、LEDの輝度変化は早すぎる。それにより、調光効果が不良となる。

さらに、従来のLED調光回路が受信する調光信号のデューティ比は、実際には、最大90%のみであるため、出力電流を10%にしか調整できず、つまり、従来のLED調光回路の出力電流の調整範囲は10%〜100%だけである。科学技術の発展に伴い、LEDの発光効率がますます向上してきており、同様の輝度では、より小さい出力電流であればよいため、LED調光回路について、調光器が送信する調光信号のデューティ比の変化範囲が変化しない場合に、LED電流基準信号によりLED駆動回路が出力する出力電流の調整範囲を10%-100%から、例えば1%-100%に広げることが期待されている。しかし、従来のLED調光回路は、需要を満たすことができない。

以上の事情を鑑みて、上記の従来技術を改良することができるLED調光回路を開発することは、本発明の解決しようとする問題である。

本発明は、LED調光回路を提供することにより、従来のLED調光回路の調光効果が不良で、LEDが受信する出力電流の調整範囲が狭すぎるため需要を満たすことができない等の問題を解決することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の好ましい実施形態において、第1のPWM信号に基づいて、信号出力端でLED電流基準信号を出力するLED調光回路であって、第1の信号調整回路と、第1の分岐回路と、第2の分岐回路と、第3の抵抗と、第1のキャパシタンスとを含み、前記第1の信号調整回路は、第1のPWM信号を第2のPWM信号に変更し、第1のPWM信号は第2のPWM信号と相補であり、前記第1の分岐回路は、直列に接続されている第1の抵抗と第1のスイッチとを含み、第1の分岐回路の一端が第1の基準信号源に電気的接続され、第1の分岐回路の他端が信号出力端に電気的接続され、且つ第1のスイッチが第2のPWM信号に基づいて、オン・オフし、前記第2の分岐回路は、直列に接続されている第2の抵抗と第2のスイッチとを含み、第2の分岐回路の一端が信号出力端に電気的接続され、第2の分岐回路の他端が接地端に電気的接続され、且つ第2のスイッチが第1のPWM信号に基づいて、オン・オフし、前記第3の抵抗は、信号出力端と接地端との間に電気的接続され、前記第1のキャパシタンスは、信号出力端と接地端との間に電気的接続されているLED調光回路を提供する。

従来のLED調光回路がPWM調光方式にて調光する際に、従来のLED調光回路が受信するPWM調光信号とLEDに提供される出力電流の調光曲線図である。 本発明の第1の好ましい実施例に係るLED調光回路の回路ブロック図である。 第1のPWM信号と、LED駆動回路が図1に示すLED調光回路に基づいて発生する出力電流との調光曲線図である。 本発明第2の好ましい実施例に係るLED調光回路の回路ブロック図である。 図4に示すLED調光回路のRC回路が出力したRC三角波信号の波形模式図である。

1、2:LED調光回路
10:第1の信号調整回路
11:第1の分岐回路
12:第2の分岐回路
13:第1の基準信号源
20:整流回路
21:分離回路
22:RC回路
23:第2の信号調整回路
3:ノブ式調光器
R1:第1の抵抗
R2:第2の抵抗
R3:第3の抵抗
R4:第4の抵抗
R5:第5の抵抗
C1:第1のキャパシタンス
C2:第2のキャパシタンス
Q1:第1のスイッチ
Q2:第2のスイッチ
G:接地端
P1:第1のPWM信号
P2:第2のPWM信号
P3:方形波信号
P4:RC三角波信号
S1:LED電流基準信号

本発明特徴及び利点を説明するための実施例は後述する。本発明の実施形態の様々な変更は、本発明の範囲に含まれるべきである。本発明の実施形態に関する説明及び図面は、本発明を説明するものに過ぎず、本発明を制限しない。

図2は、本発明第1の好ましい実施例のLED調光回路の回路ブロック図である。図2に示すように、本発明のLED調光回路1は、調光回路への入力信号となる第1のPWM信号P1を受信し、第1のPWM信号Pに基づいて、LED調光回路1の信号出力端で対応するLED電流基準信号S1を出力することにより、LED調光回路1に電気的接続されているLED駆動回路(図示せず)は、LED電流基準信号S1に基づいて、対応する出力電流を出力して、LED(図示せず)を駆動し、LEDの輝度を調整する。ここで、LED電流基準信号S1とLED駆動回路が出力する出力電流とが比例してもよい。

本実施例において、LED調光回路1は、第1の信号調整回路10、第1の分岐回路11、第2の分岐回路12、第3の抵抗R3、及び第1のキャパシタンスC1を含む。第1の信号調整回路10は、第1のPWM信号P1を受信し、第1のPWM信号P1を第2のPWM信号P2に変換し、ここで、第1のPWM信号P1は、第2のPWM信号P2と相補であり、つまり、第1のPWM信号P1がハイレベルである場合に、第2のPWM信号P2がローレベルであり、逆に、第1のPWM信号P1がローレベルである場合に、第2のPWM信号P2がハイレベルである。また、第1の信号調整回路10は、比較器をさらに含み、比較器は、第1のPWM信号P1を逆方向にする。なお、本発明はこの限りではない。

第1の分岐回路11は、直列に接続されている第1のスイッチQ1と第1の抵抗R1を含み、第1の分岐回路11の一端が第1の基準信号源13（例えば、5V又は3.3V電圧源）に電気的接続され、第1の分岐回路11の他端がLED調光回路1の信号出力端に電気的接続され、該信号出力端がLED電流基準信号S1を出力し、第1のスイッチQ1が第2のPWM信号P2に基づいてオン・オフする。

第2の分岐回路12は、直列に接続されている第2の抵抗R2と第2のスイッチQ2を含み、第2の分岐回路12の一端がLED調光回路1の信号出力端に電気的接続され、第2の分岐回路12の他端が接地端Gに電気的接続され、第2のスイッチQ2が第1のPWM信号P1に基づいてオン・オフする。

第3の抵抗R3は、LED調光回路1の信号出力端と接電端Gとの間に電気的接続され、且つ第2の分岐回路12に並列に接続されている。第1のキャパシタンスC1は、LED調光回路1の信号出力端と接電端Gとの間に電気的接続され、且つ第2の分岐回路12及第3の抵抗R3に並列に接続されている。

図3は、第1のPWM信号と、LED駆動回路が図1に示すLED調光回路に基づいて発生する出力電流との調光曲線図である。図3に示すように、本発明のLED調光回路1は、第1の分岐回路11の第1のスイッチQ1だけじゃなく、第2の分岐回路12の第2のスイッチQ2を含み、且つ第1のスイッチQ1及び第2のスイッチQ2が相補である第2のPWM信号と第1のPWM信号により制御されるため、第1のスイッチQ1がオフし、第2のスイッチQ2がオンする場合に、LED調光回路1が出力するLED電流基準信号S1の電圧レベルは、第2のスイッチQ2のオンによりプルダウンされるため、第1のPWM信号P1とLEDに提供される出力電流との間の調光曲線は、逆線形関係の曲線ではなく、放物線状の非線形曲線となる。第1のPWM信号P1のデューティが比較的小さく、出力電流が比較的大きい(例えば、図3の左に近い領域場合に、出力電流の変化の傾きが大きく、LEDの輝度が早くなるのに対し、第1のPWM信号P1のデューティ比が比較的大きく、出力電流が比較的大きい場合に、出力電流の変化の傾きが小さく、LEDの輝度の変化が遅くなるため、本発明のLED調光回路1は、LEDの調光効果を良好にすることができ、人間の目の調光輝度の変化に対する感知により適する。

いくつかの実施例において、図2に示すように、第1の抵抗R1は、第1の基準信号源13と第1のスイッチQ1との間に電気的接続されている。第1のスイッチQ1は、第1の抵抗R1とLED調光回路1の信号出力端との間に電気的接続されている。第2の抵抗R2は、LED調光回路1の信号出力端と第2のスイッチQ2との間に電気的接続されている。第2のスイッチQ2は、第2の抵抗R2と接地端Gとの間に電気的接続されている。なお、他の実施例において，第1の抵抗R1と第1のスイッチQ1の接続位置を互いに交換してもよく、第2の抵抗R2と第2のスイッチQ2の接続位置も互いに交換してもよい。

また、図3に示すように、LED電流基準信号S1の第1のPWM信号P1のデューティ比に対する変化は、実際に、非線形連続的な変化である。

他の実施例において、LED調光回路1は、ノブ式調光器3に連結されることができ、ノブ式調光器3は、第1のPWM信号P1を提供し、ノブ式調光器3を回すことにより、第1のPWM信号P1のデューティ比を調整する。また、実施例において、調光器3はそれ自体の特性により、提供する第1のPWM信号P1の最大デューティ比が0.95より小さい。しかし、本発明において、第1のPWM信号の源は、ノブ式調光器に限られず、スライド式調光器等の他の調光器であってもよく、他の調光方式による変換であってもよい。例えば、0-10V調光方式、可変抵抗調光方式等の他の調光方式による出力信号をさらにPWM信号に変換するが、本発明はこの限りではない。

図4は、本発明第2の好ましい実施例のLED調光回路の回路ブロック図である。図4に示すように、本実施例のLED調光回路2の構造の一部は、図2に示すLED調光回路1に類似し、回路の構造と機能が類似する部分について、説明を省略する。図2に示すLED調光回路1に比べると、本実施例のLED調光回路2は、整流回路20及び分離回路21をさらに含む。整流回路20は、方形波信号P3を受信し、方形波信号P3を第1のPWM信号P1に整流する。分離回路21の入力側が整流回路20に電気的接続され、第1のPWM信号P1を受信し、分離回路21の出力側が第1の信号調整回路10に電気的接続され、分離回路21は、フォトカプラを含んでもよいが、この限りではない。分離回路21は分離方式により第1のPWM信号P1を第1の信号調整回路10に伝送する。

LED調光回路2は、第1の基準信号源13とLED調光回路2的信号出力端との間に電気的接続されている第4の抵抗R4をさらに含んでもよい。第4の抵抗R4は、可変抵抗で構成されてもよく、且つ(第4の抵抗R4/第3の抵抗R3):(第1の抵抗R1/第3の抵抗R3)の抵抗比が19:1より大きく、即ち、第4の抵抗R4:第1の抵抗R1の抵抗比が19:1より大きくてもよいが、本発明はこれに限られない。第4の抵抗R4の設置より分かるように、LED電流基準信号S1の最大値は、実際に、第1の抵抗R1、第3の抵抗R3及び第4の抵抗R4の分圧により生成される(第1のスイッチQ1がオンし、第2のスイッチQ2がオフする状態で生成される)一方、LED電流基準信号S1の最小値は、第2の抵抗R2、第3の抵抗R3、及び第4の抵抗R4の分圧により生成され(第1のスイッチQ1がオフし、第2のスイッチQ2がオンする状態で生成される)。

また、第1のPWM信号P1のデューティ比が90%より大きい場合に、LEDが受信する出力電流を10%より小さく、例えば1%に調整することができるために、図4に示すように、LED調光回路2は、RC回路22をさらに含む。該RC回路22は、第1の信号調整回路10と第1のスイッチQ1の制御端との間に電気的接続され、RC時定数に基づいて、第2のPWM信号P2を変調して、RC三角波信号P4を生成することにより、第1のスイッチQ1がRC三角波信号P4に基づいてオン・オフする。RC回路22により第2のPWM信号P2をフィルタすることにより、電圧レベルが第2のPWM信号P2より低いRC三角波信号P4を生成することができ、このように、第1のPWM信号P1が徐々に大きくなり、例えば、90%より大きく、第2のPWM信号P2の電圧レベルを徐々に低くする場合に、第1のスイッチQ1はRC回路22により早めにオフする。この場合に、LED電流基準信号S1の最小値が第2の抵抗R2、第3の抵抗R3及び第4の抵抗R4の分圧により生成されるため、第3の抵抗R3及び第4の抵抗R4の抵抗値を調整することにより、LEDが受信する出力電流を10%より小さく、例えば1%に制御することができる。

図5は、図4に示すLED調光回路のRC回路が出力したRC三角波信号の波形模式図である。図5にしめすように、RC三角波信号P4は、実際に、曲線を有する近似三角形波形を含む。また、第1のPWM信号P1のデューティ比が90%より大きい場合に、第1のスイッチQ1がRC回路22により早めにオフするように、RC時定数は、第1のPWM信号P1の周期の5%~20%であることが好ましい。以上より分かるように、第1のPWM信号P1のデューティ比が90%より大きい場合に、第1のスイッチQ1がオフする限り、LEDが受信する出力電流を10%より小さく、例えば1%にすることができる。そのため、第1のPWM信号P1のデューティ比が90%より大きい場合に、RC三角波信号P4のピーク電圧が第1のスイッチQ1のオン閾値より小さくなる。それにより、第1のPWM信号P1のデューティ比が90%より大きい場合に限り、第1のスイッチQ1をオフすることができる。

図4に示すように、いくつかの実施例において、RC回路22は、第2のキャパシタンスC2及び第5の抵抗R5を含む。第5の抵抗R5の一端が第1の信号調整回路10に電気的接続され、第5の抵抗R5の他端が第1のスイッチQ1の制御端に電気的接続されている。第2のキャパシタンスC2の一端が第1のスイッチQ1の制御端及び第5の抵抗R5の他端に電気的接続され、第2のキャパシタンスC2の他端が接地端Gに電気的接続されている。

さらに、他の実施例において、LED調光回路2は、第2の信号調整回路23をさらに含み、該第2の信号調整回路23は、第1のPWM信号P1を受信し、第2のスイッチQ2の制御端に電気的接続され、第2の信号調整回路23は、比較器で構成され、且つ第2の信号調整回路23の比較器が第1のPWM信号P1を受信し、第2の信号調整回路23の実際に出力する信号が第1のPWM信号P1と一致するため、第2の信号調整回路23は、実際に第1のPWM信号P1の伝送精度を向上させるために用いられる。

以上より、本発明は、LED調光回路を提供する。該LED調光回路は、第1の分岐回路の第1のスイッチだけではなく、第2の分岐回路の第2のスイッチを含み、且つ第1のスイッチ及び第2のスイッチは、それぞれ相補である第2のPWM信号と第1のPWM信号に制御されるため、第1のPWM信号とLEDに提供される出力電流との調光曲線は放物線状の非線形曲線となることで、本発明のLED調光回路はLEDの調光効果を向上させる。また、本発明のLED調光回路は、RC回路により第1のスイッチを早めにオフにするため、第1のPWM信号のデューティ比が90%より大きい場合に、 LEDが受信する出力電流を10%より小さく制御することができる。よって、本発明のLED調光回路は、現在のLED調光の需要を満たす。

当業者であれば、本発明に様々な変更及び修飾を加えることができるが、これらの変更及び修飾は本発明の保護範囲に含まれる。

Claims (12)

1. 第1のPWM信号に基づいて、信号出力端でLED電流基準信号を出力するLED調光回路であって、第1の信号調整回路と、第1の分岐回路と、第2の分岐回路と、第3の抵抗と、第1のキャパシタンスと、を備え、
   前記第1の信号調整回路は、該第1のPWM信号を第2のPWM信号に変換し、該第1のPWM信号が該第2のPWM信号と相補であり、
   前記第1の分岐回路は、直列に接続されている第1の抵抗と第1のスイッチを含み、該第1の分岐回路の一端が第1の基準信号源に電気的接続され、該第1の分岐回路の他端が該信号出力端に電気的接続され、且つ該第1のスイッチが該第2のPWM信号に基づいて、オン・オフし、
   前記第2の分岐回路は、直列に接続されている第2の抵抗と第2のスイッチを含み、該第2の分岐回路の一端が該信号出力端に電気的接続され、該第2の分岐回路の他端が接地端に電気的接続され、且つ該第2のスイッチが該第1のPWM信号に基づいて、オン・オフし、
   前記第3の抵抗は、該信号出力端と該接地端との間に電気的接続されており、
   前記第1のキャパシタンスは、該信号出力端と該接地端との間に電気的接続されていることを特徴とするLED調光回路。
2. 分離回路と、整流回路とをさらに備え、該整流回路は、該第1のPWM信号を受信し、該分離回路の入力側は、該整流回路に電気的接続され、該分離回路の出力側は、該第1の信号調整回路に電気的接続されていることを特徴とする請求項1に記載のLED調光回路。
3. 該第1の基準信号源と該信号出力端との間に電気的接続されている第4の抵抗をさらに備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のLED調光回路。
4. 該第4の抵抗と該第1の抵抗との抵抗比が19:1より大きいことを特徴とする請求項3に記載のLED調光回路。
5. 該LED電流基準信号の最大値は、該第1の抵抗、該第3の抵抗、及び該第4の抵抗の分圧により生成され、該LED電流基準信号の最小値は、該第2の抵抗、該第3の抵抗、及び該第4の抵抗の分圧により生成されることを特徴とする請求項3又は4に記載のLED調光回路。
6. RC回路をさらに備え、該RC回路は、該第1の信号調整回路と該第1のスイッチの制御端との間に電気的接続され、RC時定数に基づいて、該第2のPWM信号を変調することによりRC三角波信号を生成し、該第1のスイッチは、該RC三角波信号に基づいて、オン・オフすることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のLED調光回路。
7. 該RC時定数は、該第1のPWM信号の周期の5%-20%であることを特徴とする請求項6に記載のLED調光回路。
8. 該第1のPWM信号のデューティが0.9より大きい場合に、該RC三角波信号は該第1のスイッチのオン閾値より小さいことを特徴とする請求項6に記載のLED調光回路。
9. 該RC回路は、第5の抵抗と第2のキャパシタンスとをさらに含み、
   前記第5の抵抗の一端は、該第1の信号調整回路に電気的接続され、前記第5の抵抗の他端は、該第1のスイッチの該制御端に電気的接続されており、
   前記第2のキャパシタンスの一端は、該第5の抵抗の他端と該第1のスイッチの制御端に電気的接続され、該第2のキャパシタンスの他端は、該接地端に電気的接続されていることを特徴とする請求項6〜8のいずれか一項に記載のLED調光回路。
10. 該第1の信号調整回路は、該第1のPWM信号を逆方向にする比較器をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のLED調光回路。
11. 該LED調光回路は、ノブ式調光器又はスライド式調光器に連結され、該ノブ式調光器又は該スライド式調光器が該第1のPWM信号を提供し、且該第1のPWM信号の最大デューティ比が0.95より小さいことを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載のLED調光回路。
12. 該LED電流基準信号の該第1のPWM信号に対するデューティ比の変化は、非線形連続的な変化であることを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載のLED調光回路。