JP7409209B2 - LED power supply device and LED dimming method - Google Patents
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Description
本発明は、オペアンプを用いてLEDを流れるLED電流を制御するLED電源装置及びLED調光方法に関するものである。 The present invention relates to an LED power supply device and an LED dimming method that control an LED current flowing through an LED using an operational amplifier.
一般的に、LED電源装置では、LEDを流れるLED電流を検出抵抗で電圧変換し、その値をオペアンプの反転入力端子にフィードバックすることで、オペアンプ2の非反転入力端子に印加する制御電圧を変化させて調光を行っている(例えば、特許文献1参照)。 Generally, in an LED power supply device, the control voltage applied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 2 is changed by converting the LED current flowing through the LED into a voltage using a detection resistor and feeding back that value to the inverting input terminal of the operational amplifier 2. (For example, see Patent Document 1).
しかしながら、オペアンプは、データシートに規定される範囲内で確率的に正極性、負極性のいずれかに分布する入力オフセット電圧を有している。制御電圧VIN+に対するLED電流ILEDは、図8(a)に示す実線を理想特性(TYP)とした場合、装置毎に点線で示す入力オフセット電圧の分布範囲(マイナス側最大値MIN~プラス側最大値MAX)で上下にばらつきが生じ、オペアンプがプラス極性の入力オフセット電圧を有している場合、制御電圧VIN+を0[mV]とした場合にLED電流ILEDを[0%]にすることができない。そのため、PWM信号等の調光信号に対する制御電圧VIN+を図8(b)に示すように設定した場合、調光信号に対するLED電流ILEDも、図8(c)に点線で示すように、装置毎の入力オフセット電圧の分布範囲内で上下にばらつきが生じることになる。これにより、オペアンプがプラス極性の入力オフセット電圧を有している場合、調光信号を0%付近まで絞っても、LED電流ILEDを0%に制御できないという問題が生じる。 However, the operational amplifier has an input offset voltage that is stochastically distributed in either positive polarity or negative polarity within the range specified in the data sheet. When the solid line shown in FIG. 8(a) is the ideal characteristic (TYP), the LED current I with respect to the control voltage V IN+ If there is variation up and down at the maximum value MAX) and the operational amplifier has a positive polarity input offset voltage, set the LED current I LED to [0%] when the control voltage V IN+ is set to 0 [mV]. I can't. Therefore, when the control voltage V IN+ for a dimming signal such as a PWM signal is set as shown in FIG. 8(b), the LED current I LED for the dimming signal also changes as shown by the dotted line in FIG. 8(c). There will be vertical variations within the input offset voltage distribution range for each device. This causes a problem in that when the operational amplifier has an input offset voltage of positive polarity, the LED current I LED cannot be controlled to 0% even if the dimming signal is narrowed down to around 0%.
本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、オペアンプがプラス極性の入力オフセット電圧を有している場合でも、調光信号によってLED電流ILEDを0%に制御することができるLED電源装置及びLED調光方法を提供する点にある。 The present invention was made in view of such problems, and its purpose is to reduce the LED current I to 0% by using a dimming signal even if the operational amplifier has a positive polarity input offset voltage. The object of the present invention is to provide an LED power supply device and an LED dimming method that can control the LED light intensity.
本発明に係るLED電源装置及びLED調光方法は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
本発明のLED電源装置は、オペアンプの反転入力端子にLEDを流れるLED電流の値をフィードバックし、前記オペアンプの非反転入力端子に調光信号に基づく制御電圧を印加して前記LED電流を制御するLED電源装置であって、前記オペアンプが有する入力オフセット電圧を、前記入力オフセット電圧のプラス側最大値以上に設定されたバイアス電圧の分、マイナス側にバイアスするバイアス回路を具備し、前記バイアス電圧から前記入力オフセット電圧を減算した値をオフセット補正データとして記憶しておき、前記調光信号に対する前記制御電圧の特性を前記制御電圧のプラス方向に前記オフセット補正データの分修正することを特徴とする。
また、本発明のLED調光方法は、オペアンプの反転入力端子にLEDを流れるLED電流の値をフィードバックし、前記オペアンプの非反転入力端子に調光信号に基づく制御電圧を印加して前記LED電流を制御するLED電源装置におけるLED調光方法であって、前記LED電源装置は、前記オペアンプが有する入力オフセット電圧を、前記入力オフセット電圧のプラス側最大値以上に設定されたバイアス電圧の分を、マイナス側にバイアスするバイアス回路を備え、最低レベルの前記調光信号を入力して前記制御電圧を0[mV]とすると共に、前記オペアンプの前記反転入力端子と出力端子とを接続した状態で測定した前記反転入力端子の電位をオフセット補正データとして測定して記憶しておき、前記調光信号に対する前記制御電圧の特性を前記制御電圧のプラス方向に前記オフセット補正データの分修正することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the LED power supply device and LED dimming method according to the present invention are configured as follows.
The LED power supply device of the present invention controls the LED current by feeding back the value of the LED current flowing through the LED to an inverting input terminal of an operational amplifier, and applying a control voltage based on a dimming signal to a non-inverting input terminal of the operational amplifier. The LED power supply device includes a bias circuit that biases an input offset voltage of the operational amplifier to the negative side by a bias voltage set to be higher than the maximum value of the input offset voltage on the positive side, and The present invention is characterized in that a value obtained by subtracting the input offset voltage is stored as offset correction data, and the characteristic of the control voltage with respect to the dimming signal is corrected in the positive direction of the control voltage by the amount of the offset correction data .
Further, in the LED dimming method of the present invention, the value of the LED current flowing through the LED is fed back to an inverting input terminal of an operational amplifier, and a control voltage based on a dimming signal is applied to a non-inverting input terminal of the operational amplifier to control the LED current. An LED dimming method in an LED power supply device for controlling an input offset voltage of the operational amplifier, wherein the LED power supply device controls an input offset voltage of the operational amplifier by a bias voltage set to be equal to or higher than the maximum value on the positive side of the input offset voltage. A bias circuit biased to the negative side is provided, the control voltage is set to 0 [mV] by inputting the dimming signal at the lowest level, and the measurement is performed with the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier connected. The potential of the inverted input terminal is measured and stored as offset correction data, and the characteristic of the control voltage with respect to the dimming signal is corrected by the amount of the offset correction data in a positive direction of the control voltage. do.
本発明は、オペアンプがプラス極性の入力オフセット電圧を有している場合でも、調光信号によってLED電流を0%に制御することができるという効果を奏する。 The present invention has the advantage that even if the operational amplifier has a positive input offset voltage, the LED current can be controlled to 0% by the dimming signal.
以下に、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described based on the accompanying drawings.
(第1の実施の形態)
第1の実施の形態のLED電源装置は、図1を参照すると、LED1のアノードに接続された直流電源VDCと、LED1のカソードと接地端子との間に直列に接続されたnpnトランジスタQ1及び検出抵抗R1と、調光信号に基づいてLED電流ILEDを制御するLED制御部10とを備えている。
(First embodiment)
Referring to FIG. 1, the LED power supply device of the first embodiment includes a DC power supply VDC connected to the anode of LED1, an npn transistor Q1 connected in series between the cathode of LED1, and the ground terminal. It includes a detection resistor R1 and an
LED制御部10は、マイコン11と、デジタルアナログ変換器(以下、DAC)12と、オペアンプ13と、バイアス回路14と、マイコン11の調光信号入力端子D_IN及び補正データ入力端子Rと、オペアンプ13の非反転入力端子IN+、反転入力端子IN-及び出力端子D_OUTとを備えている。
The
npnトランジスタQ1は、コレクタがLED1のカソードに、ベースが出力端子D_OUTに、エミッタが検出抵抗R1を介して接地端子にそれぞれ接続されている。 The npn transistor Q1 has a collector connected to the cathode of the LED1, a base connected to the output terminal D_OUT, and an emitter connected to the ground terminal via the detection resistor R1.
反転入力端子IN-は、npnトランジスタQ1のエミッタと検出抵抗R1との接続点に接続され、LED電流ILEDが検出抵抗R1で電圧変換された信号が入力される。これにより、出力端子D_OUTの電圧はVIN-+Vbeとなり、反転入力端子IN-の電圧VIN-は、VIN-=制御電圧VIN+となるようにフィードバックされ、LED1を流れるLED電流ILEDは、制御電圧VIN+に比例するように制御される。 The inverting input terminal IN- is connected to the connection point between the emitter of the npn transistor Q1 and the detection resistor R1, and receives a signal obtained by converting the LED current ILED into a voltage by the detection resistor R1. As a result, the voltage at the output terminal D_OUT becomes V IN- +V be , the voltage V IN- at the inverting input terminal IN- is fed back so that V IN- = control voltage V IN+ , and the LED current I LED flowing through LED1 is controlled to be proportional to the control voltage V IN+ .
バイアス回路14は、オペアンプ13が有する入力オフセット電圧を、オペアンプ13が有する入力オフセット電圧のプラス側最大値MAX以上に設定されたバイアス電圧Vb分を、マイナス側にバイアスすることで、オペアンプ13の入力オフセット電圧を常にマイナス極性側に分布させる回路である。
The
バイアス回路14によって入力オフセット電圧が常にマイナス極性側に分布するため、制御電圧VIN+に対するLED電流ILEDは、図2(a)に示すように、実線を理想特性(TYP)から点線で示す入力オフセット電圧の分布範囲(下限分布MIN~上限分布MAX)で上下にばらつきが生じても、制御電圧VIN+を0[mV]とした場合にLED電流ILEDを[0%]にすることができる。
Since the input offset voltage is always distributed on the negative polarity side by the
図3を参照すると、オペアンプ13の入力段20は、定電流源21と、MOSFETQ2~Q5からなる差動対22と、MOSFETQ6とMOSFETQ7からなるカレントミラー回路23とを備え、反転入力端子IN-と非反転入力端子IN+との電位差を増幅し、電圧信号として利得段に出力する。
Referring to FIG. 3, the
差動対22において、MOSFETQ2のゲートが反転入力端子IN-に接続され、MOSFETQ3のゲートが非反転入力端子IN+に接続されている。そして、定電流源21から供給される定電流は、MOSFETQ5のソースに直接供給されるのに対し、MOSFETQ4のソースには、バイアス回路14として機能するバイアス抵抗R2を介して供給されるように構成されている。抵抗R2の抵抗値を適切な値に設定することで、オペアンプ13が有する入力オフセット電圧を常にマイナス極性側に分布させることができる。
In the
マイコン11は、ソフトウェアプログラムに記述された命令を実行する情報処理装置であり、調光信号に対する制御電圧VIN+の理想特性(TYP)に基づいて、調光信号入力端子D_INから入力される調光信号に応じた制御電圧VIN+を生成するためのデジタル信号を出力する。マイコン11から出力されたデジタル信号は、DAC12によって制御電圧VIN+に変換され、非反転入力端子IN+に印加される。
The
マイコン11は、オフセット補正データが記憶されるメモリ15を備えている。オフセット補正データは、バイアス回路14によってマイナス側にプラス側最大値MAX以上バイアスされた入力オフセット電圧である。出荷時に測定されたオフセット補正データが補正データ入力端子Rを介して入力される。
The
オフセット補正データの測定は、調光信号入力端子D_INに最低レベルである0[%]の調光信号を入力して制御電圧VIN+を0[mV]とすると共に、反転入力端子IN-と出力端子D_OUTとを接続した状態で行い、反転入力端子IN-の電位をオフセット補正データとして測定する。 To measure the offset correction data, input a dimming signal of 0 [%], which is the lowest level, to the dimming signal input terminal D_IN to set the control voltage V IN+ to 0 [mV], and connect the inverting input terminal IN- and the output. This is performed with the terminal D_OUT connected, and the potential of the inverting input terminal IN- is measured as offset correction data.
なお、LED制御部10は、マイコンチップとアナログチップとの2チップ構成として同一パーケージに収容して提供することができる。そして、npnトランジスタQ1や検出抵抗R1もLED制御部10も同一パーケージに収容して提供しても良い。この場合には、オフセット補正データの測定のために、反転入力端子IN-及び出力端子D_OUTは、外部端子として設けると好適である。
Note that the
マイコン11は、メモリ15に記憶されたオフセット補正データ、すなわちバイアス回路14によってバイアスされた入力オフセット電圧分、調光信号に対する制御電圧VIN+の理想特性(TYP)を制御電圧VIN+のプラス方向に修正する。これにより、図2(b)に実戦と点線とで示す調光信号に対する制御電圧VIN+の理想特性(TYP)と分布範囲とは、バイアス回路14のバイアス電圧Vbからオペアンプ13が有する入力オフセット電圧を減算した値分、プラス方向に修正される。これにより、調光信号に対するLED電流ILEDの調光特性は、図2(c)に示すように、入力オフセット電圧によるバラツキが相殺され、理想に近いものとすることができる。
The
なお、制御電圧VIN+の上限はDAC12等の電源電圧によって決まり、DAC12等の電源電圧はバラツキを有している。そこで、制御電圧VIN+の上限電圧を電源電圧補正データとしてメモリ15に記憶させ、マイコン11は、オフセット補正データに基づいて修正した調光信号に対する制御電圧VIN+の特性を、電源電圧補正データに基づいてさらに修正しても良い。出荷時に測定された電源電圧補正データが補正データ入力端子Rを介して入力される。
Note that the upper limit of the control voltage V IN+ is determined by the power supply voltage of the
電源電圧補正データの測定は、調光信号入力端子D_INに最高レベルである100[%]の調光信号を入力し、反転入力端子IN-と任意電圧(接地端子、出力端子D_OUT等)とを接続した状態で行い、非反転入力端子IN+の電位を電源電圧補正データとして測定する。 To measure the power supply voltage correction data, input the highest level dimming signal of 100% to the dimming signal input terminal D_IN, and connect the inverting input terminal IN- to any voltage (ground terminal, output terminal D_OUT, etc.). This is carried out in the connected state, and the potential of the non-inverting input terminal IN+ is measured as power supply voltage correction data.
これにより、図4(a)に示すように、オフセット補正データに基づいて調光信号に対する制御電圧VIN+の特性が修正された後、図4(b)に示すように、電源電圧補正データに基づいて制御電圧VIN+の上限及び傾きを修正することができる。 As a result, as shown in FIG. 4(a), after the characteristics of the control voltage V IN+ with respect to the dimming signal are corrected based on the offset correction data, as shown in FIG. Based on this, the upper limit and slope of the control voltage V IN+ can be modified.
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態のLED電源装置は、図5を参照すると、LED制御部10aにおいて、DAC12の代わりに、バッファ16と、抵抗R3とコンデンサC1とからなるローバスフィルタが設けられている。このように制御電圧VIN+を生成する構成には特に制限はない。
(Second embodiment)
Referring to FIG. 5, in the LED power supply device of the second embodiment, the
(第3の実施の形態)
第3の実施の形態のLED電源装置は、図6を参照すると、降圧チョッパー方式のスイッチング電源にLED制御部10が組み込まれている。PWM生成部30は、LED制御部10の出力端子D_OUTから出力される制御信号に基づいたデューティ比のPWM信号を生成し、生成したPWM信号でスイッチング素子Q6を駆動する。これにより、LED電流ILEDがLED制御部10の調光信号入力端子D_INから入力される調光信号に基づいた値にフィードバック制御される。このように、本発明に係るLED電源装置は、昇圧式や昇降圧式等の各種のスイッチング電源に組み込むことができる。
(Third embodiment)
Referring to FIG. 6, in the LED power supply device of the third embodiment, an
(第4の実施の形態)
第4の実施の形態のLED電源装置は、図7を参照すると、交流入力電力を所望の直流出力電力に変換してLED1に供給するLED駆動装置であり、LED1とnpnトランジスタQ1との接続点におけるフィードバック電圧に基づきMOSFETQ9をオンオフ制御することにより直流出力電力を所定値に制御する1次側制御部40を備えている。
(Fourth embodiment)
Referring to FIG. 7, the LED power supply device of the fourth embodiment is an LED drive device that converts AC input power into desired DC output power and supplies it to LED1, and is a connection point between LED1 and npn transistor Q1. The primary
1次側制御部40で定電圧制御をしただけは、LED1に印加される電圧にはリプル電圧が発生しているため、LED電流ILEDにもリプル電流が発生する。そこで、LED制御部10によって、そのリプル電圧を低減し、LED電流ILEDのリプル電流を低減している。すなわち、LED制御部10は、LED電流ILEDを制御する調光機能と共に、LED1に流れるリプル電流を低減する機能を有している。これにより、LED電流ILEDを0%付近まで電流制御できると共に、LED1に流れるリプル電流を低減できるため、LED1のちらつきが少ない安定した調光を行うことができる。
Although constant voltage control is performed by the primary
以上説明したように、本実施の形態は、オペアンプ13の反転入力端子IN-にLED1を流れるLED電流ILEDの値をフィードバックし、オペアンプ13の非反転入力端子IN+に調光信号に基づく制御電圧VIN+を印加してLED電流ILEDを制御するLED電源装置であって、オペアンプ13が有する入力オフセット電圧を、入力オフセット電圧のプラス側最大値MAX以上に設定されたバイアス電圧Vb分をマイナス側にバイアスするバイアス回路14を具備することを特徴とする。
この構成により、オペアンプがプラス極性の入力オフセット電圧を有している場合でも、調光信号によってLED電流ILEDを0%に制御することができる
As explained above, in this embodiment, the value of the LED current I flowing through LED1 is fed back to the inverting input terminal IN- of the
With this configuration, even if the operational amplifier has a positive polarity input offset voltage, the LED current I LED can be controlled to 0% by the dimming signal.
さらに、本実施の形態では、バイアス電圧Vbから入力オフセット電圧を減算した値をオフセット補正データとしてメモリ15に記憶しておき、前記調光信号に対する制御電圧VIN+の特性を制御電圧VIN+のプラス方向にオフセット補正データ分修正する。
この構成により、入力オフセット電圧によるバラツキを相殺して、調光信号に対するLED電流ILEDの調光特性を理想に近いものとすることができる。
Furthermore, in this embodiment, the value obtained by subtracting the input offset voltage from the bias voltage Vb is stored in the
With this configuration, variations due to the input offset voltage can be canceled out, and the dimming characteristics of the LED current I in response to the dimming signal can be made close to ideal.
さらに、本実施の形態では、制御電圧VIN+の上限電圧を電源電圧補正データとしてメモリ15に記憶しておき、オフセット補正データに基づいて修正された調光信号に対する制御電圧VIN+の特性に対し、電源電圧補正データに基づいて制御電圧VIN+の上限及び傾きを修正する。
この構成により、調光信号に対する制御電圧VIN+の上限及び傾きを修正でき、調光信号に対するLED電流ILEDの調光特性をさらに理想に近いものとすることができる。
Furthermore, in this embodiment, the upper limit voltage of the control voltage V IN+ is stored in the
With this configuration, the upper limit and slope of the control voltage V IN+ with respect to the dimming signal can be corrected, and the dimming characteristics of the LED current I with respect to the dimming signal can be made closer to the ideal.
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。 Note that it is clear that the present invention is not limited to the above embodiments, and that the embodiments can be modified as appropriate within the scope of the technical idea of the present invention. Further, the number, position, shape, etc. of the above-mentioned constituent members are not limited to the above-mentioned embodiment, but can be set to a suitable number, position, shape, etc. for implementing the present invention. In addition, in each figure, the same code|symbol is attached to the same component.
1 LED
10、10a LED制御部
11 マイコン
12 DAC
13 オペアンプ
14 バイアス回路
15 メモリ
16 バッファ
20 入力段
21 定電流源
22 差動対
23 カレントミラー回路
30 PWM生成部
40 1次側制御部
D_IN 調光信号入力端子
IN+ 非反転入力端子
IN- 反転入力端子
D_OUT 制御信号出力端子
R 補正データ入力端子
R1 検出抵抗
R2 バイアス抵抗
R3 抵抗
Q1 npnトランジスタ
Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7 MOSFET
Q8、Q9 スイッチング素子
1 LED
10, 10a
13
Q8, Q9 switching element
Claims (4)
前記オペアンプが有する入力オフセット電圧を、前記入力オフセット電圧のプラス側最大値以上に設定されたバイアス電圧の分、マイナス側にバイアスするバイアス回路を具備し、
前記バイアス電圧から前記入力オフセット電圧を減算した値をオフセット補正データとして記憶しておき、
前記調光信号に対する前記制御電圧の特性を前記制御電圧のプラス方向に前記オフセット補正データの分修正することを特徴とするLED電源装置。 An LED power supply device that controls the LED current by feeding back the value of an LED current flowing through the LED to an inverting input terminal of an operational amplifier, and applying a control voltage based on a dimming signal to a non-inverting input terminal of the operational amplifier,
comprising a bias circuit that biases the input offset voltage of the operational amplifier to the negative side by a bias voltage set to be higher than the maximum value of the input offset voltage on the positive side ;
A value obtained by subtracting the input offset voltage from the bias voltage is stored as offset correction data,
An LED power supply device characterized in that the characteristics of the control voltage with respect to the dimming signal are corrected in a positive direction of the control voltage by the amount of the offset correction data .
前記オフセット補正データに基づいて修正された前記調光信号に対する前記制御電圧の特性に対し、前記電源電圧補正データに基づいて前記制御電圧の上限及び傾きを修正することを特徴とする請求項1記載のLED電源装置。 storing an upper limit voltage of the control voltage as power supply voltage correction data;
2. An upper limit and a slope of the control voltage are corrected based on the power supply voltage correction data with respect to a characteristic of the control voltage for the dimming signal that has been corrected based on the offset correction data. LED power supply device.
前記LED電源装置は、前記オペアンプが有する入力オフセット電圧を、前記入力オフセット電圧のプラス側最大値以上に設定されたバイアス電圧の分を、マイナス側にバイアスするバイアス回路を備え、
最低レベルの前記調光信号を入力して前記制御電圧を0[mV]とすると共に、前記オペアンプの前記反転入力端子と出力端子とを接続した状態で測定した前記反転入力端子の電位をオフセット補正データとして測定して記憶しておき、
前記調光信号に対する前記制御電圧の特性を前記制御電圧のプラス方向に前記オフセット補正データの分修正することを特徴とするLED調光方法。 An LED dimming method in an LED power supply device, which controls the LED current by feeding back the value of the LED current flowing through the LED to an inverting input terminal of an operational amplifier and applying a control voltage based on a dimming signal to a non-inverting input terminal of the operational amplifier. And,
The LED power supply device includes a bias circuit that biases the input offset voltage of the operational amplifier to the negative side by a bias voltage set to be higher than the maximum value of the input offset voltage on the positive side,
Inputting the dimming signal at the lowest level to set the control voltage to 0 [mV], and offset-correcting the potential of the inverting input terminal measured with the inverting input terminal and output terminal of the operational amplifier connected. Measure and store it as data,
An LED dimming method, characterized in that the characteristics of the control voltage with respect to the dimming signal are corrected in a positive direction of the control voltage by the amount of the offset correction data.
前記オフセット補正データに基づいて修正された前記調光信号に対する前記制御電圧の特性に対し、前記電源電圧補正データに基づいて前記制御電圧の上限及び傾きを修正することを特徴とする請求項3記載のLED調光方法。 inputting the dimming signal at the highest level, measuring and storing the potential of the non-inverting input terminal as power supply voltage correction data with the inverting input terminal of the operational amplifier connected to an arbitrary voltage;
4. The upper limit and slope of the control voltage are corrected based on the power supply voltage correction data with respect to the characteristics of the control voltage for the dimming signal that have been corrected based on the offset correction data. LED dimming method.
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