JPWO2013179562A1 - 発光ダイオード駆動装置及び半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
はじめに、本発明の基礎となった知見について、図面を参照しながら説明する。
図1は、実施の形態1に係る発光ダイオード駆動装置80の構成の一例を示す回路図である。本実施の形態に係る発光ダイオード駆動装置80は、1個以上のLED光源を駆動するハイサイドBuckコンバータ型の駆動装置である。
続いて、実施の形態2に係る発光ダイオード駆動装置及び発光ダイオード駆動用の半導体装置について説明する。本実施の形態に係る発光ダイオード駆動装置は、図1における実施の形態1の発光ダイオード駆動装置の導通時間計測回路13が異なる。その他の構成要素は、実施の形態1の発光ダイオード駆動装置と同一であり、それらについての説明は省略する。
続いて、実施の形態3に係る発光ダイオード駆動装置及び発光ダイオード駆動用の半導体装置について説明する。本実施の形態に係る発光ダイオード駆動装置は、入力ハーフサイクルの最初の一定期間はスイッチング素子のピーク電流検出値を低く抑えることを特徴とする。
続いて、実施の形態4に係る発光ダイオード駆動装置及び発光ダイオード駆動用の半導体装置について説明する。本実施の形態に係る発光ダイオード駆動装置は、実施の形態1と比較してスイッチング駆動回路50及び制御回路53の構成が異なる。
続いて、実施の形態5に係る発光ダイオード駆動装置及び発光ダイオード駆動用の半導体装置について説明する。
2 LED光源
3 チョークコイル
4、18 整流ダイオード
5、Q1、Q302 スイッチング素子
6、53 制御回路
7 出力電流検出回路
8 フィードバック検出回路
9、51 入力電圧検出回路
10 第1の抵抗
11 第2の抵抗
12、17、31、47、57、60 コンデンサ
13、33、52 導通時間計測回路
14、50 スイッチング駆動回路
15、16 抵抗
19 位相制御調光器
20 電流源
21 誤差増幅器
22 制御信号変換器
23、45、46 比較器
24 サンプリングホールド回路
25 ピーク電流検出値変換器
26 充放電回路
27、38、41、54 定電流源
28、29、39、40、43、44、48、59 スイッチ
30、37、42 インバータ
32 V−I変換回路
34 発振回路
35 カウンタ
49 クランプ回路
55 レギュレータ
56 発振制御回路
58 トランス
80、81、82 発光ダイオード駆動装置
100 従来の特許文献1記載の発光ダイオード駆動装置
104 調光器回路
108 整流器
112 トランス
118 電源スイッチ
124 フィルタコンデンサ
130 負荷
132 フィードバック回路
136 コントローラ
142 電圧検知入力信号
146 集積回路
200 従来の特許文献記載2の発光ダイオード駆動装置
202 調光回路
203 整流回路
204 導通角波形成形回路
205 平滑回路
206 点灯回路
207 LEDモジュール
208 導通角検出回路
209 制御信号演算回路
210 制御信号発生回路
300 フライバックコンバータ
301、352 制御回路
306 LED光源
350 Buckコンバータ
351 駆動回路
Claims (24)
- 交流電源から入力された交流電圧を整流して直流電圧を出力する整流回路と、
前記整流回路の高電位側に入力端子が接続され前記直流電圧をオンオフするスイッチング素子と、
前記スイッチング素子の出力端子と一端が接続されたチョークコイルと、
前記スイッチング素子の出力端子と前記チョークコイルの前記一端との間に接続され、前記チョークコイルに流れる電流を検出するための出力電流検出回路と、
前記チョークコイルの他端にアノード端子が接続され、前記整流回路の低電位側にカソード端子が接続された少なくとも1つ以上の発光ダイオードで構成されたLED光源と、
前記整流回路の低電位側にアノード端子が接続され、前記スイッチング素子の出力端子にカソード端子が接続され、前記チョークコイルに発生する逆起電力を前記LED光源に供給する整流ダイオードと、
前記スイッチング素子の出力端子と前記整流ダイオードのカソード端子との接続点と同電位の電圧を動作基準電圧とし、前記スイッチング素子のオンオフ動作を制御する駆動信号を出力する制御回路と、
前記出力電流検出回路から出力された出力フィードバック信号を受け取るために接続されたフィードバック検出回路と、
前記整流回路からの整流された入力電圧情報を検知する入力電圧検出回路と、
前記入力電圧検出回路から出力されたスイッチング許可期間信号を計測する導通時間計測回路とを備え、
前記フィードバック検出回路は、前記出力電流検出回路へフィードバックダミー電流を出力し、
前記導通時間計測回路は、計測した時間に応じて前記フィードバック検出回路のフィードバックダミー電流を調整し、
前記フィードバック検出回路は、前記出力フィードバック信号と前記フィードバックダミー電流によって発生するフィードバックダミー信号の誤差に基づいた信号に応じて、前記スイッチング素子のスイッチングを制御する信号を前記制御回路へ出力する
発光ダイオード駆動装置。 - 前記交流電源と前記整流回路との間に、交流の導通角を制御することにより前記整流回路へ出力される電圧の位相を制御する位相制御調光器を備える
請求項1に記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記出力電流検出回路は、
前記スイッチング素子の出力端子と前記チョークコイルの一端に接続された第1の抵抗と、
前記フィードバック検出回路から前記フィードバックダミー電流を出力するフィードバック検知端子と前記チョークコイルの一端に接続された第2の抵抗と、
前記スイッチング素子の出力端子と前記フィードバック検出回路のフィードバック検知端子との間に接続されたコンデンサとを有し、
前記出力フィードバック信号は、前記チョークコイルに流れる電流によって第1の抵抗の両端に発生する第1の電位差であり、前記フィードバックダミー信号は前記フィードバックダミー電流によって前記第2の抵抗の両端に発生する第2の電位差であり、
前記フィードバック検出回路は、
フィードバックダミー電流を供給する調整可能な電流源と、
前記第1の電位差と前記第2の電位差の電圧差によって前記フィードバック検知端子と前記制御回路の動作基準端子との間に発生する電圧と、前記フィードバック検出回路の参照電圧とを比較する誤差増幅器と、
前記誤差増幅器からの出力信号に基づいて、前記スイッチング素子を制御するための制御信号を生成する制御信号変換器とを備え、
前記制御回路は、
前記第1の電位差と前記第2の電位差の電圧差によって前記フィードバック検知端子と前記制御回路の動作基準端子との間に発生する電圧が前記誤差増幅器の参照電圧よりも高い場合は、前記制御信号変換器からの制御信号によって実質的に前記LED光源へのエネルギー出力を増加させる制御を行い、
前記第1の電位差と前記第2の電位差の電圧差によって前記フィードバック検知端子と前記制御回路の動作基準端子との間に発生する電圧が前記誤差増幅器の参照電圧よりも低い場合は、前記制御信号変換器からの制御信号によって実質的に前記LED光源へのエネルギー出力を減少させる制御を行う
請求項1又は2に記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記誤差増幅器の参照電圧は、前記制御回路の動作基準電圧と実質的に等しい
請求項3に記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記入力電圧検出回路は、前記スイッチング素子のオンオフ動作におけるオフ期間に前記入力電圧情報をサンプリング信号としてサンプリングし、前記スイッチング素子のオンオフ動作におけるオン期間に前記サンプリング信号を保持するサンプリングホールド回路を備える
請求項1から4のいずれか1項に記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記入力電圧検出回路は、前記スイッチング素子のオンオフ動作におけるターンオフ後の予め設定されたサンプリング期間に前記入力電圧情報をサンプリング信号としてサンプリングし、前記サンプリング期間の後に前記サンプリング信号を保持するサンプリングホールド回路を備える
請求項1から4のいずれか1項に記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記入力電圧検出回路は、
前記サンプリング信号が予め設定された第1の基準レベル以上の場合に前記スイッチング素子のスイッチング動作を許可し、前記サンプリング信号が予め設定された第1の基準レベルのヒステリシス値以下の場合に前記スイッチング素子のスイッチング動作を禁止させるスイッチング許可期間信号を、前記制御回路と前記導通時間計測回路とに出力する比較器と、
前記サンプリング信号が予め設定された第1の基準レベル以上の場合に、前記サンプリング信号のレベルに応じて前記スイッチング素子に流れるピーク電流検出値を予め設定されたレートで変化させ、前記ピーク電流検出値が予め設定された上限値に達するとピーク電流検出値を上限値で保持する信号を前記制御回路に出力するピーク電流検出値変換器とを備える
請求項5又は6に記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記導通時間計測回路は、充放電回路を備え、
前記導通時間計測回路は、
前記入力電圧検出回路のスイッチング許可期間信号の許可信号に応じて前記充放電回路の充電を行い、充電された電圧レベルに応じて前記フィードバック検出回路のフィードバックダミー電流を調整し、
前記スイッチング許可期間信号の禁止信号に応じて前記充放電回路の放電を行い前記フィードバック検出回路のフィードバックダミー電流をゼロレベルに設定する
請求項1又は7に記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記導通時間計測回路は、予め設定された周波数を有する発振回路とカウンタとを備え、
前記入力電圧検出回路のスイッチング許可期間信号の許可信号に応じて前記発振回路を動作させて一定周期のクロック信号を前記カウンタに入力し、
前記カウンタは、入力されたクロック信号のカウント数に応じて前記フィードバック検出回路のフィードバックダミー電流を調整し、
前記スイッチング許可期間信号の禁止信号に応じて前記発振回路を停止させ、前記カウンタのカウント数をリセットし、前記フィードバック検出回路のフィードバックダミー電流をゼロレベルに設定する
請求項1又は7に記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記導通時間計測回路は、さらにクランプ回路を備え、
前記入力電圧検出回路のスイッチング許可期間信号の許可信号時間が予め設定された第1の時間を示すしきい値以下の場合は、前記フィードバック検出回路のフィードバックダミー電流を予め設定された下限値で保持し、
前記入力電圧検出回路のスイッチング許可期間信号の許可信号時間が予め設定された第2の時間を示すしきい値以上の場合は、前記フィードバック検出回路のフィードバックダミー電流を予め設定された上限値で保持する
請求項8又は9に記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記クランプ回路の第2の時間を示すしきい値は、7ms以下である
請求項10に記載の発光ダイオード駆動装置。 - ある入力ハーフサイクルで前記入力電圧検出回路から出力されたスイッチング許可期間信号の許可期間を計測して調整された前記フィードバックダミー電流は、
次の入力ハーフサイクルにスイッチング許可期間信号が出力された時に前記フィードバック検出回路のフィードバックダミー電流として適用され、そのスイッチング許可期間はその値が保持される
請求項1から11のいずれか1項に記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記制御回路は、前記フィードバック検出回路の前記制御信号変換器からの制御信号によって、前記スイッチング素子のスイッチング周波数を制御する
請求項1から12のいずれか1項に記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記制御回路は、前記フィードバック検出回路の前記制御信号変換器からの制御信号によって一定の周波数で動作する前記スイッチング素子のオン時間を制御する
請求項1から12のいずれか1項に記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記制御回路は、前記フィードバック検出回路の前記制御信号変換器からの制御信号によって一定の周波数で動作する前記スイッチング素子のピーク電流値を制御する
請求項1から12のいずれか1項に記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記入力電圧検出回路は、前記整流回路からの入力電圧情報に基づき前記スイッチング素子のピーク電流検出値を制御する信号を前記制御回路へ出力し、
前記制御回路は、前記整流回路によって整流された入力電圧と前記スイッチング素子のスイッチング動作によって発生する入力電流が実質的に比例するように前記スイッチング素子に流れる電流値を制御する
請求項13に記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記入力電圧検出回路は、前記整流回路からの入力電圧情報に基づき前記スイッチング素子のオン時間を制御する信号を前記制御回路へ出力し、
前記制御回路は、前記整流回路によって整流された入力電圧と前記スイッチング素子のスイッチング動作によって発生する入力電流が実質的に比例するように前記スイッチング素子に流れる電流値を制御する
請求項13に記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記入力電圧検出回路は、前記スイッチング許可期間信号の許可信号が出力されてから予め設定された一定期間は前記スイッチング素子のピーク電流検出値を予め設定された上限値よりも小さい所望の値に設定する信号を前記制御回路へ出力する
請求項1から17のいずれか1項に記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記入力電圧検出回路は、前記スイッチング許可期間信号の許可信号が出力されてから予め設定された一定期間は前記スイッチング素子のスイッチング周波数を予め設定された上限値よりも小さい所望の値に設定する信号を前記制御回路へ出力する
請求項1から17のいずれか1項に記載の発光ダイオード駆動装置。 - 前記制御回路は、
前記整流回路の高電位側に一端が接続された定電流源と、
前記定電流源の他端に接続され、前記定電流源の出力電圧が所定値以上であれば起動信号を出力し、前記定電流源の出力電圧が所定値未満であれば停止信号を出力するレギュレータとを備え、
前記レギュレータが起動信号を出力している期間中に、前記導通時間計測回路は、前記スイッチング許可期間信号の許可信号時間が予め設定された第3の時間を示すしきい値以上の場合には、前記フィードバック検出回路のフィードバックダミー電流を予め設定された上限値に固定する
請求項18又は19に記載の発光ダイオード駆動装置。 - 交流電源から入力された交流電圧を整流して直流電圧を出力する整流回路と、
少なくとも1つ以上の発光ダイオードで構成されたLED光源を含む負荷と、
前記整流回路の高電位側と前記負荷に結合されたエネルギー変換回路と、
前記エネルギー変換回路の一次側に入力端子が接続され、前記整流回路の低電位側に出力端子が接続された前記直流電圧をオンオフするスイッチング素子と、
前記整流回路の低電位側を動作基準電圧とし、前記スイッチング素子のオンオフ動作を制御する駆動信号を出力する制御回路と、
前記負荷と前記エネルギー変換回路の二次側の低電位側に接続され、前記負荷に流れる電流を検出するための出力電流検出回路と、
前記出力電流検出回路から出力された出力フィードバック信号を受け取るために接続されたフィードバック検出回路と、
前記整流回路からの整流された入力電圧情報を検知する入力電圧検出回路と、
前記入力電圧検出回路から出力されたスイッチング許可期間信号を計測する導通時間計測回路を備え、
前記フィードバック検出回路は前記出力電流検出回路へフィードバックダミー電流を出力し、
前記導通時間計測回路は計測した時間に応じて前記フィードバック検出回路のフィードバックダミー電流を調整し、
前記フィードバック検出回路は前記出力フィードバック信号と前記フィードバックダミー電流によって発生するフィードバックダミー信号の誤差に基づいた信号に応じて、前記スイッチング素子のスイッチングを制御する信号を前記制御回路へ出力する
請求項2から20のいずれか1項に記載の発光ダイオード駆動装置。 - 請求項1から21のいずれか1項に記載の発光ダイオード駆動装置に使用される半導体装置であって、
少なくとも前記スイッチング素子と前記制御回路と前記フィードバック検出回路と前記入力電圧検出回路と前記導通時間計測回路とが同一の半導体基板上に形成されているか、または、同一のパッケージに組み込まれている
半導体装置。 - 請求項1から21のいずれか1項に記載の発光ダイオード駆動装置であって、
交流または直流電源に接続される円筒状の口金を備え、前記整流回路の入力部は前記口金に接続され、
前記整流回路と、少なくとも1つ以上の発光ダイオードで構成されたLED光源と、前記チョークコイルと、前記チョークコイルに発生する逆起電力を前記LED光源に供給する前記整流ダイオードとが筐体内に一体化されている
発光ダイオード駆動装置。 - 請求項22に記載の半導体装置と、
交流または直流電源に接続される円筒状の口金とを備え、
整流回路と、少なくとも1つ以上の発光ダイオードで構成されたLED光源と、チョークコイルと、前記チョークコイルに発生する逆起電力を前記LED光源に供給する整流ダイオードと、前記半導体装置とが筐体内に一体化され、
前記整流回路の入力部は、前記口金に接続されている
発光ダイオード駆動装置。
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