特開 2015-204412 ＬＥＤアレイ駆動回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-204412(P2015-204412A)

(43)【公開日】2015年11月16日

(54)【発明の名称】ＬＥＤアレイ駆動回路

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/00 20100101AFI20151020BHJP

   H05B 37/02 20060101ALI20151020BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/00 J

   H05B37/02 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-83630(P2014-83630)

(22)【出願日】2014年4月15日

(71)【出願人】

【識別番号】000191238

【氏名又は名称】新日本無線株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504174135

【氏名又は名称】国立大学法人九州工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】100083194

【弁理士】

【氏名又は名称】長尾 常明

(72)【発明者】

【氏名】稗田 祥正

(72)【発明者】

【氏名】藤原 宗

(72)【発明者】

【氏名】山田 洋明

【テーマコード（参考）】

3K273

5F141

5F241

【Ｆターム（参考）】

3K273AA10

3K273BA07

3K273BA24

3K273BA34

3K273CA02

3K273CA09

3K273CA12

3K273EA06

3K273EA24

3K273EA35

3K273EA40

3K273EA44

3K273FA03

3K273FA06

3K273FA13

3K273FA14

3K273FA26

3K273FA33

3K273FA39

3K273GA05

3K273GA14

3K273GA28

5F141AA10

5F141AA24

5F141BB02

5F141BB03

5F141BB06

5F141BB10

5F141BB22

5F141BB23

5F141BB24

5F141BB25

5F141BB26

5F141BB32

5F141BB33

5F241AA10

5F241AA24

(57)【要約】

【課題】ＬＥＤアレイを駆動する駆動トランジスタにおける電力損失を少なくする。
【解決手段】可変の電圧を出力する電圧レギュレータ２１を有する電圧制御ユニット２０と、電圧レギュレータ２１の出力電圧Ｖ１が印加し、ｎ個のＬＥＤからなるＬＥＤアレイ１と駆動トランジスタＱ１が直列接続されたＬＥＤアレイ回路３１を有するＬＥＤアレイユニット３０と、駆動トランジスタＱ１をＰＷＭ調光制御するとともに、駆動トランジスタＱ１のコレクタ・エミッタ間電が適正電圧となるように電圧制御ユニット２０の電圧レギュレータ２１の出力電圧Ｖ１を制御する制御ユニット４０とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

可変の電圧を出力する電圧レギュレータを有する電圧制御ユニットと、
該電圧制御ユニットの前記電圧レギュレータの出力電圧が印加し、ｎ個（ｎは正の整数）のＬＥＤからなるＬＥＤアレイと駆動トランジスタが直列接続されたＬＥＤアレイ回路を有するＬＥＤアレイユニットと、
該ＬＥＤアレイユニットの前記駆動トランジスタを調光制御するとともに、前記駆動トランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧又はドレイン・ソース間電圧が適正電圧となるように前記電圧制御ユニットの前記電圧レギュレータの出力電圧を制御する制御ユニットと、
を備えることを特徴とするＬＥＤアレイ駆動回路。

【請求項2】

請求項１に記載のＬＥＤアレイ駆動回路において、
前記電圧レギュレータは出力電圧を制御するスイッチング素子を備え、
前記制御ユニットは、前記ＬＥＤアレイユニットの前記ＬＥＤアレイ回路の前記駆動トランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧又はドレイン・ソース間電圧と前記適正電圧に対応した目標電圧との比較結果に応じて前記スイッチング素子を制御することを特徴とするＬＥＤアレイ駆動回路。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のＬＥＤアレイ駆動回路において、
前記電圧制御ユニットに前記電圧レギュレータがｍ個（ｍは２以上の整数）設けられると共に、前記ＬＥＤアレイユニットに、前記ｍ個の電圧レギュレータの電圧が個別的に供給される前記ＬＥＤアレイ回路がｍ個設けられ、
前記ｍ個の電圧レギュレータの出力電圧が、前記制御ユニットによって、前記ｍ個のＬＥＤアレイ回路の内の対応する前記ＬＥＤアレイ回路の前記駆動トランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧又はドレイン・ソース間電圧に応じて、個別的に制御されることを特徴とするＬＥＤアレイ駆動回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＬＥＤアレイを駆動トランジスタで駆動する際に、その駆動トランジスタのコレクタ・エミッタ間あるいはドレイン・ソース間に最適電圧を印加できるようにしたＬＥＤアレイ駆動回路に関する。

【背景技術】

【0002】

ＬＥＤアレイ駆動回路として、従来から、直流電圧源５１を用いた図３に示すような構成の回路と、直流電流源６１を用いた図４に示すような構成の回路（特許文献１）が提案されている。いずれの回路構成においても、ｎ個（ｎは正の整数）のＬＥＤを直列接続したＬＥＤアレイ１の発する光の強さを制御するためには印加する電流量を制御する必要がある。

【0003】

図３に示すＬＥＤアレイ駆動回路は、ＬＥＤアレイ１と駆動トランジスタＱ０と電流検出用の抵抗Ｒ０を直列接続したＬＥＤアレイ回路５２を有する。このＬＥＤアレイ回路５２に、直流電圧源５１から、ＬＥＤアレイ１のｎ個のＬＥＤの合計順方向電圧ｎ・Ｖｆよりも高い電圧が印加され、トランジスタＱ０はオペアンプ５３によって制御される。このオペアンプ５３は、非反転入力端子にＰＷＭ調光電圧Ｖ０が印加され、反転入力端子に抵抗Ｒ０に発生する帰還電圧が入力する。よって、トランジスタＱ０は、抵抗Ｒ０に発生する電圧がＰＷＭ調光電圧Ｖ０に一致する電圧となるように、オペアンプ５３により制御されるので、ＬＥＤアレイ１にはＰＷＭ調光電圧Ｖ０に相当する電流が流れる。このとき、オペアンプ５３はＰＷＭ制御されるので、ＬＥＤアレイ１の各ＬＥＤが同時に点滅し、その平均輝度が制御される。

【0004】

図４に示すＬＥＤアレイ駆動回路の直流電流源６１には、ＬＥＤアレイ１の合計順方向電圧ｎ・Ｖｆよりも十分に高い出力電圧範囲をもつものが使用される。このように、ＬＥＤアレイ駆動回路を構成する上で直流電流源６１を用いると、回路構成が簡単になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００７−２１４１１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、図３に示す構成のＬＥＤアレイ駆動回路では、トランジスタＱ０を制御することでＬＥＤアレイ回路５２に流れる電流が制御されるが、そのＬＥＤアレイ１の全体に印加する電圧の制御は行われない。

【0007】

このため、例えば、自己発熱によってＬＥＤアレイ１の各ＬＥＤの順方向電圧Ｖｆが低下した場合は、ＬＥＤアレイ１全体に印加するｎ・Ｖｆ電圧が低下する。このため、その分だけ、トランジスタＱ０のコレクタ・エミッタ間に印加する電圧Ｖｃｅが大きくなるため、そのトランジスタＱ０における電力損失が大きくなる。また、直流電圧源５１の出力電圧が正常値よりも高くなった場合にも同様な問題がある。

【0008】

また、図４に示したＬＥＤアレイ駆動回路では、直流電流源６１による微小な電流量の制御が難しく、細かい調光制御を行うことが困難である。

【0009】

本発明の目的は、上記した駆動トランジスタにおける電力損失を少なくし、また細かい調光制御を可能にし、さらに全体回路を電源ユニットやＬＥＤアレイユニットの仕様の影響を受けずに構成できるようにしたＬＥＤアレイ駆動回路を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、可変の電圧を出力する電圧レギュレータを有する電圧制御ユニットと、該電圧制御ユニットの前記電圧レギュレータの出力電圧が印加し、ｎ個（ｎは正の整数）のＬＥＤからなるＬＥＤアレイと駆動トランジスタが直列接続されたＬＥＤアレイ回路を有するＬＥＤアレイユニットと、該ＬＥＤアレイユニットの前記駆動トランジスタを調光制御するとともに、前記駆動トランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧又はドレイン・ソース間電圧が適正電圧となるように前記電圧制御ユニットの前記電圧レギュレータの出力電圧を制御する制御ユニットと、を備えることを特徴とする。

【0011】

請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のＬＥＤアレイ駆動回路において、前記電圧レギュレータは出力電圧を制御するスイッチング素子を備え、前記制御ユニットは、前記ＬＥＤアレイユニットの前記ＬＥＤアレイ回路の前記駆動トランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧又はドレイン・ソース間電圧と前記適正電圧に対応した目標電圧との比較結果に応じて前記スイッチング素子を制御することを特徴とする。

【0012】

請求項３にかかる発明は、請求項１又は２に記載のＬＥＤアレイ駆動回路において、前記電圧制御ユニットに前記電圧レギュレータがｍ個（ｍは２以上の整数）設けられると共に、前記ＬＥＤアレイユニットに、前記ｍ個の電圧レギュレータの電圧が個別的に供給される前記ＬＥＤアレイ回路がｍ個設けられ、前記ｍ個の電圧レギュレータの出力電圧が、前記制御ユニットによって、前記ｍ個のＬＥＤアレイ回路の内の対応する前記ＬＥＤアレイ回路の前記駆動トランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧又はドレイン・ソース間電圧に応じて、個別的に制御されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、ＬＥＤアレイを駆動する駆動トランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧あるいはドレイン・ソース間電圧が適正電圧になるように制御されるので、ＬＥＤアレイに印加する電圧が変動しても、その駆動トランジスタにおける電力損失を最小値に制御することができる。また、駆動トランジスタによりＬＥＤアレイに流れる電流を制御できるので、細かい調光制御が可能となる。さらに、ＬＥＤアレイ回路単体でそのＬＥＤアレイに流れる電流が制御されるので、全体回路を電源ユニットやＬＥＤアレイユニットの仕様の影響を受けずに構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施例のＬＥＤアレイ駆動回路の回路図である。

【図2】図１の制御ユニット内における電圧レギュレータを制御する回路例を示す回路図である。

【図3】従来のＬＥＤアレイ駆動回路の回路図である。

【図4】別の従来のＬＥＤアレイ駆動回路の回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

図１に本発明の１つの実施例のＬＥＤアレイ駆動回路を示す。１０は定電圧ＶＡ，ＶＢを出力する電源ユニット、２０は可変の出力電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を生成する３台の電圧レギュレータ２１、２２、２３を備えた電圧制御ユニット、３０は３種類のＬＥＤアレイ回路３１、３２、３３を備えたＬＥＤアレイユニット、４０は全体を制御する制御ユニットである。

【0016】

電圧制御ユニット２０の電圧レギュレータ２１は、電源ユニット１０から出力する定電圧ＶＡをスイッチングするトランジスタＭＰ１と、整流用ダイオードＤ１と、インダクタＬ１と、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２と、出力コンデンサＣ１とを備える。出力電圧Ｖ１は、トランジスタＭＰ１がＯＮしたときコンデンサＣ１に充電される電流によってインダクタＬ１に蓄積された電圧が、トランジスタＭＰ１がＯＦＦしたときにダイオードＤ１で整流されてコンデンサＣ１に蓄積される動作が繰り返されることによって生成される。そして、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧された帰還電圧ＶＦ１は制御ユニット４０に監視電圧として取り込まれる。出力電圧Ｖ２，Ｖ３を生成する他の電圧レギュレータ２２，２３も、電圧レギュレータ２１と同様の構成で同様に動作する。

【0017】

ＬＥＤアレイユニット３０のＬＥＤアレイ回路３１は、ＬＥＤアレイ１と駆動トランジスタＱ１の直列回路で構成され、その駆動トランジスタＱ１のコレクタ電圧ＶＣ１が検出信号として制御ユニット４０に取り込まれる。他のＬＥＤアレイ回路３２，３３も同様の回路構成であり、トランジスタＱ２，Ｑ３のコレクタ電圧ＶＣ２，ＶＣ３が制御ユニット４０に取り込まれる。

【0018】

制御ユニット４０は、電圧制御ユニット２０の電圧レギュレータ２１のトランジスタＭＰ１にスイッチング制御信号ＰＷＭ１を出力する端子ＰＷＭ１、電圧レギュレータ２２，２３の同様なトランジスタにスイッチング制御信号ＰＷＭ２，ＰＷＭ３を出力する端子ＰＷＭ２，ＰＷＭ３を持つ。また、電圧レギュレータ２１，２２，２３の帰還電圧ＶＦ１，ＶＦ２，ＶＦ３を取り込む端子ＶＦ１，ＶＦ２，ＶＦ３を有する。また、ＬＥＤアレイユニット３０のＬＥＤアレイ回路３１，３２，３３のコレクタ電圧ＶＣ１，ＶＣ２，ＶＣ３を取り込む端子ＶＣ１，ＶＣ２，ＶＣ３を有する。また、ＬＥＤアレイ回路３１，３２，３３の駆動トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３を調光制御する調光信号ＰＷＭ４，ＰＷＭ５，ＰＷＭ６を出力する端子ＰＷＭ４，ＰＷＭ５，ＰＷＭ６を有する。

【0019】

図２は制御ユニット４０の一部の回路であり、電圧制御ユニット２０の電圧レギュレータ２１を制御する回路部分である。４１は誤差増幅器であって、ＬＥＤアレイ回路３１の駆動トランジスタＱ１のコレクタ電圧ＶＣ１とその目標電圧（駆動トランジスタＱ１のＯＮ時の最適なコレクタ・エミッタ間電圧）ＶＴを取り込んで、その差分、つまり誤差成分Ｖｅｒを生成する。コレクタ電圧ＶＣ１は駆動トランジスタＱ１の飽和電圧Ｖｃｅであり、そのサンプリングは、駆動トランジスタＱ１がＯＮしているタイミングで行われる。４２はＰＩ演算器であり、誤差増幅器４１で得られた誤差成分ＶｅｒをＰＩ（比例・微分）演算して制御成分を生成する。４３はオペアンプであり、ＰＩ演算器４２から出力する制御成分と三角波発生器４４から出力する三角波を比較して、制御成分に対応したパルス幅変調信号ＰＷＭ１を生成する。この信号ＰＷＭ１は、端子ＰＷＭ１から電圧レギュレータ２１のトランジスタＭＰ１のゲートにスイッチング信号として出力される。電圧レギュレータ２２，２３を制御する回路部分も同様に構成され、コレクタ電圧ＶＣ２，ＶＣ３を取り込んでパルス幅変調信号ＰＷＭ２，ＰＷＭ３を出力する。

【0020】

以上のように構成することで、本実施例のＬＥＤアレイ駆動回路では、ＬＥＤアレイユニット３０のＬＥＤアレイ回路３１に電圧Ｖ１を印加する電圧レギュレータ２１は、ＬＥＤアレイ回路３１の駆動トランジスタＱ１のコレクタ電圧ＶＣ１が目標電圧ＶＴに一致するように、その出力電圧Ｖ１が制御されることになる。このため、駆動トランジスタＱ１のＯＮ時のコレクタ・エミッタ間電圧は、常に目標電圧ＶＴになるように制御され、ここにおける必要以上の電力消費が回避される。

【0021】

例えば、ＬＥＤアレイ回路３１のＬＥＤアレイ１のＬＥＤの順方向電圧Ｖｆが温度によって変動し、その合計電圧ｎ・Ｖｆが小さくなったときは、その合計電圧ｎ・Ｖｆが小さくなった分だけ駆動トランジスタＱ１のコレクタ電圧ＶＣ１が高くなるが、このように高くなったコレクタ電圧ＶＣ１は制御ユニット４０に取り込まれる。これにより、制御ユニット４０では、図２に示した回路機能によって、信号ＰＷＭ１のデューティが小さくなるように制御されるので、電圧レギュレータ２１の出力電圧Ｖ１が低下し、トランジスタＱ１のコレクタ・エミッタ間電圧が目標電圧ＶＴになるに制御される。以上の動作は、ＬＥＤアレイ回路３２，３３についても同様である。

【0022】

制御ユニット４０に取り込まれた電圧レギュレータ２１の帰還電圧ＶＦ１は、その電圧が予め設定した所定値の範囲内にあるか否かが判定される。そして、帰還電圧ＶＦ１が何らかの原因でその範囲を逸脱し異常電圧となっていると判定されたときは、トランジスタＭＰ１を駆動する信号ＰＷＭ１がＯＦＦ（＝“Ｈ”）に制御され、電圧レギュレータ２１の動作が停止される。電圧レギュレータ２２，２３についても、帰還電圧ＶＦ２，ＶＦ３に応じて同様に制御される。これらにより、過電圧保護が行われる。

【0023】

なお、以上ではＬＥＤアレイユニット３０に３個のＬＥＤアレイ回路３１，３２，３３を備えたので、それぞれのＬＥＤアレイ回路３１，３２，３３のＬＥＤアレイ１に、それぞれ青、赤、緑のＬＥＤを使用することで、そのＬＥＤアレイユニット３０によって白色光源を実現することができる。ただし、ＬＥＤアレイ回路は他の用途についても使用可能であり、３個に限られるものではない。

【0024】

また、ＬＥＤアレイ回路３１，３２，３３の駆動トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３は、バイポーラトランジスタに限られるものではなく、ＦＥＴトランジスタを使用することもできる。この場合は、制御ユニット４０には、そのＦＥＴトランジスタのドレイン・ソース間電圧を検出信号として取り込めばよい。

【符号の説明】

【0025】

１０：電源ユニット
２０：電圧制御ユニット、２１，２２，２３：電圧レギュレータ
３０：ＬＥＤアレイユニット、３１，３２，３３：ＬＥＤアレイ回路、１：ＬＥＤアレイ
４０：制御ユニット、４１：誤差増幅器、４２：ＰＩ演算器、４３：オペアンプ、４４：三角波発生器
５１：直流電圧源、５２：ＬＥＤアレイ回路、５３：オペアンプ
６１：直流電流源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】