特許 5890884 ＬＥＤ駆動回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5890884

(24)【登録日】2016年2月26日

(45)【発行日】2016年3月22日

(54)【発明の名称】ＬＥＤ駆動回路

(51)【国際特許分類】

   H05B 37/02 20060101AFI20160308BHJP

【ＦＩ】

   H05B37/02 L

【請求項の数】4

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2014-212694(P2014-212694)

(22)【出願日】2014年10月17日

(62)【分割の表示】特願2012-525486(P2012-525486)の分割

【原出願日】2010年8月18日

(65)【公開番号】特開2015-57780(P2015-57780A)

(43)【公開日】2015年3月26日

【審査請求日】2014年11月13日

(31)【優先権主張番号】10-2009-0076050

(32)【優先日】2009年8月18日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】513276101

【氏名又は名称】エルジー イノテック カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(72)【発明者】

【氏名】キム、 スン グン

【審査官】 宮崎 光治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−００４１５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−００８４０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｂ３７／００−３９／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも２本のＬＥＤストリングと、
前記少なくとも２本のＬＥＤストリングの電流経路をそれぞれ調節する少なくとも２個の定電流制御ブロックと、
前記少なくとも２個の定電流制御ブロックの電圧を検出する検出部と、
前記検出された電圧によって前記少なくとも２本のＬＥＤストリングに駆動電源を供給する電源供給部と、
を含み、
前記電源供給部は、
ＳＭＰＳ（ｓｗｉｔｃｈｅｄ−ｍｏｄｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ）と、
電荷ポンプを備えており、前記ＳＭＰＳの出力直流電源をＬＥＤ駆動のための直流電源に変換して、前記少なくとも２本のＬＥＤストリングに供給するＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記検出された電圧によって、前記ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング動作を制御するＰＷＭ制御部と、
を含み、
前記検出部によって検出される定電流制御ブロックの電圧は、前記ＳＭＰＳとＤＣ−ＤＣコンバータとの接続ノードの電圧を検出することによって検出され、
前記定電流制御ブロックは、
前記ＬＥＤストリングの電流経路に定電流を流す定電流源と、
前記ＬＥＤストリングの電流経路に可変抵抗成分を提供する線形素子と、
前記ＬＥＤストリングの電流経路の電気的特性に応じて前記線形素子の抵抗値を調節するフィードバック制御素子と、
を含むことを特徴とする、ＬＥＤ駆動回路。

【請求項2】

前記ＰＷＭ制御部は、前記各ＬＥＤストリングと定電流制御ブロックとの接続ノードの電圧を受ける、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。

【請求項3】

前記電源供給部は、外部の交流電源から印加された電源を直流電源に変換して前記ＳＭＰＳに供給するＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）コンバータを含む、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。

【請求項4】

前記検出部は、検出された電圧値を光信号に変換して伝達するフォトカプラーを含む、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、定電流制御手段を有するＬＥＤ駆動回路に関するものである。

【背景技術】

【0002】

多数個のＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）ストリングからなるＬＥＤ光源装置は、照明応用機器やＬＣＤパネルのバックライトなどの広い用途に用いられてきている。

【0003】

全体的に高光度を持つＬＥＤは、モニター及びテレビ（以下では総称してモニターという。）に用いられる液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライトを含む多くの応用機器で使用可能である。大型ＬＣＤモニターにおいてＬＥＤは、一般に、直列に接続しているＬＥＤからなる１以上のストリングで構成される。

【0004】

ＬＣＤモニターにおいて用いられるバックライトには、下記の２通りの基本技術のいずれかが主に用いられる。その一つは、白色ＬＥＤで構成された１以上のストリングを使用する技術で、ここで、白色ＬＥＤは、一般に蛍光体（物質）を持つ青色ＬＥＤを含む。この蛍光体は、ＬＥＤから発生した青色光を吸収し、白色光を放出する。もう一つは、有色ＬＥＤで構成された１以上の個別のストリングを隣接して配置することで、互いに組み合わされた光が白色光のように見えるようにする技術である。

【0005】

然るに、ＬＥＤストリングをなす各ＬＥＤ素子間の特性（例:順方向電圧降下）のバラツキにより、同種のＬＥＤからなるＬＥＤストリングもそれぞれ異なる電気的特性（例：電圧降下）を示す。そのため、ＬＥＤストリングのそれぞれを通して同一電流を流すために、互いに異なる電圧降下を補償する、それぞれのＬＥＤストリングに直列に接続されている定電流制御ブロックをさらに必要とする。これは、ＬＥＤストリングのそれぞれ異なる電圧降下を補償するように動作する損失能動素子（ｄｉｓｓｉｐａｔｉｖｅ ａｃｔｉｖｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）を適用したものである。しかし、この損失能動素子は顕著な熱源であり、全体ＬＥＤドライバーにおいて放熱費用の増加を招き、電力伝達効率が低くなるため電源供給装置の容量を大きく要するという不具合がある。

【0006】

例えば、図１に示すように、従来技術に係るＬＥＤ駆動回路は、電源供給部１０、ＬＥＤストリング２０、及び定電流制御モジュール４０を含む。

【0007】

定電流制御モジュール４０は、ＬＥＤストリング２０が均一な輝度を発するように、ＬＥＤストリング２０及び自身を通過して流れる電流をフィードバックされて、出力振幅を可変させながら定電流に維持する役割を担う。

【0008】

また、定電流制御モジュール４０は、ＬＥＤストリング２０のディミングを線形的に制御するためのＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御信号を生成して、デューティ比（ｄｕｔｙ ｒａｔｉｏ）を制御することができる。

【0009】

また、定電流制御モジュール４０は、線形的にスイッチング動作して、ＬＥＤストリング２０の電圧増減による電圧差を吸収する負荷として機能する。

【0010】

同図で、ＬＥＤストリング２０を構成する直列接続ＬＥＤ素子の数量が多いため高い電源を印加する場合は、定電流制御モジュール４０をなす素子には、高電圧及び高電力といった高い素子定格が要求される。なお、駆動電源が増加すると、特に、線形動作するスイッチ素子の高電力による発熱問題が深化する。

【0011】

その結果、定電流制御モジュール４０を構成するための素子の選択の幅が狭まり、製作コストが増加する問題につながることがある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明は、発熱量を低減できるＬＥＤ保護手段を含むＬＥＤ駆動回路を提供する。

【0013】

また、本発明は、低製作コストのＬＥＤ保護手段を含むＬＥＤ駆動回路を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明の一実施例に係るＬＥＤ駆動回路は、少なくとも２本のＬＥＤストリングと、該少なくとも２本のＬＥＤストリングの電流経路をそれぞれ調節するための少なくとも２個の定電流制御ブロックと、該少なくとも２個の定電流制御ブロックの電圧を検出する検出部と、検出された電圧に基づいて少なくとも２本のＬＥＤストリングに駆動電源を供給する電源供給部と、を含む。

【発明の効果】

【0015】

上記構成に係る本発明のＬＥＤ駆動回路によれば、效率的にＬＥＤ素子を駆動することで、発熱量を低減することが可能になる。

【0016】

また、本発明のＬＥＤ駆動回路は、安価な素子で構成することで、製作コストを節減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】従来技術に係るＬＥＤ駆動回路を示す回路図である。

【図2】本発明の一実施例に係るＬＥＤ駆動回路を示す回路図である。

【図3】本発明の他の実施例に係るＬＥＤ駆動回路を示す回路図である。

【図4】本発明のさらに他の実施例に係るＬＥＤ駆動回路を示す回路図である。

【図5】本発明のＬＥＤ駆動回路に適用できるＤＣ−ＤＣコンバータの一実施例を示す回路図である。

【図6】本発明のＬＥＤ駆動回路に適用できるＳＭＰＳの一実施例を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図２は、本発明の一実施例に係るＬＥＤ駆動回路を示す図である。

【0019】

同図のＬＥＤ駆動回路は、少なくとも２本のＬＥＤストリング１２０と、これらＬＥＤストリングの電流経路をそれぞれ調節する少なくとも２個の定電流制御ブロック１４０と、少なくとも２個の定電流制御ブロックの電圧を検出する検出部１６０と、検出された電圧に基づいて少なくとも２本のＬＥＤストリング１２０に駆動電源を供給する電源供給部２００と、を含むことができる。

【0020】

定電流制御ブロック１４０は、ＬＥＤストリング１２０の電流経路に定電流を流す定電流源１４４と、ＬＥＤストリング１２０の電流経路に可変抵抗成分を提供する線形素子１４２と、ＬＥＤストリング１２０の電流経路の電気的特性に応じて線形素子の抵抗値を調節するフィードバック制御素子１５０と、を含むことができる。

【0021】

ここで、線形素子１４２には、ベース端子電流によってチャンネル幅を線形的に調節するバイポーラトランジスタを適用することができる。

【0022】

フィードバック制御素子１５０は、−入力端に、線形素子１４２と定電流源１４４との接続ノードの電圧を受け、＋入力端にＰＷＭ信号を受信するとともに、出力端がバイポーラトランジスタのベース端子に接続している演算増幅器１５２と、ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成器１５４と、を含むことができる。

【0023】

図３には、図２の電源生成部２００をより具体的に示す一実施例に係るＬＥＤ駆動回路を示している。

【0024】

同図のＬＥＤ駆動回路は、少なくとも２本のＬＥＤストリング１２０−１，１２０−２と、少なくとも２本のＬＥＤストリング１２０−１，１２０−２の電流経路をそれぞれ調節する少なくとも２個の定電流制御ブロック１４０−１，１４０−２と、少なくとも２個の定電流制御ブロック１４０−１，１４０−２の電圧を検出する検出部１６２と、外部の交流電源ＡＣから印加された電源を直流電源に変換するＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）コンバータ２２０と、ＰＦＣコンバータ２２０で変換した直流電源を、検出部１６２で検出された電圧によって、他の電圧の直流電源に変換するＳＭＰＳ（ｓｗｉｔｃｈｅｄ−ｍｏｄｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ）２４０と、ＳＭＰＳ ２４０から出力された直流電源をＬＥＤ駆動に適する直流電源に変換して、少なくとも２本のＬＥＤストリングに供給するＤＣ−ＤＣコンバータ２６０と、を含む。

【0025】

同図のＬＥＤ駆動回路では、検出部１６２が少なくとも２個の定電流制御ブロック１４０−１，１４０−２の電圧を直接検出せず、少なくとも２個の定電流制御ブロック１４０−１，１４０−２の電圧によって決定される、ＳＭＰＳ ２４０とＤＣ−ＤＣコンバータ２６０との接続ノードの電圧を検出する。

【0026】

同図で、ＳＭＰＳの１次側と２次側の電気的影響を遮断するために、検出部１６２はフォトカプラー構造を含むことができる。
ＳＭＰＳは、直流を交流に変換するためのスイッチング素子と、スイッチング素子を駆動する駆動信号がスイッチング素子に伝達されることを断続する断続スイッチ素子と、をさらに備え、断続スイッチ素子が検出部１６２の出力信号によってオン／オフになるように構成することができる。

【0027】

一方、電源供給部に対するフィードバック制御の効率を高めるために、検出部１６２及びＳＭＰＳ ２４０を用いたフィードバック制御に加えて、少なくとも２個の定電流制御ブロック１４０−１，１４０−２で直接検出された電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ２６０に適用したフィードバック制御を用いることができる。

【0028】

そのために、同図のＬＥＤ駆動回路は、定電流制御ブロック１４０−１，１４０−２とＬＥＤストリング１２０−１，１２０−２との接続ノードの電圧によって、ＳＭＰＳ ２４０のスイッチング動作を制御するＰＷＭ制御部１９０をさらに含むことができる。
ＰＷＭ制御部１９０は、定電流制御ブロック１４０−１，１４０−２とＬＥＤストリング１２０−１，１２０−２との接続ノードの電圧を受け、所定の演算処理を行った結果に基づき、ＤＣ−ＤＣコンバータ２６０のスイッチング素子を駆動するためのＰＷＭ信号を生成する。例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ２６０が電荷ポンプを備えており、スイッチング素子が電荷ポンプのポンピング動作のための素子であると仮定する。この場合、ＰＷＭ制御部１９０は、定電流制御ブロック１４０−１，１４０−２とＬＥＤストリング１２０−１，１２０−２との接続ノードの電圧（少なくとも２個の接続ノードの電圧のうちいずれか一電圧）が高すぎになると、電荷ポンプのポンピング頻度が低くなるように、スイッチング素子へのＰＷＭ制御信号を調整して印加することができる。

【0029】

図４には、図２の電源生成部２００をより具体的に示す他の実施例に係るＬＥＤ駆動回路を示している。

【0030】

同図のＬＥＤ駆動回路は、少なくとも２本のＬＥＤストリング１２０−１，１２０−２と、少なくとも２本のＬＥＤストリング１２０−１，１２０−２の電流経路をそれぞれ調節する少なくとも２個の定電流制御ブロック１４０−１，１４０−２と、少なくとも２個の定電流制御ブロック１４０−１，１４０−２の電圧を検出する検出部１６２と、外部の交流電源ＡＣから印加された電源を直流電源に変換するＰＦＣコンバータ２２０と、ＰＦＣコンバータ２２０で変換した直流電源を、検出部１６２で検出された電圧によって他の電圧の直流電源に変換して、少なくとも２本のＬＥＤストリング１２０−１，１２０−２に供給するＳＭＰＳ ２４０と、を含む。

【0031】

同図のＬＥＤ駆動回路の検出部１６２は、定電流制御ブロック１４０−１，１４０−２とＬＥＤストリング１２０−１，１２０−２との接続ノードの電圧（２個以上）を混合した値を入力される。この２個以上の検出電圧の混合器Ｍは、２個のアナログ値に対する積算器や、平均値を求める演算器とすることができる。

【0032】

また、ＳＭＰＳ ２４０の１次側と２次側の電気的影響を遮断するために、検出部１６２はフォトカプラー構造を含むことができる。

【0033】

ＳＭＰＳ ２４０は、直流を交流に変換するためのスイッチング素子と、これらスイッチング素子を駆動する駆動信号がスイッチング素子に伝達されることを断続する断続スイッチ素子と、をさらに備え、断続スイッチ素子が検出部１６２の出力信号によってオン／オフになるように構成することができる。

【0034】

図５には、図３のＬＥＤ駆動回路に適用できるＤＣ−ＤＣコンバータ２６０の一実施例を示している。同図のＤＣ−ＤＣコンバータ２６０は、電荷ポンプ構造を備えており、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）Ｑのオン／オフによって電荷ポンピングがなされる。図３のＰＷＭ制御信号は、ＦＥＴ ＱをＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御することができる。

【0035】

図６は、図３または図４のＬＥＤ駆動回路に適用できるＳＭＰＳ ２４０の一実施例を示している。

【0036】

同図のＳＭＰＳ ２４０は、直流を交流に変換するためのスイッチング素子として４個のＦＥＴ Ｓ１〜Ｓ４と、スイッチング素子を駆動する駆動信号がスイッチング素子に伝達されることを断続する断続スイッチ素子ＳＷ１と、トランスＴと、を含む。ここで、断続スイッチ素子ＳＷ１は、図３または図４の検出部１６２からの出力信号Ｃによってオン／オフになるように構成することができる。

【0037】

以上では本発明の技術思想を具体的な実施例に挙げて説明してきたが、それらの実施例は、説明のためのもので、本発明の技術思想を制限するためのものではない。また、本発明の技術分野における通常の知識を有する当業者には、本発明の技術思想の範囲で種々の変形実施が可能であるということが理解できるであろう。

【0038】

例えば、説明の便宜のために以上では２本のＬＥＤストリングを駆動するＬＥＤ駆動回路が取り上げられたが、３本以上のＬＥＤストリングを駆動するＬＥＤ駆動回路にも本発明の思想を容易に適用でき、それも本発明の権利範囲に属することは言うまでもない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】