特許第6206001号(P6206001)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(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】6206001
(24)【登録日】2017年9月15日
(45)【発行日】2017年10月4日
(54)【発明の名称】LED駆動回路
(51)【国際特許分類】
   H01L 33/00 20100101AFI20170925BHJP
【FI】
   H01L33/00 J
【請求項の数】10
【全頁数】13
(21)【出願番号】特願2013-179504(P2013-179504)
(22)【出願日】2013年8月30日
(65)【公開番号】特開2015-50244(P2015-50244A)
(43)【公開日】2015年3月16日
【審査請求日】2016年5月25日
(73)【特許権者】
【識別番号】000106276
【氏名又は名称】サンケン電気株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100097113
【弁理士】
【氏名又は名称】堀 城之
(74)【代理人】
【識別番号】100162363
【弁理士】
【氏名又は名称】前島 幸彦
(72)【発明者】
【氏名】吉永 充達
(72)【発明者】
【氏名】岩渕 昭夫
(72)【発明者】
【氏名】田坂 泰
(72)【発明者】
【氏名】町田 修
(72)【発明者】
【氏名】吉江 徹
(72)【発明者】
【氏名】江原 俊浩
(72)【発明者】
【氏名】木村 研吾
【審査官】 小濱 健太
(56)【参考文献】
【文献】 特開2012−034569(JP,A)
【文献】 特開2013−070263(JP,A)
【文献】 特開2012−216485(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L 33/00−33/64
H05B 37/00−39/10
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ノーマリーオンタイプのスイッチング素子のオンオフ動作によって生成した直流出力によってLEDを定電流で点灯させるLED駆動回路であって、
前記スイッチング素子の出力端子の電位をコモン電位としたプラスのパルス信号を出力するパルス発生回路と、
該パルス発生回路から出力された前記パルス信号を前記コモン電位からマイナスの波形に変換し、変換した前記パルス信号を前記スイッチング素子の制御端子に出力するパルス信号変換回路と
前記スイッチング素子の出力端子の電位に応じて、前記スイッチング素子をオフ動作させる自己バイアス回路とを具備することを特徴とするLED駆動回路。
【請求項2】
前記パルス信号変換回路は、カップリングコンデンサであることを特徴とする請求項記載のLED駆動回路。
【請求項3】
前記パルス信号変換回路は、マイナス電源であることを特徴とする請求項記載のLED駆動回路。
【請求項4】
前記スイッチング素子は、直列に接続された第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子とからなり、
ハイサイド側の前記第1のスイッチング素子は、前記パルス信号変換回路によってマイナスの波形に変換した前記パルス信号でオンオフ動作させ、
ローサイド側の前記第2のスイッチング素子は、前記自己バイアス回路による前記第2のスイッチング素子のオフ動作を前記パルス発生回路から出力された前記パルス信号によって解消させることでオンオフ動作させること特徴とする請求項記載のLED駆動回路。
【請求項5】
前記スイッチング素子は、リアクトルに直列に接続された第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子とからなり、
ハイサイド側の前記第1のスイッチング素子は、前記リアクトルに磁気結合された巻線に誘起される電圧を用いてオフ動作させ、
ローサイド側の前記第2のスイッチング素子は、前記自己バイアス回路による前記第2のスイッチング素子のオフ動作を前記パルス発生回路から出力された前記パルス信号によって解消させることでオンオフ動作させること特徴とする請求項2記載のLED駆動回路。
【請求項6】
前記パルス発生回路及び前記パルス信号変換回路の電源を前記LEDのアノード側からブートストラップ構成で供給する電力供給回路を具備することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のLED駆動回路。
【請求項7】
前記スイッチング素子はゲート端子とソース端子とドレイン端子とを備え、前記出力端子は前記ソース端子であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載のLED駆動回路。
【請求項8】
前記自己バイアス回路は、電源投入時に前記スイッチング素子をオフ動作させることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のLED駆動回路。
【請求項9】
前記自己バイアス回路は、ツェナーダイオードを含むことを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載のLED駆動回路。
【請求項10】
ノーマリーオンタイプのスイッチング素子のオンオフ動作によって生成した直流出力によってLEDを定電流で点灯させるLED駆動回路であって、
前記スイッチング素子の出力端子の電位をコモン電位としたプラスのパルス信号を出力するパルス発生回路と、
該パルス発生回路から出力された前記パルス信号を前記コモン電位からマイナスの波形に変換し、変換した前記パルス信号を前記スイッチング素子の制御端子に出力するパルス信号変換回路とを具備し
前記スイッチング素子は、直列に接続された第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子とからなり、
前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子とを前記パルス信号変換回路によってマイナスの波形に変換した前記パルス信号でオンオフ動作させること特徴とするLED駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ノーマリーオンタイプのスイッチング素子を用いてLEDを定電流で点灯するLED駆動回路に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、半導体基板にGaAs(ヒ化ガリウム)、GaN(窒化ガリウム)、SiC(炭化珪素)等を用いた低損失なワイドバンドギャップ半導体素子を、スイッチン電源回路のスイッチング素子として用いることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。スイッチング素子としてワイドバンドギャップ半導体素子を用いることで、電源効率を下げることなく、動作周波数を上げることができ、装置の小型化を実現することができる。
【0003】
ワイドバンドギャップ半導体素子は、通常ノーマリーオンタイプであり、ゲートソース間電圧であるVgsが0Vでオン、Vgsがゲート電圧の閾値をVth(負電圧)よりも低いマイナス電位でオフといった特性を持ち、特許文献1では、リアクトルに流れる増加電流が所定値に達したときにスイッチング素子(ワイドバンドギャップ半導体素子)をオフさせる自励式のチョッパ回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2011−199024号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来技術では、自励方式でスイッチング素子(ワイドバンドギャップ半導体素子)オンオフさせているため、最適なスイッチング動作が行えないという問題点がある。すなわち、ターンオン、ターンオフのスピードやタイミングを強制的に速くすることや合わせることが難しく、スイッチング損失が減らないことが考えられる。また、保護機能の内蔵が難しく、外付け部品が増える方向にある。
【0006】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、従来技術の問題を解決し、ノーマリーオンタイプのワイドバンドギャップ半導体素子をスイッチング素子として用いた他励方式のLED駆動回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明のLED駆動回路は、ノーマリーオンタイプのスイッチング素子のオンオフ動作で生成した直流出力によってLEDを定電流で点灯させるLED駆動回路であって、前記スイッチング素子の出力端子の電位をコモン電位としたプラスのパルス信号を出力するパルス発生回路と、該パルス発生回路から出力された前記パルス信号を前記コモン電位からマイナスの波形に変換し、変換した前記パルス信号を前記スイッチング素子の制御端子に出力するパルス信号変換回路と、前記スイッチング素子の出力端子の電位に応じて、前記スイッチング素子をオフ動作させる自己バイアス回路とを具備することを特徴とする。
また、本発明のLED駆動回路は、ノーマリーオンタイプのスイッチング素子のオンオフ動作によって生成した直流出力によってLEDを定電流で点灯させるLED駆動回路であって、前記スイッチング素子の出力端子の電位をコモン電位としたプラスのパルス信号を出力するパルス発生回路と、該パルス発生回路から出力された前記パルス信号を前記コモン電位からマイナスの波形に変換し、変換した前記パルス信号を前記スイッチング素子の制御端子に出力するパルス信号変換回路とを具備し、前記スイッチング素子は、直列に接続された第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子とからなり、前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子とを前記パルス信号変換回路によってマイナスの波形に変換した前記パルス信号でオンオフ動作させること特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、ノーマリーオンタイプのワイドバンドギャップ半導体をスイッチング素子として用いて、他励制御を行うことができ、スイッチング特性を悪化させることなく、発振周波数を高周波化することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】本発明に係るLED駆動回路の第1の実施の形態の構成を示す回路構成図である。
図2】本発明に係るLED駆動回路の第2の実施の形態の構成を示す回路構成図である。
図3】本発明に係るLED駆動回路の第3の実施の形態の構成を示す回路構成図である。
図4】本発明に係るLED駆動回路の第4の実施の形態の構成を示す回路構成図である。
図5】本発明に係るLED駆動回路の第5の実施の形態の構成を示す回路構成図である。
図6】本発明に係るLED駆動回路の第6の実施の形態の構成を示す回路構成図である。
図7】本発明に係るLED駆動回路の第7の実施の形態の構成を示す回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。なお、各図において、同一の構成には、同一の符号を付して一部説明を省略している。
【0011】
(第1の実施の形態)
第1の実施の形態のLED駆動回路10aは、図1を参照すると、ノーマリーオンタイプのワイドバンドギャップ半導体素子を用いた昇降圧チョッパ回路であり、整流回路DBと、ノーマリーオンタイプのワイドバンドギャップ半導体素子であるスイッチング素子Q1と、スイッチング素子Q1をオンオフ制御する制御回路Taと、バイパスコンデンサC1と、リアクトルLと、回生ダイオードD1と、出力コンデンサC2と、ツェナーダイオードZD1と、抵抗R1、R2と、電流検出抵抗Rsとを備え、負荷回路であるLEDアレイLDを定電流で駆動する。
【0012】
LED駆動回路10aの入力端子V+と、入力端子V0とには、ダイオードがブリッジ構成された整流回路DBの整流出力正極端子と、接地された整流出力負極端子とがそれぞれ接続されている。整流回路DBの交流入力端子ACin1、ACin2には商用交流電源AC1が接続され、商用交流電源AC1からのAC入力電圧が全波整流されて整流回路DBから出力される。
【0013】
入力端子V+、すなわち整流回路DBの整流出力正極端子と、入力端子V0、すなわち整流回路DBの整流出力負極端子との間には、スイッチング素子Q1とリアクトルLとからなる直列回路と、バイパスコンデンサC1とが並列に接続されている。入力端子V+にはスイッチング素子Q1のドレイン端子が接続され、スイッチング素子Q1のソース端子にはリアクトルLの一方の端子に接続され、リアクトルLの他方の端子は入力端子V0に接続されている。これにより、スイッチング素子Q1がONのときに、リアクトルLが充電される。
【0014】
また、スイッチング素子Q1のゲート端子とソース端子との間には、ツェナーダイオードZD1が接続されている。ツェナーダイオードZD1は、アノードがスイッチング素子Q1のゲート端子に、カソードがスイッチング素子Q1のソース端子にそれぞれ接続されている。スイッチング素子Q1のゲート端子と入力端子V0との間には、十分に高抵抗の抵抗R1が接続されている。ツェナーダイオードZD1と抵抗R1とは、制御回路Taが動作するまでの間、スイッチング素子Q1のソース端子の電位に応じて、スイッチング素子Q1をオフ動作させる自己バイアス回路として機能する。すなわち、スイッチング素子Q1は、Vgs=0Vでオン、Vgs=マイナス電位でオフといった特性を持つノーマリーオンタイプであるため、電源投入時などで制御回路Taが動作するまでの間に、スイッチング素子Q1のゲート電圧がソース電位と同電位であると、オン状態となってしまい大電流が流れてしまう。そこで、スイッチング素子Q1のゲート電圧が、ゲート端子とソース端子との間に接続されたツェナーダイオードZD1のツェナー電圧Vzまで充分にマイナス電圧で自己バイアスされ、スイッチング素子Q1がオフされるように、高抵抗の抵抗R1をゲート端子と入力端子V0(接地端子)との間に接続している。これにより、電源投入時にスイッチング素子Q1をオフ動作させることができるので、制御回路Taが動作するまでは、スイッチング素子Q1をノーマリーオフタイプの半導体素子として安定に扱えるようになる。
【0015】
リアクトルLには、出力コンデンサC2と回生ダイオードD1とからなる直列回路が並列に接続されている。スイッチング素子Q1のソース端子とリアクトルLの一方の端子との接続点に回生ダイオードD1のカソードが接続され、回生ダイオードD1のアノードが出力コンデンサC2の負電極に接続され、出力コンデンサC2の正電極がリアクトルLの他方の端子に接続されている。出力コンデンサC2の両端が、LED駆動回路10の出力となり、出力コンデンサC2の正電極が出力端子Vout+に、出力コンデンサC2の負電極が出力端子Vout−となる。この出力端子Vout+、Vout−に負荷であるLEDアレイLDが、アノードが出力端子Vout+側になるように接続される。これにより、スイッチング素子Q1がOFFのときに、リアクトルLに蓄えられた電力がLEDアレイLDと出力コンデンサC2とに供給され、スイッチング素子Q1がOFFのときに、出力コンデンサC2に蓄えられた電力がLEDアレイLDに供給される。
【0016】
出力端子Vout−と出力コンデンサC2との間には、LEDアレイLDを流れるLED電流を検出するための電流検出抵抗Rsが接続され、電流検出抵抗Rsの両端電位が制御回路Taに入力されている。
【0017】
制御回路Taは、スイッチング素子Q1のソース端子の電位をコモン電位として、スイッチング素子Q1を他励方式でオンオフ動作させるIC回路であり、差分回路T1と、オペアンプOP1と、基準電圧Vref1と、パルス発生器T2と、バッファ回路BF1と、カップリングコンデンサC3と、駆動信号出力端子OUT1と、制御部電源端子Vccと、コモン端子COMと、起動電流入力端子STと、電流フィードバック端子FB+、FB−とを備えている。
【0018】
電流検出抵抗Rsの両端が電流フィードバック端子FB+、FB−を介して差分回路T1に接続され、差分回路T1に電流検出抵抗Rsの両端電位が入力される。差分回路T1は、電流検出抵抗Rsの両端電位差に応じた電圧値を検出された出力電流値としてオペアンプOP1の反転入力端子に出力する。オペアンプOP1の非反転入力端子には目標電流値である基準電圧Vref1が接続されている。これにより、そして、オペアンプOP1の出力端子からは、出力電流値と目標電流値との差分信号が出力される。
【0019】
パルス発生器T2は、オペアンプOP1の出力端子から出力される差分信号に基づくデューティー比のパルス信号を出力する。また、パルス発生器T2から出力されるパルス信号は、スイッチング素子Q1の出力端子の電位をコモン電位としており、ノーマーオフタイプのスイッチング素子のオンオフ制御に用いられるプラスのパルス信号である。パルス発生器T2は、出力電流値と目標電流値とが一致するように、出力電流値が目標電流値よりも小さい場合には、デューティー比を上げたパルス信号を出力し、出力電流値が目標電流値よりも小さい場合には、デューティー比を下げたパルス信号を出力する。
【0020】
パルス発生器T2の出力端子は、バッファ回路BF1と、カップリングコンデンサC3とを介して駆動信号出力端子OUT1に接続され、駆動信号出力端子OUT1はスイッチング素子Q1のゲート端子に接続されている。また、バッファBF1の負電源が接続されたコモン端子COMは、スイッチング素子Q1のソース端子に接続されている。
【0021】
バッファ回路BF1からの出力は方形波であり、バッファ回路BF1からの出力をカップリングコンデンサC3によってコンデンサカップリングすると、元の波形の面積を上下に分割したプラス電圧とマイナス電圧とに変換される。従って、ターンオフ時に急峻なマイナス電圧がスイッチング素子Q1のゲート端子に印加されるため、スイッチング素子Q1を急速にオフさせ、オフ状態に維持することができる。すなわち、カップリングコンデンサC3は、パルス発生回路T2(バッファ回路BF1)から出力されたパルス信号をコモン電位からマイナスの波形に変換し、変換したパルス信号をスイッチング素子Q1のゲート端子に出力するパルス信号変換回路として機能する。なお、プラス電圧はスイッチング素子Q1のゲート耐圧オーバーとなるが、ツェナーダイオードZD1の順方向電圧VFで電圧クランプされるため、スイッチング素子Q1の破壊に至ることがなく、スイッチング素子Q1をオンさせることができる。
【0022】
また、制御回路Taの起動電流入力端子STは、抵抗R2を介して入力端子V+に接続されていると共に、制御部電源端子Vccとコモン端子COMとの間には、コンデンサC4が接続されている。コンデンサC4は、制御回路Taに動作電力を供給する制御回路用コンデンサであり、起動時には、起動電流入力端子STから入力される起動電流によって充電され、制御回路Taの動作後には、リアクトルLに磁気結合された図示しない補助巻き線に誘起される電流によって充電される。
【0023】
以上のように、第1の実施の形態によれば、ノーマリーオンタイプのスイッチング素子Q1のオンオフ動作で生成した直流出力によってLEDアレイLDを定電流で点灯させるLED駆動回路10aであって、スイッチング素子Q1のソース端子(出力端子)の電位をコモン電位としたプラスのパルス信号を出力するパルス発生回路T2と、パルス発生回路T2から出力されたパルス信号をコモン電位からマイナスの波形に変換し、変換したパルス信号をスイッチング素子Q1のゲート端子(制御端子)に出力するパルス信号変換回路(カップリングコンデンサC3)とを備えている。
この構成により、ノーマリーオンタイプのワイドバンドギャップ半導体をスイッチング素子Q1として用いて、他励制御を行うことができ、スイッチング特性を悪化させることなく、発振周波数を高周波化することができる。なお、カップリングコンデンサC3は制御回路Taに内蔵していなくても良い。
【0024】
さらに、第1の実施の形態によれば、スイッチング素子Q1のソース端子(出力端子)の電位に応じて、スイッチング素子Q1をオフ動作させる自己バイアス回路(ツェナーダイオードZD1、抵抗R1)を備えている。この構成により、電源起動時の無制御動作を自己バイアス回路によって防止することができ、制御回路Taが動作するまでは、スイッチング素子Q1をノーマリーオフタイプの半導体素子として扱うことができる。
【0025】
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態のLED駆動回路10bは、図2を参照すると、第1の実施の形態のカップリングコンデンサC3を備えた制御回路Taに代えて、バッファ回路BF1の出力端子がマイナス電源回路T3を介して駆動信号出力端子OUT1に接続されている制御回路Tbが設けられている。マイナス電源回路T3は、例えば、負電圧を生成するチャージポンプ回路で構成することができる。すなわち、マイナス電源回路T3は、パルス発生回路T2(バッファ回路BF1)から出力されたパルス信号をコモン電位からマイナスの波形に変換し、変換したパルス信号をスイッチング素子Q1のゲート端子に出力するパルス信号変換回路として機能する。この構成により、第1の実施の形態と同様に、スイッチング素子Q1をオンオフ動作させることができる。
【0026】
以上のように、第2の実施の形態によれば、パルス発生回路T2から出力されたパルス信号を前記コモン電位からマイナスの波形に変換し、変換したパルス信号をスイッチング素子Q1のゲート端子(制御端子)に出力するパルス信号変換回路(マイナス電源回路T3)を備えている。
【0027】
(第3の実施の形態)
第3の実施の形態のLED駆動回路10cは、図3を参照すると、スイッチング素子Q1とリアクトルLとの間に、ノーマリーオンタイプのワイドバンドギャップ半導体素子であるスイッチング素子Q2が接続されていると共に、第1の実施の形態の制御回路Taの構成に加えて、スイッチング素子Q2の駆動信号を出力する駆動信号出力端子OUT2を備えた制御回路Tcが設けられている。以下、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とを区別するために、スイッチング素子Q1を第1のスイッチング素子Q1と称し、スイッチング素子Q2を第2のスイッチング素子Q2と称す。
【0028】
入力端子V+と、入力端子V0との間には、第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2とリアクトルLとからなる直列回路と、バイパスコンデンサC1とが並列に接続されている。入力端子V+には第1のスイッチング素子Q1のドレイン端子が接続され、第1のスイッチング素子Q1のソース端子には第2のスイッチング素子Q2のドレイン端子が接続され、第2のスイッチング素子Q2のソース端子にはリアクトルLの一方の端子に接続され、リアクトルLの他方の端子は入力端子V0に接続されている。これにより、第1のスイッチング素子Q1がONで、且つ第2のスイッチング素子Q2がオンのときに、リアクトルLが充電される。
【0029】
また、第1の実施の形態おいて、第1のスイッチング素子Q1のゲート端子とソース端子との間に接続されているツェナーダイオードZD1は、第3の実施の形態では、第1のスイッチング素子Q1のゲート端子と、第2のスイッチング素子Q2のソース端子との間に接続されている。この構成により、制御回路Tcが動作するまでの間、第1の実施の形態と同様の動作で、第1のスイッチング素子Q1のゲート電圧が、ゲート端子と第2のスイッチング素子Q2ソース端子との間に接続されたツェナーダイオードZD1のツェナー電圧Vzまで充分にマイナス電圧で自己バイアスされ、第1のスイッチング素子Q1がオフされる。また、第2のスイッチング素子Q2もツェナーダイオードZD2と抵抗R4によって同様にオフされる。なお、ツェナーダイオードZD1やツェナーダイオードZD2は、第1のスイッチング素子Q1や第2のスイッチング素子Q2のゲート端子にそれぞれ接続されるESD保護素子の特性で代用しても良い。
【0030】
制御回路Tcにおいて、バッファ回路BF1の出力は、駆動信号出力端子OUT2に直接接続されており、駆動信号出力端子OUT2と第2のスイッチング素子Q2のゲート端子とが抵抗R3を介して接続されている。また、第2のスイッチング素子Q2のゲート端子とソース端子との間には、ツェナーダイオードZD2が接続されている。ツェナーダイオードZD2は、アノードが第2のスイッチング素子Q2のゲート端子に、カソードが第2のスイッチング素子Q2のソース端子にそれぞれ接続されている。第2のスイッチング素子Q2のゲート端子と入力端子V0との間には、抵抗R3に比べて十分に高抵抗の抵抗R4が接続されている。抵抗R3に比べて抵抗R4が十分に高抵抗に設定されているため、バッファ回路BF1の出力がLOWレベルである場合には、ツェナーダイオードZD2の順方向電圧VFによって、第2のスイッチング素子Q2のVgsがマイナス電位になって、第2のスイッチング素子Q2をオフさせることができる。すなわち、ツェナーダイオードZD2と抵抗R4とは、第2のスイッチング素子Q2のソース端子の電位に応じて、第2のスイッチング素子Q2をオフ動作させる自己バイアス回路として機能する。他方、バッファ回路BF1の出力がHIレベルである場合には、ツェナーダイオードZD1の順方向電位Vfによってツェナー電圧Vzによって第2のスイッチング素子Q2のVgsがプラス電位になって、第2のスイッチング素子Q2をオンさせることができる。すなわち、自己バイアス回路であるツェナーダイオードZD2と抵抗R4とによる第2のスイッチング素子Q2のオフ動作をパルス発生回路T2(バッファ回路BF1)から出力されたパルス信号によって解消させることでオン動作させることができる。なお、ツェナーダイオードZD1やツェナーダイオードZD2は、第1のスイッチング素子Q1や第2のスイッチング素子Q2のゲート端子にそれぞれ接続されるESD保護素子の特性で代用しても良い。
【0031】
以上のように、第3の実施の形態によれば、第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2とが直列に接続されており、ハイサイド側の第1のスイッチング素子Q1は、パルス信号変換回路(カップリングコンデンサC3)によってマイナスの波形に変換したパルス信号でオンオフ動作させ、ローサイド側の第2のスイッチング素子Q2は、自己バイアス回路(ツェナーダイオードZD2、抵抗3)による第2のスイッチング素子Q2のオフ動作をパルス発生回路T2から出力されたパルス信号によって解消させることでオンオフ動作させるように構成されている。
この構成により、ノーマリーオンタイプのワイドバンドギャップ半導体を、直列に接続された第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2としてそれぞれ用いて、第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2とを他励制御でそれぞれオンオフ動作させることができる。
【0032】
(第4の実施の形態)
第4の実施の形態のLED駆動回路10dは、図4を参照すると、第3の実施の形態のLED駆動回路10cと同様に第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2とが直列に接続されており、第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2とをマイナスバッファBF2を備えた制御回路Tdから出力されるマイナス出力波形によって駆動している。
【0033】
パルス発生器T2の出力端子は、マイナスバッファ回路BF2を介して駆動信号出力端子OUT3に接続されている。そして、駆動信号出力端子OUT3は、カップリングコンデンサC5を介して第1のスイッチング素子Q1のゲート端子に接続されていると共に、第2のスイッチング素子Q2のゲート端子に直接接続されている。
【0034】
マイナスバッファBF2を備えた制御回路Tdを用いることで、マイナス出力波形で1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2とを駆動することができるため、スイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2のオフ状態を維持することができる。なお、マイナス電圧でも制御回路Td内部の寄生素子が動作しないように、制御回路Tdは誘電体分離構造に代表されるSOI(Silicon on Insulator)で構成されることが好ましい。
【0035】
以上のように、第4の実施の形態によれば、第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2とが直列に接続されており、第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2とをマイナスバッファBF2によってマイナスの波形に変換した前記パルス信号でオンオフ動作させるように構成されている。
この構成により、ノーマリーオンタイプのワイドバンドギャップ半導体を、直列に接続された第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2としてそれぞれ用いて、第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2とを他励制御でそれぞれオンオフ動作させることができる。
【0036】
(第5の実施の形態)
第5の実施の形態のLED駆動回路10eは、図5を参照すると、第3の実施の形態のLED駆動回路10cと同様に第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2とが直列に接続されており、ハイサイド側の第1のスイッチング素子Q1を、リアクトルLに磁気結合されている巻線AWに誘起される負電圧を用いてオフ制御している。
【0037】
リアクトルLに磁気結合されている巻線AWは、一端がリアクトルLと第2のスイッチング素子Q2のソース端子との接続点に接続され、他端がカップリングコンデンサC6を介して第1のスイッチング素子Q1のゲート端子に接続されている。これにより、リアクトルLの電圧極性が反転すると、巻線AWには第1のスイッチング素子Q1のゲート端子が負電位になる電圧が誘起され、第1のスイッチング素子Q1がオフ状態に維持される。
【0038】
以上のように、第5の実施の形態によれば、第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2とリアクトルにLとが直列に接続されており、ハイサイド側の第1のスイッチング素子Q1は、リアクトルLに磁気結合された巻線AWに誘起される電圧を用いてオフ動作させ、ローサイド側の第2のスイッチング素子Q2は、自己バイアス回路(ツェナーダイオードZD2、抵抗R3)による第2のスイッチング素子Q2のオフ動作をパルス発生回路T2から出力されたパルス信号によって解消させることでオンオフ動作させるように構成されている。
この構成により、ノーマリーオンタイプのワイドバンドギャップ半導体を、直列に接続された第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2としてそれぞれ用いて、ハイサイド側の第1のスイッチング素子Q1を自励制御で、ローサイド側の第2のスイッチング素子Q2を他励制御でそれぞれオンオフ動作させることができる。
【0039】
(第6の実施の形態)
第6の実施の形態のLED駆動回路10fは、図6を参照すると、第1の実施の形態の構成に加え、出力端子Vout+と、制御回路Taの制御部電源端子Vccとの間にダイオードD2が接続されている。ダイオードD2は、アノードが出力端子Vout+に、カソードが制御部電源端子Vccにそれぞれ接続されている。この構成により、制御回路Taの起動後は、制御回路Taに動作電力を供給するコンデンサC4に負荷回路であるLEDアレイLDからブートストラップ構成で電力が供給される。
【0040】
以上のように、第6の実施の形態によれば、パルス発生回路T2及びパルス信号変換回路(制御回路Ta)の電源をLEDアレイLDのアノード側からブートストラップ構成で供給する電力供給回路(ダイオードD2)を備えている。
この構成により、リアクトルLに制御回路Taに電力を供給する補助巻線を設ける必要がなく、リアクトルLとして2端子型の既製部品を使用することができ、コストを大幅に低減することができる。
【0041】
(第7の実施の形態)
第7の実施の形態のLED駆動回路10gは、図7を参照すると、第3の実施の形態のLED駆動回路10cと同様に第1のスイッチング素子Q1と第2のスイッチング素子Q2とが直列に接続されており、ハイサイド側の第1のスイッチング素子Q1のゲート端子には、制御回路Tgに設けられた定電圧回路T4によって定電圧(0V)が印加されている。そして、ローサイド側の第2のスイッチング素子Q2のゲート端子には、オペアンプOP1からの差分信号がバッファBF3を介して印加されている。バッファBF3の負電源は、LED駆動回路10gの接地端子に接続されており、バッファBF3は、差分信号を第2のスイッチング素子Q2を定電流素子として制御可能な範囲のマイナス電圧に変換する。この構成により、なお、リアクトルLを流れる電流が第2のスイッチング素子Q2の定電流値に到達すると、第2のスイッチング素子Q2のドレイン端子、すなわち第1のスイッチング素子Q1のソース端子の電圧が急激に立ち上がる。これにより、第1のスイッチング素子Q1のVgsがマイナス電位になって、第1のスイッチング素子Q1がオフされる。その後、第2のスイッチング素子Q2を流れる電流が定電流値以下となるため、再び第1のスイッチング素子Q1がオン動作となってしまうので、回生ダイオードD1が導通している回生期間は、第1のスイッチング素子Q1のオフ動作を維持する必要がある。図5に示す第5の実施の形態では、リアクトルLに磁気結合されている巻線AWから、第1のスイッチング素子Q1のオフ信号を得ているが、回生ダイオードD1の導通期間に発生する臨界動作信号でも同様のオフ信号とすることができる。例えば、出力電圧Vout+側から、図7には図示しないブートストラップ回路を接続することで、臨界動作信号を得られる。この信号が発生している期間に、オペアンプOP1の基準電圧Vref1を下げることで、第2のスイッチング素子Q2のオフ状態が維持されるので、同時に第1のスイッチング素子Q1のオフ状態も維持することができる。なお、LED駆動回路10gの接地端子に接続される素子や回路は、AC入力電圧の整流後電圧140V〜400V程度の高耐圧に耐えうる設計が必要になる。
【0042】
なお、本実施の形態では、昇降圧チョッパ回路について説明したが、本発明は、降圧チョッパ回路にも適用可能である。
【0043】
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。
【符号の説明】
【0044】
10a LED駆動回路(第1の実施の形態)
10b LED駆動回路(第2の実施の形態)
10c LED駆動回路(第3の実施の形態)
10d LED駆動回路(第4の実施の形態)
10e LED駆動回路(第5の実施の形態)
10f LED駆動回路(第6の実施の形態)
10g LED駆動回路(第7の実施の形態)
BF1、BF3 バッファ回路
BF2 マイナスバッファ回路
C1 バイパスコンデンサ
C2 出力コンデンサ
C3、C4、C5、C6 カップリングコンデンサ
D1 回生ダイオード
D2 ダイオード
L リアクトル
LD LEDアレイ
Q1 スイッチング素子(第1のスイッチング素子)
Q2 スイッチング素子(第2のスイッチング素子)
R1、R2、R3 抵抗
Rs 電流検出抵抗
Ta 制御回路(第1の実施の形態)
Tb 制御回路(第2の実施の形態)
Tc 制御回路(第3の実施の形態)
Td 制御回路(第4の実施の形態)
Te 制御回路(第5の実施の形態)
Tg 制御回路(第7の実施の形態)
T1 差分回路
T2 パルス発生回路
T3 マイナス電源回路
T4 定電圧回路
ZD1、ZD2 ツェナーダイオード
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7