発光素子のドライバ回路
【課題】発光素子のドライバ回路における消費電力を抑制する。
【解決手段】発光素子２０２と、発光素子２０２と直接に接続された電流制限用インダクタ２４との直列接続部と、直列接続部に並列に接続され、電流制限用インダクタ２４に蓄えられたエネルギーを回生する回生用ダイオード２８と、発光素子２０２及び電流制限用インダクタ２４に流れる電流を制御するトランジスタ２６と、トランジスタ２６の動作を制御する制御部２２と、電流制限用インダクタ２４と電磁気的に結合し、制御部２２に電源電力の少なくとも一部を供給する電源用インダクタ３０と、を備える。
【解決手段】発光素子２０２と、発光素子２０２と直接に接続された電流制限用インダクタ２４との直列接続部と、直列接続部に並列に接続され、電流制限用インダクタ２４に蓄えられたエネルギーを回生する回生用ダイオード２８と、発光素子２０２及び電流制限用インダクタ２４に流れる電流を制御するトランジスタ２６と、トランジスタ２６の動作を制御する制御部２２と、電流制限用インダクタ２４と電磁気的に結合し、制御部２２に電源電力の少なくとも一部を供給する電源用インダクタ３０と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子のドライバ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード等の発光素子の開発に伴って、複数の発光素子を直列に接続して発光させる光源を駆動するドライバ回路が考案されている。
【０００３】
従来の発光素子のドライバ回路１００は、図３に示すように、整流ブリッジ１０、制御部１２、電流制限用インダクタ１４、トランジスタ１６及び回生用ダイオード１８を含んで構成される。
【０００４】
電流制限用インダクタ１４は、駆動対象となる複数の発光素子の直列接続体１０２に直列に接続される。発光素子が発光ダイオード（ＬＥＤ）である場合、それぞれの発光ダイオードは互いに順方向を揃えるように直列接続される。回生用ダイオード１８は、電流制限用インダクタ１４と発光素子の直列接続体１０２とに並列に接続される。また、トランジスタ１６は、ＬＥＤ接続部１０２に含まれる発光素子及びインダクタに流れる電流を制御するように、電流制限用インダクタ１４と発光素子の直列接続体１０２とに直列接続される。
【０００５】
発光素子の直列接続体１０２と電流制限用インダクタ１４には整流ブリッジ１０から電源電圧が印加される。このとき、トランジスタ１６のスイッチングを制御部１２により制御することによって、電流制限用インダクタ１４の働きによって各発光素子の動作を定格以下に制限しつつ、各発光素子を発光させることができる。なお、電流制限時に電流制限用インダクタ１４に蓄積されたエネルギーは回生用ダイオード１８を介して電源に回生される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来のドライバ回路１００では、制御部１２に対して整流ブリッジ１０から制限抵抗Ｒｓｔａｒｔを介して電源が供給されている。このようなドライバ回路１００の構成では、発光素子の直列接続数が増加して電源電圧Ｖｄｃが高くなったとしても制御部１２に供給する電源電圧は低く保たれたままであり、制限抵抗Ｒｓｔａｒｔで消費される電力が大きくなり、回路全体としての効率が低下する。
【０００７】
例えば、１００Ｖの商用ＡＣ電源を整流ブリッジ１０により整流して１２０Ｖ程度の電源電圧Ｖｄｃを供給する場合、発光素子の接続数が増加して数１０Ｗから数１００Ｗの発光素子を駆動するためには、制御部１２では１００ｍＡ程度の電流容量をもってトランジスタ１６を駆動する必要がある。このような状態では、制限抵抗Ｒｓｔａｒｔでは１０Ｗ程度の電力が消費されることになり、ドライバ回路１００全体としての電力効率が悪くなる。
【０００８】
本発明は、上記課題を鑑み、電力効率を向上させた発光素子のドライバ回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの態様は、発光素子と、前記発光素子と直接に接続された電流制限用インダクタと、の直列接続部と、前記直列接続部に並列に接続され、前記電流制限用インダクタに蓄えられたエネルギーを回生する回生部と、前記発光素子及び前記電流制限用インダクタに流れる電流を制御するスイッチ素子と、前記スイッチ素子の動作を制御する制御部と、前記電流制限用インダクタと電磁気的に結合し、前記制御部に電源電力の少なくとも一部を供給する電源用インダクタと、を備える発光素子のドライバ回路である。
【００１０】
ここで、前記電流制限用インダクタと電磁気的に結合し、前記制御部以外の回路に電力を供給する補助インダクタを備えることが好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、発光素子のドライバ回路において消費電力の抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
＜第１の実施の形態＞
第１の実施の形態におけるドライバ回路２００は、図１に示すように、整流ブリッジ２０、制御部２２、電流制限用インダクタ２４、トランジスタ２６、回生用ダイオード２８、電源用インダクタ３０、整流用ダイオード３２及び平滑用コンデンサ３４を含んで構成される。
【００１３】
整流ブリッジ２０は、整流用ダイオードをブリッジ状に接続した回路であり、入力される交流電源電圧Ｖａｃを全波整流して直流電源電圧Ｖｄｃとして出力する。整流ブリッジ２０には、全波整流された電源電圧を平滑化するための平滑化回路を設けてもよい。
【００１４】
ドライバ回路２００の駆動対象となる発光素子は発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）等とすることができる。複数の発光素子を直列に接続した直列接続体２０２を駆動対象としてもよい。発光ダイオード（ＬＥＤ）である場合、発光素子の直列接続体２０２を構成する際にはそれぞれの発光ダイオードが互いに順方向を揃えるように直列接続する。さらに、直列接続体２０２を並列に接続してもよい。
【００１５】
電流制限用インダクタ２４は、駆動対象となる複数の発光素子の直列接続体２０２に直列に接続される。回生用ダイオード２８は、電流制限用インダクタ２４と発光素子の直列接続体２０２とに並列に接続される。
【００１６】
トランジスタ２６は、制御部２２によりオン状態及びオフ状態が制御されるスイッチング素子である。トランジスタ２６は電流制限用インダクタ２４と発光素子の直列接続体２０２とに直列接続される。発光素子の直列接続体２０２と電流制限用インダクタ２４にはトランジスタ２６のドレイン−ソース間を介して整流ブリッジ２０から電源電圧Ｖｄｃが印加される。トランジスタ２６のゲートには制御部２２が接続される。制御部２２は、所定のタイミングでトランジスタ２６をオン／オフ制御することによって発光素子に断続的に電力を供給して発光させる。
【００１７】
トランジスタ２６がオン状態に制御された場合、ドレイン−ソース間を介して電流制限用インダクタ２４と直列接続体２０２に電流が流れる。このとき、電流制限用インダクタ２４の作用によって、発光素子に流れる電流が徐々に増加するように制限される。また、トランジスタ２６がオフ状態に制御された場合に、ドレイン−ソース間は遮断状態となり、電流制限用インダクタ２４に蓄積された電磁的なエネルギーが回生用ダイオード２８を介して電源に回生される。
【００１８】
このとき、制御部２２では、電流制限用インダクタ２４の働きによって各発光素子の動作が定格値以下に制限されるようにトランジスタ２６のスイッチングの周期やパルス幅等を制御する。これによって、発光素子を適切に発光させることができる。
【００１９】
本実施の形態のドライバ回路２００では、回生時に電源用インダクタ３０を介して制御部２２に電源電力を供給する。電源用インダクタ３０は、電流制限用インダクタ２４と電磁気的に結合する。電源用インダクタ３０の一端は整流用ダイオード３２のアノードに接続され、他端は接地される。整流用ダイオード３２のカソードは制御部２２の電源端子に接続される。ここで、制御部２２に供給される電源を安定化させるために、平滑用コンデンサ３４を介して整流用ダイオード３２のカソードを接地してもよい。
【００２０】
このような構成とすることによって、トランジスタ２６がオン状態として発光素子の発光させる際には電流制限用インダクタ２４に電磁的エネルギーが蓄積され、トランジスタ２６をオフ状態にした際にその電磁的エネルギーを電流制限用インダクタ２４から電源用インダクタ３０を介して制御部２２の電源として供給することができる。
【００２１】
これにより、抵抗Ｒｓｔａｒｔによる消費電力を抑えることができ、ドライバ回路２００全体における電力効率を向上させることができる。
【００２２】
＜第２の実施の形態＞
第１の実施の形態では、電源用インダクタ３０、整流用ダイオード３２及び平滑用コンデンサ３４を設けることによって回生時の電力を制御部２２の電源電力として用いた。第２の実施の形態におけるドライバ回路３００では、さらに、電源用インダクタ３６、整流用ダイオード３８及び平滑用コンデンサ４０を設け、制御部２２以外の回路への電源として用いる。
【００２３】
ドライバ回路３００では、電源用インダクタ３６は、電流制限用インダクタ２４と電磁気的に結合する。電源用インダクタ３６の一端は整流用ダイオード３８のアノードに接続され、他端は接地される。整流用ダイオード３８のカソードは外部回路への電源供給端子とされる。ここで、外部回路へ供給される電源を安定化させるために、平滑用コンデンサ４０を介して整流用ダイオード３８のカソードを接地してもよい。
【００２４】
このような構成とすることによって、トランジスタ２６がオン状態として発光素子の発光させる際には電流制限用インダクタ２４に電磁的エネルギーが蓄積され、トランジスタ２６をオフ状態にした際にその電磁的エネルギーを電流制限用インダクタ２４から電源用インダクタ３６を介して外部回路へ供給することができる。
【００２５】
これにより、ドライバ回路３００の電流制限用インダクタ２４に蓄積された電磁的エネルギーを外部回路で利用することが可能となり、ドライバ回路３００全体における電力効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１の実施の形態における発光素子のドライバ回路の構成を示す図である。
【図２】第２の実施の形態における発光素子のドライバ回路の構成を示す図である。
【図３】従来の発光素子のドライバ回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０ 整流ブリッジ、１２ 制御部、１４ 電流制限用インダクタ、１６ トランジスタ、１８ 回生用ダイオード、２０ 整流ブリッジ、２２ 制御部、２４ 電流制限用インダクタ、２６ トランジスタ、２８ 回生用ダイオード、３０ 電源用インダクタ、３２ 整流用ダイオード、３４ 平滑用コンデンサ、３６ 電源用インダクタ、３８ 整流用ダイオード、４０ 平滑用コンデンサ、１００，２００，３００ ドライバ回路、１０２，２０２ 直列接続体。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子のドライバ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード等の発光素子の開発に伴って、複数の発光素子を直列に接続して発光させる光源を駆動するドライバ回路が考案されている。
【０００３】
従来の発光素子のドライバ回路１００は、図３に示すように、整流ブリッジ１０、制御部１２、電流制限用インダクタ１４、トランジスタ１６及び回生用ダイオード１８を含んで構成される。
【０００４】
電流制限用インダクタ１４は、駆動対象となる複数の発光素子の直列接続体１０２に直列に接続される。発光素子が発光ダイオード（ＬＥＤ）である場合、それぞれの発光ダイオードは互いに順方向を揃えるように直列接続される。回生用ダイオード１８は、電流制限用インダクタ１４と発光素子の直列接続体１０２とに並列に接続される。また、トランジスタ１６は、ＬＥＤ接続部１０２に含まれる発光素子及びインダクタに流れる電流を制御するように、電流制限用インダクタ１４と発光素子の直列接続体１０２とに直列接続される。
【０００５】
発光素子の直列接続体１０２と電流制限用インダクタ１４には整流ブリッジ１０から電源電圧が印加される。このとき、トランジスタ１６のスイッチングを制御部１２により制御することによって、電流制限用インダクタ１４の働きによって各発光素子の動作を定格以下に制限しつつ、各発光素子を発光させることができる。なお、電流制限時に電流制限用インダクタ１４に蓄積されたエネルギーは回生用ダイオード１８を介して電源に回生される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来のドライバ回路１００では、制御部１２に対して整流ブリッジ１０から制限抵抗Ｒｓｔａｒｔを介して電源が供給されている。このようなドライバ回路１００の構成では、発光素子の直列接続数が増加して電源電圧Ｖｄｃが高くなったとしても制御部１２に供給する電源電圧は低く保たれたままであり、制限抵抗Ｒｓｔａｒｔで消費される電力が大きくなり、回路全体としての効率が低下する。
【０００７】
例えば、１００Ｖの商用ＡＣ電源を整流ブリッジ１０により整流して１２０Ｖ程度の電源電圧Ｖｄｃを供給する場合、発光素子の接続数が増加して数１０Ｗから数１００Ｗの発光素子を駆動するためには、制御部１２では１００ｍＡ程度の電流容量をもってトランジスタ１６を駆動する必要がある。このような状態では、制限抵抗Ｒｓｔａｒｔでは１０Ｗ程度の電力が消費されることになり、ドライバ回路１００全体としての電力効率が悪くなる。
【０００８】
本発明は、上記課題を鑑み、電力効率を向上させた発光素子のドライバ回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの態様は、発光素子と、前記発光素子と直接に接続された電流制限用インダクタと、の直列接続部と、前記直列接続部に並列に接続され、前記電流制限用インダクタに蓄えられたエネルギーを回生する回生部と、前記発光素子及び前記電流制限用インダクタに流れる電流を制御するスイッチ素子と、前記スイッチ素子の動作を制御する制御部と、前記電流制限用インダクタと電磁気的に結合し、前記制御部に電源電力の少なくとも一部を供給する電源用インダクタと、を備える発光素子のドライバ回路である。
【００１０】
ここで、前記電流制限用インダクタと電磁気的に結合し、前記制御部以外の回路に電力を供給する補助インダクタを備えることが好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、発光素子のドライバ回路において消費電力の抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
＜第１の実施の形態＞
第１の実施の形態におけるドライバ回路２００は、図１に示すように、整流ブリッジ２０、制御部２２、電流制限用インダクタ２４、トランジスタ２６、回生用ダイオード２８、電源用インダクタ３０、整流用ダイオード３２及び平滑用コンデンサ３４を含んで構成される。
【００１３】
整流ブリッジ２０は、整流用ダイオードをブリッジ状に接続した回路であり、入力される交流電源電圧Ｖａｃを全波整流して直流電源電圧Ｖｄｃとして出力する。整流ブリッジ２０には、全波整流された電源電圧を平滑化するための平滑化回路を設けてもよい。
【００１４】
ドライバ回路２００の駆動対象となる発光素子は発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）等とすることができる。複数の発光素子を直列に接続した直列接続体２０２を駆動対象としてもよい。発光ダイオード（ＬＥＤ）である場合、発光素子の直列接続体２０２を構成する際にはそれぞれの発光ダイオードが互いに順方向を揃えるように直列接続する。さらに、直列接続体２０２を並列に接続してもよい。
【００１５】
電流制限用インダクタ２４は、駆動対象となる複数の発光素子の直列接続体２０２に直列に接続される。回生用ダイオード２８は、電流制限用インダクタ２４と発光素子の直列接続体２０２とに並列に接続される。
【００１６】
トランジスタ２６は、制御部２２によりオン状態及びオフ状態が制御されるスイッチング素子である。トランジスタ２６は電流制限用インダクタ２４と発光素子の直列接続体２０２とに直列接続される。発光素子の直列接続体２０２と電流制限用インダクタ２４にはトランジスタ２６のドレイン−ソース間を介して整流ブリッジ２０から電源電圧Ｖｄｃが印加される。トランジスタ２６のゲートには制御部２２が接続される。制御部２２は、所定のタイミングでトランジスタ２６をオン／オフ制御することによって発光素子に断続的に電力を供給して発光させる。
【００１７】
トランジスタ２６がオン状態に制御された場合、ドレイン−ソース間を介して電流制限用インダクタ２４と直列接続体２０２に電流が流れる。このとき、電流制限用インダクタ２４の作用によって、発光素子に流れる電流が徐々に増加するように制限される。また、トランジスタ２６がオフ状態に制御された場合に、ドレイン−ソース間は遮断状態となり、電流制限用インダクタ２４に蓄積された電磁的なエネルギーが回生用ダイオード２８を介して電源に回生される。
【００１８】
このとき、制御部２２では、電流制限用インダクタ２４の働きによって各発光素子の動作が定格値以下に制限されるようにトランジスタ２６のスイッチングの周期やパルス幅等を制御する。これによって、発光素子を適切に発光させることができる。
【００１９】
本実施の形態のドライバ回路２００では、回生時に電源用インダクタ３０を介して制御部２２に電源電力を供給する。電源用インダクタ３０は、電流制限用インダクタ２４と電磁気的に結合する。電源用インダクタ３０の一端は整流用ダイオード３２のアノードに接続され、他端は接地される。整流用ダイオード３２のカソードは制御部２２の電源端子に接続される。ここで、制御部２２に供給される電源を安定化させるために、平滑用コンデンサ３４を介して整流用ダイオード３２のカソードを接地してもよい。
【００２０】
このような構成とすることによって、トランジスタ２６がオン状態として発光素子の発光させる際には電流制限用インダクタ２４に電磁的エネルギーが蓄積され、トランジスタ２６をオフ状態にした際にその電磁的エネルギーを電流制限用インダクタ２４から電源用インダクタ３０を介して制御部２２の電源として供給することができる。
【００２１】
これにより、抵抗Ｒｓｔａｒｔによる消費電力を抑えることができ、ドライバ回路２００全体における電力効率を向上させることができる。
【００２２】
＜第２の実施の形態＞
第１の実施の形態では、電源用インダクタ３０、整流用ダイオード３２及び平滑用コンデンサ３４を設けることによって回生時の電力を制御部２２の電源電力として用いた。第２の実施の形態におけるドライバ回路３００では、さらに、電源用インダクタ３６、整流用ダイオード３８及び平滑用コンデンサ４０を設け、制御部２２以外の回路への電源として用いる。
【００２３】
ドライバ回路３００では、電源用インダクタ３６は、電流制限用インダクタ２４と電磁気的に結合する。電源用インダクタ３６の一端は整流用ダイオード３８のアノードに接続され、他端は接地される。整流用ダイオード３８のカソードは外部回路への電源供給端子とされる。ここで、外部回路へ供給される電源を安定化させるために、平滑用コンデンサ４０を介して整流用ダイオード３８のカソードを接地してもよい。
【００２４】
このような構成とすることによって、トランジスタ２６がオン状態として発光素子の発光させる際には電流制限用インダクタ２４に電磁的エネルギーが蓄積され、トランジスタ２６をオフ状態にした際にその電磁的エネルギーを電流制限用インダクタ２４から電源用インダクタ３６を介して外部回路へ供給することができる。
【００２５】
これにより、ドライバ回路３００の電流制限用インダクタ２４に蓄積された電磁的エネルギーを外部回路で利用することが可能となり、ドライバ回路３００全体における電力効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１の実施の形態における発光素子のドライバ回路の構成を示す図である。
【図２】第２の実施の形態における発光素子のドライバ回路の構成を示す図である。
【図３】従来の発光素子のドライバ回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０ 整流ブリッジ、１２ 制御部、１４ 電流制限用インダクタ、１６ トランジスタ、１８ 回生用ダイオード、２０ 整流ブリッジ、２２ 制御部、２４ 電流制限用インダクタ、２６ トランジスタ、２８ 回生用ダイオード、３０ 電源用インダクタ、３２ 整流用ダイオード、３４ 平滑用コンデンサ、３６ 電源用インダクタ、３８ 整流用ダイオード、４０ 平滑用コンデンサ、１００，２００，３００ ドライバ回路、１０２，２０２ 直列接続体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、前記発光素子と直接に接続された電流制限用インダクタと、の直列接続部と、
前記直列接続部に並列に接続され、前記電流制限用インダクタに蓄えられたエネルギーを回生する回生部と、
前記発光素子及び前記電流制限用インダクタに流れる電流を制御するスイッチ素子と、
前記スイッチ素子の動作を制御する制御部と、
前記電流制限用インダクタと電磁気的に結合し、前記制御部に電源電力の少なくとも一部を供給する電源用インダクタと、
を備えることを特徴とする発光素子のドライバ回路。
【請求項２】
請求項１に記載のドライバ回路であって、
前記電流制限用インダクタと電磁気的に結合し、前記制御部以外の回路に電力を供給する補助インダクタを備えることを特徴とする発光素子のドライバ回路。
【請求項１】
発光素子と、前記発光素子と直接に接続された電流制限用インダクタと、の直列接続部と、
前記直列接続部に並列に接続され、前記電流制限用インダクタに蓄えられたエネルギーを回生する回生部と、
前記発光素子及び前記電流制限用インダクタに流れる電流を制御するスイッチ素子と、
前記スイッチ素子の動作を制御する制御部と、
前記電流制限用インダクタと電磁気的に結合し、前記制御部に電源電力の少なくとも一部を供給する電源用インダクタと、
を備えることを特徴とする発光素子のドライバ回路。
【請求項２】
請求項１に記載のドライバ回路であって、
前記電流制限用インダクタと電磁気的に結合し、前記制御部以外の回路に電力を供給する補助インダクタを備えることを特徴とする発光素子のドライバ回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−１０９９０６（Ｐ２０１０−１０９９０６Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８２１８９（Ｐ２００８−２８２１８９）
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【出願人】（５０６２２７８８４）三洋半導体株式会社 (1,155)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【出願人】（５０６２２７８８４）三洋半導体株式会社 (1,155)
【Ｆターム（参考）】
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