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いて異常発振を抑制する。
【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、を備え、制御部２２は、発光素子２０２に印加される電源の電圧値に応じてスイッチング素子を制御する。
【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、を備え、制御部２２は、発光素子２０２に印加される電源の電圧値に応じてスイッチング素子を制御する。
【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。制御部１２がトランジスタ１６のゲート電圧をハイレベルとするとトランジスタ１６がオン状態となる。このとき、トランジスタ１６のドレイン−ソース間の電圧Ｖｄｓは低下し、電流制限用インダクタ１４の電流制限作用により発光素子の直列接続体１０２と電流制限用インダクタ１４を流れる電流ＩＤは徐々に増加する。制御部１２は電流ＩＤが各発光素子の定格値を超える前にトランジスタ１６のゲート電圧をローレベルに切り替える。これによりトランジスタ１６がオフ状態となり、トランジスタ１６のドレイン−ソース間の電圧Ｖｄｓは電源電圧Ｖｄｃとなり、電流ＩＤは低下する。また、オン状態の際に電流制限用インダクタ１４に蓄積されたエネルギーは、回生電流Ｉｏｆｆにより回生用ダイオード１８を介して電源に回生される。このように、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定格以下に維持しつつ発光させることができる。
【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、整流ブリッジ１０から全波整流された電源電圧が供給される。このとき、図４（ａ）に示すように、電源電圧が低い領域Ａではトランジスタ１６のスイッチングが異常発振してしまうおそれがあった。
【０００７】
そこで、図５に示すように、電源電圧を平滑化するためのコンデンサＣを整流ブリッジ１０の出力側に接続し、図４（ｂ）に示すように、電源電圧を平滑化する対策を採ることができる。しかしながら、コンデンサＣを設けることによって、ドライバ回路１００の力率が低下するという新たな問題が生ずることになる。
【０００８】
本発明は、上記課題を鑑み、力率を低下させることなく、スイッチングの異常発振を抑制し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、を備え、前記制御部は、前記発光素子に印加される電源の電圧値に応じて前記スイッチング素子を制御する発光素子のドライバ回路である。
【００１０】
ここで、前記制御部は、前記電圧値が所定の閾値以下となった場合に前記スイッチング素子のスイッチングを停止させ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力率を低下させることなく、スイッチングの異常発振を抑制することができる。
【００１２】
また基準電圧Ｖｒｅｆを調整する事により、商用周波数の２倍の周波数で、ＬＥＤの発光時間を調整する事ができるため、ＬＥＤの調光にも活用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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及び発振防止回路３０を含んで構成される。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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又はパルス幅を制御する。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。
【００２０】
本実施の形態におけるドライバ回路２００には発振防止回路３０が設けられている。発振防止回路３０は、整流後の電源電圧Ｖｄｃを常時検出して、電源電圧Ｖｄｃに応じて制御部２２によるトランジスタ２６のスイッチングを制御する。すなわち、電源電圧Ｖｄｃが低いときにはトランジスタ２６のスイッチングを停止させる。
【００２１】
発振防止回路３０は、図１に示すように、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、コンデンサＣ１，Ｃ２及び比較器ＣＯＭＰにより構成してもよい。抵抗Ｒ１及びＲ２は直列接続され、整流ブリッジ２０の出力端間に並列に接続される。抵抗Ｒ１及びＲ２の接続点と比較器ＣＯＭＰの反転入力端子（−）とが接続される。抵抗Ｒ１及びＲ２の接続点はコンデンサＣ１を介して接地される。比較器ＣＯＭＰの出力端は、抵抗Ｒ３及びコンデンサＣ２の直列接続を介して接地される。また、比較器ＣＯＭＰの非反転入力端子（＋）には基準電圧Ｖｒｅｆが印加される。
【００２２】
整流ブリッジ２０の出力は抵抗Ｒ１，Ｒ２によって分圧される。整流ブリッジ２０の出力する電源電圧Ｖｄｃが低下すると、抵抗Ｒ２の電圧が低下する。図２に示すように、比較器ＣＯＭＰの反転入力端子（−）に入力される電圧が基準電圧Ｖｒｅｆより小さくなると比較器ＣＯＭＰの出力端の電圧はローレベルになる。この比較器ＣＯＭＰの出力を受けて、制御部２２はトランジスタ２６のスイッチングを停止させる。
【００２３】
一方、電源電圧Ｖｄｃが増加すると、抵抗Ｒ２の電圧も増加する。図２に示すように、比較器ＣＯＭＰの反転入力端子（−）に入力される電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ以上になると比較器ＣＯＭＰの出力端の電圧はハイレベルになる。この比較器ＣＯＭＰの出力を受けて、制御部２２はトランジスタ２６のスイッチングを再開する。
【００２４】
このように電源電圧Ｖｄｃが低い領域でトランジスタ２６のスイッチングを停止させることにより、異常発振を抑制することができる。また、電源電圧Ｖｄｃを平滑化させるための大容量コンデンサを設ける必要がなく、ドライバ回路２００全体の力率を低下させることを防ぐことができる。
【００２５】
加えて、基準電圧Ｖｒｅｆを意図的に変化させることにより、商用周波数に同期した周波数にて、ＬＥＤを光らせている時間が変化するので、その結果光量が変化する。これを利用すると、ＬＥＤの調光に利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明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】本発明の実施の形態における発光素子のドライバ回路の動作を示すタイミングチャートである。
【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。
【図４】電源電圧の時間的変化を示す図である。
【図５】異常発振を抑制した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 発振防止回路、１００，２００ 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。制御部１２がトランジスタ１６のゲート電圧をハイレベルとするとトランジスタ１６がオン状態となる。このとき、トランジスタ１６のドレイン−ソース間の電圧Ｖｄｓは低下し、電流制限用インダクタ１４の電流制限作用により発光素子の直列接続体１０２と電流制限用インダクタ１４を流れる電流ＩＤは徐々に増加する。制御部１２は電流ＩＤが各発光素子の定格値を超える前にトランジスタ１６のゲート電圧をローレベルに切り替える。これによりトランジスタ１６がオフ状態となり、トランジスタ１６のドレイン−ソース間の電圧Ｖｄｓは電源電圧Ｖｄｃとなり、電流ＩＤは低下する。また、オン状態の際に電流制限用インダクタ１４に蓄積されたエネルギーは、回生電流Ｉｏｆｆにより回生用ダイオード１８を介して電源に回生される。このように、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定格以下に維持しつつ発光させることができる。
【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、整流ブリッジ１０から全波整流された電源電圧が供給される。このとき、図４（ａ）に示すように、電源電圧が低い領域Ａではトランジスタ１６のスイッチングが異常発振してしまうおそれがあった。
【０００７】
そこで、図５に示すように、電源電圧を平滑化するためのコンデンサＣを整流ブリッジ１０の出力側に接続し、図４（ｂ）に示すように、電源電圧を平滑化する対策を採ることができる。しかしながら、コンデンサＣを設けることによって、ドライバ回路１００の力率が低下するという新たな問題が生ずることになる。
【０００８】
本発明は、上記課題を鑑み、力率を低下させることなく、スイッチングの異常発振を抑制し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、を備え、前記制御部は、前記発光素子に印加される電源の電圧値に応じて前記スイッチング素子を制御する発光素子のドライバ回路である。
【００１０】
ここで、前記制御部は、前記電圧値が所定の閾値以下となった場合に前記スイッチング素子のスイッチングを停止させ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力率を低下させることなく、スイッチングの異常発振を抑制することができる。
【００１２】
また基準電圧Ｖｒｅｆを調整する事により、商用周波数の２倍の周波数で、ＬＥＤの発光時間を調整する事ができるため、ＬＥＤの調光にも活用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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及び発振防止回路３０を含んで構成される。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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又はパルス幅を制御する。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。
【００２０】
本実施の形態におけるドライバ回路２００には発振防止回路３０が設けられている。発振防止回路３０は、整流後の電源電圧Ｖｄｃを常時検出して、電源電圧Ｖｄｃに応じて制御部２２によるトランジスタ２６のスイッチングを制御する。すなわち、電源電圧Ｖｄｃが低いときにはトランジスタ２６のスイッチングを停止させる。
【００２１】
発振防止回路３０は、図１に示すように、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、コンデンサＣ１，Ｃ２及び比較器ＣＯＭＰにより構成してもよい。抵抗Ｒ１及びＲ２は直列接続され、整流ブリッジ２０の出力端間に並列に接続される。抵抗Ｒ１及びＲ２の接続点と比較器ＣＯＭＰの反転入力端子（−）とが接続される。抵抗Ｒ１及びＲ２の接続点はコンデンサＣ１を介して接地される。比較器ＣＯＭＰの出力端は、抵抗Ｒ３及びコンデンサＣ２の直列接続を介して接地される。また、比較器ＣＯＭＰの非反転入力端子（＋）には基準電圧Ｖｒｅｆが印加される。
【００２２】
整流ブリッジ２０の出力は抵抗Ｒ１，Ｒ２によって分圧される。整流ブリッジ２０の出力する電源電圧Ｖｄｃが低下すると、抵抗Ｒ２の電圧が低下する。図２に示すように、比較器ＣＯＭＰの反転入力端子（−）に入力される電圧が基準電圧Ｖｒｅｆより小さくなると比較器ＣＯＭＰの出力端の電圧はローレベルになる。この比較器ＣＯＭＰの出力を受けて、制御部２２はトランジスタ２６のスイッチングを停止させる。
【００２３】
一方、電源電圧Ｖｄｃが増加すると、抵抗Ｒ２の電圧も増加する。図２に示すように、比較器ＣＯＭＰの反転入力端子（−）に入力される電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ以上になると比較器ＣＯＭＰの出力端の電圧はハイレベルになる。この比較器ＣＯＭＰの出力を受けて、制御部２２はトランジスタ２６のスイッチングを再開する。
【００２４】
このように電源電圧Ｖｄｃが低い領域でトランジスタ２６のスイッチングを停止させることにより、異常発振を抑制することができる。また、電源電圧Ｖｄｃを平滑化させるための大容量コンデンサを設ける必要がなく、ドライバ回路２００全体の力率を低下させることを防ぐことができる。
【００２５】
加えて、基準電圧Ｖｒｅｆを意図的に変化させることにより、商用周波数に同期した周波数にて、ＬＥＤを光らせている時間が変化するので、その結果光量が変化する。これを利用すると、ＬＥＤの調光に利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明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】本発明の実施の形態における発光素子のドライバ回路の動作を示すタイミングチャートである。
【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。
【図４】電源電圧の時間的変化を示す図である。
【図５】異常発振を抑制した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 発振防止回路、１００，２００ 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、を備え、
前記制御部は、前記発光素子に印加される電源の電圧値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、
前記制御部は、前記電圧値が所定の閾値以下となった場合に前記スイッチング素子のスイッチングを停止させ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、を備え、
前記制御部は、前記発光素子に印加される電源の電圧値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、
前記制御部は、前記電圧値が所定の閾値以下となった場合に前記スイッチング素子のスイッチングを停止させ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４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１１９００８（Ｐ２０１０−１１９００８Ａ）
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９２１２５（Ｐ２００８−２９２１２５）
【出願日】平成２０年１１月１４日（２００８．１１．１４）
【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２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１４日（２００８．１１．１４）
【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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