説明

LEDドライブ回路

【課題】入力直流電源がショートとした場合に、LEDアレーに瞬間的に過大な電流が流れることを防止したLEDドライブ回路を実現する。
【解決手段】複数のLEDが直列接続されたLEDアレー14に、バッテリー11の直流電圧をDC/DCコンバータ12で昇圧させて供給する。LEDアレー14は、基準電位点に接続されたスイッチング素子Q2を駆動させることにより点灯させる。DC/DCコンバータ12の出力電圧は、制御回路13に供給されるコンデンサC3、抵抗R3で構成する時定数回路の時定数調整により制御可能で、この制御はLEDアレー14に供給される検出電圧Vdおよび検出電流Idに基づき調整される。スイッチング素子Q2のゲートは、バッテリー11から直接駆動させるようにしたことから、バッテリー11がショートした場合と同時にスイッチング素子Q2もオフさせ、LEDアレー14にショートに伴う過電流が流れることを防止できる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、入力直流電源がショートとした場合に、バッテリーにより駆動される直列接続された複数の発光ダイオード(LED)に過大な電流が流れないようにしたLEDドライブ回路に関する。
【背景技術】
【0002】
従来のLEDを駆動させるための回路は、入力電圧を昇圧回路で直列接続された数に対応させた昇圧を行い、昇圧された直流電圧をLEDアレーに供給している。LEDアレーの駆動は、入力電圧から内部電源を生成することで定電流用駆動ICから出力される制御信号に基づき、LEDアレーに電流を流し、LEDアレーを点灯させている。(例えば、特許文献1)
図6は、特許文献1のLEDドライバ回路を示している。図6に示す直流の入力電圧は、入力制御用トランジスタTr0を介して昇圧回路で所望の電圧に昇圧させる。昇圧された直流電圧は、複数のLEDが直列に接続されたLEDアレーに供給している。このLEDアレーは、駆動ICのトランジスタTr2を駆動させることにより電流を流して点灯させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2008−205036号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記した特許文献1の技術は、入力電圧を生成させる手段としてバッテリーを使用し、プラス、マイナスが何らかの異常でショートしたとき、LEDを駆動させる駆動ICの動作の停止に伴いスイッチング素子Tr2もオフする。このためインダクタLとコンデンサCに蓄えられたエネルギーはLEDに流れる。このとき、電流検出抵抗による定電流制御の機能がないためLEDに瞬間的に過大な電流が流れLEDのパルス電流規格を超えた値となり、LEDが壊れたり、寿命が短くなったりする、という問題があった。
【0005】
この発明の目的は、入力直流電源がショートとした場合に、LEDアレーに瞬間的に過大な電流が流れることを防止したLEDドライブ回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記した課題を解決するために、この発明のLEDドライブ回路は、直流電源と、複数のLEDが直列に接続されたLEDアレーと、前記電源に基づき前記LEDアレーを駆動し、該LEDアレーを点灯させるスイッチング素子と、前記直流電源に基づき前記スイッチング素子を駆動させる駆動手段と、を備えてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
この発明によれば、制御機能の少ない制御用のICを使用した場合でもLEDに過大な電流が流れることを防止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】この発明のLEDドライブ回路に関する第1の実施形態について説明するための回路構成図である。
【図2】この発明の効果について説明するための説明図である。
【図3】この発明のLEDドライブ回路に関する第2の実施形態について説明するための回路構成図である。
【図4】この発明のLEDドライブ回路に関する第3の実施形態について説明するための回路構成図である。
【図5】図4の一部の構成をマイクロコンピュータで処理した場合の処理例について説明するためのフローチャートである。
【図6】従来のLEDドライバ回路について説明するための回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0010】
図1は、この発明のLEDドライバ回路に関する第1の実施形態について説明するための回路構成図である。
【0011】
図1において、11はバッテリーであり、負極が基準電位点に接続されたこのバッテリー11の正極は、電源スイッチSWを介して、チョークコイルL、整流用ダイオードD、平滑用コンデンサC1から構成し、バッテリー11の直流電圧を昇圧させるDC/DCコンバータ12のコイルLの一端に接続するとともに、コンデンサC2、抵抗R1,R2の直列回路を介してそれぞれ基準電位点に接続する。抵抗R1,R2の接続点に得られる電圧は、バッテリー11の検出電圧として制御回路13に供給する。この検出電圧を制御回路13では図示しない比較電圧と比較し、比較電圧以上であった場合に制御回路13を起動させることで電流の還流を抑えている。
【0012】
コンデンサC2は、電源ライン上に重畳されるスパイクノイズ等の除去や制御回路13に供給される抵抗R1とR2に接続点で発生させたバッテリー電圧の検出電圧の安定化を図るためのものである。
【0013】
制御回路13に接続されたコンデンサC3と抵抗R3は、DC/DCコンバータ12の出力電圧を制御する、例えばMOS型FETによるスイッチング素子Q1のゲートに供給される制御信号のデューティを設定するための時定数回路を構成している。スイッチング素子Q1のドレインは、DC/DCコンバータ12のコイルLとダイオードDの接続点に、ソースは抵抗R4を介して基準電位点にそれぞれ接続する。抵抗R4は、この抵抗R4を流れる過電流情報を検出し、制御回路13に供給する保護抵抗である。
【0014】
抵抗R5,R6は、DC/DCコンバータ12の出力電圧の情報を、制御回路13にフィードバックさせるための電圧検出回路を構成し、抵抗R7はDC/DCコンバータ12の出力電流の情報を制御回路13にフィードバックさせるための電流検出回路を構成している。
【0015】
DC/DCコンバータ12の出力は、直列接続されたn個のLED141〜14nから構成されるLEDアレー14のLED14nのアノードに接続する。LED141のカソードは、例えばMOS型FETによるソースが基準電位点に接続されたスイッチング素子Q2のドレインに接続する。
【0016】
スイッチング素子Q2のゲートは、バッテリー11から電源スイッチSW、過電流保護用のゲート抵抗R8を介して接続する。スイッチング素子Q2のゲート・ソース間に接続されたツェナーダイオードZDは、スイッチング素子Q2への過電圧の印加を抑えるための保護用である。
【0017】
バッテリー11から抵抗R8を介してスイッチング素子Q2のゲートに駆動電圧が供給される径路は、スイッチング素子Q2を駆動させLEDアレー14を点灯させる駆動手段を構成している。
【0018】
次に、図1の動作について説明する。
【0019】
先ず、電源スイッチSWをオンすると、制御回路13に電源が供給されるとともに、コンデンサC2に充電が開始され、このコンデンサC2の充電がされると、制御回路13では、コンデンサC3、抵抗R3の時定数回路の時定数に基づく発振が行われ、制御回路13からスイッチング素子Q1をオン・オフする制御信号がゲートに供給される。この制御信号のデューティに基づき、DC/DCコンバータ12から出力される昇圧された直流電圧が決定する。
【0020】
DC/DCコンバータ12の出力は、抵抗R7を介してLEDアレー14に直流電圧を供給する。LEDアレー14に供給されるLED電圧を検出する電圧検出回路である抵抗R5,R6の接続点の検出電圧Vdを制御回路13に、LED電流を検出する抵抗R7による検出電流Idを制御回路13にそれぞれ供給する。
【0021】
制御回路13では、LEDアレー14に流れる電圧Vdと電流Idをモニターすることにより、LEDアレー14に流れる電流の安定化を図り、安定したLEDアレー14の点灯を実現させている。
【0022】
このとき、スイッチング素子Q2のゲートには、抵抗R8を介して直流電圧が供給され、既にスイッチング素子Q2はオン状態にあることから、LEDアレー14は点灯を開始する。
【0023】
ここで、バッテリー11がショートし、電源が急激にショートした場合を考える。ショートに伴い電源ラインの電圧は零となることから、スイッチング素子Q2も同時にオフとなる。スイッチング素子Q2のオフに伴い、制御回路13による定電流機能がなくなった場合でも、インダクタとコンデンサに蓄えられた過大なエネルギーが電流となってLEDアレー14に流れることはない。
【0024】
図2は、この発明の効果について説明するための説明図である。図2は、バッテリー11の入力電圧(a)、LEDアレー14に印加される電圧(b)、LEDアレー14に流れる電流(c)、一般的にLEDドライバ回路の構成でLEDアレー14に流れる電流(d)を示している。
【0025】
図2において、破線に示す時間においてバッテリー11がショートしたとする。従来の制御回路13からの制御信号の基づき、スイッチング素子Q2を制御してLEDアレー14を駆動させる従来の電流は、ショートに伴いスイッチング素子Q2をオフする。しかし、スイッチング素子Q2がオフする間に、DC/DCコンバータ12のコイルLと平滑用のコンデンサC1に蓄えられたエネルギーがダイオードDを介してLEDアレー14に流れるため、ショート直後に図2(d)に示すような過電流が流れる。
【0026】
これに対し、この発明では、バッテリー11がショートした場合、スイッチング素子Q2も同時にオフする。このため、コイルLと平滑用のコンデンサC1に蓄えられたエネルギーがダイオードDを介してLEDアレー14に流れることはなく、図2(c)に示すように極く小さな電流が流れる程度である。
【0027】
図2において、バッテリー11がショートした後に、LEDアレー14に流れるこの発明と従来の電流を比較した結果、従来が約2Aであったのに対し、この発明は0.8A程度であった。
【0028】
この実施形態では、調光機能がない廉価な制御回路で使用するバッテリーがショートした場合、LEDと直列に接続されたスイッチング素子を同時にオフするようにしたため、LEDアレーに過電流が流れることがない。このため、LEDにかかる過度の電気的ストレスを抑え、長寿命化を図ることができる。
【0029】
図3は、この発明のLEDドライブ回路に関する第2の実施形態について説明するための回路構成図である。上記した実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【0030】
この実施形態は、図1のLEDアレー14と基準電位点にドレインとソースが直列に接続されたスイッチング素子Q2を削除し、スイッチング素子Q2の削除にともないゲートに接続された過電流保護用のゲート抵抗R8、ツェナーダイオードZDを削除した。
【0031】
これらの削除した構成に換えて、LEDアレー14のLED141のカソードを基準電位点に接続する。さらに、電源スイッチSWの出力から抵抗R9を介して例えばMOS型FETによるスイッチング素子Q3のゲートに接続する。スイッチング素子Q3のドレインは抵抗R10を介して基準電位点に、抵抗R11を介してゲートと接続されたソースはDC/DCコンバータ12の出力にそれぞれ接続する。
【0032】
このように、構成された場合にコンデンサC1と並列に接続されたスイッチング素子Q3と抵抗10の直列回路は、入力電源が瞬時に切断された場合に、スイッチング素子Q3のゲート電圧がローレベルとなり、スイッチング素子Q3はオンする。このため、コンデンサC1、チョークコイルLに蓄えられたエネルギーは、スイッチング素子Q3を介して放電することになる。このため、LEDアレー14には過大な電流が流れないことになり、LEDアレー14に対するストレスを抑えることができる。
【0033】
この実施形態においても、調光機能がない廉価な制御回路で使用するバッテリーがショートした場合、LEDと並列に接続されたスイッチング素子を同時にオンするようにしたため、LEDアレーに過電流が流れずにLEDにかかる過度の電気的ストレスを抑え、長寿命化を図ることができる。
【0034】
図4、図5は、この発明のLEDドライブ回路に関する第3の実施形態について説明するための、図4は回路構成図、図5は図4の一部の構成をマイクロコンピュータで処理した場合の処理例について説明するためのフローチャートである。なお、上記した実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付して説明する。
【0035】
この実施形態は、制御回路13をマイクロコンピュータとしたもので、バッテリー11が所定の値にあるかどうかを検出する抵抗R1,R2、それにスイッチング素子Q1を制御する信号のデューティを決定するコンデンサC3、抵抗R3の時定数回路を削減している。
【0036】
図4の動作について、図5のフローチャートとともに説明する。
【0037】
まず、制御回路13は電源スイッチSWがオンされているかを判断する(S1)。オンされていれば、制御回路13はバッテリー11の電圧が制御回路13を駆動させるための所定の値かを判断する(S2)。所定値以上であれば、バッテリー11の電圧値に応じたデューティの制御信号を、制御回路13の図示しないROMに記録された内容から読み出し、スイッチング素子Q1のゲートを供給する(S3)。
【0038】
DC/DCコンバータ12は、ゲートに供給される制御信号によりオンオフされるスイッチング素子Q1に基づいて出力から昇圧された直流電圧を生成する。この直流電圧を抵抗R7を介してLEDアレー14に供給し、電源スイッチSWのオンと同時にオンされたスイッチング素子Q2を介してLEDアレー14に電流が流れ、LEDアレー14を点灯させることができる。
【0039】
制御回路13は、LEDアレー14に供給される直流電圧を検出した検出電圧Vdと電流を検出した検出電流Idの情報を読み取り(S4,S5)、検出電圧Vdおよび検出電流Idに基づいた制御信号でDC/DCコンバータ12を制御するとともに、検出電圧Vdおよび検出電流Idが所定値がどうかを判断する(S6)。
【0040】
ステップS6において、検出電圧Vdおよび検出電流Idが所定値よりも小さい場合は、オフデューティの狭い制御信号をスイッチング素子Q1を制御し、DC/DCコンバータ12の出力電圧を上げる(S7)。逆に、検出電圧Vdおよび検出電流Idが所定値よりも大きい場合は、オフデューティの広い制御信号をスイッチング素子Q1を制御し、DC/DCコンバータ12の出力電圧を上げる(S8)。
【0041】
このようにして、制御回路13をマイクロコンピュータよる制御としたことにより、電源電圧の検出やスイッチング素子Q1の制御信号を生成するためのコンデンサC3、抵抗R3による時定数回路を削減することができる。
【0042】
この場合も、バッテリー11がショートした場合に、このショートと同時にスイッチング素子Q2をオフにできることから、ショート以降のLED電流は図2の(c)に示すような特性を示す。
【0043】
この実施形態では、バッテリーショート後にLEDアレーに印加される電源を切断させることができることから、LEDアレーに過電流が印加されることを極力抑えることができ、LEDアレーに過度な負荷がかかることがないことから長寿命化を実現することができる。
【0044】
この発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、例えばLEDアレーを構成するLEDの数少なく、これらの順方向電圧の和が電源電圧を下回る場合は、DC/DCコンバータは電源電圧を降圧させる構成とする。電源電圧とLEDアレーのLED数のバランスが取れている場合は、DC/DCコンバータを省略することも考えられる。
【符号の説明】
【0045】
11 バッテリー
12 DC/DCコンバータ
13 制御回路
14 LEDアレー
141〜14n LED
SW 電源スイッチ
C1〜C3 コンデンサ
R1〜R8 抵抗
Q1〜Q3 スイッチング素子
ZD ツェナーダイオード

【特許請求の範囲】
【請求項1】
直流電源と、
複数のLEDが直列に接続されたLEDアレーと、
前記電源に基づき前記LEDアレーを駆動し、該LEDアレーを点灯させるスイッチング素子と、
前記直流電源に基づき前記スイッチング素子を駆動させる駆動手段と、を備えてなることを特徴とするLEDドライバ回路。
【請求項2】
前記スイッチング素子は、前記LEDアレーに直列あるいは並列的に接続したことを特徴とする請求項1記載のLEDドライバ回路。
【請求項3】
前記LEDアレーを構成する前記LEDの順方向電圧の和が前記電源の電圧よりも低い場合は、前記電源と前記LEDアレーとの間に、前記電源の電圧を降圧させるDC/DCコンバータを設置したことを特徴とする請求項1記載のLEDドライバ回路。
【請求項4】
前記LEDアレーを構成する前記LEDの順方向電圧の和が前記電源の電圧よりも高い場合は、前記電源と前記LEDアレーとの間に、前記電源の電圧を昇圧させるDC/DCコンバータを設置したことを特徴とする請求項1記載のLEDドライバ回路。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2011−114217(P2011−114217A)
【公開日】平成23年6月9日(2011.6.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−270137(P2009−270137)
【出願日】平成21年11月27日(2009.11.27)
【出願人】(000111672)ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Fターム(参考)】