説明

LED点灯装置、これを備えた表示装置およびLED点灯装置の制御方法

【課題】温度上昇を抑制できるLED点灯装置を提供する。
【解決手段】LED点灯装置10は、交流電源Eから供給された交流電圧を整流して第1端子T1及び第2端子T2間から整流電圧Vrを出力する整流素子B1と、第1端子に一端が接続されたLED素子11と、LED素子の他端と第2端子との間に接続され、LED素子に流れる電流を、温度上昇に伴って減少するように制御する電流制御部12と、を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、LED点灯装置、これを備えた表示装置およびLED点灯装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、図5に示すように、交流電源から供給された交流電圧を整流素子(ブリッジダイオード)B1で全波整流して、整流電圧を、直列接続された複数のLED(LED1〜LEDn)から構成されるLED素子11に加えることで、LED素子11を点灯させるLED点灯装置が知られている。
【0003】
このとき、電流制御部120が、LED素子11に流れる電流を一定電流に制御する。具体的には、電流制御部120は、N型MOSトランジスタQ11と、抵抗R11〜R14と、シャントレギュレータIC11と、を有する。トランジスタQ11は、ドレインがLED素子11のカソードに接続され、ソースが抵抗R11に接続されている。抵抗R12とR13は、トランジスタQ11のソースの電圧を分圧した参照電圧を出力する。シャントレギュレータIC11は、入力された参照電圧が一定となるように、トランジスタQ11のゲートの電圧を制御する。これにより、トランジスタQ11のソースの電圧が一定になるように制御されるので、抵抗R11に流れる電流(つまり、LED素子11に流れる電流)が一定電流に制御される。
【0004】
このLED点灯装置に類似したものとして、例えば、特許文献1に記載された装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2004−093657号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記従来のLED点灯装置では、LED素子11に一定電流が流れて点灯することにより、整流素子B1、LED素子11および電流制御部120の温度は上昇する。この電流による温度上昇に加えて、LED点灯装置を屋外に設置した場合、直射日光の影響などによって更に温度上昇しやすく、温度上昇によりLED点灯装置の耐久性が低下する恐れがある。また、温度上昇により、LED素子11の順方向電圧Vfが低下すると、電流制御部120のトランジスタQ11及び抵抗R11に加わる電圧が増加するので、このトランジスタQ11及び抵抗R11での電力の損失が増加する。これらの理由から、LED点灯装置の温度上昇を抑制することが好ましい。
【0007】
そこで、本発明は、温度上昇を抑制できるLED点灯装置、これを備えた表示装置およびLED点灯装置の制御方法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】
【0008】
本発明の一態様に係る実施例に従ったLED点灯装置は、
交流電源から供給された交流電圧を整流して第1端子及び第2端子間から整流電圧を出力する整流素子と、
前記第1端子に一端が接続されたLED素子と、
前記LED素子の他端と前記第2端子との間に接続され、前記LED素子に流れる電流を、温度上昇に伴って減少するように制御する電流制御部と、を備えることを特徴とする。
【0009】
上記LED点灯装置において、
前記電流制御部は、
前記LED素子の他端に一端が接続された電流制御素子と、
前記電流制御素子の他端と前記第2端子との間に接続された第1抵抗と、
前記電流制御素子の他端の電圧を、温度上昇に伴って低下する温度依存電圧だけ降圧して、参照電圧を生成する降圧部と、
前記参照電圧が一定となるように、前記電流制御素子の制御端子の電圧を制御する電圧制御部と、を有しても良い。
【0010】
上記LED点灯装置において、
前記降圧部は、
前記電流制御素子の他端にアノードが接続されたダイオード素子と、
前記ダイオード素子のカソードと前記第2端子との間に接続された第2抵抗と、を有しても良い。
【0011】
上記LED点灯装置において、
前記温度依存電圧は、前記ダイオード素子の温度上昇に伴って低下しても良い。
【0012】
上記LED点灯装置において、
前記ダイオード素子は、前記電流制御素子の他端と前記第2抵抗との間に直列接続された複数のダイオードで構成されていても良い。
【0013】
上記LED点灯装置において、
前記電圧制御部は、
前記第1端子に一端が接続された第3抵抗と、
前記第3抵抗の他端および前記電流制御素子の制御端子にカソードが接続され、前記第2端子にアノードが接続され、前記参照電圧が基準端子に供給され、前記参照電圧が増加すると前記カソードの電圧が低下して、前記参照電圧が低下すると前記カソードの電圧が増加するシャントレギュレータと、を有しても良い。
【0014】
上記LED点灯装置において、
前記整流素子は、ブリッジダイオードであっても良い。
【0015】
上記LED点灯装置において、
前記LED素子は、前記第1端子と前記電流制御部との間に直列接続された複数のLEDで構成されていても良い。
【0016】
上記LED点灯装置において、
前記電流制御素子は、N型MOSトランジスタであっても良い。
【0017】
上記LED点灯装置において、
前記交流電源からの前記交流電圧に代えて、直流電源からの直流電圧が、前記整流素子を通さず、直接前記第1端子と前記第2端子間に供給されても良い。
【0018】
本発明の一態様に係る実施例に従った表示装置は、
上記LED点灯装置と、
交流電源から供給された交流電圧を前記LED点灯装置の前記整流素子に加えるか否か制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【0019】
本発明の一態様に係る実施例に従ったLED点灯装置の制御方法は、
交流電源から供給された交流電圧を整流して第1端子及び第2端子間から整流電圧を出力する整流素子と、前記第1端子に一端が接続されたLED素子と、前記LED素子の他端と前記第2端子との間に接続された電流制御部と、を備えるLED点灯装置の制御方法であって、
前記電流制御部により、前記LED素子に流れる電流を、温度上昇に伴って減少するように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【0020】
本発明の一態様に係るLED点灯装置によれば、電流制御部が、LED素子に流れる電流を温度上昇に伴って減少するように制御している。これにより、温度が上昇すると、LED点灯装置の各部に流れる電流が減少する。従って、温度に拘らず一定電流を流している場合よりも、温度上昇を抑制できる。よって、LED点灯装置の耐久性を増加させることができると共に、電流制御素子等での電力の損失を減少させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】図1は、本発明の実施例1に係るLED点灯装置を備える表示装置の回路図である。
【図2】図2は、本発明の実施例1に係るLED点灯装置の入力電流を示す波形図である。
【図3】図3は、本発明の実施例1に係るLED点灯装置の入力電流を示す波形図である。
【図4】図4は、本発明の実施例1に係るLED点灯装置と、従来のLED点灯装置との入力電流の時間変化を示す図である。
【図5】図5は、従来のLED点灯装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、本発明に係る実施例について図面に基づいて説明する。
【実施例1】
【0023】
図1は、本発明の実施例1に係るLED点灯装置10を備える表示装置の回路図である。表示装置は、LED点灯装置10と、制御部(制御盤)20と、を備える。制御部20は、例えば半導体リレーSSR(Solid State Relay)を用いて、交流電源Eから供給された交流電圧をLED点灯装置10に加えるか否か制御する。本実施例では、表示装置は、歩行者用信号機を構成しているものとする。
【0024】
LED点灯装置10は、整流素子B1と、LED素子11と、電流制御部12と、を備える。
【0025】
整流素子B1は、4つのダイオードで構成されたブリッジダイオードであり、制御部20の交流電源Eから供給された交流電圧を全波整流して第1端子T1及び第2端子T2間から整流電圧Vrを出力する。
【0026】
LED素子11は、整流素子B1の第1端子T1にアノード(一端)が接続されている。本実施例では、LED素子11は、第1端子T1と電流制御部12との間に直列接続された第1から第nの複数のLED(LED1〜LEDn)で構成されている。
【0027】
電流制御部12は、LED素子11のカソード(他端)、即ち第nのLED(LEDn)のカソードと、第2端子T2と、の間に接続され、LED素子11に流れる電流を、温度上昇に伴って減少するように制御する。
【0028】
具体的には、電流制御部12は、N型MOSトランジスタ(電流制御素子)Q1と、第1抵抗R1と、降圧部13と、電圧制御部14と、を有する。
【0029】
N型MOSトランジスタQ1は、LED素子11のカソードにドレイン(一端)が接続されている。
【0030】
第1抵抗R1は、N型MOSトランジスタQ1のソース(他端)と第2端子T2との間に接続されている。
【0031】
降圧部13は、N型MOSトランジスタQ1のソースの電圧Vsを、温度上昇に伴って低下する温度依存電圧だけ降圧して、参照電圧Vrefを生成する。
【0032】
電圧制御部14は、参照電圧Vrefが一定となるように、N型MOSトランジスタQ1のゲート(制御端子)の電圧Vgを制御する。
【0033】
降圧部13は、ダイオード素子D1と、第2抵抗R2と、を有する。ダイオード素子D1は、N型MOSトランジスタQ1のソースにアノードが接続されている。第2抵抗R2は、ダイオード素子D1のカソードと第2端子T2との間に接続されている。
【0034】
本実施例では、ダイオード素子D1は、N型MOSトランジスタQ1のソースと第2抵抗R2との間に直列接続された4つのダイオードで構成されているとする。これら4つのダイオードは、N型MOSトランジスタQ1のソースから第2抵抗R2に順方向電流を流すように接続されている。
【0035】
温度依存電圧は、ダイオード素子D1を構成している各ダイオードの順方向電圧Vfの和である。従って、温度依存電圧は、ダイオード素子D1の温度上昇に伴って低下する。1つのダイオードの順方向電圧Vfの温度係数が約−2mV/℃であるとすると、本実施例では、温度依存電圧の温度係数は約−8mV/℃である。
【0036】
電圧制御部14は、第3抵抗R3と、シャントレギュレータIC1と、を有する。第3抵抗R3は、第1端子T1に一端が接続されている。
【0037】
シャントレギュレータIC1は、第3抵抗R3の他端およびN型MOSトランジスタQ1のゲートにカソードが接続され、第2端子T2にアノードが接続され、参照電圧Vrefが基準端子に供給されている。シャントレギュレータIC1は、参照電圧Vrefが増加するとカソードの電圧Vgが低下して、参照電圧Vrefが低下するとカソードの電圧Vgが増加するように動作する。
【0038】
以上の構成により、LED点灯装置10は、次のように動作する。
【0039】
整流電圧Vrは、交流電圧に応じて、例えば約0Vから約140Vの間で周期的に変化する。そして、整流電圧Vrが所定の電圧以上となった各期間で、LED素子11が導通して電流が流れ、点灯する。
【0040】
LED素子11の電流は、一定温度の条件では、温度依存電圧が一定であるため、電流制御部12によってほぼ一定電流に制御される。つまり、N型MOSトランジスタQ1のソースの電圧Vsがダイオード素子D1の温度依存電圧だけ降圧されて、基準電圧Vrefが得られる。N型MOSトランジスタQ1のソースの電圧Vsが増加すると、基準電圧Vrefが増加する。すると、基準電圧Vrefがほぼ一定に保たれるように、シャントレギュレータIC1のカソードの電圧Vgが低下して、N型MOSトランジスタQ1のソースの電圧Vsが低下する。従って、N型MOSトランジスタQ1のソースの電圧Vs、即ち第1抵抗R1の一端の電圧Vsは、ほぼ一定に保たれるので、LED素子11に流れる電流は、ほぼ一定電流に制御される。
【0041】
このようにして、整流素子B1、LED素子11、N型MOSトランジスタQ1及び第1抵抗R1などに電流が流れると、これらは発熱して温度が上昇する。
【0042】
上記各素子の温度上昇や外部からの熱による温度上昇等によりダイオード素子D1の温度が上昇すると、その温度依存電圧は、前述のように約−8mV/℃の温度係数で低下する。そのため、N型MOSトランジスタQ1のソースの電圧Vsが変化しなくとも、基準電圧Vrefが増加する。すると、基準電圧Vrefがほぼ一定に保たれるように、シャントレギュレータIC1のカソードの電圧Vgが低下して、N型MOSトランジスタQ1のソースの電圧Vsが低下する。従って、LED素子11に流れる電流は減少する。
【0043】
この動作と逆に、温度が低下すると、LED素子11に流れる電流は増加する。
【0044】
図2は、本発明の実施例1に係るLED点灯装置10の入力電流を示す波形図である。この図2は、通電直後の初期状態を示す。同図の縦軸は、交流電源EからLED点灯装置10に入力される入力電流を示し、横軸は時間を示す。同図に示すように、入力電流は、正負に変化する矩形波となっていて、その周期は交流電源Eの交流電圧の周期と等しい。入力電流の絶対値の最大値は、ほぼ一定値に制御されている。この入力電流の大部分は、LED素子11に流れる電流である。
【0045】
図3は、本発明の実施例1に係るLED点灯装置10の入力電流を示す波形図である。この図3は、図2の初期状態から30分通電後の状態を示す。同図の縦軸及び横軸は、図2と同一スケールである。
【0046】
図2及び図3に示した範囲Aから分かるように、30分通電後では、交流電源EからLED点灯装置10に入力される入力電流の最大値が減少している。このことは、温度上昇に起因する。
【0047】
図4は、本発明の実施例1に係るLED点灯装置10と、従来のLED点灯装置(図5)との入力電流の時間変化を示す図である。同図の縦軸は、交流電源EからLED点灯装置10に入力される入力電流の平均値を示し、横軸は時間を示す。
【0048】
同図に示すように、本実施例のLED点灯装置10では、入力電流の平均値は、時間の経過と共に減少している。つまり、入力電流の平均値は、初期状態で約80mAであり、30分通電後に約75.5mAに減少している。この30分の期間で、通電の影響により、例えば、N型MOSトランジスタQ1の温度は約35℃上昇している。
【0049】
一方、図5の従来のLED点灯装置では、入力電流の平均値は、時間の経過と共に減少せず、30分通電後でもほぼ一定電流に制御されている。この30分の期間で、通電の影響により、例えば、図5のN型MOSトランジスタQ11の温度は約40℃上昇している。
【0050】
このように、本実施例のLED点灯装置10により、従来のLED点灯装置に比して、温度上昇を抑制できる。
【0051】
以上で説明した様に、本実施例のLED点灯装置10によれば、降圧部13が、N型MOSトランジスタQ1のソースの電圧Vsを、温度上昇に伴って低下する温度依存電圧だけ降圧して参照電圧Vrefを生成して、電圧制御部14が、参照電圧Vrefが一定となるようにN型MOSトランジスタQ1のゲートの電圧Vgを制御するようにしている。これにより、温度が上昇すると、参照電圧Vrefが増加する。すると、電圧制御部14は、参照電圧Vrefが一定となるように、N型MOSトランジスタQ1のゲートの電圧Vgを低下させるので、N型MOSトランジスタQ1の電流が減少する。即ち、温度が上昇すると、LED点灯装置10の各部に流れる電流が減少する。
【0052】
従って、温度に拘らず一定電流を流している場合よりも、電流に起因した温度上昇を効果的に抑制できる。これにより、LED点灯装置10の耐久性を増加させることができる。
【0053】
特に、屋外に設置される歩行者用信号機においては、直射日光の影響などによってLED点灯装置10は更に温度上昇しやすくなる。本実施例のLED点灯装置10によれば、従来のLED点灯装置に比して温度上昇を抑制できるので、このような条件下においても、LED点灯装置10の耐久性を増加させることができる。
【0054】
その上、温度上昇が抑制されると、LED素子11の順方向電圧Vfの低下を抑制できるので、N型MOSトランジスタQ1及び抵抗R1に加わる電圧の増加を抑制できる。従って、このN型MOSトランジスタQ1及び抵抗R1での電力の損失を減少させることもできる。
【0055】
また、図5の従来のLED点灯装置における抵抗R12をダイオード素子D1に置換すれば、本実施例のLED点灯装置10が実現できるので、複雑な制御回路を用いることなく、温度上昇を抑制できる。
【0056】
また、ダイオード素子D1を構成している直列接続されたダイオードの数を増減することで、温度依存電圧の温度係数を変更できるので、温度上昇に対する電流の低減率を容易に変更することができる。
【0057】
さらに、制御部(制御盤)20は、白熱電球を用いる既存の歩行者用信号機の制御部と同一のものであるため、白熱電球を用いる歩行者用信号機の白熱電球を、本実施例のLED点灯装置10に交換するだけで、LEDを用いた歩行者用信号機が低コストで容易に実現できる。
【0058】
以上、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変形して実施することができる。
【0059】
例えば、交流電源Eからの交流電圧に代えて、直流電源からの直流電圧が、整流素子B1を通さず、直接第1端子T1と第2端子T2間に供給されても良い。
また、表示装置が歩行者用信号機を構成している一例を説明したが、これに限られない。表示装置は、自動車用信号機を構成しても良く、また、LED素子11の点灯及び消灯によって何らかの情報を表示するような装置でも良い。
【0060】
また、ダイオード素子D1は、1つのダイオードで構成されていても良く、直列接続された複数のダイオードで構成されていてもよい。さらに、LED素子11は、1つのLEDで構成されていても良い。
【符号の説明】
【0061】
10 LED点灯装置
B1 整流素子
11 LED素子
12 電流制御部
13 降圧部
14 電圧制御部
LED1〜LEDn LED
Q1 N型MOSトランジスタ(電流制御素子)
R1 第1抵抗
R2 第2抵抗
R3 第3抵抗
D1 ダイオード素子
IC1 シャントレギュレータ
20 制御部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
交流電源から供給された交流電圧を整流して第1端子及び第2端子間から整流電圧を出力する整流素子と、
前記第1端子に一端が接続されたLED素子と、
前記LED素子の他端と前記第2端子との間に接続され、前記LED素子に流れる電流を、温度上昇に伴って減少するように制御する電流制御部と、を備える
ことを特徴とするLED点灯装置。
【請求項2】
前記電流制御部は、
前記LED素子の他端に一端が接続された電流制御素子と、
前記電流制御素子の他端と前記第2端子との間に接続された第1抵抗と、
前記電流制御素子の他端の電圧を、温度上昇に伴って低下する温度依存電圧だけ降圧して、参照電圧を生成する降圧部と、
前記参照電圧が一定となるように、前記電流制御素子の制御端子の電圧を制御する電圧制御部と、を有する
ことを特徴とする請求項1に記載のLED点灯装置。
【請求項3】
前記降圧部は、
前記電流制御素子の他端にアノードが接続されたダイオード素子と、
前記ダイオード素子のカソードと前記第2端子との間に接続された第2抵抗と、を有する
ことを特徴とする請求項2に記載のLED点灯装置。
【請求項4】
前記温度依存電圧は、前記ダイオード素子の温度上昇に伴って低下する
ことを特徴とする請求項3に記載のLED点灯装置。
【請求項5】
前記ダイオード素子は、前記電流制御素子の他端と前記第2抵抗との間に直列接続された複数のダイオードで構成されている
ことを特徴とする請求項3又は請求項4に記載のLED点灯装置。
【請求項6】
前記電圧制御部は、
前記第1端子に一端が接続された第3抵抗と、
前記第3抵抗の他端および前記電流制御素子の制御端子にカソードが接続され、前記第2端子にアノードが接続され、前記参照電圧が基準端子に供給され、前記参照電圧が増加すると前記カソードの電圧が低下して、前記参照電圧が低下すると前記カソードの電圧が増加するシャントレギュレータと、を有する
ことを特徴とする請求項2から請求項5の何れかに記載のLED点灯装置。
【請求項7】
前記整流素子は、ブリッジダイオードである
ことを特徴とする請求項1から請求項6の何れかに記載のLED点灯装置。
【請求項8】
前記LED素子は、前記第1端子と前記電流制御部との間に直列接続された複数のLEDで構成されている
ことを特徴とする請求項1から請求項7の何れかに記載のLED点灯装置。
【請求項9】
前記電流制御素子は、N型MOSトランジスタである
ことを特徴とする請求項2から請求項6の何れかに記載のLED点灯装置。
【請求項10】
前記交流電源からの前記交流電圧に代えて、直流電源からの直流電圧が、前記整流素子を通さず、直接前記第1端子と前記第2端子間に供給される
ことを特徴とする請求項1から請求項9の何れかに記載のLED点灯装置。
【請求項11】
請求項1から請求項9の何れかに記載のLED点灯装置と、
交流電源から供給された交流電圧を前記LED点灯装置の前記整流素子に加えるか否か制御する制御部と、を備える
ことを特徴とする表示装置。
【請求項12】
交流電源から供給された交流電圧を整流して第1端子及び第2端子間から整流電圧を出力する整流素子と、前記第1端子に一端が接続されたLED素子と、前記LED素子の他端と前記第2端子との間に接続された電流制御部と、を備えるLED点灯装置の制御方法であって、
前記電流制御部により、前記LED素子に流れる電流を、温度上昇に伴って減少するように制御する
ことを特徴とするLED点灯装置の制御方法。

【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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【公開番号】特開2013−8530(P2013−8530A)
【公開日】平成25年1月10日(2013.1.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−139765(P2011−139765)
【出願日】平成23年6月23日(2011.6.23)
【出願人】(000002037)新電元工業株式会社 (776)
【出願人】(391016886)日本フネン株式会社 (30)
【Fターム(参考)】