JP2005116859A

JP2005116859A - 電流駆動型発光素子駆動回路

Info

Publication number: JP2005116859A
Application number: JP2003350482A
Authority: JP
Inventors: Minoru Ogita; 實荻田
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2003-10-09
Filing date: 2003-10-09
Publication date: 2005-04-28

Abstract

【課題】電流駆動型発光素子の発光強度を精度良く制御しつつ、回路の電力損失を低減する。
【解決手段】駆動回路は、交流入力電圧を整流する整流回路１と、整流回路１の出力を平滑化する平滑コンデンサＣｃと、整流回路１から平滑コンデンサＣｃに供給される電圧をスイッチング制御信号に応じてオン／オフするスイッチング回路２と、平滑コンデンサＣｃの端子電圧を入力として、発光ダイオードＬＥＤに一定の電流を供給する定電流回路３と、定電流回路３の電圧降下分が所定値以下となるようにスイッチング制御信号を出力してスイッチング回路２のオン／オフを制御する電圧比較回路４とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード等の電流駆動型発光素子を点灯させる電流駆動型発光素子駆動回路に関するものである。

発光ダイオード等の電流駆動型発光素子は、光量と駆動電流がほぼ比例する。したがって、光量を一定に保つには、定電流駆動することが望ましい。また、電流駆動型発光素子の電圧−電流特性は温度により変動し、さらに個々の電流駆動型発光素子に電圧−電流特性のバラツキが存在する。以上のような条件を踏まえて、電流駆動型発光素子の点灯の安定化を図る回路として、定電流回路を用いる駆動回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された電流駆動型発光素子駆動回路の構成を図３に示す。図３の電流駆動型発光素子駆動回路は、発光ダイオード１０１に一定の駆動電流を供給するＬＥＤ用定電流回路１０２と、ＬＥＤ用定電流回路１０２に基準電圧を印加する基準電圧用定電流回路１０３とを有する。

この駆動回路では、基準電圧用定電流回路１０３によりＬＥＤ用定電流回路１０２に印加する基準電圧（駆動電圧）を制御することにより、発光ダイオード１０１の電圧−電流特性の個々のバラツキやその温度変動、あるいは電源電圧ＶＣＣの変動を基準電圧用定電流回路１０３で吸収するようにしていた。このため、基準電圧用定電流回路１０３には、これらのバラツキや変動を見込んだ分の電圧降下が生じる。この電圧降下は駆動回路としては発光に寄与しない電力損失であり、この電力損失は特に発光ダイオードの使用個数が多いディスプレイ装置等において非常に大きくなり、回路の発熱が大きくなるという問題があった。

一方、電流駆動型発光素子駆動回路の他の例として、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いたスイッチング方式の駆動回路が知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に開示された電流駆動型発光素子駆動回路の構成を図４に示す。図４の駆動回路では、ゲートドライバ２０１から出力されるスイッチング制御信号によりトランジスタ２０２がオンオフする。トランジスタ２０２がオンの期間は電池２０３から供給される電流がコイル２０４を介してトランジスタ２０２を流れ、トランジスタ２０２がオフの期間は電池２０３からコイル２０４を介してダイオード２０５とコンデンサ２０６とからなる整流回路に電流が流れ、ここで得られた直流電圧が抵抗２１０を介して発光ダイオード２１１に印加される。

一方、誤差増幅器２１２の非反転入力端子には基準電圧Ｖｒｅｆが入力され、誤差増幅器２１２の反転入力端子には整流回路の出力電圧を抵抗２０７、可変抵抗２０８および抵抗２０９で分圧した電圧が入力されるため、基準電圧Ｖｒｅｆと分圧電圧との差分電圧がＰＷＭ制御回路２１３に入力される。ＰＷＭ制御回路２１３は、前記差分電圧が零になるようにスイッチング制御信号のパルス幅を調整してゲートドライバ２０１に出力する。このように、図４の駆動回路では、パルス電流の導通角を制御することにより、駆動回路の損失を低減することができる。
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
特開平１３−１８６００１号公報特開平１４−２０３９８８号公報

前述のとおり、図３に示した駆動回路では、回路の電力損失が大きくなり、発熱が大きくなるという問題点があった。
一方、図４に示した駆動回路では、電力損失を低減することができるが、発光ダイオード２１１に供給する電流にトランジスタ２０２のスイッチングに伴うノイズが含まれるため、発光ダイオード２１１の光量がスイッチングノイズにより周期的に変動する。したがって、多数の発光ダイオードを使って画像を表示するディスプレイ装置等に図４の駆動回路を適用すると、表示画像の動きとスイッチング周期とが干渉して、画像にちらつきが生じたり、フリッカーが生じたりするなどの問題点があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、電流駆動型発光素子の発光強度を精度良く制御しつつ、回路の電力損失を低減することができる電流駆動型発光素子駆動回路を提供することを目的とする。

本発明の電流駆動型発光素子駆動回路は、直流入力電圧を平滑化する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサに供給される直流入力電圧をスイッチング制御信号に応じてオン／オフするスイッチング回路と、前記平滑コンデンサの端子電圧を入力として、電流駆動型発光素子に一定の電流を供給する定電流回路と、前記定電流回路の電圧降下分が所定値以下となるように前記スイッチング制御信号を出力して前記スイッチング回路のオン／オフを制御する電圧比較回路とを有するものである。

本発明によれば、定電流回路の電圧降下分が所定値以下となるようにスイッチング回路のオン／オフを制御することにより、定電流回路の入力電圧が常に一定値以下となるので、定電流回路の電圧降下を、平滑コンデンサのリップル電圧と定電流化に必要な最低限の電圧降下分に抑えることができる。その結果、交流入力電圧が変動したり、温度が変動して電流駆動型発光素子の電圧−電流特性が変動したり、あるいは電流駆動型発光素子の明るさを変えるために定電流回路の出力電流値を変更したりしたとしても、定電流回路の電力損失を常に最低に抑えることができ、回路の発熱を抑えることができる。また、多数の発光ダイオードを使って画像を表示するディスプレイ装置等に本発明の駆動回路を適用したとしても、画像にちらつきが生じたり、フリッカーが生じたりすることがなくなる。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態となる電流駆動型発光素子駆動回路の構成を示すブロック図である。
整流回路１は交流入力電圧を整流し、平滑コンデンサＣｃは整流回路１の出力を平滑化する。整流回路１と平滑コンデンサＣｃとの間に挿入されたスイッチング回路２は、整流回路１から平滑コンデンサＣｃに供給される電圧をスイッチング制御信号に応じてオン／オフする。

定電流回路３は、平滑コンデンサＣｃの端子電圧を入力として、発光ダイオードＬＥＤに一定の電流を供給する。そして、電圧比較回路４は、定電流回路３の電圧降下分Ｖｄが予め定められた所定値以下となるようにスイッチング制御信号を出力してスイッチング回路２のオン／オフを制御する。

以上のように、本実施の形態では、定電流回路３の電圧降下分Ｖｄが所定値以下となるようにスイッチング回路２のオン／オフを制御することにより、定電流回路３の入力電圧（平滑コンデンサＣｃの端子電圧）が常に一定値以下となるので、定電流回路３における電圧降下は、平滑コンデンサＣｃのリップル電圧と定電流化に必要な最低限の電圧降下で済むようになる。したがって、交流入力電圧が変動したり、温度が変動して発光ダイオードＬＥＤの電圧−電流特性が変動したり、あるいは発光ダイオードＬＥＤの明るさを変えるために定電流回路３の出力電流値を変更したりしたとしても、定電流回路３の電力損失を常に最低に抑えることができる。また、定電流回路３の前段の整流回路１やスイッチング回路２には大きな電力損失となる部分がないので、駆動回路全体の電力効率が良く、発熱も極めて少なくなる。

また、スイッチングは定電流回路３に対する電源部となる平滑コンデンサＣｃに対してのみ行われ、その脈流分は定電流回路３の脈流分除去能力で十分低い（無視できるような）値に低減されるので、多数の発光ダイオードを使って画像を表示するディスプレイ装置等に本実施の形態の駆動回路を適用したとしても、画像にちらつきが生じたり、フリッカーが生じたりすることがなくなる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図２は本発明の第２の実施の形態となる電流駆動型発光素子駆動回路の構成を示す回路図である。本実施の形態は、第１の実施の形態の駆動回路の具体例を示すものである。
整流回路１はトランスＴ１とダイオードＤ１，Ｄ２とからなり、スイッチング回路２はトランジスタＴｒ１からなる。抵抗Ｒ１とツェナダイオードＺｄ１とは、平滑コンデンサＣｃの端子電圧を分圧して安定化するレギュレータを構成している。

定電流回路３は、発光ダイオードＬＥＤと直列に接続されたトランジスタＴｒ２および抵抗Ｒｄと、前記レギュレータの出力電圧を分圧する抵抗Ｒ２および可変抵抗ＶＲと、抵抗Ｒ２および可変抵抗ＶＲによって生成された分圧電圧と抵抗Ｒｄの端子電圧との誤差に比例した電圧を出力する誤差増幅器ＡＭＰ１と、誤差増幅器ＡＭＰ１の出力端子とトランジスタＴｒ２のベースとを接続する抵抗Ｒ３とを有する。

誤差増幅器ＡＭＰ１は、抵抗Ｒｄの端子電圧より分圧電圧の方が高い場合には、抵抗Ｒ３を通じてトランジスタＴｒ２に流すベース電流を増加させ、反対に抵抗Ｒｄの端子電圧より分圧電圧の方が低い場合には、トランジスタＴｒ２に流すベース電流を減少させる。こうして、定電流回路３は、発光ダイオードＬＥＤに一定の電流を供給する。また、可変抵抗ＶＲを調整することで、定電流回路３の出力電流値を調整することが可能である。

電圧比較回路４は、前記レギュレータの出力電圧を分圧する抵抗Ｒｒ１，Ｒｒ２と、抵抗Ｒｉ，ＲｆおよびコンパレータＣＯＭＰ１からなるコンパレータ回路と、コンパレータＣＯＭＰ１の出力端子とトランジスタＴｒ１のベースとを接続する抵抗ＲｓｂおよびツェナダイオードＺｄ１とを有する。

コンパレータ回路は、トランジスタＴｒ２のコレクタ電圧（定電流回路３の電圧降下分Ｖｄ）と抵抗Ｒｒ１，Ｒｒ２によって生成された基準電圧Ｖｄｒｅｆとを比較して、電圧降下分Ｖｄと基準電圧Ｖｄｒｅｆとの差分電圧が零になるようにスイッチング制御信号を出力する。電圧降下分Ｖｄが基準電圧Ｖｄｒｅｆ以下の場合、コンパレータ回路は、スイッチング制御信号を出力しない。したがって、スイッチング回路２のトランジスタＴｒ１はオン状態を維持する。一方、電圧降下分Ｖｄが基準電圧Ｖｄｒｅｆより高い場合、コンパレータ回路は、トランジスタＴｒ１をオフにするスイッチング制御信号を出力する。このスイッチング制御信号はツェナダイオードＺｄ２および抵抗Ｒｓｂを介してトランジスタＴｒ１のベースに与えられ、トランジスタＴｒ１がオフとなる。

こうして、第１の実施の形態で説明したとおり、定電流回路３の電圧降下分Ｖｄが所定値（基準電圧Ｖｒｅｆ）以下となるようにスイッチング回路２のトランジスタＴｒ１のオン／オフを制御することができる。

本発明は、電流駆動型発光素子の発光強度の安定化が必要なディスプレイ装置等に適用することができる。

本発明の第１の実施の形態となる電流駆動型発光素子駆動回路の構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施の形態となる電流駆動型発光素子駆動回路の構成を示す回路図である。従来の電流駆動型発光素子駆動回路の１例を示すブロック図である。従来の電流駆動型発光素子駆動回路の他の例を示すブロック図である。

符号の説明

１…整流回路、２…スイッチング回路、３…定電流回路、４…電圧比較回路、Ｃｃ…平滑コンデンサ。

Claims

直流入力電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサに供給される直流入力電圧をスイッチング制御信号に応じてオン／オフするスイッチング回路と、
前記平滑コンデンサの端子電圧を入力として、電流駆動型発光素子に一定の電流を供給する定電流回路と、
前記定電流回路の電圧降下分が所定値以下となるように前記スイッチング制御信号を出力して前記スイッチング回路のオン／オフを制御する電圧比較回路とを有することを特徴とする電流駆動型発光素子駆動回路。