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JP5036766B2 - Led駆動回路 - Google Patents

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Description

本発明は、発光ダイオード(Light Emitting Diode:以下「LED」と表記)を発光駆動するLED駆動回路に関する。
従来、コンピュータ用の液晶ディスプレイや、液晶テレビのバックライトとして、冷陰極蛍光ランプなどの放電灯が用いられている。一方、最近では、低消費電力・長寿命・小型という特徴を有しているLEDが注目されており、光源としての放電灯をLEDに代替することが行われる。
なお、放電灯に対する調光制御を行う従来技術としては、例えば下記特許文献1に示されたものがある。この特許文献1では、駆動回路の動作を停止させるOFF機能を有する一方で、OFF機能を必要としない場合には、このOFF機能を無効に設定する機能が付加されており、この有効/無効の設定を調光信号であるPWM(Pulse Width Modulation)信号のデューティ比に基づいて切り替えるようにした放電灯点灯装置を開示している。
特開2005−216842号公報
ところで、LEDを発光駆動するLED駆動回路を構成する場合、LEDの発光を制御する調光信号は、外部から供給される場合もある。この場合、調光信号は、LED駆動回路の提供先メーカ側で準備することになり、LED駆動回路には、外部調光端子と称される信号入力端子を設けることが行われる。
また、LEDの発光を制御する調光信号として、上述のようなPWM信号を入力する仕様のものもあれば、DC信号を入力する仕様のものもある。DC信号を入力する仕様の場合、外部調光端子に入力するDC信号のレベルに応じて、発光量の制御が行われるが、このDC信号は提供先メーカ側で準備することが通常である。
一方、外部調光端子にDC信号を入力する仕様の場合、DC信号のレベル調整するレベル調整機能を提供先メーカで準備する必要があるので、提供先メーカの負担が増加する。このため、提供先メーカでは可変抵抗素子のみを準備し、この可変抵抗素子を外部調光端子に接続することで調光制御を行う仕様のLED駆動回路もある。
すなわち、最近のLED駆動回路では、外部調光端子にDC信号およびPWM信号が入力される場合、あるいは外部調光端子に可変抵抗素子が接続される場合など、少なくとも3種類の信号入力態様がある。したがって、LED駆動回路の提供元メーカでは、これらの多様な信号入力態様に対応可能なLED駆動回路を準備する必要がある。
一方、LED駆動回路であることから、調光制御時のちらつきを抑えることは、信号入力態様の如何に関わらず、克服しなければならない従来からの技術課題である。この技術課題に対し、個々の信号入力態様毎に個別に対応する回路部を単純に準備するのでは、回路規模が増大してしまうので好ましくない。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、多様な調光信号が入力されるLED駆動回路において、回路規模の増大を抑制しつつ、調光制御時のちらつきを低減することができるLED駆動回路を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかるLED駆動回路は、LEDを発光駆動するLED駆動回路において、外部調光端子から入力される調光信号の種別を判定する信号判定回路と、入力された信号のノイズ成分を除去するフィルタ回路と、前記信号判定回路の判定結果に基づいて前記フィルタ回路の機能の有効/無効を切り替えるフィルタ機能切替手段と、前記フィルタ回路を通過させた前記調光信号と基準信号とを比較し、その比較結果に基づく信号を前記LED調光用のバースト信号として出力するコンパレータ回路と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、外部調光端子から入力される調光信号の種別を判定し、その判定結果に基づいてフィルタ回路機能の有効/無効を切り替える構成としたので、個々の調光信号毎に個別に対応する回路部を設ける必要がない。このため、回路規模の増大を抑制しつつ、調光制御時のちらつきを低減することができるLED駆動回路を提供することができる。
また、本発明にかかるLED駆動回路は、前記フィルタ機能切替手段は、前記調光信号の種別がDC信号と判定された場合には前記フィルタ回路の機能を有効に制御し、前記調光信号の種別がPWM信号と判定された場合には前記フィルタ回路の機能を無効に制御することを特徴とする。
本発明によれば、外部調光端子から入力される調光信号の特性に応じて生ずるジッタを抑制することができる。
また、本発明にかかるLED駆動回路は、三角波信号を生成する三角波信号生成回路を備え、前記三角波信号生成回路は、生成した三角波信号を前記基準信号として前記コンパレータ回路に出力することを特徴とする。
本発明によれば、コンパレータ回路への基準信号として三角波信号のみを出力すればよいので、より簡易な回路構成とすることができる。
また、本発明にかかるLED駆動回路は、三角波信号およびDC信号を生成する三角波・DC信号生成回路を備え、前記三角波・DC信号生成回路は、前記信号判定回路の判定結果に基づいて、前記三角波信号または前記DC信号の何れか一方を前記基準信号として前記コンパレータ回路に出力することを特徴とする。
本発明によれば、外部調光端子から入力される調光信号の特性に応じた好適な基準信号をコンパレータ回路に出力することができる。
また、本発明にかかるLED駆動回路は、前記三角波・DC信号生成回路は、前記外部調光端子に入力される調光信号がDC信号の場合には三角波信号を出力し、前記外部調光端子に入力される調光信号がPWM信号の場合にはDC信号を出力することを特徴とする。
外部調光端子に入力される調光信号がPWM信号の場合、コンパレータ回路に到達するまでの間に信号波形が鈍る場合がある。この場合、基準信号を三角波信号とすると、入力調光信号(PWM信号)のデューティ比と、コンパレータ回路から出力されるLED調光用バースト信号のデューティ比とが微妙に食い違うことがある。一方、本発明によれば、外部調光端子に入力される調光信号がPWM信号の場合には基準信号としてDC信号を出力するようにしているので、入力調光信号に忠実なLED調光用バースト信号を出力することができる。
また、本発明にかかるLED駆動回路は、直流電圧または交流電圧を電源入力として前記LEDに印加する直流電圧を生成すると共に、前記調光信号に基づいて前記LEDを定電流駆動するコンバータをさらに備えたことを特徴とする。
本発明によれば、LEDを定電流駆動することが可能となる。また、本発明において、コンバータを昇圧コンバータとすれば、入力電圧を昇圧することができるので、入力電圧がLEDへの印加電圧よりも低い場合であっても、LEDに対する調光制御が可能となる。また、本発明において、コンバータをAC/DCコンバータとすれば、入力電源が交流電源の場合にも対応可能である。
また、本発明にかかるLED駆動回路は、前記外部調光端子に可変抵抗素子が接続されるとき、この可変抵抗素子の抵抗値を変更することにより前記フィルタ回路の入力端に可変DC電圧を印加するよう動作するバイアス回路をさらに備えたことを特徴とする。
本発明によれば、外部調光端子にDC信号およびPWM信号が入力される信号入力態様に加え、外部調光端子に可変抵抗素子が接続される信号入力態様にも対応することが可能である。すなわち、本発明は、多様な信号入力態様に対応可能なLED駆動回路を提供することができる。
本発明にかかるLED駆動回路によれば、多様な調光信号が入力されるLED駆動回路において、回路規模の増大を抑制しつつ、調光制御時のちらつきを低減することができるという効果が得られる。
図1は、本発明の実施の形態1にかかるLED駆動回路の機能構成を示す図である。 図2は、フィルタ回路をキャパシタで構成したときのキャパシタ容量とジッタ時間幅との関係を示すグラフである。 図3は、図1に示したLED駆動回路の機能を具現する実施の形態1の回路構成の一例を示す図である。 図4は、入力調光信号がPWM信号の場合に三角波信号を基準信号として生成したバースト信号を示す図である。 図5は、図1に示したLED駆動回路の機能を具現する実施の形態2の回路構成の一例を示す図である。 図6は、本発明の実施の形態3にかかるLED駆動回路の機能構成を示す図である。 図7は、図5に示したLED駆動回路の機能を具現する実施の形態3の回路構成の一例を示す図である。 図8は、外部調光端子に可変抵抗素子が接続される信号入力態様を説明する図である。
以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態にかかるLED駆動回路を詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかるLED駆動回路の機能構成を示す図である。実施の形態1にかかるLED駆動回路は、図1に示すように、フィルタ回路16、コンパレータ回路18、信号判定回路20、三角波信号生成回路26a、DC信号生成回路26bおよび信号切替手段26cを備えて構成される。
つぎに、図1に示した実施の形態1におけるLED駆動回路の動作について説明する。外部調光端子6には、上述したPWM信号やDC信号などが入力される。この調光信号は、フィルタ回路16および信号判定回路20に入力される。信号判定回路20は、入力された調光信号の種別、すなわち調光信号がPWM信号であるのか、DC信号であるのかを判定する。フィルタ回路16は、入力された調光信号のノイズ成分(リプル・ノイズ)を除去する機能を有する。この機能は、信号判定回路20の出力に基づいて切り替えられるが、具体的には、つぎのとおり切替制御される。
まず、外部調光端子6から入力される調光信号がDC信号の場合には、フィルタ回路16の機能が有効(ON)となるように制御される。一方、外部調光端子6から入力される調光信号がPWM信号の場合には、フィルタ回路16の機能が無効(OFF)となるように制御される。
外部調光端子6にDC信号が入力される場合、外部調光端子6とコンパレータ回路18とを結ぶ信号ラインにリプル・ノイズが重畳することが多々あった。従来のLED駆動回路では、このリプル・ノイズの影響を受け、コンパレータ回路の出力(バースト信号出力)にジッタが発生するという問題があった。そこで、実施の形態1のLED駆動回路では、このリプル・ノイズの影響を抑制するため、外部調光端子6とコンパレータ回路18との間の任意の箇所にフィルタ回路16を挿入することとしている。なお、フィルタ回路16を挿入すると、リプル・ノイズの影響が抑制されるので、バースト信号出力のジッタが低減する。
図2は、フィルタ回路16をキャパシタで構成したときのキャパシタ容量とジッタ時間幅との関係を示すグラフである。図2において、黒菱形印でプロットした曲線K1は、調光信号がDC信号の場合であり、黒四角印でプロットした曲線K2は、調光信号がPWM信号の場合を表している。なお、キャパシタ容量を増加させることは、フィルタ回路16をより有効に作用させることと等価である。
図2に示されるように、フィルタ回路16は、キャパシタ容量を増加させるほどDC信号に対してはプラスに作用するが、PWM信号に対してはマイナスに作用する。そこで、実施の形態1のLED駆動回路では、信号判定回路20を設け、信号判定回路20の判定結果に基づいて、入力された調光信号の種別を判定するようにしている。
図3は、図1に示したLED駆動回路の機能を具現する実施の形態1の回路構成の一例を示す図である。図3において、LED駆動回路10には、電源端子4、外部調光端子6、およびLED接続端子である出力端子8が設けられ、電源端子4には外部電源1が接続され、出力端子8にはLED群2が接続されている。なお、図3では、LED群2として、複数個のLEDが直列接続された構成を示しているが、複数個である必要はなく1個のLEDであっても構わない。また、複数個のLEDが並列接続された構成でも構わない。
また、図3において、LED駆動回路10の内部には、図1に示したフィルタ回路16、コンパレータ回路18、信号判定回路20が設けられると共に、信号判定回路20とフィルタ回路16との間にはスイッチ回路22が設けられ、信号判定回路20とコンパレータ回路18との間にはバッファ回路24および三角波・DC信号生成回路26がこの順で設けられ、コンパレータ回路18と出力端子8との間にはダイオード32、抵抗素子36、スイッチ回路38などが設けられている。
なお、図3の構成において、スイッチ回路22は、フィルタ回路16の有効/無効を切り替えるフィルタ機能切替手段として機能する。また、三角波・DC信号生成回路26は、図1における三角波信号生成回路26a、DC信号生成回路26bおよび信号切替手段26cの各機能を具現する回路部である。さらに、ダイオード32、抵抗素子34,36、スイッチ回路38などは、LED駆動回路10の最終的な出力であるバースト信号をLED群2に印加してLED群2を調光制御するための回路素子または回路部である。
つぎに、図3に示したLED駆動回路10の動作について説明する。まず、外部調光端子6にDC信号が入力された場合、信号判定回路20のトランジスタTr1はOFFとなる一方、スイッチ回路22のトランジスタTr2はONとなるので、フィルタ回路16のキャパシタC1はGNDに接続される。また、このときバッファ回路24のトランジスタTr3およびトランジスタTr4がOFFするので、三角波・DC信号生成回路26は、キャパシタC2と抵抗素子R1の時定数に従う周期の三角波信号を生成する。コンパレータ回路18には、三角波・DC信号生成回路26が生成した三角波信号と、フィルタ回路16を介して入力された調光信号(この場合DC信号)とが入力され、LED群2を調光するためのバースト信号が生成される。このバースト信号は、スイッチ回路38をON/OFFすることによってLED群2に印加され、LED群2がPWM駆動される。
また、外部調光端子6にPWM信号が入力された場合の動作はつぎの通りである。信号判定回路20は、微分回路の構成を成しているので、PWM信号の立ち上がり時および立ち下がり時にトランジスタTr1はONとなるが、信号判定回路20のキャパシタC3と抵抗素子R2による時定数がPWM信号の周期よりも大きく設定されているので、キャパシタC3の端子電圧は略一定値を維持する。その結果、スイッチ回路22のトランジスタTr2はOFFとなるので、フィルタ回路16のキャパシタC1はGNDに接続されず、フィルタ回路16の機能は無効となる。また、このときバッファ回路24のトランジスタTr3およびトランジスタTr4はONの状態を維持するので、三角波・DC信号生成回路26は、抵抗素子R3,R4の分圧抵抗に従うDC電圧を入力とするDC信号生成回路として動作する。コンパレータ回路18には、三角波・DC信号生成回路26が生成したDC信号と、フィルタ回路16を介して入力された調光信号(この場合PWM信号)とに基づいてバースト信号が生成される。その後の動作は、DC信号のときと同様である。
なお、実施の形態1のLED駆動回路では、外部調光端子6からPWM信号が入力された場合、三角波・DC信号生成回路26がDC信号を生成するものとして説明してきたが、外部調光端子6からDC信号が入力された場合と同様に、三角波信号を生成して出力してもよい。図4に示すように、三角波信号が基準信号であっても、入力調光信号と同等のバースト信号を生成することができる。
ただし、外部調光端子から入力される調光信号(入力調光信号)がPWM信号の場合、回路構成によってはコンパレータ回路18に到達するまでの間に信号波形が鈍る場合がある。この場合、基準信号を三角波信号とすると、入力調光信号であるPWM信号のデューティ比と、コンパレータ回路18から出力されるLED調光用バースト信号のデューティ比とが微妙に食い違うことがある。したがって、入力調光信号がPWM信号の場合には、DC信号を基準信号とする方が好ましい。DC信号を基準信号とすることにより、入力調光信号に忠実なバースト信号の生成が可能となる。
以上説明したように、実施の形態1のLED駆動回路によれば、外部調光端子から入力される調光信号の種別を判定し、その判定結果に基づいてフィルタ回路機能の有効/無効を切り替える構成としたので、個々の調光信号毎に個別に対応する回路部を設ける必要がないという効果が得られる。
また、実施の形態1のLED駆動回路によれば、一つの外部調光端子からPWM信号とDC信号の双方が入力される仕様のLED駆動回路であっても、個々の調光信号毎に個別に対応する回路部を設ける必要がないので、回路規模の増大を抑制した回路構成とすることができるという効果が得られる。
また、実施の形態1のLED駆動回路によれば、一つの外部調光端子からPWM信号とDC信号の双方が入力される仕様のLED駆動回路であっても、調光信号の種別に応じた好適な回路が選択されるので、何れの調光信号が入力されても、ジッタを低減することができ、調光制御時のちらつきを低減することができるという効果が得られる。
実施の形態2.
図5は、図1に示したLED駆動回路の機能を具現する実施の形態2の回路構成の一例を示す図であり、実施の形態1(図3)と同一または同等の部分には同一符号を付して説明を省略する。実施の形態2のLED駆動回路では、図5に示すように、LED群2を定電流駆動するためのDC/DCコンバータである昇圧コンバータ12を有し、昇圧コンバータ12の出力をLED群2に印加する構成としている。また、図5において、昇圧コンバータ12に具備されるコントローラ30は、LED群2に流れる電流(以下「LED電流」という)を検出して制御するための制御器である。コントローラ30のF/B端子は、抵抗素子36を介してLED群2の一端(図5の例でカソード側)に接続されると共に、ダイオード32を介してコンパレータ回路18の出力端子にも接続されている。
つぎに、図5に示した実施の形態2にかかるLED駆動回路の動作について説明する。コントローラ30がLED電流をモニタしているとき、コントローラ30のF/B端子に、ある閾値よりも高い電圧が印加されると、LED電流が設定値を超えている状態と同じになるので、コントローラ30は昇圧コンバータ12の昇圧動作を停止させる制御を行う。例えば、F/B端子に200Hz周期のバースト信号(PWM信号)を印加すると、PWM信号が「Hi」のときには、LED群2が消灯し、「Lo」のときにはLED群2が点灯する。このように、コンパレータ回路18の出力であるバースト信号に基づいて昇圧コンバータ12を動作させることにより、LED群2に対する定電流駆動が可能となる。なお、その他の回路部の動作については、実施の形態1と同様であり、説明を省略する。
このように、実施の形態2のLED駆動回路では、LED群に対する調光制御を行う際に、LED電流をモニタし、モニタしたLED電流に基づいてLED群を定電流駆動するようにしているので、外部調光端子から多様な調光信号が入力される場合であっても、より精度のよい調光制御が可能となる。
また、実施の形態2のLED駆動回路によれば、昇圧コンバータによって入力電圧を昇圧することができるので、入力電圧がLEDへの印加電圧よりも低い場合であっても、LED群に対する調光制御が可能となるという効果が得られる。
なお、実施の形態2のLED駆動回路では、直流電圧を電源入力とし、入力された直流電圧を昇圧して出力するDC/DCコンバータとしての昇圧コンバータを備える構成について例示したが、この構成に限定されるものではない。例えば、昇圧コンバータの代わりに降圧コンバータにすることも可能であり、交流電圧を電源入力とし、入力された交流電圧を直流電圧に変換して出力するAC/DCコンバータに代替することも可能である。
実施の形態3.
図6は、本発明の実施の形態3にかかるLED駆動回路の機能構成を示す図であり、図7は、図6に示したLED駆動回路の機能を具現する回路構成の一例を示す図である。図6および図7において、図1および図5と同一または同等の部分には同一符号を付して説明を省略する。実施の形態3のLED駆動回路では、図6および図7に示すように、外部調光端子6とフィルタ回路16との間にバイアス回路14を備えた構成としている。このバイアス回路14は、外部調光端子6に可変抵抗素子が接続される信号入力態様に対応するものである。
つぎに、実施の形態3にかかるLED駆動回路の動作について図6〜図8の各図面を参照して説明する。なお、図8は、外部調光端子に可変抵抗素子が接続される信号入力態様を説明する図である。
外部調光端子6に可変抵抗素子46が接続される信号入力態様の場合、図8に示す一例では、バイアス回路14内の抵抗素子40,42,44の抵抗値と、可変抵抗素子46の抵抗値との関係で決まる電圧V1がフィルタ回路16への入力電圧(DC電圧)となる。また、可変抵抗素子46の抵抗値を可変することにより、フィルタ回路16への入力電圧を可変することができる。なお、その他の回路動作は、実施の形態1,2の回路動作と同等であり、その説明を省略する。
上述したように、実施の形態3のLED駆動回路によれば、実施の形態1,2のLED駆動回路において、外部調光端子とフィルタ回路との間にバイアス回路を設けることとしたので、実施の形態1,2の効果を有すると共に、当該外部調光端子に可変抵抗素子が接続される信号入力態様にも対応することができるという効果が得られる。
なお、実施の形態3のLED駆動回路では、図7に示すように、外部調光端子6とフィルタ回路16との間にバイアス回路14を設ける構成例として、図5に示す実施の形態2のLED駆動回路に適用する例を開示したが、図2に示す実施の形態1のLED駆動回路に適用することも可能であり、実施の形態1,3の効果を得ることができる。
以上のように、本発明にかかるLED駆動回路は、多様な調光信号が入力されるLED駆動回路において、回路規模の増大を抑制しつつ、調光制御時のちらつきを低減することができる発明として有用である。
1 外部電源
2 LED群
4 電源端子
6 外部調光端子
8 出力端子
10 LED駆動回路
12 昇圧コンバータ
14 バイアス回路
16 フィルタ回路
18 コンパレータ回路
20 信号判定回路
22 スイッチ回路
24 バッファ回路
26 三角波・DC信号生成回路
26a 三角波信号生成回路
26b DC信号生成回路
26c 信号切替手段
30 コントローラ
32 ダイオード
34,36,40,42,44,R1〜R4 抵抗素子
38 スイッチ回路
46 可変抵抗素子
C1〜C3 キャパシタ
Tr1〜Tr4 トランジスタ

Claims (7)

  1. LEDを発光駆動するLED駆動回路において、
    外部調光端子から入力される調光信号の種別を判定する信号判定回路と、
    入力された信号のノイズ成分を除去するフィルタ回路と、
    前記信号判定回路の判定結果に基づいて前記フィルタ回路の機能の有効/無効を切り替えるフィルタ機能切替手段と、
    前記フィルタ回路を通過させた前記調光信号と基準信号とを比較し、その比較結果に基づく信号を前記LED調光用のバースト信号として出力するコンパレータ回路と、
    を備え、前記信号判定回路と前記フィルタ回路との間に前記フィルタ機能切替手段が接続されたことを特徴とするLED駆動回路。
  2. 前記フィルタ機能切替手段は、
    前記調光信号の種別がDC信号と判定された場合には前記フィルタ回路の機能を有効に制御し、
    前記調光信号の種別がPWM信号と判定された場合には前記フィルタ回路の機能を無効に制御する
    ことを特徴とする請求項1に記載のLED駆動回路。
  3. 三角波信号を生成する三角波信号生成回路を備え、
    前記三角波信号生成回路は、生成した三角波信号を前記基準信号として前記コンパレータ回路に出力することを特徴とする請求項1または2に記載のLED駆動回路。
  4. 三角波信号およびDC信号を生成する三角波・DC信号生成回路を備え、
    前記三角波・DC信号生成回路は、前記信号判定回路の判定結果に基づいて、前記三角波信号または前記DC信号の何れか一方を前記基準信号として前記コンパレータ回路に出力することを特徴とする請求項1または2に記載のLED駆動回路。
  5. 前記三角波・DC信号生成回路は、
    前記外部調光端子に入力される調光信号がDC信号の場合には三角波信号を出力し、
    前記外部調光端子に入力される調光信号がPWM信号の場合にはDC信号を出力する
    ことを特徴とする請求項4に記載のLED駆動回路。
  6. 直流電圧または交流電圧を電源入力として前記LEDに印加する直流電圧を生成すると共に、前記調光信号に基づいて前記LEDを定電流駆動するコンバータをさらに備えたことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載のLED駆動回路。
  7. 前記外部調光端子に可変抵抗素子が接続されるとき、この可変抵抗素子の抵抗値を変更することにより前記フィルタ回路の入力端に可変DC電圧を印加するよう動作するバイアス回路をさらに備えたことを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載のLED駆動回路。
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