JP5172500B2

JP5172500B2 - 駆動装置

Info

Publication number: JP5172500B2
Application number: JP2008172620A
Authority: JP
Inventors: 啓之福井; 和明北賀
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2007-07-27
Filing date: 2008-07-01
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2028-07-01
Also published as: JP2009054998A

Description

本発明は、駆動装置に関し、特に、発光素子の調光制御を行なう駆動装置に関する。

ＬＥＤ（Light-Emitting Diode）等の発光素子を用いた蛍光灯および街路灯等の照明装置が開発されている。

発光素子の調光方法としては、ＬＥＤの輝度をＰＷＭ（パルス幅変調：Pulse Width Modulation）制御によって調整する方法が知られている。これは、ＬＥＤを通して流れる電流のパルス幅（時間幅）を変化させる、すなわち、ＬＥＤを通して流れる電流のパルスのデューティを変化させてＬＥＤの輝度を調整する方法である。

たとえば、特許文献１には以下のようなＬＥＤ駆動回路が開示されている。すなわち、ＬＥＤ駆動回路は、電圧検出抵抗から検出された電圧によって幅が調整されるスイッチングパルスをスイッチに提供することにより、スイッチのオン／オフ時間を制御するＰＷＭ駆動部と、電圧検出抵抗から検出された電圧値と任意のディミング（dimming）電圧値を比較する比較部と、比較部からの比較電圧値が増加するとＰＷＭ駆動部から出力されるスイッチングパルスのオン時間を増加させ、比較部からの比較電圧値が減少するとＰＷＭ駆動部から出力されるスイッチングパルスのオン時間を減少させるための制御信号を生成するＰＷＭ制御部とを備える。そして、ＰＷＭ駆動部から出力されるスイッチングパルス幅をディミング電圧値に従って制御することによりＬＥＤの輝度を調整する。
特開２００６−３２４６７１号公報

しかしながら、特許文献１記載のＬＥＤ駆動回路では、ＬＥＤの順方向電圧および色温度等の特性がばらつくと、たとえディミング電圧が一定に維持されたとしても、ＬＥＤを通して流れる電流が一定ではなくなるため、ＬＥＤの輝度および色度がばらついてしまうという問題点があった。

それゆえに、本発明の目的は、発光素子の特性のばらつきに関わらず発光素子の輝度および色度のばらつきを抑制することが可能な駆動装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のある局面に係わる駆動装置は、発光素子を駆動する駆動装置であって、発光素子をオン状態とするための電圧を発光素子に供給するか否かを切り替える第１のスイッチ素子と、発光素子がオン状態のときに発光素子を通して流れる電流を所定電流値に制御する定電流制御回路とを備える。

好ましくは、駆動装置は、さらに、第２のスイッチ素子を含み、第２のスイッチ素子のオン状態およびオフ状態を交互に切り替えることにより、発光素子をオン状態とするための直流電圧を交流電圧から生成する第１の電圧変換回路を備え、定電流制御回路は、第２のスイッチ素子のオン状態およびオフ状態を制御することにより、発光素子がオン状態のときに発光素子を通して流れる電流を所定電流値に制御する。

より好ましくは、駆動装置は、さらに、第１のスイッチ素子のオン状態およびオフ状態をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御回路と、直流電圧を所定電圧値に変換して電源電圧としてＰＷＭ制御回路に供給する第２の電圧変換回路を備える。

より好ましくは、定電流制御回路は、第１のスイッチ素子と直列に接続される第１の抵抗と、第１のスイッチ素子および第１の抵抗の直列体と並列に接続される第２の抵抗と、第２の抵抗と直列接続され、かつ第１のスイッチ素子および第１の抵抗の直列体と直列接続される第３の抵抗と、第３の抵抗と所定電圧が供給されるノードとの間に接続される電流設定抵抗と、第２の抵抗と第３の抵抗との第１接続ノードにおける電圧、および第３の抵抗と電流設定抵抗との第２接続ノードにおける電圧に基づいて第２のスイッチ素子のオン状態およびオフ状態を制御する電圧制御回路とを含み、第２の抵抗および第３の抵抗の直列体は発光素子と並列に接続され、発光素子と、第１のスイッチ素子および第１の抵抗の直列体と、第２の抵抗との第３接続ノードに第１の電圧変換回路が生成した直流電圧が供給される。

より好ましくは、電圧制御回路は、第１接続ノードにおける電圧が第１の所定電圧となるように、かつ第２接続ノードにおける電圧が第２の所定電圧となるように、第２のスイッチ素子のオン状態およびオフ状態を制御する。

より好ましくは、電流設定抵抗はサーミスタである。
より好ましくは、定電流制御回路は、さらに、サーミスタと並列に接続された抵抗を含む。

好ましくは、定電流制御回路は、周囲温度に応じて所定電流値を変更する調光回路を含む。

好ましくは、駆動装置は、さらに、第１のスイッチ素子のオン状態およびオフ状態をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御回路を備える。

本発明によれば、発光素子の特性のばらつきに関わらず発光素子の輝度および色度のばらつきを抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜第１の実施の形態＞
［構成および基本動作］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る駆動装置の構成を示す機能ブロック図である。

図１を参照して、駆動装置１０１は、ＰＷＭ制御回路１と、定電流制御回路２と、電圧変換回路３と、３端子レギュレータ（電圧変換回路）４と、ＬＥＤ３１，３２と、スイッチ素子ＳＷ１とを備える。定電流制御回路２は、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３と、電流設定抵抗ＲＩＳと、電圧制御回路１１とを含む。電圧変換回路３は、スイッチング信号伝達回路１２と、トランジスタ（スイッチ素子）Ｍ１と、トランスＴＲＳ１と、ダイオードＤ１と、コンデンサＣ１とを含む。なお、駆動装置１０１がＬＥＤ３１，３２を備えない、すなわちＬＥＤ３１，３２が駆動装置１０１の外部に配置される構成であってもよい。

スイッチ素子ＳＷ１は、たとえばバイポーラトランジスタ、ＭＯＳトランジスタ、リレー、フォトカプラまたはサイリスタである。

ＰＷＭ制御回路１は、たとえばマイコンである。ＰＷＭ制御回路１は、ＰＷＭ制御信号をスイッチ素子ＳＷ１へ出力することにより、スイッチ素子ＳＷ１のオン状態およびオフ状態をＰＷＭ制御する。ＰＷＭ制御回路１は、たとえば、図示しない赤外線センサ、人感センサおよび光センサの検出結果ならびに操作者によるボリュームおよびリモコン等の操作に基づいて、ＰＷＭ制御信号のデューティを決定する。また、ＰＷＭ制御回路１の代わりに、タイマーＩＣ（Integrated Circuit）等、論理ハイレベルおよび論理ローレベルの信号を出力する回路であってもよい。

スイッチ素子ＳＷ１は、ＰＷＭ制御回路１から受けたＰＷＭ制御信号に基づいて、ＬＥＤ３１および３２をオン状態とするための電圧をＬＥＤ３１および３２に供給するか否かを切り替える。

定電流制御回路２は、トランジスタＭ１のオン状態およびオフ状態を制御することにより、ＬＥＤ３１および３２がオン状態のときにＬＥＤ３１および３２を通して流れる電流を所定電流値に制御する。

電圧変換回路３は、トランジスタＭ１を含み、トランジスタＭ１のオン状態およびオフ状態を交互に切り替えることにより、ＬＥＤ３１および３２をオン状態とするための直流電圧ＶＯＵＴを交流電圧ＶＩＮから生成する。

また、３端子レギュレータ（電圧変換回路）４は、電圧変換回路３が生成した直流電圧ＶＯＵＴを所定電圧値に変換して電源電圧ＰＳとしてＰＷＭ制御回路１に供給する。このような構成により、ＬＥＤ３１および３２の電源電圧とＰＷＭ制御回路１の電源電圧とを共通の電圧変換回路３によって生成することができるため、回路規模を削減することができる。なお、３端子レギュレータ４は、直流電圧ＶＯＵＴが後述する電圧ＶＯＮおよび電圧ＶＯＦＦのいずれになった場合でも、電圧ＶＯＮまたは電圧ＶＯＦＦを所定電圧値に変換して電源電圧ＰＳとしてＰＷＭ制御回路１に供給する。

定電流制御回路２において、抵抗Ｒ１は、スイッチ素子ＳＷ１と直列に接続される。抵抗Ｒ２は、スイッチ素子ＳＷ１および抵抗Ｒ１の直列体と並列に接続される。抵抗Ｒ３は、抵抗Ｒ２と直列に接続される。また、抵抗Ｒ３は、スイッチ素子ＳＷ１および抵抗Ｒ１の直列体と直列に接続される。電流設定抵抗ＲＩＳは、抵抗Ｒ３と接地電圧が供給される接地電圧ノードＶＳＳとの間に接続される。抵抗Ｒ２および抵抗Ｒ３の直列体は、ＬＥＤ３１および３２と並列に接続される。ＬＥＤ３１および３２と、スイッチ素子ＳＷ１および抵抗Ｒ１の直列体と、抵抗Ｒ２との接続ノードＮ３にスイッチ素子ＳＷ１をオン状態とするための直流電圧ＶＯＵＴが供給される。

電圧制御回路１１は、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との接続ノードＮ１における電圧ＶＲＥＦ、および抵抗Ｒ３と電流設定抵抗ＲＩＳとの接続ノードＮ２における電圧ＶＩＳに基づいて、スイッチング信号をスイッチング信号伝達回路１２経由でトランジスタＭ１へ出力することにより、トランジスタＭ１のオン状態およびオフ状態を制御する。

スイッチング信号伝達回路１２は、たとえばフォトカプラであり、電圧制御回路１１から受けたスイッチング信号をトランジスタＭ１の制御電極に伝達する。

［動作］
次に、本発明の第１の実施の形態に係る駆動装置が発光素子の調光制御を行なう際の動作について説明する。

図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る駆動装置におけるＰＷＭ制御信号を示す図である。（ｂ）は、ＬＥＤに供給される電圧を示す図である。

ＰＷＭ制御信号が論理ハイレベルの場合には、ＬＥＤ３１のアノードには電圧ＶＯＦＦが供給されるため、ＬＥＤ３１および３２はオフ状態となる。

ここで、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の抵抗値は電流設定抵抗ＲＩＳの抵抗値より十分に大きく設定される。抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の抵抗値をそれぞれＲ１，Ｒ２，Ｒ３とすると、電圧ＶＯＦＦは以下の式で表わされる。

ＶＯＦＦ≒（（Ｒ２×Ｒ３／（Ｒ１×（Ｒ２＋Ｒ３）））＋１）×ＶＲＥＦ
一方、ＰＷＭ制御信号が論理ローレベルの場合には、ＬＥＤ３１のアノードには電圧ＶＯＮが供給されるため、ＬＥＤ３１および３２はオン状態となる。

前述のように抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の抵抗値が電流設定抵抗ＲＩＳの抵抗値より十分に大きく設定される場合、電圧ＶＯＮは以下の式で表わされる。

ＶＯＮ≒（Ｒ２／Ｒ１＋１）×ＶＲＥＦ
電圧ＶＯＮは、ＬＥＤ３１の順方向電圧およびＬＥＤ３２の順方向電圧の合計以上となるように制御される。また、電圧ＶＯＦＦは、ＬＥＤ３１の順方向電圧およびＬＥＤ３２の順方向電圧の合計未満となるように制御される。たとえば、電圧ＶＯＦＦは、ＬＥＤ３１および３２を確実に消灯させるために、ＬＥＤ３１および３２の順方向電圧の合計より所定電圧値だけ小さい電圧となるように制御される。

ここで、電圧制御回路１１は、接続ノードＮ１における電圧ＶＲＥＦが所定電圧Ｖ１となるように、トランジスタＭ１のオン状態およびオフ状態を制御する。このような構成により、電圧ＶＯＮおよび電圧ＶＯＦＦの値をそれぞれ一定電圧に制御することができるため、ＬＥＤ３１および３２のオン状態およびオフ状態の制御を安定して行なうことができる。また、電圧制御回路１１は、接続ノードＮ２における電圧が所定電圧Ｖ１より小さい所定電圧Ｖ２となるように、トランジスタＭ１のオン状態およびオフ状態を制御する。このような構成により、ＬＥＤ３１および３２がオン状態のときにＬＥＤ３１および３２を通して流れる電流を一定電流に制御することができる。

ここで、ＰＷＭ制御信号の周波数は、人がちらつきを感じないような光をＬＥＤ３１および３２が発するように、たとえば５０Ｈｚ以上に設定される。

ところで、特許文献１記載のＬＥＤ駆動回路では、ＬＥＤの順方向電圧および色温度等の特性がばらつくと、たとえディミング電圧が一定に維持されたとしても、ＬＥＤを通して流れる電流が一定ではなくなるため、ＬＥＤの輝度および色度がばらついてしまうという問題点があった。

しかしながら、本発明の第１の実施の形態に係る駆動装置では、定電流制御回路２は、トランジスタＭ１のオン状態およびオフ状態を制御することにより、ＬＥＤ３１および３２がオン状態のときにＬＥＤ３１および３２を通して流れる電流を所定電流値に制御する。このような構成により、ＬＥＤ３１および３２の順方向電圧および色温度等の特性がばらついた場合でも、ＬＥＤ３１および３２を通して流れる電流を一定にすることができる。したがって、本発明の第１の実施の形態に係る駆動装置では、発光素子の特性のばらつきに関わらず発光素子の輝度および色度のばらつきを抑制することができる。

また、本発明の第１の実施の形態に係る駆動装置では、ＬＥＤ３１および３２ならびに電圧変換回路３等を含む照明回路と、ＰＷＭ制御回路１等を含む調光回路とを一体化することができる。すなわち、たとえば照明回路および調光回路が１個のモジュールに含まれる構成とすることができるため、コストダウンを図ることができる。

また、本発明の第１の実施の形態に係る駆動装置では、電圧制御によってＬＥＤ３１および３２がオン状態であるときにＬＥＤ３１および３２を通して流れる電流を所定電流値に制御するため、ＬＥＤ３１および３２がオン状態となる瞬間にＬＥＤ３１および３２を通して突入電流が流れることを防ぐことができる。

次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜第２の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る駆動装置と比べて周囲温度に応じた調光機能を持たせた駆動装置に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る駆動装置と同様である。

図３は、本発明の第２の実施の形態に係る照明装置の構成を示す図である。
図３を参照して、照明装置２０１は、複数の駆動装置１０２と、モータＭとを備える。図３では、代表的に３つの駆動装置１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃと、各駆動装置１０２に対応する複数のＬＥＤとを示す。

モータＭの発熱により、モータＭに最も近い駆動装置１０２ＡにおけるＬＥＤ３１，３２は高温となる。そうすると、ＬＥＤ３１，３２を通して流れる電流が定電流制御回路２によって所定電流値に制御されているにも関わらず、輝度および色度が他の駆動装置１０２Ｂ，１０２ＣにおけるＬＥＤと比べて強くなり、照明装置２０１において色むらが生じてしまう。また、駆動装置１０２ＡにおけるＬＥＤ３１，３２の寿命が短くなってしまう。

しかしながら、本発明の第２の実施の形態に係る駆動装置では、以下のような構成により、上記の問題点を解決する。

図４は、本発明の第２の実施の形態に係る駆動装置の構成を示す図である。
図４を参照して、駆動装置１０２は、本発明の第１の実施の形態に係る駆動装置と比べて、さらに、調光回路１３を備える。調光回路１３は、サーミスタＳＴと、調整抵抗ＲＴとを含む。

サーミスタＳＴは、抵抗Ｒ３と接地電圧が供給される接地電圧ノードＶＳＳとの間に接続される。調整抵抗ＲＴは、抵抗Ｒ３と接地電圧が供給される接地電圧ノードＶＳＳとの間にサーミスタＳＴと並列に接続される。

調光回路１３は、周囲温度に応じて、ＬＥＤ３１および３２を通して流れる電流値を変更する。すなわち、サーミスタＳＴは、たとえば周囲温度の上昇に応じて抵抗値が大きくなる特性を有する。

再び図３を参照して、モータＭに最も近い駆動装置１０２ＡにおけるサーミスタＳＴは、周囲温度が高いことから抵抗値が大きくなる。そうすると、駆動装置１０２Ａにおいて、ＬＥＤ３１および３２を通して流れる電流が小さくなる。これにより、高温によるＬＥＤ３１および３２の輝度および色度の変化を抑えることができ、照明装置２０１において色むらが生じることを防ぐことができる。また、ＬＥＤ３１および３２の寿命が短くなることを防ぐことができる。

ここで、周囲温度の上昇に応じてサーミスタＳＴの抵抗値が大きく上昇する場合には、ＬＥＤ３１および３２を通して流れる電流が大きく減少してしまう。しかしながら、本発明の第２の実施の形態に係る駆動装置では、調整抵抗ＲＴにより、サーミスタＳＴの抵抗値の上昇による影響を抑制する、すなわちＬＥＤ３１および３２を通して流れる電流の減少を抑制することができる。

具体的には、サーミスタＳＴに印加される電圧が１Ｖであり、周囲温度２５℃におけるサーミスタＳＴの抵抗値が１０Ωであると仮定すると、ＬＥＤ３１および３２を通して流れる電流は１００ｍＡとなる。

そして、周囲温度８０℃におけるサーミスタＳＴの抵抗値が２０Ωであると仮定すると、ＬＥＤ３１および３２を通して流れる電流は５０ｍＡとなる。この５０ｍＡの電流低下が大きすぎる場合には、たとえば調整抵抗ＲＴを２１．７Ωとすることにより、ＬＥＤ３１および３２を通して流れる電流を９６ｍＡとすることができる。

このように、調整抵抗ＲＴを設けることにより、周囲温度の上昇によるサーミスタの抵抗値の変化が大きい場合でも、ＬＥＤ３１および３２を通して流れる電流を微調整することができる。また、マイコン等を用いることなく、ＬＥＤ３１および３２を通して流れる電流の調整を自動化することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の第１の実施の形態に係る駆動装置の構成を示す機能ブロック図である。（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る駆動装置におけるＰＷＭ制御信号を示す図である。（ｂ）は、ＬＥＤに供給される電圧を示す図である。本発明の第２の実施の形態に係る照明装置の構成を示す図である。本発明の第２の実施の形態に係る駆動装置の構成を示す図である。

符号の説明

１ＰＷＭ制御回路、２定電流制御回路、３電圧変換回路、４３端子レギュレータ（電圧変換回路）、１１電圧制御回路、１２スイッチング信号伝達回路、１３調光回路、３１，３２ＬＥＤ、１０１，１０２，１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ駆動装置、２０１照明装置、ＳＷ１スイッチ素子、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３抵抗、ＲＩＳ電流設定抵抗、Ｍ１トランジスタ（スイッチ素子）、ＴＲＳ１トランス、Ｄ１ダイオード、Ｃ１コンデンサ、ＳＴサーミスタ、ＲＴ調整抵抗、Ｍモータ。

Claims

発光素子を駆動する駆動装置であって、
前記発光素子をオン状態とするための電圧を前記発光素子に供給するか否かを切り替える第１のスイッチ素子と、
前記発光素子がオン状態のときに前記発光素子を通して流れる電流を所定電流値に制御する定電流制御回路と、
第２のスイッチ素子を含み、前記第２のスイッチ素子のオン状態およびオフ状態を交互に切り替えることにより、前記発光素子をオン状態とするための直流電圧を交流電圧から生成する第１の電圧変換回路とを備え、
前記定電流制御回路は、前記第２のスイッチ素子のオン状態およびオフ状態を制御することにより、前記発光素子がオン状態のときに前記発光素子を通して流れる電流を所定電流値に制御し、
前記定電流制御回路は、
前記第１のスイッチ素子と直列に接続される第１の抵抗と、
前記第１のスイッチ素子および前記第１の抵抗の直列体と並列に接続される第２の抵抗と、
前記第２の抵抗と直列接続され、かつ前記第１のスイッチ素子および前記第１の抵抗の直列体と直列接続される第３の抵抗と、
前記第３の抵抗と所定電圧が供給されるノードとの間に接続される電流設定抵抗と、
前記第２の抵抗と前記第３の抵抗との第１接続ノードにおける電圧、および前記第３の抵抗と前記電流設定抵抗との第２接続ノードにおける電圧に基づいて前記第２のスイッチ素子のオン状態およびオフ状態を制御する電圧制御回路とを含み、
前記第２の抵抗および前記第３の抵抗の直列体は前記発光素子と並列に接続され、
前記発光素子と、前記第１のスイッチ素子および前記第１の抵抗の直列体と、前記第２の抵抗との第３接続ノードに前記第１の電圧変換回路が生成した前記直流電圧が供給される、駆動装置。
前記駆動装置は、さらに、前記第１のスイッチ素子のオン状態およびオフ状態をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御回路と、
前記直流電圧を所定電圧値に変換して電源電圧として前記ＰＷＭ制御回路に供給する第２の電圧変換回路を備える請求項１記載の駆動装置。
前記電圧制御回路は、
前記第１接続ノードにおける電圧が第１の所定電圧となるように、かつ前記第２接続ノードにおける電圧が第２の所定電圧となるように、前記第２のスイッチ素子のオン状態およびオフ状態を制御する請求項１記載の駆動装置。
前記電流設定抵抗はサーミスタである請求項１記載の駆動装置。
前記定電流制御回路は、さらに、
前記サーミスタと並列に接続された抵抗を含む請求項４記載の駆動装置。
前記定電流制御回路は、周囲温度に応じて前記所定電流値を変更する調光回路を含む請求項１記載の駆動装置。
前記駆動装置は、さらに、
前記第１のスイッチ素子のオン状態およびオフ状態をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御回路を備える請求項１記載の駆動装置。