JP6747657B2 - Ｌｅｄ駆動回路 - Google Patents

Description

本発明はＬＥＤ駆動回路に関する。

図３に従来のＬＥＤ駆動回路を示す。５１は電圧入力端子、５２，５３は複数個のＬＥＤを直列接続したＬＥＤ群、５４はＰＷＭ信号が入力するＰＷＭ端子、５５は駆動回路である。

電圧入力端子５１の電圧ＶＩＮが低電圧のときは、ＬＥＤ群５２，５３を並列接続した図３（ａ）に示す回路が使用され、電圧入力端子５１の電圧ＶＩＮが高電圧のときは、ＬＥＤ群５２，５３を直列接続した図３（ｂ）に示す回路が使用されている。

しかし、この手法では２種類の回路が必要となる。あるいは配線が別になり、同一基板上で構成する場合にＬＥＤ群が４個必要になるなど高価な部品の増大や基板面積の増大を招く。

一方、特許文献１には、図４に示すように、ＬＥＤ群６３，６４のＬＥＤの順方向電圧Ｖｆが小さいときは、端子６５を抵抗により接続することで、端子６１、６２の間においてＬＥＤ群６３，６４を直列接続し、ＬＥＤ群６３，６４のＬＥＤの順方向電圧Ｖｆが大きいときは、端子６５を開放し端子６６，６７をそれぞれ抵抗により接続することで、ＬＥＤ群６３，６４を並列接続する構成が記載されている。

しかし、これは使用するＬＥＤの順方向電圧Ｖｆの大きさに応じてＬＥＤ群６３，６４の直列接続と並列接続の一方を選択するものであり、ここには入力電圧が変動した場合にどのように接続するかについては明確でない。また、直列接続時のＬＥＤ群６３，６４の各ＬＥＤの順方向電圧Ｖｆを端子６１の側から決めるのか端子６２の側から決めるのかが明らかでない。さらに、端子６５をトランジスタで接続する場合には、そのバイアス設定をどのようにして決めるのかが明らかでない。よって、輝度設計ができない問題がある。

また、図５に示すように、入力電圧ＶＩＮの高低に応じてＬＥＤ群７２、７３を並列接続したり直列接続する回路が提案されている。図５において、７１は電圧入力端子、７２はｎ個（ｎは１以上の整数）のＬＥＤが直列接続された第１のＬＥＤ群、７３もｎ個のＬＥＤが直列接続された第２のＬＥＤ群、７４はＰＷＭ端子である。７５は制御回路であり、電圧入力端子１に入力する電圧ＶＩＮの高低を検出する電圧検知回路７５１と、その電圧検知回路７５１の検出結果に応じた制御信号を出力するスイッチ制御回路７５２を含む。７６は駆動回路であり、ＬＥＤ群７２を駆動する第１の駆動部７６１と、ＬＥＤ群７３又はＬＥＤ群７２，７３の直列回路を駆動する第２の駆動部７６２を含み、それらは所定の電流値を設定するとともに、ＰＷＭ端子７４に入力するＰＷＭ信号によって、電流のオン／オフを行う。ＳＷ１１〜ＳＷ１４はスイッチ制御回路７５２でオン／オフが個別的に制御されるスイッチ回路である。

このＬＥＤ駆動回路では、入力電圧ＶＩＮが制御回路７５により検出されて、その検出結果により、その入力電圧ＶＩＮ高ければＬＥＤ群７２，７３が直列接続され、低ければ並列接続される。駆動回路７６の駆動部７６１，７６２によって直列接続と並列接続の際の駆動電流が設定され、直列接続と並列接続の際のＬＥＤ群７２，７３の輝度が所定値に設定される。

特開２００９−０５９６３６号公報

ところで、ＬＥＤ駆動回路を航海灯に適用したとき、その航海灯の電源電圧は１２Ｖあるいは２４Ｖであるので、１２ＶのときはＬＥＤ群を並列接続し、２４Ｖのときは直列接続すればよいが、両者の場合にスイッチ回路ＳＷ１４に加わる電圧に大きな差が生じてくる。

電源電圧ＶＩＮが１２Ｖと低いときは、制御回路７５によって、スイッチ回路ＳＷ１２がオフでスイッチ回路ＳＷ１１，ＳＷ１３、ＳＷ１４がオンとなるように制御され、ＬＥＤ群７２，７３が並列接続される。このとき、ＬＥＤ群７３の経路について考察してみると、ＬＥＤ群７３の両端電圧に９Ｖ、スイッチ回路ＳＷ１３の両端に０．１Ｖ、駆動回路７６の駆動部７６２の両端に０．５Ｖの電圧が加わるとすると、スイッチ回路ＳＷ１４の両端には、１２Ｖ−０．１Ｖ−９Ｖ−０．５Ｖ＝２．４Ｖの電圧が加わる。

電源電圧ＶＩＮは１０Ｖまで低下することが予想されるので、そこまで低下した場合のスイッチ回路ＳＷ１４の両端の電圧は０．４Ｖとなり、そのスイッチ回路ＳＷ１４をｎｐｎトランジスタで構成した場合のコレクタ・エミッタ間電圧としては低い電圧となり、増幅率が低下してくるが、実用レベルに保持される。

一方、電源電圧ＶＩＮが２４Ｖと高いときは、制御回路７５によって、スイッチ回路ＳＷ１１，ＳＷ１３がオフでスイッチ回路ＳＷ１２，ＳＷ１４がオンとなるように制御され、ＬＥＤ群７２，７３が直列接続される。このとき、ＬＥＤ群７２，７３の経路について考察してみると、ＬＥＤ群７２，７３の両端電圧にそれぞれ９Ｖ、スイッチ回路ＳＷ１２の両端に０．１Ｖ、駆動回路７６の駆動部７６２の両端に０．５Ｖの電圧が加わるとすると、スイッチ回路ＳＷ１４の両端には、２４Ｖ−９Ｖ−０．１Ｖ−９Ｖ−０．５Ｖ＝５．４Ｖの電圧が加わる。

電源電圧ＶＩＮは２９Ｖまで上昇することが予想されるので、そこまで上昇した場合のスイッチ回路ＳＷ１４の両端の電圧は１０．４Ｖとなり、そのスイッチ回路ＳＷ１４をｎｐｎトランジスタで構成した場合のコレクタ・エミッタ間電圧としてはかなり高い電圧となり、大電力用のトランジスタが必要となる。

以上のように、並列接続時と直列接続時に共通に使用されるスイッチ回路ＳＷ１４に０．４Ｖ〜５．４Ｖの広範囲に変化する電圧が加わることが予想されるので、それに対応した特殊なトランジスタが要求される。また、そのトランジスタが大型化してコスト高をまねき、回路基板も大きくなる。

本発明の目的は、２個のＬＥＤ群の並列接続と直列接続時に共通に使用されるスイッチ回路に高い電圧が加わらないようにしてスイッチ回路の小型化、低コスト化、回路基板縮小化等を実現したＬＥＤ駆動回路を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、ｎ個（ｎは１以上の整数）のＬＥＤの直列回路からなり片端が電圧入力端子に接続される第１のＬＥＤ群と、ｎ個のＬＥＤの直列回路からなる第２のＬＥＤ群と、第１および第２の駆動部を有する駆動回路と、前記第１のＬＥＤ群の他端を前記第１の駆動部に接続する第１のスイッチ回路と、前記第２のＬＥＤ群の片端を前記第１のＬＥＤ群の他端に接続する第２のスイッチ回路と、前記第２のＬＥＤ群の前記片端を前記電圧入力端子に接続する第３のスイッチ回路と、前記第２のＬＥＤ群の他端を前記第２の駆動部に接続する第４のスイッチ回路を備え、前記電圧入力端子の電圧が低いときは、前記第２のスイッチ回路がオフし、前記第１、第３および第４のスイッチ回路がオンして、前記第１のＬＥＤ群が前記第１の駆動部に接続されるとともに前記第２のＬＥＤ群が前記第２の駆動部に接続され、前記電圧入力端子の電圧が高いときは、前記第１および第３のスイッチ回路がオフし、前記第２および第４のスイッチ回路がオンして、前記第１および前記第２のＬＥＤ群が前記第２の駆動部に直列接続され、前記電圧入力端子の電圧が低いときに前記第４のスイッチ回路に第１の電圧が印加し、前記電圧入力端子の電圧が高いときに前記第４のスイッチ回路に前記第１の電圧より高い第２の電圧が印加していたＬＥＤ駆動回路において、前記電圧入力端子の電圧が低いときに前記第４のスイッチ回路に印加する電圧が前記第１の電圧となるような電圧を発生し、前記電圧入力端子の電圧が高いときも前記第４のスイッチ回路に印加する電圧が前記第１の電圧となるような電圧を発生する電圧発生回路を設け、前記第１のＬＥＤ群が前記第１の駆動部に接続され前記第２のＬＥＤ群が前記第２の駆動部に接続された際は、前記第１および前記第２の駆動部により、前記第１および第２のＬＥＤ群が同じ輝度に制御され、前記第１および前記第２のＬＥＤ群が前記第２の駆動部に直列接続された際は、前記第２の駆動部により、前記第１および第２のＬＥＤ群が、前記第１のＬＥＤ群が前記第１の駆動部に接続され前記第２のＬＥＤ群が前記第２の駆動部に接続された際と同じ輝度に制御されるようにした、ことを特徴とする。

請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路において、前記第４のスイッチ回路はトランジスタで構成され、前記電圧発生回路は該トランジスタのベース又はゲートに入力する電圧を発生する可変の電圧源で構成されていることを特徴とする。

請求項３にかかる発明は、請求項１又は２に記載のＬＥＤ駆動回路において、前記電圧入力端子の電圧を検出して前記第１乃至第４のスイッチ回路を制御する制御回路を備えることを特徴とする。

本発明によれば、第４のスイッチ回路に印加する電圧を低い電圧に抑えることができ、その第４のスイッチ回路を構成するトランジスタとして小型のトランジスタを使用することができ、コスト安および回路基板小型化を実現することができる。

本発明の第１の実施例のＬＥＤ駆動回路の回路図である。 本発明の第２の実施例のＬＥＤ駆動回路の回路図である。 従来のＬＥＤ駆動回路の回路図である。 従来の別のＬＥＤ駆動回路の回路図である。 従来のさらなる別のＬＥＤ駆動回路の回路図である。

＜第１の実施例＞
図１に第１の実施例のＬＥＤ駆動回路を示す。１は電圧入力端子、２はｎ個（ｎは１以上の整数）のＬＥＤが直列接続された第１のＬＥＤ群、３もｎ個のＬＥＤが直列接続された第２のＬＥＤ群、４はＰＷＭ端子である。５は制御回路であり、電圧入力端子１に入力する電圧ＶＩＮの高低を検出する電圧検知回路５１と、その電圧検知回路５１の検出結果に応じた制御信号を出力するスイッチ制御回路５２を含む。６は駆動回路であり、ＬＥＤ群２を駆動する第１の駆動部６１と、ＬＥＤ群３又はＬＥＤ群２，３の直列回路を駆動する第２の駆動部６２を含み、それらは所定の電流値を設定するとともに、ＰＷＭ端子４に入力するＰＷＭ信号によって、電流のオン／オフによる調光制御を行う。７は制御回路５によって制御されてスイッチ回路ＳＷ４に印加する電圧を設定する電圧を発生する電圧発生回路である。ＳＷ１〜ＳＷ４はスイッチ制御回路５２でオン／オフが個別的に制御されるスイッチ回路である。

さて、電圧入力端子１には、高い電圧あるいは低い電圧ＶＩＮが入力する。このとき、入力電圧ＶＩＮが、制御回路５の電源検知回路５１において低い所望の電圧であると検知されたときは、スイッチ制御回路５２によって、スイッチ回路ＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４がオンに制御され、スイッチ回路ＳＷ２がオフに制御される。これにより、ＬＥＤ群２，３が電圧入力端子１に対して並列接続される。そして、駆動回路６の駆動部６１，６２が互いに同じ電流値に設定され且つ同じＰＷＭ信号で制御される。これにより、ＬＥＤ群２，３の各ＬＥＤがそのＰＷＭ制御に応じた同じ輝度で発光する。このときスイッチ回路ＳＷ４は、そこに印加する電圧が従来と同等（０．４Ｖ〜２．４Ｖ程度）になるように電圧発生回路７に発生する電圧によって制御される。

以上のように、入力電圧ＶＩＮが低いときは、ＬＥＤ群２，３が並列接続される。このときは、電圧入力端子１に直列接続されるＬＥＤの数が少なくなるので、回路のダイナミックレンジを大きくすることができる。

一方、入力電圧ＶＩＮが、制御回路５の電源検知回路５１において高い所望の電圧であると検知されたときは、スイッチ制御回路５２によって、スイッチ回路ＳＷ２，ＳＷ４がオンに制御され、スイッチ回路ＳＷ１，ＳＷ３がオフに制御される。これにより、ＬＥＤ群２，３が電圧入力端子１に対して直列接続される。このとき、駆動回路６の駆動部６２がＰＷＭ制御されることで、ＬＥＤ群２，３がそのＰＷＭ制御に応じた同じ輝度で発光する。

またこのとき、スイッチ回路ＳＷ４は、そこに印加する電圧が所定の電圧になるように電圧発生回路７によって制御される。例えば、図５で説明した従来回路におけるスイッチ回路ＳＷ１４には、直列接続時に５．４Ｖ〜１０．４Ｖの電圧が印加していたが、この電圧を並列接続時に印加する低い電圧（０．４Ｖ〜２．４Ｖ程度）に抑制することができる。

以上により、スイッチ回路ＳＷ４には、ＬＥＤ群２，３の並列接続時、直列接続時に関係なく低い電圧が印加することになり、そのスイッチ回路ＳＷ４の小型化、低コスト化、回路基板の縮小化を実現できる。

なお、ＬＥＤ群２，３を直列接続した際にはスイッチ回路ＳＷ４に加わる電圧が従来例に比較して削減されるので、その分だけ駆動回路６の駆動部６２に加わる電圧が大きくなる。しかし、ＬＥＤ群２，３を直列接続した場合は、駆動部６１は関係がなくなり駆動部６２のみでＬＥＤ群２，３に流れる電流を制御することになるので、その駆動部６２を制御回路５のスイッチ制御回路５２によって独立して制御して、そこにおける電圧を調整すればよい。流れる電流が並列接続時と異なる場合が生じても、ＰＷＭ信号の調整によりＬＥＤ群２、３の輝度を並列時の輝度と同程度に調整すればよい。

＜第２の実施例＞
図２に第２の実施例のＬＥＤ駆動回路を示す。本実施例は、図１のＬＥＤ駆動回路において、スイッチ回路ＳＷ４をｎｐｎトランジスタＱ１で構成するとともに、電圧発生回路７をそのトランジスタＱ１のベース電圧を制御する可変の電圧源Ｖ１で構成する。

本実施例では、入力電圧ＶＩＮが１０Ｖ〜１２Ｖのような低電圧のときは、制御回路６によって電圧源Ｖ１の電圧を制御して、トランジスタＱ１のコレクタ・エミッタ間電圧が０．４Ｖ〜２．４Ｖ程度になるように制御する。また、入力電圧ＶＩＮが２４Ｖ〜２９Ｖのような高電圧のときは、制御回路６によって電圧源Ｖ１の電圧を制御して、トランジスタＱ１のコレクタ・エミッタ間電圧が同様に０．４Ｖ〜２．４Ｖ程度になるように制御する。

これにより、スイッチ回路ＳＷ４のトランジスタＱ１には、ＬＥＤ群２，３の並列接続時、直列接続時に関係なく、０．４Ｖ〜２．４Ｖ程度の範囲内に収まる電圧が印加することになるので、そのトランジスタＱ１に大きな容量のトランジスタが要求されることはなく、安価で小型のトランジスタを使用することができ、回路基板も小型化できる。

なお、以上ではスイッチ回路ＳＷ４をｎｐｎトランスで構成したが、ｐｎｐトランジスタあるいはＭＯＳトランジスタで構成することができ、さらには駆動部６１，６２もバイポーラトランジスタやＭＯＳトランジスタで構成することができる。

１，５１，６１，７１：電圧入力端子
２，５２，６２，７２：ＬＥＤ群
３，５３，６３，７３：ＬＥＤ群
４，７４：ＰＷＭ端子
５，７５：制御回路
５１，７５１：電圧検知回路
５２，７５２：スイッチ制御回路
６，７６：駆動回路
６１，７６１：第１の駆動部
６２，７６２：第２の駆動部
７：電圧発生回路

Claims (3)

1. ｎ個（ｎは１以上の整数）のＬＥＤの直列回路からなり片端が電圧入力端子に接続される第１のＬＥＤ群と、ｎ個のＬＥＤの直列回路からなる第２のＬＥＤ群と、第１および第２の駆動部を有する駆動回路と、前記第１のＬＥＤ群の他端を前記第１の駆動部に接続する第１のスイッチ回路と、前記第２のＬＥＤ群の片端を前記第１のＬＥＤ群の他端に接続する第２のスイッチ回路と、前記第２のＬＥＤ群の前記片端を前記電圧入力端子に接続する第３のスイッチ回路と、前記第２のＬＥＤ群の他端を前記第２の駆動部に接続する第４のスイッチ回路を備え、
   前記電圧入力端子の電圧が低いときは、前記第２のスイッチ回路がオフし、前記第１、第３および第４のスイッチ回路がオンして、前記第１のＬＥＤ群が前記第１の駆動部に接続されるとともに前記第２のＬＥＤ群が前記第２の駆動部に接続され、前記電圧入力端子の電圧が高いときは、前記第１および第３のスイッチ回路がオフし、前記第２および第４のスイッチ回路がオンして、前記第１および前記第２のＬＥＤ群が前記第２の駆動部に直列接続され、
   前記電圧入力端子の電圧が低いときに前記第４のスイッチ回路に第１の電圧が印加し、前記電圧入力端子の電圧が高いときに前記第４のスイッチ回路に前記第１の電圧より高い第２の電圧が印加していたＬＥＤ駆動回路において、
   前記電圧入力端子の電圧が低いときに前記第４のスイッチ回路に印加する電圧が前記第１の電圧となるような電圧を発生し、前記電圧入力端子の電圧が高いときも前記第４のスイッチ回路に印加する電圧が前記第１の電圧となるような電圧を発生する電圧発生回路を設け、
   前記第１のＬＥＤ群が前記第１の駆動部に接続され前記第２のＬＥＤ群が前記第２の駆動部に接続された際は、前記第１および前記第２の駆動部により、前記第１および第２のＬＥＤ群が同じ輝度に制御され、
   前記第１および前記第２のＬＥＤ群が前記第２の駆動部に直列接続された際は、前記第２の駆動部により、前記第１および第２のＬＥＤ群が、前記第１のＬＥＤ群が前記第１の駆動部に接続され前記第２のＬＥＤ群が前記第２の駆動部に接続された際と同じ輝度に制御されるようにした、
   ことを特徴とするＬＥＤ駆動回路。
   
2. 請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路において、
   前記第４のスイッチ回路はトランジスタで構成され、前記電圧発生回路は該トランジスタのベース又はゲートに入力する電圧を発生する可変の電圧源で構成されていることを特徴とするＬＥＤ駆動回路。
3. 請求項１又は２に記載のＬＥＤ駆動回路において、
   前記電圧入力端子の電圧を検出して前記第１乃至第４のスイッチ回路を制御する制御回路を備えることを特徴とするＬＥＤ駆動回路。

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