(57)【要約】【課題】電気負荷をスイッチングするトランジスタのベース−エミッタ間の電圧が変動しても安定した精度を保つことができる定電流制御回路を提供することにある。【解決手段】発光ダイオードＬＥＤ１，ＬＥＤ２の直列回路と、バイポーラトランジスタＱ１と、電気抵抗Ｒ３とを直列に接続し、バイポーラトランジスタＱ１のベース端子にベース電位設定用の分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２を接続した定電流制御回路において、発光ダイオードＬＥＤ１，ＬＥＤ２に流れる電流ＩＥに応じた電気抵抗Ｒ３の電圧降下信号をマイコン１のＡＤ入力端子に帰還させる構成を備える。そして、マイコン１は、ＡＤ入力端子に入力された電圧降下信号に基づいてＰＷＭ制御を行い、バイポーラトランジスタＱ１のエミッタ電圧ＶＥがほぼ一定となるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気負荷と、バイポーラトランジスタのエミッタ−コレクタ間と、電気抵抗とを直列に接続し、前記バイポーラトランジスタのベース端子にベース電位設定用の分圧抵抗を接続した定電流制御回路において、
前記電気負荷の負荷電流に応じた前記電気抵抗の電圧降下信号を制御部に帰還する構成を備えてなり、
前記制御部は、前記電圧降下信号に基づくＰＷＭ出力を行うことによってＰＷＭ駆動用トランジスタを駆動し、
前記ＰＷＭ駆動用トランジスタの出力が前記バイポーラトランジスタのベース端子へ入力されるように構成したことを特徴とする定電流回路。
【請求項２】
電気負荷と、バイポーラトランジスタのエミッタ−コレクタ間と、電気抵抗とを直列に接続し、前記バイポーラトランジスタのベース端子にベース電位設定用の分圧抵抗を接続した定電流制御回路において、
前記電気負荷の負荷電流に応じた前記電気抵抗の電圧降下信号を制御部に帰還する構成を備えてなり、
前記制御部は、前記電圧降下信号に基づくアナログ電圧出力を前記バイポーラトランジスタのベース端子に入力するように構成したことを特徴とする定電流制御回路。
【請求項３】
前記電気負荷は、複数の発光ダイオードを直列に接続してなる負荷で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の定電流制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は定電流制御回路に関し、より詳細には、発光ダイオードの駆動回路に用いる定電流制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示パネルのバックライトの光源には白色の発光ダイオード（ＬＥＤ）が広く使用されている。この種の発光ダイオードは、流れる電流量によって光量や色調が変化することから、この種の発光ダイオードの駆動回路には流れる電流を一定に保つ定電流制御回路が使用されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１に示す定電流制御回路は、発光ダイオードと、発光ダイオードの点灯・消灯を切り換えるスイッチ素子と、スイッチ素子に流れる電流検出用の電気抵抗とを直列に接続するとともに、制御手段から与えられるパルス電圧を第１の電圧値とし、上記電気抵抗の電圧を第２の電圧値として両電圧値がほぼ等しくなるようにスイッチ素子を作動させる差動増幅器を用いることで、発光ダイオードに流れる電流がほぼ一定となるように制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−４３５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような特許文献１に示す構成では、制御手段の他に電流値を調整するための差動増幅器が必要になり、製造コストの上昇を招くという問題がある。
【０００６】
そのため、出願人はバックライトの光源に用いる発光ダイオードの駆動回路として、図３に示す構成の定電流制御回路を検討した。この図３に示す発光ダイオードの駆動回路は、これまで個々の発光ダイオードごとに個別の駆動回路を設けていたが、それでは消費電力が大きくなり製造コストも上昇するので、複数の発光ダイオードを直列に接続して、１つの駆動回路でこれら複数の発光ダイオードの点灯制御を行うように構成したもので、図示例では、２個の発光ダイオードＬＥＤ１，ＬＥＤ２を直列に接続してなる電気負荷と、スイッチ素子を構成するバイポーラトランジスタ（以下、この欄では単に「トランジスタ」と称する）Ｑ１と、電気抵抗Ｒ３とを直列に接続し、上記トランジスタＱ１のベース端子にベース電位設定用の分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２を接続することによって構成している。
【０００７】
しかし、このような構成では、発光ダイオードごとに駆動回路を設ける場合に比べて駆動回路での消費電力は少なくできるが、電源電圧ＶＤＤが低く電気抵抗Ｒ３の抵抗値を大きくできないような場合には、トラジスタＱ１のベース−エミッタ間の電圧ＶＢＥの変動によって発光ダイオードＬＥＤに流れる電流ＩＥを一定に保つことが困難であった。
【０００８】
すなわち、この図３の回路では、ベース電位設定用の分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２に流す電流Ｉ２をトランジスタＱ１のベース電流ＩＢの１００倍以上に設定することで、ベース電圧ＶＢはベース電流ＩＢの影響を受けずにほぼ一定（図示例では、１．１Ｖ）に安定させることができるが、トランジスタＱ１のベース−エミッタ間の電圧ＶＢＥはトランジスタＱ１の個体差や温度などによってばらついてしまうため、それに伴ってトランジスタＱ１のエミッタ電圧ＶＥが変動し、その結果、発光ダイオードＬＥＤに流れる電流ＩＥがばらついてしまう。
【０００９】
たとえば、トランジスタＱ１のベース−エミッタ間の電圧ＶＢＥが±０．１Ｖ程度ばらついた場合であっても、図３に示すように、電気抵抗Ｒ３の抵抗値が小さければ（図示例では２２Ω）、トランジスタＱ１のベース−エミッタ間の電圧ＶＢＥの変動に伴うエミッタ電圧ＶＥの変動の影響を受けて、発光ダイオードＬＥＤに流れる電流値は４ｍＡ程度変動することになり、定電流制御回路としての所望の精度を得ることができなくなってしまうという問題がある。
【００１０】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、電気負荷をスイッチングするトランジスタのベース−エミッタ間の電圧が変動しても安定した精度を保つことができる定電流制御回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の定電流制御回路は、電気負荷と、バイポーラトランジスタのエミッタ−コレクタ間と、電気抵抗とを直列に接続し、上記バイポーラトランジスタのベース端子にベース電位設定用の分圧抵抗を接続した定電流制御回路において、上記電気負荷の負荷電流に応じた上記電気抵抗の電圧降下信号を制御部に帰還する構成を備えてなり、上記制御部は、上記電圧降下信号に基づくＰＷＭ出力を行うことによってＰＷＭ駆動用トランジスタを駆動し、上記ＰＷＭ駆動用トランジスタの出力が上記バイポーラトランジスタのベース端子へ入力されるように構成したことを特徴とする。
【００１２】
すなわち、請求項１に係る定電流制御回路では、電気負荷の負荷電流に応じた電気抵抗の電圧降下信号が制御部に帰還され、制御部がこの電圧降下信号に基づいてバイポーラトランジスタをＰＷＭ制御するので、バイポーラトランジスタの個体差や温度差によってバイポーラトランジスタのベース−エミッタ間の電圧が変動しても、電気負荷にはほぼ一定の電流を流すことができる。
【００１３】
本発明の請求項２に記載の定電流制御回路は、電気負荷と、バイポーラトランジスタのエミッタ−コレクタ間と、電気抵抗とを直列に接続し、上記バイポーラトランジスタのベース端子にベース電位設定用の分圧抵抗を接続した定電流制御回路において、上記電気負荷の負荷電流に応じた上記電気抵抗の電圧降下信号を制御部に帰還する構成を備えてなり、上記制御部は、上記電圧降下信号に基づくアナログ電圧出力を上記バイポーラトランジスタのベース端子に入力するように構成したことを特徴とする。
【００１４】
すなわち、請求項２に係る定電流制御回路では、電気負荷の負荷電流に応じた電気抵抗の電圧降下信号が制御部に帰還され、制御部がこの電圧降下信号に基づいてバイポーラトランジスタのベース電圧を制御するので、バイポーラトランジスタの個体差や温度差によってバイポーラトランジスタのベース−エミッタ間の電圧が変動しても、電気負荷にはほぼ一定の電流を流すことができる。
【００１５】
本発明の請求項３に記載の定電流制御回路は、請求項１または２に記載の定電流制御回路において、上記電気負荷は、複数の発光ダイオードを直列に接続してなる負荷で構成されていることを特徴とする。
【００１６】
すなわち、請求項３に係る定電流制御回路では、電気負荷として複数の発光ダイオードを直列に接続してなる負荷を用いているので、液晶パネルのバックライトの光源の駆動回路として精度の高い定電流制御回路が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電気負荷の負荷電流に応じた電気抵抗の電圧降下信号が制御部に帰還され、この電圧降下信号に基づいて、制御部が電気負荷に流れる電流が一定になるように制御を行うので精度の高い定電流制御回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る定電流制御回路を発光ダイオードの駆動回路に適用した一実施態様を示す回路図である。
【図２】同定電流制御回路を発光ダイオードの駆動回路に適用した他の実施形態を示す回路図である。
【図３】従来の発光ダイオードの駆動回路の一例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
実施形態１
図１は、本発明に係る定電流制御回路を発光ダイオードの駆動回路に適用した回路構成の一例を示している。
【００２０】
この発光ダイオードの駆動回路は、液晶表示パネルのバックライトの光源として使用される発光ダイオードの駆動回路であって、図示例では、光源となる発光ダイオードとして直列に接続した２個の発光ダイオードＬＥＤ１，ＬＥＤ２（これらが電気負荷を構成する）が用いられている。
【００２１】
ここで、この液晶パネルは、たとえば、給湯装置のリモコンの表示部に用いられる液晶パネルであって、この回路の駆動電源ＶＣＣおよびＶＤＤは、いずれも給湯装置から供給されるＤＣ１２Ｖを電源とする電源部（図示せず）において生成されている。なお、給湯装置からリモコンへの電源供給はリモコン線を用いて行われるため、リモコン線の種類や長さ等によってリモコンの線路インピーダンスが異なり、リモコンの設置現場ごとにＶＤＤ（定格ＤＣ１２Ｖ)の値がばらつく。そのため、図示の発光ダイオードの駆動回路では、ＶＤＤの電圧範囲は９Ｖ〜１２Ｖに規定されている。
【００２２】
そして、この発光ダイオードの駆動回路は、これら発光ダイオードＬＥＤ１，ＬＥＤ２と、発光ダイオードＬＥＤ１，ＬＥＤ２の定電流駆動を行うスイッチ手段となるバイポーラトランジスタ（以下、この欄では単に「トランジスタ」と称する）Ｑ１と、発光ダイオードＬＥＤ１，ＬＥＤ２に流れる電流（負荷電流）ＩＥに応じた電圧信号（電圧降下信号）を取り出すための電気抵抗Ｒ３と、上記トランジスタＱ１のベース電位設定用の分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２と、トランジスタＱ１のＰＷＭ制御を行うマイコン１と、このマイコン１のＰＷＭ出力に応じて上記トランジスタＱ１を駆動するデジタルトランジスタＱ２とを主要部として構成され、マイコン１のＰＷＭ出力に応じて、デジタルトランジスタＱ２がオン／オフし、これに従って、トランジスタＱ１がオフ／オンして、ＬＥＤ１，ＬＥＤ２の非通電／通電が切り換えられるようになっている。
【００２３】
具体的には、発光ダイオードＬＥＤ１，ＬＥＤ２の直列回路は、アノード端子側が駆動電源ＶＤＤに接続されるとともに、カソード端子側がトランジスタＱ１のコレクタ端子に接続され、トランジスタＱ１のエミッタ端子が電気抵抗Ｒ３を介して接地される。つまり、発光ダイオードＬＥＤ１，ＬＥＤ２と、トランジスタＱ１のエミッタ−コレクタ間と、電気抵抗Ｒ３とが直列に接続されている。そして、トランジスタＱ１のベース端子は、駆動電源ＶＣＣに接続された分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の中点と接続されている。
【００２４】
また、マイコン１は、ＰＷＭ制御（pulse width modulation）用のＰＷＭ出力端子と、電圧検出用のＡＤ入力端子とを備えて構成されており、そのＰＷＭ出力端子が、コレクタ端子を上記分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の中点に接続したデジタルトランジスタＱ２のベース端子に接続されている。そして、トランジスタＱ１のエミッタ端子と電気抵抗Ｒ３の接続点が上記マイコン１のＡＤ入力端子に接続され、マイコン１においてＡＤ入力端子に入力される電圧の平均電圧が測定されるようになっている。
【００２５】
そして、このように構成された駆動回路においては、トランジスタＱ１のベース電圧ＶＢは、トランジスタＱ１のベース−エミッタ間の電圧ＶＢＥが最大（図示例では、ベース−エミッタ間の電圧ＶＢＥは、０．６５±０．１Ｖであるので、その最大値である０．７５Ｖ）のときを前提にして、エミッタ電圧ＶＥが最適値となるように設定される。
【００２６】
たとえば、この回路で発光ダイオードＬＥＤ１，ＬＥＤ２に流れる電流を２０ｍＡに設定する場合、このときのエミッタ電圧ＶＥの最適値は０．４４Ｖとなるので、ベース電圧ＶＢは１．１９Ｖに設定される。
【００２７】
そして、このようにトランジスタＱ１のベース電圧ＶＢが設定された回路において、マイコン１は、ＡＤ入力端子に入力される電圧（平均電圧）が、上記エミッタ電圧ＶＥの最適値（０．４４Ｖ）よりも高い場合には、ＰＷＭ出力端子から出力するパルス信号のデューティー比（ＯＮ：ＯＦＦ比）を下げて、エミッタ電圧ＶＥの実効値が上記最適値となるようにＰＷＭ制御を行う。
【００２８】
たとえば、トランジスタＱ１のベース−エミッタ間の電圧ＶＢＥが０．６５Ｖの場合（つまり、温度等による変動がない場合）、エミッタ電圧ＶＥは０．５４Ｖとなるので、このときマイコン１は、ＰＷＭ出力端子から出力するパルス信号のデューティー比を７７：２３にして、エミッタ電圧ＶＥの実効値を最適値に保つように制御する。また、トランジスタＱ１のベース−エミッタ間の電圧ＶＢＥが０．５５Ｖとなった場合（つまり、温度等による変動が−０．１Ｖの場合）、エミッタ電圧ＶＥは０．６４Ｖとなるので、このときマイコン１は、ＰＷＭ出力端子から出力するパルス信号のデューティー比を５５：４５にして、エミッタ電圧ＶＥの実効値が最適値に保たれるように制御する。
【００２９】
このように、本実施形態に示す発光ダイオードの駆動回路では、発光ダイオードＬＥＤ１，ＬＥＤ２の点灯／消灯を切り換えるトランジスタＱ１のベース−エミッタ間の電圧ＶＢＥが温度などによって変動した場合には、エミッタ電圧ＶＥに基づいてマイコン１がＰＷＭ出力のデューティー比を調節して、エミッタ電圧ＶＥが最適値となるように（換言すれば、発光ダイオードＬＥＤ１，ＬＥＤ２に流れる電流ＩＥが設定された一定の電流値となるように）制御を行うので、精度の高い定電流制御を行うことができる。
【００３０】
なお、上述した実施形態において示した具体的な数値（たとえば、トランジスタＱ１のベース−エミッタ間の電圧ＶＢＥや発光ダイオードＬＥＤ１，ＬＥＤ２に流す電流ＩＥの値など）はいずれも本発明の範囲で適宜設計変更可能であることは勿論である。
【００３１】
実施形態２
次に、本発明の第２の実施形態を図２に基づいて説明する。
この第２の実施形態に示す定電流制御回路は、上述した実施形態１に示す定電流制御回路において、トランジスタＱ１のエミッタ電圧ＶＥの実効値を最適値に保つ制御をＰＷＭ制御に代えてマイコン１のＤＡ出力端子から出力される電圧によって行うように構成している。
【００３２】
図２は、この第２の実施形態に係る定電流制御回路を発光ダイオードの駆動回路に適用した回路構成の一例を示している。
【００３３】
この図２に示す発光ダイオードの駆動回路も、上述した実施形態１に示す駆動回路と同様に、液晶表示パネルのバックライトの光源として使用される発光ダイオードの駆動回路を示しており、光源となる発光ダイオードとして直列に接続した２個の発光ダイオードＬＥＤ１，ＬＥＤ２を用いている。なお、この液晶パネルも実施形態１と同様に給湯装置のリモコンの表示部に用いられる液晶パネルであって、駆動電源ＶＣＣおよびＶＤＤは、いずれも給湯装置から供給されるＤＣ１２Ｖを電源とする電源部（図示せず）において生成されている。
【００３４】
そして、本実施形態に示す発光ダイオードの駆動回路は、これら発光ダイオードＬＥＤ１，ＬＥＤ２と、発光ダイオードＬＥＤ１，ＬＥＤ２の定電流駆動を行うスイッチ手段となるトランジスタ（バイポーラトランジスタ）Ｑ１と、発光ダイオードＬＥＤ１，ＬＥＤ２に流れる電流（負荷電流）に応じた電圧信号（電圧降下信号）を取り出すための電気抵抗Ｒ３と、上記トランジスタＱ１のベース電位設定用の分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２と、トランジスタＱ１のベース電圧ＶＢを制御するマイコン１とを主要部として構成されている。
【００３５】
具体的には、発光ダイオードＬＥＤ１，ＬＥＤ２の直列回路は、アノード端子側が駆動電源ＶＤＤに接続されるとともに、カソード端子側がトランジスタＱ１のコレクタ端子に接続され、トランジスタＱ１のエミッタ端子が電気抵抗Ｒ３を介して接地される。つまり、発光ダイオードＬＥＤ１，ＬＥＤ２と、トランジスタＱ１のエミッタ−コレクタ間と、電気抵抗Ｒ３とが直列に接続されている。そして、トランジスタＱ１のベース端子は、駆動電源ＶＣＣに接続された分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の中点と接続されている。
【００３６】
そして、本実施形態では、マイコン１は、ＤＡ出力端子と、電圧検出用のＡＤ入力端子とを備えて構成されており、ＤＡ出力端子が、電気抵抗Ｒ４を介して上記分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の中点に接続されている。そして、トランジスタＱ１のエミッタ端子と電気抵抗Ｒ３の接続点が上記マイコン１のＡＤ入力端子に接続され、マイコン１においてＡＤ入力端子に入力される電圧の平均電圧が測定されるようになっている。
【００３７】
そして、この実施形態に示す駆動回路においても、トランジスタＱ１のベース電圧ＶＢは、上述した実施形態１と同様に、エミッタ電圧ＶＥが最適値となるように設定される（図示例では、１．１Ｖ）。
【００３８】
そして、マイコン１は、ＡＤ入力端子に入力される電圧（平均電圧）が、上記エミッタ電圧ＶＥの最適値よりも高い場合には、ＤＡ出力端子から出力する電圧を下げて、エミッタ電圧ＶＥの実効値が上記最適値となるように制御を行う。
【００３９】
このように、本実施形態に示す発光ダイオードの駆動回路では、発光ダイオードＬＥＤ１，ＬＥＤ２の定電流駆動を行うトランジスタＱ１のベース−エミッタ間の電圧ＶＢＥが温度などによって変動した場合には、エミッタ電圧ＶＥに基づいてマイコン１がＤＡ出力を調節して、エミッタ電圧ＶＥが最適値となるように（換言すれば、発光ダイオードＬＥＤ１，ＬＥＤ２に流れる電流ＩＥが設定された一定の電流値となるように）制御を行うので、精度の高い定電流制御を行うことができる。
【００４０】
なお、本実施形態においても図示した具体的な数値はいずれも本発明の範囲で適宜設計変更可能であることは勿論である。
【００４１】
なお、上述した実施形態は本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれらに限定されることなく発明の範囲内で種々の設計変更が可能である。
【００４２】
たとえば、上述した実施形態では、電気負荷として発光ダイオードを２個直列に接続した場合を示したが、複数の発光ダイオードを直列に接続する構成であれば、２以上の発光ダイオードを直列に接続した場合にも本発明は適用可能である。
【００４３】
また、上述した実施形態では、本発明を発光ダイオードの駆動回路に適用した場合を示したが、本発明は定電流制御を行う回路であれば発光ダイオード以外の電気負荷を備えた回路にも適用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１                    マイコン（制御部）
ＬＥＤ１，ＬＥＤ２    発光ダイオード（電気負荷）
Ｒ１〜Ｒ４            電気抵抗
Ｑ１                  バイポーラトランジスタ
Ｑ２                  デジタルトランジスタ（ＰＷＭ駆動トランジスタ）
ＶＣＣ，ＶＤＤ        駆動電源
【図１】
2014010591.tif 000003
【図２】
2014010591.tif 000004
【図３】
2014010591.tif 000005