(57)【要約】【課題】ハイサイド側に接続される負荷のレベルシフト機能付きの電流検出回路を簡素化し、かつ、検出精度を維持する。【解決手段】ハイサイド側に接続された複数のＬＥＤが直列接続されたＬＥＤ列からなるＬＥＤ負荷ＬＥＤＳにおいて、ＬＥＤ列と直列に電流検出回路４が接続され、電流検出回路４は抵抗Ｒ１、Ｒ２、ダイオードＤ２、ＰＮＰトランジスタＱ１からなるカレントミラー回路で構成され、電流検出機能と検出信号をローサイド側へレベルシフトする機能とを備える。【選択図】図１
2015012252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動回路の電流検出回路であって、
直流電源と、前記直流電源から前記ＬＥＤに電流を供給するための電力エネルギーを蓄積するリアクトルと、
オン時において前記ＬＥＤと前記リアクトルとに電流を流すとともに、オフ時において前記リアクトルに蓄積されたエネルギーを前記ＬＥＤに供給させるためのスイッチ素子と、
前記ＬＥＤに流れる電流を検出する電流検出回路と、
前記電流検出回路により検出された電流値に基づいて、前記ＬＥＤに流れる電流を所定の目標値に制御するための第１制御信号を生成する定電流回路と、
前記定電流回路により生成された第１制御信号に基づいて前記スイッチ素子を駆動するスイッチ素子駆動回路とを備え、
前記電流検出回路は、前記直流電源の正極電位側に接続され、カレントミラー回路で構成されることを特徴とする電流検出回路。
【請求項２】
前記電流検出回路は、前記カレントミラー回路の出力信号をトランジスタを介して低電位側にレベルシフトする構成を特徴とする請求項１記載の電流検出回路。
【請求項３】
前記ＬＥＤは直列接続された複数のＬＥＤ列の構成からなり、
前記電流検出回路は、前記直流電源の正極電位側と、前記直列接続された複数のＬＥＤの中間の接続点に接続される構成を特徴とする請求項１乃至２記載の電流検出回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）を駆動するＬＥＤ駆動回路の電流検出回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動回路の開発・実用化が進んでおり、１例としてＰＷＭ定電流制御を用いたＬＥＤ照明が挙げられる。図６は、従来のＬＥＤ駆動回路の構成を示す回路図である。このＬＥＤ駆動回路は、図６に示すように、回生ダイオードＤ１、リアクトルＬ１、及びドライバＩＣ１を備え、ＬＥＤ負荷ＬＥＤＳを駆動させる。また、ドライバＩＣ１は、内部にＦＥＴ等のスイッチ素子Ｑとスイッチ素子駆動回路３と定電流回路２とを有している。このドライバＩＣ１は、スイッチ素子Ｑに対して直列接続となるように外部の電流検出抵抗Ｒ１に接続されている。さらに、定電流回路２は、コンパレータ２１と制御回路２２とからなり、スイッチ素子Ｑに一定値以上の電流が流れるのを防止する。
【０００３】
コンパレータ２１は、−側端子に入力される基準電圧Ｖｒｅｆ１と＋側端子に入力される電流検出抵抗Ｒ１に生じる電圧とを比較し、比較結果を制御回路２２に対して出力する。
電流検出抵抗Ｒ１は、スイッチ素子Ｑに直列に接続され、スイッチ素子Ｑに流れる電流に応じた電圧を両端に発生し、コンパレータ２１の＋側端子に当該電圧を印加する。制御回路２２は、コンパレータ２１による比較結果に基づいてスイッチ素子Ｑのオンデューティ比を調整するための信号を出力する。
スイッチ素子駆動回路３は、定電流回路２内の制御回路２２による出力信号に基づいてスイッチ素子Ｑのゲートに電圧を印加し、スイッチ素子Ｑ１のオン／オフを行う。
【０００４】
次に、図７は、従来のＬＥＤ駆動回路の動作時における各部の波形を示す図である。
まず、スイッチ素子Ｑのオン電流（負荷電流）は、電源からＬＥＤ負荷ＬＥＤＳ、リアクトルＬ１、スイッチ素子Ｑ、電流検出抵抗Ｒ１、グランドの順で流れ、リアクトルＬ１にエネルギーを蓄える。
図７の時刻ｔ０からｔ１までの間において、オン電流は、リアクトルＬ１の定数に応じて所定の傾き（ｄｉ＝Ｌ１＊ｄＶ／ｄｔ）を持って増加する。このオン電流が電流検出抵抗Ｒ１に流れているため、電流検出抵抗Ｒ１に発生する電圧ＶＲ１も同様に増加する。
時刻ｔ１において、電流検出抵抗Ｒ１に発生する電圧ＶＲ１が基準電圧Ｖｒｅｆ１を超えると、制御回路２２は、スイッチ素子Ｑをオフするための信号を出力する。スイッチ素子駆動回路３は、制御回路２２による出力信号に基づいてスイッチ素子Ｑをオフさせる。
これにより、リアクトルＬ１に蓄えられたエネルギーは逆起電力となって、リアクトルＬ１、ダイオードＤ１、及びＬＥＤ負荷ＬＥＤＳで形成されたループを回生電流として流れて消費される。
その後、所定時間経過後に、時刻ｔ２において制御回路２２は、スイッチ素子Ｑをオンするための信号を出力する。すなわち、ここで説明する従来のＬＥＤ駆動回路は、オフ時間固定で動作を行う回路である。スイッチ素子駆動回路３は、制御回路２２による出力信号に基づいてスイッチ素子Ｑのゲート電圧を上げ、スイッチ素子Ｑをオンさせる。
以上説明した動作を繰り返すことにより、図６に示す従来のＬＥＤ駆動回路は、ＬＥＤ負荷ＬＥＤＳに適切な電流を供給して駆動させることができる。
【０００５】
特許文献１には、スイッチング素子に流れる電流を基準電圧Ｖｒｅｆと比較して、ＬＥＤ負荷電流を制御するＬＥＤ駆動回路が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１１４４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら特許文献１は、力率改善が主目的であって、実際にはＬＥＤ負荷に流れる電流は交流電源電圧によりゼロボルト近辺での影響は大きくなってしまう。
【０００８】
本発明は、スイッチング電流を基にした電流検出ではなく、ハイサイド側に接続されたＬＥＤ負荷に流れる電流を正確に検出することで、得られた電流検出信号をローサイド側にある制御回路へ出力し、電流制御の安定性を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る電流検出回路は、ＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動回路の電流検出回路であって、直流電源と、直流電源から前記ＬＥＤに電流を供給するための電力エネルギーを蓄積するリアクトルと、オン時においてＬＥＤとリアクトルとに電流を流すとともに、オフ時においてリアクトルに蓄積されたエネルギーをＬＥＤに供給させるためのスイッチ素子と、ＬＥＤに流れる電流を検出する電流検出回路と、電流検出回路により検出された電流値に基づいて、ＬＥＤに流れる電流を所定の目標値に制御するための第１制御信号を生成する定電流回路と、定電流回路により生成された第１制御信号に基づいて前記スイッチ素子を駆動するスイッチ素子駆動回路とを備え、電流検出回路は、直流電源の正極電位側に接続され、カレントミラー回路で構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る電流検出回路によれば、電源電圧の変動においても安定した電流検出信号を得ることができる。
また、カレントミラー回路で構成することで部品点数を少なくし、部品実装を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１に係る電流検出回路を示す構成図である。
【図２】図１に係る電流検出回路のＬＥＤ電流−出力電圧を示す出力特性図である。
【図３】本発明の実施例２に係る電流検出回路を示す構成図である。
【図４】図３に係る電流検出回路のＬＥＤ電流−出力電圧を示す出力特性図である。
【図５】本発明の実施例２に係る電流検出回路の応用例を示す構成図である。
【図６】従来技術に係るＬＥＤ駆動回路を示す構成図である。
【図７】図６の従来技術に係わるＬＥＤ駆動回路の各部動作波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態の電流検出回路を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の実施例１に係る電流検出回路を示す構成図である。図１を用いて、本実施例に係る電流検出回路４の構成について説明する。
図１は、ＬＥＤ駆動回路の全体構成図を図示しないが、図６に抵抗Ｒ１〜Ｒ３、ダイオードＤ２、ＰＮＰトランジスタＱ１を設けたものである。抵抗Ｒ１とダイオードＤ２の直列回路と、抵抗Ｒ２とＰＮＰトランジスタＱ１の直列回路がカレントミラー回路を構成している。
複数のＬＥＤが直列接続されたＬＥＤ列からなるＬＥＤ負荷ＬＥＤＳに直列接続された抵抗Ｒ１は、ＬＥＤ負荷ＬＥＤＳに流れる電流の電流検出抵抗であり、ダイオードＤ２は後述するようにＰＮＰトランジスタＱ１のＶＢＥＱ１電圧に相当する順方向電圧ＶＦＤ２特性の素子を使用する。また抵抗Ｒ２の抵抗値によりＬＥＤ負荷ＬＥＤＳに流れる電流値を比例縮小した検出値にして、ＰＮＰトランジスタＱ１を介して抵抗Ｒ３から電流検出信号ＩＳＥＮＳＥとして得られる。
すなわち、ＬＥＤ負荷に流れる電流が抵抗Ｒ１とダイオードＤ２の直列回路に流れ、抵抗Ｒ１とダイオードＤ１の電圧降下は、抵抗Ｒ２とＰＮＰトランジスタＱ１のＶＢＥＱ１電圧との総和に等しくなる。従ってＰＮＰトランジスタＱ１のコレクタ電流ＩＤＥＴは抵抗Ｒ２に流れる電流とほぼ等しい値が流れるので、これを抵抗Ｒ３の電圧降下として電流検出信号ＩＳＥＮＳＥとして得られる。
上述の内容を数式で説明すると以下になる。
【００１４】
ＰＮＰトランジスタＱ１のｈｆｅ≧１００とすると、
抵抗Ｒ１の電圧降下ＶＲ１は
ＶＲ１ = ＩＬＥＤ×Ｒ１・・・（１）
抵抗Ｒ２の電圧降下ＶＲ２は
ＶＲ２ = ＩＬＥＤ×Ｒ１＋ＶＦＤ２−ＶＢＥＱ１・・・（２）
ここで、ＶＢＥＱ１=ＶＦＤ２とすると
ＶＲ２ = ＩＬＥＤ×Ｒ１・・・（３）
ＰＮＰトランジスタＱ１のｈｆｅは１００以上あるので、コレクタ電流ＩＤＥＴに対してベース電流ＩＢＱ１は１％以下となり無視できる。
ＩＤＥＴ = ＶＲ２
／Ｒ２−ＩＢＱ１ 
≒ＩＬＥＤ×（Ｒ１／
Ｒ２）・・・（４）
従ってＩＳＥＮＳＥへの出力は
ＶＩＳＥＮＳＥ = ＩＬＥＤ×（（Ｒ１ * Ｒ３）／Ｒ２）・・・（５）
となり、ＶＩＳＥＮＳＥはＬＥＤ電流ＩＬＥＤに比例したグラウンド基準の電圧を得られる。
【００１５】
図２は、図１に係る電流検出回路４のＬＥＤ電流−出力電圧を示す出力特性図である。オフセット電圧があるが、ＬＥＤ電流ＩＬＥＤに比例した信号を得られている。
以上、説明したように、少ない部品点数でハイサイド側にあるＬＥＤ電流の電流検出信号ＩＳＥＮＳＥを得ることができる。
【実施例２】
【００１６】
図３は、本発明の実施例２に係る電流検出回路４ａを示す構成図である。
実施例１の図１に対して、ダイオードＤ２を削除して、ＰＮＰトランジスタＱ１を２素子入りトランジスタＱ１ａに置き換え、基準電源回路５としてツェナーダイオードＺＤ１と抵抗Ｒ６、レベルシフト用のトランジスタＱ２及び抵抗Ｒ４を備える。
【００１７】
実施例２は、実施例１に対して電流検出値の精度をより向上したものである。
実施例１の図１においては、少ない部品で構成できる利点があるが、ダイオードＤ２に流れる電流ＩＬＥＤとＰＮＰトランジスタＱ１に流れるコレクタ電流ＩＣＱ１は大きく異なり、素子も異なるためダイオードＤ２の順方向電圧ＶＦＤ２とＰＮＰトランジスタＱ１のベース電圧ＶＢＥＱ１には微小な差が生じ、温度ドリフトや素子固有のばらつき誤差の要因となりうる。
また、ダイオードＤ２にＬＥＤ電流ＩＬＥＤが流れるため、ＬＥＤ電流値に左右されるが、電力損失は否めない。
実施例２は、２素子入りトランジスタのＰＮＰトランジスタＱ１ａを用いることで、ＰＮＰトランジスタＱ１ａのＱａ，Ｑｂ素子間の温度ドリフト及び素子固有のばらつき誤差を低減し、かつ、ＬＥＤ電流ＩＬＥＤの流れるダイオードＤ２を廃止して順方向電圧損失を低減する。また、ツェナーダイオードＺＤ１と抵抗Ｒ６による基準電源回路５を備えることで、ＰＮＰトランジスタＱ１ａの電流を安定化させ、かつ、ＰＮＰトランジスタＱ１ａのコレクタ・エミッタ間電圧をツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧以下に抑えることができる。従って、ＰＮＰトランジスタＱ１ａは、低耐圧の小信号トランジスタを使用することができる。
ＰＮＰトランジスタＱ１ａの出力信号は、バッファ兼レベルシフト用のＰＮＰトランジスタＱ２を介して出力され、ハイサイド〜グランド間電圧をＰＮＰトランジスタＱ２が負担する。
図３において、ＬＥＤ負荷ＬＥＤＳに直列接続された抵抗Ｒ１は、ＬＥＤ負荷ＬＥＤＳに流れる電流の電流検出抵抗であり、抵抗Ｒ２はＰＮＰトランジスタＱ１ａで構成されるカレントミラー回路の出力電流ＩＤＥＴ値を決定する抵抗である。Ｑ１ａの二つのトランジスタの特性が同一とすると、抵抗Ｒ１の電圧降下と抵抗Ｒ２の電圧降下は同一になるので、ＬＥＤ電流ＩＬＥＤと出力電流ＩＤＥＴとの比率は、ＩＬＥＤ：ＩＤＥＴ＝Ｒ２：Ｒ１の関係になる。
また、ＰＮＰトランジスタＱ２はＰＮＰトランジスタＱ１ａのＱｂコレクタ電流からＰＮＰトランジスタＱ２のベース電流分を除いた電流を抵抗Ｒ３に出力し、抵抗Ｒ３を介して電流検出信号ＶＩＳＥＮＳＥとして出力する。このため、ＰＮＰトランジスタＱ２の電流増幅率ｈｆｅの逆数分の値、及びベース・エミッタ抵抗Ｒ４に流れる電流が前述の出力電流ＩＤＥＴから差し引かれるが、抵抗Ｒ１、Ｒ２の比率を調整することでＬＥＤ電流ＩＬＥＤと出力電流ＩＤＥＴとの比率を調整できる。
【００１８】
図４は、図３に係る電流検出回路４ａのＬＥＤ電流−出力電圧を示す出力特性図である。実施例１の特性図２と比較して、バイアス電圧が減少し、低電流領域からの検出精度が向上していることが分かる。
【００１９】
図５は、実施例２の変形例を示す。図３の基準電源回路５を削除し、基準電源回路５の代用としてＬＥＤが直列接続されたＬＥＤ列からなるＬＥＤ負荷のうち、複数個のＬＥＤの電圧降下を用いる。具体的には、ＬＥＤ負荷ＬＥＤＳにおいてＬＥＤ列の中間位置に接続することで、基準電源回路５のツェナー電圧に相当する電圧を得られる。
ＬＥＤ負荷ＬＥＤＳの電流を分流するため、低電流領域でのリニアリティーは多少悪化するが、部品点数を削減でき、基準電源回路５の損失もなくなる効果がある。また、ＰＮＰトランジスタＱ１ａの耐圧も図３と同様に低耐圧の小信号トランジスタを使用できる。
【００２０】
以上、本発明の実施例の一例について説明したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
例えば、スイッチング電源装置は非絶縁方式を用いて説明したが、絶縁方式等でも使用することが可能である。
【符号の説明】
【００２１】
１      ドライバＩＣ
２      定電流回路
３      スイッチ素子駆動回路
４、４ａ，４ｂ      電流検出回路
５      基準電源回路
Ｃ１、Ｃ２    コンデンサ
Ｄ１、Ｄ２    ダイオード
Ｌ１    リアクトル
Ｑ１、Ｑ２    ＰＮＰ型トランジスタ
Ｑ１ａ    ２素子入りＰＮＰ型トランジスタ
Ｒ１〜Ｒ５    抵抗
【図７】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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