(57)【要約】      （修正有）【課題】小規模な回路構成によってリニア式の定電流回路を用いる場合の発光装置の回路保護を提供する。【解決手段】第１トランジスタＱ１は、第１電流端が発光素子ＬＥＤ１、ＬＥＤｎのカソードと接続され、第２電流端が第１抵抗素子Ｒ１と接続され、制御端がオペアンプＯＰ１の出力端と接続されており、抵抗素子は、一端が第１トランジスタと接続され、他端が第２トランジスタＱ２と接続されており、第２トランジスタは、第１電流端が第１抵抗素子と接続され、第２電流端が基準電位端と接続され、制御端が電源ＶＣＣに接続されており、オペアンプは、非反転入力端が電源ＶＲＥＦと接続されており、反転入力端が第１トランジスタの第２電流端及び第１抵抗素子と接続されており、出力端が第１トランジスタの制御端と接続されている、発光素子の駆動回路である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ又は複数の発光素子を駆動するための駆動回路であって、
第１トランジスタと、
第１抵抗素子と、
電界効果型トランジスタである第２トランジスタと、
オペアンプと、
を含み、
前記第１トランジスタは、第１電流端が前記発光素子のカソードと接続され、第２電流端が前記第１抵抗素子と接続され、制御端が前記オペアンプの出力端と接続されており、
前記第１抵抗素子は、一端が前記第１トランジスタと接続され、他端が前記第２トランジスタと接続されており、
前記第２トランジスタは、第１電流端が前記第１抵抗素子と接続され、第２電流端が基準電位端と接続され、制御端が電源に接続されており、
前記オペアンプは、非反転入力端が電源と接続されており、反転入力端が前記第１トランジスタの第２電流端及び前記第１抵抗素子と接続されており、出力端が前記第１トランジスタの制御端と接続されている、
発光素子の駆動回路。
【請求項２】
温度上昇により抵抗値が増加するサーミスタと、
第２抵抗素子と、
電界効果型トランジスタである第３トランジスタと、
を更に含み、
前記サーミスタは、一端が電源と接続され、他端が前記第２抵抗素子と接続され、かつ前記発光素子と熱結合しており、
前記第２抵抗素子は、一端が前記サーミスタと接続され、他端が基準電位端と接続されており、
前記第３トランジスタは、第１電流端が第１抵抗素子と接続され、第２電流端が基準電位端と接続され、制御端が前記サーミスタ及び前記第２抵抗素子と接続されている、
請求項１に記載の発光素子の駆動回路。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の駆動回路と、
前記駆動回路によって駆動される発光素子と、
を備える発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子（ＬＥＤ）の駆動回路並びにこの駆動回路を備えた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
１つあるいは複数の発光素子を備えた発光装置においてそれらの発光素子を一定の明るさで発光させたい場合には、発光素子を定電流回路によって駆動することが多い。ここで用いられる定電流回路の種類は、スイッチング式とリニア式に大別される。リニア式の定電流回路を用いた発光素子の駆動装置に関する先行技術は、例えば特開２００７−３２４４１６号公報（特許文献１）の図９等に開示されている。この発光素子の駆動装置は、オペアンプを備える定電流回路を発光素子のカソード側に備えている。そして、定電流回路には、発光素子のカソード側に直列接続されたトランジスタおよび電流検出用抵抗素子が含まれる。
【０００３】
ところで、リニア式の定電流回路はスイッチング式の定電流回路に比べて低コストであるという利点があるが、上記したトランジスタを非飽和電圧で動作させるためにトランジスタが発熱しやすく、トランジスタが故障しやすいという不都合がある。トランジスタが故障により短絡した場合には、電流検出用抵抗素子のみが発光素子へ流れる電流を制限する抵抗素子となる。一般にこの電流検出用抵抗素子は省電力化の要請からその抵抗値が低く設定される（例えば０．１〜１Ω程度）。したがって、トランジスタが短絡した場合には、発光素子に過電流が供給されてしまう。このような不都合への対策としては、例えばコンパレータを用いて異常な電圧（上記例ではトランジスタのコレクタ電位の低下）を検出し、あるいはサーミスタを用いて異常な温度（上記例では発光素子の発熱による温度）を検出し、それに応じて電源ラインを遮断して電流供給を停止することが考えられる。しかし、このような対策をすると定電流回路の回路規模が大きくなってしまい、回路構成のシンプルさが特徴であるリニア式の定電流回路を用いる利点が失われてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３２４４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明に係る具体的態様は、小規模な回路構成によってリニア式の定電流回路を用いる場合の発光装置の回路保護を実現し得る技術を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る一態様の発光素子の駆動回路は、（ａ）１つ又は複数の発光素子を駆動するための駆動回路であって、（ｂ）第１トランジスタと、第１抵抗素子と、電界効果型トランジスタである第２トランジスタと、オペアンプと、を含み、（ｃ）前記第１トランジスタは、第１電流端が前記発光素子のカソードと接続され、第２電流端が前記第１抵抗素子と接続され、制御端が前記オペアンプの出力端と接続されており、（ｄ）前記第１抵抗素子は、一端が前記第１トランジスタと接続され、他端が前記第２トランジスタと接続されており、（ｅ）前記第２トランジスタは、第１電流端が前記第１抵抗素子と接続され、第２電流端が基準電位端と接続され、制御端が電源に接続されており、（ｆ）前記オペアンプは、非反転入力端が電源と接続されており、反転入力端が前記第１トランジスタの第２電流端及び前記第１抵抗素子と接続されており、出力端が前記第１トランジスタの制御端と接続されている、発光素子の駆動回路である。なお、本明細書において「ある回路要素と他の回路要素とが接続される」という場合には、回路所期の動作を阻害しない限り、それらの回路要素の間にさらに別の回路要素が介在する場合も含むものとする。
【０００７】
上記構成によれば、第１トランジスタの故障等によって発光素子に流れる電流が増加した場合には、この電流増加に伴って電界効果型トランジスタである第２トランジスタのオン抵抗がその温度特性により上昇するので、発光素子に流れる電流を減少させることができる。したがって、小規模な回路構成によってリニア式の定電流回路を用いる場合の発光装置の回路保護を実現することが可能となる。
【０００８】
上記の駆動回路は、（ｇ）温度上昇により抵抗値が増加するサーミスタと、第２抵抗素子と、電界効果型トランジスタである第３トランジスタと、を更に含み、（ｈ）前記サーミスタは、一端が電源と接続され、他端が前記第２抵抗素子と接続され、かつ前記発光素子と熱結合しており、（ｉ）前記第２抵抗素子は、一端が前記サーミスタと接続され、他端が基準電位端と接続されており、（ｊ）前記第３トランジスタは、第１電流端が第１抵抗素子と接続され、第２電流端が基準電位端と接続され、制御端が前記サーミスタ及び前記第２抵抗素子と接続されている、ことも好ましい。
【０００９】
上記構成によれば、温度変化による発光素子の明るさの変動を抑えつつ、過電流に対する保護機能を大きく発揮させることができる。
【００１０】
本発明に係る一態様の発光装置は、上記いずれかの駆動回路と、この駆動回路によって駆動される発光素子とを備える発光装置である。
【００１１】
上記構成によれば、小規模な回路構成によってリニア式の定電流回路を用いる場合の発光装置の回路保護を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、一実施形態の発光素子の駆動回路を含んだ発光装置の構成を示す回路図である。
【図２】図２は、図１に示した発光装置の等価回路を示す回路図である。
【図３】図３は、他の実施形態の発光素子の駆動回路を含んだ発光装置の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、一実施形態の発光素子の駆動回路を含んだ発光装置の構成を示す回路図である。本実施形態の発光装置は、複数の発光素子ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎと、これらの発光素子を駆動するための駆動回路を含んで構成されている。駆動回路は、トランジスタＱ１と、抵抗素子Ｒ１と、電界効果型トランジスタＱ２と、オペアンプＯＰ１を備えている。
【００１５】
複数の発光素子ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎは、直列接続されており、ＬＥＤ１のアノードが駆動電源ＶＣＣに接続され、ＬＥＤｎのカソードがトランジスタＱ１、抵抗素子Ｒ１、電界効果型トランジスタＱ２を介して基準電位端（接地電位端）に接続されている。
【００１６】
トランジスタＱ１は、バイポーラトランジスタであり、そのコレクタ（第１電流端）がＬＥＤｎのカソードと接続され、エミッタ（第２電流端）が抵抗素子Ｒ１と接続され、ベース（制御端）がオペアンプＯＰ１の出力端と接続されている。
【００１７】
抵抗素子Ｒ１は、その一端がトランジスタＱ１のエミッタと接続され、他端が電界効果型トランジスタＱ２のドレインと接続されている。
【００１８】
電界効果型トランジスタＱ２は、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴであり、そのドレイン（第１電流端）が抵抗素子Ｒ１と接続され、ソース（第２電流端）が基準電位端（接地電位端）と接続され、ゲート（制御端）が参照用電源ＶＲＥＦと接続されている。
【００１９】
オペアンプＯＰ１は、非反転入力端が参照用電源ＶＲＥＦと接続されており、反転入力端がトランジスタＱ１のエミッタおよび抵抗素子Ｒ１の一端と接続されており、出力端がトランジスタＱ１のベースと接続されている。
【００２０】
次に、本実施形態の発光装置の動作について説明する。
【００２１】
電界効果型トランジスタＱ２は、そのゲートに十分な電位を与えてオン状態にすれば、ドレイン−ソース間は微小な抵抗値をもったスイッチとして導通する。このときの抵抗を電界効果型トランジスタのオン抵抗といい、Ｒｄｓｏｎで表す。このとき、抵抗素子Ｒ１の抵抗値がオン抵抗Ｒｄｓｏｎの抵抗値に比べて十分に大きいとすれば、発光装置を図２に示すような等価回路で表すことができる。そして、オペアンプＯＰ１、トランジスタＱ１、抵抗素子Ｒ１からなる回路部分によって、各発光素子ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎには定電流制御された電流が供給される。
【００２２】
ところで、一般に電界効果型トランジスタのオン抵抗Ｒｄｓｏｎは、正の係数の温度特性をもっており、温度上昇に伴ってその抵抗値が直線的に（線形に）大きくなる。例えば、チャネル温度Ｔｃｈが２５℃のときの抵抗値を基準とすれば、Ｔｃｈが１００℃のときには抵抗値が約２倍になる。一例として、ある市販品では、Ｔｃｈ＝２５℃のときの抵抗値が１００ｍΩであるのに対して、Ｔｃｈ＝１００℃のときの抵抗値は１８０ｍΩとなる。
【００２３】
ここで、トランジスタＱ１が故障により短絡した場合を考えると、各ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎを流れる電流が増加するので電界効果型トランジスタＱ２を流れる電流も増加することとなり、電界効果型トランジスタＱ２のチャネル温度が上昇する。すると、上記したオン抵抗Ｒｄｓｏｎは、その温度特性から抵抗値が上昇する。その結果、各ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに流れる電流を減少させることができる。すなわち、あたかも負帰還制御のように、過電流に対する保護機能を発揮させることができる。
【００２４】
この過電流に対する保護機能をどの程度発揮させるかについては、抵抗素子Ｒ１とオン抵抗Ｒｄｓｏｎの各抵抗値のバランスによって調整することができる。抵抗素子Ｒ１の抵抗値とオン抵抗Ｒｄｓｏｎの抵抗値の差を少なくし、あるいは同じ値とすれば、保護機能をより大きく発揮させることができる。反対に、抵抗素子Ｒ１の抵抗値とオン抵抗Ｒｄｓｏｎの抵抗値の差をより大きくすれば、保護機能を弱く発揮させることができる。
【００２５】
なお、上記した実施形態の駆動回路では、電界効果型トランジスタＱ２のオン抵抗はチャネル温度の変化に伴って常に変動していることになるので、各ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに流れる電流の大きさは抵抗素子Ｒ１とオン抵抗Ｒｄｓｏｎの抵抗値の比率に応じて変動する。この電流変動をできるだけ抑え、かつ過電流に対する保護機能も大きく発揮させたい場合には、次に示すような実施形態の駆動回路を用いるとよい。
【００２６】
図３は、他の実施形態の発光素子の駆動回路を含んだ発光装置の構成を示す回路図である。この実施形態の発光装置は、上記した図１に示した実施形態の駆動回路に対して、さらにサーミスタＰＣＴ、抵抗素子Ｒ２、電界効果型トランジスタＱ３を加えたものである。
【００２７】
サーミスタＰＣＴは、一端が参照用電源ＶＲＥＦと接続され、他端が抵抗素子Ｒ２の一端と接続されている。このサーミスタＰＣＴは、室温付近ではほぼ一定の抵抗値をもち、ある温度を超えると対数的に抵抗値が上昇する抵抗素子である。サーミスタＰＣＴは、各発光素子ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの少なくとも１つと熱結合している。
【００２８】
抵抗素子Ｒ２は、一端がサーミスタＰＣＴと接続され、他端が基準電位端（接地電位端）と接続されている。
【００２９】
電界効果型トランジスタＱ３は、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴであり、そのドレイン（第１電流端）が抵抗素子Ｒ１と接続され、ソース（第２電流端）が基準電位端（接地電位端）と接続され、ゲート（制御端）がサーミスタＰＣＴの一端および抵抗素子Ｒ２の一端と接続されている。
【００３０】
ここで、通常時には、電界効果型トランジスタＱ３がオン状態（導通状態）となるようにサーミスタＰＣＴと抵抗素子Ｒ２の各抵抗値が設定されているとする。このとき、電界効果型トランジスタＱ３のオン抵抗Ｒｄｓｏｎに比べて抵抗素子Ｒ１の抵抗値が十分に大きいとすると、オン抵抗Ｒｄｓｏｎの抵抗値の温度変化による変動は無視できる。
【００３１】
ここで、トランジスタＱ１が故障により短絡した場合を考えると、各ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎを流れる電流が増加するので電界効果型トランジスタＱ２を流れる電流も増加することとなり、各ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが発熱する。この発熱による温度がある温度を超えるとサーミスタＰＣＴの抵抗値が上昇し、抵抗素子Ｒ２の抵抗値とのバランスが変化する。それにより、電界効果型トランジスタＱ３がオフ状態となり、抵抗素子Ｒ１は、電界効果型トランジスタＱ２のみを介して基準電位端に接続される。このとき、例えば抵抗素子Ｒ１の抵抗値と電界効果型トランジスタＱ２のオン抵抗Ｒｄｓｏｎの抵抗値をほぼ同じ大きさに設定してあったとすれば、各ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに流れる過電流を半減させることができる。すなわち、過電流に対する保護機能を大きく発揮させることができる。なお、抵抗素子Ｒ１の抵抗値と電界効果型トランジスタＱ２のオン抵抗Ｒｄｓｏｎの抵抗値とは必ずしも同じ大きさでなくてよく、求める保護機能の大きさに応じて適宜設定することができる。
【００３２】
以上のような実施形態によれば、小規模な回路構成によってリニア式の定電流回路を用いる場合の発光装置の回路保護を実現することが可能となる。また、上記実施形態は、定電流制御用のオペアンプの参照用電位がＩＣ内部で固定されたタイプのＩＣにも適用することができる。
【００３３】
なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上記実施形態ではトランジスタＱ１としてバイポーラトランジスタを例示していたが、電界効果型トランジスタであってもよい。また、電界効果型トランジスタＱ２、Ｑ３として、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴを例示していたが、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴであってもよいし、Ｎ型またはＰ型の接合型ＦＥＴであってもよい。また、発光素子の数には特に限定がない。
【符号の説明】
【００３４】
ＬＥＤ１、ＬＥＤｎ：発光素子
Ｒ１、Ｒ２：抵抗素子
Ｑ１：トランジスタ
Ｑ２、Ｑ３：電界効果型トランジスタ
ＯＰ１：オペアンプ
ＰＴＣ：サーミスタ
ＶＣＣ：駆動電源
ＶＲＥＦ：参照用電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
2015170619.tif 000005