(57)【要約】【課題】定電流駆動回路の部品数を削減し、発光ダイオードモジュール間の電流バラツキを低減し、安価な発光ダイオードモジュール定電流パルス幅制御駆動回路を提供する。【解決手段】直列接続した複数個の発光ダイオード３−１に第１トランジスタ６−１のコレクタを、そのエミッタに第１抵抗４−１を接続した発光ダイオードモジュール１３−１をｎ個、電源１に並列に接続し、第２抵抗１１とツェナーダイオード１２の直列回路を電源１に接続し、ツェナーダイオード１２に並列に第２のトランジスタ１０を接続し、パルス発生回路９を電源１に接続し、パルス発生回路９の出力を第２トランジスタ１０のベースに接続し、第２抵抗１１とツェナーダイオード１２の接続点と各発光ダイオードモジュール１３−１の第１トランジスタ６−１のベースを接続した。【選択図】図１
2008004731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続した複数個の発光ダイオードに第１のトランジスタのコレクタを接続し、該トランジスタのエミッタに第１の抵抗を接続した発光ダイオードモジュールを複数個、電源に並列に接続し、第２の抵抗とツェナーダイオードの直列回路を該電源に並列に接続し、該ツェナーダイオードに並列に第２のトランジスタのコレクタとエミッタ間を接続し、パルス発生回路を該電源に並列に接続し、該パルス発生回路の出力を該第２のトランジスタのベースに接続し、該第２の抵抗と該ツェナーダイオードの接続点とそれぞれの発光ダイオードモジュールの該第１のトランジスタのベースを接続して成ることを特徴とする発光ダイオード定電流パルス幅制御駆動回路。
【請求項２】
それぞれの発光ダイオードモジュールの第１のトランジスタのコレクタとエミッタ間に第３の抵抗を接続して成ることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード定電流パルス幅制御駆動回路。
【請求項３】
それぞれの発光ダイオードモジュールの第１のトランジスタと第１の抵抗との直列回路に並列に第４の抵抗を接続して成ることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード定電流パルス幅制御駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直列に接続した複数個の発光ダイオードにトランジスタのコレクタを接続し、該トランジスタのエミッタに抵抗を接続した発光ダイオードモジュールを複数個、電源に接続した場合に、電源電圧変動や発光ダイオードの順方向電圧降下のバラツキがあっても、複数個の発光ダイオードを安定に駆動しつつ、それぞれの発光ダイオードモジュール間の定電流のバラツキを低減し、かつ複数の発光ダイオードの輝度調整を同時に容易に行え、発光ダイオードに定電流を供給する機能と発光ダイオードの輝度調整を行うパルス幅制御機能を併せ持った発光ダイオード定電流駆動回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードは消費電力が少なく、長寿命、低温動作が可能などの特長を有しており、今後ますます種々の照明器具分野などで採用されていくものと考えられる。特に、照明器具に発光ダイオードを用いる場合は複数個の発光ダイオードが必要になるので、複数個の発光ダイオードを直列に接続した発光ダイオードモジュールを複数個使用することが多い（特許文献１参照）。
発光ダイオードは電流駆動素子であり、一般の発光ダイオードの駆動電流は信頼性を考慮し、発熱の観点から２０〜２５ｍＡ（一般的に絶対最大定格は３０ｍＡ）となるように設計されている。これまでは発光ダイオードの電源として定電圧電源が適用され、抵抗を用いて発光ダイオードの駆動電流が２０〜２５ｍＡとなるように抵抗値を決めているのが一般的である。抵抗を用いて駆動電流を規定する場合は、発光ダイオードの順方向電圧降下のバラツキの影響を受けて、発光ダイオードモジュール毎に駆動電流が異なるので、抵抗での損失が増加したり発光ダイオードの輝度に差が生ずるなどの問題があるため、最近では定電流駆動方式を採用する方向にある。定電流化するために定電圧電源の代わりに定電流電源を適用するか、あるいは電源と発光ダイオードモジュールとの間に定電流素子を直列接続して、発光ダイオードの駆動電流が２０〜２５ｍＡとなるように定電流素子の電流を設定している。
【特許文献１】特開２００５−２８５３６９号公報
【０００３】
定電流電源を用いる場合は発光ダイオードモジュール毎に定電流電源が必要になるので、電源のコストアップ要因になる。したがって、１台の電源とそれぞれの発光ダイオードモジュールとの間に定電流素子を直列接続して、発光ダイオードモジュールに定電流を供給する回路が採用されることが多い。
【０００４】
また、発光ダイオードモジュールの輝度を変えるには発光ダイオードに流れる電流の大きさを調整している。電流を調整する方法は簡易であるが、電流の大きさが変わると発光ダイオードの発光波長が変化するので、適用範囲が制約されるという問題があった。
そこで、流れる電流の大きさはパルス状（一定）にして、そのパルスのオンとオフのデュティー比を調整することで輝度を変える方法を本出願人は先に開発した。この方法によると、パルスのオン時には常に所定の電流が流れるので発光ダイオードの発光波長が変化することはなく、また、パルスのオフ時には発光ダイオードは消えるが人間の眼には残像現象があるので、発光ダイオードが点灯状態に見えるのである。ただ、パルスのオフの分だけ全体が暗く感じる（輝度が弱くなる）ように見えるので、パルスのデュティー比を調整することで輝度調節が可能となるのである。
【０００５】
図４は、本出願人が先に開発したパルス幅制御回路と複数個の発光ダイオードと定電流回路で構成される発光ダイオードモジュールを示している。
図４において、１は直流電源、２はパルス幅制御回路、１−１は発光ダイオードモジュールで直列に接続した複数個の発光ダイオード３−１、抵抗４−１、５−１、トランジスタ６−１、ツェナーダイオード７−１で構成されている。
直流電源１には１−１〜１−ｎの発光ダイオードモジュールが接続されている。
【０００６】
次に、図４に示す回路の動作を説明する。
直流電源１にスイッチング素子を用いて直流電源１の電圧Ｖ０を断続させるパルス幅制御回路２を接続するとともに、直列に接続した複数個の発光ダイオード３−１に抵抗４−１、５−１、トランジスタ６−１、ツェナーダイオード７−１で構成される定電流回路８−１を接続し、発光ダイオードモジュール１−１の複数個の発光ダイオード３−１を発光させる。定電流回路８−１の抵抗５−１は電源のプラスとトランジスタ６−１のベースに接続されている。
【０００７】
発光ダイオードモジュール１−１を例に動作説明する。
定電流回路８−１ではトランジスタ６−１のベース電圧はツェナーダイオード７−１のツェナー電圧にクランプされ一定になる。
ツェナーダイオード７−１のツェナー電圧をＶｚ７−１、トランジスタ６−１のベース・エミッタ間電圧をＶｂｅ６−１とすると、抵抗４−１の電圧は、
Ｖｚ７−１−Ｖｂｅ６−１
となる。
抵抗４−１を流れる電流は抵抗４−１の抵抗をＲ４−１とすれば、
（Ｖｚ７−１−Ｖｂｅ６−１）／  Ｒ４−１
で与えられる。
ツェナー電圧Ｖｚ７−１、ベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅ６−１を一定とすれば、抵抗４−１の電流は、
（Ｖｚ７−１−Ｖｂｅ６−１）／  Ｒ４−１
となり一定になる。すなわち、直流電源１の電圧Ｖ０あるいは発光ダイオードモジュール３の電圧降下が変化しても、複数個の発光ダイオード３−１の電流が一定になるようにトランジスタ６−１のコレクタ−エミッタ間電圧が変化する。
発光ダイオードモジュール１−２〜１−ｎの発光ダイオードモジュールの動作も１−１と同様である。
【０００８】
先行開発の輝度調整には図４に示すように定電流回路８−１〜８−ｎの他に複数個の発光ダイオード３−１〜３−ｎの輝度を一斉に調整するパルス幅制御回路２が必要で、パルス幅制御回路２のスイッチング素子のオン時間とオフ時間の比を変化させることで輝度の調整を実現している。スイッチング素子がオンの時は発光ダイオードモジュール１−１〜１−ｎに電圧Ｖ０が印加され、定電流回路８−１〜８−ｎによって複数個の発光ダイオード３−１〜３−ｎは定電流駆動される。パルス幅制御回路２のスイッチング素子がオフの時は複数個の発光ダイオード３−１〜３−ｎは発光を停止する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
複数個の発光ダイオードを直列に接続した発光ダイオード３−１〜３−ｎを安定に点灯させるには定電流回路８−１〜８−ｎが必要であり、発光波長を変えずに輝度を調整するにはパルス幅制御回路２が必要である。商用電源を入力とする照明器具では電圧Ｖ０が１４０Ｖになるので、パルス幅制御回路２が発光ダイオードモジュール１−１〜１−ｎの駆動電流を高速で断続するには、パルス幅制御回路２には耐圧が２００Ｖ程度以上の高価なスイッチング素子を適用することになる。また、スイッチング素子を駆動するためのパルス発生回路が必要になるなど発光ダイオードモジュール１−１〜１−ｎの駆動に関連する回路のコストアップ要因になる。
また、定電流回路８−１〜８−ｎにはツェナーダイオード  が必要であるが、ツェナー電圧にバラツキがあると発光ダイオードモジュール１−１〜１−ｎの電流にバラツキが発生することになる。
【００１０】
本発明の目的は、定電流駆動回路の部品数を削減し、かつ発光ダイオードモジュール間の電流バラツキを低減するとともに、安価な低耐圧トランジスタが使用できる低コストの発光ダイオードモジュール定電流パルス幅制御駆動回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、発光ダイオード定電流パルス幅制御駆動回路に係り、直列に接続した複数個の発光ダイオードに第１のトランジスタのコレクタを接続し、該トランジスタのエミッタに第１の抵抗を接続した発光ダイオードモジュールを複数個、電源に並列に接続し、第２の抵抗とツェナーダイオードの直列回路を該電源に並列に接続し、該ツェナーダイオードに並列に第２のトランジスタのコレクタとエミッタ間を接続し、パルス発生回路を該電源に並列に接続し、該パルス発生回路の出力を該第２のトランジスタのベースに接続し、該第２の抵抗と該ツェナーダイオードの接続点とそれぞれの発光ダイオードモジュールの該第１のトランジスタのベースを接続して成ることを特徴とする。
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発光ダイオード定電流パルス幅制御駆動回路において、それぞれの発光ダイオードモジュールの第１のトランジスタのコレクタとエミッタ間に第３の抵抗を接続して成ることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発光ダイオード定電流パルス幅制御駆動回路において、それぞれの発光ダイオードモジュールの第１のトランジスタと第１の抵抗との直列回路に並列に第４の抵抗を接続して成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
上記の構成により、複数の発光ダイオード、トランジスタ、抵抗を直列に接続した発光ダイオードモジュールを複数個直流電源に接続した場合に、ツェナーダイオードを共通化することで発光ダイオードモジュール間の駆動電流バラツキを低減し、また、定電流駆動回路と発光ダイオードモジュールの輝度調整用パルス幅制御回路を一体化することで回路構成を簡素化し、さらに、発光ダイオードの電圧降下を活用することにより低耐圧のトランジスタが適用できるので、発光ダイオードモジュール間における駆動電流バラツキの少ない定電流パルス幅制御駆動回路を低コストで実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に関わる発光ダイオードモジュールの定電流パルス幅制御駆動回路の実施例１を図１に示す。
図１において、１は直流電源、９はパルス幅制御回路、３−１は複数個の発光ダイオード、４−１、１１は抵抗、６−１、１０はトランジスタ、１２はツェナーダイオードである。１３−１は複数個の発光ダイオード３−１、トランジスタ４−１、抵抗６−１で構成される発光ダイオードモジュールである。
【００１４】
次に、図１に示す回路の動作を説明する。
直流電源１にパルス幅制御回路９、抵抗１１とツェナーダイオード１２の直列回路を接続し、ツェナーダイオード１２と並列にトランジスタ１０を接続する。トランジスタ１０のベースにパルス幅制御回路９の出力を接続する。また、直流電源１には複数個の発光ダイオードモジュール１３−１〜１３−ｎを接続する。発光ダイオードモジュール１３−１〜１３−ｎのトランジスタ６−１〜６−ｎのベースは抵抗１１とツェナーダイオード１２の接続点に接続する。
【００１５】
トランジスタ６−１〜６−ｎのベース電圧はツェナーダイオード１２のツェナー電圧にクランプされるので、トランジスタ６−１〜６−ｎのベース電圧は同一になる。ここで発光ダイオードモジュール１３−１を例にとって説明する。
パルス幅制御回路９の出力が０でトランジスタ１０はオフしているとする。
ツェナーダイオード１２のツェナー電圧をＶｚ１２−１、トランジスタ６−１  のベース・エミッタ間電圧をＶｂｅ４−１とすると、抵抗６−１の電圧は、
Ｖｚ１２−１−Ｖｂｅ４−１
となり、抵抗４−１を流れる電流は抵抗４−１の抵抗をＲ４−１とすれば、
（Ｖｚ１２−１−Ｖｂｅ６−１）／  Ｒ４−１
で与えられる。
ツェナー電圧Ｖｚ１２−１、ベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅ６−１を一定とすれば、抵抗４−１の電流は、
（Ｖｚ１２−１−Ｖｂｅ６−１）／  Ｒ４−１
となり、一定になる。すなわち、直流電圧Ｖ０あるいは発光ダイオード３−１の電圧降下が変化しても、発光ダイオードモジュール１３−１の電流が一定になるようにトランジスタ６−１のコレクタ−エミッタ間電圧が変化する。
この動作は図１に示す発光ダイオードモジュール１３−１以外の発光ダイオードモジュールも同じである。
【００１６】
パルス幅制御回路２の出力によりトランジスタ１０がオンした場合はツェナーダイオード１２が短絡されるのでトランジスタ６−１はオフとなる。したがって発光ダイオード３−１の電流は０となり、発光ダイオード３−１は消灯する。この動作は図１に示す発光ダイオードモジュール１３−１以外の発光ダイオードモジュールも同じである。
【００１７】
以上のように実施例１によれば、複数の発光ダイオード、トランジスタ、抵抗を直列に接続した発光ダイオードモジュールを複数個直流電源に接続した場合に、ツェナーダイオードを共通化できるので発光ダイオードモジュール間の駆動電流バラツキを低減し、また、定電流駆動回路と発光ダイオードモジュールの輝度調整用パルス幅制御回路を一体化することで回路構成を簡素化し、さらに、発光ダイオードの電圧降下を活用することにより低耐圧のトランジスタが適用でき、したがって、発光ダイオードモジュール間における駆動電流バラツキの少ない定電流パルス幅制御駆動回路を低コストで実現することが可能となる。
【００１８】
本発明に関わる発光ダイオードモジュールの定電流パルス幅制御駆動回路の実施例２を図２に示す。
図２において、１は直流電源、９はパルス幅制御回路、３−１は複数個の発光ダイオード、６−１、１０はトランジスタ、４−１、７、１４−１は抵抗、１２はツェナーダイオードである。１５−１は複数個の発光ダイオード３−１、トランジスタ６−１、抵抗４−１、抵抗１４−１で構成される発光ダイオードモジュールである。
【００１９】
次に、図２に示す回路の動作を説明する。
直流電源１にパルス幅制御回路９、抵抗７とツェナーダイオード１２の直列回路を接続し、ツェナーダイオード１２と並列にトランジスタ１０を接続する。トランジスタ１０のベースにパルス幅制御回路９の出力を接続する。トランジスタ６−１と並列に抵抗１４−１を接続する。
また、直流電源１には複数個の発光ダイオードモジュール１５−１〜１５−ｎを接続する。発光ダイオードモジュール１５−１〜１５−ｎのトランジスタ６−１〜６−ｎのベースは抵抗１１とツェナーダイオード１２の接続点に接続する。
トランジスタ６−１〜６−ｎのベース電圧はツェナーダイオード１２のツェナー電圧にクランプされるので、トランジスタ６−１〜６−ｎのベース電圧は同一になる。
【００２０】
ここで発光ダイオードモジュール１５−１を例にとって説明する。
パルス幅制御回路９の出力が０でトランジスタ１０はオフしているとする。ツェナーダイオード１２のツェナー電圧をＶｚ１２−１、トランジスタ６−１  のベース・エミッタ間電圧をＶｂｅ６−１とすると、抵抗４−１の電圧は、
Ｖｚ１２−１−Ｖｂｅ６−１
となり、抵抗４−１を流れる電流は抵抗４−１の抵抗をＲ４−１とすれば、
（Ｖｚ１２−１−Ｖｂｅ６−１）／  Ｒ４−１
で与えられる。ツェナー電圧Ｖｚ１２−１、ベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅ６−１を一定とすれば、抵抗４−１の電流は、
（Ｖｚ１２−１−Ｖｂｅ６−１）／  Ｒ４−１
となり一定になる。すなわち、直流電圧Ｖ０あるいは発光ダイオード３−１の電圧降下が変化しても、発光ダイオードモジュール１１−１の電流が一定になるようにトランジスタ６−１のコレクタ−エミッタ間電圧が変化する。
この動作は図２に示す発光ダイオードモジュール１５−１以外の発光ダイオードモジュールも同じである。
【００２１】
パルス幅制御回路２の出力によりトランジスタ１０がオンした場合はツェナーダイオード１２が短絡されるのでトランジスタ６−１はオフとなる。したがって発光ダイオード３−１の電流は０となり、発光ダイオード３−１は消灯する。トランジスタ６−１がオフになると抵抗１４−１に発光ダイオード３−１を通して直流電源１から電流が流れるので、発光ダイオード３−１に電圧降下が発生しトランジスタ６−１に印加される電圧が減少し、したがってトランジスタ６−１には低耐圧のトランジスタが適用できるメリットがある。
抵抗１４−１を流れる電流は発光ダイオード３−１の駆動電流に比較し極めて小さくできるので、輝度調整に影響を与えることはない。
この動作は図２に示す発光ダイオードモジュール１５−１以外の発光ダイオードモジュールも同じである。
【００２２】
本発明に関わる発光ダイオードモジュールの定電流パルス幅制御駆動回路の実施例３を図３に示す。
図３において、１は直流電源、９はパルス幅制御回路、３−１は複数個の発光ダイオード、６−１、１０はトランジスタ、４−１、１１、１６−１は抵抗、１２はツェナーダイオードである。１７−１は複数個の発光ダイオード３−１、トランジスタ６−１、抵抗１６−１で構成される発光ダイオードモジュールである。
【００２３】
次に、図３に示す回路の動作を説明する。
直流電源１にパルス幅制御回路９、抵抗１１とツェナーダイオード１２の直列回路を接続し、ツェナーダイオード１２と並列にトランジスタ１０を接続する。トランジスタ１０のベースにパルス幅制御回路９の出力を接続する。トランジスタ６−１と抵抗４−１の直列回路と並列に抵抗１６−１を接続する。
また、直流電源１には複数個の発光ダイオードモジュール１７−１〜１７−ｎを接続する。発光ダイオードモジュール１７−１〜１７−ｎのトランジスタ６−１〜６−ｎのベースは抵抗１１とツェナーダイオード１２の接続点に接続する。
トランジスタ６−１〜６−ｎのベース電圧はツェナーダイオード１２のツェナー電圧にクランプされるので、トランジスタ６−１〜６−ｎのベース電圧は同一になる。
【００２４】
ここで発光ダイオードモジュール１７−１を例にとって説明する。
パルス幅制御回路９の出力が０でトランジスタ１０はオフしているとする。ツェナーダイオード１２のツェナー電圧をＶｚ１２−１、トランジスタ６−１  のベース・エミッタ間電圧をＶｂｅ６−１とすると、抵抗４−１の電圧は、
Ｖｚ１２−１−Ｖｂｅ６−１
となり、抵抗４−１を流れる電流は抵抗４−１の抵抗をＲ４−１とすれば、
（Ｖｚ１２−１−Ｖｂｅ６−１）／  Ｒ４−１
で与えられる。ツェナー電圧Ｖｚ１２−１、ベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅ６−１を一定とすれば、抵抗４−１の電流は（Ｖｚ１２−１−Ｖｂｅ６−１）／  Ｒ４−１となり一定になる。すなわち、直流電圧Ｖ０あるいは発光ダイオード３−１の電圧降下が変化しても、発光ダイオードモジュール１７−１の電流が一定になるようにトランジスタ６−１のコレクタ−エミッタ間電圧が変化する。この動作は図３に示す発光ダイオードモジュール１７−１以外の発光ダイオードモジュールも同じである。
【００２５】
パルス幅制御回路９の出力によりトランジスタ１０がオンした場合はツェナーダイオード１２が短絡されるのでトランジスタ４−１はオフとなる。したがって発光ダイオード３−１の電流は０となり、発光ダイオード３−１は消灯する。トランジスタ６−１がオフになると抵抗１６−１に発光ダイオード３−１を通して直流電源１から電流が流れるので、発光ダイオード３−１に電圧降下が発生しトランジスタ６−１に印加される電圧が低減し、トランジスタ６−１には低耐圧のトランジスタが適用できるメリットがある。また、抵抗１６−１を流れる電流は発光ダイオード３−１の駆動電流に比較し極めて小さくできるので、輝度調整に影響を与えることはない。この動作は図３に示す発光ダイオードモジュール１７−１以外の発光ダイオードモジュールも同じである。
【００２６】
以上のように、本発明によれば、複数の発光ダイオード、トランジスタ、抵抗を直列に接続した発光ダイオードモジュールを複数個直流電源に接続した場合に、ツェナーダイオードを共通化することで発光ダイオードモジュール間の駆動電流バラツキを低減し、また、定電流駆動回路と発光ダイオードモジュールの輝度調整用パルス幅制御回路を一体化することで回路構成を簡素化し、さらに、発光ダイオードの電圧降下を活用することにより低耐圧のトランジスタが適用できるので、発光ダイオードモジュール間における駆動電流バラツキの少ない定電流パルス幅制御駆動回路を低コストで実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例１に係る、複数個の発光ダイオードモジュールに対する定電流パルス幅制御駆動回路である。
【図２】本発明の実施例２に係る、他の複数個の発光ダイオードモジュールに対する定電流パルス幅制御駆動回路である。
【図３】本発明の実施例３に係る、他の複数個の発光ダイオードモジュールに対する定電流パルス幅制御駆動回路である。
【図４】先行発明に係る、従来の複数個の発光ダイオードモジュールに対する定電流パルス幅制御駆動回路である。
【符号の説明】
【００２８】
１  直流電源
３−１  複数個直列接続された発光ダイオード
４−１、１１  抵抗
６−１、１０  トランジスタ
９  パルス幅制御回路
１２  ツェナーダイオード
１３−１〜１３−ｎ発光ダイオードモジュール
【図１】
2008004731.tif 000003
【図２】
2008004731.tif 000004
【図３】
2008004731.tif 000005
【図４】
2008004731.tif 000006