(57)【要約】【課題】周囲温度、自己発熱などの温度環境が変わってもＬＥＤを一定の明るさに維持することが可能なＬＥＤ駆動回路であって、フィードバック電圧を検出する電流検出抵抗での電力損出が少なく、且つ無負荷時の過電圧に対する保護回路が不要なＬＥＤ駆動回路を提供することにある。【解決手段】本発明のＬＥＤ駆動回路は、ＬＥＤユニット８と、抵抗５とリニア正温度係数を有する抵抗温度センサ６の直列回路とを並列に接続し、抵抗温度センサ６に電流が流れたことによって生じた電圧を出力コントロール回路９にフィードバックし、出力コントロール回路９に設定された基準電圧Ｖｒｅｆに基づいてＰＷＭ制御された出力電圧ＶｏによってＬＥＤユニット８を駆動するようにした。【選択図】図１
2007258227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１個以上のＬＥＤが直列に接続されたＬＥＤユニットと、抵抗と正の略リニアな温度係数を有する抵抗温度センサが直列に接続された回路とが並列接続され、少なくとも誤差増幅器を備えた出力コントロール回路にフィードバックされた前記抵抗温度センサの電圧と前記出力コントロール回路に設定された基準電圧に基づいてＰＷＭ制御された出力によってトランジスタをＯＮ、ＯＦＦ制御することによって前記ＬＥＤユニットに印加される電圧が制御されることを特徴とするＬＥＤ駆動回路。
【請求項２】
前記抵抗の抵抗値をＲＸ、前記抵抗温度センサの温度抵抗値をＲＴＨ、前記基準電圧をＶｒｅｆとしたときに、前記ＬＥＤユニットの印加電圧Ｖｏが次式（１）の関係式を満たしていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
Ｖｏ＝（１＋ＲＸ／ＲＴＨ）・Ｖｒｅｆ            （１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＬＥＤ駆動回路に関するものであり、詳しくは、周囲温度、自己発熱などの温度環境が変わってもＬＥＤを一定の明るさに維持することが可能なＬＥＤ駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤのＰＮ接合部のバンドギャップには温度依存性があり、温度上昇と共に減少する。そのため、ＬＥＤの順方向電圧は負の温度依存性を有し、温度上昇と共に低下する特性を有している。
【０００３】
そこで、ＬＥＤを定電圧駆動する場合、周囲温度、自己発熱などによってＬＥＤが温度上昇すると、該ＬＥＤの順方向電圧が低下して順方向電流が増加することになる。
【０００４】
すると、順方向電流が増加することによって更に温度上昇が促進され、益々順方向電圧の低下が進行する。これは電力的に正帰還がかかった状態であり、最終的には熱暴走に到る懸念を有している。
【０００５】
そこで、このような問題を回避するために、図４の回路図で示すようにＬＥＤを定電流で駆動する方法が提案されている。それは、ｎ個のＬＥＤ１〜ＬＥＤｎを直列に接続した回路構成のＬＥＤユニットＬｕに直列に電流検出抵抗Ｒｓが接続され、ＬＥＤユニット電流検出抵抗Ｒｓの他端は接地されている。
【０００６】
そして、ＬＥＤユニットＬｕにＬＥＤ駆動電流ＩＬ（電流値ＩＬ）が流れると電流検出抵抗Ｒｓ（抵抗値Ｒｓ）には電圧ＶＲｓ（電圧値ＶＲｓ）＝ＩＬ×Ｒｓが生じ、出力コントロール回路ＯＣＣのフィードバック端子ＦＢに入力される。
【０００７】
出力コントロール回路ＯＣＣには基準電圧Ｖｒｅｆが設定されており、フィードバック端子ＦＢに入力されたフィードバック電圧ＶＲｓの電圧値ＶＲｓと基準電圧Ｖｒｅｆとの差でトランジスタＱを制御して出力電圧Ｖｏを制御する。
【０００８】
すると、コンデンサＣと並列に接続されたＬＥＤユニットＬｕに流れるＬＥＤ駆動電流ＩＬが制御されることになり、このフィードバック制御をフィードバック電圧ＶＲｓの電圧値ＶＲｓと基準電圧Ｖｒｅｆとが同電位になるまで行なうことによってＬＥＤユニットＬｕに流れるＬＥＤ駆動電流ＩＬを一定に維持することが可能となる。
【０００９】
このようにＬＥＤユニットＬｕに直列接続された電流検出抵抗Ｒｓに生じる電圧値ＶＲｓを一定に維持するようにフィードバックをかける手法は、いわゆる定電流型ステップアップＤＣ／ＤＣコンバータを構成するものである（例えば、特許文献１参照。）。
【００１０】
ＬＥＤユニットＬｕを定電流駆動する回路は、その特性上、無負荷時（例えば、ＬＥＤユニットＬｕを構成するＬＥＤの少なくとも１個に不具合が発生してオープン状態になった場合）に出力電圧Ｖｏが異常に上昇（即ち、過電圧の発生）することから保護回路が必要となる問題点を有しているが、温度上昇によってＬＥＤの順方向電圧が低下してもＬＥＤに流れる電流ＩＬを一定に維持するように電力的に負帰還がかかった状態となるために、ＬＥＤに対する過電流が抑制されてＬＥＤの自己発熱による温度上昇を防止するように動作し、熱暴走の発生が阻止される利点を有している。
【００１１】
なお通常、出力電圧Ｖｏは３０〜５０Ｖ程度であるが、上記のように定電流制御であるためにＬＥＤの順方向電圧の変動に追随して変動する。ＬＥＤユニットＬｕに流すＬＥＤ駆動電流ＩＬの電流値ＩＬは、ＬＥＤユニットＬｕに対する要求仕様に基づいて設定されるが、高輝度が求められる場合は順方向電流の絶対最大定格が大きいＬＥＤでＬＥＤユニットＬｕが構成されるために、０．５〜１．０Ａ程度となる。
【特許文献１】特開２０００−２７０９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、上記従来のＬＥＤ駆動回路は、電流検出抵抗ＲｓがＬＥＤユニットＬｕに直列に接続されているために、電流検出抵抗Ｒｓでの電力損出が大きく、電力利用効率が低い構成となっている。
【００１３】
例えば仮に、ＬＥＤユニットＬｕに流れるＬＥＤ駆動電流ＩＬの電流値ＩＬを０．５Ａ、電流検出抵抗Ｒｓで生じるフィードバック電圧ＶＲｓの電圧値ＶＲｓを１Ｖすると、電流検出抵抗Ｒｓの抵抗値ＲＳは、
ＲＳ＝１／０．５
＝２Ω
となる。
【００１４】
よって、電流検出抵抗Ｒｓで消費される電力ＰＲＳは、
ＰＲＳ＝(ＩＬ)２×ＲＳ
＝(０．５)２×２
＝０．５Ｗ
となる。
【００１５】
従って、ＬＥＤユニットＬｕの高輝度化のためにＬＥＤユニットＬｕに流すＬＥＤ駆動電流ＩＬの電流値ＩＬが増加するに伴って電流検出抵抗Ｒｓで消費される電力ＰＲＳも増加し、電力損失も大きくなる。
【００１６】
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、周囲温度、自己発熱などの温度環境が変わってもＬＥＤを一定の明るさに維持することが可能なＬＥＤ駆動回路であって、フィードバック電圧を検出する電流検出抵抗での電力損出が少なく、且つ無負荷時の過電圧に対する保護回路が不要なＬＥＤ駆動回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、少なくとも１個以上のＬＥＤが直列に接続されたＬＥＤユニットと、抵抗と正の略リニアな温度係数を有する抵抗温度センサが直列に接続された回路とが並列接続され、少なくとも誤差増幅器を備えた出力コントロール回路にフィードバックされた前記抵抗温度センサの電圧と前記出力コントロール回路に設定された基準電圧に基づいてＰＷＭ制御された出力によってトランジスタをＯＮ、ＯＦＦ制御することによって前記ＬＥＤユニットに印加される電圧が制御されることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記抵抗の抵抗値をＲＸ、前記抵抗温度センサの温度抵抗値をＲＴＨ、前記基準電圧をＶｒｅｆとしたときに、前記ＬＥＤユニットの印加電圧Ｖｏが次式（１）の関係式を満たしていることを特徴とするものである。
Ｖｏ＝（１＋ＲＸ／ＲＴＨ）・Ｖｒｅｆ            （１）
【発明の効果】
【００１９】
本発明のＬＥＤ駆動回路は、周囲温度、自己発熱などの温度環境が変わってもＬＥＤを一定の明るさに維持することが可能なＬＥＤ駆動回路を実現するために、少なくとも１個以上のＬＥＤが直列に接続されたＬＥＤユニットとは別に少なくとも抵抗温度センサを接続した抵抗温度センサ接続回路を設け、該抵抗温度センサ接続回路に流れる電流によって生じる抵抗温度センサの電圧をフィードバックして基準電圧とで算出したフィードバック補正量に基づいてＬＥＤ駆動回路に印加する電圧を制御するようにした。
【００２０】
その結果、ＬＥＤユニットを囲む雰囲気温度が上昇してＬＥＤユニットを構成するＬＥＤの順方向電圧が低下しても、ＬＥＤユニットを駆動する電圧を下げてＬＥＤユニットに流れる電流を低減するような電力的な負帰還がかかり、ＬＥＤの自己発熱を抑制して電流の熱暴走を阻止する方向に動作するものである。
【００２１】
また、抵抗温度センサに流す電流が少なくてすむために損失電力が少なく、電力の利用効率の高い回路構成となっている。
【００２２】
更に、制御されるＬＥＤ駆動電圧はＬＥＤユニットに流れる電流に依存しない。そのためＬＥＤユニットを構成するＬＥＤの少なくとも１個に不具合が発生してオープン状態になった場合においてもＬＥＤ駆動電圧が異常に上昇（即ち、過電圧の発生）することがなく、負荷オープン時の保護回路は不要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図３を参照しながら、詳細に説明する。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
【００２４】
図１は本発明のＬＥＤ駆動回路に係わる実施形態の回路図である。回路構成は、直流電源１にチョークコイル２の一端を接続し、他端をエミッタを接地したＮＰＮトランジスタ３のコレクタおよびダイオード４のアノードに接続している。
【００２５】
ダイオード４のカソードに抵抗５の一端が接続され、他端が抵抗温度センサ６の一端に接続されて他端が接地されている。また、ダイオード４のカソードには他端を接地したコンデンサ７の一端と、複数のＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが直列接続されたＬＥＤユニット８のカソード側を接地したアノード側が接続されている。
【００２６】
トランジスタ３のベースは出力コントロール回路９に接続されており、該出力コントロール回路９は他励ＰＷＭ制御方式の誤差増幅器等からなると共にフィードバック端子ＦＢが設けられており、該フィードバック端子ＦＢは抵抗５と抵抗温度センサ６の接点に接続されている。また、ツェナーダイオード１０による基準電圧Ｖｒｅｆが設定されている。
【００２７】
上記構成の回路についての動作を以下に記す。トランジスタ３は出力コントロール回路９から出力されるＰＷＭ制御信号によってＯＮ、ＯＦＦ制御され、このトランジスタ３のＯＮ、ＯＦＦ動作によってチョークコイル２およびダイオード（整流用）４を介してコンデンサ（平滑用）７に電流が流入する。するとコンデンサ７には直流電源の電圧よりも昇圧された電圧が充電され、コンデンサ７に生じた出力電圧Ｖｏによって該コンデンサ７に並列接続された、抵抗５と抵抗温度センサ６の直列回路およびＬＥＤユニット８に電流が流れる。
【００２８】
このとき、抵抗温度センサ６はリニアな正の温度係数を有しており、出力コントロール回路９は、抵抗５の抵抗値をＲＸ、抵抗温度センサ６の温度抵抗値をＲＴＨとすると出力電圧Ｖｏと基準電圧Ｖｒｅｆとを次式（１）で表される関係を保つようにＰＷＭ制御する。それは、
Ｖｏ＝（１＋ＲＸ／ＲＴＨ）・Ｖｒｅｆ            （１）
である。
【００２９】
そこで、抵抗温度センサ６の温度変化に対する回路動作フェーズは図２のようになる。図２より、抵抗温度センサ６の温度が上昇すると抵抗温度センサ６の温度係数が上昇し、出力電圧Ｖｏが低下してＬＥＤユニット８に流れる電流ＩＬの電流値ＩＬが減少する。一方、抵抗温度センサ６の温度が降下すると抵抗温度センサ６の温度係数が降下し、出力電圧Ｖｏが上昇してＬＥＤユニット８に流れる電流ＩＬの電流値ＩＬが増加する。
【００３０】
ところで、抵抗５および抵抗温度センサ６に流す電流はｍＡオーダでよい。なぜならば、抵抗５と抵抗温度センサ６の接点から出力コントロール回路９のフィードバック端子ＦＢに流す電流はμＡオーダで機能を果たすからである。よって、抵抗５および抵抗温度センサ６で消費される電力ＰＲＳは、仮にＲＸ＝４７ｋΩ、ＲＴＨ＝１．２ｋΩ、Ｖｏ＝４０Ｖとすると、
ＰＲＳ＝(Ｖｏ)２／（ＲＸ＋ＲＴＨ）
＝（４０）２／（４７×１０３＋１．２×１０３）
＝（１．６×１０３）／（４８．２×１０３）
＝０．０３３Ｗ
となる。
【００３１】
これは、従来のＬＥＤ駆動回路における損失電力が０．５Ｗであるのに対して、本実施形態のＬＥＤ駆動回路の損失電力が０．０３３Ｗとなって従来のＬＥＤ駆動回路の損失電力の６．６％となり、電力損失を大幅に削減したものとなる。
【００３２】
回路定数を具体的に設定して回路機能を検証する。仮に、抵抗温度センサ６の抵抗温度係数ＴＣＲ＝２４００（×１０−６／Ｋ）で２５℃の時にＲＴＨ＝１．２ｋΩ、抵抗５の抵抗値ＲＸ＝４７ｋΩ、出力コントロール回路９の基準電圧Ｖｒｅｆ＝１．０Ｖとすると、上記式（１）より、図３に示す関係が求められる。
【００３３】
図３より、抵抗温度センサ６の温度が上昇すると抵抗温度センサ６の温度抵抗値ＲＴＨが上昇し、出力電圧を下げる方向に働く。従って、ＬＥＤユニット８を構成する個々のＬＥＤの順方向電圧が減少してＬＥＤに流れる電流を抑制するような負帰還動作が行なわれ、ＬＥＤユニット８に流れる電流の熱暴走を防止するようになっている。
【００３４】
また、式（１）からわかるように、出力電圧Ｖｏは負荷（ＬＥＤユニット）の状態に依存せず、抵抗温度センサ６の温度抵抗値ＲＴＨと出力コントロール回路９の基準電圧Ｖｒｅｆとで決定される。よって、無負荷時（例えば、ＬＥＤユニット８を構成するＬＥＤの少なくとも１個に不具合が発生してオープン状態になった場合）においても出力電圧Ｖｏが異常に上昇（即ち、過電圧の発生）することがなく、負荷オープン時の保護回路は不要である。
【００３５】
なお、抵抗温度センサ６はＬＥＤユニット８を構成するＬＥＤの近傍に配設され、ＬＥＤを囲む雰囲気温度を共有するように設けられている。従って、ＬＥＤが晒されている温度環境を高精度でフィードバックに反映させることができるので、確実な電流制御を可能にすることができる。
【００３６】
また、ＬＥＤユニット８に流れる電流ＩＬの電流値ＩＬに対して抵抗５と抵抗温度センサ６の直列回路に流れる電流ＩＳの電流値ＩＳは極めて少ない（ＩＳ≪ＩＬ）ため、ＬＥＤユニット８による出力Ｖｏ制御は略一義的にＬＥＤユニット８に流れる電流ＩＬを制御することになる。
【００３７】
以上説明したように、本発明のＬＥＤ駆動回路は、ＬＥＤユニットと、抵抗とリニア正温度係数を有する抵抗温度センサの直列回路とを並列に接続し、抵抗温度センサに電流が流れたことによって生じた電圧を出力コントロール回路にフィードバックし、出力コントロール回路に設定された基準電圧に基づいてＰＷＭ制御された出力によってＬＥＤユニットを駆動する電圧を制御するようにしている。
【００３８】
その結果、ＬＥＤユニットを囲む雰囲気温度が上昇してＬＥＤユニットを構成するＬＥＤの順方向電圧が低下しても、ＬＥＤユニットを駆動する電圧を下げてＬＥＤユニットに流れる電流を低減するような電力的な負帰還がかかり、ＬＥＤの自己発熱を抑制して電流の熱暴走を阻止する方向に動作するものである。
【００３９】
また、抵抗温度センサに流す電流が少なくてすむために損失電力が少なく、電力の利用効率の高い回路構成となっている。
【００４０】
更に、出力コントロール回路によってＰＷＭ制御されたＬＥＤ駆動電圧はＬＥＤユニットに流れる電流に依存しない。そのためＬＥＤユニットを構成するＬＥＤの少なくとも１個に不具合が発生してオープン状態になった場合においてもＬＥＤ駆動電圧が異常に上昇（即ち、過電圧の発生）することがなく、負荷オープン時の保護回路は不要である。などの優れた効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態を示す回路図である。
【図２】本発明の実施形態を構成する抵抗温度センサの温度変化に対する回路動作フェーズを示す表である。
【図３】本発明の実施形態を構成する抵抗温度センサの温度変化に対する抵抗温度センサの温度抵抗値と出力電圧の関係を示す表である。
【図４】従来例の回路図である。
【符号の説明】
【００４２】
１    直流電源
２    チョークコイル
３    トランジスタ
４    ダイオード
５    抵抗
６    抵抗温度センサ
７    コンデンサ
８    ＬＥＤユニット
９    出力コントロール回路
１０    ツェナーダイオード
【図１】
2007258227.tif 000003
【図２】
2007258227.tif 000004
【図３】
2007258227.tif 000005
【図４】
2007258227.tif 000006