(57)【要約】【課題】複数のＬＥＤ列の駆動電流値のバラツキを低減でき、回路素子や配線等の障害が発生しても回路に大電流が流れず、照明装置の致命的な損傷を防止する。【解決手段】二以上のＬＥＤ列に接続されたＬＥＤを駆動するための電流を供給するＬＥＤ駆動部と、ＬＥＤ駆動部に流れる電流値を設定する電流制御部と、増幅器と、負帰還回路網とを備え、電流制御部は電流値を設定するための基準電圧設定部を備え、増幅器は基準電圧設定部で設定される基準電圧を一方の入力、夫々のＬＥＤ列に接続された駆動部の電流値の情報を負帰還回路網を経由して他方の入力とし、ＬＥＤ駆動部は駆動用トランジスタを備え、駆動用トランジスタのエミッタにエミッタ抵抗を、ベースにベース抵抗を夫々接続し、各トランジスタのベースはベース抵抗を経由して増幅器の出力に接続し、夫々のＬＥＤ列に流れた電流値の情報をエミッタ抵抗に発生する電圧として検出し、その電圧を負帰還回路網を経由して増幅器に負帰還を掛けてＬＥＤ群への供給電流値を制御する。【選択図】図１
2013254755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二以上のＬＥＤが直列接続されたＬＥＤ列を二列以上備えたＬＥＤ群を駆動するＬＥＤ駆動回路において、
夫々のＬＥＤ列に接続されたＬＥＤを駆動するための電流を供給するＬＥＤ駆動部と、ＬＥＤ駆動部に流れる電流を所定の電流値に設定する電流制御部と、増幅器と、負帰還回路網とを備え、前記電流制御部は前記電流値を設定するための基準電圧設定部を備え、基準電圧設定部は可変抵抗器を備え、増幅器は基準電圧設定部で設定される基準電圧を一方の入力とし、夫々のＬＥＤ列に接続されたＬＥＤ駆動部の電流値の情報を負帰還回路網を経由して他方の入力とし、前記ＬＥＤ駆動部は駆動用トランジスタを備え、駆動用トランジスタのエミッタにエミッタ抵抗が、ベースにベース抵抗が夫々接続され、各トランジスタのベースはベース抵抗を経由して増幅器の出力に接続され、夫々のＬＥＤ列に流れた電流値の情報はエミッタ抵抗に発生する電圧として検出し、前記全ＬＥＤ列の全検出電圧を前記負帰還回路網を経由して増幅器に入力する（負帰還を掛ける）ことによりＬＥＤ群に供給される電流値を制御するようにしたことを特徴とするＬＥＤ駆動回路。
【請求項２】
請求項１記載のＬＥＤ駆動回路において、ＬＥＤ駆動部を二以上のグループに区分し、各グループから負帰還信号を出力する構成としたことを特徴とするＬＥＤ駆動回路。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のＬＥＤ駆動回路において、駆動用トランジスタとは別にエミッタにエミッタ抵抗を、ベースにベース抵抗を接続した電流基準用トランジスタを設け、その電流基準用トランジスタのコレクタ電圧をＬＥＤ駆動用トランジスタのコレクタ電圧と略同等とし、そのエミッタ抵抗に発生する電圧を負帰還回路網を経由して増幅器に負帰還を掛けることによりＬＥＤ群に供給される電流値を制御する構成としたことを特徴とするＬＥＤ駆動回路。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＬＥＤ駆動回路において、電流制御部の基準電圧設定部で設定される電圧値を可変抵抗器により可変して、ＬＥＤに流す電流値を設定できる構成としたことを特徴とするＬＥＤ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という）の駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
擬似白色ＬＥＤの出現と技術進歩に伴う発光効率の向上に伴い、ＬＥＤを照明の光源に用いることにより、従来多用されてきた白熱電球に代表される光源よりもエネルギー効率を向上させ、小型・薄型化の可能なＬＥＤを用いた照明装置の製品化に向けた各種試みがなされている。
【０００３】
ＬＥＤは従来の白熱電球に代表される光源と異なり、半導体であるが故に、発光による温度上昇を抑えながらも、ＬＥＤに流す電流値はできるだけ多く、且つ安定に、しかも定格の範囲内に電流値を設定する必要がある。また、ＬＥＤの利点であるエネルギー効率の良さを生かすためにも、従来の照明よりもエネルギー効率を格段に向上させる必要があり、そのためにも、ＬＥＤ自身の発光効率の向上と共に、電源や駆動回路等に関しても低損失化が求められている。
【０００４】
一方で、ＬＥＤは半導体であるが故に、その電気的・光学的特性にはバラツキがあり、製造された製品の良否判断のみを行ってそのまま使用すれば、個々の製品に輝度や色調に差異が生じてしまう。
【０００５】
そのため、現状では、使用するＬＥＤの光学的な特性を厳密に選別して使用するか、仮組み立て後にＬＥＤを入れ替えて輝度や色調の差異が目立たない様に調整する等の対策が行われている。しかし、これら対策を行うことにより、生産性が低下し、製品原価が大幅に上昇するため、ＬＥＤを使用した製品は性能の割には高価格品となってしまうという問題が内在している。尚、前記選別や調整を省いた低価格の製品も散見されるが、これらは輝度や色調のバラツキが大きく、また、品質上の問題を内在するものが多いのが現状である。
【０００６】
前記問題を解消する方策としては、小出力のＬＥＤを多数使用することで、ＬＥＤの輝度や色調のバラツキを低減するという方法も考えられるが、多数のＬＥＤを安定に且つ電流値のバラツキを極力低減しつつ、駆動部分は極力低電圧で動作させる為の駆動法の実現に大きな問題があり、この方法は未だ実用化には至っていない。
【０００７】
特許文献１では、多数のＬＥＤ列を駆動する定電流制御で、部品削減ができ、定電圧電源回路にさほどの性能を要求しない照明制御回路を提供している。
【０００８】
特許文献１とは別に発光ダイオードの駆動に帰還型定電流回路を用いることが考えられ、その一例として図４に示す回路が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２８０８９５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１ではＬＥＤの駆動電流の設定を行う際に、電流値を設定するための抵抗群とＬＥＤの駆動部との間に非直線性の特性を持つトランジスタのベース・エミッタ間電圧値が加算されるため、単純な計算では電流値を一義的に決定することができず抵抗値の微調整が必要であること、ＬＥＤ駆動用トランジスタのベース・エミッタ間電圧はトランジスタのバラツキ、自己発熱、周囲温度等の環境条件により変化してしまうが、これらの特性変化は駆動電流値を設定する部分では補償されない構成となっていること、更に、照明用途として要求の多い消灯状態から全点灯までの広範囲な輝度調整を行うことができないこと等の問題がある。
【００１１】
図４の帰還型定電流回路を用いる方式では、二以上のＬＥＤが直列接続されたＬＥＤ列ごとに駆動するために、ＬＥＤ列に比して回路が増加し、原価も増加し、駆動電流のバラツキも増加する。また、帰還型定電流回路に障害が発生した場合、例えば、帰還型定電流回路を構成する抵抗に損傷が生じて抵抗値が大きくなったり、断線したりした場合には、負帰還量が激減して利得が大幅に増加し、想定の電流値が大幅に増加し、良くてもＬＥＤ破損、悪くすると電源やＬＥＤの発煙・発火や焼損となってしまうという問題がある。
【００１２】
本発明は、複数のＬＥＤ列を駆動する際に、各ＬＥＤ列の駆動電流値のバラツキを低減すると共に、前記した回路素子や配線等の障害により回路に大電流が流れてＬＥＤが損傷、発煙、発火に至るといった重大障害が発生する問題を改善できる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】
【００１３】
本発明のＬＥＤ駆動回路は、二以上のＬＥＤが直列接続されたＬＥＤ列を二列以上備えたＬＥＤ群を駆動するＬＥＤ駆動回路において、夫々のＬＥＤ列に接続されたＬＥＤを駆動するための電流を供給するＬＥＤ駆動部と、ＬＥＤ駆動部に流れる電流を所定の電流値に設定する電流制御部と、増幅器と、負帰還回路網とを備え、前記電流制御部は前記電流値を設定するための基準電圧設定部を備えている。この基準電圧設定部は可変抵抗器を備え、増幅器は基準電圧設定部で設定される基準電圧を一方の入力とし、夫々のＬＥＤ列に接続されたＬＥＤ駆動部の電流値の情報を負帰還回路網を経由して他方の入力とし、前記ＬＥＤ駆動部は駆動用トランジスタを備え、駆動用トランジスタのエミッタにエミッタ抵抗が、ベースにベース抵抗が夫々接続され、各トランジスタのベースはベース抵抗を経由して増幅器の出力に接続され、夫々のＬＥＤ列に流れた電流値の情報はエミッタ抵抗に発生する電圧として検出し、前記全ＬＥＤ列の全検出電圧を前記負帰還回路網を経由して増幅器に入力する（負帰還を掛ける）ことによりＬＥＤ群に供給される電流値を制御するようにしてある。
【００１４】
本発明のＬＥＤ駆動回路は、ＬＥＤ駆動部を二以上のグループに区分し、各グループから帰還信号を出力する構成とすることもできる。
【００１５】
本発明のＬＥＤ駆動回路は、駆動用トランジスタとは別にエミッタにエミッタ抵抗を、ベースにベース抵抗を接続した電流基準用トランジスタを設け、その電流基準用トランジスタのコレクタ電圧をＬＥＤ駆動用トランジスタのコレクタ電圧と略同等とし、そのエミッタ抵抗に発生する電圧を負帰還回路網を経由して増幅器の一方に入力する（負帰還を掛ける）ことによりＬＥＤ群に供給される電流値を制御することもできる。
【００１６】
本発明のＬＥＤ駆動回路は、電流制御部の基準電圧設定部で設定される電圧値を可変抵抗器により可変して、ＬＥＤに流す電流値を設定できる構成とすることもできる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のＬＥＤ駆動回路は次のような効果がある。
（１）ＬＤＥに流す電流値の設定が一箇所であるため、電流値設定を複数箇所で行う場合に問題となる設定電流のバラツキが存在せず、ＬＥＤ駆動電流のバラツキに起因する輝度ムラの低減が可能となる。
（２）夫々のＬＥＤ駆動部の駆動電流値を検出し、増幅器に帰還回路網を経由して負帰還をかけるので、ＬＥＤ駆動部の温度等周囲の環境に起因する特性変化の影響や駆動電流値の変動を非常に小さく（変動はほぼ帰還量分の１に減少）することができ、周囲温度等の影響を受けにくく、安定した輝度制御が可能となる。
（３）増幅回路の開放利得は少ない場合で千倍前後、通常は１万倍〜１０万倍であり、変動は負帰還分が改善されるので千分の１〜１０万分の１に減少させることができる。
（４）全てのＬＥＤ駆動部の駆動電流値を検出して帰還回路網を経由した負帰還を行う構成であるため、各ＬＥＤ列毎の駆動電流値は常に全てのＬＥＤ駆動電流値の平均電流値となり、輝度が安定する。
（５）従来の帰還型定電流回路では、ＬＥＤ駆動部からの負帰還回路が開放或いは高抵抗状態となる様な単一障害の場合、ＬＥＤに流れる電流が大幅（理論上は増幅回路の開放利得倍）に増加するためにＬＥＤや配線の損傷が発生するという問題があったが、本発明によるＬＥＤ駆動法では、ＬＥＤの駆動電流値は、
設定値×全ＬＥＤ列駆動部数÷（全ＬＥＤ駆動列数−障害発生数）
に留まり、部品障害の様な単一障害が発生しても、そのまま照明装置全体の障害につながることがなく、帰還回路に使用した抵抗に異常が生じて開放となった場合にも、当該回路に大電流が流れＬＥＤの損傷や発煙或いは発火に至る重大障害が生ずる等の問題を改善することが可能となる。
（６）基準電圧設定部で設定できる電圧範囲を広くして、ＬＥＤに流す電流が少ない値から最大電流値まで可変することができるようにすれば、消灯状態から最高輝度に至るまで広範囲の輝度変化が可能となり、ＬＥＤの輝度の調整範囲も広くなる。
（７）ＬＥＤ駆動部を、エミッタ抵抗とトランジスタで構成した場合、エミッタ抵抗に発生する電圧値＋トランジスタの動作可能なコレクタ〜エミッタ間電圧が駆動部の必要電圧であるため、低電圧での動作も可能である。
（８）ＬＤＥに流す電流値の設定が一箇所であるため、駆動回路を構成する部品、特に帰還用抵抗数が少なくてすみ、回路構成が簡潔になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のＬＥＤ駆動回路の第一の例を示す説明図。
【図２】本発明のＬＥＤ駆動回路の第二の例を示す説明図。
【図３】本発明のＬＥＤ駆動回路の第三の例を示す説明図。
【図４】従来のＬＥＤ駆動回路の例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（実施形態１）
本発明のＬＥＤ駆動回路の一例を図１に基づいて説明する。このＬＥＤ駆動回路は、二以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）１が直列接続されたＬＥＤ列２を二列以上備えたＬＥＤ群３を駆動するＬＥＤ駆動回路である。図１では夫々のＬＥＤ列２に接続されたＬＥＤ１を駆動するための電流を供給するＬＥＤ駆動部４と、その駆動部４に流れる電流を所定の値に設定する電流制御部５と、増幅器６と、負帰還回路網７とを備え、前記電流制御部５は電流値を設定するための基準電圧設定部８を備えている。この基準電圧設定部８は可変抵抗器Ｖｒを備えている。増幅器６は基準電圧設定部８で設定される基準電圧を一方の入力とし、夫々のＬＥＤ列２に接続されたＬＥＤ駆動部４の電流値の情報を負帰還回路網７を経由して他方の入力とし、前記ＬＥＤ駆動部４は駆動用トランジスタＴｒを備え、駆動用トランジスタＴｒのエミッタにエミッタ抵抗Ｒｅが、ベースにベース抵抗Ｒｂが夫々接続され、各トランジスタＴｒのベースはベース抵抗Ｒｂを経由して増幅器６の出力に接続され、夫々のＬＥＤ列２に流れた電流値の情報はエミッタ抵抗Ｒｅに発生する電圧として検出し、その電圧を前記負帰還回路網７を経由して増幅器６に入力することによりＬＥＤ群３に供給される電流値を制御するようにしてある。図１のＲｆは帰還用抵抗、ＶＤはＬＥＤ用電源、ＶＥは駆動部用電源である。
【００２０】
前記基準電圧設定部８は可変抵抗器Ｖｒを可変することにより基準電圧値を可変して、ＬＥＤ列２に流す電流を所望値に設定できるようにしてある。
【００２１】
（実施形態２）
本発明のＬＥＤ駆動回路は図２の構成にすることもできる。図１の駆動回路では、全てのＬＥＤ駆動部４からの帰還信号を増幅器６に入力する必要があるために、ＬＥＤ駆動部４の数が多くなると帰還用抵抗Ｒｆの数が増加し、帰還に関わる部品とその実装領域が増大するために当該エリアの面積が増大して動作が不安定（寄生容量等寄生素子の増加や周囲からのノイズの飛込み等の影響による）になったり、動作特性に悪影響を与えてしまうおそれがある。この対応策として本発明のＬＥＤ駆動回路は、図２のようにＬＥＤ駆動部４を複数のグループ４ａ、４ｂ・・・に分割し、各グループ４ａ、４ｂ・・・の一箇所あるいは複数箇所から負帰還を掛けるようにする。
【００２２】
図２のＬＥＤ駆動回路では、ＬＥＤ列２に流す電流値を設定する箇所は唯一箇所であるため、電流値の設定に関係するバラツキはなく、ＬＥＤ駆動電流のバラツキに起因する輝度ムラの低減が可能である。また、各ＬＥＤ駆動部４の駆動電流値を検出し、電流制御部５の増幅器６に負帰還回路網７を経由して負帰還をかけているので、ＬＥＤ駆動部４のバラツキは実用上無視できる程度に小さくすることができる。更に、各グループ４ａ、４ｂ・・・ごとの駆動電流値を検出して、負帰還回路網７を経由した負帰還を行うため、ＬＥＤ駆動電流は常に電流値を検出しているＬＥＤ駆動部４の平均電流値となる。各グループ４ａ、４ｂ・・・内では、グループ内のＬＥＤ駆動部４を構成するトランジスタＴｒの動作条件が同じになる様に配慮しておけば駆動条件や環境動作条件による差異は吸収することができる。
【００２３】
（実施形態３）
本発明のＬＥＤ駆動回路は、図３に示すように、駆動用トランジスタＴｒとは別にエミッタ側に抵抗を持つ電流基準用トランジスタ９を設け、その電流基準用トランジスタ９のコレクタ電圧をＬＥＤ駆動用トランジスタＴｒのコレクタ電圧と略同等とし、そのエミッタ電圧を負帰還回路網７を経由して増幅器６の一方に入力する（負帰還を掛ける）ことによりＬＥＤ群３に供給される電流値を制御することもできる。電流基準用トランジスタ９のエミッタ抵抗値はＬＥＤ駆動用トランジスタのエミッタ抵抗値とは異なる値でも良い。
【００２４】
ＬＥＤ駆動部４をエミッタ抵抗ＲｅとトランジスタＴｒで構成した本発明では、エミッタ抵抗Ｒｅに発生する電圧値＋トランジスタの動作可能なコレクタ〜エミッタ間電圧が駆動部の必要電圧であるため、低電圧での動作も可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１  発光ダイオード（ＬＥＤ）
２  ＬＥＤ列
３  ＬＥＤ群
４  ＬＥＤ駆動部
４ａ、４ｂ・・・  駆動回路部のグループ
５  電流制御部
６  増幅器
７  負帰還回路網
８  基準電圧設定部
９  電流基準用トランジスタ
Ｒｂ  ベース抵抗
Ｒｅ  エミッタ抵抗
Ｒｆ  帰還用抵抗
Ｔｒ  駆動用トランジスタ
ＶＤ  ＬＥＤ用電源
ＶＥ  駆動部用電源
Ｖｒ  可変抵抗器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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