(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源から供給される電流に基づいて動作する電流駆動素子を有する電流駆動回路であって、
前記直流電源の正極と前記電流駆動素子との間に設けられた第１のスイッチと、
前記第１のスイッチと前記電流駆動素子との間に設けられたコンデンサと、
前記コンデンサに接続されたアノードと、前記電流駆動素子に接続されたカソードとを備えた第１のダイオードと、
前記コンデンサと前記第１のダイオードの接続点に接続されたカソードと、前記直流電源の負極と前記電流駆動素子の接続点に接続されたアノードとを備えた第２のダイオードと、
前記第１のスイッチと前記コンデンサの接続点と、前記第１のダイオードと前記電流駆動素子の接続点との間で前記コンデンサと前記第１のダイオードとに対して並列に接続された第２のスイッチと、
前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとを同期させて、一方がオンのとき他方がオフになるように制御するスイッチ制御装置と
を有することを特徴とする電流駆動回路。
【請求項２】
直流電源から供給される電流に基づいて動作する電流駆動素子を有する電流駆動回路であって、
前記直流電源の負極と前記電流駆動素子との間に設けられた第１のスイッチと、
前記第１のスイッチと前記電流駆動素子との間に設けられたコンデンサと、
前記コンデンサに接続されたカソードと、前記電流駆動素子に接続されたアノードとを備えた第１のダイオードと、
前記コンデンサと前記第１のダイオードの接続点に接続されたアノードと、前記直流電源の正極と前記電流駆動素子の接続点に接続されたカソードとを備えた第２のダイオードと、
前記第１のスイッチと前記コンデンサの接続点と、前記第１のダイオードと前記電流駆動素子の接続点との間で前記コンデンサと前記第１のダイオードとに対して並列に接続された第２のスイッチと、
前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとを同期させて、一方がオンのとき他方がオフになるように制御するスイッチ制御装置と
を有することを特徴とする電流駆動回路。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電流駆動回路であって、
前記電流駆動素子は、発光素子であること
を特徴とする電流駆動回路。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電流駆動回路であって、
前記電流駆動素子と並列に接続された第２のコンデンサをさらに有していること
を特徴とする電流駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源から電流を供給して電流駆動素子を駆動する電流駆動回路に関し、特に、発光素子である発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ；以下、ＬＥＤという）や豆電球を駆動する電流駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電流駆動素子として例えばＬＥＤを備えた従来の電流駆動回路の概略構成を図６に示す。図６において、従来の電流駆動回路は、直流電源１００とＬＥＤ１０２との間に電流制限抵抗１０１が接続された構成を有している。抵抗１０１の抵抗値を調整することにより、直流電源１００の出力電圧値を変更しても、ＬＥＤ１０２に所定の動作電流を供給することができるようになっている。例えば、動作電圧ＶLEDが２Ｖ、動作電流ＩLEDが１０ｍＡであるＬＥＤ１０２を駆動する際に、直流電源１００の出力電圧ＶDDを１０Ｖとすれば、抵抗１０１には抵抗値Ｒ＝８００Ωの抵抗素子を用いればよいし、出力電圧ＶDDが２０Ｖであれば抵抗値Ｒ＝１８００Ωの抵抗素子を用いればよい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この回路における消費電力について考察すると、出力電圧ＶDDが１０Ｖで動作電流ＩLEDが１０ｍＡの場合は、回路全体の消費電力は０．１Ｗ（＝ＶDD×ＩLED）となるが、ＬＥＤ１０２での消費電力は０．０２Ｗ（＝ＶLED×ＩLED）である。残りの０．０８Ｗは抵抗１０１で熱などに変換されて消費されてしまう。この例では電力の利用効率は２０％程度にしかならない。
【０００４】
さらに、出力電圧ＶDDが２０Ｖで動作電流ＩLEDが１０ｍＡの場合は、回路全体の消費電力は０．２Ｗ（＝ＶDD×ＩLED）となるが、ＬＥＤ１０２での消費電力は僅かに０．０２Ｗ（＝ＶLED×ＩLED）である。残りの０．１８Ｗは抵抗１０１で消費されてしまい、この例では電力の利用効率が１０％程度しか得られない。
【０００５】
このように、ＬＥＤ１０２の動作電流ＩLEDを例えば１０ｍＡに固定した場合、直流電源１００の出力電圧値を高電圧に選択すると、抵抗１０１の抵抗値も高くせざるを得ず、結果として抵抗１０１での消費電力が増大して、電力の利用効率が低下してしまう。このように、従来の電流駆動回路は部品点数が少なく簡易な構成が得られる反面、抵抗１０１で損失するエネルギが大きく電源の利用効率を上げられないという問題を有している。
【０００６】
本発明の目的は、電流駆動素子を駆動する際の消費電力を低減することができる電流駆動回路を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、直流電源から供給される電流に基づいて動作する電流駆動素子を有する電流駆動回路であって、前記直流電源の一方の電極と前記電流駆動素子との間に設けられた第１のスイッチと、前記第１のスイッチと前記電流駆動素子との間に接続されたコンデンサと、前記コンデンサと前記電流駆動素子との間に接続された第１のダイオードと、前記コンデンサと前記第１のダイオードの接続点と、前記直流電源の他方の電極と前記電流駆動素子の接続点との間に接続された第２のダイオードと、前記第１のスイッチと前記コンデンサの接続点と、前記第１のダイオードと前記電流駆動素子の接続点との間で前記コンデンサと前記第１のダイオードとに対して並列に接続された第２のスイッチと、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとを同期させて、一方がオンのとき他方がオフになるように制御するスイッチ制御装置とを有することを特徴とする電流駆動回路によって達成される。
上記本発明の電流駆動回路の電流駆動素子は発光素子であってもよい。また、前記電流駆動素子と並列に接続された第２のコンデンサをさらに有するようにしてもよい。
【０００８】
本発明の電流駆動回路によれば、前記第１のスイッチをオンにし、且つ前記第１のスイッチがオンになるのに同期して前記第２のスイッチをオフにして、前記直流電源からの出力電圧を印加して前記コンデンサを充電すると共に前記電流駆動素子を動作させ、次いで前記第１のスイッチをオフにするのに同期して前記第２のスイッチをオンにすることにより、前記コンデンサを放電させて前記電流駆動素子を動作させるようにしている。従って、従来の電流駆動回路のような抵抗による消費電力の損失が発生しないので、小さな消費電力で前記電流駆動素子を駆動することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態による電流駆動回路を図１乃至図５を用いて説明する。図１は、本実施の形態による電流駆動回路の概略の構成を示している。図１における電流駆動回路は、直流電源１から供給される電流に基づいて発光する電流駆動素子としてのＬＥＤ６を有している。また、直流電源１とＬＥＤ６との間に第１のスイッチ２が設けられている。そして、第１のスイッチ２とＬＥＤ６との間であってＬＥＤ６に向かう配線上にコンデンサ４と第１のダイオード５がこの順に直列に接続されている。さらに、コンデンサ４と第１のダイオード５の接続点とＬＥＤ６のカソードとの間に第２のダイオード７が接続されている。第２のダイオード７はそのカソード側がコンデンサ４と第１のダイオード５との接続点に接続されて直流電源１からは逆バイアスが印加されるようになっている。
【００１０】
また、第１のスイッチ２とコンデンサ４の接続点と、第１のダイオード５とＬＥＤ６の接続点との間で、コンデンサ４と第１のダイオード５とに対して並列に第２のスイッチ３が接続されている。さらに、第１のスイッチ２と第２のスイッチ３とを同期させて、一方がオンのとき他方がオフになるように制御するスイッチ制御装置１０が設けられている。このスイッチ制御装置１０の具体例については後程図５を用いて説明する。
【００１１】
このような構成を有する本実施の形態による電流駆動回路において、ＬＥＤ６を発光させる所望の発光タイミングに基づいてスイッチ制御装置１０が動作して第１のスイッチ２がオンになり、第１のスイッチ２がオンになるのとほぼ同時に第２のスイッチ３がオフになると、直流電源１の出力電圧がコンデンサ４、及び第１のダイオード５、ＬＥＤ６の順方向に印加される。従って、コンデンサ４に電荷が蓄積される間は、直流電源１からの出力電圧によりコンデンサ４、第１のダイオード５を介してＬＥＤ６に電流が流れるので、ＬＥＤ６は発光する。
【００１２】
次いで、スイッチング制御装置１０により第１のスイッチ２がオフになるのとほぼ同時に第２のスイッチ３がオンになると、直流電源１の出力電圧は遮断されるが、コンデンサ４に蓄えられた電荷により、コンデンサ４から第２のスイッチ３、ＬＥＤ６、及び第２のダイオード７を介して電流が流れる。このため、コンデンサ４に蓄積された電荷が放電される間ＬＥＤ６は発光する。
【００１３】
このように、本実施の形態による電流駆動回路によれば、第１のスイッチ２をオンにし、それと同期して第２のスイッチ３をオフにして、直流電源１からの出力電圧を印加してコンデンサ４を充電すると共にＬＥＤ６を発光させ、次いで第１のスイッチ２をオフにし、それと同期して第２のスイッチ３をオンにすることにより、コンデンサ４を放電させてＬＥＤ６を発光させるようにしている。従って、従来の電流駆動回路のような抵抗による消費電力の損失が発生しないため、小さな消費電力でＬＥＤ６を駆動することができるようになる。
【００１４】
図２は、本実施の形態による電流駆動回路における低消費電力化の効果を従来の電流駆動回路と比較して示したものである。横軸は直流電源の出力電圧を示し、縦軸は消費電力を示している。図２では、上述の例と同様にＬＥＤの動作電圧ＶＬＥＤを２Ｖ、動作電流ＩＬＥＤを１０ｍＡとした。そのため、本実施の形態による電流駆動回路では、直流電源１の出力電圧に応じてコンデンサ４の容量Ｃを調整している。また、図６に示した抵抗を用いる従来の電流駆動回路にあっては直流電源１００の出力電圧に応じて抵抗１０１の抵抗値を調整している。図２に示すように、本実施の形態による電流駆動回路による電圧対消費電力線（α）は、直流電源１の出力電圧値に係わらず一定で小さな消費電力０．０２Ｗ（＝ＶＬＥＤ×ＩＬＥＤ）を維持している。
【００１５】
一方、抵抗１０１を用いた従来の電流駆動回路による電圧対消費電力線（β）は、直流電源１００の出力電圧値を高くするほど抵抗１０１の抵抗値も高くなり結果として消費電力が増大してしまっている。このように、本実施の形態によれば、ＬＥＤの発光輝度を同一とした場合に最も消費電力が小さい電流駆動回路を実現できるようになる。
【００１６】
次に、図３を用いて本実施の形態による電流駆動回路の変形例について説明する。なお、図１に示したものと同一の構成要素には同一の符号を付している。図３に示す電流駆動回路は、直流電源１とＬＥＤ６との間に第１のスイッチ２が設けられているが、この第１のスイッチ２がＬＥＤ６のカソード側と直流電源１の負極側に設けられている点で図１に示した構成と異なっている。従って、ＬＥＤ６と第１のスイッチ２との間であって第１のスイッチ２に向かう配線上に第１のダイオード５とコンデンサ４とがこの順に直列に接続されている。さらに、第１のダイオード５とコンデンサ４との接続点とＬＥＤ６のアノードとの間に第２のダイオード７が接続されている。第２のダイオード７はアノード側が第１のダイオード５とコンデンサ４との接続点に接続されて直流電源１からは逆バイアスが印加されるようになっている。
【００１７】
また、第１のスイッチ２とコンデンサ４との接続点と、第１のダイオード５とＬＥＤ６との接続点との間で、コンデンサ４と第１のダイオード５とに対して並列に第２のスイッチ３が接続されている。さらに図１と同様に、第１のスイッチ２と第２のスイッチ３とを同期させて、一方がオンのとき他方がオフになるように制御するスイッチ制御装置１０が設けられている。
【００１８】
このような構成を有する本変形例による電流駆動回路において、ＬＥＤ６を発光させる所望の発光タイミングに基づいてスイッチ制御装置１０が動作して第１のスイッチ２がオンになり、それと同期して第２のスイッチ３がオフになると、直流電源１の出力電圧がＬＥＤ６及び第１のダイオード５の順方向に印加され、さらにコンデンサ４に印加される。本変形例においても、コンデンサ４に電荷が蓄積される間は、直流電源１からの出力電圧によりＬＥＤ６から第１のダイオード５、及びコンデンサ４に電流が流れるので、ＬＥＤ６は発光する。
【００１９】
次いで、スイッチング制御装置１０により第１のスイッチ２がオフになるのに同期させて第２のスイッチ３がオンになると、直流電源１の出力電圧は遮断されるが、コンデンサ４に蓄えられた電荷により、コンデンサ４から第２のダイオード７、ＬＥＤ６、及び第２のスイッチ３を介して電流が流れる。このため、コンデンサ４に蓄積された電荷が放電される間ＬＥＤ６は発光する。
このように、本変形例の電流駆動回路も図１に示した電流駆動回路と同様に動作して、図２に示したのと同様の効果を得ることができる。
【００２０】
次に、図４を用いて本実施の形態による電流駆動回路の他の変形例について説明する。なお、図１に示したのと同一の構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。図４に示す電流駆動回路は、図１に示した電流駆動回路のＬＥＤ６と並列に第２のコンデンサ８を接続した点に特徴を有している。
第２のコンデンサをＬＥＤ６に並列接続することにより、ＬＥＤ６が発光する際のピーク電流のレベルを抑えて安定して発光させることができるようになる。
【００２１】
次に、図５を用いて本実施の形態による電流駆動回路のさらに他の変形例について説明する。図５に示す変形例は、スイッチ制御装置１０として機能する自励発振回路を電流駆動回路内に設けた点に特徴を有している。
図５において、破線で示したブロック１１内に発振回路及び第１及び第２のスイッチ２、３が設けられている。発振回路は、コンデンサＣ１、Ｃ２と抵抗Ｒ１〜Ｒ４で決まる時定数の周期で自動的にトランジスタＱ１、Ｑ２のオン／オフが行われるいわゆるマルチバイブレータである。この回路において、トランジスタＱ２で第１のスイッチ２が構成される。また、トランジスタＱ３が第２のスイッチ３として機能するように、トランジスタＱ３のベース、エミッタ、コレクタは、それぞれトランジスタＱ１のコレクタ、ＬＥＤ６のアノード、トランジスタＱ２のコレクタと接続されている。
【００２２】
初期状態からブロック１１内の自励発振回路に直流電源１からの出力電圧が印加されると、所定の周期及びデューティサイクルで発振が開始される。第１のスイッチ２がオンになり、それに同期して第２のスイッチ３がオフになると、直流電源１からトランジスタＱ２を介してコンデンサ４、ダイオード５及びＬＥＤ６に電流が流れてＬＥＤ６が発光する。次に、第１のスイッチ２がオフになり、それに同期して第２のスイッチ３がオンになると、直流電源１の出力電圧が印加されなくなり、トランジスタＱ３、ＬＥＤ６、ダイオード７の経路でコンデンサ４に蓄積された電荷が放電してＬＥＤ６が発光する。このように、本変形例の電流駆動回路も図１に示した電流駆動回路と同様に動作して、図２に示したのと同様の効果を得ることができる。
【００２３】
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、電流駆動素子として発光素子の１つであるＬＥＤを例にとって説明したが、本発明はこれに限られず、電流の供給により駆動するトランジスタを含む種々の回路に本発明を適用することが可能である。
また、上記実施の形態における変形例として、図１に示した電流駆動回路のＬＥＤ６と並列に第２のコンデンサ８を接続した例を説明したが、図３及び図５に示す電流駆動回路のＬＥＤ６に並列に第２のコンデンサ８を並列接続してももちろんよい。
【００２４】
また、上記実施の形態におけるＬＥＤを発光させる電流駆動回路の用途は多岐に渡り、各種電子機器や家電製品の動作モードの表示に用いたり、複数のＬＥＤを面状に配列して面発光表示装置として用いることができる。例えば、屋内においては、工場の生産ラインにおけるアラーム表示や、各種案内板等、また、屋外においては、駅構内における行き先表示や交通情報の表示板等に用いられる。本発明は、このような種々の用途におけるＬＥＤの駆動回路に適用可能であり、特にＬＥＤが多用される装置に用いて大きな省電力効果を得ることができるようになる。
【００２５】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、電流駆動素子を駆動する際の消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による電流駆動回路の概略の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態による電流駆動回路における低消費電力化の効果を従来の電流駆動回路と比較して示した図である。
【図３】本発明の一実施の形態による電流駆動回路の変形例の概略の構成を示す図である。
【図４】本発明の一実施の形態による電流駆動回路の他の変形例の概略の構成を示す図である。
【図５】本発明の一実施の形態による電流駆動回路のさらに他の変形例の概略の構成を示す図である。
【図６】電流駆動素子としてＬＥＤを備えた従来の電流駆動回路の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１、１００  直流電源
２  第１のスイッチ
３  第２のスイッチ
４  コンデンサ
５  第１のダイオード
６、１０２  ＬＥＤ
７  第２のダイオード
１０  スイッチ制御装置
１０１  抵抗
【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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