JP4379829B1

JP4379829B1 - 光源駆動方法及び光源駆動装置

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Publication number: JP4379829B1
Application number: JP2009072163A
Authority: JP
Inventors: 栄樹吉田
Original assignee: KOUYOU ELECTRONICS CO., LTD.
Current assignee: KOUYOU ELECTRONICS CO., LTD.
Priority date: 2008-05-08
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2029-03-24
Also published as: JP2009295571A

Abstract

【課題】ＰＷＭ制御された第１駆動パルスの中でさらに高速にスイッチングさせた第２駆動パルスで発光素子を駆動させるとともに、前記発光素子のピーク電流値に基づいて前記第２駆動パルスを制御することで消費電力を抑えつつ、最大輝度で発光駆動することのできる光源駆動方法を提供することである。
【解決手段】ＬＥＤ１７が接続される光源負荷部１２と、ＬＥＤ１７の定格電圧値（ＶＦ）を検出する負荷容量検出部１４と、ＶＦからＬＥＤ１７の定格電流値（ＩＦ）、ピーク電流値（Ｉｐ）を算出する信号処理制御部１５と、Ｉｐに基づいてパルス幅変調した第１のオン／オフ周期による第１駆動パルスＰ１を生成し、第１のオン／オフ周期のオン期間の中でさらにスイッチングさせた第２のオン／オフ周期による第２駆動パルスＰ２を生成する定電流パルス駆動部１３とを備え、第２駆動パルスＰ２をＩｐで制御することによってＬＥＤ１７を連続的に発光駆動させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光ダイオードなどの発光素子を一定周期のパルス信号によって駆動させるための光源駆動方法及び光源駆動装置に関するものである。

近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた光源が多く利用されつつある。例えば、液晶表示装置などにおけるバックライト、自動車の車内灯や前照灯、室内外の照明装置などに採用されている。このようなＬＥＤの光量調整を行う最も簡単な方法は、ＬＥＤに流す電流値を調整することである。しかしながら、ＬＥＤの光色特性は、流れる電流量に応じて波長が変化することによって、可視色が変化して見えるといった問題が生じる。このような問題を改善するため、光量調整制御には一般にPulse Width Modulation（ＰＷＭ）方式が用いられている（特許文献１，２）。

また、特許文献３には、ＬＥＤが接続されている光源負荷部におけるピーク電流を検出することで、低電圧時における過電流防止を目的とした装置が開示されている。

図８は、従来のＰＷＭ方式を用いたＬＥＤ点灯回路の基本的な回路構成を示したものである。このＬＥＤ点灯回路は、電流制限抵抗Ｒ０、半導体スイッチＱ０、ＰＷＭ制御回路とを備えた構成になっている。前記電流制限抵抗Ｒ０は、ＬＥＤに流れる電流を制限する抵抗であり、ＬＥＤに対して直列に接続されている。この直列回路の一方は、電源ラインＶｃｃに接続され、他方は半導体スイッチＱ０を介してグランド（ＧＮＤ）に接続される。ＰＷＭ制御回路は、半導体スイッチＱ０のゲートにＰＷＭ方式で変調されたパルス信号を供給し、半導体スイッチＱ０をオン／オフさせる機能を備えたものとなっている。

また、接続される発光素子の駆動タイミングや供給する電流値などの駆動条件は、制御部内に予めテーブルとして格納され、このテーブルに基づいて設定する場合がある。

特開２００６−２１０８３５号公報特開２００７−４９９５号公報特開２００４−２２７９５１号公報

ところで、上記図８に示した点灯回路でＬＥＤを長時間点灯させた場合に、ＬＥＤで消費される電力によって、ＬＥＤ自体が発熱する。この発熱に伴って温度が上昇し、定格電圧値ＶＦが低下する現象が発生する。前記点灯回路がこのような状況に置かれると、電源は定電圧制御されているため、ＶＦの低下に伴って、電流制限抵抗Ｒ０の両端電圧及び回路電流が上昇し、ＬＥＤの発光輝度が変動するといった問題がある。また、半導体スイッチＱ０の発熱によってもＯＮ抵抗が変化し、その結果、ＬＥＤの温度上昇と同様の問題が生じる。さらに、供給電圧に変動が生じた場合も、そのまま電流値の変動となり、ＬＥＤの発光輝度が変動する要因となる場合がある。特に、半導体であるＬＥＤのＶＦは、ロットのバラツキ等によって、差が大きくなるので、負荷側に複数個のＬＥＤを接続した場合に一定の発光輝度を維持した状態で連続発光させるのは容易でない。

また、発光素子を一定周期のオン／オフによるパルスで駆動することは一般に行なわれているが、前記一定周期のオン／オフによるオン期間のパルスの中でさらに細かくパルス駆動させ、さらにこのパルス駆動を発光素子の駆動能力の限界値に近いピーク電流値の近傍を維持しつつ制御することは行なわれていない。

そこで、本発明の目的は、ＰＷＭ制御された第１駆動パルスの中でさらに高速にスイッチングさせた第２駆動パルスで発光素子を駆動させるとともに、前記発光素子のピーク電流値に基づいて前記第２駆動パルスを制御することで消費電力を抑えつつ、最大輝度で発光駆動することのできる光源駆動方法及び光源駆動装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の光源駆動方法は、発光素子が接続される光源負荷側に電流を制御しながら供給して定格電圧値を検出し、この定格電圧値から前記発光素子固有の絶対最大定格電流値を算出し、この絶対最大定格電流値を超えない範囲で該発光素子に流し得るピーク電流値を算出し、このピーク電流値に基づいて前記発光素子のオン期間を規定するために、オン期間とオフ期間のデューティ比を可変とした第１のオン／オフ周期による第１駆動パルスを生成し、この第１駆動パルスのオン期間の中でさらにスイッチングさせることで、パルスの最大振幅が前記ピーク電流値となるように、且つオン期間及びオフ期間のデューティ比を可変とした第２のオン／オフ周期からなる第２駆動パルスを生成し、この第２駆動パルスによって駆動された電流を前記光源負荷側に印加することによって、発光素子を連続的に発光駆動させることを特徴とする。

また、本発明の光源駆動装置は、発光素子が接続される光源負荷部と、この光源負荷部に供給される電流によって前記発光素子の定格電圧値を検出する負荷容量検出部と、この負荷容量検出部で検出された定格電圧値に基づいて前記発光素子を定常駆動させるための定格電流値及びこの定格電流値から前記発光素子固有の絶対最大定格電流値を算出し、この絶対最大定格電流値を超えない範囲で該発光素子に流し得るピーク電流値の算出及び設定を行う信号処理制御部と、前記ピーク電流値に基づいてパルス幅変調することで、前記発光素子のオン期間を規定した第１のオン／オフ周期による方形状の第１駆動パルスを生成するとともに、この第１駆動パルスのオン期間の中でさらにスイッチングさせることで、パルスの最大振幅が前記ピーク電流値となるように、且つオン期間及びオフ期間のデューティ比を可変とした第２のオン／オフ周期による第２駆動パルスを生成する定電流パルス駆動部とを備え、前記第２駆動パルスによって駆動された電流を前記光源負荷側に印加することによって、前記光源負荷部に接続されている発光素子を連続的に発光駆動させることを特徴とする。

本発明に係る光源駆動方法によれば、発光素子の発光周期を設定する第１駆動パルスの中でさらに細かくオン／オフにスイッチングさせた第２駆動パルスを生成するとともに、この第２駆動パルスを光源負荷側に接続されている発光素子の駆動能力に応じたピーク電流値で駆動制御することで、消費電力を最小限に抑えつつ、発光素子の駆動能力を最大限に高めることができる。

また、本発明の光源駆動装置によれば、光源負荷部に接続されている発光素子の負荷容量を予め検出する手段を有するとともに、信号処理制御部において前記負荷容量から前記発光素子の駆動能力に応じて算出されたピーク電流値で発光素子を直接駆動させる駆動パルスを生成することができる。これによって、発光素子の駆動能力を一定レベルに維持した状態で、発熱量及び消費電力を低減化させることが可能となる。

本発明に係る光源駆動方法の概略フロー図である。本発明に係る光源駆動装置のブロック図である。上記光源駆動装置の駆動タイミング図である。上記光源駆動装置の出力波形図である。上記光源駆動装置の一部を構成する充放電回路の回路図である。上記詳細フロー図に基づく各部のタイミングチャートである。ＬＥＤ発光時における消費電力及び発熱量を比較したグラフである。従来のＬＥＤ駆動装置の基本構成を示す回路図である。

以下、添付図面に基づいて本発明に係る光源駆動方法及び光源駆動装置の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の光源駆動方法による概略フローを示したものであり、図２は光源駆動装置１０の全体構成を示したものである。図１に示すように、本発明の光源駆動方法は、電源ＯＮ時において、光源負荷部１２に接続されている単一あるいは複数の発光素子（ＬＥＤ）１７の定格電圧値ＶＦが検出される。この検出に際しては、光源負荷部１２に検知電流を微小値から段階的にアップさせ、光源負荷部１２の一対の電極端子１６間にかかる電圧を測定しながら行う。前記検知電流は、前記電極端子１６間の電圧が一定のレベルで安定した状態になったところで電圧値を読み取り、この読み取り結果から定格電圧値ＶＦが求められる。

次に、信号処理制御部１５内のＣＰＵ１８において、前過程で検出された定格電圧値ＶＦからＬＥＤ１７を定常状態において発光駆動させるために必要な定格電流値ＩＦを算出する。また、この定格電流値（ＩＦ）からＬＥＤ１７が破壊しない範囲で流し得る絶対最大定格電流値(Ｉｐmax)を算出する。これらの定格電流値（ＩＦ）及び絶対最大定格電流値(Ｉｐmax)は、ＣＰＵ１８のメモリ内に予め格納されている計算式に基づいて算出され、この算出結果から実際にＬＥＤ１７を高効率で駆動させるためのピーク電流値Ｉｐを設定する。

続いて、図３に示すように、前記ＬＥＤ１７をパルス駆動させるための方形状の発光周期信号（第１駆動パルス）Ｐ１を生成する。この第１駆動パルスＰ１は、前記ＣＰＵ１８によってパルス幅変調された連続した第１のオン／オフ周期Ｔ１からなっており、電流が流れる期間（オン期間）と電流が流れない（オフ期間）を連続して繰り返す。第１のオン／オフ周期Ｔ１は、一例として、約２００Ｈｚ、デューティ比はオン期間が１に対してオフ期間が９となるように設定される。前記Ｔ１は、ＬＥＤ１７の駆動能力に応じて適宜設定される。

前記第１駆動パルスＰ１は、第１のオン期間の中で高速にスイッチングさせることで、さらに電流が流れる期間を細かく断続させた第２のオン／オフ周期Ｔ２からなる方形状の発光駆動信号（第２駆動パルス）Ｐ２が生成される。第２のオン／オフ周期Ｔ２は、前述したＴ１の条件の下では、一例として、約３００ｋＨｚ、デューティ比は第１駆動パルスＰ１と同様にオン期間が１に対してオフ期間が９となるように設定される。この第２駆動パルスＰ２は、前記第１駆動パルスＰ１と同様にＬＥＤ１７の種類や数等の駆動能力に応じて設定されたピーク電流値Ｉｐによる振幅幅で制御されて出力される。また、図４に示すように、前記第２駆動パルスＰ２は、ＲＣ積分回路２７を通すことによって、第２のオン／オフ周期Ｔ２で充放電を繰り返す三角波状の発光駆動波形Ｗ２として出力される。さらに、この発光駆動波形Ｗ２から第１のオン／オフ周期Ｔ１で充放電を繰り返す三角波状の発光周期波形Ｗ１を生成する。このように生成されたピーク電流値Ｉｐを最大振幅幅とする発光周期波形Ｗ１を光源負荷部１２に接続されているＬＥＤ１７に印加することによって、消費電力を抑えつつ、高効率でＬＥＤ１７を連続的に安定した状態で発光駆動させることができる。

上記光源駆動方法を実現するための光源駆動装置の構成例を図２に示す。この光源駆動装置１０は、電力供給源１１と光源負荷部１２との間に、定電流パルス駆動部１３と、負荷容量検出部１４と、信号処理制御部１５とを備えて構成されている。電力供給源１１は、ＡＣワールドワイド入力、ＤＣ入力、バッテリー入力のいずれかを有し、定電流パルス駆動部１３の定電圧源となっている。光源負荷部１２は、一対の電極端子１６を備え、この電極端子１６間にＬＥＤ１７が単数あるいは複数個接続される。信号処理制御部１５は、ＣＰＵ１８を備え、このＣＰＵ１８内に前記電極端子１６間にかかる電圧値からＬＥＤ１７の定格電圧値（ＶＦ）、定格電流値（ＩＦ）、絶対最大定格電流値(Ｉｐmax)及び駆動に最適なピーク電流値（Ｉｐ）を算出する計算式が格納されている。

前記信号処理制御部１５内には、光源負荷部１２の負荷容量（ｗ）を予め検知するための検知電流を電力供給源１１から制御しながら供給する検知電流設定部２９が設けられる。この検知電流設定部２９は、電力供給源１１から供給される電流を微小値から段階的に変化させるため、例えば、最小が１ｍＡから最大が１０ｍＡまでに対応するＬＥＤの電力（ｗ）及びこの電力に基づいた定格電圧値が予め設定された変換テーブルを備えている。光源駆動装置１０を起動した際に、前記変換テーブルに沿って低い方の電流値から順に光源負荷部１２にステップアップさせながら供給していき、ＬＥＤ１７が発光する際における電圧値を逐次検知し、この電圧値が安定したところを読み取ることで前記ＬＥＤ１７の標準的な電力（ｗ）を検知する。この検知された電力値を基にしてＬＥＤ１７を連続発光させるために必要な定格電圧値（ＶＦ）が設定される。

前記定格電圧値ＶＦを基準としたピーク電流値Ｉｐは、絶対最大定格電流値(Ｉｐmax)に所定の係数ｋを乗算することによって得られる。前記係数ｋは発光量を規定するものであり、例えば、０．９に設定すればＩｐmax近傍での高輝度発光が得られる。この係数ｋは１を超えない範囲（０＜ｋ＜１）であれば任意に設定することができ、この設定によってＬＥＤの発光量を調整することができる。なお、この係数ｋの設定は、光源駆動装置１０の外部端子（ＣＯＮＴ）に接続される可変抵抗、トリマーあるいはディップスイッチなどの調整デバイスによって外部から設定することができる。

また、ピーク電流値Ｉｐを設定する手段として、ＣＰＵ１８のメモリ内に定格電流値参照テーブル（VF−IFテーブル）や絶対最大定格電流値参照テーブル（IF−IPmaxテーブル）を記憶させておき、これらの参照テーブルを基にしたプログラム処理によって算出させることもできる。前記VF−IFテーブルには、前記光源負荷部１２に接続されるＬＥＤ１７で検出される電力値を基準とした定格電圧値ＶＦ、定格電流値ＩＦが設定され、IF−IPmaxテーブルには、前記定格電流値ＩＦに対応する絶対最大定格電流値Ｉｐmaxが設定される。

ここで、定格電圧値ＶＦとは、前記光源負荷部１２に接続されるＬＥＤ１７を安定した状態で一定の明るさに発光させることが可能な電圧値であり、定格電流値ＩＦは、そのときにＬＥＤ１７を流れる値である。また、絶対最大定格電流値Ｉｐmaxとは、ＬＥＤ１７の動作を一定の条件の下で保証し得る最大許容値であり、この値を超えれば素子の破壊につながるため、短時間であっても越えないように規定されている値である。これに対して、本発明におけるピーク電流値Ｉｐとは、前記定格電流値ＩＦ以上且つ絶対最大定格電流値Ｉｐmaxを超えない範囲（IF≦IP＜IPmax）をいい、この範囲を維持するようにパルス駆動制御される。なお、前記定格電圧値ＶＦ及び定格電流値ＩＦは、前記ＬＥＤ１７を構成する個数や接続形態あるいは設定する明るさに応じて変動する。

本発明の光源駆動装置１０は、信号処理制御部１５及び定電流パルス駆動部１３によって、前記ピーク電流値ＩｐがIF≦IP＜IPmaxの関係を満たす範囲内に制御され、このピーク電流値Ｉｐを所定のデューティ比でスイッチングさせるように構成されている。

前記定電流パルス駆動部１３は、図２に示したように、定電流制御部２１と、第１のスイッチング素子Ｑ１と、電流検出素子Ｒ１と、第２のスイッチング素子Ｑ２とを備えている。定電流制御部２１は、光源負荷部１２に流れる電流値Ｉ１を常時監視して常に一定供給するように制御される。前記定電流制御部２１には昇降圧コンバータ（図示せず）を備え、光源負荷部１２に接続されているＬＥＤ１７に流れる電流値Ｉ１の増減分を補うように電力供給源１１から電流レベルを増減させる。これによって、一定の電流レベルを維持している。第１のスイッチング素子Ｑ１は、第１のオン／オフ周期Ｔ１からなる第１駆動パルスＰ１を生成するためのもので、前記昇降圧コンバータによって増減された電流信号を第１のドライブ回路２３を介して所定のタイミングでスイッチングさせることで、オン期間とオフ期間の比率（デューティ）を設定する。前記第１のオン／オフ周期Ｔ１は、２００Ｈｚ程度となるように制御される。また、デューティは、前記ＬＥＤ１７が有する定格輝度となるように制御されるが、オン期間を５０％程度又はそれ以下となるように設定することで、発熱量や消費電力を低減させることができる。本実施形態では、オン期間を１０％、オフ期間を９０％となるようにデューティを設定した。

前記電流検出素子Ｒ１は、前記光源負荷部１２の入力側に直列に接続されており、この電流検出素子Ｒ１を流れる電流値を検知し、前記定電流制御部２１にフィードバックしている。第２のスイッチング素子Ｑ２は、第２のオン／オフ周期Ｔ２からなる第２駆動パルスＰ２を生成するためのもので、前記第１のスイッチング素子Ｑ１がオンしている間で動作可能となっている。この第２のスイッチング素子Ｑ２は、第２のドライブ回路２４を介した信号処理制御部１５からのスイッチング制御信号ＳＷに基づいて高速にスイッチングされる。このスイッチングによって、第２のオン／オフ周期Ｔ２は３００ｋＨｚで、デューティ比はオン期間が１０％、オフ期間が９０％となるように制御される。

前記定電流パルス駆動部１３は、前記光源負荷部１２の電極端子１６に接続される出力側にインダクタンス（コイル）Ｌ１とキャパシタンス（コンデンサ）Ｃ１，Ｃ２とによる充放電回路３０が設けられている。この充放電回路３０では、第１のスイッチング素子Ｑ１及び第２のスイッチング素子Ｑ２がオンする度にＬＥＤ１７に流れる電流がコンデンサＣ２にも充電される。そして、第１のスイッチング素子Ｑ１及び第２のスイッチング素子Ｑ２がオフになっている間にコンデンサＣ２に充電された電荷が放電してＬＥＤ１７に電流が流れる。これによって、第１のスイッチング素子Ｑ１及び第２のスイッチング素子Ｑ２のスイッチングによるそれぞれのオン期間だけでなくオフ期間においてもＬＥＤ１７には電流を一定量供給し続けることができる。このため、駆動電流は間欠的な方形波状のパルスでありながらＬＥＤ１７には一定の電流が連続して流れるため、発光輝度を一定に維持することができるとともに、消費電力を低減させることが可能となる。なお、コイルＬ１とコンデンサＣ１は、第２のスイッチング素子Ｑ２がオンすることによってＬＥＤ１７に流れるピーク電流値Ｉｐを平滑化するために設けられる。

負荷容量検出部１４は、図２に示したように、電流検出素子Ｒ２、ＲＣ積分回路２７、差動増幅器２８を備える。電流検出素子Ｒ２は、高精度のシャント抵抗が用いられ、前記第２のスイッチング素子Ｑ２のスイッチングによってＬＥＤ１７を流れる電流を検出する。ＲＣ積分回路２７では、前記電流検出素子Ｒ２によって検出された検出電流を第２のスイッチング素子Ｑ２のオン／オフ周期によって積分した積分波形を生成する。差動増幅器２８は、前記ＲＣ積分回路２７による積分波形信号と基準電圧源３２との差分をとって増幅した検出電圧Ｖ１を出力する。この検出電圧Ｖ１は信号処理制御部１５に送られる。

図５は前記充放電回路３０内に保護回路３１を設けた場合の構成例である。この保護回路３１は、コンデンサＣ２への充電電流を制限するための制限抵抗Ｒ４と、放電電流をバイパスするための整流素子（ダイオード）Ｄ１とからなっており、光源負荷部１２の電極端子１６がオープンの状態や光源駆動装置１０の主電源がオンの状態でＬＥＤ１７の接続を行う際に過電流が流れるのを防止することができる。この保護回路３１によれば、第２のスイッチング素子Ｑ２のスイッチングによって生じる第２駆動パルスＰ２のオン期間において、コンデンサＣ１及びコイルＬ１によるピーク電流値Ｉｐの平滑化と同時にコンデンサＣ２への充電が開始され、ＬＥＤ１７が点灯する。このとき、制限抵抗Ｒ４は、コンデンサＣ２への突入電流の防止と充電電流を制限する働きをする。そして、前記第２駆動パルスＰ２のオフ期間に移行した際には、コンデンサＣ２に充電された電荷がダイオードＤ１を介して光源負荷部１２に放電することでＬＥＤ１７の点灯が持続することになる。

次に、上記光源駆動装置１０の駆動操作手順を図２乃至図６に基づいて説明する。光源負荷部１２の電極端子１６間にＬＥＤ１７を接続した後、主電源を立ち上げてオンにする。この主電源のオンによって、信号処理制御部１５内のＣＰＵ１８がリセットされ、このＣＰＵ１８から出力されるスイッチ制御信号がＯＮとなる。このスイッチ制御信号のＯＮによって、定電流パルス駆動部１３内の第２のスイッチング素子Ｑ２が閉じられる。ここで、前記ＣＰＵからＰＷＭ信号を出力して定電流制御部２１を介して第１のスイッチング素子Ｑ１をＯＮにして、このＯＮ状態を電流検出素子Ｒ１の検出電流が１ｍＡ程度になるまで保持する。そして、前記電流検出素子Ｒ１が１ｍＡを検出した時点でＰＷＭ制御をロックし、光源負荷部１２の電極端子１６間の電圧値を電圧検知部２６で読み取る。ここで検出された電圧値から前記光源負荷部１２に接続されているＬＥＤ１７の駆動電力が割り出される。前記ＣＰＵ１８内では、格納されている計算式から定格電圧値ＶＦ、定格電流値ＩＦ及び絶対最大定格電流値Ｉｐmaxが算出され、これらから最適なピーク電流値Ｉｐが設定される。なお、このピーク電流値Ｉｐは、前述したように、ＣＰＵ１８内に格納可能なVF−IFテーブルやIF−IPmaxテーブルから変換することもできる。前記ピーク電流値Ｉｐが前述したような関係式IF≦IP＜IPmaxを満たす範囲の中で、特にＩｐmaxに近い状態を維持させることで、明るさを最大限に高めつつ、安定した状態で発光させることが可能となる。

前記定格電圧値ＶＦは、前述したように、光源負荷部１２に検知電流を微小値から段階的に印加させることによってＬＥＤ１７の消費電力から駆動条件を設定することができる。以下、この検知方法を用いた具体例について説明する。最初に前記定電流パルス駆動部１３から供給される１ｍＡ程度の微小電流を光源負荷部１２に接続されているＬＥＤ１７に流したときの電圧値を負荷容量検出部１４で検出し、この電圧値に基づいて駆動電流を設定する。ここでは、光源負荷部１２に接続されるＬＥＤの種類や数に応じて適正な駆動条件を設定するため、接続されているＬＥＤの負荷容量である消費電力を先に検知し、この消費電力に適合するように駆動電流を設定する。このＬＥＤの消費電力は、前述したように、検知電流を微小値から段階的にステップアップしながら行うことで、ＬＥＤ１７に無理な負荷を与えることなく、高精度に検知することができる。ここで検知された消費電力から適正な定格電流値ＩＦ及びピーク電流値Ｉｐが信号処理制御部１５によって算出される。そして、これらの駆動条件が確定した後、定電流によるパルス駆動制御に切り替わる。このパルス駆動制御への移行は、主電源をオンにしてから数μ秒程度であるため、待機時間を意識することがない。

前記信号処理制御部１５がパルス駆動制御に切り替わると、前記信号処理制御部１５で算出されたピーク電流値Ｉｐ及びスイッチング制御信号ＳＷに基づいて、第２のスイッチング素子Ｑ２を所定のタイミングでオン／オフにスイッチングさせる。このスイッチングによって、前記光源負荷部１２には、ＬＥＤ１７の発光周期を決める第１駆動パルスＰ１の中でさらに高速にスイッチングされた第２駆動パルスＰ２によって生成された発光駆動波形Ｗ２が印加されることになる。この発光駆動波形Ｗ２は、オン期間とオフ期間を周期的に繰り返す方形パルス波を基にしてＲＣ積分された三角波であるため、全体的な消費電力や発熱を抑えつつ、発光輝度を高いレベルで維持した状態でＬＥＤを連続駆動させることが可能となる。

図７は、従来の駆動方式と本発明の駆動方式によるＬＥＤ発光時における消費電力及び発熱量を比較したものである。ここで、（ａ）は従来の駆動方式、（ｂ）は本発明の駆動方式によるものである。この比較検証は、入出力電圧がＡＣ１００Ｖで、温度が２５．０℃、湿度が４３．５％の周囲環境条件の下で行った。また、発光輝度も同一条件に設定した。（ａ）に示したように、従来の駆動方式では、実効値（Ｉrms＝０．４５Ａ）、ＶＦ＝３．６Ｖの定電流を連続して流した場合に１．６２（Ｗ）の消費電力が発生し、そのときのＬＥＤが発する熱は、約１１５℃となる。この（ａ）と同じ発光輝度となるように、定電流パルスで駆動させる場合の一例として、（ｂ）に示したように、パルスのピーク電流（Ｉｐ＝２．８Ａ）、ＶＦ＝４Ｖ、ＯＮデューティ＝０．１に設定した。このときの消費電力は、１．１２（Ｗ）となり、ＬＥＤが発する熱は約６０℃となる。

上記図７の実験結果から、本発明によるＬＥＤ駆動方式によれば、電力比率は、従来方式に比べて、約６９％に低減させることができ、発熱量も略半分程度に抑えることが可能となる。

また、前記ＬＥＤ１７は、外部からの制御信号（ＣＯＮＴ）によって、定電流パルス駆動部１３内の第１のスイッチング素子Ｑ１及び第２のスイッチング素子Ｑ２がオンする幅（デューティ）を制御したり、ＲＣ積分回路２７のＲＣ時定数や充放電回路３０内のキャパシタンス容量などを調整したりすることによって、発光量や発光輝度等の調整が可能である。

以上、説明したように、本発明の光源駆動方法及び光源駆動装置によれば、光源負荷部に接続されるＬＥＤの特性や個数に応じた定電流を前記光源負荷部に対して連続的に供給するのではなく、ピーク電流値Ｉｐのオン／オフが変化するパルス信号を高速にスイッチングすることでＬＥＤを発光制御する。このため、ＬＥＤの発光レベルを一定に維持した状態で、発熱及びこの発熱に伴う消費電力の低減化が図られるといった有利な効果を奏する。

ＬＥＤの特性としては、順方向の定格電圧値ＶＦが温度の上昇によって低下する傾向にあるため、従来の一般的な定電流源からの出力電圧が一定であると、光源負荷部に流れる電流が増し、それに伴って前記定格電圧値ＶＦがさらに低下するといった問題があったが、前述したように、定電流パルス駆動部によって、ＬＥＤへの通電時間を間欠的にスイッチングさせることで、温度上昇の低減とともに、ＶＦの変動を抑制する効果も得られる。

また、光源負荷部１２に流れる定格電圧値ＶＦを検出する負荷容量検出部１４を備え、主電源をオンしたと同時に前記光源負荷部１２に接続されているＬＥＤ１７の特性や個数に応じたピーク電流値Ｉｐ及び絶対最大定格電流値Ｉｐmaxが信号処理制御部１５内のＣＰＵ１８に備わる計算式あるいはVF−IFテーブル、IF−IPmaxテーブルから瞬時に得られる。このため、前記光源負荷部１２に接続される負荷容量を予め算出することなく、必要とされるＬＥＤ１７を前記光源負荷部１２に接続するだけで、ＬＥＤ１７を最適且つ効率よく発光駆動させることができる。

前記光源負荷部１２に接続されるＬＥＤ１７は１個から駆動可能であり、複数接続される場合は、直列や並列あるいは直列並列が混在したものであってもよい。なお、本実施形態では、ＬＥＤを駆動対象としたが、ＬＥＤには限定されず、パルス状の定電流信号で駆動可能な各種モータ、電磁弁コイル、アクチュエータ等の誘導性負荷も駆動対象とすることが可能である。

１０光源駆動装置
１１電力供給源
１２光源負荷部
１３定電流パルス駆動部
１４負荷容量検出部
１５信号処理制御部
１６電極端子
１７ＬＥＤ
１８ＣＰＵ
２１定電流制御部
２３第１のドライブ回路
２４第２のドライブ回路
２６電圧検知部
２７ＲＣ積分回路
２８差動増幅器
２９検知電流設定部
３０充放電回路
３１保護回路
３２基準電圧源
Ｑ１第１のスイッチング素子
Ｑ２第２のスイッチング素子
Ｒ１，Ｒ２電流検出素子
Ｃ１，Ｃ２コンデンサ（キャパシタンス）
Ｌ１コイル（インダクタンス）
Ｒ４制限抵抗
Ｄ１ダイオード
Ｐ１第１駆動パルス
Ｐ２第２駆動パルス
Ｔ１第１のオン／オフ周期
Ｔ２第２のオン／オフ周期
Ｗ１発光周期波形
Ｗ２発光駆動波形
Ｖ１検出電圧
ＶＦ定格電圧値
Ｉｐピーク電流値
ＩＦ定格電流値
Ｉｐmax 絶対最大定格電流値

Claims

発光素子が接続される光源負荷側に電流を制御しながら供給して定格電圧値を検出し、
この定格電圧値から前記発光素子固有の絶対最大定格電流値を算出し、この絶対最大定格電流値を超えない範囲で該発光素子に流し得るピーク電流値を算出し、
このピーク電流値に基づいて前記発光素子のオン期間を規定するために、オン期間とオフ期間のデューティ比を可変とした第１のオン／オフ周期による第１駆動パルスを生成し、
この第１駆動パルスのオン期間の中でさらにスイッチングさせることで、パルスの最大振幅が前記ピーク電流値となるように、且つオン期間及びオフ期間のデューティ比を可変とした第２のオン／オフ周期からなる第２駆動パルスを生成し、
この第２駆動パルスによって駆動された電流を前記光源負荷側に印加することによって、発光素子を連続的に発光駆動させることを特徴とする光源駆動方法。
前記第２駆動パルスを前記第２のオン／オフ周期で積分した後、この第２駆動パルスを前記第１のオン／オフ周期で充放電させた電流を前記光源負荷側に印加する請求項１記載の光源駆動方法。
前記ピーク電流値は、前記光源負荷側に電流を微小値から段階的にステップアップさせながら自動供給することによって検出された定格電圧値を基準として、この定格電圧値から発光素子を定常駆動させるための定格電流値を算出し、この定格電流値と対応付けられた変換テーブルに基づいて設定される請求項１記載の光源駆動方法。
発光素子が接続される光源負荷部と、
この光源負荷部に供給される電流によって前記発光素子の定格電圧値を検出する負荷容量検出部と、
この負荷容量検出部で検出された定格電圧値に基づいて前記発光素子を定常駆動させるための定格電流値及びこの定格電流値から前記発光素子固有の絶対最大定格電流値を算出し、この絶対最大定格電流値を超えない範囲で該発光素子に流し得るピーク電流値の算出及び設定を行う信号処理制御部と、
前記ピーク電流値に基づいてパルス幅変調することで、前記発光素子のオン期間を規定した第１のオン／オフ周期による方形状の第１駆動パルスを生成するとともに、
この第１駆動パルスのオン期間の中でさらにスイッチングさせることで、パルスの最大振幅が前記ピーク電流値となるように、且つオン期間及びオフ期間のデューティ比を可変とした第２のオン／オフ周期による第２駆動パルスを生成する定電流パルス駆動部とを備え、
前記第２駆動パルスによって駆動された電流を前記光源負荷側に印加することによって、前記光源負荷部に接続されている発光素子を連続的に発光駆動させることを特徴とする光源駆動装置。
前記信号処理制御部には、前記光源負荷部に対して、発光素子の負荷容量を検知するための検知電流を微小値から段階的にステップアップさせながら自動的に供給する検知電流設定部を備える請求項４記載の光源駆動装置。
前記定電流パルス駆動部は、前記光源負荷部が接続される出力側にキャパシタンス及びインダクタンスからなる充放電回路を備え、パルスの最大振幅が前記ピーク電流値となるように駆動される第１駆動パルス及び第２駆動パルスのオン期間で充電してオフ期間で放電させることによって、前記光源負荷側に前記充放電によるパルス信号で駆動された電流を印加する請求項４記載の光源駆動装置。
前記充放電回路には、前記キャパシタンスへの充電電流を阻止あるいは制限させるための制限抵抗及び光源負荷部に向けて整流させるためのダイオードからなる保護回路が設けられる請求項６記載の光源駆動装置。
前記光源負荷部には、複数の発光素子が接続される請求項４記載の光源駆動装置。