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KR20010098937A - 발광 다이오드 구동 장치 - Google Patents

발광 다이오드 구동 장치 Download PDF

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KR20010098937A
KR20010098937A KR1020010022983A KR20010022983A KR20010098937A KR 20010098937 A KR20010098937 A KR 20010098937A KR 1020010022983 A KR1020010022983 A KR 1020010022983A KR 20010022983 A KR20010022983 A KR 20010022983A KR 20010098937 A KR20010098937 A KR 20010098937A
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KR
South Korea
Prior art keywords
emitting diode
light emitting
current
switching element
circuit
Prior art date
Application number
KR1020010022983A
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English (en)
Inventor
시미즈게이이치
Original Assignee
가노 다다오
도시바 라이텍쿠 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가노 다다오, 도시바 라이텍쿠 가부시키가이샤 filed Critical 가노 다다오
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Abstract

발광 다이오드 전류의 안정도가 우수한 동시에, 전력 손실 및 입력 전류 변형이 적고, 더욱이 비교적 염가의 발광 다이오드 구동 장치를 제공한다.
인덕터(L), 스위칭 소자(Q) 및 다이오드(D)(발광 다이오드로 겸용가능)를 구비한 승압 쵸퍼(BUT)의 직류 출력에 의해서 발광 다이오드(LED)를 구동함과 동시에, 발광 다이오드(LED)에 흐르는 발광 다이오드 전류 귀환 회로(LFC)를 설치하여, 그 검출 신호에 따라서 승압 쵸퍼(BUT)의 제어 회로(CC)를, 저주파 교류의 주기보다 긴 시간 영역에서 본 경우에 발광 다이오드 전류를 평균화시키도록 제어한다.
스위칭 소자(Q)의 온제어는, 인덕터가 에너지를 방출했을 때에 행한다. 스위칭 소자(Q)의 오프제어는, 스위칭 전류치에 따라서 행하거나, 온한 후에 소정 시간 경과했을 때에 행할 수 있다.

Description

발광 다이오드 구동 장치{LIGHT EMITTING DIODE DRIVING APPARATUS}
본 발명은, 발광 다이오드를 직류로 구동하는 발광 다이오드 구동 장치에 관한 것이다.
종래, 발광 다이오드를 구동하는 경우, 발광 다이오드와 직렬로 전류제한 요소를 접속하는 것이 일반적이다. 이하에, 종래의 발광 다이오드 구동 장치에 대하여 도 5 내지 도 11을 참조하여 설명한다. 또, 도면 중에, 동일 부분에 대해서는 동일 부호를 붙이고 있다.
도 5는 종래의 발광 다이오드 구동 장치의 제 1 예를 나타내는 회로도이다.
도면에 있어서, 참조부호(111)는 교류전원, 참조부호(112)는 발광 다이오드군, 참조부호(113)는 전류 제한 요소이다.
발광 다이오드군(112)은, 역극성(逆極性)으로 접속된 제 1 발광 다이오드 (112a) 및 제 2 발광 다이오드(112b)를 구비하고 있다. 그리고, 제 1 발광 다이오드(112a)는, 교류전원(111)이 양극성일 때에 구동된다. 제 2 발광 다이오드(112b)는, 교류전원(111)이 음극성일 때에 구동된다.
전류 제한 요소(113)는, 저항기로 이루어지며, 전원전압이 어느 극성이든지 발광 다이오드군에 흐르는 입력 전류를 소정의 값으로 제한한다.
도 6은 종래의 발광 다이오드 구동 장치의 제 2 예를 나타내는 회로도이다.
제 2 예는 전류 제한 요소(113)를 콘덴서에 의해서 구성한 것이다.
도 7은 종래의 발광 다이오드 구동 장치의 제 3 예를 나타내는 회로도이다.
제 3 예는 저주파 교류를 전파(全波) 정류기(114) 및 평활 콘덴서(115)에 의해 평활화된 직류로 변환하고, 더욱 고주파 인버터(116)에 의해서 직류를 고주파로 변환하여, 발광 다이오드군(112)을 고주파로 구동한다. 전류 제한 요소(113)에는 인덕터를 사용하고 있다. 한편, 참조부호(117)는 고주파 필터, 참조부호(118)는 직류 컷 콘덴서이다. 또한, 고주파 인버터(116)는 한 쌍의 스위칭 소자 (116a,116b) 및 게이트 드라이브 회로(116c)를 주체로 하여 구성된 하프 브릿지형 인버터로 이루어진다.
도 8은 종래의 발광 다이오드 구동 장치의 제 4 예를 나타내는 회로도이다.
제 4 예는 승압 쵸퍼(119) 및 강압 쵸퍼(120)를 사용하고 있다. 덧붙여, 발광 다이오드군(112')에 흐르는 전류를 저항기(121)로 검출하여, 이것을 연산증폭기 (122)에서 기준 전압원(123)과 비교하여 펄스폭변조(PWM) 회로(124)에 제어입력시킴으로써, 강압 쵸퍼(120)를 전류 귀환 제어하는 구성이다. 이 때문에, 안정화된 직류에 의해서 발광 다이오드군(112')을 직류로 구동할 수 있다. 한편, 발광 다이오드군(112')은, 직류 구동을 위해 역극성으로 접속되어 있지 않다. 또, 승압 쵸퍼(119)는, 인덕터(119a), 스위칭 소자(119b), 다이오드(119c), 평활 콘덴서(115) 및 게이트 드라이브 회로(119d)를 주체로 하여 구성되어 있다. 또한, 강압 쵸퍼 (120)는, 스위칭 소자(120a), 다이오드(120b), 인덕터(120c) 및 게이트 드라이브 회로(120d)를 주체로 하여 구성되어 있다.
다음에, 도 9 내지 도 11을 참조하여 종래의 각 예에 있어서의 발광 다이오드 구동 장치의 전원전압 및 파형 입력 전류의 파형에 대하여 설명한다. 한편, 도면 중에서, 부호(V)는 전원전압 파형을, 부호(I)는 입력 전류 파형을 각각 나타낸다.
도 9는 종래의 발광 다이오드 구동 장치의 제 1 예에 있어서의 전원전압 및 입력 전류의 파형을 나타내는 파형도이다.
도 10은 종래의 발광 다이오드 구동 장치의 제 2 예에 있어서의 전원전압 및 입력 전류의 파형을 나타내는 파형도이다.
도 11은 종래의 발광 다이오드 구동 장치의 제 4 예에 있어서의 전원전압 및 입력 전류의 파형을 나타내는 파형도이다.
제 1 예는 회로구성이 간단한 이점은 있지만, 저항기의 전력 손실이 크고, 광원으로서의 에너지 효율이 나쁜 동시에, 입력 전류에 고조파가 많다고 하는 문제가 있다. 즉, 도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, 제 1 예에 있어서는, 전원전압의 제로크로스 부근에 입력 전류에 휴지 기간이 생기기 때문에 고조파가 많아진다.
제 2 예는 제 1 예와 같이 회로구성이 간단하고, 전류 제한 요소(113)에 있어서의 전력 손실의 문제는 해소되지만, 전류 안정성이 나쁘다. 또한, 도 10으로부터 알 수 있는 바와 같이, 입력 전류의 위상이 진행함과 동시에 파형이 나빠지기 때문에, 역률, 고조파 모두 악화한다고 하는 문제가 있다.
제 3 예는 전류 제한 요소(113)로 전력 손실이 없는 리액턴스 소자를 사용할 수 있는 점에서는 예 2와 마찬가지인 동시에, 또한 입력 전류의 위상을 전원전압의 위상과 동상으로 할 수 있다. 그러나, 입력 전류의 제로크로스 부근에 도 9에 나타내는 예 1의 경우와 거의 같은 휴지 기간이 생겨 버리고, 따라서, 고조파가 많아진다고 하는 문제가 있다.
제 4 예는 승압 쵸퍼(119)가 역률 개선(PFC) 회로로서 작용시키도록 구성할 수 있기 때문에, 입력 전류 파형을 전원전압 파형과 거의 같게 할 수 있지만, 회로 구성이 복잡하고 비용이 상승한다고 하는 문제가 있다.
이상의 종래 기술에 대하여, 일본 특개평11-67471호 공보에는, 승압 쵸퍼의 직류출력으로 직접 발광 다이오드를 구동하도록 구성한 조명 장치가 개시되어 있다 (종래기술 5). 이 종래기술 5에 기재되어 있는 발광 다이오드 구동 장치는, 비교적 염가이며, 전류 제한 요소에 의한 전력 손실이 적고, 입력 전류의 휴지 기간이 없기 때문에, 고조파 변형이 적다고 하는 이점을 가지고 있으며, 실제로 우수한 발광 다이오드 구동 장치를 제공한다. 또, 종래기술 5에 있어서는, 승압 쵸퍼의 출력단 사이에 접속한 평활 콘덴서(39)와 병렬로 저항(40) 및 가변 저항(41)의 직렬 회로를 접속하고, 그 접속점의 전압을 제어 회로(44)로 귀환함으로써, 평활 콘덴서 (p39)의 리플을 억제하고 있다. 즉, 정전압 제어를 하고 있다. 발광 다이오드는, 온도에 따라 그 전류·전압 특성이 변화하기 때문에, 발광 다이오드에 흐르는 발광 다이오드 전류의 안정도에 약간의 난점이 있다.
본 발명은 발광 다이오드 전류의 안정도가 우수한 동시에, 전력 손실 및 입력 전류변 형이 적고, 더욱이 비교적 염가의 발광 다이오드 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 발광 다이오드 구동 장치의 제 1 실시형태를 나타내는 회로도,
도 2는 본 발명의 발광 다이오드 구동 장치의 제 1 실시형태에 있어서의 각 부의 전압 및 전류의 파형을 나타내는 파형도,
도 3은 본 발명의 발광 다이오드 구동 장치의 제 1 실시형태에 있어서의 전원전압의 피크치 근방 및 제로크로스 근방에 있어서의 인덕터 전류 및 스위칭 소자의 전압의 파형을 나타내는 파형도,
도 4는 본 발명의 발광 다이오드 구동 장치의 제 2 실시형태를 나타내는 회로도,
도 5는 종래의 발광 다이오드 구동 장치의 제 1 예를 나타내는 회로도,
도 6은 종래의 발광 다이오드 구동 장치의 제 2 예를 나타내는 회로도,
도 7은 종래의 발광 다이오드 구동 장치의 제 3 예를 나타내는 회로도,
도 8은 종래의 발광 다이오드 구동 장치의 제 4 예를 나타내는 회로도,
도 9는 종래의 발광 다이오드 구동 장치의 제 1 예에 있어서의 전원 전압및 입력 전류의 파형을 나타내는 파형도,
도 10은 종래의 발광 다이오드 구동 장치의 제 2 예에 있어서의 전원 전압 및 입력 전류의 파형을 나타내는 파형도,
도 11은 종래의 발광 다이오드 구동 장치의 제 4 예에 있어서의 전원 전압 및 입력 전류의 파형을 나타내는 파형도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
AS : 저주파 교류전원 HF : 고주파 필터
RDC : 정류화 직류전원 BUT : 승압 쵸퍼
L : 인덕터 Q : 스위칭 소자
D : 다이오드 CC : 제어 회로
DC : 드라이브 신호 발생 회로 BM : 쌍안정 멀티바이브레이터
CP : 비교 회로 M : 승산기
LED : 발광 다이오드
LFC : 발광 다이오드 전류 귀환 회로
LD : 발광 다이오드 전류 검출기 EA : 오차 증폭기
E : 기준 전위원 ICC : 적분 회로
SD : 스위칭 전류 검출 회로 VD : 전원전압 검출 회로
LD : 인덕터 전류 검출 회로
청구항 1의 발명의 발광 다이오드 구동 장치는, 교류 입력단이 저주파 교류전원에 접속하는 정류화 직류전원과; 정류화 직류전원의 직류 출력단 사이에 직렬로 접속되는 인덕터 및 스위칭 소자, 스위칭 소자의 양 끝단사이에 부하의 발광 다이오드와 직렬로 접속되는 다이오드 및 인덕터에 축적된 에너지가 방출되었을 때에 스위칭 소자를 온시켜, 소정 시간 후에 스위칭 소자를 오프시키는 제어 회로를 구비하고 있는 승압 쵸퍼와; 승압 쵸퍼의 부하로서 승압 쵸퍼의 직류출력에 의해 구동되는 발광 다이오드와; 발광 다이오드에 흐르는 발광 다이오드 전류를 검출하여, 제어 회로로 귀환하여 저주파 교류의 주기보다 긴 시간 영역에서 본 경우에 발광 다이오드 전류를 평균화시키도록 제어 회로에 승압 쵸퍼를 제어시키는 발광 다이오드 전류 귀환 회로를 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명 및 이하의 각 발명에 있어서, 특히 지정하지 않는 한 용어의 정의 및 기술적 의미는 다음에 의한다.
저주파 교류전원으로서는, 상용 교류전원 등을 사용할 수 있지만, 「저주파」란 승압 쵸퍼의 작동 주파수에 대한 상대적인 것이다.
<정류화 직류전원에 대하여>
정류화 직류전원은, 교류를 입력하여 직류를 출력하는 것으로, 대표적으로는 전파 정류 회로를 사용할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 또한, 입력 전원전압의 순간치에 따라, 승압 쵸퍼의 스위칭 소자의 온, 오프시간을 적절히 변화하도록 제어 회로를 구성함으로써, 전원전압 파형에 상사한 입력 전류 파형을 얻어, 고역률 및 저고조파 변형을 실현할 수 있기 때문에, 정류화 직류전원은, 비평활 직류를 출력하는 것이면 된다. 따라서, 평활 콘덴서 등의 평활화 수단을 승압 쵸퍼 외에구비하고 있을 필요는 없다.
<승압 쵸퍼에 대하여>
승압 쵸퍼는, 인덕터, 스위칭 소자, 다이오드 및 제어 회로를 구성요소로서 구비하고 있다. 스위칭 소자는, 전압 드라이브형 예를 들면 FET 등, 및 전류 드라이브형 예를 들면 바이폴라 트랜지스터 등의 어느 것이라도 좋다. 다이오드는, 부하로 발광 다이오드를 사용하기 때문에, 부하와 겸용할 수 있다.
제어 회로는, 스위칭 소자를 온, 오프제어한다. 그리고, 드라이브 신호 발생부 및 제어부를 구비하고 있다. 소정의 주기 및 위상의 드라이브 신호를 발생하고, 스위칭 소자에 공급하여 스위칭 소자를 온시킨다. 또한, 스위칭 소자를 오프할 때에는, 드라이브 신호를 차단한다.
그렇게 해서, 승압 쵸퍼는, 스위칭 소자가 온하면, 정류화 직류전원으로부터 인덕터 및 스위칭 소자의 직렬 회로에 증가 전류가 흘러, 인덕터에 전자적인 에너지가 축적된다. 제어 회로로부터의 드라이브 신호가 정지하면, 스위칭 소자는 오프한다. 이와 동시에 인덕터에 축적되어 있던 에너지가 방출되어, 인덕터로부터 부하를 직렬로 포함하는 다이오드(발광 다이오드)의 직렬 회로로 감소 전류가 흘러, 출력단 사이에는 승압된 전압이 나타난다.
이상의 동작을 통하여 승압 쵸퍼의 스위칭 소자의 온시간을 Ton, 오프시간을 Toff, 입력전압을 Vin, 출력전압을 Vout으로 하였을 때, 대략 하기 식을 만족하는 입력전압이상으로 승압된 높은 전압을 출력한다.
Vout = Vin(Ton + Toff)/Toff
다음에, 스위칭 소자는, 인덕터에 축적된 에너지가 다이오드(발광 다이오드)를 통해 방출되었을 때에 다시 온된다. 따라서, 본 발명에 있어서 승압 쵸퍼는, 불연속 또는 전류 임계 모드에서 동작하게 된다.
인덕터의 에너지의 방출이 종료했을 때에 스위칭 소자를 다시 온제어하기 위해서는, 인덕터의 단자 전압을 감시하여 드라이브 신호를 발생하면 된다. 왜냐하면, 인덕터의 에너지의 방출이 종료되면, 인덕터의 단자 전압이 스텝 형상으로 변화하기 때문에, 이것을 감시하면, 인덕터의 에너지 방출 종료를 검출할 수 있다. 인덕터의 단자 전압을 감시하기 위해서는, 인덕터에 검출 코일을 자기결합하고, 그 출력을 직접 또는 필요에 따라 파형 정형 회로를 경유하여 제어 회로로 제어 입력한다. 그러나, 인덕터에 스텝 형상의 전압 변화가 생김과 동시에 스위칭 소자의 양 끝단 전압도 변화하기 때문에, 인덕터의 단자 전압 대신에 스위칭 소자의 양 끝단 전압을 감시하여도 좋다.
승압 쵸퍼의 출력단 사이에는, 필요하면 평활 콘덴서를 접속할 수 있다. 즉, 본 발명에 있어서 다이오드와 평활 콘덴서는, 승압 쵸퍼의 필수 구성요소는 아니다. 그러나, 평활 콘덴서를 접속함으로써, 동일한 평균 전류를 발광 다이오드에 흐르게 하는 경우, 실효치를 저감할 수가 있다.
승압 쵸퍼의 동작 주파수는, 저주파 교류의 주파수보다 상대적으로 높은 고주파 영역으로 설정되지만, 그 동작 주파수는 인덕터의 인덕턴스에 의해서 결정된다. 또, 실제로, 동작 주파수가 가청 주파수 영역에 들어가지 않도록 설정하는 것이 좋다. 또한, 듀티비는, 상기의 식으로부터 알 수 있는 바와 같이, 입력전압의순간치와 출력전압에 따라서 저주파 교류의 주기에 걸쳐 변화한다.
승압 쵸퍼의 출력전압은, 발광 다이오드의 직렬수에 따라서 소요 값로 설정된다.
<발광 다이오드에 대하여>
한편, 발광 다이오드 측에서 보면, 승압 쵸퍼의 출력전압에 따라서 발광 다이오드의 접속수를 1 내지 복수로 설정할 수 있다. 각 발광 다이오드의 순방향 전압의 총합이 승압 쵸퍼의 출력전압과 같아지도록 설정할 수 있다.
발광 다이오드의 발광색 및 순방향 전압 등은 제한되지 않는다.
<발광 다이오드 전류 귀환 회로에 대하여>
발광 다이오드 전류 귀환 회로는, 발광 다이오드에 흐르는 발광 다이오드 전류를 검출하여, 제어 회로가 저주파 교류의 주기보다 긴 시간 영역에서 본 경우에 발광 다이오드 전류를 평균화시키도록 승압 쵸퍼를 제어하는 것을 지원한다. 이러한 제어를 행하기 위해서는, 발광 다이오드 귀환 회로의 계(系) 중에 저주파 보다 빠른 회로 동작을 억제하도록, 적분 수단을 설치하는 것이 좋다.
<본 발명의 작용에 대하여>
1. 발광 다이오드 전류 귀환 회로를 구비하고 있으며, 그 귀환 신호로 제어 회로를 제어하기 때문에, 발광 다이오드 전류를 저주파 교류의 주기보다 긴 시간 영역에서 본 경우에, 발광 다이오드 전류가 평균화한다. 이에 따라, 발광 다이오드의 주위 온도의 변화에 의해 그 전류·전압 특성이 변화하더라도, 발광 다이오드 전류가 거의 일정하게 유지된다. 이 때문에, 발광 다이오드 전류의 전원전압이나온도 변화에 대한 안정도가 개선되어, 외란(外亂)에 대한 다이오드 전류의 변동을 실질적으로 없앨 수 있다.
2. 그 외에, 종래기술 5와 같은 하기의 작용을 발휘한다.
승압 쵸퍼가 저주파 교류전압의 정류 전압을 승압하여 출력하고, 그 출력전압을 발광 다이오드에 인가하여 발광 다이오드를 구동하기 때문에, 발광 다이오드의 접속수를 많게 할 수 있다.
·입력 전류는, 휴지 기간이 없고, 거의 완전한 정현파의 파형이 된다. 이 때문에, 조명 기구에 대한 고조파 전류의 규격을 여유 있게 만족시킨다.
·시판의 역률 개선용 IC을 이용하여 제어 회로를 구성할 수 있기 때문에, 비교적 염가로 얻어진다.
청구항 2의 발명의 발광 다이오드 구동 장치는, 청구항 1에 기재된 발광 다이오드 구동 장치에 있어서, 발광 다이오드 전류 귀환 회로는, 발광 다이오드 전류 검출기, 발광 다이오드 전류 검출기로부터 출력되는 검출 신호를 한쪽의 제어 입력단에 입력하여 귀환 신호를 발생하는 오차증폭기, 오차증폭기의 다른 쪽의 제어 입력단에 접속된 기준 전위원, 및 적분된 귀환 신호를 형성하는 적분 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 발광 다이오드 전류 귀환 회로의 바람직한 구성예를 규정하고 있다.
발광 다이오드 전류 검출 회로로서는, 예를 들면 발광 다이오드와 직렬로 저항기를 삽입하여, 거기서 생기는 전압 강하를 끌어냄으로써, 발광 다이오드 전류를검출하도록 구성할 수가 있다.
오차증폭기는, 한 쌍의 제어 입력단을 구비하고 있다. 그리고, 그 한쪽의 제어 입력단에 발광 다이오드 전류검출 회로의 출력이 제어 입력된다. 또한, 다른 쪽의 제어 입력단에는 기준 전위원(電位源)이 제어 입력된다.
적분 회로는, 오차증폭기의 한쪽의 제어 입력단과 출력단의 사이에 이것을 접속함으로써, 오차증폭기와 일체적으로 구성할 수 있다. 그러나, 적분 회로는, 오차증폭기와는 별도로, 예를 들면 오차증폭기와 제어 회로의 사이에, 삽입할 수도 있다.
그렇게 하여, 본 발명에 있어서는, 발광 다이오드 전류가 발광 다이오드 전류 검출기에 의해서 검출되고, 그 검출 신호는 오차증폭기의 한쪽의 제어 입력단에 입력한다. 오차증폭기의 다른 쪽의 제어 입력단에는, 기준 전위원이 접속하고 있으며, 기준 전위를 제어 입력하기 때문에, 검출 신호의 레벨이 기준 전위를 넘으면, 오차증폭기에는 적분 회로의 적분 작용에 의해 저주파 교류의 주기보다 빠른 응답이 되지 않도록 지연하여 귀환 신호의 값이 변화한다. 귀환 신호는, 제어 회로에 제어 입력하여, 스위칭 소자의 드라이브 신호의 차단의 타이밍을 제어한다. 이에 따라, 스위칭 소자의 오프하는 타이밍이 빨라져, 부하 전류가 기준치에 일치하도록 동작한다.
청구항 3의 발명의 발광 다이오드 구동 장치는, 청구항 2에 기재된 발광 다이오드 구동 장치에 있어서, 기준 전위원은, 기준 전위가 가변인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서는, 오차증폭기의 다른 쪽의 제어 입력단에 입력하는 기준 전위를 변화시킬 수 있기 때문에, 이 기능을 이용하여 외부로부터 조광 제어를 행할 수 있다. 즉, 외부 기준으로부터의 조광 제어 신호에 응답하여 기준 전위를 내리면, 스위칭 소자가 빨리 오프하기 때문에, 승압 쵸퍼의 출력전압이 저하하여, 발광 다이오드에 흐르는 발광 다이오드 전류가 저감하여, 발광량이 감소한다.
또한, 발광 다이오드 구동 장치의 내부에 있어서의 온도 특성의 보상 등을 위해 기준 전위를 변화시킬 수도 있다.
청구항 4의 발명의 발광 다이오드 구동 장치는, 청구항 1 내지 3중의 어느 한 항에 기재된 발광 다이오드 구동 장치에 있어서, 스위칭 소자에 흐르는 전류를 검출하여 스위칭 소자를 오프시키도록 제어 회로를 제어하는 스위칭 전류 검출 회로를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 스위칭 소자의 오프제어를 위한 구성을 규정하고 있다. 즉, 스위칭 소자를 오프하기 위해서, 스위칭 소자에 흐르는 순간 전류를 검출하는 스위칭 전류 검출 회로를 구비하고 있다. 이 스위칭 전류 검출 회로는, 그 검출 신호를 제어 회로에 제어 입력한다. 제어 회로는 스위칭 전류 검출 회로의 검출 신호를 받아 스위칭 소자에 대한 드라이브 신호를 정지한다. 이로서, 스위칭 소자는 오프한다.
스위칭 소자를 오프하는 타이밍은, 스위칭 소자에 흐르는 순간 전류가 저주파 교류전압의 절대치에 스위칭 전류 귀환 회로에 의해 정해지는 비례 정수를 넘는 값에 도달한 시점이 된다.
그렇게 하여, 본 발명에 있어서는, 스위칭 전류를 검출하여, 그 값에 따라서 스위칭 소자에 대한 드라이브 신호를 차단시키기 때문에, 스위칭 소자에 과전류가 흐를 우려가 없고, 입력 전압 파형에 비례한 입력 전류 파형을 얻을 수 있다.
청구항 5의 발명의 발광 다이오드 구동 장치는, 청구항 1 내지 3중의 어느 한 항에 기재된 발광 다이오드 구동 장치에 있어서, 제어 회로는, 스위칭 소자가 온한 후 소정시간 경과했을 때에 스위칭 소자를 오프시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 스위칭 소자의 오프제어를 위한 청구항 2와는 다른 구성을 규정하고 있다. 즉, 제어 회로는, 스위칭 소자가 온한 후 소정 시간 경과했을 때에 스위칭 소자의 드라이브 신호를 정지하도록 구성되어 있다.
따라서, 본 발명에 있어서는, 스위칭 소자를 오프시키기 위한 타이밍을 얻는 전류 검출 회로가 불필요하게 되어, 회로구성이 간단해진다.
[실시예]
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.
도면에 있어서, 본 발명의 발광 다이오드 구동 장치의 제 1 실시형태를 나타내는 회로도이다.
도면에 있어서, 참조부호(AS)는 저주파 교류전원, 참조부호(HF)는 고주파 필터, 참조부호(RDC)는 정류화 직류전원, 참조부호(BUT)는 승압 쵸퍼, 참조부호(LED)는 발광 다이오드, 참조부호(LFC)는 발광 다이오드 전류 귀환 회로, 참조부호(SD)는 스위칭 전류 검출 회로, 참조부호(LD)는 인덕터 전류검출 회로, 참조부호(VD)는전원전압 검출 회로이다.
<저주파 교류전원(AS)에 대하여>
저주파 교류전원(AS)은 상용 교류전원으로 이루어진다.
<고주파 필터(HF)에 대하여>
고주파 필터(HF)는 고주파 저지형의 필터 회로로 이루어진다. 그리고, 승압 쵸퍼의 고주파 스위칭 동작에 의해서 발생한 고주파가 저주파 교류전원(AS)에 유출하지 않도록 저지한다.
<정류화 직류전원(RDC)에 대하여>
정류화 직류전원(RDC)은 전파 정류 회로를 주체로서 구성되어 있다. 그리고, 저주파교류전압을 정류하고 비평활화 직류 전압을 출력한다.
<승압 쵸퍼(BUT)에 대하여>
승압 쵸퍼(BUT)는 인덕터(L), 스위칭 소자(Q), 다이오드(D) 및 제어 회로 (CC)를 주체로서 구성되어 있다.
인덕터(L)는, 정류화 직류전원(RDC)의 직류 출력단사이에 스위칭 소자(Q)와 직렬로 접속되어 있다.
스위칭 소자(Q)는 MOSFET로 이루어진다.
다이오드(D)는 발광 다이오드(LED)와 직렬로 되어 스위칭 소자(Q)에 병렬적으로 접속하고 있다.
제어 회로(CC)는 드라이브 신호 발생 회로(DC), 쌍안정 멀티바이브레이터 (BM), 비교 회로(CP) 및 승산기(M)로 이루어진다. 또, 쌍안정 멀티바이브레이터(BM), 비교 회로(CP) 및 승산기(M)는 제어부를 구성한다. 그리고, 스위칭 소자(Q)의 게이트에 드라이브 신호를 인가하여 온시킴과 동시에, 드라이브 신호를 차단하여 스위칭 소자(Q)를 오프시킨다. 드라이브 신호 발생 회로(DC)는, 드라이브 신호를 발생하여, 스위칭 소자(Q)의 게이트에 인가한다. 쌍안정 멀티바이브레이터 (BM)는, 드라이브 신호 발생 회로(DC)의 드라이브 신호의 발생 및 차단의 타이밍을 제어한다. 비교 회로(CP)는, 후술하는 스위칭 전류 검출 회로(SD) 및 승산기(M)에서 송출된 각각의 신호를 비교하여, 스위칭 전류 검출 회로 쪽이 큰 경우, 멀티바이브레이터(BM)로 리셋 신호를 보낸다. 승산기(M)는, 후술하는 전원전압 검출 회로 (VD)에서 얻어지는 전원전압과, 발광 다이오드 전류 귀환 회로(LFC)의 출력 신호를 승산하여, 비교 회로(CP)의 한쪽의 제어입력단으로 송출한다.
<발광 다이오드 전류 귀환 회로(LFC)에 대하여>
발광 다이오드 전류 귀환 회로(LFC)는, 발광 다이오드 전류 검출기(LD), 오차증폭기(EA), 기준 전위원(E) 및 적분 회로(ICC)로 이루어진다. 발광 다이오드 전류 검출기(LD)는, 발광 다이오드(LED)와 직렬로 삽입된 저항기로 이루어진다. 오차증폭기(EA)는, 연산증폭기로 이루어지며, 한 쌍의 제어 입력단을 구비하여, 그 한쪽에 직렬저항을 통해 발광 다이오드 전류 검출기(LD)의 출력전압이 인가되고, 다른 쪽의 입력단에 기준 전위원(E)이 접속되어 있다. 적분 회로(ICC)는, 오차증폭기(EA)의 한쪽의 제어 입력단 및 출력단 사이에 접속된 콘덴서로 이루어진다.
<스위칭 전류 검출 회로(SD)에 대하여>
스위칭 전류 검출 회로(SD)는, 스위칭 소자(Q)의 소스와 정류화 직류전원(RDC)의 음극의 사이의 삽입된 저항기로 이루어지고, 스위칭 소자(Q)가 흐르는 전류를 검출한다. 그리고, 그 검출 신호는, 비교기(CP)의 다른 쪽의 제어입력단에 입력된다.
<전원전압 검출 회로(VD)에 대하여>
전원전압 검출 회로(VD)는, 정류화 직류전원(RDC)의 직류 출력단 사이에 접속된 저항 분압기로 이루어지고, 그 출력 신호를 승산기(M)의 다른 쪽의 입력단에 접속하고 있다.
<인덕터 전류검출 회로(LD)에 대하여>
인덕터 전류검출 회로(LD)는, 인덕터(L)에 자기결합한 검출코일로 이루어지고, 제어 회로(CC)의 쌍안정 멀티바이브레이터(BM)에 제어입력하고 있다.
< 회로 동작에 대하여>
발광 다이오드(LED)에 흐르는 전류는 발광 다이오드 전류 귀환 회로(LFC)의 발광 다이오드 전류 검출기(LD)에서 검출되어, 오차증폭기(EA)에서 기준 전위원(E)과 비교되고, 더욱 적분 회로(ICC)에 의해 저주파 교류의 주기보다 빠른 응답이 억제된 뒤에 승산기(M) 및 비교기(CP)를 경유하여 쌍안정 멀티바이브레이터(BM)를 제어하고, 드라이브 신호 발생 회로(DC)에 드라이브 신호의 차단의 타이밍을 준다. 이에 따라, 스위칭 소자(Q)는 오프한다. 이 회로 동작에 있어서, 발광 다이오드 전류의 귀환이 행하여지고, 스위칭 소자(Q)의 오프 타이밍이 조정되기 때문에, 발광 다이오드 전류는 저주파 교류의 주기보다 긴 시간영역에서 본 경우에, 그 평균치가 일정하게 제어된다.
또한, 전원전압 변동은, 상기와 마찬가지로 전류 귀환 회로에 의한 정전류 작용에 의해 보상된다.
도 2는 본 발명의 발광 다이오드 구동 장치의 제 1 실시형태에 있어서의 각부의 전압 및 전류의 파형을 나타내는 파형도이다.
도면에 있어서, 부호(ISW)는 증가 전류이다. 즉, 도시하지 않은 기동 회로에 의해 최초로 스위칭 소자(Q)가 온하면, 정류화 직류전원(RDC)에서 인덕터(L)를 통해 직선적으로 증가하는 증가 전류(ISW)가 스위칭 소자(Q)를 흐른다. 이 때 인덕터 (L)에 전자적 에너지가 축적된다.
또한, 증가 전류(ISW)는, 스위칭 전류 검출 회로(SD)에 의해서 검출되어, 비교 회로(CP)를 경유하여 단안정 멀티바이브레이터(UM)를 트리거하고, 드라이브 신호 발생 회로(DC)를 제어하여 드라이브 신호를 차단시키기 때문에, 스위칭 소자(Q)는 오프한다.
부호(ID)는 감소 전류이다. 즉, 스위칭 소자(Q)가 오프했을 때에, 인덕터 (L)에 축적되어 있던 전자적 에너지가 방출됨에 따라, 인덕터(L)로부터 유출하여 다이오드(D) 및 발광 다이오드(LED)를 직선적으로 감소시키면서 흐른다.
부호(IL)는 인덕터 전류이다. 즉, 인덕터(L)에는 증가 전류(ISW)와 감소 전류(ID)가 연속하여 흐른다.
부호(VSW)는 스위칭 소자(Q)의 양 끝단에 나타나는 전압, 부호(VIN)는 입력전압, 부호(VL)는 인덕터(L)의 양 끝단에 나타나는 전압이다.
도 3은 본 발명의 발광 다이오드 구동 장치의 제 1 실시형태에 있어서의 전원전압의 피크치 근방 및 제로크로스 근방에 있어서의 인덕터 전류 및 스위칭 소자의 전압의 파형을 나타내는 파형도이다.
도면에 있어서, (a)는 전원전압의 피크치 근방에 있어서의 인덕터 전류(IL)의 파형, (b)은 전원전압의 제로크로스 근방에 있어서의 인덕터 전류(IL)의 파형, (c)은 스위칭 소자의 전압(VSW)의 파형을 각각을 나타낸다.
도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 스위칭 소자(Q)의 온은 감소 전류 (ID)가 영이 되는 타이밍에서 행하여지고, 오프는 증가 전류(ISW)가 저주파 교류전원 전압의 절대치에 비례 정수를 승산한 값에 도달한 타이밍에서 행하여지므로, 온시간은 거의 일정하지만, 오프시간은 저주파 교류 전원전압의 순간치에 있어서의 절대치에 관계되기 때문에 변화한다.
도 4는 본 발명의 발광 다이오드 구동 장치의 제 2 실시형태를 나타내는 회로도이다.
도면에 있어서, 도 1과 동일 부분에 대해서는 동일 부호를 붙여 설명은 생략한다. 본 실시형태는, 스위칭 전류 검출 회로 및 승압 쵸퍼(BUT)의 제어 회로(CC)의 쌍안정 멀티바이브레이터(BM) 대신에 단안정 멀티바이브레이터(UM)가 사용되고 있는 점에서 주로 다르다.
즉, 제어 회로(CC)는, 드라이브 신호 발생 회로(DC) 및 단안정 멀티바이브레이터(UM)로 이루어진다. 인덕터 전류 검출 회로(LD)는, 인덕터(L)에 자기결합한 검출코일의 출력을 파형 정형하는 파형 정형 회로(WS)를 포함하고 있다.
그렇게 하여, 본 실시형태에 있어서, 인덕터 전류 검출 회로(LD)의 검출 신호는, 파형 정형 회로(WS)에 의해서 파형 정형되고 나서, 제어 회로(CC)를 구성하는 단안정 멀티바이브레이터(UM)를 트리거한다. 이에 따라, 단안정 멀티바이브레이터(UM)는 반전한다. 이에 따라, 드라이브 신호 발생 회로(DC)가 드라이브 신호를 발생하여 스위칭 소자(Q)에 인가하기 때문에, 스위칭 소자(Q)는 온한다.
단안정 멀티바이브레이터(UM)는, 트리거 후 소정 시간 경과하면, 자동적으로 반전하여 원래대로 돌아가기 때문에, 그 때 드라이브 신호 발생 회로(DC)는 드라이브 신호를 차단한다. 이에 따라, 스위칭 소자(Q)는 오프한다.
발광 다이오드 전류 귀환 회로(LFC)의 오차증폭기(EA)의 출력은, 제어 회로(CC)의 단안정 멀티바이브레이터(UM)의 복귀 시간을 조정하기 때문에, 발광 다이오드 전류는 평균화된다.
청구항 1 내지 5의 각 발명에 의하면, 승압 쵸퍼의 직류 출력에 의해서 발광 다이오드를 구동함과 동시에, 발광 다이오드가 흐르는 발광 다이오드 전류 귀환 회로를 설치하여, 그 검출 신호에 따라서 승압 쵸퍼의 제어 회로를, 저주파 교류의 주기보다 긴 시간 영역에서 본 경우에, 발광 다이오드 전류를 평균화시키도록 제어함으로써, 발광 다이오드 전류의 안정도가 우수한 동시에, 전력손실이 적고, 또한입력 전류에 휴지 기간이 생기지 않음으로써 입력 전류의 고조파 변형이 적고, 더욱이 비교적 염가의 발광 다이오드 구동 장치를 제공할 수 있다.
청구항 2의 발명에 의하면, 더욱 발광 다이오드 전류 귀환 회로가 발광 다이오드 전류 검출 회로, 오차증폭기, 기준 전위원 및 적분 회로를 구비하여 구성되어 있는 것에 의해, 바람직한 구성의 발광 다이오드 전류 귀환 회로를 구비한 발광 다이오드 구동 장치를 제공할 수 있다.
청구항 3의 발명에 의하면, 더욱 기준 전위원의 기준 전위가 가변인 것에 의해, 외부에서 조광 조작하거나, 내부적으로 온도 특성을 보상하거나 하는 것이 가능한 발광 다이오드 구동 장치를 제공할 수 있다.
청구항 4의 발명에 의하면, 더욱 스위칭 소자에 흐르는 스위칭 전류를 검출하여 스위칭 소자를 오프시키도록 승압 쵸퍼의 제어 회로를 제어하는 스위칭 전류 검출 회로를 구비하는 것에 의해, 스위칭 소자에 과전류가 흐를 우려가 없고, 입력 전압 파형에 비례한 입력 전류 파형을 얻을 수 있는 발광 다이오드 구동 장치를 제공할 수 있다.
청구항 5의 발명에 의하면, 더욱 스위칭 소자가 온한 후 소정 시간 경과 후에 스위칭 소자를 오프하도록 승압 쵸퍼의 제어 회로가 구성되어 있는 것에 의해, 회로구성이 간단해지는 발광 다이오드 구동 장치를 제공할 수 있다.

Claims (5)

  1. 교류 입력단이 저주파 교류전원에 접속하는 정류화 직류전원과;
    정류화 직류전원의 직류 출력단 사이에 직렬로 접속되는 인덕터 및 스위칭 소자, 스위칭 소자의 양 끝단 사이에 접속되는 다이오드 및 인덕터에 축적된 에너지가 방출되었을 때에 스위칭 소자를 온시켜, 소정 시간후에 스위칭 소자를 오프시키는 제어 회로를 구비하고 있는 승압 쵸퍼와;
    승압 쵸퍼의 부하로서 승압 쵸퍼의 직류 출력에 의해서 구동되는 발광 다이오드와;
    발광 다이오드에 흐르는 발광 다이오드 전류를 검출하여, 제어 회로에 귀환하여 저주파 교류의 주기보다 긴 시간 영역에서 본 경우에 발광 다이오드 전류를 평균화시키도록 제어 회로에 승압 쵸퍼를 제어시키는 발광 다이오드 전류 귀환 회로를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 발광 다이오드 전류 귀환 회로는, 발광 다이오드 전류 검출기, 발광 다이오드 전류 검출기로부터 출력되는 검출 신호를 한쪽의 제어 입력단에 입력하여 귀환 신호를 발생하는 오차증폭기, 오차증폭기의 다른 쪽의 제어 입력단에 접속된 기준 전위원, 및 적분된 귀환 신호를 형성하는 적분 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 기준 전위원은, 기준 전위가 가변인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 스위칭 소자에 흐르는 전류를 검출하여 스위칭 소자를 오프시키도록 제어 회로를 제어하는 스위칭 전류 검출 회로를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 제어 회로는, 스위칭 소자가 온한 후 소정시간 경과했을 때에 스위칭 소자를 오프시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 구동 장치.
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