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技術 LED点灯装置及びLED基板モジュール

出願人 東芝ライテック株式会社
発明者 清水恵一岩本正己森山厳與戸田雅宏西家充彦斉藤明子
出願日 2006年8月31日 (14年4ヶ月経過) 出願番号 2006-235501
公開日 2007年4月12日 (13年8ヶ月経過) 公開番号 2007-096287
状態 特許登録済
技術分野 LED素子(パッケージ以外) 発光ダイオード 光源の回路一般
主要キーワード 能動動作 負担電圧 全負荷電流 通電動作 バイアス用抵抗 極側出力端子 エミッタ間飽和電圧 電界効果形トランジスタ
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (14)

課題

LEDを1個あるいは複数直列に接続した回路並列に複数接続して発光部を構成する場合の各枝路に流れる点灯電流を、定電流電源を使用して均一に制御する。

解決手段

定電流電源2の出力端子LED基板モジュール3-1,3-2,3-3を並列に接続するとともにバイアス回路4を並列に接続する。各LED基板モジュールは複数個のLEDを直列に接続した回路にバイポーラトランジスタ電流検出抵抗素子とを直列に接続して構成される。バイポーラトランジスタのベースはバイアス回路に接続し、このバイアス回路から一定のバイアス電流が与えられる。各LED基板モジュールに流れる点灯電流は、それぞれのLED基板モジュールのLEDの順方向電圧バラツキがあってもバイポーラトランジスタと電流検出抵抗素子によって均一になるように制御される。

概要

背景

従来、発光ダイオード発光部に使用したLED点灯装置は、定電流で発光ダイオードを点灯制御するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開平6−328782号公報

概要

LEDを1個あるいは複数直列に接続した回路並列に複数接続して発光部を構成する場合の各枝路に流れる点灯電流を、定電流電源を使用して均一に制御する。定電流電源2の出力端子LED基板モジュール3-1,3-2,3-3を並列に接続するとともにバイアス回路4を並列に接続する。各LED基板モジュールは複数個のLEDを直列に接続した回路にバイポーラトランジスタ電流検出抵抗素子とを直列に接続して構成される。バイポーラトランジスタのベースはバイアス回路に接続し、このバイアス回路から一定のバイアス電流が与えられる。各LED基板モジュールに流れる点灯電流は、それぞれのLED基板モジュールのLEDの順方向電圧バラツキがあってもバイポーラトランジスタと電流検出抵抗素子によって均一になるように制御される。

目的

このような現象によって、LEDを1個あるいは複数直列に接続した回路を並列に複数接続して発光部を構成したLED点灯装置では、順方向電圧が低い枝路に電流がより多く集中し、各枝路に流れる電流を均一に制御することができないという問題があった。
本発明は、LEDを1個あるいは複数直列に接続した回路を並列に複数接続して発光部を構成する場合において、各枝路に流れる点灯電流を、定電流電源を使用して均一に制御できるLED点灯装置を提供する。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
10件

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請求項1

定電流電源と、1つ又は直列接続された複数の発光ダイオードとこの発光ダイオードに流れる点灯電流を制御する制御電極を設けた電流制御回路との直列回路を、基板上に1つ又は複数個配置するとともに、前記直列回路の両端を前記定電流電源の出力端子に接続する1対の電源端子と前記制御電極に接続した制御端子との3端子を前記基板上に配置した、複数のLED基板モジュールと、前記定電流電源に接続し、前記基板上の制御端子にバイアス電流を供給するバイアス回路と、を具備したことを特徴とするLED点灯装置

請求項2

定電圧電源と、1つ又は直列接続された複数の発光ダイオードとこの発光ダイオードに流れる点灯電流を制御する制御電極を設けた電流制御回路との直列回路を、基板上に1つ又は複数個配置するとともに、前記直列回路の両端を前記定電圧電源の出力端子に接続する1対の電源端子と前記制御電極に接続した制御端子との3端子を前記基板上に配置した、複数のLED基板モジュールと、前記定電圧電源に接続し、前記基板上の制御端子に基準電圧を供給する基準電圧発生回路と、を具備したことを特徴とするLED点灯装置。

請求項3

1つ又は直列接続された複数の発光ダイオードとこの発光ダイオードに流れる点灯電流を制御する制御電極を設けた電流制御回路との直列回路を、基板上に1つ又は複数個配置するとともに、前記直列回路の両端を直流電源の出力端子に接続する1対の電源端子と前記制御電極に接続した制御端子との3端子を前記基板上に配置したことを特徴とするLED基板モジュール。

請求項4

電流制御回路は、ベースを制御電極としたバイポーラトランジスタと、点灯電流を電圧に変換して前記バイポーラトランジスタに電流制御を行わせる電流検出抵抗素子によって形成したことを特徴とする請求項3記載のLED基板モジュール。

請求項5

電流制御回路の制御電極にバイアス電圧を供給するための回路を接続したことを特徴とする請求項3又は4記載のLED基板モジュール。

請求項6

定電流電源と、1つ又は直列接続された複数の発光ダイオードと抵抗素子との直列回路を複数並列に接続し、前記定電流電源からの定電流供給により前記発光ダイオードを点灯するLE発光部を具備し、前記各直列回路の抵抗素子は、発光ダイオードを所定電流で点灯したときに順方向電圧が最も高くなる直列回路の両端間電圧を基準電圧として、他の直列回路の両端間電圧が前記基準電圧と等しくなるように抵抗値を調整したことを特徴とするLED点灯装置。

請求項7

定電流電源と、1つ又は直列接続された複数の発光ダイオードとトランジスタとの直列回路を複数並列に接続し、前記定電流電源からの定電流供給により前記発光ダイオードを点灯するLED発光部を具備し、前記各直列回路のトランジスタにおいては、発光ダイオードを所定電流で点灯したときに順方向電圧が最も高くなる直列回路のトランジスタは飽和領域で動作し、他の直列回路のトランジスタは能動領域で動作することを特徴とするLED点灯装置。

請求項8

直流電源と、1つ又は直列接続された複数の発光ダイオードとトランジスタと抵抗素子との直列回路を、それぞれ接続する発光ダイオードの数を異ならせて複数並列に接続したLED発光部と、前記各直列回路のトランジスタのベースにそれぞれ接続し、前記各直列回路のトランジスタを、そのエミッタ電流が互いに等しくなるようにベース電流を制御する複数の制御回路を具備したことを特徴とするLED点灯装置。

請求項9

直流電源と、1つ又は直列接続された複数の発光ダイオードとトランジスタと抵抗素子との直列回路を、それぞれ接続する発光ダイオードの数を異ならせて複数並列に接続したLED発光部と、前記各直列回路のトランジスタのベースに共通に接続し、前記各直列回路のトランジスタを、そのエミッタ電流が互いに等しくなるようにベース電流を制御する制御回路を具備したことを特徴とするLED点灯装置。

請求項10

直流電源と、1つ又は直列接続された複数の発光ダイオードとトランジスタと抵抗素子との直列回路を、それぞれ接続する発光ダイオードの数を異ならせて複数並列に接続したLED発光部とを具備し、前記各直列回路のトランジスタのベースを互いに接続し、前記各直列回路のうち、接続した発光ダイオード負荷が最も重い直列回路のトランジスタのコレクタ、ベースを短絡したことを特徴とするLED点灯装置。

技術分野

0001

本発明は、発光ダイオード発光部に使用したLED点灯装置及びLED基板モジュールに関する。

背景技術

0002

従来、発光ダイオードを発光部に使用したLED点灯装置は、定電流で発光ダイオードを点灯制御するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開平6−328782号公報

発明が解決しようとする課題

0003

このようなLED点灯装置において発光ダイオード(以下、LEDと称する。)を1個あるいは複数直列に接続した回路並列に複数接続して発光部を構成する場合、各LEDの順方向電圧には製造上のバラツキがあるため、並列回路における各枝路に流れる点灯電流が均等にならないという問題が生じる。すなわち、順方向電圧が低い枝路に電流が集中するという問題が生じる。
しかも、順方向電圧が低い枝路では流れる電流が多くなるため発熱も多くなるという問題がある。LEDは半導体であるため、順方向電圧は負の温度特性を有している。このため、順方向電圧が低い枝路では発熱によって順方向電圧がさらに低下し、流れる電流が更に多くなる。

0004

このような現象によって、LEDを1個あるいは複数直列に接続した回路を並列に複数接続して発光部を構成したLED点灯装置では、順方向電圧が低い枝路に電流がより多く集中し、各枝路に流れる電流を均一に制御することができないという問題があった。
本発明は、LEDを1個あるいは複数直列に接続した回路を並列に複数接続して発光部を構成する場合において、各枝路に流れる点灯電流を、定電流電源を使用して均一に制御できるLED点灯装置を提供する。

0005

本発明は、LEDを1個あるいは複数直列に接続した回路を並列に複数接続して発光部を構成する場合において、各枝路に流れる点灯電流を、定電圧電源を使用して均一に制御できるLED点灯装置を提供する。

0006

本発明は、LEDを1個あるいは複数直列に接続した回路を並列に複数接続して発光部を構成する場合に適し、しかも、各枝路に流れる点灯電流を均一に制御するに適したLED基板モジュールを提供する。

0007

本発明は、LEDを1個あるいは複数直列に接続した回路を並列に複数接続して発光部を構成したものにおいて、各枝路に流れる点灯電流を、定電流電源を使用して均一に制御でき、しかも、発光部を簡単な構成にできるLED点灯装置を提供する。

0008

本発明は、LEDを1個あるいは複数直列に接続した回路を並列に複数接続して発光部を構成したものにおいて、各枝路に流れる点灯電流を、定電流電源を使用してより精度よく均一に制御できるLED点灯装置を提供する。

0009

本発明は、LEDを1個あるいは複数直列に接続した回路を、接続する発光ダイオードの数を異ならせて並列に複数接続して発光部を構成したものにおいて、各枝路に流れる点灯電流を、精度よく均一に制御できるLED点灯装置を提供する。

0010

本発明は、LEDを1個あるいは複数直列に接続した回路を、接続する発光ダイオードの数を異ならせて並列に複数接続して発光部を構成したものにおいて、各枝路に流れる点灯電流を、精度よく均一に制御でき、しかも、構成が簡単なLED点灯装置を提供する。

課題を解決するための手段

0011

本発明は、定電流電源と、1つ又は直列接続された複数の発光ダイオードとこの発光ダイオードに流れる点灯電流を制御する制御電極を設けた、例えば、トランジスタ抵抗素子からなる電流制御回路との直列回路基板上に1つ又は複数個配置するとともに、直列回路の両端を定電流電源の出力端子に接続する1対の電源端子と制御電極に接続した制御端子との3端子を基板上に配置した複数のLED基板モジュールと、定電流電源に接続し、基板上の制御端子にバイアス電流を供給するバイアス回路とを備えたLED点灯装置にある。各LED基板モジュールでは発光ダイオードに均一な点灯電流が流れるように電流制御回路が制御される。

0012

本発明は、定電圧電源と、1つ又は直列接続された複数の発光ダイオードとこの発光ダイオードに流れる点灯電流を制御する制御電極を設けた、例えば、トランジスタと抵抗素子からなる電流制御回路との直列回路を基板上に1つ又は複数個配置するとともに、直列回路の両端を定電圧電源の出力端子に接続する1対の電源端子と制御電極に接続した制御端子との3端子を基板上に配置した複数のLED基板モジュールと、定電圧電源に接続し、基板上の制御端子に基準電圧を供給する基準電圧発生回路とを備えたLED点灯装置にある。各LED基板モジュールでは発光ダイオードに均一な点灯電流が流れるように電流制御回路が制御される。

0013

本発明は、1つ又は直列接続された複数の発光ダイオードとこの発光ダイオードに流れる点灯電流を制御する制御電極を設けた、例えば、トランジスタと抵抗素子からなる電流制御回路との直列回路を基板上に1つ又は複数個配置するとともに、直列回路の両端を直流電源の出力端子に接続する1対の電源端子と制御電極に接続した制御端子との3端子を基板上に配置したLED基板モジュールにある。

0014

本発明は、定電流電源と、1つ又は直列接続された複数の発光ダイオードと抵抗素子との直列回路を複数並列に接続し、定電流電源からの定電流供給により発光ダイオードを点灯するLED発光部を具備し、各直列回路の抵抗素子は、発光ダイオードを所定電流で点灯したときに順方向電圧が最も高くなる直列回路の両端間電圧を基準電圧として、他の直列回路の両端間電圧が前記基準電圧と等しくなるように抵抗値を調整したLED点灯装置にある。これにより、LED発光部の各枝路の発光ダイオードには均一な点灯電流が流れるようなる。

0015

ここで、1つ又は直列接続された複数の発光ダイオードと抵抗素子との直列回路を複数並列に接続する構成とは、1つ又は直列接続された複数の発光ダイオードと抵抗素子との直列回路を複数並列に接続して1つのユニットを構成し、このユニットを複数並列に接続したものも含むものである。

0016

本発明は、定電流電源と、1つ又は直列接続された複数の発光ダイオードとトランジスタとの直列回路を複数並列に接続し、定電流電源からの定電流供給により発光ダイオードを点灯するLED発光部を具備し、各直列回路のトランジスタにおいては、発光ダイオードを所定電流で点灯したときに順方向電圧が最も高くなる直列回路のトランジスタは飽和領域で動作し、他の直列回路のトランジスタは能動領域で動作するLED点灯装置にある。これにより、LED発光部の各枝路の発光ダイオードには均一な点灯電流が流れるようになる。

0017

本発明は、直流電源と、1つ又は直列接続された複数の発光ダイオードとトランジスタと抵抗素子との直列回路を、それぞれ接続する発光ダイオードの数を異ならせて複数並列に接続したLED発光部と、各直列回路のトランジスタのベースにそれぞれ接続し、各直列回路のトランジスタを、そのエミッタ電流が互いに等しくなるようにベース電流を制御する複数の制御回路を具備したLED点灯装置にある。

0018

また、各直列回路のトランジスタのベースに共通に接続し、各直列回路のトランジスタを、そのエミッタ電流が互いに等しくなるようにベース電流を制御する制御回路を具備したLED点灯装置にある。
これにより、各直列回路のトランジスタのエミッタ電流が等しくなるので、コレクタ電流、すなわち、各直列回路の発光ダイオードに流れる電流は等しくなる。

0019

また、各直列回路のトランジスタのベースを互いに接続し、各直列回路のうち、接続した発光ダイオード負荷が最も重い直列回路のトランジスタのコレクタ、ベースを短絡したLED点灯装置にある。
この場合も、各直列回路のトランジスタのエミッタ電流が等しくなるので、コレクタ電流、すなわち、各直列回路の発光ダイオードに流れる電流は等しくなる。

発明の効果

0020

本発明によれば、LEDを1個あるいは複数直列に接続した回路を並列に複数接続して発光部を構成する場合において、各枝路に流れる点灯電流を、定電流電源を使用して均一に制御できるLED点灯装置を提供できる。

0021

本発明によれば、LEDを1個あるいは複数直列に接続した回路を並列に複数接続して発光部を構成する場合において、各枝路に流れる点灯電流を、定電圧電源を使用して均一に制御できるLED点灯装置を提供できる。

0022

本発明によれば、LEDを1個あるいは複数直列に接続した回路を並列に複数接続して発光部を構成する場合に適し、しかも、各枝路に流れる点灯電流を均一に制御するに適したLED基板モジュールを提供できる。

0023

本発明によれば、LEDを1個あるいは複数直列に接続した回路を並列に複数接続して発光部を構成したものにおいて、各枝路に流れる点灯電流を、定電流電源を使用して均一に制御でき、しかも、発光部を簡単な構成にできるLED点灯装置を提供できる。

0024

本発明によれば、LEDを1個あるいは複数直列に接続した回路を並列に複数接続して発光部を構成したものにおいて、各枝路に流れる点灯電流を、定電流電源を使用してより精度よく均一に制御できるLED点灯装置を提供できる。

0025

本発明によれば、LEDを1個あるいは複数直列に接続した回路を、接続する発光ダイオードの数を異ならせて並列に複数接続して発光部を構成したものにおいて、各枝路に流れる点灯電流を、精度よく均一に制御できるLED点灯装置を提供できる。

0026

本発明によれば、LEDを1個あるいは複数直列に接続した回路を、接続する発光ダイオードの数を異ならせて並列に複数接続して発光部を構成したものにおいて、各枝路に流れる点灯電流を、精度よく均一に制御でき、しかも、構成が簡単なLED点灯装置を提供できる。

発明を実施するための最良の形態

0027

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
(第1の実施の形態)
図1に示すように、商用交流電源1に既知の定電流電源2を接続し、この定電流電源2から一定電流を出力している。前記定電流電源2の出力端子に、例えば、3個のLED基板モジュール3-1,3-2,3-3を並列に接続するとともに、バイアス回路4を並列に接続している。

0028

前記各LED基板モジュール3-1,3-2,3-3は、例えば、図2に示すように、複数個のLED5を直列に接続した回路に、制御電極を設けた電流制御回路を直列に接続した直列回路からなり、前記電流制御回路は、例えば、NPN型バイポーラトランジスタ6とこのトランジスタ6のエミッタに直列に接続した電流検出抵抗素子7とで構成されている。そして、前記トランジスタ6のベースを制御電極としている。

0029

前記LED5を直列に接続した回路のアノード側端を1つの電源端子8aに接続し、前記電流検出抵抗素子7のトランジスタ6に接続しない側の端をもう1つの電源端子8bに接続し、前記トランジスタ6のベースを制御端子8cに接続している。前記電源端子8aは前記定電流電源2の正極出力端子に接続され、前記電源端子8bは前記定電流電源2の負極出力端子に接続され、前記制御端子8cは前記バイアス回路4に接続される。

0030

前記各LED基板モジュール3-1,3-2,3-3は、図2に示す回路を構成する回路素子図3に示すように基板11の上に配置している。すなわち、前記基板11は、各LED5を中央に所定の間隔をあけて一列に配列し、一端側に前記電源端子8a,8bと制御端子8cの3つの端子を配置している。また、トランジスタ6と電流検出抵抗素子7は基板11上の所定の位置に配置している。そして、各回路素子配線パターンによって電気的に接続している。前記基板11の両側には、この基板11を器具に固定するときの取付け孔12a,12bが開けられている。

0031

このような構成においては、各基板モジュール3-1,3-2,3-3に配置されているバイポーラトランジスタ6は、バイアス回路4から制御端子8cを介してベースに一定のバイアス電流が供給されて通電動作する。これにより、各基板モジュール3-1,3-2,3-3に配置されているLED回路に点灯電流が流れ、各LED5は発光する。

0032

点灯電流は電流検出抵抗素子7に流れ、これによりバイポーラトランジスタ6のエミッタ電位が決められる。点灯電流が増加するとエミッタ電位が高くなり、バイポーラトランジスタ6は導通度合いを抑制する方向に動作する。また、点灯電流が減少するとエミッタ電位が低くなり、バイポーラトランジスタ6は導通度合いを増加させる方向に動作する。

0033

このようにして、定電流電源2を使用した場合に、各基板モジュール3-1,3-2,3-3のLED5、すなわち、各枝路のLED5に流れる点灯電流は均一になるように制御される。すなわち、各LED5の順方向電圧にバラツキがあって各基板モジュール3-1,3-2,3-3におけるLED回路の合計順方向電圧に差が生じても、それぞれのバイポーラトランジスタ6によって点灯電流が均一になるように制御される。これにより、各基板モジュール3-1,3-2,3-3の各LED5は略均一に発光するようになる。

0034

また、各基板モジュール3-1,3-2,3-3は、基板11上にLED5、トランジスタ6等の回路素子を配置してコンパクト化を図っているので器具に取付ける場合に取付けが容易になる。また、各基板モジュール3-1,3-2,3-3を並列に接続して発光部を構成する場合に適し組み立てが容易にできる。さらに、基板11の端部に電源端子8a,8bと制御端子8cの3つの端子を配置しているので、定電流電源2への接続やバイアス回路4への接続が容易にできる。

0035

なお、この実施の形態では、各基板モジュール3-1,3-2,3-3の回路を、複数個のLED5を直列に接続した回路に、バイポーラトランジスタ6と電流検出抵抗素子7との直列回路を直列接続した回路で構成したものについて述べたがこれに限定するものではない。

0036

例えば、図4に示すように、図2の構成に、さらに、電源端子8aと制御端子8cとの間にバイアス用抵抗素子9を接続し、制御端子8cと電源端子8bとの間にバイアス用抵抗素子10を接続した回路構成であってもよい。

0037

また、図5に示すように、複数個のLED5-1を直列に接続した回路に、NPN型のバイポーラトランジスタ6-1と電流検出抵抗素子7-1を直列に接続した直列回路と、複数個のLED5-2を直列に接続した回路に、NPN型のバイポーラトランジスタ6-2と電流検出抵抗素子7-2を直列に接続した直列回路との並列回路からなる回路構成であってもよい。なお、並列回路については複数個のLED5を直列に接続した回路に、NPN型のバイポーラトランジスタ6と電流検出抵抗素子7を直列に接続した直列回路を2個並列に接続したものに限られるものではなく、3個以上を並列に接続したものであってもよい。
さらに、各直列回路に使用するLEDは複数個に限られず1個であってもよい。

0038

(第2の実施の形態)
なお、前述した第1の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明は省略する。図6に示すように、商用交流電源1に既知の定電圧電源12を接続し、この定電圧電源12から一定電圧を出力している。

0039

前記定電圧電源12の出力端子に、例えば、3個のLED基板モジュール3-1,3-2,3-3を並列に接続するとともに、基準電圧発生回路13を並列に接続している。

0040

前記基準電圧発生回路13は、一定の基準電圧を発生して前記各LED基板モジュール3-1,3-2,3-3の制御端子8cに印加している。前記各LED基板モジュール3-1,3-2,3-3の回路構成は図2に示す構成になっている。なお、この場合も各LED基板モジュール3-1,3-2,3-3の回路構成は図2に限定されるものではなく、図4及び図5の構成であってもよい。

0041

このような構成においては、各基板モジュール3-1,3-2,3-3に配置されているバイポーラトランジスタ6は、基準電圧発生回路13から制御端子8cを介してベースに一定の基準電圧が印加されて通電動作する。これにより、各基板モジュール3-1,3-2,3-3に配置されている枝路のLED回路に点灯電流が流れ、各LED5は発光する。

0042

点灯電流は電流検出抵抗素子7に流れ、これによりバイポーラトランジスタ6のエミッタ電位が決められる。点灯電流が増加するとエミッタ電位が高くなり、バイポーラトランジスタ6は導通度合いを抑制する方向に動作する。また、点灯電流が減少するとエミッタ電位が低くなり、バイポーラトランジスタ6は導通度合いを増加させる方向に動作する。

0043

このようにして定電圧電源12を使用した場合にも各基板モジュール3-1,3-2,3-3のLED5、すなわち、各枝路のLED5に流れる点灯電流は均一になるように制御される。すなわち、各LED5の順方向電圧にバラツキがあって各基板モジュール3-1,3-2,3-3におけるLED5の直列回路の合計順方向電圧に差が生じても、それぞれのバイポーラトランジスタ6によって点灯電流が均一になるように制御される。これにより、各基板モジュール3-1,3-2,3-3の各LED5は略均一に発光するようになる。

0044

(第3の実施の形態)
図7に示すように、商用交流電源1に定電流電源20を接続し、この定電流電源20にLED発光部30を接続している。

0045

前記定電流電源20は、前記商用交流電源1に全波整流回路21の入力端子を接続している。そして、前記全波整流回路21の出力端子間に平滑コンデンサ22を接続し、この平滑コンデンサ22にMOS型FET電界効果形トランジスタ)23及びインダクタ24を直列に介してコンデンサ25を並列に接続している。前記コンデンサ25に前記インダクタ24を介してダイオード26を逆極性にして並列に接続している。

0046

前記定電流電源20は、前記インダクタ24とコンデンサ25の一端との接続点を正極側出力端子20aに接続し、前記コンデンサ25の他端を、抵抗素子27を直列に介して負極側出力端子20bに接続している。そして、前記抵抗素子27と負極側出力端子20bとの接続点に発生する電圧を誤差アンプ28の一方に入力端子に入力している。前記誤差アンプ28の他方の入力端子には基準電圧Vrefが入力されている。

0047

前記誤差アンプ28は基準電圧Vrefと抵抗素子27の両端間に発生する電圧との誤差増幅して前記FET23をスイッチング駆動する駆動部29に供給している。前記駆動部29は前記FET23をオンオフ駆動するもので、前記誤差アンプ28からの誤差出力によって出力端子20a,20bから一定電流が出力されるように前記FET23のオンデューティを制御するようになっている。

0048

前記LED発光部30は、複数のLED31-1を直列に接続した回路と抵抗素子32-1との直列回路、複数のLED31-2を直列に接続した回路と抵抗素子32-2との直列回路、複数のLED31-3を直列に接続した回路と抵抗素子32-3との直列回路、…、複数のLED31-nを直列に接続した回路と抵抗素子32-nとの直列回路を互いに並列に接続して構成されている。すなわち、各直列回路は枝路を構成している。

0049

そして、前記LEDを直列に接続した回路のアノード側端を前記定電流電源20の正極側出力端子20aに接続する一方の入力端子30aに接続し、各抵抗素子32-1〜32-nのLEDに接続しない側の端を前記定電流電源20の負極側出力端子20bに接続する他方の入力端子30bに接続している。

0050

前記LED発光部30は、予め各直列回路の抵抗素子32-1〜32-nの抵抗値を調整している。すなわち、予め直列回路毎に複数のLEDに対して所定電流を流して点灯させ、順方向電圧が最も高くなる直列回路を見つけ出し、その直列回路の両端間電圧を基準電圧として設定する。そして、他の直列回路においても所定電流を流したときにその直列回路の両端間電圧が基準電圧に等しくなるようにそれぞれの抵抗素子の抵抗値を調整する。

0051

このような構成においては、定電流電源20からLED発光部30に一定電流が供給される。LED発光部30は、複数のLED31-1を直列に接続した回路、複数のLED31-2を直列に接続した回路、複数のLED31-3を直列に接続した回路、…、複数のLED31-nを直列に接続した回路の順方向電圧が異なっていても、抵抗素子32-1〜32-nを接続した全体の直列回路については、所定電流を通電したときの両端間電圧が基準電圧に一致するように抵抗素子32-1〜32-nの抵抗値が調整されている。

0052

従って、複数のLED31-1を直列に接続した回路と抵抗素子32-1との直列回路、複数のLED31-2を直列に接続した回路と抵抗素子32-2との直列回路、複数のLED31-3を直列に接続した回路と抵抗素子32-3との直列回路、…、複数のLED31-nを直列に接続した回路と抵抗素子32-nとの直列回路、すなわち、各枝路に流れる点灯電流は均一になる。

0053

これにより、複数のLED31-1も、複数のLED31-2も、複数のLED31-3も、…、複数のLED31-nもそれぞれ等しく発光するようになり、LED発光部30は良好な発光動作を行うことになる。しかも、LED発光部30としては複数個のLEDの他は複数個の抵抗素子32-1〜32-nを使用しているのみなので、構成は簡単である。
なお、この実施の形態では各枝路に複数のLEDを直列に接続した回路を使用したが、各枝路に使用するLEDは1個であってもよい。

0054

(第4の実施の形態)
なお、この実施の形態はLED発光部の変形例について述べる。電源としては第3の実施の形態で使用した定電流電源20と同一のものを使用する。
この実施の形態のLED発光部40は、図8に示すように、複数のLED31-1を直列に接続した回路とトランジスタ、例えばNPN型のバイポーラトランジスタ41-1とこのバイポーラトランジスタ41-1のエミッタに接続した抵抗素子42-1との直列回路、複数のLED31-2を直列に接続した回路とトランジスタ、例えばNPN型のバイポーラトランジスタ41-2とこのバイポーラトランジスタ41-2のエミッタに接続した抵抗素子42-2との直列回路、複数のLED31-3を直列に接続した回路とトランジスタ、例えばNPN型のバイポーラトランジスタ41-3とこのバイポーラトランジスタ41-3のエミッタに接続した抵抗素子42-3との直列回路、…、複数のLED31-nを直列に接続した回路とトランジスタ、例えばNPN型のバイポーラトランジスタ41-nとこのバイポーラトランジスタ41-nのエミッタに接続した抵抗素子42-nとの直列回路を互いに並列に接続している。すなわち、各直列回路は枝路を構成している。前記各抵抗素子42-1〜42-nは電流検出抵抗である。

0055

そして、前記LEDを直列に接続した回路のアノード側端を定電流電源(図示せず)の正極側出力端子に接続する一方の入力端子40aに接続し、各抵抗素子42-1〜42-nのトランジスタに接続しない側の端を前記定電流電源の負極側出力端子に接続する他方の入力端子40bに接続している。前記各バイポーラトランジスタ41-1〜41-nのベース、コレクタ間に、それぞれダイオード43-1〜43-nを、アノード端子をベース側にして接続している。

0056

また、前記入力端子40a,40b間に、抵抗素子44と45との直列回路からなるバイアス回路を接続している。そして、前記抵抗素子44,45の接続点を前記各バイポーラトランジスタ41-1〜41-nのベースに接続している。

0057

前記LED発光部40は、予め枝路毎にLEDに対して所定電流を流して点灯させ、順方向電圧が最も高くなる枝路を見つけ出し、その枝路のバイポーラトランジスタのみが飽和領域で動作するようにバイアス回路の抵抗素子44,45の抵抗値、各抵抗素子42-1〜42-nの抵抗値を設定する。

0058

例えば、LED発光部40が16個のLEDを直列に接続した回路を備えた直列回路を16個並列に接続した構成で、このLED発光部40に定電流電源(図示せず)から400mAの定電流を供給すると、各枝路には25mAの点灯電流が流れることになる。

0059

このLED発光部40において、抵抗素子44の抵抗値を15KΩ、抵抗素子45の抵抗値を2.2KΩ、各抵抗素子42-1〜42-nの抵抗値を22Ωに設定し、順方向電圧が最も高くなる1つの枝路のバイポーラトランジスタが飽和領域で動作すると、他の15個の枝路のバイポーラトランジスタが能動領域で動作するようになる。

0060

このような構成においては、例えば、複数のLED31-nを直列に接続した回路の順方向電圧が最も高いとすると、この回路に接続しているバイポーラトランジスタ41-nのみが飽和領域で動作し、他の15個の枝路のバイポーラトランジスタ41-1〜は能動領域で動作する。

0061

例えば、並列接続されたA、B、C、3つのLED直列回路があると仮定し、A回路の順方向電圧VFが10V、B回路の順方向電圧VFが9V、C回路の順方向電圧VFが8Vであったと仮定する。また、LED直列回路に接続するバイポーラトランジスタの電流増幅率hFEを100と仮定する。

0062

3つのLED直列回路に接続された3個のバイポーラトランジスタのベース端子一括に対して、1mAのバイアス電流を供給する。この値は、60mAの全負荷電流の1/hFE:0.6mAより充分に大きいので、3つのLED直列回路が平衡しているとすれば、全てのバイポーラトランジスタを飽和させることができる。

0063

並列接続された3つのLED直列回路に、一括して定電流源から60mAの電流を供給する。この場合、供給した電流は、A、B、C、3つのLED直列回路に分流して流れる。AのLED直列回路の順方向電圧VFが最も高いので、A回路のバイポーラトランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧が最も低くなり、B、C回路のバイポーラトランジスタのコレクタ−エミッタ間にはA回路よりも大きな電圧が加わる。能動動作に必要なコレクタ−エミッタ間電圧が確保されるので、B回路、C回路は能動状態動作を行い、コレクタ電流の1/hFEのベース電流(約0.4mA)がベース端子に流れ込む。

0064

バイアス回路から供給されるバイアス電流のうち、B回路及びC回路に流れ込まない分の電流(約0.6mA)は、すべてA回路のベースに流れ込み、A回路のバイポーラトランジスタを深く飽和させる。深い飽和により、コレクタ−エミッタ間電圧は、例えば、0.2V程度の低い値まで低下する。

0065

以上のように、順方向電圧の最も高いLED直列回路のバイポーラトランジスタが飽和することで、ベース電位が決まり、他のLED直列回路のバイポーラトランジスタは能動状態を保ち、従属的に定電流回路として動作する。

0066

なお、飽和するバイポーラトランジスタは他のバイポーラトランジスタに比べてベース電流が大となるので、ベース−エミッタ間電圧は能動状態の他のバイポーラトランジスタに比べて若干高くなる。従って、飽和するバイポーラトランジスタのエミッタと抵抗素子との接続点の電圧は、能動状態で動作する他のバイポーラトランジスタのエミッタと抵抗素子との接続点の電圧に比べて若干低くなる。

0067

結果として、飽和するバイポーラトランジスタを接続した回路のLED電流は他の回路のLED電流に比較して若干低下する。そこで、飽和するバイポーラトランジスタのエミッタと抵抗素子との接続点の電圧を大きくするようにその抵抗素子の抵抗値を大きく設計することで、電流のアンバランスは改善できる。

0068

以上のような動作原理のもとで、定電流回路の負担電圧は最小限の電圧(バイポーラトランジスタのベース、エミッタ間飽和電圧エミッタ抵抗=抵抗素子の端電圧)に保たれるので、損失が最小となるように自動的に動作点が定まり、よって、システム効率を高く維持することができる。
なお、ここでは定電流源からの供給電流を60mAと仮定して説明したが、バイアス電流が充分に供給されるように回路定数が設定されていれば、任意の供給電流に対して同様の電流バランス動作を行うものである。

0069

こうして、この実施の形態では、バイポーラトランジスタ41-nのみが飽和領域で動作し、他の15個の枝路のバイポーラトランジスタ41-1〜は能動領域で動作することになる。その結果、LED発光部40を構成する全ての枝路の両端間電圧が等しくなるように制御が行われ、各枝路に流れる点灯電流は精度よく均一になる。これにより、複数のLED31-1も、複数のLED31-2も、複数のLED31-3も、…、複数のLED31-nもそれぞれ等しく発光するようになり、LED発光部30は良好な発光動作を行うことになる。

0070

しかも、各枝路においてはバイポーラトランジスタの動作点が、損失が最小となるように自動的に定まるので、システム効率を高めることができる。
なお、この実施の形態では各枝路に複数のLEDを直列に接続した回路を使用したが、各枝路に使用するLEDは1個であってもよい。

0071

(第5の実施の形態)
なお、この実施の形態はLED発光部において、各枝路に接続される発光ダイオードの数が異なる変形例について述べる。
図9に示すように、商用交流電源1に定電圧電源50を接続している。ここでは、定電圧電源を使用したがこれに限定するものではなく、定電流電源でも、また、単なる直流電源であっても良い。

0072

前記定電圧電源50に、LED発光部51を接続している。前記LED発光部51は、1個の発光ダイオード52からなる回路、2個の発光ダイオード53,54を直列に接続した回路及び3個の発光ダイオード55,56,57を直列に接続した回路をそれぞれ枝路とし、平準化回路58を介して互いに並列に接続し、その並列回路を前記定電圧電源50の出力端子(+)50a、出力端子(-)50bに接続している。なお、ここでは接続する発光ダイオードの数を、1個、2個、3個にしたがこれに限定されないのは勿論である。

0073

前記LED発光部51は、具体的には、図10に示すように、前記発光ダイオード52とNPN型のバイポーラトランジスタ59と抵抗素子60との直列回路、前記発光ダイオード53,54とNPN型のバイポーラトランジスタ61と抵抗素子62との直列回路、前記発光ダイオード55,56,57とNPN型のバイポーラトランジスタ63と抵抗素子64との直列回路を互いに並列に接続し、その並列回路を前記定電圧電源50の出力端子(+)50a,出力端子(-)50bに接続している。

0074

そして、前記発光ダイオード52とトランジスタ59と抵抗素子60との直列回路に、前記トランジスタ59のベース電流を制御する第1の制御回路65を並列に接続している。前記第1の制御回路65は、NPN型のバイポーラトランジスタ66を設け、このトランジスタ66のコレクタ及びベースを前記トランジスタ59のベースに接続するとともに抵抗素子67を直列に介して前記出力端子(+)に接続し、エミッタを、抵抗素子68を直列に介して前記出力端子(-)に接続している。

0075

前記発光ダイオード53,54とトランジスタ61と抵抗素子62との直列回路に、前記トランジスタ61のベース電流を制御する第2の制御回路69を並列に接続している。前記第2の制御回路69は、NPN型のバイポーラトランジスタ70を設け、このトランジスタ70のコレクタ及びベースを前記トランジスタ61のベースに接続するとともに抵抗素子71を直列に介して前記出力端子(+)に接続し、エミッタを、抵抗素子72を直列に介して前記出力端子(-)に接続している。

0076

前記発光ダイオード55,56,57とトランジスタ63と抵抗素子64との直列回路に、前記トランジスタ63のベース電流を制御する第3の制御回路73を並列に接続している。前記第3の制御回路73は、NPN型のバイポーラトランジスタ74を設け、このトランジスタ74のコレクタ及びベースを前記トランジスタ63のベースに接続するとともに抵抗素子75を直列に介して前記出力端子(+)に接続し、エミッタを、抵抗素子76を直列に介して前記出力端子(-)に接続している。

0077

このLED発光部51において、前記各トランジスタ59,61,63,66,70,74及び抵抗素子60,62,64,67,68,71,72,75,76は前記平準化回路58を構成している。

0078

前記平準化回路58においては、前記抵抗素子60の抵抗値は発光ダイオード52とトランジスタ59の直列回路の順方向電圧に応じて設定され、前記抵抗素子62の抵抗値は発光ダイオード53,54とトランジスタ61の直列回路の順方向電圧に応じて設定され、前記抵抗素子64の抵抗値は発光ダイオード55,56,57とトランジスタ63の直列回路の順方向電圧に応じて設定される。従って、前記抵抗素子60,62,64の抵抗値は接続される発光ダイオードの数により異なる。また、各制御回路65,69,73の抵抗素子67,71,75は互いに等しく、また、抵抗素子68,72,76も互いに等しくなっている。

0079

このような構成においては、第1の制御回路65に通電が開始され、トランジスタ66が動作すると、トランジスタ59がベース電流を制御されて動作する。このとき、トランジスタ66のエミッタ電流とトランジスタ59のエミッタ電流が等しくなるようにトランジスタ59が制御される。こうして、発光ダイオード52にはトランジスタ59及び抵抗素子60を介して一定電流が流れる。

0080

また、第2の制御回路69に通電が開始され、トランジスタ70が動作すると、トランジスタ61がベース電流を制御されて動作する。このとき、トランジスタ70のエミッタ電流とトランジスタ61のエミッタ電流が等しくなるようにトランジスタ61が制御される。こうして、発光ダイオード53,54の直列回路にはトランジスタ61を介して一定電流が流れる。

0081

また、第3の制御回路73に通電が開始され、トランジスタ74が動作すると、トランジスタ63がベース電流を制御されて動作する。このとき、トランジスタ74のエミッタ電流とトランジスタ63のエミッタ電流が等しくなるようにトランジスタ63が制御される。こうして、発光ダイオード55,56,57の直列回路にはトランジスタ63を介して一定電流が流れる。

0082

そして、各制御回路65,69,73は、同一の回路構成になっているので、各制御回路65,69,73が制御するトランジスタ59,61,63のエミッタ電流は等しくなり、従って、発光ダイオード52に流れる一定電流、発光ダイオード53,54の直列回路に流れる一定電流、発光ダイオード55,56,57の直列回路に流れる一定電流は等しくなる。こうして、枝路である各直列回路に流れる発光ダイオードの点灯電流を精度よく均一に制御できる。

0083

(第6の実施の形態)
この実施の形態もLED発光部において、各枝路に接続される発光ダイオードの数が異なる変形例について述べる。なお、前述した第5の実施の形態と同一の部分については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

0084

この実施の形態のLED発光部81は、図11に示すように、平準化回路として、第1の制御回路65のみを使用した平準化回路581を使用している。すなわち、前記平準化回路581は、前記第1の制御回路65のトランジスタ66のコレクタ及びベースを、発光ダイオードを接続している各直列回路のトランジスタ59,61,63のベースにそれぞれ接続している。その他の構成は、前述した第5の実施の形態と同一である。

0085

このような構成においても、第1の制御回路65に通電が開始され、トランジスタ66が動作すると、トランジスタ59,61,63がそれぞれベース電流を制御されて動作する。このとき、トランジスタ66のエミッタ電流とトランジスタ59,61,63のエミッタ電流が等しくなるようにトランジスタ59,61,63が制御される。こうして、発光ダイオード52にはトランジスタ59及び抵抗素子60を介して一定電流が流れ、発光ダイオード53,54の直列回路にはトランジスタ61を介して一定電流が流れ、発光ダイオード55,56,57の直列回路にはトランジスタ63を介して一定電流が流れ、しかも、互いに等しい電流が流れる。

0086

従って、この実施の形態においても、前述した第5の実施の形態と同様に、枝路である各直列回路に流れる発光ダイオードの点灯電流を精度よく均一に制御できる。
また、この実施の形態では、制御回路を各直列回路に対して共通にできるので、平準化回路581の構成は簡単になる。

0087

(第7の実施の形態)
この実施の形態もLED発光部において、各枝路に接続される発光ダイオードの数が異なる変形例について述べる。なお、前述した第5の実施の形態と同一の部分については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

0088

この実施の形態のLED発光部91は、図12に示すように、平準化回路として、共通の制御回路92を使用した平準化回路582を使用している。前記制御回路92は、前記出力端子(+)50aと出力端子(-)50bとの間に、抵抗素子93と抵抗素子94との直列回路を接続し、その抵抗素子93と抵抗素子94との接続点に、PNP型のバイポーラトランジスタ95のエミッタを接続している。前記トランジスタ95は、ベースを、ツェナーダイオード96を介して前記出力端子(-)50bに接続し、コレクタを各直列回路のトランジスタ59,61,63のベースに接続している。その他の構成は、前述した第5の実施の形態と同一である。

0089

このような構成においても、制御回路92に通電が開始されると、トランジスタ95が動作し、このトランジスタ95を介して各トランジスタ59,61,63のベースに一定の電圧が印加する。これにより、各トランジスタ59,61,63が動作し、各トランジスタ59,61,63は互いにエミッタ電流が等しくなるように制御される。こうして、発光ダイオード52にはトランジスタ59及び抵抗素子60を介して一定電流が流れ、発光ダイオード53,54の直列回路にはトランジスタ61を介して一定電流が流れ、発光ダイオード55,56,57の直列回路にはトランジスタ63を介して一定電流が流れ、しかも、互いに等しい電流が流れる。

0090

従って、この実施の形態においても、前述した第5の実施の形態と同様に、枝路である各直列回路に流れる発光ダイオードの点灯電流を精度よく均一に制御できる。
また、この実施の形態においても、制御回路を各直列回路に対して共通にできるので、平準化回路582の構成は簡単になる。

0091

(第8の実施の形態)
この実施の形態もLED発光部において、各枝路に接続される発光ダイオードの数が異なる変形例について述べる。なお、前述した第5の実施の形態と同一の部分については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

0092

この実施の形態のLED発光部101は、図13に示すように、平準化回路として、各直列回路のトランジスタ59,61,63のベースを互いに接続するとともに、接続した発光ダイオード負荷が最も重い直列回路、すなわち、3個の発光ダイオード55,56,57を接続した直列回路の前記トランジスタ63のコレクタとベースを短絡した平準化回路583を使用している。

0093

このような構成においては、先ず発光ダイオード55,56,57の直列回路に接続したトランジスタ63のコレクタから短絡回路を介して各トランジスタ59,61,63のベースに同じベース電流が流れ、これにより、各トランジスタ59,61,63に同じエミッタ電流が流れる。

0094

こうして、発光ダイオード52にはトランジスタ59及び抵抗素子60を介して一定電流が流れ、発光ダイオード53,54の直列回路にはトランジスタ61を介して一定電流が流れ、発光ダイオード55,56,57の直列回路にはトランジスタ63を介して一定電流が流れ、しかも、互いに等しい電流が流れる。

0095

従って、この実施の形態においても、前述した第5の実施の形態と同様に、枝路である各直列回路に流れる発光ダイオードの点灯電流を精度よく均一に制御できる。
また、この実施の形態では、別途制御回路を使用しないので、平準化回路583の構成はさらに簡単になる。

図面の簡単な説明

0096

本発明の第1の実施の形態に係る全体構成を示すブロック図。
同実施の形態におけるLED基板モジュールの回路例を示す図。
同実施の形態におけるLED基板モジュールの外観を示す図。
同実施の形態におけるLED基板モジュールの他の回路例を示す図。
同実施の形態におけるLED基板モジュールの他の回路例を示す図。
本発明の第2の実施の形態に係る全体構成を示すブロック図。
本発明の第3の実施の形態に係る全体構成を示す回路図。
本発明の第4の実施の形態に係るLED発光部の回路図。
本発明の第5の実施の形態に係る全体構成を示すブロック図。
同実施の形態に係るLED発光部の回路図。
本発明の第6の実施の形態に係るLED発光部の回路図。
本発明の第7の実施の形態に係る全体構成を示す回路図。
本発明の第8の実施の形態に係るLED発光部の回路図。

符号の説明

0097

2…定電流電源、3-1,3-2,3-3…LED基板モジュール、4…バイアス回路、5…LED(発光ダイオード)、6…バイポーラトランジスタ、7…電流検出抵抗素子、8a,8b…電源端子、8c…制御端子。

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