JP2010278177A - Led driving circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、LEDに通電して発光させるLED駆動回路に係り、とくに商用交流電源を利用してLEDを点灯でき、かつ調光可能なLED駆動回路に関する。 The present invention relates to an LED driving circuit for energizing an LED to emit light, and more particularly to an LED driving circuit capable of lighting an LED using a commercial AC power source and capable of dimming.
近年、低消費電力で高効率の照明として、LED照明が注目されるようになってきている。また、商用交流電源を利用したLED照明の調光手段として、トライアックを内蔵したトライアック調光装置が使用されており、これに伴いLED駆動回路のための制御ICも実用化(市販)されている。この種の制御ICとしては、例えばナショナルセミコンダクター社製、LM3445「トライアック調光機能付きオフラインLEDトライバ」があり、下記非特許文献は、そのLM3445を用いた推奨回路を提示している。 In recent years, LED lighting has been attracting attention as highly efficient lighting with low power consumption. Further, as a dimming means for LED lighting using a commercial AC power supply, a triac dimmer having a built-in triac is used, and a control IC for an LED driving circuit is also put into practical use (commercially available). . As this type of control IC, for example, there is an LM3445 “offline LED tribar with triac dimming function” manufactured by National Semiconductor, and the following non-patent document provides a recommended circuit using the LM3445.
図3は制御ICとしてLM3445を用いた従来のLED駆動回路(非特許文献1の推奨回路)である。このLED駆動回路は、商用電源(交流100V)をPWM制御(位相制御)するトライアック調光装置10、PWM制御された交流入力を整流する全波整流回路(ブリッジ整流回路)20、制御ICとしてのLM3445、LEDを複数個直列接続した直列LED群30、スイッチング素子Q1〜Q3(Q1,Q3:FET、Q2:バイポーラトランジスタ)、ダイオードD1〜D3、定電圧ダイオードZD1、抵抗R1〜R5、コンデンサC1〜C6、及びコイルL1を有している。
FIG. 3 shows a conventional LED driving circuit (recommended circuit of Non-Patent Document 1) using LM3445 as a control IC. This LED drive circuit includes a
LM3445の概略内部構成は図4の通りである。また、LM3445の各端子の機能を説明すると、「ASNS」端子はトライアック調光装置10のオン時間に比例したデューティ・サイクルをもつ0〜4VのPWM信号を出力する。「ASNS」端子のPWM信号は後述する「BLDR」端子への入力信号(トライアック調光装置10によって導通角が制御された信号)に基づいて作成されている。
The schematic internal configuration of the LM3445 is as shown in FIG. The function of each terminal of the LM3445 will be described. The “ASNS” terminal outputs a PWM signal of 0 to 4 V having a duty cycle proportional to the on-time of the
「FLTR1」端子は第1フィルタ入力であり、「ASNS」端子から出力されるPWM信号を抵抗R5及びコンデンサC5でフィルタリングした直流信号が印加される。この直流信号は、LM3445内部において1〜3Vに5.85kHzでランプアップする信号と比較され、トライアック調光装置10の導通角に比例したデューティ・サイクルを持つ、より高周波のPWM調光信号を発生する。このPWM調光信号は後述する「FLTR2」端子に引き出されている。
The “FLTR1” terminal is a first filter input, and a DC signal obtained by filtering the PWM signal output from the “ASNS” terminal with a resistor R5 and a capacitor C5 is applied. This DC signal is compared with a signal that ramps up to 1 to 3 V at 5.85 kHz inside the LM3445, and generates a higher frequency PWM dimming signal having a duty cycle proportional to the conduction angle of the
「DIM」端子は入出力の二重機能を備えた調光端子であり、LEDを調光する外部PWM信号によって駆動できるようになっている。また、他のLM3445又はLEDドライバの「DIM」端子に接続して、複数のLED駆動回路を同時に調光するための出力信号としても使用可能である。 The “DIM” terminal is a dimming terminal having a dual function of input and output, and can be driven by an external PWM signal for dimming the LED. Further, it can also be used as an output signal for dimming a plurality of LED drive circuits simultaneously by connecting to the “DIM” terminal of another LM3445 or LED driver.
「COFF」端子はオフ時間の設定端子であり、ユーザーが設定する電流、及びこの端子に接続したコンデンサC4によって内部のスイッチングコントローラのオフ時間を設定する。 The “COFF” terminal is an off time setting terminal, and the off time of the internal switching controller is set by the current set by the user and the capacitor C4 connected to this terminal.
「FLTR2」端子は第2フィルタ入力であり、この端子に接続されたコンデンサC6がLM3445内部のPWM調光信号をフィルタリングし、LED電流を制御するための直流基準電圧Vrefを供給する。 The “FLTR2” terminal is the second filter input, and the capacitor C6 connected to this terminal filters the PWM dimming signal inside the LM3445 and supplies a DC reference voltage Vref for controlling the LED current.
「GND」端子はLM3445の内部回路のグランド接続用の端子である。 The “GND” terminal is a terminal for ground connection of the internal circuit of the LM3445.
「ISNS」端子はLED電流検出端子であり、メイン・スイッチング素子であるFET(パワーMOSFET)Q3のソースに接続され、ソース、グランド間の抵抗R4によって最大LED電流を設定する。 The “ISNS” terminal is an LED current detection terminal, is connected to the source of a FET (power MOSFET) Q3 that is a main switching element, and sets a maximum LED current by a resistor R4 between the source and the ground.
「GATE」端子はFETQ3を駆動するゲート信号を発生する。 The “GATE” terminal generates a gate signal for driving the FET Q3.
「Vcc」端子は入力電圧端子であり、LM3445の内部回路に電源を供給する。 The “Vcc” terminal is an input voltage terminal and supplies power to the internal circuit of the LM3445.
「BLDR」端子はLM3445内部の角度検出回路への信号入力端子であり、またトライアック調光装置10を適切に動作させるための電流経路にもなっている。
The “BLDR” terminal is a signal input terminal to the angle detection circuit inside the LM3445, and also serves as a current path for properly operating the
次に、図3に示した従来のLED駆動回路の動作説明を行う。商用電源(交流100V)からの交流入力はトライアック調光装置10によりPWM制御(位相制御)され、全波整流回路(ブリッジ整流回路)20で整流される。この整流出力は、FET(MOSFET)Q1、抵抗R1,R2及び定電圧ダイオードZD1からなるスライス回路40に供給され、トライアック調光装置10による導通角情報を含む導通角信号が「BLDR」端子に印加される。また、FETQ1のソースと抵抗R2の接続点の電圧をダイオードD2及びコンデンサC1で整流、平滑した電圧がLM3445の電源電圧として「Vcc」端子に供給される。
Next, the operation of the conventional LED driving circuit shown in FIG. 3 will be described. The AC input from the commercial power supply (AC 100 V) is PWM controlled (phase control) by the
また、全波整流回路20の整流出力は、平滑化のためのダイオードD1及びコンデンサC2、さらには、直列LED群30、コイルL1、メイン・スイッチング素子のFETQ3、抵抗R4の直列回路等を含むスイッチング回路50に供給される。
The rectified output of the full-
「GATE」端子のゲート信号(ハイレベル)によりFETQ3がオンとなっている間、直列LED群30、コイルL1、メイン・スイッチング素子のFETQ3、抵抗R4の直列回路に電流が流れ、コイルL1の電流は増加していく。やがて、ある時点で抵抗R4が接続された「ISNS」端子の電圧で定まる最大LED電流に達すると、ゲート信号がローレベルとなってFETQ3はターンオフする。つまり、LM3445は「ISNS」端子の電圧を監視し、LM3445内部のPWM調光信号より得られた前記直流基準電圧Vref(トライアック調光装置10による導通角が大きければVrefは高く、導通角が小さければVrefは低くなる)に「ISNS」端子の電圧が到達したときにFETQ3をターンオフさせる動作を行う。オフ時間の間、コイルL1の電流はダイオードD3を通して直列LED群30に流れる。なお、コンデンサC3はコイルL1に流れるリップル電流除去用である。
While the FET Q3 is turned on by the gate signal (high level) of the “GATE” terminal, a current flows through the series circuit of the
FETQ3がターンオフすると、トランジスタQ2のベース側に接続されたコイルL1の誘起電圧がトランジスタQ2を順バイアスする極性となり、トランジスタQ2はターンオンして抵抗R3を通してコンデンサC4の充電が始まる。抵抗R3とコンデンサC4とは時定数回路を構成しており、コンデンサC4の充電電圧、つまり「COFF」端子の端子電圧が所定電圧値(例えば1.25V)に達すると、「GATE」端子のゲート信号がハイレベルとなってFETQ3をターンオンさせるとともに、コンデンサC4の電荷を放電して「COFF」端子の端子電圧をOVに戻す。 When the FET Q3 is turned off, the induced voltage of the coil L1 connected to the base side of the transistor Q2 has a polarity for forward-biasing the transistor Q2, and the transistor Q2 is turned on to start charging the capacitor C4 through the resistor R3. The resistor R3 and the capacitor C4 constitute a time constant circuit. When the charging voltage of the capacitor C4, that is, the terminal voltage of the “COFF” terminal reaches a predetermined voltage value (for example, 1.25 V), the gate of the “GATE” terminal When the signal becomes high level, the FET Q3 is turned on, and the charge of the capacitor C4 is discharged to return the terminal voltage of the “COFF” terminal to OV.
このように、従来のLED駆動回路では、直列LED群30への供給電圧によりコンデンサC4を所定の時定数で充電することで、メイン・スイッチング素子のFETQ3のオフ時間を決定しており、オフ時間は一定である。一方、トライアック調光装置10のPWM制御に応じた導通角の増減に伴って、前記直流基準電圧Vrefを増減(つまり最大LED電流を増減)させることでFETQ3のオン時間を増減して調光機能を果たしている。
Thus, in the conventional LED drive circuit, the off-time of the FET Q3 of the main switching element is determined by charging the capacitor C4 with a predetermined time constant by the supply voltage to the
ところで、図3の従来のLED駆動回路において、直列LED群30は商用電源交流100Vに対して非絶縁であり、直列LED群30と、それ以外のLED駆動回路部分との間の距離が短い場合には問題はないが、直列LED群30と、それ以外のLED駆動回路部分との間の距離が長い場合、100V以上の高圧線路が長く引き回されることになって安全性に問題が発生する。
Incidentally, in the conventional LED drive circuit of FIG. 3, the
本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、LED又は直列LEDを商用電源(例えば交流100V)から絶縁状態で点灯、調光可能として、安全性の向上や用途の拡大を図ったLED駆動回路を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and the purpose thereof is to make it possible to light and dimm an LED or series LED in an insulated state from a commercial power source (for example, AC 100V), thereby improving safety and expanding applications. It is to provide an LED drive circuit that achieves the above.
上記目的を達成するために、本発明のある態様のLED駆動回路は、PWM制御された交流入力を整流する整流回路と、前記整流回路の整流出力が供給される1次巻線、LEDが接続される2次巻線、及び検出巻線を有するトランスと、前記1次巻線に直列に接続され、前記1次巻線に流れる電流をオン、オフする第1のスイッチング素子と、前記第1のスイッチング素子のオフ時間を定める第1の制御信号を発生するとともに、前記第1のスイッチング素子のオン時間を定める第2の制御信号を発生する制御ICと、前記検出巻線の検出電圧を利用して前記制御ICに前記第1の制御信号を発生させるための信号を前記制御ICの第1の制御端子に印加する付加回路とを備え、
前記制御ICに前記第2の制御信号を発生させるために前記第1のスイッチング素子の電流に比例した電圧が前記制御ICの第2の制御端子に印加されており、
前記付加回路は、カソード側が前記1次巻線側となるようにして前記検出巻線の両端をそれぞれ前記1次巻線の高圧側に接続するダイオードと、
一方のダイオードを介して前記検出巻線の両端間に接続される第1のコンデンサ及びコイルの直列接続と、
前記一方のダイオードと前記第1のコンデンサとの接続点と前記第1の制御端子間に接続される第2のスイッチング素子と、
前記第2のスイッチング素子に直列に挿入される抵抗と、前記第1の制御端子とグランド間に接続される第2のコンデンサとからなる時定数回路とを有し、
前記第2のスイッチング素子の制御電極には前記コイルと前記第1のコンデンサとの接続点が接続され、前記コイルの誘起電圧の極性に応じて前記第2のスイッチング素子のオン、オフが切り替わることを特徴としている。
In order to achieve the above object, an LED drive circuit according to an aspect of the present invention is connected to a rectifier that rectifies a PWM-controlled AC input, a primary winding to which a rectified output of the rectifier is supplied, and an LED. A transformer having a secondary winding and a detection winding, a first switching element connected in series to the primary winding, for turning on and off a current flowing through the primary winding, and the first A control IC that generates a first control signal that determines an OFF time of the switching element and a second control signal that determines an ON time of the first switching element, and a detection voltage of the detection winding are used. And an additional circuit for applying a signal for causing the control IC to generate the first control signal to the first control terminal of the control IC,
A voltage proportional to the current of the first switching element is applied to the second control terminal of the control IC to cause the control IC to generate the second control signal;
The additional circuit includes a diode that connects both ends of the detection winding to the high-voltage side of the primary winding such that the cathode side is the primary winding side,
A series connection of a first capacitor and a coil connected between both ends of the detection winding via one diode;
A second switching element connected between a connection point between the one diode and the first capacitor and the first control terminal;
A time constant circuit including a resistor inserted in series with the second switching element and a second capacitor connected between the first control terminal and the ground;
A connection point between the coil and the first capacitor is connected to the control electrode of the second switching element, and the second switching element is switched on and off according to the polarity of the induced voltage of the coil. It is characterized by.
前記態様において、前記第1のスイッチング素子のターンオフにより前記第2のスイッチング素子はターンオンして前記抵抗を通して前記第2のコンデンサの充電を開始する構成であればよい。 In the above aspect, the second switching element may be turned on by turning off the first switching element, and charging of the second capacitor may be started through the resistor.
前記態様において、前記PWM制御された交流入力がトライアック調光装置により作成されていてもよい。 In the above aspect, the PWM-controlled AC input may be created by a triac dimmer.
前記態様において、前記トランスと、前記1次巻線に流れる電流をオン、オフする第1のスイッチング素子とを含むフォワードコンバータによって前記LEDに電力供給を行う構成であるとよい。 The said aspect WHEREIN: It is good to be a structure which supplies electric power to said LED by the forward converter containing the said transformer and the 1st switching element which turns on and off the electric current which flows into the said primary winding.
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above-described constituent elements, and those obtained by converting the expression of the present invention between methods and systems are also effective as aspects of the present invention.
本発明に係るLED駆動回路によれば、LEDを商用電源(例えば交流100V)から絶縁状態で点灯、調光可能である。このため、安全性の向上が可能であり、またLEDの配置の自由度が高まり、屋外配置等も可能となるので、LED照明の用途の拡大にも寄与できる。 According to the LED driving circuit of the present invention, the LED can be lit and dimmed in an insulated state from a commercial power source (for example, AC 100 V). For this reason, safety can be improved, the degree of freedom of LED placement is increased, and outdoor placement and the like are also possible, which can contribute to the expansion of the application of LED lighting.
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same or equivalent component, member, process, etc. which are shown by each drawing, and the overlapping description is abbreviate | omitted suitably. In addition, the embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.
図1は制御ICとしてLM3445を用いた本発明の実施の形態に係るLED駆動回路である。このLED駆動回路は、商用電源(交流100V)をPWM制御(位相制御)するトライアック調光装置10、PWM制御された交流入力を整流する全波整流回路(ブリッジ整流回路)20、制御ICとしてのLM3445、LEDを複数個直列接続した直列LED群30、スイッチング素子Q1〜Q3(Q1,Q3:FET、Q2:バイポーラトランジスタ)、ダイオードD1〜D3,D10〜D13、定電圧ダイオードZD1、抵抗R1,R2,R4,R5,R10〜R16、コンデンサC1,C4〜C6,C10〜C15、コイルL2〜L4、及び1次巻線N1、2次巻線N2及び検出巻線N3を有するトランスTを具備している。そして、直列LED群30を商用電源(交流100V)から絶縁状態で駆動するために、トランスTの1次巻線N1の電流をメイン・スイッチング素子としてのFET(パワーMOSFET)Q3でオン、オフし、2次巻線N2側に直列LED群30を接続したフォワードコンバータ60を構成している。
FIG. 1 shows an LED driving circuit according to an embodiment of the present invention using an LM3445 as a control IC. This LED drive circuit includes a
商用電源(交流100V)からの交流入力はトライアック調光装置10によりPWM制御(位相制御)され、全波整流回路(ブリッジ整流回路)20で整流され、この整流出力が、FET(MOSFET)Q1、抵抗R1,R2及び定電圧ダイオードZD1からなるスライス回路40に供給され、トライアック調光装置10による導通角情報を含む導通角信号が「BLDR」端子に印加される点は、図3の従来回路と同様である。また、FETQ1のソースと抵抗R2の接続点の電圧をダイオードD2、抵抗R10及びコンデンサC1で整流、平滑した電圧がLM3445の電源電圧として「Vcc」端子に供給される。
The AC input from the commercial power supply (AC 100V) is PWM controlled (phase controlled) by the
また、全波整流回路20の整流出力は、ダイオードD1、さらにコイルL2とコンデンサC10,C11からなるπ型フィルタ(ノイズ除去及び平滑のため)を通してフォワードコンバータ60の1次側に供給される。すなわち、全波整流回路20の整流出力が、ダイオードD1、前記π型フィルタを介して、トランスTの1次巻線N1、メイン・スイッチング素子のFETQ3及び抵抗R4の直列接続に供給される。また、FETQ3がオフの時の電流経路を形成するダイオードD3及び抵抗R13の直列接続が、1次巻線N1の両端間に接続され、抵抗R13にコンデンサC12が並列に接続されている。
The rectified output of the full-
トランスTの2次巻線N2にはダイオードD12,D13、コイルL4及びコンデンサC15からなる整流平滑回路を介して直列LED群30が接続されている。
A
トランスTの検出巻線N3は直列LED群30に加わる電圧を間接的に検出するための巻線であり、2次巻線N2の誘起電圧に正比例した検出電圧が得られる。この検出巻線N3には、付加回路70が接続されている。この付加回路70は、検出巻線N3の検出電圧を利用することで、フォワードコンバータ60のメイン・スイッチング素子であるFETQ3のオフ時間(ターンオフからターンオンまでの期間)を定める第1の制御信号(「GATE」端子から出力されるゲート信号のローレベル期間を定める信号とも定義できる)をLM3445に発生させる回路として機能する。
The detection winding N3 of the transformer T is a winding for indirectly detecting the voltage applied to the
付加回路70は、検出巻線N3の両端をそれぞれ1次巻線N1の高圧側に接続し、かつカソード側が1次巻線側となるダイオードD10,D11と、一方のダイオードD10を介して検出巻線N3の両端間に接続されるコンデンサC14及びコイルL3の直列接続と、コンデンサC14に並列に接続された抵抗R15とを有している。コンデンサC14及び抵抗R15の並列接続の両端に、検出巻線N3の誘起電圧を整流した電圧値が得られる。コンデンサC14の充電電圧はダイオードD10,D11のカソード側がプラスとなる向きである。 The additional circuit 70 has both ends of the detection winding N3 connected to the high voltage side of the primary winding N1, and the cathode side is the diode D10 and D11 with the primary winding side, and the detection winding via one diode D10. A capacitor C14 and a coil L3 connected between both ends of the line N3, and a resistor R15 connected in parallel to the capacitor C14 are provided. A voltage value obtained by rectifying the induced voltage of the detection winding N3 is obtained at both ends of the parallel connection of the capacitor C14 and the resistor R15. The charging voltage of the capacitor C14 is such that the cathode side of the diodes D10 and D11 is positive.
また、付加回路70は、ダイオードD10とコンデンサC14との接続点(1次巻線N1の高圧側)とLM3445の第1の制御端子としての「COFF」端子間に接続されるトランジスタQ2(エミッタ−コレクタ)を有するとともに、トランジスタQ2に直列に挿入される抵抗R16と、「COFF」端子とグランド間に接続されるコンデンサC4とからなる時定数回路を有している。トランジスタQ2の制御電極であるベースはコイルL3とコンデンサC14との接続点に接続されている。 Further, the additional circuit 70 includes a transistor Q2 (emitter−) connected between a connection point between the diode D10 and the capacitor C14 (the high voltage side of the primary winding N1) and the “COFF” terminal as the first control terminal of the LM3445. And a time constant circuit including a resistor R16 inserted in series with the transistor Q2 and a capacitor C4 connected between the “COFF” terminal and the ground. A base that is a control electrode of the transistor Q2 is connected to a connection point between the coil L3 and the capacitor C14.
この付加回路70の動作を説明すると、メイン・スイッチング素子であるFETQ3がオンの間は、コイルL3の電圧極性はトランジスタQ2のベース側がプラスとなり、トランジスタQ2はオフ状態を維持している。FETQ3がターンオフすると、コイルL3の電圧極性は反転してトランジスタQ2のベース側がマイナスとなり、トランジスタQ2がターンオンする。このため、トランジスタQ2を通して抵抗R16とコンデンサC4で実質的に定まる時定数で、コンデンサC4の充電電圧は上昇していくことになる。そして、コンデンサC4の充電電圧、つまり第1の「COFF」端子の端子電圧が所定電圧値(例えば1.25V)に達すると、「GATE」端子のゲート信号がハイレベルとなってFETQ3をターンオンさせるとともに、コンデンサC4の電荷を放電して「COFF」端子の端子電圧をOVに戻す。このようにして、FETQ3のオフ時間、つまりターンオフからターンオンまでの期間を定める第1の制御信号(「GATE」端子から出力されるゲート信号のローレベル期間を定める信号)が作成される。 The operation of the additional circuit 70 will be described. While the FET Q3 which is the main switching element is on, the voltage polarity of the coil L3 is positive on the base side of the transistor Q2, and the transistor Q2 maintains the off state. When the FET Q3 is turned off, the voltage polarity of the coil L3 is inverted, the base side of the transistor Q2 becomes negative, and the transistor Q2 is turned on. For this reason, the charging voltage of the capacitor C4 rises with a time constant substantially determined by the resistor R16 and the capacitor C4 through the transistor Q2. When the charging voltage of the capacitor C4, that is, the terminal voltage of the first “COFF” terminal reaches a predetermined voltage value (for example, 1.25 V), the gate signal of the “GATE” terminal becomes high level to turn on the FET Q3. At the same time, the electric charge of the capacitor C4 is discharged to return the terminal voltage of the “COFF” terminal to OV. In this way, the first control signal (the signal for determining the low level period of the gate signal output from the “GATE” terminal) that determines the OFF time of the FET Q3, that is, the period from the turn-off to the turn-on, is created.
次に、図1のLED駆動回路の全体の動作説明を行う。 Next, the overall operation of the LED drive circuit of FIG. 1 will be described.
商用電源からの交流入力はトライアック調光装置10によりPWM制御され、全波整流回路20で整流され、この整流出力は、FETQ1、抵抗R1,R2及び定電圧ダイオードZD1からなるスライス回路に供給され、トライアック調光装置10による導通角情報を含む導通角信号がLM3445の「BLDR」端子に印加される。これにより、LM3445はトライアック調光装置10の導通角(オン時間)に比例したデューティ・サイクルをもつ0〜4VのPWM信号を「ASNS」端子に出力する。そして、「ASNS」端子から出力されたPWM信号を、抵抗R5及びコンデンサC5でフィルタリングした直流信号が「FLTR1」端子に印加される。この直流信号は、LM3445内部において1〜3Vに5.85kHzでランプアップする信号と比較され、トライアック調光装置10の導通角に比例したデューティ・サイクルを持つ、より高周波のPWM調光信号を発生する。この高周波のPWM調光信号は「FLTR2」端子に引き出されており、この端子に接続されたコンデンサC6がLM3445内部のPWM調光信号をフィルタリングし、LED電流を制御するための直流基準電圧Vrefを供給する。この直流基準電圧Vrefはトライアック調光装置10のPWM制御に対応(実質的に比例)して変化し、LEDに流れる最大電流を決定するレファレンスレベルとなる。但し、本実施の形態では、スイッチング素子で直列LED群30に流れる電流を直接オン、オフしていないので、フォワードコンバータ60のメイン・スイッチング素子であるFETQ3に流れる電流の最大値を監視し、これと前記直流基準電圧Vrefとを対比している。
The AC input from the commercial power supply is PWM-controlled by the
フォワードコンバータ60のメイン・スイッチング素子であるFETQ3は、LM3445の「GATE」端子のゲート信号がハイレベルのとき、オンとなり、ローレベルでオフとなるが、前述したように、LM3445に付加回路70を付加したことで、ゲート信号のローレベル期間(ターンオフからターンオンの期間)は前記第1の制御信号により一定に制御されている(CR時定数回路によって定まっている)。
The FET Q3 which is the main switching element of the
図2(A)の「GATE」端子のゲート信号がハイレベルとなってFETQ3がターンオンするタイミングは、オン状態のトランジスタQ2と抵抗R16を通して充電されるコンデンサC4の充電電圧、つまり、図2(B)に示すLM3445の第1の制御端子としての「COFF」端子の端子電圧が所定電圧値(例えば1.25V)に達したときであり、その後、LM3445の内部回路によってコンデンサC4の電荷は放電され「COFF」端子の端子電圧をOVに戻す。 The timing at which the gate signal of the “GATE” terminal in FIG. 2A becomes high level and the FET Q3 is turned on is the charging voltage of the capacitor C4 charged through the transistor Q2 and the resistor R16 in the on state, that is, FIG. ) When the terminal voltage of the “COFF” terminal as the first control terminal of the LM3445 reaches a predetermined voltage value (for example, 1.25 V), and then the charge of the capacitor C4 is discharged by the internal circuit of the LM3445. The terminal voltage of the “COFF” terminal is returned to OV.
「GATE」端子のゲート信号がハイレベルである期間、FETQ3はオン状態を継続し、フォワードコンバータ60の1次側であるトランスTの1次巻線N1、メイン・スイッチング素子のFETQ3、抵抗R4の直列回路に電流が流れ、2次巻線N2の誘起電圧を整流、平滑した直流電圧が直列LED群30に供給される。FETQ3のオンの間、1次巻線N1、メイン・スイッチング素子のFETQ3、抵抗R4の直列回路の電流は増加していく。LM3445内部では、「FLTR2」端子の端子電圧である、最大LED電流を規定する直流基準電圧Vref(トライアック調光装置10による導通角が大きければVrefは高く、導通角が小さければVrefは低くなる)と、第2の制御端子としての「ISNS」端子の電圧とを比較してゲート信号のハイレベル期間(ターンオンからターンオフの期間)を規定する第2の制御信号を発生する。つまり、抵抗R4とFETQ3のソースとの接続点の電圧(FETQ3の電流に正比例)が抵抗R14を通して印加されている第2の制御端子としての「ISNS」端子の電圧(図2(C)に示す)が、ある時点で前記直流基準電圧Vrefに達すると、前記第2の制御信号によりゲート信号を図2(A)のようにローレベルとしてFETQ3をターンオフさせる。ここでは、メイン・スイッチング素子のFETQ3は直列LED群30の電流を直接オン、オフしていないが、FETQ3の電流と直列LED群30の電流とは正比例関係にあるため、FETQ3の電流を監視することで、間接的に最大LED電流に達したときにFETQ3をターンオフすることができる。
During the period when the gate signal of the “GATE” terminal is at the high level, the FET Q3 continues to be in the on state, and the primary winding N1 of the transformer T, the primary side of the
FETQ3のオフ時間、トランスTの1次巻線N1に誘起した電流はダイオードD3、抵抗R13の経路で流れる。また、トランスTの2次側において、コイルL4の電流はダイオードD13を通して直列LED群30に流れる。
The current induced in the OFF time of the FET Q3 and the primary winding N1 of the transformer T flows through the path of the diode D3 and the resistor R13. On the secondary side of the transformer T, the current in the coil L4 flows to the
本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。 According to the present embodiment, the following effects can be achieved.
(1) 直列LED群30を商用電源(例えば交流100V)から絶縁状態で点灯、調光可能である。このため、安全性の向上が可能であり、またLEDの配置の自由度が高まり、屋外配置等も可能となるので、LED照明の用途の拡大にも寄与できる。
(1) The
(2) トライアック調光装置10を用いることが可能であり、その調光操作に応じて直列LED群30の明るさの調整が可能である。
(2) The
(3) フォワードコンバータ60を用い、トランスTの2次側に直列LED群30を接続して電力供給することで、直列LED群30をトランスTの1次側から絶縁駆動可能である。また、検出巻線N3をトランスTに付加し、その誘起電圧を利用した付加回路70とLM3445の内部回路とでフォワードコンバータ60のメイン・スイッチング素子であるFETQ3のオフ時間を規定する第1の制御信号を作成可能である。
(3) The
その際、単に検出巻線N3の誘起電圧を整流、平滑した電圧を利用したのでは、直列LED群30の直列LEDの個数が少ない場合には前記誘起電圧が小さくなり、LM3445の「COFF」端子に十分な電圧を供給できず、LM3445が良好に動作できなくなる可能性がある。本実施の形態では、ダイオードD10,D11で検出巻線N3の両端を1次巻線N1の高圧側に接続することで、スイッチング素子としてのトランジスタQ2のエミッタ側の電圧を十分高くすることができ、直列LED群30の直列LEDの個数が少ない場合(さらにはLED1個の場合)でも良好な動作が可能である。
At that time, if the voltage obtained by simply rectifying and smoothing the induced voltage of the detection winding N3 is used, when the number of series LEDs in the
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。 The present invention has been described above by taking the embodiment as an example. However, it is understood by those skilled in the art that various modifications can be made to each component and each processing process of the embodiment within the scope of the claims. By the way. Hereinafter, modifications will be described.
実施の形態では、LEDが複数個直列に接続された直列LED群30を点灯する場合で説明したが、動作原理上、LED1個の点灯も可能である。
In the embodiment, the case where the
10 トライアック調光装置
20 全波整流回路
30 直列LED群
40 スライス回路
50 スイッチング回路
60 フォワードコンバータ
70 付加回路
C1〜C6,C10〜C15 コンデンサ
D1〜D3,D10〜D13 ダイオード
L1〜L4 コイル
Q1〜Q3 スイッチング素子
R1〜R5,R10〜R16 抵抗
T トランス
ZD1 定電圧ダイオード
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記整流回路の整流出力が供給される1次巻線、LEDが接続される2次巻線、及び検出巻線を有するトランスと、
前記1次巻線に直列に接続され、前記1次巻線に流れる電流をオン、オフする第1のスイッチング素子と、
前記第1のスイッチング素子のオフ時間を定める第1の制御信号を発生するとともに、前記第1のスイッチング素子のオン時間を定める第2の制御信号を発生する制御ICと、
前記検出巻線の検出電圧を利用して前記制御ICに前記第1の制御信号を発生させるための信号を前記制御ICの第1の制御端子に印加する付加回路とを備え、
前記制御ICに前記第2の制御信号を発生させるために前記第1のスイッチング素子の電流に比例した電圧が前記制御ICの第2の制御端子に印加されており、
前記付加回路は、カソード側が前記1次巻線側となるようにして前記検出巻線の両端をそれぞれ前記1次巻線の高圧側に接続するダイオードと、
一方のダイオードを介して前記検出巻線の両端間に接続される第1のコンデンサ及びコイルの直列接続と、
前記一方のダイオードと前記第1のコンデンサとの接続点と前記第1の制御端子間に接続される第2のスイッチング素子と、
前記第2のスイッチング素子に直列に挿入される抵抗と、前記第1の制御端子とグランド間に接続される第2のコンデンサとからなる時定数回路とを有し、
前記第2のスイッチング素子の制御電極には前記コイルと前記第1のコンデンサとの接続点が接続され、前記コイルの誘起電圧の極性に応じて前記第2のスイッチング素子のオン、オフが切り替わることを特徴とするLED駆動回路。 A rectifier circuit for rectifying a PWM controlled AC input;
A transformer having a primary winding to which a rectified output of the rectifier circuit is supplied, a secondary winding to which an LED is connected, and a detection winding;
A first switching element connected in series to the primary winding for turning on and off a current flowing through the primary winding;
A control IC for generating a first control signal for determining an off time of the first switching element and for generating a second control signal for determining an on time of the first switching element;
An additional circuit for applying a signal for causing the control IC to generate the first control signal using a detection voltage of the detection winding to the first control terminal of the control IC;
A voltage proportional to the current of the first switching element is applied to the second control terminal of the control IC to cause the control IC to generate the second control signal;
The additional circuit includes a diode that connects both ends of the detection winding to the high-voltage side of the primary winding such that the cathode side is the primary winding side,
A series connection of a first capacitor and a coil connected between both ends of the detection winding via one diode;
A second switching element connected between a connection point between the one diode and the first capacitor and the first control terminal;
A time constant circuit including a resistor inserted in series with the second switching element and a second capacitor connected between the first control terminal and the ground;
A connection point between the coil and the first capacitor is connected to the control electrode of the second switching element, and the second switching element is switched on and off according to the polarity of the induced voltage of the coil. LED drive circuit characterized by the above.
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