テクノロジー
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<strong>テクノロジー</strong><br />
半 導 体 製 品<br />
照 明 用 LED ドライバが 低 消 費 電 力 化 を 推 進 、さまざまな 技 術 が 競 いあう<br />
LED ドライバが 新 しいフェーズに 入 った。これまで、LED 照 明 を 念 頭 に 置 いた LED スト<br />
リング(LED チップを 直 列 に 多 数 接 続 したもの)を 並 列 に 数 列 ~ 十 数 列 並 べたものが 多 か<br />
った。 最 近 、 安 価 で 消 費 電 力 の 削 減 を 図 ったドライバが 登 場 、そのアーキテクチャは PFC<br />
( 力 率 改 善 回 路 ) 内 蔵 で 0.97 以 上 の 力 率 を 改 善 、 電 解 コンデンサ 不 要 のドライバ、 回 路 の<br />
簡 素 化 などさまざまな 技 術 が 登 場 している。<br />
図 1 PFC 内 蔵 で 力 率 0.98 を 達 成 する FL7701 出 典 :Fairchild Semiconductor<br />
いずれの LED ドライバにも 調 光 機 能 ( 輝 度 を 調 節 する 機 能 )がついており、 部 屋 の 明 る<br />
さに 応 じて LED の 輝 度 を 変 えられるようになっている。 調 光 機 能 を 実 現 するのに、 従 来 の<br />
ような 消 費 電 力 の 大 きなトライアック 方 式 ではなく、すべて PWM を 利 用 している。ここ<br />
で 紹 介 する 米 国 メーカーの 製 品 は 住 宅 や 商 業 施 設 向 け LED 照 明 を 狙 った 低 コストで 8 ピン<br />
の SOIC である。<br />
米 フェアチャイルド 社 (Fairchild Semiconductor)は、8 ピン SOIC に PFC を 内 蔵 した<br />
LED ドライバ FL7701 を 製 品 化 した。AC 電 圧 90V~264V から 全 波 整 流 し、LC による<br />
EMI フィルタを 通 して IC に 入 力 する。トランス 不 要 、VCC 電 源 不 要 、 消 費 電 力 の 大 きな<br />
スナバー 回 路 不 要 、 寿 命 の 短 い 電 解 コンデンサ 不 要 、という 優 れモノである。 入 力 が DC<br />
でも 動 作 する。PFC 内 蔵 と 回 路 の 簡 素 化 によって、プリント 回 路 基 板 に 搭 載 する 部 品 数 が<br />
最 大 60% 減 り、 部 品 コスト BOM は 20% 減 少 するとしている。<br />
LED を 駆 動 する 場 合 にパワーMOSFET を 外 付 けする 必 要 があるが、LED を 最 大 17 個 直<br />
列 接 続 できる。バック 方 式 で 降 圧 するためトランスが 不 要 で、 電 解 コンデンサもいらない、<br />
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というメリットは 大 きい。というのはトランスを 使 うフライバック 方 式 のドライブ 回 路 に<br />
使 う 電 解 コンデンサの 寿 命 が 全 ての 部 品 の 中 で 最 も 短 いからである。LED は 長 寿 命 がメリ<br />
ットの 一 つなのにもかかわらず、 電 解 コンデンサを 使 うのなら、そのメリットを 生 かせな<br />
いことになる。<br />
BD<br />
EMI filter<br />
L1<br />
D1<br />
LED<br />
L<br />
ADIM<br />
HV<br />
D2<br />
C1<br />
C2<br />
R3<br />
RT<br />
VCC<br />
OUT<br />
FAN7701<br />
CS<br />
R1<br />
L2<br />
C3<br />
C4<br />
GND<br />
R2<br />
図 2 全 波 整 流 だけで IC を 動 かせる 出 典 :Fairchild Semiconductor<br />
米 エネルギー 省 が 推 奨 する 省 エネルギーの 規 格 EnergyStar では、 力 率 ( 無 効 電 力 に 対 する<br />
有 効 電 力 の 割 合 : 交 流 電 圧 に 対 して 交 流 電 流 が 同 じ 位 相 なら 100% 有 効 電 力 だが、コイルや<br />
コンデンサなどの 成 分 が 含 まれると 位 相 が 遅 れ 無 効 電 力 が 発 生 する)は 0.7 以 上 と 規 定 され<br />
ているが、FL7701 は 100V~120V の 交 流 入 力 なら 0.97 以 上 と 極 めて 高 い。LED 照 明 のエ<br />
ネルギー 効 率 を 上 げるためには 力 率 は 高 い 方 が 望 ましい。 欧 州 で 使 われる 220V~264V の 交<br />
流 では 力 率 は 0.93~0.88 であり、EnergyStar 規 格 を 十 分 に 満 足 している。<br />
米 マキシム 社 (Maxim Integrated Products)が 最 近 発 表 した LED ドライバ、MAX16841<br />
も 電 解 コンデンサが 不 要 であるとしており、しかも 交 流 90V~265V の 広 い 入 力 範 囲 を 備 え<br />
ている。この 製 品 は 調 光 方 式 として、トライアック 方 式 とトランジスタ 方 式 の 二 つを 備 え<br />
ており、 従 来 の 調 光 可 能 な 白 熱 灯 を LED に 置 き 換 える 用 途 に 向 く。<br />
ただし、 従 来 の 白 熱 灯 は 抵 抗 式 であるため 直 線 性 は 良 いが、LED は 非 直 線 性 の 電 流 電 圧 特<br />
性 を 描 く。そこで、ランプの 入 力 電 流 を 独 自 のトランジスタ 回 路 などで 補 正 することによ<br />
ってフリッカのない 調 光 機 能 を 作 ることができた。この 製 品 も 体 積 の 大 きな 電 解 コンデン<br />
サが 要 らないため 実 装 面 積 が 減 る。<br />
製 品 の 単 価 は 1000 個 購 入 時 で、フェアチャイルドの FL7701 が 1.27 ドル、マキシムの<br />
MAX16841 は 1.35 ドルだが、 機 能 を 削 りさらに 安 い LED ドライバもある。 米 インターナ<br />
ショナル・レクティファイア(International Rectifier: IR)の IRS2980 は 1 万 個 購 入 時 の<br />
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単 価 が 0.60 ドルと 最 も 安 い。しかも、 調 光 機 能 も 入 れており、パッシブ 方 式 の PFC を 外<br />
付 けすれば 力 率 は 0.9 になるとしている。<br />
この IC も 交 流 電 圧 からの 全 波 整 流 を 入 力 するだけで 動 作 し、IC を 動 作 させるための VCC<br />
電 圧 は 要 らない。 内 部 に IC にバイアス 電 圧 を 与 えるための 高 電 圧 レギュレータを 持 ってい<br />
るためだ。 調 光 用 の PWM 発 振 器 を 外 付 けする 必 要 はあるが、デジタル 入 力 でもアナログ<br />
入 力 でも 制 御 できる。 調 光 はポテンショメータを 外 付 けし 直 流 制 御 電 圧 を 0~2V に 渡 って<br />
変 えることにより 輝 度 を 0~100%の 範 囲 で 変 えることができる( 図 3)。 加 えて、 内 蔵 のレギ<br />
ュレータのオーバーヒートを 防 ぐため、 動 作 周 波 数 を 150kHz に 制 限 するリミッタも 内 蔵<br />
している。<br />
入 力 の 交 流 電 圧 は 70~240Vであり、 世 界 中 の 交 流 電 源 を 直 結 できる。 出 力 電 圧 は 直 流 0~50V<br />
でパワーMOSFET を 駆 動 する。レギュレートされた 出 力 電 流 は 350mA。 力 率 改 善 回 路 は<br />
内 蔵 していないが、ダイオードやコンデンサでパッシブ 方 式 の PFC を 外 付 けすると 力 率 は<br />
0.9 くらいになるという。<br />
PWM Dimming Option<br />
RCS<br />
DBUCK<br />
CF<br />
RF<br />
DB1<br />
DB2<br />
LIN<br />
CIN<br />
DB3<br />
DB4<br />
CBUS<br />
CVF<br />
CVCC<br />
HV<br />
VS<br />
VCC<br />
COM<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
IRS2980<br />
CS<br />
8<br />
OUT<br />
7<br />
RAMP<br />
6<br />
ADIM<br />
5<br />
RG<br />
MBUCK<br />
LBUCK<br />
RDIM<br />
CRAMP<br />
RVDIM<br />
• 0 to 2VDC analog control on ADIM input<br />
• Adjusts PWM duty cycle for dimming (0 to 100%)<br />
• CRAMP determines the PWM frequency<br />
• PWM direct input is possible through ADIM<br />
(replace CRAMP with resistor to set threshold)<br />
図 3 ポテンショメータ 外 付 けで 調 光 機 能 を 簡 単 に 実 現 出 典 :International Rectifier<br />
IR は、パワーIC 製 品 を 専 門 とするメーカーであり、パワーMOSFET を 集 積 する 技 術 は 当<br />
然 持 っているが、この IRS2980 にパワーMOSFET を 集 積 しなかったのは、フレキシビリ<br />
ティを 持 たせるためだと、 同 社 Energy Saving Products BU、LED Group Manager の<br />
Peter Green 氏 は 言 う。LED によって 数 十 mA、 数 百 mA と 駆 動 電 流 が 違 う 場 合 でも、パ<br />
ワーMOSFET を 外 付 けしておくと、 同 じ IC を 使 うことができる。<br />
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(2011/10/28)<br />
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