CN114788410A

CN114788410A - Led驱动装置、照明装置和车载显示装置

Info

Publication number: CN114788410A
Application number: CN202080082503.1A
Authority: CN
Inventors: 金光亮辅; 桂幸司
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2019-11-27
Filing date: 2020-09-29
Publication date: 2022-07-22
Also published as: JPWO2021106360A1; WO2021106360A1; DE112020005769T5; US20230040250A1; JP7518856B2; US12082319B2

Abstract

在LED驱动装置中，DC‑DC控制器执行控制，使得LED端子处的电压保持为等于参考电压，并且参考电压生成器生成参考电压，使得所述参考电压随着由LED电流设定器设定的LED电流的设定值减小而减小。

Description

LED驱动装置、照明装置和车载显示装置

技术领域

本发明涉及LED驱动装置。

背景技术

当今，由于其低功耗和长寿命，LED(发光装置)被用于各种应用中。在下述专利文献1中公开了用于驱动LED的已知LED驱动装置的示例。

专利文献1的LED驱动装置包括DC-DC控制器和恒定电流驱动器，DC-DC控制器控制用于从输入电压生成输出电压并将其提供给LED的输出级，恒定电流驱动器生成通过LED的输出电流。该LED驱动装置驱动多个通道中的LED。

DC-DC控制器包括误差放大器和PWM比较器，所述误差放大器将多个通道中的LED的阴极电压中的最低电压与参考电压进行比较，所述PWM比较器将所述误差放大器的输出与斜率信号进行比较以生成内部PWM信号。

恒定电流驱动器基于经由PWM端子馈入的外部PWM信号而导通和截止。这实现了PWM调光控制。在恒定电流驱动器导通的时段期间，通过误差放大器和PWM比较器，输出级中的开关元件被开关脉冲PWM驱动，使得阴极电压中的上述最低电压保持为等于参考电压。以这种方式，输出电压(LED的阳极电压)被控制为处于电压值，该电压值是多个通道中的LED两端的正向电压中的最高电压与参考电压之和。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-21117号公报

发明内容

发明要解决的问题

在上述LED驱动装置中，将正向电压最高的通道中的LED的阴极电压控制为处于参考电压，并且将其它通道中的LED的阴极电压控制为处于高于参考电压的电压。多个通道中的LED的各个阴极处的电压和通过这些LED的电流确定了LED驱动装置的功耗，并因此确定了热生成。

如今，例如，随着LED数量的增加，车载显示装置具有越来越大的显示区域，并且发热已经成为非常关注的问题。

在上述背景下，本发明的目的在于提供一种能够有效抑制发热的LED驱动装置。

解决问题的方案

根据本发明的一个方面，一种LED驱动装置包括：

DC-DC控制器，其被配置为控制输出级，所述输出级被配置为从输入电压生成输出电压以将所述输出电压提供给LED的阳极；

恒定电流电路，其被配置为生成流过所述LED的LED电流；

LED端子，其被配置为连接到所述LED的阴极；

参考电压生成器，其被配置为生成参考电压；以及

LED电流设定器。

所述DC-DC控制器被配置为执行控制以使得所述LED端子处的电压保持为等于所述参考电压，并且

所述参考电压生成器被配置为生成所述参考电压，使得当由所述LED电流设定器设定的LED电流的设定值减小时，所述参考电压减小(第一配置)。

上述第一配置还可以包括被配置为连接到接地端子的接地端子。

所述恒定电流驱动器可以包括：

第一放大器，其具有被馈送有由所述LED电流设定器生成的电流设定参考电压的一个输入端子；

第一晶体管，其具有连接到所述第一放大器的输出端子的控制端子、连接到所述LED端子的第一端子、以及在第一节点处连接到所述第一放大器的另一输入端子的第二端子；以及

第一电阻器，其一端连接到所述第一节点，另一端控制端连接到所述接地端子(第二配置)。

在上述第一或第二配置中，随着LED电流的设定值变化，所述参考电压可以线性变化(第三配置)。

在上述第一至第三配置中，当LED电流的设定值等于或低于预定阈值时，所述参考电压生成器可以保持参考电压恒定(第四配置)。

上述第一至第四配置中的任何一种配置还可以包括电流设定端子，该电流设定端子被配置为可连接到外部电阻器。

所述LED电流设定器可以包括电流生成器，该电流生成器被配置为根据所述外部电阻器的电阻值生成第一电流，并且所述LED电流设定器可以被配置为根据所述第一电流生成所述电流设定参考电压。

所述参考电压生成器可以包括第二电阻器，第二电流根据所述第一电流通过所述第二电阻器。

所述参考电压可以出现在所述第二电阻器的一个端子处(第五配置)。

在上述第五配置中，所述参考电压生成器还可以包括第二放大器，该第二放大器具有被馈送有预定下限电压的一个输入端子、连接到所述第二电阻器的一个端子的另一个输入端子、以及连接到所述第二电阻器的一个端子的输出端子(第六配置)。

在上述第五或第六配置中，所述LED电流设定器可以包括：

第一电流镜，其被配置为基于所述第一电流生成第三电流；

第三电阻器，所述第三电流通过所述第三电阻器；以及

第二电流镜，其被配置为基于所述第一电流生成所述第二电流。

所述电流设定参考电压可以出现在所述第三电阻器的一个端子处(第七配置)。

在上述第五至第七配置中的任何一种中，所述电流生成器可以包括：

第三放大器，其被配置为具有被馈送可变的调光指令信号的一个输入端子；

第二晶体管，其具有连接到所述第三放大器的输出端子的控制端子，以及连接到所述第三放大器的另一输入端子和所述电流设定端子的第一端子(第八配置)。

上述第八配置还可以包括调光控制器，该调光控制器被配置为当所设置的LED电流比等于或高于LED电流比阈值时，在保持恒定电流电路恒定导通的同时执行DC调光，并且当所设置的LED电流比低于所述LED电流比阈值时，通过导通和截止所述恒定电流电路来执行PWM调光(第九配置)。

在上述第九配置中，可以可变地设置所述LED电流比阈值(第十配置)。

上述第十配置还可以包括：内部电压生成器，其被配置为基于输入电压生成内部电压；以及调光端子，其被配置为能够被馈送通过用分压电阻器对所述内部电压进行分压而得到的电压。

可以根据馈送到所述调光端子的电压来可变地设置所述LED电流比阈值(第十一配置)。

在上述第一至第十一配置中的任何一种中，输出电压可以在多个通道中被提供给LED的各个阳极，每个LED类似于上述LED。

所述LED驱动装置还可以包括：

多个LED端子，每个LED端子类似于上述LED端子，连接到所述多个通道中的LED的相应阳极；以及

选择器，其被配置为在所述多个LED端子处的电压中选择最低电压。

所述DC-DC控制器可以被配置为执行控制，使得最低电压保持为等于所述参考电压(第十二配置)。

根据本发明的另一方面，一种照明装置包括：上述任何一种配置的LED驱动装置；输出级；以及LED。

根据本发明的另一方面，车载显示装置包括具有上述配置的照明装置。

发明的效果

根据本发明的LED驱动装置，能够有效地抑制发热。

附图说明

图1是示出根据本发明的一个实施方式的LED驱动装置的配置的配置图。

图2是以简化形式示出根据本发明的一个实施方式的LED驱动装置中的调光功能所涉及的配置的一部分的图。

图3是示出LED电流比阈值为50％的调光切换的图表。

图4是示出LED电流比阈值为25％的调光切换的图表。

图5是示出LED电流比阈值为100％的调光切换的图表。

图6是示出LED电流与LED发光强度的关系的示例的图表。

图7是示出LED电流与色度的关系的一个示例的图表。

图8是示出根据本发明的一个实施方式的LED电流设定器、恒定电流电路和参考电压生成器的电路配置的图。

图9是示出LED电流的设定值(电阻Riset)与参考电压的关系的一个示例的图。

图10是示出LED正向电压的变化与LED驱动装置的功耗的关系的一个示例的图。

图11是示出背光装置的配置示例的图。

图12是示出车载显示器的一个示例的图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施方式。在以下描述中具体提及的任何信号值、温度值等仅是说明性的。

<1.LED驱动装置的配置>

图1是示出根据本发明的一个实施方式的LED驱动装置30的配置的电路配置图。图1中示出的LED驱动装置30在多个通道(这里，作为示例，六个通道)中驱动LED阵列41至46。LED驱动装置30是集成有内部电压生成器1、电流检测器2、振荡器4、斜率生成器5、PWM比较器6、控制逻辑电路7、驱动器8、软启动器9、输出放电器10、误差放大器11、选择器12、参考电压生成器13、保护电路14、调光控制器15、LED电流设定器16、施密特触发器17和恒定电流驱动器18的半导体装置。

LED驱动装置30还具有作为用于与外部建立电连接的外部端子的VCC端子、VREG端子、CSH端子、SD端子、VDISC端子、OUTL端子、CSL端子、LED1至LED6端子、OVP端子、GND端子、ISET端子、ADIM端子、PWM端子、SHT端子、FAIL2端子、FAIL1端子、COMP端子、以及EN端子。

在LED驱动装置30的外部，设置输出级35，该输出级35通过DC-DC转换从输入电压Vin生成输出电压Vout，并且将输出电压Vout馈送到LED阵列41至46的阳极。输出级35包括开关元件N1、二极管D1、电感器L1和输出电容器Co。开关元件N1由LED驱动装置30驱动和控制，从而输出级35由LED驱动装置30控制。输出级35和LED驱动装置30一起构成DC-DC转换器。在该实施方式中，如此构成的DC-DC转换器更具体地是升压(升压)DC-DC转换器。

输入电压Vin的施加端子连接到电容器Cvcc的一个端子、VCC端子和电阻器Rsh的一个端子。电容器Cvcc的另一个端子连接到接地端子。电阻器Rsh的另一个端子连接到CSH端子和晶体管M1的源极，该晶体管M1被配置为p沟道MOSFET。晶体管M1的漏极连接到电感器L1的一个端子。晶体管M1的栅极连接到SD端子。电感器L1的另一个端子连接到二极管D1的阳极和开关元件N1的漏极，该开关元件N1被配置为n沟道MOSFET。开关元件N1的源极经由电阻器Rsl连接到接地端子。开关元件N1的栅极连接到OUTL端子。二极管D1的阴极连接到输出电容器Co的一个端子。输出电容器Co的另一个端子连接到接地端子。在输出电容器Co的一个端子处，出现输出电压Vout。

开关元件N1可以包括在LED驱动装置中。

LED阵列41至46的各个阳极连接到输出电容器Co的出现输出电压Vout的一个端子。LED阵列41至46分别由串联连接的多个LED构成。LED阵列41至46的各个阴极分别连接到LED1端子至LED6端子。

LED阵列41至46中的每一个可以由例如并联连接而不是串联连接的LED组成，或者可以由单个LED组成。可以驱动的LED阵列的数量不限于六个，而是可以是四个或任何其它数量，并且可以是一个，即，在单个通道中仅一个LED阵列。

接下来，将描述LED驱动装置30的内部结构。

当EN端子处于高电平时，内部电压生成器1根据经由VCC端子馈入的输入电压Vin生成内部电压Vreg(例如5V)，并经由VREG端子将其馈出。内部电压Vreg用作包括在LED驱动装置30中的内部电路的电源电压。电容器CVG连接到VREG端子。

CSH端子和SD端子连接到电流检测器2。

振荡器4生成预定时钟信号并将其馈送到斜率生成器5。

基于从振荡器4馈送的时钟信号，斜率生成器5生成斜率信号(三角波信号)Vslp并将其馈送到PWM比较器6。斜率生成器5还具有根据CSL端子处的电压给予斜率信号Vslp偏移的功能，该电压是通过用电阻器Rsl转换通过开关元件N1的电流而得到的。

PWM比较器6将馈送到其非反相输入端子(+)的误差信号Verr与馈送到其反相输入端子(-)的斜率信号Vslp进行比较，以生成内部PWM信号pwm，并将其馈送到控制逻辑电路7。

基于内部PWM信号pwm，控制逻辑电路7生成用于驱动器8的驱动信号。

基于从控制逻辑电路7馈送的驱动信号，驱动器8为开关元件N1生成栅极电压，该栅极电压是在内部电压Vreg和接地电压之间交替的脉冲电压。

基于从驱动器8馈送的栅极电压，开关元件N1接通和关断。

LED端子电压Vled1至Vled6作为LED阵列41至46的相应阴极电压分别被施加到LED1端子至LED6端子。选择器12从LED端子电压Vled1至Vled6中选择最低电压并将其馈送到误差放大器11的一个反相输入端子(-)。误差放大器11的另一个反相输入端子(-)被馈送有OVP端子处的电压，该电压是通过用分压电阻器Rovp1和Rovp2对输出电压Vout进行分压而生成的。误差放大器11的非反相输入端子(+)被馈送有参考电压Vref。误差放大器11将馈送到其两个反相输入端子(-)的电压中较低电压与参考电压Vref之间的差进行放大以生成误差信号Verr，并将其馈送到PWM比较器6。在起动时，基于快速起动用OVP端子进行反馈控制；在起动后，基于选择器12的输出进行反馈控制。

误差放大器11的输出端子连接到COMP端子。COMP端子经由在外部串联连接的电阻器Rpc和电容器Cpc连接到接地端子。

软启动器9执行控制，使得误差信号Verr的电压电平缓慢上升。这有助于抑制输出电压Vout的过冲和涌入电流。

保护电路14包括TSD电路、TSDW(热报警)电路、OCP电路、OVP电路、LED开路检测电路(OPEN)、LED短路检测电路(SHORT)、输出短路保护电路(SCP)和UVLO电路。

当LED驱动装置30中的结温变为例如等于或高于175℃时，TSD电路关闭除了内部电压生成器1以外的电路。顺便提及，当LED驱动装置30中的结温降至例如150℃时，TSD电路恢复电路操作。

OCP电路监测CSL端子处的电压，该电压(输入电流感测电压)是通过将通过开关元件N1的电流感测为电阻器Rsl两端的电压信号而生成的，并且当CSL端子处的电压变为例如等于或高于0.3V时施加过电流保护。当施加过电流保护时，OCP电路暂停DC-DC切换。

晶体管M1的栅极连接到SD端子。当电流检测器2检测到通过电阻器Rsh的过电流(通过电感器L1的过电流)时，电流检测器2关断晶体管M1并且切断从用于输入电压Vin的施加端子到电感器L1的路径。

OVP电路监测OVP端子处的电压，并且当OVP端子处的电压变为例如等于或高于1.0V时施加过电压保护。当施加过压保护时，DC-DC开关暂停。

LED开路检测电路(OPEN)进行操作，使得当LED端子电压Vled1至Vled6中的任何一个例如等于或低于0.3V并且另外OVP端子处的电压例如等于或高于1.0V时，检测到LED开路故障，并且将检测到具有LED开路故障的LED阵列中的任何一个锁存。

LED短路检测电路(SHORT)进行操作，使得当LED端子电压Vled1至Vled6中的任何一个例如等于或高于4.5V时，所包含的计数器开始计数，从而在大约13ms之后实现锁存，并且将检测到具有LED短路故障的LED阵列中的任何一个锁存关闭。用于设置LED短路保护的电阻器Rsht连接到SHT端子。

输出短路保护电路(SCP)进行操作，使得当OVP端子处的电压变为例如等于或低于0.25V时，或者当LED端子电压Vled1至Vled6中的任何一个变为例如等于或低于0.3V时，所包含的计数器开始计数，从而在大约13ms之后实现锁存，并且将除了内部电压生成器1之外的电路关闭。输出短路保护电路能够应对LED阵列41至46的阳极侧(DC-DC输出端子侧)处的短路和LED阵列41至46的阴极侧处的短路两者。

当输入电压Vin变为例如等于或低于2.8V时，或者当内部电压Vreg变为例如等于或低于2.7V时，UVLO电路将除了内部电压生成器1之外的电路关闭。

保护电路14基于TSDW电路的故障检测状态经由FAIL1端子馈送故障检测信号。VREG端子经由电阻器Rf1连接到FAIL1端子。当TSDW电路检测到故障时，保护电路14使连接到FAIL1端子的晶体管(未示出)导通，以经由FAIL1端子输出低电平。

保护电路14基于LED开路检测电路、LED短路检测电路和输出短路保护电路的故障检测状态，经由FAIL2端子馈送出故障检测信号。VREG端子经由电阻器Rf2连接到FAIL2端子。当TSD电路、OCP电路、LED开路检测电路、LED短路检测电路和输出短路保护电路(SCP)中的任何一个检测到故障时，保护电路14将连接到FAIL2端子的晶体管(未示出)导通，以经由FAIL2端子输出低电平。

施密特触发器17将经由PWM端子从外部馈入的PWM调光信号发送到调光控制器15。PWM调光信号作为脉冲信号被馈入。从外部经由ADIM端子(调光端子)向调光控制器15馈送模拟调光信号。如稍后将描述的，调光控制器15基于馈送到调光控制器15的PWM调光信号和模拟调光信号在DC调光和PWM调光之间切换。调光控制器15向恒定电流驱动器18馈送PWM调光指令。调光控制器15还向LED电流设定器16馈送DC调光指令。

LED电流设定器16根据连接到ISET端子(电流设定端子)的电阻器Riset(外部电阻器)的电阻值和来自调光控制器15的DC调光指令，在恒定电流驱动器18中设定恒定电流值。参考电压生成器13根据由LED电流设定器16设定的恒定电流值生成参考电压Vref。将在后面详细描述LED电流设定器16和参考电压生成器13的配置。

恒定电流驱动器18包括对应于六个通道的恒定电流电路181，该恒定电流电路181分别布置在LED1端子至LED6端子与GND端子之间，GND端子连接到接地端子。恒定电流驱动器18还包括PWM控制逻辑电路182。PWM控制逻辑电路182根据调光控制器15所要求的PWM调光的导通占空比来使恒定电流电路181导通和截止。具体地，PWM控制逻辑电路182在反映PWM调光的导通占空比的LED电流导通时段期间保持恒定电流电路181导通，并且在反映PWM调光的导通占空比的LED电流截止时段期间保持恒定电流电路181截止。当恒定电流电路181导通时，具有由LED电流设定器16设定的恒定电流值的LED电流I_LED通过。

VDISC端子连接到输出放电器10。VDISC端子连接到输出电容器Co的出现输出电压Vout的一端。在输出电容器Co中剩余电荷的情况下启动可能导致LED闪烁。为了防止这种情况，需要在启动时对输出电容器Co放电，但是仅在OVP设定电阻器Rovp1和Rovp2等两端放电电荷可能需要时间；作为补救，输出放电器10将留在输出电容器Co中的电荷放电。在DC-DC转换器关断的情况下(当EN端子处的信号为低时，并且在保护期间)执行该放电。

<2.DC-DC控制器>

LED驱动装置30包括DC-DC控制器301(即，包括振荡器4、斜率生成器5、PWM比较器6、控制逻辑电路7、驱动器8和误差放大器11的电路块)，并且现在将详细描述这一点。

误差放大器11将由选择器12选择的LED端子电压Vled1至Vled6中的最低值与OVP端子处的电压之间的差、低电压和参考电压Vref进行放大，以生成误差电压Verr。误差电压Verr的电压值随着刚刚提到的较低电压进一步低于参考电压Vref而更高。

PWM比较器6将误差电压Verr与斜率信号Vslp进行比较以生成内部PWM信号pwm。当误差电压Verr高于斜率信号Vslp时，内部PWM信号pwm处于高电平，并且当误差电压Verr低于斜率信号Vslp时，内部PWM信号pwm处于低电平。

控制逻辑电路7基于内部PWM信号pwm来接通和关断开关元件N1。具体地，当内部PWM信号pwm处于高电平时，控制逻辑电路7保持开关元件N1接通。相反，当内部PWM信号pwm处于低电平时，控制逻辑电路7保持开关元件N1关断。

因此，由误差放大器11、PWM比较器6、控制逻辑电路7和驱动器8构成的反馈控制器通过经由OUTL端子向开关元件N1馈送开关脉冲来执行反馈控制，使得LED端子电压Vled1至Vled6中的最低值保持等于参考电压Vref。即，DC-DC控制器301包括刚刚描述的反馈控制器。

在开关元件N1接通的情况下，电流通过从输入电压Vin的施加端子经由电阻器Rsh、晶体管M1、电感器L1和开关元件N1到接地端子的路径，并且能量存储在电感器L1中。同时，二极管D1被反向偏置，因此没有电流从输出电容器Co流到开关元件N1。如果在输出电容器Co中留下电荷，则LED电流I_LED从输出电容器Co流到LED阵列41至46的阳极。

在开关元件N1关断的情况下，存储在电感器L1中的能量被释放，因此，作为LED电流I_LED的电流流入LED阵列41至46并且也流入输出电容器Co，从而对输出电容器Co充电。

当重复上述操作时，LED阵列41至46的阳极被馈送有通过使输入电压Vin升压而获得的输出电压Vout。

<2.PWM调光和DC调光>

根据实施方式的LED驱动装置30具有根据所进行的设置在PWM调光和DC调光之间切换的功能，并且这将在下面描述。DC调光是指通过在改变LED电流I_LED的恒定电流值的同时利用恒定电流驱动器18保持LED电流I_LED恒定导通而实现的调光。

图2是示出在PWM调光和DC调光之间切换的功能中涉及的配置的图，并且以简化形式示出了前面提到过的图1中所示的LED驱动装置30的一部分。

经由PWM端子馈送的PWM调光信号经由施密特触发器17馈送到调光控制器15。在VREG端子和接地端子之间，电阻器R21和R22串联连接，并且ADIM端子连接到电阻器R21和R22之间的连接节点。根据电阻器R21和R22的电阻值的组合，其中在VREG端子处出现的内部电压Vreg被分压的分压比改变，并且施加到ADIM端子的模拟调光信号(电压信号)改变。

根据施加到ADIM端子的模拟调光信号，设置LED电流比阈值，在该LED电流比阈值上在PWM调光和DC调光之间切换。因此，根据电阻器R21和R22的电阻值的组合，可以设置LED电流比阈值。LED电流比以相对于由LED电流设定器16根据连接到ISET端子的电阻器Riset和来自调光控制器15的指令而设定的预定LED电流值的百分比为100％的比率给出。例如，根据电阻器R21和R22的电阻值的组合，LED电流比阈值可以被设置为100％、50％、25％或12.5％。

另一方面，根据PWM调光信号的占空比来设置所设置的LED电流比。调光控制器15将所设置的LED电流比与所设置的LED电流比阈值进行比较。如果所设置的LED电流比等于或高于LED电流比阈值，则调光控制器15指示LED电流设定器16根据所设置的LED电流比来设置LED电流值，并且指示恒定电流驱动器18在保持LED电流恒定接通的同时执行DC调光。

相反，如果所设置的LED电流比低于LED电流比阈值，则调光控制器15指示LED电流设定器16根据LED电流比阈值来设置LED电流值，并且指示恒定电流驱动器18以与所设置的LED电流比相对应的导通占空比来执行PWM调光。

将参照图3至图5描述PWM调光和DC调光之间的切换的具体示例。图3示出了将LED电流比阈值设定为50％的情况。在这种情况下，当所设置的LED电流比等于或高于50％时，执行DC调光，并且当LED电流比低于50％时，执行PWM调光。在这种情况下，如果设置的LED电流比例如为80％，则在LED电流值为80％的情况下执行DC调光；如果设置的LED电流比例如为40％，则在LED电流值为50％且导通占空比为80％的情况下执行PWM调光。

在图3所示的情况下，假设PWM调光可以实现例如10000的高调光因子，则其与DC调光的调光因子(即2)的组合实现20000的高调光因子。

同样地，图4示出了将LED电流比阈值设定为25％的情况。在这种情况下，如果所设置的LED电流比是例如40％，则与图3中所示的情况不同，进行直流调光。图5示出了将LED电流比阈值设定为100％的情况。在这种情况下，利用任何设置的LED电流比，执行PWM调光。

顺便提及，当执行PWM调光时，可以在LED电流值保持为100％的情况下调节导通占空比。例如，在LED电流比阈值为50％并且所设置的LED电流比为40％的情况下，可以在LED电流值为100％并且导通占空比为40％的情况下执行PWM调光。

这里，图6是示出LED电流与LED发光强度的关系的示例的图表。在图6中，实线表示DC调光，虚线表示PWM调光。如此，DC调光倾向于在低LED电流的区域中呈现LED发光强度的大下降。相反，PWM调光即使在低LED电流的区域中也保持LED发光强度的线性，并且趋于呈现LED发光强度的小下降。因此，通过如上所述在高LED电流的区域中执行DC调光和在低LED电流的区域中执行PWM调光，可以抑制LED发光强度的变化。

观察到LED发光强度大幅下降的LED电流区域随所使用的LED的特性而变化。因此，LED电流比阈值可以可变地设置。

图7是示出LED电流与色度的关系的一个示例的图表。在图7中，实线表示DC调光，虚线表示PWM调光。如图7所示，DC调光，尽管提供了比PWM调光(99.98％至0.02％)更低的调光因子(从100％至1％)，但提供了更大的色度变化。因此，通过如上所述在DC调光和PWM调光之间切换，可以在实现高调光因子的同时抑制色度的变化。

<3.LED端子控制电压的可变控制>

如前所述参考图1所描述的，在本实施方式的LED驱动装置30中，进行控制使得在施加于多个通道中的LED阵列41至46的阴极所连接的LED1端子至LED6端子的电压中，由选择器12选择的最低电压保持为参考电压Vref。LED驱动装置30具有可变地控制作为LED端子控制电压的上述参考电压Vref的功能。现在将对此进行描述。

图8是示出参考电压生成器13、LED电流设定器16和恒定电流电路181的一个配置示例的图。

LED电流设定器16包括放大器16A、晶体管16B、均被配置为p沟道MOSFET的晶体管16C、16D1、16D2和16F、以及电阻器16E1和16E2。放大器16A和晶体管16B一起构成生成与电阻器Riset的电阻值相对应的电流I1(第一电流)的电流生成器161。

放大器16A的非反相输入端子(+)被馈送有来自调光控制器15的调光指令信号DM(图2)。调光指令信号DM是可变模拟信号。放大器16A的输出端子连接到晶体管16B的栅极，晶体管16B是n沟道MOSFET。晶体管16B的源极在节点ND1处连接到ISET端子。节点ND1连接到放大器16A的反相输入端子(-)。

晶体管16C的漏极连接到晶体管16B的漏极。晶体管16C的栅极和漏极一起短路。晶体管16C的栅极连接到晶体管16D1的栅极。向晶体管16C和16D1的各个源极馈送内部电压Vreg作为电源电压。晶体管16D1的漏极在节点ND21处连接到电阻器16E1的一个端子。电阻器16E1的另一个端子连接到接地端子。晶体管16C和晶体管16D1构成电流镜CM1。

放大器16A控制晶体管16B的栅极，使得节点ND1处的电压保持等于调光指令信号DM的电压。因此，在调光指令信号DM和电阻器Riset连接到ISET端子的情况下，生成通过晶体管16B的电流I1。基于电流I1，电流镜CM1生成通过电阻器16E1的电流I21(第三电流)。利用电阻器16E1和电流I21，在节点ND21处生成电流设定参考电压REF21。

如图8所示，恒定电流电路181包括放大器181A、晶体管181B和电阻器181C。应当注意的是，作为代表，图8示出了对应于LED阵列41(LED1端子)的恒定电流电路181，并且对应于LED阵列42至46的恒定电流电路181与图8中所示的恒定电流电路181类似地配置。

放大器181A的非反相输入端子(+)被馈送有从LED电流设定器16输出的电流设定参考电压REF21。放大器181A的输出端子连接到晶体管181B的栅极，晶体管16B是n沟道MOSFET。晶体管181B的源极在节点ND18处连接到电阻器181C的一个端子。节点ND18连接到放大器181A的反相输入端子(-)。电阻器181C的另一个端子经由GND端子连接到接地端子。晶体管181B的漏极连接到LED1端子。

放大器181A控制晶体管181B的栅极，使得节点ND18处的电压保持等于电流设定参考电压REF21。因此，利用电流设定参考电压REF21和电阻器181C，生成通过晶体管181B的LED电流I_LED(恒定电流)。

因此，对于相同的调光指令信号DM，电阻器Riset的电阻值越高，电流I1和I21的电流值越低，电流设定参考电压REF21越低，并且LED电流I_LED的恒定电流值越低。

如图8所示，晶体管16C和晶体管16D2一起构成电流镜CM2，并且利用通过晶体管16D2和电阻器16e2的电流I22，在节点ND22处生成要馈送到用于LED阵列42的恒定电流电路181的电流设定参考电压REF22。此外，对于LED阵列43至46的恒定电流电路181中的每一个，形成用于生成电流设定参考电压的类似电路。

由于用于保持施加到LED1端子至LED6端子的电压中的最低电压等于参考电压Vref的控制，如果LED阵列41至46两端的正向电压之间存在变化，则施加到除了施加最低电压的LED端子之外的LED端子的电压高于参考电压Vref。结果，连接到除了施加最低电压的LED端子之外的LED端子的晶体管181B的漏极-源极电压Vds高于连接到施加最低电压的LED端子的晶体管181B的漏极-源极电压Vds。因此，对于除了施加最低电压的LED端子以外的LED端子，用于使相同的LED电流I_LED通过的晶体管181B的导通电阻值变高，使得这些晶体管181B的栅极电压变低；因此能够使LED电流I_LED无问题地通过。

如图8所示，参考电压生成器13包括电阻器13A、放大器13B以及电阻器13C和13D。这里，LED电流设定器16包括由晶体管16C和晶体管16F构成的电流镜CM3。具体地，晶体管16F的栅极连接到晶体管16C的栅极。晶体管16F的源极被馈送有内部电压Vreg。晶体管16F的漏极连接到电阻器13A的一个端子。

放大器13B的另一个端子连接到接地端子。电阻器13A的一个端子连接到误差放大器11的非反相输入端子(+)(图1)。放大器13B的非反相输入端子(+)被馈送有下限电压Vlimit，该下限电压Vlimit是通过用电阻器13C和13D划分预定电源电压VREF1而得到的。放大器13B的输出端子和反相输入端子(-)连接到电阻器13A的一个端子。

因此，基于通过晶体管16C的电流I1，电流镜CM3生成通过晶体管16F的电流I3(第二电流)。电流I3通过电阻器13A，在电阻器13A的一端生成与电流I3相对应的参考电压Vref。对于相同的调光指令信号DM，电阻器Riset的电阻值越高，电流I1和I3越小，并且参考电压Vref越低。

当参考电压Vref变得如此低以至于趋于下降到低于下限电压Vlimit时，参考电压Vref被放大器13B箝位在下限电压Vlimit。

图9是示出LED电流I_LED和电阻Riset与参考电压Vref的关系的一个示例的图。作为示例，图9示出了LED电流I_LED的值如何随着电阻Riset的增加而变化，其中调光指令信号DM被设置为对应于100％的LED电流比的最大电压。

如图9所示，当电阻Riset从16.7kΩ增加到26.7kΩ时，LED电流I_LED从150mA减少到93.8mA。同时，如图9中实线所示，参考电压生成器13使参考电压Vref从0.8V下降到0.5V。随着电阻Riset从26.7kΩ进一步增加到50kΩ，LED电流I_LED从93.8mA减少到50mA。同时，由于下限电压Vlimit＝0.5V，因此参考电压Vref被箝位在0.5V以保持恒定。即，在LED电流I_LED等于或低于93.8mA的预定阈值的情况下，参考电压Vref保持恒定。

在图9所示的示例中，设计如下。例如，假设电阻器181C的电阻值为1Ω，为了使具有150mA的最大值的LED电流I_LED通过，需要在节点ND18处生成的电压为0.15V；因此，假设LED端子处的控制电压(即，参考电压Vref)＝0.8V，晶体管181B的漏极-源极电压Vds＝0.8–0.15＝0.65V；然后，基于晶体管181B中需要的导通电阻，以该漏极-源极电压Vds传递LED电流I_LED＝150mA，确定晶体管181B的尺寸。

当LED电流I_LED从150mA减小时，即使LED端子处的控制电压从0.8V减小，也可以利用以上确定的晶体管181B的尺寸来获得所需的导通-状态电阻。然而，将LED端子处的控制电压降低得太远，导致晶体管181B的漏极-源极电压Vds过低，使得晶体管181B处于接近全导通状态的状态而不能保持低导通状态电阻，并且这是不期望的。因此，在本实施方式中，LED端子处的控制电压经受下限电压Vlimit。

LED驱动装置30的功耗由LED电流I_LED和LED端子电压决定。在本实施方式中，执行可变控制，使得随着LED电流I_LED的设定值减小，LED端子处的控制电压(即，参考电压Vref)减小。因此，与例如图9所示的示例中的情况相比，与LED电流I_LED的设定值无关地将参考电压Vref保持恒定在0.8V，从而能够抑制功耗。在图9所示的示例中，例如，通过简单地将参考电压Vref保持在0.5V而与LED电流I_LED的设定值无关，能够降低功耗，然而，在这种情况下，以150mA的最大值通过LED电流I_LED需要减小晶体管181B的导通电阻，并且这不方便地导致晶体管181B的尺寸增大。即，通过本实施方式，对参考电压Vref的可变控制使得在抑制晶体管181B尺寸的同时减少LED驱动装置30中的发热成为可能。

而在图9所示的示例中，线性地执行参考电压Vref的可变控制，其可以替代地非线性地执行(具有曲线相关性)。然而，线性控制可以用更简单的配置来实现。

图10是示出LED阵列41至46中的正向电压Vf的变化与LED驱动装置30的功耗的关系的一个示例的图，如利用图9中所示的示例中的控制特性所观察的，LED电流I_LED的设定值为80mA。在图10中，实线示出了利用图9中实线(实施方式)指示的控制特性所观察到的情况，虚线示出了利用图9中虚线(比较示例)所示的控制特性观察到的情况。在图9所示的比较示例中，参考电压Vref保持恒定在1.0V，而与LED电流I_LED无关。

LED驱动装置30(IC)的功耗是电路功率、开关元件N1中的栅极驱动功率和恒定电流电路181中的电流驱动功率之和。电路功率由以下公式给出：电路功率＝电路电流×VCC电压。栅极驱动功率由以下公式给出：栅极驱动功率＝栅极电容×Vreg×Vreg×振荡频率。电流驱动器功率由以下公式给出：电流驱动器功率＝LED端子电压×LED电流+(LED端子电压+Vf变化)×LED电流×(LED通道号-1)。

例如，利用图9所示的控制特性，如果LED电流I_LED的设定值＝80mA，则参考电压Vref＝0.5V；如果Vf变化例如为1.0V，则LED1端子至LED6端子中的一个LED端子处的电压为0.5V，且其它五通道LED端子处的电压＝0.5+1.0＝1.5V；在这些假设下，计算上述电流驱动器功率。

如图10所示，通过相同的Vf变化，与比较示例相比，本实施方式可以更多地降低功耗。因此，根据本实施方式，可以增加点亮的LED的数量和LED电流值。

在本实施方式中，当执行PWM调光时，调光控制器15将调光指令信号DM设置为与100％的LED电流比相对应的最大电压的LED电流比阈值的电压值，并且根据PWM调光的导通占空比来接通和关断恒定电流电路181。相反，当执行DC调光时，恒定电流电路181保持恒定导通，并且调光控制器15将调光指令信号DM设置为与所设置的LED电流比相对应的电压。当执行PWM调光时，可以替代地将调光指令信号DM设置为与100％的LED电流比相对应的最大电压。然而，在PWM调光和DC调光之间切换的功能不是必需的，例如，可以仅提供通过PWM调光的调光功能。

<4.应用于背光装置>

作为上述根据本发明实施方式的LED驱动装置的应用目标的一个示例，将描述背光装置。图11中示出了可应用根据本发明实施方式的LED驱动装置的背光装置的结构的示例。而图11中示出的结构是所谓的边光型的，这并不意味着有任何限制，而是可以采用直光型的结构。

图11中示出的背光装置70是从后方对液晶面板81进行照明的照明装置。背光装置70包括LED光源71、导光板72、反射板73和光学片74等。LED光源71包括LED和安装有LED的电路板。从LED光源71发射的光通过导光板72的侧面进入导光板72。导光板72由例如丙烯酸树脂板形成，通过将进入导光板72的光在其整个内部全反射来引导，最终使光从导光板72通过其布置光学片等74的一侧的面作为平面光出射。反射板73将从导光板72泄漏出的光反射回导光板72中。光学片等74包括扩散片、透镜片等，并且用于均匀化和提高照射液晶面板81的光的亮度。LED光源71包括根据本发明实施方式的LED驱动装置、输出级和LED。根据本发明的实施方式的LED驱动装置有助于制造更大尺寸的液晶面板81。

<5.车载显示器>

应用了根据上述本发明的实施方式的LED驱动装置的背光装置特别适合用作车载显示器。上述LED驱动装置有助于加宽LED的调光范围，并且这适用于需要能够在白天驾驶和夜间驾驶之间、在白天普通驾驶和在隧道中驾驶之间等调节它们的亮度的车载显示器。

与图12中所示的车载显示器85类似的车载显示器例如设置在车辆中驾驶员座椅前面的仪表板上。车载显示器85显示例如汽车导航信息、车辆后方的拍摄图像、以及诸如速度计、燃料水平指示器、燃料消耗指示器和换档位置指示器的图像的各种图像，并且可以向用户传达各种信息。这种车载显示器被称为集群面板或中央信息显示器(CID)。车载显示器可以替代地是布置在驾驶员座椅或前排乘客座椅的后表面上的用于后部娱乐的显示器。

<6.其他>

上述实施方式应当被认为在每个方面都是说明性的而不是限制性的；应当理解，本发明的技术范围不是由上面给出的实施方式的描述限定的，而是由所附权利要求书限定的，并且包括在与权利要求书等同的意义和范围内作出的任何修改。

产业上的可应用性

本发明应用于驱动车载LED的装置中。

符号列表

1 内部电压生成器

2 电流检测器

4 振荡器

5 斜率生成器

6 PWM比较器

7 控制逻辑电路

8 驱动器

9 软启动器

10 输出放电器

11 误差放大器

12 选择器

13 参考电压生成器

14 保护电路

15 调光控制器

16 LED电流设定器

17 施密特触发器

18 恒定电流驱动器

181 恒定电流电路

182 PWM控制逻辑电路

30 LED驱动装置

301 DC-DC控制器

35 输出级

Co 输出电容器

N1 开关元件

D1 二极管

L1 电感器

46至46 LED阵列

70 背光装置

71 LED光源

72 导光板

73 反射板

74 光学片等

81 液晶面板

85 车载显示器。

Claims

1.一种LED驱动装置，该LED驱动装置包括：

恒定电流电路，其被配置为生成流过所述LED的LED电流；

LED端子，其被配置为连接到所述LED的阴极；

参考电压生成器，其被配置为生成参考电压；以及

LED电流设定器，

其中，

所述DC-DC控制器被配置为执行控制以使得所述LED端子处的电压保持为等于所述参考电压；并且

所述参考电压生成器被配置为生成所述参考电压，使得当由所述LED电流设定器设定的LED电流的设定值减小时，所述参考电压减小。

2.根据权利要求1所述的LED驱动装置，所述LED驱动装置还包括被配置为连接到接地端子的接地端子，

其中，所述恒定电流电路包括：

第一晶体管，该第一晶体管具有：

连接到所述第一放大器的输出端子的控制端子，

连接到所述LED端子的第一端子，以及

在第一节点处连接到所述第一放大器的另一输入端子的第二端子；以及

第一电阻器，该第一电阻器具有：

连接到所述第一节点的一个端子，以及

连接到所述接地端子的另一端子控制端子。

3.根据权利要求1或2所述的LED驱动装置，其中，

随着所述LED电流的设定值变化，所述参考电压线性变化。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的LED驱动装置，其中，

当所述LED电流的设定值等于或低于预定阈值时，所述参考电压生成器保持所述参考电压恒定。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的LED驱动装置，所述LED驱动装置还包括电流设定端子，该电流设定端子被配置为可连接到外部电阻器，

其中，

所述LED电流设定器包括电流生成器，该电流生成器被配置为根据所述外部电阻器的电阻值生成第一电流，所述LED电流设定器被配置为根据所述第一电流生成所述电流设定参考电压，

所述参考电压生成器包括第二电阻器，第二电流根据所述第一电流通过所述第二电阻器，并且

所述参考电压出现在所述第二电阻器的一个端子处。

6.根据权利要求5所述的LED驱动装置，其中，

所述参考电压生成器还包括第二放大器，该第二放大器具有：

被馈送有预定下限电压的一个输入端子，

连接到所述第二电阻器的一个端子的另一输入端子；以及

连接到所述第二电阻器的一个端子的输出端子。

7.根据权利要求5或6所述的LED驱动装置，其中，

所述LED电流设定器包括：

第一电流镜，其被配置为基于所述第一电流生成第三电流；

第三电阻器，所述第三电流通过所述第三电阻器；以及

第二电流镜，其被配置为基于所述第一电流生成所述第二电流，其中，

所述电流设定参考电压出现在所述第三电阻器的一个端子处。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的LED驱动装置，其中，

所述电流生成器包括：

第二晶体管，该第二晶体管具有：

连接到所述第三放大器的输出端子的控制端子，以及

连接到所述第三放大器的另一输入端子和所述电流设定端子的第一端子。

9.根据权利要求8所述的LED驱动装置，所述LED驱动装置还包括调光控制器，该调光控制器被配置为：

当所设置的LED电流比等于或高于LED电流比阈值时，在保持所述恒定电流电路恒定接通的同时执行DC调光，并且

当所设置的LED电流比低于所述LED电流比阈值时，通过接通和关断所述恒定电流电路来执行PWM调光。

10.根据权利要求9所述的LED驱动装置，其中，

所述LED电流比阈值可变地设置。

11.根据权利要求10所述的LED驱动装置，所述LED驱动装置还包括：

内部电压生成器，其被配置为基于所述输入电压生成内部电压；以及

调光端子，其被配置为能够被馈送通过用分压电阻器对所述内部电压进行分压而得到的电压，

其中，

根据馈送到所述调光端子的电压来可变地设置所述LED电流比阈值。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的LED驱动装置，其中，

所述输出电压被提供给多个通道中的LED的相应阳极，

所述LED驱动装置还包括：

连接到所述多个通道中的LED的相应阳极的多个LED端子；以及

选择器，其被配置为在所述多个LED端子处的电压中选择最低电压，并且

所述DC-DC控制器被配置为执行控制，使得最低电压保持为等于所述参考电压。

13.一种照明装置，该照明装置包括：

根据权利要求1至12中任一项所述的LED驱动装置；

输出级；以及

LED。

14.一种车载显示装置，包括根据权利要求13所述的照明装置。