CN202422688U

CN202422688U - 负载电路的驱动电路以及使用了它的发光装置、电子设备

Info

Publication number: CN202422688U
Application number: CN2011203341211U
Authority: CN
Inventors: 佐佐木义和; 崔准德; 安民基
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2021-09-07
Also published as: JP2012060744A

Abstract

本实用新型提供发光元件的驱动电路以及使用了它的发光装置、电子设备，能够检测出驱动对象的发光元件的异常状态。光耦合器(80)具有在其输入侧设置的发光元件(82)和在其输出侧设置的光接收元件(84)。输入侧的发光元件(82)设置在LED串(6)中流过的驱动电流的路径上且相比LED串(6)更接近直流/直流变换器侧。检测电路(90)基于光耦合器(80)的光接收元件(84)生成的检测电流(I_DET)，判定LED串(6)的异常状态。

Description

负载电路的驱动电路以及使用了它的发光装置、电子设备

技术领域

本实用新型涉及发光元件的驱动电路，特别涉及其过电流保护。

背景技术

作为液晶面板的背光或用于便携式电话终端的来电显示的光源、或者改变为荧光灯的照明设备，利用发光二极管(LED)。通常，LED由多个串联堆栈，形成LED串。

说明LED串的驱动电路的代表性的两个构成例。

驱动电路由用于对LED串生成充分的驱动电压的直流/直流(DC/DC)变换器、以及设置在LED串的路径上且生成与LED的目标亮度相应的驱动电流的电流驱动器构成(构成例1)。

或者驱动电路由调节驱动电压使得设置在LED串的路径上的电流检测用的电阻(检测电阻)上产生的压降(检测电压)与相应于目标亮度的基准电压一致的DC/DC变换器构成(构成例2)。

假设LED串的路径上的节点因某种故障而导致接地电源故障或电源供给故障(将这些称为短路)。这时，在构成例1中，由于电流驱动器进行的电流控制变为无效，因此存在LED串中流过大电流的顾虑。在构成例2中，由于在检测电阻中产生的检测电压实质上成为零，因此反馈向着驱动电压增加的方向施加，还是存在LED串中流过大电流的顾虑。

[专利文献1](日本)特开平11-252910号公报

为了可靠地检测LED串的短路所导致的过电流，不仅需要检测LED串的阴极侧流过的电流，还需要检测阳极侧、即DC/DC变换器侧流过的电流。

图1(a)、(b)是表示本发明人们研究的LED的驱动电路的一部分构成例的电路图。用虚线表示LED串6短路的样子。

在图1(a)、(b)的构成例中，都是在LED串6的阳极侧设置检测电阻R3。检测电阻R3中产生与在短路状态下流过LED串6的过电流成比例的压降ΔV_R3。

在图1(a)的构成例中，通过由比较器CMP4对检测电阻R3中产生的压降ΔV_R3与阈值电压进行比较，从而能够检测出LED串6的短路状态。但是，由于在LED串6的阳极侧被施加几百V的驱动电压，因此图1(a)的驱动电路要求比较器CMP4具有高耐压，无法使用标准耐压(例如15V)的电路元件来构成。

在图1(b)的构成例中，设置对检测电阻R3的一端的电压进行分压的电阻对R11、R12和对检测电阻R3的另一端的电压进行分压的电阻对R21、R22。比较器CMP4将通过电阻对R11、R12、R21、R22压缩的检测电压ΔV_R3’与阈值电压进行比较。在该构成中，虽然对比较器CMP4要求的耐压降低，但由于压缩检测电压ΔV_R3因此检测精度恶化。

实用新型内容

本实用新型鉴于该状况而完成，其一个方式的例示性的目的之一在于提供一种能够检测出驱动对象的发光元件的异常状态的驱动电路。

本实用新型的一个方式涉及包含串联连接的多个发光元件的负载电路的驱动电路。驱动电路包括：直流/直流变换器，对负载电路的一端提供驱动电压；光耦合器，具有在其输入侧设置的发光元件以及在其输出侧设置的光接收元件，其中，输入侧的发光元件设置在负载电路中流过的驱动电流的路径上且相比负载电路更接近直流/直流变换器侧；以及检测电路，基于光耦合器的光接收元件生成的检测信号，判定负载电路的异常状态。

根据该方式，在负载电路的异常状态和正常状态中，光耦合器的输入侧的发光元件中流过的电流的电平变化，由此检测信号的电平变化。从而，能够基于检测信号来检测出负载电路的异常状态。此外由于不需要用于检测插入到几百伏特的电压区域的检测电阻的压降的比较器，因此可享受能够用低耐压元件来构成电路的优点。

一个方式的驱动电路还可以包括与光耦合器的输入侧的发光元件并联设置的电阻。

这时，负载电路中流过的电流分流至电阻和光耦合器的输入侧的发光元件，因此根据电阻的电阻值，能够调节在光耦合器的输入侧的发光元件中流过的电流。

驱动电路也可以基于具有与目标亮度相应的占空比的脉冲串调光信号，能够对负载电路中流过的驱动电流进行开关。检测电路也可以基于脉冲串(burst)调光信号指示熄灯(非发光)期间的间隙的检测信号，判定异常状态。

在进行脉冲串调光时，如果负载电路正常，则在熄灯期间光耦合器的输入侧的发光元件中不会流过电流，如果说正在流过，则坚定地估计为负载电路异常。因此，通过参照熄灯期间的检测信号，能够可靠地检测出异常状态。

一个方式的驱动电路还可以是所述检测电路包括：第2电阻，设置在所述光耦合器的所述光接收元件的一端和电源端子之间；第1反相器，接受所述第2电阻和所述光接收元件的连接点的电位；第2反相器，接受所述脉冲串调光信号；以及AND门，生成所述第1反相器、第2反相器的各自的输出的逻辑与，并输出表示异常状态的有无的信号。

本实用新型的另一方式也还是涉及包含串联连接的多个发光元件的负载电路的驱动电路。该驱动电路包括：直流/直流变换器，对负载电路的一端提供驱动电压；光接收元件，配置在能够接收来自构成负载电路的发光元件的光的位置上；以及检测电路，基于光接收元件生成的检测信号，判定负载电路的异常状态。

根据该方式，也是在负载电路的异常状态和正常状态中，光耦合器的输入侧的发光元件中流过的电流的电平变化，由此检测信号的电平变化。从而，能够基于检测信号来检测出负载电路的异常状态。此外由于不需要用于检测插入到几百伏特的电压区域的检测电阻的压降的比较器，因此可享受能够用低耐压元件来构成电路的优点。

一个方式的驱动电路也可以基于具有与目标亮度相应的占空比的脉冲串调光信号，能够对负载电路中流过的驱动电流进行开关。检测电路基也可以于脉冲串调光信号指示熄灯期间的间隙的所述检测信号，判定异常状态。

本实用新型的又一方式是发光装置。该发光装置包括：包含串联连接的多个发光元件的负载电路；以及驱动负载电路的上述的任一方式的驱动电路。

本实用新型的又一方式是电子设备。该电子设备包括：液晶面板；以及作为液晶面板的背光而设置的上述的任一方式的发光装置。

另外，以上的构成元素的任意组合或将本实用新型的构成元素或表现在方法、装置、系统等之间相互替换的方式作为本实用新型的方式也是有效的。

根据本实用新型的方式，能够检测出发光元件的异常状态。

附图说明

图1(a)、(b)是表示本发明人们研究的LED的驱动电路的一部分构成例的电路图。

图2是表示包括第1实施方式的驱动电路的电子设备的结构的电路图。

图3是表示第2实施方式的驱动电路的结构的电路图。

标号说明

2...电子设备、3...发光装置、4...驱动电路、5...LCD面板、6...LED串、10...控制器、C2...电容器、80...光耦合器、82...发光元件、84，86...光接收元件、90...检测电路、92，94...反相器、96...AND门、S5...异常检测信号、100...控制IC、102...输出电路、EA1...误差放大器、DR1...第1驱动器、CMP1...第1比较器、CMP2...第2比较器、CMP3...第3比较器、R1...第1检测电阻、R2...第2检测电阻、L1...电感器、C1...输出电容器、D1...整流二极管、M1...开关晶体管、M3...脉冲串调光用开关、G1...开关信号、G2...脉冲串控制脉冲

具体实施方式

以下，基于优选实施方式并参照附图来说明本实用新型。假设对各附图所示出的相同或者等同的构成元素、构件、处理附加相同的标号，并适当省略重复的说明。此外，实施方式为例示而并非用于限定实用新型，实施方式所记述的所有特征或其组合未必限定为实用新型的本质性的内容。

在本说明书中，“构件A与构件B连接的状态”除了构件A和构件B物理上直接连接的情况之外，还包括构件A和构件B经由不会对电连接状态带来影响的其他构件而间接连接的情况。

同样地，“构件C设置在构件A和构件B之间的状态”除了构件A和构件C、或者构件B和构件C直接连接的情况之外，还包括经由不会对电连接状态带来影响的其他构件而间接连接的情况。

(第1实施方式)

图2是表示包括第1实施方式的驱动电路4的电子设备2的结构的电路图。电子设备2是笔记本电脑、数字照相机、数字摄像机、便携式电话终端、PDA(个人数字助理)等电池驱动型的设备，包括发光装置3和LCD(液晶显示器)面板5。发光装置3作为LCD面板5的背光而设置。发光装置3包括作为发光元件的LED串6和其驱动电路4。

LED串6包含串联连接的多个发光元件、具体地说是多个LED。驱动电路4包含升压型的DC/DC变换器(10、102)，对输入到输入端子P1的输入电压(例如电池电压)Vin进行升压，从输出端子P2输出输出电压(驱动电压)Vout。LED串6的一端(阳极)与输出端子P2连接。

驱动电路4主要包括控制器10、输出电路102、误差放大器EA1、光耦合器80、检测电路90。

控制器10、输出电路102、误差放大器EA1构成DC/DC变换器。输出电路102包括电感器L1、整流二极管D1、开关晶体管M1、输出电容器C1。输出电路102的拓扑(topology)是一般的，因此省略说明。控制器10、误差放大器EA1、检测电路90作为控制IC100而集成为一体。

控制IC100的开关端子P4与开关晶体管M1的栅极连接。控制IC100得到LED串6的点亮所需的输出电压Vout，并且通过反馈来调节开关晶体管M1的开通、关断的占空比，使得LED串6中流过与目标亮度相应的驱动电流。另外，开关晶体管M1也可以内置于控制IC100中。

第1检测电阻R1设置在LED串6的路径上，具体地说设置在LED串6的阴极和接地端子之间。误差放大器EA1放大第1检测电阻R1上产生的压降V_R1和控制电压V_DIM的误差，并生成误差电压V_FB。

控制器10包含脉宽调制器或者脉冲频率调制器等脉冲调制器，生成占空比根据误差电压V_FB而调节的开关信号G1，并驱动开关晶体管M1。

通过以上的结构，LED串6中流过的驱动电流I_DRV被稳定为目标值V_DIM/R1，能够根据控制电压V_DIM来控制驱动电流I_DRV、即亮度(模拟调光)。

驱动电路4除了模拟调光功能之外还包括脉冲串(burst)调光功能，能够对LED串6的驱动电流进行脉冲串控制。控制器10生成基于脉冲串调光的具有与目标亮度相应的占空比的脉冲串控制脉冲G2，并驱动在LED串6 的路径上设置的脉冲串调光用开关M3。脉冲串调光用开关M3在脉冲串控制脉冲G2为高电平时开通，LED串6成为点亮状态。在脉冲串控制脉冲G2为低电平脉冲串调光用开关M3关断，LED串6成为熄灯状态。另外，控制器10的结构不特别限定，利用公知的技术即可。

接着，说明LED串6的电源供给故障或接地电源故障等所引起的异常状态的检测。

光耦合器80包括在输入侧设置的发光元件82和在输出侧设置的光接收元件84。发光元件82例如是LED，光接收元件84可以如图示那样为发光晶体管，也可以是发光二极管。光耦合器80可以作为一个封装而构成，也可以是发光元件82和光接收元件84作为单独的元件而构成。

光接收元件84设置在LED串6中流过的驱动电流的路径上且与LED串6相比更接近DC/DC变换器侧。优选的是，光接收元件84设置在输出电容器C1和LED串6的阳极之间。若将光接收元件84设置于与输出电容器C1相比更接近整流二极管D1，则光接收元件84中流过的电流会脉动，但通过设置于与输出电容器C1相比更接近LED串6侧，从而能够检测出没有脉动的平滑的电流。

在光耦合器80的光接收元件84中流过与发光元件82中流过的电流相应的检测电流I_DET。检测电路90基于检测电流I_DEF，判定LED串6的异常状态。

检测电路90例如包含电阻R4、R5、反相器92、94、AND门96。电阻R4设置在作为光接收元件84的发光晶体管的发射极与接地端子之间。电阻R5设置在发光晶体管的集电极与电源端子(Vdd)之间。在光接收元件84的一端(集电极)产生与检测电流I_DET相应的检测电压V_DET。

V_DET＝Vdd-R5×I_DET

检测电路90将检测电压V_DET变换为高电平或者低电平的两个值的异常检测信号S5而输出。具体地说，在检测电压V_DET比反相器92的阈值电压高时，异常检测信号S5被无效(negate)(低电平)，若检测电压V_DET比阈值电压低，则异常检测信号S5被有效(assert)(高电平)。也可以代替反相器92而设置比较器。

以上是驱动电路4的基本结构。接着说明其动作。

在LED串6正常时，发光元件82中流过与LED串6中流过的驱动电流I_DRV相应的电流。这时，由于发光元件82的发光亮度比较低，因此检测电流 I_DET几乎不流，检测电压V_DET大致成为电源电压Vdd附近，因此异常检测信号S5成为低电平。

如图2的虚线7所示，LED串6的一部分与意料之外的节点例如接地端子短路。这时，基于第1检测电阻R1的压降V_R1的模拟调光并不见效，因此发光元件82中流过比通常状态更大的电流，发光元件82的发光亮度增大。其结果，检测电流I_DET增加而检测电压V_DET下降，异常检测信号S5被有效(高电平)。若异常检测信号S5被有效，则控制器10将开关信号G1固定为低电平，并停止DC/DC变换器的开关动作。

这样，根据图2的驱动电路4，能够检测出LED串6的异常状态。若着眼于驱动电路4的结构，则由于检测电路90在接地电压0V～电源电压Vdd的范围内进行动作，因此具有不必用高耐压元件来构成的优点。此外，光耦合器80也同样，虽然输入侧的发光元件82配置在几百V的高电压区域，但发光元件82中所施加的电压差却没有那么大，因此光耦合器80中也不需要高耐压。

进而，图2的驱动电路4还具有与使用比较器的情况相比能够简化电路结构的优点。

检测电路90也可以原样输出异常检测信号S5，但为了提高异常状态的检测精度，也可以设置反相器94以及AND门96。反相器94对脉冲串控制脉冲G2进行反转，生成屏蔽信号S6。

AND门96生成异常检测信号S5与屏蔽信号S6的“与”，输出异常检测信号S7。在进行脉冲串调光时，若LED串6正常，则在LED串6的熄灯期间即脉冲串控制脉冲G2的低电平的期间中，发光元件82中不流过电流。反过来说，在LED串6的熄灯期间中，若发光元件82中流过电流，则坚定地估计为故障。

因此，通过设置AND门96，能够将LED串6的熄灯期间作为LED串6的异常状态的检测期间来利用，能够提高异常状态的检测精度。

在图2的驱动电路4中，也可以与光耦合器80的输入侧的发光元件82并联地设置电阻R6。这时，LED串6中流过的电流会分流至电阻R6和光耦合器80的输入侧的发光元件82，因此根据电阻R6的电阻值，能够调节光耦合器80的输入侧的发光元件82中流过的电流。由此，能够将发光元件82中流过的电流收敛到其额定电流的范围内，或者，可获得能够调节异常状态和正常状态的阈值的效果。

(第2实施方式)

图3是表示第2实施方式的驱动电路4a的结构的电路图。图3的驱动电路4a代替图2的光耦合器80而包括光接收元件86。光接收元件86配置能够接收来自构成LED串6的LED的至少一个6₁的光的位置上。其他结构与图2相同。

在不设置AND门96的情况下，检测电路90在正常状态下LED6₁以最大亮度发光时，异常检测信号S5不会被有效。具体地说，在LED6₁以最大亮度发光时，设计电阻R5的电阻值、反相器92的阈值电压、光接收元件86的设置场所，使得检测电压V_DET不会低于反相器92的阈值电压。

以上是驱动电路4a的结构。

在LED串6正常时，构成LED串6的LED6₁以相应于驱动电流I_DRV的亮度发光。这时，即使在如上所述那样LED6₁以最大亮度发光时，异常检测信号S5也不被有效。

如图3的虚线9所示，LED串6的一部分与意料之外的节点例如接地端子短路。这时，LED6₁中流过比通常状态更大的电流，其发光亮度增大。其结果，检测电流I_DET增加而检测电压V_DET下降，异常检测信号S5被有效(高电平)。若异常检测信号S5被有效，则控制器10将开关信号G1固定为低电平，并停止DC/DC变换器的开关动作。

这样，根据图3的驱动电路4a，能够检测出LED串6的异常状态。若着眼于驱动电路4a的结构，则由于与图2相同，因此检测电路90在接地电压0V～电源电压Vdd的范围内进行动作，因而具有不必用高耐压元件来构成的优点。

进而，图3的驱动电路4a还具有与使用比较器的情况相比能够简化电路结构的优点。

检测电路90也可以原样输出异常检测信号S5，但为了提高异常状态的检测精度，期望设置反相器94以及AND门96。反相器94对脉冲串控制脉冲G2进行反转，生成屏蔽信号S6。

设置AND门96的优点在第2实施方式中比第1实施方式更加显著。在不设置AND门96的情况下，需要如上所述那样小心设计检测电路90，使得在正常状态下LED6₁以最大亮度发光时异常检测信号S5不会被有效。相对于此，在设置AND门96的情况下，由于只要能够检测熄灯期间中的LED6₁的发光的有无，因此能够使检测电路90的设计变得容易。

在第2实施方式中，驱动电路4a虽然能够检测出在比对光接收元件86照射光的LED更低电位侧产生的短路，但无法检测出在高电位侧产生的短路。因此，期望光接收元件86配置在能够接收来自构成LED串6的LED中最接近阳极侧的LED6₁的光的位置上。

但是，在第2实施方式的驱动电路4a中，在LED6₁的阳极短路时，有时无法检测出该故障。因为，就算是异常状态有时也会在LED6₁中不流过电流，不发光。相对于此，第1实施方式的驱动电路4具有LED6₁的阳极的短路也能够检测出的优点。

以上，基于实施方式说明了本实用新型。该实施方式是例示，在这些各个构成元素或各个处理进程、它们的组合中，可以存在各种变形例。以下，说明这样的变形例。

在实施方式中，说明了通过使设置在LED串6的路径上的第1检测电阻R1的压降V_R1与目标值V_DIM一致，从而稳定驱动电流的结构，但本实用新型不限于此。例如也可以在LED串6的路径上设置生成稳定的驱动电流的恒流源(电流驱动器)。

在实施方式中说明了使用电感器的非绝缘型的开关电源，但本实用新型也可以应用于使用变压器的绝缘型的开关电源。

在实施方式中，作为发光装置3的应用而说明了电子设备，但用途不限于此，也能够应用于照明等。

此外，在本实施方式中，高电平、低电平的逻辑信号的设定是一例，可以通过反相器等适当反转而自由地变更。

基于实施方式，使用具体的词句说明了本实用新型，但实施方式只不过是示出本实用新型的原理、应用，在不脱离权利要求书所规定的本实用新型的思想的范围内，实施方式中准许很多变形例和配置的变更。

Claims

1.一种负载电路的驱动电路，该负载电路包含串联连接的多个发光元件，其特征在于，该驱动电路包括：

直流/直流变换器，对所述负载电路的一端提供驱动电压；

光耦合器，具有在其输入侧设置的发光元件以及在其输出侧设置的光接收元件，其中，所述输入侧的所述发光元件设置在所述负载电路中流过的驱动电流的路径上且相比所述负载电路更接近所述直流/直流变换器侧；以及

检测电路，基于所述光耦合器的所述光接收元件生成的检测信号，判定所述负载电路的异常状态。

2.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，还包括：

电阻，与所述光耦合器的所述输入侧的发光元件并联设置。

3.如权利要求1或2所述的驱动电路，其特征在于，

所述驱动电路基于具有与目标亮度相应的占空比的脉冲串调光信号，能够对所述负载电路中流过的驱动电流进行开关，

所述检测电路基于所述脉冲串调光信号指示熄灯期间的间隙的所述检测信号，判定异常状态。

4.如权利要求3所述的驱动电路，其特征在于，

所述检测电路包括：

第2电阻，设置在所述光耦合器的所述光接收元件的一端和电源端子之间；

第1反相器，接受所述第2电阻和所述光接收元件的连接点的电位；

第2反相器，接受所述脉冲串调光信号；以及

AND门，生成所述第1反相器、第2反相器的各自的输出的逻辑与，并输出表示异常状态的有无的信号。

5.一种负载电路的驱动电路，该负载电路包含串联连接的多个发光元件，其特征在于，该驱动电路包括：

直流/直流变换器，对所述负载电路的一端提供驱动电压；

光接收元件，配置在能够接收来自构成所述负载电路的所述发光元件的光的位置上；以及

检测电路，基于所述光接收元件生成的检测信号，判定所述负载电路的异常状态。

6.如权利要求5所述的驱动电路，其特征在于，

7.如权利要求5所述的驱动电路，其特征在于，

所述检测电路包括：

第2反相器，接受所述脉冲串调光信号；以及

8.一种发光装置，其特征在于，包括：

包含串联连接的多个发光元件的负载电路；以及

驱动所述负载电路的权利要求1、2、5、6的任一项所述的驱动电路。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

液晶面板；以及

作为所述液晶面板的背光而设置的权利要求8所述的发光装置。