JP2007011337A - 負荷駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ディミング制御による駆動電流の線形的応答特性を改善して、負荷の駆動を安定的にディミング制御することができる負荷駆動装置を提供する。
【解決手段】 本発明の負荷駆動装置は、電流を所定のスイッチングクロック信号によって周期的にスイッチングして、所定の平均駆動電流を前記負荷に提供する駆動ドライバと；所定のディミング段階に基づいて前記負荷の駆動をオン／オフさせるように前記駆動ドライバを制御するディミング制御部と；前記ディミング段階の段階間隔と前記スイッチングクロック信号のスイッチングクロック周期を同一にするように前記駆動ドライバと前記ディミング制御部のうちの少なくともいずれか一つを制御する制御部とを含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、負荷を制御する負荷駆動装置に係わり、より詳しくは、ディミング制御による駆動電流の線形的応答特性を改善して、負荷の駆動を安定的にディミング制御することができる負荷駆動装置に関する。

一般に、冷却ファン、ヒーター、バックライトなどのように駆動強さを段階別に制御できる負荷を駆動する負荷駆動装置は、負荷の駆動強さを段階別に制御するための方式としてＰＷＭ（パルス幅変調）ディミング方式を採択する。

このような従来の負荷駆動装置は、電流を所定のスイッチング周期によって周期的にスイッチングして所定の平均駆動電流を前記負荷に提供するスイッチング電流源と、前記負荷の駆動強さを段階別に制御するための所定のディミング段階に基づいて前記スイッチング電流源をオン／オフさせるＰＷＭディミング信号を出力するＰＷＭディミング部とを含む。ここで、前記ディミング段階は、負荷駆動装置のメイン回路部（図示せず）の同期信号に同期され、前記スイッチング周期はメイン回路部（図示せず）の前記同期信号とは別途の周期である。

このような従来の負荷駆動装置において、ディミングデューティ比の変化による負荷駆動電流の変化を図１を参照して簡単に説明する。ここで、ディミングデューティ比とは、ディミング周期（Ｔｄ）内の複数のディミング段階を考慮する時、ディミング周期（Ｔｄ）に対してオンＰＷＭディミング信号を出力するディミング段階の段階間隔の合計（Ｔｏｎ）を言う。即ち、ディミングデューティ比={Ton}over{Td}である。

従来の負荷駆動装置において、前記スイッチング電流源は、図１の（１−１）に示されているように、スイッチング周期Ｔ'によってｔ１時刻、ｔ２時刻、ｔ３時刻、ｔ４時刻・・・にスイッチングオンし、前記負荷に供給される電流が所定の指令値ｉｒに到達すると、スイッチングオフする。ここで、負荷に供給される駆動電流ｉは図１の（１−１）のように脈動して平均駆動電流を維持するようになる。この時、ＰＷＭディミング部は、図１の（１−１）に示されているように、段階間隔ｄ'による複数のディミング段階ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５・・・に基づいて、前記スイッチング電流源をオン／オフさせるＰＷＭディミング信号を出力する。ここで、ＰＷＭディミング信号がオフされると、前記スイッチング電流源は前記負荷への電流供給を止める。ここで、段階間隔ｄ'とスイッチング周期Ｔ'は互いに相違している。

ここで、図１の（１−２）〜（１−５）を通じてディミングデューティ比の変化による負荷駆動電流の変化を説明する。ここで、図１に示されたことによれば、ディミングデューティ比は（１−２）＜（１−３）＜（１−４）＜（１−５）の順で大きくなる。

図１の（１−２）のように、前記ＰＷＭディミング部がディミング段階ｄ１にＰＷＭディミング信号をオフさせると（ディミングデューティ比＝ｄ１／Ｔｄ）、スイッチング電流源はｄ１時刻にスイッチングをオフして、ディミング周期Ｔｄの残り時間の間に前記負荷への電流供給を遮断する。ここで、前記ディミング周期Ｔｄの間には、前記負荷に平均駆動電流ｉ１'が提供される。図１の（１−３）のように、前記ＰＷＭディミング部がディミング段階ｄ２にＰＷＭディミング信号をオフさせると（ディミングデューティ比＝ｄ２／Ｔｄ）、スイッチング電流源はｄ２時刻にスイッチングをオフして、ディミング周期Ｔｄの残り時間の間に前記負荷への電流供給を遮断する。ここで、前記ディミング周期Ｔｄの間には、前記負荷に平均駆動電流ｉ２'が提供される。図１の（１−４）のように、前記ＰＷＭディミング部がディミング段階ｄ３にＰＷＭディミング信号をオフさせると（ディミングデューティ比＝ｄ３／Ｔｄ）、スイッチング電流源はｄ３時刻にスイッチングをオフして、ディミング周期Ｔｄの残り時間の間に前記負荷への電流供給を遮断する。ここで、前記ディミング周期Ｔｄの間には、前記負荷に平均駆動電流ｉ３'が提供される。図１の（１−５）のように、前記ＰＷＭディミング部がディミング段階ｄ４にＰＷＭディミング信号をオフさせると（ディミングデューティ比＝ｄ４／Ｔｄ）、スイッチング電流源はｄ４時刻にスイッチングをオフして、ディミング周期Ｔｄの残り時間の間に前記負荷への電流供給を遮断する。ここで、前記ディミング周期Ｔｄの間には、前記負荷に平均駆動電流ｉ４'が提供される。
前記図１に示されているように、従来の負荷駆動装置では、前記負荷の駆動強さを段階別に制御するためのディミングデューティ比の変化に対応して負荷に提供される平均駆動電流が線形的に変化しない場合がある。即ち、（１−２）のディミングデューティ比ｄ１／Ｔｄと（１−３）のディミングデューティ比ｄ２／Ｔｄは互いに相違しているにも拘わらず、両者間の平均駆動電流ｉ１'＝ｉ２'は同一である。ここで、（１−２）と（１−３）の場合は各ディミングデューティ比が異なるにも拘わらず、負荷の明るさは同一である。また、即ち、（１−４）のディミングデューティ比ｄ３／Ｔｄと（１−５）のディミングデューティ比ｄ４／Ｔｄは互いに相違しているにも拘わらず、両者間の平均駆動電流ｉ３’≒ｉ４'はほとんど同一である。ここで、（１−４）と（１−５）の場合は各ディミングデューティ比が異なるにも拘わらず、負荷の明るさはほとんど類似している。このような現象は、ディミングデューティ比の変化量がスイッチング周期内のスイッチングオフ区間より小さい場合にさらに目立っている。

このように、従来の負荷駆動装置は、負荷の駆動強さを段階別に制御するためのディミングデューティ比の変化に対応して前記負荷に提供される平均駆動電流が線形的に変化しないため、負荷の駆動応答を前記ディミングデューティ比によって安定的に制御するのに限界がある。

したがって、本発明の目的は、ディミング制御による駆動電流の応答特性の線形性を改善して、負荷の駆動を安定的にディミング制御することができる負荷駆動装置を提供することにある。

前記目的は、負荷の駆動を制御する負荷駆動装置において、電流を所定のスイッチングクロック信号によって周期的にスイッチングして、所定の平均駆動電流を前記負荷に提供する駆動ドライバと；所定のディミング段階に基づいて前記負荷の駆動をオン／オフさせるように前記駆動ドライバを制御するディミング制御部と；前記ディミング段階の段階間隔と前記スイッチングクロック信号のスイッチングクロック周期とを同一にするように前記駆動ドライバと前記ディミング制御部のうちの少なくともいずれか一つを制御する制御部とを含むことを特徴とする負荷駆動装置によって達成される。

ここで、前記負荷は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えたＬＥＤバックライトを含むのが好ましい。

また、前記駆動ドライバは、前記ＬＥＤバックライトに電流を提供する電源部と、前記電源部から前記ＬＥＤバックライトに提供される電流の流れを断続するスイッチング部と、前記ＬＥＤバックライトに流れる電流が所定の指令値に合わせて前記平均駆動電流で維持されるように、前記スイッチングクロック信号によって周期的に前記スイッチング部をスイッチング制御するスイッチング制御部とを備えたスイッチング電流源を含むのが好ましい。ここで、前記制御部は、前記スイッチングクロック信号として、前記ディミング段階の段階間隔と同一なクロック周期を有するクロック信号を前記スイッチング制御部に提供するのが好ましい。

また、前記制御部は、前記スイッチングクロック信号として、前記ディミング段階に同期されたクロック信号を前記スイッチング制御部に提供するのが好ましい。

また、前記ディミング制御部は、所定のディミング段階に基づいて前記負荷の駆動をオン／オフさせるように前記駆動ドライバを制御するためのＰＷＭディミング制御信号を出力するＰＷＭディミング回路部であるのが好ましい。

本発明によれば、ディミング制御による駆動電流の応答特性の線形性を改善して、負荷の駆動を安定的にディミング制御することができる負荷駆動装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して本発明について詳しく説明する。

図２は本発明の負荷駆動装置の制御ブロック図である。本図面に示されているように、本発明による負荷駆動装置は、制御対象になる負荷としてＬＥＤバックライト１０と、電流を所定のスイッチングクロック信号によって周期的にスイッチングして、所定の平均駆動電流をＬＥＤバックライト１０に提供する駆動ドライバ３０と、所定のディミング段階に基づいてＬＥＤバックライト１０の駆動をオン／オフさせるように駆動ドライバ３０を制御して、前記ディミング段階の段階間隔と前記スイッチングクロック信号のスイッチングクロック周期を同一にする信号処理部４０とを含む。

ＬＥＤバックライト１０は、提供される駆動電流の大きさによって駆動強さ（明るさ）が制御される負荷として、映像をディスプレイするためのディスプレイ部（図示せず）に光を提供する。このようなＬＥＤバックライト１０は赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）を表現する複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）で設けられるＬＥＤ列５を複数個含むのが好ましい。

駆動ドライバ３０は、ＬＥＤバックライト１０に駆動電流を提供する役割を果たし、ＬＥＤ列５のＲＥＤを表現する複数のＬＤＥ素子、ＧＲＥＥＮを表現する複数のＬＤＥ素子、ＢＬＵＥを表現する複数のＬＤＥ素子をそれぞれ制御するＲドライバ１、Ｇドライバ１、Ｂドライバ１を備える第１ドライバ２０のようなドライバを複数個含むのが好ましい。

このような駆動ドライバ３０は、ＬＥＤバックライト１０に提供される電流の流れを前記スイッチングクロック信号によって周期的に断続して、ＬＥＤバックライト１０に流れる電流が所定の指令値に合わせて前記平均駆動電流で維持されるようにするスイッチング電流源（図３の２７）を含む。

図３を参照してこのようなスイッチング電流源２７を説明する。スイッチング電流源２７は、ＬＥＤバックライト１０に提供するための電源を発生するための電源Ｖｓと、ＬＥＤバックライト１０に流れる電流の大きさを感知するための感知用抵抗Ｒｓと、電源ＶｓからＬＥＤバックライト１０に供給される電流の流れを断続する電流維持スイッチング部２２と、感知用抵抗Ｒｓを通じて感知されたＬＥＤバックライト１０に流れる電流の大きさが前記指令値に到達すると判断されると、電流維持スイッチング部２２をオフさせ、前記スイッチングクロック信号によって周期的に電流維持スイッチング部２２をオンさせるスイッチング制御部２５を含む。ここで、スイッチング電流源２７は、前記スイッチングクロック信号によって周期的に電流維持スイッチング部２２をスイッチングオンさせ、ＬＥＤバックライト１０に供給される電流が所定の指令値に到達すると、電流維持スイッチング部２２をスイッチングオフさせる。ここで、ＬＥＤバックライト１０に供給される駆動電流は微細に脈動して平均駆動電流を維持するようになる。

このようなスイッチング制御部２５は、信号処理部４０から出力されるＰＷＭディミング制御信号Ｐ_ｄｉｍがオンの状態である時、前記のように前記スイッチングクロック信号によって電流維持スイッチング部２２を周期的に断続してＬＥＤバックライト１０に前記平均駆動電流を提供する。また、スイッチング電流源２７は、信号処理部４０から出力されるＰＷＭディミング制御信号Ｐ_ｄｉｍがオフの状態である時、電流維持スイッチング部２２をスイッチングオフさせてＬＥＤバックライト１０に電流を提供しない。

信号処理部４０は、所定のディミング段階に基づいてＬＥＤバックライト１０の駆動をオン／オフさせるように駆動ドライバ３０を制御するためのＰＷＭディミング制御信号Ｐ_ｄｉｍをスイッチング制御部２５に出力するＰＷＭディミング回路部４２と、前記ディミング段階の段階間隔と前記スイッチングクロック信号のスイッチングクロック周期を同一にするようにＰＷＭディミング回路部４２と駆動ドライバ３０のうちの少なくともいずれか一つを制御する制御部４５を含む。

ＰＷＭディミング回路部４２は、ディミング周期Ｔｄ内の複数のディミング段階に基づいて、駆動ドライバ３０の駆動をオン／オフさせるためのＰＷＭディミング制御信号Ｐ_ｄｉｍをディミング周期Ｔｄ毎に出力する。ここで、ディミング周期Ｔｄ内で初期ディミング段階で駆動ドライバ３０をオフさせると、ＬＥＤバックライト１０の明るさは低くなる。つまり、ディミングデューティ比によってＬＥＤバックライト１０の明るさが相違するようになる。ここで、ディミングデューティ比とは、ディミング周期Ｔｄ内の複数のディミング段階を考慮する時、ディミング周期Ｔｄに対してオンＰＷＭディミング信号を出力するディミング段階の段階間隔の合計Ｔｏｎを言う。即ち、ディミングデューティ比={Ton}over{Td}であり、ディミングデューティ比が１に近いほどＬＥＤバックライト１０は明るくなる。一般に、ＰＷＭディミング回路部４２の前記ディミング段階は、負荷駆動装置のメイン回路部（図示せず）の同期信号に同期される。

制御部４５は、前記スイッチングクロック信号として、前記ディミング段階の段階間隔と同一なクロック周期を有するクロック信号をスイッチング制御部１５に提供するのが好ましい。結局、制御部４５は負荷駆動装置のメイン回路部（図示せず）の同期信号の同期周期と同一なクロック周期を有するクロック信号を発生して、前記スイッチングクロック信号としてスイッチング制御部２５に提供する。

これによる本発明の負荷駆動装置において、ディミングデューティ比の変化による負荷駆動電流の変化を図４を参照して説明する。

駆動ドライバ３０のスイッチング電流源２７は、図４の（４−１）に示されているように、制御部４５から入力される前記スイッチングクロック信号に応じたスイッチングクロック周期Ｔによってｔ１時刻、ｔ２時刻、ｔ３時刻、ｔ４時刻・・・に電流維持スイッチング部２２をオンさせ、ＬＥＤバックライト１０に供給される電流が所定の指令値ｉｒに到達すると、電流維持スイッチング部２２をオフさせる。ここで、ＬＥＤバックライト１０に供給される駆動電流ｉ_ＬＥＤは図４の（４−１）のように脈動して平均駆動電流ｉ_ａｖｅを維持するようになる。

この時、ＰＷＭディミング回路部４２は、図４の（４−１）に示されているように、段階間隔ｄによる複数のディミング段階ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、・・・に基づいて、スイッチング電流源２７をオン／オフさせるＰＷＭディミング制御信号Ｐ_ｄｉｍをスイッチング制御部２５に出力する。ここで、ＰＷＭディミング制御信号Ｐ_ｄｉｍがオフされると、スイッチング制御部２５は電流維持スイッチング部２２をオフさせ、スイッチング電流源２７は前記ＬＥＤバックライトへの電流供給を止める。ここで、制御部４５は前記ディミング段階の段階間隔ｄと同一なクロック周期を有するクロック信号を前記スイッチングクロック信号としてスイッチング制御部２５に出力するので、段階間隔ｄとスイッチングクロック周期Ｔは互いに同一である。

ここで、図４の（４−２）〜（４−５）を通じてディミングデューティ比の変化による負荷駆動電流の変化を説明する。ここで、図４に示されたことによれば、ディミングデューティ比は（４−２）＜（４−３）＜（４−４）＜（４−５）の順で大きくなる。

図４の（４−２）のように、ＰＷＭディミング回路部４２がディミング段階ｄ１にＰＷＭディミング制御信号Ｐ_ｄｉｍをオフさせると（ディミングデューティ比＝ｄ１／Ｔｄ）、スイッチング電流源２７はｄ１時刻に電流維持スイッチング部２２をオフさせて、ディミング周期Ｔｄの残り時間の間にＬＥＤバックライト１０への電流供給を遮断する。ここで、前記ディミング周期Ｔｄの間には、ＬＥＤバックライト１０に平均駆動電流ｉ１が提供される。ここで、ｄ１時刻に電流維持スイッチング部２２をオフさせてＬＥＤバックライト１０への電流供給を遮断する場合に一時的に発生できる残余電流ａはＬＥＤバックライト１０の明るさ制御に大きな影響を与えないので、大きく考慮しい。

図４の（４−３）のように、ＰＷＭディミング回路部４２がディミング段階ｄ２にＰＷＭディミング制御信号Ｐ_ｄｉｍをオフさせると（ディミングデューティ比＝ｄ２／Ｔｄ）、スイッチング電流源２７はｄ２時刻に電流維持スイッチング部２２をオフさせて、ディミング周期Ｔｄの残り時間の間にＬＥＤバックライト１０への電流供給を遮断する。ここで、前記ディミング周期Ｔｄの間には、ＬＥＤバックライト１０に平均駆動電流ｉ２が提供される。

図４の（４−４）のように、ＰＷＭディミング回路部４２がディミング段階ｄ３にＰＷＭディミング制御信号Ｐ_ｄｉｍをオフさせると（ディミングデューティ比＝ｄ３／Ｔｄ）、スイッチング電流源２７はｄ３時刻に電流維持スイッチング部２２をオフさせて、ディミング周期Ｔｄの残り時間の間にＬＥＤバックライト１０への電流供給を遮断する。ここで、前記ディミング周期Ｔｄの間には、ＬＥＤバックライト１０に平均駆動電流ｉ３が提供される。

図４の（４−５）のように、ＰＷＭディミング回路部４２がディミング段階ｄ４にＰＷＭディミング制御信号Ｐ_ｄｉｍをオフさせると（ディミングデューティ比＝ｄ４／Ｔｄ）、スイッチング電流源２７はｄ４時刻に電流維持スイッチング部２２をオフさせて、ディミング周期Ｔｄの残り時間の間にＬＥＤバックライト１０への電流供給を遮断する。ここで、前記ディミング周期Ｔｄの間には、ＬＥＤバックライト１０に平均駆動電流ｉ４が提供される。

このように、前記図４に示されているように、本発明の負荷駆動装置では、ＬＥＤバックライト１０の駆動強さ（明るさ）を段階別に制御するためのディミングデューティ比の変化に対応してＬＥＤバックライト１０に提供される平均駆動電流が線形的に変化する。つまり、ディミングデューティ比が（４−２）→（４−３）→（４−４）→（４−５）の順に“１”に近づくことによって、平均駆動電流ｉ１→ｉ２→ｉ３→ｉ４も一定の大きさだけ増加する。このように、ディミングデューティ比の変化に対応してＬＥＤバックライト１０の明るさが線形的に変化するようになるのは、ディミング段階の段階間隔ｄとスイッチングクロック周期Ｔが同一なためである。

ここで、前記の実施形態ではＰＷＭディミング回路部４２の前記ディミング段階は負荷駆動装置のメイン回路部（図示せず）の同期信号に同期され、前記ディミング段階の段階間隔ｄと同一なクロック周期Ｔを有するスイッチングクロック信号にスイッチング制御部２５を同期させることによって、前記ディミング段階の段階間隔ｄとスイッチングクロック周期Ｔが同一なようにしたが、これは一実施形態に過ぎない。

つまり、制御部４５は、スイッチング制御部２５のスイッチング周期Ｔと同一な段階間隔ｄを有するようにＰＷＭディミング回路部４２を制御することも可能である。

また、図５に示されているように、制御部４５が前記ディミング段階の段階間隔ｄ”の１／ｎ倍に該当するスイッチングクロック周期Ｔ”を有するスイッチングクロック信号を発生してスイッチング制御部２５に提供することも可能である。ここで、ＬＥＤバックライト１０に供給される駆動電流ｉ_ＬＥＤの同一な電流地点にディミング段階ｄ１'、ｄ２'・・・が存在するので、本発明の効果であるディミングデューティ比の変化に対応したＬＥＤバックライト１０の線形的な明るさ変化を安定的に維持することができる。

このように本発明の負荷駆動装置は、負荷１０の駆動強さを段階別に制御するためのディミングデューティ比の変化に対応して負荷１０に提供される平均駆動電流の線形的応答特性を改善することによって、負荷の駆動応答を前記ディミングデューティ比によって安定的に制御することができる。

本発明の幾つかの実施形態が図示されて説明されたが、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する当業者であれば、本発明の原則や精神から外れず本実施形態を変形できることが分かる。

従来の負荷駆動装置においてディミングデューティ比の変化による負荷駆動電流の変化例示図である。 本発明の負荷駆動装置の制御ブロック図である。 図２の負荷駆動装置におけるスイッチング電流源の詳細回路図である。 本発明の負荷駆動装置においてディミングデューティ比の変化による負荷駆動電流の変化例示図である。 他の実施形態のスイッチングクロック周期を有する負荷駆動装置においてディミング段階とクロック信号を示す例示図である。

符号の説明

５ ＬＥＤ列
１０ ＬＥＤバックライト
２０ 第１ドライバ
２２ スイッチング部
２５ スイッチング制御部
２７ スイッチング電流源
３０ 駆動ドライバ
４０ 信号処理部
４２ ＰＷＭディミング回路部
４５ 制御部

Claims (6)

1. 負荷の駆動を制御する負荷駆動装置において、
   電流を所定のスイッチングクロック信号によって周期的にスイッチングして、所定の平均駆動電流を前記負荷に提供する駆動ドライバと；
   所定のディミング段階に基づいて前記負荷の駆動をオン／オフさせるように前記駆動ドライバを制御するディミング制御部と；
   前記ディミング段階の段階間隔と前記スイッチングクロック信号のスイッチングクロック周期を同一にするように、前記駆動ドライバと前記ディミング制御部のうちの少なくともいずれか一つを制御する制御部とを含むことを特徴とする負荷駆動装置。
2. 前記負荷は、
   複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えたＬＥＤバックライトを含むことを特徴とする請求項１に記載の負荷駆動装置。
3. 前記駆動ドライバは、
   前記ＬＥＤバックライトに電流を提供する電源部と、前記電源部から前記ＬＥＤバックライトに提供される電流の流れを断続するスイッチング部と、前記ＬＥＤバックライトに流れる電流が所定の指令値に合わせて前記平均駆動電流で維持されるように、前記スイッチングクロック信号によって周期的に前記スイッチング部をスイッチング制御するスイッチング制御部とを備えるスイッチング電流源を含むことを特徴とする請求項２に記載の負荷駆動装置。
4. 前記制御部は、
   前記スイッチングクロック信号として、前記ディミング段階の段階間隔と同一なクロック周期を有するクロック信号を前記スイッチング制御部に提供することを特徴とする請求項３に記載の負荷駆動装置。
5. 前記制御部は、
   前記スイッチングクロック信号として、前記ディミング段階に同期されたクロック信号を前記スイッチング制御部に提供することを特徴とする請求項３に記載の負荷駆動装置。
6. 前記ディミング制御部は、
   所定のディミング段階に基づいて前記負荷の駆動をオン／オフさせるように前記駆動ドライバを制御するためのＰＷＭディミング制御信号を出力するＰＷＭディミング回路部であることを特徴とする請求項４または５に記載の負荷駆動装置。

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