JP2010049523A - 定電流スイッチング電源装置及びその駆動方法、光源駆動装置及びその駆動方法、並びに画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定電流スイッチング電源において、パルス状に大きな電流を流す場合の立ち上がり時間を短くする。
【解決手段】負荷（４）に流れる電流の目標値（Ｉｒ）と検出値（Ｉｄ）の差に比例ゲインを掛けた値に基づいて負荷に供給される電流を帰還制御するに当たり、ゲインの値を、負荷用スイッチング素子（５）がオフからオンに変わった直後は所定の値とし、それ以降時間の経過とともにより小さな値とする。負荷（４）への電流の供給が、ＰＷＭ制御されるスイッチング回路（１）によりなされる場合、上記の差に比例ゲインを掛けた値に基づいて定められたデューティに応じたＰＷＭ信号が出力される。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチング方式の電源により負荷にパルス状の大電流を流したときに、パルス電流の立ち上がり時間を短くすることができる定電流スイッチング電源装置、ならびにパルス電流によって発光する光源駆動装置、ならびに光源をパルス発光することにより画像を表示する画像表示装置に関するものである。本発明はまた、上記のスイッチング電源装置の駆動方法、及び上記の光源駆動装置の駆動方法に関する。

スイッチング方式の電源は、小型軽量で高効率な電源として知られており、さまざまな装置のなかで電子機器用電源として使用されている。一般には負荷に一定電圧を供給する定電圧源として使用することが多いが、負荷に一定電流を供給する定電流源として使用することも可能である。そして最近では、そのようなスイッチング電源を、パルス状に一定電流を供給する定電流源として使用する用途も現れてきた。以下にその代表的な用途について説明する。

従来、ＰＴＶ（プロジェクションテレビ）は、光源として各種ランプ（放電型キセノンランプ、メタルハライドランプ、ハロゲンランプ等の白色ランプ）を用い、ライトバルブとして液晶、ＤＭＤ（ディジタル・マイクロミラー・デバイス）等の空間変調デバイスを用いたものが市販されている。また近年、光源の長寿命化および画像の色再現範囲の拡大を目指して光源に発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）を用いたＰＴＶも実現されつつある。そのようなＰＴＶにおいて各光源の駆動方法は、ランプ、ＬＥＤ、ＬＤとも駆動波形に若干の違いはあるが基本的には定電流で駆動している。定電流で駆動することで、その発光強度を発光時間に対して安定化することができる。

特に、ＬＥＤ、ＬＤを光源として用いたＰＴＶでは、赤、緑、青それぞれ単色で発光する素子を３個用い、それらを人の目には感じられないほど高速（数百Ｈｚから数ｋＨｚ）に時分割発光するように駆動している（例えば、特許文献１参照）。そして各色の発光素子が時分割に安定して発光するようにするためには、各発光素子に時分割にパルス状の定電流（パルス電流）を流す必要がある。

一般にＰＴＶの画面上の輝度は、光源の発光強度（発光素子の駆動電流に応じたものとなる）と発光時間の積が大きくなるほど明るくなる。そのため所与の発光時間で、輝度をより明るくするためには、発光素子を駆動するパルス電流の立ち上がり時間、立下り時間を出来る限り短くすることが必要である。

またＬＥＤ点灯装置の駆動装置としてスイッチング方式の電源を用いたものもある。この場合、点灯装置の調光手段として、ＬＥＤと直列にスイッチング素子を接続し、そのスイッチング素子をオン／オフすることによりパルス電流駆動を行っている（例えば、特許文献２参照）。

このようにＬＥＤと直列にスイッチング素子を接続し、そのスイッチング素子をオフすることで、パルス電流の立下り時間は短くすることができる。一方、立ち上がり時間は電流値が小さい（１Ａ以下）場合は特に問題にならないが、電流値が大きく（１０Ａ以上）なると駆動装置の応答速度が遅くなり、立ち上がり時間が長くなる。

特開２００７−６５６７７号公報（第１３頁、第１６図） 特開２００５−１４２１３７号公報（第８頁、第１１図）

上記のようにスイッチング方式の電源では、負荷と直列にスイッチング素子を接続することで、パルス電流の立下り時間は短くすることができる。しかし電流値が大きくなると立ち上がり時間が長くなり、このため、パルス周波数が高くなると安定したパルス電流駆動が出来なくなるという問題点がある。また発光素子をパルス電流駆動したときにＰＴＶの輝度が暗くなるという問題点がある。

本発明の定電流スイッチング電源装置は、
負荷と直列接続され、前記負荷に供給される直流電流をオンオフするスイッチング素子と、
前記負荷に流れる電流値を検出する電流検出素子と、
前記電流検出素子で検出された電流値をアナログ値からデジタル値に変換するアナログ・デジタル変換器と、
前記負荷に流れる電流の目標値と前記電流検出素子で検出された電流値の差に比例ゲインを掛けた値に基づいて前記負荷に供給される電流を帰還制御する演算処理回路とを備えたスイッチング電源装置において、
前記演算処理回路は、前記ゲインの値を、前記スイッチング素子がオフからオンに変わった直後は所定の値とし、それ以降時間の経過とともより小さな値とする
ことを特徴とする。

本発明によれば、スイッチング方式の電源によりパルス状に大きな電流を流しても電流の立ち上がり時間を短くすることができるという効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による定電流スイッチング電源装置を示すブロック図である。図示の定電流スイッチング電源装置は、負荷４に流れる電流を制御するものであって、スイッチング回路１と、整流回路２と、平滑回路３と、負荷用スイッチング素子５と、電流検出素子６と、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）７と、演算処理回路８とを備える。
本発明は後述のようにＬＥＤ、ＬＤ等の発光素子を負荷４とする場合に適したものであるが、本発明はそれに限定されず、例えば負荷４が抵抗であっても良い。

スイッチング回路１には直流（ＤＣ）電圧が入力される。スイッチング回路１は、ＤＣ電圧に対して後述のＰＷＭ信号Ｓｗに従ってスイッチング（ＰＷＭ）を行ない、交流電圧を発生する。スイッチング回路１の出力電圧は整流回路２に入力される。
整流回路２は、スイッチング回路１から出力される交流を整流する。
平滑回路３は、整流回路２の出力を平滑化する。平滑回路３の出力が負荷４に供給される。

スイッチング素子５および電流検出素子６は、負荷４と直列に接続され、これらの直列接続回路が平滑回路３の出力端子間に接続されている。
スイッチング素子５は、パルス発生器９から供給されるパルス信号ＰＳに応じて、負荷４に流れる電流をオン、オフするものであり、スイッチング素子５としては、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ等の半導体スイッチが使用される。

電流検出素子６は、負荷４に流れる電流値を検出する。電流検出素子６は電流値を電圧値に変換するものであり、例えばシャント抵抗、ホール素子等を使用する。電流検出素子６の出力がアナログ・デジタルコンバータ（ＡＤＣ）７に入力される。なお電流検出素子６の出力が小さい場合は、電流検出素子６とＡＤＣ７の間に増幅器が接続されることもある。

ＡＤＣ７は、電流検出素子６で検出された電流値をアナログ値からデジタル値に変換する。ＡＤＣ７の出力は電流の検出値Ｉｄとして演算処理回路８に供給される。

上記のパルス信号ＰＳはスイッチング素子５に供給されるほか、演算処理回路８にも供給される。演算処理回路８にはさらに、負荷４に流れる電流値を決める電流指令値Ｉｃが外部制御回路１０から供給される。

演算処理回路８は、電流指令値Ｉｃを目標値Ｉｒとし、該目標値Ｉｒに対する電流検出値Ｉｄの差に基づいて負荷４に供給される電流ＩＬを帰還制御する。そのために、例えば、目標値Ｉｒに対する検出値Ｉｄの差にゲインをかけることで得られる値に基づいてデューティを定め、該デューティに応じたＰＷＭ信号Ｓｗを出力する。演算処理回路８は、マイコン（マイクロ・コンピュータ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等のマイクロプロセッサで構成される。

スイッチング回路１は、演算処理回路８から出力されるＰＷＭ信号Ｓｗにより制御されて直流ＤＣをオンオフすることで、デューティに応じた交流を出力する。

スイッチング回路１、整流回路２、及び平滑回路３の一例を図２に示す。
スイッチング回路１は、例えば図２に示されるように、トランス１ａを用いた絶縁形のフォワードコンバータ方式スイッチング回路で構成され、一次巻線１ｃにスイッチング素子１ｂを接続し、一次巻線１ｃの電流をＰＷＭ信号Ｓｗに従ってオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）制御する。一次巻線１ｃの電流をオン／オフすることで二次巻線１ｄには交流電圧（ＡＣ）が誘起される。

トランス１ａの二次巻線１ｄに誘起される交流電圧は、整流回路２で再びＤＣに変換される。整流回路２は、例えば図２に示すように、ダイオード２ａ、２ｂを備える。スイッチング回路１のスイッチング素子１ｂがオンの期間は、ダイオード２ａを通って電流が流れ、スイッチング素子１ｂがオフの期間は、ダイオード２ｂを通って電流が流れる。整流回路２からの出力電圧は平滑回路３によりリップルが除去され、滑らかなＤＣ電圧に変換される。

平滑回路３は、例えば図２に示すように、コイル３ａとコンデンサ３ｂを逆Ｌ型に接続した回路である。スイッチング素子１ｂのオン期間にダイオード２ａから出力した電流は、コイル３ａを通ってコンデンサ３ｂを充電すると同時に、負荷４の駆動電流として、負荷４、スイッチング素子５、電流検出素子６を通って流れる。またスイッチング素子１ｂのオフ期間は、コイル３ａおよびコンデンサ３ｂに充電されたエネルギーにより、電流が負荷４、スイッチング素子５、電流検出素子６、ダイオード２ｂを通って流れる。このように、スイッチング回路１のスイッチング素子１ｂをオン／オフすることで負荷４に連続した電流を流すことができるようになっている。従って、負荷用スイッチング素子５のオンオフにより、負荷４に流れる電流をオンオフすることができる。

図３（ａ）〜（ｃ）にパルス信号ＰＳ（同図（ａ））と、負荷用スイッチング素子５の状態（同図（ｂ））と、負荷４に流れる電流（負荷電流）ＩＬ（同図（ｃ））の関係を示す。例えば、パルス信号ＰＳがＨ（高レベル）のときスイッチング素子５がオン、パルス信号ＰＳがＬ（低レベル）のときスイッチング素子５がオフになるとすると、パルス信号ＰＳがＨのとき負荷４に電流が流れ、パルス信号ＰＳがＬのとき負荷４に電流が流れず、負荷電流ＩＬはパルス信号ＰＳと同期したパルス状電流となる。ここで安定したパルス電流を負荷４に流すためのＰＷＭ信号Ｓｗの周波数Ｆｓｗとパルス信号ＰＳの周波数Ｆｐの関係は、Ｆｓｗ≫Ｆｐ（ＦｓｗがＦｐに対して十分に高い、或いはＦｐがＦｓｗに対して十分に低い）となる。例えば、Ｆｓｗは数十ｋＨｚ以上、Ｆｐは数ｋＨｚ以下である。

次に演算処理回路８の動作について説明する。一例として演算処理回路８にマイコンを用いたときの処理フローについて、図４のフローチャートを用いて説明する。演算処理回路８では、一般的なフィードバック制御で用いられているＰ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）Ｉ（Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御の演算処理を行っている。以下それぞれのステップＳＴ１〜ＳＴ７における処理を順に説明する。

ステップＳＴ１では、ＡＤＣ７から電流検出値Ｉｄを読み込む。
ステップＳＴ２では、電流指令値Ｉｃを電流目標値Ｉｒとして設定する。
ステップＳＴ３では、電流目標値Ｉｒと電流検出値Ｉｄの差（偏差）を誤差ΔＩとする。
ステップＳＴ４では、比例ゲイン（定数）ＰＧと誤差ΔＩの積を比例誤差とする。
ステップＳＴ５では、積分ゲイン（定数）ＩＧと誤差ΔＩの積分値の積を積分誤差とする。誤差ΔＩの積分値は、誤差ΔＩの積算により求められ、従って、各回の誤差ΔＩと前回までの誤差ΔＩの積分値との和で与えられる。
ステップＳＴ６では、比例誤差と積分誤差の和を求めＰＩ値とする。
ステップＳＴ７では、ＰＩ値を適当な値でスケーリングして（係数を掛けて）ＰＷＭ信号Ｓｗのデューティを決定する。

上記の処理は、ＰＷＭ信号Ｓｗのもとになる、ＰＷＭ信号Ｓｗと同じ周波数のキャリア信号、またはマイコンの内部タイマ等で設定された周期に同期して定期的に実行される。以上のような演算処理結果をもとにして、演算処理回路８からスイッチング回路１にＰＷＭ信号Ｓｗが送られる。

負荷電流ＩＬが図３（ｃ）では、理想的なパルス波形を持つものとして図示してあるが、実際には図５（ｂ）のような波形になる。即ち、パルス信号ＰＳ（図５（ａ））がスイッチング素子５をオンすると電流が流れ始め、ある時間（立ち上がり時間）を経過して一定電流に落ち着く。これは、負荷４に電流が流れ始めて電源装置が応答するのに時間が必要なためである。立下り時間については、スイッチング素子５をオフして電流を遮断するため、特に問題になるようなことは無い。

ここで負荷４に流れるパルス電流と比例ゲインＰＧの関係を図６に示す。比例ゲインＰＧを大きくすると立ち上がり波形は急峻（立ち上がり時間が短く）になるが、オーバーシュートして電流値が一定に落ち着くようになる。更に比例ゲインＰＧを大きくすると立ち上がりは更に急峻（立ち上がり時間が短く）になるが、一定値に落ち着かず、目標電流付近で振動する。なお上記の説明において積分ゲインＩＧは一定であるものとしている。

本発明では、比例ゲインＰＧを時間とともに変化させることとしている。以下に本発明におけるパルス信号ＰＳと比例ゲインＰＧと負荷電流ＩＬの波形の関係を図７（ａ）〜（ｃ）に示す。図示の例では、パルス信号ＰＳ（図７（ａ））がＬからＨに変わると同時に比例ゲインＰＧ（図７（ｂ））の値を第１の所定の値ＰＧｍとし、それ以降時間の経過とともに次第に減少させて第２の所定の値ＰＧｓに落ち着くようにするものである。従って、上記第１の所定の値ＰＧｍは上記第２の所定の値ＰＧｓよりも大きな値である。このようにすることで、負荷電流ＩＬ（図７（ｃ））の立ち上がり時にのみ比例ゲインＰＧを大きくして、これにより負荷電流の立ち上がりを急峻にする（立ち上がり時間が短くする）ことができ、一方、負荷電流が、目標値Ｉｒに近づくと比例ゲインＰＧを比較的小さな値ＰＧｓにすることで、目標値Ｉｒ付近での振動をなくすことができる。

比例ゲインＰＧの最終的な値ＰＧｓは例えば、負荷電流ＩＬが目標値Ｉｒに近い値になったときに発振しない程度に十分小さい比例ゲインＰＧの値、言い換えると定常状態で最適な値とする。

次に演算処理回路を構成するマイコン等により上記処理を実行するときのフローについて説明する。図８にパルス信号検出フローを示す。
ステップＳＴ１１では、パルス信号ＰＳがＬからＨに変化したかどうかの判定を行なう。
ステップＳＴ１２では、時間ｔを０に初期化する。

パルス信号ＰＳをマイコンのＩ／Ｏ端子、または割込み端子８ａに接続する。そうすることで、マイコンは、Ｉ／Ｏポーリング処理または割込み処理によりパルス信号ＰＳがＬからＨに変化するタイミングつまりスイッチング素子５がオンするタイミング（オフからオンに変わったこと）を検出することができる。例えば、図４における比例ゲインＰＧの大きさを時間ｔの関数とし、ＰＧ＝Ｆ（ｔ）とすると、マイコンはパルス信号ＰＳがＬからＨに変化する毎にｔ＝０を設定することで、パルス信号ＰＳに同期して比例ゲインＰＧの値を変えることができる。Ｆ（ｔ）は特に決まった関数ではないが、演算時間を短縮するには、次のような関係であっても十分効果を得ることができる。
ｔ＝０のときＰＧ＝２^３×ＰＧｓ、
ｔ＝１のときＰＧ＝２^２×ＰＧｓ、
ｔ＝２のときＰＧ＝２^１×ＰＧｓ、
ｔ≧３のときＰＧ＝２^０×ＰＧｓ
ここで、時間ｔの値を所定の単位時間ごとに１ずつ増えるものとする。「所定の単位時間」は例えば、演算処理を行なう時間間隔とする。

上記のようにＰＧをＰＧｓに対し２のべき乗倍の関係とし、時間ｔの値を演算処理を行なう時間間隔毎に１ずつ増加するものとすれば、演算処理毎にｔに１を加算し、ｔが３になるまで、比例ゲインＰＧの値を右に１ビットシフトするだけで容易に比例ゲインＰＧを求めることができる。

以上の説明は、フォワードコンバータ方式のスイッチング電源を用いることとしているが、非絶縁型チョッパー方式のスイッチング電源でも同様の効果を得ることができる。

このように、演算処理回路８において実行するＰＩ制御のゲイン、特に比例ゲインＰＧの大きさをスイッチング素子５がオフからオンに変わった直後は比較的大きな値（第１の所定の値）とし、その後時間の経過とともに次第に小さくしていくことで、スイッチング方式の電源によりパルス状に大きな電流を流しても電流の立ち上がり時間を短くすることができるという効果がある。

なお、以上の説明は積分ゲインＩＧが一定としているが、平滑回路３の時定数およびプリント基板上の浮遊インダクタンス、浮遊容量等、また負荷４の電流−電圧特性によっては、積分ゲインＩＧを変化させる方が好ましい場合もある。この場合、比例ゲインＰＧは上述の説明と同じように最初は比較的大きな値（定常状態で用いられる値（第２の所定の値）よりも大きな第１の所定の値）として、時間とともに小さくするのが好ましい。一方、積分ゲインＩＧは、時間に関して決まった関係ではなく、実際の装置により、電流波形を観測しながら最適化するのが好ましい。しかし、スイッチング素子５がオフからオンに変わってからの経過時間に対して、予め定めたパターンで変化するゲインを用いても良い。
以下では、予め最適化された比例ゲインＰＧ、積分ゲインＩＧの値をマイコン内部のメモリ８ｂまたは外部のメモリ１１に書き込んでおき、演算を実行する毎にメモリ８ｂ又は１１からゲインを読み出し、ＰＩ制御の演算処理を実行する場合について説明する。

具体的には、比例ゲインＰＧの複数の値を予めメモリ８ｂ又は１１の複数のアドレス（これらの複数のアドレスはそれぞれスイッチング素子５がオフからオンに変わったときからの経過時間に対応付けられている）に書き込んでおき、スイッチング素子５がオフからオンに変わったときからの時間の経過に応じて、対応するアドレスから比例ゲインの値を読み出す。同様に、積分ゲインの複数の値を予めメモリ８ｂ又は１１の複数のアドレス（これらの複数のアドレスはそれぞれスイッチング素子５がオフからオンに変わったときからの経過時間に対応付けられている）に書き込んでおき、スイッチング素子５がオフからオンに変わったときからの時間の経過に応じて、対応するアドレスから積分ゲインの値を読み出す。そして、読み出したゲインの値を用いて演算処理回路８においてＰＩ制御の演算処理を実行する。

メモリ８ｂ、１１の比例ゲインを格納した領域内の複数のアドレスｎ、ｎ＋１、ｎ＋２、…と、それぞれのアドレスに記憶された比例ゲインＰＧの値ＰＧ０、ＰＧ１、ＰＧ２、…の関係の一例を図９（ａ）に示し、メモリ８ｂ、１１の積分ゲインを格納した領域内の複数のアドレスｍ、ｍ＋１、ｍ＋２、…と、それぞれのアドレスに記憶された積分ゲインＩＧの値ＩＧ０、ＩＧ１、ＩＧ２、…の関係の一例を図９（ｂ）に示す。

スイッチング素子５がオフからオンに変わったときは、メモリアドレスの初期値（図９（ａ）のｎ、図９（ｂ）のｍ）のデータＰＧ０、ＩＧ０を読み出すこととし、所定の時間が経過するごとに、或いは演算を実行するごとにメモリアドレスを１ずつ増加させて、該メモリアドレスからデータを読み出して、読み出されたデータをゲインとして用いる。このようにして、スイッチング素子５がオフからオンに変わってからの時間の経過に伴い、より大きいアドレス値のアドレスからデータを読み出すこととしている。図９（ａ）に示されるメモリアドレスの初期値ｎのデータＰＧ０が図７のＰＧｍに相当し、アドレスｍ＋１、ｍ＋２、…のデータＰＧ１、ＰＧ２、…は、図７に示すＰＧのように、アドレス（経過時間に対応する）の増加とともに次第に小さくなる値を有する。

次に、図１０にパルス信号検出フローを示す。
ステップＳＴ１１では、パルス信号ＰＳがＬからＨに変化したかどうかの判定を行なう。
ステップＳＴ１３では、比例ゲインアドレスを初期値ｎに設定し、積分ゲインアドレスを初期値ｍに設定する。

パルス信号ＰＳがＬからＨに変化する毎に、それぞれのゲインを読み出すアドレスを初期値ｎ、ｍに戻すようにする。そして演算処理を実行する毎にアドレスに１を加算し、メモリからゲインを読み出すことで、パルス信号ＰＳに同期して時間とともにゲインの値を変えることができる。なおメモリの容量は、立ち上がりから一定電流になるまでの時間でよいため多くは必要なく、各ゲインとも１０アドレス程度あれば十分である。

なお上記の例では、比例ゲインＰＧ、積分ゲインＩＧを時間とともに変化させることとしているが、積分ゲインＩＧを一定として比例ゲインＰＧのみを変化させるような場合に、上記と同様のメモリを使用して良い。この場合は比例ゲインＰＧ用のメモリのみが必要となる。

以上のように、ゲインの値を予めメモリに書き込んでおき、スイッチング素子５をオンするタイミングに同期してメモリよりゲインを読み出し、演算処理を実行することで、積分ゲインＩＧを時間とともに変化させ、パルスの立ち上がり時間を短くする必要がある場合でも、容易に対応することが出来る。

実施の形態２．
図１１は、この発明の実施の形態１に示した定電流スイッチング電源装置を光源駆動装置として搭載した画像表示装置の一例を示す図である。図示の画像表示装置は、受信部１９と、映像データ処理部２０と、タイミング制御部２１と、空間変調器制御部２２と、光源部２３と、光ファイバ２５と、集光管２６、レンズ２７と、ライトバルブ２８と、レンズ２９と、スクリーン３０とを有する。光源部２３は、発光素子４Ｒ，４Ｇ，４Ｂと、光源駆動部２４とを有する。発光素子４Ｒ，４Ｇ，４Ｂが、実施の形態１の負荷４に相当する。

外部映像機器より映像データＶＤ１及び同期信号ＳＹが受信部１９に入力される。受信部１９に入力された映像データＶＤ１は、映像データ処理部２０に送られる。映像データ処理部２０で処理された映像データＶＤ２は、空間変調器制御部２２に入力される。受信部１９に入力された同期信号ＳＹはタイミング信号ＴＳ１としてタイミング制御部２１に入力される。タイミング制御部２１からは、空間変調器制御部２２および光源部２３の光源駆動部２４にタイミング信号ＴＳ２、ＴＳ３が送られる。

空間変調器制御部２２からはライトバルブ２８へ映像表示するための映像データＶＤ３が送られる。光源駆動部２４からは各発光素子４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを駆動するのに必要な電流ＩＬｒ、ＩＬｇ、ＩＬｂが供給される。発光素子４Ｒ，４Ｇ，４Ｂとしては、一般にＬＥＤ、ＬＤがあるが、本実施の形態では、以下発光素子がＬＤで構成されているとして説明する。

赤ＬＤ４Ｒ、緑ＬＤ４Ｇ、青ＬＤ４Ｂから出た光は、光ファイバ２５、集光管２６、レンズ２７を通り、ライトバルブ２８で空間変調された後、レンズ２９を通ってスクリーン３０に到達する。

図１２に光源駆動部２４の構成を示す。図示の光源駆動部２４は、赤用光源駆動装置２４ｒ、緑用光源駆動装置２４ｇ及び青用光源駆動装置２４ｂを備える。これらの各々は、図１に示したスイッチング電源装置で構成され、赤ＬＤ４Ｒ、緑ＬＤ４Ｇ、青ＬＤ４Ｂがそれぞれ図１に示した負荷４に相当する。

赤用光源駆動装置２４ｒ、緑用光源駆動装置２４ｇ及び青用光源駆動装置２４ｂの各々には、図１に示したパルス信号ＰＳに相当する信号がタイミング信号として入力されており、さらに画像表示装置内部のＡＣ（交流）／ＤＣ（直流）変換回路により商用電源から変換されたＤＣ電圧Ｖｄｃが供給されている。また図１に示した電流指令値Ｉｃに相当するそれぞれの電流指令値Ｉｃｒ、Ｉｃｇ、Ｉｃｂは、図示のように、画像表示装置内部の制御回路１２から供給されることとしても良く、代わりに、予め各光源駆動装置内部に設定されていても良い。

以下本実施の形態の動作について詳細に説明する。図１１において、受信部１９に入力された映像データＶＤ１は、映像データ処理部２０に送られる。また、受信部１９に入力された同期信号ＳＹは、タイミング信号ＴＳ１としてタイミング制御部２１に送られる。タイミング制御部２１では、空間変調器制御部２２からライトバルブ２８への映像データＶＤ３の供給と、光源駆動部２４による赤ＬＤ４Ｒ、緑ＬＤ４Ｇ、青ＬＤ４Ｂの駆動のタイミングが同期するように、空間変調器制御部２２と光源駆動部２４にタイミング信号ＴＳ２、ＴＳ３を送る。

映像データ処理部２０では、受信部１９で受信した映像データＶＤ１に対してライトバルブ２８で映像表示するために必要な処理が施され、処理された映像データＶＤ２が空間変調器制御部２２に送られる。

空間変調器制御部２２では、タイミング制御部２１から入力されたタイミング信号ＴＳ２に基づいて、映像データ処理部２０から入力された映像データＶＤ２を、ライトバルブ２８に送り映像表示する。

一方、光源駆動部２４では、タイミング制御部２１が出力するタイミング信号ＴＳ３に合わせて発光素子である赤ＬＤ４Ｒ、緑ＬＤ４Ｇ、青ＬＤ４Ｂを駆動する。そして各ＬＤはその駆動タイミングに合わせて順次発光している。赤ＬＤ４Ｒ、緑ＬＤ４Ｇ、青ＬＤ４Ｂから出た各光は光ファイバ２５を通って、集光管２６で一本にまとめられる。一本にまとめられた光はレンズ２７を通ってライトバルブ２８に照射される。ライトバルブ２８では、空間変調器制御部２２から送られてくる映像データＶＤ２をもとに照射された光を空間的に変調する。ライトバルブ２８で変調された光がレンズ２９を通ってスクリーン３０に到達する。このようにして映像信号に基づいてライトバルブ２８により空間変調された光がスクリーン３０に投影され画像として表示される。

図１３（ａ）〜（ｄ）は、赤ＬＤ４Ｒ、緑ＬＤ４Ｇ、青ＬＤ４Ｂの発光状態と駆動電流の関係を示したものである。赤ＬＤ４Ｒ、緑ＬＤ４Ｇ、青ＬＤ４Ｂは、タイミング制御部２１から送られてくるタイミング信号ＴＳ３に従って光源駆動部２４により、図１３（ｂ）〜（ｄ）に示すように、時分割に順次駆動される。その結果、図１３（ａ）に示すように、赤、緑、青の光が順次発生する。そして各発光素子の駆動期間に合わせて光変調器制御部２２から各色の映像データがライトバルブ２８に送られ、スクリーン３０に各色の映像データに対応した画像が時分割に表示される。各色の映像データはスクリーン３０に時分割に順次表示されるが、表示周期が高速であるため目の残像効果により鑑賞者には特に違和感なくカラー映像として認識される。

このような画像表示装置においてスクリーン３０に表示される映像の最大輝度は、発光強度と発光時間の積が大きいほど明るくなる。そのため、決められた発光時間の間でより明るくすることが重要であり、そのためには、発光波形の立ち上がり時間、つまり駆動電流の立ち上がり時間をできる限り短くする必要がある。

光源駆動部２４に、実施の形態１による定電流スイッチング電源装置を光源駆動装置２４ｒ、２４ｇ、２４ｂとして搭載し、タイミング信号ＴＳ３に同期して光源駆動装置の比例ゲインＰＧの値を最初は比較的大きな値（第１の所定の値）とし、次第に減少させることで、発光素子の駆動電流の立ち上がり時間を短くすることができる。

このように光源駆動部２４に用いる光源駆動装置２４ｒ、２４ｇ、２４ｂの比例ゲインＰＧの値をタイミング信号に同期して最初は比較的大きな値（第１の所定の値）とし、時間とともに次第に減少させることで、発光素子４Ｒ、４Ｇ、４Ｂの駆動電流の立ち上がり時間を短くすることができる。その結果、画像表示装置の輝度を明るくすることができる。

このように光源駆動部２４に用いる光源駆動装置２４ｒ、２４ｇ、２４ｂのゲインの値を予めメモリに書き込んでおき、タイミング信号ＴＳ３に同期してメモリよりゲインを読み出し、演算処理を実行することで、積分ゲインＩＧ或いは比例ゲインＰＧを時間とともに変化させ、発光素子の駆動電流の立ち上がり時間を短くする必要がある場合でも、容易に対応することが出来る。その結果、画像表示装置の輝度をより明るくすることができる。

この発明の実施の形態１による定電流スイッチング装置を示すブロック図である。 図１のスイッチング回路、整流回路、及び平滑回路の一例を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、パルス信号ＰＳとスイッチング素子の状態と負荷電流ＩＬの関係を示す図である。 演算処理回路にマイコンを用いたときの処理フローを示すフローチャートである。 （ａ）及び（ｂ）は、パルス信号ＰＳと実際に負荷に流れる電流ＩＬの波形の関係を示す図である。 負荷に流れるパルス電流と比例ゲインＰＧの関係を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、この発明におけるパルス信号ＰＳと比例ゲインＰＧと負荷電流ＩＬの波形の関係を示す図である。 マイコンによるパルス信号検出フローを示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ比例ゲインを格納する領域及び積分ゲインを格納する領域内の、メモリアドレスとゲインの関係を示す図である。 この発明の実施の形態２おけるパルス信号検出フローを示す図である。 この発明の実施の形態１に示す定電流スイッチング電源装置を光源駆動装置として搭載した画像表示装置の一例を示す図である。 図１１の光源駆動部の構成例を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、発光素子の発光状態と駆動電流の関係を示す図である。

符号の説明

１ スイッチング回路、 １ａ トランス、 １ｂ 一次側スイッチング素子、 ２ 整流回路、 ２ａ ダイオード、 ２ｂ ダイオード、 ３ 平滑回路、 ３ａ コイル、 ３ｂ コンデンサ、 ４ 負荷、 ５ 負荷用スイッチング素子、 ６ 電流検出素子、 ７ アナログ・デジタルコンバータ、 ８ 演算処理回路、 １９ 受信部、 ２０ 映像データ処理部、 ２１ タイミング制御部、 ２２ 空間変調器制御部、 ２３ 光源部、 ２４ 光源駆動部、 ２５ 光ファイバ、 ２６ 集光管、 ２７ レンズ、 ２８ ライトバルブ、 ２９ レンズ、 ３０ スクリーン。

Claims (9)

1. 負荷と直列接続され、前記負荷に供給される直流電流をオンオフするスイッチング素子と、
   前記負荷に流れる電流値を検出する電流検出素子と、
   前記電流検出素子で検出された電流値をアナログ値からデジタル値に変換するアナログ・デジタル変換器と、
   前記負荷に流れる電流の目標値と前記電流検出素子で検出された電流値の差に比例ゲインを掛けた値に基づいて前記負荷に供給される電流を帰還制御する演算処理回路とを備えたスイッチング電源装置において、
   前記演算処理回路は、前記ゲインの値を、前記スイッチング素子がオフからオンに変わった直後は所定の値とし、それ以降時間の経過とともより小さな値とする
   ことを特徴とする定電流スイッチング電源装置。
2. ＰＷＭ制御されるスイッチング回路と、
   前記スイッチング回路の出力を整流する整流回路と、
   前記整流回路の出力を平滑化する平滑回路とをさらに備え、
   前記演算処理回路は、前記差に比例ゲインを掛けた値に基づいて定められたデューティに応じたＰＷＭ信号を出力し、
   前記スイッチング回路は、前記演算処理回路から出力されたＰＷＭ信号により制御されてスイッチングを行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の定電流スイッチング電源装置。
3. 前記演算処理回路は、前記差の積分値に積分ゲインを掛けた値をも用いて前記デューティを定めることを特徴とする請求項１に記載の定電流スイッチング電源装置。
4. 前記比例ゲインの複数の値を予めメモリの複数のアドレスに書き込んでおき、
   該複数のアドレスがそれぞれ前記スイッチング素子がオフからオンに変わったときからの経過時間に対応付けられており、
   前記スイッチング素子がオフからオンに変わったときからの時間の経過に応じて、対応するアドレスからゲインの値を読み出し、読み出したゲインの値を用いて上記演算処理回路において演算処理を実行する
   ことを特徴とする請求項１に記載の定電流スイッチング電源装置。
5. 前記積分ゲインの複数の値を予めメモリの複数のアドレスに書き込んでおき、
   該複数のアドレスがそれぞれ前記スイッチング素子がオフからオンに変わったときからの経過時間に対応付けられており、
   前記スイッチング素子がオフからオンに変わったときからの時間の経過に応じて、対応するアドレスからゲインの値を読み出し、読み出したゲインの値を用いて上記演算処理回路において演算処理を実行する
   ことを特徴とする請求項３に記載の定電流スイッチング電源装置。
6. 請求項１又は４の定電流スイッチング電源装置により、発光素子に流れる電流を制御することを特徴とする光源駆動装置。
7. 請求項６の光源駆動装置を備え、
   前記発光素子からの光を用いて画像の表示を行う
   画像表示装置。
8. 負荷と直列接続され、前記負荷に供給される直流電流をオンオフするスイッチング素子と、
   前記負荷に流れる電流値を検出する電流検出素子と、
   前記電流検出素子で検出された電流値をアナログ値からデジタル値に変換するアナログ・デジタル変換器とを備えたスイッチング電源装置の駆動方法おいて、
   前記負荷に流れる電流の目標値と前記電流検出素子で検出された電流値の差に比例ゲインを掛けた値に基づいて前記負荷に供給される電流を帰還制御する演算処理ステップを有し、
   前記演算処理ステップは、前記ゲインの値を、前記スイッチング素子がオフからオンに変わった直後は所定の値とし、それ以降時間の経過とともにより小さな値とする
   ことを特徴とする定電流スイッチング電源装置の駆動方法。
9. 発光素子と直列接続され、前記発光素子に供給される直流電流をオンオフするスイッチング素子と、
   前記発光素子に流れる電流値を検出する電流検出素子と、
   前記電流検出素子で検出された電流値をアナログ値からデジタル値に変換するアナログ・デジタル変換器とを備えた光源駆動装置の駆動方法おいて、
   前記発光素子に流れる電流の目標値と前記電流検出素子で検出された電流値の差に比例ゲインを掛けた値に基づいて前記発光素子に供給される電流を帰還制御する演算処理ステップを有し、
   前記演算処理ステップは、前記ゲインの値を、前記スイッチング素子がオフからオンに変わった直後は所定の値とし、それ以降時間の経過とともにより小さな値とする
   ことを特徴とする光源駆動装置の駆動方法。

Images