JP2010062184A - Led点灯装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】PWM調光時の音鳴りを防止できるとともに、低背で安価なLED点灯装置を提供する。
【解決手段】複数のLEDからなるLED群負荷1と、LED群負荷に印加する電圧を生成するコンバータ回路2と、LED群負荷に流れる電流を制御する電流制御回路38と、コンバータ回路の出力電圧を制御する電圧制御回路36と、LED群負荷に電流を間欠的に流す時分割回路31と、時分割回路によってLED群負荷に電流が流されている期間は、電流制御回路によりLED群負荷に流れる電流を制御することによってコンバータ回路の出力電圧を制御し、時分割回路によってLED群負荷に電流が流されていない期間は、電圧制御回路によりコンバータ回路の出力電圧を制御する選択回路34とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、例えば液晶ディスプレイのバックライトとして使用されるLED(Light Emitting Diode)を点灯させるためのLED点灯装置に関する。
従来、LED点灯装置として、例えば特許文献1は、発光素子の直列数に関係なく、ピンに印加される電圧を常に低い電源電圧以下にして低耐圧設計のICを使用可能にし、かつ電力損失を少なくした発光素子駆動装置を開示している。
この発光素子駆動装置は、図3に示すように、発光素子(LED)21〜26が接続される端子P23〜P25に一端が接続され、時分割信号S1〜S3に応じてオン/オフするドライバ12〜14と、このドライバ12〜14に並列に接続され、ドライバ12〜14がオフの時に発光素子21〜26が発光するに至らない程度の電流を流すためのバイパス手段15〜17と、選択回路18とを備える。選択回路18は、ドライバ12〜14のうち1つのドレイン−ソース間電圧やLED21〜26のうちの1ラインに流れる電流を検出して、制御回路11はコンバータ回路の出力電圧を制御する。
この発光素子駆動装置においては、LED21〜26を点灯させる期間には、ドライバ12〜14が必要な電流を引き込んでLED21〜26に電流を流し、LED21〜26を消灯させる期間には、ドライバ12〜14が電流の引き込みを停止するとともに、微小電流をバイパス手段15〜17でバイパスさせる。これにより、コンバータ回路27の出力電圧の跳ね上がりを防止している。
特開2003−332624号公報
ところで、近年は、バックライトの薄型化の要求に伴って、LED点灯装置には、チップ部品が使用されている。特に、LED点灯装置は、液晶パネルの裏面に配置されることか多いので、コンデンサとしては、低背面実装タイプのチップセラミックコンデンサが使用されている。勿論、電気的特性からだけ言えば、電解コンデンサもフィルムコンデンサも使用可能である。
しかしながら、電解コンデンサを使用すると、ボードの厚みが厚くなり、フィルムコンデンサを使用すると、高価になる。
上述した特許文献1に開示された発光素子駆動装置において、コンバータ回路27の内部のコンデンサC27としてチップセラミックコンデンサを使用すると、図4(a)に示すような時分割信号S1〜S3でドライバ12〜14をオン/オフさせることにより、図4(b)に示すように、LED21〜26に流れる電流をオン/オフさせて明るさを調整するPWM(Pulse Width Modulation)調光を行ったとする。
この場合、図4(c)に示すように、コンバータ回路27の出力電圧が変動(低下)するとともに、LED21〜26をオンさせる時に発生するコンバータ回路27の出力電圧の低下分を、コンデンサC27を急速充電することにより補うため、コンデンサC27から音鳴りが発生する。
さらに詳細に説明すると、LED21〜26を消灯させる期間(ドライバ12〜14がオフの期間)のコンバータ回路27の出力電圧は、LED21〜26のIF−VF特性で決定される。従って、バイアス電流が微小であれば、PWM調光のオフ期間のコンバータ回路27の出力電圧は、オン期間よりも低下する。その結果、上述したように、PWM調光を行った場合に、コンバータ回路27の出力電圧に電圧変動(低下)が発生するので、コンデンサC27から音鳴りが発生する。
なお、仮に、図3に示す発光素子駆動装置において、バイパス手段15〜17が存在しないとすれば、LED21〜26を消灯させる期間(ドライバ12〜14がオフの期間)のコンバータ回路27の出力電圧は、負荷が無くなった状態になるため、図5(c)に示すように跳ね上がる。従って、PWM調光のオフ期間のコンバータ回路27の出力電圧は高電圧になり、場合によっては、装置の破壊などを招く。
本発明の課題は、PWM調光時の音鳴りを防止できるとともに、低背で安価なLED点灯装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、請求項1の発明は、複数のLEDからなるLED群負荷と、前記LED群負荷に印加する電圧を生成するコンバータ回路と、前記LED群負荷に流れる電流を制御する電流制御回路と、前記コンバータ回路の出力電圧を制御する電圧制御回路と、前記LED群負荷に電流を間欠的に流す時分割回路と、前記時分割回路により前記LED群負荷に電流が流されている期間は、前記電流制御回路により前記LED群負荷に流れる電流を制御することにより前記コンバータ回路の出力電圧を制御し、前記時分割回路により前記LED群負荷に電流が流されていない期間は、前記電圧制御回路により前記コンバータ回路の出力電圧を制御する選択回路とを備えることを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1記載のLED点灯装置において、前記電流制御回路は、前記LED群負荷に流れる電流に基づいて電流フィードバック信号を生成し、前記電圧制御回路は、前記コンバータ回路の出力電圧に基づいて電圧フィードバック信号を生成し、前記選択回路は、前記時分割回路によって前記LED群負荷に電流が流されている期間は、前記電流フィードバック信号を選択し、選択した電流フィードバック信号に基づいて前記コンバータ回路の出力電圧をPWM制御し、前記時分割回路によって前記LED群負荷に電流が流されていない期間は、前記電圧フィードバック信号を選択し、選択した電圧フィードバック信号に基づいて前記コンバータ回路の出力電圧をPWM制御することを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項2記載のLED点灯装置において、前記選択回路は、前記時分割回路で生成された時分割信号に基づき、前記電流制御回路からの電流フィードバック信号又は前記電圧制御回路からの電圧フィードバック信号のいずれかを選択することを特微とする。
請求項4の発明は、請求項2記載のLED点灯装置において、前記選択回路は、前記電流制御回路からの電流フィードバック信号の有無に基づき、前記電流制御回路からの電流フィードバック信号又は前記電圧制御回路からの電圧フィードバック信号のいずれかを選択することを特徴とする。
請求項5の発明は、請求項2乃至請求項4のいずれか1項記載のLED点灯装置において、前記LED群負荷に電流が流れている期間にホールドされた前記コンバータ回路の出力電圧と前記LED群負荷に電流が流れていない期間の前記コンバータ回路の出力電圧との差を増幅することにより、前記LED群負荷に電流が流れていない期間の前記電圧フィードバック信号を得る誤差増幅器を備える。
本発明によれば、LED群負荷に電流が流されている期間は、電流制御回路によりLED群負荷に流れる電流を制御することによってコンバータ回路の出力電圧を制御し、LED群負荷に電流が流されていない期間は、電圧制御回路によりコンバータ回路の出力電圧を制御するので、コンバータ回路の出力電圧を一定にすることができる。
その結果、コンバータ回路に含まれるコンデンサにチップセラミックコンデンサを使用しても、コンデンサによる音鳴りを防止することができる。その結果、チップセラミックコンデンサを使用した低背で安価なLED点灯装置を構成することができる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は本発明の実施例1に係るLED点灯装置の構成を示すブロック図である。このLED点灯装置は、LED群負荷1、コンバータ回路2、制御回路3及びゲート電圧設定抵抗Rを備える。
LED群負荷1は、図1における複数のLED7を有するバックライト1に相当し、直列に接続された複数のLEDからなるLED群が、並列に複数個(図1に示す例では「3」)接続されて構成されている。なお、並列に接続するLED群の数は任意である。このLED群負荷1は、コンバータ回路2の出力側と制御回路3の内部のシンクドライバ37(詳細は後述)との間に接続されている。
コンバータ回路2は、昇圧リアクトルL1とMOSFETからなるスイッチング素子Q1とダイオードD1とコンデンサC1からなる例えばブーストチョッパからなり、制御回路3から送られてくるPWM制御信号に応じてスイッチング素子Q1がオン/オフすることにより電圧を出力する。このコンバータ回路2からの出力電圧は、LED群負荷1のアノード側に印加される。
制御回路3は、時分割回路31、ディレイ回路32、ワンショット(1shot)回路33、選択回路34、ゲート電圧設定回路35、電圧制御回路36、シンクドライバ37、電流制御回路38、PWM制御コンパレータ41及び鋸波発生回路43を備える。
時分割回路31は、外部から入力される直流のPWM調光信号に応じたデューティでオン/オフする時分割信号を生成する。具体的には、時分割回路31は、三角波発生回路71とPWM調光コンパレータ72とを備える。三角波発生回路71は、三角波信号を生成してPWM調光コンパレータ72に送る。PWM調光コンパレータ72は、外部から非反転入力端子(+)に入力されたPWM調光信号と、三角波発生回路71から反転入力端子(−)に入力された三角波信号とを比較して、矩形波の時分割信号を生成する。この時分割回路31から出力される時分割信号は、ディレイ回路32、ワンショット回路33、選択回路34及びゲート電圧設定回路35に送られ、ゲート電圧設定回路35からシンクドライバ37へのゲート信号をオン/オフさせる。
ディレイ回路32は、時分割回路31から送られてくる時分割信号を所定時間だけ遅延させ、ディレイ時分割信号として電圧制御回路36に送る。
ワンショット回路33は、時分割回路31から送られてくる時分割信号の立ち上がりエッジをトリガーとして所定幅を有するパルス信号を生成し、ホールド解除信号として電圧制御回路36に送る。
ゲート電圧設定回路35は、時分割回路31から送られてくる時分割信号とゲート電圧設定抵抗R1で設定された電圧とに基づきゲート信号を生成し、シンクドライバ37に送る。
シンクドライバ37は、例えば複数(直列に接続されたLED群のライン数と同数)のMOSFETから構成されており、そのゲートはゲート電圧設定回路35に接続され、ドレインはLED群負荷1のカソード側に接続され、ソースは接地されている。
このシンクドライバ37に含まれるMOSFETは、時分割信号がオンの指示の期間中は、ゲート電圧設定回路35から送られてくるゲート信号に応じてオンすることにより、LED群負荷1にゲート信号に応じた電流を流して発光させ、また、時分割信号がオフの指示の期間中は、ゲート電圧設定回路35から送られてくるゲート信号に応じてオフすることにより、LED群負荷1に流れる電流を停止させて発光を停止させる。
つまり、時分割信号のオン/オフのデューティー比に応じて、言い換えれば、外部から入力される直流のPWM調光信号に応じて、LED群負荷1の明るさを調整することができる。
尚、時分割信号がオンの指示の期間中のLED群負荷1に流れる3ラインの電流と、3ラインのLED群負荷の電圧は、LEDのVFのばらつきや、シンクドライバ37のMOSFETのアーリー効果などによって、完全には同一にならない。
電流制御回路38は、LED群負荷1からシンクドライバ37に流れる3ラインの電流を検出し、それぞれの電流に相当する電流検出信号を生成する。電流検出信号選択回路61は、LED群負荷1からシンクドライバ37に流れる3ラインの電流のそれぞれの電流に相当する3つの電流検出信号を入力して、そのうちの1つの電流検出信号を選択し、選択した電流検出信号を誤差増幅器63に送る。
電流検出信号選択回路61での電流検出信号の選択方法は、入力された3つの電流検出信号のうちから、一番大きい信号を選択する方法になっていてもよいし、一番小さい信号を選択する方法になっていてもよい。
電流検出信号の選択方法の別の方法としては、電流検出回路38は、シンクドライバ37のそれぞれのMOSFETのドレイン電圧を検出し、それぞれのドレイン電圧に相当する間接的な電流検出信号を生成し、そのうち1つを選択する方法でも良い。
誤差増幅器63は、電流検出信号選択回路61から送られてきて反転入力端子(−)に入力された電圧と非反転入力端子(+)に入力された基準値を表す電圧との誤差を増幅して、電流フィードバック信号として選択回路34に送る。
電圧制御回路36は、コンバータ回路2の出力電圧が抵抗R2、R3で分圧されて入力され、ディレイ回路32から送られてくるディレイ時分割信号、ワンショット回路33から送られてくるホールド解除信号を入力し、これらに基づいて電圧フィードバック信号を生成し、選択回路34に送る。この電圧制御回路36の詳細は後述する。
選択回路34は、時分割回路31から送られてくる時分割信号に応じて、電流制御回路38から送られてくる電流フィードバック信号又は電圧制御回路36から送られてくる電圧フィードバック信号のいずれかを選択し、PWM制御コンパレータ41に送る。
鋸波発生回路43は、鋸波信号を発生し、PWM制御コンパレータ41に送る。PWM制御コンパレータ41は、選択回路34から送られてくる電流フィードバック信号又は電圧フィードバック信号、及び鋸波発生回路43から送られてくる鋸波信号に基づき矩形波のPWM制御信号を生成し、コンバータ回路2のスイッチング素子Q1のゲートに送る。
次に、電圧制御回路36の詳細を説明する。電圧制御回路36は、ワンショット(1shot)回路51、電圧ホールド回路52及び電圧制御アンプ(AMP)55を備える。
ワンショット回路51は、ディレイ回路32から送られてくるディレイ時分割信号の立ち上がりエッジをトリガーとして所定幅を有するパルス信号を生成し、ホールド信号として電圧ホールド回路52に送る。
電圧ホールド回路52は、LED群負荷1に電流が流れている時にコンバータ回路2から出力される電圧をホールドする機能を有する。この電圧ホールド回路52は、ワンショット回路51から送られてくるホールド信号に応じてコンバータ回路2の出力電圧をホールドし、ワンショット回路33から送られてくるホールド解除信号に応じて、出力電圧のホールドを解除する。この電圧ホールド回路52にホールドされた電圧は電圧制御アンプ55に送られる。
電圧制御アンプ55は、電圧ホールド回路52から非反転入力端子(+)に入力された電圧と、コンバータ回路2から反転入力端子(−)に入力された電圧との差を増幅し、電圧フィードバック信号として選択回路34に送る。
次に、このように構成される本発明の実施例1のLED点灯装置の動作を、図2に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。
外部からPWM調光信号が入力されると、時分割回路31は、図2(a)に示すような、PWM調光信号の大きさ(電圧値)に応じたデューティでオン/オフする時分割信号を生成し、ディレイ回路32、ワンショット回路33、選択回路34及びゲート電圧設定回路35に送る。
時分割回路31からの時分割信号を入力したゲート電圧設定回路35は、時分割信号とゲート電圧設定抵抗Rで発生された電圧とに基づきゲート信号を生成し、シンクドライバ37に送る。これにより、シンクドライバ37の内部のMOSFETがオン/オフし、LED群負荷1からシンクドライバ37に向かって、図2(c)に示すような、時分割信号に応じたLED電流が流れる。
電流制御回路38では、電流検出信号選択回路61でLED群負荷1からシンクドライバ37に流れる電流を検出し、検出された電流に基づき、誤差増幅器63で、図2(d)に示すような、LED電流が流れない期間で高電圧になる電流フィードバック信号を生成して選択回路34に送る。
一方、時分割回路31からの時分割信号を入力したディレイ回路32は、図2(b)に示すように、時分割信号を所定時間だけ遅延させたディレイ時分割信号を生成して電圧制御回路36に送る。
また、時分割回路31からの時分割信号を入力したワンショット回路33は、図2(e)に示すような、時分割信号の立ち上がりエッジをトリガーとして所定のパルス幅を有するホールド解除信号を生成して電圧制御回路36に送る。
電圧制御回路36においては、ワンショット回路51は、ディレイ回路32から送られてくるディレイ時分割信号の立ち上がりエッジをトリガーとして、図2(f)に示すような所定のパルス幅を有するホールド信号を生成して電圧ホールド回路52に送る。
電圧ホールド回路52は、ワンショット回路51から送られてくるホールド信号に応じてコンバータ回路2の出力電圧をホールドし、ホールドされた出力電圧を電圧制御アンプ55に送る。
電圧制御アンプ55は、電圧ホールド回路52から非反転入力端子(+)に入力された電圧と、コンバータ回路2から反転入力端子(−)に入力された電圧との差を増幅し、図2(g)に示すような、LED電流が流れない期間で低電圧になる電圧検出信号を生成して選択回路34に送る。
選択回路34は、時分割回路31から送られてくる時分割信号がハイレベルの期間、つまりLED群負荷1に電流が流れている期間(図2(g)の符号Aで示す期間)では、電流制御回路38から送られてくる電流フィードバック信号(符号Aで示す期間の電流フィードバック信号)を選択してPWM制御コンパレータ41に送る。
選択回路34は、時分割回路31から送られてくる時分割信号がローレベルの期間、つまりLED群負荷1に電流が流れていない期間(図2(g)の符号Bで示す期間)では、電圧制御回路36から送られてくる、LED群負荷1に電流が流れている期間にコンバータ回路2の出力電圧をホールドした電圧に基づき生成された電圧フィードバック信号(符号Aで示す期間の電圧フィードバック信号)を選択し、PWM制御コンパレータ41に送る。
これにより、LED群負荷1に電流が流れているかどうかに拘わらず、常に一定レベルのPWM制御信号がコンバータ回路2のスイッチング素子Q1に送られるので、コンバータ回路2の出力電圧は、図2(h)に示すように、一定になる。
このように本発明の実施例1のLED点灯装置によれば、PWM調光を行った場合であっても、コンバータ回路2の出力電圧は一定に保たれるため、コンバータ回路2のコンデンサとしてチップセラミックコンデンサを用いても、コンデンサから音鳴りは発生しない。その結果、チップセラミックコンデンサを使用した低背で安価なLED点灯装置を構成することができる。
なお、上述した実施例1のLED点灯装置では、選択回路34は、時分割信号に応じて電流フィードバック信号又は電圧フィードバック信号のいずれかを選択したが、電流制御回路38からの電流フィードバック信号の有無に応じて、電流制御回路38からの電流フィードバック信号又は電圧制御回路36からの電圧フィードバック信号のいずれかを選択するように構成することができる。この場合も、上述した実施例1のLED点灯装置と同様の効果が得られる。
また、時分割信号がオンの時に、いずれかのシンクドライバ37に電流が流れる場合は、スイッチング素子Q1への出力を止めるシャットダウン回路を追加しても良い。さらに、制御回路3が動作を開始した時、一定期間フィードバック信号とは無関係にスイッチング素子Q1への信号のオン幅を0から徐々に広げていくソフトスタート回路を追加しても良い。
本発明は、携帯電話、パーソナルコンピュータのモニタ、テレビジョンなどで使用される液晶ディスプレイのバックライトの点灯装置に適用可能である。
本発明の実施例1のLED点灯装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例1のLED点灯装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 従来のLED点灯装置の構成を示すブロック図である。 従来のLED点灯装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 従来の他のLED点灯装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
符号の説明
1 LED群負荷
2 コンバータ回路
7 LED
31 時分割回路
32 ディレイ回路
33,51 ワンショット回路
34 選択回路
35 ゲート電圧設定回路
36 電圧制御回路
37 シンクドライバ
38 電流制御回路
41 PWM制御コンパレータ
43 鋸波発生回路
52 電圧ホールド回路
55 電圧制御アンプ
61 電流検出信号選択回路

Claims (5)

  1. 複数のLEDからなるLED群負荷と、
    前記LED群負荷に印加する電圧を生成するコンバータ回路と、
    前記LED群負荷に流れる電流を制御する電流制御回路と、
    前記コンバータ回路の出力電圧を制御する電圧制御回路と、
    前記LED群負荷に電流を間欠的に流す時分割回路と、
    前記時分割回路により前記LED群負荷に電流が流されている期間は、前記電流制御回路により前記LED群負荷に流れる電流を制御することにより前記コンバータ回路の出力電圧を制御し、前記時分割回路により前記LED群負荷に電流が流されていない期間は、前記電圧制御回路により前記コンバータ回路の出力電圧を制御する選択回路と、
    を備えることを特徴とするLED点灯装置。
  2. 前記電流制御回路は、前記LED群負荷に流れる電流に基づいて電流フィードバック信号を生成し、
    前記電圧制御回路は、前記コンバータ回路の出力電圧に基づいて電圧フィードバック信号を生成し、
    前記選択回路は、
    前記時分割回路によって前記LED群負荷に電流が流されている期間は、前記電流フィードバック信号を選択し、選択した電流フィードバック信号に基づいて前記コンバータ回路の出力電圧をPWM制御し、
    前記時分割回路によって前記LED群負荷に電流が流されていない期間は、前記電圧フィードバック信号を選択し、選択した電圧フィードバック信号に基づいて前記コンバータ回路の出力電圧をPWM制御することを特徴とする請求項1記載のLED点灯装置。
  3. 前記選択回路は、前記時分割回路で生成された時分割信号に基づき、前記電流制御回路からの電流フィードバック信号又は前記電圧制御回路からの電圧フィードバック信号のいずれかを選択することを特微とする請求項2記載のLED点灯装置。
  4. 前記選択回路は、前記電流制御回路からの電流フィードバック信号の有無に基づき、前記電流制御回路からの電流フィードバック信号又は前記電圧制御回路からの電圧フィードバック信号のいずれかを選択することを特徴とする請求項2記載のLED点灯装置。
  5. 前記LED群負荷に電流が流れている期間にホールドされた前記コンバータ回路の出力電圧と前記LED群負荷に電流が流れていない期間の前記コンバータ回路の出力電圧との差を増幅することにより、前記LED群負荷に電流が流れていない期間の前記電圧フィードバック信号を得る誤差増幅器を備えることを特徴とする請求項2乃至請求項4のいずれか1項記載のLED点灯装置。
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