JP2010287601A - 発光素子駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】LCD−TVのバックライト光源等に用いられる発光素子の短絡故障や断線故障を確実かつ容易に検出する。
【解決手段】直列接続された発光素子列と駆動回路との各接続点の電圧をモニタ電圧とし、各モニタ電圧の中で最大のモニタ電圧を検出する最大検出部41と最小のモニタ電圧を検出する最小検出部42のそれぞれの出力の差分電圧を所定の基準電圧と比較し、その比較結果に基づいて発光素子の短絡または断線を検出する。
【選択図】図1
【解決手段】直列接続された発光素子列と駆動回路との各接続点の電圧をモニタ電圧とし、各モニタ電圧の中で最大のモニタ電圧を検出する最大検出部41と最小のモニタ電圧を検出する最小検出部42のそれぞれの出力の差分電圧を所定の基準電圧と比較し、その比較結果に基づいて発光素子の短絡または断線を検出する。
【選択図】図1
Description
本発明は、発光素子駆動装置に関し、さらに詳しくは、電源回路に接続されたLED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)などの発光素子を駆動する装置に関する。
近年、LEDの用途の一つとして、LCD(Liquid Crystal Display:液晶ディスプレイ)のバックライト向けが普及しつつある。一般的にLEDをLCD用バックライトとして使用する際には、直列接続された複数個のLEDに、所定の定電流を流すことによって発光を得る。このとき、必要な光量に応じてLEDの個数や電流量が決定される。また、LEDを駆動させるための駆動電圧は、電源電圧を所定の電圧に変換する電圧変換回路によって生成される。この電圧変換回路は、負荷であるLEDの所定箇所の電圧値もしくは電流値を検出し、帰還することによって駆動電圧の制御を行う。以上のようなLED駆動技術は、例えば、特許文献1に開示されている。
特許文献1に開示されている発光素子駆動装置について、図3を用いて以下に簡単に説明する。この従来例の発光素子駆動装置では、DC/DCコンバータ1からLEDモジュール2へ供給される電流を電流検出抵抗R1によって検知する。検知された電圧を比較部3で基準電圧Vref1と比較し、その比較結果に応じてPWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)制御部4がDC/DCコンバータ1を制御する。これにより、LEDモジュール2へ流れる電流を一括して定電流制御する。さらに、LEDモジュール2内の各LED負荷回路U1〜U3には、カレントミラー回路を構成する制御素子Q1〜Q3を直列に設けて、各LED負荷回路U1〜U3を定電流駆動し、光出力を均一化する。また、各制御素子Q1〜Q3とスイッチ素子SW1〜SW3との接続点の電圧(以下、モニタ電圧と呼ぶ)をモニタする。比較回路CP1〜CP3は、モニタ電圧と所定の基準電圧Vref2との比較から、LEDが短絡故障または開放故障かどうかを検知する。故障制御部5は、検知された結果に応答してスイッチ素子SW1〜SW3によって故障回路を切り離すとともに、基準電圧Vref1の大きさを調整する。
上述した従来例の発光素子駆動装置では、各制御素子Q1〜Q3(駆動電流生成部Q1〜Q3とも呼ぶ)とスイッチ素子SW1〜SW3との接続点電圧であるモニタ電圧を、固定された基準電圧Vref2と比較することによってLEDの故障を検出している。しかし、例えばLCDを用いたテレビのバックライトシステムでは、急激な負荷変動によって、DC/DCコンバータ1(駆動電圧生成部1とも呼ぶ)が出力する駆動電圧に、オーバーシュート等の電圧変動が生じることがある。この場合、駆動電圧の電圧変動の影響を受けて、モニタ電圧にも電圧変動が発生することになる。このため、LEDが正常な状態にあるにも関わらず、固定された基準電圧Vref2との比較を行う比較回路CP1〜CP3が動作し、故障制御部5が誤動作するという課題を有していた。
本発明は、上述した従来例の課題を解決するもので、発光素子の短絡故障や断線故障等の故障を確実かつ容易に検出する発光素子駆動装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明の発光素子駆動装置は、一つ以上の発光素子が直列接続された発光素子列が複数列並列接続された発光素子負荷群と、電源電圧を変換して所定の出力電圧を前記発光素子負荷群に供給する電源電圧変換部と、前記発光素子列に直列接続され発光素子列を駆動するための負荷電流を供給する駆動回路と、前記電源電圧変換部の制御信号を生成する電源制御部と、前記発光素子の故障を検出する故障検出部と、を備え、前記故障検出部は、前記発光素子列と前記駆動回路の接続点電位または接続点電位に準ずる電圧をモニタ電圧とし、少なくとも二つの前記発光素子列に対するモニタ電圧に基づいて発光素子が故障状態であることを検出する、ことを特徴とする。
本発明の発光素子駆動装置によれば、故障検出部は、複数のモニタ電圧間の比較に基づいて発光素子の故障検出を行う。これにより、発光素子を駆動する駆動電圧の変動によって生じるモニタ電圧の変動は、同相成分としてキャンセルすることができ、故障した発光素子に起因するモニタ電圧の変動だけを検出することができる。このように、誤検出を防止し、発光素子の故障を確実かつ容易に検出することが可能となる。さらに、発光素子の故障時に、駆動回路に加わるモニタ電圧が増加した状態で、駆動電流生成部が動作し続けることを防止することができる。このため、駆動電流生成部にかかる電力損失を低減し、発光素子駆動装置の安全性を向上させることが可能となる。
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下において実施の形態で記述される数字は、全て本発明を具体的に説明するために例示したものであり、本発明は例示された数字に制限されない。図面において、実質的に同一の構成、動作、および効果を表す要素については、同一の符号を付す。さらに、ハイ/ローにより表される論理レベルまたはオン/オフにより表されるスイッチング状態は、本発明を具体的に説明するために例示するものであり、例示された論理レベルまたはスイッチング状態の異なる組み合わせにより、同等な結果を得ることも可能である。また、構成要素間の接続関係は、本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明の機能を実現する接続関係はこれに限定されない。さらに、以下の実施形態は、ハードウェアおよび/またはソフトウェアを用いて構成されるが、ハードウェアを用いる構成は、ソフトウェアを用いても構成可能であり、ソフトウェアを用いる構成は、ハードウェアを用いても構成可能である。
(実施の形態1)
図1は、発光素子駆動装置60の全体構成例を示すブロック図である。発光素子駆動装置60は、駆動電圧生成部70、駆動電流生成部群30、電源制御部50、故障検出部40、およびモニタ経路P1、P2、P3、P4を備え、発光素子列群20を駆動する。駆動電圧生成部70は、電源制御部50、電源電圧変換部10、および制御経路Pcntを備える。
図1は、発光素子駆動装置60の全体構成例を示すブロック図である。発光素子駆動装置60は、駆動電圧生成部70、駆動電流生成部群30、電源制御部50、故障検出部40、およびモニタ経路P1、P2、P3、P4を備え、発光素子列群20を駆動する。駆動電圧生成部70は、電源制御部50、電源電圧変換部10、および制御経路Pcntを備える。
発光素子列群20は、発光素子列21、22、23、および24を備える。各発光素子列21〜24は、N個(Nは1以上)の発光素子を備える。各発光素子は、例えばLED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)であるが、LED以外の発光素子であってもよい。発光素子列21〜24の各一端は、電源電圧変換部10の出力経路Poutに接続される。発光素子列21〜24の他端は、それぞれモニタ経路P1〜P4に接続される。発光素子列21を構成するN個の発光素子は、アノードからカソードへの順方向が、出力経路Poutからモニタ経路P1への方向となるように、互いに直列に接続される。発光素子列22〜24についても同様に、各発光素子列22〜24を構成するN個の発光素子は、アノードからカソードへの順方向が、出力経路Poutから各モニタ経路P2〜P4への方向となるように、互いに直列に接続される。発光素子列群は、発光素子負荷群とも呼ばれる。
駆動電流生成部群30は、駆動電流生成部31、32、33、および34を備える。駆動電流生成部31〜34の一端は、それぞれモニタ経路P1〜P4に接続され、他端は接地される。すなわち、モニタ経路P1は、発光素子列21と駆動電流生成部31との接続経路を表す。同様に、モニタ経路P2〜P4は、発光素子列22〜24と駆動電流生成部32〜34との接続経路をそれぞれ表す。各駆動電流生成部31〜34は、定電流回路であり、例えばカレントミラー回路などにより構成される。駆動電流生成部群30は駆動回路群とも呼ばれ、駆動電流生成部は駆動回路とも呼ばれる。
駆動電圧生成部70は、駆動電圧Voutを生成し、出力経路Poutを介して発光素子列21〜24へ供給する。駆動電圧Voutは、発光素子列21〜24と駆動電流生成部31〜34とによってそれぞれ分圧される。分圧された電圧は、モニタ経路P1〜P4と接地との間の電圧であり、それぞれモニタ電圧Vn1、Vn2、Vn3、およびVn4(それぞれ駆動電流生成部31〜34の両端電圧に一致)と呼ばれる。駆動電圧生成部70は、モニタ電圧Vn1〜Vn4に基づいて駆動電圧Voutを調整する。これにより、発光素子駆動装置60は、電源制御部50、制御経路Pcnt、電源電圧変換部10、発光素子列群20、およびモニタ経路P1〜P4を経由するクローズドループ制御に基づいて駆動電圧Voutを安定化させる。駆動電圧は、出力電圧とも呼ばれる。
駆動電流制御部90は、映像信号V95に基づいて、複数系統(図1の場合、例えば4系統)のパルス状の駆動電流制御信号V90を生成し、経路P90を介して駆動電流生成部群30および故障検出部40へ供給する。駆動電流生成部31〜34は、駆動電流制御信号V90に基づいてオン/オフ制御され、それぞれパルス状の駆動電流J1、J2、J3、およびJ4を生成する。駆動電流生成部31は、駆動電流J1を、モニタ経路P1を介して発光素子列21へ供給する。同様に、駆動電流生成部32〜34は、駆動電流J2〜J4を、モニタ経路P2〜P4を介して発光素子列22〜24へそれぞれ供給する。駆動電流は、負荷電流とも呼ばれる。
駆動電流制御部90は、駆動電流制御信号V90のデューティ比(ハイレベル期間のローレベル期間に対する割合)を映像信号V95に基づいて変化させる。駆動電流生成部31〜34は、4系統の駆動電流制御信号V90に基づいて、それぞれ駆動電流J1〜J4のデューティ比(オン期間のオフ期間に対する割合)を個別に変化させる。これにより、駆動電流J1〜J4のデューティ比が大きくなるにつれて発光期間が長くなるように、それぞれの発光期間を個別に変化させることができる。
発光素子列群20を液晶ディスプレイ用のバックライトに使用する場合、液晶ディスプレイ全体または液晶ディスプレイにおける発光素子列21〜24の担当領域ごとに個別に、液晶ディスプレイの輝度を制御する必要がある。駆動電流生成部群30は、駆動電流制御信号V90に基づいて制御され、デューティ比の調整を行うことにより、液晶ディスプレイの輝度を調整することができる。なお、駆動電流J1〜J4は、パルス電流でなく直流電流であっても良く、駆動電流J1〜J4の実効値を変化させることにより発光素子の輝度調整が可能な構成であれば、上述した構成に限定されない。
電源制御部50は、最小検出部51、エラーアンプ52、基準電源Eref、およびPWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)制御部53を含む。電源制御部50は、モニタ電圧Vn1〜Vn4に基づいて、制御信号Vcntを生成し、制御経路Pcntへ出力する。
最小検出部51は、モニタ電圧Vn1〜Vn4のうち、最小の電圧を表す最小モニタ電圧Vfbを生成し、エラーアンプ52へ出力する。基準電源Erefは、基準電圧Vrefを発生させる。エラーアンプ52は、基準電圧Vrefから最小モニタ電圧Vfbを差し引いた電圧を増幅することにより、エラー信号Verrを生成し、PWM制御部53へ出力する。PWM制御部53はノコギリ状電圧発生部(図示されていない)を含み、ノコギリ状電圧発生部はノコギリ状電圧を発生させる。PWM制御部53は、エラー信号Verrとノコギリ状電圧とを比較し、比較結果を表す制御信号Vcntを生成し、制御経路Pcntへ出力する。制御信号Vcntは、エラー信号Verrによってパルス幅変調された信号となる。
最小モニタ電圧Vfbが基準電圧Vrefよりも小さくなるにつれて、制御信号Vcntのハイレベルの期間は長くなる。反対に、最小モニタ電圧Vfbが基準電圧Vrefよりも大きくなるにつれて、制御信号Vcntのハイレベルの期間は短くなる。
駆動電圧生成部10は、電源Ein、コイルL1、スイッチング素子M1、ダイオードD1、コンデンサC1を含む。電源Einの負極は接地され、正極はコイルL1を介してスイッチング素子M1のドレイン端子およびダイオードD1のアノード端子に接続される。スイッチング素子M1のソース端子は接地され、ゲート端子は制御経路Pcntに接続される。ダイオードD1のカソード端子は、コンデンサC1の一端および出力経路Poutに接続され、コンデンサC1の他端は接地される。
電源Einは、所定の電源電圧Vinを発生させる。電源電圧変換部10は、電源電圧Vinを駆動電圧Voutに変換し、出力経路Poutを介して発光素子列21〜24へ供給するとともに、制御経路Pcntを介して受ける制御信号Vcntに基づいて、駆動電圧Voutを調整する。
スイッチング素子M1は、制御経路Pcntを介して制御信号Vcntをゲート端子に受け、制御信号Vcntによりオン/オフされる。コイルL1は、スイッチング素子M1のオン動作およびオフ動作により、電源Einからの電力を、それぞれ充電および放電する。ダイオードD1は、充電時に出力経路Poutからの逆流を防止し、放電時に放電された電力を順方向に通過させる。コンデンサC1は、通過した電力を充電し、出力経路Poutに駆動電圧Voutを生成する。このように電源電圧変換部10は、電源電圧Vinよりも大きい駆動電圧Voutを生成する昇圧変換回路となっている。
制御信号Vcntのハイレベルの期間が長くなるにつれて、スイッチング素子M1のオン期間が長くなるから、コイルL1の充電期間は長くなり、その結果、駆動電圧Voutは大きくなる。駆動電圧Voutが大きくなると、モニタ電圧Vn1〜Vn4も大きくなる。反対に、制御信号Vcntのハイレベルの期間が短くなるにつれて、スイッチング素子M1のオン期間が短くなるから、コイルL1の充電期間は短くなり、その結果、駆動電圧Voutは小さくなる。駆動電圧Voutが小さくなると、モニタ電圧Vn1〜Vn4も小さくなる。
上述した電源制御部50の動作も考慮すると、最小モニタ電圧Vfbが基準電圧Vrefよりも小さくなるにつれて、駆動電圧Voutは大きくなるから、モニタ電圧Vn1〜Vn4も大きくなり、最小モニタ電圧Vfbが基準電圧Vrefよりも小さくなることは抑制される。反対に、最小モニタ電圧Vfbが基準電圧Vrefよりも大きくなるにつれて、駆動電圧Voutは小さくなるから、モニタ電圧Vn1〜Vn4も小さくなり、最小モニタ電圧Vfbが基準電圧Vrefよりも大きくなることは抑制される。このように、駆動電圧生成部70は、最小モニタ電圧Vfbが基準電圧Vrefに等しくなるように、駆動電圧Voutを調整する。
ここで、駆動電流生成部31〜34が定電流動作を行うことが可能な最小限の値となるように基準電圧Vrefを設定すれば、駆動電流生成部31〜34の消費電力を最低限に抑制した状態で、発光素子列21〜24から所望の発光を得ることが可能となる。
なお、電源電圧変換部10の構成を昇圧変換回路としたが、電源電圧Vinよりも小さな駆動電圧Voutを生成する降圧変換回路の構成としても良い。
故障検出部40は、最大検出部41、最小検出部42、比較器43、および基準電源Ethを含む。故障検出部40は、モニタ電圧Vn1〜Vn4および駆動電流制御信号V90に基づいて、発光素子列21〜24の故障状態を検出し、故障検出信号Vdetを生成する。故障検出部40は、駆動電流制御信号V90がハイレベルの場合のモニタ電圧Vn1〜Vn4に基づいて、発光素子列21〜24の故障状態を検出する。最大検出部41は、駆動電流制御信号V90がハイレベルの場合に、モニタ電圧Vn1〜Vn4のうちの最大の電圧を表す最大モニタ電圧Vmaxを生成する。最小検出部42は、駆動電流制御信号V90がハイレベルの場合に、モニタ電圧Vn1〜Vn4のうちの最小の電圧を表す最小モニタ電圧Vminを生成し、基準電源Ethの負極へ出力する。
基準電源Ethは基準電圧Vthを発生させ、正極において最小モニタ電圧Vminと基準電圧Vthとの和電圧Va(=Vmin+Vth)を生成する。比較器43は、非反転入力端子に最大モニタ電圧Vmaxを受け、反転入力端子に和電圧Vaを受け、両電圧を比較し、比較結果を表す故障検出信号Vdetを生成する。比較器43は、両電圧が、
Vmax > (Vmin+Vth) ・・・・・(1)
の関係となれば、故障検出信号Vdetをローレベルからハイレベルへと変化させて、いずれかの発光素子が故障状態であることを検出する。なお、最大検出部41および最小検出部42が、駆動電流制御信号V90に基づいて制御されるように説明したが、比較器43が駆動電流制御信号V90に基づいて制御されてもよい。すなわち、比較器43は、駆動電流制御信号V90がハイレベルの場合だけ、故障検出信号Vdetを生成してもよい。このように、故障検出部40は、駆動電流制御信号V90がハイレベルの場合だけ動作し、発光素子列21〜24にそれぞれ駆動電流J1〜J4が流れている場合の故障状態を適切に検出するとともに、駆動電流J1〜J4が流れていない場合に検出を停止することができる。
Vmax > (Vmin+Vth) ・・・・・(1)
の関係となれば、故障検出信号Vdetをローレベルからハイレベルへと変化させて、いずれかの発光素子が故障状態であることを検出する。なお、最大検出部41および最小検出部42が、駆動電流制御信号V90に基づいて制御されるように説明したが、比較器43が駆動電流制御信号V90に基づいて制御されてもよい。すなわち、比較器43は、駆動電流制御信号V90がハイレベルの場合だけ、故障検出信号Vdetを生成してもよい。このように、故障検出部40は、駆動電流制御信号V90がハイレベルの場合だけ動作し、発光素子列21〜24にそれぞれ駆動電流J1〜J4が流れている場合の故障状態を適切に検出するとともに、駆動電流J1〜J4が流れていない場合に検出を停止することができる。
故障制御部80は、故障検出信号Vdetがハイレベルになると、故障制御信号Vmifを生成する。故障制御信号Vmifが生成されると、例えば、発光素子列21〜24のいずれかが発光素子駆動装置60から切り離されたり、電源Einが発光素子駆動装置60から切り離されたりすることにより、発光素子駆動装置60を保護することができる。
なお、最大モニタ電圧Vmaxは、各モニタ電圧Vn1〜Vn4の最大値を、所定値だけシフトさせた値であっても良く、各モニタ電圧Vn1〜Vn4の最大値に準ずる値であれば良い。同様に、最小モニタ電圧Vminは、各モニタ電圧Vn1〜Vn4の最小値を、所定値だけシフトさせた値であっても良く、各モニタ電圧Vn1〜Vn4の最小値に準ずる値であれば良い。すなわち、故障検出部40は、モニタ電圧Vn1〜Vn4のうち最大値と最小値の差分値の大きさに基づいて、発光素子の短絡故障および断線故障の検出を行う。
以下に、発光素子列21〜24を構成する発光素子の一つが短絡故障したことを検出する場合について、具体的に説明する。例えば、発光素子列21を構成する発光素子のうちの一つが短絡故障すると、発光素子列21の順方向電圧(Vout―Vn1)は、その他の発光素子列22〜24と比較して、短絡故障した一つの発光素子が有していた順方向電圧の大きさVd1に相当する電圧分だけ小さくなる。換言すれば、モニタ電圧Vn1は、他のモニタ電圧Vn2〜Vn4と比較して、短絡故障した一つの発光素子が有していた順方向電圧Vd1に相当する電圧分だけ大きくなる。そのため、短絡故障が発生する前のモニタ電圧Vn1〜Vn4のばらつき幅が、順方向電圧Vd1よりも小さいと仮定すると、この増加したモニタ電圧Vn1は、モニタ電圧Vn1〜Vn4の中で最も大きくなる。それゆえに、最大検出部41は、短絡故障が発生すると、短絡故障前よりも大きい最大モニタ電圧Vmaxを生成する。
上述したように、最小モニタ電圧Vminは最小モニタ電圧Vfbに等しく、駆動電圧生成部70は、最小モニタ電圧Vfbが基準電圧Vrefにほぼ等しい値となるように動作している。すなわち、発光素子列21の発光素子の一つが短絡故障することにより、最大モニタ電圧Vmaxと最小モニタ電圧Vminとの間には、順方向電圧Vd1以上の電圧差が発生する。ここで、
Vth < Vd1 ・・・・・(2)
のように基準電圧Vthを設定すれば、順方向電圧Vd1を有していた発光素子が短絡故障することにより、比較器43は故障検出信号Vdetをローレベルからハイレベルに変化させ、短絡故障を検出することができる。
Vth < Vd1 ・・・・・(2)
のように基準電圧Vthを設定すれば、順方向電圧Vd1を有していた発光素子が短絡故障することにより、比較器43は故障検出信号Vdetをローレベルからハイレベルに変化させ、短絡故障を検出することができる。
さらに、実際には短絡故障が発生する前の発光素子の有する各順方向電圧にはばらつきがあるため、モニタ電圧Vn1〜Vn4はそれぞれ異なった値となる。モニタ電圧Vn1〜Vn4のばらつきのため、発光素子の短絡故障が発生していないにも関わらず故障検出信号Vdetがローレベルからハイレベルに変化するような故障検出部40の誤動作が発生する。そこで、モニタ電圧Vn1〜Vn4のばらつき幅がVxの場合、基準電圧Vthの大きさを、
Vx < Vth ・・・・・(3)
のように設定する。このようにすれば、上述した故障検出部40の誤動作を防止することができる。
Vx < Vth ・・・・・(3)
のように設定する。このようにすれば、上述した故障検出部40の誤動作を防止することができる。
すなわち、式2および式3から、基準電圧Vthを、
Vx < Vth < Vd1min ・・・・・(4)
の範囲で設定する。ここで、Vd1minは、発光素子列21〜24に含まれる発光素子の有する順方向電圧のうち、ばらつき幅Vxの範囲における最小の順方向電圧を表す。これにより、発光素子の順方向電圧のばらつきによる誤動作を防止するとともに、発光素子列21〜24のうちいずれかにおいて一つ以上の発光素子が短絡故障したことを確実に検出することができる。
Vx < Vth < Vd1min ・・・・・(4)
の範囲で設定する。ここで、Vd1minは、発光素子列21〜24に含まれる発光素子の有する順方向電圧のうち、ばらつき幅Vxの範囲における最小の順方向電圧を表す。これにより、発光素子の順方向電圧のばらつきによる誤動作を防止するとともに、発光素子列21〜24のうちいずれかにおいて一つ以上の発光素子が短絡故障したことを確実に検出することができる。
図2は、故障検出部40の具体的な構成例を示した回路図である。ここで、説明の簡単化のため、各トランジスタのベース−エミッタ間電圧Vbeは全て等しいものとする。
図2において、スイッチ91は、2入力1出力のスイッチを4つ含む。スイッチ91における一方の4つの入力は、図1において上述したモニタ経路P1〜P4にそれぞれ接続され、他方の4つの入力は、図1において上述した基準電源Erefに共通に接続される。トランジスタQ11、Q12、Q13、およびQ14のエミッタ端子は、それぞれ電流源I1、I2、I3、およびI4を介して電源Eddに接続され、コレクタ端子は共通に接地されることにより、4個のエミッタフォロアが構成される。さらにトランジスタQ11〜Q14のベース端子は、スイッチ91の4つの出力にそれぞれ接続される。トランジスタQ15、Q16、Q17、およびQ18のベース端子は、それぞれトランジスタQ11〜Q14のエミッタ端子に接続され、コレクタ端子は共通に電源Eddに接続される。トランジスタQ15〜Q18のエミッタ端子は、共通に電流源I5を介して接地されるとともに、トランジスタQ30のベース端子に接続される。
スイッチ92は、2入力1出力のスイッチを4つ含む。スイッチ92における一方の4つの入力は、図1において上述したモニタ経路P1〜P4にそれぞれ接続され、他方の4つの入力は、電源Eddに共通に接続される。トランジスタQ21、Q22、Q23、およびQ24のエミッタ端子は、共通に電流源I10を介して電源Eddに接続され、コレクタ端子は共通に接地され、ベース端子はスイッチ92の4つの出力にそれぞれ接続される。エミッタフォロアを構成するトランジスタQ25のベース端子は、トランジスタQ21〜Q24のエミッタ端子に接続され、コレクタ端子は電源Eddに接続され、エミッタ端子は電流源I11を介して接地される。トランジスタQ26のベース端子は、トランジスタQ25のエミッタ端子に接続され、コレクタ端子は接地され、エミッタ端子は抵抗R10の一端に接続され、抵抗R10の他端は電流源I12を介して電源Eddに接続される。
エミッタフォロアを構成するトランジスタQ27のベース端子は、抵抗R10の他端に接続され、コレクタ端子は電源Eddに接続され、エミッタ端子は電流源I7を介して接地されるとともに、トランジスタQ31のベース端子に接続される。トランジスタQ30、Q31、Q32、およびQ33、ならびに定電流源I6は、トランジスタQ30のベース端子を非反転入力端子、およびトランジスタQ31のベース端子を反転入力端子とし、トランジスタQ31のコレクタ端子を出力端子とする差動増幅回路を構成する。
スイッチ91は、経路P90からの駆動電流制御信号V90に基づいて制御され、モニタ電圧Vn1〜Vn4または基準電圧Vrefを選択する。以下では、駆動電流制御信号V90は、ハイレベルとする。スイッチ91は、駆動電流制御信号V90がハイレベルの場合、モニタ電圧Vn1〜Vn4を選択する。トランジスタQ15〜Q18は、ベース端子にそれぞれモニタ電圧Vn1〜Vn4を受ける。トランジスタQ15〜Q18は、ベース端子におけるベース電圧が最大となるトランジスタのみがオンするように動作するので、図1において上述した最大モニタ電圧VmaxをトランジスタQ30のベース端子に生成する。スイッチ92は、経路P90からの駆動電流制御信号V90に基づいて制御され、モニタ電圧Vn1〜Vn4または電圧Vddを選択する。スイッチ92は、駆動電流制御信号V90がハイレベルの場合、モニタ電圧Vn1〜Vn4を選択する。トランジスタQ21〜Q24は、ベース端子におけるベース電圧が最小となるトランジスタのみがオンするように動作するので、図1において上述した最小モニタ電圧VminをトランジスタQ26のベース端子に生成する。
定電流源I12は、抵抗R10に所定の電流を流し、抵抗R10の両端に、図1において上述した基準電圧Vthを生成する。したがって、トランジスタQ31のベース端子には、最小モニタ電圧Vminと基準電圧Vthとの和電圧Va(=Vmin+Vth)が生成される。上述した差動増幅回路は、トランジスタQ30のベース端子(非反転入力端子)に最大モニタ電圧Vmax、およびトランジスタQ31のベース端子(反転入力端子)に和電圧Vaを受け、トランジスタQ31のコレクタ端子に故障検出信号Vdetを生成する。Vmax>VaのときVdet≒Vdd、Vmax<VaのときVdet≒0となり、故障検出信号Vdetの大小によって、最大モニタ電圧Vmaxと最小モニタ電圧Vminとの差分値が基準電圧Vth以上であるか否かを判定することができる。
さらに、基準電圧Vrefおよび基準電圧Vthを調整することにより、上述と同様の構成で、発光素子の断線故障を検出することができる。通常動作時における最大モニタ電圧Vmaxおよび最小モニタ電圧Vminは、それぞれ以下のようになる。
Vmax = Vref + Vx ・・・・・(5)
Vmin = Vref ・・・・・(6)
よって、通常動作時におけるVmaxとVminとの差分値は、
Vmax − Vmin = Vx ・・・・・(7)
となる。つまり、発光素子列21〜24間の順方向電圧のばらつき幅Vxと等しい。
Vmax = Vref + Vx ・・・・・(5)
Vmin = Vref ・・・・・(6)
よって、通常動作時におけるVmaxとVminとの差分値は、
Vmax − Vmin = Vx ・・・・・(7)
となる。つまり、発光素子列21〜24間の順方向電圧のばらつき幅Vxと等しい。
次に、発光素子列21のうち、いずれか一つの発光素子が断線したとすると、駆動電流生成部31が定電流回路であった場合、モニタ電圧Vn1はほぼゼロになる。よって、この状態における最大モニタ電圧Vmaxおよび最小モニタ電圧Vminはそれぞれ、
Vmax = Vref + Vx ・・・・・(8)
Vmin = 0 ・・・・・(9)
となる。したがって、最大モニタ電圧Vmaxと最小モニタ電圧Vminの差分値は、
Vmax − Vmin = Vref + Vx ・・・・・(10)
となる。式7と式10とを比較すると、断線故障発生前後で最大モニタ電圧Vmaxと最小モニタ電圧Vminの差分電圧が、基準電圧Vrefの大きさだけ大きくなる。すなわち、基準電圧Vthの大きさを、
Vx < Vth < Vref ・・・・・(11)
の範囲で設定することにより、いずれかの発光素子で断線故障が発生した場合に、故障検出部40でそれを検出することが可能となる。
Vmax = Vref + Vx ・・・・・(8)
Vmin = 0 ・・・・・(9)
となる。したがって、最大モニタ電圧Vmaxと最小モニタ電圧Vminの差分値は、
Vmax − Vmin = Vref + Vx ・・・・・(10)
となる。式7と式10とを比較すると、断線故障発生前後で最大モニタ電圧Vmaxと最小モニタ電圧Vminの差分電圧が、基準電圧Vrefの大きさだけ大きくなる。すなわち、基準電圧Vthの大きさを、
Vx < Vth < Vref ・・・・・(11)
の範囲で設定することにより、いずれかの発光素子で断線故障が発生した場合に、故障検出部40でそれを検出することが可能となる。
なお、式4の代わりに、
Vx < Vth < M×Vd1min ・・・・・(12)
のように、基準電圧VthをVd1minのM倍未満としてもよい。例えば、M=2とすれば、発光素子列21〜24のうちいずれかにおいて二つ以上の発光素子が短絡故障したことを検出する構成とすることが可能である。
Vx < Vth < M×Vd1min ・・・・・(12)
のように、基準電圧VthをVd1minのM倍未満としてもよい。例えば、M=2とすれば、発光素子列21〜24のうちいずれかにおいて二つ以上の発光素子が短絡故障したことを検出する構成とすることが可能である。
なお、最小検出部42は、最小モニタ電圧Vminを、必ずしもモニタ電圧Vn1〜Vn4のうちの最小値として生成しなくてもよい。最小モニタ電圧Vminは、モニタ電圧Vn1〜Vn4のうち、最小値以上で、最大モニタ電圧Vmaxの次に大きなモニタ電圧以下であればよい。例えば、最小モニタ電圧Vminは、モニタ電圧Vn1〜Vn4のうち、二番目に大きなモニタ電圧や二番目に小さなモニタ電圧であっても良い。つまり、最小検出部42は、発光素子が短絡故障した後に生成される最大モニタ電圧Vmaxよりも、短絡故障した発光素子が有していた順方向電圧Vd1以上に小さい電圧を出力できる構成であればよく、上述した構成に限定されない。
なお、ノイズ等の影響による誤動作を防ぐため、故障検出部40は、最大モニタ電圧Vmaxと最小モニタ電圧Vminとの差分値が、所定時間の間、基準電圧Vth以上であることを検出するような、タイマー機能を有する構成としても良い。
なお、故障検出部40および電源制御部50は、それぞれ最小検出部42および最小検出部51を、別個に有していた。しかし、最小検出部42および最小検出部51がともに、モニタ電圧Vn1〜Vn4のうち最小のモニタ電圧を検出する構成であれば、いずれか一つの最小検出部の出力を故障検出部40および電源制御部50で共有しても良い。その場合、最小検出部一つ分の回路面積を削減することができる。
以上のように、本発明の実施の形態1によれば、故障検出部40は、モニタ電圧Vn1〜Vn4間の比較に基づいて発光素子の故障検出を行う。これにより、発光素子を駆動する駆動電圧Voutの変動によって生じるモニタ電圧Vn1〜Vn4の変動は、同相成分としてキャンセルすることができ、故障した発光素子に起因するモニタ電圧Vn1〜Vn4の変動だけを検出することができる。このように、誤検出を防止し、発光素子の故障を確実かつ容易に検出することが可能となる。さらに、発光素子の故障時に、駆動電流生成部31〜34に加わるモニタ電圧Vn1〜Vn4が増加した状態で、駆動電流生成部31〜34が動作し続けることを防止することができる。このため、駆動電流生成部31〜34にかかる電力損失を低減し、発光素子駆動装置60の安全性を向上させることが可能となる。
本発明は、発光素子駆動装置に利用できる。
10 電源電圧変換部
20 発光素子列群
21、22、23、24 発光素子列
30 駆動電流生成部群
31、32、33、34 駆動電流生成部
40 故障検出部
41 最大検出部
42 最小検出部
43 比較器
50 電源制御部
51 最小検出部
52 エラーアンプ
53 PWM制御部
60 発光素子駆動装置
70 駆動電圧生成部
80 故障検出部
90 駆動電流制御部
91、92 スイッチ C1 コンデンサ
D1 ダイオード
Ein 電源
Eref 基準電源
Eth 基準電源
L1 コイル
M1 スイッチング素子
20 発光素子列群
21、22、23、24 発光素子列
30 駆動電流生成部群
31、32、33、34 駆動電流生成部
40 故障検出部
41 最大検出部
42 最小検出部
43 比較器
50 電源制御部
51 最小検出部
52 エラーアンプ
53 PWM制御部
60 発光素子駆動装置
70 駆動電圧生成部
80 故障検出部
90 駆動電流制御部
91、92 スイッチ C1 コンデンサ
D1 ダイオード
Ein 電源
Eref 基準電源
Eth 基準電源
L1 コイル
M1 スイッチング素子
Claims (12)
- 一つ以上の発光素子が直列接続された発光素子列が複数列並列接続された発光素子負荷群と、
電源電圧を変換して所定の出力電圧を前記発光素子負荷群に供給する電源電圧変換部と、
前記発光素子列に直列接続され発光素子列を駆動するための負荷電流を供給する駆動回路と、
前記電源電圧変換部の制御信号を生成する電源制御部と、
前記発光素子の故障を検出する故障検出部と、を備え、
前記故障検出部は、前記発光素子列と前記駆動回路の接続点電位または接続点電位に準ずる電圧をモニタ電圧とし、少なくとも二つの前記発光素子列に対するモニタ電圧に基づいて発光素子が故障状態であることを検出する、ことを特徴とする発光素子駆動装置。 - 前記駆動回路は、所定の波高値をもつパルス状の電流を発光素子に供給することを特徴とする、請求項1記載の発光素子駆動装置。
- 前記故障検出部は、前記発光素子が短絡状態であることを検出することを特徴とする、請求項1記載の発光素子駆動装置。
- 前記故障検出部は、前記発光素子が開放状態であることを検出することを特徴とする、請求項1記載の発光素子駆動装置。
- 前記電源制御部は、さらに、複数の前記モニタ電圧の中で最小のモニタ電圧が所定の第一の基準電圧と等しくなるように前記電源電圧変換部を制御することを特徴とする、請求項1記載の発光素子駆動装置。
- 前記故障検出部は、二つのモニタ電圧の差分値に基づいて発光素子が故障状態であることを検出することを特徴とする、請求項1記載の発光素子駆動装置。
- 前記二つのモニタ電圧のうち、一方は、複数のモニタ電圧の中の最大電圧またはそれに準ずる電圧値であることを特徴とする、請求項6記載の発光素子駆動装置。
- 前記二つのモニタ電圧のうち、他方は、複数のモニタ電圧の中の最小電圧またはそれに準ずる電圧値であることを特徴とする、請求項6記載の発光素子駆動装置。
- 前記故障検出部は、前記二つのモニタ電圧の差分値を第二の基準電圧と比較することにより発光素子の故障を検出し、前記第二の基準電圧は、前記複数の発光素子列間の順方向電圧のばらつき幅よりも大きいことを特徴とする、請求項6記載の発光素子駆動装置。
- 前記第二の基準電圧は、さらに、前記発光素子のN個分(N≧1)の順方向電圧よりも小さいことを特徴とする、請求項9記載の発光素子駆動装置。
- 前記故障検出部は、前記二つのモニタ電圧の差分値と前記第二の基準電圧とが所定期間、大小関係を保持することにより発光素子の故障を検出する、タイマー機能を有する、請求項9記載の発光素子駆動装置。
- 前記請求項1〜11のいずれか1項に記載の発光素子駆動装置を用いることを特徴とする映像表示装置。
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