JP2011023113A - 調光回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】PWMデータのパルス幅を短くすることなく、調光の分解能を向上させ、且つ波形の立ち上がり時の突入電流を抑制する。
【解決手段】基準電源回路40Aと、発光素子20と、基準電源回路40Aから入力する基準電圧Vrefに応じてLED20に定電流ILEDを供給する定電流回路30と、入力するPWMデータ(=00h〜FFh)に応じて定電流回路30の動作をオン/オフさせるPWM制御回路10Aとを備えた調光回路において、PWM制御回路10Aは、入力するPWMデータの零(=00h)からの立ち上がり時に、基準電源回路40Aの基準電圧Vrefの値を通常動作時の値の1/2倍の値に切り替えることで、定電流回路30の定電流ILEDの値を通常動作時の値の1/2倍に切り替える。
【選択図】図1

Description

本発明は、入力するPWMデータに応じて発光素子をPWM駆動する調光回路に関する。
図8に従来のLED調光回路を示す(なお、類似の回路として特許文献1の図4参照)。10はPWMデータ(PWM_DUTY)とそのPWMデータの基準クロックCLKが入力して制御信号S0を出力するPWM制御回路、20は発光素子としてのLED、30はPWM制御回路10の制御信号S0によって動作がオン/オフされ、動作オン時にLED20に定電流ILEDを供給する定電流回路、40はその定電流ILEDの値を決める基準電圧Vrefを備えた基準電圧回路である。
定電流回路30は、オペアンプ31、NMOSのトランジスタMN1、抵抗R5からなり、オペアンプ31はPWM制御回路10から出力する制御信号S0によって、動作のオン/オフが制御される。動作オン時には、オペアンプ31の非反転入力端子(+)に基準電圧回路40の基準電圧Vrefが印加し、反転入力端子(−)にトランジスタMN1のソースの電圧が入力することにより、LED20に流れる電流ILEDが、
ILED=Vref/R5 ・・・・(1)
に制御される。
特開2005−347133号公報
図9に動作のタイムチャートを示す。電流ILEDは、PWM制御回路10からのPWMデータに応じて、同じタイミングでオン/オフする。電流ILEDの値は、相対値0,1で表記している。PWM制御回路10の調光分解能は、PWMデータの最小パルス幅(つまり、基準クロックCLKの周期)で決定されるが、定電流回路30の応答速度の制約を受けるため、最小パルス幅を短くするには限界がある。
そこで、PWMのデューティ比を大きくするため、PWMデータの周波数を下げ、最小パルス幅に対する比を上げる方法もあるが、ちらつきの原因になるため、最低周波数にも限界がある。以上の通り、時間制御のみで調光分解を上げることには、制限がある。また、分解能を上げるために、定電流回路30の応答速度を上げる手法もあるが、消費電流を零から設定値に急激に変化させることによる突入電流の増加が問題になる。
本発明の目的は、PWMデータの最小パルス幅を短くすることなく、調光の分解能を向上させ、且つ波形の立ち上がり時の突入電流を抑制した調光回路を提供することである。
上記目的を達成するために、請求項1にかかる発明は、基準電源回路と、発光素子と、前記基準電源回路から入力する基準電圧に応じて前記発光素子に定電流を供給する定電流回路と、入力するPWMデータに応じて前記定電流回路の動作をオン/オフさせるPWM制御回路とを備えた調光回路において、前記PWM制御回路は、前記PWMデータの零からの立ち上がり時に、前記定電流回路の前記定電流の値を通常動作時の値の1/2倍に切り替えることを特徴とする。
請求項2にかかる発明は、請求項1に記載の調光回路において、前記PWM制御回路は、前記PWMデータの零からの立ち上がり時に、前記基準電源回路の前記基準電圧の値を通常動作時の値の1/2倍の値に切り替えることを特徴とする。
請求項3にかかる発明は、請求項1に記載の調光回路において、前記PWM制御回路は、前記PWMデータの零からの立ち上がり時に、前記定電流回路に配置され前記定電流を設定するための抵抗の値を通常動作時の値の2倍の値に切り替えることを特徴とする。
請求項4にかかる発明は、請求項1乃至3のいずれか1つに記載の調光回路において、前記PWM制御回路は、前記定電流回路から出力する定電流の値を、前記PWMデータの値が零のときは零に設定し、前記PWMデータの下位2ビットの値が00bで且つ前記PWMデータが零以外のときは、先頭のPWM最小パルス幅×2倍の期間は1/2倍のレベル、続くPWM最小パルス幅の期間は1倍のレベル、その後は前記PWMデータの上位ビットの値に応じた期間だけ1倍のレベルに設定し、前記PWMデータの下位2ビットの値が01bのときは、先頭のPWM最小パルス幅の期間は1/2の倍レベル、その後は前記PWMデータの上位ビットの値に応じた期間だけ1倍のレベルに設定し、前記PWMデータの下位2ビットの値が10bのときは、先頭のPWM最小パルス幅×2倍の期間は1/2倍のレベル、その後は前記PWMデータの上位ビットの値に応じた期間だけ1倍のレベルに設定し、前記PWMデータの下位2ビットの値が11bのときは、先頭のPWM最小パルス幅の期間は1/2倍のレベル、続くPWM最小パルス幅の期間は1倍のレベル、その後は前記PWMデータの上位ビットの値に応じた期間だけ1倍のレベルに設定する、ことを特徴とする。
本発明によれば、PWMデータがオフからオンに立ち上がるとき、発光素子に供給する定電流の値が、通常動作時の値の1/2倍に切り替えられるので、立ち上がりの電流変化が緩和される。これにより突入電流も抑制される。また、PWMデータの最小パルス幅が従来と同様であっても、2倍の分解能を得ることができる。
本発明の第1の実施例の調光回路の回路図である。 本発明の第2の実施例の調光回路の回路図である。 図1、図2の調光回路の概略動作の波形図である。 LEDに流れる定電流の立ち上がり波形の各種パターンの説明図である。 図1および図2のPWM信号制御回路の具体的な回路図である。 PWMデータが09hの場合の図1および図2の調光回路の動作の波形図である。 PWMデータが00h〜04hの場合の図1および図2の調光回路の動作の波形図である。 PWMデータが05h〜09hの場合の図1および図2の調光回路の動作の波形図である。 従来の調光回路の回路図である。 図8の調光回路の動作の波形図である。
図1に、本発明の第1の実施例の調光回路を示す。10Aは基準クロックCLKとPWMデータ(PWM_DUTY)が入力して制御信号S1,S2を出力するPWM制御回路である。40Aは基準電圧回路であり、基準電圧Vrefの電源と、それを分圧する抵抗R1,R2と、制御信号S1に応じて電圧Vrefと抵抗R1,R2による分圧電圧の一方を選択するセレクタ41からなる。抵抗R1,R2の値は、R1=R2である。定電流回路30は図8で説明したものと同じであるが、上記制御信号S2によってオペアンプ31の動作のオン/オフが制御される。
本実施例では、PWM制御回路10Aから出力する制御信号S1が「L」のとき、基準電源回路40Aのセレクタ41が基準電圧Vrefを選択し、「H」のとき、抵抗R1,R2で分圧した基準電圧1/2・Vrefを選択する。よって、LEDを流れる電流ILEDの値は、制御信号S1が「L」のときは、
ILED=Vref/R5 ・・・・(2)
となり、式(1)と同じとなる。制御信号S1が「H」のときは、
ILED=1/2・Vref/R5 ・・・・(3)
と1/2倍になる。
図2に、本発明の第2の実施例の調光回路を示す。30Aは定電流回路であり、オペアンプ31、NMOSのトランジスタMN1、PMOSトランジスタMP1、抵抗R3,R4からなり、オペアンプ31はPWM制御回路10から出力する制御信号S2によって、動作のオン/オフが制御される。抵抗R3,R4の値は、R3=R4=R5である。PWM制御回路10Aは図1で説明したものと同じ、LED20、基準電源回路40は図8で説明したものと同じである。
本実施例では、PWM制御回路10Aから出力する制御信号S1が「L」のとき、定電流回路30AのトランジスタMP1がオンして抵抗R4が短絡され、「H」のとき、抵抗R3,R4が接続される。よって、LED20を流れる電流ILEDの値は、R3=R4=R5であるので、制御信号S1が「L」のときは、
ILED=Vref/R3
=Vref/R5 ・・・・・(4)
となり、式(1)と同じになる。制御信号S1が「H」のときは、
ILED=Vref/(R3+R4)
=1/2・Vref/R5 ・・・・(5)
と半分になり、式(3)と同じとなる。つまり、図1の調光回路と全く同様に動作する。
図3に図1、2の調光回路の概略動作の波形図を示す。基準クロックCLKに応じて、例えば制御信号S1が「H」になり、且つ制御信号S2がPWMデータで決まるパルス幅の時間だけ「H」を示すと、LED20に流れる電流ILEDの値は、制御信号S1の期間だけ1/2倍となり、その後に1倍の値となる。つまり、PWMデータがオフからオンに切り替わるとき、電流値が通常電流の1/2倍の状態を経由して切り替わる。これにより、立ち上がりの電流変化が緩和され、突入電流の抑制がされる。また、PWMデータの最小パルス幅が従来と同様であっても、2倍の分解能を得ることができる。
図4は、入力するPWMデータ(PWM_DUTY)が8ビットである場合において、オフ(00h)からオンに切り替わるときの電流ILEDの値の波形パターンの組み合わせを示す図である。切り替わり時の立ち上がり波形のパターンは、PWMデータの下位2ビット(00b、01b、10b、11b)に応じて、4種類の中から1個が選択される。なお、hは16進数を、bは2進数を示す。
<PWMデータの下位2ビットが00bのとき>
まず、下位2ビットが00bのときのPWMデータの値は、上位6ビットが000000bであるときは、00hであり、ILED=0であるので、波形制御は行われない。しかし、下位2ビットが00(b)のときでも、上位6ビットが000000bでないときのPWMデータの値には、04h,08h,0Ch,10h,14h,・・・がある。
PWMデータが04h(上位6ビット=000001b)のときの電流ILEDは、PWMデータの最小パルス幅(基準クロックCLKの周期)をWとすると、通常レベルを1とすると、最初の2Wの期間だけ1/2のレベルで、次の1Wの期間は1のレベルとなるパターンである。
PWMデータが08h(上位6ビット=000010b)のときの電流ILEDは、上位ビットの値(PWMデータを4で割り、余りを捨てた値)をUとすると、PWMデータが04hのときの電流ILEDに追加する時間Tを、
T=(U−1)×2×W ・・・・(6)
とする。このときは、U=2であり、追加時間T=2Wとなる。
PWMデータが0Ch(上位6ビット=000011b)のときの電流ILEDは、U=3であり、PWMデータが04hのときの電流ILEDに追加する時間Tは、式(6)から、T=4Wとなる。以下同様に、PWMデータが1増加することに、追加時間Tが2Wづつ増加する。
<PWMデータの下位2ビットが01bのとき>
PWMデータの下位2ビットが01bのときのPWMデータの値は、01h,05h,09h,0Dh,11h,・・・である。PWMデータが01h(上位6ビット=000000b)のときの電流ILEDは、最初のWの期間だけ1/2のレベルとなる。
PWMデータが05h(上位6ビット=000001b)のときの電流ILEDは、PWMデータが01hのときの電流ILEDに追加する時間Tを、
T=U×2×W ・・・・・(7)
とする。このときは、U=1であり、追加時間T=2Wとなる。
PWMデータが09h(上位6ビット=000010b)のときの電流ILEDは、このときU=2であるので、PWMデータが01hのときの電流ILEDに追加する時間Tは、式(7)から、T=4Wとなる。
PWMデータが0Dh(上位6ビット=000011b)のときの電流ILEDは、このときU=3であるので、PWMデータが01hのときの電流ILEDに追加する時間Tは、式(7)から、T=6Wとなる。以下同様に、PWMデータが1増加することに、追加時間Tが2Wづつ増加する。
<PWMデータの下位2ビットが10bのとき>
PWMデータの下位2ビットが10bのときのPWMデータの値は、02h,06h,0Ah,0Eh,12h,・・・である。PWMデータが02h(上位6ビット=000000b)のときの電流ILEDは、最初の2Wの期間だけ1/2のレベルとなる。
PWMデータが06h(上位6ビット=000001b)のときの電流ILEDは、PWMデータが02hのときの電流ILEDに追加する時間Tを、式(7)から求める。このときは、U=1であり、追加時間T=2Wとなる。
PWMデータが0Ah(上位6ビット=000010b)のときの電流ILEDは、このときU=2であるので、PWMデータが02hのときの電流ILEDに追加する時間Tは、式(7)から、T=4Wとなる。
PWMデータが0Eh(上位6ビット=000011b)のときの電流ILEDは、このときU=3であるので、PWMデータが02hのときの電流ILEDに追加する時間Tは、式(7)から、T=6Wとなる。以下同様に、PWMデータが1増加することに、追加時間Tが2Wづつ増加する。
<PWMデータの下位2ビットが11bのとき>
PWMデータの下位2ビットが10bのときのPWMデータの値は、03h,07h,0Bh,0Fh,13h,・・・である。PWMデータが03h(上位6ビット=000000b)のときの電流ILEDは、最初の1Wの期間だけ1/2のレベルとなり、その後の1Wの期間は1のレベルになる。
PWMデータが07h(上位6ビット=000001b)のときの電流ILEDは、PWMデータが03hのときの電流ILEDに追加する時間Tを、式(7)から求める。このときは、U=1であり、追加時間T=2Wとなる。
PWMデータが0Bh(上位6ビット=000010b)のときの電流ILEDは、このときU=2であり、PWMデータが03hのときの電流ILEDに追加する時間Tは、式(7)から、T=4Wとなる。
PWMデータが0Fh(上位6ビット=000011b)のときの電流ILEDは、このときU=3であり、PWMデータが03hのときの電流ILEDに追加する時間Tは、式(7)から、T=6Wとなる。以下同様に、PWMデータが1増加することに、追加時間Tが2Wづつ増加する。
図5に、図1および図2で説明した調光回路のPWM制御回路10Aが、図4で説明した内容のPWM波形を作成する制御信号S1,S2を生成する内部回路を示す。11は7ビット[6:0]出力のカウンタであり、基準クロックCLKによって動作する。PWMデータは、前記したように8ビット[7:0]である。12、13、14、15、16は一致検出回路である。
一致検出回路12は、PWMデータの8ビット分を00hと比較して両者が一致する、つまりPWMデータがオフのとき信号n1を「H」にする。一致検出回路13は、カウンタ11のカウント値を7Fhと比較して両者が一致する、つまりカウント値が最大値になったとき信号n2を「H」にする。一致検出回路14は、カウンタ11のカウント値を00hと比較して両者が一致する、つまりカウント値が最小値(=0000000)になったとき信号n3を「H」にする。一致検出回路15は、カウンタ11のカウント値を01hと比較して両者が一致する、つまりカウント値が1(=0000001)になったとき信号n4を「H」にする。一致検出回路16は、カウンタ11のカウント値をPWMデータの上位7ビットと比較して両者が一致すると信号n7を「H」にする。
AND1は信号n1とn2を取り込み信号n5を出力するアンド回路、AND2はPWMデータのLSBと信号n3を取り込むアンド回路、AND3はPWMデータのLSBと信号n4を取り込むアンド回路である。OR1はアンド回路AND2とAND3の出力信号を取り込み信号n6を出力するオア回路である。
SR1は信号n5とn6を取り込み基準クロックCLKが立ち下がるとき制御信号S1をセット(=「H」)又はリセット(=「L」)するSRラッチ回路、SR2は信号n2とn7を取り込み基準クロックCLKが立ち下がるとき制御信号S2をセット又はリセットするSRラッチ回路である。
図6は、入力するPWMデータが09h(=00001001)のときの各部の波形図である。このとき、一致検出回路12の出力信号n1は「L」、一致検出回路13の出力信号n2はカウンタ11のカウント値が7Fhのとき「H」、一致検出回路14の出力信号n3はカウンタ11のカウンタ値が00hのとき「H」、一致検出回路15の出力信号n4はカウンタ11のカウンタ値が01hのときのみ「H」となる。一致検出回路16の出力信号n7は、PWMデータが09hであるので、カウンタ11のカウンタ値が04h(=0000100)以上で「H」となる。そして、信号n5は、一致検出回路12の出力信号n1が「L」であるので、信号n2が「H」のとき「H」となる。また、信号n6は、PWMデータのLSBが1であるので、一致検出回路14の出力信号n3が「H」のとき「H」となる。
以上から、入力するPWMデータが09hのときは、SRラッチ回路SR1から出力する制御信号S1は、カウンタ11の値が00hの期間中だけ「H」となり、SRラッチ回路SR2から出力する制御信号S2は、カウンタ11の値が00h〜04hまでの期間「H」となる。よって、LED20の電流ILEDは、カウンタ11の値が00hのとき通常の値の1/2のレベル、01h〜04hのとき通常の値のレベルとなる。これは、図4に記載のPWMデータが09hのときと一致する。なお、図6では、信号n2,n5,n6の立下りと基準クロックCLKの立下りが同一タイミングに見えるが、正確には、信号n2,n5,n6の立下りは基準クロックCLKの立下りより若干遅れるので、基準クロックCLKの立下りエッジで信号n2,n5,n6の「H」部分がたたかれる。
図7Aに、入力するPWMデータの値が00h〜04hのときの制御信号S1,S2と電流ILEDの波形図を示し、図7Bに、入力するPWMデータの値が05h〜09hのときの制御信号S1,S2と電流ILEDの波形図を示した。いずれも、PWMデータがオフ(=00h)からオンに切り替わるとき、電流ILEDの値が通常レベルの1/2の状態(=01hのとき)、又は1/2の状態を経由してから通常レベルに切り替わっている。
10,10A:PWM制御回路
20:LED
30,30A:定電流回路、31:オペアンプ
40,40A:基準電源回路、41:セレクタ

Claims (4)

  1. 基準電源回路と、発光素子と、前記基準電源回路から入力する基準電圧に応じて前記発光素子に定電流を供給する定電流回路と、入力するPWMデータに応じて前記定電流回路の動作をオン/オフさせるPWM制御回路とを備えた調光回路において、
    前記PWM制御回路は、前記PWMデータの零からの立ち上がり時に、前記定電流回路の前記定電流の値を通常動作時の値の1/2倍に切り替えることを特徴とする調光回路。
  2. 請求項1に記載の調光回路において、
    前記PWM制御回路は、前記PWMデータの零からの立ち上がり時に、前記基準電源回路の前記基準電圧の値を通常動作時の値の1/2倍の値に切り替えることを特徴とする調光回路。
  3. 請求項1に記載の調光回路において、
    前記PWM制御回路は、前記PWMデータの零からの立ち上がり時に、前記定電流回路に配置され前記定電流を設定するための抵抗の値を通常動作時の値の2倍の値に切り替えることを特徴とする調光回路。
  4. 請求項1乃至3のいずれか1つに記載の調光回路において、
    前記PWM制御回路は、前記定電流回路から出力する定電流の値を、
    前記PWMデータの値が零のときは零、
    前記PWMデータの下位2ビットの値が00bで且つ前記PWMデータが零以外のときは、先頭のPWM最小パルス幅×2倍の期間は1/2倍のレベル、続くPWM最小パルス幅の期間は1倍のレベル、その後は前記PWMデータの上位ビットの値に応じた期間だけ1倍のレベルに設定し、
    前記PWMデータの下位2ビットの値が01bのときは、先頭のPWM最小パルス幅の期間は1/2の倍レベル、その後は前記PWMデータの上位ビットの値に応じた期間だけ1倍のレベルに設定し、
    前記PWMデータの下位2ビットの値が10bのときは、先頭のPWM最小パルス幅×2倍の期間は1/2倍のレベル、その後は前記PWMデータの上位ビットの値に応じた期間だけ1倍のレベルに設定し、
    前記PWMデータの下位2ビットの値が11bのときは、先頭のPWM最小パルス幅の期間は1/2倍のレベル、続くPWM最小パルス幅の期間は1倍のレベル、その後は前記PWMデータの上位ビットの値に応じた期間だけ1倍のレベルに設定する、
    ことを特徴とする調光回路。
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