JP2013132186A - 発光素子駆動用のスイッチング電源の制御回路、およびそれを用いた発光装置および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スイッチング電源4は、複数チャンネルのLEDストリング6に駆動電圧VOUTを供給する。検出抵抗RSiは、対応するLEDストリング6_iの電流経路上に設けられる。スイッチSW1は、対応するLEDストリング6_iの電流経路上に検出抵抗RSiと直列に設けられる。誤差増幅器20は、複数の検出抵抗RS1〜RSnそれぞれに生ずる電圧降下に応じた検出電圧VS1〜VSnを受け、最も小さい検出電圧と所定の基準電圧VREFとの誤差に応じたフィードバック電圧VFBを生成する。スイッチング回路26_iは、所定の周期TPで対応するスイッチSW1_iをスイッチングする。スイッチング回路26_iは、対応するスイッチSW1_iのオン時間TONiを、対応する検出電圧VSiと反比例するように調節する。
【選択図】図2
Description
VLEDi=VOUT−VFi
となる。一例としてVREF=0.5V、VF1=55V、VF2〜VFn=50.5Vとすると、第2チャンネル〜第nチャンネルの検出電圧VLED2〜VLEDn=5Vとなる。第iチャンネルの電流源CSiにおける消費電力は、ILEDi×VLEDiとなり、検出電圧が大きいと損失が大きくなるという問題がある。
そしてスイッチング回路が、検出電圧に応じた電圧が入力される演算増幅器を含む場合、演算増幅器の応答速度が遅いと、検出電圧のスイッチングに追従できず、オン時間が検出電圧に対して正確に反比例しなくなる。この態様によれば、サンプルホールド回路を設けることにより、演算増幅器の動作点がほぼ一定に保たれるため、演算増幅器の速度が遅くても、オン時間を正確に調節できる。
検出電圧VSに比例した充電電流をICHG=k×VS(kは比例定数)、キャパシタの容量値をC、電圧変化量ΔVのしきい値VTHをとすれば、スイッチのオン時間TONは、式(1)で与えられ、オン時間TONを、検出電圧VSに反比例させることができる。
TON=C×VTH/ICHG=C×VTH/(k×VS) …(1)
また駆動電流の時間平均値ILED_AVEは、式(2)で与えられる。
ILED_AVE=ILED×TON/TP …(2)
したがって、この態様によれば、所定の周期TP、容量値C、比例定数k、所定の周期TP、あるいは所定値VTHをパラメータとして、発光輝度を設定できる。
「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
TONi=αi/VSi=αi/(RSi×ILEDi)
αiは反比例の係数である。本実施の形態において、各チャンネルの抵抗値RSiおよび反比例係数αiはすべて同じ値に設定される。
VOUT=VREF+VF1 …(3)
ILED1=VREF/RS1 …(4)
各チャンネルのスイッチング回路26_iは、対応するスイッチSW1_iのオン時間TONiを、検出電圧VSi、言い換えれば駆動電流ILEDiに反比例するよう調節する。
図4は、図2のスイッチング回路26の具体的な構成例を示す回路図である。
複数のスイッチング回路26はそれぞれ同様に構成される。
スイッチング回路26は、主としてキャパシタC2および充放電回路30を備える。
充放電回路30は、所定の周期TPごとに、対応する検出電圧VSiに比例した充電電流ICHGiによってキャパシタC2の充電を開始する。別の実施の形態においては、検出電圧VSiに比例した電流ICHGiによってキャパシタC2を放電してもよい。
TONi=C×VTHi/ICHGi=C×VTHi/(ki×VS)=C×VTHi/(ki×RSi×ILEDi) …(5)
つまり、式(1)の係数αiは、αi=C×VTHi/kiとなる。
ILEDi_AVE=ILEDi×TON/TP …(6)
したがって、所定の周期TP、容量値Ci、比例定数ki、所定の周期TP、あるいはしきい値VTHiをパラメータとして、発光輝度を設定できる。
VTHi=IDIM×R13=VDIM/R12×β2×R13 …(7)
なおしきい値電圧源50の構成は特に限定されず、公知の電圧源を利用できる。しきい値電圧VTHiを外部から設定するために、第2抵抗R12を外付け部品としてもよい。
また、調光電圧VDIMあるいは抵抗RTによって、周期TPを設定できる。上述のように各チャンネルの平均的な輝度は、周期TPによって変化する。したがって、電圧VDIM、抵抗RTによって輝度を制御できる。
図7は、変形例に係る制御IC100aの構成を示す回路図である。制御IC100aは、図4の制御IC100に加えて、チャンネルごとに設けられたサンプルホールド回路60をさらに備える。
時刻t0にスイッチSW1_iがオンする。スイッチSW1_iのオン期間、初期化スイッチ34がオフすると、充電電流ICHGiによってキャパシタC2が充電され、図6の一点鎖線と同様に、キャパシタ電圧VC2が一定の傾きで増大する。そしてしきい値電圧VTHiに達するとスイッチSW1_iがオフし、検出電圧VSiがゼロとなる(時刻t1)。
Claims (12)
- 複数チャンネルの発光素子の共通に接続された第1端子に駆動電圧を供給するスイッチング電源を制御するとともに、前記複数チャンネルの発光素子それぞれに流れる駆動電流を制御する制御回路であって、
それぞれがチャンネルごとに設けられ、対応する発光素子の電流経路上に設けられた複数の検出抵抗と、
それぞれがチャンネルごとに設けられ、対応する発光素子の電流経路上に前記検出抵抗と直列に設けられた複数のスイッチと、
複数の前記検出抵抗それぞれに生ずる電圧降下に応じた検出電圧を受け、最も小さい検出電圧と所定の基準電圧との誤差に応じたフィードバック電圧を生成する誤差増幅器と、
前記フィードバック電圧に応じてデューティ比が調節されるパルス信号を生成するパルス変調器と、
前記パルス信号にもとづき前記スイッチング電源のスイッチング素子を駆動するドライバと、
それぞれがチャンネルごとに設けられ、所定の周期で対応するスイッチをスイッチングするスイッチング回路であって、対応するスイッチのオン時間を、対応する検出電圧と反比例するように調節する、複数のスイッチング回路と、
それぞれがチャンネルごとに設けられ、対応するスイッチのオン状態において、対応する検出電圧を対応するスイッチング回路に出力し、対応するスイッチのオフ状態において、オフする直前の対応する検出電圧をサンプルホールドする、複数のサンプルホールド回路と、
を備え、
前記複数のスイッチング回路はそれぞれ、対応するサンプルホールド回路の出力電圧に応じた電圧が入力される演算増幅器を含むことを特徴とする制御回路。 - 前記複数のスイッチング回路はそれぞれ、
キャパシタと、
対応するサンプルホールド回路の出力電圧に応じた電圧が入力される前記演算増幅器を含み、所定の周期ごとに、対応するサンプルホールド回路の出力電圧に比例した充電電流によって前記キャパシタの充電または放電を開始する充放電回路と、
を備え、
前記充放電回路が前記キャパシタの充電または放電を開始してから、前記キャパシタに生ずる電圧変化量が所定値に達するまでの間、対応するスイッチをオンし、その後、次に充電または放電を開始するタイミングまで対応するスイッチをオフする動作を繰り返すことを特徴とする請求項1に記載の制御回路。 - 前記複数のスイッチング回路はそれぞれ、
一端の電位が固定されたキャパシタと、
対応するサンプルホールド回路の出力電圧に応じた電圧が入力される前記演算増幅器を含み、オン状態において対応するサンプルホールド回路の出力電圧に比例した充電電流を生成し、前記キャパシタを充電し、オフ状態において前記キャパシタの電位を初期化する充放電回路と、
所定のしきい値電圧を生成するしきい値電圧源と、
前記キャパシタの電圧が前記しきい値電圧に達するとアサートされる比較信号を生成するコンパレータと、
所定の周期ごとにアサートされるリセット信号を生成するオシレータと、
前記比較信号がアサートされるたびに前記スイッチをオフ、前記充放電回路をオンし、前記リセット信号がアサートされるたびに前記スイッチをオン、前記充放電回路をオフするロジック回路と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の制御回路。 - 前記充放電回路は、
一端が接地された第1抵抗と、
前記第1抵抗と直列に設けられた第1トランジスタと、
その非反転入力端子に対応するサンプルホールド回路の出力電圧が入力され、その反転入力端子が前記第1抵抗の他端と接続され、その出力端子が前記第1トランジスタの制御端子と接続された第1演算増幅器と、
前記第1トランジスタに流れる電流を折り返して前記キャパシタに供給する第1カレントミラー回路と、
前記キャパシタと並列に設けられた初期化スイッチと、
を含み、
前記初期化スイッチがオフのときオン状態、前記初期化スイッチがオンのときオフ状態であることを特徴とする請求項3に記載の制御回路。 - 前記しきい値電圧源は、
一端が接地された第2抵抗と、
一端が接地された第3抵抗と、
前記第2抵抗と直列に設けられた第2トランジスタと、
その非反転入力端子に、前記しきい値電圧を指示する指示電圧が入力され、その反転入力端子が前記第2抵抗の他端と接続され、その出力端子が前記第2トランジスタの制御端子と接続された第2演算増幅器と、
前記第2トランジスタに流れる電流を折り返して前記第2抵抗に供給する第2カレントミラー回路と、
を備え、前記第3抵抗に生ずる電圧降下を、前記しきい値電圧として出力することを特徴とする請求項3に記載の制御回路。 - 前記ロジック回路は、前記比較信号がアサートされると前記スイッチのオフに対応するレベルとなり、前記リセット信号がアサートされると前記スイッチのオンに対応するレベルとなるパルス信号を生成するフリップフロップを含み、前記パルス信号に応じて前記スイッチを制御することを特徴とする請求項3に記載の制御回路。
- 前記充放電回路は、対応するサンプルホールド回路の出力電圧を電流に変換する第1V/I変換回路を含み、
前記しきい値電圧源は、
調光制御電圧を電流に変換する第2V/I変換回路と、
前記第2V/I変換回路の出力電流の経路上に設けられた第3抵抗と、を含み、前記第3抵抗に生ずる電圧降下を、前記しきい値電圧として出力するよう構成され、
前記第1、第2V/I変換回路は、同じ構成を有することを特徴とする請求項3に記載の制御回路。 - 前記複数のサンプルホールド回路はそれぞれ、
一端が接地され、他端が対応するスイッチング回路の入力端子と接続されたホールドキャパシタと、
対応するサンプルホールド回路の入力端子と、対応する検出抵抗の間に設けられ、対応するスイッチのオン状態においてオン、対応するスイッチのオフ状態においてオフするホールドスイッチと、
を含むことを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の制御回路。 - 前記発光素子は、直列に接続された複数の発光ダイオードを含む発光ダイオードストリングであることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の制御回路。
- ひとつの半導体基板に一体集積化されたことを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の制御回路。
- 複数チャンネルの発光素子と、
前記複数チャンネルの発光素子の共通に接続された一端に駆動電圧を供給するスイッチング電源と、
を備え、前記スイッチング電源は、
スイッチング素子を含む出力回路と、
前記スイッチング素子を駆動する請求項1から10のいずれかに記載の制御回路と、
を含むことを特徴とする発光装置。 - 液晶パネルと、
前記液晶パネルのバックライトとして設けられた請求項11に記載の発光装置と、
を備えることを特徴とする電子機器。
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