JP2014103002A - 発光装置の制御回路、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】誤差増幅器10は、駆動電流ILEDの経路上の第1検出抵抗R1に生ずる第1検出電圧VR1と発光素子6の目標輝度に応じた調光制御信号VDIMの誤差を増幅し、パルス幅変調器30は、誤差増幅器10の出力VFBにもとづいてゲートパルス信号G2を生成する。M個のコンパレータCMP1、CMP2は、検出抵抗R1、R2の電圧降下に応じた検出電圧VR1、VR2がしきい値電圧VTH1、VTH2を超えると過電流検出信号OCP1、OCP2をアサートする。しきい値電圧VTH1、VTH2の少なくともひとつはそれぞれ、(i)調光制御信号VDIMが所定の第1値より高い範囲において、調光制御信号VDIMが高いほど高くなり、(ii)調光制御信号VDIMが第1値より低い範囲において所定の下限値をとる。
【選択図】図2
Description
ある電流Iiが流れる検出抵抗Riに着目すると、その電圧降下に応じた検出抵抗VRiが、対応するしきい値電圧VTHiを超えると、言い換えれば、その検出抵抗Riに流れる電流Iiが、しきい値電流ITHi(=VTHi/Ri)を超えると、過電流状態と判定される。
正常状態において、発光素子の過電流保護の対象となる経路の電流Iiは、駆動電流ILEDの目標レベルに応じて変化する。すなわち、駆動電流ILEDの目標レベルが高いとき、その経路の電流Iiは大きくなり、駆動電流ILEDの目標レベルが低いとき、その経路の電流Iiも小さくなる。
この態様によれば、調光制御信号VDIMが第1値より高い範囲においては、駆動電流ILEDの目標値に応じて過電流検出のしきい値ITHiを変化させることで、回路を安全に保護つつも、駆動電流ILEDの目標値が小さなときには、しきい値電流ITHiを低下させることで、電流Iiの不要な増大を抑制できるため、消費電力を低減できる。
また、調光制御信号VDIMが第1レベルより低い領域では、駆動電流ILEDが小さく、したがって電流Iiも小さいため、検出抵抗Riの電圧降下VRiが小さくなり、ノイズによる過電流状態の誤検出の可能性が高まる。そこで、調光制御信号VDIMが第1値より低い範囲では、しきい値電圧VTHiをある下限レベルにてクランプすることにより、ノイズによる過電流状態の誤検出を防止できる。
駆動電流ILEDの目標値の増大にともなってしきい値電圧VTHiを制限なく上昇させていくと、目標値が非常に大きな状態において、保護対象の経路に非常に大きな電流が流れることが許容されることになる。この態様によれば、調光制御信号VDIMが第2値より高い範囲において、しきい値電圧VTHi、つまりしきい値電流ITHiをある上限レベルにてクランプすることにより、その電流をある上限レベルで制約でき、その結果、回路を構成する部品の選定が容易となる。
また、調光制御信号VDIMが第1レベルより低い領域では、駆動電流ILEDが小さく、したがって電流Iiも小さいため、検出抵抗Riの電圧降下VRiが小さくなり、ノイズによる過電流状態の誤検出の可能性が高まる。そこで、調光制御信号VDIMが第1値より低い範囲では、しきい値電圧VTHiをある下限レベルにてクランプすることにより、ノイズによる過電流状態の誤検出を防止できる。
駆動電流ILEDの目標値の増大にともなってしきい値電圧VTHiを制限なく上昇させていくと、目標値が非常に大きな状態において、保護対象の経路に非常に大きな電流が流れることが許容されることになる。この態様によれば、調光制御信号VDIMが第2値より高い範囲において、しきい値電圧VTHi、つまりしきい値電流ITHiをある上限レベルにてクランプすることにより、その電流をある上限レベルで制約でき、その結果、回路を構成する部品の選定が容易となる。
これによれば、発光装置の状態や、それが使用されるプラットフォームに応じて、最適なモードを選択することにより、最適な過電流保護を行いつつ、消費電力を低減できる。
起動直後、スイッチング電源の出力電圧が低いため、ゲートパルス信号のデューティ比、すなわちスイッチングトランジスタのオン時間が大きくなる。したがって起動時にスイッチングトランジスタやインダクタに流れる電流は、通常動作時に比べて大きくなる。一定モードを選択しない場合において、調光制御信号のレベルが低いと、しきい値電流が小さくなるため、スイッチングトランジスタやインダクタに流れる電流が小さなしきい値電流によって制限されることになり、起動時間が長くなるおそれがある。この態様によれば、起動時に一定モードを選択することで、スイッチングトランジスタやインダクタに流れる電流を、不当に制約することなく、発光装置を短時間で起動することが可能となる。
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、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
図2は、本発明の第1の実施の形態に係る制御回路を備える発光装置を示す回路図である。発光装置3は、発光素子6と、スイッチング電源4と、ホストプロセッサ9を備える。
制御回路100は、M個(Mは整数)の検出抵抗R1、R2を備える。本実施の形態では、M=2である。M個の検出抵抗R1、R2はそれぞれ、発光装置3の過電流保護の対象となる電流の経路上に設けられる。より具体的には、第1の過電流保護の対象となる電流は、駆動電流ILEDであり、したがって、M個の検出抵抗のひとつは、駆動電流ILEDの経路上に設けられた第1検出抵抗R1である。また第2の過電流保護の対象となる電流は、スイッチングトランジスタM1に流れる電流であり、したがってM個の検出抵抗のひとつは、スイッチングトランジスタM1の経路上に設けられた第2検出抵抗R2である。なお、過電流保護の対象となる電流はこれらには限定されず、必要に応じて発光装置3の任意の経路の電流を対象とすることができる。第2検出抵抗R2は、スイッチングトランジスタM1のオン抵抗を代用してもよい。
VTH1=K1×VDIM
VTH2=K2×VDIM
が成り立つものとする。図4(a)には、K1=K2の場合が示されるが、本発明はそれには限定されず、K1≠K2であってもよい。
VDIM=Ka×VDIM*
VTH1=VTH2=Kb×VDIM*
(i)起動開始後、所定の判定時間内に、過電流検出信号がアサートされないこと
(ii)第1検出電圧VR1が調光制御信号VDIMに達したこと
(iii)駆動電圧VOUTが所定のしきい値に達したこと
(iv)起動開始後、所定の起動時間の経過したこと
パルス幅変調器30は、フィードバック制御によって、第1検出抵抗R1の電圧降下である第1検出電圧VR1が、調光制御信号VDIMに近づくように、ゲートパルス信号G2のデューティ比を調節する。その結果、駆動電流ILEDは、調光制御信号VDIMに比例した目標値(VDIM/R1)に安定化される。
起動時において調光指令信号VDIM*のレベルが非常に小さい場合がある。起動直後、スイッチング電源の出力電圧が低いため、ゲートパルス信号のデューティ比、すなわちスイッチングトランジスタのオン時間が大きくなる。したがって起動時にスイッチングトランジスタやインダクタに流れる電流は、通常動作時に比べて大きくなる。
図7は、本発明の第2の実施の形態に係る制御回路を備える発光装置を示す回路図である。図7の発光装置3aは、複数の発光素子6_1〜6_N(Nは整数)と、スイッチング電源4と、ホストプロセッサ9を備える。
この発光装置3aにおいて、第3検出抵抗R3は、駆動電流ILEDの経路上に設けられており、第3検出抵抗R3および第3コンパレータCMP3によって、駆動電流ILEDの過電流状態が検出される。つまり、第3検出抵抗R3は、第1の実施の形態における第1検出抵抗R1に相当する。
実施の形態ではインダクタL1を用いた非絶縁型のスイッチング電源を説明したが、本発明はトランスを用いた絶縁型のスイッチング電源にも適用可能である。また、本発明は、昇圧型、降圧型、昇降圧型のいずれにも適用可能である。図9(a)、(b)は、スイッチング電源の出力回路102の別の構成例を示す回路図である。図9(a)の出力回路102aは、降圧型のトポロジーであり、整流ダイオードD1、インダクタL1、出力キャパシタC1、スイッチングトランジスタM1、第2抵抗R2を有する。図9(b)の出力回路102bは、昇降圧型のトポロジーであり、整流ダイオードD1、キャパシタC1、C2、インダクタL1、L2、スイッチングトランジスタM1、第2抵抗R2を有する。
図10は、第2の変形例に係る制御回路100bの一部を示す回路図である。この変形例は、図2の制御回路100の変形例であり、調光用スイッチM2および第2検出抵抗R2は、制御回路100bに外付けされる。
実施の形態では、アナログ電圧の調光指令信号VDIM*がホストプロセッサ9から供給される場合を説明したが本発明はそれには限定されず、制御回路100の内部で、調光指令信号VDIM*あるいは調光制御信号VDIMを生成してもよい。図11は、調光制御信号VDIMの生成回路の構成例を示す回路図である。生成回路60は、基準電圧源62と、V/I変換回路64と、I/V変換回路66と、を含む。
IREF=VREF/REXT
VDIM=IREF’×R11=K×IREF×R11=K×VREF/REXT×R11
発光素子6は、LEDストリングには限定されず、現在、あるいは将来利用可能なその他の発光素子であってもよい。
実施の形態では、発光装置3の用途として液晶パネルのバックライトを説明したが、本発明はそれには限定されない。たとえば発光装置3は、照明機器などにも利用可能である。
Claims (18)
- 発光素子と、前記発光素子の一端に駆動電圧を供給するスイッチング電源と、を有する発光装置に使用され、前記スイッチング電源のスイッチングトランジスタを制御するとともに、前記発光素子に流れる駆動電流を制御する制御回路であって、
前記駆動電流の経路上に設けられた第1検出抵抗と、
前記第1検出抵抗の電圧降下に応じた第1検出電圧と前記発光素子の目標輝度に応じたレベルを有する調光制御信号の誤差を増幅し、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もとづいてデューティ比が調節されるゲートパルス信号を生成するパルス変調器と、
それぞれが、前記発光装置の過電流保護の対象となる電流の経路上に設けられたM個(Mは整数)の検出抵抗と、
前記M個の検出抵抗に対応するM個のしきい値電圧を生成する電圧源と、
それぞれが前記検出抵抗ごとに設けられ、対応する検出抵抗の電圧降下に応じた検出電圧が対応するしきい値電圧を超えると過電流検出信号をアサートするよう構成された、M個のコンパレータと、
を備え、
前記M個のしきい値電圧の少なくともひとつはそれぞれ、(i)前記調光制御信号が所定の第1値より高い範囲において、前記調光制御信号が高いほど高くなり、(ii)前記調光制御信号が前記第1値より低い範囲において所定の下限値をとることを特徴とする制御回路。 - 前記M個のしきい値電圧の前記少なくともひとつはそれぞれ、(i-1)前記調光制御信号が、前記第1値より高く所定の第2値より低い範囲において、前記調光制御信号に応じて増大し、(i-2)前記調光制御信号が前記第2値より高い範囲において、所定の上限値をとることを特徴とする請求項1に記載の制御回路。
- 前記M個の検出抵抗のひとつは、前記第1検出抵抗であることを特徴とする請求項1または2に記載の制御回路。
- 前記M個の検出抵抗のひとつは、前記スイッチングトランジスタの経路上に設けられた第2検出抵抗であることを特徴とする請求項1または2に記載の制御回路。
- 前記M個の検出抵抗のひとつは、前記第1検出抵抗であり、
前記M個の検出抵抗の別のひとつは、前記スイッチングトランジスタの経路上に設けられた第2検出抵抗であることを特徴とする請求項1または2に記載の制御回路。 - 発光素子と、前記発光素子の一端に駆動電圧を供給するスイッチング電源と、を有する発光装置に使用され、前記スイッチング電源のスイッチングトランジスタを制御するとともに、前記発光素子に流れる駆動電流を制御する制御回路であって、
前記発光素子の目標輝度に応じたレベルを有する調光制御信号に応じた駆動電流を生成し、前記発光素子に供給する電流ドライバと、
前記電流ドライバの電圧降下と所定の基準電圧の誤差を増幅し、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もとづいてデューティ比が調節されるゲートパルス信号を生成するパルス変調器と、
それぞれが、前記発光装置の過電流保護の対象となる電流の経路上に設けられたM個(Mは整数)の検出抵抗と、
前記M個の検出抵抗に対応するM個のしきい値電圧を生成する電圧源と、
それぞれが前記検出抵抗ごとに設けられ、対応する検出抵抗の電圧降下に応じた検出電圧が対応するしきい値電圧を超えると過電流検出信号をアサートするよう構成された、M個のコンパレータと、
を備え、
前記M個のしきい値電圧の少なくともひとつはそれぞれ、(i)前記調光制御信号が所定の第1値より高い範囲において、前記調光制御信号が高いほど高くなり、(ii)前記調光制御信号が前記第1値より低い範囲において所定の下限値をとることを特徴とする制御回路。 - 前記M個のしきい値電圧の前記少なくともひとつはそれぞれ、(i-1)前記調光制御信号が、前記第1値より高く所定の第2値より低い範囲において、前記調光制御信号に応じて増大し、(i-2)前記調光制御信号が前記第2値より高い範囲において、所定の上限値をとることを特徴とする請求項6に記載の制御回路。
- 前記M個の検出抵抗のひとつは、前記電流ドライバに内蔵され、前記駆動電流の経路上に設けられた第3検出抵抗であることを特徴とする請求項6または7に記載の制御回路。
- 前記M個の検出抵抗のひとつは、前記スイッチングトランジスタの経路上に設けられた第2検出抵抗であることを特徴とする請求項6または7に記載の制御回路。
- 前記M個の検出抵抗のひとつは、前記電流ドライバに内蔵され、前記駆動電流の経路上に設けられた第3検出抵抗であり、前記M個の検出抵抗の別のひとつは、前記スイッチングトランジスタの経路上に設けられた第2検出抵抗であることを特徴とする請求項6または7に記載の制御回路。
- 前記電圧源は、前記発光素子の目標輝度を指示する指令信号を受け、前記指令信号に比例する前記調光制御信号を生成するとともに、前記指令信号にもとづいて、前記M個のしきい値電圧の前記少なくともひとつを生成することを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の制御回路。
- 前記電圧源は、複数のモードが切りかえ可能に構成され、モードごとに、前記調光制御信号と前記M個のしきい値電圧の前記少なくともひとつの関係が異なるように定められることを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載の制御回路。
- 前記複数のモードは、前記M個のしきい値電圧の前記少なくともひとつが、前記調光制御信号とは無関係な一定レベルに固定される一定モードを含むことを特徴とする請求項12に記載の制御回路。
- 前記電圧源は、前記発光装置の起動時において、前記一定モードに設定され、その後、別のモードに遷移することを特徴とする請求項13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14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LEDストリングであることを特徴とする請求項1から15のいずれかに記載の制御回路。
- 発光素子と、
前記発光素子の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、
スイッチングトランジスタと、
前記スイッチングトランジスタをスイッチングする請求項1から16のいずれかに記載の制御回路と、
を備える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17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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