JP2015026481A - 発光素子駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 より適切に音鳴きを抑制する発光素子駆動回路を提供する。【解決手段】 本発明の一実施形態に係る発光素子駆動回路は、複数の発光ダイオードによって構成される発光部と、入力電圧を昇圧して発光部に出力する電圧変換回路と、輝度に応じたデューティ比に基づいて発光部の点灯状態と消灯状態とを示す調光信号が入力され、この調光信号に応じて電圧変換回路を制御する制御回路と、発光部に流れる電流値を検出する電流値検出回路と、電圧変換回路から発光部に出力される電圧値を検出する電圧値検出回路と、調光信号，電流値検出回路によって検出される電流値,及び電圧値検出回路によって検出される電圧値が入力され、調光信号に応じて入力された電流値又は電圧値を制御回路に出力するモード切替回路とを備え、所望の輝度で発光部を点灯させる調光機能を有する発光素子駆動回路として機能する。【選択図】 図１

Description

本発明は発光素子駆動回路に関し、詳しくは、調光機能を有する発光素子駆動回路に関する。

従来より、こうした調光機能を有する発光素子駆動回路としては、発光素子へ電圧を出力する電圧変換回路（コンバータ回路）をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御することによって、発光素子の点灯時間と消灯時間とを所望の輝度となるように調整し、調光機能を実現するものが知られている。こうした回路では、ＰＷＭ制御による電流・電圧の変化に伴ってコンバータ回路内のインダクタやコンデンサに「音鳴き」が発生することがある。こうした音鳴きは、電流・電圧の変化量が大きいほど、又は、変化が急峻なほど発生し易いため、例えば、コンバータ回路の出力電圧を一定に保つことによって音鳴きを抑制するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−６２１８４号公報

しかしながら、このようにコンバータ回路の出力電圧を一定に保つ場合には、例えば、セラミックコンデンサを用いると、一定の電圧を印加し続けることによって容量が低下してしまうという課題がある。従って、出力電圧の変化をある程度許容しつつ、より適切に音鳴きを抑制することが望ましい。

本発明の様々な実施形態は、調光機能を有する発光素子駆動回路において、より適切に音鳴きを抑制することを目的の一つとする。本発明の他の目的は、本明細書全体を参照することにより明らかとなる。

本発明の一実施態様に係る発光素子駆動回路は、調光機能を有する発光素子駆動回路であって、１又は複数の発光素子と、入力電圧を昇圧して前記発光素子に出力する電圧変換回路と、前記電圧変換回路から前記発光素子に出力される電圧値を検出する電圧値検出回路と、前記発光素子に流れる電流値を検出する電流値検出回路と、輝度に応じたデューティ比に基づいて前記発光素子の点灯状態と消灯状態とを示す調光信号が入力され、当該調光信号が点灯状態を示す場合には前記電流値検出回路によって検出される前記電流値に基づいて前記発光素子に所定電流が流れるように前記電圧変換回路を制御し、当該調光信号が消灯状態を示す場合には前記電圧値検出回路によって検出される前記電圧値に基づいて前記発光素子が点灯する最小電圧よりも低い所定電圧が前記発光素子に出力されるように前記電圧変換回路を制御する制御回路と、を備える。

本発明の様々な実施形態によって、より適切に音鳴きを抑制する発光素子駆動回路を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る発光素子駆動回路のブロック図。 一実施形態における発光素子駆動回路の動作を説明するためのタイミングチャート。 一実施形態における発光素子駆動回路の変形例の動作を説明するためのタイミングチャート。 発光素子駆動回路の騒音特性を測定する測定環境を説明する説明図。 発光素子駆動回路の騒音特性を測定する測定環境を説明する説明図。 従来の発光素子駆動回路の騒音特性の測定結果を示すグラフ。 変形例の発光素子駆動回路の騒音特性の測定結果を示すグラフ。 変形例の発光素子駆動回路によって改善された騒音特性を示すグラフ。

以下、適宜図面を参照し、本発明の様々な実施形態を説明する。なお、図面において共通する構成要素には同一の参照符号が付されている。

図１は、本発明の一実施形態に係る発光素子駆動回路１０のブロック図である。一実施形態における発光素子駆動回路１０は、図示するように、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）によって構成される発光部１２と、入力電圧を昇圧して発光部１２に出力する電圧変換回路１４と、輝度に応じたデューティ比に基づいて発光部１２の点灯状態と消灯状態とを示す調光信号が入力され、この調光信号に応じて電圧変換回路１４を制御する制御回路１６と、発光部１２に流れる電流値を検出する電流値検出回路１８と、電圧変換回路１４から発光部１２に出力される電圧値を検出する電圧値検出回路２０と、調光信号，電流値検出回路１８によって検出される電流値，及び電圧値検出回路２０によって検出される電圧値が入力され、調光信号に応じて入力された電流値又は電圧値を制御回路１６に出力するモード切替回路２２とを備え、所望の輝度で発光部１２を点灯させる調光機能を有する発光素子駆動回路として機能する。

発光部１２は、発光素子としてのｎ個のＬＥＤ１２Ｌ１〜１２Ｌｎが直列に接続されて構成されおり、一端が電圧変換回路１４及び電圧値検出回路２０に接続され、他端が電流値検出回路１８に接続されている。なお、発光部１２を単一のＬＥＤによって構成しても良く、また、複数のＬＥＤを並列に接続する構成としても構わない。さらに、ＬＥＤに代えて、有機ＥＬ等の他の発光素子を用いることもできる。

電圧変換回路１４は、図示しない電源部からの入力電圧が入力されるインダクタ１４Ｌと、スイッチング素子１４ＳＷと、スイッチング素子１４ＳＷのオフ期間においてインダクタ１４Ｌからの電流を流すダイオード１４Ｄと、平滑用のキャパシタ１４Ｃとを有する一般的な昇圧型のチョッパ回路として構成されており、制御回路１６から入力される駆動パルスに応じてスイッチング素子１４ＳＷがオン／オフされることによって、電源部からの入力電圧を昇圧して発光部１２へと出力する。

制御回路１６は、図示しない調光信号生成部から入力される調光信号及びモード切替回路２２から入力される電圧値又は電流値に基づいて電圧変換回路１４を制御するように構成されている。入力される調光信号が点灯状態を示す信号（例えば、Ｈ（ハイレベル））である場合には、発光部１２に所定電流（例えば、１Ａ）が流れるように電圧変換回路１４を制御し、具体的には、モード切替回路２２を介して入力される電流値検出回路１８によって検出される発光部１２を流れる電流値に基づくフィードバック制御を行うことにより、発光部１２に所定電流が流れるように電圧変換回路１４に駆動パルスを出力する。一方、入力される調光信号が消灯状態を示す信号（例えば、Ｌ（ローレベル））である場合には、発光部１２が点灯する最小電圧（オフセット電圧）よりも低い所定電圧（例えば、３Ｖ）が発光部１２に出力されるように電圧変換回路１４を制御し、具体的には、モード切替回路２２を介して入力される電圧値検出回路２０によって検出される電圧変換回路１４から発光部１２に出力される電圧値に基づくフィードバック制御を行うことにより、発光部１２に所定電圧が出力されるように電圧変換回路１４に駆動パルスを出力する。ここで、発光部１２が点灯する最小電圧よりも低い所定電圧は、発光部１２を構成する各ＬＥＤの仕様として定められている点灯するための最小電圧と、各ＬＥＤの接続形態とに基づいて設定することができる。例えば、各ＬＥＤが点灯するための最小電圧が０．４Ｖであって、１０個のＬＥＤが直列に接続されている場合には、発光部１２が点灯する最小電圧は４Ｖであるから、所定電圧として４Ｖより低い電圧を設定することができる。

電流値検出回路１８は、発光部１２及びモード切替回路２２に接続されており、例えば、一端が接地された抵抗器１８Ｒを用いて構成することができ、発光部１２を流れる電流値を検出してモード切替回路２２に出力する。電圧値検出回路２０は、発光部１２、電圧変換回路１４及びモード切替回路２２と接続されており、例えば、一端が接地され直列に接続された２つの抵抗器２０Ｒ１，２０Ｒ２による分圧回路を用いて構成することができ、電圧変換回路１４から発光部１２へと出力される電圧値を検出してモード切替回路２２に出力する。

モード切替回路２２は、制御回路１６、電流値検出回路１８、電圧値検出回路２０、及び図示しない調光信号生成部に接続されており、調光信号生成部から入力される調光信号に応じて電流値又は電圧値を制御回路１６に入力する。具体的には、入力される調光信号が点灯状態を示す信号である場合には、電流値検出回路１８から入力される電流値（即ち、発光部１２を流れる電流値）を制御回路１６に出力し、入力される調光信号が消灯状態を示す信号である場合には、電圧値検出回路２０から入力される電圧値（即ち、電圧変換回路１４から発光部１２へと出力される電圧値）を制御回路１６に出力する。

次に、こうして構成された一実施形態における発光素子駆動回路１０の動作について説明する。図２は一実施形態における発光素子駆動回路１０の動作を説明するためのタイミングチャートであり、上から下へ順に、（ａ）調光信号、（ｂ）発光部１２に流れる電流値、（ｃ）電圧変換回路１４から発光部１２へと出力される電圧値、及び（ｄ）制御回路１６から電圧変換回路１４に出力される駆動パルスの様子を時系列で示す。図示するように、調光信号は、輝度に応じたデューティ比に基づいて点灯状態及び消灯状態の継続時間が設定されている。調光信号が点灯状態を示す期間（例えば、図２におけるＨ１の期間）では、発光部１２に所定電流（例えば、１Ａ）が流れるように制御回路１６から電圧変換回路１４へと駆動パルスが出力され、この結果、電圧変換回路１４から発光部１２に電圧（例えば、１０Ｖ）が出力される。一方、調光信号が消灯状態を示す期間（例えば、図２におけるＬ１の期間）では、前述した発光部１２が点灯する最小電圧よりも低い所定電圧（例えば、３Ｖ）が発光部１２に出力されるように、点灯状態における駆動パルスのパルス幅よりも狭いパルス幅の駆動パルスが制御回路１６から電圧変換回路１４へと出力される。ここで、一実施形態における発光素子駆動回路１０では、調光信号が消灯状態を示す期間においても電圧変換回路１４から発光部１２へと所定電圧を出力するから、消灯状態において所定電圧を出力しない場合と比較して、消灯状態と点灯状態との切替わりの際の電圧の変化量が小さい。具体的には、例えば、図２に示すように、一実施形態における発光素子駆動回路１０の消灯状態と点灯状態との切替わりの際の電圧の変化量は７Ｖ（１０Ｖ−７Ｖ）であるのに対し、所定電圧を出力しない場合の電圧の変化量は１０Ｖ（１０Ｖ−０Ｖ）である。このように、一実施形態における発光素子駆動回路１０は、消灯状態と点灯状態との切替わりの際の電圧の変化量を小さくすることにより、電圧変換回路１４のインダクタ１４Ｌやキャパシタ１４Ｃから生じ得る音鳴きを抑制することができる。

図３は、一実施形態における発光素子駆動回路１０の変形例である発光素子駆動回路１０Ｂの動作を説明するためのタイミングチャートである。変形例の発光素子駆動回路１０Ｂは、制御回路１６Ｂが、調光信号における消灯状態から点灯状態への切替わり、及び、点灯状態から消灯状態への切替わりの際に、電圧変換回路１４から発光部１２へと出力される電圧の変化を滑らかにするための所定のソフト切替制御を伴って電圧変換回路１４を制御する。具体的には、消灯状態から点灯状態への切替わりの際には、制御回路１６Ｂから電圧変換回路１４へ出力される駆動パルスのパルス幅が時間の経過に伴って徐々に広くなるように制御し、点灯状態から消灯状態への切替わりの際には、駆動パルスのパルス幅が時間の経過に伴って徐々に狭くなるように制御する。こうした所定のソフト切替制御によって、電圧変換回路１４から出力される電圧の変化が滑らかになるから、より一層、電圧変換回路１４に生じ得る音鳴きを抑制することができる。

続いて、変形例の発光素子駆動回路１０Ｂの騒音特性の測定結果について説明する。図４は、発光素子駆動回路の騒音特性を測定する測定環境の側面図であり、図５は、同じく測定環境の正面図である。騒音特性の測定は、図４及び図５に示すように、液晶画面とＬＥＤバックライトとを備える液晶ディスプレイ３０に発光素子駆動回路としてのＬＥＤドライバモジュール１００をねじ留めして固定し、このＬＥＤドライバモジュール１００に対して垂直な方向に約１０ｃｍの間隔でマイクロホン４０を設置して行った。なお、ＬＥＤバックライトが点灯した状態で、約１０ｃｍの間隔を保ったままマイクロホン４０をＬＥＤドライバモジュール１００上で移動させ、騒音が最も大きい位置でマイクロホン４０を固定して測定を行っている。その他の測定条件は以下の通りである。

測定場所：無響音室
測定器：Ｐｌｕｓｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ ３５６０Ｄ（ブリュエル・ケアー社製）、Ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ １／２インチ Ｆｒｅｅ−ｆｉｅｌｄ ４１９０（ブリュエル・ケアー社製）。
入力電圧：ＬＥＤドライバモジュールの電源に２４Ｖを印加。ＬＥＤドライバモジュール
内の昇圧降圧回路によりＬＥＤへの電圧を調整して出力。
負荷条件：ＬＥＤバックライトに接続。
調光周波数：１２０Ｈｚ、ＷＦ１９７３（エヌエフ回路設計ブロック社製）から出力。

表１は、従来の発光素子駆動回路（消灯状態において所定電圧を出力せず、消灯状態と点灯状態との切替わりの際に所定のソフト切替制御を伴わない回路）の騒音特性の測定結果を示し、表２は、変形例の発光素子駆動回路１０Ｂの騒音特性の測定結果を示し、表３は、変形例の回路の測定結果から従来の回路の測定結果を減じた値（即ち、変形例の回路によって改善された騒音特性）を示す。それぞれ、測定周波数毎及び調光信号のデューティ比毎の騒音特性（音圧レベル、ｄＢ（Ａ））を示している。また、図６−８は、表１−３をそれぞれグラフ化したものである。

これらの測定結果から明らかなように、測定周波数によってばらつきはあるものの、全体として、従来の発光素子駆動回路と比較して変形例の発光素子駆動回路１０Ｂの騒音特性は低下しており、変形例の発光素子駆動回路１０Ｂによって音鳴きを抑制する効果を確認することができた。

以上説明した一実施形態における発光素子駆動回路１０では、調光信号が消灯状態を示す場合に、発光部１２が点灯する最小電圧よりも低い所定電圧が出力されるように電圧変換回路１４を制御するから、消灯状態と点灯状態との切替わりの際の電圧の変化量が小さくなり、より適切に音鳴きを抑制することができる。さらに、調光信号における消灯状態と点灯状態との切替わりの際に、電圧変換回路１４から発光部１２に出力される電圧の変化を滑らかにするためのソフト切替制御を伴って電圧変換回路１４を制御するから、より一層、音鳴きを抑制することができる。

１０，１０Ｂ 発光素子駆動回路
１２ 発光部
１４ 電圧変換回路
１６ 制御回路
１８ 電流値検出回路
２０ 電圧値検出回路
２２ モード切替回路

Claims (3)

1. 調光機能を有する発光素子駆動回路であって、
   １又は複数の発光素子と、
   入力電圧を昇圧して前記発光素子に出力する電圧変換回路と、
   前記電圧変換回路から前記発光素子に出力される電圧値を検出する電圧値検出回路と、
   前記発光素子に流れる電流値を検出する電流値検出回路と、
   輝度に応じたデューティ比に基づいて前記発光素子の点灯状態と消灯状態とを示す調光信号が入力され、当該調光信号が点灯状態を示す場合には前記電流値検出回路によって検出される前記電流値に基づいて前記発光素子に所定電流が流れるように前記電圧変換回路を制御し、当該調光信号が消灯状態を示す場合には前記電圧値検出回路によって検出される前記電圧値に基づいて前記発光素子が点灯する最小電圧よりも低い所定電圧が前記発光素子に出力されるように前記電圧変換回路を制御する制御回路と、
   を備える発光素子駆動回路。
2. 前記調光信号と、前記電流値検出回路によって検出される前記電流値と、前記電圧値検出回路によって検出される前記電圧値とが入力され、入力される前記調光信号が点灯状態を示す場合には前記電流値を前記制御回路に出力し、入力される前記調光信号が消灯状態を示す場合には前記電圧値を前記制御回路に出力するモード切替回路を備える請求項１記載の発光素子駆動回路。
3. 前記制御回路は、前記調光信号における消灯状態から点灯状態への切替わり、及び／又は、点灯状態から消灯状態への切替わりの際に、前記電圧変換回路から出力される電圧の変化を滑らかにするための所定のソフト切替制御を伴って前記電圧変換回路を制御する請求項１又は２記載の発光素子駆動回路。