JP2015195273A - 駆動回路、駆動方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】発光効率が高く、かつ、チャネル間で輝度のばらつきのないＬＥＤの発光を実現する駆動回路を提供する。【解決手段】駆動回路は、駆動部と、発光量検出部と、スイッチング部と、を備える。前記駆動部は、並列に接続された複数の発光部を駆動する。前記発光量検出部は、前記複数の発光部の発光量に係る物理量を検出する。前記スイッチング部は、前記発光量検出部が検出した物理量に基づく発光量に応じて前記駆動部から前記発光部へそれぞれ供給する電流のオン／オフを制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、駆動回路、駆動方法及びプログラムに関する。

ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）は、テレビジョン、パーソナルコンピュータ、照明など様々な分野で光源として利用されている。
非特許文献１には、関連する技術として、１１９個のＬＥＤを駆動する技術が開示されている。

ローム株式会社、"７ｘ１７（Ｍａｘ．）Ｄｏｔ Ｍａｔｒｉｘ ＬＥＤ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｄｒｉｖｅｒ ＢＤ２６５０３ＧＵＬ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｎｏｔｅ ２０１３．０２−Ｒｅｖ．Ａ"、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成２６年３月２８日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://rohmfs.rohm.com/en/products/databook/datasheet/ic/power/led_driver/bd26503gul-e.pdf＞

ところで、非特許文献１に開示された駆動回路に於いて、全てのＬＥＤを点灯させ最大の輝度を得ようとした場合は、瞬間的には複数のチャネルのうち１チャネルのみを駆動する回路であり、チャネル数が増加すると１チャネルの単位時間当たりの発光の割合が低減するため発光効率が低下する。また、一般的に、異なる電流が流れるＬＥＤの輝度は異なるため、同一の電圧を印加されたチャネル間のＬＥＤの輝度は異なる。そのため、発光効率が高く、かつ、チャネル間で輝度のばらつきのないＬＥＤの発光を実現する駆動回路が求められている。

そこでこの発明は、上記の課題を解決することのできる駆動回路、駆動方法及びプログラムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、並列に接続された複数の発光部を駆動する駆動部と、前記複数の発光部の発光量に係る物理量を検出する発光量検出部と、前記発光量検出部が検出した物理量に基づく発光量に応じて前記駆動部から前記発光部へそれぞれ供給する電流のオン／オフを制御するスイッチング部と、を備える駆動回路である。

また本発明は、並列に接続された複数の発光部の発光量に係る物理量を検出し、検出した物理量に基づく発光量に応じて駆動部から前記発光部へそれぞれ供給する電流のオン／オフを制御し、前記複数の発光部を駆動する駆動方法である。

また本発明は、駆動回路のコンピュータを、並列に接続された複数の発光部を駆動する駆動手段と、前記複数の発光部の発光量に係る物理量を検出する発光量検出手段と、前記発光量検出手段によって検出した物理量に基づく発光量に応じて駆動部から発光部へそれぞれ供給する電流のオン／オフを制御するスイッチング手段として機能させるためのプログラムである。

本発明の駆動回路の処理により、発光効率が高く、かつ、チャネル間で輝度のばらつきのないＬＥＤの発光を実現する。

本発明の駆動回路１０の最小構成の一例を示す図である。 本発明の実施形態による駆動回路１０の構成の一例を示す図である。 発光部１０４に供給される電流のオン／オフの期間の一例を示す図である。

＜実施形態＞
図１は、本発明の駆動回路１０の最小構成の一例を示す図である。
この図で示すように、駆動回路１０は、少なくとも、駆動部１０１と、発光量検出部１０２と、スイッチング部１０３とを備える。
駆動回路１０が備える駆動部１０１は、並列に接続された複数の発光部を駆動する。
発光量検出部１０２は、複数の発光部の発光量に係る物理量を検出する。
スイッチング部１０３は、発光量検出部１０２が検出した物理量に基づく発光量に応じて駆動部１０１から発光部へそれぞれ供給する電流のオン／オフを制御する。

図２は、本発明の実施形態による駆動回路１０の構成の一例を示す図である。
本発明の実施形態による駆動回路１０は、図２で示すように、駆動部１０１と、発光量検出部１０２と、スイッチング部１０３と、発光部１０４と、発振器１０５と、加算回路１０６と、アンプ１０７と、ＬＥＤドライバ回路１０８とを備える。

駆動部１０１は、並列に接続された複数の発光部を駆動する。駆動部１０１は、昇降圧回路１０８ａが出力する電圧を発光部１０４に印加し、電流を供給する。
発光量検出部１０２は、発光部１０４が備えるＬＥＤアレイ１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ（複数の発光部）の発光量に係る物理量を検出する。発光量検出部１０２は、抵抗１０２ａと、１０２ｂと、１０２ｃとを備える。抵抗１０２ａ〜１０２ｃは、同一の抵抗値Ｒの抵抗である。

スイッチング部１０３は、発光量検出部１０２が検出した物理量に基づく発光量に応じて駆動部１０１から発光部１０４へそれぞれ供給する電流のオン／オフを制御する。スイッチング部１０３は、発光量検出部１０２が検出した物理量に基づく発光量が小さい程、駆動部１０１から発光部１０４へそれぞれ供給する電流のオンの期間が長くなるように制御する。

発光部１０４は、駆動部１０１を介して印加される電圧に応じて流れる電流に比例した輝度で発光する。発光部１０４は、ＬＥＤアレイ１０４ａと、１０４ｂと、１０４ｃとを備える。ＬＥＤアレイ１０４ａ〜１０４ｃのそれぞれは、複数の直列接続されたＬＥＤを備える。

発振器１０５は、クロック信号を生成する。
加算回路１０６は、抵抗１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃのそれぞれの両端の電圧を加算する。
アンプ１０７は、加算回路１０６が出力する電圧を利得倍した電圧を出力する。発光量検出部１０２が検出した物理量に基づく発光量に応じて利得を可変する。

ＬＥＤドライバ回路１０８は、フィードバック電圧（帰還電圧）ＦＢに基づいて出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。ＬＥＤドライバ回路１０８は、昇降圧回路１０８ａと、電流検出回路１０８ｂとを備える。
昇降圧回路１０８ａは、電流検出回路１０８ｂが検出した電流値に基づいた電圧を出力する。
電流検出回路１０８ｂは、フィードバック電圧ＦＢに基づいて出力電流を検出する。電流検出回路１０８ｂは、検出した電流の電流値を昇降圧回路１０８ａに出力する。

図３は、発光部１０４に供給される電流のオン／オフの期間の一例を示す図である。
スイッチング部１０３は、抵抗１０２ａ〜１０２ｃが検出する電流に応じて、ＦＥＴ１０１ａ〜１０１ｃのゲートをオン／オフする。図３は、スイッチング部１０３がＦＥＴ１０１ａ〜１０１ｃのゲートをオン／オフする期間に一致する。なお、図３における波形は、Ｌｏｗの時に駆動部１０１がオンするＬｏｗアクティブの論理で示されている。
図３の（１）は、発光量検出部１０２が備える抵抗１０２ａ〜１０２ｃが検出した電流の電流値が２番目に大きいＬＥＤアレイ１０４ｃに流れる電流のオン／オフの期間を示している。図３の（２）は、発光量検出部１０２が備える抵抗１０２ａ〜１０２ｃが検出した電流の電流値が最も大きいＬＥＤアレイ１０４ｂに流れる電流のオン／オフの期間を示している。図３の（３）は、発光量検出部１０２が備える抵抗１０２ａ〜１０２ｃが検出した電流の電流値が最も小さいＬＥＤアレイ１０４ａに流れる電流のオン／オフの期間を示している。図３は、ＬＥＤアレイ１０４ａ〜１０４ｃに流れる電流の電流値が最も小さいＬＥＤアレイ１０４を１００パーセントとし、その１００パーセントの輝度と同一になるように、発光量検出部１０２が検出した電流値に応じて他のＬＥＤアレイ１０４に流す電流のオン／オフ期間を決定する。図３では、１周期において各ＬＥＤアレイ１０４を点灯させる期間を矢印で示した。
なお、オン／オフ期間による各ＬＥＤアレイ１０４の輝度の調整は、一定の周波数以上の点滅を人間は感知できず、人間の目がその点滅のオン／オフ比（デューティ比）に比例して輝度の増減を感知することに基づいている。
なお、図３における各デューティ比は、説明の都合上違いが分かり易く示したものであり、各デューティ比の実際の違いはここで示したものよりも小さい場合が多い。

次に、実施形態による駆動回路１０の処理について説明する。なお、ここでは、図２で示した構成の駆動回路１０を例に説明する。また、発光量検出部１０２は、図３で示したオン／オフ期間となる電流値を検出したものとする。

まず、スイッチング部１０３は、発振器１０５が生成するクロック信号を入力する。スイッチング部１０３は、入力したクロック信号のタイミングに基づいて点灯時間を決定したタイミング（ｔ＝０）から所定の期間ＦＥＴ１０１ａ〜１０１ｃの全てをオン状態にする。なお、ここでの所定の期間とは、点灯時間を決定したタイミングから、スイッチング部１０３が以下で示す発光量検出部１０２の検出した電流値を取得後、点灯するＬＥＤアレイ１０４を変更するまでの期間である。スイッチング部１０３は、電流を流すＬＥＤアレイ１０４の数に基づいてアンプ１０７の利得を設定する。例えば、スイッチング部１０３は、電流を流すＬＥＤアレイ１０４の数が３である場合、ＬＥＤアレイ１０４の総数３をその３で割った利得１にアンプ１０７の利得を設定する。また、スイッチング部１０３は、電流を流すＬＥＤアレイ１０４の数が２である場合、ＬＥＤアレイ１０４の総数３をその２で割った利得１．５にアンプ１０７の利得を設定する。また、スイッチング部１０３は、電流を流すＬＥＤアレイ１０４の数が１である場合、ＬＥＤアレイ１０４の総数３をその１で割った利得３にアンプ１０７の利得を設定する。

発光量検出部１０２が備える抵抗１０２ａは、ＬＥＤアレイ１０４ａに流れる電流に比例する電圧ＶｄｅｔＡを検出する。抵抗１０２ｂは、ＬＥＤアレイ１０４ｂに流れる電流に比例する電圧ＶｄｅｔＢを検出する。抵抗１０２ｃは、ＬＥＤアレイ１０４ｃに流れる電流に比例する電圧ＶｄｅｔＣを検出する。抵抗１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃのそれぞれは、設計段階で決定する既知の抵抗値Ｒの抵抗である。そのため、抵抗１０２ａが電圧ＶｄｅｔＡを検出することは、ＬＥＤアレイ１０４ａに流れる電流（ＶｄｅｔＡ÷Ｒ）を検出したこととなる。同様に、抵抗１０２ｂが電圧ＶｄｅｔＢを検出することは、ＬＥＤアレイ１０４ｂに流れる電流（ＶｄｅｔＢ÷Ｒ）を検出したこととなる。また、抵抗１０２ｃが電圧ＶｄｅｔＣを検出することは、ＬＥＤアレイ１０４ｃに流れる電流（ＶｄｅｔＣ÷Ｒ）を検出したこととなる。

スイッチング部１０３は、抵抗１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃのそれぞれが検出した電圧ＶｄｅｔＡ、ＶｄｅｔＢ、ＶｄｅｔＣのそれぞれを取得する。スイッチング部１０３は、電圧ＶｄｅｔＡ、ＶｄｅｔＢ、ＶｄｅｔＣのうち最も低い電圧に対応するＬＥＤアレイ１０４に流す電流のオン期間を１００パーセント（単位時間当たりの全期間）として、各ＬＥＤアレイ１０４の輝度が同一になるようにオン／オフ期間を決定する。

例えば、電圧としてＶｄｅｔＢが最も高く、ＶｄｅｔＣが２番目に高く、ＶｄｅｔＡが最も低い場合、スイッチング部１０３は、最も低い電圧（ＶｄｅｔＡ）÷ＶｄｅｔＡ＝１００［パーセント］（例えば、図３における１周期）の期間でＬＥＤアレイ１０４ａに電流が流れるようにＦＥＴ１０１ａのゲートをオン状態にする。また、スイッチング部１０３は図３におけるｔ＝０を起点とした１周期のうち、最も低い電圧（ＶｄｅｔＡ）÷ＶｄｅｔＢ［パーセント］の期間でＬＥＤアレイ１０４ｂに電流が流れるようにＦＥＴ１０１ｂのゲートをオン状態にする。また、スイッチング部１０３は図３におけるｔ＝０を起点とした１周期のうち、最も低い電圧値（ＶｄｅｔＡ）÷ＶｄｅｔＣ［パーセント］の期間でＬＥＤアレイ１０４ｃに電流が流れるようにＦＥＴ１０１ｃのゲートをオン状態にする。
なお、図３で示す1周期において、ＬＥＤアレイ１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃの３つが点灯する期間を期間１と呼ぶ。また、図３で示す1周期において、ＬＥＤアレイ１０４ａと１０４ｃの２つが点灯する期間を期間２と呼ぶ。また、図３で示す１周期において、ＬＥＤアレイ１０４ａの１つが点灯する期間を期間３と呼ぶ。

加算回路１０６は、期間１、期間２、期間３のそれぞれの期間に応じた電圧ＶｄｅｔＡ、ＶｄｅｔＢ、ＶｄｅｔＣを加算する。例えば、加算回路１０６は、期間１には電圧ＶｄｅｔＡと、ＶｄｅｔＢと、ＶｄｅｔＣとを加算し、ＶｄｅｔＡ＋ＶｄｅｔＢ＋ＶｄｅｔＣの電圧を出力する。また、加算回路１０６は、期間２には電圧ＶｄｅｔＡと、ＶｄｅｔＣとを加算し、ＶｄｅｔＡ＋ＶｄｅｔＣの電圧を出力する。また、加算回路１０６は、期間３には電圧ＶｄｅｔＡのみを加算し、ＶｄｅｔＡの電圧を出力する。

アンプ１０７は、加算回路１０６が出力する電圧にスイッチング部１０３により設定される利得を乗じた電圧を出力する。このとき、スイッチング部１０３は、電流を流すＬＥＤアレイ１０４の数でＬＥＤアレイ１０４の総数を割った利得にアンプ１０７の利得を設定する。例えば、アンプ１０７は、期間１では、（電圧ＶｄｅｔＡ＋ＶｄｅｔＢ＋ＶｄｅｔＣ）×（利得１）＝ＶｄｅｔＡ＋ＶｄｅｔＢ＋ＶｄｅｔＣの電圧を出力する。また、アンプ１０７は、期間２では、（電圧ＶｄｅｔＡ＋ＶｄｅｔＣ）×（利得１．５）＝１．５×（ＶｄｅｔＡ＋ＶｄｅｔＣ）の電圧を出力する。また、アンプ１０７は、期間３では、（電圧ＶｄｅｔＡ）×（利得３）＝３×ＶｄｅｔＡの電圧を出力する。
なお、上述したように、図３における各デューティ比は、説明の都合上違いが分かり易く示したものであり、各デューティ比の実際の差異は小さい場合が多い。スイッチング部１０３が電流を流すＬＥＤアレイ１０４の数に基づいてアンプ１０７の利得を設定するのは、電流を流すＬＥＤアレイ１０４の数に応じた適切なフィードバック電圧ＦＢにするためである。その結果、ＬＥＤドライバ回路１０８におけるフィードバック制御により電流検出回路１０８ｂは出力電流を一定にするように動作する。また、昇降圧回路１０８ａは出力電流を一定にするように動作する。このようにすることで、電流を流すＬＥＤアレイ１０４の数が変化した場合にも各ＬＥＤアレイ１０４に適切な電流を流すことができる。

電流検出回路１０８ｂは、アンプ１０７が出力するフィードバック電圧ＦＢに基づき出力電流を検出する。電流検出回路１０８ｂは、検出した電流に１対１で対応した電流を生成する。例えば、電流検出回路１０８ｂは、検出した電流に正比例した電流を出力する。
昇降圧回路１０８ａは、電流検出回路１０８ｂが出力する電流を入力する。昇降圧回路１０８ａは、入力した電流をインダクタなどの素子を用いて所定の電圧に昇圧または降圧して電圧を出力する。

なお、電流検出回路１０８ｂは、検出した電流に１対１で対応した電圧を生成する回路であってもよい。例えば、電流検出回路１０８ｂは、検出した電流に正比例した電圧を出力してもよい。その場合、昇降圧回路１０８ａは、電流検出回路１０８ｂが出力する電圧を入力する。昇降圧回路１０８ａは、入力した電圧をチャージポンプ回路などを用いて所定の電圧に昇圧または降圧して電圧を出力する回路であればよい。
なお、ＬＥＤドライバ回路１０８は、一般的なＬＥＤドライバ回路ＩＣなどを用いてもよい。

その後、スイッチング部１０３は、上述のように決定した期間１、期間２、期間３の切り替わりタイミングを繰り返す。すなわち、スイッチング部１０３は、期間１、期間２、期間３の切り替わりタイミング毎にＦＥＴ１０１ａ〜１０１ｃのゲートをオン／オフし、発光部１０４に流れる電流を制御する（ステップＳ１）。発光量検出部１０２は、発光部１０４に流れる電流に基づく電圧を検出する（ステップＳ２）。加算回路１０６は、発光量検出部１０２が検出した電圧を加算する（ステップＳ３）。アンプ１０７は、加算回路１０６が加算した電圧にスイッチング部１０３により設定される利得を乗じた電圧を出力する（ステップＳ４）。ＬＥＤドライバ回路１０８は、アンプ１０７が出力する電圧をフィードバック電圧として入力する（ステップＳ５）。ＬＥＤドライバ回路１０８は、フィードバック電圧ＦＢに基づいた電圧Ｖｏｕｔを出力する。
なお、スイッチング部１０３が所定のタイミングｔ＝０で点灯時間を決定する処理は、最初に一度行うものであってもよいし、所定の時間に繰り返すものであってもよい。

なお、上述の駆動回路１０は、一例であり、ＦＥＴ１０１の数、発光部１０４が備えるＬＥＤアレイ１０４の数、発光量検出部１０２の数などはここで示した例に限定するものではない。例えば、ＦＥＴ１０１、ＬＥＤアレイ１０４、発光量検出部１０２のそれぞれは、２つずつであってもよいし、４つ以上であってもよい。
なお、一般的にＬＥＤは、ＬＥＤに流れる電流が同一である場合、ほぼ同一の輝度であるとみなすことができる。上述の駆動回路１０は、直列接続された複数のＬＥＤ間の電圧対電流特性のばらつきを補正するものではない。

以上、実施形態による駆動回路１０について説明した。駆動回路１０は、駆動部１０１と、発光量検出部１０２と、スイッチング部１０３と、を備える。駆動部１０１は、並列に接続された複数の発光部１０４を駆動する。発光量検出部１０２は、複数の発光部１０４の発光量に係る物理量である電流を電圧として検出する。スイッチング部１０３は、発光量検出部１０２が検出した電流に基づく発光量に応じて駆動部１０１から発光部１０４へそれぞれ供給する電流のオン／オフを制御する。スイッチング部１０３は、発光量検出部１０２が検出した電流に基づく発光量が小さい程、駆動部１０１から発光部１０４へそれぞれ供給する電流のオンの期間が長くなるように制御する。このようにすることで、実施形態による駆動回路１０は、発光効率が高く、かつ、チャネル間で輝度のばらつきのないＬＥＤの発光を実現することができる。
また、スイッチング部１０３は、発光させるＬＥＤアレイ１０４の数に応じてアンプ１０７の利得を可変させる。このようにすることで、駆動回路１０が備えるアンプ１０７は、発光させるＬＥＤアレイ１０４の数に応じた適切なフィードバック電圧ＦＢを生成することができる。その結果、電流を流すＬＥＤアレイ１０４の数が変化した場合にも各ＬＥＤアレイ１０４に適切な電流を流すことができる。
また、実施形態による駆動回路１０においてＬＥＤドライバ回路１０８は、一般的なＬＥＤドライバ回路を用いてもよい。このようにすることで、新規回路の設計を省くことができ早期製品開発を実現することができる。

なお本発明の実施形態について説明したが、上述の駆動回路１０は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

１０・・・駆動回路
１０１・・・駆動部
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ・・・ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）
１０２・・・発光量検出部
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・抵抗
１０３・・・スイッチング部
１０４・・・発光部
１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ・・・ＬＥＤアレイ
１０５・・・発振器
１０６・・・加算回路
１０７・・・アンプ
１０８・・・ＬＥＤドライバ回路
１０８ａ・・・昇降圧回路
１０８ｂ・・・電流検出回路

Claims (7)

1. 並列に接続された複数の発光部を駆動する駆動部と、
   前記複数の発光部の発光量に係る物理量を検出する発光量検出部と、
   前記発光量検出部が検出した物理量に基づく発光量に応じて前記駆動部から前記発光部へそれぞれ供給する電流のオン／オフを制御するスイッチング部と、
   を備える駆動回路。
2. 前記スイッチング部は、前記発光量検出部が検出した物理量に基づく発光量が小さい程、前記駆動部から前記発光部へそれぞれ供給する電流のオンの期間が長くなるように制御する
   請求項１に記載の駆動回路。
3. 前記スイッチング部は、前記発光量検出部が検出した物理量に基づく発光量が最も小さい発光部を特定し、前記発光量が最も小さい発光部の単位時間当たりの発光時間と、前記発光量が最も小さい発光部の発光量を他の発光部の発光量で除算した値とを乗算して算出した発光時間を、前記他の発光部の単位時間当たりの発光時間とする
   請求項１または請求項２に記載の駆動回路。
4. 帰還電圧に基づいて出力電圧を決定する昇降圧回路
   を備える請求項１から請求項３の何れか一項に記載の駆動回路。
5. 前記昇降圧回路は、前記駆動部が駆動する発光部の並列数に応じた昇降圧電圧を出力する
   請求項４に記載の駆動回路。
6. 並列に接続された複数の発光部の発光量に係る物理量を検出し、
   検出した物理量に基づく発光量に応じて駆動部から前記発光部へそれぞれ供給する電流のオン／オフを制御し、
   前記複数の発光部を駆動する駆動方法。
7. 駆動回路のコンピュータを、
   並列に接続された複数の発光部を駆動する駆動手段と、
   前記複数の発光部の発光量に係る物理量を検出する発光量検出手段と、
   前記発光量検出手段によって検出した物理量に基づく発光量に応じて駆動部から発光部へそれぞれ供給する電流のオン／オフを制御するスイッチング手段
   として機能させるためのプログラム。

Images