JP2017005827A - スイッチングコンバータおよびその制御回路、それを用いた照明装置、電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】CS端子は、駆動電流ILEDまたはインダクタ電流ILの経路上に設けられた検出抵抗RCSの電圧降下に応じた検出電圧VCSを受ける。ADIM端子は、駆動電流ILEDの目標量を指示するアナログ調光電圧VADIMを受ける。係数回路220は、検出電圧VCS、アナログ調光電圧VADIMの少なくとも一方を可変の係数倍し、電流検出信号ISおよび電流設定信号IREFを生成する。パルス変調器201は、電流検出信号ISが電流設定信号IREFに近づくように、デューティ比が調節される駆動パルスSDRVを生成する。ドライバ208は、駆動パルスSDRVに応じてスイッチングトランジスタM1を駆動する。
【選択図】図3
Description
ILED×RCS=g×VADIM
したがって負荷電流ILEDは、アナログ調光電圧VADIMに比例する目標電流量IREFに安定化される。
ILED=IREF=g×VADIM/RCS
ILED’=IOFS+α(g×VDIM/RCS)
IOFSがオフセット誤差を、αはゲイン誤差の影響を示す。
たとえばオフセット誤差IOFSは、エラーアンプ304の入力オフセット電圧の影響を受け、ゲイン誤差αは、アンプ302のゲインや検出抵抗RCSのばらつきの影響を受けうる。図2には、オフセット誤差の影響を受けた駆動電流ILED’が破線で示される。オフセット電流IOFSの影響は、駆動電流ILEDが大きな領域では小さいが、駆動電流ILEDが小さな領域において顕著となる。
ILED=IREF=IMIN+g×VADIM/RCS
ILED=IREF=IMAX−g×VADIM/RCS
これにより、外部の回路が生成すべきアナログ調光電圧の範囲を狭めることができる。
ある態様において第1係数回路は、ゲインが可変の可変ゲインアンプを含んでもよい。
これにより、外部の回路が生成すべきアナログ調光電圧の範囲を狭めることができる。
これにより追加の制御信号ラインを設けなくても、適切な係数を選択できる。
「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、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。
第2係数K2を、図4(b)のゲインgと等しくK2=1/2とする。検出抵抗RCSの抵抗値は、図4(b)の抵抗値Rの2倍(=2R)とする。第1係数K1は、第1モードφ1において第1値(たとえば1)に、第2モードφ2において第2値(たとえば0.5)に設定される。
第2係数K2を、図4(b)のゲインgと等しくK2=1/2とする。検出抵抗RCSの抵抗値は、図4(b)の抵抗値Rと等しい。第1係数K1は、第1モードφ1において第1値(=2)に、第2モードφ2において第2値(=1)に設定される。
設計例1,2において、K2=1としてもよい。第2係数回路224を省略し、第1モードφ1におけるアナログ調光電圧VADIMの可変範囲と、第2モードφ2におけるアナログ調光電圧VADIMの可変範囲を、1〜1.5Vとしてもよい。この場合、第2係数回路224を省略できる。
このスイッチングコンバータ100によれば、駆動電流ILEDの電流範囲に応じて、係数回路220の係数を切りかえることにより、駆動電流ILEDが小さい範囲において、電流検出信号ISと電流設定信号IREFの範囲を高い状態に維持することができ、これにより、オフセット誤差の影響を低減することができる。
図8は、第1変形例に係るスイッチングコンバータ100aの回路図である。補助巻線L2は、インダクタL1と結合されており、トランスT1が形成される。制御回路200のZT端子には、補助巻線L2の電圧VZTが入力される。制御回路200の構成は図7のそれと同様である。
図9は、第2変形例に係るスイッチングコンバータ100bの回路図である。このスイッチングコンバータ100は、図1と同様、昇圧型である。制御回路300は、パルス変調器301、ドライバ308、PWM調光コントローラ310、係数回路320を備える。
実施の形態では、係数回路220(320)において、第1係数K1を可変とし、第2係数K2を固定としたが本発明はそれには限定されない。図10は、第3変形例に係る係数回路220cのブロック図である。この変形例では、第1係数K1は固定され、第2係数K2が可変である。第2係数K2は、制御信号CNTに応じて、複数の値から選択される。第2係数回路224は、図6(a)〜(d)の第1係数回路222と同様に構成できる。
第1係数K1を1とし、検出抵抗RCSの抵抗値を、図4(b)の抵抗値Rの2倍(=2R)とする。第2係数K2は、第1モードφ1において第1値(たとえば1)に、第2モードφ2において第2値(たとえば2)に設定される。
係数回路220(320)において、第1係数K1と第2係数K2を両方、可変としてもよい。たとえばパラメータの設計例1において、第2係数K2を、1/2と1の2値で切りかえれば、図5(a)のように、第1モードφ1におけるアナログ調光電圧VADIMの可変範囲と、第2モードφ2におけるアナログ調光電圧VADIMの可変範囲をオーバーラップさせずに、アナログ調光電圧VADIMに比例した駆動電流を生成できる。
実施の形態では、第2モードφ2の電流範囲が、第1モードφ1の電流範囲の2倍である場合を説明したが、本発明はそれには限定されない。第2モードφ2の電流範囲が、第1モードφ1の電流範囲のβ倍であると一般化することができる。この場合、第1係数K1を可変とする場合、第2モードφ2で使用される第2値は、第1モードφ1で使用される第1値の1/β倍とすればよい。第2係数K2を可変とした場合、第2モードφ2で使用される第2値は、第1モードφ1で使用される第1値のβ倍とすればよい。
実施の形態では、LED光源502がLEDストリングである場合を説明したが、負荷の種類は特に限定されず、本発明は、光源に限らず、そのほかの定電流駆動すべきさまざまな負荷に適用できる。
実施の形態では、いくつかのパラメータの設計例を示したが、例示した以外にも、アナログ調光電圧VADIMの範囲、係数、検出抵抗RCSの組み合わせが存在することは当業者に理解されるところであり、本発明の範囲は、パラメータの組み合わせの観点において限定されるものではない。
本実施の形態において、ロジック回路のハイレベル、ローレベルの論理値の設定は一例であって、インバータなどによって適宜反転させることにより自由に変更することが可能である。
最後に、スイッチングコンバータ100の用途を説明する。図11は、スイッチングコンバータ100を用いた照明装置500のブロック図である。照明装置500は、LED光源502である発光部、スイッチングコンバータ100に加えて、整流回路504、平滑コンデンサ506、マイコン508を備える。整流回路504および平滑コンデンサ506は、商用交流電圧VACを整流平滑化し、直流電圧VDCに変換する。マイコン508は、LED光源502の輝度を指示する制御信号SDIMを生成する。スイッチングコンバータ100は、直流電圧VDCを入力電圧VINとして受け、制御信号SDIMに応じた駆動電流ILEDをLED光源502に供給する。制御信号SDIMは、上述のアナログ調光電圧VADIMおよび調光パルスSPWMINを含む。
Claims (22)
- 光源に駆動電流を供給するスイッチングコンバータの制御回路であって、
前記駆動電流またはインダクタ電流の経路上に設けられた検出抵抗の電圧降下に応じた検出電圧を受ける電流検出端子と、
前記駆動電流の目標量を指示するアナログ調光電圧を受けるアナログ調光端子と、
前記検出電圧、前記アナログ調光電圧の少なくとも一方を可変の係数倍し、電流検出信号および電流設定信号を生成する係数回路と、
前記電流検出信号が前記電流設定信号に近づくように、デューティ比が調節される駆動パルスを生成するパルス変調器と、
前記駆動パルスに応じて前記スイッチングコンバータのスイッチング素子を駆動するドライバと、
を備えることを特徴とする制御回路。 - 前記係数回路は、前記検出電圧を、複数の値から選択可能な第1係数倍し、前記電流検出信号を生成する第1係数回路を含むことを特徴とする請求項1に記載の制御回路。
- 前記第1係数は、少なくとも、前記駆動電流の第1電流範囲において使用される第1値と、前記駆動電流の第2電流範囲において使用される第2値とで切りかえ可能であり、
前記第1電流範囲における前記アナログ調光電圧の可変範囲と、前記第2電流範囲における前記アナログ調光電圧の可変範囲はオーバーラップすることを特徴とする請求項2に記載の制御回路。 - 前記第1係数回路は、分圧比が可変の分圧回路を含むことを特徴とする請求項2または3に記載の制御回路。
- 前記第1係数回路は、ゲインが可変の可変ゲインアンプを含むことを特徴とする請求項2または3に記載の制御回路。
- 前記係数回路は、前記アナログ調光電圧を第2係数倍して前記電流設定信号を生成する第2係数回路をさらに含むことを特徴とする請求項2から5のいずれかに記載の制御回路。
- 前記係数回路は、前記アナログ調光電圧を、複数の値から選択可能な第2係数倍して前記電流設定信号を生成する第2係数回路を含むことを特徴とする請求項1に記載の制御回路。
- 前記第2係数は、少なくとも、前記駆動電流の第1電流範囲において使用される第1値と、前記駆動電流の第2電流範囲において使用される第2値とで切りかえ可能であり、
前記第1電流範囲における前記アナログ調光電圧の可変範囲と、前記第2電流範囲における前記アナログ調光電圧の可変範囲はオーバーラップすることを特徴とする請求項7に記載の制御回路。 - 前記第2係数回路は、分圧比が可変の分圧回路を含むことを特徴とする請求項7または8に記載の制御回路。
- 前記第2係数回路は、ゲインが可変の可変ゲインアンプを含むことを特徴とする請求項7または8に記載の制御回路。
- 前記スイッチングコンバータは、
入力ラインと出力ラインの間に設けられた出力キャパシタと、
前記出力ラインと接地ラインの間に直列に設けられたインダクタ、スイッチングトランジスタおよび前記検出抵抗と、
前記入力ラインにカソードが接続され、前記インダクタと前記スイッチングトランジスタの接続点にアノードが接続されたダイオードと、
を備える降圧型であ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。 - 前記パルス変調器は、
前記電流検出信号と前記電流設定信号を比較し、前記電流検出信号が前記電流設定信号を超えると、リセットパルスをアサートする電流リミットコンパレータと、
前記インダクタに流れる電流が実質的にゼロとなるとセットパルスをアサートするゼロ電流検出回路と、
前記セットパルスおよび前記リセットパルスを受け、前記駆動パルスを生成するロジック回路であって、(i)前記駆動パルスは、前記セットパルスがアサートされると、前記スイッチングトランジスタのオンに対応するオンレベルに遷移し、(ii)前記リセットパルスがアサートされると、前記スイッチングトランジスタのオフに対応するオフレベルに遷移するものである、ロジック回路と、
を含むことを特徴とする請求項11に記載の制御回路。 - 前記パルス変調器は、前記スイッチングトランジスタがターンオンしてから所定時間の経過までをマスク期間とし、前記マスク期間の間、前記リセットパルスのアサートをマスクし、マスク後のリセットパルスを前記ロジック回路に出力するリーディングエッジブランキング回路をさらに含むことを特徴とする請求項12に記載の制御回路。
- 前記スイッチングコンバータは、前記インダクタと前記スイッチングトランジスタの接続点と接地ラインの間に直列に設けられた第1キャパシタおよび第1抵抗をさらに備え、
前記ゼロ電流検出回路は、前記第1抵抗の電位が所定のしきい値電圧がクロスすると、前記セットパルスをアサートすることを特徴とする請求項12または13に記載の制御回路。 - 前記スイッチングコンバータは、前記インダクタと結合された補助巻線をさらに備え、
前記ゼロ電流検出回路は、前記補助巻線の電圧が所定のしきい値電圧とクロスすると、前記セットパルスをアサートすることを特徴とする請求項12または13に記載の制御回路。 - 前記スイッチングコンバータは、
入力ラインと接地ラインの間に直列に設けられたインダクタおよびスイッチングトランジスタと、
一端が出力ラインと接続され、他端が前記インダクタと前記スイッチングトランジスタの接続点に接続された整流素子と、
前記出力ラインと接続された出力キャパシタと、
を備える昇圧型であ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。 - 前記パルス変調器は、
前記電流検出信号と前記電流設定信号の誤差を増幅するエラーアンプと、
前記エラーアンプの出力に応じたデューティ比を有する前記駆動パルスを生成するデューティコントローラと、
を含むことを特徴とする請求項16に記載の制御回路。 - 前記アナログ調光電圧を生成するホストプロセッサからパルス変調調光用の調光パルスを受けるパルス調光端子をさらに備え、
前記調光パルスの振幅にもとづいて、前記係数回路が制御されることを特徴とする請求項1から17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ることを特徴とする請求項1から18のいずれかに記載の制御回路。
- 請求項1から18のいずれかに記載の制御回路を備えることを特徴とするスイッチングコンバータ。
- 直列に接続された複数のLED(発光ダイオード)を含むLED光源と、
商用交流電圧を平滑整流する整流回路と、
前記整流回路により平滑整流された直流電圧を入力電圧として受け、前記LED光源を負荷とするスイッチングコンバータと、
を備え、
前記スイッチングコンバータは、請求項1から18のいずれかに記載の制御回路を備えることを特徴とする照明装置。 - 液晶パネルと、
前記液晶パネルを裏面から照射するバックライトである請求項20に記載の照明装置と、
を備えることを特徴とする電子機器。
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