JP2023043322A - 発光素子駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】発光素子を駆動する定電流回路に流れる電流を直接的にモニタ可能とする発光素子駆動装置を提供する。【解決手段】発光素子駆動装置(20)は、定電流回路(121)と、電流検出部(130)と、を備え、前記定電流回路は、外部端子(LED1~4)に接続される第1端と、第2端と、制御端と、を含む第1トランジスタ(M1)と、前記第1トランジスタの前記第2端に接続される電流設定抵抗(R)と、前記第1トランジスタと前記電流設定抵抗とが接続される第1ノード(N1)に接続される第1入力端と、電流設定電圧(VA)が印加される第2入力端と、前記第1トランジスタの前記制御端に接続される出力端と、を含む駆動アンプ(121A)と、を有し、前記電流検出部は、前記第1ノードに生じる帰還電圧(Vfb)に基づいて電流検出信号(Vdet)を生成する。【選択図】図2
Description
本開示は、発光素子駆動装置に関する。
従来、発光素子の一例として、LED(light emitting diode;発光ダイオード)が知られ、消費電力が小さく寿命の長いLEDが様々な用途に用いられる。LEDを駆動するLED駆動装置の従来例は、特許文献1に開示されている。
特許文献1のLED駆動装置は、LEDのカソードが接続可能に構成されるLED端子と、当該LED端子に接続される定電流ドライバと、を備える。定電流ドライバにより、LEDに定電流としてのLED電流が流れる。
また、特許文献1のLED駆動装置には、LED端子の電圧に基づき、LED端子のオープン、地絡などの異常を検出する機能が備えられる。
昨今、上記のようなLED駆動装置において、定電流ドライバに設定された電流が正常に流れているかをモニタ可能にする要望がある。上記特許文献1のLED駆動装置では、上記のような異常検出機能が設けられるが、LED端子の電圧に基づき擬似的に定電流ドライバに流れる電流の状態を検出しており、定電流ドライバに流れる電流を直接的にモニタ可能とはしていなかった。
上記状況に鑑み、本開示は、発光素子を駆動する定電流回路に流れる電流を直接的にモニタ可能とする発光素子駆動装置を提供することを目的とする。
例えば、本開示に係る発光素子駆動装置は、発光素子の第1端に接続可能に構成される外部端子と、
前記外部端子に接続される定電流回路と、
前記定電流回路に流れる電流を検出可能に構成される電流検出部と、
を備え、
前記定電流回路は、
前記外部端子に接続される第1端と、第2端と、制御端と、を含む第1トランジスタと、
前記第1トランジスタの前記第2端に接続される電流設定抵抗と、
前記第1トランジスタと前記電流設定抵抗とが接続される第1ノードに接続される第1入力端と、電流設定電圧が印加される第2入力端と、前記第1トランジスタの前記制御端に接続される出力端と、を含む駆動アンプと、
を有し、
前記電流検出部は、前記第1ノードに生じる帰還電圧に基づいて前記発光素子に流れる電流を電圧信号に変換し、電流検出信号を生成する構成としている。
前記外部端子に接続される定電流回路と、
前記定電流回路に流れる電流を検出可能に構成される電流検出部と、
を備え、
前記定電流回路は、
前記外部端子に接続される第1端と、第2端と、制御端と、を含む第1トランジスタと、
前記第1トランジスタの前記第2端に接続される電流設定抵抗と、
前記第1トランジスタと前記電流設定抵抗とが接続される第1ノードに接続される第1入力端と、電流設定電圧が印加される第2入力端と、前記第1トランジスタの前記制御端に接続される出力端と、を含む駆動アンプと、
を有し、
前記電流検出部は、前記第1ノードに生じる帰還電圧に基づいて前記発光素子に流れる電流を電圧信号に変換し、電流検出信号を生成する構成としている。
本開示に係る発光素子駆動装置によれば、発光素子を駆動する定電流回路に流れる電流を直接的にモニタ可能となる。
<1.LED駆動装置の構成>
図1は、例示的な実施形態に係るLED駆動装置20の構成を示す図である。図1に示すLED駆動装置20は、複数系統(本実施例では一例として4系統)のLEDアレイ31~34を駆動する。
図1は、例示的な実施形態に係るLED駆動装置20の構成を示す図である。図1に示すLED駆動装置20は、複数系統(本実施例では一例として4系統)のLEDアレイ31~34を駆動する。
LED駆動装置20は、内部電圧生成部1と、発振部2と、スロープ生成部3と、PWM(Pulse Width Modulation)コンパレータ4と、DC/DC制御ロジック部5と、ドライバ6と、エラーアンプ7と、セレクタ8と、基準電圧生成部9と、保護回路部10と、LED電流設定部11と、定電流ドライバ12と、電流モニタ部13と、を集積化して備える半導体装置である。
また、LED駆動装置20は、外部との電気的接続を確立するための外部端子として、VCC端子、OUTL端子、CSL端子、LED1端子~LED4端子、OVP端子、GND端子、ISET端子、FAIL端子、および、COMP端子を有する。
LED駆動装置20の外部には、入力電圧Vinから出力電圧VoutをDC/DC変換により生成してLEDアレイ31~34のアノードに供給するための出力段25が配置される。出力段25は、スイッチング素子SWと、ダイオードD1と、インダクタL1と、出力コンデンサCoと、を有する。スイッチング素子SWがLED駆動装置20により駆動制御されることにより、出力段25はLED駆動装置20により制御される。出力段25とLED駆動装置20とにより、DC/DCコンバータが形成される。なお、本実施形態では、特にDC/DCコンバータとして、昇圧DC/DCコンバータが構成される。
入力電圧Vinの印加端は、インダクタL1の一端に接続される。インダクタL1の他端は、ダイオードD1のアノードおよびnチャネルMOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)で構成されるスイッチング素子SWのドレインに接続される。スイッチング素子SWのソースは、電流検出抵抗Rcslを介して接地端に接続される。スイッチング素子SWのゲートは、OUTL端子に接続される。ダイオードD1のカソードは、出力コンデンサCoの一端に接続される。出力コンデンサCoの他端は、接地端に接続される。出力コンデンサCoの一端に出力電圧Voutが生成される。
なお、スイッチング素子SWは、LED駆動装置20に含めるようにしてもよい。
出力電圧Voutが発生する出力コンデンサCoの一端には、LEDアレイ31~34の各アノードが接続される。LEDアレイ31~34は、それぞれ直列に接続された複数のLEDから構成される。LEDアレイ31~34の各カソードは、それぞれLED1端子~LED4端子に接続される。
なお、LEDアレイ31~34は、それぞれ直列接続に限らず、例えば直並列に接続されたLEDから構成されてもよいし、1つのみのLEDから構成されてもよい。また、駆動可能なLEDアレイの個数(系統数)も4つに限らず、例えば6つ等でもよい。なお、駆動可能なLEDの系統は、1つでもよい。
次に、LED駆動装置20の内部構成に関して説明する。
内部電圧生成部1は、VCC端子に印加される電源電圧Vccから内部電圧Vreg(例えば5V)を生成して出力する。内部電圧Vregは、LED駆動装置20に含まれる内部回路の電源電圧として使用される。なお、内部電圧Vregは、外部端子であるREG端子から外部へ出力可能としてもよい。
発振部2は、所定のクロック信号を生成し、これをスロープ生成部3に出力する。
スロープ生成部3は、発振部2から入力されるクロック信号に基づいて、スロープ信号(三角波信号)Vslpを生成し、これをPWMコンパレータ4に出力する。また、スロープ生成部3は、スイッチング素子SWに流れる電流を電流検出抵抗Rcslにより変換したCSL端子電圧に応じて、スロープ信号Vslpにオフセットを与える機能を有する。
PWMコンパレータ4は、非反転入力端(+)に入力される誤差信号Verrと、反転入力端(-)に入力されるスロープ信号Vslpとを比較して内部PWM信号pwmを生成し、これをDC/DC制御ロジック部5に出力する。
DC/DC制御ロジック部5は、内部PWM信号pwmに基づいてドライバ6の駆動信号を生成する。
ドライバ6は、DC/DC制御ロジック部5から入力される駆動信号に基づいてスイッチング素子SWのゲート電圧を内部電圧Vregと接地電圧との間でパルス状に生成する。
スイッチング素子SWは、ドライバ6から入力されるゲート電圧に基づいてオン/オフされる。
LED1端子~LED4端子には、それぞれLEDアレイ31~34の各カソード電圧としてLED端子電圧Vled1~Vled4が印加される。セレクタ8は、LED端子電圧Vled1~Vled4のうち最低電圧を選択してエラーアンプ7の反転入力端(-)に出力する。
エラーアンプ7の非反転入力端(+)には、基準電圧生成部9により生成される基準電圧Vrefが印加される。エラーアンプ7は、反転入力端(-)に印加される最低電圧と、基準電圧Vrefとの差分に応じたエラーアンプ出力電流(ソース電流またはシンク電流)を出力する。
エラーアンプ7の出力端は、COMP端子に接続される。COMP端子は、外部において直列接続される位相補償抵抗RpcとコンデンサCpcを介して接地端に接続される。COMP端子に誤差電圧Verrが生成される。誤差電圧Verrは、PWMコンパレータ4の非反転入力端(+)に印加される。
保護回路部10は、TSD部と、OCP部と、OVP部と、LEDオープン検出回路(OPEN)と、LEDショート検出回路(SHORT)と、出力短絡保護回路(SCP)と、UVLO部と、を含む。
TSD部は、LED駆動装置20のジャンクション温度が例えば175℃以上となったときに、DC/DC制御ロジック部5にDC/DCスイッチングのオフを指令するとともに、定電流ドライバ12にすべてのLED系統のオフを指令する。なお、TSD部は、LED駆動装置20のジャンクション温度が例えば150℃となったときに、回路動作を復帰させる。
OCP部は、スイッチング素子SWに流れる電流を電流検出抵抗Rcslにより電圧信号として検出したCSL端子電圧(入力電流検出電圧)を監視し、CSL端子電圧が例えば0.3V以上となったときに過電流保護をかける。OCP部は、過電流保護をかける際、DC/DC制御ロジック部5にDC/DCスイッチングのオフを指令する。
OVP部は、OVP端子電圧を監視し、OVP端子電圧が例えば1.21V以上となったときに過電圧保護をかける。過電圧保護をかける際、DC/DC制御ロジック部5にDC/DCスイッチングのオフを指令する。
LEDオープン検出回路(OPEN)は、LED1端子~LED4端子のオープン異常を検出する。LEDオープン検出回路では、後述する電流モニタ部13により過小電流状態が検出されており、かつ、OVP端子電圧が例えば1.21V以上のときに、LEDオープン検出がかかり、オープン検出されたLEDアレイのみラッチオフされる(定電流ドライバ12における対応する系統の定電流回路121がオフとされる)。
LEDショート検出回路(SHORT)では、LED端子電圧Vled1~Vled4のいずれかが例えば5.0V以上のときに、内蔵されているカウンタ動作が開始され、約3.56ms経過後にラッチがかかり、ショート検出されたLEDアレイのみラッチオフされる(定電流ドライバ12における対応する系統の定電流回路121がオフとされる)。
出力短絡保護回路(SCP)では、OVP端子電圧が例えば0.1V以下となったとき、内蔵されているカウンタ動作が開始され、約3.56ms経過後にラッチがかかり、DC/DC制御ロジック部5にDC/DCスイッチングのオフを指令するとともに、定電流ドライバ12にすべてのLED系統のオフを指令する。これにより、出力短絡保護回路は、LEDアレイ31~34のアノード側(DC/DC出力端側)が地絡したときに保護をかけることができる。
また、出力短絡保護回路では、後述する電流モニタ部13により電流過小異常が検出されており、かつ、OVP端子電圧が例えば1.21Vより低いときに、内蔵されているカウンタ動作が開始され、約3.56ms経過後にラッチがかかり、DC/DC制御ロジック部5にDC/DCスイッチングのオフを指令するとともに、定電流ドライバ12にすべてのLED系統のオフを指令する。これにより、出力短絡保護回路は、LEDアレイ31~34のカソード側が地絡したときに保護をかけることができる。
UVLO部は、電源電圧Vccが例えば4.1V以下になったとき、または、内部電圧Vregが例えば4.0V以下になったときに、DC/DC制御ロジック部5にDC/DCスイッチングのオフを指令するとともに、定電流ドライバ12にすべてのLED系統のオフを指令する。
保護回路部10は、LEDオープン検出回路、LEDショート検出回路、および出力短絡保護回路(SCP)の異常検出状態に基づき、FAIL端子から外部へ異常検出信号を出力する。FAIL端子は、オープンドレイン構成としている。
LED電流設定部11は、ISET端子(電流設定端子)に外部接続されるLED電流設定抵抗Risetの抵抗値に応じた定電流値を定電流ドライバ12に設定する。なお、LED電流設定部11の具体的な構成については、後述する。
定電流ドライバ12は、LED1端子~LED4端子の各端子と、接地端に接続されるGND端子との間に配置される4系統分の定電流回路121を有する。定電流回路121により、LED電流設定部11により設定された定電流値のLED電流ILEDが対応する系統のLEDアレイ31~34を流れる。なお、後述するように、LED電流設定部11により設定される定電流値を可変とすることで、LEDのDC調光を行うことができる。また、PWM調光信号に基づき定電流回路121のオンオフを制御するPWM調光の機能を設けてもよい。
電流モニタ部13は、各系統の定電流回路121に流れる電流をモニタする回路であり、モニタした結果を保護回路部10に出力する。なお、定電流回路121および電流モニタ部13の具体的な構成については、後述する。
<2.DC/DCコントローラ>
次に、LED駆動装置20に備えられるDC/DCコントローラ201(発振部2、スロープ生成部3、PWMコンパレータ4、DC/DC制御ロジック部5、ドライバ6、およびエラーアンプ7を含む回路ブロック)について詳述する。
次に、LED駆動装置20に備えられるDC/DCコントローラ201(発振部2、スロープ生成部3、PWMコンパレータ4、DC/DC制御ロジック部5、ドライバ6、およびエラーアンプ7を含む回路ブロック)について詳述する。
エラーアンプ7は、セレクタ8により選択されたLED端子電圧Vled1~Vled4の最低値と、基準電圧Vrefとの差分に応じて、エラーアンプ出力電流を生成する。エラーアンプ出力電流は、上記低い方の電圧が基準電圧Vrefより低い場合はソース電流となり、上記低い方の電圧が基準電圧Vrefより高い場合はシンク電流となる。
PWMコンパレータ4は、誤差電圧Verrとスロープ信号Vslpとを比較して内部PWM信号pwmを生成する。内部PWM信号pwmは、誤差電圧Verrがスロープ信号Vslpよりも高ければハイレベルとなり、誤差電圧Verrがスロープ信号Vslpよりも低ければローレベルとなる。
制御ロジック部5は、内部PWM信号pwmに基づいてスイッチング素子SWのオン/オフ制御を行う。具体的に述べると、制御ロジック部5は、内部PWM信号pwmがハイレベルであるときに、スイッチング素子SWをオンとする。逆に、制御ロジック部5は、内部PWM信号pwmがローレベルであるときに、スイッチング素子SWをオフとする。
これにより、エラーアンプ7、PWMコンパレータ4、制御ロジック部5、およびドライバ6からなる帰還制御部は、LED端子電圧Vled1~Vled4の最低値を基準電圧Vrefと一致させるべくスイッチングパルスをOUTL端子からスイッチング素子SWへ出力する帰還制御を行う。すなわち、DC/DCコントローラ201は、上記帰還制御部を有する。
スイッチング素子SWがオンされると、入力電圧Vinの印加端からスイッチング素子SWを介して接地端に至る経路で電流が流れ、インダクタL1にエネルギが蓄えられる。このとき、ダイオードD1は逆バイアス状態となっているので、出力コンデンサCoからスイッチング素子SWに向けて電流が流れ込むことはない。出力コンデンサCoに電荷が蓄積されていた場合には、LEDアレイ31~34のアノードに対して、出力コンデンサCoからLED電流ILEDが流れることになる。
スイッチング素子SWがオフされると、インダクタL1に蓄えられたエネルギが開放され、電流がLED電流ILEDとしてLEDアレイ31~34に流れ込むとともに、出力コンデンサCoにも流れ込み、出力コンデンサCoを充電することになる。
上記の動作が繰り返されることにより、LEDアレイ31~34のアノードには、入力電圧Vinを昇圧して得られた出力電圧Voutが供給される。このとき、順方向電圧が最大となる系統のLEDアレイのカソード電圧が基準電圧Vrefに制御され、それ以外の系統のLEDアレイのカソード電圧は、基準電圧Vef以上の電圧に制御される。
<3.電流モニタ部の第1実施形態>
次に、定電流回路121および電流モニタ部13について、より具体的に説明する。図2は、定電流回路121および電流モニタ部13の構成例を示す回路図である。図2に示す電流モニタ部13は、第1実施形態に係る電流モニタ部13である。なお、図2には、LED電流設定部11の構成もあわせて示す。
次に、定電流回路121および電流モニタ部13について、より具体的に説明する。図2は、定電流回路121および電流モニタ部13の構成例を示す回路図である。図2に示す電流モニタ部13は、第1実施形態に係る電流モニタ部13である。なお、図2には、LED電流設定部11の構成もあわせて示す。
図2の構成は、1系統分のLEDに対応する構成を代表的に示しており、実際には設けられるLEDの系統分(図1の例では4系統分)だけ図2の構成が設けられる。ただし、LED電流設定部11および後述する分圧抵抗RA,RB,RCは、LEDの系統間で共通化してもよい。
図2に示すように、定電流回路121は、駆動アンプ(エラーアンプ)121Aと、トランジスタM1と、電流設定抵抗Rと、を有している。駆動アンプ121Aの非反転入力端(+)には、電流設定基準電圧VAが印加される。駆動アンプ121Aの出力端は、NMOSトランジスタ(NチャネルMOSFET)により構成されるトランジスタM1のゲートに接続される。トランジスタM1のドレインは、LED端子(LED1端子~LED4端子のいずれか)に接続される。トランジスタM1のソースは、電流設定抵抗Rの一端にノードN1にて接続される。電流設定抵抗Rの他端は、接地端に接続される。ノードN1は、駆動アンプ121Aの反転入力端(-)に接続される。
駆動アンプ121Aは、電流設定基準電圧VAとノードN1に生じる帰還電圧Vfbとの誤差を増幅してトランジスタM1のゲートに出力する。これにより、帰還電圧Vfb=電流設定基準電圧VAとなるように制御される。
図2に示すように、電流モニタ部13は、電流検出部130を有する。電流検出部130は、トランジスタM1に流れる電流Im1を検出可能に構成される。
電流検出部130は、トランジスタM2と、カレントミラー131と、I-V変換(電流電圧変換)抵抗R3と、を有する。NMOSトランジスタにより構成されるトランジスタM2のゲートは、駆動アンプ121Aの出力端に接続される。トランジスタM2のソースは、ノードN1に接続される。トランジスタM2のドレインは、カレントミラー131の入力端に接続される。カレントミラー131の出力端は、I-V変換抵抗R3の一端に接続される。I-V変換抵抗R3の他端は、接地端に接続される。
定電流回路121においては、ノードN1に生じる帰還電圧Vfbと電流設定抵抗Rにより、電流設定抵抗Rには、Ir=Vfb/Rの電流Irが流れる。電流Irは、トランジスタM1に流れる電流Im1と、トランジスタM2に流れる電流Im2とが合成された電流となる。なお、正常状態の場合であれば、Im1=LED電流ILEDとなる。
トランジスタM1とトランジスタM2のサイズ比をM1:M2とすれば、電流Im1,Im2はそれぞれ次のように表される。
Im1=Ir×(M1/(M1+M2))=(Vfb/R)×(M1/(M1+M2))
Im2=Ir×(M2/(M1+M2))=(Vfb/R)×(M2/(M1+M2))
Im1=Ir×(M1/(M1+M2))=(Vfb/R)×(M1/(M1+M2))
Im2=Ir×(M2/(M1+M2))=(Vfb/R)×(M2/(M1+M2))
カレントミラー131からI-V変換抵抗R3に向けて出力される出力電流I131は、I131=Im2である。従って、出力電流I131をI-V変換抵抗R3によりI-V変換して得られる電流検出信号Vdetは、次のように表される。
Vdet=I131×R3=Im2×R3=(Vfb/R)×(M2/(M1+M2))×R3
Vdet=I131×R3=Im2×R3=(Vfb/R)×(M2/(M1+M2))×R3
すなわち、トランジスタM1に流れる電流Im1を、帰還電圧Vfbに基づくトランジスタM2に流れる電流Im2によって検出し、電流Im2をカレントミラー131とI-V変換抵抗R3によりI-V変換して電流検出信号Vdetが得られるため、電流検出信号Vdetによって、定電流回路121を流れる電流Im1を直接的にモニタしていることになる。なお、トランジスタM2のサイズをトランジスタM1のサイズよりも小さくすることで、電流Im2を小さくすることができる。
電流設定基準電圧VAは、LED電流設定部11により生成される。LED電流設定部11は、エラーアンプ11Aと、トランジスタ11Bと、カレントミラー11Cと、抵抗R1,R2と、を有している。
エラーアンプ11Aの非反転入力端(+)には、基準電圧αVrefが印加される。なお、基準電圧αVrefは可変である。エラーアンプ11Aの出力端は、NMOSトランジスタにより構成されるトランジスタ11Bのゲートに接続される。トランジスタ11Bのソースは、抵抗R1の一端にノードN2にて接続される。抵抗R1の他端は、接地端に接続される。ノードN2は、エラーアンプ11Aの反転入力端(-)に接続される。
トランジスタ11Bのドレインは、カレントミラー11Cの入力端に接続される。カレントミラー11Cの出力端は、抵抗R2の一端に接続される。抵抗R2の他端は、接地端に接続される。
ノードN2に生じる帰還電圧V1=αVrefとなるように制御される。これにより、抵抗R1に流れる電流I1=V1/R1=αVref/R1となる。カレントミラー11Cから抵抗R2に向けて出力される電流I2=I1であるため、電流I2を抵抗R2によってI-V変換して得られる電流設定基準電圧VAは、次のように表される。
VA=I2×R2=I1×R2=(αVref/R1)×R2
VA=I2×R2=I1×R2=(αVref/R1)×R2
定電流回路121において、帰還電圧Vfb=VAとなるように制御されるため、トランジスタM1に流れる電流Im1は次のように表される。
Im1=(VA/R)×(M1/(M1+M2))
Im1=(VA/R)×(M1/(M1+M2))
基準電圧αVrefを可変とすることにより、電流設定基準電圧VAが可変となり、電流Im1、すなわちLED電流ILEDを可変とすることができ、LEDのDC調光が可能となる。また、抵抗R1は、先述したISET端子に外部接続されるLED電流設定抵抗Riset(図1)に相当する。従って、LED電流設定抵抗Risetにより、電流設定基準電圧VAの値を設定できる。また、抵抗R2をトリミングすることにより、基準電圧αVrefがばらついても、電流設定基準電圧VAを所望値に設定できる。
帰還電圧Vfb=VAとなるように制御されるため、電流検出信号Vdetは、次のように表される。
Vdet=(Vfb/R)×(M2/(M1+M2))×R3
=(VA/R)×(M2/(M1+M2))×R3
=(((αVref/R1)×R2)/R)×(M2/(M1+M2))×R3
Vdet=(Vfb/R)×(M2/(M1+M2))×R3
=(VA/R)×(M2/(M1+M2))×R3
=(((αVref/R1)×R2)/R)×(M2/(M1+M2))×R3
また、図2に示すように、電流モニタ部13は、ウィンドウコンパレータCP1,CP2と、分圧抵抗RA,RB,RCと、を有する。ウィンドウコンパレータCP1,CP2は、電流Im1が設定どおりに正常に流れているかを検出するために設けられる。
基準電圧αVrefの印加端は、分圧抵抗RAの一端に接続される。分圧抵抗RAの他端は、分圧抵抗RBの一端に接続される。分圧抵抗RBの他端は、分圧抵抗RCの一端に接続される。分圧抵抗RCの他端は、接地端に接続される。
ウィンドウコンパレータCP1の非反転入力端(+)には、電流検出信号Vdetが印加される。ウィンドウコンパレータCP1の反転入力端(-)は、抵抗RA,RBが接続されるノードNAに接続される。ノードNAに生じる比較基準電圧Vref_cp1は、Vref_cp1=αVref×((RB+RC)/(RA+RB+RC))となる。ウィンドウコンパレータCP1は、電流検出信号Vdetを比較基準電圧Vref_cp1と比較し、比較結果を比較出力信号Cpout1として出力する。
ウィンドウコンパレータCP2の非反転入力端(+)には、電流検出信号Vdetが印加される。ウィンドウコンパレータCP2の反転入力端(-)は、抵抗RB,RCが接続されるノードNBに接続される。ノードNBに生じる比較基準電圧Vref_cp2は、Vref_cp2=αVref×(RC/(RA+RB+RC))となる。すなわち、Vref_cp2<Vref_cp1となる。ウィンドウコンパレータCP2は、電流検出信号Vdetを比較基準電圧Vref_cp2と比較し、比較結果を比較出力信号Cpout2として出力する。
ここで、
Vdet=(((αVref/R1)×R2)/R)×(M2/(M1+M2))×R3
=αVref×K
とする。すなわち、R1,R2,R,M1,M2,R3の値により、Kの値を設定する。
Vdet=(((αVref/R1)×R2)/R)×(M2/(M1+M2))×R3
=αVref×K
とする。すなわち、R1,R2,R,M1,M2,R3の値により、Kの値を設定する。
そして、Vref_cp1>αVref×K、Vref_cp2<αVref×Kとなるように、分圧抵抗RA,RB,RCを設定する。これにより、ウィンドウコンパレータCP1,CP2により電流検出信号VdetがVref_cp2以上かつVref_cp1以下であることが検出されることで、電流検出信号Vdetが許容範囲内であり、電流Im1が設定どおりに正常に流れていることが検出される。
ここで、一例として、K=0.5、Vref_cp1=αVref×0.7、Vref_cp2=αVref×0.3とした場合の電流Im1の検出状態を図3に示す。図3に示すように、αVref×0.3≦Vdet≦αVref×0.7の場合、Vrefは許容範囲内にあり、電流Im1は正常状態である。
一方、Vdet<αVref×0.3である場合は、電流Im1は過小電流状態である。このような状態は、例えば、LED端子がオープン異常、またはLED端子が地絡する異常などが生じ、Ir=Im1=Im2=0となった場合に生じる。
また、Vdet>αVref×0.7である場合は、電流Im1は過大電流状態である。このような状態は、例えば、駆動アンプ121AまたはトランジスタM1に異常が生じて帰還電圧Vfbに異常が生じた場合、あるいは、LED電流設定部11において抵抗R1にショートが発生し、電流設定基準電圧VAに異常が生じた場合などに生じる。
なお、上記Kの値は0.5に限ることはないが、K=0.5と設定することが望ましい。図3に示すように、過小電流状態および過大電流状態の異常検出の範囲を確保するためである。
また、図2に示す構成では、電流設定電圧VAを生成するための基準電圧αVrefと、比較基準電圧Vref_cp1,Vref_cp2を生成するための基準電圧αVrefとは、共通化しているが、必ずしも共通化しなくてもよい。ただし、基準電圧αVrefにばらつきが生じることを考慮すると、基準電圧αVrefは共通化するほうが望ましい。
ウィンドウコンパレータCP1,CP2から出力される比較出力信号Cpout1,Cpout2は、保護回路部10に出力可能となっている。保護回路部10においては、先述したようにLEDオープン検出回路(OPEN)または出力地絡保護回路(SCP)は、比較出力信号Cpout1,Cpout2に基づき過小電流状態の異常が生じていると判定した場合、オープン保護、または地絡保護をかけることができる。また、保護回路部10は、比較出力信号Cpout1,Cpout2に基づき過大電流状態の異常が生じていると判定した場合に、例えば対応する系統の定電流回路121をオフとする保護をかけるようにしてもよい。
また、図4は、第1実施形態に係る電流モニタ部13の変形例を示す図である。図4に示す電流モニタ部13は、抵抗R4を有する。トランジスタM2のソースは、抵抗R4の一端に接続される。抵抗R4の他端は、接地端に接続される。抵抗R4の値を電流設定抵抗Rの値より非常に大きくすれば、第1実施形態と同様に、電流検出信号Vdetにより電流Im1を検出することができる。
<4.電流モニタ部の第2実施形態>
図5は、電流モニタ部13の第2実施形態を示す図である。図5に示す第2実施形態に係る電流モニタ部13は、PMOSトランジスタ(PチャネルMOSFET)13Aと、定電流源13Bと、を有する。
図5は、電流モニタ部13の第2実施形態を示す図である。図5に示す第2実施形態に係る電流モニタ部13は、PMOSトランジスタ(PチャネルMOSFET)13Aと、定電流源13Bと、を有する。
PMOS13Aのゲートは、定電流回路121におけるノードN1に接続される。定電流源13Bは、内部電圧Vregの印加端とPMOSトランジスタ13Aのソースとの間に接続される。PMOSトランジスタ13Aのドレインは、接地端に接続される。
このような構成により、PMOSトランジスタ13Aのソースに生じる電流検出信号Vdetは、Vdet=Vfb+Vgsとなる。ただし、Vgsは、PMOSトランジスタ13Aのゲート・ソース間電圧である。
トランジスタM1を流れる電流Im1は、Im1=Vfb/Rであるため、電流検出信号Vdetにより、電流Im1を直接的にモニタすることができる。正常な状態であれば、Vdet=VA+Vgs=(αVref/R1)×R2+Vgsとなる。特に、本実施形態の電流モニタ部13であれば、用いる素子数を削減することができる。
<5.電流モニタ部の第3実施形態>
図6は、電流モニタ部13の第3実施形態を示す図である。図6に示す第3実施形態に係る電流モニタ部13においては、第1実施形態でのウィンドウコンパレータCP1,CP2の代わりに、A/Dコンバータ(以下、ADC(analog to digital converter)と称する)13Cを有する。
図6は、電流モニタ部13の第3実施形態を示す図である。図6に示す第3実施形態に係る電流モニタ部13においては、第1実施形態でのウィンドウコンパレータCP1,CP2の代わりに、A/Dコンバータ(以下、ADC(analog to digital converter)と称する)13Cを有する。
ADC13Cは、いわゆるフラッシュ型、または逐次比較型などで構成される。ADC13Cのアナログ入力端には、電流検出信号Vdetが入力される。ADC13Cの基準電圧入力端には、基準電圧αVrefが入力される。ADC13Cは、基準電圧αVrefを最大のデジタル値(すべてのビットが1)として、電流検出信号Vdetのデジタル値をデジタル出力Doutとして出力する。
これにより、先述したように、正常状態の場合にVdet=αVref×K(Kは例えば0.5)とすれば、ADC13CによりαVref×Kに応じたデジタル値のデジタル出力Doutが出力される。
このような本実施形態によれば、ウィンドウコンパレータCP1,CP2を用いる第1実施形態に比べて、電流検出信号Vdet、すなわち電流Im1の状態を精度良く検出することができる。
<6.その他>
以上、例示的な実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内において、実施形態は種々に変形が可能である。
以上、例示的な実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内において、実施形態は種々に変形が可能である。
<7.付記>
以上の通り、例えば、本開示に係る発光素子駆動装置(20)は、発光素子(31~34)の第1端に接続可能に構成される外部端子(LED1~LED4)と、
前記外部端子に接続される定電流回路(121)と、
前記定電流回路に流れる電流を検出可能に構成される電流検出部(130)と、
を備え、
前記定電流回路は、
前記外部端子に接続される第1端と、第2端と、制御端と、を含む第1トランジスタ(M1)と、
前記第1トランジスタの前記第2端に接続される電流設定抵抗(R)と、
前記第1トランジスタと前記電流設定抵抗とが接続される第1ノード(N1)に接続される第1入力端と、電流設定電圧(VA)が印加される第2入力端と、前記第1トランジスタの前記制御端に接続される出力端と、を含む駆動アンプ(121A)と、
を有し、
前記電流検出部は、前記第1ノードに生じる帰還電圧(Vfb)に基づいて前記発光素子に流れる電流を電圧信号に変換し、電流検出信号(Vdet)を生成する構成としている(第1の構成)。
以上の通り、例えば、本開示に係る発光素子駆動装置(20)は、発光素子(31~34)の第1端に接続可能に構成される外部端子(LED1~LED4)と、
前記外部端子に接続される定電流回路(121)と、
前記定電流回路に流れる電流を検出可能に構成される電流検出部(130)と、
を備え、
前記定電流回路は、
前記外部端子に接続される第1端と、第2端と、制御端と、を含む第1トランジスタ(M1)と、
前記第1トランジスタの前記第2端に接続される電流設定抵抗(R)と、
前記第1トランジスタと前記電流設定抵抗とが接続される第1ノード(N1)に接続される第1入力端と、電流設定電圧(VA)が印加される第2入力端と、前記第1トランジスタの前記制御端に接続される出力端と、を含む駆動アンプ(121A)と、
を有し、
前記電流検出部は、前記第1ノードに生じる帰還電圧(Vfb)に基づいて前記発光素子に流れる電流を電圧信号に変換し、電流検出信号(Vdet)を生成する構成としている(第1の構成)。
また、上記第1の構成において、前記電流検出部(130)は、
前記駆動アンプ(121A)の前記出力端に接続される制御端と、前記第1ノードに接続される第1端と、第2端と、を含む第2トランジスタ(M2)と、
前記第2トランジスタの前記第2端に接続される入力端と、出力端と、を含む第1カレントミラー(131)と、
前記第1カレントミラーの前記出力端に接続されるI-V変換抵抗(R3)と、
を有する構成としてもよい(第2の構成)。
前記駆動アンプ(121A)の前記出力端に接続される制御端と、前記第1ノードに接続される第1端と、第2端と、を含む第2トランジスタ(M2)と、
前記第2トランジスタの前記第2端に接続される入力端と、出力端と、を含む第1カレントミラー(131)と、
前記第1カレントミラーの前記出力端に接続されるI-V変換抵抗(R3)と、
を有する構成としてもよい(第2の構成)。
また、上記第2の構成において、前記第2トランジスタ(M2)のサイズは、前記第1トランジスタ(M1)のサイズよりも小さい構成としてもよい(第3の構成)。
また、上記第1から第3のいずれかの構成において、前記電流設定電圧(VA)は、第1基準電圧(αVref)に基づいて生成され、
当該発光素子駆動装置(20)は、第2基準電圧(αVref)を分圧して得られる比較基準電圧(Vref_cp1,Vref_cp2)と、前記電流検出信号(Vdet)とを比較するウィンドウコンパレータ(CP1,CP2)を備える構成としてもよい(第4の構成)。
当該発光素子駆動装置(20)は、第2基準電圧(αVref)を分圧して得られる比較基準電圧(Vref_cp1,Vref_cp2)と、前記電流検出信号(Vdet)とを比較するウィンドウコンパレータ(CP1,CP2)を備える構成としてもよい(第4の構成)。
また、上記第4の構成において、前記第1基準電圧と前記第2基準電圧は、共通の電圧(αVref)である構成としてもよい(第5の構成)。
また、上記第4または第5の構成において、正常状態の場合に、前記電流検出信号をVdet、前記第1基準電圧をαVrefとして、Vdet=αVref×0.5である構成としてもよい(第6の構成)。
また、上記第1から第3のいずれかの構成において、前記電流設定電圧(VA)は、第3基準電圧(αVref)に基づいて生成され、
当該発光素子駆動装置(20)は、前記電流検出信号(Vdet)を入力されるアナログ入力端と、第4基準電圧(αVref)を入力される基準電圧入力端と、を含むA/Dコンバータ(13C)を備える構成としてもよい(第7の構成)。
当該発光素子駆動装置(20)は、前記電流検出信号(Vdet)を入力されるアナログ入力端と、第4基準電圧(αVref)を入力される基準電圧入力端と、を含むA/Dコンバータ(13C)を備える構成としてもよい(第7の構成)。
また、上記第7の構成において、前記第3基準電圧と前記第4基準電圧は、共通の電圧(αVref)である構成としてもよい(第8の構成)。
また、上記第7または第8の構成において、正常状態の場合に、前記電流検出信号をVdet、前記第3基準電圧をαVrefとして、Vdet=αVref×0.5である構成としてもよい(第9の構成)。
また、上記第1の構成において、前記電流検出部(130)は、前記第1ノード(N1)に接続されるゲートを含むPMOSトランジスタ(13A)を有する構成としてもよい(第10の構成)。
また、上記第1から第10のいずれかの構成において、当該発光素子駆動装置(20)は、前記電流設定電圧(VA)を生成する電流設定部(11)を備え、
前記電流設定部は、
制御端と、第1端と、第2端と、を含む第3トランジスタ(11B)と、
基準電圧(αVref)が入力される第1入力端と、前記第3トランジスタの前記第1端と第1抵抗(R1)とが接続される第2ノード(N2)に生じる電圧(V1)が入力される第2入力端と、前記第3トランジスタの前記制御端に接続される出力端と、を含むエラーアンプ(11A)と、
前記第3トランジスタの前記第2端に接続される入力端と、出力端と、を含む第2カレントミラー(11C)と、
前記第2カレントミラーの前記出力端に接続される第2抵抗(R2)と、
を有する構成としてもよい(第11の構成)。
前記電流設定部は、
制御端と、第1端と、第2端と、を含む第3トランジスタ(11B)と、
基準電圧(αVref)が入力される第1入力端と、前記第3トランジスタの前記第1端と第1抵抗(R1)とが接続される第2ノード(N2)に生じる電圧(V1)が入力される第2入力端と、前記第3トランジスタの前記制御端に接続される出力端と、を含むエラーアンプ(11A)と、
前記第3トランジスタの前記第2端に接続される入力端と、出力端と、を含む第2カレントミラー(11C)と、
前記第2カレントミラーの前記出力端に接続される第2抵抗(R2)と、
を有する構成としてもよい(第11の構成)。
また、上記第11の構成において、前記基準電圧(αVref)は、可変である構成としてもよい(第12の構成)。
また、上記第1から第12のいずれかの構成において、前記外部端子(LED1~LED4)の電圧に基づいて前記発光素子(31~34)の第2端に供給する出力電圧(Vout)の制御を行うDC/DCコントローラ(201)と、
前記電流検出信号(Vdet)と、前記出力電圧に基づいて、前記外部端子のオープン異常と前記外部端子の地絡異常の少なくとも一方を検出して保護を行う保護回路部(10)と、を備える構成としてもよい(第13の構成)。
前記電流検出信号(Vdet)と、前記出力電圧に基づいて、前記外部端子のオープン異常と前記外部端子の地絡異常の少なくとも一方を検出して保護を行う保護回路部(10)と、を備える構成としてもよい(第13の構成)。
本開示は、例えば、各種用途のLEDの駆動手段に利用することが可能である。
1 内部電圧生成部
2 発振部
3 スロープ生成部
4 PWMコンパレータ
5 DC/DC制御ロジック部
6 ドライバ
7 エラーアンプ
8 セレクタ
9 基準電圧生成部
10 保護回路部
11 LED電流設定部
11A エラーアンプ
11B トランジスタ
11C カレントミラー
12 定電流ドライバ
13 電流モニタ部
13A PMOSトランジスタ
13B 定電流源
20 LED駆動装置
25 出力段
31~34 LEDアレイ
121 定電流回路
121A 駆動アンプ
131 カレントミラー
201 DC/DCコントローラ
CP1,CP2 ウィンドウコンパレータ
Co 出力コンデンサ
Cpc コンデンサ
D1 ダイオード
L1 インダクタ
M1,M2 トランジスタ
SW スイッチング素子
N1,N2,NA,NB ノード
R 電流設定抵抗
R1,R2 抵抗
R3 I-V変換抵抗
R4 抵抗
RA,RB,RC 分圧抵抗
Rcsl 電流検出抵抗
Riset LED電流設定抵抗
Rovp1,Rovp2 分圧抵抗
Rpc 位相補償抵抗
2 発振部
3 スロープ生成部
4 PWMコンパレータ
5 DC/DC制御ロジック部
6 ドライバ
7 エラーアンプ
8 セレクタ
9 基準電圧生成部
10 保護回路部
11 LED電流設定部
11A エラーアンプ
11B トランジスタ
11C カレントミラー
12 定電流ドライバ
13 電流モニタ部
13A PMOSトランジスタ
13B 定電流源
20 LED駆動装置
25 出力段
31~34 LEDアレイ
121 定電流回路
121A 駆動アンプ
131 カレントミラー
201 DC/DCコントローラ
CP1,CP2 ウィンドウコンパレータ
Co 出力コンデンサ
Cpc コンデンサ
D1 ダイオード
L1 インダクタ
M1,M2 トランジスタ
SW スイッチング素子
N1,N2,NA,NB ノード
R 電流設定抵抗
R1,R2 抵抗
R3 I-V変換抵抗
R4 抵抗
RA,RB,RC 分圧抵抗
Rcsl 電流検出抵抗
Riset LED電流設定抵抗
Rovp1,Rovp2 分圧抵抗
Rpc 位相補償抵抗
Claims (13)
- 発光素子の第1端に接続可能に構成される外部端子と、
前記外部端子に接続される定電流回路と、
前記定電流回路に流れる電流を検出可能に構成される電流検出部と、
を備え、
前記定電流回路は、
前記外部端子に接続される第1端と、第2端と、制御端と、を含む第1トランジスタと、
前記第1トランジスタの前記第2端に接続される電流設定抵抗と、
前記第1トランジスタと前記電流設定抵抗とが接続される第1ノードに接続される第1入力端と、電流設定電圧が印加される第2入力端と、前記第1トランジスタの前記制御端に接続される出力端と、を含む駆動アンプと、
を有し、
前記電流検出部は、前記第1ノードに生じる帰還電圧に基づいて前記発光素子に流れる電流を電圧信号に変換し、電流検出信号を生成する、発光素子駆動装置。 - 前記電流検出部は、
前記駆動アンプの前記出力端に接続される制御端と、前記第1ノードに接続される第1端と、第2端と、を含む第2トランジスタと、
前記第2トランジスタの前記第2端に接続される入力端と、出力端と、を含む第1カレントミラーと、
前記第1カレントミラーの前記出力端に接続されるI-V変換抵抗と、
を有する、請求項1に記載の発光素子駆動装置。 - 前記第2トランジスタのサイズは、前記第1トランジスタのサイズよりも小さい、請求項2に記載の発光素子駆動装置。
- 前記電流設定電圧は、第1基準電圧に基づいて生成され、
当該発光素子駆動装置は、第2基準電圧を分圧して得られる比較基準電圧と、前記電流検出信号とを比較するウィンドウコンパレータを備える、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の発光素子駆動装置。 - 前記第1基準電圧と前記第2基準電圧は、共通の電圧である、請求項4に記載の発光素子駆動装置。
- 正常状態の場合に、前記電流検出信号をVdet、前記第1基準電圧をαVrefとして、Vdet=αVref×0.5である、請求項4または請求項5に記載の発光素子駆動装置。
- 前記電流設定電圧は、第3基準電圧に基づいて生成され、
当該発光素子駆動装置は、前記電流検出信号を入力されるアナログ入力端と、第4基準電圧を入力される基準電圧入力端と、を含むA/Dコンバータを備える、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の発光素子駆動装置。 - 前記第3基準電圧と前記第4基準電圧は、共通の電圧である、請求項7に記載の発光素子駆動装置。
- 正常状態の場合に、前記電流検出信号をVdet、前記第3基準電圧をαVrefとして、Vdet=αVref×0.5である、請求項7または請求項8に記載の発光素子駆動装置。
- 前記電流検出部は、前記第1ノードに接続されるゲートを含むPMOSトランジスタを有する、請求項1に記載の発光素子駆動装置。
- 当該発光素子駆動装置は、前記電流設定電圧を生成する電流設定部を備え、
前記電流設定部は、
制御端と、第1端と、第2端と、を含む第3トランジスタと、
基準電圧が入力される第1入力端と、前記第3トランジスタの前記第1端と第1抵抗とが接続される第2ノードに生じる電圧が入力される第2入力端と、前記第3トランジスタの前記制御端に接続される出力端と、を含むエラーアンプと、
前記第3トランジスタの前記第2端に接続される入力端と、出力端と、を含む第2カレントミラーと、
前記第2カレントミラーの前記出力端に接続される第2抵抗と、
を有する、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の発光素子駆動装置。 - 前記基準電圧は、可変である、請求項11に記載の発光素子駆動装置。
- 前記外部端子の電圧に基づいて前記発光素子の第2端に供給する出力電圧の生成を制御するDC/DCコントローラと、
前記電流検出信号と、前記出力電圧に基づいて、前記外部端子のオープン異常と前記外部端子の地絡異常の少なくとも一方を検出して保護を行う保護回路部と、
を備える、請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の発光素子駆動装置。
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