JP4895854B2 - ドライバ回路 - Google Patents

Description

本発明はドライバ回路に関し、例えば、ＬＣＤ（液晶表示装置）のバックライトに使われるＬＥＤ（発光ダイオード）を駆動するドライバ回路に用いて好適なものである。

従来、ＬＣＤのバックライトには冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp）が用いられてきたが、最近では水銀を使わない環境配慮型のバックライトとして、光源にＬＥＤを用いたものが提供されつつある。バックライトの光源にＬＥＤを用いた場合、光束の変化を最小にするために、ＬＥＤを定電流で駆動する必要がある。そのために、定電流制御ＩＣや定電流駆動ＩＣが各社より提供されている。

図６は、従来のＬＥＤドライバ回路の構成を示す図である。図６において、５１は定電流駆動ＩＣ、５２は昇圧回路、５３はＬＥＤ、Ｔｒ０は入力電圧制御兼保護用トランジスタである。定電流駆動ＩＣ５１は、内部電源回路６１、フィードバック回路６２および定電流制御回路６３を備えている。昇圧回路５２は、コイルＬ、駆動用トランジスタＴｒ１、ダイオードＤおよびリップル平滑用のコンデンサＣを備えている。

定電流駆動ＩＣ５１は内部電源回路６１より電源を得て動作し、昇圧回路５２の駆動用トランジスタＴｒ１を制御することにより、入力電圧をそれより高い電圧に昇圧してＬＥＤ５３に印加する。このとき、昇圧回路５２の出力段に設けられたコンデンサＣにより、印加電圧のリップルが抑制される。

定電流駆動ＩＣ５１は、過電圧や過電流によって深刻なダメージがかからないようにするための保護機能を内蔵している。過電圧に対する保護機能は、以下のように実現されている。すなわち、コンデンサＣの出力電圧が分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して定電流駆動ＩＣ５１のフィードバック回路６２にフィードバックされる。フィードバック回路６２はフィードバック電圧を監視し、フィードバック電圧が所定の閾値より大きいこと（過電圧）を検出すると、入力電圧制御兼保護用トランジスタＴｒ０または駆動用トランジスタＴｒ１をオフとすることにより、一時的に昇圧動作（ＬＥＤ５３の駆動）を停止するようにしている。

また、過電流の検出は、入力電圧制御兼保護用トランジスタＴｒ０を流れる電流または駆動用トランジスタＴｒ１を流れる電流を検出することによって行う。具体的には、トランジスタＴｒ０またはＴｒ１のドレインまたはソースに接続した抵抗（図６では図示せず）を用いて、この抵抗に発生する電圧値を監視する。そして、当該電圧値が所定の閾値より大きいこと（過電流）を検出すると、そのことが定電流駆動ＩＣ５１に通知される。これに応じて定電流駆動ＩＣ５１は、入力電圧制御兼保護用トランジスタＴｒ０をオフとすることにより、一時的に昇圧動作を停止するようにしている。

定電流駆動ＩＣ５１は上述のような過電圧、過電流の保護機能を、内部電源回路６１で発生した電圧をもとに動作させている。そのため、外部から定電流駆動ＩＣ５１に供給されるイネーブル信号ＥＮまたはスタンバイ信号ＳＴＢＹ（以下、ＥＮ／ＳＴＢＹ信号と記す）によって内部電源回路６１の動作が停止すると、上述の保護機能もこれに連動して停止する。

ところが、ＥＮ／ＳＴＢＹ信号がオフになった後、コンデンサＣに蓄積されていた電荷が放電されるまでには時間がかかる。放電時間はコンデンサＣの容量と放電経路によるが、一般的に駆動周波数が低く電流量が多いほど、大容量のコンデンサＣが必要になるので放電時間も長くなる。その間は内部電源回路６１の動作が停止しているので、保護機能が働かない状態となってしまう。そのため、その間に過電圧や過電流が発生すると、定電流駆動ＩＣ５１に加わるダメージを回避することができない。

例えば、定電流駆動ＩＣ５１の端子が持つ耐圧以上の電圧源がコンデンサＣの出力端子に接触すると、放電中であっても過電圧や過電流が生じ、定電流駆動ＩＣ５１に大きなダメージが与えられてしまうことがある。このような事態を回避するための１つの方法として、内部電源回路６１がオフとなって保護機能が働かなくなる放電時間をできるだけ短くすることが考えられる。

これに対して、コンデンサの放電経路を設け、パワーオフ信号がアクティブになるタイミングで放電経路上のトランジスタをオンとしてコンデンサの電荷を急速放電させるようにした技術が提供されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１では、コンデンサの電荷放電によってＬＣＤの電源が立ち下がってから、タイマに設定された遅延時間の経過後にロジック系の電源が立ち下がるように成されている。
特開平７−１０４７１１号公報

上記特許文献１に記載の技術を定電流駆動ＩＣ５１の保護機能に応用し、ＥＮ／ＳＴＢＹ信号がオフになった後、コンデンサＣの蓄積電荷を急速放電させ、タイマに設定された遅延時間の経過後に内部電源回路６１をオフにすることが考えられる。ここで、コンデンサＣの放電が完了するタイミングを予想してタイマの遅延時間を設定することにより、電荷が放電されるまでの間も内部電源回路６１をオンにしておくことができる。

しかしながら、電荷の放電時間は、コンデンサの種類、容量公差、温度／電圧変化特性などによってバラツキがある。そのため、タイマに設定する遅延時間によっては、放電が完了する前に内部電源回路６１がオフとなってしまう恐れがある。このようなリスクを回避するためには、遅延時間を長めに設定する必要がある。しかし、この場合にはＥＮ／ＳＴＢＹ信号がオフになった後でも必要以上に多くの電力を消費してしまうという問題が生じる。

本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、コンデンサのバラツキや環境温度などによらず、電荷の放電が完了したタイミングで内部電源の動作を停止できるようにすることを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明では、外部より電源オフの指示が与えられたときに、リップル抑制用のコンデンサに蓄積されている電荷を放電させる短絡回路と、コンデンサの出力電圧が閾値を下回ったことを検出して電源回路の動作を停止する電源制御回路とを設けている。

上記のように構成した本発明によれば、外部より電源オフの指示が与えられたときに、リップル抑制用コンデンサに蓄積されている電荷が短絡回路の経路を通じて急速に放電していく。このとき、急速に低下していくコンデンサの出力電圧が閾値と比較され、当該出力電圧が閾値を下回ったタイミングで動作電圧の供給が停止するようになる。これにより、電荷の放電時間を短くすることができるとともに、放電がほぼ完了したことを検出してそのタイミングで電源回路をオフとすることができる。つまり、コンデンサのバラツキや環境温度などによらず、電荷の放電が殆ど完了したタイミングで電源回路の動作を停止することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明による第１の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、第１の実施形態によるＬＥＤドライバ回路の構成例を示す図である。このＬＥＤドライバ回路は、例えばバックライトの光源にＬＥＤを用いたＬＣＤに適用することが可能である。図１において、１は定電流駆動ＩＣ、２は昇圧回路、３はＬＥＤ、Ｔｒ０は入力電圧制御兼保護用のトランジスタである。定電流駆動ＩＣ１は、内部電源回路１１、フィードバック回路１２および定電流制御回路１３を備えている。

内部電源回路１１は、フィードバック回路１２および定電流制御回路１３の動作電圧を発生し、この動作電圧をそれぞれの回路１２，１３に対して供給する。定電流制御回路１３は、ＬＥＤ３の光束の変化を制御するために、ＬＥＤ３を定電流で駆動するよう制御する。そのために定電流制御回路１３は、定電流回路Ｉを備えている。また、定電流制御回路１３は、調光回路１４および調光用トランジスタＴｒ２を備えている。夜間はＬＣＤの周囲が暗くなるので、ＬＣＤの表示が特にドライバーの運転に支障がないように、調光回路１４が調光用トランジスタＴｒ２を間欠的に駆動するように制御することによってバックライトの輝度を低く調整する。

本実施形態では、コンデンサＣの出力端子からＬＥＤ３、定電流回路Ｉおよび調光用トランジスタＴｒ２を経由してグランドに至る経路を、コンデンサＣに蓄積されている電荷を放電させる短絡回路として用いる。すなわち、この短絡回路は、外部から定電流駆動ＩＣ１に供給されるイネーブル信号ＥＮまたはスタンバイ信号ＳＴＢＹ（以下、ＥＮ／ＳＴＢＹ信号と記す）によって電源オフの指示が与えられたときに、調光用トランジスタＴｒ２がオンとなることによってコンデンサＣの蓄積電荷を急速放電する。

なお、夜間においてバックライトの輝度を低くするために調光用トランジスタＴｒ２を間欠駆動しているときに、コンデンサＣの蓄積電荷が上述の短絡回路を介して間欠的に放電されてしまうが、それよりも非常に早い周期でコンデンサＣへの充電が行われるので、放電される電荷は殆ど無視できる。例えば、昇圧回路２の駆動用トランジスタＴｒ１が数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚ程度の駆動であるのに対して、調光用トランジスタＴｒ２は数百Ｈｚ〜数ｋＨｚ程度の駆動なので、放電される電荷はほぼ無視できる。

昇圧回路２は、コイルＬ、駆動用トランジスタＴｒ１、ダイオードＤおよびコンデンサＣを備えている。コンデンサＣは、バックライトの光源であるＬＥＤ３に印加される駆動電圧のリップルを抑制するために設けられている。このコンデンサＣの出力電圧（ＬＥＤ３に印加される駆動電圧）は、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して定電流駆動ＩＣ１のフィードバック回路１２にフィードバックされるようになっている。

フィードバック回路１２は、ＥＮ／ＳＴＢＹ信号がオンである通常動作時において、フィードバック入力されるコンデンサＣの出力電圧（フィードバック電圧）と第１の閾値Ｖ_ＲＥＦ１（例えば、３．０[Ｖ]）とを比較し、フィードバック電圧が第１の閾値Ｖ_ＲＥＦ１を超える過電圧を検出したときに、第１の閾値Ｖ_ＲＥＦ１以上にフィードバック電圧が上昇するのを防止する保護機能を動作させる。すなわち、入力電圧制御兼保護用トランジスタＴｒ０または駆動用トランジスタＴｒ１をオフとする。このようにフィードバック回路１２は、定電流駆動ＩＣ１に深刻なダメージがかからないようにする過電圧保護機能を有している。

また、フィードバック回路１２は、本発明の電源制御回路を兼用している。すなわち、フィードバック回路１２は、外部から定電流駆動ＩＣ１に供給されるＥＮ／ＳＴＢＹ信号がオフとなって電源オフの指示が与えられたときに、フィードバック電圧と比較する閾値を上述の第１の閾値Ｖ_ＲＥＦ１から第２の閾値Ｖ_ＲＥＦ２（例えば、０．５[Ｖ]）に切り替える。そして、放電動作を経てフィードバック電圧が第２の閾値Ｖ_ＲＥＦ２を下回ったことを検出したときに、内部電源回路１１の動作をオフとするように制御する。

フィードバック回路１２は、ＥＮ／ＳＴＢＹ信号がオフである放電動作時において、フィードバック入力されるコンデンサＣの出力電圧と第１の閾値Ｖ_ＲＥＦ１とを比較し、フィードバック電圧が第１の閾値Ｖ_ＲＥＦ１を超える過電圧を検出したときに、そのことを図示しない内部メモリ等に情報として保持しておく。そして、次にＥＮ／ＳＴＢＹ信号がオンになって電源オンの指示が与えられたときに、直ちには内部電源回路１１をオンにはせず、音声や異常通知ランプ等を用いて、前回の電源オフ時に過電圧が発生したことをユーザに報知する。ユーザはこの報知に対応して、異常を取り除くなど適切に対処することができる。

フィードバック回路１２は、ＥＮ／ＳＴＢＹ信号がオフである放電動作時において、過電流の検出も行う。上述したように、通常動作時における過電流の検出は、入力電圧制御兼保護用トランジスタＴｒ０または駆動用トランジスタＴｒ１を流れる電流を検出することによって行う。しかし、ＥＮ／ＳＴＢＹ信号がオフの放電動作時には、これらのトランジスタＴｒ０，Ｔｒ１を流れる電流の検出は行えない。そこで、フィードバック回路１２においてフィードバック電圧の単位時間当たりの変化量を監視し、これが所定の閾値より大きい場合に過電流が発生したことを検出する。

フィードバック回路１２は、過電流の発生を検出したときに、そのことを図示しない内部メモリ等に情報として保持しておく。そして、次にＥＮ／ＳＴＢＹ信号がオンになって電源オンの指示が与えられたときに、直ちには内部電源回路１１をオンにはせず、音声や異常通知ランプ等を用いて、前回の電源オフ時に過電流が発生したことをユーザに報知する。ユーザはこの報知に対応して、異常を取り除くなど適切に対処することができる。

次に、上記のように構成した第１の実施形態によるＬＥＤドライバ回路の動作を説明する。図２は、第１の実施形態によるＬＥＤドライバ回路の動作例を示すタイミングチャートである。なお、従来技術との違いが分かるように、従来のＬＥＤドライバ回路の動作をあわせて示している（図の左側が従来技術の動作例、右側が本実施形態の動作例）。

図２に示すように、外部から定電流駆動ＩＣ１に供給されるＥＮ／ＳＴＢＹ信号がオフ（ロウレベル）に変わることによって電源オフの指示が与えられると（ａ）、定電流駆動ＩＣ１は、入力電圧制御兼保護用トランジスタＴｒ０をオフにするとともに（ｂ）、駆動用トランジスタＴｒ１の駆動を停止する（ｃ）。

ＥＮ／ＳＴＢＹ信号がロウレベルに変わってから所定の遅延時間後、調光回路１４から調光用トランジスタＴｒ２に印加する電圧がロウレベルとされ、調光用トランジスタＴｒ２がオンとなる（ｄ）。所定の遅延時間を設けているのは、ＥＮ／ＳＴＢＹ信号がどのタイミングでロウレベルに変わっても、駆動用トランジスタＴｒ１が完全に停止してから調光用トランジスタＴｒ２をオンに切り替えるようにするためである。

調光用トランジスタＴｒ２がオンになると、短絡回路を経由してコンデンサＣの蓄積電荷が急速に放電され、コンデンサＣの出力電圧が急速に低下していく（ｅ）。これに連動して、フィードバック回路１２へのフィードバック電圧も急速に低下していく（ｆ）。そして、フィードバック電圧が第２の閾値Ｖ_ＲＥＦ２を下回ったことがフィードバック回路１２により検出されると、それから所定の遅延時間後に内部電源回路１１がオフに切り替えられる（ｇ）。

図３は、図２（ｆ）および（ｇ）の部分の動作をより詳細に示したタイミングチャートである。図３に示すように、ＥＮ／ＳＴＢＹ信号がオン（ハイレベル）のときは、フィードバック回路１２がフィードバック電圧と比較する閾値は、第１の閾値Ｖ_ＲＥＦ１（３．０[Ｖ]）に設定されている。このとき、フィードバック電圧が第１の閾値Ｖ_ＲＥＦ１を越えるような過電圧が検出されると、フィードバック回路１２の保護機能が働き、フィードバック電圧が第１の閾値Ｖ_ＲＥＦ１以下に戻される。

一方、ＥＮ／ＳＴＢＹ信号がハイレベルからロウレベルに切り替わると、フィードバック回路１２がフィードバック電圧と比較する閾値は、第１の閾値Ｖ_ＲＥＦ１から第２の閾値Ｖ_ＲＥＦ２（０．５[Ｖ]）に切り替えられる。そして、コンデンサＣの蓄積電荷が急速に放電されるに従ってフィードバック電圧も低下していき、当該フィードバック電圧が第２の閾値Ｖ_ＲＥＦ２を下回ったことが検出されると、フィードバック回路１２はそれから所定の遅延時間後に内部電源回路１１の動作をオフとする。

なお、図２の例では、ＥＮ／ＳＴＢＹ信号がオフとなったときに駆動用トランジスタＴｒ１の駆動を直ちに停止しているが、この例に限定されない。例えば、図４に示すように、ＥＮ／ＳＴＢＹ信号がオフとなった後に、１パルス分だけ駆動用トランジスタＴｒ１を動作させた後に停止するようにしても良い。コイルＬのコイル定数が大きいときや浮遊容量が大きいときなどは、入力電圧制御兼保護用トランジスタＴｒ０のオフ後に駆動用トランジスタＴｒ１を１パルス分多く動かして放電させると良い。これは、コンデンサＣの放電というよりは、コイルＬに貯まっているエネルギーを放出させるためである。

以上詳しく説明したように、第１の実施形態によれば、外部より定電流駆動ＩＣ１に対して電源オフの指示が与えられたときに、リップル抑制用コンデンサＣに蓄積されている電荷が短絡回路の経路を通じて急速放電する。この間、内部電源回路１１はオンのままで、フィードバック回路１２の保護機能も有効となっている。このため、フィードバックループがショート故障や結露による影響、外部電圧源との接触などでダメージを負う時間を短くすることができる。

また、第１の実施形態によれば、コンデンサＣの蓄積電荷の放電中に、コンデンサＣの出力電圧が第２の閾値Ｖ_ＲＥＦ２と比較され、出力電圧が第２の閾値Ｖ_ＲＥＦ２を下回ったタイミングで内部電源回路１１からの動作電圧の供給が停止するようになる。これにより、コンデンサＣのバラツキや環境温度によらず、電荷の放電がほぼ完了したことを検出してそのタイミングで内部電源回路１１をオフとすることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明による第２の実施形態を図面に基づいて説明する。図５は、第２の実施形態によるＬＥＤドライバ回路の構成例を示す図である。このＬＥＤドライバ回路も、例えばバックライトの光源にＬＥＤを用いたＬＣＤに適用することが可能である。この図５において、図１に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、ここでは重複する説明を省略する。

第２の実施形態では、コンデンサＣに蓄積されている電荷を放電させる短絡回路として、定電流駆動ＩＣ１の内部にある定電流制御回路１３を用いるのではなく、定電流駆動ＩＣ１の外付けで専用の回路を設けている点で、第１の実施形態と異なる。第２の実施形態による短絡回路は、コンデンサＣの出力端子側に接続した放電用トランジスタＴｒ３および抵抗Ｒ３，Ｒ４により構成している。このうち放電用トランジスタＴｒ３および抵抗Ｒ４は、コンデンサＣの出力端子とグランドとの間に直列接続されている。

また、この放電用トランジスタＴｒ３のオン／オフを制御するための放電制御回路１５が定電流駆動ＩＣ１の内部に設けられている。放電制御回路１５は、外部から定電流駆動ＩＣ１に供給されるＥＮ／ＳＴＢＹ信号がハイレベルとなっている間は、放電用トランジスタＴｒ３をオフとしておく。一方、ＥＮ／ＳＴＢＹ信号がロウレベルとなって電源オフの指示が与えられると、放電制御回路１５は放電用トランジスタＴｒ３をオンとすることにより、コンデンサＣの蓄積電荷を急速放電する。なお、図５では放電用トランジスタＴｒ３をバイポーラトランジスタとしているが、ＭＯＳトランジスタとしても良い。

このように構成した第２の実施形態によるＬＥＤドライバ回路の動作も、図２または図４にタイミングチャートで示したものと同様となる。すなわち、図２（ｄ）または図４（ｄ）で調光用トランジスタＴｒ２をオンにしていることに代えて放電用トランジスタＴｒ３をオンにすること以外は、第１の実施形態も第２の実施形態も回路の動作は変わらない。第２の実施形態の場合、短絡回路がＬＥＤ３の経路を含んでいないので、急速放電時にＬＥＤ３に負荷がかからないようにすることができるというメリットを有する。

なお、上記第１の実施形態では、定電流駆動ＩＣ１の内部に調光回路１４および調光用トランジスタＴｒ２を備える構成例について説明したが、これに限定されない。調光回路１４および調光用トランジスタＴｒ２は定電流駆動ＩＣ１の外付け回路として構成しても良い。

また、上記第１および第２の実施形態では、フィードバック回路１２が電源制御回路を兼用する例について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、コンデンサＣの出力電圧（フィードバック電圧）と第２の閾値Ｖ_ＲＥＦ２とを比較し、出力電圧が第２の閾値Ｖ_ＲＥＦ２を下回ったときに内部電源回路１１をオフにする電源制御回路を、フィードバック回路１２とは別に設けても良い。ただし、フィードバック回路１２が電源制御回路を兼用すれば、回路規模を小さくすることができるので好ましい。

また、上記第１および第２の実施形態では、バックライトの光源にＬＥＤを用いる場合のドライバ回路について説明したが、光源は冷陰極蛍光管であっても良い。

その他、上記第１および第２の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

第１の実施形態によるＬＥＤドライバ回路の構成例を示す図である。 第１の実施形態によるＬＥＤドライバ回路の動作例を示すタイミングチャートである。 図２に示した動作の一部を詳細に示すタイミングチャートである。 第１の実施形態によるＬＥＤドライバ回路の他の動作例を示すタイミングチャートである。 第２の実施形態によるＬＥＤドライバ回路の構成例を示す図である。 従来のＬＥＤドライバ回路の構成を示す図である。

符号の説明

１ 定電流駆動ＩＣ
２ 昇圧回路
３ ＬＥＤ
１１ 内部電源回路
１２ フィードバック回路
１３ 定電流制御回路
１４ 調光回路
１５ 放電制御回路
Ｃ リップル平滑用コンデンサ
Ｔｒ２ 調光用トランジスタ
Ｔｒ３ 放電用トランジスタ

Claims (3)

1. 光源に印加される駆動電圧のリップルを抑制するためのコンデンサと、
   上記コンデンサの出力電圧をフィードバック入力して当該フィードバック電圧と第１の閾値とを比較し、上記フィードバック電圧が上記第１の閾値を超える過電圧の発生を検出するフィードバック回路と、
   上記フィードバック回路の動作電圧を発生する電源回路と、
   外部より電源オフの指示が与えられたときに、上記コンデンサに蓄積されている電荷を放電させる短絡回路と、
   上記コンデンサの出力電圧と第２の閾値とを比較し、上記出力電圧が上記第２の閾値を下回ったときに上記電源回路をオフにする電源制御回路とを備えたことを特徴とするドライバ回路。
2. 上記電源制御回路は上記フィードバック回路により構成され、上記フィードバック回路は、上記電源オフの指示が与えられたときに、上記フィードバック電圧と比較する閾値を上記第１の閾値から上記第２の閾値に切り替え、上記フィードバック電圧が上記第２の閾値を下回ったときに上記電源回路をオフとするように制御することを特徴とする請求項１に記載のドライバ回路。
3. 上記フィードバック回路は、上記外部より電源オフの指示が与えられたときに、上記フィードバック電圧の単位時間当たりの変化量を監視し、上記単位時間当たりの変化量が所定の閾値を超える過電流の発生を検出することを特徴とする請求項１または２に記載のドライバ回路。