JP5237921B2 - Led制御装置およびled制御方法 - Google Patents
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Description
≪LED制御装置主要部の概略構成≫
図1は、本発明の実施の形態1によるLED制御装置において、その主要部の構成例を示すブロック図である。図1には、LED制御装置DRUに加えて、マイクロコントローラユニットMCUおよびLEDを加えたLED制御システム全体の概略構成例が示されている。LED制御装置DRUは、外部端子P_PWM,P_FBと、電流供給制御回路CSCTLと、定電流供給回路CSを備えている。CSCTLは、デューティ検出回路DTDETと、PWM信号生成回路PWMGENを備えている。P_PWMには、MCUの外部端子P1から出力されたPWM信号PWM_INが信号線を介して入力される。P_FBには、LEDのカソードが接続される。LEDのアノードには、電源電圧VDDが供給される。LEDは、例えば、液晶ディスプレイのバックライト用、LEDディスプレイ用、車載用、照明用、電飾用等で使用されるLEDである。
図3は、図1のLED制御装置DRUにおいて、その動作例を示す波形図である。ここでは、一例として、図3のサイクル(周期)T1〜T3において50%のオンデューティを持つPWM信号PWM_INが入力されたものの、サイクルT2においてノイズが生じ、これに伴いPWM_INのオンデューティが微少に拡大した場合を想定する。また、前述したKの値は256とし、前述した差分値比較回路DFCMPの設定値SDATは1とする。なお、サイクルT2におけるノイズは、前述したように、例えば、マイクロコントローラユニットMCUがPWM_INを出力する際に生じるジッタ成分によるものや、MCUからDRUに向けた信号線における外部環境の変化によるものや、DRU自身の動作状況によるもの等が挙げられる。
以上のように、図1のLED制御装置DRUを用いることで、LED輝度を指令するためのPWM信号PWM_INにノイズが乗り、デューティが微少に変化した場合にも、その微少な変化分をキャンセルしてPWM信号PWM_OUTのデューティを一定に保つことが可能となる。その結果、LED輝度のチラツキを低減することができ、特に液晶パネルのバックライト等において、画像品質の向上等が図れる。なお、ここでは、ノイズによってPWM_INのデューティが変化するものとしたが、ノイズが無い場合であっても、PWM_INとクロック信号CLKi1の位相関係のズレに伴いノイズが生じた場合と同様な現象が生じることも考えられる。この際にも、この位相関係のズレをキャンセルしてPWM_OUTのデューティを一定に保つことが可能となる。
図4は、図1のLED制御装置DRUにおいて、その電流供給制御回路CSCTLの詳細な構成例を示す回路図である。図4に示す電流供給制御回路CSCTLaは、フリップフロップ回路FF1と、インバータ回路IV1と、ナンド演算回路ND1と、ハイレベル期間検出カウンタ回路HCUNTと、周期検出カウンタ回路CCUNTと、除算回路LOG_DIVと、ディジタルコンパレータブロックDCMP_BKと、PWM信号生成回路PWMGENを備えている。
本実施の形態2では、実施の形態1の図4に示した電流供給制御回路CSCTLaの変形例について説明する。図6は、本発明の実施の形態2によるLED制御装置において、それに含まれる電流供給制御回路の詳細な構成例を示す回路図である。図6に示す電流供給制御回路CSCTLbは、図1のLED制御装置DRU内の電流供給制御回路CSCTLに対応し、図4の電流供給制御回路CSCTLaに対して、設定値可変回路VSDATが加わった構成となっている。それ以外の構成に関しては、図4の電流供給制御回路CSCTLaと同様であるため、詳細な説明は省略する。
本実施の形態3では、実施の形態1の図2で示したデューティ検出回路DTDET1の変形例について説明する。図7は、本発明の実施の形態3によるLED制御装置において、それに含まれるデューティ検出回路の詳細な構成例を示す回路図である。図7に示すデューティ検出回路DTDET2は、図2のデューティ検出回路DTDET1と同様に、ハイレベル期間検出カウンタ回路HCUNT、周期検出カウンタ回路CCUNT、および除算回路LOG_DIVを備える。ただし、DTDET1では、LOG_DIVの先にディジタルコンパレータブロックDCMP_BKが備わっていたが、その代わりに、DTDET2では、HCUNTとLOG_DIVの間とCCUNTとLOG_DIVの間にそれぞれDCMP_BKと同様のディジタルコンパレータブロックDCMP_BK1,DCMP_BK2が備わっている。以下、図2との相違点に着目して説明を行う。
本実施の形態4では、実施の形態1〜実施の形態3に示したLED制御装置の主要部を含めたLED制御装置の全体構成例について説明する。
図8は、本発明の実施の形態4によるLED制御装置において、その全体の構成例を示すブロック図である。図8に示すLED制御装置DRUは、18個の外部端子P_VIN,P_VCC,P_FSW,P_EAO,P_EN,P_ISET,P_PWM,P_RF,P_GND,P_FB1〜P_FB6,P_OVP,P_PGND,P_SWを含んでいる。また、DRUは、昇圧DC−DCコンバータブロックDCC_BKと、スイッチングトランジスタ(パワートランジスタ)Qswと、電流供給制御回路CSCTLと、定電流供給回路ブロックCS_BKと、発振回路OSCv,OSCpを備えている。
図9は、図8のLED制御装置DRUにおいて、その概略レイアウト構成の一例を示す平面図である。図8に示したLED制御装置DRUは、例えば、図9に示すように1個の半導体チップCP_DRUによって形成され、図示しないQFN(Quad Flat Non leaded Package)等を代表とする半導体パッケージに搭載される。これによって、LED制御装置DRUの小型化等が可能となり、特に、携帯電話機やノートPCといった小型の電子機器において有益となる。図9のCP_DRUにおける上半分の領域では、チップ面積の約1/4を用いてトランジスタ(パワートランジスタ)Qswが形成され、それに隣接するように、チップ面積の約1/4を用いて昇圧DC−DCコンバータブロックDCC_BKが形成される。また、CP_DRUにおける下半分の領域では、チップ面積の約1/4を用いて定電流供給回路ブロックCS_BKが形成され、残りの領域に電流供給制御回路CSCTLおよび発振回路OSCv,OSCpが適宜形成される。
ACS 活性電流検出回路
AD アンド演算回路
AMP アンプ回路
C 容量
CCUNT 周期検出カウンタ回路
CLK クロック信号
CP_DRU 半導体チップ
CS 定電流供給回路
CS_BK 定電流供給回路ブロック
CSCTL 電流供給制御回路
DCC_BK 昇圧DC−DCコンバータブロック
DCMP ディジタルコンパレータ回路
DCMP_BK ディジタルコンパレータブロック
DFCMP 差分値比較回路
DRU LED制御装置
DRV ドライバ回路
DTDET デューティ検出回路
DTOUT デューティ設定信号
DVAL 暫定デューティ設定信号
EA エラーアンプ回路
EO エラーアンプ信号
FB フィードバック信号
FF フリップフロップ回路
HCUNT ハイレベル期間検出カウンタ回路
HVAL,CVAL カウント値
IV インバータ回路
L インダクタ
LED_L LED群
LOG_DIV 除算回路
LOG_SUB 減算回路
MCU マイクロコントローラユニット
ND ナンド演算回路
NDIV 分周回路
OSC 発振回路
OVP_CMP 過電圧検出回路
P 外部端子
PGND,GND 接地電源電圧
PWM PWM信号
PWMCTL PWM制御回路
PWMGEN PWM信号生成回路
Q トランジスタ
R 抵抗
REG レジスタ回路
SBD ショットキーバリアダイオード
SDAT 設定値
SEL セレクタ回路
SPC シリアルパラレル変換回路
SS_CTL ソフトスタート制御回路
TSD 温度検出回路
UPCUNT アップカウンタ回路
VIN 入力電源電圧
VO 出力電源ノード
VOF オフセット電圧源
VREG 内部電源電圧生成回路
VSDAT 設定値可変回路
WEN ライトイネーブル信号
Claims (12)
- 第1電圧レベルと第2電圧レベル間で遷移する第1PWM信号が入力される第1ノードと、
第2ノードと、
前記第1PWM信号のデューティを検出し、その検出結果を反映した第4ディジタル信号を出力するデューティ検出回路と、
前記第4ディジタル信号で指定されたデューティを持つ第2PWM信号を生成するPWM信号生成回路と、
前記第2PWM信号に基づいて前記第2ノードにおける電流の供給有無を制御する電流供給回路とを備え、
前記デューティ検出回路は、
第1クロック信号を用いたカウント動作によって前記第1PWM信号の1周期の期間を検出し、その検出結果となる第1ディジタル信号を出力する周期検出回路と、
前記第1クロック信号を用いたカウント動作によって前記第1PWM信号の1周期における前記第1電圧レベルの期間を検出し、その検出結果となる第2ディジタル信号を出力する第1電圧レベル期間検出回路と、
前記第2ディジタル信号を前記第1ディジタル信号で除算した結果に基づいて前記第1PWM信号のデューティを表す第3ディジタル信号を出力する第1演算回路と、
前記第4ディジタル信号を記憶し、第1制御信号が活性状態の場合に前記第4ディジタル信号を前記第3ディジタル信号で更新し、前記第1制御信号が非活性状態の場合に前記更新を行わない第1レジスタ回路と、
前記第4ディジタル信号と前記第3ディジタル信号の差分の絶対値を演算し、前記差分の絶対値が予め定めたディジタル設定値よりも大きい場合には前記第1制御信号を活性状態とし、前記差分の絶対値が前記ディジタル設定値以下の場合には前記第1制御信号を非活性状態とする差分値比較回路とを有することを特徴とするLED制御装置。 - 請求項1記載のLED制御装置において、
前記PWM信号生成回路は、前記第1クロック信号よりも低速な第2クロック信号を用いてKカウントの範囲内で巡回的にカウント動作を行い、そのカウント値が前記第4ディジタル信号に達した際に電圧レベルの遷移を行うことで前記第2PWM信号を生成し、
前記第1演算回路は、前記第2ディジタル信号を前記第1ディジタル信号で除算した結果に対して前記Kの値を乗算することで前記第3ディジタル信号を出力することを特徴とするLED制御装置。 - 請求項1記載のLED制御装置において、
前記LED制御装置は、更に、昇圧DC−DCコンバータの構成要素となるスイッチングトランジスタならびに前記スイッチングトランジスタのオン・オフをPWM制御するPWM制御回路を備え、
前記デューティ検出回路、前記PWM信号生成回路、前記電流供給回路、前記スイッチングトランジスタおよび前記PWM制御回路は、一つの半導体チップで形成されることを特徴とするLED制御装置。 - 請求項3記載のLED制御装置において、
前記第2ノードには、外部部品として液晶ディスプレイのバックライト用のLEDが接続され、
前記LEDの電源電圧は、前記昇圧DC−DCコンバータを用いて生成されることを特徴とするLED制御装置。 - 請求項1記載のLED制御装置において、
前記差分値比較回路で用いる前記ディジタル設定値は、可変設定可能となっていることを特徴とするLED制御装置。 - 請求項1記載のLED制御装置において、
前記差分値比較回路は、更に、前記第4ディジタル信号が表す値の大きさに応じて前記ディジタル設定値の値を変化させるディジタル設定値可変回路を有することを特徴とするLED制御装置。 - 第1電圧レベルと第2電圧レベル間で遷移する第1PWM信号が入力される第1ノードと、
第2ノードと、
前記第1PWM信号のデューティを検出し、その検出結果を反映した第5ディジタル信号を出力するデューティ検出回路と、
前記第5ディジタル信号で指定されたデューティを持つ第2PWM信号を生成するPWM信号生成回路と、
前記第2PWM信号に基づいて前記第2ノードにおける電流の供給有無を制御する電流供給回路とを備え、
前記デューティ検出回路は、
第1クロック信号を用いたカウント動作によって前記第1PWM信号の1周期の期間を検出し、その検出結果となる第1ディジタル信号を出力する周期検出回路と、
前記第1クロック信号を用いたカウント動作によって前記第1PWM信号の1周期における前記第1電圧レベルの期間を検出し、その検出結果となる第2ディジタル信号を出力する第1電圧レベル期間検出回路と、
第3ディジタル信号を記憶し、第1制御信号が活性状態の場合に前記第3ディジタル信号を前記第1ディジタル信号で更新し、前記第1制御信号が非活性状態の場合に前記更新を行わない第1レジスタ回路と、
第4ディジタル信号を記憶し、第2制御信号が活性状態の場合に前記第4ディジタル信号を前記第2ディジタル信号で更新し、前記第2制御信号が非活性状態の場合に前記更新を行わない第2レジスタ回路と、
前記第3ディジタル信号と前記第1ディジタル信号の差分の絶対値を演算し、前記差分の絶対値が予め定めた第1ディジタル設定値よりも大きい場合には前記第1制御信号を活性状態とし、前記差分の絶対値が前記第1ディジタル設定値以下の場合には前記第1制御信号を非活性状態とする第1差分値比較回路と、
前記第4ディジタル信号と前記第2ディジタル信号の差分の絶対値を演算し、前記差分の絶対値が予め定めた第2ディジタル設定値よりも大きい場合には前記第2制御信号を活性状態とし、前記差分の絶対値が前記第2ディジタル設定値以下の場合には前記第2制御信号を非活性状態とする第2差分値比較回路と、
前記第4ディジタル信号を前記第3ディジタル信号で除算した結果に基づいて前記第5ディジタル信号を出力する第1演算回路とを有することを特徴とするLED制御装置。 - 請求項7記載のLED制御装置において、
前記PWM信号生成回路は、前記第1クロック信号よりも低速な第2クロック信号を用いてKカウントの範囲内で巡回的にカウント動作を行い、そのカウント値が前記第5ディジタル信号に達した際に電圧レベルの遷移を行うことで前記第2PWM信号を生成し、
前記第1演算回路は、前記第4ディジタル信号を前記第3ディジタル信号で除算した結果に対して前記Kの値を乗算することで前記第5ディジタル信号を出力することを特徴とするLED制御装置。 - 請求項7記載のLED制御装置において、
前記第1および第2差分値比較回路で用いる前記第1および第2ディジタル設定値は、それぞれ可変設定可能となっていることを特徴とするLED制御装置。 - 第1電圧レベルと第2電圧レベル間で遷移する第1PWM信号が入力され、前記第1PWM信号と異なる周波数を持ち、前記第1PWM信号のデューティを反映させた第2PWM信号を生成し、前記第2PWM信号を用いてLEDの輝度を制御するLED制御方法であって、
第1クロック信号を用いたカウント動作によって前記第1PWM信号の1周期の期間を第1ディジタル信号として検出する第1ステップと、
前記第1クロック信号を用いたカウント動作によって前記第1PWM信号の1周期における前記第1電圧レベルの期間を第2ディジタル信号として検出する第2ステップと、
前記第2ディジタル信号を前記第1ディジタル信号で除算し、その結果に基づいて前記第1PWM信号のデューティを第3ディジタル信号として算出する第3ステップと、
第4ディジタル信号を記憶し、前記第4ディジタル信号と前記第3ディジタル信号の差分の絶対値を演算し、前記差分の絶対値が予め定めたディジタル設定値よりも大きい場合には前記第4ディジタル信号を前記第3ディジタル信号で更新し、前記ディジタル設定値以下の場合には前記第4ディジタル信号の更新を行わない第4ステップと、
前記第4ディジタル信号に基づいたデューティを持つ第2PWM信号を生成する第5ステップとを有することを特徴とするLED制御方法。 - 請求項10記載のLED制御方法において、
前記第5ステップでは、前記第1クロック信号よりも低速な第2クロック信号を用いてKカウントの範囲内で巡回的にカウント動作が行われ、そのカウント値が前記第4ディジタル信号に達した際に電圧レベルの遷移を行うことで前記第2PWM信号が生成され、
前記第3ステップでは、前記第2ディジタル信号を前記第1ディジタル信号で除算した結果に対して前記Kの値を乗算することで前記第3ディジタル信号が算出されることを特徴とするLED制御方法。 - 請求項10記載のLED制御方法において、
更に、前記第4ディジタル信号が表す値の大きさに応じて前記第4ステップで用いる前記ディジタル設定値の値を変化させる第6ステップを有することを特徴とするLED制御方法。
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