JP5359648B2 - 発光ダイオード駆動回路 - Google Patents
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Description
n個の直列接続されたLED群(LEDストリングS1)には、一定の駆動電圧VOUTが供給される。このLEDストリングS1と直列に定電流回路102が設けられており、LEDストリングS1に流れる駆動電流IL1が一定に制御される。
次に、この状態から駆動電流IL1を流す期間に移行すると、その期間の初期において駆動電圧VOUTが極端に低い状態から帰還制御が開始される。駆動電圧VOUTが低いと、電圧降下VSINKが基準電圧VPより低くなるため、LEDストリングS1の駆動電流IL1が一定値Iconstに比べて小さくなる。その結果、LEDストリングS1に流れる電流の平均値が低下し、輝度が低下してしまう。
これにより、上記スイッチ回路のオン状態の期間に生成された上記帰還制御信号が、オフ状態の期間を挟んで、次のオン状態の開始時に初期値として用いられる。そのため、上記スイッチ回路のオン状態の初期において適切な上記帰還制御信号により上記駆動電圧の制御が開始される。
好適に、上記複数の帰還制御回路において生成される複数の上記帰還制御信号のうち、上記駆動電圧を最も上昇させる帰還制御信号を出力する信号合成部を有し、上記電圧供給回路は、上記信号合成部から出力される帰還制御信号に応じて上記駆動電圧を調節する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るLED駆動回路の構成の一例を示す図である。
図1に示すLED駆動回路は、スイッチング電源回路20と、スイッチング制御回路30と、帰還制御回路40と、定電流回路50とを有する。
スイッチング電源回路20及びスイッチング制御回路30を含む回路ブロックは、本発明における電圧供給回路の一例である。
定電流回路50は、本発明における定電流回路の一例である。
帰還制御回路40は、本発明における帰還制御回路の一例である。
差を電流IADJに変換してノードFBに出力する。例えば、電圧電流変換増幅器41は、電圧降下VSINKが基準電圧VPより低くなると、ノードFBからグランド電位へ流れる極性(正極性)の電流IADJを増大させ、電圧降下VSINKが基準電圧VPより高くなると、正極性の電流IADJを減少させる(負極性の電流IADJを増大させる)。
スイッチ回路SF1は、調光信号Scに応じて、駆動電流ILが流れるときにオンし、駆動電流IL1が遮断されるときにオフする。
抵抗R3は、電圧電流変換増幅器41の出力電流IADJを制限するための抵抗であり、電圧電流変換増幅器41の出力電圧がグランド電位や電源電圧Vccに飽和する場合でも、抵抗R3によって出力電流IADJが所定の範囲に制限される。出力電流IADJの範囲を制限することで、駆動電圧VOUTの調整範囲を制限することができる。
電圧電流変換増幅器41のゲインが十分に大きい場合、電圧降下VSINKと基準電圧VPがほぼ等しくなるように出力電流IADJが調節される。
図3及び図4は、図1に示すLED駆動回路におけるLED点灯時の各部の電圧波形を例示する図である。図3は電圧降下VSINKが基準電圧VPより低い場合を示し、図4は電圧降下VSINKが基準電圧VPより高い場合を示す。
時刻t12において電圧降下VSINKが基準電圧VPに達すると、帰還制御回路40は電流IADJの増大を停止させて、電圧降下VSINKが基準電圧VPに近い値になるように電流IADJを維持する。このとき、定電流回路50は定電流源として機能しており、駆動電流IL1をほぼ一定の電流値Iconstに保つ。
時刻t14において電圧降下VSINKが基準電圧VP付近まで低下すると、帰還制御回路40は電流IADJの減少を停止させて、電圧降下VSINKが基準電圧VPに近い値になるように電流IADJを維持する。
図5及び図6は、図1に示すLED駆動回路においてLEDが点灯と消灯を繰り返す場合の各部の電圧波形を例示する図である。図5は、LEDの点灯期間の初期状態において電圧降下VSINKが基準電圧VPより低い場合を示し、図6は、この初期状態において電圧降下VSINKが基準電圧VPより高い場合を示す。
次いで、調光信号Scがハイレベルからローレベルに立ち下がると(時刻t23)、定電流回路50のスイッチ回路がオフ状態になって駆動電流IL1が遮断される。駆動電流IL1が遮断されると、端子SINKの電圧VSINKは駆動電圧VOUT付近まで上昇する。しかしながら、このときスイッチSF1がオフ状態になって帰還制御回路40の帰還制御が停止されるため、駆動電圧VOUTは電圧VSINKの上昇に影響を受けることなく電圧Vrに近づいていく(時刻T24)。
次いで、調光信号Scがハイレベルからローレベルに立ち下がると(時刻t27)、定電流回路50のスイッチ回路がオフ状態になって駆動電流IL1が遮断され、端子SINKの電圧VSINKは駆動電圧VOUT付近まで上昇する。しかしながら、この場合も帰還制御回路40の帰還制御が停止されているため、駆動電圧VOUTは電圧VSINKの上昇に影響を受けることなく電圧Vrに近づいていく(時刻t28)。
LEDストリングS1の駆動電流IL1が遮断されるとき、端子SINKがフローティング状態となり、端子SINKに生じる電圧VSINKが大きく変動する。そのため、この状態で帰還制御が働くと、駆動電圧VOUTが大きく変動してしまう。本実施形態では、帰還制御回路40による帰還制御を停止することによって、上記のような駆動電圧VOUTの変動を抑えることができる。従って、駆動電流IL1が流れ始める初期状態において、駆動電圧VOUTが適切なレベルから大幅にずれてしまうことを防止し、LEDの輝度の極端な低下や、定電流回路50の消費電力の大幅な増大を抑制できる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
図8は、第2の実施形態に係るLED駆動回路の構成の一例を示す図である。図8に示すLED駆動回路は、図1に示すLED駆動回路における帰還制御回路40を次に述べる帰還制御回路40Bに置き換えたものであり、他の構成要素は図1に示すLED駆動回路と同様である。
すなわち、帰還制御回路40Bは、電圧降下VSINKが基準電圧VLより低い場合、駆動電圧VOUTが上昇するように正極性の電流IADJを増大させ、電圧降下VSINKが基準電圧VH(VH>VL)より高い場合、駆動電圧VOUTが低下するように正極性の電流IADJを減少させる(負極性の電流IADJを増大させる)。
ここで、コンパレータ43及び45は、本発明における比較回路の一例である。
デジタル−アナログ変換回路47は、本発明におけるデジタル−アナログ変換回路の一例である。
コンパレータ45は、基準電圧発生器46において発生する基準電圧VLと定電流回路50の電圧降下VSINKとを比較し、その比較結果として信号LOを出力する。コンパレータ45は、電圧降下VSINKが基準電圧VLより低い場合にハイレベルの信号LOを出力し、電圧降下VSINKが基準電圧VLより高い場合にローレベルの信号LOを出力する。
ここで、ゲート回路451は、本発明におけるゲート回路の一例である。
遅延回路UL1は、本発明における遅延回路の一例である。
ラッチ回路452,453は、本発明における信号保持回路の一例である。
アップ/ダウン・カウンタ454は、本発明における計数回路の一例である。
図11は、アップ/ダウン・カウンタ454の計数動作を説明するための図である。クロック信号(図11(A))の立ち上がりにおいてラッチ回路452に保持される信号HI_L(図11(B))がハイレベルのとき、アップ/ダウン・カウンタ454は計数値DAT(図11(D))を1ずつインクリメントする。また、クロック信号の立ち上がりにおいてラッチ回路453に保持される信号LO_L(図11(C))がハイレベルのとき、アップ/ダウン・カウンタ454は計数値DATを1ずつデクリメントする。他方、クロック信号の立ち上がりにおいて信号HI_L,LO_Lがともにローレベルのとき、アップ/ダウン・カウンタ454は計数値DATを保持する。
バッファ回路48は、デジタル−アナログ変換回路47のアナログ信号を高インピーダンスで入力し、このアナログ信号とほぼ等しい電圧VADJを低インピーダンスで出力する。バッファ回路48の出力は、抵抗R3を介してノードFBに接続される。
図12に示すように、電圧VADJは計数値DATにほぼ比例して変化する。計数値DATが最小(Dmin)のとき電圧VADJは最小(Vmin)となり、計数値DATが最大(Dmax)のとき電圧VADJは最大(Vmax)となる。
また、アップ/ダウン・カウンタ454の初期状態において計数値DATの値は「Di」となるように設定される。計数値DATの値が「Di」のとき、デジタル−アナログ変換回路47は基準電圧VREFとほぼ等しい電圧VADJを出力する。
図13及び図14は、図8に示すLED駆動回路におけるLED点灯時の各部の電圧波形を例示する図である。図13は電圧降下VSINKが基準電圧VLより低い場合を示し、図14は電圧降下VSINKが基準電圧VHより高い場合を示す。
駆動電圧VOUTの上昇に応じて電圧降下VSINKが上昇し、時刻t32において基準電圧VLに達すると、コンパレータ43,45の出力信号HI,LOが共にローレベルになり、これに応じて信号HI_L,LO_Lが共にローレベルになる。これにより、アップ/ダウン・カウンタ454が計数値DATを保持するため、駆動電圧VOUTの上昇が停止する。電圧降下VSINKは、基準電圧VLより高く基準電圧VHより低い範囲に維持される。このとき、定電流回路50は定電流源として機能しており、駆動電流IL1をほぼ一定の電流値Iconstに保つ。
駆動電圧VOUTの低下に応じて電圧降下VSINKが低下し、時刻t34において基準電圧VHまで低下すると、コンパレータ43,45の出力信号HI,LOが共にローレベルになり、これに応じて信号HI_L,LO_Lが共にローレベルになる。これにより、アップ/ダウン・カウンタ454が計数値DATを保持するため、駆動電圧VOUTの低下が停止する。電圧降下VSINKは、基準電圧VHより低く基準電圧VLより高い範囲に維持される。
図15及び図16は、図8に示すLED駆動回路においてLEDが点灯と消灯を繰り返す場合の各部の電圧波形を例示する図であり、計数値DATが初期値(Di)の状態からLEDの駆動を開始する場合を示す。図15は、初期状態において電圧降下VSINKが基準電圧VLより低い場合を示し、図16は、初期状態において電圧降下VSINKが基準電圧VHより高い場合を示す。
従って、定電流回路50のスイッチ回路をオンした直後から、適切な電圧降下VSINKでLEDの駆動が行われる。
この時、アップ/ダウン・カウンタ454の計数値DATは、電圧降下VSINKをほぼ目標範囲内(VL<VSINK<VH)に設定する適切な値となっている。そのため、定電流回路50のスイッチ回路をオンした直後から、適切な電圧降下VSINKでLEDの駆動が行われる。
このように、駆動電流IL1を遮断する期間において、帰還制御回路40Bの帰還制御のために生成される電圧VADJが保持されるため、帰還制御を再開するとき、その当初から適切な電圧降下VSINKで駆動電流IL1を流すことができる。従って、LEDの駆動開始時に電圧降下VSINKが低すぎてLEDの輝度が低下したり、電圧降下VSINKが高すぎて無駄な電力損失が発生したりするといった問題を効果的に防止できる。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
図17は、第3の実施形態に係るLED駆動回路の構成の一例を示す図である。図17に示すLED駆動回路は、図1,図8に示すLED駆動回路と同様にスイッチング電源回路20及びスイッチング制御回路30を有するとともに、LEDストリングS1〜Smと、定電流回路50−1〜50−mと、帰還制御回路40−1〜40−mを有する。
図18に示すように、ダイオードDs−1〜Ds−mを介して帰還制御回路40−1〜40−mの帰還制御信号をノードFBで合成した場合、最も出力電圧の低い帰還制御信号が優先的にノードFBに入力される。最も電圧の低い帰還制御信号は、最も駆動電圧VOUTを上昇させる信号であり、この帰還制御信号に応じて駆動電圧VOUTが制御されるということは、m個の定電流回路(50−1〜50−m)のうち最も低い電圧降下VSINKに合わせて駆動電圧VOUTが帰還制御されることを意味する。
従って、図18に示すLED駆動回路によれば、m個の定電流回路(50−1〜50−m)のうち最も低い電圧降下VSINKが基準電圧(VP,VL)より高くなるように駆動電圧VOUTが制御される。これにより、各定電流回路(50−1〜50−m)を正常に定電流源として動作させることができるので、各LEDストリングS1〜Smを正常に発光させることができる。
帰還制御回路40Cは、アナログ−デジタル変換回路49と、ロジック回路45Aと、デジタル−アナログ変換回路47と、バッファ回路48と、抵抗R3とを有する。アナログ−デジタル変換回路49は、電圧降下VSINKをデジタルデータDSINKに変換してロジック回路45Aに入力する。ロジック回路45Aは、デジタルデータDSINKに対して、基準電圧VH,VLと等価な基準データとの比較を行い、その比較結果をロジック回路45と同様な回路によって処理し、計数値DATを生成する。計数値DATの処理については帰還制御回路40Bと同様である。
このように、本発明では大部分の処理をデジタル回路で行うことも可能である。
例えば図22に示すLED駆動回路では、降圧型のスイッチング電源回路20Aによって駆動電圧VOUTを発生し、図23に示すLED駆動回路では、昇降圧型のスイッチング電源回路20Bによって駆動電圧VOUTを発生する。
スイッチング電源回路に限らず、例えばリニアレギュレータ回路によって駆動電圧VOUTを発生してもよい。
Claims (10)
- 1つ又は直列接続された複数の発光ダイオードを含んだ発光ダイオード回路を駆動する発光ダイオード駆動回路であって、
上記発光ダイオード回路に駆動電圧を供給する電圧供給回路と、
上記発光ダイオード回路に流れる駆動電流の経路に設けられており、上記駆動電流を一定に制御する定電流回路と、
上記定電流回路に生じる電圧降下又は上記発光ダイオード回路のカソード電圧が第1のしきい電圧より低い場合、上記駆動電圧が上昇するように上記電圧供給回路を制御し、上記電圧降下又は上記カソード電圧が上記第1のしきい電圧より高い場合、若しくは、上記電圧降下又は上記カソード電圧が上記第1のしきい電圧より高い第2のしきい電圧を超える場合、上記駆動電圧が低下するように上記電圧供給回路を制御する帰還制御回路と、
を有し、
上記定電流回路は、入力される調光信号に応じて上記駆動電流の経路を遮断するスイッチ回路を含んでおり、
上記帰還制御回路は、上記スイッチ回路がオフすると、上記定電流回路の上記電圧降下又は上記カソード電圧に応じた上記駆動電圧の制御を停止し、上記スイッチ回路がオンすると、当該停止した制御を再開する、
発光イオード駆動回路。 - 上記帰還制御回路は、上記スイッチ回路がオン状態のとき、上記定電流回路に生じる上記電圧降下又は上記カソード電圧と上記第1のしきい電圧又は上記第2のしきい電圧との差に応じて変化する帰還制御信号を生成し、上記スイッチ回路がオン状態からオフ状態へ移行するとき、上記帰還制御信号を保持し、上記スイッチ回路がオフ状態からオン状態へ移行するとき、上記帰還制御信号の上記保持を解除し、
上記電圧供給回路は、上記帰還制御信号に応じて上記駆動電圧を調節する、
請求項1に記載の発光ダイオード駆動回路。 - 上記帰還制御回路は、上記スイッチ回路がオフ状態からオン状態へ移行してから、上記電圧降下又は上記カソード電圧のレベルが安定し得る所定の遅延時間が経過した後で上記帰還制御信号の上記保持を解除する、
請求項2に記載の発光ダイオード駆動回路。 - 上記帰還制御回路は、
上記定電流回路に生じる上記電圧降下又は上記発光ダイオード回路の上記カソード電圧を、上記第1のしきい電圧並びに上記第2のしきい電圧と比較する比較回路と、
上記比較回路の出力信号を一定の周期で保持する信号保持回路と、
上記信号保持回路に保持される上記比較回路の出力信号に基づいて、上記電圧降下又は上記カソード電圧が上記第1のしきい電圧より低い場合は、上記駆動電圧が上昇するように上記帰還制御信号を段階的に若しくは連続的に変化させ、上記電圧降下又は上記カソード電圧が上記第2のしきい電圧より高い場合は、上記駆動電圧が低下するように上記帰還制御信号を段階的に若しくは連続的に変化させ、上記電圧降下又は上記カソード電圧が上記第1のしきい電圧より高く上記第2のしきい電圧より低い場合は、上記帰還制御信号を保持する帰還制御信号生成回路と、
を含む、
請求項2又は3に記載の発光ダイオード駆動回路。 - 上記比較回路の出力信号と上記調光信号とを入力し、上記調光信号が上記スイッチ回路のオン状態を示すとき、上記比較回路の出力信号を出力し、上記調光信号が上記スイッチ回路のオフ状態を示すときは、当該オフ状態を示す所定の信号を出力するゲート回路を有し、
上記信号保持回路は、上記ゲート回路から出力される信号を上記一定の周期で保持し、
上記帰還制御信号生成回路は、上記信号保持回路に保持される上記比較回路の出力信号に応じて上記帰還制御信号を変化させるか又は保持し、上記信号保持回路に上記所定の信号が保持される場合は上記帰還制御信号を保持する、
請求項4に記載の発光ダイオード駆動回路。 - 上記帰還制御信号生成回路は、
上記信号保持回路に保持される上記比較回路の出力信号に応じて計数値を一定の周期で増減させるか又は保持し、上記信号保持回路に上記所定の信号が保持される場合は上記計数値を保持する計数回路と、
上記計数回路の計数値に応じたアナログ信号を生成するデジタル−アナログ変換回路と、
を含む、
請求項5に記載の発光ダイオード駆動回路。 - 上記スイッチ回路がオフ状態からオン状態へ移行することを示す上記調光信号を入力した場合、上記調光信号を所定の遅延時間だけ遅延させてから上記ゲート回路に入力する遅延回路を有する、
請求項6に記載の発光ダイオード駆動回路。 - 上記電圧供給回路から共通の上記駆動電圧を供給される複数の上記発光ダイオード回路に流れる上記駆動電流をそれぞれ一定に制御する複数の上記定電流回路と、
上記複数の定電流回路に生じる上記電圧降下又は上記カソード電圧と上記第1のしきい電圧又は上記第2のしきい電圧との差に応じて上記帰還制御信号をそれぞれ生成する複数の上記帰還制御回路と、
を有し、
上記電圧供給回路は、上記複数の帰還制御回路において生成される複数の上記帰還制御信号を合成した信号に応じて上記駆動電圧を調節する、
請求項2乃至7の何れか一項に記載の発光ダイオード駆動回路。 - 上記複数の帰還制御回路において生成される複数の上記帰還制御信号のうち、上記駆動電圧を最も上昇させる帰還制御信号を出力する信号合成部を有し、
上記電圧供給回路は、上記信号合成部から出力される帰還制御信号に応じて上記駆動電圧を調節する、
請求項8に記載の発光ダイオード駆動回路。 - 上記電圧供給回路が、上記駆動電圧を分圧した分圧電圧を第1のノードに供給する分圧回路と、上記分圧電圧と基準電圧とを比較して誤差信号を生成する誤差増幅回路と、上記誤差信号とランプ信号とを比較してスイッチング信号を生成するコンパレータと、上記スイッチング信号に応答してオン・オフ動作するスイッチングトランジスタとを含み、
上記帰還制御回路が、上記電圧降下又は上記カソード電圧に応じて上記駆動電圧を制御するための帰還制御信号を生成し、上記帰還制御信号が抵抗を介して上記第1のノードに供給される、
請求項1に記載の発光ダイオード駆動回路。
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