JP5660936B2 - Light emitting element drive circuit - Google Patents
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Description
本発明は、調光回路とスイッチングレギュレータと発光素子を組み合わせた発光素子駆動回路において、発光素子をパルス調光する際の発光素子の点灯時間を極端に短くしても、安定した動作ができるようにした発光素子駆動回路に関する。 According to the present invention, in a light emitting element driving circuit in which a dimming circuit, a switching regulator, and a light emitting element are combined, stable operation can be performed even if the lighting time of the light emitting element is extremely shortened when the light emitting element is subjected to pulse dimming. The present invention relates to a light emitting element driving circuit.
発光素子である例えばLEDは点発光の素子であるため、面としての発光が必要な液晶ディスプレイのバックライトとして使用する場合、多数のLEDを二次元配置して同じ明るさで点灯させる必要がある。このため複数のLEDを直列に接続し、これを定電流源の電流で駆動している。また、この場合、LEDのアノード電圧を昇圧型スイッチングレギュレータによって発生させ、LEDを定電流で駆動できるようにしている。 For example, an LED, which is a light emitting element, is a point light emitting element. Therefore, when used as a backlight of a liquid crystal display that requires light emission as a surface, it is necessary to arrange a number of LEDs two-dimensionally and to light them with the same brightness. . For this reason, a plurality of LEDs are connected in series and are driven by the current of a constant current source. In this case, the anode voltage of the LED is generated by a step-up switching regulator so that the LED can be driven with a constant current.
また、発光素子駆動回路であるLED駆動回路において、LEDの明るさをPWM信号等によりパルス調光する場合、100Hz以上の周期でLEDの点灯/消灯を繰り返す方法が用いられるが、LEDが消灯している間は同時に昇圧型スイッチングレギュレータも停止させることにより、回路全体の消費電力を低く抑えることが行われる。 In addition, in the LED driving circuit which is a light emitting element driving circuit, when the brightness of the LED is subjected to pulse dimming with a PWM signal or the like, a method of repeatedly turning on / off the LED at a cycle of 100 Hz or more is used, but the LED is turned off. At the same time, the step-up switching regulator is also stopped to reduce the power consumption of the entire circuit.
上記機能を有する従来のLED駆動回路を図6に示す。10は負荷回路であり、複数のLEDを直列接続した回路で構成されている。20は調光回路であり、負荷回路10に供給する定電流をパルス調光信号P1によってオン/オフさせる。この調光回路20は、負荷回路10に直列接続された定電流源21と、入力端子22から入力したパルス調光信号P1(調光PWM信号)を波形整形するインバータINV1,INV2とによって構成され、インバータINV2の出力によって定電流源21がオン/オフされることによって、負荷回路10の各LEDがオン/オフ調光される。30は昇圧型スイッチングレギュレータであり、負荷回路10の接地側のLED11のカソード側の電圧VKを検出して、その電圧VKが後記する参照電圧VREF1となるように電源側のLED12のアノード側に印加する電圧VAを制御する。
A conventional LED driving circuit having the above function is shown in FIG.
この昇圧型スイッチングレギュレータ30は、負荷回路10の接地側のLED11のカソード電圧VKをスイッチSW1と抵抗RNF1を経由して取り込み、電圧源31の参照電圧VREF1と比較してその差分を誤差電圧として検出増幅するエラーアンプ32と、そのエラーアンプ32の出力電圧レベルに応じた昇圧PWM信号を生成するPWM変換回路33と、前記パルス調光信号P1が“H”のときPWM変換回路33から出力する昇圧PWM信号を通過させるアンドゲートAND1と、そのアンドゲートAND1から出力する昇圧PWM信号によってスイッチングされるNMOSのトランジスタM1と、そのトランジスタM1がオンしたとき電源電圧がVINの電圧源34からトランジスタM1に流れる電流によりエネルギーを蓄積し、トランジスタM1がオフしたときそのエネルギーの電流を整流素子D1で整流して出力用のキャパシタC1に蓄積するインダクタL1とを含む。ここで、トランジスタM1、インダクタL1、整流素子D1、キャパシタC1はチョッパ型昇圧回路(電圧生成回路)を構成する。
The step-
この昇圧型スイッチングレギュレータ30では、トランジスタM1のオン時間、つまりPWM変換回路33から出力する昇圧PWM信号の“H”の期間が長いほど、負荷回路10の電源側のLED12のアノードに供給する電圧VAが高くなる。PWM変換回路33から出力する昇圧PWM信号の“H”期間は、エラーアンプ32の出力電圧が高いほど長くなる。エラーアンプ32の出力電圧は、参照電圧VREF1に比べて負荷回路10の接地側のLED11のカソード側の電圧VKが低いほど高くなる。よって、電圧VKが参照電圧VREF1と一致する電圧となるように、昇圧型スイッチングレギュレータ30が負帰還動作して、負荷回路10に供給する電圧VAが制御される。
In this step-
昇圧型スイッチングレギュレータ30のスイッチSW1は、パルス調光信号P1が“H”のときa側に切り替り、“L”のときb側に切り換わる。これにより、パルス調光信号P1が各LEDを駆動しているときは昇圧型スイッチングレギュレータ30の昇圧動作が行われ、パルス調光信号P1が各LEDを駆動していないきは昇圧型スイッチングレギュレータ30の昇圧動作が停止されるので、省電力が図られている。
The switch SW1 of the step-
昇圧型スイッチングレギュレータ30のキャパシタCNF1は位相補償容量であり、抵抗RNFlとでローパスフィルタを形成する。負荷回路10の各LEDが消灯している間、キャパシタCNF1に蓄積された電荷が放電されてしまうと、各LEDが点灯状態に切り替わった際に、このキャパシタCNF1を再度充電する必要があり、その間、昇圧型スイッチングレギュレータ30の出力電圧VAが制御目標値より低下して、各LEDを十分に点灯できない場合がある。スイッチSW2はこれを防ぐためであり、パルス調光信号P1が“L”の期間、キャパシタCNF1の片側の端子をオープン状態にして、そのキャパシタCNF1の電荷の放電を防ぐようになっている。
The capacitor CNF1 of the step-
以上により、負荷回路10の各LEDは、調光回路20によって調光され、パルス調光信号P1の内容(PWMのデューティ)に応じた輝度に設定される。この間、昇圧型スイッチングレギュレータ30では、パルス調光信号P1の“H”の期間中だけトランジスタM1がPWM変換回路33から出力するPWM信号によってスイッチングされる。また、スイッチSW1はパルス調光信号P1の“H”の期間だけダイオード11のカソード電圧VKを検出してエラーアンプ32に送る。また、スイッチSW2はパルス調光信号P1の“H”の期間中だけキャパシタCNF1を接続して位相補償を行う。以上説明したLED駆動回路に類似するものとして、例えば特許文献1に記載のものがある。
As described above, each LED of the
近年、液晶パネルの消費電力を削減しコントラスト比を大きくするため、LEDに短い時間だけ電流を流し、可能な限りLEDを暗い状態で点灯させる動作が求められるようになってきた。このため、前述したパルス調光によりLEDの明るさを制御する際に、極端にLEDの点灯時間を短くしてもLED駆動回路が正常動作することが求められている。 In recent years, in order to reduce the power consumption of a liquid crystal panel and increase the contrast ratio, there has been a demand for an operation in which a current is passed through an LED for a short time and the LED is lit as dark as possible. For this reason, when the brightness of the LED is controlled by the pulse dimming described above, it is required that the LED drive circuit operates normally even if the LED lighting time is extremely shortened.
例えば、パルス調光信号P1の周波数を200Hzとし点灯時間(“H”期間)を全周期中の0.1%程度(PWMデューティ比が0.1)のみ点灯させる場合、LEDの点灯時間は約5μs程度になる。一方、トランジスタM1のスイッチング周波数(PWM変換回路33の昇圧PWM信号の周波数)は400kHz〜1MHzに設定されることが多く、仮に500kHzで動作させる場合では、その1周期は2μs程度になる。このため、LEDが点灯している時間中における昇圧型スイッチングレギュレータ30のスイッチングは2回程度しか行えないことになる。
For example, in the case where the frequency of the pulse dimming signal P1 is 200 Hz and the lighting time ("H" period) is lit only about 0.1% (PWM duty ratio is 0.1) in the entire cycle, the LED lighting time is about It becomes about 5 μs. On the other hand, the switching frequency of the transistor M1 (the frequency of the step-up PWM signal of the PWM conversion circuit 33) is often set to 400 kHz to 1 MHz. If the transistor M1 is operated at 500 kHz, one cycle is about 2 μs. For this reason, the step-up
図7はLEDが消灯状態から点灯状態に切り替わった際の、図6中のインダクタL1に流れる電流IL1を示したものである。パルス調光信号P1の“L”期間、つまりLEDが消灯している状態では、昇圧型スイッチングレギュレータ30も動作を停止しているため、インダクタL1に流れる電流IL1は0になっている。図7(a)に示すように、パルス調光信号P1が“H”に変化しLEDが点灯状態に切り替わると、インダクタL1の電流IL1もトランジスタM1のスイッチングごとに徐々に増加していくが、図7(b)に示すように、パルス調光信号P1の“H”の期間が短く、トランジスタM1のスイッチングの回数が少ないときは、インダクタL1の電流IL1がLEDを点灯させるに十分な目標値に達する前に、パルス調光信号P1が“L”に変化し、トランジスタM1のスイッチングの動作が停止して、一次側(電圧源34側)の電力を十分に2次側(LED側)に送ることができない。
FIG. 7 shows the current IL1 flowing through the inductor L1 in FIG. 6 when the LED is switched from the unlit state to the lit state. In the “L” period of the pulse dimming signal P1, that is, in a state where the LED is turned off, the
この結果、昇圧型スイッチングレギュレータ30の出力電圧VAが次第に低下して、負荷回路10の各LEDに十分な電圧を印加できなくなり、LEDが点灯しなくなる。ここで、LED消灯後にも単純に昇圧型スイッチングレギュレータ30の動作時間を延長する方法を取っても、問題がある。すなわち、昇圧型スイッチングレギュレータ30はLED11のカソード側の電圧VKを検出して負帰還動作を行っているが、LEDが点灯していない状態ではアノード・カソード間の電位差が縮小して、カソード側の電圧VKは定電流源21が動作を停止した瞬間に大きく変動するので、この電圧VKを元にしては昇圧型スイッチングレギュレータ30の負帰還制御を正常に行うことができなくなる。
As a result, the output voltage VA of the step-
本発明は、上記問題点を改善し、発光素子のより短い点灯時間でもスイッチングレギュレータの出力電圧を適切な値に制御し発光素子が正常に点灯できるようにした発光素子駆動回路を提供することを目的とするものである。 The present invention provides a light emitting element driving circuit that improves the above problems and controls the output voltage of the switching regulator to an appropriate value even when the light emitting element has a shorter lighting time so that the light emitting element can be normally lit. It is the purpose.
上記目的を達成するために、請求項1にかかる発明の発光素子駆動回路は、1つの発光素子からなり又は2以上の発光素子が直列接続された負荷回路と、第1のパルス調光信号が前記発光素子を点灯させる第1の論理のときは動作し、前記第1のパルス調光信号が前記発光素子を消灯させる第2の論理のときは動作が停止される、前記負荷回路に定電流を供給する定電流源を有する調光回路と、前記第1のパルス調光信号が前記第1の論理のときは前記定電流源に印加する第1の電圧を入力側に取り込んで第1の参照電圧と比較し、前記第1のパルス調光信号が前記第2の論理のときは入力側が接地に接続されるエラーアンプ、該エラーアンプの前記入力側と出力側の間に接続された位相補償用の第1のキャパシタ、前記エラーアンプの前記比較の結果に応じたデューティをもつPWM信号を生成するPWM変換回路、および該PWM変換回路から出力する前記PWM信号に応じて電源電圧を調整した電圧VAを生成して前記負荷回路に印加する電圧生成回路を含むスイッチングレギュレータと、前記第1の電圧を前記第1の参照電圧よりも高い第2の参照電圧と比較する第1の比較器、および前記第1のパルス調光信号が前記第1の論理から前記第2の論理に変化する第1のタイミング時の前記第1の比較器の比較結果と前記第1のパルス調光信号の前記第1の論理の期間の長短とに応じて前記第1のパルス調光信号を遅延し又は遅延しない第2のパルス調光信号を生成する遅延回路を有し、該遅延回路から出力する前記第2のパルス調光信号が前記第1の論理のときに前記第1のキャパシタの接続がそのままとなると共に前記電圧生成回路が電圧を生成し、前記第2の論理のときに前記第1のキャパシタが回路から切り離されると共に前記電圧生成回路の電圧の生成が停止するようにしたパルス幅伸張回路とを備え、前記パルス幅伸張回路の前記遅延回路は、前記第1のパルス調光信号の前記第1の論理の期間が前記電圧VAが必要十分な値になる第1の時間より長いとき、又は前記第1のパルス調光信号の前記第1の論理が前記第1の時間より短かく且つ前記第1のタイミング時の前記第1の電圧が前記第2の参照電圧以上のときは、前記第2のパルス幅調光信号として前記第1のパルス調光信号をそのまま出力し、前記第1のパルス調光信号の前記第1の論理の期間が前記第1の時間より短かく且つ前記第1のタイミング時の前記第1の電圧が前記第2の参照電圧よりも低いときは、前記第1のパルス調光信号の第1の論理の期間を第2の時間だけ延長した前記第2のパルス調光信号を出力する、ことを特徴とする。
請求項2にかかる発明は、請求項1に記載の発光素子駆動回路において、前記パルス幅伸張回路の前記遅延回路は、前記第1の電圧が前記第2の参照電圧以上の期間が長いほど、前記第2の時間が短縮されることを特徴とする。
請求項3にかかる発明は、請求項1又は2に記載の発光素子駆動回路において、前記エラーアンプをトランスコンダクタンスアンプに置き換えると共に前記第1のキャパシタを前記PWM変換回路の入力側と接地側との間の接続に置き換え、前記第2のパルス調光信号が前記第2の論理のとき、前記トランスコンダクタンスアンプの出力を遮断し、又は前記トランスコンダクタンスアンプの動作を停止させるようにしたことを特徴とする。
請求項4にかかる発明は、請求項1乃至3のいずれか1つに記載の発光素子駆動回路において、前記PWM変換回路と前記電圧生成回路との間に接続されるゲート手段を設け、該ゲート手段は、前記第2のパルス調光信号が前記第1の論理のとき、前記PWM変換回路の出力信号を前記電圧生成回路に入力させることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a light emitting element driving circuit according to a first aspect of the present invention includes a load circuit composed of one light emitting element or two or more light emitting elements connected in series, and a first pulse dimming signal. The load circuit operates when the first logic is turned on, and is stopped when the first pulse dimming signal is the second logic that turns off the light emitting element. A dimming circuit having a constant current source for supplying a first voltage applied to the constant current source when the first pulse dimming signal is the first logic, An error amplifier whose input side is connected to ground when the first pulse dimming signal is the second logic as compared with a reference voltage, and a phase connected between the input side and the output side of the error amplifier A first capacitor for compensation, and the error amplifier PWM conversion circuit for generating a PWM signal having a duty corresponding to the result of the compare, and the voltage applied to the load circuit and generates a voltage VA having an adjusted supply voltage in response to the PWM signal output from the PWM conversion circuit A switching regulator including a generation circuit; a first comparator that compares the first voltage with a second reference voltage that is higher than the first reference voltage; and the first pulse dimming signal includes the first pulse dimming signal. According to the comparison result of the first comparator at the first timing when the logic changes from the first logic to the second logic and the length of the first logic period of the first pulse dimming signal. A delay circuit that generates a second pulse dimming signal that delays or does not delay the first pulse dimming signal, and the second pulse dimming signal output from the delay circuit is the first logic Sometimes the first The voltage generation circuit generates a voltage while the connection of the capacitor remains as it is, and the first capacitor is disconnected from the circuit and the voltage generation of the voltage generation circuit stops at the second logic. The delay circuit of the pulse width expansion circuit includes a first logic period of the first pulse dimming signal in which the voltage VA is a necessary and sufficient value. When the time is longer than the time, or the first logic of the first pulse dimming signal is shorter than the first time, and the first voltage at the first timing is equal to or higher than the second reference voltage. In this case, the first pulse dimming signal is output as it is as the second pulse width dimming signal, and the first logic period of the first pulse dimming signal is greater than the first time. Short and said first tie When the first voltage at the time of ming is lower than the second reference voltage, the second pulse adjustment is obtained by extending the first logic period of the first pulse dimming signal by a second time. An optical signal is output.
The invention according to
According to a third aspect of the present invention, in the light emitting element driving circuit according to the first or second aspect, the error amplifier is replaced with a transconductance amplifier, and the first capacitor is connected between the input side and the ground side of the PWM conversion circuit. The output of the transconductance amplifier is cut off or the operation of the transconductance amplifier is stopped when the second pulse dimming signal is the second logic. To do.
According to a fourth aspect of the present invention, in the light emitting element driving circuit according to any one of the first to third aspects, gate means connected between the PWM conversion circuit and the voltage generation circuit is provided, and the gate The means is characterized in that when the second pulse dimming signal is the first logic, the output signal of the PWM conversion circuit is input to the voltage generation circuit.
本発明によれば、第1のパルス調光信号の第1の論理の期間が第1の時間より短かく且つ第1のタイミング時の第1の電圧が第2の参照電圧よりも低いときは、第1のパルス調光信号の第1の論理の期間を第2の時間だけ延長した前記第2のパルス調光信号を出力するので、第1のパルス調光信号を用いて発光素子の点灯時間を極端に短くし、発光素子を暗い状態で点灯させる場合であっても、発光素子に電圧を供給するスイッチングレギュレータを安定させて動作させることが可能となる。 According to the present invention, when the first logic period of the first pulse dimming signal is shorter than the first time and the first voltage at the first timing is lower than the second reference voltage. Since the second pulse dimming signal obtained by extending the first logic period of the first pulse dimming signal by a second time is output, the light emitting element is turned on using the first pulse dimming signal. Even when the time is extremely shortened and the light emitting element is lit in a dark state, the switching regulator that supplies voltage to the light emitting element can be stably operated.
<第1の実施例>
図1に本発明の第1の実施例のLED駆動回路を示す。図6で説明したものと同じものには同じ符号を付けた。本実施例は、図6に示した従来のLED駆動回路に加え、パルス幅伸張回路40を追加したものである。このパルス幅伸張回路40は、LED11のカソード側の電圧VKを参照電圧VREF2の電圧源41と比較する比較器42を有する。この参照電圧VREF2は、エラーアンプ32の参照電圧VREF1に対して、VREF2>VREF1の関係にある。また、パルス調光信号P1が“H”→“L”に切り替わる際に、比較器42の出力電圧の論理を保持するラッチ回路43を有する。さらに、パルス調光信号P1をスイッチSW2やアンドゲート34に伝達する経路に挿入した遅延回路44を有する。44aはその遅延回路44の制御端子である。
<First embodiment>
FIG. 1 shows an LED drive circuit according to a first embodiment of the present invention. The same components as those described with reference to FIG. In this embodiment, a pulse
遅延回路44は以下のような動作を行う。
(a)パルス調光信号P1の“H”期間が所定時間T1よりも長い場合は、制御端子44aが“H”、“L”のいずれの場合であっても、パルス調光信号P2として、パルス調光信号P1をそのまま出力する。この期間T1は、その期間T1の昇圧動作によって電圧VAが必要十分な値になる時間である。
(b)パルス調光信号P1の“H”期間が所定時間T1よりも短くても、制御端子44aが“L”の場合は、パルス調光信号P2として、パルス調光信号P1をそのまま出力する。
(c)パルス調光信号P1の“H”期間が所定時間T1よりも短く、且つ、制御端子44aが“H”の場合は、パルス調光信号P1が“H”→“L”に切り替わっても、その切り換わったタイミング時点から遅延時間tdfだけ“H”状態を保持した後に、“H”→“L”に切り替わるパルス調光信号P2を出力する。
The
(A) When the “H” period of the pulse dimming signal P1 is longer than the predetermined time T1, the pulse dimming signal P2 is obtained regardless of whether the
(B) Even if the “H” period of the pulse dimming signal P1 is shorter than the predetermined time T1, if the
(C) When the “H” period of the pulse dimming signal P1 is shorter than the predetermined time T1 and the
すなわち、パルス調光信号P1の“H”期間が所定時間T1よりも長い場合、又はパルス調光信号P1の“H”期間が所定時間T1よりも短くても、LED11のカソード側の電圧VKが参照電圧VREF2よりも高い(VK≧VREF2)ときは、比較器42の出力が“L”となるので、パルス調光信号P1が“H”→“L”に切り替わるとき、ラッチ回路43のQ出力が“L”となり、制御端子44aが“L”となるので、遅延回路44はパルス調光信号P1をパルス調光信号P2としてそのまま出力して、従来と同様な動作が行われる。
That is, when the “H” period of the pulse dimming signal P1 is longer than the predetermined time T1, or even if the “H” period of the pulse dimming signal P1 is shorter than the predetermined time T1, the voltage VK on the cathode side of the
一方、パルス調光信号P1の“H”期間が所定時間T1よりも短く、カソード側の電圧VKが参照電圧VREF2よりも低い(VK<VREF2)ときは、比較器42の出力が“H”となるので、パルス調光信号P1が“H”→“L”に切り替わるとき、ラッチ回路43の出力が“H”となり、制御端子44aが“H”となるので、遅延回路44から出力するパルス調光信号P2の“H”期間が、パルス調光信号P1の“H”期間よりも遅延時間tdfだけ延長され、その分スイッチSW2は長くオンし、昇圧型スイッチングレギュレータ30が遅延時間tdf分だけ長く動作を続ける。このように、電圧VKの制御目標値が、参照電圧VREF1から参照電圧VREF2に切り替わる。
On the other hand, when the “H” period of the pulse dimming signal P1 is shorter than the predetermined time T1 and the cathode-side voltage VK is lower than the reference voltage VREF2 (VK <VREF2), the output of the
このように、本実施例のLED駆動回路は、パルス調光信号P1の“H”期間の長短とパルス調光信号P1が“H”→“L”に変化したときのLED11のカソード側の電圧VKの高低に応じて、動作状態が切り替わる。図2に、パルス調光信号P1が入力したときの図1の各部の電圧、電流を示す。VFBは抵抗RNF1と比較器42の反転入力端子の電圧、IC1はキャパシタCNF1に流れる電流である。また、パルス調光信号P1の“H”期間をtph、“L”期間をtplとしている。tdfは上記したように遅延回路44の遅延時間である。以下、詳しく説明する。
As described above, the LED driving circuit of the present embodiment is configured such that the length of the “H” period of the pulse dimming signal P1 and the voltage on the cathode side of the
まず、パルス調光信号P1が“H”で負荷回路10のLEDが点灯しているときは、昇圧型スイッチングレギュレータ30が起動後一定時間経過して定常状態になると、電圧VKは参照電圧VREF1に等しい電圧(VK=VREF1)になる。このため、キャパシタCNF1に流れる電流IC1はほぼ0になり、エラーアンプ32の出力電圧は一定値(ほぼ0V)に収束している。パルス調光信号P1を一定の周波数として、“H”期間が前記した時間T1よりも長い場合は、昇圧型スイッチングレギュレータ30は上記の状態を保持する。この状態を図2(a)に示した。
First, when the pulse dimming signal P1 is “H” and the LED of the
次に、パルス調光信号P1を一定の周波数として、そのパルス調光信号P1の“H”期間が前記時間T1よりも短いときは、パルス調光信号P1が“H”→“L”に切り替わったとき、直前にVK<VREF2であれば、比較器42の出力が“H”となり、ラッチ回路43のQ出力が“H”となって、制御端子44aが“H”となり、遅延回路44から出力するパルス調光信号P2は、パルス調光信号P1が“H”→“L”に変化した後でも、遅延時間tdfの間だけ“H”状態を継続する。このときは、電圧VFBは、スイッチSW1がb側に切り替わることで接地電位まで低下するが、スイッチSW2がオンした状態を維持するので、キャパシタCNF1は、遅延時間tdfの間だけ余分に充電される。このとき、スイッチSW1がb側に切り替わっているので、エラーアンプ32の出力電圧はVREF1であり、キャパシタCNF1に蓄積される電荷Qtdfは、以下のようになる。RNF1は抵抗RNF1の抵抗値である。
Next, when the pulse dimming signal P1 is set to a constant frequency and the “H” period of the pulse dimming signal P1 is shorter than the time T1, the pulse dimming signal P1 is switched from “H” to “L”. If VK <VREF2 immediately before, the output of the
この結果、エラーアンプ32の出力電圧は、パルス調光信号P1が“H”状態で昇圧型スイッチングレギュレータ30が収束状態にあるときよりも引き上げられる。エラーアンプ32出力電圧の増加は、PWM変換回路33により、昇圧PWM信号のデューティ比を大きくし、昇圧型スイッチングレギュレータ30の出力電圧VAを増加させる。この状態を図2(b)に示した。
As a result, the output voltage of the
次に、この後、再度パルス変調信号P1が“H”になったときは、LED11のカソード電圧VKの増大につながり、電圧VFBの値も参照電圧VREF1に比べ、dVREFだけ高くなる。この“H”の期間tphは、キャパシタCNF1には以下のような電流IC1(t)が流れる。
この電流IC1(t)の向きは、式(1)の電荷Qtdfの流れる向きとは逆向きであり、エラーアンプ32の出力電圧を引き下げ、電圧VAを低下させる。
Next, when the pulse modulation signal P1 becomes “H” again after this, it leads to an increase in the cathode voltage VK of the
The direction of the current IC1 (t) is opposite to the direction in which the charge Qtdf flows in Expression (1), and the output voltage of the
この結果として、周期的なパルス調光信号P1を入力した状態で一定時間が経過し、エラーアンプ32の出力電圧が一定の電圧幅内に収束するためには、時間tphと時間tdfの期間中にキャパシタCNF1に流入、流出する電荷が釣り合う必要がある。このため、“H”の時間tph中は、電圧VKは変化するが、この期間の平均電圧VKavは以下の式に示す値に収束する。
As a result, in order for the fixed time to elapse while the periodic pulse dimming signal P1 is input and the output voltage of the
このように、電圧VKの平均VKavの値は、図2(a)の状態から(b)の状態を経て、パルス調光信号P1を“H”状態で固定して通常動作の場合(VK=VREF1)よりも、tdf/tph分だけ高くなる。 Thus, the value of the average VKav of the voltage VK is obtained when the pulse dimming signal P1 is fixed in the “H” state from the state of FIG. 2A to the state of (b) (VK = It is higher than VREF1) by tdf / tph.
LED12のアノード側電圧VAは、遅延時間tdfの期間中は定電流源21が動作を停止しているため上昇を続けるが、時間tphの期間中は下降し、「tph+tdf」のトータルの期間においては、一定の電圧幅内で変動する状態になる。以上の状態を図2(c)に示した。
The anode-side voltage VA of the
一方、パルス調光信号P1の“H”期間の時間tphが更に短くなると、上記動作が昂進して、パルス調光信号P1が“L”→“H”に変化したときに、LED11のカソード側の電圧VKは更に高くなり、第2の参照電圧VREF2に達する(VK≧VREF2)。すると次に、パルス調光信号P1が“H”→“L”に変化する際の比較器42の出力電圧は“L”になるので、ラッチ回路43のQ出力は“L”となる。このため、遅延回路44はパルス調光信号P1の遅延を行わなくなり、パルス調光信号P2=P1となって、パルス調光信号P2が“L”になると同時にスイッチSW2はオフし、昇圧型スイッチングレギュレータ30も動作を停止する。
On the other hand, when the time tph of the “H” period of the pulse dimming signal P1 is further shortened, when the above operation proceeds and the pulse dimming signal P1 changes from “L” to “H”, the cathode side of the
この結果、VK≧VREF2である間はパルス調光信号P1が“H”期間の間中に電圧VAが低下し、再びVK<VREF2になった時点で遅延回路44の遅延時間がtdfとなり、電圧VAは上昇する。すなわち、パルス調光信号P2は、パルス調光信号P1の“H”期間を延長した場合と延長しない場合が繰り返されることになる。以上の状態を図3(a)〜(c)に示した。
As a result, while VK ≧ VREF2, the voltage VA decreases while the pulse dimming signal P1 is “H”, and when VK <VREF2 again, the delay time of the
この繰り返しの間隔は、“H”期間延長中にキャパシタCNF1に蓄積される電荷と延長しないときにキャパシタCFN1のから放電される電荷が等しくなることにより求められる。パルス調光信号P1の“H”の延長状態になるパルス調光信号の“H”の間隔をMsとすると、この間隔Msは以下のように求められる。
VKavtphは、LED点灯時における出電圧VKの平均値である。VKavtph≒VREF2とし、VREF1=0.6V,VREF2=1.2V,tph=4μs,tdf=8μsの場合、Ms=2回となる。
The repetition interval is obtained by equalizing the electric charge accumulated in the capacitor CNF1 during the “H” period extension and the electric charge discharged from the capacitor CFN1 when not extending. When the interval “H” of the pulse dimming signal in which the pulse dimming signal P1 is extended to “H” is Ms, this interval Ms is obtained as follows.
VKavtph is an average value of the output voltage VK when the LED is lit. When VKavtph≈VREF2, VREF1 = 0.6V, VREF2 = 1.2V, tph = 4 μs, tdf = 8 μs, Ms = 2 times.
“H”期間がさらに短くなる場合は、VK=VREF2に達すると、“H”期間の延長状態と延長しない状態を一定の間隔で繰り返す動作に移行する。この状態では電圧VKは参照電圧VREF2から一定の電圧幅の範囲で制御される。 When the “H” period is further shortened, when VK = VREF2 is reached, the operation shifts to an operation in which the extended state of the “H” period and the non-extended state are repeated at regular intervals. In this state, the voltage VK is controlled within a certain voltage range from the reference voltage VREF2.
昇圧型スイッチングレギュレータ30のスイッチング動作は、延長状態では常に遅延時間tdf期間分だけ長く確保されるので、昇圧型スイッチングレギュレータ30は十分なスイッチ回数を確保でき、インダクタL1に負荷を駆動するのに十分な電流を流すことができる。
Since the switching operation of the step-up
以上から明らかなように、本実施例のLED駆動回路においては、パルス調光信号P1の“H”期間が短くなった場合でも、再度、パルス調光信号P1が“H”になった時点では、昇圧スイッチングレギュレータ30の出力電圧VAが高くなっており、LED11のカソード側の電圧VKが参照電圧VREF1を超えて参照電圧VREF2近くになっているので、LEDの明るさは低下しない。
As is clear from the above, in the LED drive circuit of this embodiment, even when the “H” period of the pulse dimming signal P1 is shortened, when the pulse dimming signal P1 becomes “H” again. Since the output voltage VA of the step-up
したがって、LEDの点灯時間を昇圧型スイッチングレギュレータ30のスイッチング周波数の1周期より短い時間に設定しても、点灯時のLEDの明るさを変化させずに、安定して動作させることが可能となる。
Therefore, even if the lighting time of the LED is set to a time shorter than one cycle of the switching frequency of the step-up
<第2の実施例>
図4に本発明の第2の実施例のLED駆動回路を示す。前記した第1の実施例では、パルス調光信号P1の“L”期間に昇圧型スイッチングレギュレータ30が動作する場合としない場合が一定間隔で繰り返されることがあるが、状況によっては、例えばこれが2回から3回おきに変化する場合があり、電源への配線等から昇圧型スイッチングレギュレータ30が動作することに伴う不規則なノイズが発生する場合が考えられる。理想的にはパルス調光信号P1の“H”になる期間毎に、常に昇圧型スイッチングレギュレータ30の動作が行われることが望ましい。
<Second embodiment>
FIG. 4 shows an LED drive circuit according to a second embodiment of the present invention. In the first embodiment described above, the case where the step-up
第2の実施例はこの問題を解決する事を目的としており、新たに比較器45を設け、LED11のカソード側の電圧VKが参照電圧VREF2以上になっている(VK≧VREF2)期間は比較器45の出力電圧を“H”にして、抵抗R1を経由してキャパシタC2を充電し、このキャパシタC2に発生した電圧で、遅延回路44の制御端子44bを制御して、遅延時間tdfを変化させるようにするものである。ここでは、VK≧VREF2の状態が長く続くほど、キャパシタC2の電圧が上昇して、遅延回路44の遅延時間tdfを短くする。これにより、tdf/tphの比が大きくなるほど遅延時間tdfを短くし、パルス調光信号P1が“H”になる期間毎に昇圧型スイッチングレギュレータ30が動作するような状態に収束させることができる。
The second embodiment is intended to solve this problem, and a
<第3の実施例>
図5に本発明の第3の実施例のLED駆動回路を示す。第1および第2の実施例のLED駆動回路では、エラーアンプ32を使用したが、本実施例では、これを電圧/電流変換を行うトランスコンダクタンスアンプ32Aに置き換える。この構成を採用すると、抵抗RNFB1を省略することが可能となる。この場合、第1の実施例におけるスイッチSW4は、PWM変換回路33の入力側とトランスコンダクタンスアンプ32Aの出力端子との間に接続し、位相補償用のキャパシタCNF2はPWM変換回路33の入力側と接地との間に接続する。図5においては、スイッチSW4を用いているが、遅延回路44から出力するパルス調光信号P2が“L”のときにトランスコンタクタンスアンプ32Aの電流出力を停止させるようにしても、同様の効果を得ることができる。
<Third embodiment>
FIG. 5 shows an LED drive circuit according to a third embodiment of the present invention. In the LED driving circuits of the first and second embodiments, the
<その他の実施例>
なお、以上の各実施例において、負荷回路10は複数のLEDを直列した回路に限られず、1個のLEDを有する場合にも適用できる。また、昇圧型スイッチングレギュレータ30、これに限られるものではなく、降圧型スイッチングレギュレータを使用する場合でも同一の動作が可能である。
<Other examples>
In each of the above embodiments, the
10:負荷回路、11,12:LED
20:調光回路、21:定電流源
30,30A:昇圧型スイッチングレギュレータ、31:電圧源、32:エラーアンプ、33:パルス変換回路、34:電圧源
40,40A:パルス幅伸張回路、41:比較器、42:電圧源、43:ラッチ回路、44:遅延回路、44a,44a:制御端子、45:比較器
10: Load circuit, 11, 12: LED
20: Dimming circuit, 21: Constant
Claims (4)
第1のパルス調光信号が前記発光素子を点灯させる第1の論理のときは動作し、前記第1のパルス調光信号が前記発光素子を消灯させる第2の論理のときは動作が停止される、前記負荷回路に定電流を供給する定電流源を有する調光回路と、
前記第1のパルス調光信号が前記第1の論理のときは前記定電流源に印加する第1の電圧を入力側に取り込んで第1の参照電圧と比較し、前記第1のパルス調光信号が前記第2の論理のときは入力側が接地に接続されるエラーアンプ、該エラーアンプの前記入力側と出力側の間に接続された位相補償用の第1のキャパシタ、前記エラーアンプの前記比較の結果に応じたデューティをもつPWM信号を生成するPWM変換回路、および該PWM変換回路から出力する前記PWM信号に応じて電源電圧を調整した電圧VAを生成して前記負荷回路に印加する電圧生成回路を含むスイッチングレギュレータと、
前記第1の電圧を前記第1の参照電圧よりも高い第2の参照電圧と比較する第1の比較器、および前記第1のパルス調光信号が前記第1の論理から前記第2の論理に変化する第1のタイミング時の前記第1の比較器の比較結果と前記第1のパルス調光信号の前記第1の論理の期間の長短とに応じて前記第1のパルス調光信号を遅延し又は遅延しない第2のパルス調光信号を生成する遅延回路を有し、該遅延回路から出力する前記第2のパルス調光信号が前記第1の論理のときに前記第1のキャパシタの接続がそのままとなると共に前記電圧生成回路が電圧を生成し、前記第2の論理のときに前記第1のキャパシタが回路から切り離されると共に前記電圧生成回路の電圧の生成が停止するようにしたパルス幅伸張回路とを備え、
前記パルス幅伸張回路の前記遅延回路は、前記第1のパルス調光信号の前記第1の論理の期間が前記電圧VAが必要十分な値になる第1の時間より長いとき、又は前記第1のパルス調光信号の前記第1の論理が前記第1の時間より短かく且つ前記第1のタイミング時の前記第1の電圧が前記第2の参照電圧以上のときは、前記第2のパルス幅調光信号として前記第1のパルス調光信号をそのまま出力し、前記第1のパルス調光信号の前記第1の論理の期間が前記第1の時間より短かく且つ前記第1のタイミング時の前記第1の電圧が前記第2の参照電圧よりも低いときは、前記第1のパルス調光信号の第1の論理の期間を第2の時間だけ延長した前記第2のパルス調光信号を出力する、
ことを特徴とする発光素子駆動回路。
A load circuit comprising one light emitting element or two or more light emitting elements connected in series;
The operation is performed when the first pulse dimming signal is in the first logic for turning on the light emitting element, and the operation is stopped when the first pulse dimming signal is in the second logic for turning off the light emitting element. A dimming circuit having a constant current source for supplying a constant current to the load circuit;
When the first pulse dimming signal has the first logic, the first voltage to be applied to the constant current source is taken into the input side and compared with the first reference voltage, and the first pulse dimming is performed. When the signal is the second logic, an error amplifier whose input side is connected to the ground, a first capacitor for phase compensation connected between the input side and the output side of the error amplifier, and the error amplifier A PWM conversion circuit that generates a PWM signal having a duty according to the comparison result, and a voltage that generates a voltage VA adjusted in a power supply voltage according to the PWM signal output from the PWM conversion circuit and applies the voltage VA to the load circuit A switching regulator including a generation circuit;
A first comparator that compares the first voltage to a second reference voltage that is higher than the first reference voltage; and the first pulse dimming signal is from the first logic to the second logic. The first pulse dimming signal is changed according to the comparison result of the first comparator at the first timing when the first timing is changed and the length of the first logic period of the first pulse dimming signal. A delay circuit that generates a second pulse dimming signal that is delayed or not delayed, and the second pulse dimming signal output from the delay circuit is of the first logic, and A pulse in which the voltage generation circuit generates a voltage while the connection remains as it is, and the generation of the voltage of the voltage generation circuit is stopped while the first capacitor is disconnected from the circuit in the second logic. A width expansion circuit,
The delay circuit of the pulse width expansion circuit is configured such that the first logic period of the first pulse dimming signal is longer than a first time when the voltage VA is a necessary and sufficient value , or the first When the first logic of the pulse dimming signal is shorter than the first time and the first voltage at the first timing is greater than or equal to the second reference voltage, the second pulse The first pulse dimming signal is output as it is as a width dimming signal, and the first logic period of the first pulse dimming signal is shorter than the first time and at the first timing. When the first voltage of the first pulse is lower than the second reference voltage, the second pulse dimming signal obtained by extending the first logic period of the first pulse dimming signal by a second time Output,
A light-emitting element driving circuit.
前記パルス幅伸張回路の前記遅延回路は、前記第1の電圧が前記第2の参照電圧以上の期間が長いほど、前記第2の時間が短縮されることを特徴とする発光素子駆動回路。 In the light emitting element drive circuit according to claim 1,
The light emitting element driving circuit according to claim 1, wherein the delay circuit of the pulse width expansion circuit shortens the second time as the period of the first voltage equal to or higher than the second reference voltage is longer.
前記エラーアンプをトランスコンダクタンスアンプに置き換えると共に前記第1のキャパシタを前記PWM変換回路の入力側と接地側との間の接続に置き換え、前記第2のパルス調光信号が前記第2の論理のとき、前記トランスコンダクタンスアンプの出力を遮断し、又は前記トランスコンダクタンスアンプの動作を停止させるようにしたことを特徴とする発光素子駆動回路。 In the light emitting element drive circuit according to claim 1 or 2,
When the error amplifier is replaced with a transconductance amplifier and the first capacitor is replaced with a connection between the input side and the ground side of the PWM conversion circuit, and the second pulse dimming signal is the second logic A light emitting element driving circuit characterized in that the output of the transconductance amplifier is cut off or the operation of the transconductance amplifier is stopped.
前記PWM変換回路と前記電圧生成回路との間に接続されるゲート手段を設け、該ゲート手段は、前記第2のパルス調光信号が前記第1の論理のとき、前記PWM変換回路の出力信号を前記電圧生成回路に入力させることを特徴とする発光素子駆動回路。 In the light emitting element drive circuit according to any one of claims 1 to 3,
Gate means connected between the PWM conversion circuit and the voltage generation circuit is provided, and the gate means outputs an output signal of the PWM conversion circuit when the second pulse dimming signal is the first logic. Is input to the voltage generation circuit.
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