JP6146984B2 - 発光装置の制御回路、それを用いた発光装置および電子機器、発光装置の制御方法 - Google Patents
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Description
制御回路は、制御回路の外部から与えられる発光素子の目標輝度に応じてパルス幅変調された第1パルス信号を受け、第1パルス信号にもとづいて駆動電流をスイッチングする第1ドライバと、所定の周波数の周期信号を生成するオシレータと、周期信号と同期してスイッチングトランジスタのオンに対応するオンレベルに遷移し、フィードバックされた発光装置の少なくともひとつのノードの電圧に応じて、スイッチングトランジスタのオフに対応するオフレベルに遷移する第2パルス信号を生成するパルス変調器と、第2パルス信号にもとづいてスイッチングトランジスタをスイッチングする第2ドライバと、を備える。オシレータは、第1パルス信号が発光素子の消灯に対応する第1レベルから点灯に対応する第2レベルに遷移する第1エッジに応じてリセット可能に構成される。
オシレータを、第1パルス信号の第1エッジに応じてリセットするようにした場合であっても、第1パルス信号のデューティ比が大きくなり、消灯期間が周期信号の周期のオーダーまで短くなると、第1パルス信号の消灯期間がスイッチングトランジスタのオフ時間となり、大きな逆起電力が生ずる可能性がある。この態様によればリセット回路を設けることにより、第1パルス信号のデューティ比が大きい場合に、スイッチング電源のコイルに生ずる逆起電力が負方向に大きくスイングするのを抑制できる。
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
図5は、図4の発光装置3の動作波形図である。第1パルス信号G1のポジティブエッジごとに、オシレータ20がリセットされる。つまり第1パルス信号G1のポジティブエッジと、周期信号SOSCのポジティブエッジのタイミングは一致する。その結果、第1パルス信号G1が第2レベルに遷移すると同時に、第3パルス信号G3がオンレベルに遷移し、スイッチングトランジスタM1がオンする。つまり、第1パルス信号G1が第1レベルから第2レベルに遷移するタイミングにかかわらず、第3パルス信号G3は規則的に生成される。その結果、図3に示された短いオフ時間TOFFの発生を防止でき、逆起電力VLXの振幅を抑制することができる
実施の形態で説明したように、オシレータ20を、第1パルス信号G1の第1エッジに応じてリセットするように構成した場合であっても、第1パルス信号G1のデューティ比が大きくなり、消灯期間が周期信号SOSCの周期のオーダーまで短くなると、オシレータ20のリセット動作にかかわらず、第3パルス信号G3が不規則となる場合がある。図7は、図4の発光装置3の、第1パルス信号G1の消灯期間が短いときの波形図である。時刻t1に第1パルス信号G1が短い消灯期間の後に点灯期間に遷移すると、時刻t1の直前の消灯期間が、そのまま第3パルス信号S3のオフ時間となり、大きな逆起電力VLXが生ずる可能性がある。
制御IC100aは、図4の制御IC100に加えてリセット回路60を備える。
リセット回路60は、第1パルス信号G1を受け、(i)第1パルス信号G1の第1エッジの直前の第1レベル(ローレベル)の期間が所定時間τより長いとき、第1エッジのタイミングでオシレータ20をリセットする。反対に、(ii)第1パルス信号G1の第1エッジの直前の第1レベル(ローレベル)の期間が、所定時間τより短いとき、第1エッジの直前の、第1パルス信号G1が第2レベル(ハイレベル)から第1レベル(ローレベル)に遷移する第2エッジ(ネガティブエッジ)から所定時間τの経過後に、オシレータ20をリセットする。所定時間τは、周期信号SOSCの周期と同程度のオーダーとすることが望ましい。たとえば周期信号SOSCの周波数が50〜300kHz(周期は3〜20μs)のとき、τを0.5〜10μs程度としてもよい。
図10は、第2の変形例に係る発光装置3bを示す回路図である。図10の発光装置3bは、図4の発光装置3の調光用スイッチM2および第1抵抗R1に代えて、電流ドライバ8を備える。
電流ドライバ8は、所定量の駆動電流ILEDを生成する定電流源を含み、オン、オフ状態が切りかえ可能に構成される。電流ドライバ8はオン状態において、駆動電流ILEDを生成し、オフ状態において駆動電流ILEDを遮断する。電流ドライバ8の構成は特に限定されず、公知の技術を用いればよい。
発光素子6は、LEDストリングには限定されず、現在、あるいは将来利用可能なその他の発光素子であってもよい。
実施の形態では、発光装置3の用途として液晶パネルのバックライトを説明したが、本発明はそれには限定されない。たとえば発光装置3は、照明機器などにも利用可能である。
実施の形態ではインダクタL1を用いた非絶縁型のスイッチング電源を説明したが、本発明はトランスを用いた絶縁型のスイッチング電源にも適用可能である。
また、本実施の形態で説明した各信号の、ハイレベル、ローレベルの設定は一例であって、インバータなどによって適宜反転させることにより自由に変更することが可能である。
Claims (17)
- 発光素子と、前記発光素子の一端に駆動電圧を供給するスイッチング電源と、を有する発光装置に使用され、前記スイッチング電源のスイッチングトランジスタを制御するとともに、前記発光素子に流れる駆動電流をスイッチングする制御回路であって、
前記制御回路の外部から与えられる前記発光素子の目標輝度に応じてパルス幅変調された第1パルス信号を受け、前記第1パルス信号にもとづいて前記駆動電流をスイッチングする第1ドライバと、
所定の周波数の周期信号を生成するオシレータと、
前記周期信号と同期して前記スイッチングトランジスタのオンに対応するオンレベルに遷移し、フィードバックされた前記発光装置の少なくともひとつのノードの電圧に応じて、前記スイッチングトランジスタのオフに対応するオフレベルに遷移する第2パルス信号を生成するパルス変調器と、
前記第1パルス信号と前記第2パルス信号との論理積にもとづいて前記スイッチングトランジスタをスイッチングする第2ドライバと、
を備え、
前記オシレータは、前記第1パルス信号が前記発光素子の消灯に対応する第1レベルから点灯に対応する第2レベルに遷移する第1エッジに応じてリセット可能に構成されることを特徴とする制御回路。 - 発光素子と、前記発光素子の一端に駆動電圧を供給するスイッチング電源と、を有する発光装置に使用され、前記スイッチング電源のスイッチングトランジスタを制御するとともに、前記発光素子に流れる駆動電流をスイッチングする制御回路であって、
前記制御回路の外部から与えられる前記発光素子の目標輝度に応じてパルス幅変調された第1パルス信号を受け、前記第1パルス信号にもとづいて前記駆動電流をスイッチングする第1ドライバと、
所定の周波数の周期信号を生成するオシレータと、
前記周期信号と同期して前記スイッチングトランジスタのオンに対応するオンレベルに遷移し、フィードバックされた前記発光装置の少なくともひとつのノードの電圧に応じて、前記スイッチングトランジスタのオフに対応するオフレベルに遷移する第2パルス信号を生成するパルス変調器と、
前記第2パルス信号にもとづいて前記スイッチングトランジスタをスイッチングする第2ドライバと、
を備え、
前記オシレータは、前記第1パルス信号が前記発光素子の消灯に対応する第1レベルから点灯に対応する第2レベルに遷移する第1エッジに応じてリセット可能に構成され、
前記制御回路は、
前記第1パルス信号を受け、(i)前記第1パルス信号の前記第1エッジの直前の第1レベルの期間が所定時間より長いとき、前記第1エッジのタイミングで前記オシレータをリセットし、(ii)前記第1パルス信号の前記第1エッジの直前の第1レベルの期間が、前記所定時間より短いとき、前記第1エッジの直前の、前記第1パルス信号が前記第2レベルから前記第1レベルに遷移する第2エッジから前記所定時間の経過後に、前記オシレータをリセットするリセット回路をさらに備えることを特徴とする制御回路。 - 前記リセット回路は、
前記第1パルス信号の前記第2エッジから前記所定時間の経過後にレベル変化する遅延信号を生成するタイマー回路と、
前記第1パルス信号と前記遅延信号に応じて前記オシレータをリセットする論理ゲートと、
を含むことを特徴とする請求項2に記載の制御回路。 - 前記発光装置は、前記発光素子の他端と固定電圧端子の間に直列に設けられた調光用スイッチおよび第1抵抗をさらに有し、
前記制御回路は、前記第1抵抗の電圧降下に応じた第1検出電圧と基準電圧との誤差を増幅し、フィードバック信号を生成する誤差増幅器をさらに備え、
前記パルス変調器は、前記フィードバック信号に応じて前記第2パルス信号のデューティ比を調節し、
前記第1ドライバは、前記第1パルス信号にもとづいて前記調光用スイッチをスイッチングすることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の制御回路。 - 前記パルス変調器は、
前記フィードバック信号に応じてオフ信号をアサートするデューティコントローラと、
前記周期信号と前記オフ信号を受け、前記第2パルス信号を生成するフリップフロップと、
を含むことを特徴とする請求項4に記載の制御回路。 - 前記デューティコントローラは、前記フィードバック信号に加えて、前記スイッチング電源のコイルに流れる電流に応じた第2検出電圧に応じて、前記オフ信号をアサートすることを特徴とする請求項5に記載の制御回路。
- 前記スイッチング電源は、前記スイッチングトランジスタと直列に設けられた第2抵抗をさらに有し、
前記第2抵抗の電圧降下に応じて前記第2検出電圧が生成されることを特徴とする請求項6に記載の制御回路。 - 前記発光装置は、前記発光素子の他端に接続され、駆動電流を生成するオン状態と、駆動電流を遮断するオフ状態が切りかえ可能に構成された電流ドライバをさらに有し、
前記制御回路は、前記電流ドライバの電圧降下に応じた第1検出電圧と基準電圧との誤差を増幅し、フィードバック信号を生成する誤差増幅器をさらに備え、
前記パルス変調器は、前記フィードバック信号に応じて前記第2パルス信号のデューティ比を調節し、
前記第1ドライバは、前記第1パルス信号にもとづいて前記電流ドライバのオン状態とオフ状態をスイッチングすることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の制御回路。 - 前記パルス変調器は、
前記フィードバック信号に応じてオフ信号をアサートするデューティコントローラと、
前記周期信号と前記オフ信号を受け、前記第2パルス信号を生成するフリップフロップと、
を含むことを特徴とする請求項8に記載の制御回路。 - 前記デューティコントローラは、前記フィードバック信号に加えて、前記スイッチング電源のコイルに流れる電流に応じた第2検出電圧に応じて、前記オフ信号をアサートすることを特徴とする請求項9に記載の制御回路。
- 前記スイッチング電源は、前記スイッチングトランジスタと直列に設けられた第2抵抗をさらに有し、
前記第2抵抗の電圧降下に応じて前記第2検出電圧が生成されることを特徴とする請求項10に記載の制御回路。 - 前記第2ドライバは、
前記第2パルス信号と前記第1パルス信号を論理演算する論理ゲートと、
前記論理ゲートの出力信号に応じて、前記スイッチングトランジスタをスイッチングするメインドライバと、
を含むことを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載の制御回路。 - ひとつの半導体基板に一体集積化されたことを特徴とする請求項1から12のいずれかに記載の制御回路。
- 前記発光素子は、直列に接続された複数の発光ダイオードを含むLEDストリングであることを特徴とする請求項1から13のいずれかに記載の制御回路。
- 発光素子と、
前記発光素子の一端に駆動電圧を供給するスイッチング電源と、
を備え、
前記スイッチング電源は、
スイッチングトランジスタと、
前記スイッチングトランジスタをスイッチングする請求項1から14のいずれかに記載の制御回路と、
を備えることを特徴とする発光装置。 - 液晶パネルと、
前記液晶パネルのバックライトとして設けられた請求項15に記載の発光装置と、
を備えることを特徴とする電子機器。 - 発光素子と、前記発光素子の一端に駆動電圧を供給するスイッチング電源と、を有する発光装置において、前記スイッチング電源のスイッチングトランジスタを制御するとともに、前記発光素子に流れる駆動電流をスイッチングする制御方法であって、
前記発光素子の目標輝度に応じてパルス幅変調された第1パルス信号を生成するステップと、
前記第1パルス信号にもとづいて前記駆動電流をスイッチングするステップと、
オシレータによって所定の周波数の周期信号を生成するステップと、
前記周期信号と同期して、第2パルス信号を前記スイッチングトランジスタのオンに対応するオンレベルに遷移させるステップと、
フィードバックされた前記発光装置の少なくともひとつのノードの電圧に応じて、前記第2パルス信号を前記スイッチングトランジスタのオフに対応するオフレベルに遷移させるステップと、
前記第2パルス信号にもとづいて前記スイッチングトランジスタをスイッチングするステップと、
前記第1パルス信号が前記発光素子の消灯に対応する第1レベルから点灯に対応する第2レベルに遷移する第1エッジに応じて、前記オシレータをリセットするステップと、
を備え、
前記オシレータをリセットするステップは、
(i)前記第1パルス信号の前記第1エッジの直前の第1レベルの期間が、所定時間より長いとき、前記第1エッジのタイミングで前記オシレータをリセットし、(ii)前記第1パルス信号の前記第1エッジの直前の第1レベルの期間が、前記所定時間より短いとき、前記第1エッジの直前の、前記第1パルス信号が前記第2レベルから前記第1レベルに遷移する第2エッジから前記所定時間の経過後に、前記オシレータをリセットすることを特徴とする制御方法。
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