KR102050173B1 - 스위칭 컨버터 및 그 제어 회로, 그것을 사용한 조명 장치, 전자 기기 - Google Patents

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Abstract

CS 단자는, 구동 전류 ILED 또는 인덕터 전류 IL의 경로 상에 설치된 검출 저항 RCS의 전압 강하에 따른 검출 전압 VCS를 받는다. ADIM 단자는, 구동 전류 ILED의 목표량을 지시하는 아날로그 조광 전압 VADIM을 받는다. 계수 회로(220)는 검출 전압 VCS, 아날로그 조광 전압 VADIM 중 적어도 한쪽을 가변의 계수배로 하여, 전류 검출 신호 IS 및 전류 설정 신호 IREF를 생성한다. 펄스 변조기(201)는 전류 검출 신호 IS가 전류 설정 신호 IREF에 근접하도록, 듀티비가 조절되는 구동 펄스 SDRV를 생성한다. 드라이버(208)는 구동 펄스 SDRV에 따라서 스위칭 트랜지스터 M1을 구동한다.

Description

스위칭 컨버터 및 그 제어 회로, 그것을 사용한 조명 장치, 전자 기기
본 발명은 스위칭 컨버터에 관한 것이다.
액정의 백라이트나 조명 기구로서, LED(발광 다이오드) 등의 반도체 광원의 보급이 진행되고 있다. 도 1은 승압형의 스위칭 컨버터의 회로도이다. 스위칭 컨버터(100R)는, 입력 라인(104)에 도시하지 않은 전원으로부터 입력 전압 VIN을 받고, 그것을 승압함으로써, 출력 라인(106)에 접속되는 부하인 LED 광원(502)에 출력 전압 VOUT를 공급함과 함께, LED 광원(502)에 흐르는 전류(부하 전류 혹은 구동 전류라 함) ILED를 목표값 IREF로 안정화시킨다. 예를 들어 LED 광원(502)은 발광 다이오드(LED) 스트링이며, 스위칭 컨버터(100R)는, LED 스트링의 목표 휘도에 따라서, 부하 전류 ILED의 목표 전류값 IREF를 설정한다.
스위칭 컨버터(100R)는, 출력 회로(102) 및 제어 회로(300R)를 구비한다. 출력 회로(102)는 평활 캐패시터 C1, 정류 다이오드 D1, 스위칭 트랜지스터 M1, 인덕터 L1, 검출 저항 RCS, 조광 트랜지스터 M2를 포함한다. 인덕터 L1, 스위칭 트랜지스터 M1, 정류 다이오드 D1, 평활 캐패시터 C1의 배치는, 일반적인 승압(Boost) 컨버터의 토폴러지이다.
LED 광원(502)에 흐르는 전류 ILED는, 검출 저항 RCS에 흘러, 검출 저항 RCS에, 전류 ILED에 비례한 전압 강하를 발생시킨다. 전압 강하는, 검출 전압 VCS로서 제어 회로(300R)의 전류 검출(CS) 단자에 입력된다. 제어 회로(300R)의 아날로그 조광(ADIM) 단자에는, 외부의 호스트 프로세서로부터, 부하 전류 ILED의 목표값 IREF를 나타내는 아날로그 조광 전압 VADIM이 입력된다. 제어 회로(300R)는, 검출 전압 VCS가 아날로그 조광 전압 VADIM과 일치하도록 듀티비가 조절되는 구동 펄스 SDRV를 생성하고, 스위칭 트랜지스터 M1을 구동한다.
일본 특허 공개 제2003-153529호 공보 일본 특허 공개 제2004-47538호 공보
본 발명자가 검토한 제어 회로(300R)는, 앰프(302), 에러 앰프(304), 듀티 컨트롤러(306), 드라이버(308), PWM 조광 컨트롤러(310)를 구비한다. 또한, 이 제어 회로(300R)의 구성을 공지 기술로 인정해서는 안된다.
앰프(302)는 아날로그 조광 전압 VADIM을 소정의 게인 g로 증폭(감쇠를 포함함)한다. 에러 앰프(304)는 검출 전압 VCS와 앰프(302)의 출력 전압 g×VADIM의 오차를 증폭하고, 오차에 따른 피드백 신호 VFB를 생성한다. 예를 들어 에러 앰프(304)는 트랜스컨덕턴스 앰프(gm 앰프)와, 그 출력에 접속되는 위상 보상용의 저항 RFB 및 캐패시터 CFB를 포함한다.
듀티 컨트롤러(306)는 소위 펄스 변조기이며, 피드백 신호 VFB에 따른 듀티비를 갖는 구동 펄스 SDRV를 생성한다. 드라이버(308)는 구동 펄스 SDRV에 따라서 스위칭 트랜지스터 M1을 스위칭한다.
PWM 조광 컨트롤러(310)는 PWM 조광을 위해 설치된다. PWM 조광에서는, LED 광원(502)의 발광 시간을 변화시킴으로써, 실효적인 광량을 변화시킨다. PWM 조광 컨트롤러(310)는 LED 광원(502)의 목표 광량에 따른 듀티비를 갖는 조광 펄스 SPWMOUT에 따라서 조광 트랜지스터 M2를 스위칭한다.
이 스위칭 컨버터(100R)에서는 이하의 관계식이 성립하도록 피드백이 가해진다.
ILED×RCS=g×VADIM
따라서 부하 전류 ILED는, 아날로그 조광 전압 VADIM에 비례하는 목표 전류량 IREF로 안정화된다.
ILED=IREF=g×VADIM/RCS
도 2는 아날로그 조광 전압 VADIM과 구동 전류 ILED의 관계를 도시하는 도면이다. 실제의 구동 전류 ILED'는, 다양한 오차의 영향으로 목표 전류 IREF로부터 일탈하며, 이하의 식에 의해 나타낼 수 있다.
ILED'=IOFS+α(g×VDIM/RCS)
IOFS가 오프셋 오차를, α는 게인 오차의 영향을 나타낸다.
예를 들어 오프셋 오차 IOFS는, 에러 앰프(304)의 입력 오프셋 전압의 영향을 받고, 게인 오차 α는 앰프(302)의 게인이나 검출 저항 RCS의 변동의 영향을 받을 수 있다. 도 2에는, 오프셋 오차의 영향을 받은 구동 전류 ILED'가 파선으로 나타내어진다. 오프셋 전류 IOFS의 영향은, 구동 전류 ILED가 큰 영역에서는 작지만, 구동 전류 ILED가 작은 영역에서 현저해진다.
또한 아날로그 조광 전압 VADIM이 제로일 때에, 구동 전류 ILED가 비제로(최저 전류 IMIN)로 되는 조광 특성도 있을 수 있다.
ILED=IREF=IMIN+g×VADIM/RCS
혹은 아날로그 조광 전압 VADIM이 증대되는 만큼, 구동 전류 ILED를 감소시키는 조광 특성도 있을 수 있다.
ILED=IREF=IMAX-g×VADIM/RCS
이와 같이 다양한 조광 특성에 있어서, 구동 전류 ILED가 작은 영역에서의 오프셋 오차의 영향이 커진다. 특히 구동 전류 ILED의 다이내믹 레인지가 넓은 용도에 있어서, 오프셋 전류 IOFS의 영향이 문제로 될 것이다.
또한 이 과제를 본 발명의 분야에 있어서의 공통의 일반 지식의 범위로서 파악해서는 안되고, 더 말하면 본 발명자가 독자적으로 인식한 것이다.
본 발명은 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 어떤 형태의 예시적인 목적의 하나는, 오프셋 오차의 영향을 저감한 스위칭 컨버터 및 그 제어 회로의 제공에 있다.
본 발명의 어떤 형태는, 광원에 구동 전류를 공급하는 스위칭 컨버터의 제어 회로에 관한 것이다. 제어 회로는, 구동 전류 또는 인덕터 전류의 경로 상에 설치된 검출 저항의 전압 강하에 따른 검출 전압을 받는 전류 검출 단자와, 구동 전류의 목표량을 지시하는 아날로그 조광 전압을 받는 아날로그 조광 단자와, 검출 전압, 아날로그 조광 전압 중 적어도 한쪽을 가변의 계수배로 하여, 전류 검출 신호 및 전류 설정 신호를 생성하는 계수 회로와, 전류 검출 신호가 전류 설정 신호에 근접하도록, 듀티비가 조절되는 구동 펄스를 생성하는 펄스 변조기와, 구동 펄스에 따라서 스위칭 컨버터의 스위칭 소자를 구동하는 드라이버를 구비한다.
이 형태에 따르면, 구동 전류의 전류 범위에 따라서, 계수 회로의 계수를 전환함으로써, 구동 전류가 작은 범위에서, 전류 검출 신호와 전류 설정 신호의 범위를 높은 상태로 유지할 수 있고, 이에 의해 오프셋 오차의 영향을 저감할 수 있다.
어떤 형태에 있어서 계수 회로는, 검출 전압을, 복수의 값으로부터 선택 가능한 제1 계수배로 하여, 전류 검출 신호를 생성하는 제1 계수 회로를 포함해도 된다.
어떤 형태에 있어서 제1 계수는, 적어도, 구동 전류의 제1 전류 범위에서 사용되는 제1 값과, 구동 전류의 제2 전류 범위에서 사용되는 제2 값에서 전환 가능하고, 제1 전류 범위에서의 아날로그 조광 전압의 가변 범위와, 제2 전류 범위에서의 아날로그 조광 전압의 가변 범위는 오버랩되어도 된다.
이에 의해, 외부의 회로가 생성해야 할 아날로그 조광 전압의 범위를 좁힐 수 있다.
어떤 형태에 있어서 제1 계수 회로는, 분압비가 가변인 분압 회로를 포함해도 된다.
어떤 형태에 있어서 제1 계수 회로는, 게인이 가변인 가변 게인 앰프를 포함해도 된다.
어떤 형태에 있어서 계수 회로는, 아날로그 조광 전압을 제2 계수배로 하여 전류 설정 신호를 생성하는 제2 계수 회로를 더 포함해도 된다.
어떤 형태에 있어서 계수 회로는, 아날로그 조광 전압을, 복수의 값으로부터 선택 가능한 제2 계수배로 하여 전류 설정 신호를 생성하는 제2 계수 회로를 포함해도 된다.
어떤 형태에 있어서 제2 계수는, 적어도, 구동 전류의 제1 전류 범위에서 사용되는 제1 값과, 구동 전류의 제2 전류 범위에서 사용되는 제2 값에서 전환 가능하고, 제1 전류 범위에서의 아날로그 조광 전압의 가변 범위와, 제2 전류 범위에서의 아날로그 조광 전압의 가변 범위는 오버랩되어도 된다.
이에 의해, 외부의 회로가 생성해야 할 아날로그 조광 전압의 범위를 좁힐 수 있다.
어떤 형태에 있어서 제2 계수 회로는, 분압비가 가변인 분압 회로를 포함해도 된다. 제2 계수 회로는, 게인이 가변인 가변 게인 앰프를 포함해도 된다.
어떤 형태에 있어서 스위칭 컨버터는, 입력 라인과 출력 라인 사이에 설치된 출력 캐패시터와, 출력 라인과 접지 라인 사이에 직렬로 설치된 인덕터, 스위칭 트랜지스터 및 검출 저항과, 입력 라인에 캐소드가 접속되고, 인덕터와 스위칭 트랜지스터의 접속점에 애노드가 접속된 다이오드를 구비하는 강압형이어도 된다.
어떤 형태에 있어서 펄스 변조기는, 전류 검출 신호와 전류 설정 신호를 비교하고, 전류 검출 신호가 전류 설정 신호를 초과하면, 리셋 펄스를 어서트하는 전류 리미트 콤퍼레이터와, 인덕터에 흐르는 전류가 실질적으로 제로로 되면 세트 펄스를 어서트하는 제로 전류 검출 회로와, 세트 펄스 및 리셋 펄스를 받아, 구동 펄스를 생성하는 로직 회로로서, (i) 구동 펄스는, 세트 펄스가 어서트되면, 스위칭 트랜지스터의 온에 대응하는 온 레벨로 천이하고, (ii) 리셋 펄스가 어서트되면, 스위칭 트랜지스터의 오프에 대응하는 오프 레벨로 천이하는 것인 로직 회로를 포함해도 된다.
어떤 형태에 있어서 펄스 변조기는, 스위칭 트랜지스터가 턴온하고 나서 소정 시간의 경과까지를 마스크 기간이라 하고, 마스크 기간 동안, 리셋 펄스의 어서트를 마스크하고, 마스크 후의 리셋 펄스를 로직 회로에 출력하는 리딩 에지 블랭킹 회로를 더 포함해도 된다.
어떤 형태에 있어서 스위칭 컨버터는, 인덕터와 스위칭 트랜지스터의 접속점과 접지 라인의 사이에 직렬로 설치된 제1 캐패시터 및 제1 저항을 더 구비해도 된다. 제로 전류 검출 회로는, 제1 저항의 전위가 소정의 역치 전압과 크로스하면, 세트 펄스를 어서트해도 된다.
어떤 형태에 있어서 스위칭 컨버터는, 인덕터와 결합된 보조 권선을 더 구비해도 된다. 제로 전류 검출 회로는, 보조 권선의 전압이 소정의 역치 전압과 크로스하면, 세트 펄스를 어서트해도 된다.
어떤 형태에 있어서 스위칭 컨버터는, 입력 라인과 접지 라인 사이에 직렬로 설치된 인덕터 및 스위칭 트랜지스터와, 일단이 출력 라인과 접속되고, 타단이 인덕터와 스위칭 트랜지스터의 접속점에 접속된 정류 소자와, 출력 라인과 접속된 출력 캐패시터를 구비하는 승압형이어도 된다.
어떤 형태에 있어서 펄스 변조기는, 전류 검출 신호와 전류 설정 신호의 오차를 증폭하는 에러 앰프와, 에러 앰프의 출력에 따른 듀티비를 갖는 구동 펄스를 생성하는 듀티 컨트롤러를 포함해도 된다.
어떤 형태에 있어서 제어 회로는, 아날로그 조광 전압을 생성하는 호스트 프로세서로부터 펄스 변조 조광용의 조광 펄스를 받는 펄스 조광 단자를 더 구비해도 된다. 조광 펄스의 진폭에 기초하여, 계수 회로가 제어되어도 된다.
이에 의해 추가의 제어 신호 라인을 설치하지 않아도, 적절한 계수를 선택할 수 있다.
어떤 형태에 있어서, 제어 회로는 하나의 반도체 기판에 일체 집적화되어도 된다.
「일체 집적화」란, 회로의 구성 요소 모두가 반도체 기판 상에 형성되는 경우나, 회로의 주요 구성 요소가 일체 집적화되는 경우가 포함되고, 회로 상수의 조절용으로 일부의 저항이나 캐패시터 등이 반도체 기판의 외부에 설치되어 있어도 된다.
본 발명의 다른 형태는, 스위칭 컨버터에 관한 것이다. 스위칭 컨버터는 상술한 어느 하나의 제어 회로를 포함한다.
본 발명의 다른 형태는, 조명 장치에 관한 것이다. 조명 장치는, 직렬로 접속된 복수의 LED(발광 다이오드)를 포함하는 LED 광원과, 상용 교류 전압을 평활 정류하는 정류 회로와, 정류 회로에 의해 평활 정류된 직류 전압을 입력 전압으로서 받고, LED 광원을 부하로 하는 스위칭 컨버터를 구비해도 된다. 스위칭 컨버터는, 상술한 어느 하나의 제어 회로를 구비해도 된다.
본 발명의 다른 형태는 전자 기기에 관한 것이다. 전자 기기는, 액정 패널과, 액정 패널을 이면으로부터 조사하는 백라이트인 상술한 조명 장치를 구비해도 된다.
또한, 이상의 구성 요소의 임의의 조합이나, 본 발명의 구성 요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 서로 치환한 것도 또한 본 발명의 형태로서 유효하다.
본 발명의 어떤 형태에 따르면, 오프셋 오차의 영향을 저감할 수 있다.
도 1은 승압형의 스위칭 컨버터의 회로도이다.
도 2는 아날로그 조광 전압 VADIM과 구동 전류 ILED의 관계를 도시하는 도면이다.
도 3은 실시 형태에 따른 스위칭 컨버터의 구성을 도시하는 회로도이다.
도 4의 (a)는 도 3의 계수 회로의 블록도이고, 도 4의 (b)는 비교 기술을 도시하는 블록도이다.
도 5의 (a)는 도 4의 (b)의 비교 기술의 레벨 다이어그램이고, 도 5의 (b)는 도 4의 (a)의 계수 회로와 설계예 1의 조합에 의해 얻어지는 레벨 다이어그램이다.
도 6의 (a)∼(d)는 제1 계수 회로의 구성예를 도시하는 회로도이다.
도 7은 스위칭 컨버터의 회로도이다.
도 8은 제1 변형예에 따른 스위칭 컨버터의 회로도이다.
도 9는 제2 변형예에 따른 스위칭 컨버터의 회로도이다.
도 10은 제3 변형예에 따른 계수 회로의 블록도이다.
도 11은 스위칭 컨버터를 사용한 조명 장치의 블록도이다.
도 12의 (a)∼(c)는 조명 장치의 구체예를 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명을 적합한 실시 형태를 기초로 도면을 참조하면서 설명한다. 각 도면에 도시되는 동일 또는 동등한 구성 요소, 부재, 처리에는, 동일한 번호를 부여하는 것으로 하고, 적절히 중복된 설명은 생략한다. 또한, 실시 형태는, 발명을 한정하는 것은 아니고 예시이며, 실시 형태에 기술되는 모든 특징이나 그 조합은, 반드시 발명의 본질적인 것이라고는 할 수 없다.
본 명세서에 있어서, 「부재 A와 부재 B가 접속」된 상태란, 부재 A와 부재 B가 물리적으로 직접적으로 접속되는 경우나, 부재 A와 부재 B가, 전기적인 접속 상태에 영향을 미치지 않거나, 혹은 기능을 저해하지 않는 다른 부재를 통해 간접적으로 접속되는 경우도 포함한다.
마찬가지로, 「부재 C가, 부재 A와 부재 B 사이에 설치된 상태」란, 부재 A와 부재 C, 혹은 부재 B와 부재 C가 직접적으로 접속되는 경우 외에, 전기적인 접속 상태에 영향을 미치지 않거나, 혹은 기능을 저해하지 않는 다른 부재를 통해 간접적으로 접속되는 경우도 포함한다.
도 3은 실시 형태에 따른 스위칭 컨버터(100)의 구성을 도시하는 회로도이다. 스위칭 컨버터(100)는 입력 라인(104)의 입력 전압 VIN을 강압하고, 강압된 출력 전압 VOUT를 출력 라인(106)으로부터 출력하는 강압 컨버터(Buck 컨버터)이다. LED 광원(502)의 일단(애노드)은 입력 라인(104)과 접속되고, 그 타단(캐소드)은 출력 라인(106)과 접속된다. LED 광원(502)의 양단간에는, 구동 전압 VIN-VOUT가 공급된다.
LED 광원(502)은 정전류 구동해야 할 디바이스이며, 예를 들어 직렬로 접속된 복수의 발광 소자(LED)를 포함하는 LED 스트링이어도 된다. 스위칭 컨버터(100)는 LED 광원(502)에 흐르는 구동 전류 ILED를, 목표 휘도에 따른 목표 전류 IREF로 안정화한다.
출력 회로(102)는 평활 캐패시터 C1, 입력 캐패시터 C2, 정류 다이오드 D1, 스위칭 트랜지스터 M1, 인덕터 L1, 검출 저항 RCS를 구비한다. 평활 캐패시터 C1의 일단은 입력 라인(104)과 접속되고, 그 타단은 출력 라인(106)과 접속된다.
인덕터 L1의 일단은 출력 라인(106)과 접속되고, 그 타단은 스위칭 트랜지스터 M1의 드레인과 접속된다. 검출 저항 RCS는, 스위칭 트랜지스터 M1이 온인 기간에, 스위칭 트랜지스터 M1 및 인덕터 L1에 흐르는 전류(인덕터 전류) IL의 경로 상에 배치된다. 정류 다이오드 D1의 캐소드는 입력 라인(104)과 접속되고, 그 애노드는, 인덕터 L1과 스위칭 트랜지스터 M1의 접속점 N1(드레인)과 접속된다.
제어 회로(200)는 하나의 반도체 기판에 일체 집적화된 기능 IC(Integrated Circuit)이며, 출력(OUT) 단자, 전류 검출(CS) 단자, 제로 크로스 검출(ZT) 단자, 접지(GND) 단자, 펄스 조광 입력(PWMIN) 단자, 아날로그 조광(ADIM) 단자를 갖는다. GND 단자는 접지된다. OUT 단자는 스위칭 트랜지스터 M1의 게이트와 접속되고, CS 단자에는, 검출 저항 RCS의 전압 강하에 따른 검출 전압 VCS가 입력된다. 스위칭 트랜지스터 M1은, 제어 회로(200)에 내장되어도 된다. ADIM 단자에는, 도시하지 않은 호스트 프로세서(400)로부터, 인덕터 전류 IL 나아가서는 구동 전류 ILED의 목표량 IREF를 지시하는 아날로그 조광 전압 VADIM이 입력된다.
제어 회로(200)는 계수 회로(220), 펄스 변조기(201), 드라이버(208)를 구비한다. 계수 회로(220)는 검출 전압 VCS 및 아날로그 조광 전압 VADIM 중 적어도 한쪽을 가변의 계수배로 하여, 전류 검출 신호 IS 및 전류 설정 신호 IREF를 생성한다.
펄스 변조기(201)는 전류 검출 신호 IS가 전류 설정 신호 IREF에 근접하도록, 듀티비가 조절되는 구동 펄스 SDRV를 생성한다. 드라이버(208)는 구동 펄스 SDRV에 따라서 스위칭 컨버터(100)의 스위칭 트랜지스터 M1을 구동한다.
PWMIN 단자에는, LED 광원(502)의 목표 광량에 따른 듀티비를 갖는 조광 펄스 SPWMIN이 입력된다. 드라이버(208)는 조광 펄스 SPWMIN이 하이 레벨인 기간, 스위칭 트랜지스터 M1을 스위칭하고, 로우 레벨인 기간, 스위칭을 정지한다.
구동 전류 ILED는, 복수의 전류 범위에서 전환 가능하게 되어 있다. 본 실시 형태에서는, 2개의 전류 범위가 규정되어 있고, 예를 들어 구동 전류 ILED는, 제1 모드 φ1에 있어서, 제1 범위 I∼1.5I, 제2 모드 φ2에 있어서 제2 범위 2I∼3I를 취한다. I란 어떤 단위 전류량이다. 즉 제2 모드 φ2에서는, 제1 모드 φ1의 2배의 전류가 흐른다.
도 4의 (a)는 도 3의 계수 회로(220)의 블록도이고, 도 4의 (b)는 비교 기술을 도시하는 블록도이다.
여기서 설명을 간결화하거나, 혹은 이해를 용이화할 목적으로, 각 신호의 수치를 구체화한다. 도 4의 (b)의 비교 기술에 있어서, 검출 저항 RCS의 저항값을 R로 할 때, R×I=0.5V를 만족시키는 것으로 한다. 검출 전압 VCS는, 제1 모드 φ1 에서 0.5∼0.75V, 제2 모드 φ2에서 1∼1.5V로 변화된다. g=0.5로 하면, 아날로그 조광 전압 VADIM은, 제1 모드 φ1에서 1∼1.5V, 제2 모드 φ2에서 2∼3V로 변화된다. 도 5의 (a)는 도 4의 (b)의 비교 기술의 레벨 다이어그램이다.
펄스 변조기(201)의 2개의 입력간에 오프셋 전압 VOFS가 존재한 것으로 하면, 도 4의 (b)에서는, 입력 VCS 및 VADIM이 최소로 되는 0.5V일 때, 그 영향은 최대로 된다.
도 4의 (a)를 참조한다. 계수 회로(220)는 제1 계수 회로(222), 제2 계수 회로(224)를 포함한다. 제1 계수 회로(222)는 검출 전압 VCS를, 복수의 값으로부터 선택 가능한 제1 계수 K1배 하여, 전류 검출 신호 IS를 생성한다. 제2 계수 회로(224)는 아날로그 조광 전압 VADIM을 소정의 제2 계수 K2배한다. 제1 계수 회로(222)는 현재의 모드 φ1, φ2를 나타내는 제어 신호 CNT에 따라서, 제1 계수 K1의 값을 전환한다.
이하, 파라미터의 설계예를 설명한다.
(파라미터의 설계예 1)
제2 계수 K2를, 도 4의 (b)의 게인 g와 동등하게 K2=1/2로 한다. 검출 저항 RCS의 저항값은, 도 4의 (b)의 저항값 R의 2배(=2R)로 한다. 제1 계수 K1은, 제1 모드 φ1에 있어서 제1 값(예를 들어 1)으로, 제2 모드 φ2에 있어서 제2 값(예를 들어 0.5)으로 설정된다.
제1 모드 φ1에 있어서의 아날로그 조광 전압 VADIM의 가변 범위와, 제2 모드 φ2에 있어서의 아날로그 조광 전압 VADIM의 가변 범위는, 모두 2∼3V이고, 그들은 오버랩되어 있다.
도 5의 (b)는 도 4의 (a)의 계수 회로(220)와 설계예 1의 조합에 의해 얻어지는 레벨 다이어그램이다. 이 설계예 1에서는, 제1 모드 φ1, 제2 모드 φ2에 있어서, 펄스 변조기(201)의 2개의 입력 IREF, IS의 최솟값은 1.0V이고, 도 5의 (a)의 최저값인 0.5V의 2배로 되어 있다. 따라서 오프셋 전압 VOFS의 영향을 저감할 수 있다.
(파라미터의 설계예 2)
제2 계수 K2를, 도 4의 (b)의 게인 g와 동등하게 K2=1/2로 한다. 검출 저항 RCS의 저항값은, 도 4의 (b)의 저항값 R과 동등하다. 제1 계수 K1은, 제1 모드 φ1에 있어서 제1 값(=2)으로, 제2 모드 φ2에 있어서 제2 값(=1)으로 설정된다.
이 설계예 2에 의해서도, 도 5의 (b)과 마찬가지의 레벨 다이어그램이 얻어져, 오프셋 전압 VOFS의 영향을 저감할 수 있다.
(파라미터의 설계예 3)
설계예 1, 2에 있어서, K2=1로 해도 된다. 제2 계수 회로(224)를 생략하고, 제1 모드 φ1에 있어서의 아날로그 조광 전압 VADIM의 가변 범위와, 제2 모드 φ2에 있어서의 아날로그 조광 전압 VADIM의 가변 범위를, 1∼1.5V로 해도 된다. 이 경우, 제2 계수 회로(224)를 생략할 수 있다.
이상이 스위칭 컨버터(100)의 구성이다.
이 스위칭 컨버터(100)에 따르면, 구동 전류 ILED의 전류 범위에 따라서, 계수 회로(220)의 계수를 전환함으로써, 구동 전류 ILED가 작은 범위에서, 전류 검출 신호 IS와 전류 설정 신호 IREF의 범위를 높은 상태로 유지할 수 있고, 이에 의해, 오프셋 오차의 영향을 저감할 수 있다.
혹은, 어떤 레벨의 오프셋 전압에 기인하는 오프셋 오차의 영향을 저감할 수 있기 때문에, 종래와 동일 정도의 조광 정밀도로 족한 애플리케이션에서는, 펄스 변조기(201)의 입력 오프셋 전압 VOFS가 커져도 되는 것을 의미한다. 입력 오프셋 전압이 작은 앰프, 콤퍼레이터는 설계가 어렵고, 혹은 회로 면적이 크고, 혹은 트리밍 등의 조정이 필요한 바, 본 실시 형태에 따르면, 펄스 변조기(201)의 오프셋 전압의 허용 레벨을 완화할 수 있다.
본 발명은, 도 3의 블록도나 회로도로서 파악되거나, 혹은 상술한 설명으로부터 유도되는 다양한 장치, 회로에 이르는 것이며, 특정한 구성에 한정되는 것은 아니다. 이하, 본 발명의 범위를 좁히기 위해서가 아니라, 발명의 본질이나 회로동작의 이해를 용이, 명확하게 하기 위해, 보다 구체적인 구성예를 설명한다.
도 6의 (a)∼(d)는 제1 계수 회로(222)의 구성예를 도시하는 회로도이다. 도 6의 (a)∼(c)의 제1 계수 회로(222)는 분압 회로를 포함한다. 도 6의 (a)의 제1 계수 회로(222)는 저항 R21 및 저항 R22를 포함하고, 그들 중 적어도 한쪽이 가변 저항을 포함한다.
도 6의 (b)의 제1 계수 회로(222)는 고정의 저항 R21, R22를 포함한다. 스위치 SW21 및 SW22는, CS 단자의 전압과 분압된 전압 VCS' 중, 제어 신호 CNT에 따른 한쪽을 선택한다. 도 6의 (c)의 제1 계수 회로(222)는 도 6의 (b)의 변형이며, 스위치 SW21 및 SW22의 배치가 상이하다.
도 6의 (a)∼(c)는 주로, 1 이하의 범위에서 제1 계수 K1을 전환하는 경우에 유효하다. 도 6의 (b), (c)에 있어서, 제1 계수 K1을 3개 이상의 값에서 전환 가능하게 하는 경우, 저항 및 스위치의 개수를 증가시키면 된다.
도 6의 (d)의 제1 계수 회로(222)는 가변 게인 앰프를 포함한다. 이 경우, 제1 계수 K1은 1보다 커도 상관없다.
계속해서 펄스 변조기(201)의 구성예를 설명한다. 도 7은 스위칭 컨버터(100)의 회로도이다.
펄스 변조기(201)는 전류 리미트 콤퍼레이터(202), 제로 전류 검출 회로(204), 로직 회로(206), LEB(Leading Edge Blanking) 회로(212)를 포함한다.
전류 리미트 콤퍼레이터(202)는 전류 검출 신호 ICS가 전류 설정 신호 IREF를 초과하면, 바꿔 말하면 코일 전류 IL이 설정값 VADIM에 따른 리미트 전류 ILIM에 도달하면, 리셋 펄스 S11을 어서트(예를 들어 하이 레벨)한다.
제로 전류 검출 회로(204)는 스위칭 트랜지스터 M1의 턴온을 지시하는 세트 펄스 S13을 생성한다. 도 7의 스위칭 컨버터(100)는 의사 공진(QR)형의 컨버터이며, 코일 전류 IL이 제로로 되면, 스위칭 트랜지스터 M1을 턴온하는 소프트 스위칭 동작을 행한다. 제로 전류 검출 회로(204)는 코일 전류 IL이 실질적으로 제로로 되면, 세트 펄스 S13을 어서트(예를 들어 하이 레벨)한다.
캐패시터 C11, 저항 R10은 코일 전류 IL을 검출하기 위해 설치된다. 제로 전류 검출 회로(204)는 캐패시터 C11과 저항 R10의 접속점 N2의 전압 VN2가, 제로 부근의 역치와 크로스하면, 세트 펄스 S13을 어서트한다. ZT 단자에는, 접속점 N2의 전압 VN2를 직접 입력해도 되지만, 저항 R11, R12에 의해 분압한 전압 VZT를 입력해도 된다.
제로 전류 검출 회로(204)는 콤퍼레이터를 포함하고, ZT 단자의 전압 VZT가, 제로 부근에 설정된 역치 전압 VZERO와 크로스하면, 세트 펄스 S13을 어서트(예를 들어 하이 레벨)한다.
LEB 회로(212)는 스위칭 트랜지스터 M1이 턴온하고 나서 소정 시간(마스크 시간)의 경과까지를 마스크 기간이라 하고, 마스크 기간 중의 리셋 펄스 S11의 어서트를 마스크 즉 무효화하고, 마스크 후의 리셋 펄스 S12를 로직 회로(206)에 출력한다. 즉, LEB 회로(212)의 마스크 시간은, 스위칭 트랜지스터 M1의 온 시간의 최소폭을 규정한다.
LEB 회로(212)의 구성은 특별히 한정되지 않고, 공지 기술을 사용하면 된다. 예를 들어 LEB 회로(212)는 타이머 회로와 게이트 소자를 포함할 수 있다. 타이머 회로는, 스위칭 트랜지스터 M1이 턴온하고 나서 마스크 시간 동안, 소정 레벨로 되는 마스크 신호를 생성한다. 게이트 소자는, 마스크 신호와 리셋 펄스 S11을 논리 연산함으로써, 마스크 후의 리셋 펄스 S12를 생성한다.
로직 회로(206)는 세트 펄스 S13 및 리셋 펄스 S12를 받아, 구동 펄스 SDRV를 생성한다. (i) 구동 펄스 SDRV는, 세트 펄스 S13이 어서트되면, 스위칭 트랜지스터 M1의 온에 대응하는 온 레벨(예를 들어 하이 레벨)로 천이하고, (ii) 리셋 펄스 S12가 어서트되면, 스위칭 트랜지스터 M1의 오프에 대응하는 오프 레벨(예를 들어 로우 레벨)로 천이한다.
PWMIN 단자에는, LED 광원(502)의 목표 휘도에 따라서 듀티비가 조절되는 조광 펄스 SPWMIN이 입력된다. 조광 펄스 SPWMIN은, 아날로그 조광 전압 VADIM을 생성하는 호스트 프로세서(400)로부터 출력되어도 된다. 로직 회로(206)는 조광 펄스 SPWMIN이 점등 레벨(하이 레벨)인 동안, 구동 펄스 SDRV를 출력하고, 조광 펄스 SPWMIN이 소등 레벨(로우 레벨)인 동안, 구동 펄스 SDRV를 로우 레벨로 고정해도 된다.
또한 로직 회로(206)는 제1 모드 φ1, 제2 모드 φ2를 나타내는 제어 신호 CNT를 생성하여, 계수 회로(220)에 출력한다.
또한 펄스 변조기(201)의 제어 방식, 구성은, 도 7의 그것에는 한정되지 않는다. 의사 공진(QR) 방식 외에, 다른 공지의 혹은 장래 이용 가능한 방식을 사용해도 되고, 따라서 펄스 변조기(201)의 구성도, 제어 방식에 적합한 것으로 하면 된다.
도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 전류 범위가 상이한 제1 모드 φ1과 제2 모드 φ2에서, 아날로그 조광 전압 VADIM의 가변 범위가 오버랩되는 경우, 아날로그 조광 전압 VADIM에 기초하여 전류 범위(모드)를 판별하는 것이 곤란하다. 이 경우, 호스트 프로세서(400)는 모드를 나타내는 제어 신호를 제어 회로(200)에 송신해도 된다.
보다 바람직하게는 호스트 프로세서(400)는 제어 신호의 송신 대신에, 전류 범위에 따라서, 조광 펄스 SPWMIN의 진폭 레벨을 전환해도 된다. 예를 들어 제1 모드 φ1에서는, 조광 펄스 SPWMIN은 1.5∼5V의 진폭(하이 레벨 전압)을 갖고, 제2 모드 φ2에서는, 조광 펄스 SPWMIN은 7V 이상의 진폭(하이 레벨 전압)을 가져도 된다. 이에 의해 제어 회로(200)는 조광 펄스 SPWMIN의 진폭에 기초하여, 적절한 모드를 선택할 수 있고, 모드를 지시하기 위한 제어 신호선을 생략할 수 있다.
실시 형태는 예시이며, 그들의 각 구성 요소나 각 처리 프로세스의 조합에 다양한 변형예가 가능한 것, 또한 그러한 변형예도 본 발명의 범위에 있는 것은 당업자에게 이해되는 바이다. 이하, 이러한 변형예를 설명한다.
(제1 변형예)
도 8은 제1 변형예에 따른 스위칭 컨버터(100a)의 회로도이다. 보조 권선 L2는, 인덕터 L1과 결합되어 있고, 트랜스포머 T1이 형성된다. 제어 회로(200)의 ZT 단자에는, 보조 권선 L2의 전압 VZT가 입력된다. 제어 회로(200)의 구성은 도 7의 그것과 마찬가지이다.
(제2 변형예)
도 9는 제2 변형예에 따른 스위칭 컨버터(100b)의 회로도이다. 이 스위칭 컨버터(100)는 도 1과 마찬가지로, 승압형이다. 제어 회로(300)는 펄스 변조기(301), 드라이버(308), PWM 조광 컨트롤러(310), 계수 회로(320)를 구비한다.
계수 회로(320)는 검출 전압 VCS 및 아날로그 조광 전압 VADIM 중 적어도 한쪽을 가변의 계수배로 하여, 전류 검출 신호 IS 및 전류 설정 신호 IREF를 생성한다. 계수 회로(320)는 도 3의 계수 회로(220)와 등가이다.
펄스 변조기(301)는 에러 앰프(304) 및 듀티 컨트롤러(306)를 포함한다. 에러 앰프(304)는 전류 검출 신호 IS와 전류 설정 신호 IREF의 오차를 증폭한다. 듀티 컨트롤러(306)는 에러 앰프(304)의 출력 VFB에 따른 듀티비를 갖는 구동 펄스 SDRV를 생성한다. 펄스 변조기(301)의 제어 방식, 구성도 특별히 한정되지 않고 전압 모드, 피크 전류 모드, 평균 전류 모드, 히스테리시스(Bang-Bang) 제어 등 공지의 다른 방식을 사용할 수 있다.
PWM 조광 컨트롤러(310)는 외부로부터의 조광 펄스 SPWMIN에 따라서 조광 트랜지스터 M2를 스위칭한다. 상술한 바와 같이 조광 펄스 SPWMIN의 진폭에 의해, 제1 모드 φ1과 제2 모드 φ2를 전환하는 경우, PWM 조광 컨트롤러(310)는 조광 펄스 SPWMIN의 진폭 검출 기능을 갖고, 검출 결과에 따라서 계수 회로(320)의 계수를 전환한다.
승압형의 스위칭 컨버터(100b)에 있어서도, 강압형과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(제3 변형예)
실시 형태에서는, 계수 회로[220(320)]에 있어서, 제1 계수 K1을 가변으로 하고, 제2 계수 K2를 고정으로 하였지만 본 발명은 그것에는 한정되지 않는다. 도 10은 제3 변형예에 따른 계수 회로(220c)의 블록도이다. 이 변형예에서는, 제1 계수 K1은 고정되고, 제2 계수 K2가 가변이다. 제2 계수 K2는 제어 신호 CNT에 따라서, 복수의 값으로부터 선택된다. 제2 계수 회로(224)는 도 6의 (a)∼(d)의 제1 계수 회로(222)와 마찬가지로 구성할 수 있다.
(파라미터의 설계예 4)
제1 계수 K1을 1로 하고, 검출 저항 RCS의 저항값을, 도 4의 (b)의 저항값 R의 2배(=2R)로 한다. 제2 계수 K2는, 제1 모드 φ1에 있어서 제1 값(예를 들어 1)으로, 제2 모드 φ2에 있어서 제2 값(예를 들어 2)으로 설정된다.
(제4 변형예)
계수 회로[220(320)]에 있어서, 제1 계수 K1과 제2 계수 K2를 양쪽, 가변으로 해도 된다. 예를 들어 파라미터의 설계예 1에 있어서, 제2 계수 K2를, 1/2와 1의 2값에서 전환하면, 도 5의 (a)와 같이, 제1 모드 φ1에 있어서의 아날로그 조광 전압 VADIM의 가변 범위와, 제2 모드 φ2에 있어서의 아날로그 조광 전압 VADIM의 가변 범위를 오버랩시키지 않고, 아날로그 조광 전압 VADIM에 비례한 구동 전류를 생성할 수 있다.
(제5 변형예)
실시 형태에서는, 제2 모드 φ2의 전류 범위가, 제1 모드 φ1의 전류 범위의 2배인 경우를 설명하였지만, 본 발명은 그것에는 한정되지 않는다. 제2 모드 φ2의 전류 범위가, 제1 모드 φ1의 전류 범위의 β배라고 일반화할 수 있다. 이 경우, 제1 계수 K1을 가변으로 하는 경우, 제2 모드 φ2에서 사용되는 제2 값은, 제1 모드 φ1에서 사용되는 제1 값의 1/β배로 하면 된다. 제2 계수 K2를 가변으로 한 경우, 제2 모드 φ2에서 사용되는 제2 값은, 제1 모드 φ1에서 사용되는 제1 값의 β배로 하면 된다.
(제6 변형예)
실시 형태에서는, LED 광원(502)이 LED 스트링인 경우를 설명하였지만, 부하의 종류는 특별히 한정되지 않고, 본 발명은 광원에 한하지 않고, 그 밖의 정전류 구동해야 할 다양한 부하에 적용할 수 있다.
(제7 변형예)
실시 형태에서는, 몇 가지의 파라미터의 설계예를 나타냈지만, 예시한 것 이외에도, 아날로그 조광 전압 VADIM의 범위, 계수, 검출 저항 RCS의 조합이 존재하는 것은 당업자에게 이해되는 바이며, 본 발명의 범위는 파라미터의 조합의 관점에 있어서 한정되는 것은 아니다.
(제8 변형예)
본 실시 형태에 있어서, 로직 회로의 하이 레벨, 로우 레벨의 논리값의 설정은 일례이며, 인버터 등에 의해 적절히 반전시킴으로써 자유롭게 변경하는 것이 가능하다.
(용도)
마지막으로, 스위칭 컨버터(100)의 용도를 설명한다. 도 11은 스위칭 컨버터(100)를 사용한 조명 장치(500)의 블록도이다. 조명 장치(500)는 LED 광원(502)인 발광부, 스위칭 컨버터(100)에 더하여, 정류 회로(504), 평활 콘덴서(506), 마이크로컴퓨터(508)를 구비한다. 정류 회로(504) 및 평활 콘덴서(506)는 상용 교류 전압 VAC를 정류 평활화하여, 직류 전압 VDC로 변환한다. 마이크로컴퓨터(508)는 LED 광원(502)의 휘도를 지시하는 제어 신호 SDIM을 생성한다. 스위칭 컨버터(100)는 직류 전압 VDC를 입력 전압 VIN으로서 받고, 제어 신호 SDIM에 따른 구동 전류 ILED를 LED 광원(502)에 공급한다. 제어 신호 SDIM은, 상술한 아날로그 조광 전압 VADIM 및 조광 펄스 SPWMIN을 포함한다.
도 12의 (a)∼(c)는 조명 장치(500)의 구체예를 도시하는 도면이다. 도 12의 (a)∼(c)에는 모든 구성 요소가 도시되어 있는 것은 아니고, 일부는 생략되어 있다. 도 12의 (a)의 조명 장치(500a)는 직관형 LED 조명이다. LED 광원(502)인 LED 스트링을 구성하는 복수의 LED 소자는, 기판(510) 상에 레이아웃된다. 기판(510)에는, 정류 회로(504)나 제어 회로(200), 출력 회로(102) 등이 실장된다.
도 12의 (b)의 조명 장치(500b)는 전구형 LED 조명이다. LED 광원(502)인 LED 모듈은, 기판(510) 상에 실장된다. 제어 회로(200)나 정류 회로(504)는 조명 장치(500b)의 하우징의 내부에 실장된다.
도 12의 (c)의 조명 장치(500c)는 액정 디스플레이 장치(600)에 내장되는 백라이트이다. 조명 장치(500c)는 액정 패널(602)의 배면을 조사한다.
특히, 최근 2D 영상에 더하여, 3D 영상을 표시 가능한 액정 디스플레이 장치(600)가 존재한다. 3D 모드에서는, 좌안용의 화상과 우안용의 화상을 교대로 표시하기 때문에, 백라이트의 휘도를 2D 모드와 동일 레벨로 하면 영상이 어두워진다. 따라서 3D 모드에서는 백라이트의 휘도가 높아진다.
이와 같은 2D/3D 모드가 전환 가능한 액정 디스플레이 장치(600)에, 실시 형태에 따른 스위칭 컨버터(100)는 적합하고, 2D 모드를 제1 모드 φ1, 3D 모드를 제2 모드 φ2로서 동작시키면 된다.
혹은 조명 장치(500)는 실링 라이트에 이용하는 것도 가능하다. 이와 같이, 도 11의 조명 장치(500)는 다양한 용도로 이용 가능하다.
실시 형태에 기초하여 본 발명을 설명하였지만, 실시 형태는, 본 발명의 원리, 응용을 나타내고 있는 것에 지나지 않는 것은 물론이고, 실시 형태에는, 청구 범위에 규정된 본 발명의 사상을 일탈하지 않는 범위에서, 많은 변형예나 배치의 변경을 가할 수 있는 것은 물론이다.
본 발명은 광원의 구동에 이용할 수 있다.
100 : 스위칭 컨버터
102 : 출력 회로
104 : 입력 라인
106 : 출력 라인
C1 : 평활 캐패시터
D1 : 정류 다이오드
M1 : 스위칭 트랜지스터
T1 : 트랜스포머
L1 : 인덕터
M2 : 조광 트랜지스터
L2 : 보조 권선
RCS : 검출 저항
200 : 제어 회로
201 : 펄스 변조기
202 : 전류 리미트 콤퍼레이터
204 : 제로 전류 검출 회로
206 : 로직 회로
208 : 드라이버
212 : LEB 회로
220 : 계수 회로
222 : 제1 계수 회로
224 : 제2 계수 회로
301 : 펄스 변조기
302 : 앰프
304 : 에러 앰프
306 : 듀티 컨트롤러
308 : 드라이버
310 : PWM 조광 컨트롤러
320 : 계수 회로
400 : 호스트 프로세서
S11, S12 : 리셋 펄스
S13 : 세트 펄스
500 : 조명 장치
502 : LED 광원
504 : 정류 회로
506 : 평활 콘덴서
508 : 마이크로컴퓨터
510 : 기판

Claims (22)

  1. 광원에 구동 전류를 공급하는 스위칭 컨버터의 제어 회로로서,
    상기 구동 전류 또는 인덕터 전류의 경로 상에 설치된 검출 저항의 전압 강하에 따른 검출 전압을 받는 전류 검출 단자와,
    상기 구동 전류의 목표량을 지시하는 아날로그 조광 전압을 받는 아날로그 조광 단자와,
    상기 검출 전압, 상기 아날로그 조광 전압 중 적어도 한쪽을 가변의 계수배로 하여, 전류 검출 신호 및 전류 설정 신호를 생성하는 계수 회로와,
    상기 전류 검출 신호가 상기 전류 설정 신호에 근접하도록, 듀티비가 조절되는 구동 펄스를 생성하는 펄스 변조기와,
    상기 구동 펄스에 따라서 상기 스위칭 컨버터의 스위칭 소자를 구동하는 드라이버
    를 구비하고,
    상기 계수 회로는, 상기 검출 전압을, 복수의 값으로부터 선택 가능한 제1 계수배로 하여, 상기 전류 검출 신호를 생성하는 제1 계수 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 계수는, 적어도, 상기 구동 전류의 제1 전류 범위에서 사용되는 제1 값과, 상기 구동 전류의 제2 전류 범위에서 사용되는 제2 값에서 전환 가능하고,
    상기 제1 전류 범위에서의 상기 아날로그 조광 전압의 가변 범위와, 상기 제2 전류 범위에서의 상기 아날로그 조광 전압의 가변 범위는 오버랩되는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 계수 회로는, 분압비가 가변인 분압 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 계수 회로는, 게인이 가변인 가변 게인 앰프를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 계수 회로는, 상기 아날로그 조광 전압을 제2 계수배로 하여 상기 전류 설정 신호를 생성하는 제2 계수 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
  6. 광원에 구동 전류를 공급하는 스위칭 컨버터의 제어 회로로서,
    상기 구동 전류 또는 인덕터 전류의 경로 상에 설치된 검출 저항의 전압 강하에 따른 검출 전압을 받는 전류 검출 단자와,
    상기 구동 전류의 목표량을 지시하는 아날로그 조광 전압을 받는 아날로그 조광 단자와,
    상기 검출 전압, 상기 아날로그 조광 전압 중 적어도 한쪽을 가변의 계수배로 하여, 전류 검출 신호 및 전류 설정 신호를 생성하는 계수 회로와,
    상기 전류 검출 신호가 상기 전류 설정 신호에 근접하도록, 듀티비가 조절되는 구동 펄스를 생성하는 펄스 변조기와,
    상기 구동 펄스에 따라서 상기 스위칭 컨버터의 스위칭 소자를 구동하는 드라이버
    를 구비하고,
    상기 계수 회로는, 상기 아날로그 조광 전압을, 복수의 값으로부터 선택 가능한 제2 계수배로 하여 상기 전류 설정 신호를 생성하는 제2 계수 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 계수는, 적어도, 상기 구동 전류의 제1 전류 범위에서 사용되는 제1 값과, 상기 구동 전류의 제2 전류 범위에서 사용되는 제2 값에서 전환 가능하고,
    상기 제1 전류 범위에서의 상기 아날로그 조광 전압의 가변 범위와, 상기 제2 전류 범위에서의 상기 아날로그 조광 전압의 가변 범위는 오버랩되는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 제2 계수 회로는, 분압비가 가변인 분압 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 제2 계수 회로는, 게인이 가변인 가변 게인 앰프를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
  10. 광원에 구동 전류를 공급하는 스위칭 컨버터의 제어 회로로서,
    상기 구동 전류 또는 인덕터 전류의 경로 상에 설치된 검출 저항의 전압 강하에 따른 검출 전압을 받는 전류 검출 단자와,
    상기 구동 전류의 목표량을 지시하는 아날로그 조광 전압을 받는 아날로그 조광 단자와,
    상기 검출 전압, 상기 아날로그 조광 전압 중 적어도 한쪽을 가변의 계수배로 하여, 전류 검출 신호 및 전류 설정 신호를 생성하는 계수 회로와,
    상기 전류 검출 신호가 상기 전류 설정 신호에 근접하도록, 듀티비가 조절되는 구동 펄스를 생성하는 펄스 변조기와,
    상기 구동 펄스에 따라서 상기 스위칭 컨버터의 스위칭 소자를 구동하는 드라이버
    를 구비하고,
    상기 스위칭 컨버터는,
    입력 라인과 출력 라인 사이에 설치된 출력 캐패시터와,
    상기 출력 라인과 접지 라인 사이에 직렬로 설치된 인덕터, 스위칭 트랜지스터 및 상기 검출 저항과,
    상기 입력 라인에 캐소드가 접속되고, 상기 인덕터와 상기 스위칭 트랜지스터의 접속점에 애노드가 접속된 다이오드를 구비하는 강압형인 것을 특징으로 하는 제어 회로.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 계수 회로는, 상기 검출 전압을, 복수의 값으로부터 선택 가능한 제1 계수배로 하여, 상기 전류 검출 신호를 생성하는 제1 계수 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 펄스 변조기는,
    상기 전류 검출 신호와 상기 전류 설정 신호를 비교하고, 상기 전류 검출 신호가 상기 전류 설정 신호를 초과하면, 리셋 펄스를 어서트하는 전류 리미트 콤퍼레이터와,
    상기 인덕터에 흐르는 전류가 실질적으로 제로로 되면 세트 펄스를 어서트하는 제로 전류 검출 회로와,
    상기 세트 펄스 및 상기 리셋 펄스를 받아, 상기 구동 펄스를 생성하는 로직 회로로서, (i) 상기 구동 펄스는, 상기 세트 펄스가 어서트되면, 상기 스위칭 트랜지스터의 온에 대응하는 온 레벨로 천이하고, (ii) 상기 리셋 펄스가 어서트되면, 상기 스위칭 트랜지스터의 오프에 대응하는 오프 레벨로 천이하는 것인 로직 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 펄스 변조기는, 상기 스위칭 트랜지스터가 턴온하고 나서 소정 시간의 경과까지를 마스크 기간이라 하고, 상기 마스크 기간 동안, 상기 리셋 펄스의 어서트를 마스크하고, 마스크 후의 리셋 펄스를 상기 로직 회로에 출력하는 리딩 에지 블랭킹 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 스위칭 컨버터는, 상기 인덕터와 상기 스위칭 트랜지스터의 접속점과 접지 라인 사이에 직렬로 설치된 제1 캐패시터 및 제1 저항을 더 구비하고,
    상기 제로 전류 검출 회로는, 상기 제1 저항의 전위가 소정의 역치 전압과 크로스하면, 상기 세트 펄스를 어서트하는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 스위칭 컨버터는, 상기 인덕터와 결합된 보조 권선을 더 구비하고,
    상기 제로 전류 검출 회로는, 상기 보조 권선의 전압이 소정의 역치 전압과 크로스하면, 상기 세트 펄스를 어서트하는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 컨버터는,
    입력 라인과 접지 라인 사이에 직렬로 설치된 인덕터 및 스위칭 트랜지스터와,
    일단이 출력 라인과 접속되고, 타단이 상기 인덕터와 상기 스위칭 트랜지스터의 접속점에 접속된 정류 소자와,
    상기 출력 라인과 접속된 출력 캐패시터를 구비하는 승압형인 것을 특징으로 하는 제어 회로.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 펄스 변조기는,
    상기 전류 검출 신호와 상기 전류 설정 신호의 오차를 증폭하는 에러 앰프와,
    상기 에러 앰프의 출력에 따른 듀티비를 갖는 상기 구동 펄스를 생성하는 듀티 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 아날로그 조광 전압을 생성하는 호스트 프로세서로부터 펄스 변조 조광용의 조광 펄스를 받는 펄스 조광 단자를 더 구비하고,
    상기 조광 펄스의 진폭에 기초하여, 상기 계수 회로가 제어되는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
  19. 제1항에 있어서,
    하나의 반도체 기판에 일체 집적화되는 것을 특징으로 하는 제어 회로.
  20. 제1항에 기재된 제어 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 스위칭 컨버터.
  21. 직렬로 접속된 복수의 LED(발광 다이오드)를 포함하는 LED 광원과,
    상용 교류 전압을 평활 정류하는 정류 회로와,
    상기 정류 회로에 의해 평활 정류된 직류 전압을 입력 전압으로서 받고, 상기 LED 광원을 부하로 하는 스위칭 컨버터
    를 구비하고,
    상기 스위칭 컨버터는, 제1항에 기재된 제어 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  22. 액정 패널과,
    상기 액정 패널을 이면으로부터 조사하는 백라이트인 제21항에 기재된 조명 장치
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018193956A1 (ja) * 2017-04-19 2018-10-25 シャープ株式会社 Ｌｅｄ駆動回路
CN108617055B (zh) * 2018-05-29 2020-07-07 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 Led驱动电路及led负载的驱动方法
CN116939911A (zh) * 2018-09-11 2023-10-24 罗姆股份有限公司 Led驱动装置、照明装置及车载显示装置
JP7183012B2 (ja) * 2018-10-16 2022-12-05 株式会社小糸製作所 車両用灯具およびその点灯回路
CN112052499B (zh) * 2020-09-02 2024-03-12 浙江数智交院科技股份有限公司 照明线管建模方法、装置、电子设备及存储介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014154328A (ja) * 2013-02-07 2014-08-25 Rohm Co Ltd 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
US20150091465A1 (en) * 2013-09-27 2015-04-02 Toshiba Lighting & Technology Corporation Power Supply Circuit and Luminaire
JP2015076922A (ja) 2013-10-07 2015-04-20 ローム株式会社 スイッチングコンバータおよびその制御回路、制御方法、それを用いた照明装置、電子機器

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3534400B2 (ja) 2001-11-14 2004-06-07 株式会社東芝 スイッチング電源回路
JP4135417B2 (ja) 2002-07-09 2008-08-20 三菱電機株式会社 レーザ電源装置及びレーザ装置
US8710765B2 (en) * 2010-05-08 2014-04-29 Robert Beland LED illumination systems
US7804256B2 (en) * 2007-03-12 2010-09-28 Cirrus Logic, Inc. Power control system for current regulated light sources
US8773336B2 (en) * 2008-09-05 2014-07-08 Ketra, Inc. Illumination devices and related systems and methods
CN101877922B (zh) * 2009-04-30 2014-11-26 华润矽威科技（上海）有限公司 非隔离式ac-dc led驱动器电流补偿电路
CN101861000A (zh) * 2010-05-27 2010-10-13 上海北京大学微电子研究院 用于led照明模组的电源装置
JP5749465B2 (ja) * 2010-09-07 2015-07-15 ローム株式会社 発光素子の駆動回路、それを用いた発光装置および電子機器
DE102010041632A1 (de) * 2010-09-29 2012-03-29 Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung Schaltungsanordnung zum Betreiben mindestens zweier Halbleiterlichtquellen
JP5616768B2 (ja) * 2010-12-08 2014-10-29 ローム株式会社 発光素子の駆動回路、それを用いた発光装置および電子機器
WO2012127844A1 (ja) * 2011-03-24 2012-09-27 ローム株式会社 発光素子駆動用のスイッチング電源の制御回路、およびそれらを用いた発光装置および電子機器
US9360198B2 (en) * 2011-12-06 2016-06-07 Express Imaging Systems, Llc Adjustable output solid-state lighting device
JP5828074B2 (ja) * 2012-02-13 2015-12-02 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 点灯装置および、これを用いた照明器具
JP6146984B2 (ja) * 2012-10-29 2017-06-14 ローム株式会社 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
JP6185233B2 (ja) * 2012-11-20 2017-08-23 ローム株式会社 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
EP2911475A1 (en) * 2014-02-24 2015-08-26 Dialog Semiconductor GmbH PDM modulation of LED current
GB201414589D0 (en) * 2014-08-18 2014-10-01 Accurlc Ltd Ballast circuit

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014154328A (ja) * 2013-02-07 2014-08-25 Rohm Co Ltd 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
US20150091465A1 (en) * 2013-09-27 2015-04-02 Toshiba Lighting & Technology Corporation Power Supply Circuit and Luminaire
JP2015070698A (ja) 2013-09-27 2015-04-13 東芝ライテック株式会社 電源回路及び照明装置
JP2015076922A (ja) 2013-10-07 2015-04-20 ローム株式会社 スイッチングコンバータおよびその制御回路、制御方法、それを用いた照明装置、電子機器

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