WO2023210351A1

WO2023210351A1 - 発光素子駆動装置、および発光装置

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Publication number: WO2023210351A1
Application number: PCT/JP2023/014716
Authority: WO
Inventors: 啓青木
Original assignee: ローム株式会社
Priority date: 2022-04-27
Filing date: 2023-04-11
Publication date: 2023-11-02

Abstract

発光素子駆動装置（１００）は、発光素子（３０）を駆動するように構成される発光素子駆動装置であって、正極端（アノード）が接地される前記発光素子の負極端（カソード）に接続可能なスイッチ（Ｍｓｗ）を駆動するように構成されるスイッチ駆動部（１２）と、前記スイッチの負極側に接続される電流検出抵抗（Ｒｓｎｓ）の両端に発生する電圧に基づき過電流を検出するように構成される過電流検出部（１０）と、を備え、前記スイッチ駆動部は、前記過電流検出部により過電流が検出された場合に、前記スイッチをオフ状態に切り替えるように構成される。

Description

発光素子駆動装置、および発光装置

　本開示は、発光素子駆動装置に関する。

　ＬＥＤ（発光ダイオード）は、発光素子の一例である。従来、過電流保護機能を有するＬＥＤ駆動装置が提案されている（例えば特許文献１）。

特開２００５－２０６０７４号公報

　ここで、ＬＥＤ駆動装置には、アノードがグランド電位の印加端に接続されるＬＥＤのカソードを負極性の電圧に制御するＬＥＤ駆動装置が存在し、このようなＬＥＤ駆動装置において過電流保護機能を設けるにあたり、改善の余地があった。

　上記状況に鑑み、本開示は、過電流保護機能を有する構成を効果的に実現できる発光素子駆動装置を提供することを目的とする。

　例えば、本開示の一側面に係る発光素子駆動装置は、発光素子を駆動するように構成される発光素子駆動装置であって、
　正極端が接地される前記発光素子の負極端に接続可能なスイッチを駆動するように構成されるスイッチ駆動部と、
　前記スイッチの負極側に接続される電流検出抵抗の両端に発生する電圧に基づき過電流を検出するように構成される過電流検出部と、
　を備え、
　前記スイッチ駆動部は、前記過電流検出部により過電流が検出された場合に、前記スイッチをオフ状態に切り替えるように構成される。

　本開示の例示的な発光素子駆動装置によれば、過電流保護機能を有する構成を効果的に実現できる。

図１は、本開示の例示的な第１実施形態に係るＬＥＤ駆動装置を含む発光装置の構成を示す図である。図２は、インダクタ電流、平均ＬＥＤ電流、およびスイッチング電圧の波形例を示す図である。図３は、第１比較例に係るＬＥＤ駆動装置を用いた発光装置の一部を示す図である。図４は、第２比較例に係るＬＥＤ駆動装置を用いた発光装置の一部を示す図である。図５は、図１に示す構成において、ＬＥＤのカソードに天絡が発生した場合の電流経路を示す図である。図６は、第１実施形態に係る構成における保護動作の一例を示すタイミングチャートである。図７は、本開示の第２実施形態に係るＬＥＤ駆動装置を含む発光装置の構成を示す図である。図８は、第２実施形態に係る構成における保護動作の一例を示すタイミングチャートである。図９は、本開示の第３実施形態に係るＬＥＤ駆動装置を含む発光装置の構成を示す図である。図１０は、本開示の第４実施形態に係るＬＥＤ駆動装置を含む発光装置の構成を示す図である。

　以下、本開示の例示的な実施形態について、図面を参照して説明する。

＜１．第１実施形態＞
＜負極性昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ＞
　図１は、本開示の第１実施形態に係るＬＥＤ駆動装置１００を含む発光装置Ｘ１の構成を示す図である。ＬＥＤ駆動装置は、発光素子駆動装置の一例である。ＬＥＤ駆動装置１００は、ＬＥＤ３０を駆動する半導体装置（ＩＣパッケージ）であり、負極性の昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ機能を有する。ＬＥＤ駆動装置１００は、例えば、２輪／４輪の外装ランプ（ヘッドランプ、リアランプ、ターンランプなど）用の装置である。

　ＬＥＤ駆動装置１００に負極性の昇降圧機能を採用している理由としては、バッテリの電圧低下などにより入力電源電圧Ｖｐｉｎが低下して、Ｖｐｉｎ＜ＬＥＤ３０の順電圧Ｖｆとなった場合、および、ＬＥＤ３０の灯数によりＶｐｉｎ＞ＬＥＤ３０のＶｆとなった場合の両方に対応するために昇降圧構成としている。さらに、ＬＥＤ３０のアノードがＶｐｉｎの印加端に短絡した場合の保護回路が不要となるように負極性の昇降圧構成としている。

　図１に示すように、ＬＥＤ駆動装置１００は、アンプ１と、エラーアンプ２と、発振器３と、スロープ生成部４と、ＰＷＭコンパレータ５と、フリップフロップ６と、上側ドライバ７と、下側ドライバ８と、ダイオード９と、コンパレータ１０と、ＨＩＣＣＵＰ制御部１１と、スイッチ駆動部１２と、コンパレータ１３と、復帰状態監視部１４と、異常制御部１５と、定電流回路１６と、トランジスタＭ１と、上側トランジスタＨＭと、下側トランジスタＬＭと、を１チップに集積化して有する。

　また、ＬＥＤ駆動装置１００は、外部との電気的接続を確立するための外部端子として、ＰＩＮＰ端子（入力電源端子）と、ＢＯＯＴ端子（ブートストラップ容量接続端子）と、ＳＷ端子（スイッチング出力端子）と、ＰＩＮＮ端子（ＤＣ／ＤＣ負極性基準入力端子）と、ＳＮＳＰ端子（ＬＥＤ電流検出＋接続端子）と、ＳＩＮＮ端子（小信号負極性基準入力端子）と、ＮＤＲＶ端子（スイッチ駆動端子）と、ＰＢＵＳ端子（フラグ出力端子）と、を有する。

　ＬＥＤ駆動装置１００の外部には、インダクタＬ、出力コンデンサＣｏｕｔ、ＬＥＤ３０、スイッチＭｓｗ、センス抵抗Ｒｓｎｓ、およびブートコンデンサＣｂｏｏｔが配置される。発光装置Ｘ１は、ＬＥＤ駆動装置１０と、上記のような各外部素子と、を備える。

　ＤＣ／ＤＣコンバータは、上側トランジスタＨＭ、下側トランジスタＬＭ、インダクタＬ、および出力コンデンサＣｏｕｔを有し、ＬＥＤ駆動装置１０によりスイッチング制御されることにより入力電圧Ｖｉｎに基づき出力電圧Ｖｏｕｔを生成する。出力電圧Ｖｏｕｔは、負荷としてのＬＥＤ３０に印加される。

　インダクタＬの一端は、ＳＷ端子に接続される。インダクタＬの他端は、ＬＥＤ３０のアノード、および出力コンデンサＣｏｕｔの一端に接続されるとともに、グランドＧＮＤの印加端に接続されて接地される。グランドＧＮＤは、アプリケーションの基準電位である。

　スイッチＭｓｗは、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor　field-effect　transistor）により構成される。スイッチＭｓｗは、ロードスイッチ（Load　switch）とも呼ばれる。スイッチＭｓｗのドレインは、ＬＥＤ３０のカソードに接続される。スイッチＭｓｗのソースは、センス抵抗Ｒｓｎｓの一端に接続される。センス抵抗Ｒｓｎｓの他端および出力コンデンサＣｏｕｔの他端は、ＰＩＮＮ端子に接続される。

　ＰＩＮＰ端子には、入力電源電圧Ｖｐｉｎの印加端が接続される。入力電源電圧Ｖｐｉｎは、バッテリ電圧であり、グランドＧＮＤ基準で例えば１２Ｖである。

　上側トランジスタＨＭと下側トランジスタＬＭは、ともにＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴにより構成され、ＰＩＮＰ端子とＰＩＮＮ端子との間に直列接続されてブリッジを形成する。より具体的には、上側トランジスタＨＭのドレインは、ＰＩＮＰ端子に接続される。上側トランジスタＨＭのソースと下側トランジスタＬＭのドレインとは、ノードＮｓｗにて接続される。下側トランジスタＬＭのソースは、ＰＩＮＮ端子に接続される。ノードＮｓｗは、ＳＷ端子に接続される。

　また、センス抵抗Ｒｓｎｓの一端は、ＳＮＳＰ端子に接続される。センス抵抗Ｒｓｎｓの他端は、ＳＩＮＮ端子に接続される。

　アンプ１の一方の入力端は、ＳＮＳＰ端子に接続される。アンプ１の他方の入力端は、ＳＩＮＮ端子に接続される。ＬＥＤ３０を流れる電流は、センス抵抗Ｒｓｎｓにより、センス抵抗Ｒｓｎｓの両端間に発生するセンス電圧Ｖｓｎｓに変換される。アンプ１は、入力されるセンス電圧Ｖｓｎｓを所定ゲインで増幅する。例えば、アンプ１は、センス電圧Ｖｓｎｓを１２．５倍して増幅する。

　アンプ１の出力は、エラーアンプ２の一方の入力端に入力される。エラーアンプ２の他方の入力端には、設定用電圧Ｖｉｓｅｔが印加される。エラーアンプ２は、２つの入力端に入力される信号の誤差を増幅して誤差信号Ｅｒｒを生成する。

　ここで、ＬＥＤ駆動装置１０は、ＰＷＭ調光機能を有している。ＰＷＭ調光は、数百Ｈｚ～数ｋＨｚでＬＥＤのオンオフを切り替えて調光する方法であり、ＬＥＤの明るさはＰＷＭ調光信号（図１の「ＰＷＭ」）の１周期におけるデューティで決定される。ＰＷＭ調光信号＝Ｈｉｇｈレベルの場合、エラーアンプ２は通常の動作を行い、ＰＷＭ調光信号＝Ｌｏｗレベルの場合、エラーアンプ２の通常動作を停止して出力維持動作を行う。これにより、ＰＷＭ調光信号＝Ｈｉｇｈレベルとなったとき、その直前のＬｏｗレベルに立ち下がる直前のエラーアンプ２の出力でエラーアンプ２の動作を開始することができる。従って、ＬＥＤ電流の変化量をなるべく抑えることができる。

　発振器３は、固定周波数（例えば４００ｋＨｚ）のクロック信号ＣＬＫを生成する。スロープ生成部４は、クロック信号ＣＬＫに基づき上記固定周波数のスロープ信号Ｓｌｐを生成する。なお、スロープ信号Ｓｌｐは、上側トランジスタＨＭを流れる電流の電流リップル情報に基づき生成される。

　ＰＷＭコンパレータ５の非反転入力端（＋）には、スロープ信号Ｓｌｐが入力される。ＰＷＭコンパレータ５の反転入力端（－）には、誤差信号Ｅｒｒが入力される。ＰＷＭコンパレータ５の出力Ｒｓｔは、フリップフロップ６のリセット端子に入力される。フリップフロップ６のセット端子には、クロック信号ＣＬＫが入力される。

　上側ドライバ７は、フリップフロップ６のＱ端子出力に基づいて上側トランジスタＨＭのゲートを駆動して、上側トランジスタＨＭをスイッチング駆動する。上側ドライバ７は、ブート電圧ＶｂｏｏｔとＳＷ端子のスイッチング電圧Ｖｓｗとの間で上側トランジスタＨＭのゲートに電圧を印加させる。

　なお、ブートストラップ用のブートコンデンサＣｂｏｏｔは、ＢＯＯＴ端子とＳＷ端子との間に接続される。ダイオード９のアノードには、内部基準電圧Ｖｄｒｖ５の印加端が接続される。ダイオード９のカソードには、ＢＯＯＴ端子が接続される。ブートコンデンサＣｂｏｏｔへのチャージによりブート電圧ＶｂｏｏｔがＢＯＯＴ端子に発生する。ブート電圧Ｖｂｏｏｔによって上側トランジスタＨＭをオン状態にすることが可能となる。

　下側ドライバ８は、フリップフロップ６のＱバー端子出力に基づいて下側トランジスタＬＭのゲートを駆動して、下側トランジスタＬＭをスイッチング駆動する。下側ドライバ８は、内部基準電圧Ｖｄｒｖ５とＰＩＮＮ端子の電圧との間で下側トランジスタＬＭのゲートに電圧を印加させる。

　このような構成により、ＬＥＤ駆動装置１０は、ＬＥＤ３０を流れるＬＥＤ平均電流ＩＬＥＤのフィードバック制御を行うことで、入力電源電圧ＶｐｉｎおよびＬＥＤ負荷変動に対して安定した電流をＬＥＤ３０に供給することができる。なお、通常時には、スイッチＭｓｗは、オン状態に制御される。

　ここで、図２には、インダクタＬに流れるインダクタ電流ＩＬ、インダクタ平均電流ＩＬ_ＡＶＥ、ＬＥＤ平均電流ＩＬＥＤ、およびスイッチング電圧Ｖｓｗの波形例を示す。なお、図２に示す電圧降下Ｖｄｓｗは、上側トランジスタＨＭのオン抵抗、または下側トランジスタＬＭのオン抵抗による電圧降下である。クロック信号ＣＬＫによりフリップフロップ６がセットされて上側トランジスタＨＭがターンオン、下側トランジスタＬＭがターンオフされると、オン期間Ｄｏｎ（図２）が開始される。オン期間Ｄｏｎでは、オン状態の上側トランジスタＨＭおよびＳＷ端子を介して電流が流れ（図１の「Ｄｏｎ」で示す電流経路）、インダクタ電流ＩＬは増加する。このとき、インダクタＬには、励磁エネルギーが蓄えられる。

　そして、ＰＷＭコンパレータ５の出力によりフリップフロップ６がリセットされて上側トランジスタＨＭがターンオフ、下側トランジスタＬＭがターンオンされると、オフ期間Ｄｏｆｆ（図２）が開始される。オフ期間Ｄｏｆｆでは、インダクタＬに蓄えられた励磁エネルギーにより、オン状態の下側トランジスタＬＭおよびＳＷ端子を介して電流が流れ（図１の「Ｄｏｆｆ」で示す電流経路）、インダクタ電流ＩＬは減少する。このとき、インダクタＬの他端をグランドＧＮＤの印加端に接続して接地しているので、出力コンデンサＣｏｕｔは負極性にチャージされる。これにより、ＰＩＮＮ端子およびＳＩＮＮ端子に、負極性の基準電圧Ｖｐｉｎｎが生じる。

　そして、クロック信号ＣＬＫの固定周波数によりフリップフロップ６が再びセットされると、上側トランジスタＨＭがターンオンされて、再びオン期間Ｄｏｎが開始される。

　ＬＥＤ平均電流ＩＬＥＤが目標設定電流になるように、上側トランジスタＨＭのターンオフによりインダクタピーク電流制御が行われ、インダクタ平均電流ＩＬ_ＡＶＥが制御される。

　図１に示すように、グランドＧＮＤと入力電源電圧Ｖｐｉｎとの間の入力電圧Ｖｉｎは、負極性基準電圧とグランドＧＮＤとの間の出力電圧Ｖｏｕｔに昇降圧される。

＜過電流保護＞
　図１に示す構成において、ＬＥＤ３０のカソードが入力電源電圧Ｖｐｉｎと短絡する可能性がある。すなわち、ＬＥＤ３０のカソードの天絡が発生する可能性がある。このような天絡が発生した場合、過電流が発生するため、保護機能を設ける必要がある。

　ここで、図３は、第１比較例に係るＬＥＤ駆動装置１０１を用いた発光装置の一部を示す図である。図３に示すＬＥＤ駆動装置１０１は、図１に示す構成とは異なり、フィードフォワード制御を実行可能に構成される。ＬＥＤ駆動装置１０１は、上側トランジスタＨＭおよび下側トランジスタＬＭを備える。ＬＥＤ駆動装置１０１は、外部端子として、ＳＷ端子およびＰＩＮＮ端子を有する。ＬＥＤ駆動装置１０１の外部には、インダクタＬ、出力コンデンサＣｏｕｔ、クランプダイオードＤｉ、抵抗Ｒ１、スイッチＭｓｗ、およびＬＥＤ３０が設けられる。

　上側トランジスタＨＭと下側トランジスタＬＭが接続されるノードＮｓｗは、ＳＷ端子を介してインダクタＬの一端に接続される。インダクタＬの他端は、出力コンデンサＣｏｕｔの一端に接続されるとともに、接地される。ＬＥＤ３０のアノードは、インダクタＬの他端に接続される。ＬＥＤ３０のカソードは、スイッチＭｓｗを介してＰＩＮＮ端子に接続される。スイッチＭｓｗのゲートは、インダクタＬの他端に接続される。スイッチＭｓｗのゲートとＰＩＮＮ端子との間には、抵抗Ｒ１が接続される。クランプダイオードＤｉのカソードは、インダクタＬの他端に接続される。クランプダイオードＤｉのアノードは、ＰＩＮＮ端子に接続される。

　このような構成において、上側トランジスタＨＭおよび下側トランジスタＬＭがスイッチングされることにより、ＰＩＮＮ端子が負極性の電圧に制御される。グランド電位とＰＩＮＮ端子の電圧との電位差により、スイッチＭｓｗはオン状態とされる。クランプダイオードＤｉは、ＰＩＮＮ端子の電圧ＶｐｉｎｎをＶｐｉｎｎ＜ＧＮＤ＋ＶＦ（ＶＦ：クランプダイオードＤｉの順電圧）にクランプする。

　しかしながら、図３に示す構成では、ＬＥＤ３０のカソードに天絡が発生した場合、スイッチＭｓｗおよびクランプダイオードＤｉを通ってＧＮＤへ向けて過電流が流れるが、当該過電流を検出することができない。従って、過電流に対する保護（天絡保護）を行うことができない。

　図４は、第２比較例に係るＬＥＤ駆動装置１０２を用いた発光装置の一部を示す図である。図４に示すＬＥＤ駆動装置１０２は、図１に示す構成と同様、フィードバック制御を実行可能に構成される。図４に示す構成において、スイッチＭｓｗとＰＩＮＮ端子との間にセンス抵抗Ｒｓｎｓが設けられる。センス抵抗ＲｓｎｓによりＬＥＤ３０に流れる電流を検出することでフィードバック制御が行われる。

　また、図４に示す構成の図３との相違点として、ＬＥＤ駆動装置１０２の外部において、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２と、バイポーラトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２が設けられる。抵抗Ｒ１１の一端は、内部電圧Ｖｒｅｇの印加端に接続される。内部電圧Ｖｒｅｇは、ＬＥＤ駆動装置１０２の内部で生成される。抵抗Ｒ１１の他端は、スイッチＭｓｗのゲートに接続される。

　バイポーラトランジスタＴｒ１は、ＮＰＮトランジスタにより構成される。バイポーラトランジスタＴｒ１のコレクタは、抵抗Ｒ１１の他端に接続される。バイポーラトランジスタＴｒ１のエミッタは、ＰＩＮＮ端子に接続される。バイポーラトランジスタＴｒ１のベースは、抵抗Ｒ１２の一端に接続される。抵抗Ｒ１２の他端は、センス抵抗Ｒｓｎｓの一端に接続される。バイポーラトランジスタＴｒ２は、ＰＮＰトランジスタにより構成される。バイポーラトランジスタＴｒ２のエミッタは、内部電圧Ｖｒｅｇの印加端に接続される。バイポーラトランジスタＴｒ２のコレクタは、バイポーラトランジスタＴｒ１のベースに接続される。バイポーラトランジスタＴｒ２のベースは、バイポーラトランジスタＴｒ１のコレクタに接続される。

　このような構成により、ＬＥＤ３０のカソードに天絡が発生した場合、センス抵抗Ｒｓｎｓに過電流が流れる。このとき、過電流Ｉｏｃｐによりセンス抵抗Ｒｓｎｓの両端間に発生する電圧がバイポーラトランジスタＴｒ１のＶｆｐｎｐを上回る。すなわち、Ｉｏｃｐ＞Ｖｆｐｎｐ／Ｒｓｎｓとなる。これにより、バイポーラトランジスタＴｒ１がターンオンされ、スイッチＭｓｗのゲートがＰＩＮＮ端子の電圧となり、スイッチＭｓｗがターンオフされる。このとき、バイポーラトランジスタＴｒ２がターンオンされるため、バイポーラトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２の状態がラッチされる。従って、スイッチＭｓｗは、オフ状態でラッチされる。仮に、バイポーラトランジスタをＴｒ１のみ設けてスイッチＭｓｗをラッチしないようにすると、バイポーラトランジスタＴｒ１によりＶｆｐｎｐ／Ｒｓｎｓの値に制限された電流が流れ続け、発熱が発生してしまう。

　しかしながら、図４に示す構成では、ノイズが発生したことによりセンス抵抗Ｒｓｎｓの両端間電圧が上昇してバイポーラトランジスタＴｒ１のＶｆｐｎｐを上回った場合でも、バイポーラトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２およびスイッチＭｓｗがラッチされてしまう課題がある。また、ラッチされると、自動復帰できない課題もある。また、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２およびバイポーラトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２が必要であり、ＬＥＤ駆動装置１０２外部における素子数が増える課題もある。

　図５は、図１に示す構成において、ＬＥＤ３０のカソードに天絡が発生した場合の電流経路を示す図である。図５では、ＬＥＤ３０のカソードが入力電源電圧Ｖｐｉｎの印加端と短絡されるため、入力電源電圧Ｖｐｉｎの印加端からスイッチＭｓｗ、センス抵抗Ｒｓｎｓ、ＰＩＮＮ端子、下側トランジスタＬＭのボディダイオード、ＳＷ端子、およびインダクタＬを介してグランド電位の印加端に至る電流経路（図５の破線）が発生し、当該電流経路に過電流が流れる。しかしながら、図１に示す構成の本開示に係るＬＥＤ駆動装置１００では、このような過電流に対する保護機能を有している。

　このような保護機能について図６に示すタイミングチャートを用いて説明する。図６において、上段から順に、ＰＩＮＮ端子の電圧Ｖｐｉｎｎ、スイッチ駆動部１２によりスイッチＭｓｗのゲートに印加される駆動電圧Ｖｎｄｒｖ、センス抵抗Ｒｓｎｓに流れるＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤ、図１に示す構成におけるＤＣ／ＤＣコンバータのオンオフ状態、および異常フラグＶｆｌの各波形例を示す。

　なお、ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤには、ＬＥＤ３０のカソードの天絡発生時には図５に示すようにＬＥＤ３０には流れない経路が含まれる。

　また、図１に示すように、ＰＢＵＳ端子は、異常フラグＶｆｌを出力するための端子である。トランジスタＭ１は、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴにより構成される。トランジスタＭ１のドレインは、ＰＢＵＳ端子に接続される。ＰＢＵＳ端子と内部電圧Ｖｒｅｇの印加端との間には定電流回路１６が接続される。トランジスタＭ１のソースは、接地される。トランジスタＭ１は、異常制御部１５により駆動される。正常状態では、異常制御部１５はトランジスタＭ１をオフ状態に制御し、異常フラグＶｆｌはハイレベルとなる。異常発生時には、異常制御部１５はトランジスタＭ１をオン状態に制御し、異常フラグＶｆｌはローレベルとなる。

　図６において、まず通常時にはＤＣ／ＤＣコンバータがオン状態であり、スイッチ駆動部１２により駆動電圧Ｖｎｄｒｖはハイレベルのため、スイッチＭｓｗはオン状態である。このとき、ＰＩＮＮ端子の電圧Ｖｐｉｎｎは負極性の電圧であり、ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤは所定の電流値に制御される。また、異常フラグＶｆｌは、ハイレベルである。

　そして、タイミングｔ１でＬＥＤ３０のカソードに天絡が発生すると、過電流が発生し、ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤが急峻に増加する。このとき、ＰＩＮＮ端子の電圧Ｖｐｉｎｎは、入力電源電圧Ｖｐｉｎに近い正極性の電圧に向かって上昇する。

　ここで、過電流設定値Ｉ_{ＬＥＤ_ＳＣＰ}は、次のように表される。
　Ｉ_{ＬＥＤ_ＳＣＰ}＝Ｖ_{ＳＮＳ_ＳＣＰ}／Ｒｓｎｓ
　Ｖ_{ＳＮＳ_ＳＣＰ}は、センス抵抗Ｒｓｎｓの両端間電圧であるセンス電圧Ｖｓｎｓの過電流設定値である。

　コンパレータ１０（図１）は、センス電圧Ｖｓｎｓを過電流設定値Ｖ_{ＳＮＳ_ＳＣＰ}と比較する。これにより、タイミングｔ１でＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤが急峻に増加して過電流設定値Ｉ_{ＬＥＤ_ＳＣＰ}を上回ったことが、センス電圧Ｖｓｎｓが過電流設定値Ｖ_{ＳＮＳ_ＳＣＰ}を上回ったことで検出される。このとき、コンパレータ１０は、ハイレベルの検出出力Ｄｅｔ１を出力する。

　ＨＩＣＣＵＰ制御部１１は、検出出力Ｄｅｔ１に応じて制御出力Ｓｈｃｐを出力する。ＨＩＣＣＵＰ制御部１１は、ハイレベルの検出出力Ｄｅｔ１を入力された場合、例えばハイレベルの制御出力Ｓｈｃｐを出力する。スイッチ駆動部１２は、制御出力Ｓｈｃｐに応じてスイッチＭｓｗを駆動する。スイッチ駆動部１２は、ハイレベルの制御出力Ｓｈｃｐが入力された場合、過電流が検出されたとして、駆動電圧Ｖｎｄｒｖをハイレベルからローレベルに切り替え、スイッチＭｓｗをオン状態からオフ状態へ切り替える（タイミングｔ２）。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータは、オン状態からオフ状態へ切り替えられる。これにより、ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤは流れなくなる（Ｉ_ＬＥＤ＝０）。従って、保護状態へ移行する。

　ＨＩＣＣＵＰ制御部１１は、ハイレベルの検出出力Ｄｅｔ１を入力されると所定の待機時間のカウントを開始する。待機時間の間、スイッチＭｓｗおよびＤＣ／ＤＣコンバータは、オフ状態を維持される。そして、待機時間が経過すると、ＨＩＣＣＵＰ制御部１１は、ローレベルの制御出力Ｓｈｃｐを出力する。スイッチ駆動部１２は、これを受けて駆動電圧Ｖｎｄｒｖをローレベルからハイレベルに切り替え、スイッチＭｓｗをオフ状態からオン状態に切り替える（タイミングｔ３）。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータは、オフ状態からオン状態へ切り替えられる。これにより、保護状態からの復帰が行われる。

　ここでは、天絡が解除されていないため、再び過電流が発生し、ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤが急峻に増加する。従って、先述と同様に、コンパレータ１０により過電流が検出され、スイッチＭｓｗおよびＤＣ／ＤＣコンバータは、再びオフ状態へ切り替えられる（タイミングｔ４）。従って、再び保護状態に切り替えられる。このとき、電圧Ｖｐｉｎｎは、上記正極性の電圧に向かって上昇し、グランド電位を上回った後にスイッチＭｓｗがオフ状態になると、Ｖｐｉｎｎはグランド電位まで立ち下がる。

　そして、先述と同様に、上記待機時間が経過すると、ＨＩＣＣＵＰ制御部１１により、スイッチＭｓｗおよびＤＣ／ＤＣコンバータがオン状態へ切り替えられ、復帰が行われる（タイミングｔ５）。ここで天絡が未だ解除されていないため、再び過電流が発生し、ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤが急峻に増加する。従って、先述と同様に、コンパレータ１０により過電流が検出され、スイッチＭｓｗおよびＤＣ／ＤＣコンバータは、再びオフ状態へ切り替えられる（タイミングｔ６）。従って、再び保護状態に切り替えられる。このとき、電圧Ｖｐｉｎｎは、上記正極性の電圧に向かって上昇し、上記正極性の電圧に達すると維持され、スイッチＭｓｗがオフ状態になると、Ｖｐｉｎｎはグランド電位まで立ち下がる。

　そして、図６では、上記待機時間が経過する前に天絡が解除される（タイミングｔ７）。その後、上記待機時間が経過すると、ＨＩＣＣＵＰ制御部１１により、スイッチＭｓｗおよびＤＣ／ＤＣコンバータがオン状態へ切り替えられ、復帰が行われる（タイミングｔ８）。ここでは天絡が解除されているため、Ｖｐｉｎｎが負極性の電圧に向かって低下し、ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤがＶｐｉｎｎの低下の途中で流れ出す。ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤは過電流とはならず、定常状態まで増加すると一定となる。従って、コンパレータ１０により過電流が検出されず、スイッチ駆動部１２によりスイッチＭｓｗはオン状態を維持される。

　このように、ＬＥＤ３０のカソードに天絡が発生した場合、保護状態と復帰を繰り返し、天絡が解除されると、復帰して通常状態へ戻ることができる。すなわち、過電流に対する保護を行いつつ、天絡が解除された場合に自動復帰が可能となる。

　また、仮にノイズによって過電流が検出された場合でも、天絡されているのではないため、次に復帰する場合に過電流は検出されず、通常状態へ自動復帰される。

　このように、コンパレータ１０、ＨＩＣＣＵＰ制御部１１、およびスイッチ駆動部１２によるＬＥＤ駆動装置１０内部での制御により、保護動作および復帰を実現できる。また、上記第２比較例のように、ＬＥＤ駆動装置の外部の素子数が増加することを抑制できる。

　なお、異常フラグＶｆｌについて説明すると、通常時において過電流が検出されると、異常制御部１５によりトランジスタＭ１がターンオンされ、異常フラグＶｆｌは異常を示すローレベルに切り替えられる（タイミングｔ２）。その後、復帰状態監視部１４は、コンパレータ１３の検出出力Ｄｅｔ２に基づきＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤが０から増加して所定の閾値Ｉ_{ＬＥＤ_ＳＧ}を上回ったことを検出すると、コンパレータ１０の検出出力Ｄｅｔ１を監視する。ここで、コンパレータ１３は、アンプ１の出力を閾値Ｖ_{ＳＮＳ_ＳＧ}と比較する。閾値Ｖ_{ＳＮＳ_ＳＧ}＝Ｉ_{ＬＥＤ_ＳＧ}×Ｒｓｎｓである。

　復帰状態監視部１４は、所定の監視時間Ｔｒの経過前にＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤが過電流設定値Ｉ_{ＬＥＤ_ＳＣＰ}を上回るかを監視する。ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤが過電流設定値Ｉ_{ＬＥＤ_ＳＣＰ}を上回った場合は、復帰状態監視部１４により異常制御部１５は、トランジスタＭ１のオン状態を維持し、異常フラグＶｆｌはローレベルを維持される。従って、図６のタイミングｔ４およびｔ６では、所定の監視時間Ｔｒの経過前にＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤが過電流設定値Ｉ_{ＬＥＤ_ＳＣＰ}を上回るため、異常フラグＶｆｌはローレベルを維持される。

　一方、復帰状態監視部１４は、所定の監視時間Ｔｒの経過前にＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤが過電流設定値Ｉ_{ＬＥＤ_ＳＣＰ}を上回らなかった場合は、復帰状態監視部１４により異常制御部１５は、トランジスタＭ１をオフ状態に切り替え、異常フラグＶｆｌはハイレベルに切り替えられる。これにより、天絡が解除された後のタイミングｔ９（ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤが閾値Ｉ_{ＬＥＤ_ＳＧ}を上回ったタイミング）から所定の監視時間Ｔｒの経過前にＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤが過電流設定値Ｉ_{ＬＥＤ_ＳＣＰ}を上回らないため、異常フラグＶｆｌがハイレベルに切り替えられる。

　なお、過電流を検出するコンパレータ１０は、アンプ１の出力を基準電圧と比較する構成としてもよい。ただし、図１に示す構成のほうが、センス電圧Ｖｓｎｓを直接、基準電圧と比較するため、過電流検出の遅延を抑制できる。

＜２．第２実施形態＞
　図７は、本開示の第２実施形態に係るＬＥＤ駆動装置２００を含む発光装置Ｘ２の構成を示す図である。ＬＥＤ駆動装置２００の先述した第１実施形態（図１）との相違点は、コンパレータ１７と、プルダウン抵抗１８と、ＮＬＥＤ端子（カソード接続端子）を備えることである。

　コンパレータ１７の一方の入力端は、ＮＬＥＤ端子を介してＬＥＤ３０のカソードに接続される。これにより、コンパレータ１７は、ＬＥＤ３０のカソード電圧Ｖｎｌｅｄを天絡検出閾値Ｖ_{ＬＥＤ_ＳＨ}と比較する。カソード電圧Ｖｎｌｅｄが天絡検出閾値Ｖ_{ＬＥＤ_ＳＨ}を上回れば、コンパレータ１７は、天絡を検出してハイレベルの検出出力Ｄｅｔ３を出力する。スイッチ駆動部１２には、コンパレータ１０の検出出力Ｄｅｔ１と、コンパレータ１７の検出出力Ｄｅｔ３が入力される。

　また、ＮＬＥＤ端子は、プルダウン抵抗１８によりグランド電位にプルダウンされる。これにより、スイッチＭｓｗがオフ状態のときにＮＬＥＤ端子の電圧（カソード電圧Ｖｎｌｅｄ）が不定になることを回避できる。

　このような構成のＬＥＤ駆動装置２００における保護機能について図８に示すタイミングチャートを用いて説明する。図８において、上段から順に、電圧Ｖｐｉｎｎ、カソード電圧Ｖｎｌｅｄ、駆動電圧Ｖｎｄｒｖ、ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤ、図７に示す構成におけるＤＣ／ＤＣコンバータのオンオフ状態、および異常フラグＶｆｌの各波形例を示す。

　通常状態においてタイミングｔ１１で天絡が発生すると、過電流が発生し、ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤが急峻に増加する。そして、コンパレータ１０により過電流が検出されると、スイッチ駆動部１２によってスイッチＭｓｗがオン状態からオフ状態に切り替えられるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータもオン状態からオフ状態へ切り替えられる（タイミングｔ１２）。これにより、ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤは０まで立ち下がる。このとき、ＰＩＮＮ端子の電圧Ｖｐｉｎｎおよびカソード電圧Ｖｎｌｅｄは、負極性の電圧から上昇し、スイッチＭｓｗがオフ状態になることで電圧Ｖｐｉｎｎは維持され、カソード電圧Ｖｎｌｅｄは入力電源電圧Ｖｐｉｎまで瞬時に立ち上がる。

　これにより、カソード電圧Ｖｎｌｅｄは、天絡検出閾値Ｖ_{ＬＥＤ_ＳＨ}を上回るため、コンパレータ１７の検出出力Ｄｅｔ３は、ローレベルからハイレベルに切り替わる。なお、天絡検出閾値Ｖ_{ＬＥＤ_ＳＨ}は、グランド電位よりも高い電圧に設定される。

　スイッチ駆動部１２は、検出閾値Ｄｅｔ３がハイレベルの場合、スイッチＭｓｗのオフ状態を維持する。図８では、タイミングｔ１２からｔ１３まで天絡が維持されるため、スイッチＭｓｗのオフ状態が維持される。従って、保護状態が維持される。そして、タイミングｔ１３で天絡が解除されると、カソード電圧Ｖｎｌｅｄは、プルダウン抵抗１８によりグランド電位へ向けて低下する。

　そして、カソード電圧Ｖｎｌｅｄが天絡検出閾値Ｖ_{ＬＥＤ_ＳＨ}まで低下したことがコンパレータ１７により検出されると、スイッチ駆動部１２は、スイッチＭｓｗをオフ状態からオン状態へ切り替える（タイミングｔ１４）。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータもオフ状態からオン状態へ切り替えられる。従って、復帰が行われる。

　すると、カソード電圧ＶｎｌｅｄはＶｐｉｎｎと一致し、負極性の電圧に向けて低下する。このとき、ＬＥＤ電流Ｉ_ＬＥＤは０から立ち上がり、定常値に達すると一定となる。

　このように、本実施形態であれば、天絡が発生している期間は第１実施形態のように復帰することなく保護状態を維持できる。そして、天絡が解除されると、自動的に復帰することが可能である。なお、ノイズによってコンパレータ１０により過電流が検出された場合は、保護状態に切り替わるが、天絡が発生していないため、カソード電圧Ｖｎｌｅｄはグランド電位であり、コンパレータ１７の検出出力Ｄｅｔ３はローレベルのため、スイッチ駆動部１２は、スイッチＭｓｗを即時にオン状態に切り替える。従って、即時に復帰することが可能となる。

＜３．第３実施形態＞
　図９は、本開示の第３実施形態に係るＬＥＤ駆動装置３００を含む発光装置Ｘ３の構成を示す図である。ＬＥＤ駆動装置３００は、第１実施形態（図１）との相違点として、通信部１９を備える。通信部１９は、ＬＥＤ駆動装置３００の外部に設けられるマイコン３５との間で通信を行う。図９の例では、Ｉ２Ｃによる通信を行う。また、異常フラグＶｆｌは、マイコン３５に通知される。

　マイコン３５は、通信によって通信部１９におけるレジスタに保護状態からの復帰を行う機能の有効・無効を設定可能である。これにより、復帰の無効が選択されている場合は、通常時にコンパレータ１０により過電流が検出されてスイッチＭｓｗおよびＤＣ／ＤＣコンバータがオフ状態に切り替えられた後、スイッチ駆動部１２はＨＩＣＣＵＰ制御部１１に依らずにスイッチＭｓｗのオフ状態を維持する。

　なお、第２実施形態に通信部およびマイコンを適用することも可能である。

＜４．第４実施形態＞
　図１０は、本開示の第４実施形態に係るＬＥＤ駆動装置４００を含む発光装置Ｘ４の構成を示す図である。ＬＥＤ駆動装置４００は、第１実施形態（図１）との相違点として、スイッチＭｓｗを内蔵している。これにより、ＬＥＤ駆動装置４００は、スイッチＭｓｗのドレインが接続されるＬＳＰ端子と、スイッチＭｓｗのソースが接続されるＬＳＮ端子と、を備える。

　このように、スイッチＭｓｗを内蔵することで、過電流が検出されてスイッチ駆動部１２により駆動電圧Ｖｎｄｒｖがローレベルに切り替えられたときのスイッチＭｓｗのターンオフの遅延を抑制できる。なお、第２および第３実施形態において、スイッチＭｓｗを内蔵してもよい。

＜５．その他＞
　なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

＜６．付記＞
　以上のように、本開示の一側面に係る発光素子駆動装置（１００）は、
　発光素子（３０）を駆動するように構成される発光素子駆動装置であって、
　正極端（アノード）が接地される前記発光素子の負極端（カソード）に接続可能なスイッチ（Ｍｓｗ）を駆動するように構成されるスイッチ駆動部（１２）と、
　前記スイッチの負極側に接続される電流検出抵抗（Ｒｓｎｓ）の両端に発生する電圧に基づき過電流を検出するように構成される過電流検出部（１０）と、
　を備え、
　前記スイッチ駆動部は、前記過電流検出部により過電流が検出された場合に、前記スイッチをオフ状態に切り替えるように構成される（第１の構成）。

　また、上記第１の構成において、前記過電流検出部（１０）により過電流が検出された場合に、所定の待機時間の経過後に前記スイッチ（Ｍｓｗ）をオン状態に切り替えるように前記スイッチ駆動部（１２）を制御するように構成される復帰制御部（１１）をさらに備える構成としてもよい（第２の構成）。

　また、上記第１または第２の構成において、前記発光素子（３０）の負極端の電圧を天絡検出閾値と比較するように構成される天絡検出部（１７）をさらに備え、
　前記スイッチ駆動部（１２）は、前記過電流検出部（１０）による過電流検出の後、前記天絡検出部により天絡が検出される間は前記スイッチ（Ｍｓｗ）をオフ状態に維持するように構成される構成としてもよい（第３の構成）。

　また、上記第３の構成において、前記発光素子（３０）の負極端は、グランド電位にプルダウンされ、
　前記スイッチ駆動部（１２）は、前記天絡検出部（１７）により前記負極端の電圧が前記天絡検出閾値まで低下したことが検出されると、前記スイッチ（Ｍｓｗ）をオン状態に切り替えるように構成される構成としてもよい（第４の構成）。

　また、上記第１から第４のいずれかの構成において、マイコン（３５）と通信するように構成される通信部（１９）をさらに備え、
　前記マイコンにより前記通信部に設定される情報に応じて、前記過電流が検出された後に保護状態から復帰するか否かが切り替えられる構成としてもよい（第５の構成）。

　また、上記第１から第５のいずれかの構成において、前記電流検出抵抗（Ｒｓｎｓ）の両端間電圧を増幅するように構成されるアンプ（１）をさらに備え、
　前記過電流検出部（１０）は、前記アンプの前段側に接続されるコンパレータである構成としてもよい（第６の構成）。

　また、本開示の一側面に係る発光装置（Ｘ１）は、上記いずれかの構成の発光素子駆動装置（１００）と、
　前記発光素子駆動装置により駆動される発光素子（３０）と、
　前記発光素子の負極端に接続されるスイッチ（Ｍｓｗ）と、
　前記スイッチの負極側に接続される電流検出抵抗（Ｒｓｎｓ）と、を備える。

　本開示は、例えば、ＬＥＤの駆動に利用することが可能である。

　　　１　　　アンプ
　　　２　　　エラーアンプ
　　　３　　　発振器
　　　４　　　スロープ生成部
　　　５　　　ＰＷＭコンパレータ
　　　６　　　フリップフロップ
　　　７　　　上側ドライバ
　　　８　　　下側ドライバ
　　　９　　　ダイオード
　　１０　　　コンパレータ
　　１１　　　ＨＩＣＣＵＰ制御部
　　１２　　　スイッチ駆動部
　　１３　　　コンパレータ
　　１４　　　復帰状態監視部
　　１５　　　異常制御部
　　１６　　　定電流回路
　　１７　　　コンパレータ
　　１８　　　プルダウン抵抗
　　１９　　　通信部
　　３０　　　ＬＥＤ
　　３５　　　マイコン
　　１００，２００，３００，４００　　　ＬＥＤ駆動装置
　　１０１，１０２　ＬＥＤ駆動装置
　　Ｃｂｏｏｔ　　ブートコンデンサ
　　Ｃｏｕｔ　　　出力コンデンサ
　　Ｄｉ　　　クランプダイオード
　　ＨＭ　　　上側トランジスタ
　　　Ｌ　　　インダクタ
　　ＬＭ　　　下側トランジスタ
　　Ｍ１　　　トランジスタ
　　Ｒ１　　　抵抗
　　Ｒ１１，Ｒ１２　抵抗
　　Ｒｓｎｓ　　　センス抵抗
　　Ｍｓｗ　　　スイッチ
　　Ｔｒ１，Ｔｒ２　バイポーラトランジスタ
　　Ｘ１～Ｘ４　　　発光装置

Claims

　発光素子を駆動するように構成される発光素子駆動装置であって、
　正極端が接地される前記発光素子の負極端に接続可能なスイッチを駆動するように構成されるスイッチ駆動部と、
　前記スイッチの負極側に接続される電流検出抵抗の両端に発生する電圧に基づき過電流を検出するように構成される過電流検出部と、
　を備え、
　前記スイッチ駆動部は、前記過電流検出部により過電流が検出された場合に、前記スイッチをオフ状態に切り替えるように構成される、発光素子駆動装置。
　前記過電流検出部により過電流が検出された場合に、所定の待機時間の経過後に前記スイッチをオン状態に切り替えるように前記スイッチ駆動部を制御するように構成される復帰制御部をさらに備える、請求項１に記載の発光素子駆動装置。
　前記発光素子の負極端の電圧を天絡検出閾値と比較するように構成される天絡検出部をさらに備え、
　前記スイッチ駆動部は、前記過電流検出部による過電流検出の後、前記天絡検出部により天絡が検出される間は前記スイッチをオフ状態に維持するように構成される、請求項１または請求項２に記載の発光素子駆動装置。
　前記発光素子の負極端は、グランド電位にプルダウンされ、
　前記スイッチ駆動部は、前記天絡検出部により前記負極端の電圧が前記天絡検出閾値まで低下したことが検出されると、前記スイッチをオン状態に切り替えるように構成される、請求項３に記載の発光素子駆動装置。
　マイコンと通信するように構成される通信部をさらに備え、
　前記マイコンにより前記通信部に設定される情報に応じて、前記過電流が検出された後に保護状態から復帰するか否かが切り替えられる、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の発光素子駆動装置。
　前記電流検出抵抗の両端間電圧を増幅するように構成されるアンプをさらに備え、
　前記過電流検出部は、前記アンプの前段側に接続されるコンパレータである、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の発光素子駆動装置。
　請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の発光素子駆動装置と、
　前記発光素子駆動装置により駆動される発光素子と、
　前記発光素子の負極端に接続されるスイッチと、
　前記スイッチの負極側に接続される電流検出抵抗と、を備える発光装置。