(57)【要約】【課題】ＰＷＭ調光時における瞬灯瞬滅を防止した発光素子駆動装置を提供する。【解決手段】スイッチング電源１００は、複数の発光素子を直列接続した素子列ＬＥ１〜ＬＥ４を複数列備える発光素子光源ＬＥと、発光素子光源ＬＥに駆動電圧を供給するスイッチング素子Ｍ１を有する。さらに発光素子列ＬＥ１〜ＬＥ４の発光素子降下電圧ＶＬＤと第１基準電圧ＶＲＥＦ１との誤差に応じた誤差電圧Ｖｃｏｍｐを出力するエラーアンプ８と、誤差電圧Ｖｃｏｍｐに応じたパルス変調信号を生成するＰＷＭコンパレータ６を有する。さらに第１コンパレータ１１と第２コンパレータ１６の各出力から生成される第１制御信号ＬＳＤＥＴ１及び第２制御信号ＬＳＤＥＴ２を出力するロジック部１２を有し、ロジック部１２によりドライブアンプ９を介してスイッチングＭ１をオンオフ制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子を直列接続した素子列を複数列備える発光素子光源と、
前記発光素子光源に駆動電圧を供給するスイッチング素子と、
前記駆動電圧に応じた帰還電圧を生成する帰還電圧生成回路と、
前記素子列に各別に電流を供給する電流源供給回路と、
前記素子列の発光素子降下電圧のうち最も高い電圧及び前記帰還電圧のいずれか一方と、第１基準電圧とを比較し、その比較結果に応じた誤差信号を生成する誤差増幅器と、
前記帰還電圧を前記誤差増幅器の第１入力端子への印加をオンオフ制御する第１スイッチと、
前記発光素子降下電圧のうち最も高い電圧を前記誤差増幅器の第２入力端子への印加をオンオフ制御する第２スイッチと、
スロープ電圧を生成するスロープ電圧生成回路と、
前記スロープ電圧と前記誤差信号とに応じたデューティ比を有するパルス変調信号を生成するＰＷＭコンパレータと、
前記ＰＷＭコンパレータから出力される前記パルス変調信号で制御され前記スイッチング素子を駆動するドライブアンプと、
前記パルス変調信号のパルス幅を検出するＰＷＭ幅検出器とを有し、前記ＰＷＭ幅検出器は、前記パルス変調信号のパルス幅が所定の閾値未満であるときとそれ以上とではレベルが異なるパルス幅信号検出信号を出力し、前記パルス幅信号検出信号に基づき前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのオンオフを切替える発光素子駆動装置。
【請求項２】
前記ＰＷＭ信号のパルス幅が閾値未満であるときに前記第１スイッチ及び前記第２スイッチはそれぞれオン及びオフに置かれ、前記ＰＷＭ信号のパルス幅が閾値以上であるときに前記第１スイッチ及び前記第２スイッチはそれぞれオフ及びオンに置かれる請求項１に記載の発光素子駆動装置。
【請求項３】
前記スロープ電圧生成回路で生成される前記スロープ電圧の直流電位は、
前記パルス変調信号のパルス幅が閾値未満であるときと閾値以上であるときに切替えられる請求項１に記載の発光素子駆動装置。
【請求項４】
前記スロープ信号生成回路は、前記パルス幅信号検出信号によってオンまたはオフするスロープオフセット調整器によって制御され、前記スロープ信号の直流電位は前記スロープオフセット調整器によって、制御、調整される請求項３に記載の発光素子駆動装置。
【請求項５】
前記スロープ電圧の前記直流電位は、前記スロープオフセット調整器によって前記パルス変調信号のパルス幅がその閾値未満であるときには前記パルス変調信号のパルス幅の閾値以上のときに比べ高く制御される請求項４に記載の発光素子駆動装置。
【請求項６】
前記スロープオフセット調整器は、オペアンプを有し、前記オペアンプの非反転入力端子には電圧源が、前記オペアンプの出力端子には、第１トランジスタの制御電極が接続され、前記オペアンプの反転入力端子は第１トランジスタの第１主電極と共通に接続され、かつ前記第１主電極と接地電位との間に接続される第１抵抗と、前記第１トランジスタの第２主電極にその入力段が接続されその出力段が第２抵抗の一端に接続されるカレントミラー回路と、前記第２抵抗の他端が前記スロープ電圧に結合され、前記スロープ電圧の直流電位は前記第１トランジスタの前記第１主電極と前記第２主電極との間に流れる電流の大きさに依存する請求項１に記載の発光素子駆動装置。
【請求項７】
前記エラーアンプ、前記ＰＷＭコンパレータ及び前記スロープオフセット調整器は１つの半導体集積回路に内蔵され、前記エラーアンプの出力は前記ＰＷＭコンパレータの一方の入力端子に接続されて前記ＩＣの第１外部端子に導出される請求項６に記載の発光素子駆動装置。
【請求項８】
前記第１外部端子と接地電位との間に個別部品からなる抵抗とコンデンサとの直列接続体が接続される請求項７に記載の発光素子駆動装置。
【請求項９】
前記素子列の発光素子降下電圧と第２基準電圧とを比較し、その比較結果を第１比較出力信号として出力する第１コンパレータと、
前記素子列の発光素子降下電圧と第３基準電圧とを比較し、その比較結果を第２比較出力信号として出力する第２コンパレータと、
前記第１比較出力信号に基づき前記スイッチング素子を前記ドライブアンプを介してオンオフ制御する第１制御信号と前記第２比較出力信号に基づき前記スイッチング素子を前記ドライブアンプを介してオンオフ制御する第２制御信号を生成するロジック部とをさらに有する請求項１に記載の発光素子駆動装置。
【請求項１０】
前記第１制御信号は、イネーブル状態と否イネーブル状態の２つの状態に置かれ前記ＰＷＭ幅検出器で検出される前記パルス変調信号のパルス幅が、その閾値を超えたときにイネーブル状態となり、前記ＰＷＭ幅検出器で検出される前記パルス変調信号のパルス幅が、その閾値に満たない時は、否イネーブル状態に置かれ、
前記第２制御信号は、イネーブル状態と否イネーブル状態の２つの状態に置かれ、前記素子列の発光素子降下電圧の１つが前記第３基準電圧を下回り、かつ前記第２制御信号がイネーブル状態となり、前記第１制御信号及び前記第２制御信号が共にイネーブル状態であるときに前記スイッチング素子のスイッチングが許可される請求項９に記載の発光素子駆動装置。
【請求項１１】
前記第１基準電圧、前記第２基準電圧、及び前記第３基準電圧との間には、ＶＲＥＦ１＜ＶＲＥＦ２＜ＶＲＥＦ３の関係が成立する請求項１０に記載の発光素子駆動装置。
【請求項１２】
前記電流源供給回路は、前記素子列のカソード側と接地電位との間に設けられるシンク電流形式である請求項１〜１１のいずれか一項に記載の発光素子駆動装置。
【請求項１３】
前記電流源供給回路は、前記駆動電圧側から前記素子列のアノード側に電流を供給するソース電流形式である請求項１〜１１のいずれか一項に記載の発光素子駆動装置。
【請求項１４】
前記カレントミラー回路は、前記ＰＷＭパルス幅が閾値未満であるときにオン状態に置かれ、前記ＰＷＭパルス幅が閾値以上であるときにオフ状態に置かれる請求項６に記載の発光素子駆動装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の発光素子駆動装置の駆動方法であって、前記パルス変調信号のパルス幅が閾値未満であるときは、前記帰還電圧と前記第１参照電圧とを比較する第１帰還制御モードに設定され、前記駆動電圧を所定の大きさに制御し、前記パルス変調信号のパルス幅が閾値以上であるときには、前記複数の素子列で最も降下電圧が高い電圧を元にして前記駆動電圧の大きさを制御する第２帰還制御モードに設定される発光素子駆動装置の駆動方法。
【請求項１６】
前記第１帰還制御モードに設定されるとき、前記第１スイッチ１はオン、前記第２スイッチはオフであり、前記第１制御信号及び前記第２制御信号による前記スイッチング素子のスイッチング制御は解除され、前記スロープ電圧の直流電位の制御が行われる請求項１５に記載の発光素子駆動装置の駆動方法。
【請求項１７】
前記第２帰還制御モードに設定されるとき、前記第１スイッチ１はオフ、前記第２スイッチはオンであり、前記第１制御信号及び前記第２制御信号による前記スイッチング素子のスイッチング制御が実行され、前記スロープ電圧の直流電位の制御が遮断される請求項１５に記載の発光素子駆動装置の駆動方法。
【請求項１８】
前記第２帰還制御モードにおいて、前記発光素子電圧の最小値が前記第１参照電圧とほぼ等しくなるまでの期間、前記第１制御信号及び前記第２制御信号は共に無効とされる請求項１７に記載の発光素子駆動装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子駆動装置及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子を駆動する発光素子駆動装置が様々に開発されてきている。
【０００３】
昨今、車両に搭載される表示装置である車載ディスプレイの普及が進んでいる。このような車載ディスプレイでは、昼間の車両走行と、夜間走行又はトンネル内での走行とで輝度を変化させる必要がある。具体的には、昼間走行時は輝度を高くし、夜間走行又はトンネル内走行では輝度を低くする必要がある。そして、特に瞳の色の薄いユーザ（欧米人など）に対応するため、輝度をより低く調整できる性能が要求されている。
【０００４】
例えば、車載ディスプレイに備えられるバックライト装置に含まれるＬＥＤの調光比（＝最大輝度：最小輝度）としては、例えば２００００：１が要求される。例えば、このようなＬＥＤの急激な調光時、ＬＥＤが瞬灯瞬滅するという問題が生じる場合が起こりうる。
【０００５】
また、車両に用いられるＬＥＤ光源が年々増えてきており、従来の電熱灯からの置き換えが進んでいる。しかしながら、電熱灯からＬＥＤに置き換わるにつれて従来では問題とならなかった瞬灯瞬滅の不具合が懸念されてきた。
【０００６】
特許文献１は、ＬＥＤの瞬灯瞬滅について述べる。特許文献１は、電源端子に接続される電力供給ラインと、前記電力供給ラインに挿入される発光ダイオードと、前記発光ダイオードの下流側で電力供給ラインに接続され、前記発光ダイオードのオン／オフを切り替えるスイッチと、前記スイッチに並列に接続されるキャパシタと、前記電源端子と前記スイッチとの間で、前記発光ダイオードをバイパスするバイパスラインと、前記電源端子に入力される電力の供給先を前記電力供給ライン又は前記バイパスラインに選択的に切り替える切り替え部とを含み、前記切り替え部は、前記発光ダイオードの消灯時に前記電源端子と前記バイパスラインを接続する。この構成により点灯消灯時の瞬灯瞬滅対策がなされている。
【０００７】
図６は、瞬灯瞬滅の不具合に関して本発明者が事前に検討した発光素子駆動装置ＬＥＤドライバＩＣ３００の構成を示す。
【０００８】
ＬＥＤドライバＩＣ３００の外部に設けられる発光素子駆動装置の出力段は、スイッチング素子Ｍ１、整流用ダイオードＤ１、コイルＬ１、出力コンデンサＣ２、抵抗Ｒ２を有している。これらの各素子と後述するＰＷＭコンパレータ、エラーアンプ及びドライブアンプ等の回路構成によりよく知られるスイッチング電源が構成されている。
【０００９】
ＬＥＤドライバＩＣ３００は、シュミットトリガ１、ＰＷＭ幅検出器２、過電流保護回路３、バッファアンプ４、スロープ電圧生成部５、ＰＷＭコンパレータ６、バッファアンプ７、エラーアンプ８、ドライブアンプ９、ＬＥＤ電圧セレクタ１０、コンパレータ１１、ロジック回路１２、定電流源１３、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２を備え、これらを集積化して構成される。また、ＬＥＤドライバＩＣ３００は、外部との電気的接続を確立するための各部端子ＰＷＭＩＮ、ＣＳ、ＦＢ、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４、ＳＷＯＵＴ、ＣＯＭＰを備えている。
【００１０】
コイルＬ１の一端には、電源電圧ＶＣＣが接続され、その他端にはｎチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチング素子Ｍ１のドレインと整流用ダイオードＤ１のアノードが接続される。スイッチング素子Ｍ１のソースは抵抗Ｒ２の一端に接続される。抵抗Ｒ２の他端は接地電位ＧＮＤに接続される。スイッチング素子Ｍ１のゲートはＬＥＤドライバＩＣ３００のスイッチング端子ＳＷＯＵＴに接続される。整流用ダイオードＤ１のカソードには出力コンデンサＣ２の一端が共通に接続され、その他端は接地電位ＧＮＤに接続される。該共通接続点が出力端子ＯＵＴにあたる。出力端子ＯＵＴに出力電圧ＶＯＵＴが生じる。出力端子ＯＵＴには、複数の発光素子を直列接続した素子列ＬＥ１、ＬＥ２、ＬＥ３及びＬＥ４の各アノードが共通に接続される。素子列ＬＥ１、ＬＥ２、ＬＥ３及びＬＥ４は１つの発光素子光源ＬＥを構成している。
【００１１】
出力電圧ＶＯＵＴは発光素子光源ＬＥを駆動する駆動電圧を供給する。出力端子ＯＵＴと接地電位ＧＮＤとの間に分圧用の抵抗ＲＯＶＰ２と抵抗ＲＯＶＰ１とが直列接続される。抵抗ＲＯＶＰ２と抵抗ＲＯＶＰ１との接続点はＬＥＤドライバＩＣ３００のフィードバック端子ＦＢを介して、バッファアンプ７に接続される。バッファアンプ７の出力はスイッチＳＷ１を介して、エラーアンプ８の第１非反転入力端子（＋）に接続される。
【００１２】
素子列ＬＥ１〜ＬＥ４の各カソードはＬＥＤドライバＩＣ３００のＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４を介して、ＬＥＤ電圧セレクタ１０と定電流源１３に接続される。
ＬＥＤ電圧セレクタ１０の出力は、スイッチＳＷ２の一端とコンパレータ１１の非反転入力端子（＋）に接続される。
スイッチＳＷ２の他端はエラーアンプ８の第２非反転入力端子（＋）に接続される。エラーアンプ８の反転入力端子（−）は第１参照電圧ＶＲＥＦ１が接続される。コンパレータ１１の反転入力端子（−）は第２参照電圧ＶＲＥＦ２が接続される。第２参照電圧ＶＲＥＦ２の電圧は、第１参照電圧ＶＲＥＦ１よりも少し高く設定する。
【００１３】
エラーアンプ８は、出力電圧ＶＯＵＴを抵抗ＲＯＶＰ２と抵抗ＲＯＶＰ１によって分圧したフィードバック電圧ＶｆｂとＬＥＤ電圧セレクタ１０の出力電圧とのいずれか一方と、第１参照電圧ＶＲＥＦ１との差分を増幅して誤差電圧Ｖｃｏｍｐを出力し、ＰＷＭコンパレータ６の反転入力端子（−）とＬＥＤドライバＩＣ３００のエラーアンプ出力端子ＣＯＭＰに接続される。ＬＥＤドライバＩＣ３００のエラーアンプ出力端子ＣＯＭＰには、抵抗Ｒ１の一端が接続され、その他端はコンデンサＣ１の一端が接続され、その他端は接地電位ＧＮＤに接続されている。抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１によって、ＬＥＤドライバＩＣ３００の位相特性が設定されている。
【００１４】
ＬＥＤ電圧セレクタ１０は、ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４のうち接地電位ＧＮＤを基準として最も低い電圧を出力する。言い換えれば、素子列ＬＥ１〜ＬＥ４での降下電圧である発光素子降下電圧ＶＬＤの最も高い（大きい電圧）電圧を出力する。
【００１５】
コンパレータ１１は、ＬＥＤ電圧セレクタ１０の出力電圧と第２参照電圧ＶＲＥＦ２とを比較し、その比較結果をロジック回路１２に出力する。
ロジック回路１２は、コンパレータ１１の出力を受け、ロジック内部で処理をしたのちに第１制御信号ＬＳＤＥＴ１を出力する。第１制御信号ＬＳＤＥＴ１は、ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４が低下しないようにドライブアンプ９を介してスイッチング素子Ｍ１のスイッチングを制御する。
【００１６】
スイッチング素子Ｍ１のソースと抵抗Ｒ２の一端の接続点はＬＥＤドライバＩＣ３００の保護入力端子ＣＳを介して、過電流保護回路３とバッファアンプ４に接続される。過電流保護回路３は、コイルＬ１に流れるコイル電流が所定の過電流設定値に達すると、スイッチング素子Ｍ１を強制的にオフにする。バッファアンプ４の出力は、スロープ電圧生成部５に入力される。スロープ電圧生成部５は、鋸波状または三角波のスロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅを生成する。スロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅは、ＰＷＭコンパレータ６の非反転入力端子（＋）に接続される。ＰＷＭコンパレータ６は、エラーアンプ８の誤差電圧とスロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅを比較し、比較結果をドライブアンプ９に出力する。
【００１７】
ドライブアンプ９は、ＰＷＭコンパレータ６の比較結果に基づきＬＥＤドライバＩＣ３００のスイッチング端子ＳＷＯＵＴを介して、スイッチング素子Ｍ１のゲートを制御する。
【００１８】
図示しない信号源からパルス状のＰＷＭ信号が、ＬＥＤドライバＩＣ３００の端子ＰＷＭＩＮへ入力される。入力されたＰＷＭ信号はシュミットトリガ１を介して調光信号ＰＷＭを生成し、ＰＷＭ幅検出器２へと入力される。ＰＷＭ幅検出器２は、入力された調光信号ＰＷＭのオン幅を測定し、閾値以上の時ハイレベルＨを、閾値未満の時ロウレベルＬを調光信号幅検出信号ＰＷＭ＿ＷＤＥＴとして出力する。調光信号幅検出信号ＰＷＭ＿ＷＤＥＴは、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２、エラーアンプ８に接続され、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２をそれぞれオン又はオフに切り替える。エラーアンプ８はスイッチＳＷ１がオンの時は常時オン、スイッチＳＷ２がオンの時はＰＷＭに同期して動作する。
【００１９】
ＬＥＤドライバ３００を検討するにあたり、本発明者は調光信号ＰＷＭのオン幅により第１帰還制御モードと第２帰還制御モードの２つのモード切替方式を試みた。すなわち、調光信号ＰＷＭのオン幅が閾値より低いならばスイッチＳＷ１がオン、スイッチＳＷ２がオフとされ第１帰還制御モードを有効とする。調光信号ＰＷＭのオン幅が閾値以上ならばスイッチＳＷ１がオフ、スイッチＳＷ２がオンとされ第２帰還制御モードを有効とする。
【００２０】
第１帰還制御モードと第２帰還制御モードを採用した理由は、以下のとおりである。
第１帰還制御モードのみで制御する場合、どれだけの発光素子降下電圧ＶＬＤが発光素子光源ＬＥに発生しているか特定できないため規定以上に出力電圧ＶＯＵＴを高くしておく必要があり、発光素子光源ＬＥにかかる電圧が大きくなってしまい発熱が大きくなってしまう。
【００２１】
また、第２帰還制御モードのみで制御する場合、ＰＷＭパルス幅が細くなってきた時にスイッチング素子Ｍ１をスイッチングする時間が短くなり、コイルにエネルギーが蓄積できなくなり、徐々に出力電圧ＶＯＵＴが低下していき、発光素子光源ＬＥに十分な電圧を供給できなくなってしまう。
【００２２】
また、第１帰還制御モードと第２帰還制御モードを併用するも、上記の組み合わせを逸脱させた場合すなわち、調光信号ＰＷＭのオン幅が閾値より低いときに第２帰還制御モードを採用し、調光信号ＰＷＭのオン幅が閾値より高いときに第１帰還制御モードを採用すると上記の不具合を解消することはできないことも知見した。
【００２３】
スイッチＳＷ１がオン、スイッチＳＷ２がオフとされた場合は、出力電圧ＶＯＵＴを抵抗ＲＯＶＰ２と抵抗ＲＯＶＰ１によって分圧したフィードバック電圧Ｖｆｂがエラーアンプ８に入力される。従って、フィードバック電圧Ｖｆｂを帰還信号とした第１帰還制御モードが行われ、出力電圧ＶＯＵＴが一定となるように制御される。
【００２４】
一方、スイッチＳＷ１がオフ、スイッチＳＷ２がオンとされた場合は、ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４の中で接地電位ＧＮＤを基準としてカソード側の最小の電圧がエラーアンプ８に入力される。従って、素子列ＬＥ１〜ＬＥ４のカソード側の最小の電圧を帰還信号とした帰還制御が行われる。素子列ＬＥ１〜ＬＥ４のカソード側の最小の電圧に基づき出力電圧ＶＯＵＴを制御する制御方式が本発明の第２帰還制御モードである。
【００２５】
第１帰還制御モードと第２帰還制御モードを組み合わせることで、調光信号ＰＷＭのデューティに応じた素子列ＬＥ１〜ＬＥ４の調光を行うことが可能となる。
【００２６】
図７は、図６に示したＬＥＤドライバＩＣ３００に存在する不具合を説明するための図である。図７は、第１帰還制御モードから第２帰還制御モードに切り替わる際のタイミングチャートを示している。
【００２７】
調光信号ＰＷＭは、時刻ｔ０から時刻ｔ２までは調光信号ＰＷＭのオン幅が調光信号幅検出信号ＰＷＭ＿ＷＤＥＴの閾値未満の状態（第１帰還制御モード）を示し、時刻ｔ２以降は調光信号ＰＷＭのオン幅が調光信号幅検出信号ＰＷＭ＿ＷＤＥＴの閾値以上の状態（第２帰還制御モード）を示している。
【００２８】
ＬＥＤドライバＩＣ３００のフィードバック端子ＦＢに発生するフィードバック電圧Ｖｆｂは、時刻ｔ０から時刻ｔ２までは第１帰還制御モードにて制御される。時刻ｔ２以降、フィードバック電圧Ｖｆｂの制御は行われない。時刻ｔ２以降は第２帰還制御モードが行われる。
【００２９】
出力電圧ＶＯＵＴは、時刻ｔ０から時刻ｔ２までは以下の式で表わされる値となる。
ＶＯＵＴ＝（ＲＯＶＰ１＋ＲＯＶＰ２）／ＲＯＶＰ１＊ＶＲＥＦ１
ここで抵抗ＲＯＶＰ１と抵抗ＲＯＶＰ２はフィードバック端子ＦＢの外付け抵抗であり、第１参照電圧ＶＲＥＦ１はＬＥＤドライバ３００内部で生成される電圧である。
【００３０】
時刻ｔ２から時刻ｔ８までは出力電圧ＶＯＵＴが所定の大きさに維持されるまでの過渡期であり、例えば時刻ｔ６ではＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４の最小電圧と接地電位ＧＮＤとの電位差はＶｃｄ５で示され、この電位は第１参照電圧ＶＲＥＦ１よりは低くなり、定電流源１３を駆動するには十分な電圧源とはならない。このため発光素子光源ＬＥに所定の電流を供給できなくなる。時刻ｔ８以降では以下の式で表わされる値となる。ここでＶｆｍａｘは素子列ＬＥ１〜ＬＥ４のうち発光素子降下電圧ＶＬＤが大きいものを示す。
ＶＯＵＴ＝Ｖｆｍａｘ＋ＶＲＥＦ１
【００３１】
調光信号ＰＷＭがロウレベルＬの時のＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４は、時刻ｔ０から時刻ｔ２までは以下の式で表わされる。
ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４＝（ＲＯＶＰ１＋ＲＯＶＰ２）／ＲＯＶＰ１＊ＶＲＥＦ１
【００３２】
ＬＥＤが点灯している時刻ｔ１においては以下の式で表わされる。
ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４＝（ＲＯＶＰ１＋ＲＯＶＰ２）／ＲＯＶＰ１＊ＶＲＥＦ１−Ｖｆｍａｘ
【００３３】
ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４は、時刻ｔ２から時刻ｔ８までの間は所定の大きさに維持されるまでの過渡期を示す。ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４は時刻ｔ８においては第１参照電圧ＶＲＥＦ１になるように制御される。
【００３４】
第１制御信号ＬＳＤＥＴ１は時刻ｔ０から時刻ｔ３まではロウレベルＬを示す。ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４が時刻ｔ３において第２参照電圧ＶＲＥＦ２以下になるとハイレベルＨを出力する。第２参照電圧ＶＲＥＦ２は第１参照電圧ＶＲＥＦ１よりも少し高く設定される。第１制御信号ＬＳＤＥＴ１は第２帰還制御モードにおけるスイッチング素子Ｍ１をスイッチングさせるイネーブル信号の役割をする。ＬＥＤドライバＩＣ３００は、第２帰還制御モードにおいて、調光信号ＰＷＭがハイレベルＨかつ第１制御信号ＬＳＤＥＴ１がハイレベルＨのときにスイッチィング素子Ｍ１のスイッチングを許可する。
【００３５】
接続端子ＬＥＤ１〜４の各電流ＩＬＥＤ１〜ＩＬＥＤ４は、時刻ｔ０から時刻ｔ５までは安定供給されている。しかしＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４が低くなる時刻ｔ５から時刻ｔ７においては、定電流源１３は適正な動作範囲から逸脱し、素子列ＬＥ１〜ＬＥ４に供給すべき各電流ＩＬＥＤ１〜ＩＬＥＤ４を安定に供給できなくなる。特に時刻ｔ６では前に述べたように定電流源１３に供給する電圧源としての電位Ｖｃｄ５が極端に小さくなり、素子列ＬＥ１〜ＬＥ４に所定の電流が供給できなくなり、いわゆる瞬灯、瞬滅という不具合が発生する。その後各電流ＩＬＥＤ１〜ＩＬＥＤ４は時刻ｔ８においては、安定供給される。
【００３６】
ＬＥＤドライバＩＣ３００のエラーアンプ出力端子ＣＯＭＰの電圧Ｖｃｏｍｐは、エラーアンプ８から出力される電圧であり、第１帰還制御モードで動作している時刻ｔ０〜時刻ｔ２において、接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電流ＩＬＥＤ１〜ＩＬＥＤ４が平均化すると小さく、また調光信号ＰＷＭに非同期でスイッチングするため相対的に低く（スロープ電圧と近しく）なる。
【００３７】
ＬＥＤドライバＩＣ３００のエラーアンプ出力端子ＣＯＭＰの電圧Ｖｃｏｍｐは、ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４が第２参照電圧ＶＲＥＦ２以下になる時刻ｔ２から時刻ｔ３まで、エラーアンプ８がハイインピーダンス状態となり電圧を維持する。
【００３８】
ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４が時刻ｔ４において第１参照電圧ＶＲＥＦ１以下になることで、ＬＥＤドライバＩＣ３００のエラーアンプ出力端子ＣＯＭＰの電圧Ｖｃｏｍｐが充電開始される。
【００３９】
ＬＥＤドライバＩＣ３００のエラーアンプ出力端子ＣＯＭＰの電圧Ｖｃｏｍｐが時刻ｔ６においてスロープ電圧以上まで充電される。
ＬＥＤドライバＩＣ３００のエラーアンプ出力端子ＣＯＭＰの電圧Ｖｃｏｍｐの充電が時刻ｔ８以降において完了する。
【００４０】
スイッチング電圧Ｖｓｗは、スイッチング端子ＳＷＯＵＴに出力され、スイッチング素子Ｍ１を駆動する。スイッチング電圧Ｖｓｗは、時刻ｔ０〜時刻ｔ２において、フィードバック端子ＦＢが第１参照電圧ＶＲＥＦ１を超えるとスイッチングオフ、第１参照電圧ＶＲＥＦ１より低下するとスイッチング素子Ｍ１がスイッチングオンとなり、調光信号ＰＷＭに非同期で動作を行う。
【００４１】
時刻ｔ２において調光信号ＰＷＭの幅が所定の閾値を超えると、第１帰還制御モードから第２帰還制御モードへと切替が発生する。ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４は徐々に低下していき、この電圧が第２参照電圧ＶＲＥＦ２以下になるまでスイッチング素子Ｍ１のスイッチングはオフされる。
【００４２】
ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４が時刻ｔ３において第２参照電圧ＶＲＥＦ２以下になることで、第１制御信号ＬＳＤＥＴ１がハイレベルとなりＬＥＤドライバＩＣ３００のスイッチング素子Ｍ１のスイッチングがオンされる。
【００４３】
ＬＥＤドライバＩＣ３００のエラーアンプ出力端子ＣＯＭＰの電圧Ｖｃｏｍｐが時刻ｔ４から時刻ｔ６までは本来必要な動作点よりも低いため、ＬＥＤドライバＩＣ３００のスイッチング素子Ｍ１のスイッチングはオンされない。
【００４４】
ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４が時刻ｔ４において第１参照電圧ＶＲＥＦ１以下になることで、ＬＥＤドライバＩＣ３００のエラーアンプ出力端子ＣＯＭＰの電圧Ｖｃｏｍｐが充電開始される。これによりＬＥＤドライバＩＣ３００のエラーアンプ出力端子ＣＯＭＰの電圧Ｖｃｏｍｐが時刻ｔ６にて動作域まで充電されＬＥＤドライバＩＣ３００のスイッチング素子Ｍ１のスイッチングがオンされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４５】
【特許文献１】特開２０１３−８９５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４６】
特許文献１に記載された方法では点灯消灯時の対策はなされているが、調光時の瞬灯瞬滅についてはなんら開示されていない。
【００４７】
また、本発明に至る事前に検討に供した図６の回路は、図７における時刻ｔ５〜ｔ７においてＬＥＤ駆動電流を安定に供給できないことを知見した。これは、図７における時刻ｔ４〜ｔ６においてエラーアンプ出力端子ＣＯＭＰの電圧Ｖｃｏｍｐがスロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅよりも低くなるためスイッチング素子Ｍ１が十分にスイッチングできず、ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４が低下し、定電流源１３に適正な電圧を供給できなくなる。そのためＬＥＤ１〜ＬＥＤ４が瞬灯瞬滅するという不具合が発生することを知見した。
【００４８】
本発明は、上記問題点を考慮してなされたものであり、その目的は、発光素子駆動装置において、調光時における瞬灯瞬滅を防止することである。
【課題を解決するための手段】
【００４９】
本発明に係る発光素子駆動装置の一態様は、次の構成要素を含む。
（ａ）複数の発光素子を直列接続した素子列を複数列備える発光素子光源
（ｂ）前記発光素子光源に駆動電圧を供給するスイッチング素子
（ｃ）前記駆動電圧に応じた帰還電圧を生成する帰還電圧生成回路
（ｄ）前記素子列に各別に電流を供給する電流源供給回路
（ｅ）前記素子列の発光素子降下電圧のうち最も高い電圧及び前記帰還電圧のいずれか一方と、第１基準電圧とを比較し、その比較結果に応じた誤差信号を生成する誤差増幅器
（ｆ）前記帰還電圧を前記誤差増幅器の第１入力端子への印加をオンオフ制御する第１スイッチ
（ｇ）前記発光素子降下電圧のうち最も高い電圧を前記誤差増幅器の第２入力端子への印加をオンオフ制御する第２スイッチ
（ｈ）スロープ電圧を生成するスロープ電圧生成回路
（ｉ）前記スロープ電圧と前記誤差信号とに応じたデューティ比を有するパルス変調信号を生成するＰＷＭコンパレータ
（ｊ）前記ＰＷＭコンパレータから出力される前記パルス変調信号で制御され前記スイッチング素子を駆動するドライブアンプ
（ｋ）前記パルス変調信号のパルス幅を検出するＰＷＭ幅検出器
（ｌ）前記ＰＷＭ幅検出器は、前記パルス変調信号のパルス幅が所定の閾値未満であるときとそれ以上とではレベルが異なるパルス幅信号検出信号を出力し、前記パルス幅信号検出信号に基づき前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのオンオフを切替える。
【００５０】
さらに本発明に係る発光素子駆動装置の別の態様は、前記ＰＷＭ信号のパルス幅が閾値未満であるときに前記第１スイッチ及び前記第２スイッチはそれぞれオン及びオフに置かれ、前記ＰＷＭ信号のパルス幅が閾値以上であるときに前記第１スイッチ及び前記第２スイッチはそれぞれオフ及びオンに置かれる。
【００５１】
さらに本発明に係る発光素子駆動装置の別の態様は、前記スロープ電圧生成回路で生成される前記スロープ電圧の直流電位は、前記パルス変調信号のパルス幅が閾値未満であるときと閾値以上であるときに切替えられる。
【００５２】
さらに本発明に係る発光素子駆動装置の別の態様は、前記スロープ信号生成回路は、前記パルス幅信号検出信号によってオンまたはオフするスロープオフセット調整器によって制御され、前記スロープ信号の直流電位は前記スロープオフセット調整器によって、制御、調整される。
【００５３】
さらに本発明に係る発光素子駆動装置の別の態様は、前記スロープ電圧の前記直流電位は、前記スロープオフセット調整器によって前記パルス変調信号のパルス幅の閾値未満であるときには前記パルス変調信号のパルス幅の閾値以上のときに比べ高く制御される。
【００５４】
さらに本発明に係る発光素子駆動装置の別の態様は、前記スロープオフセット調整器は、オペアンプを有し、前記オペアンプの非反転入力端子には電圧源が、前記オペアンプの出力端子には、第１トランジスタの制御電極が接続され、前記オペアンプの反転入力端子は第１トランジスタの第１主電極と共通に接続され、かつ前記第１主電極と接地電位との間に接続される第１抵抗と、前記第１トランジスタの第２主電極にその入力段が接続されその出力段が第２抵抗の一端に接続されるカレントミラー回路と、前記第２抵抗の他端が前記スロープ電圧に結合され、前記スロープ電圧の直流電位は前記第１トランジスタの前記第１主電極と前記第２主電極との間に流れる電流の大きさに依存する。
【００５５】
さらに本発明に係る発光素子駆動装置の別の態様は、前記エラーアンプ、前記ＰＷＭコンパレータ及び前記スロープオフセット調整器は１つの半導体集積回路（ＩＣ）に内蔵され、前記エラーアンプの出力は前記ＰＷＭコンパレータの一方の入力端子に接続されて前記ＩＣの第１外部端子に導出される。
【００５６】
さらに本発明に係る発光素子駆動装置の別の態様は、前記第１外部端子と接地電位との間に個別部品からなる抵抗とコンデンサとの直列接続体が接続される。
【００５７】
さらに本発明に係る発光素子駆動装置の別の態様は、前記素子列の発光素子降下電圧と第２基準電圧とを比較し、その比較結果を第１比較出力信号として出力する第１コンパレータと、
前記素子列の発光素子降下電圧と第３基準電圧とを比較し、その比較結果を第２比較出力信号として出力する第２コンパレータと、
前記第１比較出力信号に基づき前記スイッチング素子を前記ドライブアンプを介してオンオフ制御する第１制御信号と前記第２比較出力信号に基づき前記スイッチング素子を前記ドライブアンプを介してオンオフ制御する第２制御信号を生成するロジック部とをさらに有する。
【００５８】
さらに本発明に係る発光素子駆動装置の別の態様は、前記第１制御信号は、イネーブル状態と否イネーブル状態の２つの状態に置かれ前記ＰＷＭ幅検出器で検出される前記パルス変調信号のパルス幅が、その閾値を超えたときにイネーブル状態となり、前記ＰＷＭ幅検出器で検出される前記パルス変調信号のパルス幅が、その閾値に満たない時は、否イネーブル状態に置かれ、
前記第２制御信号は、イネーブル状態と否イネーブル状態の２つの状態に置かれ、前記素子列の発光素子降下電圧の１つが前記第３基準電圧を下回り、かつ前記第２制御信号がイネーブル状態となり、前記第１制御信号及び前記第２制御信号が共にイネーブル状態であるときに前記スイッチング素子のスイッチングが許可される。
【００５９】
さらに本発明に係る発光素子駆動装置の別の態様は、前記第１基準電圧、前記第２基準電圧、及び前記第３基準電圧との間には、ＶＲＥＦ１＜ＶＲＥＦ２＜ＶＲＥＦ３の関係が成立する。
【００６０】
さらに本発明に係る発光素子駆動装置の別の態様は、前記電流源供給回路は、前記素子列のカソード側と接地電位との間に設けられるシンク電流形式である。
【００６１】
さらに本発明に係る発光素子駆動装置の別の態様は、前記電流源供給回路は、前記駆動電圧側から前記素子列のアノード側に電流を供給するソース電流形式である。
【００６２】
さらに本発明に係る発光素子駆動装置の別の態様は、前記カレントミラー回路は、前記ＰＷＭパルス幅が閾値未満であるときにオン状態に置かれ、前記ＰＷＭパルス幅が閾値以上であるときにオフ状態に置かれている。
【００６３】
さらに本発明の別の発明である発光素子駆動装置の駆動方法は、上記いずれか１つの発光素子駆動装置態において、前記パルス変調信号のパルス幅が閾値未満であるときは、前記帰還電圧と前記第１参照電圧とを比較する第１帰還制御モードに設定され、前記駆動電圧を所定の大きさに制御し、前記パルス変調信号のパルス幅が閾値以上であるときには、前記複数の素子列で最も降下電圧が高い電圧を元にして前記駆動電圧の大きさを制御する第２帰還制御モードに設定される。
【００６４】
さらに本発明の発光素子駆動装置の駆動方法の別の態様は、前記第１帰還制御モードに設定されるとき、前記第１スイッチ１はオン、前記第２スイッチはオフであり、前記第１制御信号及び前記第２制御信号による前記スイッチング素子のスイッチング制御は解除され、前記スロープ電圧の直流電位の制御が行われる。
【００６５】
さらに本発明の発光素子駆動装置の駆動方法の別の態様は、前記第２帰還制御モードに設定されるとき、前記第１スイッチ１はオフ、前記第２スイッチはオンであり、前記第１制御信号及び前記第２制御信号による前記スイッチング素子のスイッチング制御が実行され、前記スロープ電圧の直流電位の制御が遮断される。
【発明の効果】
【００６６】
本発明の上記各態様によれば、ＰＷＭ制御におけるＬＥＤの輝度調整時にＬＥＤの瞬灯瞬滅を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の構成の一例を表すブロック図である。
【図２】本発明に係るスロープオフセット調整器を示す回路図である。
【図３】本発明に係るスロープオフセット調整器で調整されるスロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅの直流電位の制御、調整を示す図である。
【図４】本発明の第１帰還制御モードと第２制御帰還モードの切替時のタイミングチャートである。
【図５】本発明の第１帰還制御モードと第２制御帰還モードにおいての図１の主な回路部の動作状態を示す図である。
【図６】本発明に係る発光素子駆動回路を提案するにあたり、発明者が事前に検討した発光素子駆動回路のブロック図を示す。
【図７】図６における第１帰還制御モードと第２制御帰還モードの切替時のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００６８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００６９】
図１は、本発明の構成の一例を表すブロック図である。図６と同等の働きをする部分には同じ符号を付している。図６との大きな違いは、スロープ電圧制御部１４、スロープオフセット調整器１５、コンパレータ１６および電圧設定端子ＳＥＴＢＰを備えている点である。
【００７０】
ＬＥＤドライバＩＣ１００の外部に設けられる出力段は、スイッチング素子Ｍ１、整流用ダイオードＤ１、コイルＬ１、出力コンデンサＣ２、抵抗Ｒ２を有している。これらの各素子と後述するＰＷＭコンパレータ、エラーアンプ及びドライブアンプ等の回路構成によりよく知られるスイッチング電源が構成されている。
【００７１】
ＬＥＤドライバＩＣ１００は、シュミットトリガ１、ＰＷＭ幅検出器２、過電流保護回路３、バッファアンプ４、スロープ電圧制御部１４、スロープオフセット調整器１５、ＰＷＭコンパレータ６、バッファアンプ７、エラーアンプ８、ドライブアンプ９、ＬＥＤ電圧セレクタ１０、コンパレータ１１、ロジック回路１２、定電流源１３、コンパレータ１６、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２を備え、これらを集積化して構成される。また、ＬＥＤドライバＩＣ１００は、外部との電気的接続を確立するための各部端子ＰＷＭＩＮ、ＣＳ、ＦＢ、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４、ＳＷＯＵＴ、ＣＯＭＰ、ＳＥＴＢＰを備えている。
【００７２】
コイルＬ１の一端には、電源電圧ＶＣＣが接続され、その他端にはｎチャネルＭＯＳＦＥＴで構成されるスイッチング素子Ｍ１のドレインと整流用ダイオードＤ１のアノードが接続される。スイッチング素子Ｍ１のソースは抵抗Ｒ２の一端に接続される。抵抗Ｒ２の他端は接地電位ＧＮＤに接続される。スイッチング素子Ｍ１のゲートはＬＥＤドライバＩＣ１００のスイッチング端子ＳＷＯＵＴに接続される。整流用ダイオードＤ１のカソードには出力コンデンサＣ２の一端が共通に接続され、その他端は接地電位ＧＮＤに接続される。該共通接続点が出力端子ＯＵＴにあたる。出力端子ＯＵＴに出力電圧ＶＯＵＴが生じる。出力端子ＯＵＴには、複数の発光素子を直列接続した素子列ＬＥ１、ＬＥ２、ＬＥ３及びＬＥ４の各アノードが共通に接続される。素子列ＬＥ１、ＬＥ２、ＬＥ３及びＬＥ４は１つの発光素子光源ＬＥを構成している。
【００７３】
スイッチング素子Ｍ１のソースと抵抗Ｒ２の一端の接続点はＬＥＤドライバＩＣ１００の保護入力端子ＣＳを介して、過電流保護回路３とバッファアンプ４に接続される。過電流保護回路３は、コイルＬ１に流れるコイル電流が所定の過電流設定値に達すると、スイッチング素子Ｍ１を強制的にオフにする。バッファアンプ４の出力は、スロープ電圧制御部１４に入力される。スロープ電圧生成部１４は、鋸波状または三角波のスロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅを生成する。スロープ電圧制御部１４は、ＬＥＤドライバＩＣ１００の電圧設定端子ＳＥＴＢＰに接続された電圧源ＶＲＥＦ４の値によってコントロールされるスロープオフセット調整器１５により制御される。
【００７４】
出力電圧ＶＯＵＴは発光素子光源ＬＥを駆動する駆動電圧として用いられる。出力端子ＯＵＴと接地電位ＧＮＤとの間に出力電圧ＶＯＵＴを分圧する抵抗ＲＯＶＰ２と抵抗ＲＯＶＰ１とが直列接続される。抵抗ＲＯＶＰ２と抵抗ＲＯＶＰ１との接続点はＬＥＤドライバＩＣ１００のフィードバック端子ＦＢを介して、バッファアンプ７に接続される。バッファアンプ７の出力はスイッチＳＷ１を介して、エラーアンプ８の第１非反転入力端子（＋）に接続される。
【００７５】
素子列ＬＥ１〜ＬＥ４の各カソードはＬＥＤドライバＩＣ１００のＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４を介して、ＬＥＤ電圧セレクタ１０と定電流源１３に接続される。
【００７６】
定電流源１３はＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４と接地電位ＧＮＤの間に配置され、よく知られたシンク電流を生成している。なお、定電流源１３はシンク電流を生成せずに素子列ＬＥ１〜ＬＥ４の中で出力端子ＯＵＴに接続される発光素子（ＬＥＤ）のアノード側に配置する、いわゆるソース電流を生成するように構成しても良い。いずれにしても素子列ＬＥ１〜ＬＥ４の中で発光素子降下電圧ＶＬＤが最も大きい素子列の降下電圧がＬＥＤ電圧セレクタ１０で選ばれて出力される。
【００７７】
エラーアンプ８は、出力電圧ＶＯＵＴを抵抗ＲＯＶＰ２と抵抗ＲＯＶＰ１によって分圧したフィードバック電圧ＶｆｂとＬＥＤ電圧セレクタ１０の出力電圧とのいずれか一方と、第１参照電圧ＶＲＥＦ１との差分を増幅して誤差電圧Ｖｃｏｍｐを出力し、ＰＷＭコンパレータ６の反転入力端子（−）とＬＥＤドライバＩＣ１００のエラーアンプ出力端子ＣＯＭＰに伝達される。ＬＥＤドライバＩＣ１００の外部に設けられるエラーアンプ出力端子ＣＯＭＰには、抵抗Ｒ１の一端が接続され、その他端はコンデンサＣ１の一端が接続され、その他端は接地電位ＧＮＤに接続されている。抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１によって、ＬＥＤドライバＩＣ１００の位相特性が設定されている。抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１は、ＬＥＤドライバＩＣ１００の位相特性を決定すると共に、エラーアンプ８の電圧利得も決定している。抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１をＬＥＤドライバＩＣ１００の外付素子とすることで、こうした位相特性や電圧利得の調整を容易ならしめる。さらに、外付素子は、ＬＥＤドライバＩＣ１００に生じる抵抗値、容量値のばらつきと、温度依存性の影響を排除できる。
【００７８】
ＬＥＤ電圧セレクタ１０の出力は、スイッチＳＷ２の一端とコンパレータ１１の非反転入力端子（＋）とコンパレータ１６の非反転入力端子（＋）に接続される。
【００７９】
スイッチＳＷ２の他端はエラーアンプ８の第２非反転入力端子に接続される。エラーアンプ８の反転入力端子は第１参照電圧ＶＲＥＦ１が接続される。コンパレータ１１の反転入力端子（−）は第２参照電圧ＶＲＥＦ２が接続される。
【００８０】
ＬＥＤ電圧セレクタ１０は、素子列ＬＥ１〜ＬＥ４の各カソード電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４のうち接地電位ＧＮＤを基準として最も低い電圧を出力する。言い換えれば、素子列ＬＥ１〜ＬＥ４での降下電圧である総順方向電圧ＶＬＤの最も高い（大きい電圧）電圧を出力する。
【００８１】
コンパレータ１１は、ＬＥＤ電圧セレクタ１０の出力電圧と第２参照電圧ＶＲＥＦ２とを比較し、その比較結果をロジック回路１２に出力する。
【００８２】
ロジック回路１２は、コンパレータ１１とコンパレータ１６の出力を受け、後述する第２帰還制御モードで用いる第１制御信号ＬＳＤＥＴ１と第２制御信号ＬＳＤＥＴ２を生成してドライブアンプ９に出力する。
【００８３】
第１制御信号ＬＳＤＥＴ１と第２制御信号ＬＳＤＥＴ２は、ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４が低下しないようにドライブアンプ９を介してスイッチング素子Ｍ１のスイッチングを制御する。第１制御信号ＬＳＤＥＴ１は第２帰還制御モードにおけるスイッチングの開始を制御し、第２制御信号ＬＳＤＥＴ２は第２帰還制御モードにおけるスイッチング素子Ｍ１のスイッチングの許可を担当する。
【００８４】
コンパレータ１６の反転入力端子（−）は第３参照電圧ＶＲＥＦ３が接続される。コンパレータ１６の出力はロジック回路１２に入力され、第２制御信号ＬＳＤＥＴ２を出力する。第２制御信号ＬＳＤＥＴ２は、ドライブアンプ９に接続される。
【００８５】
コンパレータ１６は、ＬＥＤ電圧セレクタ１０の電圧と第３参照電圧ＶＲＥＦ３とを比較し、その結果をロジック回路１２へと出力する。コンパレータ１６により第２帰還制御モード時のスイッチングの一部が制御される。
【００８６】
図２は、スロープオフセット調整器１５及びその周辺の回路部を示す。図２において、スロープオフセット調整器１５は、オペアンプＯＰ１、ＭＯＳトランジスタＭ２〜Ｍ５、抵抗Ｒ３、インバータ回路ＩＮＶ１を備えている。
【００８７】
オペアンプＯＰ１の反転入力端子（−）は、ＭＯＳトランジスタＭ２のソースと抵抗Ｒ３の一端に接続されており、抵抗Ｒ３の他端は接地電位ＧＮＤに接続されている。抵抗Ｒ３と後述する抵抗Ｒ４を内蔵することにより、温度特性の影響を排除することができる。
【００８８】
電圧源ＶＲＥＦ４の一端は電圧設定端子ＳＥＴＢＰを介してオペアンプＯＰ１の非反転入力端子（＋）に接続され、その他端は接地電位ＧＮＤに接続されている。
【００８９】
オペアンプＯＰ１の出力はＭＯＳトランジスタＭ２のゲートに接続されており、ＭＯＳトランジスタＭ２のドレインはＭＯＳトランジスタＭ３のドレインとＭＯＳトランジスタＭ４のドレインとゲートとＭＯＳトランジスタＭ５のゲートに接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ２,Ｍ４及びＭ５は、よく知られたカレントミラー回路を構成する。本書では、ＭＯＳトランジスタＭ４をカレンミラー回路の入力段、ＭＯＳトランジスタＭ５をカレントミラー回路の出力段としてそれぞれ称する。
【００９０】
調光信号幅検出信号ＰＷＭ＿ＷＤＥＴがインバータ回路ＩＮＶ１の入力に接続されており、インバータ回路ＩＮＶ１の出力がＭＯＳトランジスタＭ３のゲートに接続される。内部電源ＶＲＥＧがＭＯＳトランジスタＭ２〜Ｍ４のドレインに接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ５のソースは、内部電源ＶＲＥＧに接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ５のドレインは抵抗Ｒ４の一端とＰＷＭコンパレータ６の非反転入力端子（＋）に接続されている。なおここの信号をスロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅと称する。ＭＯＳトランジスタＭ３は、カレントミラー回路のオンオフ動作を制御するスイッチの役目を担う。
【００９１】
なお、ＭＯＳトランジスタＭ２〜Ｍ５は、ＭＯＳトランジスタではなく、バイポーラトランジスタで構成してもよい。本書では、ＭＯＳトランジスタのゲートまたはバイポーラトランジスタのベースは制御電極として、ＭＯＳトランジスタのソースまたはバイポーラトランジスタのエミッタは第１主電極として、ＭＯＳトランジスタのドレインまたはバイポーラトランジスタのコレクタは第２主電極として、それぞれ称する。
【００９２】
図２について具体的に動作を説明すると、電圧設定端子ＳＥＴＢＰには電圧源ＶＲＥＦ４が印加されており、オペアンプＯＰ１でバッファされた電圧と抵抗Ｒ３によりＭＯＳトランジスタＭ２に流れるドレイン電流Ｉｄ２が決定されている。ドレイン電流Ｉｄ２は、ＭＯＳトランジスタＭ４，Ｍ５からなるカレントミラー回路で折り返し、抵抗Ｒ４にて電圧に変換する。この抵抗Ｒ４で発生した直流電圧分だけスロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅの直流電位をシフト（移動）させる。
【００９３】
調光信号幅検出信号ＰＷＭ＿ＷＤＥＴがロウレベルＬ、すなわち第１帰還制御モードの時は、ＭＯＳトランジスタＭ３によってＭＯＳトランジスタＭ２,Ｍ４，Ｍ５からなるカレントミラー回路が有効に機能し、スロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅの直流電位は抵抗Ｒ４に生じた電圧の変化によって所定の大きさに調整され、ＰＷＭコンパレータ６へと出力される。
【００９４】
一方、調光信号幅検出信号ＰＷＭ＿ＷＤＥＴがハイレベルＨ、すなわち第２帰還制御モードの時は、ＭＯＳトランジスタＭ３によってＭＯＳトランジスタＭ２,Ｍ４，Ｍ５からなるカレントミラー回路が機能停止する。これによりスロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅの直流電位は、抵抗Ｒ４での電位変更を受けずにＰＷＭコンパレータ６へと出力される。
【００９５】
図１に戻り説明を続ける。スロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅは、ＰＷＭコンパレータ６の非反転入力端子（＋）に接続される。ＰＷＭコンパレータ６は、エラーアンプ８の誤差電圧とスロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅを比較し、比較結果をドライブアンプ９に出力する。
【００９６】
ドライブアンプ９は、ＰＷＭコンパレータ６の比較結果に基づきＬＥＤドライバＩＣ１００のスイッチング端子ＳＷＯＵＴを介して、スイッチング素子Ｍ１のゲートを制御する。
【００９７】
図示しない信号源からパルス状のＰＷＭ信号が、ＬＥＤドライバＩＣ１００の端子ＰＷＭＩＮへ入力される。入力されたＰＷＭ信号はシュミットトリガ１を介して調光信号ＰＷＭを生成し、ＰＷＭ幅検出器２へと入力される。ＰＷＭ幅検出器２は、入力された調光信号ＰＷＭのオン幅を測定し、その測定値が閾値以上の時ハイレベルＨを、閾値未満の時はロウレベルＬを調光信号幅検出信号ＰＷＭ＿ＷＤＥＴとして出力する。調光信号幅検出信号ＰＷＭ＿ＷＤＥＴは、スロープ電圧制御部１４、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２に接続され、Ｖｓｌｏｐｅの調整と、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２をそれぞれオン又はオフに切り替える。
【００９８】
第１帰還制御モードと第２帰還制御モードの切替は調光信号幅検出信号ＰＷＭ＿ＷＤＥＴにより制御される。すなわち、調光信号ＰＷＭのオン幅がその閾値より低いならば調光信号幅検出信号ＰＷＭ＿ＷＤＥＴはロウレベルＬとなり、スイッチＳＷ１がオン、スイッチＳＷ２がオフとなり第１帰還制御モードを有効とする。調光信号ＰＷＭのオン幅がその閾値以上ならば調光信号幅検出信号ＰＷＭ＿ＷＤＥＴはハイレベルＨとなりスイッチＳＷ１がオフ、スイッチＳＷ２がオンとされ第２帰還制御モードを有効とする。
【００９９】
スイッチＳＷ１がオン、スイッチＳＷ２がオフとされた場合は、フィードバック電圧Ｖｆｂがエラーアンプ８に入力される。従って、フィードバック電圧Ｖｆｂを帰還信号とした帰還制御が行われ、フィードバック電圧Ｖｆｂを基準として出力電圧ＶＯＵＴが所定の大きさとなるように制御される（第１帰還制御モード）。
【０１００】
一方、スイッチＳＷ１がオフ、スイッチＳＷ２がオンとされた場合は、ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４の中で基準電位ＧＮＤからみて最小の電圧がエラーアンプ８に入力される。従って、ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の電圧を帰還信号とした第２帰還制御モードが行われる。
【０１０１】
第１帰還制御モードと第２帰還制御モードを組み合わせることで、調光信号ＰＷＭのデューティに応じた素子列ＬＥ１〜ＬＥ４の調光を行うことが可能となる。
【０１０２】
図３は、本発明に係るスロープオフセット調整器で調整されるスロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅの直流電位が第１帰還制御モードと第２帰還制御モードでどのように変化するかを示す図である。スロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅ１は第1帰還制御モード時の直流電位を示す。スロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅ２は第２帰還制御モードの直流電位を示す。スロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅ１とスロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅ２の電位差ΔＶｓｌｏｐｅは例えば、０．５Ｖ程度であり、電位差ΔＶｓｌｏｐｅの設定及び調整は、図２に示したスロープオフセット調整器１５にて行われる。本発明の一実施の形態では、スロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅ２の直流電位は第２帰還制御モードでは初期設定での電位に維持され、第１帰還制御モードでは、スロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅ１の直流電位はスロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅ２のそれよりも高くなるように設定される。しかしこれらは設計事項の１つであり、スロープ電圧生成回路１４とスロープオフセット調整器１５との回路構成およびこれらの結合状態に応じて適宜変更されうる。
【０１０３】
図４は、第１帰還制御モードと第２帰還制御モードの切替時のタイミングチャートである。以降、図１〜図３を参照して説明する。
【０１０４】
調光信号ＰＷＭは、時刻ｔ０から時刻ｔ２までは調光信号ＰＷＭのオン幅が調光信号幅検出信号ＰＷＭ＿ＷＤＥＴの閾値より低い状態（第１帰還制御モード）を示し、時刻ｔ２以降は調光信号ＰＷＭのオン幅が調光信号幅検出信号ＰＷＭ＿ＷＤＥＴの閾値以上の状態（第２帰還制御モード）を示している。
【０１０５】
フィードバック電圧Ｖｆｂはフィードバック端子ＦＢに発生する。時刻ｔ０から時刻ｔ２までは第１帰還制御モードにて制御される。時刻ｔ２以降、フィードバック電圧Ｖｆｂの制御を採用しない、第２帰還制御モードが行われる。
【０１０６】
出力電圧ＶＯＵＴは、時刻ｔ０から時刻ｔ２までは以下の式で表わされる値となる。
ＶＯＵＴ＝（ＲＯＶＰ１＋ＲＯＶＰ２）／ＲＯＶＰ１＊ＶＲＥＦ１
ここで抵抗ＲＯＶＰ１と抵抗ＲＯＶＰ２はフィードバック端子ＦＢの外付け抵抗であり、第１参照電圧ＶＲＥＦ１はＬＥＤドライバ１００内部で生成される電圧である。
時刻ｔ２から時刻ｔ６までは出力電圧ＶＯＵＴが所定の大きさに維持されるまでの過渡期であり、時刻ｔ６以降では以下の式で表わされる値となる。ここでＶｆｍａｘは素子列ＬＥ１〜ＬＥ４のうち発光素子電圧ＶＬＤが大きいものを示す。
ＶＯＵＴ＝Ｖｆｍａｘ＋ＶＲＥＦ１
【０１０７】
調光信号ＰＷＭがロウレベルＬの時のＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４は、ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４に生じ、時刻ｔ０から時刻ｔ２までは以下の式で表わされる。
ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４＝（ＲＯＶＰ１＋ＲＯＶＰ２）／ＲＯＶＰ１＊ＶＲＥＦ１
ＬＥＤ発光素子光源ＬＥが点灯している時刻ｔ１においては以下の式で表わされる。
ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４＝（ＲＯＶＰ１＋ＲＯＶＰ２）／ＲＯＶＰ１＊ＶＲＥＦ１−Ｖｆｍａｘ
【０１０８】
時刻ｔ２において第１帰還制御モードから第２帰還制御モードへと切替が発生し、その後ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４が第２参照電圧ＶＲＥＦ２以下になるまでＬＥＤドライバＩＣ１００のスイッチング端子ＳＷＯＵＴでのスイッチング素子Ｍ１のスイッチングは停止される。第２参照電圧ＶＲＥＦ２は、第１参照電圧ＶＲＥＦ１よりも高くなるように設定される。
【０１０９】
ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４が時刻ｔ３〜ｔ４において、第２参照電圧ＶＲＥＦ２以下となると、ＬＥＤドライバＩＣ１００のスイッチング端子ＳＷＯＵＴでのスイッチング素子Ｍ１のスイッチングが開始される。この時、ＬＥＤドライバＩＣ１００のエラーアンプ出力端子ＣＯＭＰの電圧がスロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅよりも十分高いためスイッチング１回あたりに得られるエネルギーは大きくなる。そのため、ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４は急速に上昇する。
【０１１０】
ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４が、時刻ｔ４において第３参照電圧ＶＲＥＦ３以上となると、スイッチング素子Ｍ１のスイッチングが停止される。
【０１１１】
ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４は、時刻ｔ４〜ｔ５においては、第３参照電圧ＶＲＥＦ３以下で調光信号ＰＷＭがハイレベルＨであればスイッチング素子Ｍ１はスイッチングするように制御される。
【０１１２】
ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４は、時刻ｔ５において、第３参照電圧ＶＲＥＦ３以下となるとスイッチング素子Ｍ１のスイッチングが開始されるが、ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４は時刻ｔ３〜時刻ｔ４の時とは違い上昇しない。これは、ＬＥＤドライバＩＣ１００の端子ＣＯＭＰの電圧が時刻ｔ３〜時刻ｔ５の間に徐々に低下し、スロープ電圧よりも少し高いだけのためスイッチング１回あたりに得られるエネルギーが小さくなっているからである。
【０１１３】
ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４は時刻ｔ６において、第１参照電圧ＶＲＥＦ１になるように制御される。ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４の最小電圧は時刻ｔ６以降、第１参照電圧ＶＲＥＦ１よりは低くならず、接地電位ＧＮＤからみた電位Ｖｃｄ３は第１参照電圧ＶＲＥＦ１とほぼ同じ電位となる。電位Ｖｃｄ３は図７に示す電位Ｖｃｄ５よりは十分に大きくなる。これによって、定電流源１３には十分な電圧源が供給されるので、発光素子光源ＬＥに生じる瞬灯、瞬滅の発生を排除できる。なお、ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４の最小電圧が第１参照電圧ＶＲＥＦ１以下にならないようするために、スロープオフセット調整器１５によるスロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅの直流電位の調整と、後述する第２制御信号ＬＳＤＥＴ２による、スイッチング素子Ｍ１のスイッチング制御を行う。
【０１１４】
第１制御信号ＬＳＤＥＴ１は、ロジック回路１２から出力され、時刻ｔ０から時刻ｔ３まではロウレベルＬを示す。時刻ｔ３においてＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４が第２参照電圧ＶＲＥＦ２以下になるとハイレベルＨを出力する。第１制御信号ＬＳＤＥＴ１は第２帰還制御モードになった後のＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４が第２参照電圧ＶＲＥＦ２以下となるタイミングで出力される。これは第１制御信号ＬＳＤＥＴ１が第２帰還制御モードにおいて、イネーブル信号の役割をしているからである。ＬＥＤドライバＩＣ１００は、第２帰還制御モードにおいて、調光信号ＰＷＭがハイレベルＨかつ第１制御信号ＬＳＤＥＴ１がハイレベルＨかつ後述する第２制御信号ＬＳＤＥＴ２がロウレベルＬのときにスイッチングを許可する。これによりＬＥＤドライバＩＣ１００の出力電圧ＶＯＵＴが適正に保たれる。なお、第１制御信号ＬＳＤＥＴ１は、ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４のいずれか１つが第２参照電圧ＶＲＥＦ２以下となるタイミングで発生させたが、調光信号ＰＷＭのパルス幅が閾値から変化するタイミングすなわち時刻ｔ２で切替えるようにしてもよい。
【０１１５】
第２制御信号ＬＳＤＥＴ２は、ロジック回路１２から出力され、時刻ｔ０から時刻ｔ４まではロウレベルＬを示す。時刻ｔ４においてＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４が第３参照電圧ＶＲＥＦ３以上になるとハイレベルＨを出力する。第３参照電圧ＶＲＥＦ３は、第２参照電圧ＶＲＥＦ２より少し高く設定される。これによって遅くとも第１制御信号ＬＳＤＥＴ１と同じタイミングで発生させることができる。なお、第２制御信号ＬＳＤＥＴ２は、第１帰還制御モードすなわち、時刻ｔ０から発生させるようにしてもかまわない。いずれにしても第２制御信号ＬＳＤＥＴ２が有効となるのは第１制御信号ＬＳＤＥＴ１がハイレベルＨであり、第２制御信号ＬＳＤＥＴ２がロウレベルＬであるので、実際の働きは時刻ｔ３以降となる。
【０１１６】
なお、第２帰還制御モードが始まり第１帰還制御モードとの境界である時刻ｔ２のタイミングで、第１制御信号ＬＳＤＥＴ１をハイレベルＨに設定し、第２制御信号ＬＳＤＥＴ２をロウレベルＬに設定すると、出力電圧ＶＯＵＴが高くなりすぎ、発光素子光源ＬＥにちらつきが発生するので好ましくない。したがって、本発明の一実施の形態では、第１帰還制御モードと第２帰還制御モードとの切替タイミングは調光信号ＰＷＭのパルス幅がその閾値に達した時ではあるが、実際の発光素子光源ＬＥの制御はそのタイミングが経過した時刻からとなる。言い換えれば、ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４の最小値が第１参照電圧ＶＲＥＦ１に達するまでの期間、第１制御信号ＬＳＤＥＴ１は無効とされる。
【０１１７】
第２制御信号ＬＳＤＥＴ２は、第２帰還制御モードにおけるスイッチング素子Ｍ１のスイッチングのイネーブル信号の役割をする。ＬＥＤドライバＩＣ１００は、第２帰還制御モードにおいて、調光信号ＰＷＭがハイかつ第１制御信号ＬＳＤＥＴ１がハイレベルＨかつ第２制御信号ＬＳＤＥＴ２がロウレベルＬのときにスイッチング素子Ｍ１のスイッチングを許可する。これによりＬＥＤドライバＩＣ１００の出力電圧ＶＯＵＴが適正に保たれる。
【０１１８】
電流ＩＬＥＤ１〜ＩＬＥＤ４は、それぞれＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４を介して流れる電流であり、全時刻において安定供給されている。
【０１１９】
電圧Ｖｃｏｍｐは端子ＣＯＭＰに生じ、時刻ｔ０〜時刻ｔ２において第１帰還制御モードで動作している時、接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電流ＩＬＥＤ１〜ＩＬＥＤ４が平均化すると小さく、また調光信号ＰＷＭに非同期でスイッチングするため相対的に低く（スロープ電圧と近しく）なる。
【０１２０】
エラーアンプ出力端子ＣＯＭＰの電圧Ｖｃｏｍｐは、時刻ｔ２において、ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４が第２参照電圧ＶＲＥＦ２以下になるまで、エラーアンプ８がハイインピーダンス状態となり電圧を維持する。ただし、図７とは違いスロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅの直流電位は第２帰還制御モードに見合った電位に調整される。
【０１２１】
エラーアンプ出力端子ＣＯＭＰの電圧Ｖｃｏｍｐは、時刻ｔ３において、第１制御信号ＬＳＤＥＴ１がハイレベルＨになるとエラーアンプ８が通常動作に入り低下する。
【０１２２】
エラーアンプ出力端子ＣＯＭＰの電圧Ｖｃｏｍｐは、時刻ｔ４〜ｔ５においては、低下していくが、スロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅが更に低いため、エラーアンプ出力端子ＣＯＭＰの電圧がスロープ電圧以下になることはない。そのため、ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４が第３参照電圧ＶＲＥＦ３以下で調光信号ＰＷＭがハイレベルＨであればスイッチング素子Ｍ１は必ずスイッチングすることになる。
【０１２３】
ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４が時刻ｔ５において、第３参照電圧ＶＲＥＦ３以下となるとスイッチング素子Ｍ１のスイッチングが開始されるが、ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４は時刻ｔ３〜時刻ｔ４の時とは違い上昇していかない。これはＬＥＤドライバＩＣ１００のエラーアンプ出力端子ＣＯＭＰの電圧Ｖｃｏｍｐがスロープ電圧よりも少し高いだけのため、スイッチング１回あたりに得られるエネルギーが小さくなっているからである。
【０１２４】
ＬＥＤドライバＩＣ１００のエラーアンプ出力端子ＣＯＭＰの電圧Ｖｃｏｍｐが時刻ｔ６において所望の電圧へ到達する。
【０１２５】
スイッチング電圧Ｖｓｗはスイッチング端子ＳＷＯＵＴに出力される。時刻ｔ０〜時刻ｔ２において第１帰還制御モードで動作している時、ＬＥＤドライバＩＣ１００のフィードバック端子ＦＢが第１参照電圧ＶＲＥＦ１を超えるとスイッチングオフ、第１参照電圧ＶＲＥＦ１より低下するとスイッチングオンとなり、調光信号ＰＷＭに依存せずに動作を行う。
【０１２６】
時刻ｔ２において調光信号ＰＷＭのパルス幅が大きくなっており第１帰還制御モードから第２帰還制御モードへと切替が発生する。ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４は徐々に低下していき、この電圧が第２参照電圧ＶＲＥＦ２以下になるまでＬＥＤドライバＩＣ１００のスイッチング素子Ｍ１のスイッチングはオフされる。
【０１２７】
ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４が時刻ｔ３〜ｔ４において第３参照電圧ＶＲＥＦ３以下となっていることでスイッチングが開始される。
【０１２８】
ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４が時刻ｔ４において第３参照電圧ＶＲＥＦ３以上となることで、第２制御信号ＬＳＤＥＴ２がハイレベルＨとなりＬＥＤドライバＩＣ１００のスイッチング素子Ｍ１のスイッチングはオフされる。
【０１２９】
ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜４の各電圧ＶＬＥＤ１〜４は時刻ｔ４以降においては、第３参照電圧ＶＲＥＦ３以下で調光信号ＰＷＭがハイレベルＨであればスイッチング素子Ｍ１は必ずスイッチングすることになる。
【０１３０】
これらの動作の結果として、定電流源１３に適正な電圧を供給でき、ＬＥＤ駆動電流を安定供給できない区間が存在しなくなるため、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の瞬灯瞬滅という問題がなくなる。
【０１３１】
図５は、図１に示す発光素子駆動装置を第１帰還制御モードと第２帰還制御モードで駆動する時の主な回路部の動作状態をまとめたものである。なお、図５は、これまでの説明の要点をまとめたものでもある。以下、第１帰還制御モード、第２帰還制御モードの順で説明する。
【０１３２】
第１帰還制御モードは、図５（ａ）に示すように調光信号ＰＷＭのオン幅が、あらかじめ定めた閾値よりも小さい場合に採用される。
【０１３３】
図５（ｂ）は、調光信号幅検出信号ＰＷＭ＿ＷＤＥＴのレベルがハイレベルＨ及びローレベルＬのどちらに設定されているかを示す。本発明の一実施の形態ではローレベルＬに設定されるが、これはあくまでも設計事項の１つに過ぎなく第２帰還制御モードと区別するためにハイレベルＨまたはローレベルＬのどちらかを設定することになる。
【０１３４】
図５（ｃ）,（ｄ）は、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２のオンオフ状態を示す。第１帰還制御モードではスイッチＳＷ１は“オン”であり、スイッチＳＷ２は“オフ”に設定される。スイッチＳＷ１は、フィードバック電圧Ｖｆｂをエラーアンプ８に伝達するためであり、スイッチＳＷ２は、ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４のいずれか１つをエラーアンプ８に伝達するためにそれぞれ用意される。
【０１３５】
図５（ｅ）は、フィードバック端子ＦＢを介してフィードバック電圧Ｖｆｂを基準とする出力電圧ＶＯＵＴの制御を行うか否かを示す。第１帰還制御モードの特徴は、これまで説明してきたようにフィードバック電圧Ｖｆｂを基準とし、エラーアンプ８を介して出力電圧ＶＯＵＴを制御するので“有”となる。
【０１３６】
図５（ｆ）は、ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４がエラーアンプ８に帰還されるか否かを示す。第１帰還制御モードは、ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４を帰還する方式でなないので“無”となる。図５（ｆ）は図５（ｅ）とは反対の状態に置かれる。
【０１３７】
図５（ｇ）,（ｈ）は、ロジック部１２から出力される第１制御ＬＳＤＥＴ１及び第２制御信号ＬＳＤＥＴ２によりドライブアンプ９を介してスイッチング素子Ｍ１のオンオフ制御を有効とするか無効とするかを示す。こうした制御は図５（ｆ）の方式に連動するので第１帰還制御モードでは“無効”となる。
【０１３８】
図５（ｉ）は、スロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅの直流電位の制御、調整が行われるか否かを示す。スロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅの制御、調整はスロープオフセット調整器１５のオンオフに関わってくる。本発明の一実施の形態では第１帰還制御モードでは、スロープオフセット調整器１５をオンさせ、スロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅの直流電位を制御、調整するので“オン”となる。
【０１３９】
次に第２帰還制御モードについて説明する。第２帰還制御モードにおいては、図５（ａ）〜（ｉ）に示す回路部の動作状態は第１帰還制御モードとはすべてにおいて逆の状態に設定されるので詳細な説明は割愛する。
【０１４０】
第２帰還制御モードでは、図５（ａ）に示すように、調光信号ＰＷＭのオン幅が、その閾値以上の場合に採用される。第２帰還制御モードは、素子列ＬＥ１〜ＬＥ４での発光素子降下電圧ＶＬＤ（ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４）を検出し、エラーアンプ８を介して出力電圧ＶＯＵＴを制御する方式であるので、フィードバック電圧Ｖｆｂをエラーアンプ８に伝達するスイッチＳＷ１は“オフ”であり、発光素子降下電圧ＶＬＤをエラーアンプ８に伝達するスイッチＳＷ２は“オン”に置かれる。
【０１４１】
第１制御信号ＬＳＤＥＴ１及び第２制御信号ＬＳＤＥＴ２による組み合わせは、素子列ＬＥ１〜ＬＥ４のオンオフを制御するために用意されているので、第２帰還制御ではいずれもが“有効”となる。また、第２帰還制御モードの一実施の形態ではスロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅの制御、調整は行わないので“オフ”となる。
【０１４２】
なお、スロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅの制御、調整は、第１帰還制御モード及び第２帰還制御モードの両方に用いることも可能である。また、第２帰還制御モードでスロープ電圧Ｖｓｌｏｐｅの調整を行い、第１帰還制御モードでは行わないようにすることも可能である。これらの選択は設計事項の１つであり、スロープオフセット調整器１５の回路構成に応じて適宜変更されうる。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
以上述べたように本発明は、近年需要の増えているＬＥＤ駆動装置の瞬灯瞬滅防止に大いに貢献する発光素子駆動装置及びその駆動方法を比較的簡便な回路で提供することができる。そのため、本発明は、産業上の利用可能性は極めて高い。
【符号の説明】
【０１４４】
１  シュミットトリガ
２  ＰＷＭ幅検出器
３  過電流保護回路
４  バッファアンプ
５  スロープ電圧生成部
６  ＰＷＭコンパレータ
７  バッファアンプ
８  エラーアンプ
９  ドライブアンプ
１０  ＬＥＤ電圧セレクタ
１１  コンパレータ
１２  ロジック回路
１３  定電流源
１４  スロープ電圧制御部
１５  スロープオフセット調整器
１６  コンパレータ
１００  ＬＥＤドライバＩＣ
３００  ＬＥＤドライバＩＣ
Ｃ１  コンデンサ
Ｃ２  出力コンデンサ
ＣＯＭＰ  エラーアンプ出力端子
ＣＳ  保護入力端子
Ｄ１  整流用ダイオード
ＦＢ  フィードバック端子
ＧＮＤ  接地電位
ＩＬＥＤ１〜ＩＬＥＤ４  素子列ＬＥ１〜ＬＥ４の電流
Ｌ１  コイル
ＬＥ  発光素子光源
ＬＥ１〜ＬＥ４  素子列
ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４  ＬＥＤ接続端子
ＬＳＤＥＴ１  第１制御信号
ＬＳＤＥＴ２  第２制御信号
ＯＵＴ  出力端子
Ｍ１  スイッチング素子
ＰＷＭ  調光信号
ＰＷＭＩＮ  端子
ＰＷＭ＿ＷＤＥＴ  調光信号幅検出信号
Ｒ１〜Ｒ３  抵抗
ＲＯＶＰ１、ＲＯＶＰ２  抵抗
ＳＥＴＢＰ  電流設定端子
ＳＷ１、ＳＷ２  スイッチ
ＳＷＯＵＴ  スイッチング端子
ＶＣＣ  電源電圧
Ｖｃｏｍｐ  誤差電圧
Ｖｆｂ  フィードバック電圧
ＶＬＤ  発光素子降下電圧
ＶＬＥＤ１〜ＶＬＥＤ４  ＬＥＤ接続端子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の各電圧
ＶＯＵＴ  出力電圧
ＶＲＥＦ１  第１参照電圧
ＶＲＥＦ２  第２参照電圧
ＶＲＥＦ３  第３参照電圧
ＶＲＥＦ４  電圧源
Ｖｓｌｏｐｅ  スロープ電圧
Ｖｓｗ  スイッチング電圧
【図１】
2018185963.tif 000003
【図２】
2018185963.tif 000004
【図３】
2018185963.tif 000005
【図４】
2018185963.tif 000006
【図５】
2018185963.tif 000007
【図６】
2018185963.tif 000008
【図７】
2018185963.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月14日(2018.3.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子をそれぞれ直列接続した複数列の素子列に各別に電流を供給する電流源と、
前記複数列の素子列それぞれの総順方向降下電圧のうち最も高い電圧及び前記複数列の素子列に供給される駆動電圧に応じた帰還電圧のいずれか一方と、第１参照電圧とを比較し、その比較結果に応じた誤差信号を生成する誤差増幅器と、
前記帰還電圧を前記誤差増幅器の第１入力端子に印加するか否かをオンオフ制御する第１スイッチと、
前記複数列の素子列それぞれの総順方向降下電圧のうち最も高い電圧を前記誤差増幅器の第２入力端子に印加するか否かをオンオフ制御する第２スイッチと、
スロープ電圧を生成するスロープ電圧生成回路と、
前記スロープ電圧と前記誤差信号とに応じたデューティ比を有するパルス変調信号を生成するＰＷＭコンパレータと、
前記ＰＷＭコンパレータから出力される前記パルス変調信号で制御され前記複数列の素子列に前記駆動電圧を供給するためのスイッチング素子を駆動するドライブアンプと、
前記パルス変調信号のパルス幅を検出するＰＷＭ幅検出器と、
を有し、
前記ＰＷＭ幅検出器は、前記パルス変調信号のパルス幅が所定の閾値未満であるときとそれ以上であるときとではレベルが異なるパルス幅検出信号を出力し、前記パルス幅検出信号に基づき前記第１スイッチ及び前記第２スイッチのオンオフを切替える発光素子駆動装置。
【請求項２】
前記ＰＷＭ信号のパルス幅が閾値未満であるときに前記第１スイッチ及び前記第２スイッチはそれぞれオン及びオフされ、前記ＰＷＭ信号のパルス幅が閾値以上であるときに前記第１スイッチ及び前記第２スイッチはそれぞれオフ及びオンされる請求項１に記載の発光素子駆動装置。
【請求項３】
前記スロープ電圧生成回路で生成される前記スロープ電圧の直流電位は、前記パルス変調信号のパルス幅が閾値未満であるか閾値以上であるかに応じて切替えられる請求項１に記載の発光素子駆動装置。
【請求項４】
前記スロープ電圧生成回路は、前記パルス幅検出信号によってオンまたはオフするスロープオフセット調整器によって制御され、
前記スロープ電圧の前記直流電位は、前記スロープオフセット調整器がオンであるかオフであるかによって調整される請求項３に記載の発光素子駆動装置。
【請求項５】
前記スロープ電圧の前記直流電位は、前記パルス変調信号のパルス幅がその閾値未満であるときには、前記パルス変調信号のパルス幅が閾値以上であるときに比べ高く制御される請求項４に記載の発光素子駆動装置。
【請求項６】
前記スロープオフセット調整器は、オペアンプと、トランジスタと、第１抵抗と、カレントミラー回路と、を有し、
前記オペアンプの非反転入力端子には、電圧源が接続され、
前記オペアンプの出力端子には、前記トランジスタの制御電極が接続され、
前記オペアンプの反転入力端子は、前記トランジスタの第１主電極と共通に接続され、
前記トランジスタの前記第１主電極と接地電位との間には、前記第１抵抗が接続され、
前記トランジスタの第２主電極には、前記カレントミラー回路の入力段が接続され、
前記カレントミラー回路の出力段が第２抵抗の一端に接続され、
前記第２抵抗の他端が前記スロープ電圧に結合され、
前記スロープ電圧の直流電位は、前記トランジスタの前記第１主電極と前記第２主電極との間に流れる電流の大きさに依存する請求項４または５に記載の発光素子駆動装置。
【請求項７】
前記エラーアンプ、前記ＰＷＭコンパレータ及び前記スロープオフセット調整器は１つの半導体集積回路に内蔵され、前記エラーアンプの出力は前記ＰＷＭコンパレータの一方の入力端子に接続されて前記半導体集積回路の第１外部端子に導出される請求項４〜６のいずれか一項に記載の発光素子駆動装置。
【請求項８】
前記第１外部端子と接地電位との間に個別部品からなる抵抗とコンデンサとの直列接続体が接続される請求項７に記載の発光素子駆動装置。
【請求項９】
前記複数列の素子列それぞれの総順方向降下電圧のうち最も高い電圧と第２参照電圧とを比較し、その比較結果を第１比較出力信号として出力する第１コンパレータと、
前記複数列の素子列それぞれの総順方向降下電圧のうち最も高い電圧と第３参照電圧とを比較し、その比較結果を第２比較出力信号として出力する第２コンパレータと、
前記第１比較出力信号及び前記第２比較出力信号に基づき前記スイッチング素子を前記ドライブアンプを介してオンオフ制御する第１制御信号及び第２制御信号をそれぞれ生成するロジック部と、
をさらに有する請求項１に記載の発光素子駆動装置。
【請求項１０】
前記第１制御信号は、前記ＰＷＭ幅検出器で検出される前記パルス変調信号のパルス幅が、その閾値を超えた後、前記複数列の素子列それぞれの総順方向降下電圧のうち最も高い電圧が初めて前記第２参照電圧を超えたときにイネーブル状態となり、
前記第２制御信号は、前記複数列の素子列それぞれの総順方向降下電圧のうち最も高い電圧が前記第３参照電圧を超える度にイネーブル状態となり、
前記第１制御信号及び前記第２制御信号が共にイネーブル状態であるときに前記スイッチング素子のスイッチングが許可される請求項９に記載の発光素子駆動装置。
【請求項１１】
前記第１参照電圧をＶＲＥＦ１とし、前記第２参照電圧をＶＲＥＦ２とし、前記第３参照電圧をＶＲＥＦ３とすると、ＶＲＥＦ１＜ＶＲＥＦ２＜ＶＲＥＦ３の関係が成立する請求項１０に記載の発光素子駆動装置。
【請求項１２】
前記電流源は、前記素子列のカソード側と接地電位との間に設けられるシンク電流形式である請求項１〜１１のいずれか一項に記載の発光素子駆動装置。
【請求項１３】
前記電流源は、前記駆動電圧側から前記素子列のアノード側に電流を供給するソース電流形式である請求項１〜１１のいずれか一項に記載の発光素子駆動装置。
【請求項１４】
前記カレントミラー回路は、前記ＰＷＭパルス幅が閾値未満であるときにオン状態となり、前記ＰＷＭパルス幅が閾値以上であるときにオフ状態となる請求項６に記載の発光素子駆動装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の発光素子駆動装置の駆動方法であって、前記パルス変調信号のパルス幅が閾値未満であるときは、前記帰還電圧と前記第１参照電圧とを比較する第１帰還制御モードに設定され、前記駆動電圧を所定の大きさに制御し、前記パルス変調信号のパルス幅が閾値以上であるときには、前記複数列の素子列で最も総順方向降下電圧が高い電圧を元にして前記駆動電圧の大きさを制御する第２帰還制御モードに設定される発光素子駆動装置の駆動方法。
【請求項１６】
前記第１帰還制御モードに設定されるとき、前記第１スイッチはオン、前記第２スイッチはオフであり、前記第１制御信号及び前記第２制御信号による前記スイッチング素子のスイッチング制御は解除され、前記スロープ電圧の直流電位の制御が行われる請求項１５に記載の発光素子駆動装置の駆動方法。
【請求項１７】
前記第２帰還制御モードに設定されるとき、前記第１スイッチはオフ、前記第２スイッチはオンであり、前記第１制御信号及び前記第２制御信号による前記スイッチング素子のスイッチング制御が実行され、前記スロープ電圧の直流電位の制御が遮断される請求項１５に記載の発光素子駆動装置の駆動方法。
【請求項１８】
前記第２帰還制御モードにおいて、前記複数列の素子列それぞれの総順方向降下電圧のうち最も高い電圧が前記第２参照電圧とほぼ等しくなるまでの期間、前記第１制御信号及び前記第２制御信号は共に無効とされる請求項１７に記載の発光素子駆動装置の駆動方法。