(57)【要約】【課題】調光ＰＷＭ信号のキャリア周期毎のＬＥＤ駆動電流の変動を抑制する。【解決手段】クロック信号ＣＬＫ１を使用して昇圧ＰＷＭ信号を生成し、該昇圧ＰＷＭ信号により昇圧トランジスＱ１をスイッチングして昇圧電圧ＶＯＵＴを発生し、複数のＬＥＤが直列接続されたＬＥＤ直列回路２１０，２２０を有する負荷回路２００に対して供給するとともに、外部から入力するＰＷＭデューティ設定データをクロック信号ＣＬＫ２で処理して調光ＰＷＭ信号を生成し、該調光ＰＷＭ信号によりＬＥＤ直列回路２１０，２２０に流れる定電流をスイッチングし、調光ＰＷＭ信号の有効パルス幅の期間に昇圧パワートランジスタＱ１がスイッチングされるようにしたＬＥＤ駆動回路において、クロック信号ＣＬＫ２を、クロック信号ＣＬＫ１を同期分周して得たクロックとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のクロックを使用して昇圧ＰＷＭ信号を生成し、該昇圧ＰＷＭ信号により昇圧パワートランジスタをスイッチングして昇圧電圧を発生し、該昇圧電圧を、複数のＬＥＤが直列接続されたＬＥＤ直列回路を有する負荷回路に対して供給するとともに、外部から入力するＰＷＭデューティ設定データを第２のクロックで処理して調光ＰＷＭ信号を生成し、該調光ＰＷＭ信号により前記ＬＥＤ直列回路に流れる定電流をスイッチングし、且つ前記調光ＰＷＭ信号の有効パルス幅の期間に前記昇圧パワートランジスタがスイッチングされるようにしたＬＥＤ駆動回路において、
前記第１のクロックと前記第２のクロックとを同期させたことを特徴とするＬＥＤ駆動回路。
【請求項２】
請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路において、
前記調光ＰＷＭ信号発生回路は、前記第１のクロックを分周して前記第２のクロックを生成する分周器と、該分周器から出力する前記第２のクロックによって繰り返しフリーランカウント動作を行うカウンタと、前記ＰＷＭデューティ設定データの値と前記カウンタのカウント値を比較して一致すると一致信号を出力する比較器と、前記カウンタのカウント値が初期値から前記比較器の一致信号が出力するまでの期間を有効パルス幅とする前記調光ＰＷＭ信号を作成するＲＳＦＦ回路と、を備えることを特徴とするＬＥＤ駆動回路。
【請求項３】
第１のクロックを使用して昇圧ＰＷＭ信号を生成し、該昇圧ＰＷＭ信号により昇圧パワートランジスタをスイッチングして昇圧電圧を発生し、該昇圧電圧を、複数のＬＥＤが直列接続されたＬＥＤ直列回路を有する負荷回路に対して供給するとともに、外部から入力する調光ＰＷＭ信号により前記ＬＥＤ直列回路に流れる定電流をスイッチングし、且つ前記調光ＰＷＭ信号の有効パルス幅の期間に前記昇圧パワートランジスタがスイッチングされるようにしたＬＥＤ駆動回路において、
前記調光ＰＷＭ信号を前記第１のクロックによってリタイミングするリタイミング手段を設け、該リタイミング手段でリタイミングされた調光ＰＷＭ信号により前記ＬＥＤ直列回路に流れる定電流をスイッチングするようにしたことを特徴とするＬＥＤ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動回路に係り、特に複数のＬＥＤを直列接続したＬＥＤ直列回路に昇圧パワートランジスタのスイッチングで発生した昇圧電圧を電源電圧として与えるとともに、そのＬＥＤ直列回路に流れる定電流を調光ＰＷＭ信号でスイッチングして調光を行うＬＥＤ駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５に従来のＬＥＤ駆動回路１００Ｃを示す。このＬＥＤ駆動回路１００Ｃは、複数のＬＥＤが直列接続されたＬＥＤ直列回路を複数個（図５では２個）並列接続した負荷回路２００に対して、電源電圧として昇圧電圧を供給するとともに、ＬＥＤに流れる定電流をＰＷＭ制御することで調光を行うものである。このようなＬＥＤ駆動回路に類似するものとしては、特許文献１に記載がある。
【０００３】
このＬＥＤ駆動回路１００Ｃでは、負荷回路２００のＬＥＤに定電流を流す定電流回路１１０の定電流源１１１，１１２に印加する電圧を電圧監視回路１２０で検出して、予め設定された基準値と比較し、その比較信号をエラー信号ＥＲＲとして、発振器１３０で生成される三角波ＯＳＣ１とコンパレータ１４０で比較して昇圧ＰＷＭ信号を生成し、これをアンド回路ＡＮＤに入力し、そのアンド回路ＡＮＤで昇圧ＰＷＭ駆動信号を生成して、昇圧ドライバ１５０に入力し、昇圧パワートランジスタＱ１をオン／オフ駆動する。なお、アンド回路ＡＮＤは、通常の動作中は、調光用ＰＷＭ信号の有効パルス幅期間（定電流回路１１０を定電流動作させるとき）、ＥＮ信号がハイレベルとなることによって、昇圧ドライバ１５０に昇圧ＰＷＭ駆動信号を出力する。ただし、アンド回路ＡＮＤは、過電圧保護回路１６０が過電圧を検出してその出力がハイレベルになると、インバータＩＮＶ１が出力をロウレベルにするので、その出力をロウレベルに固定して、昇圧パワートランジスタＱ１をオフにする。
【０００４】
以上により、昇圧パワートランジスタＱ１がオンしたときに昇圧コイルＬ１に蓄積されたエネルギーが、その昇圧パワートランジスタＱ１がオフしたときに整流ダイオードＤ１で整流されて出力コンデンサＣ１に蓄積され、昇圧電圧ＶＯＵＴとして負荷回路２００のＬＥＤ直列回路２１０，２１０に印加する。前記した昇圧ＰＷＭ信号のデューティは、エラー信号ＥＲＲに応じて調整されるので、昇圧電圧ＶＯＵＴは、定電流回路１１０内の定電流源に印加する電圧が前記した基準値となるように制御される。つまり、負荷回路２００のＬＥＤ直列回路２１０，２２０の各ＬＥＤの順方向電圧のばらつきが原因で、定電流回路１１０の定電流源１１１，１１２に印加する電圧が不足するおそれがあっても、昇圧電圧ＶＯＵＴが適時制御されることで、その定電流源１１１，１１２に必要な電圧が印加され、所定の定電流が出力できるようになる。
【０００５】
また、調光ＰＷＭ信号発生回路１９０は、外部入力するＰＷＭデューティ設定データと発振器１９１で発生するクロック信号ＣＬＫ３をＰＷＭ回路１９２に入力して、負荷回路２００のＬＥＤの輝度を調整するための調光ＰＷＭ信号を発生する。この調光ＰＷＭ信号は、定電流回路１１０に入力し、そこの定電流源１１１，１１２をオン／オフ駆動する。ＰＷＭデューティ設定データによって、この調光ＰＷＭ信号のデューティを変化させることにより、負荷回路２００のＬＥＤの輝度が調整される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特願２００７−２８７９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図６に、図５に示したＬＥＤ駆動回路１００Ｃの動作波形を示す。図５に示したＬＥＤ駆動回路１００Ｃでは、昇圧ＰＷＭ信号発生用の発振器１３０と調光ＰＷＭ発生用の発振器１９１が互いに独立している。このため、昇圧パワートランジスタＱ１のオン／オフ動作と、定電流回路１１０の定電流源１１１，１１２のオン／オフ動作が、非同期で行われる。
【０００８】
したがって、図６のその１、その２、その３に示すように、ノードＮ３の調光ＰＷＭ信号により、定電流回路１１０の定電流源１１１，１１２がオフからオンに切り替わった時刻ｔ１の後の昇圧パワートランジスタＱ１を駆動する昇圧ＰＷＭ駆動信号（Ｎ２）（＝「調光ＰＷＭ信号（Ｎ３）の反転信号」×昇圧ＰＷＭ信号（Ｎ１））の開始タイミングが、調光用ＰＷＭ信号のキャリア周期毎に異なったものとなる。
【０００９】
一方で、通常の昇圧動作においては、一般的に、昇圧パワートランジスタＱ１のオン／オフのタイミングでスイッチングノイズが発生しているが、このスイッチングノイズがＬＥＤ駆動電流に過度的な変動を及ぼすことがある。
【００１０】
特に、ＰＷＭ調光のオン期間が短いほど、調光ＰＷＭ信号のキャリア周期当たりの昇圧のスイッチング回数が少なくなるため、昇圧動作が安定動作に入るまでの時間が不足してしまう。また、定電流回路１１０も同様に、安定動作に入るまでの時間が不足してしまう。そして、このとき、クロック信号ＣＬＫ１と調光ＰＷＭ信号が非同期であれば、これら時間不足分もばらついてしまう。よって、調光ＰＷＭ信号がオンに切り替わった直後に供給される昇圧電圧ＶＯＵＴもばらついてしまう。
【００１１】
その結果、調光ＰＷＭ信号のオン期間が同一の場合であっても、調光ＰＷＭ信号のオン期間毎に、ＬＥＤ駆動電流の値がばらついてしまい、電圧監視回路１２０から出力するエラー信号ＥＲＲも毎回変動する。そして、この不規則な変動によって、ノイズが発生し、他の回路に悪影響を及ぼしてしまう。例えば、このノイズによって電圧監視回路１２０で観察される電圧が異常に低いと判定されると、過剰な昇圧動作が行われ、過電圧保護回路１６０が誤動作してハイレベルを出力し、昇圧動作が停止する事態も起こり得る。
【００１２】
これらに対しては、電圧監視回路１２０を含むフィードバックループの応答速度を高速化させれば、変動量を最小限に抑えることができるが、高速応答性をもつ回路構成を採用すると、コストが高くなる。
【００１３】
本発明の目的は、上記したような、調光ＰＷＭ信号のキャリア周期毎のＬＥＤ駆動電流のばらつきを抑制し、安定した動作が行われるようにしたＬＥＤ駆動回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、第１のクロックを使用して昇圧ＰＷＭ信号を生成し、該昇圧ＰＷＭ信号により昇圧パワートランジスタをスイッチングして昇圧電圧を発生し、該昇圧電圧を、複数のＬＥＤが直列接続されたＬＥＤ直列回路を有する負荷回路に対して供給するとともに、外部から入力するＰＷＭデューティ設定データを第２のクロックで処理して調光ＰＷＭ信号を生成し、該調光ＰＷＭ信号により前記ＬＥＤ直列回路に流れる定電流をスイッチングし、且つ前記調光ＰＷＭ信号の有効パルス幅の期間に前記昇圧パワートランジスタがスイッチングされるようにしたＬＥＤ駆動回路において、前記第１のクロックと前記第２のクロックとを同期させたことを特徴とする。
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路において、前記調光ＰＷＭ信号発生回路は、前記第１のクロックを分周して前記第２のクロックを生成する分周器と、該分周器から出力する前記第２のクロックによって繰り返しフリーランカウント動作を行うカウンタと、前記ＰＷＭデューティ設定データの値と前記カウンタのカウント値を比較して一致すると一致信号を出力する比較器と、前記カウンタのカウント値が初期値から前記比較器の一致信号が出力するまでの期間を有効パルス幅とする前記調光ＰＷＭ信号を作成するＲＳＦＦ回路と、を備えることを特徴とする。
請求項３にかかる発明は、第１のクロックを使用して昇圧ＰＷＭ信号を生成し、該昇圧ＰＷＭ信号により昇圧パワートランジスタをスイッチングして昇圧電圧を発生し、該昇圧電圧を、複数のＬＥＤが直列接続されたＬＥＤ直列回路を有する負荷回路に対して供給するとともに、外部から入力する調光ＰＷＭ信号により前記ＬＥＤ直列回路に流れる定電流をスイッチングし、且つ前記調光ＰＷＭ信号の有効パルス幅の期間に前記昇圧パワートランジスタがスイッチングされるようにしたＬＥＤ駆動回路において、前記調光ＰＷＭ信号を前記第１のクロックによってリタイミングするリタイミング手段を設け、該リタイミング手段でリタイミングされた調光ＰＷＭ信号により前記ＬＥＤ直列回路に流れる定電流をスイッチングするようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１、２にかかる発明によれば、昇圧ＰＷＭ信号を生成するための第１のクロックと調光ＰＷＭ信号を生成するための第２のクロックが同期しているので、調光ＰＷＭ信号により定電流源がオフからオンに切り替わった後の昇圧動作の開始タイミングが、調光ＰＷＭ信号のキャリア周期毎に同じになり、調光ＰＷＭ信号のオン期間が短く、調光ＰＷＭのキャリア周期当たりのスイッチング回数が少ない場合であっても、ＬＥＤ駆動電流の値にばらつきは発生せず、フィードバック量が同一となり、安定動作が行われる。また、請求項３にかかる発明によれば、非同期で外部から入力される調光ＰＷＭ信号が第１のクロックによってリタイミングされるので、請求項１にかかる発明と同様に、ＬＥＤ駆動電流のばらつきが抑制され安定動作が行われる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施例のＬＥＤ駆動回路の回路図である。
【図２】図１のＬＥＤ駆動回路のＰＷＭ回路１７２の具体的な回路図である。
【図３】図１のＬＥＤ駆動回路の動作波形図である。
【図４】本発明の第２の実施例のＬＥＤ駆動回路の回路図である。
【図５】従来のＬＥＤ駆動回路の回路図である。
【図６】図５のＬＥＤ駆動回路の動作波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜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１００Ａを示す。このＬＥＤ駆動回路１００Ａは、定電流源１１１，１１２を有するＬＥＤ駆動用の定電流回路１１０、その定電流回路１１０の定電流源１１１，１１２に印加する電圧を検出して基準値との比較結果をエラー信号ＥＲＲとして出力する電圧監視回路１２０、そのエラー信号ＥＲＲと発振器１３０から出力する三角波ＯＳＣ１との比較結果で昇圧ＰＷＭ信号を生成するコンパレータ１４０、そのコンパレータ１４０から出力する昇圧ＰＷＭ信号と発振器１３０から出力するクロック信号ＣＬＫ１と後記するＥＮ信号としての調光ＰＷＭ信号と過電圧保護回路１６０の出力をインバータＩＮＶ１で反転した信号とによって昇圧ＰＷＭ駆動信号を生成するアンド回路ＡＮＤ、そのアンド回路ＡＮＤから出力する昇圧ＰＷＭ駆動信号で昇圧パワートランジスタＱ１をオン／オフ駆動する昇圧ドライバ１５０、昇圧パワートランジスタＱ１がオンしたときにエネルギーを蓄積し、オフしたときに吐き出す昇圧コイルＬ１、昇圧コイルＬ１が吐き出すエネルギーの電圧を整流する整流ダイオードＤ１、整流ダイオードＤ１で整流された電圧を蓄積して昇圧電圧ＶＯＵＴを生成する出力コンデンサＣ１、調光ＰＷＭ信号発生回路１７０を有する。
【００１８】
調光ＰＷＭ信号発生回路１７０は、外部入力するＰＷＭデューティ設定データと分周器１７１で発生するクロック信号ＣＬＫ２をＰＷＭ回路１７２に入力して、負荷回路２００のＬＥＤの輝度を調整するための調光ＰＷＭ信号を発生する。分周器１７１で発生するクロック信号ＣＬＫ２は、発振器１３９から出力するクロック信号ＣＬＫ１を分周したクロックであり、クロック信号ＣＬＫ１に同期している。
【００１９】
前記した定電流回路１１０の定電流源１１１は、ＬＥＤ直列回路２１０に定電流を流すためのもの、定電流源１１２はＬＥＤ直列回路２２０に定電流を流すためのものであり、いずれの定電流源１１１，１１２も、調光ＰＷＭ信号発生回路１７０で生成された調光ＰＷＭ信号がロウレベルのとき動作し、ハイレベルのとき動作停止することで、ＬＥＤのＰＷＭ調光を行う。一方の電流源１１１は、図１の下部に示すように、そこを流れる電流に応じて抵抗Ｒ１に発生する電圧と基準電圧Ｖrefとを演算増幅器１１１１で比較し、その比較結果により電流源トランジスタＱ２を制御することで、電流源トランジスタＱ２に流れる電流を基準電圧Ｖrefに応じた定電流に制御する。そして、この演算増幅器１１１１の動作／非動作が、調光ＰＷＭ信号に応じて制御される。他方の電流源１１２についても同様である。
【００２０】
電圧監視回路１２０は、定電流回路１１０の定電流源１１１，１１２に印加する電圧を検出して、そのいずれか１つ以上の検出電圧が予め設定した基準値より高いときは、エラー信号ＥＲＲを小さくし、検出電圧が基準値より低いときは、エラー信号ＥＲＲを大きくする。エラー信号ＥＲＲが小さくなれば、コンパレータ１４０から出力する昇圧ＰＷＭ信号のデューティの値が低くなり、大きくなれば、コンパレータ１４０から出力する昇圧ＰＷＭ信号のデューティの値が高くなる。基準値としては、定電流源１１１，１１２のトランジスタの飽和電圧より若干高い電圧が設定される。そして、エラー信号ＥＲＲに応じて生成される昇圧ＰＷＭ信号により、昇圧パワートランジスタＱ１のスイッチングデューティを制御することで、定電流回路１１０の定電流源１１１，１１２に印加する電圧が前記基準値の電圧となるように、昇圧電圧ＶＯＵＴがフィードバック制御される。定電流源は、図１の下部に示すような回路構成によって基準電圧Ｖrefに応じた定電流が流れるように制御されているものの、そこに直列接続される複数のＬＥＤの順方向の電圧のばらつきが原因で、その定電流源のトランジスタ（Ｑ２等）に、そのトランジスタが定電流動作できるだけの飽和電圧が印加されなくなることがあるので、このような事態を防止し、そのトランジスタが定電流動作できる飽和電圧が印加されるように、前記したようなフィードバック制御が行われる。
【００２１】
アンド回路ＡＮＤは、コンパレータ１４０から出力する昇圧ＰＷＭ信号に応じた昇圧ＰＷＭ駆動信号を生成するが、このとき、クロック信号ＣＬＫ１によって、昇圧ＰＷＭ駆動信号の最高デューティの値が制限される。また、アンド回路ＡＮＤは、調光ＰＷＭ信号発生回路１７０からＥＮ信号として入力する調光ＰＷＭ信号のオン期間（ＬＥＤ点灯期間：ＥＮ信号がハイレベル）中に昇圧ＰＷＭ駆動信号を出力し、オフ期間（ＬＥＤ消灯期間）中は昇圧ＰＷＭ駆動信号を出力しない。また、アンド回路ＡＮＤは、過電圧保護回路１６０が過電圧を検出してハイレベルの信号を出力すると、インバータＩＮＶ１によってロウレベルの信号が入力し、出力をロウレベルに固定し、昇圧パワートランジスタＱ１を停止させる。
【００２２】
図２に、調光ＰＷＭ信号発生回路１７０のＰＷＭ回路１７２の構成を示す。このＰＷＭ回路１７２は、ｎビットのＰＷＭデューティ設定データをラッチ回路１７２１でラッチして、そのラッチデータを、クロック信号ＣＬＫ２で繰り返しフリーランカウントを行うｎビットのカウンタ１７２２のカウント値と比較器１７２３で比較し、両者が一致したときにＲＳＦＦ回路１７２４をリセットすることで、カウンタ１７２２のカウント値が初期値ゼロでセットされてからリセットされるまでのパルス幅をもつ調光ＰＷＭ信号を、そのＲＳＦＦ回路１７２４で発生する。この例では、調光ＰＷＭ信号のキャリア周期は、カウンタ１７２２のゼロから最大カウント値までの時間となる。
【００２３】
図３に、図１のＬＥＤ駆動回路１００Ａの動作の波形図を示す。本実施例では、調光ＰＷＭ信号発生回路１７０のＰＷＭ回路１７２に入力するクロック信号ＣＬＫ２が、昇圧ＰＷＭ信号を生成するクロック信号ＣＬＫ１を同期分周したクロックであるので、両クロックは同期している。したがって、調光ＰＷＭ駆動信号がオフからオンに切り替わった時刻ｔ１の後の昇圧動作の開始タイミングが、調光ＰＷＭ信号のキャリア周期毎に同じタイミングとなる。その結果、ＬＥＤ駆動電流のばらつきが抑制され、特に、ＰＷＭ調光のオン期間が短く、調光ＰＷＭのキャリア周期当たりの昇圧のスイッチング回数が少ないときであっても、電圧監視回路１２０から出力するエラー信号ＥＲＲが安定し、ＬＥＤ駆動電流の変動が抑制され安定動作が行われる。
【００２４】
＜第２の実施例＞
図５に、本発明の第２の実施例のＬＥＤ駆動回路１００Ｂを示す。本実施例では、調光ＰＷＭ信号を非同期で外部から入力する場合に、リタイミング手段としてのＤＦＦ回路１８０を使用するものである。ＤＦＦ回路１８０のＤ端子に外部入力する調光ＰＷＭ信号を入力させ、クロック端子に昇圧用の発振器１３０のクロック信号ＣＬＫ１を入力させることで、外部入力される調光ＰＷＭ信号が、クロック信号ＣＬＫ１によってリタイミングされる。
【００２５】
したがって、第１の実施例と同様に、調光ＰＷＭ信号により昇圧パワートランジスタＱ１がオフからオンに切り替わった時刻ｔ１の後の昇圧動作の開始タイミングが、調光ＰＷＭ信号のキャリア周期毎に同じタイミングとなる。その結果、ＬＥＤ駆動電流の変動が抑制される。
【符号の説明】
【００２６】
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ：ＬＥＤ駆動回路、１１０：定電流回路、１１１，１１２：定電流源、１２０：電圧監視回路、１３０：発振器、１４０：コンパレータ、１５０：昇圧ドライバ、１６０：過電圧保護回路、１７０：調光ＰＷＭ信号発生回路、１７１：分周器、１７２：ＰＷＭ回路、１８０：ＤＦＦ回路、１９０：調光ＰＷＭ信号発生回路
２００：負荷回路、２１０，２２０：ＬＥＤ直列回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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