(57)【要約】【課題】  ＬＥＤを定電流で駆動すると共に、ＬＥＤに供給する電圧を最適化することでＬＥＤを含む回路素子群の発熱を低減し、調光時でもバックライトユニットを安定して点灯させることができるＬＥＤ駆動装置を提供する。【解決手段】  本発明のＬＥＤ駆動装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８、出力駆動素子１０、電圧比較回路１２及び出力電圧制御回路１３にて供給電圧制御用の第１の負帰還閉ループＣＬ１を形成し、また、出力駆動素子１０及び定電流制御回路１１にて定電流制御用の第２の負帰還閉ループＣＬ２を形成し、供給電圧制御用の第１の負帰還閉ループＣＬ１の周波数応答特性を定電流制御用の第２の負帰還閉ループＣＬ２の周波数応答特性の１／２０以下に設定することで、定電流制御の応答性を損なわずに供給電圧制御用の第１の負帰還閉ループＣＬ１を安定に動作させるようにしたものである。【選択図】      図１
2007042758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された複数の発光ダイオードと、
前記直列接続された発光ダイオードのアノード側に直流電源から電力効率の良い電圧値を供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記直列接続された発光ダイオードのカソード側に一端が接続された出力駆動素子と、
前記出力駆動素子の他端に、その一端が接続され、その他端が接地された電流検出用の抵抗と、
前記複数の直列接続された発光ダイオードに効率の良い最適値の電圧を供給するために、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する出力電圧制御回路と、
前記出力電圧制御回路に出力電圧指令を与えるために、前記電流検出用の抵抗に流れる電流を変換した電圧を第１の比較電圧とし、所望の基準電圧と比較して差電圧を前記出力電圧制御回路に出力する電圧比較回路と、
前記電流検出用の抵抗に流れる電流を変換した第２の比較電圧を定電流制御のための所定電圧と比較し、前記出力駆動素子をその通電電流が定電流になるように制御する定電流制御回路とを備え、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、出力駆動素子、電圧比較回路及び出力電圧制御回路にて構成される閉ループを供給電圧制御用の第１の負帰還閉ループとし、前記出力駆動素子及び定電流制御回路にて構成される閉ループを定電流制御用の第２の負帰還閉ループとしたことを特徴とするＬＥＤ駆動装置。
【請求項２】
直列接続された複数の発光ダイオードと、
前記直列接続された発光ダイオードのアノード側に直流電源から電力効率の良い電圧値を供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記直列接続された発光ダイオードのカソード側に一端が接続された出力駆動素子と、
前記出力駆動素子の他端に、その一端が接続され、その他端が接地された電流検出用の抵抗と、
前記複数の直列接続された発光ダイオードに効率の良い最適値の電圧を供給するために、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する出力電圧制御回路と、
前記出力駆動素子の両端の差電圧を算出する差電圧算出回路と、
前記出力電圧制御回路に出力電圧指令を与えるために、前記差電圧算出回路の算出した差電圧を第１の比較電圧とし、所望の基準電圧と比較して電圧差を前記出力電圧制御回路に出力する電圧比較回路と、
前記電流検出用の抵抗に流れる電流を変換した第２の比較電圧を定電流制御のための所定電圧と比較し、前記出力駆動素子をその通電電流が定電流になるように制御する定電流制御回路とを備え、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、出力駆動素子、差電圧算出回路、電圧比較回路及び出力電圧制御回路にて構成される閉ループを供給電圧制御用の第１の負帰還閉ループとし、前記出力駆動素子及び定電流制御回路にて構成される閉ループを定電流制御用の第２の負帰還閉ループとしたことを特徴とするＬＥＤ駆動装置。
【請求項３】
前記差電圧算出回路に対して、外部から与えられる調光率に対応して可変な基準電圧を与える制御基準作成回路を備えたことを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ナビゲーションなどの液晶用のバックライトには、光源として水銀が封入された冷陰極蛍光ランプが使用されてきたが、近年有害物質である水銀の使用を減らすため、代りの光源として白色やＲＧＢなどの発光ダイオード素子を使用したバックライトユニットが注目され徐々に商品化されつつある。
【０００３】
図１２は発光ダイオード素子（ＬＥＤ）を使った一般的なバックライトユニットを示す図である。バックライトユニットは導光板１０３、バックフレーム１０４、フロントフレーム１０６を備えている。バックフレーム１０４はＬＥＤ実装用基板１０２を内蔵している。ＬＥＤ実装用基板１０２には、白色などのＬＥＤ１０１が並べられ、これらのＬＥＤ１０１から発せられる光が導光板１０３で偏向され、光学シート１０５等を透過して表示部１０７から液晶へ照射される。尚、従来は、このＬＥＤ１０１とＬＥＤ実装用基板１０２の代りに、光源として水銀が封入された冷陰極蛍光ランプが使用されていたのである。
【０００４】
以下、ＬＥＤを点灯を制御する従来の技術を説明する。ＬＥＤの発光輝度は流れる電流の大きさに依存する。このため、ＬＥＤを安定して点灯させるためには、ＬＥＤを定電流にて駆動することが必要である。図１３はＬＥＤを定電流駆動するよう構成された従来の点灯回路のブロック図であり、図１４は具体的回路例の回路図である。
【０００５】
図１３では、２個以上のＬＥＤ２０１を直列に接続し、その一端にＬＥＤ２０１に流れる電流を検出するための抵抗ＲＣＳを接続し接地（ＧＮＤ）している。このＬＥＤ２０１に定電流を流すために、抵抗ＲＣＳに流れる電流を電圧変換した比較電圧を電圧比較回路２１２へ送り、所望の基準電圧と比較する。さらに、電圧比較回路２１２での比較結果に応じて、出力電圧制御回路２１３が降圧式又は昇圧式のスイッチング方式などのＤＣ／ＤＣコンバータ８を制御し、その出力電圧を平滑回路２１９で電力効率の良い所望のＤＣ電圧値（ＶＳＷ２）にしてＬＥＤ２０１へ供給することで、負帰還の閉ループ制御ＣＬ３を行う。
【０００６】
図１４はこの従来のＬＥＤ駆動回路の具体的回路例であり、次のように構成されている。ＬＥＤ２０１に流れる電流を検出用抵抗ＲＣＳに流すことで電圧変換し、その電圧変換値をオペアンプ等で構成された誤差増幅用の電圧比較回路２２０の比較値として使い、基準電圧ＶＲｅｆと比較する。さらに電圧比較回路２２０の出力をコンパレータで構成される出力電圧制御回路２２１で三角波ＶＯＳＣ２と比較し、その比較結果によりＤＵＴＹが変化するパルス状の方形波電圧ＶＧ２を生成する。そして、このＤＵＴＹが変化するパルス状の方形波電圧ＶＧ２にてＰチャンネルＦＥＴで成るスイッチング素子２１４のゲートを制御し、電源ＶＩＮの直流電圧を所定の直流電圧に変換して出力する。つまり、ＳＷ電源方式のＤＣ／ＤＣコンバータ２０８として動作する。そして、このスイッチング素子２１４のドレイン端子をダイオード２１５のカソードとインダクタ２１６へ接続した後、インダクタ２１６の他端から出力される電圧を平滑用コンデンサ２１７で直流電圧ＶＳＷ２へ変換し、電力効率の良い電圧をＬＥＤ２０１群に供給する。
【０００７】
このようにして構成される負帰還閉ループＣＬ３では、ＩＬＥＤ×ＲＣＳ＝ＶＲｅｆ（一定）になるように制御されることになり、ＬＥＤ２０１に流れる電流ＩＬＥＤは概ねＶＲｅｆ／ＲＣＳの定電流で点灯されることとなる。すなわち、ＬＥＤ２０１に流れる電流が所望の電流より大きい場合は、スイッチング素子２１４のゲートにオン期間の幅の狭いパルス状の方形波電圧ＶＧ２が供給されることでＬＥＤ２０１に印加される平滑化された電圧ＶＳＷ２は低くなりＬＥＤ２０１の電流を小さくする方向へ働く。逆に、ＬＥＤ２０１に流れる電流が所望の電流より小さくなった場合は、スイッチング素子２１４のゲートにオン期間の幅の広いパルス状の方形波電圧ＶＧ２が供給されることでＬＥＤ２０１に印加される平滑化された電圧ＶＳＷ２は高くなり、ＬＥＤ２０１の電流を大きくする方向へ働く。このような負帰還閉ループ制御により、電圧検出抵抗ＲＣＳの電圧値が基準電圧ＶＲＥＦと同じになるような所望の定電流ＩＬＥＤがＬＥＤ２０１に流れることで安定状態を作ることとなる。
【０００８】
この図１４に示した回路例は、電源ＶＩＮの電圧値がＬＥＤ２０１を所望の明るさに点灯させるために必要な最大電圧値以上の場合であり、降圧式タイプのＤＣ／ＤＣコンバータ２０８を構成していることになる。しかし、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０８が、電源ＶＩＮの電圧値とＬＥＤ２０１に供給するのに必要な最大電圧値の大小比較に応じて降圧式、昇圧式、昇降圧式の３種類のタイプが考えられ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０８の駆動方式は限定されていない。
【０００９】
この従来回路の構成では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０８の出力電圧を制御することによってＬＥＤ２０１を定電流で駆動できるとともに、ＬＥＤ２０１のＶＦ規格によらず高効率駆動が実現でき、所望の定電流値と温度に依存したＶＦ値に応じた必要最小限の駆動電圧にＤＣ／ＤＣコンバータ２０８の出力が制御されるため、ＶＦ規格から考慮される電圧マージンによる損失は発生しないという特徴があった。
【００１０】
上記従来回路例に類似した特許の一例として、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０８の形式を昇圧式に限定し、携帯機器に応用した技術が特開２００３−１５２２２４号公報（特許文献１）に開示されている。
【００１１】
しかしながら、従来の図１３、図１４に示したようなＬＥＤ駆動回路では、電源ＶＩＮの電圧変動や外部からのノイズ、さらに電流検出抵抗部分へ飛び込む外乱ノイズ、制御ループ内の変動が発生すると定電流制御が不安定となり、そのため制御ループＣＬ３の応答速度（周波数特性）及びゲインをあまり高くすることができない技術的な限界がある。そのため、上記の従来回路は、携帯電話などのように常時決まった定電流をＬＥＤ２０１に流すことで十分バックライトとしての目的を達成できるものには採用するには最適であったが、頻繁に所望の定電流値が変わるような商品、例えば調光機能が必要な分野の商品に採用するには不十分であった。特に、上記の従来回路では、調光率が概ね１０％以下の領域で安定した調光性能が得られない上に、調光率に対するＬＥＤ２０１の電流特性も誤差が増大し非線形となってしまうため、５％以下の極めて低い調光率まで線形な特性が要求される車載用のナビゲーション用の液晶バックライトヘの採用のためにはさらに技術改良が求められていた。
【特許文献１】特開２００３−１５２２２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上述したような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、発光ダイオード（ＬＥＤ）を定電流で駆動すると共に、ＬＥＤに供給する電圧を最適化することでＬＥＤを含む回路素子群の発熱を低減し、調光時でもバックライトユニットを安定して点灯させることができるＬＥＤ駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明のＬＥＤ駆動装置は、直列接続された複数の発光ダイオードと、前記直列接続された発光ダイオードのアノード側に直流電源から電力効率の良い電圧値を供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直列接続された発光ダイオードのカソード側に一端が接続された出力駆動素子と、前記出力駆動素子の他端に、その一端が接続され、その他端が接地された電流検出用の抵抗と、前記複数の直列接続された発光ダイオードに効率の良い最適値の電圧を供給するために、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する出力電圧制御回路と、前記出力電圧制御回路に出力電圧指令を与えるために、前記電流検出用の抵抗に流れる電流を変換した電圧を第１の比較電圧とし、所望の基準電圧と比較して差電圧を前記出力電圧制御回路に出力する電圧比較回路と、前記電流検出用の抵抗に流れる電流を変換した第２の比較電圧を定電流制御のための所定電圧と比較し、前記出力駆動素子をその通電電流が定電流になるように制御する定電流制御回路とを備え、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、出力駆動素子、電圧比較回路及び出力電圧制御回路にて構成される閉ループを供給電圧制御用の第１の負帰還閉ループとし、前記出力駆動素子及び定電流制御回路にて構成される閉ループを定電流制御用の第２の負帰還閉ループとしたものである。
【００１４】
請求項２の発明のＬＥＤ駆動装置は、直列接続された複数の発光ダイオードと、前記直列接続された発光ダイオードのアノード側に直流電源から電力効率の良い電圧値を供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直列接続された発光ダイオードのカソード側に一端が接続された出力駆動素子と、前記出力駆動素子の他端に、その一端が接続され、その他端が接地された電流検出用の抵抗と、前記複数の直列接続された発光ダイオードに効率の良い最適値の電圧を供給するために、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する出力電圧制御回路と、前記出力駆動素子の両端の差電圧を算出する差電圧算出回路と、前記出力電圧制御回路に出力電圧指令を与えるために、前記差電圧算出回路の算出した差電圧を第１の比較電圧とし、所望の基準電圧と比較して電圧差を前記出力電圧制御回路に出力する電圧比較回路と、前記電流検出用の抵抗に流れる電流を変換した第２の比較電圧を定電流制御のための所定電圧と比較し、前記出力駆動素子をその通電電流が定電流になるように制御する定電流制御回路とを備え、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、出力駆動素子、差電圧算出回路、電圧比較回路及び出力電圧制御回路にて構成される閉ループを供給電圧制御用の第１の負帰還閉ループとし、前記出力駆動素子及び定電流制御回路にて構成される閉ループを定電流制御用の第２の負帰還閉ループとしたものである。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項２のＬＥＤ駆動装置において、前記差電圧算出回路に対して、外部から与えられる調光率に対応して可変な基準電圧を与える制御基準作成回路を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、供給電圧制御用の第１の負帰還閉ループの周波数応答特性を定電流制御用の第２の負帰還閉ループの周波数応答特性の１／２０以下に設定することで、定電流制御の応答性を損なわずに供給電圧制御が安定して行える。すなわち、各負帰還閉ループの周波数の応答特性が２０倍以上も違うことからお互いが干渉して不安定になることがないので、定電流制御用の第２の負帰還閉ループの利得及び周波数応答を高く設定でき、非常に精度の良い定電流特性が達成できる。
【００１７】
また、本発明によれば、電圧基準を調光率に応じて可変とすることで、頻繁に所望の定電流値が変わるような分野の商品や極めて低い調光性能が必要な分野の商品にも十分対応可能であり、特に車載用のナビゲーションの液晶バックライトに必要な５％以下の極めて低い調光率域での線形な電流特性を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。
【００１９】
（第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施の形態のＬＥＤ駆動装置のブロック図である。図１において、１は発光ダイオード（ＬＥＤ）、８はＤＣ／ＤＣコンバータ、９は平滑回路、１０は出力駆動素子、１１は定電流制御回路、１２は電圧比較回路、１３は出力電圧制御回路を表している。
【００２０】
２個以上のＬＥＤ１を直列に接続し、そのアノード側には、バッテリー等のＤＣ電源ＶＩＮからの直流電力をＤＣ／ＤＣ変換するための降圧式又は昇圧式、あるいは昇降圧式のスイッチング又はチョッパ方式などのＤＣ／ＤＣコンバータ８が平滑回路９を介して接続してある。また、ＬＥＤ１のカソード側には、トランジスタやＦＥＴなどの出力駆動素子１０、電流検出用の抵抗ＲＣＳが順に接続してあり、この抵抗ＲＣＳの他端は接地（ＧＮＤ）してある。
【００２１】
ＬＥＤ１に効率の良い最適値の電圧を供給するために、出力電圧制御回路１３にてＤＣ／ＤＣコンバータ８を制御する。また、出力駆動素子１０がＬＥＤ１に定電流を流すように制御するために、この出力駆動素子１０は定電流制御回路１１にて制御する。
【００２２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ８の制御は従来と同様であり、抵抗ＲＣＳに流れる電流ＩＬＥＤを電圧変換した比較電圧（＝ＲＣＳ×ＩＬＥＤ）を電圧比較回路１２へ送り、所望の基準電圧ＶＲＥＦと比較する。さらに、電圧比較回路１２での比較結果に応じて、出力電圧制御回路１３がＤＣ／ＤＣコンバータ８を制御し、その出力電圧を平滑回路９で電力効率の良い所望のＤＣ電圧値（ＶＳＷ１）にしてＬＥＤ１へ供給することで、負帰還の閉ループ制御ＣＬ１を行う。
【００２３】
定電流制御回路１１による定電流制御は、上記の電圧検出抵抗の比較電圧を所定値と比較し、出力駆動素子１０の通電電流が定電流になるように制御することで、負帰還の閉ループ制御ＣＬ２を行う。
【００２４】
本実施の形態のＬＥＤ駆動装置は、ＬＥＤ１に効率の良い最適値の電圧を供給するための供給電圧制御用閉ループＣＬ１を構成する回路群の中に、ＬＥＤ１に定電流を流すための制御用の閉ループＣＬ２を構成した回路群が存在する構成であり、供給電圧制御用の閉ループＣＬ１とＬＥＤ１に定電流を流すための定電流制御用の閉ループＣＬ２との経路の一部が共通する構成となっている。閉ループＣＬ１と閉ループＣＬ２の共通部分は、ＬＥＤ１に流れる電流を、検出抵抗ＲＣＳを使って電圧情報に変換する部分であり、この検出抵抗ＲＣＳの電圧は定電流制御回路１１及び電圧比較回路１２それぞれの比較値としている。すなわち、ＬＥＤ１に流れる電流を電流検出用抵抗ＲＣＳによって電流−電圧変換した電圧値（ＩＬＥＤ×ＲＣＳ）を供給電圧制御用の比較情報とすると同時に、定電流制御用の比較情報としても利用することで、それぞれの制御用の閉ループＣＬ１，ＣＬ２は所望の基準値ＶＲｅｆ，Ｉ０×ＶＲに一致するように負帰還制御する。ここで、供給電圧制御用の閉ループＣＬｌの周波数応答が定電流制御用の閉ループＣＬ２の周波数応答の１／２０以下に設定することで、定電流制御の応答性を損なわずに供給電圧制御用の負帰還閉ループＣＬ１を安定に動作させることができる。すなわち、各負帰還閉ループＣＬ１，ＣＬ２の周波数の応特性が２０倍以上も違うことからお互いが干渉して不安定になることがないので、定電流制御用の負帰還閉ループＣＬ２の利得及び周波数応答を高く設定できることから、非常に精度の良い定電流特性を達成できる。
【００２５】
図２は本実施の形態のＬＥＤ駆動装置の具体回路図である。図２において、１４はＭＯＳ−ＦＥＴ、１５はダイオード、１６はインダクタ、１７はコンデンサ、１８はＬＥＤ駆動素子（トランジスタ）、１９は負帰還増幅回路、２０は電圧比較増幅器、２１は比較器（コンパレータ）を表している。尚、ＬＥＤの符号「１」は図１と同様の符号を用いている。
【００２６】
図１と図２を照合しながら説明する。図１のＤＣ／ＤＣコンバータ８に相当するのが、図２のＰチャンネルのＭＯＳ−ＦＥＴ１４とダイオード１５であり、出力電圧制御回路１３がコンパレータ２１、電圧比較回路１２が電圧比較増幅器２０、平滑回路９がインダクタ１６と平滑コンデンサ１７である。本実施の形態の回路は降圧型のスイッチング電源方式のＤＣ／ＤＣコンバータ構成になっている。さらに、図１中の出力駆動素子１０に相当するのが、トランジスタ１８であり、定電流制御回路１１に相当するのがトランジスタ１８を負荷にした負帰還増幅回路１９である。
【００２７】
先ず、ＬＥＤ１に所望の一定の電流を流すための定電流制御用の閉ループＣＬ２の動作は、ＬＥＤ１に流れる電流を検出抵抗ＲＣＳを使って電圧情報ＶＥ（＝ＲＣＳ×ＩＬＥＤ）に変換し、その電圧値ＶＥと所望の電流値に対応した基準電圧値ＶＲｅｆ１（＝Ｉ０×可変抵抗ＶＲの抵抗値）とを比較し、その誤差に応じて出力駆動素子１０を負帰還ループ制御する。
【００２８】
他方、ＬＥＤ１に電力効率の良い必要最低な最適電圧を供給するための供給電圧制御用の負帰還閉ループＣＬ１は、次のように動作する。ＬＥＤ１に流れる電流を制御する出力駆動素子１８が定電流動作及び応答性に追従できなくなる飽和領域で動作しないために必要な概ね最低電圧値を予め制御目標値として電圧比較増幅器２０の基準値ＶＲｅｆ２として設定している。電圧比較増幅器２０では、先の定電流制御用の負帰還ループＣＬ２に対する負帰還電圧値ＶＥを比較情報として共通に用い、基準電圧値ＶＲＥＦ２とこの比較電圧ＶＥとを比較する。さらに電圧比較増幅器２０の出力をコンパレータ２１で三角波ＶＯＳＣ１と比較し、その比較結果によりＤＵＴＹが変化するパルス状の方形波電圧ＶＧ１を生成する。そして、このＤＵＴＹが変化するパルス状の方形波電圧ＶＧ１にてＰチャンネルＦＥＴ１４のゲートを制御し、直流電源の直流電圧ＶＩＮを所定の直流電圧ＶＳＷ１に変換して出力する。このＦＥＴ１４の直流出力は、平滑用のインダクタ１６とコンデンサ１７にて平滑化し、電力効率の良い電圧としてＬＥＤ１に供給する。
【００２９】
図３は本実施の形態のＬＥＤ駆動装置の電圧のオシロ波形図である。入力電圧ＶＩＮに対してＬＥＤ１に所望の定電流が流れるのに必要な電力変換効率の良い電圧値ＶＳＷ１が供給され、しかも線形で安定な定電流ＩＬＥＤとなっていることがわかる。ここで、電力変換効率の良い電圧ＶＳＷ１とは、ＬＥＤ１が周囲の温度条件下で所望の電流を流すのに必要な各ＶＦを足した電圧と出力駆動素子１０がサチレーションしない電圧と検出抵抗ＲＣＳの電圧を総和した電圧値となる。
【００３０】
本実施の形態のＬＥＤ駆動装置によれば、各負帰還閉ループの周波数の応答特性が２０倍以上も違うことからお互いが干渉して不安定動作になることがないため、定電流制御用の負帰還閉ループＣＬ２の利得及び周波数応答を高く設定でき、これによって非常に精度良く高速に応答する定電流回路が達成できる。そのため、電圧基準を調光率に応じて可変とすることで、頻繁に所望の定電流値が変わるような分野の商品や極めて低い調光性能が必要な分野の商品にも十分対応可能であり、特に車載用のナビゲーションの液晶バックライトに必要な５％以下の極めて低い調光率域での線形な電流特性を達成できる。
【００３１】
（第２の実施の形態）図４は本発明の第２の実施の形態のＬＥＤ駆動装置のブロック図である。本実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態のＬＥＤ駆動装置の構成に対して、差電圧算出回路３１を付加したことを特徴とする。この差電圧算出回路３１は、出力駆動素子１０のドレイン−ソース間電圧又はコレクターエミッタ間電圧を算出するものであり、算出した差電圧を電圧比較回路１２に対して出力するものである。尚、図４において、図１と同一の要素には同一の符号を用いて表している。
【００３２】
複数個のＬＥＤ１を直列に接続し、そのアノード側には、バッテリー等のＤＣ電源ＶＩＮから電力効率の良い電圧を供給するための降圧式又は昇圧式、あるいは昇降圧式のスィッチング又はチョッパ方式などのＤＣ／ＤＣコンバータ８を平滑回路９を介して接続している。また、ＬＥＤ１のカソード側はトランジスタやＦＥＴなどの出力駆動素子１０を介して電流検出用の抵抗ＲＣＳを接続し、この抵抗ＲＣＳの他端を接地（ＧＮＤ）している。
【００３３】
本実施の形態のＬＥＤ駆動装置は、ＬＥＤ１に電力効率の良い最適値の電圧を供給するための供給電圧制御用閉ループＣＬ１を構成する回路群と、ＬＥＤ１に一定の電流を流すための定電流制御用の閉ループＣＬ２を構成する回路群とを完全に別に存在する構成にしている。
【００３４】
先ず、ＬＥＤ１に所望の一定の電流を流すための定電流制御用の閉ループＣＬ２の動作は、ＬＥＤ１に流れる電流を、検出抵抗ＲＣＳを使って電圧情報ＩＬＥＤ×ＲＣＳに変換し、その電圧値と所望の電流値に対応した基準電圧値とを比較し、その誤差に応じて出力駆動素子１０を負帰還ループ制御する。他方、ＬＥＤ群に電力効率の良い必要最低な最適電圧を供給するため、ＬＥＤ１に流れる電流を制御する出力駆動素子が定電流動作及び応答性に追従できなくなる飽和領域で動作しないために必要な概ね最低電圧値を予め制御目標値として電圧比較回路１２の基準値として設定している。電圧比較回路１２ではこの基準電圧値と、差電圧算出回路３１で算出した電圧比較値、つまり、出力駆動素子１０のドレイン−ソース間電圧又はコレクターエミッタ間電圧と比較する。そしてこの電圧比較回路１２の出力に応じて、出力電圧制御回路１３、ＤＣ／ＤＣコンバータ８、平滑回路９により出力駆動素子１０が飽和しないような電圧になるように供給電圧制御用の負帰還閉ループＣＬ１を動作させる。
【００３５】
図５は本発明の第２の実施の形態のＬＥＤ駆動装置の具体回路図である。この第２の実施の形態の回路構成は、図２に示した第１の実施の形態の回路構成に対して、負側増幅器２２、正側増幅器２３を追加的に付加した構成を特徴としている。尚、図５において、図２と同一の要素には同一の符号を用いて表している。
【００３６】
図５について図４と照合しながら説明する。図４中のＤＣ／ＤＣコンバータ８に相当するのが、図５中のＰチャンネルのＭＯＳ−ＦＥＴ１４とダイオード１５であり、出力電圧制御回路１３がコンパレータ２１、電圧比較回路１２が電圧比較増幅器２０、平滑回路９がインダクタ１６とコンデンサ１７である。本実施の形態の回路は、第１の実施の形態と同様に降圧型のスイッチング電源方式のＤＣ／ＤＣコンバータ構成になっている。さらに、図４中の出力駆動素子１０に相当するのがトランジスタ１８であり、定電流制御回路１１に相当するのが、トランジスタ１８を負荷にした負帰還増幅回路１９である。
【００３７】
まず、定電流制御用閉ループＣＬ２では、ＬＥＤ１に流れる電流ＩＬＥＤを電流検出用抵抗ＲＣＳによって電流−電圧変換し、その電圧値ＶＥ（＝ＩＬＥＤ×ＲＣＳ）を定電流用の負帰還増幅器１９の比較情報とし、目標とするＬＥＤ１の電流に対応した基準電圧値ＶＲｅｆ１（＝Ｉ０×Ｒ１）と一致するようにトランジスタ１８のベース電流を制御し、負帰還増幅回路動作させる。これにより、トランジスタ１８は目的の定電流をＬＥＤ１から引っ張ろうと動作する。
【００３８】
他方、供給電圧制御用閉ループＣＬ１では、ＬＥＤ１に電力効率の良い必要最低な最適電圧ＶＳＷ１を供給するため、ＬＥＤ１に流れる電流を制御するトランジスタ１８が定電流動作及び応答性に追従できなくなる飽和領域で動作しないために必要な最低電圧以上の値を予め制御目標値ＶＲｅｆ２（Ｉ１×Ｒ２）として電圧比較増幅器２０に与える。そして、出力駆動素子１０のドレイン−ソース間の差電圧又はコレクターエミッタ間の差電圧を増幅器２２、増幅器２３、抵抗Ｒ３１、ミラー回路２５、抵抗Ｒ３２で構成されている差電圧算出回路３１で算出し、その差電圧を比較値ＶＣＯＭＰとして電圧比較増幅器２０に対して出力する。第１の実施の形態と同様に、電圧比較回路１２である電圧比較増幅器２０、出力電圧制御回路１３であるコンパレータ２１は、この比較値ＶＣＯＭＰが目標値ＶＲｅｆ２と一致するように供給電圧制御用の負帰還閉ループＣＬ１を動作させる。尚、この供給電圧制御用の電圧増幅器２０の基準値ＶＲｅｆ２（Ｉ１×Ｒ２）は一定値に限定せず、２種類以上の設定値からＬＥＤ１に流す電流や調光率に応じて選択できるようにしてもよい。
【００３９】
図６は出力駆動素子１０であるトランジスタ１８のコレクタ電圧ＶＣ、エミッタ電圧ＶＥのオシロ波形図、図７は直流電源電圧ＶＩＮ、ＬＥＤ駆動電圧ＶＳＷ、そしてＬＥＤ電流ＩＬＥＤのオシロ波形図である。入力電圧ＶＩＮに対してＬＥＤ１に所望の定電流が流れるのに必要な電力変換効率の良い電圧値ＶＳＷが供給され、しかも線形で安定な定電流ＩＬＥＤとなっていることがわかる。ここで、電力変換効率の良い電圧ＶＳＷとは、ＬＥＤ１が周囲の温度条件下で所望の電流を流すのに必要な各ＶＦを足した電圧とトランジスタ１８がサチレーションしない電圧と検出抵抗ＲＣＳの電圧を総和した電圧値である。
【００４０】
本実施の形態によれば、供給電圧制御用の負帰還閉ループＣＬ１の周波数応答が定電流制御用の負帰還閉ループＣＬ２の周波数応答の１／２０以下に設定することで、定電流制御の応答性を損なわずに供給電圧制御用の負帰還閉ループＣＬ１を安定に動作させることができる。すなわち、各負帰還閉ループＣＬ１，ＣＬ２の周波数の応特性が２０倍以上も違うことからお互いが干渉して不安定になることがないので、定電流制御用の負帰還閉ループＣＬ２の利得及び周波数応答を高く設定でき、これによって非常に精度の良い定電流特性が達成できる。そのため、電圧基準を調光率に応じて可変とすることで、頻繁に所望の定電流値が変わるような分野の商品や極めて低い調光性能が必要な分野の商品にも十分対応可能であり、特に車載用のナビゲーションの液晶バックライトに必要な５％以下の極めて低い調光率域での線形な電流特性を達成できる。
【００４１】
（第３の実施の形態）図８は本発明の第３の実施の形態のＬＥＤ駆動装置のブロック図である。本実施の形態は、図４に示した第２の実施の形態に対して、制御基準値作成回路３２と、調光率判定回路３３を付加した構成を特徴としている。尚、図８において、図１、図４と同一の要素には同一の符号を用いて表している。
【００４２】
複数個のＬＥＤ１を直列に接続し、そのアノード側に、バッテリー等のＤＣ電源ＶＩＮから電力効率の良い電圧を供給するための降圧式又は昇圧式、あるいは昇降圧式のスイッチング又はチョッパ方式などのＤＣ／ＤＣコンバータ８を、平滑回路９を介して接続している。また、ＬＥＤ１のカソード側にはトランジスタやＦＥＴなどの出力駆動素子１０、電流検出用の抵抗ＲＣＳを順に接続し、この抵抗ＲＣＳの他端は接地させている。
【００４３】
本実施の形態でも、ＬＥＤ１に電力効率の良い最適値の電圧を供給するための供給電圧制御用閉ループＣＬ１を構成する回路群と、ＬＥＤ１に一定の電流を流すための定電流制御用の閉ループＣＬ２を構成する回路群とが完全に別に存在する構成にしている。先ず、ＬＥＤ１に所望の一定の電流を流すための定電流制御用の閉ループＣＬ２の動作は、ＬＥＤ１に流れる電流を検出抵抗ＲＣＳを使って電圧情報に変換し、その電圧値と所望の電流値に対応した基準電圧値とを比較しその誤差に応じて出力駆動素子１０を負帰還ループ制御している。
【００４４】
他方、供給電圧制御用の負帰還閉ループＣＬ１の動作は次の通りである。ＬＥＤ群に電力効率の良い必要最低な最適電圧を供給するため、ＬＥＤ１に流れる電流を制御する出力駆動素子１０が定電流動作し、かつ応答性に追従できなくなる飽和領域で動作しないようにするために必要な最低電圧値を予め制御目標値とする。この制御目標値は、制御基準値作成回路３２にて作成する。この制御基準値作成回路３２は調光率判定回路３３からの調光率判定値に応じた制御基準値を作成し、電圧比較回路１２に対して基準値として出力する。電圧比較回路１２は、出力駆動素子１０のドレイン−ソース間電圧又はコレクタ−エミッタ間電圧を差電圧算出回路３１で算出した比較値と基準値とを比較し、比較結果を出力電圧制御回路１３に出力する。出力電圧制御回路１３は従来例と同様に動作し、ＤＣ／ＤＣコンンバータ８の出力電圧を制御し、平滑回路９よりＬＥＤ１を介して出力駆動素子１０に流れる直流が出力駆動素子１０を飽和させない電圧になるように制御する。
【００４５】
図９は本実施の形態のＬＥＤ駆動回路の具体回路図である。図９において、２４は制御基準値作成回路である。尚、図９において、図２、図５と同一の要素には同一の符号を用いて表している。
【００４６】
以下、図９を図８と照合しながら説明する。図８中のＤＣ／ＤＣコンバータ８に相当するのが、図９中のＰチャンネルのＭＯＳ−ＦＥＴ１４とダイオード１５であり、出力電圧制御回路１３がコンパレータ２１、電圧比較回路１２が電圧比較増幅器２０、平滑回路９がインダクタ１６とコンデンサ１７である。本実施の形態の回路は降圧型のスイッチング電源方式のＤＣ／ＤＣコンバータ構成になっている。また、図８中の出力駆動素子１０に相当するのが、トランジスタ１８であり、定電流制御回路１１に相当するのがトランジスタ１８を負荷にした負帰還増幅回路１９である。図９中の増幅器２２、増幅器２３、抵抗Ｒ３１、ミラー回路２５、抵抗Ｒ３２は、図８中の差電圧算出回路３１に相当する。制御基準値作成回路２４は、図８における制御基準値作成回路３２に対応している。この制御基準値作成回路２４は、定電流Ｉ１と可変電流Ｉ２との和電流Ｉ１＋Ｉ２を抵抗Ｒ２に流すことで、電圧基準値ＶＲｅｆ２として可変電圧値を電圧比較増幅器２０に与える。
【００４７】
先ず、定電流制御用の負帰還閉ループＣＬ２では、ＬＥＤ１に流れる電流ＩＬＥＤを電流検出用抵抗ＲＣＳによって電流−電圧変換した電圧値ＶＥ（＝ＩＬＥＤ×ＲＣＳ）を定電流用の負帰還増幅器１９の比較情報として負帰還させる。そして負帰還増幅器１９は、この比較電圧ＶＥが目標とするＬＥＤ１の電流に対応した基準電圧値ＶＲｅｆ１（＝Ｉ０×ＶＲ１）と一致するようにトランジスタ１８のベース電流を制御し、トランジスタ１８に目的の定電流をＬＥＤ１から引っ張らせる。
【００４８】
他方、供給電圧制御用の負帰還閉ループＣＬ１では、ＬＥＤ１に電力効率の良い必要最低な最適電圧ＶＳＷ１を供給するため、ＬＥＤ１に流れる電流ＩＬＥＤを制御するトランジスタ１８が定電流動作し、かつ、応答性に追従できなくなる飽和領域で動作しないために必要な最低電圧以上の値を予め制御基準値ＶＲｅｆ２（＝Ｉ１×Ｒ２）として設定し、トランジスタ１８のドレイン−ソース間電圧又はコレクタ−エミッタ間の差電圧ＶＣＯＭＰを増幅器２２、増幅器２３、Ｒ３１、ミラー回路２５、抵抗Ｒ３２で構成された差電圧算出回路３１で算出し、電圧比較増幅器２０でこの差電圧ＶＣＯＭＰと制御基準値ＶＲｅｆ２とを比較させる。第１の実施の形態と同様に、電圧比較回路１２である電圧比較増幅器２０、出力電圧制御回路１３であるコンパレータ２１は、この比較値ＶＣＯＭＰが制御基準値ＶＲｅｆ２と一致するように供給電圧制御用の負帰還閉ループＣＬ１を動作させる。
【００４９】
また、本実施の形態の場合、供給電圧制御用の電圧比較増幅器２０の基準値ＶＲｅｆ２は一定値に限定せず、２種類以上の設定値からＬＥＤ１に流す電流や調光率に応じて可変設定する。そのために、制御基準値作成回路２４が（Ｉ１＋Ｉ２）×Ｒ２により基準値ＶＲｅｆ２を作成するが、Ｉ１は一定値、Ｉ２はＬＥＤ１に流す電流値に比例した可変値とし、ＬＥＤ１の設定電流値が増えるとＩ２も増え、逆にＬＥＤ１の設定電流値が減るとＩ２も減るようにしている。
【００５０】
図１０は、調光率に応じて基準値ＶＲｅｆ２を変化させる制御基準値作成回路２４の具体的な回路例を示しており、図１１はこの制御基準値作成回路２４が作成する基準値ＶＲｅｆ２の設定の概念を示す説明図である。すなわち、外部からの調光信号ＤＩＭ１を調光率判定回路３３で判定し、調光率が比較的高いとき、例えば１００％のときにはＳＷ１のみがオンする信号をこの制御基準値作成回路２４に入力し、調光率が比較的低いとき、例えば５０％のときにはＳＷ１、ＳＷ２の両方がオンする信号を入力する。このように、調光率に応じてＳＷ１、ＳＷ２をオン、オフさせることで基準電圧値の設定がきめ細かく行える。
【００５１】
図１０、図１１では、出力駆動素子１０の応答速度が端子電圧に依存することから、調光率が低い場合は出力駆動素子１０の端子電圧（ＦＥＴの場合はドレイン−ソース間の端子電圧、トランジスタの場合はコレクタ−エミッタ間の電圧）の設定値を、調光率が高い場合よりも高くする必要があることを示している。一般に、調光率判定をしない場合は、調光率が極めて低い時（例えば０．５％）を想定して、高い端子電圧の設定が必要となる。
【００５２】
本実施の形態によれば、供給電圧制御用の負帰還閉ループＣＬ１の周波数応答特性を定電流制御用の負帰還閉ループＣＬ２の周波数応答特性の１／２０以下に設定することで、定電流制御の応答性を損なわずに供給電圧制御用の負帰還閉ループＣＬ１を安定に動作させることができる。すなわち、各負帰還閉ループＣＬ１，ＣＬ２の周波数の応答特性が２０倍以上も違うことからお互いが干渉して不安定になることがないので、定電流制御用の負帰還閉ループＣＬ２の利得及び周波数応答を高く設定でき、非常に精度の良い定電流特性が達成できる。そのため、頻繁に所望の定電流値が変わるような分野の商品や極めて低い調光性能が必要な分野の商品にも十分対応可能であり、特に車載用のナビゲーションの液晶バックライトに必要な５％以下の極めて低い調光率域での線形な電流特性を達成できる。
【００５３】
図１５は本実施の形態のＬＥＤ駆動装置による調光率とＬＥＤ電流との特性Ａを、従来例の特性Ｂ、また携帯電話用バックライトの特性Ｃと比較して示したグラフであり、本実施の形態のＬＥＤ駆動装置では、５％以下の極めて低い調光率域での線形な電流特性が得られていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の実施の形態のＬＥＤ駆動回路のブロック図。
【図２】本発明の第１の実施の形態のＬＥＤ駆動回路の回路図。
【図３】本発明の第１の実施の形態のＬＥＤ駆動回路の電圧のオシロ波形図。
【図４】本発明の第２の実施の形態のＬＥＤ駆動回路のブロック図。
【図５】本発明の第２の実施の形態のＬＥＤ駆動回路の回路図。
【図６】本発明の第２の実施の形態のＬＥＤ駆動回路の電圧のオシロ波形図（その１）。
【図７】本発明の第２の実施の形態のＬＥＤ駆動回路の電圧のオシロ波形図（その２）。
【図８】本発明の第３の実施の形態のＬＥＤ駆動回路のブロック図。
【図９】本発明の第３の実施の形態のＬＥＤ駆動回路の回路図。
【図１０】本発明の第３の実施の形態の制御基準値作成回路の一例を示す回路図。
【図１１】本発明の第３の実施の形態のＶＲＥＦ２の設定の概念を示す説明図。
【図１２】ＬＥＤを用いた一般的なバックライト構造示す図。
【図１３】従来のＬＥＤ駆動回路のブロック図。
【図１４】従来のＬＥＤ駆動回路の回路図。
【図１５】本発明の第３の実施の形態と従来例との調光率−電流間の特性を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５５】
１  ＬＥＤ（発光ダイオード）
８  ＤＣ／ＤＣコンバータ
９  平滑回路
１０  出力駆動素子
１１  定電流制御回路
１２  電圧比較回路
１３  出力電圧制御回路
１４  スイッチング素子
１５  ダイオード
１６  インダクタ
１７  平滑コンデンサ
１８  トランジスタ
１９  負帰還増幅器
２０  電圧比較増幅器
２１  比較器
２２  負側増幅器
２３  正側増幅器
２４  制御基準値作成回路
２５  ミラー回路
３１  差電圧算出回路
３２  制御基準値作成回路
３３  調光率判定回路
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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