(57)【要約】【課題】リップル電流が少なく、昇圧起動時間が短縮される発光ダイオード駆動回路を提供する。【解決手段】スイッチングレギュレータ型の発光ダイオード駆動回路において、スイッチング素子（２３０）は、インダクタ（２１０）に間欠的に電流を流す。制御回路（１２０）は、発光を指示する昇圧動作制御信号に応答してスイッチング素子（２３０）を制御する。整流素子（２２０）は、間欠的に流れる電流を整流する。第１のコンデンサ（２５１）は、整流素子（２２０）によって整流された電流が流れて発光する発光ダイオード（２４０）のアノードと接地電圧（ＧＮＤ）との間に接続され、電流を平滑化する。第２のコンデンサ（２５２）は、第１のコンデンサ（２５１）に並列に接続される。切替回路（２６０）は、第２のコンデンサ（２５２）と第１のコンデンサ（２５１）との接続を切り換える。切替制御回路（１２０）は、切替回路（２６０）の接続を切り換えるタイミングを制御する。【選択図】図４
2012119520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インダクタと、
前記インダクタに間欠的に電流を流すスイッチング素子と、
発光を指示する昇圧動作制御信号に応答して前記スイッチング素子を制御する制御回路と、
前記間欠的に流れる電流を整流する整流素子と、
前記整流素子によって整流された電流が流れて発光する発光ダイオード（ＬＥＤ）のアノードと接地電圧との間に接続され、電流を平滑化する第１のコンデンサと、
前記第１のコンデンサに並列に接続される第２のコンデンサと、
前記第２のコンデンサと前記第１のコンデンサとの接続を切り換える切替回路と、
前記切替回路の接続を切り換えるタイミングを制御する切替制御回路と
を具備する
発光ダイオード駆動回路。
【請求項２】
前記切替回路は、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとを前記昇圧動作制御信号によって発光が指示された後の所定のタイミングで接続するを備える）
請求項１に記載の発光ダイオード駆動回路。
【請求項３】
前記発光ダイオードに印加される出力電圧が所定の電圧を超えたか否かを判定する電圧モニタ回路を更に具備し、
前記電圧モニタ回路が前記所定の電圧を超えたと判定したとき前記切替制御回路は、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとの接続を前記切替回路に指示する
請求項１または請求項２に記載の発光ダイオード駆動回路。
【請求項４】
前記発光ダイオードに流れる出力電流が所定の電流を超えたか否かを判定する電流モニタ回路を更に具備し、
前記電流モニタ回路が前記所定の電流を超えたと判定したとき前記切替制御回路は、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとの接続を前記切替回路に指示する
請求項１または請求項２に記載の発光ダイオード駆動回路。
【請求項５】
前記昇圧動作制御信号に応答して所定の時間が経過したか否かを判定するタイミング生成回路を更に具備し、
前記タイミング生成回路が前記発光ダイオードの発光の指示から所定の時間を経過したと判定したとき前記切替制御回路は、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとの接続を前記切替回路に指示する
請求項１または請求項２に記載の発光ダイオード駆動回路。
【請求項６】
前記切替回路は、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとの間に挿入される抵抗をさらに備え、
前記切替制御回路は、前記第２のコンデンサの充電状態に応じて前記抵抗の挿入を制御する
請求項１から請求項５のいずれかに記載の発光ダイオード駆動回路。
【請求項７】
前記切替回路は、抵抗値が変化する可変抵抗を備え、
前記切替制御回路は、前記第２のコンデンサの充電が少ないときに前記抵抗値を大きく、前記第２のコンデンサの充電が進むにつれて前記抵抗値を小さくなるように制御する
請求項１から請求項６のいずれかに記載の発光ダイオード駆動回路。
【請求項８】
前記制御回路は、発光停止を指示する前記昇圧動作制御信号に応答して、前記切替回路が前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとの接続を開放した後、前記スイッチング素子への昇圧クロックの供給を停止する
請求項１から請求項８のいずれかに記載の発光ダイオード駆動回路。
【請求項９】
発光を指示する昇圧動作制御信号に応答してインダクタに間欠的に電流を流すステップと、
前記間欠的に流れる電流を整流するステップと、
前記整流された電流を第１のコンデンサによって平滑化するステップと、
前記第１のコンデンサの両端に生じる電圧に基づいて発光ダイオードを発光させるステップと、
前記第１のコンデンサに並列に第２のコンデンサを接続するステップと
を具備する
発光ダイオード駆動方法。
【請求項１０】
前記第１のコンデンサの両端に生じる電圧を監視するステップを更に具備し、
前記第２のコンデンサを接続するステップは、前記第１のコンデンサの両端に生じる電圧が所定の電圧になったときに前記第２のコンデンサを接続するステップを含む
請求項９に記載の発光ダイオード駆動方法。
【請求項１１】
前記発光ダイオードに流れる電流を監視するステップを更に具備し、
前記第２のコンデンサを接続するステップは、前記発光ダイオードに所定の電流が流れたときに前記第２のコンデンサを接続するステップを含む
請求項９の記載の発光ダイオード駆動方法。
【請求項１２】
前記昇圧動作制御信号が発光の指示を示してから所定時間の経過を測定するステップを更に具備し、
前記第２のコンデンサを接続するステップは、前記所定時間を経過したときに前記第２のコンデンサを接続するステップを含む
請求項９に記載の発光ダイオード駆動方法。
【請求項１３】
前記第２のコンデンサを接続するステップは、
可変抵抗を介して前記第２のコンデンサを前記第１のコンデンサに接続するステップを含む
請求項９から請求項１１のいずれかに記載の発光ダイオード駆動方法。
【請求項１４】
前記昇圧動作制御信号が発光の停止を示すときに、前記第２のコンデンサを前記第１のコンデンサから切り離すステップと、
前記第２のコンデンサが前記第１のコンデンサから切り離された後、インダクタに流れる電流を停止するステップと
をさらに具備する
請求項９から請求項１３のいずれかに記載の発光ダイオード駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードを駆動する発光ダイオード駆動回路に関し、特にスイッチングレギュレータ型の発光ダイオード駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）は、流れる電流量に応じて輝度が変化する。したがって、駆動電流のわずかな変化によって発光ダイオードの輝度は大きく変わる。そのため、スイッチングレギュレータ型のＬＥＤ駆動回路では、発光開始時に所定の電圧に達していない昇圧起動時間が長い場合や定常時にリップル電流が大きい場合等には所望の輝度を得られないことがある。したがって、昇圧起動時間を短く、かつ、リップル電流を小さくする必要がある。
【０００３】
出力電圧のリップルを小さくする技術は、例えば、特開２００９−１６４３９７号公報に開示されている。発光ダイオードに電流を供給する直流電源装置は、インダクタに間欠的に電流を流すスイッチング素子と、インダクタと出力端子との間に接続された整流素子と、スイッチング素子の駆動信号を生成する駆動回路と、出力電流に比例した電圧がフィードバックされその電圧に応じたパルス幅を有する信号を出力するＰＦＭコンパレータとを備える。さらに所定の周波数の発振信号のパルス幅を電流制御信号に応じて制御可能なデューティ制御回路が設けられ、ＰＦＭコンパレータの出力が所定のレベルの期間だけデューティ制御回路から出力されるパルス信号を駆動回路に供給され、スイッチング素子の駆動信号が生成される。
【０００４】
図１は、一般的なスイッチングレギュレータ回路を用いたＬＥＤ駆動回路の構成を示す図である。ここでは、発光ダイオード２４０は、同時に点灯される複数の発光ダイオードが直列接続された集合体で記載されるが、並列接続された発光ダイオード、単一の発光ダイオードであってもよい。
【０００５】
発光ダイオード２４０を駆動するＬＥＤ駆動回路は、ＬＥＤドライバ１０９と、インダクタ２１０と、ショットキーバリアダイオード２２０と、パワーＭＯＳトランジスタ２３０と、コンデンサ２５０とを備える。ＬＥＤドライバ１０９は、昇圧駆動回路１１０を含み、昇圧駆動回路１１０が生成する昇圧クロック信号ＤＲＶｏを出力する昇圧クロック端子１８２と、昇圧駆動回路１１０を制御する昇圧動作制御信号ＳＴＢＹを入力するスタンバイ制御端子１８１とを備える。インダクタ２１０とパワーＭＯＳトランジスタ２３０とは、入力電圧Ｖｉｎと接地電圧ＧＮＤとの間に直列に接続される。インダクタ２１０とパワーＭＯＳトランジスタ２３０のドレインとの接続ノードと、接地電圧ＧＮＤとの間にショットキーバリアダイオード２２０と発光ダイオード２４０とが直列に接続される。ショットキーバリアダイオード２２０と発光ダイオード２４０とは、接地電圧ＧＮＤに向かって順方向電流が流れる。ショットキーバリアダイオード２２０と発光ダイオード２４０との接続ノードと、接地電圧ＧＮＤとの間にコンデンサ２５０が発光ダイオード２４０と並列に接続される。パワーＭＯＳトランジスタ２３０のゲートは、昇圧クロック端子１８２に接続され、昇圧クロック信号ＤＲＶｏが印加される。パワーＭＯＳトランジスタ２３０のソースは接地電圧ＧＮＤに、ドレインはインダクタ２１０とショットキーバリアダイオード２２０のアノードとの接続ノードに接続される。ショットキーバリアダイオード２２０のカソードは、コンデンサ２５０と発光ダイオード２４０のアノードとの接続ノードに接続される。
【０００６】
昇圧駆動回路１１０は、スタンバイ制御端子１８１に印加される昇圧動作制御信号ＳＴＢＹが昇圧動作指示を示すレベル（ここではハイレベル）になると、パワーＭＯＳトランジスタ２３０をオン・オフする昇圧クロック信号ＤＲＶｏを昇圧クロック端子１８２から出力する。パワーＭＯＳトランジスタ２３０は、ゲートがハイレベルになるとオン状態になり、入力電圧Ｖｉｎからインダクタ２１０を介して接地電圧ＧＮＤに電流を流す。その後、ゲートに印加される電圧がロウレベルになると、パワーＭＯＳトランジスタ２３０はオフ状態になり、接地電圧ＧＮＤへ電流が流れなくなる。インダクタ２１０に蓄えられたエネルギーによりインダクタ２１０に誘導起電力が生じる。したがって、ショットキーバリアダイオード２２０を介してコンデンサ２５０の方向へ電流が流れ、コンデンサ２５０に電荷が蓄えられる。このように昇圧動作が行なわれ、出力電圧Ｖｏｕｔは昇圧されて所定の電圧になる。一方、出力電圧Ｖｏｕｔが発光ダイオード２４０の順方向降下電圧（ＶＦ）を超えると（複数発光ダイオードの直列接続の場合は、個々の順方向降下電圧の和）、発光ダイオード２４０は、電流Ｉｏｕｔが流れて発光する。
【０００７】
入力電圧Ｖｉｎに基づいて昇圧される出力電圧Ｖｏｕｔは、昇圧クロックの周期をＴｓ、昇圧クロックのオン・デューティをＴｏｎ（０＜Ｔｏｎ＜１）とすると、次式で求めることができる。
Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ×Ｔｓ／（１−Ｔｏｎ）        …（１）
【０００８】
図２に、出力電圧Ｖｏｕｔの起動波形が示される。時刻Ｔ１から時刻Ｔ４までの期間は昇圧動作状態を示し、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までの期間は昇圧停止状態を示す。時刻Ｔ１に昇圧動作制御信号ＳＴＢＹが立ち上がると（図２（ａ））、昇圧動作が開始されて出力電圧Ｖｏｕｔが上昇する。時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までの期間は、昇圧動作制御信号ＳＴＢＹがロウレベルとなって昇圧動作が停止される。コンデンサ２５０の容量値ＣＬが大きい場合（ＣＬ＝Ｃａ）の出力電圧Ｖｏｕｔ＝Ｖｏａの波形が図２（ｂ）に示され、コンデンサ２５０の容量値ＣＬが小さい場合（ＣＬ＝Ｃｂ＜Ｃａ）の出力電圧Ｖｏｕｔ＝Ｖｏｂが図２（ｃ）に示される。
【０００９】
コンデンサ２５０の容量値が大きいとき（ＣＬ＝Ｃａ）、時刻Ｔ１から昇圧動作が開始されて、時刻Ｔ３において所定の昇圧電圧に達する（図２（ｂ））。コンデンサ２５０の容量値が小さいとき（ＣＬ＝Ｃｂ）、時刻Ｔ１から昇圧動作が開始されて、時刻Ｔ２において所定の昇圧電圧に達する（図２（ｃ））。すなわち、出力電圧Ｖｏｕｔの起動時間は、コンデンサ２５０の容量値が大きいとき（ＣＬ＝Ｃａ）の方が、コンデンサ２５０の容量値が小さいとき（ＣＬ＝Ｃｂ）よりも長いことが分かる。
【００１０】
一方、ＬＥＤ駆動回路の負荷である発光ダイオード２４０に流れる電流Ｉｏｕｔも、図３に示されるように、コンデンサ２５０の容量値の大小により影響を受ける。コンデンサ２５０の容量値ＣＬが大きい場合（ＣＬ＝Ｃａ）の出力電流Ｉｏｕｔ＝Ｉｏａの波形が図３（ｂ）に示され、コンデンサ２５０の容量値ＣＬが小さい場合（ＣＬ＝Ｃｂ＜Ｃａ）の出力電流Ｉｏｕｔ＝Ｉｏｂが図３（ｃ）に示される。時刻Ｔ１から時刻Ｔ４までの期間は昇圧動作状態を示し、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までの期間は停止状態を示す（図３（ａ））。時刻Ｔ２には出力電圧Ｖｏｂが所定の電圧になり、時刻Ｔ３には出力電圧Ｖｏａが所定の電圧になったことを示す。時刻Ｔ１に昇圧動作制御信号ＳＴＢＹが立ち上がって昇圧動作が開始され（図３（ａ））、出力電圧Ｖｏｕｔ（Ｖｏａ、Ｖｏｂ）の上昇にともなって出力電流Ｉｏｕｔ（Ｉｏａ、Ｉｏｂ）が上昇する。したがって、昇圧速度の速いコンデンサ２５０の容量が小さい場合（ＣＬ＝Ｃｂ）の電流Ｉｏｂの方が電流Ｉｏａより早く立ち上がる。また、コンデンサ２５０の容量値ＣＬが大きい場合（ＣＬ＝Ｃａ）の出力電流Ｉｏａのリップル電流Ｉｒａは、コンデンサ２５０の容量値ＣＬが小さい場合（ＣＬ＝Ｃｂ）の出力電流Ｉｏｂのリップル電流Ｉｒｂより小さい。
【００１１】
コンデンサ２５０の容量値をＣＬ、出力電圧Ｖｏｕｔに重畳するリップル電圧をＶｒｃとするとき、出力電流Ｉｏｕｔは、
Ｉｏｕｔ＝ＣＬ×（ｄＶｏｕｔ／ｄｔ）＝ＣＬ×Ｖｒｃ／Ｔｏｎ        …（２）
となる。この式（２）からリップル電圧Ｖｒｃは、
Ｖｒｃ＝Ｉｏｕｔ×Ｔｏｎ／ＣＬ        …（３）
となり、出力電流Ｉｏｕｔに比例し、コンデンサ２５０の容量ＣＬに反比例することが分かる。
【００１２】
このように、コンデンサ２５０の容量の大小によって、昇圧起動時間やリップル電流に影響がある。発光ダイオード点灯時の輝度に影響しないように昇圧起動時間を早めるためにコンデンサ２５０の容量を小さくすると、発光ダイオードに流れる電流のリップルが大きくなり、機器の性能上好ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００９−１６４３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、安定期のリップル電流を少なく、昇圧起動時間を短縮できるＬＥＤ駆動回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
以下に、［発明を実施するための形態］で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１６】
本発明の観点では、ＬＥＤ駆動回路は、インダクタ（２１０）と、スイッチング素子（２３０）と、制御回路（１２０）と、整流素子（２２０）と、第１のコンデンサ（２５１）と、第２のコンデンサ（２５２）と、切替回路（２６０／２８０）と、切替制御回路（１２０／１５０）とを具備する。スイッチング素子（２３０）は、インダクタ（２１０）に間欠的に電流を流す。制御回路（１２０）は、発光を指示する昇圧動作制御信号に応答してスイッチング素子（２３０）を制御する。整流素子（２２０）は、間欠的に流れる電流を整流する。第１のコンデンサ（２５１）は、整流素子（２２０）によって整流された電流が流れて発光する発光ダイオード（２４０）のアノードと接地電圧（ＧＮＤ）との間に接続され、電流を平滑化する。第２のコンデンサ（２５２）は、第１のコンデンサ（２５１）に並列に接続される。切替回路（２６０／２８０）は、第２のコンデンサ（２５２）と第１のコンデンサ（２５１）との接続を切り換える。切替制御回路（１２０／１５０）は、切替回路（２６０／２８０）の接続を切り換えるタイミングを制御する。
【００１７】
本発明の他の観点では、発光ダイオード駆動方法は、発光を指示する昇圧動作制御信号に応答してインダクタに間欠的に電流を流すステップと、間欠的に流れる電流を整流するステップと、整流された電流を第１のコンデンサによって平滑化するステップと、第１のコンデンサの両端に生じる電圧に基づいて発光ダイオードを発光させるステップと、第１のコンデンサに並列に第２のコンデンサを接続するステップとを具備する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、安定期のリップル電流を少なく、昇圧起動時間を短縮できるＬＥＤ駆動回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一般的なスイッチングレギュレータ回路を用いたＬＥＤ駆動回路の構成を示す図である。
【図２】図１のＬＥＤ駆動回路の出力電圧の波形を示す図である。
【図３】図１のＬＥＤ駆動回路の出力電流の波形を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るスイッチングレギュレータ型のＬＥＤ駆動回路の構成を示す図である。
【図５】第１の実施の形態に係るＬＥＤ駆動回路の動作を説明する図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るスイッチングレギュレータ型のＬＥＤ駆動回路の構成を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係るスイッチングレギュレータ型のＬＥＤ駆動回路の構成を示す図である。
【図８】第３の実施の形態に係るＬＥＤ駆動回路の抵抗切替制御回路と可変抵抗回路の構成を示す図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係るスイッチングレギュレータ型のＬＥＤ駆動回路の構成を示す図である。
【図１０】第４の実施の形態に係るＬＥＤ駆動回路の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図４は、本発明の第１の実施の形態に係るスイッチングレギュレータ型のＬＥＤ駆動回路の構成を示す図である。
【００２２】
本発明の第１の実施の形態に係るＬＥＤ駆動回路は、ＬＥＤドライバ１０１と、インダクタ２１０と、ショットキーバリアダイオード２２０と、パワーＭＯＳトランジスタ２３０と、コンデンサ２５１、２５２と、スイッチ２６０とを具備し、発光ダイオード２４０を駆動する。ＬＥＤドライバ１０１は、昇圧駆動回路１１０と、容量値切替制御回路１２０と、電圧モニタ回路１３０とを含み、スタンバイ制御端子１８１と、昇圧クロック端子１８２と、スイッチ制御端子１８３と、昇圧電圧フィードバック端子１８５とを備える。
【００２３】
インダクタ２１０とパワーＭＯＳトランジスタ２３０と入力電圧Ｖｉｎと接地電圧ＧＮＤとの間に直列に接続される。インダクタ２１０とパワーＭＯＳトランジスタ２３０のドレインとの接続ノードと、接地電圧ＧＮＤとの間に、ショットキーバリアダイオード２２０と発光ダイオード２４０とが直列に接続される。ショットキーバリアダイオード２２０および発光ダイオード２４０のアノードは、入力電圧Ｖｉｎ側に、カソードは接地電圧ＧＮＤ側に接続され、入力電圧Ｖｉｎ側から接地電圧ＧＮＤ側に順方向電流が流れる。ショットキーバリアダイオード２２０と発光ダイオード２４０との接続ノードと、接地電圧ＧＮＤとの間にコンデンサ２５１と、直列接続されたスイッチ２６０およびコンデンサ２５２とが並列に接続される。
【００２４】
パワーＭＯＳトランジスタ２３０のゲートは、ＬＥＤドライバ１０１の昇圧クロック端子１８２に接続される。発光ダイオード２４０とショットキーバリアダイオード２２０との接続ノードは、昇圧電圧フィードバック端子１８５に接続される。スイッチ２６０は、スイッチ制御端子１８３に接続されて回路の開閉を制御される。
【００２５】
昇圧駆動回路１１０は、コンパレータ１１２、バッファ回路１１４、論理和回路１１６、遅延回路１１８を備える。論理和回路１１６は、スタンバイ制御端子１８１から入力される昇圧動作制御信号ＳＴＢＹと、遅延回路１１８によって遅延された昇圧動作制御信号ＳＴＢＹとを入力する。したがって、論理和回路１１６は、昇圧動作制御信号ＳＴＢＹに比べて遅延回路１１８により与えられた遅延時間分長いオン時間となる信号をＰＷＭコンパレータ１１２に供給する。ＰＷＭコンパレータ１１２は、論理和回路１１６から出力される信号と、三角波信号と入力電圧Ｖｉｎとを入力して、入力電圧Ｖｉｎに応じてオン・デューティが変わるＰＷＭ信号を出力する。すなわち、ＰＷＭコンパレータ１１２は、入力電圧Ｖｉｎに応じたオン時間を有する三角波信号の周期と同じ周期の信号を出力する。入力電圧Ｖｉｎに応じてオン・デューティを変えることにより、入力電圧Ｖｉｎの変動に対応することができる。バッファ回路１１４は、ＰＷＭコンパレータ１１２の出力をバッファリングして昇圧クロック端子１８２から出力する。
【００２６】
電圧モニタ回路１３０は、比較器１３２を備え、昇圧電圧フィードバック端子１８５から出力電圧Ｖｏｕｔを入力する。比較器１３２は、入力された出力電圧Ｖｏｕｔと基準電圧Ｖｒｆと比較して、昇圧される出力電圧Ｖｏｕｔが所定の電圧を超えたか否かを示す昇圧電圧モニタ信号ＭＯＮを容量値切替制御回路１２０に出力する。容量値切替制御回路１２０は、論理積回路１２２を備え、電圧モニタ回路１３０から出力される昇圧電圧モニタ信号ＭＯＮと、スタンバイ制御端子１８１を介して入力される昇圧動作制御信号ＳＴＢＹとの論理積を示すスイッチ制御信号ＳＷを生成する。論理積回路１２２から出力されるスイッチ制御信号ＳＷは、昇圧動作制御信号ＳＴＢＹが昇圧動作指示を示し、出力電圧Ｖｏｕｔが所定の電圧を超えると活性化される信号であり、スイッチ制御端子１８３からスイッチ２６０に出力される。
【００２７】
一方、出力電圧Ｖｏｕｔが発光ダイオード２４０の順方向降下電圧（ＶＦ）を超えると（複数発光ダイオードの直列接続の場合は、個々の順方向降下電圧の和）、発光ダイオード２４０は電流Ｉｏｕｔが流れて発光する。
【００２８】
出力電圧Ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｆによって設定される電圧を超えると、容量値切替制御回路１２０から出力されるスイッチ制御信号ＳＷが活性化され、スイッチ２６０は回路を閉成する。これによって、コンデンサ２５２（容量値ＣＬ２）は、コンデンサ２５１（容量値ＣＬ１）と並列に接続されることになり、発光ダイオード２４０と並列に接続される容量値（ＣＬ１＋ＣＬ２）は大きくなる。
【００２９】
図５を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るＬＥＤ駆動回路の動作を説明する。
【００３０】
図５（ａ）に示されるように、スタンバイ制御端子１８１に印加される昇圧動作制御信号ＳＴＢＹは、時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１３まで活性化して昇圧駆動回路１１０に昇圧動作を指示し、時刻Ｔ１３から時刻Ｔ１４まで不活性化して昇圧停止を指示する。時刻Ｔ１１において、昇圧動作制御信号ＳＴＢＹが活性化すると、昇圧駆動回路１１０は、昇圧動作を開始し、パワーＭＯＳトランジスタ２３０に昇圧クロック端子１８２を介して所定のオン・デューティを有する昇圧クロック信号ＤＲＶｏを供給する。このとき、スイッチ２６０は回路を開放している（図５（ｂ））。
【００３１】
パワーＭＯＳトランジスタ２３０は、ゲートがハイレベルになるとオン状態になり、入力電圧Ｖｉｎからインダクタ２１０を介して接地電圧ＧＮＤに電流を流す。その後、ゲートに印加される電圧がロウレベルになると、パワーＭＯＳトランジスタ２３０はオフ状態になり、接地電圧ＧＮＤへ電流が流れなくなる。インダクタ２１０に蓄えられたエネルギーによりインダクタ２１０に誘導起電力が生じる。したがって、ショットキーバリアダイオード２２０を介してコンデンサ２５１の方向へ電流が流れ、コンデンサ２５１に電荷が蓄えられる。このように昇圧クロック信号ＤＲＶｏに基づいて、パワーＭＯＳトランジスタ２３０がオン・オフを繰り返すことによって昇圧動作が行なわれ、出力電圧Ｖｏｕｔは昇圧される（図５（ｃ））。出力電圧Ｖｏｕｔは、昇圧電圧フィードバック端子１８５を介して電圧モニタ回路１３０によって監視されている。
【００３２】
時刻Ｔ１２において、出力電圧Ｖｏｕｔが基準電圧Ｖｒｆに基づいて設定される所定の電圧を超えると（図５（ｃ））、電圧モニタ回路１３０は、昇圧電圧モニタ信号ＭＯＮを活性化して容量値切替制御回路１２０に出力電圧Ｖｏｕｔが所定の電圧を超えたことを通知する。容量値切替制御回路１２０は、スイッチ制御端子１８３を介して出力されるスイッチ制御信号ＳＷを活性化してスイッチ２６０に回路を閉成させる（図５（ｂ））。スイッチ２６０が回路を閉成すると、コンデンサ２５２（容量ＣＬ２）はコンデンサ２５１（容量ＣＬ１）と並列に接続される。したがって、発光ダイオード２４０と並列に接続される容量（ＣＬ１＋ＣＬ２）が増加し、出力電流Ｉｏｕｔのリップル電流が低減される（図５（ｄ））。この状態は昇圧動作が終了する時刻Ｔ１３まで継続する。
【００３３】
時刻Ｔ１３において、スタンバイ制御端子１８１に印加される昇圧動作制御信号ＳＴＢＹが昇圧停止を示すと（図５（ａ））、容量値切替制御回路１２０は、スイッチ制御信号ＳＷを不活性化し（図５（ｂ））、スイッチ２６０に回路を開放させる。スイッチ２６０が回路を開放すると、コンデンサ２５２は、充電された電圧相当の電荷を保持したまま切り離される。その後、遅延回路１１８によって遅延された信号も昇圧停止を示すため、昇圧駆動回路１１０は、昇圧クロック信号ＤＲＶｏを不活性にして昇圧動作を停止する。パワーＭＯＳトランジスタ２３０は、オフ状態となって昇圧停止になる。コンデンサ２５１に充電された電荷が発光ダイオード２４０を介して放電され（図５（ｃ））、出力電流Ｉｏｕｔは流れなくなる（図５（ｄ））。
【００３４】
このように、本発明のＬＥＤ駆動回路は、充電電圧を平滑化するコンデンサの容量を出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて切り換えて増減することにより、昇圧起動時間を長くせずに出力電流Ｉｏｕｔのリップルを低減することができる。
【００３５】
（第２の実施の形態）
図６は、本発明の第２の実施の形態に係るＬＥＤ駆動回路の構成を示す図である。
【００３６】
第２の実施の形態に係るＬＥＤ駆動回路は、第１の実施の形態に係るＬＥＤ駆動回路の電圧モニタ回路１３０の代りに電流モニタ回路１４０を備える。昇圧電圧Ｖｏｕｔが発光ダイオード２４０の順方向降下電圧ＶＦ（複数発光ダイオードの直列接続の場合、個々の順方向降下電圧の和）に昇圧されたときに電流が流れ始めるため、電流モニタ回路１４０は、発光ダイオード２４０に流れる電流Ｉｏｕｔに基づいて昇圧状態を監視することができる。第２の実施の形態に係るＬＥＤ駆動回路は、出力電流Ｉｏｕｔが所定の電流値を超えるとスイッチ２６０を切り換えて容量を増加させる。
【００３７】
すなわち、第２の実施の形態に係るＬＥＤ駆動回路は、ＬＥＤドライバ１０２と、インダクタ２１０と、ショットキーバリアダイオード２２０と、パワーＭＯＳトランジスタ２３０と、コンデンサ２５１、２５２と、スイッチ２６０と、電流センス抵抗２７０とを具備し、発光ダイオード２４０を駆動する。ＬＥＤドライバ１０２は、昇圧駆動回路１１０と、容量値切替制御回路１２０と、電流モニタ回路１４０とを含み、スタンバイ制御端子１８１と、昇圧クロック端子１８２と、スイッチ制御端子１８３と、電流フィードバック端子１８６とを備える。以下第１の実施の形態との相違点を主に説明する。
【００３８】
電流センス抵抗２７０は、発光ダイオード２４０と接地電圧ＧＮＤとの間に挿入され、出力電流Ｉｏｕｔが流れる。電流センス抵抗２７０は、出力電流Ｉｏｕｔが流れることによって発生する電圧降下により、出力電流Ｉｏｕｔを電圧信号である電流センス信号ＳＥＮＳに変換し、電流フィードバック端子１８６を介して電流モニタ回路２４０に出力する。電流モニタ回路１４０は、電流センス信号ＳＥＮＳに基づいて出力電流Ｉｏｕｔを監視し、検出結果を電流検出信号ＭＯＮｉとして容量値切替制御回路１２０に供給する。容量値切替制御回路１２０は、昇圧動作制御信号ＳＴＢＹと、昇圧電圧モニタ信号ＭＯＮに代る電流検出信号ＭＯＮｉとに基づいてスイッチ２６０の開閉を制御する。
【００３９】
したがって、電流センス抵抗２７０に出力電流Ｉｏｕｔが流れて、電流フィードバック端子１８６から入力される電流センス信号ＳＥＮＳが所定の電圧になると、電流モニタ回路１４０は、出力電圧Ｖｏｕｔが発光ダイオード点灯の所定の電圧まで昇圧されたと判定し、電流検出信号ＭＯＮｉを活性化する。電流検出信号ＭＯＮｉが活性化すると、容量値切替制御回路１２０は、スイッチ制御信号ＳＷを活性化して、スイッチ２６０に回路を閉成するように指示する。スイッチ２６０が回路を閉成すると、容量値ＣＬ２のコンデンサ２５２は容量値ＣＬ１のコンデンサ２５１と並列に接続され、発光ダイオード２４０と並列に接続される容量が増加する（ＣＬ１＋ＣＬ２）。第１の実施の形態と同様に、昇圧電圧が安定している期間の平滑コンデンサの容量値をＣＬ１＋ＣＬ２に大きくすることにより、リップル電流を低減することができる。さらに、発光ダイオード２４０が複数の発光ダイオードを直列接続されたものである場合でも、各発光ダイオードに同じ電流値の電流が流れて同じ輝度で発光するため、発光ダイオードの接続数を考慮せずに昇圧電圧の状態を監視することができる。
【００４０】
（第３の実施の形態）
図７および図８を参照して、本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００４１】
図７は、本発明の第３の実施の形態に係るＬＥＤ駆動回路の構成を示す図である。第３の実施の形態に係るＬＥＤ駆動回路は、第１の実施の形態に係るＬＥＤ駆動回路の容量値切替制御回路１２０が抵抗切替制御回路１５０に置き換わり、スイッチ２６０が複数のスイッチを含む可変抵抗回路２８０に置き換わる。初期状態などにおいて、容量値ＣＬ２のコンデンサ２５２が十分に充電されていないときに、容量値ＣＬ１のコンデンサ２５１と並列に接続すると、コンデンサ２５１とコンデンサ２５２との間で電荷分配がおこり、コンデンサ２５１に蓄積されている電荷がコンデンサ２５２に移動して出力電圧Ｖｏｕｔが低下してしまう。第３の実施の形態に係るＬＥＤ駆動回路では、可変抵抗回路２８０はその出力電圧Ｖｏｕｔの低下を軽減する。
【００４２】
すなわち、第３の実施の形態に係るＬＥＤ駆動回路は、ＬＥＤドライバ１０３と、インダクタ２１０と、ショットキーバリアダイオード２２０と、パワーＭＯＳトランジスタ２３０と、コンデンサ２５１、２５２と、可変抵抗回路２８０とを具備し、発光ダイオード２４０を駆動する。ＬＥＤドライバ１０３は、昇圧駆動回路１１０と、抵抗切替制御回路１５０と、電圧モニタ回路１３０とを含み、スタンバイ制御端子１８１と、昇圧クロック端子１８２と、可変抵抗制御端子１８４と、昇圧電圧フィードバック端子１８５とを備える。以下第１の実施の形態との相違を主に説明する。
【００４３】
可変抵抗回路２８０は、図８に示されるように、抵抗２７１、２７２、…、２７ｎと、接続を切り換えるスイッチ２６０、２６１、…、２６ｎとを備える。可変抵抗回路２８０は、スイッチ制御信号ＳＷＲに基づいてコンデンサ２５１に接続される抵抗を切り換える。抵抗切替制御回路１５０は、カウンタ１５２と、論理回路１５４とを含む。カウンタ１５２は、例えば、昇圧クロックのもとになる内部のクロック信号のパルス数をカウントする。すなわち、カウンタ１５２のカウント値は、昇圧動作が始まってからの時間を示す。論理回路１５４は、カウンタ１５２のカウント値に基づいて、昇圧開始直後はコンデンサ２５２を接続せず、その後の初期動作時は高抵抗、安定時には低抵抗になるように可変抵抗回路２８０内の閉成すべきスイッチを決定し、可変抵抗制御端子１８４から閉成するスイッチを指示するスイッチ制御信号ＳＷＲを出力する。ここでは、各抵抗２７１〜２７ｎは、同じ抵抗値の抵抗であるとして、カウンタ１５２のカウント数に応じた数の抵抗を介して充電電流がコンデンサ２５２へ流れる。すなわち、昇圧動作が開始されて間もない時期は、スイッチ２６１のみ閉成されて抵抗値は“Ｒ”であり、スイッチ２６２が閉成されると抵抗値が“Ｒ／２”になるというように、徐々にコンデンサ２５１とコンデンサ２５２とを接続する抵抗値が下がり、コンデンサ２５２は徐々に充電される。昇圧電圧が安定して出力電圧Ｖｏｕｔが所定の電圧に達した時期にはスイッチ２６０が回路を閉成するように動作し、第１の実施の形態と同様になる。
【００４４】
このように、可変抵抗回路２８０を介してコンデンサ２５２を充電することにより、コンデンサ２５２を接続するときの出力電圧Ｖｏｕｔの低下を軽減することができる。
【００４５】
（第４の実施の形態）
図９および図１０を参照して本発明の第４の実施の形態を説明する。
【００４６】
図９は、本発明の第４の自紙の形態に係るＬＥＤ駆動回路の構成を示す図である。第４の実施の形態に係るＬＥＤ駆動回路は、第１の実施の形態に係るＬＥＤ駆動回路の電圧モニタ回路１３０の代りにタイミング生成回路１６０を備える。昇圧開始から所定の時間を経過すると出力電圧Ｖｏｕｔは安定するため、タイミング生成回路１６０は、出力電圧Ｖｏｕｔが安定する時間の経過を判定し、容量値切替制御回路１２０にコンデンサ２５２の接続を指示する切替タイミング信号ＣＴＭを出力する。したがって、第４の実施の形態に係るＬＥＤ駆動回路は、昇圧動作制御信号ＳＴＢＹが昇圧動作を指示した後、所定の時間を経過すると、スイッチ２６０を切り換えて容量を増加させる。
【００４７】
すなわち、第４の実施形態に係るＬＥＤ駆動回路は、ＬＥＤドライバ１０４と、インダクタ２１０と、ショットキーバリアダイオード２２０と、パワーＭＯＳトランジスタ２３０と、コンデンサ２５１、２５２と、スイッチ２６０とを具備し、発光ダイオード２４０を駆動する。ＬＥＤドライバ１０４は、昇圧駆動回路１１０と、容量値切替制御回路１２０と、タイミング生成回路１６０とを含み、スタンバイ制御端子１８１と、昇圧クロック端子１８２と、スイッチ制御端子１８３とを備える。以下第１の実施の形態との相違点を主に説明する。
【００４８】
タイミング生成回路１６０は、昇圧動作制御信号ＳＴＢＹに応答して、所定の時間を経過したことを示す切替タイミング信号ＣＴＭを容量値切替制御回路１２０に出力する。容量値切替制御回路１２０は、昇圧動作制御信号ＳＴＢＹと、切替タイミング信号ＣＴＭに基づいてスイッチ２６０の開閉を制御する。すなわち、昇圧動作制御信号ＳＴＢＹが立ち上がって昇圧動作が開始され、出力電圧Ｖｏｕｔが安定したとみなされる所定の時間が経過すると、タイミング生成回路１６０が切替タイミング信号ＣＴＭを活性化する。切替タイミング信号ＣＴＭが活性化すると、容量値切替制御回路１２０は、スイッチ制御信号ＳＷを活性化して、スイッチ２６０に回路を閉成するように指示する。スイッチ２６０が回路を閉成すると、容量値ＣＬ２のコンデンサ２５２は容量値ＣＬ１のコンデンサ２５１と並列に接続され、発光ダイオード２４０と並列に接続される容量が増加する（ＣＬ１＋ＣＬ２）。第１の実施の形態と同様に、昇圧電圧が安定している期間の平滑コンデンサの容量値をＣＬ１＋ＣＬ２に大きくすることにより、リップル電流を低減することができる。さらに、出力電圧Ｖｏｕｔを監視するための端子（昇圧電圧フィードバック端子１８５／電流フィードバック端子１８６）を設けずに容量値を可変することができる。
【００４９】
図１０は、本発明の第４の実施の形態に係るＬＥＤ駆動回路の動作を説明する図である。
【００５０】
昇圧動作制御信号ＳＴＢＹ（図１０（ａ））が立ち上がってから時間ｔ１が経過した時刻Ｔ４１に切替タイミング信号ＣＴＭが活性化すると、スイッチ制御信号ＳＷがハイレベルになり（図１０（ｂ））、出力電流Ｉｏｕｔ＝Ｉｏ１は、そのリップルが小さくなる（図１０（ｃ））。同じように、昇圧動作制御信号ＳＴＢＹ（図１０（ａ））が立ち上がってから時間ｔ２が経過した時刻Ｔ４２に切替タイミング信号ＣＴＭが活性化すると、スイッチ制御信号ＳＷがハイレベルになり（図１０（ｂ））、出力電流Ｉｏｕｔ＝Ｉｏ２は、そのリップルが小さくなる（図１０（ｄ））。昇圧動作制御信号ＳＴＢＹ（図１０（ａ））が立ち上がってから時間ｔ３が経過した時刻Ｔ４３に切替タイミング信号ＣＴＭが活性化すると、スイッチ制御信号ＳＷがハイレベルになり（図１０（ｂ））、出力電流Ｉｏｕｔ＝Ｉｏ３は、そのリップルが小さくなる（図１０（ｅ））。昇圧動作制御信号ＳＴＢＹ（図１０（ａ））が立ち上がってから時間ｔ４が経過した時刻Ｔ４４に切替タイミング信号ＣＴＭが活性化すると、スイッチ制御信号ＳＷがハイレベルになり（図１０（ｂ））、出力電流Ｉｏｕｔ＝Ｉｏ４は、そのリップルが小さくなる（図１０（ｆ））。このように、切替タイミング信号ＣＴＭが活性化してスイッチ制御信号ＳＷがハイレベルになるタイミングによって、出力電流Ｉｏｕｔのリップルを改善できる。インダクタや負荷の発光ダイオードなどの部品構成によって昇圧の状態が変化しても、発生させる所定のタイミングによって同様の効果を実現できる。
【００５１】
上述のように、本発明によれば、昇圧起動時と昇圧安定時とで容量値を可変し、昇圧起動時には早く所定の電圧まで昇圧し、昇圧安定時には容量値を増やすことで電流リップルを小さくすることができ、発光ダイオードが点灯したときの輝度を一定に保つことができる。
【００５２】
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、上記実施の形態は、矛盾のない限り組み合わせて実施の可能である。また、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１０１、１０２、１０３、１０４、１０９  ＬＥＤドライバ
１１０  昇圧駆動回路
１１２  ＰＷＭコンパレータ
１２０  容量値切替制御回路
１３０  電圧モニタ回路
１４０  電流モニタ回路
１５０  可変抵抗制御回路
１６０  タイミング生成回路
１８１  昇圧動作制御端子
１８２  昇圧クロック端子
１８３  スイッチ制御端子
１８４  可変抵抗制御端子
１８５  昇圧電圧フィードバック端子
１８６  電流フィードバック端子
２１０  インダクタ
２２０  ショットキーバリアダイオード
２３０  パワーＭＯＳトランジスタ
２４０  発光ダイオード
２５０、２５１、２５２  コンデンサ
２６０、２６１、２６２、２６ｎ  スイッチ
２７０  電流センス抵抗
２７１、２７２、２７ｎ  抵抗
２８０  可変抵抗
【図１】
2012119520.tif 000003
【図２】
2012119520.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2012119520.tif 000008
【図７】
2012119520.tif 000009
【図８】
2012119520.tif 000010
【図９】
2012119520.tif 000011
【図１０】
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