JP5812814B2 - 発光素子の駆動回路およびそれを用いた発光装置および電子機器 - Google Patents
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Description
パルス変調器20は、フィードバック電圧VFBを受け、フィードバック電圧VFBにもとづいて、スイッチングトランジスタM1を駆動するためのパルス信号SPWMを生成する。図1のパルス変調器20は、いわゆるピーク電流モードのパルス幅変調器である。ソフトスタート回路22は、ホストプロセッサ3からのスタンバイ信号に応じて、時間とともに上昇するソフトスタート電圧VSSを生成する。コンパレータ24は、スイッチングトランジスタM1に流れる電流IMに応じた検出信号VCSを、フィードバック電圧VFBとソフトスタート電圧VSSのうち低い電圧と比較し、比較結果に応じたオフ信号SOFFを生成する。スロープ補償回路28は、検出信号VCSにスロープ信号VSLOPEを重畳する。
n個の駆動端子は、それぞれが発光素子ごとに設けられ、それぞれが対応する発光素子の第2端子と接続される。n個の電流源は、それぞれが駆動端子ごとに設けられ、それぞれが対応するパルス調光信号を受け、対応するパルス調光信号がアサートされる期間、対応する駆動端子を介して対応する発光素子に駆動電流を供給する。フィードバック端子には、フィードバックキャパシタが接続される。誤差増幅器は、n個の駆動端子それぞれの電圧のうち最も低い電圧と、所定の基準電圧との誤差を増幅して誤差信号を生成し、当該誤差信号に応じて、フィードバック端子に生ずるフィードバック電圧を変化させる。第1サンプルホールド回路は、n個の電流源に対するn個のパルス調光信号がすべてネゲートされるときにアサートされ、少なくともひとつのパルス調光信号がアサートされるときにネゲートされる全チャンネルオフ信号を受け、全チャンネルオフ信号がアサートされるタイミングにおいて、フィードバック電圧をサンプルホールドする。第2サンプルホールド回路は、駆動電圧に応じた検出電圧を、全チャンネルオフ信号がアサートされるタイミングにおいてサンプリングし、サンプリングされた検出電圧に応じたしきい値電圧を出力する。コンパレータは、検出電圧をしきい値電圧と比較し、検出電圧の方が低いときにアサートされる比較信号を生成する。
DC/DCコンバータ制御部は、パルス変調器を含む。パルス変調器は、(i)全チャンネルオフ信号がネゲートされるとき、少なくともフィードバック端子に生ずるフィードバック電圧にもとづき、(ii)全チャンネルオフ信号がアサートされるとき、第1サンプルホールド回路によりサンプルホールドされたフィードバック電圧にもとづいて、パルス信号を生成する。DC/DCコンバータ制御部は、比較信号がアサートされるとき、または全チャンネルオフ信号がネゲートされるとき、パルス信号にもとづきDC/DCコンバータのスイッチングトランジスタを駆動し、それ以外のとき、スイッチングトランジスタの駆動を停止する。
その後、少なくともひとつのチャンネルのパルス調光信号がアサートされると、通常の動作モードに移行する。このとき、フィードバック電圧および駆動電圧はいずれも、全チャンネルオフ信号がアサートされる前の状態と同じ電圧レベルをとっている。DC/DCコンバータの動作再開時において、DC/DCコンバータのインダクタに突入電流が流れるのを防止できる。
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
PWM_ALL_L信号がネゲートされるとき、駆動回路100は第1状態となる。第1状態において、FB端子には、誤差増幅器10により生成される、基準電圧VREFと最も低いLED端子の電圧VLEDの誤差に応じた誤差信号が印加される。PWM_ALL_L信号がアサートされるとき、駆動回路100は第2状態となり、FB端子には、第1サンプルホールド回路40の出力信号VFB_Hが印加される。
図1と同様に、FB端子とコンパレータ24の間にスイッチ(SW2:不図示)を設けてもよい。この場合、制御信号S2がアサートされるときスイッチSW2はオン、ネゲートされるときオフする。
このように、駆動回路100によれば、PWM_ALL_L信号がアサートされる期間、フィードバック電圧VFBおよび駆動電圧VOUTがそれぞれ、直前の電圧レベルに維持することができる。これにより、あるチャンネルのパルス調光信号をアサートしたときに、直ちにLEDストリング6を発光させることができる。また駆動電圧VOUTが元の電圧レベルに維持されているため、駆動電圧VOUTを上昇させる必要がないため、インダクタL1に突入電流が流れるのを防止できる。
VOUT=VREF+VF …(1)
したがってLEDストリング6の電圧降下VFが既知であれば、それに応じて固定的なしきい値電圧VTHを用いることも可能である。
VTH≒VREF+VF
ところが現実的にはLEDストリング6を構成するLEDの段数はシステムによって異なっており、またLEDストリング6のばらつきによっても、順方向電圧VFは異なるため、駆動回路100の設計段階において、それが既知であることはまれである。つまり、駆動回路100の設計段階において、しきい値電圧VTHを一意に定めることは難しい。
図5は、第1の変形例に係る駆動回路100aの構成の一部を示す回路図である。
図5のセレクタ16aは、第1スイッチSW11、第2スイッチSW12を含む。
第1スイッチSW11は、2入力1出力を有し、その出力端子が誤差増幅器10の反転入力端子(−)と接続され、その第1入力端子に所定のハイレベル電圧VHを受け、その第2入力端子に誤差増幅器10の出力信号を受ける。ハイレベル電圧VHは、LED端子の電圧VLED1〜VLEDnが取り得る電圧レベルよりも高く設定される。
第2スイッチSW12は、2入力1出力を有し、その出力端子が誤差増幅器10の非反転入力端子(+)と接続され、その第1入力端子に基準電圧VREFを受け、その第2入力端子に第1サンプルホールド回路40の出力信号VFB_Hを受ける。第2スイッチSW12は、PWM_ALL_L信号がネゲートされるとき、基準電圧VREFを選択し、PWM_ALL_L信号がアサートされるとき、第1サンプルホールド回路40の出力信号VFB_Hを選択する。
まず、PWM_ALL_L信号がネゲートされるときの動作を説明する。誤差増幅器10は、複数の反転入力端子の電圧のうち最も低い電圧と、非反転入力端子の電圧の誤差を増幅するところ、ハイレベル電圧VHは、その他の電圧VLED1〜VLEDnより高いため、誤差増幅器10によって無視される。つまり誤差増幅器10は、LED端子の電圧VLED1〜VLEDnのうち最も低いひとつと、基準電圧VREFとの誤差を増幅し、誤差に応じた誤差信号がFB端子に印加される。
図2のセレクタ16を用いる場合、第1サンプルホールド回路40の出力段には、図3(b)に示すバッファBUFが必要となる。これに対して、図5のセレクタ16aを用いる場合、図3(b)のバッファBUFが不要となり、回路面積を削減できる。なぜなら誤差増幅器10が、第1サンプルホールド回路40の出力VFB_HをFB端子に印加するボルテージフォロア(バッファ)として動作するからである。
図6は、第2の変形例に係る駆動回路100bの構成の一部を示す回路図である。駆動回路100bにおいて、第1サンプルホールド回路40bは、サンプルホールドスイッチSW21を含む。サンプルホールドスイッチSW21は、誤差増幅器10の出力端子とFB端子の間に設けられる。サンプルホールドスイッチSW21は、(i)PWM_ALL_L信号がネゲートされるときオン、(ii)PWM_ALL_L信号がアサートされるときオフする。第1サンプルホールド回路40bは、FB端子の電圧を出力する。
PWM_ALL_L信号がアサートされるタイミングでサンプルホールドスイッチSW21がオフする。このときパルス変調器20の入力インピーダンスが十分に高ければ、FB端子の電荷が保存されるため、それ以降、FB端子の電位VFBは維持される。つまり、フィードバック電圧VFBがサンプルホールドされ、それがパルス変調器20に供給される。
図6の駆動回路100bによっても、図2の駆動回路100と同様の効果を得ることができる。またセレクタ16が不要となり、回路面積を削減できる。さらに第1サンプルホールド回路40bの回路面積は、図3の第1サンプルホールド回路40に比べて格段に小さいという利点もある。
Claims (12)
- n個(nは自然数)の発光素子の共通接続された第1端子に駆動電圧を生成するためのDC/DCコンバータを制御するとともに、前記n個の発光素子それぞれに駆動電流を供給する駆動回路であって、
それぞれが前記発光素子ごとに設けられ、それぞれが対応する前記発光素子の第2端子と接続されるべき、n個の駆動端子と、
それぞれが前記駆動端子ごとに設けられ、それぞれが対応するパルス調光信号を受け、対応するパルス調光信号がアサートされる期間、対応する前記駆動端子を介して対応する前記発光素子に駆動電流を供給する、n個の電流源と、
フィードバックキャパシタが接続されるフィードバック端子と、
前記n個の駆動端子それぞれの電圧のうち最も低い電圧と、所定の基準電圧との誤差を増幅して誤差信号を生成し、当該誤差信号に応じて、前記フィードバック端子に生ずるフィードバック電圧を変化させる誤差増幅器と、
前記n個の電流源に対するn個の前記パルス調光信号がすべてネゲートされるときにアサートされ、少なくともひとつのパルス調光信号がアサートされるときにネゲートされる全チャンネルオフ信号を受け、前記全チャンネルオフ信号がアサートされるタイミングにおいて、前記フィードバック電圧をサンプルホールドする第1サンプルホールド回路と、
前記駆動電圧に応じた検出電圧を、前記全チャンネルオフ信号がアサートされるタイミングにおいてサンプリングし、サンプリングされた前記検出電圧に応じたしきい値電圧を出力する第2サンプルホールド回路と、
前記検出電圧を前記しきい値電圧と比較し、前記検出電圧の方が低いときにアサートされる比較信号を生成するコンパレータと、
(i)前記全チャンネルオフ信号がネゲートされるとき、少なくとも前記フィードバック端子に生ずる前記フィードバック電圧にもとづき、(ii)前記全チャンネルオフ信号がアサートされるとき、前記第1サンプルホールド回路によりサンプルホールドされた前記フィードバック電圧にもとづいて、パルス信号を生成するパルス変調器を含み、前記比較信号がアサートされるとき、または全チャンネルオフ信号がネゲートされるとき、前記パルス信号にもとづき前記DC/DCコンバータのスイッチングトランジスタを駆動し、それ以外のとき、前記スイッチングトランジスタの駆動を停止するDC/DCコンバータ制御部と、
を備えることを特徴とする駆動回路。 - (i)前記全チャンネルオフ信号がネゲートされるとき、前記フィードバック端子に、前記最も低い電圧と前記基準電圧の誤差に応じた前記誤差信号が印加され、(ii)前記全チャンネルオフ信号がアサートされるとき、前記フィードバック端子に、前記第1サンプルホールド回路の出力信号が印加されるように、本駆動回路の状態を切りかえるセレクタをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の駆動回路。
- 前記セレクタは、
2入力1出力を有し、その出力端子が前記誤差増幅器の反転入力端子と接続され、その第1入力端子に所定のハイレベル電圧を受け、その第2入力端子に前記誤差増幅器の出力信号を受け、前記全チャンネルオフ信号がネゲートされるとき、前記ハイレベル電圧を選択し、前記全チャンネルオフ信号がアサートされるとき、前記誤差増幅器の出力信号を選択する第1スイッチと、
2入力1出力を有し、その出力端子が前記誤差増幅器の非反転入力端子と接続され、その第1入力端子に前記基準電圧を受け、その第2入力端子に前記第1サンプルホールド回路の出力信号を受け、前記全チャンネルオフ信号がネゲートされるとき、前記基準電圧を選択し、前記全チャンネルオフ信号がアサートされるとき、前記第1サンプルホールド回路の出力信号を選択する第2スイッチと、
を含むことを特徴とする請求項2に記載の駆動回路。 - 前記セレクタは、2入力1出力を有し、その出力端子が前記フィードバック端子と接続され、その第1入力端子に、前記誤差増幅器の出力信号を受け、その第2入力端子に、前記第1サンプルホールド回路の出力信号を受け、前記全チャンネルオフ信号がネゲートされるとき、前記誤差増幅器の出力信号を選択し、前記全チャンネルオフ信号がアサートされるとき、前記第1サンプルホールド回路の出力信号を選択するスイッチを含むことを特徴とする請求項2に記載の駆動回路。
- 前記第1サンプルホールド回路は、
前記フィードバック端子に生ずるフィードバック電圧をデジタル値に変換する第1A/Dコンバータと、
前記第1A/Dコンバータの出力に応じたデータを、前記全チャンネルオフ信号がアサートされるタイミングでラッチする第1ラッチ回路と、
前記第1ラッチ回路の出力データに応じた電圧を出力する第1D/Aコンバータと、
を含むことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の駆動回路。 - 前記第1A/Dコンバータおよび前記第1D/Aコンバータはそれぞれ、抵抗ストリング型であり、
前記第1A/Dコンバータおよび前記第1D/Aコンバータそれぞれの抵抗ストリングは共有されることを特徴とする請求項5に記載の駆動回路。 - 前記第1サンプルホールド回路は、
前記誤差増幅器の出力端子と前記フィードバック端子の間に設けられ、(i)前記全チャンネルオフ信号がネゲートされるときオン、(ii)前記全チャンネルオフ信号がアサートされるときオフするスイッチを含み、
前記フィードバック端子の電圧を出力することを特徴とする請求項1に記載の駆動回路。 - 前記第2サンプルホールド回路は、
前記検出電圧をデジタル値に変換する第2A/Dコンバータと、
前記第2A/Dコンバータの出力に応じたデータを、前記全チャンネルオフ信号がアサートされるタイミングでラッチする第2ラッチ回路と、
前記第2ラッチ回路の出力データに応じた前記しきい値電圧を出力する第2D/Aコンバータと、
を含むことを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の駆動回路。 - 前記第2A/Dコンバータおよび前記第2D/Aコンバータはそれぞれ、抵抗ストリング型であり、
前記第2A/Dコンバータおよび前記第2D/Aコンバータそれぞれの抵抗ストリングは共有されることを特徴とする請求項8に記載の駆動回路。 - ひとつの半導体基板上に一体集積化されることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の駆動回路。
- n個(nは自然数)の発光素子と、
前記n個の発光素子の共通接続された一端に駆動電圧を供給するDC/DCコンバータの出力回路と、
前記DC/DCコンバータを制御するとともに、前記n個の発光素子それぞれに駆動電流を供給する、請求項1から10のいずれかに記載の駆動回路と、
を備えることを特徴とする発光装置。 - 液晶パネルと、
前記液晶パネルのバックライトとして設けられた請求項11に記載の発光装置と、
を備えることを特徴とする電子機器。
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