KR20120064636A

KR20120064636A - 발광 소자의 구동 회로 및 그것을 이용한 발광 장치, 전자 기기

Info

Publication number: KR20120064636A
Application number: KR1020110131018A
Authority: KR
Inventors: 다이스께 우찌모또; 나오끼 이노우에
Original assignee: 로무 가부시키가이샤
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2012-06-19
Anticipated expiration: 2031-12-08
Also published as: KR101883001B1; TWI547198B; US8569965B2; TW201228462A; US20120146531A1

Abstract

버스트 조광의 점등 시간이 짧을 때에 출력 전압의 저하를 억제 가능한 제어 회로를 제공한다.
위상 보상용 캐패시터(C3)의 일단의 전위는 고정된다. 오차 증폭기(22)는, LED 스트링(6)의 제2 단자에 발생하는 검출 전압 V_LED와 소정의 기준 전압 Vref의 오차에 대응하는 전류를 캐패시터(C3)에 공급한다. 스위치(SW10a)는, 오차 증폭기(22)와 캐패시터(C3) 사이에 설치되어 버스트 조광 펄스 PWM이 어서트되는 기간, 온된다. 펄스 생성부(20)는, 캐패시터(C3)에 발생하는 피드백 전압 V_FB에 대응하는 듀티비를 갖는 스위칭 펄스 신호 Spwm를 생성한다. 피드백 전압 조절 회로(50)는, 버스트 조광 펄스 PWM의 펄스폭에 따라 온, 오프 상태가 절환 가능하게 구성되고, 그 온 상태에 대해 캐패시터(C3)에 전류를 주입한다.

Description

발광 소자의 구동 회로 및 그것을 이용한 발광 장치, 전자 기기{DRIVING CIRCUIT OF LIGHT EMITTING ELEMENT, LIGHT EMITTING DEVICE USING THE SAME, AND ELECTRONIC DEVICE}

본 발명은, 발광 소자의 구동 기술에 관한 것이다.

최근, 액정 패널의 백라이트나 조명 기기로서, LED(발광 다이오드)를 비롯한 발광 소자를 이용한 발광 장치가 이용된다.　 도 1은, 비교 기술에 따른 발광 장치의 구성예를 도시하는 회로도이다.　 발광 장치(1003)는, 복수의 LED 스트링(1006_1∼1006_n)과, 스위칭 전원(1004)과, 전류 구동 회로(1008)를 구비한다.

각 LED 스트링(1006)은, 직렬로 접속된 복수의 LED를 포함한다.　 스위칭 전원(1004)은, 입력 전압(Vin)을 승압해서 LED 스트링(1006_1∼1006_n)의 일 단부에 구동 전압(Vout)을 공급한다.

전류 구동 회로(1008)는, LED 스트링(1006_1∼1006_n)마다 설치된 전류원(CS₁∼CS_n)을 구비한다.　 각 전류원(CS)은, 대응하는 LED 스트링(1006)에, 목표 휘도에 따른 구동 전류(I_LED)를 공급한다.

스위칭 전원(1004)은, 출력 회로(1102)와, 제어 IC(1100)를 구비한다.　 출력 회로(1102)는, 인덕터(L1), 스위칭 트랜지스터(M1), 정류 다이오드(D1), 출력 캐패시터(C1)를 포함한다.　 제어 IC(1100)는, LED 스트링(1006_1∼1006_n) 각각의 캐소드 단자에 생기는 전압(검출 전압이라고 함)(V_LED1∼V_LEDn) 중 가장 낮은 하나가 목표전압(Vref)에 근접하도록, 스위칭 트랜지스터(M1)의 온, 오프의 듀티비를 피드백 제어한다.　 그 결과, 스위칭 전원(1004)의 출력 전압(Vout)은, (Vref+Vf)로 안정화된다.　 Vf는, LED 스트링(1006)의 순방향 전압(전압 강하)이다.

[특허 문헌 1] 일본 특개 2006-114324호 공보

이러한 발광 장치(1003)에서, LED 스트링(1006)의 휘도를 조절하기 위해, 구동 전류(I_LED)를 PWM(Pulse Width Modulation) 제어하는 경우가 있다.　 구체적으로는, 전류 구동 회로(1008)의 PWM 컨트롤러(1009)는, 휘도에 따른 듀티비를 갖는 버스트 조광 펄스(PWM₁∼PWM_n)를 생성하고, 각각에 대응하는 전류원(CS₁∼CS_n)을 스위칭 제어한다.　 이러한 제어를, 버스트 조광 혹은 버스트 제어라고도 칭한다.

본 발명자들은, 이러한 발광 장치에 대해서 검토한 결과, 이하의 과제를 인식하게 되었다.

전류원(CS)이 오프되는 기간, 즉 LED 스트링(1006)의 소등 기간은, 검출 전압(V_LED)이 부정(不定)으로 되어, 검출 전압(V_LED)에 기초하는 피드백 제어를 행할 수 없다.　 그래서 제어 IC(1100)는, 전류원(CS)이 온되는 기간, 즉 LED 스트링(1006)의 점등 기간에서의 검출 전압(V_LED)에 기초하여, 스위칭 트랜지스터(M1)의 온, 오프의 듀티비를 조절한다.

여기서 LED 스트링(1006)의 점등 기간이 짧아지면, 피드백 제어가 유효한 기간이 짧아진다.　 점등 기간이 스위칭 전원의 스위칭 트랜지스터(M1)의 스위칭 펄스와 같은 정도까지 짧아지면, 오차 증폭기에 의한 피드백을 추종할 수 없게 되어, 구동 전압(Vout)이 저하하고, 점등 기간에서 LED 스트링(6)의 휘도가 저하하거나, 혹은 발광하지 않게 된다.

또한, 이러한 인식을 본 발명의 분야에서의 공통적인 일반 지식의 범위로서 파악해서는 안된다.　 더 말하자면, 상기 검토 자체가, 본 출원인이 처음으로 상도(想到)한 것이다.

본 발명은 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 일 양태의 예시적인 목적의 하나는, 버스트 조광의 점등 시간이 짧을 때에 출력 전압의 변동을 억제 가능한 제어 회로의 제공에 있다.

본 발명의 일 양태는, 발광 소자의 구동 회로에 관한 것이다.　 구동 회로는, 구동 대상인 발광 소자의 제1 단자에 구동 전압을 공급하는 스위칭 전원과, 발광 소자의 제2 단자에 접속되어, 버스트 조광 펄스가 어서트되는 기간, 발광 소자에 구동 전류를 공급하는 전류 드라이버를 구비한다.　 스위칭 전원은, 일단(一端)의 전위가 고정된 캐패시터와, 발광 소자의 제2 단자에 생기는 검출 전압과 소정의 기준 전압의 오차에 따른 전류를 캐패시터에 공급하는 오차 증폭기와, 오차 증폭기의 출력 단자와 캐패시터 사이에 설치되고, 버스트 조광 펄스가 어서트되는 기간, 온되는 스위치와, 캐패시터에 생기는 피드백 전압을 받아, 그에 따른 듀티비를 갖는 스위칭 펄스 신호를 생성하는 펄스 생성부와, 스위칭 펄스 신호에 기초하여, 스위칭 전원의 스위칭 소자를 구동하는 드라이버와, 버스트 조광 펄스의 펄스 폭에 응하여 온, 오프 상태가 절환 가능하게 구성되고, 온 상태에서 캐패시터에 전류를 공급하는 피드백 전압 조절 회로를 구비한다.

본 양태에 따르면, 버스트 조광 펄스의 펄스 폭이 짧을 경우에, 오차 증폭기의 응답의 지연에 의해 캐패시터로의 전류 공급이 부족하여도, 피드백 조정 회로로부터의 전류 공급에 의해 캐패시터가 충전되어, 피드백 전압이 상승한다.　 그 결과, 순간적으로 스위칭 펄스 신호의 펄스 폭을 증대시켜, 출력 전압을 증가시킴으로써, 발광 소자를 확실하게 점등시킬 수 있다.

또한 피드백 조정 회로가 계속해서 온 상태이고, 캐패시터로의 전류 공급이 지속되면, 피드백 전압이 계속해서 상승하여, 출력 전압이 상승하게 되어버린다.　 그래서 버스트 조광 펄스의 펄스 폭이 짧을 경우에는, 적절한 타이밍에서 피드백 전압 조절 회로를 오프함으로써, 출력 전압의 과도한 상승을 억제할 수 있다.

피드백 전압 조절 회로는, 버스트 조광 펄스의 펄스 폭이 임의의 임계값보다 길 때 온 상태로 되고, 버스트 조광 펄스의 펄스 폭이 임계값보다 짧을 때, 버스트 조광 펄스가 어서트되는 기간 온 상태로 되고, 그 후 오프 상태로 되어도 좋다.

일 양태의 구동 회로는, 검출 전압이 소정의 임계값 전압보다 높을 때에 어서트되는 쇼트 검출 신호를 생성하는 쇼트 검출 컴퍼레이터를 더 구비해도 좋다.　 피드백 전압 조절 회로는, 버스트 조광 펄스가 니게이트(negate)되는 타이밍에서, 쇼트 검출 신호가 어서트되어 있을 때, 오프해도 좋다.

피드백 전압 조절 회로는, 그 입력단자에 쇼트 검출 신호가 입력되어, 그 클럭 단자에 버스트 조광 펄스의 반전 신호가 입력되는 플립플롭을 포함해도 된다.　 피드백 전압 조절 회로는, 해당 플립플롭의 출력 신호에 따라서 온, 오프 상태가 절환되어도 좋다.

피드백 전압 조절 회로는, 버스트 조광 펄스가 니게이트되는 기간에 쇼트 검출 신호가 어서트되면, 온 해도 좋다.

피드백 전압 조절 회로는, 버스트 조광 펄스와 쇼트 검출 신호의 반전 신호를 받는 NAND 게이트와, 그 입력 단자에 쇼트 검출 신호가 입력되어, 그 클럭 단자에 버스트 조광 펄스의 반전 신호가 입력되어, 그 리세트 단자에 NAND 게이트의 출력신호가 입력된 플립플롭을 포함해도 된다.　 피드백 전압 조절 회로는, 해당 플립플롭의 출력신호에 따라서 온, 오프 상태가 절환되어도 좋다.

본 발명의 다른 양태는, 발광 장치이다.　 이 장치는, 발광 소자와, 발광 소자를 구동하는 전술한 어느 한 양태의 구동 회로를 구비한다.

본 발명의 또 다른 양태는, 전자 기기이다.　 이 전자 기기는, 액정 패널과, 액정 패널의 백라이트로서 설치된 전술한 발광 장치를 구비한다.

또한, 이상의 구성 요소의 임의인 조합이나 본 발명의 구성 요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 서로 치환한 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 버스트 조광의 점등 시간이 짧을 때에 출력 전압을 안정화할 수 있다.

도 1은 비교 기술에 따른 발광 장치의 구성예를 도시하는 회로도이다.
도 2는 실시 형태에 따른 발광 장치를 구비하는 전자 기기의 구성을 도시하는 회로도이다.
도 3은 피드백 전압 조절 회로의 구성예를 도시하는 회로도이다.
도 4는 도 2의 제어 IC의 동작을 나타내는 타임 차트이다.
도 5는 도 2의 제어 IC의 동작을 나타내는 타임 차트이다.

이하, 본 발명을 적절한 실시 형태에 기초하여 도면을 참조하면서 설명한다.　 각 도면에 도시되는 동일한 또는 동등한 구성요소, 부재, 처리에는, 동일한 부호를 붙이는 것으로 하고, 적절히 중복된 설명은 생략한다.　 또한, 실시 형태는, 발명을 한정하는 것이 아니라 예시이며, 실시 형태에 기술되는 모든 특징이나 그 조합은, 반드시 발명의 본질적인 것이라고는 할 수 없다.

본 명세서에 있어서, "부재 A가, 부재 B와 접속된 상태"란, 부재 A와 부재 B가 물리적으로 직접적으로 접속되는 경우 외에, 부재 A와 부재 B가, 전기적인 접속 상태에 영향을 미치지 않는 다른 부재를 통해서 간접적으로 접속되는 경우도 포함한다.

마찬가지로, "부재 C가, 부재 A와 부재 B 사이에 설치된 상태"란, 부재 A와 부재 C, 혹은 부재 B와 부재 C가 직접적으로 접속되는 경우 외에, 전기적인 접속 상태에 영향을 미치지 않는 다른 부재를 통해서 간접적으로 접속되는 경우도 포함한다.

도 2는, 실시 형태에 따른 발광 장치를 구비하는 전자 기기의 구성을 도시하는 회로도이다.

전자 기기(2)는, 노트 PC, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 휴대전화 단말기, PDA(Personal Digital Assistant) 등의 전지구동형 기기이며, 발광 장치(3)와 LCD(Liquid Crystal Display) 패널(5)을 구비한다.　 발광 장치(3)는 LCD 패널(5)의 백라이트로서 설치된다.

발광 장치(3)는, 발광 소자인 LED 스트링(6_1∼6_n)과, 전류 구동 회로(8)와, 스위칭 전원(4)을 구비한다.　 전류 구동 회로(8) 및 스위칭 전원(4)은, 발광 스트링의 구동 회로를 구성한다.

각 LED 스트링(6)은, 직렬로 접속된 복수의 LED를 포함한다.　 스위칭 전원(4)은, 승압형 DC/DC 컨버터이며, 입력 단자(P1)에 입력된 입력 전압(예를 들면 전지 전압)(Vin)을 승압하여, 출력 단자(P2)로부터 출력 전압(구동 전압)(Vout)을 출력한다.　 복수의 LED 스트링(6_1∼6_n) 각각의 일단(一端)(애노드(anode))은, 출력 단자(P2)에 공통으로 접속된다.

스위칭 전원(4)은, 제어 IC(100) 및 출력 회로(102)를 구비한다.　 출력 회로(102)는, 인덕터(L1), 정류 다이오드(D1), 스위칭 트랜지스터(M1), 출력 캐패시터(C1)를 포함한다.　 출력 회로(102)의 토폴러지는 일반적이기 때문에, 설명을 생략한다.　 또한 그 토폴러지에 여러가지 변형이 있는 것이 당업자에게는 이해되어, 본 발명에 있어서 한정되는 것은 아니다.

제어 IC(100)의 스위칭 단자(P4)는, 스위칭 트랜지스터(M1)의 게이트와 접속된다.　 제어 IC(100)는, LED 스트링(6)의 점등에 필요한 출력 전압(Vout)이 얻어지도록, 피드백에 의해 스위칭 트랜지스터(M1)의 온, 오프의 듀티비를 조절한다.　 또한 스위칭 트랜지스터(M1)는 제어 IC(100)에 내장되어도 좋다.

전류 구동 회로(8)는, 복수의 LED 스트링(6_1∼6_n)의 타단(他端)(캐소드(cathode))과 접속된다.　 전류 구동 회로(8)는, LED 스트링(6_1∼6_n) 각각에, 목표 휘도에 따른 간헐적인 구동 전류(I_LED1∼I_LEDn)를 공급한다.　 구체적으로는 전류 구동 회로(8)는, LED 스트링(6_1∼6_n) 마다 설치된 복수의 전류원(CS₁∼CS_n)과, PWM 컨트롤러(9)를 구비한다.　 i번째 전류원(CS_i)은, 대응하는 i번째 LED 스트링(6_i)의 캐소드와 접속되어 있다.　 전류원(CS_i)는, PWM 컨트롤러(9)로부터 출력되는 버스트 조광 펄스(PWM_i)에 따라서, 구동 전류(I_LEDi)를 출력하는 동작(액티브) 상태 φ_ON과, 구동 전류(I_LEDi)를 정지하는 정지 상태 φ_OFF가 절환 가능하게 구성된다.　 PWM 컨트롤러(9)는, 목표 휘도에 따른 듀티비를 갖는 버스트 조광 펄스(PWM_i∼PWM_n)를 생성하여, 전류원(CS₁∼CS_n)에 출력한다.　 버스트 조광 펄스(PWM_i)가 어서트(예를 들면 하이 레벨)되는 기간(점등 기간 T_ON), 대응하는 전류원(CS_i)은 동작 상태 φ_ON으로 되고, LED 스트링(6_i)은 점등한다.　 버스트 조광 펄스(PWM_i)가 니게이트(예를 들면 로우 레벨)되는 기간(소등 기간 T_OFF), 대응하는 전류원(CS_i)은 정지 상태 φ_OFF로 되어, LED 스트링(6_i)은 소등한다.　 점등 기간 T_ON과 소등 기간 T_OFF의 시간 비율을 제어함으로써, LED 스트링(6_i)에 흐르는 구동 전류(I_LED)의 실효값(시간 평균값)이 제어되어, 휘도를 조절할 수 있다.　 전류 구동 회로(8)에 의한 PWM구동의 주파수는 수십∼수백 Hz이다.　 이하, 버스트 조광 펄스(PWM₁∼PWM_n)는 동일 타이밍으로 천이하는 것으로 하여, 그것들을 버스트 조광 펄스(PWM)로 총칭한다.

제어 IC(100)과 전류 구동 회로(8)는, 단일 반도체 칩에 집적화되어도 좋고, 별개의 칩에 집적화되어도 좋다.　 그것들은, 단일 패키지(모듈)을 구성해도 좋고, 별개의 패키지를 구성해도 좋다.

이상이 발광 장치(3) 전체의 구성이다.　 계속해서 제어 IC(100)의 구성을 설명한다.　 제어 IC(100)는, LED 스트링(6_1∼6_n) 마다 설치된 LED 단자(LED₁∼LED_n)를 구비한다.　 각 LED 단자(LED_i)는, 대응하는 LED 스트링(6_i)의 캐소드 단자와 접속된다.　 또한, LED 스트링은 복수일 필요는 없고, 1개이어도 된다.

제어 IC(100)는, 주로 오차 증폭기(22), 제1 스위치(SW10a), 펄스 생성부(20), 드라이버(28), 쇼트 검출 회로(60₁∼60_n), 피드백 회로(70₁∼70_n)를 구비한다.

FB 단자와 외부의 고정 전압 단자(접지 단자) 사이에는, 위상 보상용 저항(R7) 및 위상 보상용 캐패시터(C3)가 설치된다.

피드백 회로(70₁∼70_n)는 각각, LED 단자(채널) 마다 설치된다.　 i번째 피드백 회로(70_i)는, 대응하는 LED 단자의 검출 전압(V_LEDi)에 따른 전압(V_LEDi')을, 오차 증폭기(22)에 출력한다.　 구체적으로는, 피드백 회로(70)는, 저항(R11, R12)을 포함하는 분압 회로이며, 검출 전압(V_LEDi)를 분압비(K1)로 분압한다.　 제1 스위치(SW11)는, 대응하는 채널의 버스트 조광 신호(PWM_i)가 어서트되는 기간(점등 기간) 온되고, 니게이트되는 기간(소등 기간)에 오프된다.　 또한, 제i 채널의 제1 스위치(SW11)는, 그 채널이 피드백의 대상으로부터 제외될 때에는 오프된다.　 예를 들면 제1 스위치(SW11)는, 버스트 조광 신호(PWM_i)에 따라서 제어되는 N채널 MOSFET이다.　 제2 스위치(SW12)는, 그 채널이 피드백의 대상으로부터 제외해야 할 때에는 온 상태로 되어, 검출 전압(V_LEDi')을 예를 들면 전원 전압 V_DD에 풀 업 한다.　 이에 의해, 그 채널의 검출 전압(V_LEDi')을, 다른 채널의 검출 전압(V_LEDj'(j≠i))보다도 높게 할 수가 있어, 피드백으로부터 제외할 수 있다.　 또한, 검출 전압의 분압은, 본질적인 처리가 아니기 때문에, 이하의 설명에서는, 특히 필요없는 한, V_LED'와 V_LED를 구별하지 않는다.　 예를 들면 제2 스위치(SW12)는, 버스트 조광 신호(PWM_i)에 따라서 제어되는 P채널 MOSFET이다.

오차 증폭기(22)는 소위 gm(트랜스 컨덕턴스) 앰프이며, LED 스트링(6)의 점등 기간에, 검출 전압(V_LED)과 기준 전압(Vref)의 오차에 따른 전류를 생성하여, FB 단자에 공급한다.　 FB 단자에는, 검출 전압(V_LED)과 기준 전압(Vref)의 오차에 따른 피드백 전압(V_FB)이 발생한다.

구체적으로는 오차 증폭기(22)는, 복수의 반전 입력 단자(-)와, 하나의 비반전 입력 단자(+)를 갖는다.　 복수의 반전 입력단자에는 각각, 검출 전압(V_LED1∼V_LEDn)이 입력되고, 비반전 입력단자에는 기준 전압(Vref)이 입력된다.　 오차 증폭기(22)는, 가장 낮은 검출 전압(V_LED)과 기준 전압(Vref)의 오차에 따른 전류를 출력한다.

제1 스위치(SW10a)는, 오차 증폭기(22)의 출력 단자와 FB 단자 사이에 설치된다.　 제1 스위치(SW10a)는, 버스트 조광 펄스(PWM)가 어서트되는 기간, 즉 점등 기간(T_ON)에 온되고, 니게이트되는 기간 즉 소등 기간(T_OFF)에 오프된다.　 복수의 전류원(CS₁∼CS_n)에 대한 버스트 조광 펄스(PWM₁∼PWM_n)의 위상이 시프트하고 있는 경우, 적어도 하나의 버스트 조광 펄스(PWM)이 어서트되는 기간, 제1 스위치(SW10a)는 온된다.

펄스 생성부(20)는, 예를 들면 펄스 폭 변조기이며, FB 단자에 생기는 전압(V_FB)을 받고, 그에 따른 듀티비를 갖는 스위칭 펄스 신호(Spwm)를 생성한다.　 구체적으로는 피드백 전압(V_FB)이 높을수록 스위칭 펄스 신호(Spwm)의 듀티비는 커진다.

펄스 생성부(20)는, 오실레이터(24), PWM 컴퍼레이터(26)를 포함한다.　 오실레이터(24)는, 삼각파 혹은 톱니파의 주기 전압(Vosc)을 생성한다.

PWM 컴퍼레이터(26)는 피드백 전압(V_FB)을 주기 전압(Vosc)과 비교하여, 비교 결과에 따른 레벨을 갖는 PWM 신호(Spwm)를 생성한다.　 또한, 펄스 생성부(20)로서 펄스 주파수 변조기 등을 이용해도 된다.　 PWM 신호(Spwm)의 주파수는, 전류 구동 회로(8)에 의한 PWM 구동의 주파수에 비교하여 충분히 높아, 수백 kHz(예를 들면 600kHz)이다.

드라이버(28)는, 스위칭 펄스 신호(Spwm)에 기초하여, 스위칭 전원(4)의 스위칭 트랜지스터(M1)를 구동한다.

쇼트 검출 회로(60₁∼60_n)는, LED 스트링(6_1∼6_n)의 채널 마다에 설치되고, 마찬가지로 구성된다.　 쇼트 검출 회로(60_i)는, 점등 기간(T_ON)에서의 LED 단자의 검출 전압(V_LEDi)이, 소정의 임계값 전압(V_TH)보다 높을 때 어서트되는 쇼트 검출 신호(LSPiCH)를 생성한다.　 소등 기간(T_OFF)에는, 쇼트 검출은 무효화된다.

쇼트 검출 회로(60i)는, 쇼트 검출 컴퍼레이터(62), 저항(R1, R2), 트랜지스터(63)를 포함한다.

LED 단자의 검출 전압(V_LEDi)은, 저항(R1, R2)에 의해 분압된다.　 R1=2.4MΩ, R2=0.6MΩ일 때, 분압비 β=1/5이다.　 트랜지스터(63)는, 버스트 조광 펄스(PWM_i)와 동기 제어되어, 점등 기간(T_ON)에 온, 소등 기간(T_OFF)에 오프된다.　 쇼트 검출 컴퍼레이터(62)는, 점등 기간(T_ON)에서, 저항(R1, R2)에 의해 분압된 검출 전압(V_LEDi')을, 임계값전압(V_TH')과 비교하여, V_LEDi'>V_TH'일 때에 하이 레벨(어서트)로 되는 쇼트 검출 신호(LSPiCH)를 출력한다.　 V_TH'=V_TH×β가 성립한다.

피드백 전압 조절 회로(50)는, 버스트 조광 펄스(PWM)의 펄스 폭에 따라서 온, 오프 상태가 절환 가능하게 구성되고, 온 상태에서 위상 보상용 캐패시터(C3)에 전류(Ic)를 공급하고, 오프 상태에서 위상 보상용 캐패시터(C3)로의 전류 공급을 정지한다.

피드백 전압 조절 회로(50)는, 버스트 조광 신호(PWM)의 펄스 폭이 임의의 임계값보다 길 때에는 점등 기간, 소등 기간 모두 온 상태로 된다.　 또한 피드백 전압 조절 회로(50)는, 버스트 조광 신호(PWM)의 펄스 폭이 임계값보다 짧을 때에는, 점등 기간의 종료 후에 오프된다.

피드백 전압 조절 회로(50)가 온 상태에서 전류(Ic)를 주입함으로써, 스위칭 트랜지스터(M1)의 온 시간이 길어지도록, 피드백 전압(V_FB)을 변화시킨다.　 구체적으로는 피드백 전압 조절 회로(50)는, 온 상태에서 피드백 전압(Vfb)을 상승시킴으로써, 스위칭 트랜지스터(M1)의 온 시간을 길게 한다.

주입 전류(Ic)는, 오차 증폭기(22)의 소스 전류, 싱크 전류보다 작은 것이 바람직하고, 예를 들면 소스 전류, 싱크 전류가 최대 100μA일 때, 피드백 전압 조절 회로(50)의 주입 전류(Ic)는 1μA 정도가 바람직하다.

구체적으로는, 피드백 전압 조절 회로(50)는, 이하의 조건을 충족시킬 때에, 온으로부터 오프로 천이한다.　 i번째 채널의 검출 전압(V_LEDi)이 피드백되어 있는 것으로 한다.　 이때 피드백 전압 조절 회로(50)는, 버스트 조광 펄스(PWM_i)가 어서트로부터 니게이트에 천이하는 타이밍에서, 쇼트 검출 신호(LSPiCH)가 어서트되어 있을 때에 오프 상태로 된다.

그 후, 피드백 전압 조절 회로(50)는, 버스트 조광 펄스(PWM)가 니게이트되는 기간에 쇼트 검출 신호(LSPiCH)가 어서트되면, 온된다.

도 3은, 피드백 전압 조절 회로(50)의 구성예를 도시하는 회로도이다.　 피드백 전압 조절 회로(50)는, 플립플롭(52), NAND 게이트(54), 전류원(56), 스위치(58), OR 게이트(59)를 구비한다.

전류원(56)은, 위상 보상용 캐패시터(C3)에 공급해야 할 전류(Ic)를 생성한다.　 전류(Ic)는 예를 들면 1μA 정도이다.　 스위치(58)는 전류(Ic)의 경로 상에 설치되고, 스위치(58)의 온·오프가, 피드백 전압 조절 회로(50)의 온·오프로 대응지어진다.　 전류(Ic)가 위상 보상용 캐패시터(C3)에 유입됨으로써, 피드백 전압(V_FB)이 상승한다.

플립플롭(52) 및 NAND 게이트(54)는, LED 스트링(6)의 채널마다에 설치된다.　 i번째 플립플롭(52)의 입력단자(D)에는, 쇼트 검출 신호(LSPiCH)가 입력되고, 그 클럭 단자에는 버스트 조광 펄스(PWM)의 반전 신호(PWM#)가 입력된다.　 도면에서, 논리 반전은 바로 도시된다.

NAND 게이트(54)는, 버스트 조광 펄스(PWM)와 쇼트 검출 신호(LSPiCH#)의 반전 신호의 부정 논리곱(NAND)을 생성한다.　 NAND 게이트(54)의 출력 신호는, 플립플롭(52)의 리세트 단자에 입력된다.

OR 게이트(59)는, 각 채널의 플립플롭(52)의 출력 신호(Q₁∼Q_n)의 논리합을 생성하고, 논리합에 따라서 스위치(58)에 공급한다.　 스위치(58)는, OR 게이트(59)의 출력 신호가 로우 레벨일 때에 온되고, OR 게이트(59)의 출력 신호가 하이 레벨일 때에 오프된다.

이상이 제어 IC(100)의 구성이다.　 계속해서 그 동작을 설명한다.　 도 4는, 버스트 조광 펄스(PWM)의 펄스 폭이 어느 정도 길 경우의 타임 차트를, 도 5는, 버스트 조광 펄스(PWM)의 펄스 폭이 짧을 경우의 타임 차트를 나타낸다.

우선 도 4를 참조한다.　 지금, 어느 정도 긴 펄스 폭을 갖는 버스트 조광 펄스(PWM)가 반복 생성되어 있다.　 이해를 용이하게 하고 설명을 간략화하기 위해, 제1 채널만에 주목하여 설명한다.

시각 t0 이전, 버스트 조광 펄스(PWM₁)는 로우 레벨이기 때문에 전류원(CS₁)은 오프 상태이고, LED 스트링(6_1)은 소등 상태이다.　 이 때에 트랜지스터(63)가 오프되어 쇼트 검출이 무효화되고, 검출 전압(V_LED1')은 로우 레벨(접지 전압)로 풀 다운되기 때문에, LSP1CH는 로우 레벨이다.

시각 t0에 버스트 조광 펄스(PWM₁)가 하이 레벨로 천이되면, 전류원(CS₁)이 온되어, LED 스트링(6_1)에 구동 전류가 흐르기 시작하고, LED 스트링(6_1)의 전압 강하(Vf)가 제로로부터 서서히 증대한다.　 검출 전압(V_LED1)은,

V_LED1=Vout-Vf

로 공급되기 때문에, 시간과 함께 점차 저하되어 간다.　 버스트 조광 펄스(PWM₁)가 하이 레벨로 천이된 직후, V_LED1'>V_TH'이 성립하기 때문에, 쇼트 검출 신호(LSP1CH)는 하이 레벨로 된다.　 시각 t1에, 검출 전압(V_LED1')이 임계값 전압(V_TH')보다 낮아지면, 쇼트 검출 신호(LSP1CH)는 로우 레벨로 천이되고, 그 후 로우 레벨을 지속한다.

시각 t2에 버스트 조광 신호(PWM)가 로우 레벨로 천이한 타이밍에서, 반전된 쇼트 검출 신호(LSP1CH#)는 로우 레벨이기 때문에, 플립플롭(52)의 출력 신호(Q1)는 로우 레벨이며, 다음에 버스트 조광 신호(PWM)가 하이 레벨로 천이하는 시각 t3까지의 소등 기간(T_OFF), 출력 신호(Q1)는 로우 레벨로 된다.

시각 t0∼t3의 동작이 반복되고, 스위치(58)의 제어 신호는 로우 레벨을 유지하기 위해서, 스위치(58) 즉 피드백 전압 조절 회로(50)는 계속해서 온 상태로 되어, 위상 보상용 캐패시터(C3)에는, 주입 전류(Ic)가 계속해서 공급된다.　 이와 같이, 버스트 조광 신호(PWM)의 펄스 폭이 어느 정도 길 때에는, 피드백 전압 조절 회로(50)는 온 상태로 된다.　 오차 증폭기(22)의 전류 능력은, 피드백 전압 조절 회로(50)의 주입 전류(Ic)보다도 충분히 크기 때문에, 주입 전류(Ic)의 영향이 거의 없다.

계속해서 도 5를 참조한다.　 시각 t0에 버스트 조광 펄스(PWM₁)가 하이 레벨로 천이하고, 검출 전압(V_LED1)이 시간과 함께 점차로 저하되어 간다.　 버스트 조광 신호(PWM)의 펄스 폭이 짧아지면, 검출 전압(V_LED1)이 임계값 전압(V_TH)보다 낮아지기 전에, 즉 쇼트 검출 신호(LSP1CH)가 로우 레벨로 천이되기 전에, 버스트 조광 신호(PWM)가 로우 레벨로 천이한다(시각 t1).　 따라서 플립플롭(52)의 출력 신호(Q1)가 하이 레벨로 된다.

여기서 도 2의 제어 IC(100)의 효과를 명확히 하기 위해, 피드백 전압 조절 회로(50)가 존재하지 않을 경우의 동작을 설명한다.

버스트 조광 펄스(PWM₁)의 펄스 폭이 짧으면, 오차 증폭기(22)의 응답이 지연되기 때문에, 오차 증폭기(22)로부터 위상 보상용 캐패시터(C3)로의 전류 공급이 불충분하게 되어, 피드백 전압(V_FB)이 저하한다.　 그 결과, 스위칭 펄스 신호(Spwm)의 온 시간이 짧아져서, 구동 전압(Vout)이 저하하게 되어버린다.　 구동 전압(Vout)이 저하되면, LED 스트링(6)이 발광하지 않게 된다.

계속해서 피드백 전압 조절 회로(50)를 설치했을 경우의 동작을 설명한다.　 오차 증폭기(22)의 응답이 지연되고, 오차 증폭기(22)로부터 위상 보상용 캐패시터(C3)로의 전류 공급이 부족한 경우에도, 피드백 전압 조절 회로(50)로부터 위상 보상용 캐패시터(C3)에 대하여 주입 전류(Ic)가 공급되기 때문에, 피드백 전압(V_FB)의 저하를 억제 혹은 상승시킬 수 있어, 스위칭 펄스 신호(Spwm)의 온 시간이 길어진다.　 그 결과, 구동 전압(Vout)의 저하를 억제할 수가 있어, LED 스트링(6)을 발광시킬 수 있다.

단, 그 후의 소등 기간(T_OFF)에서, 전류(Ic)가 위상 보상용 캐패시터(C3)에 계속 공급하면, 피드백 전압(V_FB)이 계속해서 상승하여, 출력 전압(Vout)이 지나치게 높아진다.　 버스트 조광 펄스(PWM)의 펄스 폭이 짧을 경우에는, 소등 기간(T_OFF)에 천이한 후에 전류(Ic)를 차단함으로써, 출력 전압(Vout)의 상승을 억제할 수 있다.

이와 같이, 실시 형태에 따른 제어 IC(100)에 따르면, 오차 증폭기(22)의 응답 속도의 지연에 의한 출력 전압의 저하를 억제할 수가 있어, LED 스트링(6)을 발광시킬 수 있다.

이상, 본 발명에 대하여, 실시 형태를 기초로 설명했다.　 이 실시 형태는 예시이며, 그것들의 각 구성요소나 각 처리 공정, 그것들의 조합에는, 여러가지 변형예가 존재할 수 있다.　 이하, 이러한 변형예에 대해서 설명한다.

실시 형태에서는 인덕터를 이용한 비절연형 스위칭 전원을 설명했지만, 본 발명은 트랜스포머를 이용한 절연형 스위칭 전원에도 적용 가능하다.

실시 형태에서는, 발광 장치(3)의 애플리케이션으로서 전자 기기를 설명했지만, 용도는 특별히 한정되지 않고, 조명 등에도 이용할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서, 하이 레벨, 로우 레벨, 어서트, 니게이트의 논리 신호의 설정은 일례이며, 인버터 등에 의해 적절히 반전시킴으로써 자유롭게 변경하는 것이 가능하다.

실시 형태에 기초하여, 구체적인 용어를 이용하여 본 발명을 설명했지만, 실시 형태는, 본 발명의 원리, 응용을 나타내고 있는 것에 지나지 않고, 실시 형태에는, 청구의 범위에 규정된 본 발명의 사상을 일탈하지 않는 범위에서, 많은 변형예나 배치의 변경이 인정된다.

2 : 전자 기기
3 : 발광 장치
4 : 스위칭 전원
5 : LCD 패널
6 : LED 스트링
8 : 전류 구동 회로
9 : PWM 컨트롤러
100 : 제어 IC
102 : 출력 회로
19 : 펄스 변조기
20 : 펄스 폭변조기
22 : 오차 증폭기
24 : 오실레이터
26 : PWM 컴퍼레이터
28 : 드라이버
C3 : 위상 보상용 캐패시터
R7 : 위상 보상용 저항
SW10a : 제1 스위치
40 : 소프트 오프 회로
C4 : 소프트 오프용 캐패시터
42 : 방전 회로
44 : 전류원
M6 : 스위치
C2 : 캐패시터
M2, M3 : 트랜지스터
L1 : 인덕터
C1 : 출력 캐패시터
D1 : 정류 다이오드
M1 : 스위칭 트랜지스터
50 : 피드백 전압 조절 회로
52 : 플립플롭,
54 : NAND 게이트
56 : 전류원
58 : 스위치
59 : OR 게이트
60 : 쇼트 검출 회로
62 : 쇼트 검출 컴퍼레이터

Claims

구동 대상의 발광 소자의 제1 단자에 구동 전압을 공급하는 스위칭 전원과,
상기 발광 소자의 제2 단자에 접속되어, 버스트 조광 펄스가 어서트되는 기간, 상기 발광 소자에 구동 전류를 공급하는 전류 드라이버
를 구비하고,
상기 스위칭 전원은,
일단(一端)의 전위가 고정된 캐패시터와,
상기 발광 소자의 제2 단자에 생기는 검출 전압과 소정의 기준 전압의 오차에 따른 전류를 상기 캐패시터에 공급하는 오차 증폭기와,
상기 오차 증폭기의 출력 단자와 상기 캐패시터 사이에 설치되고, 상기 버스트 조광 펄스가 어서트되는 기간, 온되는 스위치와,
상기 캐패시터에 생기는 피드백 전압을 받아, 그에 따른 듀티비를 갖는 스위칭 펄스 신호를 생성하는 펄스 생성부와,
상기 스위칭 펄스 신호에 기초하여, 상기 스위칭 전원의 스위칭 소자를 구동하는 드라이버와,
상기 버스트 조광 펄스의 펄스 폭에 따라서 온, 오프 상태가 절환 가능하게 구성되고, 온 상태에서, 상기 캐패시터에 전류를 공급하는 피드백 전압 조절 회로
를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 소자의 구동 회로.
제1항에 있어서,
상기 피드백 전압 조절 회로는, 상기 버스트 조광 펄스의 펄스 폭이 임의의 임계값보다 길 때에 온 상태로 되고, 상기 버스트 조광 펄스의 펄스 폭이 상기 임계값보다 짧을 때, 버스트 조광 펄스가 어서트되는 기간 온되고, 그 후 오프되는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
제1항에 있어서,
상기 검출 전압이 소정의 임계값 전압보다 높을 때에 어서트되는 쇼트 검출 신호를 생성하는 쇼트 검출 컴퍼레이터를 더 구비하고,
상기 피드백 전압 조절 회로는,
상기 버스트 조광 펄스가 니게이트되는 타이밍에서, 상기 쇼트 검출 신호가 어서트되어 있을 때, 오프되는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
제3항에 있어서,
상기 피드백 전압 조절 회로는,
그 입력 단자에 상기 쇼트 검출 신호가 입력되고, 그 클럭 단자에 상기 버스트 조광 펄스의 반전 신호가 입력되는 플립플롭을 포함하고,
해당 플립플롭의 출력 신호에 따라서 온, 오프 상태를 절환할 수 있는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 피드백 전압 조절 회로는, 상기 버스트 조광 펄스가 니게이트되는 기간에 상기 쇼트 검출 신호가 어서트되면, 온되는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
제3항에 있어서,
상기 피드백 전압 조절 회로는,
상기 버스트 조광 펄스와 상기 쇼트 검출 신호의 반전 신호를 받는 NAND 게이트와,
그 입력 단자에 상기 쇼트 검출 신호가 입력되고, 그 클럭 단자에 상기 버스트 조광 펄스의 반전 신호가 입력되고, 그 리세트 단자에 상기 NAND 게이트의 출력신호가 입력된 플립플롭을 포함하고,
해당 플립플롭의 출력신호에 따라서 온, 오프 상태를 절환할 수 있는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피드백 전압 조절 회로는,
온 상태에서 상기 캐패시터에 전류를 공급하는 전류원을 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 회로.
발광 소자와,
상기 발광 소자를 구동하는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 구동 회로
를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
액정 패널과,
상기 액정 패널의 백라이트로서 설치된 제8항에 기재된 발광 장치
를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.