JP2006324671A - ディミング回路を有するｌｅｄ駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単にＬＥＤの輝度を調整可能なディミング回路を有するＬＥＤ駆動回路に関する。
【解決手段】ＬＥＤ駆動回路は、電圧検出抵抗から検出された電圧によって幅が調整されるスイッチングパルスをスイッチに提供して、スイッチのオン／オフ時間を制御するＰＷＭ駆動部を有していて、電圧検出抵抗から検出された電圧値と任意のディミング電圧値を比較する比較部、及び比較部からの比較電圧値が増加するとＰＷＭ駆動部から出力されるスイッチングパルスのオン時間を増加させ、比較部からの比較電圧値が減少するとＰＷＭ駆動部から出力されるスイッチングパルスのオン時間を減少させる制御信号を生成するＰＷＭ制御部を具備し、上記ディミング電圧値に伴いＰＷＭ駆動部から出力されるスイッチングパルス幅を制御することによりＬＥＤの輝度を調整する。
【選択図】図２

Description

本発明はディミング（ｄｉｍｍｉｎｇ）回路を有するＬＥＤ駆動回路に関するものであり、ＬＥＤ駆動回路のＰＷＭ駆動部に提供される検出電圧値と外部から提供されるディミング電圧を比較してその差に伴いＰＷＭ駆動部から出力されるスイッチングパルスのオン（ｏｎ）時間を制御することにより可変抵抗を使用することなく、簡単にＬＥＤの輝度を調整することが可能なディミング回路を有するＬＥＤ駆動回路に関する。

一般的な液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ、以下ＬＣＤと称する）のバックライトの光源として使用された冷陰極蛍光ランプ（Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ：ＣＣＦＬ、以下ＣＣＦＬと称する）は水銀ガスを使用するため環境汚染を誘発することがあり得、応答速度が遅く、色再現性が低いだけではなくＬＣＤパネルの軽薄短小化に不適切という短所を有している。

これに対し発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ、以下ＬＥＤと称する）は親環境的で、応答速度が数ナノ秒で高速応答が可能でビデオ信号ストリームに効果的で、インパルシブ（Ｉｍｐｕｌｓｉｖｅ）駆動が可能で、色再現性が１００％以上で赤色、緑色、青色ＬＥＤの光量を調整して輝度、色温度などを任意で変更することが可能なだけではなく、ＬＣＤパネルの軽薄短小化に好適するなどの長所を有しているため、最近ＬＣＤパネル等のバックライト用光源として積極的に採用されてきている。

このように、ＬＥＤを採用したＬＣＤバックライトにおいてＬＥＤを多数個直列連結して使用する場合、上記ＬＥＤに一定な定電流を提供することが可能な駆動回路が必要で使用者が輝度と色温度などを任意に調整するか、または温度補償などのためＬＥＤの輝度を調整するディミング回路が必要である。

図１の（ａ）及び（ｂ）は従来のＬＥＤ駆動回路を図示する。先ず、図１の（ａ）は従来の降圧式（ｂｕｃｋ ｔｙｐｅ）直流−直流コンバータを利用したＬＥＤ駆動回路の一例を図示した回路である。図１の（ａ）のように、従来の降圧式直流−直流コンバータが使用されたＬＥＤ駆動回路は、直流電源Ｖｉｎの（＋）端にインダクタＬとＬＥＤアレイ１１が直列連結され、上記インダクタＬとＬＥＤアレイ１１にダイオードＤが並列連結される。また、上記ＬＥＤアレイ１１とダイオードＤの接続ノードと直流電源Ｖｉｎの（−）端にスイッチ１３と電圧検出抵抗Ｒｓが直列で連結される。

上記電圧検出抵抗Ｒｓから検出される電圧値はＰＷＭ駆動部１２に入力され、上記ＰＷＭ駆動部１２は検出された電圧値によって上記スイッチ１３のオン−オフのデューティー比を調整する。上記スイッチ１３は図１の（ａ）に図示された通りＭＯＳＦＥＴが使用されることが可能で上記ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧にスイッチングパルスが印加されることによりスイッチとして使用することが可能である。

上記スイッチ１３がオンの場合に、上記直流電源Ｖｉｎから供給される電流はインダクタＬを通じＬＥＤアレイ１１へ伝達される。この際、インダクタＬにはエネルギーが蓄積される。上記スイッチ１３がオフの場合に、上記インダクタＬに蓄積されたエネルギーにより上記ＬＥＤアレイ１１に電源が供給される。上記ＰＷＭ制御部１２は上記電圧検出抵抗Ｒｓの抵抗値に伴い上記スイッチ１３オン／オフのデューティー比を調整することにより上記ＬＥＤアレイ１１に供給される電源を調節することとなる。

図１の（ｂ）は従来の昇圧式（ｂｏｏｓｔ ｔｙｐｅ）直流−直流コンバータが採用されたＬＥＤ駆動回路の一例を図示した回路図である。図１の（ｂ）のように、従来の昇圧式直流−直流コンバータが採用されたＬＥＤ駆動回路は、直流電源Ｖｉｎの（＋）端にインダクタＬとダイオードＤが直列連結され、上記ダイオードと直流電源Ｖｉｎの（−）端の間にキャパシタＣとＬＥＤアレイ１１が相互並列連結される。上記インダクタＬとダイオードＤの接続ノードと直流電源Ｖｉｎの（−）端の間にスイッチ１３と電圧検出抵抗Ｒｓが直列で連結される。

上記電圧検出抵抗Ｒｓから検出される電圧値はＰＷＭ駆動部１２に入力され、上記ＰＷＭ駆動部１２は検出された電圧値に伴い上記スイッチ１３のオン−オフのデューティー比を調整する。上記スイッチ１３は図１の（ｂ）に図示された通りＭＯＳＦＥＴが使用されることが可能で上記ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を調整しスイッチとして使用することが可能である。

上記スイッチ１３がオンの場合に、上記直流電源Ｖｉｎから供給される電流はインダクタＬ及びスイッチ１３を通じて流れるようになり上記インダクタＬにはエネルギーが貯蔵される。上記スイッチ１３がオフの場合に、上記直流電源Ｖｉｎと上記インダクタＬに蓄積されたエネルギーの和がダイオードＤを通過してＬＥＤアレイ１１に伝達される。この際、ＬＥＤアレイ１１に伝達される電圧は平滑キャパシタＣによって平滑されて伝達され、その値は入力電圧Ｖｉｎより大きいか同じになる。

このような従来のＬＥＤ駆動回路において、ＬＥＤの輝度調節は電圧検出抵抗Ｒｓの抵抗値を調整することにより上記電圧検出抵抗Ｒｓから検出される電圧値を調整して行われる。このような従来の輝度調整は、電圧検出抵抗Ｒｓとして可変抵抗を使用することにより可能となったが、高いＬＥＤ抵抗によって上記電圧検出抵抗Ｒｓはワッテージ（ｗａｔｔａｇｅ）抵抗を使用すべきであるため可変が容易ではない問題点がある。

また、様々な色を発光する多数のＬＥＤを使用する場合ＬＥＤの色ごとに相互に異なる駆動回路を使用することとなるが、駆動回路ごとに上記電圧検出抵抗Ｒｓ値が偏差が発生することとなり輝度の調整、色座標制御及び均一度などに悪影響を及ぼす問題点がある。

本発明は上記従来技術の問題点を解決すべく案出されたものであり、その目的は、可変抵抗を使用することなく簡単にＬＥＤの輝度を調整することが可能なディミング回路を有するＬＥＤ駆動回路を提供することにある。

上記目的を達成するための技術的構成として本発明は，電圧検出抵抗から検出された電圧によって幅が調整されるスイッチングパルスをスイッチに提供することによりスイッチのオン／オフ時間を制御するＰＷＭ駆動部を有するＬＥＤ駆動回路において、
上記電圧検出抵抗から検出された電圧値と任意のディミング電圧値を比較する比較部；及び上記比較部から比較された電圧値が増加すると上記ＰＷＭ駆動部から出力されるスイッチングパルスのオン時間を増加させ、上記比較部から比較された電圧値が減少するとＰＷＭ駆動部から出力されるスイッチングパルスのオン時間を減少させる制御信号を生成するＰＷＭ制御部を具備し、上記ディミング電圧値に伴いＰＷＭ駆動部から出力されるスイッチングパルス幅を制御することによりＬＥＤの輝度を調整することを特徴とするディミング回路を有するＬＥＤ駆動回路を提供する。

本発明の一実施形態は、上記電圧検出抵抗から検出された電圧値を増幅し上記比較部に提供する増幅部をさらに含むことが可能である。

好ましく、上記ＰＷＭ駆動部は印加される電圧が増加する場合出力されるスイッチングパルスのオン時間を増加させ、印加される電圧が減少する場合出力されるスイッチングパルスのオン時間を減少させるコンプ（ｃｏｍｐ）端子を有するＰＷＭ ＩＣで、この場合上記ＰＷＭ制御部の制御信号が上記コンプ端子に印加される。

好ましくは、上記ＰＷＭ制御部は、上記比較部の比較値が印加されるベースと、上記コンプ端子に連結されたエミッタと、接地に連結されたコレクターを有するｐｎｐトランジスタを含むことが可能である。

本発明の好ましい実施形態は、上記ＬＥＤの輝度を調整するための操作をする操作部と、上記操作部の操作に伴う輝度調整信号を生成するマイクロコントローラ及び上記マイクロコントローラから生成された輝度調整信号を上記ディミング電圧で出力するデジタル−アナログ変換部をさらに含むことが可能である。

本発明によると、ＬＥＤ駆動回路のＰＷＭ駆動部に提供される検出電圧値と外部から提供されるディミング電圧を比較してその差に伴いＰＷＭ駆動部から出力されるスイッチングパルスのオン（ｏｎ）時間を制御することにより可変抵抗を使用することなく簡単にＬＥＤの輝度を調整することが可能な効果がある。

さらに、ディミング電圧を一定に維持させる場合、ＬＥＤに供給される電流を一定に維持する定電流制御をすることが可能なため回路の安定性を高める効果がある。

以下、添付の図面を参照に本発明の多様な実施形態をより詳細に説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることが可能で、本発明の範囲が以下説明される実施形態に限定されるのではない。本発明の実施形態は本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するため提供される。従って、図面に図示された構成要素らの形状及び大きさ等はより明確な説明のため誇張されることが可能で、図面上で実質的に同一な構成と機能を有する構成要素らは同一な参照符号を使用する。

図２は本発明の一実施形態に伴うディミング回路を有するＬＥＤ駆動回路の構成図である。図２は昇圧式（ｂｏｏｓｔ ｔｙｐｅ）直流−直流コンバータが採用されたＬＥＤ駆動回路が図示されるが本発明はこれに限定されず、ＰＷＭ方式の全ての直流−直流コンバータを具備したＬＥＤ駆動回路に適用されることが可能である。

図２を参照すると、本発明の一実施形態に伴うＬＥＤ駆動回路は電圧検出抵抗Ｒｓから検出された電圧Ｖｓによって幅が調整されるスイッチングパルスをスイッチ１３０に提供することによりスイッチ１３０のオン／オフ時間を制御するＰＷＭ駆動部１２０を有する昇圧式直流−直流コンバータが提供され、この直流−直流コンバータの出力端には少なくとも一つ以上のＬＥＤを含むＬＥＤアレイ１１０が連結される。

また、本実施形態に伴うＬＥＤ駆動回路は上記電圧検出抵抗Ｒｓから検出された電圧値Ｖｓと任意のディミング電圧値Ｖｄを比較する比較部１５０と、上記比較部１５０から比較された電圧値が増加すると上記ＰＷＭ駆動部１２０から出力されるスイッチングパルスのオン（ｏｎ）時間を増加させ、上記比較部１５０から比較された電圧値が減少するとＰＷＭ駆動部１２０から出力されるスイッチングパルスのオン時間を減少させる制御信号を生成するＰＷＭ制御部１６０を具備する。

これで、上記ディミング電圧値Ｖｄに伴いＰＷＭ駆動部１２０から出力されるスイッチングパルス幅を制御することによりＬＥＤの輝度を調整するディミング回路が完成される。付加的に、上記電圧検出抵抗Ｒｓから検出された電圧値Ｖｓを増幅させ比較部１５０に提供する増幅部１４０をさらに具備することが可能である。

図３は図２に図示された本発明の一実施形態に伴うＬＥＤ駆動回路をより詳細に図示した詳細回路図である。図３を参照すると、上記ＰＷＭ駆動部１２０は印加される電圧が増加する場合出力されるスイッチングパルスのオン時間を増加させ、印加される電圧が減少する場合出力されるスイッチングパルスのオン時間を減少させるコンプ（ｃｏｍｐ）端子を有するＰＷＭ ＩＣである。この場合上記ＰＷＭ制御部１６０の制御信号が上記コンプ端子に印加される。

上記増幅部１４０は第１演算増幅器ＯＰ１を利用し電圧検出抵抗Ｒｓから検出された電圧Ｖｓを所定レベルに増幅させる。

上記比較部１５０は上記増幅部１４０から増幅された検出電圧Ｖｓを反転端子に入力を受け、外部から任意のディミング電圧Ｖｄを非反転端子に入力を受け両値を比較する第２演算増幅機ＯＰ２を含む。

上記ＰＷＭ制御部１６０は、上記比較部１５０の比較値が印加されるベースと、上記コンプ端子に連結されたエミッタと、接地に連結されたコレクターを有するｐｎｐトランジスタＱを含む。

以下、以上のように構成された本発明の一実施形態に伴うＬＥＤ駆動回路の動作を図３を参照して説明する。例えば、輝度を低くするためＬＥＤアレイ１１０に供給される電流を減少させようとする場合に、先ず使用者はディミング電圧Ｖｄを減少させることとなる。

次いで、上記比較部１５０は、増幅部１４０で増幅された電圧検出抵抗Ｒｓから検出された電圧Ｖｓとディミング電圧Ｖｄを比較する。上記ディミング電圧Ｖｄが非反転端子に入力され検出電圧Ｖｓが反転端子に入力されるため、ディミング電圧Ｖｄが減少することとなると上記比較部１５０から出力される値も減少するようになる。

この減少された比較電圧はＰＷＭ制御部１６０内のｐｎｐトランジスタＱのベースに印加され、このｐｎｐトランジスタＱのコレクターは接地されているため、ｐｎｐトランジスタＱのエミッタの電流がシンク（ｓｉｎｋ）されるようになる。

これによりＰＷＭ ＩＣ１２０のコンプ（ｃｏｍｐ）端子の電圧が減少することとなりスイッチ１３０から出力されるスイッチングパルスのオンタイムが減少することになりＬＥＤアレイ１１０に供給される電流が減少する。すなわち、輝度を低めることが可能となる。輝度を増加させる場合にも同様に動作する。

本発明に伴うＬＥＤ駆動回路は外部から入力されるディミング電圧に伴いＬＥＤアレイの輝度を調節することが可能であることだけではなく、ディミング電圧が一定に維持される場合ＬＥＤに供給される電流を一定に維持する定電流制御も可能である。このような定電流制御に対し図３を参照して説明する。例えば、ディミング電圧が一定に維持され外乱によって駆動電流が上昇するようになると電圧検出抵抗Ｒｓから検出された電圧Ｖｓが上昇することとなる。

上記検出電圧Ｖｓは比較部１５０内の演算増幅機ＯＰ２の反転端子に入力されディミング電圧Ｖｄは非反転端子に入力されるため、比較部１５０出力が減少する。この減少された比較部１５０の出力電圧はＰＷＭ制御部１６０内のｐｎｐトランジスタＱのベースに印加され、このｐｎｐトランジスタＱのコレクターは接地されているため、ｐｎｐトランジスタＱのエミッタの電流がシンク（ｓｉｎｋ）されるようになる。これによってＰＷＭ ＩＣ１２０のコンプ（ｃｏｍｐ）端子の電圧が減少することとなりスイッチ１３０から出力されるスイッチングパルスのオンタイムが減少することとなりＬＥＤアレイ１１０に供給される電流が減少することとなり定電流制御が成される。

図４は本発明の他の実施形態を図示した構成図である。図４に図示された実施形態は使用者の操作などによりディミング電圧を生成する要素らを含む。図４を参照すると、本実施形態は上記図３に図示された実施形態に、ＬＥＤの輝度を調整するための操作をする操作部２１０；上記操作部２１０の操作に伴う輝度調整信号を生成するマイクロコントローラ２２０；及び上記マイクロコントローラ２２０から生成された輝度調整信号を上記ディミング電圧Ｖｄで出力するデジタル−アナログ変換部２３０をさらに含むことが可能である。

上記操作部２１０は例えば、使用者が操作するＰＣインターフェースまたは自動で映像の明るさを調節する映像ボードであることが可能である。

マイクロコントローラ２２０は上記操作部２１０の操作に該当する輝度調整信号を生成する。マイクロコントローラ２２０は内蔵しているメモリ部に貯蔵されたプログラムに伴い操作に該当するデジタル形態の輝度調整信号を生成する。

上記デジタル−アナログ変換部２３０は上記マイクロコントローラ２２０から出力されるデジタル形態の輝度調整信号を相応するアナログ形態のディミング電圧値に変換し比較部１５０へ提供する。

一般的にＬＣＤのバックライトに適用されるＬＥＤは白色光を生成するため赤色、青色、緑色の光を生成する複数個のＬＥＤを含む。図４を参照すると、図面符号１００ａと表示した回路は赤色ＬＥＤを駆動するための回路を詳細に図示したもので、図面符号１００ｂ、１００ｃと表示した緑色及び青色ＬＥＤを駆動するための回路を簡略に図示したものである。内部の回路構造は赤色ＬＥＤアレイ１１０’を代替する緑色、青色ＬＥＤアレイが採用された点を除いては同一であるため簡略に図示した。この緑色、青色ＬＥＤ駆動回路また、上記デジタル−アナログ変換部２３０から出力されるディミング電圧の入力を受け前記と同一な方式で動作することとなる。

このように、本発明に伴うディミング回路を有するＬＥＤ駆動回路は外部から輝度などを調節するためのディミング電圧とＰＷＭ方式の直流−直流コンバータの電圧検出抵抗から検出された電圧を比較してＬＥＤに供給される電流を容易に調節することが可能である。

従来のＬＥＤ駆動回路を示す回路図であり、（ａ）は従来の降圧式直流−直流コンバータが採用されたＬＥＤ駆動回路図、（ｂ）は従来の昇圧式直流−直流コンバータが採用されたＬＥＤ駆動回路図である。 本発明の一実施形態に伴うＬＥＤ駆動回路の構成図である。 図２に図示されたＬＥＤ駆動回路の詳細回路図である。 本発明の他の実施形態に伴うＬＥＤ駆動回路の構成図である。

符号の説明

１１０ ＬＥＤアレイ
１２０ ＰＷＭ駆動部
１３０ スイッチ
１４０ 増幅部
１５０ 比較部
１６０ ＰＷＭ制御部

Claims (5)

1. 電圧検出抵抗から検出された電圧によって幅が調整されるスイッチングパルスをスイッチに提供することによりスイッチのオン／オフ時間を制御するＰＷＭ駆動部を有するＬＥＤ駆動回路において、
   上記電圧検出抵抗から検出された電圧値と任意のディミング電圧値を比較する比較部；及び
   上記比較部から比較された電圧値が増加すると上記ＰＷＭ駆動部から出力されるスイッチングパルスのオン（ｏｎ）時間を増加させ、上記比較部から比較された電圧値が減少するとＰＷＭ駆動部から出力されるスイッチングパルスのオン時間を減少させる制御信号を生成するＰＷＭ制御部を具備し、
   上記ディミング電圧値に伴いＰＷＭ駆動部から出力されるスイッチングパルス幅を制御することによりＬＥＤの輝度を調整することを特徴とするディミング回路を有するＬＥＤ駆動回路。
2. 上記電圧検出抵抗から検出された電圧値を増幅し上記比較部へ提供する増幅部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のディミング回路を有するＬＥＤ駆動回路。
3. 上記ＰＷＭ駆動部は印加される電圧が増加する場合出力されるスイッチングパルスのオン時間を増加させ、印加される電圧が減少する場合出力されるスイッチングパルスのオン時間を減少させるコンプ（ｃｏｍｐ）端子を有するＰＷ ＩＣで、上記ＰＷＭ制御部の制御信号が上記コンプ端子に印加されることを特徴とする請求項１に記載のディミング回路を有するＬＥＤ駆動回路。
4. 上記ＰＷＭ制御部は、上記比較部の比較値が印加されるベースと、上記コンプ端子に連結されたエミッタと、接地に連結されたコレクターを有するｐｎｐトランジスタを含むことを特徴とする請求項３に記載のディミング回路を有するＬＥＤ駆動回路。
5. 上記ＬＥＤの輝度を調整するための操作をする操作部と、
   上記操作部の操作に伴う輝度調整信号を生成するマイクロコントローラ及び
   上記マイクロコントローラから生成された輝度調整信号を上記ディミング電圧で出力するデジタル−アナログ変換部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のディミング回路を有するＬＥＤ駆動回路。

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