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技術 PWM調光回路

出願人 旭化成エレクトロニクス株式会社
発明者 進藤崇之山口哲二古賀智之
出願日 2009年9月14日 (11年9ヶ月経過) 出願番号 2009-211699
公開日 2011年3月24日 (10年2ヶ月経過) 公開番号 2011-060696
状態 特許登録済
技術分野 光源の回路一般
主要キーワード 負荷変更 最小期間 最小周期 ゼロ電位 RESET信号 SET信号 のこぎり波 立ち下り
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2011年3月24日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

調光デューティーが小さい、すなわち低いオンデューティーであっても一定の出力電圧を維持し、発光素子のちらつきを低減するPWM調光回路を提供すること。

解決手段

PWM調光回路の負荷Loadと誤差増幅器11との間にモード設定部16をさらに備える。モード設定部16は、最小周期設定信号NTを入力することにより、調光用PWM信号が最小周期設定信号CNTより小さい場合、通常動作モードから低デューティー動作モード移行させる。低デューティー動作モードのとき、スイッチ18が開いてスイッチ19が閉じるので、誤差増幅器11の比反転入力端子は、接続されていた抵抗を切断されてグランド電位に接続される。そのため、フィードバック制御は停止され、ゼロ電位の信号FBにより誤差信号COMPが最大になり、出力電圧VOUTを大きくするようにDC/DCコンバータが動作する。

概要

背景

従来、LEDや陰極蛍光管等を駆動する駆動回路が知られており、負荷変更等の影響を受ける出力電圧電流フィードバック制御により一定に保つように構成され、一方、PWMのデューティー比を調整している(特許文献1参照)。

図3に、従来のPWM調光回路の構成を示す。PWM信号によりLED等の負荷Loadに流れる電流のオンオフを制御して、調光する回路の一例であって、LEDに流れる電流をフィードバック制御して一定の出力電圧VOUTを生成する回路である。

外部電源VINからインダクタンスダイオードを介して電圧保持用のキャパシタ電荷が供給され、定電圧VOUTが負荷Loadに接続されている。負荷Loadは、例えばLEDであり、グランドとの間に抵抗とPWM信号によってオンオフされるスイッチ24が直列に接続されている。外部から入力されるこのPWM信号は、例えば5msを1周期とし、この範囲でデューティー比が変更される。

尚、図3では1つの負荷Loadが接続されているが、並列または直接あるいはそれらの組み合わせで複数のLEDが接続されることがある。

負荷Loadと抵抗との間の電位誤差増幅器21の反転入力端子に入力されている。非反転入力端子には基準電圧Vrefが入力され、誤差増幅器21から差電圧増幅した誤差信号COMPが出力される。PWMコンパレータ22に入力された誤差信号COMPは、のこぎり波と比較され、のこぎり波の電圧より高い場合に、PWMコンパレータ22から「Hi」が出力される。のこぎり波は例えば、1MHzの周波数であり、PWMコンパレータ22からは誤差信号に応じた1MHzのPWM信号が生成される。このPWM信号は、外部から入力される調光用のPWMと論理積され、インダクタンスに接続されたMOSトランジスタからなるスイッチを制御し、出力電圧VOUTが一定となるようにフィードバック制御される。つまり、フィードバック制御される期間は、調光用PWM信号がHi状態になっている間であり、DC/DCコンバータバースト動作することになる。

また、負荷Load等に異常が発生し、例えば負荷Loadが切断されたような場合、誤差増幅器21の反転入力端子はグランド電位となり、出力電圧VOUTが上昇し続ける。過上昇した場合に安定制御するために、出力電圧VOUTを抵抗分割した電圧と、所定の基準電圧Vrefとの差信号をOVP増幅器25により増幅し、PWMコンパレータ22に制御信号と入力することで、出力電圧VOUTが過電圧になった場合に、MOSスイッチオフにして、過電圧を防止する。

概要

調光デューティーが小さい、すなわち低いオンデューティーであっても一定の出力電圧を維持し、発光素子のちらつきを低減するPWM調光回路を提供すること。PWM調光回路の負荷Loadと誤差増幅器11との間にモード設定部16をさらに備える。モード設定部16は、最小周期設定信号NTを入力することにより、調光用PWM信号が最小周期設定信号CNTより小さい場合、通常動作モードから低デューティー動作モード移行させる。低デューティー動作モードのとき、スイッチ18が開いてスイッチ19が閉じるので、誤差増幅器11の比反転入力端子は、接続されていた抵抗を切断されてグランド電位に接続される。そのため、フィードバック制御は停止され、ゼロ電位の信号FBにより誤差信号COMPが最大になり、出力電圧VOUTを大きくするようにDC/DCコンバータが動作する。

目的

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、調光デューティーが小さい、すなわち低いオンデューティーであっても一定の出力電圧を維持し、発光素子のちらつきを低減するPWM調光回路を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
5件

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請求項1

PWM信号により発光素子の駆動を制御すると共に、前記発光素子に流れる電流に基づいてフィードバック制御を行い、前記発光素子を駆動する出力電圧を生成するDC/DCコンバータを備えたPWM調光回路において、発光素子の発光期間最小期間設定信号に基づいて、前記PWM信号が前記最小期間設定信号より短い場合に、前記フィードバック制御を停止し、前記出力電圧を上昇させる制御に遷移することを特徴とするPWM調光回路。

請求項2

前記発光素子に直列に接続され、前記発光素子に出力電圧に基づいた電流を流すためのスイッチと、前記スイッチに直列に接続され、前記電流に応じた電圧を発生させる抵抗と、前記抵抗に発生する電圧と所定の基準電圧との差を増幅し、誤差信号を生成させる誤差増幅器と、前記誤差増幅器の出力に基づいて、出力電圧を生成する出力電圧発生部と、前記抵抗と前記誤差増幅器の入力端子とを切断または接続するための第2のスイッチと、を備え、前記最小期間設定信号に基づいて、前記PWM信号が前記最小期間設定信号より短い場合に、前記第2のスイッチをオフして前記出力電圧を上昇させる制御に遷移することを特徴とする請求項1に記載のPWM調光回路。

請求項3

前記誤差増幅器の入力端子をグランドに接続する第3のスイッチをさらに備え、前記第3のスイッチは、前記第2のスイッチがオフしているときにオンすることを特徴とする請求項2に記載のPWM調光回路。

請求項4

前記最小期間設定信号は、前記PWM信号と同期した信号であり、前記PWM信号の1サイクルスタートから一定の期間オフする信号であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のPWM調光回路。

技術分野

0001

本発明はPWM調光回路に関し、より詳細には、LED等の発光素子PWM信号デューティー比を変化させることで調光するPWM調光回路に関する。

背景技術

0002

従来、LEDや陰極蛍光管等を駆動する駆動回路が知られており、負荷変更等の影響を受ける出力電圧電流フィードバック制御により一定に保つように構成され、一方、PWMのデューティー比を調整している(特許文献1参照)。

0003

図3に、従来のPWM調光回路の構成を示す。PWM信号によりLED等の負荷Loadに流れる電流のオンオフを制御して、調光する回路の一例であって、LEDに流れる電流をフィードバック制御して一定の出力電圧VOUTを生成する回路である。

0004

外部電源VINからインダクタンスダイオードを介して電圧保持用のキャパシタ電荷が供給され、定電圧VOUTが負荷Loadに接続されている。負荷Loadは、例えばLEDであり、グランドとの間に抵抗とPWM信号によってオンオフされるスイッチ24が直列に接続されている。外部から入力されるこのPWM信号は、例えば5msを1周期とし、この範囲でデューティー比が変更される。

0005

尚、図3では1つの負荷Loadが接続されているが、並列または直接あるいはそれらの組み合わせで複数のLEDが接続されることがある。

0006

負荷Loadと抵抗との間の電位誤差増幅器21の反転入力端子に入力されている。非反転入力端子には基準電圧Vrefが入力され、誤差増幅器21から差電圧増幅した誤差信号COMPが出力される。PWMコンパレータ22に入力された誤差信号COMPは、のこぎり波と比較され、のこぎり波の電圧より高い場合に、PWMコンパレータ22から「Hi」が出力される。のこぎり波は例えば、1MHzの周波数であり、PWMコンパレータ22からは誤差信号に応じた1MHzのPWM信号が生成される。このPWM信号は、外部から入力される調光用のPWMと論理積され、インダクタンスに接続されたMOSトランジスタからなるスイッチを制御し、出力電圧VOUTが一定となるようにフィードバック制御される。つまり、フィードバック制御される期間は、調光用PWM信号がHi状態になっている間であり、DC/DCコンバータバースト動作することになる。

0007

また、負荷Load等に異常が発生し、例えば負荷Loadが切断されたような場合、誤差増幅器21の反転入力端子はグランド電位となり、出力電圧VOUTが上昇し続ける。過上昇した場合に安定制御するために、出力電圧VOUTを抵抗分割した電圧と、所定の基準電圧Vrefとの差信号をOVP増幅器25により増幅し、PWMコンパレータ22に制御信号と入力することで、出力電圧VOUTが過電圧になった場合に、MOSスイッチオフにして、過電圧を防止する。

先行技術

0008

特開2003−317994号公報

発明が解決しようとする課題

0009

しかしながら、外部からのPWM信号のデューティー比が小さくなると、このPWM信号の1サイクルあたりにDC/DCコンバータがスイッチングする回数が少なくなり、出力電圧を一定に保つことができなくなる。

0010

このため、LEDに対して適切な電流を提供できなくなり、発光のちらつきなどの原因となるという問題があった。

0011

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、調光デューティーが小さい、すなわち低いオンデューティーであっても一定の出力電圧を維持し、発光素子のちらつきを低減するPWM調光回路を提供することにある。

課題を解決するための手段

0012

上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、PWM信号により発光素子の駆動を制御すると共に、前記発光素子に流れる電流に基づいてフィードバック制御を行い、前記発光素子を駆動する出力電圧を生成するDC/DCコンバータを備えたPWM調光回路において、発光素子の発光期間最小期間設定信号に基づいて、前記PWM信号が前記最小期間設定信号より短い場合に、前記フィードバック制御を停止し、前記出力電圧を上昇させる制御に遷移することを特徴とする。

0013

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のPWM調光回路において、前記発光素子に直列に接続され、前記発光素子に出力電圧に基づいた電流を流すためのスイッチと、前記スイッチに直列に接続され、前記電流に応じた電圧を発生させる抵抗と、前記抵抗に発生する電圧と所定の基準電圧との差を増幅し、誤差信号を生成させる誤差増幅器と、前記誤差増幅器の出力に基づいて、出力電圧を生成する出力電圧発生部と、前記抵抗と前記誤差増幅器の入力端子とを切断または接続するための第2のスイッチと、を備え、前記最小期間設定信号に基づいて、前記PWM信号が前記最小期間設定信号より短い場合に、前記第2のスイッチをオフして前記出力電圧を上昇させる制御に遷移することを特徴とする。

0014

請求項3に記載の発明は、請求項2に記載のPWM調光回路において、前記誤差増幅器の入力端子をグランドに接続する第3のスイッチをさらに備え、前記第3のスイッチは、前記第2のスイッチがオフしているときにオンすることを特徴とする。

0015

請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載のPWM調光回路において、前記最小期間設定信号は、前記PWM信号と同期した信号であり、前記PWM信号の1サイクルのスタートから一定の期間オフする信号であることを特徴とする。

発明の効果

0016

本発明は、調光デューティーが小さい、すなわち低いオンデューティーであっても一定の出力電圧を維持し、発光素子のちらつきを低減する効果を奏する。

図面の簡単な説明

0017

本発明の一実施形態に係るPWM調光回路の構成を示す図である。
本発明の一実施形態に係るモード設定部の動作を示す図である。
従来のPWM調光回路の構成を示す図である。

実施例

0018

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

0019

図1に、本発明の一実施形態に係るPWM調光回路の構成を示す。外部電源VINからインダクタンスとダイオードを介して電圧保持用のキャパシタに電荷が供給され、定電圧VOUTが負荷Loadに接続されている。負荷Loadは、例えばLEDであり、グランドとの間に抵抗とPWM信号によってオンオフされるスイッチ14が直列に接続されている。外部から入力されるこのPWM信号は、例えば5msを1周期とし、この範囲でデューティー比が変更される。

0020

尚、図1では1つの負荷Loadが接続されているが、並列または直接あるいはそれらの組み合わせで複数のLEDが接続されることがある。

0021

負荷Loadと抵抗との間の電位が誤差増幅器11の反転入力端子に入力されている。非反転入力端子には基準電圧Vrefが入力され、誤差増幅器11から差電圧を増幅した誤差信号COMPが出力される。PWMコンパレータ12に入力された誤差信号COMPは、のこぎり波と比較され、のこぎり波の電圧より高い場合に、PWMコンパレータ12から「Hi」が出力される。のこぎり波は例えば、1MHzの周波数であり、PWMコンパレータ12からは誤差信号に応じた1MHzのPWM信号が生成される。このPWM信号は、外部から入力される調光用のPWMと論理積され、インダクタンスに接続されたMOSトランジスタからなるスイッチを制御し、出力電圧VOUTが一定となるようにフィードバック制御される。つまり、フィードバック制御される期間は、調光用PWM信号がHi状態になっている間であり、DC/DCコンバータはバースト動作することになる。

0022

また、負荷Load等に異常が発生し、例えば負荷Loadが切断されたような場合、誤差増幅器11の反転入力端子はグランド電位となり、出力電圧VOUTが上昇し続ける。過上昇した場合に安定制御するために、出力電圧VOUTを抵抗分割した電圧と、所定の基準電圧Vrefとの差信号をOVP増幅器15により増幅し、PWMコンパレータ12に制御信号と入力することで、出力電圧VOUTが過電圧になった場合に、MOSスイッチをオフにして、過電圧を防止する。

0023

本発明は、PWM調光回路の負荷Loadと誤差増幅器11との間にモード設定部16をさらに備える。このモード設定部16は、最小周期設定信号CNTを入力することにより、調光用PWM信号が最小周期設定信号CNTより小さい場合、通常動作モードから低デューティー動作モード移行させる。

0024

最小周期設定信号CNTは、例えば調光用PWM信号と同期した信号であり、調光用PWM信号の1サイクルのスタートから一定の期間オフする信号である。

0025

調光用PWM信号の周期を5msとし、DC/DCコンバータのスイッチング周波数を例えば1MHzとした場合、のこぎり波は1MHzの周波数となる。このとき、最小周期設定信号CNTがオフする期間を、例えば、のこぎり波10個分の10μsとする。尚、最小周期設定信号CNTがオフする期間は、5μsから20μsの範囲で適宜選択してもよい。

0026

モード設定部16では、入力された調光用PWM信号と最小期間設定信号CNTを、論理回路を介してモードRESET信号とモードSET信号に変換する。

0027

図2に、本発明の一実施形態に係るモード設定部16の動作を示す。

0028

モードRESET信号は、調光用PWM信号のオン期間が最小周期設定信号CNTのLo期間より長い場合、最小周期設定信号CNTの立ち上がりでHiになり、調光用PWM信号の立ち下りでLoになる。

0029

一方、モードSET信号は、調光用PWM信号のオン期間が最小周期設定信号CNTのLo期間より短い場合、調光用PWM信号の立ち下がりでHiになり、最小周期設定信号CNTの立ち上がりでLoになる。

0030

つまり、調光用PWM信号のオン期間が最小周期設定信号CNTのLo期間より長い場合はモードRESET信号が生成され、調光用PWM信号のオン期間が最小周期設定信号CNTのLo期間より短い場合はモードSET信号が生成される。

0031

これらの信号はフリップフロップ17に入力され、モードSET信号がHiなることにより低デューティー動作モードに移行し、モードRESET信号がHiになることにより通常モードに移行する。

0032

通常モードでは、スイッチ18が閉じてスイッチ19が開くことでLEDに接続された抵抗に電流が流れ、この電圧降下により信号FBが生成され、基準電圧VREFとの差が誤差増幅器11で増幅されて誤差信号COMPが生成される。この誤差信号COMPは、位相補償回路13を介してPWMコンパレータ12に入力され、PWMコンパレータ12においてのこぎり波と比較される。PWMコンパレータ12の出力信号インダクタに接続されたMOSFETをオンオフし、出力電圧VOUTを一定となるように制御する。

0033

一方、調光用PWM信号のオンデューティーが小さくなり、最小周期設定信号CNTのオフ期間より短くなると、低デューティー動作モードに移行する。このとき、スイッチ18が開いてスイッチ19が閉じるので、誤差増幅器11の比反転入力端子は、接続されていた抵抗を切断されてグランド電位に接続される。そのため、フィードバック制御は停止され、ゼロ電位の信号FBにより誤差信号COMPが最大になり、出力電圧VOUTを大きくするようにDC/DCコンバータが動作する。

0034

従って、調光用PWM信号のオンデューティーが短くなって、DC/DCコンバータのスイッチング動作が大幅に減少しても、出力電圧VOUTを維持することができ、十分に電荷を負荷Loadに供給することができる。すなわち、オンデューティーが短い場合であっても、LEDのちらつきを防止することができる。

0035

尚、低デューティー動作モードではフィードバック制御がなされないため、最小周期設定信号CNTの設定期間によっては、出力電圧VOUTが高くなったり、発熱したりするのではないかとの懸念もあるかもしれないが、オンデューティーはそもそも非常に短いため、最小周期設定信号CNTを最も長く設定した場合でも、出力電圧VOUTの上昇も、発熱も無視できる程度である。

0036

11、21誤差増幅器
12、22PWMコンパレータ
13、23位相補償回路
14、18、19、24 スイッチ
15、25 OVP増幅器
16モード設定部

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