相移控制器、相移的方法及发光装置和电子设备的制作方法

专利名称：相移控制器、相移的方法及发光装置和电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及发光二极管的驱动电路。
背景技术：
近年来，作为液晶面板的背光(kicklight)及照明设备，采用使用了 LED(发光二极管)的发光装置。图1是表示普通的发光装置的结构的电路图。发光装置1003具备多个LED串1006_1 1006_n、开关电源1004、电流驱动电路1008。各个LED串1006包括串联连接了的多个LED。开关电源1004使输入电压Vin升压并将驱动电压Vout供给到LED串1006_1 1006_n的一端。电流驱动电路1008具备对每个LED串1006_1 1006_n设置的电流源CS1 C&。 各个电流源CS将与目标亮度对应的驱动电流I·供给到对应的LED串1006。开关电源1004具备输出电路1102、控制IC1100。输出电路1102包括电感器Li、 开关晶体管Ml、整流二极管D1、输出电容器Cl。控制ICllOO通过控制开关晶体管Ml导通、 截止的占空比，调节驱动电压Vout。在这样的发光装置1003中，为了调节LED串1006的亮度，有时将驱动电流I·的点亮期间Tqn和熄灭期间Tqff进行PWM(Pulse Width Modulation ；脉宽调制)控制。这种控制也称为短脉冲(burst)调光或者短脉冲驱动。具体而言，电流驱动电路1008的短脉冲控制器1009接受具有与亮度对应的占空比的脉冲信号PWM1 PWMn,对与各自对应的电流源CS1-C^1进行开关控制。现有技术文献专利文献1 特开2010-015967号公报专利文献2 特开2009-188135号公报

发明内容
发明要解决的课题在进行短脉冲调光时，各个通道(channel)的驱动电流I· I·的相位一致时， 开关电源1004的输出电流Iout时间性地集中，并有成为输出电压Vout波动、未预料的噪声的主要因素的顾虑。该问题可通过对于短脉冲控制器1009输入相位相互移位了的短脉冲控制信号PWM1 PWMn,时间性地错开各个通道的点亮期间Tm来解决。但是，在该方法(称为相移短脉冲调光)中，由于需要由发光装置1003的外部的处理器(DSP)生成短脉冲控制信号PWM1-PWMn,所以增大了液晶电视机的设计者的负担。另外，在想要将LED串的通道数进行设计变更的情况下，需要将生成短脉冲控制信号PWM1 PWMn的电路进行设计变更，所以还存在开发成本升高的问题。本发明鉴于这样的课题而完成，其某个形态的示例性的目的之一在于，提供可简单地实现相移短脉冲调光的电路。用于解决课题的方案
1.本发明的某个形态涉及相移控制器(phase shift controller)，其接受进行了脉宽调制的调光脉冲信号，生成η个短脉冲控制信号，η个短脉冲控制信号用于驱动η (η为 2以上的自然数)通道的发光二极管串，短脉冲控制信号各自的周期和调光脉冲信号的周期相同，并且短脉冲控制信号各自的相位移位调光脉冲信号的1/η周期。相移控制器具备 上升沿计数器，其以调光脉冲信号的上升沿为时机，从初始值开始计数；下降沿计数器，其以调光脉冲信号的下降沿为时机，从初始值开始计数；锁存器，其接受上升沿计数器及下降沿计数器至少一方的计数值，锁存与调光脉冲信号的周期相对应的周期计数值；以及通道控制单元，其对每个第2 第η通道设置，在第i通道O < i < η)的通道控制单元中，⑴ 通过将周期计数值乘以(i-l)/n，计算该通道的相移量，(ii)若上升沿计数器的计数值与对应的通道的相移量一致，则使对应的通道的短脉冲控制信号转移至第一电平，(iii)若下降沿计数器的计数值与对应的通道的相移量一致，则使对应的通道的短脉冲控制信号转移至第二电平。根据该形态，由于仅提供单一的调光脉冲信号，就能够通过相移控制器生成每个通道的短脉冲控制信号，所以不需要在外部的处理器中生成每个通道的信号，从而系统设计容易。另外，由于相移控制器所需的计数器用两个就足够了，所以与对每个通道设置计数器的电路相比，能够削减电路面积。也可以在第i通道的通道控制单元中，(iv)在调光脉冲信号的下降沿之前，在对应的通道的短脉冲控制信号没有转移至第二电平时，在调光脉冲信号的下降沿的定时 (timing)，使对应的短脉冲控制信号转移至第二电平。由此，在调光脉冲信号的占空比急速减小了的情况下，能够防止调光脉冲信号持
续第一电平。本发明的另一形态为发光装置。该发光装置具备多个发光二极管串；开关电源， 其将驱动电压供给到多个发光二极管串；上述任一项的相移控制器，其接受进行了脉宽调制的调光脉冲信号，对多个发光二极管串的每个二极管串生成短脉冲控制信号；以及多个电流源，其分别对每个发光二极管串设置，在对应的短脉冲控制信号表示点亮期间时，将驱动电流供给到对应的发光二极管串。本发明的再一方式为电子设备。该电子设备具备液晶面板、作为液晶面板的背光而设置的上述发光装置。2.本发明的另一形态涉及驱动发光二极管串的驱动电路。该驱动电路具备其发射极与发光二极管串的负极连接的PNP型双极晶体管即输出晶体管；按顺序串联地设置在输出晶体管的发射极和固定电压端子之间的散热电阻及电流控制电阻；其输出端子和输出晶体管的基极连接且其同相输入端子与散热电阻和电流控制电阻的连接点连接，向其反相输入端子施加基准电压的运算放大器；以及生成驱动电压，以使输出晶体管的基极的电位与基准电压一致，并将驱动电压供给到发光二极管串的正极的开关电源。根据该方式，输出晶体管的集电极-发射极间电压减小相当于散热电阻的电压降的部分，能够降低输出晶体管的消耗功率，换言之能够降低发热量。也可以决定散热电阻的电阻值，以使散热电阻的电压降为输出晶体管的基极-发射极间电压的20%以上。该情况下，能够使消耗功率适当地分散于输出晶体管和散热电阻。
本发明的另一方式为发光装置。该装置具备发光二极管串、驱动发光二极管串的上述任何一种形态的驱动电路。本发明的再一方式为电子设备。该电子设备具备液晶面板、作为液晶面板的背光而设置的上述发光装置。再有，以上的构成要素的任意的组合或将本发明的结构要素或表现在方法、装置、 系统等之间相互地置换所得的方案，作为本发明的形态是有效的。根据本发明的某个形态， 能够简单地实现相移短脉冲调光。


图1是表示普通的发光装置的结构的电路图。
图2是表示具备第一实施方式的开关电源的电子设备的结构的电路图。
图3是表示短脉冲控制器的结构的方框图。
图4是表示通道控制单元的结构的方框图。
图5是表示实施方式的短脉冲控制器的动作的时间图。
图6是表示比较技术的短脉冲控制器的构成的方框图。
图7的(a)是表示实施方式的短脉冲控制器的动作的时间图(time chart)的(b)是不进行第二复位信号的强制复位的情况下的时间图8是表示本发明人研讨的发光装置的结构的电路图9是表示具备第二实施方式的开关电源的电子设备的结构的电路图10是决定图9的电流驱动电路的动作模式的流程图。
标号说明
Ql. 输出晶体管
Li..电感器
Cl. 输出电容器
Dl. 整流二极管
Ml. 开关晶体管
2..电子设备
3..发光装置
4..开关电源
R4. 电流控制电阻
R7. 散热电阻
5..LCD面板
BS..短脉冲调光端子
CL..电流控制端子
R5..上拉电阻
6..LED串
8..电流驱动电路
9..短脉冲控制器
100 ·控制IC
102.
10..
12..
14..
16..
18..
CONT
PWM.
Si..
S2..
20..
22..
24..
26..
28..
30..
输出电路边沿检测单元第一锁存器上升沿计数器第二锁存器下降沿计数器 ..通道控制单元 调光脉冲信号上升沿检测信号下降沿检测信号第一相移量计算单元第二相移量计算单元置位电路复位电路第二复位电路 SR触发器。
具体实施例方式以下，根据优选的实施方式并参照

本发明。在各个附图中所示的相同或同等的结构要素、构件、处理上附加相同的标号，并省略相应重复的说明。此外，实施方式不是限定发明而是例示，实施方式所记述的所有特征或其组合并非发明的本质特征或组合。在本说明书中，所谓“构件A与构件B连接了的状态”，除了构件A与构件B物理性直接地连接的情况外，还包括构件A与构件B通过不对电连接状态产生影响的其他构件间接地连接的情况。同样地，所谓“构件C被设置在构件A与构件B之间的状态”，除构件A与构件C、 或构件B与构件C直接地连接的情况外，还包括通过不对电连接状态产生影响的其他构件间接地连接的情况。(第一实施方式)图2是表示具备第一实施方式的开关电源的电子设备的结构的电路图。电子设备2为笔记本电脑、数码相机、数码摄像机、移动电话终端、PDA (Personal Digital Assistant ；个人数字助理)等电池驱动型的设备，具备发光装置3和IXD (Liquid Crystal Display ；液晶显示器)面板5。发光装置3被设置作为IXD面板5的背光。发光装置3具备发光元件即LED串6_1 6_8、电流驱动电路8、以及开关电源4。 有效的通道数η最大为8，电子设备2的设计者根据LCD面板5的大小或电子设备2的种类等来决定有效的通道数。即通道数η可取1 8中任意的个数。各个LED串6包括串联连接的多个LED。开关电源4为升压型的DC/DC转换器，将输入到输入端子Pl的输入电压(例如电池电压)Vin升压，将输出电压(驱动电压)Vout 从输出端子P2输出。多个LED串6_1 6_n各自的一端(正极)公共地连接到输出端子 P2。
开关电源4具备控制IC100及输出电路102。输出电路102包括电感器Li、整流二极管D1、开关晶体管Ml、输出电容器Cl。由于输出电路102的拓扑是普通的，因此省略说明。控制IC100的开关端子P4与开关晶体管Ml的栅极连接。控制IC100通过反馈来调节开关晶体管Ml的导通、截止的占空比，以获得LED串6的点亮所需的输出电压Vout。 另外，开关晶体管Ml也可以内置在控制IC100中。电阻Rl、R2通过将输出电压Vout分压，生成与其对应的反馈电压Vout ’。反馈电压 Vout’被输入到反馈端子P3(0VP端子)。未图示的过电压保护(Over Voltage Protection) 电路(未图示)在反馈电压Vout’超过阈值时，进行过电压保护。电流驱动电路8设置在多个LED串6_1 6_n的另一端(负极)侧。电流驱动电路8分别对LED串6_1 6_n供给与目标亮度对应的间歇的驱动电流Imn I_n。电流驱动电路8具备对每个通道设置的多个电流源CS1 、短脉冲控制器9、 控制输入端子P5、每个通道的短脉冲调光端子BSl BS8、每个通道的电流控制端子CLl CL8、每个通道的比较器C0MP1 C0MP8、比较器C0MP9。第i电流源CSi向对应的LED串6」供给驱动电流Ι ΕΜ。电流源CSi包括输出电路CSbi和通道控制单元CSiii。输出电路CSbi包括输出晶体管Ql、电流控制电阻R4、上拉电阻R5。输出晶体管Ql和电流控制电阻R4依次串联设置在LED串6」的负极和固定电压端子(接地端子)之间。输出晶体管Ql和电流控制电阻R4之间的连接点的电压Vk4、即电流控制电阻R4的电压降输入到电流控制端子CLi。上拉电阻R5设置在输出晶体管Ql的基极-发射极间。其他的通道也同样地构成。在电阻R4上，产生与驱动电流Imii成比例的电压降Vk4。Vm =Ilem X R4通道控制单元CSiii调节输出晶体管Ql的基极电压，以使对应的电压降Vk4与基准电压Vref—致。即在点亮期间，ILEDi = Vref/R4成立。通道控制单元CSiii包括运算放大器0A1、晶体管M4。晶体管M4设置在短脉冲调光端子BSi和接地端子之间。运算放大器OAl的同相输入端子(+)上输入基准电压Vref， 其反相输入端子(_)上输入电流控制端子CL的电压Vk4。运算放大器OAl的输出电压与晶体管M4的栅极连接。通过该电流源CSi,施加反馈，以使Vk4 = Vref成立，可以在各个通道中生成与基准电压Vref对应的驱动电流hEDi。可以将通道控制单元CSiii理解为一个运算放大器。该情况下，运算放大器的CSai 的输出端子成为晶体管M4的漏极。另外，由于通过晶体管M4使运算放大器的OAl的输出被反相，所以运算放大器的OAl的反相输入端子(_)对应关联运算放大器CSiii的同相输入端子(+)，运算放大器OAl的同相输入端子(+)对应关联运算放大器CSiii的反相输入端子 (_)。即，运算放大器CSiii的输出端子与输出晶体管1的基极连接，其同相输入端子(运算放大器OAl的反相输入端子)连接到散热电阻R7和电流控制电阻R4的连接点，其反相输入端子上被施加基准电压Vref。控制输入端子P5上输入在进行短脉冲调光时利用的被调制脉宽的调光脉冲信号PWMo调光脉冲信号PWM的第一电平(例如高电平)指示LED串6的点亮期间Tm，其第二电平(例如低电平)指示熄灭期间Τ_。以全通道公共方式利用该PWM调光脉冲信号PWM的占空比、即点亮期间Tm及熄灭期间TQFF。短脉冲控制器9根据8通道各自的短脉冲调光端子BSl BS8的电压电平Vbsi Vbs8，可切换以下的模式。a.全通道公共模式ΦωΜ在该模式中，短脉冲控制器9不进行相移，无论连接的LED串6的个数如何，都以它们的驱动电流的相位完全一致来驱动作为驱动对象的所有通道的LED串。在该模式中，由于各个通道的驱动电流的相位差为零，因此也记为Φο。b.相移模式 Φ5ΗΙΡΤ在该模式中，短脉冲控制器9将驱动对象的η (1 < η < 8)通道的发光二极管串进行驱动，以使各自的驱动电流的相位相互移位调光脉冲信号PWM的1/η周期。相移模式b 包含以下的3种模式。bl.90度相移模式Φ90。在该模式中，将第1 第4通道作为驱动对象，将驱动电流Imn Ι·4相对于LED 串6_1 6_4的相位相互移位调光脉冲信号PWM的1/4周期。b2.60度相移模式Φ60在该模式中，将驱动电流Iledi Iled6相对于第一 第六通道的LED串6_1 6_6 的相位相互移位调光脉冲信号PWM的1/6周期。b3.45度相移模式Φ45在该模式中，将驱动电流Iledi Iled8相对于从第一到第八通道的LED串6_1 6_8 的相位相互移位调光脉冲信号PWM的1/8周期。短脉冲控制器(相移控制器)9生成与各个模式对应的短脉冲控制信号PWM1 PWM8,并供给电流源CS1 CS8。短脉冲控制信号PWMi为高电平时，电流源CSi成为动作状态并生成驱动电流该期间成为点亮期间Tw。相反，短脉冲控制信号PWMi为低电平时，电流源CSi变为停止状态，该期间成为熄灭期间Τ_。电流驱动电路8起动时成为判定期间Τ_。判定期间TjDe例如为调光脉冲信号PWM 的数周期，具体而言为3周期左右。在该判定期间TTDe，短脉冲控制器9根据8通道各自的短脉冲调光端子BSl BS8的电压电平Vbsi Vbs8而决定模式。例如，短脉冲控制器9根据待机信号(standby signal) STB的电压电平Vstb决定动作模式。待机信号STB的电压电平Vstb包含在规定的第一范围内时，设定为全通道公共模式Φ”比较器C0MP9将电压Vstb与阈值电压Vthl进行比较，将表示比较结果的判定信号S9输出。在判定信号S9表示Vstb > Vthl时，短脉冲控制器9被设定为全通道公共模式Φ0。待机信号STB的电压电平Vstb包含在规定的第二电压范围内时，短脉冲控制器9 被设定为相移模式$SHIFT。由于第二电压范围为Vstb < Vthl,因此在判定信号S9表示Vstb < Vthl时，短脉冲控制器9成为相移模式(tSHIFT。设定为相移模式C^shift的短脉冲控制器9，接着基于各个通道的短脉冲调光端子 BS的电压电平Vbsi Vbsi，被设定为90度、60度、45度相移模式的其中一种相移模式。
比较器COMPl C0MP8对每个通道设置，将对应的通道的电压Vbsi Vbsi与规定的阈值电压Vth2进行比较。阈值电压Vth2例如优选为0. IV左右。第i通道的比较器COMPi 输出在VBSi < Vth2时成为高电平(H)、在VBSi > Vth2时成为低电平(L)的检测信号Si。在第i短脉冲调光端子BSi上连接LED串6」时，若驱动电流Imii为零，则该电压电平VBSi上升至输出电压Vout附近。另一方面，在短脉冲调光端子BSi上没有连接LED串 6_i时，该电压电平VBSi降低至接地电压附近。即，比较器COMPi的输出信号Si表示有无连接LED串6」。短脉冲控制器9在判定期间Tjlie，在从第五到第八通道的所有的短脉冲调光端子 BS5 BS8的电位Vbs5 Vbs8比规定的第二阈值电压Vth2低时，换言之，在满足条件式S5 == H&&S6 = H&&S7 = H&&S8 = H时，被设定为90度相移模式Φ9(ι。这表示在第五至第八通道上没有连接LED串 6_5 6_8的状态。(A = B)是在A和B相等时表示真(1)，不相等时表示伪(0)的运算符， “&&”为表示逻辑积的运算符。不满足上述条件式时，进入处理S106。第七、第八通道的短脉冲调光端子BS7、BS8 的电位VBS7、Vbs8比第二阈值电压Vth2地低时，换言之，满足条件式S7 = H&&S8 = H时，第一 第六通道成为驱动对象，被设定为60度相移模式Φ6(1。除此之外时，所有的通道成为驱动对象，设定为45度相移模式Φ45。由此，对每个通道判定有无连接LED串6。误差放大器EAl在驱动期间，将连接有 LED串6的各自通道的电压VBS中最低的一个电压和基准电压(例如0. 3V)之间的误差放大，生成与误差对应的误差电压Verr。误差电压Verr经由晶体管Q2及电阻R6从FB端子输出，并输入到控制IC100的反馈端子。控制IC100在驱动期间调节输出电压Vout，以使连接有LED串6的各自通道的电压VBS中最低的一个电压和基准电压(例如0. 3V) 一致。以上为发光装置3的构成。接着对短脉冲控制器9进行说明。短脉冲控制器9接受调光脉冲信号PWM，生成用于驱动n(n为2以上的自然数)通道的发光二极管串的短脉冲控制信号PWM1 PWMn。η通道的短脉冲控制信号PWM1 PWMn 的周期与调光脉冲信号PWM的周期相等，且各自的相位互相移位调光脉冲信号PWM的1/η 周期。在90度相移模式(]59(1中11 = 4，在60度相移模式(]56(1中11 = 6，在45度相移模式 Φ45 中 η = 8。图3是表示短脉冲控制器9的结构的方框图。短脉冲控制器9的各个块(block) 与系统时钟CLK取得同步。短脉冲控制器9包括边沿检测单元10、第一锁存器12、上升沿计数器14、第二锁存器16、下降沿计数器18、通道控制单元CH1_C0NT CHn_C0NT。边沿检测单元10接受调光脉冲信号PWM，生成对每个该上升沿受到认定(assert) (例如高电平)的上升沿检测信号Si、和对每个该下降沿受到认定(例如高电平)的下降沿检测信号S2。上升沿计数器(上升计数器)14接受上升沿检测信号Si，以调光脉冲信号PWM的上升沿为时机，从初始值开始计数。下降沿计数器(下降计数器)18接受下降沿检测信号 S2，以调光脉冲信号PWM的下降沿为时机，从初始值开始计数。第一锁存器12接受上升沿检测信号Sl及上升沿计数器14的计数值，锁存上升沿计数器14重置之前的计数值。在第一锁存器12中，保存表示调光脉冲信号PWM的周期的计数值(周期计数值)CHLTCHR，在调光脉冲信号PWM的每周期被更新。同样地，第二锁存器16在每次下降沿检测信号S2受到认定时保持被贮存在第一锁存器12中的周期计数值。第二锁存器16的输出值CHLTCHF也在调光脉冲信号PWM的每个周期被更新，表示调光脉冲信号PWM的周期。另外，第二锁存器 16也可以锁存下降沿计数器18的计数值。对每个通道设置通道控制单元CH1_C0NT CH8_C0NT。第一通道的通道控制单元 CH1_C0NT1直接输出调光脉冲信号PWM。第i通道的通道控制单元CHi_C0NI^2 ^ i ^ η)进行以下的(i) (iv)的处理。(i)通过将周期计数值CHLTCH乘以(i_l)/n，计算该通道的相移量SHFT^(ii)然后，通道控制单元CHi_C0NT在上升沿计数器14的计数值CHCNTR与对应的通道的相移量SHFTi —致时，使对应的通道的短脉冲控制信号PWMi转移至第一电平(例如高电平)。(iii)另外，通道控制单元CHi-CONT在下降沿计数器18的计数值CHCNTF与对应的通道升温相移量SHFTi —致时，使对应的通道的短脉冲控制信号PWMi转移至第二电平 (低电平)。(iv)进而，通道控制单元CHi-CONT在调光脉冲信号PWM的下降沿之前，在对应的通道的短脉冲控制信号PWMi没有转移至第二电平(低电平)时，在调光脉冲信号PWMi的下降沿的定时，使对应的短脉冲控制信号PWMi转移至第二电平(低电平)。图4是表示通道控制单元的结构的方框图。第一相移量计算单元20通过将贮存在第一锁存器12中的周期计数值CHLTCHR乘以(i-l)/n，计算该通道的相移量SHFTRitl同样地，第二相移量计算单元22通过将贮存在第二锁存器16中的周期计数值CHLTCHF乘以(i_l)/n，计算该通道的相移量SHFTFitl由于相移量SHFTRiAHFTLi相等，因此，也可以省略第一相移量计算单元20和第二相移量计算单元22中的一方。置位电路M在上升沿计数器14的计数值CHCNTR与对应的通道的相移量SHFTRi 一致时生成受到认定的置位信号S3。复位电路沈在下降沿计数器18的计数值CHCNTF和对应的通道的相移量SHFTFi 一致时生成受到认定的第一复位信号S4。置位电路M及复位电路沈可由数字比较器构成。第二复位电路观，在调光脉冲信号PWM的下降沿之前，在对应的通道的短脉冲控制信号PWMl没有转移至第二电平(低电平)时，在调光脉冲信号PWM的下降沿的定时生成受到认定的第二复位信号S5。第二复位信号(也可以称为强制复位信号)S5是用于使短脉冲控制信号PWMi强制性地转移至低电平的信号。在SR触发器30的置位端子( 上输入置位信号S3，在对应的通道的置位信号S3 受到认定时，使对应的通道的短脉冲控制信号PWMiR移至第一电平(高电平)。另外，在SR 触发器30的复位端子(R1、M)上输入第一复位信号S4、第二复位信号S5，在对应的通道的第一复位信号S4或者第二复位信号S5受到认定时，使对应的通道的短脉冲控制信号PWMi 转移至第二电平(低电平)。第二复位电路28包括触发器FFl FF4、“与”门Al A3、SR触发器FF5。
第一触发器FFl锁存调光脉冲信号PWM。第二触发器FF2锁存第一触发器FFl的输出。第三触发器FF3锁存对应的通道的短脉冲控制信号PWMi。第四触发器FF4锁存第三触发器FF3的输出。第一“与”门Al生成第一触发器FFl的反相输出和第二触发器FF2的输出的逻辑积。第二“与”门A2生成第三触发器FF3的反相输出和第四触发器FF4的输出的逻辑积。在SR触发器FF5的置位端子上输入第一 “与”门的输出，在该复位端子上输入第二 “与”门的输出。第三“与”门A3生成第一 “与”门Al的输出和SR触发器FF5的输出的逻辑积作为第二复位信号S5。第一通道的通道控制单元CH1_C0NT也可以由通过上升沿检测信号Sl来置位，通过下降沿检测信号S2来复位的SR触发器构成。以上为短脉冲控制器9的结构。接着，对其动作进行说明。图5是表示实施方式的短脉冲控制器9的动作的时间图。该时间图表示n = 4的情况。根据实施方式的电流驱动电路8，与连接的LED串6的个数相对应，能够自动设定相移的角度。即，在待机信号STB包含在第二电压范围内时，根据连接的LED串的个数，能够设定为90度、60度、45度相移模式。用户仅通过对于电流驱动电路8提供具有与期望的动作模式对应的电平的待机信号STB和与期望的亮度对应的占空比的单一的调光脉冲信号 PWM，就能够简单地驱动LED串6。另外，通过短脉冲控制器9，能够适当地生成各个通道的短脉冲控制信号PWM1 PWMn。进而，不需要固定调光脉冲信号PWM的周期，也能够应对周期的变化。另外，该短脉冲控制器9具有无论通道数多少而计数器的个数为2个即可的优点。 该优点通过与现有技术的短脉冲控制器的对比而明确。图6是表示现有技术的短脉冲控制器9r的结构的方框图。在现有技术中，频率计数器52对调光脉冲信号PWM的周期进行计数，锁存器M锁存被计数了的周期。占空计数器(duty counter) 56测定调光脉冲信号PWM的高电平的期间(导通期间)，锁存器58锁存测定到的导通期间。对每个通道设置延时计数器60及占空计数器62。延时计数器60_2 60_8从调光脉冲信号PWM的上升沿起开始计数。通道控制单元CHi_C0NT在延时计数器60的计数值与对每个通道计算出的相移量一致时，使该通道的短脉冲控制信号PWMi成为第一电平。若短脉冲控制信号PWMi转移至第一电平，则占空计数器62开始计数，若计数值和调光脉冲信号PWM的导通期间一致，则使短脉冲控制信号PWMi成为第二电平。在相关的现有技术中，除频率计数器52及占空计数器56之外，需要对每个通道设置延时计数器60及占空计数器62，随着通道数的增加，电路面积增大。与之相对，在实施方式的短脉冲控制器9中，由于无论通道数多少，计数器为2个就足够了，因此能够使电路面积小。图7的(a)是表示实施方式的短脉冲控制器9的动作的时间图。该时间图表示η =8的情况。表示调光脉冲信号PWM的周期及占空比急剧地变化的状况。例如，在定时tl或者t2，第6 第8通道的强制复位信号S5被认定，第6 第8 通道的短脉冲控制信号PWM6 PWM8成为低电平。在定时t3，第3 第8通道的强制复位信号S5被认定，这些通道的短脉冲控制信号PWM3 PWM8成为低电平。
图7的(b)是表示短脉冲控制器9不执行处理(iv)的情况、即不生成强制复位信号的情况的时间图。该情况下，分别跨越定时tl、t2，第6 第8通道的短脉冲控制信号 PWM6 PWM8持续高电平。在该处附加有阴影。这样，存在跨越调光脉冲信号PWM的多个周期，若短脉冲控制信号PWMi持续高电平，则LED串6变亮的问题。在实施方式的短脉冲控制器9中，通过进行处理(iv)，能够解决该问题。(第二实施方式)近年来，采用使用了 LED (发光二极管)的发光装置作为液晶面板的背光或照明设备。图8是表示本发明人研讨过的发光装置的结构的电路图。发光装置1003包括LED串 1006、开关电源1004、电流源CS。LED串1006包括串联连接了的多个LED。开关电源1004将输入电压Vin升压并对LED串1006的一端供给驱动电压Vout。电流源CS设置在LED串1006的路径上。电流源CS将与目标亮度对应的驱动电流I·供给到对应的LED串1006。电流源CS包括输出晶体管Q1、电流控制电阻R4、运算放大器OA。输出晶体管Ql为PNP型双极晶体管，设置于驱动电流Imi的路径上。电流控制电阻R4设置在输出晶体管Ql的集电极和接地端子之间。运算放大器OA的输出端子连接到输出晶体管Ql的基极，该同相输入端子与输出晶体管Ql的集电极连接，在该反相端子上被输入基准电压Vref。通过电流源CS，施加反馈，以使输出晶体管Ql的集电极电位、即电流控制电阻R4 的电压降与基准电压Vref —致，驱动电流Imi被设定为与基准电压Vref对应的值。ILED = Vref/R4开关电源1004包括输出电路1102和控制ICl 100。输出电路1102包含电感器Li、 开关晶体管Ml、整流二极管D1、输出电容器Cl。控制ICllOO通过控制开关晶体管Ml的导通、截止的占空比，调节驱动电压Vout。误差放大器EA放大输出晶体管Ql的基极电压Vb 和基准电压Vref之间的误差。控制ICllOO接受误差放大器EA的输出信号，调节输出电压 Vout，以使基极电压Vb和基准电压Vref —致。在图8的发光装置1003中，输出晶体管Ql的基极电压Vb及集电极电压Vc被调节，以使它们都与基准电压Vref相等。因此，输出晶体管Ql的基极_集电极间电压变得和基极-发射极间电压Vf相等。由于基极-发射极间电压Vf较小的晶体管昂贵，因此，为了降低成本，有时会利用 Vf较大的晶体管。若使用Vf较大的晶体管，则由于输出晶体管Ql的集电极-发射极间电压增大，因此，输出晶体管Ql的消耗功率增大，发热也增大。在第二实施方式中，说明可抑制双极晶体管的发热的电流驱动电路。图9是表示包括第二实施方式的开关电源的电子设备的结构的电路图。电子设备2为笔记本电脑、数码相机、数码摄像机、移动电话终端、PDA (Personal Digital Assistant)等电池驱动型的设备，包括发光装置3和LCD(Liquid Crystal Display)面板5。设置发光装置3作为IXD面板5的背光。发光装置3包括发光元件即LED串6_1 6_n、电流驱动电路8、以及开关电源4。 通道数η最大为8，由电子设备2的设计者根据LCD面板5的大小或电子设备2的种类来决定。即通道数η取1 8中任意的个数。
各个LED串6包括串联连接了的多个LED。开关电源4为升压型的DC/DC转换器， 将输入到输入端子Pl的输入电压(例如电池电压)Vin升压，将输出电压(驱动电压)Vout 从输出端子P2输出。多个LED串6_1 6_n各自的一端(正极)公共地连接到输出端子 P2。开关电源4包括控制IClOO及输出电路102。输出电路102包括电感器Li、整流二极管D1、开关晶体管Ml、输出电容器Cl。由于输出电路102的拓扑为普通的，因此省略说明。控制IC100的开关端子P4与开关晶体管Ml的栅极连接。控制IC100通过反馈调节开关晶体管Ml的导通、截止的占空比，以使获得LED串6的点亮所需的输出电压Vout。 另外，开关晶体管Ml也可以内置在控制IC100中。电阻Rl、R2通过将输出电压Vout分压，生成与其对应的反馈电压Vout ’。反馈电压 Vout’输入到反馈端子P3 (0VP端子)。未图示的过电压保护(Over Voltage Protection) 电路(未图示)在反馈电压Vout’超过阈值时进行过电压保护。电流驱动电路8设置在多个LED串6_1 6_n的另一端(负极)侧。电流驱动电路8分别对LED串6_1 6_n供给与目标亮度对应的间歇的驱动电流Imn I_n。电流驱动电路8包括对每个通道设置的多个电流源CS1 CSn、短脉冲控制器9、 控制输入端子P5、待机端子(STB端子)P6、每个通道的短脉冲调光端子BSl BS8、每个通道的电流控制端子CLl CL8、每个通道的比较器C0MP1 C0MP8、比较器C0MP9。第i电流源CSi将驱动电流I·供给到对应的LED串6_i。电流源CSl包含输出电路CSbi和控制单元CSbi。输出电路CSbi包含输出晶体管Ql、电流控制电阻R4、上拉电阻 R5及散热电阻R7。输出晶体管Ql为PNP型双极晶体管，其发射极与LED串6」的负极连接。散热电阻R7及电流控制电阻R4按顺序串联设置在输出晶体管Ql的发射极和固定电压端子(接地端子)之间。散热电阻R7和电流控制电阻R4之间的连接点的电压Vk4、即电流控制电阻R4的电压降被输入到电流控制端子CLi。上拉电阻R5设置在输出晶体管Ql的基极-发射极间。其它的通道也同样地构成。在电阻R4上，产生与驱动电流Imii成比例的电压降Vk4。Ve4= Ilem X R4控制单元CMi调节输出晶体管Ql的基极电压，以使对应的电压降Vk4与基准电压 Vref—致。即在点亮期间，ILEDi = Vref/R4成立。控制单元CSiii包含运算放大器OAl、晶体管M4。晶体管M4设置在短脉冲调光端子 BSi和接地端子之间。在运算放大器OAl的同相输入端子(+)上被输入基准电压Vref，在其反相输入端子(_)上被输入电流控制端子CL的电压、即电流控制电阻R4的电压降VK4。 运算放大器OAl的输出电压与晶体管M4的栅极连接。通过该电流源CSi,可以施加反馈，以使VR4 = Vref成立，在各个通道中生成与基准电Svref对应的驱动电流〗^^另外，晶体管M4可以理解为运算放大器0A4的输出级的一部分，也可以省略晶体管M4。控制输入端子P5输入在进行短脉冲调光时利用的被调制了脉宽的调光脉冲信号 PWMo调光脉冲信号PWM的第一电平(例如高电平)指示LED串6的点亮期间Tm，其第二电平(例如低电平)指示熄灭期间Τ_。以全通道公共方式利用该PWM调光脉冲信号PWM的占空比、即点亮期间Tm及熄灭期间TQFF。在待机端子P6上输入指示电流驱动电路8的待机状态和动作状态的待机信号 STB0具体而言，待机信号STB为低电平(例如0 0.8V)时，电流驱动电路8成为待机状态。待机信号STB为高电平(> 0. 8V)时，电流驱动电路8成为动作状态，并对LED串6供给驱动电流。短脉冲控制器9根据待机信号STB的电压电平Vstb及8通道各自的短脉冲调光端子BSl BS8的电压电平Vbsi Vbs8，可切换以下的模式。a.全通道公共模式ΦωΜ在该模式短脉冲控制器9不进行相移，无论连接的LED串6的个数如何，都以它们的驱动电流的相位一致来驱动作为驱动对象的所有通道的LED串。由于在该模式各通道的驱动电流的相位差为零，因此也记为Φο。b，相移模式(^shift在该模式，短脉冲控制器9驱动各个通道的发光二极管串，以使各个驱动电流的相位移动。相移模式b包含以下3种模式。b 1.90度相移模式Φ 9Q在该模式中，将第一 第四通道作为驱动对象，驱动电流I· Imi4相对于LED串 6_1 6_4的相位互相移位调光脉冲信号PWM的1/4周期。b2.60度相移模式Φ6。在该模式中，驱动电流Iledi Iled6相对于第一 第六通道的LED串6_1 6_6的相位互相移位调光脉冲信号PWM的1/6周期。b3.45度相移模式Φ45在该模式中，驱动电流Imn Imi8相对于从第一到第八通道的LED串6_1 6_8 的相位互相移位调光脉冲信号PWM的1/8周期。短脉冲控制器9生成与各个模式对应的短脉冲控制信号PWM1 PWM8,并供给到电流源CS1 CS8。短脉冲控制信号PWMi为高电平时，电流源CSi成为动作状态并生成驱动电流Imi，该期间成为点亮期间T,相反，短脉冲控制信号PWMi为低电平时，电流源CSi成为停止状态，该期间成为熄灭期间Τ_。待机信号STB被认定为从低电平向高电平后的一定时间的期间，成为判定期间 τ_。判定期间Tjlie例如为调光脉冲信号PWM的数周期、具体而言为3周期左右。在该判定期间Tjlie,短脉冲控制器9根据待机信号STB的电压电平Vstb及8通道各自的短脉冲调光端子BSl BS8的电压电平Vbsi Vbs8，决定模式。图10是表示决定图9的电流驱动电路8 的动作模式的流程图。首先，短脉冲控制器9根据待机信号STB的电压电平Vstb，决定动作模式。待机信号 STB的电压电平Vstb包含在规定的第一范围内时，设定为全通道公共模式(K。比较器C0MP9 将电压VSTB与阈值电压Vthl进行比较，并输出表示比较结果的判定信号S9。判定信号S9 表示Vstb > Vthl时(S100为“是”)，短脉冲控制器9被设定为全通道公共模式Φ。6102)。待机信号STB的电压电平VSTB包含在规定的第二电压范围内时，短脉冲控制器 9被设定为相移模式6shift。由于第二电压范围为Vstb < Vthl,因此，判定信号S9表示Vstb< Vthl时(S100为“否”)，短脉冲控制器9成为相移模式(tSHIFT。设定为相移模式Φ3ΗΙΡΤ的短脉冲控制器9，接着根据各个通道的短脉冲调光端子 BS的电压电平Vbsi Vbs8，被设定为90度、60度、45度相移模式的其中一个模式。对每个通道设置比较器COMP1 COMP8,将对应的通道的电压Vbsi Vbs8与规定的阈值电压Vth2进行比较。阈值电压Vth2例如优选为0. IV左右。第i通道的比较器COMPi 输出在VBSi < Vth2时成为高电平(H)、在VBSi > Vth2时成为低电平(L)的检测信号Si。
第i短脉冲调光端子BSi上连接LED串6」时，若驱动电流Imii为零，则该电压电平VBSi上升至输出电压Vout附近。另一方面，短脉冲调光端子BSi上没有连接LED串6」 时，该电压电平VBSi下降至接地电压附近。S卩，比较器COMPi的输出信号Si表示有无连接 LED 串 6_i。短脉冲控制器9，在判定期间Tjlie从第5至第8通道的所有的短脉冲调光端子 BS5 BS8的电位Vbs5 Vbs8比规定的第二阈值电压Vth2低时，换言之，在满足条件式S5 == H&&S6 = H&&S7 = H&&S8 = H时(S104为“是”)，被设定为90度相移模式(t9(1(S106)。它表示从第5至第8通道上没有连接LED串6_5 6_8的状态。(A = B)是A和B相等时为真(1)，不相等时表示伪(0)的运算符，“&&”为表示逻辑积的运算符。不满足上述条件式时(S104为“否”)，进入处理S108。第7、第8通道的短脉冲调光端子BS7、BS8的电位VBS7、Vbs8比第二阈值电压Vth2低时，换言之，在满足条件式S7 = H&&S8 == H时(S108为“是”)，第1 第6通道成为驱动对象，设定为60度相移模式 Φ 6。(Si 10)。除此以外时(S108为“否”)，所有的通道成为驱动对象，设定为45度相移模式 Φ456112)。这样，对每个通道判定有无连接LED串6。误差放大器EAl在驱动期间，将连接有 LED串6的各个通道的电压Vbs中最低的一个电压和基准电压Vref (例如0. 3V)之间的误差放大，生成与误差对应的误差电压Verr。误差电压Verr经由晶体管Q2及电阻R6从FB 端子输出，并输入到控制IC100的反馈端子。控制IC100在驱动期间调节输出电压Vout，以使连接有LED串6的各个通道的电压VBS中最低的一个电压与基准电压Vref —致。以上为发光装置3的结构。接着说明其动作。在多个通道中，着眼于输出晶体管Ql的基极电压Vbs最低的通道。输出晶体管Ql的基极电压Vbs通过开关电源4被反馈控制，以使其与基准电压 Vref 一致。另外，电流控制电阻R4的电压降Vk4通过电流源CS被反馈控制，以使其与基准电压Vref —致。将输出晶体管Ql的基极-发射极间电压写成Vf、集电极-发射极间电压写成Vce、散热电阻R7的电压降写成Vk7时，关于输出晶体管Ql的发射极电压，以下的式子成立。Vref 十 Vf = = Vref+VR7+VcE. · · (1)将式(1)变形，得到式(2)。Vce = Vf-VE7. . . (2)由式⑵可知，输出晶体管Ql的集电极-发射极间电压Vce与没有设置散热电阻R7的情况相比，能够减小相当于散热电阻R7的电压降VK7。这意味着能够降低输出晶体管 Ql的消耗功率，即发热量。通过降低输出晶体管Ql的发热量，搭载发光装置3的电子设备2的热对策变得容易，能够降低其所需的成本。为了获得充分的散热效果，优选是设计散热电阻R7的电阻值，以使散热电阻R7的电压降Vk7为输出晶体管Ql的基极-发射极间电压Vf的20%左右、或者为其以上。0. 2 X Vf < Ve7 < Vf. . . (3)散热电阻R7的电压降Vk7按式(4)设定。VR7 = Iled X R7. . . (4)因此，通过设计散热电阻R7的电阻值，以使其在以下的范围内，能够适当地降低输出晶体管Ql的发热量。0. 2 X Vf/ILED < R7 < Vf/ILED以上，基于实施方式说明了本发明。该实施方式为示例，在它们的各个构成要素及各个处理进程(process)、它们的组合上，存在各种各样的变形例。下面，说明这样的变形例。在实施方式中，说明了使用了电感器的非绝缘型的开关电源，但本发明也适用于使用了变压器的绝缘型的开关电源。在实施方式中，说明了作为发光装置3的应用的电子设备，但用途没有特别限定， 也可利用于照明等。另外，在本实施方式中，高电平、低电平的逻辑信号的设定为一个例子，通过由倒相器等使其适当反相，可进行自由变更。基于实施方式，使用特定的语句说明了本发明，但实施方式仅是用于表示本发明的原理、应用，在不脱离权利要求书所规定的本发明的思想的范围内，可以对实施方式进行多种变形或配置的变更。
权利要求
1.一种相移控制器，其接受进行了脉宽调制的调光脉冲信号，生成η个短脉冲控制信号，所述η个短脉冲控制信号用于驱动η通道的发光二极管串，所述短脉冲控制信号各自的周期和所述调光脉冲信号的周期相同，并且将所述短脉冲控制信号各自的相位移位所述调光脉冲信号的1/η周期，其中，η为2以上的自然数，其特征在于，该相移控制器包括上升沿计数器，其以所述调光脉冲信号的上升沿为时机，从初始值开始计数； 下降沿计数器，其以所述调光脉冲信号的下降沿为时机，从初始值开始计数； 锁存器，其接受所述上升沿计数器及所述下降沿计数器至少一方的计数值，锁存与所述调光脉冲信号的周期对应的周期计数值；以及通道控制单元，其是对每个第2 第η通道设置的通道控制单元，第i通道的通道控制单元中，(i)通过将所述周期计数值乘以(i-l)/n，计算该通道的相移量，(ii)在所述上升沿计数器的计数值与对应的通道的相移量一致时，使对应的通道的所述短脉冲控制信号转移至第一电平，(iii)在所述下降沿计数器的计数值与对应的通道的相移量一致时，使对应的通道的所述短脉冲控制信号转移至第二电平，其中，2 < i ^ η。
2.如权利要求1所述的相移控制器，其特征在于，第i通道的所述通道控制单元中，(iv)在所述调光脉冲信号的下降沿之前，对应的通道的所述短脉冲控制信号没有转移至所述第二电平时，在所述调光脉冲信号的下降沿的定时，使对应的所述短脉冲控制信号转移至所述第二电平。
3.如权利要求2所述的相移控制器，其特征在于， 第i通道的所述通道控制单元包括相移量计算单元，其通过将所述周期计数值乘以(i_l)/n，计算该通道的相移量； 置位电路，其在所述上升沿计数器的计数值与对应的通道的所述相移量一致时，生成受到认定的置位信号；第一复位电路，其在所述下降沿计数器的计数值与对应的通道的所述相移量一致时， 生成受到认定的第一复位信号；第二复位电路，其在所述调光脉冲信号的下降沿之前，在对应的通道的所述短脉冲控制信号没有转移至所述第二电平时，在所述调光脉冲信号的下降沿的定时，生成受到认定的第二复位信号；以及触发器，其在对应的通道的所述置位信号受到认定时，使对应的通道的短脉冲控制信号转移至所述第一电平，在对应的通道的所述第一复位信号或者所述第二复位信号受到认定时，使对应的通道的所述短脉冲控制信号转移至所述第二电平。
4.如权利要求1所述的相移控制器，其特征在于， 第i通道的所述通道控制单元包括相移量计算单元，其通过将所述周期计数值乘以(i_l)/n，计算该通道的相移量； 置位电路，其在所述上升沿计数器的计数值与对应的通道的所述相移量一致时，生成受到认定的置位信号；第一复位电路，其在所述下降沿计数器的计数值与对应的通道的所述相移量一致时， 生成受到认定的第一复位信号；以及SR触发器，其在对应的通道的所述置位信号受到认定时，使对应的通道的短脉冲控制信号转移至所述第一电平，在对应的通道的所述第一复位信号受到认定时，使对应的通道的所述短脉冲控制信号转移至所述第二电平。
5.如权利要求3所述的相移控制器，其特征在于， 所述第二复位电路包括第一触发器，其接受所述调光脉冲信号； 第二触发器，其接受所述第一触发器的输出； 第三触发器，其接受对应的通道的所述短脉冲控制信号； 第四触发器，其接受所述第三触发器的输出；第一 “与”门，其生成所述第一触发器的反相输出和所述第二触发器的输出的逻辑积； 第二“与”门，其生成所述第三触发器的反相输出和所述第四触发器的输出的逻辑积； 第二 SR触发器，其通过所述第一“与”门的输出被置位，通过所述第二“与”门的输出被复位；以及第三“与”门，其生成所述第一“与”门的输出和所述第二 SR触发器的输出的逻辑积作为所述第二复位信号。
6.一种发光装置，其特征在于，包括 多个发光二极管串；开关电源，其向所述多个发光二极管串供给驱动电压；权利要求1 5中任一项所述的相移控制器，其接受进行了脉宽调制的调光脉冲信号， 对所述多个发光二极管串的每个发光二极管串生成短脉冲控制信号；以及多个电流源，其分别对每个所述发光二极管串设置，在对应的所述短脉冲控制信号表示点亮期间时，将驱动电流供给到对应的发光二极管串。
7.一种电子设备，其特征在于，具备 液晶面板；以及作为所述液晶面板的背光设置的权利要求6所述的发光装置。
8.—种生成η个短脉冲控制信号的方法，所述η个短脉冲控制信号用于根据进行了脉宽调制的调光脉冲信号，驱动η通道的发光二极管串，所述短脉冲控制信号各自的周期与所述调光脉冲信号的周期相等，并且所述短脉冲控制信号各自的相位移位所述调光脉冲信号的1/η周期，其中，η为2以上的自然数，其特征在于，该方法包括通过上升沿计数器，以所述调光脉冲信号的上升沿为时机，从初始值开始计数的步骤；通过下降沿计数器，以所述调光脉冲信号的下降沿为时机，从初始值开始计数的步骤；根据所述上升沿计数器及所述下降沿计数器至少一方的计数值，锁存与所述调光脉冲信号的周期对应的周期计数值的步骤；在第i通道中，通过将所述周期计数值乘以(i-l)/n，计算该通道的相移量的步骤，其中，2 < i ^ η ；在第i通道中，在所述上升沿计数器的计数值与对应的通道的所述相移量一致时，使对应的通道的所述短脉冲控制信号转移至第一电平的步骤；在第i通道中，在所述下降沿计数器的计数值与对应的通道的所述相移量一致时，使对应的通道的所述短脉冲控制信号转移至第二电平的步骤。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括在所述调光脉冲信号的下降沿之前，在对应的通道的所述短脉冲控制信号没有转移至所述第二电平时，在所述调光脉冲信号的下降沿的定时，使对应的所述短脉冲控制信号转移至所述第二电平的步骤。
全文摘要
本发明提供可简单地实现相移短脉冲调光的电路。通过上升沿计数器，以调光脉冲信号PWM的上升沿为时机，从初始值开始计数。通过下降沿计数器，以调光脉冲信号的下降沿为时机，从初始值开始计数。在第i通道(2≤i≤n)中，通过将表示调光脉冲信号PWM的周期的周期计数值CHLTCHR(CHLTCHF)乘以(i-1)/n，计算该通道的相移量SHFTRi(SHFTFi)。而且，在计数值CHCNTR与相移量SHFTRi一致时，使短脉冲控制信号PWMi转移至第一电平。另外，在计数值CHCNTF与相移量SHFTFi一致时，使短脉冲控制信号PWMi转移至第二电平。
文档编号G09G3/36GK102314836SQ201110226318
公开日2012年1月11日 申请日期2011年7月1日 优先权日2010年7月2日
发明者春田真吾, 竹井俊一, 萩野淳一 申请人:罗姆股份有限公司