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JP4397387B2 - デジタル制御式光源駆動装置 - Google Patents

デジタル制御式光源駆動装置 Download PDF

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Description

本発明は、デジタル制御式光源駆動装置に関し、特にデジタルプロセッサが誤った切替信号を生成した場合でも、昇圧回路の正常な動作を確保するデジタル制御式光源駆動装置に関する。
近年、平面表示装置が普及し、特に液晶表示装置が市場の主流になっている。液晶表示装置は、技術の発展に伴って、大寸法化が要求される。例えば、液晶表示装置がテレビスクリーンとして利用される場合に、３０インチまたは３０インチ以上の大寸法が要求される。しかし、液晶表示装置のサイズを大型化するとともに、十分な輝度を提供するために、バックライトとするランプの数も増やす必要がある。
ところが、ランプの数が増えると、各ランプの輝度が不均一となりやすくなり、しかも、ランプを駆動する光源駆動装置の数も増加しなければならない。光源駆動装置は、一般に、変圧器を用いて２つの冷陰極蛍光ランプを同時に駆動するが、大型液晶表示装置に適用される場合に、ランプの数の増加に応じて、光源駆動装置の数も増え、その製造コストも高くなる。
また、バックライトとするランプに、冷陰極蛍光ランプ(CCFL)がよく採用されている。そして、冷陰極蛍光ランプを発光させるために、一般にインバータ(inverter)と称する光源駆動装置を用いて、冷陰極蛍光ランプを駆動する。
図１は、従来の光源駆動装置１を示すブロック図である。図１に示すように、光源駆動装置１は、電流調整回路１１と、発振昇圧回路１２と、検知回路１３と、帰還制御回路１４とを備える。
電流調整回路１１は、帰還制御回路１４からの制御を受けて、外部からの直流信号(DC)を適宜に調整して発振昇圧回路１２に入力する。発振昇圧回路１２は、入力した直流信号を交流信号に変換するととともに、上記交流信号を増幅し、さらに、冷陰極蛍光ランプ２(光源)に出力することにより、冷陰極蛍光ランプ２を発光させる。検知回路１３は、冷陰極蛍光ランプ２の一端の帰還信号(例えば電流信号または電圧信号)を検知するとともに、上記帰還信号を帰還制御回路１４に出力する。帰還制御回路１４は、上記帰還信号に基づき、適切な電流信号を出力するように、電流調整回路１１を制御する。なお、帰還制御回路１４は、一般にアナログ式帰還制御回路である。
近年、デジタル制御方式で光源を駆動するデジタル制御式光源駆動装置も開示される。図２Ａに示すように、デジタル制御式光源駆動装置３は、デジタル制御回路３１と、複数の発振昇圧回路３２とを備える。デジタル制御回路３１は、複数組のデジタル切替信号を生成するとともに、各発振昇圧回路３２にそれぞれ入力することにより、発振昇圧回路３２に、冷陰極蛍光ランプ２の発光を駆動する交流信号を生成させる。
図２Ｂに示すように、発振昇圧回路３２は、両トランジスタ３２１、３２２を用いて、デジタル制御回路３１が生成したデジタル切替信号を受信することにより、オン、オフ動作を行い、さらに、冷陰極蛍光ランプ２を駆動する交流信号を生成させるように、変圧器３２３を制御する。しかし、両トランジスタ３２１、３２２が同時にオン状態になると、短絡によりトランジスタ３２１、３２２が焼損してまう恐れがある。例えば、デジタル制御回路３１が生成したデジタル切替信号に、デジタル処理時に異常が発生する可能性があるため、両トランジスタ３２１、３２２が同時にオンの信号を受信することになり、トランジスタ３２１、３２２が焼損してしまい、さらに光源駆動装置３が作動不能になってしまう。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、デジタルプロセッサが誤った切替信号を生成した場合でも、昇圧回路の正常な動作を確保するデジタル制御式光源駆動装置を提供することを目的とする。
本発明に係わるデジタル制御式光源駆動装置は、少なくとも一組のデジタル切替信号を生成するデジタル切替信号生成モジュールと、前記デジタル切替信号に基づいて一組の保護切替信号を生成する保護モジュールとを有するデジタルプロセッサと、前記デジタルプロセッサの前記保護モジュールに電気的に接続され、前記保護切替信号に基づいて、パワー信号を生成する昇圧回路と、を備える。
また、本発明に係わるデジタル制御式光源駆動装置は、少なくとも一組のデジタル切替信号を生成する、デジタル切替信号生成モジュールを有するデジタルプロセッサと、前記デジタルプロセッサに電気的に接続され、前記デジタル切替信号に基づいて一組の保護切替信号を生成する保護回路と、前記保護回路に電気的に接続され、前記保護切替信号に基づいてパワー信号を生成する昇圧回路と、を備える。
本発明のデジタル制御式光源駆動装置によれば、保護モジュールをデジタル切替信号生成モジュールに電気的に接続し、保護モジュールから保護切替信号を昇圧回路に出力することにより、デジタルプロセッサが誤った切替信号を生成した場合に、保護モジュールによって、昇圧回路のスイッチング素子の焼損を防ぐ保護切替信号に変調するため、昇圧回路の正常な動作を確保することができる。また、保護モジュールをデジタルプロセッサの外に設けて保護回路を作製することもできる。この場合、保護回路は、論理ゲートから構成されてもよく、能動素子及び/また受動素子から構成されてもよい。このようにして、デジタル制御式光源駆動装置がスイッチング素子の焼損による作動不能を防止することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態におけるデジタル制御式光源駆動装置について説明する。なお、共通する構成要素について、同一の符号を付すことによりその説明を省略する。
（第１の実施形態）
図３は、本発明の第１の実施形態におけるデジタル光源駆動装置４を示すブロック図である。図３に示すように、デジタル制御式光源駆動装置４は、デジタルプロセッサ４１と、昇圧回路４２と、を備える。
デジタルプロセッサ４１は、デジタル切替信号生成モジュール４１１と、保護モジュール４１２と、を有する。デジタル切替信号生成モジュール４１１は、少なくとも一組のデジタル切替信号S１を生成して、保護モジュール４１２に入力する。なお、デジタル切替信号S１の位相とデューティサイクルは、デジタル切替信号生成モジュール４１１によって制御される。保護モジュール４１２は、デジタル切替信号S１に基づいて、一組の保護切替信号S２を生成し、昇圧回路４２に入力する。
本実施形態において、デジタル切替信号S１は、第１デジタル切替信号SAと第２デジタル切替信号SBとを含み、保護切替信号S２は、第１保護切替信号SAPと第２保護切替信号SBPとを含む。第１デジタル切替信号SA、第２デジタル切替信号SB、第１保護切替信号SAP及び第２保護切替信号SBPについて、後述する。
ここで、デジタルプロセッサ４１は、単一集積回路で実現することができる。すなわち、単一チップで実現することができる。もちろん、デジタル切替信号生成モジュール４１１も単一集積回路で実現することができる。
昇圧回路４２は、デジタルプロセッサ４１の保護モジュール４１２と光源５にそれぞれ電気的に接続されるともに、保護モジュール４１２が生成した保護切替信号S２に基づいて、パワー信号P１を生成する。そして、パワー信号P１によって光源５を駆動して発光させる。もちろん、昇圧回路４２は、同時に複数の光源５を駆動することもできる。本実施形態において、光源５は、冷陰極蛍光ランプであるが、もちろん、光源５は、平面ランプや外部電極冷陰極蛍光ランプ(EEFL)、さらに発光ダイオード(Light emitting diode, LED)であってもよい。
昇圧回路４２は、切替ユニット４２１と、共振昇圧ユニット４２２とを有する。切替ユニット４２１は、デジタルプロセッサ４１の保護モジュール４１２に電気的に接続されるともに、保護モジュール４１２が生成した保護切替信号S２によってオン、オフを行い、開閉の動作によってパワー信号P１を生成させるように共振昇圧ユニット４２２を制御する。
切替ユニット４２１の構成は、例えばプッシュプル式構成、ハーフブリッジ構成やフルブリッジ構成である。図４を参照すると、本実施形態において、プッシュプル式構成を例にして、切替ユニット４２１は、第１スイッチング素子Q１と、第２スイッチング素子Q２とを含む。第１スイッチング素子Q１と第２スイッチング素子は、バイポーラトランジスタ(BJT)である場合、保護モジュール４１２が出力した保護切替信号S２は、第１スイッチング素子Q１と第２スイッチング素子Q２のベースを制御するために用いられる。一方、スイッチング素子Q１、Q２は、電界効果トランジスタ(FET)またはMOSFET(図示せず)である場合、保護モジュール４１２が出力した保護切替信号S２は、これらの電界効果トランジスタまたはMOSFETのゲートを制御するために用いられる。
また、保護モジュール４１２が出力した保護切替信号S２は、第１スイッチング素子Q１がオン状態である場合には、第２スイッチング素子Q２がオフ状態になるように制御し、第２スイッチング素子Q２がオン状態である場合には、第１スイッチング素子Q１がオフ状態になるように制御し、両スイッチング素子が同時にオンすることによる焼損を防止する。
共振昇圧ユニット４２２は、変圧器Tr１と、キャパシタC１とを含む。キャパシタC１の両端は、切替ユニット４２１の第１スイッチング素子Q１と第２スイッチング素子Q２のコレクターにそれぞれ電気的に接続される。
図４に示すように、デジタルプロセッサ４１の保護モジュール４１２は、デジタルプロセッサの回路層(circuit level)に配置された複数の論理ゲートを含む。本実施形態において、保護モジュール４１２は、第１ANDゲート(AND gate)AND１と、第２ANDゲートAND２と、第１NOTゲート(NOT gate)NOT１と、第２NOTゲートNOT２とを含む。
第１NOTゲートNOT１の出力端が、第１ANDゲートAND１の入力端に電気的に接続され、第２NOTゲートNOT２の出力端が、第２ANDゲートAND２の入力端に電気的に接続され、第１ANDゲートAND１の出力端と第２ANDゲートAND２の出力端が、切替ユニット４２１の第１スイッチング素子Q１と第２スイッチング素子Q２にそれぞれ電気的に接続される。また、第１デジタル切替信号SAが、第１ANDゲートAND１と第２NOTゲートNOT２の入力端にそれぞれ入力され、第２デジタル切替信号SBが、第２ANDゲートAND２と第１NOTゲートNOT１の入力端にそれぞれ入力される。
第１デジタル切替信号SAと第２デジタル切替信号SBがこれらの論理ゲートによって変調された後、第１ANDゲートAND１が第１保護切替信号SAPを第１スイッチング素子Q１に出力し、第２ANDゲートAND２が第２保護切替信号SBPを第２スイッチング素子Q２に出力する。
デジタル切替信号生成モジュール４１１が正常状態下で生成した第１デジタル切替信号SAと第２デジタル切替信号SBは、第１スイッチング素子Q１がオン状態である場合には、第２スイッチング素子Q２がオフ状態になるように制御し、第２スイッチング素子Q２がオン状態である場合には、第１スイッチング素子Q１がオフ状態になるように制御する。
しかし、デジタルプロセッサ４１が故障し、切替信号の出力が異常になる場合、図５に示すように、時間T１では、第１デジタル切替信号SAと第２デジタル切替信号SBが出力した信号が、第１スイッチング素子Q１と第２スイッチング素子Q２とを同時にオンにさせるため、スイッチング素子が短絡して焼損してしまう。
そこで、保護モジュール４１２によって第１デジタル切替信号SAを第１保護切替信号SAPに変調し、第２デジタル切替信号SBを第２保護切替信号SBPに変調することにより、時間T１では、第１スイッチング素子Q１と第２スイッチング素子Q２とをオフ状態にさせるようになる（図５参照）。
従って、第１保護切替信号SAPと第２保護切替信号SBPを利用して、第１スイッチング素子Q１と第２スイッチング素子Q２を制御することにより、両スイッチング素子が同時にオンになって焼損しまうことを防止し、さらに、デジタル制御式光源駆動装置が作動不能になるのを防止する。
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態におけるデジタル光源駆動装置６を示すブロック図である。図６に示すように、デジタル制御式光源駆動装置６は、デジタルプロセッサ６１と、保護回路６２と、昇圧回路６３と、を備える。
デジタルプロセッサ６１は、一組のデジタル切替信号を生成するデジタル切替信号生成モジュール６１１を有する。保護回路６２は、デジタルプロセッサ６１のデジタル切替信号生成モジュール６１１に電気的に接続され、デジタル切替信号に基づいて、一組の保護切替信号を生成する。昇圧回路６３は、保護回路６２に電気的に接続され、且昇圧回路６３は、保護回路６２が生成した保護切替信号に基づいてパワー信号を生成するとともに、パワー信号によって光源５を駆動して発光させる。
本実施形態において、デジタルプロセッサ６１のデジタル切替信号生成モジュール６１１は、第１の実施形態におけるデジタルプロセッサ４１のデジタル切替信号生成モジュール４１１と、同様な効果を果たし、昇圧回路６３は、第１の実施形態における昇圧回路４２と、同様な構成と効果を有するため、その説明を省略する。
また、本実施形態において、保護回路６２は、第１の実施形態の保護モジュール４１２と同様に、論理ゲートから構成されてもよいが、保護回路６２が生成した保護切替信号によって昇圧回路６３のスイッチング素子を同時にオンさせないように制御できれば、能動素子及び/また受動素子から構成されてもよい。
以上、本発明の実施の形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は、これらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
従来の光源駆動装置を示すブロック図である。 従来のデジタル制御式光源駆動装置を示すブロック図である。 従来のデジタル制御式光源駆動装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態におけるデジタル光源駆動装置を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態におけるデジタル光源駆動装置の保護モジュールと昇圧回路の要部構成を示す回路図である。 本発明の第１の実施形態におけるデジタル光源駆動装置の第１デジタル切替信号、第２デジタル切替信号、第１保護切替信号及び第２保護切替信号のタイミングを示すタイムチャートである。 本発明の第２の実施形態におけるデジタル光源駆動装置を示すブロック図である。
符号の説明
１ 光源駆動装置
１１ 電流調整回路
１２ 発振昇圧回路
１３ 検知回路
１４ 帰還制御回路
２ 冷陰極蛍光ランプ
３ デジタル制御式光源駆動装置
３１ デジタル制御回路
３２ 発振昇圧回路
３２１、３２２ トランジスタ
３２３ 変圧器
４ デジタル制御式光源駆動装置
４１ デジタルプロセッサ
４１１ デジタル切替信号生成モジュール
４１２ 保護モジュール
４２ 昇圧回路
４２１ 切替ユニット
４２２ 共振昇圧ユニット
５ 光源
６ デジタル制御式光源駆動装置
６１ デジタルプロセッサ
６１１ デジタル切替信号生成モジュール
６２ 保護回路
６３ 昇圧回路
AND１ 第１ANDゲート
AND２ 第２ANDゲート
NOT１ 第１NOTゲート
NOT２ 第２NOTゲート
S１ デジタル切替信号
SA 第１デジタル切替信号
SB 第２デジタル切替信号
S２ 保護切替信号
SAP 第１保護切替信号
SBP 第２保護切替信号
C１ キャパシタ
Q１ 第１スイッチング素子
Q２ 第２スイッチング素子
Tr１ 変圧器
DC 直流信号

Claims (14)

  1. デジタル切替信号生成モジュール及び保護モジュールを有し、前記デジタル切替信号生成モジュールは少なくとも一組のデジタル切替信号を生成し、前記デジタル切替信号はさらに第１デジタル切替信号及び第２デジタル切替信号を含み、前記保護モジュールは第１ANDゲート、第２ANDゲート、第１NOTゲート及び第２NOTゲートを有し、前記デジタル切替信号に基づいて少なくとも一組の保護切替信号を生成し、前記保護切替信号はさらに第１保護切替信号及び第２保護切替信号を含むデジタルプロセッサと、
    切替ユニット及び共振昇圧ユニットを備え、前記切替ユニットは前記デジタルプロセッサの前記保護モジュールに電気的に接続され、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を備え、前記保護切替信号に基づいて、パワー信号を生成する昇圧回路と、を備え、
    このうち、前記第１NOTゲートの出力端は前記第１ANDゲートの入力端に電気的に接続され、前記第２NOTゲートの出力端は前記第２ANDゲートの入力端に電気的に接続され、前記第１ANDゲートの出力端及び前記第２ANDゲートの出力端は前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子にそれぞれ電気的に接続され、前記第１デジタル切替信号は前記第１ANDゲート及び前記第２NOTゲートの入力端にそれぞれ入力され、前記第２デジタル切替信号は前記第２ANDゲート及び前記第１NOTゲートの入力端にそれぞれ入力されることを特徴とする、デジタル制御式光源駆動装置。
  2. 前記昇圧回路は、光源に電気的に接続されるとともに、前記パワー信号によって前記光源を駆動することを特徴とする、請求項１に記載のデジタル制御式光源駆動装置。
  3. 前記光源は、冷陰極蛍光ランプ、平面ランプ及び外部電極冷陰極蛍光ランプのうちの何れか一つであることを特徴とする、請求項２に記載のデジタル制御式光源駆動装置。
  4. 前記切替ユニットは、前記保護切替信号によってオン、オフを行い、前記共振昇圧ユニットを制御することを特徴とする、請求項１に記載のデジタル制御式光源駆動装置。
  5. 前記共振昇圧ユニットは、変圧器または圧電素子を含むことを特徴とする、請求項１に記載のデジタル制御式光源駆動装置。
  6. 前記保護切替信号は、前記第１スイッチング素子がオン状態である場合には、前記第２スイッチング素子がオフ状態になるように制御し、前記第２スイッチング素子がオン状態である場合には、前記第１スイッチング素子がオフ状態になるように制御することを特徴とする、請求項１に記載のデジタル制御式光源駆動装置。
  7. 前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子は、バイポーラトランジスタまたは電界効果トランジスタであることを特徴とする、請求項１に記載のデジタル制御式光源駆動装置。
  8. デジタル切替信号生成モジュールを有し、前記デジタル切替信号生成モジュールは少なくとも一組のデジタル切替信号を生成し、前記デジタル切替信号はさらに第１デジタル切替信号及び第２デジタル切替信号を含むデジタルプロセッサと、
    第１ANDゲート、第２ANDゲート、第１NOTゲート及び第２NOTゲートを有し、前記デジタルプロセッサに電気的に接続され、前記デジタル切替信号に基づいて少なくとも一組の保護切替信号を生成し、前記保護切替信号はさらに第１保護切替信号及び第２保護切替信号を含む保護回路と、
    切替ユニット及び共振昇圧ユニットを備え、前記切替ユニットは前記保護回路に電気的に接続され、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を備え、前記保護切替信号に基づいてパワー信号を生成する昇圧回路と、を備え、
    このうち、前記第１NOTゲートの出力端は前記第１ANDゲートの入力端に電気的に接続され、前記第２NOTゲートの出力端は前記第２ANDゲートの入力端に電気的に接続され、前記第１ANDゲートの出力端及び前記第２ANDゲートの出力端は前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子にそれぞれ電気的に接続され、前記第１デジタル切替信号は前記第１ANDゲート及び前記第２NOTゲートの入力端にそれぞれ入力され、前記第２デジタル切替信号は前記第２ANDゲート及び前記第１NOTゲートの入力端にそれぞれ入力されることを特徴とする、デジタル制御式光源駆動装置。
  9. 前記昇圧回路は、光源に電気的に接続されるとともに、前記パワー信号によって前記光源を駆動することを特徴とする、請求項８に記載のデジタル制御式光源駆動装置。
  10. 前記光源は、冷陰極蛍光ランプ、平面ランプ及び外部電極冷陰極蛍光ランプのうちの何れか一つであることを特徴とする、請求項９に記載のデジタル制御式光源駆動装置。
  11. 前記切替ユニットは、前記保護切替信号によってオン、オフを行い、前記共振昇圧ユニットを制御することを特徴とする、請求項８に記載のデジタル制御式光源駆動装置。
  12. 前記共振昇圧ユニットは、変圧器または圧電素子を含むことを特徴とする、請求項８に記載のデジタル制御式光源駆動装置。
  13. 前記保護切替信号は、前記第１スイッチング素子がオン状態である場合には、前記第２スイッチング素子がオフ状態になるように制御し、前記第２スイッチング素子がオン状態である場合には、前記第１スイッチング素子がオフ状態になるように制御することを特徴とする、請求項８に記載のデジタル制御式光源駆動装置。
  14. 前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子は、バイポーラトランジスタまたは電界効果トランジスタであることを特徴とする、請求項８に記載のデジタル制御式光源駆動装置。
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