JP7345326B2 - 発光素子駆動装置 - Google Patents

Description

本明細書中に開示されている発明は、発光素子駆動装置に関する。

従来、発光素子に一定の出力電流を供給する発光素子駆動装置が種々提案されている。

なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献１を挙げることができる。

特開２０１１－３５１３４号公報

しかしながら、従来の発光素子駆動装置では、発光素子のオープン復帰時、若しくは、入力電圧の減電復帰時において、出力電流のオーバーシュートを生じるおそれがあった。

本明細書中に開示されている発明は、本願の発明者らにより見出された上記の課題に鑑み、出力電流のオーバーシュートを抑制することのできる発光素子駆動装置を提供することを目的とする。

例えば、本明細書中に開示されている発光素子駆動装置は、スイッチ出力段に流れるインダクタ電流の情報を含んだスロープ電圧を生成するスロープ電圧生成部と、前記スイッチ出力段から発光素子に供給される出力電流に応じたセンス電圧を生成するセンスアンプと、前記センス電圧と基準電圧との差分に応じた制御電圧を生成するエラーアンプと、前記スロープ電圧と前記制御電圧とを比較して比較信号を生成するコンパレータと、前記比較信号に応じて前記スイッチ出力段を制御するコントローラと、前記制御電圧を前記スロープ電圧に応じたクランプ電圧以下に制限するクランパと、を有する構成（第１の構成）とされている。

なお、上記第１の構成から成る発光素子駆動装置において、前記クランパは、前記スロープ電圧よりも第１オフセット電圧だけ高い電圧を生成して前記コンパレータに出力する第１ボルテージフォロワと、前記スロープ電圧よりも第２オフセット電圧だけ高いクランプ電圧を生成する第２ボルテージフォロワと、前記スイッチ出力段に同期して前記制御電圧の印加端と前記クランプ電圧の印加端との間を導通／遮断するスイッチと、を含む構成（第２の構成）にするとよい。

また、第２の構成から成る発光素子駆動装置において、前記第２オフセット電圧は、前記第１オフセット電圧以上である構成（第３の構成）にするとよい。

また、上記第２または第３の構成から成る発光素子駆動装置において、前記第１ボルテージフォロワ及び前記第２ボルテージフォロワは、それぞれ、制御端が前記スロープ電圧の印加端に接続された第１トランジスタ及び第２トランジスタを含む構成（第４の構成）にするとよい。

また、上記第４の構成から成る発光素子駆動装置において、前記第２トランジスタのオンスレッショルド電圧は、前記第１トランジスタのオンスレッショルド電圧以上である構成（第５の構成）にするとよい。

また、上記第１～第５いずれかの構成から成る発光素子駆動装置において、前記スイッチ出力段は、上側スイッチと下側スイッチを含むハーフブリッジ型であり、前記スロープ電圧は、前記下側スイッチのオン時に流れる前記インダクタ電流の情報を含む構成（第６の構成）にするとよい。

また、上記第６の構成から成る発光素子駆動装置において、前記コントローラは、ボトム検出型オン時間固定方式で前記出力電流の出力帰還制御を行う構成（第７の構成）にするとよい。

また、上記第７の構成から成る発光素子駆動装置において、前記コントローラは、前記インダクタ電流が前記制御電圧に応じたボトム値まで減少した時点で前記上側スイッチをオンして前記下側スイッチをオフするとともに、前記上側スイッチのオンタイミングから所定のオン時間が経過した時点で前記上側スイッチをオフして前記下側スイッチをオンする構成（第８の構成）にするとよい。

また、上記第１～第８いずれかの構成から成る発光素子駆動装置において、前記基準電圧は、外部入力されるアナログ調光電圧である構成（第９の構成）にするとよい。

また、本明細書中に開示されている発光装置は、上記第１～第９いずれかの構成から成る発光素子駆動装置と、前記発光素子駆動装置から前記出力電流の供給を受ける発光素子と、を有する構成（第１０の構成）とされている。

本明細書中に開示されている発明によれば、出力電流のオーバーシュートを抑制することのできる発光素子駆動装置を提供することが可能となる。

ＬＥＤ発光装置の全体構成を示す図 ボトム検出オン時間固定方式の出力帰還制御を示す図 サブハーモニック発振の発生挙動及び収束挙動を示す図 ＬＥＤオープン発生時の様子を示す図 ＬＥＤオープン復帰時における電流オーバーシュートの発生挙動を示す図 ＬＥＤドライバＩＣの新規な実施形態を示す図 ＬＥＤオープン復帰時における電流オーバーシュートの抑制挙動を示す図 図７を部分的に拡大して示す図

＜ＬＥＤランプモジュール＞
図１は、ＬＥＤランプモジュールの全体構成を示す図である。本構成例のＬＥＤランプモジュールＸは、ＬＥＤドライバＩＣ１と、発光ダイオードＬＥＤ１（本図では、複数の発光ダイオード素子が直列に接続されたＬＥＤストリング）と、各種ディスクリート部品（キャパシタＣ１及びＣ２、インダクタＬ１、抵抗Ｒ１、センス抵抗Ｒｓ）とを有する。

ＬＥＤドライバＩＣ１（＝発光素子駆動装置に相当）は、入力電圧ＰＶＩＮを降圧して発光ダイオードＬＥＤへの電力供給を行う半導体装置である。なお、ＬＥＤドライバＩＣ１は、ＩＣ外部との電気的な接続を確立するための手段として、複数の外部端子（ＰＶＩＮピン、ＴＯＮピン、ＳＷピン、ＢＯＯＴピン、ＰＧＮＤピン、ＳＮＳＰピン、及び、ＳＮＳＮピンなど）を有する。

ＰＶＩＮピンは、パワー系の入力電圧供給端子（＝パワー電源端子）である。ＴＯＮピンは、オン時間設定用の抵抗接続端子である。ＳＷピンは、スイッチ出力端子である。ＢＯＯＴピンは、上側ゲート駆動用のブートストラップキャパシタ接続端子である。ＰＧＮＤピンは、パワー系の接地端子（＝パワー接地端子）である。ＳＮＳＰピンは、出力電流センス入力端子（＋）である。ＳＮＳＮピンは、出力電流センス入力端子（－）である。

ＴＯＮピンと接地端との間には、抵抗Ｒ１（＝オン時間設定抵抗）が接続されている。ＳＷピンは、インダクタＬ１の第１端に接続されている。インダクタＬ１の第２端は、センス抵抗Ｒｓの第１端に接続されている。センス抵抗Ｒｓの第２端は、発光ダイオードＬＥＤのアノードに接続されている。発光ダイオードＬＥＤのカソードは、接地端に接続されている。ＳＷピンとＢＯＯＴピンとの間には、キャパシタＣ１（＝ブートストラップキャパシタ）が接続されている。発光ダイオードＬＥＤのアノードと接地端との間には、キャパシタＣ２（＝出力平滑キャパシタ）が接続されている。ＰＧＮＤピンは、接地端に接続されている。ＳＮＳＰピンは、センス抵抗Ｒｓの第１端に接続されている。ＳＮＳＮピンは、センス抵抗Ｒｓの第２端に接続されている。

＜ＬＥＤドライバＩＣ＞
引き続き、図１を参照しながら、ＬＥＤドライバＩＣ１の回路構成について説明する。本構成例のＬＥＤドライバＩＣ１は、発光ダイオードＬＥＤを駆動する手段として、上側スイッチ１１Ｈと、下側スイッチ１１Ｌと、上側ドライバ１２Ｈと、下側ドライバ１２Ｌと、コントローラ１３と、オン時間設定部１４と、スロープ電圧生成部１５と、センスアンプ１６と、エラーアンプ１７と、コンパレータ１８と、ブートストラップ用のダイオードＤ１と、を集積化して成る。もちろん、ＬＥＤドライバＩＣ１には、上記以外の構成要素（各種保護回路など）を集積化してもよい。

上側スイッチ１１Ｈは、ＰＶＩＮピンとＳＷピンとの間に接続されており、上側ゲート信号ＧＨに応じてオン／オフされる。なお、上側スイッチ１１Ｈとしては、ＮＭＯＳＦＥＴ［N-channel type metal oxide semiconductor field effect transistor］などを好適に用いることができる。その場合、上側スイッチ１１Ｈは、ＧＨ＝Ｈ（＝ＢＯＯＴ）であるときにオンして、ＧＨ＝Ｌ（＝ＳＷ）であるときにオフする。なお、上側スイッチ１１Ｈとして、ＮＭＯＳＦＥＴではなくＰＭＯＳＦＥＴ［P-channel type MOSFET］を用いることも可能である。その場合には、ブートストラップ用のダイオードＤ１、キャパシタＣ１、及び、ＢＯＯＴピンが不要となる。

下側スイッチ１１Ｌは、ＳＷピンとＰＧＮＤピンとの間に接続されており、下側ゲート信号ＧＬに応じてオン／オフされる。なお、下側スイッチ１１Ｌとしては、ＮＭＯＳＦＥＴなどを好適に用いることができる。その場合、下側スイッチ１１Ｌは、ＧＬ＝Ｈ（＝ＶＤＲＶ５）であるときにオンして、ＧＬ＝Ｌ（＝ＰＧＮＤ）であるときにオフする。

このように接続された上側スイッチ１１Ｈ及び下側スイッチ１１Ｌは、ＳＷピンから矩形波状のスイッチ電圧Ｖｓｗを出力するハーフブリッジ型のスイッチ出力段を形成している。なお、本図では、同期整流方式のスイッチ出力段を挙げたが、ダイオード整流方式を採用する場合には、下側スイッチ１１Ｌとしてダイオードを用いればよい。

上側ドライバ１２Ｈは、コントローラ１３から入力される上側制御信号ＳＨに基づいて上側ゲート信号ＧＨを生成する。なお、上側ゲート信号ＧＨのハイレベルは、ＢＯＯＴピンの端子電圧（≒Ｖｓｗ＋ＶＤＲＶ５）となる。一方、上側ゲート信号ＧＨのローレベルは、ＳＷピンの端子電圧（≒Ｖｓｗ）となる。

下側ドライバ１２Ｌは、コントローラ１３から入力される下側制御信号ＳＬに基づいて下側ゲート信号ＧＬを生成する。なお、下側ゲート信号ＧＬのハイレベルは、定電圧ＶＤＲＶ５となる。一方、下側ゲート信号ＧＬのローレベルは、ＰＧＮＤピンの端子電圧（接地電圧）となる。

コントローラ１３は、例えば、セット信号ＳＥＴ及びリセット信号ＲＳＴの入力を受け付けるＲＳフリップフロップを含み、上側スイッチ１１Ｈ及び下側スイッチ１１Ｌを相補的にオン／オフするように上側制御信号ＳＨ及び下側制御信号ＳＬを生成する。

より具体的に述べると、コントローラ１３は、セット信号ＳＥＴの立上りタイミングで上側スイッチ１１Ｈをオンして下側スイッチ１１Ｌをオフする一方、リセット信号ＲＳＴの立上りタイミングで上側スイッチ１１Ｈをオフして下側スイッチ１１Ｌをオンするように、上側制御信号ＳＨ及び下側制御信号ＳＬを生成する。

ただし、本明細書中における「相補的」という文言は、上側スイッチ１１Ｈ及び下側スイッチ１１Ｌそれぞれのオン／オフ状態が完全に逆転している場合だけでなく、貫通電流を防止するための同時オフ期間（いわゆるデッドタイム）が設けられている場合も含むものとして、広義に理解されるべきである。

オン時間設定部１４は、セット信号ＳＥＴの立上りタイミング（延いては上側スイッチ１１Ｈのオンタイミング）から所定のオン時間Ｔｏｎが経過した時点でリセット信号ＲＳＴをハイレベルに立ち上げる。なお、オン時間設定部１４は、ＴＯＮピンに接続された抵抗Ｒ１の抵抗値に応じてオン時間Ｔｏｎを任意に設定する機能を備えている。また、オン時間設定部１４は、ＰＶＩＮピン及びＳＮＳＮピンそれぞれの端子電圧に基づいてスイッチング周波数Ｆｓｗの変動を抑えるようにオン時間Ｔｏｎを可変する機能も備えている。

スロープ電圧生成部１５は、下側スイッチ１１Ｌのオン期間中に流れるインダクタ電流ＩＬを検出し、同インダクタ電流ＩＬの情報を含んだスロープ電圧Ｖｓｌｐを生成する。スロープ電圧Ｖｓｌｐは、下側スイッチ１１Ｌのオン期間中に流れるインダクタ電流ＩＬが大きいほど高くなり、同インダクタ電流ＩＬが小さいほど低くなる。

センスアンプ１６は、ＳＮＳＰピンとＳＮＳＮピンとの端子間電圧（＝センス抵抗Ｒｓの両端間電圧）を増幅してセンス電圧Ｖｓを生成する。センス電圧Ｖｓは、センス抵抗Ｒｓに流れる出力電流ＩＬＥＤ（＝平均インダクタ電流ＩＬ＿ａｖｅ）が大きいほど高くなり、出力電流ＩＬＥＤが小さいほど低くなる。

エラーアンプ１７は、非反転入力端（＋）に入力される基準電圧ＶＩＳＥＴ（＝アナログ調光電圧）と、反転入力端（－）に入力されるセンス電圧Ｖｓ（より正確にはオフセット電圧Ｖｏｆｓとセンス電圧Ｖｓとの加算電圧）との差分に応じた電流出力を行い、不図示のキャパシタ（後出の図６におけるキャパシタＣ３を参照）を充放電することにより、制御電圧Ｖｃを生成する。なお、制御電圧Ｖｃは、ＶＩＳＥＴ＞Ｖｓであるときに上昇して、ＶＩＳＥＴ＜Ｖｓであるときに低下する。

コンパレータ１８は、反転入力端（－）に入力されるスロープ電圧Ｖｓｌｐと、非反転入力端（＋）に入力される制御電圧Ｖｃとを比較することにより、セット信号ＳＥＴを生成する。セット信号ＳＥＴは、Ｖｃ＜Ｖｓｌｐであるときにローレベルとなり、Ｖｃ＞Ｖｓｌｐであるときにハイレベルとなる。従って、制御電圧Ｖｃが低いほどセット信号ＳＥＴの立上りタイミング（延いては上側スイッチ１１Ｈのオンタイミング）が遅くなり、逆に、制御電圧Ｖｃが高いほどセット信号ＳＥＴの立上りタイミングが早くなる。

なお、上記構成要素のうち、上側ドライバ１２Ｈ及び下側ドライバ１２Ｌ、コントローラ１３、オン時間設定部１４、スロープ電圧生成部１５、センスアンプ１６、エラーアンプ１７、並びに、コンパレータ１８は、ボトム検出オン時間固定方式の出力帰還制御部として機能し、スイッチ出力端子ＳＷから発光ダイオードＬＥＤに供給される出力電流ＩＬＥＤが所定の目標値と一致するように、上側スイッチ１１Ｈ及び下側スイッチ１１Ｌが相補的に駆動される。

＜出力帰還制御＞
図２は、ボトム検出オン時間固定方式の出力帰還制御を示す図であり、上から順に、インダクタ電流ＩＬとスイッチ電圧Ｖｓｗが描写されている。

上側スイッチ１１Ｈがオフして下側スイッチ１１Ｌがオンしている間、スイッチ電圧Ｖｓｗは、ローレベル（＝下側スイッチ１１Ｌのドレイン・ソース間に生じる負電圧－ＶＤＳＷ）となる。このとき、ＰＧＮＤピンから下側スイッチ１１Ｌを介してＳＷピンに流れるインダクタ電流ＩＬは、インダクタＬ１のエネルギー放出に伴って減少していく。

そして、インダクタ電流ＩＬが制御電圧Ｖｃに応じたボトム値ＩＬ＿ｂｔｍまで減少すると、Ｖｃ＞Ｖｓｌｐとなり、セット信号ＳＥＴがハイレベルに立ち上がる。その結果、上側スイッチ１１Ｈがオンして下側スイッチ１１Ｌがオフする。このとき、スイッチ電圧Ｖｓｗがハイレベル（≒ＰＶＩＮ）となるので、ＰＶＩＮピンから上側スイッチ１１Ｈを介してＳＷピンに流れるインダクタ電流ＩＬが増大していく。

その後、所定のオン時間Ｔｏｎが経過すると、リセット信号ＲＳＴがハイレベルに立ち上がり、上側スイッチ１１Ｈがオフして下側スイッチ１１Ｌがオンするので、インダクタ電流ＩＬが再び増大から減少に転じる。その結果、インダクタ電流ＩＬは、ピーク値ＩＬ＿ｐｋとボトム値ＩＬ＿ｂｔｍとの間で増大と減少を繰り返すリップル波形となる。

ここで、インダクタ電流ＩＬのボトム値ＩＬ＿ｂｔｍは、センス電圧Ｖｓ（＝平均インダクタ電流ＩＬ＿ａｖｅに相当）と、基準電圧ＶＩＳＥＴ（＝平均インダクタ電流ＩＬ＿ａｖｅの目標値に相当）との差分に応じて変動する。また、インダクタ電流ＩＬのリップル振幅ΔＩＬ（＝ＩＬ＿ｐｋ－ＩＬ＿ｂｔｍ）は、オン時間Ｔｏｎに応じて決定される。

従って、上記一連の動作が繰り返されることにより、ＬＥＤドライバＩＣ１では、平均インダクタ電流ＩＬ＿ａｖｅ（延いては出力電流ＩＬＥＤ）が所定の目標値と一致するように、ボトム検出オン時間固定方式の出力帰還制御が行われる。

なお、ボトム検出オン時間固定方式は、ＰＷＭ制御方式と比べて、サブハーモニック発振を抑制する上で有利となる。以下、図面を参照しながら簡単に説明する。

図３は、サブハーモニック発振の発生挙動及び収束挙動を示す図であり、上段にＰＷＭ制御方式のインダクタ電流ＩＬ、下段にボトム検出オン時間固定方式のインダクタ電流ＩＬがそれぞれ描写されている。

なお、図中の実線は、上側スイッチ１１Ｈのオンタイミングにおいて、ＩＬ＝ＩＬ＿ｂｔｍである場合の挙動を示している。一方、図中の小破線は、上記のオンタイミングにおいて、ＩＬ＞ＩＬ＿ｂｔｍである場合の挙動を示している。また、図中の大破線は、上記のオンタイミングにおいて、ＩＬ＜ＩＬ＿ｂｔｍである場合の挙動を示している。

一般に、インダクタ電流ＩＬのピーク検出を行うＰＷＭ制御方式（いわゆるエラーアンプ制御方式）では、スイッチング周期Ｔｓｗが固定されているので、適切なスロープ補償を行わないとサブハーモニック発振を生じる。

一方、ボトム検出オン時間固定方式であれば、現サイクルでインダクタ電流ＩＬがピーク値ＩＬ＿ｐｋまたはボトム値ＩＬ＿ｂｔｍを逸脱しても、次サイクルで必ず収束する。従って、サブハーモニック発振を抑制するためのスロープ補償が不要となる。

＜ＬＥＤオープン＞
次に、ＬＥＤオープン発生時の挙動について考察する。図４は、ＬＥＤオープン発生時の様子を示す図である。ＬＥＤオープン（例えば、ＬＥＤドライバＩＣ１を搭載する制御基板と発光ダイオードＬＥＤとの間の断線やコネクタ外れ）が生じると、センス抵抗Ｒｓに出力電流ＩＬＥＤが流れなくなる。そのため、ＬＥＤドライバＩＣ１では、出力電流ＩＬＥＤを引き上げ続けるように出力帰還制御が掛かる。以下、図５を参照しながら、より詳細に説明する。

図５は、ＬＥＤオープン復帰時における電流オーバーシュートの発生挙動を示す図である。本図の上段には、センス電圧Ｖｓ（実線）と出力電圧ＶＬＥＤ（破線）が描写されている。一方、本図の下段には、スロープ電圧Ｖｓｌｐ（実線）と制御電圧Ｖｃ（破線）が描写されている。なお、センス電圧Ｖｓと基準電圧ＶＩＳＥＴとの関係は、出力電流ＩＬＥＤとその目標値との関係として理解することができる。

時刻ｔ１１において、ＬＥＤオープンが生じると、センス抵抗Ｒｓに出力電流ＩＬＥＤが流れなくなるので、センス電圧Ｖｓが０Ｖとなる。このとき、出力電流ＩＬＥＤ（延いてはインダクタ電流ＩＬ）のボトム値ＩＬ＿ｂｔｍを制御するための制御電圧Ｖｃは、定常動作時の制御点よりも高い電位まで上昇する。また、制御電圧Ｖｃと比較されるスロープ電圧Ｖｓｌｐは、下側スイッチ１１Ｌのオン時に流れるインダクタ電流ＩＬの減少に伴って低下する。その結果、ＬＥＤドライバＩＣ１では、出力電流ＩＬＥＤを引き上げ続けるように出力帰還制御が掛かるので、スイッチ出力段のオンデューティが最大値となる。

その後、時刻ｔ１２において、コネクタの再接続などにより、ＬＥＤオープンから復帰すると、出力電流ＩＬＥＤの供給が再開される。ただし、この時点では、制御電圧Ｖｃが定常動作時の制御点よりも高い電位まで上昇しているので、スイッチ出力段のオンデューティが最大値に維持される。その結果、図中の領域Ａ１で示すように、出力電流ＩＬＥＤのオーバーシュート（＝出力電流ＩＬＥＤが目標値から外れて増大した状態）が生じる。

なお、このような出力電流ＩＬＥＤのオーバーシュートは、入力電圧ＰＶＩＮの減電復帰時（＝入力電圧ＰＶＩＮが出力電圧ＶＬＥＤの目標値よりも低い減電状態から高い定常状態に復帰するとき）にも発生し得る。

以下では、発光ダイオードＬＥＤのオープン復帰時、または、入力電圧ＰＶＩＮの減電復帰時において、出力電流ＬＥＤのオーバーシュートを適切に抑制することのできる新規な実施形態を提案する。

＜実施形態＞
図６は、ＬＥＤドライバＩＣ１の新規な実施形態を示す図である。本実施形態のＬＥＤドライバＩＣ１は、先出の構成要素（図１を参照）に加えて、クランパ１９を有する。

クランパ１９は、電流源ＣＳ１及びＣＳ２と、Ｐチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタＰ１及びＰ２と、スイッチＳＷと、を含み、下側スイッチ１１Ｌのオン期間において、制御電圧Ｖｃをスロープ電圧Ｖｓｌｐに応じたクランプ電圧Ｖｃｌｐ以下に制限する。

電流源ＣＳ１及びＣＳ２それぞれの第１端は、いずれも電源端に接続されている。電流源ＣＳ１の第２端とトランジスタＰ１のソースは、いずれもコンパレータ１８の反転入力端（－）に接続されている。電流源ＣＳ２の第２端とトランジスタＰ２のソースは、いずれもスイッチＳＷの第１端に接続されている。スイッチＳＷの第２端は、エラーアンプ１７の出力端（＝制御電圧Ｖｃの印加端）に接続されている。スイッチＳＷの制御端は、下側ゲート信号ＧＬ（下側制御信号ＳＬでも可）の印加端に接続されている。トランジスタＰ１及びＰ２それぞれのドレインは、いずれも接地端に接続されている。トランジスタＰ１及びＰ２それぞれのゲートは、いずれもスロープ電圧生成部１５の出力端（＝スロープ電圧Ｖｓｌｐの印加端）に接続されている。

このように接続された電流源ＣＳ１及びトランジスタＰ１は、スロープ電圧ＶｓｌｐよりもトランジスタＰ１のオンスレッショルド間電圧Ｖｇｓ１（＝第１オフセット電圧に相当）だけ高い電圧（＝Ｖｓｌｐ＋Ｖｇｓ１）を生成し、これをコンパレータ１８の反転入力端（－）に出力する第１ボルテージフォロワとして機能する。

また、電流源ＣＳ２及びトランジスタＰ２は、スロープ電圧ＶｓｌｐよりもトランジスタＰ２のオンスレッショルド間電圧Ｖｇｓ２（＝第２オフセット電圧に相当）だけ高いクランプ電圧Ｖｃｌｐ（＝Ｖｓｌｐ＋Ｖｇｓ２）を生成し、これをスイッチＳＷの第１端に出力する第２ボルテージフォロワとして機能する。

なお、トランジスタＰ１及びＰ２は、それぞれのオンスレッショルド間電圧Ｖｇｓ１及びＶｇｓ２がＶｇｓ１≦Ｖｇｓ２（例えばＶｇｓ２－Ｖｇｓ１＝数十ｍＶ）を満たすように、素子設計されている。

スイッチＳＷは、ＧＬ＝Ｈであるときにオンし、ＧＬ＝Ｌであるときにオフする。すなわち、スイッチＳＷは、スイッチ出力段（特に下側スイッチ１１Ｌ）に同期して、制御電圧Ｖｃの印加端とクランプ電圧Ｖｃｌｐの印加端との間を導通／遮断する。従って、下側スイッチ１１Ｌのオン期間（ＧＬ＝Ｈ）には、制御電圧Ｖｃがクランプ電圧Ｖｃｌｐ以下に制限される。

図７は、ＬＥＤオープン復帰時における電流オーバーシュートの抑制挙動を示す図である。本図の上段には、センス電圧Ｖｓ（実線）と出力電圧ＶＬＥＤ（破線）が描写されている。一方、本図の下段には、スロープ電圧Ｖｓｌｐ（実線）と制御電圧Ｖｃ（破線）が描写されている。なお、センス電圧Ｖｓと基準電圧ＶＩＳＥＴとの関係は、出力電流ＩＬＥＤとその目標値との関係として理解することができる。

また、図８は、図７の領域Ａ３を部分的に拡大して示す図であり、実線がコンパレータ１８の反転入力電圧（＝Ｖｓｌｐ＋Ｖｇｓ１）、小破線がクランプ電圧Ｖｃｌｐ（＝Ｖｓｌｐ＋Ｖｇｓ２）、大破線が制御電圧Ｖｃを示している。なお、図中の符号Ｔは、スイッチ出力段の周期を示している。また、符号Ｔｏｎ及びＴｏｆｆは、それぞれ、スイッチ出力段のオン期間（１１Ｈ：オン、１１Ｌ：オフ）及びオフ期間（１１Ｈ：オフ、１１Ｌ：オン）を示している。

時刻ｔ２１以前には、ＬＥＤオープンが発生していないので、ＬＥＤオープンに伴うスロープ電圧Ｖｓｌｐの低下も生じていない。このような定常動作時には、常にＶｃ≦Ｖｓｌｐ＋Ｖｇｓ１（延いては、Ｖｃ≦Ｖｃｌｐ（＝Ｖｓｌｐ＋Ｖｇｓ２））となるので、制御電圧Ｖｃがクランプされることはない。

特に、トランジスタＰ１及びＰ２それぞれのオンスレッショルド電圧Ｖｇｓ１及びＶｇｓ２に適切なオフセット（例えば、Ｖｇｓ２－Ｖｇｓ１＝数十ｍＶ）を与えておけば、制御電圧Ｖｃの意図しないクランプ動作を確実に防止することができるので、ＬＥＤドライバＩＣ１の定常動作に支障を来すおそれがなくなる。

時刻ｔ２１において、ＬＥＤオープンが発生すると、センス抵抗Ｒｓに出力電流ＩＬＥＤが流れなくなり、センス電圧Ｖｓが０Ｖとなる。このとき、制御電圧Ｖｃは、定常動作時の制御点よりも高い電位まで上昇しようとする。ただし、ＬＥＤオープン時には、下側スイッチ１１Ｌのオン時に流れるインダクタ電流ＩＬの減少に伴い、スロープ電圧Ｖｓｌｐが低下していくので、クランプ電圧Ｖｃｌｐ（＝Ｖｓｌｐ＋Ｖｇｓ２）が制御電圧Ｖｃの定常動作時における制御点を下回る。

その結果、下側スイッチ１１Ｌのオン期間中には、制御電圧Ｖｃがクランプ電圧Ｖｃｌｐ以下に制限されるので、スロープ電圧Ｖｓｌｐの低下と共に制御電圧Ｖｃも引き下げられていく。このような制御電圧Ｖｃのピークホールド技術を採用することにより、ＬＥＤドライバＩＣ１では、出力電流ＩＬＥＤを引き下げ続けるように出力帰還制御が掛かる。

その後、時刻ｔ２２において、コネクタの再接続などにより、ＬＥＤオープンから復帰すると、出力電流ＩＬＥＤの供給が再開される。このとき、制御電圧Ｖｃは、スロープ電圧Ｖｓｌｐの上昇と共に、定常動作時の制御点よりも低い電位から緩やかに引き上げられていく。その結果、図中の領域Ａ２で示すように、出力電流ＩＬＥＤのオーバーシュートを抑制することができるので、出力電流ＩＬＥＤがその目標値に収束するまでの所要時間を大幅に短縮することが可能となる。

なお、改めて図示はしないが、クランパ１９を導入することにより、ＬＥＤオープン復帰時だけでなく、入力電圧ＰＶＩＮの減電復帰時にも、出力電流ＩＬＥＤのオーバーシュートを効果的に抑制することが可能である。

＜その他の変形例＞
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

本明細書中に開示されている発明は、例えば、車載用のＬＥＤランプモジュールに搭載されるＬＥＤドライバＩＣに利用することが可能である。

１ ＬＥＤドライバＩＣ（発光素子駆動装置）
１１Ｈ 上側スイッチ（ＮＭＯＳＦＥＴ）
１１Ｌ 下側スイッチ（ＮＭＯＳＦＥＴ）
１２Ｈ 上側ドライバ
１２Ｌ 下側ドライバ
１３ コントローラ
１４ オン時間設定部
１５ スロープ電圧生成部
１６ センスアンプ
１７ エラーアンプ
１８ コンパレータ
１９ クランパ
Ｃ１～Ｃ３ キャパシタ
ＣＳ１、ＣＳ２ 電流源
Ｄ１ ダイオード
Ｌ１ インダクタ
ＬＥＤ 発光ダイオード
Ｐ１、Ｐ２ Ｐチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタ
Ｒ１ 抵抗
Ｒｓ センス抵抗
ＳＷ スイッチ
Ｘ ＬＥＤランプモジュール

Claims (9)

1. スイッチ出力段に流れるインダクタ電流の情報を含んだスロープ電圧を生成するスロープ電圧生成部と、
   前記スイッチ出力段から発光素子に供給される出力電流に応じたセンス電圧を生成するセンスアンプと、
   前記センス電圧と基準電圧との差分に応じた制御電圧を生成するエラーアンプと、
   前記スロープ電圧と前記制御電圧とを比較して比較信号を生成するコンパレータと、
   前記比較信号に応じて前記スイッチ出力段を制御するコントローラと、
   前記制御電圧を前記スロープ電圧に応じたクランプ電圧以下に制限するクランパと、
   を有し、
   前記クランパは、
   前記スロープ電圧よりも第１オフセット電圧だけ高い電圧を生成して前記コンパレータに出力する第１ボルテージフォロワと、
   前記スロープ電圧よりも第２オフセット電圧だけ高い前記クランプ電圧を生成する第２ボルテージフォロワと、
   前記スイッチ出力段に同期して前記制御電圧の印加端と前記クランプ電圧の印加端との間を導通／遮断するスイッチと、
   を含む、発光素子駆動装置。
2. 前記第２オフセット電圧は、前記第１オフセット電圧以上である、請求項１に記載の発光素子駆動装置。
3. 前記第１ボルテージフォロワ及び前記第２ボルテージフォロワは、それぞれ、制御端が前記スロープ電圧の印加端に接続された第１トランジスタ及び第２トランジスタを含む、請求項１又は２に記載の発光素子駆動装置。
4. 前記第２トランジスタのオンスレッショルド電圧は、前記第１トランジスタのオンスレッショルド電圧以上である、請求項３に記載の発光素子駆動装置。
5. 前記スイッチ出力段は、上側スイッチと下側スイッチを含むハーフブリッジ型であり、
   前記スロープ電圧は、前記下側スイッチのオン時に流れる前記インダクタ電流の情報を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の発光素子駆動装置。
6. 前記コントローラは、ボトム検出型オン時間固定方式で前記出力電流の出力帰還制御を行う、請求項５に記載の発光素子駆動装置。
7. 前記コントローラは、前記インダクタ電流が前記制御電圧に応じたボトム値まで減少した時点で前記上側スイッチをオンして前記下側スイッチをオフするとともに、前記上側スイッチのオンタイミングから所定のオン時間が経過した時点で前記上側スイッチをオフして前記下側スイッチをオンする、請求項６に記載の発光素子駆動装置。
8. 前記基準電圧は、外部入力されるアナログ調光電圧である、請求項１～７のいずれか一項に記載の発光素子駆動装置。
9. 請求項１～８のいずれか一項に記載の発光素子駆動装置と、
   前記発光素子駆動装置から前記出力電流の供給を受ける発光素子と、
   を有する、発光装置。

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