WO2010143338A1

WO2010143338A1 - 発光素子駆動装置

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Publication number: WO2010143338A1
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Inventors: 高田剛; 片岡伸一郎; 山本泰永; 川原司; 上田龍二; 伊東大介
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Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2010-03-04
Publication date: 2010-12-16
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Abstract

ＬＣＤ－ＴＶのバックライト光源等に用いられる発光素子の短絡故障や断線故障を確実かつ容易に検出する。直列接続された発光素子列と駆動回路との各接続点の電圧をモニタ電圧とし、各モニタ電圧の中で最大のモニタ電圧を検出する最大検出部４１と最小のモニタ電圧を検出する最小検出部４２のそれぞれの出力の差分電圧を所定の基準電圧と比較し、その比較結果に基づいて発光素子の短絡または断線を検出する。

Description

発光素子駆動装置

　本発明は、発光素子駆動装置に関し、さらに詳しくは、電源回路に接続されたＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）などの発光素子を駆動する装置に関する。

　近年、ＬＥＤの用途の一つとして、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ：液晶ディスプレイ）のバックライト向けが普及しつつある。一般的にＬＥＤをＬＣＤ用バックライトとして使用する際には、直列接続された複数個のＬＥＤに、所定の定電流を流すことによって発光を得る。このとき、必要な光量に応じてＬＥＤの個数や電流量が決定される。また、ＬＥＤを駆動させるための駆動電圧は、電源電圧を所定の電圧に変換する電圧変換回路によって生成される。この電圧変換回路は、負荷であるＬＥＤの所定箇所の電圧値もしくは電流値を検出し、帰還することによって駆動電圧の制御を行う。以上のようなＬＥＤ駆動技術は、例えば、特許文献１に開示されている。

　特許文献１に開示されている発光素子駆動装置について、図３を用いて以下に簡単に説明する。この従来例の発光素子駆動装置では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１からＬＥＤモジュール２へ供給される電流を電流検出抵抗Ｒ１によって検知する。検知された電圧を比較部３で基準電圧Ｖｒｅｆ１と比較し、その比較結果に応じてＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）制御部４がＤＣ／ＤＣコンバータ１を制御する。これにより、ＬＥＤモジュール２へ流れる電流を一括して定電流制御する。さらに、ＬＥＤモジュール２内の各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１～Ｕ３には、カレントミラー回路を構成する制御素子Ｑ１～Ｑ３を直列に設けて、各ＬＥＤ負荷回路Ｕ１～Ｕ３を定電流駆動し、光出力を均一化する。また、各制御素子Ｑ１～Ｑ３とスイッチ素子ＳＷ１～ＳＷ３との接続点の電圧（以下、モニタ電圧と呼ぶ）をモニタする。比較回路ＣＰ１～ＣＰ３は、モニタ電圧と所定の基準電圧Ｖｒｅｆ２との比較から、ＬＥＤが短絡故障または開放故障かどうかを検知する。故障制御部５は、検知された結果に応答してスイッチ素子ＳＷ１～ＳＷ３によって故障回路を切り離すとともに、基準電圧Ｖｒｅｆ１の大きさを調整する。

特開２００８－１３０５１３号公報

　上述した従来例の発光素子駆動装置では、各制御素子（駆動電流生成部とも呼ぶ）とスイッチ素子との接続点電圧であるモニタ電圧を、固定された基準電圧と比較することによってＬＥＤの故障を検出している。しかし、例えばＬＣＤを用いたテレビのバックライトシステムでは、急激な負荷変動によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ（駆動電圧生成部とも呼ぶ）が出力する駆動電圧に、オーバーシュート等の電圧変動が生じることがある。この場合、駆動電圧の電圧変動の影響を受けて、モニタ電圧にも電圧変動が発生することになる。このため、ＬＥＤが正常な状態にあるにも関わらず、固定された基準電圧との比較を行う比較回路が動作し、故障制御部が誤動作するという課題を有していた。

　本発明は、上述した従来例の課題を解決するもので、発光素子の短絡故障や断線故障等の故障を確実かつ容易に検出する発光素子駆動装置を提供することを目的とする。

　上述した課題を解決するために、本発明の発光素子駆動装置は、一つ以上の発光素子が直列接続された発光素子列が複数列並列接続された発光素子負荷群と、電源電圧を変換して所定の出力電圧を前記発光素子負荷群に供給する電源電圧変換部と、前記発光素子列に直列接続され発光素子列を駆動するための負荷電流を供給する駆動回路と、前記電源電圧変換部の制御信号を生成する電源制御部と、前記発光素子の故障を検出する故障検出部と、を備え、前記故障検出部は、前記発光素子列と前記駆動回路の接続点電位または接続点電位に準ずる電圧をモニタ電圧とし、少なくとも二つの前記発光素子列に対するモニタ電圧に基づいて発光素子が故障状態であることを検出する、ことを特徴とする。

　本発明の発光素子駆動装置によれば、故障検出部は、複数のモニタ電圧間の比較に基づいて発光素子の故障検出を行う。これにより、発光素子を駆動する駆動電圧の変動によって生じるモニタ電圧の変動は、同相成分としてキャンセルすることができ、故障した発光素子に起因するモニタ電圧の変動だけを検出することができる。このように、誤検出を防止し、発光素子の故障を確実かつ容易に検出することが可能となる。さらに、発光素子の故障時に、駆動回路に加わるモニタ電圧が増加した状態で、駆動電流生成部が動作し続けることを防止することができる。このため、駆動電流生成部にかかる電力損失を低減し、発光素子駆動装置の安全性を向上させることが可能となる。

本発明の実施の形態１による発光素子駆動装置の全体構成例を示すブロック図である。本発明の実施の形態１による発光素子駆動装置に含まれる故障検出部の具体的な構成を示す回路図である。従来例の発光素子駆動装置の構成例を示すブロック図である。

　以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図面において、実質的に同一の構成、動作、および効果を表す要素については、同一の符号を付す。図面上の符号は、符号で示される信号の大きさを表す変数値として、式上でも用いられる。

（実施の形態１）
　図１は、発光素子駆動装置６０の全体構成例を示すブロック図である。発光素子駆動装置６０は、駆動電圧生成部７０、駆動電流生成部群３０、電源制御部５０、故障検出部４０、およびモニタ経路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を備え、発光素子列群２０を駆動する。駆動電圧生成部７０は、電源制御部５０、電源電圧変換部１０、および制御経路Ｐｃｎｔを備える。

　発光素子列群２０は、発光素子列２１、２２、２３、および２４を備える。各発光素子列２１～２４は、Ｎ個（Ｎは１以上）の発光素子を備える。各発光素子は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）であるが、ＬＥＤ以外の発光素子であってもよい。発光素子列２１～２４の各一端は、電源電圧変換部１０の出力経路Ｐｏｕｔに接続される。発光素子列２１～２４の他端は、それぞれモニタ経路Ｐ１～Ｐ４に接続される。発光素子列２１を構成するＮ個の発光素子は、アノードからカソードへの順方向が、出力経路Ｐｏｕｔからモニタ経路Ｐ１への方向となるように、互いに直列に接続される。発光素子列２２～２４についても同様に、各発光素子列２２～２４を構成するＮ個の発光素子は、アノードからカソードへの順方向が、出力経路Ｐｏｕｔから各モニタ経路Ｐ２～Ｐ４への方向となるように、互いに直列に接続される。発光素子列群は、発光素子負荷群とも呼ばれる。

　駆動電流生成部群３０は、駆動電流生成部３１、３２、３３、および３４を備える。駆動電流生成部３１～３４の一端は、それぞれモニタ経路Ｐ１～Ｐ４に接続され、他端は接地される。すなわち、モニタ経路Ｐ１は、発光素子列２１と駆動電流生成部３１との接続経路を表す。同様に、モニタ経路Ｐ２～Ｐ４は、発光素子列２２～２４と駆動電流生成部３２～３４との接続経路をそれぞれ表す。各駆動電流生成部３１～３４は、定電流回路であり、例えばカレントミラー回路などにより構成される。駆動電流生成部群３０は駆動回路群とも呼ばれ、駆動電流生成部は駆動回路とも呼ばれる。

　駆動電圧生成部７０は、駆動電圧Ｖｏｕｔを生成し、出力経路Ｐｏｕｔを介して発光素子列２１～２４へ供給する。駆動電圧Ｖｏｕｔは、発光素子列２１～２４と駆動電流生成部３１～３４とによってそれぞれ分圧される。分圧された電圧は、モニタ経路Ｐ１～Ｐ４と接地との間の電圧であり、それぞれモニタ電圧Ｖｎ１、Ｖｎ２、Ｖｎ３、およびＶｎ４（それぞれ駆動電流生成部３１～３４の両端電圧に一致）と呼ばれる。駆動電圧生成部７０は、モニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４に基づいて駆動電圧Ｖｏｕｔを調整する。これにより、発光素子駆動装置６０は、電源制御部５０、制御経路Ｐｃｎｔ、電源電圧変換部１０、発光素子列群２０、およびモニタ経路Ｐ１～Ｐ４を経由するクローズドループ制御に基づいて駆動電圧Ｖｏｕｔを安定化させる。駆動電圧は、出力電圧とも呼ばれる。

　駆動電流制御部９０は、映像信号Ｖ９５に基づいて、複数系統（図１の場合、例えば４系統）のパルス状の駆動電流制御信号Ｖ９０を生成し、経路Ｐ９０を介して駆動電流生成部群３０および故障検出部４０へ供給する。駆動電流生成部３１～３４は、駆動電流制御信号Ｖ９０に基づいてオン／オフ制御され、それぞれパルス状の駆動電流Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３、およびＪ４を生成する。駆動電流生成部３１は、駆動電流Ｊ１を、モニタ経路Ｐ１を介して発光素子列２１へ供給する。同様に、駆動電流生成部３２～３４は、駆動電流Ｊ２～Ｊ４を、モニタ経路Ｐ２～Ｐ４を介して発光素子列２２～２４へそれぞれ供給する。駆動電流は、負荷電流とも呼ばれる。

　駆動電流制御部９０は、駆動電流制御信号Ｖ９０のデューティ比（ハイレベル期間のローレベル期間に対する割合）を映像信号Ｖ９５に基づいて変化させる。駆動電流生成部３１～３４は、４系統の駆動電流制御信号Ｖ９０に基づいて、それぞれ駆動電流Ｊ１～Ｊ４のデューティ比（オン期間のオフ期間に対する割合）を個別に変化させる。これにより、駆動電流Ｊ１～Ｊ４のデューティ比が大きくなるにつれて発光期間が長くなるように、それぞれの発光期間を個別に変化させることができる。

　発光素子列群２０を液晶ディスプレイ用のバックライトに使用する場合、液晶ディスプレイ全体または液晶ディスプレイにおける発光素子列２１～２４の担当領域ごとに個別に、液晶ディスプレイの輝度を制御する必要がある。駆動電流生成部群３０は、駆動電流制御信号Ｖ９０に基づいて制御され、デューティ比の調整を行うことにより、液晶ディスプレイの輝度を調整することができる。なお、駆動電流Ｊ１～Ｊ４は、パルス電流でなく直流電流であっても良く、駆動電流Ｊ１～Ｊ４の実効値を変化させることにより発光素子の輝度調整が可能な構成であれば、上述した構成に限定されない。

　電源制御部５０は、最小検出部５１、エラーアンプ５２、基準電源Ｅｒｅｆ、およびＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）制御部５３を含む。電源制御部５０は、モニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４に基づいて、制御信号Ｖｃｎｔを生成し、制御経路Ｐｃｎｔへ出力する。

　最小検出部５１は、モニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４のうち、最小の電圧を表す最小モニタ電圧Ｖｆｂを生成し、エラーアンプ５２へ出力する。基準電源Ｅｒｅｆは、基準電圧Ｖｒｅｆを発生させる。エラーアンプ５２は、基準電圧Ｖｒｅｆから最小モニタ電圧Ｖｆｂを差し引いた電圧を増幅することにより、エラー信号Ｖｅｒｒを生成し、ＰＷＭ制御部５３へ出力する。ＰＷＭ制御部５３はノコギリ状電圧発生部（図示されていない）を含み、ノコギリ状電圧発生部はノコギリ状電圧を発生させる。ＰＷＭ制御部５３は、エラー信号Ｖｅｒｒとノコギリ状電圧とを比較し、比較結果を表す制御信号Ｖｃｎｔを生成し、制御経路Ｐｃｎｔへ出力する。制御信号Ｖｃｎｔは、エラー信号Ｖｅｒｒによってパルス幅変調された信号となる。

　最小モニタ電圧Ｖｆｂが基準電圧Ｖｒｅｆよりも小さくなるにつれて、制御信号Ｖｃｎｔのハイレベルの期間は長くなる。反対に、最小モニタ電圧Ｖｆｂが基準電圧Ｖｒｅｆよりも大きくなるにつれて、制御信号Ｖｃｎｔのハイレベルの期間は短くなる。

　電源電圧変換部１０は、電源Ｅｉｎ、コイルＬ１、スイッチング素子Ｍ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１を含む。電源Ｅｉｎの負極は接地され、正極はコイルＬ１を介してスイッチング素子Ｍ１のドレイン端子およびダイオードＤ１のアノード端子に接続される。スイッチング素子Ｍ１のソース端子は接地され、ゲート端子は制御経路Ｐｃｎｔに接続される。ダイオードＤ１のカソード端子は、コンデンサＣ１の一端および出力経路Ｐｏｕｔに接続され、コンデンサＣ１の他端は接地される。

　電源Ｅｉｎは、所定の電源電圧Ｖｉｎを発生させる。電源電圧変換部１０は、電源電圧Ｖｉｎを駆動電圧Ｖｏｕｔに変換し、出力経路Ｐｏｕｔを介して発光素子列２１～２４へ供給するとともに、制御経路Ｐｃｎｔを介して受ける制御信号Ｖｃｎｔに基づいて、駆動電圧Ｖｏｕｔを調整する。

　スイッチング素子Ｍ１は、制御経路Ｐｃｎｔを介して制御信号Ｖｃｎｔをゲート端子に受け、制御信号Ｖｃｎｔによりオン／オフされる。コイルＬ１は、スイッチング素子Ｍ１のオン動作およびオフ動作により、電源Ｅｉｎからの電力を、それぞれ充電および放電する。ダイオードＤ１は、充電時に出力経路Ｐｏｕｔからの逆流を防止し、放電時に放電された電力を順方向に通過させる。コンデンサＣ１は、通過した電力を充電し、出力経路Ｐｏｕｔに駆動電圧Ｖｏｕｔを生成する。このように電源電圧変換部１０は、電源電圧Ｖｉｎよりも大きい駆動電圧Ｖｏｕｔを生成する昇圧変換回路となっている。

　制御信号Ｖｃｎｔのハイレベルの期間が長くなるにつれて、スイッチング素子Ｍ１のオン期間が長くなるから、コイルＬ１の充電期間は長くなり、その結果、駆動電圧Ｖｏｕｔは大きくなる。駆動電圧Ｖｏｕｔが大きくなると、モニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４も大きくなる。反対に、制御信号Ｖｃｎｔのハイレベルの期間が短くなるにつれて、スイッチング素子Ｍ１のオン期間が短くなるから、コイルＬ１の充電期間は短くなり、その結果、駆動電圧Ｖｏｕｔは小さくなる。駆動電圧Ｖｏｕｔが小さくなると、モニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４も小さくなる。

　上述した電源制御部５０の動作も考慮すると、最小モニタ電圧Ｖｆｂが基準電圧Ｖｒｅｆよりも小さくなるにつれて、駆動電圧Ｖｏｕｔは大きくなるから、モニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４も大きくなり、最小モニタ電圧Ｖｆｂが基準電圧Ｖｒｅｆよりも小さくなることは抑制される。反対に、最小モニタ電圧Ｖｆｂが基準電圧Ｖｒｅｆよりも大きくなるにつれて、駆動電圧Ｖｏｕｔは小さくなるから、モニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４も小さくなり、最小モニタ電圧Ｖｆｂが基準電圧Ｖｒｅｆよりも大きくなることは抑制される。このように、駆動電圧生成部７０は、最小モニタ電圧Ｖｆｂが基準電圧Ｖｒｅｆに等しくなるように、駆動電圧Ｖｏｕｔを調整する。

　ここで、駆動電流生成部３１～３４が定電流動作を行うことが可能な最小限の値となるように基準電圧Ｖｒｅｆを設定すれば、駆動電流生成部３１～３４の消費電力を最低限に抑制した状態で、発光素子列２１～２４から所望の発光を得ることが可能となる。

　なお、電源電圧変換部１０の構成を昇圧変換回路としたが、電源電圧Ｖｉｎよりも小さな駆動電圧Ｖｏｕｔを生成する降圧変換回路の構成としても良い。

　故障検出部４０は、最大検出部４１、最小検出部４２、比較器４３、および基準電源Ｅｔｈを含む。故障検出部４０は、モニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４および駆動電流制御信号Ｖ９０に基づいて、発光素子列２１～２４の故障状態を検出し、故障検出信号Ｖｄｅｔを生成する。故障検出部４０は、駆動電流制御信号Ｖ９０がハイレベルの場合のモニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４に基づいて、発光素子列２１～２４の故障状態を検出する。最大検出部４１は、駆動電流制御信号Ｖ９０がハイレベルの場合に、モニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４のうちの最大の電圧を表す最大モニタ電圧Ｖｍａｘを生成する。最小検出部４２は、駆動電流制御信号Ｖ９０がハイレベルの場合に、モニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４のうちの最小の電圧を表す最小モニタ電圧Ｖｍｉｎを生成し、基準電源Ｅｔｈの負極へ出力する。

　基準電源Ｅｔｈは基準電圧Ｖｔｈを発生させ、正極において最小モニタ電圧Ｖｍｉｎと基準電圧Ｖｔｈとの和電圧Ｖａ（＝Ｖｍｉｎ＋Ｖｔｈ）を生成する。比較器４３は、非反転入力端子に最大モニタ電圧Ｖｍａｘを受け、反転入力端子に和電圧Ｖａを受け、両電圧を比較し、比較結果を表す故障検出信号Ｖｄｅｔを生成する。比較器４３は、両電圧が、
　　　Ｖｍａｘ　＞　（Ｖｍｉｎ＋Ｖｔｈ）　　　　・・・・・（１）
の関係となれば、故障検出信号Ｖｄｅｔをローレベルからハイレベルへと変化させて、いずれかの発光素子が故障状態であることを検出する。なお、最大検出部４１および最小検出部４２が、駆動電流制御信号Ｖ９０に基づいて制御されるように説明したが、比較器４３が駆動電流制御信号Ｖ９０に基づいて制御されてもよい。すなわち、比較器４３は、駆動電流制御信号Ｖ９０がハイレベルの場合だけ、故障検出信号Ｖｄｅｔを生成してもよい。このように、故障検出部４０は、駆動電流制御信号Ｖ９０がハイレベルの場合だけ動作し、発光素子列２１～２４にそれぞれ駆動電流Ｊ１～Ｊ４が流れている場合の故障状態を適切に検出するとともに、駆動電流Ｊ１～Ｊ４が流れていない場合に検出を停止することができる。

　故障制御部８０は、故障検出信号Ｖｄｅｔがハイレベルになると、故障制御信号Ｖｍｌｆを生成する。故障制御信号Ｖｍｌｆが生成されると、例えば、発光素子列２１～２４のいずれかが発光素子駆動装置６０から切り離されたり、電源Ｅｉｎが発光素子駆動装置６０から切り離されたりすることにより、発光素子駆動装置６０を保護することができる。

　なお、最大モニタ電圧Ｖｍａｘは、各モニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４の最大値を、所定値だけシフトさせた値であっても良く、各モニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４の最大値に準ずる値であれば良い。同様に、最小モニタ電圧Ｖｍｉｎは、各モニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４の最小値を、所定値だけシフトさせた値であっても良く、各モニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４の最小値に準ずる値であれば良い。すなわち、故障検出部４０は、モニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４のうち最大値と最小値の差分値の大きさに基づいて、発光素子の短絡故障および断線故障の検出を行う。

　以下に、発光素子列２１～２４を構成する発光素子の一つが短絡故障したことを検出する場合について、具体的に説明する。例えば、発光素子列２１を構成する発光素子のうちの一つが短絡故障すると、発光素子列２１の順方向電圧（Ｖｏｕｔ―Ｖｎ１）は、その他の発光素子列２２～２４と比較して、短絡故障した一つの発光素子が有していた順方向電圧の大きさＶｄ１に相当する電圧分だけ小さくなる。換言すれば、モニタ電圧Ｖｎ１は、他のモニタ電圧Ｖｎ２～Ｖｎ４と比較して、短絡故障した一つの発光素子が有していた順方向電圧Ｖｄ１に相当する電圧分だけ大きくなる。そのため、短絡故障が発生する前のモニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４のばらつき幅が、順方向電圧Ｖｄ１よりも小さいと仮定すると、この増加したモニタ電圧Ｖｎ１は、モニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４の中で最も大きくなる。それゆえに、最大検出部４１は、短絡故障が発生すると、短絡故障前よりも大きい最大モニタ電圧Ｖｍａｘを生成する。

　上述したように、最小モニタ電圧Ｖｍｉｎは最小モニタ電圧Ｖｆｂに等しく、駆動電圧生成部７０は、最小モニタ電圧Ｖｆｂが基準電圧Ｖｒｅｆにほぼ等しい値となるように動作している。すなわち、発光素子列２１の発光素子の一つが短絡故障することにより、最大モニタ電圧Ｖｍａｘと最小モニタ電圧Ｖｍｉｎとの間には、順方向電圧Ｖｄ１以上の電圧差が発生する。ここで、
　　　Ｖｔｈ　＜　Ｖｄ１　　　　　　　　　　　・・・・・（２）
のように基準電圧Ｖｔｈを設定すれば、順方向電圧Ｖｄ１を有していた発光素子が短絡故障することにより、比較器４３は故障検出信号Ｖｄｅｔをローレベルからハイレベルに変化させ、短絡故障を検出することができる。

　さらに、実際には短絡故障が発生する前の発光素子の有する各順方向電圧にはばらつきがあるため、モニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４はそれぞれ異なった値となる。モニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４のばらつきのため、発光素子の短絡故障が発生していないにも関わらず故障検出信号Ｖｄｅｔがローレベルからハイレベルに変化するような故障検出部４０の誤動作が発生する。そこで、モニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４のばらつき幅がＶｘの場合、基準電圧Ｖｔｈの大きさを、
　　　Ｖｘ　＜　Ｖｔｈ　　　　　　　　　　　　・・・・・（３）
のように設定する。このようにすれば、上述した故障検出部４０の誤動作を防止することができる。

　すなわち、式２および式３から、基準電圧Ｖｔｈを、
　　　Ｖｘ　＜　Ｖｔｈ　＜　Ｖｄ１ｍｉｎ　　　・・・・・（４）
の範囲で設定する。ここで、Ｖｄ１ｍｉｎは、発光素子列２１～２４に含まれる発光素子の有する順方向電圧のうち、ばらつき幅Ｖｘの範囲における最小の順方向電圧を表す。これにより、発光素子の順方向電圧のばらつきによる誤動作を防止するとともに、発光素子列２１～２４のうちいずれかにおいて一つ以上の発光素子が短絡故障したことを確実に検出することができる。

　図２は、故障検出部４０の具体的な構成例を示した回路図である。ここで、説明の簡単化のため、各トランジスタのベース－エミッタ間電圧Ｖｂｅはすべて等しいものとする。

　図２において、スイッチ９１は、２入力１出力のスイッチを４つ含む。スイッチ９１における一方の４つの入力は、図１において上述したモニタ経路Ｐ１～Ｐ４にそれぞれ接続され、他方の４つの入力は、図１において上述した基準電源Ｅｒｅｆに共通に接続される。トランジスタＱ１１、Ｑ１２、Ｑ１３、およびＱ１４のエミッタ端子は、それぞれ電流源Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、およびＩ４を介して電源Ｅｄｄに接続され、コレクタ端子は共通に接地されることにより、４個のエミッタフォロアが構成される。さらにトランジスタＱ１１～Ｑ１４のベース端子は、スイッチ９１の４つの出力にそれぞれ接続される。トランジスタＱ１５、Ｑ１６、Ｑ１７、およびＱ１８のベース端子は、それぞれトランジスタＱ１１～Ｑ１４のエミッタ端子に接続され、コレクタ端子は共通に電源Ｅｄｄに接続される。トランジスタＱ１５～Ｑ１８のエミッタ端子は、共通に電流源Ｉ５を介して接地されるとともに、トランジスタＱ３０のベース端子に接続される。

　スイッチ９２は、２入力１出力のスイッチを４つ含む。スイッチ９２における一方の４つの入力は、図１において上述したモニタ経路Ｐ１～Ｐ４にそれぞれ接続され、他方の４つの入力は、電源Ｅｄｄに共通に接続される。トランジスタＱ２１、Ｑ２２、Ｑ２３、およびＱ２４のエミッタ端子は、共通に電流源Ｉ１０を介して電源Ｅｄｄに接続され、コレクタ端子は共通に接地され、ベース端子はスイッチ９２の４つの出力にそれぞれ接続される。エミッタフォロアを構成するトランジスタＱ２５のベース端子は、トランジスタＱ２１～Ｑ２４のエミッタ端子に接続され、コレクタ端子は電源Ｅｄｄに接続され、エミッタ端子は電流源Ｉ１１を介して接地される。トランジスタＱ２６のベース端子は、トランジスタＱ２５のエミッタ端子に接続され、コレクタ端子は接地され、エミッタ端子は抵抗Ｒ１０の一端に接続され、抵抗Ｒ１０の他端は電流源Ｉ１２を介して電源Ｅｄｄに接続される。

　エミッタフォロアを構成するトランジスタＱ２７のベース端子は、抵抗Ｒ１０の他端に接続され、コレクタ端子は電源Ｅｄｄに接続され、エミッタ端子は電流源Ｉ７を介して接地されるとともに、トランジスタＱ３１のベース端子に接続される。トランジスタＱ３０、Ｑ３１、Ｑ３２、およびＱ３３、ならびに定電流源Ｉ６は、トランジスタＱ３０のベース端子を非反転入力端子、およびトランジスタＱ３１のベース端子を反転入力端子とし、トランジスタＱ３１のコレクタ端子を出力端子とする差動増幅回路を構成する。

　スイッチ９１は、経路Ｐ９０からの駆動電流制御信号Ｖ９０に基づいて制御され、モニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４または基準電圧Ｖｒｅｆを選択する。以下では、駆動電流制御信号Ｖ９０は、ハイレベルとする。スイッチ９１は、駆動電流制御信号Ｖ９０がハイレベルの場合、モニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４を選択する。トランジスタＱ１５～Ｑ１８は、ベース端子にそれぞれモニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４を受ける。トランジスタＱ１５～Ｑ１８は、ベース端子におけるベース電圧が最大となるトランジスタのみがオンするように動作するので、図１において上述した最大モニタ電圧ＶｍａｘをトランジスタＱ３０のベース端子に生成する。スイッチ９２は、経路Ｐ９０からの駆動電流制御信号Ｖ９０に基づいて制御され、モニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４または電圧Ｖｄｄを選択する。スイッチ９２は、駆動電流制御信号Ｖ９０がハイレベルの場合、モニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４を選択する。トランジスタＱ２１～Ｑ２４は、ベース端子におけるベース電圧が最小となるトランジスタのみがオンするように動作するので、図１において上述した最小モニタ電圧ＶｍｉｎをトランジスタＱ２６のベース端子に生成する。

　定電流源Ｉ１２は、抵抗Ｒ１０に所定の電流を流し、抵抗Ｒ１０の両端に、図１において上述した基準電圧Ｖｔｈを生成する。したがって、トランジスタＱ３１のベース端子には、最小モニタ電圧Ｖｍｉｎと基準電圧Ｖｔｈとの和電圧Ｖａ（＝Ｖｍｉｎ＋Ｖｔｈ）が生成される。上述した差動増幅回路は、トランジスタＱ３０のベース端子（非反転入力端子）に最大モニタ電圧Ｖｍａｘ、およびトランジスタＱ３１のベース端子（反転入力端子）に和電圧Ｖａを受け、トランジスタＱ３１のコレクタ端子に故障検出信号Ｖｄｅｔを生成する。Ｖｍａｘ＞ＶａのときＶｄｅｔ≒Ｖｄｄ、Ｖｍａｘ＜ＶａのときＶｄｅｔ≒０となり、故障検出信号Ｖｄｅｔの大小によって、最大モニタ電圧Ｖｍａｘと最小モニタ電圧Ｖｍｉｎとの差分値が基準電圧Ｖｔｈ以上であるか否かを判定することができる。

　さらに、基準電圧Ｖｒｅｆおよび基準電圧Ｖｔｈを調整することにより、上述と同様の構成で、発光素子の断線故障を検出することができる。通常動作時における最大モニタ電圧Ｖｍａｘおよび最小モニタ電圧Ｖｍｉｎは、それぞれ以下のようになる。
　　　Ｖｍａｘ　＝　Ｖｒｅｆ　＋　Ｖｘ　　　　　・・・・・（５）
　　　Ｖｍｉｎ　＝　Ｖｒｅｆ　　　　　　　　　　・・・・・（６）
よって、通常動作時におけるＶｍａｘとＶｍｉｎとの差分値は、
　　　Ｖｍａｘ　－　Ｖｍｉｎ　＝　Ｖｘ　　　　　・・・・・（７）
となる。つまり、発光素子列２１～２４間の順方向電圧のばらつき幅Ｖｘと等しい。

　次に、発光素子列２１のうち、いずれか一つの発光素子が断線したとすると、駆動電流生成部３１が定電流回路であった場合、モニタ電圧Ｖｎ１はほぼゼロになる。よって、この状態における最大モニタ電圧Ｖｍａｘおよび最小モニタ電圧Ｖｍｉｎはそれぞれ、
　　　Ｖｍａｘ　＝　Ｖｒｅｆ　＋　Ｖｘ　　　　　・・・・・（８）
　　　Ｖｍｉｎ　＝　０　　　　　　　　　　　　　・・・・・（９）
となる。したがって、最大モニタ電圧Ｖｍａｘと最小モニタ電圧Ｖｍｉｎの差分値は、
　　　Ｖｍａｘ　－　Ｖｍｉｎ　＝　Ｖｒｅｆ　＋　Ｖｘ　・・（１０）
となる。式７と式１０とを比較すると、断線故障発生前後で最大モニタ電圧Ｖｍａｘと最小モニタ電圧Ｖｍｉｎの差分電圧が、基準電圧Ｖｒｅｆの大きさだけ大きくなる。すなわち、基準電圧Ｖｔｈの大きさを、
　　　Ｖｘ　＜　Ｖｔｈ　＜　Ｖｒｅｆ　　　　　　・・・・・（１１）
の範囲で設定することにより、いずれかの発光素子で断線故障が発生した場合に、故障検出部４０でそれを検出することが可能となる。

　なお、式４の代わりに、
　　　Ｖｘ　＜　Ｖｔｈ　＜　Ｍ×Ｖｄ１ｍｉｎ　　・・・・・（１２）
のように、基準電圧ＶｔｈをＶｄ１ｍｉｎのＭ倍未満としてもよい。例えば、Ｍ＝２とすれば、発光素子列２１～２４のうちいずれかにおいて二つ以上の発光素子が短絡故障したことを検出する構成とすることが可能である。

　なお、最小検出部４２は、最小モニタ電圧Ｖｍｉｎを、必ずしもモニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４のうちの最小値として生成しなくてもよい。最小モニタ電圧Ｖｍｉｎは、モニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４のうち、最小値以上で、最大モニタ電圧Ｖｍａｘの次に大きなモニタ電圧以下であればよい。例えば、最小モニタ電圧Ｖｍｉｎは、モニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４のうち、二番目に大きなモニタ電圧や二番目に小さなモニタ電圧であっても良い。つまり、最小検出部４２は、発光素子が短絡故障した後に生成される最大モニタ電圧Ｖｍａｘよりも、短絡故障した発光素子が有していた順方向電圧Ｖｄ１以上に小さい電圧を出力できる構成であればよく、上述した構成に限定されない。

　なお、ノイズ等の影響による誤動作を防ぐため、故障検出部４０は、最大モニタ電圧Ｖｍａｘと最小モニタ電圧Ｖｍｉｎとの差分値が、所定時間の間、基準電圧Ｖｔｈ以上であることを検出するような、タイマー機能を有する構成としても良い。

　なお、故障検出部４０および電源制御部５０は、それぞれ最小検出部４２および最小検出部５１を、別個に有していた。しかし、最小検出部４２および最小検出部５１がともに、モニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４のうち最小のモニタ電圧を検出する構成であれば、いずれか一つの最小検出部の出力を故障検出部４０および電源制御部５０で共有しても良い。その場合、最小検出部一つ分の回路面積を削減することができる。

　以上のように、本発明の実施の形態１によれば、故障検出部４０は、モニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４間の比較に基づいて発光素子の故障検出を行う。これにより、発光素子を駆動する駆動電圧Ｖｏｕｔの変動によって生じるモニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４の変動は、同相成分としてキャンセルすることができ、故障した発光素子に起因するモニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４の変動だけを検出することができる。このように、誤検出を防止し、発光素子の故障を確実かつ容易に検出することが可能となる。さらに、発光素子の故障時に、駆動電流生成部３１～３４に加わるモニタ電圧Ｖｎ１～Ｖｎ４が増加した状態で、駆動電流生成部３１～３４が動作し続けることを防止することができる。このため、駆動電流生成部３１～３４にかかる電力損失を低減し、発光素子駆動装置６０の安全性を向上させることが可能となる。

　以上において記述された数字は、本発明を具体的に説明するために例示したものであり、本発明は例示された数字に限定されない。ハイレベル／ローレベルにより表される論理レベルは、本発明を具体的に説明するために例示したものであり、論理回路の構成を変更すれば、例示された論理レベルとは異なる論理レベルの組み合わせにより、同等な結果を得ることが可能である。ハードウェアによって構成された構成要素は、ソフトウェアによっても構成可能であり、ソフトウェアによって構成された構成要素は、ハードウェアによっても構成可能である。上述した実施形態におけるすべての構成要素のいくつかについて、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、上述した実施形態とは異なる組み合わせで再構成することにより、異なる組み合わせの効果を奏することが可能である。

　以上、実施形態におけるこれまでの説明は、すべて本発明を具体化した一例であって、本発明はこれらの例に限定されず、本発明の技術を用いて当業者が容易に構成可能な種々の例に展開可能である。

　本発明は、発光素子駆動装置に利用できる。

　１０　電源電圧変換部
　２０　発光素子列群
　２１、２２、２３、２４　発光素子列
　３０　駆動電流生成部群
　３１、３２、３３、３４　駆動電流生成部
　４０　故障検出部
　４１　最大検出部
　４２、５１　最小検出部
　４３　比較器
　５０　電源制御部
　５２　エラーアンプ
　５３　ＰＷＭ制御部
　６０　発光素子駆動装置
　７０　駆動電圧生成部
　８０　故障制御部
　９０　駆動電流制御部
　９１、９２　スイッチ
　Ｃ１　コンデンサ
　Ｄ１　ダイオード
　Ｅｉｎ、Ｅｄｄ　電源
　Ｅｒｅｆ、Ｅｔｈ　基準電源
　Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６、Ｉ７、Ｉ１０、Ｉ１１、Ｉ１２　電流源
　Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４　駆動電流
　Ｌ１　コイル
　Ｍ１　スイッチング素子
　Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４　モニタ経路
　Ｐ９０　経路
　Ｐｃｎｔ　制御経路
　Ｐｏｕｔ　出力経路
　Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ１３、Ｑ１４、Ｑ１５、Ｑ１６、Ｑ１７、Ｑ１８、Ｑ２１、Ｑ２２、Ｑ２３、Ｑ２４、Ｑ２５、Ｑ２６、Ｑ２７、Ｑ３０、Ｑ３１、Ｑ３２、Ｑ３３　トランジスタ
　Ｒ１０　抵抗
　Ｖ９０　駆動電流制御信号
　Ｖ９５　映像信号
　Ｖａ　和電圧
　Ｖｃｎｔ　制御信号
　Ｖｄｄ　電圧
　Ｖｄｅｔ　故障検出信号
　Ｖｅｒｒ　エラー信号
　Ｖｉｎ　電源電圧
　Ｖｍａｘ　最大モニタ電圧
　Ｖｍｌｆ　故障制御信号
　Ｖｆｂ、Ｖｍｉｎ　最小モニタ電圧
　Ｖｎ１、Ｖｎ２、Ｖｎ３、Ｖｎ４　モニタ電圧
　Ｖｏｕｔ　駆動電圧
　Ｖｒｅｆ、Ｖｔｈ　基準電圧

Claims

　一つ以上の発光素子が直列接続された発光素子列が複数列並列接続された発光素子負荷群と、
　電源電圧を変換して所定の出力電圧を前記発光素子負荷群に供給する電源電圧変換部と、
　前記発光素子列に直列接続され発光素子列を駆動するための負荷電流を供給する駆動回路と、
前記電源電圧変換部の制御信号を生成する電源制御部と、
前記発光素子の故障を検出する故障検出部と、を備え、
前記故障検出部は、前記発光素子列と前記駆動回路の接続点電位または接続点電位に準ずる電圧をモニタ電圧とし、少なくとも二つの前記発光素子列に対するモニタ電圧に基づいて発光素子が故障状態であることを検出する、ことを特徴とする発光素子駆動装置。
　前記故障検出部は、前記発光素子が短絡状態であることを検出することを特徴とする、請求項１記載の発光素子駆動装置。
前記故障検出部は、前記発光素子が開放状態であることを検出することを特徴とする、請求項１記載の発光素子駆動装置。
　前記電源制御部は、さらに、複数の前記モニタ電圧の中で最小のモニタ電圧が所定の第一の基準電圧と等しくなるように前記電源電圧変換部を制御することを特徴とする、請求項１記載の発光素子駆動装置。
　前記故障検出部は、二つのモニタ電圧の差分値に基づいて発光素子が故障状態であることを検出することを特徴とする、請求項１記載の発光素子駆動装置。
　前記二つのモニタ電圧のうち、一方は、複数のモニタ電圧の中の最大電圧またはそれに準ずる電圧値であることを特徴とする、請求項５記載の発光素子駆動装置。
　前記二つのモニタ電圧のうち、他方は、複数のモニタ電圧の中の最小電圧またはそれに準ずる電圧値であることを特徴とする、請求項５記載の発光素子駆動装置。
　前記故障検出部は、前記二つのモニタ電圧の差分値を第二の基準電圧と比較することにより発光素子の故障を検出し、前記第二の基準電圧は、前記複数の発光素子列間の順方向電圧のばらつき幅よりも大きいことを特徴とする、請求項５記載の発光素子駆動装置。
　前記第二の基準電圧は、さらに、前記発光素子のＮ個分（Ｎ≧１）の順方向電圧よりも小さいことを特徴とする、請求項８記載の発光素子駆動装置。
　前記故障検出部は、前記二つのモニタ電圧の差分値と前記第二の基準電圧とが所定期間、大小関係を保持することにより発光素子の故障を検出する、タイマー機能を有する、請求項８記載の発光素子駆動装置。
　互いに直列に接続された一つ以上の発光素子を含む発光素子列を、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）駆動することが可能な発光素子駆動装置であって、
　駆動電圧を生成し、前記発光素子列へ供給することが可能な駆動電圧生成部と、
　前記駆動電圧に基づいて駆動電流を生成し、モニタ経路を介して前記発光素子列へ供給することが可能な駆動電流生成部と、
　前記モニタ経路の電圧であって、Ｎ個の前記発光素子列にそれぞれ対応するＮ系統のモニタ電圧のうち、少なくとも二系統のモニタ電圧に基づいて、前記発光素子列の故障状態を検出する故障検出部と、を備え、
　前記駆動電圧生成部は、前記モニタ電圧に基づいて前記駆動電圧を調整する、
発光素子駆動装置。
　前記故障検出部は、前記発光素子列が短絡状態であることを検出する、請求項１１に記載の発光素子駆動装置。
　前記故障検出部は、前記発光素子列が開放状態であることを検出する、請求項１１に記載の発光素子駆動装置。
　前記駆動電圧生成部は、前記Ｎ系統のモニタ電圧のうちの最小電圧が所定の第一基準電圧と等しくなるように、前記駆動電圧を調整する、請求項１１に記載の発光素子駆動装置。
　前記故障検出部は、前記二系統のモニタ電圧間の比較に基づいて故障状態を検出する、請求項１１に記載の発光素子駆動装置。
　前記故障検出部は、前記二系統のモニタ電圧の差分値に基づいて故障状態を検出する、請求項１５に記載の発光素子駆動装置。
　前記二系統のモニタ電圧のうちの一方は、前記Ｎ系統のモニタ電圧のうちの最小電圧よりも大きい電圧である、請求項１５に記載の発光素子駆動装置。
　前記二系統のモニタ電圧のうちの一方は、前記Ｎ系統のモニタ電圧のうちの最大電圧である、請求項１７に記載の発光素子駆動装置。
　前記二系統のモニタ電圧のうちの他方は、前記Ｎ系統のモニタ電圧のうちの最大電圧よりも小さい電圧である、請求項１５に記載の発光素子駆動装置。
　前記二系統のモニタ電圧のうちの他方は、前記Ｎ系統のモニタ電圧のうちの最小電圧である、請求項１９に記載の発光素子駆動装置。
　前記故障検出部は、前記二系統のモニタ電圧の差が所定の第二基準電圧以上かどうかを判断することにより、発光素子の故障状態を検出する、請求項１５に記載の発光素子駆動装置。
　前記第二基準電圧は、前記Ｎ系統の発光素子列間の順方向電圧のばらつき幅よりも大きい、請求項２１に記載の発光素子駆動装置。
　前記第二基準電圧は、前記発光素子のＭ個分（Ｍ≧１）の順方向電圧よりも小さい、請求項２１に記載の発光素子駆動装置。
　前記故障検出部は、前記二系統のモニタ電圧の差が、所定期間、前記第二基準電圧以上かどうかを判断することにより、発光素子の故障状態を検出する、請求項２１に記載の発光素子駆動装置。
　前記駆動電圧生成部は、電源制御部および電源電圧変換部を含み、
　前記電源制御部は、前記モニタ電圧に基づいて、制御信号を生成し、
　前記電源電圧変換部は、所定の電源電圧を駆動電圧に変換し、前記発光素子列へ供給するとともに、前記制御信号に基づいて前記駆動電圧を調整する、請求項１１に記載の発光素子駆動装置。