〔概要について〕
 図2は、本実施の形態のDC-DCコンバータ、お� ��びこのDC-DCコンバータにて駆動する発光ダ� �オード部の概略構成を示すブロック図であ� �、図1は、図2をより詳細に説明する回路図で ある。以下の説明では、図1および図2を用い� ��説明する。

 DC-DCコンバータ1は、発光ダイオード部2を 駆動する。より詳細には、DC-DCコンバータ1は 、主として発光ダイオード部2に対して定電� �を供給すると共に、後述する発光ダイオー� �ライン3-1、…、3-Nに等しい電流を流す役割� �有している。そのため、DC-DCコンバータ1は� �図1・2に示すように、発光ダイオード部2か� �電流のフィードバックを受けている。

 この発光ダイオード部2は、図1・2に示す� ��うに、発光ダイオード(LED;Light emitting diode) 4を複数直列に接続した発光ダイオードライ� �(直列回路)3-1、…、3-Nを、N個並列に接続し� �回路である。なお、この「N」は、2以上の整 数であればよく、特に限定されない。発光ダ イオード4は、アノード端子とカソード端子� �を有しており、アノード側からカソード側� �所定の順方向電圧が印加されたときに電流� �流れ、これに伴い所定の色の光を発光する� �

 一方、DC-DCコンバータ1は、図1・2に示す� �うに、スイッチングレギュレータIC5、イン� �クタ6、N-CH FET(N-CH MOSFET)7、ショットキーバ� ��アダイオード8、および平滑コンデンサ9を� �している。また、インダクタ6およびスイッ� ��ングレギュレータIC5には、DC-DCコンバータ1� ��外部に設けられた電源10から電力が供給さ� �ている。さらに、DC-DCコンバータ1の外部か� �、スイッチングレギュレータIC5へPWM制御信� �(特許請求の範囲に記載の「PWM信号」に対応) およびクロック信号が入力されている。この クロック信号は、その周波数がPWM制御信号の 周波数のN(Nは2以上の整数)倍以上の任意の周� ��数となっており、さらに、この「N」は、上 記した発光ダイオードライン3-1、…、3-Nの並 列数と同数となっている。

 〔昇圧回路について〕
 上記のインダクタ6、N-CH FET7、ショットキ� �バリアダイオード8、および平滑コンデンサ9 は、スイッチングレギュレータIC5がN-CH FET7� �オン・オフの周期を制御することにより、� �源10から供給された電圧を所望の電圧に昇圧 する、昇圧回路を構成している。なお、本実 施の形態の昇圧回路は、発光ダイオード部2� �調光するために用いているため、所望の電� �Iout(全ての発光ダイオードライン3-1、…、3-N に流れる電流の合計電流)を生成し、制御す� �役割を有している。

 昇圧回路の構成について、さらに説明す� ��と、図1・2に示すように、インダクタ6の一� ��には、電源10が接続されており、インダク� �6の他端にはN-CH FET7のドレインおよびショッ トキーバリアダイオード8のアノードが接続� �れている。また、N-CH FET7のソースは接地さ� ��ており、N-CH FET7のゲートには、スイッチン グレギュレータIC5からのPWM制御信号が入力さ れている。さらに、ショットキーバリアダイ オード8のカソードおよび平滑コンデンサ9の� ��端が接続されており、平滑コンデンサ9の他 端は接地されている。

 なお、スイッチングレギュレータIC5からN -CH FET7のゲートに入力されているPWM制御信号 は、各発光ダイオード4のオン・オフを制御� �るためにDC-DCコンバータ1に外部から入力さ� �るPWM制御信号(詳細について後述)とは異なる 信号である。

 この昇圧回路は、インダクタ6の一端に電 源10から印加された電圧を所定の電圧分、昇� ��して、ショットキーバリアダイオード8のカ ソードと平滑コンデンサ9の一端との接続点� �、つまり、発光ダイオード部2側へ出力電圧V outを出力する。より、詳細には、昇圧回路は 、N-CH FET7のオン・オフにより、インダクタ6� ��平滑コンデンサ9によりエネルギ変換を行わ れ、電圧を昇圧して出力する。

 さらに換言すれば、インダクタ6には、電 源10から直流(DC)電圧が印加されており、N-CH  FET7がオン・オフすることにより、インダク� �6に発生した交流電圧をショットキーバリア� ��イオード8で半波整流し、平滑コンデンサ9� �平滑化して直流(DC)電圧を出力することがで� ��る。繰り返しになるが、この平滑コンデン� ��9で平滑化されて出力される直流電圧の大き さは、N-CH FET7のオン・オフを制御する制御� �号の周期を変化させることにより、制御す� �ことができる。このような昇圧回路にて発� �ダイオード4のアノード側に直流電圧(出力電 圧)Voutを生成することができる。

 なお、発光ダイオードライン3の数が少な い場合や、そもそも外部電源10の電圧が高い� ��合には、昇圧しなくても発光ダイオード4を 駆動することができるので、このような場合 には、昇圧回路は必ずしも必要ない。

 〔スイッチングレギュレータICについて〕
 スイッチングレギュレータIC5は、図1・2に� �すように、スイッチング制御部22、定電流回 路21、および負荷制御回路20を備えている。� �イッチングレギュレータIC5は、設定された� �力レベル(電圧または電流)に対し、発光ダイ オード部2からの出力のフィードバック(電圧� ��たは電流)を受けて、N-CH FET7のオン・オフ� �期(ON-OFF周期)を制御して出力(出力電圧Vout)を 一定レベルに保つ仕組みになっている。但し 、本実施の形態では、発光ダイオード4のよ� �な電流駆動負荷を制御するので、スイッチ� �グレギュレータIC5には、発光ダイオード部2� ��ら電流がフィードバックされている。

 スイッチング制御部22は、定電流回路21を 介した発光ダイオード部2からのフィードバ� �ク信号に基づいて、PWM制御信号を生成し、� �のPWM制御信号によってN-CH FET7のオン・オフ� ��制御する。

 定電流回路21は、それぞれの発光ダイオ� �ドライン3-1、…、3-Nに互いに等しい電流を� �す役割を有しており、図示しないが、例え� �、誤差増幅器、トランジスタ、抵抗から構� �されている。つまり、定電流回路21は、DC-DC� ��ンバータ1が生成した定電流Ioutを各発光ダ� �オードライン3-1、…、3-Nに対して均等に分� �る役割を有している。これにより、定電流� �路21は、並列に接続された発光ダイオードラ イン3-1、…、3-N間の輝度を等しくしている。

 なお、発光ダイオード4には、順方向電圧 にバラツキがあるので、このバラツキを吸収 する回路が必要となる。図示しないが、この バラツキを吸収する回路がスイッチングレギ ュレータIC5の内部に設けられている。このよ うなバラツキの吸収や、輝度を等しくする役 割を有するICとして、例えば、ローム製BU6066G Uなどがある。

 〔負荷制御回路の構成について〕
 次に本発明の最重要部分である、負荷制御� ��路(特許請求の範囲に記載の「負荷駆動回路 」に対応)について説明する。

 図3は、負荷制御回路20の内部構成を示す� ��ロック図である。負荷制御回路20は、図3に� ��すように、発光ダイオードライン3-1、…、3 -N毎に設けられたD-FF(D-フリップフロップ)25と 、これらの各D-FF25に対応してこれら各D-FF25の 後段に設けられたスイッチ回路(負荷ON/OFF)26� �、を有している。なお、図3では、各発光ダ� ��オードライン3-1、…、3-Nの参照符号に併せ� ��、D-FF25、および、スイッチ回路26の参照符� �を25-1、25-2、…、25-N、26-1、26-2、…、26-Nと� �、それぞれ、第1段のD-FF(初段のD-FF)、第2段� �D-FF、…、第N段のD-FF、第1のスイッチング回� ��、第2のスイッチング回路、…、第Nのスイ� �チング回路と称する。また、説明の便宜上� �D-FF、スイッチング回路の全般的な説明をす� ��際には、参照符号を25、26とする。

 スイッチ回路26は、D-FF25から出力される� �H」、または、「L」の論理に応じて、対応す る発光ダイオードライン3-1、…、3-Nに、電流 を「流す」か「流さない」かを、制御する回 路であり、ドレインが発光ダイオード4のカ� �ードに接続され、ゲートがD-FF25に接続され� �ソースが定電流回路21に接続された、N-CH FET 30である(図4参照)。

 D-FF25は、図3に示すように、データ入力端 子およびデータ出力端子と、このデータ出力 端子から出力される信号をコントロールする クロック信号(CK)の入力端子と、を有してい� �。つまり、D-FF25は3つの端子を有している。� ��のD-FF25は、クロック信号がLOW(低)レベルか� �HIGH(高)レベルに変化した時のデータ入力端� �から入力された入力データが、出力に伝わ� �、それ以外の時間は、前回までデータ出力� �子から出力されていたデータ出力を保持す� �役割を有している。

 同じく図3に示すように、全てのD-FF25には 、同一のクロック信号が入力されている。ま た、第1段のD-FF25-1のデータ入力端子には、PWM 制御信号が入力されている。第1段のD-FF25-1か らの出力信号は、次段(第2段)のD-FF25-2のデー� ��入力端子および第1のスイッチング回路26-1� �出力される。第1段のD-FF25-1からの出力を受� �て、第2段のD-FF25-2からの出力信号は、さら� �次段(第3段)のD-FF25-3のデータ入力端子および 第2のスイッチング回路26-2へ出力される。以� ��、同様に信号が伝達されるようになってい� ��。

 これにより、PWM制御信号がLOWレベル→HIGH レベルへ移行するタイミングから1クロック� �延したタイミングで、第1のスイッチング回� ��26-1がオンされ、PWM制御信号がHIGHレベル→LO Wレベルへ移行するタイミングから1クロック� ��延したタイミングでオフされる。つまり、P WM制御信号の信号波形を1クロック遅延した信 号波形に基づいて、第1のスイッチング回路26 -1のオン・オフが繰り返される。さらに、第1 のスイッチング回路26-1のオン・オフのタイ� �ングから1クロック遅延して、第2のスイッチ ング回路26-1のオン・オフが繰り返される。� �1のスイッチング回路26-1、第2のスイッチン� �回路26-2、第3のスイッチング回路26-3、…の� �に、1クロックずつ、遅延したタイミングで� ��ンされ(つまり、ハイレベルとなり)、その� �、PWM制御信号の1周期分オン期間が維持され� ��後、オフされる(ローレベルとなる)。以降� �様の動作が繰り返される。

 このようなPWM制御信号と同周期の制御信� ��により、発光ダイオードに流れる電流を一� ��のタイミングでオン・オフ制御することに� ��り、オン・オフ期間の比率により発光ダイ� ��ード4の輝度を調整している。

 図5は、発光ダイオードライン3-1、…、3-N の数(N)を例えば、7個とした場合の、PWM制御� �号波形と、各発光ダイオードライン3-1、…� �3-Nに配された発光ダイオード4に流れる電流� ��形とを示すタイミングチャートである。各� ��光ダイオードライン3-1、…、3-Nに配された� ��光ダイオード4は、各発光ダイオードライン 3-1、…、3-Nに接続されたスイッチング回路26� ��オン・オフにより、電流のオン(流れる)・� �フ(流れない)が制御される。図5では、各発� �ダイオードライン3-1、…、3-Nに配された発� �ダイオード4の電流の波形を、それぞれ、LED1 、LED2、…LED7とする。

 同タイミングチャートに示すように、PWM� ��御信号、LED1、LED2、…LED6、LED6は、全て同じ 周波数であり、上述した通り、D-FF25によって 、立ち上がりがこの順に1クロックずつ遅れ� �いる。

 これにより、次のような作用効果を奏す� ��。つまり、上記構成によれば、各発光ダイ� ��ードライン3-1、…、3-Nは、順次オン・オフ� ��れる。そのため、従来技術のように、全て� ��発光ダイオードライン3-1、…、3-Nが同時に� ��ン・オフされることがなく、発光ダイオー� ��ライン3-1、…、3-Nが並列方向へ順次オン・� ��フされる。そのため、DC-DCコンバータ1から� ��出力電圧Voutの電圧変動を減らすことができ 、平滑コンデンサ9の音鳴りなどの問題を回� �することができる。さらに、周波数の選定� �制限をする必要もない。さらに、音鳴りを� �避するために、必要以上に周波数を高くす� �必要がないため、DC-DCコンバータ1の動作が� �光ダイオード4のオン・オフの切り替えに追� ��できないという問題も回避することができ� ��。

 さらに、本実施の形態では、上記のよう� ��、クロック信号の周波数をPWM制御信号の周� ��数のN倍とすると共に、このNを発光ダイオ� �ド4の発光ダイオードライン3-1、…、3-Nの列� ��に一致させている。

 そのため、上記のタイミングチャートに� ��すように、いずれの時刻においても常に負� ��の重さ(点灯する発光ダイオード4の数)が一� ��となっていると共に、負荷が切断される(点 灯する発光ダイオード4の数が0となる)ことが 無い。例えば、図5のタイミングチャートに� �すように、7本(7つの発光ダイオードライン3- 1、…、3-N)中、5本(5つの発光ダイオードライ� ��3-1、…、3-N)の負荷が接続されている。その ため、平均輝度としては、5/7×100%となる。従 って、より効果的に周辺部品の音鳴りを防止 することができる。

 なお、PWM制御信号のDUTY比が100%の場合の� �作の概略は、以下のようになります。(i)電� �10が入ると、昇圧動作を開始する。(ii)定電� �回路21が各LEDライン(発光ダイオードライン3- 1、…、3-N)の電流値が等しくなるように制御� ��る。(iii)レギュレータ出力電圧が、各LEDラ� �ンのうち順方向電圧が一番大きくなるライ� �の電圧値になるように、定電流回路21からス イッチング制御部22に信号を送り、N-CH FET7の スイッチングを制御する。(iv)レギュレータ� �力電圧は順方向電圧が一番大きくなるライ� �以外は、発光ダイオード4に過剰な電圧が印� ��されることになるが、LEDラインのカソード� ��スイッチングレギュレータIC5の定電流回路2 1に入力する際に、トランジスタなどを設け� �コレクタ電圧などで吸収する。(v)(ii)~(iv)を� �り返し、安定動作状態となる。

 このような回路構成において、レギュレ� ��タ出力から発光ダイオード4を通って定電流 回路21につながる経路上(または経路外)で、� �イッチング回路26を設けてその経路をオン・ オフすると、発光ダイオード4の電流をオン� �オフさせることができ、輝度の制御が可能� �なる。また、経路の切断以外に、定電流回� �21の動作を停止して、発光ダイオード4の電� �をオン・オフさせてもよい。

 なお、上記では、外部からスイッチング� ��ギュレータIC5に入力されるクロック信号の� ��波数を同じく外部からスイッチングレギュ� ��ータIC5へ入力されるPWM制御信号の周波数のN 倍とすると共に、このNを発光ダイオードラ� �ン3-1、…、3-Nの数に一致させている。しか� �ながら、これに限定されず、このNが発光ダ� ��オードライン3-1、…、3-Nの数と異なってい� ��もよい。

 図6は、上記のNを発光ダイオードライン3- 1、…、3-Nの列数よりも大きくした場合の図5� ��対応するタイミングチャートである。より� ��体的には、一例として、クロック周波数の� ��波数をPWM制御信号の周波数の5倍とし、発光 ダイオードライン3-1、…、3-Nの数を3として� �る。

 この場合、図5で示すように、時間軸で見 ると、上記とは異なり、全ての負荷(発光ダ� �オード4)がオン・オフする期間があり、常に 一定の負荷とはなっていないが、全ての負荷 のオン・オフが同時に行われることはないの で、図6に示すように、負荷変動、つまりIout� ��変化が急峻には起こらない。そのため、Vout の波形変動を小さくすることができる。その ため、従来よりも音鳴りを小さくすることが できる。

 また、PWM制御信号のDUTY比をリニアに変化 させたとしても、LEDのON/OFF制御信号はシフト レジスタ回路を通るため、「1/N」DUTYずつし� �輝度が変化しない。さらに、クロック周波� �をPWM制御信号の周波数よりも大きくすれば� �リニアな調光を実現することができる。

 また、上記の構成では、負荷制御回路20� �スイッチングレギュレータIC5の内部に設け� �いる。しかしながら、これに限らず、負荷� �御回路20をスイッチングレギュレータIC5の外 部に設けてもよい。この場合、負荷制御回路 20を、発光ダイオード4のカソード側に設けて もよいし、アノード側に設けてもよい。

 また、上記の構成では、スイッチングレ� ��ュレータIC5の外部から負荷制御回路20へPWM� �御信号とは別にPWM制御信号の周波数のN倍の� ��波数を有するクロック信号を入力している� ��スイッチングレギュレータIC5は、通常、N-CH  FET7のスイッチングのために、500kHz~1MHzのク� ��ック信号を内部で生成している。そのため� ��クロック信号を別に入力せず、スイッチン� ��レギュレータIC5の内部または外部に例えばP LL回路(不図示)を設け、スイッチングレギュ� �ータIC5が生成したクロック信号をPLL回路で� �周して、上記のクロック信号を生成しても� �い。

 また、上記の定電流回路21は、カレント� �ラー回路など、定電流を生成することがで� �る回路であれば、何でもよい。

 なお、N-CH FET7をオン・オフさせるPWM制御 信号の周波数は、500kHz~1MHzであり、スイッチ� ��グ回路26をオン・オフさせるPWM制御信号の� �波数は、200kHz~300kHzである。

 また、流れる電流をオン・オフする発光� ��イオードライン3-1、…、3-Nの順序は、一端� ��ら他端に向かう順でもよいし、ランダムで� ��よく、オン・オフする順序は、特に問わな� ��。さらに、2つ以上の発光ダイオードライン 3-1、…、3-Nを同時にオン・オフさせてもよい 。

 また、上記のD-フリップフロップ25は必須 の構成ではなく、例えば、各発光ダイオード ライン3-1、…、3-Nに接続したスイッチング回 路26へスイッチングレギュレータIC5の外部か� ��1クロック遅れた信号を直接入力するような 構成でもよい。

 また、本実施の負荷制御回路は、LCD(Liquid  Crystal Display)のバックライト用の多灯LED駆� �回路などに用いることができる。また、上� �では、負荷として発光ダイオード4を挙げた� ��、定電圧や定電流で複数の負荷を同時に駆� ��するものであればよく、特に発光ダイオー� ��4に限定されない。

 〔比較例〕
 図7は、上記した本実施の形態の比較例であ る。上記の図1に対応する図である。

 この比較例では、本実施の形態とは異な� ��箇所のみ説明し、重複する部分については� ��略する。但し、本実施の形態と明確に区別� ��るために、同一の機能を有する部材にも異� ��る参照符合を付している。

 図7に示すように、比較例では、本実施の 形態の負荷制御回路が設けられておらず、各 発光ダイオードライン53のカソード側に、N-CH  FET70が設けられており、これらのN-CH FET70に 同一のPWM制御信号が入力されている。そのた め、全ての発光ダイオード54が同時にオン・� ��フされる。従って、音鳴りなどの問題が生� ��る。

 本発明は上述した実施形態に限定される� ��のではなく、請求項に示した範囲で種々の� ��更が可能である。すなわち、請求項に示し� ��範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わ� ��て得られる実施形態についても本発明の技� ��的範囲に含まれる。

 以上のように、本発明の負荷駆動回路は� ��複数の負荷を直列に接続して構成され互い� ��並列に接続されたそれぞれの直列回路、に� ��れる電流のオン・オフを、PWM制御する負荷� ��動回路において、いずれかの上記直列回路� ��流れる電流のオン・オフのタイミングと、� ��なくとも一つの他の直列回路に流れる電流� ��オン・オフのタイミングと、を互いにずら� ��ている。

 また、本発明の負荷駆動方法は、複数の� ��荷を直列に接続して構成されると共に互い� ��並列に接続されたそれぞれの直列回路に流� ��る電流のオン・オフを、PWM制御する負荷駆� ��方法において、いずれかの上記直列回路に� ��れる電流のオン・オフのタイミングと、少� ��くとも一つの他の直列回路に流れる電流の� ��ン・オフのタイミングと、を互いにずらし� ��いる。

 これにより、負荷を制御する時に用いるP WM制御信号の周波数選定の自由度を下げず、� ��辺回路の追従を妨げず、かつ、音鳴りを防� ��することができる、という効果を奏する。

 発明の詳細な説明の項においてなされた� ��体的な実施形態または実施例は、あくまで� ��、本発明の技術内容を明らかにするもので� ��って、そのような具体例にのみ限定して狭� ��に解釈されるべきものではなく、本発明の� ��神と次に記載する請求の範囲内で、いろい� ��と変更して実施することができるものであ� ��。