CN100468800C - 开关稳压器的控制电路、电流驱动电路、发光装置及信息终端装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提高驱动发光元件的开关稳压器、电流驱动电路及周边部件的配置的自由度，并实现装置的小型、薄型化。控制电路(100)具有从电流驱动电路(200)反馈输入发光元件(300)的阴极端子的电压的第一反馈输入端子(104)，控制开关元件(SW1)的导通/截止，使得阴极端子的电压接近规定的电压。第二反馈输入端子(106)上被反馈发光元件(300R、300G、300B)的阳极端子的电压，控制开关元件(SW1)的导通/截止，使得阳极端子的电压不超过规定的阈值电压。电流驱动电路(200)的反馈输出端子(208)将发光元件(300R、300G、300B)的阴极端子的电压反馈到开关稳压器的控制电路(100)。控制电路(100)及电流驱动电路(200)被集成在不同的半导体芯片上。

Description

开关稳压器的控制电路、电流驱动电路、发光装置及信息终端装置
技术领域
本发明涉及驱动发光元件的开关稳压器(switching regulator)的控制电路、电流驱动电路及包含它们的发光装置。
背景技术
近年来的便携式电话、PDA(Personal Digital Assistance)等信息终端具有例如被用于液晶的背光的发光二极管(Light Emitting Diode，以下称LED)。在这些信息终端中，多数使用锂离子电池，但是其输出电压通常为3.5V左右，即使在满充电时也为4.2V左右。另一方面，LED的驱动所需要的电压为4V以上，所以根据需要，有必要使用开关稳压器等电源装置将电池电压升压，并提供给LED。
为了通过这样的开关稳压器，将LED作为负载电路来驱动，在LED的阴极端子连接电流驱动电路，从而进行反馈控制，使得将LED流过的电流保持恒定。作为该反馈控制的方法，有连接检测电阻，并进行反馈使得该检测电阻中的压降保持恒定，来驱动LED的方法。(参照专利文献1)。另外，也有替代检测电阻，连接使LED中流过规定的电流的恒流电路，从而进行恒流驱动的方法(参照专利文献2)。
这样，为了驱动LED，需要开关稳压器、用于控制其开关动作的控制电路、连接到LED的阴极端子的电流驱动电路。
专利文献1:特开2003-152224号公报
专利文献2:特开2004-22929号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明人在这种情况下，认识到以下的课题。
便携式电话等信息终端，近年来包含液晶面板的第一壳体和包含操作单元的第二壳体被连接的折叠型的信息终端成为主流。在这样的折叠型的信息终端上所搭载的用于驱动LED的周边电路当中，在将开关稳压器的控制电路及电流驱动电路作为LED驱动电路一体集成而构成的情况下，LED驱动电路及其周边部件安装在搭载液晶面板的第一壳体侧。
但是，开关稳压器通过开关元件被提供电流，从而需要用于进行能量变换的电感器及平滑化用的电容器来作为周边部件，这些部件作为片状(chip)部件来安装。所以存在第一壳体侧的厚度受这些周边部件的高度制约的问题，在小型化、薄型化涉及商品的吸引力的信息终端中，被认为是应该解决的重要的课题。
本发明鉴于这样的课题而完成，其目的在于提供被搭载于折叠式的信息终端，并能够实现薄型化的开关稳压器的控制电路、电流驱动电路及发光装置。
用于解决课题的手段
本发明的一方案涉及驱动发光元件的开关稳压器的控制电路。该控制电路具有从连接到所述发光元件的阴极端子的电流驱动电路反馈输入所述阴极端子的电压的第一反馈输入端子，并且控制所述开关稳压器的开关元件的导通/截止，使得所述阴极端子的电压接近规定的电压。
所谓‘发光元件’指发光二极管或有机EL元件、激光二极管等由电流或电压控制亮度的元件。根据该方案，在开关稳压器的控制电路中设置反馈发光元件的阴极端子的电压的第一反馈输入端子，并作为与发光元件的电流驱动电路不同的集成电路构成，由此，能够提高发光元件、开关稳压器、电流驱动电路及周边部件的配置的自由度。
控制电路进而还可以具有反馈发光元件的阳极端子的电压的第二反馈输入端子，并且控制开关元件的导通/截止，使得所述阳极端子的电压不超过规定的阈值电压。
通过设置第二反馈输入端子并监视阳极端子的电压，由此即使在连接第一反馈输入端子和电流驱动电路的布线断线并且不能监视发光元件的阴极端子的电压的情况下，也能够防止从开关稳压器输出的驱动电压上升到规定的阈值电压以上。
本发明的另一方案涉及连接到由开关稳压器驱动的发光元件的阴极端子，并控制所述发光元件中流过的电流的电流驱动电路。该电流驱动电路包括:恒流电路，连接到所述发光元件的阴极端子；及反馈输出端子，将发光元件的阴极端子的电压反馈到开关稳压器的控制电路。
根据该方案，通过发光元件的电流驱动电路上设置用于输出发光元件的阴极端子的电压的反馈输出端子，并作为与开关稳压器的控制电路不同的集成电路构成，由此能够提高发光元件、开关稳压器、控制电路及周边部件的配置的自由度。
电流驱动电路进而还可以具有最小值电路，在发光元件为多个时，该最小值电路输出所述发光元件的阴极端子的电压当中最低的电压，该电流驱动电路将最小值电路的输出从反馈输出端子反馈。
通过输出发光元件的阴极端子的电压当中最低的电压作为从电流驱动电路反馈到开关稳压器的控制电路的电压，能够使所有的恒流电路稳定地工作。
本发明的进一步的另一方案为发光装置。该发光装置包括:发光元件；开关稳压器，连接到发光元件的阳极端子，并生成发光元件的驱动电压；电流驱动电路，连接到发光元件的阴极端子，并控制发光元件中流过的电流；及控制电路，控制开关稳压器的开关元件的导通/截止，使得从电流驱动电路反馈的阴极端子的电压接近规定的电压，电流驱动电路和控制电路作为不同的半导体芯片被集成。
根据该方案，能够提高发光元件、开关稳压器、控制电路及周边部件的配置的自由度。
上述发光装置也可以搭载于第一壳体、第二壳体经由连接部可折叠地连接的信息终端装置。发光元件及电流驱动电路安装在搭载了发光元件被作为背光使用的液晶面板的第一壳体，开关稳压器及其控制电路被安装在第二壳体，连接开关稳压器和发光元件的阳极端子并提供驱动电压的第一布线、及连接电流驱动电路和控制电路并反馈发光元件的阴极端子的电压的第二布线，经由连接部铺设在第一、第二壳体之间。
本发明的进一步的另一方案为第一、第二壳体经由连接部可折叠地被连接的信息终端装置。该信息终端装置的第一壳体具有:液晶面板；发光元件，作为液晶面板的背光而设置；及电流驱动电路，连接到发光元件的阴极端子，并控制发光元件中流过的电流，第二壳体具有:电池；开关稳压器，从电池的电压生成发光元件的驱动电压，并提供给发光元件的阳极端子；及控制电路，控制开关稳压器的开关元件的导通/截止，使得从电流驱动电路反馈的阴极端子的电压接近规定的电压。
根据该方案，在液晶面板侧的第一壳体侧被安装发光元件、电流驱动电路，其它电路部件安装在第二壳体侧，所以能够实现第一壳体的薄型化。
另外，以上的结构元件的任意的组合、本发明的结构元件、及将表现在方法、装置、系统等之间相互进行置换的发明也作为本发明的方案有效。
发明的效果
根据本发明的开关稳压器的控制电路、电流驱动电路及发光装置，能够提高电路部件的配置的自由度。另外，根据本发明的信息终端装置，能够将壳体小型、薄型化。
附图说明
图1是搭载本发明的实施方式的发光装置的便携式电话装置的外观图。
图2是表示本实施方式的发光装置的结构的电路图。
标号说明
100 控制电路、104 第一反馈输入端子、106 第二反馈输入端子、130开关稳压器、SW1 开关元件、200 电流驱动电路、208 反馈输出端子、210恒流电路、220 最小值电路、300 发光二极管、400 发光装置、1100 第一壳体、1200 第二壳体、1300 连接部、1400 液晶面板、W1 第一布线、W2第二布线。
具体实施方式
图1是搭载本发明的实施方式的发光装置的便携式电话装置1000的外观图。该便携式电话装置1000包括第一壳体1100及第二壳体1200，并通过铰链结构的连接部1300连接，能够折叠地形成。
在第一壳体1100侧配置液晶面板1400，在第二壳体1200侧配置操作按钮1500。作为该便携式电话装置1000的电源的电池设置在第二壳体1200的背面侧。
本实施方式中的发光装置包括作为液晶面板1400的背光使用的发光二极管及其周边电路。
图2是表示本实施方式的发光装置400的结构的电路图。
发光装置400具有与RGB的3色对应的发光二极管300R、300G、300B，通过3色同时点亮变为白色光，起到液晶面板1400的背光的作用。
该发光装置400包括:控制发光二极管300R、300G、300B中流过的电流的电流驱动电路200、对发光二极管300R、300G、300B提供驱动电压的开关稳压器130、控制开关稳压器130的开关元件的导通/截止的控制电路100。
开关稳压器130是将从电池500输出的电池电压Vbat升压并作为输出电压Vout输出的升压型的DC/DC变换器。该开关稳压器130连接到发光二极管300R、300G、300B的阳极端子，并将输出电压Vout提供给发光二极管300R、300G、300B。
开关稳压器130包括:电感器L1、整流二极管D1、输出电容器C1、开关元件SW1。
电感器L1和开关元件SW1在电池500和接地电位之间串联连接。开关元件SW1为MOS晶体管，通过被施加到栅极端子的脉宽调制后的开关信号，切换其导通/截止。
电感器L1和开关元件SW1的连接点上连接着整流二极管D1的阳极端子。该整流二极管D1的阴极端子和接地电位之间设置输出电容器C1。
在开关调节器130中，开关元件SW1导通时，从电池500经由电感器L1向开关元件SW1流过电流。开关元件SW1截止时，电感器L1要使在开关元件SW1导通的期间流过的电流继续流过。该电流经由整流二极管D1提供，流向输出电容器C1，输出电容器C1被充电。
这样，通过反复进行开关元件SW1的导通/截止，在电感器L1和输出电容器C1之间进行能量的变换。其结果，作为输出电压的电池电压Vbat被升压，输出由输出电容器C1平滑后的输出电压Vout。
在发光二极管300R、300G、300B的阴极端子上连接着电流驱动电路200。电流驱动电路200包括恒流电路210R、210G、210B及最小值电路220。
恒流电路210R、210G、210B连接到各个RGB的3个发光二极管300R、300G、300B的每个阴极端子。恒流电路210R、210G、210B控制分别连接的发光二极管300R、300G、300B上流过的电流。
最小值电路220上被输入3个发光二极管300R、300G、300B的阴极端子的电压，并将其中最低的电压输出。作为最小值电路220的输出的第一反馈电压Vfb1被从反馈输出端子208输出，从而被反馈到控制电路100。
控制电路100包括脉宽调制电路(Pulse Width Modulation电路，以下称为PWM)110、驱动器电路120，并生成用于控制开关稳压器130的开关元件SW1的导通/截止的开关信号后，从开关信号输出端子108输出。
第一反馈输入端子104上被输入从电流驱动电路200的反馈输出端子208反馈来的第一反馈电压Vfb1，第二反馈输入端子106上被输入开关稳压器130的输出电压Vout作为第二反馈电压Vfb2。
第一反馈电压Vfb1被输入到PWM电路110，PWM电路110基于第一反馈电压Vfb1，生成频率恒定而导通期间变化的脉宽调制后的PWM信号Vpwm之后，输出到驱动器电路120。PWM电路110生成PWM信号Vpwm，使得第一反馈电压Vfb1接近于规定的基准电压Vref。这里不详细叙述，但是PWM电路110能够通过放大第一反馈电压Vfb1和基准电压Vref的误差的运算放大器、比较该运算放大器的输出Verr和从振荡器输出的三角波Vosc的电压比较器来构成。在Verr>Vosc时，从电压比较器输出高电平，在Verr<Vosc时，从电压比较器输出低电平，根据电压Verr的大小，能够得到高电平的期间、即导通期间变化的脉宽调制后的信号。
恒流电路210R、210G、210B的内部在各个端子230R、230G、230B和接地端子202R、202G、202B之间的电流路径上具有电流控制用的晶体管。晶体管在漏极-源极之间或者集电极-发射极之间的电压变为规定的电压以下时饱和，所以不能生成稳定的电流。发光二极管300R、300G、300B的阴极端子的电压、即成为第一反馈电压Vfb1的目标值的基准电压Vref优选在该晶体管不饱和而恒流电路210R、210G、210B能够稳定地工作的电压范围内，设定成最小值。
通过尽可能低地设定发光二极管300R、300G、300B的阴极端子的电压，能够降低开关稳压器130的输出电压Vout，并能够降低恒流电路210R、210G、210B的消耗功率。
驱动器电路120基于PWM信号Vpwm，生成高电平和低电平交替地被切换的驱动信号Vdrv。开关元件SW1的栅极端子被输入该驱动信号Vdrv，开关动作被控制。
第二反馈输入端子106上被输入的第二反馈电压Vfb2被输入到驱动器电路120。驱动器电路120比较该第二反馈电压Vfb2和规定的阈值电压Vth，在Vfb2>Vth时，将驱动信号Vdrv固定在低电平，从而使开关开关元件SW1的开关动作停止，并使开关稳压器130的升压动作停止。
接着，关于如上构成的发光装置400的便携式电话装置1000中的安装方式进行说明。
图2中，由虚线1100所包围的区域内的电路元件表示在图1的第一壳体1100内被安装的情况。同样地，由虚线1200包围的区域内的电路元件表示在图1的第二壳体1200内被安装的情况。另外，虚线1300对应于图1的连接部1300，通过两条布线W1、W2连接着。
便携式电话装置1000的液晶面板1400设置在第一壳体1100侧，因此，作为其背光所使用的发光二极管300R、300G、300B也安装在第一壳体1100侧。
另外，便携式电话装置1000的电池500安装在第二壳体1200侧。因此，将从电池500输出的电池电压Vbat升压的开关稳压器130及其控制电路100通过设置在第二壳体1200侧，能够削减电源线的迂回布线的面积。
作为开关稳压器130中包含的电感器L1和输出电容器C1，使用高度或者面积比较大的片状部件，但是设置电池500的第二壳体1200因为具有某种程度的容积，所以与第一壳体1100侧相比，片状部件的尺寸成为问题的情况少。
在本实施方式的发光装置400中，将用于控制发光二极管300R、300G、300B的发光亮度的电流驱动电路200设置在第一壳体1100侧。发光二极管300R、300G、300B的阴极端子和电流驱动电路200通过三条布线连接，但是这些布线都铺设在第一壳体1100内部，因此布线的迂回能够成为最小限。
连接开关稳压器130和发光二极管300R、300G、300B的阳极端子的第一布线W1在第一壳体1100和第二壳体1200之间经由连接部1300铺设。通过由该第一布线W1提供的开关稳压器130的输出电压Vout，发光二极管300被驱动。
另外，连接电流驱动电路200的反馈输出端子208和控制电路100的第一反馈输入端子104的第二布线W2也同样地在第一壳体1100和第二壳体1200之间经由连接部1300铺设。
另外，在本实施方式的发光装置400中，控制电路100监视开关稳压器130的输出电压Vout，从而生成开关信号。因此，设置从开关稳压器130的输出连接控制电路100的第二反馈输入端子106的第三布线W3，但是该第三布线铺设在第二壳体1200内部。
根据如上安装的本实施方式的发光装置400，将控制电路100和电流驱动电路200分别作为集成电路构成，由此能够提高配置的自由度，并进而能够得到下面这样的效果。
在本实施方式的发光装置400中，在LSI的外部作为外挂部件而构成的开关稳压器130的开关元件SW1、电感器L1、整流二极管D1、电感器L1安装在第二壳体1200侧。这些外挂部件的高度比半导体集成电路更厚的情况居多，所以能够将第一壳体1100的厚度薄型化。第二壳体1200侧以电池500为主设置了原本就厚的某些部件，所以将开关元件SW1等安装在第二壳体1200侧的第二壳体1200的厚度的增加几乎不发生。
其结果，作为整个便携式电话装置1000能够实现薄型化、小型化。
另外，在本实施方式的发光装置400中，铺设在具有铰链结构的连接部1300的布线能够变为第一布线W1及第二布线W2两条。
如果在将控制电路100及电流驱动电路200一体集成而作为一个集成电路构成的情况下要将第一壳体1100小型、薄型化，则控制电路100、电流驱动电路200、开关稳压器130都要安装在第二壳体1200侧。但是，此时从多个发光二极管300R、300G、300B的阴极端子连接电流驱动电路200的端子230R、230G、230B的三条布线跨越连接部1300而铺设。其中加上连接开关稳压器130和发光二极管300R、300G、300B的阳极端子的第一布线W1，所以至少有四条布线铺设在连接部1300的内部。
经由连接部1300连接第一壳体1100、第二壳体1200的布线数量增加时，布线形成的面积增大，所以成为妨碍便携式电话装置1000的小型化的原因之一。所以，希望通过连接部1300的内部的布线变为最小限。在本实施方式的发光装置400中，因为能够将该布线抑制为最小限的第一布线W1、第二布线W2两条，所以壳体的面积的增加也能够抑制到最小限。
进而，在连接部1300内部所铺设的布线通过FPC(Flexible PrintedCircuit)等形成，所以其强度与在PCB(Printed Circuit Board)上铺设的布线相比较差。
所以，希望通过连接部1300内部的布线变为最小限，在本实施方式的发光装置400中，因为能够将该布线抑制为最小限的第一布线W1、第二布线W2两条，所以也能够抑制对可靠性的影响。
另外，在本实施方式的发光装置400中，将开关稳压器130的输出电压Vout反馈到控制电路100的第二反馈输入端子106的第三布线W3铺设在第二壳体1200的内部。
如果在连接部1300的内部所铺设的第二布线W2断线了的情况下，控制电路100上反馈0V作为第一反馈电压Vfb1。此时，控制电路100因为要控制开关元件SW1的导通/截止，使得该第一反馈电压Vfb1接近于规定的基准电压Vref，所以输出电压Vout超过发光二极管300R、300G、300B的驱动所需要的电压，进而上升，可能影响整个装置的可靠性。
在本实施方式的发光装置400中，第三布线W3仅铺设在第二壳体1200内部，所以断线的可能性低。控制电路100控制开关元件SW1的开关动作，使得通过该第三布线W3反馈的输出电压Vout不超过规定的阈值Vth，所以，即使在第二布线W2断线的情况下，也能够防止输出电压Vout上升，能够提高便携式电话装置1000的可靠性。
另外，在本实施方式的发光装置400中，将发光二极管300R、300G、300B的阴极端子的电压反馈，并进行控制，使得该值接近规定的基准电压Vref。将该基准电压Vref设定成使恒流电路210R、210G、210B动作所需要的最低限度的电压值，由此能够将开关稳压器130所生成的输出电压Vout变为最小，能够实现高效化。
本技术领域人员应该能够理解，上述实施方式是示例，在这些的各个构成要素或各个处理过程的组合方面能够进行各种变形，并且这样的变形例也包含在本发明的范围内。
在本实施方式中，控制电路100既可以是开关元件SW1一体集成而构成，也可以包含其它的电路元件。集成哪些部分由成本或占有面积等决定。
在本实施方式中，作为信息终端装置以便携式电话装置1000为例进行了说明，但是能够广泛地应用在PDA或第二代无绳电话系统等需要液晶的背光的折叠型的信息终端装置。
产业上的可利用性
本发明的开关稳压器的控制电路、电流驱动电路及发光装置能够利用在要求小型化的信息终端装置。

Claims (4)

1、一种发光装置，其特征在于，包括:
发光元件；
开关稳压器，连接到所述发光元件的阳极端子，并生成所述发光元件的驱动电压；
电流驱动电路，连接到所述发光元件的阴极端子，并控制所述发光元件中流过的电流；以及
控制电路，控制所述开关稳压器的开关元件的导通/截止，使得从所述电流驱动电路反馈的所述阴极端子的电压接近规定的电压；
其中，所述电流驱动电路和所述控制电路作为不同的半导体芯片被集成；
另外，该发光装置被内置于第一、第二壳体经由连接部可折叠地连接起来的信息终端装置中，
所述发光元件及所述电流驱动电路安装在第一壳体中，所述第一壳体搭载有用所述发光元件作为背光的液晶面板，
所述开关稳压器及其控制电路被安装在第二壳体中，
连接所述开关稳压器和所述发光元件的阳极端子并提供所述驱动电压的第一布线、及连接所述电流驱动电路和所述控制电路并反馈所述发光元件的阴极端子的电压的第二布线，经由所述连接部铺设在所述第一、第二壳体之间。
2、如权利要求1所述的发光装置，其特征在于:
还包括被反馈所述发光元件的阳极端子的电压的第2反馈输入端子；
控制所述开关元件的导通和截止，使得所述阳极端子的电压不超过规定的阈值电压。
3、一种信息终端装置，其第一、第二壳体经由连接部可折叠地连接，其特征在于:
所述第一壳体具有:
液晶面板；
发光元件，作为所述液晶面板的背光而设置；以及
电流驱动电路，连接到所述发光元件的阴极端子，并控制所述发光元件中流过的电流，
所述第二壳体具有:
电池；
开关稳压器，从所述电池的电压生成所述发光元件的驱动电压，并提供给所述发光元件的阳极端子；以及
控制电路，控制所述开关稳压器的开关元件的导通/截止，使得从所述电流驱动电路反馈的所述阴极端子的电压接近规定的电压。
4、如权利要求3所述的信息终端装置，其特征在于:
还包括被反馈所述发光元件的阳极端子的电压的第2反馈输入端子；
控制所述开关元件的导通和截止，使得所述阳极端子的电压不超过规定的阈值电压。
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