CN100514808C - 具有升压率控制功能的升压控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有升压率控制功能的升压控制装置。电荷泵电路(12)将电池(11)的电压升压，生成LED(13)的驱动电压。恒流电路(14)生成用于流过LED(13)的恒流。监视电路(110)监视LED(13)的阴极侧的电位，即恒流电路(14)的两端电压。控制电路(100)接受来自监视电路(110)的监视结果，在恒流电路(14)的两端电压低于保证恒流的最低电压的情况下，提高电荷泵电路(12)的升压率。另外，控制电路(100)将由外部指定的恒流值设定给恒流电路(14)。在指定的恒流值从大的值变更为小的值时，电荷泵电路(12)的升压率返回至1.0倍。

Description

具有升压率控制功能的升压控制装置
技术领域
本发明涉及控制用于将电池电源升压并供给负载的升压电路的升压控制装置，以及包含它的电子装置。
背景技术
在便携电话机和PDA(Personal Data Assistant)等的电池驱动型的便携设备中，使用各种LED(Light-Emitting Diode)元件。将该LED元件例如用作LCD(Liquid Crystal Display)的背光等。上述便携设备中装载的电池一般使用锂离子电池。该锂离子电池生成3.1～4.2V左右的电池电压。白色LED需要3.3～4.0V左右的驱动电压。因此，需要将电池电压升压的电荷泵电路。专利文献1中公开了关于电荷泵型DC-DC变换器的控制方式。
[专利文献1](日本)特开平10-215564号公报
上述专利文献1的0029段公开了通过检测输出电流的大小来自动地控制。但是，在仅监视输出电流而改变升压率的情况下，由于与例如LED这样的负载的电压下降量无关地变更升压率，所以电池的损失大。
发明内容
本发明是鉴于上述状况的发明，其目的在于，在将电池电压升压并供给负载的装置中，延长电池的寿命。
本发明的一种方式涉及一种升压控制装置。该升压控制装置包括：升压电路，将规定的电压升压，生成驱动目标负载的电压；恒流电路，生成用于流过负载的恒流；监视电路，监视恒流电路的两端电压；被输入指示恒流的值的设定信号的端子；以及控制电路，基于设定信号或者来自监视电路的表示监视结果的信号，控制升压电路的升压率。当监视电路的监视结果为恒流电路的两端电压未达到保证设定信号所指示的恒流的值的最低电压时，控制电路提高升压电路的升压率。
根据该升压控制装置，不是通过监视电池电压或升压电路的输出电压，而是通过监视恒流电路的两端电压，与LED等负载的电压下降量无关，在不进行负载的恒流驱动的情况下提高升压率。由此，可高效率地使用电池电源，可延长电池寿命。例如，即使在升压电路的输出电压下降的情况下，也可以在负载的电压下降量低时不变更升压率。另外，规定的电压不限于电池电压，包括恒压电路的输出电压。升压电路也包括负的升压电路。
控制电路被从外部指示恒流电路生成的恒流值，将恒流值设定给恒流电路，在指定的恒流值从大的值变更为小的值时，降低所述升压电路的升压率也可以。由外部指定的恒流从大的值变更为小的值时，即负载的驱动电流造成的电压下降量下降的情况下，通过提高升压率，本装置可以比较稳定地动作。
监视电路在监视所述恒流电路之前，判定所述负载是否被连接，在所述负载未被连接的情况下，不进行与该负载对应的恒流电路的监视也可以。在负载未被连接的情况下，监视电路始终检测出异常，可以事先防止升压率上升的事态。通过由监视电路兼用进行该判定，可简化电路。
在升压电路起动时的规定期间，在恒流电路的两端电压未达到最低电压时，监视电路停止监视该恒流电路的电压也可以。
本发明的另一方式也涉及升压控制装置。该升压控制装置包括：升压电路，将规定的电压升压，生成驱动目标负载的电压；恒流电路，生成用于流过负载的恒流；监视电路，监视恒流电路的两端电压；控制电路，控制升压电路的升压率；以及保护电路，监视升压电路的输出电压，在监视电路的监视结果，恒流电路的两端电压未达到最低动作电压时，控制电路提高升压电路的升压率，在由监视电路以及控制电路进行升压率控制期间，保护电路根据升压电路的输出电压的监视结果，检测包含本装置和负载的系统的异常。
由此，在检测出升压电路的输出电压低于规定的电压时，判断为例如负载损坏、升压电路的输出接地等的异常，可将升压率返回至1倍，或使本装置待机。由此，可保护本装置。
升压控制装置还可以包括电压调节部，该电压调节部调节升压电路的输入电压，以便该升压电路的输出电压接近规定的基准电压。
电压调节部也可以是包括将所述升压电路的输出电压和所述基准电压的误差放大的差动放大器的调节器电路。
即，升压电路对输出进行反馈从而固定输出电压就可以。固定输出电压则决定最大电压，可不用超过该电压的高耐压的设计过程，可简化电路。另外，施加在负载上的电压一定，可提高负载的耐久性。
本发明的另一方式涉及电子装置。包括：上述方式的升压控制装置；以及由升压控制装置驱动的发光元件。由此，可高效率地使用电池，点亮发光元件。
再有，以上构成部件的任意组合，本发明表现的方法、装置、系统等之间的变换等，作为本发明的方式也依然有效。
应注意的是，上述构成部件的任意组合或再排列等依然有效并被本实施方式所包含。
另外，本发明概要并不一定描述所有必要技术特征以便本发明还具有这些所述特征的部分组合。
附图说明
图1是表示实施方式的升压控制装置的基本结构的方框图。
图2是表示集成化的升压控制装置的结构的方框图。
图3是用于说明电流控制部的处理的表。
图4是用于说明升压控制装置的动作的流程图。
图5是表示第一变形例的升压控制装置的结构的方框图。
图6是表示第二变形例的升压控制装置的结构的方框图。
具体实施方式
以下根据优选实施例来说明本发明，优选实施例只是例示本发明而不是限定本发明的范围。实施方式中所描述的特征及其组合对于本发明不一定是必须的。
图1是表示实施方式的升压控制装置的基本结构的方框图。本升压控制装置1000装载在便携电话终端和PDA等的电池驱动型电子设备上。升压控制装置是将锂离子电池等的电池电压Vbat升压后，在提供给LED13等的负载时控制其升压率的装置。
升压控制装置1000包括：电荷泵电路12；控制电路100；监视电路110；恒流电路14；以及保护电路15。
在使用锂离子电池的情况下，电池11生成3.4V～4.2V的电池电压Vbat。电荷泵电路12包括多个开关元件；升压用电容器以及输出用电容器，将电池电压Vbat以规定的升压率升压。在本实施方式中，电荷泵电路12具有两个外接的电容器，根据来自控制电路100的指示信号SIG10以1.0倍、1.5倍、2.0倍三个模式的其中一个来动作。然后将升压了的电压供给LED13。
LED13通过由电荷泵电路12供给的电压而发光。该LED13被作为未图示的液晶板的背光使用。在白色LED的情况下，产生3.3～4.0V的电压下降。根据驱动电流和周围温度电压下降量不同。为了防止闪烁，亮度保持恒定，LED被恒流驱动。因此，通过恒流电路14进行恒流控制。这样，恒流控制时，LED13可长时间发光，寿命也延长。图1中只描述了一个LED，但设置多个LED也可以。另外，不限于白色，也可使用各种有色发光LED。此情况下，电荷泵电路12的设定升压率也有所不同。
恒流电路14进行控制，以便流过LED13的电流成为恒流。恒流电路14根据来自控制电路100的指示信号来切换恒流值。例如，指示1mA、10mA、15mA、20mA这样的恒流值。从外部将指示要求的亮度的电流设定信号SIG14输入到控制电路100，请求变更亮度时，恒流电路14变更恒流值。在本实施方式中，恒流电路14在被供给0.3V以上的电压的情况下正常动作，即，0.3V是保证恒流的最低电压。在只供给低于0.3V的电压的情况下，不能进行恒流控制。该最低电压相当于恒流电路14的内部使用的晶体管的不饱和电压。
监视电路110监视LED13的阴极-GND间的电压，即恒流电路14的两端电压，通过监视信号SIG16将监视结果通知控制电路100。LED13的阴极侧电压是从电荷泵电路12的输出电压减去LED13的电压下降部分后的剩余电压。在本实施方式中，监视电路110监视该剩余电压是否下降到低于0.3V。在下降到低于0.3V的情况下，向控制电路100通知电压不足。在下降到低于0.3V时，恒流电路14不能正常动作，不能恒流驱动LED13。即，发生闪烁或亮度不足。
保护电路15监视电荷泵电路12的输出电压。在由监视电路110以及控制电路100进行的升压率控制期间，保护电路15根据输出电压的监视结果来检测包含升压控制装置1000以及作为负载的LED13的系统的异常。
在电荷泵电路12的输出电压持续10ms低于1.0V的情况下，保护电路15通过异常通知信号SIG18向控制电路100通知。
在接到来自监视电路110的通知时，控制电路100基于外部输入的用于亮度调整的电流设定信号来控制电荷泵电路12的升压率。首先，将电荷泵电路12的升压率设定为1.0倍。然后，根据来自监视电路110的通知识别出LED13的阴极侧电位下降到低于0.3V时，将电荷泵电路12的升压率变更为1.5倍。在电荷泵电路12的升压率为1.5倍模式的状态，根据来自监视电路110的通知，识别出LED13的阴极侧的电压仍低于0.3V时，将该升压率变更为2.0。另外在1.5倍模式的状态，阴极侧的电位一度返回到0.3V以上而再次下降到低于0.3V的情况也同样。
另外，控制电路100对恒流电路14指示变更后的恒流值，变更流过LED13的电流。控制电路100通过电流设定信号SIG14来接受从大电流向小电流的恒流变更指示，并且，在电荷泵电路12的升压率为1.5倍模式或2.0倍模式的情况下，将电荷泵电路12的升压率变更为1.0倍。这样，通过仅将LED13的驱动电流从大电流变为小电流时作为电荷泵电路12的升压率返回1.0倍的条件，可进行稳定动作。即，假设电荷泵电路12的升压率为1.5倍或2.0倍模式，即使LED13的阴极侧的电位在0.3V以上并经过一定时间，电荷泵电路12的升压率也不立即返回1.0倍。这是因为LED13的阴极侧电位有不久变成低于0.3V的可能性。该可能性低的情况是在LED13的驱动电流从大电流变为小电流时。
进而，控制电路100在通过异常通知信号SIG18从保护电路15接受异常状态的通知时，移至后述的短路保护差错模式。
接着，说明由IC芯片构成上述的升压控制装置1000的例子。图2是由IC芯片构成升压控制装置1000的情况下的方框图。该IC芯片是除了图1示出的外接电容器以外将电荷泵电路12、恒流电路14、控制电路100以及监视电路110集成化的集成电路。在图2中，为了简化，将控制电路100、监视电路110、以及保护电路15省略。
电压调整电路12b包括由差动放大器构成的反转放大器，与未图示的内置的晶体管一同构成调整电路。该电压调整电路12b经由IC芯片的VBAT端子，接受来自电池11的电源供给而动作，通过未图示的内置的晶体管，将电池电压Vbat降压后输出到电荷泵电路12a。
电压调整电路12b将电荷泵电路12a的输出电压进行分压的电压与基准电压VREF比较，控制电荷泵电路12a的输入电压以便消除两者之差。在本实施方式中，将基准电压设定为1.2V。在电压调整电路12b和电荷泵电路12a之间连接经由CPIN端子的相位补偿用电容器C3。AGND端子是本IC芯片的接地用端子。
两个升压用电容器C1、C2经由C1P端子、C1M端子、C2P端子、以及C2M端子的四个端子连接到电荷泵电路12a。在升压用电容器C1、C2以及相位补偿用电容器C3、输出用电容器C4之间设置开关元件。电荷泵电路12a使用振荡电路12C所供给的脉冲来控制各开关元件的导通、截止状态，以规定的形式控制升压用电容器C1、C2的充放电状态，将升压率设定成1.5倍或2.0倍。振荡电路12c生成设定的频率的脉冲供给电荷泵电路12a。在本实施方式中，电荷泵电路12a的输出电压固定为4.5V。该输出电压由于反馈至电压调整电路12b，所以进行控制以便在超过4.5V时降低电压调整电路12b的输出电压、低于4.5V时升高该输出电压，从而保持恒定。电荷泵电路12a的输出经由CPOUT端子对输出用电容器C4充电，供给LED13组。CGND端子是电荷泵电路12A的接地用端子。再有，本发明不限于反馈型的电荷泵，也可用于不反馈的电荷泵。
电荷泵电路12a的升压率如以下那样切换。在升压率1.0倍时，设置在电荷泵电路12A的输入端子和输出端子间的开关元件导通。
在升压率2倍时，在第一状态中，将升压用电容器C1、C2并联连接，通过电荷泵电路12a的输入电压来充电。在第二状态中，在电荷泵电路12a的输入输出端子间连接由输入电压充电了的升压用电容器C1、C2。通过交替重复第一状态、第二状态，对电荷泵电路12a的输出端子输出输入电压的2倍电压。
在升压率1.5倍时，在第一状态，将升压用电容器C1、C2串联连接，通过电荷泵电路12a的输入电压充电。此时，各电容器C1、C2分别被以电荷泵电路12a的输入电压的1/2倍的电压充电。接着在第二状态，在电荷泵电路12a的输入输出端子间并联连接充电了的升压用电容器C1、C2。通过交互反复第一状态、第二状态，对电荷泵电路12a的输出端子输出输入电压的1.5倍电压。
LED13被设置多个。在本实施方式中，设置四个LED13a～d作为主LED、2个LED13e～f作为子LED。对这些LED13a～f的阳极侧供给4.5V。另外，恒流电路14经由各个开关121而连接到LED13a～f。LED13a～f被恒流驱动，以一定亮度发光。各LED13a～f下降的电压量因驱动电流和周围温度等的影响而不是恒定的。
各LED13a～f的端子是用于监视各LED13a～f中下降之后的阴极侧的电位的端子。在图2中未图示的监视电路110监视LED13a～F的哪一个端子是否下降到低于0.3V。恒流电路14被设定在每个LED13a～f中。通过电流控制部120的控制，流过各LED13a～f的电流成为规定的恒流。使哪个LED发光由开关121的导通、截止来控制。主LED、子LED中流过的电流可通过恒流电路14设定成1mA、10mA、15mA、20mA的其中一个。再有，也可进行比其更细的电流设定，也可进行各通路(channel)的每个LED的独立的电流设定。
LED_SEL端子、CC1端子、以及CC2端子是接受来自外部的电流控制命令的电流控制端子。从这些端子输入数字值，输入到电流控制部120。根据从这些端子输入的数字值的组合，电流控制部120对恒流电路14进行控制。生成恒流。
图3是表示电流控制部120的电流控制的例子的表。在LED_SEL端子、CC1端子、以及CC2端子都为低电平的情况下，所有的LED13a～f都为截止而为待机的状态。例如，CC2端子成为高电平时，作为子LED的LED13e～f开始流过1mA的恒流。这样，通过输入到三个端子的来自外部的数字信号的组合可进行电流控制。
下面说明图2示出的升压控制装置1000的动作。图4是用于说明升压控制装置1000的动作的流程图。在LED_SEL端子、CC1端子、以及CC2端子三个电流控制端子都为低电平的状态时，为待机模式(S1)。在三个电流控制端子的一个以上的端子成为高电平时(S2为“是”)，移至软启动模式(S3)。
软启动模式，为了防止向CPIN端子的相位补偿用电容器C3的突入电流而等待2ms。2ms是预先设定的时间。该模式中的电荷泵电路12a的升压率设定为1.0倍。在该期间，监视LEDa～f端子的电压(S4)。各LEDa～f端子中，在检测出有一个以上低于0.3V的端子的情况下(S4为“是”)，该端子判断为不使用通道。在以后的模式切换处理中，不使用通道不作为监视对象(S5)。该端子被锁定在该状态。如果不进行该处理，则在以后的处理中总是自动地将升压率提高。将用户不使用通道的端子处理成接地电位，则在S5中该端子被从监视对象中排除。
在经过2ms后，自动地从软启动模式移至标准1.0倍模式(S6)。该模式中的电荷泵电路12a的升压率设定成1.0倍。集成化的升压控制装置1000的保护电路15监视表示电荷泵电路12a的输出电压的CPOUT端子的电压(S7)。持续10msCPOUT端子的电压低于1.0V的情况下(S7为“是”)，移至短路保护差错模式SCPERR(S16)。
与此同时，升压控制装置1000的监视电路110监视所有LEDa～f端子的电压(S8)。在LEDa～f端子之中存在持续2ms低于0.3V的端子的情况下(S8为“是”)，自动地从标准1.0倍模式移至标准1.5倍模式(S9)。2ms期间是施加数字滤波的期间，是用于排除电流在瞬间发生下冲，端子电压低于0.3V的情形的期间。由于人眼不能识别下冲造成的LED13a～f的瞬时停止，所以没有必要特意拾取该期间。在CPOUT端子的电压不低于1.0V(S7为“否”)并且所有的LEDa～f端子的电压为0.3V以上的(S8为“是”)的情况下，维持标准1.0倍模式(S6)。
标准1.5倍模式中的电荷泵电路12a的升压率被设定为1.5倍。升压控制装置1000的保护电路15监视表示电荷泵电路12a的输出电压的CPOUT端子的电压(S10)。持续10msCPOUT端子的电压低于1.0V的情况下(S10为“是”)，移至短路保护差错模式(S16)。同时升压控制装置1000的控制电路100监视电流控制端子(S11)。在从大电流变成小电流的情况下(S11为“是”)，移至标准1.0倍模式(S6)。这里，控制电路100在LED_SEL端子或CC1端子从高电平变成低电平时判断为从大电流变成小电流就可以。
与此同时，升压控制装置1000的监视电路110监视所有LEDa～f端子的电压(S12)。在LEDa～f端子之中存在持续2ms、低于0.3V的端子的情况下(S12为“是”)，自动地从标准1.5倍模式移至标准2.0倍模式(S13)。在CPOUT端子的电压不低于1.0V(S10为“否”)、未从大电流变成小电流(S11为“否”)、并且所有的LEDa～f端子的电压为0.3V以上的(S12为“是”)的情况下，维持标准1.5倍模式(S9)。
标准2.0倍模式中的电荷泵电路12a的升压率被设定为2.0倍。升压控制装置1000的保护电路15监视表示电荷泵电路12a的输出电压的CPOUT端子的电压(S14)。在持续10ms、CPOUT端子的电压低于1.0V的情况下(S14为“是”)，移至短路保护差错模式(S16)。与此同时，升压控制装置1000的控制电路100监视电流控制端子(S15)。在从大电流变成小电流的情况下(S15为“是”)，移至标准1.0倍模式(S6)。在CPOUT端子的电压不低于1.0V(S14为“否”)并且未从大电流变成小电流(S15为“否”)的情况下，维持标准2.0倍模式(S13)。
短路保护差错模式是判断发生了例如LED的端子间短路状态等的机械性异常、CPOUT端子接地等的差错时的模式(S16)。在该模式中，停止电荷泵电路12a的动作。由于电荷泵电路12a的电流能力大，所以如果短路，则流过大电流。在软启动模式中，即使CPOUT端子的电压下降也不是异常，所以不监视CPOUT端子的电压，在移至标准1.0倍模式之后，开始监视。从短路保护差错模式经过100ms后，移至待机模式。
以上，基于实施方式说明了本发明。本领域技术人员应理解，实施方式仅是例示，其各构成部件和各处理过程的组合可有各种各样的变形例，而且这些变形例也属于本发明的范围。
图5是表示第一变形例的升压控制装置的结构的图。第一变形例是替换恒流电路14和LED13的顺序的例子。监视电路110监视恒流电路14的两端电压，检测该两端电压是否下降到低于保证恒流的最低电压。在其他方面与上述实施方式相同。
图6是表示第二变形例的升压控制装置的结构的图。第二变形例不是在电池11和LED13之间设置电荷泵电路12，而是在恒流电路14的后级设置了负升压的电荷泵电路12d。监视电路110监视恒流电路14的两端电压，检测该两端电压是否下降到低于保证恒流的最低电压，在低于最低电压的情况下通知控制电路100。控制电路100对负升压的电荷泵电路12d进行控制，使恒流电路14的输出电压下降。通过这样，将恒流电路14的两端电压控制在保证恒流的电压范围。在其他方面，只是升压率的控制反转，与上述实施方式相同。
另外，在对LED13进行PWM(Pulse Width Modulation)控制的情况下，监视电路110仅监视导通期间。

Claims (9)

1.一种升压控制装置，其特征在于，包括：
升压电路，将规定的电压升压，生成驱动目标负载的电压；
恒流电路，生成用于流过所述负载的恒流；
监视电路，监视所述恒流电路的两端电压；
被输入指示上述恒流的值的设定信号的端子；以及
控制电路，基于上述设定信号或者来自上述监视电路的表示监视结果的信号，控制所述升压电路的升压率，
当所述监视电路的监视结果为所述恒流电路的两端电压未达到保证上述设定信号所指示的上述恒流的值的最低电压时，所述控制电路提高所述升压电路的升压率。
2.如权利要求1所述的升压控制装置，其特征在于，所述控制电路被从外部指示所述恒流电路生成的恒流值，将该恒流值设定给所述恒流电路，在指定的恒流值从大的值变更为小的值时，降低所述升压电路的升压率。
3.如权利要求1或2所述的升压控制装置，其特征在于，所述监视电路在监视所述恒流电路之前，判定所述负载是否被连接，在所述负载未被连接的情况下，不进行与该负载对应的恒流电路的监视。
4.如权利要求1或2所述的升压控制装置，其特征在于，在所述升压电路起动时的规定期间，在所述恒流电路的两端电压未达到所述最低电压时，所述监视电路停止监视该恒流电路的电压。
5.如权利要求1或2所述的升压控制装置，其特征在于，该升压控制装置还包括监视所述升压电路的输出电压的保护电路，
在由所述监视电路以及所述控制电路进行升压率控制期间，所述保护电路根据所述输出电压的监视结果，检测包含本装置和所述负载的系统的异常。
6.如权利要求1所述的升压控制装置，其特征在于还包括电压调节部，该电压调节部调节所述升压电路的输入电压，以便所述升压电路的输出电压接近规定的基准电压。
7.如权利要求6所述的升压控制装置，其特征在于，所述电压调节部是包括将所述升压电路的输出电压和所述基准电压的误差放大的差动放大器的调节器电路。
8.一种电子装置，其特征在于，包括：
如权利要求1或2所述的升压控制装置；以及
由所述升压控制装置驱动的发光元件。
9.如权利要求8所述的电子装置，其特征在于，该电子装置还包括将所述发光元件作为背光来动作的液晶板。
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