CN101500360A - 直流电源装置、led驱动用电源装置及电源控制用半导体集成电路 - Google Patents

直流电源装置、led驱动用电源装置及电源控制用半导体集成电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供直流电源装置、LED驱动用电源装置及电源控制用半导体集成电路，该LED驱动用电源装置可以切换驱动电流并且内部元件不会由于被反馈的输出高电压而损坏。该LED驱动用电源装置具备：在电感器中间歇地流过电流的开关元件(SW1)、生成该开关元件的驱动信号的驱动电路(15)、生成具有与输出的反馈电压对应的脉冲宽度的信号，根据该信号生成驱动开关元件的信号的控制电路(10)。在LED中流过驱动电流，在该LED驱动用电源装置中设置有：引入流过LED的电流的反馈用的外部端子；连接在该外部端子上，可以通过关闭信号进行接通、断开的可变电流源(11)；连接在所述外部端子和接地点之间，通过关闭信号被导通，流过来自LED的电流的放电单元(SW0)。

Description

直流电源装置、LED驱动用电源装置及电源控制用半导体集成电路
技术领域
本发明涉及产生LED驱动用电源电压的直流电源装置，例如涉及有效地应用于产生在便携式电话机的液晶显示器的背光灯中所使用的WLED(白色发光二极管)的驱动电源电压的开关电源装置以及构成该开关电源装置的电源控制用半导体集成电路的技术。
背景技术
在便携式电话机等移动设备中，在显示用的液晶面板的背光灯中使用了WLED。另外，在产生WLED的驱动电源电压的电源装置中一般使用由升压型开关调节器(switching regulator)构成的DC-DC变换器。在LED驱动用电源装置中，将LED的驱动电流转换为电压，反馈到控制电路，通过误差放大器与基准电压进行比较，生成具有与电位差对应的脉冲宽度的驱动脉冲，驱动在电感器(线圈)中间歇地流过电流的开关元件，进行将驱动电流保持固定的反馈控制。作为与这种LED驱动用电源装置相关的发明，有例如专利文献1中记载的发明。
【专利文献1】特开2003-152224号公报
发明内容
在产生LED驱动用电源电压的直流电源装置中，当想要将装置关闭时，仅断开对在电感器中流过电流的开关元件进行控制的控制电路(控制用IC)的电源电压，因此在电路内部有可能产生由于电位漂移(floating)而导致的噪声、电路进行不希望的动作。因此，一般如图1所示，在控制用IC中设置了从外部输入关闭(shutdown)信号SHDN的端子，当使该关闭信号SHDN成为高电平或低电平时，通过断开误差放大器或振荡器、PWM(脉冲宽度调制)比较器等内部电路的恒定电流源、或者接通下拉开关(pull-down switch)，在电路内部中不产生由于电位漂移而导致的噪声。
在移动设备中，有时要求能够阶段性地改变液晶面板的背光灯的亮度的功能。作为可以切换亮度即驱动电流的LED驱动用电源装置，本申请人开发、研究了具有图2所示结构的LED驱动用电源装置。该LED驱动用电源装置构成为，在被反馈流过LED的电流的端子FB上设置引入用的可变电流源11，通过用控制码CC控制该可变电流源11的电流来切换LED的驱动电流，并且可以通过关闭信号SHDN切断可变电流源11内部的恒定电流源CS1，由此切断可变电流源11的电流。
但是，在图2的LED驱动用电源装置中，当断开恒定电流源IO时，反馈端子FB和接地点间成为开放状态，反馈端子FB上升到输出电压，控制电路的内部元件有可能损坏。为了避免这种情况，也考虑将连接在反馈端子FB上的元件变更为耐高压元件，但这样一来，在面积增加的同时工艺也变得复杂，因此显然存在导致成本上升的问题。
该发明着眼于上述问题，其目的在于提供不会由于被反馈的输出高电压而导致内部元件损坏的LED驱动用电源装置以及电源控制用半导体集成电路。
为了达成上述目的，本发明提供一种直流电源装置，具有：在电感器中间歇地流过电流的开关元件；以及被反馈与输出电流成比例的电压、生成具有与该电压对应的脉冲宽度的信号、根据该信号生成并输出驱动所述开关元件的信号的控制电路，在所述直流电源装置中设置了：引入输出电流的反馈用外部端子；与该外部端子相连，可以通过关闭信号进行接通、断开的可变电流源；以及连接在所述外部端子与接地点之间，通过所述关闭信号被导通，使输入所述外部端子的所述输出电流向接地点流动的放电单元。
更具体而言，还提供一种LED驱动用电源装置，具有：在电感器中间歇地流过电流的开关元件；在所述电感器和输出端子间连接的整流元件；生成所述开关元件的驱动信号的驱动电路；以及被反馈与输出电流成比例的电压、生成具有与该电压对应的脉冲宽度的信号、并输出到所述驱动电路的控制信号生成电路。在所述输出端子上连接的LED单元中流过驱动电流。在所述LED驱动用电源装置中设置了：引入流过所述LED单元的电流的反馈用外部端子；与该外部端子相连，可以通过关闭信号进行接通、断开的可变电流源；连接在所述外部端子与接地点之间，通过所述关闭信号被导通，使来自所述LED单元的电流向接地点流动的放电单元。
根据上述结构，当输入关闭信号时放电单元工作，将向反馈用的外部端子流入的输出电流放电，因此，即使在构成与反馈用的外部端子相连的控制电路的内部元件中不使用耐高压元件，元件也不会被损坏，由此可以避免面积的增大、工艺的复杂化。
在此，优选所述可变电流源流过与来自外部的电流控制信号对应的电流。由此，可以切换流过LED的驱动电流。
另外，所述可变电流源可以如下构成：具备可以通过所述关闭信号来进行接通、断开的恒定电流源；与该恒定电流源串联连接的电流-电压转换用晶体管；与该电流-电压转换用晶体管进行了电流反射镜连接的n个晶体管，n为正整数；以及在所述反馈端子和接地点之间，与所述n个晶体管串联连接的n个开关晶体管。通过n比特的所述电流控制信号的各比特信号，分别对所述n个开关晶体管进行导通、截止控制。
所述控制信号生成电路可以如下构成，具有：误差放大电路，其在第1输入端子接受所述反馈端子的电位，并输出对应于电位差的信号，该电位差是与施加在第2输入端子上的参考电压的电位差；以及对该误差放大电路的输出和预定频率的三角波进行比较，生成具有与输出电压对应的脉冲宽度的信号的PWM比较器。所述驱动电路根据所述PWM比较器的输出信号，生成对所述开关元件进行导通、截止驱动的信号。
或者，所述控制信号生成电路可以如下构成，具有：PFM比较器，其在第1输入端子接受所述反馈端子的电位，并生成具有对应于电位差的脉冲宽度的信号，该电位差是与施加在第2输入端子上的参考电压的电位差；以及根据电流控制信号，可以控制预定频率的振荡信号的脉冲宽度的占空比控制电路。仅在所述PFM比较器的输出为预定电平的期间，将从所述占空比控制电路输出的脉冲信号提供给所述驱动电路，生成所述开关元件的驱动信号。
根据本发明，能够实现不会由于被反馈的输出高电压而损坏内部元件的LED驱动用电源装置以及电源控制用半导体集成电路。另外，还具有以下效果：即能够实现可以根据来自外部的控制信号来切换流入LED的驱动电流的LED驱动用电源装置以及电源控制用半导体集成电路。
附图说明
图1是表示现有的LED驱动用电源装置的一例的结构框图。
图2是表示在本发明之前研究出的LED驱动用电源装置的一例的结构框图。
图3是表示应用了本发明的LED驱动用电源装置的第一实施方式的结构框图。
图4是表示应用了本发明的LED驱动用电源装置的第二实施方式的结构框图。
图5是表示占空比控制电路的结构例的电路图。
图6是表示图5的占空比控制电路的动作的时序图。
图7是表示图4的LED驱动用电源装置的动作的时序图。
符号说明
10：开关控制电路；11：可变电流源；12：误差放大器；13：PWM比较器；14：振荡电路；15：驱动电路；16：PFM比较器；17：占空比控制电路；30：LED单元；L1：线圈(电感器)；C1：滤波电容；WLED：白色发光二极管；SW1：线圈驱动用开关晶体管；CS1、CS2：恒定电流源。
具体实施方式
以下，根据附图说明本发明的优选实施方式。
图3表示应用了本发明的LED驱动用电源装置的第1实施方式。
本实施方式的LED驱动用电源装置，通过以下各部构成了升压型的开关调节器：在直流电压端子VDD和接地点之间以串联形式连接的线圈(电感器)L1以及由N沟道MOSFET(绝缘栅型电场效应晶体管)构成的开关晶体管SW1；在所述线圈L1和SW1的连接节点和输出端子之间连接的二极管D1；在输出端子和接地点之间连接的滤波电容C1；以及对开关晶体管SW1进行导通、截止控制的开关控制电路10。并且，在输出端子上连接了由串联形式的多个白色发光二极管WLED构成的LED单元30。
此外，虽未特别限定，但在本实施方式中，上述开关控制电路10在一个半导体芯片上作为半导体集成电路(以下称为电源控制用IC)而形成，开关晶体管SW1和线圈L1和二极管D1以及滤波电容C1由分立(discrete)部件构成，作为外加元件而连接在上述电源控制用IC上。
另外，在电源控制IC中设置了连接上述发光二极管WLED的阴极侧端子的反馈端子FB，并且在IC内部设置与该反馈端子FB连接的可变电流源11，使流过发光二极管WLED的电流流过IC内的可变电流源11。而且，在电源控制用IC中设置了输入从外部的CPU等提供的例如3比特的电流控制码CB1～CB3的端子，上述可变电流源11流过与对该端子提供的控制码CB1～CB3(电流指令值)对应的电流。控制码不仅限于3比特，可以是任意比特。
开关控制电路10具有：在上述反馈端子FB上连接反相输入端子，比较反馈端子FB的电压和参考电压Vref1，输出与电位差对应的电压的误差放大器12；将该误差放大器12的输出输入到同相输入端子的PWM比较器13；根据该PWM比较器13的输出，生成并输出所述开关元件SW1的导通、截止驱动信号的驱动电路15。
在上述PWM比较器13的反相输入端子上输入来自生成预定频率的波形信号φ1的振荡电路14的三角波，根据反馈电压进行在电压高时使输出的脉冲宽度变窄、在反馈电压低时使输出的脉冲宽度变宽的控制。并且，将通过该PWM比较器13生成的脉冲信号提供给驱动电路15。
可变电流源11由以下各部构成：恒定电流源CS1以及与其串联连接的电流-电压转换用的MOSFET Q0；与该MOSFET Q0进行了电流反射镜(currentmirror)连接的3个MOSFET Q1、Q2、Q3；以及在反馈端子FB和接地点之间，与Q1～Q3分别串联连接的n个开关MOSFET Q11～Q13。在Q1～Q3中流过对应于其与Q0的大小比的电流。并且，在开关MOSFET Q11～Q13的栅极端子上施加控制码CC的各比特信号CB1～CB3，改变通过B1～B3导通的MOSFET的数量，由此切换总电流。
在该实施方式中，在电源控制用IC中设置了关闭信号SHDN的输入端子，误差放大器12、PWM比较器13、振荡电路14通过该关闭信号SHDN将内部的恒定电流源等断开，成为非动作状态。而且构成为，在反馈端子FB和接地点之间串联设置了电阻R0和开关MOSFET SW0，在SW0的栅极端子上施加所述关闭信号SHDN，在关闭时将SW0导通，将流入反馈端子FB的电流放电。因此，即使在构成与反馈端子FB相连的误差放大器12的内部元件中不使用耐高压元件，元件也不可能被损坏，由此可以避免面积的增大、工艺的复杂化。
此外，在本实施方式中，在反馈端子FB和接地点之间串联设置了电阻R0和开关MOSFET SW0，但也可以省略电阻而仅设置开关MOSFET SW0。但是，在这种情况下，开关MOSFET SW0的漏极直接与外部端子相连，因此需要使用能够防止由静电引起的损坏这样结构的元件。
图4表示应用了本发明的LED驱动用电源装置的第2实施方式。
本实施方式的开关控制电路10由以下各部构成：与反馈端子FB连接，生成与反馈端子FB的电压对应的频率的脉冲信号的PFM比较器16；生成预定频率的信号的振荡电路14；根据振荡信号φ2，生成希望的脉冲宽度的信号的占空比控制电路17；以PFM比较器16的反相信号和占空比控制电路17的输出作为输入的OR门电路18；接受OR门电路18的输出，生成开关晶体管SW1的导通、截止驱动信号的驱动电路15等。可变电流源11的结构与图3相同，因此省略详细结构的图示和说明。
在该实施方式中，也在反馈端子FB和接地点之间设置了开关MOSFETSW0，在SW0的栅极端子上施加所述关闭信号SHDN，在关闭时将SW0导通，将流入反馈端子FB的电流放电，因此，即使在构成与反馈端子FB相连的PFM比较器16的内部元件中不使用耐高压元件，元件也不可能被损坏，由此可以避免面积的增大、工艺的复杂化。
在图5中表示占空比控制电路17的具体的电路例。该实施例的占空比控制电路17由以下各部构成：在电源电压端子VDD和接地点之间串联连接的恒定电流源CS2以及电容器C2、与电容器C2并联连接的放电用的开关MOSFET SW2、比较恒定电流源CS2与电容器C2的连接节点N2的电位和参考电压Vref2的比较器CMP2。
在上述开关MOSFET SW2的栅极端子上施加了来自振荡电路14的振荡信号φ2，在φ2为低电平的期间将SW2截止，通过恒定电流源CS2的电流将电容器C2充电，节点N2的电位逐渐上升，并且在φ2为高电平的期间将SW2导通，电容器C2的电荷被放电，由此，节点N2的电位V2锯齿状地变化。通过用比较器CMP2比较该波形和参考电压Vref2，如图6所示，生成具有与锯齿波的斜率和参考电压Vref2的电平相对应的希望的脉冲宽度的矩形波信号Vdc。在振荡信号φ2中使用例如1MHz这样的频率的信号。
在本实施方式的LED驱动用电源装置中，如图7(A)所示，通过控制码CC将LED的电流切换到下降的方向时，如图7(C)所示，PFM比较器16的输出的周期逐渐延长，脉冲宽度(高电平期间)变宽，开关晶体管SW1的驱动脉冲如图7(D)所示，间隔逐渐变宽。其结果是流过LED的驱动电流减少。
以上，通过实施方式说明了本发明人做出的发明，但本发明并不限于上述实施方式。例如在图3或图4的电源装置中，在电源控制用IC内设置了振荡电路12，但也可以构成为接受在芯片外部生成的振荡信号。
另外，在所述实施方式中，作为开关元件SW1而使用了MOSFET，但也可以使用双极性晶体管。而且，在实施方式中说明了在反馈端子上连接了可变电流源的例子，但也可以应用于在反馈端子上连接了通过关闭信号来进行接通、断开的恒定电流源的LED驱动用电源装置。
而且，在所述实施方式中表示了将构成开关调节器的开关晶体管SW1作为IC的外加元件而连接的例子，但也可以构成为IC的片上(on-chip)元件。另外，在实施例的电源控制用IC中构成为从外部输入提供驱动电流的指令值的控制码，但也可以代替控制码而通过模拟信号提供指令值。
产业上的可利用性
在以上的说明中说明了将本发明应用于LED驱动用电源装置的例子，但本发明并不限于此，也可以广泛用于希望产生升高的电压，对输出电流进行反馈控制的电源装置。

Claims (7)

1.一种直流电源装置，具有：在电感器中间歇地流过电流的开关元件；以及被反馈与输出电流成比例的电压、生成具有与该电压对应的脉冲宽度的信号、根据该信号生成并输出驱动所述开关元件的信号的控制电路，
所述直流电源装置的特征在于，具备：
引入输出电流的反馈用外部端子；
与该外部端子相连，可以通过关闭信号进行接通、断开的可变电流源；以及
连接在所述外部端子与接地点之间，通过所述关闭信号被导通，使输入到所述外部端子的所述输出电流向接地点流动的放电单元。
2.一种LED驱动用电源装置，具有：在电感器中间歇地流过电流的开关元件；在所述电感器和输出端子间连接的整流元件；生成所述开关元件的驱动信号的驱动电路；以及被反馈与输出电流成比例的电压、生成具有与该电压对应的脉冲宽度的信号、并输出到所述驱动电路的控制信号生成电路，
在所述输出端子上连接的LED单元中流过驱动电流，
所述LED驱动用电源装置的特征在于，具备：
引入流过所述LED单元的电流的反馈用外部端子；
与该外部端子相连，可以通过关闭信号进行接通、断开的可变电流源；以及
连接在所述外部端子与接地点之间，通过所述关闭信号被导通，使来自所述LED单元的电流向接地点流动的放电单元。
3.根据权利要求2所述的LED驱动用电源装置，其特征在于，
所述可变电流源流过与来自外部的电流控制信号对应的电流。
4.根据权利要求3所述的LED驱动用电源装置，其特征在于，
所述可变电流源具备：可以通过所述关闭信号来进行接通、断开的恒定电流源；与该恒定电流源串联连接的电流-电压转换用晶体管；与该电流-电压转换用晶体管进行了电流反射镜连接的n个晶体管，n为正整数；以及在所述反馈端子和接地点之间，与所述n个晶体管串联连接的n个开关晶体管，
通过n比特的所述电流控制信号的各比特信号，分别对所述n个开关晶体管进行导通、截止控制。
5.根据权利要求3或4所述的LED驱动用电源装置，其特征在于，
所述控制信号生成电路具有：误差放大电路，其在第1输入端子接受所述反馈端子的电位，并输出对应于电位差的信号，该电位差是与施加在第2输入端子上的参考电压的电位差；以及对该误差放大电路的输出和预定频率的三角波进行比较，生成具有与输出电压对应的脉冲宽度的信号的PWM比较器，
所述驱动电路根据所述PWM比较器的输出信号，生成对所述开关元件进行导通、截止驱动的信号。
6.根据权利要求3或4所述的LED驱动用电源装置，其特征在于，
所述控制信号生成电路具有：PFM比较器，其在第1输入端子接受所述反馈端子的电位，并生成具有对应于电位差的脉冲宽度的信号，该电位差是与施加在第2输入端子上的参考电压的电位差；以及根据电流控制信号，可以控制预定频率的振荡信号的脉冲宽度的占空比控制电路，
仅在所述PFM比较器的输出为预定电平的期间，将从所述占空比控制电路输出的脉冲信号提供给所述驱动电路，生成所述开关元件的驱动信号。
7.一种电源控制用半导体集成电路，具有：生成在电感器中间歇地流过电流的开关元件的驱动信号的驱动电路；以及被反馈与输出电流成比例的电压、生成具有与该电压对应的脉冲宽度的信号、并输出到所述驱动电路的控制信号生成电路，
所述电源控制用半导体集成电路的特征在于，具备：
被反馈输出电流的外部端子；
与该外部端子相连，可以通过关闭信号进行接通、断开的可变电流源；以及
连接在所述外部端子与接地点之间，通过所述关闭信号被导通，使来自所述LED单元的电流向接地点流动的放电单元，
所述可变电流源具有：可以通过所述关闭信号进行接通、断开的恒定电流源；与该恒定电流源串联连接的电流-电压转换用晶体管；与该电流-电压转换用晶体管进行了电流反射镜连接的n个晶体管，n为正整数；在所述反馈端子和接地点之间与所述n个晶体管串联连接的n个开关晶体管，
通过n比特的所述电流控制信号的各比特信号，分别对所述n个开关晶体管进行导通、截止控制，流过与所述电流控制信号对应的电流。
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