CN101686592B

CN101686592B - 发光元件驱动控制电路

Info

Publication number: CN101686592B
Application number: CN2009101766746A
Authority: CN
Inventors: 西智昭
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; System Solutions Co Ltd
Priority date: 2008-09-24
Filing date: 2009-09-24
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2029-09-24
Also published as: TWI416994B; KR101096896B1; CN101686592A; KR20100034712A; US20100079082A1; TW201014468A; JP2010080524A; US8390212B2

Abstract

一种发光元件驱动控制电路，该发光元件驱动控制电路具备有：控制电路，将与发光元件及电感器串联连接从而控制发光元件的驱动电流的增减的晶体管根据控制信号予以导通/切断；最大值检测电路，检测驱动电流的最大值；以及控制信号产生电路，根据最大值检测电路的检测结果产生控制信号，该控制信号在驱动电流小于最大值时使晶体管导通以使驱动电流以因应电源电压的电平的速度增加，而在驱动电流变成最大值时使晶体管切断既定期间以使驱动电流以因应发光元件的顺向电压的电平的速度减少。

Description

发光元件驱动控制电路

技术领域

本发明涉及一种发光元件驱动控制电路。

背景技术

近年来，为了有效率地驱动使用于各种电子机器的LED(Light Emitting Diode；发光二极管(发光元件))，有使用切换(switching)控制方式的LED驱动控制电路的情形(参照例如专利文献1)。

图4是用以控制照明用的白色LED的驱动的LED驱动控制电路的一例。LED驱动控制电路100通过切换NMOS晶体管300来控制白色LED 310至319(以下称为LED 310至319)的驱动电流Is的电路。LED驱动控制电路100包含有脉波产生电路200、比较器210、基准电压电路220、以及SR触发器(flip-flop)230而构成。

脉波产生电路200是以既定周期TA使输出信号Vp变化成高电平(以下称为H电平)的脉波状的电路。

比较器210是用以检测驱动电流Is是否已达到既定电流值I1的电路。具体而言，比较器210比较于检测电阻器310的一端所产生的因应驱动电流Is的电流值的检测电压Vs与基准电压电路220的基准电压Vref。接着，当检测电压Vs变成高于基准电压Vref时，视为驱动电流Is已达到既定电流值I1，比较器210即使输出信号Vc从低电平(以下称为L电平)变化成H电平。

SR触发器230在来自脉波产生电路200的输出信号Vp变成H电平时将Q输出设为H电平，将NMOS晶体管300予以导通(ON)。另一方面，SR触发器230在比较器210的输出信号Vc变成H电平时将Q输出设为L电平，将NMOS晶体管300予以切断(OFF)。

在此，一边参照图5所示的时序图的上侧，一边说明驱动电流Is的变化。首先，在时刻T0，当输出信号Vp变成H电平时，由于SR触发器230的Q输出变成H电平，因此NMOS晶体管300导通。结果，驱动电流Is以因应电感器(inductor)320的电感(inductance)L及电源电压VDD的电平的速度增加。此外，由于驱动电流Is经由导通的NMOS晶体管300供给至检测电阻器310，因此检测电压Vs也因应驱动电流Is的增加而上升。接着，于时刻T1，当驱动电流Is的电流值变成既定的电流值I1时，即检测电压Vs变成基准电压Vref时，由于比较器210的输出信号Vc变成H电平，因此SR触发器230的Q输出变成L电平。结果，NMOS晶体管300切断，储存于电感器320的能量经由LED 310至319、电感器320、以及二极管330的回路予以释放。此外，储存于电感器320的能量以因应电感L与LED 310至319及二极管330的顺向电压的电平的速度的驱动电流Is予以释放。如此，既定的电流值I1变成驱动电流Is的最大值，LED驱动控制电路100以驱动电流Is不超过最大值的方式控制NMOS晶体管300。此外，由于在时刻T1中驱动电流Is减少，因此比较器210的输出信号Vc变化成L电平。

当从时刻T0变成输出信号Vp的1周期后的时刻T3时，由于脉波产生电路200的输出信号Vp变成H电平，因此NMOS晶体管300导通，驱动电流Is在时刻T0时也同样上升。如此，时刻T3之后，反复时刻T0至时刻T3中的变化。此外，由于驱动电流Is以周期TA变化，因此驱动电流Is的平均值变成既定的值，LED310至319变成以定电流驱动。此外，在例如电源电压VDD变高且驱动电流Is的增加速度上升时，虽然NMOS晶体管300的导通期间变短，但NMOS晶体管300导通的周期不变。即，LED驱动控制电路100是在以周期TA使NMOS晶体管300导通时会导通而使脉波宽度变化的脉波宽度调变方式的切换电路。

专利文献1：日本特开2006-230133号公报。

发明内容

如上所述，LED驱动控制电路100以周期TA切换NMOS晶体管300，以使LED 310至319以定电流驱动。结果，驱动电流Is的周期也与切换的周期同样地变成周期TA。

然而，如图5的时序图的下侧所示，当例如电源电压VDD等的过渡性变动导致以周期TA变化的驱动电流Is在时刻T0以前降低时，即使在时刻T0以后电源电压VDD不会从期望的电平变化的情形，驱动电流Is的周期也不会变成周期TA。具体而言，在时刻T0，当NMOS晶体管300导通时，以实线表示的实际驱动电流Is以与虚线表示的周期TA的驱动电流Is的增加速度相等的速度增加，即以因应电感器320的电感L及电源电压VDD的电平的速度增加。结果，在比所述时刻T1还慢的时刻T2，实际的驱动电流Is变成达到电流值I1。接着，在时刻T2，当NMOS晶体管300切断时，实际的驱动电流Is以与周期TA的驱动电流Is的减少速度相等的速度减少，即以因应电感L与LED 310至319及二极管330的顺向电压的电平的速度减少。当变成输出信号Vp会变成H电平的时刻T3时，由于NMOS晶体管300导通，因此实际的驱动电流Is会增加。由于时刻T3中实际的驱动电流Is的电流值大于周期TA的驱动电流Is的电流值，因此实际的驱动电流Is在早于时刻T5的时刻T4达到电流值I1。在时刻T4，当NMOS晶体管300切断时，实际的驱动电流Is从时刻T3减少达至变成输出信号Vp的1周期后的时刻T6。在时刻T6实际的驱动电流Is的电流值大幅低于周期TA的驱动电流Is的电流值。因此，于时刻T6，即使NMOS晶体管300导通的情形，实际的驱动电流Is从时刻T7至输出信号Vp的1周期后的期间内的时刻T8达到电流值I 1，而不会从时刻T6至输出信号Vp的1周期后的时刻T7达到电流值I1。

如此，即使NMOS晶体管300的切换周期TA、驱动电流Is的增加速度与降低速度、以及用以检测驱动电流Is的最大值的电流值I 1为一定，也有实际的驱动电流Is的周期不会变成周期TA的情形。即，如上所述，在以周期TA使NMOS晶体管300导通，并通过检测驱动电流Is的最大值来控制驱动电流Is时，会有产生以比周期TA还长的周期进行振荡的次谐(sub-harmonic)振荡的情形。

本发明乃有鉴于上述课题而研创者，其目的在于提供一种可抑制次谐振荡的发光元件驱动控制电路。

为了达成上述目的，本发明的一个局面的发光元件驱动控制电路具备有：控制电路，将与发光元件及电感器串联连接从而控制所述发光元件的驱动电流的增减的晶体管根据控制信号予以导通/切断；最大值检测电路，检测所述驱动电流的最大值；以及控制信号产生电路，根据所述最大值检测电路的检测结果产生控制信号，该控制信号在所述驱动电流小于所述最大值时使所述晶体管导通以使所述驱动电流以因应电源电压的电平的速度增加，而在所述驱动电流变成所述最大值时使所述晶体管于既定期间内切断以使所述驱动电流以因应所述发光元件的顺向电压的电平的速度减少；所述控制电路、所述最大值检测电路以及所述控制信号产生电路为集成化；所述控制信号产生电路与并联连接的第一电阻器及电容器连接；所述既定期间由所述第一电阻器的电阻值及所述电容器的电容值决定。

能提供一种可抑制次谐振荡的发光元件驱动控制电路。

图1是显示本发明一实施形态的LED驱动控制电路10的构成图。

图2是用以说明LED驱动控制电路10的动作的一例的时序图。

图3是用以说明LED驱动控制电路10的动作的一例的时序图。

图4是显示LED驱动控制电路100的构成图。

图5是用以说明LED驱动控制电路100的动作的一例的时序图。

具体实施方式

依据本说明书及附图的记载，至少知道以下事项。

图1是显示本发明一实施形态的LED驱动控制电路10的构成图。LED驱动控制电路10是例如控制NMOS晶体管30的切换以使照明用的白色LED 20至29(以下称为LED 20至29)以期望的定电流驱动的电路。

LED 20至29为串联连接的10个白色LED，LED 20的阳极连接于电源电压VDD，而LED 29的阴极连接于电感器31的一端。此外，本实施形态中的LED 20至29各者的顺向电压设为例如3V。此外，本实施形态的电源电压VDD设成充分高的电平，从而能驱动10个LED 20至29。

NMOS晶体管30控制用以驱动电感器31、二极管32、以及LED 20至29的驱动电流Is的增减。具体而言，当NMOS晶体管30导通时，驱动电流Is以因应电感器31的电感L与电源电压VDD的速度增加。由于电感器31的两端电压因应电源电压VDD与LED 20至29各者的顺向电压的和的30V的差而变化，因此驱动电流Is的增加速度S1＝dIs/dt变成因应(VDD-30)/L而变化。即，本实施形态中的驱动电流Is的增加速度S1因应电源电压VDD的电平的上升而增加。此外，当NMOS晶体管30导通时，于电感器31储存因应驱动电流Is的电流值的能量。因此，当NMOS晶体管30切断时，储存于电感器31的能量经由LED 20至29、电感器31、以及二极管32的回路(loop)予以释放。在此情形，驱动电流Is以因应电感L与LED 20至29及二极管32的顺向电压的和的速度而减少。在此，若将二极管32的顺向电压设为例如1V时，电感器31的两端电压变成LED 20至29的顺向电压的和的30V与所述1V的和，即31V。即，在NMOS晶体管30切断时的驱动电流Is的减少速度S2＝dIs/dt变成因应31/L而变化。此外，由于本实施形态中的电感器31的电感L的值为一定，因此驱动电流Is的减少速度S2变成一定而与电源电压VDD的电平无关。

检测电阻器33为用以检测NMOS晶体管30导通时的驱动电流Is的电流值的电阻器，而设置于NMOS晶体管30的源极与接地GND之间。此外，在本实施形态中，将于检测电阻器33的一端因应驱动电流Is的电流值所产生的电压设为检测电压Vs。因此，检测电压Vs的增加速度变成与所述驱动电流Is的增加速度S1相等。此外，当NMOS晶体管30切断时，由于驱动电流Is变成不会流入检测电阻器33，因此检测电压Vs变成接地GND。

在此，说明构成LED驱动控制电路10的电路的概要。LED驱动控制电路10包含有滤波器40、比较器41、单触发脉波(oneshot pulse)电路42、AND(与)电路、以及缓存电路44而构成。此外，本实施形态的LED驱动控制电路10予以集成化。此外，滤波器40与比较器41相当于本发明的最大值检测电路，AND电路43与缓存电路44相当于本发明的控制电路。

滤波器40为抑制于检测电阻器33的一端所产生的检测电压 Vs的噪声并作为输出电压Vf予以输出的电路。由于在本实施形态的电感器31存在寄生电容(未图示)，因此当NMOS晶体管30导通时，被电感器31的寄生电容充电的电荷经由NMOS晶体管30放电至检测电阻器33。因此，于检测电阻器33过渡性地流通因应寄生电容的电容值的突波(surge)电流，于检测电阻器33产生突波电压而成为噪声。本实施形态的滤波器40为低通滤波器，该低通滤波器设定有时间常数以抑制突波电压并使以增加速度S1变化的检测电压Vs作为输出电压Vf予以输出。

比较器41为用以检测驱动电流Is是否已达到既定的电流值I1的电路。具体而言，比较器41比较来自滤波器40的输出电压Vf与来自例如微计算机(未图示)的基准电压Vref。接着，当输出电压Vf变成高于基准电压Vref时，即当作驱动电流Is已达到既定的电流值I1，使比较器41的输出信号Vc从H电平变化成L电平。

单触发脉波电路42为当比较器41的输出信号Vc变成L电平时，仅在因应电阻器50的电阻值及电容器51的电容值的既定期间Tx使输出信号Vp(控制信号)变化成L电平的电路。即，单触发脉波电路42在输出信号Vc变成L电平时，仅在既定期间Tx产生L电平的脉波。

AND电路43为下述电路：在从例如微计算机(未图示)输出的使能信号(enable signal)ENB为H电平时，为了使NMOS晶体管30切换，乃根据输出信号Vp使输出变化，而在使能信号ENB为L电平时，输出用以使NMOS晶体管的切换停止的信号。具体而言，在使能信号ENB为H电平时，输出信号Vp作为AND电路43的输出予以输出，而在使能信号为L电平时，输出L电平的信号。

缓存电路44为根据来自AND电路43的输出直接驱动NMOS 晶体管30的电路。具体而言，当来自AND电路43的输出为H电平时，输出用以导通NMOS晶体管30的H电平的驱动信号Vdr。另一方面，当来自AND电路43的输出为L电平时，输出用以导通NMOS晶体管30的L电平的驱动信号Vdr。

在此，参照图2所示的时序图，说明LED 20至29以定电流驱动时的LED驱动控制电路10的动作的一例。在此，于时刻T0结束单触发脉波电路42的脉波的产生，将输出信号Vp设为从L电平变化成H电平。以下，将从微计算机(未图示)输出的使能信号ENB设为H电平，将电源电压VDD设为33V。因此，NMOS晶体管30导通时的驱动电流Is的增加速度S1＝dIs/dt因应(33-30)/L＝3/L而变化。另一方面，NMOS晶体管30切断时的驱动电流Is的减少速度S2＝dIs/dt如上述因应31/L而变化。因此，在本实施形态中，驱动电流Is的减少速度S2变成比增加速度S1还快。

首先，于时刻T0，当单触发脉波电路42使输出信号Vp变化成H电平时，由于AND电路43的输出变化成H电平，因此驱动信号Vdr也变成H电平。因此，NMOS晶体管30导通。当NMOS晶体管30导通时，由于电感器31的寄生电容的影响，突波电流重叠至驱动电流Is。结果，于检测电阻器33一端的检测电压Vs产生突波电压成为噪声。如上所述，滤波器40一边抑制检测电压Vs中的突波电压，一边以与检测电压Vs的增加速度S1相同的速度使输出电压Vf增加。接着，当驱动电流Is增加而在时刻T1达到电流值I1时，即当滤波器40的输出电压Vf变成基准电压Vref时，比较器41使输出信号Vc变化成L电平。当输出信号Vc变成L电平时，由于单触发脉波电路42使输出信号Vp变化成L电平，因此AND电路43的输出变成L电平，缓存电路44的驱动信号Vdr也变成L电平。结果，在时刻T1中，NMOS晶体管30变成切断。当NMOS晶体管30切断时，由于电感器31经由LED 20至29、电感器31、二极管32的回路将依据驱动电流Is所储存的能量予以释放，因此驱动电流Is即以减少速度S2减少。此外，在时刻T1中，流通检测电阻器33的电流变成零，检测电压Vs变成接地GND电平。由于单触发脉波电路42在从时刻T1变成经过既定期间Tx后的时刻T2时会停止脉波的产生，因此输出信号Vp变成H电平。由于AND电路43的输出根据H电平的输出信号Vp变成H电平，因此缓存电路44的驱动信号Vdr也变成H电平。因此，在时刻T2中，NMOS晶体管30导通，驱动电流Is以增加速度S1增加。在时刻T2之后，反复时刻T0至时刻T2的动作。

如上所述，NMOS晶体管30切断且驱动电流Is减少的期间Tx及减少速度S2为一定。因此，仅在期间Tx以减少速度S2减少时的驱动电流Is的变化量ΔIA也变成一定。此外，在电源电压VDD的电平为一定时，由于驱动电流Is的增加速度S1为一定，因此以增加速度S1使驱动电流Is变化达至ΔIA的期间也变成一定。因此，本实施形态的LED驱动控制电路10可以依据增加速度S1、减少速度S2、以及期间Tx的既定周期使驱动电流Is变化。此外，在本实施形态中，将电源电压VDD为33V时的以增加速度S1使驱动电流Is变化达至ΔIA的期间设为期间Ty，将驱动电流Is的周期设为周期Tz。如此，由于驱动电流Is以既定周期Tz变化，因此驱动电流Is的平均值变成既定的值，LED 20至29变成以定电流驱动。

在此，参照图3所示的时序图，说明例如电源电压VDD过渡性地变动，且以周期Tz变化的驱动电流Is的电流值发生变化时的LED驱动控制电路10的动作的一例。在此，于时刻T10，结束单触发脉波电路42的脉波产生，输出信号Vp从L电平变化成H电平。此外，图3的上侧以虚线表示的波形是以周期Tz变化的驱动电流Is1，实线表示的波形因是例如电源电压VDD的过渡性变动而于时刻T10之前电流值降低至低于驱动电流Is1的驱动电流Is2。此外，在时刻T10之后，设电源电压VDD为33V而是一定值。即，在时刻T10之后，设驱动电流Is1、Is2的增加速度S1、减少速度S2无变化。

于时刻T10，当单触发脉波电路42使输出信号Vp变化成H电平时，由于驱动信号Vdr也变成H电平，因此NMOS晶体管30导通。结果，重叠有突波电流的驱动电流Is2流通于检测电阻器33。接着，滤波器40抑制检测电压Vs的突波电压，使输出电压Vf以增加速度S1增加。时刻T10中的驱动电流Is2的电流值小于无电源电压VDD的过渡性变动时的驱动电流Is1。因此，在比驱动电流Is1达到电流值I1的时刻T11还慢的时刻T12，驱动电流Is2变成电流值I1。当驱动电流Is2变成电流值I1时，由于比较器41使输出信号Vc变化成L电平，因此单触发脉波电路42仅在既定期间Tx将输出信号Vp设为L电平以使NMOS晶体管30切断。因此，从时刻T12至经过期间Tx的时刻T13，驱动电流Is2变成以减少速度S2减少。此外，由于减少速度S2及期间Tx为一定，因此从时刻T12至时刻T13的驱动电流Is2的减少量与所述变化量ΔIA相等。在时刻T13中，单触发脉波电路42停止脉波的产生，并使输出信号Vp变化成H电平。因此，NMOS晶体管30导通，驱动电流Is2开始以增加速度S1增加。驱动电流Is2再次达到电流值I1的期间因应所述变化量ΔIA与增加速度S1来决定。在时刻T10之后，由于电源电压VDD设成一定，因此在驱动电流Is2再次达到电流值I1的期间变成所述期间Ty。接着，当从时刻T13变成经过期间Ty后的时刻T14时，由于驱动电流Is2变成电流值I1，因此单触发脉波电路42使输出信号Vp变化成L电平。此外，从时刻T14至经过期间Tx的时刻T15的LED驱动控制电路10的动作与从时刻T12至时刻T13的动作相同。此外，时刻T15 之后，反复从时刻T13至时刻T15的动作。因此，即使在例如电源电压VDD过渡性地变动，而产生电流值低于驱动电流Is1的驱动电流Is2时，LED驱动控制电路10也可使驱动电流Is2以周期Tz持续变化。此外，例如即使在时刻T10之前驱动电流I2增加至高于驱动电流I1时，由于驱动电流Is2的变化量ΔIA及驱动电流Is2的增加速度S1为一定，因此LED驱动控制电路10也可使驱动电流Is2以周期Tz持续变化。

在由上述说明的构成所构成的本实施形态的LED驱动控制电路10中，比较器41检测出驱动电流Is达到属于既定最大值的电流值I1。接着，单触发脉波电路42根据比较器41的输出信号Vp，在驱动电流Is小于电流值I1时输出使NMOS晶体管30导通的H电平的输出信号Vp。此外，当驱动电流Is变成电流值I1时，仅在期间Tx输出使NMOS晶体管30切断的L电平的输出信号Vp。由于NMOS晶体管30切断时的驱动电流Is的减少速度S2及期间Tx为一定，因此驱动电流Is的变化量ΔIA变成一定。此外，电源电压VDD的电平为一定时，由于驱动电流Is的增加速度S1为一定，因此以增加速度S1使驱动电流Is变化ΔIA的期间也变成一定。因此，本实施形态的LED驱动控制电路10能以一定周期Tz使驱动电流Is变化，而能抑制次谐振荡。此外，一般而言，在检测LED等负载的驱动电流的最大值并以晶体管的切换来控制驱动电流的增减的电路中，为了抑制次谐振荡，有执行对驱动电流的最大值赋予既定倾斜的斜率(slope)补偿的情形。而在本实施形态中，由于无需使用用以补偿所述斜率的电路来抑制次谐振荡，因此能防止LED驱动控制电路10的构成复杂化。

此外，在本实施形态中，为了仅在期间Tx将输出信号Vp设成L电平，使用单触发脉波电路42。因此，当比较器41检测出驱动电流Is已达到电流值I1时，可确实地仅在期间Tx将输出信号Vp设成L电平。即，在本实施形态中，在驱动电流Is每次达到电流值I1时，能确实使驱动电流Is的电流量减少ΔIA。因此，在驱动电流Is的增加速度S1为一定的情形，能将驱动电流Is的周期设为一定。

此外，在本实施形态中，以滤波器40处理检测电压Vs并作为输出电压Vf输出至比较器41。在无滤波器40的构成中，当突波电压大时，检测电压Vs超过基准电压vref的电平，即使驱动电流Is未达到最大值，也有导致输出信号Vc变成L电平的误动作的情形。由于本实施形态在检测驱动电流Is的最大值时以滤波器40抑制检测电压Vs的突波电压所造成的噪声，因此可防止误动作。

此外，上述实施例乃是用以容易理解本发明，并非解释成用以限定本发明。本发明也包含在未逸离本发明的思想范围内作进行的变更、改良及其获得的等价物。

在本实施形态中，虽使用NMOS晶体管30来控制驱动电流Is的增减，但也可使用例如NPN晶体管。

此外，在本实施形态中，虽于LED 26的阴极与NMOS晶体管30的漏极之间设置电感器31，但也可为在电源电压VDD与LED 20的阳极之间设置电感器。

此外，在本实施形态中，虽设置用以在NMOS晶体管30切断时反馈驱动电流Is的二极管32，但并不限定于此。例如设置用以与NMOS晶体管30互补性导通切断的切换电路来取代二极管32，也能获得与本实施形态同样的效果。

Claims

1.一种发光元件驱动控制电路，其特征在于，具备有：

控制电路，将与串联连接的发光元件及电感器串联连接从而控制所述发光元件的驱动电流的增减的晶体管根据输入的控制信号予以导通/切断；

最大值检测电路，检测所述驱动电流的最大值；以及

控制信号产生电路，根据所述最大值检测电路的检测结果产生所述控制信号，该控制信号在所述驱动电流小于所述最大值时使所述晶体管导通以使所述驱动电流以因应电源电压的电平的速度增加，而在所述驱动电流变成所述最大值时使所述晶体管于既定期间内切断以使所述驱动电流以因应所述发光元件的顺向电压的电平的速度减少；

所述控制电路、所述最大值检测电路以及所述控制信号产生电路为集成化；

所述控制信号产生电路与并联连接的第一电阻器及电容器连接；

所述既定期间由所述第一电阻器的电阻值及所述电容器的电容值决定。

2.根据权利要求1所述的发光元件驱动控制电路，其特征在于，所述控制电路在所述控制信号变成一方的逻辑电平时导通所述晶体管，在所述控制信号变成另一方的逻辑电平时切断所述晶体管；

所述控制信号产生电路根据所述最大值检测电路的所述检测结果，在所述驱动电流小于所述最大值时输出一方的逻辑电平的所述控制信号，而当所述驱动电流变成所述最大值时于所述既定期间使所述控制信号变化成另一方的逻辑电平。

3.根据权利要求1或2所述的发光元件驱动控制电路，其特征在于，所述最大值检测电路包含有：

滤波器，抑制于第二电阻器的一端产生因应所述驱动电流的电流值的检测电压的所述第二电阻器的所述检测电压中的噪声；以及

比较电路，将已抑制所述噪声的所述检测电压与因应所述最大值的基准电压的比较结果作为所述最大值检测电路的所述检测结果予以输出。