CN103209515A

CN103209515A - 发光元件驱动装置

Info

Publication number: CN103209515A
Application number: CN2012105438013A
Authority: CN
Inventors: 中村浩章; 大坂昇平
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2012-01-11
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2032-12-14
Also published as: CN103209515B; JP5962017B2; US20130175933A1; US8963436B2; JP2013143468A

Abstract

本发明提供发光元件驱动装置，该发光元件驱动装置通过与发光元件列（11～13）分别串联连接的开关元件（MOSFET Q2～Q4）对多个发光元件列（11～13）进行闪烁驱动，具有：选择电路（4），将分别流过多个发光元件列（11～13）的电流分别检测为发光元件列电流，选择最小的发光元件列电流；以及输出电压控制电路（6），以其通过选择电路（4）选择的发光元件列电流成为基准电流值的方式，对供给到多个发光元件列（11～13）的输出电压（Vout）进行控制。另外，具有平均电流控制电路（5），其以多个发光元件列电流的平均值成为相同的值的方式，分别控制对多个开关元件（MOSFET Q2～Q4）进行接通/断开驱动的占空比。

Description

发光元件驱动装置

技术领域

本发明涉及对作为发光元件的LED（发光二极管）进行驱动的发光元件驱动装置。

背景技术

公开有如下所述的技术：在将串联连接多个LED而成的发光元件列并联连接多列，通过分别与各个发光元件列串联连接的恒流驱动器对多列发光元件列进行驱动的发光元件驱动装置中，将施加在多个恒流驱动器上的电压内的最低的电压选择为检测电压，以该检测电压的值成为基准电压的方式，自动地对电源装置的输出电压进行控制（例如，参照专利文献1）。

【专利文献1】日本特开2003-332624号公报

但是，在现有技术中，需要将施加在多个恒流驱动器上的电压内的最低的电压设定为在发光元件系列上流过发光所需电流的充分的电压。因此，在多个恒流驱动器上施加必要以上的电压，存在在恒流驱动器上产生功率损耗的问题。

发明内容

本发明的目的在于，鉴于上述问题解决现有技术的上述问题，提供能够减少对发光元件系列进行闪烁驱动的开关元件中的功率丧失的发光元件驱动装置。

本发明的发光元件驱动装置，其通过与多个发光元件列分别串联连接而成的开关元件对并联连接的多个所述发光元件列进行闪烁驱动，该发光元件驱动装置的特征在于具有：电流检测单元，其将分别流过多个所述发光元件列的电流分别检测为发光元件列电流；选择单元，其选择该电流检测单元检测的检测结果中的最小的所述发光元件列电流；以及输出电压控制单元，其对供给到多个所述发光元件列的输出电压进行控制，使得通过该选择单元选择的所述发光元件列电流成为预先设定的基准电流值。

而且，在本发明的发光元件驱动装置中，也可以具有平均电流控制单元，该平均电流控制单元分别控制对多个所述开关元件进行接通/断开驱动的占空比，使得通过所述电流检测单元检测的多个所述发光元件列电流的平均值成为相同的值。

而且，在本发明的发光元件驱动装置中，所述输出电压控制单元也可以在接通驱动了多个所述开关元件中的至少任意一个的开关元件接通期间，根据所述发光元件列电流控制所述输出电压，在断开驱动了多个所述开关元件的全部的开关元件断开期间，根据紧前的所述开关元件接通期间的所述发光元件列电流控制所述输出电压。

而且，在本发明的发光元件驱动装置中，所述输出电压控制单元也可以生成与通过所述选择单元选择的所述发光元件列电流相关的基准电压，根据该基准电压反馈控制所述输出电压。

根据本发明，由于构成为对供给到多个发光元件列的输出电压进行控制，使得分别流过多个发光元件列的电流中最小的发光元件列电流成为预先设定的基准电流值，因此不需要为了使发光元件系列闪烁驱动而使用恒流驱动器，起到能够减少对发光元件系列进行闪烁驱动的开关元件中的功率丧失的效果。

附图说明

图1是示出本发明的发光元件驱动装置的实施方式的电路结构的电路结构图。

图2是示出图1所示的选择电路的电路结构的电路结构图。

图3是示出图1所示的平均电流控制电路的电路结构的电路结构图。

图4是示出图1所示的输出电压控制电路的电路结构的电路结构图。

图5是示出图1所示的输出电压控制电路的其他电路结构的电路结构图。

符号说明

1发光部

2电源装置

3控制装置

11～13发光元件列

L1扼流线圈

4选择电路

5平均电流控制电路

6输出电压控制电路

C1平滑电容器

D1二极管

CC1恒流源

R1～R5电阻

Q1～Q4MOSFET

Q10、Q12、Q14、Q16～Q18P型MOSFET

Q11、Q13、Q15、Q19N型MOSFET

51振荡电路

52a～52c检测电路

53a～53c积分电路

54a～54c触发电路

55a～55c驱动电路

56或电路

61OTA（运算跨导放大器）误差放大电路

62采样和保持电路

63误差放大电路

64、65控制电路

具体实施方式

参照图1，本实施方式的发光元件驱动装置具有：发光部1；向发光部1供给输出电压Vout的电源装置2；以及进行供给到发光部1的输出电压Vout的控制和发光部1的亮灯控制的控制装置3。

发光部1具有串联连接四个LED而成的发光元件列11～13。另外，在本实施方式中，虽然由三个发光元件列11～13来构成了发光部1，但是关于发光元件列11～13的数量、构成发光元件列11～13的LED的串联数，不进行限制，根据需要的光量等来适当地进行设定。另外，作为发光元件列11～13，虽然使用相同的元件，但是假设存在某种程度的特性偏差。

本实施方式的电源装置2为升压斩波电路，具有扼流线圈L1、二极管D1、平滑电容器C1、MOSFET Q1。在连接有直流电源Vin的正极端子的输入端子T1与接地端子之间，连接有由扼流线圈L1和作为切换元件工作的MOSFET Q1构成的串联电路。另外，在扼流线圈L1与MOSFET Q1之间的连接点和接地端子之间，连接有由作为输出整流元件的二极管D1和平滑电容器C1构成的串联电路。在二极管D1与平滑电容器C1之间的连接点连接有发光元件列11～13的阳极侧端子，通过MOSFETQ1的接通断开控制而升高的输出电压Vout供给到发光元件列11～13。

控制装置3具有MOSFET Q2～Q4、电阻R1～R5、选择电路4、平均电流控制电路5、输出电压控制电路6。在发光元件列11的阴极侧端子与接地端子之间，连接有由对发光元件列11进行闪烁驱动的MOSFET Q2和电阻R1构成的串联电路。同样地，在发光元件列12的阴极侧端子与接地端子之间，串联连接有由对发光元件列12进行闪烁驱动的MOSFET Q3和电阻R2构成的串联电路，在发光元件列13的阴极侧端子与接地端子之间，串联连接有由对发光元件列13进行闪烁驱动的MOSFET Q4和电阻R3构成的串联电路。另外，MOSFET Q2～Q4具有相同的特性，电阻R1～R3具有相同的电阻值。

选择电路4选择流过MOSFET Q2～Q4的电流内的、最小的电流值，将与所选择的电流值对应的检测电压Vmin输出到输出电压控制电路6。参照图2，在控制电源Reg与接地端子之间，连接有由恒流源CC1、P型MOSFET Q10、N型MOSFET Q11构成的串联电路。另外，在电源Reg与接地端子之间，连接有由P型MOSFET Q12和N型MOSFET Q13构成的串联电路，并且连接有由P型MOSFET Q14和N型MOSFET Q15构成的串联电路。而且，由P型MOSFET Q16～Q18构成的并联电路，通过恒流源CC1与电源Reg连接，并且通过N型MOSFET Q19与接地端子连接。

N型MOSFET Q19和N型MOSFET Q15构成电流镜像电路，N型MOSFET Q19的栅极端子和N型MOSFET Q15的栅极端子彼此连接，其连接点与N型MOSFETQ19的漏极端子连接。另外，N型MOSFET Q11和N型MOSFET Q13构成电流镜像电路，N型MOSFET Q11的栅极端子与N型MOSFET Q13的栅极端子彼此连接，其连接点与N型MOSFET Q11的漏极端子连接。而且，P型MOSFET Q12和P型MOSFET Q14构成电流镜像电路，P型MOSFET Q12的栅极端子和P型MOSFET Q14的栅极端子彼此连接，其连接点与P型MOSFET Q12的源极端子连接。

与P型MOSFET Q16的栅极端子连接的端子T2，连接在对发光元件列11进行闪烁驱动的MOSFET Q2与电阻R1之间的连接点上。电阻R1是对流过MOSFET Q2（发光元件列11）的电流进行检测的电流检测用电阻，与流过MOSFET Q2的电流相关的电压被施加到P型MOSFET Q16的栅极端子上。另外，与P型MOSFET Q17的栅极端子连接的端子T3连接在对发光元件列12进行闪烁驱动的MOSFET Q3与电阻R2之间的连接点上。电阻R2是对流过MOSFET Q3（发光元件列12）的电流进行检测的电流检测用电阻，与流过MOSFET Q3的电流相关的电压被施加到P型MOSFETQ17的栅极端子上。而且，与P型MOSFET Q18的栅极端子连接的端子T4连接在对发光元件列13进行闪烁驱动的MOSFET Q4与电阻R3之间的连接点上。电阻R3是对流过MOSFET Q4（发光元件列13）的电流进行检测的电流检测用电阻，与流过MOSFET Q4的电流相关的电压被施加到P型MOSFET Q18的栅极端子上。另外，P型MOSFET Q14与N型MOSFET Q15之间的连接点与P型MOSFET Q10的栅极端子和输出端子T5连接。

在图2中示出，在选择电路4中，流过P型MOSFET Q16、Q17、Q18的总计电流Ia，流过N型MOSFET Q19和N型MOSFET Q15的状态。此处，流过P型MOSFETQ10的电流Ib，经由由N型MOSFET Q11和N型MOSFET Q13构成的电流镜像电路，流过由P型MOSFET Q12和P型MOSFET Q14构成的电流镜像电路。因此，从输出端子T5输出的电压信号成为电流Ia与电流Ib之间的差信号，但是P型MOSFETQ10的栅极端子由于与输出端子T5连接，因此以电流Ia和电流Ib变得相等的方式工作。由此，在图2所示的选择电路4中，选择施加在端子T2～T4上的电压（与流过MOSFET Q2～Q4的电流相关的电压）内的最低的电压，所选择的电压经由使用了运算放大器的电压跟随器，从端子T5作为检测电压Vmin而输出到输出电压控制电路6。

参照图3，平均电流控制电路5具有：振荡电路51、检测电路52a～52c、积分电路53a～53c、RS型的触发电路54a～54c、驱动电路55a～55c以及或电路56。

振荡电路51的输入端子与从外部输入有调光信号的端子T6连接，并且振荡电路51的输出端子与触发电路54a～54c的设置端子S连接。从端子T6输入的调光信号是通过占空比（时间比例）而对发光部1的亮度进行控制的信号，振荡电路51在调光信号为ON动作时进行振荡工作，以规定周期输出设置触发电路54a～54c的设置信号。

检测电路52a的输入端子连接在MOSFET Q2与电阻R1之间的连接点上，并且检测电路52a的输出端子与积分电路53a的输入端子连接，积分电路53a的输出端子与触发电路54a的重置端子R连接。检测电路52a对流过MOSFET Q2（发光元件列11）的电流进行检测。积分电路53a对通过检测电路52a检测的电流进行积分，当电流积分值到达规定基准积分值时，输出对触发电路54a进行重置的重置信号。另外，触发电路54a的输出端子Q与驱动电路55a的输入端子连接，并且驱动电路55a的输出端子与MOSFET Q2的栅极端子连接。从触发电路54a的输出端子Q输出根据来自振荡电路51的设置信号而接通、根据来自积分电路53a的重置信号而断开的接通/断开信号。驱动电路55a根据来自触发电路54a的接通/断开信号而使MOSFET Q2接通/断开驱动。

检测电路52b的输入端子连接在MOSFET Q3与电阻R2之间的连接点上，检测电路52b的输出端子与积分电路53b的输入端子连接，积分电路53b的输出端子与触发电路54b的重置端子R连接。检测电路52b对流过MOSFET Q3（发光元件列12）的电流进行检测。积分电路53b对通过检测电路52b检测的电流进行积分，当电流积分值到达规定基准积分值时，输出对触发电路54b进行重置的重置信号。另外，触发电路54b的输出端子Q与驱动电路55b的输入端子连接，并且驱动电路55b的输出端子与MOSFET Q3的栅极端子连接。从触发电路54b的输出端子Q输出根据来自振荡电路51的设置信号而接通、根据来自积分电路53b的重置信号而断开的接通/断开信号。驱动电路55b根据来自触发电路54b的接通/断开信号而使MOSFET Q3接通/断开驱动。

检测电路52c的输入端子连接在MOSFET Q4与电阻R3之间的连接点上，并且检测电路52c的输出端子与积分电路53c的输入端子连接，积分电路53c的输出端子与触发电路54c的重置端子R连接。检测电路52c对流过MOSFET Q4（发光元件列13）的电流进行检测。积分电路53c对通过检测电路52c进行了检测的电流进行积分，当电流积分值到达规定基准积分值时，输出对触发电路54c进行重置的重置信号。另外，触发电路54c的输出端子Q与驱动电路55c的输入端子连接，并且驱动电路55c的输出端子与MOSFET Q4的栅极端子连接。从触发电路54c的输出端子Q输出根据来自振荡电路51的设置信号而接通、根据来自积分电路53c的重置信号而断开的接通/断开信号。驱动电路55c根据来自触发电路54c的接通/断开信号而使MOSFET Q4接通/断开驱动。

在从端子T6输入的调光信号为ON动作时，触发电路54a～54c根据来自振荡电路51的设置信号而同时被设置，MOSFET Q2～Q4同时被接通驱动。当MOSFET Q2～Q4被接通驱动时，在发光元件列11～13上流过电流，通过检测电路52a～52c分别检测的电流通过积分电路53a～53c而分别被积分。当在积分电路53a～53c中电流积分值到达规定基准积分值（在积分电路53a～53c中共同）时，触发电路54a～54c分别被重置，MOSFET Q2～Q4被断开驱动，在发光元件列11～13上流过的电流被切断。即，关于MOSFET Q2～Q4被断开驱动的定时，根据流过发光元件列11～13的电流而在发光元件列11～13上不同，以流过发光元件列11～13的电流的平均值成为相同的值的方式，控制对多个MOSFET Q2～Q4进行接通/断开驱动的占空比。通过该控制，由于流过发光元件列11～13的电流的平均值成为相同的值，因此即使由于发光元件列11～13的特性偏差，在实际流过发光元件列11～13的电流的值不同的情况下，也能够使发光元件列11～13以相同的亮度来发光。

另外，触发电路54a～54c各自的输出端子Q分别与或电路56的输入端子连接，并且或电路56的输出端子与输出电压控制电路6连接，从或电路56向输出电压控制电路6输出SH（采样和保持）信号。关于从或电路56输出的SH信号，在从触发电路54a～54c中的任意一个输出了接通信号的期间、即MOSFET Q2～Q4中的任意一个被接通驱动的开关元件接通期间成为采样期间，从所有触发电路54a～54c输出了断开信号的期间、即所有MOSFET Q2～Q4被断开驱动的开关元件断开期间成为保持期间。

参照图4，输出电压控制电路6具有OTA（运算跨导放大器）误差放大电路61、采样和保持电路62、误差放大电路63、控制电路64、基准电压Vref。

在OTA误差放大电路61的非反转输入端子上施加有基准电压Vref，并且，在OTA误差放大电路61的反转输入端子上输入有来自选择电路4的检测电压Vmin。OTA误差放大电路61是对基准电压Vref和检测电压Vmin进行比较，输出其误差信号的电路，从OTA误差放大电路61的输出端子，作为误差信号输出有与基准电压Vref与检测电压Vmin之间的误差电压相应的误差电流。

在采样和保持电路62的控制端子上输入有来自平均电流控制电路5的SH信号。采样和保持电路62在SH信号的采样期间对来自OTA误差放大电路61的输出电流进行检测，输出与检测结果相应的可变基准电压Vref2，在SH信号的保持期间，保持检测结果，直接输出紧前的可变基准电压Vref2。

来自采样和保持电路62的可变基准电压Vref2被施加到误差放大电路63的非反转输入端子上，在误差放大电路63的反转输入端子上输入有通过电阻R4和电阻R5对输出电压Vout进行了分压得到的电压Vo。误差放大电路63是对可变基准电压Vref2和对应于输出电压Vout的电压Vo进行比较，输出其误差信号的电路。可变基准电压Vref2与电压Vo之间的误差电压被放大而作为误差信号从误差放大电路63的输出端子输出，控制电路64根据来自误差放大电路63的误差信号而使MOSFET Q1接通/断开驱动。

如上所述，输出电压控制电路6以来自选择电路4的检测电压Vmin成为基准电压Vref的方式进行输出电压Vout的控制。此处，来自选择电路4的检测电压Vmin，在SH信号的采样期间（在MOSFET Q2～Q4中的任意一个被接通驱动的开关元件接通期间发光元件列11～13中至少任意一个点亮时），是与流过MOSFET Q2～Q4的电流相关的电压内的最低电压。例如，在所有的MOSFET Q2～Q4接通时，与流过MOSFET Q2～Q4的最小电流相关的电压成为检测电压Vmin。另外，在MOSFET Q2接通、MOSFET Q3～Q4断开时，与流过MOSFET Q2的电流相关的电压成为检测电压Vmin。因此，输出电压控制电路6以如下所述的方式进行输出电压Vout的控制：在SH信号的采样期间，流过MOSFET Q2～Q4的电流内的、最小电流成为预先设定的基准电流值。另外，基准电流值是由基准电压Vref而确定的。实际流过MOSFETQ2～Q4的电流以基准电流值为中心上下浮动，因此基准电压Vref是以基准电流值成为比能够使发光元件列11～13发光的下限电流值稍大的值的方式设定的。

另外，在本实施方式中，在输出电压控制电路6中，虽然构成为根据来自比较可变基准电压Vref2和对应于输出电压Vout的电压Vo的比较误差放大电路63的误差信号，控制输出电压Vout，但是也可以不使用比较误差放大电路63，而根据可变基准电压Vref2控制输出电压Vout。在图5中示出具有根据可变基准电压Vref2控制输出电压Vout的控制电路65的输出电压控制电路6a。在输出电压控制电路6a上设置有从外部输入有调光信号的端子T7，通过占空比（时间比例）控制发光部1的亮度的调光信号，输入到控制电路65的控制端子。控制电路65在调光信号为ON动作时，根据可变基准电压Vref2而使MOSFET Q1接通/断开驱动，在调光信号为OFF动作时，使MOSFET Q1的接通/断开驱动停止。由此，在调光信号为OFF动作时，停止针对平滑电容器C1的电力供给。由此，能够防止针对平滑电容器C1的电力供给量过高，输出电压Vout变高为必要以上。另外，在本方式中，在调光信号为OFF占空时，由于完全停止针对平滑电容器C1的电力供给，因此在能够忽略来自平滑电容器C1的漏电流的值时有效。

如上所述，本实施方式是通过与多个发光元件列11～13分别串联连接的开关元件（MOSFET Q2～Q4）对并联连接的多个发光元件列11～13进行闪烁驱动的发光元件驱动装置，具有：电流检测用的电阻R1～R3，其将分别流过多个发光元件列11～13的电流分别检测为发光元件列电流；选择电路4，其选择最小的所述发光元件列电流；以及输出电压控制电路6，其以通过选择电路4选择的发光元件列电流成为预先设定的基准电流值的方式，对供给到多个发光元件列11～13的输出电压Vout进行控制。由此，不需要为了对发光元件列11～13进行闪烁驱动而使用恒流驱动器，能够使对发光元件列11～13进行闪烁驱动的开关元件（MOSFET Q2～Q4）中的功率丧失减少。

而且，根据本实施方式，具有平均电流控制电路5，其以多个发光元件列电流的平均值成为相同的值的方式，分别控制对多个开关元件（MOSFET Q2～Q4）进行接通/断开驱动的占空比。由此，即使由于发光元件列11～13的特性偏差，实际流过发光元件列11～13的电流的值不同的情况下，也能够使发光元件列11～13以相同的亮度来发光。

而且，根据本实施方式，输出电压控制电路6以如下所述的方式构成：在多个开关元件（MOSFET Q2～Q4）中的至少任意一个被接通驱动的开关元件接通期间，根据发光元件列电流控制输出电压Vout，在所有多个开关元件（MOSFET Q2～Q4）都被断开驱动的开关元件断开期间，根据紧前的开关元件接通期间的发光元件列电流来控制输出电压Vout。由此，即使在所有多个开关元件（MOSFET Q2～Q4）都被断开驱动，检测不到发光元件列电流的情况下，也能够根据紧前的开关元件接通期间的发光元件列电流而进行输出电压Vout的控制，能够进行稳定的反馈控制。

而且，根据本实施方式，输出电压控制电路6以如下所述的方式构成：根据由选择电路4选择的发光元件列电流来生成可变基准电压Vref2，根据可变基准电压Vref2对输出电压Vout进行反馈控制。由此，即使在所有多个开关元件（MOSFET Q2～Q4）都被断开驱动时，也由于以可变基准电压Vref2和对输出电压Vout进行分压得到的电压Vo相等的方式控制输出电压Vout，因此不会使输出电压Vout变得过高、或变得过低，能够进行稳定的反馈控制。

以上，虽然以具体的实施方式说明了本发明，但是上述实施方式为一例，当然可以在不脱离本发明的要旨的范围内进行变更来实施。

Claims

1.一种发光元件驱动装置，其通过与多个发光元件列分别串联连接而成的开关元件对并联连接的多个所述发光元件列进行闪烁驱动，该发光元件驱动装置的特征在于具有：

电流检测单元，其检测分别流过多个所述发光元件列的电流分别作为发光元件列电流；

选择单元，其选择该电流检测单元的检测结果中的最小的所述发光元件列电流；以及

输出电压控制单元，其对供给到多个所述发光元件列的输出电压进行控制，使得通过该选择单元选择的所述发光元件列电流成为预先设定的基准电流值。

2.根据权利要求1所述的发光元件驱动装置，其特征在于具有平均电流控制单元，该平均电流控制单元分别控制对多个所述开关元件进行接通/断开驱动的占空比，使得通过所述电流检测单元检测的多个所述发光元件列电流的平均值成为相同的值。

3.根据权利要求1或2所述的发光元件驱动装置，其特征在于，

所述输出电压控制单元

在对多个所述开关元件中的至少任意一个进行接通驱动的开关元件接通期间内，根据所述发光元件列电流控制所述输出电压，在对多个所述开关元件的全部进行断开驱动的开关元件断开期间内，根据紧前的所述开关元件接通期间内的所述发光元件列电流控制所述输出电压。

4.根据权利要求3所述的发光元件驱动装置，其特征在于，

所述输出电压控制单元生成与通过所述选择单元选择的所述发光元件列电流相关的基准电压，根据该基准电压对所述输出电压进行反馈控制。