CN104282779A - 投光元件驱动电路以及光电传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明的投光元件驱动电路以及光电传感器对于温度等外部变动输出稳定的LED电流。其具有：基于基准电压以及反馈电压产生电压的运算放大器；产生与输入电压相对应的电流的LED驱动晶体管；对运算放大器的输出与输出端子的连接/解除进行切换的切断用开关；对输出端子侧与运算放大器的反相输入端子侧的连接/解除进行切换的旁路开关；对输出端子侧向与运算放大器的输出不同的电位的连接/解除进行切换的关闭用开关；对运算放大器的输出侧与反相输入端子侧的连接/解除进行切换的稳定用开关；以及在使LED发光时使切断用开关以及旁路开关变为连接状态，在使LED熄灯时使关闭用开关以及稳定用开关变为连接状态的投光元件产生电路和NOT电路。

Description

投光元件驱动电路以及光电传感器
技术领域
本发明涉及一种输出驱动投光元件的电流的投光元件驱动电路以及光电传感器。
背景技术
在光电传感器中，在使LED发光并进行物体检测时，为了抑制LED的劣化，通过脉冲使LED发光/熄灯(例如参照专利文献1)。具体来说，例如像图6中示出的投光LED驱动电路(投光元件驱动电路)那样，在投光电路100中，通过依据从投光控制信号产生电路101输出的投光控制信号，将LED驱动晶体管2的基极电压转换为Vcc/GND，通过脉冲使LED3发光/熄灯。另外，实际上，在LED3发光时，从Vcc电压减去晶体管Q1这部分的集电极-射极间电压(Vce电压)后的电压被施加于LED驱动晶体管2的基极(输出电压102)。又，为了限制LED电流，在LED驱动晶体管2的射极侧连接有LED限流电阻4。
现有技术文献
专利文献
专利文献1日本特开平3-289714号公报
发明内容
发明要解决的课题
不过，光电开关是通过检测受光信号的信号强度来对检测物体的有无进行检测的开关。因此，例如在对半透明的检测物体进行检测时，需要捕捉由该检测物体导致的衰减光的微小变化。然而，在受光信号的波动较大的情况下，难以区分检测物体的有无和受光信号本身的变动。为了抑制该受光信号的波动，首先需要使LED电流一定。
在此，LED驱动晶体管2的基极-射极间电压(Vbe电压)根据温度而变化。然而，其温度特性已知为约-2mV/℃，能够进行一定程度上的设计预测。
另一方面，在图6中示出的现有电路中，由于晶体管Q1的Vce电压存在，因此被施加于LED驱动晶体管2的基极(输出端子102)的电压大大受到温度变动的影响。又，Vce电压对于每个电路偏差也很大。因此，LED电流就因温度变动而变动。
如上所述，一般已知有使用了晶体管的驱动电路，但是该驱动电路存在被施加于LED驱动晶体管2的基极的电压因温度变动而受到很大影响，无法输出稳定的LED电流的问题。
本发明是为了解决上述课题而做出的，其目的在于，提供一种能够使被施加于LED驱动晶体管的基极的电压不因温度等外部变动而受到影响，输出稳定的LED电流的投光元件驱动电路以及光电传感器。
用于解决课题的手段
本发明所涉及的投光元件驱动电路具有：电压产生电路，所述电压产生电路基于一定的基准电压以及反馈电压，产生调整了的电压，使得该反馈电压接近该基准电压；电压电流转换电路，所述电压电流转换电路产生与输入的电压相对应的电流；切断用开关，所述切断用开关对电压产生电路的输出与电压电流转换电路的输入的连接/解除进行切换；旁路开关，所述旁路开关对连接于切断用开关的电压电流转换电路的输入侧与电压产生电路的反馈电压的输入的连接/解除进行切换；关闭用开关，所述关闭用开关对连接于切断用开关的电压电流转换电路的输入侧向与电压产生电路的输出不同的电位的连接/解除进行切换；稳定用开关，所述稳定用开关对连接于切断用开关的电压产生电路的输出侧与该电压产生电路的反馈电压的输入的连接/解除进行切换；以及控制电路，所述控制电路在使投光元件发光的情况下使切断用开关以及旁路开关变为连接状态，在使该投光元件熄灯的情况下使关闭用开关以及稳定用开关变为连接状态。
发明效果
根据本发明，由于采用了上述那样的结构，因此施加于电压电流转换电路(LED驱动晶体管的基极)的电压能够不受到温度等外部变动的影响，能够输出稳定的LED电流。
附图说明
图1是示出本发明的实施形态1所涉及的投光元件驱动电路的结构的图。
图2是示出本发明的实施形态1所涉及的投光元件驱动电路的动作的各部位的波形时间图。
图3是示出本发明的实施形态1所涉及的投光元件驱动电路的动作的图，(a)是示出LED发光时的图，(b)是示出LED熄灯时的图。
图4是对本发明的实施形态1中的投光元件驱动电路的切断用开关的连接时的压降进行说明的图。
图5是示出本发明的实施形态2所涉及的投光元件驱动电路的结构的图。
图6是示出现有的投光元件驱动电路的结构的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施形态进行详细的说明。
实施形态1.
图1是示出本发明的实施形态1所涉及的投光元件驱动电路的结构的图。
投光元件驱动电路是输出驱动LED(投光元件)3的LED电流的电路。如图1所示，该投光元件驱动电路由输出一定的电压的投光电路1和输出与来自投光电路1的电压相对应的LED电流的LED驱动晶体管(电压电流转换电路)2构成。另外在实施形态1中，示出使用了NPN晶体管作为LED驱动晶体管2的情况。又，LED驱动晶体管2的集电极连接有LED3，射极连接有用于限制LED驱动电流的LED限流电阻4。
投光电路1具有运算放大器(电压产生电路)11、投光控制信号产生电路12、NOT电路13、切断用开关14、旁路开关15、关闭用开关16以及稳定用开关17。
运算放大器11基于一定的参考电压(基准电压)VREF以及反馈电压，产生调整了的电压，使得反馈电压接近参考电压。该运算放大器11的输出通过切断用开关14连接于LED驱动晶体管2的基极(输出端子18)。又，对运算放大器11的非反相输入端子输入参考电压。又，通过旁路开关15，对反相输入端子输入连接于切断用开关14的LED驱动晶体管2的基极侧的电压，或者通过稳定用开关17，对反相输入端子输入连接于切断用开关14的运算放大器11的输出侧的电压。
投光控制信号产生电路12产生用于控制各开关14～17的动作的投光控制信号。由该投光控制信号产生电路12产生的投光控制信号被输出至NOT电路13、切断用开关14以及旁路开关15。
NOT电路13对输入的投光控制信号进行逻辑否定(反相)。即，NOT电路13在作为投光控制信号输入了L电平的信号的情况下，输出H电平的信号，在输入了H电平的信号的情况下，输出L电平的信号。被该NOT电路13反相了的投光控制信号被输出至关闭用开关16以及稳定用开关17。
另外，投光控制信号产生电路12以及NOT电路13构成本发明的“在使投光元件发光的情况下，使切断用开关以及旁路开关成为连接状态，在使该投光元件熄灯的情况下，使关闭用开关以及稳定用开关为连接状态”。
切断用开关14依据输入的投光控制信号，对运算放大器11的输出与LED驱动晶体管2的基极的连接/解除进行切换。通过该切断用开关14，在不使LED3发光的情况下，使得来自运算放大器11的输出电压不施加于LED驱动晶体管2的基极。
旁路开关15依据输入的投光控制信号，对连接于切断用开关14的LED驱动晶体管2的基极侧与运算放大器11的反相输入端子的连接/解除进行切换。通过该旁路开关15，在切断用开关14为连接状态时，使连接于切断用开关14的LED驱动晶体管2的基极侧的电压反馈于运算放大器11。
关闭用开关16依据通过NOT电路13输入的投光控制信号，对连接于切断用开关14的LED驱动晶体管2的基极侧向与运算放大器11的输出不同的电位的连接/解除进行切换。另外在实施形态1中，关闭用开关16被构成为，对连接于切断用开关14的LED驱动晶体管2的基极侧与GND的连接/解除进行切换。通过该关闭用开关16，在切断用开关14为解除状态时，使连接于切断用开关14的LED驱动晶体管2的基极侧的电压成为GND电位。
稳定用开关17依据通过NOT电路13输入的投光控制信号，对连接于切断用开关14的运算放大器11的输出侧与运算放大器11的反相输入端子的连接/解除进行切换。通过该稳定用开关17，在切断用开关14为解除状态时，使连接于切断用开关14的运算放大器11的输出侧电压反馈于运算放大器11。
接下来，参照图1～4，对如上述那样构成的投光元件驱动电路的动作进行说明。
在投光元件驱动电路的动作中，在使LED3发光的情况下，如图1、图2的(a)所示，投光控制信号产生电路12产生H电平的信号作为投光控制信号，并输出至NOT电路13、切断用开关14以及旁路开关15。然后，NOT电路13将该H电平的投光控制信号反相，将L电平的信号输出至关闭用开关16以及稳定用开关17。
由此，如图2的(a)、图3的(a)所示，被输入了H电平的投光控制信号的切断用开关14以及旁路开关15变为连接状态(ON)，被输入了L电平的投光控制信号的关闭用开关16以及稳定用开关17变为解除状态(OFF)。
然后，通过切断用开关14变为连接状态，从而来自运算放大器11的电压被施加于LED驱动晶体管2的基极。此时，对于运算放大器11，由于基于参考电压VREF产生了输出电压，因此能够将相对于温度等外部环境不变化的稳定的电压施加于LED驱动晶体管2的基极。因此，LED驱动晶体管2的基极电压就变得一定，能够使LED电流的电流值为一定。
另一方面，如图4所示，通过使切断用开关14为连接状态，从而通过LED驱动晶体管2的基极电流IB,ON和切断用开关14的导通电阻RON，在切断用开关14的两端产生压降RON·IB,ON。因此，在切断用开关14为连接状态的情况下，通过使旁路开关15为连接状态，使向运算放大器11的反馈电压为包含了由切断用开关14的导通电阻RON导致的误差的值。由此，能够消除由LED驱动晶体管2的基极电流IB,ON和切断用开关14的导通电阻RON导致的压降的影响，能够提高投光电路1的输出电压的电压精度。
接下来，在使LED3熄灯的情况下，如图1、图2的(b)所示，投光控制信号产生电路12产生L电平的信号作为投光控制信号，并输入至NOT电路13、切断用开关14以及旁路开关15。然后，NOT电路13将该L电平的投光控制信号反相，将H电平的信号输出至关闭用开关16以及稳定用开关17。
由此，如图2的(b)、图3的(b)所示，被输入了L电平的投光控制信号的切断用开关14以及旁路开关15变为解除状态(OFF)，被输入了H电平的投光控制信号的关闭用开关16以及稳定用开关17变为连接状态(ON)。
然后，通过切断用开关14为解除状态，从而来自运算放大器11的电压不被施加于LED驱动晶体管2的基极，能够使LED3熄灯。
另一方面，即使解除切断用开关14并停止向LED驱动晶体管2施加电压，由在LED驱动晶体管2的基极产生的寄生电容也会导致关闭时间变长，LED3无法熄灯。因此，在使LED3熄灯时通过使关闭用开关16为连接状态，使连接于切断用开关14的输出端子18侧的电压为GND电位。由此，能够使LED驱动晶体管2强制性地关闭，能够在使LED3熄灯时加快过渡时间。
又，在将LED3熄灯时，如果使运算放大器11的输出自参考电压VREF变大，则接下来使LED3发光时的过渡时间就会变长。因此，通过在使LED3熄灯的期间使稳定用开关17为连接状态，使连接于切断用开关14的运算放大器11的输出侧的电压反馈于运算放大器11。由此，即使在LED3熄灯时也能够将连接于切断用开关14的运算放大器11输出侧的电压固定于参考电压附近，在使LED3发光时，能够仅以由切断用开关14的导通电阻导致的误差部分的电位差的变动过渡为施加状态。
如上所述，根据本实施形态1，由于具有：运算放大器11，所述运算放大器11基于一定的参考电压以及反馈电压，产生调整了的电压，使得反馈电压靠近参考电压；LED驱动晶体管2，所述LED驱动晶体管2产生与输入的电压相对应的LED电流；切断用开关14，所述切断用开关14对运算放大器11的输出与LED驱动晶体管2的基极的连接/解除进行切换；旁路开关15，所述旁路开关15对连接于切断用开关14的LED驱动晶体管2的基极侧与运算放大器11的反相输入端子侧的连接/解除进行切换；关闭用开关16，所述关闭用开关16对连接于切断用开关14的LED驱动晶体管2的基极侧与GND的连接/解除进行切换；稳定用开关17，所述稳定用开关17对连接于切断用开关14的运算放大器11的输出侧与该运算放大器11的反相输入端子侧的连接/解除进行切换；以及投光元件产生电路12和NOT电路13，所述投光元件产生电路12和NOT电路13在使LED3发光的情况下使切断用开关14以及旁路开关15变为连接状态，在使该LED3熄灯的情况下使关闭用开关16以及稳定用开关17变为连接状态，因此，能够使施加于LED驱动晶体管2的基极的电压不受到因温度等外部变动的影响，输出稳定的LED电流。
实施形态2.
在实施形态1中，示出使用了NPN晶体管作为LED驱动晶体管2的情况。与此相对地，在实施形态2中，示出使用PNP晶体管作为LED驱动晶体管2b，将电路结构从GND基准变更为电源Vcc基准的情况。
图5是示出本发明的实施形态2所涉及的投光元件驱动电路的结构的图。图5中示出的实施形态2的投光电路1是将图1中示出的实施形态1的投光电路1的关闭用开关16变更成了关闭用开关16b的电路。
关闭用开关16b依据通过NOT电路13输入的投光控制信号，对连接于切断用开关14的LED驱动晶体管2b的基极侧向与运算放大器11的输出不同的电位的连接/解除进行切换。另外在实施形态2中，关闭用开关16b被构成为，对连接于切断用开关14的LED驱动晶体管2b的基极侧与电源Vcc的连接/解除进行切换。通过该关闭用开关16b，在切断用开关14为解除状态时，使连接于切断用开关14的LED驱动晶体管2b的基极侧的电压为Vcc电位。
又，使被输入到运算放大器11的非反相输入端子的参考电压也以Vcc为基准产生。
其他的结构和动作与实施形态1中的结构和动作相同，省略其说明。
如上所述，根据本实施形态2，即使是使用PNP晶体管代替NPN晶体管这样的结构，也能够得到和实施形态1一样的效果。
另外在实施形态1、2中，示出使用了双极性晶体管作为LED驱动晶体管2、2b的情况。然而，不仅限于此，也可以使用MOS晶体管等电场型晶体管作为LED驱动晶体管2、2b。
又，实施形态1、2的结构的差异仅在于关闭用开关16、16b的连接形态和参考电压的施加方法。因此，也能够采用搭载NPN、PNP的双驱动模式，能够选择使用任一方的驱动模式的结构。
在该情况下，作为LED驱动晶体管2，具有NPN晶体管或PNP晶体管，或具有NPN晶体管或PNP晶体管这两者，作为关闭用开关16，具有对连接于切断用开关14的LED驱动晶体管2的基极侧与GND的连接/解除进行切换的开关，以及对连接于切断用开关14的LED驱动晶体管2的基极侧与电源Vcc的连接/解除进行切换的开关。又，作为参考电压，采用能够对GND基准的电压和电源Vcc基准的电压进行切换的结构。并且，具有选择NPN晶体管或PNP晶体管中的一方的选择部，以及根据选择部的选择，对使用的参考电压以及关闭用开关16进行切换的切换控制部。另外，参考电压可以通过对于Vcc-GND之间的电阻来容易地实现，该电阻分压根据NPN晶体管/PNP晶体管的选择切换分压点。
另外，本发明在其发明的范围内，可以进行各实施形态的自由组合，或各实施形态的任意结构要素的变形，或者对各实施形态省略任意结构要素。
符号说明
1   投光电路
2、2b   LED驱动晶体管(电压电流转换电路)
3   LED(投光元件)
4   LED限流电阻
11  运算放大器(电压产生电路)
12  投光控制信号产生电路(控制电路)
13  NOT电路(控制电路)
14  切断用开关
15  旁路开关
16、16b  关闭用开关
17  稳定用开关
18  输出端子。

Claims (5)

1.一种输出驱动投光元件的电流的投光元件驱动电路，其特征在于，具有：
电压产生电路，所述电压产生电路基于一定的基准电压以及反馈电压产生调整了的电压，使得该反馈电压接近该基准电压；
电压电流转换电路，所述电压电流转换电路产生与输入的电压相应的所述电流；
切断用开关，所述切断用开关对所述电压产生电路的输出与所述电压电流转换电路的输入的连接/解除进行切换；
旁路开关，所述旁路开关对连接于所述切断用开关的所述电压电流转换电路的输入侧与所述电压产生电路的反馈电压的输入的连接/解除进行切换；
关闭用开关，所述关闭用开关对连接于所述切断用开关的所述电压电流转换电路的输入侧向与所述电压产生电路的输出不同的电位的连接/解除进行切换；
稳定用开关，所述稳定用开关对连接于所述切断用开关的所述电压产生电路的输出侧与该电压产生电路的反馈电压的输入的连接/解除进行切换；以及
控制电路，所述控制电路在使所述投光元件发光的情况下使所述切断用开关以及所述旁路开关变为连接状态，在使该投光元件熄灯的情况下使所述关闭用开关以及所述稳定用开关变为连接状态。
2.如权利要求1所记载的投光元件驱动电路，其特征在于，
作为所述电压电流转换电路，具有NPN晶体管和PNP晶体管中的任一个，或具有NPN晶体管和PNP晶体管这两者，
被输入到所述电压产生电路的所述基准电压是以GND为基准产生的电压或以规定的电源为基准产生的电压，
作为所述关闭用开关，具有对连接于所述切断用开关的所述电压电流转换电路的输入侧与所述GND的连接/解除进行切换的开关，以及对连接于所述切断用开关的所述电压电流转换电路的输入侧与所述电源的连接/解除进行切换的开关，
所述投光元件驱动电路具有：
选择部，所述选择部选择所述NPN晶体管或所述PNP晶体管中的任一个；和
切换控制部，所述切换控制部根据所述选择部的选择，对使用的所述基准电压以及所述关闭用开关进行切换。
3.如权利要求1所记载的投光元件驱动电路，其特征在于，
所述电压电流转换电路是NPN晶体管，
被输入到所述电压产生电路的所述基准电压是以GND为基准产生的电压，
所述关闭用开关对连接于所述切断用开关的所述电压电流转换电路的输入侧与所述GND的连接/解除进行切换。
4.如权利要求1所记载的投光元件驱动电路，其特征在于，
所述电压电流转换电路是PNP晶体管，
被输入到所述电压产生电路的所述基准电压是以规定的电源为基准产生的电压，
所述关闭用开关对连接于所述切断用开关的所述电压电流转换电路的输入侧与所述电源的连接/解除进行切换。
5.一种光电传感器，其特征在于，具有：
如权利要求1至权利要求4中的任意一项所记载的投光元件驱动电路；以及
投光元件，所述投光元件根据从所述投光元件驱动电路输出的所述电流进行发光。
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