CN112867201A

CN112867201A - 半导体发光元件的点亮控制方法、点亮控制装置、发光装置

Info

Publication number: CN112867201A
Application number: CN202011245374.1A
Authority: CN
Inventors: 关户敬三
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2019-11-12
Filing date: 2020-11-10
Publication date: 2021-05-28
Also published as: JP2021077561A; US11375589B2; US20210144821A1; JP7345360B2

Abstract

本发明提供半导体发光元件的点亮控制方法、点亮控制装置、发光装置。目的在于抑制LED电流的过冲并缩短到点亮开始为止的时间。通过使用点亮控制装置来控制流过半导体发光元件的电流，进行半导体发光元件的点亮控制，点亮控制装置具有：开关元件，其具有用于控制导通状态的控制端子，并且与半导体发光元件串联连接；以及控制控制端子的控制电路，其中，半导体发光元件的点亮控制方法包括如下步骤：第1步骤，控制电路使开关元件的控制端子的控制电压以相对短的时间从初始值渐增到第1值；以及第2步骤，控制电路使开关元件的控制端子的控制电压以相对长的时间从第1值渐增到第2值。

Description

半导体发光元件的点亮控制方法、点亮控制装置、发光装置

技术领域

本发明涉及LED(Light Emitting Diode：发光二极管)等半导体发光元件的点亮控制技术。

背景技术

使用LED的闪光灯装置是已知的，例如用于在照相机摄影时向被摄体照射光。例如在日本特开2019-144468号公报(专利文献1)中记载了使用这种LED的闪光灯装置的现有例。在这样的闪光灯装置中，例如将FET(场效应型晶体管)与LED串联连接并对它们提供驱动电压，使FET的栅极电压逐渐上升而使源极漏极间成为导通状态，由此使电流流过LED。而且，检测流过LED的电流(以下，称为“LED电流”。)，如果该LED电流成为规定值，则停止FET的栅极电压的上升并维持该栅极电压，由此能够以恒定电流点亮LED。

然而，在上述的闪光灯装置中，为了进一步缩短到LED的点亮开始为止所需的时间，只要使FET的栅极电压更快地上升即可，但在该情况下，由于从由控制部检测出LED电流起到停止栅极电压的上升为止的时滞，会发生暂时产生过大的LED电流的现象(所谓的过冲(overshoot))。与此相对，如果使FET的栅极电压的上升缓慢，则能够防止过冲的发生，但在该情况下，直到LED的点亮开始为止所需要的时间变长。由此，作为闪光灯装置，发生照射光的发光延迟，因此不优选。这样的问题不限于闪光灯装置，在发光装置中一般都是同样的。

[在先技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本特开2019-144468号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

本发明的具体方式的目的之一在于提供一种点亮控制技术，在使用LED等半导体发光元件的发光装置中，能够抑制LED电流的过冲并缩短到点亮开始为止的时间。

[用于解决问题的手段]

[1]本发明的一个方式的一种半导体发光元件的点亮控制方法，(a)通过使用点亮控制装置来控制流过半导体发光元件的电流，进行所述半导体发光元件的点亮控制，所述点亮控制装置具有：开关元件，其具有用于控制导通状态的控制端子，并且与所述半导体发光元件串联连接；以及控制所述控制端子的控制电路，所述半导体发光元件的点亮控制方法包括如下步骤：(b)第1步骤，所述控制电路使所述开关元件的所述控制端子的控制电压以相对短的时间从初始值渐增到第1值；以及(c)第2步骤，所述控制电路使所述开关元件的所述控制端子的所述控制电压以相对长的时间从所述第1值渐增到第2值。

[2]本发明的一个方式的点亮控制装置，(a)通过控制流过所述半导体发光元件的电流来进行所述半导体发光元件的点亮控制，所述半导体发光元件的点亮控制装置具有：(b)开关元件，其具有用于控制导通状态的控制端子，并且与所述半导体发光元件串联连接；(c)向所述控制端子提供控制电压的控制电路，(d)所述控制电路使所述开关元件的所述控制端子的控制电压以相对短的时间从初始值渐增到第1值，然后使所述开关元件的所述控制电压以相对长的时间从所述第1值渐增到第2值。

[3]本发明的一个方式的发光装置，包括：上述的点亮控制装置；和由所述点亮控制装置进行点亮控制的半导体发光元件。

根据上述结构，在使用LED等半导体发光元件的发光装置中，能够在抑制LED电流的过冲的同时缩短到点亮开始为止的时间。

附图说明

图1是示出第1实施方式的闪光灯装置的结构的电路图。

图2的(A)是用于对点亮控制装置的动作进行说明的时序图。图2的(B)是局部地放大图2的(A)所示的栅极电压的波形的图。

图3是用于说明参考例的点亮控制装置的动作的时序图。

图4是示出第2实施方式的闪光灯装置的结构的电路图。

图5是示出第3实施方式的闪光灯装置的结构的电路图。

图6是用于对点亮控制装置的动作进行说明的时序图。

附图标记

10a:点亮控制装置；11a：电压附加电路；100a：闪光灯装置；U1：控制部；R1、R2：电阻元件；C1、C2、C3：电容器；Q1、Q2:场效应型晶体管

具体实施方式

(第1实施方式)

图1是示出第1实施方式的闪光灯装置的结构的电路图。本实施方式的闪光灯装置100a构成为包括点亮控制装置10a和由该点亮控制装置10a进行点亮控制的LED 1、LED 2。该闪光灯装置100a例如内置于照相机中使用，从未图示的电源电路接受电压V_in的供给而动作，当从未图示的照相机的控制部接受了发光信号时，驱动LED 1、2而产生闪光。根据从照相机的控制部提供的光量控制信号来设定闪光的光量。

另外，在图示的例子中使用了串联连接的两个LED 1、2，但LED的数量不限于两个，可以任意增减。另外，几个LED之间可以并联连接，也可以串并联连接。

点亮控制装置10a构成为包括：控制部U1、电容器(电容元件)C1、C2、C3、电阻元件R1、R2、二极管D1、场效应型晶体管Q1、Q2。另外，场效应型晶体管Q1对应于本发明的“开关元件”，除此之外的结构对应于本发明的“控制电路”(在第2、第3实施方式中也相同)。

控制部U1例如使用微型计算机构成，控制点亮控制装置10a的整体动作。该控制部U1通过端子IN和端子GND从电源电路接受电压V_in的供给而动作。此外，控制部U1利用端子PWM1接受发光信号的输入，利用端子ICTRL接受光量控制信号的输入。另外，控制部U1利用端子ISP、ISN1进行电流检测。另外，控制部U1从端子G1向场效应型晶体管Q1的栅极供给控制电压。另外，作为这样的控制部U1，例如可以使用公知的德州仪器(テキサスインスツルメンツ)公司制造的由TPS92830-Q1的型号确定的设备。

电阻元件R1与LED 1、2串联连接。详细地说，电阻元件R1的一端侧与电压V_in的供给端子连接，另一端侧与LED 1的阳极连接。该电阻元件R1的一端侧与控制部U1的端子ISP连接，另一端侧与端子ISN1连接，用于控制部U1中的电流检测。在此检测出的电流相当于流过LED 1、2的电流。电阻元件R1的电阻值例如为0.1Ω。

场效应型晶体管Q1的电流路径(源极·漏极间区域)与LED 1、2串联连接，栅极(控制端子)与控制部U1的端子G1连接。详细地说，场效应型晶体管Q1的电流路径的一端侧与LED 2的阴极连接，另一端侧与GND端子(基准电位端子)连接。

场效应型晶体管Q2的电流路径的一端侧经由电阻元件R2与1.6V电源连接，另一端侧经由二极管D1与场效应型晶体管Q1的栅极连接，栅极与发光信号的输入端子连接。

二极管D1的阳极与场效应型晶体管Q2的电流路径连接，阴极与场效应型晶体管Q1的栅极连接。电阻元件R2的一端侧与场效应型晶体管Q2的电流路径连接，另一端侧与1.6V电源连接。

电容器C1连接在控制部U1的端子IN和端子GND之间。电容器C2的一端侧与控制部U1的端子G1以及场效应型晶体管Q1的栅极连接，另一端侧与GND端子连接。电容器C3的一端侧与1.6V电源连接，另一端侧与GND端子连接。电容器C1的电容值为例如100μF，电容器C2的电容值为例如0.013μF，电容器C3的电容值为例如0.1μF。

电压附加电路11a包括场效应型晶体管Q2、电阻元件R2、电容器C3和二极管D1。该电压附加电路11a是用于针对场效应型晶体管Q1的栅极，对从控制部U1提供的电压进一步附加电压的电路。

接着，参照图2的(A)、图3所示的时序图，对点亮控制装置10a的动作进行说明。图2的(A)是本实施方式的点亮控制装置10a的时序图，图3是参考例的点亮控制装置的时序图。另外，图2的(B)是局部地放大表示图2的(A)所示的栅极电压的波形的图。另外，这里的参考例的点亮控制装置是从图1所示的点亮控制装置10a中省略了由场效应型晶体管Q2、电阻元件R2、电容器C3、二极管D1构成的电压附加电路11a的结构的点亮控制装置。在各图中，分别在第1段表示发光信号的波形，在第2段表示场效应型晶体管Q1的栅极电压的波形，在第3段表示LED 2的阴极电压的波形，在第4段表示流过LED 1、2的电流(LED电流)的波形。

首先，说明整体的动作。在控制部U1的端子PWM1中，当发光信号从低电平变化为高电平(发光指示)时，从控制部U1的端子G1流出电流(例如0.3mA)对电容器C2充电，场效应型晶体管Q1的栅极电压上升。当栅极电压超过阈值时，场效应型晶体管Q1的电流路径导通，电流流过LED 1、2。该电流也流过电阻元件R1，由控制部U1的端子ISP、ISN1进行电流检测。即，控制部U1具有作为电流检测部的功能。控制部U1控制从端子G1流出的电流，使得通过电流检测在端子ISP、ISN1之间得到的电压与提供给ICTRL的光量控制信号的电压成为恒定的关系(例如使端子ISP-ISN1间电压的5倍的电压与光量控制信号的电压相等)。由此，能够使LED 1、2以期望大小的电流点亮。

在此，从发光信号变化为高电平开始到流过LED 1、2的电流成为所希望的大小为止所需要的时间基本上由来自控制部U1的端子G1的电流与电容器C2的电容以及场效应型晶体管Q1的栅极·源极间耦合电容所决定。在参考例的点亮控制装置中，例如当设期望的电流流过LED 1、2时的栅极电压为1.6V，电容器C2的电容为0.013μF时，流过LED 1、2的电流成为期望的大小(例如1.8A)为止所需的时间(图3所示的从时刻t0到时刻t2'为止的时间)约为70μs。

与此相对，在本实施方式的点亮控制装置10a中，如果发光信号成为高电平，则与其对应地场效应型晶体管Q2导通，从1.6V电源开始经由电阻元件R2、二极管D1向场效应型晶体管Q1的栅极施加电压。此时的电压为减去二极管D1的正向下降电压Vf(例如0.6V)后的1.0V。

由场效应型晶体管Q2、二极管D1、电阻元件R2等构成的电压附加电路11a所提供的电压急剧上升，所以如图2的(B)的放大图所示，场效应型晶体管Q1的栅极电压也以相对短的时间(从时刻t0到时刻t1的时间)从0V(初始值)急剧地渐增到1.0V(第1值)。然后，从时刻t1到时刻t2，利用来自控制部U1的端子G1的电流，场效应型晶体管Q1的栅极电压以相对长的时间(从时刻t1到时刻t2的时间)从1.0V缓慢地渐增到1.6V(第2值)。在栅极电压上升到1.6V后(时刻t2以后)维持该栅极电压。

通过这样控制场效应型晶体管Q1的栅极电压，如果是与上述参考例相同的条件，则流过LED 1、2的电流成为所希望的大小所需要的时间(图2的(A)所示的从时刻t0到时刻t2的时间)缩短为约20μs。此外，由于使栅极电压以2个阶段渐增，所以能够抑制流过LED 1、2的电流大幅超过所希望的大小的现象即过冲。

另外，在上述说明中，作为栅极电压的第1值例示了1.0V，作为第2值例示了1.6V，但如果考虑场效应型晶体管Q1的固体偏差或温度变化等，则优选将栅极电压的第1值相对于第2值设定为50％以上70％以下的大小。在另一观点中，优选将栅极电压的第1值设置为使得根据所述第1值而流过LED 1、2的电流的大小与根据第2值而流过LED 1、2的电流的大小相比为0.1％以上且10％以下。

(第2实施方式)

图4是示出第2实施方式的闪光灯装置的结构的电路图。本实施方式的闪光灯装置100b的基本结构与上述第1实施方式的闪光灯装置100a相同，点亮控制装置10b中的电压附加电路11b的结构与第1实施方式中的电压附加电路11a不同。以下，对重复的部分省略说明，主要对变更部分进行说明。

电压附加电路11b包括场效应型晶体管Q2、Q3、Q4、电阻元件R2、R3、R4、R5、以及电容器C3。场效应型晶体管Q2、电阻元件R2、电容器C3的连接状态与第1实施方式的情况相同。但是，在电阻元件R2和电容器C3的各一端侧未设置1.6V电源。

电阻元件R3连接在发光信号的输入端子和场效应型晶体管Q2的栅极之间。场效应型晶体管Q3的栅极连接在LED 2的阴极和场效应型晶体管Q1之间，电流路径的一端侧与电压V_in的供给端子连接，另一端侧经由电阻元件R5与GND端子连接。场效应型晶体管Q4的栅极连接在场效应型晶体管Q3的电流路径和电阻元件R5之间，电流路径的一端侧与场效应型晶体管Q2的栅极连接，另一端侧与GND端子连接。

接着，参照图2的(A)所示的时序图，对点亮控制装置10b的动作进行说明。该点亮控制装置10b的整体的动作与第1实施方式的点亮控制装置10a相同，所以在此主要关于不同点进行说明。

在本实施方式的点亮控制装置10b中，当发光信号成为高电平时，相应地场效应型晶体管Q2导通。由此，向场效应型晶体管Q1的栅极提供电压。

当场效应型晶体管Q1的栅极电压达到阈值时，场效应型晶体管Q1的电流路径导通。由此，LED 2的阴极电压下降(参照图2的(A)的第3段波形中的a点)，所以由场效应型晶体管Q3检测出该下降。具体地说，场效应型晶体管Q3、Q4分别成为导通状态，各电流路径导通。由此，场效应型晶体管Q2的栅极与GND端子连接，场效应型晶体管Q2成为截止状态，对场效应型晶体管Q1的栅极的电压附加停止。

然后，通过来自控制部U1的端子G1的电流，场效应型晶体管Q1的栅极电压缓慢地渐增到1.6V。在栅极电压上升到1.6V后(时刻t2以后)维持该栅极电压。

这样，根据第2实施方式的点亮控制装置10b，也能够抑制流过LED 1、2的电流的过冲，并且缩短到点亮开始为止的时间。

(第3实施方式)

图5是示出第3实施方式的闪光灯装置的结构的电路图。本实施方式的闪光灯装置100c的基本结构与上述第2实施方式的闪光灯装置100b相同，点亮控制装置10c中的电压附加电路11c的结构与第2实施方式中的电压附加电路11b不同。以下，对重复的部分省略说明，主要对变更部分进行说明。

电压附加电路11c包括场效应型晶体管Q2、Q3、Q4、电阻元件R2、R3、R4、R5、R6、电容器C3而构成。与第2实施方式的结构的不同点在于，附加了电阻元件R6，以及场效应型晶体管Q3的栅极与控制部U1的端子G2连接。电阻元件R6连接在电阻元件R1和LED 1之间。控制部U1通过在端子IPS与端子ISN1之间检测电阻元件R1的两端电压，在端子IPS与端子ISN2之间检测电阻元件(R1+R6)的两端电压，来检测流过LED 1、2的电流。即，控制部U1具有作为电流检测部的功能。

接着，参照图6所示的时序图，对点亮控制装置10c的动作进行说明。该点亮控制装置10c的整体的动作与第1实施方式的点亮控制装置10a、第2实施方式的点亮控制装置10b相同，所以在此主要关于不同点进行说明。

在本实施方式的点亮控制装置10c中，当发光信号成为高电平时，相应地场效应型晶体管Q2导通。由此，向场效应型晶体管Q1的栅极提供电压。这里，由于将电阻元件R1、R6串联连接，所以例如如果将它们设为相同的电阻值，则当流过LED 1、2的电流相对于所希望的大小为其1/2的大小时(参照图6的第4段波形中的b点)，控制部U1利用端子IPS-ISN2检测该电流，由于端子G2以吸入电流的方式动作，所以场效应型晶体管Q3的栅极电压成为GND电平(基准电位)。由此，场效应型晶体管Q3、Q4成为导通状态，场效应型晶体管Q2成为截止，对场效应型晶体管Q1的栅极的电压附加停止。

然后，利用来自控制部U1的端子G1的电流，场效应型晶体管Q1的栅极电压缓慢地渐增到1.6V。在栅极电压上升到1.6V后(时刻t2以后)维持该栅极电压。

这样，根据第3实施方式的点亮控制装置10c，也能够抑制流过LED 1、2的电流的过冲，并且缩短到点亮开始为止的时间。

另外，在第3实施方式中，在LED 1、2中流过的电流相对于期望的大小成为其1/2的大小时，由控制部U1检测出该电流，但优选将成为该检测基准的电流的大小以流过LED 1、2的电流成为所希望的大小的情况为基准，设定在30％以上70％以下的范围内。这可以通过电阻元件R1、R6的电阻值来调整。

另外，本发明并不限定于上述的各实施方式的内容，在本发明的主旨的范围内能够进行各种变形来实施。例如，在各实施方式中，作为半导体发光元件的一例使用了LED，但半导体发光元件不限于此，例如也可以使用半导体激光器(LD)等半导体发光元件。同样，在各实施方式中，作为开关元件的一例使用了场效应型晶体管，但开关元件不限于此。

此外，各实施方式中的电路结构是一个例子，只要是能够得到期望的动作的电路结构即可，能够适当变更电路结构来实施。即，也可以进一步附加在各实施方式中没有示出的其他元件等，只要能够实现同样的点亮控制方法即可，电路结构也可以不同。

另外，本发明所涉及的点亮控制装置以及点亮控制方法的应用范围并不限定于闪光灯装置，在期望在比较短的时间内产生高光量的发光装置中一般都能够应用本发明。

Claims

1.一种半导体发光元件的点亮控制方法，所述点亮控制方法通过使用点亮控制装置来控制流过所述半导体发光元件的电流，进行所述半导体发光元件的点亮控制，所述点亮控制装置具有：开关元件，其具有用于控制导通状态的控制端子，并且与所述半导体发光元件串联连接；以及控制所述控制端子的控制电路，

其中，所述半导体发光元件的点亮控制方法包括如下步骤：

第1步骤，所述控制电路使所述开关元件的所述控制端子的控制电压以相对短的时间从初始值渐增到第1值；以及

第2步骤，所述控制电路使所述开关元件的所述控制端子的所述控制电压以相对长的时间从所述第1值渐增到第2值。

2.根据权利要求1所述的半导体发光元件的点亮控制方法，其中，

所述第1步骤中的所述控制电压的所述第1值的大小相当于所述第2值的50％以上70％以下。

3.根据权利要求1所述的半导体发光元件的点亮控制方法，其中，

所述第1步骤中的所述控制电压的所述第1值被设定为：与所述第1值对应而流过所述半导体发光元件的电流的大小为与所述第2值对应而流过所述半导体发光元件的电流的大小的0.1％以上10％以下。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的半导体发光元件的点亮控制方法，其中，

在所述第1步骤中，所述控制电路一边检测所述半导体发光元件的阴极电压，一边使所述控制端子的控制电压从所述初始值开始渐增，在检测出所述阴极电压的降低时，使所述控制电压的渐增停止，

停止所述渐增的时刻的所述控制电压的大小相当于所述第1值。

5.根据权利要求1～3中的任一项所述的半导体发光元件的点亮控制方法，其中，

在所述第1步骤中，所述控制电路一边检测流过所述半导体发光元件的电流，一边使所述控制端子的控制电压从所述初始值开始渐增，在所述电流成为与所述第2值对应的电流的30％以上70％以内的大小时，停止所述控制电压的渐增，

6.一种半导体发光元件的点亮控制装置，该点亮控制装置通过控制流过所述半导体发光元件的电流来进行所述半导体发光元件的点亮控制，

其中，所述半导体发光元件的点亮控制装置具有：

开关元件，其具有用于控制导通状态的控制端子，并且与所述半导体发光元件串联连接；以及

向所述控制端子提供控制电压的控制电路，

所述控制电路使所述开关元件的所述控制端子的控制电压以相对短的时间从初始值渐增到第1值，然后使所述开关元件的所述控制电压以相对长的时间从所述第1值渐增到第2值。

7.根据权利要求6所述的半导体发光元件的点亮控制装置，其中，

所述控制电压的所述第1值的大小相当于所述第2值的50％以上70％以下。

8.根据权利要求6所述的半导体发光元件的点亮控制装置，其中，

所述控制电压的所述第1值被设定为：与所述第1值对应而流过所述半导体发光元件的电流的大小成为与所述第2值对应而流过所述半导体发光元件的电流的大小的0.1％以上10％以下。

9.根据权利要求6～8中的任一项所述的半导体发光元件的点亮控制装置，其中，

所述控制电路具有检测所述半导体发光元件的阴极电压的电压检测部，一边利用所述电压检测部检测所述阴极电压，一边使所述控制端子的控制电压从所述初始值开始渐增，当由所述电压检测部检测到所述阴极电压的降低时，使所述控制电压的渐增停止，

10.根据权利要求6～8中的任一项所述的半导体发光元件的点亮控制装置，其中，

所述控制电路具有检测流过所述半导体发光元件的电流的电流检测部，一边利用所述电流检测部检测流过所述半导体发光元件的电流，一边使所述控制端子的控制电压从所述初始值开始渐增，当由所述电流检测部检测到所述电流成为与所述第2值对应的电流的30％以上70％以内的大小时，使所述控制电压的渐增停止，

11.一种发光装置，其包括：

权利要求6～10中的任一项所述的点亮控制装置；以及

由所述点亮控制装置进行点亮控制的半导体发光元件。