CN1670792A - 发光元件驱动装置及具备发光元件的便携设备 - Google Patents

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Abstract

通常，对于R、G、B三种LED，R－LED用电池电压、G、B－LED用升压电压来驱动。监视电池电压，当电池电压下降后，切换为对所有LED都用升压电压来驱动。从而，实现在具备将电池作为电源、驱动发光所需电压各不同的多个系统的发光元件(R、G、B)的发光元件驱动装置及发光元件的便携设备中，能够在减少发光元件列发光所带来的损耗的同时，扩大电池电压能够利用的范围。

Description

发光元件驱动装置及具备发光元件的便携设备
技术领域
本发明，涉及一种驱动LED(发光二极管)等由高电压驱动的发光元件的发光元件驱动装置、及配备发光元件的便携设备。
背景技术
LED等发光元件，在便携电话机等当中，被用作来电显示中的多色显示的显示元件、LCD(液晶显示装置)的背光灯、相机拍照时的闪光灯用的光源等。因此，很多时候要同时使用红色(R)发光二极管、绿色(G)发光二极管、蓝色(B)发光二极管。
使LED发光时，作为驱动电压，需要在对应发光光量的LED电压下降(压降)上，加上对发光进行控制的驱动器等的控制电压之后的电压。使用电池电压令便携设备等的LED发光时，可以使用将该电池电压由升压电路升压后的高电压。
然而，LED，根据其发光颜色，发光所需的电压也有所不同。在白色LED和绿色、蓝色LED中，每个约为3.5V～4.0V左右；而红色LED，每个约为2.8V～3.0V左右，用稍低一点的电压也能发光。
例如，如专利文献1所公示，用额定电压为3V的电池来使多色LED发光时，一方面对每个需要电压较大的绿色LED和蓝色LED使用将电池电压升压后的升压电压使其发光，另一方面对每个需要电压较小的红色LED直接使用电池电压使其发光。
但是，现有的专利文献1中，当电压降低时，有时会低于使红色LED发光所需的电压。此时，能够使用的电池电压的下限，被红色LED的发光电压所限制。因此，存在所谓无法充分使用电池的充电能量的问题。
专利文献1：特开2002-214677号公报。
发明内容
因此，本发明的目的在于：在将电池作为电源，发光所需电压不同的多个系统(系列)的发光元件列的发光元件驱动装置及备有发光元件的便携设备中，能够在减少发光元件列的发光带来的损耗的同时，扩大电池电压能够利用的范围。
本发明之一的发光元件驱动装置，其特征在于，具备：
升压电路，其将电源电压升压并在升压电压输出端产生升压电压；
电压切换电路，其切换所述电源电压和所述升压电压并输出到切换电压输出端；
第1驱动器，其设置于所述切换电压输出端和基准电压点之间、可与第1发光元件系统串联连接，根据第1指令信号进行控制；以及，
第2驱动器，其设置于所述升压电压输出端和所述基准电压点之间、可与产生比所述第1发光元件系统所产生的压降更大的压降的第2发光元件系统串联连接、根据第2指令信号进行控制。
本发明之二的发光元件驱动装置，其特征在于，在本发明之一的发光元件驱动装置中，还具备第3驱动器，其设置于所述升压电压输出端和所述基准电压点之间、可与产生比所述第1发光元件系统所产生的压降更大的压降的第3发光元件系统串联连接、根据第3指令信号进行控制。
本发明之三的发光元件驱动装置的特征在于，在本发明之一的发光元件驱动装置中，所述第1发光元件系统的发光元件为红色发光二极管；所述第2发光元件系统的发光元件为绿色发光二极管；所述第3发光元件系统的发光元件为蓝色发光二极管。
本发明之四的发光元件驱动装置的特征在于，在本发明之二和本发明之三的发光元件驱动装置中，
所述电压切换电路，按照所述电压电源大于预先设定的规定值时输出所述电源电压；当所述电源电压小于所述规定值时输出所述升压电压自动那样进行切换。
本发明之五的发光元件驱动装置的特征在于，在本发明之四的发光元件驱动装置中，所述第1驱动器、所述第2驱动器、所述第3驱动器，为按照所述第1指令信号、所述第2指令信号、所述第3指令信号，控制其导通/截止及电流值的恒流驱动器。
本发明之六的发光元件驱动装置的特征在于，在本发明之五的发光元件驱动装置中具有选择电路，其只在所述电压切换电路将所述升压电压输出时，该选择电路中才被输入与所述第1驱动器相关的电压；同时，该选择电路中一直被输入与所述第2驱动器相关的电压和与所述第3驱动器相关的电压，并选择出这些输入的电压之中的最低电压作为检测电压进行输出，
所述升压电路，控制所述升压电压，使得所述检测电压与基准电压趋于相等。
本发明之七的具备发光元件的便携设备，其特征在于，具备：
电池，其输出电源电压；
第1发光元件系统，其包含规定颜色的发光二极管；
第2发光元件系统，其包含产生比所述第1发光元件系统所产生的压降大的压降的所述规定颜色以外的发光二极管；
升压电路，其升压所述电源电压并在升压电压输出端产生升压电压；
电压切换电路，其切换所述电源电压和所述升压电压并输出到切换电压输出端；
第1驱动器，其设置于所述切换电压输出端和基准电压点之间、与所述第1发光元件系统串联连接、根据第1指令信号进行控制；以及，
第2驱动器，其设置于所述升压电压输出端和所述基准电压点之间、与所述第2发光元件系统串联连接、根据第2指令信号进行控制。
本发明之八的具备发光元件的便携设备的特征在于，在本发明之七的具备发光元件的便携设备中，
所述电压切换电路，按照所述电压电源大于预先设定的规定值时输出所述电源电压；当所述电源电压小于所述规定值时输出所述升压电压那样自动进行切换。
本发明之九的具备发光元件的便携设备的特征在于，在本发明之八的具备发光元件的便携设备中，所述第1驱动器、所述第2驱动器，为按照所述第1指令信号、所述第2指令信号，控制其导通/截止及电流值的恒流驱动器。
本发明之十的具备发光元件的便携设备的特征在于，在本发明之九的具备发光元件的便携设备中具有选择电路，其只在所述电压切换电路输出所述升压电压时，该选择电路中才被输入与所述第1驱动器相关的电压；同时，该选择电路中一直被输入与所述第2驱动器相关的电压，并选择该输入电压中的最低电压作为检测电压进行输出，
所述升压电路，控制所述升压电压，使得所述检测电压与基准电压趋于相等。
本发明之十一的具备发光元件的便携设备的特征在，在本发明之七～之十中的任一项所述的具备发光元件的便携设备中，所述第1驱动器具有红色用的驱动电路、所述第2驱动器具有绿色用的驱动电路和蓝色用的驱动电路。
(发明效果)
通过本发明，在驱动发光所需电压不同的多个发光元件系统的装置中，虽然对所需电压较低的低电压发光元件系统(红色发光二极管)，用电池的电源电压进行驱动，但也能切换为用升压之后的电压进行驱动。另外，平常对低电压发光元件系统用电池的电源电压驱动来减少电能损耗，并且当电源电压下降时自动地对所有发光元件系统(红色、绿色、蓝色发光二极管)用升压电压进行驱动。这样，能够在减少电能损耗的同时，扩大电源电压的可利用范围。另外，直到电压较低都能够有效地利用电池的充电能量。
另外，用恒流驱动器使各发光元件系统工作，并用选择电路选出这些恒流驱动器电压之中的最低的电压作为检测电压，并根据该检测电压对升压电压进行控制。由此，将升压电压自动调整为合适的值，以令与恒流驱动器相关的电压为所需的最低限的动作电压。因而，可以进一步降低电能损耗。
另外，使低电压发光元件系统工作的与恒流驱动器相关的电压，只在电压切换电路输出升压电压时被输入到选择电路中，因此不会影像电压切换电路的动作，从而能够选择适当的检测电压。
附图说明
图1为表示本发明第1实施例的发光元件驱动装置及具备发光元件的便携设备的构成图。
图2为表示控制电路的构成图。
图3为表示恒流驱动器的结构示例的图。
图4为表示选择电路的构成图。
图中：
BAT-电池，Vbat-电源电压，Vh-升压电压，100-发光控制用IC，11～13-驱动器，S1～S3-指令信号，20-控制电路，30-选择电路，Vdet-检测电压，Sco-电压切换信号，SW1、SW2、SW11-开关，200-升压电路，Qo-开关，Lo-线圈，Do-整流用二极管，Co-滤波用电容，Cont-开关控制信号，300-显示装置，301-红色LED，302-绿色LED，303-蓝色LED，21-基准电压发生电路，22-误差放大器，23-振荡器，24-PWM比较器，25-预驱动器，F1、F2-故障点，Vref1-第1基准电压，Vref2-第2基准电压，Vfb-误差电压，CT-三角波信号，Pv-异常检测信号。
具体实施方式
下面，对本发明的发光元件驱动装置及具备发光元件的便携设备的实施例，参照附图进行说明。图1为表示本发明的第1实施例的发光元件驱动装置及具备发光元件的便携设备的构成图。图2为表示控制电路20的构成图。图3为表示恒流驱动器11的结构示例图。另外，图4为表示选择电路30的构成图。
在图1中，发光元件驱动装置具有：升压电路200其将电池BAT的电压作为电源电压Vbat(例如，标称电压3.6V)升压，并将升压后的输出电压Vh输出；和发光控制用IC100其用于对升压电路200进行控制。另外，显示装置300，具备作为升压电路200的负荷工作的第1发光元件系统301、第2发光元件系统302、和第3发光元件系统303。此例中，第1发光元件系统301为红色(R)发光二极管(LED)、第2发光元件系统302为绿色(G)LED、第3发光元件系统303为蓝色(B)LED。LED301～303构成，例如多色显示用光源、或液晶显示装置的背光用光源。
电池BAT，使用例如锂离子电池或镍镉电池等。此电池BAT的电源电压Vbat，例如为3.6V，从充满电状态到放电状态，电压逐渐下降(例如，4.2V→2.5V)。
升压电路200，在电源电压Vbat和地之间，串联连接有线圈Lo和作为N型MOS晶体管(以下，称N型晶体管)的开关Qo。开关Qo，通过来自发光控制用IC100的开关控制信号Cont，进行导通/截止控制。从线圈Lo和开关Qo的串联连接点，通过整流用二极管Do和滤波用电容Co，将串联连接点的电压整流滤波，作为升压电压Vh输出。开关Qo，也可为双极型晶体管。整流用二极管Do，优选为正向压降较小的肖特基势垒二极管。而且，电压特别是在没有截止时的对地电位。
显示装置300的红色LED301，被供给电源电压Vbat或升压电压Vh中任一个，作为驱动电压。另一方面，绿色LED302、蓝色LED303，被供给升压电压Vh作为驱动电压。
发光控制用IC100，对升压电路200及显示装置300进行控制。LED301～303分别与第1～第3驱动器11～13串联连接。该第1～第3驱动器11～13，令LED301～303中流通的电流Ir、Ig、Ib导通/截止，并控制其电流值来调整各LED的发光量。
第1～第3驱动器11～13，分别根据来自控制电路20的第1～第3指令信号S1～S3进行控制。图3为，表示驱动器11的具体构成示例的图，其他的驱动器12、13也与此相同。
如图3所示，电源电压Vbat和地之间，串联连接恒流电路111和N型晶体管Q11。此N型晶体管Q11的漏极和栅极被直接连接。另外，为了产生驱动电流Ir，设置有比起N型晶体管Q11，驱动能力更高的N型晶体管Q12。作为输入侧晶体管的N型晶体管Q11的栅极，与作为输出侧晶体管的N型晶体管Q12的栅极相连接，构成电流反射镜电路。
图3中，通过恒流电路I11的导通/截止及根据指令信号S1对电流值进行调整，能够将流过N型晶体管Q12的驱动电流Ir的大小控制为期望值。
图2所示为发光控制用IC100的控制电路20的构成。如图2所示，误差放大器22，被输入检测电压Vdet、和用基准电压发生电路21所发生的第1基准电压Vref1，并输出对应该两个输入之差生成的误差电压Vfb。
振荡器23，为了进行脉宽调制(PWM)，发生三角波信号(包含锯齿状波信号)CT。该三角波信号CT的周期，例如为1.3Hz左右的高频。PWM比较器24，对三角波信号CT和误差电压Vfb进行比较，并产生一个占空比(duty ratio)随误差电压Vfb增大而增大的脉宽调制信号Pwm。此脉宽调制信号Pwm，通过预驱动器(predriver)25，作为控制信号Cont供给到开关Qo。
指令电路26，产生使第1～第3驱动器11～13或导通/截止，或对其电流值进行控制的第1～第3指令信号S1～S3。第1～第3指令信号S1～S3为用于将LED301～303分别点亮/熄灭的导通/截止信号、和对各LED中的电流值进行调整的例如调光控制信号。通过对此第1～第3指令信号S1～S3进行调整，使流过LED301～303中的电流分别变化从而调整发光量。
切换信号发生电路27，用比较器CP27对电源电压Vbat和规定电压(第2基准电压)Vref2进行比较，根据电源电压Vbat是比规定电压Vref2高还是低产生电压切换信号Sco。规定电压Vref2，参照使LED301发光所必要的规定电压(例如，3.2V)来设定。
异常电压检测电路28，检测出升压电压Vh是超过了通常的电压范围的高电压还是变成了低电压，并发出异常检测信号Pv。例如当在升压电路200、或显示装置300等的连接电路中，发生电路的断路或短路等故障(例如，图1中，F1、F2等所示)时，发出此异常检测信号Pv。发出异常检测信号Pv后，停止误差放大器22、PWM比较器24、预驱动器25等的动作，避免产生异常的高电压等。
再回到图1进行说明。显示装置300的红色LED301中，通过开关SW1被供给电源电压Vbat，另外通过开关SW2被供给升压电压Vh。此开关SW1、SW2，构成为通过电压切换信号Sco只有其中任意一个导通的电压切换电路，从该切换电压输出端将切换后的电压作为驱动电压供给红色LED301。作为红色LED301的驱动电压所需的电压，为红色LED301的压降(例如，2.8V)和与第1驱动器相关的电压(例如，0.5V)相加后的电压(例如，3.3V)。
因此，当电源电压Vbat大于作为红色LED301的驱动电压所需的电压时，电压切换信号Sco为高(H)电平故开关SW1导通，供给电源电压Vbat。另一方面，当电源电压Vbat小于作为红色LED301的驱动电压所需的电压时，电压切换信号Sco为低(L)电平故开关SW2导通，供给升压电压Vh作为驱动电压。
这样，电池BAT充满电、电源电压Vbat为规定电压以上时，红色LED301被用电源电压Vbat驱动。因此，由于减少了在第1驱动器11等上的损耗，提高了效率。另外，随着电池BAT的放电，电源电压Vbat低于必要电压时，红色LED301的驱动电压能自动地切换为升压电压Vh。
因此，不会像现有技术那样，能够使用的电池电压的下限受到红色LED的发光电压所限，即使当低于规定电压(例如，2.8V)时，虽然增加一些损耗，但也能将电池BAT作为电源进一步使用，因此即使用相同的电池也能延长便携设备的使用时间。另外，可以将电池的充电能量充分地利用。
第1～第3驱动器11～13的输出侧晶体管(例如，图3的N型晶体管Q12)上的电压V11、V12、V13，若为该晶体管Q12的饱和电压(约0.3V)以上的电压，驱动器11～13可以恒流工作。因此，超过在晶体管Q12的饱和电压上估入少许裕量α的电压(约0.5V＝0.3V+α)之外的这部分电压，就成了晶体管11～13的内部中不必要的损耗部分(即，损耗为，电压×电流)。
为了减少第1～第3晶体管11～13的损失，可将这些晶体管所上的电压V11～V13之中的最低电压作为检测电压Vdet，供给给误差放大器22。
图4为表示用于对检测电压Vdet进行选择的选择电路30的具体构成示例的图。如图4所示，P型MOS晶体管(以下，称P型晶体管)Q31、P型晶体管Q32、P型晶体管Q33并联连接，其栅极上分别施加恒流驱动器11、12、13上的电压V11、V12、V13。在电源电压Vbat的电源间，通过恒流源I31，串联连接有P型晶体管Q33、N型晶体管Q35，另外与P型晶体管Q34、N型晶体管Q36串联连接。N型晶体管Q35、Q36的栅极相互连接，其栅极与N极晶体管Q36的漏极相连接。
另外，电源电压Vbat的电源间，串连连接有恒流源I32和N型晶体管Q37。该连接点，与P型晶体管Q34的栅极连接，并且引出检测电压Vdet的输出。另外，N型晶体管Q37的栅极与N型晶体管Q35的漏极连接。
此图4的选择电路30，选择电压V11、V12、V13之中的最低电压，并将选定的电压通过使用运算放大器的电压跟随器后，输出检测电压Vdet。因此，能够获得稳定的最低电压Vdet作为检测电压。
但是，只有电压V11，必须根据电压切换电路的开关SW1、SW2的切换状况，通过开关SW11来切换是否输出到选择电路30。这些开关SW1、SW2、SW3，可由晶体管开关构成。
红色LED301用电源电压Vbat驱动时，电压V11不能选择为用于控制升压电压Vh的检测电压Vdet。因此，按照开关SW11与SW2一起导通/截止那样联动，通过电压切换信号Sco来控制。另外，为了避免P型晶体管Q31的栅极电压不定，可以用高阻值的电阻R31或者开关上拉至电源电压Vbat。
再者，作为驱动器11、选择电路30等的电源，虽然使用的是电源电压Vbat，优选形成稳定的控制用电压作为动作电源。
参照图1，对这样构成的本发明的发光元件驱动装置的动作进行说明。
首先，当电池BAT充满电时，由于电源电压Vbat比额定电压高，因此电压切换信号Sco为高电平，开关SW1导通。从而，红色LED301被由电源电压Vbat驱动，绿色LED302及蓝色LED303被由升压电压Vh驱动。
另一方面，驱动器11～13动作，将电流控制为指令信号S1～S3所指示的电流值Ir、Ig、Ib。LED301～303发出对应该电流值Ir、Ig、Ib的光量。
此时，由于开关SW11为截止，选择电路30，只输入了电压V12、V13，并检测出电压V12、V13之中较低的一方的电压作为检测电压Vdet供给到误差放大器22中。从而，升压升压电压Vh使检测电压Vdet变为第1基准电压Vref1。
这样，当电源电压Vbat较高时，由于压降较低的红色LED301被由电源电压Vbat驱动，电压V11为与升压电压Vh没有关系的较低电压，因此在驱动器11上的损耗较小。
电源电压Vbat逐渐降低，当低于规定电压Vref2时，电压切换信号Sco变为低电平，开关SW1截止，开关SW2及开关SW11导通。
这样，包括红色LED301，LED301～303，都被由升压电压Vh驱动。与此驱动电压的切换无关，驱动器11～13动作，将电流控制为指令信号S1～S3所指示的电流值Ir、Ig、Ib。LED301～303发出对应该电流值Ir、Ig、Ib的光量。
此时，由于开关SW11为导通，电压V11、V12、V13全都输入到选择电路30中，选择电路30将电压V11～V13之中最低的电压作为检测电压Vdet供给到误差放大器22。从而，升压升压电压Vh，使检测电压Vdet达到第1基准电压Vref1。
这样，当电源电压Vbat低下时，自动地用升压电压Vh对所有发光元件系统(红色、绿色、蓝色发光二极管)进行驱动。从而，与现有技术相比，能将电源电压的利用范围，扩大为从充满电时的电压(例如，4.2V)到能够使用的下限电压(例如，2.5V)。另外，能将充电的电池的充电能量有效地利用。因此，能够延长便携设备的可使用时间。
另外，由于将所有的恒流驱动器11～13上的电压V11～V13之中的最低电压作为检测电压，因此在例如只驱动驱动电压较低的红色LED301时，也可以用与其对应的较低的升压电压Vh来驱动，从而降低电力损耗。
虽然图1中，作为发光元件系统，表示的是红色LED、绿色LED、蓝色LED各1个的示例，但本发明，也能进一步应用于具有具备2个以上驱动电压不同的发光元件系统的显示部。因此，根据需要的发光区域或发光量等，其组合也可为不同数量的串联、并联或者串并联等各种形式。
例如，红色LED、绿色LED、蓝色LED各2个的情况下，可将2个红色LED并联连接、并将各有2个的绿色LED、蓝色LED串联连接。另外，也可为同样颜色的LED(也包括白色LED)。另外，也同样适用于有1个LED的发光元件系统、和有2个LED的发光元件系统。

Claims (11)

1.一种发光元件驱动装置，其特征在于，具备：
升压电路，其将电源电压升压并在升压电压输出端产生升压电压；
电压切换电路，其切换所述电源电压和所述升压电压并输出到切换电压输出端；
第1驱动器，其设置于所述切换电压输出端和基准电压点之间、可与第1发光元件系统串联连接，根据第1指令信号进行控制；以及，
第2驱动器，其设置于所述升压电压输出端和所述基准电压点之间、可与产生比所述第1发光元件系统所产生的压降更大的压降的第2发光元件系统串联连接、根据第2指令信号进行控制。
2.根据权利要求1所述的发光元件驱动装置，其特征在于，
还具备第3驱动器，其设置于所述升压电压输出端和所述基准电压点之间、可与产生比所述第1发光元件系统所产生的压降更大的压降的第3发光元件系统串联连接、根据第3指令信号进行控制。
3.根据权利要求2所述的发光元件驱动装置，其特征在于，
所述第1发光元件系统的发光元件为红色发光二极管；所述第2发光元件系统的发光元件为绿色发光二极管；所述第3发光元件系统的发光元件为蓝色发光二极管。
4.根据权利要求2或3所述的发光元件驱动装置，其特征在于，
所述电压切换电路，按照所述电压电源大于预先设定的规定值时输出所述电源电压；当所述电源电压小于所述规定值时输出所述升压电压自动那样进行切换。
5.根据权利要求4所述的发光元件驱动装置，其特征在于，
所述第1驱动器、所述第2驱动器、所述第3驱动器，为按照所述第1指令信号、所述第2指令信号、所述第3指令信号，控制其导通/截止及电流值的恒流驱动器。
6.根据权利要求5所述的发光元件驱动装置，其特征在于，
具有选择电路，其只在所述电压切换电路将所述升压电压输出时，该选择电路中才被输入与所述第1驱动器相关的电压；同时，该选择电路中一直被输入所述第2驱动器相关的电压和与所述第3驱动器相关的电压，并选择出这些输入的电压之中的最低电压作为检测电压进行输出，
所述升压电路，控制所述升压电压，使得所述检测电压与基准电压趋于相等。
7.一种具备发光元件的便携设备，其特征在于，具备：
电池，其输出电源电压；
第1发光元件系统，其包含规定颜色的发光二极管；
第2发光元件系统，其包含产生比所述第1发光元件系统所产生的压降大的压降的所述规定颜色以外的发光二极管；
升压电路，其升压所述电源电压并在升压电压输出端产生升压电压；
电压切换电路，其切换所述电源电压和所述升压电压并输出到切换电压输出端；
第1驱动器，其设置于所述切换电压输出端和基准电压点之间、与所述第1发光元件系统串联连接、根据第1指令信号进行控制；以及，
第2驱动器，其设置于所述升压电压输出端和所述基准电压点之间、与所述第2发光元件系统串联连接、根据第2指令信号进行控制。
8.根据权利要求7所述的具备发光元件的便携设备，其特征在于，
所述电压切换电路，按照所述电压电源大于预先设定的规定值时输出所述电源电压；当所述电源电压小于所述规定值时输出所述升压电压那样自动进行切换。
9.根据权利要求8所述的具备发光元件的便携设备，其特征在于，
所述第1驱动器、所述第2驱动器，为按照所述第1指令信号、所述第2指令信号，控制其导通/截止及电流值的恒流驱动器。
10.根据权利要求9所述的具备发光元件的便携设备，其特征在于，
还具有选择电路，其只在所述电压切换电路输出所述升压电压时，该选择电路中才被输入与所述第1驱动器相关的电压；同时，该选择电路中一直被输入与所述第2驱动器相关的电压，并选择该输入电压中的最低电压作为检测电压进行输出，
所述升压电路，控制所述升压电压，使得所述检测电压与基准电压趋于相等。
11.根据权利要求7～10中的任一项所述的具备发光元件的便携设备，其特征在于，
所述第1驱动器具有红色用的驱动电路、所述第2驱动器具有绿色用的驱动电路和蓝色用的驱动电路。
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