JP2004524704A - 発光ダイオード用電流源装置および電源供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電圧およびプロセスの変動があってもダイオードの一定の電流と照度が得られる発光ダイオード用の電流源方法および装置。
【解決手段】本方法は、第１のトランジスタを流れる所定の電流を供給し、第１のトランジスタを流れる電流を少なくとも１つの追加トランジスタにミラーするとともに第１のトランジスタにおける電圧を所定値に保持することから成り、各追加トランジスタは発光ダイオードと直列に接続される。回路の一例と種々の適用例を開示する。
【選択図】図１

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオード駆動回路の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードは、携帯電話、ページャ、コンピュータ等のディスプレイやボタンを点灯させる多数の用途に使用されている。このような用途では、１または複数のダイオードを使用する際に一定の照度が得られることが望ましい。発光ダイオードの輝度は、ダイオードを流れる電流によって変わる。従来、ダイオードには、調整された電圧供給源から直列の抵抗器を介してバイアスがかけられている。この技術に関する問題は、ダイオードの順電圧降下がサイズ、プロセス、温度、経年変化により変動し、この順電圧降下によってダイオードを流れる電流量が大きく変わることである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、これらの変動にも関わらずこのようなダイオードに所定の電流を供給するための方法および装置を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
電圧やプロセスの変動があっても一定のダイオード電流と照度が得られる、発光ダイオード用電流源装置および電源供給供給方法である。本方法は、第１トランジスタに所定の電流を供給し、第１トランジスタの電流を少なくとも１つの追加トランジスタにミラーさせるとともに、第１トランジスタの電圧を所定値に保持し、各追加トランジスタは発光ダイオードと直列に接続される。回路の一例と種々の適用例を開示する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明の発光ダイオード用電流源装置およ電流源供給方法は、バッテリー動作型システムにおける使用に好適であり、特にハンドヘルド型、ラップトップ型等の装置のボタン、ディスプレイ等の点灯に使用される白色発光ダイオードを用いたシステムに好適である。限定ではなく説明のために、本発明の実施形態をこのような使用と一致させて説明するが、本発明は明らかにこれに限定されるものではない。
【０００６】
図１に本発明の一実施形態の図を示す。図示した実施形態は、３つの発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３を駆動する集積回路として構成されている。集積回路は、イネーブル（ＥＮ）ピンと、セット（ＳＥＴ）ピンと、ＬＥＤ接続ピンＯＵＴ１、ＯＵＴ２、ＯＵＴ３と、集積回路接地部ＧＮＤを備えている。
【０００７】
この実施形態では、集積回路自体がごくわずかな電力しか必要としないので、この回路のための電力はイネーブルピンＥＮ上のイネーブル信号により供給される。イネーブルピンＥＮの電圧が上昇すると（典型的にはシステムバッテリー電圧又はそれに近い電圧まで上昇する）、基準電圧発生器Ｖｒｅｆが増幅器Ａ１に基準電圧を供給する。図示した具体的な実施形態では、１．２５Ｖの基準電圧である。しかし、イネーブルピンＥＮ上のイネーブル信号が所定電圧より低い場合、つまり、回路が動作する所定電圧より低い場合、不足電圧ロックアウト回路ＵＶＬＯが不足電圧状態を検知し、基準電圧発生器Ｖｒｅｆを停止させる。
【０００８】
増幅器Ａ１への正入力は、ユーザ選択可能外部抵抗器Ｒｓｅｔを介して外部制御電圧Ｖｃｔｒｌに接続されたトランジスタＱ１のドレインから得られる。したがって、増幅器Ａ１は、トランジスタＱ１のドレイン電圧が基準電圧発生器Ｖｒｅｆの出力、本実施形態では１．２５Ｖと等しくなるようなレベルにトランジスタＱ１のゲートの電圧を駆動する。このように増幅器の効果は、トランジスタＱ１のソースからドレインにわたる電圧を所定の電圧、本実施形態では１．２５Ｖに保持することである。これは、外部調整電圧に接続された抵抗器を通る電流を、単にＬＥＤに接続されたトランジスタにミラーさせる電流ミラーを用いるだけの場合と比較できる。このような電流ミラーだけを用いると、抵抗器の電流およびＬＥＤの電流、また、ＬＥＤ駆動トランジスタのマージンが、処理変動の大きいトランジスタのしきい値に大きく依存することになる。
【０００９】
増幅器Ａ１は入力インピーダンスが非常に高いので、トランジスタＱ１のドレイン電流は（Ｖｃｔｒｌ−Ｖｒｅｆ）／Ｒｓｅｔに等しくなる。一般的な適用例では、制御電圧Ｖｃｔｒｌは、本発明が用いられているシステム内の別の場所にある既存の調整電源を使用してもよい。
【００１０】
また、増幅器Ａ１の出力は、トランジスタＱ２、Ｑ３、Ｑ４のゲートを駆動するのにも使用される。これらのトランジスタは、好ましくはトランジスタＱ１よりも十分に大きく、トランジスタＱ１のみがトランジスタＱ２、Ｑ３、Ｑ４のゲート電圧の確立に使用されるとともに、これら後者のトランジスタは、それぞれ、接続された各ＬＥＤのＬＥＤ電流を伝導するサイズとなっている。好ましい実施形態において、トランジスタＱ２、Ｑ３、Ｑ４は、トランジスタＱ１の約２００倍のサイズである。したがって、トランジスタＱ１を通る電流は、少なくともＬＥＤが接続された装置に関して、２００：１の比でトランジスタＱ２、Ｑ３、Ｑ４のそれぞれにミラーされる。３つのＬＥＤを駆動するのに本実施形態を用いてもよいが、３つより少ない数であればいくつでもかまわない。これは、オープンなドレインを有するトランジスタであれば、電力を引き込むこともなく、回路の他の部分の動作に影響を与えることもないからである。図１の回路は、さらに、従来技術で知られているタイプの熱遮断回路を備えており、熱遮断回路は、回路に内部発生または他の原因による過熱が起きた場合に、回路を遮断して、トランジスタＱ２〜Ｑ４をオフにする。なお、本実施形態におけるトランジスタはいずれもｎチャネルＭＯＳトランジスタであるが、他の形態のトランジスタをも使用することができる。
【００１１】
イネーブルピンＥＮの電圧が低い場合、集積回路が停止されるとともに、トランジスタＱ１〜Ｑ４がオフになり、端子ＳＥＴ、ＯＵＴ１、ＯＵＴ２、ＯＵＴ３に高インピーダンスが与えられ、接続された外部回路が電力消費せずに各ピンを引き上げることができる。
【００１２】
一般的な一適用例において、ＬＥＤは、本発明の譲渡人であるマキシム・インテグレーティド・プロダクツ社（Ｍａｘｉｍ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．）製造のＭＡＸ６８２／３／４等の調整されたチャージポンプにより電圧が供給され、オン・オフが行われる。また、本発明の好ましい実施形態を白色ＬＥＤとともに用いてもよい。白色ＬＥＤの順伝導電圧は一般に高いことから、いずれのバッテリー電圧であってもＬＥＤが一定の輝度を維持するように、十分な電圧マージンを得るためにチャージポンプを使用する。チャージポンプがオンのとき、ＬＥＤはオンであり、チャージポンプがオフのとき、ＬＥＤはオフである。チャージポンプの調整出力は、制御電圧Ｖｃｔｒｌとして使用してもよい。入力が３．３Ｖ、調整出力が５ＶのチャージポンプであるＭＡＸ６８２／３／４の使用は単なる例であり、本発明の一適用例の説明として記載しただけである。このような適用例を図２に示す。一般的な適用例では、ＭＡＸ６８２／３／４はシステム内の他の回路にも電圧供給を行う。好ましくは、いずれのバッテリー電圧であってもＬＥＤが一定の輝度を維持するように、十分な電圧マージンを得るために少なくとも４Ｖ〜５．５Ｖの調整電圧供給を用いる。
【００１３】
本発明の他の適用例を図３に示す。この適用例は図２のものとほぼ同じであるが、イネーブルピンＥＮにより、ＭＡＸ６８２／３／４の５Ｖ出力の存在から独立した制御が別個に行われる。
【００１４】
特に低コストの適用例の場合、図４に示すように、単一のリチウムイオン電池または３つのＮｉＭＨ（ニッケルメタルハライド）電池等のバッテリーから直接ＬＥＤに電圧供給を行うことができる。一般に白色ＬＥＤの順電圧は高いことから、ＬＥＤの輝度は、バッテリーの寿命の終わりにわずかに低下する。しかし、本発明の電流調整構造および低ドロップアウトにより、各ＬＥＤに単純な安定抵抗器を用いる場合と比較して、その影響は大幅に低減される。調整電圧供給は、ＬＤＯ等、一般に本発明が使用されるシステムにおいて既に存在するが、本適用例では制御電圧Ｖｃｔｒｌを供給するのに使用される。
【００１５】
図５は、本発明の実施形態のさらに他の適用例を示す図であり、ＬＥＤ輝度の工場校正あるいは使用時における動的調整ができるように、制御電圧Ｖｃｔｒｌを与えるのに電圧出力デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）を使用する。あるいは、電流設定抵抗器Ｒｓｅｔをなくすため、電流出力ＤＡＣを用いてもよい。この適用例では、ＬＥＤの電圧供給は、バッテリー（単一のリチウムイオン電池または３つのＮｉＭＨ電池）から直接、または、調整供給源から行うことができる。図示するように、供給電流や漏洩を最小化してバッテリー寿命を延ばすため、ＬＥＤは、ＤＡＣを用いるのではなくイネーブルピンＥＮを用いてオン・オフすることができる。
【００１６】
以上、発光ダイオードにバイアスをかける方法および装置について説明した。発光ダイオードは、従来技術の回路と比較して、ダイオードを通る電流および輝度が順電圧降下にほとんど依存しないような電流源を有する白色ダイオード等であるが、これに限定されるものではない。具体的な実施形態とその実施形態の種々の適用例を開示したが、この開示は説明を目的とするものであって、限定を行うのではない。したがって、これら具体的な実施形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲が本発明の範囲を網羅するものであり、特許請求の範囲により定義される本発明の精神と範囲から逸脱しなければ、形態や詳細事項に種々の変更を加えることができることは、当該技術分野の技術者であれば理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態の図である。
【図２】本発明の第１の適用例を示す図である。
【図３】本発明の第２の適用例を示す図である。
【図４】本発明の第３の適用例を示す図である。
【図５】本発明の第４の適用例を示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
Ａ１ 増幅器、ＥＮ イネーブルピン、ＧＮＤ 集積回路接地部、ＯＵＴ１，ＯＵＴ２，ＯＵＴ３ ＬＥＤ接続ピン、Ｑ１〜Ｑ４ トランジスタ、ＳＥＴ セットピン、ＵＶＬＯ 不足電圧ロックアウト回路、Ｖｒｅｆ 基準電圧発生器。

Claims (23)

1. 基準電圧発生器と、差動増幅器と、複数のトランジスタを有する集積回路とを備え、前記トランジスタは、それぞれ、第１および第２の端子と制御端子を有し、前記第１および第２の端子間の電流は前記制御端子と前記第１の端子との間の電圧により制御され、前記複数のトランジスタの前記第１の端子は互いに接続されるとともに電源端子に接続され、前記差動増幅器への入力は前記基準電圧発生器と第１のトランジスタの前記第２の端子に接続され、前記差動増幅器の出力は前記複数のトランジスタの前記制御端子に接続されることを特徴とする発光ダイオード用電流源バイアス回路。
2. 前記複数のトランジスタのうちの第１のトランジスタは前記複数のトランジスタのうちの他のトランジスタよりも小型であることを特徴とする請求項１に記載の電流源バイアス回路。
3. 前記複数のトランジスタはＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の電流源バイアス回路。
4. 前記複数のトランジスタはｎチャネルＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の電流源バイアス回路。
5. 前記集積回路は不足電圧ロックアウト回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の電流源バイアス回路。
6. 前記集積回路は熱遮断回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の電流源バイアス回路。
7. 前記集積回路はイネーブル端子を介して電力供給されることを特徴とする請求項１に記載の電流源バイアス回路。
8. 前記複数のトランジスタはｎチャネルＭＯＳトランジスタであり、前記集積回路は不足電圧ロックアウト回路と熱遮断回路とを備えるとともに、イネーブル端子を介して電力供給されることを特徴とする請求項１に記載の電流源バイアス回路。
9. それぞれ第１および第２の端子と制御端子とを有する複数のトランジスタを有し、前記第１および第２の端子間の電流は前記制御端子と前記第１の端子との間の電圧により制御される集積回路と、前記複数のトランジスタの第１の端子と制御端子を接続して前記トランジスタが電流ミラーとして接続されるようにするとともに、前記複数のトランジスタのうちの第１のトランジスタの前記第２の端子を第１の端子に対して所定電圧に保持する回路部とを備えることを特徴とする電流源バイアス回路。
10. 前記複数のトランジスタのうちの第１のトランジスタは前記複数のトランジスタのうちの他のトランジスタよりも小型であることを特徴とする請求項９に記載の電流源バイアス回路。
11. 前記複数のトランジスタはＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項９に記載の電流源バイアス回路。
12. 前記複数のトランジスタはｎチャネルＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項９に記載の電流源バイアス回路。
13. 前記集積回路は不足電圧ロックアウト回路を備えることを特徴とする請求項９に記載の電流源バイアス回路。
14. 前記集積回路は熱遮断回路を備えることを特徴とする請求項９に記載の電流源バイアス回路。
15. 前記集積回路はイネーブル端子を介して電力供給されることを特徴とする請求項９に記載の電流源バイアス回路。
16. 前記複数のトランジスタはｎチャネルＭＯＳトランジスタであり、前記集積回路は不足電圧ロックアウト回路と熱遮断回路とを備えるとともに、イネーブル端子を介して電力供給されることを特徴とする請求項９に記載の電流源バイアス回路。
17. 第１のトランジスタを流れる所定電流を供給し、
    前記第１のトランジスタを流れる電流を、発光ダイオードと直列に接続される少なくとも１つの追加トランジスタにミラーさせるとともに、前記第１のトランジスタにおける電圧を所定値に保持することを特徴とする発光ダイオードのバイアス方法。
18. 前記少なくとも１つの追加トランジスタは複数のトランジスタであることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記トランジスタはＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
20. 前記トランジスタはｎチャネルＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
21. 前記発光ダイオードは白色発光ダイオードであることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
22. 前記少なくとも１つの追加トランジスタは複数のＭＯＳトランジスタであり、前記発光ダイオードは白色発光ダイオードであることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
23. 前記トランジスタはｎチャネルＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項２１に記載の方法。

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