JP2005011895A

JP2005011895A - Ｌｅｄ駆動回路

Info

Publication number: JP2005011895A
Application number: JP2003172298A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Tsugawa; 修一津川
Original assignee: Nintendo Co Ltd
Current assignee: Nintendo Co Ltd
Priority date: 2003-06-17
Filing date: 2003-06-17
Publication date: 2005-01-13

Abstract

【課題】電力消費を低減できるとともに、ＬＥＤの輝度を一定に制御することができるＬＥＤ駆動回路を提供する。
【解決手段】白色ＬＥＤ３を流れる電流は、定電流となるように定電流回路４によって制御される。制御回路６は、白色ＬＥＤ３に流れる電流の大きさに基づいて、昇圧回路２による昇圧動作が必要であるか否かを検知する。そして、昇圧回路２は、リチウムイオン電池１の電池電圧のみでは白色ＬＥＤ３を駆動させることができない場合にのみ昇圧動作を行い、リチウムイオン電池１の電池電圧によって白色ＬＥＤ３を駆動させることができる場合には昇圧動作を行わない。これによって、昇圧動作を必要最小限に抑えることができるので、昇圧動作による変換ロスを最小限に抑えることができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＥＤ駆動回路に関し、より特定的には、ＬＥＤを定電流で駆動するＬＥＤ駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来のＬＥＤ駆動回路を示す図である。図５において、ＬＥＤ駆動回路は、リチウムイオン電池９１と、昇圧回路９２と、白色ＬＥＤ９３と、定電流回路９４と、抵抗９５とを備える。昇圧回路９２は、リチウムイオン電池９１の電圧を、白色ＬＥＤ９３を駆動可能な電圧に昇圧する。一般的なＬＥＤ駆動回路では、白色ＬＥＤ９３を駆動するのに必要な電圧がリチウムイオン電池９１の電圧では足りない場合があるので、昇圧回路９２が用いられる。昇圧回路９２の具体例としては、チャージポンプ回路が考えられる。定電流回路９４は、白色ＬＥＤ９３に流れる電流が一定となるように制御にする。白色ＬＥＤ９３が例えば表示装置のバックライトやフロントライトとして用いられる場合には、白色ＬＥＤ９３の輝度を一定とする必要があるので、定電流回路９４が用いられる。具体的には、定電流回路９４は、基準電源９４１と、差動増幅器９４２と、ＭＯＳ−ＦＥＴ９４３とを備えている。差動増幅器９４２は、基準電源９４１の電圧Ｖｒｅｆと抵抗９５の電圧Ｖａとの差電圧を増幅し、Ｖｒｅｆ＝ＶａとなるようにＭＯＳ−ＦＥＴ９４３のゲート電圧を制御する。
【０００３】
また、多数のＬＥＤを駆動させる回路としては、次のような回路も考えられている。図６は、複数のＬＥＤを駆動させる場合における従来のＬＥＤ駆動回路を示す図である。図６において、ＬＥＤ駆動回路は、リチウムイオン電池９１と、昇圧回路９２と、白色ＬＥＤ９３と、抵抗９５と、比較器９６と、基準電源９７とを備えている。なお、図６では、図面を見やすくするため、ＬＥＤを１個として示している。比較器９６は、基準電源９７の電圧Ｖｒｅｆと抵抗９５の電圧Ｖａとを比較し、ＶｒｅｆがＶａよりも大きい場合、出力がＨＩＧＨレベル（以下、“Ｈ”と記す。）となる。一方、ＶｒｅｆがＶａよりも小さい場合、出力がＬＯＷレベル（以下、“Ｌ”と記す。）となる。昇圧回路９２は、比較器９６からの出力が“Ｈ”の場合に昇圧動作を行い、比較器９６からの出力が“Ｌ”の場合には昇圧動作を行わない。抵抗９５の大きさをＲとすれば、昇圧回路９２は、白色ＬＥＤ９３に流れる電流がＶｒｅｆ／Ｒよりも小さい場合に昇圧動作を行い、白色ＬＥＤ９３に流れる電流がＶｒｅｆ／Ｒよりも大きい場合には昇圧動作を行わない。従って、昇圧回路９２は、白色ＬＥＤ９３に所定の電流（Ｖｒｅｆ／Ｒ）が流れるように制御されることとなる。この結果、白色ＬＥＤ９３の輝度を一定に維持することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３２８４１２８号明細書（図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、例えば表示装置のバックライトやフロントライトに用いるＬＥＤを駆動させる場合、従来では、明るさを保証するために複数のＬＥＤが用いられていた。しかし、携帯ゲーム機や携帯電話等の携帯機器では電池が電源として用いられるため、電力消費を低減することが重要である。例えば携帯機器の表示装置にＬＥＤを用いる場合には、このような電力消費低減の観点から、ＬＥＤの数を減らし、１個のみのＬＥＤを用いることが考えられる。
【０００６】
例えば、リチウムイオン電池によって１個の白色ＬＥＤを駆動させる場合を考える。リチウムイオン電池の電圧は、残容量に応じて変動し、４．２〜３．０（Ｖ）程度である。また、白色ＬＥＤの駆動に必要な電圧、すなわち、順方向電圧降下は３．３〜４．０（Ｖ）程度である（現在実用化されているＧａＮ系の白色ＬＥＤの場合）。この例の場合、リチウムイオン電池の電圧は、残容量に応じて白色ＬＥＤの順方向電圧降下を含む範囲で変動する。すなわち、電池の残容量によって、電池電圧が白色ＬＥＤの順方向電圧降下よりも高い場合と低い場合とが生じる。電池電圧が白色ＬＥＤの順方向電圧降下よりも高い場合には、上記図５および図６のような昇圧回路が必要でないことがわかる。
【０００７】
しかし、図５に示す回路では、たとえ単一の白色ＬＥＤを駆動させる場合であっても、昇圧回路９２は常に動作する。つまり、図５に示す回路では、必要でない場合（電池電圧が白色ＬＥＤの順方向電圧降下よりも高い場合）にも昇圧回路が動作していることとなる。従って、昇圧回路において電池電圧を昇圧する際に生じる変換ロスが絶えず発生することとなり、電力を無駄に消費していることとなる。
【０００８】
また、図６に示す回路では、単一のＬＥＤを駆動させる場合のような、電池電圧が白色ＬＥＤの順方向電圧降下よりも高い場合を想定していない。従って、電池電圧が白色ＬＥＤの順方向電圧降下よりも高い場合には、昇圧回路の動作は停止するが、白色ＬＥＤに過大な電流が流れてしまう。従って、白色ＬＥＤの輝度を一定に維持することができない。さらに、過大な電流が流れるので、無駄な電力を消費してしまうことになる。
【０００９】
それゆえ、本発明の目的は、電力消費を低減できるとともに、ＬＥＤの輝度を一定に制御することができるＬＥＤ駆動回路を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を採用した。なお、括弧内の参照符号および補足説明等は、本発明の理解を助けるために後述する実施形態との対応関係を示したものであって、本発明を何ら限定するものではない。すなわち、請求項１に記載の発明は、電池（１）によってＬＥＤ（３）を駆動するＬＥＤ駆動回路であって、定電流回路（４）と、抵抗（５）と、電池と、昇圧回路（２）と、制御回路（６）とを備えている。定電流回路は、ＬＥＤの上流または下流に挿入され、ＬＥＤを流れる電流が所定の目標値となるように制御する。抵抗は、ＬＥＤの下流かつ定電流回路の下流に接続される。電池は、所定電圧の値を含む範囲で電圧が残容量に応じて変動する。ここで、所定電圧とは、ＬＥＤの順方向電圧降下と、所定の目標値となる場合における定電流回路の駆動電圧と、所定の目標値となる場合における抵抗の両端の電圧との和電圧である。昇圧回路は、電池とＬＥＤとの間に接続され、内部に有するスイッチ（２２）がオンになった場合、電池電圧を所定電圧以上の大きさに昇圧して出力する。また、昇圧回路は、当該スイッチがオフの場合、当該電池電圧をそのまま出力する。制御回路は、定電流回路に接続され、電池電圧と所定電圧との大小関係を検知して、電池電圧が所定電圧よりも小さくなった場合のみ、昇圧回路のスイッチをオンにする。
【００１１】
上記によれば、制御回路は、時間経過に従って電池電圧が低下した結果、所定電圧よりも電池電圧が低くなったことを検知する。そして、所定電圧よりも電池電圧が低くなった場合、つまり、昇圧回路を動作させる必要が生じた場合にのみ、昇圧回路による昇圧動作が行われる。従って、昇圧回路を常に動作させる場合に比べて、昇圧動作による変換ロスを減少させることができる。それゆえ、ＬＥＤ駆動回路の電力消費を低減することができる。また、昇圧動作が行われているか否かにかかわらず、定電流回路によってＬＥＤの輝度を一定に制御することができる。
【００１２】
なお、ＬＥＤは例えばＧａＮ系の白色ＬＥＤであり、電池は例えばリチウムイオン電池であってもよい。ＧａＮ系の白色ＬＥＤは、順方向電圧降下がおおよそ３．３〜４．０（Ｖ）程度である。また、リチウムイオン電池の電池電圧は、残容量の減少に従っておおよそ４．２〜３．０（Ｖ）程度に減少していく。定電流回路の駆動電圧や抵抗の両端の電圧が白色ＬＥＤの順方向電圧降下よりも十分小さい（一般的には、数百ｍＶ）ことを考えると、ＧａＮ系の白色ＬＥＤおよびリチウムイオン電池を用いる場合には、リチウムイオン電池の残容量に応じて、リチウムイオン電池の電圧で白色ＬＥＤを定電流で駆動させることができる状態とできない状態が生じることがわかる。つまり、ＧａＮ系の白色ＬＥＤおよびリチウムイオン電池を用いる場合には、昇圧回路を動作させる必要がある状態とその必要がない状態が生じる。本発明は、これらの状態が生じる場合に、昇圧回路を必要に応じて動作させることができる。従って、ＧａＮ系の白色ＬＥＤおよびリチウムイオン電池を用いる場合には、本発明が特に有効である。
【００１３】
また、定電流回路は、トランジスタ（４３）と、差動増幅器（４２）とを含む構成であってもよい。トランジスタは、ＬＥＤに流れる電流の大きさを調整可能となるように導通電極（バイポーラトランジスタでは、エミッタおよびコレクタ。ＦＥＴでは、ソースおよびドレイン。）が接続される。具体的には、定電流回路がＬＥＤの上流に接続される場合には、２つの導通電極の一方が昇圧回路の下流側に接続され、他方がＬＥＤの上流側に接続される。また、定電流回路がＬＥＤの下流に接続される場合には、２つの導通電極の一方がＬＥＤの下流側に接続され、他方が抵抗の上流側に接続される。差動増幅器は、トランジスタの制御電極に出力端が接続され、抵抗の両端の電圧に基づいてＬＥＤに流れる電流の大きさを制御する。制御回路は、差動増幅器の出力端の電圧に基づいて、電池電圧と所定電圧との大小関係を検知する。
【００１４】
上記によれば、差動増幅器の出力端の電圧が検知される。ここで、差動増幅器の出力端の電圧は、ＬＥＤに流れる電流の大きさによって変化する。さらに、ＬＥＤに流れる電流は、電池電圧が所定電圧よりも低下した場合に減少する。従って、差動増幅器の出力端の電圧を検知することによって、電池電圧と所定電圧との大小関係を容易に検知することができる。
【００１５】
なお、差動増幅器の出力端の電圧を検知する場合には、定電流回路は、第１の基準電源（４１）をさらに含んでいてもよい。第１の基準電源は、所定の目標値となる場合における抵抗の両端の電圧と等しい第１の基準電圧を発生する。このとき、差動増幅器は、第１の基準電源の正極側および抵抗の上流側に入力端が接続される。また、制御回路は、第２の基準電源（６２）と、比較器（６１）とを含む。第２の基準電源は、第２の基準電圧を発生する。第２の基準電圧は、抵抗の両端の電圧が第１の基準電圧と等しくなる場合における差動増幅器の出力電圧よりも大きく、かつ、抵抗の両端の電圧が第１の基準電圧よりも小さくなる場合における差動増幅器の出力電圧よりも小さい電圧値である。比較器は、第２の基準電源の正極側および差動増幅器の出力端に入力端が接続され、スイッチに出力端が接続される。さらに、比較器は、差動増幅器の出力端の電圧が第２の基準電圧よりも大きい場合、スイッチをオンにする信号を出力する。上記の構成によって、差動増幅器の出力端の電圧に応じて、昇圧回路のオン／オフを制御することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態に係るＬＥＤ駆動回路を示す図である。図１において、ＬＥＤ駆動回路は、１セルのリチウムイオン電池１と、昇圧回路２と、白色ＬＥＤ３と、定電流回路４と、抵抗５と、制御回路６とを備える。昇圧回路２は、リチウムイオン電池１と白色ＬＥＤ３との間に接続される。定電流回路４は、白色ＬＥＤ３の下流に挿入される。抵抗５は、白色ＬＥＤ３および定電流回路４の下流に接続される。制御回路６は、定電流回路４に接続される。なお、他の実施の形態では、定電流回路４は、白色ＬＥＤ３の上流側に挿入されていてもよい。
【００１７】
まず、ＬＥＤ駆動回路の概要を説明する。リチウムイオン電池１は、昇圧回路２を介して白色ＬＥＤ３に接続されており、白色ＬＥＤ３を駆動させる。白色ＬＥＤ３を流れる電流は、定電流となるように定電流回路４によって制御される。これによって、白色ＬＥＤ３の輝度が一定となるように制御することができる。制御回路６は、白色ＬＥＤ３に流れる電流の大きさに基づいて、昇圧回路２による昇圧動作が必要であるか否かを検知する。そして、昇圧動作が必要である場合にのみ、昇圧回路２に昇圧動作を行わせる。昇圧動作が必要な場合とは、リチウムイオン電池１の電池電圧のみでは白色ＬＥＤ３を駆動させることができない場合である。つまり、昇圧回路２は、リチウムイオン電池１の電池電圧のみでは白色ＬＥＤ３を駆動させることができない場合にのみ昇圧動作を行い、リチウムイオン電池１の電池電圧によって白色ＬＥＤ３を駆動させることができる場合には昇圧動作を行わない。これによって、昇圧動作を必要最小限に抑えることができるので、昇圧動作による変換ロスを最小限に抑えることができる。以上のように、本実施形態に係るＬＥＤ駆動回路は、ＬＥＤに流れる電流を一定にするとともに、電力消費の低減を図るものである。以下、各部の詳細を説明する。
【００１８】
本実施形態では、１セルのリチウムイオン電池１が用いられる。リチウムイオン電池１は、残容量に応じて電圧が変動する。つまり、リチウムイオン電池１を使用していると、時間経過に応じて次第に電池電圧が低下していく。本実施形態では、リチウムイオン電池１の電池電圧は、４．２（Ｖ）から３．０（Ｖ）程度にまで低下していくものとする。一方、白色ＬＥＤ３は、ＧａＮ系の白色ＬＥＤとする。一般的に、ＧａＮ系の白色ＬＥＤの順方向電圧降下は、３．３〜４．０（Ｖ）程度である。ここでは、白色ＬＥＤ３の順方向電圧降下を３．６（Ｖ）であるとする。
【００１９】
昇圧回路２は、内部にスイッチを有しており、当該スイッチがオンになった場合にリチウムイオン電池１の電池電圧を昇圧して出力する。具体的には、昇圧回路２は、クロック発生回路２１（図１では“ＣＬＯＣＫ”と示す。）と、ＡＮＤゲート２２と、コンデンサ２３および２７と、コイル２４と、ＭＯＳ−ＦＥＴ２５と、ダイオード２６とを備える。コンデンサ２３は、リチウムイオン電池１の正極側に接続される接続点ａとグランドとの間に接続される。接続点ａと白色ＬＥＤ３のアノード側に接続される接続点ｃとの間には、上流から順にコイル２４およびダイオード２６が接続される。コイル２４とダイオード２６との間の接続点を接続点ｂとすると、接続点ｂとグランドとの間には、ＭＯＳ−ＦＥＴ２５が接続される。接続点ｃとグランドとの間には、コンデンサ２７が接続される。また、ＡＮＤゲート２２の入力端には、クロック発生回路２１および制御回路６が接続される。ＡＮＤゲート２２の出力端は、ＭＯＳ−ＦＥＴ２５の制御電極（ゲート端子）に接続される。
【００２０】
クロック発生回路２１は、クロック信号を発生する。ここでは、クロック信号のデューティー比は予め任意に設定することができるものとする。なお、他の実施形態においては、クロックの幅を動的に変化させることによって、昇圧する電圧値を制御するようにしてもよい。具体的には、接続点ｂの電圧値に基づいて、クロックの幅を変化させるようにしてもよい。
【００２１】
ＡＮＤゲート２２は、上記スイッチの役割を果たす。すなわち、制御回路６からＡＮＤゲート２２への出力信号がＨＩＧＨレベル（以下、“Ｈ”と記す。）の場合、スイッチはオンになる。逆に、制御回路６からＡＮＤゲート２２への出力信号がＬＯＷレベル（以下、“Ｌ”と記す。）の場合、スイッチはオフになる。
【００２２】
まず、昇圧回路２のスイッチがオンの場合について説明する。この場合、ＭＯＳ−ＦＥＴ２５のゲート端子には、クロック信号がそのまま入力される。さらに、クロック信号の信号レベルが“Ｈ”であるとき、ＭＯＳ−ＦＥＴ２５は導通状態となるので、電流はコイル２４およびＭＯＳ−ＦＥＴ２５を介してグランドへ流れる。ここで、クロック信号の信号レベルが“Ｈ”から“Ｌ”へ変化すると、ＭＯＳ−ＦＥＴ２５は導通状態から非導通状態へと変化する。これによって、コイル２４に流れていた電流が流れなくなるので、コイル２４には電流を流そうとする向きの起電力が生じる。その結果、接続点ｂの電圧は、電池電圧とコイル２４の起電力により生じる電圧（キックバック電圧）との和となり、電池電圧が昇圧されることとなる。なお、このとき、コンデンサ２７に電荷が蓄えられる。
【００２３】
さらに、クロック信号において信号レベルが“Ｌ”から“Ｈ”へ変化すると、ＭＯＳ−ＦＥＴ２５は非導通状態から導通状態へと変化する。このとき、コイル２４には上記とは逆向きの起電力が生じ、接続点ｂの電圧は電池電圧と当該起電力により生じるキックバック電圧との差となる。このとき、接続点ｂの電圧は、接続点ｃの電圧に対して一時的に負となることがあるが、ダイオード２６によって電流が逆流することはない。また、接続点ｂの電圧が低下している間は、コンデンサ２７に蓄えられた電荷が放出されることによって白色ＬＥＤ３に電流を流すことができる。以上のように、昇圧回路２のスイッチがオンの場合、ＭＯＳ−ＦＥＴ２５のゲート端子にクロック信号が入力され、昇圧回路２は電池電圧を昇圧する動作を行う。
【００２４】
一方、昇圧回路２のスイッチがオフの場合、ＭＯＳ−ＦＥＴ２５は非導通状態である。従って、電池電圧が接続点ｃの電圧となる。すなわち、昇圧回路２のスイッチがオフの場合、昇圧回路２は電池電圧を昇圧する動作を行わない。なお、この一連の説明においては簡単のため、ダイオード２６の順方向電圧降下とコイル２４の直流抵抗とによって生じる電圧降下は無視している。
【００２５】
なお、本実施形態においては、昇圧回路２は、コイル２４によるキックバック電圧を用いて昇圧動作を行う構成であったが、昇圧回路の構成はこれに限らない。昇圧回路は、制御回路６によってオン／オフの制御が可能なものであれば、どのような構成であってもよい。昇圧回路は、例えば、チャージポンプ回路であってもよい。
【００２６】
定電流回路４は、基準電源４１と、差動増幅器４２と、ＭＯＳ−ＦＥＴ４３とを備えている。白色ＬＥＤ３のカソード側に接続される接続点ｄとグランドとの間には、上流から順にＭＯＳ−ＦＥＴ４３および抵抗５が接続される。ＭＯＳ−ＦＥＴ４３と抵抗５との間の接続点を接続点ｅとすると、差動増幅器４２の負極側の入力端は接続点ｅに接続される。差動増幅器４２の正極側の入力端は基準電源４１の正極側に接続される。差動増幅器４２の出力端は、ＭＯＳ−ＦＥＴ４３の制御電極（ゲート端子）に接続される。さらに、差動増幅器４２の出力端は、制御回路６に接続される。
【００２７】
差動増幅器４２は、基準電源４１の電圧Ｖｒｅｆ１と接続点ｅの電圧（抵抗５の両端の電圧）Ｖ＿Ｒとの差電圧を増幅し、Ｖ＿Ｒ＝Ｖｒｅｆ１となるようにＭＯＳ−ＦＥＴ４３のゲート電圧を制御する。従って、抵抗５の大きさをＲとすれば、白色ＬＥＤ３を流れる電流は、Ｖｒｅｆ１／Ｒとなるように制御される。ここで、白色ＬＥＤ３を流れる電流の目標値を、Ｉｒｅｆとする。すなわち、Ｉｒｅｆ＝Ｖｒｅｆ１／Ｒである。
【００２８】
制御回路６は、比較器６１と、基準電源６２とを備える。比較器６１の正極側の入力端は差動増幅器４２の出力端に接続され、比較器６１の負極側の入力端には基準電源６２の正極側が接続される。比較器６１の出力端は、昇圧回路２のＡＮＤゲート２２の入力端に接続される。
【００２９】
比較器６１は、差動増幅器４２の出力電圧が基準電源６２の電圧Ｖｒｅｆ２よりも大きい場合、出力する信号レベルを“Ｈ”にする。逆に、差動増幅器４２の出力電圧が基準電源６２の電圧Ｖｒｅｆ２よりも小さい場合、出力する信号レベルを“Ｌ”にする。すなわち、Ｖｒｅｆ２は、Ｖ＿Ｒ＝Ｖｒｅｆ１となる場合における差動増幅器４２の出力電圧よりも大きく、かつ、Ｖ＿Ｒ＜Ｖｒｅｆ１となる場合における差動増幅器４２の出力電圧よりも小さい値に定められる。
【００３０】
なお、他の実施形態においては、比較器６１は、接続点ｅの電圧Ｖ＿Ｒと基準電源（電圧の大きさが基準電源６２とは異なる）とを比較するものであってもよい。このとき、基準電源の基準電圧は、Ｖｒｅｆ１と同じ大きさに設定する。
【００３１】
以上のように構成されるＬＥＤ駆動回路において、白色ＬＥＤ３を定電流で（目標値Ｉｒｅｆの大きさで）駆動させるためには、リチウムイオン電池１の電池電圧は、次の関係を満たす必要がある。
Ｖ＿Ｌｉ＞＝Ｖ＿ＬＥＤ＋Ｖ＿ＦＥＴ＋Ｖａ＿ｒｅｆ …（１）
ここで、Ｖ＿Ｌｉは、リチウムイオン電池１の電池電圧である。また、Ｖ＿ＬＥＤは、白色ＬＥＤ３の順方向電圧降下であり、Ｖ＿ＦＥＴは、白色ＬＥＤ３を流れる電流が目標値Ｉｒｅｆとなる場合における定電流回路４の駆動電圧であり、Ｖａ＿ｒｅｆは、白色ＬＥＤ３を流れる電流が目標値Ｉｒｅｆとなる場合における抵抗５の両端の電圧である。
【００３２】
一方、上述したように、リチウムイオン電池１の電池電圧Ｖ＿Ｌｉは、電池の残容量が減少していくにつれて４．２（Ｖ）から３．０（Ｖ）へと減少していく。また、白色ＬＥＤ３の順方向電圧降下は、３．６（Ｖ）である。さらに、定電流回路４の駆動電圧および抵抗５の両端の電圧は、白色ＬＥＤ３を流れる電流の目標値Ｉｒｅｆの大きさによって変化するが、一般的には、おおよそ数百（ｍＶ）程度である。以上より、リチウムイオン電池１の電池電圧Ｖ＿Ｌｉは、式（１）の右辺の値（ここでは、約３．６（Ｖ））を含む範囲（ここでは、４．２〜３．０（Ｖ））で変動する。つまり、リチウムイオン電池１の電池電圧Ｖ＿Ｌｉは、式（１）の右辺より大きくなる状態と、小さくなる状態とが生じる。以上より、本実施形態では、リチウムイオン電池１の電池電圧Ｖ＿Ｌｉの大きさによって白色ＬＥＤ３を定電流で駆動させることができる状態と、リチウムイオン電池１のみでは白色ＬＥＤ３を定電流で駆動させることができない状態とがあることがわかる。
【００３３】
上記の状態は、リチウムイオン電池１の使用時間によって変化する。すなわち、リチウムイオン電池１の使用開始当初は、残容量が多いので電池電圧Ｖ＿Ｌｉも高く、リチウムイオン電池１のみによって白色ＬＥＤ３を定電流で駆動させることが可能である。一方、使用開始から時間が経過することによってリチウムイオン電池１の残容量が少なくなると、電池電圧Ｖ＿Ｌｉが低下していき、リチウムイオン電池１のみでは白色ＬＥＤ３を定電流で駆動させることが不可能になる。それゆえ、本実施形態では、リチウムイオン電池１の使用開始時点と、リチウムイオン電池１の残容量が少なくなった時点とではＬＥＤ駆動回路の動作が異なる。以下、リチウムイオン電池１の使用開始時点と、リチウムイオン電池１の残容量が少なくなった時点とに分けて、ＬＥＤ駆動回路の動作を説明する。
【００３４】
まず、リチウムイオン電池１の使用開始当初におけるＬＥＤ駆動回路の動作を説明する。リチウムイオン電池１の使用開始当初は、式（１）の関係を満たしているので、白色ＬＥＤ３を定電流で駆動することが可能である。従って、接続点ｅの電圧Ｖ＿Ｒは、Ｖ＿Ｒ＝Ｖｒｅｆ１＝Ｉｒｅｆ・Ｒとなるように制御されている。つまり、差動増幅器４２の正極側および負極側の入力端には、ほぼ同じ大きさ（Ｖｒｅｆ１）の電圧が入力される。従って、差動増幅器４２の出力電圧は、Ｖｒｅｆ２よりも小さくなる。その結果、比較器５２の出力電圧は“Ｌ”となるので、昇圧回路２は動作しない。つまり、制御回路６は、リチウムイオン電池１の電池電圧Ｖ＿Ｌｉと、式（１）の右辺との大小関係を検知して、式（１）の関係が満たされる場合、電池電圧をそのまま出力する。以上より、リチウムイオン電池１の電池電圧Ｖ＿Ｌｉが、式（１）に示す関係を満たす場合、昇圧回路２は動作せず、リチウムイオン電池１のみで白色ＬＥＤ３が駆動される。
【００３５】
次に、時間が経過するにつれて電池電圧が低下していき、リチウムイオン電池１の電池電圧Ｖ＿Ｌｉが、式（１）の関係を満たさなくなった場合を考える。この場合、定電流回路４は、白色ＬＥＤ３を流れる電流をＩｒｅｆに維持することができなくなり、端子ｃの電圧Ｖ＿ＲがＶｒｅｆ１より低下する。Ｖ＿Ｒの値が低下していくにつれて差動増幅器４２の出力電圧は大きくなり、Ｖｒｅｆ２よりも大きくなる。その結果、比較器６１の出力電圧は“Ｈ”となるので、昇圧回路２が昇圧動作を開始する。つまり、制御回路６は、リチウムイオン電池１の電池電圧Ｖ＿Ｌｉと、式（１）の右辺との大小関係を検知して、式（１）の関係が満たされない場合、すなわち、Ｖ＿Ｌｉが式（１）の右辺よりも小さくなった場合に、昇圧回路２のスイッチ（ＡＮＤゲート２２）をオンにする。これによって、昇圧回路２の昇圧動作によって電池電圧が昇圧されるので、接続点ｃの電圧Ｖ＿ＬＥＤ＿Ａは、式（１）の右辺よりも大きくなる。従って、白色ＬＥＤ３に流れる電流を定電流に維持することができる。
【００３６】
図２は、ＬＥＤ駆動回路の動作時間と白色ＬＥＤのアノード側の電圧（接続点ｃにおける電圧Ｖ＿ＬＥＤ＿Ａ）との関係を示すグラフである。なお、図２〜４において、実線は本実施形態に係るＬＥＤ駆動回路の特性を示す曲線である。また、一点鎖線は図５に示す回路の特性を示す曲線であり、点線は図６に示す回路の特性を示す曲線であり、二点鎖線はリチウムイオン電池１の電池電圧Ｖ＿Ｌｉの特性を示す曲線である。なお、点線の特性は、図６に示すＬＥＤ駆動回路においてＬＥＤの個数が１個の場合の特性とする。また、図２において、実線、点線および二点差線は同じ曲線となる部分があるが、図を見やすくする目的でずらして示している。
【００３７】
図２に示すように、本実施形態に係るＬＥＤ駆動回路の特性に関しては、約６時間３０分の時点までは、接続点ｃの電圧Ｖ＿ＬＥＤ＿Ａが、電池電圧Ｖ＿Ｌｉと同じ電圧となっている。これは、約６時間３０分の時点までは、昇圧回路２による昇圧動作が行われていないことを示す。そして、約６時間３０分が経過した後において、接続点ｃの電圧Ｖ＿ＬＥＤ＿Ａが一定値となっている。これは、約６時間３０分経過後において昇圧回路２による昇圧動作が行われていることを示す。一方、図２示す一点鎖線から明らかなように、図５に示す回路では電圧が常に一定であり、常に昇圧動作が行われていることがわかる。このため、図５に示す回路では昇圧動作による変換ロスが原因で消費電力が大きくなってしまうのである。なお、図５では、電池電圧Ｖ＿Ｌｉの大きさにかかわらず常に昇圧する様子を示す目的で、本実施形態におけるＬＥＤ駆動回路よりも高い電圧に昇圧している。
【００３８】
図３は、ＬＥＤ駆動回路の動作時間と白色ＬＥＤのカソード側の電圧（接続点ｄにおける電圧Ｖ＿ＬＥＤ＿Ｋ）との関係を示すグラフである。図３に示す特性は、図２に示す特性よりも電圧値が、白色ＬＥＤ３の順方向電圧降下（ここでは、３．６（Ｖ））だけ下がった特性である。なお、図３において、実線および点線は同じ曲線となるが、図を見やすくする目的でずらして示している。
【００３９】
図４は、ＬＥＤ駆動回路の動作時間と抵抗の上流側における電圧（接続点ｅにおける電圧Ｖ＿Ｒ）との関係を示すグラフである。図４において、実線および一点鎖線は同じ曲線となるが、図を見やすくする目的でずらして示している。図４に示すように、本実施形態に係るＬＥＤ駆動回路では、電圧が一定値となっている、つまり、白色ＬＥＤ３に流れる電流が定電流に維持されている。一方、図６に示す回路では、約６時間３０分が経過した後においては電圧が一定値となっているものの、それ以前の時点では電圧が一定値よりも大きくなっている。つまり、約６時間３０分の時点までは、白色ＬＥＤに流れる電流が定電流となっていない。それゆえ、白色ＬＥＤの輝度を一定に維持することができていない。なお、これは、図６に示す回路は、１個のＬＥＤを駆動する場合を想定して構成されていないことに起因する。
【００４０】
以上のように、本発明によれば、リチウムイオン電池１の電池電圧が低下した場合にのみ、昇圧回路２による昇圧動作が行われる。そのゆえ、昇圧回路を常に動作させる場合に比べて、昇圧動作による変換ロスを減少させることができ、電力消費を低減することができる。また、定電流回路が設けられているので、昇圧動作が行われているか否かにかかわらず、白色ＬＥＤ３の輝度を一定に維持することができる。本発明に係るＬＥＤ駆動回路は、以上のような特徴を有することから、携帯機器の表示装置のバックライト等に用いる場合に特に有効である。
【００４１】
なお、本実施形態では、駆動対象であるＬＥＤを白色ＬＥＤとして説明したが、他の実施の形態においては白色ＬＥＤに限られない。本発明は、電池電圧によってＬＥＤを定電流で駆動させることができる状態と、電池電圧のみではＬＥＤを定電流で駆動させることができない状態とが生じるような関係にある電池電圧およびＬＥＤであれば、上記と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るＬＥＤ駆動回路を示す図である。
【図２】ＬＥＤ駆動回路の動作時間と白色ＬＥＤのアノード側の電圧との関係を示すグラフである。
【図３】ＬＥＤ駆動回路の動作時間と白色ＬＥＤのカソード側の電圧との関係を示すグラフである。
【図４】ＬＥＤ駆動回路の動作時間と抵抗の上流側における電圧との関係を示すグラフである。
【図５】従来のＬＥＤ駆動回路を示す図である。
【図６】複数のＬＥＤを駆動させる場合における従来のＬＥＤ駆動回路を示す図である。
【符号の説明】
１リチウムイオン電池
２昇圧回路
３白色ＬＥＤ
４定電流回路
５抵抗
６制御回路

Claims

電池によってＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動回路であって、
前記ＬＥＤの上流または下流に挿入され、前記ＬＥＤを流れる電流が所定の目標値となるように制御する定電流回路と、
前記ＬＥＤの下流かつ前記定電流回路の下流に接続される抵抗と、
前記ＬＥＤの順方向電圧降下と、前記所定の目標値となる場合における前記定電流回路の駆動電圧と、前記所定の目標値となる場合における前記抵抗の両端の電圧との和を所定電圧とした場合、当該所定電圧の値を含む範囲で電圧が残容量に応じて変動する電池と、
前記電池と前記ＬＥＤとの間に接続され、内部に有するスイッチがオンになった場合、電池電圧を前記所定電圧以上の大きさに昇圧して出力し、当該スイッチがオフの場合、当該電池電圧をそのまま出力する昇圧回路と、
前記定電流回路に接続され、電池電圧と前記所定電圧との大小関係を検知して、電池電圧が前記所定電圧よりも小さくなった場合のみ、前記昇圧回路のスイッチをオンにする制御回路とを備える、ＬＥＤ駆動回路。
前記ＬＥＤは、ＧａＮ系の白色ＬＥＤであり、
前記電池は、リチウムイオン電池である、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
前記定電流回路は、
前記ＬＥＤに流れる電流の大きさを調整可能となるように導通電極が接続されるトランジスタと、
前記トランジスタの制御電極に出力端が接続され、前記抵抗の両端の電圧に基づいて前記ＬＥＤに流れる電流の大きさを制御する差動増幅器とを含み、
前記制御回路は、前記差動増幅器の出力端の電圧に基づいて、電池電圧と前記所定電圧との大小関係を検知する、請求項１に記載のＬＥＤ駆動回路。
前記定電流回路は、前記所定の目標値となる場合における前記抵抗の両端の電圧と等しい第１の基準電圧を発生する第１の基準電源をさらに含み、
前記差動増幅器は、前記第１の基準電源の正極側および前記抵抗の上流側に入力端が接続され、
前記制御回路は、
前記抵抗の両端の電圧が前記第１の基準電圧と等しくなる場合における前記差動増幅器の出力電圧よりも大きく、かつ、前記抵抗の両端の電圧が前記第１の基準電圧よりも小さくなる場合における前記差動増幅器の出力電圧よりも小さい電圧値である第２の基準電圧を発生する第２の基準電源と、
前記第２の基準電源の正極側および前記差動増幅器の出力端に入力端が接続され、前記スイッチに出力端が接続される比較器とを含み、
前記比較器は、前記差動増幅器の出力端の電圧が前記第２の基準電圧よりも大きい場合、前記スイッチをオンにする信号を出力する、請求項３に記載のＬＥＤ駆動回路。