JP2006216588A - 発光素子駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】その目的は、異なる順方向電圧を有する複数の発光素子のそれぞれに対して定電流を流すことができ、かつ、小型化、低消費電力となる発光素子駆動装置を提供する。
【解決手段】トランジスタＴＲ１およびＴＲ２に定電流を流すようにカレントミラー回路を構成し、その定電流をドレイン電流とするトランジスタＴＲ３と、ＬＥＤ１０の出力トランジスタＴＲ４とのサイズ比を、カレントミラー回路による定電流とＬＥＤ１０に流すべき目標電流とに応じて設定し、トランジスタＴＲ１のドレイン電位に応じて、トランジスタＴＲ３およびＴＲ４のゲートに帰還をかけるオペアンプ３０を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤなどの発光素子を駆動するための発光素子駆動装置に関する。

図３は、従来の発光素子駆動装置の一例を示す回路図である。
図３に示す発光素子駆動装置では、トランジスタＴＲ５とトランジスタＴＲ６によりカレントミラー回路を構成し、かつ、トランジスタＴＲ５とトランジスタＴＲ６のサイズ比を、たとえば１：６００としている。
なお、以下の説明において、サイズ比とは、同じＶｇｓ（ゲート−ソース間電圧）を与えた時のドレイン電流Ｉｄｓの比をいう。たとえば、トランジスタＴＲ５と同じ特性のトランジスタを６００個並列に接続してトランジスタＴＲ６を構成して上記サイズ比としてもよい。
電流源２０は電流Ｉ２０の電流を生成する電流源であり、ここでは、Ｉ２０＝１０μＡとする。
かかる構成により、図３に示す発光素子駆動装置は、ＬＥＤ１０に１０μＡの６００倍の電流、すなわち、６ｍＡを流すことを目的とする駆動装置である。

ところで、一般に、発光素子としてのＬＥＤは、発光に要するエネルギーが発光色で異なるので、その発光色に応じて順方向電圧ＶＦが異なる。たとえば、赤色ＬＥＤのＶＦは１．９Ｖ程度、青色ＬＥＤのＶＦは３．３Ｖ程度である。
それゆえ、図３に示す発光素子駆動装置では、ＬＥＤ１０として赤色ＬＥＤを使用した場合と、青色ＬＥＤを使用した場合とでは、ノード１００の電位が異なる。すなわち、赤色ＬＥＤの場合と青色ＬＥＤの場合とで、トランジスタＴＲ６のＶｄｓ（ドレイン−ソース間電圧）が変化する。

図４は、トランジスタＴＲ６のＶｄｓとドレイン電流Ｉｄ６との関係（静特性）を示す図であり、（ａ）はＬＥＤ１０として赤色ＬＥＤを使用した場合のＶｄｓ、（ｂ）はＬＥＤ１０として青色ＬＥＤを使用した場合のＶｄｓ、を示す。
電源電圧ＶＤＤを４．４Ｖ、赤色ＬＥＤの順方向電圧ＶＦを１．９Ｖ、青色ＬＥＤの順方向電圧ＶＦを３．３Ｖとすると、図４に示すように、ノード１２０の電位、すなわち、トランジスタＴＲ６のＶｄｓは、赤色ＬＥＤの場合と青色ＬＥＤの場合とで、それぞれ２．５Ｖ（＝４．４−１．９）、１．１Ｖ（＝４．４−３．３）となる。

すなわち、トランジスタＴＲ６の静特性を考慮すると、図４に示すように、赤色ＬＥＤの場合にはＬＥＤ１０に流れる電流Ｉ１０（＝トランジスタＴＲ６のドレイン電流Ｉｄ６）は目標の６ｍＡとなるが、青色ＬＥＤの場合には、ＬＥＤ１０の電流Ｉ１０が６ｍＡに達しない。
したがって、図３に示す発光素子駆動装置では、順方向電圧ＶＦが異なるＬＥＤ間において、ＬＥＤ１０に流れる電流Ｉ１０（＝トランジスタＴＲ６のドレイン電流Ｉｄ６）を精度良く一定にすることができないという問題がある。

上述した問題を克服するための発光素子駆動装置が、下記特許文献１に開示されている。
図５は、従来の発光素子駆動装置の一例を示す回路図である。

図５に示す発光素子駆動装置は、オペアンプ３０を有し、帰還回路構成によりＬＥＤ１０の電流Ｉ１０が一定になるように制御する。すなわち、トランジスタＴＲ７のソースであるノード１３２の電位をオペアンプ３０に帰還させてトランジスタＴＲ７のゲートを制御する構成としている。これにより、赤色ＬＥＤの場合と青色ＬＥＤの場合のノード１３０の電位の違い（すなわち、トランジスタＴＲ６のＶｄｓの違い）をトランジスタＴＲ７のＶｇｓを制御することで吸収し、電流Ｉ１０が一定になるようにする。

たとえば、図５の駆動装置を説明するための一例として、電流源２０が生成する定電流Ｉ２０を１０μＡとし、オペアンプ３０のリファレンス電圧を０．６Ｖとすると、抵抗Ｒ２は６０ＫΩ（＝０．６Ｖ／１０μＡ）となる。また、帰還回路が安定した状態では、オペアンプ３０のプラス入力端子とマイナス入力端子が同電位となるので、抵抗Ｒ３に目標とする６ｍＡを流すためには、抵抗Ｒ３を１００Ω（＝０．６Ｖ／６ｍＡ）とする必要がある。
すなわち、平衡状態では、ノード１３２の電位はリファレンス電圧の０．６Ｖとなっている。

図５に示す発光素子駆動装置では、たとえば、ＬＥＤ１０の電流Ｉ１０が６ｍＡから減少する状況になった場合（たとえば、上述した図３の駆動装置に青色ＬＥＤを使用した場合）には、ノード１３２の電位は、リファレンス電圧（０．６Ｖ）より低くなる。
かかる場合には、オペアンプ３０は、その出力であるトランジスタＴＲ７のゲートの電位を上昇させるように動作する。これにより、トランジスタＴＲ７のドレイン電流Ｉｄ７、すなわち、ＬＥＤ１０の電流Ｉ１０が上昇することで、ノード１３２の電位が上昇してリファレンス電圧と釣り合う状態となる。
このように、オペアンプ３０を用いた帰還構成は、ＬＥＤ１０に流れる電流Ｉ１０を安定化させる働きをする。

図６は、トランジスタＴＲ６のＶｄｓとドレイン電流Ｉｄ７との関係（静特性）を示す図であり、（ａ）はＬＥＤ１０として赤色ＬＥＤを使用した場合、（ｂ）はＬＥＤ１０として青色ＬＥＤを使用した場合、を示す。
図６に示すように、（ａ）の場合にはノード１００の電位は２．５Ｖとなり、（ｂ）の場合にはノードの電位は１．１Ｖとなるが、上述した帰還構成の働きにより、（ａ）と（ｂ）の場合とでトランジスタＴＲ７が動作するＶｇｓが異なることになり、トランジスタＴＲ７のドレイン電流Ｉｄ７、すなわち、ＬＥＤ１０の電流Ｉ１０は６ｍＡに安定化される。

特開２００４−６５３３号公報

上述したように、図５に示した従来の発光素子駆動装置は、オペアンプ３０を使用した帰還構成により、ＬＥＤ１０の電流Ｉ１０の安定化が実現される。
しかし、図５に示した構成では、トランジスタＴＲ７のソースであるノード１３２をオペアンプ３０に帰還するための、センス抵抗としての抵抗Ｒ３が必要となる。
それゆえ、図５に示した発光素子駆動装置を基板に実装する際には、この抵抗Ｒ３の占める占有面積が大きいために、基板の小型化および低コスト化に限界があるという新たな課題が招来している。また、この抵抗Ｒ３において消費される電力も無視することはできない。

本発明は、上述した観点に鑑みてなされたものであり、その目的は、異なる順方向電圧を有する複数の発光素子のそれぞれに対して定電流を流すことができ、かつ、小型化、低消費電力となる発光素子駆動装置を提供することにある。

上記課題を克服するために、本発明の第１の観点は、電源電圧端子と第１のノード間に接続された発光素子と、電源電圧端子と第２のノード間に接続される第１のトランジスタと、前記電源電圧端子と前記第１のノード間に前記発光素子と並列に接続され、前記第１のトランジスタとは制御端子同士が共通の第１の制御端子として接続される第２のトランジスタと、前記第２のノードと基準電位端子間に接続される第３のトランジスタと、前記第１のノードと基準電位端子間に接続され、前記第３のトランジスタとは制御端子同士が共通の第２の制御端子として接続される第４のトランジスタと、電源電圧端子と前記第１のトランジスタ間に接続され、第１の電流を生成する第１の電流源と、電源電圧端子と前記第２のトランジスタ間に接続され、前記第１の電流と等しい電流を生成する第２の電流源と、を有し、前記第１および第２のトランジスタは、ともに前記第１の電流を流すようにカレントミラー回路を形成し、前記第３および第４のトランジスタでは、同一の制御電圧に対してそれぞれ発生する電流の比が前記第１の電流と前記発光素子に流すべき目標電流とによって設定され、前記第２のノードの電位よりも高く設定されるリファレンス電位と、前記第１の電流源と前記第１のトランジスタ間にある第３のノードの電位とが等しくなるように、前記第２の制御端子に与える電位が調整される発光素子駆動装置である。

好適には、前記第３および第４のトランジスタにおける前記電流の比は、前記第１の電流と、当該第１の電流および前記目標電流の和である第２の電流との比によって設定する。

好適には、第３のノードの電位と前記リファレンス電位との差分に応じて、前記第３および第４のトランジスタに制御電圧を与える差動増幅器を有する。

上記課題を克服するために、本発明の第２の観点は、電源電圧端子と第１のノード間に接続された発光素子と、電源電圧端子と第２のノード間に接続される第１のトランジスタと、前記電源電圧端子と前記第１のノード間に前記発光素子と並列に接続され、前記第１のトランジスタとは制御端子同士が共通の第１の制御端子として接続される第２のトランジスタと、前記第２のノードと基準電位端子間に接続される第３のトランジスタと、前記第１のノードと基準電位端子間に接続され、前記第３のトランジスタとは制御端子同士が共通の第２の制御端子として接続される第４のトランジスタと、電源電圧端子と前記第１のトランジスタ間に接続され、第１の電流を生成する第１の電流源と、電源電圧端子と前記第２のトランジスタ間に接続され、前記第１の電流と等しい電流を生成する第２の電流源と、を有し、前記第１および第２のトランジスタは、ともに前記第１の電流を流すようにカレントミラー回路を形成し、前記第３および第４のトランジスタでは、同一の制御電圧に対してそれぞれ発生する電流の比が前記第１の電流と前記発光素子に流すべき目標電流とによって設定され、前記第１の制御端子の電位と、前記第１の電流源と前記第１のトランジスタ間にある第３のノードの電位とが等しくなるように、前記第２の制御端子に与える電位が調整される発光素子駆動装置である。

本発明によれば、異なる順方向電圧を有する複数の発光素子のそれぞれに対して定電流を流すことができ、かつ、小型化、低消費電力となる。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の一実施形態を添付図面に関連付けて説明する。
図１は、本発明に係る発光素子駆動装置の一実施形態を示す回路図である。

図１に示す発光素子駆動装置１は、発光素子としてのＬＥＤ（Light Emitting Diode）を駆動するための駆動装置である。発光素子駆動装置１は、赤色ＬＥＤや青色ＬＥＤなど順方向電圧が異なるＬＥＤに対して定電流を流すことができ、かつ、極力抵抗素子を除去して、装置全体の小型化および低消費電力を実現する駆動装置である。
発光素子駆動装置１では、ＬＥＤ１０に流れる電流を目標電流Ｉ１０となるように制御される。
以下、発光素子駆動装置１の構成および動作について、順に説明する。

なお、本実施形態のトランジスタＴＲ１〜ＴＲ４は、本発明の第１〜第４のトランジスタにそれぞれ対応する。本実施形態のノード１１０、１１１、１１２は、本発明の第１、第２、第３のノードにそれぞれ対応する。
また、以下の説明において、ＶｇｓはＭＯＳトランジスタのゲート−ソース間電圧、ＶｄｓはＭＯＳトランジスタのドレイン−ソース間電圧である。
電源電圧ライン９０は、電源電圧ＶＤＤに接続された複数の電源電圧端子を含む。

図１において、発光素子としてのＬＥＤ１０は、アノードが電源電圧ライン９０に接続され、電源電圧ＶＤＤが供給される。ＬＥＤ１０のカソードは、ノード１１０に接続される。
ＬＥＤ１０としては、たとえば赤色ＬＥＤや青色ＬＥＤが使用され、それぞれ順方向電圧ＶＦが異なる。なお、赤色ＬＥＤの順方向電圧ＶＦは約１．９Ｖ、青色ＬＥＤの順方向電圧ＶＦは約３．３Ｖ、である。

電流源２１は、電源電圧ライン９０とノード１１２との間に接続され、ノード１１２はトランジスタＴＲ１のドレインに接続される。これにより、定電流Ｉ２１をトランジスタＴＲ１に供給する。
電流源２２は、電源電圧ライン９０とトランジスタＴＲ２のドレインとの間に接続され、定電流Ｉ２２をトランジスタＴＲ２に供給する。ここで、定電流Ｉ２１と定電流Ｉ２２は、等しい値に設定される。

トランジスタＴＲ１およびＴＲ２は、カレントミラー回路（図１のＡ１部）を構成する。すなわち、トランジスタＴＲ１およびＴＲ２のゲート同士が接続され、トランジスタＴＲ２のゲート−ドレイン間が接続される。これにより、トランジスタＴＲ１およびＴＲ２は、ＶｇｓとＶｄｓがお互い同一となるように動作する。
なお、上述した電流源２１および２２は、電源電圧ＶＤＤが低電圧の場合でも安定的にカレントミラー回路を動作させるために必要となる。
図１のノード１１０とノード１１１は、後述するように同電位となるように制御されるため、上記構成により、トランジスタＴＲ１とトランジスタＴＲ２には、安定的に同じ値のドレイン電流が流れることになる。

図１に示すように、トランジスタＴＲ１のソースと、トランジスタＴＲ３のドレインとがノード１１１を介して接続される。トランジスタＴＲ２のソースと、トランジスタＴＲ４のドレインとがノード１１０を介して接続される。

また、トランジスタＴＲ３およびＴＲ４のゲート同士が接続される。
トランジスタＴＲ３のドレインはトランジスタＴＲ１のソースと接続され、ソースはグランド端子（基準電位端子）に接続される。
トランジスタＴＲ４のドレインは、ノード１１０を介してＬＥＤ１０のカソードおよびトランジスタＴＲ２のソースと接続され、ソースはグランド端子に接続される。

トランジスタＴＲ３およびＴＲ４は、ＬＥＤ１０に安定的に定電流Ｉ１０を流すようにするため、その静特性が設定される。すなわち、ＬＥＤ１０の目標電流である電流Ｉ１０と、電流源２２からの定電流Ｉ２２との合計がトランジスタＴＲ４のドレイン電流となり、かつ、トランジスタＴＲ３のドレイン電流は、定電流Ｉ２２と等しい定電流Ｉ２１であるため、Ｉ２１＝Ｉ２２＝Ｉｃｓとすると、トランジスタＴＲ３とトランジスタＴＲ４のサイズ比を、Ｉｃｓ：（Ｉｃｓ＋Ｉ１０）となるように設定する。
トランジスタＴＲ３とトランジスタＴＲ４は、ゲート同士が接続され、Ｖｇｓが同じである。したがって、同一のＶｇｓによって発生するドレイン電流の比が上記したサイズ比となるように、トランジスタＴＲ３およびトランジスタＴＲ４の静特性が決定される。
たとえば、トランジスタＴＲ４として、トランジスタＴＲ３と同じ静特性のトランジスタを（Ｉｃｓ＋Ｉ１０）／Ｉｃｓ個だけ並列に接続すれば、上記サイズ比が実現できる。

オペアンプ３０は、トランジスタＴＲ３およびＴＲ４の電圧Ｖｄｓを同一とするため、すなわち、ノード１１１とノード１１０を同電位とするために、フィードバック制御を行う。

オペアンプ３０のマイナス入力端子は、ノード１１４に接続される。このノード１１４の電位は、発光素子駆動装置１におけるフィードバック制御のためのリファレンス電位Ｖｒｅｆとなる。
オペアンプ３０のプラス入力端子には、トランジスタＴＲ１のドレインに接続されたノードであるノード１１２が接続される。
オペアンプ３０の出力端子は、トランジスタＴＲ３のゲートおよびトランジスタＴＲ４のゲート間にあるノード１１３（第２の制御端子）に接続される。

フィードバック制御の平衡状態においては、オペアンプ３０のマイナス入力端子とプラス入力端子とが同電位となり、かつ、ノード１１０とノード１１１とは同電位となるので、ノード１１２の電位はノード１１０の電位よりも高くなる。したがって、オペアンプ３０のリファレンス電位Ｖｒｅｆは、ノード１１０の電位よりも高い値に設定する必要がある。

電流源２０と抵抗Ｒ１は、オペアンプ３０のマイナス入力端子にリファレンス電位Ｖｒｅｆを供給するためのリファレンス電位生成部（図１のＡ３部）を構成する。
電流源２０は、電源電圧ライン９０とノード１１４との間に接続される。ノード１１４とグランド端子との間に、抵抗Ｒ１が接続される。これにより、抵抗Ｒ１での電圧降下分によってリファレンス電位Ｖｒｅｆが生成される。
したがって、リファレンス電位Ｖｒｅｆ＝Ｒ１×Ｉ２２となるように抵抗Ｒ１が設定される。

次に、発光素子駆動装置１の動作について説明する。
動作の説明のための一例として、各素子の値や定電流値等は、下記式（１）〜（６）のように定める。

電源電圧ＶＤＤ＝４．４Ｖ …（１）
ＬＥＤ１０に流れるべき目標電流Ｉ１０＝６ｍＡ …（２）
定電流Ｉｃｓ＝Ｉ２０＝Ｉ２１＝Ｉ２２＝１０μＡ …（３）
トランジスタＴＲ３，ＴＲ４のサイズ比＝Ｉｃｓ：（Ｉｃｓ＋Ｉ１０）＝１：６０１ …（４）
リファレンス電位Ｖｒｅｆ＝３Ｖ …（５）
抵抗Ｒ１＝（Ｖｒｅｆ／Ｉ２２）＝３００ＫΩ …（６）

また、ＬＥＤ１０が赤色ＬＥＤの場合には順方向電圧ＶＦ＝１．９Ｖであり、ＬＥＤ１０が青色ＬＥＤの場合には順方向電圧ＶＦ＝３．３Ｖである。したがって、ノード１１０の電位は、赤色ＬＥＤの場合には２．５Ｖ（＝４．４−１．９）であり、青色ＬＥＤの場合には１．１Ｖ（＝４．４−３．３）である。
リファレンス電位Ｖｒｅｆの電位は、ＬＥＤの種類に応じてノード１１０が取りうる電位の最大値（この場合には、２．５Ｖ）よりも高い３Ｖとしている。

まず、発光素子駆動装置１に電源電圧ＶＤＤが印加されると、これに応じて電流源２１が動作し、トランジスタＴＲ１に定電流Ｉ２１を流し込もうとするように動作する。しかし、起動時には、トランジスタＴＲ１はオフしているので定電流Ｉ２１を流すことはできず、その結果、ノード１１２の電位（トランジスタＴＲ１のドレイン電位）は上昇する。

一方、オペアンプ３０のマイナス入力端子には、リファレンス電位Ｖｒｅｆとして３Ｖが入力されているので、ノード１１２が３Ｖを越えて上昇すると、オペアンプ３０は、入力端子電圧が釣り合うように出力端子電圧が上昇させる。これにより、トランジスタＴＲ３およびＴＲ４のＶｇｓも上昇して、トランジスタＴＲ３およびＴＲ４がオンする。

その結果、ＬＥＤ１０の電流Ｉ１０がトランジスタＴＲ４に流れ込み、ＬＥＤ１０が点灯する。また、トランジスタＴＲ３およびＴＲ４が導通したことにより、トランジスタＴＲ１およびＴＲ２によるカレントミラー回路が動作する。
すなわち、オペアンプ３０は、ノード１１２がリファレンス電位Ｖｒｅｆと同じ３Ｖとなるように、トランジスタＴＲ１を導通させてノード１１２の電位を３Ｖまで下げるように動作する。それゆえ、トランジスタＴＲ１には定電流Ｉ２１として１０μＡが流れ、カレントミラー回路の動作により、トランジスタＴＲ２にも定電流Ｉ２２として１０μＡが流れる。

トランジスタＴＲ４のドレイン電流は、ＬＥＤ１０の電流Ｉ１０である６ｍＡと、トランジスタＴＲ２からの定電流１０μＡが流れ込むので、６．０１ｍＡとなる。また、トランジスタＴＲ３のドレイン電流は、トランジスタＴＲ１のドレイン電流と同じく１０μＡである。
ここで、前述したように、トランジスタＴＲ３とＴＲ４のサイズ比は、１：６０１となっており、そのサイズ比に応じたドレイン電流がトランジスタＴＲ３およびＴＲ４を流れるように構成しているので、平衡状態においては、ノード１１０とノード１１１の電位が一致する。それゆえ、トランジスタＴＲ１およびＴＲ２で構成するカレントミラー回路が正しく動作する。

すなわち、発光素子駆動装置１では、カレントミラー回路を構成するトランジスタＴＲ１およびＴＲ２のドレイン電流がともに１０μＡとなるように、同一のＶｄｓ，Ｖｇｓになろうとする。
また、トランジスタＴＲ４には、カレントミラー回路による定電流１０μＡと、ＬＥＤ１０の目標電流である６ｍＡとを合計した６．０１ｍＡが流れるように、トランジスタＴＲ３およびＴＲ４のサイズ比を設定しているので、平衡状態では、トランジスタＴＲ３およびＴＲ４のＶｇｓ、Ｖｄｓが同一となるように調整される。図１に示す発光素子駆動装置１では、トランジスタＴＲ３およびＴＲ４のゲート電位が共通であるため、ノード１１０とノード１１１が同電位となるように調整される。
その結果、カレントミラー回路が安定して動作し、発光素子駆動装置１の回路全体がバランスされる。

発光素子駆動装置１では、ＬＥＤ１０として、赤色ＬＥＤを使用した場合と青色ＬＥＤを使用した場合とでは、ノード１１０の電位が、それぞれ２．５Ｖ、１．１Ｖとなって異なるが、上述したトランジスタＴＲ３およびＴＲ４のサイズ比の設定によりノード１１０がノード１１１と同電位となり、かつ、ノード１１２がリファレンス電位Ｖｒｅｆと同電位となる状態で回路全体が平衡状態となる。したがって、ノード１１０の電位によらず、平衡状態での回路の各部を流れる電流は、図１に示したものとなる。
トランジスタＴＲ１のドレイン電位をモニタし、トランジスタＴＲ４のゲート電圧を制御することによって、この平衡状態が成立する。

以上説明したように、本実施形態に係るスイッチング電源装置によれば、トランジスタＴＲ１およびＴＲ２に定電流を流すようにカレントミラー回路を構成し、その定電流をドレイン電流とするトランジスタＴＲ３と、ＬＥＤ１０の出力トランジスタＴＲ４とのサイズ比を、カレントミラー回路による定電流とＬＥＤ１０に流すべき目標電流とに応じて設定し、トランジスタＴＲ１のドレイン電位に応じて、トランジスタＴＲ３およびトランジスタＴＲ４のゲートに帰還をかけるオペアンプ３０を有している。
したがって、ＬＥＤ１０の順方向電圧ＶＦによらず、トランジスタＴＲ３およびＴＲ４のＶｄｓが一致する状態で釣り合い、ＬＥＤ１０に一定の目標電流が流れることになる。
そして、出力トランジスタであるトランジスタＴＲ４のソース電位をモニタするための抵抗を有しないため、発光素子駆動装置全体として小型化、低消費電力を実現することができる。

以下、従来の発光素子駆動装置と比較した、発光素子駆動装置１の定量的な効果について述べる。なお、従来の発光素子駆動装置は、図５に示した発光素子駆動装置とする。

まず、実施形態に係る発光素子駆動装置１では、図５に示した従来の発光素子駆動装置と比較して、１００Ωの抵抗素子が除去されているので、この分の抵抗実装面積を実装基板から除くことが可能である。

従来の駆動装置では、６０ＫΩと１００Ωの２つの抵抗があるが、たとえば、１０ＫΩ（４μｍＸ１００μｍ＝４００μｍ^２）を１単位として考えた場合、６０ＫΩの抵抗は、６単位を直列に接続して抵抗面積が２４００μｍ^２（＝４００μｍ^２×６）となり、１００Ωの抵抗は、１００単位を並列に接続して抵抗面積が４００００μｍ^２（＝４００μｍ^２×１００）となるので、合計して４２４００μｍ^２となる。

一方、発光素子駆動装置１では、３００ＫΩの抵抗のみであり、たとえば、同様に１０ＫΩ（４μｍＸ１００μｍ＝４００μｍ^２）を１単位として考えた場合、３０単位を並列に接続して抵抗面積が１２０００μｍ^２（＝４００μｍ^２×３０）となる。

以上の考察により、従来と比較して、発光素子駆動装置１は、抵抗面積を７０％程度削減することができることがわかる。

次に、実施形態に係る発光素子駆動装置１では、図５に示した従来の発光素子駆動装置と比較して、１００Ωの抵抗が除去されているので、その分の電圧降下が必要ない。したがって、ＬＥＤ１０に必要な駆動電圧に電源電圧を調整できるように構成されている場合には、抵抗の除去による消費電力の低減が可能である。
なお、ＬＥＤ１０に必要な駆動電圧に電源電圧を調整できるような構成とは、たとえば特許文献１に開示されている技術であり、たとえば、図１のノード１１０の電位と所定の基準電位との差分に応じて、ＬＥＤ１０の駆動条件を満足できる最低電圧を出力するようにＶＤＤを調整する技術である。

かかる技術を前提とすると、消費電力低減の効果は以下のようになる。
すなわち、図５に示した従来の発光素子駆動装置では、電源電圧ＶＤＤは、少なくとも、ＬＥＤ１０の順方向電圧ＶＦ、出力トランジスタＴＲ６のＶｄｓ、抵抗Ｒ１１の電圧降下分の合計が必要となる。たとえば、ＬＥＤ１０として青色ＬＥＤを使用した場合、順方向電圧ＶＦは３．３Ｖ、トランジスタＴＲ６のＶｄｓは０．３Ｖ、抵抗Ｒ１１の電圧降下分は０．６Ｖ（＝６ｍＡ×１００Ω）であり、合計で４．２Ｖとなる。
消費電流は６．０１ｍＡであるため、従来の駆動装置の消費電力は２５．２ｍＷである。

一方、発光素子駆動装置１では、従来の駆動装置の抵抗Ｒ１１が必要ないため、電源電圧ＶＤＤは、ＬＥＤ１０の順方向電圧ＶＦと、出力トランジスタＴＲ４のＶｄｓとの合計まで低減できる可能性がある。これは、ＬＥＤ１０として青色ＬＥＤを使用した場合、合計で３．６Ｖとなる。
消費電流は６．０３ｍＡであるため、従来の駆動装置の消費電力は２１．７ｍＷである。

以上から、従来と比較して、発光素子駆動装置１は、消費電力を１４％程度削減することができる。

＜第２の実施形態＞
以下、本発明の一実施形態を添付図面に関連付けて説明する。
図２は、本発明に係る発光素子駆動装置１ａの一実施形態を示す回路図である。

図２に示す発光素子駆動装置１ａは、図１に示す発光素子駆動装置１と比較して、オペアンプ３０のマイナス入力端子と、トランジスタＴＲ１およびＴＲ２のゲート同士の接続線上の点であるノード１１５（第１の制御端子）とを接続し、リファレンス電位ＶｒｅｆをトランジスタＴＲ１およびＴＲ２のゲート電位としている点で異なる。したがって、発光素子駆動装置１において、リファレンス電位Ｖｒｅｆを生成するために必要としていた電流源２０と抵抗Ｒ１は、本実施形態に係る発光素子駆動装置１ａでは必要ない。

本実施形態に係る発光素子駆動装置１ａでは、オペアンプ３０のマイナス入力端子にトランジスタＴＲ１のゲート電位、オペアンプ３０のプラス入力端子にトランジスタＴＲ１のドレイン電位がそれぞれ印加される。
したがって、トランジスタＴＲ１およびＴＲ２のＶｇｓとＶｄｓが、平衡状態ではそれぞれ同一となるように帰還がかかる。すなわち、トランジスタＴＲ１のＶｇｓとＶｄｓが同一となるように、トランジスタＴＲ４が制御され、その結果、トランジスタＴＲ１およびＴＲ２で構成するカレントミラー回路が安定して動作する。

本実施形態に係る発光素子駆動装置１ａの動作は、第１の実施形態に係る発光素子駆動装置１と同様である。
たとえば、図２に示す本実施形態に係る発光素子駆動装置１ａにおいて、発光素子駆動装置１と同一の符号を付した回路素子の特性、電流Ｉ１０の目標電流を同一とすると、オペアンプ３０は、トランジスタＴＲ１およびＴＲ２のＶｇｓとＶｄｓが、平衡状態ではそれぞれ同一となるように帰還がかかる。その平衡状態では、第１の実施形態と同様に、定電流Ｉ２１とＩ２２がともに１０μＡであり、トランジスタＴＲ１およびＴＲ２のドレイン電流がともに１０μＡとなる。

そのとき、トランジスタＴＲ３のドレイン電流Ｉｄ３もＩｄ１同様に１０μＡであり、また、トランジスタＴＲ３とＴＲ４のサイズ比が１：６０１となっているので、ノード１１０の電位に関わらず、すなわち、ＬＥＤ１０の電位低下分に関わらず、ＬＥＤ１０に目標電流である６ｍＡが流れ、かつ、トランジスタＴＲ４のドレイン電流Ｉｄ４は、６．０１ｍＡとなる。

以上説明したように、本実施形態に係る発光素子駆動装置１ａは、第１の実施形態に係る発光素子駆動装置１と同様に、ＬＥＤ１０によらず、そのＬＥＤ１０に定電流Ｉ１０を流すように駆動することができる。

以下、従来の発光素子駆動装置と比較した、発光素子駆動装置１ａの効果について述べる。なお、従来の発光素子駆動装置は、図５に示した発光素子駆動装置とする。

以下、従来の発光素子駆動装置と比較すると、本実施形態に係るスイッチング電源装置１ａは、抵抗がまったく使用されていないので、基板の面積を大きく低減でき、装置の小型化に寄与する。
また、第１の実施形態の場合と同様に、ＬＥＤ１０に必要な駆動電圧に電源電圧を調整できるように構成されている場合には、抵抗の除去による消費電力の低減が可能である。すなわち、青色ＬＥＤの例では、１４％程度の消費電力の低減ができる。

本発明の実施形態は上述した内容に拘泥せず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者であれば様々な改変を行うことができる。
たとえば、上記実施形態では、駆動対象としてＬＥＤを一例として説明したが、これに限られず、定電流で駆動する必要がある発光素子であれば本発明を適用することが可能である。

本発明に係る発光素子駆動装置の一実施形態を示す回路図である。 本発明に係る発光素子駆動装置の一実施形態を示す回路図である。 従来の発光素子駆動装置の一例を示す回路図である。 出力トランジスタのＶｄｓとＩｄｓとの関係（静特性）を示す図である。 従来の発光素子駆動装置の一例を示す回路図である。 出力トランジスタのＶｄｓとＩｄｓとの関係（静特性）を示す図である。

符号の説明

ＴＲ１〜ＴＲ４…トランジスタ、１０…ＬＥＤ（発光ダイオード）、２０〜２２…電流源、３０…オペアンプ、Ｒ１…抵抗。

Claims (6)

1. 電源電圧端子と第１のノード間に接続された発光素子と、
   電源電圧端子と第２のノード間に接続される第１のトランジスタと、
   前記電源電圧端子と前記第１のノード間に前記発光素子と並列に接続され、前記第１のトランジスタとは制御端子同士が共通の第１の制御端子として接続される第２のトランジスタと、
   前記第２のノードと基準電位端子間に接続される第３のトランジスタと、
   前記第１のノードと基準電位端子間に接続され、前記第３のトランジスタとは制御端子同士が共通の第２の制御端子として接続される第４のトランジスタと、
   電源電圧端子と前記第１のトランジスタ間に接続され、第１の電流を生成する第１の電流源と、
   電源電圧端子と前記第２のトランジスタ間に接続され、前記第１の電流と等しい電流を生成する第２の電流源と、
   を有し、
   前記第１および第２のトランジスタは、ともに前記第１の電流を流すようにカレントミラー回路を形成し、
   前記第３および第４のトランジスタでは、同一の制御電圧に対してそれぞれ発生する電流の比が前記第１の電流と前記発光素子に流すべき目標電流とによって設定され、
   前記第２のノードの電位よりも高く設定されるリファレンス電位と、前記第１の電流源と前記第１のトランジスタ間にある第３のノードの電位とが等しくなるように、前記第２の制御端子に与える電位が調整される
   発光素子駆動装置。
2. 前記第３および第４のトランジスタにおける前記電流の比は、前記第１の電流と、当該第１の電流および前記目標電流の和である第２の電流との比によって設定する
   請求項１記載の発光素子駆動装置。
3. 第３のノードの電位と前記リファレンス電位との差分に応じて、前記第３および第４のトランジスタに制御電圧を与える差動増幅器を有する
   請求項１記載の発光素子駆動装置。
4. 前記第１の電流と等しい第３の電流を生成する第３の電流源を含み、前記リファレンス電位を生成するためのリファレンス電位生成部を有する
   請求項３記載の発光素子駆動装置。
5. 電源電圧端子と第１のノード間に接続された発光素子と、
   電源電圧端子と第２のノード間に接続される第１のトランジスタと、
   前記電源電圧端子と前記第１のノード間に前記発光素子と並列に接続され、前記第１のトランジスタとは制御端子同士が共通の第１の制御端子として接続される第２のトランジスタと、
   前記第２のノードと基準電位端子間に接続される第３のトランジスタと、
   前記第１のノードと基準電位端子間に接続され、前記第３のトランジスタとは制御端子同士が共通の第２の制御端子として接続される第４のトランジスタと、
   電源電圧端子と前記第１のトランジスタ間に接続され、第１の電流を生成する第１の電流源と、
   電源電圧端子と前記第２のトランジスタ間に接続され、前記第１の電流と等しい電流を生成する第２の電流源と、
   を有し、
   前記第１および第２のトランジスタは、ともに前記第１の電流を流すようにカレントミラー回路を形成し、
   前記第３および第４のトランジスタでは、同一の制御電圧に対してそれぞれ発生する電流の比が前記第１の電流と前記発光素子に流すべき目標電流とによって設定され、
   前記第１の制御端子の電位と、前記第１の電流源と前記第１のトランジスタ間にある第３のノードの電位とが等しくなるように、前記第２の制御端子に与える電位が調整される
   発光素子駆動装置。
6. 前記第３および第４のトランジスタにおける前記電流の比は、前記第１の電流と、当該第１の電流および前記目標電流の和である第２の電流との比によって設定する
   請求項５記載の発光素子駆動装置。
   

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