JP2007220855A

JP2007220855A - Ｌｅｄ点灯回路

Info

Publication number: JP2007220855A
Application number: JP2006038981A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Takada; 和久高田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-02-16
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2007-08-30

Abstract

【課題】複数のＬＥＤ発光ユニットを備えたＬＥＤ点灯回路において、消費電力の削減を可能にする。
【解決手段】ＤＣＤＣコンバータ１７が出力するＬＥＤ駆動電圧Ｖｏｕｔには、時分割制御回路１５がＦＢ１を選択して定電流回路９が動作しているとき、発光ユニット６に定電流が安定して流れるように端子ＦＢ１の電圧がフィードバックされるので、ＬＥＤ駆動電圧Ｖｏｕｔが効率的に最適な電圧値で動作する。このとき、発光ユニット７と発光ユニット８には電流が流れておらず発光していない。この動作を端子ＦＢ２，ＦＢ３に順番に行うことにより、定電流回路９，１０，１１が安定して動作する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＣＤＣコンバータと、任意の数のＬＥＤからなる複数の発光ユニットと、定電流回路とを具備するＬＥＤ点灯回路に関するものである。

近年、携帯電話を始めとする高機能モバイル機器では、リチウムイオン電池を代表とする電圧源から、スイッチングレギュレータを使用して効率よく必要な電源電圧を供給するシステムが使われている。一方でモバイル機器に対する小型化の要望に対応するため、これらのスイッチングレギュレータやＬＥＤ点灯回路を１チップに集積したパワーマネジメントＬＳＩが増えている。特にモバイル機器では表示部が複数存在し、ＬＥＤ点灯回路を内蔵したパワーマネジメントＬＳＩが主流になっている。

一方、それぞれの表示部に使用される発光ユニットでは、ＬＥＤの種類や個数が異なるため、ＬＥＤ駆動電圧を各ＬＥＤが安定して点灯することができる最大電圧に設定する必要がある。

以下、図３を参照して従来のＬＥＤ点灯回路の動作を説明する。図３に示すＬＥＤ点灯回路は特許文献１における図３に記載のものを一般化して表記したものである。

図３において、１は電池、２はインダクタ、３はスイッチング素子、４はダイオード、５は出力コンデンサであり、電池１の電圧ＶｉｎをＬＥＤ駆動電圧Ｖｏｕｔに変換するＤＣＤＣコンバータ１７は、インダクタ２とスイッチング素子３とダイオード４とコンデンサ５からなる昇圧コンバータで構成されている。

ＤＣＤＣコンバータ１７の出力側には、メインＬＣＤバックライト用ＬＥＤからなる発光ユニット６とサブＬＣＤバックライト用ＬＥＤからなる発光ユニット７とＫｅｙバックライト用ＬＥＤからなる発光ユニット８とが並列に接続されている。各発光ユニット６，７，８に流れる電流は、それぞれ定電流回路９，１０，１１で制御されている。

１４は、電流制御回路であり、各発光ユニット６，７，８に流れる電流を制御している。

ＤＣＤＣコンバータ１７の出力、即ちＬＥＤ駆動電圧は、発光ユニット６，７，８の電圧と定電流回路９，１０，１１の電圧の和であるが、各発光ユニット６，７，８の電圧はＬＥＤの個数，順方向電圧，電流値によって異なる。このため、電圧が最大となる発光ユニット６，７，８の定電流回路９，１０，１１を安定動作するように、ＤＣＤＣコンバータ１７を動作させる。具体的に、図３に示す構成例においては、発光ユニット６の電圧が最大であるので、定電流回路９の電圧（図中の端子ＦＢ１の電圧）をフィードバックする。

１２は、エラーアンプであり、定電流回路９の電圧と所定の基準電圧との誤差を出力する。１３は、ドライバー回路であり、エラーアンプ１２からの誤差に応じた駆動パルスを出力してスイッチング素子３を駆動する。これによって、最低電圧となる定電流回路９の電圧が安定化され、全ての発光ユニット６，７，８に所定の電流値が流れる。
特開２００１−２１５９１３号公報

前記従来のＬＥＤ点灯回路は電流値を正確かつ安易に設定することができるが、電力効率が悪く発熱するといった問題があった。この問題は、複数の発光ユニットを有し、それぞれの定電流回路の電圧差が大きいシステムにおいて顕著となる。全ての発光ユニットを安定して動作させるためには、全ての定電流回路が安定して動作する最低電圧以上でＤＣＤＣコンバータの出力電圧（ＬＥＤ駆動電圧）を制御する必要がある。

そのため、フィードバックをかけない定電流回路には、必要以上の電圧がかかって消費電力が増大する。各定電流回路の電圧が同一になるようなＬＥＤ配置や電流値設定をする対策も考えられるが、設計の自由度、ＬＥＤの順方向電圧バラツキや温度特性等を考慮すると現実的ではない。

図３に示す構成例の場合、定電流回路９の電圧が安定化されているので、定電流回路１０と定電流回路１１には、安定動作するための最低電圧よりも高い電圧がかかる。発光ユニット６のＬＥＤを４段、発光ユニット７のＬＥＤを３段、発光ユニット８のＬＥＤを２段、各ＬＥＤの順方向電圧をＶｆとした場合、定電流回路１０と定電流回路１１の各電流をＩ２，Ｉ３とすると、両定電流回路の電力損失Ｐｒは、Ｐｒ＝（Ｖｏｕｔ−３Ｖｆ）×Ｉ２＋（Ｖｏｕｔ−２Ｖｆ）×Ｉ３となる。

実動作例として、Ｖｏｕｔ＝１２．５Ｖ，Ｖｆ＝３Ｖ，Ｉ２＝Ｉ３＝２５ｍＡとすると、Ｐｒ＝２５０ｍＷとなる。これは、携帯電話を中心とする小型リチウムイオン電池を電源とするモバイル機器の連続動作時間を短くする要因になる。また、損失された電力による発熱も問題となる。

本発明は、前記問題を解決するためになされたものであり、複数のＬＥＤ発光ユニットを備えたＬＥＤ点灯回路において、消費電力の削減を可能にするＬＥＤ点灯回路を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明に係るＬＥＤ点灯回路は、ＤＣＤＣコンバータと、任意の数のＬＥＤからなり、前記ＤＣＤＣコンバータの出力に接続される複数の発光ユニットと、前記複数の発光ユニットのそれぞれに接続される定電流回路と、前記定電流回路の数に対応して１周期を分割し、各分割期間を前記各定電流回路ごとに割り当てる時分割制御回路と、入力された電圧と基準電圧との誤差を増幅して出力するエラーアンプと、前記分割期間において割り当てられた前記定電流回路の電圧を前記エラーアンプに入力するフィードバックスイッチと、前記エラーアンプの出力に応じて、前記ＤＣＤＣコンバータの出力を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする。

また、本発明に係るＬＥＤ点灯回路においては、前記分割期間において割り当てられた定電流回路以外の定電流回路の動作を停止する電流制御回路を備える。

さらに、前記時分割制御回路が動作する１周期は２０ｍｓｅｃ以下であるとよい。

また、前記時分割制御回路は、前記定電流回路を前記分割期間に、順次割り当ててもよいし、不均一に割り当ててもよいし、ランダムに割り当てるようにしてもよい。

本発明に係るＬＥＤ点灯回路によれば、複数の発光ユニットと定電流回路を時分割で動作させることにより、高効率なＬＥＤ点灯回路の構成となり、消費電力の削減が可能になる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施形態であるＬＥＤ点灯回路の構成図である。

図１において、１は電池、２はインダクタ、３はスイッチング素子、４はダイオード、５は出力コンデンサであり、電池１の電圧ＶｉｎをＬＥＤ駆動電圧Ｖｏｕｔに変換するＤＣＤＣコンバータ１７は、インダクタ２とスイッチング素子３とダイオード４とコンデンサ５からなる昇圧コンバータで構成される。

ＤＣＤＣコンバータの出力側には、メインＬＣＤバックライト用ＬＥＤからなる発光ユニット６とサブＬＣＤバックライト用ＬＥＤからなる発光ユニット７とＫｅｙバックライト用ＬＥＤからなる発光ユニット８が並列に接続されている。各発光ユニット６，７，８に流れる電流は、それぞれ定電流回路９，１０，１１により制御されている。定電流回路９，１０，１１の電圧は、それぞれ端子ＦＢ１，端子ＦＢ２，端子ＦＢ３で検出される。

１４は電流制御回路、１５は時分割制御回路、１６はフィードバックスイッチであり、時分割制御回路１５は、本例では発光ユニット６，７，８が３つであるため、それに対応して所定の周期を３分割して端子ＦＢ１，端子ＦＢ２，端子ＦＢ３に割り当てた信号を出力する。電流制御回路１４は時分割制御回路１５の出力に従って、端子ＦＢ１が選択されているときには定電流回路９を動作させ、端子ＦＢ２が選択されているときには定電流回路１０を動作させ、端子ＦＢ３が選択されているときには定電流回路１１を動作させる。

１２は、エラーアンプであり、所定の基準電圧とフィードバックスイッチ１６の電圧が入力される。フィードバックスイッチ１６は時分割制御回路１５の出力に従って、端子ＦＢ１が選択されているときには端子ＦＢ１の電圧をエラーアンプ１２に入力し、端子ＦＢ２が選択されているときには端子ＦＢ２の電圧をエラーアンプ１２に入力し、端子ＦＢ３が選択されているときには端子ＦＢ３の電圧をエラーアンプ１２に入力する。１３は制御回路としてのドライバー回路であり、エラーアンプ１２からの誤差に応じた駆動パルスを出力してスイッチング素子３を駆動する。

ＤＣＤＣコンバータ１７が出力するＬＥＤ駆動電圧Ｖｏｕｔには、時分割制御回路１５がＦＢ１を選択して定電流回路９が動作しているとき、発光ユニット６にＩ１の定電流が安定して流れるように端子ＦＢ１の電圧がフィードバックされるので、ＬＥＤ駆動電圧Ｖｏｕｔが効率的に最適な電圧値で動作する。このとき、発光ユニット７と発光ユニット８には電流が流れておらず発光していない。この動作を端子ＦＢ２，ＦＢ３に順番に行うことにより、定電流回路９，１０，１１が安定して動作するような構成になっている。

以上のような構成の本実施形態のＬＥＤ点灯回路の動作を図２を参照して説明する。

図２は図１に示す構成のＬＥＤ点灯回路の各部動作波形図であり、ＤＣＤＣコンバータ１７が出力するＬＥＤ駆動電圧Ｖｏｕｔ、定電流回路９の電流Ｉ１、定電流回路１０の電流Ｉ２、定電流回路１１の電流Ｉ３を示す。定電流回路９が動作し、定電流Ｉ１が流れているとき（図２の期間Ｔ１０，Ｔ１１，・・・）、定電流回路１０と定電流回路１１は動作せず、発光ユニット７と発光ユニット８は発光していない。このとき、定電流回路９が安定して動作し、かつ電力損失が少ない出力電圧Ｖstdにするには、発光ユニット６（４つのＬＥＤ直列接続）のＬＥＤ順方向電圧（Ｖｆ×４＋Ｖstd）の電圧が必要であり、ＦＢ１の電圧がＶstdになるようにフィードバックをかけることで、出力電圧をコントロールする。

次に時間が経過し、定電流回路９，１１がオフ、定電流回路１０がオンする(Ｔ２０，Ｔ２１，・・・)。このとき定電流回路１０が安定して動作し、かつ電力損失が少ない出力電圧にするには、発光ユニット７（３つのＬＥＤ直列接続）のＬＥＤ順方向電圧（Ｖｆ×３＋Ｖstd）以上の電圧が必要であり、ＦＢ２の電圧がＶstdになるようにフィードバックをかけることにより、出力電圧をコントロールする。よって、ＬＥＤ順方向電圧が等しいとき、Ｔ２０での出力電圧はＴ１０の電圧よりもＶｆ分下がる。

同様に定電流回路９，１０がオフ、定電流回路１１がオンするとき(Ｔ３０，Ｔ３１，・・・)にも出力電圧が下がる。以上の動作を２０ｍｓｅｃ以下（５０Ｈｚ以上）のスピードで繰り返し行うことにより、人間の目では発光ユニット６，７，８が常時点灯しているように見える。即ち、本実施形態のＬＥＤ点灯回路によれば、定電流回路の安定動作と低消費電力化を実現することができる。

なお、前記実施形態ではＤＣＤＣコンバータ１７として、昇圧型のスイッチングレギュレータを用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。電池電圧が十分高ければ降圧型でもよいし、他の構成のＤＣＤＣコンバータであってもよい。また、入力源は電池に限定されない。

また、前記実施形態では、時分割制御回路１５は定電流回路９，１０，１１を順次選択するように説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。発光ユニット６，７，８の特性や動作によっては、動作密度が不均一であってもよいし、順序だったものでなくランダムに選択されるような場合も想定される。

また、前記実施形態では、動作している定電流回路以外の定電流回路は停止しているように説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。消費電力の低減効果を考慮すれば、停止させておく方がよいが、動作開始時に高速起動させるため、微小電流が流れているような待機状態となっていてもよい。

本発明は、任意の数のＬＥＤからなる複数の発光ユニットを具備するＬＥＤ点灯回路に適用され、特に複数の表示部（発光ユニット）を備えるモバイル機器に実施して有用である。

本発明の実施形態であるＬＥＤ点灯回路の構成図本実施形態のＬＥＤ点灯回路に係る動作波形図従来のＬＥＤ点灯回路の構成図

符号の説明

１電池
２インダクタ
３スイッチング素子
４ダイオード
５コンデンサ
６，７，８発光ユニット
９，１０，１１定電流回路
１２エラーアンプ
１３ドライバー回路
１４電流制御回路
１５時分割制御回路
１６フィードバックスイッチ
１７ＤＣＤＣコンバータ

Claims

ＤＣＤＣコンバータと、
任意の数のＬＥＤからなり、前記ＤＣＤＣコンバータの出力に接続される複数の発光ユニットと、
前記複数の発光ユニットのそれぞれに接続される定電流回路と、
前記定電流回路の数に対応して１周期を分割し、各分割期間を前記各定電流回路ごとに割り当てる時分割制御回路と、
入力された電圧と基準電圧との誤差を増幅して出力するエラーアンプと、
前記分割期間において割り当てられた前記定電流回路の電圧を前記エラーアンプに入力するフィードバックスイッチと、
前記エラーアンプの出力に応じて、前記ＤＣＤＣコンバータの出力を制御する制御回路とを備えたことを特徴とするＬＥＤ点灯回路。
前記分割期間において割り当てられた前記定電流回路以外の定電流回路の動作を停止する電流制御回路を備えたことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯回路。
前記時分割制御回路が動作する１周期を、２０ｍｓｅｃ以下に設定したことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯回路。
前記時分割制御回路は、前記定電流回路を前記分割期間に順次割り当てることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯回路。
前記時分割制御回路は、前記定電流回路を前記分割期間に不均一に割り当てることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯回路。
前記時分割制御回路は、前記定電流回路を前記分割期間にランダムに割り当てることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ点灯回路。