JP2008004706A - 発光ダイオード駆動回路 - Google Patents

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公一 山口
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Abstract

【課題】本発明は、発光ダイオードの発光輝度を高精度に調整することができ、かつ、回路規模の増大を抑えることができる発光ダイオード駆動回路を提供することを目的とする。
【解決手段】基準電流を生成する基準電流部33と、カレントミラー回路を用いて基準電流に基づく駆動電流を生成して発光ダイオードに供給する電流出力部44からなる発光ダイオード駆動回路であって、基準電流部は、基準電流が抵抗回路を流れることで発生する電圧が一定の基準電圧と同一となるよう基準電流を制御する演算増幅器30と、抵抗とトランジスタの直列接続回路を基準抵抗と並列に複数接続した抵抗回路であり、直列接続回路のトランジスタを制御信号に応じてオンまたはオフさせて基準電流が流れることで発生する電圧を切り替え、基準電流を切り替える基準電流切り替え回路R13〜R16,M31〜M33を有する。
【選択図】図2

Description

本発明は発光ダイオード駆動回路に関し、配列された複数の発光ダイオードそれぞれを駆動する発光ダイオード駆動回路に関する。
プリンタ等において感光体を感光させる手段として、発光ダイオード(以下、「LED」という)をリニアに配列したLEDアレイを用いたものがある。このようなLEDアレイの各LEDを駆動する駆動回路としては、例えば特許文献1,2等に記載されているものがある。
図3は、従来の発光ダイオード駆動回路の一例の回路構成図を示す。この駆動回路は半導体集積回路化されている。
同図中、演算増幅器10の反転入力端子には基準電圧源11より基準電圧Vrefが印加されている。演算増幅器10の出力端子はpチャネルMOS電界効果トランジスタ(以下、単に「MOSトランジスタ」という)M0のゲートに接続されると共に、pチャネルMOSトランジスタM1のゲートに接続され、また、アナログスイッチ等のスイッチ12,13を介してpチャネルMOSトランジスタM2,M3のゲートに接続されている。MOSトランジスタM0,M1,M2,M3のソースは電源Vdd1に接続されている。MOSトランジスタM0,M1はカレントミラー回路を構成し、スイッチ12,13のオン時にMOSトランジスタM0はMOSトランジスタM1〜M3と共にカレントミラー回路を構成する。
MOSトランジスタM0のドレインは演算増幅器10の非反転入力端子に接続されると共に、抵抗R1を介して接地されている。MOSトランジスタM1,M2,M3のドレインはnチャネルMOSトランジスタM4のドレインに共通接続されている。スイッチ12,13は端子14a,14bそれぞれから供給される輝度制御用のスイッチ制御信号に応じてオン/オフを切り換える。
MOSトランジスタM4のドレインはnチャネルMOSトランジスタM4,M5のゲートに共通接続され、MOSトランジスタM4,M5のソースは接地されており、MOSトランジスタM4,M5はカレントミラー回路を構成している。
MOSトランジスタM5のドレインはpチャネルMOSトランジスタM6のゲートとドレインに接続されている。MOSトランジスタM6のゲートはアナログスイッチ等のスイッチ15,16それぞれを介してpチャネルMOSトランジスタM7,M8のゲートに接続されている。MOSトランジスタM6,M7,M8のソースは電源Vdd2に接続され、MOSトランジスタM7,M8のドレインはLED(発光ダイオード)18のアノードに接続され、LED18のカソードは接地されている。
スイッチ15,16は、端子17a,17bそれぞれから供給される階調制御用のスイッチ制御信号に応じてオン/オフを切り換える。MOSトランジスタM7,M8はスイッチ15,16がオンのときにMOSトランジスタM6とカレントミラー回路を構成する。スイッチ15はLED18を発光させるタイミングでオンとなり、スイッチ16はLED18の発光輝度を増大させて階調表現を行う場合にオンとなる。
演算増幅器10は基準電圧Vrefと抵抗R1により、(1)式で表わされる第1基準電流Iref1をMOSトランジスタM0のドレインに流し、MOSトランジスタM0,M1のゲート面積比が1:Aであれば、MOSトランジスタM4のドレインに電流A×Iref1が流れる(スイッチ13がオフの状態)。
Iref1=Vref/R1 …(1)
MOSトランジスタM1とMOSトランジスタM2,M3のゲート面積比が10:1である場合、スイッチ12をオンとしてMOSトランジスタM2をオンすると、MOSトランジスタM1のドレイン電流にMOSトランジスタM2のドレイン電流が加算されてMOSトランジスタM4のドレイン電流(1.1×A×Iref1)となる。また、スイッチ12,13をオンとしてMOSトランジスタM2,M3をオンすると、MOSトランジスタM1のドレイン電流にMOSトランジスタM2,M3のドレイン電流が加算されてMOSトランジスタM4のドレイン電流(1.2×A×Iref1)となる。このMOSトランジスタM4のドレイン電流が第2基準電流となってMOSトランジスタM5,M6のドレイン電流を決定するため、階調表現にかかわらず、LED18に流れる電流はスイッチ12のオンにより1.1倍となってLED18の発光輝度を約1.1倍とし、スイッチ12,13のオンにより1.2倍となってLED18の発光輝度を約1.2倍とする。
特許第3296882号公報 特許第2516236号公報
従来の発光ダイオード駆動回路では、MOSトランジスタM1と並列に、スイッチ12,13及びMOSトランジスタM2,M3を設け、スイッチ12,13のオン/オフ制御を行うことで、LED18の発光輝度を調整していた。
この場合、LED18の発光輝度をより細かに調整しようとすると、MOSトランジスタM1と並列に設けるスイッチ及びMOSトランジスタの段数を10数段から数10段と増加させなければならず、回路規模が大きくなるという問題があった。
本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、発光ダイオードの発光輝度を高精度に調整することができ、かつ、回路規模の増大を抑えることができる発光ダイオード駆動回路を提供することを目的とする。
本発明の発光ダイオード駆動回路は、基準電流を生成する基準電流部と、カレントミラー回路を用いて前記基準電流に基づく駆動電流を生成して発光ダイオードに供給する電流出力部からなる発光ダイオード駆動回路であって、
前記基準電流部は、前記基準電流が抵抗回路を流れることで発生する電圧が一定の基準電圧と同一となるよう前記基準電流を制御する演算増幅器と、
抵抗とトランジスタの直列接続回路を基準抵抗と並列に複数接続した抵抗回路であり、前記直列接続回路のトランジスタを制御信号に応じてオンまたはオフさせて前記基準電流が流れることで発生する電圧を切り替え、前記基準電流を切り替える基準電流切り替え回路を有することにより、発光ダイオードの発光輝度を高精度に調整することができ、かつ、回路規模の増大を抑えることができる。
前記発光ダイオード駆動回路において、
前記複数の直列接続回路の抵抗は、前記基準抵抗と抵抗値が異なることができる。
本発明によれば、発光ダイオードの発光輝度を高精度に調整することができ、かつ、回路規模の増大を抑えることができる。
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。
<LEDアレイ駆動回路の構成>
図1は、本発明の発光ダイオード駆動回路を用いたLEDアレイ装置の一実施形態のブロック構成図を示す。このLEDアレイ装置は例えば48チャネル構成である。
同図中、シフトレジスタ20には1チャネルについて例えば6ビットの発光時間データが48チャネル分時系列で供給され、シフトレジスタ20で順次シフトされてラッチされたのち、パルス幅変調回路22に供給される。パルス幅変調回路22は、チャネル毎に発光時間データで指示されるパルス幅の発光パルスを生成し、48チャネル分の発光パルスをLEDアレイ駆動回路26に供給する。
シフトレジスタ24には1チャネルについて例えば6ビットの発光輝度データが48チャネル分時系列で供給され、シフトレジスタ24で順次シフトされてラッチされたのち、LEDアレイ駆動回路26に供給される。LEDアレイ駆動回路26は、チャネル毎に発光輝度データをデコードしてn系統のスイッチ制御信号を生成し、チャネル毎に発光パルスでオンさせるMOSトランジスタを上記n系統のスイッチ制御信号によって決定する。LEDアレイ駆動回路26はLEDアレイ28を構成する48チャネルのLEDをチャネル単位に駆動する。
<発光ダイオード駆動回路の構成>
図2は、本発明の発光ダイオード駆動回路の一実施形態の回路構成図を示す。この駆動回路は半導体集積回路化されている。
同図中、演算増幅器30の反転入力端子には基準電圧源回路31より基準電圧Vrefが印加されている。演算増幅器30の出力端子はpチャネルMOSトランジスタM11,M12それぞれのゲートに接続されている。MOSトランジスタM11,M12それぞれのソースは抵抗R11,R12それぞれを介して電源Vdd1に接続されてカレントミラー回路を構成している。MOSトランジスタM11,M12それぞれのドレインはpチャネルMOSトランジスタM13,M14それぞれのソースに接続されている。
MOSトランジスタM13,M14のゲートはMOSトランジスタM13のドレインに共通接続されてカレントミラー回路を構成しており、MOSトランジスタM13のドレインは演算増幅器30の非反転入力端子に接続されると共に、抵抗R13,R14,R15,R16それぞれの一端に接続されている。抵抗R13の他端は接地されている。
MOSトランジスタM11〜M14はカレントミラー回路がカスケード接続された構成とすることにより、MOSトランジスタM11,M12のドレイン電位が略同一となり、ゲート面積が同一の場合MOSトランジスタM13,M14のドレイン電流は略同一となる。
抵抗R14,R15,R16それぞれの他端にはnチャネルMOSトランジスタM31,M32,M33のドレインが接続され、MOSトランジスタM31,M32,M33のソースは接地されている。MOSトランジスタM31,M32,M33のゲートには端子32a,32b,32cから輝度制御用のスイッチ制御信号が供給される。
MOSトランジスタM14のドレインはnチャネルMOSトランジスタM15のドレインに接続されている。MOSトランジスタM15のゲートはnチャネルMOSトランジスタM16のゲートと接続されてカレントミラー回路を構成している。
MOSトランジスタM15,M16それぞれのソースはnチャネルMOSトランジスタM17,M18それぞれのドレインに接続されている。MOSトランジスタM17,M18のゲートはMOSトランジスタM15のドレインに共通接続されてカレントミラー回路を構成し、MOSトランジスタM17,M18のソースは接地されている。
MOSトランジスタM15〜M18はカレントミラー回路がカスケード接続された構成となることにより、MOSトランジスタM15,M16のソース電位が略同一となり、ゲート面積が同一の場合MOSトランジスタM15,M16のドレイン電流は略同一となる。なお、MOSトランジスタM15,M16のゲートには電圧源34より定電圧Vaが印加されることでMOSトランジスタM17,M18のドレイン電位はVa−Vgs1(Vgs1はnチャネルMOSトランジスタのゲート・ドレイン間電圧)となる。
上記の演算増幅器30,基準電圧源回路31,MOSトランジスタM11〜M15及びM17は基準電流部33を構成している。演算増幅器30は、MOSトランジスタM13のドレイン電流が抵抗R13,R14,R15,R16を流れることにより生じるMOSトランジスタM13のドレイン電圧と基準電圧源回路31からの基準電圧Vrefと差動増幅して、両者が同一となるようにMOSトランジスタM11のドレイン電流を制御してMOSトランジスタM13のドレインに一定の基準電流Irefを流す。また、カレントミラー回路によってMOSトランジスタM16のドレインに基準電流Irefに比例した電流が流れる。
MOSトランジスタM16のドレインはpチャネルMOSトランジスタM22のドレインに接続されている。MOSトランジスタM22のソースはpチャネルMOSトランジスタM21のドレインに接続されている。MOSトランジスタM21のソースは抵抗R15を介して電源Vdd2に接続されている。
MOSトランジスタM21のゲートはMOSトランジスタM22のドレインに接続されると共に、アナログスイッチ等のスイッチ36,38,40それぞれを介してpチャネルMOSトランジスタM23,M25,M27のゲートに接続されている。スイッチ36,38,40がオンするとMOSトランジスタM23,M25,M27のゲート電位をMOSトランジスタM21のゲート電圧と同一にしてMOSトランジスタM23,M25,M27をオンし、スイッチ36,38,40がオフするとMOSトランジスタM23,M25,M27のゲート電位を電源電圧Vdd2としてMOSトランジスタM23,M25,M27をオフする。
MOSトランジスタM23,M25,M27それぞれのソースは抵抗R21,R22,R23それぞれを介して電源Vdd2に接続されており、MOSトランジスタM23,M25,M27はスイッチ36,38,40がオンのときにMOSトランジスタM21とカレントミラー回路を構成する。
MOSトランジスタM22のゲートはpチャネルMOSトランジスタM24,M26,M28のゲートに接続されている。MOSトランジスタM23,M25,M27それぞれのドレインはMOSトランジスタM24,M26,M28のソースに接続されており、MOSトランジスタM22,M24,M26,M28はカレントミラー回路を構成している。
MOSトランジスタM21〜M28はカレントミラー回路がカスケード接続された構成となることにより、MOSトランジスタM21,M23,M25,M27のドレイン電位が略同一となり、ゲート面積が同一の場合MOSトランジスタM22,M24,M26,M28のドレイン電流は略同一となる。ここでは、階調表現を行うために、例えばMOSトランジスタM21,M22のゲート面積に対して、MOSトランジスタM23,M24のゲート面積は6倍、MOSトランジスタM25,M26のゲート面積は3倍、MOSトランジスタM27,M28のゲート面積は2倍というように、ゲート面積をそれぞれ異ならせている。
なお、MOSトランジスタM22,M24,M26,M28のゲートには電圧源35より定電圧Vbが印加されて、MOSトランジスタM22,M24,M26,M28のソース電位はVb+Vgs2(Vgs2はpチャネルMOSトランジスタのゲート・ドレイン間電圧)とされている。
スイッチ36,38,40それぞれは端子37,39,41それぞれから供給されるn(ここではn=3)系統のスイッチ制御信号に応じてオン/オフを切り換える。なお、nは3に限らない。MOSトランジスタM24,M26,M28のドレインはLED45のアノードに接続され、LED45のカソードは接地されている。
ここで、スイッチ36,38,40がオフのときMOSトランジスタM23,M25,M27はオフしLED45に電流は流れない。スイッチ36がオンするとMOSトランジスタM23のドレイン電流がLED45に流れ、スイッチ36,38がオンするとMOSトランジスタM23,M25のドレイン電流の和がLED45に流れ、スイッチ36,38,40がオンするとMOSトランジスタM23,M25,M27のドレイン電流の和がLED45に流れ、LED45は流れる電流が大きくなるほど発光輝度が大となる。
上記のスイッチ36,38,40,MOSトランジスタM16,M18〜M28が1チャネル分の電流出力部44を構成しており、48チャネル分の同一構成の電流出力部44が基準電流部33に接続されている。各チャネルの電流出力部44はそれぞれに接続されているLED45(LEDアレイ28の一部)を駆動する。
<発光ダイオードの輝度調整>
ここで、抵抗R13,R14,R15,R16それぞれの抵抗値の比は、例えば1:2:4:8とされている。端子32a〜32cからのスイッチ制御信号が総てローレベルのときMOSトランジスタM31〜M33はオフしてMOSトランジスタM13のドレインは抵抗R13を介して接地される。
端子32aからのスイッチ制御信号がハイレベルのときMOSトランジスタM31がオンしてMOSトランジスタM13のドレインは抵抗R13と抵抗R14の並列接続を介して接地される。同様に、端子32bからのスイッチ制御信号がハイレベルのときMOSトランジスタM32がオンしてMOSトランジスタM13のドレインは抵抗R13と抵抗R15の並列接続を介して接地され、端子32cからのスイッチ制御信号がハイレベルのときMOSトランジスタM33がオンしてMOSトランジスタM13のドレインは抵抗R13と抵抗R15の並列接続を介して接地される。
また、端子32a,32bからのスイッチ制御信号がハイレベルのときMOSトランジスタM31,M32がオンしてMOSトランジスタM13のドレインは抵抗R13と抵抗R14とR15の並列接続を介して接地され、端子32b,32cからのスイッチ制御信号がハイレベルのときMOSトランジスタM32,M33がオンしてMOSトランジスタM13のドレインは抵抗R13と抵抗R15と抵抗R16の並列接続を介して接地され、端子32a,32cからのスイッチ制御信号がハイレベルのときMOSトランジスタM31,M33がオンしてMOSトランジスタM13のドレインは抵抗R13と抵抗R14と抵抗R16の並列接続を介して接地され、端子32a,32b,32cからのスイッチ制御信号がハイレベルのときMOSトランジスタM31,M32,M33がオンしてMOSトランジスタM13のドレインは抵抗R13と抵抗R14と抵抗R15と抵抗R16の並列接続を介して接地される。
つまり、MOSトランジスタM13のドレイン抵抗を最大で抵抗R13とし、最小で(R13//R14//R15//R16)とすることができる。なお、R13//R14//R15//R16は抵抗R13,R14,R15,R16の並列接続の合成抵抗を表す。
これによって、MOSトランジスタM13のドレインを流れる第1基準電流Irefの最小値Iref(min)が(2)式で表わされ、最大値Iref(max)が(3)式で表される。
Iref(min)=Vref/R13 …(2)
Iref(max)=Vref/(R13//R14//R15//R16)…(3)
本発明では、LED45の発光輝度が所望の値となるように、端子32a〜32cからのスイッチ制御信号によりMOSトランジスタM13のドレインに流れる第1基準電流Irefを調整する。
従来は、LED18の発光輝度をより細かに調整しようとすると、MOSトランジスタM1と並列に設けるスイッチ及びMOSトランジスタの段数を10数段から数10段と増加させなければならなかったが、本発明ではMOSトランジスタM31,M32,M33と抵抗R14,R15,R16の簡単な構成で、スイッチ制御信号のビット数をNとすると2通りの輝度調整を行うことができる。
なお、抵抗R13が請求項記載の基準抵抗に相当し、抵抗R13〜R16,MOSトランジスタM31〜M33が抵抗回路と基準電流切り替え回路に相当する。
本発明の発光ダイオード駆動回路を用いたLEDアレイ装置の一実施形態のブロック構成図である。 本発明の発光ダイオード駆動回路の一実施形態の回路構成図である。 従来の発光ダイオード駆動回路の一例の回路構成図である。
符号の説明
30 演算増幅器
31 基準電圧源回路
33 基準電流部
34,35 電圧源
36,38,40 スイッチ
44 電流出力部
45 LED
M11〜M33 MOSトランジスタ
R11〜R23 抵抗
Vdd1,Vdd2 電源

Claims (2)

  1. 基準電流を生成する基準電流部と、カレントミラー回路を用いて前記基準電流に基づく駆動電流を生成して発光ダイオードに供給する電流出力部からなる発光ダイオード駆動回路であって、
    前記基準電流部は、前記基準電流が抵抗回路を流れることで発生する電圧が一定の基準電圧と同一となるよう前記基準電流を制御する演算増幅器と、
    抵抗とトランジスタの直列接続回路を基準抵抗と並列に複数接続した抵抗回路であり、前記直列接続回路のトランジスタを制御信号に応じてオンまたはオフさせて前記基準電流が流れることで発生する電圧を切り替え、前記基準電流を切り替える基準電流切り替え回路を
    有することを特徴とする発光ダイオード駆動回路。
  2. 請求項1記載の発光ダイオード駆動回路において、
    前記複数の直列接続回路の抵抗は、前記基準抵抗と抵抗値が異なることを特徴とする発光ダイオード駆動回路。
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