(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態の発光素子駆動装置について詳細に説明する。図1に、本発明の第1実施形態の発光素子駆動装置の回路図を示す。なお、第1実施形態では、本発明の発光素子駆動装置が1つのLEDへ駆動電圧を供給する場合について説明している。
本発明の第1実施形態の発光素子駆動装置は、二次電池1、DC−DCモード切替スイッチ2、DC−DC回路3、LED4、定電流源回路5、判定回路6、コンデンサ7、を含んで構成される。なお、抵抗9は、配線抵抗である。本発明の第1実施形態の発光素子駆動装置は、DC−DCモード切替スイッチ2を切り替えて、二次電池1またはDC−DC回路3からの駆動電圧をLED4のアノードに出力することによって、LED4を発光する。以下、本発明の第1実施形態の発光素子駆動装置を構成する各部品または各回路、およびその機能について、説明する。
二次電池1は、近年の携帯電話に搭載される電池パック(例えばLi−イオンバッテリ)によって構成され、本発明の発光素子駆動装置が携帯情報端末に適用される場合には、携帯情報端末が行う処理によって電力消費されることにより、その電池電圧が低下する。この低下した電池電圧を昇圧させるためには、電池電圧端子10aを介して外部電源回路(図示せず)から二次電池1に電流を供給することによって二次電池1を充電する必要がある。二次電池1は、DC−DCモード切替スイッチ2による切り替えによって、LED4のアノードに電圧を出力する、あるいはDC−DC回路3に電圧を出力することになる。
DC−DCモード切替スイッチ2は、DC−DC回路3に並列に接続されており、LED4を駆動することを要求するLED駆動信号IonあるいはDC−DC回路3の駆動の停止を要求するDC−DC回路駆動停止信号DCDC OFFを本発明の発光素子駆動装置を備える上位装置(図示せず)から入力すると、電池電圧端子10aとDC−DC出力端子10bとを導通させ、後述する判定回路6からの切替信号を入力すると、電池電圧端子10aとDC−DC出力端子10bとを導通させずに電池電圧端子10aとDC−DC回路3とを接続する。この切替により、DC−DCモード切替スイッチ2は、二次電池1から供給される電圧をLED4のアノード、あるいはDC−DC回路3に切り替えて出力することになる。
DC−DC回路3は、ダイオード31、トランジスタ32、コイル33、DC−DC制御回路34を含んで構成される。DC−DC制御回路34は、トランジスタ32のONまたはOFFのパルス制御を行い、コイル33にて電池電圧を昇圧させて、ダイオード31にて電圧を整流させている。DC−DC回路3は、DC−DC回路3を駆動することを要求するDC−DC回路駆動信号(DCDC ON)を本発明の発光素子駆動装置を備える上位装置(図示せず)から入力すると、本回路の駆動を開始する。また、DC−DC回路3は、後述する判定回路6からの昇圧信号を入力すると、昇圧した電圧を発生し、DC−DC出力端子10bに出力することにより、LED4に駆動電圧を供給する。なお、本発明の発光素子駆動装置の特徴であるDC−DC回路3による昇圧処理については、後述する。また、DC−DC回路3は、DC−DC出力端子10bに出力した電圧をDCDCフィードバック端子10cを介してDC−DC制御回路34にフィードバックして、出力した電圧とフィードバックした電圧とを比較することにより、DC−DC回路3が正常な値の駆動電圧がLED4に供給されているかを検知する構成にしている。また、DC−DC回路3は、DC−DC回路3の駆動を停止することを要求するDC−DC回路駆動停止信号(DCDC OFF)を、本発明の発光素子駆動装置を備える上位装置(図示せず)から入力すると、本回路の駆動を停止する。
LED4は、DC−DC出力端子10bに接続され、二次電池1またはDC−DC回路3から供給される駆動電圧によって駆動する。LED4は、順方向電圧Vf以上の駆動電圧を供給されれば発光するが、LED4のカソードに接続された定電流源回路5に閾値電圧Vref以上の電圧が供給されない場合には、定電流源回路5にLED4を駆動させるために必要なLED駆動電流Iが十分に流れず、従って、輝度が小さい状態で発光したり、発光後すぐ消灯したりする。このため、LED4には、駆動電圧として、順方向電圧Vfに閾値電圧Vref分を加算した電圧を供給する必要がある。
定電流源回路5は、LED4を駆動することを要求するLED駆動信号Ionを、本発明の発光素子駆動装置を備える上位装置(図示せず)から入力すると、本回路の駆動を開始する。定電流源回路5は、閾値電圧Vref以上の電圧が供給されると、LED4を駆動させるために必要なLED駆動電流Iを発生する。また、定電流源回路5は、LED4の駆動を停止することを要求するLED駆動停止信号Ioffを、本発明の発光素子駆動装置を備える上位装置(図示せず)から入力すると、本回路の駆動を停止する。
判定回路6は、LED4のカソードにおけるLEDカソード電圧Vmと、定電流源回路5にLED4を駆動させるために必要な閾値電圧Vrefと、を入力し、その電圧を比較する。判定回路6は、DC−DCモード切替スイッチ2に電池電圧端子10aとDC−DC出力端子10bとを導通させ、二次電池1から供給される電圧をLED4のアノードに供給している場合に、LEDカソード電圧Vmが閾値電圧Vrefよりも小さくなると、DC−DCモード切替スイッチ2に切替信号を出力してDC−DCモード切替スイッチ2に電池電圧端子10aとDC−DC回路3とを接続させ、さらに、昇圧信号をDC−DC回路3に出力してDC−DC回路3に後述する昇圧処理を行わせる。判定回路6は、LEDカソード電圧Vmが閾値電圧Vrefよりも小さい期間中、昇圧信号を出力し続ける。
その後、判定回路6は、LEDカソード電圧Vmが閾値電圧Vrefよりも大きくなると、DC−DCモード切替スイッチ2に電池電圧端子10aとDC−DC回路3とを接続させつつ、DC−DC回路3への昇圧信号の出力を停止する。DC−DC回路3は、判定回路6からの昇圧信号の入力が停止されると、その直前の駆動電圧に固定してDC−DC出力端子10bに以後出力することになる。
次に、本発明の第1実施形態の発光素子駆動装置により処理の流れを説明する。ここで、本発明の発光素子駆動装置の特徴であるDC−DC回路3による昇圧処理について詳細に説明する。図2に、本発明の第1実施形態の発光素子駆動装置による発光素子駆動時の電圧値の推移を示す。図2において、実線がDC−DC回路3または二次電池1がLED4のアノードに供給する電圧値であり、階段状の破線がLED4のカソード電圧Vmであり、線上の破線が閾値電圧Vrefである。
まず、本発明の第1実施形態の発光素子駆動装置は、DC−DC回路3およびLED4を駆動することを要求するDC−DC回路駆動信号DCDC ONおよびLED駆動信号Ionを本発明の発光素子駆動装置を備える上位装置(図示せず)から入力すると、DC−DCモード切替スイッチ2が電池電圧端子10aとDC−DC出力端子10bとを導通させ、定電流源回路5が駆動を開始し、DC−DC回路3が駆動を開始する。二次電池1から供給される電圧をLED4のアノードに供給開始すると、判定回路6は、LED4のカソードにおけるLEDカソード電圧Vmと、定電流源回路5にLED4を駆動させるために必要な閾値電圧Vrefと、を入力し、その電圧を比較する。二次電池1から供給される電圧をLED4のアノードに供給している場合に、LEDカソード電圧Vmが閾値電圧Vrefよりも大きい期間では、二次電池1からのLED4への供給を継続する。
その後、判定回路6は、LEDカソード電圧Vmが閾値電圧Vrefよりも小さくなると、DC−DCモード切替スイッチ2に切替信号を出力してDC−DCモード切替スイッチ2に電池電圧端子10aとDC−DC回路3とを接続させ、さらに、昇圧信号をDC−DC回路3に出力してDC−DC回路3を駆動させDC−DC回路3に昇圧処理を行わせる。ここでDC−DC回路3による昇圧処理について詳細に説明する。DC−DC回路3は、判定回路6から昇圧信号を入力すると、まずは閾値電圧Vref以上の第1の電圧V1(好ましくは、閾値電圧Vref以上、二次電池1が供給する電池電圧以下。図2では、電圧V1は、DC−DCモード切替スイッチ2がDC−DC回路3に切り替える直前に二次電池1が供給していた電圧としている)をLED4のアノードに供給する。そして、判定回路6は、LED4のカソードにおけるLEDカソード電圧Vmと、定電流源回路5にLED4を駆動させるために必要な閾値電圧Vrefを比較し、LEDカソード電圧Vmが閾値電圧Vrefよりも小さいと判定すると(1度目の判定と称する。なお、便宜上、DC−DC回路3に昇圧処理を行わせる前の、判定回路6による同様の判定を0度目の判定と称する)、DC−DC回路3へ再度昇圧信号を出力する。再度昇圧信号を入力した判定回路6は、第1の電圧V1よりも大きい第2の電圧V2をLED4のアノードに供給する。そして、判定回路6は、LEDカソード電圧Vmが閾値電圧Vrefよりも小さいと判定している限り、判定の都度DC−DC回路3へ昇圧信号を出力し、一方DC−DC回路3は、第n−1の電圧Vn−1よりも大きい第nの電圧をVnをLED4のアノードに供給する。その後、判定回路6が、DC−DC回路3が電圧Vnを供給後にLEDカソード電圧Vmが閾値電圧Vrefよりも大きいと判定すると(n度目の判定)、DC−DC回路3への昇圧信号の出力を停止するため、判定回路6からの昇圧信号の入力されないDC−DC回路3は、電圧VnをLED4のアノードに供給し続ける。
このようにDC−DC回路3がLED4のアノードに供給する電圧を、LEDカソード電圧Vmが閾値電圧Vrefよりも大きくなるまで段階的に大きくすることによって、そのLED4の順方向電圧Vfがいかなる数値であろうと、そのLED4の順方向電圧Vf(そのLEDのばらつき分の電圧は含んでいない)に閾値電圧Vref分を加算した電圧のみを供給することができる。この結果、従来、LEDのばらつき分を上乗せして供給されていたDC−DC回路からの電圧から、その上乗せ分の電圧を省くことができるため、DC−DC回路3からLEDへの電力供給を最低限に抑えることができる。また、LED4のばらつきがどの程度かを考慮してDC−DC回路3により供給する電圧を設定する必要はなく、さらに言えばそのLED4の順方向電圧Vfを考慮する必要すら無い。
なお、電圧n−1と電圧nとの間隔は、発光素子駆動装置が備えるLEDの順方向電圧Vfを考慮して適宜設定することが好ましいが、小さく設定すればするほど、LEDカソード電圧Vmと閾値電圧Vrefとの差が小さくなり、その結果として、DC−DC回路3からLEDへの電力供給をより抑えることができることは明らかである。一方、電圧n−1と電圧nとの間隔を小さくすればするほど、LEDカソード電圧Vmが閾値電圧Vrefより大きくなるために必要となる時間が大きくなることに考慮する必要がある。
DC−DC回路3による昇圧処理が終了後(つまり、電圧VnをLED4のアノードに供給し続けている期間)において、DC−DC回路3の駆動を停止することを要求するDC−DC回路駆動停止信号DCDC OFFを、本発明の発光素子駆動装置を備える上位装置から入力すると、DC−DCモード切替スイッチ2は、電池電圧端子10aとDC−DC出力端子10bとを導通させて二次電池1から供給される電圧をLED4のアノードに出力し、また、DC−DC回路3および定電流源回路5は駆動を停止する。そして、二次電池1によるLED4のアノードへの電圧供給が停止されることになる。以後、LED4を駆動することを要求するLED駆動信号Ionを本発明の発光素子駆動装置を備える上位装置から入力する度に、上述の処理を繰り返すことになる。
本発明の第1実施形態の発光素子駆動装置による、DC−DC回路3からLEDへの電力供給を最低限に抑えることができることを、従来の発光素子駆動装置によるLEDへの電力供給例を参照して説明する。図3に、従来の発光素子駆動装置による発光素子駆動時の電圧値の推移を示す。図3においても、実線がDC−DC回路3または二次電池1がLEDのアノードに供給する電圧値であり、階段状の破線がLEDのカソード電圧Vmであり、線上の破線が閾値電圧Vrefである。
二次電池1から供給される電圧をLED4のアノードに供給する従来の発光素子駆動装置もまた、LEDカソード電圧Vmが閾値電圧Vrefよりも小さくなると(図3における0度目の判定)、DC−DCモード切替スイッチ2に切替信号を出力してDC−DCモード切替スイッチ2に電池電圧端子10aとDC−DC回路3とを接続させ、DC−DC回路3によるLED4のアノードに駆動電圧を供給させる。このとき、従来の発光素子駆動装置は、LEDが必要とする順方向電圧のばらつきに対応するため、そのばらつき分の電圧をその順方向電圧Vfに上乗せしたものをDC−DC回路にに出力させている(なお、そのDC−DC回路から出力される電圧は一定値)。このため、LEDのカソード電圧Vmの値は、このばらつき分の電圧が上乗せされており(図3におけるばらつき分の電圧)、この電圧分の不要な電力消費が最大で発生することになる。本発明の第1実施形態の発光素子駆動装置は、従来の発光素子駆動装置におけるLEDのばらつき分の電圧を、限りなく0にすることができるため、その結果、DC−DC回路3からLEDへの電力供給を最低限に抑えることができる。このような発光素子駆動装置は、絶えず低消費電力化が求められる携帯電話などの携帯情報端末に発光素子駆動装置が搭載される場合、携帯電話に備わる充電池におけるLED発光処理による電力消費を軽減することができるため、極めて有用である。
(第2実施形態)
以下、本発明の第2実施形態の発光素子駆動装置について詳細に説明する。図4に、本発明の第2実施形態の発光素子駆動装置の回路図を示す。なお、第2実施形態では、本発明の発光素子駆動装置が複数のLEDへ駆動電圧を供給する場合について説明している。
本発明の第2実施形態の発光素子駆動装置は、二次電池1、DC−DCモード切替スイッチ2、DC−DC回路3、LED4n(n=a、b、c、・・・n)、定電流源回路5n(n=a、b、c、・・・n)、判定回路6n(n=a、b、c、・・・n)、コンデンサ7、AND回路8を含んで構成される。本発明の第2実施形態の発光素子駆動装置は、DC−DCモード切替スイッチ2を切り替えて、二次電池1またはDC−DC回路3からの駆動電圧を全てのLED4nのアノードに出力することによって、LED4nの少なくとも1つを発光する。なお、本発明の第2実施形態の発光素子駆動装置を構成する各部品または各回路、およびその機能は、判定回路6n(n=a、b、c、・・・n)の出力端子に接続されたAND回路8以外、第1実施形態で同一の参照符号を割り当てたものと同様である。AND回路8の機能は、以下説明する本発明の第2実施形態の発光素子駆動装置により処理の流れの中で説明する。
図5に、本発明の第2実施形態の発光素子駆動装置による発光素子駆動時の電圧値の推移を示す。図5において、実線がDC−DC回路3または二次電池1がLED4のアノードに供給する電圧値であり、階段状の破線がLED4のカソード電圧Vmであり、線上の破線が閾値電圧Vrefである。なお、図5では、順方向電圧Vfの異なるLED4a、4b、4c(以下、LED4nの順方向電圧をVfnと標記し、Vfc>Vfb>Vfaの大小関係を満たすものとする。)の少なくとも1つを発光させるためにそれぞれに駆動電圧を供給する場合についての電圧値の推移を示している。
まず、本発明の第2実施形態の発光素子駆動装置は、DC−DC回路3およびLED4を駆動することを要求するDC−DC回路駆動信号DCDC ONおよびLED駆動信号Iaonを本発明の発光素子駆動装置を備える上位装置(図示せず)から入力すると、DC−DCモード切替スイッチ2が電池電圧端子10aとDC−DC出力端子10bとを導通させ、定電流源回路5aが駆動を開始し、DC−DC回路3が駆動を開始する。二次電池1から供給される電圧をLED4aのアノードに供給開始すると、判定回路6aは、LED4aのカソードにおけるLEDカソード電圧Vmaと、定電流源回路5aにLED4aを駆動させるために必要な閾値電圧Vrefと、を入力し、その電圧を比較する。二次電池1から供給される電圧をLED4aのアノードに供給している場合に、LEDカソード電圧Vmaが閾値電圧Vrefよりも大きい期間では、二次電池1からのLED4aへの供給を継続する。
その後、判定回路6aは、LEDカソード電圧Vmaが閾値電圧Vrefよりも小さくなると、AND回路8に信号を出力する。AND回路8は、DC−DC回路3を駆動することを要求するDC−DC回路駆動信号DCDC ONを本発明の発光素子駆動装置を備える上位装置から入力している場合に、判定回路6n(n=a、b、c、・・・n)のいずれか1つから信号を入力すると、DC−DCモード切替スイッチ2に切替信号を出力してDC−DCモード切替スイッチ2に電池電圧端子10aとDC−DC回路3とを接続させ、さらに、昇圧信号をDC−DC回路3に出力してDC−DC回路3を駆動させDC−DC回路3に昇圧処理を行わせる。ここでDC−DC回路3が1つのLED4aに供給する駆動電圧を昇圧する場合は、第1実施形態で説明した通りであるため、説明を省略する。こうして、DC−DC回路3は、電圧Vnaを供給してLEDカソード電圧Vmaが閾値電圧Vrefよりも大きくなると、一定値の電圧VnaをLED4aのアノードに供給し続ける。
その後、本発明の第2実施形態の発光素子駆動装置は、LED4bを駆動することを要求するLED駆動信号Ibonを本発明の発光素子駆動装置を備える上位装置から入力すると(このとき、上位装置からは、LED駆動信号Ibonのみを入力してもよいし、LED駆動信号IaonとLED駆動信号Ibonとを両方入力してもよい)、定電流源回路5bが駆動を開始する。DC−DC回路3からから供給される電圧をLED4bのアノードに供給開始すると、判定回路6bは、LED4bのカソードにおけるLEDカソード電圧Vmbと、定電流源回路5bにLED4bを駆動させるために必要な閾値電圧Vrefと、を入力し、その電圧を比較する。LED4bを駆動することを要求するLED駆動信号Ibonを本発明の第2実施形態の発光素子駆動装置が入力した時点では、まだ順方向電圧がVfbよりも小さいVfaに合わせてDC−DC回路3から供給される駆動電圧が昇圧されていたため、その駆動電圧では定電流源回路5bにLED4bを駆動させるために必要なLED駆動電流Ibが十分に流れない。従って、判定回路6bは、LEDカソード電圧Vmbが閾値電圧Vrefよりも小さいと判定し、AND回路8に信号を出力することになる。
AND回路8は、DC−DC回路3を駆動することを要求するDC−DC回路駆動信号DCDC ONを本発明の発光素子駆動装置を備える上位装置から入力している場合に、判定回路6bから信号を入力すると、昇圧信号をDC−DC回路3に出力してDC−DC回路3を駆動させDC−DC回路3に昇圧処理を行わせる(図5における第1の昇圧処理)。ここでDC−DC回路3がLED4bに供給する駆動電圧を昇圧する場合は、LED駆動信号Ibonを入力する前にLED4aのアノードに供給していた電圧Vnaを初期値として、段階的に大きくした電圧VnbをLED4b(および、LED4a)のアノードに供給する。DC−DC回路3は、電圧Vnbを供給してLEDカソード電圧Vmbが閾値電圧Vrefよりも大きくなると、一定値の電圧VnbをLED4b(および、LED4a)のアノードに供給し続ける。
その後、本発明の第2実施形態の発光素子駆動装置は、LED4cを駆動することを要求するLED駆動信号Iconを本発明の発光素子駆動装置を備える上位装置から入力すると(このとき、上位装置からは、LED駆動信号Iconのみを入力してもよいし、LED駆動信号Iconに加えてLED駆動信号IaonまたはLED駆動信号Ibonを入力してもよい)、定電流源回路5cが駆動を開始する。DC−DC回路3からから供給される電圧をLED4cのアノードに供給開始すると、判定回路6cは、LED4cのカソードにおけるLEDカソード電圧Vmcと、定電流源回路5cにLED4cを駆動させるために必要な閾値電圧Vrefと、を入力し、その電圧を比較する。LED4cを駆動することを要求するLED駆動信号Iconを本発明の第2実施形態の発光素子駆動装置が入力した時点では、まだ順方向電圧がVfcよりも小さいVfbに合わせてDC−DC回路3から供給される駆動電圧が昇圧されていたため、その駆動電圧では定電流源回路5cにLED4cを駆動させるために必要なLED駆動電流Icが十分に流れない。従って、判定回路6cは、LEDカソード電圧Vmcが閾値電圧Vrefよりも小さいと判定し、AND回路8に信号を出力することになる。
AND回路8は、DC−DC回路3を駆動することを要求するDC−DC回路駆動信号DCDC ONを本発明の発光素子駆動装置を備える上位装置から入力している場合に、判定回路6cから信号を入力すると、昇圧信号をDC−DC回路3に出力してDC−DC回路3を駆動させDC−DC回路3に昇圧処理を行わせる(図5における第2の昇圧処理)。ここでDC−DC回路3がLED4cに供給する駆動電圧を昇圧する場合は、LED駆動信号Iconを入力する前にLED4bのアノードに供給していた電圧Vnbを初期値として、段階的に大きくした電圧VncをLED4c(および、LED4aまたはLED4b)のアノードに供給する。DC−DC回路3は、電圧Vncを供給してLEDカソード電圧Vmcが閾値電圧Vrefよりも大きくなると、一定値の電圧VncをLED4c(および、LED4aまたはLED4b)のアノードに供給し続ける。
このようにして、本発明の発光素子駆動装置は、複数個のLEDを備える場合であっても、駆動信号を入力した複数個のLEDの順方向電圧のうちの最も大きいものに合わせてDC−DC回路3が各LEDのアノードに供給する駆動電圧を設定するため、DC−DC回路3からLEDへの電力供給を必要最低限に抑えることができる。なお、第2実施形態におけるここまでの説明では、LED4a、LED4b、LED4cの順方向電圧が小さい順に駆動信号が入力される場合について説明したが、3つのLEDのうちの2つ、あるいは3つに対応する駆動信号を同時期に入力する場合も考えられる。このような場合、AND回路8は、判定回路6a、6b、6cからLEDカソード電圧Vmが閾値電圧Vrefよりも小さいと判定した信号を入力する間は昇圧信号をDC−DC回路3に出力してDC−DC回路3を駆動させ、その信号を入力しなくなるまでDC−DC回路3に昇圧処理を行わせるようにすればよい。
次に、本発明の第2実施形態の発光素子駆動装置がLEDの駆動を停止する処理について説明する。これまでの第2実施形態で説明したようにLED4cを駆動させた後にLED4cの駆動を停止して、LED4cの順方向電圧Vfcよりも順方向電圧が小さいLED4b(あるいはLED4a)の駆動を継続する場合について説明する。
DC−DC回路3による第2の昇圧処理が終了後(つまり、電圧VncをLED4a、4b、4cのアノードに供給し続けている期間)において、LED4cの駆動を停止することを要求するLED駆動停止信号Icoffを、本発明の発光素子駆動装置を備える上位装置から入力すると、定電流源回路5cは駆動を停止する。一方、DC−DC回路3は、LED4c駆動時に供給していた一定値の電圧VncをLED44aまたはLED4bのアノードに供給することを維持する。DC−DC回路3は、段階的にLEDに供給する駆動電圧を小さくして、順方向電圧がLED4cに次いで大きいLED4bの順方向電圧Vfbが閾値電圧Vrefをわずかに超える程度にまで再調整することによって、複数個のLEDを備える場合であってもDC−DC回路3からLEDへの電力供給を必要最低限に抑えるよう構成することも可能である。しかし、DC−DC回路3からLEDへ供給される駆動電圧が段階的に小さくなる場合、そのLEDにちらつきが発生する可能性がある。このちらつきを防ぐために、全てのLEDにLED駆動停止信号が入力されるまでの、各LEDによる一連のLED駆動が終了するまでの期間は(一連のLED駆動は、例えば、音楽データの再生に伴うその音楽に合わせたLEDの駆動、携帯電話により電話着信あるいは音声通話している期間のLEDの駆動、または携帯電話により電子メールを受信したことを利用者に知らせるためのLEDの駆動などが挙げられ、点滅パターンの最初から終わりまでに相当する)、DC−DC回路3からLEDに供給する駆動電圧を小さくせず、その期間において最も大きい駆動電圧をLEDに供給することを維持する方が好ましい。
その後、LED4a、4bの駆動を停止することを要求するLED駆動停止信号Iaoff、IBoff、および、DC−DC回路3の駆動を停止することを要求するDC−DC回路駆動停止信号DCDC OFFを、本発明の発光素子駆動装置を備える上位装置から入力すると、DC−DCモード切替スイッチ2は、電池電圧端子10aとDC−DC出力端子10bとを導通させて二次電池1から供給される電圧をLED4nのアノードに出力し、また、DC−DC回路3および定電流源回路5a、5bは駆動を停止する。そして、二次電池1によるLED4nのアノードへの電圧供給が停止されることになる。以後、LED4nの少なくとも1つを駆動することを要求するLED駆動信号Inonを本発明の発光素子駆動装置を備える上位装置から入力する度に、上述の処理を繰り返すことになる。
以上、本発明の第2実施形態の発光素子駆動装置によれば、複数のLEDを備える場合であっても、各LEDを駆動させるために消費される電力を必要最低限に抑えることができる。また、LEDの駆動を停止させる際のLEDのちらつきを抑制することができる。
なお、本発明の第2実施形態の発光素子駆動装置では、LED毎に判定回路を接続して、各LEDのLEDカソード電圧Vmを対応する判定回路によって判定させる構成としたが、判定回路を1つとして、その判定回路におけるカソード電圧入力端子と各LEDのLEDカソード電圧端子とを繰り替えるスイッチを設け、1つの判定回路が全てのLEDのカソード電圧を入力するようにしてもよい。この構成により、発光素子駆動装置の小型化を図ることができる。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態の発光素子駆動装置について説明する。
従来の発光素子駆動装置において、DC−DC回路による異常動作を検出したときに、二次電池からDC−DC回路への電圧供給を停止する構成が知られている。図6に、DC−DC回路による異常動作を検出時にDC−DC回路への電圧供給を停止する、従来の発光素子駆動回路を示す。
従来の発光素子駆動回路は、二次電池1、DC−DCモード切替スイッチ2、DC−DC回路3、LED4、定電流源回路5、DC−DC電源供給スイッチ11、判定回路12、AND回路13、コンデンサ14、15を含んで構成される。なお、抵抗9は、配線抵抗である。
二次電池1は、近年の携帯電話に搭載される電池パック(例えばLi−イオンバッテリ)によって構成される。二次電池1は、DC−DCモード切替スイッチ2による切り替えによって、LED4のアノードに電圧を出力する、あるいはDC−DC回路3に電圧を出力することになる。
DC−DCモード切替スイッチ2は、DC−DC回路3に並列に接続されており、LED4を駆動することを要求するLED駆動信号IonあるいはDC−DC回路3の駆動の停止を要求するDC−DC回路駆動停止信号DCDC OFFを本発明の発光素子駆動装置を備える上位装置(図示せず)から入力すると、電池電圧端子10aとDC−DC出力端子10bとを導通させ、二次電池1から供給される電圧が低下すると、電池電圧端子10aとDC−DC出力端子10bとを導通させずに電池電圧端子10aとDC−DC回路3とを接続する。この切替により、DC−DCモード切替スイッチ2は、二次電池1から供給される電圧をLED4のアノード、あるいはDC−DC回路3に切り替えて出力することになる。
DC−DC回路3は、ダイオード31、トランジスタ32、コイル33、DC−DC制御回路34を含んで構成される。DC−DC回路3は、DC−DC回路3を駆動することを要求するDC−DC回路駆動信号DCDC ONを本発明の発光素子駆動装置を備える上位装置(図示せず)から入力すると、本回路の駆動を開始する。また、DC−DC回路3は、二次電池1から供給される電圧が低下すると、昇圧した電圧を発生し、DC−DC出力端子10bに出力することにより、LED4に駆動電圧を供給する。また、DC−DC回路3は、DC−DC出力端子10bに出力した電圧をDCDCフィードバック端子10cを介してDC−DC制御回路34にフィードバックして、出力した電圧とフィードバックした電圧とを比較することにより、DC−DC回路3が正常な値の駆動電圧がLED4に供給されているかを検知する構成にしている。また、DC−DC回路3は、DC−DC回路3の駆動を停止することを要求するDC−DC回路駆動停止信号DCDC OFFを、本発明の発光素子駆動装置を備える上位装置(図示せず)から入力すると、本回路の駆動を停止する。
LED4は、DC−DC出力端子10bに接続され、二次電池1またはDC−DC回路3から供給される駆動電圧によって駆動する。
定電流源回路5は、LED4を駆動することを要求するLED駆動信号Ionを、本発明の発光素子駆動装置を備える上位装置(図示せず)から入力すると、本回路の駆動を開始する。定電流源回路5は、閾値電圧Vref以上の電圧が供給されると、LED4を駆動させるために必要なLED駆動電流Iを発生する。また、定電流源回路5は、LED4の駆動を停止することを要求するLED駆動停止信号Ioffを、本発明の発光素子駆動装置を備える上位装置(図示せず)から入力すると、本回路の駆動を停止する。
DC−DC電源供給スイッチ11は、AND回路13回路13からの入力を受けてスイッチを切り替えることにより、二次電池1から発光素子駆動装置への電圧の供給または供給停止を切り替える。
判定回路12は、図7のDC−DC回路の動作異常判定例に示すように、DCDCフィードバック端子10cからの入力と、DC−DC回路3からの出力が異常に大きいか否かを判定する基準となる異常基準電圧VHと、を比較し、DCDCフィードバック端子10cからの入力の方が大きければ(DCDC電圧異常領域)、DC−DC回路3が異常動作であることを示す信号(DCDC ERR1)をAND回路13に出力する。
AND回路13は、DC−DC回路3が駆動状態であることを示す信号(DCDC ON)と、判定回路12からの信号(DCDC ERR1)と、を入力し、図7のDC−DC回路の動作異常判定例に示すように、DC−DC回路3が駆動状態であり、かつ、判定回路12からの信号がない(つまり、DC−DC回路3が異常動作でない)場合にスイッチを閉じて、二次電池1から発光素子駆動装置に電圧を供給する(DCDC動作領域)。一方、AND回路13は、DC−DC回路3が駆動状態であり、かつ、判定回路12からの信号がある(つまり、DC−DC回路3が異常動作である)場合にスイッチを開いて、二次電池1から発光素子駆動装置への電圧の供給を停止する(DCDC強制停止領域)。この結果、DC−DC回路3からの駆動電圧の出力が停止することになる。
このような構成の従来の発光素子駆動回路は、DC−DC回路3に発生した異常を検出することを目的としており、発光素子駆動回路のそれ以外の構成に発生した異常を検出することはできない。このため、例えば、DCDCフィードバック端子10cが開放状態になる異常に見舞われたときに、DC−DC回路3からの出力電圧は上昇し異常基準電圧VHを超えたとしても、判定回路12に入力するDCDCフィードバック端子10cからの入力は0であるために、DC−DC回路3が異常動作であることを示す信号(DCDC ERR1)がAND回路13に出力されない。このため、DC−DC回路3は、異常動作中であるにもかかわらず、電圧が供給され昇圧動作を継続することになる。本発明の第3実施形態の発光素子駆動装置は、この問題を解決する発光素子駆動回路、特にLEDの駆動に関わる回路において発生する異常を検出することができる発光素子駆動回路を提供することを目的としている。
図8に、本発明の第3実施形態の発光素子駆動装置の回路図を示す。本発明の第3実施形態の発光素子駆動装置は、判定回路16および電圧オフセット回路17が追加されている。なお、判定回路12と判定回路16とを区別するために、以下、フィードバック判定回路12とカソード電圧判定回路16と称する。なお、カソード電圧判定回路16、電圧オフセット回路17およびAND回路13以外の回路の機能は、上述した通りであるため、説明を省略する。
カソード電圧判定回路16は、LED4のカソード電圧Vmと、DCDCフィードバック端子10cからの電圧と、を入力する。なお、カソード電圧判定回路16は、LED4のカソード電圧Vmを電圧オフセット回路17を介して入力する。このため、カソード電圧判定回路16は、図9のDC−DC回路の動作異常判定例に示すように、LED4のカソード電圧VmとDCDCフィードバック端子10cからの電圧との電圧差が電圧オフセット回路17で発生した電圧差を超えると、DC−DC回路3および周辺回路が異常動作であることを示す信号(DCDC ERR2)をAND回路13に出力する。なお、電圧オフセット回路17によって、異常判定での誤作動を防止するために電位差をつけている。
AND回路13は、DC−DC回路3が駆動状態であることを示す信号(DCDC ON)と、フィードバック判定回路12からの信号(DCDC ERR1)と、カソード電圧判定回路16からの信号(DCDC ERR2)を入力し、図9のDC−DC回路の動作異常判定例に示すように、DC−DC回路3が駆動状態であり(図9におけるDCDC ONが「1」)、かつ、フィードバック判定回路12からの信号がない(つまり、DC−DC回路3が異常動作でない。図9におけるDCDC ERR1が「0」)、かつ、カソード電圧判定回路12からの信号がない(つまり、DC−DC回路3および周辺回路が異常動作でない。図9におけるDCDC ERR2が「0」)場合にスイッチを閉じて、二次電池1から発光素子駆動装置に電圧を供給する(DCDC動作領域)。
一方、AND回路13は、DCDCフィードバック端子10cが開放状態になる異常に見舞われたときに、DC−DC回路3が駆動状態であり(図9におけるDCDC ONが「1」)、かつ、フィードバック判定回路12からの信号がなく(つまり、DC−DC回路3が異常動作であるにもかかわらず、異常動作でないとフィードバック判定回路12が判定している。図9におけるDCDC ERR1が「0」)場合、かつ、カソード電圧判定回路12からの信号がある(つまり、DC−DC回路3および周辺回路が異常動作である。図9におけるDCDC ERR2が「1」)場合にはスイッチを開いて、二次電池1から発光素子駆動装置への電圧の供給を停止する(DCDC強制停止領域)。この結果、DC−DC回路3からの駆動電圧の出力が停止することになる。
以上、本発明の第3実施形態の発光素子駆動装置によれば、DC−DC回路3の動作異常の他に、DC−DC回路3周辺の動作異常も検出することができるために、発光素子駆動装置の動作異常をより広範囲に検出することができる。
(第4実施形態)
以下、本発明の第4実施形態の発光素子駆動装置について詳細に説明する。図10に、本発明の第4実施形態の発光素子駆動装置の回路図を示す。なお、第4実施形態では、本発明の発光素子駆動装置が複数のLEDへ駆動電圧を供給する場合について説明している。
本発明の第4実施形態の発光素子駆動回路は、二次電池1、DC−DCモード切替スイッチ2、DC−DC回路3、LED4n(n=a、b、c、・・・n)、定電流源回路5n(n=a、b、c、・・・n)、DC−DC電源供給スイッチ11、フィードバック判定回路12、AND回路13、コンデンサ14、15n(n=a、b、c、・・・n)、カソード電圧判定回路16n(n=a、b、c、・・・n)、電圧オフセット回路17n(n=a、b、c、・・・n)を含んで構成される。本発明の第4実施形態の発光素子駆動装置は、DC−DCモード切替スイッチ2を切り替えて、二次電池1またはDC−DC回路3からの駆動電圧を全てのLED4nのアノードに出力することによって、LED4nの少なくとも1つを発光する。なお、本発明の第4実施形態の発光素子駆動装置を構成する各部品または各回路、およびその機能は、フィードバック判定回路12およびカソード電圧判定回路16n(n=a、b、c、・・・n)の出力端子に接続されたAND回路13以外、第3実施形態で同一の参照符号を割り当てたものと同様である。以下、AND回路13の機能について中心に説明する。
カソード電圧判定回路16n(n=a、b、c、・・・n)は、LED4nのカソード電圧Vmnと、DCDCフィードバック端子10cからの電圧と、を入力する。なお、カソード電圧判定回路16nは、LED4nのカソード電圧Vmnを電圧オフセット回路17を介して入力する。このため、カソード電圧判定回路16nは、図9のDC−DC回路の動作異常判定例に示すように、LED4nのカソード電圧VmnとDCDCフィードバック端子10cからの電圧との電圧差が電圧オフセット回路17nで発生した電圧差を超えると、DC−DC回路3および周辺回路が異常動作であることを示す信号(DCDC ERR2n)をAND回路13に出力する。なお、電圧オフセット回路17nによって、異常判定での誤作動を防止するために電位差をつけている。
AND回路13は、DC−DC回路3が駆動状態であることを示す信号(DCDC ON)と、フィードバック判定回路12からの信号(DCDC ERR1)と、カソード電圧判定回路16nからの信号(DCDC ERR2n)を入力し、図11のDC−DC回路の動作異常判定例に示すように、DC−DC回路3が駆動状態であり(図11におけるDCDC ONが「1」)、かつ、フィードバック判定回路12からの信号がない(つまり、DC−DC回路3が異常動作でない。図11におけるDCDC ERR1が「0」)、かつ、いずれのカソード電圧判定回路12nからも信号がない(つまり、DC−DC回路3および周辺回路が異常動作でない。図11におけるDCDC ERR2nが「0」)場合にスイッチを閉じて、二次電池1から発光素子駆動装置に電圧を供給する(DCDC動作領域)。
一方、AND回路13は、DCDCフィードバック端子10cが開放状態になる異常に見舞われたときに、DC−DC回路3が駆動状態であり(図11におけるDCDC ONが「1」)、かつ、フィードバック判定回路12からの信号がなく(つまり、DC−DC回路3が異常動作であるにもかかわらず、異常動作でないとフィードバック判定回路12が判定している。図11におけるDCDC ERR1が「0」)場合、かつ、少なくとも1つのカソード電圧判定回路12からの信号がある(つまり、DC−DC回路3および周辺回路が異常動作である。図11におけるDCDC ERR2nの少なくとも1つが「1」)場合にはスイッチを開いて、二次電池1から発光素子駆動装置への電圧の供給を停止する(DCDC強制停止領域)。この結果、DC−DC回路3からの駆動電圧の出力が停止することになる。
以上、本発明の第4実施形態の発光素子駆動装置によれば、複数のLEDを備える場合であっても、DC−DC回路3の動作異常の他に、DC−DC回路3周辺の動作異常も検出することができるために、発光素子駆動装置の動作異常をより広範囲に検出することができる。
(第5実施形態)
以下、本発明の第5実施形態の発光素子駆動装置について詳細に説明する。図12に、本発明の第5実施形態の発光素子駆動装置の回路図を示す。本発明の第5実施形態の発光素子駆動装置は、図8に示す本発明の第3実施形態の発光素子駆動装置におけるDC−DC電源供給スイッチ11に抵抗18を並列に接続されている点が特徴となる。
まず、本発明の第5実施形態の発光素子駆動装置のように抵抗18が設けられていない、従来の発光素子駆動装置において起こる現象について説明する。図13に、従来の発光素子駆動装置における電池電圧の推移を示す。
DC−DCモード切替スイッチ2が開放された状態で、DC−DC回路3により出力される駆動電圧をLED4に供給している場合、DC−DC回路3は、従来の発光素子駆動装置を備える上位装置から入力するDC−DC回路駆動信号(DCDC ON)およびDC−DC回路駆動停止信号(DCDC OFF)に応じて切り替わるDC−DC電源供給スイッチ11の開閉によって、DC−DC回路駆動信号(DCDC ON)入力時に出力するときと、DC−DC回路駆動停止信号(DCDC OFF)入力時に出力するときとでは、DC−DC回路駆動停止信号(DCDC OFF)入力時に二次電池1からDC−DC回路3に電圧が供給されないため、電位差の異なる駆動電圧(図13におけるDCDC出力電圧)を発生する。このため、DC−DC回路駆動信号(DCDC ON)入力とDC−DC回路駆動停止信号(DCDC OFF)入力が切り替わるときに、コンデンサ14に貫通電流I1が流れて充電されることになる。この結果、二次電池1からDC−DC回路3に給電される電圧(図13における電池電圧)に電圧降下(図13における円で囲まれた領域)が発生してしまう。この電圧降下は、コンデンサ14の容量が大きいとその低下幅もまた大きくなり、発光素子駆動装置を搭載した携帯機器の異常動作(例えば、リセットや電源断)を引き起こす可能性がある。
そこで、本発明の第5実施形態の発光素子駆動装置は、DC−DC電源供給スイッチ11に並列に接続された抵抗18を設けることによって、次のことを可能にする。図14に、本発明の第5実施形態の発光素子駆動装置における電池電圧の推移を示す。DC−DCモード切替スイッチ2が開放された状態で、DC−DC回路3により出力される駆動電圧をLED4に供給している場合、DC−DC回路3は、本発明の発光素子駆動装置を備える上位装置から入力するDC−DC回路駆動信号(DCDC ON)およびDC−DC回路駆動停止信号(DCDC OFF)に応じてDC−DC電源供給スイッチ11の開閉が切り替わっても、DC−DC回路駆動停止信号(DCDC OFF)入力時に二次電池1からDC−DC回路3に電圧が供給され続けることによってコンデンサ14を充電し続けるため、DC−DC回路駆動信号(DCDC ON)入力とDC−DC回路駆動停止信号(DCDC OFF)入力が切り替わるときに、コンデンサ14に貫通電流I1が流れない。この結果、二次電池1からDC−DC回路3に給電される電圧(図13における電池電圧)に電圧降下は発生しない。
以上、本発明の第5実施形態の発光素子駆動装置によれば、DC−DC回路駆動信号(DCDC ON)入力とDC−DC回路駆動停止信号(DCDC OFF)入力が切り替わるときに、不要な電力降下を生じた二次電池1からの電圧をDC−DC回路3に供給することがなくなる。
ところで、従来の発光素子駆動装置において、コンデンサ14に発生した貫通電流がコンデンサ15にも発生する。図15に、従来の発光素子駆動装置におけるLED駆動電流の推移を示す。
DC−DCモード切替スイッチ2が開放された状態で、DC−DC回路3により出力される駆動電圧をLED4に供給している場合、DC−DC回路3は、従来の発光素子駆動装置を備える上位装置から入力するDC−DC回路駆動信号(DCDC ON)およびDC−DC回路駆動停止信号(DCDC OFF)に応じて切り替わるDC−DC電源供給スイッチ11の開閉によって、DC−DC回路駆動信号(DCDC ON)入力時に出力するときと、DC−DC回路駆動停止信号(DCDC OFF)入力時に出力するときとでは、DC−DC回路駆動停止信号(DCDC OFF)入力時に二次電池1からDC−DC回路3に電圧が供給されないため、電位差の異なる駆動電圧(図13におけるDCDC出力電圧)を発生する。このため、DC−DC回路駆動信号(DCDC ON)入力とDC−DC回路駆動停止信号(DCDC OFF)入力が切り替わるときに、コンデンサ15が充電され貫通電流I2(図15における円で囲まれる領域)が流れることになる。この結果、定電流源回路5を流れるLED駆動電流Iとして貫通電流I2が流れてしまうため、貫通電流I2が発生するDC−DC回路駆動信号(DCDC ON)入力とDC−DC回路駆動停止信号(DCDC OFF)入力が切り替わるときにLED4が点灯してしまうことがある。図15に示すように、LED4は、LED駆動信号Ionを定電流源回路5が入力している期間において発光すべきところを、LED駆動停止信号Ioffを定電流源回路5が入力している期間においても発光してしまうことは問題がある。
そこで、本発明の第5実施形態の発光素子駆動装置は、DC−DC電源供給スイッチ11に並列に接続された抵抗18を設けることによって、次のことも可能にする。図16に、本発明の第5実施形態の発光素子駆動装置におけるLED駆動電流の推移を示す。DC−DCモード切替スイッチ2が開放された状態で、DC−DC回路3により出力される駆動電圧をLED4に供給している場合、DC−DC回路3は、本発明の発光素子駆動装置を備える上位装置から入力するDC−DC回路駆動信号(DCDC ON)およびDC−DC回路駆動停止信号(DCDC OFF)に応じてDC−DC電源供給スイッチ11の開閉が切り替わっても、DC−DC回路駆動停止信号(DCDC OFF)入力時に二次電池1からDC−DC回路3に電圧が供給され続けることによってコンデンサ15を充電し続けるため、DC−DC回路駆動信号(DCDC ON)入力とDC−DC回路駆動停止信号(DCDC OFF)入力が切り替わるときに、コンデンサ15に貫通電流I2が流れない。
以上、本発明の第5実施形態の発光素子駆動装置によれば、DC−DC回路駆動信号(DCDC ON)入力とDC−DC回路駆動停止信号(DCDC OFF)入力が切り替わるときに、定電流源回路5に不要な貫通電流I2が流れることがなく、従って、上記の入力が切り替わるときの不要なLEDの点灯をなくすことができる。