JP2009070878A - Led駆動回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 調光制御部1は、LED電流設定データ4に応じたデューティ比情報を作成し、この情報に応じてMOSトランジスタ22の制御端に供給される電圧をオンオフ制御し、LED電流設定データに基づく電圧を差動増幅器21に供給し、LED電流設定データ4が所定の値を上回る時、調光制御部1は、デューティ比情報に基づく電圧を差動増幅器21に供給すると共にトランジスタ22を常にオン状態にし、LED電流設定データ4が所定の値を下回る時、LED電流設定データ4に基づく電圧を差動増幅器21に供給すると共にデューティ比情報に基づいてトランジスタ22の制御端に供給される電圧をオンオフ制御する。
【選択図】 図1
Description
特許文献1には、LEDに一端が接続されたMOSトランジスタと、このトランジスタの他端と接地間に接続された抵抗と、これらトランジスタと抵抗の接続点における電圧と輝度調整回路の出力電圧との差信号を増幅して当該トランジスタのゲートに供給する差動増幅器と、を有するLEDドライバが開示されている。この輝度調整回路を用いると、LED電流を制御するDC調光方式のLEDドライバとして利用することができる。この駆動回路は、第1、第2のコンデンサを使用したn/m電圧整流型のスイッチングによる昇圧回路を用い、さらにMOSトランジスタが出力段の定電流回路を、LED素子と直列に配置して昇圧回路の負荷とし、LED素子を定電流駆動する。このことで、電磁ノイズを発生することなく、スイッチングによるn/m電圧昇圧によって昇圧回路の出力に電圧リップルが発生しても、スイッチング周波数を高く採ることでリップル分を定電流回路側が受けてLED素子の端子電圧をそのダイオード特性に従って実質的に一定に保持することができる。リップル分が定電流回路側で吸収されることにより、LED素子は、実質的に定電流、定電圧駆動され輝度ばらつきが抑えられる。
DC調光方式の場合、LEDに印加される電圧をV、トランジスタと接地間の抵抗をRとすると、LED電流は、V/Rで表わされる。LED電流(V/R)を低下させたい場合に、電圧Vを下げると、増幅器のオフセット電圧の影響から電流値にばらつきが生じてしまうため、この影響を避けるためには、抵抗Rを増加させなければならなかった。
以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。
図1乃至図3は、この実施例を説明するLED駆動回路の概略図、図4は、白色LEDの特性を示す特性図、図5は、この実施例で説明する白色LEDのPWM調光方法を説明する概略回路図及び電流波形図、図6は、この実施例で説明する白色LEDのDC調光方法を説明する概略回路図、図7は、この実施例で説明する白色LEDのDC及びPWM調光方法を説明する概略回路図、図8は、LED電流制御回路におけるオフセット電圧を説明する回路図、図9は、DC及びPWM調光それぞれにおけるLED入力電流と電源電圧との関係を説明する特性図である。
図1に示すように、LED駆動回路は、調光電圧を生成すると共に、デューティ比制御を行う調光制御部1と、駆動する白色LED3に一端が接続されたMOSトランジスタ22と、トランジスタ22の他端と接地(GND)間に接続された抵抗(R)23と、トランジスタ22の他端と抵抗23との接続点の電圧と前記調光電圧との差信号を増幅してトランジスタ22の制御端(ゲート)に供給する差動増幅器21とを具備する。調光制御部1は、LED電流設定データ(すなわち調光データともいう)4に応じたデューティ比情報を作成し、このデューティ比情報に応じてMOSトランジスタ22の制御端への電圧の供給を制御し、LED電流設定データ4に基づく電圧を差動増幅器21に供給する。
一方、調光制御部1に供給されるLED電流設定データ4が所定の値を下回るときは、差動増幅器21に供給する電圧を固定し、デューティ比情報に基づいて差動増幅器21の出力電圧のMOSトランジスタ22の制御端への印加動作をオンオフ制御することによりPWM調光を行う(図3参照)。デューティ比は、LED電流設定データ4により定める。
白色LEDは、LED電流を増加させると、順方向電圧も増加する(図4参照)。また、LED電流の大きさにより発光の色が変化する。例えば、LED順電流が1−100mAの場合には白色が発光される。この範囲から外れると、例えば、緑、黄、赤、青などに変色する。
LED電流制御回路2は、調光制御部1を構成するデジタルアナログ変換器(DAC)11からの信号により制御される。LED電流制御回路2は、差動増幅回路21、出力段としてnチャネルMOSトランジスタ22及びMOSトランジスタ22のソース側と接地(GND)との間に接続された駆動電流検出用の抵抗(R)23を含んでいる。差動増幅回路21の(+)入力は、調光制御部1からの電圧を受け、(−)入力は、MOSトランジスタ22のソース側に接続され、差動増幅回路21の出力端子がMOSトランジスタ22のゲートに接続されている。MOSトランジスタ22のソース側は、抵抗(R)23を介して接地されている。
周囲の明るさを照度センサ6が感知すると、周囲の明るさに応じた電流が照度センサ6から出力される。この出力信号がA/Dコンバータ(アナログ−デジタル変換器)9に入力され、デジタル信号として出力される。デジタル信号は、論理回路(Logic)5へ入力され、携帯電話などの液晶情報(LCDデータ)に基づいて、A/Dコンバータ9で変換されたデジタル値に応じたパルス幅のパルス信号(PWM)を発生させる。即ち、論理回路5は、PWM信号発生回路として機能する。このPWM信号(PWMOUT)は、LED駆動電流を制御する調光データとして、白色LED3を駆動する出力段のMOSトランジスタ22のゲートへの差動増幅器21出力の供給を制御する。論理回路5とMOSトランジスタ22のゲートとの間にスイッチを挿入してPWM信号の入力を制御することも可能である。
以上のように、調光制御部1で制御されたLED電流制御回路2は、周囲の明るさに応じて白色LED3を駆動するので、例えば、携帯電話の液晶パネルのバックライトとして好適となる。LED電流制御回路2は、調光制御部1と共に1チップで構成でき、外部接続部品は、照度センサ6、白色LED3と少ない。白色LED3を流れる電流は、PWM信号のデューティ(Duty)比にほぼ比例し、白色LED3の平均電流IAVE は、白色LED3に流れる最大電流IMAX ×デューティ比/100で表される。また、点灯・消灯のデューティ比を調整して平均電流IAVE を制御する。
LED電流をDC的に制御するDC調光は、LED電流に応じたチャージポンプ昇圧モードが選択されるので効率が良い、DC(直流)でLED電流を流しているので液晶(LCD)駆動周期との干渉がない、調光によるノイズ発生がない等の利点がある。しかし、LED電流の変化に伴って、色の変化が起こることがある。また、微小電流駆動時に、LED電流制御回路を構成する差動増幅器21のオフセット電圧により電流値がばらつくことがある。
図8に示すように、LED電流(ILED )は、Ref/Rで表わされる。Refは、差動増幅器21の入力電圧であり、Rは、抵抗23である。LED電流(ILED )を調整するには、抵抗23を固定し、Refを変化させる。LED電流を低下させるためにRefを下げていくと、差動増幅器23に生ずるオフセット電圧(Voff )による影響によってLED電流がばらついてしまう。このようなバラツキをなくすために、従来では低電流時には抵抗23を切り替えることにより対応している。
LED電流を256階調で制御する場合、大きいLED電流の16進数FFh(255)〜20h(32)までは、DC調光で制御する。例えば、白色LEDの最大電流を25mAとした場合に25mA〜3.14mAがDC調光で制御される。そして、小さいLED電流の1Fh以下のデータは、20hでの電流を基にPWM調光で制御する。調光方法による入力電流を比較すると、LED電流を低く設定するほど、DC調光方法とPWM調光方法とで異なる入力電流値によって動作する電源電圧(VIN)の範囲が広くなる。図9は、DC及びPWM調光それぞれにおけるLED入力電流と電源電圧との関係を示しており、図9(a)は各LEDの平均電流が5mAの場合の特性図であり、図9(b)は各LEDの平均電流が1mAの場合である。平均電流が5mAのときに、2つの調光方法による電源電圧の差が発生する範囲は、約3.30〜3.70Vであるが、平均電流が1mAのときには、この範囲は、約3.00〜3.70Vである(PMW調光が、×1.5昇圧モードで動作する区間の電源電圧を例とし、その区間内のDC調光とPWM調光とを比較した場合)。
このように、DC調光及びPWM調光を併用することにより、DC調光による色変化が存在するもののDC調光の高効率とPWM調光の低電流時での電流ばらつきの少ない特徴を合わせ持つことが出来る。
図10は、この実施例を説明するLED駆動回路の概略図、図11は、チャージポンプの昇圧比特性を示す特性図である。このLED駆動回路は、調光制御部26及びLED電流制御回路27を備え、LED駆動回路は、調光制御部26において生成された信号に基づいて操作されて白色LED28を駆動する。白色LED28は、リチウム電池などの電源29に接続され、その間に昇圧回路(CP(チャージポンプ))25が挿入されている。昇圧回路25と白色LED28との間には一端が接地(GND)されたコンデンサCが挿入されている。調光制御部26は、LED電流設定データに基づいてDC調光を制御する信号をLED電流制御回路27に供給する。LED電流制御回路27は、差動増幅回路21、出力段としてnチャネルMOSトランジスタ22及びMOSトランジスタ22のソース側と接地(GND)との間に接続された駆動電流検出用の抵抗(R)23を含んでいる。差動増幅回路21の(+)入力は、調光制御部26からの信号を受け、(−)入力は、MOSトランジスタ22のソース側に接続され、差動増幅回路21の出力端子がMOSトランジスタ22のゲートに接続されている。
昇圧回路を構成するチャージポンプ(CP)は、LED電流により順方向電圧VFが変化するため、LED電流が多いほど昇圧比が上がる電源電圧が高くなる(図11参照)。
このように、この実施例では、DC調光及びPWM調光を併用することにより、DC調光による色変化が存在するもののDC調光の高効率とPWM調光の低電流時での電流ばらつきの少ない特徴を合わせ持つLED駆動回路が得られる。
また、PWM調光時において、点灯時のLED電流は、固定されているため、このLED電流でのVFにより昇圧比の変化点が決まる(図11参照)。つまり、白色LEDの平均電流にかかわらず、昇圧比の変化点が決まる。DC調光時において、点灯時のLED電流が調整されるため、電流により変化したVFで昇圧比の変化点が決まる。
2、27・・・LED電流制御回路
3、28・・・白色LED
4・・・LED電流設定データ
5・・・論理回路(Logic)
6・・・照度センサ
7・・・バッファ増幅器
8・・・減衰器(ATT)
9・・・ADコンバータ
11・・・デジタルアナログ変換器(DAC)
12・・・デューティ制御部
13、14・・・調光データ
21・・・差動増幅器
22・・・MOSトランジスタ
23・・・抵抗
25・・・チャージポンプ(CP)
29・・・電源
Claims (3)
- 調光電圧を生成すると共に、デューティ比制御を行う調光制御部と、駆動するLEDに一端が接続されたMOSトランジスタと、前記トランジスタの他端と接地間に接続される抵抗と、前記トランジスタの他端と前記抵抗との接続点の電圧と前記調光電圧との差信号を増幅して前記トランジスタの制御端に供給する差動増幅器とを具備し、前記調光制御部は、LED電流設定データに応じた前記デューティ比情報を作成し、前記デューティ比情報に応じて前記トランジスタの制御端への前記差動増幅器の出力電圧の供給を制御し、前記LED電流設定データに基づく電圧を前記差動増幅器に供給し、前記LED電流設定データが所定の値を上回る時、前記調光制御部は、前記LED電流設定データに応じた電圧を前記差動増幅器に供給すると共に前記トランジスタを常にオン状態にし、前記LED電流設定データが所定の値を下回る時、LED電流設定データに基づく電圧を前記差動増幅器に供給すると共に前記デューティ比情報に基づいて前記トランジスタの制御端への前記差動増幅器の出力電圧の供給を制御することを特徴とするLED駆動回路。
- 前記LEDにはチャージポンプが接続され、当該チャージポンプによって、前記LEDに供給される電圧は、所定の値に昇圧されることを特徴とする請求項1に記載のLED駆動装置。
- 前記調光制御部には、照度センサが付加され、前記調光制御部は、当該照度センサが検出する照度に応じた電圧を出力することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のLED駆動装置。
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