JP2009118698A - Power circuit for led driving, and method of driving the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、降圧レギュレータに含まれる抵抗成分等による電圧降下を少なくする昇圧回路を用いたLED駆動用電源回路に関するものである。 The present invention relates to an LED driving power supply circuit using a booster circuit that reduces a voltage drop due to a resistance component included in a step-down regulator.
従来のLED駆動用電源回路では、特許文献1に回路に流れる突入電流や消費電流を抑えた電源回路が開示されている。このLED駆動用電源回路は、チャージポンプ回路の前段に降圧レギュレータが接続される構成を有しており、昇圧率制御回路が、チャージポンプ回路の昇圧率を1倍に設定し、ショートモードを実現するとき、チャージポンプ回路の内部の経路を短絡するとともに、第1トランジスタを完全にオンさせる。その結果、リチウムイオン電池の電池電圧からチャージポンプ回路へ突入電流が発生する。そこで、第1トランジスタをゆっくりオンさせるよう定電流回路を動作させる。さらに、ショートモードを実現するときに発振回路や演算増幅器の動作を停止させる。
As a conventional LED driving power supply circuit,
図8は、従来のLED駆動用の電源回路において、チャージポンプ回路の前段に降圧レギュレータが接続される構成(特許文献1参照)を説明している。電源回路は、電源101から供給される入力電圧VINを設定された昇圧率で昇圧するチャージポンプ回路102、チャージポンプ回路102への入力電圧VINを定電圧化するための降圧レギュレータ103、分圧抵抗R1、R2及び出力電圧を充電するコンデンサCを備える。降圧レギュレータ103は、基準電圧源105からの基準電圧(Vref)105及び出力端子104からの帰還電圧を比較する演算増幅器121と、演算増幅器121の出力がゲートに接続されたMOSトランジスタ122とを備えている。演算増幅器121の第1の入力(+)は、出力端子104と接地(GND)との間に接続された分圧抵抗R1、R2間に接続され、そこから帰還電圧が供給される。演算増幅器121の第2の入力(−)には、基準電圧Vrefが供給される。MOSトランジスタ122の一端には、入力電圧VINが接続され、他端にはチャージポンプ回路部102の入力が接続され、チャージポンプ回路部102の出力が出力端子104に接続される。コンデンサCは、チャージポンプ回路102の出力と出力端子104との接続点に一端が接続され、他端が分圧抵抗R1、R2間と演算増幅器121の第1の入力との間の接続点に接続されている。
FIG. 8 illustrates a configuration in which a step-down regulator is connected to the front stage of a charge pump circuit (see Patent Document 1) in a conventional power supply circuit for driving an LED. The power supply circuit includes a
チャージポンプ回路部102は、内部に設けられたスイッチのオン/オフ動作により昇圧用コンデンサを選択的に充放電して、入力電圧VINを設定された昇圧率で昇圧して、出力電圧Voutを出力する昇圧回路である。演算増幅器121は、基準電圧源105からの基準電圧Vrefと出力端子からの帰還電圧とを大小比較し、その誤差電圧に応じてMOSトランジスタ122を制御する。これにより降圧レギュレータ121は、入力電圧VINを調整して、目標電圧値に安定化し、チャージポンプ回路部122に供給する。これにより、出力端子からの帰還電圧と基準電圧Vrefの差が0になるように制御でき、チャージポンプ回路部122は、入力電圧VINを目標電圧値に定電圧化して出力電圧Voutを得る。
この図8に示すLED駆動用電源回路は、充放電用のスイッチング素子のオン抵抗や前段に接続される回路(降圧レギュレータ)のトランジスタ抵抗等のために電圧降下が発生し、設定された昇圧比に対して所望の出力電圧が得られないという問題があった。また、従来の電源回路は、スイッチング素子のサイズが大きくなることによって回路規模が大きくなってしまうという問題があった。
In the LED drive power supply circuit shown in FIG. 8, a voltage drop occurs due to the on-resistance of the charging / discharging switching element, the transistor resistance of the circuit (step-down regulator) connected in the previous stage, and the set step-up ratio. However, there is a problem that a desired output voltage cannot be obtained. In addition, the conventional power supply circuit has a problem that the circuit scale increases as the size of the switching element increases.
特許文献1に示される公知例では、充電時及び放電時に共に降圧レギュレータを利用し降圧電圧を使用している。また、昇圧率が1倍のときは、電源電圧をそのまま用いるショートモードである。この場合も降圧レギュレータは用いており、降圧電圧を1.0倍にする。昇圧率が1.5倍の時は、電源電圧をレギュレータレートし、その降圧電圧を1.5倍にする。いずれの場合でも回路に流れる突入電流や消費電流を抑えるものの、降圧レギュレータのトランジスタを経由するので、その抑えは十分ではなかった。
本発明は、以上のような問題を解決するためになされたものであり、放電経路に存在するスイッチング素子(スイッチを構成するトランジスタ)を減らして出力インピーダンスを小さくしたLED駆動用電源回路及びその駆動方法を提供するものである。
In the known example shown in
The present invention has been made in order to solve the above-described problems. An LED driving power supply circuit in which output impedance is reduced by reducing switching elements (transistors constituting a switch) existing in a discharge path and driving thereof. A method is provided.
本発明のLED駆動用電源回路は、外部電源が接続される電源端子と、前記電源端子から入力される電源電圧を降圧する降圧レギュレータと、前記降圧レギュレータの出力電圧から容量素子の充放電を利用してLED駆動用昇圧電圧を生成する昇圧回路と、前記電源端子と前記昇圧回路の出力端子とを直列的に1つのMOSトランジスタで構成されるスイッチを介して接続する電流経路とを具備したことを特徴としている。昇圧率1倍のモード時には、前記スイッチをオンさせることにより前記電流経路を介して前記電源電圧を前記出力端子に供給し、昇圧モード時には、前記容量素子の一端を前記降圧レギュレータの出力端に接続し、他端を低電位側に接続することにより前記容量素子を充電させ、一端を前記電源端子に接続し、他端を前記出力端子に接続することにより前記容量素子を放電させ、この放電によって前記出力端子から昇圧された電圧を出力させるようにしても良い。 The LED drive power supply circuit of the present invention uses a power supply terminal to which an external power supply is connected, a step-down regulator for stepping down a power supply voltage input from the power supply terminal, and charge / discharge of a capacitive element from the output voltage of the step-down regulator And a booster circuit for generating a boost voltage for driving the LED, and a current path for connecting the power supply terminal and the output terminal of the booster circuit in series via a switch composed of one MOS transistor. It is characterized by. In the step-up mode, the power supply voltage is supplied to the output terminal through the current path by turning on the switch. In the step-up mode, one end of the capacitor is connected to the output end of the step-down regulator. And connecting the other end to the low potential side to charge the capacitive element, connecting one end to the power supply terminal and connecting the other end to the output terminal to discharge the capacitive element. A boosted voltage may be output from the output terminal.
また、本発明のLED駆動用電源回路は、外部電源が接続される電源端子と、前記電源端子から入力される電源電圧を降圧する降圧レギュレータと、出力端子と前記降圧レギュレータの出力端との間に直列に接続される第1及び第2のスイッチ、前記外部電源と接地との間に直列に接続された第3及び第4のスイッチ、前記第1のスイッチの接続点と前記第3のスイッチと前記第4のスイッチとの接続点間に接続されるコンデンサを有し、前記降圧レギュレータの降圧出力電圧を昇圧する昇圧回路と、前記電源端子と前記昇圧回路の出力端子とを直列的に1つのMOSトランジスタで構成される第5のスイッチを介して接続する電流経路とを具備したことを特徴としている。昇圧率1倍のモード時には、前記第5のスイッチをオンさせることにより前記電流経路を介して前記電源電圧を前記出力端子に供給し、昇圧モード時には、前記第1及び第4のスイッチをオンさせることにより前記降圧レギュレータ出力によって、前記コンデンサを充電させ、前記第2及び第3のスイッチをオンさせることにより前記コンデンサを放電させ、この放電によって前記出力端子から昇圧された電圧を出力させるようにしても良い。 The LED driving power supply circuit according to the present invention includes a power supply terminal to which an external power supply is connected, a step-down regulator that steps down a power supply voltage input from the power supply terminal, and an output terminal and an output terminal of the step-down regulator. First and second switches connected in series, third and fourth switches connected in series between the external power source and ground, a connection point of the first switch and the third switch A booster circuit for boosting the step-down output voltage of the step-down regulator, the power supply terminal, and the output terminal of the booster circuit in series. And a current path connected via a fifth switch composed of two MOS transistors. In the step-up mode, the power supply voltage is supplied to the output terminal via the current path by turning on the fifth switch. In the step-up mode, the first and fourth switches are turned on. Thus, the capacitor is charged by the step-down regulator output, the capacitor is discharged by turning on the second and third switches, and the boosted voltage is output from the output terminal by this discharge. Also good.
前記MOSトランジスタと前記電源端子との間に第1の制御スイッチ及び前記MOSトランジスタと前記出力端子との間に第2の制御スイッチを設け、当該第1及び第2の制御スイッチにより、前記MOSトランジスタの基板電圧を制御するようにしても良い。
本発明のLED駆動用電源回路の駆動方法は、前述のLED駆動用電源回路を駆動する際に、前記電源端子から前記昇圧回路を経由して前記出力端子に流れる電流を流してから、所定の時間経過後に前記電流経路に電流を流すことを特徴としている。
A first control switch is provided between the MOS transistor and the power supply terminal, and a second control switch is provided between the MOS transistor and the output terminal, and the MOS transistor is provided by the first and second control switches. The substrate voltage may be controlled.
In the driving method of the LED drive power supply circuit according to the present invention, when the LED drive power supply circuit is driven, a current flowing from the power supply terminal to the output terminal via the booster circuit is passed, It is characterized in that a current flows through the current path after a lapse of time.
本発明は、1.0倍モード時には、降圧レギュレータを通らない電源端子、1つのMOSトランジスタスイッチ及び出力端子を通る電流経路を利用するので、介在するスイッチング素子の数が少なく出力インピーダンスを低くすることが出来、また、昇圧回路を通る電流回路をも用いるので、更に出力インピーダンスを下げることが出来る。昇圧モード時には、前記電源端子、MOSトランジスタスイッチ及び出力端子を通る電流経路を通らず、充電時に従来と比べてスイッチング素子の入力電圧を小さくして耐圧及びサイズを小さくすることにより回路規模を小さく出来、放電時には電流経路が降圧レギュレータを通らないようにして、降圧レギュレータに含まれるスイッチング素子の抵抗等による出力の電圧降下を少なくすることが可能になる。 Since the present invention uses the current path that passes through the power supply terminal, one MOS transistor switch, and the output terminal that do not pass through the step-down regulator in the 1.0 times mode, the number of intervening switching elements is small and the output impedance is lowered. In addition, since the current circuit passing through the booster circuit is also used, the output impedance can be further reduced. In the boost mode, the circuit scale can be reduced by not passing the current path through the power supply terminal, MOS transistor switch and output terminal, and by reducing the input voltage of the switching element and reducing the withstand voltage and size compared to the conventional case during charging. During discharging, the current path does not pass through the step-down regulator, and the output voltage drop due to the resistance of the switching element included in the step-down regulator can be reduced.
本発明は、昇圧回路の前段に降圧レギュレータが接続される構成を基本的構成であり、LED駆動用電源回路は、電源端子から供給される入力電圧を設定された昇圧率で昇圧する昇圧回路、昇圧回路への入力電圧を定電圧化するための降圧レギュレータ、分圧抵抗及び出力電圧を充電するコンデンサを備え、更にこれらの構成に加えて、電源端子と昇圧回路の出力端子とを直列的に1つのMOSトランジスタで構成されるスイッチを介して接続する電流経路を付加したことを特徴としている。本発明は、このような構成により、放電経路に存在するスイッチング素子を減らして出力インピーダンスを小さくすることを可能にする。
以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。
The present invention has a basic configuration in which a step-down regulator is connected in front of the booster circuit, and the LED drive power supply circuit boosts the input voltage supplied from the power supply terminal at a set boosting rate, A step-down regulator for making the input voltage to the step-up circuit constant, a voltage dividing resistor, and a capacitor for charging the output voltage are provided. In addition to these components, the power supply terminal and the output terminal of the step-up circuit are connected in series. It is characterized in that a current path connected through a switch composed of one MOS transistor is added. With such a configuration, the present invention makes it possible to reduce the output impedance by reducing the switching elements present in the discharge path.
Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to examples.
まず、図1を参照して実施例1を説明する。
図1は、LED駆動用電源回路の回路図である。この実施例のLED駆動用電源回路は、基準電圧Vrefと出力端子4からの帰還電圧に応じて電源1から供給された入力電圧VINを降圧する降圧レギュレータ2と、降圧レギュレータ2の出力電圧VREGによって充電し、入力電圧VINによって放電することで生ずる昇圧電圧VOUTを出力端子4に供給する昇圧回路部3と、電源1と出力端子4とを直列に1つのMOSトランジスタで構成されるスイッチ7を介して接続された電流経路とを具備している。即ち、LED駆動用電源回路は、電源1から供給された入力電圧VINを設定された昇圧率で昇圧する昇圧回路(チャージポンプ回路)部3、昇圧回路部3への入力電圧VINを定電圧化するための降圧レギュレータ2、分圧抵抗R1、R2及び出力電圧VOUTを充電するコンデンサC及び電源1と出力端子4間に形成された電流経路を遮断するスイッチ7を備えている。
First,
FIG. 1 is a circuit diagram of an LED driving power supply circuit. The LED drive power supply circuit of this embodiment uses a step-
降圧レギュレータ2は、演算増幅器21と、演算増幅器21の出力がゲートに接続されたMOSトランジスタ22とを備えている。演算増幅器21は、基準電圧源5からの基準電圧Vref及び出力端子4からの帰還電圧を大小比較し、その誤差電圧に応じてMOSトランジスタ22を制御する。演算増幅器21の第1の入力(+)は、出力端子4と接地(GND)との間に直列接続された分圧抵抗R1とR2との接続点に接続され、そこから帰還電圧が供給される。演算増幅器21の第2の入力(−)には、基準電圧Vrefが供給される。MOSトランジスタ22の一端には、入力電圧VINが接続され、他端には昇圧回路2の第1の入力が接続される。昇圧回路部3の出力は、電源回路の出力端子4に接続される。
コンデンサCは、昇圧回路部3の出力と出力端子4との間の接続点に一端が接続され、他端が直列接続された分圧抵抗R1と分圧抵抗R2との接続点及び演算増幅器21の第1の入力(+)間にある接続点に接続されている。昇圧回路部3は、内部に設けられたスイッチのオン/オフ動作により昇圧用コンデンサを選択的に充放電して、入力電圧VINを設定された昇圧率で昇圧して出力電圧VOUTを出力する昇圧回路である。
The step-
The capacitor C has one end connected to a connection point between the output of the
昇圧回路部3は、出力端子4と降圧レギュレータ2を構成するPチャネルMOSトランジスタ22の出力端との間に直列に接続された第1のスイッチSW1及び第2のスイッチSW2と、電源1と接地端との間に直列に接続された第3のスイッチSW3及び第4のスイッチSW4と、一端が第1のスイッチSW1と第2のスイッチSW2の接続点に接続されると共に他端が第3のスイッチSW3と第4のスイッチSW4との接続点に接続される昇圧用コンデンサC1とから構成されている。実施例では、これら第1乃至第4のスイッチSW1〜SW4は、MOSトランジスタから構成されている。降圧レギュレータ2の出力電圧VREGが入力される昇圧回路部3の第1の入力端は、第1のスイッチSW1に接続され、電源1から供給される入力電圧VINが入力される第2の入力端は、第3のスイッチSW3に接続される。降圧レギュレータ2を構成する演算増幅器21は、基準電圧源5からの基準電圧Vrefと出力端子4からの帰還電圧とを大小比較し、その差電圧に応じてMOSトランジスタ22を制御する。これにより降圧レギュレータ2は、入力電圧VINを調整して、目標電圧値に安定化し、昇圧回路部3に供給する。これにより、出力端子4からの帰還電圧と基準電圧Vrefの差が0になるように制御でき、昇圧回路部3は、入力電圧VINを目標電圧値に定電圧化して出力電圧VOUTを得る。
The step-up
このように、昇圧回路部3の前段に出力端子4からの帰還電圧に応じて電源1から供給された入力電圧VINを降圧する降圧レギュレータ2が接続され、充電時のみ降圧レギュレータ2の出力電圧VREGが昇圧回路部3の昇圧用コンデンサC1に供給されるように構成されている。
昇圧回路部3に含まれるコンデンサC1は、降圧レギュレータ2の出力電圧VREGが一端に印加されることによって充電され、電源1からの入力電圧VINが他端に印加されることによって放電される。充電時には、降圧レギュレータ2を構成するMOSトランジスタ22の出力端からの出力電圧VREGは、第1の入力端からオン状態の第1のスイッチSW1を通って昇圧用コンデンサC1に充電される。この時、第2のスイッチSW2及び第3のスイッチSW3は、オフ状態であり、第4のスイッチSW4は、オン状態である。放電時には、電源1から供給される入力電圧VINは、第2の入力端からオン状態の第3のスイッチSW3を通り、昇圧用コンデンサC1の充電電圧VREGを付加しオン状態の第2のスイッチSW2を通って出力端子4から出力電圧VOUTとして出力する。この出力は、例えば、白色LEDを発光させる電源として用いられる。この時、第1のスイッチSW1及び第4のスイッチSW4は、オフ状態にある。
In this way, the step-down
The capacitor C1 included in the step-up
電源1は、例えば、リチウム電池を用いると、3〜4.2V程度の電力を有する。白色LEDは、4.5〜5V程度で駆動するので、この電源回路は、必要に応じて電源電圧を昇圧して白色LEDを駆動する出力電圧VOUTを生成する。電源が消耗した場合にもこの昇圧回路分を利用して適正な出力電圧VOUTを出力する。昇圧回路部3において、昇圧比が2倍のときの出力は、VREG+VINである。入力電圧VINの上昇に伴って昇圧回路部3の出力が上がると降圧レギュレータ2の出力電圧VREGは減少するため、入力電圧VINにかかわらず出力電圧VOUTは、昇圧比に対して一定である。
For example, when a lithium battery is used, the
この実施例における昇圧動作では、昇圧回路部の前段に接続される降圧レギュレータの出力電圧VREGで充電するため、従来例と比べてスイッチング素子の入力電圧が小さくなる。そのため、耐圧およびサイズを小さくすることができ、回路規模を小さくすることができる。放電時の電流経路は、降圧レギュレータを通らないため、降圧レギュレータに含まれるスイッチング素子の抵抗による出力の電圧降下を少なくすることが出来る。
次に1.0倍モード時の動作を説明する。この実施例では、電源端子と昇圧回路の出力端子とを直列的に1つのMOSトランジスタで構成されるスイッチを介して接続する電流経路を付加したことを特徴としている。即ち、VIN→P1→VOUTの第1の電流経路により、出力端子に電源電圧が供給される。通常、出力端子に1.0倍モード時の電圧を供給する電流経路には、レギュレータを通るなどして2つ以上のMOSトランジスタが配置されているが、この実施例の第1の電流経路では1つのMOSトランジスタが有るのみである。これにより、出力の低インピーダンスが実現された。また、上述の第1の電流経路に加えてVIN→VREG→SW1→SW2→VOUTの第2の電流経路も設定することが可能であり、これら第1の電流経路と第2の電流経路流回路とを同時に用いることで、更に出力インピーダンスを下げることが出来る。
In the step-up operation in this embodiment, charging is performed with the output voltage VREG of the step-down regulator connected to the previous stage of the step-up circuit section, so that the input voltage of the switching element is smaller than in the conventional example. Therefore, the breakdown voltage and size can be reduced, and the circuit scale can be reduced. Since the current path during discharging does not pass through the step-down regulator, the output voltage drop due to the resistance of the switching element included in the step-down regulator can be reduced.
Next, the operation in the 1.0 times mode will be described. This embodiment is characterized in that a current path for connecting the power supply terminal and the output terminal of the booster circuit in series via a switch composed of one MOS transistor is added. That is, the power supply voltage is supplied to the output terminal through the first current path of VIN → P1 → VOUT. Normally, two or more MOS transistors are arranged in the current path for supplying the voltage in the 1.0 times mode to the output terminal by passing through a regulator, etc. In the first current path of this embodiment, There is only one MOS transistor. As a result, a low output impedance was realized. In addition to the first current path described above, a second current path of VIN → VREG → SW1 → SW2 → VOUT can be set. These first current path and second current path current circuit Can be used at the same time to further reduce the output impedance.
次に、図2乃至図5を参照して実施例2を説明する。
図2は、LED駆動用電源回路の回路図、図3乃至図5は、LED駆動用電源回路の充放電方法を説明する概略回路図及びこの電源回路に用いられるトランジスタのオンオフ(ON/OFF)状態を説明する特性図である。
この実施例は、昇圧回路部の構成が実施例1とは相違する。この実施例のLED駆動用電源回路は、基準電圧Vrefと出力端子4からの帰還電圧に応じて電源1から供給された入力電圧VINを降圧する降圧レギュレータ2と、降圧レギュレータ2の出力電圧VREGによって充電し、入力電圧VINによって放電することで生ずる昇圧電圧(出力電圧)VOUTを出力端子4に供給する昇圧回路部6と、電源1と出力端子(VOUT)4とを直列に1つのMOSトランジスタで構成されるスイッチ8を介して接続された電流経路とを具備している。
LED駆動用電源回路は、電源1から供給された入力電圧VINを設定された昇圧率で昇圧する昇圧回路部6、昇圧回路部6への入力電圧VINを定電圧化するための降圧レギュレータ2、分圧抵抗R1、R2、出力電圧VOUTを充電するコンデンサC及び電源1と出力端子4間に形成される電流経路を遮断するスイッチ8を備える。
Next,
FIG. 2 is a circuit diagram of an LED driving power supply circuit, FIGS. 3 to 5 are schematic circuit diagrams for explaining a charging / discharging method of the LED driving power supply circuit, and ON / OFF of transistors used in the power supply circuit. It is a characteristic view explaining a state.
This embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the booster circuit section. The LED drive power supply circuit of this embodiment uses a step-down
The LED driving power supply circuit includes a boosting
降圧レギュレータ2、コンデンサC及びスイッチ8は、実施例1と同じ構成である。昇圧回路部6は、実施例1と同様に内部に設けられたスイッチ(SW1〜SW9)のオン/オフ動作により昇圧用コンデンサC1、C2を選択的に充放電して、入力電圧VINを設定された昇圧率で昇圧して出力電圧VOUTを出力する昇圧回路である。昇圧回路部6は、電源1と出力端子4との間に複数並列接続(この実施例では2つの回路を用いる)された昇圧回路61、62から構成され、昇圧回路61、62間にはスイッチが設けられている(この実施例では第5のスイッチSW5を用いる)ことを特徴としている。
The step-down
第1の昇圧回路61は、出力端子4と降圧レギュレータ2を構成するMOSトランジスタ22の出力端との間に直列に接続された第1のスイッチSW1及び第2のスイッチSW2と、電源1と接地端との間に直列に接続された第3のスイッチSW3及び第4のスイッチSW4と、一端が第1のスイッチSW1と第2のスイッチSW2の接続点に接続されると共に他端が第3のスイッチSW3と第4のスイッチSW4との接続点に接続される昇圧用コンデンサC1とから構成されている。これら第1乃至第4のスイッチSW1〜SW4は、例えば、MOSトランジスタから構成されている。スイッチSW1〜SW3、SW7及びSW8は、PMOSトランジスタから構成され、それぞれP3〜P5、P6、P2で表示される。また、スイッチSW5及びSW9は、NMOSトランジスタから構成され、それぞれN2、N1で表される。
The
電源1から供給される入力電圧VINが入力される第1の昇圧回路61の第2の入力端64には、第3のスイッチSW3(P3)が接続され、降圧レギュレータ2の出力電圧VREGが入力される第1の入力端63には、第1のスイッチSW1(P4)が接続される。第2の昇圧回路62は、出力端子4とMOSトランジスタ22の出力端との間に直列に接続された第6のスイッチSW6及び第7のスイッチSW7(P6)と、電源1と接地端との間に直列に接続された第8のスイッチSW8(P2)及び第9のスイッチSW9(N1)と、一端が第6のスイッチSW6と第7のスイッチSW7(P6)の接続点に接続されると共に他端が第8のスイッチSW8(P2)と第9のスイッチSW9(N1)との接続点に接続される昇圧用コンデンサC2とから構成されている。入力電圧VINが入力される第2の昇圧回路62の第2の入力端66には、第8のスイッチSW8(P2)が接続され、出力電圧VREGが入力される第1の入力端65は、第6のスイッチSW6に接続される。
このように、昇圧回路部6の前段に出力端子4からの帰還電圧に応じて電源1から供給された入力電圧VINを降圧する降圧レギュレータ2が接続され、充電時のみ降圧レギュレータ2の出力電圧VREGが昇圧回路部6の昇圧用コンデンサC1又はC2もしくは双方に供給されるように構成されている。
The third switch SW3 (P3) is connected to the
In this way, the step-down
次に、この実施例のLED駆動用電源回路の充放電方法について説明する。例えば、昇圧回路部に昇圧回路が2つ並列接続されている場合、各々第1〜第9のスイッチのオンオフ制御によって、1倍(VREG)、1.5倍(1/2VREG+VIN)等の出力を得ることができる。図3に示すように、出力が1倍(VREG)モードの場合は、降圧レギュレータ2の出力(VREG)を出力電圧VOUTとする。
Next, a charge / discharge method of the LED drive power supply circuit of this embodiment will be described. For example, when two booster circuits are connected in parallel to the booster circuit unit, outputs of 1 × (VREG), 1.5 × (1/2 VREG + VIN), etc. are controlled by ON / OFF control of the first to ninth switches. Obtainable. As shown in FIG. 3, when the output is in the 1 × (VREG) mode, the output (VREG) of the step-down
このLED駆動用電源回路では、電源1と出力端子4とを直列に1つのMOSトランジスタで構成されるスイッチ8を介して接続された第1の電流経路、昇圧回路6内において、第1のスイッチP4、第2のスイッチP5をオン状態とし、他のスイッチはオフ状態に制御した降圧レギュレータ2の出力から出力端子3までの第2の電流経路がある。第1の電流経路は、VIN→P1→VOUT、第2の電流経路は、VIN→VREG→P4→P5→VOUTの経路で放電される(図3の矢印参照)。この実施例では、図3に示す様に、P1はオン(ON)、P4及びP5はオン(ON)、P2、P3、N1、N2はオフ(OFF)の状態であり、この時、出力端子4から出力される。
出力が1倍モードの場合、降圧レギュレータ2は、単にスイッチとして作用する(例えば、VINが2.7〜4.6Vで、VOUTを4.9Vと設定した場合)。この場合、スイッチングがないので、出力電圧VOUTにはリップルが発生しない。
In this LED drive power supply circuit, the first switch in the first current path,
When the output is in the 1 × mode, the step-down
次に、図4及び図5を参照して1.5倍(1/2VREG+VIN)モードの充電方法及び放電方法を説明する。
図4は、出力が1.5倍(1/2VREG+VIN)モードの充電方法を説明する概略回路図であり、図5は、出力が1.5倍モードの放電方法を説明する概略回路図である。充電経路は、第1のスイッチP4、第5のスイッチN2及び第9のスイッチN1をオン状態にし、昇圧回路6の他のスイッチ(P2、P3、P5、P6)をオフにする。このとき、図3の第1の電流経路をオフにするために、スイッチ8を常にオフにしておく。この充電方法により、充電用コンデンサC1、C2の容量に降圧レギュレータ2の出力電圧VREGの電圧まで充電される。その結果、コンデンサC1、C2には、各1/2VREGの電圧が充電される。第2のスイッチP5、第7のスイッチP6がオフとなりコンデンサC3の電荷だけで電流を供給する。そのため出力端子4の電圧が負荷電流により低下する(図4参照)。
Next, a charging method and a discharging method in the 1.5 times (1/2 VREG + VIN) mode will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 is a schematic circuit diagram illustrating a charging method in which the output is 1.5 times (1/2 VREG + VIN) mode, and FIG. 5 is a schematic circuit diagram illustrating a discharging method in which the output is 1.5 times mode. . In the charging path, the first switch P4, the fifth switch N2, and the ninth switch N1 are turned on, and the other switches (P2, P3, P5, P6) of the
放電経路は、第2のスイッチP5、第3のスイッチP3、第7のスイッチP6及び第8のスイッチP2をオン状態にし、昇圧回路6の他のスイッチをオフにする。この充電方法により、電源(VIN)と出力端子4との間に第2のスイッチP5及び第3のスイッチP3を通る第1の電流経路(VIN→P3→C2→P5→VOUT)と、第7のスイッチP6及び第8のスイッチP2を通る第2の電流経路(VIN→P2→C1→P6→VOUT)の2つの経路が形成される。コンデンサC1、C2にはVREGの電圧までチャージされ、それぞれ1/2VREGの電圧がかかる(図5参照)。
In the discharge path, the second switch P5, the third switch P3, the seventh switch P6, and the eighth switch P2 are turned on, and the other switches of the
先に、発明者は充電時に従来と比べてスイッチング素子の入力電圧を小さくして耐圧及びサイズを小さくし、放電時に電流経路が降圧レギュレータを通らないようにして降圧レギュレータに含まれるスイッチング素子の抵抗による出力の電圧降下を少なくすることが可能なチャージポンプ方式電源回路を開発した(特願2007−220606)。この電源回路は、LED駆動に用いられるものであり、図1、図2等に示される実施例1、2で説明される電源回路の先行技術である。この先行技術のLED駆動用電源回路は、基準電圧Vrefと出力端子4からの帰還電圧に応じて電源電圧を降圧する降圧レギュレータ2と、降圧レギュレータの出力電圧VREGによって充電し、電源電圧VINによって放電することで生ずる昇圧電圧を出力端子に供給する昇圧回路部3とを有する。昇圧回路部は、出力端子と降圧レギュレータとの間に直列に接続されるスイッチSW1及びスイッチSW2と、電源と接地との間に直列に接続されるスイッチSW3及びスイッチSW4と、第1のスイッチSW1、SW2間と第2のスイッチSW3、SW4間との間に接続されたコンデンサCとを有する。
First, the inventor reduced the input voltage of the switching element during charging to reduce the withstand voltage and size, and prevented the current path from passing through the step-down regulator during discharging to prevent the resistance of the switching element included in the step-down regulator. Has developed a charge pump type power supply circuit capable of reducing the voltage drop of the output due to the above (Japanese Patent Application No. 2007-220606). This power supply circuit is used for LED driving, and is a prior art of the power supply circuit described in the first and second embodiments shown in FIGS. This prior art LED drive power circuit is charged by the step-down
つまり、実施例1、2に係る電源回路は、前述した先行技術に、電源端子と出力端子との間を、MOSトランジスタからなるスイッチを介して接続してなる電流経路を付加して構成される。更に、実施例2では、スイッチ4及びスイッチ6を使用しないで電源回路を駆動することが出来る。したがって、図3乃至図5に示すように、MOSトランジスタ22の出力端からスイッチSW7までのスイッチ6を含む配線を不要にし、スイッチSW3からGNDまでのスイッチSW4を含む配線を不要にすることができ、放電時の出力インピーダンスを更に小さくすることができると共にトランジスタを省略することができる結果、電源回路が搭載されたチップの縮小化が進んで省資源に資するものである。
That is, the power supply circuit according to the first and second embodiments is configured by adding a current path formed by connecting a power supply terminal and an output terminal via a switch made of a MOS transistor to the above-described prior art. . Further, in the second embodiment, the power supply circuit can be driven without using the
以上、この実施例では、昇圧回路部の前段に接続される降圧レギュレータの出力電圧VREGで充電するため、従来例と比べてスイッチング素子の入力電圧が小さくなる。そのため、耐圧及びサイズを小さくすることができ、回路規模を小さくすることができる。放電時の電流経路は、降圧レギュレータを通らないため、降圧レギュレータに含まれるスイッチング素子の抵抗による出力の電圧降下を少なくすることが出来るレギュレータに含まれるスイッチング素子の抵抗による出力の電圧降下を少なくすることが可能になる。また、放電時の電圧降下を避ける構成であるため、昇圧比を可変する構成にしても出力の電圧降下を少なくすることが出来る。 As described above, in this embodiment, charging is performed with the output voltage VREG of the step-down regulator connected to the previous stage of the step-up circuit section, so that the input voltage of the switching element is smaller than in the conventional example. Therefore, the withstand voltage and size can be reduced, and the circuit scale can be reduced. Since the current path during discharge does not pass through the step-down regulator, the output voltage drop due to the resistance of the switching element included in the regulator can be reduced, which can reduce the output voltage drop due to the resistance of the switching element included in the step-down regulator. It becomes possible. In addition, since the voltage drop at the time of discharge is avoided, the output voltage drop can be reduced even if the voltage boost ratio is variable.
次に、図6を参照して実施例3を説明する。
図6は、出力が1.5倍モードの放電方法のソフトスタートを説明する概略回路図である。この実施例の駆動方法は、電源回路を駆動する際に、電源端子から昇圧回路を経由して出力端子に流れる電流を流してから、所定の時間経過後に、電源端子(VIN)と出力端子(VOUT)との間を流れ、MOSトランジスタのスイッチを含む電流経路に電流を流すことを特徴としている。
突入電流を抑えるために、基準電圧安定後(実施例ではENをオンしてから62μsec後)、初めに、第2の電流経路(VIN→VREG→P4→P5→VOUT)で電流を流し、その後(実施例では500μsec後)スイッチ8(P1)をオンして第1の電流経路に電流を流し込む。このような方法により、図6(b)に示す様に、出力端子(VOUT)からの出力は徐々に所定の定常電圧に達する。この実施例で説明したソフトスタート動作は、実施例1、2の電源回路に適用することが出来る。
Next, Example 3 will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a schematic circuit diagram for explaining the soft start of the discharging method in which the output is in the 1.5 times mode. In the driving method of this embodiment, when a power supply circuit is driven, a current flowing from the power supply terminal to the output terminal via the booster circuit is passed, and after a predetermined time has elapsed, the power supply terminal (VIN) and the output terminal ( The current flows through the current path including the switch of the MOS transistor.
In order to suppress the inrush current, after the reference voltage is stabilized (62 μsec after turning on EN in the embodiment), first, a current is passed through the second current path (VIN → VREG → P4 → P5 → VOUT), and then (In the embodiment, after 500 μsec) The switch 8 (P1) is turned on to flow a current into the first current path. By such a method, as shown in FIG. 6B, the output from the output terminal (VOUT) gradually reaches a predetermined steady voltage. The soft start operation described in this embodiment can be applied to the power supply circuits of the first and second embodiments.
次に、図7を参照して実施例4を説明する。
図7は、この実施例で説明するLED駆動用電源回路を構成する電源端子/出力端子間をスイッチングするMOSトランジスタからなるスイッチの概略回路図である。この実施例のRED駆動用電源回路は、電源端子(VIN)と出力端子VOUTとを直列的にPMOSトランジスタ(P1)で構成されるスイッチ9を介して接続する電流経路を具備している。スイッチ9にはスイッチング作用を有するPMOSトランジスタ(P1)の他にトランジスタの基板電圧を制御する制御スイッチ10、11が設けられている。制御スイッチ10、11は、ゲート同士及び基板同志がそれぞれ接続された1対のPMOSトランジスタから構成され、制御スイッチ10は、一端が電源端子(VIN)に接続され、他端がPMOSトランジスタ(P1)の基板に接続され、制御スイッチ11は、一端がPMOSトランジスタ(P1)の基板に接続され、他端が出力端子(VOUT)に接続さている。
Next, Example 4 will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a schematic circuit diagram of a switch composed of a MOS transistor that switches between a power supply terminal and an output terminal constituting the LED drive power supply circuit described in this embodiment. The power supply circuit for RED driving of this embodiment includes a current path that connects a power supply terminal (VIN) and an output terminal VOUT in series via a
制御スイッチ10、11のオンオフ(ON/OFF)制御によって基板電圧を制御している。待機時には、PMOSトランジスタ(P1)をオフにし、制御スイッチ10をオンにし、制御スイッチ11をオフにする。1.0倍モード動作時には、PMOSトランジスタ(P1)をオンにし、制御スイッチ10をオンにし、制御スイッチ11をオフにする。1.5倍モード動作時には、PMOSトランジスタ(P1)をオフにし、制御スイッチ10をオフにし、制御スイッチ11をオンにする。この実施例ではスイッチの基板電圧の影響を少なくすることができる。
The substrate voltage is controlled by ON / OFF control of the control switches 10 and 11. During standby, the PMOS transistor (P1) is turned off, the
1・・・電源 2・・・降圧レギュレータ 3、6・・・昇圧回路部
4・・・出力端子 5・・・基準電圧源
7、8、9・・・スイッチ(MOSトランジスタ)
10、11・・・制御スイッチ 21・・・演算増幅器
22・・・MOSトランジスタ
61、62・・・昇圧回路(チャージポンプ回路)
63−66・・・入力端
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
63-66 ... Input terminal
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