JP2011258797A - Drive control circuit of light-emitting diode and backlight system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光ダイオードの駆動制御回路およびバックライト照明装置に関する。 The present invention relates to a drive control circuit for a light emitting diode and a backlight illumination device.
近年、例えば、液晶表示装置のバックライト照明装置として発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)が使用されるようになってきている。 In recent years, for example, light emitting diodes (LEDs) have been used as backlight illumination devices for liquid crystal display devices.
このようなバックライト照明装置におけるLEDの駆動制御回路は、例えば、誤差増幅器(エラーアンプ),PWM(Pulse Width Modulation)回路,論理制御回路,ドライバ回路および過電流検出部によりスイッチングトランジスタを制御する。 An LED drive control circuit in such a backlight illumination device controls a switching transistor by, for example, an error amplifier (error amplifier), a PWM (Pulse Width Modulation) circuit, a logic control circuit, a driver circuit, and an overcurrent detection unit.
そして、スイッチングトランジスタの制御により、出力コンデンサに蓄積される電荷を制御して、例えば、直列接続された3灯または6灯のLEDに所定の電流を流し、LEDを安定して駆動(発光)するようになっている。 Then, the charge stored in the output capacitor is controlled by the control of the switching transistor, and for example, a predetermined current is supplied to three or six LEDs connected in series to drive (emit) light stably. It is like that.
ところで、従来、LEDの駆動制御回路或いはバックライト照明装置としては、様々なものが提案されている。 By the way, conventionally, various LED drive control circuits or backlight illumination devices have been proposed.
上述したように、LEDの駆動制御回路としては、例えば、直列接続された複数のLEDに対して所定の電流を流し、LEDを安定して駆動するものが知られている。 As described above, as an LED drive control circuit, for example, a circuit that supplies a predetermined current to a plurality of LEDs connected in series to stably drive the LEDs is known.
ところで、近年、例えば、携帯端末における液晶表示装置のバックライト照明装置として、1灯のLEDを使用するものが注目されている。 By the way, in recent years, for example, a backlight illuminating device for a liquid crystal display device in a portable terminal has been attracting attention.
しかしながら、例えば、直列接続された3灯または6灯のLEDに所定の電流を流す駆動制御回路は、1灯のLEDを駆動するには回路規模が大きくて冗長なものとなり、バックライト照明装置の価格を上昇させる要因にもなる。 However, for example, a drive control circuit for supplying a predetermined current to three or six LEDs connected in series has a large circuit size and is redundant to drive one LED. It will also increase the price.
また、1灯のLEDを駆動するための簡略化した駆動制御回路も考えられるが、例えば、単にエラーアンプの出力でスイッチングトランジスタを制御するだけでは、LEDを安定して駆動することができない。 Although a simplified drive control circuit for driving one LED can be considered, for example, the LED cannot be stably driven only by controlling the switching transistor with the output of the error amplifier.
一実施形態によれば、発光ダイオードに流す電流を制御して駆動する発光ダイオードの駆動制御回路が提供される。 According to one embodiment, a drive control circuit for a light emitting diode is provided that controls and drives a current flowing through the light emitting diode.
前記発光ダイオードの駆動制御回路は、定電流が流された第1トランジスタと、該第1トランジスタとカレントミラー接続された第2トランジスタと、該第2トランジスタと同じ電流が流れる第3トランジスタと、を有する。 The light emitting diode drive control circuit includes: a first transistor through which a constant current flows; a second transistor that is current-mirror connected to the first transistor; and a third transistor through which the same current as the second transistor flows. Have.
さらに、前記発光ダイオードの駆動制御回路は、該第3トランジスタとカレントミラー接続された駆動トランジスタと、第1電源線と第2電源線との間に、前記発光ダイオードおよび前記駆動トランジスタと直列接続されたスイッチング素子と、を有する。 Further, the drive control circuit for the light emitting diode is connected in series with the light emitting diode and the drive transistor between the third transistor and the drive transistor connected in a current mirror and between the first power supply line and the second power supply line. Switching elements.
開示の発光ダイオードの駆動制御回路およびバックライト照明装置は、簡略化された回路により発光ダイオードを安定して駆動することができるという効果を奏する。 The disclosed light emitting diode drive control circuit and backlight illumination device have an effect that the light emitting diode can be stably driven by a simplified circuit.
まず、発光ダイオードの駆動制御回路およびバックライト照明装置の実施例を詳述する前に、発光ダイオードを使用したバックライト照明装置の一例、並びに、関連技術としてのバックライト照明装置の一例を、図1および図2を参照して説明する。 First, before detailing the embodiments of the drive control circuit of the light emitting diode and the backlight illumination device, an example of the backlight illumination device using the light emitting diode, and an example of the backlight illumination device as a related technology, FIG. This will be described with reference to FIG. 1 and FIG.
図1は、発光ダイオードを使用したバックライト照明装置の一例を示すブロック図である。図1において、参照符号101は駆動制御回路,102は昇圧コイル,103はダイオード,104は出力コンデンサ,そして,105は発光ダイオード(LED)を示す。
FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a backlight illumination device using a light emitting diode. In FIG. 1,
なお、図1において、LED105は、6灯が直列接続されているが、例えば、3灯を直列接続してもよい。
In FIG. 1, six
図1に示されるように、駆動制御回路101は、誤差増幅器(エラーアンプ)111,調光論理(ソフトスタート)回路112,コンデンサ113,PWM回路114および論理制御回路115を有する。
As shown in FIG. 1, the
また、駆動制御回路101は、さらに、過電流検出部116,ドライバ回路117,nチャネル型MOSトランジスタより成るスイッチングトランジスタ118および抵抗119を有する。ここで、過電流検出部116は、過電流保護回路61および電流検出回路62を有する。
The
電流検出回路62は、スイッチングトランジスタ118を流れる電流を、抵抗119により電圧変換した電圧信号ISを介して検出し、その検出された電流値を示す信号を過電流保護回路61およびPWM回路114に供給する。
The
過電流保護回路61は、電流検出回路62で検出されたスイッチングトランジスタ118の電流値が所定のレベルを超えたとき、論理制御回路115を制御してドライバ回路117からの信号DVRを制御してスイッチングトランジスタ118を保護(オフ)する。
When the current value of the
エラーアンプ111は、直列接続されたLED105を流れる電流の大きさを抵抗106により電圧変換した電圧信号FBとして受け取り、その電圧信号FBが調光論理回路112からの電圧レベルに一致するように出力を変化させる。
The
ここで、調光論理回路112には、外部からの調光制御信号CSが入力され、LED105に流れる電流を制御してその明るさを調整するようになっている。なお、調光論理回路112は、例えば、電源投入時のストレスや突入電流が緩和するソフトスタート機能も有し、LED105に流す電流を緩やかに上昇させるようになっている。
Here, the
エラーアンプ111の出力は、PWM回路114の入力に対して、電流検出回路62の出力と共に供給される。PWM回路114は、論理制御回路115およびドライバ回路117を介して信号DVRによりスイッチングトランジスタ118のスイッチング(オン/オフ)期間を制御する。
The output of the
昇圧コイル102の一端は、例えば、5Vの電源線に接続され、その他端は、スイッチングトランジスタ118のドレインおよびダイオード103のカソードに接続されている。ダイオード103のアノードは、一端が接地された出力コンデンサ104の他端および直列接続されたLED105の初段のカソードに接続されている。
One end of the
なお、直列接続されたLED105の最終段のアノードは、抵抗106を介して接地されている。また、抵抗106は、前述したように、LED105に流れる電流を電圧信号FBに変換し、その電圧信号FBがエラーアンプ111にフィードバックされる。
Note that the anode of the final stage of the
図1のバックライト照明装置は、PWM制御されるスイッチングトランジスタ118のオン/オフにより、昇圧コイル102に生じる逆起電圧を利用し、ダイオード103および出力コンデンサ103により、例えば、ノードN0に20V程度の電圧を発生する。
The backlight illumination device of FIG. 1 uses a back electromotive voltage generated in the
このように、図1のバックライト照明装置は、直列接続されたLED105に流れる電流をフィードバック制御してLED105を発光させるようになっている。
As described above, the backlight illumination device of FIG. 1 is configured to feedback-control the current flowing through the
しかしながら、例えば、図1に示すバックライト照明装置(駆動制御回路)は、1灯のLEDを駆動するには回路規模が大きくて冗長なものとなり、バックライト照明装置の価格を上昇させる要因にもなる。 However, for example, the backlight illumination device (drive control circuit) shown in FIG. 1 has a large circuit size and redundancy for driving one LED, which may increase the price of the backlight illumination device. Become.
図2は、関連技術としてのバックライト照明装置の一例を示すブロック図であり、1灯のLED207を使用するものを示している。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of a backlight illuminating device as a related technique, and shows one using one
図2において、参照符号200は駆動制御回路,201は基準電圧発生回路,202は調光制御スイッチ,203はコンデンサ,204はエラーアンプ,205は駆動トランジスタ,そして,206は抵抗を示している。
In FIG. 2,
図2に示されるように、関連技術のバックライト照明装置は、例えば、3.3Vまたは5Vの高電位電源線と接地の間に、LED207,駆動トランジス205および抵抗206が直列に接続されている。
As shown in FIG. 2, in the related-art backlight illumination device, for example, an
抵抗206は、LED207(駆動トランジス205)を流れる電流の大きさを電圧信号に変換するもので、その電圧信号FBは、エラーアンプ204の入力にフィードバックされる。
The
エラーアンプ204は、抵抗206による電圧信号FBが、調光制御スイッチ202により基準電圧発生回路201の出力電圧が印加されたときにコンデンサ203に蓄えられる電荷による電圧レベルに一致するように出力を変化させる。
The
すなわち、駆動トランジス205は、基準電圧発生回路201,調光制御スイッチ202およびコンデンサ203による電圧と、電圧信号FBとを同等にするようにフィードバック制御される。これにより、LED207は、所定の電流が流されて発光する。
That is, the
ここで、LED207の電流制御(定電流制御)は、調光制御スイッチ202のオン/オフにより制御され、また、LED207の調光制御は、調光制御スイッチ202のオン/オフ間隔(デューティー比)を可変(PWM)することにより制御される。
Here, the current control (constant current control) of the
さらに、例えば、ソフトスタートに関しても、調光制御スイッチ202のデューティー比を可変することにより実現することができる。なお、図2に示す駆動制御回路200において、外部端子は2端子となっている。
Further, for example, soft start can also be realized by changing the duty ratio of the
しかしながら、図2に示す関連技術のバックライト照明装置(駆動制御回路)では、例えば、外付けの抵抗206による電圧信号FBをエラーアンプ204にフィードバックするようになっているため、フィードバックの定数が変化して発振するおそれがある。
However, in the related-art backlight illumination device (drive control circuit) shown in FIG. 2, for example, the voltage signal FB from the
なお、このフィードバック制御における発振は、例えば、LED207のちらつきとして現れることになる。すなわち、図2の駆動制御回路200は、回路自体は簡略化することができるが、LED207を安定して駆動することができないという問題がある。
Note that the oscillation in the feedback control appears as flickering of the
以下、発光ダイオードの駆動制御回路およびバックライト照明装置の実施例を、添付図面を参照して詳述する。図3は、第1実施例のバックライト照明装置を示すブロック図である。 Embodiments of a drive control circuit for a light emitting diode and a backlight illumination device will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. FIG. 3 is a block diagram showing the backlight illumination device of the first embodiment.
図3において、参照符号1は駆動制御回路,2はLED,3は抵抗(外付け抵抗),10はバイアス制御回路,Q1およびQ2はpチャネル型MOSトランジスタ,そして,Q3〜Q9はnチャネル型MOSトランジスタを示している。 In FIG. 3, reference numeral 1 is a drive control circuit, 2 is an LED, 3 is a resistor (external resistor), 10 is a bias control circuit, Q1 and Q2 are p-channel MOS transistors, and Q3 to Q9 are n-channel types. A MOS transistor is shown.
図3に示されるように、本実施例のバックライト照明装置は、例えば、3〜5Vの高電位電源線(第1電源線)Vddと低電位電源線(第2電源線)Vssの間に、LED2およびトランジスQ6,Q8,Q9が直列に接続されている。ここで、トランジスタQ8は駆動トランジスタであり、また、トランジスタQ9はスイッチングトランジスタ(スイッチング素子)である。 As shown in FIG. 3, the backlight illumination device of the present embodiment is, for example, between a high potential power line (first power line) Vdd and a low potential power line (second power line) Vss of 3 to 5 V. The LED 2 and the transistors Q6, Q8, and Q9 are connected in series. Here, the transistor Q8 is a drive transistor, and the transistor Q9 is a switching transistor (switching element).
バイアス制御回路10は、トランジスタQ1,トランジスタQ4およびエラーアンプ11を有する。トランジスタQ1,Q4は、高電位電源線Vddと低電位電源線Vssとの間に、外付け抵抗3と直列接続されている。
The
これにより、トランジスタQ4(Q1)を流れる電流I1は、その電流I1を外付け抵抗3で電圧変換した電圧信号と基準電圧VREFが一致するようにエラーアンプ11の出力により制御される。 As a result, the current I1 flowing through the transistor Q4 (Q1) is controlled by the output of the error amplifier 11 so that the voltage signal obtained by converting the current I1 by the external resistor 3 and the reference voltage VREF coincide.
すなわち、電流I1は、外付け抵抗3による電圧信号と基準電圧VREFが一致する定電流となるように制御される。ここで、トランジスタQ1は、トランジスタQ2とカレントミラー接続され、また、トランジスタQ3は、駆動トランジスタQ8とカレントミラー接続されている。 That is, the current I1 is controlled so as to be a constant current in which the voltage signal from the external resistor 3 matches the reference voltage VREF. Here, the transistor Q1 is current-mirror connected to the transistor Q2, and the transistor Q3 is current-mirror connected to the driving transistor Q8.
トランジスタQ2,Q7,Q3およびQ5は、高電位電源線Vddと低電位電源線Vssとの間に直列接続され、また、トランジスタQ6,Q8およびQ9は、高電位電源線Vddと低電位電源線Vssとの間に、LED2を介して直列接続されている。 Transistors Q2, Q7, Q3 and Q5 are connected in series between high potential power line Vdd and low potential power line Vss, and transistors Q6, Q8 and Q9 are connected to high potential power line Vdd and low potential power line Vss. Are connected in series via the LED 2.
ここで、単なる例として、トランジスタQ1とトランジスタQ2のゲート幅を1:1とし、また、トランジスタQ3と駆動トランジスタQ8のゲート幅を1:20とし、トランジスタQ1(Q4)を流れる電流を1mAとする。 Here, as an example only, the gate widths of the transistors Q1 and Q2 are 1: 1, the gate widths of the transistors Q3 and Q8 are 1:20, and the current flowing through the transistor Q1 (Q4) is 1 mA. .
このとき、トランジスタQ1はトランジスタQ2とカレントミラー接続されているので、トランジスタQ2(Q3)を流れる電流I2は、電流I1と同じ1mAになる。また、トランジスタQ3は駆動トランジスタQ8とカレントミラー接続され、ゲート幅が1:20なので、駆動トランジスタQ8(LED2)を流れる電流Idは20mAになる。 At this time, since the transistor Q1 is current-mirror connected to the transistor Q2, the current I2 flowing through the transistor Q2 (Q3) is 1 mA, which is the same as the current I1. The transistor Q3 is current-mirror connected to the driving transistor Q8 and has a gate width of 1:20, so that the current Id flowing through the driving transistor Q8 (LED2) is 20 mA.
このようにして、LED2を流れる電流Idを所定の電流値(例えば、20mA)にして、LED2を駆動(発光)することができる。 In this way, the LED 2 can be driven (emitted) by setting the current Id flowing through the LED 2 to a predetermined current value (for example, 20 mA).
ここで、LED2と駆動トランジスタQ8との間に設けられた、ゲートが高電位電源線Vddに接続されたトランジスタQ6は、5Vトレラント対策用のトランジスタである。また、ゲートが高電位電源線Vddに接続されたトランジスタQ7は、トランジスタQ6に対応させて設けたものであり、また、ゲートが高電位電源線Vddに接続されたトランジスタQ5は、スイッチングトランジスタQ9に対応させて設けたものである。 Here, the transistor Q6 provided between the LED 2 and the driving transistor Q8 and having a gate connected to the high potential power supply line Vdd is a transistor for countermeasures against 5V tolerance. The transistor Q7 whose gate is connected to the high potential power line Vdd is provided corresponding to the transistor Q6, and the transistor Q5 whose gate is connected to the high potential power line Vdd is connected to the switching transistor Q9. Correspondingly provided.
なお、スイッチングトランジスタQ9は、制御信号SCSによりスイッチング(オン/オフ)制御されるようになっている。 The switching transistor Q9 is controlled to be switched (on / off) by a control signal SCS.
すなわち、LED2の電流制御(調光制御)は、スイッチングトランジスタQ9のオン/オフ間隔(デューティー比)を可変(PWM)することにより制御される。 That is, the current control (dimming control) of the LED 2 is controlled by varying (PWM) the on / off interval (duty ratio) of the switching transistor Q9.
さらに、例えば、ソフトスタートに関しても、スイッチングトランジスタQ9のデューティー比を可変することにより実現することができる。なお、図3に示す駆動制御回路1において、外部端子は、外付け抵抗3およびLED2を接続するための2端子となっている。 Furthermore, for example, soft start can also be realized by changing the duty ratio of the switching transistor Q9. In the drive control circuit 1 shown in FIG. 3, the external terminals are two terminals for connecting the external resistor 3 and the LED 2.
このように、本第1実施例のバックライト照明装置(駆動制御回路1)によれば、前述した図2の駆動制御回路のようなフィードバック回路が不要となり、LED2を安定して駆動することができる。また、前述した図1の駆動制御回路に比べて回路を簡略化することができる。 As described above, according to the backlight illumination device (drive control circuit 1) of the first embodiment, the feedback circuit such as the drive control circuit of FIG. 2 described above is unnecessary, and the LED 2 can be driven stably. it can. Further, the circuit can be simplified as compared with the drive control circuit of FIG. 1 described above.
図4は、第2実施例のバックライト照明装置を示すブロック図である。図4と上述した図3との比較から明らかなように、本第2実施例のバックライト照明装置(駆動制御回路1a)は、2つのLED2a,2bを駆動するようになっている。
FIG. 4 is a block diagram showing the backlight illumination device of the second embodiment. As is clear from the comparison between FIG. 4 and FIG. 3 described above, the backlight illumination device (drive
すなわち、図4に示されるように、高電位電源線Vddと低電位電源線Vssとの間に直列接続されたLED2およびトランジスタQ6,Q8,Q9が、2組(2a,Q6a,Q8a,Q9a、および、2b,Q6b,Q8b,Q9b)設けられている。 That is, as shown in FIG. 4, two sets (2a, Q6a, Q8a, Q9a, LED2 and transistors Q6, Q8, Q9, connected in series between the high potential power supply line Vdd and the low potential power supply line Vss, And 2b, Q6b, Q8b, Q9b).
ここで、各組の駆動トランジスタQ8aおよびQ8bは、トランジスタQ3とカレントミラー接続されている。なお、図4では、各組のスイッチングトランジスタQ9a,Q9bのゲートに対して異なる制御信号制御信号SCSa,SCSbを供給し、LED2a,2bに流れる電流Ida,Idbを独立に制御しているが、同じ信号で制御してもよい。また、LED2およびトランジスタQ6,Q8,Q9は、2組に限定されるものではない。
Here, each pair of drive transistors Q8a and Q8b is current-mirror connected to the transistor Q3. In FIG. 4, different control signal control signals SCSa and SCSb are supplied to the gates of the switching transistors Q9a and Q9b, and the currents Ida and Idb flowing through the
以上、各実施例の説明では、トランジスタをMOSトランジスタとして説明したが、バイポーラトランジスタであってもよく、また、トランジスタの電導性も実施例のものに限定されないのはいうまでもない。 In the above description of each embodiment, the transistor has been described as a MOS transistor. However, a bipolar transistor may be used, and it is needless to say that the conductivity of the transistor is not limited to that of the embodiment.
1,200 駆動制御回路
2,2a,2b,105,207 発光ダイオード(LED)
3 抵抗(外付け抵抗)
10 バイアス制御回路
11,111,204 誤差増幅器(エラーアンプ)
Q1,Q2 pチャネル型MOSトランジスタ
Q3〜Q7,Q6a,Q6b nチャネル型MOSトランジスタ
Q8,Q8a,Q8b 駆動トランジスタ(nチャネル型MOSトランジスタ)
Q9,Q9a,Q9b スイッチングトランジスタ(nチャネル型MOSトランジスタ)
1,200
3 Resistance (external resistance)
10
Q1, Q2 p-channel MOS transistors Q3-Q7, Q6a, Q6b n-channel MOS transistors Q8, Q8a, Q8b drive transistors (n-channel MOS transistors)
Q9, Q9a, Q9b Switching transistor (n-channel MOS transistor)
Claims (6)
定電流が流された第1トランジスタと、
該第1トランジスタとカレントミラー接続された第2トランジスタと、
該第2トランジスタと同じ電流が流れる第3トランジスタと、
該第3トランジスタとカレントミラー接続された駆動トランジスタと、
第1電源線と第2電源線との間に、前記発光ダイオードおよび前記駆動トランジスタと直列接続されたスイッチング素子と、を有することを特徴とする発光ダイオードの駆動制御回路。 A drive control circuit for a light emitting diode that controls and drives a current passed through the light emitting diode,
A first transistor through which a constant current is passed;
A second transistor in current mirror connection with the first transistor;
A third transistor through which the same current as the second transistor flows;
A drive transistor connected in current mirror with the third transistor;
A drive control circuit for a light emitting diode, comprising a switching element connected in series with the light emitting diode and the drive transistor between a first power supply line and a second power supply line.
前記第1電源線と前記第2電源線との間に、抵抗および前記第1トランジスタと直列接続された第4トランジスタと、
前記抵抗による電圧を、基準電圧に一致するように出力を可変する誤差増幅器と、を有し、前記誤差増幅器の出力が前記第4トランジスタの制御端子に供給されることを特徴とする発光ダイオードの駆動制御回路。 The drive control circuit for a light emitting diode according to claim 1, further comprising:
A fourth transistor connected in series with a resistor and the first transistor between the first power line and the second power line;
An error amplifier that varies an output of the resistor to match a reference voltage, and an output of the error amplifier is supplied to a control terminal of the fourth transistor. Drive control circuit.
前記第2トランジスタおよび前記第3トランジスタは、前記第1電源線と前記第2電源線との間に、前記スイッチングトランジスタに対応する第5トランジスタを介して直列接続されていることを特徴とする発光ダイオードの駆動制御回路。 In the drive control circuit of the light emitting diode according to claim 1,
The second transistor and the third transistor are connected in series between the first power supply line and the second power supply line via a fifth transistor corresponding to the switching transistor. Diode drive control circuit.
前記駆動トランジスタと前記発光ダイオードとの間に、制御端子が前記第1電源線に接続された第6トランジスタと、
前記第2トランジスタと前記第3トランジスタとの間に接続され、制御端子が前記第1電源線に接続された第7トランジスタと、を有することを特徴とする発光ダイオードの駆動制御回路。 The light emitting diode drive control circuit according to claim 3, further comprising:
A sixth transistor having a control terminal connected to the first power line between the driving transistor and the light emitting diode;
A drive control circuit for a light emitting diode, comprising: a seventh transistor connected between the second transistor and the third transistor and having a control terminal connected to the first power supply line.
前記駆動制御回路の外付けとして設けられた発光ダイオードおよび抵抗と、を有することを特徴とするバックライト照明装置。 A drive control circuit for a light emitting diode according to any one of claims 2 to 4,
A backlight illumination device comprising: a light emitting diode and a resistor provided externally to the drive control circuit.
前記第1電源線と前記第2電源線との間に直列接続された、前記発光ダイオード,前記駆動トランジスタおよび前記スイッチング素子を、複数組有することを特徴とするバックライト照明装置。 The backlight illumination device according to claim 5,
A backlight illumination device comprising a plurality of sets of the light emitting diode, the driving transistor, and the switching element connected in series between the first power supply line and the second power supply line.
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