JP2012004175A - 定電流回路 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷に異常が生じた場合に、可変電圧電源の出力電圧を上昇させる動作を停止することが可能な定電流回路を提供する。
【解決手段】定電流回路１０は、可変電圧電源であるステップアップ式ＬＥＤドライバ１１の出力端子Ｖ_ｏｕｔに接続された負荷２０であるＬＥＤアレイに流れる電流値を検知し、前記ＬＥＤアレイに流れる電流を一定にするため前記ステップアップ式ＬＥＤドライバ１１の出力電圧を制御するものであり、前記ステップアップ式ＬＥＤドライバ１１の出力電圧が予め決めた電圧値を超えないように制限する出力電圧制限回路１３を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤアレイ等の負荷に定電流を供給する定電流回路に関する。

従来より、携帯電話機の液晶ディスプレイのバックライト光源として、複数個のＬＥＤを直列接続したＬＥＤアレイが用いられている。ＬＥＤの発光輝度は駆動電流によって決まる。よって、輝度を一定に保つためには、ＬＥＤアレイに定電流を供給することが必要である。

そこで、例えば、特許文献１には、電流検知部によって検知されたＬＥＤアレイに流れる電流の値が駆動電流値となっているか否かを判断し、このＬＥＤアレイに流れる電流の値が駆動電流値となっていない場合には、ＬＥＤアレイに流れる電流の値が駆動電流値となるまで可変電圧電源の出力電圧を徐々に上昇させる昇圧制御方法が開示されている。

特開２００７−３５９３８号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示されているような従来の昇圧制御方法では、例えば、ＬＥＤアレイ等の負荷に異常が発生したような場合、電流検知部にほとんど電流が流れなくなってしまうため、可変電圧電源の出力電圧はどんどん上昇してしまうという問題があった。

そこで本発明は、負荷に異常が生じた場合に、可変電圧電源の出力電圧を上昇させる動作を停止することが可能な定電流回路を提供することを目的とする。

請求項１に記載の定電流回路は、可変電圧電源の出力端子に接続された負荷に流れる電流値を検知し、前記負荷に流れる電流を一定にするため前記可変電圧電源の出力電圧を制御する定電流回路であって、前記可変電圧電源の出力電圧が予め決めた電圧値を超えないように制限する出力電圧制限回路を備えることを特徴とする。
請求項２に記載の定電流回路は、前記請求項１に記載の定電流回路において、前記出力電圧制限回路は、前記可変電圧電源の出力電圧が前記予め決めた電圧値を越えそうになったときに前記負荷の高電位側とグランド間にバイパス電流を流す手段を備えることを特徴とする。
請求項３に記載の定電流回路は、前記請求項２に記載の定電流回路において、前記可変電圧電源の出力電圧が前記予め決めた電圧値を越えそうになったときに前記負荷の高電位側とグランド間にバイパス電流を流す手段は、前記負荷の高電位側の電圧値を分圧する分圧器と、前記分圧器で分圧された電圧値が一方の入力端子に入力されるコンパレータであって、前記負荷の高電位側の電圧値が前記予め決めた電圧値に達したときに当該コンパレータの出力がハイレベルとなるように、前記予め決めた電圧値と前記分圧器の分圧比とに基づいて設定されたリミット電圧値が他方の入力端子に入力される、コンパレータと、前記負荷の高電位側にドレインが接続され、グランドにソースが接続され、ゲートが前記コンパレータの出力端子に接続された電界効果型トランジスタと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、負荷に異常が生じた場合に、可変電圧電源の出力電圧を上昇させる動作を停止することが可能な定電流回路を提供することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る定電流回路の構成を示す図である。 図２は、図１中の出力電圧制限回路の詳細構成の一例を示す図である。 図３は、本発明の第１実施形態に係る定電流回路の変形例の構成を示す図である。 図４は、本発明の第２実施形態に係る定電流回路の構成を示す図である。 図５は、本発明の第２実施形態に係る定電流回路の変形例の構成を示す図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について図１及び図２を参照して説明する。ここで、図１は、本発明の第１実施形態に係る定電流回路の構成を示す図であり、図２は、図１中の出力電圧制限回路の詳細構成の一例を示す図である。

図１に示すように、本実施形態に係る定電流回路１０は、ステップアップ式ＬＥＤドライバ１１、電流検知抵抗Ｒ_ｉ、差動アンプ１２、及び出力電圧制限回路１３から構成されるステップアップ式定電流回路である。

ステップアップ式ＬＥＤドライバ１１は、電源端子Ｖ_０、出力端子Ｖ_ｏｕｔ、電流設定端子Ｉ_ｃｔｒ、及び電流検知フィードバック端子Ｒ_ｆｂを備える可変電圧電源である。このステップアップ式ＬＥＤドライバ１１は、電源端子Ｖ_０に印加された＋Ｖの電圧（例えば５Ｖ）を昇圧して出力端子Ｖ_ｏｕｔより出力する。この出力端子Ｖ_ｏｕｔから出力される出力電圧の電圧値は、負荷２０であるＬＥＤアレイに流す電流値によって決まるものであり、そのＬＥＤ電流の設定値に対応する電圧値が電流設定端子Ｉ_ｃｔｒに与えられる。

本実施形態では、該定電流回路１０は、ＬＥＤアレイが形成されたバックライトユニットの検査装置等に利用可能であり、様々な個数のＬＥＤでなるＬＥＤアレイに対応可能なように、ＬＥＤ電流設定部３０によってＬＥＤ電流設定電圧値が設定されるようになっている。ここで、ＬＥＤ電流設定部３０は、電源電圧＋Ｖとグラウンド間に接続されたボリューム抵抗３０ＡによってＬＥＤ電流設定電圧値を設定し、ボルテージフォロワを構成するオペアンプ３０Ｂを介してステップアップ式ＬＥＤドライバ１１の電流設定端子Ｉ_ｃｔｒに入力するように構成しているが、マイクロコンピュータ等の制御部によるディジタル的な設定電圧値をＤ／Ａ変換器を介してステップアップ式ＬＥＤドライバ１１の電流設定端子Ｉ_ｃｔｒに入力するように構成しても構わない。

差動アンプ１２は、電流検知抵抗Ｒ_ｉに流れる電流量を電圧値として検出する。即ち、電流検知抵抗Ｒ_ｉの両端電圧の差分を取ることで、電流検知抵抗Ｒ_ｉに流れる電流量によって変化する電圧降下分を検出する。電流検知抵抗Ｒ_ｉに流れる電流量は、負荷２０であるＬＥＤアレイへ流れるＬＥＤ電流の電流量に対応する。この差動アンプ１２で検知した電流検知抵抗Ｒ_ｉを流れる電流量に対応する差分電圧値は、ステップアップ式ＬＥＤドライバ１１の電流検知フィードバック端子Ｒ_ｆｂに入力される。

而して、ステップアップ式ＬＥＤドライバ１１は、電流設定端子Ｉ_ｃｔｒに入力されたＬＥＤ電流の設定値に対応する電圧値と、電流検知フィードバック端子Ｒ_ｆｂに入力された実際のＬＥＤ電流値に対応する電流検知抵抗Ｒ_ｉの両端電圧の差分電圧値とを比較し、その差が無くなるように、出力端子Ｖ_ｏｕｔから出力する出力電圧の電圧値を調整する。これにより、電流設定端子Ｉ_ｃｔｒに入力されたＬＥＤ電流の設定値に従ったＬＥＤ電流が負荷２０であるＬＥＤアレイに流れるようになる。

出力電圧制限回路１３は、可変電圧電源であるステップアップ式ＬＥＤドライバ１１の出力端子Ｖ_ｏｕｔとその出力端子Ｖ_ｏｕｔに接続された負荷２０であるＬＥＤアレイとを接続する高電位側の配線１４と並列接続される。この出力電圧制限回路１３は、抵抗Ｒ_ａ，Ｒ_ｂ，Ｒ、コンパレータ１３Ａ、及び電界効果型トランジスタＦＥＴから構成される。

ここで、抵抗Ｒ_ａ及び抵抗Ｒ_ｂは、前記高電位側の配線１４とグランドとの間に直列に接続され、ステップアップ式ＬＥＤドライバ１１の出力端子Ｖ_ｏｕｔより出力される出力電圧を分圧する分圧器１３Ｂを構成する。この分圧器１３Ｂで分圧された電圧は、抵抗Ｒ_ａと抵抗Ｒ_ｂとの接続点から取り出されて、コンパレータ１３Ａの一方の入力端子（＋）に入力される。コンパレータ１３Ａの他方の入力端子（−）には、接続される負荷２０としてのＬＥＤアレイに応じて設定されるリミット電圧設定値が電圧信号として入力される。コンパレータ１３Ａの出力端子は、電界効果型トランジスタＦＥＴのゲート端子に接続されている。この電界効果型トランジスタＦＥＴのドレイン端子は、抵抗Ｒを介して負荷２０の高電位側に接続され、電界効果型トランジスタＦＥＴのソース端子は、グランドに接続されている。

この出力電圧制限回路１３では、コンパレータ１３Ａの一方の入力端子に入力される電圧値が他方の入力端子に入力されるリミット電圧設定値よりも低ければ、電界効果型トランジスタＦＥＴのゲート端子に印加されるコンパレータ１３Ａの出力はローレベルであるので、電界効果型トランジスタＦＥＴはオンせず、負荷２０の定電流駆動に何ら影響を与えない。これに対して、コンパレータ１３Ａの一方の入力端子に入力される電圧値が他方の入力端子に入力されるリミット電圧設定値を越えると、コンパレータ１３Ａの出力はハイレベルとなって、電界効果型トランジスタＦＥＴを導通させるので、負荷２０の高電位側の配線１４から抵抗Ｒ及び電界効果型トランジスタＦＥＴの電流経路を通してグランドへバイアス電流が流れる。

以下、このような構成の定電流回路１０の動作を説明する。
例えば、負荷２０であるＬＥＤアレイの高電位側と低電位側との間において断線等の異常が発生したような場合、電流検知抵抗Ｒ_ｉにほとんど電流が流れなくなってしまう。そのため、差動アンプ１２から出力される差分電圧値は小さくなり、可変電圧電源であるステップアップ式ＬＥＤドライバ１１は、ＬＥＤアレイに定電流を流そうとして、出力端子Ｖ_ｏｕｔからの出力電圧をどんどん上昇させていく。しかしながら断線が生じている場合は、いくら出力電圧を上昇させても電流検知抵抗Ｒ_ｉにはほとんど電流が流れない状態が続くため、ステップアップ式ＬＥＤドライバ１１は出力端子Ｖ_ｏｕｔより出力される出力電圧を上昇させるように際限なく動作してしまうことがある。

そこで、本実施形態では、ステップアップ式ＬＥＤドライバ１１の出力電圧値が予め決めた電圧値に達したならば、出力電圧制限回路１３によりＬＥＤアレイの高電位側とグランド間にバイパス電流を流すことにより、あたかも、ＬＥＤアレイに電流が流れたようにする。これにより、電流検知抵抗Ｒ_ｉにバイパス電流に応じた電流が流れ、その電流値に応じた差動電圧値が差動アンプ１２からステップアップ式ＬＥＤドライバ１１に入力されるので、ステップアップ式ＬＥＤドライバ１１は、ＬＥＤ電流設定電圧値との差分に応じた出力電圧を出力端子Ｖ_ｏｕｔから出力するようになる。こうして、予め決めた電圧値に対応する電流が電流検知抵抗Ｒ_ｉに流れるようになると、ステップアップ式ＬＥＤドライバ１１は出力端子Ｖ_ｏｕｔより出力される出力電圧を上昇させる動作を停止することができる。

そのためには、前記ステップアップ式ＬＥＤドライバ１１の出力電圧値が前記予め決めた電圧値に達したときに前記コンパレータ１３Ａの出力がハイレベルとなるように、前記予め決めた電圧値と分圧器１３Ｂの分圧比とに基づいて、前記出力電圧制限回路１３のリミット電圧設定値を適切な値に設定しておくことが必要である。

出力電圧制限回路１３は、例えば、図２に示すように、前記リミット電圧設定値を設定するためのリミット電圧設定回路１３Ｃを備えることができる。このリミット電圧設定回路１３Ｃは、電源電圧＋Ｖとグラウンド間に接続されたボリューム抵抗１３Ｃ１によってリミット電圧設定値を設定し、ボルテージフォロワを構成するオペアンプ１３Ｃ２を介して、そのリミット電圧設定値をコンパレータ１３Ａに出力する。勿論、前記ＬＥＤ電流設定部３０と同様に、マイクロコンピュータ等の制御部によるディジタル的な設定電圧値をＤ／Ａ変換器を介してコンパレータ１３Ａに入力するように構成しても構わない。

なお、コンパレータ１３Ａは、同図に示すように、オペアンプ１３Ａ１と、２つの抵抗Ｒ_１と、２つの抵抗Ｒ_２とからなる差動アンプとして構成される。また、分圧器１３Ｂの出力電圧は、ボルテージフォロワを構成するオペアンプ１３Ｄを介してコンパレータ１３Ａに印加される。

以上のように、本第１実施形態に係る定電流回路１０によれば、負荷２０であるＬＥＤアレイの高電位側と低電位側との間において断線等の異常が発生したような場合に、可変電圧電源であるステップアップ式ＬＥＤドライバ１１の出力電圧を上昇させる動作を停止することができる。

即ち、ステップアップ式ＬＥＤドライバ１１の出力電圧を分圧した電圧値が予め設定したリミット電圧を越えたならば、出力電圧制限回路１３が、ＬＥＤアレイの高電位側とグランド間にバイパス電流を流すようにしているので、あたかも、ＬＥＤアレイに電流が流れたようにして、ステップアップ式ＬＥＤドライバ１１の出力電圧の上昇を抑え、可変電圧電源であるステップアップ式ＬＥＤドライバ１１の出力電圧を上昇させる動作を停止することができる。

なお、出力電圧制限回路１３の分圧器１３Ｂは、電流検知抵抗Ｒ_ｉのステップアップ式ＬＥＤドライバ１１側（電流検知抵抗Ｒ_ｉの高電位側）に接続するものとしたが、図３に示す変形例のように、電流検知抵抗Ｒ_ｉの負荷２０側（電流検知抵抗Ｒ_ｉの低電位側）に接続するようにしても良い。

上述の変形例のような構成とすると、電流検知抵抗Ｒ_ｉによる電圧降下分を含めて負荷２０に印加される電圧を検知できる。尚、上述の実施形態においては、電流検知抵抗Ｒ_ｉの抵抗値が小さいものを使用することにより、この影響をほとんど無視することができる。

また、上述の実施形態のような構成を採ると、分圧器１３Ｂの抵抗Ｒ_ａ，Ｒ_ｂを通して流れる電流は電流検知抵抗Ｒ_ｉを流れないため、その分の電圧降下が発生することがなく、電流検知に誤差が発生しないようにすることができる。尚、上述の変形例においては、抵抗Ｒ_ａ＋Ｒ_ｂの抵抗値が大きいものを使用することにより、そこを流れる電流値を少なくして、この影響をほとんど無視することができる。

従って、分圧器１３Ｂは、負荷２０の高電位側の配線１４であれば、電流検知抵抗Ｒ_ｉの何れの側にあっても構わない。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について図４を参照して説明する。ここで、図４は、本発明の第２実施形態に係る定電流回路の構成を示す図であり、第１実施形態に係る定電流回路と同様の構成には、図１と同じ参照符号を付してある。

以下、前記第１実施形態と異なる部分について説明する。

可変電圧電源として、前記第１実施形態では、電源電圧＋Ｖ（例えば、５Ｖ）を昇圧して可変電圧を発生するステップアップ式ＬＥＤドライバ１１を用いたが、本第２実施形態では、電源電圧＋Ｖよりも高電圧で一定の駆動電源Ｖ_ＬＥＤ（例えば、４０Ｖ）をステップダウンして可変電圧を発生するオペアンプ１５を使用する。即ち、このオペアンプ１５は、一方の入力端子（＋）に、ＬＥＤ電流設定部３０によって設定されたＬＥＤ電流設定電圧値が入力され、他方の入力端子（−）に、差動アンプ１２で検知した電流検知抵抗Ｒ_ｉを流れる電流量に対応する差分電圧値が入力され、その差が無くなるように、出力端子から出力する出力電圧の電圧値を調整する。

それ以外は、前記第１実施形態と同様である。

また、図５に示すように、出力電圧制限回路１３の分圧器１３Ｂを電流検知抵抗Ｒ_ｉの負荷２０側に接続するようにしても良いことも、前記第１実施形態と同様である。

従って、本第２実施形態に係る定電流回路１０によれば、前記第１実施形態に係る定電流回路１０と同様の効果を奏することができる。

即ち、本実施形態では、オペアンプ１５の出力電圧値が予め決めた電圧値を越えている場合、出力電圧制限回路１３によりＬＥＤアレイの高電位側とグランド間にバイパス電流を流すことにより、あたかも、ＬＥＤアレイに電流が流れたようにする。これにより、例えば、負荷２０であるＬＥＤアレイの高電位側と低電位側との間において断線等の異常が発生したような場合であっても、電流検知抵抗Ｒ_ｉにバイパス電流に応じた電流が流れ、その電流値に応じた差動電圧値が差動アンプ１２からオペアンプ１５の他方の入力端子に入力されるので、オペアンプ１５は、ＬＥＤ電流設定電圧値との差分に応じた出力電圧を出力端子から出力するようになる。こうして、予め決めた電圧値に対応する電流が電流検知抵抗Ｒ_ｉに流れるようになると、オペアンプ１５は出力端子より出力される出力電圧を上昇させる動作を停止する。

尚、本発明は前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても、発明が解決しようとする課題の欄で述べられた課題が解決でき、かつ、発明の効果が得られる場合には、この構成要素が削除された構成も発明として抽出され得る。

Ｒ_ｉ…電流検知抵抗
Ｖ_０…電源端子
Ｖ_ｏｕｔ…出力端子
Ｉ_ｃｔｒ…電流設定端子
Ｒ_ｆｂ…電流検知フィードバック端子
Ｒ，Ｒ_ａ，Ｒ_ｂ，Ｒ_１，Ｒ_２…抵抗
ＦＥＴ…電界効果型トランジスタ
ＶＬＥＤ…駆動電源
１０…定電流回路
１１…ＬＥＤドライバ
１２…差動アンプ
１３…出力電圧制限回路
１３Ａ…コンパレータ
１３Ｂ…分圧器
１３Ｃ…リミット電圧設定回路
１３Ｃ１，３０Ａ…ボリューム抵抗
１３Ａ１，１３Ｃ２，１３Ｄ，１５，３０Ｂ…オペアンプ
１４…配線
２０…負荷
３０…ＬＥＤ電流設定部

Claims (3)

1. 可変電圧電源の出力端子に接続された負荷に流れる電流値を検知し、前記負荷に流れる電流を一定にするため前記可変電圧電源の出力電圧を制御する定電流回路であって、
   前記可変電圧電源の出力電圧が予め決めた電圧値を超えないように制限する出力電圧制限回路を備えることを特徴とする定電流回路。
2. 前記出力電圧制限回路は、前記可変電圧電源の出力電圧が前記予め決めた電圧値を越えそうになったときに前記負荷の高電位側とグランド間にバイパス電流を流す手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の定電流回路。
3. 前記可変電圧電源の出力電圧が前記予め決めた電圧値を越えそうになったときに前記負荷の高電位側とグランド間にバイパス電流を流す手段は、
   前記負荷の高電位側の電圧値を分圧する分圧器と、
   前記分圧器で分圧された電圧値が一方の入力端子に入力されるコンパレータであって、前記負荷の高電位側の電圧値が前記予め決めた電圧値に達したときに当該コンパレータの出力がハイレベルとなるように、前記予め決めた電圧値と前記分圧器の分圧比とに基づいて設定されたリミット電圧値が他方の入力端子に入力される、コンパレータと、
   前記負荷の高電位側にドレインが接続され、グランドにソースが接続され、ゲートが前記コンパレータの出力端子に接続された電界効果型トランジスタと、
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の定電流回路。

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