JP2012146812A - Led driving device and method - Google Patents

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Etsushi Sato
悦士 佐藤
Chun Kiong Leslie Khoo
チュン・キオン・レスリー・コー
Ramos Lopez Ulysses
ウリセス・ラモス・ロペス
Repollo Semira Narciso
ナルシソ・レポッロ・セミラ
Jiong Fu
ジオン・フ
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Panasonic Asia Pacific Pte Ltd
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Panasonic Semiconductor Asia Pte Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel method and device for driving a light-emitting diode (LED) having a light control function.SOLUTION: Pulse width modulation (PWM) of a LED driving system can be achieved by disconnecting and grounding the gate of a transistor M1. Since a transistor M0 always exists and the feedback loop of an operational amplifier OPA1 is never interrupted, output Vg of the OPA1 is kept constant. Consequently, more accurate current drive for an LED can be created, and the problem of overshoot of the output LED current can be solved in the high frequency dimming process.

Description

本発明は、調光機能を有する発光ダイオード(LED)用駆動回路に関し、さらに詳しくは、LED駆動装置および方法に関する。主たる駆動は、ゲート端子がフィードバック機構を有するコントローラにより駆動されるパワーNMOSによりもたらされる。   The present invention relates to a light emitting diode (LED) driving circuit having a dimming function, and more particularly to an LED driving apparatus and method. The main drive is provided by a power NMOS whose gate terminal is driven by a controller having a feedback mechanism.

LEDは、一般照明の他、背景照明、装飾照明等さまざまな用途に使用されている。照明効果を生み出すために、LED駆動回路が必要である。LED駆動回路は、電流を供給する機能だけでなく、パワーNMOSのゲート端子に加えられる照明駆動信号を制御する為のものも必要である。   LEDs are used in various applications such as background lighting and decorative lighting in addition to general lighting. In order to produce a lighting effect, an LED drive circuit is required. The LED drive circuit needs not only a function of supplying current but also a device for controlling an illumination drive signal applied to the gate terminal of the power NMOS.

図1に示されているようなLED1の従来の駆動技術を使用して、LEDは、フィードバックシステムを有する単純なパワーNMOS3およびオペアンプ2により駆動される。LEDを通過する電流は、抵抗器4と、参照電圧器5により設定することができる。明るさ調整や点滅調整は、PWMスイッチングの使用により、スイッチ7をオン/オフすることにより行われる。従来からの技術を使用するとき、いくつかの問題が存在する。   Using conventional driving techniques for LED 1 as shown in FIG. 1, the LED is driven by a simple power NMOS 3 and an operational amplifier 2 with a feedback system. The current passing through the LED can be set by the resistor 4 and the reference voltage device 5. Brightness adjustment and blinking adjustment are performed by turning on / off the switch 7 by using PWM switching. There are several problems when using traditional techniques.

それらの問題の1つは、電流の正確さを維持できない点にある。LEDの電流は、温度の影響や、オペアンプ2のオフセットによる影響を受ける。LEDに加えられる電流の変更は、抵抗器4の抵抗値を変更して行われる。しかしながら、これは、ユーザにとって不便であり、構成部品のコストの増大にもつながる。   One of those problems is that current accuracy cannot be maintained. The LED current is affected by the temperature and the offset of the operational amplifier 2. The current applied to the LED is changed by changing the resistance value of the resistor 4. However, this is inconvenient for the user and increases the cost of the component parts.

別の問題は、高周波による減光効果や、装飾照明の点滅効果を、この従来の技術を使用して効果的に実現することができない点にある。ゲート端子6は、PWM動作で駆動されるスイッチ7により切り換えられる。LEDをオンにするには、スイッチ7を開き、LEDをオフにするには、スイッチ7を閉じる。とくに高周波による切り換えの際、パワーNMOS3のゲート端子6は、スイッチ7が閉じらると、抵抗器4を介して接地され、スイッチ7が開かれると、オペアンプ2の出力に接続される。スイッチ7が開の状態から閉の状態に変化すると、オペアンプ2は、LEDを点灯するNMOS3のゲートを素早く充電する。これら2つの状態によりNMOS3のゲートの充電が繰り返されるが、充電の速度が適切に制御されないと、LED電流に大きなオーバーシュートが生じる。このようなLED電流のオーバーシュートは、このPWM動作の際に生じる。   Another problem is that the dimming effect due to high frequency and the blinking effect of decorative lighting cannot be effectively realized using this conventional technique. The gate terminal 6 is switched by a switch 7 driven by PWM operation. To turn on the LED, the switch 7 is opened, and to turn off the LED, the switch 7 is closed. In particular, when switching by high frequency, the gate terminal 6 of the power NMOS 3 is grounded via the resistor 4 when the switch 7 is closed, and is connected to the output of the operational amplifier 2 when the switch 7 is opened. When the switch 7 changes from an open state to a closed state, the operational amplifier 2 quickly charges the gate of the NMOS 3 that lights the LED. Although the gate of the NMOS 3 is repeatedly charged by these two states, a large overshoot occurs in the LED current if the charging speed is not properly controlled. Such an LED current overshoot occurs during the PWM operation.

本発明は、上述の問題を解決し、LEDのより良好な制御および照明効果を達成することを目的とする。   The present invention aims to solve the above-mentioned problems and achieve better control and lighting effects of LEDs.

本発明の目的は、LEDをより良好な電流の精度にて駆動するための新規な方法および装置を提供することにある。   It is an object of the present invention to provide a novel method and apparatus for driving LEDs with better current accuracy.

本発明によれば、LEDを駆動するための方法は、
安定かつ温度に左右されない出力LED電流の導出元となる安定かつ温度に左右されない基準電圧を生成するステップ、
LEDを点灯させるための充分な電流を供給するための駆動機能を用意するステップ、および
出力LED電流のオーバーシュートを少なくするように駆動機能の電流駆動ユニットのゲート端子に加えられる電圧レベルを所定の電圧に維持するステップ
を含む。
According to the present invention, a method for driving an LED comprises:
Generating a stable and temperature independent reference voltage from which a stable and temperature independent output LED current is derived;
A step of providing a driving function for supplying a sufficient current for lighting the LED, and a voltage level applied to the gate terminal of the current driving unit of the driving function so as to reduce an overshoot of the output LED current. Maintaining the voltage.

本発明によれば、安定かつ温度に左右されない基準電圧を生成するステップは、正確な出力LED電流を生成するようにトリミング手段により出力LED電流を調節するステップをさらに含む。   According to the present invention, the step of generating a stable and temperature independent reference voltage further comprises adjusting the output LED current by a trimming means to generate an accurate output LED current.

本発明によれば、この方法は、出力LED電流の精度に影響しうる特有のオフセット電圧を打ち消すステップをさらに含む。   In accordance with the present invention, the method further includes the step of canceling a characteristic offset voltage that can affect the accuracy of the output LED current.

本発明によれば、LEDを駆動するための装置は、
安定かつ温度に左右されない出力LED電流の導出元となる安定かつ温度に左右されない基準電圧を生成するための電圧生成手段、
LEDに接続され、LEDを駆動する電流駆動ユニット、
前記駆動ユニットのゲート端子に電圧レベルを加えるための電圧追従/ゲート容量駆動ユニット、および
前記電流駆動ユニットのゲート端子に加える電圧レベルを所定の電圧レベルに保つための高速PWMコントローラユニット
を備えている。
According to the present invention, an apparatus for driving an LED is
A voltage generating means for generating a stable and temperature-independent reference voltage from which a stable and temperature-independent output LED current is derived;
A current drive unit connected to the LED and driving the LED;
A voltage tracking / gate capacity driving unit for applying a voltage level to the gate terminal of the driving unit; and a high-speed PWM controller unit for maintaining the voltage level applied to the gate terminal of the current driving unit at a predetermined voltage level. .

本発明によれば、前記電圧生成手段は、
前記安定かつ温度に左右されない基準電圧プロセスの生成を開始させるための基準電圧発生器、
前記基準電圧発生器に接続され、前記基準電圧の所望の電圧レベルへの調節を可能にするLED電流精度調節回路、および
前記LED電流精度調節回路に接続され、ユーザの必要に応じたLED出力電流のデジタル論理設定を可能にするためのDAC
をさらに備えている。
According to the present invention, the voltage generating means includes
A reference voltage generator for initiating generation of the stable and temperature independent reference voltage process;
An LED current accuracy adjustment circuit connected to the reference voltage generator and enabling adjustment of the reference voltage to a desired voltage level; and an LED output current connected to the LED current accuracy adjustment circuit according to a user's need DAC to enable digital logic setting
Is further provided.

本発明によれば、前記LED電流精度調節回路は、前記基準電圧発生器により生成された基準電圧を調整するためのトリミング手段により実現される。   According to the present invention, the LED current accuracy adjusting circuit is realized by trimming means for adjusting the reference voltage generated by the reference voltage generator.

本発明によれば、前記トリミング手段は、電圧分割効果をもたらすためのヒューズおよび抵抗器の組み合わせにより実現される。   According to the present invention, the trimming means is realized by a combination of a fuse and a resistor for providing a voltage dividing effect.

本発明によれば、LEDを駆動するための装置は、LED出力電流の精度に影響しうるオフセット電圧を除去するためのオフセット打ち消しユニットをさらに備えている。   According to the present invention, the device for driving the LED further comprises an offset cancellation unit for removing the offset voltage that may affect the accuracy of the LED output current.

上述の発明を使用して、LEDの絶対的な電流の精度、電流の温度依存性、PWM動作に起因する電流のオーバーシュート、などといった従来技術の問題を、克服することができる。   The above-described invention can be used to overcome the problems of the prior art such as the absolute current accuracy of the LED, the temperature dependence of the current, the current overshoot due to PWM operation, etc.

絶対的な電流の精度は、本発明によれば、主として抵抗ラダー回路により生成される基準電圧の精度を向上させるためのトリミング技法により改善される。精度は、オペアンプのオフセットの打ち消しの技法を使用することにより、さらに改善される。LED電流の温度依存性は、電圧生成手段により、温度に左右されないLED電流を生成するために使用される温度に左右されない電圧を生成することにより軽減される。   The absolute current accuracy is improved according to the present invention mainly by a trimming technique to improve the accuracy of the reference voltage generated by the resistor ladder circuit. The accuracy is further improved by using an op amp offset cancellation technique. The temperature dependence of the LED current is mitigated by generating a voltage independent of the temperature used to generate the temperature independent LED current by the voltage generating means.

PWM動作に起因する電流のオーバーシュートは、電流駆動ユニットのゲート端子に加える電圧レベルを所定の電圧レベルに維持するための高速PWMコントローラにより克服される。   Current overshoot due to PWM operation is overcome by a high speed PWM controller for maintaining the voltage level applied to the gate terminal of the current drive unit at a predetermined voltage level.

従来のLED駆動技術において使用される回路図である。It is a circuit diagram used in the conventional LED drive technology. 本発明の第1の実施の形態のブロック図である。It is a block diagram of a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態のブロック図である。It is a block diagram of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態にもとづく基準電圧発生器の典型的な実装例の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of an exemplary implementation of a reference voltage generator based on a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態にもとづくLED電流精度調節回路およびDACの典型的な実装例の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a typical implementation example of an LED current accuracy adjustment circuit and a DAC based on the second embodiment of the present invention. オフセット打ち消しの技法を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the technique of offset cancellation. オフセット打ち消しの技法を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the technique of offset cancellation. オフセット打ち消しの技法の典型的な実装例の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of an exemplary implementation of an offset cancellation technique. 電圧追従/ゲート容量駆動ユニット、オフセット打ち消しユニット、高速PWMコントローラ、電流設定ユニット、および電流駆動ユニットの典型的な実装例を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing a typical implementation example of a voltage tracking / gate capacitance drive unit, an offset cancellation unit, a high-speed PWM controller, a current setting unit, and a current drive unit. 従来の方法にもとづいてPWM制御される信号に関して、LED出力電流ILEDの波形を示している。The waveform of the LED output current I LED is shown for a signal that is PWM controlled based on the conventional method. 本発明にもとづいてPWM制御される信号に関して、LED出力電流ILEDの波形を示している。For the signal that is PWM controlled according to the present invention, the waveform of the LED output current I LED is shown.

図2は、本発明にもとづく第1の好ましい実施の形態を示す。   FIG. 2 shows a first preferred embodiment according to the present invention.

LED駆動回路は、LED300を駆動するLED駆動用主システム200に接続された電圧生成器100を備えている。電圧生成器100は、LED駆動用主システム200の出力が安定かつ温度に左右されないLED電流ILEDを出力する為のものである。LED駆動用主システム200は、LED300を最終的に点灯させるために、充分な電流駆動を行う。 The LED driving circuit includes a voltage generator 100 connected to an LED driving main system 200 that drives the LED 300. The voltage generator 100 is for outputting the LED current I LED in which the output of the LED driving main system 200 is stable and not influenced by temperature. The LED driving main system 200 performs sufficient current driving to finally turn on the LED 300.

本発明にもとづく第2の好ましい実施の形態は、図3に示すようなブロックを備えている。基準電圧発生器101は、LED電流精度調節回路102およびDAC(デジタル−アナログ変換器)103とともに、電圧生成器100を構成し、LED駆動用主システム200へ供給する。電圧生成器100の主たる目的は、LED駆動用主システム200の出力に安定かつ温度に左右されないLED電流ILEDを最終的に生成することにある。DAC103も、電圧生成器100に組み込まれている。DAC103により、LED駆動用主システム200の出力におけるLED電流ILEDを、デジタル論理設定により制御することができる。電流のステップおよび電流の大きさのデジタル論理設定を、ユーザはソフトウェアにより調節することができる。したがって必要なLEDの明るさを容易に設定することができる。ユーザは、LED電流を変更するために電流設定抵抗器ユニット204を変更する必要がない。また、細かいLED電流の調節を、電流精度ユニット102により行うことができる。このことは、生成されるLED電流は、特定の精度の要件を満たすことができることを保証する。 A second preferred embodiment according to the present invention comprises a block as shown in FIG. The reference voltage generator 101 constitutes the voltage generator 100 together with the LED current accuracy adjusting circuit 102 and the DAC (digital-analog converter) 103, and supplies the voltage generator 100 to the LED driving main system 200. The main purpose of the voltage generator 100 is to finally generate an LED current I LED that is stable and temperature independent of the output of the LED driving main system 200. The DAC 103 is also incorporated in the voltage generator 100. The DAC 103 can control the LED current I LED at the output of the LED driving main system 200 by digital logic setting. The digital step of the current step and the current logic digital setting can be adjusted by the user via software. Therefore, the required LED brightness can be easily set. The user does not need to change the current setting resistor unit 204 to change the LED current. Further, fine adjustment of the LED current can be performed by the current accuracy unit 102. This ensures that the generated LED current can meet certain accuracy requirements.

LED駆動用主システム200は、電圧追従/ゲート容量駆動回路201、電流駆動ユニット205、および電流設定ユニット204を備えている。これらのユニットは、オフセット打ち消しユニット202および高速PWMコントローラ203と一緒に使用される。LEDユニット300は、上述のブロックと一緒に使用されて、点灯する。図8に示すように、LED電流ILEDは、ILED=Vz/RDに基づいて設定される。ここでRDは、電流設定ユニット204として機能する抵抗器RDの抵抗値である。電圧Vzは、電圧生成ユニット101により生成される電圧Vyに追従する。VyおよびVzの追従は、電圧追従ユニット201により行われる。電圧追従ユニット201は、オペアンプ201のフィードバック機構により、電圧Vzを電圧Vyに常に等しくなるように維持する。この特徴が、常に正確なLED出力電流をもたらす。電圧VzをVyに等しくなるように維持する他に、このユニットは、ゲート容量充電ユニットとしても機能する。電圧追従ユニット201は、NMOSトランジスタを含む電流駆動ユニット205のゲートに接続される。電圧Vyに追随させる過渡期間において、電圧追従ユニット201は、電流駆動ユニット205のゲートに存在するより大きな容量を素早く充電する必要がある。このゲート容量を充電することにより、スイッチ203Aにおける電圧を、高めることができる。スイッチ203Aにおける電圧を高くして、電流設定ユニット205をオンにすることができる。その後でのみ、LED電流ILEDがLEDをオン駆動する。このように、電圧追従ユニット201の過渡的なゲート容量駆動能力が、減光または点滅動作の際にLEDの光を適切にオン/オフできるように保証するためのもう1つの重要な特徴である。   The LED driving main system 200 includes a voltage tracking / gate capacitance driving circuit 201, a current driving unit 205, and a current setting unit 204. These units are used in conjunction with the offset cancellation unit 202 and the high speed PWM controller 203. The LED unit 300 is used together with the above-described block and lights up. As shown in FIG. 8, the LED current ILED is set based on ILED = Vz / RD. Here, RD is a resistance value of the resistor RD that functions as the current setting unit 204. The voltage Vz follows the voltage Vy generated by the voltage generation unit 101. The tracking of Vy and Vz is performed by the voltage tracking unit 201. The voltage tracking unit 201 keeps the voltage Vz always equal to the voltage Vy by the feedback mechanism of the operational amplifier 201. This feature always provides accurate LED output current. In addition to maintaining the voltage Vz equal to Vy, this unit also functions as a gate capacitance charging unit. The voltage tracking unit 201 is connected to the gate of a current driving unit 205 including an NMOS transistor. During the transition period following the voltage Vy, the voltage following unit 201 needs to quickly charge a larger capacity present at the gate of the current drive unit 205. By charging this gate capacitance, the voltage at the switch 203A can be increased. The voltage at the switch 203A can be increased to turn on the current setting unit 205. Only then does the LED current ILED drive the LED on. Thus, the transient gate capacity driving capability of the voltage tracking unit 201 is another important feature to ensure that the LED light can be properly turned on / off during dimming or blinking operation. .

電圧追従/ゲート容量駆動ユニット201は、オフセットの不正確さを伴う。このオフセットは、LED電流の精度の低下をもたらす。ここで、LED電流の精度とは、LED駆動用主システム200の出力において得られるLED電流ILEDが、デジタル論理設定にもとづく所望のLED電流と比べ、オフセット値に相当する大きさだけ異なることを意味する。オフセット打ち消しユニット202が、オフセットを可能なかぎりゼロボルトに近付くように調節する。この調節により、LED電流は、オフセットによって変化せず、精度が改善される。 The voltage tracking / gate capacitance drive unit 201 involves offset inaccuracy. This offset causes a decrease in the accuracy of the LED current. Here, the accuracy of the LED current means that the LED current I LED obtained at the output of the LED driving main system 200 differs from the desired LED current based on the digital logic setting by a magnitude corresponding to the offset value. means. An offset cancellation unit 202 adjusts the offset as close to zero volts as possible. By this adjustment, the LED current is not changed by the offset, and the accuracy is improved.

高速PWMコントローラユニット203は、電流駆動ユニット205のゲート電圧の制御を助ける。この制御された電圧を使用して、LED電流を、高周波デジタルスイッチング信号を使用してデジタル的に減光させ、LED電流のオーバーシュートを減らすことができる。LEDの制御された点滅タイミングおよびRGBの色調節などといった照明効果も、本発明を使用して実現できる。   The high speed PWM controller unit 203 helps control the gate voltage of the current drive unit 205. Using this controlled voltage, the LED current can be dimmed digitally using a high frequency digital switching signal to reduce LED current overshoot. Lighting effects such as controlled blinking timing of LEDs and RGB color adjustment can also be realized using the present invention.

図4は、本発明の第2の好ましい実施の形態にもとづく基準電圧発生器101を示す。電圧Vxは、抵抗器R 101Bを通る電流101Aにもとづいて決定される。オペアンプ101Cは、バッファとして機能し、基準電圧に負荷の影響が加わるのを防止する。これは、基準電圧を、複数のチャネルで構成されるLED回路に供給し、多数のLEDチャネルが一斉にオンにされる場合でも安定に動作する。 FIG. 4 shows a reference voltage generator 101 according to a second preferred embodiment of the present invention. Voltage Vx is determined based on current 101A through resistor R A 101B. The operational amplifier 101C functions as a buffer and prevents the influence of the load on the reference voltage. This supplies a reference voltage to an LED circuit composed of a plurality of channels, and operates stably even when a large number of LED channels are turned on simultaneously.

図5は、本発明の第2の実施の形態にもとづくLED電流精度調節回路102およびDAC103の実装例を示す。   FIG. 5 shows an implementation example of the LED current accuracy adjustment circuit 102 and the DAC 103 based on the second embodiment of the present invention.

基準電圧発生器101の電圧Vxは、オペアンプOPA2 101Cを介して、LED電流精度調節回路102の電圧分割抵抗ラダーRCおよびDAC103の抵抗ラダーRBに加えられる。   The voltage Vx of the reference voltage generator 101 is applied to the voltage dividing resistor ladder RC of the LED current accuracy adjustment circuit 102 and the resistor ladder RB of the DAC 103 via the operational amplifier OPA2 101C.

DAC103は、抵抗ラダーRBに沿って設けたスイッチ103Aの1つがオンされて動作する。結果として、電圧分割器の有効な抵抗値を変化させて、Vyが変化する。したがってLED駆動用主システム200の出力におけるLED電流ILEDが変化する。しかしながら、抵抗ラダーRC−RBのネットワークにより消費される電流は、DACの設定にかかわらず一定のままである。DACスイッチのサイズは、電圧追従/ゲート容量駆動ユニット201の入力に流れる電流が大きくないため、最小限であってよい。電圧追従/ゲート容量駆動ユニット201を、図8に示されるようにオペアンプOPA1を使用することにより実現することができる。この場合、オペアンプOPA1の非反転入力には大きな電流が流れない。 The DAC 103 operates by turning on one of the switches 103A provided along the resistance ladder RB. As a result, Vy changes as the effective resistance of the voltage divider is changed. Therefore, the LED current I LED at the output of the LED driving main system 200 changes. However, the current consumed by the resistor ladder RC-RB network remains constant regardless of the DAC setting. The size of the DAC switch may be minimal because the current flowing through the input of the voltage tracking / gate capacitance driving unit 201 is not large. The voltage tracking / gate capacitance driving unit 201 can be realized by using an operational amplifier OPA1 as shown in FIG. In this case, a large current does not flow through the non-inverting input of the operational amplifier OPA1.

LED電流精度調節回路102の動作は、DACと似ている。LED電流精度調節回路102の機能を、「トリミング」と称する。その効果は、DACと同様、RC−RBの電圧分割を変更する。しかしながら、トリミングは、ヒューズの組み合わせが変われば、電流の消費も変わる。ヒューズの組み合わせは、所望のVy値にもとづいて選択される。トリミングは、ヒューズ102Aを切断することにより行われ、RCの有効総抵抗を変化させる。電圧Vyは、図5のネットワーク102のトリミングにより、細かく調節することができる。この細かい調節は、必要とされるDACスイッチ103Aが選択された後で、電圧Vyの精度をさらに向上させる。図8において、電圧Vzに等しい電圧Vyが、LED電流ILEDを設定するのに用いられる。ここで、
ILED=Vz/RD
という関係が成立する。なお、RDは、抵抗器ユニット204の抵抗である。Vyは、LED電流ILEDの精度を直接制御するため、この電圧の精度を保つことが重要である。図5に示すトリミングユニット102により、電圧Vyを、必要とされる所定のLED電流に従い、目標の精度に調節することができる。トリミングユニットは、4つのヒューズ102Aと、NMOSトランジスタと、抵抗器の列RCに含まれる抵抗器とを備えている。電圧Vyを、次の関係、
Vy={RB/(RB+RC)}×Vx
にもとづいて調節することができる。上述のようなトリミング回路は、抵抗器の列RCの抵抗値を変化させることにより、電圧Vyを変化させる。抵抗器の列RCの抵抗値の増加は、抵抗器の列RCにおいて直列に接続されている抵抗器に対し、並列に接続されているヒューズを切断することにより達成することができる。抵抗器の列RCの抵抗値を増やすことにより、電圧Vyを、より低い値に調節することができる。他方で、電圧Vyの増大を、抵抗器の列RCの抵抗値をNMOSゲートに接続されたヒューズを切断することにより小さくすることができる。このトリミングの技法を使用することにより、良好な精度のLED電流を保証する正確な電圧Vyを生み出すことができる。
The operation of the LED current accuracy adjustment circuit 102 is similar to the DAC. The function of the LED current accuracy adjustment circuit 102 is referred to as “trimming”. The effect changes the voltage division of RC-RB like DAC. However, trimming changes the current consumption as the fuse combination changes. The fuse combination is selected based on the desired Vy value. Trimming is performed by cutting the fuse 102A to change the effective total resistance of RC. The voltage Vy can be finely adjusted by trimming the network 102 in FIG. This fine adjustment further improves the accuracy of the voltage Vy after the required DAC switch 103A is selected. In FIG. 8, a voltage Vy equal to the voltage Vz is used to set the LED current ILED. here,
ILED = Vz / RD
The relationship is established. Note that RD is the resistance of the resistor unit 204. Since Vy directly controls the accuracy of the LED current ILED, it is important to maintain the accuracy of this voltage. The trimming unit 102 shown in FIG. 5 allows the voltage Vy to be adjusted to a target accuracy according to the required predetermined LED current. The trimming unit includes four fuses 102A, NMOS transistors, and resistors included in a resistor row RC. The voltage Vy has the following relationship:
Vy = {RB / (RB + RC)} × Vx
Can be adjusted based on. The trimming circuit as described above changes the voltage Vy by changing the resistance value of the resistor row RC. Increasing the resistance value of the resistor string RC can be achieved by cutting the fuses connected in parallel to the resistors connected in series in the resistor string RC. By increasing the resistance value of the resistor string RC, the voltage Vy can be adjusted to a lower value. On the other hand, the increase in the voltage Vy can be reduced by cutting the resistance value of the resistor string RC by cutting the fuse connected to the NMOS gate. By using this trimming technique, it is possible to produce an accurate voltage Vy that guarantees good precision LED current.

オペアンプOPA1の反転入力が、非反転の入力と比べ正のオフセットを有する場合、電圧Vzは、たとえDACの設定が「0000b」であってもゼロボルトにはならない。このオフセットは、トリミングにより補正することが不可能である。これは、オフセット打ち消しユニット202により対処される。   When the inverting input of the operational amplifier OPA1 has a positive offset compared to the non-inverting input, the voltage Vz does not become zero volts even if the DAC setting is “0000b”. This offset cannot be corrected by trimming. This is addressed by the offset cancellation unit 202.

図6Aおよび6Bにより、オフセット打ち消しの考え方を説明する。電圧追従ユニットのオペアンプ201の非反転および反転入力の間に固有のオフセットVof 202Bが存在しているものとする。このオフセットは、電圧Vz 202Cに表れる。このオフセットは、LED電流ILED’を不正確なものにする。オフセットを打ち消すため、電流源Icx 202Dを挿入し、挿入された抵抗器RE 202Eにおける電圧降下を利用してオフセットを打ち消す。この抵抗器REにおける追加の電圧降下は、電圧追従ユニットのオペアンプOPA1 201の固有のオフセットを取り除く。本発明におけるオフセット打ち消しの考え方の実施例は、図7に示されているとおりである。必要とされるオフセット打ち消し電流Icxを生成する方法は、電流精度調節回路ユニット202についてすでに説明したと同様のトリミング技法を使用する。LED電流ILEDを、すでに述べたように、ILED=Vz/RDと設定すればよい。理想的にはVz=Vyであるが、理想的でないオフセットが、電圧追従ユニットOPA1 201に存在するため、Vzは、電圧Vyを常に追従して、電圧Vyに完全に等しくなるとは限らない。オフセット電圧Vofは、ILED=(Vy−Vof)/RDにより求められる不正確なLED電流を発生させる。このオフセットは、Vof=Ics×REなる関係のOffsetを使用することにより、打ち消すことが出来る。LED電流精度調節回路102と同様のトリミング技法を使用することにより、抵抗REの値を調整することができ、これにより、固定のIcs値を使用して必要なオフセットの打ち消しをすることが出来る。抵抗REの値を調整し、Ics×REでオフセット電圧Vofを打ち消す。これにより、LED電流を
ILED={Vy−VofF+(Ics×RE))/RD
により定められる。もし、Ics×REがVofに等しければ、正確なLED電流ILEDを、再びILED=Vz/RD=Vy/RDという関係にもとづいて得ることができる。
The concept of offset cancellation will be described with reference to FIGS. 6A and 6B. It is assumed that a unique offset Vof 202B exists between the non-inverting and inverting inputs of the operational amplifier 201 of the voltage tracking unit. This offset appears in voltage Vz 202C. This offset makes the LED current I LED 'inaccurate. In order to cancel the offset, the current source Icx 202D is inserted, and the offset is canceled by using the voltage drop in the inserted resistor RE 202E. This additional voltage drop across resistor RE removes the inherent offset of operational amplifier OPA1 201 of the voltage tracking unit. An embodiment of the concept of offset cancellation in the present invention is as shown in FIG. The method of generating the required offset cancellation current Icx uses a trimming technique similar to that already described for the current accuracy adjustment circuit unit 202. As described above, the LED current ILED may be set as ILED = Vz / RD. Ideally, Vz = Vy, but since there is a non-ideal offset in the voltage tracking unit OPA1 201, Vz always follows the voltage Vy and is not always equal to the voltage Vy. The offset voltage Vof generates an inaccurate LED current determined by ILED = (Vy−Vof) / RD. This offset can be canceled by using an offset of the relationship Vof = Ics × RE. By using a trimming technique similar to that of the LED current accuracy adjustment circuit 102, the value of the resistor RE can be adjusted, so that a necessary offset can be canceled using a fixed Ics value. The value of the resistor RE is adjusted, and the offset voltage Vof is canceled by Ics × RE. As a result, the LED current ILED = {Vy−VofF + (Ics × RE)) / RD
Determined by. If Ics × RE is equal to Vof, an accurate LED current ILED can be obtained again based on the relationship ILED = Vz / RD = Vy / RD.

図8は、システムにおいて、高速PWM技術を実現するためのブロック図を示す。この技術を使用して、LEDの減光およびLEDの点滅などの効果を、実現することができる。電流駆動ユニット205は、一例としてNMOSトランジスタM1を使用して実現することができる。更に、電流設定ユニット204は、抵抗器Rを使用して実現することができる。LED駆動システムにおいて、PWMは、NMOSトランジスタM1のゲートを切断し(さらには、接地する)ことにより実現することができる。このシステムにおいて、トランジスタM0 203Fが常に存在し、オペアンプOPA1のフィードバックループが決して途切れないため、オペアンプOPA1の出力Vg 203Aは一定に保たれる。論理タイミング波形が生成され、「θ」および「Φ」位相期間におけるタイミング信号を生成する。 FIG. 8 shows a block diagram for implementing high-speed PWM technology in the system. Using this technique, effects such as LED dimming and LED blinking can be realized. The current driving unit 205 can be realized by using an NMOS transistor M1 as an example. Furthermore, the current setting unit 204 can be realized using a resistor RD . In the LED driving system, PWM can be realized by cutting (and grounding) the gate of the NMOS transistor M1. In this system, since the transistor M0 203F is always present and the feedback loop of the operational amplifier OPA1 is never interrupted, the output Vg 203A of the operational amplifier OPA1 is kept constant. A logic timing waveform is generated to generate timing signals in the “θ” and “Φ” phase periods.

「θ」位相において、システムは、通常の動作を行い、LED光をオンにする。この位相においては、スイッチ203Aおよび203Bが閉じられ、OPA1 201の出力に接続されたトランジスタ205でループが形成される。「Φ」位相においては、上述のループが断たれ、スイッチ203Cおよび203Dが閉じられ、新たなループが形成される。この位相において、電流駆動ユニット205のゲート端子に接続された出力Vg 203Aが接地され、LEDの点灯が阻止される。同時に、トランジスタM0 203FをオペアンプOPA1 201の出力に接続する第2のループが生成される。「θ」位相が再び到来すれば、正しいLED電流ILEDを出力するためには、トランジスタM1のゲートをVgまで充電するだけでよい。 In the “θ” phase, the system performs normal operation and turns on the LED light. In this phase, switches 203A and 203B are closed, forming a loop with transistor 205 connected to the output of OPA1 201. In the “Φ” phase, the above loop is interrupted, the switches 203C and 203D are closed, and a new loop is formed. In this phase, the output Vg 203A connected to the gate terminal of the current drive unit 205 is grounded, and the LED is prevented from lighting. At the same time, a second loop connecting the transistor M0 203F to the output of the operational amplifier OPA1 201 is generated. If the “θ” phase arrives again, it is only necessary to charge the gate of transistor M1 to Vg in order to output the correct LED current I LED .

図9Aは、図1の回路が従来のPWMスイッチング方法にて動作しているときの波形を示す。スイッチ7を閉じることによりフィードバックループが断たれる、位相「Φ」において、Vzは、抵抗4を介して接地電位に落とされる。この位相では、Vy>Vzである。次の位相「θ」が来ると、オペアンプ2は、Vy>Vzの大きな差を検出し、結果として電圧Vgを高い電圧になるように駆動する。これが、「θ」位相に達するときにVgがオーバーシュートする。この様子が9Aの波形図に示されている。Vgは、Vg=Vz+β(ここでβは、NMOSトランジスタ3のゲート−ソース電圧である)というレベルの電圧に落ち着くまでオーバーシュートする。このVgのオーバーシュートゆえ、Vzの電圧にも、Vyレベルに落ち着くまでのオーバーシュートが生じる。これは、結果として、LED電流ILEDのオーバーシュートにつながる。LED電流ILEDは、フィードバックループが正しいLED電流ILEDを出力するための所望のレベルに電圧VgおよびVzを引き下げるまでオーバーシュートする。オーバーシュートの時間は、ループの応答時間により決定される。従来の方法を使用したときのLED電流ILEDおよび他の電圧ノードの対応する波形が、図9Aに示されている。 FIG. 9A shows waveforms when the circuit of FIG. 1 is operating in the conventional PWM switching method. In the phase “Φ” where the feedback loop is broken by closing the switch 7, Vz is dropped to the ground potential via the resistor 4. In this phase, Vy> Vz. When the next phase “θ” comes, the operational amplifier 2 detects a large difference of Vy> Vz, and drives the voltage Vg to be a high voltage as a result. When this reaches the “θ” phase, Vg overshoots. This is shown in the waveform diagram of 9A. Vg overshoots until it settles to a voltage level of Vg = Vz + β (where β is the gate-source voltage of the NMOS transistor 3). Because of this Vg overshoot, an overshoot occurs until the voltage Vz settles to the Vy level. This results in an overshoot of the LED current ILED. The LED current I LED overshoots until the feedback loop pulls the voltages Vg and Vz to the desired level for outputting the correct LED current I LED . The overshoot time is determined by the response time of the loop. The corresponding waveforms of the LED current I LED and other voltage nodes when using the conventional method are shown in FIG. 9A.

図8は、本発明にもとづく高速PWMを使用した回路図である。対応する波形が、図9Bに示されている。「Φ」位相において、ループがトランジスタM0に切り換えられ、Vgは、必要とされるVz+βという電圧レベルに比べてわずかに低いVz+εというレベルに保たれる。βは、εよりもわずかに低い。Vz+εの生成は、図8に示されているとおり、構成要素203Fおよび203Eにより行われる。「Φ」位相においてVgがVz+εというレベルに保たれるということは、「θ」位相が再び到来するたびごとに、正しい出力電流ILEDを出力するために、トランジスタM1のゲート端子をVgに、β−εという量だけ充電すればよいことを意味する。β−εの値は少量であるため、結果として、電圧Vzへの改善ももたらされる。電圧VzおよびVgへのオーバーシュートが存在しないため、LED駆動電流の高速スイッチングの際のオーバーシュートが少なくなる。これは、結果として、本発明の技法を従来の技法と比べたときに、減光または点滅機能の際の一様かつ正確な照明を意味する。 FIG. 8 is a circuit diagram using high-speed PWM according to the present invention. The corresponding waveform is shown in FIG. 9B. In the “Φ” phase, the loop is switched to transistor M0 and Vg is kept at a level of Vz + ε slightly lower than the required voltage level of Vz + β. β is slightly lower than ε. The generation of Vz + ε is performed by the components 203F and 203E as shown in FIG. The fact that Vg is kept at a level of Vz + ε in the “Φ” phase means that every time the “θ” phase arrives again, the gate terminal of the transistor M1 is set to Vg in order to output the correct output current I LED . This means that it is only necessary to charge an amount of β−ε. Since the value of β−ε is small, the result is an improvement to the voltage Vz. Since there is no overshoot to the voltages Vz and Vg, overshoot at the time of high-speed switching of the LED drive current is reduced. This results in uniform and accurate illumination during dimming or blinking functions when the technique of the present invention is compared to conventional techniques.

Claims (11)

LEDを駆動するための装置であって、
基準電圧を生成するための電圧生成手段と、
LEDに接続され、LEDを駆動する電流駆動ユニットと、
前記駆動ユニットの入力端子に電圧レベルを与えるための電圧追従/ゲート容量駆動ユニットと、
前記電流駆動ユニットの入力端子に与える電圧レベルを所定の電圧レベルに保つための高速PWMコントローラユニット
を備えている装置。
An apparatus for driving an LED,
Voltage generating means for generating a reference voltage;
A current drive unit connected to the LED and driving the LED;
A voltage tracking / gate capacitance driving unit for applying a voltage level to the input terminal of the driving unit;
An apparatus comprising a high-speed PWM controller unit for maintaining a voltage level applied to an input terminal of the current drive unit at a predetermined voltage level.
前記基準電圧は、安定かつ温度に左右されない出力LED電流の導出をもたらす請求項1に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein the reference voltage results in a derivation of output LED current that is stable and temperature independent. 前記電圧生成手段は、
前記基準電圧プロセスの生成を開始させるための基準電圧発生器と、
前記基準電圧発生器に接続され、前記基準電圧の所望の電圧レベルへの調節を可能にするLED電流精度調節回路と、
前記LED電流精度調節回路に接続され、LED出力電流のデジタル論理設定を可能にするためのDAC
を備えている請求項2に記載の装置。
The voltage generating means includes
A reference voltage generator for initiating generation of the reference voltage process;
An LED current accuracy adjustment circuit connected to the reference voltage generator and allowing adjustment of the reference voltage to a desired voltage level;
A DAC connected to the LED current accuracy adjusting circuit for enabling digital logic setting of the LED output current
The apparatus of claim 2 comprising:
前記LED電流精度調節回路は、前記基準電圧発生器により生成された基準電圧を調整するためのトリミング手段によりなる請求項3に記載の装置。   4. The apparatus of claim 3, wherein the LED current accuracy adjustment circuit comprises trimming means for adjusting a reference voltage generated by the reference voltage generator. 前記トリミング手段は、電圧分割効果をもたらすためのヒューズおよび抵抗器の組み合わせによりなる請求項4に記載の装置。   The apparatus of claim 4, wherein the trimming means comprises a combination of a fuse and a resistor for providing a voltage division effect. LED出力電流の精度に影響しうるオフセット電圧を除去するためのオフセット打ち消しユニットをさらに備えている請求項3に記載の装置。   4. The apparatus of claim 3, further comprising an offset cancellation unit for removing offset voltage that may affect the accuracy of the LED output current. LEDを駆動するための方法であって、
出力LED電流の導出元となる基準電圧を生成するステップと、
LEDを点灯させるための充分な電流を供給するための駆動機能を用意するステップと、
出力LED電流のオーバーシュートを少なくするために、前記駆動機能の電流駆動ユニットの入力端子に加えられる電圧レベルを所定の電圧に保つステップ
を含む方法。
A method for driving an LED comprising:
Generating a reference voltage from which the output LED current is derived;
Providing a drive function for supplying sufficient current to light the LED;
A method comprising maintaining a voltage level applied to an input terminal of a current drive unit of the drive function at a predetermined voltage to reduce output LED current overshoot.
前記駆動機能は、LEDに接続され、LEDを駆動する電流駆動ユニットである請求項7に記載の方法。   The method according to claim 7, wherein the driving function is a current driving unit connected to the LED and driving the LED. 前記基準電圧は、安定かつ温度に左右されない出力LED電流の導出をもたらす請求項7に記載の方法。   8. The method of claim 7, wherein the reference voltage provides a derivation of output LED current that is stable and temperature independent. 前記基準電圧を生成するステップは、正確な出力LED電流を生成するため、トリミング手段により調節するステップ、をさらに含む、請求項7に記載の方法。   8. The method of claim 7, wherein generating the reference voltage further comprises adjusting by trimming means to generate an accurate output LED current. 出力LED電流の精度に影響しうる特有のオフセット電圧を打ち消すステップ、をさらに含む、請求項10に記載の方法。   11. The method of claim 10, further comprising canceling a characteristic offset voltage that can affect the accuracy of the output LED current.
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