JP2016208082A - 電流ドライバ回路 - Google Patents

Abstract

【課題】高電源電圧が印加された場合でも、内部回路の耐圧を確保し、且つ低面積な電流ドライバ回路を提供する。【解決手段】一端に定電流源が接続され、ダイオード接続されたＭＯＳトランジスタＭ２と、ＭＯＳトランジスタＭ２にカレントミラー接続されたＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６と、外部出力端子Ｔ１とＭＯＳトランジスタＭ２との間に接続される、ＭＯＳトランジスタＭ２及びＭ３〜Ｍ６より耐圧の高い高耐圧トランジスタＭ１と、を設け、高耐圧トランジスタＭ１の制御端に、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６の高耐圧トランジスタＭ１と接続される一端の電位が目標値となるように調整する調整電圧を入力する。ＭＯＳトランジスタＭ３にかかる電圧が耐圧を超えないように調整する調整電圧を入力することにより、ＭＯＳトランジスタＭ３に高電源電圧がかかることを回避することができる。【選択図】 図１

Description

本発明は電流ドライバ回路に関する。

各種画像センサや画像処理装置等に発光ダイオード（以下、ＬＥＤともいう。）を発光素子として用いる際、バラつきや温度変化が少なく、所望の発光強度を得ることが求められる。そうした要求に応えるべく、ＬＥＤを安定且つ高速に駆動する回路として、電流ドライバ回路が知られている。このような安定且つ所望の駆動電流を供給できる回路として、様々なものが開示・提案されている。

例えば特許文献１記載の電流ドライバ回路は、演算増幅器とトランジスタとの間で負帰還を構成している。そのため、ＬＥＤの順方向降下電圧及びトランジスタの特性が周囲温度等に起因して変動したとしても、演算増幅器の反転入力端子に繋がる帰還電圧を常に演算増幅器の非反転入力端子に繋がる基準電圧に収束させることができる。
また別の電流ドライバ回路として、図８に示す回路が知られている。この電流ドライバ回路は、トランジスタがカレントミラー回路を形成しており、直流電流源から流れる電流を所望の値に変換してＬＥＤに印加することができる。

しかし上述したような電流ドライバ回路は、特にＬＥＤを複数個縦続接続するような場合等に、ＬＥＤに印加される電源電圧が高くなる。そのため、ＬＥＤに電流を供給するトランジスタに、耐圧を超える電圧が印加されないようにする必要がある。
図９に示す電流ドライバ回路は、図８に示す電流ドライバ回路のトランジスタを高耐圧トランジスタで置き換えたものである。この構成によれば、ＬＥＤ等の外部負荷の駆動電圧が高い場合でも、電流ドライバ回路の内部のトランジスタにかかる電圧をある程度の大きさまで許容することができる。

特開２００７−１２７９１２号公報

しかしながら、図９に示す電流ドライバ回路では、カレントミラー接続される全てのトランジスタを高耐圧トランジスタにする必要がある。トランジスタの端子間に印加される電圧が高くでも破壊に至らないような高耐圧トランジスタは、一般的にその耐性に応じてトランジスタサイズが大きくなるため、必然的に電流ドライバ回路の面積が大きくなってしまう。
本発明は、上記問題点に着目してなされたものであり、高電源電圧が印加された場合でも、内部回路の耐圧を確保し、且つ低面積な電流ドライバ回路を提供することを目的としている。

本発明の一態様による電流ドライバ回路は、一端に定電流源が接続され、ダイオード接続された第１のトランジスタと、当該第１のトランジスタにカレントミラー接続された第２のトランジスタと、外部出力端と前記第２のトランジスタとの間に接続される、前記第１及び第２のトランジスタよりも高耐圧の第３のトランジスタと、を備え、前記第３のトランジスタの制御端には、前記第２のトランジスタの前記第３のトランジスタと接続された一端の電位が、前記第２のトランジスタの耐圧に基づき予め設定された目標値となるように調整する調整電圧が入力されることを特徴とする。

本発明の他の態様による電流ドライバ回路は、一端に定電流源が接続され、制御端にバイアス電圧が入力されるバイアストランジスタと、一端が前記バイアストランジスタの他端と接続され、制御端に前記バイアストランジスタの前記定電流源と接続される一端が接続される第１のトランジスタと、当該第１のトランジスタにカレントミラー接続された第２のトランジスタと、外部出力端と前記第２のトランジスタとの間に接続される第３のトランジスタと、前記バイアストランジスタの他端と、前記第２のトランジスタの前記第３のトランジスタと接続される一端とが各入力端に接続され、これら入力端への入力信号が一致するように出力を調整する演算増幅器と、を備え、前記演算増幅器の出力端は前記第３のトランジスタの制御端に接続されることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、高電源電圧が印加された場合でも、内部回路の耐圧を確保し、且つ低面積な電流ドライバ回路を実現することができる。

第１実施形態における電流ドライバ回路の一例を示す回路図である。 第１実施形態における電流ドライバ回路の変形例を示す回路図である。 第１実施形態における電流ドライバ回路の変形例を示す回路図である。 第２実施形態における電流ドライバ回路の一例を示す回路図である。 第３実施形態における電流ドライバ回路の一例を示す回路図である。 第４実施形態における電流ドライバ回路の一例を示す回路図である。 第５実施形態における電流ドライバ回路の一例を示す回路図である。 従来の電流ドライバ回路の一例を示す回路図である。 従来の電流ドライバ回路の一例を示す回路図である。

以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の細部について記載される。しかしながら、かかる特定の細部がなくても１つ以上の実施形態が実施できることは明らかである。他にも、図面を簡潔するために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態における電流ドライバ回路１の一例を示す回路図であって、電流ドライバ回路１により外付けＬＥＤ回路１０に駆動電流を供給する。
電流ドライバ回路１は、図１に示すように、Ｎチャネル型の高耐圧トランジスタＭ１と、直列に接続された定電流源からなる電流ソースＣ１及びＮチャネル型のＭＯＳトランジスタＭ２と、このＭＯＳトランジスタＭ２にカレントミラー接続される、Ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６と、を備える。ここで、高耐圧トランジスタＭ１が第３のトランジスタに対応し、ＭＯＳトランジスタＭ２が第１のトランジスタに対応し、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６が第２のトランジスタに対応している。

高耐圧トランジスタＭ１は、ＭＯＳトランジスタＭ２及びＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６よりも耐圧の高いトランジスタであって、高耐圧トランジスタＭ１のドレインは、電流ドライバ回路１の外部出力端子Ｔ１に接続され、ソースはＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のドレインに接続される。また、高耐圧トランジスタＭ１のゲートには、上位装置等の制御装置２０からの制御信号Ｓｃが入力される。
ここで高耐圧トランジスタの一例として、必要な耐性に応じてトランジスタのサイズを大きくすることで、トランジスタの端子間に印加される電圧が高くても破壊に至らないように耐圧を確保するようにしたトランジスタを用いることができる。

ＭＯＳトランジスタＭ２のドレイン及びゲートは共通ノードとなっており、電流ソースＣ１を介して高電位側電源に接続されると共に、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のゲートに接続される。ＭＯＳトランジスタＭ２のソース及び、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のソースはグラウンドに接続される。
電流ソースＣ１は、制御装置２０からの制御信号Ｓｃによりオンオフ制御される。

外付けＬＥＤ回路１０は、ＬＥＤ１０ａを含んで構成され、ＬＥＤ１０ａのアノードは高電位側電源に接続され、ＬＥＤ１０ａのカソードは、外付けＬＥＤ回路１０の接続端子ｔ１０に接続される。
そして、電流ドライバ回路１の外部出力端子Ｔ１と外付けＬＥＤ回路１０の接続端子ｔ１０とを接続することによって、電流ドライバ回路１から外付けＬＥＤ回路１０に駆動電流が供給される。

制御装置２０は、電流ソースＣ１に対し、電流ドライバ回路１を作動状態とするパワーオン信号及び停止状態とするパワーダウン信号を制御信号Ｓｃとして出力する。また、制御装置２０は、外部出力端子Ｔ１に流れる電流量や、ＭＯＳトランジスタＭ２のゲート電位等に基づき、高耐圧トランジスタＭ１のゲート電位を調整する調整電圧を制御信号Ｓｃとして出力する。この高耐圧トランジスタＭ１に入力される制御信号Ｓｃは、高耐圧トランジスタＭ１のオン抵抗を調整することによって高耐圧トランジスタＭ１のソース電位を調整するための信号である。制御装置２０は、高耐圧トランジスタＭ１のソース電位を、予めＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６の耐圧に応じて設定した電位以下とし得る制御信号Ｓｃを、外部出力端子Ｔ１に流れる電流量に応じて生成する。

次に、図１を参照して第１実施形態の動作を説明する。
ＬＥＤ１０ａに電流を流さない時には、制御装置２０はパワーダウン信号を電流ソースＣ１に出力すると共に、高耐圧トランジスタＭ１のゲートに、制御信号Ｓｃとしてグラウンド電位の信号を出力する。
パワーダウン信号が入力された電流ソースＣ１は、電流供給を停止する。また、グラウンド電位の制御信号Ｓｃが入力された高耐圧トランジスタＭ１は、ゲート電位がグラウンド電位に制御されオフ状態となるため、外付けＬＥＤ回路１０への駆動電流の供給は停止される。

ＬＥＤ１０ａに電流を流す時には、制御装置２０はパワーアップ信号を電流ソースＣ１に供給する。
パワーアップ信号が入力された電流ソースＣ１は、電流供給を開始する。
電流ソースＣ１から電流供給が行われることから、ＭＯＳトランジスタＭ２のドレイン電位及びゲート電位が上昇するが、電流ソースＣ１の電流を流せるだけのゲート電位になった時点で上昇は止まる。

制御装置２０は、ＭＯＳトランジスタＭ２のドレイン及びゲートの共通ノードの電位を、図示しない電圧センサのセンサ出力に基づき監視し、共通ノードの上昇が止まった後、高耐圧トランジスタＭ１に制御信号Ｓｃを出力し、高耐圧トランジスタＭ１をオン状態にするため、ゲート電位を高電位に制御する。これにより、高耐圧トランジスタＭ１がオン状態となり、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６が電流を流すことが可能な状態となる。

このとき、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のゲート・ソース電圧ＶＧＳ３〜ＶＧＳ６は、ＭＯＳトランジスタＭ２のゲート・ソース電圧ＶＧＳ２と等しくなり、電流ソースＣ１の電流を基準に所望の電流を外付けＬＥＤ回路１０に流すことが可能となる。例えば、ＭＯＳトランジスタＭ２のサイズとＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のサイズとが等しいとき、電流ソースＣ１から供給される電流Ｉの４倍の大きさの電流４Ｉが外付けＬＥＤ回路１０に流れる。

次に、ＬＥＤ１０ａを複数個縦続接続するときのように、ＬＥＤ１０ａに印加される電源電圧が高い場合を考える。このような場合には、高耐圧トランジスタＭ１のゲート電位を制御することで、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６に耐圧以上の電位差がかからないようにする。
まず、電流ソースＣ１が大きさＩの電流を流す場合、ＭＯＳトランジスタＭ２のサイズとＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のサイズとが等しいときには、電流ソースＣ１に流れる電流Ｉの４倍の電流４Ｉが外付けＬＥＤ回路１０に流れることになる。このとき高耐圧トランジスタＭ１のゲート電位を制御し、オン抵抗を所望の値に制御することで、高耐圧トランジスタＭ１において所望の電圧降下を引き起こすことができる。これによってＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のドレイン電位はある値以下に抑えられ、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６に耐圧以上の電圧がかかることを防ぐことができる。
つまり、制御装置２０は、図示しない電流センサのセンサ出力に基づき外部出力端子Ｔ１を流れる駆動電流を監視し、この駆動電流に基づき、高耐圧トランジスタＭ１のソース電位が、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６の耐圧に応じて予め設定したしきい値以下となるように、高耐圧トランジスタＭ１のゲート電位を制御する制御信号Ｓｃを生成する。

一方、電流ソースＣ１が大きさＩ／４の電流を流す場合、ＭＯＳトランジスタＭ２のサイズとＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のサイズとが等しいときには、電流ソースＣ１から供給される電流（Ｉ／４）の４倍の電流Ｉが外付けＬＥＤ回路１０に流れることになる。このとき外付けＬＥＤ回路１０に大きさ４Ｉの電流が流れたときよりもＬＥＤ１０ａのカソード電位は高くなるが、高耐圧トランジスタＭ１のゲート電位を低くすることで、オン抵抗を高くすることができる。このように高耐圧トランジスタＭ１のゲート電位を制御することで、高耐圧トランジスタＭ１に４Ｉの電流が流れたときよりも大きな電圧降下を引き起こすことができる。これによってＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のドレイン電圧はある値以下に抑えられ、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６に耐圧以上の電圧がかかることを防ぐことができる。
このように本発明の第１実施形態では、高電源電圧を用いて複数個縦続接続されたＬＥＤ１０ａを制御するような場合においても、外部出力端子Ｔ１に流れる駆動電流に応じて高耐圧トランジスタＭ１のゲート電位を制御することにより、ＭＯＳトランジスタＭ２〜Ｍ６に高耐圧トランジスタを採用する必要がなくなる。

一般的に、同じ電流を流そうとしたときに、高耐圧のトランジスタのサイズは通常のトランジスタのサイズよりも大きくなってしまい、回路面積の増加につながる。しかしながら、第１実施形態における電流ドライバ回路１によれば、高耐圧トランジスタを１つ設けるだけで実現することができる。そのため、回路面積の増加を抑制し、高電源電圧が印加された場合でも内部回路の耐圧を確保し、且つ低面積な電流ドライバ回路を実現することができる。
なお、第１実施形態では、電流ソースＣ１の４倍の電流を駆動電流として供給する場合について説明したが、ＭＯＳトランジスタのサイズや数を変更することで、外付けＬＥＤ回路１０に供給する電流量を自由に設定することが可能である。

図２は、図１に示す第１実施形態における、電流ドライバ回路１の第１変形例を示したものである。
図２は、図１に示す電流ドライバ回路１において、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタをＰチャネル型ＭＯＳトランジスタに置き換えたものである。
すなわち、図２に示す第１変形例における電流ドライバ回路１ａは、Ｐチャネル型の高耐圧トランジスタＭ１ａと、直列に接続されたＰチャネル型のＭＯＳトランジスタＭ２ａ及び定電流源からなる電流ソースＣ１と、ＭＯＳトランジスタＭ２ａにカレントミラー接続されたＰチャネル型のＭＯＳトランジスタＭ３ａ〜Ｍ６ａと、を備える。

高耐圧トランジスタＭ１ａのドレインは、電流ドライバ回路１ａの外部出力端子Ｔ１に接続され、ソースはＭＯＳトランジスタＭ３ａ〜Ｍ６ａのドレインに接続される。また、高耐圧トランジスタＭ１ａのゲートには、上位装置等の制御装置２０から制御信号Ｓｃが入力される。
ＭＯＳトランジスタＭ２ａのドレイン及びゲートは共通ノードとなっており、電流ソースＣ１を介してグラウンドに接続されると共に、ＭＯＳトランジスタＭ３ａ〜Ｍ６ａのゲートに接続される。ＭＯＳトランジスタＭ２ａのソース及び、ＭＯＳトランジスタＭ３ａ〜Ｍ６ａのソースは高電位側電源に接続される。

外付けＬＥＤ回路１０はＬＥＤ１０ａを含んで構成され、ＬＥＤ１０ａのアノードは外付けＬＥＤ回路１０の接続端子ｔ１０に接続され、カソードはグラウンドに接続される。
そして、電流ドライバ回路１ａの外部出力端子Ｔ１と外付けＬＥＤ回路１０の接続端子ｔ１０とを接続することによって、電流ドライバ回路１ａから外付けＬＥＤ回路１０に駆動電流が供給される。

上記第１実施形態における電流ドライバ回路１と同様に、図２に示す電流ドライバ回路１ａにおいて、外部出力端子Ｔ１を流れる電流を監視し、電流ソースＣ１が流す電流量に応じて、高耐圧トランジスタＭ１ａのゲート電位を調整し、高耐圧トランジスタＭ１ａのオン抵抗を変化させることで、所望の電圧効果を引き起こすことができる。したがって、制御装置２０が、高耐圧トランジスタＭ１ａのソース電位が、予めＭＯＳトランジスタＭ３ａ〜Ｍ６ａの耐圧に応じて設定したしきい値以上となるように、外部出力端子Ｔ１を流れる電流に応じて、高耐圧トランジスタＭ１ａのゲート電位を調整する制御信号Ｓｃを出力することによって、ＭＯＳトランジスタＭ３ａ〜Ｍ６ａのドレイン電位をしきい値以上に維持することができ、ＭＯＳトランジスタＭ３ａ〜Ｍ６ａに耐圧以上の電圧がかかることを防止することができる。
なお、この第１変形例においても、ＭＯＳトランジスタのサイズや数を変更することで、外付けＬＥＤ回路１０に供給する電流量を自由に設定することが可能である。

図３は、図１に示す第１実施形態における、電流ドライバ回路１の第２変形例を示したものである。
図３は、図１に示す電流ドライバ回路１において、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタを、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタに置き換えたものである。
バイポーラトランジスタＭ１ｂは、ｎｐｎ型の高耐圧のバイポーラトランジスタ（以下、高耐圧トランジスタＭ１ｂともいう。）である。

図３に示す電流ドライバ回路１ｂにおいて、図１に示す電流ドライバ回路１と同様に、電流ソースＣ１が流す電流量に応じて、高耐圧トランジスタＭ１ｂのベース電位を適宜調整することで、高耐圧トランジスタＭ１ｂのオン抵抗を変化させ、所望の電圧効果を引き起こすことができる。これによってバイポーラトランジスタＭ３ｂ〜Ｍ６ｂのドレイン電位を、バイポーラトランジスタＭ３ｂ〜Ｍ６ｂの耐圧に応じて設定したしきい値以下に抑制することができ、バイポーラトランジスタＭ３ｂ〜Ｍ８ｂに耐圧以上の電圧を防ぐことができる。
なお、この第２変形例においても、バイポーラトランジスタのサイズや数を変更することで、供給する電流量を自由に設定することが可能である。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
図４は、本発明の第２実施形態に係る電流ドライバ回路２の一例を示す回路図であって、電流ドライバ回路２により外付けＬＥＤ回路１０に駆動電流を供給する。
第２実施形態における電流ドライバ回路２は、図１に示す第１実施形態における電流ドライバ回路１において、さらに演算増幅器ＯＰ１を備えたものである。なお、図１に示す電流ドライバ回路１と同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
図４に示すように、演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子Ｖａには、ＭＯＳトランジスタＭ２のドレイン電位が入力される。演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子Ｖｂには、高耐圧トランジスタＭ１のソース電位、すなわちＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のドレイン電位が入力される。演算増幅器ＯＰ１の出力端は、高耐圧トランジスタＭ１のゲートに接続される。
そして、演算増幅器ＯＰ１は、制御装置２０によって作動制御される。

次に、図４に示す電流ドライバ回路２の動作を説明する。
ＬＥＤ１０ａに電流を流さない時には、制御装置２０は、制御信号Ｓｃとしてパワーダウン信号を電流ソースＣ１及び演算増幅器ＯＰ１に出力する。
電流ソースＣ１はパワーダウン信号を入力すると、電流供給を停止する。また、演算増幅器ＯＰ１は、パワーダウン信号を入力すると、出力電位がグラウンド電位まで低下する。これにより高耐圧トランジスタＭ１がオフ状態となり、外付けＬＥＤ回路１０への電流供給が停止される。
ＬＥＤ１０ａに電流を流す時には、制御装置２０は、制御信号Ｓｃとしてパワーアップ信号を電流ソースＣ１及び演算増幅器ＯＰ１に出力する。

電流ソースＣ１及び演算増幅器ＯＰ１はパワーアップ信号を入力すると起動される。電流ソースＣ１からの電流供給が開始されることから、ＭＯＳトランジスタＭ２のドレイン電位およびゲート電位が上昇するが、電流ソースＣ１の電流を流せるだけのゲート電位になった時点で上昇は止まる。ＭＯＳトランジスタＭ２とＭ３〜Ｍ６のゲートは共通ノードのため、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６も電流を流そうとするが、パワーアップ信号が供給された瞬間は演算増幅器ＯＰ１の出力が低い電位にあるため、高耐圧トランジスタＭ１はオフ状態であり電流を流せない。従って、高耐圧トランジスタＭ１のソース及びＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のドレイン電位は接地レベルまで下がる。その結果、演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子Ｖａ及び反転入力端子Ｖｂ間に電位差が生じ、演算増幅器ＯＰ１の出力電位が上昇する。これにより、高耐圧トランジスタＭ１がオン状態となり、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６が電流を流すことが可能になる。このとき、演算増幅器ＯＰ１には負帰還がかかっているため、演算増幅器ＯＰ１の非反転入力と反転入力とが等しくなるように演算増幅器ＯＰ１の出力電位が調整される。その結果、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のゲート・ソース電圧ＶＧＳ３〜ＶＧＳ６とドレイン・ソース電圧ＶＤＳ３〜ＶＤＳ６は、ＭＯＳトランジスタＭ２のゲート・ソース電圧ＶＧＳ２とドレイン・ソース電圧ＶＤＳ２と等しくなり、電流ソースＣ１の供給電流を基準に所望の電流を外付けＬＥＤ回路１０に流すことが可能となる。例えば、ＭＯＳトランジスタＭ２のサイズとＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のサイズとが等しいとき、電流ソースＣ１の供給電流の４倍の電流が外付けＬＥＤ回路１０に流れる。

次に、ＬＥＤ１０ａを複数個縦続接続するときのように、ＬＥＤ１０ａに印加される電源電圧が高い場合を考える。このような場合には、高耐圧トランジスタＭ１のゲート電位を制御することで、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６に耐圧以上の電位差がかからないようにする必要がある。
まず、電流ソースＣ１がある大きさＩの電流を流す場合、ＭＯＳトランジスタＭ２のサイズとＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のサイズとが等しいときには、電流ソースＣ１の供給電流Ｉの４倍の電流４Ｉが外付けＬＥＤ回路１０に流れることになる。このとき高耐圧トランジスタＭ１のゲート電位を制御し、高耐圧トランジスタＭ１のオン抵抗を、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６の耐圧に応じて、高耐圧トランジスタＭ１のソース電位が予め設定したしきい値となるように制御することで、高耐圧トランジスタＭ１において所望の電圧降下を引き起こし、ＭＯＳトランジスタＭ２のドレイン電位とＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のドレイン電位と一定に保つことができる。これによって、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６に耐圧以上の電圧がかかることを防ぐことができる。

次に、電流ソースＣ１が大きさＩ／４の電流を流す場合には、ＭＯＳトランジスタＭ２のサイズとＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のサイズとが等しいときには、電流ソースＣ１の供給電流Ｉ／４の４倍の電流Ｉが外付けＬＥＤ回路１０に流れることになる。このとき外付けＬＥＤ回路１０に大きさ４Ｉの電流が流れたときよりも、ＬＥＤ１０ａのカソード電位は高いため、高耐圧トランジスタＭ１のソース電位は上昇しようとする。しかし、高耐圧トランジスタＭ１のソース電位、つまり演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子Ｖｂへの入力が上がると、演算増幅器ＯＰ１の出力が下がるため、結果的に、高耐圧トランジスタＭ１のゲート電位が下がるように制御される。それにより、高耐圧トランジスタＭ１のオン抵抗を高くし、電流ソースＣ１が大きさＩの電流を流した時と同様に、ＭＯＳトランジスタＭ２のドレイン電位とＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のドレイン電位とを一定に保つことができる。これによってＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６に耐圧以上の電圧がかかることを防ぐことができる。

このように第２実施形態では、高電源電圧を用いて複数個縦続接続されたＬＥＤ１０ａを制御するような場合においても、外付けＬＥＤ回路１０への供給電流に応じて演算増幅器ＯＰ１が高耐圧トランジスタＭ１のゲート電位を制御することにより、ＭＯＳトランジスタＭ２〜Ｍ６に高耐圧トランジスタを採用する必要がなくなる。つまり、カレントミラー接続されるトランジスタによる占有面積を抑制することができ、低面積で高精度な電流ドライバ回路を実現することができる。
なお、図４に示す電流ドライバ回路２では、電流ソースＣ１の４倍の電流を、外付けＬＥＤ回路１０に供給する場合について説明したが、ＭＯＳトランジスタのサイズや数を変更することで、外付けＬＥＤ回路１０に供給する電流を自由に設定することが可能である。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
図５は、本発明の第３実施形態に係る電流ドライバ回路３の一例を示す回路図であって、電流ドライバ回路３により外付けＬＥＤ回路１０に駆動電流を供給する。
第３実施形態における電流ドライバ回路３は、図４に示す第２実施形態における電流ドライバ回路２において、さらにスイッチング素子ＳＷ１を備えたものである。なお、図４に示す電流ドライバ回路２と同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
図５に示すように、スイッチング素子ＳＷ１は、一端が、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のドレイン、高耐圧トランジスタＭ１のソース及び、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子に接続され、他端がグラウンドに接続される。
そして、スイッチング素子ＳＷ１は、制御装置２０によって制御される。

次に、第３実施形態の動作を説明する。
ＬＥＤ１０ａに電流を流さない時には、制御装置２０は、制御信号Ｓｃとして、パワーダウン信号を、電流ソースＣ１及び演算増幅器ＯＰ１に出力すると共に、ＬＥＤオフ信号をスイッチング素子ＳＷ１に出力する。
電流ソースＣ１は、パワーダウン信号が入力されると、電流供給を停止する。演算増幅器ＯＰ１は、パワーダウン信号が入力されると、出力電位がグラウンド電位まで低下する。このため、高耐圧トランジスタＭ１がオフ状態となり、外付けＬＥＤ回路１０への電流供給が停止される。

ＬＥＤオフ信号が入力されたスイッチング素子ＳＷ１は、接続状態となる。そのため、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のドレイン電位がグラウンド電位まで低下する。
ＬＥＤ１０ａに電流を流す時には、制御装置２０は、まず、ＬＥＤオン信号をスイッチング素子ＳＷ１に出力する。スイッチング素子ＳＷ１は、ＬＥＤオン信号を入力すると、遮断状態となる。そして、制御装置２０が、パワーアップ信号を電流ソースＣ１及び演算増幅器ＯＰ１に出力する。
これにより、電流ソースＣ１及び演算増幅器ＯＰ１が起動され、以後、上記第２実施形態と同様の動作を行う。

このように第３実施形態における電流ドライバ回路３は、ＭＯＳトランジスタＭ２に、カレントミラー接続されたＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のドレイン及びソース間に、スイッチング素子ＳＷ１を並列に設け、ＬＥＤ１０ａに電流を流さないときには、スイッチング素子ＳＷ１を導通状態としている。このため、外付けＬＥＤ回路１０への電流供給を停止している期間中、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のドレイン電位を確実にグラウンド電位まで低下させることができる。そのため、仮に、高耐圧トランジスタＭ１のオフリーク電流が大きい場合でも、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のドレイン電位が上昇することを回避し、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６を保護することができる。
なお、第３実施形態においては、第２実施形態における電流ドライバ回路２において、スイッチング素子ＳＷ１をさらに設けた場合について説明したが、図１〜図３に示す第１実施形態における電流ドライバ回路１、１ａ、１ｂに設けた場合であっても、同等の作用効果を得ることができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態を説明する。
図６は、本発明の第４実施形態に係る電流ドライバ回路４の一例を示す回路図であって、電流ドライバ回路４により外付けＬＥＤ回路１０に駆動電流を供給する。
第４実施形態における電流ドライバ回路４は、図５に示す第３実施形態における電流ドライバ回路３において、スイッチング素子ＳＷ１に替えて、第４のトランジスタとして、ダイオード接続されたトランジスタＭＤ１を設けたものである。なお、図５に示す電流ドライバ回路３と同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
トランジスタＭＤ１は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタで構成される。トランジスタＭＤ１のドレイン及びゲートは共通ノードとなっており、高耐圧トランジスタＭ１のソース、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子Ｖｂ、及びＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のドレインに接続され、ソースはグラウンドに接続される。

次に、第４実施形態の動作を説明する。
ＬＥＤ１０ａに電流を流さない時には、制御装置２０は、制御信号Ｓｃとして、パワーダウン信号を電流ソースＣ１及び演算増幅器ＯＰ１に出力する。
電流ソースＣ１は、パワーダウン信号を入力したことから電流供給を停止し、演算増幅器ＯＰ１は、出力電位がグラウンド電位まで低下する。そのため、高耐圧トランジスタＭ１がオフ状態となり、外付けＬＥＤ回路１０への電流供給が停止する。

さらにこのとき、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のドレイン及びソース間に、ダイオード接続されたトランジスタＭＤ１が接続されているため、トランジスタＭＤ１が電流を流せなくなる電位まで、トランジスタＭＤ１のゲート・ドレイン電位が低下する。
ＬＥＤ１０ａに電流を流す時には、制御装置２０は、制御信号Ｓｃとしてパワーアップ信号を電流ソースＣ１及び演算増幅器ＯＰ１に出力する。
これにより、電流ソースＣ１及び演算増幅器ＯＰ１が起動され、以後、上記第２実施形態と同様の動作を行う。また、このとき、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６と共に、ダイオード接続されたトランジスタＭＤ１にもミラー電流が流れる。

このように、第４実施形態における電流ドライバ回路４は、第３実施形態における電流ドライバ回路３と同様に、外付けＬＥＤ回路１０への電流供給を停止している期間中、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のドレイン電位を確実に耐圧以下のレベルまで下げることが可能となる。そのため、仮に高耐圧トランジスタＭ１のオフリーク電流が大きい場合でも、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のドレイン電位は耐圧以上に上がらずにＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６を保護することができる。

さらに第４実施形態における電流ドライバ回路４は、電源投入直後といった各制御信号が正常に動作していない状況においても、トランジスタＭＤ１が電流を流せなくなるレベルまでゲート・ドレイン電位を下げるため、電源投入直後にも、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のドレイン電位を確実に耐圧以下のレベルまで下げ、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６を保護するという効果も得ることができる。

なお、第４実施形態における電流ドライバ回路４では、ＭＯＳトランジスタＭ２〜Ｍ６を保護する素子としてダイオード接続されたトランジスタＭＤ１を採用しているが、トランジスタＭＤ１を、抵抗素子に置き換えてもよい。
また、第４実施形態では、第２実施形態における電流ドライバ回路２において、ダイオード接続されたトランジスタＭＤ１や抵抗素子を追加した構成としているが、第１実施形態における電流ドライバ回路１、１ａ、１ｂに適用することも可能であって、この場合も同等の作用効果を得ることができる。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態を説明する。
図７は、本発明の第５実施形態に係る電流ドライバ回路５の一例を示す回路図であって、電流ドライバ回路５により外付けＬＥＤ回路１０に駆動電流を供給する。
第５実施形態における電流ドライバ回路５は、第２実施形態における電流ドライバ回路２において、バイアストランジスタＭ７が追加されたものである。なお、図４に示す第２実施形態における電流ドライバ回路２と同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。

バイアストランジスタＭ７は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタで構成される。図７に示すように、バイアストランジスタＭ７は、電流ソースＣ１の一端と、ＭＯＳトランジスタＭ２のドレインとの間に介挿される。電流ソースＣ１の他端は、高電位側電源に接続され、ＭＯＳトランジスタＭ２のソースはグラウンドに接続される。
そして、バイアストランジスタＭ７のドレインとＭＯＳトランジスタＭ２のゲートとが共通ノードとなり、ＭＯＳトランジスタＭ２にカレントミラー接続されるＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のゲートに接続される。
バイアストランジスタＭ７のソースつまりＭＯＳトランジスタＭ２のドレインは演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子Ｖａに接続され、バイアストランジスタＭ７のゲートにはバイアス電圧Ｖｂｉａｓが入力される。

演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子ＶｂにはＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のドレイン及び高耐圧トランジスタＭ１のソースが接続される。
演算増幅器ＯＰ１の出力端は高耐圧トランジスタＭ１のゲートに接続される。高耐圧トランジスタＭ１のドレインは、電流ドライバ回路５の外部出力端子Ｔ１に接続される。
電流ソースＣ１及び演算増幅器ＯＰ１は、制御装置２０によって作動制御される。
一方、外付けＬＥＤ回路１０は、ＬＥＤ１０ａを含んで構成され、ＬＥＤ１０ａのアノードは高電位側電源に接続され、カソードは、接続端子ｔ１０に接続される。そして、電流ドライバ回路５の外部出力端子Ｔ１と外付けＬＥＤ回路１０の接続端子ｔ１０とが接続されることにより、電流ドライバ回路５から外付けＬＥＤ回路１０に駆動電流が供給される。

次に、図７に示す電流ドライバ回路５の動作を説明する。
ＬＥＤ１０ａに電流を流さない時の動作は、図２に示す第２実施形態における電流ドライバ回路２の動作と同様であって、制御装置２０は、制御信号Ｓｃとしてパワーダウン信号を電流ソースＣ１及び演算増幅器ＯＰ１に出力する。
パワーダウン信号を入力すると、電流ソースＣ１は電流供給を停止し、演算増幅器ＯＰ１は、出力電位がグラウンド電位まで低下する。これにより高耐圧トランジスタＭ１がオフ状態となり、外付けＬＥＤ回路１０への電流供給が停止される。

ＬＥＤ１０ａに電流を流す時には、制御装置２０は、制御信号Ｓｃとしてパワーアップ信号を電流ソースＣ１及び演算増幅器ＯＰ１に出力する。パワーアップ信号が入力された電流ソースＣ１及び演算増幅器ＯＰ１は起動し、電流ソースＣ１からの電流を受けて、バイアストランジスタＭ７のドレイン電位が上昇する。バイアストランジスタＭ７のゲートはバイアス電位Ｖｂｉａｓに制御されているため、バイアストランジスタＭ７がオンとなり、バイアストランジスタＭ７のソース電位が上昇する。これにより、ＭＯＳトランジスタＭ２のドレイン電位及びゲート電位が上昇するが、電流ソースＣ１の電流を流せるだけのゲート電位になった時点で上昇は止まる。このとき、バイアストランジスタＭ７のサイズ及びゲート電位（つまりバイアス電圧Ｖｂｉａｓ）を適切に与えることで、ＭＯＳトランジスタＭ２のドレイン電位をＶＯＮ２（＝ＶＧＳ２−Ｖｔｈ２）まで低下させることができる。ここでＶＧＳ２はＭＯＳトランジスタＭ２のゲート・ソース間電圧、Ｖｔｈ２はＭＯＳトランジスタＭ２のしきい値電圧を表す。

ＭＯＳトランジスタＭ２とＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のゲートは共通ノードのため、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６も電流を流そうとするが、パワーアップ信号が供給された瞬間は演算増幅器ＯＰ１の出力が低い電位にあるため、高耐圧トランジスタＭ１はオフ状態であり電流を流せない。したがって、高耐圧トランジスタＭ１のソース及びＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のドレイン電位はグラウンド電位まで低下する。
その結果、演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子Ｖａ及び反転入力端子Ｖｂ間に電位差が生じ、演算増幅器ＯＰ１の出力レベルが上昇する。これにより、高耐圧トランジスタＭ１がオン状態となり、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６が電流を流すことが可能になる。

このとき、演算増幅器ＯＰ１には負帰還がかかっているため、演算増幅器ＯＰ１の非反転入力端子Ｖａと反転入力端子Ｖｂとが等しくなるように演算増幅器ＯＰ１の出力を調整する。その結果、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のゲート・ソース電圧ＶＧＳ３〜ＶＧＳ６及びドレイン・ソース電圧ＶＤＳ３〜ＶＤＳ６は、ＭＯＳトランジスタＭ２のゲート・ソース電圧ＶＧＳ２及びドレイン・ソース電圧ＶＤＳ２と等しくなり、電流ソースＣ１の電流を基準に所望の電流を外付けＬＥＤ回路１０に流すことが可能となる。

上述したように、第５実施形態における電流ドライバ回路５によれば、ＬＥＤ１０ａに電流供給を行うときに、ＭＯＳトランジスタＭ２のドレイン電位及びＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のドレイン電位をＶＯＮ２まで下げることができる。これは、図４〜図６に示す、第２〜第４実施形態における電流ドライバ回路２〜４に比較して、ＭＯＳトランジスタＭ２のドレイン電位をＶｔｈ２相当だけ下げることができることになる。

つまり、ＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ６のドレイン電位をＶｔｈ２相当だけ下げることができることになり、高耐圧トランジスタＭ１のドレイン電位を下げることが可能となることから、ＬＥＤ１０ａを駆動するための電源電圧を従来よりも低くすることができる。或いは、従来よりも順方向電圧のばらつきが大きい安価なＬＥＤ１０ａを使用することができる。

以上、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例又は実施形態も網羅すると解すべきである。

本発明の電流ドライバ回路は、特に、ディスプレイ制御、複写機・複合機の発光制御等に用いられる電流ドライバ回路として利用することができる。

１、１ａ、１ｂ、２〜５ 電流ドライバ回路
１０ 外付けＬＥＤ回路
１０ａ ＬＥＤ
２０ 制御装置
Ｃ１ 電流ソース
Ｍ１ 高耐圧トランジスタ
Ｍ２ ＭＯＳトランジスタ
Ｍ３〜Ｍ６ ＭＯＳトランジスタ
Ｍ７ バイアストランジスタ
ＭＤ１ トランジスタ
ＯＰ１ 演算増幅器
ＳＷ１ スイッチング素子
Ｔ１ 外部出力端子
ｔ１０ 接続端子

Claims (7)

1. 一端に定電流源が接続され、ダイオード接続された第１のトランジスタと、
   当該第１のトランジスタにカレントミラー接続された第２のトランジスタと、
   外部出力端と前記第２のトランジスタとの間に接続される、前記第１及び第２のトランジスタよりも高耐圧の第３のトランジスタと、を備え、
   前記第３のトランジスタの制御端には、前記第２のトランジスタの前記第３のトランジスタと接続された一端の電位が、前記第２のトランジスタの耐圧に基づき予め設定された目標値となるように調整する調整電圧が入力される電流ドライバ回路。
2. 前記第１のトランジスタの前記定電流源と接続される一端と、前記第２のトランジスタの前記第３のトランジスタと接続される一端とが各入力端に接続され、これら入力端への入力信号が一致するように出力を調整する演算増幅器を備え、
   前記演算増幅器の出力端は前記第３のトランジスタの制御端に接続される請求項１に記載の電流ドライバ回路。
3. 一端に定電流源が接続され、制御端にバイアス電圧が入力されるバイアストランジスタと、
   一端が前記バイアストランジスタの他端と接続され、制御端に前記バイアストランジスタの前記定電流源と接続される一端が接続される第１のトランジスタと、
   当該第１のトランジスタにカレントミラー接続された第２のトランジスタと、
   外部出力端と前記第２のトランジスタとの間に接続される第３のトランジスタと、
   前記バイアストランジスタの他端と、前記第２のトランジスタの前記第３のトランジスタと接続される一端とが各入力端に接続され、これら入力端への入力信号が一致するように出力を調整する演算増幅器と、を備え、
   前記演算増幅器の出力端は前記第３のトランジスタの制御端に接続される電流ドライバ回路。
4. 前記第２のトランジスタは、前記第１のトランジスタにカレントミラー接続される複数のトランジスタを含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電流ドライバ回路。
5. 前記第２のトランジスタの両端間に接続されるスイッチング素子を備え、
   前記スイッチング素子は、電流供給停止時に導通状態に制御される請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電流ドライバ回路。
6. 前記第２のトランジスタの両端間に接続され、ダイオード接続された第４のトランジスタを備える請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電流ドライバ回路。
7. 前記第２のトランジスタＭ３の両端間に接続される抵抗素子を備える請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電流ドライバ回路。

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