JP3957150B2 - Led駆動回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、LEDを周期的に点滅させることで、LEDによって消費される電力を低減させることが可能な、LED駆動回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のLEDの駆動回路としては、図15の回路図に示されるようなLEDの駆動回路が知られていた。即ち、電源端子10には電源電圧VDD[V]が接続され、定電流発生回路15は、基準電圧11の出力電圧Vref[V]と抵抗13の電圧Va[V]の差電圧を誤差増幅器12が増幅して、Vr ef-Va=0となるようにトランジスタ14のゲート電圧Verrを制御する。
【0003】
ここでは、出力端子1と2の2つの端子に、それぞれLED19とLED20が接続されている。
抵抗13の抵抗値をR13[Ω]とすれば、抵抗R13には電流I=Va/R13[A]が流れる。抵抗R13と同じ電流がトランジスタ14及び16にも流れる。カレント・ミラー回路21によって、トランジスタ16〜18が全て同じ特性であれば、トランジスタ16と同じ電流がトランジスタ17、18にも流れLED19、20を点燈させる。
すなわち、LED19、20を流れる電流Iout1、Iout2は、(1)式で与えられる。
【0004】
【式1】
【0005】
よって、LED19、20に流す電流値は、抵抗13の値もしくは、基準電圧11の出力電圧値を調整することで所望の電流値に設定することができる。
【0006】
図15のLED駆動回路の消費電力Pdは、基準電圧回路11や、誤差増幅回路12の消費電力がLEDによって消費される電力に比べて無視できるくらい小さいとすると、(2)式で与えられる。
【0007】
【式2】
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のLED駆動回路では、消費電力を下げるには、LEDの電流値を下げる必要があり、その場合LEDの輝度が低下するという問題点があった。
そこで、この発明の目的は従来のこのような問題点を解決するために、LEDの視覚上の輝度を従来と同一に保ったまま、LED駆動回路の消費電力を下げることを目的としている。
【0009】
【発明の実施の形態】
上記問題点を解決するために、この発明ではLEDの点燈を常時点燈から時分割で点燈させて、LED駆動回路の消費電力を下げた。
【0010】
【実施例】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明の第1の実施例を示すLED駆動回路である。定電流発生回路15、カレントミラー回路21とLED19、20は従来と同様である。
【0011】
カレントミラー回路のトランジスタ17、18とLEDを接続する端子1、2の間にスイッチ4、5が挿入され、前記スイッチ4、5はスイッチ制御回路3からの信号電圧V1、V2によってON/OFF制御される。
【0012】
スイッチ制御回路3からの信号電圧V1、V2の例を図2に示す。横軸時間、縦軸はV1とV2の電圧を示す。図2の場合、V1とV 2の電圧は相補的に変化し、V1が高い電圧(以後Hと記述する)のときはV2は低い電圧(以後Lと記述する)となる。V1およびV2がHの時に、スイッチ4及び5がONするとすれば、LED19、20は交互に点滅を繰り返すことになる。
【0013】
この時、図1のLED駆動回路の消費電力Pdは、基準電圧回路11や、誤差増幅回路12の消費電力及びスイッチ制御回路3の消費電力がLEDによって消費される電力に比べて無視できるくらい小さいとすると、(3)式で与えられる。
【0014】
【式3】
【0015】
LEDへ電流を流す時間は、従来に比較して1/2となるので、消費電力を従来の2/3に抑えることが可能である(LED部のみであれば、従来に比べ消費電力は1/2となる)。
例えば、液晶パネルのバックライトとしてLEDを点燈させた場合、従来は常時点燈であるが、本実施例のようにLEDを時分割で点燈させることにより消費電力を抑え、かつ表示は残像効果により従来と差し支えない状態で使用可能である。
【0016】
図2では、LED19とLED20を交互に点滅させているが、LED19とLED20が同時に点燈の時間を設けても同時に消灯の時間を設けても良い。LED19またはLED20に消灯する期間があれば、その分、従来に比較して消費電力を低減する事が可能である。
【0017】
LEDを時分割で点燈させる時の周期として、液晶パネルのバックライトとしてLEDを点燈させる場合、視覚上ちらつきにならない周波数でLEDを時分割で点燈させる必要がある。その為には、LEDを5Hz以上の周波数で時分割して点燈させる必要がある。
【0018】
図1では、トランジスタ17、18の出力にスイッチ4及び5が挿入されているが、図3に示すように、スイッチ制御回路3からの信号により、スイッチ回路40、50によってトランジスタ17、18のゲート電圧を切り換えても、同様の効果がある。すなわち、スイッチ制御回路3からの信号V1がHの時、トランジスタ17のゲートをトランジスタ16のゲートに接続して、LED19に電流を流し、信号V1がLの時、トランジスタ17のゲートをVDDに接続してLED19への電流を遮断する。また、スイッチ制御回路3からの信号V2がHの時、トランジスタ18のゲートをトランジスタ16のゲートに接続して、LED20に電流を流し、信号V2がLの時、トランジスタ18のゲートをVDDに接続してLED20への電流を遮断する。
【0019】
また、液晶のバックライトとしては、白色LEDが用いられる場合があるが、LEDの発光効率上LEDには5mA〜30mA程度の電流を流す必要がある。時分割でLEDを点燈させた場合、通常の連続通電の定格電流よりも多くの電流を瞬間的に流すことが可能なため輝度を向上させることも可能である。
【0020】
次に、第2の実施例について説明する。図4は本発明の第2の実施例を示すLED駆動回路である。定電流発生回路15、カレントミラー回路21とLED19、20は従来と同様である。カレントミラー回路のトランジスタ17、18とLEDを接続する端子1、2の間にスイッチ4、5が挿入され、前記スイッチ4、5はスイッチ制御回路6からの信号電圧V1、V2によってON/OFF制御される。スイッチ制御回路6には、外部からの制御端子7が接続されており、制御端子7の信号V7によって、V1、V2の周期または、点燈時間を制御する。
【0021】
図5に周期を変化させる例を示す。図5(a)に制御端子7の電圧V7が低い時を、(b)に制御端子7の電圧V7が高い時をそれぞれ示す。制御端子7の電圧V7によって、スイッチ制御回路6の内部の発振回路の周波数を変化させる。制御端子7の電圧V7が低い時はスイッチ制御回路6の内部の発振回路の周波数が下がり、LEDの点滅周期が長くなり、逆に制御端子7の電圧V7が高いときは、LEDの点滅周期が短くなる。
【0022】
実施例2ではLEDの点滅の周期を、液晶パネルの大きさや特性に合わせて調整することが可能となる。
また、図4において制御端子7の信号によって、LEDの点滅時間を制御する例を図6に示す。図6(a)に制御端子7の電圧V7が低い時を、(b)に制御端子7の電圧V7が高い時をそれぞれ示す。制御端子7の電圧V7が低い時はスイッチ制御回路6の内部の単安定マルチバイブレータの時間を制御することで、LED19と20の点燈時間の割合は50%-50%で同じだが、制御端子7の電圧V7の電圧が高いときはLED19の点燈時間を短くし、LED20の点燈時間を長くする。
【0023】
図6では、LED19とLED20を相補的に点燈させているが、同時に点燈する期間や同時に消燈する期間を設けても構わない。
【0024】
図7に、ある一定周期でLED19とLED20を点滅させる時の、図4の制御回路6の例を示す。発振回路51は、ある一定の周期で発振する。前記発振回路の出力OSC1は、第一の単安定マルチバイブレータ53とインバータ52を介して、第2の単安定マルチバイブレータ54に接続されている。単安定マルチバイブレータ53、54はOSC1及びインバータ52の電圧の立ち上がりでトリガがかかり、制御端子7の電圧によって決定される時間幅の出力パルスをV1、V2の電圧として発生する。
【0025】
図8に、制御端子7の電圧によって、単安定マルチバイブレータ53、54の出力V1、V2が変化する例を示す。
図8(a)に制御端子7の電圧が低い時のV1、V2電圧を、(b)に制御端子7の電圧V7が高い時のV1、V2の電圧をそれぞれ示す。制御端子7の電圧V7が低い時に単安定マルチバイブレータによって生成されるパルス幅が短くなり、電圧V7が高い時に単安定マルチバイブレータによって生成されるパルス幅が長くなる場合について図8では示している。
【0026】
実施例2ではLEDの点滅の時間割合及び周期を、液晶パネルの大きさや、温度、表示速度等の特性に合わせて調整することが可能となる。
【0027】
次に、第3の実施例について説明する。
【0028】
図9に、図3において制御端子7の信号によって、点滅制御させるLEDを選択する場合の実施例を、本発明の第3の実施例として示す。
図9(a)に制御端子7の電圧V7が低い時のV1、V2電圧を、(b)に制御端子7の電圧V7が高い時のV1、V2電圧をそれぞれ示す。制御端子7の電圧V7が低い時は、V1はHのままでLED19を常時点燈させ、LED20を点滅制御するが、制御端子7の電圧V7が高い時はV2はHのままでLED20を常時点燈させ、LED19を点滅制御する。
【0029】
実施例3では複数個のLEDのうち、いづれか1つは常時点燈させ、他のLEDのうちいづれか1つは点滅制御することで、液晶パネルの用途に合わせて、低消費電力のバックライト用のLEDの駆動が可能となる。
【0030】
次に、第4の実施例について説明する。
図10は本発明の第4の実施例を示すLED駆動回路である。図1との違いは、定電流発生回路15の抵抗13が可変抵抗30になっている点である。可変抵抗30は外部端子31からの信号電圧によって、変化する。可変抵抗30の値が変化する事でLED19、LED20に流れる電流値を変化させることができるのは(1)式より明白である。
【0031】
図10では、外部信号によって可変抵抗30の値を変化させているが、基準電圧回路11の出力電圧値Vref[V]の値を変化させてもLED19、LED20に流れる電流値を変化させることができるのは(1)式より明白である。
また、図10において可変抵抗30の値を外部端子31からの信号で制御せずに、LED駆動回路内に温度センサを集積化し、前記温度センサの出力によって可変抵抗30の値を制御すれば、温度によって変化する液晶の特性に合わせて、LEDに流す電流値を調整することができる。
【0032】
以上、制御するLEDを2個として実施例を述べたが、3個以上でも同様に、かつ、さらに複雑にLEDの駆動方法を制御できることは明白である。また、スイッチ4及び5は簡単にスイッチの役目をするトランジスタに置き換えることが可能である。
【0033】
次に、第5の実施例について説明する。
【0034】
図11は本発明の第5の実施例を示すLED駆動回路である。定電流発生回路15は、従来と同様である。定電流発生回路15の基準電圧回路11の電源は、電源端子10に接続されている。昇圧回路101は、電源端子10の電圧VDD[V]を、より高い電圧VDDU[V]に端子100の電圧を昇圧する。昇圧回路101は、容量を使用したチャージ・ポンプ型のものでも、コイルを使用したスイッチング・レギュレータ型でも昇圧の機能を実現できるのであれば、回路方式は問わない。昇圧回路101には、コンパレータ60の出力が接続されており、コンパレータ60の出力電圧によって、昇圧回路101の動作のON/OFFを制御する。コンパレータ60のプラス端子には、定電流発生回路15の誤差増幅回路13のプラス端子入力電圧Vref[V]が印加され、マイナス端子には誤差増幅回路13のマイナス端子入力電圧Va[V]が印加されている。
【0035】
図11において、昇圧回路101は、コンパレータ60の出力電圧が高いとき、すなわち、Vref[V]>Va[V]の時、昇圧動作を行い、コンパレータ60の出力電圧が低いとき、すなわち、Vref[V]<Va[V]の時、昇圧動作を停止する。このように制御することで、抵抗13に流れる電流が、I=Vref/R13[A]となる最適の昇圧された電圧VDDU[V]でLEDを駆動させることが可能となる。
【0036】
トランジスタ61は、ソース・フォロア回路で、定電流源63によって、駆動されLED19の接続されている端子1の電圧よりも、およそしきい値電圧下がった電圧をソースに発生する。トランジスタ62もソース・フォロア回路で、前記トランジスタ61のソース電圧よりも、およそしきい値電圧上がった電圧をソース、即ち、トランジスタ16のゲートとドレインに発生する。トランジスタ61と62のしきい値電圧の絶対値が等しいと、端子1の電圧と、ほぼ等しい電圧がトランジスタ16のゲートとドレインに発生するため、トランジスタ16と17で構成するカレント・ミラーが正確に動作する。
【0037】
例えば、リチウムイオン2次電池を端子10の電源電圧VDD[V]に使用する場合、その電圧はおよそ、3.6V程度である。一方、白色LEDの順方向ON電圧は、最大4.0V程度必要であるため、リチウムイオン2次電池の電圧を白色LEDが点燈する電圧まで昇圧する必要がある。
一般に、昇圧回路で昇圧した後に、定電流回路を付加する場合、昇圧回路の昇圧電圧値は、ある一定の値、例えば5Vになるように制御される。そのため、必要以上の電圧がトランジスタ17のドレイン・ソース間にかかり、損失または発熱の原因となる。実施例5のようにLEDの電流を一定に保つように、昇圧電圧を制御することで、トランジスタ17のドレイン・ソース間の電圧は、より低い値に抑えることが可能であり、損失および発熱の点で、優れた特性となる。
【0038】
図12では、図11に比較してコンパレータ60のマイナス入力端子に、オフセット用電源64が、挿入されている。図11では、コンパレータ60のオフセット電圧によってよっては、正常に動作しない場合があるが、図12に示すように、オフセット用電源64を挿入することで、安定に動作させることが可能となる。オフセット用電源の電圧値をVof1[V]とすれば、昇圧回路101のON/OFF制御は、Vref>VA+Vof1の時、コンパレータ60の出力が高くなり、101は昇圧動作を行い、Vref<VA+Vof1の時、コンパレータ60の出力が低くなり、101は昇圧動作を停止する。このようにすると、抵抗13に流れる電流は、I=(Vref-Vof1)/R13[A]となるように制御される。
【0039】
この場合、Vof1[V]は、コンパレータ60のオフセット電圧よりも、大きい値とする。
図13に別の実施例を示す。図11との違いは、昇圧回路101のON/OFF制御を行うコンパレータ70の、プラス入力端子が誤差増幅器12の出力電圧Verr[V]に、マイナス入力端子が昇圧された電圧VDDU[V]から、オフセット用電源71の電圧Vof2[V]を引いた値としている点である。この場合、昇圧回路101のON/OFF制御は、Verr>VDDU-Vof2の時、コンパレータ70の出力が高くなり、101は昇圧動作を行い、 Verr<VDDU-Vof2の時、コンパレータ70の出力が低くなり、101は昇圧動作を停止する。抵抗R13に流れる電流Iが、Vref/R13よりも小さいときは、誤差増幅器12の出力Verrは、高くなる。逆に、抵抗R13に流れる電流Iが、Vref/R13よりも大きいときは、誤差増幅器12の出力Verrは、低くなる。従って、抵抗R13に流れる電流Iが、Vref/R13よりも小さいときは、誤差増幅器12の出力Verrは、高くなりVDDUとほぼ同じ電圧まで上昇する。その時は、コンパレータ70の出力は高くなっているので、昇圧回路101は昇圧動作を行う。やがて、VDDUの電圧値が大きくなり、定電流回路15が電流を流せるようになると、誤差増幅器12の出力電圧Verrは、徐々に下がり、 Verr<VDDU-Vof2の時、コンパレータ70の出力が低くなり昇圧回路101の昇圧動作を停止する。このように、制御することで、必要以上に昇圧電圧VDDUを高くすることを防止でき、前述のように、損失および発熱の点で、優れた特性となる。
【0040】
図11、12のコンパレータ60及び図13のコンパレータ70には、若干のヒステリシスを付加しておくと回路の動作がより安定する。
【0041】
次に、第6の実施例について説明する。
【0042】
図14に本発明の第6の実施例を示す。図12に対し、図14はスイッチ制御回路3とスイッチ4、5とLED20が付加されている。これらは、すべて図1と同等である。さらに、スイッチ74、75が付加されており、スイッチ4と74、スイッチ5と75はそれぞれ同期しており、スイッチ4が閉じている時はスイッチ74も閉じており、スイッチ4が開いている時は、スイッチ74も開いている。スイッチ5と75についても同様である。
【0043】
スイッチ制御回路3によって、LED19とLED20の点滅を制御するので、その点燈しているLEDのアノード電圧によって、昇圧回路101のON/OFFを制御する。
但し、LED19とLED20の両方ともONの時には、スイッチ74と75は、同時にONすることないように、どちから片方を優先させるようなロジックで制御する。
【0044】
また、LED19とLED20の両方OFF時の不安定動作を除くために、スイッチ制御回路3の出力V1とV2でORをとり、その出力がL(低い)の時は、昇圧回路101の昇圧動作を止めるようにしても良い。
【0045】
さらに、LED19とLED20を相補的に点燈させるように制御すれば、昇圧回路101の昇圧能力は、常時点燈時の半分でかまわないため、昇圧回路も含めてLED駆動回路の最適化が可能となる。
なお、LED19、20は特に、相補的に点燈させる必要はなく、前述の実施例1〜4のようにさまざまな駆動方法が考えられ、またLEDの数も2つ以上であれば、いくつでも構わない。
【0046】
【発明の効果】
本発明のLED駆動回路では、液晶の特性に合わせて最適な点燈をさせることで、LED駆動時の消費電力を低減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例のLED駆動回路の説明図である。
【図2】本発明の第1の実施例のスイッチ駆動電圧の説明図である。
【図3】本発明の第1の実施例の別のLED駆動回路の説明図である。
【図4】本発明の第2の実施例のLED駆動回路の説明図である。
【図5】本発明の第2の実施例のスイッチ駆動電圧の一例の説明図である。
【図6】本発明の第2の実施例のスイッチ駆動電圧の一例の説明図である。
【図7】本発明の第2の実施例のスイッチ制御回路6の一例の説明図である。
【図8】本発明の第2の実施例のスイッチ駆動電圧の一例の説明図である。
【図9】本発明の第3の実施例のスイッチ駆動電圧の一例の説明図である。
【図10】本発明の第4の実施例のLED駆動回路の説明図である。
【図11】本発明の第5の実施例のLED駆動回路の説明図である。
【図12】本発明の第5の実施例のLED駆動回路の説明図である。
【図13】本発明の第5の実施例のLED駆動回路の説明図である。
【図14】本発明の第6の実施例のLED駆動回路の説明図である。
【図15】従来のLED駆動回路の説明図である。
【符号の説明】
3、6 スイッチ制御回路
4、5 スイッチ
7 制御端子
15 定電流発生回路
19、20 LED
21 カレントミラー回路
Claims (7)
- 液晶パネルのバックライトとして用いられる複数のLEDを駆動するLED駆動回路において、
抵抗と、基準電圧と前記抵抗の電圧との差電圧を増幅して出力信号を出力する誤差増幅器と、前記出力信号に基づいて前記抵抗に流れる定電流を出力するトランジスタと、を有する定電流発生回路と、
前記定電流に基づいた電流を出力するカレントミラー回路と、
前記定電流に基づいた電流によって駆動される、前記複数のLEDの中の1個以上のLEDからなる一のLED群と、
前記定電流に基づいた電流によって駆動される、前記複数のLEDの中の1個以上のLEDからなる他のLED群と、
前記カレントミラー回路から前記一のLED群への電流を制御し、1個以上のスイッチからなる一のスイッチ群と、
前記カレントミラー回路から前記他のLED群への電流を制御し、1個以上のスイッチからなる他のスイッチ群と、
前記一のスイッチ群を所定周期でオンオフ制御し、前記他のスイッチ群を前記所定周期から半周期ずれた周期でオンオフ制御するスイッチ制御回路と、
を備えていることを特徴とするLED駆動回路。 - 前記スイッチ制御回路は、外部からの信号により、前記一のスイッチ群及び前記他のスイッチ群を介し、前記一のLED群及び前記他のLED群の中の所定のLEDを選択して動作させることを特徴とする請求項1記載のLED駆動回路。
- 前記スイッチ制御回路は、外部からの信号により、前記一のスイッチ群及び前記他のスイッチ群を介し、前記一のLED群及び前記他のLED群の各LEDの点滅周期または点燈時間を制御することを特徴とする請求項1記載のLED駆動回路。
- 前記定電流発生回路は、外部からの信号により、前記抵抗の値を変化させることを特徴とする請求項1記載のLED駆動回路。
- 前記定電流発生回路は、外部からの信号により、前記基準電圧の値を変化させることを特徴とする請求項1記載のLED駆動回路。
- 前記定電流発生回路は、温度によって前記抵抗の値を変化させることを特徴とする請求項1記載のLED駆動回路。
- 前記定電流発生回路は、温度によって前記基準電圧の値を変化させることを特徴とする請求項1記載のLED駆動回路。
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