JP4379182B2

JP4379182B2 - 電源制御回路

Info

Publication number: JP4379182B2
Application number: JP2004104471A
Authority: JP
Inventors: 順司竹下; 雅之鈴木
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP2005295630A

Description

本発明は電源制御回路に係り、特に、入力電圧を昇圧させる昇圧手段と、昇圧手段により昇圧された昇圧電圧を整流する整流手段と整流手段により整流された電流が供給される負荷との間に接続され、整流手段と負荷との接続をスイッチングするスイッチ手段とが接続され、負荷に流れる電流に応じて制御しており、外部から供給されるコントロール信号に応じて昇圧手段の昇圧動作を停止させるとともに、スイッチ手段をオフさせる制御手段を有する電源制御回路に関する。

近年、携帯電話を始めとした携帯機器が広く普及している。携帯機器は、電池で駆動されるため、その表示装置として液晶ディスプレイパネルが搭載されている。

液晶ディスプレイパネルは、光源が必要となる。液晶ディスプレイパネルの光源としては、外光の他、陰極線管やＬＥＤなどがある。

携帯機器に搭載される液晶ディスプレイの光源としては、高輝度、高効率であり、かつ、小型化が可能である白色ＬＥＤを用いた光源が注目されている。液晶ディスプレイの光源として白色ＬＥＤを搭載する場合には、画面のちらつきを防いだり、輝度を均一化したりするために複数のＬＥＤを直列接続して使用している。

このとき、携帯機器の電池は、小型化、小電力化のため低電圧化されているため、直列接続された複数のＬＥＤを駆動するには電圧が低い。このため、電池電圧を昇圧してＬＥＤを駆動するための電源電圧を得る昇圧型の電源回路が搭載されている（特許文献１参照）。

また、携帯機器では、電池の消耗を防ぐため、非操作時間などに応じてＬＥＤの発光を停止させる動作がしばしば行われる。このとき、電源回路を制御して、ＬＥＤへの駆動電源の供給を停止することにより、ＬＥＤの発光を停止していた。

図５は従来のＬＥＤ発光装置の回路構成図を示す。

ＬＥＤ発光装置１は、電流制御ＩＣ１１、電源１２、負荷１３、平滑用キャパシタＣin、Ｃout、昇圧用コイルＬ0、整流用ショットキーバリアダイオードＳＢＤ、遮断用ＭＯＳトランジスタＭ0、出力検出用抵抗Ｒｓから構成される。

電源１２からの入力電圧Ｖinは、平滑用キャパシタＣinにより平滑化されてコイルＬ0の一端、及び電流制御ＩＣ１１の端子Ｔ１に印加される。コイルＬ0の他端は、ショットキーバリアダイオードＳＢＤのアノード及び電流制御ＩＣ１１の端子Ｔ２に接続されている。ショットキーバリアダイオードＳＢＤのカソードは、電流制御ＩＣ１１の端子Ｔ３に接続されるとともに、遮断用ＭＯＳトランジスタＭ0を通して負荷１３に接続されている。

負荷１３は、発光ダイオードＤ１〜Ｄｎを直列接続した構成とされている。発光ダイオードＤ１〜Ｄｎは、出力電圧Ｖoutに応じた電流が流れ、発光する。発光ダイオードＤ１〜Ｄｎを流れた電流は、抵抗Ｒｓを介して接地に流れる。抵抗Ｒｓには、負荷１３に流れる電流に応じた電圧が発生する。負荷１３と抵抗Ｒｓとの接続点は、電流制御ＩＣ１１の端子Ｔ５に接続されている。

また、負荷１３及び抵抗Ｒｓからなる直列回路には、並列に平滑用キャパシタＣoutが接続されている。平滑用キャパシタＣoutは、負荷１３に印加される電圧Ｖoutを平滑化する。

電流制御ＩＣ１１は、制御部２１、ドライバ２２、バッファアンプ２３、遮断回路２４、スイッチング用ＭＯＳトランジスタＭ11から構成される。

制御部２１には、端子Ｔ５から負荷１３と抵抗Ｒｓとの接続点の電圧Ｖｓが印加される。制御部２１は、端子Ｔ５の印加電圧Ｖｓが一定となるように出力パルスをＰＷＭ（pulse width modulation）制御している。制御部２１の出力パルスは、ドライバ２２を介してＭＯＳトランジスタＭ11のゲートに供給される。ドライバ２２は、例えば、反転アンプから構成されており、制御部２１の出力パルスを反転増幅してＭＯＳトランジスタＭ11のゲートに供給している。

ＭＯＳトランジスタＭ11は、端子Ｔ２と接地端子Ｔ６との間に接続されており、ドライバ２２からのパルスに応じてスイッチングされ、オン時に端子Ｔ２と接地端子Ｔ６とを接続し、オフ時に端子Ｔ２を開放状態とする。ＭＯＳトランジスタＭ11がオンすることにより、コイルＬ0から電流が接地に流れる。なお、このとき、ショットキーバリアダイオードＳＢＤは、逆方向電圧が印加されることになり、オフするため、負荷１３側からは電流は引き込まれない。

次に、ＭＯＳトランジスタＭ11がオフすると、コイルＬ0に逆起電力が発生する。コイルＬ0に発生する逆起電力によりコイルＬ0の他端の電圧が昇圧される。コイルＬ0の他端に発生する昇圧された電圧がショットキーバリアダイオードＳＢＤ、ＭＯＳトランジスタＭ0を通して出力され、平滑用キャパシタＣoutにより平滑化されて負荷１３に印加される。

また、電流制御ＩＣ１１には、端子Ｔ７に負荷１３への電流供給を停止させるためのコントロール信号が供給されている。コントロール信号は、負荷１３への電流供給を停止させるときにローレベルとなり、負荷１３に電流を供給するときにはハイレベルとされる。

端子Ｔ７に供給されたコントロール信号は、バッファアンプ２３に供給される。バッファアンプ２３は、反転増幅回路から構成され、コントロール信号を反転増幅する。なお、このとき、バッファアンプ２３は、端子Ｔ１と端子Ｔ６との間に接続されて、入力電圧Ｖinが印加され、入力電圧Ｖinによって駆動される。

バッファアンプ２３で反転増幅された反転コントロール信号は、制御部２１及び遮断回路２４に供給される。制御部２１及び遮断回路２４には、端子Ｔ７に供給されるコントロール信号がハイレベルのときには、ローレベルの反転コントロール信号が供給される。制御部２１は、反転コントロール信号がローレベルのときには、端子Ｔ５の印加電圧Ｖｓに応じてＰＷＭ制御されたパルス信号を、ドライバ２２を介してＭＯＳトランジスタＭ11に供給する。一方、遮断回路２４は、反転コントロール信号がローレベルのときには、ＭＯＳトランジスタＭ0のゲートをローレベルとして、ＭＯＳトランジスタＭ0をオンする。これによって、昇圧された出力電圧Ｖoutが負荷１３に印加される。

また、制御部２１及び遮断回路２４には、端子Ｔ７に供給されるコントロール信号がローレベルのときには、ハイレベルの反転コントロール信号が供給される。制御部２１は、反転コントロール信号がハイレベルのときには、出力パルスをハイレベルに保持する。制御部２１の出力パルスがハイレベルに保持されると、ＭＯＳトランジスタＭ11のゲートがローレベルに保持され、ＭＯＳトランジスタＭ11はオフする。これによって、コイルＬ0による昇圧動作は停止される。また、遮断回路２４は、反転コントロール信号がハイレベルのときには、ＭＯＳトランジスタＭ0のゲートをハイレベルとして、ＭＯＳトランジスタＭ0をオフする。ＭＯＳトランジスタＭ0がオフすることにより負荷１３への電流の供給が完全に遮断される。これによって、昇圧動作停止時に負荷１３である発光ダイオードＤ１〜Ｄｎに微小電流が流れ、発光ダイオードＤ１〜Ｄｎが微発光することを防止できる。

特開２００３−３５１４６４号公報

図６は従来のＬＥＤ発光装置の動作波形図を示す。図６（Ａ）は端子Ｔ２の電圧波形、図６（Ｂ）はコントロール信号の波形を示す。

しかるに、従来の回路では、コントロール信号に基づいてＭＯＳトランジスタＭ0、Ｍ11を同時にスイッチングさせていた。このため、図６（Ｂ）に示すように昇圧電圧出力時の時刻ｔ１でコントロール信号をハイレベルからローレベルに遷移させると、ＭＯＳトランジスタＭ0、Ｍ11が同時にオフされる。時刻ｔ１で、ＭＯＳトランジスタＭ0、Ｍ11が同時にオフされると、コイルＬ０に蓄積された電磁エネルギーの放電経路が同時に遮断されるため、図６（Ａ）に示すように端子Ｔ２の電圧が急激に上昇する。このため、ＭＯＳトランジスタＭ11、Ｍ0などの素子の耐圧を高く設定する必要があり、電源ＩＣの小型化が阻害さるなどの問題点があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、遮断時の昇圧電圧による高電圧化を防止できる電源制御回路を提供することを目的とする。

本発明は、入力電圧（Ｖin）を昇圧させる昇圧手段（Ｌ０）と、昇圧手段（Ｌ０）により昇圧された昇圧電圧を整流する整流手段（ＳＢＤ）と、整流手段（ＳＢＤ）により整流された電流が供給される負荷（１３）との間に接続され、整流手段（ＳＢＤ）と負荷（１３）との接続をスイッチングするスイッチ手段（Ｍ０）とが接続され、負荷（１３）に流れる電流に応じて制御しており、外部から供給されるコントロール信号に応じて昇圧手段（Ｌ０）の昇圧動作を停止させるとともに、スイッチ手段（Ｍ０）をオフさせる制御手段（２１）を有する電源制御装置（１１１、２１１）において、昇圧手段（Ｌ０）の昇圧動作が停止されるときに、昇圧手段（Ｌ０）の昇圧動作の停止より遅れて、スイッチ手段（Ｍ０）をオフさせる遮断手段（１２４、２２４）を有し、スイッチ手段（Ｍ０）は、整流手段（ＳＢＤ）と負荷（１３）との間にソース−ドレーンが接続されたＭＯＳトランジスタから構成され、遮断手段（２２４）は昇圧手段（Ｌ０）の昇圧動作が停止されるときに、ＭＯＳトランジスタ（Ｍ０）のゲートに入力電圧（Ｖin）を印加することを特徴とする。

遮断手段（１２４）は、コントロール信号を遅延させる遅延手段（１３２、１３４、Ｃ１）を有し、遅延手段（１３２、１３４、Ｃ１）により遅延された信号によりスイッチ手段（Ｍ０）をオフさせることを特徴とする。

なお、上記参照符号はあくまでも参考であり、これによって、特許請求の範囲が限定されるものではない。

本発明によれば、入力電圧を昇圧させる昇圧手段と、昇圧手段により昇圧された昇圧電圧を整流する整流手段と、整流手段により整流された電流が供給される負荷との間に接続され、整流手段と負荷との接続をスイッチングするスイッチ手段とが接続され、負荷に流れる電流に応じて制御しており、外部から供給されるコントロール信号に応じて昇圧手段の昇圧動作を停止させるとともに、スイッチ手段をオフさせる制御手段とを有する電源制御回路において、昇圧手段の昇圧動作が停止されるときに、昇圧手段の昇圧動作の停止より遅れて、スイッチ手段をオフさせる遮断手段を有し、スイッチ手段を、整流手段と負荷との間にソース−ドレーンが接続されたＭＯＳトランジスタから構成し、遮断手段により、昇圧手段の昇圧動作が停止されるときに、ＭＯＳトランジスタのゲートに入力電圧を印加することにより、昇圧手段による昇圧動作が停止された後でも昇圧電圧を、スイッチ手段を通して負荷に供給することができるため、昇圧手段の動作を昇圧状態のまま停止させたときでも、電流を負荷で消費する、あるいは、負荷を通して接地などに逃がすことができ、よって、昇圧手段や制御手段などに高電圧が印加されることを防止できるなどの特長を有する。

〔第１実施例〕
図１は本発明の第１実施例の回路構成図を示す。同図中、図５と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施例のＬＥＤ発光装置１０１は、電源制御ＩＣ１１１の構成が図５のＬＥＤ発光装置１とは相違する。

本実施例の電源制御ＩＣ１１１は、遮断回路１２４の構成が図５とは相違する。本実施例の遮断回路１２４は、バッファアンプ２３の出力を遅延してＭＯＳトランジスタＭ0を制御する構成とされている。

遮断回路１２４は、バッファアンプ１３１、１３３、充放電用アンプ１３２、電流源１３４、遅延用キャパシタＣ１、ゲート電圧制御用ＭＯＳトランジスタＭ21から構成されている。

バッファアンプ２３から出力される反転コントロール信号は、バッファアンプ１３１に供給される。バッファアンプ１３１は、反転増幅回路から構成されており、バッファアンプ２３から供給される反転コントロール信号を反転して出力する。バッファアンプ２３の出力信号は、充放電用アンプ１３２に供給される。

充放電アンプ１３２は、反転電流増幅回路から構成され、バッファアンプ１３１の出力信号がローレベルのときに、電流源１３４からの一定の充電電流により遅延用キャパシタＣ１を充電する。また、充放電アンプ１３２は、バッファアンプ１３１の出力信号がハイレベルになると、遅延用キャパシタＣ１を放電する。

遅延用キャパシタＣ１の充放電電圧は、バッファアンプ１３３に供給されている。バッファアンプ１３３は、反転増幅回路から構成されており、遅延用キャパシタＣ１の充電電圧が一定電圧より大きいときには出力をローレベルとし、遅延用キャパシタＣ１の充電電圧が一定電圧より小さいときには出力をハイレベルとする。

バッファアンプ１３３の出力信号は、ＭＯＳトランジスタＭ21のゲートに供給されている。ＭＯＳトランジスタＭ21は、ＮチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタから構成されており、ソース−ドレインが端子Ｔ４と端子Ｔ６との間に接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ21は、バッファアンプ１３３の出力信号がハイレベルのときにオンし、バッファアンプ１３３の出力信号がローレベルのときにオフする。

ＭＯＳトランジスタＭ21がオンすると、電流制御ＩＣ１１１の端子Ｔ４が接地レベルとなり、端子Ｔ４にゲートが接続されたＭＯＳトランジスタＭ０はオンする。ＭＯＳトランジスタＭ21がオフすると、電流制御ＩＣ１１１の端子Ｔ４がハイレベルとなるため、ＭＯＳトランジスタＭ０はオフする。

本実施例の遮断回路１２４は、端子Ｔ７のコントロール信号がハイレベルからローレベルになるとき、すなわち、負荷１３への電流の供給を停止させるときに、ＭＯＳトランジスタＭ11がオフしていから所定時間遅延してＭＯＳトランジスタＭ０をオフさせることができる。

図２は本発明の第１実施例の動作波形図を示す。図２（Ａ）は端子Ｔ２の電圧波形、図２（Ｂ）は端子Ｔ７に供給されるコントロール信号の動作波形、図２（Ｃ）はＭＯＳトランジスタＭ０のスイッチング状態を示す。

時刻ｔ11でＭＯＳトランジスタＭ11がオフし、図２（Ａ）に示すように端子Ｔ２の電圧が昇圧状態になった後に、時刻ｔ12で図２（Ｂ）に示すように端子Ｔ７に供給されるコントロール信号がハイレベルからローレベルになる、すなわち、負荷１３への電流の供給を停止するコントロール信号が供給されると、制御部２１によりＭＯＳトランジスタＭ11がオフ状態となるように保持される。時刻ｔ12から遮断回路１２４に設定された所定の遅延時間Δｔ経過した時刻ｔ13で遮断回路１２４によりＭＯＳトランジスタＭ０がオフされる。このとき、時刻ｔ12でＭＯＳトランジスタＭ11がオフされてから所定の遅延時間Δｔの間、ＭＯＳトランジスタＭ０はオン状態に保持される。なお、端子Ｔ２の電圧は、ＭＯＳトランジスタＭ０がオフした後は、入力電圧Ｖinに保持される。

本実施例によれば、ＭＯＳトランジスタＭ11がオフしてから、所定遅延時間Δｔ遅延した後に、ＭＯＳトランジスタＭ０がオフされるため、コイルＬ０に蓄積された電磁エネルギーを、ＭＯＳトランジスタＭ０を通して負荷１３で消費させた後、ＭＯＳトランジスタＭ０をオフさせることができるため、端子Ｔ２がコイルＬ０に蓄積された電磁エネルギー、すなわち、コイルＬ０に発生する逆起電力により高電圧になることを防止できる。

よって、端子Ｔ２の周囲に接続される素子の耐圧を低くできる。これによって、素子を小型化できる。また、部品を安価にでき、コストを低減できる。

〔第２実施例〕
図３は本発明の第２実施例の回路構成図を示す。同図中、図５と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施例のＬＥＤ発光装置２０１は、電源制御ＩＣ２１１の構成が図５のＬＥＤ発光装置１とは相違する。

本実施例の電源制御ＩＣ２１１は、遮断回路２２４の構成が図５とは相違する。本実施例の遮断回路２２４は、ＭＯＳトランジスタＭ０のソース−ゲート電圧の設定により、ＭＯＳトランジスタＭ０をオンさせて、コイルＬ０に蓄積されたエネルギーの放電経路を確保し、端子Ｔ２の電圧上昇を抑制する構成とされている。

遮断回路２２４は、ＭＯＳトランジスタＭ31、Ｍ32から構成されている。ＭＯＳトランジスタＭ31、Ｍ32は、ＣＭＯＳインバータ回路を構成しており、端子Ｔ１に印加される入力電圧Ｖinにより駆動する構成とされている。

図４は本発明の第２実施例の動作波形図を示す。図４（Ａ）は端子Ｔ２の電圧波形、図４（Ｂ）は端子Ｔ７に供給されるコントロール信号の動作波形、図４（Ｃ）はＭＯＳトランジスタＭ０のソース電圧ＶDの動作波形を示す。

時刻ｔ21の以前の負荷１３に電流を供給する定常動作状態では、制御部２１により端子Ｔ５の電圧に応じてＭＯＳトランジスタＭ11がスイッチングされる。このとき、端子Ｔ７に供給されるコントロール信号はハイレベルであるので、ＭＯＳトランジスタＭ31はオフ、ＭＯＳトランジスタＭ32がオンする。ＭＯＳトランジスタＭ31はオフ、ＭＯＳトランジスタＭ32がオンすることにより、端子Ｔ４の電位、すなわち、ＭＯＳトランジスタＭ０のゲート電位が略接地レベルとなるのでＭＯＳトランジスタＭ０はオンする。

ＭＯＳトランジスタＭ０がオンすることにより、コイルＬ０、ＭＯＳトランジスタ11により昇圧された電圧がショットキーバリアダイオードＳＢＤ、ＭＯＳトランジスタＭ０を通して出力される。出力された電圧は、平滑用キャパシタＣoutにより平滑化された出力電圧Ｖoutとして負荷１３に印加される。

時刻ｔ21でＭＯＳトランジスタＭ11がオフし、図４（Ａ）に示すように端子Ｔ２の電圧が昇圧状態になった後に、時刻ｔ22で図４（Ｂ）に示すように端子Ｔ７に供給されるコントロール信号がハイレベルからローレベルになる、すなわち、負荷１３への電流の供給を停止するコントロール信号が供給されると、制御部２１によりＭＯＳトランジスタＭ11がオフ状態となるように保持される。また、このとき、遮断回路２２４は、コントロール信号がローレベルとなるので、ＭＯＳトランジスタＭ31がオンし、ＭＯＳトランジスタＭ32がオフする。

このとき、ＭＯＳトランジスタＭ31、Ｍ32のソース−ドレインは、入力電圧Ｖinが印加される端子Ｔ１と接地電位とされた端子Ｔ６との間に接続されているので、ＭＯＳトランジスタＭ31がオンし、ＭＯＳトランジスタＭ32がオフすることにより、端子Ｔ４の電位、すなわち、ＭＯＳトランジスタＭ０のゲート電位が略入力電圧Ｖinとされる。

このとき、ＭＯＳトランジスタＭ０のソースには、ショットキーバリアダイオードＳＢＤを通して昇圧された電圧Ｖhが供給されている。このため、ＭＯＳトランジスタＭ０は、ソース電位に比べてゲート電位が低い状態となっており、オン状態となる。よって、昇圧された電圧Ｖhは、負荷１３、平滑用キャパシタＣoutに印加され、負荷１３により電力が消費される。

このため、昇圧された状態の端子Ｔ２が急激に負荷１３から切断されて、端子Ｔ２の電位が急激に上昇することを防止できる。

コイルＬ０に蓄積された電磁エネルギーが負荷１３に消費されると、図４（Ｃ）に示すようにＭＯＳトランジスタＭ０のソース電位ＶDは徐々に低下する。ＭＯＳトランジスタＭ０のソース電位ＶDが低下し、時刻ｔ22から遅延時間ΔＴ20程度経過した時刻ｔ23で、ＭＯＳトランジスタＭ０のソース電位ＶDが入力電圧Ｖin程度になると、ＭＯＳトランジスタＭ０は、ソース電位とゲート電位が共に入力電圧Ｖinとなるので、オフする。

以上により、ＭＯＳトランジスタＭ０を、端子Ｔ７に供給されるコントロール信号がハイレベルからローレベルになる、すなわち、負荷１３への電流の供給を停止するコントロール信号が供給されてから時間ΔＴ20程度遅延させて、オフさせることが可能となる。このため、ＭＯＳトランジスタＭ０によりコイルＬ０に蓄積された電磁エネルギーを放出する経路を確保でき、端子Ｔ２の急激な上昇を防止できる。

よって、素子の耐圧などを低下させることができ、装置の小型化が可能となる。

〔その他〕
なお、本実施例では、ショットキーバリアダイオードＳＢＤにより整流を行う電源回路に適用したが、ショットキーバリアダイオードＳＢＤに代えてＭＯＳトランジスタＭ11とは逆にスイッチングされるＭＯＳトランジスタを設けた、いわゆる、同期整流型の電源回路に対しても適用可能であることは言うまでもない。

さらに、本実施例では、ショットキーバリアダイオードＳＢＤを電流制御ＩＣ１１１、２１１の外の配置した構成としたが、ショットキーバリアダイオードＳＢＤを電流制御ＩＣ１１１、２１１に内蔵する構成とすることも可能である。

本発明の第１実施例の回路構成図である。本発明の第１実施例の動作波形図である。本発明の第２実施例の回路構成図である。本発明の第２実施例の動作波形図である。従来のＬＥＤ発光装置の回路構成図である。従来のＬＥＤ発光装置の動作波形図である。

符号の説明

１０１、２０１ＬＥＤ発光装置
１１１、２１１電源制御ＩＣ
１２電源、１３負荷
Ｌ0 コイル、ＳＢＤショットキーバリアダイオード、Ｍ0 遮断用ＭＯＳトランジスタ
Ｒs 抵抗、Ｃin、Ｃout 平滑用キャパシタ
２１制御部、２２ドライバ、２３バッファアンプ
１２４、２２４遮断回路
１３１、１３３バッファアンプ、１３２充放電用アンプ、１３４電流源
Ｃ１遅延用キャパシタ、Ｍ21 ＭＯＳトランジスタ

Claims

入力電圧を昇圧させる昇圧手段と、該昇圧手段により昇圧された昇圧電圧を整流する整流手段と、該整流手段により整流された電流が供給される負荷との間に接続され、該整流手段と該負荷との接続をスイッチングするスイッチ手段とが接続され、該負荷に流れる電流に応じて制御しており、外部から供給されるコントロール信号に応じて前記昇圧手段の昇圧動作を停止させるとともに、該スイッチ手段をオフさせる制御手段を有する電源制御回路において、
前記昇圧手段の昇圧動作が停止されるときに、前記昇圧手段の昇圧動作の停止より遅れて、前記スイッチ手段をオフさせる遮断手段を有し、
前記スイッチ手段は、前記整流手段と前記負荷との間にソース−ドレーンが接続されたＭＯＳトランジスタから構成され、
前記遮断手段は、前記昇圧手段の昇圧動作が停止されるときに、前記ＭＯＳトランジスタのゲートに前記入力電圧を印加することを特徴とする電源制御回路。
前記遮断手段は、前記コントロール信号を遅延させる遅延手段を有し、
前記遅延手段により遅延された信号により前記スイッチ手段をオフさせることを特徴とする請求項１記載の電源制御回路。