JP4490118B2

JP4490118B2 - 定電流回路

Info

Publication number: JP4490118B2
Application number: JP2004003089A
Authority: JP
Inventors: 裕作山根
Original assignee: Seiko NPC Corp
Current assignee: Seiko NPC Corp
Priority date: 2004-01-08
Filing date: 2004-01-08
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2024-01-08
Also published as: JP2005196556A

Description

本発明は、ＬＥＤなどの負荷に対する電源である電池電圧が低下した場合に、昇圧回路で昇圧して、駆動電圧を適性に保つ定電流回路に関する。

従来、この種の一般的な昇圧回路による昇圧は、負荷の駆動電圧にマージンを見込んで、電池電圧が基準値以下になった場合に行っている。例えば、携帯機器のカラー液晶画面に使用される動作電圧の高い白色ＬＥＤを安定して点灯させるために、ＬＥＤ駆動回路に昇圧回路としてチャージポンプ回路が設けられているが、電源電池の電圧を検知して、この電圧があらかじめ設定した基準値以下になると前記チャージポンプ回路を駆動し、例えば１．５倍に昇圧して、白色ＬＥＤに供給している。しかしながら、この従来例では、駆動電圧にマージンを見込んで基準値を設定するため、電池電圧、ＬＥＤ駆動電流、ＬＥＤ順方向降下電圧という複数の要因によりマージンが大きくなり、出力効率に損失を生じている。

この出力効率の損失をなくすため、ＬＥＤの駆動電流の減少を駆動電流検出抵抗の電源側電位の低下で検出し、これが基準値以下になったことをコンパレータ回路で比較判定し、チャージポンプ回路を起動して昇圧することが提案されている。
特開２００３−１５８２９９号公報

しかしながら、この改良提案においては、基準値との比較判定をコンパレータ回路で行う構成なので、回路全体が大きくなるとともに、判定用の基準電圧と実際のＬＥＤ駆動電流電圧との間にマージンが必要になるという問題点がある。本発明は、この問題点を解消し、回路規模が小さく、実際の負荷駆動電流電圧との間のマージンも不要な定電流回路を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明の請求項１に係る定電流回路は、ＬＥＤなどの負荷の入力側にチャージポンプ回路などの昇圧回路を介して電源電池を接続するとともに、前記電源電池と前記負荷をショートするスイッチ素子を設け、前記負荷の出力側には駆動出力素子を接続し、負荷駆動電流の減少で前記駆動出力素子の動作が変化することを検出するＭＯＳ型電界効果トランジスタを設け、このＭＯＳ型電界効果トランジスタが検出信号を出力すると、前記スイッチ素子をオフ状態とし、前記昇圧回路を昇圧動作に切り替えて、前記昇圧回路から負荷に駆動電圧を供給する定電流回路であって、前記昇圧回路が昇圧動作をしている時に、一定時間毎に非昇圧動作に切り替えるタイマーを設けるとともに、前記昇圧動作時に前記ＭＯＳ型電界効果トランジスタが前記検出信号を出力しなくなる十分な電圧まで電源電池に充電がされなかった場合には、非昇圧動作に切り替えられた後に前記検出信号によって前記昇圧動作を開始させるものである。

同じく上記目的を達成するために、本発明の請求項２に係る定電流回路は、ＬＥＤなどの負荷の入力側にチャージポンプ回路などの昇圧回路を介して電源電池を接続するとともに、前記電源電池と前記負荷をショートするスイッチ素子を設け、前記負荷の出力側には駆動出力用のＮチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタを接続し、このＮチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタのゲート電位を監視するＰチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタを設け、前記ゲート電位で前記負荷の駆動電圧が負荷基準電圧よりも低下したことを前記ＰチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタが検出すると、その検出信号の出力で前記スイッチ素子をオフ状態とし、前記昇圧回路を昇圧動作に切り替えて、前記昇圧回路から負荷に駆動電圧を供給する定電流回路であって、前記昇圧回路が昇圧動作をしている時に、一定時間毎に非昇圧動作に切り替えるタイマーを設けるとともに、前記昇圧動作時に前記ＰチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタが前記検出信号を出力しなくなる十分な電圧まで電源電池に充電がされなかった場合には、非昇圧動作に切り替えられた後に前記検出信号によって前記昇圧動作を開始させるものである。

同じく上記目的を達成するために、本発明の請求項３に係る定電流回路は、ＬＥＤのアノード側にチャージポンプ回路などの昇圧回路を介して電源電池を接続するとともに、前記電源電池と前記ＬＥＤをショートするスイッチ素子を設け、前記ＬＥＤのカソード側には駆動出力用のＮチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタのドレインを接続し、このＮチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタのゲートに、逆相入力端をＬＥＤ用基準電圧回路に接続し、正相入力端を前記ＮチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタのソース側に接続した定電流駆動アンプの出力端を接続するとともに、ＰチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタのゲートを接続し、このＰチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタのドレインは前記電源電池に、ソースは定電流源にそれぞれ接続し、前記ＬＥＤの駆動電圧がＬＥＤ基準電圧よりも低下して、前記ＮチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタのゲート電位が変化したことを前記ＰチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタで検出し、この検出信号の出力で前記スイッチ素子をオフ状態とし、前記昇圧回路を昇圧動作に切り替えて、前記昇圧回路からＬＥＤに駆動電圧を供給する定電流回路であって、前記昇圧回路が昇圧動作をしている時に、一定時間毎に非昇圧動作に切り替えるタイマーを設けるとともに、前記昇圧動作時に前記ＰチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタが前記検出信号を出力しなくなる十分な電圧まで電源電池に充電がされなかった場合には、非昇圧動作に切り替えられた後に前記検出信号によって前記昇圧動作を開始させるものである。

本発明の請求項１〜３に係る定電流回路によれば、出力効率の低い昇圧回路動作時間を少なくし、電源電池の動作時間を長くすることができ、また、回路規模が小さく、実際の負荷（ＬＥＤ）駆動電流電圧との間のマージンも不要になるほか、昇圧回路を定期的に昇圧動作から非昇圧動作に切り替えるので、ＬＥＤを流れる電流による発熱で徐々に順方向降下電圧が下がっても、その影響を受けることなく、確実に非昇圧動作への切り替えの検出を行うことができるという効果を奏する。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は定電流回路の全体構成を示すブロック図であり、定電流回路１の負荷である白色ＬＥＤ２のアノード側に、昇圧回路であるチャージポンプ回路３を介して電源電池４を接続するとともに、前記電源電池４と前記白色ＬＥＤ２をショートする、例えばＰチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタからなるスイッチ素子５を設けている。前記チャージポンプ回路３は外付けのコンデンサ６，７を備え、昇圧動作により出力電圧が電源電圧の１．５倍になる公知のものである。

一方、白色ＬＥＤ２のカソード側には、駆動出力用のＮチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタ８（以下ＮＭＯＳトランジスタ８という）のドレインを接続し、このＮＭＯＳトランジスタ８のソースには駆動電流検出用の抵抗９を接続している。このＮＭＯＳトランジスタ８のソースと前記抵抗９との間に、定電流駆動アンプ１０の正相入力端を接続し、この定電流駆動アンプ１０の逆相入力端は公知のＬＥＤ用基準電圧回路１１の出力側に接続している。そして、前記定電流駆動アンプ１０の出力端を前記ＮＭＯＳトランジスタ８のゲートに接続している。前記ＬＥＤ用基準電圧回路１１の入力側は定電流源１２を介して電源電池４に接続するとともに、抵抗１３に接続し、前記定電流源１２と前記抵抗１３により入力された電圧をもとに、前記定電流駆動アンプ１０への基準電圧を発生している。

また、ＮＭＯＳトランジスタ８のゲートにはＰチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタ１４（以下ＰＭＯＳトランジスタ１４という）のゲートを接続し、このＰＭＯＳトランジスタ１４のドレインは電源電池４に接続し、ソースは定電流源１５に接続している。したがって、ＬＥＤ駆動電流が不足すると、抵抗９の電源側の電位が低下して、定電流駆動アンプ１０の出力はＬＥＤ用基準電圧回路１１の出力電圧との比較で“Ｌ”となり、この出力がゲート電圧として前記ＰＭＯＳトランジスタ１４のゲートに加わってオン動作し、そのソース側から検出信号ＬＣＭを出力するよう構成している。そして、この検出信号ＬＣＭによってチャージポンプ回路３は、その昇圧動作に切り替わる一方、スイッチ素子５はオフとなるものである。

ところで、白色ＬＥＤ２が点灯すると、白色ＬＥＤ２を流れる電流による自己発熱によって、ＬＥＤの順方向降下電圧は徐々に下がって行くので、実際にはＬＥＤ駆動電流が不足していないにも拘わらず、チャージポンプ回路３が昇圧動作から非昇圧動作に切り替わらない場合がある。これを避けるために、チャージポンプ回路３には、昇圧動作時に１．４秒毎に、非昇圧動作に切り替えるタイマー１６を設けている。

続いて、本実施形態の動作を説明する。電源電池４の電圧が十分な状態では、スイッチ素子５をオン状態とし、前記電源電池４から直接、白色ＬＥＤ２にＬＥＤ駆動電流を供給する。電源電池４の電圧が低下し、ＬＥＤ駆動電流が不足すると、ＮＭＯＳトランジスタ８のゲートの電位が下がり、ＰＭＯＳトランジスタ１４がオン動作して、検出信号ＬＣＭを出力する。これによって、前記スイッチ素子５がオフ状態となり、電源電圧はチャージポンプ回路３で１．５倍に昇圧されて白色ＬＥＤ２に供給され、ＬＥＤ駆動電流の不足は解消される。

このチャージポンプ回路３が昇圧動作をしている時に、電源電池４に対して充電が行われる一方、タイマー１６によって１．４秒毎に前記チャージポンプ回路３が非昇圧状態に切り替えられる。この非昇圧状態では白色ＬＥＤ２を点灯するのに十分な電圧まで電源電池４に充電がなされていない場合には、白色ＬＥＤ２は消灯することになるが、非昇圧状態にある時間を２００ｕｓ程度に短く設定することにより、肉眼では白色ＬＥＤ２のちらつきを認識できないので、支障はない。

以上の動作を繰り返すことにより、白色ＬＥＤ２を定電圧で駆動することができるとともに、出力効率の低いチャージポンプ回路３による昇圧動作を少なくし、電源電池４の動作時間を長くできる。

続いて、白色ＬＥＤ２を複数設ける場合に、実装されていない白色ＬＥＤ２の存在を検出し、白色ＬＥＤ２の駆動電流不足と区別するために、白色ＬＥＤ２のカソード側の電圧、換言すればＮＭＯＳトランジスタ８のドレイン側の電圧を検出する回路を、図２に基づいて説明する。この図２において、上述した図１の構成要素と同一のものについては、同一符号を付すに止め、その説明は省略する。

白色ＬＥＤ２のカソード側とＮＭＯＳトランジスタ８のドレイン側との間に、ＮチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタ１８（以下ＮＭＯＳトランジスタ１８という）のゲートを接続し、このＮＭＯＳトランジスタ１８のドレインは定電流源１７を介して電源電池４（図１参照）に接続し、ソースはＧＮＤに接続している。白色ＬＥＤ２が接続されていないと、ＮＭＯＳトランジスタ８のドレイン側の電圧は前記ＮＭＯＳトランジスタ１８のＶｔｈ以下になるため、前記ＮＭＯＳトランジスタ１８はオフ状態にあり、検知信号ＭＮが出力される。この検知信号ＭＮが出力されると、当該白色ＬＥＤ２は不存在と判定され、上述した検知信号ＬＣＭを出力しないよう構成されている。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、例えば負荷としては白色ＬＥＤ２に限定されない。また、チャージポンプ回路３の昇圧動作は、電源電圧の１．５倍に限らず、２倍など、適宜設定可能である。さらに、基準電圧は負荷に応じて設定すればよい。

定電流回路の全体構成を示すブロック図。白色ＬＥＤ不存在を検出する回路構成を示すブロック図。

１定電流回路
２白色ＬＥＤ
３チャージポンプ回路
４電源電池
５スイッチ素子
８，１８ＮＭＯＳトランジスタ
１０定電流駆動アンプ
１１ＬＥＤ用基準電圧回路
１２，１５，１７定電流源
１４ＰＭＯＳトランジスタ

Claims

負荷の入力側に昇圧回路を介して電源電池を接続するとともに、前記電源電池と前記負荷をショートするスイッチ素子を設け、前記負荷の出力側には駆動出力素子を接続し、負荷駆動電流の減少で前記駆動出力素子の動作が変化することを検出するＭＯＳ型電界効果トランジスタを設け、このＭＯＳ型電界効果トランジスタが検出信号を出力すると、前記スイッチ素子をオフ状態とし、前記昇圧回路を昇圧動作に切り替えて、前記昇圧回路から負荷に駆動電圧を供給する定電流回路であって、前記昇圧回路が昇圧動作をしている時に、一定時間毎に非昇圧動作に切り替えるタイマーを設けるとともに、前記昇圧動作時に前記ＭＯＳ型電界効果トランジスタが前記検出信号を出力しなくなる十分な電圧まで電源電池に充電がされなかった場合には、非昇圧動作に切り替えられた後に前記検出信号によって前記昇圧動作を開始させることを特徴とする定電流回路。
負荷の入力側に昇圧回路を介して電源電池を接続するとともに、前記電源電池と前記負荷をショートするスイッチ素子を設け、前記負荷の出力側には駆動出力用のＮチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタを接続し、このＮチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタのゲート電位を監視するＰチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタを設け、前記ゲート電位で前記負荷の駆動電圧が負荷基準電圧よりも低下したことを前記ＰチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタが検出すると、その検出信号の出力で前記スイッチ素子をオフ状態とし、前記昇圧回路を昇圧動作に切り替えて、前記昇圧回路から負荷に駆動電圧を供給する定電流回路であって、前記昇圧回路が昇圧動作をしている時に、一定時間毎に非昇圧動作に切り替えるタイマーを設けるとともに、前記昇圧動作時に前記ＰチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタが前記検出信号を出力しなくなる十分な電圧まで電源電池に充電がされなかった場合には、非昇圧動作に切り替えられた後に前記検出信号によって前記昇圧動作を開始させることを特徴とする定電流回路。
ＬＥＤのアノード側に昇圧回路を介して電源電池を接続するとともに、前記電源電池と前記ＬＥＤをショートするスイッチ素子を設け、前記ＬＥＤのカソード側には駆動出力用のＮチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタのドレインを接続し、このＮチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタのゲートに、逆相入力端をＬＥＤ用基準電圧回路に接続し、正相入力端を前記ＮチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタのソース側に接続した定電流駆動アンプの出力端を接続するとともに、ＰチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタのゲートを接続し、このＰチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタのドレインは前記電源電池に、ソースは定電流源にそれぞれ接続し、前記ＬＥＤの駆動電圧がＬＥＤ基準電圧よりも低下して、前記ＮチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタのゲート電位が変化したことを前記ＰチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタで検出し、この検出信号の出力で前記スイッチ素子をオフ状態とし、前記昇圧回路を昇圧動作に切り替えて、前記昇圧回路から前記ＬＥＤに駆動電圧を供給する定電流回路であって、前記昇圧回路が昇圧動作をしている時に、一定時間毎に非昇圧動作に切り替えるタイマーを設けるとともに、前記昇圧動作時に前記ＰチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタが前記検出信号を出力しなくなる十分な電圧まで電源電池に充電がされなかった場合には、非昇圧動作に切り替えられた後に前記検出信号によって前記昇圧動作を開始させることを特徴とする定電流回路。