JP4704103B2 - 定電流駆動回路、それを利用した電子機器および発光ダイオードの駆動方法 - Google Patents

Description

この発明は、昇圧回路および定電流源により発光ダイオードなどの負荷を定電流駆動する定電流駆動回路に関する。

近年の携帯電話、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）等の小型情報端末においては、例えば液晶のバックライトに用いられる発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、以下ＬＥＤともいう）などのように電池の出力電圧よりも高い電圧を必要とするデバイスが存在する。これらの小型情報端末では、Ｌｉイオン電池が多く用いられ、その出力電圧は通常３．５Ｖ程度であり、満充電時においても４．２Ｖ程度であるが、ＬＥＤはその駆動電圧として電池電圧よりも高い電圧を必要とする。このように、電池電圧よりも高い電圧が必要とされる場合には、チャージポンプ回路などを用いた昇圧型の電源装置を用いて電池電圧を昇圧し、ＬＥＤなどの負荷回路を駆動するために必要な電圧を得ている。

このような電源装置により、ＬＥＤを駆動する際には、ＬＥＤの駆動経路上に定電流回路を接続して、ＬＥＤに流れる電流を一定に保つことによってその発光輝度の制御の安定化を図っている（特許文献１参照）。

ＬＥＤのカソード端子に接続された定電流回路を安定に動作させるためには、定電流回路を構成するトランジスタが定電流領域で動作する必要がある。ここでトランジスタの定電流領域とは、バイポーラトランジスタでは活性領域を、電界効果トランジスタでは飽和領域をいう。定電流回路を構成するトランジスタは、ＬＥＤのカソード端子と接地端子間に直列に設けられており、このトランジスタが定電流領域で動作するためには、定電流回路の両端の電圧、すなわちＬＥＤのカソード端子が一定電圧以上に保たれている必要がある。以下、定電流回路が安定動作可能な電圧を単に安定動作電圧という。

ここでＬＥＤを駆動する定電流駆動回路において、昇圧率が切り替え可能なチャージポンプ回路を用いる場合を考える（特許文献２参照）。チャージポンプ回路に入力される電池電圧が低下してくると、チャージポンプ回路の出力電圧、すなわちＬＥＤのアノード端子の電圧も降下する。それに伴い、ＬＥＤのアノード端子の電圧から順方向電圧Ｖｆだけ降下したＬＥＤのカソード端子の電圧も低下するため、定電流回路を安定に動作させるとができなくなる。したがって、この場合には、ＬＥＤのカソード端子の電圧をモニタし、所定の安定動作電圧より低くならないように、チャージポンプ回路の昇圧率を切り替えることによって、定電流回路を安定に動作させることができる。
特開２００４−２２９２９号公報 特開平６−７８５２７号公報

上述のように、ＬＥＤのカソード端子の電圧をモニタしてチャージポンプ回路の昇圧率を切り替える場合、定電流回路の安定動作電圧に対応したしきい値電圧を設定し、カソード端子の電圧が、このしきい値電圧よりも高くなるように制御する必要がある。

液晶パネルのバックライトとして用いられるＬＥＤには、通常、数ｍＡから数十ｍＡの電流が流される。一方、カメラ付きの携帯電話端末などにおいて、カメラのフラッシュとして使用されるＬＥＤには１００ｍＡ以上の大電流が流される場合がある。ここで、チャージポンプ回路の電流能力は昇圧率に依存する。チャージポンプ回路の昇圧率が低い場合に大電流を供給すると、その出力電圧が降下し、液晶パネルのバックライト用のＬＥＤの輝度が変動してしまうという問題がある。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、負荷を大電流で安定に駆動可能な定電流駆動回路の提供にある。

本発明のある態様の定電流駆動回路は、第１負荷を所定の第１電流で駆動し、第１負荷と並列に設けられた第２負荷を第１電流より大きな第２電流で駆動する定電流駆動回路に関する。この定電流駆動回路は、第１、第２負荷に駆動電圧を供給する複数の昇圧率が切り替え可能なチャージポンプ回路と、第１、第２負荷の駆動経路上にそれぞれ設けられる第１、第２定電流回路と、第１定電流回路の両端の電圧を監視する監視回路と、監視回路による監視結果にもとづきチャージポンプ回路の昇圧率を制御する昇圧制御回路と、を備える。昇圧制御回路は、第１負荷を第１電流で駆動する際、監視回路による監視対象の電圧が所定の設定電圧を下回ったとき、昇圧率を上昇させる一方、第２負荷を第２電流で駆動する際、その駆動に先立ち、監視回路による監視結果に関わらず、チャージポンプ回路の昇圧率を所定値に設定する。
昇圧制御回路は、第２負荷を第２電流で駆動する際、チャージポンプ回路の昇圧率を２倍以上に設定してもよい。

この態様によると、第１負荷のみを駆動する際には、第１定電流回路の両端の電圧が設定電圧を下回る度に昇圧率が上昇するため、第１定電流回路を安定動作させ、第１負荷を第１電流で正確に駆動することができる。一方、第１負荷とともに、あるいは単独で第２負荷を駆動する際には、チャージポンプ回路の昇圧率を十分な電流供給能力を有する所定値にすることにより、負荷を安定に動作させることができる。

昇圧制御回路は、第２負荷を第２電流で駆動した後、チャージポンプ回路の昇圧率を１倍に再設定してもよい。
第２負荷を大電流で駆動した後、チャージポンプ回路の昇圧率を１倍に設定することにより、監視回路および昇圧制御回路によって昇圧率の再判定が行われ、昇圧率を第１負荷を駆動するために最適な値に設定し直すことができる。

昇圧制御回路は、監視電圧が設定電圧を所定の時間継続して下回ったとき、チャージポンプ回路の昇圧率を上昇させてもよい。また、昇圧制御回路は、所定の時間が時定数として設定されたデジタルフィルタを備えてもよい。
ごく短時間、監視電圧が設定電圧を下回っても、負荷の駆動に影響を及ぼさない場合、昇圧率を上昇させる必要はない。この場合、瞬間的に負荷の状態や、チャージポンプ回路の入力、出力電圧が変動したことにより昇圧率が変化するのを防止することができる。

第１、第２負荷は発光ダイオードであってもよい。この場合、第１負荷となる発光ダイオードを第１電流で、第２負荷となる発光ダイオードを大電流駆動することができ、第２負荷となる発光ダイオードの駆動時に、第１発光ダイオードの輝度が変動するのを好適に抑制することができる。

本発明のさらに別の態様もまた、定電流駆動回路である。この定電流駆動回路は、所定の第１電流、または第１電流より大きい第２電流を切り替えて負荷を駆動する定電流駆動回路である。この定電流駆動回路は、負荷に駆動電圧を供給する複数の昇圧率が切り替え可能なチャージポンプ回路と、負荷の駆動経路上に設けられた定電流回路と、定電流回路の両端の電圧を監視する監視回路と、監視回路による監視結果にもとづきチャージポンプ回路の昇圧率を制御する昇圧制御回路と、を備える。昇圧制御回路は、負荷を第１電流で駆動する際、監視回路による監視対象の電圧が所定の設定電圧を下回ったとき昇圧率を上昇させる一方、第２電流で駆動する際、監視回路による監視結果に関わらず、チャージポンプ回路の昇圧率を所定値に設定する。

この態様において、負荷回路を第１電流と第２電流のいずれで駆動するかに応じて、チャージポンプ回路の昇圧率の設定プロセスを変更する。負荷を第１電流で駆動する場合、定電流回路の両端の電圧が設定電圧を下回る度に昇圧率が上昇するため、定電流回路を安定動作させることができる。一方、負荷を第２電流で駆動する際には、チャージポンプ回路の昇圧率を十分な電流供給能力を有する所定値にすることにより、負荷を安定に動作させることができる。

本発明のさらに別の態様は、電子機器である。この電子機器は、電池と、第１発光ダイオードと、第２発光ダイオードと、第１、第２発光ダイオードを第１、第２負荷とし、電池の電圧を昇圧して駆動する上述の定電流駆動回路と、を備える。

この態様によると、発光ダイオードの輝度を一定値に保つことができ、発光後の効率を高く設定することができるため、電池の寿命を延ばすことができる。

電子機器は、カメラをさらに備えてもよく、定電流駆動回路は、カメラの撮像時に第２発光ダイオードをフラッシュとして発光させてもよい。
この場合、カメラのフラッシュを使用する際に、第１発光ダイオードの輝度が変動し、液晶パネルの明るさがちらつくのを防止することができる。

本発明のさらに別の態様は、昇圧率が切り替え可能なチャージポンプ回路による発光ダイオードの駆動方法に関する。この駆動方法は、発光ダイオードを所定のしきい値電流以上の電流で駆動する際、その駆動に先立ち、チャージポンプ回路の昇圧率を所定値に設定するステップと、発光ダイオードをそのしきい値電流以上の電流で駆動する駆動ステップと、発光ダイオードの駆動後、前記チャージポンプ回路の昇圧率を１倍に再設定するステップと、を備える。

「所定のしきい値電流」とは、定性的には、１倍あるいは１．５倍などの相対的に低い昇圧率において、出力電流の増加に伴いチャージポンプ回路の出力電圧が降下し始める、出力電流の臨海値付近の電流を意味する。このしきい値電流は、チャージポンプ回路の電流供給能力に依存して定まる相対的な値であり、チャージポンプ回路のスイッチングトランジスタのサイズや、フライングキャパシタの容量等に依存する値である。
この態様によれば、発光ダイオードを大電流で駆動する際に、十分な電流供給能力を有する昇圧率に設定することにより、発光輝度を安定させることができる。また、発光後に昇圧率を効率の最も高い１倍に設定し、その後、安定な出力電圧が得られるまで昇圧率を徐々に上げていくことにより、効率の高い状態でダイオードを駆動することができる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で相互に変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、昇圧回路および定電流源により発光ダイオードなどを定電流駆動する定電流駆動回路において、負荷を大電流で安定に駆動することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る定電流駆動回路１００の構成を示す回路図である。この定電流駆動回路１００は、複数のＬＥＤ５０に駆動電圧を供給し、定電流駆動する。ＬＥＤ５０は、白色ＬＥＤであって、その順方向電圧Ｖｆは４Ｖ程度である。一方、電池２３０の電池電圧Ｖｂａｔは、３〜４Ｖ程度であるため、定電流駆動回路１００は、電池電圧Ｖｂａｔを昇圧してＬＥＤ５０に供給する。

図２は、図１の定電流駆動回路１００を搭載する電子機器２００の構成を示す図である。図２の電子機器２００は、たとえば、携帯電話端末やＰＤＡであり、液晶パネル２１０、カメラ２２０、電池２３０、制御回路２４０、ＬＥＤ５０と総称される複数のＬＥＤ５０ａ〜５０ｄ、を備える。
液晶パネル２１０は、図示しない液晶ドライバによって制御され、ユーザに対して画像情報を提供する。カメラ２２０は、たとえばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳセンサであり、撮像用に設けられている。

ＬＥＤ５０ａ〜５０ｃは、液晶パネル２１０の背面に配置されており、バックライトとして動作する。また、ＬＥＤ５０ｄは、カメラ２２０による撮像時にフラッシュとして機能する。これらのＬＥＤ５０の発光輝度は、定電流駆動回路１００によって制御される。
制御回路２４０は、電子機器２００全体を統括的に制御するブロックであり、定電流駆動回路１００は、制御回路２４０からの制御信号ＣＮＴにもとづき、ＬＥＤ５０の発光輝度を制御する。

図１に戻る。定電流駆動回路１００は、入出力端子として、電池電圧Ｖｂａｔが入力される入力端子１０２、ＬＥＤ５０のアノードに接続され、駆動電圧Ｖｏｕｔを出力する出力端子１０４、ＬＥＤ５０のカソードが接続されるＬＥＤ端子１０６ａ〜１０６ｄ、制御回路２４０からの制御信号ＣＮＴが入力される制御端子１０８を備える。定電流駆動回路１００は、電池電圧Ｖｂａｔを昇圧し、駆動電圧Ｖｏｕｔを出力する。

定電流駆動回路１００は、チャージポンプ回路１０、定電流回路２０と総称される定電流回路２０ａ〜２０ｄ、ステートマシン２２、監視回路２４、レギュレータ３０を含む。定電流駆動回路１００は、１つの半導体基板上に一体集積化されている。定電流駆動回路１００は、第１負荷であるＬＥＤ５０ａ〜５０ｃを所定の第１電流Ｉｄｒｖ１で駆動し、第２負荷であるＬＥＤ５０ｄを第１電流Ｉｄｒｖ１より大きな第２電流Ｉｄｒｖ２で駆動する。第１電流Ｉｄｒｖ１は、液晶パネル２１０のバックライトの明るさに応じて調節され、たとえば数ｍＡ〜数十ｍＡの範囲で調節される。第１電流Ｉｄｒｖ１の電流値は、制御端子１０８に入力される制御信号ＣＮＴに従って設定される。また、第２電流Ｉｄｒｖ２は、ＬＥＤ５０ｄをフラッシュとして十分な輝度で発光させるために、たとえば１５０ｍＡの大電流に設定される。

レギュレータ３０は、入力端子１０２に印加される電池電圧Ｖｂａｔを降圧し、チャージポンプ回路１０へと出力する。レギュレータ３０は、トランジスタＭ１、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、誤差増幅器３２を含む。トランジスタＭ１はＰチャンネルＭＯＳトランジスタであり、ソースが入力端子１０２に接続され、ドレインがチャージポンプ回路１０の入力端子に接続される。誤差増幅器３２の反転入力端子には、基準電圧Ｖｒｅｆが印加されており、非反転入力端子には定電流駆動回路１００の出力電圧Ｖｏｕｔが第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２により分圧されて入力される。このレギュレータ３０は、Ｖｏｕｔ＝Ｖｒｅｆ×（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１が成り立つように、チャージポンプ回路１０の入力電圧Ｖｉｎを帰還制御する。トランジスタＭ１は、定電流駆動回路１００の外部にディスクリート部品を用いて構成されてもよい。

チャージポンプ回路１０は、ＬＥＤ５０に駆動電圧を供給する。このチャージポンプ回路１０は、複数の昇圧率が切り替え可能に構成され、入力電圧Ｖｉｎを後述のステートマシン２２により指定された昇圧率ＣＰｘで昇圧して出力する。本実施の形態において、チャージポンプ回路１０の昇圧率は、１倍、１．５倍、２倍の３通りが切り替え可能となっている。チャージポンプ回路１０の入力電圧Ｖｉｎと、出力電圧Ｖｏｕｔには、ステートマシン２２により指定される昇圧率ＣＰｘを用いて、Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ×ＣＰｘの関係が成り立つ。チャージポンプ回路１０には、第１キャパシタＣ１、第２キャパシタＣ２が定電流駆動回路１００の外部に外付けされている。

図３は、チャージポンプ回路１０の構成を示す回路図である。チャージポンプ回路１０は、第１キャパシタＣ１、第２キャパシタＣ２、およびこれらのキャパシタの接続状態を制御するための第１スイッチＳＷ１から第９スイッチＳＷ９、スイッチング制御部１２を含む。以下、これらのスイッチを特に区別する必要のないときはスイッチＳＷと総称する。第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２は容量値が等しく設定され、集積回路の外部に外付けされている。

第１スイッチＳＷ１から第９スイッチＳＷ９は、ＮチャンネルまたはＰチャンネルのＭＯＳトランジスタによって構成することができ、ゲートに印加する電圧によってドレインソース間の導通状態を制御し、スイッチング素子として動作させることができる。スイッチング制御部１２は、ステートマシン２２により指定された昇圧率ＣＰｘにもとづいて、第１スイッチＳＷ１から第９スイッチＳＷ９のオンオフの状態を制御する。

昇圧率ＣＰｘが１倍に設定されるときには、スイッチング制御部１２によって、第１スイッチＳＷ１、第３スイッチＳＷ３、第７スイッチＳＷ７、第８スイッチＳＷ８が定常的にオンされ、その他のスイッチはすべてオフされる。その結果、入力端子１０２と出力端子１０４がオンしたスイッチによって導通状態となるため、入力端子１０２に印加された入力電圧Ｖｉｎが出力端子１０４から出力され、昇圧率が１倍に設定されることになる。

次に、昇圧率ＣＰｘが１．５倍に設定されるときの動作について説明する。昇圧率ＣＰｘが１より大きいとき、すなわち昇圧動作を行う場合には、チャージポンプ回路１０は、スイッチの接続状態の異なる第１期間、第２期間を繰り返す。
第１期間においては、第１スイッチＳＷ１、第５スイッチＳＷ５、第６スイッチＳＷ６をオンし、その他のスイッチをすべてオフすることにより、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２を直列に接続し、入力電圧Ｖｉｎで充電する。第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２の容量値は等しいため、２つのキャパシタは、それぞれ電池電圧の１／２となるＶｉｎ／２で充電される。

第２期間では、第２スイッチＳＷ２と第７スイッチＳＷ７、第４スイッチＳＷ４と第８スイッチＳＷ８をオンし、その他のスイッチをすべてオフする。このとき、入力端子１４と出力端子１６間には、第１キャパシタＣ１、第２キャパシタＣ２が並列に接続される。その結果、出力端子１０４からは、入力端子１４に印加された入力電圧Ｖｉｎと、キャパシタの充電電圧の和が出力されることになる。第１期間において、第１キャパシタＣ１、第２キャパシタＣ２は電圧Ｖｉｎ／２で充電されているため、結局、出力端子１６からは、Ｖｉｎ＋Ｖｉｎ／２＝１．５×Ｖｉｎの電圧が出力される。
このように、チャージポンプ回路１０は、第１期間と第２期間を繰り返すことにより入力電圧Ｖｉｎを１．５倍して出力する。

次に、昇圧率が２倍に設定されるときの動作について説明する。
第１期間においては、第１スイッチＳＷ１と第９スイッチＳＷ９、第３スイッチＳＷ３と第６スイッチＳＷ６をオンし、その他のスイッチをすべてオフする。第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２は、入力端子１４と接地端子ＧＮＤ間に並列に接続されることになり、それぞれは、入力電圧Ｖｉｎで充電される。

第２期間においては、第２スイッチＳＷ２と第７スイッチＳＷ７、第４スイッチＳＷ４と第８スイッチＳＷ８がオンし、他のスイッチはすべてオフされる。その結果、入力端子１０２と出力端子１０４間には、第１キャパシタＣ１、第２キャパシタＣ２が並列に接続される。出力端子１０４からは、入力端子１４に印加された入力電圧Ｖｉｎと、キャパシタの充電電圧の和が出力されることになる。第１期間において、第１キャパシタＣ１、第２キャパシタＣ２はそれぞれ入力電圧Ｖｉｎで充電されているため、出力端子１６からは、Ｖｉｎ＋Ｖｉｎ＝２×Ｖｉｎの電圧が出力される。
このようにチャージポンプ回路１０は、第１期間と第２期間を繰り返すことにより、入力電圧Ｖｉｎを２倍して出力する。

図１に戻る。チャージポンプ回路１０の出力電圧Ｖｏｕｔは、出力端子１０４を介してＬＥＤ５０のアノード端子に出力される。ＬＥＤ５０の各カソード端子は、ＬＥＤ端子１０６に接続される。ＬＥＤ端子１０６ａ〜１０６ｄと接地間には、定電流回路２０ａ〜２０ｄがそれぞれ設けられている。定電流回路２０は、予め設定された定電流Ｉｃを生成する。定電流回路２０により生成される定電流Ｉｃは、各ＬＥＤ５０の駆動電流Ｉｄｒｖとなる。本実施の形態において、定電流回路２０ａ〜２０ｃが、第１負荷であるＬＥＤ５０ａ〜５０ｃの駆動経路上に設けられる第１定電流回路に相当し、定電流回路２０ｄが、第２負荷であるＬＥＤ５０ｄの駆動経路上に設けられる第２定電流回路に相当する。

定電流回路２０が所定の定電流を生成するためには、定電流回路２０の内部に使用されるトランジスタが定電流領域で動作する必要がある。したがって、ＬＥＤ端子１０６の電圧が定電流回路２０が安定に動作可能な電圧を下回ると、ＬＥＤ５０を所望の輝度で発光させることができなくなる。そこで、監視回路２４は、定電流回路２０が安定に動作可能な電圧をしきい値電圧Ｖｔｈとして設定し、第１定電流回路である定電流回路２０ａ〜２０ｃの両端の電圧、すなわちＬＥＤ端子１０６ａ〜１０６ｃの電圧（以下、ＬＥＤ電圧という）Ｖｌｅｄ１ａ〜Ｖｌｅｄ１ｃが、しきい値電圧Ｖｔｈを下回らないように監視する。

監視回路２４は、各定電流回路２０ａ〜２０ｃごとに、コンパレータ２６ａ〜２６ｃを備える。各コンパレータ２６ａ〜２６ｃには、しきい値電圧ＶｔｈとＬＥＤ電圧Ｖｌｅｄ１ａ〜Ｖｌｅｄ１ｃがそれぞれ入力される。コンパレータ２６は、Ｖｌｅｄ１＞Ｖｔｈのときハイレベル、Ｖｌｅｄ１＜Ｖｔｈのときローレベルとなる比較信号Ｖｃ１ａ〜Ｖｃ１ｃを出力する。監視回路２４は各定電流回路２０ａ〜２０ｃの監視結果をステートマシン２２へと出力する。

ステートマシン２２は、監視回路２４による監視結果にもとづきチャージポンプ回路１０の昇圧率ＣＰｘを制御する昇圧制御回路である。ステートマシン２２は、ＬＥＤ５０ａ〜５０ｃを第１電流Ｉｄｒｖ１で駆動する際、監視回路２４による監視対象のＬＥＤ電圧Ｖｌｅｄ１ａ〜Ｖｌｅｄ１ｃのいずれか１つがしきい値電圧Ｖｔｈを下回ったとき、昇圧率ＣＰｘを上昇させる。

ステートマシン２２は、その内部に図示しないアンドゲートと、アンドゲートの出力に接続されるデジタルフィルタを含んでもよい。アンドゲートは、監視回路２４から出力される比較信号Ｖｃ１ａ〜Ｖｃ１ｃの論理積を演算し、その出力をデジタルフィルタに出力する。デジタルフィルタの時定数は、たとえば２ｍｓ程度の所定の値に設定される。ＬＥＤ電圧Ｖｌｅｄ１ａ〜Ｖｌｅｄ１ｃのいずれかが、しきい値電圧Ｖｔｈを下回ると、アンドゲートの出力はローレベルとなる。デジタルフィルタは、アンドゲートの出力が時定数の２ｍｓ以上ローレベルとなると、昇圧信号を出力して、チャージポンプ回路１０の昇圧率を上昇させる。

たとえば、現在の昇圧率ＣＰｘが１倍のとき、昇圧信号が出力されると、チャージポンプ回路１０の昇圧率ＣＰｘは１．５倍に切り替えられる。同様に、現在の昇圧率ＣＰｘが１．５倍のとき、昇圧信号が出力されるとチャージポンプ回路１０の昇圧率ＣＰｘは２倍に切り替えられる。

ＬＥＤ５０ｄの駆動経路上には、定電流回路２０ｄと直列にスイッチＳＷ２０が設けられている。この発光スイッチＳＷ２０のオンオフは、制御端子１０８に入力される制御信号ＣＮＴにより制御され、制御信号ＣＮＴがハイレベルのときスイッチＳＷ２０がオンし、ローレベルのときスイッチＳＷ２０がオフする。スイッチＳＷ２０がオンすると、ＬＥＤ５０ｄには、定電流回路２０ｄにより生成される１００ｍＡ以上の大電流が流れ、高輝度で発光する。制御信号ＣＮＴは、図２のカメラ２２０のシャッターと同期している。

制御信号ＣＮＴは、ステートマシン２２にも入力されている。ステートマシン２２は、制御信号ＣＮＴがハイレベルになると、監視回路２４から出力される監視結果に関わらず、チャージポンプ回路１０の昇圧率ＣＰｘを２倍に設定する。
また、ステートマシン２２は、制御信号ＣＮＴがハイレベルからローレベルに切り替わると、チャージポンプ回路１０の昇圧率ＣＰｘを１倍に再設定する。

以上のように構成された定電流駆動回路１００の動作について説明する。図４は、図１の定電流駆動回路１００の状態遷移図である。
電子機器２００の電源がオンされ、各ブロックが動作状態となると、定電流駆動回路１００は、初期状態であるスタンバイモードＳ１となる。スタンバイモードＳ１において、電池電圧Ｖｂａｔが所定のしきい値より高いことを確認すると、ソフトスタートモードＳ２に遷移する（Ｔ１２）。

ソフトスタートモードＳ２において、定電流駆動回路１００は、回路の初期化、ＬＥＤ５０の実装の有無などを確認する。さらに、ソフトスタートモードＳ２において、外部のソフトウエアから、定電流駆動回路１００に駆動電流Ｉｄｒｖの設定指示がなされる。定電流駆動回路１００の定電流回路２０は、指示された定電流を生成するように制御される。
このソフトスタートモードにおいて、ステートマシン２２は、チャージポンプ回路１０の昇圧率ＣＰｘを１倍に設定し、突入電流が発生しないように、ソフトスタートを行い、出力電圧Ｖｏｕｔを緩やかに立ち上げる。

ソフトスタート動作の完了後、ノーマル１倍モードＳ３へと遷移する（Ｔ２３）。ノーマル１倍モードＳ３においては、チャージポンプ回路１０の昇圧率ＣＰｘは１倍に設定される。電池電圧Ｖｂａｔの消耗により出力電圧Ｖｏｕｔが低下すると、ＬＥＤ５０ａ〜５０ｃのカソード端子の電圧、すなわちＬＥＤ電圧Ｖｌｅｄ１ａ〜Ｖｌｅｄ１ｃも低下していく。ステートマシン２２、監視回路２４は、ＬＥＤ電圧Ｖｌｅｄ１ａ〜Ｖｌｅｄ１ｃを監視しており、しきい値電圧Ｖｔｈを２ｍｓ継続して下回ると、上述のように昇圧率ＣＰｘを１段階上昇させ、ノーマル１．５倍モードＳ４へと遷移する（Ｔ３４）。

ノーマル１．５倍モードＳ４において、チャージポンプ回路１０の昇圧率ＣＰｘは１．５倍に設定されている。電池電圧Ｖｂａｔがさらに消耗し、出力電圧Ｖｏｕｔが低下すると、ＬＥＤ電圧Ｖｌｅｄ１ａ〜Ｖｌｅｄ１ｃも低下していく。ステートマシン２２、監視回路２４は、ＬＥＤ電圧Ｖｌｅｄ１ａ〜Ｖｌｅｄ１ｃが、しきい値電圧Ｖｔｈを２ｍｓ継続して下回ると、昇圧率ＣＰｘを１段階上昇させ、ノーマル２倍モードＳ５へと遷移する（Ｔ４５）。ノーマル２倍モードＳ５において、ステートマシン２２はチャージポンプ回路１０の昇圧率ＣＰｘを２倍に設定する。

ノーマル１倍モードＳ３、ノーマル１．５倍モードＳ４、ノーマル２倍モードＳ５において、ＬＥＤ５０を駆動する最中に、図１に図示しない異常検出回路によって、負荷の短絡などの異常を検出すると、ステートマシン２２はエラーモードＳ６へと遷移する（Ｔ３６、Ｔ４６、Ｔ５６）。エラーモードＳ６は、例えばＬＥＤ端子のショート状態等の機械的な異常や、出力端子１０４が地絡した等のエラーが発生したと判断した場合のモードであり、チャージポンプ回路１０の昇圧動作を停止する。エラーモードＳ６から、所定の時間、たとえば１００ｍｓ経過後に、ステートマシン２２は、スタンバイモードＳ１に遷移する（Ｔ６１）。

ノーマル１倍モードＳ３または、ノーマル１．５倍モードＳ４において動作中に、電子機器２００のユーザがカメラ２２０を起動したとする。このとき、制御回路２４０は、フラッシュとして動作するＬＥＤ５０ｄを発光させるために、制御信号ＣＮＴをハイレベルとする。制御信号ＣＮＴがハイレベルとなると、監視回路２４の監視結果にかかわらず、ステートマシン２２はチャージポンプ回路１０の昇圧率ＣＰｘを２倍に切り替える（Ｔ３５、Ｔ４５’）。制御信号ＣＮＴは、カメラのシャッターのタイミングと同期して生成されるため、撮影時に制御信号ＣＮＴにより発光スイッチＳＷ２０がオンし、ＬＥＤ５０ｄに大きな駆動電流Ｉｄｒｖ２が流れ、フラッシュとして動作させることができる。

その後、制御信号ＣＮＴがローレベルとなると、ノーマル２倍モードＳ５からノーマル１倍モードＳ３に遷移する（Ｔ５３）。ノーマル１倍モードＳ３に遷移し、チャージポンプ回路１０の昇圧率ＣＰｘが１倍に設定されると、監視回路２４は、再びＬＥＤ電圧Ｖｌｅｄ１ａ〜Ｖｌｅｄ１ｃの監視を開始し、最適な昇圧率に再設定される。

以上、本実施の形態に係る電子機器２００の動作について説明した。この電子機器２００によれば、以下の効果を得ることができる。
一般に、チャージポンプ回路１０は、昇圧率が低いほど高効率に負荷に電力を供給できる一方、負荷に対する電流の供給能力は低下する。したがって、ＬＥＤ５０ｄを大電流を流して発光させる際に、チャージポンプ回路１０の昇圧率が低いと、出力電圧Ｖｏｕｔが降下してしまう。出力電圧Ｖｏｕｔが降下すると、ＬＥＤ端子１０６ａ〜１０６ｃのＬＥＤ電圧Ｖｌｅｄ１ａ〜Ｖｌｅｄ１ｃも降下してしまうため、定電流回路２０ａ〜２０ｃが安定に駆動電流Ｉｄｒｖ１を生成できなくなってしまい、液晶パネル２１０のバックライトの輝度が変動することになる。

逆に、チャージポンプ回路１０の昇圧率が高い場合、効率は低下する反面、負荷に対して多くの電流を安定に供給することができる。そこで、本実施の形態に係る定電流駆動回路１００は、ＬＥＤ５０ｄを大電流で駆動する前に、昇圧率を監視回路２４の監視結果にかかわらず、無条件で２倍に設定する。その結果、チャージポンプ回路１０から大電流を供給しても、出力電圧Ｖｏｕｔが降下するのを防止することができ、撮影の間にも液晶パネル２１０のバックパネルの輝度を一定に保つことができる。

また、ＬＥＤ５０ｄの発光後、チャージポンプ回路１０の昇圧率ＣＰｘを最も効率の高い１倍に設定し、その後、監視回路２４およびステートマシン２２によって、ＬＥＤ５０ａ〜５０ｃを所定の第１電流Ｉｄｒｖ１で駆動できるように、昇圧率を必要に応じて１．５倍、あるいは２倍に設定することにより、最も効率の高い状態に戻すことができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施の形態では、チャージポンプ回路１０の昇圧率が１倍、１．５倍、２倍の３つを切り替え可能の場合について説明したが、１倍と２倍のみを切り替え可能な構成であってもよいし、あるいは４つ以上の昇圧率が切り替え可能に構成されてもよい。
また、２倍以上の昇圧率が選択可能なチャージポンプ回路１０の場合、ＬＥＤ５０ｄを大電流で駆動する際に、負荷に対して十分な電流供給能力を有する昇圧率に設定すればよい。すなわち、大電流が必要とされる場合、高い昇圧率に設定すればよいし、それほど大きくない電流の場合、低い昇圧率に設定すればよい。

実施の形態では、複数のＬＥＤを負荷として駆動する場合について説明したが、これには限定されず、定電流駆動回路１００は単一のＬＥＤを、第１電流Ｉｄｒｖ１と、第２電流Ｉｄｒｖ２で切り替えて駆動してもよい。この場合、第１電流Ｉｄｒｖ１で駆動する際には、ステートマシン２２は、監視回路２４による監視結果にもとづいて昇圧率を上昇させる一方、第２電流Ｉｄｒｖ２で駆動する際には、監視回路２４による監視結果に関わらず、チャージポンプ回路１０の昇圧率ＣＰｘを所定値の２倍に設定してもよい。さらにこの場合、第２電流Ｉｄｒｖ２による駆動後、昇圧率を１倍に再設定してもよい。

実施の形態では、定電流駆動回路１００に接続する負荷としてＬＥＤ５０を例に挙げたが、これは当然、定電流駆動回路１００を電力源として動作する機器であればよく、例えばファン、ヒーター、モータや通信ユニットなどであってもよい。

実施の形態において、定電流駆動回路１００を構成する回路素子、各ブロックはすべて一体集積化されていてもよく、あるいは複数の集積回路に分けて集積化されていてもよい。さらに、その一部がディスクリート部品で構成されていてもよい。どの部分を集積化するかは、コストや占有面積などによって決めればよい。

実施の形態に係る定電流駆動回路の構成を示す回路図である。 図１の定電流駆動回路を搭載する電子機器の構成を示す図である。 チャージポンプ回路の構成を示す回路図である。 図１の定電流駆動回路の状態遷移図である。

符号の説明

１００ 定電流駆動回路、 ２００ 電子機器、 ２１０ 液晶パネル、 ２２０ カメラ、 ２３０ 電池、 ２４０ 制御回路、 １０ チャージポンプ回路、 ２０ 定電流回路、 ２２ ステートマシン、 ２４ 監視回路、 ３０ レギュレータ、 ５０ ＬＥＤ。

Claims (12)

1. 第１負荷を所定の第１電流で駆動し、前記第１負荷と並列に設けられた第２負荷を前記第１電流より大きな第２電流で駆動する定電流駆動回路であって、
   前記第１、第２負荷に駆動電圧を供給する複数の昇圧率が切り替え可能なチャージポンプ回路であって、昇圧率が低いほど負荷に対する電流の供給能力が低下するチャージポンプ回路と、
   前記第１、第２負荷の駆動経路上にそれぞれ設けられる第１、第２定電流回路と、
   前記第１定電流回路の両端の電圧を監視する監視回路と、
   前記監視回路による監視結果にもとづき前記チャージポンプ回路の昇圧率を制御する昇圧制御回路と、を備え、
   前記昇圧制御回路は、前記第１負荷を前記第１電流で駆動する際、前記監視回路による監視対象の電圧が所定の設定電圧を下回ったとき、前記昇圧率を上昇させる一方、前記第２負荷を前記第２電流で駆動する際、その駆動に先立ち、前記監視回路による監視結果に関わらず、前記チャージポンプ回路の昇圧率を、前記複数の昇圧率のうち、前記チャージポンプ回路の電流の供給能力が前記第２電流を上回るように決められた所定値に設定することを特徴とする定電流駆動回路。
2. 前記複数の昇圧率は、少なくとも１倍および２倍を含み、
   前記所定値は２倍以上の値であることを特徴とする請求項１に記載の定電流駆動回路。
3. 前記チャージポンプ回路は、昇圧率が低いほど高効率に負荷に電力を供給可能であり、
   前記複数の昇圧率のうち、最も小さい昇圧率は１倍であり、
   前記昇圧制御回路は、前記第２負荷を前記第２電流で駆動した後、前記チャージポンプ回路の昇圧率を１倍に再設定することを特徴とする請求項１または２に記載の定電流駆動回路。
4. 前記昇圧制御回路は、前記監視対象の電圧が前記設定電圧を所定の時間継続して下回ったとき、前記チャージポンプ回路の昇圧率を上昇させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の定電流駆動回路。
5. 前記昇圧制御回路は、前記所定の時間が時定数として設定されたデジタルフィルタを備えることを特徴とする請求項４に記載の定電流駆動回路。
6. 前記第１、第２負荷は発光ダイオードであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の定電流駆動回路。
7. ひとつの半導体基板上に一体集積化されたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の定電流駆動回路。
8. 所定の第１電流、または前記第１電流より大きい第２電流を切り替えて負荷を駆動する定電流駆動回路であって、
   前記負荷に駆動電圧を供給する複数の昇圧率が切り替え可能なチャージポンプ回路であって、昇圧率が低いほど負荷に対する電流の供給能力が低下するチャージポンプ回路と、
   前記負荷の駆動経路上に設けられた定電流回路と、
   前記定電流回路の両端の電圧を監視する監視回路と、
   前記監視回路による監視結果にもとづき前記チャージポンプ回路の昇圧率を制御する昇圧制御回路と、を備え、
   前記昇圧制御回路は、前記定電流回路により第１電流を生成し、当該第１電流により前記負荷を駆動する際、前記監視回路による監視対象の電圧が所定の設定電圧を下回ったとき前記昇圧率を上昇させる一方、前記定電流回路により前記第１電流より大きな第２電流を生成し、当該第２電流により前記負荷を駆動する際、前記監視回路による監視結果に関わらず、前記チャージポンプ回路の昇圧率を、前記複数の昇圧率のうち、前記チャージポンプ回路の電流の供給能力が前記第２電流を上回るように決められた所定値に設定することを特徴とする定電流駆動回路。
9. 電池と、
   第１発光ダイオードと、第２発光ダイオードと、
   前記第１、第２発光ダイオードを前記第１、第２負荷とし、前記電池の電圧を昇圧して駆動する請求項６に記載の定電流駆動回路と、
   を備えることを特徴とする電子機器。
10. カメラをさらに備え、
    前記定電流駆動回路は、前記カメラの撮像時に前記第２発光ダイオードをフラッシュとして発光させることを特徴とする請求項９に記載の電子機器。
11. 液晶パネルをさらに備え、
    前記第１発光ダイオードは、前記液晶パネルのバックライトとして機能することを特徴とする請求項１０に記載の電子機器。
12. 複数の昇圧率が切り替え可能なチャージポンプ回路であって、昇圧率が低いほど負荷に対する電流の供給能力が低下し、かつ昇圧率が低いほど高効率に負荷に電力を供給できるチャージポンプ回路を用いた発光ダイオードの駆動方法であって、
    前記発光ダイオードを所定のしきい値電流以上の駆動電流で駆動する際、その駆動に先立ち、前記チャージポンプ回路の昇圧率を、前記複数の昇圧率のうち、前記チャージポンプ回路の電流の供給能力が前記駆動電流を上回るように決められた所定値に設定するステップと、
    前記発光ダイオードを前記所定のしきい値電流以上の駆動電流で駆動するステップと、
    前記発光ダイオードを前記駆動電流で駆動した後、前記チャージポンプ回路の昇圧率を前記複数の昇圧率のうち、最も低い値に再設定するステップと、
    を備えることを特徴とする発光ダイオードの駆動方法。

Images