JP4930571B2

JP4930571B2 - 容量性負荷の駆動回路

Info

Publication number: JP4930571B2
Application number: JP2009241369A
Authority: JP
Inventors: 昭夫岩渕; 昇平大坂; 哲鷲谷
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2009-10-20
Filing date: 2009-10-20
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2029-10-20
Also published as: JP2011090805A; US8217687B2; US20110089980A1

Description

本発明は、例えばＥＬ（electro-luminescence）素子といった容量性負荷を駆動する駆動回路に関し、特に駆動回路の電力効率を向上させる技術に関する。

ＥＬ素子をパルス駆動すると、寄生容量への充電電荷を放電の際に全て捨ててしまうので、電力効率が悪いという問題がある。そこで、寄生容量への充電電荷の一部を回収用コンデンサに回収して再利用し、電力効率を上げる技術が知られている。

例えば特許文献１は、電力効率を向上させた容量性負荷の駆動回路を開示している。この容量性負荷の駆動回路は、ＥＬ素子の充電、放電側の電極にスイッチング回路を介して接続されるコンデンサを設け、ＥＬ素子を放電させる際に充電電荷の一部をコンデンサに移した後、残りの充電電荷を放電し、コンデンサに移された電荷をＥＬ素子に返した後に充電を開始させる。

これにより、ＥＬ素子に充電された電荷の一部が再利用されるので、その分だけ電力効率を向上させることができる。

特開平０９−３２２５６０号公報

上述した従来の容量性負荷の駆動回路は、ＥＬ素子の電荷を放電する際に充電電荷の一部をコンデンサに回収して残りを捨て、また、ＥＬ素子を充電する際にコンデンサに充電されている電荷の一部をＥＬ素子に回生するという動作を繰り返す。

このため、ＥＬ素子の１回の充電に必要な電荷の１／２以下しか回収されないことになり、電荷の回収率が悪い。その結果、電力効率を十分に向上させることができないという問題がある。

本発明の課題は、電力効率を向上させることができる容量性負荷の駆動回路を提供することにある。

上記課題を解決するために、第１の発明は、一端に外部から正電位が印加される第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子の他端と接地との間に配置されたＥＬ素子と、一端が前記ＥＬ素子の正極端子に接続され且つ前記ＥＬ素子の寄生容量より十分に大きく設定された電荷回収用のコンデンサと、前記コンデンサの他端と接地との間に設けられた第２スイッチング素子と、一端が前記コンデンサの他端に接続され、他端に外部から前記正電位の絶対値より大きく設定された絶対値を持つ負電位が印加される第３スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子をオンさせ前記第３スイッチング素子をオフさせて前記ＥＬ素子の寄生容量及び前記コンデンサを充電した後、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子をオフさせ前記第３スイッチング素子をオンさせて前記コンデンサの他端に負電位を印加して前記ＥＬ素子の寄生容量を逆バイアスすることにより前記ＥＬ素子の寄生容量の電荷の全てを引き抜いて前記コンデンサを充電し、その後、前記第１スイッチング素子及び前記第３スイッチング素子をオフさせ前記第２スイッチング素子をオンさせて前記コンデンサの電荷を放電させて前記ＥＬ素子の寄生容量を充電する回生制御を行う制御回路とを備えることを特徴とする。

第２の発明は、一端に外部から正電位が印加される第１スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子の他端と接地との間に配置されたＥＬ素子と、一端が前記ＥＬ素子の正極端子に接続され且つ前記ＥＬ素子の寄生容量より十分に大きく設定された電荷回収用のコンデンサと、前記コンデンサの他端と接地との間に設けられた可変電源と、前記第１スイッチング素子及び前記可変電源を制御することにより、前記可変電源の出力をゼロにして前記ＥＬ素子の寄生容量及び前記コンデンサを充電した後、前記コンデンサの他端に可変電源から負電位を印加して前記ＥＬ素子の寄生容量を逆バイアスすることにより前記ＥＬ素子の寄生容量の電荷の全てを引き抜いて前記コンデンサを充電し、その後、前記可変電源の出力をゼロにして前記コンデンサの電荷を放電させて前記ＥＬ素子の寄生容量を充電する回生制御を行う制御回路とを備えることを特徴とする。

第１の発明、第２の発明によれば、ＥＬ素子は消灯時に逆バイアスされ、ＥＬ素子の寄生容量の電荷を全て電荷回収用のコンデンサに回収し、電荷回収用のコンデンサで回収された電荷が再びＥＬ素子の寄生容量へ充電されて回生される。即ち、ＥＬ素子の寄生容量へ充電された電荷は捨てられることなく再利用されるので、電力効率を向上させることができる。

本発明の実施例１に係る容量性負荷の駆動回路の構造を示す回路図である。本発明の実施例１に係る容量性負荷の駆動回路の動作を説明するタイミングチャートである。本発明の実施例１に係る容量性負荷の駆動回路の動作を説明するための図（その１）である。本発明の実施例１に係る容量性負荷の駆動回路の動作を説明するための図（その２）である。本発明の実施例１に係る容量性負荷の駆動回路の動作を説明するための図（その３）である。本発明の実施例２に係る容量性負荷の駆動回路の構成を示す回路図である。本発明の実施例３に係る容量性負荷の駆動回路の構成を示す回路図である。

以下、本発明の実施の形態の容量性負荷の駆動回路のいくつかを図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１に係る容量性負荷の駆動回路の構成を示すブロック図である。容量性負荷の駆動回路は、第１スイッチング素子Ｑ１、第２スイッチング素子Ｑ２、第３スイッチング素子Ｑ３、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１、ＥＬ素子１０、制御回路１１及び電力生成回路１２を備える。

第１スイッチング素子Ｑ１は、例えばＭＯＳＦＥＴから構成され、一端には外部に接続される電力生成回路１２から正電位＋Ｖｃｃ１が供給され、他端はコンデンサＣ１の一端及びＥＬ素子１０の正極端子ＥＬ＋に接続されている。第１スイッチング素子Ｑ１は、制御回路１１から制御端子に入力される制御信号Ｓ１に応答してオン／オフし、電力生成回路１２から印加される正電位＋Ｖｃｃ１による電力供給を制御する。

コンデンサＣ１の他端は、抵抗Ｒ１の一端及び第３スイッチング素子Ｑ３の一端に接続されている。コンデンサＣ１は、電荷回収用のコンデンサである。抵抗Ｒ１の他端は、第２スイッチング素子Ｑ２の一端に接続されている。

第２スイッチング素子Ｑ２は、例えばＭＯＳＦＥＴから構成され、制御回路１１から制御端子に入力される制御信号Ｓ２に応答してオン／オフする。第２スイッチング素子Ｑ２の他端は接地されている。

第３スイッチング素子Ｑ３は、例えばＭＯＳＦＥＴから構成され、制御回路１１から制御端子に入力される制御信号Ｓ３に応答してオン／オフする。第３スイッチング素子Ｑ３の他端には負電位−Ｖｃｃ２が供給される。

ここで、正電位＋Ｖｃｃ１と負電位−Ｖｃｃ２とは、｜−Ｖｃｃ２｜＞｜＋Ｖｃｃ１｜の関係を満足するように設定されている。

ＥＬ素子１０は、ダイオードＤ１と寄生容量Ｃ２との並列回路によって等価的に表され、負極端子ＥＬ−は接地されている。なお、コンデンサＣ１の容量は、寄生容量Ｃ２に比べて十分大きく、例えば２〜１００倍になるように設定されている。

制御回路１１は、制御信号Ｓ１〜Ｓ３を生成し、生成された制御信号Ｓ１〜Ｓ３をスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３にそれぞれ送る。これにより、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３がオン／オフされる。

電力生成回路１２は、第１スイッチング素子Ｑ１の一端に正電位＋Ｖｃｃ１を出力する。電力生成回路１２は、例えば特許文献１の駆動電圧発生回路のように構成できる。

次に、このように構成された本発明の実施例１に係る容量性負荷の駆動回路の動作を図２に示すタイミングチャート及び図３〜図５に示す説明図を参照しながら説明する。

まず、制御回路１１は、図２（ｂ）に示すように制御信号Ｓ１をＨ（Ｈｉｇｈ）、図２（ｃ）に示すように制御信号Ｓ２をＨ及び図２（ｄ）に示すように制御信号Ｓ３をＬ（Ｌｏｗ）にすることにより、状態１を作り出す。

これにより、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２がオンし、第３スイッチング素子Ｑ３がオフするので、図３に矢印で示すように、電力生成回路１２から供給された正電位＋Ｖｃｃ１によってコンデンサＣ１が充電される。これと同時に、ＥＬ素子１０が順バイアスされて、寄生容量Ｃ２が充電される。その結果、寄生容量Ｃ２の電圧は、図２（ａ）に示すように＋Ｖｃｃ１になり、ＥＬ素子は点灯する。

次に、制御回路１１は、図２（ｂ）に示すように制御信号Ｓ１をＬ、図２（ｃ）に示すように制御信号Ｓ２をＬ及び図２（ｄ）に示すように制御信号Ｓ３をＨにすることにより、状態２を作り出す。これにより、第１スイッチング素子Ｑ１及び第２スイッチング素子Ｑ２がオフし、第３スイッチング素子Ｑ３がオンするので、図４に矢印で示すように、ＥＬ素子１０が逆バイアスされて寄生容量Ｃ２に蓄積されていた電荷は捨てられずに全てが引き抜かれて放電され、コンデンサＣ１が充電される。

その結果、寄生容量Ｃ２の電圧は、図２（ａ）に示すように負電位「−Ｖｃｃ２＋Ｖｃｃ１」になる。また、コンデンサＣ１は、外部から供給された負電位−Ｖｃｃ２に接続されるため、上述した従来の技術に比べて、電荷の回収率が高くなる。

次に、制御回路１１は、図２（ｂ）に示すように制御信号Ｓ１をＬ、図２（ｃ）に示すように制御信号Ｓ２をＨ及び図２（ｄ）に示すように制御信号Ｓ３をＬにすることにより、状態３を作り出す。これにより、第１スイッチング素子Ｑ１及び第３スイッチング素子Ｑ３がオフし、第３スイッチング素子Ｑ３がオンする。

このため、図５に矢印で示すように、コンデンサＣ１に回収された電荷が放電されるとともに、ＥＬ素子１０が順バイアスされ、寄生容量Ｃ２が充電されて回生される。その結果、寄生容量Ｃ２の電圧は、図２（ａ）に示すように正電位＋Ｖｃｃ１になる。

以下、状態１→状態２→状態３→状態１→・・・と繰り返されることにより、ＥＬ素子１０は消灯時に逆バイアスされるので、ＥＬ素子１０の寄生容量へ充電された電荷は捨てられることなく再利用される。その結果、電力効率を向上させることができる。

図６は本発明の実施例２に係る容量性負荷の駆動回路の構成を示す回路図である。実施例２において、実施例１と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。この容量性負荷の駆動回路は、図１に示した実施例１に係る容量性負荷の駆動回路から抵抗Ｒ１、第２スイッチング素子Ｑ２及び第３スイッチング素子Ｑ３を除去し、可変電源Ｖｒを追加するとともに、制御回路１１の機能を変更して制御回路１１ａとしたものである。以下、実施例１に係る容量性負荷の駆動回路と相違する部分を中心に説明する。

コンデンサＣ１の一端は、実施例１に係る容量性負荷の駆動回路と同様に、第１スイッチング素子Ｑ１の他端に接続されるとともにＥＬ素子１０の正極端子ＥＬ＋に接続され、他端は、可変電源Ｖｒの一端に接続されている。

可変電源Ｖｒは、制御回路１１ａからの制御信号Ｓ４に応じて出力電圧を０Ｖ〜負電位−Ｖｃｃ２Ｖの範囲で可変し、コンデンサＣ１の他端に印加する。

制御回路１１ａは、制御信号Ｓ１及びＳ４を生成し、生成された制御信号Ｓ１及びＳ４を第１スイッチング素子Ｑ１及び可変電源Ｖｒにそれぞれ送る。これにより、第１スイッチング素子Ｑ１のオン／オフ及び可変電源の出力電圧が制御される。

次に、このように構成された本発明の実施例２に係る容量性負荷の駆動回路の動作を説明する。

まず、制御回路１１ａは、制御信号Ｓ１をＯＮにするとともに可変電源Ｖｒの出力を０Ｖにすることにより、状態１を作り出す。これにより、第１スイッチング素子Ｑ１がオンするので、電力生成回路１２から供給された正電位＋Ｖｃｃ１によってコンデンサＣ１が充電されると同時に、ＥＬ素子１０が順バイアスされて、寄生容量Ｃ２が充電される。その結果、寄生容量Ｃ２の電圧は、＋Ｖｃｃ１になる。

次に、制御回路１１ａは、制御信号Ｓ１をＯＦＦにするとともに可変電源Ｖｒの出力を−Ｖｃｃ２にすることにより、状態２を作り出す。これにより、第１スイッチング素子Ｑ１がオフし、ＥＬ素子１０が逆バイアスされて寄生容量Ｃ２に蓄積されていた電荷は捨てられずに引き抜かれて放電され、コンデンサＣ１が充電される。その結果、寄生容量Ｃ２の電圧は、負電位「−Ｖｃｃ２＋Ｖｃｃ１」になる。また、コンデンサＣ１は、可変電源Ｖｒから負電位−Ｖｃｃ２が供給されるため、上述した従来の技術に比べて、電荷の回収率が高くなる。

次に、制御回路１１ａは、制御信号Ｓ１をＯＦＦにするとともに可変電源Ｖｒの出力を０Ｖにすることにより、状態３を作り出す。これにより、第１スイッチング素子Ｑ１がオフするので、コンデンサＣ１に回収された電荷が放電されるとともに、ＥＬ素子１０が順バイアスされ、寄生容量Ｃ２が充電されて回生される。その結果、寄生容量Ｃ２の電圧は、正電位＋Ｖｃｃ１になる。

以下、状態１→状態２→状態３→状態１→・・・と繰り返されることにより、ＥＬ素子１０は消灯時に逆バイアスされ、ＥＬ素子１０の寄生容量へ充電された電荷は捨てられることなく再利用される。その結果、電力効率を向上させることができる。

図７に示す実施例３に係る容量性負荷の駆動回路は、実施例１における電力生成回路１２に代えて、電力生成回路１２ａを有する。電力生成回路１２ａは、制御回路１１から出力される制御信号Ｓ１に応じて、正電位＋Ｖｃｃ１を生成する。即ち、図２の状態１のように、ＥＬ素子１０が順バイアスされるときは、制御信号Ｓ１（例えばＨレベル）に応じて正電位＋Ｖｃｃ１を生成する。

状態２のように、ＥＬ素子１０から電荷を回収するとき及び状態３のように、コンデンサＣ１から電荷を回生するときには、制御信号Ｓ１（例えばＬレベル）に応じて正電位＋Ｖｃｃ１の生成を停止する。その結果、常時、正電位＋Ｖｃｃ１を生成する場合に比べ容量性負荷の駆動回回路の電力効率を向上させることができる。

なお、第１スイッチング素子Ｑ１と電力生成回路１２ａとを併せて電力生成回路２０と見なすことができる。また、例えば、スイッチング素子Ｑ１のオン抵抗を電流検出素子として利用し、電力生成回路１２ａの出力電力を制御するように構成しても良い。

本発明は、ＥＬ素子や圧電素子といった容量性負荷を駆動する駆動回路に適用可能である。

Ｑ１〜Ｑ３スイッチング素子
Ｃ１コンデンサ
Ｃ２寄生容量
Ｒ１抵抗
Ｄ１ダイオード
Ｖｒ可変電源
１０ＥＬ素子
１１，１１ａ制御回路

Claims

一端に外部から正電位が印加される第１スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子の他端と接地との間に配置されたＥＬ素子と、
一端が前記ＥＬ素子の正極端子に接続され且つ前記ＥＬ素子の寄生容量より十分に大きく設定された電荷回収用のコンデンサと、
前記コンデンサの他端と接地との間に設けられた第２スイッチング素子と、
一端が前記コンデンサの他端に接続され、他端に外部から前記正電位の絶対値より大きく設定された絶対値を持つ負電位が印加される第３スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子をオンさせ前記第３スイッチング素子をオフさせて前記ＥＬ素子の寄生容量及び前記コンデンサを充電した後、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子をオフさせ前記第３スイッチング素子をオンさせて前記コンデンサの他端に負電位を印加して前記ＥＬ素子の寄生容量を逆バイアスすることにより前記ＥＬ素子の寄生容量の電荷の全てを引き抜いて前記コンデンサを充電し、その後、前記第１スイッチング素子及び前記第３スイッチング素子をオフさせ前記第２スイッチング素子をオンさせて前記コンデンサの電荷を放電させて前記ＥＬ素子の寄生容量を充電する回生制御を行う制御回路とを備えることを特徴とする容量性負荷の駆動回路。
一端に外部から正電位が印加される第１スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子の他端と接地との間に配置されたＥＬ素子と、
一端が前記ＥＬ素子の正極端子に接続され且つ前記ＥＬ素子の寄生容量より十分に大きく設定された電荷回収用のコンデンサと、
前記コンデンサの他端と接地との間に設けられた可変電源と、
前記第１スイッチング素子及び前記可変電源を制御することにより、前記可変電源の出力をゼロにして前記ＥＬ素子の寄生容量及び前記コンデンサを充電した後、前記コンデンサの他端に可変電源から負電位を印加して前記ＥＬ素子の寄生容量を逆バイアスすることにより前記ＥＬ素子の寄生容量の電荷の全てを引き抜いて前記コンデンサを充電し、その後、前記可変電源の出力をゼロにして前記コンデンサの電荷を放電させて前記ＥＬ素子の寄生容量を充電する回生制御を行う制御回路と、
を備えることを特徴とする容量性負荷の駆動回路。
正電位を出力する電力生成回路と、
前記電力生成回路の一端と接地との間に配置されたＥＬ素子と、
一端が前記ＥＬ素子の正極端子に接続され且つ前記ＥＬ素子の寄生容量より十分に大きく設定された電荷回収用のコンデンサと、
前記コンデンサの他端と接地との間に設けられた第１スイッチング素子と、
一端が前記コンデンサの他端に接続され、他端に外部から前記電力生成回路の正電位の絶対値より大きく設定された絶対値を持つ負電位が印加される第２スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子をオンさせ前記第２スイッチング素子をオフさせて前記ＥＬ素子の寄生容量及び前記コンデンサを充電した後、前記第１スイッチング素子をオフさせ前記第２スイッチング素子をオンさせて前記コンデンサの他端に負電位を印加して前記ＥＬ素子の寄生容量を逆バイアスすることにより前記ＥＬ素子の寄生容量の電荷の全てを引き抜いて前記コンデンサを充電し、その後、前記第１スイッチング素子をオンさせ前記第２スイッチング素子をオフさせて前記コンデンサの電荷を放電させて前記ＥＬ素子の寄生容量を充電する回生制御を行う制御回路とを備え、
前記電力生成回路は、前記制御回路から出力される制御信号に応じて、前記正電位の出力を停止することを特徴とする容量性負荷の駆動回路。