JP4945918B2 - Led駆動装置 - Google Patents
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Description
図9(A)に示すLED駆動装置400の回路構成について説明する。入力端子TinとGND(グランド)間にキャパシタC401が接続され、この入力端子TinはさらにPNPトランジスタ403のエミッタと抵抗R402,407の一方に端子にそれぞれ接続されている。PNPトランジスタ403のコレクタは抵抗R407の他方の端子と出力端子Toutに接続されている。
抵抗R402の他方の端子はPNPトランジスタ403のベースとNPNトランジスタ404のコレクタに接続されている。
出力端子ToutとGND間に直列に抵抗R408とバンドギャップダイオードD409が接続され、この接続点がAmp(アンプ)406の非反転入力端子に接続されている。また、出力端子ToutとGND間に直列に抵抗R410と抵抗R411が接続され、抵抗R410と抵抗R411の共通接続点がAmp406の反転入力端子に接続されている。
Amp406の出力端子はNPNトランジスタ404のベースに接続され、このNPNトランジスタ404のエミッタは抵抗R405を介してGNDに接続されている。
図9(C)は図9(B)に示した抵抗R410の代わりにLED・1〜LED・N(413)を接続した構成例を示している。
その結果、NPNトランジスタ404のエミッタ電流は増加しそれに伴いコレクタ電流も増加するから抵抗R402に流れる電流も増加し、抵抗R402の両端に発生する電圧差は大きくなる。すると、PNPトランジスタ403のエミッタ−ベース間の電圧差が大きくなるから、このPNPトランジスタ403のエミッタ電流とコレクタ電流は増加し、その増加した電流がキャパシタC412に蓄積され、電圧が上昇する。
一方、出力端子Toutの電圧が上がり、その結果LED・1〜LED・N(413)に流れる電流が増加したとする。すると抵抗R411で発生する電圧Esiは高くなり、その電圧EsiがAmp406の反転入力端子に供給される。電圧EsiはバンドギャップダイオードD409のカソード端子で発生する基準電圧Esと比較され、電圧Esiが基準電圧Esより高いのでAmp406の出力端子の電圧は減少し、この減少した電圧がNPNトランジスタ404のベースに供給される。
その結果、エミッタ電流は減少しそれに伴いコレクタ電流も減少するから抵抗R402に流れる電流も減少し、抵抗R402の両端に発生する電圧差は小さくなる。すると、PNPトランジスタ403のエミッタ−ベース間の電圧差が小さくなるから、このPNPトランジスタ403のエミッタ電流とコレクタ電流は減少し、キャパシタC412に蓄積された電流がLED1・1〜LED・N(413)へ流れ、出力端子Toutの電圧は減少し、出力電圧が一定になるように働く。
特許文献2(特開2003−152224号公報)にDC/DCコンバータを用いたLED(Light Emitting Diode)点灯回路が開示されている。
このLED点灯回路450は、電池453、LED昇圧駆動回路454、LED451、出力電圧制御回路458、電流検出回路459などで構成されている。
DC/DCコンバータ460の電圧の制御方法として、VCO(Voltage Controlled Oscillator)の入力電圧を変化させ発振周波数を可変するものや、またPWM方式のパルス幅を可変するものがある。
電流検出回路459は、(電流)検出抵抗455、基準電圧源456、比較器457とで構成され、LED451に流れる電流を検出抵抗455で電圧に変換して比較器457の反転入力端子に供給している。一方、基準電圧源456から出力される基準電圧が比較器457の非反転入力端子に供給され、検出抵抗455で検出された電圧と比較され、その結果が出力される。
出力電圧制御回路458は、比較器457から出力された電圧に応じてDC/DCコンバータのVCOの制御電圧を発生する。
検出抵抗455によりLED451に流れる電流ILEDが電圧に変換され比較器457に供給され、基準電圧源456で設定されて基準電圧と比較される。検出抵抗455から検出された電圧が基準電圧よりも電圧が低いと、比較器457の出力電圧が高くなり、その電圧を出力電圧制御回路458に供給する。すると、出力電圧制御回路458から出力された制御信号によりDC/DCコンバータ410のVCOの入力電圧を変化させLED昇圧駆動回路454の出力を上昇させる。
逆に、検出抵抗455から検出された電圧が基準電圧よりも電圧が高いと、比較器457の出力電圧が低くなり、その電圧を出力電圧制御回路458に供給する。すると、出力電圧制御回路458の制御電圧によりVCOの入力電圧を変化させLED昇圧駆動回路454の出力を下降させる。
この結果、LED451に流れる電流ILEDが変化してもLED昇圧駆動回路454の出力端子Aの電圧は一定に保たれる。
また、このときのLED451の駆動電圧はLEDのVf(順方向ダイオード接合電圧)の合計と検出抵抗455で発生する検出電圧を加算した値となる。
LED点灯装置500は、SW(スイッチング)レギュレータ基本ブロック501、キャパシタ502、インダクタ503、ダイオード504、キャパシタ505、ツェナーダイオード506、バイアス抵抗R507の電源回路と、PNPトランジスタ508、LED・1〜LED・N(509)、PNPトランジスタ511、LED・1〜LED・N(513)、電流決定用の抵抗R514、抵抗510,512のLED点灯ブロックなどで構成されている。
出力端子Toutの電圧Eoの変化に応じて抵抗507で発生する電圧が変動し、この変動した電圧がスイッチングレギュレータ基本ブロック501の端子T53に供給される。スイッチングレギュレータ501は、端子T53に供給される電圧が下がると内部SW(スイッチ)のON/OFF期間が制御され、たとえばSWのON期間を長くして入力端子Tinから供給されるDC電圧にインダクタL503のエネルギーを重畳した値がダイオード504を介してキャパシタ505に蓄積される。その結果、出力電圧が上昇する。
一方、端子T53に供給される電圧が上がると内部SWのON期間を短くして、入力端子Tinから供給されるDC電圧がインダクタ503を介してGNDに接続され、インダクタ503にエネルギーが蓄積される。そしてSWがOFFのときインダクタに蓄積されたエネルギーをDC電圧に重畳してキャパシタ505に供給する。このとき、PNPトランジスタ508,511がON動作状態であれば、キャパシタ505からLED点灯ブロックに電流が出力され、出力電圧が低下する。これを繰り返して、出力電圧は一定値に収束する。
LED・1〜LED・N(509)に流れる電流は、
[数1]
IL(509)=Es/R507 ・・・(1)
と表される。
一方、LED・1〜LED・N(513)に流れる電流は、
[数2]
IL(513)=(Eo−Vce−N*Vf)/R514・・・(2)
と表される。
ここで、*印は乗算記号を表し、VceはPNPトランジスタのON時のコレクタ−エミッタ飽和電圧またVfはLEDの(ダイオード)順方向電圧とする。
式(1)と式(2)の分母の抵抗R507とR514は製造ばらつきにより設定値に差が生じ、LED・1〜LED・N(509)とLED・1〜LED・N(513)に流れる電流に差が生じる問題がある。またLEDをさらに並列に接続した場合、2列以降のLEDに流れる電流値は各抵抗(514)によりばらつきが発生し、これにより照度むらが発生し画面が見にくくなる。
LED点灯ブロックは、出力端子ToutとGND間に、LED・1〜LED・N(558)とON/OFF制御する定電流回路559が直列接続されている。またこれと並列に、出力端子ToutとGND間にLED・1〜LED・N(560)とON/OFF制御する定電流回路561が直列接続されている。
各定電流回路559,561がON時、所定の電流を流し、その結果各LED・1〜LED・N(558)とLED・1〜LED・N(561)に設定された電流が流れ、各LEDは発光する。
しかしながら、これらの定電流回路559,561は独立にON/OFF制御され、かつLEDと直列に接続されているため、出力電圧Eoを高く設定する必要があり、また回路構成が複雑になる問題があった。
また、LEDを点灯するためのバイアス抵抗の抵抗値を下げ、この抵抗の両端に発生する電圧を所定値以下し、LED駆動回路の消費電流を削減し、電池の消費時間を長くする。
図1に示す実施形態例であるLED駆動装置10は、レギュレータ回路11、キャパシタ12,13、LED・1〜LED・N(37;以後LED37と記載する)、LED・1〜LED・N(38;以後LED38と記載する)LED・1〜LED・N(39;以後LED39と記載する)とカレントミラー用PNPトランジスタ34,35,36、抵抗30で構成されている。
レギュレータ回路11の一部は図9に示したLED駆動装置400と同じであるが、LEDに流れる電流を駆動する回路構成が異なっている。
入力端子TinとGND間にキャパシタ12が接続され、この入力端子TinはさらにPNPトランジスタ15のエミッタと抵抗14,19の一方に端子にそれぞれ接続されている。PNPトランジスタ15のコレクタは抵抗19の他方の端子と出力端子Toutに接続されている。
抵抗14の他方の端子はPNPトランジスタ15のベースとNPNトランジスタ16のコレクタに接続されている。
出力端子ToutとGND間に直列に抵抗20とバンドギャップダイオード21が接続され、この共通接続点がAmp(アンプ)18の非反転入力端子に接続されている。また出力端子ToutとGND間にキャパシタ13が接続されている。
さらに、出力端子ToutとGND間には、複数個のLEDが点灯できるように構成されている。
すなわち、出力端子Toutに抵抗31の一端が接続され、他端がPNPトランジスタ34のエミッタに接続され、このPNPトランジスタ34のベースとコレクタは共通接続されかつLED37の一端に接続されている。LED(LED・1〜LED・N)37の他端はAmp18の反転入力端子と抵抗30の一端に接続され、抵抗30の他端はGNDに接続されている。
また抵抗32の一端が出力端子Toutに接続され、他端はPNPトランジスタ35のエミッタに接続される。PNPトランジスタ35のベースはPNPトランジスタ34のベースに接続され、コレクタはLED(LED・1〜LED・N)38の一端に接続されている。LED38の他端はGNDに接続されている。
以下同様にN列繰り返し、LED(LED・1〜LED・N)39の接続構成において、抵抗33の一端が出力端子Toutに接続され、他端はPNPトランジスタ36のエミッタに接続される。PNPトランジスタ36のベースはPNPトランジスタ34のベースに接続され、コレクタはLED39の一端に接続されている。LED39の他端はGNDに接続されている。
LED37と抵抗30の共通接続点がAmp18の反転入力端子に接続され、抵抗20とバンドギャップダイオード21の共通接続点がAmp18の非反転入力端子に接続されている。
Amp18の出力端子はNPNトランジスタ16のベースに接続され、このNPNトランジスタ16のエミッタは抵抗17を介してGNDに接続されている。
レギュレータ回路11についての動作は図9に示したLED駆動装置400と同じであるので詳細な説明は省略する。
レギュレータ回路11の出力端子Toutの電圧が一定電圧に収束したとする。LED37に流れる電流は、
[数3]
IL=Esi/R30 ・・・(3)
と表される。
このとき、PNPトランジスタ34のエミッタ−ベース(コレクタ)間の電圧と抵抗31に発生する電圧を加算した電圧が基本バイアスとなり、PNPトランジスタ35とPNPトランジスタ36のベースにそれぞれ供給され、各PNPトランジスタ35,36のエミッタに発生する電圧をそれぞれの抵抗32,33で割算した値がLED38とLED39に流れる電流となる。
すなわち、PNPトランジスタ34をダイオード構成とし、このアノード(ベース、コレクタ)を並列接続されるPNPトランジスタ35,36のベースに接続して、カレントミラー構成としている。
抵抗32,33の抵抗値を抵抗31と同じ値にすると、PNPトランジスタ34,35,36に流れる電流は同じ値となり、それぞれのLEDを独立に抵抗など用いて電流を決定する必要はない。またLEDに流れる電流を等しくする場合、抵抗は抵抗30にのみに関係し他の抵抗に関係しないから抵抗ばらつきによる電流のばらつきが無く、各LED(37,38,39)の発光量が揃い、表示装置の画面の照度むらは無くなる。
また、LED38,39の動作電流は1列のLED37の電流で決まる。2列以降のLED38,39とGND(グランド)間には1列のLED37に直列に接続されている抵抗30に対応する抵抗が存在しないので、その抵抗30で発生する電圧(量)だけ動作範囲が大きくなり、電圧動作に余裕がある。もし、LED37,38,39がばらつき、たとえば1列のLED37のN(N個)Vfが小さく、2列以降のLED38,39のN(N個)Vfが大きいと、抵抗30で発生する分だけ動作範囲が大きいので、LEDのVfのばらつきを吸収できる。
さらに、1列のLED・1(37)のアノード電位はPNPトランジスタ(ダイオード)34のエミッタ電位よりVf低いが、2列以降のLED・1(38),LED・1(39)のアノード電位はPNPトランジスタ35,36のエミッタ電位よりVceだけ低く、一般にトランジスタのVfがVce(コレクタ−エミッタ電圧)より大きいので、その差分Vf−Vceだけ2列以降のLED38,39の動作範囲が大きくできるので、LEDのVfのばらつきを吸収することができる。
レギュレータ回路11の一部は図1に示したLED駆動装置10と同じであるが、LEDの電流を駆動する回路構成が異なっている。
ここでは、LED点灯ブロックについて述べ、レギュレータ回路11の詳細な説明は省略する。
出力端子ToutとGND間には、複数個のLEDが点灯できるように構成されている。出力端子ToutにLED51の一端が接続され、他端がNPNトランジスタ54のコレクタとベースに接続され、またNPNトランジスタ55,56のベースにそれぞれ接続されている。
NPNトランジスタ54のエミッタはAmp18の反転入力端子と抵抗57の一端に接続され、この抵抗57の他端はGNDに接続されている。
LED52も同様に、一端がToutに接続され、他端がNPNトランジスタ55のコレクタに接続されている。またNPNトランジスタ55のエミッタは抵抗58の一端に接続され、この抵抗58の他端はGNDに接続される。
さらにこれと同じ構成を繰り返し、N列に設けられたLED53も、一端がToutに接続され、他端がNPNトランジスタ56のコレクタに接続されている。またNPNトランジスタ56のエミッタは抵抗59の一端に接続され、この抵抗59の他端はGNDに接続される。
出力端子Toutの電圧が変動しても、帰還動作によりAmp18の反転入力端子の電圧Esiは非反転入力端子に入力される基準電圧Esと等しくなるように働き、その結果出力端子Toutの電圧は設定値に保持される。
LED点灯ブロックのNPNトランジスタ54のエミッタ電位はEsi(=Es)であるから、式(3)と同様に、LED51に流れる電流は、
[数4]
IL(LED51)=Esi/R57 ・・・(4)
と表される。
またNPNトランジスタ54,抵抗57、NPNトランジスタ55,抵抗58、NPNトランジスタ56,抵抗59はカレントミラー回路を構成しているので、それぞれのLED52,53に流れる電流は、抵抗58,59で決まり、もし抵抗57の抵抗値と等しければ電流値はIL(LED51)と等しくなる。
このように、1列のLED51を構成する回路構成を用いて、並列に接続された他の列のLED駆動回路の電流を設定できるようにしている。
またカレントミラーを構成するNPNトランジスタ54のアノード(ベース、コレクタ接続)電位はカソード(エミッタ)電位よりVf(約0.7V)高く、一方NPNトランジスタ55と56のコレクタ電位はエミッタ電位よりVceだけ高い。その結果2列以降のLED・1〜LED・N(52)とLED・1〜LED・N(53)がばらつきそのN(N個)Vfが1列のLED・1〜LED・N(51)のN(N個)Vfより大きくなったとき、トランジスタのVfがVceより大きいため、2列以降のLED52,53はVf−Vce(VfとVceの差分)だけ動作余裕がある。
LED駆動装置100は、スイッチングレギュレータ基本ブロック101、インダクタ113、ダイオード114、LED・1〜LED・N(137,138,139)と電流検出用抵抗130、カレントミラー回路を構成するPNPトランジスタ134,135,136と抵抗131,132,133で構成されている。
スイッチングレギュレータ基本ブロック101は、バイアス回路104、SW(スイッチ)105、抵抗106、バッファアンプ107、昇圧制御回路108、過電圧保護回路109、Amp110、基準電圧発生回路111で構成されている。
バイアス回路104は入力端子Tinから電源端子T21を介して電源が供給され、スイッチングレギュレータ基本ブロック101の各回路に電源を供給するための電圧を発生している。
SW105はバッファアンプ107の制御信号によりON/OFF制御され、インダクタ113の出力とGND間をオープンまたはショートする働きをし、入力端子Tinから供給されるDC電圧を昇圧する。また、このSW105として、一般に半導体素子が使用され、MOSトランジスタやバイポーラトランジスタで構成される。
昇圧制御回路108はAmp110から出力された制御電圧に従い例えばパルス幅などを調整し、SW105をON/OFFするための制御電圧を出力する。またこれ以外に出力端子に接続されているたとえばLEDなどの負荷インピーダンスが下がったとき、過電圧保護回路109から制御電圧により、SW105をOFF動作し、回路素子を保護するようにしている。
過電圧保護回路109は出力端子Toutに接続されているLEDなどの負荷インピーダンスが下がったとき制御信号を出力し、上述した昇圧制御回路108を介しSW105をOFFにして保護している。
Amp110は基準電圧発生回路111から供給された基準電圧とLED・1〜LED・N137(以後LED137と記載する)に流れる電流量を検出して電圧に変換した値を比較する誤差検出用のAmpである。この誤差すなわち基準電圧に対して増加、減少した電圧を次段の昇圧制御回路108に供給し、出力端子Toutで発生する電圧を一定に保持するようにしている。
スイッチングレギュレータ基本ブロック101の端子T24はLED137と抵抗130の共通接続点が接続されている。抵抗130は、出力電圧の変動に伴うLEDに流れる電流を検出し、この検出された電流を電圧に変換して、Amp110の反転入力端子に供給している。
このインダクタ113の飽和電流定格は、最大ピーク電流に対して十分余裕を持たせる必要があり、また電力変換効率を高めるため直流抵抗の値を小さいものを使用している。
ダイオード114は定格電流と逆方向耐圧が仕様規格に対して十分余裕を持たせる必要がある。また、電力変換効率を高めるため(ダイオードの)順方向電圧(Vf)が低く、かつスイッチングスピードが速いものが望ましい。たとえば、ショットキーダイオードなどが用いられる。
出力端子ToutとGND間に接続された負荷回路(または素子)は、LED・1〜LED・N(137,138,139)と電流検出用の抵抗130、カレントミラー回路で構成され、複数個のLEDが点灯できるようにされている。
すなわち、出力端子Toutに抵抗131の一端が接続され、他端がPNPトランジスタ134のエミッタに接続され、このPNPトランジスタ134のベースとコレクタは共通接続されかつLED137の一端に接続されている。LED137の他端はAmp110の反転入力端子と抵抗130の一端に接続され、抵抗130の他端はGNDに接続されている。
また抵抗132の一端が出力端子Toutに接続され、他端はPNPトランジスタ135のエミッタに接続される。PNPトランジスタ135のベースはPNPトランジスタ134のベースに接続され、コレクタはLED138の一端に接続されている。LED138の他端はGNDに接続されている。
以下同様にN列繰り返し、N列のLED139の接続構成において、抵抗133の一端が出力端子Toutに接続され、他端はPNPトランジスタ136のエミッタに接続される。PNPトランジスタ136のベースはPNPトランジスタ134のベースに接続され、コレクタはLED139の一端に接続されている。LED139の他端はGNDに接続されている。
LED137と抵抗130の共通接続点がAmp110の反転入力端子に接続され、基準電圧発生回路111から供給される基準電圧が非反転入力端子に接続されている。
この例ではLEDの点灯回路を示したが、LED以外の負荷素子であってもよく、負荷素子に流れる電流または電圧を検出する手段を設け、この検出手段からの出力電圧(または制御信号)を次段のAmp110の反転入力端子に供給する。
LED137,138,139の電流を決定する回路はカレントミラー回路で構成されているので、各LED137,138,139を流れる電流は、抵抗131,132,133が等しい場合、同じ電流が流れる。
スイッチングレギュレータ(基本ブロック)を動作させたときの初期状態において、SW105がONの期間、入力端子Tinからインダクタ113とSW105、抵抗R106を介してGNDに電流が流れる。インダクタ113に電流が1周期の所定期間流れると、昇圧制御回路108からセット信号を出力し、バッファアンプ107を介してSW105をOFFする。
キャパシタC103に所定の電圧が蓄積された後、キャパシタC103からLED137,138,139に負荷電流が流れ、出力端子Toutの電圧が下がる。
するとAmp110の電圧検出回路で所定の電圧を検出するまで初期動作と同じ動作を繰り返す。このときインダクタ113に流す電流の周期を1周期の期間内で長くして、キャパシタC103に蓄積する電圧を高くする。
このSW105はキャパシタC103の直流電圧を検出して、一周期内でON/OFF制御されている。
具体的には、キャパシタC103に蓄積された電圧に比例する電圧、すなわち抵抗R130で発生した電圧E1がAmp110の反転入力端子に供給され、非反転入力端子の基準電圧発生回路111から出力される基準電圧と比較され、その誤差電圧を出力する。
Amp60で電圧E1と基準電圧が比較される。いまキャパシタC103の電圧が下がった結果、電圧E1が基準電圧より低くなったとすると、Amp110の出力電圧は高くなる。Amp110から出力された電圧が昇圧制御回路108に供給され、そこでパルス幅の調整が行われ、出力電圧(ToutまたはキャパシタC103の電圧)が基準電圧発生回路111から出力される基準電圧以上になるまでの期間、パルス期間を長くする。そしてこの調整されたパルス制御電圧を出力し続ける。
バッファアンプ107はその期間ON/OFF切り換え動作を繰り返し、たとえばSW105がONのときインダクタ113に電流が流れてエネルギーが蓄積される。またSW105がOFFのときインダクタ113に蓄積されたエネルギーが入力電圧に重畳されてダイオード114を介してキャパシタC103に蓄積される。この動作が繰り返されることにより、出力電圧Tout(C103に蓄積される電圧)は徐々に昇圧する。
キャパシタC103に蓄積される電圧が所定値以上になると、Amp110から出力される制御電圧により昇圧制御回路108の動作が制御され、パルス幅を調整(狭く)し、バッファアンプ107を介してSW105をON/OFFする。するとキャパシタC103に蓄積される電圧は低下する。以後同様な動作が繰り返される。
このように、LED駆動装置はLED・1〜LED・Nに流れる電流が変動しながら設定値に近づくように上述した動作を繰り返すことになる。
この結果、LED137に流れる電流が変動しても出力電圧が設定値に近づくように繰り返し、LEDに流れる電流を一定にする。
[数5]
IL(LED137)=E1/R130 ・・・(5)
また、LED138,139の動作電流は1列のLED137の電流で決まる。2列以降のLED138,139とGND(グランド)間には1列のLED137に直列に接続されている抵抗130に対応する抵抗が存在しないので、その抵抗130で発生する電圧分だけ動作範囲が大きくなり、電圧動作に余裕がある。もし、LED137,138,139がばらつき、たとえば1列のLED137のN(N個)Vfが小さく、2列以降のLED138,139のN(N個)Vfが大きいと、抵抗130で発生する分だけ動作範囲が大きいので、LEDのVfのばらつきを吸収できる。
さらに、1列のLED・1(137)のアノード電位はPNPトランジスタ(ダイオード)134のエミッタ電位よりVf低いが、2列以降のLED・1(138),LED・1(139)のアノード電位はPNPトランジスタ135,136のエミッタ電位よりVceだけ低く、一般にトランジスタのVfがVceより大きいので、その差分Vf−Vceだけ2列以降のLED138,139の動作範囲が大きくできるので、LEDのVfのばらつきを吸収することができる。
図4において、スイッチングレギュレータ基本ブロック101は図3と同じであるが、LED点灯の駆動回路の構成が異なる。スイッチングレギュレータ基本ブロック101についての詳細な説明は省略し、主にLED点灯回路について述べる。
出力端子ToutとGND間には、並列接続された複数個のLED151,152,153が点灯できるように構成されている。出力端子ToutにLED151の一端が接続され、他端がNPNトランジスタ154のコレクタとベースに接続され、またNPNトランジスタ155,156のベースにそれぞれ接続されている。
NPNトランジスタ154のエミッタはAmp110の反転入力端子と抵抗157の一端に接続され、この抵抗157の他端はGNDに接続されている。
LED152も同様に、一端がToutに接続され、他端がNPNトランジスタ155のコレクタに接続されている。またNPNトランジスタ155のエミッタは抵抗158の一端に接続され、この抵抗158の他端はGNDに接続される。
さらにこれと同じ構成を繰り返し、N列に設けられたLED153も、一端がToutに接続され、他端がNPNトランジスタ156のコレクタに接続されている。またNPNトランジスタ156のエミッタは抵抗159の一端に接続され、この抵抗159の他端はGNDに接続される。
出力端子Toutの電圧が変動しても、帰還動作によりAmp110の反転入力端子の電圧E1は非反転入力端子に入力される基準電圧と等しくなるように働き、その結果出力端子Toutの電圧は設定値に保持される。
LED151に流れる電流は、NPNトランジスタ154のエミッタ電位はE1であるから、式(5)と同様に、
[数6]
IL(LED151)=E1/R157 ・・・(6)
と表される。
またNPNトランジスタ154,抵抗157、NPNトランジスタ155,抵抗158、NPNトランジスタ156,抵抗159はカレントミラー回路を構成しているので、それぞれのLED152,153に流れる電流は、抵抗158,159で決まり、もしこれらの抵抗158,159が抵抗157と等しければIL(LED151)と等しくなる。
このように、1列のLED151を構成するLED駆動回路の回路構成を用いて、並列に接続された他の列のLED駆動回路の電流を設定できるように指定している。
抵抗158,159の抵抗値を抵抗157と同じ値にすると、NPNトランジスタ154,155,156に流れる電流は同じ値となる。また各LED(151,152,153)に流れる電流等しくする場合、電流は抵抗157にのみに関係し他の抵抗に関係しないから抵抗ばらつきによる電流のばらつきは無く、各LED(151,152,153)の発光量の揃い、画面の照度むらも無くなる。
またカレントミラーを構成するNPNトランジスタ154のアノード(ベース、コレクタ接続)電位はカソード(エミッタ)電位よりVf(約0.7V)高く、一方NPNトランジスタ155と156のコレクタ電位はエミッタ電位よりVceだけ高い。その結果2列以降のLED・1〜LED・N(152)とLED・1〜LED・N(153)がばらつきそのN(N個)Vfが1列のLED・1〜LED・N(151)のN(N個)Vfより大きくなったとき、トランジスタのVfがVceより大きいため、2列以降のLED152,153はVf−Vce(VfとVceの差分)だけ動作余裕がある。
LED駆動装置200は定電圧回路11とLED点灯回路間に電圧変換回路240をさらに備えた回路構成となっている。
ここでは図1のLED駆動装置と異なる電圧変換回路240について主に述べ、他の回路構成についての詳細な説明は省略する。
LED点灯回路のLED237と抵抗230の共通接続点がAmp241の非反転入力端子に接続され、反転入力端子は抵抗242と抵抗243の一方の端子に接続されている。抵抗243の他方の端子はGNDに接続され、抵抗242の他方の端子はAmp241の出力に接続され、このAmp241の出力端子は、図1で述べたAmp18の反転入端子に接続されている。
Amp18以降の回路構成とLED点灯回路は図1と同じ構成であるので説明は省略する。
抵抗230でLED237に流れる電流を検出して、電圧に変換し、その検出した電圧をAmp241の非反転入力端子に供給する。この電圧はAmp241で所定倍増幅されかつ電圧レベルシフトされてレギュレータ回路(定電圧回路)11のAmp18に供給される。
Amp241の出力電圧がAmp18で基準電圧と比較され、比較結果に応じてNPNトランジスタ16の電流を制御し、PNPトランジスタ15の電流を可変して出力端子に接続されているキャパシタ13に電流を供給する。その結果出力端子Toutの電圧は一定になる。
各LED237,238,239の動作に関する説明は図1と同じであるのでここでは省略する。LED237に流れる電流は、Amp241の非反転入力端子の電圧と抵抗230で決まり、またAmp241の入力がバランスした時の電圧は反転入力端子の電圧と等しいから、LED237に流れる電流は、
[数7]
IL(LED237)=Esi*(R243/(R242+R243))/R230
・・・(7)
と表される。
このとき、PNPトランジスタ234のエミッタ−ベース(コレクタ)間の電圧と抵抗231に発生する電圧を加算した電圧が基本バイアスとなり、PNPトランジスタ235とPNPトランジスタ236のベースにそれぞれ供給され、各PNPトランジスタ235,236のエミッタに発生する電圧をそれぞれの抵抗232,233で割った値がLED238とLED239に流れる電流となる。
すなわち、PNPトランジスタ234をダイオード構成とし、このアノード(ベース、コレクタ)を並列接続されるPNPトランジスタ235,236のベースに接続して、カレントミラー構成となっている。
抵抗232,233の値を抵抗231と同じ値にすると、PNPトランジスタ234,235,236に流れる電流は同じ値となり、それぞれのLEDを独立に抵抗など用いて電流を決定する必要はない。またLEDに流れる電流を等しくする場合、抵抗は抵抗230にのみに関係し他の抵抗に関係しないから抵抗ばらつきによる電流のばらつきが無く、各LED(237,238,239)の発光量の揃い、画面の照度むらも無くなる。
さらに、式(7)から明らかなように、LED237の電流検出用抵抗230に発生する電圧をAmp18の反転入力端子より低く設定できるため、出力端子ToutとGND間の電圧を低く設定することができ、消費電力を削減できる。
また、LED238,239の動作電流は1列のLED237の電流で決まる。2列以降のLED238,239とGND(グランド)間には1列のLED237に直列に接続されている抵抗230に対応する抵抗が存在しないので、その抵抗230で発生する電圧分だけ動作範囲が大きくなり、電圧動作に余裕がある。もし、LED237,238,239がばらつき、たとえば1列のLED237のN(N個)Vfが小さく、2列以降のLED238,309のN(N個)Vfが大きいと、抵抗230で発生する分だけ動作範囲が大きいので、LEDのVfのばらつきを吸収できる。
さらに、1列のLED・1(237)のアノード電位はPNPトランジスタ(ダイオード)234のエミッタ電位よりVf低いが、2列以降のLED・1(238),LED・1(239)のアノード電位はPNPトランジスタ235,236のエミッタ電位よりVceだけ低く、一般にトランジスタのVfがVceより大きいので、その差分Vf−Vceだけ2列以降のLED238,239の動作範囲が大きくできるので、LEDのVfのばらつきを吸収することができる。
LED駆動装置250は定電圧回路11とLED点灯回路間にさらに電圧変換回路260を備えた回路構成となっている。
ここでは図2のLED駆動装置と異なる電圧変換回路260について述べ、他の回路構成についての詳細な説明は省略する。
LED点灯回路はカレントミラー回路で構成されており、NPNトランジスタ254をダイオード構成とし、このアノード(ベース、コレクタ)を並列接続されるNPNトランジスタ255,256のベースに接続して、それぞれのエミッタに抵抗(257,258,259)を介してGNDに接続している。
LED点灯回路の1列を構成するLED251の回路構成において、出力端子ToutにLED251の一端が接続され、他端がNPNトランジスタ254のNPNトランジスタ254のエミッタと抵抗257の共通接続点がAmp261の非反転入力端子に接続され、反転入力端子は抵抗262と抵抗263の一方の端子に接続されている。抵抗263の他方の端子はGNDに接続され、抵抗262の他方の端子はAmp261の出力に接続され、このAmp261の出力端子は、図2で述べたAmp18の反転入端子に接続されている。
Amp18以降の回路構成とLED点灯回路は図1と同じ構成であるので回路構成についての説明は省略する。
出力端子Toutの電圧が変動しても、帰還動作によりAmp18の反転入力端子の電圧Esiは非反転入力端子に入力される基準電圧Esと等しくなるように働き、その結果出力端子Toutの電圧は設定値に保持される。
したがって、Amp261の入力端子の電圧は、Amp18の反転入力端子の電圧Esiを抵抗262,263で分圧した値となり、LED251に流れる電流IL(LED251)は、
[数8]
IL(LED251)=Esi*(R263/(R262+R263))/R257
・・・(8)
と表される。
抵抗258,259の値を抵抗257と同じ値にすると、NPNトランジスタ254,255,256に流れる電流は同じ値となる。また各LED(251,252,253)に流れる電流等しくする場合、電流は抵抗257にのみに関係し他の抵抗に関係しないから抵抗ばらつきによる電流のばらつきは無く、各LED(251,252,253)の発光量の揃い、画面の照度むらも無くなる。
さらに、式(8)から明らかなように、LED251の電流検出用抵抗257に発生する電圧をAmp18の非反転入力端子に供給する電圧Esiより低く設定できるため、出力端子ToutとGND間の電圧を低く設定することができ、消費電力を削減できる。
また、カレントミラーを構成するNPNトランジスタ254のアノード(ベース、コレクタ接続)電位はカソード(エミッタ)電位よりVf(約0.7V)高く、一方NPNトランジスタ255と256のコレクタ電位はエミッタ電位よりVceだけ高い。その結果2列以降のLED・1〜LED・N(252)とLED・1〜LED・N(253)がばらつきそのN(N個)Vfが1列のLED・1〜LED・N(251)のN(N個)Vfより大きくなったとき、トランジスタのVfがVceより大きいため、2列以降のLED252,253はVf−Vce(VfとVceの差分)だけ動作余裕がある。
ここでは、主に、LED点灯回路と電圧変換回路340について説明する。
出力端子ToutとGND間には、複数個のLED307,308,309が点灯できるように構成されている。
LED307の電流を設定するPNPトランジスタ304と抵抗301は、LED308,309を駆動するPNPトランジスタ305,抵抗302とPNPトランジスタ306,抵抗303とカレントミラー回路を構成している。
LED点灯回路のLED307と抵抗310の共通接続点がAmp241の非反転入力端子に接続され、反転入力端子は抵抗342と抵抗343の一方の端子に接続されている。抵抗343の他方の端子はGNDに接続され、抵抗342の他方の端子はAmp341の出力に接続され、このAmp341の出力端子は、図3で述べたAmp110の反転入端子に接続されている。
Amp18以降の回路構成とLED点灯回路は図3と同じ構成であるので説明は省略する。
抵抗310でLED307に流れる電流を検出して、電圧に変換し、その検出した電圧をAmp341の非反転入力端子に供給する。この電圧は電圧変換回路340のAmp341で所定倍増幅されかつ電圧レベルシフトされてスイッチングレギュレータ基本ブロック101のAmp110の反転入力端子に供給される。
Amp110で非反転入力端子に供給される基準電位とAmp341から出力される電圧E1が比較され、この比較結果に応じて昇圧制御回路108を介してSW105をON/OFF期間を制御して出力端子Toutの電圧を一定に保持するように働く。
図3と同様、LED点灯回路は同じ構成であるが、電圧変換回路340が構成されているため、抵抗310の電位を低く設定するようにしている。
LED307に発生する電流は、抵抗310を用いて、
[数9]
IL(LED307)=E1*(R343/(R342+R343))/R310
・・・(9)
と表される。
ここで、LED307に流れる電流を図3に示すLED(137)と等しくすると、式(9)から明らかなように、抵抗310において、電圧変換回路340でAmp110の反転入力の電圧を抵抗分割した量だけ電圧を下げることができる。
またこのLED駆動装置300のLED点灯回路はカレントミラー回路構成となっているので、電流を決定する抵抗は主として抵抗310にのみに関係し他の抵抗に関係しないから抵抗ばらつきによる電流のばらつきが無く、各LED(307,308,309)の発光量の揃い、画面の照度むらも無くなる。
さらに、式(9)から明らかなように、LED307の電流検出用抵抗310で発生する電圧をAmp110の非反転入力端子より低く設定できるため、出力端子ToutとGND間の電圧を低く設定することができ、消費電力を削減できる。
また、LED308,309の動作電流は1列のLED307の電流で決まる。2列以降のLED308,309とGND(グランド)間には1列のLED307に直列に接続されている抵抗310に対応する抵抗が存在しないので、その抵抗310で発生する電圧分だけ動作範囲が大きくなり、電圧動作に余裕がある。もし、LED307,308,309がばらつき、たとえば1列のLED307のN(N個)Vfが小さく、2列以降のLED308,309のN(N個)Vfが大きいと、抵抗310で発生する分だけ動作範囲が大きいので、LEDのVfのばらつきを吸収できる。
さらに、1列のLED・1(307)のアノード電位はPNPトランジスタ(ダイオード)304のエミッタ電位よりVf低いが、2列以降のLED・1(308),LED・1(309)のアノード電位はPNPトランジスタ305,306のエミッタ電位よりVceだけ低く、一般にトランジスタのVfがVceより大きいので、その差分Vf−Vceだけ2列以降のLED308,309の動作範囲が大きくできるので、LEDのVfのばらつきを吸収することができる。
NPNトランジスタ354,355,356と抵抗357,358,359はカレントミラー回路を構成していて、抵抗357,358,359の抵抗値でLED351,352,353に流れる電流が決定される。
LED点灯回路のNPNトランジスタ354のエミッタと抵抗357の共通接続点がAmp361の非反転入力端子に接続され、反転入力端子は抵抗362と抵抗363の一方の端子に接続されている。抵抗363の他方の端子はGNDに接続され、抵抗362の他方の端子はAmp361の出力に接続され、このAmp361の出力端子は、図4で述べたAmp110の反転入端子に接続されている。
Amp110以降の回路構成とLED点灯回路は図4と同じ構成であるので説明は省略する。
抵抗357でLED351に流れる電流を検出して、電圧に変換し、その検出した電圧をAmp361の非反転入力端子に供給する。この電圧は電圧変換回路360のAmp361で所定倍増幅されかつ電圧レベルシフトされてスイッチングレギュレータ基本ブロック101のAmp110の反転入力端子に供給される。
Amp110で非反転入力端子に供給される基準電位とAmp361から出力される電圧E1が比較され、この比較結果に応じて昇圧制御回路108を介してSW105がON/OFF制御され出力端子Toutの電圧が一定になるように働く。
図4と同様、LED点灯回路は同じ構成であるが、電圧変換回路360が構成されているため、抵抗357に発生する電位を低く設定することができる。
LED351に流れる電流は、
[数10]
IL(LED351)=E1*(R363/(R362+R363))/R357
・・・(10)
と表される。
この式(10)と式(6)から、LED(351,352,353)に流れる電流を検出する抵抗値を小さく設定できるので、出力端子ToutとGND間の電圧を低く設定することができ、消費電力を削減できる。
またカレントミラーを構成するNPNトランジスタ354のアノード(ベース、コレクタ接続)電位はカソード(エミッタ)電位よりVf(約0.7V)高く、一方NPNトランジスタ355と356のコレクタ電位はエミッタ電位よりVceだけ高い。その結果2列以降のLED・1〜LED・N(352)とLED・1〜LED・N(353)がばらつきそのN(N個)Vfが1列のLED・1〜LED・N(351)のN(N個)Vfより大きくなったとき、トランジスタのVfがVceより大きいため、2列以降のLED352,353はVf−Vce(VfとVceの差分)だけ動作余裕がある。
さらに、LED駆動電圧を低くできるので、消費電力を削減することもでき、特に電池駆動機器では長時間動作でき有効である。
Claims (3)
- 入力電圧を昇圧して出力する昇圧回路と、
前記昇圧回路の出力に対して複数のLED列に分けて並列接続される複数のLEDと、
前記複数のLED列のうちの1のLED列にダイオード接続される第1トランジスタ、残りの各LED列に接続されて前記第1トランジスタとベース端子が互いに接続される第2トランジスタ、並びに、前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタの各エミッタに接続されて共通の抵抗値を有する複数の第1抵抗素子を有するカレントミラー回路と、
前記1のLED列と直列接続される第2抵抗素子と
を有し、
前記昇圧回路は、
前記カレントミラー回路の前記第1トランジスタがダイオード接続されている前記1のLED列における前記第2抵抗素子の電圧を基準電圧と比較するアンプを有し、前記アンプの比較結果に基づいて前記第2抵抗素子の電圧が前記基準電圧となるように出力電圧を制御する
LED駆動装置。 - 前記電源回路はシリーズレギュレータ回路である
請求項1記載のLED駆動装置。 - 前記電源回路はスイッチングレギュレータ回路である
請求項1記載のLED駆動装置。
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