JP5004700B2 - Light emitting element driving device - Google Patents

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Description

本発明は発光素子駆動装置、特に携帯式の各種装置等に使用される発光素子(LED)を点灯駆動するために使用され、電源から入力した電圧を昇圧する発光素子駆動装置の構成に関する。   The present invention relates to a configuration of a light emitting element driving apparatus, particularly a light emitting element driving apparatus which is used for lighting and driving a light emitting element (LED) used in various portable devices and the like and boosts a voltage input from a power source.

携帯電話やPDA(Personal Digital Assistant)等の携帯装置には、例えば液晶表示部のバックライトとして或いは着信表示等のためにLED(発光ダイオード)が使用されており、この種の携帯装置では、電源としてリチウムイオン電池が多く用いられている。この電池の出力電圧は、充電状態により変化し、通常2.7V〜4.2V程度であるが、LEDの駆動電圧として、電池の出力電圧よりも高い電圧が必要となる場合がある。そこで、電池電圧よりも高い電圧が必要となる場合は、チャージポンプ回路等の昇圧型の電源回路を用いて電池電圧を昇圧し、負荷回路であるLEDを駆動するために必要な電圧を得るようにしている(下記特許文献1等)。   For portable devices such as cellular phones and PDAs (Personal Digital Assistants), for example, LEDs (light emitting diodes) are used as backlights for liquid crystal display units or for displaying incoming calls. Lithium ion batteries are often used. The output voltage of the battery varies depending on the state of charge, and is usually about 2.7 V to 4.2 V. However, a voltage higher than the output voltage of the battery may be required as the LED drive voltage. Therefore, when a voltage higher than the battery voltage is required, the battery voltage is boosted by using a boost type power supply circuit such as a charge pump circuit to obtain a voltage necessary for driving the LED as a load circuit. (Patent Document 1 below).

また、LEDの発光輝度は、LEDに流れる電流に応じて決まるため、チャージポンプ回路(昇圧回路)で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ち、その発光輝度を安定化させることが一般的に行われる。   Also, since the light emission luminance of the LED is determined according to the current flowing through the LED, when driving the LED with a charge pump circuit (boost circuit), a constant current circuit is connected on the LED drive path, and the LED is connected to the LED. In general, the flowing current is kept constant and the light emission luminance is stabilized.

図5には、従来の発光素子駆動装置の一例が示されており、この従来例では、電源1に、入力電圧VINを昇圧するチャージポンプ回路2及び昇圧倍率選択回路3が設けられ、上記チャージポンプ回路2に、複数の発光ダイオードLED1 〜LEDnが並列接続される。これら複数のLED1 〜LEDnのそれぞれには、定電流回路4−1〜4−nが設けられ、この定電流回路4−1〜4−nは、nチャネルMOS電界効果トランジスタM1 、抵抗R1 、オペアンプ(比較器)5、基準電圧VREF1 を出力する第1基準電圧源6を有する。また、発光ダイオードLED1 〜LEDnのカソード端子電圧を入力し、昇圧倍率選択のための信号を出力するコンパレータ7−1〜7−n及び基準電圧VREF2 を出力する第2基準電圧源8が設けられる。 FIG. 5 shows an example of a conventional light emitting element driving device. In this conventional example, the power source 1 is provided with a charge pump circuit 2 and a boosting magnification selection circuit 3 that boost the input voltage VIN. A plurality of light emitting diodes LED1 to LEDn are connected to the charge pump circuit 2 in parallel. Each of the plurality of LEDs 1 to LEDn is provided with constant current circuits 4-1 to 4-n. The constant current circuits 4-1 to 4-n include an n-channel MOS field effect transistor M1, a resistor R1, an operational amplifier. (Comparator) 5 and a first reference voltage source 6 that outputs a reference voltage V REF1 . Further, comparators 7-1 to 7-n for inputting cathode terminal voltages of the light emitting diodes LED1 to LEDn and outputting a signal for selecting a boosting factor and a second reference voltage source 8 for outputting a reference voltage VREF2 are provided. .

このような発光素子駆動装置によれば、チャージポンプ回路2で入力電圧VINが昇圧され、その出力電圧VOUTが発光ダイオードLED1 〜LEDnのそれぞれに供給されており、
この際に、発光ダイオードLED1 〜LEDnに流れる順方向電流ILED1 〜ILEDnが定電流回路4−1〜4−nによって制御される。このILEDnは、ILEDn=VREF1 /Rnで設定される。
According to such a light emitting element driving device, the input voltage VIN is boosted by the charge pump circuit 2, and the output voltage VOUT is supplied to each of the light emitting diodes LED1 to LEDn.
At this time, the forward current I LED1 ~I LEDn flowing through the LEDs LED1 ~LEDn is controlled by the constant current circuit 4-1 to 4-n. This I LEDn is set by I LEDn = V REF1 / Rn.

そして、コンパレータ7−1〜7−nでは、発光ダイオードLED1 〜LEDnのカソード端子電圧と基準電圧VREF2 が比較され、この比較出力が昇圧倍率選択回路3へ出力されており、これによって昇圧倍率が1倍、1.5倍、2倍に切り替えられる。また、この昇圧倍率選択回路3は、入力電圧VINも入力して監視しており、この入力電圧VINの低下が検出されたとき、上記の昇圧倍率が切り替えられる。このような従来の構成においては、チャージポンプ回路2で昇圧される出力電圧VOUTを低く設定することにより、定電流回路4−1〜4−nで発生する負担電圧を低減し、電源電力の消費効率を改善している。 Then, the comparator 7-1 to 7-n, a cathode terminal voltage of the light emitting diode LED1 ~LEDn and the reference voltage V REF2 are compared, the comparison output are output to the boosting ratio selection circuit 3, thereby boosting magnification It can be switched between 1x, 1.5x and 2x. Further, the boosting ratio selection circuit 3, the input voltage V IN is also monitored by the input, when the decrease of the input voltage V IN is detected, the step-up ratio of the are switched. In such a conventional configuration, the burden voltage generated in the constant current circuits 4-1 to 4-n is reduced by setting the output voltage VOUT boosted by the charge pump circuit 2 low, and the power supply power is reduced. Consumption efficiency is improved.

しかし、上記従来の発光素子駆動装置のチャージポンプ回路2では、入力電圧VINの1倍、1.5倍或いは2倍のような離散的な出力電圧しか発生できないので、入力電圧VINが変化するとき、発光ダイオードLED1 〜LEDnを駆動するために必要な最低電圧以上の出力電圧VOUTが供給されることがあり、電力の消費効率が低下するという問題がある。即ち、出力電圧VOUTとLED1 〜LEDnの順方向電圧との差は、余剰電圧であり、この余剰電圧は定電流回路4−1〜4−nの負担電圧として消費され、これによって消費効率が低下する。
特開2006−254641号公報 特許第3759134号公報
However, the in the charge pump circuit 2 of a conventional light emitting element driving apparatus, 1 times the input voltage V IN, since only 1.5 times or twice the discrete output voltage, such as can not generate, change the input voltage V IN In this case, an output voltage VOUT that is higher than the minimum voltage required for driving the light emitting diodes LED1 to LEDn may be supplied, which causes a problem that power consumption efficiency is lowered. That is, the difference between the output voltage VOUT and the forward voltage of LED1 to LEDn is a surplus voltage, and this surplus voltage is consumed as a burden voltage of the constant current circuits 4-1 to 4-n, thereby improving the consumption efficiency. descend.
JP 2006-254641 A Japanese Patent No. 3759134

一方、上記出力電圧と発光ダイオードの順方向電圧との差の観点ではないが、上記従来の発光素子駆動装置においては、上記コンパレータ7−1〜7−nの第2基準電圧VREF2 について、定電流回路4の構成要素の製造ばらつきや特性変化等を考慮したマージン分だけ高く設定する必要があり、これによって電源電力の消費効率が低下するという問題があった。即ち、図4に示されるように、電界効果トランジスタM1 が飽和領域で動作する最小のドレイン・ソース間電圧をVDS-SATとすると、発光ダイオードLED1 〜LEDnのカソード端子電圧として、最低でもVREF1 +VDS-SATの電圧があれば、正常動作することが可能である。 On the other hand, although not from the viewpoint of the difference between the output voltage and the forward voltage of the light emitting diode, in the conventional light emitting element driving device, the second reference voltage V REF2 of the comparators 7-1 to 7-n is constant. There is a problem that it is necessary to set the current circuit 4 higher by a margin in consideration of manufacturing variations, characteristic changes, and the like of components of the current circuit 4, thereby reducing the power consumption efficiency. That is, as shown in FIG. 4, assuming that the minimum drain-source voltage at which the field effect transistor M1 operates in the saturation region is V DS-SAT , the cathode terminal voltages of the light emitting diodes LED1 to LEDn are at least V REF1. If there is a voltage of + V DS-SAT , normal operation is possible.

しかし、実際には、
a)第1基準電圧源(VREF1 )6、第2基準電圧源(VREF2 )8、抵抗R1 、電界効果トランジスタM1 及びオペアンプ5のオフセット電圧の製造ばらつきや温度による特性
変化等の影響、
b)第1基準電圧VREF1 或いはR1 の値を変えることにより、定電流回路4での電流設定値を変更した場合の影響、
を考慮する必要があるため、第2基準電圧VREF2 については、上記のVREF1 +VDS-SATに対してマージン電圧を加算しなければならず、その結果、定電流回路4−1〜4−nへの負担電圧が増えることになり、消費効率を最大限に改善することができない。
But in fact,
a) Influence of manufacturing variation of offset voltage of the first reference voltage source (V REF1 ) 6, second reference voltage source (V REF2 ) 8, resistor R 1, field effect transistor M 1, and operational amplifier 5, characteristic change due to temperature, etc.
b) Effects of changing the current setting value in the constant current circuit 4 by changing the value of the first reference voltage V REF1 or R1.
Therefore, for the second reference voltage V REF2 , the margin voltage must be added to the above V REF1 + V DS-SAT , and as a result, the constant current circuits 4-1 to 4- The burden voltage on n increases, and the consumption efficiency cannot be improved to the maximum.

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、発光素子のカソード端子電圧を監視する場合の基準電圧に対し、定電流回路の構成要素の製造ばらつきや温度による特性変化等を考慮したマージン電圧分を加算する必要がなく、電源の消費効率を最大限に改善することができる発光素子駆動装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to manufacture variations of the components of the constant current circuit, change in characteristics due to temperature, etc. with respect to the reference voltage when monitoring the cathode terminal voltage of the light emitting element. It is an object of the present invention to provide a light emitting element driving device that can improve the power consumption efficiency to the maximum without adding a margin voltage considering the above.

上記目的を達成するために、請求項1の発明に係る発光素子駆動装置は、電源からの入力電圧を選択設定された昇圧倍率で昇圧し、発光素子の駆動電圧を出力する昇圧回路と、第1電界効果トランジスタを有し、上記昇圧回路の出力端子に接続される上記発光素子の電流値を制御する定電流回路と、この定電流回路内の第1電界効果トランジスタと整合した第2電界効果トランジスタを用い、上記定電流回路内の定電流制御された第1電界効果トランジスタのゲート・ドレイン間電圧(電位差)を監視する監視回路と、この監視回路の判定結果に基づき、上記昇圧回路の昇圧倍率を切り替える信号を当該昇圧回路に供給する昇圧倍率選択回路と、を含んでなることを特徴とする。
請求項2に係る発明は、複数の発光素子に対して配置された複数の定電流回路を有し、上記監視回路は、当該複数の定電流回路のそれぞれに設けたことを特徴とする。
請求項に係る発明は、上記昇圧倍率選択回路では、電源電圧を入力し、この電源電圧が低下したときにも昇圧倍率を切り替えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a light emitting element driving apparatus according to a first aspect of the present invention includes a booster circuit that boosts an input voltage from a power source by a selected boosting factor and outputs a driving voltage of the light emitting element . It has a first field effect transistor, a constant current circuit for controlling the current value of the light emitting element connected to the output terminal of the booster circuit, a second field effect aligned with the first field effect transistor in the constant current circuit A monitoring circuit for monitoring the gate-drain voltage (potential difference) of the first field effect transistor controlled by constant current in the constant current circuit using the transistor, and the boosting of the boosting circuit based on the determination result of the monitoring circuit And a boosting magnification selection circuit that supplies a signal for switching the magnification to the boosting circuit.
The invention according to claim 2 has a plurality of constant current circuits disposed against multiple light-emitting element, the monitoring circuit is characterized in that provided in each of the plurality of constant current circuits.
The invention according to claim 3 is characterized in that the boosting magnification selection circuit receives a power supply voltage and switches the boosting magnification even when the power supply voltage drops.

本発明の構成によれば、監視回路として、定電流回路内の第1電界効果トランジスタと整合する(同一特性の)第2電界効果トランジスタを用いることで、発光素子へ流れる電流を一定に保つための定電流回路内の第1電界効果トランジスタのゲート・ドレイン間電圧VGD1が検出され、このVGD1と監視回路としての第2電界効果トランジスタの閾値電圧VTH2が比較され、この比較結果によって、昇圧倍率が選択設定される。このようなVGD1とVTH2との比較による発光素子のカソード端子電圧の監視によれば、従来のように、定電圧回路内の第1基準電圧源、抵抗、電界効果トランジスタ、オペアンプの製造のばらつき(個体差)或いはこれら素子の温度による特性変化が現れず、また第1基準電圧源、抵抗を可変にした場合でも、その影響がなく、更に第2基準電圧源も用いないので、監視の基準電圧に対しマージン電圧分を加算する必要がなくなる。 According to the configuration of the present invention, by using the second field effect transistor (having the same characteristics) that matches the first field effect transistor in the constant current circuit as the monitoring circuit , the current flowing to the light emitting element is kept constant. The voltage V GD1 between the gate and the drain of the first field effect transistor in the constant current circuit is detected, and this V GD1 is compared with the threshold voltage V TH2 of the second field effect transistor as the monitoring circuit. The boost ratio is selected and set. According to the monitoring of the cathode terminal voltage of the light emitting element by comparing V GD1 and V TH2 , the first reference voltage source, resistor, field effect transistor, and operational amplifier in the constant voltage circuit are manufactured as in the past. Variations (individual differences) or characteristic changes due to the temperature of these elements do not appear, and even if the first reference voltage source and resistance are made variable, there is no effect, and the second reference voltage source is not used. There is no need to add a margin voltage to the reference voltage.

上記請求項の発明によれば、発光素子のカソード端子電圧の監視と電源からの入力電圧の監視の両方によって、昇圧倍率が選択されることになり、昇圧電圧の供給が効率的に行われる。 According to the third aspect of the present invention, the boosting magnification is selected by both monitoring the cathode terminal voltage of the light emitting element and monitoring the input voltage from the power source, and the boosted voltage is efficiently supplied. .

本発明の発光素子駆動装置によれば、発光素子のカソード端子電圧を監視する場合の基準電圧に対して、定電流回路を構成する第1基準電圧源、抵抗、電界効果トランジスタ、オペアンプ等の各要素の製造ばらつきや温度特性変化等を考慮したマージン電圧分を加算する必要がなく、また第2基準電圧源を用いないので、電源の消費効率を最大限に改善することが可能になるという効果がある。
また、監視回路の電界効果トランジスタが定電流回路の電界効果トランジスタと整合する(同一特性となる)ので、各トランジスタ等の個体差や温度特性変化の影響を受けることなく、消費効率の向上を図ることができる。また、従来のコンパレータ等の構成と比較すると、電界効果トランジスタと定電流源だけで構成できるので、従来よりも少ない素子数で装置を製作することが可能になる。
According to the light emitting element driving device of the present invention, each of the first reference voltage source, the resistor, the field effect transistor, the operational amplifier, and the like constituting the constant current circuit with respect to the reference voltage when the cathode terminal voltage of the light emitting element is monitored. There is no need to add a margin voltage in consideration of manufacturing variations of elements, temperature characteristic changes, etc., and no second reference voltage source is used, so that the power consumption efficiency can be maximized. There is.
In addition , since the field effect transistor of the monitoring circuit matches the field effect transistor of the constant current circuit (having the same characteristics), the consumption efficiency is improved without being affected by individual differences of each transistor or the temperature characteristic change. be able to. Further, as compared with the configuration of a conventional comparator or the like, since it can be configured with only a field effect transistor and a constant current source, it is possible to manufacture a device with a smaller number of elements than in the past.

上記請求項の発明によれば、個別の監視により全ての発光素子について木目の細かい電力の供給ができ、発光素子の順方向電圧にばらつきがある場合や異なる順方向電圧を持つ発光素子を並列駆動する場合でも、必要な最小電圧を供給し、全体の消費効率を良好に改善することができる。
上記請求項の発明によれば、発光素子のカソード端子電圧の監視と電源電圧の監視の両方によって、昇圧電圧の供給が効率的に行われ、実用的な装置を得ることができるという利点がある。
According to the second aspect of the present invention, fine power can be supplied to all the light emitting elements by individual monitoring, and when the forward voltages of the light emitting elements vary or light emitting elements having different forward voltages are arranged in parallel. Even when driving, the required minimum voltage can be supplied, and the overall consumption efficiency can be improved satisfactorily.
According to the invention described in claim 3, by both monitoring of the monitoring and the power supply voltage of the cathode terminal voltage of the light emitting element, the supply of the boost voltage is performed efficiently, the advantage that it is possible to obtain a practical device is there.

図1には、本発明の参考例に係る発光素子駆動装置の構成が示されており、図1に示されるように、参考例では、リチウムイオン電池等の電源1に、コンデンサC1 を介してチャージポンプ回路(昇圧回路)2及び昇圧倍率選択回路3が設けられ、この昇圧倍率選択回路3は1倍、1.5倍、2倍の倍率を選択し、チャージポンプ回路2は選択設定された倍率で入力電圧VINを昇圧する。このチャージポンプ回路2には、コンデンサC2 を介して複数の発光ダイオードLED1 〜LEDnが並列接続され、これら複数のLED1 〜LEDnのそれぞれに、定電流回路4−1〜4−nが設けられる。この定電流回路4−1〜4−nには、nチャネルMOS電界効果トランジスタM1 、抵抗R1 、オペアンプ(比較器)5、基準電圧VREF1 を出力する第1基準電圧源6が設けられる。 FIG. 1 shows a configuration of a light emitting element driving apparatus according to a reference example of the present invention. As shown in FIG. 1, in the reference example, a power source 1 such as a lithium ion battery is connected to a power source 1 via a capacitor C1. A charge pump circuit (boost circuit) 2 and a boost magnification selection circuit 3 are provided. This boost magnification selection circuit 3 selects 1 ×, 1.5 ×, and 2 × magnification, and the charge pump circuit 2 is selected and set. The input voltage VIN is boosted by the magnification. In the charge pump circuit 2, a plurality of light emitting diodes LED1 to LEDn are connected in parallel via a capacitor C2, and constant current circuits 4-1 to 4-n are provided for the plurality of LEDs 1 to LEDn, respectively. The constant current circuits 4-1 to 4-n are provided with an n-channel MOS field effect transistor M1, a resistor R1, an operational amplifier (comparator) 5, and a first reference voltage source 6 for outputting a reference voltage VREF1 .

そして、発光ダイオードLED1 〜LEDnのカソード端子が接続される上記電界効果トランジスタM1 のゲート端子とドレイン端子を接続し、このゲート・ドレイン間電圧(電位差)VGDを監視するVGD監視回路10−1〜10−nが設けられる。このVGD監視回路10−1〜10−nは、例えば図5で示したようなコンパレータを用い、電界効果トランジスタM1 のVGD1を、このトランジスタM1 の閾値電圧VTH1と同等の基準電圧と比較することにより、電界効果トランジスタM1 が飽和領域で動作して定電流性を維持しているかを判定し、この判定結果によって、昇圧倍率の切替え信号を昇圧倍率選択回路3へ出力する。 The light emitting diodes LED1 ~LEDn the cathode terminal is connected to a gate terminal connected to the drain terminal of the field effect transistor M1, V GD monitoring circuit 10-1 for monitoring the gate-drain voltage (potential difference) V GD -10-n. The V GD monitoring circuits 10-1 to 10-n use, for example, a comparator as shown in FIG. 5, and compare V GD1 of the field effect transistor M1 with a reference voltage equivalent to the threshold voltage V TH1 of the transistor M1. As a result, it is determined whether the field effect transistor M1 operates in the saturation region and maintains constant current, and a boosting magnification switching signal is output to the boosting magnification selection circuit 3 according to the determination result.

即ち、電界効果トランジスタM1 が飽和領域で動作し、定電流性を維持するためには、
DS1 > VDS−SAT … (1)
を満足すればよい。また、nチャネルMOS電界効果トランジスタM1 において、以下の関係式が成り立つ。
DS−SAT = VGS1−VTH1 … (2)
DS1 = VGS1 −VGD1 … (3)
ここで、VDS1はトランジスタM1 のドレイン・ソース間電圧、VDS-SATは電界効果トランジスタM1 が飽和領域で動作する最小のドレイン・ソース間電圧GS1はトランジスタM1 のゲート・ソース間電圧、VGD1はトランジスタM1 のゲート・ドレイン間電圧、VTH1はトランジスタM1 の閾値電圧である。
That is, in order for the field effect transistor M1 to operate in the saturation region and maintain constant current characteristics,
V DS1 > V DS-SAT (1)
Should be satisfied. In the n-channel MOS field effect transistor M1, the following relational expression holds.
V DS-SAT = V GS1 -V TH1 (2)
V DS1 = V GS1 −V GD1 (3)
Here, V DS1 is the drain-source voltage of the transistor M1, V DS-SAT is the minimum drain-source voltage at which the field effect transistor M1 operates in the saturation region , V GS1 is the gate-source voltage of the transistor M1, V GD1 is a gate-drain voltage of the transistor M1, and V TH1 is a threshold voltage of the transistor M1.

そして、上記数式(1)〜(3)式を整理すると、
GD1 < VTH1 … (4)
が得られる。
この数式(4)により、トランジスタM1 のゲート・ドレイン間電圧VGD1がトランジスタM1 の閥値電圧VTH1より高い(VGD1>VTH1)ときは、飽和領域で動作していないことが判定できることが分かる。
And when the above formulas (1) to (3) are arranged,
V GD1 <V TH1 (4)
Is obtained.
From this equation (4), when the gate-drain voltage V GD1 of the transistor M1 is higher than the threshold voltage V TH1 of the transistor M1 (V GD1 > V TH1 ), it can be determined that the transistor M1 is not operating in the saturation region. I understand.

そこで、参考例では、VGD監視回路10−1〜10−nにより、nチャネルMOS電界効果トランジスタM1 の動作状態を判定し、その判定結果に基づいて、チャージポンプ回路2の昇圧倍率を切り替える。即ち、VGD1がVTH1より高いとき、昇圧倍率を上げるための切替え信号が昇圧倍率選択回路3へ出力され、この昇圧倍率選択回路3によって昇圧倍率が切り替えられる。 Therefore, in the reference example, the operating state of the n-channel MOS field effect transistor M1 is determined by the V GD monitoring circuits 10-1 to 10-n, and the boosting factor of the charge pump circuit 2 is switched based on the determination result. That is, when V GD1 is higher than V TH1 , a switching signal for increasing the boosting ratio is output to the boosting ratio selecting circuit 3, and the boosting ratio selecting circuit 3 switches the boosting ratio.

また、参考例では、入力電圧VINが上記昇圧倍率選択回路3へ供給されており、この入力電圧VINの低下も同時に監視し、チャージポンプ回路2での昇圧倍率の切替えを判定している。即ち、入力電圧VINが発光ダイオードLED1 〜LEDnを駆動するために必要な電圧より高いときには、入力電圧VINがチャージポンプ回路2で昇圧されることなく、そのまま発光ダイオードLED1 〜LEDnへ供給される。一方、入力電圧VINが必要な駆動電圧より低いときには、入力電圧VINがチャージポンプ回路2で昇圧され、発光ダイオードLED1 〜LEDnへ供給される。 Further, in the reference example, the input voltage VIN is supplied to the boosting magnification selection circuit 3, and the decrease of the input voltage VIN is also monitored at the same time to determine the switching of the boosting magnification in the charge pump circuit 2. . That is, when the input voltage VIN is higher than the voltage necessary for driving the light emitting diodes LED1 to LEDn, the input voltage VIN is not boosted by the charge pump circuit 2 and is supplied to the light emitting diodes LED1 to LEDn as they are. . On the other hand, when the input voltage VIN is lower than the required drive voltage, the input voltage VIN is boosted by the charge pump circuit 2 and supplied to the light emitting diodes LED1 to LEDn.

上記VGD監視回路10−1〜10−nの動作により、従来使用していた第2基準電圧源(VREF2 )8、定電流回路4−1〜4−n内の第1基準電圧源(VREF1 )5、抵抗R1 についての特性、電界効果トランジスタM1 及びオペアンプ5のオフセット電圧等の特性について製造のばらつきがある場合、或いはこれら特性が温度変化等で変動した場合でも、常に定電流回路4−1〜4−nの最小の負担電圧を検出するように働き、また第1基準電圧VREF1 或いはR1 の値を変えることで電流設定値を変更した場合でも、常に定電流回路4−1〜4−nの最小の負担電圧を検出するように働くので、消費効率を改善することができる。 By the operations of the V GD monitoring circuits 10-1 to 10-n, the second reference voltage source (V REF2 ) 8 that has been conventionally used and the first reference voltage sources (constant current circuits 4-1 to 4-n) ( V REF1 ) 5, resistance R1, characteristics such as offset voltage of the field effect transistor M1 and the operational amplifier 5, etc., even if there are manufacturing variations, or even if these characteristics fluctuate due to temperature changes, etc., the constant current circuit 4 Even when the current setting value is changed by changing the value of the first reference voltage V REF1 or R1, the constant current circuits 4-1 to 4-1 are always operated. Since it works to detect the minimum burden voltage of 4-n, the consumption efficiency can be improved.

即ち、従来では、上記回路要素の製造ばらつきや温度特性変化の影響がコンパレータの入力電圧(LEDのカソード端子電圧)に現れる構成であったのに対し、本発明は、上記回路要素の製造ばらつきや温度特性変動が監視する信号に影響しない形となる。従って、従来のように、監視信号を比較するための基準電圧(VREF2 )に上記回路要素を考慮したマージン電圧分を加算する必要がなく、消費効率を良好に改善することができる。 That is, in the conventional configuration, the influence of the manufacturing variation of the circuit element and the temperature characteristic change appears in the input voltage of the comparator (the cathode terminal voltage of the LED). The temperature characteristic fluctuation does not affect the monitored signal. Therefore, unlike the prior art, it is not necessary to add the margin voltage considering the circuit elements to the reference voltage (V REF2 ) for comparing the monitoring signals, and the consumption efficiency can be improved satisfactorily.

更に、発光ダイオードLED1 〜LEDnの順方向電圧にばらつきがある場合や異なる順方向電圧を持つ発光ダイオードLED1 〜LEDnを並列駆動する場合でも、最大の順方向電圧を持つ発光ダイオードLED1 〜LEDnを検出し、必要最小限の昇圧倍率の電圧を供給するので、消費効率を良好に改善することが可能となる。   Further, even when the forward voltages of the light emitting diodes LED1 to LEDn are varied or when the light emitting diodes LED1 to LEDn having different forward voltages are driven in parallel, the light emitting diodes LED1 to LEDn having the maximum forward voltage are detected. Since the voltage with the minimum necessary boosting magnification is supplied, the consumption efficiency can be improved satisfactorily.

図2には、実施例に係る発光素子駆動装置の構成が示されており、この実施例は、VGD監視回路に、電界効果トランジスタ(第1電界効果トランジスタ)M1 と整合したnチャネルMOS電界効果トランジスタ(第2電界効果トランジスタ)M2 を用いたものである。図2において、VGD監視回路12−1〜12−nは、定電流回路4−1〜4−n内の電界効果トランジスタM1 のドレイン端子にソース端子が接続され、かつこのトランジスタM1 のゲート端子にゲート端子が接続され、トランジスタM1 と整合した電界効果トランジスタM2 と、この電界効果トランジスタM2 のソース端子に接続した定電流源I1 とから構成される。このトランジスタM2 とM1 の整合とは、同じ製造条件で製造され、閥値電圧の製造時のばらつきや温度変化等の諸特性が同一(M2 の閥値電圧をVTH2とすると、VTH2=VTH1)であることを意味する。 2 shows a configuration is shown of the light emitting element driving apparatus according to the actual施例, real施例this is the V GD monitoring circuit, consistent with field effect transistor (first field-effect transistor) M1 n A channel MOS field effect transistor (second field effect transistor) M2 is used. In FIG. 2, V GD monitoring circuits 12-1 to 12-n have their source terminals connected to the drain terminals of the field effect transistors M1 in the constant current circuits 4-1 to 4-n, and the gate terminals of the transistors M1. And a constant current source I1 connected to the source terminal of the field effect transistor M2 and a field effect transistor M2 matched with the transistor M1. The matching of the transistors M2 and M1 is manufactured under the same manufacturing conditions and has the same characteristics such as variations in manufacturing of the threshold voltage and temperature change (assuming that the threshold voltage of M2 is V TH2 , V TH2 = V TH1 ).

このようなVGD監視回路12−1〜12−nによれば、トランジスタM1 のゲート・ドレイン間電圧VGD1を検出し、このVGD1とトランジスタM2 の閾値電圧VTH2とを比較することにより、昇圧倍率切替えの判定が実行される。このことは、上述のように、VTHl=VTH2であるから、トランジスタM1 のゲート・ドレイン間電圧VGD1とトランジスタM1 の閾値電圧VTH1を比較していることと等価となる。 According to such V GD monitoring circuits 12-1 to 12-n, by detecting the gate-drain voltage V GD1 of the transistor M1, and comparing this V GD1 and the threshold voltage V TH2 of the transistor M2, The determination of boosting magnification switching is executed. As described above, this is equivalent to comparing the gate-drain voltage V GD1 of the transistor M1 with the threshold voltage V TH1 of the transistor M1 because V THl = V TH2 .

即ち、VGD1<VTH2のときには、トランジスタM2 はオフしており、トランジスタM1 は飽和領域で動作して定電流性を維持しているが、発光ダイオードLED1 〜LEDnのカソード端子電圧が下がるにつれて、監視しているゲート・ドレイン間電圧VGD1は高くなり、VGD1>VTH2となったとき、トランジスタM2 はオンし、昇圧倍率を切り替えるための判定信号が昇圧倍率選択回路3へ出力される。これにより、昇圧倍率選択回路3が例えば1.5倍から2倍へ切り替えた昇圧倍率を選択するので、チャージポンプ回路2からは、2倍まで昇圧された電圧が発光ダイオードLED1 〜LEDnへ供給される。 That is, when V GD1 <V TH2 , the transistor M2 is off and the transistor M1 operates in the saturation region and maintains constant current, but as the cathode terminal voltages of the light emitting diodes LED1 to LEDn decrease, When the monitored gate-drain voltage V GD1 becomes high and V GD1 > V TH2 is satisfied, the transistor M2 is turned on, and a determination signal for switching the boost magnification is output to the boost magnification selecting circuit 3. As a result, the boosting magnification selection circuit 3 selects the boosting magnification switched from 1.5 times to 2 times, for example, so that the voltage boosted up to 2 times is supplied from the charge pump circuit 2 to the light emitting diodes LED1 to LEDn. The

図3には、参考例及び実施例における入力電圧VINに対する出力電圧VOUTの特性が示されており、例えば入力電圧VINが3.75Vまで下がったとき、入力電圧VINを監視する昇圧倍率選択回路3によって、1倍から1.5倍へ切り替えられ、更に2.5Vまで下がったときには、VGD監視回路10−1〜10−n,12−1〜12−nから昇圧倍率を上げるための切替え信号が昇圧倍率選択回路3へ出力され、この昇圧倍率選択回路3によって、上記1.5倍から2倍へ切り替えられる。この1.5倍から2倍への切替えは、従来では、矢示100に示されるように、2.5Vよりも高い電圧で行われており、実施例の方が低い入力電圧VINで発光ダイオードLED1 〜LEDnを駆動できることになる。 In FIG. 3, there is shown the characteristics of the output voltage V OUT to the input voltage V IN in the Reference Examples and Examples, for example, when the input voltage V IN drops to 3.75V, boosting for monitoring the input voltage V IN When the voltage is switched from 1 × to 1.5 × by the magnification selection circuit 3 and further decreased to 2.5V, the step-up magnification is increased from the V GD monitoring circuits 10-1 to 10-n and 12-1 to 12-n. A switching signal is output to the boosting magnification selection circuit 3, and the boosting magnification selection circuit 3 switches from 1.5 times to 2 times. This switching from 1.5 times to 2 times is conventionally performed at a voltage higher than 2.5 V, as indicated by arrow 100, and the embodiment emits light at a lower input voltage VIN . The diodes LED1 to LEDn can be driven.

上述の実施例では、VGD監視回路12−1〜12−nにて、トランジスタM1 のゲート・ドレイン間電圧VGD1と比較するために必要となる基準電圧をトランジスタM1 と整合したトランジスタM2 の閾値電圧VTH2で実現することにより、VGD監視回路12−1〜12−nの基準電圧VTH2が製造ばらつきや温度変化等により変動した場合でも、常に定電流回路4−1〜4−nの最小の負担電圧を検出するように働き、消費効率の改善が可能となる。更に、VGD監視回路12−1〜12−nが、トランジスタM2 と定電流源I1 のみで構成されるので、従来の装置或いは参考例と比較すると、より少ない素子数で構成でき、チップ面積も低減できるので、製造コストが安価になるという利点がある。 In the above real施例at V GD monitoring circuit 12-1 to 12-n, the transistor M2 which is aligned with the transistor M1 a reference voltage which is necessary for comparison with the gate-drain voltage V GD1 of the transistor M1 By realizing the threshold voltage V TH2 , the constant current circuits 4-1 to 4-n are always used even when the reference voltage V TH2 of the V GD monitoring circuits 12-1 to 12-n varies due to manufacturing variations, temperature changes, and the like. It works to detect the minimum burden voltage, and it is possible to improve the consumption efficiency. Furthermore, since the V GD monitoring circuits 12-1 to 12-n are composed of only the transistor M2 and the constant current source I1, it can be configured with a smaller number of elements and a chip area compared to the conventional device or the reference example. Since it can reduce, there exists an advantage that manufacturing cost becomes cheap.

本発明の参考例に係る発光素子駆動装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the light emitting element drive device which concerns on the reference example of this invention. 施例に係る発光素子駆動装置の構成を示す回路図である。Is a circuit diagram showing a configuration of a light emitting element driving apparatus according to the actual施例. 参考例及び実施例の発光素子駆動装置における入力電圧に対する出力電圧の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the output voltage with respect to the input voltage in the light emitting element drive device of a reference example and an Example. 定電流制御されたMOS電界効果トランジスタの動作特性を示す図である。It is a figure which shows the operating characteristic of the MOS field effect transistor by which constant current control was carried out. 従来の発光素子駆動装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the conventional light emitting element drive device.

符号の説明Explanation of symbols

1…電源、 2…チャージポンプ回路、
3…昇圧倍率選択回路、 4−1〜4−n…定電流回路、
5…オペアンプ、 6…第1基準電圧源、
10−1〜10−n,12−1〜12−n…VGD監視回路、
M1 ,M2 …nチャネルMOS電解効果トランジスタ、
I1 …定電流源。
1 ... Power supply, 2 ... Charge pump circuit,
3 ... Boost ratio selection circuit, 4-1 to 4-n ... Constant current circuit,
5 ... operational amplifier, 6 ... first reference voltage source,
10-1 to 10-n, 12-1 to 12-n... V GD monitoring circuit,
M1, M2 ... n-channel MOS field effect transistor,
I1 is a constant current source.

Claims (3)

電源からの入力電圧を選択された昇圧倍率で昇圧し、発光素子の駆動電圧を出力する昇圧回路と、
第1電界効果トランジスタを有し、上記昇圧回路の出力端子に接続される上記発光素子の電流値を制御する定電流回路と、
この定電流回路内の第1電界効果トランジスタと整合した第2電界効果トランジスタを用い、上記定電流回路内の定電流制御された第1電界効果トランジスタのゲート・ドレイン間電圧を監視する監視回路と、
この監視回路の判定結果に基づき、上記昇圧回路の昇圧倍率を切り替える信号を当該昇圧回路に供給する昇圧倍率選択回路と、を含んでなることを特徴とする発光素子駆動装置。
A booster circuit that boosts an input voltage from a power source at a selected boosting factor and outputs a drive voltage of the light emitting element;
A constant current circuit having a first field effect transistor and controlling a current value of the light emitting element connected to the output terminal of the booster circuit;
A monitoring circuit for monitoring a gate-drain voltage of the first field effect transistor controlled in constant current in the constant current circuit using a second field effect transistor matched with the first field effect transistor in the constant current circuit; ,
A light emitting element driving device comprising: a boosting magnification selection circuit that supplies a signal for switching the boosting magnification of the boosting circuit to the boosting circuit based on a determination result of the monitoring circuit.
複数の発光素子に対して配置された複数の定電流回路を有し、上記監視回路は、当該複数の定電流回路のそれぞれに設けたことを特徴とする請求項1記載の発光素子駆動装置。 2. The light emitting element driving device according to claim 1 , further comprising a plurality of constant current circuits arranged for the plurality of light emitting elements, wherein the monitoring circuit is provided in each of the plurality of constant current circuits . 上記昇圧倍率選択回路は、電源電圧を入力し、この入力電圧が低下したときにも昇圧倍率を切り替えることを特徴とする請求項1又は2記載の発光素子駆動装置。 3. The light emitting element driving device according to claim 1 , wherein the step-up magnification selection circuit inputs a power supply voltage and switches the step-up magnification even when the input voltage decreases .
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