JP7448634B2 - 電流駆動回路 - Google Patents

Description

本発明は電流駆動回路に関し、特に低電流駆動時高い線形特性を有する新しいタイプの電流駆動回路に関する。

電流駆動方式はＡＦドライバ、バックライトＬＥＤ駆動ドライバ、ＬＥＤ照明駆動ドライバ、ホワイトＬＥＤ駆動ドライバ、フラッシュ（Ｆｌａｓｈ）ＬＥＤ駆動ドライバおよび各種応用分野に多く使われる駆動方式である。このような電流駆動方式の重要な仕様の中には線形性（Ｌｉｎｅａｒｉｔｙ）が重要な要素であるが、これは望む入力デジタルコード対比駆動出力電流が１次線形的でなければならないのである。

このような線形性は出力電流がゼロに近い非常に低電流駆動の場合に特性が悪くなるが、その理由は電流が過度に少ないため駆動するトランジスタがウィーク（ｗｅａｋ）な状態、すなわちほぼオフとなっている状態（閾値電圧以下）で動作するため特性の低下をもたらす。

より具体的には、図１は一般的な電流駆動回路の構造を図示したものであるが、ＲＤＡＣ（Ｒｅｓｉｓｔｏｒ Ｄ／Ａ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ、３０）に印可されるデジタルコードに応じて出力電流が決定される構造である。出力電流が非常に少ない時は電流駆動トランジスタ５０が線形領域で動作することになるが、増幅器４０のフィードバックループ特性が大幅に下がることになる。このような場合、駆動部のフィードバックループゲインが下落することによって線形性の低下をもたらす。特に、外部工程、温度、電源電圧の変化により出力電流が変動するノイジー（ｎｏｉｓｙ）な特性を有するようになって電流駆動の致命的な弱点として作用する。

大韓民国公開特許公報１０－２０１１－００１７４９１号

そこで、本発明は前述した問題点を解決するために創案した発明であり、本発明の主な目的は、低電流駆動時に高い線形特性を有する電流駆動回路を提供することにあり、

ひいては、本発明のさらに他の目的は外部工程および環境の変化に敏感でない高い線形特性を有する電流駆動回路を提供することにある。

前述した目的を達成するための本発明の実施例に係る電流駆動回路は、バンドギャップリファレンス（Ｂａｎｄ Ｇａｐ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）回路と、前記バンドギャップリファレンス回路から出力される電圧を電流に変換する電圧電流変換部と、前記電圧電流変換部の出力段に連結されて印可されるデジタルコードに対応する電圧を生成して出力するデジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）と、第１電極が負荷に連結され第２電極は抵抗が連結されるノードに連結され、ゲートに印可される電圧に対応して前記負荷に電流が流れるようにする電界効果トランジスタと、前記デジタルアナログコンバータから出力される電圧と前記抵抗によって形成された電圧をそれぞれ伝達を受けて前記電界効果トランジスタで電流が流れるようにスイッチングするための電圧を生成して前記ゲートに印可する増幅器を含む電流駆動回路であって、
前記電界効果トランジスタが飽和領域で動作するために必要な電流を前記第１電極に供給するための電流供給源と、
前記電界効果トランジスタが閾値電圧より低い領域で動作する場合、前記電流供給源を活性化させて前記電界効果トランジスタが飽和領域で動作するように制御する制御部をさらに含むことを特徴とする。

ひいては、前述した構成の電流駆動回路において前記電流供給源は、
入力されるデジタルコードに応じてスイッチングされる多数のスイッチと、
共通電源段と前記スイッチそれぞれの間に連結されて各スイッチのスイッチングの有無により電流を供給する電力スイッチング素子を含むデジタルアナログコンバータであることをさらに他の特徴とし、
前記制御部は前記電界効果トランジスタが閾値電圧より低い領域で動作する場合、前記電圧電流変換部の出力段に連結されたデジタルアナログコンバータが制限設定された最小電圧を出力するように制御することをさらに他の特徴とする。

前述した技術的課題解決手段によると、本発明の実施例に係る電流駆動回路は出力電流が「０」に近い低電流駆動時にも高い線形特性を確保できるだけでなく、外部工程および環境の変化にも敏感でない高い線形特性を有する長所がある。

一般的な電流駆動回路の例示図である。 本発明の実施例に係る電流駆動回路の例示図である。 図２に図示した２ｎｄ ＤＡＣの回路例示図である。

後述する本発明に対する詳細な説明は、本発明の目的、技術的解決法および長所を明らかにするために本発明が実施され得る特定の実施例を例示したものであり、図示された添付図面を参照する。これらの実施例は通常の技術者が本発明を十分に実施できるように詳細に説明される。

また、本発明の詳細な説明および請求項に亘り、「含む」という単語およびその変形は他の技術的特徴、付加物、構成要素または段階を除くものと意図されたものではない。通常の技術者に本発明の他の目的、長所および特性が、一部は本説明書から、そして一部は本発明の実施から明らかになるであろう。以下の例示および図面は実例として提供され、本発明を限定するものに意図されたものではない。したがって、後述する詳細な説明は限定的な意味で取ろうとするものではなく、本発明の範囲は適切に説明されるのであれば、その請求項が主張するものと均等なすべての範囲とともに添付された請求項によってのみ限定される。

本明細書で異なって表示されたり明確に文脈に矛盾しない限り、単数で指称された項目は、その文脈で特に要求されない限り、複数のものを含む。また、本発明の説明において、一般的な電流駆動回路に関連した公知の構成または機能に対する具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にさせ得る恐れがあると判断される場合には、それに対する詳細な説明は省略することにする。

図２は本発明の実施例に係る電流駆動回路を例示したものであり、図３は図２に図示した２ｎｄ ＤＡＣ１５０の回路図を例示したものである。

まず、本発明の実施例に係る電流駆動回路は図２に図示した通り、
安定した電圧を供給するためのバンドギャップリファレンス（ＢＧＲ）回路１００と、
前記バンドギャップリファレンス（ＢＧＲ）回路１００から入力される電圧を電流に変換する電圧電流変換部（Ｖｏｌｔａｇｅ ｔｏ Ｃｕｒｒｅｎｔ）１１０と、
前記電圧電流変換部１１０の出力段に連結されて後述する制御部１６０から印可されるデジタルコードに対応する電圧を生成して出力するデジタルアナログコンバータ（Ｒｅｓｉｓｔｏｒ ＤＡＣ：ＲＤＡＣ、）１２０と、
第１電極が負荷に連結され第２電極は抵抗Ｒが連結されるノードに連結され、ゲートに印可される電圧に対応して前記負荷に電流が流れるようにする電界効果トランジスタ１４０と、を含む。

前記電界効果トランジスタ１４０の第１電極はドレイン電極であり、第２電極はソース電極であって、ゲートに印可される電圧に対応して第１電極から第２電極に流れる電流を制御する。

前記電界効果トランジスタ１４０のゲート段には増幅器１３０が連結されるが、前述したデジタルアナログコンバータ（ＲＤＡＣ）１２０から出力される電圧と前記抵抗Ｒにより形成された電圧を、それぞれ非反転端子（＋）と反転端子（－）で伝達を受けて、前記電界効果トランジスタ１４０で電流が流れるようにスイッチングするための電圧を生成して前記ゲート段に印可する。

因みに、前述した構成を含む一般的な電流駆動回路で、前記反転端子（－）にフィードバックされる電圧は非反転端子（＋）に入力される電圧と同一電圧と定義される。

一方、前述した構成の他に本発明の実施例に係る電流駆動回路は、前記電界効果トランジスタ１４０が飽和領域で動作するために必要な電流を前記第１電極に供給するための電流供給源をさらに含む。

前記電流供給源は図３に図示した通り、入力されるデジタルコード（ｎビットの２ｎｄ ＤＡＣ入力）によりスイッチングされる多数のスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ８、ＳＷ１６と、
共通電源段ＶＤＤと前記スイッチＳＷｎそれぞれとの間に連結されて、各スイッチのスイッチングの有無により電流を供給する電力スイッチング素子１、２、４、８、１６を含むデジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）１５０で具現可能である。このようなデジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）１５０は前述したＲＤＡＣ１２０と差別化するために２ｎｄ ＤＡＣと称することもある。

図３に図示した２ｎｄ ＤＡＣ１５０の電力スイッチング素子１、２、４、８、１６はｂｉｎａｒｙ ｗｅｉｇｈｔｅｄ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒであって２倍ずつ増加したサイズを表現しており、分解能も供給する電流により可変され得る構造を有することができる。このような２ｎｄ ＤＡＣ１５０は、後述する制御部１６０から印可されるあるいは予め設定されて活性化されるデジタルコードに応じて選択的にスイッチングオンとなるスイッチによって、望む電流を電流駆動トランジスタに該当する電界効果トランジスタ１４０の第１電極に供給する。

前述した電流供給源の他に、本発明の実施例に係る電流駆動回路は前記電界効果トランジスタ１４０が閾値電圧より低い領域（ｓｕｂ－ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）で動作する場合、前記電流供給源である２ｎｄ ＤＡＣ１５０を活性化させて前記電界効果トランジスタ１４０が飽和領域で動作するように制御する制御部１６０をさらに含むことを特徴とする。

このような制御部１６０は前記電界効果トランジスタ１４０が閾値電圧より低い領域で動作する場合、前記ＲＤＡＣ１２０が制限設定された最小電圧を出力するように制御することをさらに他の特徴とする。これは電界効果トランジスタ１４０が設定された閾値電圧より低い領域で動作する場合、制御部１６０がＲＤＡＣ１２０の出力電圧がそれ以上低くならないように制御するということを意味するものと解釈することが好ましい。

以下、添付図面を参照して本発明の実施例に係る電流駆動回路の動作をより具体的に説明することにする。

まず図２を参照すると、制御部１６０がＲＤＡＣ１２０にデジタルコードの入力を印可すると、それに該当するアナログ電圧が最終ドライバ段、すなわち電界効果トランジスタ１４０のゲートに印可されて出力電流が発生する。

もし出力電流が非常に小さいのであれば、電界効果トランジスタ１４０が線形（ｌｉｎｅａｒ）領域で動作および閾値電圧より低い領域で動作する。このような場合、増幅器１３０のフィードバックループ特性が下がることになり、これによって駆動部のフィードバックループゲインが下落することによって線形性の低下をもたらす。

このような問題を解決するために、本発明の実施例に係る電流駆動回路の制御部１６０は出力電流が「０」に近い低電流区間以外の区間では２ｎｄ ＤＡＣ１５０から電流が供給されないように非活性状態を維持する。

もし出力電流が「０」に近い低電流区間、すなわち電界効果トランジスタ１４０が閾値電圧より低い領域（ｓｕｂ－ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）で動作しなければならない場合、制御部１６０はＲＤＡＣ１２０の出力をそれ以上低くせず（設定された最小電圧に制限）、電界効果トランジスタ１４０がリニア領域や閾値電圧より低い領域で動作することを防止するために２ｎｄ ＤＡＣ１５０を活性化させてドレイン電極に電流の供給がなされるように支援する。

すなわち、本発明は電流駆動回路の出力電流が「０」に近い低電流区間では、電界効果トランジスタ１４０が飽和領域で動作できるように互いに異なるＤＡＣ１２０、１５０を通じてゲート段とドレイン電極それぞれに印可される電流レベルをトリミングすることによって、電界効果トランジスタ１４０に印可される電流を減少させることなく最終出力電流は低い電流で出力することができる。

したがって、本発明の実施例に係る電流駆動回路は出力電流が「０」に近い低電流駆動時にも高い線形特性を確保できるだけでなく、外部工程および環境の変化にも敏感でない高い線形特性を有する電流駆動回路（駆動ドライバＩＣ）を設計できる長所がある。

併せて、本発明の実施例に係る電流駆動回路はバックライトＬＥＤ駆動ドライバ、ホワイトＬＥＤ駆動ドライバ、照明用ＬＥＤ駆動ドライバ、フラッシュＬＥＤ駆動ドライバ、オートフォーカス（両方向開ループＡＦ、閉ループＡＦ）駆動ドライバＩＣなどのような電流駆動ドライバ方式に幅広く適用できる長所もある。

以上、本発明が具体的な構成要素などのような特定事項と限定された実施例および図面によって説明されたが、これは本発明のより全般的な理解を助けるために提供されたものに過ぎず、本発明は前記実施例に限定されず、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、このような記載から多様な修正および変形を試みることができる。例えば、本発明の実施例では２ｎｄ ＤＡＣ１５０を活性化させて設定されたレベルの電流がドレイン電極に供給されることを説明したが、必要な電流の供給がなされ得るｎビットのデジタルコードを２ｎｄ ＤＡＣ１５０に印可する方式で具現してもよい。したがって、本発明の思想は前記説明された実施例に限定されて定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなくこの特許請求の範囲と均等にまたは等価的に変形された全てのものは本発明の思想の範疇に属すると言える。

Claims (2)

1. 入力電圧を電流に変換する電圧電流変換部と、入力において前記電圧電流変換部の出力段に連結され前記入力に印可される第１デジタルコードに対応する電圧を生成して出力する第１デジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）と、ドレイン電極が負荷に連結されソース電極は抵抗が連結されるノードに連結され、ゲートに印可される電圧に対応して前記負荷に電流が流れるようにする電界効果トランジスタと、前記第１ＤＡＣから出力される電圧と前記抵抗によって形成された電圧をそれぞれ伝達を受けて前記電界効果トランジスタで電流が流れるように断続するための電圧を生成して前記ゲートに印可する増幅器を含む電流駆動回路において、
   前記電界効果トランジスタが飽和領域で動作するために必要な電流を前記ソース電極に供給するための電流供給源と；
   前記電界効果トランジスタの出力電流が０に近い場合、前記第１デジタルコードを前記第１ＤＡＣに伝達して前記第１ＤＡＣの出力を維持することにより、前記増幅器により前記電界効果トランジスタのゲートに印可される電圧を維持し、第２デジタルコードを前記電流供給源に伝達して前記電流供給源を活性化させることにより、前記電界効果トランジスタのドレイン電極に電流を供給するように制御する制御部と；を含み、
   前記電流供給源は第２ＤＡＣであり、
   前記第２ＤＡＣは、
   前記第２デジタルコードに応じてスイッチングされる多数のスイッチと；
   共通電源段と前記スイッチそれぞれの間に連結されて各スイッチのスイッチングの有無により電流を供給する電力スイッチング素子と；
   を含むことを特徴とする、電流駆動回路。
2. 前記制御部は、
   前記電界効果トランジスタの出力電流が０に近い場合、前記第１ＤＡＣが制限設定された最小電圧を出力するように制御することを特徴とする、請求項１に記載の電流駆動回路。