JP5428254B2 - LED drive device - Google Patents
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Description
本発明は、LEDを発光駆動するLED駆動装置、さらには液晶モニタ等のバックライトに使用されるWLED(白色発光ダイオード)を駆動するLED駆動装置に関し、特に入力電圧を昇圧して出力するチャージポンプを備えたチャージポンプ方式のLED駆動装置に利用して好適な技術に関する。 The present invention relates to an LED driving device that drives an LED to emit light, and more particularly to an LED driving device that drives a WLED (white light emitting diode) used for a backlight of a liquid crystal monitor or the like, and more particularly, a charge pump that boosts and outputs an input voltage. The present invention relates to a technique suitable for use in a charge pump type LED drive device having
携帯電話機等の携帯用電子機器においては、表示用の液晶パネルのバックライトにWLEDが使用されている。従来、WLEDの駆動電圧を発生する電源装置には、昇圧型のスイッチングレギュレータを使用したLED駆動装置と、充電した容量の端子電圧を切り替えたり充電した電荷を他の容量に転送したりすることで昇圧した電圧を出力するチャージポンプ方式のLED駆動装置(LEDドライバ)が知られている。 In portable electronic devices such as cellular phones, WLEDs are used as backlights for display liquid crystal panels. Conventionally, a power supply device that generates a drive voltage for a WLED includes an LED drive device that uses a step-up type switching regulator, and switches the terminal voltage of a charged capacitor or transfers a charged charge to another capacitor. A charge pump type LED driving device (LED driver) that outputs a boosted voltage is known.
いずれのLEDドライバにおいても、昇圧した電圧をLEDに印加し、LEDに定電流を流す定電流駆動が行われている。チャージポンプ方式のLEDドライバに関する発明としては、例えば特許文献1に記載されているものがある。
電池を電源とし電池電圧を昇圧してLED駆動電圧を生成するLEDドライバにおいては、電池電圧の低下によるLEDの明るさの低下が問題となる。スイッチングレギュレータ方式のLEDドライバにおいては、LEDに流れる駆動電流を電圧に変換して制御回路にフィードバックして、インダクタ(コイル)に間歇的に電流を流すスイッチング素子を例えばPWM駆動して駆動電流を一定に保つフィードバック制御が行われるので、電池電圧の低下に伴うLEDの明るさの低下が防止される。 In an LED driver that uses a battery as a power source and generates an LED drive voltage by boosting the battery voltage, a decrease in brightness of the LED due to a decrease in the battery voltage becomes a problem. In a switching regulator type LED driver, the drive current flowing through the LED is converted into voltage and fed back to the control circuit, and the switching element that intermittently flows current to the inductor (coil) is PWM driven, for example, to keep the drive current constant. Therefore, the LED brightness is prevented from decreasing due to a decrease in battery voltage.
一方、チャージポンプ方式のLEDドライバにおいては、電池電圧の低下に伴うLEDの明るさの低下を防止するためチャージポンプの昇圧率の切替えが行なわれている。また、従来、この昇圧率の切替えは、入力電圧(電池電圧)を監視して所定のレベル以下になったら昇圧率を高くするという方法が一般的であった。 On the other hand, in the charge pump type LED driver, the boosting rate of the charge pump is switched in order to prevent a decrease in the brightness of the LED accompanying a decrease in the battery voltage. Conventionally, the switching of the boosting rate is generally performed by monitoring the input voltage (battery voltage) and increasing the boosting rate when the voltage falls below a predetermined level.
しかしながら、入力電圧を監視して例えば昇圧率を3段階に切り替える方式にあっては、昇圧率を2倍から1.5倍に切り替える際の効率の変化が昇圧率を1.5倍から1倍に切り替える際の効率の変化よりも大きいため、トータルの電力効率が悪くなるという不具合がある。 However, in the method of monitoring the input voltage and switching, for example, the boost rate to three stages, the change in efficiency when switching the boost rate from 2 times to 1.5 times results in a boost rate of 1.5 times to 1 time. There is a problem that the total power efficiency is deteriorated because it is larger than the change in efficiency when switching to.
そこで、特許文献1のLEDドライバにおいては、入力電圧の他にLEDの電圧を監視して昇圧率を切り替えるように構成している。しかし、電圧の監視には電圧比較器(コンパレータ)が必要であり、その数は監視する電圧の数およびLEDの数が多くなるほど多くなる。具体的には、LEDの数が6個の場合、入力電圧Vinと基準電圧(3V)とを比較するコンパレータ40の他に、6個のLEDのカソード電圧と基準電圧Vrefとを比較する6個のコンパレータ41〜46と、これらのコンパレータの出力の論理和をとる5個のORゲート51〜55が必要である(特許文献1の図5参照)。そのため、回路規模が大きくなりチップサイズひいてはチップコストの増大を招くという課題がある。
Therefore, the LED driver disclosed in
また、LEDの数が4個の場合には、図5のように、LED1とLED2の電圧同士を直接比較するコンパレータCMP1、LED3とLED4の電圧同士を直接比較するコンパレータCMP2、CMP1とCMP2の出力に基づいてLED1とLED2のうち高い方の電圧とLED3とLED4のうち高い方の電圧を選択して比較するコンパレータCMP3、CMP3の出力に基づいてLED1〜LED4のうち最も高い電圧と基準電圧Vrefとを比較するコンパレータCMP4を設ける方法も考えられる。
When the number of LEDs is four, as shown in FIG. 5, the outputs of the comparators CMP1, CMP1, and CMP2 that directly compare the voltages of the
しかしながら、図5のトーナメント方式で決定する回路方式にあっても、LEDの数と同数のコンパレータが必要であり、回路規模が大きくなってしまう。なお、図5において、S1,S2;S3,S4;S5,S6はセレクタとして機能するMOSFETである。また、図5においては、LED1〜LED4に接続される定電流源を省略してある。 However, even in the circuit system determined by the tournament system in FIG. 5, the same number of comparators as the number of LEDs are necessary, and the circuit scale becomes large. In FIG. 5, S1, S2; S3, S4; S5 and S6 are MOSFETs functioning as selectors. Moreover, in FIG. 5, the constant current source connected to LED1-LED4 is abbreviate | omitted.
この発明は上記のような課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、LEDの電圧を監視して昇圧回路の昇圧率の切替えタイミングを検出するLED駆動装置において、回路規模を大幅に増大させることなく昇圧率の切替えタイミングを検出できるようにすることにある。 The present invention has been made paying attention to the above-described problems. The object of the present invention is to provide an LED driving device that monitors the voltage of the LED and detects the switching timing of the boosting rate of the boosting circuit. An object of the present invention is to make it possible to detect the switching timing of the step-up rate without significantly increasing it.
この発明の他の目的は、チャージポンプ方式の昇圧回路を備え複数の発光ダイオードを点灯駆動するLED駆動装置において、いずれかの発光ダイオードのアノード−カソード端子間電圧が最大順方向電圧よりも小さくなって一部の発光ダイオードの点灯が停止されるのを回避できるようにすることにある。 Another object of the present invention is to provide an LED drive device that includes a charge pump type booster circuit and drives a plurality of light emitting diodes to light, and the voltage between the anode and cathode terminals of any one of the light emitting diodes is smaller than the maximum forward voltage. Therefore, it is possible to avoid stopping lighting of some of the light emitting diodes.
上記目的を達成するため本発明は、入力電圧を昇圧して出力可能であって昇圧率を段階的に切り替え可能な昇圧回路からの電圧によって複数の発光ダイオードにそれぞれ流す所定の駆動電流を生成し出力するLED駆動装置において、前記複数の発光ダイオードの各アノード端子電圧またはカソード端子電圧を監視する監視回路を設け、前記監視回路が、前記複数の発光ダイオードのアノード−カソード端子間電圧の少なくとも1つが前記複数の発光ダイオードのうち最も順方向電圧の大きなダイオードの順方向電圧よりも小さくなったことを検出した場合に、前記昇圧回路の昇圧率を高い方へ切り替えるように構成したものである。 In order to achieve the above object, the present invention generates a predetermined drive current that flows to each of a plurality of light emitting diodes according to a voltage from a booster circuit that can boost and output an input voltage and switch a boost rate stepwise. In the LED driving device for outputting, a monitoring circuit for monitoring each anode terminal voltage or cathode terminal voltage of the plurality of light emitting diodes is provided, and the monitoring circuit has at least one of the anode-cathode terminal voltages of the plurality of light emitting diodes. When it is detected that the forward voltage of the diode having the largest forward voltage among the plurality of light emitting diodes has become smaller, the boosting rate of the booster circuit is switched to a higher one.
より具体的には、発光ダイオードをそれぞれ接続可能な複数の外部端子と、電池電圧を入力電圧として受け昇圧した電圧を出力可能であって昇圧率を段階的に切り替え可能な昇圧回路と、該昇圧回路からの電圧を受けて複数の発光ダイオードにそれぞれ流す所定の駆動電流を生成する複数の定電流回路と、を備え、1つの半導体チップ上に形成されたLED駆動装置において、前記複数の発光ダイオードの各アノード端子電圧またはカソード端子電圧を監視する監視回路を設け、前記監視回路が、前記複数の発光ダイオードのアノード−カソード端子間電圧の少なくとも1つが前記複数の発光ダイオードのうち最も順方向電圧の大きなダイオードの順方向電圧よりも小さくなったことを検出した場合に、前記昇圧回路の昇圧率を高い方へ切り替えるように構成した。 More specifically, a plurality of external terminals to which each of the light emitting diodes can be connected, a booster circuit capable of outputting a boosted voltage by receiving the battery voltage as an input voltage, and capable of switching the boost rate stepwise, and the booster A plurality of constant current circuits that receive a voltage from the circuit and generate predetermined drive currents that flow through the plurality of light emitting diodes, respectively, in the LED driving device formed on one semiconductor chip, the plurality of light emitting diodes A monitoring circuit for monitoring each anode terminal voltage or cathode terminal voltage of the plurality of light emitting diodes, wherein at least one of the anode-cathode terminal voltages of the plurality of light emitting diodes is the most forward voltage of the plurality of light emitting diodes. When it is detected that the voltage is lower than the forward voltage of the large diode, the boosting rate of the boosting circuit is cut to the higher side. It was configured to obtain.
上記した構成によれば、入力電圧が下がって昇圧回路の出力電圧が低下していずれかの発光ダイオードのアノード−カソード端子間電圧が最大順方向電圧よりも小さくなると、昇圧回路の昇圧率が高い方へ切り替えられて高い電圧が出力されるようになるため、複数の発光ダイオードの一部のダイオードの点灯が停止されるのを回避することができるようになる。 According to the configuration described above, when the input voltage decreases and the output voltage of the booster circuit decreases and the voltage between the anode and cathode terminals of any one of the light emitting diodes becomes smaller than the maximum forward voltage, the boosting ratio of the booster circuit is high. Therefore, it is possible to avoid stopping lighting of some of the plurality of light emitting diodes.
ここで、望ましくは、前記監視回路は、前記複数の発光ダイオードの各アノード端子電圧またはカソード端子電圧を制御端子に受ける並列形態の複数のトランジスタと、該複数のトランジスタの共通ドレイン端子に接続された定電流源と、前記共通ドレイン端子と前記定電流源との接続点の電位を判定する電位判定手段と、を備え、前記複数のトランジスタのソース端子は前記昇圧回路の出力電圧が供給されるノードに接続され、前記昇圧回路の出力電圧の低下に応じ前記複数のトランジスタのいずれか一つが他のトランジスタと異なる状態になることによって、前記接続点の電位が判定レベルを越えたことに基づいて検出信号を出力するように構成する。 Here, preferably, the monitoring circuit is connected to a plurality of transistors in parallel form receiving each anode terminal voltage or cathode terminal voltage of the plurality of light emitting diodes at a control terminal, and a common drain terminal of the plurality of transistors. A node for supplying an output voltage of the booster circuit to a source terminal of the plurality of transistors, comprising: a constant current source; and potential determining means for determining a potential of a connection point between the common drain terminal and the constant current source. Is detected based on the fact that any one of the plurality of transistors is different from the other transistors in response to a decrease in the output voltage of the booster circuit, so that the potential at the connection point exceeds the determination level. It is configured to output a signal.
これにより、複数の発光ダイオードごとに電圧比較回路を設けたり、接続する発光ダイオードの数と同数の電圧比較回路を設けることなく、いずれかの発光ダイオードのアノード−カソード端子間電圧が最大順方向電圧よりも小さくなったことを検出することができるため、回路規模を大幅に増大させることなく昇圧率の切替えタイミングを検出できるようになる。 As a result, the voltage between the anode and cathode terminals of any one of the light emitting diodes is the maximum forward voltage without providing a voltage comparison circuit for each of the plurality of light emitting diodes or providing the same number of voltage comparison circuits as the number of light emitting diodes to be connected. Therefore, it is possible to detect the switching timing of the boosting rate without significantly increasing the circuit scale.
また、望ましくは、前記監視回路に、前記接続点の電位を論理しきい値により判定するインバータ回路を設ける。インバータ回路の代わりに電圧比較回路で監視レベルの電位を判定することもできるが、インバータ回路は電圧比較回路よりも少ない素子数で構成することができるため、より一層、回路規模を低減することができるとともに、消費電力も減らすことができる。 Preferably, the monitoring circuit is provided with an inverter circuit that determines the potential of the connection point based on a logical threshold value. Although the potential of the monitoring level can be determined by a voltage comparison circuit instead of the inverter circuit, the inverter circuit can be configured with a smaller number of elements than the voltage comparison circuit, so that the circuit scale can be further reduced. In addition, power consumption can be reduced.
さらに、望ましくは、前記監視回路の後段には、該監視回路の出力をラッチするラッチ回路を設ける。これにより、昇圧回路の昇圧率が高くされることで昇圧回路の出力電圧が高くなり監視回路の出力が非検出状態に変わろうとしたときに一旦検出した状態を保持することができ、昇圧回路が不安定な動作状態になるのを防止することができる。 Further, preferably, a latch circuit for latching the output of the monitoring circuit is provided at the subsequent stage of the monitoring circuit. As a result, when the boosting rate of the booster circuit is increased, the output voltage of the booster circuit becomes higher, and when the output of the monitoring circuit is about to change to the non-detection state, the state once detected can be maintained, and the booster circuit becomes inoperative. A stable operating state can be prevented.
また、望ましくは、前記昇圧回路は、その出力電圧が2段階に切り替え可能に構成され、前記監視回路の出力にのみ基づいて前記昇圧回路の出力電圧が切り替えられるように構成する。昇圧回路の昇圧率の切り替えは、発光ダイオードのアノード端子もしくはカソード端子の電圧監視結果と、入力電圧の監視結果とに基づいて行うこともできるが、監視回路の出力にのみ基づいて切り替えを行うようにすることによって、入力電圧を検出する電圧比較回路が不要となり、一層、回路規模を低減することができる。 Preferably, the booster circuit is configured such that its output voltage can be switched in two stages, and the output voltage of the booster circuit can be switched based only on the output of the monitoring circuit. Switching of the boosting rate of the booster circuit can be performed based on the voltage monitoring result of the anode terminal or the cathode terminal of the light emitting diode and the monitoring result of the input voltage, but the switching is performed based only on the output of the monitoring circuit. By doing so, the voltage comparison circuit for detecting the input voltage becomes unnecessary, and the circuit scale can be further reduced.
本発明に従うと、LEDの電圧を監視して昇圧回路の昇圧率の切替えタイミングを検出するLED駆動装置において、回路規模を大幅に増大させることなく昇圧率の切替えタイミングを検出できるようになる。また、複数の発光ダイオードを点灯駆動するLED駆動装置において、いずれかの発光ダイオードのアノード−カソード端子間電圧が最大順方向電圧よりも小さくなって一部の発光ダイオードの輝度が低下もしくは点灯が停止されるのを回避できるという効果がある。 According to the present invention, in the LED driving device that monitors the voltage of the LED and detects the switching timing of the boosting rate of the boosting circuit, the switching timing of the boosting rate can be detected without significantly increasing the circuit scale. In addition, in an LED drive device that drives a plurality of light emitting diodes to light, the voltage between the anode and cathode terminals of any one of the light emitting diodes is smaller than the maximum forward voltage, and the brightness of some of the light emitting diodes decreases or stops lighting There is an effect that can be avoided.
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明を適用したLED駆動装置の第1の実施形態を示す。なお、特に限定されるものではないが、この実施形態では、図1において太線で囲まれている部分は、一つの半導体チップ上に半導体集積回路(以下、白色LEDドライバICと称する)10として形成され、4個の白色LEDが上記白色LEDドライバIC10に外付け素子として接続され、LED1〜LED4のカソード端子はそれぞれ接地電位GNDに接続されている。また、白色LEDドライバIC10には、ICの内部回路と共にチャージポンプ方式の昇圧回路を構成するため、2個の外付け容量素子(コンデンサ)C1,C2を接続可能な外部端子C1+,C1−;C2+C2−が設けられている。
FIG. 1 shows a first embodiment of an LED driving device to which the present invention is applied. Although not particularly limited, in this embodiment, a portion surrounded by a thick line in FIG. 1 is formed as a semiconductor integrated circuit (hereinafter referred to as a white LED driver IC) 10 on one semiconductor chip. The four white LEDs are connected to the white
本実施形態の白色LEDドライバIC10は、リチウムイオン電池などの電池20から電池電圧が入力電圧Vinとして印加される入力端子VINと、該入力端子VINに印加された入力電圧Vinを1.5倍に昇圧して出力可能な昇圧回路を構成するチャージポンプ11と、チップ全体を制御する制御ロジック12と、4個の白色発光ダイオードを接続可能なダイオード接続端子LED1〜LED4とを有する。制御ロジック12は、IC外部から入力される制御信号とIC内部の信号とに基づいて、チャージポンプなどIC内部の回路を制御する信号を生成する。
The white
上記チャージポンプ11は、上記外付け容量素子C1,C2と、これらの容量素子C1,C2の充電、放電並びに容量素子間の電荷の転送や電圧の伝達を行うスイッチ素子(図示省略)と、発振回路OSCからの発振信号に基づいてスイッチ素子を制御するクロック信号を生成するクロック生成回路(図示省略)などから構成され、オン、オフするスイッチ素子を適宜選択制御して電荷の転送や電圧の伝達のパスを切り替えることで、1倍出力または1.5倍昇圧出力が可能にされている。
The
具体的には、チャージポンプ11は、1倍出力モードの場合には入力電圧Vinをそのまま出力端子へ伝達する。また、1.5倍昇圧モードの場合には、図3(A)に示すように、一方の容量C1を、接地電位基準に入力電圧Vinに充電した後、図3(B)に示すように、2つの容量C1,C2を並列状態に接続して、容量C1の充電電荷をC2に分配してVin/2充電状態にするとともに、C1,C2のグランド側端子にVinを印加する。これによって、(Vin+Vin/2)=1.5Vinに昇圧された電圧が生成される。上記図3(A)と(B)の状態を交互に繰り返すことによって、電荷の転送により1.5倍に昇圧された電圧VOUTが出力される。
Specifically, the
また、本実施形態の白色LEDドライバIC10は、上記チャージポンプ11より出力された電圧VOUTを電源電圧としてダイオード接続端子LED1〜LED4へ駆動電流を出力する定電流源CS1〜CS4と、IC内部で必要な基準電圧(定電圧)を発生する基準電圧発生回路13と、該基準電圧発生回路13で発生された基準電圧Vrefを受けて基準となる電流を生成する定電流回路および前記定電流源CS1〜CS4のトランジスタとカレントミラー回路を構成するトランジスタなどからなる定電流制御回路14とを有する。
Further, the white
定電流源CS1〜CS4は、定電流制御回路14内では基準電圧発生回路からの電圧に基づいて生成された電流を電圧に変換し、その電圧に基づいて電圧−電流変換して定電流を作り出すことにより、電源電圧としての電圧VOUTが変化しても、定電流制御回路14の定電流に比例した電流を生成し、それをLEDの駆動電流として端子LED1〜LED4へ出力することで、白色発光ダイオードを定電流駆動することができる。
In the constant
さらに、本実施形態の白色LEDドライバIC10は、端子LED1〜LED4の電圧すなわち端子LED1〜LED4に接続されている各白色発光ダイオードのアノード電圧を監視して昇圧率の切替えタイミングを検出する監視回路15と、該監視回路15の出力をラッチするラッチ回路16とを備える。ラッチ回路16の出力信号BMCに応じて前記チャージポンプ11は、1倍出力または1.5倍昇圧出力を行う。
Furthermore, the white
監視回路15の出力をラッチするラッチ回路16を設けることによって、昇圧率が高くされることでチャージポンプの出力電圧が高くなり監視回路の出力が非検出状態に変わって元の状態に戻り、チャージポンプ11が1倍出力モードと1.5倍昇圧モードを繰り返す発振状態になるのを防止することができる。また、ノイズ等により監視ノードの電位が変動しても一旦検出した状態を保持し、チャージポンプ11が発振状態になるのを回避することができる。
By providing the
監視回路15は、電圧VOUTが供給されるノードにそれぞれソース端子が接続され、ゲート端子が上記端子LED1〜LED4に接続された4個のPチャネルMOSFET(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ:以下、MOSトランジスタと称する)Q1〜Q4と、Q1〜Q4の共通ドレイン端子と接地点との間に接続されたNチャネルMOSトランジスタQ5と、定電流源CS0と直列に接続されQ5とゲート共通接続されたMOSトランジスタQ0と、Q1〜Q4の共通ドレインとQ5との接続ノードN1の電位を受ける電位判定手段としてのインバータINV1およびその出力を反転するインバータINV2とから構成されている。
The
上記MOSトランジスタQ0はゲートとドレインが結合されたいわゆるダイオード結合とされ、定電流源CS0からの定電流I0を電圧に変換する。このトランジスタQ0とQ5のゲート端子同士が接続されることによってQ0,Q5はカレントミラー回路を構成し、Q5にはQ0とQ5のサイズ比に比例した電流が流れる。これにより、Q5は定電流素子として機能する。 The MOS transistor Q0 has a so-called diode coupling in which the gate and drain are coupled, and converts the constant current I0 from the constant current source CS0 into a voltage. By connecting the gate terminals of the transistors Q0 and Q5, Q0 and Q5 constitute a current mirror circuit, and a current proportional to the size ratio of Q0 and Q5 flows through Q5. Thereby, Q5 functions as a constant current element.
Q5の代わりに抵抗を使用することも可能であるが、半導体チップ上の抵抗はそのばらつきがMOSトランジスタのばらつきよりも大きいため、抵抗を使用すると、インバータINV1による相対的な判定レベルのずれが大きくなるので、定電流素子の方が好ましい。電位判定手段としてのインバータINV1は、その電源電圧が変化しない場合、CMOSインバータを使用することで設計が容易となるが、チャージポンプの出力電圧VOUTのように変化する電圧を電源電圧とする場合には、CMOSインバータを使用すると論理しきい値も変化することを考慮して設計をする必要がある。また、インバータINV1としてMOSトランジスタと定電流源とを直列に接続した構成のものを使用して、論理しきい値が電源電圧基準あるいは接地電位基準で決まるようにしてもよい。 Although it is possible to use a resistor instead of Q5, the resistance on the semiconductor chip has a larger variation than the variation of the MOS transistor. Therefore, if the resistor is used, the relative judgment level shift by the inverter INV1 is large. Therefore, the constant current element is preferable. When the power supply voltage does not change, the inverter INV1 as the potential determination means can be easily designed by using a CMOS inverter. However, when the voltage that changes such as the output voltage VOUT of the charge pump is used as the power supply voltage, Therefore, it is necessary to design in consideration that the logic threshold value also changes when a CMOS inverter is used. Alternatively, the inverter INV1 may have a configuration in which a MOS transistor and a constant current source are connected in series, and the logic threshold value may be determined based on a power supply voltage reference or a ground potential reference.
この実施形態では、特に限定されるものではないが、定電流I0が約1μA、Q0とQ5のサイズ比Nが例えば「1」となるように設計されている。さらに、この実施形態の監視回路15は、トランジスタQ1〜Q4のうち一つでもオフ状態になるとノードN1の電位がインバータINV1の論理しきい値を跨いで変化するとともに、外部端子LED1〜LED4の電位がこれらの端子に接続される発光ダイオードのうち最も順方向電圧の高いものの順方向電圧よりも小さくなるとQ1〜Q4のうち対応するトランジスタがオフするように、監視回路15を構成するトランジスタの定数が設計されている。
In this embodiment, although not particularly limited, the constant current I0 is designed to be about 1 μA, and the size ratio N between Q0 and Q5 is, for example, “1”. Further, in the
ここで、監視回路15の設計思想を説明する。現在市場に提供されている白色発光ダイオードは、順方向電圧Vfにばらつきを有しており、順方向電圧Vf以上の電圧がアノード端子に印加されないとダイオードは発光しない。そのため、上記実施形態のように、複数の白色発光ダイオードをカソードコモンに接続して、定電流回路によって各アノード端子からそれぞれ駆動電流を流し込んで発光させる場合、定電流回路の電源電圧が下がりダイオードのアノード電圧が下がると最も順方向電圧の高いものから発光しなくなる。その結果、白色発光ダイオードをバックライトとする液晶モニタでは、表示のむらが生じてしまう。
Here, the design concept of the
そこで、セットメーカは、できるだけ順方向電圧の揃ったダイオードを使用するように努力するが、それでもばらつき避けられない。一般には、使用するダイオードの順方向電圧の許容範囲を設定し、最小順方向電圧よりも大きく最大順方向電圧よりも小さいダイオードを選別して使用することとなる。従って、LEDドライバICのダイオード接続端子の電位が最大順方向電圧よりも小さくなった場合にそれを検出してアノード電圧を高くするように制御すれば、電圧低下によるダイオードの発光停止を回避することができる。上記実施形態のLEDドライバICでは、このような考えの下で上記監視回路15が設計されている。
Thus, although set makers strive to use diodes with uniform forward voltages as much as possible, variations are still inevitable. Generally, an allowable range of the forward voltage of the diode to be used is set, and a diode that is larger than the minimum forward voltage and smaller than the maximum forward voltage is selected and used. Therefore, if the potential of the diode connection terminal of the LED driver IC is smaller than the maximum forward voltage and the control is performed so as to increase the anode voltage, the light emission stop of the diode due to the voltage drop can be avoided. Can do. In the LED driver IC of the above embodiment, the
次に、監視回路15の動作を詳しく説明する。上記実施形態のLEDドライバICにおいては、入力電圧Vinを供給する電池電圧が充分高い場合には、チャージポンプ11は入力電圧Vinをそのまま出力電圧VOUTとして、定電流源CS1〜CS4および監視回路15へ供給する。このとき、出力電圧VOUTは充分に高くVOUT−LED端子間電圧も大きいので、監視回路15のPチャネルMOSトランジスタQ1〜Q4はすべてオン状態になる。そのため、ノードN1の電位はインバータINV1の論理しきい値よりも低い状態になり、インバータINV2の出力はロウレベルとなる。
Next, the operation of the
その後、電池電圧が下がるとVOUT−LED端子間電圧も小さくなるが、このときVOUT−LED端子間電圧は順方向電圧が最も大きいダイオードが接続されている端子の電位とVOUTとの電位差が最も小さくなる。そして、順方向電圧が最大のものが接続されているLED端子電圧が順方向電圧よりも小さくなると、Q1〜Q4のうちその端子に対応したトランジスタがオフ状態になる。すると、Q1〜Q4全体に流れる電流が減少してノードN1の電位が低くなり、インバータINV1の論理しきい値を越えると、インバータINV2の出力はロウレベルに変化する。 Thereafter, when the battery voltage decreases, the voltage between the VOUT and LED terminals also decreases. At this time, the voltage between the VOUT and LED terminals has the smallest potential difference between the potential of the terminal to which the diode having the largest forward voltage is connected and VOUT. Become. When the LED terminal voltage to which the one having the largest forward voltage is connected becomes smaller than the forward voltage, the transistor corresponding to that terminal among Q1 to Q4 is turned off. Then, the current flowing through the entire Q1 to Q4 decreases and the potential of the node N1 becomes low. When the logic threshold value of the inverter INV1 is exceeded, the output of the inverter INV2 changes to a low level.
これによって、ラッチ回路16がラッチ動作して出力がハイレベルとなり、チャージポンプ11が1倍出力モードから1.5倍昇圧モードに切り替わる。その結果、チャージポンプ11の出力電圧VOUTが高くなり、電圧低下によるダイオードの発光停止が回避される。
As a result, the
なお、チャージポンプ11の出力電圧VOUTが高くなると、監視回路15内のトランジスタQ1〜Q4は再び全部がオンの状態になってインバータINV2の出力が反転するが、ラッチ回路16が前の状態を保持しているため、1.5倍昇圧モードから元の1倍出力モードに戻ることはない。ラッチ回路16は、チップ外部より入力されるイネーブル信号によってラッチが解除されるように構成することができる。
When the output voltage VOUT of the
図2には、本発明を適用した白色LEDドライバICの第2の実施形態が示されている。第1の実施形態の白色LEDドライバICは電流出力型のドライバであるのに対し、第2の実施形態の白色LEDドライバICは、電流引込み型のドライバである。 FIG. 2 shows a second embodiment of a white LED driver IC to which the present invention is applied. The white LED driver IC of the first embodiment is a current output type driver, whereas the white LED driver IC of the second embodiment is a current drawing type driver.
この実施形態においては、チャージポンプ11の出力電圧VOUTを出力する端子OUTがチップに設けられ、この出力端子OUTに4個の白色発光ダイオードのアノード端子が共通に接続され、各ダイオードのカソード端子がLED接続用端子LED1〜LED4にそれぞれ接続されている。そして、チップ内部には、上記LED接続用端子LED1〜LED4からそれぞれダイオードの駆動電流を引き込むための定電流源CS1〜CS4が設けられている。
In this embodiment, a terminal OUT that outputs the output voltage VOUT of the
また、基準電圧発生回路13で発生された基準電圧Vrefを受けて基準となる電流を生成する定電流回路14aおよび該定電流回路により生成された定電流を折り返すMOSトランジスタQ11,Q12からなるカレントミラー回路14bが設けられ、Q12のドレイン電流を前記定電流源CS1〜CS4へ供給することにより、ダイオードの駆動電流を生成するように構成されている。図2の定電流回路14aとカレントミラー回路14bを合わせたものが図1の定電流制御回路14に相当する。
Further, a current mirror comprising a constant current circuit 14a that generates a reference current upon receipt of the reference voltage Vref generated by the reference
さらに、本実施形態においては、LED接続用端子LED1〜LED4の電位を入力とする昇圧率切替え回路17が設けられている。この昇圧率切替え回路17は、図1における監視回路15とラッチ回路16とを合わせた回路に相当する。ただし、本実施形態における監視回路は図1における監視回路15と上下対称な構成すなわちPチャネルMOSトランジスタQ1〜Q4の代わりにNチャネルMOSトランジスタを、NチャネルMOSトランジスタQ0,Q5の代わりにPチャネルMOSトランジスタを使用するとともに、Q1〜Q4のソース端子を接地点に接続し、Q0,Q5のソース端子を出力端子に接続した構成とされる。
Furthermore, in the present embodiment, a step-up
回路の動作は、図1のものと同様であり、出力電圧VOUTと端子LED1〜LED4の電圧との電位差が、これらに接続されている発光ダイオードのうち最も順方向電圧の高いものよりも小さくなるとQ1〜Q4のうち対応するトランジスタがオフするように動作する。これにより、電池電圧がある程度下がるとチャージポンプ11が1倍出力モードから1.5倍昇圧モードに切り替わり、チャージポンプ11の出力電圧VOUTが高くされて、電圧低下によるダイオードの発光停止が回避される。
The operation of the circuit is the same as that in FIG. 1, and when the potential difference between the output voltage VOUT and the voltages of the terminals LED1 to LED4 becomes smaller than the one with the highest forward voltage among the light emitting diodes connected to them. It operates so that the corresponding transistor of Q1 to Q4 is turned off. As a result, when the battery voltage drops to some extent, the
図4には、本発明を適用した白色LEDドライバICの第3の実施形態が示されている。 FIG. 4 shows a third embodiment of a white LED driver IC to which the present invention is applied.
前記実施形態では、チャージポンプを1倍出力と1.5倍昇圧出力とに切替え可能に構成したのに対し、この第3の実施形態は、チャージポンプ11を1倍出力と1.5倍昇圧出力と2倍昇圧出力の3段階に切替え可能に構成した。また、入力電圧Vinのレベルを参照電圧Vrefと比較して検出する電圧比較回路CMPを設け、該電圧比較回路CMPの出力と第1の実施形態で説明した監視回路15の出力とに基づいて、チャージポンプ11の昇圧率を切り替えるように構成した。
In the above-described embodiment, the charge pump can be switched between the 1 × output and the 1.5 × boost output, whereas in the third embodiment, the
昇圧率の切替えは、例えば監視回路15の出力と電圧比較回路CMPの出力が共にロウレベルのときは1倍出力とし、監視回路15の出力または電圧比較回路CMPの出力の一方がハイレベルに変化したときは1.5倍昇圧とし、監視回路15の出力と電圧比較回路CMPの出力が共にハイレベルのときは2倍昇圧に切り替えるように制御すれば良い。なお、チャージポンプの2倍昇圧出力は、例えば2つのコンデンサを共に接地電位基準で入力電圧Vinまで充電した後、接地電位が印加されていた端子を入力電圧Vinに切り替えて昇圧(ブースト)することで得ることができる。
For example, when the output of the
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態では、駆動可能な発光ダイオードの数が4個であるドライバICを示したが、発光ダイオードの数が5個以上である場合にも適用することができる。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment, the present invention is not limited to the embodiment. For example, in the above-described embodiment, the driver IC in which the number of light-emitting diodes that can be driven is four is shown, but the present invention can also be applied to the case where the number of light-emitting diodes is five or more.
また、前記実施形態では、監視回路15をMOSトランジスタで構成したが、バイポーラ・トランジスタで構成することも可能である。さらに、前記実施形態では、監視回路15の後段のラッチ回路16をチップ外部より入力されるイネーブル信号によってラッチ解除できるように構成すると説明したが、制御ロジック12が、図示しない入力電圧検出回路からの信号等により、入力電圧が充分に高くなったことを検知した場合に、ラッチ回路16をリセットしてラッチを解除するように構成してもよい。
In the above embodiment, the
以上の説明では、本発明を液晶モニタのバックライトとして使用される白色発光ダイオードを点灯するLEDドライバICに適用した例を説明したが、本発明にそれに限定されるものではなく、昇圧した電圧を発生し出力電流を制御したいICに広く利用することができる。 In the above description, the example in which the present invention is applied to an LED driver IC for lighting a white light emitting diode used as a backlight of a liquid crystal monitor has been described. However, the present invention is not limited to the present invention, and a boosted voltage is applied. It can be widely used for ICs that generate and want to control the output current.
10 LEDドライバIC
11 チャージポンプ
12 制御ロジック
13 基準電圧発生回路
14 定電流制御回路
15 監視回路
16 ラッチ回路
17 昇圧率切替え回路
OSC 発振回路
CS0〜CS4 定電流源
LED1〜LED4 発光ダイオード接続端子
10 LED driver IC
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記複数の発光ダイオードの各アノード端子電圧またはカソード端子電圧を監視する監視回路を備え、
前記監視回路が、前記複数の発光ダイオードのアノード−カソード端子間電圧の少なくとも1つが前記複数の発光ダイオードのうち最も順方向電圧の大きなダイオードの順方向電圧よりも小さくなったことを検出した場合に、前記昇圧回路の昇圧率を高い方へ切り替えるように構成され、
前記監視回路は、
前記複数の発光ダイオードの各アノード端子電圧またはカソード端子電圧を制御端子に受ける並列形態の複数のトランジスタと、
該複数のトランジスタの共通ドレイン端子に接続された定電流源と、
前記共通ドレイン端子と前記定電流源との接続点の電位を判定する電位判定手段と、
を備え、前記複数のトランジスタのソース端子は前記昇圧回路の出力電圧が供給されるノードに接続され、
前記昇圧回路の出力電圧の低下に応じ前記複数のトランジスタのいずれか一つが他のトランジスタと異なる状態になることによって、前記接続点の電位が判定レベルを越えたことに基づいて検出信号を出力するように構成されていることを特徴とするLED駆動装置。 An LED driving device that generates and outputs a predetermined driving current that flows to each of a plurality of light emitting diodes by a voltage from a boosting circuit that can boost and output an input voltage and can stepwise switch a boosting rate,
A monitoring circuit for monitoring each anode terminal voltage or cathode terminal voltage of the plurality of light emitting diodes;
When the monitoring circuit detects that at least one of the anode-cathode terminal voltages of the plurality of light emitting diodes is smaller than the forward voltage of the diode having the largest forward voltage among the plurality of light emitting diodes. , Configured to switch the boosting rate of the booster circuit to a higher one,
The monitoring circuit is
A plurality of transistors in parallel form that receive each anode terminal voltage or cathode terminal voltage of the plurality of light emitting diodes at a control terminal;
A constant current source connected to a common drain terminal of the plurality of transistors;
A potential determining means for determining a potential at a connection point between the common drain terminal and the constant current source;
The source terminals of the plurality of transistors are connected to a node to which the output voltage of the booster circuit is supplied ,
As one of the plurality of transistors becomes different from the other transistors in response to a decrease in the output voltage of the booster circuit, a detection signal is output when the potential at the connection point exceeds the determination level. An LED driving device characterized by being configured as described above .
前記複数の発光ダイオードの各アノード端子電圧またはカソード端子電圧を監視する監視回路を備え、
前記監視回路が、前記複数の発光ダイオードのアノード−カソード端子間電圧の少なくとも1つが前記複数の発光ダイオードのうち最も順方向電圧の大きなダイオードの順方向電圧よりも小さくなったことを検出した場合に、前記昇圧回路の昇圧率を高い方へ切り替えるように構成され、
前記監視回路は、
前記複数の発光ダイオードの各アノード端子電圧またはカソード端子電圧を制御端子に受ける並列形態の複数のトランジスタと、
該複数のトランジスタの共通ドレイン端子に接続された定電流源と、
前記共通ドレイン端子と前記定電流源との接続点の電位を判定する電位判定手段と、
を備え、前記複数のトランジスタのソース端子は前記昇圧回路の出力電圧が供給されるノードに接続され、
前記昇圧回路の出力電圧の低下に応じ前記複数のトランジスタのいずれか一つが他のトランジスタと異なる状態になることによって、前記接続点の電位が判定レベルを越えたことに基づいて検出信号を出力するように構成されていることを特徴とするLED駆動装置。 A plurality of external terminals to which each light-emitting diode can be connected, a booster circuit that can output a boosted voltage by receiving the battery voltage as an input voltage, and that can switch the boost rate stepwise, and a voltage from the booster circuit A plurality of constant current circuits that generate predetermined drive currents respectively flowing through the plurality of light emitting diodes, and an LED drive device formed on one semiconductor chip,
A monitoring circuit for monitoring each anode terminal voltage or cathode terminal voltage of the plurality of light emitting diodes;
When the monitoring circuit detects that at least one of the anode-cathode terminal voltages of the plurality of light emitting diodes is smaller than the forward voltage of the diode having the largest forward voltage among the plurality of light emitting diodes. , Configured to switch the boosting rate of the booster circuit to a higher one,
The monitoring circuit is
A plurality of transistors in parallel form that receive each anode terminal voltage or cathode terminal voltage of the plurality of light emitting diodes at a control terminal;
A constant current source connected to a common drain terminal of the plurality of transistors;
A potential determining means for determining a potential at a connection point between the common drain terminal and the constant current source;
The source terminals of the plurality of transistors are connected to a node to which the output voltage of the booster circuit is supplied ,
As one of the plurality of transistors becomes different from the other transistors in response to a decrease in the output voltage of the booster circuit, a detection signal is output when the potential at the connection point exceeds the determination level. An LED driving device characterized by being configured as described above .
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