專利名稱：Led驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LED驅(qū)動裝置。
背景技術(shù)：
以往，導(dǎo)航等的液晶用背照光中，使用封入水銀的冷陰極熒光燈作為光源，近年來為減少作為有害物質(zhì)的水銀的使用，作為代替的光源，使用白色或RGB等的發(fā)光二極管元件的背照光單元引人注目，正在慢慢商品化。
圖12示出使用發(fā)光二極管元件(LED)的一般背照光單元。背照光單元，包括導(dǎo)光板103、背框104、前框106。背框104內(nèi)藏LED安裝用基板102。在LED安裝用基板102上排列白色等的LED101，從LED101發(fā)出的光經(jīng)導(dǎo)光板103偏轉(zhuǎn)，透過光學(xué)片105等，從顯示部107照射液晶。以往，是用封入水銀的冷陰極熒光燈代替LED101與LED安裝基板102作為光源的。
以下，說明控制LED的點亮以往的技術(shù)。LED的發(fā)光亮度依賴于流過電流的大小。因此，為穩(wěn)定地使LED點亮，必須以恒定電流驅(qū)動LED。圖13是構(gòu)成恒流驅(qū)動LED的以往的點亮電路的框圖，圖14是具體電路例的電路圖。
圖13中，串聯(lián)連接大于等于2個的LED201，其一端連接檢測流過LED201的電流用的電阻RCS并接地(GND)。為對LED流過恒定電流，對流過電阻RCS的電流經(jīng)電壓變換后的比較電壓，送到電壓比較電路212，與所要的基準電壓作比較。而且根據(jù)電壓比較電路212的比較結(jié)果，輸出電壓控制電路213控制降壓式或升壓式的開關(guān)方式等的DC/DC變換器8，在平滑電路219中使其輸出電壓為電力效率良好的所要DC電壓值(VSW2)，供給LED201，由此實現(xiàn)負反饋的閉環(huán)控制CL3。
圖14是該以往的LED驅(qū)動電路的具體電路例，其構(gòu)成如下。通過使流過LED201的電流流過檢測用的電阻RCS進行電壓變換，用該電壓變換值作為由運算放大器等構(gòu)成的誤差放大用的電壓比較電路220的比較值，與基準電壓VRef進行比較。進而，將電壓比較電路220的輸出在由比較器構(gòu)成的輸出電壓控制電路221中與三角波VOSC2進行比較，利用其比較結(jié)果生成占空比改變的脈沖形的方波電壓VG2。然后，用該占空比改變的脈沖形方波電壓VG2控制由P溝道FET構(gòu)成的開關(guān)元件214的柵極，將電源VIN的直流電壓變換成規(guī)定的直流電壓并輸出。也就是說，作為開關(guān)電源方式的DC/DC變換器208進行動作。而且，將開關(guān)元件214的漏極端接到二極管215的陰極與電感216后，從電感216的另一端輸出的電壓由平滑用電容器217變換到直流電壓VSW2，將電力效率良好的電壓供給LED201組。
如此構(gòu)成的負反饋閉環(huán)CL3中，通過控制使ILED×RCS＝VRef(一定)，流過LED201的電流ILED就大致以VRef/RCS的恒定電流來點亮。即當流過LED201的電流比所要求的電流大時，通過對開關(guān)元件214的柵極供給導(dǎo)通期間寬度狹的脈沖形方波電壓VG2，加到LED201的經(jīng)平滑的電壓VSW2變低，使LED201的電流向減少的方向動作。反之，當流過LED201的電流比所要求的電流小時，通過對開關(guān)元件214的柵極供給導(dǎo)通期間寬度寬的脈沖形方波電壓VG2，加到LED201的經(jīng)平滑的電壓VSW2變高，使LED201的電流向增大的方向動作。利用這樣的負反饋閉環(huán)控制，電壓檢測電阻RCS的電壓值與基準電壓VREF成為相同那樣的所要的恒定電流ILED流過LED201，就達到穩(wěn)定狀態(tài)。
圖14示出的電路例，是電源VIN的電壓值大于使LED201點亮到所要亮度所必要的最大電壓值的情況，構(gòu)成降壓式DC/DC變換器208。然而，DC/DC變換器208按照電源VIN的電壓值與供給LED201所必要的最大電壓值的大小，使用降壓式、升壓式、升降壓式三種類型。
在這種以往電路的構(gòu)成中，通過控制DC/DC變換器208的輸出電壓，能以恒定電流驅(qū)動LED201，同時能與LED201的VF規(guī)格無關(guān)地實現(xiàn)高效率驅(qū)動，由根據(jù)所要的恒定電流值與溫度有關(guān)的VF值的必要的最低限度的驅(qū)動電壓來控制DC/DC變換器208的輸出，因此，具有不發(fā)生因根據(jù)VF規(guī)格考慮的電壓余量引起的損耗那種特征。
作為類似于上述以往電路例的特許的一例，特開2003-152224號公報(特許文獻1)揭示了限定DC/DC變換器208的形式為升壓式，并應(yīng)用于便攜設(shè)備的技術(shù)。
然而，在以往的圖13、圖14所示的LED驅(qū)動電路中，當電源VIN的電壓變動或來自外部的噪聲、而且進入電流檢測電阻部分的雜散噪聲、控制環(huán)路內(nèi)的變動發(fā)生時，恒定電流控制變得不穩(wěn)定，因此存在不能使控制環(huán)路CL3的響應(yīng)速度(頻率特性)及增益太高的技術(shù)限制。因此，上述的以往電路用于便攜電話等那樣以平時規(guī)定的恒定電流流過LED201能達到作為充分背照光的目的的情況最為合適，但用于頻繁地改變所需的恒定電流值那樣的商品，例如調(diào)光功能必要的領(lǐng)域的商品中就不十分合適。尤其上述的以往電路中，調(diào)光率在約小于等于10％的范圍中得不到穩(wěn)定的調(diào)光特性，而且相對于調(diào)光率的LED201的電流特性也增大誤差，變成非線性，因此為了在要求線性特性至小于等于5％的極低調(diào)光率的車輛導(dǎo)航用液晶背照光的采用，要求進一步技術(shù)改進。
特開2003-152224號公報本發(fā)明鑒于上述那樣的以往技術(shù)的問題而作，其目的在于提供通過以恒定電流驅(qū)動發(fā)光二極管(LED)，同時使供給LED的電壓最佳化，能降低含LED的電路元件組的發(fā)熱，在調(diào)光時也能使背照光單元穩(wěn)定點亮的LED驅(qū)動裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明第1實施形態(tài)的LED驅(qū)動裝置，包括串聯(lián)連接的多個發(fā)光二極管，將直流電源的輸出電壓變換成規(guī)定的電壓值，并供給所述串聯(lián)連接的發(fā)光二極管的陽極側(cè)的DC/DC變換器，一端連接在所述串聯(lián)連接的發(fā)光二極管的陰極側(cè)的驅(qū)動電流控制電路，其一端連接在所述驅(qū)動電流控制電路的另一端，其另一端接地的電流檢測用的電阻，為控制供給所述多個串聯(lián)連接的發(fā)光二極管的輸出電壓而控制所述DC/DC變換器的輸出電壓控制電路，為對所述輸出電壓控制電路提供輸出電壓指令，以變換流過所述電流檢測用的電阻的電流的電壓作為比較電壓，將其與第1基準電壓進行比較并將差電壓輸出到所述輸出電壓控制電路的電壓比較電路，以及將變換流過所述電流檢測用的電阻的電流得到的比較電壓，與恒定電流控制用的第2基準電壓進行比較，控制所述驅(qū)動電流控制電路使其通電電流為恒定電流的恒定電流控制電路，由所述DC/DC變換器、驅(qū)動電流控制電路、電壓比較電路、以及輸出電壓控制電路構(gòu)成的閉環(huán)作為供給電壓控制用的第1負反饋閉環(huán)，由所述驅(qū)動電流控制電路、以及恒定電流控制電路構(gòu)成的閉環(huán)作為恒定電流控制用的第2負反饋閉環(huán)。
本發(fā)明第2實施形態(tài)的LED驅(qū)動裝置，包括串聯(lián)連接的多個發(fā)光二極管，將直流電源的輸出電壓變換成規(guī)定的電壓值，并供給所述串聯(lián)連接的發(fā)光二極管的陽極側(cè)的DC/DC變換器，一端連接在所述串聯(lián)連接的發(fā)光二極管的陰極側(cè)的驅(qū)動電流控制電路，其一端連接在所述驅(qū)動電流控制電路的另一端，其另一端接地的電流檢測用的電阻，為控制供給所述多個串聯(lián)連接的發(fā)光二極管的輸出電壓而控制所述DC/DC變換器的輸出電壓控制電路，算出所述驅(qū)動電流控制電路的兩端的差電壓的差電壓算出電路，為對所述輸出電壓控制電路提供輸出電壓指令，以所述差電壓算出電路算出的差電壓與作為第1基準電壓進行比較，并將它們的電壓差輸出到所述輸出電壓控制電路的電壓比較電路，以及將變換流過所述電流檢測用的電阻的電流得到的比較電壓與第2基準電壓進行比較，控制所述驅(qū)動電流控制電路使其通電電流為恒定電流的恒定電流控制電路，由所述DC/DC變換器、驅(qū)動電流控制電路、差電壓算出電路、電壓比較電路、以及輸出電壓控制電路構(gòu)成的閉環(huán)作為供給電壓控制用的第1負反饋閉環(huán)，由所述驅(qū)動電流控制電路、以及恒定電流控制電路構(gòu)成的閉環(huán)作為恒定電流控制用的第2負反饋閉環(huán)。
(發(fā)明的效果)采用本發(fā)明，則由于除了設(shè)置控制提供串聯(lián)連接的多個發(fā)光二極管的電壓用的第1負反饋閉環(huán)外，還設(shè)置控制提供串聯(lián)連接的多個發(fā)光二極管的電流用的第2負反饋閉環(huán)，因此不斷地以恒定電流驅(qū)動發(fā)光二極管的同時，使提供給發(fā)光二極管的電壓最適化，通過這樣能減少包含發(fā)光二極管的電路元件組的發(fā)熱，即使調(diào)光時也能使背照光單元穩(wěn)定地點亮。
也就是說，采用本發(fā)明，例如如用于車載用的導(dǎo)航液晶背照光那樣，要求極低的調(diào)光性能，其結(jié)果，即使在供給發(fā)光二極管的電流值頻繁地變化的裝置中，也能以對應(yīng)于調(diào)光率使電壓基準可變，充分地進行對應(yīng)，例如即使在小于等于5％的極低的調(diào)光率范圍，也能得到穩(wěn)定的調(diào)光性能。
采用本發(fā)明，通過設(shè)定供給電壓控制用的第1負反饋閉環(huán)的頻率響應(yīng)特性為小于等于恒定電流控制用的第2負反饋閉環(huán)的頻率響應(yīng)特性的1/20，能不損害恒定電流控制的響應(yīng)特性，穩(wěn)定地實施供給電壓控制。也就是說，因各負反饋閉環(huán)的頻率響應(yīng)特性相差達大于等于20倍，沒有互相干涉造成不穩(wěn)定，因此能將恒定電流控制用的第2負反饋閉環(huán)的增益及頻率響應(yīng)設(shè)定得高，能達到精度非常好的恒定電流特性。


圖1為本發(fā)明的第1實施形態(tài)的LED驅(qū)動電路的框圖。
圖2為本發(fā)明的第1實施形態(tài)的LED驅(qū)動電路的電路圖。
圖3為本發(fā)明的第1實施形態(tài)的LED驅(qū)動電路的電壓的示波器波形圖。
圖4為本發(fā)明的第2實施形態(tài)的LED驅(qū)動電路的框圖。
圖5為本發(fā)明的第2實施形態(tài)的LED驅(qū)動電路的電路圖。
圖6為本發(fā)明的第2實施形態(tài)的LED驅(qū)動電路的電壓的示波器波形圖(其1)。
圖7為本發(fā)明的第2實施形態(tài)的LED驅(qū)動電路的電壓的示波器波形圖(其2)。
圖8為本發(fā)明的第3實施形態(tài)的LED驅(qū)動電路的框圖。
圖9為本發(fā)明的第3實施形態(tài)的LED驅(qū)動電路的電路圖。
圖10為本發(fā)明的第3實施形態(tài)的控制基準值生成電路的一例電路圖。
圖11示出本發(fā)明的第3實施形態(tài)的VREF2的設(shè)定概念的說明圖。
圖12示出用LED的一般的背照光構(gòu)造圖。
圖13為以往的LED驅(qū)動電路的框圖。
圖14為以往的LED驅(qū)動電路的電路圖。
圖15示出本發(fā)明的第3實施形態(tài)與以往例的調(diào)光率—電流之間的特性曲線。
標號說明1 LED(發(fā)光二極管)8 DC/DC變換器9 平滑電路
10 驅(qū)動電流控制電路11 恒定電流控制電路12 電壓比較電路13 輸出電壓控制電路14 開關(guān)元件15 二極管16 電感17 平滑電容器18 晶體管19 負反饋放大器20 電壓比較放大器21 比較器22 負側(cè)放大器23 正側(cè)放大器24 控制基準值生成電路25 密勒電路31 差電壓算出電路32 控制基準值生成電路33 調(diào)光率判定電路具體實施方式
以下，根據(jù)附圖詳細說明本發(fā)明的實施形態(tài)。
(第1實施形態(tài))圖1為本發(fā)明的第1實施形態(tài)的LED驅(qū)動裝置的框圖。圖1中，1為發(fā)光二極管(LED)，8為DC/DC變換器，9為平滑電路，10為驅(qū)動電流控制電路，11恒定電流控制電路，12為電壓比較電路，13為輸出電壓控制電路。
串聯(lián)連接大于等于2個的LED1，其陽極側(cè)經(jīng)平滑電路9連接對來自電池等的DC電源VIN的直流電力進行DC/DC變換用的降壓式、升壓式或升降壓式的開關(guān)或斷路器方式等的DC/DC變換器8。LED1的陰極側(cè)依次連接晶體管或FET等的驅(qū)動電流控制電路10、電流檢測用的電阻RCS，電阻RCS的另一端接地(GND)。
為對LED1供給效率良好的最佳值電壓，由輸出電壓控制電路13控制DC/DC變換器8。另外，為控制驅(qū)動電流控制電路10對LED1流過恒定電流，該驅(qū)動電流控制電路10由恒定電流控制電路11控制。
DC/DC變換器8的控制與以往相同，經(jīng)電壓變換流過電阻RCS的電流的比較電壓(＝RCS×ILED)送到電壓比較電路12，與所要的基準電壓VREF進行比較。再根據(jù)電壓比較電路12的比較結(jié)果，輸出電壓控制電路13控制DC/DC變換器8，平滑電路9使其輸出電壓為電力效率良好的所要的DC電壓值(VSW1)，供給LED1，從而實現(xiàn)負反饋的閉壞控制CL1。
恒定電流控制電路11的恒定電流控制，通過將上述電壓檢測電阻的比較電壓與規(guī)定值進行比較，控制驅(qū)動電流控制電路10的通電電流為恒定電流，從而實現(xiàn)負反饋的閉環(huán)控制CL2。
本實施形態(tài)的LED驅(qū)動裝置，是在構(gòu)成為對LED1供給效率良好的最佳值電壓的供給電壓控制用閉環(huán)CL1的電路組中，存在構(gòu)成為使恒定電流流過LED1的控制用的閉環(huán)CL2的電路組的構(gòu)成。供給電壓控制用的閉環(huán)CL1與為使恒定電流流過LED1的恒定電流控制用的閉環(huán)CL2的經(jīng)路的一部分成為共同的構(gòu)成。閉環(huán)CL1與閉環(huán)CL2的共同部分是用檢測電阻RCS將流過LED1的電流變換為電壓信息的部分，該檢測電阻RCS的電壓作為恒定電流控制電路11及電壓比較電路12各自的比較值。也就是說，通過用電流檢測用的電阻RCS將流過LED1的電流經(jīng)過電流—電壓變換的電壓值(ILED×RCS)，作為供給電壓控制用的比較信息的同時，也作為恒定電流控制用的比較信息，從而各控制用閉環(huán)CL1、CL2進行負反饋控制使與所要的基準值VRef，IO×VR相一致。這里，通過設(shè)定供給電壓控制用的閉環(huán)CL1的頻率響應(yīng)為小于等于恒定電流控制用閉環(huán)CL2的頻率響應(yīng)的1/20，能不損害恒定電流控制的響應(yīng)性，使供給電壓控制用的負反饋閉環(huán)CL1穩(wěn)定地動作。就是說，因各負反饋閉環(huán)CL1、CL2的頻率響應(yīng)特性相差達大于等于20倍，沒有互相干涉造成不穩(wěn)定，故能將恒定電流控制用的負反饋閉環(huán)CL2的增益及頻率特性設(shè)定得高，能達到精度非常好的恒定電流特性。
圖2為本實施形態(tài)的LED驅(qū)動裝置的具體電路圖。圖中，14為MOS-FET，15為二極管，16為電感，17為電容器，18為LED驅(qū)動元件，(晶體管)，19為負反饋放大電路，20電壓比較放大器，21為比較器。又，LED的標號“1”用與圖1同樣的標號。
對照圖1圖2進行說明。相當于圖1的DC/DC變換器8的是圖2的P溝道的MOS-FET14與二極管15，相當于輸出電壓控制電路13的是比較器21，相當于電壓比較電路12的是電壓比較放大器20，相當于平滑電路9的是電感16與平滑電容器17。本實施形態(tài)的電路為降壓型的開關(guān)電源方式的DC/DC變換器構(gòu)成。此外，相當于圖1中的驅(qū)動電流控制電路10的是晶體管18，相當于恒定電流控制電路11的是使晶體管18作為負荷的負反饋放大電路19。
這里，晶體管18的發(fā)射極輸出電流的一部分通過電阻進行分流，反饋到由差分放大器構(gòu)成的負反饋放大電路19的一輸入端。該負反饋放大電路19的輸出提供給晶體管18的基極。由晶體管18和負反饋放大電路19構(gòu)成的反饋電路，構(gòu)成脈沖發(fā)送電路，通過調(diào)整負反饋放大電路19的另一輸入端供給的基準電壓(用IO×可變電阻VR的電阻值決定的電壓)的電平，調(diào)整該發(fā)送脈沖的占空比。
下面，對這種構(gòu)成的LED驅(qū)動裝置的動作進行說明。首先，LED1供給電力效率良好的必要最低的最佳電壓的供給電壓控制用負反饋閉環(huán)CL1，動作如下。為使控制流過LED1的電流的驅(qū)動電流控制電路10不工作在不能跟隨恒定電流動作及響應(yīng)性的飽和區(qū)域，以必要的大概最低電壓值作為預(yù)定控制目標值，設(shè)定為電壓比較放大器20的第1基準值VRef。電壓比較放大器20中，用檢測電阻RCS將流過LED1的電流變換為電壓信息VE(＝RCS×ILED)，以電壓值VE作為比較信息使用，比較基準電壓值VRER與該比較電壓VE。進而將電壓比較放大器20的輸出在比較器21中與三角波VOSC1進行比較，利用該比較結(jié)果生成占空比可變的脈沖形方波電壓VG1。然后，用該占空比可變的脈沖形方波電壓VG1控制P溝通道FET14的柵極，將直流電源的直流電壓VIN變換為規(guī)定的直流電壓VSW1并輸出。FET14的直流輸出經(jīng)平滑用電感16與電容器17平滑，作為電力效率良好的電壓供給LED1。
另一方面，LED1流過所要的一定電流的恒定電流控制用的閉環(huán)CL2的動作，公共使用對于先前的供給電壓控制用的負反饋閉環(huán)CL1的負反饋電壓值VE，比較該電壓值VE與所要電流值對應(yīng)的第2基準電壓值(＝IO×可變電阻VR的電阻值)，根據(jù)其誤差，負反饋環(huán)控制驅(qū)動電流控制電路10。
這里，如前所述，將供給電壓控制用的閉環(huán)CL1的頻率響應(yīng)設(shè)定成小于等于恒定電流控制用的閉環(huán)CL2的頻率響應(yīng)的1/20。這種設(shè)定以將供給電壓控制用的負反饋閉環(huán)CL1包含的平滑用的電感16和電容器17的時間常數(shù)設(shè)定成規(guī)定的值為主。也就是說，借助于將這種時間常數(shù)設(shè)定大，也能對應(yīng)于恒定電流控制用的閉環(huán)CL2內(nèi)的晶體管18的導(dǎo)通/斷開動作，不斷地對LED1提供一定的供給電壓。
圖3為本實施形態(tài)的LED驅(qū)動裝置的電壓的示波器波形圖。對輸入電壓VIN，可知為對LED1流過所需的恒定電流供給所必要的電力變換效率良好的電壓值VSW1，而且是線性且穩(wěn)定的電流ILED。這里。所謂電力變換效率良好的電壓VSW1，是指滿足LED1在周圍的溫度條件下流過所需電流必要的各VF(順方向電壓)、構(gòu)成驅(qū)動電流控制電路10的晶體管18不飽和動作狀態(tài)的集電極—發(fā)射極間的電壓、以及檢測電阻RCS的電壓的總和的電壓值。
根據(jù)本實施形態(tài)的LED驅(qū)動裝置，則由于除了設(shè)置控制提供串聯(lián)連接的多個發(fā)光二極管的電壓用的第1負反饋閉環(huán)外，還設(shè)置控制提供串聯(lián)連接的多個發(fā)光二極管的電流用的第2負反饋閉環(huán)，因此不斷地以恒定電流驅(qū)動發(fā)光二極管的同時，使提供給發(fā)光二極管的電壓最適化，通過這樣能減少包含發(fā)光二極管的電路元件組的發(fā)熱，即使調(diào)光時也能使背照光單元穩(wěn)定地點亮。
也就是說，采用本發(fā)明，例如如用于車載用的導(dǎo)航液晶背照光那樣，要求極低的調(diào)光性能，其結(jié)果，即使在供給發(fā)光二極管的電流值頻繁地變化的裝置中，也能以對應(yīng)于調(diào)光率使電壓基準可變，充分地進行對應(yīng)，例如即使在小于等于5％的極低的調(diào)光率范圍，也能得到穩(wěn)定的調(diào)光性能。
采用本發(fā)明，通過設(shè)定供給電壓控制用的第1負反饋閉環(huán)的頻率響應(yīng)特性為小于等于恒定電流控制用的第2負反饋閉環(huán)的頻率響應(yīng)特性的1/20，能不損害恒定電流控制的響應(yīng)特性，穩(wěn)定地實施供給電壓控制。也就是說，因各負反饋閉環(huán)的頻率響應(yīng)特性相差達大于等于20倍，沒有互相干涉造成不穩(wěn)定，因此能將恒定電流控制用的第2負反饋閉環(huán)的增益及頻率響應(yīng)設(shè)定得高，能達到精度非常好的恒定電流特性。
因此，通過根據(jù)調(diào)光率使電壓基準可變，對頻繁地改變所需恒定電流值的那種領(lǐng)域的商品和要求極低調(diào)光性能的領(lǐng)域的商品，也能充分適應(yīng)，特別能對車輛用的導(dǎo)航的液晶背照光中能達到必要的小于等于5％的極低調(diào)光率區(qū)域中的線性電流特性。
(第2實施形態(tài))圖4是本發(fā)明的第2實施形態(tài)的LED驅(qū)動裝置的框圖。本實施形態(tài)的特征在于，對圖1示出的第1實施形態(tài)的LED驅(qū)動裝置的構(gòu)成，附加差電壓算出電路31。差電壓算出電路31算出驅(qū)動電流控制電路10的漏極—源極間電壓或集電極—發(fā)射極間電壓，并將算得的電壓輸出到電壓比較電路12。另外，圖4中與圖1相同的要素用相同的標號來表示。
串聯(lián)連接多個LED1，其陽極側(cè)經(jīng)平滑電路9連接對電池等的DC電源VIN供給的電力效率良好的電壓用的降壓式、升壓式或升降壓式的開關(guān)或斷路器方式等的DC/DC變換器8。LED1的陰極側(cè)經(jīng)晶體管或FET等的驅(qū)動電流控制電路10，連接電流檢測用的電阻RCS，電阻RCS的另一端接地(GND)。
本實施形態(tài)的LED驅(qū)動裝置，構(gòu)成對LED1供給電力效率良好的最佳值的電壓的供給電壓控制用閉環(huán)CL1的電路組，與構(gòu)成對LED1流過一定電流的恒定電流控制用閉環(huán)CL2的電路組，完全分開。
下面，對這種構(gòu)成的LED驅(qū)動裝置的動作進行說明。首先，由于對LED組供給電力效率良好的必要最低的最佳電壓，故為了控制流過LED1的電流的驅(qū)動電流控制電路不工作在不能跟隨恒定電流動作及響應(yīng)性的飽和區(qū)域，以必要的大概最低電壓值作為預(yù)定控制目標值，設(shè)定作為電壓比較電路12的第1基準值。電壓比較電路12中，比較該基準電壓值與差電壓算出電路31算出的電壓比較值，即驅(qū)動電流控制電路10的漏極—源極間電壓或集電極—發(fā)射極間電壓。然后根據(jù)電壓比較電路12的輸出，通過輸出電壓控制電路13、DC/DC變換器8、平滑電路9使供給電壓控制用的負反饋閉環(huán)動作，以使驅(qū)動電流控制電路10為不飽和的電壓。
另一方面，LED1流過所要的一定電流的恒定電流控制用的閉環(huán)CL2的動作，用檢測電阻RCS將流過LED1的電流變換為電壓信息ILED×RCS，比較該電壓值與所要電流值對應(yīng)的基準電壓值，根據(jù)其誤差，負反饋環(huán)控制驅(qū)動電流控制電路10。
圖5是本發(fā)明的第2實施形態(tài)的LED驅(qū)動裝置的具體電路圖。該第2實施形態(tài)的電路構(gòu)成的特征在于，對圖2所示的第1實施形態(tài)的電路構(gòu)成，增加負側(cè)放大器22和正側(cè)放大器23。另外，圖5中，與圖2相同的要素用相同標號表示。
對照圖4說明圖5。相當于圖4中的DC/DC變換器8的是圖5中的P溝道MOS-FET14和二極管15，相當于輸出電壓控制電路13的是比較器21，相當于電壓比較電路12的是電壓比較放大器20，相當于平滑電路9的是電感16和電容器17。本實施形態(tài)的電路與第1實施形態(tài)同樣是降壓型的開關(guān)電源方式的DC/DC變換器。另外，相當于圖4的驅(qū)動電流控制電路10的是晶體管18，相當于恒定電流控制電路11的是以晶體管18作為負荷的負反饋放大電路19。
首先，供給電壓控制用閉環(huán)CL1中，由于對LED1供給電力效率良好的必要最低的最佳電壓VSW1，故為了控制流過LED1的電流的晶體管18不工作在不能跟隨恒定電流動作及響應(yīng)性的飽和區(qū)域，以必要的大于等于最低電壓的值作為預(yù)定控制目標值VRef1(I1×R2)，供給電壓比較放大器20。然后，由放大器22、放大器23、電阻R31、密勒電路25、電阻R32構(gòu)成的差電壓算出電路31算出驅(qū)動電流控制電路10的漏極—源極間的差電壓或集電極—發(fā)射極間的差電壓，以該差電壓作為比較值VCOMP，輸出到電壓比較放大器20。與1實施形態(tài)相同，作為比較電路12的電壓比較放大器20、作為輸出電壓控制電路13的比較器21，使供給電壓控制用的負反饋閉環(huán)CL1動作，使該比較值VCOMP與目標值VRef2相一致。另外，該供給電壓控制用的電壓放大器20的基準值VRef2(I1×R2)不限于一個定值，也可根據(jù)流過LED1的電流和調(diào)光率從大于等于2種的設(shè)定值中選擇。
另一方面，恒定電流控制用閉環(huán)CL2中用電流檢測用的電阻RCS將流過LED1的電流進行電流—電壓變換，其電壓值VE(＝ILED×RCS)作為恒定電流用的負反饋放大器19的比較信息，控制晶體管18的基極電流使與作為目標的LED1的電流對應(yīng)的基準電壓值VRef2(＝I0×R1)相一致，使負反饋放大電路動作。這樣一來，晶體管18動作，從LED1拉進目標恒定電流。
這里，如要第1實施形態(tài)相同，將供給電壓控制用的閉環(huán)CL1的頻率響應(yīng)設(shè)定成小于等于恒定電流控制用的閉環(huán)CL2的頻率響應(yīng)的1/20。這種設(shè)定以將供給電壓控制用的負反饋閉環(huán)CL1包含的平滑用的電感16和電容器17的時間常數(shù)設(shè)定成規(guī)定的值為主。也就是說，借助于將這種時間常數(shù)設(shè)定大，也能對應(yīng)于恒定電流控制用的閉環(huán)CL2內(nèi)的晶體管18的導(dǎo)通/斷開動作，不斷地對LED1提供一定的供給電壓。
圖6為作為驅(qū)動電流控制電路10的晶體管18的集電極電壓VC、發(fā)射極電壓VE的示波器波形圖，圖7為直流電源電壓VIN、LED驅(qū)動電壓VSW、及LED電流ILED的示波器波形圖。對輸入電壓VIN，可知為對LED1流過所需的恒定電流供給所必要的電力變換效率良好的電壓值VSW，而且是線性且穩(wěn)定的電流ILED。這里。所謂電力變換效率良好的電壓VSW，是指滿足LED1在周圍的溫度條件下流過所需電流必要的各VF、晶體管18不飽和的動作狀態(tài)的集電極—發(fā)射極間的電壓及檢測電阻RCS的電壓的總和的電壓值。
根據(jù)本實施形態(tài)，則通過設(shè)定供給電壓控制用負反饋閉環(huán)CL1的頻率響應(yīng)為小于等于恒定電流控制用的負反饋閉環(huán)CL2的頻率響應(yīng)的1/20，能不損害恒定電流控制的頻率響應(yīng)，使供給電壓控制用的負反饋閉環(huán)CL1穩(wěn)定地動作。也就是，因各負反饋閉環(huán)CL1、CL2的頻率響應(yīng)特性相差達大于等于20倍，沒有互相干涉造成不穩(wěn)定，故能將恒定電流控制用的負反饋閉環(huán)CL2的增益及頻率特性設(shè)定得高，從而能達到精度非常好的恒定電流特性。因此，通過根據(jù)調(diào)光率使電壓基準可變，對頻繁地改變所需恒定電流值的那種領(lǐng)域的商品和要求極低調(diào)光性能的領(lǐng)域的商品，也能充分適應(yīng)，特別能對車輛用的導(dǎo)航的液晶背照光中能達到必要的小于等于5％的極低調(diào)光率區(qū)域中的線性電流特性。
(第3實施形態(tài))圖8是本發(fā)明的第3實施形態(tài)的LED驅(qū)動裝置的框圖。本實施形態(tài)的特征在于，對圖4示出的第2實施形態(tài)的構(gòu)成，附加控制基準值生成電路32和調(diào)光率判定電路33。另外，圖8中與圖1、圖4相同的要素用相同的標號來表示。
串聯(lián)連接多個LED1，其陽極側(cè)經(jīng)平滑電路9連接對電池等的DC電源VIN供給的電力效率良好的電壓用的降壓式、升壓式或升降壓式的開關(guān)或斷路器方式等的DC/DC變換器8。LED1的陰極側(cè)依次連接晶體管或FET等的驅(qū)動電流控制電路10，電流檢測用的電阻RCS，該電阻RCS的另一端接地。
本實施形態(tài)中，構(gòu)成對LED1供給電力效率良好的最佳值電壓的供給電壓控制用閉環(huán)CL1的電路組，與構(gòu)成對LED1流過一定電流的恒定電流控制用閉環(huán)CL2的電路組，完全分開。首先，供給電壓控制用的負反饋閉環(huán)CL1的動作如下。由于對LED組供給電力效率良好的必要最低的最佳電壓，故為了控制流過LED1的電流的驅(qū)動電流控制電路10不工作在不能跟隨恒定電流動作及響應(yīng)性的飽和區(qū)域，以必要的最低電壓值作為預(yù)定控制目標值。該控制目標值由控制基準值生成電路32生成。該控制基準值生成電路32根據(jù)來自調(diào)光率判定電路33的調(diào)光率判定值生成控制基準值，輸出到電壓比較電路12作為基準值。
這里，將調(diào)光控制信號DIM提供給調(diào)光率判定電路33。這種調(diào)光控制信號DIM是使LED1的發(fā)光亮度變化用的控制信號，是例如將作為對于LED1的最大亮度的亮度的比例的調(diào)光率要電流電平對應(yīng)的信號。調(diào)光率判定電路33由輸入的調(diào)光控制信號DIM的電流電平判定調(diào)光率，并根據(jù)對應(yīng)的調(diào)光率輸出信號。
電壓比較電路12，比較驅(qū)動電流控制電路10的漏極—源極間的差電壓或集電極—發(fā)射極間的差電壓與差電壓算出電路31算出的比較值并將比較結(jié)果輸出到輸出電壓控制電路13。輸出電壓控制電路13與以往例相同地動作，控制DC/DC變換器8的輸出電壓，從平滑電路9經(jīng)LED1，控制流過驅(qū)動電流控制電路10的直流為不使驅(qū)動電流控制電路10飽和的電壓。
另一方面，LED1流過所要的一定電流的恒定電流控制用的閉環(huán)CL2的動作，用檢測電阻RCS將流過LED1的電流變換為電壓信息，比較該電壓值與所要電流值對應(yīng)的基準電壓值，根據(jù)其誤差，負反饋環(huán)控制驅(qū)動電流控制電路10。
調(diào)光控制信號DIM也提供給恒定電流控制電路11，根據(jù)調(diào)光控制信號DIM，控制包含晶體管18的發(fā)送電路的輸出脈沖的占空比。
圖9是本實施形態(tài)的LED驅(qū)動裝置的具體電路圖。圖9中，24是控制基準值生成電路。另外，圖9中，與圖2、圖5相同的要素用相同標號表示。
下面，對照圖8說明圖9。相當于圖8中的DC/DC變換器8的是圖9中的P溝道MOS-FET14和二極管15，相當于輸出電壓控制電路13的是比較器21，相當于電壓比較電路12的是電壓比較放大器20，相當于平滑電路9的是電感16和電容器17。與第1實施形態(tài)和第2實施形態(tài)相同，這種電感16和電容器17構(gòu)成時間常數(shù)電路。本實施形態(tài)的電路是降壓型的開關(guān)電源方式的DC/DC變換器構(gòu)成。另外，相當于圖8的驅(qū)動電流控制電路10的是晶體管18，相當于恒定電流控制電路11的是以晶體管18作為負荷的負反饋放大電路19。圖9中，放大器22、放大器23、電阻31、密勒電路25、電阻32相當于圖8中的差電壓算出電路31。此外，圖9中的控制基準值生成電路24對應(yīng)于圖8中的控制基準值生成電路32。該控制基準值生成電路24通過對電阻R2流過恒定電流I1與可變電流I2的和電流I1+I2，作為第1電壓基準值VRef1將可變電壓值供給電壓比較放大器20。
接著，恒定電流控制用閉環(huán)CL2中用電流檢測用的電阻RCS將流過LED1的電流進行電流—電壓變換，其變換的電壓值VE(＝ILED×RCS)作為恒定電流用的負反饋放大器19的比較信息，使負反饋。然后負反饋放大器19控制晶體管18的基極電流，使該比較電壓VE與作為目標的LED1的電流對應(yīng)的基準電壓值VRef1(＝I0×R1)相一致，使目標恒定電流從LED1拉進晶體管18。
另一方面，供給電壓控制用閉環(huán)CL1中，由于對LED1供給電力效率良好的必要最低的最佳電壓VSW1，故為了控制流過LED1的電流ILED的晶體管18不工作在不能跟隨恒定電流動作及響應(yīng)性的飽和區(qū)域，設(shè)定必要的大于等于最低電壓的值作為預(yù)定控制基準值VRef2(I1×R2)，由放大器22、放大器23、電阻R31、密勒電路25、電阻R32構(gòu)成的差電壓算出電路31算出晶體管18的漏極—源極間的電壓或集電極—發(fā)射極間的差電壓VCOMP，電壓比較放大器20使該差電壓VCOMP與控制基準值VRef2進行比較。與第1實施形態(tài)相同，作為比較電路12的電壓比較放大器20、作為輸出電壓控制電路13的比較器21，使供給電壓控制用的負反饋閉環(huán)CL1動作，使該比較值VCOMP與控制基準值VRef2相一致。
另外，本實施形態(tài)中，供給電壓控制用的電壓比較放大器20的基準值VRef1不限于一個定值，可根據(jù)流過LED1的電流和調(diào)光率從大于等于2種的設(shè)定值中可變地設(shè)定。因此，控制基準值生成電路24雖根據(jù)(I1+I2)×R2生成基準值VRef1，但設(shè)I1為定值，I2為與流過LED1的電流值成正比的可變值，當LED1的設(shè)定電流值增大時使I2也增大，反之當LED1的設(shè)定電流值減少時使I2也減少。
圖10示出根據(jù)調(diào)光率使基準值VRef2改變的控制基準值生成電路24的具體電路例，圖11示出控制基準值生成電路24生成的基準值VRef2設(shè)定概念的說明圖。即，由調(diào)光率判定電路33判定來自外部的調(diào)光信號DIM1，當調(diào)光率比較高時，例如100％時，只使SW1導(dǎo)通的信號輸入該控制基準值生成電路24，當調(diào)光率比較低時，例如50％時，則輸入使SW1、SW2雙方導(dǎo)通的信號。這樣，根據(jù)調(diào)光率通過開、關(guān)SW1、SW2，能極細致地進行基準電壓值的設(shè)定。
圖10、圖11中，因驅(qū)動電流控制電路10的響應(yīng)速度與端電壓有關(guān)，故表明有必要在調(diào)光率率低時使驅(qū)動電流控制電路10的端電壓(FET時漏極—源極間的端電壓，晶體管時集電極—發(fā)射極間的端電壓)的設(shè)定值比調(diào)光率高時更高。一般，不判定調(diào)光率時，認為調(diào)光率為極低(0.5％)，必須設(shè)定高的端電壓。
根據(jù)本實施形態(tài)，則通過設(shè)定供給電壓控制用負反饋閉環(huán)CL1的頻率響應(yīng)為小于等于恒定電流控制用的負反饋閉環(huán)CL2的頻率響應(yīng)的1/20，能不損害恒定電流控制的頻率響應(yīng)，使供給電壓控制用的負反饋閉環(huán)CL1穩(wěn)定地動作。也就是，因各負反饋閉環(huán)CL1、CL2的頻率響應(yīng)特性相差達大于等于20倍，沒有互相干涉造成不穩(wěn)定，故能將恒定電流控制用的負反饋閉環(huán)CL2的增益及頻率特性設(shè)定得高，從而能達到精度非常好的恒定電流特性。因此，對頻繁地改變所需恒定電流值的那種領(lǐng)域的商品和要求極低調(diào)光性能的領(lǐng)域的商品，也能充分適應(yīng)，特別能對車輛用的導(dǎo)航的液晶背照光中能達到必要的小于等于5％的極低調(diào)光率區(qū)域中的線性電流特性。
圖15為將本實施形態(tài)的LED驅(qū)動裝置產(chǎn)生的調(diào)光率與LED的電流之間的特性A，與以往例的特性B、便攜電話用背照光的特性C進行比較并示出的曲線，可見，本實施形態(tài)的LED驅(qū)動裝置能得到在小于等于5％的極低調(diào)光率區(qū)域的線性電流特性。
權(quán)利要求
1.一種LED驅(qū)動裝置，其特征在于，包括串聯(lián)連接的多個發(fā)光二極管，將直流電源的輸出電壓變換成規(guī)定的電壓值，并供給所述串聯(lián)連接的發(fā)光二極管的陽極側(cè)的DC/DC變換器，一端連接在所述串聯(lián)連接的發(fā)光二極管的陰極側(cè)的驅(qū)動電流控制電路，其一端連接在所述驅(qū)動電流控制電路的另一端，其另一端接地的電流檢測用的電阻，為控制供給所述多個串聯(lián)連接的發(fā)光二極管的輸出電壓而控制所述DC/DC變換器的輸出電壓控制電路，為對所述輸出電壓控制電路提供輸出電壓指令，以變換流過所述電流檢測用的電阻的電流的電壓作為比較電壓，將其與第1基準電壓進行比較并將差電壓輸出到所述輸出電壓控制電路的電壓比較電路，以及將變換流過所述電流檢測用的電阻的電流得到的比較電壓，與恒定電流控制用的第2基準電壓進行比較，控制所述驅(qū)動電流控制電路使其通電電流為恒定電流的恒定電流控制電路，由所述DC/DC變換器、驅(qū)動電流控制電路、電壓比較電路、以及輸出電壓控制電路構(gòu)成的閉環(huán)作為供給電壓控制用的第1負反饋閉環(huán)，由所述驅(qū)動電流控制電路、以及恒定電流控制電路構(gòu)成的閉環(huán)作為恒定電流控制用的第2負反饋閉環(huán)。
2.如權(quán)利要求1所述的LED驅(qū)動裝置，其特征在于，將所述第1負反饋閉環(huán)的頻率響應(yīng)設(shè)定成小于等于所述第2負反饋閉環(huán)的頻率響應(yīng)的1/20。
3.如權(quán)利要求2所述的LED驅(qū)動裝置，其特征在于，所述輸出電壓控制電路是輸出占空比可變的方波電壓的電路，所述DC/DC變換器是包含由所述輸出電壓控制電路的輸出方波電壓進行開關(guān)的晶體管開關(guān)元件的電路，所述驅(qū)動電流控制電路是與所述串聯(lián)連接的多個發(fā)光二極管串聯(lián)連接的晶體管。
4.如權(quán)利要求3所述的LED驅(qū)動裝置，其特征在于，所述電壓比較電路的第1基準電壓是對調(diào)光率可變的。
5.一種LED驅(qū)動裝置，其特征在于，包括串聯(lián)連接的多個發(fā)光二極管，將直流電源的輸出電壓變換成規(guī)定的電壓值，并供給所述串聯(lián)連接的發(fā)光二極管的陽極側(cè)的DC/DC變換器，一端連接在所述串聯(lián)連接的發(fā)光二極管的陰極側(cè)的驅(qū)動電流控制電路，其一端連接在所述驅(qū)動電流控制電路的另一端，其另一端接地的電流檢測用的電阻，為控制供給所述多個串聯(lián)連接的發(fā)光二極管的輸出電壓而控制所述DC/DC變換器的輸出電壓控制電路，算出所述驅(qū)動電流控制電路的兩端的差電壓的差電壓算出電路，為對所述輸出電壓控制電路提供輸出電壓指令，以所述差電壓算出電路算出的差電壓與第1基準電壓進行比較，并將它們的電壓差輸出到所述輸出電壓控制電路的電壓比較電路，以及將變換流過所述電流檢測用的電阻的電流得到的比較電壓與第2基準電壓進行比較，控制所述驅(qū)動電流控制電路使其通電電流為恒定電流的恒定電流控制電路，由所述DC/DC變換器、驅(qū)動電流控制電路、差電壓算出電路、電壓比較電路、以及輸出電壓控制電路構(gòu)成的閉環(huán)作為供給電壓控制用的第1負反饋閉環(huán)，由所述驅(qū)動電流控制電路、以及恒定電流控制電路構(gòu)成的閉環(huán)作為恒定電流控制用的第2負反饋閉環(huán)。
6.如權(quán)利要求5所述的LED驅(qū)動裝置，其特征在于，將所述第1負反饋閉環(huán)的頻率響應(yīng)設(shè)定成小于等于所述第2負反饋閉環(huán)的頻率響應(yīng)的1/20。
7.如權(quán)利要求6所述的LED驅(qū)動裝置，其特征在于，所述輸出電壓控制電路是輸出占空比可變的方波電壓的電路，所述DC/DC變換器是包含由所述輸出電壓控制電路的輸出方波電壓進行開關(guān)的晶體管開關(guān)元件的電路，所述驅(qū)動電流控制電路是與所述串聯(lián)連接的多個發(fā)光二極管串聯(lián)連接的晶體管。
8.如權(quán)利要求7所述的LED驅(qū)動裝置，其特征在于，構(gòu)成所述驅(qū)動電流控制電路的晶體管，是將差分放大器構(gòu)成的負反饋放大電路的輸出電流提供給其基極，將其發(fā)射極電流的一部分反饋到所述差分放大器的一輸入端，同時將基準電壓提供給所述差分放大器的另外的輸入端脈沖振蕩器。
9.如權(quán)利要求8所述的LED驅(qū)動裝置，其特征在于，作為所述第1負反饋閉環(huán)包含的電壓比較電路的一輸入信號提供的第1基準電壓和構(gòu)成所述第2負反饋閉環(huán)包含的負反饋放大電路的差分放大器的輸入端提供的第2基準電壓，對應(yīng)于外部提供的調(diào)光率而變化。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種通過以恒定電流驅(qū)動LED，同時使供給LED的電壓最佳化，能降低含LED的電路元件組的發(fā)熱，在調(diào)光時也能使背照光單元穩(wěn)定點亮的LED驅(qū)動裝置。本發(fā)明的LED驅(qū)動裝置，由DC/DC變換器8、驅(qū)動電流控制電路10、電壓比較電路12、以及輸出電壓控制電路13形成供給電壓控制用的第1負反饋閉環(huán)CL1，另外，由驅(qū)動電流控制電路10、以及恒定電流控制電路11形成恒定電流控制用的第2負反饋閉環(huán)CL2，通過設(shè)定供給電壓控制用的第1負反饋閉環(huán)CL1的頻率響應(yīng)特性為小于等于恒定電流控制用的第2負反饋閉環(huán)CL2的頻率響應(yīng)特性的1/20，能不損害恒定電流控制的響應(yīng)特性，使供給電壓控制用的第1負反饋閉環(huán)CL1穩(wěn)定地動作。
文檔編號H01L33/00GK1909048SQ20061011090
公開日2007年2月7日 申請日期2006年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月1日
發(fā)明者司馬俊明 申請人:哈利盛東芝照明株式會社