JP5085261B2 - Driving circuit - Google Patents
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Description
本発明は、発光ダイオード等の発光素子を負荷として駆動する駆動回路にかかり、特に、負荷をＰＷＭパルス等のパルス信号でオン／オフ駆動させる場合の負荷駆動電圧を安定させ、負荷をパルス信号に応じて精度良く駆動すると共に、消費電力効率を向上させる駆動回路に関するものである。 The present invention relates to a drive circuit that drives a light emitting element such as a light emitting diode as a load, and in particular, stabilizes a load drive voltage when driving the load on / off with a pulse signal such as a PWM pulse, and converts the load into a pulse signal. The present invention relates to a drive circuit that drives with high accuracy and improves power consumption efficiency.
従来の駆動回路の例を図５に示す。この駆動回路は、レギュレータ３０Ａで発生した一定の値の電圧を、オン／オフ駆動されるスイッチＳＷ１を経由して、負荷回路１０に供給するものである。レギュレータ３０Ａは、制御電圧Ｖａに応じた例えばＰＷＭパルスを発生するパルス変換回路２１と、そのパルス変換回路２１の出力パルスでオン／オフ駆動されるスイッチングトランジスタＭ１と、コイルＬ１と、整流ダイオードＤ１と、出力コンデンサＣ１からなる昇圧回路２０を有し、さらに、その昇圧回路２０の出力電圧ＶＯＵＴを分圧した電圧ＶＯを検出する出力検出抵抗Ｒ１，Ｒ２、検出された電圧ＶＯを基準電圧Ｖｒ１と比較して誤差電圧（制御電圧Ｖａ）を発生する誤差増幅器ＥＡ１からなる。また、負荷回路１０は、直列接続のｎ個の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎ、および定電流源Ｉ１から構成されている。レギュレータ３０Ａについては、例えば特許文献１に記載がある。
An example of a conventional drive circuit is shown in FIG. This drive circuit supplies a voltage having a constant value generated by the
ここでは、出力電圧ＶＯＵＴを出力検出抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧した検出電圧ＶＯが基準電圧Ｖｒ１と比較され、その誤差分が誤差増幅器ＥＡ１で検出増幅され制御電圧Ｖａとしてパルス変換回路２１に帰還されるので、抵抗Ｒ１，Ｒ２の分圧比と基準電圧Ｖｒ１とで決まる一定の電圧が出力電圧ＶＯＵＴとして出力する。
Here, the detection voltage VO obtained by dividing the output voltage VOUT by the output detection resistors R1 and R2 is compared with the reference voltage Vr1, the error is detected and amplified by the error amplifier EA1, and fed back to the
一方、負荷駆動スイッチＳＷ１は負荷駆動信号ＶＣによりオン／オフ動作し、負荷回路１０の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに出力電圧ＶＯＵＴを供給するか否かを切り換える。そして、この負荷駆動信号ＶＣのデューティ比により、負荷駆動電圧ＶＬが決まり、負荷回路１０の各発光ダイオードの明るさがＰＷＭ調光される。例えば発光ダイオードの明るさを最大輝度の半分にする場合には、負荷駆動信号ＶＣとしてデューティ比５０％のパルスを使用し、負荷駆動スイッチＳＷ１をオン／オフ動作させる。
図５の駆動回路の各部の電圧波形を図６に示す。図６(a)は負荷駆動信号ＶＣの波形、図６(b)は昇圧回路２０の出力電圧ＶＯＵＴの波形、図６(c)は負荷である発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎに印加する負荷駆動電圧ＶＬの波形、図６(d)は負荷駆動スイッチＳＷｌの動作状態を示している。
FIG. 6 shows voltage waveforms at various parts of the drive circuit of FIG. 6A shows the waveform of the load drive signal VC, FIG. 6B shows the waveform of the output voltage VOUT of the
一般に、図５に示す駆動回路のような、誤差増幅器ＥＡ１から帰還する制御電圧Ｖａにより出力電圧ＶＯＵＴを安定化させるレギュレータ３０Ａでは、誤差増幅器ＥＡ１の制御遅れが発生する。すなわち、誤差増幅器ＥＡ１の制御遅れにより、負荷駆動信号ＶＣが切り換わるたびに、誤差増幅器ＥＡ１から出力する誤差電圧（制御電圧Ｖａ）が変動するため、レギュレータ３０Ａの出力電圧ＶＯＵＴも変動し、負荷回路１０に供給される負荷駆動電圧ＶＬが負荷駆動信号ＶＣに応じた電圧とならないばかりでなく、出力ノイズが増加する問題がある。
In general, in the
例えば、負荷駆動スイッチＳＷ１がオフ→オンに変化して、負荷が無負荷（ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが消灯）から重負荷（ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが点灯）に切り換わった時には、出力電圧ＶＯＵＴの降下が発生し、負荷回路１０の負荷駆動電圧ＶＬが負荷駆動信号ＶＣのデューティ比に応じた電圧とならず、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの明るさを負荷駆動信号ＶＣに応じて精度良く制御できない状態となる。
For example, when the load drive switch SW1 changes from off to on and the load is switched from no load (LED1 to LEDn is off) to heavy load (LED1 to LEDn is on), the output voltage VOUT drops. The load drive voltage VL of the
特に、図７に示すように、負荷駆動信号ＶＣのデューティ比を下げた場合（ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎの明るさが暗くなる）には、出力電圧ＶＯＵＴがその降下から定常電圧に戻る前に発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが消灯するという動作となり、負荷駆動信号ＶＣが入力されているにもかかわらず、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが点灯しないという状態も起こり得る。
In particular, as shown in FIG. 7, when the duty ratio of the load drive signal VC is lowered (the brightness of the
逆に、負荷駆動スイッチＳＷ１がオン→オフに変化して、負荷が重負荷（ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが点灯）から無負荷（ＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが消灯）へ切り換わった時には、レギュレータ３０Ａの出力電圧ＶＯＵＴにオーバーシュートが発生し、昇圧回路２０は余分な昇圧動作をしていることになる。
Conversely, when the load drive switch SW1 changes from on to off and the load is switched from heavy load (LED1 to LEDn is lit) to no load (LED1 to LEDn is lit off), the output voltage VOUT of the
また、負荷が無負荷である間は、本来レギュレータ３０Ａが動作している必要は無く、消費電力効率を悪化させている。特に、図７に示すように、負荷駆動信号ＶＣのデューティ比を低い値に設定した状態では、負荷回路１０に供給されている電力に対して、負荷駆動スイッチＳＷ１のオフ時におけるオーバーシュート発生時の余分な昇圧電力や無負荷時の昇圧動作によって消費される電力の割合が大きくなり、消費電力効率を低下させる。
In addition, while the load is not loaded, the
さらに、これらの負荷駆動スイッチＳＷ１の切り換わり時における出力電圧ＶＯＵＴの変動は、入力電圧ＶＤＤが変化した場合も同様に発生する。 Furthermore, the fluctuation of the output voltage VOUT when the load driving switch SW1 is switched occurs similarly when the input voltage VDD changes.
本発明の目的は、負荷駆動信号のデューティ比に応じて負荷駆動電圧を精度良く生成し、且つ消費電力効率を向上させることを可能にした駆動回路を提供することである。また、入力電圧が変動した際にも上記目的を達成する駆動回路を提供することである。 An object of the present invention is to provide a drive circuit that can accurately generate a load drive voltage according to a duty ratio of a load drive signal and improve power consumption efficiency. Another object of the present invention is to provide a driving circuit that achieves the above object even when the input voltage fluctuates.
上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、電圧発生手段と、該電圧発生手段から出力する出力電圧と第１の基準電圧とを比較して得られる誤差分を増幅し前記出力電圧を前記第１の基準電圧に対応する電圧に制御する制御電圧を出力する誤差増幅器と、前記出力電圧が前記第１の基準電圧に対応する電圧になるときの前記制御電圧と同じ電圧のホールド電圧を出力する電圧ホールド手段とを備え、前記出力電圧を、負荷駆動信号によってオン／オフ制御される負荷駆動スイッチを介して、１つ又は複数の発光素子と定電流源が直列接続された負荷回路に供給する駆動回路であって、前記負荷駆動信号により前記負荷駆動スイッチがオンしているとき、前記電圧発生手段が動作すると共に、前記誤差増幅器から出力する前記誤差分の増幅結果が前記制御電圧として前記電圧発生手段に入力することで、前記電圧発生手段の出力電圧が前記第１の基準電圧に対応した電圧に制御され、前記負荷駆動信号により前記負荷駆動スイッチがオフしているとき、前記電圧発生手段の動作が停止すると共に、前記ホールド電圧が前記制御電圧として、前記電圧発生手段に入力し、前記負荷駆動スイッチがオフからオンに切り替わった当初、前記ホールド電圧により前記電圧発生手段が制御されることを特徴とする。
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の駆動回路において、前記電圧発生手段が、入力電圧をスイッチングしてＤＣ−ＤＣ変換を行い前記出力電圧を生成して出力するスイッチング電源回路で構成され、前記ホールド手段から出力する前記ホールド電圧は、前記入力電圧が第２の基準電圧に対応する電圧よりも高くなれば前記出力電圧を低くする方向に変化し、前記入力電圧が前記第２の基準電圧に対応する電圧よりも低くなれば高くなる方向に変化することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
The invention according to claim 2, in the driving circuit according to
請求項１にかかる発明によれば、誤差増幅器の制御遅れに起因する出力電圧変動が発生せず、負荷駆動信号に応じた負荷駆動電圧を安定して得ることができ、且つ負荷駆動信号がオフである期間の消費電力を削減することができる。
請求項２にかかる発明によれば、入力電圧が変動した場合でも、誤差増幅器の制御遅れに起因する出力電圧変動が発生せず、負荷駆動信号に応じた負荷駆動電圧を安定して得ることができ、且つ負荷駆動信号がオフである期間の消費電力を削減することができる。
According to the first aspect of the present invention, the output voltage fluctuation due to the control delay of the error amplifier does not occur, the load drive voltage corresponding to the load drive signal can be stably obtained, and the load drive signal is turned off. The power consumption during a certain period can be reduced.
According to the second aspect of the present invention, even when the input voltage fluctuates, the output voltage fluctuation due to the control delay of the error amplifier does not occur, and the load driving voltage corresponding to the load driving signal can be stably obtained. And power consumption during a period when the load drive signal is off can be reduced.
＜第１の実施例＞
図１は本発明の第１の実施例の駆動回路の構成を示す回路図である。負荷回路１０は図５で説明したのと同様に、直列接続のｎ個の発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎと定電流源Ｉ１を有する。昇圧回路２０も図５で説明したものと同様に、パルス変換回路２１、スイッチングトランジスタＭ１、コイルＬ１、整流ダイオードＤ１、出力コンデンサＣ１を有する。この昇圧回路は請求項記載の電圧発生手段の一例である。
<First embodiment>
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a drive circuit according to a first embodiment of the present invention. The
レギュレータ３０は、図５で説明した出力検出抵抗Ｒ１，Ｒ２、基準電圧Ｖｒ１が設定された誤差増幅器ＥＡ１の他に、電圧ホールド手段としての電圧源によりホールド電圧Ｖ１が設定され、誤差増幅器ＥＡ１に入力している。また、この誤差増幅器ＥＡ１とパルス変換回路２１には、負荷駆動信号ＶＣが印加している。誤差増幅器ＥＡ１は、負荷駆動信号ＶＣがオンの時（負荷駆動スイッチＳＷ１がオン時）には検出電圧ＶＯと基準電圧Ｖｒ１との誤差分を増幅した誤差電圧が制御電圧Ｖａとして出力し、負荷駆動信号ＶＣがオフの時（負荷駆動スイッチＳＷ１がオフ時）にはホールド電圧Ｖ１が制御電圧Ｖａとして出力する。パルス変換回路２１は、負荷駆動信号ＶＣがオンの時（負荷駆動スイッチＳＷ１がオン時）は動作し、負荷駆動信号ＶＣがオフの時（負荷駆動スイッチＳＷ１がオフ時）は動作を停止する。よって、負荷非駆動時はスイッチングトランジスタＭ１はオフ状態を保持し、昇圧回路２０は昇圧動作を停止する。なお、この昇圧停止期間中は、昇圧回路２０の出力電圧ＶＯＵＴは、出力コンデンサＣ１によって保持される。
In the
さて、負荷駆動信号ＶＣがオンの時は、負荷駆動スイッチＳＷ１がオンし、負荷回路１０には定電流源Ｉ１で設定された電流Ｉ１が流れ、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが点灯する。このとき、誤差増幅器ＥＡ１には出力検出抵抗Ｒ１，Ｒ２で検出された検出電圧ＶＯが入力されるため、レギュレータ３０は出力電圧ＶＯＵＴが規定値になるようフィードバック制御される。すなわち、パルス変換回路２１は動作状態になり、誤差増幅器ＥＡ１から出力する誤差電圧（制御電圧Ｖａ）に応じたパルスを発生し、スイッチングトランジスタＭ１を駆動する。この動作は通常の昇圧スイッチング電源と全く変わらない動作となる。
When the load drive signal VC is on, the load drive switch SW1 is turned on, the current I1 set by the constant current source I1 flows through the
次に、負荷駆動信号ＶＣがオフの時は、負荷駆動スイッチＳＷ１がオフとなり、負荷回路１０には電流が流れず、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが消灯する。この時、誤差増幅器ＥＡ１は制御電圧Ｖａとしてホールド電圧Ｖ１を出力する。また、パルス変換回路２１は動作停止状態となり、スイッチングトランジスタＭ１はオフのままとなる。
Next, when the load drive signal VC is off, the load drive switch SW1 is turned off, no current flows through the
一般にＰＷＭ制御方式を用いた昇圧回路２０では、そのスイッチングデューティ比Ｄは、入力電圧ＶＤＤと出力電圧ＶＯＵＴにより、以下のように求めることができる。
そこで、本実施例では、あらかじめ入出力電圧の比から必要なスイッチングデューティ比Ｄを求めておき、そのデューティ比Ｄを得るためのパルス変換回路２１の入力電圧、即ち制御電圧Ｖａを決定し、これをホールド電圧Ｖ１として設定する。
Therefore, in this embodiment, the required switching duty ratio D is obtained from the ratio of the input and output voltages in advance, and the input voltage of the
以上のようにホールド電圧Ｖ１の値を設定しておいて、負荷駆動信号ＶＣによって誤差増幅器ＥＡ１の出力を切換制御すれば、その誤差増幅器ＥＡ１からは、負荷駆動信号ＶＣのオン時には出力検出電圧ＶＯに応じた誤差電圧が制御電圧Ｖａ（＝Ｖ１）として出力し、負荷駆動信号ＶＣのオフ時にはホールド電圧Ｖ１が制御電圧Ｖａとして出力し、負荷駆動信号ＶＣのオン／オフに関わらず、誤差増幅器ＥＡ１から出力する制御電圧Ｖａは常に一定電圧Ｖ１となる。よって、図２に示すように、誤差増幅器ＥＡ１の制御遅れを起因とする問題は発生しない。 If the value of the hold voltage V1 is set as described above and the output of the error amplifier EA1 is switched and controlled by the load drive signal VC, the error amplifier EA1 outputs the output detection voltage VO when the load drive signal VC is turned on. Is output as the control voltage Va (= V1), and the hold voltage V1 is output as the control voltage Va when the load drive signal VC is off. The error amplifier EA1 is output regardless of whether the load drive signal VC is on or off. The control voltage Va output from is always a constant voltage V1. Therefore, as shown in FIG. 2, the problem caused by the control delay of the error amplifier EA1 does not occur.
すなわち、負荷駆動信号ＶＣがオフ→オンに切り換わった際には、当初はパルス変換回路２１は負荷駆動信号ＶＣがオフ時に入力していたホールド電圧Ｖ１を参照するため、出力電圧ＶＯＵＴの降下は発生しない。また、負荷駆動信号ＶＣがオン→オフに切り換わった際には、パルス変換回路２１は動作停止となりスイッチングトランジスタＭ１がオフになるので、出力電圧ＶＯＵＴにオーバーシュートが発生することはない。これらにより、負荷駆動信号ＶＣのデューティ比が広範囲に変化した場合であっても、そのデューティ比に応じた負荷駆動電圧ＶＬが生成され、発光ダイオードの明るさを負荷駆動信号ＶＣのデューティ比に応じて精度良く制御することが可能となる。
That is, when the load drive signal VC is switched from OFF to ON, the
また、負荷駆動信号ＶＣのオフ時には、パルス変換回路２１やスイッチングトランジスタＭ１のスイッチング動作が停止するので、スイッチングロスを無くすことができ、消費電力効率が向上する。特に、負荷駆動信号ＶＣのデューティ比が低く、大部分の時間が無負荷である状態においては、消費電力効率向上の効果が大きい。なお、負荷回路１０は１個に限られず、２個以上を並列接続して同時にオン／オフ制御させることもできる。
Further, since the switching operation of the
＜第２の実施例＞
図３は本発明の第２の実施例の駆動回路の構成を示す回路図である。本実施例では、切換スイッチＳＷ２、誤差増幅器ＥＡ２、ゲイン設定抵抗Ｒ３，Ｒ４、基準電圧Ｖｒ２、バッファ回路ＢＵＦから構成されるホールド回路４０を新たに備える。誤差増幅器ＥＡ２、基準電圧Ｖｒ２、ゲイン設定抵抗Ｒ３，Ｒ４は、反転増幅器を構成している。また、入力電圧ＶＤＤを入力検出抵抗Ｒ５，Ｒ６で検出した電圧がホールド回路４０のバッファ回路ＢＵＦへ入力している。切換スイッチＳＷ２は、負荷駆動信号ＶＣによって切り換えられる。
<Second embodiment>
FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of the drive circuit according to the second embodiment of the present invention. In this embodiment, a
さて、負荷駆動信号ＶＣがオンの時は、パルス変換回路２１が動作し、負荷駆動スイッチＳＷ１がオンし、負荷回路１０には定電流源Ｉ１で設定された電流Ｉ１が流れ、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤｎが点灯する。この時、切換スイッチＳＷ２は接点ａ側に導通状態となる。よって、パルス変換回路２１には誤差増幅器ＥＡ１から出力する誤差電圧が制御電圧Ｖａとして入力され、出力電圧ＶＯＵＴが規定値になるよう制御される。このときの動作は、通常のスイッチング電源回路と全く変わらない動作となる。
When the load drive signal VC is on, the
このときは、式(1)に示したように、入力電圧ＶＤＤと出力電圧ＶＯＵＴの比が一定であれば、出力電圧ＶＯＵＴが安定となるためのスイッチングデューティ比Ｄは一定である。しかし、入力電圧ＶＤＤが変動した場合には、その変動に応じて必要なスイッチングデューティ比Ｄが変化する。そこで、入力電圧ＶＤＤの変化に応じてパルス変換回路２１の入力ホールド電圧Ｖ１を変化させることが必要になる。
At this time, as shown in the equation (1), if the ratio between the input voltage VDD and the output voltage VOUT is constant, the switching duty ratio D for stabilizing the output voltage VOUT is constant. However, when the input voltage VDD changes, the required switching duty ratio D changes according to the change. Therefore, it is necessary to change the input hold voltage V1 of the
すなわち、負荷駆動信号ＶＣがオフである時には、切換スイッチＳＷ２は接点ｂ側に導通状態となり、パルス変換回路２１には誤差増幅器ＥＡ２などからなる反転増幅器の出力電圧を入力する。ここで反転増幅器の出力電圧Ｖ１ａは以下のように表せる。
このように、入力電圧ＶＤＤを分圧し反転増幅したホールド電圧Ｖ１ａをパルス変換回路２１へ制御電圧Ｖａとして入力することで、入力電圧ＶＤＤに変動が生じた場合でも、昇圧回路２０では、負荷駆動信号ＶＣがオフ→オンに切り換わる際に、常に安定なスイッチングデューティ比Ｄが設定される。これにより、負荷駆動信号ＶＣの広範囲のデューティ比に対して精度良く負荷駆動電圧ＶＬを生成し、負荷の発光ダイオードの明るさを精度良く制御することができ、且つ消費電力効率を向上させることができる。
In this way, by inputting the hold voltage V1a obtained by dividing and inverting and amplifying the input voltage VDD to the
なお、以上説明した電圧発生手段としての昇圧回路２０は、降圧回路であってもよく、要はＤＣ−ＤＣ変換を行うスイッチング電源回路であれば、同様に入力電圧ＶＤＤの変化に応じてホールド電圧Ｖ１ａを変化させれば、その出力電圧ＶＯＵＴを一定に保持することができる。
Note that the
１０：負荷回路
２０：昇圧回路、２１：パルス変換回路
３０，３０Ａ：レギュレータ
10: Load circuit 20: Booster circuit, 21:
Claims (2)
前記負荷駆動信号により前記負荷駆動スイッチがオンしているとき、前記電圧発生手段が動作すると共に、前記誤差増幅器から出力する前記誤差分の増幅結果が前記制御電圧として前記電圧発生手段に入力することで、前記電圧発生手段の出力電圧が前記第１の基準電圧に対応した電圧に制御され、
前記負荷駆動信号により前記負荷駆動スイッチがオフしているとき、前記電圧発生手段の動作が停止すると共に、前記ホールド電圧が前記制御電圧として、前記電圧発生手段に入力し、
前記負荷駆動スイッチがオフからオンに切り替わった当初、前記ホールド電圧により前記電圧発生手段が制御されることを特徴とする駆動回路。 Voltage generating means and control for amplifying an error obtained by comparing the output voltage output from the voltage generating means with the first reference voltage and controlling the output voltage to a voltage corresponding to the first reference voltage comprising an error amplifier for outputting a voltage, and a voltage holding means for outputting a hold voltage of the control voltage the same voltage as when the output voltage becomes a voltage corresponding to the first reference voltage, before Kide force voltage and through a load driving switch that is turned on / off controlled by the load drive signal, a drive circuit for supplying one or more load circuits in the light-emitting element and the constant current source are connected in series,
When the load driving switch is turned on by the load driving signal, the voltage generating unit operates, and an amplification result for the error output from the error amplifier is input to the voltage generating unit as the control voltage. And the output voltage of the voltage generating means is controlled to a voltage corresponding to the first reference voltage ,
When the load driving switch is turned off by the load driving signal, the operation of the voltage generating means stops, and the hold voltage is input to the voltage generating means as the control voltage ,
The drive circuit, wherein the voltage generating means is controlled by the hold voltage when the load drive switch is switched from OFF to ON .
前記電圧発生手段が、入力電圧をスイッチングしてＤＣ−ＤＣ変換を行い前記出力電圧を生成して出力するスイッチング電源回路で構成され、
前記ホールド手段から出力する前記ホールド電圧は、前記入力電圧が第２の基準電圧に対応する電圧よりも高くなれば前記出力電圧を低くする方向に変化し、前記入力電圧が前記第２の基準電圧に対応する電圧よりも低くなれば高くなる方向に変化することを特徴とする駆動回路。 The drive circuit according to claim 1,
It said voltage generating means is constituted by a switching power supply circuit for generating and outputting said output voltage have lines of the DC-DC converter by switching the input voltage,
The hold voltage to be outputted from the hold means, the entering force voltage changes in a direction to lower the output voltage if higher than the voltage corresponding to the second reference voltage, the input voltage is the second reference A drive circuit characterized by changing in a direction of increasing when the voltage is lower than a voltage corresponding to the voltage .
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