(57)【要約】【課題】使用する基準電源に依存することなく、ＰＷＭ信号のデューティ「０」付近において負荷に流れる電流値のばらつきをなくすことが可能なスイッチングレギュレータ装置を提供する。【解決手段】基準電源３２から発生する基準電圧Ｖｒｅｆを増幅器３７で増幅し、この増幅出力を制御回路３６に出力し、制御回路３６にてＰＷＭ信号のＶｉｎｍａｘが入力された時に、増幅器３７の増幅出力をエラー増幅器３１のＰＷＭ信号入力端へ導出するようにして、スイッチング制御部を構成するエラー増幅器３１に入力されるＰＷＭ信号のＶｉｎｍａｘを基準電圧Ｖｒｅｆに比例した電圧値に置き換えるようにしている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力され第１の電圧値及びこの第１の電圧値より高い第２の電圧値を有するＰＷＭ(Pulse Width Modulation)信号のデューティと基準電圧とに基づいてスイッチング制御部によりスイッチ素子をオン／オフして、定電流を負荷回路に供給するスイッチングレギュレータ装置において、
前記基準電圧を予め決められた増幅率で増幅する増幅手段と、
前記ＰＷＭ信号の第２の電圧値が入力された時に、前記増幅手段の出力を前記スイッチング制御部の前記ＰＷＭ信号入力端へ導出することで、前記スイッチング制御部に入力されるＰＷＭ信号の第２の電圧値を前記増幅手段の出力に置き換える制御手段とを具備したことを特徴とするスイッチングレギュレータ装置。
【請求項２】
前記負荷回路は、複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）を直列に接続した回路であることを特徴とする請求項１記載のスイッチングレギュレータ装置。
【請求項３】
前記増幅手段は、前記ＰＷＭ信号のデューティが「０」のときに前記負荷回路に流れる出力電流が「０」になる増幅率で前記基準電圧を増幅することを特徴とする請求項１記載のスイッチングレギュレータ装置。
【請求項４】
請求項１記載のスイッチングレギュレータ装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スイッチングレギュレータ装置の改良、及びこのスイッチングレギュレータ装置を備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、電話機の液晶表示器のバックライト等においては、一般的に白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）が使用されており、このＬＥＤの駆動用として昇圧型スイッチングレギュレータが多く採用されている。
【０００３】
このようなバックライトにおいては、消費電力削減のために、ＬＥＤに流れる電流を制御して輝度を調整する機能が求められている。
【０００４】
なお、従来では、照明灯電源装置において、輝度調整用ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)により出力電流を制御する制御回路を有するスイッチングレギュレータ装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００５−６４４４公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記スイッチングレギュレータ装置では、使用する基準電源によって、ＰＷＭ信号のデューティ「０」付近でＬＥＤに流れる電流値が大きくばらつき、液晶表示器の輝度が明るさにもばらつきが生じてしまうことになる。例えば、ユーザが電話機の輝度調整用キーを押下して液晶表示器の輝度を調整したとしても、所望の輝度にならない場合がある。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、使用する基準電源に依存することなく、ＰＷＭ信号のデューティ「０」付近において負荷に流れる電流値のばらつきをなくすことが可能なスイッチングレギュレータ装置及びこのスイッチングレギュレータ装置を備えた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明に係るスイッチングレギュレータ装置は、入力され第１の電圧値及びこの第１の電圧値より高い第２の電圧値を有するＰＷＭ(Pulse Width Modulation)信号のデューティと基準電圧とに基づいてスイッチング制御部によりスイッチ素子をオン／オフして、定電流を負荷回路に供給するスイッチングレギュレータ装置において、基準電圧を予め決められた増幅率で増幅する増幅手段と、ＰＷＭ信号の第２の電圧値が入力された時に、増幅手段の出力をスイッチング制御部のＰＷＭ信号入力端へ導出することで、スイッチング制御部に入力されるＰＷＭ信号の第２の電圧値を増幅手段の出力に置き換える制御手段とを備えるようにしたものである。
【０００８】
この構成によれば、基準電圧を予め決められた増幅率で増幅し、この増幅出力をＰＷＭ信号の第２の電圧値が入力された時に、スイッチング制御部のＰＷＭ信号入力端へ導出するようにして、スイッチング制御部に入力されるＰＷＭ信号の第２の電圧値を基準電圧に比例した電圧値に置き換えるようにしている。
【０００９】
従って、負荷回路に流れる出力電流とＰＷＭ信号のデューティとが比例し、これによりデューティ「０」付近の基準電圧のばらつきによる負荷回路に流れる出力電流のばらつきをなくすことができる。
【００１０】
負荷回路は、複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）を直列に接続した回路である。
【００１１】
この構成によれば、輝度の細かい設定が可能となり、これによりＬＣＤバックライト等に使用した場合に、消灯から最大輝度まで連続的に制御できる。
【００１２】
増幅手段は、ＰＷＭ信号のデューティが「０」のときに負荷回路に流れる出力電流が「０」になる増幅率で前記基準電圧を増幅する。
【００１３】
この構成によれば、デューティ「０」付近の基準電圧のばらつきによる負荷回路に流れる出力電流のばらつきをさらになくすことができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上詳述したようにこの発明によれば、使用する基準電源に依存することなく、ＰＷＭ信号のデューティ「０」付近において負荷に流れる電流値のばらつきをなくすことが可能なスイッチングレギュレータ装置及びこのスイッチングレギュレータ装置を備えた電子機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は、この発明に係る電話機の一実施形態を示す回路構成図である。
【００１７】
図１において、符号１は電話機本体で、伝送部１１、通話処理部１２、ハンドセット１３、制御部１４及び入出力部１５を有している。
【００１８】
伝送部１１は、外部の機器との間で伝送により種々のデータの授受を行なう。また、伝送部１１は、外部の機器から送られてきた伝送信号中から通話信号や制御信号を抽出し、通話信号を通話処理部１２へ、制御信号を制御部１４へとそれぞれ与える。さらに伝送部１１は、通話処理部１２や制御部１４から与えられるシリアルデータ信号を時分割多重して伝送信号を生成し、送信する。
【００１９】
通話処理部１２は、伝送部１１から与えられる通話信号に含まれる通話データを取り出して、この通話データからアナログの受話音声信号を再生する。そして、通話処理部１２は、この再生した受話音声信号によりハンドセット１３の受話器を駆動し、受話音声の出力を行なわせる。また、通話処理部１２には、ハンドセット１３の送話器で生成されたアナログの送話音声信号が入力される。通話処理部１２は、この送話音声信号を所定形態の通話信号に変換して、伝送部１１へと与える。
【００２０】
制御部１４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有して構成され、ソフトウェア処理により本電話機１の各部の制御や外部機器との間でのデータ通信処理を行なう。
【００２１】
入出力部１５は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示部１５１と、キー入力部１５２と、バックライト１５３とを備えている。表示部１５１には、制御部１４から出力された自装置の動作状態を表す種々情報、例えば電話帳、バックライト１５３の輝度情報なども表示される。
【００２２】
バックライト１５３は、操作時や通信時に表示部１５１及びキー入力部１５２を照明する。このバックライト１５３の輝度は、キー入力部１５２の輝度調整キーにより調整可能である。
【００２３】
また、上記バックライト１５３には、本発明に係るスイッチングレギュレータ回路が備えられている。図２はその構成を示す回路構成図である。
【００２４】
このスイッチングレギュレータ回路は、直流電圧源２０の供給電圧をコンデンサ２１、コイル２２、ＦＥＴ２３、２４及びコンデンサ２５で電圧変換し、複数のＬＥＤが直列接続された負荷回路２６を駆動するための電流Ｉｏを生成する。負荷回路２６に流れる電流Ｉｏは抵抗１５に流れ電圧Ｖｏが生じる。電圧Ｖｏは、抵抗２８、２９、３０及び上記制御部１４により与えられるＰＷＭ信号Ｖｉｎで制御され電圧Ｖｆｂが生じる。生じた電圧Ｖｆｂは、エラー増幅器３１により基準電源３２から発生される基準電圧Ｖｒｆと比較されて誤差増幅される。その誤差増幅の出力は、図３に示すように、ＰＷＭコンパレータ３３により発振回路３４から出力される三角波発振波形と比較されてパルス幅変調されドライブ回路３５に供給される。ドライブ回路３５は、変調された信号に基づいてスイッチング素子であるＦＥＴ２３，２４を制御する。
【００２５】
なお、上記エラー増幅器３１、ＰＷＭコンパレータ３３及びドライブ回路３５は、ＦＥＴ２３，２４をＯＮ／ＯＦＦ制御するためのスイッチング制御部を構成する。
【００２６】
ＦＥＴ２３がＯＮの時、スイッチングレギュレータ回路は、コイル２２、ＦＥＴ２４へと電流を流すことで、コイル２２にエネルギーを蓄え、この期間でコンデンサ２５から負荷回路２６へ電流を供給する。このとき、ＦＥＴ２４はＯＦＦするように制御されておりコンデンサ２５から逆流しないように動作する。一方、ＦＥＴ２３がＯＦＦの時、スイッチングレギュレータ回路は、ＦＥＴ２４をＯＮしコイル２２に蓄えられていたエネルギーにより、直流電源２０からの供給電圧を昇圧し、コンデンサ２５を充電すると共に負荷回路２６へ電流を供給する。
【００２７】
次に、上記構成における動作について説明する。  
図４は、以前に考えられていた昇圧型スイッチングレギュレータ回路を示している。なお、図４において、上記図２と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２８】
スイッチングレギュレータ回路の入力端子４１には、上記制御部１４から図５に示すような波形となる電圧Ｖｉｎが供給される。Ｖｉｎは、デューティ比ＤｕｔｙのＰＷＭ信号であり、その値を０から１の間で変えることにより負荷回路２６に流れる電流Ｉｏを制御することができる。Ｉｏは次式で表される。
【００２９】
Ｉｏ＝Ｖｏ／Ｒ２７    
Ｖｏ＝Ｖｒｅｆ−(Ｖｉｎｍａｘ×(１−Ｄｕｔｙ)−Vref)×Ｒ２８／(Ｒ２９＋Ｒ３０)  
（１）
基準電圧ＶｒｅｆはＩＣ（集積回路）で生成されることが多いがその電圧のバラツキは＋−５％程度ある。
【００３０】
図６は、Ｖｒｅｆがばらついた場合のＬＥＤ電流対電流調整入力デューティの関係を示す。  
ＬＥＤ電流対電流調整入力デューティの関係では、Ｄｕｔｙ＝０付近の基準電圧Ｖｒｅｆに対応する電流値のばらつきが大きく、これにより表示部１５１の輝度が明るいものと暗いものがでる可能性があり問題となる。
【００３１】
そこで、本実施形態では、上記入力端子４１と抵抗３０との間に制御回路３６を介挿接続すると共に、基準電源３２と上記制御回路３６との間に、基準電圧Ｖｒｅｆを増幅する増幅器３７を介挿接続するようにしている。
【００３２】
制御回路３６は、図７に示すように、反転回路５１と、スイッチ５２，５３とを備えている。これらスイッチ５２，５３は、Ｖｉｎｍａｘが入力されるとＯＦＦされ、それ以外はＯＮしているものとする。また、入力端子５４には、増幅器３７の出力が供給され、入力端子５５には制御部１４から与えられるＰＷＭ信号が供給されるものとする。
【００３３】
入力端子５５に入力されるＰＷＭ信号がＶｉｎｍａｘ、つまりハイレベルを示すとき、反転回路５１から論理値「０」が出力され、スイッチ５２を閉じる。このとき、スイッチ５３はＯＦＦするように制御される。すると、入力端子５４に供給される増幅器３７の出力がスイッチ５２を介して導出されることになる。
【００３４】
一方、入力端子５５に入力されるＰＷＭ信号がローレベルを示すとき、反転回路５１から論理値「１」が出力され、スイッチ５２がＯＦＦされる。このとき、スイッチ５３はＯＮするように制御される。これにより、制御回路３６からエラー増幅器３１へ、図８に示すようにＶｉｎｍａｘが基準電圧Ｖｒｅｆに比例した電圧値に置き換えられた出力信号が供給されることになる。
【００３５】
ここで増幅器３７の増幅度Ａを適当な値にすることによりＤｕｔｙ＝０付近の値をほぼ０ｍＡにすることができる。条件は次の様に求めることができる。
【００３６】
Ｖｉｎｍａｘ＝Ｖｒｅｆ×Ａ---（２）
前述（１）式において、Ｄｕｔｙ＝０のとき、出力電圧Ｖｏ＝０［Ｖ］とし（２）式を代入することにより増幅度Ａを求めると、  
Ａ＝（Ｒ２９＋Ｒ２８＋Ｒ３０）／Ｒ２８---（３）  
となる。増幅度Ａを（３）式の値にすることにより
Ｉｏ＝Ｖｏ／Ｒ２７  
Ｖｏ＝Ｖｒｅｆ×Ｄｕｔｙ×（Ｒ２９＋Ｒ３０＋Ｒ２８）／（Ｒ２９＋Ｒ３０）  
Ｖｏ＝ｋ×Ｄｕｔｙ  （なお、ｋはＶｒｅｆ及び（Ｒ２９＋Ｒ３０＋Ｒ２８）／（Ｒ２９＋Ｒ３０）を含む定数）  
この式から、図９に示すように、Ｄｕｔｙ＝０の場合に電流Ｉｏを０ｍＡとすることができ、これにより使用する基準電源３２による基準電圧Ｖｒｅｆの影響はなくすることができる。
【００３７】
ここで、ユーザが消費電力削減のためにバックライト１５３を消灯するべくキー入力部１５２の輝度調整キーを押下したとする。すると、制御部１４は、バックライト１５３に対しＤｕｔｙ［０］を示すＰＷＭ信号を供給する。バックライト１５３では、Ｄｕｔｙ［０］のＰＷＭ信号が供給されると、負荷回路２６の複数のＬＥＤに流れる電流Ｉｏを止める。
【００３８】
一方、ユーザが表示部１５１を見やすくするためにバックライト１５３を最大の明るさにするべくキー入力部１５２の輝度調整キーを押下したとする。すると、制御部１４は、バックライト１５３に対しＤｕｔｙ［１］（１００％）を示すＰＷＭ信号を供給する。バックライト１５３では、Ｄｕｔｙ［１］のＰＷＭ信号が供給されると、負荷回路２６の複数のＬＥＤにＶｒｅｆ×（Ｒ２９＋Ｒ３０＋Ｒ２８）／（Ｒ２９＋Ｒ３０）／Ｒ２７の電流Ｉｏを流す。
【００３９】
また、ユーザがバックライト１５３の明るさを半分にするべくキー入力部１５２の輝度調整キーを押下したとする。すると、制御部１４は、バックライト１５３に対しＤｕｔｙ［０．５］（５０％）を示すＰＷＭ信号を供給する。バックライト１５３では、Ｄｕｔｙ［０．５］のＰＷＭ信号が供給されると、負荷回路１６の複数のＬＥＤに０．５×Ｖｒｅｆ×（Ｒ２９＋Ｒ３０＋Ｒ２８）／（Ｒ２９＋Ｒ３０）／Ｒ２７の電流Ｉｏを流す。
【００４０】
このように、負荷回路２６に流れる電流Ｉｏと制御部１４から与えられるＰＷＭ信号のＤｕｔｙとが比例することにより、以前のように使用する基準電源３２によってＤｕｔｙを０から数％に上げても負荷回路２６のＬＥＤが点灯しなかったり、またＤｕｔｙを「０」にしてもＬＥＤが消灯しなかったりすることなく、バックライト１５３の輝度の細かい設定が可能となる。
【００４１】
以上のように上記実施形態では、基準電源３２から発生する基準電圧Ｖｒｅｆを増幅器３７で増幅し、この増幅出力を制御回路３６に出力し、制御回路３６にてＰＷＭ信号のＶｉｎｍａｘが入力された時に、増幅器３７の増幅出力をエラー増幅器３１のＰＷＭ信号入力端へ導出するようにして、スイッチング制御部を構成するエラー増幅器３１に入力されるＰＷＭ信号のＶｉｎｍａｘを基準電圧Ｖｒｅｆに比例した電圧値に置き換えるようにしている。さらに、増幅器３７の増幅度ＡをＤｕｔｙ＝０のとき、負荷回路２６の出力電圧Ｖｏ＝０［Ｖ］になるように選定するようにしている。
【００４２】
従って、負荷回路２６に流れる電流ＩｏとＰＷＭ信号のＤｕｔｙとが比例し、これによりＤｕｔｙ「０」付近の基準電圧Ｖｒｅｆのばらつきによる負荷回路２６に流れる電流Ｉｏのばらつきをなくすことができる。よって、輝度の細かい設定が可能となり、これによりバックライト１５３を、消灯から最大輝度まで連続的に制御できる。
【００４３】
なお、上記実施形態では、増幅器３７の増幅度Ａを任意に設定できる例について説明したが、増幅度Ａは固定であってもよい。図１０は、増幅器３７の回路構成の一例を示している。
【００４４】
この増幅器３７は、一方の入力端に基準電源３２から発生する基準電圧Ｖｒｅｆが供給される。増幅器３７の他方の入力端と出力端との間には、抵抗６１が接続される。また、増幅器３７の他方の入力端とグランドとの間には抵抗６２が接続される。
【００４５】
そして、この増幅器３７の増幅度Ａは、次の式で示される。
【００４６】
Ａ＝（Ｒ６１＋Ｒ６２）／Ｒ６２……（４）
増幅器３７の増幅度Ａが式（４）であっても、抵抗６１、６２の値は固定であるので、
Ｖｏ＝ｋ×Ｄｕｔｙ  （なお、ｋはＶｒｅｆ、抵抗２８、抵抗２９、抵抗３０、抵抗６１、６２を含む定数）
となる。
【００４７】
このように、増幅器３７の増幅度Ａに抵抗６１、６２を使用しても、負荷回路２６に流れる電流ＩｏとＰＷＭ信号のＤｕｔｙとが比例し、これによりＤｕｔｙ「０」付近の基準電圧Ｖｒｅｆのばらつきによる負荷回路２６に流れる電流Ｉｏのばらつきをなくすことができる。
【００４８】
（その他の実施形態）  
この発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、定電流回路を例に説明したが、負荷回路２６を短絡し、抵抗２７の部分を負荷として使用する低電圧回路としても使用可能である。
【００４９】
また、上記実施形態では、負荷回路２６として複数のＬＥＤを直列接続したバックライト１５３を例に説明したが、例えば電流値「０」で完全に停止することを要求するモータであってもよい。
【００５０】
その他、電話機以外の電子機器や、スイッチングレギュレータ回路の回路構成、負荷回路の種類、増幅器の増幅度の値等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】この発明に係る電話機の一実施形態を示す回路構成図。
【図２】上記図１のバックライトに使用されるスイッチングレギュレータ回路の回路構成図。
【図３】上記図２に示したエラー増幅器の増幅出力と発振回路の三角波発振波形とＰＷＭコンパレータのパルス幅変調信号とを示す信号波形図。
【図４】以前に考えられていた昇圧型スイッチングレギュレータ回路を示す回路構成図。
【図５】上記図４に示す昇圧型スイッチングレギュレータ回路に入力されるＰＷＭ信号の波形を示す図。
【図６】以前の昇圧型スイッチングレギュレータ回路における基準電圧がばらついた場合のＬＥＤ電流対電流調整入力デューティの関係を示す特性図。
【図７】上記図２に示した制御回路の構成の一例を示す図。
【図８】上記図７に示した制御回路から出力されるＰＷＭ信号の波形を示す図。
【図９】同実施形態におけるＬＥＤ電流対電流調整入力デューティの関係を示す特性図。
【図１０】この発明の一実施形態の変形例として、増幅器の回路構成を示す図。
【符号の説明】
【００５２】
１…電話機、１１…伝送部、１２…通話処理部、１３…ハンドセット、１４…制御部、１５…入出力部、１５１…表示部、１５２…キー入力部、１５３…バックライト、２０…直流電源、２１，２５…コンデンサ、２２…コイル、２３，２４…ＦＥＴ、２６…負荷回路、２７，２８，２９，３０…抵抗、３１…エラー増幅器、３２…基準電源、３３…ＰＷＭコンパレータ、３４…発振回路、３５…ドライブ回路、３６…制御回路、３７…増幅器、４１…入力端子、５１…反転回路、５２，５３…スイッチ、５４，５５…入力端子、６１，６２…抵抗。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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