(57)【要約】【課題】低損失で電流量を検出可能な駆動回路を提供する。【解決手段】電圧制御部１０は、パワートランジスタＭ３のドレインソース間電圧が所定の目標値に近づくように、ＤＣ／ＤＣコンバータ４を制御する。電流制御部２０は、パワートランジスタＭ３に流れる駆動電流が所定の目標値に近づくように、パワートランジスタＭ３のゲート電圧を調節する。第１電流／電圧変換回路ＩＶ１は、第１トランジスタＭ１１に流れる第１電流Ｉ１を、それに比例した第１電圧に変換する。電流検出部３０は、第１電圧Ｖ１に応じた電圧をしきい値と比較する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フラッシュ用の発光素子の駆動回路のコントローラであって、
前記駆動回路は、
そのドレインが、前記発光素子の一端に接続されたパワートランジスタと、
前記発光素子および前記パワートランジスタの両端間に駆動電圧を供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記コントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記パワートランジスタのドレインソース間電圧が所定の目標値に近づくように、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する電圧制御部と、
前記パワートランジスタに流れる駆動電流が所定の目標値に近づくように、前記パワートランジスタのゲート電圧を調節する電流制御部と、
前記駆動電流を所定のしきい値電流と比較する電流検出部と、
を備え、
前記電流制御部は、
前記パワートランジスタに流れる駆動電流の目標値を示す制御電圧を生成する制御電圧生成部と、
そのゲートが前記パワートランジスタのゲートと接続され、そのソースが前記パワートランジスタのソースと接続された第１トランジスタと、
前記第１トランジスタに流れる第１電流を、それに比例した第１電圧に変換する第１電流／電圧変換回路と、
その第１入力端子に、前記第１電圧が入力され、その第２入力端子に、前記制御電圧が入力され、その出力端子が前記パワートランジスタおよび前記第１トランジスタのゲートに接続された第１誤差増幅器と、
を含み、
前記電流検出部は、前記第１電圧に応じた第２電圧を、前記しきい値電流に応じたしきい値電圧と比較することを特徴とするコントローラ。
【請求項２】
前記電流検出部によって、前記駆動電流が前記しきい値電流を超えたことが検出されると、経時測定するタイマー回路をさらに備え、
前記タイマー回路により測定された時間が所定のしきい値時間に達すると、前記発光素子の発光を停止させることを特徴とする請求項１に記載のコントローラ。
【請求項３】
前記電流検出部は、
前記第１電圧をそれに比例した第２電圧に変換する電圧／電圧変換回路と、
前記第２電圧を、前記しきい値電圧と比較するコンパレータと、
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のコントローラ。
【請求項４】
前記電圧／電圧変換回路は、
前記第１電圧をそれに比例した第２電流に変換する第１電圧／電流変換回路と、
前記第２電流をそれに比例した前記第２電圧に変換する第２電流／電圧変換回路と、
を含むことを特徴とする請求項３に記載のコントローラ。
【請求項５】
前記第１電圧／電流変換回路に含まれる抵抗と、前記第２電流／電圧変換回路に含まれる抵抗は、半導体基板上において近接配置されることを特徴とする請求項４に記載のコントローラ。
【請求項６】
前記パワートランジスタは、その有効なサイズが、少なくとも２段階で切りかえ可能に構成され、
前記第２電流／電圧変換回路は、その変換係数が、前記パワートランジスタのサイズに応じて可変に構成されることを特徴とする請求項４または５に記載のコントローラ。
【請求項７】
前記第２電流／電圧変換回路は、
前記第２電流を所定係数倍して折り返す第１カレントミラー回路と、
前記第１カレントミラー回路の出力電流の経路上に設けられた第１抵抗と、
を含み、
前記第１抵抗の電圧降下が前記第２電圧であり、
前記第１カレントミラー回路は、その出力側のトランジスタのサイズが可変に構成され、そのミラー比が可変に構成されることを特徴とする請求項６に記載のコントローラ。
【請求項８】
前記制御電圧生成部は、
前記駆動電流の目標値を指示する基準電圧を、それに比例した第３電流に変換する第２電圧／電流変換回路と、
前記第３電流をそれに比例した前記制御電圧に変換する第３電流／電圧変換回路と、
を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のコントローラ。
【請求項９】
前記第１電流／電圧変換回路と、前記第３電流／電圧変換回路は同じ構成を有することを特徴とする請求項８に記載のコントローラ。
【請求項１０】
前記第２電圧／電流変換回路は、
一端の電位が固定され、前記コントローラに外付けされる第２抵抗と、
前記第２抵抗に接続された第２トランジスタと、
その第１入力端子に、前記基準電圧が印加され、その第２入力端子が、前記第２抵抗と前記第２トランジスタの接続点に接続され、その出力端子が前記第２トランジスタの制御端子と接続された第２誤差増幅器と、
を含み、
前記第２トランジスタに流れる電流が、前記第３電流であることを特徴とする請求項８または９に記載のコントローラ。
【請求項１１】
前記第３電流／電圧変換回路は、
前記第３電流を所定係数倍して折り返す第２カレントミラー回路と、
前記第２カレントミラー回路により折り返された電流の経路上に設けられた第３抵抗と、
を含み、前記第３抵抗の電圧降下が、前記制御電圧であり、
前記第１電流／電圧変換回路は、
前記第１電流を所定係数倍して折り返す第３カレントミラー回路と、
前記第３カレントミラー回路により折り返された電流の経路上に設けられた第４抵抗と、
を含み、前記第４抵抗の電圧降下が、前記第１電圧であり、
前記第３抵抗と前記第４抵抗は、半導体基板上に近接配置されることを特徴とする請求項８に記載のコントローラ。
【請求項１２】
前記電流制御部は、前記第１トランジスタのドレイン電圧を、前記パワートランジスタのドレイン電圧と等しくなるように調節する電圧補正部をさらに含むことを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のコントローラ。
【請求項１３】
ひとつの半導体基板に一体集積化されることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載のコントローラ。
【請求項１４】
フラッシュ用の発光素子を駆動する駆動回路であって、
そのドレインが、前記発光素子の一端に接続されたパワートランジスタと、
前記発光素子および前記パワートランジスタの両端間に駆動電圧を供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、
請求項１から１３のいずれかに記載のコントローラと、
を備えることを特徴とする駆動回路。
【請求項１５】
直列に接続された複数の発光ダイオードを含む発光素子と、
前記発光素子を駆動する駆動回路と、
を備え、
前記駆動回路は、
そのドレインが、前記発光素子の一端に接続されたパワートランジスタと、
前記発光素子および前記パワートランジスタの両端間に駆動電圧を供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、
請求項１から１３のいずれかに記載のコントローラと、
を備えることを特徴とするフラッシュ装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載のフラッシュ装置を備える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】
本発明は、フラッシュ用発光素子の駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラや携帯電話端末には、フラッシュ用の光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）が搭載される。ＬＥＤを点灯させるために、駆動回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御してＬＥＤに十分な駆動電圧を供給するとともに、ＬＥＤに対して輝度に応じた駆動電流を供給する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＬＥＤをフラッシュとして使用する場合、ＬＥＤおよびその駆動回路にはきわめて大きな駆動電流が流れる。ＬＥＤや駆動回路に大電流が長時間流れ続けると、回路の信頼性に影響を及ぼすおそれがある。そこで、大電流が長時間流れ続けないように、駆動回路に保護機能を実装することが望まれる。
【０００４】
ある経路に流れる電流量を検出するためには、その経路上に、抵抗などのインピーダンス素子を配置し、インピーダンス素子の電圧降下を監視するのが一般的である。ところが、フラッシュの用途ではＬＥＤにきわめて大電流が流れるため、インピーダンス素子における電力損失、発熱が問題となる。かかる事情から、インピーダンス素子を用いて電流量を検出することは困難であった。
【０００５】
本発明は係る状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、低損失で電流量を検出可能な、駆動回路の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様は、フラッシュ用の発光素子の駆動回路のコントローラに関する。駆動回路は、そのドレインが、発光素子の一端に接続されたパワートランジスタと、発光素子およびパワートランジスタの両端間に駆動電圧を供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、コントローラと、を備える。コントローラは、パワートランジスタのドレインソース間電圧が所定の目標値に近づくように、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する電圧制御部と、パワートランジスタに流れる駆動電流が所定の目標値に近づくように、パワートランジスタのゲート電圧を調節する電流制御部と、駆動電流を所定のしきい値電流と比較する電流検出部と、を備える。電流制御部は、パワートランジスタに流れる駆動電流の目標値を示す制御電圧を生成する制御電圧生成部と、そのゲートがパワートランジスタのゲートと接続され、そのソースがパワートランジスタのソースと接続された第１トランジスタと、第１トランジスタに流れる第１電流を、それに比例した第１電圧に変換する第１電流／電圧変換回路と、その第１入力端子に、第１電圧が入力され、その第２入力端子に、制御電圧が入力され、その出力端子がパワートランジスタおよび第１トランジスタのゲートに接続された第１誤差増幅器と、を含む。電流検出部は、第１電圧に応じた第２電圧を、しきい値電流に応じたしきい値電圧と比較する。
【０００７】
この態様によると、駆動電流の経路上に、抵抗などのインピーダンス素子を配置する必要がないため、低損失で駆動電流の電流量を検出できる。
【０００８】
コントローラは、電流検出部によって、駆動電流がしきい値電流を超えたことが検出されると、経時測定するタイマー回路をさらに備え、タイマー回路により測定された時間が所定のしきい値時間に達すると、発光素子の発光を停止させてもよい。
従来では、駆動電流の量をモニターできなかったことから、回路保護を行おうとする場合、駆動電流の大小にかかわらず、発光開始からの経過時間を測定し、経過時間があるしきい値時間に達すると、発光を停止させる必要があった。つまり従来では、駆動電流が小さく、発光素子やその他の回路に悪影響が及ばない状況においても、一定時間発光すると、回路保護が働き、強制的に発光が停止するという問題があった。
これに対して、この態様によれば、駆動電流が、発光素子やその他の回路に悪影響を及ぼすような大電流となるときに、回路保護をかけることができる。
【０００９】
電流検出部は、第１電圧をそれに比例した第２電圧に変換する電圧／電圧変換回路と、第２電圧を、前記しきい値電圧と比較するコンパレータと、を含んでもよい。
【００１０】
電圧／電圧変換回路は、第１電圧をそれに比例した第２電流に変換する第１電圧／電流変換回路と、第２電流をそれに比例した第２電圧に変換する第２電流／電圧変換回路と、を含んでもよい。
【００１１】
第１電圧／電流変換回路に含まれる抵抗と、第２電流／電圧変換回路に含まれる抵抗は、半導体基板上において近接配置されてもよい。
これにより、第１電圧／電流変換回路の変換係数と、第２電流／電圧変換回路の変換係数のばらつき／変動を相殺でき、電圧／電圧変換回路の変換係数のばらつき／変動を低減できる。
【００１２】
パワートランジスタは、その有効なサイズが、少なくとも２段階で可変に構成されてもよい。第２電流／電圧変換回路は、その変換係数は、パワートランジスタのサイズに応じて可変に構成されてもよい。
この場合、パワートランジスタのサイズを変化させることにより、駆動電流を変化させることができる。そしてパワートランジスタのサイズに応じて、第２電流／電圧変換回路の変換係数を変化させることにより、駆動電流をしきい値電流と比較することができる。
【００１３】
第２電流／電圧変換回路は、第２電流を所定係数倍して折り返す第１カレントミラー回路と、第１カレントミラー回路の出力電流の経路上に設けられた第１抵抗と、を含んでもよい。第１抵抗の電圧降下が第２電圧であってもよい。第１カレントミラー回路は、その出力側のトランジスタのサイズが可変に構成され、そのミラー比が可変に構成されてもよい。
【００１４】
制御電圧生成部は、駆動電流の目標値を指示する基準電圧を、それに比例した第３電流に変換する第２電圧／電流変換回路と、第３電流をそれに比例した制御電圧に変換する第３電流／電圧変換回路と、を含んでもよい。
【００１５】
第１電流／電圧変換回路と、第３電流／電圧変換回路は同じ構成を有してもよい。これにより、第１電流／電圧変換回路の変換係数のばらつき／変動と、制御電圧のばらつき／変動とを相殺できる。
【００１６】
第２電圧／電流変換回路は、一端の電位が固定され、コントローラに外付けされる第２抵抗と、第２抵抗に接続された第２トランジスタと、その第１入力端子に、基準電圧が印加され、その第２入力端子が、第２抵抗と第２トランジスタの接続点に接続され、その出力端子が、第２トランジスタの制御端子と接続された第２誤差増幅器と、を含んでもよい。第２トランジスタに流れる電流が、第３電流であってもよい。
この場合、外付けの第２抵抗の抵抗値によって、駆動電流の量、すなわちフラッシュの輝度を調節できる。
【００１７】
第３電流／電圧変換回路は、第３電流を所定係数倍して折り返す第２カレントミラー回路と、第２カレントミラー回路により折り返された電流の経路上に設けられた第３抵抗と、を含んでもよい。第３抵抗の電圧降下が、制御電圧であってもよい。
第１電流／電圧変換回路は、第１電流を所定係数倍して折り返す第３カレントミラー回路と、第３カレントミラー回路により折り返された電流の経路上に設けられた第４抵抗と、を含んでもよい。第４抵抗の電圧降下が、第１電圧であってもよい。第３抵抗と第４抵抗は、半導体基板上に近接配置されてもよい。
これにより、第１電流／電圧変換回路の変換係数のばらつき／変動と、制御電圧のばらつき／変動と、を高精度に相殺できる。
【００１８】
第１電流／電圧変換回路と、第３電流／電圧変換回路は同じ構成を有してもよい。
これにより、第１電流／電圧変換回路においてトランジスタサイズや抵抗のばらつきが生じ、変換係数が変化しても、それに追従して制御電圧が変化するため、駆動電流量がばらつくのを抑制できる。
【００１９】
コントローラは、第１トランジスタのドレイン電圧を、パワートランジスタのドレイン電圧と等しくなるように調節する電圧補正部をさらに含んでもよい。
この場合、第１トランジスタとパワートランジスタのソース、ドレイン、ゲートそれぞれの電位が互いに等しくなるため、第１トランジスタおよびパワートランジスタは、活性領域（飽和領域）で動作する必要がなくなるため、パワートランジスタのドレイン電圧の目標値を、非常に低い値に設定することができ、パワートランジスタでの電力損失を低減できる。
【００２０】
コントローラは、ひとつの半導体基板に一体集積化されてもよい。
「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。
回路を１つのＩＣとして集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。
【００２１】
本発明の別の態様は、フラッシュ用の発光素子を駆動する駆動回路に関する。駆動回路は、そのドレインが、発光素子の一端に接続されたパワートランジスタと、発光素子およびパワートランジスタの両端間に駆動電圧を供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、上述のいずれかのコントローラと、を備えてもよい。
【００２２】
本発明の別の態様は、フラッシュ装置に関する。フラッシュ装置は、直列に接続された複数の発光ダイオードを含む発光素子と、発光素子を駆動する駆動回路と、を備えてもよい。駆動回路は、そのドレインが、発光素子の一端に接続されたパワートランジスタと、発光素子およびパワートランジスタの両端間に駆動電圧を供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、上述のいずれかのコントローラと、を備える。
【００２３】
本発明の別の態様は、電子機器に関する。電子機器は、上述のフラッシュ装置を備える。
【００２４】
なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、あるいは本発明の表現を、方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のある態様によれば、低損失で、駆動電流の電流量を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施の形態に係るフラッシュ装置の構成を示す回路図である。
【図２】コントローラの構成を示す回路図である。
【図３】図２のコントローラの具体的な構成例を示す回路図である。
【図４】図１のフラッシュ装置の動作を示す波形図である。
【図５】変形例２に係るフラッシュ装置の構成を示す回路図である。
【図６】フラッシュ装置を備える電子機器を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００２８】
本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【００２９】
図１は、実施の形態に係るフラッシュ装置２００の構成を示す回路図である。フラッシュ装置２００は、デジタルカメラや携帯電話端末、タブレットＰＣなどの撮像機能付きの電子機器に搭載され、暗所における撮像時において発光し、被写体に光を照射する。
【００３０】
フラッシュ装置２００は、発光素子１０２と、発光素子１０２を駆動する駆動回路１００と、を備える。たとえば発光素子１０２は、直列に接続された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むＬＥＤストリングである。
【００３１】
駆動回路１００は、図示しないホストプロセッサからの指令に応じて、発光素子１０２に駆動電圧を供給するとともに、発光素子１０２に流れる駆動電流ＩＤＲＶを制御し、発光素子１０２の指示された輝度で発光させる。
【００３２】
駆動回路１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４、パワートランジスタＭ３およびコントローラ２を備える。
【００３３】
パワートランジスタＭ３は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であり、そのドレインが、発光素子１０２の一端（カソード）に接続され、そのソースが接地される。
【００３４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、発光素子１０２およびパワートランジスタＭ３の両端間に駆動電圧ＶＯＵＴを供給する。本実施の形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、電池電圧ＶＢＡＴを昇圧し、発光素子１０２のアノードと接地端子の間に、駆動電圧ＶＯＵＴを発生させる。
【００３５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、昇圧型のスイッチングレギュレータであり、インダクタＬ１、スイッチングトランジスタＭ１、同期整流トランジスタＭ２、出力キャパシタＣ１を含む。ＤＣ／ＤＣコンバータ４のトポロジーは一般的なものであるため、説明を省略する。同期整流トランジスタＭ２に代えて、整流ダイオードを用いてもよい。またＤＣ／ＤＣコンバータ４のトポロジーは図１のそれには限定されず、その他の構成、たとえばトランスを用いたコンバータであってもよい。
【００３６】
コントローラ２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４およびパワートランジスタＭ３を制御する。コントローラ２は、ひとつの半導体基板に一体集積化されたＩＣ（Integrated Circuit）である。本実施の形態において、ＤＣ／ＤＣコンバータ４のスイッチングトランジスタＭ１および同期整流トランジスタＭ２、およびパワートランジスタＭ３は、コントローラ２に内蔵されるが、それらの少なくともひとつはディスクリート部品であり、コントローラ２に外付けされてもよい。
【００３７】
コントローラ２は、その入出力端子として、スイッチング（ＳＷ）端子、出力（ＯＵＴ）端子、ＬＥＤ端子、接地（ＧＮＤ）端子を備える。スイッチング端子ＳＷには、インダクタＬ１が接続される。ＧＮＤ端子は接地され、コントローラ２の内部の接地ラインと接続される。ＬＥＤ端子は、発光素子１０２の一端（カソード）と接続される。ＯＵＴ端子には、発光素子１０２の一端（アノード）および出力キャパシタＣ１が接続される。
スイッチングトランジスタＭ１は、ＳＷ端子と接地ラインの間に設けられ、同期整流トランジスタＭ２はＳＷ端子とＯＵＴ端子の間に設けられる。パワートランジスタＭ３は、ＬＥＤ端子とＧＮＤ端子の間に設けられる。
【００３８】
コントローラ２は、電圧制御部１０、電流制御部２０、電流検出部３０、タイマー回路４０を備える。
電圧制御部１０は、パワートランジスタＭ３のドレインソース間電圧Ｖｄｓ、すなわちＬＥＤ端子の電位が、所定の基準電圧ＶＲＥＦ１に近づくように、ＤＣ／ＤＣコンバータ４を制御する。
【００３９】
電圧制御部１０は、誤差増幅器１２、パルス変調器１４、ドライバ１６を含む。誤差増幅器１２は、ＬＥＤ端子の電圧ＶＬＥＤと基準電圧ＶＲＥＦ１の誤差を増幅する。パルス変調器１４は、誤差増幅器１２から出力されるフィードバック信号（誤差信号）ＶＦＢをパルス変調し、パルス信号ＳＰＷＭを生成する。パルス変調器１４の変調方式は特に限定されず、パルス幅変調、パルス周波数変調などが利用可能である。またパルス変調器１４の構成も限定されず、電圧モード制御、ピーク電流モード制御、平均電流モード制御、ヒステリシス制御、など、さまざまな構成をとりうる。
【００４０】
ドライバ１６は、パルス信号ＳＰＷＭにもとづいて、スイッチングトランジスタＭ１および同期整流トランジスタＭ２をスイッチングする。
【００４１】
電流制御部２０は、パワートランジスタＭ３に流れる駆動電流ＩＤＲＶが所定の目標値ＩＲＥＦに近づくように、パワートランジスタＭ３のゲート電圧ＶＧを調節する。
【００４２】
電流検出部３０は、駆動電流ＩＤＲＶを監視し、所定のしきい値電流ＩＴＨと比較する。後述するように、電流検出部３０は、駆動電流ＩＤＲＶの経路上にインピーダンス素子を挿入することなく、電流制御部２０の内部で生成される信号にもとづいて、駆動電流ＩＤＲＶを検出可能に構成される。電流検出部３０は、駆動電流ＩＤＲＶがしきい値ＩＴＨを超えると、比較信号ＳＣＭＰをアサート（たとえばハイレベル）する。
【００４３】
タイマー回路４０は、電流検出部３０によって、駆動電流ＩＤＲＶがしきい値電流ＩＴＨを超えたことが検出されると、つまり比較信号ＳＣＭＰがアサートされたことを契機として経時測定を開始する。そして、測定された時間が所定のしきい値時間τＳＴＯＰに達すると、停止信号ＳＳＴＯＰをアサート（たとえばハイレベル）する。コントローラ２は、停止信号ＳＳＴＯＰがアサートされると、発光素子１０２の発光を停止させる。具体的には、停止信号ＳＳＴＯＰがアサートされると、電流制御部２０は、パワートランジスタＭ３のゲートに接地電圧を与えることにより、パワートランジスタＭ３をオフする。これに加えて電圧制御部１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４のスイッチングを停止してもよい。
【００４４】
以上がフラッシュ装置２００の全体の構成である。続いてコントローラ２の具体的な構成を説明する。図２は、コントローラ２の構成を示す回路図である。
【００４５】
電流制御部２０は、制御電圧生成部２２、第１トランジスタＭ１１、第１Ｉ／Ｖ変換回路ＩＶ１、電圧補正部５０を備える。
【００４６】
制御電圧生成部２２は、パワートランジスタＭ３に流れる駆動電流ＩＤＲＶの目標値ＩＲＥＦを指示する制御電圧ＶＣＮＴを生成する。
【００４７】
第１トランジスタＭ１１のゲートはパワートランジスタＭ３のゲートと接続され、そのソースは、パワートランジスタＭ３のソースと接続される。これにより、第１トランジスタＭ１１とパワートランジスタＭ３のゲートソース間電圧が等しくなるため、第１トランジスタＭ１１には、パワートランジスタＭ３に流れる駆動電流ＩＤＲＶに比例した第１電流Ｉ１が流れる。
トランジスタＭ１１とＭ３のサイズ比を１：Ｎとするとき、以下の関係式が成り立つ。
Ｉ１＝ＩＤＲＶ／Ｎ    …（１）
【００４８】
電圧補正部５０は、第１トランジスタＭ１１のドレイン電圧を、パワートランジスタＭ３のドレイン電圧ＶＬＥＤと等しくなるように調節する。たとえば電圧補正部５０は、トランジスタＭ１２、誤差増幅器５２を含む。トランジスタＭ１２は、第１トランジスタＭ１１のドレインと接続される。誤差増幅器５２の第１入力端子にはパワートランジスタＭ３のドレイン電圧ＶＬＥＤが入力され、その第２入力端子には第１トランジスタＭ１１のドレイン電圧が入力され、その出力端子はトランジスタＭ１２のゲートと接続される。誤差増幅器５２によって、トランジスタＭ３とＭ１１それぞれのドレイン電圧が等しくなるように、トランジスタＭ１２のオン抵抗が調節される。
【００４９】
電圧補正部５０を設けることにより、第１トランジスタＭ１１とパワートランジスタＭ３のソース、ドレイン、ゲートそれぞれの電位が互いに等しくなる。この場合、第１トランジスタＭ１１およびパワートランジスタＭ３は、活性領域（飽和領域）で動作する必要がなくなるため、パワートランジスタＭ３のドレイン電圧ＶＬＥＤの目標値ＶＲＥＦ１を、０．３Ｖ程度と、非常に低い値に設定することができ、パワートランジスタＭ３での電力損失を低減できる。
【００５０】
なお、パワートランジスタＭ３のドレイン電圧ＶＬＥＤが十分大きく、パワートランジスタＭ３、第１トランジスタＭ１１がともに飽和領域（活性領域）で動作することが保証される場合には、電圧補正部５０は省略してもよい。
【００５１】
第１Ｉ／Ｖ変換回路ＩＶ１は、第１トランジスタＭ１１に流れる第１電流Ｉ１を、それに比例した第１電圧Ｖ１に変換する。比例係数（変換係数）をＫ１とすると、以下の関係式（２）が成り立つ。
Ｖ１＝Ｋ１×Ｉ１      …（２）
【００５２】
誤差増幅器ＥＡ１の第１入力端子には、第１電圧Ｖ１が入力され、その第２入力端子には、制御電圧ＶＣＮＴが入力され、その出力端子は、パワートランジスタＭ３および第１トランジスタＭ１１のゲートに接続される。
【００５３】
以上が電流制御部２０の構成である。誤差増幅器ＥＡ１によって、第１電圧Ｖ１が、制御電圧ＶＣＮＴと等しくなるようにフィードバックがかかり、パワートランジスタＭ３のゲート電圧ＶＧが調節される。
【００５４】
式（２）に式（１）を代入すると、式（３）を得る。
Ｖ１＝Ｋ１×ＩＤＲＶ／Ｎ    …（３）
フィードバックループが安定した状態では、式（３）で与えられる第１電圧Ｖ１と、制御電圧ＶＣＮＴが等しい状態となる。
ＶＣＮＴ＝Ｋ１×ＩＤＲＶ／Ｎ      …（４）
したがって、駆動電流ＩＤＲＶは、式（５）で与えられる目標値ＩＲＥＦに安定化される。
ＩＲＥＦ＝Ｎ／Ｋ１×ＶＣＮＴ      …（５）
【００５５】
電流検出部３０は、電流制御部２０において生成される第１電圧Ｖ１に応じた第２電圧Ｖ２を、しきい値電流ＩＴＨに応じたしきい値電圧ＶＴＨと比較するよう構成される。
【００５６】
たとえば電流検出部３０は、コンパレータ３２およびＶ／Ｖ変換回路３４を備える。Ｖ／Ｖ変換回路３４は、第１電圧Ｖ１を、それに比例した第２電圧Ｖ２に変換する。変換係数をＫ２とすると、以下の関係式が成り立つ。
Ｖ２＝Ｋ２×Ｖ１    …（６）
Ｋ２＝１の場合には、Ｖ／Ｖ変換回路３４を省略してもよい。
【００５７】
コンパレータ３２は、第２電圧Ｖ２をしきい値電圧ＶＴＨと比較する。式（３）に式（６）を代入すると、式（７）を得る。
Ｖ２＝Ｋ２×Ｋ１×ＩＤＲＶ／Ｎ    …（７）
第２電圧Ｖ２がしきい値電圧ＶＴＨを超えると、言い換えれば、駆動電流ＩＤＲＶが式（８）のしきい値電流ＩＴＨを超えると、停止信号ＳＳＴＯＰがアサートされる。
【００５８】
ＩＴＨ＝ＶＴＨ×Ｎ／（Ｋ２×Ｋ１）    …（８）
【００５９】
ここで第１トランジスタＭ１１とパワートランジスタＭ３のサイズ比１：Ｎは、それらをペアリングして構成することにより、プロセスバラツキや温度依存性の影響を低減でき、ほぼ一定とみなすことができる。またしきい値電圧ＶＴＨもバンドギャップリファレンス回路が生成する基準電圧にもとづいて生成することで、プロセスバラツキや温度依存性の影響を低減でき、ほぼ一定とみなすことができる。
【００６０】
制御電圧ＶＣＮＴが、バンドギャップリファレンス回路によって、プロセスばらつき、温度変動に依存しないように生成される場合には、第１Ｉ／Ｖ変換回路ＩＶ１とＶ／Ｖ変換回路３４を、（Ｋ２×Ｋ１）が温度やプロセスバラツキに依存せずに一定となるように構成すること望ましい。これにより、しきい値電流ＩＴＨを、温度やプロセスばらつきによらず一定とすることができる。なお、以下で説明する図３の構成では、変換係数Ｋ１のばらつき／変動と、制御電圧ＶＣＮＴのばらつき／変動が相殺されるように構成される。
【００６１】
図３は、図２のコントローラ２の具体的な構成例を示す回路図である。
【００６２】
はじめに電流制御部２０について説明する。
【００６３】
たとえば第１Ｉ／Ｖ変換回路ＩＶ１は、第３カレントミラー回路ＣＭ３および第４抵抗Ｒ１４を含む。第３カレントミラー回路ＣＭ３は、第１電流Ｉ１の電流量をミラー比α３倍して折り返す。第４抵抗Ｒ１４は、折り返された第１電流Ｉ１’の経路上に設けられる。第４抵抗Ｒ１４の電圧降下が、第１電圧Ｖ１となる。
Ｖ１＝Ｋ１×Ｉ１＝Ｒ１４×α３×Ｉ１    …（９）
つまり、Ｋ１＝Ｒ１４×α３となる。
【００６４】
制御電圧生成部２２は、第２Ｖ／Ｉ変換回路ＶＩ２、第３Ｉ／Ｖ変換回路ＩＶ３を含む。
第２Ｖ／Ｉ変換回路ＶＩ２は、駆動電流ＩＤＲＶの目標値を指示する基準電圧ＶＲＥＦ２を、それに比例した第３電流Ｉ３に変換する。変換係数をＫ３とすると、式（１０）が成り立つ。
Ｉ３＝Ｋ３×ＶＲＥＦ２      …（１０）
【００６５】
たとえば第２Ｖ／Ｉ変換回路ＶＩ２は、第２トランジスタＭ２２、第２誤差増幅器ＥＡ２、第２抵抗Ｒ２２を含む。第２抵抗Ｒ２２は、コントローラ２に外付けされ、その一端が接地されて電位が固定される。第２トランジスタＭ２２は、第２抵抗Ｒ２２に接続される。第２誤差増幅器ＥＡ２の第１入力端子には、基準電圧ＶＲＥＦ２が印加され、その第２入力端子は、第２抵抗Ｒ２２と第２トランジスタＭ２２の接続点に接続され、その出力端子が第２トランジスタＭ２２の制御端子と接続される。第２トランジスタＭ２２に流れる電流が、第３電流Ｉ３となり、その電流量は以下の式（１１）で与えられる。
Ｉ３＝ＶＲＥＦ２／Ｒ２２      …（１１）
つまり、Ｋ３＝１／Ｒ２２である。
【００６６】
第３Ｉ／Ｖ変換回路ＩＶ３は、第３電流Ｉ３をそれに比例した制御電圧ＶＣＮＴに変換する。変換係数をＫ４とすると、式（１２）が成り立つ。
ＶＣＮＴ＝Ｋ４×Ｉ３      …（１２）
【００６７】
たとえば第３Ｉ／Ｖ変換回路ＩＶ３は、第２カレントミラー回路ＣＭ２、第３抵抗Ｒ２３を含む、第１Ｉ／Ｖ変換回路ＩＶ１と同様に構成される。第２カレントミラー回路ＣＭ２は、第３電流Ｉ３の電流量をミラー比α２倍して折り返す。第３抵抗Ｒ２３は、折り返された第３電流Ｉ３’の経路上に設けられる。第３抵抗Ｒ２３の電圧降下が、制御電圧ＶＣＮＴとなる。
ＶＣＮＴ＝Ｒ２３×α２×Ｉ３    …（１３）
式（１２）、（１３）の対比から、Ｋ４＝Ｒ２３×α２であることが分かる。
【００６８】
さらに電流制御部２０の抵抗Ｒ１４および抵抗Ｒ２３を半導体基板上に近接配置（ペアリング）することが望ましい。これにより、第１Ｉ／Ｖ変換回路ＩＶ１の変換係数Ｋ１と、第３Ｉ／Ｖ変換回路ＩＶ３の変換係数Ｋ４の相対的な誤差を小さくできる。
【００６９】
式（１２）に式（１１）を代入すると、式（１４）を得る。
ＶＣＮＴ＝Ｋ４×ＶＲＥＦ２／Ｒ２２      …（１４）
【００７０】
したがって、第２抵抗Ｒ２２を外付け抵抗とすることにより、その抵抗値に応じて、制御電圧ＶＣＮＴを調節でき、さらには駆動電流ＩＤＲＶの量を調節できる。
【００７１】
式（５）に、式（１４）を代入すると、駆動電流ＩＤＲＶは、式（１５）の目標値に安定化される。
ＩＲＥＦ＝Ｎ／Ｋ１×Ｋ４×ＶＲＥＦ２／Ｒ２２      …（１５）
上述のように、第１Ｉ／Ｖ変換回路ＩＶ１と第３Ｉ／Ｖ変換回路ＩＶ３を同じ構成とし、抵抗Ｒ２３とＲ１４をペアリングすることで、１／Ｋ１×Ｋ４の項は、プロセスばらつきや温度変動によらずに一定とすることができる。また抵抗Ｒ２２は外付け部品であるため温度依存性は小さい。したがって図３の電流制御部２０によれば、駆動電流ＩＤＲＶをプロセスばらつきや温度変動によらずに一定とすることができる。
【００７２】
なお、抵抗Ｒ２２を外付けのチップ部品とする場合、その抵抗値の個体ばらつきが問題となる。そこで、抵抗Ｒ１４および抵抗Ｒ２３の少なくとも一方は、その抵抗値が、レーザトリミングなどによって調節できるように構成することが好ましい。これにより、コントローラ２を量産したときに、コントローラ２ごとに、ＩＣ内部のばらつき（基準電圧ＶＲＥＦ２、カレントミラー回路のミラー比、演算増幅器のオフセット電圧）や、抵抗Ｒ２２の抵抗値のばらつきに応じて、そのばらつきを相殺するように、抵抗Ｒ１４、Ｒ２３の値を微調節することで、駆動電流ＩＤＲＶのばらつきが小さくでき、発光素子１０２の輝度を揃えることができる。また、第１電圧Ｖ１と駆動電流ＩＤＲＶの比のばらつきも抑えることができる。
【００７３】
続いて電流検出部３０を説明する。
Ｖ／Ｖ変換回路３４は、第１Ｖ／Ｉ変換回路ＶＩ１および第２Ｉ／Ｖ変換回路ＩＶ２を備える。
第１Ｖ／Ｉ変換回路ＶＩ１は、第１電圧Ｖ１を、それに比例した第２電流Ｉ２に変換する。変換係数をＫ５とすると、式（１７）が成り立つ。
Ｉ２＝Ｋ５×Ｖ１      …（１７）
【００７４】
より具体的には、第１Ｖ／Ｉ変換回路ＶＩ１は、第３誤差増幅器ＥＡ３、抵抗Ｒ３２、トランジスタＭ３３を含み、第２Ｖ／Ｉ変換回路ＶＩ２と同様に構成され、変換係数は、Ｋ５＝１／Ｒ３２で与えられる。
【００７５】
第２Ｉ／Ｖ変換回路ＩＶ２は、第２電流Ｉ２をそれに比例した第２電圧Ｖ２に変換する。変換係数をＫ６とすると、式（１８）が成り立つ。
Ｖ２＝Ｋ６×Ｉ２      …（１８）
【００７６】
第２Ｉ／Ｖ変換回路ＩＶ２は、第１カレントミラー回路ＣＭ１、第１抵抗Ｒ３１を含み、第１Ｉ／Ｖ変換回路ＩＶ１と同様に構成される。第１カレントミラー回路ＣＭ１のミラー比をα１とすると、第２Ｉ／Ｖ変換回路ＩＶ２の変換係数Ｋ６は、Ｋ６＝α２×Ｒ３１で与えられる。
【００７７】
上述のように、図３の構成では、
Ｋ２＝Ｋ５×Ｋ６
Ｋ５＝１／Ｒ３２
Ｋ６＝α２×Ｒ３１
が成り立ち、Ｋ２は、式（１９）で与えられる。
Ｋ２＝１／Ｒ３２×α２×Ｒ３１    …（１９）
ここで、抵抗Ｒ３２および抵抗Ｒ３１を半導体基板上で近接配置することにより、それらの相対誤差を小さくできる。その結果、変換係数Ｋ２をプロセスばらつき、温度変動によらずに一定に保つことができる。
【００７８】
コントローラ２は、駆動電流ＩＤＲＶの目標量を、少なくとも２段階で切りかえ可能となっている。具体的にはパワートランジスタＭ３は、その有効なサイズが、少なくとも２段階で可変に構成される。たとえばパワートランジスタＭ３は、並列に接続された複数のセグメントに分割されており、セグメント毎に独立したゲート端子を有する。各セグメントは、そのゲートに、電流制御部２０が生成したゲート電圧ＶＧを印加するか、それとも接地するか、が切りかえ可能である。
【００７９】
第２Ｉ／Ｖ変換回路ＩＶ２の変換係数Ｋ６は、パワートランジスタＭ３のサイズに応じて可変に構成される。具体的には、第１カレントミラー回路ＣＭ１のミラー比を可変とすればよく、入力側のトランジスタＭ３１と出力側のトランジスタＭ３２の少なくとも一方のトランジスタサイズを可変とすればよい。
【００８０】
以上がコントローラ２の構成である。
【００８１】
続いてその動作を説明する。
図４は、図１のフラッシュ装置２００の動作を示す波形図である。
コントローラ２は、時刻ｔ１に図示しないホストプロセッサから発光の指示を受けると、駆動電流ＩＤＲＶの生成を開始する。駆動電流ＩＤＲＶがしきい値ＩＴＨを超えると、電流検出部３０が比較信号ＳＣＭＰをアサートする。そして比較信号ＳＣＭＰがアサートされてからしきい値時間τＳＴＯＰが経過すると、停止信号ＳＳＴＯＰがアサートされる。停止信号ＳＳＴＯＰがアサートされると、パワートランジスタＭ３のゲートが接地に接続され、駆動電流ＩＤＲＶが遮断され、さらにドライバ１６はＤＣ／ＤＣコンバータ４のスイッチングを停止する。
【００８２】
以上がフラッシュ装置２００の動作である。このフラッシュ装置２００によれば、駆動電流ＩＤＲＶがしきい値ＩＴＨを超えた状態がしきい値時間τＳＴＯＰ持続すると、駆動電流ＩＤＲＶを遮断するため、大電流が長時間に持続的に流れる続けるのを防止できる。
【００８３】
また、このフラッシュ装置２００では、駆動電流ＩＤＲＶの電流量を検出するために、電流検出用の抵抗を、駆動電流ＩＤＲＶの経路上に配置する必要がないため、電流検出用の抵抗による電力損失、発熱の問題を解決できる。
【００８４】
以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。
【００８５】
（変形例１）
パワートランジスタＭ３は、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴなどであってもよく、この場合、ソースはエミッタと、ドレインはコレクタと、ゲートはベースと読み替えればよい。
【００８６】
（変形例２）
実施の形態では、パワートランジスタＭ３が、発光素子１０２のカソード側に配置される構成（電流シンク型）について説明したが本発明はそれには限定されない。図５は、変
形例２に係るフラッシュ装置２００ａの構成を示す回路図である。
【００８７】
フラッシュ装置２００ａは、発光素子１０２と、発光素子１０２を駆動する駆動回路１００ａと、を備える。発光素子１０２のカソードは接地される。駆動回路１００ａは、発光素子１０２のアノードから駆動電流ＩＤＲＶを供給する（電流ソース型）。
【００８８】
駆動回路１００ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ４、パワートランジスタＭ３およびコントローラ２ａを備える。
発光素子１０２のアノードは、コントローラ２ａのＬＥＤ端子と接続される。コントローラ２ａにおいて、パワートランジスタＭ３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の出力端子ＯＵＴと、発光素子１０２のアノードの間に設けられる。
【００８９】
第１トランジスタＭ１１のゲートおよびソースはそれぞれ、パワートランジスタＭ３のゲートおよびソースと接続される。第１Ｉ／Ｖ変換回路ＩＶ１は、第１トランジスタＭ１１に流れる第１電流Ｉ１を、第１電圧Ｖ１に変換する。誤差増幅器ＥＡ１は、第１電圧Ｖ１が制御電圧ＶＣＮＴと一致するように、パワートランジスタＭ３および第１トランジスタＭ１１のゲート電圧ＶＧをフィードバック制御する。電流検出部３０およびタイマー回路４０は、実施の形態と同様である。
【００９０】
電圧制御部１０は、ＬＥＤ端子の電圧ＶＬＥＤを受け、パワートランジスタＭ３のドレインソース間電圧（ＶＯＵＴ−ＶＬＥＤ）が所定の基準電圧に近づくように、ＤＣ／ＤＣコンバータ４を制御する。なお、第１トランジスタＭ１１のドレイン電圧が、パワートランジスタＭ３のドレイン電圧と等しくなるように、図２と同様に電圧補正部５０を設けてもよい。
【００９１】
以上がフラッシュ装置２００ａの構成である。このような電流ソース型のフラッシュ装置２００ａにおいても、実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００９２】
（変形例３）
トランジスタは、ＭＯＳＦＥＴに限定されず、バイポーラトランジスタを用いてもよい。また、Ｎチャンネル（ＮＰＮ型）とＰチャンネル（ＰＮＰ型）は相互に置換しうることが当業者には理解される。
【００９３】
最後に、フラッシュ装置２００の用途を説明する。図６は、フラッシュ装置を備える電子機器を示す斜視図である。電子機器５００は、たとえばスマートホンやタブレットＰＣなどであり、図示しない液晶パネル、電源ボタンに加えて、撮像デバイス５０２およびフラッシュ装置５０４を備える。液晶パネルは、電子機器５００の筐体の表側に設けられ、撮像デバイス５０２およびフラッシュ装置５０４は、筐体の背面側に設けられる。撮像デバイス５０２による撮像に際して、フラッシュ装置５０４は発光する。電子機器５００は、デジタルカメラなどであってもよい。
【００９４】
実施の形態にもとづき、具体的な用語を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。
【符号の説明】
【００９５】
２…コントローラ、４…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１０…電圧制御部、１２…誤差増幅器、１４…パルス変調器、１６…ドライバ、２０…電流制御部、２２…制御電圧生成部、ＶＩ２…第２Ｖ／Ｉ変換回路、ＥＡ２…第２誤差増幅器、Ｍ２２…第２トランジスタ、Ｒ２２…第２抵抗、ＩＶ３…第３Ｉ／Ｖ変換回路、ＣＭ２…第２カレントミラー回路、Ｒ２３…第３抵抗、ＩＶ１…第１Ｉ／Ｖ変換回路、Ｍ１１…第１トランジスタ、ＥＡ１…誤差増幅器、３０…電流検出部、ＶＩ１…第１Ｖ／Ｉ変換回路、ＩＶ２…第２Ｉ／Ｖ変換回路、３２…コンパレータ、３４…Ｖ／Ｖ変換回路、ＣＭ１…第１カレントミラー回路、Ｒ３１…第１抵抗、４０…タイマー回路、５０…電圧補正部、２００…フラッシュ装置、１００…駆動回路、１０２…発光素子、Ｍ１…スイッチングトランジスタ、Ｍ２…同期整流トランジスタ、Ｃ１…出力キャパシタ、Ｌ１…インダクタ、Ｍ３…パワートランジスタ。
【図１】
2014143016.tif 000003
【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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