(57)【要約】【課題】低電流駆動からフラッシュ電流駆動への移行の応答性を良好とし、且つ高効率化を図れるフラッシュ用ＬＥＤ駆動回路を提供する。【解決手段】電池の電圧を入力電圧とする昇圧回路と、前記昇圧回路により充電され、出力電流によりＬＥＤ素子を駆動する電気二重層コンデンサと、前記電気二重層コンデンサを入力電源とし前記ＬＥＤ素子のカソード側を出力とする降圧回路と、大電流を前記ＬＥＤ素子に流すためのパワースイッチ素子と、を備えるフラッシュ用ＬＥＤ駆動回路とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の電圧を入力電圧とする昇圧回路と、
前記昇圧回路により充電され、出力電流によりＬＥＤ素子を駆動する電気二重層コンデンサと、
前記電気二重層コンデンサを入力電源とし前記ＬＥＤ素子のカソード側を出力とする降圧回路と、
大電流を前記ＬＥＤ素子に流すためのパワースイッチ素子と、
を備えることを特徴とするフラッシュ用ＬＥＤ駆動回路。
【請求項２】
前記昇圧回路は、コイルと、主スイッチング素子と、整流素子と、前記主スイッチング素子及び前記整流素子をオンオフ制御する制御回路と、を有することを特徴とする請求項１に記載のフラッシュ用ＬＥＤ駆動回路。
【請求項３】
前記降圧回路は、コイルと、主スイッチング素子と、整流素子と、前記主スイッチング素子及び前記整流素子をオンオフ制御する制御回路と、を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のフラッシュ用ＬＥＤ駆動回路。
【請求項４】
前記昇圧回路の有するコイル、主スイッチング素子及び整流素子を前記降圧回路用に使用するための切替えスイッチを更に備えることを特徴とする請求項３に記載のフラッシュ用ＬＥＤ駆動回路。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のフラッシュ用ＬＥＤ駆動回路と、前記フラッシュ用ＬＥＤ駆動回路により駆動されるＬＥＤ素子と、を備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラッシュ用ＬＥＤ駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
スマートフォンなどの携帯機器において、カメラの高性能化に伴い、フラッシュライト用のＬＥＤ（発光ダイオード）を大電流で駆動するため、電池を電源として電気二重層コンデンサに電力を充電するための昇圧回路と、前記電気二重層コンデンサから前記ＬＥＤにフラッシュ用の電流を流すことにより前記ＬＥＤを駆動するドライバ回路が利用されている。電気二重層コンデンサは、電気二重層という物理現象を利用した大容量のコンデンサであり、携帯機器に載せられるような大きさのものでも耐圧５．５Ｖ程度で０．３Ｆ以上の容量をもつものがある。電池は大きな内部抵抗を含んでおり、大電流を流しにくいということがあり、大容量のコンデンサを利用している。
【０００３】
フラッシュ用ＬＥＤ駆動回路に関する発明としては、例えば特許文献１や特許文献２に開示されている発明がある。特に特許文献１に開示されている発明においては、電池から昇圧回路により電気二重層コンデンサを十分な電圧まで充電した後、定電流回路によりＬＥＤをフラッシュ点灯させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−４６９２号公報
【特許文献２】特開２００５−９３５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、特許文献１のフラッシュ用ＬＥＤ駆動回路を若干変形させた従来のフラッシュ用ＬＥＤ駆動回路の構成を図５に示す。図５に示す従来のフラッシュ用ＬＥＤ駆動回路１１０は、昇圧回路１０２と、電気二重層コンデンサ１０３と、定電流回路１０５と、フラッシュ電流駆動回路１０６と、を備えている。
【０００６】
電池１０１の電圧を入力電圧とする昇圧回路１０２は、コイルＬ１０１と、ＮＭＯＳ１０２１と、ＰＭＯＳ１０２２と、ＮＭＯＳ１０２１及びＰＭＯＳ１０２２をオンオフ制御する昇圧制御回路１０２３と、を含んでいる。
【０００７】
昇圧回路１０２の出力端には、電気二重層コンデンサ１０３の一端が接続されると共に、ＬＥＤ１０４のアノードに接続される。
【０００８】
ＬＥＤ１０４のカソードには、定電流回路１０５が接続されると共に、フラッシュ電流駆動回路１０６が接続される。フラッシュ電流駆動回路１０６は、ドレインがＬＥＤ１０４のカソードに接続され、ソースが電流制限抵抗Ｒ１０１の一端に接続され、ゲートがフラッシュＬＥＤ電流制御回路１０６１に接続されるパワーＭＯＳ１０６２を含んでいる。フラッシュＬＥＤ電流制御回路１０６１によってパワーＭＯＳ１０６２のオンオフが制御される。
【０００９】
次に、図５に示す従来のフラッシュ用ＬＥＤ駆動回路１１０における低電流駆動からフラッシュ電流駆動に移行する場合の動作について、効率を重視した場合と、応答性を重視した場合に分けて説明する。
【００１０】
まず、効率を重視した場合の、電気二重層コンデンサ１０３の電圧ＶＣＡＰ、ＬＥＤ１０４のカソード電圧ＶＬＥＤ、及びＬＥＤ１０４に流れるＬＥＤ電流ＩＬＥＤの各波形の一例を図６に示す。
【００１１】
定電流回路１０５によりＬＥＤ１０４に低電流を流す低電流駆動時は、フラッシュＬＥＤ電流制御回路１０６１によってパワーＭＯＳ１０６２はオフとされ、定電流回路１０５に高い電圧が印加されないようＶＬＥＤを低く設定して定電流回路１０５の損失を小さくして高効率化を図る。これにより、低電流に対応したＬＥＤ１０４の順方向電圧ＶＦだけＶＬＥＤよりも高い電圧であるＶＣＡＰも低く設定される。
【００１２】
従って、低電流駆動からフラッシュ電流駆動（パワーＭＯＳ１０６２はオンとされる）に移行しようとすれば、フラッシュ電流を流せるＬＥＤ１０４の順方向電圧ＶＦに対応した高い電圧までＶＣＡＰが上昇するための電気二重層コンデンサ１０３の充電期間が必要となる。例えば、電気二重層コンデンサ１０３の容量が１Ｆで、充電電流を０．５Ａとし、ＬＥＤ１０４の必要な順方向電圧ＶＦが低電流駆動時とフラッシュ電流駆動時で１Ｖ違うとすると、充電時間は２秒となり、低電流駆動からフラッシュ電流駆動への移行にかなり時間がかかることになる。
【００１３】
一方、応答性を重視した場合の、電気二重層コンデンサ１０３の電圧ＶＣＡＰ、ＬＥＤ１０４のカソード電圧ＶＬＥＤ、及びＬＥＤ１０４に流れるＬＥＤ電流ＩＬＥＤの各波形の一例を図７に示す。
【００１４】
この場合、図７に示すように、低電流駆動からフラッシュ電流駆動に即時に移行できるようにするため、低電流駆動時においてＶＣＡＰをフラッシュ電流を流せる程度の高い電圧に設定している。しかしながら、低電流駆動時においてＶＬＥＤも高い電圧に設定されてしまうので、定電流回路１０５の損失が大きくなり、効率が低下する。
【００１５】
上記問題点に鑑み、本発明は、低電流駆動からフラッシュ電流駆動への移行の応答性を良好とし、且つ高効率化を図れるフラッシュ用ＬＥＤ駆動回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために本発明は、
電池の電圧を入力電圧とする昇圧回路と、
前記昇圧回路により充電され、出力電流によりＬＥＤ素子を駆動する電気二重層コンデンサと、
前記電気二重層コンデンサを入力電源とし前記ＬＥＤ素子のカソード側を出力とする降圧回路と、
大電流を前記ＬＥＤ素子に流すためのパワースイッチ素子と、
を備えるフラッシュ用ＬＥＤ駆動回路としている。
【００１７】
また、上記構成において、前記昇圧回路は、コイルと、主スイッチング素子と、整流素子と、前記主スイッチング素子及び前記整流素子をオンオフ制御する制御回路と、を有する構成としてもよい。
【００１８】
また、上記いずれかの構成において、前記降圧回路は、コイルと、主スイッチング素子と、整流素子と、前記主スイッチング素子及び前記整流素子をオンオフ制御する制御回路と、を有する構成としてもよい。
【００１９】
また、上記構成において、前記昇圧回路の有するコイル、主スイッチング素子及び整流素子を前記降圧回路用に使用するための切替えスイッチを更に備える構成としてもよい。
【００２０】
また、本発明は、上記いずれかの構成のフラッシュ用ＬＥＤ駆動回路と、前記フラッシュ用ＬＥＤ駆動回路により駆動されるＬＥＤ素子と、を備えた電子機器とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、低電流駆動からフラッシュ電流駆動への移行の応答性を良好とし、且つ高効率化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るフラッシュ用ＬＥＤ駆動回路の構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る電圧及び電流波形の一例を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るフラッシュ用ＬＥＤ駆動回路の構成図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る電圧及び電流波形の一例を示す図である。
【図５】従来例に係るフラッシュ用ＬＥＤ駆動回路の構成図である。
【図６】効率を重視した場合の従来例に係る電圧及び電流波形の一例を示す図である。
【図７】応答性を重視した場合の従来例に係る電圧及び電流波形の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１実施形態）
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本発明の第１実施形態に係るフラッシュ用ＬＥＤ駆動回路の構成を図１に示す。図１に示すフラッシュ用ＬＥＤ駆動回路１２１は、昇圧回路２と、電気二重層コンデンサ３と、降圧回路４と、フラッシュ電流駆動回路６と、を備えている。フラッシュ用ＬＥＤ駆動回路１２１の構成の上述した図５で示した従来構成との相違点としては、定電流回路１０５を設けず、電気二重層コンデンサ３を入力電源としＬＥＤ５（ＬＥＤ素子）のカソード側を出力とする降圧回路４を設けたことである。
【００２４】
なお、図１に示す電池１、フラッシュ用ＬＥＤ駆動回路１２１、及びＬＥＤ５は、例えばスマートフォンなどの電子機器に備えられる。
【００２５】
昇圧回路２は、リチウムイオン電池などから構成される電池１の電圧を入力電圧として一定の電流で電気二重層コンデンサ３を充電する機能を有する。
【００２６】
昇圧回路２内のＮＭＯＳ２１（主スイッチング素子）とＰＭＯＳ２２（整流素子）は昇圧制御回路２３によってオンオフ制御され、スイッチング動作の必要な期間では一方がオンの時に他方はオフになるように動作し、それ以外の期間は両方オフになるように動作する。なお、ＰＭＯＳ２２はダイオード、又はショットキーダイオードなどに置き換えてもよい。
【００２７】
昇圧制御回路２３は、ＮＭＯＳ２１及びＰＭＯＳ２２のオンオフ期間を制御するため、コイルＬ１又はＰＭＯＳ２２又はＮＭＯＳ２１の電流を検出する回路を持ち、コイルＬ１の電流ＩＬ１を制限することにより、電気二重層コンデンサ３への充電電流を制御する。
【００２８】
また、昇圧制御回路２３は、昇圧回路２の出力電圧ＶＣＡＰを検出する検出回路を用いてＶＣＡＰを制御する。例えば、ＶＣＡＰが或る設定電圧以下になると、昇圧動作により一定電流を電気二重層コンデンサ３に流し、充電が開始され、ＶＣＡＰが或る設定電圧以上になると、電流出力を止めるという方法で制御してもよい。また、ＶＣＡＰを或る目標電圧値に常に制御するフィードバック制御としてもよい。
【００２９】
降圧回路４は、ＬＥＤ５を低電流駆動する場合に電気二重層コンデンサ３を入力電源として、ＬＥＤ５に或る目標電流を流すために必要な順方向電圧ＶＦを確保できるようにＬＥＤ５のカソード電圧ＶＬＥＤを制御する機能を有する。
【００３０】
降圧回路４は、電気二重層コンデンサ３の一端とＬＥＤ５のアノードとの接続点とグランド電位との間に直列接続されたＰＭＯＳ４１及びＮＭＯＳ４２と、降圧制御回路４３と、ＰＭＯＳ４１とＮＭＯＳ４２との接続点に一端が接続されたコイルＬ２と、コイルＬ２の他端に一端が接続されたコンデンサＣ１と、コイルＬ２とコンデンサＣ１の接続点に一端が接続されてＬＥＤ５のカソードとパワーＭＯＳ６２のドレインの接続点に他端が接続されたスイッチＳＷ１と、を備えている。
【００３１】
降圧回路４内のＰＭＯＳ４１（主スイッチング素子）とＮＭＯＳ４２（整流素子）は降圧制御回路４３によってオンオフ制御され、低電流駆動時には一方がオンの時に他方はオフになるように動作し、それ以外では両方ともオフになるように動作する。なお、ＮＭＯＳ４２はダイオード、又はショットキーダイオードなどに置き換えてもよい。
【００３２】
スイッチＳＷ１は、降圧回路４が動作する場合にはオンで、それ以外ではオフとなるように動作する。
【００３３】
降圧制御回路４３は、ＰＭＯＳ４１及びＮＭＯＳ４２のオンオフ期間を制御するため、コイルＬ２またはＰＭＯＳ４１またはＮＭＯＳ４２の電流を検出する回路を持ち、コイルＬ２に流れる電流ＩＬ２を制御することにより、ＬＥＤ５の電流を決めることができる。例えば、制御方法としては電流ＩＬ２をフィードバックする電流制御とし、電圧のフィードバックを行わず、電流源としての動作をすることによってＬＥＤ５の電流を制御することができる。
【００３４】
フラッシュ電流駆動回路６は、パワーＭＯＳ６２（パワースイッチ素子）と、電流制限抵抗 Ｒ１と、フラッシュＬＥＤ電流制御回路６１を有し、フラッシュ電流駆動期間にパワーＭＯＳ６２をオンにすることによりＬＥＤ５にフラッシュ電流（大電流）を流すことができる。フラッシュ電流の調整をする場合はこのオン期間の調整によりデューティ比を制御し、ＰＷＭ（パルス幅変調）としておこなってもよい。なお、フラッシュ電流駆動期間ではスイッチＳＷ１はオフとされる。
【００３５】
本実施形態に係る構成で低電流駆動からフラッシュ電流駆動に切り替えた場合の電圧及び電流波形の一例を図２に示す。なお、図２において、ＬＥＤ電流が低電流駆動期間でリップルを含んでいるが、これは低電流駆動期間では降圧回路４を動作させ、コイルＬ２に流れる電流は三角波となり、コンデンサＣ１は大容量ではないので三角波が或る程度ＬＥＤ電流に影響するからである。
【００３６】
電気二重層コンデンサ３の電圧ＶＣＡＰをフラッシュ電流駆動に必要な電圧（フラッシュ電流を流せるＬＥＤ５の順方向電圧ＶＦに対応した電圧）を保持した状態であるため、低電流からフラッシュ電流への切り替えは即時に行える。また、ＶＣＡＰをフラッシュ電流駆動に必要な電圧を保持した状態にした図５に示した従来の構成に比べ、低電流駆動時に定電流回路１０５で消費される電力は効率の良い降圧回路４（一般的には効率が８０％以上）に置き換わっているため、効率が高い状態で低電流駆動することができる。
【００３７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るフラッシュ用ＬＥＤ駆動回路の構成を図３に示す。図３に示すフラッシュ用ＬＥＤ駆動回路１２２は、スイッチング回路８と、電気二重層コンデンサ９と、フラッシュ電流駆動回路１１と、定電流回路１２と、切替え制御回路１３と、スイッチＳＷ２及びＳＷ３（切替えスイッチ）と、コンデンサＣ２と、を備えている。
【００３８】
なお、図３に示す電池７、フラッシュ用ＬＥＤ駆動回路１２２、及びＬＥＤ１０は、例えばスマートフォンなどの電子機器に備えられる。
【００３９】
スイッチング回路８は、コイルＬ３と、ＮＭＯＳ８１と、ＰＭＯＳ８２と、スイッチング制御回路８３と、を有しており、昇圧動作と降圧動作の両方を行える。
【００４０】
スイッチング回路８内のＮＭＯＳ８１とＰＭＯＳ８２は、スイッチング制御回路８３によってオンオフ制御され、スイッチング動作の必要な期間では一方がオンの時に他方はオフになるように動作し、それ以外の期間は両方オフになるように動作する。
【００４１】
フラッシュ電流駆動回路１１は、フラッシュＬＥＤ電流制御回路１１１と、パワーＭＯＳ１１２と、電流制限抵抗Ｒ２と、を有している。パワーＭＯＳ１１２は、低電流駆動時はオフとされ、フラッシュ電流駆動時にオンとされる。
【００４２】
本実施形態に係るフラッシュ用ＬＥＤ駆動回路１２２の低電流駆動時における電圧及び電流波形の一例を図４に示し、以下、低電流駆動時の動作について説明する。
【００４３】
切替え制御回路１３は、電気二重層コンデンサ９の電圧ＶＣＡＰが或る設定電圧Ｖｔｈ１より低くなったことを検出すると、スイッチＳＷ２はオン、スイッチＳＷ３はオフとし、スイッチング制御回路８３に昇圧動作の開始を指令する。これにより、スイッチング回路８は、電池７の電圧を入力電圧として昇圧動作を開始し（この場合、ＮＭＯＳ８１が主スイッチング素子、ＰＭＯＳ８２が整流素子として機能する）、電気二重層コンデンサ９への充電が開始され、ＶＣＡＰは上昇する。このとき、切替え制御回路１３は、定電流回路１２をオンとし、定電流回路１２を補助的に使用してＬＥＤ１０を低電流駆動する。
【００４４】
また、切替え制御回路１３は、ＶＣＡＰが或る設定電圧Ｖｔｈ２より高くなったことを検出すると、スイッチＳＷ２はオフ、スイッチＳＷ３はオンとし、スイッチング制御回路８３に降圧動作の開始を指令する。このとき、切替え制御回路１３は、定電流回路１２はオフとする。
【００４５】
これにより、スイッチング回路８とコンデンサＣ２は、電気二重層コンデンサ９を入力電源とし、ＬＥＤ１０のカソード側を出力とする降圧回路として動作し（この場合、ＰＭＯＳ８２が主スイッチング素子、ＮＭＯＳ８１が整流素子として機能する）、ＬＥＤ１０に流れる電流ＩＬＥＤが或る設定電流に制御され、ＬＥＤ１０が低電流駆動される。このとき、ＶＣＡＰは降下する。なお、図４において、ＩＬＥＤにリップルが含まれるが、これは降圧動作時にコイルＬ３に流れる電流ＩＬ３は三角波となり、コンデンサＣ２は大容量でないのでＩＬＥＤが三角波の影響を或る程度受けるからである。
【００４６】
以上のような制御による低電流駆動期間において、ＶＣＡＰはフラッシュ電流駆動に必要な電圧を保持した状態に制御される。従って、パワーＭＯＳ１１２がオンとされると、即時にフラッシュ電流をＬＥＤ１０に流すことが可能となる。本実施形態であれば、低電流駆動時に定電流回路１２を使用せずにスイッチング回路８を降圧動作させる期間があるため、電力損失を低減し、高効率化を図ることができる。
【００４７】
更に、本実施形態であれば、図１の構成に比べてコイルを１つにまとめることができ、コスト削減が可能となる。
【００４８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内であれば、実施形態は種々変形が可能である。また、本発明の実施形態に係るフラッシュ用ＬＥＤ駆動回路は、小型高効率な回路として、特に、携帯電話、スマートフォン、デジタルカメラなどの電子機器に用いると好適である。
【符号の説明】
【００４９】
１  電池
２  昇圧回路
２１  ＮＭＯＳ
２２  ＰＭＯＳ
２３  昇圧制御回路
Ｌ１  コイル
３  電気二重層コンデンサ
４  降圧回路
４１  ＰＭＯＳ
４２  ＮＭＯＳ
４３  降圧制御回路
Ｌ２  コイル
Ｃ１  コンデンサ
ＳＷ１  スイッチ
５  ＬＥＤ
６  フラッシュ電流駆動回路
６１  フラッシュＬＥＤ電流制御回路
６２  パワーＭＯＳ
Ｒ１  電流制限抵抗
７  電池
８  スイッチング回路
８１  ＮＭＯＳ
８２  ＰＭＯＳ
８３  スイッチング制御回路
Ｌ３  コイル
９  電気二重層コンデンサ
１０  ＬＥＤ
１１  フラッシュ電流駆動回路
１１１  フラッシュＬＥＤ電流制御回路
１１２  パワーＭＯＳ
Ｒ２  電流制限抵抗
１２  定電流回路
１３  切替え制御回路
ＳＷ２、ＳＷ３  スイッチ
Ｃ２  コンデンサ
１２１、１２２  フラッシュ用ＬＥＤ駆動回路
【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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