(57)【要約】【課題】  複数の発光装置を駆動するための回路および方法を提供する。【解決手段】  並列に接続される発光装置のグループのための高効率の駆動回路であって、各装置はそれぞれのバイアス電流のそれぞれのソースによって直列に駆動される。バイアスされる発光装置のグループ間の最大の電圧低下が決定され、応答してＬＥＤのグループに対する最低の有効電圧ですべての発光装置を駆動するための制御電圧が生成される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各発光装置がそれぞれのバイアス回路によってバイアスされる出力ノードに接続される複数の並列に結合される発光装置を駆動するための回路であって、
前記出力ノードに印加される出力電圧を調整するように構成されるレギュレータと、
前記それぞれのバイアス回路から信号を受取り、応答して、バイアスされている前記発光装置のどれが最高の順電圧降下を有するかを検出するように構成される検出回路と、
前記検出回路に結合され、最高の順電圧降下を有する前記発光装置のその１つを駆動するために有効な実質的に最低の出力電圧を生成するように前記レギュレータを制御するための制御信号を生成するように構成される制御回路とを含む、回路。
【請求項２】
前記信号は各々、各バイアス回路の対応するノードの電圧を示し、前記対応するノード間で最高電圧を保持するノードはバイアスされている前記発光装置のどれが最高の順電圧降下を有するかを示し、
前記検出回路は前記最高電圧を検出するように構成される、請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記検出回路は、そのベースがそれぞれ前記バイアス回路から前記信号を受取って前記最高電圧に対応する電圧を出力する複数のＮＰＮトランジスタを含むＯＲ回路を含む、請求項２に記載の回路。
【請求項４】
前記制御回路は、前記検出回路によって検出された前記最高電圧を所定の基準電圧と比較し、応答して、前記制御信号を生成するように構成され、
前記基準電圧は、前記レギュレータを調整して、最高の順電圧降下を有する前記発光装置のその１つを駆動するための実質的に最低の出力電圧を生成するように選択される、請求項２に記載の回路。
【請求項５】
前記制御回路は、前記最高電圧と前記基準電圧との間の差に基づいて前記制御信号として電流をソースまたはシンクするように構成される第１の相互コンダクタンス増幅器を含む、請求項４に記載の回路。
【請求項６】
前記出力ノードの前記出力電圧が所定の電圧を超えるときに前記第１の相互コンダクタンス増幅器からソースされている所定の量の電流をシンクするように構成される第２の相互コンダクタンス増幅器をさらに含む、請求項５に記載の回路。
【請求項７】
前記バイアス回路は各々、電流ミラーを構成するためのＭＯＳトランジスタおよび増幅器を含み、基準電流は電流が前記出力ノードに接続される発光装置を通って流れるように前記トランジスタによってＫの利得でミラーされ、前記トランジスタのドレインは前記増幅器のそれぞれの入力に接続され、前記増幅器の出力はトランジスタのゲートに接続され、前記増幅器は、前記トランジスタの１つのドレインおよびゲート電圧が別のもののそれらに等しくなるように維持し、
前記基準電圧は各バイアス回路の前記増幅器がその高利得通常モード範囲で動作できるように最高の可能な電圧にセットされる、請求項４に記載の回路。
【請求項８】
前記対応するノードは前記トランジスタの前記ゲート電圧を得るように結合される、請求項７に記載の回路。
【請求項９】
前記信号は各々、各バイアス回路の対応するノードの電圧を示し、前記対応するノード間で最低電圧を保持するノードはバイアスされている発光装置のどれが最高の順電圧降下を有するかを示し、
前記検出回路は前記最低電圧を検出するように構成される、請求項１に記載の回路。
【請求項１０】
前記検出回路は、そのベースがそれぞれ前記バイアス回路から前記信号を受取って前記最低電圧に対応する電圧を出力する複数のＰＮＰトランジスタを含むＯＲ回路を含む、請求項９に記載の回路。
【請求項１１】
前記制御回路は、前記検出回路によって検出された前記最低電圧を所定の基準電圧と比較し、応答して、前記制御信号を生成するように構成され、
前記基準電圧は、前記レギュレータを調整して、最高の順電圧降下を有する前記発光装置のその１つを駆動するための実質的に最低の出力電圧を生成するように選択される、請求項９に記載の回路。
【請求項１２】
前記検出回路と前記制御回路との間に結合され、前記検出回路からの前記最低電圧を前記出力ノードの前記出力電圧をスケールダウンすることによって得られるスケールダウン電圧と比較して前記最高電圧を選択するためのセレクタをさらに含み、
前記制御回路は前記セレクタによって選択された前記最高電圧を前記基準電圧と比較するように構成される、請求項１１に記載の回路。
【請求項１３】
前記バイアス回路は各々、電流ミラーを構成するためのＭＯＳトランジスタおよび増幅器を含み、基準電流は電流が前記出力ノードに接続される発光装置を通って流れるように前記トランジスタによってＫの利得でミラーされ、前記トランジスタのドレインは前記増幅器のそれぞれの入力に接続され、前記増幅器の出力は前記トランジスタのゲートに接続され、前記増幅器は前記トランジスタの１つのドレインおよびゲート電圧が別のもののそれらに等しくなるように維持し、
前記基準電圧は各バイアス回路の前記増幅器がその高利得通常モード範囲で動作できるように最低の可能な電圧になるようにセットされる、請求項１１に記載の回路。
【請求項１４】
前記対応するノードは前記トランジスタの前記ドレイン電圧を得るように結合される、請求項１３に記載の回路。
【請求項１５】
前記発光装置は発光ダイオードである、請求項１に記載の回路。
【請求項１６】
前記発光ダイオードは白色発光ダイオードである、請求項１５に記載の回路。
【請求項１７】
前記レギュレータはインダクタベースのＤＣ−ＤＣコンバータである、請求項１に記載の回路。
【請求項１８】
前記インダクタベースのＤＣ−ＤＣコンバータはバックブーストＤＣ−ＤＣコンバータである、請求項１７に記載の回路。
【請求項１９】
過度の電圧が前記出力ノードに印加されるのを防ぐためのクランプ回路をさらに含む、請求項１に記載の回路。
【請求項２０】
各発光装置がそれぞれのバイアス回路によってバイアスされる、そこに複数の発光装置が並列に接続される出力ノードに供給される出力電圧を調整するためのレギュレータを制御するための回路であって、
前記それぞれのバイアス回路から信号を受取り、応答して、前記信号に基づいてバイアスされている前記発光装置のどれが最高の順電圧降下を有するかを検出するように構成される検出回路と、
前記検出回路に結合され、最高の順電圧降下を有する前記発光装置のその１つを駆動するために有効な実質的に最低の電圧を生成するように前記レギュレータを調整するための
制御信号を生成するように構成される制御回路とを含む、回路。
【請求項２１】
前記信号は各々、各バイアス回路の対応するノードの電圧を示し、前記対応するノード間で最高電圧を保持するノードはバイアスされている前記発光装置のどれが最高の順電圧降下を有するかを示し、
前記検出回路は前記最高電圧を検出するように構成される、請求項２０に記載の回路。
【請求項２２】
前記検出回路は、そのベースがそれぞれ前記バイアス回路から前記信号を受取って前記最高電圧に対応する電圧を出力する複数のＮＰＮトランジスタを含むＯＲ回路を含む、請求項２１に記載の回路。
【請求項２３】
前記制御回路は、前記検出回路によって検出された前記最高電圧を所定の基準電圧と比較し、応答して、前記制御信号を生成するように構成され、
前記基準電圧は、前記レギュレータを調整して、最高の順電圧降下を有する前記発光装置のその１つを駆動するための実質的に最低の出力電圧を生成するように選択される、請求項２１に記載の回路。
【請求項２４】
前記制御回路は、前記最高電圧と前記基準電圧との間の差に基づいて前記制御信号として電流をソースまたはシンクするように構成される第１の相互コンダクタンス増幅器を含む、請求項２３に記載の回路。
【請求項２５】
前記出力ノードの前記出力電圧が所定の電圧を超えるときに前記第１の相互コンダクタンス増幅器からソースされている所定の量の電流をシンクするように構成される第２の相互コンダクタンス増幅器をさらに含む、請求項２４に記載の回路。
【請求項２６】
前記バイアス回路は各々、電流ミラーを構成するためのＭＯＳトランジスタおよび増幅器を含み、基準電流は電流が前記出力ノードに接続される発光装置を通って流れるように前記トランジスタによってＫの利得でミラーされ、前記トランジスタのドレインは前記増幅器のそれぞれの入力に接続され、前記増幅器の出力は前記トランジスタのゲートに接続され、前記増幅器は前記トランジスタの１つのドレインおよびゲート電圧が別のもののそれらに等しくなるように維持し、
前記基準電圧は、各バイアス回路の前記増幅器がその高利得通常モード範囲で動作できるように最高の可能な電圧になるようにセットされる、請求項２３に記載の回路。
【請求項２７】
前記対応するノードは前記トランジスタの前記ゲート電圧を得るように結合される、請求項２６に記載の回路。
【請求項２８】
前記信号は各々、各バイアス回路の対応するノードの電圧を示し、前記対応するノード間で最低電圧を保持するノードはバイアスされている前記発光装置のどれが最高の順電圧降下を有するかを示し、
前記検出回路は前記最低電圧を検出するように構成される、請求項２０に記載の回路。
【請求項２９】
前記検出回路は、そのベースがそれぞれ前記バイアス回路から前記信号を受取って前記最低電圧に対応する電圧を出力する複数のＰＮＰトランジスタを含むＯＲ回路を含む、請求項２８に記載の回路。
【請求項３０】
前記制御回路は、前記検出回路によって検出された前記最低電圧を所定の基準電圧と比較し、応答して、前記制御信号を生成するように構成され、
前記基準電圧は、前記レギュレータを調整して、最高の順電圧降下を有する前記発光装置のその１つを駆動するための実質的に最低の出力電圧を生成するように選択される、請
求項２８に記載の回路。
【請求項３１】
前記検出回路と前記制御回路との間に接続され、前記検出回路からの前記最低電圧を前記出力ノードの前記出力電圧をスケールダウンすることによって得られるスケールダウン電圧と比較して最高電圧を選択するためのセレクタをさらに含み、
前記制御回路は、前記セレクタによって選択された前記最高電圧を前記基準電圧と比較するように構成される、請求項３０に記載の回路。
【請求項３２】
前記バイアス回路は各々、電流ミラーを構成するためのＭＯＳトランジスタおよび増幅器を含み、基準電流は電流が前記出力ノードに接続される発光装置を通って流れるように前記トランジスタによってＫの利得でミラーされ、前記トランジスタのドレインは前記増幅器のそれぞれの入力に接続され、前記増幅器の出力は前記トランジスタのゲートに接続され、前記増幅器は前記トランジスタの１つのドレインおよびゲート電圧が別のもののそれらに等しくなるように維持し、
前記基準電圧は、各バイアス回路の前記増幅器がその高利得通常モード範囲で動作できるように最低の可能な電圧になるようにセットされる、請求項３０に記載の回路。
【請求項３３】
前記対応するノードは前記トランジスタの前記ドレイン電圧を得るように結合される、請求項３２に記載の回路。
【請求項３４】
前記発光装置は発光ダイオードである、請求項２０に記載の回路。
【請求項３５】
前記発光ダイオードは白色発光ダイオードである、請求項３４に記載の回路。
【請求項３６】
前記レギュレータはインダクタベースのＤＣ−ＤＣコンバータである、請求項２０に記載の回路。
【請求項３７】
前記インダクタベースのＤＣ−ＤＣコンバータはバックブーストＤＣ−ＤＣコンバータである、請求項３６に記載の回路。
【請求項３８】
過度の電圧が前記出力ノードに印加されるのを防ぐためのクランプ回路をさらに含む、請求項２０に記載の回路。
【請求項３９】
回路であって、
それぞれ複数の発光装置に直列に接続されるバイアス回路から信号を受取るための入力ノードを含み、前記発光装置は電源ノードに並列に接続され、前記回路はさらに、
バイアスされている前記発光装置のどれが最高の順電圧降下を有するかを検出するように前記入力ノード上の前記信号に応答する検出回路を含む、回路。
【請求項４０】
前記信号は各々、各バイアス回路の対応するノードの電圧を示し、前記対応するノード間で最高電圧を保持するノードはバイアスされている前記発光装置のどれが最高の順電圧降下を有するかを示し、
前記検出回路は前記最高電圧を検出するように構成される、請求項３９に記載の回路。
【請求項４１】
前記検出回路は、そのベースがそれぞれ前記入力ノードから前記信号を受取って前記最高電圧に対応する電圧を出力する複数のＮＰＮトランジスタを含むＯＲ回路を含む、請求項４０に記載の回路。
【請求項４２】
前記バイアス回路は各々、電流ミラーを構成するためのＭＯＳトランジスタおよび増幅器を含み、基準電流は電流が前記電源ノードに接続される発光装置を通って流れるように
前記トランジスタによってＫの利得でミラーされ、前記トランジスタのドレインは前記増幅器のそれぞれの入力に接続され、前記増幅器の出力は前記トランジスタのゲートに接続され、前記増幅器は前記トランジスタの１つのドレインおよびゲート電圧が別のもののそれらに等しくなるように維持し、
前記対応するノードは前記トランジスタの前記ゲート電圧を得るように結合される、請求項４０に記載の回路。
【請求項４３】
前記信号は各々、各バイアス回路の対応するノードの電圧を示し、前記対応するノード間で最低電圧を保持するノードはバイアスされている前記発光装置のどれが最高の順電圧降下を有するかを示し、
前記検出回路は前記最低電圧を検出するように構成される、請求項３９に記載の回路。
【請求項４４】
前記検出回路は、そのベースがそれぞれ前記入力ノードから前記信号を受取って前記最低電圧に対応する電圧を出力する複数のＰＮＰトランジスタを含むＯＲ回路を含む、請求項４３に記載の回路。
【請求項４５】
前記バイアス回路は各々、電流ミラーを構成するためのＭＯＳトランジスタおよび増幅器を含み、基準電流は電流が前記電源ノードに接続される発光装置を通って流れるように前記トランジスタによってＫの利得でミラーされ、前記トランジスタのドレインは前記増幅器のそれぞれの入力に接続され、前記増幅器の出力は前記トランジスタのゲートに接続され、前記増幅器は前記トランジスタの１つのドレインおよびゲート電圧が別のもののそれらに等しくなるように維持し、
前記対応するノードは前記トランジスタの前記ドレイン電圧を得るように結合される、請求項４３に記載の回路。
【請求項４６】
前記発光装置は発光ダイオードである、請求項３９に記載の回路。
【請求項４７】
前記発光ダイオードは白色発光ダイオードである、請求項４６に記載の回路。
【請求項４８】
出力ノードに並列に接続され、各々が発光装置をバイアスするためのそれぞれのバイアス回路に直列に接続される複数の発光装置を駆動するための方法であって、
前記出力ノードに印加される出力電圧を調整するステップと、
前記それぞれのバイアス回路から信号を受取るステップと、
前記信号に基づいてバイアスされている前記発光装置のどれが最高の順電圧降下を有するかを検出するステップと、
前記出力電圧が最高の順電圧降下を有する前記発光装置のその１つを駆動するための最低電圧を達成するように前記調整するステップを制御するための制御信号を生成するステップとを含む、方法。
【請求項４９】
前記信号は各々、各バイアス回路の対応するノードの電圧を示し、前記対応するノード間で最高電圧を保持するノードはバイアスされている前記発光装置のどれが最高の順電圧降下を有するかを示し、
前記検出するステップは前記最高電圧を検出する、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記検出するステップで検出された前記最高電圧を所定の基準電圧と比較するステップをさらに含み、前記基準電圧は最高の順電圧降下を有する前記発光装置のその１つを駆動するための実質的に最低の出力電圧を生成するように選択され、
前記生成するステップは、前記最高電圧と前記基準電圧との間の差に基づいて前記制御信号を生成する、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記生成するステップは、前記最高電圧と前記基準電圧との間の差に基づいて前記制御信号として電流をソースまたはシンクするステップを含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記出力ノードの前記出力電圧が所定の電圧を超えるかどうかを決定するステップと、
前記出力電圧が前記所定の電圧を超えるときに前記生成するステップによってソースされている所定の量の電流をシンクするステップとをさらに含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記バイアス回路は各々、電流ミラーを構成するためのＭＯＳトランジスタおよび増幅器を含み、基準電流は電流が前記出力ノードに接続される発光装置を通って流れるように前記トランジスタによってＫの利得でミラーされ、前記トランジスタのドレインは前記増幅器のそれぞれの入力に接続され、前記増幅器の出力は前記トランジスタのゲートに接続され、前記増幅器は前記トランジスタの１つのドレインおよびゲート電圧が別のもののそれらに等しくなるように維持し、
前記方法はさらに、
各バイアス回路の前記増幅器がその高利得通常モード範囲で動作できるように最高の可能な電圧を前記基準電圧としてセットするステップをさらに含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項５４】
前記受取るステップは、前記バイアス回路の各々から前記トランジスタの前記ゲート電圧を得る、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記信号は各々、各バイアス回路の対応するノードの電圧を示し、前記対応するノード間で最低電圧を保持するノードはバイアスされている前記発光装置のどれが最高の順電圧降下を有するかを示し、
前記検出するステップは前記最低電圧を検出する、請求項４８に記載の方法。
【請求項５６】
前記検出するステップで検出された前記最低電圧を基準電圧と比較するステップをさらに含み、前記基準電圧は最高の順電圧降下を有する前記発光装置のその１つを駆動するための実質的に最低の出力電圧を生成するように選択され、
前記生成するステップは、前記基準電圧と前記最低電圧との間の差に基づいて前記制御信号を生成する、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
スケールダウン電圧を得るために前記出力ノードの出力電圧をスケールダウンするステップと、
高い方を選択するために前記検出するステップで検出された前記最低電圧を前記スケールダウン電圧と比較するステップとをさらに含み、
前記制御するステップは、前記高い方を前記基準電圧と比較することによって前記制御信号を生成する、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記バイアス回路は各々、電流ミラーを構成するためのＭＯＳトランジスタおよび増幅器を含み、基準電流は電流が前記出力ノードに接続される発光装置を通って流れるように前記トランジスタによってＫの利得でミラーされ、前記トランジスタのドレインは前記増幅器のそれぞれの入力に接続され、前記増幅器の出力は前記トランジスタのゲートに接続され、前記増幅器は前記トランジスタの１つのドレインおよびゲート電圧が別のもののそれらに等しくなるように維持し、
前記方法はさらに、
各バイアス回路の前記増幅器がその高利得通常モード範囲で動作できるように最低の可能な電圧を前記基準電圧としてセットするステップをさらに含む、請求項５６に記載の方法。
【請求項５９】
前記受取るステップは、前記バイアス回路の各々から前記トランジスタの前記ドレイン電圧を得る、請求項５８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この開示は、発光ダイオードなどの複数の発光装置を駆動するための回路および方法に関し、特にすべての発光装置を駆動するために有効な最低電圧が生成される複数の発光装置を駆動するために電圧を調整するための新規の回路および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明
白色発光ダイオード（ＬＥＤ）はＰＤＡ（携帯情報端末）および携帯電話などのハンドヘルド装置のディスプレイに広く使用されている。白色ＬＥＤの特徴の１つはそれらの比較的大きな順電圧降下であり、実際、白色ＬＥＤの順電圧降下はバッテリ電圧に比較的近い。したがって、白色ＬＥＤの駆動の効率は、たとえば、ハンドヘルドの用途におけるバッテリ寿命を延長するために重要な要因である。
【０００３】
ハンドヘルドの用途で白色ＬＥＤを駆動するための現代の技術は、２つの種類のレギュレータ、つまり、チャージポンプとインダクタベースの昇圧コンバータとのうちの１つを用いる。どちらの種類のレギュレータもＬＥＤをバイアスするために必要なより高い電圧に入力電圧（たとえば、リチウムイオンバッテリ）を「ステップアップさせる」。チャージポンプは、入力電圧に「ステップアップ」の量を乗じたものに等しい出力電圧で最高の効率を実現する。白色ＬＥＤの用途では、白色ＬＥＤを駆動するために必要な電圧が最高の効率が実現される出力電圧より低い場合、チャージポンプによって生成される付加的な電圧は実効的な効率損失を表わす。このため、白色ＬＥＤの用途のチャージポンプの実効的な効率は入力電圧に大きく依存する（１／Ｖｉｎとともに変動する）。マルチモードチャージポンプは、付加的な回路および費用という犠牲を払って実効的な効率を改善する。一方、インダクタベースのＤＣ−ＤＣコンバータは、マルチモードチャージポンプを含むチャージポンプで実現可能なものより高いレベルの性能を達成できることが知られている。インダクタベースのＤＣ−ＤＣコンバータの中では、入力および出力の電圧範囲の点で、バックブーストＤＣ−ＤＣコンバータが最も強力であると見なされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
白色ＬＥＤディスプレイを実現する際、たとえば、複数の白色ＬＥＤはレギュレータの出力に直列または並列に接続される。複数のＬＥＤの直列接続は、完璧な電流整合をもたらすが、白色ＬＥＤを駆動するためにレギュレータがはるかに高い出力電圧を生成することを必要とする。この仕組みは、より高い電圧に耐えるためにより高価な構成要素を必要とするという欠点を有する。さらに、インダクタベースのＤＣ−ＤＣコンバータが用いられる場合、入力電圧比に対する高い出力での効率が低減する。直列接続は、よく知られた「クリスマスツリーの明かりの問題」も有する。１つの構成要素での障害が列全体に影響する。一方、複数のＬＥＤを並列に駆動すると高電圧の問題は排除され、より高い効率が実現可能であるが、良好な電流整合を実現するために安定化が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の概要
開示される主題は、最低の有効駆動電圧を生成することによって、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）などの複数の、並列に接続された発光装置を駆動するときに電力効率を最大限にする。
【０００６】
開示される主題は、複数の、並列に接続された発光装置を駆動するときに電力効率を最大限にするように構成かつ選択された要素を含む回路も提供する。
【０００７】
開示の一局面では、駆動回路は、そこに複数の発光装置が並列に接続される電源ノードに供給される電源電圧を調整するためのレギュレータを制御する。バイアス回路はそれぞれの発光装置と直列に接続される。駆動回路は、それぞれのバイアス回路から信号を受取り、応答して、バイアスされている発光装置のどれが最高の順電圧降下を有するかを信号に基づいて検出するように構成される検出回路を含んでもよい。駆動回路は、検出回路に結合され、かつ最高の順電圧降下を有する発光装置のその１つを駆動するために有効な実質的に最低の電圧を生成するようにレギュレータを制御するための制御信号を生成するように構成される制御回路をさらに含む。
【０００８】
一実施例では、信号は各々、各バイアス回路の対応するノードの電圧を示す。ノード間で最高電圧を保持する対応するノードは、バイアスされている発光装置のうちのどれが最高の順電圧降下を有するかを示す。検出回路は最高電圧を検出するように構成されてもよく、そのベースがそれぞれバイアス回路から信号を受取って、最高電圧に対応する電圧を出力する複数のＮＰＮトランジスタを含むＯＲ回路を含んでもよい。
【０００９】
制御回路は、検出回路によって検出された最高電圧を所定の基準電圧と比較し、応答して、制御信号を生成するように構成されてもよい。制御回路は、最高電圧と基準電圧との差に基づいて制御信号として電流をソースまたはシンクするように構成される第１の相互コンダクタンス増幅器であってもよい。基準電圧は、レギュレータを制御して最高の順電圧降下を有する発光装置の１つを駆動するために実質的に最低の出力電圧を生成するように選択される。
【００１０】
駆動回路は、出力ノードの出力電圧が所定の電圧を超えるときに第１の相互コンダクタンス増幅器からソースされている所定の量の電流をシンクするように構成される第２の相互コンダクタンス増幅器を含んでもよい。
【００１１】
またはこれに代えて、検出回路は、ノード間で最低電圧を保持する対応するノードがバイアスされている発光装置のどれが最高の順電圧降下を有するかを示すときに最低電圧を検出するように構成されてもよい。この場合、検出回路は、そのベースがそれぞれバイアス回路から信号を受取って最低電圧に対応する電圧を出力する複数のＰＮＰトランジスタを含むＯＲ回路を含んでもよい。
【００１２】
制御回路は、検出回路によって検出された最低電圧を所定の基準電圧と比較し、応答して制御信号を生成するように構成されてもよい。基準電圧は、レギュレータを制御して最高の順電圧降下を有する発光装置のうちのその１つを駆動するために有効な実質的に最低の出力電圧を生成するように選択される。
【００１３】
駆動回路は、検出回路と制御回路との間に接続され、検出回路からの最低電圧を出力ノードの出力電圧をスケールダウンすることによって得られたスケールダウン電圧と比較して最高電圧を選択するためのセレクタを含んでもよい。制御回路は、セレクタによって選択された最高電圧を基準電圧と比較するように構成されてもよい。
【００１４】
この開示の別の局面では、入力ノードおよび検出回路を含む検出回路が提供される。入力ノードはそれぞれ複数の発光装置に直列に接続されるバイアス回路から信号を受取るように配置され、発光装置は電源ノードに並列に接続される。検出回路は、バイアスされている発光装置のどれが最高の順電圧降下を有するかを検出するように入力ノード上の信号に応答する。
【００１５】
この開示のさらに別の局面では、電源ノードに並列に接続され、各々が発光装置をバイアスするためのそれぞれのバイアス回路に直列に接続される複数の発光装置を駆動するための方法が提供される。電源ノードに印加される電源電圧は調整される。それぞれのバイアス回路からの信号が受取られ、その信号に基づいて、バイアスされている発光装置のどれが最高の順電圧降下を有するかが検出される。応答して、電源電圧が最高の順電圧降下を有する発光装置のその１つを駆動するために有効な最低の電圧を達成するように、調整するステップを制御するための制御信号が生成される。
【００１６】
この発明の付加的な利点は、この発明を実行するのに企図される最良の形態を例示することによってこの発明の好ましい実施例が図示され説明される、以下の詳細な説明から当業者には容易に明らかとなるであろう。理解されるように、この発明は他のさまざまな実施例が可能であり、そのいくつかの詳細は、この発明の範囲を離れることなく、さまざまな明白な点で変形可能である。したがって、図面および説明は本質的に例示的なものであり、制限的なものではないと見なされるべきである。
【００１７】
この発明を、同様の番号が類似の要素を示す添付の図面で、限定ではなく例によって示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
詳細な説明
図１は、白色ＬＥＤなどの複数のＬＥＤを駆動するための駆動回路の基本構成を示す。駆動回路１０は、そこに複数のＬＥＤ  Ｄ1からＤnが並列に接続される出力ノード１４に印加される出力電圧を調整するレギュレータ１２を含む。ＬＥＤ  Ｄ1からＤnの各々は、ＬＥＤ  Ｄ1からＤnに対する電流を制御するために電流源（ＩSRC1，…，ＩSRCn）などのバラストと直列に接続されてもよい。
【００１９】
ＬＥＤ  Ｄ1からＤnの各々にわたる順電圧降下は、通常の製造のばらつきまたは等しくない電流バイアスのために互いに異なり得る。レギュレータ１２は、したがって、高い電力効率を維持するためのできるだけ低い大きさで、ＬＥＤ  Ｄ1からＤnのすべてをバイアスするのに十分に高い出力電圧を生成しなければならない。この開示で用いられる原則は、バイアスされているＬＥＤ  Ｄ1からＤnのどれが最高の順電圧降下を有するかを決定することによって最高の電力効率を獲得し、かつ最高の順電圧降下を備えたＬＥＤに基づいてすべてのＬＥＤ  Ｄ1からＤnを制御することである。
【００２０】
図１では、コントローラ１６は、バイアスされている複数のＬＥＤ  Ｄ1からＤnのどれが最高の順電圧降下を有するかを決定する。次に、コントローラ１６は、そのような特定のＬＥＤ上で調整ループを閉じるために制御信号を生成する。コントローラ１６は、最高の順電圧降下を備えたＬＥＤを駆動するために有効な最低電圧が出力ノード１４に印加されるようにレギュレータ１２を制御する。この最低の出力電圧は、できるだけ低いが、すべてのＬＥＤ  Ｄ1からＤnを有効に駆動（バイアス）するのに十分に高い大きさの駆動電圧を表わす。
【００２１】
説明した実施例は、駆動電流を各装置に提供するためにＬＥＤ  Ｄ1からＤnの各々に直列の従来の安定電流源を実現する。例として、図２は、ＬＥＤ  Ｄ1への電流を制御するための電流源ＩSRCnの実施例を示す。電流源ＩSRCnはｎ型ＭＯＳトランジスタＴ1およびＴ2、ならびに増幅器Ａを含んでもよく、これらはともにＬＥＤ  Ｄ1をバイアスするための電流ミラーを構成する。
【００２２】
トランジスタＴ1のドレインは増幅器Ａの非反転入力に接続され、トランジスタＴ2のド
レインは増幅器Ａの反転入力に接続され、増幅器Ａの出力はともに繋がれるトランジスタＴ1およびＴ2のゲートに接続される。抵抗ＲGATEは安定のために含まれ、電流源ＩSRCnのＤＣ動作に影響しない。
【００２３】
基準電流Ｉrefは、プログラム電流ＫＩrefがＬＥＤ  Ｄ1を通って流れるように、トランジスタＴ1およびＴ2によって利得Ｋでミラーされる。増幅器Ａは、トランジスタＴ1のゲート電圧をサーボ制御して、それが基準電流Ｉrefでバイアスされるように保ち、トランジスタＴ1のドレイン電圧をトランジスタＴ2のドレイン電圧に適合させる。これによって、トランジスタＴ2は低い絶対ドレイン電圧で三極管または線形領域で動作しつつ、同時にトランジスタＴ1のドレイン電流に適合することが可能である。当業者には、係数ＫはトランジスタＴ1、Ｔ2の幾何学的形状の関数であることが理解される。
【００２４】
この電流源ＩSRCnは、低いドロップアウト動作のために特別に設計されている。なぜなら、それはトランジスタＴ2が低い絶対ドレイン電圧で動作するのを可能にするからである。この電流源をこの開示の仕組みと組合せることで、電流源に渡る電圧をできるだけ低いが、そのＬＥＤが定格レベルで発光するように制御するのに十分大きく維持することによって、非常に有効な駆動電圧調整が実現可能である。
【００２５】
この実施例では、ＭＯＳトランジスタは、図示のように特定の電流ミラー回路を形成するために使用される。しかしながら、当業者には、たとえば、バイポーラトランジスタを用いることによって、または異なる回路のトポロジを使用することによって、異なる構成を備えた電流ミラーが実現可能であることが理解されるであろう。
【００２６】
図３は、図１に示される駆動回路１０の例示的な実施例のさらに詳細な図である。図３を参照すると、制御回路１６は、各々が図２に示される電流源ＩSRCnと同じ構成を有するそれぞれの電流源ＩSRC1からＩSRCnから信号を受取るように構成される。上述のように、制御回路１６は、ＬＥＤ  Ｄ1からＤnのどれが最高の順電圧降下を有するかをまず決定する。そのような決定では、ドレインおよびゲートの電圧は線形であり、それぞれＬＥＤの順電圧降下の逆関数であるため、これらトランジスタのドレイン電圧またはゲート電圧は監視することができる。図示の実施例では、制御回路１６は、それぞれの電流源ＩSRC1からＩSRCnでトランジスタＴ2のゲート電圧ＧＡＴＥ1からＧＡＴＥnを受取って、ＬＥＤのどれが最高の順電圧降下を有するかを検出する。電流源ＩSRC1からＩSRCnの各々は同じ基準電流Ｉrefからバイアスされるため、ゲート電圧ＧＡＴＥ1からＧＡＴＥn間の最高のゲート電圧は、電流源ＩSRC1からＩSRCnのいずれかのトランジスタＴ2の最低の相当するドレイン電圧に対応する。これは、ＬＥＤのどれが最高の順電圧降下を有するかを識別する。たとえば、典型的なドレイン電圧は５０ｍＶから１００ｍＶである。
【００２７】
ＬＥＤのどれが最高の順電圧降下を有するかを決定するために実現される検出回路は、上述の構成に限定されないことが理解される。たとえば、用いられる電流源のトポロジに応じて他の構成が可能である。
【００２８】
最大のゲート電圧の決定を行なうために、コントローラ１６は、最大電圧検出器（またはセレクタ）２０および相互コンダクタンス増幅器２２ならびに２４を含んでもよい。最大電圧検出器２０は、それぞれの電流源ＩSRC1からＩSRCnからゲート電圧ＧＡＴＥ1からＧＡＴＥnを受取り、かつゲート電圧ＧＡＴＥ1からＧＡＴＥnのうちの最高のものを検出するように構成される。最大電圧検出器２０は、検出された最高のゲート電圧に対応する電圧ＧＡＴＥmaxを出力する。最大電圧検出器２０からの電圧ＧＡＴＥmaxは、相互コンダクタンス増幅器２２の非反転入力に供給され、そこで反転入力は基準電圧Ｖref1を受取る。相互コンダクタンス増幅器２２の出力は、ノード３０でキャパシタＣ1に接続される。ノード３０と接地との間に接続されるキャパシタＣ1は、調整ループのための補正キャパ
シタであり、ＬＥＤ  Ｄ1からＤnに供給するために電圧ＶOUTの調整を実行するバックブーストＤＣ−ＤＣコンバータ１２ａに制御電圧Ｖcを提供する。
【００２９】
基準電圧Ｖref1は、調整ループを制御して、最高の電圧降下を有するＬＥＤ  Ｄ1からＤnの１つを駆動するために有効な実質的に最低の出力電圧を生成するように選択される。電流源ＩSRC1からＩSRCnが用いられる場合、基準電圧Ｖref1は、電流源ＩSRC1からＩSRCnの各々の増幅器Ａの内部特性に基づいて決定することができる。上述のように、電圧ＧＡＴＥmaxは、電流源ＩSRC1からＩSRCnのいずれかのトランジスタＴ1およびＴ2間からの最低のドレイン電圧に対応する。言い換えると、ゲート電圧が高いほど、ドレイン電圧は低い。したがって、最高の可能な電圧は、電圧ＧＡＴＥmaxが基準電圧Ｖref1に等しいときに増幅器Ａが高利得通常モード範囲、すなわち、活性領域で動作できるという条件で、基準電圧Ｖref1として選択することができる。さもなければ、電流源ＩSRC1からＩSRCnの各々は、トランジスタＴ2が最低の絶対ドレイン電圧で動作しつつ、トランジスタＴ1のドレイン電流に適合するのを可能にできない。増幅器Ａがその出力通常モード範囲内でより高い領域で動作できるように基準電圧Ｖref1をセットすることが望ましい。
【００３０】
調整ループは、電圧ＧＡＴＥmaxが基準電圧Ｖref1に等しくなるように、ノード１４の出力電圧ＶOUTをある電圧にサーボ制御する。電圧ＧＡＴＥmaxが基準電圧Ｖref1より高いとき、相互コンダクタンス増幅器２２は電流をノード３０にソースする。一方、電圧ＧＡＴＥmaxが基準電圧Ｖref1より低いとき、相互コンダクタンス増幅器２２はノード３０から電流をシンクする。したがって、バックブーストＤＣ−ＤＣ回路１２ａのための制御電圧Ｖcは、相互コンダクタンス増幅器２２のソースおよびシンク電流に応じて変動する。
【００３１】
駆動回路１０は、ＬＥＤ  Ｄ1よりＤnのいずれかが開放されている場合に起こり得る出力電圧の暴走を防止するためにアクティブクランプとして提供される相互コンダクタンス増幅器２４をさらに含んでもよい。相互コンダクタンス増幅器２４は、反転入力が抵抗Ｒ1およびＲ2の接続に結合され、非反転入力が基準電圧Ｖref2に結合されている。相互コンダクタンス増幅器２４は、電圧ＶOUTが［Ｖref2（Ｒ2＋Ｒ1）／Ｒ1］に上昇するときに、１つまたは複数の開放されたＬＥＤで増幅器２２がソースする最大の電流と同等の大きさの電流のシンクを増幅器が開始するように設計されてもよい。［Ｖref2（Ｒ2＋Ｒ1）／Ｒ1］のレベルは、予想されるＬＥＤの順電圧から十分に離されるため、増幅器２４は通常の動作で干渉しない。基準電圧Ｖref2、および抵抗Ｒ1ならびにＲ2は、駆動回路１０に適合される条件に適合するように決定することができる。
【００３２】
バックブーストＤＣ−ＤＣコンバータ１２ａは、最高の順電圧降下を有するその特定のＬＥＤに最低の駆動電圧を生成するように相互コンダクタンス増幅器２２によって制御される制御電圧Ｖcを供給される。一般に、バックブーストＤＣ−ＤＣコンバータは、バックモード、ブーストモードまたはバックブーストモードで動作する。バックモードでは、コンバータは入力電圧より低い出力電圧を調整する。ブーストモードでは、レギュレータは入力電圧より大きい出力電圧を調整する。バックおよびブーストモードでは、内部スイッチのすべてより少ないものが、出力電圧を調整して電力を節約するためにオンオフ切換えされる。バックブーストモードでは、スイッチのすべてが、入力電圧より大きいか、小さいか、またはそれに等しい値に出力電圧を調整するようにオンオフ切換えされる。バックブーストＤＣ−ＤＣコンバータは米国特許第６，１６６，５２７号の詳細に開示され、これをここに引用により援用する。当然ながら、他の種類のインダクタベースのＤＣ−ＤＣコンバータおよびチャージポンプも、バックブーストＤＣ−ＤＣコンバータの代わりに、駆動回路１０に適合することができる。
【００３３】
さらに、駆動回路１０は、ノード１４と接地との間に接続され、ＤＣ出力電圧を保持する出力バイパスキャパシタとして働くキャパシタＣ2を含んでもよい。バックブーストＤ
Ｃ−ＤＣコンバータ１２ａが電流を運ばないとき、キャパシタＣ2は電流を負荷、すなわち、ＬＥＤ  Ｄ1からＤnに運ぶ。
【００３４】
図４は、最大電圧検出器２０および相互コンダクタンス増幅器２２および２４の回路構成の例を示し、これらは電源電圧ＶｃｃとＧＮＤとの間に提供される。
【００３５】
最大電圧検出器２０は、複数のＮＰＮトランジスタＱＧ1からＱＧ12を含むＯＲ回路を含む。図４では、最大電圧検出器２０は１２の電流源があると仮定して構成される。トランジスタＱＧ1からＱＧ12のすべてのベースはそれぞれ潜在的に異なる電圧、すなわち、それぞれの電流源ＩSRC1からＩSRCnからのゲート電圧ＧＡＴＥ1からＧＡＴＥnに繋がれる。トランジスタＱＧ1からＱＧ12のすべてのエミッタはともに繋がれる。最大電圧検出器２０では、最も高いトランジスタＱＧ1からＱＧ12のうちのその１つのベース電圧は、接続されるエミッタの電圧を決定するものである（図３に示されるＧＡＴＥmax）。たとえば、トランジスタＱＧ1のベースが他のベースより１００ｍＶ高い電圧であるとき、トランジスタＱＧ1は電流Ｉ3を導き、他のものは実質的にオフされる。したがって、ＤＣレベルシフトされた最高ゲート電圧、ＧＡＴＥmaxが得られる。
【００３６】
相互コンダクタンス増幅器２２は、テール電流Ｉ1を備えたＮＰＮ差動対トランジスタＱ1およびＱ2によって実現され、相互コンダクタンス増幅器２４は、同様にテール電流Ｉ2を備えたＮＰＮ差動対トランジスタＱ3およびＱ4によって実現される。
【００３７】
図４の最大電圧検出器２０によって生成されるＤＣレベルシフトされたＧＡＴＥmax電圧は、相互コンダクタンス増幅器２２の非反転入力に結合される。図４では、ＧＡＴＥmax電圧は、最高のゲート電圧、すなわち、ＧＡＴＥmax＝ＶIN−ＶBEを受取るトランジスタＱＧ1からＱＧ12の１つによってレベルシフトされる。電流源Ｉ4でバイアスされているトランジスタＱＧＲＥＦは、基準電圧ＶREF1を（Ｖref1−ＶBE）にレベルシフトするため、ＧＡＴＥmax電圧および基準電圧Ｖref1は、相互コンダクタンス増幅器２２によって適切に比較される。
【００３８】
トランジスタの対Ｍ1〜Ｍ2、Ｍ3〜Ｍ4およびＭ5〜Ｍ6は、制御電圧ＶｃをバックブーストＤＣ−ＤＣコンバータ１２ａに生成するように、ノード３０で電流の適切な加算を行なうための電流ミラーを構成する。トランジスタＱ1のコレクタ電流は、単一利得でトランジスタＭ1およびＭ2によってミラーされ、これはノード３０へソースする電流を表わす。トランジスタＱ2のコレクタ電流は、単一利得でトランジスタＭ3およびＭ4によってミラーされ、単一利得でトランジスタＭ5およびＭ6によって再度ミラーされ、これはノード３０からシンクする電流を表わす。ノード３０にソースする電流Ｍ2がノード３０からシンクする電流Ｍ6に等しいときにバランス点が得られる。そのような場合、トランジスタＱ1およびＱ2のコレクタ電流は等しく、したがって、ＧＡＴＥmax電圧および基準電圧Ｖref1は等しい。この条件では、ＬＥＤ  Ｄ1からＤnを駆動するための最低電圧がバックブーストＤＣ−ＤＣコンバータ１２ａによって出力ノード１４に印加される。
【００３９】
上述のように、駆動回路１０は、最高の順電圧降下を有するその特定のＬＥＤに基づいてＬＥＤ  Ｄ1からＤnを駆動する。駆動回路１０は、最高の順電圧降下を有するそのような特定のＬＥＤを駆動するのに有効な最低電圧になるように出力電圧を制御する。電圧はその特定のＬＥＤに対して最低であるが、その電圧はすべての並列に接続されるＬＥＤを駆動するのに十分に高い。したがって、複数のＬＥＤを駆動するための電力効率は改善される。なぜなら、すべてのＬＥＤを駆動する最低の有効駆動電圧が出力ノード１４に印加されるからである。さらに、図２に示されるようなバックブーストＤＣ−ＤＣコンバータおよび低ドロップアウト電流源を用いることにより、電力効率を最大限にすることができる。
【００４０】
代替の実施例
図５は、同じ目的でゲート電圧ではなく、電流源ＩSRC1からＩSRCn内でトランジスタＴ1およびＴ2のドレイン電圧を利用する駆動回路１０の代替の実施例を示す。説明したように、電流源ＩSRC1からＩSRCn間の最低のドレイン電圧は、バイアスされているＬＥＤ  Ｄ1からＤnのどれが最高の順電圧降下を有するかを識別する。
【００４１】
図５を参照すると、駆動回路４０は、図２の電流源ＩSRCnのそれぞれのトランジスタＴ1およびＴ2間でドレイン電圧ＤＲＡＩＮ１からＤＲＡＩＮｎの最低のものを検出するように最低電圧検出器（またはセレクタ）４２を含む。したがって、最低のドレイン電圧に対応する電圧ＤＲＡＮminは最低電圧検出器４２から出力される。最低電圧検出器４２は、複数のＰＮＰトランジスタを含むＯＲ回路を使用することにより実現することができ、これは図４に示される最大電圧検出器２０の構成に相補的な構成である。
【００４２】
駆動回路４０は、最小電圧検出器４２からの電圧ＤＲＡＩＮmin、および電圧分割器を形成する抵抗Ｒ3およびＲ4の出力電圧ＶOUTを分割することによって得られるスケールダウン電圧を受取る最大電圧検出器４４をさらに含む。最大電圧検出器４４は、電圧ＤＲＡＩＮminおよびスケールダウン電圧のうちの高いものを検出または選択する。以下にさらに詳細に説明するように、この最大電圧検出器４４はアクティブクランプとして作用する。最大電圧検出器４４の出力は、その非反転入力が基準電圧Ｖref3に結合される相互コンダクタンス増幅器４６の反転入力に提供される。図３および図４の増幅器２２と同様に、相互コンダクタンス増幅器４６は、バックブーストＤＣ−ＤＣコンバータ１２ａを制御するために、基準電圧Ｖref3と最大電圧検出器４４からの出力との間の差に応じて電流をノード３０に提供する。
【００４３】
基準電圧Ｖref3は、調整ループを制御して、最高の順電圧降下を有するそのＬＥＤを有効に駆動するための実質的に最低の出力電圧を生成するように選択される。電流源ＩSRC1からＩSRCnが用いられる場合、基準電圧Ｖref3は、電流源ＩSRC1からＩSRCnのいずれかの増幅器Ａの内部特性に基づいて決定することができる。ドレイン電圧が低いほど、最高の順電圧降下を有するＬＥＤを駆動するために必要な駆動電圧は低い。したがって、最大電圧検出器４４からの出力電圧（電圧ＤＲＡＮminまたはスケールダウン電圧）が基準電圧Ｖref3に等しくなるときに増幅器Ａがその高利得通常モード範囲、すなわち、活性領域で動作できるという条件で、最低の可能な電圧を基準電圧Ｖref3として選択することができる。さもなければ、電流源ＩSRC1からＩSRCnは、トランジスタＴ2が低い絶対ドレイン電圧で動作しつつトランジスタＴ1のドレイン電流に適合するのを可能にできない。増幅器Ａがその入力通常モード範囲内のより低い範囲で動作できるように基準電圧Ｖref3をセットすることが望ましい。
【００４４】
最大電圧検出器４４は、過度の電圧が出力ノード１４に印加されるのを防ぐ。ＬＥＤ  Ｄ1からＤnのうちの１つが開放されているとき、ドレイン電流ＤＲＡＩＮ1からＤＲＡＩＮnの対応するものは接地へ急落し、応答して、最低電圧検出器４２からの電圧ＤＲＡＩＮminは接地電圧になる。接地電圧が相互コンダクタンス増幅器４６に入力される場合、増幅器はより多くの電流をノード３０にソースする。これによって、バックブーストＤＣ−ＤＣコンバータ１２ａからの出力は増加する。しかしながら、電圧ＤＲＡＩＮ1からＤＲＡＩＮnのうちの１つが接地に急落しても、最大電圧検出器４４は、接地電圧を有する電圧ＤＲＡＩＮminではなくスケールダウン電圧を選択する。したがって、スケールダウン電圧は相互コンダクタンス増幅器４６に入力され、調整ループは適切に維持される。
【００４５】
上述のように、駆動回路４０は２つの異なる調整ループを使用する。第１の調整ループは最低電圧検出器４２からの電圧ＤＲＡＩＮminに基づいて制御される。第２の調整ルー
プは最大電圧検出器４４に入力されるスケールダウン電圧に基づいて制御される。
【００４６】
電圧分割器を形成する抵抗Ｒ3およびＲ4の値は、調整ループを適切に調整するために基準電圧Ｖref3に応じて選択できることが理解されるであろう。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
さらに、上述の実施例では、駆動回路は、白色ＬＥＤなどの複数のＬＥＤを駆動する文脈で説明されている。しかしながら、開示される主題は、白色ＬＥＤに限定されず、これらに限らないが、赤色および青色ＬＥＤを含む任意の種類の発光装置を駆動するために適用することができる。
【００４８】
この開示では、この発明の好ましい実施例のみを図示および説明しているが、その多様性のいくつかの例も図示および説明されている。この発明は、他のさまざまな組合せおよび環境で使用することができ、かつここに示される発明の概念の範囲内で変更または変形が可能であることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】複数のＬＥＤを駆動するための駆動回路の基本構成を示すブロック図である。
【図２】各ＬＥＤをバイアスするための低ドロップアウト電流源の回路図である。
【図３】図１に示される駆動回路の詳細な回路図である。
【図４】図３に示される最大電圧検出器および相互コンダクタンス増幅器の詳細な回路図である。
【図５】駆動回路の代替の実施例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０  駆動回路、１２  レギュレータ、１４  出力ノード。
【図１】
2006048047.tif 000003
【図２】
2006048047.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2006048047.tif 000007