(57)【要約】ＥＬランプ（５６）用のドライバは、電圧ブースト回路と、ＡＣ対角とＤＣ対角を有するＨブリッジ（５１，５２，５３，５４）出力とを含む。ＥＬランプは、ＡＣ対角の両端間に結合する。電流経路（４１，４２）は、ＤＣ対角と直列に結合し、そしてＥＬランプを通る電流を制限する。この電流経路は、このドライバを実装した半導体デバイスに対し内部的あるいは外部的のいずれかである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧ブースト回路とＨブリッジ出力とを含む集積回路であって、前記Ｈブリッジ出力が、ＡＣ対角とＤＣ対角を有している、前記の集積回路において、
前記ＡＣ対角を通る電流を制御するため、前記ＤＣ対角と直列に結合した電流経路、
を含むこと、を特徴とする集積回路。
【請求項２】
請求項１記載の集積回路において、前記電流経路は、前記ＤＣ対角とグランドとの間に結合していること、を特徴とする集積回路。
【請求項３】
請求項１記載の集積回路において、前記電流経路は、直列に結合したトランジスタと抵抗器とを含むこと、を特徴とする集積回路。
【請求項４】
請求項３記載の集積回路において、前記抵抗器は、前記トランジスタとグランドとの間に結合し、前記トランジスタは、定電流シンクとして働くこと、を特徴とする集積回路。
【請求項５】
請求項１記載の集積回路であって、さらに、
前記ＡＣ対角の両端間に、直列に結合した１対の逆極性のダイオード、
を含むこと、を特徴とする集積回路。
【請求項６】
請求項１記載の集積回路において、前記電流経路は、前記集積回路に対し外部的であること、を特徴とする集積回路。
【請求項７】
請求項１記載の集積回路であって、さらに、前記ＡＣ対角に結合したエレクトロルミネッセント・ランプを含むこと、を特徴とする集積回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
本発明は、エレクトロルミネッセント（ＥＬ）ランプ用のバッテリ作動式電源、特に、比較的小形のダイにおいて実現することができるＥＬドライバ回路に関するものである。
【０００２】
ＥＬランプは、本質的にはキャパシタであって、２つの導電性電極間に誘電層を有し、そしてその電極の一方が透明となっている。誘電層は、リン光体（phosphor）粉末を含むようにしたり、あるいは誘電層に隣接した別個のリン光体粉末層を設けるようにしたりできる。このリン光体粉末は、強い電界の存在の下で、非常に小さな電流を使って光を放射する。ＥＬランプはキャパシタであるため、交流をそれら電極に印加して、リン光体が発光するようにしなければならず、そうでない場合には、このキャパシタは、その印加された電圧に充電されて、ＥＬランプを通る電流が止まり、そしてランプが光の発生を止める。
【０００３】
ポータブルの電子デバイス、自動車のディスプレイ、並びに電源が低電圧のバッテリであるその他の用途においては、ＥＬランプは、直流を交流に変換するドライバによって給電されるようになっている。ＥＬランプを十分に発光させるためには、約１００ボルトを超えるピーク・ピーク電圧が必要である。その実際の電圧は、ランプの構成、特にリン光体粉末内の電界強度に依存する。
【０００４】
従来の技術では、種々のタイプのドライバが開示されており、これらは、スイッチング・トランジスタと直列にインダクタを有する誘導性ブースト回路を備えている。インダクタを通る電流は、インダクタの周辺の磁界内にエネルギを蓄積させる。この電流が急激にオフに遮断されたときには、その誘起磁界は急に崩壊して、高電圧のパルスを発生する。インダクタの両端間のその電圧は、Ｌ・ｄｉ／ｄｔに比例している。したがって、高電流における低電圧は、低電流における高電圧に変換される。ランプ上のこの電圧は、ブースト回路からの一連の高い周波数の高電圧パルスによってポンプアップ(pump up)される。
【０００５】
上記ブーストによって発生される直流は、ＥＬランプに給電するためには低い周波数（２００−２０００Ｈｚ）の交流に変換されなければならない。当該分野においては、ＥＬランプを通る交流を発生するような方法でインダクタまたはＥＬランプのいずれかをスイッチングさせることが知られている。
【０００６】
当該分野においては、ＥＬランプ用のドライバに、ブースト・インバータと、高い電圧を蓄積するためのキャパシタと、この蓄積キャパシタに結合したＨブリッジ出力とを設けることが知られている（米国特許5,463,283号（Sanderson）参照）。この特許にはまた、Ｈブリッジの高い側に複数の定電流源を使用することも開示されている。１つの定電流源は、ブリッジの各半部に対して使用される。
【０００７】
当該分野においては、放電回路として、直列接続の抵抗器とトランジスタとを使用することが知られている（米国特許5,982,105号（Masters）参照）。知られているように、ＥＬランプは、極性が反転されたとき、ランプの急激な放電に起因する音響ノイズを発生することがある。急激な放電によりまた、電流スパイクがランプを流れ、これがランプの寿命を短くする。また、ＥＬランプを流れる放電電流を制御することによって、ランプが発生するノイズを最小限にすることも知られている（例えば、米国特許5,789,870号（Remson）、米国特許6,038,153号（Andersson et al.）参照）。さらにまた、ＥＬランプを充電する前にこのランプを放電させることも知られている（上記のSanderson特許および米国特許6,087,863号（Aflatouni）参照）。
【０００８】
市販のドライバは、ランプを最小限の時間の間放電させるための１対の制御式電流デバイスを使用し、これによって、ＥＬランプが発生するノイズを低減させている。ＥＬランプを放電させることに伴う電力スパイクは、この放電デバイスを過酷な程圧迫する。この結果、これらデバイスは、強靱に作られ、これは、ドライバを実現する半導体ダイを、多くの小形パッケージ（例えば、ＳＯＰパッケージのサイズの１／４であるＭＳＯＰ（Mini Small Outline Plastic）パッケージとして知られたもの）に対しては大きすぎるものとする。ＭＳＯＰパッケージは、およそ、３ｍｍ×５ｍｍのサイズである。
【０００９】
当該分野においては、スイッチング・トランジスタを別個のダイ上に配置してダイ・サイズを低減させることが知られている（例えば、米国特許5,780,975号（Krafcik）および米国特許5,828,205号（Byrne）参照）。Krafcik特許においては、ブースト回路内のスイッチング・トランジスタの１つがドライバの残りのものを含むダイから別個になっているものが開示されている。Byrne特許においては、レギュレータ内のパス（pass）トランジスタが外部となっているものが開示されている。
【００１０】
以上に鑑み、本発明の目的は、ＥＬランプ用のドライバ内のオンチップ放電デバイスのサイズを最小限にすることである。
本発明の別の目的は、ハイパワーのＥＬドライバを非常に小形の半導体パッケージで提供することである。
【００１１】
本発明のさらに別の目的は、ＥＬドライバをＭＳＯＰパッケージで提供することである。
本発明の別の目的は、放電デバイスのうちの１つを除去することによって、ダイのサイズをさらに低減することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、ランプ電流のための外部経路を提供することによって、ドライバを実現したダイのサイズをさらに低減することである。
発明の摘要
上記の目的は、本発明により実現する。本発明においては、ＥＬランプ用のドライバは、電圧ブースト回路と、ＡＣ対角とＤＣ対角を有するＨブリッジ出力とを含む。ＥＬランプは、ＡＣ対角の両端間に結合する。本発明の１つの形態によれば、電流経路は、ＤＣ対角と直列に結合し、そしてＥＬランプを通る電流を制限する。本発明の別の形態によれば、この電流経路は、このドライバを実装した半導体デバイスに対し外部的である。
【００１３】
発明の詳細な説明
本発明のより完全な理解は、添付図面を参照する以下の詳細な説明から得ることができる。
【００１４】
図１は、上述のSanderson特許に基づく回路図である。ドライバ１０は、誘導性ブーストおよびＨブリッジ出力を備えている。この誘導性ブーストは、低電圧源（＋）とグランドとの間で、スイッチング・トランジスタ１２と直列のインダクタ１１を備えている。入力１４上のパルスは、トランジスタ１２をオン／オフにスイッチングさせて一連の高電圧パルスを発生させ、そしてこれは、ダイオード１５によってオプションの蓄積キャパシタ１６に結合される。キャパシタ１６の端子は、高電圧レール１７とコモン・レール１８を形成する。Ｈブリッジ出力は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）２１，２２，２３および２４を備え、これらは、高電圧レール１７とコモン・レール１８との間に結合されている。このＨブリッジのＡＣ対角は、ＥＬランプ２０に結合されている。定電流源２６および２７は、入力２９で、適当なパルス源（図示せず）により制御される。定電流源２６および２７は、ブリッジ回路の各側を通る電流を制限する。
【００１５】
ドライバ１０を作動させる制御回路（図示せず）は、ＦＥＴ２１および２４を同時にターンオンさせて、ＥＬランプ２０を第１の極性に充電する。ＦＥＴ２１および２４はターンオフし、そして次にＦＥＴ２２および２３がターンオンして、ＥＬランプ２０をＦＥＴ２３を通して放電させ、そして次にこのランプを反対の極性に充電させる。ＦＥＴ２２および２３はターンオフし、そしてＦＥＴ２１および２４はターンオンし、これによりＥＬランプ２０をＦＥＴ２４を通して放電させ、そして次にランプを第１の極性に充電させ、そして上記プロセスを繰り返す。
【００１６】
Sanderson特許において特に十分開発されていない微妙なところがある。当該分野において知られているように、バイポーラ・トランジスタおよびＦＥＴトランジスタは、基本的には異なったデバイスである。最も明かな違いは、バイポーラ・トランジスタが電流駆動のものであるのに対し、ＦＥＴトランジスタは電圧駆動のものである点である。また、比較的大きな電圧で駆動されたときに、ソース−ドレイン電流がソース−ドレイン電圧に実質上独立であること、すなわち、ＦＥＴは、定電流源となる、ということが知られた特徴である。このため、Sanderson特許に開示されているように、定電流源２６および２７は、定電流モードに駆動されるｎチャンネルのデプレッション・モードＭＯＳＦＥＴである。また、ＦＥＴに特徴的なのは、これが、ソースとドレインを結合する寄生ダイオードを有することである。ｎチャンネル・デバイスに関しては、ソースは、そのダイオードのアノードとなる。ｐチャンネル・デバイスでは、ソースは、そのダイオードのカソードとなる。したがって、例えば、ＥＬランプ２０の左側が正に充電される場合、このときトランジスタ２３がターンオンすると、ランプは、トランジスタ２３およびトランジスタ２４のこの寄生ダイオードを通して放電して、特徴的な指数関数的放電カーブを発生する。Sanderson特許は、レギュレート式ブースト回路を開示しており、これは、充電サイクルと充電サイクルとの間でそのブーストをターンオフするという効果を有している。最後に、定電流源２６および２７の存在は、本質的に、蓄積キャパシタ１６の使用を必要とし、これは、そうでない場合はオプションとなるものである。
【００１７】
図２は、図１を描き直したもので、ＦＥＴのタイプおよび寄生ダイオードを示している。
図３は、本発明の好ましい実施形態の回路図である。この実施形態においては、ＨブリッジのＤＣ対角は、電源４３とコモンまたはグランドとの間で、トランジスタ４１および抵抗器４２と直列に結合している。このため、その電流経路は、充電回路の１部分も形成する。ランプ５６は、スイッチ５１および５３が閉じられたとき第１の極性に充電される。第１の充電サイクルの後、スイッチ５１および５３は開きスイッチ５４は閉じ、これによりＥＬランプ５６を、トランジスタ４１、抵抗器４２およびダイオード５８を介して放電させる。ランプ５６は、スイッチ５２および５４が閉じられると、反対の極性に充電される。第２の充電サイクルの後、スイッチ５２およびスイッチ５４が開きスイッチ５３が閉じ、これによりＥＬランプ５６をトランジスタ４１、抵抗器４２およびダイオード５９を介して放電させる。
【００１８】
ダイオード５８および５９は、逆極性にしており、しかもスイッチ５１，５２，５３および５４を含むＨブリッジのＡＣ対角の両端間に直列に結合されている。これらダイオードのアノードは、互いに結合されそしてグランドに結合されている。トランジスタ４１のベースは、基準電圧、すなわち比較的固定の電圧に結合される。したがって、トランジスタ４１のベース−エミッタ電圧は、このトランジスタを流れる電流と共に変化し、これにより、比較的一定の電流が充電サイクルおよび放電サイクルの間に流れる。
【００１９】
トランジスタ４１のベースは、所望ならば、電源４３に結合することができ、これにより、１つのピンに対するニーズを取り除くことができる。そうでない場合には、本発明を含まないデバイスに比較して、２つの追加のピンが必要となる。一方のピンは、ＨブリッジのＤＣ対角の一端であり、他方のピンは、トランジスタ４１のベースへの制御信号に対するものである。ダイオード５８および５９は、内部的なものであり、これは、スイッチ５１，５２，５３および５４と同様である。それらスイッチは、バイポーラ・トランジスタ、電界効果トランジスタ、あるいはＳＣＲのようなシリコン制御式スイッチとすることができる。
【００２０】
図３に示した回路全体は、単一の集積回路において実現することができる。もしそのようにすれば、ダイ面積の節約は、従来技術におけるような２つのトランジスタではなく単一のトランジスタを使用するということによりもたらされる。トランジスタ・サイズは、主としてピーク電力により決まり、そしてこのピーク電力は、本発明において使用する放電デバイスに関しては、従来技術において使用された放電デバイスに対するものと同じである。トランジスタ４１を通る平均電力は、従来技術のものの２倍となるが（１つのトランジスタしかないため）、これは、ダイ・サイズに対してはほとんど影響はない。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態においては、この電流経路は、ドライバの残りの部分を含むＩＣの外部にあり、これによって、ドライバを含むダイから２つの比較的大きなトランジスタを除去することができる。このダイは、従来技術におけるよりもかなり小さくすることができる。内部的であろうと外部的であろうと、電流経路は、好ましくは、定電流を提供する、すなわち、能動デバイスを含み、そして能動デバイスのみ（直列の抵抗器なし）を含むようにすることができる。
【００２２】
したがって、本発明は、ＥＬランプ用のドライバにおけるオンチップの放電デバイスのサイズを最小限にして、ＭＳＯＰパッケージに適した非常に小さなダイにおいて高電圧ＥＬドライバを提供する。本発明の別の形態によれば、外部経路をランプ電流に対し設け、これによりさらにドライバを実現するダイのサイズを低減ししかもドライバ内の電力消費を低減させる。
【００２３】
以上、本発明について記述したが、当業者には明らかなように、種々の変更が本発明の範囲内で可能である。例えば、本発明は、任意のタイプの半導体スイッチ、例えばＳＣＲ、バイポーラ・トランジスタまたはＦＥＴを使用して実現することができる。ＦＥＴを使用する場合には、ＦＥＴの特性のあるものを利用して回路を簡単化することができる。例えば、トランジスタ４１および抵抗器４２は、定電流モードで駆動される単一のＦＥＴと置き換えることができる。この直列の電流経路は、ＨブリッジのＤＣ対角のいずれかの側に結合することができる、すなわち、直列電流経路を、電流ソースまたは電流シンクとすることができる。ここでは、電流“経路”とは、１つの電力消費要素あるいは１群の電力消費要素を指し、実質上ゼロの抵抗の純粋な導体を指さない。本発明は、ＥＬランプ用のドライバのＨブリッジ部分に関している。このため、本発明は、任意の“フロントエンド”、例えばレギュレーションのあるあるいはレギュレーションのないブースト回路、もしくはＡＣソースに結合した整流ブリッジと共に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、ブースト回路およびＨブリッジ出力を備えた既知のインバータの回路図。
【図２】図２は、固有または寄生のダイオードを示すために図１を描き直した図。
【図３】図３は、本発明の好ましい実施形態にしたがって構成した放電回路の回路図。
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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