(57)【要約】【課題】大電流の供給が可能なＬＥＤ駆動回路の効率を向上できるようにすること。【解決手段】電子機器は、所定の電流で電源からキャパシタへ充電が行われるように充電回路を制御するとともに、発光ダイオードの電流駆動を行う電源制御部を有し、前記電源制御部は、前記電流駆動を行う発光ダイオードの１つ、若しくは複数個の発光ダイオードに対して、所定の電流が流れるように発光ダイオードのアノード側の電源電圧の制御を行うとともに、前記電流駆動を行う発光ダイオードのアノード電位に基づいて、前記キャパシタへ所定の電流で充電が行われるように前記充電回路を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の電流で電源からキャパシタへ充電が行われるように充電回路を制御するとともに、発光ダイオードの電流駆動を行う電源制御部を有し、
前記電源制御部は、前記電流駆動を行う発光ダイオードの１つ、若しくは複数個の発光ダイオードに対して、所定の電流が流れるように発光ダイオードのアノード側の電源電圧の制御を行うとともに、前記電流駆動を行う発光ダイオードのアノード電位に基づいて、前記キャパシタへ所定の電流で充電が行われるように前記充電回路を制御することを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記電源制御部は、電源回路と充電制御部とを有し、
前記電源回路は、前記電流駆動を行う発光ダイオードの１つ、若しくは複数個の発光ダイオードに対して、所定の電流が流れるように発光ダイオードのアノード側の電源電圧の制御を行い、
前記充電制御部は、前記電流駆動を行う発光ダイオードのアノード電位に基づいて、前記キャパシタへ所定の電流で充電が行われるように前記充電回路を制御することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
前記電源制御部は、前記キャパシタへの充電は、電源制御部に接続される発光ダイオードが１個の場合は、該発光ダイオードの発光動作時のアノード電位に対して、接続される発光ダイオードが複数個の場合は、各発光ダイオードの発光動作時の中でアノード電位が最大の値のものと比較し、前記キャパシタの電位が、該発光ダイオードの最大のアノード電位にもとづき、前記充電回路を制御し前記キャパシタへの充電制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の電子機器。
【請求項４】
前記電源回路で電源電圧を生成する回路は、降圧型スイッチングコンバータで構成され、
前記キャパシタへの充電は、前記電源制御部に接続される発光ダイオードが１個の場合は、該発光ダイオードの発光動作時のアノード電位に対して、接続される発光ダイオードが複数個の場合は、各発光ダイオードの発光動作時の中でアノード電位が最大の値のものと比較し、前記キャパシタの電位が、該発光ダイオードの最大のアノード電位に対して、発光ダイオードを電流駆動する時の複数のインダクタでの電圧降下分と、発光ダイオードを電流駆動する時の内部の複数の駆動素子による電圧降下分を加えた電位よりも、高い電圧となるように前記キャパシタの充電制御を行うことを特徴とする請求項２または３に記載の電子機器。
【請求項５】
前記キャパシタへの充電制御は、前記キャパシタの電圧を維持しつつ、各発光ダイオードの駆動電力の合計値と、前記電源回路の効率に基づき算出される、前記電源回路に必要な電力となるように、前記電源より前記キャパシタに対して充電制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
【請求項６】
前記充電回路は、降圧型のスイッチングコンバータ回路により構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を駆動させるための駆動回路を有する電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）の高輝度化に伴い、ＬＥＤを用いたフラッシュ発光装置が考えられている。ＬＥＤを用いたフラッシュ発光装置は、Ｘｅ管を用いたフラッシュ発光装置に比べて、高電圧回路が不要であるため、小型で低コストの回路で駆動回路を構成することが可能である。
【０００３】
しかしながら、フラッシュ撮影に求められる、瞬時の大光量制御を行うためには、一般的にデジタルカメラの電源に用いられているリチウム電池、アルカリマンガン電池、ニッケル水素電池等からのダイレクト制御では、電池の定格を超える電流が必要となる。このため、リチウム電池等の電池から直接、ＬＥＤ駆動回路へ供給する回路ではフラッシュ撮影を実現することはできない。
【０００４】
その問題を解決するために、例えば、特許文献２においては、電池から、昇圧回路により、一旦、電気二重層コンデンサ等の大容量のコンデンサに充電を行う。そして、ＬＥＤの発光時には、その電気二重層コンデンサよりＬＥＤの電流駆動の制御を行い、瞬時の大電流が必要なフラッシュ撮影に対応した回路構成を採用している。
【０００５】
また、特許文献１においては、電池から、一旦、スイッチ回路を介して、電気二重層コンデンサ等の大容量のコンデンサに充電を行い、充電電圧を監視する。そして、充電完了時には、そのスイッチをオープンにし、その電気二重層コンデンサよりＬＥＤの電流駆動の制御を行い、瞬時の大電流が必要なフラッシュ撮影に対応した回路構成を採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１２２３３６号公報
【特許文献２】特開２０１０−４６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２のいずれも、ＬＥＤの駆動回路としては、定電流駆動回路でＬＥＤの電流制御を行う。このため、昇圧回路で一旦、ＬＥＤのＶｆ（順方向電圧）と定電流駆動に必要な電圧以上の電圧に昇圧動作を行い、その電圧で電気二重層コンデンサを充電し、その電気二重層コンデンサよりＬＥＤの駆動電流制御を行っている。
【０００８】
したがって、特許文献１、特許文献２のいずれの場合の定電流回路においても、定電流駆動回路の電源電圧としては、ＬＥＤのＶｆの素子バラツキ、温度バラツキ、等のｍａｘ値を加味した値を電源電圧とする必要がある。このため、必要なＶｆ以上に昇圧した電圧はその分がロスとなってしまい、損失が大きい回路となってしまう問題点があった。
【０００９】
また、前述の従来例においては、電源を１セルと考えており、白色ＬＥＤのＶｆ（３．５〜４．０ｖ）、定電流回路に必要な電圧（０．１〜０．５ｖ）を加算した電圧を考えると、電源回路としては昇圧回路の構成が必要となる。昇圧回路は、一般的に効率が悪いため、定電流回路、昇圧回路の２つの回路効率を悪化する要素が含まれたＬＥＤ駆動回路で構成されていたので、損失を改善するのが困難であった。
そこで、本発明は、大電流の供給が可能なＬＥＤ駆動回路の効率を向上できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る電子機器は、所定の電流で電源からキャパシタへ充電が行われるように充電回路を制御するとともに、発光ダイオードの電流駆動を行う電源制御部を有し、前記電源制御部は、前記電流駆動を行う発光ダイオードの１つ、若しくは複数個の発光ダイオードに対して、所定の電流が流れるように発光ダイオードのアノード側の電源電圧の制御を行うとともに、前記電流駆動を行う発光ダイオードのアノード電位に基づいて、前記キャパシタへ所定の電流で充電が行われるように前記充電回路を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、大電流の供給が可能なＬＥＤ駆動回路の効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１におけるＬＥＤ駆動回路１００が有する構成要素の一例を説明するための図である。
【図２】実施形態１における電源回路２０が有する構成要素の一例を説明するための図である。
【図３】実施形態１における充電回路５が有する構成要素の一例を説明するための図である。
【図４】実施形態１におけるキャパシタ４への充電制御特性を説明するための図である。
【図５】実施形態１におけるＬＥＤ駆動回路１００の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】実施形態１におけるＬＥＤ駆動回路１００の動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。ただし、本発明の実施形態は以下の実施形態に限定されるものではない。
［実施形態１］
図１は、実施形態１における電子機器が有するＬＥＤ駆動回路１００の構成の一例を説明するための図である。図１に示すＬＥＤ駆動回路１００は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）６〜８を駆動させるための回路である。実施形態１では、２つのバッテリセルを有する電池３がＬＥＤ駆動回路１００の電源である場合を例示的に説明するが、電池３が有するバッテリセルの数は、２つ以上であってもよい。実施形態１では、ＬＥＤ駆動回路１００が３つのＬＥＤ６〜８を駆動する場合を例示的に説明するが、ＬＥＤ駆動回路１００によって駆動されるＬＥＤの数は、１、２または４つ以上であってもよい。実施形態１におけるＬＥＤ駆動回路１００は、所定の電流で電源からキャパシタへ充電が行われるように充電回路５を制御するとともに、ＬＥＤ６〜８の電流駆動を行う電源制御部２を有している。実施形態１における電子機器は、撮像装置として動作する機器である。デジタルカメラ、カメラ付き携帯電話は、撮像装置の一例である。
【００１４】
図１において、マイコン１は、ＬＥＤ駆動回路１００のＯＮ及びＯＦＦ、ＬＥＤ６〜８の駆動電流値及び駆動電流時間等を制御することができる制御部である。操作部１２はマイコン１に接続される操作部であり、回路全体を動作状態にすることを指示するための操作部材（以下、メインスイッチ）、ＬＥＤ６〜８を発光準備状態にすることを指示するための操作部材を有する。
【００１５】
電池３は電源であり、２つのバッテリセルを有する電池（約６〜８．５ｖ程度）を想定している。キャパシタ４は電池３から充電回路５を介して充電可能なキャパシタであり、例えば、電気二重層コンデンサを有する。電源制御部２は、キャパシタ４を入力電源として動作するものであり、電源制御部２の出力側に接続されるＬＥＤ６〜８を所定の電流で駆動するＬＥＤ駆動を行うことができる。
【００１６】
電源制御部２は、電源回路２０、帰還制御部２１、出力電圧監視部２２、チャージ電流決定部（充電制御部）２３、発光電流決定部２４等から構成される。電源回路２０は、例えば、降圧型のスイッチングコンバータ回路を有し、入力側はキャパシタ４に接続され、出力側はＬＥＤ６〜８に接続される。
【００１７】
また、電源回路２０は、ＬＥＤ６〜８に対して、発光電流決定部２４で決定された電流に制御するように、電流帰還用抵抗９〜１１のＬＥＤカソード端子側の電圧を帰還制御部２１に接続する。そして、電流帰還用抵抗の方端の電位が所定の電圧レベルとなるように、ＬＥＤ６〜８のアノード電位（アノード側電位）の電源電圧を生成する。
【００１８】
発光電流決定部２４は、マイコン１と接続され、マイコン１からの命令に従って、ＬＥＤ駆動回路１００のＯＮ及びＯＦＦ、ＬＥＤ６〜８の駆動電流値及び駆動電流時間等の制御を行う。また、チャージ電流決定部２３は、出力電圧監視部２２、電池３、キャパシタ４の＋側電極、ＳＷ回路のゲート駆動部と接続されている。そして、チャージ電流決定部２３は、出力電圧監視部２２の中で最もアノード電位が高い値と、電池３の電圧、キャパシタ４の充電電圧に基づき、充電回路５に対して、所定の電流でキャパシタ４へ充電を行う充電制御部として機能する。
【００１９】
次に、図２、図３、図４を用いて、充電制御の動作について説明する。
図３は、充電回路５が有する構成要素の一例を説明するための図である。図３では、充電回路５が降圧型のスイッチングコンバータ回路を有する例を示し、ＰＭＯＳ６０とＮＭＯＳ６１の同期整流型のコンバータ回路であり、６３はインダクタである。また、６４は入力コンデンサ、６５は出力コンデンサである。６２は、ＰＭＯＳ６０とＮＭＯＳ６１のＭＯＳトランジスタをＰＷＭ駆動により同期整流動作を行うＭＯＳ制御部であり、６６は電流リミッタ部であり、キャパシタ４への充電レベルを決定する制御部となる。電流リミッタ部６６へは、電源制御部２のチャージ電流決定部２３よりアナログレベルの信号が入力され、電流のリミッタ制御を行う。
【００２０】
図２は、電源回路２０が有する構成要素の一例を説明するための図である。図２では、電源回路２０が３ｃｈの降圧型スイッチングコンバータを有する場合を想定しており、ＰＭＯＳ２５〜２７とＮＭＯＳ２８〜３０とにより同期整流型のダウンコンバータ回路を構成している。
【００２１】
また、インダクタ３１〜３３は、スイッチングコンバータ動作時にエネルギーを蓄積することができる。コンデンサ３４〜３６は、スイッチングコンバータの入力コンデンサとして動作することができる。コンデンサ３７〜３９は、スイッチングコンバータの出力コンデンサとして動作することができる。
【００２２】
ダウンコンバータ回路の入力電圧は、ＬＥＤ６〜８の駆動時のアノード電位に対して、内部の複数の駆動素子であるＰＭＯＳ２５〜２７の駆動時のＯＮ抵抗での電圧降下分と、インダクタ３１〜３３の駆動時での電圧降下分以上の電圧であれば、制御可能な状態となる。
【００２３】
例えば、ＬＥＤ６〜８の電流が同値であり、且つ、ＬＥＤ６〜８の駆動時のＶｆ特性として、ＬＥＤ８が最も大きい場合は、条件（１）を満足していれば、ダウンコンバータとしては制御可能な状態となる。このため、キャパシタ４への充電は条件（１）を満足するレベルに充電しておく必要がある。
（キャパシタ４のチャージ電圧）＞（ＰＭＯＳ２５の電圧降下）＋（インダクタ３１の電圧降下）＋（ＬＥＤ８のアノード電位）・・・条件（１）
【００２４】
キャパシタ４への充電は、電源制御部２に接続されるＬＥＤが１個の場合は、該ＬＥＤの発光動作時のアノード電位に対して、接続されるＬＥＤが複数個の場合は、複数のＬＥＤの発光動作時の中でアノード電位が最大の値のものと比較する。そして、キャパシタ４の電位が、該ＬＥＤの最大のアノード電位にもとづき、充電回路５を制御し、キャパシタ４への充電制御を行う。
【００２５】
次に、図４を用いて、実際の動作時の特性について説明する。
図４は、横軸が時間、縦軸は電圧であり、キャパシタ４のチャージ電圧とＬＥＤ６〜８のアノード電位との関係の一例を示した図である。
図４では、ＬＥＤ６〜８に対して所定の同値の電流を流した場合のＶｆ特性として、ＬＥＤ８のＶｆ＞ＬＥＤ７のＶｆ＞ＬＥＤ６のＶｆの特性である場合の例を示したものである。
【００２６】
図４において、４４、４６は発光している状態（ＬＥＤ６〜８に電流が流れている状態）、４５は非発光の状態を示しており、発光している状態では、ＬＥＤ６〜８のＶｆは温度上昇によりＶｆの出力が上がっていく。また、発光を一旦停止した状態から、再度、発光を再開した場合には、発光停止時間による放熱作用により、ＬＥＤ６〜８のＶｆ特性は、発光停止前のＶｆよりも下がった値からスタートしていることを示している。この特性は、発光の休止時間、ＬＥＤ６〜８の放熱特性により異なる。また、キャパシタ４のチャージ電圧の特性を４０に示しているが、４０はダウンコンバータの入力電圧としては理想的な電圧の推移である。
【００２７】
例えば、図２を用いて説明したダウンコンバータの動作に必要な入力電圧として、式（２）に示す電圧以上の電圧で、キャパシタ４の充電制御を行った場合の動作である。ダウンコンバータの特性としては、前述の制御可能な電圧値以上であり、なるべくその電圧から差がないレベル（入出力電位差が最小のレベル）で制御することが最も効率がよく理想的な効率で制御することが可能である。
出力電圧（アノード電位）＋ΔＶ（４７）＝（ＰＭＯＳの降下電圧＋インダクタの降下電圧＋アノード電位）・・・（２）
【００２８】
また、電圧４０の特性は、ＬＥＤ６〜８側で消費する電力に対して、電源回路２０でのコンバータの効率を除算した電力でキャパシタ４への充電を行った場合に、図３の様な特性で制御することが可能である。
【００２９】
次に、図５のタイムチャート、図６のフローチャートを用いて、実施形態１におけるＬＥＤ駆動回路１００の動作について説明を行う。
操作部１２のメインスイッチが操作されることより、マイコン１の起動を行う（Ｓ６０１）。
次に、操作部１２のストロボＲｅｄｙのＳＷ操作により、マイコン１から電源制御部２に対して、発光のスタンバイ信号５０のｂｉｔをアクディブ状態にする通信制御を行う（Ｓ６０２）。
【００３０】
この動作により、電源制御部２のチャージ電流決定部２３は、充電回路５に所定のアナログ信号を供給して充電制御することにより、キャパシタ４の電位５３が、予め決められた所定の電圧レベルになるように充電動作を行う（Ｓ６０３）。この所定の電圧レベルは、予めＬＥＤ６〜８に流す最大電流で想定される、最大のアノード電位以上でありかつ、前述した、電源回路２０のダウンコンバータが動作可能なレベルである。
【００３１】
次に、操作部１２からの発光ＳＷ入力にもとづき、マイコン１が電源制御部２に対して、ＬＥＤ発光信号ｂｉｔをアクディブ状態にする通信制御を行う（Ｓ６０４）。この動作により電源回路２０が動作し始める（Ｓ６０５）。そして、マイコン１より予め通信制御で発光電流決定部２４に対して、命令した電流値でＬＥＤ６〜８が駆動するように、帰還制御部２１の設定を行い、ＬＥＤ６〜８のアノード電位５２の電圧制御を行う（Ｓ６０６）。
【００３２】
次に、ＬＥＤ６〜８を駆動した状態において、出力電圧監視部２２は、駆動しているＬＥＤ６〜８のアノード電位をモニタする（Ｓ６０７）。また、ＬＥＤ６〜８の中で最もアノード電位の高いＬＥＤを検出し（Ｓ６０８）、検出したＬＥＤを示す情報をチャージ電流決定部２３に通知するとともに、キャパシタ４の電位５３のモニタを行う（Ｓ６０９）。次に、電池３の電圧レベルをモニタ（Ｓ６１０）し、チャージ電流決定部２３に通知する。
【００３３】
チャージ電流決定部２３では、前述のＳ６０８の電位検出において最も高いアノード電位、Ｓ６０９においてモニタしたキャパシタ４の電位、及びＳ６１０においてモニタした電源の電圧レベルに基き、充電回路５の充電レベルを決定する（Ｓ６１１）。
充電レベルは５４に示すように、アナログレベルでチャージ電流決定部２３から充電回路５へ通知する。ここで、充電制御はリアルタイムにキャパシタ４の電位、最もアノード電位の高いＬＥＤのアノード電位をモニタしながら、条件（３）を満たす場合は、キャパシタ４への充電を停止する（Ｓ６１３）。また、再度、発光制御の停止命令（Ｓ６１４）が来るまでは、Ｓ６０８〜Ｓ６１２のフローで充電レベル、充電の可否の判定を行う。
（キャパシタ４の電位−最大のアノード電位）≧所定の電圧レベル（前述のΔＶ＋α）・・・条件（３）
【００３４】
また、リアルタイムにキャパシタ４の電位、最もアノード電位の高いＬＥＤのアノード電位をモニタした結果、条件（４）を満たす場合は、Ｓ６１１で決定した充電レベルで充電動作（Ｓ６１６）を行う。そして、再度、Ｓ６０８〜Ｓ６１２で充電レベルの決定と充電の可否の判定とを行い、充電の動作を繰り返す。
（キャパシタ４の電位−最大のアノード電位）＜所定の電圧レベル（前述のΔＶ＋α）・・・条件（４）
以上のような動作で、ＬＥＤ６〜８の駆動を行いながら、キャパシタ４への充電動作を行い、発光制御停止の命令が出た場合には（Ｓ６１４）、充電動作を停止し、発光のスタンバイ状態（Ｓ６１５）となる。
【００３５】
キャパシタ４の電圧を維持しつつ、ＬＥＤ６〜８の駆動電力の合計値と、電源回路２０の効率に基づき算出される、電源回路２０に必要な電力となるように、電池３よりキャパシタ４に対して充電制御を行う。
【００３６】
前述したように、実施形態１によれば、ＬＥＤ６〜８に所定の電流で駆動するための電源回路として、スイッチングコンバータで構成している例を示した。そして、ＬＥＤ６〜８のＶｆのバラツキに応じて、ＬＥＤ６〜８の駆動に必要な分のみの電源をＬＥＤアノード端子に対して生成するようにした。これにより、従来技術に対して効率のよい電流駆動回路を構成することができる。
【００３７】
また、電源回路（スイッチングコンバータ回路）の入力電圧も、出力電圧に対して入出力電位差が少ないレベルに制御を行うため、スイッチングコンバータ回路の動作としても、非常に効率のよいコンバータ動作を実現できる。
【符号の説明】
【００３８】
１００  ＬＥＤ駆動回路、１  マイコン、２  電源制御部、３  電池、４  キャパシタ、５  充電回路、６〜８  ＬＥＤ、９〜１１  電流検知用抵抗、１２  操作部、２０  電源回路、２１  帰還制御部、２２  出力電圧監視部、２３  チャージ電流決定部、２４  発光電流決定部
【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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