(57)【要約】【課題】ＬＥＤに所望の定電流を供給して駆動することができ、且つチップ面積の縮小化をはかる。【解決手段】ＬＥＤに所望の定電流を供給して駆動するＬＥＤ駆動装置であって、定電流源２０と接地端との間に接続された第１のＭＯＳトランジスタ１１と、負荷３０としてのＬＥＤが接続される出力端子と接地端との間に接続された第２のＭＯＳトランジスタ１２と、第１の入力端が定電流源２０と第１のＭＯＳトランジスタ１１との接続点Ａに接続され、第２の入力端が出力端子と第２のＭＯＳトランジスタ１２との接続点Ｂに接続され、出力端が第１及び第２のＭＯＳトランジスタ１１，１２のゲートに共通接続され、接続点Ｂの電位が接続点Ａの電位と等しくなるようにゲート電圧を制御するドライブアンプ４０とを備えた。【選択図】      図１
2009289825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定電流源と接地端との間に接続された第１のＭＯＳトランジスタと、
負荷としてのＬＥＤが接続される出力端子と接地端との間に接続された第２のＭＯＳトランジスタと、
第１の入力端が前記定電流源と第１のＭＯＳトランジスタとの接続点Ａに接続され、第２の入力端が前記出力端子と第２のＭＯＳトランジスタとの接続点Ｂに接続され、出力端が前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタのゲートに共通接続され、接続点Ｂの電位が接続点Ａの電位と等しくなるようにゲート電圧を制御するドライブアンプと、
を具備してなることを特徴とするＬＥＤ駆動装置。
【請求項２】
前記第１のＭＯＳトランジスタの占有面積ｍに対し前記第２のＭＯＳトランジスタの占有面積ｎは大きいことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項３】
前記定電流源と第１のＭＯＳトランジスタとの間に第３のＭＯＳトランジスタが挿入され、前記出力端子と第２のＭＯＳトランジスタとの間に第４のＭＯＳトランジスタが挿入され、前記第３及び第４のＭＯＳトランジスタのゲートに前記ＬＥＤのオン／オフ信号が入力され、且つ前記第３及び第４のＭＯＳトランジスタのゲートに印加する電圧は前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタの耐圧と同じ電圧レベルであることを特徴とする請求項１又は２記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項４】
前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタはｎチャネルの低耐圧ＭＯＳトランジスタであり、前記第３及び第４のＭＯＳトランジスタはｎチャネルの高耐圧ＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項３記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項５】
基準電流をドレインで受けるための面積ｍを有する第１のｎチャネルＭＯＳトランジスタと、このＭＯＳトランジスタの電流を増幅するための面積ｎを有する第２のｎチャネルＭＯＳトランジスタとを具備してなり、
前記第１及び第２のｎチャネルＭＯＳトランジスタの各ソースを接地端に共通接続し、ゲート同士を接続し、前記第２のｎチャネルＭＯＳトランジスタのドレインを出力電流の端子としたことを特徴とするＬＥＤ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）に所望の定電流を供給して駆動するＬＥＤ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、チャージポンプ方式の昇圧回路によりＬＥＤの駆動電圧を発生し、この駆動電圧によって複数のＬＥＤに駆動電流を流すようにした各種のＬＥＤ駆動装置が提案されている。このような駆動装置としては、ＬＥＤの駆動電流をトランジスタ比で決定するカレントミラー方式や抵抗比で決定する定電流方式がある（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
カレントミラー方式では、２つのＭＯＳトランジスタをカレントミラー接続し、基準電流側のトランジスタの面積ｍに対してＬＥＤ側のトランジスタの面積ｎを大きくし、基準電流のｎ／ｍ倍の電流を流すようにしている。しかし、この方式では、非飽和領域になる出力電圧（ＬＥＤ側のＭＯＳトランジスタのドレイン電圧Ｖds）が高く、Ｖds電圧が小さい部分で電流比を維持するには、ｇｍ（相互コンダクタンス）を極めて大きくする必要がある。このため、ｍ：ｎのトランジスタ面積を大きくする必要があり、チップ面積の増大を招く。
【０００４】
また、抵抗比で決定される定電流方式では、基準電流側にｎの抵抗を、ＬＥＤ側にｎよりも小さなｍの抵抗を出力ＭＯＳトランジスタと直列に接続し、各々の抵抗の両端の電圧が等しくなるように差動増幅器でＭＯＳトランジスタのゲート電圧を制御することにより、基準電流のｎ／ｍ倍の電流を流すようにしている。しかし、この方式では、ＭＯＳトランジスタのドレイン側の電圧Ｖdsを小さくするためにｍの抵抗値を小さくする必要があり、構成する抵抗の面積が増大する。即ち、ＭＯＳトランジスタのソースに発生する電圧Ｖｓの影響で、Ｖds−Ｖｓで決定される出力ＭＯＳトランジスタは、ｇｍを大きくするために肥大化を伴う。従って、カレントミラー方式と同様にチップ面積の増大を招く。
【０００５】
このように、従来のＬＥＤ駆動装置においては、定電流ドライバーの出力電圧は効率を上げるために、その制御電圧を下げる必要があり、電圧を下げることで出力トランジスタの肥大化或いは抵抗比で電流比構成した構成の場合、抵抗面積の肥大化を伴う弊害が発生する問題があった。
【特許文献１】特開２００７−９５９０７号公報
【特許文献２】特開２００７−４２７５８号公報
【特許文献３】特開２００７−１４２７１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、ＬＥＤに所望の電流を供給して駆動することができ、且つチップ面積の縮小化をはかり得るＬＥＤ駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係わるＬＥＤ駆動装置は、定電流源と接地端との間に接続された第１のＭＯＳトランジスタと、負荷としてのＬＥＤが接続される出力端子と接地端との間に接続された第２のＭＯＳトランジスタと、第１の入力端が前記定電流源と第１のＭＯＳトランジスタとの接続点Ａに接続され、第２の入力端が前記出力端子と第２のＭＯＳトランジスタとの接続点Ｂに接続され、出力端が前記第１及び第２のＭＯＳトランジスタのゲートに共通接続され、接続点Ｂの電位が接続点Ａの電位と等しくなるようにゲート電圧を制御するドライブアンプと、を具備してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、定電流側とＬＥＤ側の両方にＭＯＳトランジスタを接続し、これらの面積比をｍ：ｎに設定することで、出力電流を抵抗比で制御するシステムに対して面積の縮小化をはかることができる。しかも、制御電圧が低い場合、ドライブアンプによるゲート電圧の制御によりＭＯＳトランジスタのゲート電位を上げることで、ＭＯＳトランジスタのｇｍを上げて飽和領域を極限まで維持することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わるＬＥＤ駆動装置を示す回路構成図である。
【００１１】
定電流源２０と接地端ＧＮＤとの間に第１のＭＯＳトランジスタ１１が接続され、ＬＥＤからなる負荷３０が接続されるドライバー出力端子ＶＤＳと接地端ＧＮＤとの間に第２のＭＯＳトランジスタ１２が接続されている。定電流源２０と第１のＭＯＳトランジスタ１１との接続点Ａは差動増幅器からなるドライブアンプ４０の一方の入力端に接続され、出力端子ＶＤＳと第２のＭＯＳトランジスタ１２との接続点Ｂはドライブアンプ４０の他方の入力端に接続されている。そして、ドライブアンプ４０の出力端は第１及び第２のＭＯＳトランジスタ１１，１２のゲートに共通接続されている。このドライブアンプ４０により、ＭＯＳトランジスタ１２のドレイン電圧（Ｂ点の電位）がＭＯＳトランジスタ１１のドレイン電圧（Ａ点の電位）と等しくなるように制御される。
【００１２】
第１及び第２のＭＯＳトランジスタ１１，１２は共に低耐圧のｎチャネルＭＯＳトランジスタであり、ＭＯＳトランジスタ１１の占有面積ｍよりもＭＯＳトランジスタ１２の占有面積ｎの方が所定数倍だけ大きくなっている。即ち、基準電流をドレインで受けるための面積ｍを有するＭＯＳトランジスタ１１とその電流を増幅するための面積ｎを有するＭＯＳトランジスタ１２において、ＭＯＳトランジスタ１１，１２のソースをＧＮＤに接地し、ゲート同士を接続し、ＭＯＳトランジスタ１２のドレインを出力電流の端子としている。そして、ＭＯＳトランジスタ１２のドレインの出力電流がドライバーの定電流源となる。
【００１３】
なお、ドライブアンプ４０及び定電流源２０は低耐圧電源により電源供給されている。また、昇圧出力端ＶＯＵＴには、図示しない昇圧型のスイッチング電源により昇圧された電圧Ｖout が供給され、昇圧出力端ＶＯＵＴとドライバー出力端子ＶＤＳとの間に負荷３０としての複数のＬＥＤが直列接続されている。スイッチング電源は、例えば電源入力端と接地端との間にコイルとスイッチ素子が直列接続され、スイッチ素子により電源入力電圧をオン／オフし、発生する電圧をダイオードとコンデンサによって整流平滑し、昇圧された出力電圧を発生する。そして、出力電圧を一定に保つため、出力電圧に比例した帰還電圧が基準電圧に等しくなるようにフィードバック制御（スイッチング信号のデューティ比や周波数などを制御）して、定電圧に制御を行うようになっている。
【００１４】
このような構成において、トランジスタ部分でのミラー比をより正確に確保するために、ＭＯＳトランジスタ１１，１２として低耐圧系ＭＯＳトランジスタを使用し、ゲート長を長くすることで対応する。
【００１５】
ドライブアンプ４０の入力は常に同電圧を維持しようとする動作になるので、ＭＯＳトランジスタ１１，１２のドレインは常に同等の電圧を維持し、それによりチャネル長変調効果が抑制され、出力端子ＶＤＳに対する出力電流ＩLED はＶＤＳの電圧に拘わらず、非飽和領域になるまでフラットな特性が得られる。
【００１６】
一般に、ＶＤＳの電位が低い動作点で使用する場合は、ＭＯＳトランジスタ１１，１２のｇｍ値を大きくする必要がある。ｇｍ値を大きくすることは、ＭＯＳトランジスタ１１，１２の面積を大きくすることに等しい。電流比が抵抗で決定される従来の方法は、ＭＯＳトランジスタ１２のソース側に抵抗Ｒ２を、対ＧＮＤに対してシリーズに接続されるため、出力電流×抵抗で発生するＶｓによる影響で制御電圧をＶｓ以下にすることが不可能となる。そして、本実施形態回路と同等のフラットな電流特性にするためには、ＭＯＳトランジスタ１１，１２の面積を更に大きくする必要がある。
【００１７】
このように本実施形態によれば、基準電流をドレインで受けるための面積ｍを有するＭＯＳトランジスタ１１とその電流を増幅するための面積ｎを有するＭＯＳトランジスタ１２の各ソースを接地し、各ドレインをドライブアンプ４０の入力に各々接続し、アンプ４０の出力をゲートに共通接続し、ＭＯＳトランジスタ１２のドレインを出力電流の端子とした構成により、負荷３０に定電流源２０のｎ／ｍ倍の電流をＧＮＤレベルから非常に低い電圧まで安定して供給することができる。
【００１８】
そしてこの場合、一般的なカレントミラー方式や定電流方式に比して、ＭＯＳトランジスタ１１，１２の占有面積を縮小することができるので、チップ面積の縮小化をはかることができる。また、ＶＤＳの電位が低い動作点で使用できることから、ＬＥＤ駆動装置の電力効率のアップに極めて有効である。
【００１９】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係わるＬＥＤ駆動装置を示す回路構成図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００２０】
本実施形態が先に説明した第１の実施形態と異なる点は、第１及び第２のＭＯＳトランジスタ１１，１２にそれぞれ高耐圧の第３及び第４のｎチャネルＭＯＳトランジスタ１３，１４を接続したことにある。即ち、定電流源２０と第１のＭＯＳトランジスタ１１との間に高耐圧の第３のＭＯＳトランジスタ１３が挿入され、出力端子ＶＤＳと第２のＭＯＳトランジスタ１２との間に高耐圧の第４のＭＯＳトランジスタ１４が挿入されている。これらのＭＯＳトランジスタ１３，１４のゲートにはＬＥＤのオン／オフ信号が、インバータ５０を介して入力される。
【００２１】
また、ＭＯＳトランジスタ１３，１４及びインバータ５０は共に低耐圧電源により制御されるために、ＭＯＳトランジスタ１３，１４のゲートには第１及び第２のＭＯＳトランジスタ１１，１２の耐圧と同じ電圧レベルが印加されるようになっている。即ち、高耐圧ＭＯＳトランジスタ１３，１４のゲート信号は低耐圧系の電源電圧で制御するようになっている。
【００２２】
さらに、ＭＯＳトランジスタ１２と並列に、ＬＥＤのオン／オフ信号で制御される第５のＭＯＳトランジスタ１５を接続しても良い。インバータ５０の出力を“０”にすることでＭＯＳトランジスタ１３，１４をオフさせた場合は、インバータ出力の逆極性“１”をＭＯＳトランジスタ１５のゲートに入力することでトランジスタ１５をオンさせてＧＮＤレベルにする。ＭＯＳトランジスタ１４がオフの時に、ＬＥＤがオフすることでドレインに高い電圧が発生し、その高い飽和電圧がＭＯＳトランジスタ１４のソース及びＭＯＳトランジスタ１２のドレインに発生するが、ＭＯＳトランジスタ１５をオンさせることで、低電圧のＭＯＳトランジスタ１４を保護することが可能である。
【００２３】
このような構成であれば、先の第１の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、低耐圧ＭＯＳトランジスタ１１，１２のドレインにシリーズに高耐圧ＭＯＳトランジスタ１３，１４を接続することで、出力端子ＶＤＳに高電圧が掛かる場合であっても低耐圧ＭＯＳトランジスタ１１，１２を保護することが可能となる。従って、先の第１の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、高電圧駆動のＬＥＤに対しても適用することができる。
【００２４】
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、第１及び第２のＭＯＳトランジスタとしてｎチャネルの低耐圧系を用いたが、これに限らず各種のスイッチ素子を用いることができる。さらに、第１及び第２のＭＯＳトランジスタの面積比は、定電流電源と負荷に流すべき電流との関係に基づいて適宜宜定めればよい。また、ＬＥＤからなる負荷に昇圧電圧を供給するためのスイッチング電源の種類は何ら限定されるものではなく、電源電圧を昇圧して出力するものであればよい。
【００２５】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１の実施形態に係わるＬＥＤ駆動装置を示す回路構成図。
【図２】第２の実施形態に係わるＬＥＤ駆動装置を示す回路構成図。
【符号の説明】
【００２７】
１１…第１のＭＯＳトランジスタ
１２…第２のＭＯＳトランジスタ
１３…第３のＭＯＳトランジスタ
１４…第４のＭＯＳトランジスタ
１５…第５のＭＯＳトランジスタ
２０…定電流源
３０…負荷
４０…ドライブアンプ
５０…インバータ
【図１】
2009289825.tif 000003
【図２】
2009289825.tif 000004