JP2017103010A - 発光素子駆動回路及びこれを有する回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズの発生を抑えた発光素子駆動回路を提供する。【解決手段】電圧レギュレータ回路１３によって生成される直流の駆動電圧ＶｏがＬＥＤ２に供給される。駆動電圧Ｖｏは、ＬＥＤ２の発光強度を可変するためのＰＷＭ信号Ｖｐに応じた電圧を有する制御信号Ｖｃに応じて調節される。そのため、ＬＥＤの電流をＰＷＭ信号に応じて断続する従来のＬＥＤ駆動回路に場合に比べて、ノイズの発生を大幅に抑えることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードなどの発光素子を駆動する発光素子駆動回路とこれを有する回路装置に関するものである。

発光ダイオード（ＬＥＤ）の光量を調節する方法として、ＰＷＭ調光が一般に知られている（下記特許文献１を参照）。図４は、ＰＷＭ調光方式のＬＥＤ駆動回路の一般的な構成を示す図である。図４に示すＬＥＤ駆動回路では、ＬＥＤ３と直列に電流制限用の抵抗Ｒ５とトランジスタ等のスイッチＳＷ１が設けられており、この直列回路に電源電圧ＶＤＤが印加される。スイッチＳＷ１は、制御回路５０によって生成されるＰＷＭ信号Ｓｃに応じてオンオフする。スイッチＳＷ１がオンすると発光ダイオードＤ２が発光する。発光ダイオードＤ２の光量は、ＰＷＭ信号Ｓｃのパルス周期に対するオン期間の割合（デューティ比）に応じて変化する。

特開２００８−２４２２５号公報

図４に示すＬＥＤ駆動回路では、ＬＥＤ３に流れる比較的大きな電流をスイッチＳＷ１がＰＷＭ信号Ｓｃに応じて断続するため、電流の急峻な変化によるノイズを発生する。このノイズは、他の回路の動作に影響を与える場合がある。例えば、静電容量検出回路を備えたタッチセンサなどは、指などが操作部へ近接することによる微小な静電容量の変化を検出するため、このようなノイズの影響を受けて誤検出を生じ易い。

そこで、ノイズを発生するＬＥＤ駆動回路と他の回路（静電容量検出回路等）のグランドを分離し、互いの距離を離すことによりノイズの影響を減らす方法も考えられる。しかしながら、グランドを分離すると基板や装置の構成が複雑になり、回路同士の距離を広げると装置のサイズが大きくなるという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ノイズの発生を抑えた発光素子駆動回路と、このような発光素子駆動回路と静電容量検出回路を備えたサイズの小さい回路装置を提供することにある。

本発明の第１の観点に係る発光素子駆動回路は、発光素子の発光強度を可変するためのパルス幅変調信号を生成する制御回路と、前記パルス幅変調信号に応じた信号レベルを有する制御信号を出力する制御信号出力回路と、前記発光素子に供給する直流の駆動電圧を前記制御信号に応じて調節する電圧レギュレータ回路とを有する。

上記の構成によれば、前記発光素子には、前記電圧レギュレータ回路によって直流の駆動電圧が供給される。前記駆動電圧は、前記発光素子の発光強度を可変するための前記パルス幅変調信号に応じた信号レベルを有する前記制御信号に応じて調節される。そのため、前記発光素子の電流をパルス幅変調信号に応じて断続する場合に比べて、ノイズの発生が抑えられる。

好適に、前記制御信号出力回路は、前記パルス幅変調信号を平滑する平滑回路と、前記平滑回路の出力電圧に応じた直流の電圧を前記制御信号として出力する電圧バッファ回路とを含んでよい。

上記の構成によれば、前記パルス幅変調信号を平滑した前記平滑回路の出力電圧が前記電圧バッファ回路に入力され、当該出力電圧に応じた直流の電圧が前記制御信号として前記電圧レギュレータ回路に出力される。そのため、ＤＡコンバータを用いて制御信号を生成する場合に比べて構成が簡易であり、回路のサイズが小さくなる。

好適に、前記制御回路は、前記駆動電圧を目標値と比較し、当該比較の結果に応じて前記駆動電圧が前記目標値へ近づくように前記パルス幅変調信号のデューティ比を調節してよい。

上記の構成によれば、前記駆動電圧と前記目標値とを比較した結果に応じて、前記駆動電圧が前記目標値へ近づくように前記パルス幅変調信号のデューティ比が調節される。これにより、前記発光強度が精度良く所望の発光強度に調節される。

好適に、上記発光素子駆動回路は、前記発光素子に流れる駆動電流を検出する電流検出回路を有してよい。この場合、前記制御回路は、前記電流検出回路において検出された前記駆動電流を目標値と比較し、当該比較の結果に応じて前記駆動電流が前記目標値へ近づくように前記パルス幅変調信号のデューティ比を調節してよい。

上記の構成によれば、前記電流検出回路により検出された前記駆動電流と前記目標値とを比較した結果に応じて、前記駆動電流が前記目標値へ近づくように前記パルス幅変調信号のデューティ比が調節される。これにより、前記発光強度が精度良く所望の発光強度に調節される。

本発明の第２の観点に係る回路装置は、前記発光素子に直流の駆動電圧を供給する上記第１の観点に係る発光素子駆動回路と、物体の近接に応じた静電容量の変化を検出する静電容量検出回路とを備えており、前記発光素子駆動回路と前記静電容量検出回路が共通のグランド電極に接続される。

上記の構成によれば、前記発光素子駆動回路と前記静電容量検出回路が共通のグランド電極に接続されるため、構成が簡易となり、回路のサイズが小さくなる。また、前記発光素子駆動回路において発生するノイズが小さくなるため、前記静電容量検出回路における前記静電容量の検出精度が向上し、ノイズによる誤検出が生じ難くなる。

本発明によれば、ノイズの発生を抑えつつ発光素子の発光強度を調節することができる。また、静電容量検出回路と発光素子駆動回路を備えた回路装置のサイズを小さくすることができる。

第１の実施形態に係る発光素子駆動回路の構成の一例を示す図である。 第２の実施形態に係る発光素子駆動回路の構成の一例を示す図である。 第３の実施形態に係る回路装置の構成の一例を示す図である。 ＰＷＭ調光方式のＬＥＤ駆動回路の一般的な構成を示す図である。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る発光素子駆動回路１０の構成の一例を示す図である。発光素子駆動回路１０は、発光素子としてのＬＥＤ２に直流の駆動電圧Ｖｏを供給する回路であり、駆動電圧Ｖｏを変化させることによってＬＥＤ２の発光強度を調節する。

図１に示す発光素子駆動回路１０は、制御回路１１と、制御信号出力回路１２と、電圧レギュレータ回路１３を有する。

制御回路１１は、ＬＥＤ２の発光強度を可変するためのパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）Ｖｐを生成する回路であり、駆動電圧Ｖｏのレベルを変化させるためにＰＷＭ信号Ｖｐのデューティ比（パルス周期に対するパルス幅の比）を調節する。

制御回路１１は、駆動電圧Ｖｏと所定の目標電圧とを比較し、この比較結果に応じて駆動電圧Ｖｏが目標値へ近づくようにＰＷＭ信号Ｖｐのデューティ比を調節する。例えば制御回路１１は、駆動電圧Ｖｏをデジタル値に変換するアナログデジタル変換器（ＡＤコンバータ）を備えており、駆動電圧Ｖｏのデジタル値と所定の目標デジタル値との差が小さくなるようにＰＷＭ信号Ｖｐのデューティ比を変化させる処理を行う。

例えば制御回路１１は、ＣＰＵによる演算処理機能、ＰＷＭ信号を生成する機能、及び、ＡＤコンバータの機能を備えたマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）を含んで構成される。

制御信号出力回路１２は、制御回路１１が生成するＰＷＭ信号Ｖｐに応じた信号レベルを有する制御信号Ｖｃを出力する。

図１の例において、制御信号出力回路１２は、平滑回路１２１と電圧バッファ回路１２２を有する。
平滑回路１２１は、ＰＷＭ信号Ｖｐを平滑して低周波成分を出力するローパスフィルタであり、図１の例では、２つの抵抗（Ｒ１，Ｒ２）と２つのキャパシタ（Ｃ１，Ｃ２）を用いたラダー型のフィルタとして構成される。抵抗Ｒ１は、その一端にＰＷＭ信号Ｖｐが入力され、その他端がキャパシタＣ１を介してグランドＧＮＤに接続される。抵抗Ｒ２は、その一端が抵抗Ｒ１とキャパシタＣ１の接続中点に接続され、その他端がキャパシタＣ２を介してグランドＧＮＤに接続される。キャパシタＣ２に生じる電圧が平滑回路１２１の出力電圧Ｖｐａとなる。

電圧バッファ回路１２２は、平滑回路１２１の出力電圧Ｖｐａに応じた直流の電圧を制御信号Ｖｃとして出力する。図１の例において、電圧バッファ回路１２２は、ｐｎｐ型バイポーラトランジスタであるトランジスタＱ１と抵抗Ｒ３を有する。トランジスタＱ１のコレクタが電源電圧ＶＤＤに接続され、そのベースに平滑回路１２１の出力電圧Ｖｐａが入力され、そのエミッタが抵抗Ｒ３を介してグランドＧＮＤに接続される。制御信号Ｖｃは、平滑回路１２１の出力電圧Ｖｐａに対して、トランジスタＱ１のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅだけ低い電圧となる。

電圧レギュレータ回路１３は、ＬＥＤ２に直流の駆動電圧Ｖｏを供給する回路であり、制御信号Ｖｃに応じて駆動電圧Ｖｏを調節する機能を有する。例えば電圧レギュレータ回路１３は、電源電圧ＶＤＤの入力端子ＩＮと駆動電圧Ｖｏの出力端子ＯＵＴとの間の電流経路にトランジスタ等の可変抵抗素子が設けられたリニア型のレギュレータ回路である。電圧レギュレータ回路１３は、出力端子ＯＵＴにおいて出力される駆動電圧Ｖｏが、制御端子ＣＮＴに入力される制御信号Ｖｃに応じた電圧へ近づくように、可変抵抗素子のインピーダンスを負帰還制御する。

ＬＥＤ２は、電圧レギュレータ回路１３の駆動電圧Ｖｏの出力端子ＯＵＴとグランドＧＮＤとの間に接続される。ＬＥＤ２に流れる電流の経路には、電流制限用の抵抗Ｒ４が直列に挿入される。

上述した構成を有する発光素子駆動回路１０の動作を説明する。

制御回路１１は、ＬＥＤ２において所望の駆動電圧Ｖｏが供給されるように設定したデューティ比を持つＰＷＭ信号Ｖｐを生成する。ＰＷＭ信号Ｖｐは、平滑回路１２１において平滑化された電圧Ｖｐａとなり、電圧バッファ回路１２２に入力される。電圧バッファ回路１２２は、電圧Ｖｐａに応じた制御信号Ｖｃを電圧レギュレータ回路１３に出力する。電圧レギュレータ回路１３は、制御信号Ｖｃに応じて調節された駆動電圧ＶｏをＬＥＤ２に供給する。

制御回路１１は、駆動電圧ＶｏをＡＤコンバータによってデジタル値に変換し、このデジタル値と所定の目標デジタル値とを比較する。制御回路１１は、駆動電圧Ｖｏのデジタル値と目標デジタル値との差が小さくなるように、ＰＷＭ信号Ｖｐのデューティ比を変更する。これにより、駆動電圧Ｖｏは、目標デジタル値に対応する一定の目標電圧に近づく。

以上説明したように、本実施形態に係る発光素子駆動回路１０によれば、電圧レギュレータ回路１３によって生成される直流の駆動電圧ＶｏがＬＥＤ２に供給される。駆動電圧Ｖｏは、ＬＥＤ２の発光強度を可変するためのＰＷＭ信号Ｖｐに応じた電圧を有する制御信号Ｖｃに応じて調節される。そのため、図４に示すＬＥＤ駆動回路のようにＬＥＤの電流をＰＷＭ信号に応じて断続する場合に比べて、ノイズの発生を大幅に抑えることができる。

また、本実施形態に係る発光素子駆動回路１０によれば、ＰＷＭ信号Ｖｐを平滑した平滑回路１２１の出力電圧Ｖｐａが電圧バッファ回路１２２に入力され、出力電圧Ｖｐａに応じた直流の電圧が制御信号Ｖｃとして電圧レギュレータ回路１３に出力される。そのため、ＤＡコンバータを用いてデジタル信号からアナログの制御信号を生成する場合に比べて回路の構成を簡易化することができ、回路のサイズを小さくすることができる。

更に、本実施形態に係る発光素子駆動回路１０によれば、駆動電圧Ｖｏと目標値とを比較した結果に応じて、駆動電圧Ｖｏが目標値へ近づくようにＰＷＭ信号Ｖｐのデューティ比が調節される。これにより、例えば電源電圧ＶＤＤが変動する場合などにおいても、駆動電圧Ｖｏが目標値に近い電圧に制御されるため、ＰＷＭ信号Ｖｐのデューティ比を一定の値に保つ場合に比べて、ＬＥＤ２の発光強度を精度良く所望の値に調節することができる。
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
上述した第１の実施形態に係る発光素子駆動回路１０では、駆動電圧Ｖｏが目標値へ近づくようにＰＷＭ信号Ｖｐのデューティ比が調節されるが、次に述べる第２の実施形態に係る発光素子駆動回路１０Ａでは、ＬＥＤ２に流れる駆動電流Ｉｏが目標値へ近づくようにＰＷＭ信号Ｖｐのデューティ比が調節される。

図２は、第２の実施形態に係る発光素子駆動回路１０Ａの構成の一例を示す図である。図２に示す発光素子駆動回路１０Ａは、抵抗Ｒｓと、制御回路１１Ａと、制御信号出力回路１２と、電圧レギュレータ回路１３を有する。制御信号出力回路１２と電圧レギュレータ回路１３は、図１において既に説明した同一符号の構成要素と同じである。

抵抗Ｒｓは、ＬＥＤ２の駆動電流Ｉｏの電流経路上に設けられており、駆動電流Ｉｏを検出するための回路（電流検出回路）を構成する。抵抗Ｒｓは、駆動電流Ｉｏに応じた電圧Ｖｓを発生する。

制御回路１１Ａは、既に説明した制御回路１１と同様に、ＬＥＤ２の発光強度を可変するためのＰＷＭ信号Ｖｐを生成する回路であり、例えばＭＣＵを含んで構成される。

制御回路１１は、抵抗Ｒｓにおいて発生した電圧Ｖｓが示す駆動電流Ｉｏを所定の目標値と比較し、この比較結果に応じて駆動電流Ｉｏが目標値へ近づくようにＰＷＭ信号Ｖｐのデューティ比を調節する。例えば、制御回路１１は、電圧Ｖｓをデジタル値に変換するＡＤコンバータを備えており、電圧Ｖｓのデジタル値と所定の目標デジタル値との差が小さくなるようにＰＷＭ信号Ｖｐのデューティ比を変化させる処理を行う。

上述した構成を有する発光素子駆動回路１０Ａによれば、抵抗Ｒｓにより検出された駆動電流Ｉｏと目標値とを比較した結果に応じて、駆動電流Ｉｏが目標値へ近づくようにＰＷＭ信号Ｖｐのデューティ比が調節される。これにより、電源電圧ＶＤＤの変動等に影響を受けることなく駆動電流Ｉｏが目標値に近い電流に制御されるため、ＬＥＤ２の発光強度を精度良く所望の値に調節することができる。

また、ＬＥＤの発光強度は電流の大きさにほぼ比例するため、駆動電流Ｉｏを目標値に近づける制御を行う発光素子駆動回路１０Ａは、ＬＥＤ２の順方向電圧のばらつきに応じて駆動電流Ｉｏが変化する図１の発光素子駆動回路１０に比べて、ＬＥＤ２の発光強度をより精度よく所望のレベルに調節できる。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図３は、第３の実施形態に係る回路装置の構成の一例を示す図である。図３に示す回路装置は、ＬＥＤ２と、抵抗Ｒ４と、発光素子駆動回路１０と、静電容量検出回路２０を有する。ＬＥＤ２、抵抗Ｒ４及び発光素子駆動回路１０は、図１において既に説明した同一符号の構成要素と同じである。

静電容量検出回路２０は、物体の近接に応じた静電容量の変化を検出する回路である。図３の例において、静電容量検出回路２０は、センサ電極部２１と、駆動部２２と、静電容量−電圧変換部（ＣＶ変換部）２３と、処理部２４と、インターフェース部２５を有する。

センサ電極部２１は、基板上に所定のパターンで形成された複数の電極を含んで構成される。駆動部２２は、センサ電極部２１の各電極に所定レベルの駆動電圧を供給する。ＣＶ変換部２３は、駆動部２２の駆動電圧によって各電極に形成されるキャパシタが充電されると、各キャパシタに充電された電荷をそれぞれ電圧に変換し、この電圧をキャパシタの静電容量の検出値として取得する。処理部２４は、センサ電極部２１の各電極のキャパシタについて取得された静電容量の検出値に基づいて、センサ電極部２１における物体の近接位置を算出する。インターフェース部２５は、図示しない上位装置との間で通信を行い、処理部２４において算出された物体の近接位置などの情報を上位装置に出力する。

この図３に示す回路装置では、発光素子駆動回路１０と静電容量検出回路２０が共通のグランドＧＮＤに接続される。既に説明したように、発光素子駆動回路１０は従来のＬＥＤ駆動回路に比べてノイズの発生が大幅に抑制されているため、発光素子駆動回路１０と同じグランドＧＮＤに静電容量検出回路２０を接続しても、静電容量検出回路２０における静電容量の検出動作に与えるノイズの影響は非常に小さい。

本実施形態に係る回路装置によれば、発光素子駆動回路１０と静電容量検出回路２０が共通のグランドＧＮＤに接続されるため、両者のグランドを分離する場合に比べて装置の構成を簡易化できるとともに、回路のサイズを小さくすることができる。また、発光素子駆動回路１０において発生するノイズが小さいため、従来のＬＥＤ駆動回路を用いる場合に比べて静電容量検出回路２０における静電容量の検出精度を向上させることが可能となり、ノイズによる誤検出を生じ難くすることができる。

以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されない。すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲又はその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成に関し、様々な変更、コンビネーション、並びに代替を行ってもよい。

例えば、図１、図２における平滑回路１２１や電圧バッファ回路１２２の構成は一例であり、同様な働きを有する他の構成を持った回路に変更可能である。

また、第２の実施形態に係る発光素子駆動回路１０Ａでは、抵抗Ｒｓの電圧降下を利用して駆動電流Ｉｏを検出しているが、電流の検出方法はこの例に限定されるものではなく、例えばホール素子などの磁電変換素子を電流の検出に用いてもよい。

２…ＬＥＤ、１０…発光素子駆動回路、１１…制御回路、１２…制御信号出力回路、１２１…平滑回路、１２２…電圧バッファ回路、１３…電圧レギュレータ回路、２０…静電容量検出回路、２１…センサ電極部、２２…駆動部、２３…静電容量−電圧変換部、２４…処理部、２５…インターフェース部、Ｑ１…トランジスタ、Ｖｐ…ＰＷＭ信号、Ｖｃ…制御信号、Ｖｏ…駆動電圧、Ｉｏ…駆動電流。

Claims (5)

1. 発光素子の発光強度を可変するためのパルス幅変調信号を生成する制御回路と、
   前記パルス幅変調信号に応じた信号レベルを有する制御信号を出力する制御信号出力回路と、
   前記発光素子に供給する直流の駆動電圧を前記制御信号に応じて調節する電圧レギュレータ回路と
   を有することを特徴とする発光素子駆動回路。
2. 前記制御信号出力回路は、
   前記パルス幅変調信号を平滑する平滑回路と、
   前記平滑回路の出力電圧に応じた直流の電圧を前記制御信号として出力する電圧バッファ回路とを含む
   ことを特徴とする請求項２に記載の発光素子駆動回路。
3. 前記制御回路は、前記駆動電圧を目標値と比較し、当該比較の結果に応じて前記駆動電圧が前記目標値へ近づくように前記パルス幅変調信号のデューティ比を調節する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子駆動回路。
4. 前記発光素子に流れる駆動電流を検出する電流検出回路を有し、
   前記制御回路は、前記電流検出回路において検出された前記駆動電流を目標値と比較し、当該比較の結果に応じて前記駆動電流が前記目標値へ近づくように前記パルス幅変調信号のデューティ比を調節する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子駆動回路。
5. 発光素子と、
   前記発光素子に直流の駆動電圧を供給する発光素子駆動回路と、
   物体の近接に応じた静電容量の変化を検出する静電容量検出回路とを備え、
   前記発光素子駆動回路は、請求項１乃至４の何れか一項に記載された発光素子駆動回路であり、
   前記発光素子駆動回路と前記静電容量検出回路が共通のグランド電極に接続される
   ことを特徴とする回路装置。
   

Images